(57)【要約】【課題】  光空間通信装置や太陽光発電装置等に使用される大型のレンズ装置を提供する。【解決手段】  この発明は、所定の間隔で配設された複数のレンズからなり、それぞれのレンズが、一方の側では共通の焦点に集光し、他方の側では、平行なビームを形成する光学的構造を有するレンズ装置にある。さらに、前記レンズはフレネルレンズであることが望ましい。さらにまた、前記レンズは、板状に形成されることが望ましい。このような構造とすることによって、通風抵抗を低減することができるので、大型のレンズ装置を形成することが可能となり、またフレネルレンズとすることによって容易に上記特性を達成できる。【選択図】    図１
2005172873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で配設された複数のレンズからなり、それぞれのレンズが、一方の側では共通の焦点に集光し、他方の側では、平行なビームを形成する光学的構造を有することを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記レンズはフレネルレンズであることを特徴とする請求項１記載のレンズ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレンズ装置が用いられることを特徴とする光空間通信装置。
【請求項４】
送信装置は、信号光を放射する発光手段と、該発光手段の前面に配され、上下方向又は左右方向の一方に前記発光手段からの信号光を拡散させる第１の拡散手段と、前記第１の拡散手段によって拡散された信号光を前記上下方向又は左右方向の他方に拡散させる第２の拡散手段と、第２の拡散手段によって拡散された信号光を、平行ビームに屈折させる偏光手段とを具備し、
該偏光手段が、請求項１又は２記載のレンズ装置であることを特徴とする請求項３記載の光空間通信装置。
【請求項５】
受信装置は、送信装置から放射された平行な信号光を、上下方向又は左右方向の一方に集光させる第１の集光手段と、該第１の集光手段によって集光された信号光を上下方向又は左右方向の他方に集光させる第２の集光手段と、第２の集光手段によって集光された信号光を受光する受光手段とを具備し、
前記第１の集光手段が、請求項１又は２記載のレンズ装置であること特徴とする請求項３又は４記載の光空間通信装置。
【請求項６】
太陽電池と、該太陽電池の前面に配設された集光手段と、該集光手段を太陽の移動に伴って移動させる追尾手段とによって少なくとも構成されると共に、前記集光手段が、請求項１又は２記載のレンズ装置であることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
発電機に接続され、風を受けて回転するクロスフローファンと、該クロスフローファンの軸に沿って配置された太陽電池とによって少なくとも構成され、
前記太陽電池と対峙する側に位置する前記クロスフローファンの風受け羽根の一部が、請求項１又は２記載のレンズ装置であることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間通信、太陽光発電等に利用される大型のレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示される自由空間光通信用受信システムは、電磁信号を受けるフレネルレンズと、第２の端部表面より大きな第１の端面領域を有し、フレネルレンズとともに光通信の中にある傾斜集信機と、傾斜集信機から生じる電磁信号を受ける方向を向いた検知表面領域を有する検出器を具備する。このフレネルレンズと傾斜集信機との組み合わせによって、傾斜集信機がフレネルレンズの焦点を受け、焦点を検出器上に適切に集めるように働くことができるものである。特に、フレネルレンズにより、電磁エネルギーを、電磁信号（特に円錐状ビーム）の断面積のほとんどで集めることができるので、シンチレーション、減衰を抑制することができるという効果を奏する。
【０００３】
特許文献２に開示される集光型太陽光発電装置は、一次光学系により集光された太陽光を太陽電池セルの表面に入射させる集光型太陽光発電装置において、その一次光学系により集光された太陽光を取り込む受光部と、取り込まれたその太陽光に少なくとも５０％を反射させる反射機構と、反射光を含む太陽光を前記太陽電池セルに向けて放出する出光部とを備えた二次光学系が設けられることを特徴とするもので、これによって色収差に起因する変換効率の低下を効率的に抑制することができるものである。
【特許文献１】特開２０００−２９９４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−６９０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の自由空間光通信用送受信システムにおいて、信号波の減衰を抑制するためには、拡散しない直線ビームによって送信装置の発信部分と受信装置の受信部分とを結ぶことが最適であるが、このようなビーム方式の場合、送信装置の発信部分と受信装置の受信部分を正対させること（光軸を一致させること）が必要であり、手動によって光軸を一致させることは非常に困難である。また、自動調整にするとコストが非常に上昇するという不具合が生じる。また、信号幅が狭いため、振動等によって光軸ずれると通信が途絶するという不具合も生じる。さらに、遠距離の通信の場合、その間を鳥等が横切ると通信が途絶するという不具合もある。また、ビーム幅を広げるためには、大型レンズを用いる必要があるが、コストが上昇すると共に、風による抵抗が大きく、レンズ自体のブレによって通信が途絶するという不具合が生じる。
【０００５】
また、上記の特許文献１に開示するように、拡散方式の場合、通信距離が長くなると光エネルギーが拡散して利得が低下するという不具合が生じる。
【０００６】
同様に、特許文献２に開示されるような太陽光発電装置においても、広い範囲の光を効率良く太陽電池セルに収束させるためには、大型のレンズを用いることが望ましいが、この場合も、風による抵抗が大きく、レンズ自体のブレによって焦点が太陽電池セルに収束せず、かえって発電能力が低下するという不具合が生じる。
【０００７】
このため、この発明は、光空間通信装置や、太陽光発電装置に使用することができる大型のレンズ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、この発明は、所定の間隔で配設された複数のレンズからなり、それぞれのレンズが、一方の側では共通の焦点に集光し、他方の側では、平行なビームを形成する光学的構造を有するレンズ装置にある。さらに、前記レンズはフレネルレンズであることが望ましい。さらにまた、前記レンズは、板状に形成されることが望ましい。このような構造とすることによって、通風抵抗を低減することができるので、大型のレンズ装置を形成することが可能となり、またフレネルレンズとすることによって容易に上記特性を達成できる。
【０００９】
また、本願発明は、本願発明に係るレンズ装置を用いた光空間通信装置にある。この光空間通信装置において、送信装置は、信号光を放射する発光手段と、該発光手段の前面に配され、上下方向又は左右方向の一方に前記発光手段からの信号光を拡散させる第１の拡散手段と、前記第１の拡散手段によって拡散された信号光を前記上下方向又は左右方向の他方に拡散させる第２の拡散手段と、第２の拡散手段によって拡散された信号光を、平行ビームに屈折させる偏光手段とを具備し、該偏光手段が、本願発明に係るレンズ装置であることが望ましい。また、受信装置は、送信装置から放射された平行な信号光を、上下方向又は左右方向の一方に集光させる第１の集光手段と、該第１の集光手段によって集光された信号光を上下方向又は左右方向の他方に集光させる第２の集光手段と、第２の集光手段によって集光された信号光を受光する受光手段とを具備し、前記第１の集光手段が、本願発明に係るレンズ装置であることが望ましい。このような構造とすることによって、広い領域で平行に放射されるビームを形成できるので、送信装置のブレや受信装置のブレに対しても信号自体が完全に途絶することを防止することができるものである。また、送信装置と受信装置との位置の整合を容易に行うことができるものである。
【００１０】
さらにまた、本願発明は、太陽電池と、該太陽電池の前面に配設された集光手段と、該集光手段を太陽の移動に伴って移動させる追尾手段とによって少なくとも構成されると共に、前記集光手段が、本願発明に係るレンズ装置である発電装置にある。このような構造とすることによって、通風抵抗によるレンズ装置のブレを抑制できるので、効率の良い太陽光発電を達成できるものである。
【００１１】
また、本願発明は、発電機に接続され、風を受けて回転するクロスフローファンと、該クロスフローファンの軸に沿って配置された太陽電池とによって少なくとも構成され、前記太陽電池と対峙する側に位置する前記クロスフローファンの風受け羽根の一部が、本願発明に係るレンズ装置である発電装置にある。このような構造とすることによって、風力発電装置に太陽光発電を組み合わせることができ、風力の低下時においても電力を供給することが可能となるものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明によれば、大型のレンズ装置としても通風抵抗を低減できるので、レンズ装置自体のブレを低減でき、効率的な集光、拡散を可能にするため、広い利用範囲を得ることができる。また、低コストで製造することができる。
【００１３】
光空間通信装置に利用した場合、低コストの光学系で、光を拡散させずにビーム幅を広くすることができ、従来の光通信装置の欠点を解決することができる。また、光軸の調整が容易であり、振動によるブレによって通信が途絶することを防止することができ、また鳥等の障害物が横切っても通信を途絶させることがないという効果を有している。さらに、このような効果により、長距離の通信も可能とすることができるものである。
【００１４】
また、発電装置、具体的には集光型太陽電池に利用した場合、レンズ装置自体にかかる風圧が小さいことから、どこにでも設置できる、架台のコストを削減できる、太陽追尾装置のコストを削減できる等の効果を奏するものである。
【００１５】
また風力発電のクロスフロー型風力ファンの一部にレンズ装置を利用した場合、風力発電を兼ねることが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について図面により説明する。
【００１７】
本願発明のレンズ装置１は、例えば図１に示すものである。このレンズ装置１は、所定の間隔で配された板状の複数のレンズ２によって構成されるので、それぞれのレンズ２の間には隙間３が形成される。また、それぞれのレンズ２は、一方の側で共通の焦点Ｆに収束するような放射ビームＲ、他方の側でお互いに平行に進行する平行ビームＰとなるように形成される。さらに、前記レンズ２は、このような特性を容易に形成できるフレネルレンズで構成することが望ましい。また、この実施例では、それぞれのレンズ２間の隙間３の大きさを確保し、且つ空気抵抗を減少させることを目的として傾斜して配される。この傾斜は、さらに焦点Ｆへの収束を容易にするように中央を境として対称形状となるように形成される。
【実施例１】
【００１８】
図２及び図３は、上述したレンズ装置１を利用した光空間通信装置に使用される送信装置１０及び受信装置２０を示したものである。この送信又は受信装置１０，２０は、前記レンズ装置１と、このレンズ装置１の複数の板状レンズ２を保持する枠体４ａ，４ｂと、この枠体４ａ，４ｂを支持する支持体５ａ，５ｂと、送信又は受信機構が配される本体ボックス６とによって少なくとも構成される。
【００１９】
この光空間通信装置の概要を説明すると、図３（ａ），（ｂ）で示すように、発信部６１から放射された光信号Ｒ０を、第１のレンズ系６２によって縦方向に拡散する光信号Ｒ１に偏光し、第２のレンズ系６３によって横方向に拡散する光信号Ｒ２に偏光する。尚、前記第１のレンズ系６２及び第２のレンズ系６３は、幅が狭く本体ボックス６内に収納されるため、特に風圧による影響を考える必要はない。尚、図３（ａ）は、光空間通信装置の側面概略図、図３（ｂ）は平面概略図である。
【００２０】
そして、前記横方向に拡散する光信号Ｒ２は、前記レンズ装置１からなる偏光機構によって平行に放射される光信号Ｐａに偏光される。これによって、光信号Ｐａは、所定の範囲で平行に進行する平行ビームとなり、受信装置２０側へ到達する。
【００２１】
この受信装置２０において、送信装置１０から放射された平行な光信号Ｐａは、前記レンズ装置１からなる偏光機構によって左右方向に集光され、さらにこの偏光機構１によって集光された光信号Ｒ３は、第２のレンズ系６３によって上下方向に集光させる。この第２のレンズ系６３によって上下方向に集光された光信号Ｒ４は、第１のレンズ系６２によって平行な光信号Ｒ５に偏光され、受信部６４に受信される。
【００２２】
以上のように構造することによって、広い領域で平行に放射されるビームを形成できるので、送信装置１０のブレや受信装置２０のブレに対しても信号自体が完全に途絶することを防止することができるものである。また、送信装置１０と受信装置２０との位置の整合を容易に行うことができるものである。さらに、前記ビーム領域において、鳥等が横切ることがあっても、広い範囲で光信号が届いているため、光信号の途絶を防止することができるものである。
【００２３】
尚、この実施例１において、送信装置１０と受信装置２０を説明上別々の構成としたが、両者の性能を有する一つの装置としても良いものである。
【実施例２】
【００２４】
図４は、上記レンズ装置１を、集光型太陽光発電装置３０に用いた実施例を示すものである。この実施例において、集光型太陽光発電装置３０は、太陽光Ｓｂを収束光Ｓｒに変換する上記レンズ装置１からなる集光装置と、この集光装置１によって偏光された収束光Ｓｒを電気エネルギーに変換する太陽電池セルを具備する発電機構３１と、前記集光装置１及び前記発電機構３１とを保持するアーム３２及び支持ロッド３３と、太陽の移動に合わせて前記集光装置１を移動させる追尾装置３４とによって少なくとも構成される。
【００２５】
これによって、集光装置１が隙間３を有するので、この集光装置１にかかる風圧を小さくすることができ、これによって設置可能場所が増える、支持ロッド３３等からなる架台の強度を低減させることができるためコストを低減できる、追尾装置３４の駆動力を低減できるためコストを低減できる等の効果を奏することができる。
【実施例３】
【００２６】
図５及び図６は、保持円板部４１，４３によって挟持される固定される複数の風受け羽根からなるクロスフローファン４２を具備し、このクロスフローファン４２の回転力によって図示しない発電機を回転させて発電を行う風力発電装置４０を示す。この風力発電装置４０において、前記保持円板部４１，４３を保持すると共に発電機に連結される支持軸４６に沿って太陽電池セル４４を配すると共に、前記クロスフローファン４２の一部を前記レンズ装置１によって構成することによって、風力が低下した場合に、太陽光によって発電することが可能となるものである。この実施例３においては、前記レンズ２は、クロスフローファン４２の役目を担うことから、前記保持円板部４１の周縁に沿って同一の傾斜となるように配される。また、太陽光発電装置として使用する場合には、前記レンズ装置１が太陽の方向に向くように、クロスフローファン４２の方向を制御する追尾装置が設けられるものである。尚、図中、４５は、前記風力発電装置４０を支持するための架台である。
【００２７】
以上の構成とすることによって、風力がある場合には、風力発電装置として、また風力が低下した場合には太陽光発電装置として利用することができるものである。また、昼間は太
陽光発電装置として、夜は風力発電装置として利用することもできるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明に係るレンズ装置の概略説明図である。
【図２】本願発明のレンズ装置を用いた光空間通信装置の送信装置又は受信装置の一例を示した概略構成斜視図である。
【図３】図２に示す光空間通信装置の説明図で、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は平面説明図である。
【図４】本願発明のレンズ装置を用いた太陽光発電装置の概略説明図である。
【図５】本願発明のレンズ装置を用いた太陽光発電機構を備えた風力発電装置の概略構成斜視図である。
【図６】図５で示す風力発電装置の太陽光発電機構の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  レンズ装置
２  レンズ
３  隙間
１０  送信装置
２０  受信装置
３０  太陽光発電装置
４０  風力発電装置
【図１】
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【図２】
2005172873.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005172873.tif 000006
【図５】
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【図６】
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