JP2002357702A - 光路抑制レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透過経路の途中で入射角度に応じて全反射を
行って入射光の進行方向を略鉛直下向きに保つ光路抑制
レンズにおいて入射光の入射角度の上限を大幅に高め
る。 【解決手段】 外側から見て接線が略水平な範囲から略
垂直な範囲で凸状の曲面をなし内側から見て凹状の曲面
をなす曲面形全反射面５ａ，６ａ，７ａにより入射光を
透過経路の途中で入射角度に応じて多段階に全反射させ
る。これによって、日の出や日没に近い時間帯における
ような１日の内でも入射角度が比較的大きい時間帯にお
ける時事刻々と変化する太陽光の進行方向を略鉛直下向
きにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光のように時
事刻々と入射角度が変化する入射光を入射角度に関係な
く略一定方向へと制限して放射させる光路抑制レンズに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明の出願人は特許出願「集光レンズ
と前記集光レンズを用いた集光方法」（出願番号４９８
２６２０００５９）にて開示しているように、地表面の
１平方メートルあたりに１ｋＷ程度と極めて希薄なエネ
ルギーである太陽光を従来の集光技術では実現しえない
程に効率よく濃縮する集光レンズを開発している。前記
集光レンズによれば、光が透過する過程に全反射する構
造を備えることにより、様々な方向から入射する光の透
過後の進行方向を入射角度に関係なく略一定に保つこと
ができる。特に、上記集光レンズによれば、入射角度０
°から６０°までの光の進行方向を略鉛直下向きに保つ
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記集光レン
ズによれば、入射角度が大きくなるに従って、透過光を
十分に鉛直下向きに保つことが困難になる傾向にあっ
た。特に、入射角度６０°を超える場合には、光の進行
方向を略鉛直下向きに保つことが極めて困難であった。
また、透過光の進行方向を完全に鉛直下向きに保てるわ
けではなく、少しでも精度を高めることが求められてい
た。

【０００４】そこで、本発明は、透過経路の途中で入射
角度に応じて全反射を行って入射光の進行方向を略鉛直
下向きに保つことができる光路抑制レンズにおいて入射
光の入射角度の上限を大幅に高めることを課題とするも
のである。また、入射光をより高い精度で略鉛直下向き
に保つことのできる光路抑制レンズの提供を課題とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
光路抑制レンズは、入射光を透過経路の途中で多段階に
全反射させて略一定の放射角度で放射させる凹状の曲面
からなる曲面形全反射面を有するものである。

【０００６】請求項２の発明にかかる光路抑制レンズ
は、同一断面形状を保って略線状に連なる複数の集光部
が略平行に並んで連結されて全体が略平板状に形成され
たレンズであり、前記各集光部が端面方向から見て入射
光を透過経路の途中で多段階に全反射させて略一定の放
射角度で放射させる凹状の曲面からなる曲面形全反射面
を有するものである。

【０００７】請求項３の発明にかかる光路抑制レンズ
は、入射光を透過経路の途中で入射角度に応じて多段階
に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放射角度で放
射させる凹状の曲面からなる曲面形全反射面を有するも
のである。

【０００８】請求項４の発明にかかる光路抑制レンズ
は、同一断面形状を保って略線状に連なる複数の集光部
が略平行に並んで連結されて全体が略平板状に形成され
たレンズであり、集光部の端面方向から見て、前記各集
光部が入射光を透過経路の途中で入射角度に応じて多段
階に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放射角度で
放射させる凹状の曲面からなる曲面形全反射面を有する
ものである。

【０００９】したがって、請求項１乃至請求項４の発明
の光路抑制レンズによれば、凹状の曲面からなる曲面形
全反射面に入射光が入射角度に応じて多段階に全反射さ
れ、入射角度に関係なく略一定の放射角度で放射され
る。

【００１０】請求項５の発明にかかる光路抑制レンズ
は、請求項２または請求項４のいずれかの光路抑制レン
ズにおいて、各集光部が有する曲面形全反射面が複数で
あるものである。

【００１１】したがって、請求項５の発明の光路抑制レ
ンズによれば、請求項２または請求項４のいずれかの光
路抑制レンズの作用に加えて、１つの集光部につき複数
の曲面形全反射面により入射光の進行方向を制限され
る。

【００１２】請求項６の発明にかかる光路抑制レンズ
は、請求項２または請求項４のいずれかの光路抑制レン
ズにおいて、曲面形全反射面が入射面側に形成された上
部分と放射面側に形成された下部分の上下２つの部分か
らなるものである。

【００１３】したがって、請求項６の発明の光路抑制レ
ンズによれば、請求項２または請求項４のいずれかの光
路抑制レンズの作用に加えて、曲面形全反射面が入射面
側と放射面側の上下２つの部分からなり、曲面形全反射
面が入射面側の部分だけでなく放射面側の部分へまでも
至っている。

【００１４】請求項７の発明にかかる光路抑制レンズ
は、請求項２または請求項４のいずれかの光路抑制レン
ズにおいて、集光部が有する曲面形全反射面が複数であ
り、前記複数の曲面形全反射面が集光部の端面方向から
見てプラスの入射角度で入射する入射光に対して透過経
路の過程で全反射を行うものと、集光部の端面方向から
見てマイナスの入射角度で入射する入射光に対して透過
経路の過程で全反射を行うものであるものである。

【００１５】請求項８の発明にかかる光路抑制レンズ
は、集光部の端面方向から見て入射面側に設けられ接線
が水平に近い部分から鉛直に近い部分までの範囲で外部
に向かって凸状の曲面をなし内側から見て凹状の曲面を
なし入射光を透過経路の途中で入射角度に応じて多段階
に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放射角度で放
射させる曲面形全反射面と、前記曲面形全反射面の接線
が水平に近い部分に続いて形成された凹状部と備えたも
のである。

【００１６】したがって、請求項８の発明の光路抑制レ
ンズによれば、集光部の端面方向から見て凹状部寄りの
入射角度で入射した入射光が入射角度に応じて曲面形全
反射面で略鉛直下向きになるまで多段階に全反射され
る。

【００１７】請求項９の発明にかかる光路抑制レンズ
は、請求項８の光路抑制レンズにおいて、集光部内部か
ら見て曲面形全反射面に対向して放射面側に形成された
略鉛直な平面からなる平面形全反射面を備えたものであ
る。

【００１８】したがって、請求項９の発明の光路抑制レ
ンズによれば、請求項８の光路抑制レンズの作用に加え
て、曲面形全反射面寄りの入射角度で入射した入射光が
入射角度に応じて平面形全反射面で全反射されて略鉛直
下向きになる。

【００１９】請求項１０の発明にかかる光路抑制レンズ
は、外側から見て接線が略水平方向から略鉛直方向の範
囲となる凸状の曲面をなし内側から見て凹状の曲面をな
して入射面側に形成された第１曲面形全反射面と、前記
第１曲面形全反射面との間に略一定幅の間隔を保って前
記第１曲面形全反射面に対向し内側から見て凸状の曲面
をなして放射面側に形成された第２曲面形全反射面とを
備えたものである。

【００２０】したがって、請求項１０の発明の光路抑制
レンズによれば、第１曲面形全反射面と第二曲面形全反
射面との間へと到達した入射光の進行方向がこれら全反
射面の間に制限される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明をする。図１は本発明の第１実施形態の光路抑制
レンズの一部分を示す端面図、図２は本発明の第１実施
形態の光路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端
面図、図３は図２に続く本発明の第１実施形態の光路抑
制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。

【００２２】図１乃至図３に示すように、本発明の第１
実施形態の光路抑制レンズ１は、屈折率が略１．４９の
透明なメタアクリル樹脂（以降の説明では単にＭＭＡと
呼ぶ）からなり、同一断面形状を保って略線状に連なる
複数の集光部２が略平行に並んで連結されて形成された
全体が略平板状をしたレンズである。

【００２３】光路抑制レンズ１の各集光部２は、光の受
光面３を上側にして略水平に配置するとともに集光部２
の端面方向から見た状態において、集光部２の外側に向
かって凸状の曲面でその接線が略水平に近い部分から略
鉛直に近い部分までの範囲からなる曲面部５，６，７を
有している。前記曲面部５，６，７は、集光部２の内側
から見れば凹状の曲面からなる曲面形全反射面５ａ，６
ａ，７ａを構成する。また、これらのうち曲面形全反射
面７ａについては、入射面３側に位置する上部分７ｂ
と、放射面４側に位置する下部分７ｃの上下２つの部分
に分割されて構成されている。

【００２４】そして、図２及び図３において矢印で示す
ように、入射面３側から集光部２の内部へと入射した光
は、入射角度に応じて透過経路の途中で曲面形全反射面
５ａ，６ａ，７ａで全反射され、放射面４から放射され
る。このとき、入射光は曲面形全反射面５ａ，６ａ，７
ａで反射された後も進行方向が略鉛直下向きでない限
り、再び、曲面形全反射面５ａ，６ａ，７ａの他の部分
へと到達し何度も全反射を繰り返される。例えば、図２
では、略４５°の入射角度で入射し曲面形全反射面６ａ
へと到達した光が３回の全反射を繰り返している。ま
た、図３では、略６０°の入射角度で入射し曲面形全反
射面７ａの上部分７ｂへと到達した光が２回の全反射を
繰り返している。

【００２５】このように、曲面形全反射面５ａ，６ａ，
７ａは凹状の曲面からなるために、集光部２への入射光
は、入射角度に応じて曲面形全反射面５ａ，６ａ，７ａ
により多段階に全反射され、その結果、入射角度に関係
なく略一定の放射角度で放射される。

【００２６】したがって、本発明の第１実施形態の光路
抑制レンズ１によれば、光の受光面３を上側にして略水
平になるとともに集光部２の端面方向から見て左右が東
西になるように配置すれば、日の出や日没に近い時間帯
におけるような１日の内でも入射角度が比較的大きい時
間帯における時事刻々と変化する太陽光の進行方向を略
鉛直下向きにすることができる。

【００２７】特に、凹状の曲面からなる曲面形全反射面
５ａ，６ａ，７ａが１つの集光部２につき複数設けられ
ており、１つの集光部２につき複数の曲面形全反射面５
ａ，６ａ，７ａにより入射光の進行方向を制限するの
で、入射光の進行方向を一定に保つ効果が高い。

【００２８】また、曲面形全反射面７ａについては、入
射面３側の上部分７ｂだけでなく放射面４側の下部分７
ｃへまでも至っているので、入射光の進行方向を一定に
保つ効果が更に高くなっている。

【００２９】続いて、本発明の第２実施形態の光路抑制
レンズ１１について説明する。図４は本発明の第２実施
形態の光路抑制レンズの一部分を示す端面図、図５は本
発明の第２実施形態の光路抑制レンズを光が透過する様
子を示す拡大端面図である。なお、図中、上記第１実施
形態と同一符号及び記号は上記第１実施形態と同一また
は相当部分である。

【００３０】上記第１実施形態の光路抑制レンズ１で
は、１つの集光部２が有する３つの曲面形全反射面５
ａ，６ａ，７ａのうち、曲面形全反射面７ａだけが、入
射面３側の上部分７ｂと、放射面４側の下部分７ｃの２
つの部分からなったが、本実施の形態の光路抑制レンズ
１１では、図４及び図５に示すように、３つの曲面形全
反射面５ａ，６ａ，７ａの全てが、入射面３側の上部分
５ｂ，６ｂ，７ｂと、放射面４側の下部分５ｃ，６ｃ，
７ｃの２つの部分からなっている。なお、本発明の第２
実施形態の光路抑制レンズ１１も、屈折率が略１．４９
の透明なＭＭＡからなり、同一断面形状を保って略線状
に連なる複数の集光部２が略平行に並んで連結されて形
成された全体が略平板状をしたレンズである。

【００３１】したがって、本発明の第２実施形態の光路
抑制レンズ１１は、上記第１実施形態の光路抑制レンズ
１よりも入射光の進行方向を一定に保つ効果が高い。

【００３２】続いて、本発明の第３実施形態について説
明をする。図６は本発明の第３実施形態の光路抑制レン
ズの一部分を示す端面図、図７は本発明の第３実施形態
の光路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図
である。図中、上記各実施形態と同一符号及び記号は上
記各実施形態と同一または相当部分である。

【００３３】図６および図７に示すように、本発明の第
３実施形態の光路抑制レンズ２１は、１つの集光部２が
有する凹状の曲面からなる曲面形全反射面２２，２３の
数が２つであり、いずれの曲面形全反射面２２，２３も
入射面３側（上部分２２ａ，２３ａ）と放射面４側（下
部分２２ｂ，２３ｂ）の２つの部分に分割されている。
なお、本発明の第３実施形態の光路抑制レンズ２１も、
屈折率が略１．４９の透明なＭＭＡからなり、同一断面
形状を保って略線状に連なる複数の集光部２が略平行に
並んで連結されて形成された全体が略平板状をしたレン
ズである。

【００３４】このように、１つの集光部２が有する曲面
形全反射面の数や、入射面３側と放射面４側の２つの部
分に分割されている曲面形全反射面の数が異なっていて
も、上記第１実施形態の光路抑制レンズ１及び第２実施
形態の光路抑制レンズ１１と略同様に、光の受光面３を
上側にして略水平になるとともに集光部２の端面方向か
ら見て左右が東西になるように配置すれば、日の出や日
没に近い時間帯におけるような１日の内でも入射角度が
比較的大きい時間帯における時事刻々と変化する太陽光
の進行方向を略鉛直下向きにすることができる。

【００３５】なお、上記各実施の形態では、１つの集光
部２が有する曲面形全反射面の数や、入射面３側と放射
面４側の２つの部分に分割されている曲面形全反射面の
数を具体的に図示して示しているが、これらの数を任意
に変更した他の実施の形態が考えられ、それらの実施の
形態においても上記各実施の形態と略同様の作用効果を
奏することに変わりない。

【００３６】続いて、本発明の第４実施形態について説
明をする。図８は本発明の第４実施形態の光路抑制レン
ズの一部分を示す端面図、図９は本発明の第４実施形態
の光路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面
図、図１０は図９に続く本発明の第４実施形態の光路抑
制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。
図中、上記各実施形態と同一符号及び記号は上記各実施
形態と同一または相当部分である。

【００３７】図８乃至図１０に示すように、本発明の第
４実施形態の光路抑制レンズ３１は、屈折率が略１．４
９の透明なＭＭＡからなり、同一断面形状を保って略線
状に連なる複数の集光部２が略平行に並んで連結されて
形成された全体が略平板状をしたレンズである。

【００３８】光路抑制レンズ３１の各集光部２は、光の
受光面３を上側にして略水平に配置するとともに集光部
２の端面方向から見た状態において、前記各集光部２の
入射面３側には、各々に外部に向かって凸状の曲面でそ
の接線が水平に近い部分から鉛直に近い部分までの範囲
からなり、互いに連続して繋がる４つの曲面部３２，３
３，３４，３５を有している。曲面部３２，３３，３
４，３５は、その構造上、接線が水平に近い側の端が上
側となり、接線が鉛直に近い側の端が下側に位置してい
る。さらに、具体的には、集光部２の端面方向から見て
中央から外側に向かって上方へと上がるように曲面部３
３，３４が左右対称に配置され、さらにこれらに連続し
て繋がり外側に向かって下がるように曲面部３２，３５
が左右対称に配置されている。なお、図９及び図１０で
は、左から右に向かって、曲面部３２，３３，３４，３
５の順に図示されている。また、曲面部３２，３３，３
４，３５は、集光部２の内側からみれば凹状の曲面から
なる曲面形全反射面３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａを
構成する。

【００３９】そして、図９において矢印で示すように、
集光部２の端面方向から見て右側から集光部２へと入射
する入射光は、曲面部３３，３５から光路抑制レンズ３
１内部へと侵入し、曲面部３２，３４の内側に形成され
た凹状の曲面からなる曲面形全反射面３２ａ，３４ａへ
と到達し全反射される。逆に図１０において矢印で示す
ように、図９とは反対側から集光部２へと入射する入射
光は、曲面部３２，３４から光路抑制レンズ３１内部へ
と侵入し、曲面部３３，３５の内側に形成された凹状の
曲面からなる曲面形全反射面３３ａ，３５ａへと到達し
全反射される。

【００４０】なお、曲面形全反射面３２ａ，３３ａ，３
４ａ，３５ａは、凹状の曲面からなるために、そこで全
反射された光は、反射後の進行方向が略鉛直下向きでな
い限り、再び、曲面形全反射面３２ａ，３３ａ，３４
ａ，３５ａの他の部分へと到達し何度も全反射される。
このように、曲面形全反射面３２ａ，３３ａ，３４ａ，
３５ａは、入射光を透過経路の途中で入射角度に応じて
多段階に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放射角
度で放射させる。

【００４１】したがって、本発明の第４実施形態の光路
抑制レンズ３１によれば、光の受光面３を上側にして略
水平になるとともに集光部２の端面方向から見て左右が
東西になるように配置すれば、日の出や日没に近い時間
帯におけるような１日の内でも入射角度が比較的大きい
時間帯においても時事刻々と変化する太陽光の進行方向
を略鉛直下向きにすることができる。

【００４２】特に、光路抑制レンズ３１の集光部２が有
する曲面形全反射面３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａは
複数であり、集光部２の端面方向から見てプラスの入射
角度で入射する入射光に対して透過経路の過程で全反射
を行うもの（図９及び図１０では曲面形全反射面３２
ａ，３４ａ）と、集光部の端面方向から見てマイナスの
入射角度で入射する入射光に対して透過経路の過程で全
反射を行うもの（図９及び図１０では曲面形全反射面３
３ａ，３５ａ）がある。そのため、正午を境に東西方向
に反転させる必要なく固定させたままで、日の出と日没
の双方に近い時間帯での時事刻々と変化する太陽光の進
行方向を略鉛直下向きにすることができる。

【００４３】続いて、本発明の第５実施形態について説
明をする。図１１は本発明の第５実施形態の光路抑制レ
ンズの一部分を示す端面図、図１２は本発明の第５実施
形態の光路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端
面図、図１３は図１２に続く本発明の第５実施形態の光
路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図であ
る。図中、上記第４実施形態と同一符号及び記号は上記
第４実施形態と同一または相当部分である。

【００４４】図１１乃至図１３に示すように、本発明の
第５実施形態の光路抑制レンズ４１では、上記第４実施
形態の光路抑制レンズ３１において曲面部３２，３３，
３４，３５の連結部分を略滑らかに繋げた形状をしてい
る。なお、本発明の第５実施形態の光路抑制レンズ４１
も、屈折率が略１．４９の透明なＭＭＡからなり、同一
断面形状を保って略線状に連なる複数の集光部２が略平
行に並んで連結されて形成された全体が略平板状をした
レンズである。

【００４５】本実施形態の光路抑制レンズ４１において
も、集光部２の端面方向から見て中央から外側に向かっ
て上方へと上がるように曲面部３３，３４が左右対称に
配置され、さらにこれらに連続して下がるように曲面部
３２，３５が左右対称に配置されている。つまり、本発
明の第５実施形態の光路抑制レンズ４１は、集光部２の
端面方向から見てプラスマイナスいずれの入射角度で入
射する入射光に対しても透過経路の途中で入射角度に応
じて多段階に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放
射角度で放射させる凹状の曲面からなる曲面形全反射面
３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａを有している。

【００４６】したがって、図１２及び図１３において矢
印で示すように、異なる方向からの入射光を略鉛直下向
きに保持でき、正午を境に東西方向に反転させる必要な
く固定させたままで、日の出と日没の双方に近い時間帯
での時事刻々と変化する太陽光の進行方向を略鉛直下向
きにすることができる。

【００４７】なお、上記第４実施形態の光路抑制レンズ
３１及び第５実施形態の光路抑制レンズ４１では、１つ
の集光部２が有する曲面形全反射面の数がたまたま４つ
であるが、１つの集光部２が有する曲面形全反射面の数
は限定しない。

【００４８】続いて、本発明の第６実施形態について説
明をする。図１４は本発明の第６実施形態の光路抑制レ
ンズの一部分を示す端面図、図１５は本発明の第６実施
形態の光路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端
面図、図１６は図１５に続く本発明の第６実施形態の光
路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図、図
１７は図１６に続く本発明の第６実施形態の光路抑制レ
ンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。図
中、上記各実施形態と同一符号及び記号は上記各実施形
態と同一または相当部分である。

【００４９】図１４乃至図１７に示すように、本発明の
第６実施形態の光路抑制レンズ５１は、屈折率が略１．
４９の透明なＭＭＡからなり、同一断面形状を保って略
線状に連なる複数の集光部２が略平行に並んで連結され
て形成された全体が略平板状をしたレンズである。

【００５０】本発明の第６実施形態の光路抑制レンズ５
１の集光部２は、端面方向から見て、入射面３側に設け
られ接線が水平に近い部分から鉛直に近い部分までの範
囲からなる外部に向かって凸状の曲面部５２と、前記曲
面部５２の接線が水平に近い部分に続いて凹状に形成さ
れた凹状部５３とを備えている。曲面部５２は、集光部
２の内側から見れば凹状の曲面からなる曲面形全反射面
５２ａを構成する。また、集光部２の放射面４側には、
集光部２内部から見て曲面形全反射面５２ａに対向して
略鉛直な平面からなる４つの平面形全反射面５４，５
５，５６，５７が形成されている。

【００５１】本実施の形態の光路抑制レンズ５１によれ
ば、集光部２の端面方向から見て、図１５に示すよう
に、凹状部５３寄りの入射角度で入射した入射光が入射
角度に応じて曲面形全反射面５２ａで略鉛直下向きにな
るまで多段階に全反射される。また、図１６に示すよう
に、略鉛直に入射した入射光は曲面形全反射面５２ａや
これに対向する４つの平面形全反射面５４，５５，５
６，５７の影響をほとんど受けることなく、略そのまま
の進路を保って透過される。また、図１７に示すよう
に、曲面部５２寄りの入射角度で入射した入射光が入射
角度に応じて平面形全反射面５４，５５，５６，５７で
全反射されて略鉛直下向きになる。したがって、本実施
の形態の光路抑制レンズ５１によれば、異なる方向から
の入射光を略鉛直下向きに保持でき、正午を境に東西方
向に反転させる必要なく固定させたままで、午前から午
後にかけての連続する時間帯での時事刻々と変化する太
陽光の進行方向を略鉛直下向きにすることができる。特
に、凹状部５３寄りの入射角度で光が入射する場合には
入射光が略鉛直になるまで曲面形全反射面５２ａにより
多段階に全反射されるため、日の出或いは日没に近い時
間帯におけるような大きな入射角度においても入射光を
略鉛直下向きに透過させることができる。

【００５２】続いて、本発明の第７実施形態について説
明をする。図１８は本発明の第７実施形態の光路抑制レ
ンズの一部分を示す端面図、図１９は本発明の第７実施
形態の光路抑制レンズを光が透過する様子を示す拡大端
面図である。図中、上記各実施形態と同一符号及び記号
は上記各実施形態と同一または相当部分である。

【００５３】図１８及び図１９に示すように、本発明の
第７実施形態の光路抑制レンズ６１は、屈折率が略１．
４９の透明なＭＭＡからなり、同一断面形状を保って略
線状に連なる複数の集光部２が略平行に並んで連結され
て形成された全体が略平板状をしたレンズである。

【００５４】本発明の第７実施形態の光路抑制レンズ６
１の各集光部２は、光の受光面３を上側にして略水平に
配置するとともに集光部２の端面方向から見た状態にお
いて、集光部２の外側から見て接線が略水平方向から略
鉛直方向の範囲となる凸状の曲面をなし集光部２の内側
から見て凹状の曲面をなして略入射面３側に形成された
第１曲面形全反射面６２ａ，６３ａ，６５と、前記第１
曲面形全反射面６２ａ，６３ａ，６５との間に略一定幅
の間隔を保って前記第１曲面形全反射面６２ａ，６３
ａ，６５に対向し集光部２の内側から見て凸状の曲面を
なして放射面４側に形成された第２曲面形全反射面６２
ｂ，６３ｂ，６６とを有している。なお、第１曲面形全
反射面６５については、入射面３側に形成された上部分
６５ａと放射面４側に形成された下部分６５ｂとから構
成される。

【００５５】上記構成により各集光部２は、第１曲面形
全反射面６２ａ，６３ａ，６５と第二曲面形全反射面６
２ｂ，６３ｂ，６６とで挟まれた間に、入射光の進行経
路をこの間に制限する透過光抑制路６２，６３，６４を
有する。つまり、図１９に示すように、本実施の形態の
光路抑制レンズ６１によれば、入射面３側から入射し第
１曲面形全反射面６２ａ，６３ａ，６５と第二曲面形全
反射面６２ｂ，６３ｂ，６６との間へと到達した入射光
は、その後、進行方向が略鉛直下向きでない限り、第１
曲面形全反射面６２ａ，６３ａ，６５或いは第二曲面形
全反射面６２ｂ，６３ｂ，６６に全反射されて進行方向
を透過光抑制路６２，６３，６４に沿う方向に制限され
放射面４側から放射される。

【００５６】したがって、本発明の第７実施形態の光路
抑制レンズ６１によれば、第１曲面形全反射面６２ａ，
６３ａ，６５と第二曲面形全反射面６２ｂ，６３ｂ，６
６の間へと到達した入射光が透過光抑制路６２，６３，
６４に沿う方向に制限され、凹状の曲面からなる曲面形
全反射面のみを備える場合よりも確実に入射光の放射方
向を略鉛直下向きに保てる。

【００５７】続いて、本発明の第１実施形態乃至第７実
施形態の光路抑制レンズ１，１１，２１，３１，４１，
５１，６１の具体的使用例について説明する。図２０は
本発明の各実施の形態の光路抑制レンズの第１使用例を
示す説明図である。

【００５８】図２０に示す集光装置７１は、１日を通じ
て時事刻々と入射角度が変化する太陽光の進行方向を略
鉛直下向きに補正する入射角度補正手段７２と、前記入
射角度補正手段７２により進行方向を略鉛直下向きに補
正された入射光を集光位置７４へと集光する集光手段７
３とからなる。

【００５９】入射角度補正手段７２は、本発明の第１実
施形態乃至第７実施形態の光路抑制レンズ１，１１，２
１，３１，４１，５１，６１のいずれかのレンズを、集
光部２の端面方向から見て左右が東西方向になるように
水平に配置してなる。なお、入射角度補正手段７２は、
これに比較して小面積の複数枚のレンズを組み合わせて
構成しても良いが、全体を入射角度補正手段７２と同サ
イズの１枚のレンズで構成しても構わない。入射角度補
正手段７２によれば、入射光の入射角度に関係なくレン
ズを透過した光の進行方向が略鉛直下向きになるように
配置されているため、１日を通じて時事刻々と入射角度
が変化する太陽光の進行方向が略鉛直下向きに補正され
る。

【００６０】集光手段７３は、前記入射角度補正手段７
２で用いたものと同様の複数枚のレンズを集光部２の端
面方向から見て左右が東西方向になるとともに配置位置
において透過光が集光位置７４へ到達する角度で前記入
射角度補正手段７２の下段にドーム状に配置してなる。
つまり、本発明の第１実施形態乃至第７実施形態の光路
抑制レンズ１，１１，２１，３１，４１，５１，６１
は、全体が略平板と見なせ、集光部２の端面方向から見
れば入射光の入射角度に関係なく透過光の進行方向は常
に放射面に略垂直となり一定である。そして、集光手段
７３を構成する複数のレンズの各々に垂直な線が集光位
置７４を通るように各レンズは傾斜されて配置されてい
る。そのため、集光手段７３を構成する全てのレンズを
透過する光は略集光位置７４へと集光される。なお、こ
こで集光手段７３を構成する各レンズを透過した光は、
実際にはレンズの幅に応じた幅の光束として集光位置７
４へと集光されるが、レンズの幅は十分に小さいものを
考える。

【００６１】図２１は本発明の各実施の形態の光路抑制
レンズの第２使用例を示す説明図である。図２１に示す
集光装置８１は、集光装置７１の入射角度補正手段７２
と同様の入射角度補正手段８２を上段に備えている。ま
た、下段には、集光装置７１の集光手段７３においてド
ーム状に配置されていた複数のレンズの高さ位置を略一
定に保って構成した集光手段８３を備えている。なお、
集光手段８３を構成する複数のレンズを配置する高さ位
置は、集光手段７３の場合と異なるが、各々のレンズに
垂直な線が集光位置８４を通るように各レンズが傾斜さ
れて配置されていることに変わりない。

【００６２】このように、集光装置７１及び集光装置８
１によれば、用いているレンズが、本発明の第１実施形
態乃至第７実施形態の光路抑制レンズ１，１１，２１，
３１，４１，５１，６１のいずれかのレンズであり、入
射光を透過経路の途中で入射角度に応じて多段階に全反
射させる凹状の曲面からなる曲面形全反射面を有するレ
ンズである。したがって、従来の透過経路の途中に形成
された全反射面が平面のみであったレンズを用いる場合
よりも広い入射角度で入射する光を略鉛直下向きに保つ
ことができ、集光できる太陽光の入射角度範囲を拡大で
きる。例えば、日没や日の出に近い時間帯では入射角度
が果てしなく９０°に近くなり、透過経路の途中に有す
る全反射面が平面みのである光路抑制レンズを用いても
集光はできなかったが、このような場合にも、本発明の
第１実施形態乃至第７実施形態の光路抑制レンズ１，１
１，２１，３１，４１，５１，６１を用いれば太陽光を
無理なく集光できる。

【００６３】なお、図２０及び図２１で示した集光装置
７１及び集光装置８１は、本発明の第１実施形態乃至第
７実施形態の光路抑制レンズ１，１１，２１，３１，４
１，５１，６１のいずれかのレンズを用いたレンズの使
用例の一部分に過ぎず、本発明の実施の形態のレンズの
使用例はこれら２つに限定するものではない。例えば、
集光装置７１及び集光装置８１から入射角度補正手段７
２，８２をなくした使用例を考えても構わない。つま
り、本発明の実施の形態のレンズは、極めて広い入射角
度範囲において透過光の進行方向を略一定に保つことが
できるため、入射角度補正手段７２，８２で予め入射光
を鉛直に保っておかなくても集光手段７３，８３のみで
集光位置７４，８４へと集光することが充分に可能であ
る。また、冬期や曇天の日のように太陽光が通常より希
薄或いは散乱している場合であっても太陽光を集光でき
る。そして、集光した太陽光は、太陽熱温水器、暖房、
或いは吸収式冷凍サイクルの熱源、太陽光発電等に応用
できる。特に、吸収式冷凍サイクルを稼動させる場合に
は、エネルギーの有効利用ができるだけでなく、電力需
要のピークカットを促進でき、電力会社の発電設備を縮
小できる。

【００６４】ところで、本発明の第１実施形態乃至第７
実施形態の光路抑制レンズ１，１１，２１，３１，４
１，５１，６１は、屈折率が１．４９の透明なメタアク
リル樹脂（ＭＭＡ）からなっており、この屈折率の場合
に最適に入射光の進行方向を略鉛直下向きに保てる形状
に設計されているが、屈折率に見合って最適に入射光の
進行方向を略鉛直下向きに保てる形状に設計されていれ
ば屈折率の異なる他の素材からなっていても構わない。

【００６５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６６】請求項１乃至請求項４の発明の光路抑制レ
ンズによれば、凹状の曲面からなる曲面形全反射面に入
射光が入射角度に応じて多段階に全反射され、入射角度
に関係なく略一定の放射角度で放射されるので、日の出
や日没に近い時間帯におけるような１日の内でも入射角
度が比較的大きい時間帯における時事刻々と変化する太
陽光の進行方向を略鉛直下向きにすることができる。

【００６７】請求項５の発明の光路抑制レンズによれ
ば、請求項２または請求項４のいずれかの光路抑制レン
ズの効果に加えて、１つの集光部につき複数の曲面形全
反射面により入射光の進行方向を制限するので、入射光
の進行方向を一定に保つ効果が高い。

【００６８】請求項６の発明の光路抑制レンズによれ
ば、請求項２または請求項４のいずれかの光路抑制レン
ズの効果に加えて、曲面形全反射面が入射面側と放射面
側の上下２つの部分からなり、曲面形全反射面が入射面
側の部分だけでなく放射面側の部分へまでも至っている
ので、入射光の進行方向を一定に保つ効果が更に高い。

【００６９】請求項７の発明の光路抑制レンズによれ
ば、請求項２または請求項４のいずれかの光路抑制レン
ズの効果に加えて、正午を境に東西方向に反転させる必
要なく固定させたままで、日の出と日没の双方に近い時
間帯での時事刻々と変化する太陽光の進行方向を略鉛直
下向きにすることができる。

【００７０】請求項８の発明の光路抑制レンズによれ
ば、集光部の端面方向から見て凹状部寄りの入射角度で
入射した入射光が入射角度に応じて曲面形全反射面で略
鉛直下向きになるまで多段階に全反射され、日の出或い
は日没に近い時間帯におけるような大きな入射角度にお
いて入射光を略鉛直下向きに透過させることができる。

【００７１】請求項９の発明の光路抑制レンズによれ
ば、請求項８の光路抑制レンズの効果に加えて、曲面形
全反射面寄りの入射角度で入射した入射光が入射角度に
応じて平面形全反射面で全反射されて略鉛直下向きにな
る。その結果、異なる方向からの入射光を略鉛直下向き
に保持でき、正午を境に東西方向に反転させる必要なく
固定させたままで、午前から午後にかけての連続する時
間帯での時事刻々と変化する太陽光の進行方向を略鉛直
下向きにすることができる。

【００７２】請求項１０の発明の光路抑制レンズによれ
ば、第１曲面形全反射面と第二曲面形全反射面との間へ
と到達した入射光の進行方向がこれら曲面形全反射面の
間に制限され、内側から見て凹状の曲面からなる曲面形
全反射面のみを備える場合よりも確実に入射光の放射方
向を略鉛直下向きに保てる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光路抑制レンズの一部
分を示す端面図である。

【図２】本発明の第１実施形態の光路抑制レンズを光が
透過する様子を示す拡大端面図である。

【図３】図２に続く本発明の第１実施形態の光路抑制レ
ンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図４】本発明の第２実施形態の光路抑制レンズの一部
分を示す端面図である。

【図５】本発明の第２実施形態の光路抑制レンズを光が
透過する様子を示す拡大端面図である。

【図６】本発明の第３実施形態の光路抑制レンズの一部
分を示す端面図である。

【図７】本発明の第３実施形態の光路抑制レンズを光が
透過する様子を示す拡大端面図である。

【図８】本発明の第４実施形態の光路抑制レンズの一部
分を示す端面図である。

【図９】本発明の第４実施形態の光路抑制レンズを光が
透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１０】図９に続く本発明の第４実施形態の光路抑制
レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１１】本発明の第５実施形態の光路抑制レンズの一
部分を示す端面図である。

【図１２】本発明の第５実施形態の光路抑制レンズを光
が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１３】図１２に続く本発明の第５実施形態の光路抑
制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１４】本発明の第６実施形態の光路抑制レンズの一
部分を示す端面図である。

【図１５】本発明の第６実施形態の光路抑制レンズを光
が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１６】図１５に続く本発明の第６実施形態の光路抑
制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１７】図１６に続く本発明の第６実施形態の光路抑
制レンズを光が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図１８】本発明の第７実施形態の光路抑制レンズの一
部分を示す端面図である。

【図１９】本発明の第７実施形態の光路抑制レンズを光
が透過する様子を示す拡大端面図である。

【図２０】本発明の各実施の形態の光路抑制レンズの第
１使用例を示す説明図である。

【図２１】本発明の各実施の形態の光路抑制レンズの第
２使用例を示す説明図である。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１ 光路抑制レ
ンズ ２ 集光部 ３ 受光面 ４ 放射面 ５，６，７，３２，３３，３４，３５，５２ 曲面部 ５ａ，６ａ，７ａ，２２，２３，３２ａ，３３ａ，３４
ａ，３５ａ，５２ａ 曲面形全反射面 ５ｂ，６ｂ，７ｂ，２２ａ，２３ａ，６５ａ 上部分 ５ｃ，６ｃ，７ｃ，２２ｂ，２３ｂ，６５ｂ 下部分 ５３ 凹状部 ５４，５５，５６，５７ 平面形全反射面 ６２，６３，６４ 透過光抑制路 ６２ａ，６３ａ，６５ 第１曲面形全反射面 ６２ｂ，６３ｂ，６６ 第２曲面形全反射面 ７１，８１ 集光装置 ７２，８２ 入射角度補正手段 ７３，８３ 集光手段 ７４，８４ 集光位置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を透過経路の途中で多段階に全反
   射させて略一定の放射角度で放射させる凹状の曲面から
   なる曲面形全反射面を有することを特徴とする光路抑制
   レンズ。
2. 【請求項２】 同一断面形状を保って略線状に連なる複
   数の集光部が略平行に並んで連結されて全体が略平板状
   に形成されたレンズであり、前記各集光部は端面方向か
   ら見て入射光を透過経路の途中で多段階に全反射させて
   略一定の放射角度で放射させる凹状の曲面からなる曲面
   形全反射面を有することを特徴とする光路抑制レンズ。
3. 【請求項３】 入射光を透過経路の途中で入射角度に応
   じて多段階に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放
   射角度で放射させる凹状の曲面からなる曲面形全反射面
   を有することを特徴とする光路抑制レンズ。
4. 【請求項４】 同一断面形状を保って略線状に連なる複
   数の集光部が略平行に並んで連結されて全体が略平板状
   に形成されたレンズであり、集光部の端面方向から見
   て、前記各集光部は入射光を透過経路の途中で入射角度
   に応じて多段階に全反射させ入射角度に関係なく略一定
   の放射角度で放射させる凹状の曲面からなる曲面形全反
   射面を有することを特徴とする光路抑制レンズ。
5. 【請求項５】 前記各集光部が有する曲面形全反射面は
   複数であることを特徴とする請求項２または請求項４の
   いずれかに記載の光路抑制レンズ。
6. 【請求項６】 前記曲面形全反射面は入射面側に形成さ
   れた上部分と放射面側に形成された下部分の上下２つの
   部分からなることを特徴とする請求項２または請求項４
   のいずれかに記載の光路抑制レンズ。
7. 【請求項７】 前記集光部が有する曲面形全反射面は複
   数であり、前記複数の曲面形全反射面は集光部の端面方
   向から見てプラスの入射角度で入射する入射光に対して
   透過経路の過程で全反射を行うものと、集光部の端面方
   向から見てマイナスの入射角度で入射する入射光に対し
   て透過経路の過程で全反射を行うものであることを特徴
   とする請求項２または請求項４のいずれかに記載の光路
   抑制レンズ。
8. 【請求項８】 集光部の端面方向から見て入射面側に設
   けられ接線が水平に近い部分から鉛直に近い部分までの
   範囲で外部に向かって凸状の曲面をなし内側から見て凹
   状の曲面をなし入射光を透過経路の途中で入射角度に応
   じて多段階に全反射させ入射角度に関係なく略一定の放
   射角度で放射させる曲面形全反射面と、 前記曲面形全反射面の接線が水平に近い部分に続いて形
   成された凹状部とを具備することを特徴とする光路抑制
   レンズ。
9. 【請求項９】 前記集光部内側から見て曲面形全反射面
   に対向して放射面側に形成された略鉛直な平面からなる
   平面形全反射面を具備することを特徴とする請求項８に
   記載の光路抑制レンズ。
10. 【請求項１０】 外側から見て接線が略水平方向から略
    鉛直方向の範囲となる凸状の曲面をなし内側から見て凹
    状の曲面をなして入射面側に形成された第１曲面形全反
    射面と、 前記第１曲面形全反射面との間に略一定幅の間隔を保っ
    て前記第１曲面形全反射面に対向し内側から見て凸状の
    曲面をなして放射面側に形成された第２曲面形全反射面
    とを具備することを特徴とする光路抑制レンズ。