(57)【要約】  光学的結合の効率、機械的結合の安定性が向上する光電変換ユニットを得る。  入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子１１と、光電変換素子１３とを具備する。光電変換素子１３を、光密度変換素子１１の光高密度側に近接配置し、この光密度変換素子１１と一体化させる。光電変換素子１３は、太陽電池又発光媒体とすることができる。光密度変換素子１１は、断面内の径方向の屈折率分布が二乗分布となることが好ましい。また、光密度変換素子１１は、ベース部材に石英ガラスを使用し、このガラス中に添加する不純物の添加量を変えて屈折率分布を形成することができる。
2009139414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、
前記光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子と、
を具備することを特徴とする光電変換ユニット。
【請求項２】
前記光電変換素子が太陽電池であることを特徴とする請求項１記載の光電変換ユニット。
【請求項３】
前記光電変換素子が発光媒体であることを特徴とする請求項１記載の光電変換ユニット。
【請求項４】
前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直な方向には実質的に均一の分布屈折率型であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項５】
前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項６】
前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に添加する不純物の添加量を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項７】
前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に形成する空孔密度を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項８】
前記ベース部材に石英ガラスに代えて屈折率の絶対値が大きい物質を用いることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光電変換ユニット。
【請求項９】
前記光密度変換素子において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、前記光電変換素子を位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光電変換ユニットを複数個配置してアレイ化していることを特徴とする光電変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光密度変換素子と光電変換素子を備えて成る光電変換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギの高効率利用を図る光電変換システムが特許文献１に開示されている。この光電変換システムは、周囲よりも屈折率が高く円錐状の形状を有する高屈折率領域と、所定数形成される高屈折率領域のそれぞれの円錐頂点部分に一端が結合された導光手段と、導光手段の他端に設けられた光電変換手段からなる。
特許文献２には、太陽光を集光する光学的手段（PARABOLIC MIRROR ARRAY等）と、集光された太陽光を導く光ファイバ（OPTICAL FIBER）と、この光ファイバにて太陽光の導かれる太陽光変換手段（PHOTOVOLTAIC CELLS）からなる太陽光発電システムが開示されている。
いずれの先行技術も太陽光を集光した上で太陽光変換手段（光電変換手段）へ光を導くため、太陽電池等の使用量を減らすことが可能となり、安価・効率的に太陽光発電を行える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平８−７６２６号公報
【特許文献２】米国特許第５０８９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来のシステムは、最低限３つの部分を必須に構成される。すなわち、特許文献１においては、周囲よりも屈折率が高く円錐状の形状を有する高屈折率領域（第１の部分）、所定数形成される高屈折率領域のそれぞれの円錐頂点部分に一端が結合された導光手段（第２の部分）、導光手段の他端に設けられた光電変換手段（第３の部分）である。特許文献２においては、太陽光を集光する光学的手段（第１の部分）、集光された太陽光を太陽光変換手段に導く光ファイバ（第２の部分）、太陽光変換手段（第３の部分）である。これら３つの部分は、それぞれ機能が異なるため、別材料から別工程で製造する必要があり、部品数が多く、製造工程が増えた。また、相互の光学的・機械的結合が必要であり、特に光学的な結合に関しては、一定以上の結合効率を得るためには高い位置決め精度が必要となった。その結果、光学的結合の効率が悪いとともに、機械的結合の安定性も低い。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的結合の効率、機械的結合の安定性が向上する光電変換ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、
前記光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子と、
を具備することを特徴とする光電変換ユニット。【０００６】
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子及び光電変換素子の二つの部品のみが光学的・機械的に直接結合され、中間部材が介在することによる光学的な損失や、機械的な精度低下が生じ難くなる。
また、光密度変換素子の光高密度側に光電変換素子が一体化して機械的に結合でき、高い結合精度が簡素な構造で得られる。そして、光密度変換素子には光高密度側に向かって集束する光路が形成され、光高密度側が出射端面となれば、入射端面からの光を光電変換素子に集光でき、光高密度側が入射端面となれば、光電変換素子からの光を出射端面から拡散できる。【０００７】
（２）  前記光電変換素子が太陽電池であることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【０００８】
この光電変換ユニットによれば、入射端面に入射した光が出射端面に向かって集束する光に変換され、太陽電池に集光される。すなわち、太陽光発電ユニットとして使用可能となる。光密度変換素子が細径・薄厚のレンズとして用いられ、集光を行わずに直接太陽光を受光する場合に対し、必要とされる太陽電池の大幅なサイズ低減が可能となる。【０００９】
（３）  前記光電変換素子が発光媒体であることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【００１０】
この光電変換ユニットによれば、太陽光発電ユニットとしての使用時とは逆方向、つまり、太陽光発電ユニットにおいては太陽電池が設置されている側から発光媒体にて光を入射させることで、光電変換素子が光を広げる素子となる。これにより、光電変換ユニットが、一般照明や、表示装置用の照明（例えば平面ディスプレイのバックライト）として利用可能となる。【００１１】
（４）  前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直な方向には実質的に均一の分布屈折率型であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１２】
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子での光線が正弦波状に振動しながら周期的に伝搬する。入射光が入射端面に垂直方向に伝搬する平行光の場合、振動の１周期長を１ピッチ（ｐ）とすると、ｐ／４やｐ／２の伝搬長で、集束光又は拡散光に変換できる。【００１３】
（５）  前記光密度変換素子は、入射端面に平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１４】
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子において、高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化している。これにより、高屈折領域部分の形状に沿って光を任意の方向に導くことができる。【００１５】
（６）  前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に添加する不純物の添加量を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１６】
この光電変換ユニットによれば、ベースの材料として石英ガラスが使用され、この石英ガラス中に、屈折率分布を持たせるための不純物（ドーパント）、例えばＧｅ０２が添加され、その添加量が変えられることで径方向に屈折率が変化した光密度変換素子が得られる。なお、上記のように断面の周方向、及び長手方向についての屈折率は実質的に均一となる。このような屈折率分布を有する光密度変換素子の形成には、火炎内でガラス原料及びドーパントを反応させ、ガラス微粒子を生成し、ガラス微粒子をターゲットに堆積させてドーパントを含む多孔質ガラス母材を合成し、これを焼結することで所謂プリフォームとする製造技術を好適に用いることができる。【００１７】
（７）  前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に形成する空孔密度を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１８】
この光電変換ユニットによれば、屈折率分布を持たせる手段として石英ガラス中に空孔を分布させる。この場合、Ｇｅ０２を添加するケースの例に対して、最大比屈折率差を約１桁大きくすることが可能となる。【００１９】
（８）  前記ベース部材に石英ガラスに代えて屈折率の絶対値が大きい物質を用いることを特徴とする（６）又は（７）の光電変換ユニット。【００２０】
この光電変換ユニットによれば、石英ガラスよりも屈折率の絶対値が大きい物質がベースの材料として使用され、屈折率分布を形成するために、このベース材料中に空孔を分布させれば、さらに最大比屈折率を大きくし、分布屈折率型平面レンズの厚さをより薄くすることが可能となる。【００２１】
（９）  前記光密度変換素子において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、前記光電変換素子を位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【００２２】
この光電変換ユニットによれば、分布屈折率型平面レンズの焦点位置に使用する太陽電池の大きさ・形状に合せた位置決め手段である例えば溝を形成することで、この溝に太陽電池を嵌合し、光学的・機械的結合を高精度に且つ容易に実現することが可能となる。【００２３】
（１０）  （１）〜（９）のいずれか１つの光電変換ユニットを複数個配置してアレイ化していることを特徴とする光電変換ユニット。【００２４】
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子である例えば分布屈折率型平面レンズを複数使用してアレイ化し、太陽電池を個々の分布屈折率型平面レンズに対して設けることで、例えば太陽電池及び分布屈折率型平面レンズを密に集合させた高密度・高効率の太陽光発電ユニットを優れた量産性で安価に製造できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る光電変換ユニットによれば、入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子を備えて成るので、二つの部品を光学的・機械的に直接結合させるのみでユニットが構成でき、光学的結合の効率、機械的結合の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る光電変換ユニットの分解斜視図である。
【図２】図１に示した二乗分布型導波路の作用説明図である。
【図３】テーパ状導波路の断面図である。
【図４】複数個を配置してアレイ化された光電変換ユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る光電変換ユニットの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光電変換ユニットの分解斜視図である。
本実施の形態による光電変換ユニット１００は、光密度変換素子１１と、光電変換素子１３とを具備して構成される。光密度変換素子１１は、入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する。
【００２８】
本実施の形態における光密度変換素子１１は、平面状の集光素子の一例として、断面内の径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）が（式１）で表される二乗分布となる分布屈折率型平面レンズを構成している。
ｎ２（ｒ）＝ｎ０２（１−ａ２ｒ２）  …（式１）
但し、ｎ０は導波路中心の屈折率、ａは屈折率分布半径、ｒは光軸からの距離である。
【００２９】
図２は分布屈折率型平面レンズを構成する二乗分布型導波路の説明図である。
二乗分布型導波路での光線は、図２（ａ）に示すように、正弦波状に振動しながら周期的に伝搬する。入射光が入射端面に垂直方向に伝搬する平行光の場合、振動の１周期長を１ピッチ（ｐ）とすると、図２（ｂ）に示すｐ／２や、図２（ｃ）に示すｐ／４の伝搬長で、拡散光又は集束光に変換する。本実施の形態では、このうち、図２（ｃ）に示す集光・拡光する光路を形成する屈折率分布が利用されている。すなわち、二乗分布型導波路は、入射端面に対し平行な断面内での屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直方向（長手方向）には、実質的に均一である。
【００３０】
ｐ／４を焦点距離ｆとした光密度変換素子１１は、集光用途では図２（ｃ）に示す平面１１Ｌが入射端面、平面１１Ｒが出射端面に、拡散用途では平面１１Ｒが入射端面、平面１１Ｌが出射端面となる。
【００３１】
光密度変換素子１１は、ベース部材に石英ガラスを使用し、このガラス中に添加する不純物の添加量を変えて屈折率分布を形成することができる。べースの材料として使用される石英ガラス中に、屈折率分布を持たせるための不純物（ドーパント）、例えばＧｅ０２が添加され、その添加量が変えられることで、径方向に屈折率が変化した光密度変換素子が得られる。なお、上記のように断面の周方向、及び長手方向についての屈折率は実質的に均一となる。このような屈折率分布を有する光密度変換素子１１の形成には、火炎内でガラス原料及びドーパントを反応させ、ガラス微粒子を生成し、ガラス微粒子をターゲットに堆積させてドーパントを含む光ファイバ用の多孔質ガラス母材を合成し、これを焼結することで所謂プリフォームとする製造技術を好適に用いることができる。
【００３２】
べースの材料として石英ガラス（ｎ０≒１．４６）、屈折率分布を持たせるためにＧｅ０２を添加するケースを想定した場合、最大比屈折率差を３％とすると、屈折率分布半径ａ＝１０ｃｍの場合、平行光が分布屈折率型平面レンズ（光密度変換素子１１）に垂直に入射すると、入射面から約６５ｃｍの点で入射光は焦点を結ぶ（すなわち、集光率が最大となる）。
【００３３】
一方、屈折率分布を持たせる他の手段としては、石英ガラス中に空孔を分布させることも有効である（米国特許第７０３９２８４号公報のＦｉｇ．２Ｂ及びＦｉｇ．３参照）。この場合、Ｇｅ０２を添加する場合に比べ、最大比屈折率差を約１桁大きくすることが可能となる。この結果、屈折率分布半径１０ｃｍの場合、焦点距離を約２０ｃｍまで短くすることが可能となり、分布屈折率型平面レンズ（光密度変換素子１１）の厚さを薄くすることができる。
【００３４】
また、空孔を分布させて屈折率分布を形成する場合は、単一材料にてレンズを形成することが可能となるため、安価な材料をベース材料として用いれば安価な分布屈折率型平面レンズを製造できる。
【００３５】
光密度変換素子１１のベース材料としては、石英ガラスに限定されない。石英ガラスよりも屈折率の絶対値が大きい物質をベース材料として使用し、屈折率分布を形成し、このベース材料中に空孔を分布させれば、さらに最大比屈折率を大きくし、分布屈折率型平面レンズの厚さをより薄くすることも可能となる。
【００３６】
なお、上記のＧｅ０２を添加する構成、空孔を分布させる構成とも正の屈折率を有する材料を使用するが、所謂メタマテリアルを使用した負の屈折率を有する材料を利用すると、集光素子を上記の例以上に薄くできる。
【００３７】
本実施の形態による光電変換ユニット１００は、光電変換素子１３を、光密度変換素子１１において光密度が高密度となる端面（図２（ｃ）の平面１１Ｒ側）に近接配置し、光密度変換素子１１と一体化させている。光密度変換素子１１における一対の平行平面（入射端面１１Ｌ又は出射端面１１Ｒ）の光高密度側に光電変換素子１３が一体化して機械的に結合でき、高い結合精度が簡素な構造で得られている。そして、光密度変換素子１１には光高密度側に向かって集束する光路（コア部１５）が形成され、入射端面からの光を光電変換素子１３に集光する。
なお、「近接」とは、端面に接触、端面の近傍、端面の凹部に係合する、などを含むものである。
【００３８】
この光電変換素子１３には太陽電池を使用することができる。これにより、入射端面１１Ｌに入射した光が出射端面１１Ｒに向かって集束する光に変換され、太陽電池に集光される太陽光発電ユニットとなる。光密度変換素子１１が細径・薄厚のレンズとして用いられるので、集光を行わずに直接太陽光を受光する場合に比べ、必要とされる太陽電池の大幅なサイズ低減が可能となる。
【００３９】
このように、光密度変換素子１１の焦点位置に太陽電池を設置すれば、上記の例において、分布屈折率型平面レンズの製造不完全さに伴う焦点位置ずれ、あるいは、太陽電池設置位置の位置決め精度等を考慮しても、半径０．５ｃｍ程度で十分に集光された光を結合させることが可能となる。これにより、集光を行わずに直接太陽電池で太陽光を受光する場合に対して、必要となる太陽電池のサイズを１／４００{＝（０．５／１０）２}にまで低減することができる。
【００４０】
光電変換ユニット１００には、光密度変換素子１１において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、光電変換素子１３を位置決めするための位置決め手段１９が設けられている。光密度変換素子１１と光電変換素子１３を結合させる手段としては、分布屈折率型平面レンズの光密度が光高密度となる位置に、光電変換素子１３の大きさ・形状に合せた位置決め手段１９である溝１９ａを形成し、この溝１９ａに光電変換素子（太陽電池等）１３を設置することで、光学的・機械的結合を実現できる。
【００４１】
ここで、「光学的結合」とは、光密度変換素子（集光素子）１１と、光電変換素子（太陽電池等）１３とが、所望の集光率となるように同軸上に近接配置されていることをいう。「機械的結合」とは、接着やモールドで、一体化されていることを指す。
【００４２】
分布屈折率型平面レンズの焦点位置に使用する太陽電池の大きさ・形状に合せた溝１９ａを形成することで、この溝１９ａに太陽電池を嵌合し、光学的・機械的結合を高精度に且つ容易に実現することが可能となる。
【００４３】
なお、本発明に係る光電変換ユニットは、焦点距離に拘らず、集光位置が適切な位置になるように、光電変換素子（太陽電池等）１３が、光密度変換素子１１に近接して配置され、一体化されていればよい。光密度変換素子１１としては、平面レンズに限定されない。例えば、テーパ状に細くなる導波路で集光し、細くなった導波路部分が所望の集光面積になっていればよい。
【００４４】
図３は、二乗分布型導波路に代わるテーパ状導波路の断面図である。
このテーパ状導波路を構成する光密度変換素子１１は、入射端面に平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折領域１５の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化している。これにより、光密度変換素子１１は、任意に形成される高屈折領域部分の形状に沿って光を導くことができる。
【００４５】
図４は複数個を配置してアレイ化された光電変換ユニットの斜視図である。
光電変換ユニット１００は、複数個配置してアレイ化してもよい。光密度変換素子１１である例えば分布屈折率型平面レンズを複数使用してアレイ化し、太陽電池を個々の分布屈折率型平面レンズに対して設けることで、例えば太陽電池及び分布屈折率型平面レンズを密に集合させた高密度・高効率の太陽光発電ユニット２００を優れた量産性で安価に製造することができる。
【００４６】
また、光電変換ユニット１００は、光密度変換素子１１が、前記太陽光発電ユニットとしての使用時とは逆方向、つまり、太陽電池が設置されている側から光を入射させれば、光を広げる素子になり得る。このため、本光電変換ユニット１００は、太陽電池に変えて、光電変換素子１３に発光媒体（ＬＥＤ，ＥＬ等）を使用することで、一般照明や、表示装置用の照明（例えば平面ディスプレイのバックライト）としての利用も可能となる。
【００４７】
このように、光電変換ユニット１００では、光密度変換素子１１及び光電変換ユニット１００の二つの部品のみが光学的・機械的に直接結合され、中間部材が介在することによる光学的な損失や、機械的な精度低下が生じ難くなる。
【００４８】
したがって、上記構成の光電変換ユニット１００によれば、入射端面に入射した光を出射端面から光密度を変化させて出射する光密度変換素子１１と、光密度変換素子の光高密度側となる端面において該光密度変換素子と一体化させた光電変換素子１３を備えて成るので、二つの部品を光学的・機械的に直接結合させるのみでユニットが構成でき、二部品以上の構成部材からなる従来ユニットに比べ、光学的結合の効率、機械的結合の安定性を向上させることができる。
【００４９】
なお、より広い太陽光受光面積を実現する手段としては、一つの集光素子について、その受光面積を拡大する方法が考えられる。この場合には、前記メタマテリアルを使用した集光素子等により、受光面積を拡大することができる。この際、集光素子の厚さの増加を抑える処置を併用すれば、集光素子の設置容易性等の面で有用となる。また、別の方法としては、図４に示したように、集光素子（図例は分布屈折率型平面レンズ）を複数使用してアレイ化することも考えられる。この場合、太陽電池は、個々の平面レンズに対して設け、１個では不十分ならば複数使用し、それらをアレイ化してもよい。
【００５０】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２００８年５月１３日出願の日本特許出願（特願２００８−１２６１９５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１１：光密度変換素子、１１Ｌ：出射端面（または入射端面）、１１Ｒ：入射端面（または出射端面）、１３：光電変換素子、１９：位置決め手段、１９ａ：溝、１００：光電変換ユニット、Ａｘ：光軸
【図１】
2009139414.tif 000003
【図２】
2009139414.tif 000004
【図３】
2009139414.tif 000005
【図４】
2009139414.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月8日(2009.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、
前記光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子と、
を具備した光電変換ユニットを複数個配置してアレイ化していることを特徴とする光電変換ユニット。
【請求項２】
前記光電変換素子が太陽電池であることを特徴とする請求項１記載の光電変換ユニット。
【請求項３】
前記光電変換素子が発光媒体であることを特徴とする請求項１記載の光電変換ユニット。
【請求項４】
前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直な方向には実質的に均一の分布屈折率型であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項５】
前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項６】
前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に添加する不純物の添加量を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項７】
前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に形成する空孔密度を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項８】
前記ベース部材に石英ガラスに代えて屈折率の絶対値が大きい物質を用いることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光電変換ユニット。
【請求項９】
前記光密度変換素子において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、前記光電変換素子を位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換ユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
領域のそれぞれの円錐頂点部分に一端が結合された導光手段（第２の部分）、導光手段の他端に設けられた光電変換手段（第３の部分）である。特許文献２においては、太陽光を集光する光学的手段（第１の部分）、集光された太陽光を太陽光変換手段に導く光ファイバ（第２の部分）、太陽光変換手段（第３の部分）である。これら３つの部分は、それぞれ機能が異なるため、別材料から別工程で製造する必要があり、部品数が多く、製造工程が増えた。また、相互の光学的・機械的結合が必要であり、特に光学的な結合に関しては、一定以上の結合効率を得るためには高い位置決め精度が必要となった。その結果、光学的結合の効率が悪いとともに、機械的結合の安定性も低い。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的結合の効率、機械的結合の安定性が向上する光電変換ユニットを提供することにある。
課題を解決するための手段
［０００５］
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、
前記光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子と、
を具備した光電変換ユニットを複数個配置してアレイ化していることを特徴とする光電変換ユニット。
［０００６］
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子及び光電変換素子の二つの部品のみが光学的・機械的に直接結合され、中間部材が介在することによる光学的な損失や、機械的な精度低下が生じ難くなる。
また、光密度変換素子の光高密度側に光電変換素子が一体化して機械的に結合でき、高い結合精度が簡素な構造で得られる。そして、光密度変換素子には光高密度側に向かって集束する光路が形成され、光高密度側が出射端面となれば、入射端面からの光を光電変換素子に集光でき、光高密度側が入射端面となれば、光電変換素子からの光を出射端面から拡散できる。
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子である例えば分布屈折率型平面レンズを複数使用してアレイ化し、太陽電池を個々の分布屈折率型平面レンズに対して設けることで、例えば太陽電池及び分布屈折率型平面レンズを密に集合させた高密度・高効率の太陽光発電ユニットを優れた量産性で安価に製造できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
［００２１］
（９）  前記光密度変換素子において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、前記光電変換素子を位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。
［００２２］
この光電変換ユニットによれば、分布屈折率型平面レンズの焦点位置に使用する太陽電池の大きさ・形状に合せた位置決め手段である例えば溝を形成することで、この溝に太陽電池を嵌合し、光学的・機械的結合を高精度に且つ容易に実現することが可能となる。
［００２３］
［００２４］
発明の効果
［００２５］
本発明に係る光電変換ユニットによれば、入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子を備えて成るので、二つの部品を光学的・機械的に直接結合させるのみでユニットが構成でき、光学的結合の効率、機械的結合の安定性を向上させることができる。
図面の簡単な説明
［００２６］
［図１］本発明に係る光電変換ユニットの分解斜視図である。
［図２］図１に示した二乗分布型導波路の作用説明図である。
［図３］テーパ状導波路の断面図である。
［図４］複数個を配置してアレイ化された光電変換ユニットの斜視図である。
発明を実施するための形態
［００２７］
以下、本発明に係る光電変換ユニットの好適な実施の形態を図面を参照し
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光密度変換素子と光電変換素子を備えて成る光電変換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】  光エネルギの高効率利用を図る光電変換システムが特許文献１に開示されている。この光電変換システムは、周囲よりも屈折率が高く円錐状の形状を有する高屈折率領域と、所定数形成される高屈折率領域のそれぞれの円錐頂点部分に一端が結合された導光手段と、導光手段の他端に設けられた光電変換手段からなる。
特許文献２には、太陽光を集光する光学的手段（ＰＡＲＡＢＯＬＩＣ  ＭＩＲＲＯＲ  ＡＲＲＡＹ等）と、集光された太陽光を導く光ファイバ（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＢＥＲ）と、この光ファイバにて太陽光の導かれる太陽光変換手段（ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＣＥＬＬＳ）からなる太陽光発電システムが開示されている。
いずれの先行技術も太陽光を集光した上で太陽光変換手段（光電変換手段）へ光を導くため、太陽電池等の使用量を減らすことが可能となり、安価・効率的に太陽光発電を行える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平８−７６２６号公報
【特許文献２】米国特許第５０８９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上記した従来のシステムは、最低限３つの部分を必須に構成される。すなわち、特許文献１においては、周囲よりも屈折率が高く円錐状の形状を有する高屈折率領域（第１の部分）、所定数形成される高屈折率領域のそれぞれの円錐頂点部分に一端が結合された導光手段（第２の部分）、導光手段の他端に設けられた光電変換手段（第３の部分）である。特許文献２においては、太陽光を集光する光学的手段（第１の部分）、集光された太陽光を太陽光変換手段に導く光ファイバ（第２の部分）、太陽光変換手段（第３の部分）である。これら３つの部分は、それぞれ機能が異なるため、別材料から別工程で製造する必要があり、部品数が多く、製造工程が増えた。また、相互の光学的・機械的結合が必要であり、特に光学的な結合に関しては、一定以上の結合効率を得るためには高い位置決め精度が必要となった。その結果、光学的結合の効率が悪いとともに、機械的結合の安定性も低い。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的結合の効率、機械的結合の安定性が向上する光電変換ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  入射端面に入射した光を出射し、その光の光密度を前記入射端面と出射端面とにおいて変化させる光密度変換素子と、
前記光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子と、
を具備することを特徴とする光電変換ユニット。【０００６】  この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子及び光電変換素子の二つの部品のみが光学的・機械的に直接結合され、中間部材が介在することによる光学的な損失や、機械的な精度低下が生じ難くなる。
また、光密度変換素子の光高密度側に光電変換素子が一体化して機械的に結合でき、高い結合精度が簡素な構造で得られる。そして、光密度変換素子には光高密度側に向かって集束する光路が形成され、光高密度側が出射端面となれば、入射端面からの光を光電変換素子に集光でき、光高密度側が入射端面となれば、光電変換素子からの光を出射端面から拡散できる。【０００７】（２）  前記光電変換素子が太陽電池であることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【０００８】  この光電変換ユニットによれば、入射端面に入射した光が出射端面に向かって集束する光に変換され、太陽電池に集光される。すなわち、太陽光発電ユニットとして使用可能となる。光密度変換素子が細径・薄厚のレンズとして用いられ、集光を行わずに直接太陽光を受光する場合に対し、必要とされる太陽電池の大幅なサイズ低減が可能となる。【０００９】（３）  前記光電変換素子が発光媒体であることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【００１０】  この光電変換ユニットによれば、太陽光発電ユニットとしての使用時とは逆方向、つまり、太陽光発電ユニットにおいては太陽電池が設置されている側から発光媒体にて光を入射させることで、光電変換素子が光を広げる素子となる。これにより、光電変換ユニットが、一般照明や、表示装置用の照明（例えば平面ディスプレイのバックライト）として利用可能となる。【００１１】（４）  前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直な方向には実質的に均一の分布屈折率型であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１２】  この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子での光線が正弦波状に振動しながら周期的に伝搬する。入射光が入射端面に垂直方向に伝搬する平行光の場合、振動の１周期長を１ピッチ（ｐ）とすると、ｐ／４やｐ／２の伝搬長で、集束光又は拡散光に変換できる。【００１３】（５）  前記光密度変換素子は、入射端面に平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１４】  この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子において、高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化している。これにより、高屈折領域部分の形状に沿って光を任意の方向に導くことができる。【００１５】（６）  前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に添加する不純物の添加量を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１６】  この光電変換ユニットによれば、ベースの材料として石英ガラスが使用され、この石英ガラス中に、屈折率分布を持たせるための不純物（ドーパント）、例えばＧｅ０２が添加され、その添加量が変えられることで径方向に屈折率が変化した光密度変換素子が得られる。なお、上記のように断面の周方向、及び長手方向についての屈折率は実質的に均一となる。このような屈折率分布を有する光密度���換素子の形成には、火炎内でガラス原料及びドーパントを反応させ、ガラス微粒子を生成し、ガラス微粒子をターゲットに堆積させてドーパントを含む多孔質ガラス母材を合成し、これを焼結することで所謂プリフォームとする製造技術を好適に用いることができる。【００１７】（７）  前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に形成する空孔密度を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つの光電変換ユニット。【００１８】  この光電変換ユニットによれば、屈折率分布を持たせる手段として石英ガラス中に空孔を分布させる。この場合、Ｇｅ０２を添加するケースの例に対して、最大比屈折率差を約１桁大きくすることが可能となる。【００１９】（８）  前記ベース部材に石英ガラスに代えて屈折率の絶対値が大きい物質を用いることを特徴とする（６）又は（７）の光電変換ユニット。【００２０】  この光電変換ユニットによれば、石英ガラスよりも屈折率の絶対値が大きい物質がベースの材料として使用され、屈折率分布を形成するために、このベース材料中に空孔を分布させれば、さらに最大比屈折率を大きくし、分布屈折率型平面レンズの厚さをより薄くすることが可能となる。【００２１】  （９）  前記光密度変換素子において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、前記光電変換素子を位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【００２２】  この光電変換ユニットによれば、分布屈折率型平面レンズの焦点位置に使用する太陽電池の大きさ・形状に合せた位置決め手段である例えば溝を形成することで、この溝に太陽電池を嵌合し、光学的・機械的結合を高精度に且つ容易に実現することが可能となる。【００２３】  （１０）  前記光電変換素子が近接配置される前記光密度変換素子の端面は、平坦であることを特徴とする（１）の光電変換ユニット。【００２４】  （１１）  （１）〜（１０）のいずれか１つに記載の光電変換ユニットを複数個配置してアレイ化していることを特徴とする光電変換ユニット。
この光電変換ユニットによれば、光密度変換素子である例えば分布屈折率型平面レンズを複数使用してアレイ化し、太陽電池を個々の分布屈折率型平面レンズに対して設けることで、例えば太陽電池及び分布屈折率型平面レンズを密に集合させた高密度・高効率の太陽光発電ユニットを優れた量産性で安価に製造できる。
【発明の効果】
【００２５】  本発明に係る光電変換ユニットによれば、入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する光密度変換素子と、光密度変換素子において光密度が高密度となる端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子を備えて成るので、二つの部品を光学的・機械的に直接結合させるのみでユニットが構成でき、光学的結合の効率、機械的結合の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る光電変換ユニットの分解斜視図である。
【図２】図１に示した二乗分布型導波路の作用説明図である。
【図３】テーパ状導波路の断面図である。
【図４】複数個を配置してアレイ化された光電変換ユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】  以下、本発明に係る光電変換ユニットの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光電変換ユニットの分解斜視図である。
本実施の形態による光電変換ユニット１００は、光密度変換素子１１と、光電変換素子１３とを具備して構成される。光密度変換素子１１は、入射端面に入射した光を出射端面において光密度を変化させて出射する。
【００２８】  本実施の形態における光密度変換素子１１は、平面状の集光素子の一例として、断面内の径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）が（式１）で表される二乗分布となる分布屈折率型平面レンズを構成している。
ｎ２（ｒ）＝ｎ０２（１−ａ２ｒ２）  …（式１）
但し、ｎ０は導波路中心の屈折率、ａは屈折率分布半径、ｒは光軸からの距離である。
【００２９】  図２は分布屈折率型平面レンズを構成する二乗分布型導波路の説明図である。
二乗分布型導波路での光線は、図２（ａ）に示すように、正弦波状に振動しながら周期的に伝搬する。入射光が入射端面に垂直方向に伝搬する平行光の場合、振動の１周期長を１ピッチ（ｐ）とすると、図２（ｂ）に示すｐ／２や、図２（ｃ）に示すｐ／４の伝搬長で、拡散光又は集束光に変換する。本実施の形態では、このうち、図２（ｃ）に示す集光・拡光する光路を形成する屈折率分布が利用されている。すなわち、二乗分布型導波路は、入射端面に対し平行な断面内での屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直方向（長手方向）には、実質的に均一である。
【００３０】  ｐ／４を焦点距離ｆとした光密度変換素子１１は、集光用途では図２（ｃ）に示す平面１１Ｌが入射端面、平面１１Ｒが出射端面に、拡散用途では平面１１Ｒが入射端面、平面１１Ｌが出射端面となる。
【００３１】  光密度変換素子１１は、ベース部材に石英ガラスを使用し、このガラス中に添加する不純物の添加量を変えて屈折率分布を形成することができる。ベースの材料として使用される石英ガラス中に、屈折率分布を持たせるための不純物（ドーパント）、例えばＧｅ０２が添加され、その添加量が変えられることで、径方向に屈折率が変化した光密度変換素子が得られる。なお、上記のように断面の周方向、及び長手方向についての屈折率は実質的に均一となる。このような屈折率分布を有する光密度変換素子１１の形成には、火炎内でガラス原料及びドーパントを反応させ、ガラス微粒子を生成し、ガラス微粒子をターゲットに堆積させてドーパントを含む光ファイバ用の多孔質ガラス母材を合成し、これを焼結することで所謂プリフォームとする製造技術を好適に用いることができる。
【００３２】  ベースの材料として石英ガラス（ｎ０≒１．４６）、屈折率分布を持たせるためにＧｅ０２を添加するケースを想定した場合、最大比屈折率差を３％とすると、屈折率分布半径ａ＝１０ｃｍの場合、平行光が分布屈折率型平面レンズ（光密度変換素子１１）に垂直に入射すると、入射面から約６５ｃｍの点で入射光は焦点を結ぶ（すなわち、集光率が最大となる）。
【００３３】  一方、屈折率分布を持たせる他の手段としては、石英ガラス中に空孔を分布させることも有効である（米国特許第７０３９２８４号公報のＦｉｇ．２Ｂ及びＦｉｇ．３参照）。この場合、Ｇｅ０２を添加する場合に比べ、最大比屈折率差を約１桁大きくすることが可能となる。この結果、屈折率分布半径１０ｃｍの場合、焦点距離を約２０ｃｍまで短くすることが可能となり、分布屈折率型平面レンズ（光密度変換素子１１）の厚さを薄くすることができる。
【００３４】  また、空孔を分布させて屈折率分布を形成する場合は、単一材料にてレンズを形成することが可能となるため、安価な材料をベース材料として用いれば安価な分布屈折率型平面レンズを製造できる。
【００３５】  光密度変換素子１１のベース材料としては、石英ガラスに限定されない。石英ガラスよりも屈折率の絶対値が大きい物質をベース材料として使用し、屈折率分布を形成し、このベース材料中に空孔を分布させれば、さらに最大比屈折率を大きくし、分布屈折率型平面レンズの厚さをより薄くすることも可能となる。
【００３６】  なお、上記のＧｅ０２を添加する構成、空孔を分布させる構成とも正の屈折率を有する材料を使用するが、所謂メタマテリアルを使用した負の屈折率を有する材料を利用すると、集光素子を上記の例以上に薄くできる。
【００３７】  本実施の形態による光電変換ユニット１００は、光電変換素子１３を、光密度変換素子１１において光密度が高密度となる端面（図２（ｃ）の平面１１Ｒ側）に近接配置し、光密度変換素子１１と一体化させている。光密度変換素子１１における一対の平行平面（入射端面１１Ｌ又は出射端面１１Ｒ）の光高密度側に光電変換素子１３が一体化して機械的に結合でき、高い結合精度が簡素な構造で得られている。そして、光密度変換素子１１には光高密度側に向かって集束する光路（コア部１５）が形成され、入射端面からの光を光電変換素子１３に集光する。
なお、「近接」とは、端面に接触、端面の近傍、端面の凹部に係合する、などを含むものである。
【００３８】  この光電変換素子１３には太陽電池を使用することができる。これにより、入射端面１１Ｌに入射した光が出射端面１１Ｒに向かって集束する光に変換され、太陽電池に集光される太陽光発電ユニットとなる。光密度変換素子１１が細径・薄厚のレンズとして用いられるので、集光を行わずに直接太陽光を受光する場合に比べ、必要とされる太陽電池の大幅なサイズ低減が可能となる。
【００３９】  このように、光密度変換素子１１の焦点位置に太陽電池を設置すれば、上記の例において、分布屈折率型平面レンズの製造不完全さに伴う焦点位置ずれ、あるいは、太陽電池設置位置の位置決め精度等を考慮しても、半径０．５ｃｍ程度で十分に集光された光を結合させることが可能となる。これにより、集光を行わずに直接太陽電池で太陽光を受光する場合に対して、必要となる太陽電池のサイズを１／４００｛＝（０．５／１０）２｝にまで低減することができる。
【００４０】  光電変換ユニット１００には、光密度変換素子１１において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、光電変換素子１３を位置決めするための位置決め手段１９が設けられている。光密度変換素子１１と光電変換素子１３を結合させる手段としては、分布屈折率型平面レンズの光密度が光高密度となる位置に、光電変換素子１３の大きさ・形状に合せた位置決め手段１９である溝１９ａを形成し、この溝１９ａに光電変換素子（太陽電池等）１３を設置することで、光学的・機械的結合を実現できる。
【００４１】  ここで、「光学的結合」とは、光密度変換素子（集光素子）１１と、光電変換素子（太陽電池等）１３とが、所望の集光率となるように同軸上に近接配置されていることをいう。「機械的結合」とは、接着やモールドで、一体化されていることを指す。
【００４２】  分布屈折率型平面レンズの焦点位置に使用する太陽電池の大きさ・形状に合せた溝１９ａを形成することで、この溝１９ａに太陽電池を嵌合し、光学的・機械的結合を高精度に且つ容易に実現することが可能となる。
【００４３】  なお、本発明に係る光電変換ユニットは、焦点距離に拘らず、集光位置が適切な位置になるように、光電変換素子（太陽電池等）１３が、光密度変換素子１１に近接して配置され、一体化されていればよい。光密度変換素子１１としては、平面レンズに限定されない。例えば、テーパ状に細くなる導波路で集光し、細くなった導波路部分が所望の集光面積になっていればよい。
【００４４】  図３は、二乗分布型導波路に代わるテーパ状導波路の断面図である。
このテーパ状導波路を構成する光密度変換素子１１は、入射端面に平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折領域１５の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化している。これにより、光密度変換素子１１は、任意に形成される高屈折領域部分の形状に沿って光を導くことができる。
【００４５】  図４は複数個を配置してアレイ化された光電変換ユニットの斜視図である。
光電変換ユニット１００は、複数個配置してアレイ化してもよい。光密度変換素子１１である例えば分布屈折率型平面レンズを複数使用してアレイ化し、太陽電池を個々の分布屈折率型平面レンズに対して設けることで、例えば太陽電池及び分布屈折率型平面レンズを密に集合させた高密度・高効率の太陽光発電ユニット２００を優れた量産性で安価に製造することができる。
【００４６】  また、光電変換ユニット１００は、光密度変換素子１１が、前記太陽光発電ユニットとしての使用時とは逆方向、つまり、太陽電池が設置されている側から光を入射させれば、光を広げる素子になり得る。このため、本光電変換ユニット１００は、太陽電池に変えて、光電変換素子１３に発光媒体（ＬＥＤ，ＥＬ等）を使用することで、一般照明や、表示装置用の照明（例えば平面ディスプレイのバックライト）としての利用も可能となる。
【００４７】  このように、光電変換ユニット１００では、光密度変換素子１１及び光電変換ユニット１００の二つの部品のみが光学的・機械的に直接結合され、中間部材が介在することによる光学的な損失や、機械的な精度低下が生じ難くなる。
【００４８】  したがって、上記構成の光電変換ユニット１００によれば、入射端面に入射した光を出射端面から光密度を変化させて出射する光密度変換素子１１と、光密度変換素子の光高密度側となる端面において該光密度変換素子と一体化させた光電変換素子１３を備えて成るので、二つの部品を光学的・機械的に直接結合させるのみでユニットが構成でき、二部品以上の構成部材からなる従来ユニットに比べ、光学的結合の効率、機械的結合の安定性を向上させることができる。
【００４９】  なお、より広い太陽光受光面積を実現する手段としては、一つの集光素子について、その受光面積を拡大する方法が考えられる。この場合には、前記メタマテリアルを使用した集光素子等により、受光面積を拡大することができる。この際、集光素子の厚さの増加を抑える処置を併用すれば、集光素子の設置容易性等の面で有用となる。また、別の方法としては、図４に示したように、集光素子（図例は分布屈折率型平面レンズ）を複数使用してアレイ化することも考えられる。この場合、太陽電池は、個々の平面レンズに対して設け、１個では不十分ならば複数使用し、それらをアレイ化してもよい。
【００５０】  本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２００８年５月１３日出願の日本特許出願（特願２００８−１２６１９５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００５１】  １１：光密度変換素子、１１Ｌ：出射端面（または入射端面）、１１Ｒ：入射端面（または出射端面）、１３：光電変換素子、１９：位置決め手段、１９ａ：溝、１００：光電変換ユニット、Ａｘ：光軸
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射端面に入射した光を出射し、その光の光密度を前記入射端面と出射端面とにおいて変化させる光密度変換素子と、
前記光密度変換素子において光密度が高密度とな多端面に近接配置し、前記光密度変換素子と一体化させた光電変換素子と、
を具備することを特徴とする光電変換ユニット。
【請求項２】
前記光電変換素子が太陽電池であることを特徴とする請求項１記載の光電変換ユニット。
【請求項３】
前記光電変換素子が発光媒体であることを特徴とする請求項１記載の光電変換ユニット。
【請求項４】
前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において屈折率分布が径方向に対しては変化し、入射端面に対し垂直な方向には実質的に均一の分布屈折率型であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項５】
前記光密度変換素子は、入射端面に対し平行な断面内において一定以上の屈折率を有する高屈折率領域の断面積が、入射端面側から出射端面側に向かって連続的に変化することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項６】
前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に添加する不純物の添加量を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項７】
前記光密度変換素子を形成するベース部材に石英ガラスを使用し、該ガラス中に形成する空孔密度を変えて前記光密度変換素子内に屈折率分布を形成することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光電変換ユニット。
【請求項８】
前記ベース部材に石英ガラスに代えて屈折率の絶対値が大きい物質を用いることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光電変換ユニット。
【請求項９】
前記光密度変換素子において一方の端面に対し、他方の端面の光密度が高密度となる所定の位置に、前記光電変換素子を位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換ユニット。
【請求項１０】
前記光電変換素子が近接配置される前記光密度変換素子の端面は、平坦であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換ユニット。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光電変換ユニットを複数個配置してアレイ化していることを特徴とする光電変換ユニット。
【国際調査報告】
2009139414.tif 000007
2009139414.tif 000008
2009139414.tif 000009
2009139414.tif 000010