(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入光面を平面視略円形の平坦面、出光面を集光曲面とし、平行な光束を上記入光面より入光させたとき、上記出光面からは集光点として１点に集束する光束を取り出す構造とした点集光レンズであって、
上記点集光レンズは、レンズの中心部を円形とし、かつその中心部から外周部の全体に亘って同心状に分割された複数の略扇形レンズセグメントを組み合わせて構成されており、
上記複数のレンズセグメントのそれぞれの集光曲面は、任意の点Ｋを含む微小区間における傾斜角度θ１ｋが、全反射の臨界角度よりも小さい、次の集光連立方程式（１）〜（３）
Ａｋ＝ｔａｎ−１（ｒｋ／ｄｋ）・・・（１）
Ｎ１ｓｉｎθ１ｋ＝Ｎ２ｓｉｎθ２ｋ  ・・・（２）
θ２ｋ−θ１ｋ＝Ａｋ            ・・・（３）
（ここに、Ａｋは出光面上の任意の点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ直線Ｚと、集光軸線Ｘとの成す角度、ｒｋは点Ｋから集光軸線Ｘに引いた水平線Ｙが直角に交わる点Ｏｋまでの距離、ｄｋは上記点Ｏｋから上記集光点Ｔまでの距離、Ｎ１はレンズの媒質の屈折率、Ｎ２はレンズの外側空間の屈折率、θ１ｋは点Ｋにおける光の入射角、すなわち点Ｋにおける出光面の上記水平線Ｙに対する傾斜角度、θ２ｋは点Ｋにおける屈折角を示している）の解を充たす形状に形成されていることを特徴とする点集光レンズ。
【請求項２】
入光面を平坦面、出光面を集光曲面とした同心状に分割された複数のレンズセグメントを、平坦面を入光面側にして中心部が周囲側よりも突出するようにして漸次段階状に結合させて、結合されたレンズの出光面側がドーム状に形成されており、平行な光束を上記入光面より入光させたとき、上記出光面からは集光点として１点に集束する光束を取り出す構造とした点集光レンズであって、
上記複数のレンズセグメントのそれぞれの集光曲面は、任意の点Ｋを含む微小区間における傾斜角度θ１ｋが、全反射の臨界角度よりも小さい、次の集光連立方程式（１）〜（３）
Ａｋ＝ｔａｎ−１（ｒｋ／ｄｋ）・・・（１）
Ｎ１ｓｉｎθ１ｋ＝Ｎ２ｓｉｎθ２ｋ  ・・・（２）
θ２ｋ−θ１ｋ＝Ａｋ            ・・・（３）
（ここに、Ａｋは出光面上の任意の点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ直線Ｚと、集光軸線Ｘとの成す角度、ｒｋは点Ｋから集光軸線Ｘに引いた水平線Ｙが直角に交わる点Ｏｋまでの距離、ｄｋは上記点Ｏｋから上記集光点Ｔまでの距離、Ｎ１はレンズの媒質の屈折率、Ｎ２はレンズの外側空間の屈折率、θ１ｋは点Ｋにおける光の入射角、すなわち点Ｋにおける出光面の上記水平線Ｙに対する傾斜角度、θ２ｋは点Ｋにおける屈折角を示している）の解を充たす形状に形成されていることを特徴とする点集光レンズ。
【請求項３】
入光面を平坦面、出光面を集光曲面とした同心状に分割された複数のレンズセグメントを、平坦面を入光面側にして面一になるように結合させて、全体としてフラット状に形成され、平行な光束を上記入光面より入光させたとき、上記出光面からは集光点として１点に集束する光束を取り出す構造とした点集光レンズであって、
上記複数のレンズセグメントのそれぞれの集光曲面は、任意の点Ｋを含む微小区間における傾斜角度θ１ｋが、全反射の臨界角度よりも小さい、次の集光連立方程式（１）〜（３）
Ａｋ＝ｔａｎ−１（ｒｋ／ｄｋ）・・・（１）
Ｎ１ｓｉｎθ１ｋ＝Ｎ２ｓｉｎθ２ｋ  ・・・（２）
θ２ｋ−θ１ｋ＝Ａｋ            ・・・（３）
（ここに、Ａｋは出光面上の任意の点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ直線Ｚと、集光軸線Ｘとの成す角度、ｒｋは点Ｋから集光軸線Ｘに引いた水平線Ｙが直角に交わる点Ｏｋまでの距離、ｄｋは上記点Ｏｋから上記集光点Ｔまでの距離、Ｎ１はレンズの媒質の屈折率、Ｎ２はレンズの外側空間の屈折率、θ１ｋは点Ｋにおける光の入射角、すなわち点Ｋにおける出光面の上記水平線Ｙに対する傾斜角度、θ２ｋは点Ｋにおける屈折角を示している）の解を充たす形状に形成されていることを特徴とする点集光レンズ。
【請求項４】
請求項２、３のいずれかに記載の点集光レンズと、この点集光レンズの集光点よりも手前に配設され、上記点集光レンズの上記集光曲面より出光された光束を平行光束に変化させる平行光束レンズとを備えて構成された太陽光集光装置であって、
上記点集光レンズは、その中心軸が太陽の中心軸と合致するように、太陽の移動に追尾して移動する構成とされ、
上記平行光束レンズは、
その入光面を、上記点集光レンズの集光点から距離の等しい球面に形成し、かつ
その出光面を、任意の点Ｋを含む微小区間における傾斜角度θ２ｋが、全反射の臨界角度よりも小さい、次の集光連立方程式（１）〜（３）
Ａｋ＝ｔａｎ−１（ｒｋ／ｄｋ）・・・（１）
Ｎ１ｓｉｎθ１ｋ＝Ｎ２ｓｉｎθ２ｋ  ・・・（２）
θ２ｋ−θ１ｋ＝Ａｋ            ・・・（３）
（ここに、Ａｋは出光面上の任意の点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ直線Ｚと、集光軸線Ｘとの成す角度、ｒｋは点Ｋから集光軸線Ｘに引いた水平線Ｙが直角に交わる点Ｏｋまでの距離、ｄｋは上記点Ｏｋから上記集光点Ｔまでの距離、Ｎ１はレンズの媒質の屈折率、Ｎ２はレンズの外側空間の屈折率、θ１ｋは点Ｋにおける光の入射角、すなわち点Ｋにおける出光面の上記水平線Ｙに対する傾斜角度、θ２ｋは点Ｋにおける屈折角を示している）の解を充たすようにして、レンズの中心部から外周部の全体に亘って形成していることを特徴とする太陽光集光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば太陽集光炉等に好適に使用される新規な構造の点集光レンズ、及びその集光レンズを用いた太陽光集光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光を集光させて、光エネルギーを取り出す太陽集光炉としては、反射型、直達型など種々のタイプのものが提案されている。反射鏡を利用した反射型の太陽炉は、エネルギーロスが多い上に、光エネルギーの集光点での作業が困難であり、また太陽の追尾制御も困難で、設備自体も大係りとなり、莫大な設備コストがかかるなどの問題点を有している。
【０００３】
そこで、本発明者は、光学レンズを用いて、太陽光を１点に集光させて利用する方法を種々検討したが、従来の凸レンズを使用する方法では、凸レンズ自体が構造上、上下対称の凸状曲面を有しているために入光に対する反射率が高く、入光の透過効率が悪くなるという欠点に加えて、焦点にバラツキがあり、理論通り１点に集まらないという欠点があった。
【０００４】
また、このような凸レンズを用いた方法では、太陽光を広い範囲にわたって入光させようとすれば、凸レンズの形状から大径となり、そのため中央部が分厚くなってしまい、強度の面からいっても実際の使用はできないものになってしまう。
【０００５】
そこで、このような問題点を解決するため、特開昭６２−２２５８５１号には、凸レンズの入光面を反射率の少ない平坦にして、凸レンズの肉圧を薄肉にした複数の扇型切片を同心円状に接合させて、大径のレンズを形成して、太陽光を集束する方法が提案されているが、やはり凸レンズの焦点に太陽光を集束するものであるために焦点のバラツキが無視できず、太陽光を１点に集光させて熱エネルギーとして取り出すには充分なものとはいえなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、入光線の透過効率が良く、エネルギーロスが殆どなく、大径のものでも容易に作製でき、入光した光束を従来には存在しなかった集光点（従来の焦点ではなく、計算によって定めた点）に正確に集めることができる新規な構造の点集光レンズ、この新規な構造の点集光レンズを用いて構成された太陽光集光装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために提案された本発明は、次のような構造上の特徴を備えている。
【０００８】
請求項１の点集光レンズは、入光面を平面視略円形の平坦面、出光面を集光曲面とし、平行な光束を上記入光面より入光させたとき、出光面からは集光点として１点に集束する光束を取り出す構造とした点集光レンズであって、点集光レンズは、レンズの中心部を円形とし、かつその中心部から外周部の全体に亘って同心状に分割された複数の略扇形レンズセグメントを組み合わせて構成されており、レンズセグメントのそれぞれの集光曲面は、任意の点Ｋを含む微小区間における傾斜角度θ１ｋが、全反射の臨界角度よりも小さい、次の集光連立方程式（１）〜（３）の解を充たす形状に形成されていることを特徴とする。
Ａｋ＝ｔａｎ−１（ｒｋ／ｄｋ）・・・（１）
Ｎ１ｓｉｎθ１ｋ＝Ｎ２ｓｉｎθ２ｋ  ・・・（２）
θ２ｋ−θ１ｋ＝Ａｋ            ・・・（３）
【０００９】
ここに、Ａｋは出光面上の任意の点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ直線Ｚと、集光軸線Ｘとの成す角度、ｒｋは点Ｋから集光軸線Ｘに引いた水平線Ｙが直角に交わる点Ｏｋまでの距離、ｄｋは上記点Ｏｋから上記集光点Ｔまでの距離、Ｎ１はレンズの媒質の屈折率、Ｎ２はレンズの外側空間の屈折率、θ１ｋは点Ｋにおける光の入射角、すなわち点Ｋにおける出光面の上記水平線Ｙに対する傾斜角度、θ２ｋは点Ｋにおける屈折角を示している（図１〜図４参照）。
【００１０】
請求項２の点集光レンズは、媒質の入光面を平坦面とし、請求項１と同様にして集光連立方程式によって求められる傾斜角度を、レンズの中心部から外側に向かう微小区間の全体に亘って連続形成された、媒質の出光面を集光曲面とした同心状に分割された複数のレンズセグメントを、平坦面を入光側にして中心部が周囲よりも突出するようにして漸次段階状に結合させて、全体としてドーム状に形成されている。
【００１１】
請求項３の点集光レンズは、媒質の入光面を平坦面とし、請求項１と同様にして集光連立方程式によって求められる傾斜角度を、レンズの中心部から外側に向かう微小区間に連続的に形成した、媒質からの出光面を集光曲面とした同心状に分割された複数のレンズセグメントの各々を、平坦面を入光側にして面一になるように結合させて、全体としてフラット状に形成されている。
【００１２】
請求項４の太陽光集光装置は、請求項１〜３のいずれかで提案された新規な構造の点集光レンズと、本発明者によって案出された、新規な構造の平行光束レンズとを組み合わせて構成されており、上記点集光レンズは、その中心軸が太陽の中心軸と合致するように、太陽の移動に追尾して移動する構成とされ、上記平行光束レンズは、その入光面を、上記点集光レンズの集光点から距離の等しい球面として形成し、かつ出光面を、任意の微小区間における傾斜角度が、全反射の臨界角度よりも小さい、上記点集光レンズと同様の集光連立方程式の解を充たすように連続的に形成されている。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、平行光束をレンズ入光面より入光させると、平行光束はレンズの入光面に対して直角に入光するため反射率は殆どなくレンズ内を直進し、レンズ出光面に至るが、この出光面は集光曲面となっているので、出光面より出た光束は、１点（従来の焦点ではない集光点）に集光する。
【００１４】
この集光曲面は、全反射の臨界角度よりも小さい次のような集光方程式（１）〜（３）を充す傾斜角度を有した出光面を連続して形成した構造になっている。図１において、点集光レンズＬの中心を通り入光面Ｎに対して直角に引かれる垂線となる集光軸線Ｘと、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点Ｋから入光面Ｎと平行に引かれる水平線Ｙが集光軸線Ｘと直角に交わる交点をＯKとし、点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ線Ｚと集光軸線Ｘとの成す角度をＡKとすると、図３に示すような関係が成り立つ。
【００１５】
点ＯKと点Ｋの間の半径距離をｒk、点ＯKと集光点Ｔとの焦点距離をｄkとすると、半径距離ｒkと焦点距離ｄkと角度Ａkとの間には次の関係式が成り立つ。
【００１６】
ＡK＝ｔａｎ-1（ｒk／ｄk） ・・・（１）
図４は、出光面Ｓ上の任意の点Ｋについての集光曲面の傾斜角度θｘｋを求めるための説明図であるが、スネルの法則より光の通る媒体（ここでは、レンズと空気）の屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角をθ１ｋ、屈折角θ２ｋとすると、次の関係式が成り立つことが知られている。
【００１７】
Ｎ１ｓｉｎθ１ｋ＝Ｎ２ｓｉｎθ２ｋ、ここでレンズをガラスとして、その屈折率をＮ１＝１．４９、空気の屈折率をＮ２＝１として任意の点Ｋに当てはめると、
１．４９ｓｉｎθ１k＝ｓｉｎθ２k ・・・（２）となる。
【００１８】
また幾何学的に解析すると、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点Ｋでは、次の関係式が成り立つ。
【００１９】
θ２k−θ１ｋ＝Ａk ・・・（３）
ここに、上記（１）、（２）、（３）を集光連立方程式と呼ぶ。
【００２０】
以上のことより、光学理論上、入光面よりこの面に直角に入光した全ての光束は、レンズ内での吸収分を除けば、反射成分は殆どなくスネルの法則を満足する屈折角θ２ｋを充す光路に従って集光点Ｔと呼ばれる１点に集中する。
【００２１】
ここに、集光曲面は、上述のように焦点を有する従来の凸レンズとは異なり、その曲面は集光連立方程式を充す傾斜角度θｘｋを連続的に形成した出光面として定義される。
【００２２】
請求項２〜３においては、入光面を平坦面とし、出光面を集光曲面としたレンズセグメントを結合させて点集光レンズを形成しているため集光レンズを肉薄とすることができ、従って従来は不可能と考えられていた大径の集光レンズが形成され、請求項４における太陽光集光装置を現実のものと出来る。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明に係る点集光レンズについて、図面を参照しながらその原理および実施例を説明する。図１は本発明に係る点集光レンズの原理を説明する断面正面図、図２はその点集光レンズの平面図である。
【００２４】
この点集光レンズＬは、入光面Ｎを面一に略円形の平坦な面とし、出光面Ｓを集光曲面としている。この集光曲面は、全反射の臨界角度よりも小さい次のような集光連立方程式を充す傾斜角度を連続して形成している。
このような形状の点集光レンズＬを平凸レンズと呼ぶ。点集光レンズＬの中心を通り、入光面Ｎに対して直角に引かれる集光軸線Ｘと、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点Ｋから入光面Ｎと平行に引かれる水平線Ｙとが直角に交わる交点をＯKとし、点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ線Ｚと集光軸線Ｘとの成す角度Ａｋとすると、図３に示すような関係が成り立つ。
【００２５】
すなわち、点ＯKと点Ｋの間の半径距離をｒk、点ＯKと集光点Ｔとの焦点距離をｄkとすると、半径距離ｒkと焦点距離ｄkと角度Ａkとの間には次の関係式が成り立つ。
ＡK＝ｔａｎ-1（ｒk／ｄk） ・・・（１）
従って、集光曲面（出光面Ｓ）上の中心と、それ以外の任意の点をｎ個とれば、集光面は次のようになる。
【００２６】
Ａ0＝ｔａｎ-1（ｒ0／ｄ0）
Ａ1＝ｔａｎ-1（ｒ1／ｄ1）
・  ・  ・
Ａk＝ｔａｎ-1（ｒk／ｄk）
・  ・  ・
Ａn＝ｔａｎ-1（ｒn／ｄn）
図４は、出光面Ｓ上の任意の点Ｋについて、出光面Ｓkの傾斜角度をθｘｋとした場合の説明図である。
【００２７】
スネルの法則より光の通る媒体（ここでは、レンズと空気）の屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角をθ１、屈折角をθ２とすると、次の関係式が成り立つことが知られている。
【００２８】
Ｎ１ｓｉｎθ１＝Ｎ２ｓｉｎθ２、
ここでレンズをガラスとしてその屈折率をＮ１＝１．４９、空気の屈折率をＮ２＝１として任意の点Ｋを含む微小区間に当てはめると、
１．４９ｓｉｎθ１k＝ｓｉｎθ２k ・・・（２）となる。
従って、集光曲面（出光面Ｓ）上に、任意の点をｎ個とれば、次のようになる。
【００２９】
１．４９ｓｉｎθ１0＝ｓｉｎθ２0
１．４９ｓｉｎθ１1＝ｓｉｎθ２1
・・１．４９ｓｉｎθ１k＝ｓｉｎθ２k
・・１．４９ｓｉｎθ１n＝ｓｉｎθ２n
また幾何学的に解析すると、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点Ｋについて、次の関係式が成り立つ。
【００３０】
θ２k−θ１k＝Ａk ・・・（３）
したがって、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点をｎ個とれば、次のようになる。
【００３１】
θ２0−θ１0＝Ａ0＝ｔａｎ-1（ｒ0／ｄ0）
θ２1−θ１1＝Ａ1＝ｔａｎ-1（ｒ1／ｄ1）
・・θ２k−θ１k＝Ａk＝ｔａｎ-1（ｒk／ｄk）
・・θ２n−θ１n＝Ａn＝ｔａｎ-1（ｒn／ｄn）
ここに、上記連立方程式（１）、（２）、（３）を集光方程式と呼ぶ。
【００３２】
任意の点Ｋでの求める水平線とレンズ面Ｓkとの成す角度をθｘkとすると、これが、レンズの出光面における傾斜角度となるが、
図４より幾何学的に解析すると、θｘk＝θ１kとなる。  ・・・（４）
従って、上記任意の点Ｋにおいて、上記集光連立方程式（１）〜（３）をθ１kについて解けば、（４）より任意の点Ｋにおける水平線とレンズ面Ｓkとの成す角度θｘkを求めることが出来る。
【００３３】
次に、例えば太陽光集光装置等に使用される大径（直径約２２ｍを想定している）の本発明に係る点集光レンズの一実施例について説明する。
【００３４】
図５は、本発明に係るいわゆるドーム状の点集光レンズＬの一実施例を示す断面正面図、図６は、このドーム状の点集光レンズＬの平面図である。このドーム状点集光レンズＬは、平面視蜘蛛の巣形状、正面視ドーム状段階断面形状のフレームＦ...と、このフレームＦ...の下部に装着される円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...とから成る点集光レンズ本体Ｈと、を備えている。
【００３５】
点集光レンズ本体Ｈは、入光面Ｎ...を平坦面とし、出光面Ｓ...を集光曲面とした同心状に分割された円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...を、平坦面を入光面側にして、中心部が周囲よりも突出するようにして漸次段階状に結合させて、全体としてドーム状に形成されている。この複数の略扇形レンズセグメントＬ１...は点集光レンズ本体Ｈの中心から外側にいくほど分厚くなる傾向がある。
【００３６】
フレームＦ...は金属で作製されており、例えばチタン合金、鋼鉄等が用いられるが、耐久性、比重及び防錆性の面からチタン合金等が好ましい。円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...の各々は上述の集光方程式で求められた集光曲面で出光面Ｓ...が形成されており、太陽光線等の平行光束はレンズ入光面Ｎ...より入光されるとレンズ内を透過し、出光面Ｓ...より出た光束は集光点Ｔに集光される。
【００３７】
図７は、集光点Ｔを点集光レンズＬの中心軸上より偏在させたドーム状の点集光レンズＬの具体例を示す断面正面図である。点集光レンズＬの集光曲面（出光面Ｓ）は上述の集光連立方程式を解いて求めたものであるため、集光点Ｔを図７のように遍在させることもできる。即ち、集光点Ｔを予め設定し、出光面Ｓからの出光線を集光点Ｔに集めるように集光曲面（出光面Ｓ）を集光連立方程式を解いて求めたレンズ面の水平線に対する角度に形成すればよい。これにより、集光点Ｔを集光連立方程式の成り立つ任意の位置に定めることが出来る。
【００３８】
図８は、本発明に係るいわゆるフラット状の点集光レンズＬの一実施例を示す断面正面図である。このフラット状点集光レンズＬは、平面視蜘蛛の巣形状、正面視フラット形断面形状のフレームＦ...と、このフレームＦ...の下部に装着される円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...とから成る点集光レンズ本体Ｈと、を備えている。フレームＦ...の材質は上述のドーム状点集光レンズと同様にチタン合金等が好ましい。
【００３９】
点集光レンズ本体Ｈは、入光面Ｎ...を平坦面とし、出光面Ｓ...を集光曲面とした同心状に分割された円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...の各々を、平坦面を入光側にして面一になるように結合させて、全体としてフラット状に形成されている。複数の略扇形レンズセグメントＬ１...は、点集光レンズ本体Ｈの外側にいくほど分厚くなる傾向がある。
【００４０】
このフラット板状点集光レンズＬも、ドーム状点集光レンズＬと同様、円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...の各々は上述の集光方程式で求められた集光曲面で出光面Ｓ...が形成されており、太陽光線等の平行光束はレンズ入光面Ｎ...より入光されるとレンズ内を透過し、出光面Ｓ...より出た光束は集光点Ｔに集光される。
【００４１】
図９は、上述のいわゆるドーム状の点集光レンズＬを太陽光集光装置に集光手段として使用した具体例を示す要部断面正面図である。この太陽光集光装置は、上記ドーム状の点集光レンズＬと、点集光レンズＬを所定の位置に装着する支持部材１０と、この支持部材１０の下部をその上部に連結する支柱２０と、上記点集光レンズＬの集光曲面（出光面Ｓ）から出光された光線を平行な光束（断面円形）に変えるための本発明者によって別に提案された平行光束レンズＬ１０と、集光曲面（出光面Ｓ）を有する小径の本発明の点集光レンズＬ１１と、小径の平行光束レンズＬ１２と、平行光束を反射して方向を変えるミラーＭと、集光曲面（出光面Ｓ）を有する小径の点集光レンズＬ１３とを備えている。
【００４２】
ドーム状の点集光レンズＬは、上述のように構成されており、円形レンズセグメントＬ０と複数の略扇形レンズセグメントＬ１...は各々大形となるので比較的比重の小さい有機レンズ（例えば、樹脂、プラスチック等）で形成される。例えばメタクリル樹脂であるパラグラス（商品名）等で形成してもよい。平行光束レンズＬ１０は、点集光レンズＬによって集められた光線を集光点Ｔの手前で入光し、平行な光束とするためのものであるが、高熱がかかるため、無機レンズ（例えばガラス等）で形成されるのが好ましい。ここで、この平行光束レンズをその形状から円凹レンズと呼ぶ。
【００４３】
本発明の小径の点集光レンズＬ１１と小径の平行光束レンズＬ１２は、上記平行光束を更に絞って細くするためのものである。この点集光レンズＬ１１も高熱がかかるため無機レンズ（例えばガラスやパイレックス（登録商標）等）として形成されるのが好ましく、更に小径の平行光束レンズＬ１２は石英や水晶で形成されるのが好ましい。
【００４４】
ミラーＭは平行光束レンズＬ１０からの平行光束を他の方向へ反射させるためのもので、小径の点集光レンズＬ１３はその光束を更に絞って利用するためのものである。このようにミラーＭを使って、集光した光線をいろいろな角度に反射させ、いろいろな用途に利用できる。Ｃは、入光線を制限するためと、塵とかほこりによる入光面Ｎ...の汚れを防ぐためのカーテンである。
【００４５】
太陽光線を集光する際は、太陽光集光装置の点集光レンズＬの入光面Ｎ...は常に太陽の中心軸と集光レンズＬの中心軸が合致するように、即ち太陽光集光装置は太陽を追尾するように構成されている。従って太陽光は、点集光レンズＬの入光面Ｎ...に対して垂直に点集光レンズＬ内に入光し、集光曲面（出光面Ｓ）から出光され集光点Ｔに集まる。
【００４６】
この光束を集光点Ｔの手前で、平行光束レンズＬ１０によって平行光束に変化させる。この平行光束レンズＬ１０の出光面Ｓも集光曲面のようにして算出された面である。図１０は、平行光束レンズＬ１０の出光面Ｓ上の任意の点Ｋでのレンズ光出光面Ｓk の角度を求めるための説明図である。
【００４７】
平行光束レンズＬ１０は、中心（点集光レンズＬの集光点Ｔ）から距離の等しい球面を入光面Ｎとし、この入光面Ｎより球面の中心に向けて入光させた光束を平行光束として取り出すようにしたものである。入光面Ｎは入射光線を直角に入光するように形成されている。従って、この出光面Ｓ上の任意の点Ｋにおいても上述の集光連立方程式が成り立つ。
【００４８】
即ち、ＡK＝ｔａｎ-1（ｒk／ｄk）
・・・１．４９ｓｉｎθ１k＝ｓｉｎθ２k
・・・θ２k−θ１k＝Ａk ・・・（３）の集光連立方程式が成り立つ。
【００４９】
ここに、任意の点Ｋでの求める水平線とレンズ面Ｓk との成す角度をθｘk とすると、幾何学的に解析すれば、θｘk＝θ２kとなる。
従って、集光連立方程式（１）〜（３）をθ２kについて解けば、（４）より、任意の点Ｋでの水平線とレンズ面Ｓk との成す角度θｘk を求めることが出来る。
【００５０】
図１１は、点集光レンズＬ１と平行光束レンズＬ１０との関係を模式的に表した説明図である。点集光レンズＬ１の入光面Ｎに入光した光線は、レンズＬ１内を透過し、出光面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から所定の角度で屈折出光され、平行光束レンズＬ１０の入光面Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に各々直角に入光する。そしてレンズＬ１０内を透過し出光面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から所定の角度で屈折出光され、平行な光束となる。
【００５１】
尚、本発明は上述の実施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更自由である。尚、本実施例では点集光レンズＬを平面視円形の垂線Ｘを中心軸とした回転体としているが、形状はこれに限定されず、例えば、点集光レンズＬを平面視楕円形または平面視多角形としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の点集光レンズによれば、以下に示す効果を奏する。
【００５３】
請求項１〜３の点集光レンズによれば、媒質の入光面で入光線を反射するということが殆どなく、入光線の透過効率が良く、エネルギーのロスが小さい状態で入光線が点集光レンズ内を透過でき、更に入光した光束はスネルの法則によって定まる光路に向かわせることができるため、１点の集光点に正確に集めることができる。
【００５４】
また、これらの点集光レンズによれば、薄肉に形成された複数のレンズセグメントを組み合わせた、大径で薄型、軽量な点集光レンズを作製することが出来る。
【００５５】
請求項４に記載の太陽光集光装置によれば、薄肉に形成された複数のレンズセグメントを組み合わせた、大径で薄型、軽量な点集光レンズを備えた、エネルギーロスがなく、クリーンな太陽集光炉が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る点集光レンズの原理を説明する縦断面正面図である。
【図２】  本発明に係る点集光レンズの原理を説明する平面図である。
【図３】  出光面（集光曲面）上の任意の点と集光点との関係を示す説明図である。
【図４】  出光面（集光曲面）上の任意の点についての出光面の傾斜角度を求めるための説明図である。
【図５】  本発明に係るドーム状の点集光レンズの一実施例を示す縦断面正面図である。
【図６】  本発明に係るドーム状の点集光レンズの一実施例を示す平面図である。
【図７】  本発明に係るドーム状の点集光レンズの集光点を偏在させた具体例を示す断面正面図である。
【図８】  本発明に係るフラット状の点集光レンズの一実施例を示す縦断面正面図である。
【図９】  ドーム状の点集光レンズを備えた太陽光集光装置の要部断面正面図である。
【図１０】  本発明の平行光束レンズの出光面上の任意の点についての出光面の傾斜角度を求めるための説明図である。
【図１１】  点集光レンズと平行光束レンズとの関係を模式的に表した説明図である。
【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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