(57)【要約】【課題】高い集光効率が得られる集光装置を提供する。【解決手段】集光装置は、平行光源からの光を受け、出射する集束装置と、集束装置からの出射光を受ける受光装置とを備える。集束装置は、平行光源と対向する表面３１２と、表面３１２と反対側に配置され、平行光源からの光を出射する構造化面３１３とを有する光学シート３１１を備える。構造化面３１３は、配列された複数の線状プリズム３１４を含む。【選択図】図３
2012189280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光源からの光を受け、出射する集束装置と、
前記集束装置からの出射光を受ける受光装置とを備え、
前記集束装置は、
平行光源と対向する第１表面と、前記第１表面と反対側に配置され前記平行光源からの光を出射する第１構造化面とを有する第１光学シートを備え、
前記第１構造化面は、配列された複数の第１線状プリズムを含む、集光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の集光装置であって、
前記集束装置はさらに、
前記第１構造化面と対向する第２光学シートを備え。
前記第２光学シートは、
前記第１構造化面と対向する第２構造化面と、
前記第２構造化面と反対側の第２表面とを備え、
前記第２構造化面は、前記第１線状プリズムの長手方向に沿って延びる複数の第２線状プリズムを含み、
前記受光装置は、前記第２表面からの前記出射光を受ける、集光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の集光装置であって、
前記複数の第１及び第２線状プリズムは中心軸周りに同心円状に配置され、前記第２表面は前記中心軸に向かって光を出射し、
前記集束装置はさらに、
前記第２プリズムシートの前記第２表面側の前記中心軸上に配置され、前記第２表面から離れるに従って幅が狭くなる反射部材を備える、集光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の集光装置であって、
前記第１線状プリズムは、
第１主傾斜面と、前記第１主傾斜面と背向して配置される第１補助傾斜面とを有し、
第２線状プリズムは、
第２補助傾斜面と、
前記第１主傾斜面から出射した光とのなす角度が前記第２補助傾斜面よりも大きい第２主傾斜面とを有し、
前記第１及び第２主傾斜面は前記中心軸と反対側に傾斜する、集光装置。
【請求項５】
請求項１に記載の集光装置であって、
前記複数の第１線状プリズムは中心軸周りに同心円状に配置され、前記第１主傾斜面は前記中心軸と反対側に傾斜し、
前記集束装置はさらに、
前記第１プリズムシートの前記第１構造化面側に前記第１線状プリズムと同軸に配置され、前記第１構造化面から離れるに従って幅が狭くなる円錐状の反射部材を備える、集光装置。
【請求項６】
請求項２に記載の集光装置であって、
第２線状プリズムは、
第２補助傾斜面と、
前記第１主傾斜面から出射した光とのなす角度が、前記第２補助傾斜面よりも大きい第２主傾斜面とを有する、集光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の集光装置であって、
前記平行光源は太陽であり、
前記受光装置は太陽電池又は太陽発電用レシーバである、集光装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の集光装置であって、
前記平行光源は太陽であり、
前記受光装置は受けた出射光を伝送する、集光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の集光装置であって、
前記集束装置は、前記平行光源の移動に応じて角度が調整され、前記出射光は、前記角度に依存することなく集光点を通過し、
前記受光装置はさらに、集光部材を備え、
前記集光部材は、前記出射光を受ける凹状の反射層を備え、
前記反射層の表面は、前記集光点からの距離が近いほど大きな曲率を有し、
前記受光装置は、前記集光部材が受けた出射光を伝送する、集光装置。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の集光装置であって、
前記受光装置は、前記出射光を検知する、集光装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の集光装置に利用される、集束装置。
【請求項１２】
請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の集光装置に利用される。光学シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光装置、集束装置及びレンズシートに関し、さらに詳しくは、太陽光発電や採光装置、光学センサとして利用される集光装置、集束装置及び集光装置に利用されるレンズシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や、屋内に太陽光を取り込む採光システム、光学センサ等に集光装置が利用されている。たとえば、太陽光発電に利用される集光装置は、複数の反射部材と、受光装置とを備える。受光装置は、塔の上部に配置される。複数の反射部材は塔の周りに配置される。反射部材は太陽光を反射して受光装置（レシーバ）に光を集める。レシーバは、反射部材から太陽光を受け、内部に収納される熱媒体（溶融塩等）に熱エネルギを与える。熱エネルギを受けた熱媒体は発電装置に送られ、発電装置は、熱媒体の熱エネルギを利用して発電する。
【０００３】
採光システムは、国際公開２００５／１０４８１９号（特許文献１）、特表２０１０−５２５８２号公報（特許文献２）、特開２０００−５７８２０号公報（特許文献３）及び特開平０４−１９０３０３号公報（特許文献４）に開示されている。採光システムに利用される集光装置は、レンズと、受光装置とを備える。レンズは、太陽光をレンズの焦点に集光して出射する。受光装置は、光伝送ダクトや光ファイバケーブル等である。受光装置は、レンズにより集光された光を受け、屋内等に伝送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００５／１０４８１９号
【特許文献２】特表２０１０−５２５８２号公報
【特許文献３】特開２０００−５７８２０号公報
【特許文献４】特開平０４−１９０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の太陽光発電や採光システム等に利用される集光装置は、上述のとおり、反射部材を用いたり、焦点に集光するレンズを用いたりする。このような集光装置では、太陽光の集光効率が低くなる場合がある。
【０００６】
本発明の他の目的は、高い集光効率が得られる集光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明による集光装置は、集束装置と、受光装置とを備える。集束装置は、平行光源からの光を受け、出射する。受光装置は、集束装置からの出射光を受ける。集束装置は、第１光学シートを備える。第１光学シートは、平行光源と対向する第１表面と、第１表面と反対側に配置され、平行光源からの光を出射する第１構造化面とを有する。第１構造化面は、配列された複数の第１線状プリズムを含む。
【０００８】
本発明による集光装置は、集光効率を高める。
【０００９】
好ましくは、集束装置はさらに、第１構造化面と対向する第２光学シートを備える。第２光学シートは、第１構造化面と対向する第２構造化面と、第２構造化面と反対側の第２表面とを備える。第２構造化面は、第１線状プリズムの長手方向に沿って延びる複数の第２線状プリズムを含み、受光装置は、前記第２表面からの前記出射光を受ける。
【００１０】
この場合、集光効率がさらに高まる。
【００１１】
好ましくは、複数の第１及び第２線状プリズムは、中心軸周りに同心円状に配置される。第２表面は、中心軸に向かって光を出射する。集束装置はさらに、第２プリズムシートの第２表面側の中心軸上に配置され、第２表面から離れるに従って幅が狭くなる反射部材を備える。
【００１２】
この場合、集光効率がさらに高まる。
【００１３】
好ましくは、第１線状プリズムは、主傾斜面と、主傾斜面と背向して配置される補助傾斜面とを有する。第２線状プリズムは、第２補助傾斜面と、第１主傾斜面から出射した光とのなす角度が第２補助傾斜面よりも大きい第２主傾斜面とを有する。第１主傾斜面は中心軸と反対側に傾斜し、第２主傾斜面は中心軸と反対側に傾斜する。
【００１４】
好ましくは、複数の第１線状プリズムは中心軸周りに同心円状に配置され、第１主傾斜面は中心軸と反対側に傾斜し、集束装置はさらに、第１プリズムシートの第１構造化面側に第１線状プリズムと同軸に配置され、第１構造化面から離れるに従って幅が狭くなる円錐状の反射部材を備える。
【００１５】
この場合、集光効率がさらに高まる。
【００１６】
好ましくは、第２線状プリズムは、第２補助傾斜面と、第１主傾斜面から出射した光とのなす角度が第２補助傾斜面よりも大きい第２主傾斜面とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１の実施の形態による集光装置の構成図である。
【図２】図２は、図１中の集束装置の構成図である。
【図３】図３Ａは、図２中の光学部材の平面図である。図３Ｂは、図３Ａ中の線分Ｂ―Ｂ線での断面図である。
【図４】図４は、図３Ｂ中の領域ＩＶの拡大図である。
【図５】図５は、図３Ｂ中の領域Ｖの拡大図である。
【図６】図６は、図３Ｂ中の領域ＶＩの拡大図である。
【図７Ａ】図７Ａは、従来の太陽発電装置の平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、従来の太陽発電装置の側面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第１の実施の形態による集光装置の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１の実施の形態による集光装置の側面図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態による集光装置に利用される、集束装置の構成図である。
【図１０】図１０Ａは、図９中の光学部材の平面図である。図１０Ｂは、図１０Ａ中の線分Ｂ’−Ｂ’の断面図である。
【図１１】図１１は、図１０Ｂ中の領域ＩＸの拡大図である。
【図１２】図１２は、図１０Ｂ中の領域Ｘの拡大図である。
【図１３】図１３は、第３の実施の形態による集光装置の構成図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３中の集光部材の平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３中の集光部材の正面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１４Ａ中の線分Ｃ−Ｃの断面図である。
【図１５】図１５は、図１３中の受光装置と異なる構成の受光装置の断面図である。
【図１６】図１６は、第４の実施の形態による集光装置の構成図である。
【図１７】図１７は従来の光センサの構成図である。
【図１８】図１８は、図１６と異なる構成の集光装置の構成図である。
【図１９】図１９は、その他の実施の形態による集光装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
［集光装置３の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態による集光装置の模式図である。図１を参照して、集光装置３は太陽光発電として利用される。集光装置３は、受光装置３５と、集束装置３０とを備える。集束装置３０は、平行光源である太陽１から出射される光Ｓ０を受け、光Ｓ０を集束して光Ｓ１を出射する。受光装置３５は、周知のレシーバである。受光装置３５は、内部に熱媒体（溶融塩等）が収納される。受光装置３５は、光Ｓ１を受け、熱媒体に熱エネルギを与える。熱エネルギを受けた熱媒体は発電装置に送られ、発電装置は熱エネルギを利用して発電する。上述の受光装置３５はレシーバであるが、受光装置３５は、太陽電池であってもよい。
【００２０】
受光装置３５に光Ｓ０を集めるため、複数の集束装置３０は、受光装置３５を中心とした複数の円周状に配置される。
【００２１】
［集束装置３０の構成］
図２は、集束装置３０の側面図である。図２を参照して、集束装置３０は、光学部材３１と、反射部材３２，３３とを備える。光学部材３１は、平行光である太陽光Ｓ０を受け、太陽光Ｓ０を集束して太陽光Ｓ１を出射する。反射部材３２及び３３は、太陽光Ｓ１を反射して受光装置３５に導く。反射部材３２及び３３は、太陽光Ｓ１を全反射する。反射部材３２及び３３の素材は、全反射すれば特に限定されない。図２では、２つの反射部材３２及び３３を示したが、反射部材は３以上であってもよいし、１つであってもよい。また、反射部材はなくてもよい。この場合、太陽光Ｓ１が直接、受光装置３５に入射する。たとえば、図２中の反射部材３２に変えて、太陽電池からなる受光装置３５が配置されてもよい。
【００２２】
集束装置３０はさらに、図示しない制御装置を備える。制御装置は、周知の太陽追尾装置を備える。太陽追尾装置は、太陽１を自動追尾する。制御装置は、太陽追尾装置を利用して、光学部材３１が平行光Ｓ０を常に受光できるように、光学部材３１の角度を調整する。制御装置はさらに、反射部材３２及び３３の配置位置及び角度を調整する。
【００２３】
［光学部材３１の構成］
図３Ａは、光学部材３１の平面図である。図３Ｂは、図３Ａ中の線分Ｂ−Ｂでの断面図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照して、光学部材３１は、光学シート３１１及び３１５と、反射部材３１９とを備える。
【００２４】
光学シート３１１及び３１５は、互いに上下に重ねて配置される。図３Ａ及び図３Ｂでは、光学シート３１１は、光学シート３１５の上に配置される。
【００２５】
光学シート３１１は、円板状である。光学シート３１１は、表面３１２と、構造化面３１３とを有する。表面３１２は平坦であり、太陽光Ｓ０を受ける。
【００２６】
構造化面３１３は、表面３１２と反対側に配置される。図３Ｂに示すとおり、構造化面３１３は、複数の線状プリズム３１４を備える。線状プリズム３１４は、長手方向を有し、横断形状が三角形状である。本例では、線状プリズム３１４は円環状であり、光学シート３１１の中心軸Ｃ周りに同心円状に配置される。要するに、複数の線状プリズム３１４は互いに同軸に配置される。構造化面３１３は、線状プリズム３１４により太陽光Ｓ０を屈折して出射する。
【００２７】
光学シート３１５も光学シート３１１と同様に円板状であり、構造化面３１６と表面３１７とを有する。構造化面３１６は構造化面３１３と対向する。構造化面３１６は、複数の線状プリズム３１８を備える。線状プリズム３１８も線状プリズム３１４と同様に、長手方向を有し、横断形状は三角形状である。複数の線状プリズム３１８は線状プリズム３１４と同様に、中心軸Ｃ周りに同心円状に配置される。したがって、線状プリズム３１８は線状プリズム３１４と対向する。構造化面３１６は、構造化面３１３からの出射光を受ける。
【００２８】
表面３１７は、第２構造化面３１６と反対側に配置される。表面３１７は、平坦である。表面３１７は、構造化面３１６に入射した光を屈折し、外部に出射する。
【００２９】
反射部材３１９は、光学シート３１５の下に配置される。より具体的には、反射部材３１９は、表面３１７側であって、表面３１７の中央部分に配置される。反射部材３１９の幅は、表面３１７から離れるにしたがって徐々に狭くなる。本例では、反射部材３１９は円錐状である。しかしながら、反射部材３１９は円錐状に限定されない。たとえば、反射部材３１９は円錐台状であってもよい。要するに、反射部材３１９の幅が表面３１７から離れるにしたがって狭くなればよい。
【００３０】
反射部材３１９は、表面３１７の出射光を全反射して下方に導く。反射部材３１９の素材は周知の素材を利用できる。好ましくは高反射率のものを利用するのが好ましい。
【００３１】
光学部材３１は、光学シート３１１及び３１５により、太陽光Ｓ０を中心軸Ｃ１方向に屈折して出射する。換言すれば、光学シート３１１及び３１５は、太陽光Ｓ０を中心軸Ｃ１方向に集光する。反射部材３１９は集光された太陽光Ｓ０を全反射して、太陽光Ｓ１として出射する。図３Ｂを参照して、光学部材３１を利用すれば、幅Ｗ０で光学部材３１に入射した太陽光Ｓ０は、幅Ｗ０よりも小さい幅Ｗ１の太陽光（平行光）Ｓ１として出射される。
【００３２】
従来の太陽光発電で利用される反射部材の場合、全反射した太陽光の幅は小さくならない。さらに、反射部材に代えて所定の焦点距離で集光するレンズを利用した場合、レンズから出射する光は平行光ではない。そのため、集光効率が低い。しかしながら、本実施の形態による光学部材３１は、平行光である太陽光Ｓ０を、さらに小さい幅の平行光Ｓ１として出射する。したがって、より多くの太陽光Ｓ０を受光装置３５に導くことができ、高い集光効率が得られる。
【００３３】
以下、光学シート３１１及び３１５の詳細を説明する。
【００３４】
［光学シート３１１の構成］
図４は、図３Ｂ中の領域ＩＶの拡大図である。図４を参照して、線状プリズム３１４は、主傾斜面３１４Ａと、補助傾斜面３１４Ｂとを有する。主傾斜面３１４Ａと補助傾斜面３１４Ｂとは互いに背向して配置される。主傾斜面３１４Ａと補助傾斜面３１４Ｂとの交差した部分が、線状プリズム３１４の頂上に相当する。
【００３５】
主傾斜面３１４Ａは、表面３１２に略垂直に入射した光Ｓ０を屈折し、外部に出射する。補助傾斜面３１４Ｂは、光Ｓ０を屈折しない方が好ましい。補助傾斜面３１４Ｂで光Ｓ０が屈折されれば、主傾斜面３１４Ａの出射光と補助傾斜面３１４Ｂの出射光が交差する。そのため、光学シート３１１の出射光の指向性が低下する可能性がある。好ましくは、補助傾斜面３１４Ｂは、表面３１２に対して９０°±５°であり、より好ましくは、９０°±２°である。補助傾斜面３１４Ｂが表面３１２に対して９０°よりも顕著に小さければ、補助傾斜面３１４Ｂにも平行光Ｓ０が入射する。主傾斜面３１４Ａの出射光は、補助傾斜面３１４Ｂの出射光と交差するため、出射光の指向性が低下し、集光効率が低下する。一方、補助傾斜面３１４Ｂが表面３１２に対して９０°よりも顕著に大きければ、主傾斜面３１４Ａから出射した光が、隣の線状プリズム３１４の補助傾斜面３１４Ｂに入射する場合がある。この場合も、出射光の集光指向性が低下する。補助傾斜面３１４Ｂが表面３１２に対して略９０°であれば、光Ｓ０は補助傾斜面３１４Ｂにほとんど入射しない。
【００３６】
主傾斜面３１４Ａは、補助傾斜面３１４Ｂよりも中心軸Ｃから離れて配置される換言すれば、補助傾斜面３１４Ｂが中心軸Ｃ側に配置される。光学シート３１１の表面３１２は、光Ｓ０を表面３１２に対して垂直に入射する。主傾斜面３１４Ａは、中心軸Ｃと反対側に傾斜する。
【００３７】
太陽１から出射された平行光Ｓ０が、表面３１２に入射する。このとき、集束装置３０の制御装置は、太陽自動追尾装置を利用して、表面３１２が光Ｓ０に対して常時垂直になるように、光学シート３１１及び３１５を配置する。
【００３８】
光学シート３１１に入射した平行光Ｓ０は、図４に示すとおり、光学シート３１１内を進み、主傾斜面３１４Ａに到達する。このとき、主傾斜面３１４Ａは中心軸Ｃと反対側に傾斜するため、光Ｓ０は中心軸Ｃ側に屈折して外部に出射する。一方、補助傾斜面３１４Ｂには光Ｓ０がほとんど入射しない。補助傾斜面３１４Ｂと光Ｓ０とがなす角は、主傾斜面３１４Ａよりも小さいためである。図４に示すとおり、補助傾斜面３１４Ｂが表面３１２に対して略垂直である場合、光Ｓ０は補助傾斜面３１４Ｂにほとんど入射しない。
【００３９】
図３Ａに示すとおり、線状プリズム３１４は中心軸Ｃ周りに同心円状に配置される。したがって、表面３１２に垂直に入射する平行光Ｓ０は、各線状プリズム３１４の主傾斜面３１４Ａにおいて、中心軸Ｃ方向に屈折して出射する。
【００４０】
［光学シート３１５の構成］
図５は、図３中の領域Ｖの拡大図である。図５を参照して、線状プリズム３１８は、主傾斜面３１８Ａと、補助傾斜面３１８Ｂとを有する。線状プリズム３１４と同様に、主傾斜面３１８Ａと補助傾斜面３１８Ｂとは互いに背向して配置され、線状プリズム３１８の頂上を形成する。
【００４１】
主傾斜面３１４Ａの出射光に対する主傾斜面３１８Ａの角度は、補助傾斜面３１８Ｂの角度よりも大きい。そのため、線状プリズム３１８においては主として、主傾斜面３１８Ａが、主傾斜面３１４Ａの出射光を受ける。
【００４２】
図５に示すとおり、主傾斜面３１４Ａの出射光Ｓ０（つまり、光学シート３１１の出射光）は、主傾斜面３１８Ａに入射する。このとき、主傾斜面３１４Ａは光Ｓ０を透過する。光Ｓ０はそのまま光学シート３１５内を進み、表面３１７に到達する。光Ｓ０は表面３１７で屈折し、中心軸Ｃ１側に出射する。
【００４３】
好ましくは、補助傾斜面３１４Ｂは、光学シート３１１の出射光Ｓ０と略平行である。具体的には、出射光Ｓ０と補助傾斜面３１８Ｂとがなす角度は、±５°以内である。この場合、出射光Ｓ０は、補助傾斜面３１８Ｂにほとんど入射しない。その結果、出射光Ｓ０のほとんどは主傾斜面３１８Ａに入射し、中心軸Ｃ方向に出射する。そのため、光学シート３１５の出射光Ｓ０の指向性が向上する。
【００４４】
さらに好ましくは、主傾斜面３１８Ａは、出射光Ｓ０に対して略垂直である。具体的には、好ましくは、主傾斜面３１８Ａと出射光Ｓ０とがなす角は、９０°±５°である。要するに、出射光Ｓ０は、主傾斜面３１８Ａで屈折しない方が好ましい。出射光Ｓ０が屈折する場合、屈折した出射光Ｓ０が補助傾斜面３１８Ｂに入射し、全反射又は屈折する場合がある。この場合、光学シート３１５の出射光の指向性が低下する場合がある。
【００４５】
光学シート３１５での光Ｓ０の挙動は以下のとおりである。主傾斜面３１４Ａの出射光（平行光）Ｓ０は、主傾斜面３１８Ａから第２光学シート３１５に入射する。このとき、光Ｓ０は光学シート３１５内を進み、表面３１７に到達する。表面３１７は、光Ｓ０を屈折し、中心軸Ｃ側に平行光として出射する。上述のとおり、主傾斜面３１８Ａが出射光Ｓ０に対して略垂直であり、補助傾斜面３１８Ｂに対して略平行である場合、出射光Ｓ１の指向性はさらに向上する。
【００４６】
以上のとおり、集束装置３０は、光学シート３１１及び３１５を利用して、太陽光Ｓ０を二段階で屈折して中心軸Ｃ方向に出射する。そのため、図３Ｂに示すとおり、太陽光Ｓ０は平行光として、反射部材３１９に集まる。
【００４７】
［反射部材３１９の構成］
図６は図３Ｂの領域ＶＩの拡大図である。図６を参照して、上述のとおり、反射部材３１９は、表面３１７上に配置され、表面３１７から離れるにしたがい、反射部材３１９の幅は小さくなる。図６では、反射部材３１９は円錐状である。
【００４８】
光学シート３１５の出射光Ｓ０は、反射部材３１９の表面で全反射し、出射光Ｓ１として下方に進む。以上の動作により、図３Ｂに示すように、幅Ｗ０の太陽光Ｓ０は、集束装置３０により、幅Ｗ０よりも小さい幅Ｗ１の出射光Ｓ１として出射する。
【００４９】
好ましくは、反射部材３１９の底角θ１は、光Ｓ０の反射部材３１９表面での入射角αと略同じである。より具体的には、底角θ１は、入射角α±５°であるのが好ましい。この場合、光Ｓ１は、表面３１７に対して略垂直に進む。したがって、光Ｓ１は平行光として出射する。
【００５０】
ただし、反射部材３１９の底角θ１が上述の条件を満たしていなくても、集束装置３０は、光Ｓ１をある程度集束して出射することができ、その幅Ｗ１は、表面３１２で受ける太陽光Ｓ０の幅Ｗ０よりも小さくなる。
【００５１】
［集光装置３の動作］
上述のとおり、集光装置３は、集束装置３０を利用することにより、太陽光Ｓ０の幅を小さくして出射する。つまり、太陽光Ｓ０を集束して出射する。そのため、集光効率を向上できる。
【００５２】
図７Ａは、従来の太陽光発電装置の平面図であり、図７Ｂはその側面図である。図８Ａは集光装置３の平面図であり、図８Ｂはその側面図である。
【００５３】
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、従来の太陽光発電装置は、受光装置（レシーバ）３５０と、複数の反射部材３７とを備える。反射部材３７は、太陽光Ｓ０を受け、全反射して受光装置３５に導く。しかしながら、反射部材３７は、太陽光Ｓ０の幅を小さくできない。従来の太陽光発電装置では、受光装置３５０は、各反射部材３７の出射光Ｓ１を受けるため、受光装置３５０の幅ＷＰ及び高さＨＰを大きくしなければならない。換言すれば、従来の太陽光発電装置はコンパクト化しにくく、集光効率も高くない。
【００５４】
一方、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、集光装置３を太陽光発電に利用する場合、各集束装置３０が太陽光Ｓ０を集束して光Ｓ１を出射する。上述のとおり、光Ｓ１の幅は太陽光Ｓ０よりも小さい。そのため、同じ太陽光量に対して、集光装置３の受光装置３５の幅ＷＩ及び高さＨＩは、従来の太陽光発電装置の受光装置３５０の幅ＷＰ及び高さＨＰよりも小さくすることができる。したがって、集光装置３は従来よりもコンパクト化が可能であり、集光効率も高くなる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、光学シート３１１及び３１５を円形状とし、円環状の線状プリズム３１４及び３１８を利用する。しかしながら、線状プリズムは円形状でなくてもよい。
【００５６】
第２の実施の形態による集光装置は、集束装置３０に代えて、図９に示す集束装置５０を備える。集束装置５０は、光学部材３１に代えて光学部材５１を備え、反射部材３２及び３３に代えて反射部材５２を備える。集束装置５０のその他の構成は、集束装置３０と同じである。
【００５７】
光学部材５１は、太陽１から受けた平行光Ｓ０を屈折して光Ｓ１を出射する。反射部材５２は、光Ｓ１を反射し、受光装置３５に導く。
【００５８】
図１０Ａは、光学部材５１の平面図である。図１０Ｂは、図１０Ａ中の線分Ｂ´−Ｂ´線での断面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、光学部材５１は、光学シート５１１と、光学シート５１５とを備える。
【００５９】
光学シート５１１は、表面５１２と、構造化面５１３とを有する。表面５１２は、平行光源（つまり太陽）と対向する。構造化面５１３は、表面５１２と反対側に配置される。
【００６０】
構造化面５１３には、複数の線状プリズム５１４が配置される。線状プリズム５１４は、線状プリズム３１４と異なり、長手方向に伸びる直線状である。図１０Ａに示すとおり、複数の線状プリズム５１４は、線状プリズム５１４の幅方向に配列される。
【００６１】
光学シート５１５は、構造化面５１６と表面５１７とを有する。構造化面５１６は構造化面５１３と対向し、表面５１７は構造化面５１６と反対側に配置される。構造化面５１６は複数の線状プリズム５１８を備える。線状プリズム５１８は、線状プリズム５１４の長手方向に伸びる。そして、複数の線状プリズム５１８は、線状プリズム５１８の幅方向に配列される。
【００６２】
要するに、光学シート５１１及び５１５は、光学シート３１１及び３１５と比較して、円環状の線状プリズム３１４及び３１８に代えて、直線状の線状プリズム５１４及び５１８を備える。
【００６３】
図１１は、図１０Ｂ中の領域ＩＸの拡大図であり、図１２は、図１０中の領域Ｘの拡大図である。図１１を参照して、線状プリズム５１４の横断形状は、線状プリズム３１４と同様である。線状プリズム５１４は、主傾斜面５１４Ａと補助傾斜面５１４Ｂとを備える。表面５１２に垂直に入射した平行光Ｓ０は、主傾斜面５１４Ａで主として屈折して外部に出射する。補助傾斜面３１４Ｂと同様に、補助傾斜面５１４Ｂは、光Ｓ０を屈折しない方が好ましい。したがって、好ましい補助傾斜面５１４Ｂと表面５１２との角度は９０°±５°であり、より好ましくは、９０°±２°である。
【００６４】
図１２を参照して、線状プリズム５１８は、主傾斜面５１８Ａと、補助傾斜面５１８Ｂとを備える。線状プリズム５１８の横断形状は、線状プリズム３１８と同様である。主傾斜面５１８Ａは、主傾斜面５１４Ａの出射光を受ける。好ましくは、補助傾斜面５１４Ｂは、光学シート５１１の出射光Ｓ０と略平行である。具体的には、出射光Ｓ０と補助傾斜面５１４Ｂとがなす角度は、±５°以内である。この場合、光学シート５１５の出射光Ｓ０の指向性が向上する。さらに好ましくは、主傾斜面５１８Ａは、出射光Ｓ０に対して略垂直である。具体的には、主傾斜面３１８Ａと出射光Ｓ０とがなす角は、９０°±５°であるのが好ましい。
【００６５】
以上のとおり、線状プリズム５１４及び５１８が直線状であっても、本発明の効果が奏される。図１１及び図１２に示すとおり、光学部材５１は、光学シート５１１及び５１５を利用して、光Ｓ０を２段階で屈折して光Ｓ１として出射する。このとき、図１０Ｂに示すとおり、光学部材５１から出射する光Ｓ１の幅Ｗ２は、光Ｓ０の幅Ｗ０よりも小さくなる。要するに、光学部材５１も、光学部材３１と同様に、光Ｓ０を集束した光Ｓ１を出射する。そのため、集束装置５０も、集束装置３０と同様に、集光効率を高め、集光装置をコンパクト化する。
【００６６】
［第３の実施の形態］
上述の実施の形態では、集光装置を太陽光発電システムとして利用した。しかしながら、本発明による集光装置は、採光システムにも利用できる。
【００６７】
図１３は、本実施の形態による集光装置７の構成図である。集光装置７は、平行光源である太陽１の光Ｓ０を、集束して屋内１００に導く。
【００６８】
集光装置７は、光学部材３１と、受光装置７００とを備える。光学部材３１の構成は、第１の実施の形態と同じである（図３〜図６参照）。本実施の形態では、１つの光学部材３１が太陽１の移動に伴い角度を変更し（図１３中の符号３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ）、太陽光Ｓ０を常時垂直に受ける。
【００６９】
受光装置７００は、光学部材３１の出射光を受け、屋内１００に伝送する。屋内１００は、壁面１１０及び１２０で囲まれた空間である。受光装置７００は、集光部材７０と、反射部材７１とを備える。集光部材７０は、光学部材３１の出射光Ｓ１を受け、出射光Ｓ１を反射部材７１に導く。反射部材７１は、出射光を全反射して屋内１００に伝送する。
【００７０】
壁面１１０には、たとえば拡散レンズ７５１が配置される。反射部材７１は、光Ｓ１を拡散レンズ７５１に導く。拡散レンズ７５１は、光Ｓ１を拡散して屋内１００に出射する。
【００７１】
図１４Ａは、集光部材７０の平面図であり、図１４Ｂは正面図である。図１４Ｃは、図１４Ａ中の線分Ｃ―Ｃでの断面図である。図１３、図１４Ａ〜図１４Ｃを参照して、集光部材７０は、凹状にくぼんだ反射層７０１を備える。反射層７０１は、その表面において光Ｓ１を全反射する。図１３に示すとおり、光学部材３１の出射光Ｓ１は、光学部材３１の角度に依存することなく集光点８０を通過する。具体的には、互いに角度が異なる光学部材３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃからの出射光Ｓ１はいずれも、集光点８０を通る。
【００７２】
図１４Ａ〜図１４Ｃを参照して、反射層７０１の表面の曲率は、集光点８０との距離が近いほど大きく、集光点８０から離れるほど小さい。換言すれば、反射層７０１の表面の曲率半径は、集光点８０との距離が近づくほど、小さくなる。このような構成により、集光部材７０は、異なる方向から入射される出射光Ｓ１を反射部材７１に導くことができる。
【００７３】
以上の構成を有する集光装置７は、光Ｓ０を集束した光Ｓ１を出射する。そのため、集光効率が高まり、集光装置７をコンパクト化できる。上述の実施の形態では、光学部材３１を利用したが、光学部材３１に代えて、光学部材５１を利用してもよい。また、受光装置７００は、集光部材７０を備えなくてもよい。受光装置７００は出射光Ｓ１を伝送できればよい。また、受光装置７００はたとえば、反射部材７１に代えて、図１５に示すように、内面に反射層を有する伝送ダクトであってもよい。この場合、光Ｓ１は、伝送ダクト内を全反射しながら屋内１００に導かれる。さらに、受光装置７００は、光Ｓ１を直接受ける光ファイバ等であってもよい。
【００７４】
［第４の実施の形態］
本発明による集光装置は、光センサにも利用できる。図１６を参照して、光センサに利用される集光装置８は、図示しない光源と、光学部材３１と、受光装置８１とを備える。光源はＬＥＤ等で構成され、平行光を出射する。光学部材３１の構成は第１の実施の形態と同じである。受光装置８１は、いわゆる受光部であり、出射光を検知し、検知結果を外部に出力する。
【００７５】
図１７は、従来の光学センサの構成図である。従来の光学センサは、光源４００と、光学部材であるレンズ５００と、受光装置６００とを備える。従来の光学センサでは、レンズ５００を使用する。そのため、光軸焦点距離ＤＰ０近傍に受光装置６００を配置する必要がある。したがって、受光装置６００とレンズ５００との間の距離ＤＰ１は、光軸焦点距離ＤＰ０に依存し、短くすることができない。そのため、従来の光学センサはコンパクト化しにくい。
【００７６】
一方、図１６に示す集光装置８では、光学部材３１が光Ｓ０を集束して光Ｓ１を出射する。光学部材３１は光学シート３１１及び３１５を含み、光軸焦点距離に依存せず、光Ｓ０を集束できる。そのため、光学部材３１と受光装置８１との間の距離ＤＩは、距離ＤＰ１よりも顕著に短くすることができる。その結果、集光装置８は従来の光学センサよりもコンパクト化される。
【００７７】
上述の実施の形態では、集光装置８は光学部材３１を利用した。しかしながら、図１８に示すとおり、集光装置８は、光学部材３１に代えて、光学部材５１を利用してもよい。この場合であっても、集光装置８は、従来の光学センサと比較してヒンパクト化できる。
図１８の集光装置８は、１つの光学部材５１を備える。しかしながら、集光装置８は、複数の光学部材５１を備えてもよい。たとえば、図１８に示す受光装置８１の位置に、２つ目の光学部材５１が配置される。このとき、２つ目の光学部材５１は、１つ目の光学部材５１と異なる方向に光を集光するよう配置する。そして、２つ目の光学部材５１の出射光の出射方向に受光装置８１が配置される。この場合、集光装置８は、光を２方向（たとえば上下方向及び左右方向）に集光できる。
【００７８】
［他の実施の形態］
第１及び第２の実施の形態で利用した光学部材３１及び５１は、２つの光学シートを利用する。しかしながら、光学部材３１及び５１は、３以上の光学シートを備えてもよい。たとえば、光学部材５１は、図１９に示すとおり、光学シート５１１と、５１５と、５２０とを備えてもよい。光学シート５２０は、表面５１７と対向する構造化面５２１と、構造化面５２１と反対側の表面５２２とを備える。構造化面５２１の構成は構造化面５１８と同じである。具体的には、構造化面５２１は、主傾斜面５２１Ａと、補助傾斜面５２１Ｂとを備える。
【００７９】
また、光学部材３１は、光学シート３１１を備え、光学シート３１５を備えなくてもよい。この場合であっても、光Ｓ０をある程度集束した光Ｓ１を出射することができる。この場合、光学シート３１１の下面（構造化面３１３）上に反射部材３１９が配置される。同様に、光学部材５１は、光学シート５１１を備え、光学シート５１５を備えなくてもよい。
【００８０】
第１の実施の形態では、好ましくは、補助傾斜面３１４Ｂが構造化面３１３に対して略垂直である。しかしながら、たとえば、補助傾斜面３１４Ｂが、第１構造化面３１３に対して９０°よりも小さい角度を有してもよいし、９０°よりも大きい角度を有してもよい。
【００８１】
第１の実施の形態では、光学部材３１の背後に反射部材３２が設けられ、反射部材３２の上部に反射部材３３が設けられことにより、反射部材３２，３３が光Ｓ１を受光装置３５に伝送する。しかしながら、集束装置３０の構成はこれに限定されない。たとえば、反射部材３２及び３３を備えず、受光装置３５は光学部材３１の出射光Ｓ１を直接受光してもよい。
【実施例１】
【００８２】
第１の実施の形態における光学部材３１を想定してシミュレーションを実施し、光Ｓ０と光Ｓ１との面積比を求めた。具体的には、図３〜図６に示す光学部材３１において、主傾斜面３１４Ａと平面３１２とがなす角度を３７．７°とし、主傾斜面３１８Ａと平面３１７とがなす角度を３８．７９°とした。また、補助傾斜面３１８Ｂと表面３１７とがなす角度を５１．２１°とした。光学シート３１１及び３１５の直径はともに２２０ｍｍとした。反射部材３１９の円錐の底面の直径を２０ｍｍとした。線状プリズム３１４及び線状プリズム３１８の屈折率を１．５９とした。
【００８３】
シミュレートの結果、光Ｓ１の面積は、光Ｓ０の面積（つまり、表面３１２の表面積の１％になった。
【実施例２】
【００８４】
実施例１と異なる形状の光学部材３１を想定してシミュレーションを実施した。主傾斜面３１４Ａと表面３１２とがなす角度を４１．８°とし、主傾斜面３１８Ａと表面３１７とがなす角度を４１．４８°とした。補助傾斜面３１８Ｂと表面３１７とがなす角度を４８．５２°とした。反射部材３１９の円錐の底面の直径を３６ｍｍとした。線状プリズム３１４及び線状プリズム３１８の屈折率を１．４９とした。その他の条件は、実施例１と同じとした。
【００８５】
シミュレートの結果、光Ｓ１の面積は、光Ｓ０の面積の３．３％になった。
【実施例３】
【００８６】
図１９に示す光学部材５１を想定してシミュレーションを実施し、光Ｓ０と光Ｓ１との面積比を求めた。具体的には、図１９に示す光学部材５１（３枚の光学シート５１１、５１５及び５２０において、主傾斜面５１４Ａと表面５１２とがなす角度を３０．３°とし、主傾斜面３１８Ａと表面５１７とがなす角度を２３．０４°とした。補助傾斜面５１８Ｂと表面５１７とがなす角度を６６．９６°とした。主傾斜面５２１Ａと表面５２２とがなす角度を３８．４８°とし、補助傾斜面５２１Ｂと表面５２２とがなす角度を５１．５２°とした。構造化面５１３、５１５及び５２０の各線状プリズムの屈折率を１．５９とした。各光学シートの形状は、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形状とした。
【００８７】
シミュレートの結果、光Ｓ１の面積は、光Ｓ０の面積の１４．４８％になった。
【００８８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１、４００  平行光源
３、７、８  集光装置
３０、５０  集束装置
３１、５１  光学部材
３５、８１、３５０  受光装置
７０  集光部材
８１  受光装置
３１１、３１５、５１１、５１５  光学シート
３１２、３１７、５１２  表面
３１３、３１６、５１３、５１６  構造化面
３１４、３１８、５１４、５１８  線状プリズム
３１４Ａ、３１８Ａ、５１４Ａ、５１８Ａ  主傾斜面
３１４Ｂ、３１８Ｂ、５１４Ｂ、５１８Ｂ  補助傾斜面
３１９  反射部材
【図１】
2012189280.tif 000003
【図２】
2012189280.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012189280.tif 000007
【図６】
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【図７Ａ】
2012189280.tif 000009
【図７Ｂ】
2012189280.tif 000010
【図８Ａ】
2012189280.tif 000011
【図８Ｂ】
2012189280.tif 000012
【図９】
2012189280.tif 000013
【図１０】
2012189280.tif 000014
【図１１】
2012189280.tif 000015
【図１２】
2012189280.tif 000016
【図１３】
2012189280.tif 000017
【図１４Ａ】
2012189280.tif 000018
【図１４Ｂ】
2012189280.tif 000019
【図１４Ｃ】
2012189280.tif 000020
【図１５】
2012189280.tif 000021
【図１６】
2012189280.tif 000022
【図１７】
2012189280.tif 000023
【図１８】
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【図１９】
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