JPS622562Y2 - - Google Patents

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JPS622562Y2
JPS622562Y2 JP1983121241U JP12124183U JPS622562Y2 JP S622562 Y2 JPS622562 Y2 JP S622562Y2 JP 1983121241 U JP1983121241 U JP 1983121241U JP 12124183 U JP12124183 U JP 12124183U JP S622562 Y2 JPS622562 Y2 JP S622562Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、太陽エネルギー集中装置に関し、特
に、集中モードで動作可能な対向反射面を備えた
樋状形状有し、それによつて入口面に入射するエ
ネルギーが該入口面より小面積の出口面へと変向
され集中されるような変向伝送装置に関するもの
である。
刊行物“太陽エネルギー（Solar Energy）”第
16巻第２号第89〜95頁、米国特許第3923381号、
第3957031号公報等には、そのようなコクレタ、
即ち伝送装置のための理想的な側壁形状を作る技
術が開示されている。また、その後の刊行物“応
用光学（Applied Optics）”第15巻第２号第291
〜292頁（1976年２月）には、上記理想的な側壁
形状について開示された原理を、異なる屈折率を
有する均一な媒体の境界における放射エネルギー
の伝達、案内面に応用した例が記載されている。
上記従来技術の原理を用いた装置においては、
側壁形状は、該壁に入射する最端放射線が90度も
しくはそれ以下ある予め決められた角度で出口面
に入射するように変向されるという条件により決
められることに特徴がある。しかし、これら全て
の場合においては、全ての最端部を通る放射線は
入口開口、側壁と出口開口の間の通路間で等しく
屈折され、それらの放射線の不等屈折については
全く考慮されていなかつた。
入射エネルギーを集中させるために、従来の装
置は入口面積に対して相対的に高い側壁を有す
る。側壁の高さは装置の価値に大きく影響するの
で、側壁高さを減少するために、従来、装置を短
くし、単に理想的な反射側壁の上方部無しで済ま
せていた。これは、その上方部が装置のエネルギ
ー集中能力にあまり大きな影響を与えないからで
ある。しかしながら、ある種の用途においては、
全エネルギー集中が望まれ、また十分に理想的な
装置が望まれる。更に、反射側壁間のコレクタの
全領域は高価な誘電材料からなるので、全内部反
射の固体誘電媒体は極めて高価なものとなる。
それ故、本考案の目的は、構造簡単にして安価
な材料を用いることのできるような改良された太
陽エネルギーの変向、集中収集装置を提供するこ
とにある。
本考案について要約すると、この太陽エネルギ
ー変向装置は、入射最端放射線を不等屈折させる
屈折性要素と反射性側壁を有する。この装置は入
口面とそれよりも小面積の出口面との間にエネル
ギーを向けるように設計されている。入口面に入
射するエネルギーはまず屈折されてから反射側壁
に入射し、該側壁が入射したエネルギーを出口面
に向けるのである。
以下、図面に基づき本考案について詳述する。
第１図、第２図、第３図、第６図は樋状の太陽エ
ネルギー集中装置の横断面を示しており、装置の
物理的構造は図示されている断面をその面に垂直
な軸方向に延長することによつて形成された如き
構造のものであつて、第４図や第５図に示されて
いるような樋状構造に形成されている。
放射エネルギーの集中収集装置として使われた
とき、装置は、入口面１２に当たるエネルギー源
１０からの放射エネルギーを出口面１４上に集中
するよう機能する。装置が集中装置として使用さ
れるときにはエネルギー吸収体が、また装置が伝
送装置として使用されるときにはエネルギー伝達
体が出口面１４のところに設けられる。エネルギ
ー吸収体が用いられる場合には、その吸収体は、
例えば流体が流通する配管、光電池、あるいはそ
の他の放射エネルギーに応答するエネルギー受容
体であつてよい。エネルギー源１０は端点１６，
１８で定められている。
側壁の形状は、該側壁に入射してくるエネルギ
ーを軸２０とエネルギー源１０との間に位置する
面１４上に反射するような形状である。この面１
４は、その面上の任意の点に接する線が面１４と
交差しないような凸条となつている。注意すべき
ことは、凸面１４はその定義中、軸２０に沿つて
延びる平らな面をも含んでいることである。軸２
０は出口面１４の端点２２，２４を結んだ線であ
る。端点２２，２４は出口面１４の軸２０との交
点である。
第１図において、入口面１２にはレンズ２５が
位置している。レンズは、入射エネルギーをその
平行光線の包絡線がある特定の点、即ち焦点に集
中するか、あるいは焦点から発散するように、収
束させるか、あるいは発散させる装置である。第
１図の実施例では、レンズ２５は収束させるもの
である。即ち、焦点２７を有し、エネルギー源１
０からのエネルギーが相対向せる側壁３０，３２
に達するようにする。典型的なレンズ２５は、例
えばフレネル・レンズであつてよい。
一般に、レンズは完全な光学機器ではなく、収
差を有している。理想的な放射集中装置を設計す
る観点からすると、横断面（即ち子午線面）にお
ける色収差以外のすべての収差は反射側壁を適当
な形状に形成することによつて補正される。それ
故、本質的には収差によつてトータルデザイン性
能は制限されないけれども、反射側壁の実際の形
状が収差を有する実際のレンズの性能に合せて設
計されていることを理解した上で、点焦点と点像
とを調べることによつてレンズ性能、特性を理想
化することができる。
レンズ２５の外表面は入口面１２に一致してい
る。最端放射線についてレンズ２５の働きを考え
ると、レンズ２５はそのような放射線をある点に
収束する。コレクタから有限距離離れたエネルギ
ー源１０に対して、最端放射線はエネルギー源１
０の共役端点から発し、側壁３０，３２に至る。
このように、各最端放射線、例えば３４，３５，
３６，３８，３９，４０が面１４を通る基準軸４
１となす角度は変化する。しかし、エネルギー源
１０からコレクタまでの距離が無限大に近付くに
つれて、これら最端放射線は平行となり、基準軸
４１となす角は等しくなる。一次ソーラ・コレク
タを設計する場合、太陽は一般に無限に離れたエ
ネルギー源であると仮定されるのに対し、二次コ
レクタに対しては、一次コレクタは有限距離にあ
るエネルギー源であるものとして取扱われる。
“最端放射線”なる用語は、コレクタから有限距
離にあるエネルギー源の共役端点からの放射線、
あるいは、コレクタからの無限の距離のエネルギ
ー源から仮定された平行最端放射線（例えば太陽
の二つの位置が共役端点となる）を示すものとし
て使用されている。これらの放射線は側壁の理想
的な形状を決めるのに用いられる。エネルギー源
が無限に離れている場合または有限距離にある場
合のいずれにおいても、側壁形状の各点が決めら
れるような唯一の最端放射線が存在する。
入口面１２上に入射する放射線３４，３５，３
６，３８，３９，４０は、レンズ２５によつてそ
のレンズを通過した後、屈折され、放射線４２，
４３，４４，４５，４６，４７に沿つて収束しよ
うとする。側壁３０，３２は、入口面１２に、従
つてレンズ２５に対してある受容角度内に入る全
エネルギーが、該レンズ２５によつて屈折された
後、面１４に向けられるように形成されている。
コレクタから有限距離にある光源において、各壁
３０，３２に対する受容角度Ａ，Ｂはそれぞれ、
端点１６，１８からレンズ２５によつて屈折され
共役点２２，２４に入射する最端放射線、即ち線
３４，４２，４０，４７によつて決められる。点
２２，２４での入射角度は、π／２以下のある予
め決められた値である。もし、基準軸４１の各々
の側に対してπ／２とされたときには、線４２，
４７は面１４に正接する。コレクタからエネルギ
ー源が無限に離れている場合には、全ての最端放
射線は平行であるものと考えられ、角度Ａ，Ｂは
設計者によつて任意選択される。とにかく、各最
端放射線は、それが無限遠のエネルギー源からの
平行放射線の場合でも有限距離離れたエネルギー
源の端点からの非平行放射線の場合でも、屈折さ
れた後、各側壁３０，３２によつて出口面１４に
向けられる。各側壁３０，３２の理想形状は、そ
れに入射する最端放射線が出口面１４にある所定
の角度Ｃで入射する如く変向させられるというよ
うに決められる。この角度Ｃは90度以下である。
それ故、側壁３２に入射放射線３５を通路４８に
沿つて変向させ、面１４上の点４９に、点４９で
面１４に対して垂直な線（法線）５１と角度Ｃを
なすように入射させる。側壁３０は、入射放射線
３９を通路５３に変向させ、角度Ｃで面１４の点
５５に入射させる。レンズは、従来技術における
ように全ての最端放射線を直進させるかあるいは
等しく曲進させるというよりはむしろ収束あるい
は発散させるので、収束性のレンズを備えたこの
装置は従来の反射側壁のみを有するものに比し、
側壁３０，３２を短くできることが判る。
このように設計すると、側壁の形状は、最端放
射線が規定の角度Ｃで出口面１４に入射するとい
う条件と矛盾しないような最大可能傾斜となる。
この設計法によれば、課せられた種々の条件、例
えば、エネルギー源、入口面、出口面の形状、入
射最大角Ｃ等によるある所与の全長に対して最大
の集中を生じるような最大収束構造を得ることが
できる。
第２図は他の実施例を示している。ここで、屈
折性要素は入口面１２と出口面１４との間および
両反射側壁６２，６４の間に配置された均一媒質
６０である。収束性の屈折を与えるために、面１
２と該面１２に一致する媒質６０の部分は、該媒
質６０に関して凸条に膨出している。この曲面に
よつて、媒質６０は角度Ａ，Ｂで入射してくる放
射線に対して第１図のレンズ２５と同じように働
く。ここでは、側壁６２，６４は全最端放射線を
面１４上に角度Ｃで入射させるように変向させる
如き形状である。このようにして、放射線６６は
媒質６０によつて通路６８に沿うよう屈折され、
そして、側壁６４によつて通路７０に沿うように
変向され、角度Ｃで面１４の点７２に入射する。
放射線７４は、媒質６０によつて通路７６を通る
よう屈折され、そして側壁６２によつて通路７８
に沿うよう変向され、角度Ｃで面１４の点８０に
入射する。
第２図において、面１２は凸面というよりはむ
しろ平面とし、媒質６０を屈折率が変化した不均
一媒質とすることもできる。その場合、放射線６
８，７０，７６，７８は直線ではなく、屈折率の
変化率に従つた曲線となる。好ましくは、側壁寸
法を減少させるために、その変化率は、軸４１に
沿つてより高い屈折率値を有し、該軸４１から離
れるにつれて屈折率値が低下するようにする。と
にかく、側壁形状は、最端放射線の通路を側壁に
向けてトレースし、次いで面１４上に角度Ｃで入
射するように変向させることによつて決定され
る。しかし、側壁によつて反射された後、放射線
は更に屈折する。側壁形状の決定にあたつては、
このことについても考慮しておかねばならない。
すでに述べた最端放射線による設計原理に従つ
た屈折性−反射性側壁が最大集中装置として機能
する理由は、最端放射線の束に対する光路長を導
入することによつて理解されうる。
Ｗ（r1，r2）＝∫ｒ ２ｒ１nk・dl …(1) ここで、ｎは屈折率であつて、通路に沿つて変
化し、ｋは放射線方向である。点r1はエネルギー
源１０の端部（例えば第１図の点１６）にあり、
点r2は出口面１４上（例えば第１図の点４９）に
あるものとする。設計法は、最端放射線が出口面
１４上に入射角Ｃで入射するように反射させるこ
とと予盾しない最大勾配を有する側壁（例えば第
１図の側壁３２）を形成することである。出口面
に沿つた弧長Ｓを導入すると、 ｄｗ／ｄｓ＝nk・ｄｌ／ｄｓ＝ｎ・SinC …(2) ここで、Ｃは出口面上での最端放射線の入射角
である。
それ故 ΔＷ＝∫nSinC ds …(3) であり、これは、出口面上での指定された最大入
射角Ｃに一致した最大集中にに相当する。Ｃは出
口面に交差するＳの関数であることに注意すべき
である。Ｓは全弧長で非対称の正および負の値
（−C′，＋C″）を取りうる。Ｗは光路長である。
(3)式の内容を説明するため、第２図の構成にお
いて、媒質６０の屈折率を一定値ｎ、外部媒質８
１の屈折率を１、出口面１４上での一定入射角を
Ｃとする。また、簡略化のため、エネルギー源お
よびコレクタは基準軸４１に関して対称的に配置
されているものとする。そのとき、 △Ｗ＝ｎ（SinC）Ｓ …(4) しかしながら、 △Ｗ＝（l38−l40） …(5) 但し、ｌはエネルギー源１０の端点から入口面
１２の端点までの距離である。それ故、 Ｓ＝（l38−l40）／（nSinC） となり、これは、選択された補助条件と矛盾しな
い最大集中である。
第１図の実施例の側壁は、例えばアルミニウム
や銀の如き反射性材料によつて作られている。第
２図の実施例の側壁は、均一媒質６０上に被覆さ
れた反射性材料あるいは媒質６０を含んでいる剛
性反射材料であつてよい。更に、第２図におい
て、媒質６０と外部空間８１との間の境界は、全
ての最端放射線が該境界で全内部反射によつて反
射されるものである。第１図において、側壁３０
と３２の間に誘電媒質を設置することができ、側
壁３０，３２を形成する反射材を有し、全内部反
射を呈しうる。
第３図には、本考案の他の実施例が示されてい
る。屈折要素は、入口面１２と出口面１４との間
および反射側壁８４，８６間に配置された異なる
屈折率の均一媒質の複合物である。第３図におい
て、二種の媒質８８，９０が示されているが、無
限個の媒質からなつていてもよい。屈折性媒質８
８に入射するエネルギーは、まず媒質８８と外部
空間９２との境界で曲げられ、次いで、媒質８８
と９０との間の境界９４，９６で曲げられる。境
界９４，９６が円滑に彎曲しているかあるいは出
口面が彎曲しているならば、放射線は、第１図の
レンズ２５を用いた場合と同様、収束あるいは発
散する。側壁８４，８６の形状は、第１図、第２
図で述べたと同様、最後に面１４に入射するエネ
ルギーに関して同じ原理に従つて決定される。放
射線９８は、媒質８８によつて通路９９に沿う如
く曲げられ、媒質９０によつて通路１００に沿う
如く曲げられ、側壁８４によつて通路１０１に沿
う如く反射され、媒質８８によつて通路１０２に
沿う如く曲げられた後、面１４上の点１０４に角
度Ｃで入射する。放射線１０５は、媒質８８によ
つて通路１０６に沿う如く曲げられ、媒質９０に
よつて通路１０７に沿う如く曲げられ、側壁８６
によつて通路１０８に沿う如く反射され、媒質８
８によつて通路１０９に沿う如く曲げられた後、
面１４上の点１１０に角度Ｃで入射する。
この実施例の利点は、次の如きものである。第
１図、第２図で述べたような全内部反射を有する
固体誘電媒質に対しては、側壁８４と８６の間の
全空間は均一な誘電材料でなければならない。そ
のような材料は、中央部において媒質８８の代り
に使用される材料に比し比較的高価となる。この
装置は、また、側壁が短いため、より小型とな
る。従つて、媒質８８は、例えば、プラスチツク
に比しずつと安い水であつてよく、また、ただ媒
質９０のみアクリルの如き高価なプラスチツク材
料が必要となる。
第１図および均一媒質６０を有する第２図にお
いて、面１４は平面であつて軸２０に沿つて延び
ており、角度Ｃが90゜である場合、各側壁の形状
は、レンズ２５あるいは媒質６０によつて生じる
最端放射線の点像と面１４の対向端点に焦点を有
する双曲線となる。このように、第１図におい
て、双曲線状側壁３０の焦点は、点１８の像と点
２４であり、他方、側壁３２については焦点は点
１６の像と点２２である。非現実的ではあるが、
レンズ２５は遠軸放射線に対して完全なものであ
るものと仮定されている。
前述したように、通常の設計法によつて、側壁
での反射が全内部反射であるようなこの明細書中
で述べた各実施例の装置を設計できる。これをな
すためには、誘電媒質の輪郭曲線は、外部壁の輪
郭曲線を、最端放射線が出口面に全て内部反射さ
れような最大可能勾配をとることができるように
形成されるということを使用する。この設計法の
一例は第６図に示されていて、誘電媒質１４０は
レンズとして働く彎曲した入口面１４２を有す
る。簡単のため、無限に離れたエネルギー源（最
大角Ｄ）から放射するエネルギーを平らな出口面
１４４上に集中することについて考える。更に、
レンズの性能を、最端放射線（角度Ｄ）がＦ上に
結像するものと理想化する。側壁１４６，１４８
は、屈折率n1の内部媒質１４０と、より小さな
屈折率n2の外部媒質１５０の境界であつて、も
し、側壁１４６，１４８上への入射角が臨界角θ
ｃより大であれば、内部放射線を全反射すること
ができる。
θｃ＝arc Sin（n2／n1） もし、側壁が全ての角度に対して鏡のような反
射体であり、所望の角度Ｃ＝90゜であるならば、
各壁の全曲線は双曲線となる。しかしながら、点
１５２と出口面１４４の端部での点１５３との間
および点１５４と出口面１４４の端部での点１５
５の間の双曲線部分はθｃよりも小さな側壁上へ
の入射角を有し、エネルギー漏れ出る。つまり、
全入射最端放射線を、全内部反射によつて出口面
１４４に所定の出口角度Ｃで入射させるように、
点１５２，１５４と出口面１４４との間の側壁形
状を構成することは不可能である。点１５２と１
５４は側壁形状における遷移点であつて、その点
で最端放射線の入射角はθｃに等しくなる。それ
故、最大傾斜法に従つて、点１５２と点１５３と
の間および点１５４と点１５５との間の部分にθ
ｃで入射するように最端放射線の入射角を維持す
ることが最善である。それ故、この部分の輪郭曲
線は、もはや双曲線ではなく、等角螺旋である。
この明細書で述べた原理の実際の応用例を第４
図に示す。ここで、開示されているコレクタは一
次コレクタとして示されている。コレクタは太陽
１１１からのエネルギーを集めるために用いられ
ている。コレクタ１１２は、第１図、第２図、第
３図、第６図に示された断面に垂直な軸に沿つて
延長する横断面を有し、樋状筒状のコレクタを形
成する。平らな反射端面１１４，１１６はコレク
タ１１２を完全に囲んでいる。エネルギーを集中
させる側壁１１８，１２０（その形状は第１図、
第２図、第３図、第６図に示されたように形成さ
れる）および端面１１４，１１６は、例えばアル
ミニウムや銀からなるかあるいは全内部反射をお
こすものであつて、反射性である。反射されたエ
ネルギーはこれら反射壁によつて出口面へ向けら
れる。この実施例では、その出口面に平らなエネ
ルギーレシーバー１２２、例えば光電池が位置し
ている。レシーバー１２２で吸収されたエネルギ
ーは利用手段１２４によつて使用される。
第５図に他の実施例を示す。コレクタは二次コ
レクタとして使用される。太陽１３０のエネルギ
ーは、まず、一次コレクタ１３２によつて集めら
れる。一次コレクタ１３２は鏡の配列体であつて
よい。コレクタ１３２上に入射したエネルギーは
二次コレクタ１３４に向けられる。二次コレクタ
は、一次コレクタ１３２の端点に関連して形成さ
れた横断面を有し、断面に垂直な軸１３５に沿つ
て延長した形状であつて、樋状の筒状のコレクタ
である。端壁１３６，１３７は完全にコレクタを
取り囲んでいる。
以上、コレクタの二次元形状（横断面）の設計
について詳述した。樋状コレクタの場合、このよ
うな設計は全ての反射性構造体に対して好適であ
る。しかしながら、周知のように、柱状レンズは
横断面（子午線面）からはずれる放射線に対して
収差を有する。この結果のため、放射線がその横
断面からはずれる成分を有する場合には、焦点距
離は短くなる。理論および実験によれば、この効
果は、樋状のレンズ−鏡型集中装置に対してオ
フ・プレン（off−plane）特性をあまり低下させ
ることはない。
引用文献にあるような他の設計法と同様、凸状
出口面に対する極限的場合、即ち平らな出口面の
場合、解は凸状出口面の場合の解の数学的極限と
して得られる。平面状出口面に対して、解は、所
与の角Ｃを超えない入射角で出口面上に最端放射
線を反射させるか全内部反射させることに矛盾し
ないような最大傾斜によつて決定される。
本考案は、上記のように構成された太陽エネル
ギーの集中装置であるので、構造簡単にして安価
な材質で作ることができる利点を有する。
また、屈折性要素と特定輪郭の反射面すなわち
側壁とを組合せたことによつて、比較的短い反射
面で最大の集中を生じさせることが可能になるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本考案の一実施例の横断面図、第２
図、第３図はそれぞれ本考案の他の実施例の横断
面図、第４図は本考案に係る樋状装置の説明図、
第５図は樋状装置を二次コレクタとして用いた場
合の説明図、第６図は本考案の他の実施例の横断
面図である。 １０……エネルギー源、１２……入口面、１４
……出口面、２０……基準軸、２５……屈折性要
素、３０，３２……反射側壁、４１……基準軸。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 入口面１２に入射した太陽エネルギーを出口面
    １４に置かれたエネルギー吸収体面上に集中させ
    る装置であつて、出口面は入口面よりも小面積を
    有し、入口面は第１の基準軸２０の第１の側に在
    り、出口面はある限定された断面を有し、その断
    面は第１の基準軸の前記第１の側に凸（その極限
    として平らをも含む）であり、また、出口面は第
    １の基準軸に直交せる第２の基準軸４１を有し、
    出口面の断面の周囲は第１の基準軸に沿つた第１
    の端点２２から第２の端点２４まで延長している
    ような構造の太陽エネルギー集中装置において、
    屈折性要素２５と第１の反射面３０とが第１の基
    準軸２０の第１の側の入口面と出口面との間に位
    置していて、第２の基準軸４１に対し所定の値以
    下の角度で入口面に入射する太陽エネルギー源か
    らの最端放射線は屈折性要素によつて不均等に屈
    折されるようになつており、第１の反射面の輪郭
    は、その輪郭上の任意の点での傾斜が、入口面に
    入射し次いで屈折して前記第１の反射面の前記点
    に入射するエネルギーの最端放射線を所定の値Ｃ
    （但し、Ｃは90゜以下）を超えない角度で出口面
    の断面の周囲と交差する線５３に沿つて反射させ
    るような最大の傾斜であつて、前記第１の反射面
    は出口面の第１の端点２２から入口面との交点を
    超えない点まで延長されており、さらに、第２の
    基準軸４１に対して第１の反射面と線対称となつ
    ている第２の反射面３２を第１の反射面と対向さ
    せて配置し、入口面、出口面、第１の反射面およ
    び第２の反射面は第１および第２の基準軸に直交
    する第３の基準軸に平行に延長されて全体として
    樋状をなしていることを特徴とする太陽エネルギ
    ー集中装置。
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Families Citing this family (93)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253880A (en) * 1977-09-23 1981-03-03 U.S. Philips Corporation Device for the conversion of solar energy into electrical energy
US4201194A (en) * 1978-01-06 1980-05-06 Charles Paul A S Solar heat collector with channeled panel
US4274396A (en) * 1978-05-01 1981-06-23 Walter Todd Peters Structural solar energy collector
US4230095A (en) * 1978-05-26 1980-10-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Ideal light concentrators with reflector gaps
US4237332A (en) * 1978-09-26 1980-12-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Nonimaging radiant energy direction device
US4340034A (en) * 1979-09-17 1982-07-20 Hopper Thomas P Solar energy collecting apparatus
US4441783A (en) * 1980-05-15 1984-04-10 Science Applications, Inc. Vessel navigation lights
JPH0353568B2 (ja) * 1980-07-31 1991-08-15 Insuchi* Puroburemu Richia An Ukurai* Ssr
US4356813A (en) * 1981-02-02 1982-11-02 Hoffman Thomas J Solar energy concentration device
US4541414A (en) * 1982-04-15 1985-09-17 Kei Mori Apparatus for collecting sunlight
US4669832A (en) * 1983-07-28 1987-06-02 Wolken Jerome J Light concentrating lens system
US4988177A (en) * 1983-07-28 1991-01-29 Wolken Jerome J Light concentrating lens system
GB2169096A (en) * 1984-12-28 1986-07-02 Int Standard Electric Corp Joining optical fibres using numerical aperture transformer
GB2198867A (en) * 1986-12-17 1988-06-22 Philips Electronic Associated A liquid crystal display illumination system
WO1989001640A1 (en) * 1987-08-19 1989-02-23 Integrated Solar Technologies Corporation Macro-gradient optical density transmissive light concentrators, lenses and compound lenses of large geometry, and fabrication thereof
US4907864A (en) * 1987-08-19 1990-03-13 John E. Fetzer Foundation Macro-gradient optical density transmissive light concentrators, lenses and compound lenses of large geometry
FR2623634B1 (fr) * 1987-11-25 1991-08-16 Armines Appareil emetteur de rayonnement infrarouge comportant une source plane de rayons infrarouges et un reflecteur
US5001609A (en) * 1988-10-05 1991-03-19 Hewlett-Packard Company Nonimaging light source
US4956759A (en) * 1988-12-30 1990-09-11 North American Philips Corporation Illumination system for non-imaging reflective collector
US5243459A (en) * 1989-05-05 1993-09-07 The Argonne National Laboratory Nonimaging radiant energy device
US5138832A (en) * 1990-09-18 1992-08-18 Hercules Incorporated Solar thermal propulsion engine
US5335152A (en) * 1991-10-11 1994-08-02 Nioptics Corporation Nonimaging optical illumination system
US5289356A (en) * 1991-07-19 1994-02-22 Nioptics Corporation Nonimaging optical illumination system
US5586013A (en) * 1991-07-19 1996-12-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nonimaging optical illumination system
US5258867A (en) * 1991-10-10 1993-11-02 Light Ideas Incorporated Base station performance enhancements for infrared-linked telephone and communications systems
FR2683051B1 (fr) * 1991-10-25 1993-12-24 Armines Reflecteur pour source de rayonnement a angle de rayonnement lateral maximal controle.
US5237641A (en) * 1992-03-23 1993-08-17 Nioptics Corporation Tapered multilayer luminaire devices
US5303322A (en) * 1992-03-23 1994-04-12 Nioptics Corporation Tapered multilayer luminaire devices
US5528720A (en) * 1992-03-23 1996-06-18 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Tapered multilayer luminaire devices
US6002829A (en) 1992-03-23 1999-12-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Luminaire device
US5285318A (en) * 1992-06-22 1994-02-08 Nioptics Corporation Illumination system having an aspherical lens
US5479009A (en) * 1992-09-25 1995-12-26 Labsphere, Inc. Highly efficient collection optical systems for providing light detectors such as photodetectors and the like with hemispherical fields of view
US5307430A (en) * 1992-11-30 1994-04-26 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Lensing duct
US5416325A (en) * 1993-04-29 1995-05-16 Arch Development Corporation Fourier transform infrared spectrometer
US5517315A (en) * 1993-10-29 1996-05-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Reflectometer employing an integrating sphere and lens-mirror concentrator
US5586212A (en) * 1994-07-06 1996-12-17 Hewlett-Packard Optical wave guide for hand-held scanner
US5699201A (en) * 1995-03-27 1997-12-16 Hewlett-Packard Co. Low-profile, high-gain, wide-field-of-view, non-imaging optics
CH690383A5 (de) * 1995-04-21 2000-08-15 Hans Juerg Keller Konusoptik zur Fokussierung von Strahlung und Verwendung derselben für optische Bewegungsmelder.
US5971551A (en) * 1995-07-07 1999-10-26 Arch Development Corporation Nonimaging optical concentrators and illuminators
US5745234A (en) * 1995-07-31 1998-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Variable angle reflectometer employing an integrating sphere and a light concentrator
US6302100B1 (en) * 1996-06-12 2001-10-16 Leonard Vandenberg System for collimating and concentrating direct and diffused radiation
JPH10242551A (ja) * 1997-02-28 1998-09-11 Nikon Corp 光学素子及びこれを用いたレーザ装置
DE19719083B4 (de) 1997-04-30 2006-04-27 René Dipl.-Krist. Kokoschko Vorrichtung zur Sammlung, Konzentrierung und Leitung von direkter und diffuser Strahlung
US6057505A (en) * 1997-11-21 2000-05-02 Ortabasi; Ugur Space concentrator for advanced solar cells
CA2401461C (en) 2000-03-06 2008-06-03 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Led light source with field-of-view-controlling optics
EP1264353A2 (en) 2000-03-06 2002-12-11 Teledyne Lighting and Display Products, Inc. Lighting apparatus having quantum dot layer
US6424470B1 (en) * 2000-07-28 2002-07-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Panoramic refracting optic
US6384320B1 (en) * 2000-10-13 2002-05-07 Leon Lung-Chen Chen Solar compound concentrator of electric power generation system for residential homes
US6637924B2 (en) 2000-11-15 2003-10-28 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Strip lighting apparatus and method
DE10059455A1 (de) * 2000-11-30 2002-06-06 Steigerwald Niluh Kusani Statischer Konzentrator
US6784603B2 (en) 2001-07-20 2004-08-31 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Fluorescent lighting apparatus
US6717045B2 (en) * 2001-10-23 2004-04-06 Leon L. C. Chen Photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
US6881893B1 (en) * 2002-06-11 2005-04-19 David M. Cobert Solar energy collection system
GB2400452B (en) * 2003-04-09 2007-09-12 Univ Warwick Communication transmitter
US7068446B2 (en) * 2003-05-05 2006-06-27 Illumitech Inc. Compact non-imaging light collector
US7108386B2 (en) 2003-05-12 2006-09-19 Illumitech Inc. High-brightness LED-phosphor coupling
JP2005339025A (ja) * 2004-05-25 2005-12-08 Sony Corp コンテンツ配信システム、コンテンツ送信装置、コンテンツ受信装置およびコンテンツ配信方法
WO2006065246A1 (en) * 2004-12-18 2006-06-22 Cobert David M Solar energy collection system
US20060289001A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Byron Hopewell Solar stove
EP1920285A4 (en) 2005-07-28 2010-11-03 Light Prescriptions Innovators OPEN-FREE LENTICULAR OPTICAL ELEMENTS AND THEIR APPLICATION TO CAPACITORS AND PROJECTORS
CN101228391B (zh) 2005-07-28 2010-09-29 光处方革新有限公司 用于背光源和前灯的聚光本领-保持的照明光学器件
US8631787B2 (en) * 2005-07-28 2014-01-21 Light Prescriptions Innovators, Llc Multi-junction solar cells with a homogenizer system and coupled non-imaging light concentrator
WO2007103994A2 (en) * 2006-03-08 2007-09-13 Light Prescriptions Innovators, Llc Multi-junction solar cells with a homogenizer system and coupled non-imaging light concentrator
ES2330143T3 (es) * 2006-05-05 2009-12-04 Rahmi Oguz Capan Sistema de campo de colectores solares hiperbolicos.
WO2008008994A2 (en) 2006-07-14 2008-01-17 Light Prescriptions Innovators, Llc Brightness-enhancing film
WO2008022065A2 (en) 2006-08-11 2008-02-21 Light Prescriptions Innovators, Llc Led luminance-enhancement and color-mixing by rotationally multiplexed beam-combining
DE102006044603A1 (de) * 2006-09-19 2008-03-27 Solar Dynamics Gmbh Solarer Mehrstufenkonzentrator
US8119905B2 (en) 2007-11-03 2012-02-21 Solfocus, Inc. Combination non-imaging concentrator
US20090266395A1 (en) * 2007-11-08 2009-10-29 Sunrgi Solar concentration and cooling devices, arrangements and methods
US9086227B2 (en) * 2008-09-26 2015-07-21 Industrial Technology Research Institute Method and system for light collection and light energy converting apparatus
WO2010062532A2 (en) 2008-10-27 2010-06-03 The Regents Of The University Of California Light concentration apparatus, systems and methods
EP2425458A4 (en) * 2009-04-27 2017-03-15 Sun Edge LLC Non-imaging light concentrator
US8546686B2 (en) * 2009-05-08 2013-10-01 Arthur Ashkin Solar energy collection system
WO2010134069A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Yohanan Frederic Zweig Light concentrator, redirector and distributor
US8355214B2 (en) * 2009-07-30 2013-01-15 The Regents Of The University Of California Light collection apparatus, system and method
ES2364310B1 (es) * 2010-02-19 2012-04-02 Abengoa Solar New Technologies, S.A Sistema de concentracion solar fotovoltaica
WO2012033512A1 (en) * 2010-08-16 2012-03-15 Magna International Inc. Integrated solar concentrator system
ES2399254B1 (es) * 2010-09-27 2013-11-11 Abengoa Solar New Technologies S.A Sistema reflexivo de concentracion solar fotovoltaica
US9893223B2 (en) 2010-11-16 2018-02-13 Suncore Photovoltaics, Inc. Solar electricity generation system
US20130019931A1 (en) * 2011-07-20 2013-01-24 Amonix, Inc. Heat rejecting optic
US9709300B2 (en) 2011-12-21 2017-07-18 Bingwu Gu Inflatable light weight solar cooker
US8969784B2 (en) 2012-05-14 2015-03-03 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optical lens assembly and optical devices thereof
ITMI20130567A1 (it) * 2013-04-10 2014-10-11 R S E S P A Concentratore solare per sistemi fotovoltaici
WO2015054152A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-16 Bingwu Gu Inflatable light weight solar cooker
KR102393757B1 (ko) 2015-12-30 2022-05-04 아론 슈어파이어, 엘엘씨 광학 내로우캐스팅
US11365903B2 (en) * 2016-09-12 2022-06-21 Yonghua Wang Inflatable non-imaging solar concentrator
US10877253B2 (en) 2016-11-11 2020-12-29 Pelka & Associates Inc. Optical system
US10928614B2 (en) * 2017-01-11 2021-02-23 Searete Llc Diffractive concentrator structures
US9853740B1 (en) 2017-06-06 2017-12-26 Surefire Llc Adaptive communications focal plane array
US10236986B1 (en) 2018-01-05 2019-03-19 Aron Surefire, Llc Systems and methods for tiling free space optical transmissions
US10250948B1 (en) 2018-01-05 2019-04-02 Aron Surefire, Llc Social media with optical narrowcasting
FR3089308A1 (fr) * 2018-11-30 2020-06-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Coupleur optique
US10938115B2 (en) 2019-03-21 2021-03-02 Elwha, Llc Resonance-frequency diverse metamaterials and metasurfaces

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1472267A1 (de) * 1965-06-16 1969-12-04 Zeiss Carl Fa Axialsymmetrische Lichtfuehrungseinrichtung
US3817605A (en) * 1973-03-12 1974-06-18 Spector G Behind mirror focus light gathering device
US3923381A (en) * 1973-12-28 1975-12-02 Univ Chicago Radiant energy collection
US3957031A (en) * 1975-05-29 1976-05-18 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Light collectors in cylindrical geometry
GB1562015A (en) 1976-03-03 1980-03-05 Us Energy Solar concentrator with the angle of incidence of energy on the energy absorber restricted
US4029519A (en) * 1976-03-19 1977-06-14 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Solar collector having a solid transmission medium

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5323648A (en) 1978-03-04
FR2362408A1 (fr) 1978-03-17
FR2362408B1 (ja) 1983-09-23
CA1074648A (en) 1980-04-01
DE2736907A1 (de) 1978-02-23
JPS59112202U (ja) 1984-07-28
US4114592A (en) 1978-09-19
DE2736907C2 (ja) 1987-07-09
GB1580852A (en) 1980-12-03

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