(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然光を集光するための集光レンズを有する集光部と、前記集光部によって集光された自然光を導くための光ファイバを有する導光部と、前記導光部が導く自然光によって発電する光発電部と、前記集光部を発光させるための発光素子を有する光源部とを備え、
前記光源部は、前記発光素子の光軸が、前記光ファイバの軸線に対して傾斜されて設けられ、前記発光素子によって前記光ファイバを介して前記集光部を発光させる集光装置。
【請求項２】
前記光源部は、前記光ファイバの軸方向に沿って配設された複数の前記発光素子を有する請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
複数の前記集光部と、前記複数の集光部の各々に連結された複数の前記光ファイバを有する前記導光部とを備え、
前記光源部は、前記複数の光ファイバを束ねた位置に対応して配置された請求項１または２に記載の集光装置。
【請求項４】
前記光源部は、前記複数の光ファイバを並列させて位置決めするための位置決め手段を有する請求項３に記載の集光装置。
【請求項５】
前記光源部は、複数の発光素子がマトリクス状に配置されて、行列の制御信号で制御される請求項２ないし４のいずれか１項に記載の集光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の集光装置を備える携帯型電子機器であって、前記集光装置によって発電された電力で、主電池の電力を補う携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然光を集光するための集光装置およびこの集光装置を備える携帯型電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自然光から電力を発電する光発電装置が知られている。この種の光発電装置は、自然光から電気エネルギに変換する光電変換素子である受光素子を備えている。
【０００３】
そして、受光素子として平板に配設された太陽電池が用いられた従来の光発電装置は、受光素子の受光面上に照射された自然光の受光量に応じて電力を発電する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような受光素子を備える従来の光発電装置は、一般に、受光素子の光電変換効率があまり高くないので、十分な電気エネルギを得るために、受光素子の受光面を大面積に確保する必要があった。このため、従来の光発電装置は、携帯型や小型の電子機器に適しておらず、電子機器に採用した場合に機器全体が大型化し重量が嵩んでしまうという不都合があった。
【０００５】
また、携帯型電話機等の携帯型電子機器では、駆動のためのエネルギ源である二次電池の蓄電容量が限られているので、長時間動作させるために、エネルギ源を僅かでも補うための補助的なエネルギ源が求められている。そして、このような補助的なエネルギ源としては、携帯型電子機器を小型、軽量に保つ上でも、小型で軽量である必要がある。
【０００６】
あるいは、透過型液晶パネルによる表示では、表示器の背面に発光パネル等の光源が必要であり、この光源のための電力も多く必要である。
【０００７】
また、例えば特開２０００−６０４１２号公報や特開２０００−２５８７２２号公報には、光ファイバを介して、屋外から自然光を床下等の暗所に導入する装置および方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、このような従来の装置および方法では、自然光を屋外から屋内に導入する場合、屋外が暗くなったときに、屋内の照明による照明光が光ファイバを逆行してしまうため、照明光が屋外へ漏れ出てしまう可能性があり、屋内のプライバシーや防犯の点で好ましくないという不都合があった。
【０００９】
そこで、本発明は、光発電部の集積化と高効率化を図り、集光装置全体の小型化、軽量化を可能にする集光装置およびこの集光装置を備える携帯型電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る集光装置は、自然光を集光するための集光レンズを有する集光部と、この集光部によって集光された自然光を導くための光ファイバを有する導光部と、この導光部が導く自然光によって発電する光発電部と、集光部を発光させるための発光素子を有する光源部とを備える。そして、光源部は、発光素子の光軸が、光ファイバの軸線に対して傾斜されて設けられ、発光素子によって光ファイバを介して集光部を発光させる。
【００１１】
以上のように構成した本発明に係る集光装置によれば、集光部によって集光された自然光が、導光部の光ファイバを介して光発電部に導くことにより発電する。また、集光した自然光を更に一点に集中しることが可能となるため、光発電部の集積化と高効率化が図られ、装置全体の小型化が図られる。
【００１２】
また、本発明の集光装置は、光源部の発光素子の光軸が、光ファイバの軸線に対して傾斜されて設けられることにより、集光部側に向けて光が出射されて、発光素子によって光ファイバを介して集光部が発光される。
【００１３】
また、本発明に係る集光装置は、複数の集光部と、複数の集光部の各々に連結された複数の光ファイバを有する導光部とを備える。そして、光源部は、複数の光ファイバを束ねた位置に対応して配置されることが好ましい。これによって、光源部の集積化が図られる。
【００１４】
また、本発明に係る集光装置は、光源部が、複数の光ファイバを並列させて位置決めするための位置決め手段を有することが好ましい。これによって、光源部に対して複数の光ファイバが高精度に位置決めされる。
【００１５】
また、本発明に係る集光装置が備える光源部は、複数の発光素子がマトリクス状に配置されて、行列の制御信号で制御されている。これによって、複数の発光素子を所望の発光パターンで発光させることが可能になる。
【００１６】
また、前記光発電部に接続する光ファイバの一部を、例えば透過型液晶表示器等の背面に接続することにより、使用環境の周辺照度に従って自動的に照度が変化するので、発光パネルを小型にできる上、周辺照度による発光パネルの照度制御が不必要とする。
【００１７】
また、本発明に係る携帯型電子機器は、本発明の集光装置によって発電された電力で、主電池の電力を補う。この携帯型電子機器によれば、小型化が図られた集光装置を備えることによって、機器全体の小型化が図られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に示すように、集光装置１は、自然光を集光するための複数の集光部１１と、各集光部１１によって集光された自然光を導くための複数の導光部１２と、これら導光部１２によって導かれた自然光によって発電する光発電部１３と、各導光部１２を介して各集光部１１側を発光させるための光源部１４とを備えている。
【００２３】
集光部１１は、自然光を取り込むように外方側に臨ませた位置に配設されており、自然光を集光するための集光レンズ１６を有している。この集光レンズ１６としては、例えば球面レンズやフレネルレンズ、複数の球面レンズが重ねられた複合レンズ等が用いられている。
【００２４】
導光部１２は、集光レンズ１６に入射した自然光を導くための導光部材１７と、自然光を光発電部１３に導くための光ファイバ１８とを有している。光ファイバ１８は、一端が導光部材１７の中央部に固定されて設けられており、他端が光発電部１３に固定されて設けられている。導光部材１７は、漏斗状に形成されており、集光レンズ１６に組み付けられている。この導光部材１７によれば、集光レンズ１６に対する入射角が少しずれて入射した自然光も、内面で反射されて中央部に集光されて、光ファイバ１８に入射される。
【００２５】
また、集光装置１は、集光部１１を自然光に臨ませる所望の形態で、光ファイバ１８を支持する支持体１９を備えている。この支持体１９には、照明機器のような所望の装飾が施されており、意匠性が確保されている。
【００２６】
光発電部１３は、図示しないが、シリコン半導体や化合物半導体、アモルファス太陽電池、グレッツェル電池等の発電（光電気変換）手段である受光素子と、この受光素子によって発電された電力を蓄電するための例えば二次電池やコンデンサ等の蓄電部材を有している。また、この光発電部１３は、接続配線を介して光源部１４に電気的に接続されている。
【００２７】
この光発電部１３は、各光ファイバ１８を介して導かれた各自然光が受光素子の受光面上の一点に集中して照射されるため、受光素子が電力を効率良く発電して、蓄電部材に蓄電する。そして、光発電部１３は、蓄電部材に蓄電された電力を光源部１４に供給して発光素子を発光させたり、例えば後述する携帯型通信機３等の電力の一部として供給したりする。
【００２８】
光源部１４は、複数の光ファイバ１８の基端側を束ねた箇所に対応して設けられている。光源部１４は、図２に示すように、集光部１１側を発光させるための複数の発光素子２１と、これら発光素子２１が配設された基板２２とを有している。発光素子２１としては、例えば発光ダイオードが用いられている。
【００２９】
基板２２の主面上には、図２、図３および図４に示すように、複数の光ファイバ１８の一部を並列させて束ねるための位置決め用突起２４が、光ファイバ１８の軸線方向と平行にそれぞれ形成されている。基板２２は、各光ファイバ１８を位置決め用突起２４に沿って当接させることによって、各光ファイバ１８が主面上の所定の位置に容易に位置決めされ、並列させて束ねることが可能にされている。
【００３０】
また、基板２２の主面上には、各位置決め用突起２４に隣接する位置に、発光素子２１を配置するための略断面Ｖ字状の溝２５が格子状に配列されてそれぞれ設けられている。そして、各発光素子２１は、基板２２の主面に対してＶ字状をなす溝２５内の一側面に取り付けられており、出射光が光ファイバ１８を介して集光部１１側に導かれるように、光ファイバ１８の軸線Ｌａに対して、出射光の光軸Ｌｂが傾斜されて設けられている。さらに、発光素子２１は、図３および図４に示すように、１本の光ファイバ１８の軸線に沿って所定の個数が配列されている。
【００３１】
この基板２２は、図５に示すように、各発光素子２１は、マトリクス状に配線された発光制御信号の各格子の交点に跨って配設されており、行方向制御信号と列方向制御信号により発光が制御される。制御回路は、配線入力３３ａ側から方向制御信号が入力され、配線出力側３３ｂから列方向制御信号が出力される。この制御回路によれば、配線入力側３３ａと配線出力側３３ｂの任意の各配線をそれぞれ選択して所定のタイミングでＯＮ信号／ＯＦＦ信号を出力することにより、任意の発光素子２１を発光させる制御が可能にされている。
【００３２】
以上のように構成された光源部１４は、光発電部１３によって発電された電力によって各発光素子２１が発光されて、光ファイバ１８を介して集光部１１を発光させる。なお、光源部１４は、図示しない他の主電源から電力が供給されるように構成されてもよい。
【００３３】
以上のように構成された集光装置１について、自然光を集光して発電するとともに集光部１１を発光させる動作を説明する。
【００３４】
まず、集光装置１は、各集光部１１に入射した自然光が、集光レンズ１６によって屈折されるとともに導光部材１７によって反射されて、光ファイバ１８の一端に集光される。光ファイバ１８に集光された自然光は、光発電部１３に導かれて、光発電部１３が有する受光素子の受光面上に点状に照射される。そして、光発電部１３は、受光素子に照射された自然光を光電変換することによって電気エネルギを発生して蓄電する。
【００３５】
そして、集光装置１は、例えば夜間等に、光発電部１３が蓄電した電力が、光源部１４に供給されることにより、各発光素子２１が発光される。各発光素子２１から出射された出射光は、光ファイバ１８を介して各集光部１１に導かれて、各集光部１１側に位置する光ファイバ１８の一端から出射光が漏れ出ることにより各集光部１１が発光される。
【００３６】
また、この集光装置１は、光源部１４の各発光素子２１による発光パターンを制御することで、各集光部１１の発光パターンを任意に切り換えることが可能であるため、いわゆるイルミネーションとしての効果が得られる。
【００３７】
上述したように、集光装置１によれば、集光部１１によって集光された自然光を光ファイバ１８を介して光発電部１３に導くことで、光ファイバ１８によって集光した自然光を受光素子の受光面上の一点に集中して照射することが可能になるため、受光素子の集積化と高効率化を図ることが可能になり、装置全体の小型化を図ることができる。すなわち、従来の光発電装置は、光電変換効率が一般にあまり高くなく、十分な電気エネルギを得るために、大面積の受光面を確保する必要があり、装置全体の小型化を図ることが困難であったが、本発明に係る集光装置１によれば、機器全体の小型、軽量化が要望されている例えば携帯型電子機器に組み込むことが可能になる。
【００３８】
また、集光装置１によれば、複数の光ファイバ１８を束ねた箇所に対応して、光源部１４を配置したことによって、光源部１４の受光素子の集積化および高効率化が図られるとともに、電飾的な照明効果を得ることができる。
【００３９】
つぎに、屋外の自然光を屋内等の暗所に導くための参考形態の集光装置を図面を参照して説明する。なお、参考形態の集光装置において、上述した集光装置１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図６に示すように、集光装置２は、光ファイバ１８の光路を遮るための遮光部３１と、この遮光部３１を駆動制御するための制御部３２とを備えている。
【００４１】
遮光部３１は、例えば液晶シャッタ等の光学シャッタを有しており、光学シャッタに電圧が無印加となることにより、光ファイバ１８の光路を遮る遮光状態と、光学シャッタに電圧を印加することにより、光ファイバ１８の光路を開く透過状態とに切り換えられる。なお、光学シャッタ以外の遮光部材としては、屋外からの自然光を透過するとともに屋内からの照明光を反射するように、例えばビームスプリッタやハーフミラーが、制御部３２によって制御されるように構成されてもよい。
【００４２】
制御部３２は、遮光部３１に接続配線を介して電気的に接続されて設けられている。制御部３２は、図示しないが、所定の個数の集光部１１に連結された導光部１２の各光ファイバ１８に導かれた自然光を受光する受光素子を有しており、この受光素子が自然光を受光して発電した電力量に基づいて遮光部３１を遮光状態と透過状態とに切り換える制御を行う。
【００４３】
以上のように構成された集光装置２について、昼間に自然光を屋内等の暗所に導き、夜間に屋内の照明光が屋外に漏れ出ることを遮る動作を説明する。
【００４４】
まず、集光装置２は、各集光部１１に入射した自然光が、集光レンズ１６によって屈折されるとともに導光部材１７によって反射されて、光ファイバ１８の一端に集光される。光ファイバ１８に集光された自然光は、透過状態の遮光部３１を透過し、屋内等の暗所に導かれて、自然光が屋内の照明として取り入れられる。
【００４５】
そして、集光装置２は、例えば夜間等に、制御部３２の受光素子が、発電した電力量に基づいて自然光の入射量が低下したことを検出して、制御部３２によって遮光部３１が遮光状態に切り換えられる。したがって、集光装置２によれば、遮光部３１によって光ファイバ１８の光路が遮られることで、屋内の照明光が光ファイバ１８を逆行して集光部１１が発光することが確実に防止されるため、照明光が屋外に漏れ出ることがない。
【００４６】
上述した集光装置２によれば、昼間、屋外が明るいときに太陽光を屋内に取り込むとともに、夜間、屋外が暗くなったときに、屋内の照明機器による照明光が光ファイバ１８を介して屋外に漏れ出ることを、自動的かつ他の電力源を必要とすることなく防止することが可能になる。したがって、この集光装置２によれば、屋内のプライバシーや防犯性を容易に確保することができ、集光性昆虫などによる被害も防ぐことが可能になる。
【００４７】
最後に、上述した集光装置１，２がそれぞれ採用された各種電子機器について図面を参照して簡単に説明する。
【００４８】
例えば図７に示すように、携帯型通信機３は、主面上に操作部３７が設けられた機器本体３５と、各種情報を表示する表示部３８が設けられた蓋体３６とを備えている。そして、この携帯型通信機３は、機器本体３５および蓋体３６の側面に沿って各集光部１１が配設された集光装置１を備えている。また、機器本体３５内には、図示しないが、通信回路部等に電力を供給する二次電池が設けられており、二次電池および通信回路部等に集光装置１の光発電部１３が電気的に接続されている。
【００４９】
以上のように構成された携帯型通信機３は、集光装置１の各集光部１１から自然光が入射することにより、光発電部１３の受光素子が発電した電力が二次電池に蓄電されて、二次電池の蓄電容量が補われる。また、携帯型通信機３は、例えば着信時や釦操作時等に、集光装置１の各集光部１１を所定の発光パターンで発光させる。なお、必要に応じて、携帯型通信機３は、集光装置１が発電した電力によって、例えば操作部３７の操作釦等を種々の発光パターンで発光させる構成にしてもよく、各種電飾効果が得られる。
【００５０】
この携帯型通信機３によれば、集光装置１を補助エネルギ源として利用することによって、二次電池の有限なエネルギ源を補うことができるため、動作時間を延長させることが可能になる。また、この携帯型通信機３によれば、各集光部１１を種々の発光パターンで発光させることにより、電飾効果を得ることができる。また、この携帯型通信機３によれば、小型化が図られた集光装置１を備えることにより、機器全体の小型化、軽量化を図ることが可能になる。
【００５１】
また、図示しないが、携帯型通信機３の表示部３８が、例えば透過型表示デバイスを使用している場合には、各光ファイバ１８の一部を、透過型表示デバイスの背面に導くことにより、表示部３８の発光パネル等の光源の一部に用いることが可能になり、発光パネルを小型化することが可能になる。更に、このような構成を採ったときには、使用環境周辺が明るい場合に、発光パネルの輝度も明るくさせるように制御しなければならないが、光ファイバ１８からの入射光量も増すので、発光パネルの輝度の制御、および周辺照度の測定デバイスが不要になる。
【００５２】
また、図８に示すように、集光器４は、集光装置２の各集光部１１を支持する半球状の支持体４１を備えている。集光装置２の制御部３２は、所定の個数の集光部１１に光ファイバ１８を介して連結されており、集光部１１によって集光された自然光の集光状態を、受光素子が発電した電力量に基づいて検出して、この電力量に応じて遮光部３１を遮光状態と透過状態とに切り換える。
【００５３】
以上のように構成された集光器４は、自然光を各集光部１１から各光ファイバ１８によって導き、複数の光ファイバ１８を束ねたケーブル４２を介して屋内等の暗所に自然光を導く。そして、この集光器４は、昼間、屋外が明るいときに太陽光を屋内に取り込むとともに、夜間、屋外が暗くなったときに、屋内の照明機器による照明光が光ファイバ１８を介して屋外に漏れ出ることを、自動的かつ他の電力源を必要とすることなく防止することができる。したがって、この集光器４によれば、屋内のプライバシーや防犯性を容易に確保することができる。
【００５４】
【発明の効果】
上述したように本発明に係る集光装置によれば、集光部によって集光された自然光を光発電部に導くための光ファイバを有する導光部を備えることによって、集光した自然光を光ファイバによって光発電部の一点に集中して照射することが可能になるため、光発電部の集積化と高効率化が図られ、装置全体の小型化が図られる。また、光源部を備えることにより、集光部を発光させることができる。
【００５５】
また、本発明に係る集光装置は、複数の集光部と、複数の集光部の各々に連結された複数の光ファイバを有する導光部とを備え、光源部が、複数の光ファイバを束ねた位置に対応して配置されることによって、光源部の集積化を図ることができる。
【００５６】
また、本発明に係る集光装置は、光源部が、複数の光ファイバを並列させて位置決めするための位置決め手段を有することによって、光源部に対して複数の光ファイバを高精度に位置決めすることができる。
【００５７】
また、本発明に係る集光装置が備える光源部は、複数の発光素子がマトリクス状に配置されて、行列の制御信号で制御されることによって、複数の発光素子を所望の発光パターンで発光させることができる。
【００５９】
また、本発明に係る携帯型電子機器によれば、本発明の集光装置を備えることによって、機器の小型化、軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る集光装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】発光部を示す斜視図である。
【図３】図２における前記発光部を示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】前記発光部を示す側面図である。
【図５】発光素子を説明するための模式図である。
【図６】参考形態の集光装置を模式的に示す斜視図である。
【図７】前記集光装置が適用された携帯型通信機を模式的に示す斜視図である。
【図８】前記参考形態の集光装置が適用された集光器を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２  集光装置
３  携帯型通信機
４  集光器
１１  集光部
１２  導光部
１３  光発電部
１４  光源部
１６  集光レンズ
１７  導光部材
１８  光ファイバ
１９  支持体
２１  発光素子
２２  基板
２４  位置決め用突起
２５  溝
３１  遮光部
３２  制御部
３５  機器本体
３６  蓋体
３７  操作部
３８  表示部
４１  支持体
４２  ケーブル
【図１】
0003952167.tif 000002
【図２】
0003952167.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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