FR2510271A1 - LIGHT RADIATION CONCENTRATOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne l'optique, et plus précisément, les concentrateurs de rayonnement lumineux et leurs procédés de fabrication. The invention relates to optics, and more specifically, light radiation concentrators and their manufacturing methods.
Le concentrateur de rayonnement lumineux selon l'in- vention peut être appliqué avec succes à l'héliotechnique pour concentrer le rayonnement solaire frappant la surface de travail d'un photoconvertisseur. The light radiation concentrator according to the invention can be successfully applied to heliotechnics to concentrate the solar radiation striking the working surface of a photoconverter.
On connut un concentrateur de rayonnement lumineux -réalisé sur la base d'une lentille de Fresnel (voir le brevet
US 4011857. La lentille de Fresnel est réalisée par emboutissage en utilisant une matrice de profil compliqué obtenue par usinage mécanique.We knew a concentrator of light radiation - made on the basis of a Fresnel lens (see patent
US 4011857. The Fresnel lens is produced by stamping using a complicated profile matrix obtained by mechanical machining.
La réalisation de telles matrices soulève de grosses difficultés technologiques, et les lentilles de Fresnel ont de fortes pertes d'énergie à cause du masquage réciproque des stries d' interférence. The realization of such matrices raises great technological difficulties, and Fresnel lenses have high energy losses due to the reciprocal masking of the interference streaks.
On connaît un concentrateur de rayonnement lumineux fermé par une lentille convergente représentant un hologramme dont le réseau de diffraction possède des propriétés focalisantes (voir par exemple R.J.Collier, C.B.Burckhardt, L.H. There is known a concentrator of light radiation closed by a converging lens representing a hologram whose diffraction grating has focusing properties (see for example R.J. Collier, C.B. Burckhardt, L.H.
Lin, Optical Holography, Academii Press, New York, 1971, ch.2, paragraphe 4.2). Lin, Optical Holography, Academii Press, New York, 1971, ch. 2, paragraph 4.2).
Une telle lentille est construite sous la forme d'une lame transparente avec une couche photosensible dans laquelle est formé l'hologramme d'une source de lumière ponctuelle. Such a lens is constructed in the form of a transparent plate with a photosensitive layer in which the hologram of a point light source is formed.
L'hologramme est obtenu par enregistrement de l'image d'interférence produite lors de l'interaction de deux rayonnements laser, dont l'un est le rayonnement de référence plan-parallèle et dont l'autre est le rayonnement de l'objet divergeant du point d'émission laser.The hologram is obtained by recording the interference image produced during the interaction of two laser rays, one of which is the reference plane-parallel radiation and the other of which is the radiation of the diverging object. from the laser emission point.
Une telle lentille possède des dimensions qui sont limitées par les caractéristiques opto-mécaniques de l'installation holographique. Lorsqu'on utilise cet hologramme comme concentrateur d'un rayonnement lumineux, la puissance du rayonnement concentré au foyer est faible. D'autre part, la forme géométrique du foyer et la répartition de l'énergie dans le plan focal sont déterminées surtout par la source ponctuelle de lumière au cours de la formation de l'hologramme et ne peuvent être prédéterminées. Ceci réduit l'efficacité du concentrateur quand on utilise-des récepteurs de forme non circulaire et/ou exigeant une répartition déterminée de l'énergie d'un rayonnement concentré, par exemple, des photoconvertisseurs rectangulaires. Such a lens has dimensions which are limited by the opto-mechanical characteristics of the holographic installation. When this hologram is used as a concentrator of light radiation, the power of the concentrated radiation at the focus is low. On the other hand, the geometric shape of the focal point and the distribution of the energy in the focal plane are determined mainly by the point source of light during the formation of the hologram and cannot be predetermined. This reduces the efficiency of the concentrator when using receivers of a non-circular shape and / or requiring a determined distribution of the energy of concentrated radiation, for example, rectangular photoconverters.
On connaît également un concentrateur à facettes d'un rayonnement lumineux (solaire), comportant une carcasse rigide, dans les cellules de laquelle sont fixées des facettes concentrant le rayonnement. Ces facettes sont des lentilles biconvexes convergentes à foyer commun (voir le recueil "Fours solaires à haute température'1, bloscou, éd. T.L. 1960, p.210216). There is also known a faceted concentrator of light radiation (solar), comprising a rigid carcass, in the cells of which are fixed facets concentrating the radiation. These facets are convergent biconvex lenses with a common focus (see the collection "High temperature solar ovens'1, Bloscou, ed. T.L. 1960, p.210216).
Le concentrateur connu assure une puissance élevée concentrée au foyer du rayonnement. The known concentrator ensures a high power concentrated at the focus of the radiation.
Cependant, ce concentrateur de lumière solaire est encombrant et le système auxiliaire de miroirs et de lentilles convergentes supplémentaires, nécessaires pour créer un foyer commun, provoque des pertes d'énergie et rend difficile la mise au point de ce concentrateur à facettes. However, this sunlight concentrator is bulky and the auxiliary system of mirrors and additional converging lenses, necessary to create a common focus, causes energy losses and makes it difficult to develop this faceted concentrator.
L'invention vise å fournir un concentrateur de rayonnement lumineux dont la simplicité et la haute fiabilité sont en mesure d'assurer une puissance élevée (suffisante pour lthé- liotechnique) concentrée au foyer du rayonnement. The invention aims to provide a concentrator of light radiation whose simplicity and high reliability are capable of ensuring a high power (sufficient for engineering) concentrated in the focus of the radiation.
L'invention vise également un procédé de fabrication d'un tel concentrateur ne soulevant pas de grosses difficultés technologiques. The invention also relates to a method of manufacturing such a concentrator which does not raise major technological difficulties.
L'invention a donc pour objet un concentrateur de rayonnement lumineux, comportant une carcasse dans laquelle sont fixées au moins deux facettes concentrant le rayonnement sur un foyer commun, ledit concentrateur étant caractérisé en ce que les facettes de concentration sont des hologrammes dont les réseaux de diffraction possèdent une structure permet tant d'obtenir un foyer commun. The subject of the invention is therefore a concentrator of light radiation, comprising a carcass in which are fixed at least two facets concentrating the radiation on a common focus, said concentrator being characterized in that the concentrating facets are holograms whose networks of diffraction have a structure that allows both to obtain a common focus.
Les paramètres des réseaux de diffractions des hologrammes peuvent être choisis de manière à assurer la forme géométrique voulue du foyer commun. The parameters of the hologram diffraction gratings can be chosen so as to ensure the desired geometric shape of the common focus.
Les paramètres des réseaux de diffraction peuvent également etre choisis de manière à assurer une répartition voulue de l'énergie dans le plan focal. The parameters of the diffraction gratings can also be chosen so as to ensure a desired distribution of the energy in the focal plane.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un concentrateur de rayonnement lumineux par enregistrement sur un élément photosensible de l'image d'interférence produite par un rayonnement plan-parallèle de référence et un rayonnement de 11 objet divergeant du foyer, caractérisé en ce que on utilise autant d'éléments photosensibles qu'il y a de facettes de concentration, on fixe ces éléments dans la carcasse du concentrateur et on enregistre l'image d'interférence successivement sur chaque élément photosensible en déplaçant le faisceau de référence parallèlement 9 lui-même et en dirigeant le faisceau de l'objet vers l'élément photosensible correspondant. The subject of the invention is also a method of manufacturing a light radiation concentrator by recording on a photosensitive element the interference image produced by a reference plane-parallel radiation and an object radiation diverging from the focus, characterized in that as many photosensitive elements are used as there are facets of concentration, these elements are fixed in the frame of the concentrator and the interference image is recorded successively on each photosensitive element by moving the reference beam parallel 9 itself and directing the beam of the object towards the corresponding photosensitive element.
Il est avantageux d'orienter les faisceaux d'objet en les faisant pivoter autour du foyer. It is advantageous to orient the object beams by rotating them around the focal point.
On peut également orienter les faisceaux d'objet en les faisant passer à travers un écran diffuseur situé dans le plan focal du concentrateur. Object beams can also be oriented by passing them through a diffusing screen located in the focal plane of the concentrator.
Lorsqu'on doit obtenir un foyer d'une forme géométrique prédéterminée, il faut, après avoir fait passer le faisceau d'objet à travers l'écran diffuseur le faire passer également- à travers un diaphragme présentant une ouverture dont la forme correspond à la forme géométrique du foyer. When it is necessary to obtain a focal point of a predetermined geometric shape, it is necessary, after having passed the beam of object through the diffusing screen, to pass it also- through a diaphragm having an opening whose shape corresponds to the geometric shape of the hearth.
Si on veut obtenir dans le plan focal une répartition prédéterminée de la densité du rayonnement, les faisceaux provenant de l'objet, après leur passage à travers le diaphragme peuvent être envoyés à travers un filtre de lumière dont la répartition du facteur de transmission lumineuse correspond à la répartition voulue de l'énergie dans le plan focal du concentra teur. If one wants to obtain a predetermined distribution in the density of the radiation in the focal plane, the beams coming from the object, after their passage through the diaphragm can be sent through a light filter whose distribution of the light transmission factor corresponds to the desired distribution of energy in the focal plane of the concentrator.
Le concentrateur de rayonnement lumineux réalisé selon l'invention permet de capter le rayonnement lumineux sur une grande surface (la surface totale de toutes les facettes) et d'obtenir des valeurs de puissance élevées, une répartition voulue de la puissance dans le plan focal et l'obtention d'une forme géométrique voulue du foyer. La construction du concentrateur est simple et celui-ci comporte une quantité minimale d'éléments et est fiable. The light radiation concentrator produced according to the invention makes it possible to capture the light radiation over a large surface (the total surface of all the facets) and to obtain high power values, a desired distribution of the power in the focal plane and obtaining a desired geometric shape of the hearth. The construction of the concentrator is simple and it has a minimum quantity of elements and is reliable.
Le procédé de fabrication du concentrateur selon l'invention diffère des procédés connus de destination analogue par l'absence d'un calcul préalable des paramètres des éléments concentrateurs. I1 assure d'une façon suffisamment simple les propriétés optogéométriquesrequises du concentrateur grâce A la création d'une structure appropriée du réseau de diffraction de la facette de concentration consistant en la superposition simple des ondes lumineuses sur l'élément photosensible avec son traitement photochimique ultérieur. The method of manufacturing the concentrator according to the invention differs from known methods of similar destination by the absence of a prior calculation of the parameters of the concentrator elements. It ensures in a sufficiently simple manner the optogeometric properties required of the concentrator thanks to the creation of an appropriate structure of the diffraction grating of the concentration facet consisting of the simple superposition of the light waves on the photosensitive element with its subsequent photochemical processing.
On évite dans ce cas le processus onéreux de prépara- tion mécanique séparée du gabarit de précision pour chaque facette de concentration. D'autre part, les facettes de concentration une fois réalisées sous la forme d'hologrammes peuvent être reproduites en utilisant des moyens connus de copiage
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins donnés en annexe sur lesquels
- la Fig. 1 représente un concentrateur de rayonnement lumineux selon l'invention avec l'appareillage pour sa fabrication permettant d'obtenir un hologramme du type transparent
- la Fig. 2 montre un concentrateur de rayonnement lumineux avec un appareillage pour sa fabrication permettant d'obtenir des hologrammes du type réflecteur la forme géométrique du foyer et la répartition de l'énergie dans le plan focal du concentrateur étant conformes â des conditions pré- déterminées.This avoids the expensive process of mechanical preparation separate from the precision gauge for each facet of concentration. On the other hand, the facets of concentration once produced in the form of holograms can be reproduced using known means of copying
Other characteristics of the invention will emerge more particularly from the following description given by way of example and made with reference to the drawings given in the appendix in which
- Fig. 1 represents a light radiation concentrator according to the invention with the apparatus for its manufacture making it possible to obtain a hologram of the transparent type
- Fig. 2 shows a light radiation concentrator with an apparatus for its manufacture making it possible to obtain holograms of the reflector type, the geometric shape of the focal point and the distribution of the energy in the focal plane of the concentrator being in accordance with predetermined conditions.
Le concentrateur comporte une carcasse rigide 1 sur laquelle sont fixées des facettes concentrant le rayonnement et qui se présentent sous la forme de plaques 2. A la surface de chacune de ces plaques se trouve un élément photosensible 3 sur lequel est enregistré l'hologramme produit par un faisceau de rayonnement plan-parallèle de référence et un faisceau de rayonnement d'objet divergeant â partir du foyer F commun à toutes les facettes. The concentrator comprises a rigid carcass 1 on which are fixed facets concentrating the radiation and which are in the form of plates 2. On the surface of each of these plates is a photosensitive element 3 on which the hologram produced by a reference plane-parallel radiation beam and an object radiation beam diverging from the focal point F common to all the facets.
La structure des réseaux de diffraction de tous les hologrammes est telle que toutes les facettes du concentrateur ont un foyer commun au point F. C'est-à-dire que le réseau de diffraction de chacun de ces hologrammes possède des propriétés focalisantes. Par ailleurs, lorsque l'hologramme est éclairé par un faisceau de lumière identique au faisceau de référence, la disposition du foyer F, sa forme et la répartition de l'énergie dans ce foyer sont les mêmes qu'au cours de lten- registrement de l'image d'interférence sur l'élément photosensible 3, c'est-à-dire, au cours de la préparation d'une facette de concentration.Selon l'une des variantes concentra-- teur, les hologrammes peuvent être du type transparent, semblables aux lentilles convergentes, si au cours de la fabrication les faisceaux de référence et objet éclairent les éléments photosensibles 3 du même côté. Selon une autre variante, les hologrammes sont du type réflecteur, semblables dun miroir concave, si au cours de la fabrication les faisceaux de référence et d'objet éclairent les éléments photosensibles 3 de côtés différents. The structure of the diffraction gratings of all the holograms is such that all the facets of the concentrator have a common focus at the point F. That is to say that the diffraction grating of each of these holograms has focusing properties. Furthermore, when the hologram is illuminated by a beam of light identical to the reference beam, the arrangement of the focal point F, its shape and the distribution of the energy in this focal point are the same as in the recording of the interference image on the photosensitive element 3, that is to say, during the preparation of a concentration facet. According to one of the concentrator variants, the holograms can be of the type transparent, similar to converging lenses, if during production the reference and object beams illuminate the photosensitive elements 3 on the same side. According to another variant, the holograms are of the reflector type, similar to a concave mirror, if during production the reference and object beams illuminate the photosensitive elements 3 from different sides.
Si l'épaisseur du milieu enregistreur des éléments photosensibles 3 est faible, comparée à la distance entre les surfaces des maxima de l'image d'interférence, les hologrammes agissent comme des réseaux de diffraction bîdimensionnels. Un réseau de diffraction bidimensionnel concentre tout le spectre de la lumière blanche, cependant la lumière de longueur d'onde différente-est dispersée de différentes façons sur ce réseau et forme un domaine focal constitué de foyers de différentes couleurs disposés consécutivement.Si l'épaisseur du milieu d'enregistrement des objectifs photosensibles 3 est choisie supérieure à la distance entre les surfaces des maxima de l'image d'interférence, il se forme un réseau tridimensionnel de diffraction, qui focalise un domaine spectral proche de la longueur d'onde du rayonnement laser au cours de la fabrication de chaque facette de concentration. If the thickness of the recording medium of the photosensitive elements 3 is small, compared to the distance between the surfaces of the maxima of the interference image, the holograms act as two-dimensional diffraction gratings. A two-dimensional diffraction grating concentrates the whole spectrum of white light, however light of different wavelengths is dispersed in different ways over this grating and forms a focal domain made up of focal points of different colors arranged consecutively. of the recording medium of the photosensitive objectives 3 is chosen to be greater than the distance between the surfaces of the maxima of the interference image, a three-dimensional diffraction grating is formed, which focuses a spectral range close to the wavelength of the laser radiation during the manufacturing of each facet of concentration.
Dans toutes les variantes de réalisation du concentrateur, les paramètres des réseaux de diffraction des facettes de concentration peuvent etre choisis de manière à assurer le positionnement voulu du foyer, sa forme géométrique et la répartition de l'énergie dans celui-ci. La-structure voulue est dans ce cas formée sans difficulté et automatiquement par 1' in- interférence des faisceaux appropriés-de référence et d'ôbjet. In all the variants of the concentrator, the parameters of the diffraction gratings of the concentration facets can be chosen so as to ensure the desired positioning of the focal point, its geometric shape and the distribution of the energy therein. The desired structure is in this case formed without difficulty and automatically by the interference of the appropriate reference and object beams.
Ainsi, il devient inutile de calculer préalablement les paramètres et les propriétés focalisantes d'une facette de concentration qui soulève de grosses difficultes. Thus, it becomes useless to calculate beforehand the parameters and the focusing properties of a facet of concentration which raises great difficulties.
L'appareillage pour l'enregistrement des hologrammes sur les éléments photosensibles 3 du concentrateur comporte une source de rayonnement monochromatique cohérent ou laser 4, un miroir pivotant 5 placé sur le trajet du faisceau du laser, un diviseur de lumière 6 prévu pour diviserSle faisceau du laser en l'envoyant dans deux directions, des lentilles 7 et 8, disposées l'une derrière l'autre sur le trajet du rayonnement dans l'une de ces directions, pour-former un faisceau plan-parallèle en élargissant ce faisceau dans cette direction, et aussi un miroir 9 qui dévie le faisceau élargi par les lentilles vers un miroir semi-transparent 10, qui, à son tour dirige le faisceau plan -parallèle du rayonnement cohérent vers l'élé- ment photosensible' 3.Sur lue trajet du faisceau, dans la seconde direction, se trouve un miroir de déviation lI et un micro-objectif 12 formant le faisceau convergeant de l'objet. The apparatus for recording holograms on the photosensitive elements 3 of the concentrator comprises a source of coherent monochromatic or laser radiation 4, a pivoting mirror 5 placed in the path of the laser beam, a light divider 6 provided for dividing the beam of the laser by sending it in two directions, lenses 7 and 8, arranged one behind the other on the path of the radiation in one of these directions, to form a plane-parallel beam by widening this beam in this direction, and also a mirror 9 which deflects the beam widened by the lenses towards a semi-transparent mirror 10, which in turn directs the plane beam - parallel to the coherent radiation towards the photosensitive element '3. On the path of the beam, in the second direction, is a deflection mirror 11 and a micro-objective 12 forming the converging beam of the object.
L'appareillage représentesur la Fig.-2 diffère de celui représenté sur la Fig. 1, en ce que le système de miroir 9, 10' est disposé en aval du concentrateur, du côté des plaques 2. Ainsi les deux parties divisées par le diviseur de lumière 5 du rayonnement laser éclairent les objectifs photosensibles 3 de cotés opposés. D'autre part, cette variante de l'appareillage comporte en plus un écran diffuseur 13 et un filtre de lumière 14 adhérant l'un à l'autre par leurs surfaces de travail et disposés en aval du micro-obJectif 12 sur le trajet du rayonnement laser 4, de façon que la surface de contact entre l'écran diffuseur 13 et le filtre de lumière 14 colncide avec le plan focal voulu du concentrateur. The apparatus shown in Fig. -2 differs from that shown in Fig. 1, in that the mirror system 9, 10 ′ is arranged downstream of the concentrator, on the side of the plates 2. Thus the two parts divided by the light divider 5 of the laser radiation illuminate the photosensitive objectives 3 on opposite sides. On the other hand, this variant of the apparatus further comprises a diffuser screen 13 and a light filter 14 adhering to each other by their work surfaces and arranged downstream of the micro-objective 12 on the path of the laser radiation 4, so that the contact surface between the diffusing screen 13 and the light filter 14 coincides with the desired focal plane of the concentrator.
La répartition du facteur de transmission lumineuse du filtre de lumière 14 correspond à la répartition voulue de l'énergie dans le plan focal du concentrateur. Par sa construction, le filtre de lumière 14 peut colncider avec le diaphragme dont l'ouverture correspond à la forme géométrique voulue du foyer du concentrateur. Le diaphragme peut être également réalisé sous forme d'un élément à part, installé en aval du filtre de lumière 14 sur le trajet du rayonnement (non repté- senté). The distribution of the light transmission factor of the light filter 14 corresponds to the desired distribution of energy in the focal plane of the concentrator. By its construction, the light filter 14 can coincide with the diaphragm whose opening corresponds to the desired geometric shape of the focus of the concentrator. The diaphragm can also be produced in the form of a separate element, installed downstream of the light filter 14 on the path of the radiation (not shown).
Le procédé de fabrication du concentrateur est le suivant
La partie du rayonnement laser 4 déviée par le divi- seur de lumière 6 (Fig.l) est dirigée, au moyen des lentilles 9 et 10, sur la surface de l'un des éléments photosensibles 3.The manufacturing process of the concentrator is as follows
The part of the laser radiation 4 deflected by the light divider 6 (FIG. 1) is directed, by means of the lenses 9 and 10, onto the surface of one of the photosensitive elements 3.
Ce faisceau plan-parallèle du rayonnement laser représente le faisceau de référence. Simultanément, la seconde partie du rayonnement laser ayant traversé le diviseur de lumière 6 est envoyée, au moyen du miroir 11, du micro-objectif 12 et du.mi- roir semi-transparent 10, vers le même élément photosensible 3. Ce faisceau du rayonnement laser constitue le ,faisceau d'objet et représente un cône dont le sommet est- situé au point F.This plane-parallel beam of laser radiation represents the reference beam. Simultaneously, the second part of the laser radiation having passed through the light divider 6 is sent, by means of the mirror 11, of the micro-objective 12 and of the semi-transparent mirror 10, to the same photosensitive element 3. This beam of the laser radiation constitutes the object beam and represents a cone whose apex is located at point F.
Le faisceau plan-parallèle de référence et le faisceau d'objet divergeant du point F du foyer commun du conQentrateur interférent et agissent sur l'élément photo sensible en créant dans ce dernier un hologramme c'est-à-dire une structure semblable à un réseau de diffraction. Après un traitement photochimique approprié. il reste sur la plaque 2, un hologramme d'une source de lumière ponctuelle, possédant des propriétés focalisantes.The reference plane-parallel beam and the object beam diverging from the point F of the common focus of the interfering concentrator and act on the sensitive photo element by creating in the latter a hologram that is to say a structure similar to a diffraction grating. After appropriate photochemical treatment. there remains on plate 2, a hologram of a point light source, having focusing properties.
Puis le faisceau plansparallèle de référence est déplacé paral- lèlement à lui-même au moyen du miroir semi-transparent 10 et dirigé vers l'élément photosensible 3 suivant. Simultanément, en faisant pivoter le- micro-obfectif 12 autour du foyer commun
F, on dirige le faisceau d'objet divergent vers le mAme élément photosensiblé 3, à travers le miroir semi-transparent 10. La séquence des opérations est répétéeur tous les éléments photosensibles 3 du concentrateur, dont le nombre correspond au nombre de facettes de concentration.La Fig. 1 montre un exemple de préparation des facéttes d'un concentrateur avec des hologrammes du type transparent, les faisceaux de référence et d'objet étant alors dirigés du même côté vers les éléments phd- tosensibles 3.Then the reference parallel planar beam is moved parallel to itself by means of the semi-transparent mirror 10 and directed towards the next photosensitive element 3. Simultaneously, by rotating the micro-lens 12 around the common focus
F, we direct the divergent object beam towards the same photosensitive element 3, through the semi-transparent mirror 10. The sequence of operations repeats all the photosensitive elements 3 of the concentrator, the number of which corresponds to the number of facets of concentration Fig. 1 shows an example of preparation of the facets of a concentrator with holograms of the transparent type, the reference and object beams then being directed on the same side towards the photosensitive elements 3.
A l'aide de lSappareillage représenté sur la Fig.2, on enregistre des hologrammes du type réflecteur. Le concentrateur dont les facettes sont des hologrammes du type réflecteur, focalise un rayonnement lumineux incident dans la direction opposée à celle de la lumière incidente. Using the apparatus shown in Fig. 2, holograms of the reflector type are recorded. The concentrator whose facets are holograms of the reflector type, focuses incident light radiation in the opposite direction to that of the incident light.
Lors de la fabrication d'un concentrateur, le faisceau plan-parallèle de référence est dirigé sur les facettes du caté de la plaque 2, tandis que les faisceaux d' objet divergeant à partir du foyer sont dirigés comme au préalable sur les facettes correspondantes du coté des- éléments photosensibles 3. During the manufacture of a concentrator, the reference plane-parallel beam is directed on the facets of the caté of the plate 2, while the beams of object diverging from the focus are directed as before on the corresponding facets of the side of the photosensitive elements 3.
Ainsi, quand on éclaire. un tel concentrateur avec ut faisceau plan-parallèle de lumière identique au faisceau de référence du coté des éléments photosensibles 3, le rayonnement lumineux est réfléchi et concentré sur le plan focal.So when we light up. such a concentrator with a plane-parallel beam of light identical to the reference beam on the side of the photosensitive elements 3, the light radiation is reflected and concentrated on the focal plane.
Dans ce cas, le procédé de préparation du concentrateur est comme - suit. On forme - avec la partie du rayonnement laser 4 déviée par le diviseur de lumière 6, au moyen des lentilles 7 et 8 le faisceau de référence, et au moyen des mi roirs 9 et lo' on le dirige vers l'élément photo-sensible 3 du caté de la plaque 2.Simultanément, la seconde partie du rayonnement laser 4,- qui a traversé le diviseur de lumière 6, est réfléchie par le miroir 11 et arrive à travers le microobjectif 12 sur l'écran diffuseur 13. écran diffuseur 13 diffuse ce faisceau de lumière dans un angle spatialétendu et dirige ainsi les faisceaux d'objet simultanément vers toutes les facettes, y compris également vers l'élément. 3, vers lequel est dirigé le faisceau de référence provenant du miroir 10'. In this case, the process for preparing the concentrator is as follows. We form - with the part of the laser radiation 4 deflected by the light divider 6, by means of lenses 7 and 8 the reference beam, and by means of mirrors 9 and lo 'we direct it towards the photo-sensitive element 3 of the surface of the plate 2. Simultaneously, the second part of the laser radiation 4, - which has passed through the light divider 6, is reflected by the mirror 11 and arrives through the micro-objective 12 on the diffusing screen 13. diffusing screen 13 diffuses this beam of light in an extended spatial angle and thus directs the object beams simultaneously towards all the facets, including also towards the element. 3, to which the reference beam from the mirror 10 'is directed.
Le diaphragme avec une ouverture de forme prédéterminée installé entre l'écran diffuseur 13 et les éléments photosensibles 3 ou le diaphragme et le filtre de lumière 14 avec une répartition du facteur de transmission lumineuse prédéterminée représente la source des faisceaux d'objet du rayonnement, ctest-à-dire l'objet holographié. L'image du diaphragme ou du diaphragme avec le filtre de lumière 14 est successivement porté sur les facettes du concentrateur par enregistrement sur les éléments photosensibles 3 de l'image d'interférence produite par les faisceaux de rayonnement plan-parallèle de référence et d'objet divergeant du foyer. Le faisceau plan-parallèle de référence est déplacé de la même façon que dans le premier cas, parallèlement à lui-même, le faisceau de rayonnement d'objet est dirigé à partir du foyer commun F du concentrateur. The diaphragm with an opening of predetermined shape installed between the diffusing screen 13 and the photosensitive elements 3 or the diaphragm and the light filter 14 with a distribution of the predetermined light transmission factor represents the source of the beams of object of the radiation, ctest ie the holographic object. The image of the diaphragm or of the diaphragm with the light filter 14 is successively carried on the facets of the concentrator by recording on the photosensitive elements 3 of the interference image produced by the beams of reference plane-parallel radiation and object diverging from the home. The reference plane-parallel beam is moved in the same way as in the first case, parallel to itself, the object radiation beam is directed from the common focus F of the concentrator.
Pour réaliser toutes les variantes du procédé, les facettes sont fixées sur la carcasse 1 du concentrateur, le micro-objectif 12, l'écran diffuseur 13, le diaphragme et le filtre de lumière 14 sont montés fixes. L'utilisation d'un micro-objectif 12 est donné à titre d'exemple et n'est pas obli gatoire L'éclairage de l'écran diffuseur qui forme les faisceaux d'objet peut être réalisé, par exemple., avec une partie élargie du faisceau de référence. To carry out all the variants of the process, the facets are fixed to the frame 1 of the concentrator, the micro-objective 12, the diffusing screen 13, the diaphragm and the light filter 14 are mounted fixed. The use of a micro-objective 12 is given by way of example and is not compulsory. The lighting of the diffusing screen which forms the object beams can be achieved, for example, with a part enlarged reference beam.
Après l'enregistrement de l'image dvinterférence sur l'élément photosensible 3 la facette correspondante est extrai- te de la carcasse 1 du concentrateur et, au besoin, soumise à un traitement photochimique, puis on la replace sur la carcasse I exactement dans la mme position qu''au cours de l'en- registrement de l'image d'interférence. On répète de la même façon cette opération pour toutes les facettes.Cependant, on peut également protéger avec un écran non transparent la facette exposée portant l'image d'interférence enregistrée et créer le réseau de diffraction sur la facette suivante, puis réaliser le traitement photochimique simultanément pour toutes les facettes, sans les déposer de la carcasse 1 du concentrateur. After recording the interference image on the photosensitive element 3, the corresponding facet is extracted from the carcass 1 of the concentrator and, if necessary, subjected to a photochemical treatment, then it is replaced on the carcass I exactly in the same position as during the recording of the interference image. We repeat this operation in the same way for all facets. However, we can also protect with a non-transparent screen the exposed facet carrying the recorded interference image and create the diffraction grating on the next facet, then carry out the treatment. photochemical simultaneously for all facets, without removing them from the frame 1 of the concentrator.
L'image d'interférence enregistrée sur chaque élément photosensible 3 est similaire à une lentille convergente et représente l'hologramme du diaphragme ou du filtre de lumière, dont les paramètres du réseau de diffraction contient l'information concernant la position du diaphragme ou du filtre de lumière 14 par rapport à la surface de la facette, la forme géométrique de l'ouverture du diaphragme et la répartition du facteur de transmission lumineuse du filtre de lumière 14. The interference image recorded on each photosensitive element 3 is similar to a converging lens and represents the hologram of the diaphragm or of the light filter, the parameters of the diffraction grating of which contains the information concerning the position of the diaphragm or of the filter. of light 14 with respect to the surface of the facet, the geometric shape of the aperture of the diaphragm and the distribution of the light transmission factor of the light filter 14.
Lorsque le concentrateur est éclairé par un faisceau plan-parallèle (par-exemple la lumière solaire), le réseau de diffraction de chaque facette assure la déviation des rayons vers le foyer commun, de forme semblable à la forme géométrique du diaphragme, et une répartition de l'énergie du rayonnement concentré au foyer correspondant à la répartition du facteur de transmission du filtre de lumière 14. Le foyer F est situé par rapport å Ia carcasse 1 du concentrateur à l'endroit même où se trouvait le diaphragme, ou le diaphragme et le filtre de lumière 14, pendant la création des réseaux de diffraction des facettes. Ceci permet d'exécuter les facettes, et, par conséquent, également le concentrateur, avec n'importe quels paramètres prédéterminés : emplacement du foyer par rapport à la surface de concentrateur ou forme géométrique du foyer et répartition de l'intensité du rayonnement concentré dans ce lui-ci, la surface de travail du concentrateur peut alors a voir une forme quelconque et être du type transparent, si le rayonnement est focalisé en aval de la surface de travail du concentrateur, ou du type réflecteur, si les faisceaux concentrés sont réfléchis par les facettes et focalisés en amont de la surface de travail du concentrateur.When the concentrator is illuminated by a parallel plane beam (for example sunlight), the diffraction grating of each facet ensures the deflection of the rays towards the common focus, of a shape similar to the geometric shape of the diaphragm, and a distribution of the energy of the radiation concentrated at the focal point corresponding to the distribution of the transmittance factor of the light filter 14. The focal point F is situated relative to the carcass 1 of the concentrator at the very place where the diaphragm, or the diaphragm was located and the light filter 14, during the creation of the facet diffraction gratings. This makes it possible to execute the facets, and therefore also the concentrator, with any predetermined parameters: location of the focal point relative to the surface of the concentrator or geometric shape of the focal point and distribution of the intensity of the concentrated radiation in this one, the working surface of the concentrator can then see any shape and be of the transparent type, if the radiation is focused downstream of the working surface of the concentrator, or of the reflective type, if the concentrated beams are reflected by the facets and focused upstream of the working surface of the concentrator.
Le concentrateur à facettes, selon l'invention, permet d'utiliser d'une façon particulièrement avantageuse l'énergie concentrée avec des récepteurs de diverses formes géométriques, exigeant une répartition déterminée de ltintensite d'éclairage à leur surface et améliore l'efficacité de la transformation de l'énergie lumineuse. Par exemple, si on utilise comme récepteur un convertisseur de forme rectangulaire et de dimension donnée, fonctionnant d'une façon optimale avec un éclai- rage uniforme de sa surface, le filtre de lumière peut être réalisé sous forme d'un rectangle transparent, les dimensions du filtre de lumière et du diaphragme étant prises égales aux dimensions du photoconvertisseur. Après sa fabrication le concentrateur possède sur son plan focal une tache rectangulaire éclairée uniformément, dont la forme coïncide avec celle du photoconvertisseur. Ainsi on obtient une combinaison optimale du concentrateur et du récepteur de rayonnement concentré. Les propriétés sélectives des hologrammes par rapport à la longueur d'onde de la lumière incidente rendent encore plus vastes les possibilités du concentrateur avec des hologrammes utilisés comme facettes. The faceted concentrator according to the invention makes it possible to use in a particularly advantageous manner the concentrated energy with receivers of various geometric shapes, requiring a determined distribution of the intensity of lighting on their surface and improves the efficiency of the transformation of light energy. For example, if a converter of rectangular shape and given size is used as receiver, functioning optimally with uniform illumination of its surface, the light filter can be produced in the form of a transparent rectangle, the dimensions of the light filter and the diaphragm being taken equal to the dimensions of the photoconverter. After manufacture, the concentrator has a uniformly lit rectangular spot on its focal plane, the shape of which coincides with that of the photoconverter. This provides an optimal combination of the concentrator and the concentrated radiation receiver. The selective properties of holograms with respect to the wavelength of the incident light make the possibilities of the concentrator even wider with holograms used as facets.
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| FR2510271B1 (en) | 1985-03-22 |
| DE3123162C2 (en) | 1987-01-08 |
| DE3123162A1 (en) | 1983-01-05 |
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