TW201834700A - 具有上轉換且用於產生紫外線輻射之防污系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種包括一窗口(100)、一輻射聚光器光學元件(200)及一上轉換元件(300)之防污裝置(10)，其中：該窗口(100)包括用於將防污輻射(11)之至少部分透射至該裝置(10)之外部之一防污表面(110)，其中該窗口(100)進一步對來自該裝置(10)之外部之可見光及IR輻射(1)中之一或多者之至少部分係透射的；該輻射聚光器光學元件(200)經組態以用於聚集可見光及IR輻射(1)中之該一或多者之至少部分；且該上轉換元件(300)係組態於該裝置(10)內，且經組態以用於將可見光及IR輻射(1)中之該一或多者之至少部分上轉換成該防污輻射(11)，其中該防污輻射(11)包括UV輻射。

Description

具有上轉換且用於產生紫外線輻射之防污系統

本發明係關於一種(舉例而言)用於提供在其上生物污損無法容易地生長或累積之一表面之防污裝置。本發明進一步係關於一種包括此裝置之物體，並且係關於一種用於將此裝置應用於一物體之方法。

抗微生物上轉換系統在此項技術中係已知的。舉例而言，US2010/0297206闡述用於殺死微生物、使微生物失活及/或抑制微生物之抗微生物製品、系統及方法。抗微生物製品及系統利用上轉換發光，其中一磷光體或發光材料能夠吸收可見紅外線光或較長波長輻射並經由上轉換發射抗微生物紫外線輻射，因此抑制微生物之生長、抑制微生物之生殖或者殺死微生物或以其他方式使微生物失活，該等微生物諸如(但不限於)孢子、細菌、真菌、黴、黴菌及藻類。抗微生物製品或系統之實施例可包括此一發光材料且因此在曝光至自然光或人工光時將具有抗微生物活動性。

生物污損(Bio fouling或biological fouling)係微生物、植物、藻類等在濕潤表面上(諸如小船、近海中之水下檢驗裝備、入水口及出水口、船及產生器上之螺旋槳等上)之累積。此等裝備之表面上之生物污損之後果具有重大影響(在經濟上、操作上及安全性上)。海洋公司已經投資大量資金用於近海技術之防污解決方案。 因此，本發明之一態樣係提供可用於防止及/或減少生物污損之一替代裝置，該替代裝置較佳地進一步至少部分地避免上文所闡述之缺點中之一或多者。 防污系統可配備有UV LED或UV源。然而，此等源係昂貴的。因此，使用太陽能藉助於磷光體材料中之上轉換(UC)來產生UV輻射可係一選項。然而，用於上轉換之大部分磷光體在低功率下似乎具有不良轉換，此將在使用太陽能時發生。此外，以一方式使用上轉換磷光體使得一表面可容易地免受生物污損並不簡單。 因此，本文中提議結合一光學系統使用上轉換器以增加轉換磷光體上之輻照度位準，且組態該裝置使得可減少及/或防止生物污損。 因此，在一第一態樣中，本發明提供一種包括一窗口、一輻射聚光器光學元件及一上轉換元件之防污裝置(「裝置」)，其中： - 該窗口包括用於將防污輻射(由該裝置產生)之至少部分透射至該裝置之外部之一防污表面，其中該窗口進一步對來自該裝置之外部之可見光及IR輻射(諸如太陽輻射)中之一或多者之至少部分係透射的； - 該輻射聚光器光學元件(「光學元件」或「聚光器」)經組態以用於聚集可見光及IR輻射中之該一或多者之至少部分；且 - 該上轉換元件(亦可指示為「上轉換器」或「上轉換器元件」或者「上轉換元件」)係組態於該裝置內，且經組態以用於將可見光及IR輻射中之該一或多者之至少部分上轉換成該防污輻射，其中該防污輻射包括UV輻射。 以此方式，裝置可將來自裝置之外部之光(諸如來自太陽光之UV及/或可見光及/或IR)變換成防污輻射。特別地，防污輻射包括UV輻射。此可防止生物污損黏附至窗口(亦即窗口之表面，本文中亦指示為防污表面)及或減少此類生物材料在窗口上之生長，或甚至減少窗口(窗口之防污表面)上已有之生物污損。 裝置允許聚集外部輻射使得上轉換程序可更高效。上轉換程序特別地取決於激發強度或激發密度。藉由聚集光，可實質上增強經由上轉換提供之(UV)輻射。舉例而言，上轉換光之強度可取決於傳入光之強度之平方。因此，藉由用光學元件聚集光，可給上轉換元件提供一高得多之激發密度。此外，在實施例中，裝置之設計可允許將裝置用作另一裝置、元件、設備等(本文中一般指示為「物體」)之一表皮或船體。以此方式，給實質上可能未遭受生物污損之物體提供一外部表面。此可對戶外應用特別有利，如同經受雨水或(表面)水之戶外應用。 因此，在又一態樣中，本發明提供一種包括一物體表面及如本文中所界定之防污裝置之物體，其中該防污裝置之該防污表面組態為該物體表面之至少部分。因此，可將裝置配置於物體之表面之部分上，藉此原始物體表面之部分現由裝置替換，藉此提供裝置之窗口作為(替代)物體之物體表面。因此，在特定實施例中，物體係選自由一固定海洋物體、一機動海洋物體、一基礎設施元件、一風車等組成之群組。 由裝置提供之防污表面可被設置在室內，但特別地可被設置在戶外。此外，可將此類物體之防污表面設置於水平面上面或甚至水平面下面，此乃因裝置在水平面下方(特別地直至水平面下方約10 m之深度)亦可獲取太陽光。當然，效率可取決於深度、水之污染、水之渾濁度，但熟習此項技術者將知曉。 因此，在某些實施例中，物體在使用期間可至少部分地浸沒於水中。如本文中所指示，物體可特別地選自由一船隻及一基礎設施物體組成之群組。在本文中，片語「在使用期間至少部分地浸沒於水中之物體」特別地係指諸如具有水上應用之船隻及基礎設施物體之物體。因此，在使用期間，此物體將一般與水接觸，如同海、一湖泊、一運河、一河流或另一水路等中之一船隻。術語「船隻」可(例如)係指(例如)一小船或一船等，諸如一帆船、一油輪、一旅遊船、一遊艇、一渡船、一潛水艇，等等。術語「基礎設施物體」可特別地係指一般經配置實質上靜止之水上應用，諸如一水壩、一水閘、一浮箱、一石油鑽機等等。特別地，物體係經組態以用於海洋應用(亦即在一海或一海洋中或者靠近一海或一海洋之應用)之一物體。此類物體在其使用期間至少暫時地(或實質上經常)至少部分地與水接觸。物體在使用期間可至少部分地位於水(水位線)下面，或可實質上一直位於水(水位線)下面，諸如用於潛水艇應用。本發明可(例如)應用於海洋防污、保持濕潤表面清潔、近海應用、(海底)海應用、鑽孔平臺等。由於與水或與(戶外)空氣及雨水之此接觸，可發生具有上文所指示之缺點之生物污損。生物污損將發生在此物體之一外部表面(「表面」)之表面處。欲保護之一物體(物體之元件)之表面可包括鋼，但視情況亦可包括另一材料，諸如(例如)選自由木材、聚酯、複合物、鋁、橡膠、氯磺化聚乙烯、PVC、玻璃纖維等組成之群組。因此，代替一鋼船體，船體亦可係一PVC船體或一聚酯船體等。代替鋼，亦可使用另一鐵材料，諸如一(其他)鐵合金。 術語「外部表面」特別地係指可與水或與(戶外)空氣及雨水實體接觸之表面。代替術語「外部表面」亦可應用術語「污損表面」。此外，在此等實施例中，術語「水位線」亦可係指(例如)填充位準。在本文中，亦應用術語「防污表面」來指示接收防污輻射且因此較不經受生物污損或甚至可由於防污輻射而移除生物污損之一表面。 在本文中，術語「污損」或「生物污損(biofouling或biological fouling)」互換地使用。在上文中，提供污損之某些實例。生物污損可發生於在水中或接近於水且暫時地曝露於水、(戶外)空氣及/或雨水之任何表面上。在此類表面上，當元件位於水中或靠近水(諸如(剛好)在水位線上面(如同(例如)由於噴濺水，例如由於一艏波))或在與(戶外)空氣及雨水接觸時，可發生生物污損。其上可產生污損之表面或區域在本文中亦指示為污損表面。 如上文所指示，本發明提供一種包括一窗口、一輻射聚光器光學元件及一上轉換元件之防污裝置(「裝置」)。此裝置特別地經組態以在用輻射(諸如可見光及/或IR輻射)輻照該裝置(更特別地該裝置之窗口)時提供防污輻射。因此，當在防污表面處接收到太陽光時，該裝置可聚集太陽光並將太陽光上轉換(在裝置內)成防污輻射，在防污輻射可能自窗口逸出之情況下在防污表面處再次提供防污輻射，或當已存在生物污損時防污輻射可被生物污損吸收從而導致對生物污損之一破壞且藉此移除生物污損。 該窗口包括用於將防污輻射(由該裝置產生)之至少部分透射至該裝置之外部之一防污表面，其中該窗口進一步對來自該裝置之外部之可見光及IR輻射(諸如太陽輻射)中之一或多者之至少部分係透射的。因此，窗口經選擇使得可見光及/或IR輻射可經由窗口進入裝置且進一步經選擇使得至少UV輻射可經由窗口自裝置逸出。 因此，窗口特別地包括一輻射透射材料，諸如玻璃、石英、(熔融)二氧化矽、聚矽氧等。窗口未必對所有波長透射且亦未必對所有輻射完全透射。因此，窗口對可見光及/或IR輻射之至少部分透射且至少對由上轉換器元件產生之UV輻射之至少部分透射。特別地，窗口經調適以透射防污輻射之至少10％ (諸如至少20％、如同至少35％、特別地諸如至少50％、諸如至少75％、如同至少90％)。此外，10％，窗口經調適以透射可見光及/或IR輻射之至少部分之至少10％ (諸如至少20％、如同至少35％、特別地諸如至少50％、諸如至少75％、如同至少90％)。透射或輻射滲透率可藉由以下操作判定：給材料提供在一特定波長下具有一第一強度之輻射且使輻射在於透射穿過該材料之後量測之彼波長下之強度與在彼特定波長下提供給材料之輻射之第一強度有關(亦參見1088-1989，第69版CRC化學物理手冊(CRC Handbook of Chemistry and Physics)之E-208及E-406)。 在特定實施例中，在處於一波長或一波長範圍中(特別地處於由一輻射(此處特別地，由上轉換元件提供之輻射)之源產生之輻射之一波長或一波長範圍中)之輻射透射在該輻射之垂直輻照下穿過一材料之一1 mm 厚之層、特別地甚至穿過該材料之一5 mm厚之層係至少約80％ (諸如至少約85％、諸如甚至至少約90％)之情況下，該材料可視為係透射的。 裝置特別地係一封閉裝置，特別地在某種程度上在一封閉狀態中或在該裝置被用(例如)太陽光輻照時可用於提供防污輻射之一狀態中，該裝置基本上不透水。因此，窗口基本上可係在其處輻射可進入裝置且在其處輻射可自裝置逸出之唯一零件。術語「窗口」亦可係指複數個窗口，諸如窗口之一2D陣列(由同一裝置包括)。窗口因此特別地不透水。此外，當裝置處於一封閉狀態中時，裝置(因此亦包括窗口)可特別地不透氣。 此外，裝置包括一輻射聚光器光學元件。如上文所指示，此類光學元件特別地經組態以用於聚集可見光及IR輻射中之該一或多者之至少部分。因此，此類光學元件可經組態以聚集(有效地)選自可見範圍或紅外線範圍之一或多個波長。聚光器可具有一焦點或可與上轉換元件重合之一焦平面(亦即複數個焦點)，儘管未必一定如此。任何聚集可能已經可改良轉換器元件之輸出。因此，特別地，光學元件經組態使得在上轉換元件處提供所聚集光(亦即防污表面處之具有比自一外部源(諸如太陽)提供之光大之每剖面面積功率之光)。 此外，裝置包括上轉換元件，該上轉換元件特別地組態於裝置內，且經組態以用於將可見光及IR輻射中之該一或多者之至少部分上轉換成該防污輻射，其中該防污輻射包括UV輻射。因此，光學元件與上轉換元件輻射地耦合。術語「輻射地耦合」特別地意指光學元件與上轉換器元件彼此相關聯使得由光學元件聚集之輻射之至少部分被上轉換器元件接收(且至少部分地轉換成防污輻射)。此外，防污輻射亦經由光學元件離開裝置。因此，光束路徑自外部經由防污表面穿過窗口、經由光學元件至上轉換器元件，其中防污輻射自上轉換器元件逸出、經由光學元件穿過窗口，且在防污表面處自裝置逸出。因此，光學元件可進一步經最優化以用於來自裝置之防污輻射之一(高效)輸出耦合。由於防污光在防污表面上方之一均勻分佈可係合意的，因此光學元件可經組態以提供自光學元件逸出(在與組態有上轉換器元件之側對置之一側處)之一(基本平行)光束。此已經展示，對光學元件可行之一最佳化係傳入輻射與逸出輻射之間的一平衡。此外，窗口亦可進一步經最佳化以用於來自裝置之防污輻射之一(高效)透射。 因此，防污輻射特別地由上轉換元件產生。上轉換元件特別地經組態以用於將由光學元件聚集之可見光及IR輻射中之該一或多者之至少部分上轉換成該防污輻射。 即使本文中闡述UV輻射及IR輻射，但術語「光」亦可係指此輻射及(當然)可見光。 在下文中，闡述某些更特定實施例。 在實施例中，輻射聚光器光學元件具有用於可見光及IR輻射中之該一或多者之一或多個焦點，其中裝置經組態為該一或多個焦點與該上轉換元件重合。術語「一或多個焦點」可(例如)係指一焦點或一焦點區域。一般而言，上轉換元件及光學元件係如此，使得一或多個焦點可位於上轉換器元件處，或接近於上轉換器元件(諸如約2 cm、如同約1 cm內)。此外，此等一或多個焦點可經選擇以用於紅外線輻射之可見輻射。特別地，此等一或多個焦點可經選擇接近於上轉換器元件(針對具有選自200 nm至800 nm、特別地至少400 nm至600 nm之範圍之一波長之輻射)。 特別地，上轉換器元件(亦進一步參見下文)經組態以將可見或IR輻射上轉換成UV輻射，特別地100 nm至300 nm之範圍中之UV輻射。紫外線(UV)係由可見光譜及X射線輻射波段之較低波長極限值限界之電磁光之彼部分。UV光之光譜範圍被界定為介於約100 nm與400 nm之間(1 nm=10^-9 m)且係人眼不可見的。使用CIE分類，將UV光譜細分成三個波段：自315 nm至400 nm之UVA (長波)；自280 nm至315 nm之UVB (中波)；及自100 nm至280 nm之UVC (短波)。實際上，諸多光生物學家通常將由UV曝光導致之表皮效應稱為超過及低於320 nm之波長之加權效應，因此提供一替代界定。術語「可見光(visible、visible light)」或「可見發射」係指具有在約400 nm至780 nm之範圍中之一波長之光。 由短波UVC波段中之光提供一強殺菌效應。另外，紅斑(使表皮變紅)及結膜炎(眼睛之黏膜炎症)亦可由此形式之光致使。由於此關係，在使用殺菌UV光燈時，設計用以排除UVC洩漏且因此避免此等效應之系統係重要的。在浸入光源之情形中，藉由水對UV光之吸收可足夠強使得UVC洩漏對於液體表面上面之人不成問題。因此，在一實施例中，UV輻射(防污光)包括UVC光。在又一實施例中，UV輻射包括選自100 nm至300 nm、特別地200 nm至300 nm、諸如230 nm至300 nm之一波長範圍之輻射。因此，UV輻射可特別地選自UVC及高達約300 nm之一波長之其他UV輻射。利用100 nm至300 nm之範圍內(諸如200至300 nm或甚至更特別地230 nm至300 nm之範圍中)之波長獲得良好結果。 因此，在實施例中，光學元件可經組態以提供可藉由上轉換元件上轉換之所聚集輻射且經組態以給防污表面提供經上轉換輻射之(基本上平行)射線。未必平行地提供射線。 術語光學元件亦可係指可經組態以在上轉換器元件處提供所聚集輻射之複數個光學元件。在特定實施例中，術語光學元件亦可係指可經組態以在上轉換器元件處提供所聚集輻射之複數個不同光學元件。 上轉換器元件可包括一透鏡。上轉換器元件亦可包括一複合抛物面聚光器(CPC)。然而，如熟習此項技術者將明瞭，亦可使用如同聚光器之複合抛物面聚光器，例如亦可應用具有一或多個平坦分段之CPC。因此，亦可應用在形狀上與CPC類似之光學器件。 因此，在實施例中，輻射聚光器光學元件包括一透鏡。此透鏡可組態於窗口下游(當自外部觀看時)。然而，透鏡亦可部分地由窗口包括。因此，在實施例中，透鏡由該窗口包括。舉例而言，此可允許(使用)微透鏡陣列。此外，此亦可允許具有某種撓性之一裝置(在窗口係撓性的之情況下)。 術語「上游」及「下游」係關於物項或特徵相對於光自一光產生構件(例如太陽)之傳播之一配置，其中相對於來自光產生構件之一光束內之一第一位置，在光束中較接近於光產生構件之一第二位置係「上游」，且在光束內進一步遠離光產生構件之一第三位置係「下游」。應注意，事實上在本發明中可存在兩個光產生構件：外部源及上轉換器元件。針對太陽光，窗口組態於上轉換器元件上游；然而，針對防污光，窗口組態於上轉換器下游。 在特定實施例中，裝置包括複數個透鏡及複數個上轉換元件，其中每一透鏡經組態以給一各別上轉換元件提供所聚集輻射。如上文所指示，複數個透鏡可至少部分地由窗口包括(亦即每一透鏡可部分地被窗口包括)。此組態允許透鏡之一2D陣列及(因此亦允許)上轉換器元件之一2D陣列。在特定實施例中，窗口可(因此)包括經組態以用於聚集可見光及IR輻射中之該一或多者之至少部分之微透鏡光學器件，其中在特定變體中，窗口包括一撓性材料。一撓性材料可(例如)係聚矽氧。此組態可允許具有撓性之一板狀裝置用於一物體之一保形層。術語「撓性」特別地係指可彎曲的。 在可與透鏡之前述實施例組合之另一實施例中，輻射聚光器光學元件包括一複合抛物面聚光器。此CPC可組態於窗口下游(當自外部觀看時)，即使在距窗口某些(非零)距離處。然而，在其他實施例中，複合抛物面聚光器具有一聚光器出口，其中該聚光器出口由該窗口包括。此可允許一CPC陣列以窗口作為共同元件。此外，此亦可允許一裝置具有某種撓性(在窗口係撓性的之情況下)。 在特定實施例中，裝置包括複數個複合抛物面聚光器及複數個上轉換元件，其中每一複合抛物面聚光器經組態以給一各別上轉換元件提供所聚集輻射。如上文所指示，複數個CPC可至少部分地由窗口包括，更特別地，聚光器出口可至少部分地被窗口包括(亦即每一CPC出口可部分地由窗口包括)。此組態允許CPC之一2D陣列且(因此亦允許)上轉換器元件之一2D陣列。在特定實施例中，窗口可包括一撓性材料。一撓性材料可(例如)係聚矽氧。此組態可允許具有撓性之一板狀裝置用於一物體之一保形層。術語「撓性」特別地係指可彎曲的。 片語「至少部分地由窗口包括」可係指其中所指示元件(諸如透鏡)至少部分地嵌入於窗口中或聚光器出口嵌入於窗口中之實施例，但亦係指其中所指示元件附接至窗口使得(例如)一透鏡面與窗口面重合或使得一聚光器出口面(基本上)與一窗口面重合之實施例。 舉例而言，窗口之一防污表面可經形狀設計以提供一或多個透鏡，例如提供一透鏡陣列(諸如一微透鏡陣列)。另一選擇係或另外，窗口之一裝置表面可經形狀設計以提供一或多個透鏡，例如提供一透鏡陣列(諸如一微透鏡陣列)。 舉例而言，一聚光器出口可與窗口之裝置表面實體接觸，使得聚光器出口與裝置表面基本上重合。 裝置之窗口因此特別地係一雙向窗口(用於將來自裝置之外部之(可見光及/或IR)輻射透射至裝置中、用於由上轉換元件轉換成防污輻射)，其中防污輻射之至少部分再次透射穿過同一窗口。以此方式，在窗口之防污表面之側處之生物污損可接收UV輻射。因此，窗口特別地經組態以透射由上轉換元件產生之輻射之至少部分。 上轉換器元件特別地組態於CPC內，諸如在一或多個焦點處或接近於一或多個焦點。 因此，複合抛物面聚光器包括由一或多個反射表面界定之一聚光器腔及一聚光器光學軸(O)，其中裝置進一步包括包含該上轉換元件之一腔元件，其中該腔元件至少部分地組態於該聚光器腔內且經組態以佔據該聚光器腔之一部分，且其中在特定實施例中，該腔元件經組態為平行於該光學軸(O)。此等實施例允許上轉換器元件在CPC中之一容易配置。在特定實施例中，腔元件經組態與該一或多個反射表面中之一或多者接觸。腔元件可特別地與CPC腔配合。因此，在實施例中，腔元件可具有與腔之間隙配合或一過渡配合或者一干涉配合，特別地一過渡配合或干涉配合、諸如一干涉配合。腔元件可基本上由上轉換器元件組成，但在實施例中亦可係指(例如)塗佈有上轉換器元件之一支撐件或封圍上轉換器元件之一框架。可不與反射表面接觸且不係上轉換器元件的腔元件之部分可係反射的或透射的。 如上文所指示，腔元件經組態以佔據該聚光器腔之一部分。為不對光輸出具有不利影響，由腔元件佔據之腔之體積百分比可小於約15％ (諸如小於約10％，諸如在1％至15％之範圍中)。 術語反射特別地係指反射性，特別地對UV、可見光及IR中之一或多者之鏡面反射，特別地至少UV及可見光，甚至更特別地至少對200 nm至800 nm、特別地至少400 nm至600 nm之範圍中之波長。特別地，術語反射係指對200 nm至800 nm之範圍中之波長之反射性(特別地鏡面反射)。 裝置亦可包括複數個此等腔元件。此可允許(例如)以一穩定方式將上轉換元件配置於CPC腔中。舉例而言，兩個腔元件可經組態彼此垂直且可彼此相關聯，藉此提供一個十字形腔元件。因此，在特定實施例中，裝置包括至少部分地組態於該聚光器腔內且經組態以佔據該聚光器腔之一部分之複數個腔元件，且其中該等腔元件具有大於0°且等於或小於120°，特別地等於或小於90°之相互角度(α)。在應用複數個腔元件時，此等腔元件特別地彼此相關聯。此可有效地提供包含具有相互角度(α)之不同平面或翼之一腔元件。彼此相關聯之腔元件可因此提供平面，基本上平行於光學軸且具有大於0°且等於或小於120°(特別地等於或小於90°，諸如120°、90°或60°)之相互角度。 如上文又進一步指示，裝置包括一上轉換元件。上轉換元件包括一上轉換材料(或「上轉換器材料」)，該上轉換材料可將兩個(或兩個以上)光子轉換成一第二能量之一單個光子。在某些系統，此可包含對相同能量之兩個光子之一上轉換。在又其他系統中，此可包含對不同能量之兩個光子之一上轉換。一旦處於上轉換狀態中，便可發生輻射鬆弛，視情況伴有非輻射鬆弛。總之，發射之光子具有比所吸收光子中之任何者高之一能量。上轉換材料係發光材料或磷光體之特定實例。 光子上轉換(UC)可(舉例而言)係基於三重態-三重態湮滅(TTA)。舉例而言，上轉換材料可包括Ir(C6)₂ (acac)，其中C6 =香豆素6且acac =乙醯丙酮。上轉換(發光)材料在此項技術中係已知的，且(例如)在本文中以引用方式併入之US2010/0297206、US2010/0297207、US2011/0171062或US2016237343中闡述(特別地關於其中所指示之上轉換(發光)材料)。特別地，上轉換器元件經組態以將可見光(及/或IR)輻射轉換成UVA、UVB及UVC輻射中之一或多者。術語「上轉換元件」亦可係指複數個不同上轉換元件。特別地，術語「上轉換材料」特別地係指複數個不同上轉換材料。以此方式，可吸收不同光譜部分並將其轉換成防污輻射。 如上文所指示，本發明亦提供包括一物體表面及如本文中所界定之防污裝置之一物體，其中該防污裝置之防污表面組態為該物體表面之至少部分。在又一進一步態樣，本發明亦提供一種用於將如本文中所界定之一防污裝置應用於包括一物體表面之一物體之方法，其中該防污裝置經組態至該物體以用該防污裝置之該防污表面提供該物體表面之至少部分。 裝置可包含一或多個聚光器(諸如一抛物面聚光器)及/或一或多個透鏡。一般而言，每一(此類)輻射聚光器光學元件定址一上轉換元件。當一個以上輻射聚光器光學元件可用時，每一輻射聚光器光學元件可在其他實施例中定址一(延伸)上轉換元件之不同部分，諸如包括一上轉換材料之一層。

圖1a示意性地繪示一防污裝置10之一實施例，該防污裝置包括一窗口100、一輻射聚光器光學元件200及一上轉換元件300。窗口100包括用於將防污輻射11之至少部分透射至裝置10之外部之一防污表面110。此防污輻射由上轉換元件300產生，亦參見下文。此外，窗口100對來自裝置10之外部之可見光及IR輻射1中之一或多者之至少部分透射。窗口包括輻射透射材料，其具有防污表面110及一裝置表面113 (亦即窗口的指向裝置之表面)。在防污表面與裝置表面之間組態有輻射透射材料，諸如玻璃、石英等。窗口基本上不滲透水。窗口100可係平坦的，但亦可係彎曲的。來自外部之輻射(用參考符1指示，諸如太陽輻射)至少部分地透射穿過窗口，且可到達輻射聚光器光學元件200。 輻射聚光器光學元件200經組態以用於聚集可見光及IR輻射1中之該一或多者之至少部分。此外，裝置10包括接收所聚集輻射1之至少部分之一上轉換元件300。上轉換元件300組態於裝置10內，且經組態以用於將可見光及IR輻射1中之該一或多者之至少部分上轉換成該防污輻射11，其中該防污輻射11包括UV輻射。為此目的，上轉換元件300可包括上轉換材料310。 輻射聚光器光學元件200具有用於可見光及IR輻射1中之該一或多者之一或多個焦點201，其中在實施例中，裝置10經組態成使該一或多個焦點201與該上轉換元件300重合。此處，存在與上轉換元件300重合之複數個焦點201 (亦即一焦平面)。然而，焦點亦可組態成某種距離(諸如在距上轉換元件300約2 cm之一距離內)以外。 圖1a亦極示意性地繪示包括一物體表面1110及防污裝置10之一物體1000，其中該防污裝置10之防污表面110組態為該物體表面1110之至少部分。此處，以實例之方式，物體表面1110之部分係原始表面，且此原始物體表面1110之部分(更特別地至少防污表面110)由裝置替換。應注意，裝置10之高度(用h指示)可在0.1 mm至100 mm (諸如2 mm至100 mm)之範圍中。 圖1a (及圖1b以及圖1c)示意性地繪示裝置包含一裝置腔13之實施例，在裝置腔13中組態有上轉換元件300及光學元件200之至少部分。 圖1b示意性地繪示其中輻射聚光器光學元件200包括一透鏡210之一實施例。此處，以實例之方式，透鏡210由該窗口100所包括。參考符O指示裝置之一光學軸。 圖1c示意性地繪示其中輻射聚光器光學元件200包括一複合抛物面聚光器220之一實施例。複合抛物面聚光器220具有一聚光器出口221。在示意性繪示之實施例中，聚光器出口221由該窗口100包括，儘管未必一定如此。複合抛物面聚光器220包括由一或多個反射表面223界定之一聚光器腔222。此外，裝置10包括聚光器光學軸O。 應注意，在圖1a及圖1b中，光學元件由裝置腔13包括，而在圖1c中，裝置腔13由光學元件(至少部分地)封圍。 圖2a示意性地繪示其中裝置包括複數個透鏡210及複數個上轉換元件300之一實施例，其中每一透鏡210經組態以給一各別上轉換元件300提供所聚集輻射1。圖2b示意性地繪示其中窗口100包括微透鏡光學器件215之一實施例，微透鏡光學器件215經組態以用於聚集可見光及IR輻射1中之該一或多者之至少部分。此外，圖2b示意性地繪示其中窗口100包括一撓性材料之一實施例。應注意，在此實施例中透鏡組態於防污表面處。然而，該等透鏡亦可被包括於裝置表面113處，或可全部地嵌入於窗口100中。 圖2c示意性地繪示其中裝置包括複數個複合抛物面聚光器220及複數個上轉換元件300之一實施例，其中每一複合抛物面聚光器220經組態以給一各別上轉換元件300提供所聚集輻射1。 在圖2a至圖2c中，上轉換元件300指示為各自由不同輻射聚光器光學元件200定址之單獨元件。在又其他實施例中，可提供包括上轉換元件300之一層。然後，每一輻射聚光器光學元件200可定址此層之部分。此上轉換元件可係一延伸上轉換元件。 亦可應用諸如(例如)圖2a至圖2c中所繪示之不同實施例之組合，諸如具有透鏡及CPC之一裝置，其中每一透鏡或CPC定址一特定上轉換元件((延伸)上轉換元件之部分)。 圖3a進一步示意性地繪示覆合抛物面聚光器220之兩個變體或類似結構，其中左邊之CPC具有一基本上圓形剖面且右邊之類CPC聚光器具有一基本上正方形剖面。 此外，以實例之方式，裝置10進一步包括包含該上轉換元件300之一腔元件224，其中腔元件224至少部分地組態於該聚光器腔222內且經組態以佔據該聚光器腔222之一部分，且其中該腔元件224經組態為平行於該光學軸O。此處，腔元件224經組態與該一或多個反射表面223中之一或多者接觸。實際上，裝置10包括複數個腔元件224，該複數個腔元件至少部分地組態於該聚光器腔222內且經組態以佔據該聚光器腔222之一部分，且其中該等腔元件224具有大於0°且等於或小於90°之相互角度α。圖3b中極示意性地展示一特定變體，其中各自具有一缺口之兩個磁碟可用於提供如圖3a中示意性地繪示(左邊)之腔元件224。當然，板(此處為磁碟)可具有其他形狀以便符合各別CPC腔形狀。 在實施例中，本發明提供一防污/抗微生物系統，該防污/抗微生物系統包括用以將可見輻射轉換成UV輻射以用於達成一防污/抗微生物作用之一上轉換材料及關於可見輻射及/或UV輻射具有一光學效應以用於增強防污/抗微生物作用之一光學元件。在本文中系統亦指示為「裝置」。 特別地，系統包括用以增加可見光至UV轉換之轉換效率之一光學元件。 此外，系統可特別地包括定位於一光學太陽能收集器之焦點中之一上轉換材料以增加至上轉換材料上之輻照度且因此增加轉換效率。 在特定實施例中，防污/抗微生物系統可包含包括複合抛物面聚光器(CPC)之一收集系統且磷光體材料係在每一CPC之焦點中。特別地，CPC之出射表面係防污表面。在實施例中，上轉換材料組態為如呈圖3a至圖3b中所示意性地繪示一般互連之(兩個)磷光體磁碟。對圖3a中所繪示之裝置之保守估計已經給出相對良好上轉換結果。 另一選擇係或另外，防污/抗微生物可包含包括一透鏡陣列之一收集系統且磷光體材料係在每一透鏡之焦點中。特別地，透鏡之出射表面係防污表面。 在特定實施例中，上轉換係一可見光至UV轉換。在實施例中，光子上轉換(UC)係基於敏化三重態-三重態湮滅(TTA)，舉例而言，上轉換材料係Ir(C6)₂ (acac)類型。 在特定應用中，出射表面與一船體、浮力模組、風車或其他海洋零件等之水下表面重合。 因此，除其他之外，本發明可包含一裝置之實施例，其中一窗口經組態以用於透射外部光且該同一窗口經組態以用於透射經上轉換之光。因此，在使用期間，來自裝置之外部之光可穿透窗口、可由聚光器(其可至少部分地由窗口包括)聚集，且經上轉換光(由上轉換器元件藉由上轉換所聚集光之至少部分而產生)穿透窗口(再次)到達裝置之外部。上轉換元件特別地含納於一封閉腔中。該腔可至少由窗口封閉。 本文中之術語「實質上」(諸如在「實質上所有光」中或在「實質上組成」中)將被熟習此項技術者理解。術語「實質上」亦可包含具有「完全地」、「完整地」、「所有」等之實施例。因此，在實施例中，形容詞實質上亦可被移除。在適用之情況下，術語「實質上」亦可係關於90％或更高(諸如95％或更高、特別的99％或更高、甚至更特別地99.5％或更高(包含100％))。術語「包括(comprise)」亦包含其中術語「包括(comprises)」意指「由…組成」之實施例。術語「及/或」特別地關於在「及/或」之前及之後所提及之物項中之一或多者。舉例而言，一片語「物項1及/或物項2」及類似片語可係關於物項1及物項2中之一或多者。術語「包括(comprising)」可在一實施例中係指「由…組成」，但亦可在另一實施例中係指「至少含納所定義物種及視情況一或多個其他物種」。 此外，在說明中及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三及諸如此類用於在類似元件之間進行區分且未必用於闡述一順序或時間次序。應理解，如此使用之術語在適當之情形下可互換，且本文中所闡述之本發明之實施例能夠以除本文中所闡述或圖解說明之順序之外的其他順序操作。 除其他之外，本文中之裝置在操作期間闡述。如熟習此項技術者將明瞭，本發明並不限於操作之方法或操作中之裝置。 應注意，上文所提及之實施例圖解說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠設計出諸多替代實施例而不背離附隨申請專利範圍之範疇。在申請專利範圍中，置於括號之間的任何參考符號皆不應被解釋為限制申請專利範圍。使用動詞「以包括(to comprise)」及其詞形變化並不排除存在除一技術方案中所陳述之彼等元件或步驟之外的元件或步驟。除非內容脈絡另外明確要求，否則在說明及申請專利範圍通篇中，詞語「包括(comprise、comprising)」及諸如此類應解釋為在與一排他性或窮盡性意義相反之一包含性意義上；亦即，在「包含但不限於」之意義上。一元件前面之冠詞「一(a或an)」並不排除存在複數個此等元件。本發明可藉助於包括數個不同元件之硬體且藉助於一經適合程式化之電腦來實施。在列舉數個構件之裝置技術方案中，此等構件中之數者可由一個且相同硬體物項體現。在互不相同的所附申請專利範圍中陳述特定措施之事實本身並非指示無法有利地使用此等措施之一組合。 本發明進一步應用於包括在說明中所闡述及/或在隨附圖式中所展示之表徵特徵中之一或多者之一裝置。本發明進一步係關於包括在說明中所闡述及/或在隨附圖式中所展示之表徵特徵中之一或多者之一方法或程序。 此專利中所論述之各種態樣可經組合以便提供額外優點。此外，熟習此項技術者將理解，可組合實施例，且亦可組合兩個以上實施例。此外，該等特徵中之某些特徵可形成一或多個分割申請案之基礎。

1‧‧‧IR輻射/所聚集輻射

10‧‧‧防污裝置/裝置

11‧‧‧防污輻射

13‧‧‧裝置腔

100‧‧‧窗口

110‧‧‧防污表面

113‧‧‧裝置表面

200‧‧‧輻射聚光器光學元件/光學元件

201‧‧‧焦點

210‧‧‧透鏡

215‧‧‧微透鏡光學器件

220‧‧‧複合抛物面聚光器

221‧‧‧聚光器出口

222‧‧‧聚光器腔

223‧‧‧反射表面

224‧‧‧腔元件

300‧‧‧上轉換元件

310‧‧‧上轉換材料

1000‧‧‧物體

1110‧‧‧物體表面

h‧‧‧高度

O‧‧‧聚光器光學軸/光學軸

α‧‧‧相互角度

現將參考隨附示意性圖式、僅以實例之方式闡述本發明之實施例，在該等圖式中，對應參考符號指示對應部件，且其中： 圖1a至圖1c示意性地繪示裝置及物體之某些態樣； 圖2a至圖2c示意性地繪示某些實施例；且 圖3a至圖3b示意性地繪示某些變體。 示意性圖式未必按比例。

Claims (15)

1. 一種防污裝置(10)，其包括一窗口(100)、一輻射聚光器光學元件(200)及一上轉換元件(300)，其中： 該窗口(100)包括用於將由該上轉換元件(300)產生之防污輻射(11)之至少部分透射至該裝置(10)之外部之一防污表面(110)，其中該窗口(100)進一步對來自該裝置(10)之外部之可見光及IR輻射(1)中之一或多者之至少部分係透射的； 該輻射聚光器光學元件(200)經組態以用於聚集可見光及IR輻射(1)中之該一或多者之至少部分；且 該上轉換元件(300)係組態於該裝置(10)內，且經組態以用於將由該輻射聚光器光學元件(200)聚集之可見光及IR輻射(1)中之該一或多者之至少部分上轉換成該防污輻射(11)，其中該防污輻射(11)包括UV輻射。
2. 如請求項1之裝置(10)，其中該輻射聚光器光學元件(200)具有用於可見光及IR輻射(1)中之該一或多者之一或多個焦點(201)，其中該裝置(10)經組態為該一或多個焦點(201)與該上轉換元件(300)重合。
3. 如請求項1或2之裝置(10)，其中該輻射聚光器光學元件(200)包括一透鏡(210)。
4. 如請求項3之裝置(10)，其中該透鏡(210)由該窗口(100)包括。
5. 如請求項3之裝置(10)，其中該裝置包括複數個透鏡(210)及複數個上轉換元件(300)，其中每一透鏡(210)經組態以給一各別上轉換元件(300)提供所聚集輻射(1)。
6. 如請求項5之裝置(10)，其中該窗口(100)包括經組態以用於聚集可見光及IR輻射(1)中之該一或多者之至少部分之微透鏡光學器件(215)，且其中該窗口(100)包括一撓性材料。
7. 如請求項1或2之裝置(10)，其中該輻射聚光器光學元件(200)包括一複合抛物面聚光器(220)。
8. 如請求項7之裝置(10)，其中該複合抛物面聚光器(220)具有一聚光器出口(221)，其中該聚光器出口(221)由該窗口(100)包括。
9. 如請求項7之裝置(10)，其中該複合抛物面聚光器(220)包括由一或多個反射表面(223)界定之一聚光器腔(222)及一聚光器光學軸(O)，其中該裝置(10)進一步包括包含該上轉換元件(300)之一腔元件(224)，其中該腔元件(224)至少部分地組態於該聚光器腔(222)內且經組態以佔據該聚光器腔(222)之一部分，且其中該腔元件(224)經組態為平行於該光學軸(O)。
10. 如請求項9之裝置(10)，其中該腔元件(224)經組態為與該一或多個反射表面(223)中之一或多者接觸。
11. 如請求項9之裝置(10)，其中該裝置(10)包括至少部分地組態於該聚光器腔(222)內且經組態以佔據該聚光器腔(222)之一部分之複數個腔元件(224)，且其中該等腔元件(224)具有大於0°且等於或小於90°之相互角度(α)。
12. 如請求項7之裝置(10)，其中該裝置包括複數個複合抛物面聚光器(220)及複數個上轉換元件(300)，其中每一複合抛物面聚光器(220)經組態以給一各別上轉換元件(300)提供所聚集輻射(1)。
13. 一種物體(1000)，其包括一物體表面(1110)及如前述請求項1至12中任一項之防污裝置(10)，其中該防污裝置(10)之防污表面(110)經組態為該物體表面(1110)之至少部分。
14. 如請求項13之物體(1000)，其中該物體(1000)係選自由一固定海洋物體、一機動海洋物體、一基礎設施元件及一風車組成之群組。
15. 一種將如前述請求項1至12中任一項之一防污裝置(10)應用於包括一物體表面(1110)之一物體(1000)之方法，其中將該防污裝置(10)組態至該物體(1000)以用該防污裝置(10)之防污表面(110)提供至該物體表面(1110)之至少部分。