(57)【要約】【課題】高効率の採光装置を提供する。【解決手段】集光部材としてのレンズ１０と、前記レンズ１０の焦点位置に、第１の端部１４が配され、前記レンズ１０で集光された光を所望の位置に配された第２の端部１５まで導く導光部材としての光ファイバ１３と、前記第１の端部１４の近傍に設けられ、前記光ファイバ１３に入射せずにもれた光を電気エネルギーに変換する第１の光電変換部である太陽電池２０と、所望の位置に設けられ電気エネルギーを光エネルギーに変換する第２の光電変換部であるＬＥＤ装置３０と、前記第１の光電変換部の出力を前記第２の光電変換部まで導く導電部材としてのリード４０とを具備したことを特徴とする。【選択図】図１
2010073396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光部材と、
前記集光部材の焦点位置に、第１の端部が配され、前記集光部材で集光された光を所望の位置に配された第２の端部まで導く導光部材と、
前記第１の端部の近傍に設けられ、前記導光部材に入射せずにもれた光を電気エネルギーに変換する第１の光電変換部と、
所望の位置に設けられ電気エネルギーを光エネルギーに変換する第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の出力を前記第２の光電変換部まで導く導電部材とを具備した採光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の採光装置であって、
前記導光部材の第２の端部は前記第２の光電変換部の近傍に配され、
前記第１の端部に集光された光は前記第２の端部に導かれ、前記第２の光電変換部とほぼ同一の照射対象にむけて照射されるように構成された採光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の採光装置であって、
前記集光部材は、凸レンズであり、
筐体の開口縁近傍に凸レンズを支持するとともに、前記筐体の内部であって前記凸レンズの焦点近傍に前記導光部材の第１の端部と、前記第１の光電変換部を設けた採光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の採光装置であって、
前記導光部材は前記第1の光電変換部を貫通し、前記第1の光電変換部の表面よりも、前記第１の端部が、やや前記凸レンズ側に位置する採光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光などの光をレンズで集光し、集光した光を光ファイバなどの導光部材を通して必要な場所まで伝達し、伝達先で光を照明光として用いるという方法が用いられている（例えば特許文献１）。
特許文献１の採光装置では、図１０に示すように、鏡面加工した凸レンズ１から適度の距離をおいて光ファイバ３を設置し、この凸レンズ１の鏡面２からの反射光を光ファイバの入射口４（先端）で集光し、他端５に導き、その光を使用している。
一方、太陽電池を用いて、太陽光などの光エネルギーを電気エネルギーに変換して、電気を必要な場所まで導線などで伝達し、伝達した先で光を照明光として用いるという方法も提案されている。
【０００３】
特許文献１のように、光をレンズで集光し、集光した光を光ファイバなどの導光部材を通して伝達させる方法は、晴れた日の太陽光などのように、光軸が揃った光（平行光）に対しては効率がよいが、光軸が揃っていない光（拡散光）に対しては光が集光しないため効率が悪いという問題があった。
【０００４】
一方、太陽電池を用いて光を電気に変換してから伝達する方法は、エネルギーを、光→電気→光と変換する際にロスがあるため、光軸が揃った光をレンズで集光し、光ファイバで伝達するのに比べて、効率が悪い。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３５１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、高効率の採光装置を提供することを目的とする。
本発明は、太陽光などの光をレンズで集光し、集光した光を光ファイバなどの導光部材を通して必要な場所まで伝達し、伝達した先で光を照明光などとして用いる採光装置において、光軸が揃った光に対する採光効率（照射光/入射光）を低下させることなく、光軸の揃っていない光に対する採光効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の採光装置は、集光部材と、前記集光部材の焦点位置に、第１の端部が配され、前記集光部材で集光された光を所望の位置に配された第２の端部まで導く導光部材と、前記第１の端部の近傍に設けられ、前記導光部材に入射せずにもれた光を電気エネルギーに変換する第１の光電変換部と、所望の位置に設けられ電気エネルギーを光エネルギーに変換する第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の出力を前記第２の光電変換部まで導く導電部材とを具備したことを特徴とする。
この構成により、光軸の揃った光は、集光部材によって焦点位置に集光され、導光部材の第１の端部から効率よく第２の端部に導かれる。一方、光軸の揃っていない光のうちには焦点位置には集光されず、導光部材の第１の端部には入射せずに漏れてしまう光もあるが、この漏れた光は、第１の端部の近傍に設けられた第１の光電変換部で効率よく光電変換され、電気エネルギーとして第２の光電変換部に導かれる。従って出力される光エネルギーとしては、第２の端部からの出射光と第２の光電変換部の出力との和となり、高効率の出力特性を得ることが可能となる。
【０００８】
また本発明は、上記採光装置において、前記導光部材の第２の端部は前記第２の光電変換部の近傍に配され、前記第１の端部に集光された光は前記第２の端部に導かれ、前記第２の光電変換部とほぼ同一の照射対象にむけて照射されるように構成されたものを含む。
この構成により、照射対象としては、導光部材の第２の端部から出射される光に加えて、集光されずに漏れた光を光電変換して導かれさらに第２の光電変換部で光電変換された光が、付加されることになり、発光強度を高めることができる。
【０００９】
また本発明は、上記採光装置において、前記集光部材は、凸レンズであり、筐体の開口縁近傍に凸レンズを支持するとともに、前記筐体の内部であって前記凸レンズの焦点近傍に前記導光部材の第１の端部と、前記第１の光電変換部を設けたものを含む。
この構成により、凸レンズで効率よく集光し、導光部材の第２の端部から出射される光に加えて、集光されずに漏れた光を光電変換して導かれさらに第２の光電変換部で光電変換された光が、付加されることになり、発光強度を高めることができる。
【００１０】
また本発明は、上記採光装置において、前記導光部材は前記第１の光電変換部を貫通し、前記第１の光電変換部の表面よりも、前記第１の端部が、やや前記凸レンズ側に位置するものを含む。
この構成によれば、より効率よく、漏れ光を第１の光電変換部に取り込むことができ、より高効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、曇りの日など、散乱光が入射する場合、十分に集光できなくても、効率よく、光電変換により、漏れ光を出力部に導き、高効率のエネルギー利用を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る採光装置について、図面を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る採光装置の構造説明図、図２および図３は本実施の形態に係る採光装置の動作状況を示す図であり、図２は光軸が揃った光Ｌｐを受光する場合、図３は光軸が揃っていない光Ｌｓを受光する場合を示す図、図４はここで用いられる太陽電池を示す図、図５はＬＥＤ装置を示す図、図６および７はこの採光装置を用いて外光で室内を照射する場合を示す説明図である。
【００１４】
本発明の採光装置は、図１に示すように、集光部材としてのレンズ１０と、このレンズ１０の焦点位置に、第１の端部１４が配され、このレンズ１０で集光された光を所望の位置に配された第２の端部１５まで導く導光部材としての光ファイバ１３と、この第１の端部１４の近傍に設けられ、光ファイバ１３に入射せずに漏れた光を電気エネルギーに変換する第１の光電変換部としての太陽電池２０と、発光部を構成する第２の光電変換部としてのＬＥＤ装置３０とを具備し、太陽電池２０の出力を導電部材としてのリード４０を介してＬＥＤ装置３０に導き、光ファイバ１３の第２の端部１５からの光Ｌ１０に加え、この漏れた光エネルギーをこの第２の端部１５の近傍に導き、ＬＥＤ装置３０の発光による光が出射されるようになっている。
【００１５】
太陽電池２０は図４に要部拡大断面図を示すように、第１の電極としてのアルミニウム基板２１と、この上層に形成された光電変換層としてのアモルファスシリコン層２２と、さらにアモルファスシリコン層２２の上層に形成された透光性電極としてのＩＴＯ（酸化インジウム錫）層２３とで構成される。そしてこのアルミニウム基板を貫通するようにファイバ挿通孔Ｈが設けられ、光ファイバ１３がこのファイバ挿通孔Ｈに挿通されて、光ファイバ１３の第１の端部１４がこの太陽電池２０の表面よりも若干突出するように配置されている。また、この太陽電池のアルミニウム基板の裏面側には、ストッパ１８が設けられ、ストッパ１８を動かすことにより、第１の端部１４の位置を調整可能に構成されている。
【００１６】
またこのアルミニウム基板２１とＩＴＯ２２とにリード４０が接続され、第２の端部１５の近傍に設けられたＬＥＤ装置３０への電流供給がなされるようになっている。
【００１７】
また第２の光電変換部としてのＬＥＤ装置３０は、図５に示すように、ＬＥＤチップ３１を第１および第２のリード端子３２，３３にボンディングワイヤ３５を介して接続し封止樹脂３６で被覆したものである。第２のリード端子３３は反射板を兼ねるチップ載置部３４に接続されている。そしてこの第１および第２のリード端子が、太陽電池１０に接続されたリード４０に接続されている。
【００１８】
筐体１００は、上縁近傍にレンズ１０が設けられ、底部に太陽電池２０が設けられ、箱状に形成されている。
【００１９】
次にこの採光装置の動作状態について説明する。
図２および６は、晴れた日で太陽Ｓからの光が平行光Ｌｐとして照射されている場合を示す図であり、図６に示すように、採光装置を構成する筐体１００が家の屋根に取り付けられているものとする。
このとき、光軸の揃った光Ｌｐは、レンズ１０によって焦点位置に集光され、光ファイバ１３の第１の端部１４に入射し、効率よく第２の端部１５に導かれ出射光Ｌ１０として取り出される。一方このとき、若干の漏れた光が、太陽電池２０で光電変換され、リード４０を介してＬＥＤ装置３０に導かれるが、ほとんど起電力がないため発光したとしても光量は少ない。
【００２０】
図３および７は、曇った日で太陽Ｓからの光は雲で散乱されて光軸の揃っていない散乱光Ｌｓとして照射されている場合を示す図である。
このとき、光軸の揃っていない光Ｌｓは焦点位置には集光されず、光ファイバ１３の第１の端部１４にはほとんど入射せず、漏れてしまう光が多いが、この漏れた光は、第１の端部１４の近傍に設けられた太陽電池２０で効率よく光電変換され、電気エネルギーとしてＬＥＤ装置３０に導かれる。この第２の端部１５の近傍にあるＬＥＤ装置３０は太陽電池２０の起電力で発光がなされ、光Ｌ３０が出射されるようになっている。従って出力される光エネルギーとしては、第２の端部からのわずかな出射光とＬＥＤ装置３０の出力Ｌ３０との和となり、高効率の出力特性を得ることが可能となる。
【００２１】
この構成により、光軸の揃った光は、レンズによって焦点位置に集光され、光ファイバ１３の第１の端部１４から効率よく第２の端部１５に導かれる。一方、光軸の揃っていない光は焦点位置には集光されず、光ファイバ１３の第１の端部１４には入射せず、漏れてしまうが、この漏れた光は、第１の端部１４の近傍に設けられた光ファイバ１３で効率よく光電変換され、電気エネルギーとしてＬＥＤ装置３０に導かれる。従って出力される光エネルギーとしては、第２の端部からの出射光とＬＥＤ装置３０の出力との和となり、曇りの日も高効率の出力特性を得ることが可能となる。
【００２２】
また、光ファイバ１３を介して導光する光はやわらかい拡散光となるようにして全体照明を行い、光電変換による光はＬＥＤ装置を用いて指向性の高い光として手許照明を行なうようにすることも可能である。
またこのＬＥＤ装置などの第２の光電変換部は光ファイバ１３の第２の端部の近傍に配置したが、この第２の端部とは独立して、別の場所を照明するように配してもよいことはいうまでもない。
【００２３】
さらにまた、蓄光部材を付加し太陽電池の起電力を蓄電しておくようにすれば、夜間正面としてＬＥＤ装置を用いることも可能である。この場合はスイッチング機能を付加し、必要に応じて蓄光部材を機能させられるようにするとよい。
【００２４】
なお、前記実施の形態では、第２の光電変換部は、指向性の高い光を発するＬＥＤ装置を用いたが、有機ＥＬ素子のような面発光装置を用いてもよい。
【００２５】
また、前記実施の形態では、第１の光電変換部としてアモルファスシリコンを光電変換層として用いた太陽電池を用いたが、これに限定されることなく、有機太陽電池など光により光電変換機能を有する素子であればよい。
また第２の光電変換部としてＬＥＤ装置を用いたが、いかなる光源でもよく、必要に応じて蛍光灯、有機ＥＬ素子など適宜変更可能である。
【００２６】
（実施の形態２）
図８および９は本発明の実施の形態２に係る採光装置を用いて光床を用いて机の上をも照射する場合を示す説明図である。
【００２７】
本発明の採光装置は、前記実施の形態１と同様の構成をもつものであり、光床２００などを持つ室内で用いられるもので、光床２００の光源は図８に示すような平行光光源であるＬＥＤアレイを用いた照明装置２０１である場合も、図９に示すような光軸の揃っていない柔らかな照明を行なう光源である有機ＥＬ装置２０２である場合も使用できる汎用型の採光装置を構成するものである。
いずれも光床の光源を用いてテーブル３００を照射することができる。
【００２８】
次にこの採光装置の動作状態について説明する。
図８は、光床の光源がＬＥＤアレイを用いた照明装置２０１である場合、この照明装置２０１かの光が平行光Ｌｐとして照射されているものとする。
このとき、光軸の揃った光Ｌｐは、図２に示したようにレンズ１０によって焦点位置に集光され、光ファイバ１３の第１の端部１４に入射し、効率よく第２の端部１５に導かれ出射光Ｌ１０として取り出される。一方このとき、若干の漏れた光が、太陽電池２０で光電変換され、リード４０を介してＬＥＤ装置３０に導かれるが、ほとんど起電力がないため発光したとしても光量は少ない。
【００２９】
図９は、光軸の揃っていない柔らかな照明を行なう光源である有機ＥＬ装置２０２である場合を示す図である。
このとき、光軸の揃っていない光Ｌｓは図３に示したように、焦点位置には集光されず、光ファイバ１３の第１の端部１４にはほとんど入射せず、漏れてしまうが、この漏れた光は、第１の端部１４の近傍に設けられた太陽電池２０で効率よく光電変換され、電気エネルギーとしてＬＥＤ装置３０に導かれる。この第２の端部１５の近傍にあるＬＥＤ装置３０は太陽電池２０の起電力で発光がなされ、光（出力）Ｌ３０が出射されるようになっている。  従って出力される光エネルギーとしては、第２の端部からのわずかな出射光とＬＥＤ装置３０の出力Ｌ３０との和となり、高効率の出力特性を得ることが可能となる。
【００３０】
この構成により、光軸の揃った光は、レンズによって焦点位置に集光され、光ファイバ１３の第１の端部１４から効率よく第２の端部１５に導かれる。一方、光軸の揃っていない光は焦点位置には集光されず、光ファイバ１３の第１の端部１４には入射せず、漏れてしまう光もあるが、この漏れた光は、第１の端部１４の近傍に設けられた光ファイバ１３で効率よく光電変換され、電気エネルギーとしてＬＥＤ装置３０に導かれる。従って出力される光エネルギーとしては、第２の端部からの出射光とＬＥＤ装置３０の出力との和となり、ＬＥＤアレイのような平行光光源を用いる場合にも、有機ＥＬ装置のような光軸の揃っていない光源を用いる場合も、高効率の出力特性を得ることが可能となる。
【００３１】
また、この構成によっても、光ファイバ１３を介して導光する光はやわらかい拡散光となるようにして全体照明を行い、光電変換による光はＬＥＤ装置を用いて指向性の高い光として手許照明を行なうようにしてもよい。
またこのＬＥＤ装置などの第２の光電変換部は光ファイバ１３の第２の端部の近傍に配置したが、この第２の端部とは独立して、別の場所を照明するように配してもよいことはいうまでもない。
【００３２】
なお前記実施の形態では、集光部材としてレンズを用いたが、レンズに限定されることなく、組レンズなど所望の集光部材に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る採光装置を示す図
【図２】本実施の形態１に係る採光装置の動作状況を示す図
【図３】本実施の形態１に係る採光装置の動作状況を示す図
【図４】本実施の形態１に係る採光装置で用いられる太陽電池を示す図
【図５】本実施の形態１に係る採光装置で用いられるＬＥＤ装置を示す図
【図６】本実施の形態１に係る採光装置を用いて外光で室内を照射する場合を示す説明図
【図７】本実施の形態１に係る採光装置を用いて外光で室内を照射する場合を示す説明図
【図８】本実施の形態２に係る採光装置を示す説明図
【図９】本実施の形態２に係る採光装置を示す説明図
【図１０】従来例の採光装置を示す図
【符号の説明】
【００３４】
１０  レンズ
１３  光ファイバ
１４  第１の端部
１５  第２の端部
２０  太陽電池（第１の光電変換部）
２１  アルミニウム基板
２２  アモルファスシリコン層
２３  ＩＴＯ層
３０  ＬＥＤ装置（第２の光電変換部）
４０  リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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