(57)【要約】      （修正有）【課題】直管型ランプを用いて、直管軸を通る任意の平面について直管型ランプの全長にわたってほぼ均一な出力の平行光を生成することのできる直管型ランプ用集光装置を提供する。【解決手段】中心軸に対して垂直な外方に放射するコリメータレンズ部材１１５と、入射部の軸方向の両端部と同一内径を有し、曲面が外側面に達する位置に前記２つの平行面を形成する、前記コリメータレンズの材料とは異なる材料で形成された充填部材１１６とを有する導光ユニット１１を、複数個、前記平行面どうしを結合して前記直管型ランプの有効照射部全長にわたる中空円筒管をなすように構成する。【選択図】図２
2013062143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有し、この中心軸位置に挿入される直管型ランプよりも大きな内径の円筒内側面とそれよりも大きな外径の円筒外側面と、これらの円筒内側面と円筒外側面間の厚み部分の端部を連結する２つの平行面を持つ中空円筒体をなし、この中空円筒体は前記円筒内側面の前記中心軸に沿った長さのうち中央部の一部に設けられた光入射部から円筒外側面の長さ全体にかけて光を導く透光性材料でなり前記入射部から種々の角度で入射した光を前記厚み部分において透過、屈折、反射させることにより、前記中心軸に対して垂直な外方に放射するコリメータレンズ部材と、前記入射部の前記軸方向の両端部と同一内径を有し、前記曲面が前記外側面に達する位置に前記２つの平行面を形成する、前記コリメータレンズの材料とは異なる材料で形成された充填部材とを有する導光ユニットを、複数個、前記平行面どうしを結合して前記直管型ランプの有効照射部全長にわたる中空円筒管をなすように構成された直管型ランプ用集光装置。
【請求項２】
前記コリメータレンズ部材の前記厚み部分の前記中心軸を通る平面で切断した形状は、前記円筒内側面の前記入射部の前記両端部から前記円筒外側面の前記両端部にかけて、前記入射部の中心線に対して線対称な放物線、楕円形あるいは双曲線の曲線状に拡開した形状であることを特徴とする請求項１記載の直管型ランプ用集光装置。
【請求項３】
前記コリメートレンズ部材の厚み部分には反射材料が被覆されたことを特徴とする請求項１または２に記載の形成された直管型ランプ用集光装置。
【請求項４】
前記充填部材は前記コリメートレンズ部材の材質よりも小さな屈折率をもつ材質であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに直管型ランプ用集光装置。
【請求項５】
前記充填部材のうち、前記円筒内側面をなす部分には反射材料が被覆されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の直管型ランプ用集光装置。
【請求項６】
隣接する前記導光ユニットは同心状に透明な接着剤で固着されて中空円筒管をなすことを特徴とする請求項１に記載の直管型ランプ用集光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直管型ランプを光源として、直管型ランプの直径方向に対し、中心軸に沿って平行な光を放射するための集光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然再生エネルギーが注目されており、その代表的な成功例は太陽光発電である。太陽光発電ではソーラーパネルに照射された太陽光のエネルギーをソーラーパネルで電力に変換するが、ソーラーパネルの性能はこの光強度に対する電力変換効率で評価されるため、ソーラーパネルの正確な出力を確認する出力確認試験はきわめて重要である。
【０００３】
ソーラーパネルの出力確認試験を行うためには、光のスペクトルや光強度が基準値となっている基準光を用いる必要があるが、太陽光は平行光であるため、同じ条件での出力確認には平行光を発生させることのできる光源が必要となる。
【０００４】
平行光を発生させる装置としては、コリメータレンズを用いて発生した光をコリメートして互いに平行な光にする光学機構があり、例えば下記特許文献１および２により知られている。
【０００５】
これらの光学機構は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を発光源として用いたものであり、コリメータレンズ形状は、光源によって放射される光の多くを捕捉できるように配置される反射面を有しており、反射面の外形形状は、放物線、楕円形あるいは双曲線などの曲線をなしている。
【０００６】
しかし、これらの特許文献に示された平行光発生光学機構は、小さなＬＥＤ素子を発光源としているため、照射面が非常に狭く、大きなソーラーパネルに対する基準平行光光源とはなり得ない。
【０００７】
一方、広い照射面積を有する発光源としては、直管型ランプが知られている。
【０００８】
図１に例示すように、直管型ランプ２０は透明あるいは内面に蛍光材料が塗布された、あるいはキセノンなどの希ガスを封入した円筒管２１内の両内端部にそれぞれ対向するように配設された電極２２ａおよび２２ｂを有し、これらの電極がそれぞれ管外に端子２３ａおよび２３ｂとして引き出され、これらの端子間に所定の電圧を印加することにより電極間に放電を起こさせ、円筒管の全半径方向に光を発生させるものである。
【０００９】
直管型ランプとしては、グロー放電を利用した蛍光管や、キセノンランプのようなものが通常用いられ、ランプの外径は８〜１５ｍｍが一般的であり、長さは任意の長さとすることができるが、前述したようにソーラーパネルの出力確認の目的に対してはソーラーパネルの全面に光を照射できるように、ソーラーパネルの一辺よりも十分に長い長さを有していることが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２４３８１
【特許文献２】特開２００７−２００７３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、直管型ランプからの光は前述したように全半径方向に発せられ、直管軸を通るある平面に着目した場合でも軸の各位置では種々の照射角度を有する光が集合した散乱光であり、平行光とはなっていない。このため、直管型ランプからの光は太陽光とは根本的に異なり、そのまま基準光とするのは適当ではない。またこのような直管型ランプからの光をその長さ全体にわたって直管軸を通る平面において平行光にする集光装置は実現されていない。
【００１２】
そこで、本発明は直管型ランプを用いて、直管軸を通る任意の平面について直管型ランプの全長にわたってほぼ均一な出力の平行光を生成することのできる直管型ランプ用集光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる直管型ランプ用集光装置は、中心軸を有し、この中心軸位置に挿入される直管型ランプよりも大きな内径の円筒内側面とそれよりも大きな外径の円筒外側面と、これらの円筒内側面と円筒外側面間の厚み部分の端部を連結する２つの平行面を持つ中空円筒体をなし、この中空円筒体は前記円筒内側面の前記中心軸に沿った長さのうち中央部の一部に設けられた光入射部から円筒外側面の長さ全体にかけて光を導く透光性材料でなり前記入射部から種々の角度で入射した光を前記厚み部分において透過、屈折、反射させることにより、前記中心軸に対して垂直な外方に放射するコリメータレンズ部材と、前記入射部の前記軸方向の両端部と同一内径を有し、前記曲面が前記外側面に達する位置に前記２つの平行面を形成する、前記コリメータレンズの材料とは異なる材料で形成された充填部材とを有する導光ユニットを、複数個、前記平行面どうしを結合して前記直管型ランプの有効照射部全長にわたる中空円筒管をなすように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
前記コリメータレンズ部材の前記厚み部分の前記中心軸を通る平面で切断した形状は、前記円筒内側面の前記入射部の前記両端部から前記円筒外側面の前記両端部にかけて、前記入射部の中心線に対して線対称な放物線、楕円形あるいは双曲線の曲線状に拡開した形状であることが好ましい。
【００１５】
前記コリメートレンズ部材の厚み部分には反射材料が被覆されると良い。
【００１６】
前記充填部材は前記コリメートレンズ部材の材質よりも小さな屈折率をもつ材質であることが好ましく、また、前記充填部材のうち、前記円筒内側面をなす部分には反射材料が被覆されることが好ましい。
【００１７】
隣接する前記導光ユニットは同心状に透明な接着剤で固着されて中空円筒管をなすことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる直管型ランプ用集光装置では、直管型ランプの中心軸を通る平面内で軸方向の各位置で平行光を形成する円筒体形状のコリメートレンズを含む導光ユニットを直管型ランプの軸上に複数個結合して中空円筒管をなすようにしているので、直管軸を通る任意の平面について直管型ランプの全長にわたってほぼ均一な出力の平行光を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に用いられる一般的な直管型ランプの構成を示す正面図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る集光装置の中心軸に直角方向のＡ−Ａ断面図および（ｂ）は中心軸に沿ったＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明に係る導光部の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る導光部における照射光の挙動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図２（ａ）は本発明にかかる直管型ランプ用集光装置の直管型ランプの軸に直交する平面で切断した概略構成を示すＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は直管型ランプの軸を含む水平面で切断した概略構成を示すＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
まず図２（ｂ）を参照すると、３つの導光ユニット１１、１２、１３を重ね合わせて一体化され、全体として中空円筒管の形状をなすレンズアセンブリ１０が示され、各導光ユニットは中心部が中空の円筒体の形状を有している。
【００２３】
レンズアセンブリ１０の中心軸位置には直管型ランプ２０が設置される。なお、図２（ｂ）においては、構造上の特徴がわかる程度に直管型ランプ２０およびレンズアセンブリ１０の軸方向長さを短く表現している。ここではレンズアセンブリ１０は３つの導光ユニット形状となっているが、実際の装置ではより多数の導光ユニットで構成される。
【００２４】
図２（ａ）においては、レンズアセンブリ１０をなす１つの導光ユニット１１における断面を示しており、後述するように円筒体の一部をなすコリメートレンズ１１５の中空部分の中心に同心で直管型ランプ２０が設置されるようになっていることが明らかである。
【００２５】
図３は、導光ユニットを例示するための、１つの導光ユニット１１の詳細な構成の断面図である。
【００２６】
導光ユニット１１は同心の円筒内側面１１１と円筒外側面１１２を有し、中心軸に垂直な平行面１１３．１１４を上下面に有した中空円筒形状をなしている。
【００２７】
導光ユニット１１の光入射部をなす円筒内側面１１１の長さＬ１の中央部１１１ａから円筒外側面１１２の厚さＬの両端部にかけて、透光性の良好な材質、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等のプラスチック、ガラス等、で構成されたコリメータレンズ１１５が形成されている。その変化形状は凸状の放物線、楕円形あるいは双曲線状で拡幅するものとなっている。
【００２８】
この例ではコリメータレンズ１１５の最外端が円筒外側面１１２の両外端に達し、かつ上下の平行面１１３．１１４に達している。したがって、後述するように導光ユニットを重ねたときに平行光の放射部は連続し、平行光の強度のばらつきは少ない。
【００２９】
コリメータレンズ１１５の外形面１１５ａは反射面とされる。この反射面は、光反射特性の良好な金属、アルミニウム、銀、水銀などをめっき、蒸着等で被覆することにより形成することができ、この反射面１１５ａは、コリメータレンズ１１５の外形面１１５ａに達した光が直管軸と垂直な方向に進むことを妨げる。
【００３０】
また、コリメータレンズ１１５の外形面１１５ａでの反射を確実にするため、外形面１１５ａの外部には、平行面１１３，１１４と円筒内側面１１１を形成する形状に充填材が充填された充填部材１１６が形成されている。
【００３１】
この充填材はコリメータレンズ１１５を形成する材質のもつ屈折率よりも小さな屈折率をもつ材質とすることにより、コリメータレンズの外形面での反射を確実にすることができる。
【００３２】
さらに、導光ユニットの内側面のうち、コリメータレンズの入光部分以外のＬ２およびＬ３の長さを有する内側面部分を反射面とすることで、直管型ランプから照射された光を、この反射面で反射を繰り返させていずれかの導光ユニットの光入射部に導くことで照射光を有効に利用できる。なお、Ｌ２およびＬ３は通常は同じ長さで、（Ｌ−Ｌ１）／２の長さとなっている。
【００３３】
以上のような導光ユニットの製造方法の一例を述べる。図３に示すような中空部分と外形を有するコリメートレンズ１１５を樹脂成形あるいは切削加工で形成し、光入射部１１１ａとなる円筒内側面と円筒外側面とをマスキングして厚み部分の曲線をなす外形面１１５ａの部分に金属蒸着、無電解メッキなどの手法で反射材料を被覆させ、コリメートレンズの外端部により形成される平面と中空軸間に空間が形成されるような成形型を用い、この成形型内にコリメートレンズとは異なる材料を注入して成形することにより充填部材１１６が得られる。さらに必要に応じ、充填部材１１６の円筒内側面の長さＬ２およびＬ３を持つ部分には選択的に反射膜を部分メッキや蒸着により形成させることができる。
【００３４】
図４は本発明にかかる直管ランプ用集光装置の導光ユニット１１における平行光を得る動作を示す模式図である。この図では、直管型ランプ２０の軸を通る平面で導光ユニットを切断し、その平面内での光の挙動を示している。
【００３５】
図４から明らかなように、直管型ランプ２０からは表面全体から光があらゆる方向に発せられており、コリメータレンズ１１５の光入射部１１１ａに垂直に入射された光はそのまま直進し、角度を有して入射され、コリメータレンズ１１５の円筒外側面１１２に直接達した光はコリメータレンズ１１５から出るときに屈折され、軸に垂直な方向に向かう。
【００３６】
また、コリメータレンズ１１５に斜めに入射し、反射面であるコリメータレンズの外形面１１５ａに達した光は反射され、同様に直管型ランプの軸に垂直な方向に向かう。
【００３７】
したがってコリメータレンズの内部に入射された光はどのような方向に入射されてもこの平面上で軸に対して垂直な方向に進むこととなり、平行光が得られる。
【００３８】
一方、直管型ランプ２０から充填部材１１６に向かった光は、充填材あるいはその表面に形成された反射膜により反射され、直管型ランプの方に戻され、隣接あるいはさらに離れた導光ユニットへ向き、いずれかの導光ユニットにおいて入光部に入射して平行光になるか、反射を繰り返して減衰していずれかの材料に吸収されるものもある。
【００３９】
このようにして、直管型ランプ面から発生する光のうち、直管型ランプ軸を通る平面内では放射される光は直管型ランプの軸方向のどの位置でも軸に直交する方向に放射される平行光となる。
【００４０】
図３で説明した導光ユニット１１は同じものが多数用意され、同心状態を維持するようにアクリル系接着剤等の透明度の高い接着剤で接着され、積み重ねられることにより中空円筒管形状の直管型ランプ用集光装置が形成される。
【００４１】
このレンズアセンブリの中心軸と、直管型ランプの中心軸を一致させるように直管型ランプを設置することにより、直管型ランプの軸を含む任意の平面内では、軸方向のどの位置でも軸から見て平行な光を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の直管型ランプ用集光装置はその中心軸に一致させて直管型ランプを設置することにより、中心軸を含む平面内では直管型ランプの全体の長さにわたって平行光が発せられので、ソーラーパネルの出力確認のための疑似太陽光となる光線を発生させるこができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  直管型ランプ用集光装置
１０  レンズアセンブリ
１１，１２，１３  導光ユニット
１１１  円筒内側面
１１１ａ  光入射部
１１２  円筒外側面
１１３、１１４  平行面
１１５  コリメータレンズ
１１５ａ  コリメータレンズ外形面
１１６  充填部材
２０  直管型ランプ
２１  円筒管
２２ａ、２２ｂ  電極
２３ａ、２３ｂ  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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