CN104659138A - 光学元件以及光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供光利用效率较高的光学元件。实施方式的光学元件，由相对于光透明的材料构成，该光学元件的特征在于，具备表面、与表面对置的背面、以及连接面，表面在与连接面对置的区域具有凹陷面，凹陷面将与连接面最近的点作为最接近点，在最接近点以外具有第一特殊点。

Description

光学元件以及光学装置

技术领域

实施方式涉及光学元件以及光学装置。

背景技术

太阳能电池的平均聚光面积的成本可能由于与廉价的聚光体组合而下降。聚光体是光学元件之一。这样组合了聚光体和太阳能电池的装置被称作聚光型太阳能电池。此外，在考虑设置空间、重量的限制时，期望聚光体尽可能为薄型。

作为实现上述期望的技术，有被称作RXI(Refraction(R)，refleXtion(X)，and total Internal reflection(I))型的聚光体。该聚光体与以往的CPC(Compound Parabolic Concentrator：复合抛物面聚光体)型相比，特征在于非常薄。

上述所提到的聚光体是关于太阳能电池而叙述的。但是，上述聚光体也能够作为将LED配置在配置太阳能电池的场所并进行LED(Lightning Emitting Diode：发光二极管)照明用的准直透镜而利用。这是由于光线的可逆性(即使使光线方向逆转也成立)。即，如果将太阳能电池置换为LED并使光线方向逆转，则能够获得与太阳能电池的情况相同的结论。因此，下面将太阳能电池以及LED称为与光学元件(聚光体或者准直透镜)连接的连接元件。此外，将组合了光学元件和连接元件的装置称为非成像系统光学装置。

非专利文献1：“A high－gain，compact，nonimaging concentrator：RXI”，Juan C.Minano，Juan C.Gonzalez，and Pablo Benitez。

发明内容

本发明的目的在于，提供光利用效率较高的光学元件以及光学装置。

实施方式的光学元件，由相对于光透明的材料构成，该光学元件的特征在于，具备表面、与表面对置的背面、以及连接面，表面在与连接面对置的区域具有凹陷面，凹陷面将与连接面最近的点作为最接近点，在最接近点以外具有第一特殊点。

此外，实施方式的光学装置的特征在于，具有：光学元件、以及具有受光面的受光元件或具有发光面的发光元件，光学元件的连接面与受光面或发光面对置而配置。

附图说明

图1是实施方式的光学装置的立体图。

图2是实施方式的光学元件以及光学装置的立体图。

图3是实施方式的光学元件的剖视示意图和光线图。

图4是实施方式的光学元件的剖视示意图和光线图

图5是实施方式的光学元件的剖视示意图。

图6是实施方式的光学装置的立体图。

图7是实施方式的光学元件的剖视示意图。

图8是实施方式的光学装置的立体图。

图9是实施方式的光学装置的配光分布。

图10是实施方式的发电装置的示意图。

图11是实施方式的发电装置的示意图。

图12是实施方式的发电装置的示意图。

符号说明

1…连接元件，2…中心点，3…旋转对称轴，4…第一特殊点，5…第二特殊点，6…中心孔，7…连接面，8…表面，8A…第一表面，8B…第二表面，8C…第三表面，9…背面，10…空隙，11…光线，12…光线A，13…光线B，14…传热体，15…光学元件，16…螺丝，17…第一点，18…第二点，19…第三点，20…第四点，100…太阳能电池，101…光学元件，102…光电变换元件，103…空隙，104…连结部件，105…驱动装置

具体实施方式

如上所述的以往的薄型的聚光体，在入射面以及反射面上分别具有金属(例如铝)蒸镀面。入射面侧的金属蒸镀面的1边的大小与连接元件相比，为其10倍以上。

金属蒸镀面越大时，遮蔽太阳光的面积变得越大。为此，导致光利用效率的降低。此外，在聚光体内部传输的光线不仅在金属蒸镀面进行一次反射还在金属蒸镀面进行一次以上反射的情况变多。由金属进行的反射，由于吸收而通常有10％左右的损失。为此，由此也导致光利用效率的降低。如上所述，使金属蒸镀面减小，在太阳能电池、发光装置中，需要大面积的光学元件，因此课题在于用低成本技术使光利用效率提高。

此外，太阳能电池由于聚光后的光而变热并达到高温。由此，也存在太阳能电池发生劣化的课题。在代替太阳能电池而配置LED的情况下，LED的发热成为课题。

以下，通过实施方式对光学元件及光学装置进行具体说明。

(第一实施方式)

第一实施方式的光学元件，由相对于光透明的材料构成，该光学元件具备表面、与表面对置的背面、以及连接面，表面在与连接面对置的区域具有凹陷面，凹陷面将与连接面最近的点作为最接近点，在最接近点以外具有第一特殊点。以下，使用图1至图5对第一实施方式进行说明。以下，只要未特别否定，就假定连接元件1是太阳能电池即受光型的情况，并对入射到光学元件15的光线被向连接元件1导入的情况进行说明。连接元件1是发光型的情况下，光线从光学元件15出射，因此光线路径与受光型的实施方式相反。关于光学元件15是发光型的实施方式的说明，在本实施方式中原则上予以省略，但构成及原理基本是共通的。此外，将与连接元件1的受光面或者发光面垂直的上方设为上，上的相反方向设为下。

图1是光学装置的立体图。图1的光学装置由光学元件15、传热体14、连接元件1构成。实施方式的光学装置是非成像系统。

连接元件1具有直径20mm的球型的受光面(LED的情况下为发光面)。连接元件1是受光元件或发光元件。具体的连接元件1例如举出光电变换元件、LED和有机EL(Electro Luminescence：电致发光)。但是，不限于此。如果连接元件1例如是光电变换元件等的受光元件，则实施方式的光学装置是受光型。此外，如果连接元件1是LED、有机EL等的发光元件，则实施方式的光学装置是发光型的。连接元件的形状根据光学元件15的形状，优选的形状是不同的。连接元件1的形状除了是球形以外还举出例如长方形状为例。

优选光学元件15是光学上透明的材料。光学元件15是被称作所谓的聚光体或聚光器的元件。关于光学元件15的具体的材料，例如举出丙烯、聚碳酸酯、玻璃等。但是，并不限于此。此时，将光学元件15的材料的折射率设为n。在丙烯的情况下，n为约1.49。光学元件15具有供太阳光入射的表面8和与表面8对置的背面9。光学元件15的连接面7与连接元件1的受光面或发光面对置而配置或与连接元件1连接。光学元件15的连接面7的下部具有空隙10。

图4表示将光学元件15的一部分放大后的剖视示意图。该图将包含旋转对称轴3的平面作为剖面。在图4中，表面8具有第一表面8A、第二表面8B、第三表面8C。优选第一表面8A具有平面或凸曲面。优选第二表面8B和第三表面8C是凸曲面。第一表面8A是供光线从外部入射的表面。使由背面9反射后的光线的一部分在第二表面8B全反射。使由背面9反射后的光线13的一部分在第三表面8C反射。在表面8及背面9中，反射是在设置于光学元件15的反射面进行的。

第二表面8B存在于第一表面8A与第三表面8C之间。第一表面8A的一方的端部与第二表面8B的一方的端部连接。第二表面8B的另一方的端部与第三表面8C的一方的端部连接。第二表面8B具有使由背面9反射后的光线12的一部分进行一次或者两次以上全反射的凸曲面。例如，通过增大第二表面8B相对于第一表面8A的面积比率，从而较大地倾斜着入射进来的光线也能够通过全反射而引导至连接面7，能够聚光或能够配光的光线的角度变大，这是优选的。两次以上的全反射连续进行。在与连接面7对置的区域，第二表面8B和第三表面8C形成凹陷面。优选在第二表面8B与第三表面8C之间具有第一特殊点4。优选从第一特殊点4一直到表面8中的距连接面7最近的最接近点而具有反射面(第三表面8C)。优选第三表面8C具有对第三表面8C反射涂层而形成的反射面或与第三表面8C物理接触的反射面。作为反射面，举出金属面、白色面等。反射面能够通过CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉淀)、PVD(PhysicalVapor Deposition：物理气相沉淀)、涂敷等公知的方法而形成。或者，也可以使具有与第三表面8C接触的这种面的反射部件接合。铝蒸镀的情况下，正反射率是约90％。

背面9具有金属面或白色面的反射面，以使入射到光学元件15的内部的光线11在内部反射。背面9的形成方法与第三表面8C的反射面相同。

光学元件15例如是相对于旋转对称轴3旋转对称的形状。在此，所谓旋转对称，意味着在将旋转对称轴3作为旋转轴而使光学元件15旋转时，旋转的角度小于360°时与原来的形状一致。

设中心点2处于旋转对称轴3上，且是与第三表面8C的距离最近的点。

在此，光学元件15的最大直径(与旋转对称轴3正交的方向的最大尺寸)例如是192mm，厚度(沿着旋转对称轴3的方向的最大尺寸)例如是49mm。另外，光学元件15也可以是不具有对称性的形状。

图2是将光学元件15和传热体14分离后的情况下的立体图。传热体14是将连接元件1冷却的部件。传热体14优选是热传导性较高的部件，例如举出铜、铝、碳等。但是，并不限于此。传热体14能够在实用中省略，但出于散热的观点，设置传热体14是优选的。在省略传热体14的情况下，能够用空隙10置换传热体14的区域。传热体14中也可以设置沿着第三表面8C的、正反射率较高的面，并与第三表面8C接合而作为第三表面8C的反射面。传热体14的前端面与第三表面8C接触或者接近。即，传热体14贯通光学元件15，与连接元件1连接或者接近。此时，传热体14(设置于第三表面8C的反射面)与连接元件1连接而将连接元件1的热量散热是优选的。传热体14的直径(宽度)优选为连接元件1的宽度以下，例如是20mm。传热体14的直径比连接元件1的宽度大时，光被传热体14遮蔽的比例变大，导致光利用效率的降低。在本实施方式中，能够设传热体14的直径为连接元件1的宽度(直径)以下。传热体14能够从其前端面附近吸收连接元件1的热量并散热到光学装置的外部。此外，也可以在该传热体14上配置散热片等而谋求进一步的散热特性的提高。在传热体14本身吸收光线且由此引起的发热无法无视的情况下，优选对传热体14进行白色涂装等来提高反射率，从而防止光线对连接元件1的加热。

图3中示出了光学元件15的剖视图。图3将包含旋转对称轴3的平面作为剖面。在图3中，以箭头线表示光线11。以下，参照图3，对实施方式的光线路径进行详细地说明。

表面8是第一表面8A、第二表面8B、第三表面8C依次连接而成的面。第一表面8A和第二表面8B都是凸曲面。第一表面8A是平面。表面8在第二表面8B与第三表面8C之间具有第一特殊点4。中心孔6是贯通光学元件15的孔。中心孔6贯通第三表面8C，中心孔6的底部到达连接元件1。连接面7与第三表面8C对置。背面9具有第二特殊点5，并具有将第二特殊点5作为边界的例如准抛物面。这样，从表面8一直到背面9设有中心孔6，由此能够将由连接元件1产生的热量散热到外部环境。在安装传热体14的情况下，实施方式的构成能够进一步提高散热性能。

首先，对从第一特殊点4到第一表面8A的表面8的形状进行叙述。关于使第一特殊点4满足的条件，使用(式1)和(式2)来进行说明。另外，满足成为第一特殊点4所用的条件的点在表面8上可以是多个。在本图中，示出第一特殊点4是一个的情况。为此，从第一特殊点4到第一表面8A的表面8的形状由具有一个凸曲面的第二表面8B来规定。

将连接面7上的端部作为第一点17。在第二表面8B上的任意的点中取第二点18。在设将第一点17和第一特殊点4相连的第一线段的长度为第一距离，并设将第一点17和第二点18相连的第二线段的长度为第二距离时，第二距离比第一距离大。设第二点18处的法线与第二线段所成的角为θ₁，并设光学元件15的折射率为n。此时，从到达第二点18的光线12被全反射一次以上并最终到达连接面7的观点来看优选满足下述(式1)。并且，由于上述理由优选第二点18在第二表面8B上的全部的点中满足(式1)。

${\mathrm{\θ}}_1\≥{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式1)

接下来，对从第一特殊点4到中心点2的第三表面8C的形状进行说明。在第三表面8C的任意的点中取第三点19。将第三点19和第一点17相连的第三线段的距离即第三距离比第一距离小。此外，在设第三点19处的法线与第三线段所成的角为θ₂，并设光学元件15的折射率为n时，从到达第三点19的光线11被反射并到达连接面7这一观点来看优选满足式(2)。并且第三点19在第三表面8C上的全部的点中满足(式2)是更优选的。此外，从使第三表面8C最紧凑而使由该面上的反射引起的损失降低这一观点来看，凹陷面上的点处的法线中的与连接面7平行的法线存在是优选的。

${\mathrm{\&theta;}}_2<{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式2)

接下来，对第二特殊点5进行叙述。在第一表面8A和第二表面8B连接的点中，取第四点20。设将第四点20和第二特殊点5相连的第四线段与第四点20处的法线所成的角为θ₃，并设光学元件15的折射率为n时，(式3)如下。从在第二特殊点5被反射并到达第四点20的光线11进一步被全反射并最终到达连接面7这一观点来看，优选满足式(3)。

${\mathrm{\&theta;}}_3\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式3)

接下来，对光学元件15的功能进行说明。

在图4中，同时也示出了光线。光线A12从表面8入射，在背面9的反射面的、到连接面7的距离比第二特殊点5更远一方侧的点处进行一次反射，进而由第二表面8B进行一次以上全反射。

该全反射的次数在以往的RXI中是仅一次。全反射是不产生由吸收引起的光量损失的反射。为此，即使进行几次全反射，也没有伴随全反射的光量损失。光线A12在这种多次的全反射之后，最终被引导至连接面7。在进行多次全反射时，具有在第三表面8C不被反射而引导至连接面7的光量增加的优点。以上，光线A12是在背面9进行仅一次的反射，与进行两次反射相比，能够降低光线的损失。为此，能够提高光利用率。

光线B13从表面8被入射，在背面9的反射面的、到连接面7的距离比第二特殊点5近的一侧的点处进行一次反射，进而在第三表面8C被反射并最终被引导至连接面7。这样，在第三表面8C被反射的光线B13被引导至连接面7是由于式(2)成立。

以上，光线B13的损失起因于反射面上的两次反射。此时，考虑到第三表面8C的面积越小即金属蒸镀面的面积越小，则光利用效率越高。将第三表面8C射影到连接面7的面积与连接面7的面积相同。该面积在与以往的10倍左右相比时，非常小。在设置第二表面8B并在该面进行全反射并满足上述的条件时，能够使将第三表面8C射影到连接面7的面积变小。

如上所述，具备第一特殊点4以及第二特殊点5，由此能够制作出光线A12和光线B13的二个光线路径。第一特殊点4是第二表面8B与第三表面8C的边界点。此外，第二特殊点5是由背面9反射后的光线11内的、在第二表面8B全反射的光线A12与在第三表面8C反射的光线B13的分支点。即，光学元件15能够同时制作出两个以上的光线路径。由此，能够使光学元件15整体小型化，并且能够减少由反射引起的光量的损失，能够提高光利用效率。此外，提高使在第二表面8B被全反射并直接被导入连接元件1的光线增多，从而光的利用效率提高。

此外，在实施方式的例子中，光学元件15与连接元件1的厚度相比，是其约2.45倍。这与以往相比，足够薄。为此，有被设置的空间不易受限制的效果。通过使用厚度较薄的光学元件15，从而具有如下优点：即使使多个光学装置密接而配置也能够改变光学装置的聚光方向。

此外，具备传热体14，由此能够将连接元件1的热量释放到外部环境，能够抑制热量引起的连接元件1的性能劣化。为此，连接元件1本身的光利用效率也能够提高。

(第二实施方式)

图5中示出了构成第二实施方式的光学装置的光学元件15的剖视示意图。图3和图5的剖视示意图的区别在于图5的第一表面8A是凸曲面。利用凸曲面的折射，能够进一步使光学元件15变薄。

(第三实施方式)

图6的立体图以及图7的剖视示意图中示出了第三实施方式的光学装置的示意图。传热体14也可以具备螺丝16。通过螺丝16，将传热体14固定于光学元件15变得容易。在此，传热体14是外螺纹，光学元件15的中心孔6是内螺纹。

(第四实施方式)

图8的立体图中示出了第四实施方式的光学装置。第四实施方式的光学装置是180°的旋转对称体。在本实施方式中，与第一实施例的旋转体的情况不同，具有能够相对于聚光面内的正交的二轴、独立地具有聚光作用的优点。第四实施方式的光学装置能够设置成不是圆形而是长方形的设置面，因此具有伴随设置的死区空间(dead space)少的优点。另外，优选光学元件15的侧面是反射面。光学元件15的侧面是金属面、白色面等的反射面时，光学元件15具有被入射到内部的光线11在侧面被反射后被导入至连接元件1的优点。

(第五实施方式)

第五实施方式是配置了LED作为连接元件1的光学装置。除了连接元件1以外，与第一实施方式是共通的。即使连接元件1是发光元件，从连接面7入射的光也具有与第一实施方式的光学元件15相同的光线路径。第五实施方式的光学装置具有与第一实施方式相反的光线路径，作为LED照明装置而发挥功能。第五实施方式的配光特性示于图9。该图是相对于配光角而用雷达图表(radar chart)绘制光度而成的。其中，将配光角0°方向设为100而将光度标准化。根据该图可知，能够作为1/2配光角5°的小角的照明而发挥功能。就向下照明(downlight)、聚光照明(spotlight)而言，该配光角是优选的配光角。具有实施方式的构成的发光元件的光学装置的器具效率是约84％。

(第六实施方式)

第六实施方式的光学装置，除了第二点18从第一特殊点4到第一表面8A与第二表面8B的连接点为止连续这一情况以外，与第一实施方式的光学装置是相同的。在第四点20处，其法线方向与连接面7正交。在这种第四点20存在的情况下，与其不存在的情况相比，第二表面8B的面积能够取为较大。此时，具有第二表面8B的光学装置由于被多次全反射的光线12变多，因此在不在第三表面8C表面8被反射而通过全反射被导入到连接元件1的光线12变多的观点上，是优选的。此外，在第四点20处，第一表面8A与第二表面8B平滑地连接，因此也具有在光学元件15制作时其加工变得容易的优点。

(第七实施方式)

在第七实施方式的光学装置中，在从第一特殊点4连到第四点20为止的第二表面8B上的任意的点中满足下述的(式4)的条件，除此以外，与第一实施方式的光学装置是相同的。在设从第一特殊点4连到第四点20为止的第二表面8B上的任意的点即第二表面8B上的全部的点处的法线与将该点与第一点17相连的线段所成的角为θ₄，并设光学元件15的折射率为n时，满足下面的(式4)是优选的。

${\mathrm{\&theta;}}_4={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式4)

在满足该条件时，能够使第二表面8B以及第三表面8C的面积最小，因此从装置的小型化的观点来看是优选的。

此外，在对上述的实施方式中的光学元件、光学装置进行附记时，例如，优选的是光，学元件具有具有表面和与表面对置的背面的光学元件，背面具有反射面，表面具有将在背面反射了的光线的一部分反射的金属面、和将在背面反射了的光线的一部分反射的面和全反射的面，具有贯通光学元件的贯通孔。

此外，优选的是，表面具有第一表面、第二表面、第三表面，第一表面是供光线从外部入射的面，第二表面存在于第一表面与第三表面之间，第二表面是将在背面反射了的一部分的光线全反射的面。

此外另一种光学元件，优选的是，具有具有表面和与表面对置的背面的光学元件，背面具有反射面，表面具有第一表面、第二表面、第三表面，第一表面是供光线从外部入射的面，第二表面存在于第一表面与第三表面之间，第二表面具有使在背面被反射了的一部分的光线进行一次以上或两次以上全反射的凸曲面，第三表面是将在背面被反射了的一部分的光线反射的金属面。并且，优选具有贯通光学元件的贯通孔。

与上述的光学元件的第三表面连接的连接面与连接元件连接从而成为光学装置。并且，优选的是，在第二表面被全反射了的光线被导入连接元件，在第三表面被反射了的光线被导入连接元件。优选的是，连接元件是受光元件或发光元件，受光面或发光面与光学元件的连接面连接。优选的是，贯通孔中设有传热体，且传热体与连接元件连接。传热体优选是第三表面的金属面。

(第八实施方式)

第八实施方式具有多个聚光型太阳能电池装置(以下，简称为太阳能电池)，该多个聚光型太阳能电池装置分别具有光电变换元件和光学元件，该光学元件与光电变换元件连接，并在与光电变换元件的连接面的下部具有空隙。并且，多个太阳能电池通过设于空隙的连结部件而连结，且是多个太阳能电池通过连结部件而旋转的发电装置。图10A和图10B的示意图中示出了第八实施方式的发电装置。图10A和图10B的发电装置具有多个太阳能电池100，太阳能电池100具有：光学元件101、与光学元件101连接的光电变换元件102、及位于光电变换元件102的下部的空隙103。多个太阳能电池100通过设于空隙103的连结部件而连结。连结部件104具有能够通过驱动装置105进行驱动以使太阳能电池100旋转的构成。太阳能电池100中除了能够使用实施方式的光学装置以外，还能够使用具有具有RXI型空隙的光学元件的光学装置。优选两光学装置的光学元件是薄型且轻量的。在将薄型的太阳能电池100用于实施方式时，能够将多个太阳能电池100配置得较密并能够改变其朝向。在将高度较高的太阳能电池用于实施方式时，在改变角度时，太阳能电池干涉的范围变大，因此无法将太阳能电池配置得较密。为此，实施方式的光学装置或具有具有RXI型空隙的光学元件的光学装置对于实施方式的太阳能电池100而言是优选的。通常，在光学元件的背面设有光电变换元件102等的排热用的构成，但在实施方式的构成中，能够在背面设置空隙103。但是，在空隙103中配置排热用的构成的空间不充分的情况较多。因此，在实施方式的构成中，能够在光学元件的表面设置排热用的构成。由此，能够提高排热性能并能够提高光利用效率。

图10A的示意图所示的连结部件104具有轴，轴与空隙103内的部件连结。成为在轴运动时太阳能电池100如图10B的示意图所示那样旋转的构成。此外，如图11A和图11B的示意图所示，也能够使连结部件104与空隙中的轴为相同高度而从图11A到图11B使太阳能电池100旋转。在图11A和图11B的示意图所示的构成中，例如，能够使用多个齿轮，并使用马达或并用多个齿轮和马达来使太阳能电池100旋转。太阳光的朝向根据日期及时间而变化，因此以光学元件101为能够使光线聚光的朝向的方式使太阳能电池100旋转是优选的。根据光学元件101不同，太阳能电池100能够聚光的角度是不同的。能够聚光的角度例如小到±5°的情况下，相应于时间而改变太阳能电池100的角度是优选的。此外，在能够聚光的角度大到20°的情况下，每月或每几个月改变太阳能电池100的角度是优选的。实施方式的光学元件101在光电变换元件102的下部具有空隙103，因此能够利用空闲的区域改变太阳能电池100的朝向。此外，多个太阳能电池100在同一位置具有旋转轴且该旋转轴相连结，因此能够向同一方向改变朝向。具有薄型且轻量的光学元件，因此具有能够以较少的能量改变多个太阳能电池100的朝向的优点。另外，连结部件104除了图示的方式以外，也能够采用具有使用了齿轮的旋转机构的方式等的公知的旋转机构。

在图12的示意图中示出了连结有配置成格子状的太阳能电池100的发电装置。太阳能电池100的连结能够利用穿过空隙103的轴而连结。并且，通过如图10A和图10B的示意图那样连结，能够将配置成格子状的太阳能电池100连结为一体。通过连结为一体，太阳能电池的朝向的控制变得简便。

此外，优选连结部件104还具有操舵装置。在还具有操舵装置时，能够在二轴上变更太阳能电池100的朝向，因此具有能够使太阳能电池100与太阳光的朝向更符合的优点。操舵装置也与前述的旋转同样地，能够将连结着的多个太阳能电池100向同一朝向改变。

以下，在对第八实施方式的构成进行附记时，优选的是，发电装置具有多个光学装置，该多个光学装置分别具有：光电变换元件及太阳能电池，该太阳能电池与光电变换元件连接并在与光电变换元件的连接面的下部具有空隙，多个光学装置通过设于空隙的连结部件而连结，通过连结部件，多个光学装置旋转。

此外，优选多个光学装置向同一方向旋转。此外，优选多个光学装置配置成格子状。此外，优选连结部件还具有操舵装置。此外，优选多个光学装置是实施方式的光学装置。

以上，对几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，意图不在于限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书记载的发明及其等同的范围。

Claims (28)

1.一种光学元件，由相对于光透明的材料构成，

该光学元件的特征在于，具备：

表面；

与所述表面对置的背面；以及

连接面，

所述表面在与所述连接面对置的区域具有凹陷面，

所述凹陷面将距所述连接面最近的点作为最接近点，

在所述最接近点以外具有第一特殊点。

2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述背面具有经反射涂层而形成的反射面、或具有物理接触的反射面。

3.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述表面的所述凹陷面，具有从所述第一特殊点一直到所述最接近点经反射涂层而形成的反射面、或具有物理接触的反射面。

4.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

从所述表面一直到所述背面设有贯通孔。

5.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

设在所述连接面中取第一点，

设将所述第一点和所述第一特殊点相连的线段的距离为第一距离，

设与所述第一点的距离比所述第一距离大的点为第二点，

在设所述光学元件的折射率为n时，所述第二点处的法线与从所述第二点朝向所述第一点的线段所成的角θ₁，满足(式1)：

${\mathrm{\&theta;}}_1\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式1)。

6.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

设在所述连接面中取第一点，

设将所述第一点和所述第一特殊点相连的线段的距离为第一距离，

设与所述第一点的距离比所述第一距离小的点为第三点，

在设所述光学元件的折射率为n时，所述第三点处的法线与从所述第三点朝向所述第一点的线段所成的角θ₂，满足(式2)：

${\mathrm{\&theta;}}_2<{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式2)。

7.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

从所述第一特殊点向所述连接面引出的垂线与所述连接面正交的点，包含于所述连接面。

8.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述凹陷面上的点处的法线中，存在与所述连接面平行的法线。

9.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述表面具有平面。

10.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述背面具有第二特殊点。

11.如权利要求10所述的光学元件，其特征在于，

设在所述凹陷面取第四点，

所述第四点处的法线与所述连接面正交，

在设所述光学元件的折射率为n时，从所述第四点连到所述第二特殊点的线段与所述第四点处的所述法线所成的角θ₃，满足(式3)：

${\mathrm{\&theta;}}_3\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式3)。

12.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

在所述光学元件的中心具有旋转对称轴，

该光学元件相对于所述旋转对称轴旋转对称。

13.如权利要求12所述的光学元件，其特征在于，

在包含所述旋转对称轴的剖面中，

在设所述光学元件的折射率为n时，从所述第一特殊点连到所述第四点的所述凹陷面上的全部的连续点处的法线与从所述连续点连到所述第一点的线段所成的角θ₄，满足(式4)：

${\mathrm{\&theta;}}_4=\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式4)。

14.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述光学元件具有传热体，该传热体具有与所述光学元件的所述凹陷面接触的面，

所述传热体与所述光学元件在所述凹陷面连接。

15.一种光学装置，具有光学元件和受光元件或发光元件，

该光学装置的特征在于，

所述光学元件具备：表面、与所述表面对置的背面、以及连接面，

所述表面在与所述连接面对置的区域具有凹陷面，

所述凹陷面将距所述连接面最近的点作为最接近点，

在所述最接近点以外具有第一特殊点，

所述连接面与所述受光元件的受光面或所述发光元件的发光面对置而配置。

16.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

所述背面具有经反射涂层而形成的反射面、或具有物理接触的反射面。

17.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

所述表面的所述凹陷面，具有从所述第一特殊点一直到所述最接近点经反射涂层而形成的反射面、或具有物理接触的反射面。

18.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

从所述表面一直到所述背面设有贯通孔。

19.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

设在所述连接面中取第一点，

设将所述第一点和所述第一特殊点相连的线段的距离为第一距离，

设与所述第一点的距离比所述第一距离大的点为第二点，

在设所述光学元件的折射率为n时，设所述第二点处的法线与从所述第二点朝向所述第一点的线段所成的角θ₁，满足(式1)：

${\mathrm{\&theta;}}_1\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式1)。

20.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

设在所述连接面中取第一点，

设将所述第一点和所述第一特殊点相连的线段的距离为第一距离，

设与所述第一点的距离比所述第一距离小的点为第三点，

在设所述光学元件的折射率为n时，所述第三点处的法线与从所述第三点朝向所述第一点的线段所成的角θ₂，满足(式2)：

${\mathrm{\&theta;}}_2<{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式2)。

21.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

从所述第一特殊点向所述连接面引出的垂线与所述连接面正交的点，包含于所述连接面。

22.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

所述凹陷面上的点处的法线中，存在与所述连接面平行的法线。

23.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

所述表面具有平面。

24.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

所述背面具有第二特殊点。

25.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于，

设在所述凹陷面取第四点，

所述第四点处的法线与所述连接面正交，

在设所述光学元件的折射率为n时，从所述第四点到所述第二特殊点相连的线段与所述第四点处的所述法线所成的角θ₃，满足(式3)：

${\mathrm{\&theta;}}_3\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式3)。

26.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

在所述光学元件的中心具有旋转对称轴，

该光学元件相对于所述旋转对称轴旋转对称。

27.如权利要求26所述的光学装置，其特征在于，

在包含所述旋转对称轴的剖面中，

在设所述光学元件的折射率为n时，从所述第一特殊点连到所述第四点的所述凹陷面上的全部的连续点处的法线与从所述连续点连到所述第一点的线段所成的角θ₄，满足(式4)：

${\mathrm{\&theta;}}_4={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$    (式4)。

28.如权利要求15所述的光学装置，其特征在于，

所述光学元件具有传热体，该传热体具有与所述光学元件的所述凹陷面接触的面，

所述传热体与所述光学元件在所述凹陷面连接。