JP2002267997A - ファーバーレンズ及び太陽光集光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ファイバーとレンズと光源の中心位置が少し
ずれても、光ファイバー内に光を取り入れることがで
き、レンズから光ファイバーへ光が入るときに光量の損
失をほとんどなくし、効率よく太陽光を取り入れる事が
出来る、光ファイバーレンズ及び、太陽光集光装置を提
供する。 【解決手段】焦点の短いレンズＡ１１のレンズＡの焦点
位置０１に光ファイバー２０の一端を設けたことを特徴
とする光ファイバーレンズを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光が届かない場所
（たとえば家の北に位置する部屋、ビルの事務所、池や
水槽等の水の中等）に太陽光を取り入れ明るくするため
の光ファイバーレンズ及び太陽光集光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、光ファイバーに多くの太陽光を入
れるためにレンズを使うことが多い。その多くは焦点が
長いため光ファイバーとレンズと光源のそれぞれの中心
位置が少しでもずれると、集光する位置が中心から大き
くずれ、光ファイバー内に光を取り入れることができな
くなる。また、レンズと光ファイバーの間に空間がある
ため、レンズから光ファイバーへ入射する光量が損失す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決するためになされたものである。光ファイバーとレン
ズと光源の中心位置が少しずれても、光ファイバー内に
光を取り入れることができ、レンズから光ファイバーへ
光が入るときに光量の損失をほとんどなくし、効率よく
太陽光を取り入れる事が出来る、光ファイバーレンズ及
び、太陽光集光装置を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光ファ
イバーレンズ（以下本発明１と言う）は、焦点の短いレ
ンズの焦点位置に光ファイバーの一端を設けたことを特
徴とする。

【０００５】請求項２に記載の光ファイバーレンズ（以
下本発明２と言う）は、焦点の位置がレンズ内部又はレ
ンズ面にあるレンズにおいて、焦点位置でレンズと光フ
ァイバーを接続することを特徴とする。

【０００６】請求項３に記載の光ファイバーレンズ（以
下本発明３と言う）は、本発明１又は本発明２の光ファ
イバーレンズを２つ以上設置することを特徴とする。

【０００７】請求項４に記載の太陽光集光装置（以下本
発明４と言う）は、本発明１又は本発明２又は本発明３
のいずれかの光ファイバーレンズを用いて、太陽を追尾
させたことを特徴とする。

【０００８】本発明で言うレンズとは通常の球面レン
ズ、非球面レンズ、フレネルレンズ等光を集光すること
ができるものである。レンズの材質はプラスチック、ガ
ラス、石英等光学材料として一般に使われている材質で
ある。本発明で言う光ファイバーとはコアとクラッドが
あり、光を伝送することのできる光ファイバーである。
光ファイバーの材質はプラスチック、ガラス、石英等光
学材料として一般に使われている材質である。

【０００９】本発明1で言う焦点の短いレンズとは、焦
点距離が５ｍｍから９０ｍｍのレンズである。

【００１０】本発明２で言う焦点の位置がレンズ内部又
はレンズ面にあるレンズとは、平行光をレンズに入射し
た時に焦点の位置がレンズの内部又は、レンズの端面に
位置するようなレンズである。本発明２で言う接続と
は、光ファイバーを溶融し、レンズと光ファイバーの間
に隙間ができないような接続、レンズと光ファイバーを
レンズと光ファイバーの屈折率と同程度の屈折率を持っ
た接着剤を使用する接続、レンズと光ファイバーを冶具
で固定しレンズと光ファイバーの間にレンズ又は光ファ
イバーの屈折率と同程度の屈折率を持った液体で隙間が
できないようにする接続等を言う。

【００１１】本発明４で言う太陽を追尾させるとは、光
センサーで太陽の方向を測定し、モーター駆動によって
太陽の方向に光ファイバーレンズを向けることである。
たとえば、光センサーは、浜松ホトニクス社製２次元Ｐ
ＳＤ型番Ｓ１８８１や浜松ホトニクス社製シリコンホト
ダイオードＳ２３８６−８Ｋ等がある。モータはオリン
パスのＤＣモーターやオリエンタルモーターのＤＣモー
ター型番HBL210K-A等がある

【００１２】本発明１の構成を図１を用いて説明する。
図１はレンズＡ１１とレンズＡの焦点位置０１にある光
ファイバー２０の断面図である。光ファイバー２０に光
を入射させるために焦点距離の短いレンズＡの焦点位置
０１に光ファイバー２０を設置する。設置する方法は、
一例として図7に示すような一方が閉じた固定用筒を使
用する。前記固定用筒の閉じた部分には光ファイバーが
通る穴がある。固定用筒の他の一方の内側にレンズをね
じや接着剤等で固定し、レンズＡの焦点位置０１に、固
定用筒の穴を通った光ファイバーの一端がくるように光
ファイバーをねじや接着剤等で固定する。また、図では
示していないが、１つ以上の指示棒によってレンズと光
ファイバーをねじや接着剤等で固定する等の方法があ
る。

【００１３】レンズの焦点が短いため、光ファイバー２
０とレンズＡ１１と光源のそれぞれの中心位置がわずか
にずれてもレンズＡ１１を通った光は、焦点位置のずれ
が少なく光ファイバー２０内に入射することができる。
また、焦点が短いレンズはレンズの大きさが小さいた
め、１つのレンズでは焦点位置で集光した光による熱の
影響を受けにくい。

【００１４】本発明２の構成を図２を用いて説明する。
図２はレンズＢ１２とレンズＢの焦点位置０２にある光
ファイバー２０の断面図である。光ファイバー２０に光
を入射させるためにレンズＢの焦点位置０２がレンズ内
部又はレンズ面にあるレンズＢ１２（図２では焦点位置
がレンズ内部にある場合を示す）に光ファイバー２０を
挿入しレンズに接続することを特徴とする。光ファイバ
ー２０を接続する方法は光ファイバーを高温に加熱し溶
かして接続する方法、光ファイバーがプラスチックの場
合は、溶剤を使って光ファイバーを溶かす方法、接着剤
を使って接続する方法、冶具を使って接続する方法があ
る。いずれの方法もレンズと光ファイバーの間に空間が
できないようにする。

【００１５】レンズＢ１２と光ファイバー２０の間に空
間がないため、レンズＢ１２から光ファイバー２０へ入
射する光量の損失がなくなり光量の伝達の効率が上が
る。

【００１６】本発明３の構成を図３を用いて説明する。
図３は一例としてレンズＣ１３とレンズＣの焦点位置０
３にある光ファイバー２０（７つ並べたレンズのうち３
つが直列に並んだ部分）の断面図である。レンズＣ１３
はレンズＢを並べたレンズである。図４は本発明３の一
例として7個の円形状のレンズを並べたレンズＣ１３を
レンズ側から見た図である。図５は本発明３の他の一例
として7個の四角形状のレンズを並べたレンズＤ１４を
レンズ側から見た図である。図４及び図５のレンズは１
つ１つを並べても良い。また、それぞれ並べられたレン
ズの面を１つのブロックとしても良い。図には示してい
ないが、レンズを１つ１つ並べた場合、外周にレンズを
止めるための外の止め具がつけてある。

【００１７】レンズと光ファイバーを２つ以上並べるこ
とによって、多くの太陽光を一度に得ることが出来る。

【００１８】本発明４の構成を図６の斜視図を用いて説
明する。太陽を追尾させる機構として、１つのブロック
として並べられたレンズＣ１３をねじや接着剤等を使っ
て外の止め具４１に固定する。外の止め具は上下方向の
角度を変えるモーターＡ３１を備えている。前記の外の
止め具４１及びモーターＡ３１をねじや接着剤等を使っ
て支柱Ｂ４２に固定する。支柱４２は台４３に固定され
ている。前記台４３は台４３を回転させるモーターＢ３
２を備えている。また、前記外の止め具には、光の強度
を測定する素子を使って、太陽の方向を検知するセンサ
ー５０を備えてられている。

【００１９】太陽の方向を検知し太陽を追尾する事によ
って、絶えず太陽光を効率よく取り入れることが可能と
なる。

【００２０】

【発明の実施の形態】

【実施例１】以下本発明１の実施の形態の一例を斜視図
を用いて示す。図７を用いて本発明１の実施形態の例を
説明する。図７に示すように、本発明１は光りを集光す
る非球面レンズＥ１５と光りを伝達するプラスチック光
ファイバー２１と固定用筒６０で構成されている。非球
面レンズＥ１５は直径２０ｍｍ、焦点距離は２０ｍｍ
で、焦点位置は非球面レンズＥ１５の焦点距離２０ｍｍ
の位置にある。また、非球面レンズＥ１５の材質はプラ
スチックである。固定用筒６０の一端は非球面レンズが
取り付けられるように加工し、他の一方はプラスチック
光ファイバーが取り付けられるように加工した。前記固
定用筒６０の一端に非球面レンズＥ１５を接着剤で固定
し、他の一端にプラスチック光ファイバーを接着剤で固
定した。プラスチック光ファイバー２１はコアの直径
１．０ｍｍのプラスチック光ファイバーを使用した。光
ファイバー２０の一端（光りが入射する面）はレンズの
焦点位置で固定した。

【００２１】非球面レンズＥ１５の中心線から太陽の方
向が１．４度傾いた場合、プラスチック光ファイバー２
１の光りが入射する面での位置のずれの計算は、２０×
ｔａｎ（１．４）＝０．４９（ｍｍ）となる。プラスチ
ック光ファイバー２１のコアの半径は０．５ｍｍである
ので、レンズの中心線から太陽の方向が１．４度傾いた
場合でも、非球面レンズＥ１５で集光された光りはプラ
スチック光ファイバー２１内へ入る。実際に、レンズの
中心線から太陽の方向が傾いた場合でも、焦点距離が短
いため、プラスチック光ファイバー２１に光りを入射さ
せることができた。

【００２２】

【実施例２】以下本発明２の実施の形態の一例を図を斜
視図を用いて示す。図８を用いて本発明２の実施形態の
例を説明する。図８に示すように、本発明２は光りを集
光する非球面レンズＦ１６と光りを伝達するプラスチッ
ク光ファイバー２１で構成されている。非球面レンズＦ
１６は直径２０ｍｍで焦点距離は２０ｍｍである。非球
面レンズＦ１６の焦点位置は非球面レンズＦ１６の焦点
距離２０ｍｍの位置にあるため、レンズの内部に焦点位
置がある。また、非球面レンズＦ１６の材質はプラスチ
ックである。光ファイバー２１は実施例１で用いたプラ
スチック光ファイバー２１と同様のものを用いる。非球
面レンズＦ１６とプラスチック光ファイバー２１は隙間
ができないように接着剤で固定した。接着剤は屈折率が
プラスチックと同程度のものを使用した。プラスチック
光ファイバー２１の一端（光りが入射する面）はのレン
ズの焦点位置で固定した。

【００２３】非球面レンズＦ１６とプラスチック光ファ
イバー２１の間は隙間がなく同じ屈折率の接着剤で埋め
た。そのため、非球面レンズＦ１６とプラスチック光フ
ァイバー２１の間に空間がある場合の光量の損失に比
べ、非球面レンズＦ１６とプラスチック光ファイバー２
１の間に空間がない場合は、空間での光量の損失が認め
られなかった。また、非球面レンズＦ１６とプラスチッ
ク光ファイバー２１の温度の上昇は認められなかった。
そして、レンズの中心線から太陽の方向が傾いた場合で
も、焦点距離が短いため、プラスチック光ファイバー２
１に光りを入射させることができた。

【００２４】

【実施例３】以下本発明３の実施の形態の一例を斜視図
を用いて示す。図９を用いて本発明３の実施形態の例を
説明する。図９に示すように、本発明３は光りを集光す
る非球面レンズＧ１７と光りを伝達するプラスチック光
ファイバー２１で構成されている。非球面レンズＧ１７
は実施例３で用いた非球面レンズＦ１６を７個平行に、
この図では表示していないが外の止め具４１を用いて１
つにまとめた（１つのブロック）レンズである。それぞ
れのプラスチック光ファイバー２１の一端（光りが入射
する面）はそれぞれの非球面レンズＦ１６の焦点位置で
固定した。非球面レンズＦ１６とプラスチック光ファイ
バー２１は隙間ができないように接着剤で固定した。

【００２５】非球面レンズＦ１６とプラスチック光ファ
イバー２１を７つ隙間なく平行に設置した事によって、
７倍の面積を持つ１つのレンズと同じ光量を得る事がで
きた。そして、焦点距離が短いため、レンズの中心線か
ら太陽の方向が傾いた場合でも、プラスチック光ファイ
バー２１に光りを入射させることができた。また、レン
ズＧ１７とプラスチック光ファイバー２１の間は隙間が
なく同じ屈折率の接着剤で埋めたため、レンズＧ１７と
プラスチック光ファイバー２１の間では光量の損失が認
められなかった。

【００２６】

【実施例４】以下本発明４の実施の形態の一例を斜視図
を用いて示す。図６を用いて本発明４の実施形態の例を
説明する。図６に示すように、本発明３は光りを集光す
るレンズＣ１３、光りを伝達する光ファイバー２０、レ
ンズＣ１３の上下方向の角度を変えるモーターＡ３１、
レンズＣ１３を固定する外の止め具４１、モーターＡ３
１と外の止め具４１を固定する支柱４２、支柱を乗せた
台４３、支柱を乗せた台４３を回転させるモーターＢ３
２、太陽の方向を検知するセンサー５０で構成されてい
る。

【００２７】センサーは表示にはないがコントローラー
を内蔵しており、センサーの信号でモーターＡ３１及び
モーターＢ３２を駆動させ太陽の方向にレンズを向ける
事ができる。

【００２８】レンズＣ１３は前記実施例３で用いたをレ
ンズＧ１８を使用した。支柱４２にモータ３１をねじで
固定し、モーター３１の回転する軸にレンズＣ１３の外
の止め具４１をねじで固定した。支柱４２は台４３にね
じで固定した。前記台４３の中心にモーターＢ３２の軸
をねじで固定した。このため、モーターＡ３１でレンズ
Ｃ１３を上下方向に駆動し、モーターＢ３２で台４３を
回転方向に駆動する事が出来るようになり、レンズＣ１
３は任意の方向へ向くことが出来るようになった。セン
サー５０は図では表示していないが、４つの受光素子と
コントローラを持っており、４つの受光素子は仕切で区
切られている。それぞれの受光素子の電流を測定し、計
算することによって太陽の方向を測定し、モーターＡ３
１とモーターＢ３２を駆動させてレンズＣ１３を太陽の
方向に向けた。

【００２９】センサー５０によってモーターＡ３１とモ
ーターＢ３２は太陽の方向にレンズＣ１３を向けるよう
に駆動するため、太陽が移動しても一定の太陽光の光量
を効率よくを集光する事ができた。実施例４の太陽光集
光装置を使用することによって、太陽光がまったくは入
らない地下室で、蛍光灯を点灯せずに読書や作業をする
のに十分な光量を得た。

【００３０】

【発明の効果】本発明１の光ファイバーレンズを用いれ
ば、レンズの焦点が短いため、光ファイバーとレンズと
光源の中心位置がわずかにずれてもレンズを通った光
は、焦点位置のずれが少なく光ファイバー内に入射する
ことができる。また、焦点が短いレンズはレンズの大き
さが小さいため、１つのレンズでは焦点位置で集光した
光による熱の影響を受けにくい。

【００３１】本発明２の光ファイバーレンズを用いれ
ば、本発明１の効果に加えて、レンズと光ファイバーの
間に空間がないため、レンズから光ファイバーへ入射す
る光量の損失がなくなり光量の伝達の効率が上がる。

【００３２】本発明３の光ファイバーレンズを用いれ
ば、、本発明２の効果に加えて、レンズと光ファイバー
を２つ以上並べることによって、多くの太陽光を一度に
得ることが出来る。

【００３３】本発明４の太陽光集光装置を用いれば、、
本発明３の効果に加えて、センサーからの信号でモータ
ーは太陽の方向に光ファイバーレンズを向けるように駆
動するため、太陽が移動しても効率よく太陽光を集光す
る事ができる。また、地下室、ビルの事務所や池、水槽
等の太陽光がまったくはとどかない場所で、読書や作業
等をするのに十分な光量を得る事が出来る。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明１の構成を示す説明図。

【図２】本発明２の構成を示す説明図。

【図３】本発明３の構成を示す説明図。

【図４】本発明３の図３をレンズ側から見た正面図。

【図５】本発明３の図３の他の１例をレンズ側から見た
正面図。

【図６】本発明４の構成を示す斜視図。

【図７】本発明１を固定用筒を用いて固定したときの実
施の形態の一例を示す斜視図。

【図８】本発明２の実施の形態の一例を示す斜視図。

【図９】本発明３の実施の形態の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

０１ レンズＡの焦点位置 ０２ レンズＢの焦点位置 ０３ レンズＣの焦点位置 １１ レンズＡ １２ レンズＢ １３ レンズＣ １４ レンズＤ １５ 非球面レンズＥ １６ 非球面レンズＦ １７ レンズＧ ２０ 光ファイバー ２１ プラスチック光ファイバー ３１ モーターＡ ３２ モーターＢ ４１ 外の止め具 ４２ 支柱 ４３ 台 ５０ センサー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焦点の短いレンズの焦点位置に光ファイバ
   ーの一端を設けたことを特徴とする光ファイバーレン
   ズ。
2. 【請求項２】焦点の位置がレンズ内部又はレンズ面にあ
   るレンズにおいて、焦点位置でレンズと光ファイバーを
   接続することを特徴とする光ファイバーレンズ。
3. 【請求項３】請求項１及び請求項２記載の光ファイバー
   レンズを２つ以上設置することを特徴とする光ファイバ
   ーレンズ。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３記載のいずれかの光
   ファイバーレンズを用いて、太陽を追尾させたことを特
   徴とする太陽光集光装置。