CN107003593B - 定日镜及装配定日镜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种容纳在机械外壳内的定日镜，其通过耐用性、保护免受外界天气影响、低制造成本、自供电、重量轻和美学的增强特征而针对家用应用优化定日镜。

Description

定日镜及装配定日镜的方法

技术领域

本发明总体上涉及定日镜和太阳能阵列的领域。更具体地，本发明适于由机械外壳保护的定日镜，该机械外壳使定日镜针对家用照明用途而优化。

背景技术

如已知的，定日镜为使这样一种装置，其用于在一天的跨度期沿循太阳的路径以通常借助于一个或多个镜将太阳的光朝向精确的目标定向。

现今，定日镜大部分在工业热力学工艺中使用以通过同时使用指向同一目标的多个定日镜来增大在塔上的热装置的温度，这对于将热量转换成电力的装置获得必要的温度是不可或缺的。

然而，定日镜的其它应用可包括用于家用和城市用途的光重新定向器，在该光重新导向器中，定日镜将阳光朝向物体、房间、街道、纪念碑或广场重新导向以照明、照亮和/或使温暖。

现今使用的大部分阳光重新导向系统昂贵并且需要集中的且侵入式的安装程序，可通过定日镜的精细使用而去除该安装程序。

然而，如果想要使用定日镜作为家用装置以放置在室内(列举几个选项，在窗台、厨房岛台、书桌、床头柜、墙壁或天花板等上)或室外(例如阳台栏杆或花园)，以便这种家用装置与太阳直接接触，从而能够重新导向到最需要阳光的位置，该位置可在室内(在天花板上以获得由于天花板材料提供的散射所产生的漫射照明效果，或在建筑物的特定部分中以获得基于任务的照明效果以便照明建筑物的特定区域，诸如书桌或植物)或室外(在背阴且需要阳光的庭院或后院)，现今使用的定日镜系统证明是相当不足的。事实上，大部分定日镜聚焦于加强和优化为工业应用的基础的特征，诸如指向精度、镜面平面度、力学稳定性和稳健性。但在开发用于家用应用的定日镜时，其它特征变得重要，诸如但不限于紧凑性、便携性、自供电自主性、亮度、低维护时间、整个系统成本低以及保护免受外界天气影响。

为了产生针对家用用途优化的定日镜，需要重新审视构成定日镜的关键部件并将其重新布置，使得加强家用特征的优化。

Horton的美国专利第4,192,583号限定了一种装配在由安装于地面中的底座支撑的保护性外壳内的定日镜。虽然这是一种保护免受天气因素影响的方式，但这种外壳不允许用于住宅室内和室外用途的定日镜所需的便携性。

Horton等人的美国专利第4,283,887号限定了用于定日镜的泡状外壳，通过用加压的空气填充该泡状外壳而使其膨胀。虽然该专利明确地限定了一种保护容纳在这种外壳内的定日镜的方式，但其绝对不能解决紧凑性、便携性、自供电自主性、低维护时间或低成本的其它特征中的任一种。事实上，这种保护性结构旨在用于需要安装在地面上并由安装在定日镜部位处地面中的填土塑料环形袋形式的底座支撑的较大定日镜。

Sallis的美国专利第4,620,382号教导了一种用于使膜气动或液压地张紧的设备，受拉伸的膜可支撑反射表面以用作太阳能收集系统中的定日镜。这种类型的定日镜装置的缺点为不具有用于保护定日镜装置免受外部因素影响的外壳。

Butler的美国专利第4,870,949号教导了一种防风双轴跟踪器，其用于导向太阳能反射器、定日镜或碟形天线。通过可旋转地附接到基座上的台架轮在竖直方向上支撑升降驱动环。反射器沿升降驱动环的圆周附接在两点处。在优选的实施方式中，直径稍小于升降驱动环的内径的反射器安装到升降驱动环。多个支撑构件(诸如缆线)从升降驱动环延伸到反射器的周缘。通过将水平转台或驱动环合并为基座的一部分或者通过调节从升降驱动环侧向延伸到反射器周缘的支撑缆线的相应长度而使反射器在升降驱动环内枢转，来提供方位角调节。这种类型的定日镜装置的缺点为，其不包括用于保护定日镜装置的外壳并且主要关注使用与用于反射器的转台方位角驱动组合的无中心升降驱动以便减小用于防风的材料的结构/重量。在极端条件下这可为合适的，这种设计对于成比例缩小的定日镜装置的家用用途将是不切实际的和无效的。

Knight的美国专利第7,887,188号，虽然公开了由放置在接合在一起的两个半球体中的镜构成的定日镜，其中镜包含在球体的内表面上行进以便使其朝向目标移动和定向的多个轮，该专利成功地最大化可适配在球体内的镜尺寸，但完全未能提供用于入射和出射阳光的光学平滑表面，其中所谓入射是指阳光从太阳到镜，而所谓出射是指阳光从镜反射到目标。这种半球体接合部不允许入射和出射阳光两者不受阻挡地进入或离开所公开的外壳。如果入射和出射射线在其路径中以显著的折射效应而偏离，这将使准确度基于由那些入射和出射射线产生的角度的任何光学传感器混乱。最重要地，在操作中，轮与球体的内表面之间的摩擦接触将不可避免地开始在内表面上留下痕迹，并且随着时间的推移，这些痕迹不仅变得不美观，而且还将不利地影响定日镜的光学性能。

Bronstein等人的美国专利第8,132,928号描述了一种利用张紧的反射膜的改进的太阳能反射器，其进一步包括附接到金属带的外表面的膜，该金属带借助于弯曲面张紧块定位在端部形状上。虽然线性张紧的膜反射器具有优于刚性结构的一些优点，但与使用较刚性框架的反射器技术相比，这种膜存在多种问题。例如，大部分膜利用某些层压物(诸如薄膜)作为用于膜的基底。聚酯薄膜(双轴定向聚对苯二甲酸乙二醇酯boPET聚酯薄膜)是一种尺寸稳定的材料，当薄膜置于压缩状态时，其以不期望的方式反应。安装膜的典型方式是用结构粘合剂(诸如环氧树脂)将膜粘附到金属带的下侧。然后将带围绕端部形状缠绕并夹紧保持在位。然而，由于带围绕端部形状弯曲，带的面向内的表面和膜处于压缩，从而产生皱纹。然后，在带被束紧在端部形状上时，这些缺陷被压坏并锁定在位。由于横跨整个膜的表面的大的纵向皱纹和波纹，薄膜中的这些变形被薄膜放大并且传递到膜中，从而使其形状扭曲并导致其预期目的的性能下降。

在本领域中需要提供一种对于家用用途不能适用、不合适和不切实际的大型定日镜的解决方案，同时当与定日镜的现有技术相比时提供更好益处。

发明内容

本发明提供了一种根据本发明的用于针对家用照明用途而优化的定日镜的机械外壳。

在一个实施方式中，本发明提供了一种在一个紧凑装置中包括家用目的的以下所有特征的家用定日镜，这些特征为便携性、重量轻、自供电、无线、时尚设计、低维修和耐户外天气。其还被设计成具有低制造成本。在一个方面，天气对定日镜的功能部件的有害影响被最小化。在另一方面，本发明的设计显著降低风荷载对镜的影响。这些方面通过将可转向镜及其机电控制系统封闭在透明外壳内来实现。在一优选的实施方式中，镜和控制系统与外部完全密封。

在另一个实施方式中，本发明提供了一种家用定日镜，其包括：可转向镜、机械镜转向机构、转向控制系统、转向控制传感器，全部都容纳在机械外壳内，其中，机械外壳具有断开线或接合部，围绕该断开线或接合部外壳分能开成两个或多个部分。在一个方面，这个实施方式进一步特征在于：机械外壳的至少一部分呈球壳的一部分的形状并且该部分由光学透明材料制成，另外其中，外壳的透明球壳形状的部分对着在球体的中心处超过2π球面度的立体角。在另一方面，将机械外壳分成两个部分的接合部的轨线被优化成允许最大可能的镜插入机械外壳内以便使在目标上反射的太阳能和照明最大化，这种优化为马鞍状或椭圆形。在另一方面，可转向镜优选地为圆形，以便使将适配在机械外壳内的反射区域最大化，该反射区域在形状上优选地为球形，并且可转向反射镜具有的半径小于机械外壳的球形部分的内径。在另一方面，可转向镜围绕两个轴线可旋转地安装，该两个轴线在机械外壳的球形部分的几何球形中心处或附近相交。在另一方面，可转向镜被安装成使得其反射表面在其可转向可旋转位置范围的大部分上面向由光学透明材料制成的外壳的球形部分。在另一方面，转向控制传感器被固定到机械外壳的内表面。在另一方面，定日镜是电自供电的。

本发明的另一个实施方式描述了一种用于定日镜的机械外壳，其特征为，定日镜的机械外壳的球形部分在立体角度范围上大于半球，并且优选地在立体角度范围上大于半球的四分之五，并且优选地，在至少一个维度上对着在球体的中心处多达270度的角度。在一个方面，将机械外壳分成两部分的接合部的轨线另外允许机械镜转向机构和转向控制系统插入外壳中，而接合部的轨线为椭圆形或为马鞍状，并且其与机械外壳的在形状上基本上为球形且由光学透明材料制成的部分不相交。在另一方面，接合部的轨线被选择成使得留下尽可能大的区域，以及未破裂的透明外壳的可能全部的基本上球形部分。

在另一实施方式中，向定日镜的镜转向机构和控制系统供电的电自供电通过一个或多个第一光伏电池提供，其中，第一光伏电池位于机械外壳内，该机械外壳设置有透明窗，第一光伏电池经定位在该机械外壳中以便通过透明窗对外部可见。在一个方面，该窗可部分地或完全通过机械外壳的由光学透明材料制成的球形部分提供。在另一方面，这些第一光伏电池被安装成与可转向镜共移动，使得群殴光敏表面基本上面向与可转向镜的反射表面相同的方向。

在本发明的再另一实施方式中，转向控制传感器被固定到机械外壳的内表面并且被定位成使该转向控制传感器对从太阳到定日镜的目标的光的通道的遮挡最小化，并且优选地在机械外壳的水平中线面下方。在一个方面，转向控制传感器可通过第一光伏电池供电，但优选地独立于定日镜的电自供电而自供电，并且优选地通过与转向控制传感器共安装的一个或多个第二光伏电池自供电。在另一方面，这些第二光伏电池被安装成使得其光敏表面面向可转向镜的中心或面向顶点。转向控制传感器优选地经由红外(IR)链路或无线电链路与转向控制系统无线连通。可选地，转向控制传感器经由有线连接与控制系统连通。

在另一个实施方式中，机械镜转向机构和转向控制系统都机械地安装在可转向镜的后部(非反射侧)上并且通过定日镜的机械外壳的不透明部分和/或通过可转向镜而基本上对外部观察者的视线隐藏。可替代地，机械镜转向机构优选地在机械外壳的不透明部分上的基本上仅一个位置处附接到机械外壳。

在再另一实施方式中，转向控制机构优选地经由无线电链路、红外(IR)链路、无线链路(即WiFi)或优选为超声的声链路而从机械外壳外部远程可控，而不具有有限链路。

在一个替代实施方式中，机械外壳基本上为刚性的，基本上与外部环境密封并且优选地为气密密封，优选地设置有干燥剂元件，诸如硅胶，并且由基本上防碎且优选地为塑料材料类(例如甲基丙烯酸酯聚合物或聚碳酸酯)的材料制成。机械外壳的总尺寸针对家用照明用途而优化；机械外壳的最大尺寸优选地不小于20cm且优选地不大于100cm，并且更优选地不大于60cm。

在再另一个实施方式中，机械外壳的所有内部部件优选地被选择为比在没有外壳的情况下承受正常户外风荷载所需的构造更轻的构造，并且可转向镜的厚度优选地被选择为基本上小于镜直接暴露于正常户外风荷载以避免大量弯曲所需的镜的最小厚度。类似地，机械镜转向机构被选择为具有基本上比可转向反射镜直接暴露于正常户外风荷载否则将需要的保持扭矩更小的保持扭矩。这样，通过由机械壳体来遮蔽部件免受风荷载的影响而使其强度或扭矩规格最小化，可使用轻且便宜得多的部件来构建良好的定日镜。

在另一个实施方式中，机械外壳的外部形状使得在暴露于来自任何水平方向的风时在机械外壳上提供低风荷载扭矩。在一个方面，机械外壳的外部形状优选地为一个轴线在竖直方向上的椭圆体，或更优选地为椭球体或球体。在另一方面，机械外壳的透明部分的材料足够薄以防止指向的显著折射误差，并且其厚度不大于10mm，并且优选地不大于5mm，且最优选地不大于2mm。在另一方面，机械外壳的透明部分的材料充分地光学平滑以防止光学像差显著降低定日镜指向精度，并且在优选地至少10微米、并且更优选地5微米、且甚至更优选地等于或优于1微米是光学平滑的。

在另一个实施方式中，可转向镜选自由平面镜、凹面镜和凸面镜组成的组。

附图说明

图1描绘了本发明的容纳定日镜的机械外壳的侧视图。

图2a至图2c描绘了后壳和转向镜的内部的多个侧视图。图2a具有转向镜的后壳的内部侧视图；图2b具有转向镜的机械外壳的后壳的后部透视图；图2c具有转向镜的后壳的顶部透视图。

图3a至图3b描绘了前透明硬壳的多个视图。图3a具有以视图为中心的断开线的前透明硬壳的侧视图；图3b前透明硬壳的另一透视图。

图4a至图4b示出了具有弦限定区段的中央镜。图4a具有从两个边缘移除的弦限定区段的镜，其中，x<2r或x小于圆形镜的直径；图4b具有断开线的透明硬壳的底视图。

具体实施方式

本发明提供了一种家用定日镜，该家用定日镜提供了全尺寸版本的所有益处，而没有其所伴随的缺点。

为了最小化天气例如对定日镜的功能部件的有害影响，并且还为了显著降低风荷载对镜的影响，本发明提供了可转向镜及其在透明外壳内的机电控制系统，其优选地与外部完全封闭。

为了允许本发明的定日镜在最大可能角度上(例如从日出到日落)追踪太阳，对于太阳射线的进入、从镜反射出去以及离开到定日镜的目标而言重要的是维持通过外壳的清晰、无阻碍且连续的光学路径。另外重要的是允许随着太阳移动使定日镜自动转向的光学太阳传感器部件在其整个转向角度上具有太阳通过外壳的连续且无阻碍的太阳视野。

这些要求提出了一种球壳透明外壳，以提供最佳设计。由于转向角可高达90度，并且由于镜本身对着近似180度的这种球形壳体，所以优选的是，球壳壳体的近似270度无阻碍部分是期望的。

为了最大化在本发明的定日镜内的镜的反射能力，期望的是使镜的尺寸尽可能大，并且对于球形壳体，这种最大镜尺寸对应于直径刚好小于球壳内径的圆形镜(以当镜在壳内移动时允许间隙)。为了将这种优化尺寸的镜适配在球形壳体内，一种提出的解决方案提供将球壳分成两个半球，这允许镜然后装配到其在壳内的安装件，之后可封闭壳的两个半部。

然而，如果球形壳体被分离成两个半球，则在一天中总会有穿过半球状接合部通过壳体到镜上和离开镜以及离开壳体到目标的太阳射线路径的一部分，并且这将使入射光和/或出射光散射，并且还严重影响光学太阳传感器的正确操作。本发明的一个预期为，通过球壳壳体几何结构的优选的实施方式，消除由壳体中的接合线损坏的封闭的定日镜的光学路径的这种问题。

在实践中，将机械外壳分成两部分(并且其有效地限定通过球壳的孔的形状)的接合部的轨线被优化以允许最大可能的镜插入机械外壳内，以便使反射在目标上的太阳能和照明最大化，以允许任何部件(例如，在插入镜时固定到镜的前部或后部的用于感测和/或转向的部件)的间隙，以及允许用于装配定日镜的内部部件的适当的入口。这种优化的形状实质上在球壳壳体中形成狭槽，并且对于孔的近优化形状的两个优选实施方式为马鞍状或椭圆形。

参考图1，本发明提供了一种在机械外壳100、基本上球形且透明的前硬壳1以及不一定是球形且优选不透明的后壳2中的家用定日镜，在这种具体实施方式中，该前硬壳和后壳通过马鞍状物的形状的接合部或断开线9接合在一起。

图1进一步示出了位于前硬壳1的内侧上的转向控制传感器8，并且后壳2搁置在支架7上且在内部支撑具有两个附接的光伏电池4a和4b的刚性圆形转向镜3。机械镜转向机构5和转向控制系统6还可优选地安装到镜的后部。

如图2a至图2c中所观察，本发明提供了机械外壳100的由转向镜3、壳体10和支架7构成的后壳2，在该壳体中容纳有机械镜转向机构5(未示出)和转向控制系统6(未示出)。图2b示出了机械外壳100的由转向镜3、壳体10和支架7构成的后壳2的后视图。图2c示出了由转向镜3、壳体10和支架7构成的后壳2的顶部透视图。在每一个上述附图中，马鞍状断开线9限定后壳2的周缘。

接合部或断开线9允许该具体实施方式通过保持马鞍形状而使可在转向镜3的前部可用的前透明硬壳1的光学平滑区域最大化，其同时能够使可适配在其中的转向镜3的尺寸最大化。通过断开线9的轨线，机械外壳100的前透明硬壳1充分延伸以便允许在非常宽范围的镜转向位置上阳光通过前透明硬壳1朝向转向镜3的无阻碍进入以及阳光经由从转向镜3的反射通过前硬壳1朝向目标(未示出)的随后离开。在转向镜侧向地旋转到其最大值的情况下(诸如在北半球最密集地区的日出和日落)，转向镜3通过透明前硬壳1将具有不受接合部或断开线9阻挡的清晰的天空视野，该接合部或断开线必须存在以便转向镜3在制造期间适配在机械外壳100内以及以便维护。

转向控制传感器8位于转向镜3前方的前透明硬壳1上，以便从转向镜3接收反射的阳光(出射光)并且使尽可能少的转向镜3反射表面对目标隐藏。在该具体实施方式中，转向控制传感器8通过脉冲-IR系统(未示出)无线连接到转向控制系统6并且通过独立的共位光伏电池(未示出)供电。在一个替代实施方式中，转向控制传感器8借助于在传感器处的无线电发射器和在镜转向马达控制器处的无线电接收器无线连接到转向控制系统6。这种无线电系统可为WiFi或蓝牙功能模块，或简单得多且成本更低的物体，这是因为所需的数据速率非常低。无线电发射器和接收器均通过独立的共位光伏电池供电。在WiFi或蓝牙模块适配在本发明的定日镜内的情况下，不论它们是否用于在定日镜内部通讯，它们都可用于将通过但不限于转向控制传感器8、转向控制系统6和机械镜转向机构5产生的数据发送到外部服务器或智能电话。类似地，本发明提供了通过定日镜接收来自诸如智能电话的外部装置的控制指令和数据。

在另一替代实施方式中，转向控制传感器8可借助于有线连接物理地连接到转向控制系统6。虽然这种直接有线方式简单且成本可能非常低，但存在连接缆线的两端之间的相对运动的待克服的机械问题以及可见线的美观问题，这使得无线方式更为优选。

机械镜转向机构5含有能够导向和移动可转向镜3的所有齿轮和马达(未示出)。类似地，转向控制系统6含有通过机械镜转向机构5使可转向镜3移动的所有电子器件。在一个优选的实施方式中，转向控制系统6无线连接到转向控制传感器8以便准确地引导转向镜3的移动。在另一实施方式中，借助于无线电发射器和接收器(其可为例如WiFi或蓝牙功能模块或者非常简单的低数据速率无线电系统)或物理地借助于一个或多个有线连接件，而在转向控制系统6与转向控制传感器8之间无线地连接。这种WiFi或蓝牙模块允许通过但不限于转向控制传感器8、转向控制系统6和机械镜转向机构5收集的数据被发送到外部服务器或智能电话，以及允许通过定日镜接收来自诸如智能电话的外部装置的控制指令和数据。

如在图1和图2a至图2c中进一步描述，圆形可转向镜3安装在两个轴线上，可转向镜3围绕该两个轴线可旋转地安装，该两个轴线在透明前硬壳1的几何球形中心处或附近相交。这允许转向镜3能够自由地旋转而不影响透明前硬壳1、后壳2或支架7。

壳体10的形状不限于如本实施方式中所示的半球，而可为任何几何形状或形状的组合，包括但不限于两个半球。壳体10、机械镜转向机构5和转向控制系统6通过位于两个旋转轴线中的一个上的单个接触点连接到机械外壳100。

为转向控制系统6累积电力以通过机械镜转向机构5使可转向镜3移动的两个光伏电池4a和4b被固定到可转向镜3的表面，或被固定到围绕镜的外框架上，该外框架延伸超出镜的反射表面的周缘。该位置允许光伏电池4a和4b总是与可转向镜3共同移动，这避免了光伏电池4a和4b对可转向镜3的遮蔽，并且同时使光伏电池4a和4b能够总是朝向太阳定向，这是因为转向镜3通过转向控制系统6而自动地朝向太阳定向。

机械外壳100包括支架7，该支架根据其安装可具有不同形状，包括但不限于用于书桌安装的平脚或用于安装在阳台上的栏杆扣。

根据图3a和图3b，将机械外壳100分成两部份的接合部或断开线的轨线为马鞍形状，以便使阳光在被转向镜3、机械外壳100反射之后进入和离开所经受的光学像差最小化，同时使可转向镜3的尺寸最大化，并由此使待传递到目标的太阳能和照明最大化。

图3a示出机械外壳100的透明前硬壳1的侧视图，由此接合部或断开线9在中央，并且也可看到透明前硬壳1的内表面的一部分。图3b示出了机械外壳100的透明前硬壳1的旋转侧视图，由此清楚地限定接合部或断开线9，并且再次可看到透明前硬壳1的内表面的一部分。

图4a示出镜3为具有中心C和半径r的圆形，其中，镜3具有从两个边缘移除的弦限定区段，其中，弦是平行的且间隔开距离X，其中X<2r，或等价地，X小于圆形镜3的直径。图4b示出基本上球形和透明的前硬壳1的底视图，其中断开线9特征为宽度大于弦间距X以允许具有移除区段的镜通过，并且高度y等于机构适配通过所必需的长度。

在另一实施方式中，本发明的定日镜由可转向镜、机械镜转向机构、转向控制系统、转向控制传感器构成，所有这些都容纳在机械外壳内，其中，机械外壳具有断开线或接合部，围绕该断开线或接合部可将外壳分离成两个或更多个部分，其特征为，机械外壳的至少一部分为球壳的一部分的形状，外壳的球壳形状的部分由光学透明材料制成，并且外壳的透明球形壳部分对着在球体的中心处超过2π球面度的立体角。另外，可转向镜在形状上为圆形或具有从边缘移除的由弦限定的一个或多个区段的圆形，并且在移除两个这种区段的情况下其相应的弦是平行的，球形壳中的由断开线或接合部形成的孔在穿过球壳的第一方向上具有大于或等于镜的直径(在镜为圆形的情况下)以及小于镜直径(在镜具有从其边缘移除的一个或多个弦区段的情况下)的范围，并且在与第一方向正交的第二方向上，所形成的孔延伸得足够远以至少允许用于镜厚度的间隙。另一方面是可转向镜为圆形，其半径小于外壳的球形部分的内径，其中，可转向镜围绕两个轴线可旋转地安装，另外其中，两个轴线在外壳的球形部分的几何球形中心处或附近相交，并且可转向镜被安装使得其反射表面在其可转向可旋转位置范围的大部分上面向由光学透明材料制成的外壳的球形部分。此外，转向控制传感器被固定到机械外壳的内表面，其中，定日镜是电动自供电的，并且能够向诸如智能电话或外部服务器的外部装置并从其无线发送和接收控制指令和数据。

另外，外壳的球形部分在如从球体的中心观看到的立体角范围上大于半球。可选地，外壳的球形部分在如从球体的中心观看到的立体角范围上大于半球的四分之五。

作为一可选方面，球壳外壳中的通过接合部轨线形成的孔的尺寸大于机械镜转向机构和转向控制器的轮廓尺寸。优选地，接合部轨线为椭圆形或马鞍形状并且与在形状上为球形且由光学透明材料制成的机械外壳的一部分不相交。另外，接合部轨线被选择成使得留下尽可能大的区域，以及未破裂的透明外壳的可能全部的球形部分。

在另一个实施方式中，本发明的定日镜是自供电的，其中这种电力由一个或多个第一光伏电池提供。此外，第一光伏电池位于机械外壳内，其中，机械外壳设置有透明窗并且第一光伏电池定位在机械外壳内以便从外部通过窗可见。可选地，透明窗部分地或完全通过由光学透明材料制成的机械外壳的球形部分提供。可替代地，第一光伏电池以与可转向镜共移动的方式安装。优选地，第一光伏电池被安装使得其光敏表面面向与可转向镜的反射表面相同的方向。

可选地，固定到机械外壳的内表面的转向控制传感器被定位成使其对从太阳到定日镜的目标的光的通道的遮挡最小化，此外其中，转向控制传感器定位在机械外壳的水平中线面下方。

可替代地，转向控制传感器独立于定日镜的电自供电而自供电，并且更优选地，转向控制传感器通过与转向控制传感器共安装的一个或多个第二光伏电池自供电，其中，第二光伏电池被安装成使得其光敏表面面向可转向镜的中心。

在一个另外的实施方式中，第二光伏电池被安装成使得其光敏表面面向顶点。

在另一方面，转向控制传感器与转向控制系统无线连通。可选地，无线连通选自由红外(IR)链路、无线电链路和WiFi链路组成的组。

在一个替代实施方式中，机械镜转向机构和转向控制系统均机械地安装在可转向镜的后部(非反射侧)上。可选地，机械镜转向机构仅在一个位置处附接到机械外壳。可替代地，在外壳上的一个机械附接位置位于外壳的不透明部分上。在一个另外的实施方式中，机械镜转向机构和转向控制系统通过外壳的不透明部分和/或通过可转向镜而对外部观察者的视线隐藏。

可选地，转向控制机构利用选自由无线链路、无线电链路、红外(IR)链路和声链路组成的组的构件从外壳外部远程可控。此外，无线链路可为超声的。

优选地，机械外壳与外部环境密封，其中这种密封可选地为气密的。可选地，机械外壳还包括干燥剂，其中该干燥剂由硅胶构成。

在再另一实施方式中，机械外壳由防碎且由塑料材料构成的材料制成。优选地，塑料材料可选自由甲基丙烯酸酯聚合物和聚碳酸酯组成的组。

可替代地，机械外壳的总尺寸针对家用照明用途而优化，其中机械外壳的最大尺寸不小于20cm或不大于100cm，或者不大于60cm。可选地，机械外壳为刚性的并且选择机械外壳内部的任何或所有部件的机械强度而不考虑直接风荷载。

在再另一个实施方式中，考虑由于可转向镜的重量而引起的重力变形来选择可转向镜的厚度，但不考虑风荷载。可选地，考虑由于所支撑的部件的重量而引起的重力荷载来选择机械镜转向机构的保持扭矩，但不考虑风荷载。此外，机械外壳的外部形状可为一个轴线在竖直方向上的椭圆体。可选地，机械外壳的透明部分的材料足够薄以防止指向的显著折射误差。

在另一实施方式中，机械外壳的透明部分的材料的厚度不大于10mm，或者不大于5mm，或者不大于2mm。优选地，机械外壳的透明部分的材料充分地光学平滑以防止光学像差显著降低定日镜指向精度。最优选地，机械外壳的透明部分的材料在至少10um、或者5um，或者优于1um是光学平滑的。

在一个优选的实施方式中，可转向镜选自由平面镜、凹面镜和凸面镜组成的组。

如在本说明书和所附权利要求中所用的，单数形式包括复数形式。例如，除非上下文另外清楚指示，否则术语“一个/一种(a/an)”和“该”包括复数指代物。另外，在一系列元件前的术语“至少”应理解为引用在该系列中的每一元件。本文中示例性描述的本发明可适当地在没有在本文中未具体公开的任何一个或多个元件、一个或多个限制的情况下实施。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应全面而非限制地解读。另外，在本文中所用的术语和表达已用作描述的术语而不是限制的，并且没有意图使用这种术语和表达来排除未来示出和描述的任何等同物或其任何部分，并且认识到在所要求保护的本发明的范围内各种修改是可能的。因此，应当理解，尽管通过优选实施方式和可选特征具体公开了本发明，但本领域的技术人员可采用在此公开的本发明的修改和变化，并且这种修改和变化被认为在本文公开的本发明的范围内。本发明已经在本文中广泛和一般地描述。落入一般公开范围内的每个较窄的种类和子类别组合也形成这些发明的一部分。这包括每个发明的一般描述，其前体条件或负面限制为从该属移除任何主题，而不管去除的材料是否具体驻留在其中。此外，在按照马库什组描述本发明的特征或方面的情况下，本领域的技术人员将认识到，本发明也按照马库什组的任何独立成员或子组成员来描述。还应当理解，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。在回顾以上描述时，许多实施方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围不应参考以上说明书来确定，而应参考所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。本领域的技术人员将认识到，或将能够使用不超过常规实验来确定所描述的本发明的具体实施方式的许多等同物。这种等同物旨在被所附权利要求涵盖。

Claims (77)

1.一种定日镜，包括：

可转向镜；

机械镜转向机构；

转向控制系统；以及

转向控制传感器，其中，所述可转向镜、所述机械镜转向机构、所述转向控制系统和所述转向控制传感器全都容纳在机械外壳内，其中，所述机械外壳具有接合部或断开线，围绕所述接合部或所述断开线所述机械外壳能分开成两个或更多个部分，

其中，所述机械外壳的透明部分的材料包括透明材料并且至少在10微米至1微米之间是光学平滑的。

2.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述机械外壳的至少一个部分呈球壳的一部分的形状。

3.根据权利要求2所述的定日镜，其中，所述机械外壳的球壳形状的所述部分由透明材料制成。

4.根据权利要求3所述的定日镜，其中，所述机械外壳的球壳形状的所述部分对着在中心处超过2π球面度的立体角。

5.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述可转向镜在形状上为圆形或具有从边缘移除的一个或多个区段的圆形。

6.根据权利要求3所述的定日镜，其中，所述机械外壳的球壳形状的所述部分在如从球体的中心观看到的立体角范围上大于半球。

7.根据权利要求3所述的定日镜，其中，所述机械外壳的球壳形状的所述部分在如从球体的中心观看到的立体角范围上大于半球的四分之五。

8.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述定日镜是自供电的。

9.根据权利要求8所述的定日镜，其中，自供电的所述定日镜通过一个或多个第一光伏电池提供。

10.根据权利要求9所述的定日镜，其中，所述一个或多个第一光伏电池位于所述机械外壳内。

11.根据权利要求9所述的定日镜，其中，所述一个或多个第一光伏电池被安装成使得所述一个或多个第一光伏电池的光敏表面面向与所述可转向镜的反射表面相同的方向。

12.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述转向控制传感器被固定到所述机械外壳的内表面并且被定位成使所述转向控制传感器对从太阳到所述定日镜的目标的光的通道的遮挡最小化。

13.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述转向控制传感器与所述转向控制系统无线连通。

14.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述机械镜转向机构和所述转向控制系统都机械地安装在所述可转向镜的后部上。

15.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述转向控制机构能经由无线链路从所述机械外壳外部远程控制。

16.根据权利要求1所述的定日镜，其中，所述可转向镜选自由平面镜、凹面镜和凸面镜构成的组。

17.根据权利要求1所述的定日镜，还包括所述机械外壳的呈球壳的一部分的形状的至少一个部分，其中，所述机械外壳的球壳形状的所述部分由光学透明材料制成，其中，所述机械外壳的透明的球壳形状的所述部分对着在球体的中心处超过2π球面度的立体角，另外其中，所述可转向镜在形状上为圆形或具有从边缘移除的由弦限定的一个或多个区段的圆形，其中，所述球壳中的由所述断开线或所述接合部形成的孔在穿过所述球壳的第一方向上具有大于或等于所述可转向镜的直径的范围，另外其中，所述可转向镜为圆形，并且在与所述第一方向正交的第二方向上，所形成的所述孔延伸得足够远以至少允许用于所述可转向镜的厚度的间隙。

18.根据权利要求17所述的定日镜，其中，所述可转向镜为圆形，所述可转向镜的半径小于所述机械外壳的球壳形状的所述部分的内径，并且所述可转向镜围绕两个轴线能旋转地安装，另外其中，所述两个轴线在所述机械外壳的球壳形状的所述部分的几何球形中心处或附近相交，并且所述可转向镜被安装成使得所述可转向镜的反射表面在所述可转向镜的可转向可旋转位置范围的大部分上面向所述机械外壳的球壳形状的所述部分。

19.一种装配定日镜的方法，包括：

提供可转向镜；

提供机械镜转向机构；

提供转向控制系统；

提供转向控制传感器；

将所述可转向镜、所述机械镜转向机构、所述转向控制系统和所述转向控制传感器装配在机械外壳中，其中，所述机械外壳具有断开线或接合部，围绕所述断开线或所述接合部能将所述机械外壳分开成两个或更多个部分，

其中，所述机械外壳的透明部分的材料包括透明材料并且至少在10微米至1微米之间是光学平滑的。

20.一种定日镜，包括可转向镜、机械镜转向机构、转向控制系统和转向控制传感器，所述可转向镜、机械镜转向机构、转向控制系统和转向控制传感器都容纳在机械外壳内，其中，所述机械外壳具有断开线或接合部，围绕所述断开线或所述接合部所述机械外壳能分开，其特征在于：

所述机械外壳的至少一个部分在形状上基本上为球形；

所述机械外壳的基本上球形的所述部分由光学透明材料制成；

所述接合部沿所述机械外壳的表面的轨线经被优化成允许最大可能的所述可转向镜插入所述机械外壳的在形状上基本上为球形的所述部分中；

所述可转向镜基本上为圆形，所述可转向镜的半径小于所述机械外壳的球形的所述部分的内径；

所述可转向镜围绕两个轴线能旋转地安装；

所述两个轴线在所述机械外壳的基本上球形的所述部分的几何球形中心处或附近相交；

所述可转向镜被安装成使得所述可转向镜的反射表面在所述可转向镜的可转向可旋转位置范围的大部分上面向所述机械外壳的基本上球形的且由光学透明材料制成的所述部分；

所述转向控制传感器被固定到所述机械外壳的内表面；并且

所述定日镜是电自供电的，

其中，所述机械外壳的透明部分的材料包括透明材料并且至少在10微米至1微米之间是光学平滑的。

21.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的基本上球形的所述部分在立体角范围上大于半球。

22.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的基本上球形的所述部分在立体角范围上大于半球的四分之五。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的定日镜，其中，所述接合部的轨线允许所述机械镜转向机构和所述转向控制系统插入所述所述机械外壳中。

24.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述接合部的轨线为椭圆形或马鞍状。

25.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述接合部的轨线与所述机械外壳的在形状上基本上为球形且由光学透明材料制成的一个所述部分不相交。

26.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述接合部的轨线被选择成使得留下尽可能大的区域，以及未破裂的透明外壳的全部的基本上球形的所述部分。

27.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述电自供电通过一个或多个第一光伏电池提供。

28.根据权利要求27所述的定日镜，其中，所述第一光伏电池位于所述机械外壳内。

29.根据权利要求28所述的定日镜，其中，所述机械外壳设置有透明窗，并且所述第一光伏电池定位在所述机械外壳内以便通过所述透明窗可见。

30.根据权利要求29所述的定日镜，其中，所述透明窗部分地或完全通过机械外壳的由光学透明材料制成的基本上球形的所述部分提供。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的定日镜，其中，所述第一光伏电池被安装成与所述可转向镜共移动。

32.根据权利要求31所述的定日镜，其中，所述第一光伏电池被安装成使得所述第一光伏电池的光敏表面基本上面向与所述可转向镜的反射表面相同的方向。

33.根据权利要求20所述的定日镜，其中，固定到所述机械外壳的内表面的所述转向控制传感器被定位成使所述转向控制传感器对从太阳到所述定日镜的目标的光的通道的遮挡最小化。

34.根据权利要求33所述的定日镜，其中，所述转向控制传感器定位在所述机械外壳的水平中线面下方。

35.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述转向控制传感器独立于所述定日镜的电自供电而自供电。

36.根据权利要求35所述的定日镜，其中，所述转向控制传感器通过与所述转向控制传感器共安装的一个或多个第二光伏电池自供电。

37.根据权利要求36所述的定日镜，其中，所述第二光伏电池被安装成使得所述第二光伏电池的光敏表面面向所述可转向镜的中心。

38.根据权利要求36所述的定日镜，其中，所述第二光伏电池被安装成使得所述第二光伏电池的光敏表面面向顶点。

39.根据权利要求35至38中任一项所述的定日镜，其中，所述转向控制传感器与所述转向控制系统无线连通。

40.根据权利要求39所述的定日镜，其中，所述无线连通经由红外链路进行。

41.根据权利要求39所述的定日镜，其中，所述无线连通经由无线电链路进行。

42.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械镜转向机构和所述转向控制系统都机械地安装在所述可转向镜的后部上。

43.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械镜转向机构仅在基本上一个位置处附接到所述机械外壳。

44.根据权利要求43所述的定日镜，其中，在所述机械外壳上的机械附接的所述基本上一个位置位于所述机械外壳的不透明部分上。

45.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械镜转向机构和所述转向控制系统通过所述机械外壳的不透明部分和/或通过所述可转向镜而基本上对外部观察者的视线隐藏。

46.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述转向控制机构能从所述机械外壳外部远程控制，而不具有有线链路。

47.根据权利要求46所述的定日镜，其中，无线的所述远程控制经由无线电链路进行。

48.根据权利要求46所述的定日镜，其中，无线的所述远程控制经由红外链路进行。

49.根据权利要求46所述的定日镜，其中，无线的所述远程控制经由声链路进行。

50.根据权利要求49所述的定日镜，其中，无线的所述声链路为超声的。

51.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳与外部环境基本上密封。

52.根据权利要求51所述的定日镜，其中，该密封为气密的。

53.根据权利要求51或52所述的定日镜，其中，在所述机械外壳内设置有干燥剂装置。

54.根据权利要求53所述的定日镜，其中，所述干燥剂装置为硅胶。

55.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳由防碎的材料制成。

56.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳基本上由塑料材料制成。

57.根据权利要求56所述的定日镜，其中，所述塑料材料包括甲基丙烯酸酯聚合物。

58.根据权利要求56或57所述的定日镜，其中，所述塑料材料包括聚碳酸酯。

59.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的最大尺寸不小于20cm且不大于100cm。

60.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳为基本上刚性的。

61.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳内部的任何或所有部件的机械强度被选择为小于在没有所述机械外壳的情况下承受正常户外风荷载所需的机械强度。

62.根据权利要求61所述的定日镜，其中，所述可转向镜的厚度被选择为基本上小于所述可转向镜直接暴露于正常户外风荷载以避免大量弯曲所需的所述可转向镜的最小厚度。

63.根据权利要求61所述的定日镜，其中，所述机械镜转向机构被选择为具有基本上比所述可转向镜直接暴露于正常户外风荷载否则将需要的保持扭矩更小的保持扭矩。

64.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的外部形状使得在暴露于来自任何水平方向的风时在所述机械外壳上提供低风荷载扭矩。

65.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的外部形状为一个轴线在竖直方向上的椭圆体。

66.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的外部形状为椭球体或球体。

67.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料足够薄以防止指向的显著折射误差。

68.根据权利要求67所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料的厚度不大于10mm。

69.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料在至少10um是光学平滑的。

70.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述可转向镜为平面镜。

71.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述可转向镜为凹面镜。

72.根据权利要求20所述的定日镜，其中，所述可转向镜为凸面镜。

73.根据权利要求59所述的定日镜，其中，所述机械外壳的最大尺寸不大于60cm。

74.根据权利要求68所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料的厚度不大于5mm。

75.根据权利要求74所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料的厚度不大于2mm。

76.根据权利要求69所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料在5um是光学平滑的。

77.根据权利要求69所述的定日镜，其中，所述机械外壳的透明部分的材料在优于1um是光学平滑的。