JP2009258371A - Light introducing device, light converging unit, and light converging device - Google Patents

Light introducing device, light converging unit, and light converging device Download PDF

Info

Publication number
JP2009258371A
JP2009258371A JP2008106999A JP2008106999A JP2009258371A JP 2009258371 A JP2009258371 A JP 2009258371A JP 2008106999 A JP2008106999 A JP 2008106999A JP 2008106999 A JP2008106999 A JP 2008106999A JP 2009258371 A JP2009258371 A JP 2009258371A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flat
prism
prisms
angle
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008106999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Yanagase
雅司 柳ヶ瀬
Yohei Ishikawa
容平 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2008106999A priority Critical patent/JP2009258371A/en
Publication of JP2009258371A publication Critical patent/JP2009258371A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute a light introducing device which efficiently introduces solar light incident from an optional direction at a large angle of incidence, a light converging unit which converges the introduced light, and a light converging device equipped with the same. <P>SOLUTION: Two flat plate prisms 11 and 12 are disposed such that the angle that they form on the whole is an open (inclined) in the opening direction of a wedge angle α of the prisms. For example, the rear-side flat plate prism 12 is inclined to the front-side flat plate prism 11 by the wedge angle α of the flat plate prisms 11 and 12, and operating surfaces ES of the front-side flat plate prism 11 are parallel to a flat plate surface FS of the rear-stage flat plate prism 12. Consequently, light which is incident on a flat plate surface FS of a unit prism P1 of the front-side flat plate prism at an angle ϕ1 is refracted by an angle ϕ2 of refraction and projected from an operating surface ES at an angle ϕ3 of projection. This light is incident on a flat plate surface FS of a unit prism P2 of the rear-stage flat plate prism 12 at an angle ϕ3 of incidence. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、所定角度範囲内で入射する光を導入し集光する、光導入装置、集光ユニット、及び集光装置に関するものである。   The present invention relates to a light introducing device, a light collecting unit, and a light collecting device that introduce and collect light incident within a predetermined angle range.

太陽光をエネルギー源として利用する場合、集光倍率を高めた方が一般に利用価値は高まる。   When using sunlight as an energy source, the utility value generally increases when the concentration factor is increased.

集光倍率を高めるためにはレンズや曲面鏡を用いる必要があるが、太陽の位置は変化するため、常に太陽と対峙した位置にレンズあるいは曲面鏡がくるように装置全体を回転させるか、レンズや曲面鏡に対して常に同じ角度で太陽光が入射するように、プリズムや平面鏡を使って光路を制御する必要がある。   Although it is necessary to use a lens or curved mirror to increase the focusing magnification, the position of the sun changes, so the entire device is rotated so that the lens or curved mirror is always at the position facing the sun, or the lens It is necessary to control the optical path using a prism or plane mirror so that sunlight always enters the curved mirror at the same angle.

これらの方法のうち、プリズムを使って光路を制御する方法は、屋根と屋根裏のスペースを利用して設置できること、面積いっぱいに設置しても他の装置の影響を受けずにすべての入射方向からの光を使えることから、一般家庭での利用に適した方法といえる。   Among these methods, the method of controlling the optical path using a prism can be installed using the space between the roof and the attic, and even if it is installed over the entire area, it is not affected by other devices, and it can be viewed from all incident directions. It can be said that this method is suitable for use in ordinary households.

通常のプリズムは大きくなるほど重くなり、材料コストも高くなるので、平板プリズムがよい。
平板プリズムを利用したものとして、特許文献1には、採光プリズムを水平面から所定角度傾斜させて配置した太陽光採光装置が開示されている。この採光プリズムは水平面に対して所定角度傾斜させて配置しているため、太陽の仰角が小さい(高度が低い)ときにも太陽光を比較的効率よく室内に導くことができる。
A normal prism becomes heavier as it gets larger, and the material cost increases, so a flat prism is preferable.
As a device using a flat prism, Patent Document 1 discloses a sunlight lighting device in which a daylighting prism is disposed at a predetermined angle with respect to a horizontal plane. Since the daylighting prism is disposed at a predetermined angle with respect to the horizontal plane, sunlight can be guided into the room relatively efficiently even when the elevation angle of the sun is small (altitude is low).

しかし、特許文献1の太陽光採光装置では、1枚の採光プリズムを用いているだけであるので光の屈折角が小さく、太陽光を一定の方向に導くことができず、所定位置に太陽光を集光できないという問題があった。   However, since the solar light collecting device of Patent Document 1 uses only one daylighting prism, the refraction angle of light is small, and the sunlight cannot be guided in a certain direction, so that the sunlight is placed at a predetermined position. There was a problem that could not be condensed.

特許文献2には、2枚の平板プリズムを互いに平行に重ね、少なくとも一方の平板プリズムを平面内で回転させる太陽追尾装置が開示されている。この太陽追尾装置は、太陽光を一定方向に導くことができる。   Patent Document 2 discloses a solar tracking device in which two flat prisms are stacked in parallel to each other and at least one flat prism is rotated in a plane. This solar tracking device can guide sunlight in a certain direction.

図1は上記特許文献2に示されている太陽追尾装置の構成を示す図である。この太陽追尾装置は、図1(A)に示すように、平板プリズム1,2を平行に配置している。
特開平11−167084号公報 特開昭61−180217号公報
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the solar tracking device disclosed in Patent Document 2. In this solar tracking device, flat prisms 1 and 2 are arranged in parallel as shown in FIG.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-167084 JP-A-61-180217

しかし、特許文献2に記載の太陽追尾装置は、平面を平行にして2枚のプリズムを重ねているため、1枚目の平板プリズムから出射した光が大きな角度で2枚目の平板プリズムに入射してしまう。図1(B)は、その様子を平板プリズムの単位プリズムを取り出して表した図である。1枚目のプリズムP1に入射角φ1で入射した光は屈折角φ2で屈折し、作用面(出射面)から出射角φ3で出射するが、2枚目のプリズムP2の平板面(入射面)は1枚目のプリズムP1の作用面(出射面)に対して、作用面の傾斜方向とは反対方向にプリズムの頂角(以下「ウェッジ角」という。)α分傾いている。そのため、1枚目のプリズムP1の出射面からの出射角φ3より2枚目のプリズムP2の平板面(入射面)への入射角が(φ3+α)に大きくなってしてしまう。   However, since the solar tracking device described in Patent Document 2 has two prisms stacked in parallel with each other, the light emitted from the first flat prism enters the second flat prism at a large angle. Resulting in. FIG. 1B is a diagram showing the state by taking out a unit prism of a flat plate prism. The light incident on the first prism P1 at the incident angle φ1 is refracted at the refraction angle φ2 and is emitted from the working surface (exiting surface) at the emitting angle φ3, but the flat plate surface (incident surface) of the second prism P2 Is tilted by the apex angle (hereinafter referred to as “wedge angle”) α of the prism in the direction opposite to the tilting direction of the working surface with respect to the working surface (outgoing surface) of the first prism P1. For this reason, the incident angle to the flat plate surface (incident surface) of the second prism P2 is larger than the outgoing angle φ3 from the exit surface of the first prism P1 to (φ3 + α).

したがって2枚目の平板プリズムによる屈折効果が小さくなり、低仰角の太陽光に関しては、平板プリズムで任意の方向に導くことができない、という問題がある。   Therefore, the refraction effect by the second flat prism is reduced, and there is a problem that sunlight with a low elevation angle cannot be guided in an arbitrary direction by the flat prism.

すなわち、特許文献2にも記述されているように、ウェッジ角αを30°としても、下部平板プリズムの垂直下方向へ送り出すことができる光は、上部平板プリズムへの入射角が45.1°までの光だけに限られる。   That is, as described in Patent Document 2, even if the wedge angle α is set to 30 °, the light that can be sent out vertically downward of the lower flat prism has an incident angle to the upper flat prism of 45.1 °. Limited to light up to.

ウェッジ角αを大きくすることや材料の屈折率を変えることで、すべての光をある方向に導くことができるが、これ以上ウェッジ角αを大きくしても、上部平板プリズムへ入射した光のうちプリズム非作用面に当たって所望の方向へ進めない光の割合が大きくなって、損失が大きくなる。また、平板プリズム用の材料として用いられる透明樹脂体の屈折率は1.5〜1.6程度までのものしか実用化されていないので、プリズムの屈折率をこれより大幅に高めることもできない。   By increasing the wedge angle α and changing the refractive index of the material, all the light can be guided in a certain direction. However, even if the wedge angle α is increased further, The ratio of the light that impinges on the non-acting surface of the prism and cannot travel in the desired direction increases, and the loss increases. Further, since the refractive index of the transparent resin body used as the material for the flat prism is only about 1.5 to 1.6, the refractive index of the prism cannot be significantly increased.

そこで、この発明の目的は、任意方位から大きな入射角で入射する太陽光をも効率よく導入できるようにした光導入装置、その導入した光を集光する集光ユニット、およびそれを備えた集光装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a light introducing device that can efficiently introduce sunlight incident at a large incident angle from an arbitrary direction, a condensing unit that condenses the introduced light, and a collecting device including the same. It is to provide an optical device.

前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
(1)複数の平板プリズムを備えた光導入装置において、
前記複数の平板プリズムのうち、前段側と後段側の少なくとも2つの平板プリズムは、少なくとも一方の平板プリズムのプリズム面が他方の平板プリズムに対向し、且つ、前記一方の平板プリズムのウェッジ角の開角方向に他方の平板プリズムが相対的に開角する関係に配置され、当該2つの平板プリズムが回転可能に設けられたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
(1) In a light introducing device provided with a plurality of flat plate prisms,
Among the plurality of flat plate prisms, at least two flat plate prisms on the front side and the back side have a prism surface of at least one flat plate prism facing the other flat plate prism, and the wedge angle of the one flat plate prism is increased. The other flat prism is disposed so as to be relatively open in the angular direction, and the two flat prisms are rotatably provided.

この構成により、プリズムのウェッジ角を大きくすることなく、大きな入射角で入射する太陽光を一定の方向に導くことができる。そのため、低仰角から入射する太陽光も所定方向へ導入することができる。   With this configuration, it is possible to guide sunlight incident at a large incident angle in a certain direction without increasing the wedge angle of the prism. Therefore, sunlight incident from a low elevation angle can also be introduced in a predetermined direction.

(2)前記2つの平板プリズムは、例えば双方に共通の第1の回転軸を有し、前記2つの平板プリズムの一方は、前記第1の回転軸とは独立した第2の回転軸を有するものとする。 (2) The two flat prisms have, for example, a common first rotation axis, and one of the two flat prisms has a second rotation axis independent of the first rotation axis. Shall.

これにより、独自の回転軸で回転することにより、複数の平板プリズムによる等価的なウェッジ角が変化し、広い範囲(大きな立体角の範囲)から入射する太陽光を一定の方向に導くことができる。   Thereby, by rotating with an original rotation axis, an equivalent wedge angle by a plurality of flat prisms changes, and sunlight incident from a wide range (a large solid angle range) can be guided in a certain direction. .

(3)前記2つの平板プリズムの回転に関わらず、前記2つの平板プリズムの互いに対向する面は略平行な関係を維持するものとする。
これにより、前段の平板プリズムから出射する光の出射角と略等しい角度で、後段の平板プリズムに光が入射する。そのため、より大きな入射角の光についても所定方向へ導入できるようになる。
(3) Regardless of the rotation of the two flat prisms, the surfaces of the two flat prisms facing each other shall maintain a substantially parallel relationship.
As a result, light is incident on the rear plate prism at an angle substantially equal to the emission angle of the light emitted from the front plate prism. Therefore, light with a larger incident angle can be introduced in a predetermined direction.

(4)前記2つの平板プリズムのうち、少なくとも一方の平板プリズムは、入射面に垂直な軸を回転軸として回転するものとする。 (4) Of the two flat prisms, at least one flat prism is rotated about an axis perpendicular to the incident surface as a rotation axis.

これにより、光の入射角を一定に保つことができるので、設計が容易になる。また、追尾の際の制御も容易となる。   Thereby, the incident angle of light can be kept constant, and the design becomes easy. In addition, control during tracking becomes easy.

(5)前記2つの平板プリズムを、それらの対向面を平行に配置した場合に必要なウェッジ角をαで表し、前記2つの平板プリズムのウェッジ角をそれぞれβで表した場合にβ<αの関係にあり、且つ、対向面を平行に配置した場合より、プリズム面が他方の平板プリズムに対向する一方の平板プリズムのウェッジ角の開角方向に、他方の平板プリズムが開角する関係に配置されたものとする。 (5) When the two flat prisms are arranged so that their opposing surfaces are arranged in parallel, a wedge angle necessary for the two flat prisms is represented by α, and when the wedge angles of the two flat prisms are represented by β, β <α. More than the case where the opposing surfaces are arranged in parallel, the prism surface is arranged so that the other plate prism opens in the opening angle direction of the wedge angle of one plate prism facing the other plate prism. It shall be assumed.

これにより、前段の平板プリズムから出射する角度よりも小さな角度または同等の角度で、後段の平板プリズムに入射させることができる。また、ウェッジ角が小さくなることから非作用面に入射する光の割合が小さくなり、全体に低損失化が図れる。   Thereby, it can be made to inject into a back | latter stage flat prism at an angle smaller than the angle radiate | emitted from a front | former stage flat prism, or an equivalent angle. Further, since the wedge angle becomes small, the proportion of light incident on the non-working surface becomes small, and the overall loss can be reduced.

(6)前記2つの平板プリズムは、他方の平板プリズムに対向する一方の平板プリズムの面が平板面である場合にはその平板面が、他方の平板プリズムに対向する一方の平板プリズムの面がプリズム面である場合には、当該プリズム面から前記一方の平板プリズムのウェッジ角βの開角方向に所定の角度開角した面が、前記2つの平板プリズムの回転に関わらず、平行な関係を維持するものとする。 (6) When the surface of one flat prism facing the other flat prism is a flat surface, the flat surface of the two flat prisms is the surface of the one flat prism facing the other flat prism. In the case of a prism surface, a surface that is opened at a predetermined angle from the prism surface in the opening angle direction of the wedge angle β of the one flat prism has a parallel relationship regardless of the rotation of the two flat prisms. Shall be maintained.

この構成により、平行な関係を維持した面をそれぞれの平板プリズムの出入射面と置き換えて考えることができるため、設計が容易となり、追尾の際の制御も容易となる。   With this configuration, the plane maintaining the parallel relationship can be considered by replacing it with the exit / incident surface of each flat prism, which facilitates the design and facilitates control during tracking.

(7)前記前段の平板プリズムと前記後段の平板プリズムのうち、少なくとも一方の平板プリズムの入射面を平面とする。 (7) The incident surface of at least one of the front plate prism and the rear plate prism is a flat surface.

これにより、プリズム面の非作用面に光が入射することがないため、その分、損失が抑制できる。   Thereby, since light does not enter the non-working surface of the prism surface, the loss can be suppressed accordingly.

(8)前記のいずれかの構成からなる光導入装置と、前記複数の平板プリズムのうち最後段から出射される光を集光する集光レンズとを備えて集光ユニットを構成する。 (8) A condensing unit is configured by including the light introducing device having any one of the above-described configurations and a condensing lens that condenses light emitted from the last stage among the plurality of flat plate prisms.

この構成により、集光された光を例えば光ダクト、光ファイバなどを通じて容易に搬送でき、搬送先でエネルギーとして利用可能となる。   With this configuration, the collected light can be easily transported through, for example, an optical duct or an optical fiber, and can be used as energy at the transport destination.

(9)前記複数の平板プリズムのうち最後段に配置された平板プリズムは、その出射面が平面であり、当該平板プリズムの出射面に前記集光レンズを形成する。 (9) The flat prism arranged at the last stage among the plurality of flat prisms has a flat exit surface, and the condenser lens is formed on the exit surface of the flat prism.

この構成により、最後段に配置された平板プリズムの出射面に、フレネルレンズや片凸レンズ等のレンズを容易に密着形成することができる。これらのレンズを形成することで、平板プリズムから出射された光を一点に集めることができる。そのため、レンズを別途配置するよりも簡易な構造で形成でき、かつ損失が少ない。   With this configuration, a lens such as a Fresnel lens or a half-convex lens can be easily formed in close contact with the exit surface of the flat prism arranged at the last stage. By forming these lenses, the light emitted from the flat prism can be collected at one point. Therefore, the lens can be formed with a simpler structure than when a lens is separately provided, and the loss is small.

(10)前記集光ユニットを、前記複数の平板プリズムのうち初段の平板プリズムの入射面が略同一平面をなすように複数配置して集光装置を構成する。 (10) A condensing device is configured by arranging a plurality of the condensing units such that the incident surfaces of the first-stage flat prisms are substantially the same plane among the plurality of flat prisms.

これにより、各集光ユニットが他の集光ユニットへの入射光を遮蔽することなく、大面積の入射面を備えて、全体に高効率な集光装置が構成できる。   As a result, each light collecting unit is provided with a large-area incident surface without blocking incident light to other light collecting units, and a highly efficient light collecting device can be configured as a whole.

この発明によれば、プリズムのウェッジ角を大きくすることなく、大きな入射角で入射する太陽光を一定の方向に導くことができ、低仰角から入射する太陽光も所定方向へ導入することができ、追尾制御も容易となる。さらに全体に低損失化が図れる。   According to the present invention, sunlight incident at a large incident angle can be guided in a certain direction without increasing the prism wedge angle, and sunlight incident from a low elevation angle can also be introduced in a predetermined direction. Tracking control is also easy. Furthermore, the overall loss can be reduced.

《第1の実施形態》
第1の実施形態に係る光導入装置について、図2〜図9を参照して説明する。
図2は第1の実施形態に係る光導入装置の主要部の構成を示す図である。図2(A)は2つの平板プリズム11,12の配置関係、図2(B)はその単位プリズムの配置関係をそれぞれ示している。
<< First Embodiment >>
The light introducing device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the light introducing device according to the first embodiment. 2A shows the arrangement relationship between the two flat prisms 11 and 12, and FIG. 2B shows the arrangement relationship between the unit prisms.

図2(A)において、太陽光は図における上方から入射し、下方へ導入される。前段側の平板プリズム11と後段側の平板プリズム12は、共に上面を平板面FS、下面をプリズム面PSとしている。そして、2つの平板プリズム11,12は、その全体の成す角度が、プリズムのウェッジ角αの開角方向に相対的に開角(傾斜)する関係となるように配置している。この例では前段側平板プリズム11のウェッジ角αの開角方向にウェッジ角αだけ、後段側平板プリズム12を前段側平板プリズム11に対して開角させている。すなわち、前段側平板プリズム11の平板面FSと後段側平板プリズム12の平板面FSとを傾斜させている。したがって、図2(A)(B)に示すように、対向する面である、前段側平板プリズム11の作用面ESと後段側平板プリズム12の平板面FSとは平行関係にある。   In FIG. 2 (A), sunlight is incident from above in the figure and introduced downward. Both the front-stage flat prism 11 and the rear-stage flat prism 12 have a flat surface FS on the upper surface and a prism surface PS on the lower surface. The two flat prisms 11 and 12 are arranged so that the angle formed by the two is relatively open (inclined) in the opening angle direction of the wedge angle α of the prism. In this example, the rear-stage flat prism 12 is opened with respect to the front-stage flat prism 11 by the wedge angle α in the opening angle direction of the wedge angle α of the front-stage flat prism 11. That is, the flat plate surface FS of the front-stage flat prism 11 and the flat plate surface FS of the rear-stage flat prism 12 are inclined. Therefore, as shown in FIGS. 2A and 2B, the working surface ES of the front-side flat prism 11 and the flat surface FS of the rear-side flat prism 12 which are opposing surfaces are in a parallel relationship.

そのため、図2(B)に示すように、前段側平板プリズムの単位プリズムP1の平板面FSに対して入射角φ1で入射した光は屈折角φ2で屈折し、作用面ESから出射角φ3で出射する。この光は後段側平板プリズム12の単位プリズムP2の平板面FSに対して入射角φ3で入射する。   Therefore, as shown in FIG. 2B, the light incident at the incident angle φ1 on the flat plate surface FS of the unit prism P1 of the front-side flat prism is refracted at the refraction angle φ2 and is emitted from the working surface ES at the output angle φ3. Exit. This light enters the flat plate surface FS of the unit prism P2 of the rear flat plate prism 12 at an incident angle φ3.

図1(B)に示した例と比較すれば明らかなように、後段側の平板プリズム12による屈折効果が小さくならず、入射角φ1が大きな(低仰角)の入射光に対しても所定方向に導入できる。そのため、より広い角度範囲に亘って適応可能となる。   As is clear from the comparison with the example shown in FIG. 1B, the refraction effect by the flat prism 12 on the rear stage side is not reduced, and the incident light with a large incident angle φ1 (low elevation angle) is also in a predetermined direction. Can be introduced. Therefore, it becomes possible to adapt over a wider angle range.

また、図2に示した平板プリズム12を、図2(A)において平板面FSに垂直な一点鎖線で示す回転軸で回転させれば、2つの平板プリズム11,12で偏向させる角度を広い範囲(立体角)に亘って任意に変化させることができる。この様子を図3に示す。   Further, if the flat prism 12 shown in FIG. 2 is rotated by the rotation axis indicated by the alternate long and short dash line perpendicular to the flat surface FS in FIG. 2A, the angle of deflection by the two flat prisms 11 and 12 is wide. It can be arbitrarily changed over (solid angle). This is shown in FIG.

図3(A)は、2つの平板プリズムの単位プリズムP1,P2を重ねたときのウェッジ角が最も大きく(=2α)なる場合を示している。
図3(B)は、2つのプリズムP1,P2の合成によるウェッジ角が等価的に0になる場合について示している。
図3(C)は、図3(A)と図3(B)の中間状態であり、プリズムP1,P2の合成による等価的なウェッジ角は0〜2αの範囲をとり得る。
FIG. 3A shows a case where the wedge angle is maximized (= 2α) when the unit prisms P1 and P2 of two flat prisms are overlapped.
FIG. 3B shows a case where the wedge angle obtained by combining the two prisms P1 and P2 is equivalently zero.
FIG. 3C is an intermediate state between FIG. 3A and FIG. 3B, and an equivalent wedge angle by combining the prisms P1 and P2 can be in the range of 0 to 2α.

なお、この例では図2(B)に示したように、前段側平板プリズム11の下面と後段側平板プリズム12の上面とが平行であるので、プリズムを透過する光線の軌跡を考察する場合にはその空気層は等価的に無視でき、図3の各図の右側に示すように、上下の単位プリズムを重ね合わせたものとして取り扱うことができる。   In this example, as shown in FIG. 2B, the lower surface of the front plate prism 11 and the upper surface of the rear plate prism 12 are parallel. The air layer is equivalently negligible, and can be handled as a superposition of the upper and lower unit prisms, as shown on the right side of each figure in FIG.

平板プリズム11,12の具体的な設計例は次のとおりである。
屈折率:1.5(アクリル樹脂)
形状:直径300mmの円板形(板厚:2mm)
ウェッジ角α=21゜
単位プリズムのピッチ:1mm
単位プリズムの高低差:0.36mm
なお、上記プリズム面における非作用面NSと平板面FSとの成す角度γは、成形時の型離れを良好にするために、90°より小さい80°としている。
A specific design example of the flat prisms 11 and 12 is as follows.
Refractive index: 1.5 (acrylic resin)
Shape: Disc shape with a diameter of 300mm (Thickness: 2mm)
Wedge angle α = 21 ° Unit prism pitch: 1 mm
Unit prism height difference: 0.36 mm
The angle γ formed between the non-working surface NS and the flat plate surface FS on the prism surface is set to 80 °, which is smaller than 90 °, in order to improve the mold separation during molding.

この条件でウェッジ角α=21°にすぎないにも関わらず、図2(B)に示した入射角φ1が0〜90°の範囲、すなわち全ての方向からの入射光について、後段側平板プリズム12の作用面ESの垂直軸方向へ導出することが可能となる。   Although the wedge angle α is only 21 ° under this condition, the rear-side flat prism is shown in FIG. 2B in which the incident angle φ1 is in the range of 0 to 90 °, that is, incident light from all directions. The twelve working surfaces ES can be derived in the vertical axis direction.

なお、平板プリズム11,12の界面での屈折率差に伴う反射や、屈折に有効に寄与しない非作用面NSに起因する損失は生じる。   In addition, the loss resulting from the reflection accompanying the difference in refractive index at the interface between the flat prisms 11 and 12 and the non-working surface NS that does not contribute to refraction effectively occurs.

図4は、2つの平板プリズム11,12を回転させる機構を備えた光導入装置101の断面図である。前段側平板プリズム11を回転枠体21に取り付けている。また、後段側平板プリズム12を回転枠体22に取り付けている。回転枠体21はギア31と噛合っていて、ギア31はモータ41によって回転する。同様に、回転枠体22はギア32と噛合っていて、ギア32はモータ42によって回転する。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the light introducing device 101 having a mechanism for rotating the two flat prisms 11 and 12. The front-stage flat prism 11 is attached to the rotary frame 21. Further, the rear plate prism 12 is attached to the rotary frame 22. The rotating frame 21 is engaged with a gear 31, and the gear 31 is rotated by a motor 41. Similarly, the rotating frame body 22 meshes with the gear 32, and the gear 32 is rotated by the motor 42.

平板プリズム11,12は、モータ41の回転によって、前段側平板プリズム11の平板面に垂直な中心軸を回転軸として回転する。また、後段側平板プリズム12はモータ42の回転によって、その平板面に垂直な中心軸を回転軸として回転する。一点鎖線で示すこの2つの回転軸はウェッジ角αと等しい角度をなす。   The flat prisms 11 and 12 rotate around the central axis perpendicular to the flat plate surface of the front-side flat prism 11 by the rotation of the motor 41. Further, the post-stage side plate prism 12 rotates around the central axis perpendicular to the flat plate surface by the rotation of the motor 42. The two rotation axes indicated by the one-dot chain line form an angle equal to the wedge angle α.

これにより2つの平板プリズム11,12同士の相対的な角度によって等価的なウェッジ角を制御し、且つ2つの平板プリズム11,12の全体の角度によって入射光の偏向方向(方位)を制御する。   Thus, an equivalent wedge angle is controlled by the relative angle between the two flat prisms 11 and 12, and the deflection direction (azimuth) of incident light is controlled by the overall angle of the two flat prisms 11 and 12.

この第1の実施形態によれば、後段側平板プリズム12の回転軸が平板面の垂直軸と一致しているため、後段側平板プリズム12の回転機構部を薄く構成できる。そのため装置全体を薄くできる。また、どちらの回転軸も平板面の垂直軸となるので、回転機構部の作製時に、プリズムの取付け・調整が簡単で、正常動作しているか否かの確認も容易にできる。   According to the first embodiment, the rotation axis of the rear plate prism 12 can be made thin because the rotation axis of the rear plate prism 12 coincides with the vertical axis of the flat plate surface. Therefore, the entire apparatus can be thinned. In addition, since both of the rotation axes are vertical axes of the flat plate surface, the prism can be easily attached and adjusted at the time of manufacturing the rotation mechanism portion, and it can be easily confirmed whether or not it is operating normally.

また、平板プリズム11,12を通常の肉厚プリズムとして考えた場合に、両プリズムの向かい合う面が常に平行な状態を保つため、両プリズムをどの方向に回転させれば所望の光路に調整できるかを計算しやすい。   In addition, when the flat prisms 11 and 12 are considered as normal thick prisms, the facing surfaces of both prisms are always kept in parallel so that the direction of rotation of both prisms can be adjusted to a desired optical path. Easy to calculate.

なお、2つの平板プリズム11,12を後段側平板プリズム12の入射面である平板面の垂直軸を回転軸として共に回転させ、且つ前段側平板プリズム11をその出射面であるプリズム面の垂直軸を回転軸として独立に回転させる構造としてもよい。すなわち図4に示したものと主従関係を逆にしてもよい。   The two flat prisms 11 and 12 are rotated together with the vertical axis of the flat plate surface that is the incident surface of the rear flat plate prism 12 as the rotation axis, and the front flat plate prism 11 is rotated along the vertical axis of the prism surface that is the output surface thereof. It is good also as a structure which rotates independently as a rotating shaft. That is, the master-slave relationship may be reversed from that shown in FIG.

図5は、図4に示した光導入装置101を用いるとともに、その入射面側の構造をより具体的に表したものである。図5において、光導入装置101の前段側平板プリズム11の平板面に対して平行にガラス(強化ガラス)板52を配置し、そのガラス板52と前段側平板プリズム11の平板面との間に整合層51を設けている。この整合層51は、例えばガラス板52と平板プリズム11のそれぞれの屈折率に近似する、またはその中間的な屈折率を有する油状の屈折率整合液である。   FIG. 5 shows the structure on the incident surface side in more detail while using the light introducing device 101 shown in FIG. In FIG. 5, a glass (tempered glass) plate 52 is disposed in parallel to the flat plate surface of the front plate prism 11 of the light introducing device 101, and between the glass plate 52 and the flat plate surface of the front plate prism 11. A matching layer 51 is provided. The matching layer 51 is, for example, an oily refractive index matching liquid having a refractive index approximate to or intermediate between the refractive indexes of the glass plate 52 and the flat prism 11.

このような構成により、前段側平板プリズム11の平板面とガラス板52との界面には常に整合層51が満たされて空気層が入らないため、光路に対して界面の数を増すことなく光導入装置101の保護を行うことができる。   With such a configuration, since the matching layer 51 is always filled in the interface between the flat plate surface of the front-side flat prism 11 and the glass plate 52 and no air layer enters, the light can be increased without increasing the number of interfaces with respect to the optical path. The introduction apparatus 101 can be protected.

次に、図2〜図5で示したように、平板プリズムの平板面を入射面として用いる場合と、平板プリズムのプリズム面を入射面として用いる場合とについて、損失の違いを示す。   Next, as shown in FIGS. 2 to 5, a difference in loss is shown between the case where the flat plate surface of the flat plate prism is used as the incident surface and the case where the prism surface of the flat plate prism is used as the incident surface.

図6は、入射面側をプリズム面とした場合の入射角について示している。また図8は、入射面側を平板面とした場合の入射角について示している。ここで、破線で示す向きから入射する光については、平板プリズム14を回転させて、図中実線の矢印で示す方向から入射する状態で用いる。入射面から実線の矢印で示す方向を正方向とすると、入射角は常に正の値となる。   FIG. 6 shows the incident angle when the incident surface side is a prism surface. FIG. 8 shows the incident angle when the incident surface side is a flat surface. Here, light incident from the direction indicated by the broken line is used in a state where the flat prism 14 is rotated and incident from the direction indicated by the solid arrow in the figure. When the direction indicated by the solid arrow from the incident surface is a positive direction, the incident angle is always a positive value.

図7は、入射面側をプリズム面とした場合の、入射角に対する透過率の関係について示す図であり、図9は、入射面側を平板面とした場合の、入射角に対する透過率の関係について示す図である。図7・図9はウェッジ角α=20°、非作用面と平板面とのなす角度γを80°とした場合の光線透過率を表している。図7・図9において、(A)は作用面を通過する割合について示し、(B)は界面反射を考慮し、且つ入射角による光強度を加味した加重平均をとった場合について示している。図7・図9の(A)において、入射角が負の値の領域は太陽光の追尾には不要な(入射させない)角度範囲である。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the transmittance to the incident angle when the incident surface side is a prism surface, and FIG. 9 is the relationship of the transmittance to the incident angle when the incident surface side is a flat surface. It is a figure shown about. 7 and 9 show the light transmittance when the wedge angle α = 20 ° and the angle γ between the non-working surface and the flat plate surface is 80 °. 7 and 9, (A) shows the ratio of passing through the working surface, and (B) shows the case of taking a weighted average considering the interface reflection and taking into consideration the light intensity depending on the incident angle. In FIG. 7A and FIG. 9A, the region where the incident angle is negative is an angle range that is unnecessary (not incident) for tracking sunlight.

図6・図7に示したように入射面がプリズム面であると、入射角が大きくなる程プリズム面の非作用面に入射する光が多くなって光透過率が低下してしまう。図7に図示したように、入射面がプリズム面である場合に、作用面に垂直な回転軸で回転させても、平均透過率は75.6%である。   As shown in FIGS. 6 and 7, when the incident surface is a prism surface, the light incident on the non-working surface of the prism surface increases as the incident angle increases and the light transmittance decreases. As shown in FIG. 7, when the incident surface is a prism surface, the average transmittance is 75.6% even if the incident surface is rotated by a rotation axis perpendicular to the working surface.

ところで、入射面をプリズム面にした場合は、光の入射範囲の中心方向と、作用面の垂直軸方向が一致するように平板プリズムを設置すると、広い角度範囲について入射光を平板プリズムに透過させることができる。しかし、例えば、前段側平板プリズムの入射面がプリズム面である集光ユニットを複数配置して集光装置を構成する場合を考えると、隣接する集光ユニットの影ができてしまうので、実際の平均透過率は63.2%までにさらに低下してしまう。   By the way, when the incident surface is a prism surface, if the flat prism is installed so that the center direction of the incident range of light coincides with the vertical axis direction of the working surface, the incident light is transmitted through the flat prism over a wide angle range. be able to. However, for example, when considering a case where a condensing device is configured by arranging a plurality of condensing units in which the incident surface of the front-side flat prism is a prism surface, the shadow of the adjacent condensing unit is created. The average transmittance is further reduced to 63.2%.

これに対して、図8・図9に示したように入射面が平板面であると、広い角度範囲からの入射光が一旦平板プリズムを透過する。入射角の大きな入射光は非作用面を透過してしまう成分もあるが、作用面を透過する割合も比較的多い。そのため、入射面が平板面である場合の平均透過率は80.9%である。   On the other hand, when the incident surface is a flat plate surface as shown in FIGS. 8 and 9, incident light from a wide angle range is once transmitted through the flat plate prism. Although incident light having a large incident angle has a component that passes through the non-working surface, a relatively large proportion of light passes through the working surface. Therefore, the average transmittance when the incident surface is a flat surface is 80.9%.

この場合には、複数の集光ユニットを近接配置しても、入射面が平板面であるので、各集光ユニットの前段側平板プリズムの入射面を平面状に配置することができる。そのため、隣接する集光ユニットの影ができることもなく、平均透過率の低下も少ない。   In this case, since the incident surface is a flat plate surface even if a plurality of light collecting units are arranged close to each other, the incident surface of the front-side flat prism of each light collecting unit can be arranged in a planar shape. Therefore, there is no shadow of adjacent light collecting units, and there is little decrease in average transmittance.

《第2の実施形態》
第2の実施形態に係る光導入装置について図10・図11を参照して説明する。
図10は第2の実施形態に係る光導入装置の主要部の構成を示す断面図である。第1の実施形態では後段側平板プリズム12の入射面が平板面側となるように配置したが、第2の実施形態では、図10に示すように後段側平板プリズム13のプリズム面PSが入射面となるように配置している。
<< Second Embodiment >>
The light introducing device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of the light introducing device according to the second embodiment. In the first embodiment, the rear surface side plate prism 12 is arranged so that the incident surface thereof is on the flat surface surface side. However, in the second embodiment, the prism surface PS of the rear surface side plate prism 13 is incident as shown in FIG. It arranges so that it may become a field.

そして、この例では、平板プリズム11,13のウェッジ角の開角方向に、対向する平板プリズムが相対的に開角するようにしている。すなわち、前段側平板プリズム11の平板面FSと後段側平板プリズム13の平板面FSとを傾斜させている。したがって、対向する面である、前段側平板プリズム11の作用面と後段側平板プリズムの作用面とを平行関係とすることができる。   In this example, the opposing flat prisms are relatively opened in the opening angle direction of the wedge angles of the flat prisms 11 and 13. That is, the flat plate surface FS of the front-stage flat prism 11 and the flat plate surface FS of the rear-stage flat prism 13 are inclined. Therefore, the working surface of the front-stage flat prism 11 and the working surface of the rear-stage flat prism, which are opposite surfaces, can be in a parallel relationship.

図10(B)は、前段側平板プリズム11と後段側平板プリズム13を回転させるための構造について示している。この図に示すように、前段側平板プリズム11を回転枠体21に取り付けている。後段側平板プリズム13は回転枠体23に取り付けている。回転枠体21はギア31と噛合っていて、ギア31はモータ41によって回転する。同様に、回転枠体23はギア33と噛合っていて、ギア33はモータ43によって回転する。   FIG. 10B shows a structure for rotating the front-side flat prism 11 and the rear-side flat prism 13. As shown in this figure, the front-side flat prism 11 is attached to the rotary frame 21. The rear stage side plate prism 13 is attached to the rotating frame body 23. The rotating frame 21 is engaged with a gear 31, and the gear 31 is rotated by a motor 41. Similarly, the rotating frame body 23 meshes with the gear 33, and the gear 33 is rotated by the motor 43.

平板プリズム11,13は、モータ41の回転によって、前段側平板プリズムの平板面に垂直な中心軸を回転軸として回転する。また、後段側平板プリズム13はモータ43の回転によって、そのプリズム面の作用面に垂直な中心軸を回転軸として回転する。一点鎖線で示すこの2つの回転軸はウェッジ角αと等しい角度をなす。   The plate prisms 11 and 13 are rotated about the central axis perpendicular to the plate surface of the front plate prism by the rotation of the motor 41. Further, the latter-stage flat prism 13 is rotated by the rotation of the motor 43 with the central axis perpendicular to the working surface of the prism surface as the rotation axis. The two rotation axes indicated by the one-dot chain line form an angle equal to the wedge angle α.

これにより2つの平板プリズム11,13同士の相対的な角度によって等価的なウェッジ角を制御し、且つ2つの平板プリズム11,13の全体の角度によって入射光の偏向方向(方位)を制御する。   Thus, an equivalent wedge angle is controlled by the relative angle between the two flat prisms 11 and 13, and the deflection direction (azimuth) of incident light is controlled by the overall angle of the two flat prisms 11 and 13.

なお、2つの平板プリズム11,13を後段側平板プリズム13の入射面であるプリズム面の作用面に垂直な軸を回転軸として共に回転させ、且つ前段側平板プリズム11をその出射面であるプリズム面の垂直軸を回転軸として独立に回転させる構造としてもよい。すなわち図10(B)に示したものと主従関係を逆にしてもよい。   The two flat prisms 11 and 13 are rotated together with an axis perpendicular to the working surface of the prism surface that is the incident surface of the rear-side flat prism 13 as a rotation axis, and the front-side flat prism 11 is a prism that is the output surface. It is good also as a structure rotated independently by making the vertical axis | shaft of a surface into a rotating shaft. That is, the master-slave relationship may be reversed from that shown in FIG.

図11は、図10に示した光導入装置102を備え、さらに集光手段を備えて構成した集光ユニット201の構成を示す断面図である。
図11において、後段側平板プリズム13の下面(平板面側)にはフレネルレンズ19を設けている。このフレネルレンズ19の焦点FPに光ファイバOFの受光部を配置している。光は後段側平板プリズム13の平板面に対して垂直方向に出射されるので、これらの光はフレネルレンズ19によって焦点FPに集光されることになる。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light collecting unit 201 that includes the light introducing device 102 illustrated in FIG. 10 and further includes a light collecting unit.
In FIG. 11, a Fresnel lens 19 is provided on the lower surface (flat surface side) of the rear-stage flat prism 13. The light receiving portion of the optical fiber OF is disposed at the focal point FP of the Fresnel lens 19. Since the light is emitted in a direction perpendicular to the flat plate surface of the latter-stage flat plate prism 13, these lights are collected at the focal point FP by the Fresnel lens 19.

なお、界面の数を減らすために、後段側平板プリズム13の平板面とフレネルレンズ19の平板面との間には整合層を設けるか、両者を一体に成形して空気層を介在させない。   In order to reduce the number of interfaces, a matching layer is provided between the flat plate surface of the rear-stage flat prism 13 and the flat plate surface of the Fresnel lens 19, or the both layers are formed integrally and no air layer is interposed.

このようにして焦点FPに集光された光は光ファイバOFを通じて所定の箇所へ光エネルギーとして伝送される。   The light collected at the focal point FP in this way is transmitted as light energy to a predetermined location through the optical fiber OF.

《第3の実施形態》
図12(A)は第3の実施形態に係る光導入装置103の主要部の断面図である。図12(B)は、前段側平板プリズム14と後段側平板プリズム13を回転させるための構造について示している。
<< Third Embodiment >>
FIG. 12A is a cross-sectional view of the main part of the light introducing device 103 according to the third embodiment. FIG. 12B shows a structure for rotating the front-side flat prism 14 and the rear-side flat prism 13.

この第3の実施形態は、前段側平板プリズム14及び後段側平板プリズム13の両方について、入射面側をプリズム面とした例である。
図12(B)に示すように、前段側平板プリズム14を回転枠体24に取り付けている。後段側平板プリズム13は回転枠体23に取り付けている。回転枠体24はギア34と噛合っていて、ギア34はモータ44によって回転する。同様に、回転枠体23はギア33と噛合っていて、ギア33はモータ43によって回転する。
The third embodiment is an example in which the incident surface side is a prism surface for both the front-side flat prism 14 and the rear-side flat prism 13.
As shown in FIG. 12B, the front-stage flat prism 14 is attached to the rotary frame 24. The rear stage side plate prism 13 is attached to the rotating frame body 23. The rotating frame body 24 meshes with a gear 34, and the gear 34 is rotated by a motor 44. Similarly, the rotating frame body 23 meshes with the gear 33, and the gear 33 is rotated by the motor 43.

この構成により、前段側平板プリズム14はその出射面である平板面に対して垂直な軸を回転軸として回転し、後段側平板プリズム13はそのプリズム面の作用面ESに対して垂直な軸を回転軸として回転する。   With this configuration, the front-side flat prism 14 rotates about an axis perpendicular to the flat surface that is the exit surface thereof, and the rear-stage flat prism 13 has an axis that is perpendicular to the working surface ES of the prism surface. It rotates as a rotation axis.

なお、第1・第2の実施形態と同様に、前段側平板プリズム14の入射面であるプリズム面の作用面ESに垂直な軸で前段側平板プリズム14及び後段側平板プリズム13を回転させ、後段側平板プリズム13の入射面であるプリズム面の作用面ESに垂直な軸で後段側平板プリズム13を回転させてもよい。   As in the first and second embodiments, the front side plate prism 14 and the rear side plate prism 13 are rotated about an axis perpendicular to the working surface ES of the prism surface that is the incident surface of the front side plate prism 14. The rear plate prism 13 may be rotated about an axis perpendicular to the working surface ES of the prism surface that is the incident surface of the rear plate prism 13.

これにより2つの平板プリズム14,13同士の相対的な角度によって等価的なウェッジ角を制御し、且つ2つの平板プリズム14,13の全体の角度によって入射光の偏向方向(方位)を制御する。   Thus, an equivalent wedge angle is controlled by the relative angle between the two flat prisms 14 and 13, and the deflection direction (azimuth) of incident light is controlled by the overall angle of the two flat prisms 14 and 13.

《第4の実施形態》
図13は第4の実施形態に係る光導入装置104の主要部の構成を示す断面図である。この例では、それぞれウェッジ角がβ1の前段側平板プリズム15と後段側平板プリズム16を用いている。前段側平板プリズム15は出射面をプリズム面とし、後段側平板プリズム16は入射面をプリズム面とし、2つの平板プリズム15,16は、対向する平板プリズム15,16のウェッジ角β1の傾斜方向に、角度2×(β1+β2)だけ開角した構造としている。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of the light introducing device 104 according to the fourth embodiment. In this example, a front-stage flat prism 15 and a rear-stage flat prism 16 each having a wedge angle β1 are used. The front-side flat prism 15 has an exit surface as a prism surface, the rear-stage flat prism 16 has an incident surface as a prism surface, and the two flat prisms 15 and 16 are arranged in the inclination direction of the wedge angle β1 of the opposing flat prisms 15 and 16. The angle is 2 × (β1 + β2).

換言すると、2つのプリズムの作用面同士を平行に配置した場合に必要なウェッジ角をαで表し、た場合に、β1<αであり、且つ、2つの平板プリズムの作用面同士を平行に配置した場合より、平板プリズムのウェッジ角β1の開角方向に、対向するプリズムが角度2×β2だけさらに開角するようにしている。   In other words, the wedge angle required when the working surfaces of the two prisms are arranged in parallel is represented by α, where β1 <α, and the working surfaces of the two flat prisms are arranged in parallel. Therefore, the opposing prism is further opened by an angle 2 × β2 in the opening angle direction of the wedge angle β1 of the flat plate prism.

そして、それぞれの平板プリズム15,16は、それぞれウェッジ角β1のプリズムとウェッジ角β2の空気プリズムの合成プリズムと見なし、それらの空気プリズムの作用面同士を平行に対向させている。すなわち、平板プリズム15,16のプリズム面から、平板プリズム15,16のウェッジ角β1の開角方向に平板プリズム15,16がそれぞれ角度β2開角した面が平行となるようにしている。そして、両者は前段側平板プリズムの平板面の垂直軸を回転軸として回転し、且つ、後段側平板プリズム16は、前記空気プリズム同士の対向する面(すなわち平板プリズム16の作用面から、平板プリズム16の開角方向にさらに角度β2だけ傾いた面)に垂直な軸を回転軸として回転する構造とする。   Each of the flat prisms 15 and 16 is regarded as a combined prism of a prism having a wedge angle β1 and an air prism having a wedge angle β2, and the working surfaces of the air prisms are opposed to each other in parallel. That is, the planes of the flat prisms 15 and 16 that are open at an angle β2 are parallel to the opening angle direction of the wedge angle β1 of the flat prisms 15 and 16 from the prism surfaces of the flat prisms 15 and 16, respectively. Then, both rotate with the vertical axis of the flat plate surface of the front-stage flat prism as the rotation axis, and the rear-stage flat prism 16 is a surface facing the air prisms (that is, from the working surface of the flat prism 16 to the flat prism). 16 is a structure that rotates about an axis perpendicular to the opening angle direction 16 by an angle β2).

図13(B)は、前段側平板プリズム15と後段側平板プリズム16を回転させるための構造について示している。この図に示すように、前段側平板プリズム15を回転枠体25に取り付けている。後段側平板プリズム16は回転枠体26に取り付けている。回転枠体25はギア35と噛合っていて、ギア35はモータ45によって回転する。同様に、回転枠体26はギア36と噛合っていて、ギア36はモータ46によって回転する。   FIG. 13B shows a structure for rotating the front-side flat prism 15 and the rear-side flat prism 16. As shown in this figure, the front-side flat prism 15 is attached to the rotary frame 25. The rear stage side plate prism 16 is attached to the rotating frame 26. The rotating frame 25 is engaged with a gear 35, and the gear 35 is rotated by a motor 45. Similarly, the rotating frame 26 is engaged with a gear 36, and the gear 36 is rotated by a motor 46.

平板プリズム15,16は、モータ45の回転によって回転し、後段側平板プリズム16はモータ46の回転によっても回転する。一点鎖線で示すこの2つの回転軸は合成プリズムのウェッジ角(β1+β2)と等しい角度をなす。   The plate prisms 15 and 16 are rotated by the rotation of the motor 45, and the rear stage side plate prism 16 is also rotated by the rotation of the motor 46. The two rotation axes indicated by the one-dot chain line form an angle equal to the wedge angle (β1 + β2) of the composite prism.

これにより2つの平板プリズム15,16同士の相対的な角度によって等価的なウェッジ角を制御し、且つ2つの平板プリズム15,16の全体の角度によって入射光の偏向方向(方位)を制御する。   Thus, the equivalent wedge angle is controlled by the relative angle between the two flat prisms 15 and 16, and the deflection direction (azimuth) of the incident light is controlled by the overall angle of the two flat prisms 15 and 16.

第1〜第3の実施形態で示した2つの平板プリズムを用いて、対向する作用面同士が平行となるように配置した場合、全ての入射角の光を後段側平板プリズムの出射面の垂直方向に導出するためには、既に述べたように、プリズムのウェッジ角は21゜必要であった。しかし、第4の実施形態では、後段側の平板プリズムの入射面が、出射面の傾斜方向に傾くように配置されているので、2つのプリズム15,16のウェッジ角β1は20.4゜あれば、すべての方向からの入射光に対し(すなわち前段側平板プリズムに対する入射角が0〜90°の範囲について)、後段側平板プリズムの出射面の垂直軸方向へ送り出すことが可能となる。但し、前記空気プリズムとの合成プリズムが占める角度β1+β2=21.4゜となるので、後段側平板プリズムの回転機構部は、図10に示した例よりもわずかに厚くなる。   When the two flat prisms shown in the first to third embodiments are used so that the working surfaces facing each other are parallel to each other, all incident angles of light are perpendicular to the exit surface of the rear flat plate prism. In order to derive in the direction, as described above, the wedge angle of the prism was 21 °. However, in the fourth embodiment, since the incident surface of the flat plate prism on the rear stage is arranged so as to be inclined in the inclination direction of the output surface, the wedge angle β1 of the two prisms 15 and 16 is 20.4 °. For example, it is possible to send out incident light from all directions (that is, in a range where the incident angle with respect to the front-side flat prism is 0 to 90 °) in the vertical axis direction of the exit surface of the rear-side flat prism. However, since the angle β1 + β2 = 21.4 ° occupied by the composite prism with the air prism, the rotation mechanism portion of the rear side plate prism is slightly thicker than the example shown in FIG.

このようにして平板プリズムのウェッジ角を小さくすれば、平板プリズムによる透過損失が少なくなる。   If the wedge angle of the flat prism is thus reduced, the transmission loss due to the flat prism is reduced.

なお、同じ入射角の光を送り出す条件で、かつ平板プリズムの面積が同じである場合、β2が大きくなると、前段側平板プリズム15は通るが後段側平板プリズム16は通らない、ということによる損失は増えるが、上述のように平板プリズムのウェッジ角β1が小さくなる分だけ、光がプリズム面の非作用面に当たって所望の方向へ進まない割合は減る。β2がある程度の値までは、前者の損失増よりも後者の損失減の方が勝るため、総合効率は改善される。この理由により、第4の実施形態で示した光導入装置104の方が第2の実施形態で示した光導入装置102に比べてわずかに改善が見込まれる。   In the case where light of the same incident angle is transmitted and the area of the flat prism is the same, if β2 increases, the loss due to the fact that the front-side flat prism 15 passes but the rear-stage flat prism 16 does not pass is lost. However, as the wedge angle β1 of the flat prism becomes smaller as described above, the rate at which light strikes the non-working surface of the prism surface and does not travel in the desired direction decreases. Up to a certain value of β2, since the latter loss decrease is superior to the former loss increase, the overall efficiency is improved. For this reason, the light introducing device 104 shown in the fourth embodiment is expected to be slightly improved compared to the light introducing device 102 shown in the second embodiment.

なお、第1の実施形態として図2に示したように、2つの平板プリズム11,12のプリズム面をともに出射面側にしたものに適用することもできる。この場合には、2つの対向面を平行に配置した場合より、平板プリズム11のウェッジ角β1の開角方向に、平板プリズム12が角度β2開角する。そして、平板プリズム11のプリズム面の作用面から平板プリズム11のウェッジ角β1の開角方向に角度β2開角した面と平板プリズム12の平板面が平行となるように回転する。これによれば、β1=18〜15゜,β2=5〜10゜の範囲で総合効率が1%程度の改善が見込まれる。その理由は、第2の実施形態のように、プリズム面同士が対向していて、2つの平板プリズム11,13が大きな角度を成している場合、その角度をさらに広げると、前段側平板プリズムは通るが後段側平板プリズムは通らない、ということによる損失が大きく増えるが、第1の実施形態のように、対向する2つの平板プリズムのうち一方の面のみがプリズム面であれば、2つの平板プリズムが成す角度がもともと大きくなく、その角度を広げても損失増加は少ないためである。   Note that, as shown in FIG. 2 as the first embodiment, the two flat prisms 11 and 12 can be applied to both of which the prism surfaces are on the exit surface side. In this case, the flat prism 12 opens at an angle β2 in the opening angle direction of the wedge angle β1 of the flat prism 11 as compared with the case where the two opposing surfaces are arranged in parallel. Then, the plane of the flat prism 11 is rotated so that the plane of the flat prism prism 12 is parallel to the plane of the flat prism 11 that is opened by the angle β2 in the opening angle direction of the wedge angle β1 of the flat prism 11. According to this, overall efficiency is expected to be improved by about 1% in the range of β1 = 18 to 15 ° and β2 = 5 to 10 °. The reason is that, as in the second embodiment, when the prism surfaces are opposed to each other and the two flat prisms 11 and 13 form a large angle, if the angle is further increased, the front-side flat prism is Although the loss due to passing through the latter but not passing through the latter-stage flat prism is greatly increased, as in the first embodiment, if only one of the two opposing flat prisms is a prism surface, This is because the angle formed by the flat prism is not originally large, and even if the angle is widened, the increase in loss is small.

《第5の実施形態》
図14は第5の実施形態に係る集光装置301の構成を示す断面図である。この集光装置301は住宅の南側に面した傾斜屋根に設けたものである。屋根の入射面にはガラス板52を設け、その内側に図11に示したものと同様の集光ユニット201A〜201Dを設けている。但しこの図では断面内に4つの集光ユニット201A〜201Dが現れているが、紙面に対して垂直方向(奥行き方向)にも配列形成されている。
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light collecting apparatus 301 according to the fifth embodiment. This condensing device 301 is provided on an inclined roof facing the south side of the house. A glass plate 52 is provided on the incident surface of the roof, and light condensing units 201A to 201D similar to those shown in FIG. However, in this figure, four condensing units 201A to 201D appear in the cross section, but they are also arranged in the direction perpendicular to the paper surface (depth direction).

このようにして複数の集光ユニットのそれぞれの複数の平板プリズムのうち初段の(前段の)平板プリズムの入射面がほぼ同一平面をなすように複数配置することによって、隣接する他の集光ユニットが入射光を遮蔽することなく、全体に高効率な集光装置が構成できる。   In this way, by arranging a plurality of the incident surfaces of the first (previous) plate prisms among the plurality of plate prisms of the plurality of light collecting units so as to form substantially the same plane, other adjacent light collecting units are arranged. Therefore, a highly efficient condensing device can be constructed as a whole without blocking incident light.

なお、図4に示したように、後段側平板プリズム12の出射面がプリズム面である場合には、その平板面側(入射面側)にフレネルレンズを配置するか、両者を一体成形してもよい。さらには平板プリズムのプリズムパターンとフレネルレンズのパターンとの合成パターンを同一面に設けることによって両者を一体化してもよい。   As shown in FIG. 4, when the exit surface of the latter-stage flat prism 12 is a prism surface, a Fresnel lens is disposed on the flat plate surface side (incident surface side), or both are integrally molded. Also good. Further, a composite pattern of a prism pattern of a flat plate prism and a Fresnel lens pattern may be provided on the same surface to integrate them.

また、以上に示した各実施形態ではいずれも2つの平板プリズムを備えたが、3つ以上の平板プリズムを備える場合には、対向する2つの平板プリズムについて本発明を同様に適用すればよい。   In each of the embodiments described above, two flat prisms are provided. However, when three or more flat prisms are provided, the present invention may be similarly applied to two opposing flat prisms.

また、以上に示した各実施形態では、平板プリズムの対向する面または空気プリズムの対向する面が略平行になるように配置しているが、これに限られず、2つの平板プリズムの平板面が平行ではなく、ウェッジ角の開角方向に相対的に開角するように2つの平板プリズムが傾斜していればよい。   Moreover, in each embodiment shown above, it has arrange | positioned so that the surface which a flat prism opposes, or the surface which an air prism opposes may become substantially parallel, However, It is not restricted to this, The flat plate surface of two flat prisms is It is only necessary that the two flat prisms be inclined so that they are not parallel but are relatively opened in the opening angle direction of the wedge angle.

特許文献2に示されている太陽追尾装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solar tracking apparatus shown by patent document 2. FIG. 第1の実施形態に係る光導入装置の主要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the light introduction apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光導入装置の偏向角の制御の例を示す図である。It is a figure which shows the example of control of the deflection angle of the light introduction apparatus which concerns on 1st Embodiment. 2つの平板プリズム11,12を独立して回転させる機構を備えた光導入装置101の断面図である。It is sectional drawing of the light introduction apparatus 101 provided with the mechanism in which the two flat prisms 11 and 12 are rotated independently. 図4に示した光導入装置101を用いるとともに、その入射面側の構造をより具体的に表した図ある。FIG. 5 is a diagram more specifically showing the structure on the incident surface side while using the light introducing device 101 shown in FIG. 4. 入射面側をプリズム面とした場合の入射角について示す図である。It is a figure shown about the incident angle when the incident surface side is made into a prism surface. 入射面側をプリズム面とした場合の、入射角に対する透過率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the transmittance | permeability with respect to an incident angle when an incident surface side is made into a prism surface. 入射面側を平板面とした場合の入射角について示している。The incident angle when the incident surface side is a flat surface is shown. 入射面側を平板面とした場合の、入射角に対する透過率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the transmittance | permeability with respect to an incident angle when an incident surface side is made into a flat plate surface. 第2の実施形態に係る光導入装置の主要部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the light introduction apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図10に示した光導入装置102を備え、さらに集光手段を備えて構成した集光ユニット201の断面図である。It is sectional drawing of the condensing unit 201 provided with the light introduction apparatus 102 shown in FIG. 10, and also provided with the condensing means. 第3の実施形態に係る光導入装置103の主要部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the light introduction apparatus 103 which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る光導入装置104の主要部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the light introduction apparatus 104 which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る集光装置301の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the condensing apparatus 301 which concerns on 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11…前段側平板プリズム
12…後段側平板プリズム
13…後段側平板プリズム
14…前段側平板プリズム
15…前段側平板プリズム
16…後段側平板プリズム
19…フレネルレンズ
21〜26…回転枠体
31〜36…ギア
41〜46…モータ
51…整合層
52…ガラス板
101〜104…光導入装置
201…集光ユニット
301…集光装置
ES…作用面
FP…焦点
FS…平板面
NS…非作用面
OF…光ファイバ
P1,P2…単位プリズム
PS…プリズム面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Preliminary side plate prism 12 ... Rear stage side plate prism 13 ... Rear stage side plate prism 14 ... Prestage side plate prism 15 ... Prestage side plate prism 16 ... Rear stage side plate prism 19 ... Fresnel lenses 21-26 ... Rotating frame bodies 31-36 ... Gear 41-46 ... Motor 51 ... Alignment layer 52 ... Glass plate 101-104 ... Light introducing device 201 ... Condensing unit 301 ... Condensing device ES ... Working surface FP ... Focus FS ... Plate surface NS ... Non-working surface OF ... Optical fibers P1, P2 ... Unit prism PS ... Prism surface

Claims (10)

複数の平板プリズムを備えた光導入装置において、
前記複数の平板プリズムのうち、前段側と後段側の少なくとも2つの平板プリズムは、少なくとも一方の平板プリズムのプリズム面が他方の平板プリズムに対向し、且つ、前記一方の平板プリズムのウェッジ角の開角方向に他方の平板プリズムが相対的に開角する関係に配置され、当該2つの平板プリズムが回転可能に設けられたことを特徴とする光導入装置。
In the light introducing device provided with a plurality of flat plate prisms,
Among the plurality of flat plate prisms, at least two flat plate prisms on the front side and the back side have a prism surface of at least one flat plate prism facing the other flat plate prism, and the wedge angle of the one flat plate prism is increased. A light introducing device characterized in that the other flat prism is disposed so as to be relatively open in the angular direction, and the two flat prisms are rotatably provided.
前記2つの平板プリズムは、双方に共通の第1の回転軸を有し、前記2つの平板プリズムの一方は、前記第1の回転軸とは独立した第2の回転軸を有する、請求項1に記載の光導入装置。   The two flat prisms have a first rotation axis that is common to both, and one of the two flat prisms has a second rotation axis that is independent of the first rotation axis. The light introducing device described in 1. 前記2つの平板プリズムの回転に関わらず、前記2つの平板プリズムの互いに対向する面は略平行な関係を維持する、請求項1または2に記載の光導入装置。   3. The light introducing device according to claim 1, wherein the surfaces of the two flat prisms facing each other maintain a substantially parallel relationship regardless of the rotation of the two flat prisms. 前記2つの平板プリズムのうち、少なくとも一方の平板プリズムは、入射面に垂直な軸を回転軸として回転する、請求項3に記載の光導入装置。   4. The light introducing device according to claim 3, wherein at least one of the two flat prisms rotates about an axis perpendicular to an incident surface as a rotation axis. 5. 前記2つの平板プリズムを、それらの対向面を平行に配置した場合に必要なウェッジ角をαで表し、前記2つの平板プリズムのウェッジ角をそれぞれβで表した場合にβ<αの関係にあり、且つ、対向面を平行に配置した場合より、プリズム面が他方の平板プリズムに対向する一方の平板プリズムのウェッジ角の開角方向に、他方の平板プリズムが開角する関係に配置された、請求項1または2に記載の光導入装置。   When the two flat prisms are arranged so that their opposing surfaces are parallel, the necessary wedge angle is expressed as α, and when the wedge angles of the two flat prisms are expressed as β, β <α. And, when the opposing surfaces are arranged in parallel, the prism surface is arranged in a relationship in which the other flat prism opens in the opening angle direction of the wedge angle of one flat prism facing the other flat prism, The light introducing device according to claim 1 or 2. 前記2つの平板プリズムは、他方の平板プリズムに対向する一方の平板プリズムの面が平板面である場合にはその平板面が、他方の平板プリズムに対向する一方の平板プリズムの面がプリズム面である場合には、当該プリズム面から前記一方の平板プリズムのウェッジ角βの開角方向に所定の角度開角した面が、前記2つの平板プリズムの回転に関わらず、平行な関係を維持する、請求項5に記載の光導入装置。   In the two flat prisms, when the surface of one flat prism facing the other flat prism is a flat plate surface, the flat plate surface is the plane of the one flat prism facing the other flat prism. In some cases, a surface that is opened from the prism surface by a predetermined angle in the opening angle direction of the wedge angle β of the one flat prism maintains a parallel relationship regardless of the rotation of the two flat prisms. The light introducing device according to claim 5. 前記前段の平板プリズムと前記後段の平板プリズムのうち、少なくとも一方の平板プリズムの入射面が平面である、請求項1〜6のいずれかに記載の光導入装置。   The light introducing device according to claim 1, wherein an incident surface of at least one of the front-stage flat prism and the rear-stage flat prism is a flat surface. 請求項1〜7のいずれかに記載の光導入装置と、前記複数の平板プリズムのうち最後段から出射される光を集光する集光レンズとを備えてなる集光ユニット。   A condensing unit comprising the light introducing device according to claim 1 and a condensing lens that condenses light emitted from the last stage among the plurality of flat prisms. 前記複数の平板プリズムのうち最後段に配置された平板プリズムは、その出射面が平面であり、当該平板プリズムの出射面に前記集光レンズを形成された、請求項8に記載の集光ユニット。   The condensing unit according to claim 8, wherein the flat prism arranged at the last stage among the plurality of flat prisms has a flat exit surface, and the condenser lens is formed on the exit surface of the flat prism. . 請求項8または9に記載の集光ユニットが、前記複数の平板プリズムのうち初段の平板プリズムの入射面が略同一平面をなすように複数配置されてなる集光装置。   10. A condensing device in which a plurality of condensing units according to claim 8 or 9 are arranged such that incident surfaces of first-stage flat prisms are substantially coplanar among the plurality of flat prisms.
JP2008106999A 2008-04-16 2008-04-16 Light introducing device, light converging unit, and light converging device Pending JP2009258371A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008106999A JP2009258371A (en) 2008-04-16 2008-04-16 Light introducing device, light converging unit, and light converging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008106999A JP2009258371A (en) 2008-04-16 2008-04-16 Light introducing device, light converging unit, and light converging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009258371A true JP2009258371A (en) 2009-11-05

Family

ID=41385889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008106999A Pending JP2009258371A (en) 2008-04-16 2008-04-16 Light introducing device, light converging unit, and light converging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009258371A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017174110A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-12 Marcelo Ymbern Active sunlight redirection system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017174110A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-12 Marcelo Ymbern Active sunlight redirection system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5944400B2 (en) Compact optical components for heat collection and lighting systems
KR101455892B1 (en) Compact Optics for Concentration, Aggregation and Illumination of Light Energy
JP2000147262A (en) Converging device and photovoltaic power generation system utilizing the device
US20150009568A1 (en) Light collection system and method
Malet-Damour et al. Technological review of tubular daylight guide system from 1982 to 2020
US6966661B2 (en) Half-round total internal reflection magnifying prism
JP2007073774A (en) Solar battery
US9046279B2 (en) Light condensing device, photovoltaic power generation device and photo-thermal conversion device
KR101007649B1 (en) Light guider having multiple channels
JP2009258371A (en) Light introducing device, light converging unit, and light converging device
WO2006123727A1 (en) Projection display screen using deflection element and projection display system
JP5556938B1 (en) Solar lighting system
JP7017228B2 (en) Condensing unit and sunlight receiver
JP5655146B2 (en) Condensing lens array and solar cell including the same
US20180306950A1 (en) Planar optical module for tracking and collimating incident light
JPH07326213A (en) Sunlight taking-in device
US20150263667A1 (en) Sunlight-collecting system
TW202044747A (en) A photoelectric conversion system where sunlight is concentrated and divided into beams with different wavelengths
JP2009188139A (en) Solar lens
WO2012033132A1 (en) Light condenser, photovoltaic system, and photothermal converter
JP2013088690A (en) Light collecting device and photovoltaic device using the same
TW201234631A (en) Light concentrating device and method
TW201306290A (en) Light harvesting module having multiple lens array
JP2010014826A (en) Solar lens
JPH06324282A (en) Solar light collection device