(57)【要約】【課題】  レンズや太陽光追尾機構を用いずに太陽光を集光し光ファイバなどの光導波可能な細線にて太陽光エネルギーを取り出せる太陽光集光装置を提供すること。【解決手段】本発明の装置は、第一の面と、第二の面と、縁面とから成り、太陽光を吸収して蛍光を放出する蛍光物質が分散され且つ外部よりも屈折率が高い材料から形成された板状構造を有し、第一の面から太陽光が入射すると、蛍光物質から放出される蛍光が実質的に縁面に集光されて出射する蛍光導光板と、蛍光導光板の縁面上にて第一及び第二の面の周縁方向に沿って巻装された１条の、表面及び内部が蛍光を透過し周囲よりも屈折率の高い材料にて形成された光導波路用細線と、蛍光導光板の縁面上の光導波路用細線が巻装された領域を第一及び第二の面の周縁方向に沿って囲繞し蛍光を散乱反射する散乱反射体とを含み、光導波路用細線の端面から蛍光として太陽光エネルギーが取り出される。【選択図】        図１
2018194680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光集光装置であって、
第一の面と、第二の面と、前記第一及び第二の面の周縁を接続する縁面とから成り、その内部又は前記第一若しくは第二の面上に太陽光を吸収して蛍光を放出する蛍光物質が分散され且つ外部よりも屈折率が高い材料から形成された板状構造を有し、前記第一の面から太陽光が入射すると、前記蛍光物質から放出される前記蛍光が前記縁面に集光されて出射する蛍光導光板と、
前記蛍光導光板の前記縁面上にて前記第一及び第二の面の周縁方向に沿って巻装された１条の光導波路用細線にして、表面及び内部が前記蛍光を透過し周囲よりも屈折率の高い材料にて形成され、少なくとも一方の端面から前記内部を伝播した前記蛍光の出射する光導波路用細線と、
前記蛍光導光板の前記縁面上の前記光導波路用細線が巻装された領域を前記第一及び第二の面の周縁方向に沿って囲繞し前記縁面から出射してきた前記蛍光を散乱反射する散乱反射体と
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を集光する装置に係り、より詳細には、大掛かりなレンズ系を用いずに太陽光を集光して光ファイバなどの光導波可能な細線にて太陽光エネルギーを取り出すことのできる装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
地球の温暖化問題又はその他の環境問題の対策の一つとして、太陽光エネルギーを利用するために、太陽光を集光するための構成が種々提案されている。例えば、太陽光をレーザーのエネルギー源又は励起光源として利用しようとする場合（太陽光励起レーザー）、地上での太陽光のエネルギー密度は、そのままでは、最良の条件下でも約１ｋｗ/ｍ２程度であるので、一般なレーザー材料であるネオジウムイオン(Ｎｄ３＋)を添加したＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)結晶等のレーザー発振を達成するためには、地上に到達する太陽光の強度を数千から１万倍程度に集光する必要がある。そこで、特許文献１、２、非特許文献１などに於いては、大型のレンズやフレネルレンズ等を用いて、太陽光を集光して、それらのレンズ系の焦点にレーザー材料を配置する構成が提案されている。かかる構成に於いては、太陽光の向き（地上への入射角）が時々刻々と変化するので、その太陽光の向きに合わせて集光レンズ系の向きを変更する構成（太陽光の追尾システム）が用いられる。また、非特許文献２に於いては、太陽光のそのままの強度の波長分布に於いては、ＹＡＧ結晶の励起に利用できる波長帯域の強度が低いことに鑑み、吸収波長帯域が広く且つ発光波長の狭い蛍光材料により太陽光を吸収し、蛍光材料からの蛍光によりレーザー材料のポンピングを実行し、これにより集光倍率を３００倍程度まで低減する構成が提案されている。特許文献３に於いては、横断面が円弧状の曲縁を有する突条を平板状の透明体の一方の面に多条に列状に設けた構成を、住宅の窓等に貼り付け、指向性が高い太陽光を採光して室内の奥深くまで導入する太陽光採光器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３３７７
【特許文献２】特開２０１３−２３５９３０
【特許文献３】特開平７−２９６６１７
【特許文献４】特開２０１５−２０１４６４
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】アプライド・フィジックス・レター（Applied  Physics  Letters）  ９０，２６１１２０，２００７年
【非特許文献２】ネイチャー・インサイト・サイエンティフィック・レポーツ（Nature  Insight  Scientific  Reports）５，１４７５８，２０１５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従前の太陽光励起レーザー装置の如く、レンズを用いて太陽光を集光する構成に於いては、レンズの向きが固定されていると、太陽の位置によって集光位置が移動してしまうため、所望の位置に太陽光が集光されるように、既に述べた如く、太陽光を追尾してレンズとその向きを変更するための機構（太陽光追尾機構）が用いられる。また、集光用レンズの大型化には限界があり、広い面積に照射される太陽光を集光することを考えると、集光レンズとその追尾機構を多数配備することが必要となるところ、その場合、個々の太陽光追尾機構のための空間を確保すると共に、太陽光追尾機構に於ける太陽光の追尾の際に変位する部位が互いに干渉しないように、隣接する装置の間に十分なスペースを確保することも必要となる。更に、風やその他の要因（近隣の車両の通過など）による振動が在っても、集光用レンズの焦点位置が大幅に変動しないようにするための機構も必要である。総じて、レンズを用いて太陽光を集光する構成に於いては、太陽光追尾機構が必要であり、そのために、大掛かりな設備、場所、調整のための労力、コストがかかることとなる。従って、レンズを用いずに、即ち、太陽光追尾機構を必要とせずに、太陽光を集光できる構成があれば、非常に有用である。そして、特に、太陽光を集光して得られる光エネルギーが光ファイバなどの光導波可能な細線にて取り出せれば、任意の場所へ光エネルギーを伝送できるようになり有利である。
【０００６】
かくして、本発明の一つの課題は、レンズや太陽光追尾機構を用いずに太陽光を集光し光ファイバなどの光導波可能な細線にて太陽光エネルギーを取り出すことのできる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記の課題は、太陽光集光装置であって、
第一の面と、第二の面と、前記第一及び第二の面の周縁を接続する縁面とから成り、その内部又は前記第一若しくは第二の面上に太陽光を吸収して蛍光を放出する蛍光物質が分散され且つ外部よりも屈折率が高い材料から形成された板状構造を有し、前記第一の面から太陽光が入射すると、前記蛍光物質から放出される前記蛍光が前記縁面に集光されて出射する蛍光導光板と、
前記蛍光導光板の前記縁面上にて前記第一及び第二の面の周縁方向に沿って巻装された１条の光導波路用細線にして、表面及び内部が前記蛍光を透過し周囲よりも屈折率の高い材料にて形成され、少なくとも一方の端面から前記内部を伝播した前記蛍光が出射する光導波路用細線と、
前記蛍光導光板の前記縁面上の前記光導波路用細線が巻装された領域を前記第一及び第二の面の周縁方向に沿って囲繞し前記縁面から出射してきた前記蛍光を散乱反射する散乱反射体と
を含む装置によって達成される。
【０００８】
上記の構成に於いて、「蛍光導光板」とは、端的に述べれば、板状構造の広い面（第一の面）から光が入射すると、内部に又は第一若しくは第二の面上に分散された蛍光物質が進入光により励起されて蛍光を発し、その蛍光が板状構造の縁面へ導かれて集光されて出射するよう構成された板状部材である（例えば、特許文献３参照）。蛍光物質から放出される蛍光は、放射方向に発せられるところ、板状構造を成す蛍光導光板の屈折率がその外部（通常、空気）の屈折率よりも高いため、板状構造の広い面（第一の面、第二の面）と外部との界面に於いて、蛍光の一部は透過してしまうが、蛍光の殆どが反射され、結果的に、板状構造の縁面へ集光し、そこから出射されることとなる。蛍光導光板を形成する材料に於いて分散される「蛍光物質」は、励起光が照射されると、その光を吸収して、蛍光を発する蛍光色素、量子ドットなどの任意の物質であってよい。第一の面上又は第二の面上に蛍光物質を分散させる構成は、実施の態様に於いて、例えば、蛍光物質が分散された薄膜を第一の面上又は第二の面上に貼着又は形成することにより達成されてもよい。
【０００９】
また、上記の構成に於いて、１条の「光導波路用細線」とは、周囲よりも屈折率の高い材料にて形成され、光が内部に進入すると、内部から表面へ光線が向かう際に全反射を起こし、これにより、光線が内部を伝播していく任意の細線状の部材であってよい。「光導波路用細線」は、好適には、表面及び内部が蛍光導光板の縁面から出射される蛍光を透過するよう構成された光ファイバであってよいが、その他のガラス製細線、樹脂製細線など、蛍光光線が内部を伝播していく材料で形成されていれば、如何なる材料の細線であってもよいことは理解されるべきである。なお、１条の光導波路用細線は、複数の細線が直列に１条に連結されたものであってもよい。また、蛍光導光板の縁面からの蛍光ができるだけ多く光導波路用細線へ進入できるようにすべく、１条の光導波路用細線が蛍光導光板の縁面上にて複数回巻き付けられ、これにより、光導波路用細線の外周面に於いて、できるだけ広い面積にて蛍光を受容できるようになっていてよい。更に、蛍光導光板の縁面からの蛍光をできるだけ漏らさずに光導波路用細線へ進入できるようにすべく、１条の光導波路用細線が蛍光導光板の縁面の実質的に全域を亘って囲繞するように蛍光導光板の縁面上に巻装されていることが好ましい。
【００１０】
かくして、上記の如き構成によれば、まず、蛍光導光板の第一の面から太陽光が入射されると、蛍光導光板内部（又は表面）の蛍光物質が励起され蛍光を発し、更に、蛍光導光板の作用によって、殆どの光（蛍光）が蛍光導光板の縁面へ集光され出射されることとなる。かかる作用によれば、太陽光のうちの比較的広い範囲の波長帯域の成分のエネルギーが蛍光導光板内の蛍光物質によって、その放出する蛍光の波長帯域内に圧縮されつつ変換され、更に、蛍光導光板の略全域に照射された太陽光によって生ずる蛍光（太陽光を上記の如く帯域を圧縮して変換されたエネルギー）が蛍光導光板と外部との屈折率の差による作用により、集光するという原理によって、太陽光エネルギーの濃縮が図られることとなる。そして、縁面上にて集光された蛍光が、そこに於いて巻装された一条の光導波路用細線の外周面から入射し、その後に光導波路用細線内部から表面へ向かう光線のうち、全反射した光線は、光導波路用細線内部をその延在方向に沿って伝播していくこととなり、更に、光導波路用細線の端面にて光エネルギーとして取り出せることとなる。
【００１１】
しかしながら、光導波路用細線へ入射した光線のうち、光導波路用細線の表面に於いて全反射しない角度、即ち、光導波路用細線の延在方向に対して所定角度以上を為して入射した光線は、光導波路用細線内にて伝播せず、その外側へ透過してしまい、光導波路用細線の端面にて光エネルギーとして取り出せないこととなる。そこで、光導波路用細線からその外側へ透過してしまった光線（蛍光）を、光導波路用細線の内部へ再度入射させて、より多くの蛍光が光導波路用細線の内部にてその延在方向に沿って伝播するように、上記の本発明の装置に於いては、蛍光導光板の縁面上の光導波路用細線が巻装された領域を第一及び第二の面の周縁方向に沿って囲繞し縁面から出射してきた蛍光を散乱反射する散乱反射体が設けられる。
【００１２】
この点に関し、留意されるべきことは、光導波路用細線を一旦透過した光線を反射して光導波路用細線内へ再度入射させる際に、光線の再入射方向が光導波路用細線の延在方向から所定角度以上為していると、その光線は、光導波路用細線を再び透過してしまうことということである。従って、光導波路用細線の巻装された領域を囲繞した反射体による光線の反射が、入射角と反射角とが等しい鏡面反射である場合には、反射体にて反射して光導波路用細線へ再入射する光線の方向が光導波路用細線の延在方向から所定角度以上為したままとなってしまい、再入射する光線を光導波路用細線内に巧く閉じ込めること、即ち、光線が光導波路用細線内をその延在方向に沿って伝播されるようにすることが困難となる。このことを鑑み、本発明に於いては、上記の如く、光導波路用細線を一旦透過した光線を光導波路用細線内へ再入射させるべく反射する反射体として、散乱反射（反射角がランダムとなる反射）をする散乱反射体が採用されている。散乱反射体であれば、光導波路用細線を一旦透過した光線が反射される際、その光線の反射方向は、ランダムとなるので、鏡面反射体の場合に比して、より多く光線の向きが光導波路用細線の延在方向に平行な方向に近くなって光導波路用細線の再入射した後に全反射を生ずる光線が増大することとなり、かくして、より多くの光線が光導波路用細線内を閉じ込められることとなる。このことは、後に説明される実験例によっても確かめられている。
【００１３】
上記の本発明の構成に於いて、好適には、蛍光導光板の縁面上に囲繞された光導波路用細線と、それを囲繞する散乱反射体との間に隙間が設けられていてよい。かかる隙間は、典型的には空気層であってよいが、蛍光を透過する物質が充填されていてもよい。隙間が存在することにより、光導波路用細線の屈折率がその周囲よりも高い状態がより確実となり、光導波路用細線内へ入射した光線の全反射が発生し易くなる。
【００１４】
また、上記の構成に於いて、散乱反射体の反射面は、一つの態様としては、反射される光線がランダムな方向に進むよう調製された面であってもよく、別の態様としては、反射される光線が蛍光導光板の第一及び第二の面に平行な面内にてランダムな方向に進むよう調製された面であってもよい。前者の態様は、例えば、拡散反射する物質にて面を形成することにより達成される。後者の態様は、例えば、アルミ板等の鏡面部材上にて第一及び第二の面に垂直な方向に細かい溝（ヘアライン）を形成することによって達成可能である。
【発明の効果】
【００１５】
上記の本発明の構成に於いては、太陽光のエネルギーが蛍光導光板の作用によりその縁面上に高密度に集められ、更に、光ファイバなどの光導波路用細線内へ閉じ込められるので、太陽光の追尾のために変位する集光用レンズを有する太陽光追尾機構を要せずに、太陽光の集光、即ち、太陽光エネルギーの高密度化、を達成できることとなる。一般的に、大規模太陽光発電所（メガソーラー）のように、エネルギー密度が希薄な太陽光を利用する場合、大面積（数ｋｍ２)が使用されるところ、太陽光追尾機構のための空間が不要となるので、多数の太陽光集光装置を配列する場合、太陽光の受光面を密に配列することが容易となり、発電所に於ける単位体積当たりに到達する太陽光をより有効に利用することが可能となることが期待される。更に、蛍光導光板はフィルムのようにフレキシブルな材料で作製することが可能であり、大面積に設置する上で、装置の配列に於ける融通性が高く成る点で有利である。更にまた、蛍光導光板の直径大型化や薄型化により導光板側面での光強度を有利に高くすることも可能である。そして、蛍光導光板の縁面上に光導波路用細線を巻装すると共に、その周囲を散乱反射体にて囲繞することにより、蛍光導光板の縁面上に集光された光のエネルギーがより効率的に光導波路用細線内に閉じ込められ、任意の場所へ高密度化された太陽光エネルギーを伝送できるようになり、有利である。
【００１６】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）は、本発明による太陽光集光装置の実施形態の模式的な斜視図であり、図１（Ｂ）は、その模式的な平面図であり、図１（Ｃ）は、模式的な断面図である。図１（Ｄ）は、蛍光導光板（又は光導波路用細線）内に於いて、内部からの光が外部との界面に於いて、屈折率差に起因して、内側へ戻される原理を説明する図である。
【図２】図２は、太陽光集光装置に於ける蛍光光線の進行の態様を模式的に説明する図である。図２（Ａ）は、光導波路細線の外側が鏡面反射体によって囲繞されている場合（比較例）であり、図２（Ｂ）は、光導波路細線の外側が拡散反射体によって囲繞されている場合（本発明の第一の実施形態）であり、図２（Ｃ）は、光導波路細線の外側がヘアライン反射体によって囲繞されている場合（本発明の第二の実施形態）である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明による太陽光集光装置の作動を確認するための実験に使用された光源と蛍光導光板の写真であり、図３（Ｂ）、（Ｃ）は、図３（Ａ）の光源の上に蛍光導光板を載置した状態と、更に、光源から紫外光を照射させた状態の写真である。図３（Ｄ）は、本発明による太陽光集光装置に於いて散乱反射体として採用されるヘアライン反射体によって光を反射させた場合の反射光の拡がりの様子を例示する写真である。図中、矢印は、ヘアライン溝の延在方向である。図３（Ｅ）は、本発明による太陽光集光装置の作動を確認するための実験に於いて、光導波路細線として用いたナイロン糸の端面から光が出射している様子を例示する写真（左）とその模式図（右）である。
【符号の説明】
【００１８】
１…太陽光集光装置
２…蛍光導光板
２ａ…太陽光受容面（第一の表面）
２ｂ…蛍光導光板内部
２ｃ…蛍光導光板縁面
３…光導波路部
３ａ…光導波路細線
４…出射端
５…隙間
６…散乱反射体
６ａ…反射体
ＳＬ…太陽光
ＦＬ…蛍光
ＦＭ…蛍光物質
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００２０】
装置の構成
図１を参照して、本発明による一つの実施形態の太陽光集光装置１は、略円盤形状の蛍光導光板２と、その周囲の縁面上に於いて巻装された一条の、内部にて光導波が可能な細線（光導波路用細線）３ａから成る光導波路部３と、光導波路部３の更に外周にて隙間５を空けて囲繞する散乱反射体６とから構成される（なお、説明の目的で、同図の各部の構造は、模式的に描かれており、実際の装置の寸法の割合は大幅に異なり得る。）。
【００２１】
かかる構成に於いて、まず、蛍光導光板２は、図１（Ａ）〜（Ｃ）に描かれている如く、太陽光ＳＬを受容する太陽光受容面２ａ（表面）、その裏面、太陽光受容面２ａと裏面とを接続する縁面２ｃとにより画定され、内部に蛍光物質ＦＭが分散された、外部の空間よりも光の屈折率が高い材料にて形成される。蛍光導光板２の材料に於いて、典型的には、母材は、例えば、典型的には、石英ガラス、透明なポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などであってよく、蛍光物質ＦＭは、蛍光色素、量子ドットなどの物質であって、太陽光を吸収して、後に説明する光導波路用細線３ａ内を透過する蛍光を発する物質であってよい。好適には、太陽光受容面２ａと裏面とは、内部で放出される蛍光が全反射しやすくなるように平坦面に形成される一方、縁面２ｃは、蛍光が反射せずに出射するように細かい凹凸状（擦り状）面に形成される。
【００２２】
光導波路部３に於いて、光導波路用細線３ａは、その細線の周表面から光の進入が可能であり、その進入した光が細線の延在方向に内部にて伝播できるように形成された光ファイバやその他の任意のガラス製細線、樹脂製細線などであってよい。好適には、図示の如く、一条の光導波路用細線３ａが蛍光導光板２の縁面２ｃ上にて、蛍光導光板２の周方向に沿って、好適には、複数回、より好適には、密に（隣接する表面が互いに接するように）巻き付けられる（巻装される）。そして、光導波路用細線３ａの少なくとも一方の端面４が、内部を伝播してきた光が反射されずに出射できるように細かい凹凸状（擦り状）面に形成されていることが好ましい（もう一方の端面（図示せず）は、光が出射しないように、例えば、ＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング）を採用して、全ての光が反射されるようになっていてよい。）。
【００２３】
更に、散乱反射体６は、上記の構成に於いて、縁面２ｃから出射して光導波路用細線３ａの束へ進入した蛍光のうち、光導波路用細線３ａの束の外側へそのまま透過してしまった成分を内側に戻して光導波路用細線３ａに再入射させるべく、光導波路部３の外周に沿って囲繞するよう設けられる。散乱反射体６は、後により詳細に説明される如く、所謂、鏡面反射をするのではなく、反射光の反射角がランダムになるように調製された内面を有する。光導波路部３と散乱反射体６との間に隙間５が設けられるのは、光導波路部３の屈折率が周囲よりも高くなり、光導波路用細線３ａ内部で光線の全反射が生ずることをより確実にするためであり、典型的には空隙（空気層）であってよいが、屈折率の低い蛍光を透過する樹脂等が充填されていてもよい。なお、蛍光導光板２に進入した太陽光及び蛍光物質から発せられた蛍光のうち太陽光受容面２ａとは反対側の裏面から外部へそのまま透過した成分を蛍光導光板２の側へ戻すように蛍光導光板２の裏面も反射体６ａに覆われていてよい。反射体６ａの面は、散乱反射する面であっても、鏡面反射する面に形成されていてよい。
【００２４】
また、図示していないが、蛍光導光板２の外周形は、多角形であってもよく、光導波路用細線３ａの束は、屈曲可能な程度に於いて、蛍光導光板２の外周に近接するよう巻装されてよい。蛍光導光板２の多角形の場合、複数の装置を或る面内に配列する際に、装置間の隙間を低減でき、互いに密に配置できる点で有利である。更に、蛍光導光板２に於いて、蛍光物質は、太陽光受容面２ａ上に或いは裏面上に、例えば、蛍光物質を含む薄膜を貼着又は形成することにより、分散されてもよい。
【００２５】
装置の作動
図１（Ｃ）を参照して、本実施形態による太陽光集光装置１の作動に於いては、まず、太陽光ＳＬが蛍光導光板２内へ入射し、蛍光物質ＦＭが励起され、これにより、蛍光物質ＦＭから蛍光ＦＬが放出されることとなる。かかる機構によれば、太陽光の波長帯域は、広範囲に亘るところ、吸収可能な波長帯域が広く、蛍光の波長帯域が狭い蛍光物質を用いると、太陽光エネルギーの波長帯域の圧縮が為されることとなる（スペクトル圧縮）。即ち、太陽光を一旦、蛍光物質へ吸収させることにより、光エネルギーの波長帯域が圧縮され、これにより、特定の波長帯域に於けるエネルギー密度の増大が図られることとなる。
【００２６】
更に、蛍光導光板２内に於いて、太陽光ＳＬにより励起された蛍光物質から放出される蛍光は、個々の蛍光物質に於いて等方的に放出されるところ、蛍光導光板２と外部との界面に於いては、図１（Ｄ）に描かれている如く、蛍光導光板２の屈折率が外界（通常、空気）の屈折率よりも高いため、界面への入射角θが臨界角θｅよりも大きい光は、界面で全反射されることとなる。そうすると、蛍光導光板２内全体に於いては、図１（Ｃ）に模式的に描かれている如く、蛍光物質から発せられた蛍光は、一部は、蛍光導光板２の太陽光受光面２ａから透過し得るが、殆どは、蛍光導光板２内で反射を繰り返し、最終的に、蛍光導光板２の縁面２ｃへ集光され、そこに於いて蛍光導光板２から出射して、隣接する光導波路用細線３ａへ入射されることとなる。即ち、蛍光導光板２の縁面２ｃに蛍光が集光されることにより、太陽光エネルギーの濃縮が達成されることとなる。
【００２７】
かくして、蛍光導光板２の縁面２ｃから出射した蛍光は、縁面２ｃに巻装された光導波路用細線３ａ内へ入射することとなる。その際、蛍光の入射光線の向きが光導波路用細線３ａの延在方向に近い向きであれば、細線３ａ内へ入射した蛍光の光線が細線３ａの外へ向かう際の界面に於いて、界面への入射角θが臨界角θｅよりも大きくなって、界面で全反射され、全反射された蛍光は、その後、光導波路用細線３ａ内に閉じ込められ、伝播していくこととなる。一方、光導波路用細線３ａに入射する蛍光光線のうち、光導波路用細線３ａの延在方向に対する光線の向きの角度が或る程度以上大きい光線は、光導波路細線３ａ内で全反射を発生せず、既に触れた如く、光導波路部３よりも外側へ透過してしまうこととなる。そこで、そのような光導波路部３よりも外側へ一旦透過した光線成分を、ＦＬｒにて示されている如く、光導波路部３へ戻して、再度、光導波路用細線３ａへ入射させ、光導波路細線３ａ内に閉じ込められるようにするために、光導波路部３の外周が散乱反射体６にて囲繞される。
【００２８】
ところで、上記の如く、光導波路部３よりも外側へ一旦透過した光線を反射して光導波路部３へ戻すことに関して、図２（Ａ）に模式的に描かれている如く、仮に、光導波路部３の外周を鏡面反射体にて囲繞した場合には、鏡面反射体上での光線の反射角が、光導波路部３を透過してきた光線の入射角と等しくなる。そうすると、鏡面反射体での反射光線ＦＬｔが光導波路細線３ａへ再入射しても、その際の入射方向が光導波路細線３ａの延在方向に近くならず、結局、光導波路細線３ａの内から外へ向かう際に、全反射せずに界面を透過してしまう可能性が高くなってしまう（光導波路細線３ａへ再入射させた光線が光導波路細線３ａ内に閉じ込められない。）。
【００２９】
そこで、本実施形態に於いては、既に述べた如く、光導波路部３よりも外側へ一旦透過した光線を反射して光導波路部３へ戻すための反射体として、反射光ＦＬｔの向きがランダムとなる散乱反射体６が採用される。散乱反射体６の場合、図２（Ｂ）、（Ｃ）に模式的に描かれている如く、光導波路部３を外側へ一旦透過してきた光線の反射角は、入射角に一致せずに、ランダムな方向となるので、光導波路細線３ａへ再入射する反射光線のうち、より多くの光線の入射方向が光導波路細線３ａの延在方向に近くなり、これにより、光導波路細線３ａへ再入射した光線のより多くが光導波路細線３ａの内から外へ向かう際に、全反射して光導波路細線３ａへ再入射させた光線が光導波路細線３ａ内に閉じ込められることが期待される。
【００３０】
上記の如き散乱反射体６の具体的の態様に於いては、一つには、反射面が、硫酸バリウムなどの入射光を拡散反射する物質で形成されていてよい（図２（Ｂ））。この場合、反射光は、ランダムな方向に進むので、光線の一部は、光導波路細線３ａの延在方向に近い方向に進み、これにより、光導波路細線３ａ内に再入射した後、内部で全反射されて光導波路用細線３ａ内に閉じ込められることとなる。また、散乱反射体６の別の態様に於いては、反射面は、アルミ板などの反射体上に於いて光導波路用細線３ａの延在方向に対して垂直な方向の溝（ヘアライン溝）を形成してなる面であってもよい（図２（Ｃ））。この場合、反射光は、光導波路用細線３ａの延在方向に平行な面内にてランダムな方向に拡がって進むので、やはり、光線の一部は、光導波路細線３ａの延在方向に近い方向に進み、これにより、光導波路細線３ａ内に再入射した後、内部で全反射されて光導波路用細線３ａ内に閉じ込められることとなる。
【００３１】
かくして、上記の如く、蛍光導光板２の縁面２ｃ上に光導波路細線３ａを巻装し、更にその外周を散乱反射体６で囲繞することにより、蛍光導光板２の縁面２ｃに集光された太陽光由来の光エネルギーが、より効率的に光導波路細線３ａ内へ閉じ込められて、細線３ａ内を伝播し、出射端４にて取り出させることとなる。
【００３２】
装置の製造工程
上記の太陽光集光装置は、下記の工程により製造されてよい。
（１）蛍光導光板の調製
（ｉ）透明樹脂の溶解−透明樹脂として、アクリルなどの樹脂を、トルエン、アセトン、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の溶媒に溶解する。なお、透明樹脂の屈折率は、１．５を超えない程度が望ましく、熱可塑性を有することが望ましい。
（ii）蛍光物質の溶解−蛍光導光板内に分散させる蛍光物質を溶媒中に溶解させる。蛍光物質は、吸収波長の異なる複数種の物質及び／又は発光波長の異なる物質が共存させられてもよい。蛍光物質が有機蛍光体の場合には、上記の透明樹脂を溶解する溶媒に対して分散可能な物質が選択され、発光に関与する部分以外の箇所に官能基等を導入することで、溶媒への溶解/分散性を向上することが可能である。蛍光物質が無機系蛍光体微粒子の場合、量子ドット蛍光体、遷移金属含有の蛍光体であってよく、粒径は、100nm以下のものが好ましい。また、溶媒とへの分散性を向上させるために、粒子に分散剤（炭化水素アミン、カルボン酸類、チオール類）が配位されてよい。
（iii）蛍光導光板の形成−（ｉ）の透明樹脂の溶解液と（ii）の蛍光物質の溶解液とを混合した後、溶媒を除去し、加熱により平板か柱状物が成形される。
（iv）蛍光導光板の縁面の擦り状化−蛍光導光板の縁面を金属タワシやサンドブラスト等で処理して擦り状にする。
【００３３】
（２）光導波路部の形成
蛍光導光板の縁面上に高屈折率の光導波路用細線（光ファイバー等）を巻装する。その際、隙間なく、１層以上巻くことが好ましい。必要ならば、低屈折率な透明接着剤を用いて、蛍光導光板と細線が固定されてよい。透明接着剤としては、瞬間接着剤（主成分：アルキル2-シアノアクリレート）、紫外線硬化接着剤、熱硬化接着剤が有利に使用される。光導波路用細線は、巻き付けた部分以外にも余らせておくことで、光輸送に使用される。細線間の空隙は、そのままでも良いが、次の工程を容易にするため及び／又は耐久性を向上するために、低屈折率の透明接着剤等にて充填されることが好ましい。細線の端面は、クリーバーにより終端処理されてよい。光ファイバの場合、ケーブル終端コネクターの取り付けにより端面からの光放射が促進される。
【００３４】
（３）隙間の形成
光導波路部の外周と散乱反射体との間に於いては隙間が設けられる。空隙のままでもよいが、隙間として、低屈折率で透明な接着剤で光導波路部を覆うか薄い透明シート（ポリプロピレン等）を巻き付けられ、低屈折率・透明層が形成されてもよい。
【００３５】
（４）散乱反射体の形成
（ｉ）拡散反射体の場合−（３）の接着剤や透明シートと同程度の屈折率を有する樹脂を溶媒に溶解し、散乱物質の粉体を混合する。散乱物質としては、硫酸バリウムが有利に用いられる。（３）の低屈折率・透明層の上に散乱物質を溶解した樹脂溶解物を塗布し、溶媒を除去して、拡散反射体が形成される。なお、住友スリーエム社反射シート680シリーズでも同様の効果があった。
（ii）ヘアライン反射体の場合−アルミニウム等の金属薄膜に一方向に細かい傷（溝）を形成し、蛍光導光板上に巻装された光導波路細線の延在方向に対して細かい傷（溝）が垂直方向になるように向けて（３）の低屈折率・透明層の上に貼着する。金属薄膜として、SAWADA  PLASTEC製塩ビシルバーのヘアライン・タイプや同等品も使用可能である。
【００３６】
実験例
下記の如く、太陽光集光装置を作成して、本実施形態の有効性を確認した。
【００３７】
蛍光導光板として、紫外光を照射すると橙色の蛍光を発する直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤型アクリル集光板（市販品）を用い（図３（Ａ）右）、その周囲にナイロン製釣り糸（市販品、無色透明、3号）を巻装して光導波路部とした。円盤型アクリル集光板の表裏の二面は平坦状のままであり、縁面は擦り状に処理した（例２を除く。）。散乱反射体として拡散反射体を用いた場合（例３）には、光導波路部の外周に紫外光硬化接着剤又は瞬間接着剤（アルキル2-シアノアクリレートが主成分）を適用して低屈折率・透明層を形成し、更に、その外周に紫外光硬化接着剤や瞬間接着剤に混ぜた硫酸バリウム紛体を適用した。散乱反射体としてヘアライン反射体を用いた場合（例５、６）には、SAWADA  PLASTEC製塩ビシルバー：ヘアライン・タイプを光導波路部の外周に囲繞した。なお、ヘアライン反射体に光（天井のライト）を当てて、その（壁に当てた）反射光の拡がりを観察すると、図３（Ｄ）に例示されている如く、反射光は、ヘアライン溝の向きと垂直な方向に広がり、ヘアライン溝の向きと平行な方向には殆ど広がらないことが確認された。
【００３８】
より詳細には、下記の如く、例１〜例６の太陽光集光装置をそれぞれ作成した。
例１（比較例）−蛍光導光板縁面は擦り状（小さい凹凸。散乱有り）。光導波路部の外周の隙間は空気層。散乱反射体なし。
例２（比較例）−蛍光導光板縁面は平坦状（凹凸少。散乱なし）。光導波路部の外周の隙間は空気層。散乱反射体なし。
例３（本発明１）−蛍光導光板縁面は擦り状（小さい凹凸。散乱有り）。光導波路部の外周の隙間は透明樹脂。散乱反射体は拡散反射体。
例４（比較例）−蛍光導光板縁面は擦り状（小さい凹凸。散乱有り）。光導波路部の外周の隙間は空気層。光導波路部の外周を鏡面反射体（SAWADA  PLASTEC製塩ビシルバー：ミラー・タイプ）で囲繞。
例５（比較例）−蛍光導光板縁面は擦り状（小さい凹凸。散乱有り）。光導波路部の外周の隙間は空気層。光導波路部の外周を、溝の向きが光導波路用細線の延在方向と平行となるようにヘアライン反射体（SAWADA  PLASTEC製塩ビシルバー：ヘアライン・タイプ）で囲繞。
例６（本発明２）−蛍光導光板縁面は擦り状（小さい凹凸。散乱有り）。光導波路部の外周の隙間は空気層。光導波路部の外周を、溝の向きが光導波路用細線の延在方向と垂直となるようにヘアライン反射体（SAWADA  PLASTEC製塩ビシルバー：ヘアライン・タイプ）で囲繞。
【００３９】
しかる後、光源（THORLAB社製LED光源：ドライバLEDD1B、LEDランプM635L2-C2）（図３（Ａ）左）の上に、上記の例１〜例６の太陽光集光装置のそれぞれを載置し（図３（Ｂ））、蛍光導光板部分に紫外光を照射して（図３（Ｃ））、光導波路用細線の端面に於ける光強度を測定した。図３（Ｅ）は、光導波路用細線の端面から出射する光を示している。
【００４０】
上記の例１〜例６の太陽光集光装置について上記の如く、紫外光を照射して光導波路用細線の端面の光強度を計測したところ、光強度の強さは、下記の順番となった。
例３＞例６＞例５＝例４＞例１＞例２
上記に於いて、例３及び例６では、光導波路部を透過した蛍光は、少なくとも一部は、散乱反射体に於いて、光導波路用細線の延在方向に近い向きに反射されることとなる。一方、例４、例５では、光導波路部を透過した蛍光は、反射体に於いて入射してきた方向へ反射されるか、光導波路用細線の延在方向と垂直な方向に反射されることとなる。これらの結果から、本発明が教示する如く、蛍光導光板の縁面に光導波路用細線を巻装した状態に於いて、その外周を、ランダムな方向に或いは光導波路用細線の延在方向に平行な面内にてランダムな方向に光を反射する散乱反射体にて囲繞すると、太陽光を蛍光導光板に照射した際に、より多くの光エネルギーが光導波路用細線の端面から取り出せることが示された。また、例１、２の結果から、蛍光導光板の縁面は、擦り状である方がより多くの蛍光を取り出せることも示された。
【００４１】
かくして、上記の如く、本実施形態による太陽光集光装置１に於いては、広い面積に降り注ぐ太陽光のエネルギーを、その密度を、集光レンズ等の光学系による太陽光追尾機構を用いずに圧縮して、光ファイバなどの光導波路用細線へ効率よく閉じ込め、その端面にて取り出すことが可能となる。本発明の構成に於いては、太陽光の向きが変化すると、受容するエネルギー量は変化するが、太陽光の集光が太陽光追尾機構なしで継続され、また、蛍光導光板の直径大型化や薄型化により導光板縁面での光強度を更に高くすることが可能である。更に、蛍光導光板はフィルムのようにフレキシブルな材料で作製することも可能であり、大面積に設置する上で、装置の配列に於ける融通性が高く成る点で有利であり、車載利用も可能である。そして、光導波路用細線にて光エネルギーが取り出せるので、任意の装置への結合が容易であり、又、得られた光エネルギーをファイバで導光するなどして長距離に伝送することも容易となる点で有利である。
【００４２】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
2018194680.tif 000003
【図２】
2018194680.tif 000004
【図３】
2018194680.tif 000005