KR19990028764A - 비결상 광학 집광기 및 조명기 디자인 - Google Patents

비결상 광학 집광기 및 조명기 디자인

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KR19990028764A
KR19990028764A KR1019980700063A KR19980700063A KR19990028764A KR 19990028764 A KR19990028764 A KR 19990028764A KR 1019980700063 A KR1019980700063 A KR 1019980700063A KR 19980700063 A KR19980700063 A KR 19980700063A KR 19990028764 A KR19990028764 A KR 19990028764A
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롤랜드 윈스턴
데이비드 제랄드 젠킨스
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토마스 엘. 처치웰
아치 디벨럼먼트 코포레이션
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Abstract

비결상 집광기(50)로서, 상기 집광기는 dR/dφ=R tanαdp 의하여 정의되는 형상을 가지며, 여기서 R은 원점에서 반사기 표면(90)으로부터의 가장자리 광(70)의 반사 위치까지의 반경 벡터이고, φ는 집광기의 방출 개구(80)와 R벡터 사이의 각도이며, 좌표 (R,φ)는 반사기 표면상의 위치를 나타내고, α는 원점으로부터의 가장자리 광이 반사기 표면에 대한 수직선과 이루는 각도이다.

Description

비결상 광학 집광기 및 조명기 디자인
본 발명은 일반적으로 비결상(non-imaging) 광학 집광기 및 조명기(illuminator)의 설계 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 주어진 흡수체 형태에 대한 최적의 집광을 획득하기 위하여 입력 및 출력 위상 공간 분포를 변환하기 위한 설계 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 목표 평면상에 일반적인 조명 패턴을 비결상 조사하기에 적합한 반사기(reflector)의 사용과 특별히 관련이 있다(조도는 사진 광 반응에 의하여 가중된 발광, 또는 감응에 의하여 가중된 어떠한 소정의 파장이다).
비결상 집광기 및 그의 장점은 관련 기술 분야에 널리 알려져 있다.(예를 들면, 본 명세서에서 인용되는 미국 특허 제 3,957,031호; 제 4,002,499호; 제 4,230,095호; 제 4,387,961호; 제 4,359,265 및 제 5,289,356호). 이러한 종래의 장치에서는, 소정의 흡수체 형태가 선택되고, 그런 다음에 적당한 대응 비결상 반사기가 설계된다. 새로운 반사기의 설계 개발에 노력이 경주되어 왔으나, 제조비용이 많이 드는 설계를 사용하지 않고서는 소정의 실제적인 정도만큼 효율성을 향상시키지 못하고 있다.
비결상 광학은 광 또는 제어된 조명광을 목표상에 최대한 집중시키는 것과 관련이 있는 분야이다. 다양한 형태의 집광기 시스템에 대한 기술이 잘 정립되어 있다. 이러한 시스템은 θ1- θ2집광기, 트럼펫형 및 합성 포물선 집광기(CPCs)등을 포함한다. 이러한 시스템에서 제기되는 문제점은, 평면 광도 분포 또는 위상공간이 흡수체로 변환된다는 것이다. 진입 개구로부터 집중되는 것 및 흡수체를 타격하는 것 사이에는 위상공간 보존이 요구된다. 개구(aperture) 및 흡수체상의 평면분포에 대한 위상공간의 다이아그램으로 이상적인 집중도(concentration)에 대한 간단한 계산이 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 집광기는 θ1보다 작은 각으로 입사하는 크기 L1인 진입 개구 상의 모든 광을 수용하고, 동시에 크기 L2인 방출 개구가 각도 θ2의 원뿔내에서 광을 방출한다. 각 장방형의 면적이 보존되어야 한다는 요구에 의하여 다음과 같은 방출 구경 L2및 진입 구경 L1사이의 관계가 주어진다.
최대한의 집광(θ2= π/2)을 위하여, 2차원에서의 굴절률에 대한 제한은,
이며, 3차원에서의 제한은,
이다.
진입구에서 렌즈가 사용되지 않는다면, 집광기의 길이가 cotθ1에 비례하기 때문에 이러한 집광기는 작은 수용각에서는 실용적이지 않다. 또한, 2-스테이지 시스템을 사용한 설계가 개발되었으며, 이러한 시스템은 주로 시스템의 길이를 단축시키지만, 집광을 이상적인 한계 이하로 떨어뜨리기도 하는 결상(結像) 주 미러(primary mirror) 또는 렌즈를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 포커싱을 가지는 2-스테이지 시스템 및 고정된 수용각을 가지는 비결상 집광기에서는, 다음과 같은 이론적인 한계가 있다.
상기 식에서 Φrim은 1차 결상의 가장자리 각도(rim angle)이다. 큰 가장자리 각도에서는 집광의 강하가 상당히 심하다. 그러한 시스템의 2차 개구 상에서 광도 분포가 아주 불균일 하다는 손실을 유발하는 문제가 있다. 표준적인 2차 개구는 평면 위상 공간을 집중하도록 설계되지만, 심한 집중은 요구되지 않는다. 최근의 연구에 의하면, 집광기를 사용목적에 맞게 설계하는 것이 가능하며, 이로써 어떠한 경우에는 상기의 한계를 초과할 수도 있게 되었다. 다양한 타입의 집광기에 이를 실현하는 기술은 아직 일반화되어 있지는 않다.
주로 본 발명은 다양한 흡수체와 입력 분포를 위한 집광기를 설계하기 위한 일반적이 수치 적분 방법의 이용과 관련이 있다. 이러한 방법에서는, 반사기상의 가장자리 광이 위치에 대한 함수로 변화할 수 있도록 하는 반사기 굴곡을 결정하기 위하여 극좌표 미분 방정식을 이용할 수 있다. 또한, 흡수체의 형상에 의존하면서 위치에 대해서도 변화할 수 있는 방정식내의 한 변수를 변화시킴으로써, 흡수체의 형상도 밝혀낼 수 있다.
비결상 집광기를 설계하는데 일반적으로 사용되는 만곡부에는 두 가지의 형태가 있다. 가장 일반적인 것은 합성 타원 집광기(CEC)로서, 한번의 반사로 흡수체에 도달하는 가장자리 광 알고리즘을 사용하는 반면에, 합성 쌍곡선 집광기(CHC)는 목표 흡수체를 타격하기 전에 가장자리 광을 수차례 반사시키는 "가상" 초점을 사용한다. 합성 반사기는 집광기에 두 개 면이 있음으로서 가능해지고, 일반적으로 한쪽의 디자인이 다른 쪽에 대칭이다. 도 3에 도시된 두 가지 타입 모두 일반적인 적분 설계 방법을 사용하여 설계 가능하다.
유사하게, 비결상 조명 시스템을 생성시키기 위한 다양한 방법과 설계가 있으나, 제안되는 것은 반사기 윤곽 및 소오스(source) 사이에 큰 간격이 요구된다거나, 광원 보다 훨씬 큰 반사기 형태를 요구하는 것과 같이, 아주 특별한 조건을 요구한다.
따라서 본 발명의 목적은 비결상 광학 집광기 또는 조명기(illiminator)를 위한 개선된 방법 및 설계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 흡수체 형상과 광 입력분포가 주어진 경우의 집광기 디자인을 발생시키기 위한 신규의 일반적 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주어진 공간 위치에서 광도 또는 광분포의 함수로서 변화하는 반사기 만곡부를 가지는 집광기를 설계하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 흡수체의 형상에 대한 해석식 내의 한 변수를 변화시킴으로써, 집광기를 설계하는 신규한 개선 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 집광기 양측을 짜맞추기 위하여 일반적인 해석 과정을 이용하여 합성 집광기를 설계하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반사기의 가장자리 광이 위치에 따라서 변화할 수 있도록 하는 반사기 만곡부를 결정하기 위해, 해석적인 미분 방정식을 이용하는 집광기의 신규한 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 기하학적인 디자인을 간단하게 할 수 있도록 제한된 보완적인 가장자리 광을 사용하는 향상된 집광기 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고정된 원형 미러를 사용하는 개선된 2-스테이지 집광기 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 비결상 조명 시스템을 위한 개조된 반사기에 대한 새로운 방법과 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 목표 평면상에 일반적인 조명 패턴을 발생시키도록 개조된 반사기를 제공하기 위한 개선된 방법 및 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조명기(illuminator)를 창설할 때 주된 반사기 가장자리 근사를 이용하기 위한 새로운 방법 및 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광원과 반사기 사이에 간격이 필요없는 비결상 조명 시스템을 위한 개선된 방법 및 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각도 적분 변수의 세 적분 영역에 적용되는 해석식을 이용하는 비결상 조명 시스템을 위한 새로운 방법 및 디자인을 제공하는 것이다.
이러한 목적과 그 밖의 목적들 및 본 발명의 장점들은 아래에서 설명되는 도면 및 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 일반적인 비결상 집광기의 광도 변환을 도시하고 있다.
도 2는 종래의 2-스테이지 집광기 시스템을 나타내고 있다.
도 3은 두 가지 다른 형태의 집광기를 도시하는 것으로서, 도 3a는 CEC형이고, 도 3b는 CHC형이다.
도 4는 극좌표계에서 반사기 만곡부를 반사하는 원점으로부터의 광을 도시하고 있다.
도 5는 θ1-θ2형 집광기의 디자인을 도시하는 것으로서, 도 5a는 φ > π/2 - θ2인 경우이고, 도 5b는 φ ≤ π/2 - θ2인 경우이다.
도 6은 절단각(truncation angle) θt로부터의 높이 h 결정을 도시한다.
도 7은 트럼펫형의 집광기를 설계하기 위한 가상 소오스(source)의 이용을 도시한다.
도 8은 단일 반사 가장자리 광을 이용하는 트럼펫 형상의 다중 반사 디자인을 도시하는 것으로, 도 8 a는 반사기의 대향측으로부터 오는 광을, 도 8b는 반사기를 직접 타격하는 광을 도시한다.
도 9는 비평면 흡수체에 대한 중심 보완(center complementary) 가장자리 광을 이용하는 집광기 디자인을 도시한다.
도 10은 θ1< θb에 대하여 반사기에 대한 최대각을 찾기 위한 역광 추적을 도시한다.
도 11은 TIR, 즉 β> arcsin(1/n)의 조건을 도시한다.
도 12는 보완적인 가장자리 광을 가지는 변화하는 굴절율 재료에서의 디자인을 도시한다.
도 13은 광학 원형 아크(arc)에서 반사된 광을 도시한다.
도 14는 추적공차(tracking tolerance)가 적당한 2차 위치결정에 미치는 영향을 도시한다.
도 15는 디자인의 2차 부분의 개구(apeture)를 타격하는 광도 분포를 도시한다.
도 16은 C=1.15인 경우의 표준 55°허용각 CPC를 도시한다.
도 17은 C=1.45로 조정된 집광기를 도시한다.
도 18은 조정된 집광기에 의하여 집광된 1차 부분으로부터의 광도분포를 도시한다.
도 19는 조정된 집광기에 의하여 집광된 람버티언 소오스(Lambertian source)로부터의 광도 분포를 도시하는 것으로, 검은 영역은 직접 타격된 흡수체를 나타내고, 회색 영역은 한 번 이상의 반사후에 집광된 광을 나타내며, 흰 영역은 집광되지 않은 광을 나타낸다.
도 20은 일반적인 조명기(illuminator)를 설계하는데 사용되는 기하구조를 도시한다.
도 21은 조명기의 안으로 감긴 영역(involute region)의 설계 기하구조를 도시한다.
도 22는 멀리 떨어진 목표 조명을 위한 기하구조를 도시한다.
도 23은 파워가 목표의 중앙에서 표준화된 두 개의 각도 영역내에서의 적분을 위한 적분곡선을 도시한다.
도 24는 도 23의 각도 정지점(angular stopping point)에 대한 조명기의 인텐시티 윤곽을 도시한다.
도 25는 선행(leading) 가장자리 및 후행(trailing) 가장자리 디자인 방법론 사이의 차이를 나타낸다.
바람직한 실시예에 대한 상세한 설명
A. 비결상 집광기
본 발명에 의하여 구성되는 비결상 집광기의 디자인 및 방법은 일반적으로 도 4 내지 도 15 및 도 17 내지 도 25에 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 한 양태가 극좌표를 사용하는 2차원 집광기의 디자인을 기초로 설명된다. 3차원 집광기는 2차원 디자인을 축 주위로 회전시킴으로써 생성할 수 있다. 각 형상은 실제적인 흡수체 형상에 무관하게 극좌표의 미분방정식을 적분함으로써 유도될 수 있다. 이는 아래의 식으로 주어진다.
여기서, 좌표(R, φ)는 곡선 20상에 있는 점 10을 나타내며, α는 좌표계 원점 30으로부터의 광이 곡선 20에 수직한 수직선 40과 만드는 각도이다. 이러한 시스템이 도 4에 자세하게 도시되어 있다. 따라서, 다양한 비결상 집광기의 설계는 가장자리 광의 원리를 만족시키기 위하여 편리하게 원점 및 좌표 α(R,θ)를 찾는 것이 요구된다.
1. θ 1 -θ 2 디자인
가장 간단한 형태의 집광기 50는 목표 방출 개구 80상의 실제 지점(real point)으로 반사하는 소오스 진입 개구 60으로부터의 가장자리 광을 가진다(도 5 참고). 이러한 집광기는 가장자리 광 70이 목표 출구 틈 80에 도달할 때까지 한 번의 반사를 만들기 때문에 CEC형 집광기 50이다. 진입 개구 60을 타격하는 각도 θ1및 방출 개구 80을 떠나는 각도 θ2가 최대값을 가지는 평면 위상 공간 분포에 대해서는 전형적인 θ1-θ2CPC를 가진다. 이러한 형태의 집광기 50는 가장자리 광 70의 대부분이 목표 방출 개구 80을 타격하기 때문에, 좌표 원점을 위해서는 최적의 선택이다. 도 5a는 θ2> π/2 - φ에 대한 다양한 디자인 파라미터 및 집광기 프로파일을 도시한다. 이러한 경우에 가장자리 광 70은 목표 방출 개구 80의 가장자리를 타격한다. 관계되는 유일한 새로운 파라미터는 θ1(R,φ)이다. 이는 가장자리 광 70이 위치 (R,φ)에서 반사기 90를 타격할 수 있는 수직선을 만들 수 있는 최대각도이다. 표준적인 종래 기술에 의한 디자인에서는 θ1(R,φ)가 모든 R,φ에서 일정하다. 일단 θ1이 알려지면, α는 간단한 기하구조를 이용하여 다음과 같이 산출된다.
수학식 5와 결합되는 경우, θ1이 일정하거나 φ에 비례하지(즉, φ의 선형함수) 않는다면 그 해(solution)는 해석학적으로 구하기 어렵다.
만약, θ2≤ π/2 - φ이라면, 도 5b에서처럼 가장자리 광 70이 목표 방출 개구 80을 타격하지 않기 때문에 α를 구하는 것이 더욱 어려워진다. 가장자리 광 70이 각도 θ2로 방출되도록 하기 위해, 목표 방출 개구 80의 가장자리를 통과하는 보완적인 가장자리 광 75를 도입한다. 새로운 물리량 δ=π/2 - φ-θ2를 정의하고, 그를 수학식 6의 θ1에 추가함으로써, α에 올바른 값을 제공할 수 있다. θ1+δ에서 목표 방출 개구 80을 타격하는 보완적인 가장자리 광 75을 필요로 함으로써, θ1에서의 실제 가장자리 광 70은 θ2로 목표 방출 개구 80을 빠져나가게 된다. 보완적인 가장자리 광 75는 가장자리 광 70이 올바른 출력 각 θ2로 빠져나가게 하는 디자인의 원점을 통과하도록 짜맞추어진 광에 해당된다. 이러한 경우에 α에 대한 식은 다음과 같다.
만일 θ1가 일정하다면, 이 식은 직선으로 통합된다.
입력 분포가 알려져 있다고, 즉, L1이 고정되어 있다고 가정한 경우 방출 개구 L2(80)의 높이 h 및 크기를 해석적으로 결정하는 것은 대부분의 경우에 불가능하다. 입력에서의 위상 공간 분포내에 간격(gap)이 포함되어야 하므로, 집중도(concentration)은 일반적으로 미리 알려지지 않고, 따라서, 이상적인 경우보다 덜 집광된다. 도 6의 집광기 50에서는 L2및 L1로 h를 결정하는 방법이 도시되어 있다. 도 6에서 절단각(truncation angle) θt은 소오스 60 끝에서의 가장자리 광의 각도이다. 기본적인 삼각법에 의하여,
이며, 여기서 집중도(concentration) L1/L2가 변화한다. 소오스의 크기는 일반적으로 고정되어 있으므로, L1이 고정되고 L2가 변하는 것이 바람직하다. 소오스의 가장자리 또는 목표 방출 개구 80중 어느 하나로부터 적분이 시작될 수 있다. 집중도는 미지의 파라미터이고 따라서 그 해를 구하여야 한다. 소오스 가장자리 및 목표 방출 개구 80을 동시에 통과하는 적분 곡선을 구하기 위하여 표준 수치산출 알고리즘이 사용될 수 있다. 만일 h가 고정된다면, 일반적으로 집중도에 손실이 있게 된다. 또한, θ2를 R,φ에 대한 함수로 만듦으로써, 비평면 출력 광도 분포를 위한 설계가 수행될 수 있다.
2. 트럼펫형 집광기 디자인
도 7에 도시된 트럼펫형 집광기 100는 오목한 대신 볼록하게 되어 있고, CHC형의 디자인이다. 가장자리 광 110은 목표 흡수체 150에 도달하기 위하여 무한한 수의 반사를 하게된다. θ1-θ1집광기 50와 유사하게, 목표 흡수체 150 및 소오스 분포 130는 아직 평면 표면상에 있다. 차이점은 목표 흡수체 150가 소오스 평면에 있고 입력 분포 130는 가상 소오스처럼 기능한다는 것이다. 또한, 소오스 광도 분포는 알고 있는 것으로 가정한다. 절단된 디자인에서는, 높이 h가 선택되고 소오스를 타격하는 모든 광이 점 A, A'사이를 통과하도록 점 A, A'가 정하여진다.
이러한 경우에 사용되는 가장자리 광 원리는 가장자리 광 110이 무한회의 반사후에 목표 흡수체 150을 타격하도록 하는 것이 필요하다. 전형적인 트럼펫형 집광기에서는, 가장자리 광 110이 소오스 분포의 가장자리에서 "가상" 초점쪽으로 반사되고, 목표 흡수체에 점점 더 가까워지지만, 그 곳에 도달하기 위해서는 무한회의 반사가 필요하다. 가장자리 광 110이 이러한 패턴을 따르도록 가장자리 광 110을 조정할 수 있다. 가상 초점은, 가장자리 광 110이 집광기 뒤에 있는 지점 125쪽으로 반사되고 한 번의 반사에 의하여 목표 150 내부로 반사되지는 않는다는 것을 나타낸다. 소오스 분포 가장자리에서 좌표계의 원점 125를 선택하고, 가장자리 광 110이 "가상" 초점쪽으로 반사되도록 함으로써, 1반사 설계방법을 사용하여 무한 반사 가장자리 광 집광기(collector)를 설계할 수 있다. 이러한 경우에 필요한 것은 수용각 θ1(R,φ)을 적절하게 한정하는 것 뿐이다.
적분 곡선을 따르는 두 부분이 고려되어야 한다. 이러한 두 영역은 도 8에 나타나 있다. 원점 125에서 시작하여, 광 141은 반사기 135를 통하여 대향초점 125로부터 끌려진다. 이러한 광 141이 A,A'를 통과하지 않는다면, θ1(R,φ)각도는 광 141의 각도에 의하여 주어진다. 이는 반대편의 반사기 140가 자신의 모든 가장자리 광을 이 초점쪽으로 보내고 있기 때문이다. 만일, 대향하는 초점으로부터의 광이 A, A'를 통과한다면, 가장 큰 각이 발견될 때까지 소오스쪽과 그 반대방향으로 광을 추적함으로써 반사기 135상에서의 최대각을 얻을 수 있다. 이 각은 수학식 5의 적분에 사용되고, 각 α는 수학식 6에서 주어진다.
반사기 140상의 이러한 점들은 이미 알려져 있으므로, 이러한 적분기술은 반사기 140의 외부 가장자리에서 시작하여 내부쪽으로 적분한다. 적분에 의하여 최종 목표 개구 150에 도달할 수 있고, θ1-θ2경우에서는 더 이상의 2등분이 필요하지 않다. 이러한 식의 수치적분은 플로우라인 접근을 사용하여 유도되는 전형적인 트럼펫형 디자인으로 되돌아온다(give back). 불행하게도, 이러한 방법은 플로우라인 접근에서 가능한 트럼펫 형상은 해석적으로 유도하지 못한다. 그러나, 지금까지 불가능했던 비균일 분포를 위하여 조정될 수 있다는 중요한 장점을 가진다.
이상적인 트럼펫이 무한한 범위를 가지기 때문에, R을 무한대로 보내는 것은 수치적인 어려움을 유발한다. 절단(truncation)이 바람직한 디자인 방법에서 자동적으로 이루어지기 때문에, 이러한 접근은 그러한 집광기를 커버하지 못한다. 이상적인 무한 집광기 디자인은 플로우라인 접근을 필요로 한다. 그러나, 적분 방법은 모든 실제적인 응용에 적용된다.
3. 비평면 흡수체
비평면 흡수체로 일반화하기 위하여, 앞서 설명된 방법론을 따를 수 있다. 도 9에서, 임의 형상의 볼록 흡수체 151을 위하여 CEC형 접근을 사용하는 설계방법을 도시한다. 파라미터 δ(R,φ)는 흡수체 151로부터의 극단적인 광 145가 점 R,φ에서 만드는 각도이다. 흡수체 151가 원형이고, 흡수체 151의 중심 155이 좌표원점을 위한 최적 위치이며, δ=arcsin(ρ/R)이다. ρ는 흡수체의 반경이다. 좌표원점은 간단하게 흡수체 151의 수직축 160을 따른다.
θ1이 타격하는 소오스 분포로부터의 극단적 각도이고, 광추적에 의하여 뒤방향으로 향한다. 가장자리 광 145이 θ1로 반사하여야 하고, 흡수체 151의 상부에 접하여 타격한다. 원점 155을 지나가는 보완적인 가장자리 광 165이 사용되고, α를 위한 전설한 식은,
이러한 방법으로, 흡수체 151는 소오스로부터 광을 가로챌 수 있고, 그 광이 반사기 170에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 반사기 170가 이러한 광들을 집속하도록 설계하는 것은 집중도에 불필요한 손실로 작용한다. 따라서, 차단되지 않고 반사기 170를 타격하는 극단적인 광 각도를 찾는 것이 문제이다. 도 10은 최대각을 찾기 위하여 역방향으로 광추적하는 방법을 보여준다. 흡수체 151를 타격할 수 없는 최대각 θt에 대하여, θ1을 찾기 위하여 -π/2 와 θb사이를 검색하여야 한다. 만일 소오스로부터의 어떠한 광도 반사기 170를 직접적으로 타격하지 않는 경우에는, 소오스를 가로지르는 광을 찾을 때까지 다중 반사를 이용하여 역방향으로 광추적한다. 이는 소오스의 외부로부터 시작하여 내부로 향하는 적분을 요구하게 된다. 왜냐하면, 그렇지 아니한 경우라면, 최상단에서의 반사기 프로파일이 정하여지지 않았으므로 다중반사 역방향 광추적이 수행될 수 없기 때문이다.
바람직한 실시예에서는, 적분식이 모든 φ에 대하여 정의되고 최대의 집중도를 제공하기 때문에, 안으로 감긴 구성의 집광기 바닥 170은 사용되지 않는다. 평면 위상공간 분포에 대하여 적분 방법은 안으로 감긴 구성으로 되돌아온다; 따라서 결과는 기하학적인 기술을 이용하여 수행된 것과 동일하다.
흡수체 151 및 반사기 170 사이의 간격은 고정되어 있지 않고 φ=0에서의 R값에 의하여 결정된다. 눈에 띄는 간격 손실이 있는 경우에는, 광추적이 필요해진다.
전술된 기술은 3개의 주요 타입의 집광기 50, 100 및 170를 설계하는 일반적인 방법을 제공한다. TIR을 만족시켜야 하고 변화하는 굴절율 재료를 사용하는 렌즈를 디자인에 추가시키는 것과 같이, 추가적인 제한을 고려하여 설계식이 변화될 수 있다.
렌즈의 추가(도시 않음)로 집광기는 더욱 더 소형이 된다. 렌즈를 고려하여, θ1및 h가 변화한다. 입력 분포내에 있는 최대각을 찾기 위하여 렌즈를 통한 역방향 광추적에 의하여, 반사기를 따르는 수용각 θ1이 구해진다. 수치적분은 전술한 것과 같이 진행된다. 절단각 θt가 렌즈에 의하여 얼마나 편이했는지를 결정함으로써 새로운 높이 h가 얻어진다. 최적의 높이를 찾기 위하여 이러한 새로운 각도는 흡수체의 가장자리를 타격할 것이 요구된다. 전술한 바와 같이, 짧은 높이일수록 집중도(concentration)에 손실을 유발한다.
반사 손실 및 가열을 최소화하기 위하여 모든 광이 TIR을 만족한다는 요구가 유전체 집광기에 부과된다. θ1-θ2형 집광기 50에 대해서는, 가장자리 광 70이 한계각보다 큰 반사기 175의 수직방향에 대한 각도 β를 만들 필요가 있다. 도 11에서 TIR이 어떻게 요구되는 가를 도시한다. β≥arcsin(1/n)이라는 조건은 α에 새로운 제약을 가한다.
여기서, n은 매질의 굴절율이다. 또한 기하구조를 간단히 하기 위하여 보완적인 가장자리 광 75가 사용된다. 원형 렌즈를 사용한 집광기의 설계는 다른 기술을 이용하여 달성되는 형상과 동일한 형상을 제공한다.
굴절율 프로파일을 사전에 알수 있는 경우에는, 변화하는 굴절율을 가진 재료의 사용도 활용될 수 있다(도 12). 변화하는 굴절율 재료는 일반적으로 렌즈와 유사한 기능을 하고, 매질을 통한 역방향 광추적으로부터 θ1을 구한다. 차이점은 흡수체의 가장자리를 타격하는 광추적이 역시 필요하다는 것이다. 도 12에서 θ2(R,φ)를 찾을 수 있다. 보완적인 가장자리 광 75은 식 (7)이 모든 θ2값에 대한 α값을 제공한다는 것을 나타낸다.
B. 표준화된 조명기(Normalized Illuminator)
비결상 조명기 180의 설계 및 방법은 일반적으로 도 20 내지 도 25에 도시되어 있다. 집광기를 위한 전술된 개념이 이러한 조명기 180의 설계에도 확장될 수 있다. 비결상 광학은 최대 효율로 광을 집중할려는 목표를 가지는 분야이다. 광 경로를 역전(reversing)시킴으로써, 집광기는 이상적인 조명기가 될 수 있다. 이상적인 조명기에서는, 소오스 185로부터 방출되는 모든 빛이 반사기 190에 의하여 출력되고 잘 한정된 원뿔(cone)내에서 방출된다는 의미이다. 목표평면 상에서의 조명 패턴이 고정되므로 이러한 패턴을 변경하고 싶은 경우에는 문제가 발생한다. 최근 연구에 의하면, 조정된 집광기는 일정한 조도로 멀리 떨어진 평면을 조사하는 데 사용될 수 있다고 알려져 있다. 문제는 반사기 형상이 소오스보다 훨씬 크고, 소오스에 가까운 목표평면을 위한 방법이 잘 개발되어 있지 않다는 것이다.
임의의 소오스 분포, 흡수체 형상 및 집광기 타입을 위한 방법에 부가하여, 집중도를 최소화하기 위한 비결상 광학에 일반적인 적분 방법이 적용될 수 있다. 이러한 기술은 집광기 뿐 아니라 조명 문제에도 적용될 수 있고, 인접하는 목표 스크린에 일반적인 조명패턴을 위치시키기 위한 방법을 제공한다. 앞서는(leading) 가장자리 접근이 사용되기 때문에, 종래의 후행(traling) 가장자리에 존재하는 반사기 180 및 소오스 185 사이의 큰 간격을 완전히 제거할 수 있다.
일반적인 조명기를 설계하기 위하여 사용되는 기하구조가 도 20에 도시되어 있다. 집광기 50의 설계개념으로부터, 조정된 반사기를 위한 기본적인 미분 방정식을 표현할 수 있다.
[수학식 10]
반사기 190의 위치는 극좌표계에서 R,φ로 주어진다. 각도 θ는 이 점에서의 조정된 수용각이다. 소오스 185의 크기 및 형상은 δ로 변수화하고, 이는 좌표 원점 195로 머리를 향하는 R, φ에서의 광 및 흡수체의 상단을 접하여 통과하는 R, φ에서의 광 사이의 각도이다. 요구되는 조명에 따라 변하는 θ(R,φ)를 제외한 식 (10)의 모든 파라미터는 알려져 있다.
유일한 제한은 반사기 190를 조정할 때, φ가 증가함에 따라 θ와 R이 증가한다는 것이다.
θ를 찾기 위하여, 목표 스크린 205 X(θ)상에 있는 대응하는 위치 200을 찾고, 그 점을 타격하는 파워(power)가 요구되는 조명패턴과 맞다는 조건을 만족하게 한다. 소오스 원점으로부터 목표 평면 중심까지의 거리를 D라 할 때, X(θ,R,φ)는 다음과 같이 주어진다.
X=Rsinφ + tanθ (Rcosφ+D)
설계에 경계조건을 적용하는 것은 φ를 따르는 적분에는 3개의 영역이 있다는 것을 보여준다. 이들은 (1) 모든 광이 조명기 180를 빠져나가는 것을 확보하기 위하여 안으로 감긴 구조를 사용하는 것과, (2) 목표 중심에서 파워를 표준화하기 위하여 반사기 190의 일부분을 설계하고, (3) 목표 스크린 205을 따르는 일반적인 조명을 얻기 위하여 반사기 190를 조정하는 것이다. 이러한 영역은 아래에서 설명된다.
(1) 앞서는 가장자리 광 210이 소오스 185에 접하여 후방으로 직접 반사되도록 함으로써 안으로 감긴 디자인 208이 수행된다. 이는 도 21에 나타나 있고, 어떠한 빛도 파워 손실을 제거하면서 소오스 185로 되돌아오지 못하게 한다. θ=φ-δ(R,φ)이다. 이러한 적분구간은 X(θ)≥0 일 때까지 이어진다.
(2) 목표 평면상에서의 일반적인 조명 패턴은 다음을 만족하여야 한다.
P(X)=P(0) f(X)
여기서 P(X)는 X에서 평면을 타격하는 파워(power)이며, f(X)는 파워 분포 곡선의 형상이다. 목표중심 파워가 이하의 식을 만족할 때까지 θ를 한정하기 위하여 X(θ)=0을 사용한다.
P(0)≥P2(X)/ f(X), X>0
여기서 P2는 영역 1과 2에서 적분된 반사기 프로파일 및 소오스 185로부터의 직접적인 파워이다. 조정(tailoring)의 기본은 파워가 P(X)에 추가될 수 있다는 것이지만, P2(X) > P(0)f(X)인 경우에는, 그 지점에서 과다한 출력이 있을 것이다. 영역 2 부분만을 포함하지 않는 디자인은 과다 파워 지점을 가질 수 있다. 광추적에 의하여 이러한 편이가 허용가능한 지를 결정할 수 있다. P(0)값의 증가는 더한 불균일성을 주지만, 파워 보존(power conservation)에 의하여 조정될 수 있는 X의 범위가 제한된다.
(3) 적분 영역 1과 2로부터 P(0)를 표준화한 후에, 일반적인 조명 패턴에 대한 조정을 개시할 수 있다. 각 지점 R,φ에 대하여, P(X)=P(0)f(X)인 θ를 찾을 수 있다. f(X)의 변화에 제한이 있으며, 이러한 제한은 조정 후에는 어떠한 지점에서도 과다한 빛을 가질 수 없다는 사실에 기인한다. Y > X인 모든 점에 있어서, f(Y)는 과다한 조명을 피하기 위하여 다음을 만족하여야 한다.
f(Y) > P3(Y) / P(0)
여기서 P3는 현재의 적분위치까지 확장된 반사기 프로파일에 의하여 발생하는 파워이다. P(X)를 구하는 것은 다소 어렵다. 일반적으로 아래와 같이 주어진다.
여기서 I는 소오스 185로부터 단위 길이당 방출되는 파워이고, β는 X지점에서 떠나고 소오스 185로 되돌아오는 광의 각도이며, d(β)는 소오스에 도달하는 광의 광경로 길이(optical path length)이고, n(β)는 소오스에 도달하는데 필요한 반사의 횟수, θs는 소오스 가장자리의 각도이다. 모든 파라미터는 변수 θ에 의해서 구할 수 있다. 적당한 가장자리 광의 각도를 구하기 위하여 수학식 12를 만족시킬 때까지 θ를 변경시켜야 한다. 목표에 가까운 소오스에 대해서는, P(X)의 값을 구하기 위하여 역방향 광추적 및 상당한 계산이 필요하다.
반사기 크기의 제한에 도달할 때까지 조명기 180의 조정이 계속된다. 조명 패턴을 이상적으로 결정하기 위하여, 반사기 190가 소오스 185로부터 목표까지 확장될 필요가 있다. 이는 대부분의 경우 실제적이지 않고 심한 절단은 조명가시부분에 테일(tail)만을 유발하게 된다. 디자인의 마지막 지점에서 X(θend)를 산출함으로써 절단에 의한 영향을 받지 않는 목표 스크린상의 영역을 제공하게 된다.
멀리 떨어진 목표 조명의 가장 간단한 예는 D≫d, 원형 원통형 소오스(δ=arcsin(r/R)) 및 일정한 조도(f(X)=1)인 경우이다. 다중 반사의 분포를 무시가능하다고 가정하면(ρ=1), 수학식 15는 간단하게 다음과 같이 된다.
여기서 As(θ)는 각도 θ에서 소오스로부터 직접 나타나는 투영된 영역이고, Ar(θ)는 반사에 의하여 나타나는 투영된 영역이며, X=Dtan(θ)이다. 이러한 기하구조가 도 22에 도시되어 있다. 이러한 투영된 영역은,
As(θ)=2r
Ar(θ)=R sin(φ+θ)-r
θ=0에서 θ=φ-arcsin(r/R)까지의 적분식 10이 앞에서 약술한 영역 1내에서의 반사기 프로파일을 제공한다. 다음 단계는 영역 2의 적분이 끝나는 때를 찾는 것이다. 과다 조명이 발생하여 P(O)>P(ΔX)인 경우에는 투영된 영역에 다음과 같은 조건이 주어져야 한다.
이러한 조건은 φ≤π/2 인 경우에는 θ=0으로 설정된다. 이러한 조건을 만족시킴으로써 Ar(0) = 1.8As(0)이 되고, 멀리 떨어진 스크린상의 조명 패턴의 크기를 현저하게 감소시킨다. φ<π/2에서 적분을 멈춤으로써, 범위가 중심 부근의 스크린상에 거의 과다하지 않게 확장되는 것을 알 수 있다. 영역 3에서의 적분으로 A(θ)cos2θ=A(0)가 되도록 하는 θ를 찾을 수 있다. 다양한 영역 2 정지 지점에 대한 적분된 곡선이 도 23에 도시되어 있다. 각 조명기의 성능이 도 24에 나타나 있다. 도면에서 알수 있는 바와 같이, P(0)를 낮춤으로써 더 높은 상대적 과잉이 발생하지만, 일정한 조도 범위로 연장된다. 이러한 형상은 일정한 조도 범위 및 파워가 다양한 요구조건을 만족시키기 위하여 변화될 수 있음을 나타낸다. 절단되지 않은 반사기에 대한 최대 설계각은 에너지 보존으로부터 발견할 수 있다. 관계는 다음가 같다.
영역 2가 멈추는 곳 φ=π/2에서의 완벽한 조사(irradiance)를 위하여 θmax=70.3°임을 도 24로부터 알 수 있다. 영역 2의 제거는 완벽하게 θmax=70.3°를 산출해 낸다. 절단은 설계범위 및 일정한 조사의 최대각을 ｜θ(Rend,φend)｜으로 감소시킨다. 조도의 범위가 tanθmax에 비례하기 때문에, 이러한 차이는 상당히 큰 설계상의 자유를 제공한다. 절단량의 변화는 이러한 값들에 거의 영향이 없다.
새로운 조명시스템 설계방법은 종래의 방법보다 훨씬 더 일반적이고, 소오스와 반사기 간격이 없는 훨씬 콤팩트한 형상으로 귀결된다. 소오스 185의 형상과 맞는 새로운 형태로 적절하게 δ(R,φ)를 변화시킴으로써, 비원형 조명 소오스 분포에 대한 방법이 개발될 수 있다.
소오스와 목표 평면 사이의 제한된 분리를 위하여, 설계 방법은 일반적인 조명에 대한 조건을 포함하고, 목표 스크린 중심 부근의 지점에 대한 설계는 집광기 50을 따라 더 멀리 있는 지점을 타격하기 위한 과다한 파워를 발생시키지는 않는다. 만일 소오스 분포가 균일하지 않다면, 수학식 15에서 소오스 의존량인 정수에 상대적 파워 가중치를 부가할 수 있다. 나머지 기술은 동일하다. 호전 대칭 시스템에 대한 3차원 디자인은 2차원 식을 이용하여 설계될 수 있다. P(X)를 구하기 위해서는 집중된 입체각(collected solid angle)을 통한 이중적분이 필요하다.
이하의 비제한적인 실시예에 의하여 본 발명의 다양한 형태가 표현될 것이다.
실시예 1
본 실시예는 θ1<θ2인 경우에 θ1-θ2집광기에 대한 해석적인 해를 구하는 것이 목적이다. 수학식 5와 수학식 7을 결합하고 적분하면, π/2-φ>θ2인 경우에 R(φ)dp 대한 식이 다음과 같이 산출된다.
θ1및 θ2가 상수인 경우에는, 이 식은 다음과 같은 R(φ) 해를 제공한다.
상기 식은 방향이 φ=π/2-(θ2-θ1)/2에 상응하는 직선이다.
π/2-φ≤θ2인 경우에는 수학식 5와 6은 다음과 같이 된다.
적분하고 정리하면,
이 식은 축방향이 φ=π/2+θ1에 대응하는 포물선이다. 곡선상의 마지막 점인 φ=π/2-θ1를 이용하여 이상적인 집광기의 높이를 결정한다. 원점이 목표 중심으로 편이된 직교좌표계에서 주어진 곡선은 (R(φ)cosφ - L2/2, R(φ)sinφ)로 주어진다. 입구 폭 L1은 L2sinθ2/sinθ1과 같으며, 이는 이론적인 제한과 정확하게 일치한다.
실시예 2 : 2-스테이지 집광기(Collector)
원통형 원형 미러를 사용하는 종래의 2차원 태양집광 시스템은 포물선형 각광기(脚光器, trough)의 25 내지 30정도의 집중도(concentration)에 비하여 상당히 낮은 2-3의 집중도를 가지기 때문에 활용상의 제한이 있었다. 원형 미러의 바람직한 대칭 특성은, 제 1 미러를 고정하고, 흡수체만이 태양을 추적하기 위하여 선회하도록 하는 것이다. 그러나, 이러한 장점은 원통형 미러의 큰 수차에 의하여 상쇄된다. 비결상 제 2 미러가 수차에 의한 집중도 손실을 약간 저장할 수 있고, 이러한 실시예는 적당한 제 2 미러(secondary)를 설계하는 것에 주안점을 둔다.
제 2 미러를 설계하는 데에는, 제 2 미러의 위치와 개구가 특정될 필요가 있다. 이는 광 220이 어떻게 원형 아크 225에서 반사되는 가에 대한 기본적인 연구를 수반한다는 것을 뜻한다. 도 13에 도시된 바와 같이 광이 접하게 되는 엔벌로프 패턴(envelope pattern) 230을 확인할 수 있다. 이러한 엔벌로프 230는 제 2 미러의 개구를 위치결정하는데 매우 중요하다. 제 1 미러를 반사한 후 미소량만큼 분리된 두 개의 평행 광을 가로지름으로써 곡선에 대한 식을 얻을 수 있다. 직교좌표게에서 엔별로프에 대한 매개변수화된 식은 다음과 같다.
X=R sin3γ
여기서 R은 제 1 아크의 곡률반경이고, γ는 광 220이 제 1 미러(아크 225)로부터 반사되는 위치 및 그 광이 접하게 되는 엔벌로프 230상의 위치를 정의한다. γ가 거의 0인 경우에는, 광 220이 근축 초점(近軸焦點)을 통과한다는 것을 주목하여야 한다. 제 2 개구의 위치를 찾기 위하여 각 가장자리(edge)는 엔벌로프 230에 의하여 가로질러질 필요가 있다. 제 2 개구의 주어진 폭, W=2X에서는 최적 선회 레버암(leverarm)의 길이가 L=-Y이다. 광 220이 자신이 접하는 엔벌로프 230을 가로지르지 않기 때문에 이러한 길이의 레버암에서 최대한의 집광이 발생하게 된다. 대칭축의 양측은 엔벌로프 함수이므로, 일측에 접하는 광 220은 반대측상에서 엔벌로프 230을 통과하게 된다. 더 작은 레버암에서는 반대편 엔벌로프 230를 관통하는 더 많은 광 220이 손실되고 그를 보상하기 위한 어떠한 광도 집광되지 아니한다. 도 13에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 엔벌로프 230에 접하는 광 220의 밀도(density)는 엔벌로프를 관통하는 광의 밀도보다 훨씬 크다. 따라서, 레버암을 증가시켜 폭이 더 이상 엔벌로프 230을 가로지르지 않도록 하는 것은 득보다 실을 더 크게 한다.
태양의 각도 퍼짐(spread) 및 추적 공차(tracking tolerance)가 추가된다. 추적각도 θtrack는 소정의 이유에 의하여 제 1 미러(아크 225)와 떨어져 있는 광 220의 최대 편이각도로 정의된다. 이러한 각도는 태양의 각도범위, 추적 공차 및 제 1 미러 아크 225의 비추지 않는(non-specular) 반사를 포함하게 된다. 이는 엔벌로프 함수를 θtrack만큼 회전함으로써 모델링 되고, 전술한 것과 같은 가로지름(intersection)을 필요로 한다. 광추적은 이러한 모델이 최적 레버암을 발생시키는 것을 보여준다. θtrack이 증가할수록 L이 감소하고, 이는 손실된 집광으로 귀결된다. 도14는 W, R 및 θtrack의 함수인 L을 보여준다. W/R가 0.04∼0.05의 범위에 있을 때 가장 우수한 작용을 하며, 제 1 미러를 잘 보이게 한다는 것을 알 수 있다. 1도(18 mradian)의 θtrack값은 매우 넓은 공차(tolerance)를 제공하고, 성능에는 거의 손실이 없게 한다. 추적 공차가 디자인에 따라 설정되는 것이 아니고 입력 변수라는 점에서 이러한 과정은 포물선형 각광기(trough)와 다르다.
시스템의 크기는 시스템내의 열손실을 최소화하기 위하여 150mm의 외부직경을 가지는 빈 유리튜브내에 제 2 (미러)를 위치시키도록 선택된다. 튜브 중심에 개구를 위치시키면 W=143mm(5.6")가 된다. R=3.23m(127")로 설정하면, L=1.74m가 됨을 알수 있다. 제 1 미러의 55도 아크에 입사하는 모든 광이 제 2 개구상에 모인다. 이는 제 1 미러의 집중도(concentration)를 21이 되게 한다. 다음으로, 도 15에서와 같이 제 2 개구상의 광도 분포가 추적되고, 매우 불균일한 패턴이 형성됨을 알수 있다. 0.5도의 표준 편이를 가지는 각도 편이 가우시안 분포가 사용된다. 이러한 모델에서는 추적이 편향되어 있지 않고, 다른 퍼짐 소오스(spreading source)가 관련되어 있지 않다는 가정을 한다.
모여질 필요가 있는 위상공간영역을 산출함으로써, 제 2 미러의 집중도에 대한 이론적인 한계가 2.5가 넘는 것을 알 수 있다. 속이 비어있는 튜브의 중심에서 개구를 가지고, 55도의 허용각도를 가지며, 반사기-흡수체 간격이 없는 종래기술에 의한 표준 CPC는 절단 손실 때문에 단지 1.15의 집중도를 가진다. 이러한 집광기가 도 16에 도시되어 있다. 부족분에 대한 주요한 이유는 광도분포에 간격이 있고, 개구상에서의 위치함수인 최대각 또한 변하기 때문이다. 원형 흡수체에 대한 설계기술을 사용하여, 반사기 240을 따르는 각 점에서의 허용각도가 역 광추적(reverse raytracing)을 통하여 발견된다. 결과적으로 집광기 50은 1.45의 집중도를 가지며, 이는 도 17에 도시되어 있다. 디자인의 광추적이 단지 0.1%의 손실만을 나타내기 때문에, 큰 간격도 허용 가능하다. 도 18에서는, 모여진 2 차 미러를 타격하는 광도 분포가 나타나 있다.
조정이 어떻게 모인 위상공간에 영향을 미치는 지를 보여주기 위하여, 도 19는 람버티언(Lambertain) 분포의 어떠한 부분이 모여지는 것을 도시하고 있다. 또한, 각각의 광도 둘레(bin)는 흡수체를 타격하기 전에 겪게 되는 반사 회수와 관련이 있는 회색의 스케일 단위를 가진다. 흡수체로의 직접적인 조사(radiation)는 반사기를 타격하지 않고, 따라서 조정될 수도 없다. 이는 집중도(concentration)에 20%의 손실을 가져온다. 각각의 다중 반사 영역은 간격 손실 영역(gaploss region)에 의하여 분리된다. 시스템이 한 번 반사 또는 반사가 이루어지지 않은 때에 대부분의 입력 분포를 집중시키기 때문에, 큰 간격이 심한 손실을 가져오지는 않는다. 이와 같은 경우에, 간격(gap)을 가변 파라미터로 남겨두는 것은 최대한의 잡중을 달성하기 위한 유일한 방법이다. 흡수체-반사기 간격 조건에서 시작하면, 집중도가 1.25로 제한될 것이다.
이러한 새로운 2차 미러는 시스템 전반에 30.5의 집중도를 제공한다. 집중도는 포물선 각광기(trough)를 사용하여 얻어지는 것보다 약간 크며, 추적 공차(tracking tolerance)는 훨씬 큰 값을 가진다. 단지 2차 미러만이 태양을 추적하기 위하여 선회할 필요가 있고, 1차 미러는 그럴 필요가 없다.
실시예 3 : 원통형 소오스로부터의 일정한 조도
조명 설계에 대한 종래 기술에서는, 조명기 시스템내의 반사기 크기가 소오스보다 훨씬 크다. 문제중 하나는 소오스보다 몇 배 더 큰 간격이 필요한 후행 가장자리(trailing edge) 디자인을 사용하는 때 요구되는 큰 간격이다. 간격이 없는 경우에는, 후행 가장자리 광도 없으며, 조정도 불가능하다. 도 25는 후행 및 선행(leading) 가장자리 조명 디자인으로의 다른 접근을 도시한다. 후행 가장자리, CEC타입 방법은 목표 스크린 205의 반대측으로 조명을 조정하는 기능을 하고, 반면에, 선행 가장자리, 즉, CHC타입은 목표 스크린 205의 동일한 측면으로 조정하는 기능을 한다. 선행 가장자리의 장점은 간격이 필요하지 않다는 것이다.
원형 기하구조와 멀리 떨어진 목표 스크린 205을 사용함으로써, 도 22에 도시된 것과 같은 설계 기하구조를 얻게된다. θ의 부호가 종래의 비결상 집광기 50의 부호와 반대라는 것을 주목하여야 한다. 이는 다음과 같은 기본적인 설계를 제공한다.
γ이 원통형 소오스 185의 반경이면 δ=arcsin(γ/R) 이고, 반사기 형상 윤곽의 중심은 소오스 중심에 있다. 상기 디자인에는 3개의 관심있는 영역이 있다: 1) 소오스 185로부터의 모든 광이 조명기 시스템에 의하여 방출되게 하는 안으로 감긴 부분(involute), 2)이러한 영역은 목표 스크린 205상에서 일정하거나 거의 일정한 조도가 달성되도록 중심 파워 분포를 조정하고, 3)중심 이외의 점에서의 조정이 시작된다.
멀리 떨어진 목표, D 》d에 대해서는, 적분의 제 1 영역은 간단하다. 도 21에 도시된 기하구조에 의하여 θ를 찾을 수 있다. θ=δ-φ이고 적분은 θ=0일 때까지 계속된다. 안으로 감긴 부분(involute)을 찾기 위한 종래의 스트링 방법(string method)도 여기에 사용된다.
두 번째 영역은 목표 스크린 205의 중심에서의 파워를 적당하게 표준화한다. 현재의 반사기에 대하여 다양한 각도에서 보여지는 소오스의 투영 지역을 사용하는 경우에는, 조정에 의하여 일정한 조명이 달성될 수 있도록 모든 θ에 대하여 P(0) > P(θ)인 조건을 만족하기를 바란다. 수학식 16 내지 수학식 18을 사용하면, P(θ)는 다음과 같다.
만족하여야 하는 조건은 P(Δθ)≤P(0)이다. 이러한 조건은 φ2=π/2일 때 θ=0인 적분 정지점(stopping point)을 제공한다. 이러한 점 이전에서 정지하면, P(0)가 낮아지고, 목표 스크린 205상의 여러 점에서 약간의 과다 조명을 일으키게 된다. 이는 조정(tailoring)이 목표 스크린 205상의 스포트(spot)에 파워를 추가시키기 때문에 발생하지만, 주어진 점을 타격하는 파워를 감소시키기 위하여 할 수 있는 것은 아무 것도 없다.
세 번째 영역은 P(θ)=P(0)가 되게 하는 θ를 구함으로써 조정된다. 반사기 190이 설정된 크기 제한과 일치할 때까지 이러한 영역에서의 적분은 계속된다. 디자인이 올바르게 작동할 지를 검사하기 위한 조건은 dθ/dφ≥0 및 dR/dφ≥0이다.
다양한 조명기가 도 24에 도시되어 있다. 이들은 영역 2에서의 다양한 φ2차단(cutoff)에 대한 윤곽을 보여준다. 반사기 폭이 소오스 직경의 5배가 되도록 형상이 절단된다. 도23은 먼 스크린상에서 이러한 조명기의 성능을 보여준다. φ2가 π/2에 가까워지면 조도는 높아지지만 퍼짐은 덜해진다. φ2가 낮으면, 조명 패턴이 더 넓게 퍼지지만, 비균일로부터 최대 10%까지의 편이(deviation)가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 이하의 청구범위에서 밝혀질 발명의 태양에서 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변형과 변용이 가능함이 명백할 것이다.

Claims (18)

  1. 극좌표계에서 다음과 같은 미분방정식을 적분함으로써 한정되고, 종축을 가지는 2차원 형상으로서,
    ,
    여기서 R은 원점으로부터 반사기 표면에서 반사되는 가장자리 광의 반사 지점까지의 반경벡터이고, φ는 집광기 방출 개구의 외부 지점 및 R벡터 사이의 각도이며, (R,φ)는 반사기 곡선상의 점을 나타내고, α는 원점으로부터의 가장자리 광이 상기 반사기 곡선에 수직하는 방향과 이루는 각도인 상기 2차원 형상;
    상기 반사기 곡선상의 가장자리 광이 위치에 대한 함수로 변화할 수 있도록 하는 반사기 곡선에 의하여 정의되는 상기 반사기 표면; 및,
    상기 흡수체 표면을 따르는 위치와 함께 변화하는 형상 변동성을 가지는 흡수체 및 상기 형상 변동성의 함수인 반사기 곡선;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 집광기는 합성 타원 집광기(CEC)이고, 상기 α는 다음과 같은 함수 작용을 가지는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
    θ1은 상기 집광기의 진입 개구를 타격하는 광의 최대각도이고, θ2는 상기 집광기의 방출 개구를 떠나는 광의 최대각도이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 2차원 형상을 상기 종축 주위로 회전시킴으로써 3차원 형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 집광기는 합성 타원 집광기(CEC)이고, α는 다음과 같은 함수 작용을 하는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 집광기는 합성 쌍곡선 집광기(CHC)이고 dR/dφ=R tanα은 두 부분에서 적분되며,
    첫 번째 부분은 소오스 분포에서 시작하여, 상기 진입 개구를 한정하는 입구 가장자리 지점 A, A' 사이 영역을 통과하지 않는 광을 가지는 반사기 곡선을 통하여 대향하는 소오스 가장자리로부터 광을 유도함으로써 얻어지는 진입 개구를 타격하는 광의 최대각으로 정의되는 각도 θ1을 사용하고,
    두 번째 부분에서는, A, A'사이를 통과하고 가장 큰 각이 발견될 때 까지 소오스쪽으로 역방향 추적하는 대향 소오스 가장자리로부터의 두 번째 광에 의하여 θ1이 한정되며, α는 다음 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 dR/dφ 적분은 반사기 곡선의 외부 가장자리에서부터 시작하여 안쪽으로 계속되는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 흡수체는 평편하지 아니하고, 상기 α는 다음과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 상기 흡수체는 원형이고 δ=arcsin(ρ/R)이며, ρ는 흡수체의 반경인 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 집광기가 렌즈를 추가로 포함하고, 상기 θ1는 소오스 분포 내부의 최대각을 결정하는 상기 렌즈를 통한 역방향 광추적(raytrace)에 의하여 한정되는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기 표면은 모든 광이 총 내부 반사(total internal reflection)를 만족하도록 함으로써 α가 다음과 같이 정의되도록 하는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
    위 식에서 n은 상기 집광기내 매질의 굴절율이다.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 n은 변화하는 양인 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 집광기가 집중도(concentration)의 수차적 손실을 회복하기 위한 비결상 요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 비결상 제 2 요소의 위치 및 개구(aperture)가 상기 집광기 내의 모든 각도 편이를 포함하는 각도 θtrack만큼 회전된 엔벌로프 곡선(envelope curve)에 의하여 한정되고, 상기 엔벌로프는 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
    X=rsin3γ
    Y=(-3/2)rcosγ+rcos2γ
    여기서 r은 제 1 아크 곡률반경이고, γ는 상기 반사기 표면으로부터 반사하는 광의 각위치 및 상기 광이 접하는 상기 엔벌로프상의 위치를 한정하는 것을 특징으로 하는 비결상 집광기.
  14. 종축을 가지며, 극좌표계의 다음과 같은 미분방정식을 적분함으로써 한정되는 2차원 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비결상 조명 시스템.
    위 식에서 R은 소오스 원점에서 반사기 표면으로부터의 가장자리 광의 반사위치까지의 반경 벡터이고, φ는 광소오스 중심으로부터 상기 조명 시스템의 종축을 따르는 반경 벡터와 R벡터 사이의 각도이며; δ(R,φ)는 점(R,φ)에서 상기 중심을 향하는 광 및 측면의 가장 가까운 광 출력상에서 흡수체와 접하여 통과하는 광 사이의 각도이다.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 2차원 형상을 상기 종축 주위로 회전함으로써 3차원 형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 비결상 조명 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 조명 시스템이 다음과 같이 주어지는 매개변수 표현 X(θ,R,φ)에 의하여 정의되는 목표 스크린을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비결상 조명 시스템.
    X(θ,R,φ)=R sinφ+tanθ(R cosφ+D)
    위 식에서 D는 소오스 원점에서 상기 목표 스크린 까지의 거리이다.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적분은 φ에 대하여 다음과 같은 세 개의 영역: (1)모든 광이 조명 시스템에서 나가도록 하기 위하여 구성된 안으로 감긴 영역을 포함하는 제 1 영역과, (2)목표 스크린 중심에서 목표 스크린상에서의 파워를 표준화시키기 위하여 반사기 표면의 적어도 일부분을 이용하는 제 2 영역과, (3)목표 스크린을 가로지르는 요구되는 방사조도(irradiance)를 얻기 위하여 반사기 표면을 조정하는 제 3 영역을 따라서 수행되는 것을 특징으로 하는 비결상 조명 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 광소오스는 δ= arcsin(r/R)인 원형 원통형 소오스이고, 일정한 방사조도(irradiance)를 가지는 것을 특징으로 하는 비결상 조명 시스템.
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Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100430975B1 (ko) * 1997-05-08 2004-07-31 삼성아토피나주식회사 올레핀중합및공중합방법
US6244264B1 (en) * 1999-06-09 2001-06-12 Solar Enterprises, International, Llc Non-imaging optical illumination system
WO2001042722A1 (en) * 1999-12-13 2001-06-14 Viljoen, Catharina, Anna, Johanna Electromagnetic radiation collector
US6516116B1 (en) * 2000-10-30 2003-02-04 Lite Cycles, Inc. High speed optical receiver
US6829442B2 (en) * 2000-12-19 2004-12-07 Lite Cycles, Inc. High speed optical receiver
MXPA01000376A (es) * 2001-01-11 2002-07-15 Fernando Arcos Gomar Benjamin Dispositivo para captar y emitir radiaciones.
US6542118B2 (en) 2001-08-24 2003-04-01 Ball Aerospace & Technologies Corp. Antenna apparatus including compound curve antenna structure and feed array
US6834971B2 (en) * 2001-12-04 2004-12-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Low-backscatter aperture structure
US7345824B2 (en) * 2002-03-26 2008-03-18 Trivium Technologies, Inc. Light collimating device
US6881893B1 (en) * 2002-06-11 2005-04-19 David M. Cobert Solar energy collection system
US6986591B2 (en) * 2002-12-20 2006-01-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Non-imaging photon concentrator
DE10327124A1 (de) * 2003-06-13 2004-12-23 TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH Erfindung betreffend Konzentrator-Systeme
US20060072222A1 (en) * 2004-10-05 2006-04-06 Lichy Joseph I Asymetric, three-dimensional, non-imaging, light concentrator
WO2006065246A1 (en) * 2004-12-18 2006-06-22 Cobert David M Solar energy collection system
US20060174867A1 (en) * 2004-12-28 2006-08-10 Applied Optical Materials Nonimaging solar collector/concentrator
DE102005014754A1 (de) * 2005-03-31 2006-10-05 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH KFZ-Scheinwerfer
US20060289001A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Byron Hopewell Solar stove
CN100516640C (zh) * 2005-08-15 2009-07-22 张月英 二维非成像式太阳光吸收及传送照明器
US20070181173A1 (en) * 2006-02-09 2007-08-09 Neubauer Jeffrey B Solar electric power generator
CN100462984C (zh) * 2006-03-17 2009-02-18 清华大学 自由曲面反射器设计系统及方法
MX2008014142A (es) * 2006-05-05 2008-12-19 Rahmi Oguz Capan Sistema de campo de transito solar hiperbolico.
WO2008144636A2 (en) * 2007-05-20 2008-11-27 3M Innovative Properties Company Design parameters for thin hollow cavity backlights of the light-recycling type
US8469575B2 (en) * 2007-05-20 2013-06-25 3M Innovative Properties Company Backlight and display system using same
US9028108B2 (en) 2007-05-20 2015-05-12 3M Innovative Properties Company Collimating light injectors for edge-lit backlights
EP2500767A1 (en) 2007-05-20 2012-09-19 3M Innovative Properties Company Semi-specular reflecting components in backlights, which have a thin hollow cavity and recycle the light
US8058547B1 (en) 2007-09-17 2011-11-15 Casperson John R Concentrating solar panel
US8058546B1 (en) 2007-09-17 2011-11-15 Casperson John R Concentrating solar collector
US8119905B2 (en) * 2007-11-03 2012-02-21 Solfocus, Inc. Combination non-imaging concentrator
US8680754B2 (en) 2008-01-15 2014-03-25 Philip Premysler Omnidirectional LED light bulb
KR101571576B1 (ko) 2008-02-07 2015-11-24 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 구조화된 필름을 구비한 중공형 백라이트
KR20100126389A (ko) 2008-02-22 2010-12-01 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 선택된 출력 광속 분포를 갖는 백라이트 및 이를 사용한 디스플레이 시스템
CN101520156B (zh) * 2008-02-26 2011-05-04 亚洲光学股份有限公司 光源模块及投影装置
PT104064A (pt) * 2008-05-19 2009-11-19 Manuel Pedro Ivens Col Pereira Concentradores primários de étendue ajustada combinados com secundários associados a múltiplos receptores e com redução de convecção
WO2009149010A1 (en) 2008-06-04 2009-12-10 3M Innovative Properties Company Hollow backlight with tilted light source
US8837058B2 (en) * 2008-07-25 2014-09-16 The Invention Science Fund I Llc Emitting and negatively-refractive focusing apparatus, methods, and systems
US8405920B2 (en) * 2008-09-04 2013-03-26 Philip Premysler Illumination lenses
ES2371879B2 (es) * 2008-10-10 2012-06-07 Universidad Politécnica de Madrid Concentrador de radiación hiperbólico parabólico.
US8339716B2 (en) * 2008-12-03 2012-12-25 Philip Premysler Illumination lenses including light redistributing surfaces
US8317352B2 (en) 2008-12-11 2012-11-27 Robert Saccomanno Non-invasive injection of light into a transparent substrate, such as a window pane through its face
US20100269886A1 (en) * 2009-04-27 2010-10-28 Sun Edge LLC Non-imaging light concentrator
US9157602B2 (en) 2010-05-10 2015-10-13 Cree, Inc. Optical element for a light source and lighting system using same
US9662047B2 (en) 2010-08-05 2017-05-30 Massachusetts Institute Of Technology Portable raman diagnostic system
US9329308B2 (en) * 2010-10-26 2016-05-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Longitudinally graded index lens
US9328898B1 (en) 2012-02-21 2016-05-03 Richard Arthur Flasck High efficiency hybrid illumination system
JP6093557B2 (ja) * 2012-03-29 2017-03-08 アズビル株式会社 反射部材および火炎センサ
US9097412B1 (en) 2012-11-21 2015-08-04 Robert M. Pinato LED lightbulb having a heat sink with a plurality of thermal mounts each having two LED element to emit an even light distribution
CN103994586A (zh) * 2013-02-20 2014-08-20 北京航空航天大学北海学院 一种高聚光度的复合槽式集热器
CN103792650A (zh) * 2014-02-28 2014-05-14 陕西师范大学 漏斗状光能流密度倍增器
CN103792651A (zh) * 2014-02-28 2014-05-14 陕西师范大学 线光源聚光器
CN103792600A (zh) * 2014-02-28 2014-05-14 陕西师范大学 线聚光透镜
CN103792616A (zh) * 2014-02-28 2014-05-14 陕西师范大学 激光传输双曲聚光棒
CN103792601A (zh) * 2014-02-28 2014-05-14 陕西师范大学 非成像双曲面聚光透镜
AU2017418693B2 (en) * 2017-06-12 2023-07-13 Solight Ltd. Radiation collector and method of manufacture thereof
CN109104153B (zh) * 2018-09-07 2020-02-21 广东工业大学 一种反射式聚光系统
CN110906926B (zh) * 2019-12-02 2023-04-14 哈尔滨工业大学 近地空间全天时高精度swir恒星敏感系统及方法
CN116202237B (zh) * 2023-04-28 2023-08-11 昆明理工大学 一种太阳能真空管光热性能监测装置及监测方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2997711A (en) * 1959-05-22 1961-08-22 Wiley Electronics Company Spherical reflector and composite illuminator
US3130084A (en) * 1960-03-14 1964-04-21 United Aircraft Corp Solar thermoelectric generator
US3923381A (en) * 1973-12-28 1975-12-02 Univ Chicago Radiant energy collection
US4003638A (en) * 1973-12-28 1977-01-18 The University Of Chicago Radiant energy collection
US3899672A (en) * 1974-02-19 1975-08-12 Univ Chicago Solar energy collection
US3974824A (en) * 1974-08-09 1976-08-17 Solergy, Inc. Solar heating device
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
US4045246A (en) * 1975-08-11 1977-08-30 Mobil Tyco Solar Energy Corporation Solar cells with concentrators
US4240692A (en) * 1975-12-17 1980-12-23 The University Of Chicago Energy transmission
GB1562015A (en) * 1976-03-03 1980-03-05 Us Energy Solar concentrator with the angle of incidence of energy on the energy absorber restricted
US4114592A (en) * 1976-08-16 1978-09-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cylindrical radiant energy direction device with refractive medium
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
US4359265A (en) * 1980-01-18 1982-11-16 University Patents, Inc. Controlled directional scattering cavity for tubular absorbers
US4387961A (en) * 1980-01-18 1983-06-14 Roland Winston Compound parabolic concentrator with cavity for tubular absorbers
US4669832A (en) * 1983-07-28 1987-06-02 Wolken Jerome J Light concentrating lens system
SU1647207A1 (ru) * 1989-01-02 1991-05-07 И.А.Коробченко Декоративный светильник
US5243459A (en) * 1989-05-05 1993-09-07 The Argonne National Laboratory Nonimaging radiant energy device
US5586013A (en) * 1991-07-19 1996-12-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nonimaging optical illumination system

Also Published As

Publication number Publication date
AU709997B2 (en) 1999-09-09
KR100393914B1 (ko) 2003-09-19
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AU709997C (en) 2002-03-28
AU6482796A (en) 1997-02-10
EP0871908A1 (en) 1998-10-21
MX9800207A (es) 1998-11-30
JP3682300B2 (ja) 2005-08-10
US5971551A (en) 1999-10-26
CA2226154C (en) 2002-10-01
CA2226154A1 (en) 1997-01-30
JPH11509011A (ja) 1999-08-03
CN1196125A (zh) 1998-10-14
WO1997003372A1 (en) 1997-01-30
CN1114836C (zh) 2003-07-16

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