以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
≪第1の実施の形態≫
図1〜図9は、本発明の第1の実施の形態を説明するための図である。このうち図1及び図2は、太陽電池複合体10を示す斜視図または縦断面図であり、図3〜図5は、太陽電池複合体10が発現する光学機能を説明するため図であり、図6〜図9は、太陽電池複合体の製造方法の一例を説明するための図である。
ここで説明する太陽電池複合体10は、何らかの光学機能を発現することを期待された光学機能面12を含み、太陽電池パネル50による発電も行うことが可能なパネル状の部材である。光学機能面は、光の作用や性質を利用した機能を備える平面もしくは曲面またはこれらを組み合わせた面である。光は、可視光だけでなく赤外線から紫外線までを含む意味である。光の作用や性質としては、例えば、光の直進、屈折、反射、吸収、発光、干渉、および偏光などが挙げられる。光学機能としては、例えば、表示機能、照明機能、遮光機能、および太陽電池、光学素子、光学部材または光学機器などとの光接続機能などが挙げられる。図1及び図2に示すように、太陽電池複合体10は、第1軸方向d1に配列された複数の単位レンズ30を有している。この単位レンズ30は、太陽電池複合体10に入射する光または太陽電池複合体10から出射する光に対してレンズ機能を発現し、当該光の進行方向を調整する。単位レンズ30は、或る角度範囲AR1内の方向から入射した光を太陽電池パネル50に導き、或る角度範囲AR2内の方向から入射した光を光学機能面12に導く。
つまり、太陽電池パネル50は、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10へ入射する光を受光して発電を行う。また、光学機能面12は、第2角度範囲AR2から太陽電池複合体10へ入射する光に対して、或いは、第2角度範囲AR2へ向けて太陽電池複合体10から出射する光に対して何らかの光学機能を発揮する。
そして、ここで説明する太陽電池複合体10では、太陽電池パネル50にて発電が連続して安定して行われるようになる第1角度範囲AR1、及び、光学機能面12からの光学機能が連続して発現されるようになる角度範囲である第2角度範囲AR2を、高い自由度で調整し得るようにするための工夫がなされている。この結果、光学機能面12及び太陽電池パネル50が期待された機能を発現し、太陽電池複合体10が優れた特性を示すようになる。
以下に詳述する一実施の形態では、光学機能面12は、一例として、表示対象13を表示するための表示面をなしている。なお、表示対象13として、図形、パターン、デザイン、色彩、絵、写真、キャラクターなどの絵柄(イメージ)や、文字、マーク、数字などの情報を例示することができる。表示対象13は、静止していても動いていてもよい。ここで、パネル部材10へ入射する光は、光学機能面12またはそれに接続された表示素子等で反射し、単位レンズ30によって進行方向が調整されて、第2角度範囲AR2へ向けてパネル部材10から出射する。あるいは、光学機能面12またはそれに接続された表示素子等が発光する場合、光学機能面12から出射された光は、単位レンズ30によって進行方向が調整されて、第2角度範囲AR2へ向けてパネル部材10から出射する。そして、第2角度範囲AR2へ向けて太陽電池複合体10から出射する光は、表示対象13を表示する。すなわち、観察者は、第2角度範囲AR2から表示対象13を観察することができる。ただし、本発明は、以下に詳述する一実施の形態に限定されるものではなく、光学機能面12による光学機能は、適宜変更することができる。
なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。一具体例として、「光制御シート」には、「光制御フィルム」や「光制御板」等と呼ばれる部材も含まれる。
また、本明細書において、「シート面(フィルム面、板面、パネル面)」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。以下に説明する実施の形態においては、太陽電池複合体10のパネル面、後述する光制御シート20のシート面、光制御シート20の後述する本体部40のシート面、並びに、太陽電池パネル50のパネル面は、互いに並行となっている。さらに、本明細書において、シート状(フィルム状、板状、パネル状)の部材に対して用いる「法線方向」とは、当該部材のシート面への法線方向のことを指す。
以下、本実施の形態による太陽電池複合体10の構成および作用効果について詳述していく。図1および図2によく示されているように、太陽電池複合体10は、光制御シート20と、光制御シート20の背面に配置された太陽電池パネル50と、を有している。光制御シート20は、太陽電池複合体10の表面10aを形成している。表面10aは、太陽電池複合体10へ入射する太陽光等の外光等が入射する入射面をなし、また、表示対象13を可視化する光学機能面12からの光が太陽電池複合体10から出射する出射面もなす。
光制御シート20は、シート状の本体部40と、本体部40上に支持されたレンズ部25と、を有している。レンズ部25は、第1軸方向d1に配列された多数の単位レンズ30を含んでいる。多数の単位レンズ30は、その光軸odが互いに平行となるようにして、並べられている。とりわけ図示された例において、単位レンズ30は、その光軸odが、本体部40の法線方向ndと平行となるよう配置されている。また、第1軸方向d1は、本体部40のシート面に沿っており、本体部40の法線方向ndに直交している。図示された例において、太陽電池複合体10は、第1軸方向d1が鉛直方向と平行になるようにして、配置されている。
レンズ部25は、図1に示すように、いわゆるレンチキュラーレンズ乃至シリンドリカルレンズを構成している。すなわち、各単位レンズ30は、その配列方向である第1軸方向d1に対して交差する方向に線状に延びている。とりわけ図示された例において、単位レンズ30は、第1軸方向d1及び法線方向ndの両方と直交する第2軸方向d2に、直線状に延びている。また、レンズ部25に含まれる複数の単位レンズ30は、互いに同一に構成されている。
各単位レンズ30は、凸レンズ状のレンズ面31を有し、シート状の本体部40から、本体部40の法線方向ndに向かって突出している。このレンズ面31は、太陽電池複合体10の表面10aをなしている。第1軸方向d1及び法線方向ndの両方に平行な図2の断面(以下においては、「主切断面」とも呼ぶ)において、レンズ面31は、光軸odを中心として対称となっている。図2に示すように、各単位レンズ30は、そのレンズ面31に入射する平行光束を、集光領域に集める。図2に示す単位レンズ30は、単位レンズ30の光軸odに沿って入射する平行光束L21を焦点fpに集める例が示されており、この場合、焦点fpは、単位レンズ30の光軸od上に位置する。
なお、図示された例において、単位レンズ30は、互いに隙間をあけて第1軸方向d1に配列されている。すなわち、第1軸方向d1に隣り合う二つの単位レンズ30のレンズ面31の間には、当該二つのレンズ面31の対面する基端部32b間を接続する接続面38が設けられている。図示された例において、接続面38は、本体部40のシート面に沿って延びている。太陽電池複合体10の表面10aは、単位レンズ30のレンズ面31と接続面38とによって形成されている。単位レンズ30を含む光制御シート20は、一例として、金型を用いた樹脂成型によって作製され得る。接続面38を設けて、隣り合う単位レンズ30の間に隙間を設けることによって、法線方向ndに対して大きく傾斜した角度範囲からの光が単位レンズ30に入射する前にその隣の単位レンズ30で遮られてしまう問題、いわゆる「ケラレ」を減らすことができる。
本体部40は、互いに対向する一対の主面として、第1主面40a及び第2主面40bを有している。第1主面40aは、レンズ部25と隣接する面を形成し、第2主面40bは、後述する拡散要素70と隣接する面を形成している。本実施の形態において、光学機能面12が、本体部40の内部に位置している。
図2に示すように、光学機能面12は、本体部40の法線方向ndにおいて、単位レンズ30と太陽電池パネル50との間に位置している。光学機能面12は、単位レンズ30に対応して、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1に配列されている。各光学機能面12は、当該光学機能面12が対応する一つの単位レンズ30に対向して位置している。図2に示すように、各光学機能面12は、対応する単位レンズ30と法線方向ndに沿って少なくとも部分的に対面するようにして、配置されている。言い換えると、各光学機能面12は、本体部40の法線方向ndからみて、対応する単位レンズ30と少なくとも部分的に重なっている。本実施の形態では、光学機能面12は、単位レンズ30と同様に、配列方向である第1軸方向d1と交差する方向に線状に延びている。より厳密には、光学機能面12は、単位レンズ30と同様に、第1軸方向d1と直交する第2軸方向d2に直線状に延びている。なお、図示された例において、単位レンズ30に対応して多数設けられた光学機能面12は、互いに同一に構成されている。
各光学機能面12は、太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜し、単位レンズ30の光軸odに平行な方向に対しても傾斜している。すなわち、各光学機能面12は、太陽電池パネル50及び単位レンズ30の光軸odのいずれとも非平行になっている。このような光学機能面12によれば、後述するようにして、光学機能面12からの光学機能が発現されるようになる角度範囲である第2角度範囲AR2を、高い自由度で調整することが可能となり、また、太陽電池パネル50にて発電が連続して安定して行われるようになる角度範囲である第1角度範囲AR1も、高い自由度で調整することが可能となる。
図2に示すように、各光学機能面12は、第1軸方向d1において一側(図示する例では、図2における上側であって、鉛直方向における上側)に位置する一端部12aが、第1軸方向d1において他側(図示する例では、図2における下側であって、鉛直方向における下側)に位置する他端部12bよりも、太陽電池パネル50の法線方向において単位レンズ30に近接するように、太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜している。したがって、光学機能面12の一端部12aは、光学機能面12の他端部12bよりも、太陽電池パネル50の法線方向において単位レンズ30に近接している。図2から理解されるように、このような光学機能面12には、法線方向ndに対して他側(下側)に傾斜した角度範囲からの光が、入射しやすくなる。したがって、光学機能面12からの光学機能は、法線方向ndに対して他側(下側)に傾斜した角度範囲に向けて、効果的に発揮されるようになる。
このような傾向を強化する観点から、太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12は、第1軸方向d1における一側(上側)から他側(下側)に向けて、段階的又は連続的に、太陽電池パネル50の法線方向に沿って単位レンズ30から離間していくことが好ましい。図示された例において、光学機能面12は平面として形成されている。そして、図2に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12は、第1軸方向d1における一側から他側に向けて、連続的に一定の傾斜の程度で、太陽電池パネル50の法線方向に沿って単位レンズ30から離間していく。このような光学機能面12によれば、光学機能面12からの光学機能が、法線方向ndに対して他側に傾斜した角度範囲に向けて、効果的に発揮されるようになる。
また、図2に示すように、各光学機能面12は、第1軸方向d1において一側(上側)に位置する一端部12aが、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30の先端部32aよりも第1軸方向d1において一側に位置している。すなわち、各光学機能面12は、第1軸方向d1において一側(上側)に位置する一端部12aが、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1において一側に位置している。上述のように、単位レンズ30のレンズ面31は、光軸odを中心として対称となっており、単位レンズ30にて屈折して法線方向ndに対して他側に傾斜した方向から本体部40内を進行する光は、光軸odよりも第1軸方向d1において一側に位置した領域を通過し易い。したがって、各光学機能面12の一端部12aが、対応する単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1において一側に位置することにより、単位レンズ30にて屈折して法線方向ndに対して他側に傾斜した方向から本体部40内を進行する光を、光学機能面12にてさらに受光し易くなる。すなわち、光学機能面12からの光学機能は、法線方向ndに対して他側(下側)に傾斜した角度範囲に向けて、さらに効果的に発揮されるようになる。
図示された実施の形態では、図2に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の第1軸方向d1における他側(下側)の端部である他端部12bは、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30のレンズ面31の先端部32aと、第1軸方向d1において同一位置に位置している。また、図2に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の第1軸方向d1における一側の端部である一端部12aは、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30のレンズ面31の第1軸方向d1における一側の基端部32bと、第1軸方向d1において同一位置に位置している。もっとも、図2に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の一端部12aは、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30のレンズ面31の第1軸方向d1における一側の基端部32bから、第1軸方向d1においてずれて位置していてもよい。また、図示された例では、図2に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の一端部12aは、単位レンズ30のレンズ面31の第1軸方向d1における一側の基端部32bから、本体部40の法線方向ndに沿って太陽電池パネル50に近接する側に離間している。
なお、単位レンズ30のレンズ面31の先端部32aは、レンズ面31のうちの、本体部40の法線方向ndに沿って本体部40から最も突出した部分のことである。また、単位レンズ30のレンズ面31の基端部32bは、レンズ面31のうちの、本体部40の法線方向ndに沿って本体部40に最も接近した部分、或いは、本体部40に接続する部分のことである。
加えて、図2に示すように、太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の他端部12bは、本体部40の法線方向ndに進む平行光束L21(図2参照)が単位レンズ30に入射した際における単位レンズ30の焦点位置fp上に位置している。つまり、光学機能面12の他端部12bは、単位レンズ30の光軸od上に位置している。このような太陽電池複合体10によれば、本体部40の法線方向ndを境界として、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とを切り分けることが可能となる。
図示された本実施の形態での光学機能面12は、表示対象13を表示するための表示面をなしている。したがって、第2角度範囲AR2へ向けて太陽電池複合体10から出射する光は、表示対象13を可視化させる。すなわち、第2角度範囲AR2から光学機能面12が視認され、結果として、光学機能面12に形成された表示対象13を観察することができる。なお、光学機能面12によって動く表示対象13を表示する場合、太陽電池パネル50から発電された電気を駆動に用いることが簡便である。
図3には、光学機能面12に付与される表示対象13の一例が示されている。複数の光学機能面12が、第1軸方向d1に配列されるとともに、各光学機能面12は、第1軸方向d1に直交する第2軸方向d2に直線状に延びている。したがって、第1軸方向d1における各位置に位置する光学機能面12が、当該光学機能面12の第1軸方向d1における位置に応じた表示対象要素13aを付与されることによって、第2軸方向d2に細長く延びる各光学機能面12に形成された表示対象要素13aの組み合わせとして二次元的な表示対象13を表示することが可能となる。図3に示された例では、アルファベットの大文字の「N」が表示対象13として表示されている。このように、複数の表示対象要素13aの組み合わせとして表示対象13を表示することで、各光学機能面12および各単位レンズ30のサイズを小さくできるため、第2角度範囲AR2を広げたり太陽電池複合体10のサイズを大きくしたとしても、より良好な表示対象13を観察できるようになる。
本実施の形態の太陽電池複合体10は、表示対象13が連続して表示される角度範囲を高い自由度で調整可能である。そのため、本実施の形態の太陽電池複合体10は、様々な用途で利用可能であり、例えば、屋外看板、道路情報掲示板、建築物の外壁面などで用いられる数m〜数十mサイズの大型パネル用途や、ポスター、標識、建築物の内壁面などで用いられる数十cm〜数mサイズの中型パネル用途や、卓上スタンド、携帯端末などで用いられる数cm〜数十cmの小型パネル用途などを例示することができる。
また、図2に示すように、光学機能面12と背合わせとなるようにして反射面15が配置されている。すなわち、各反射面15は、光学機能面12と重ねられ、太陽電池パネル50の側を向いている。このような反射面15は、一例として、高い反射率を有した材料からなる薄膜によって形成される。この反射面15は、後に詳述するように、本体部40内に傾斜して配置された光学機能面12に太陽電池パネル50側から入射する光を反射して、太陽電池パネル50に誘導する。したがって、この反射面15を設けることにより、太陽電池パネル50に導かれる光の入射角度範囲に相当する第1角度範囲AR1を広角化することができる。
また、図2に示すように、各隣り合う2つの光学機能面12の間に光透過領域60が位置している。本実施の形態では、光透過領域60は、隣り合う2つの光学機能面12の間に位置する本体部40の部分によって構成されている。複数の光透過領域60は、光学機能面12と同様に、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1に配列されている。したがって、複数の光学機能面12と複数の光透過領域60とが、第1軸方向d1に沿って交互に並べて配列されている。本実施の形態では、各光透過領域60は、対応する単位レンズ30と法線方向ndに沿って少なくとも部分的に対面している。さらに、光透過領域60は、光学機能面12に対応して、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1と交差する方向、より厳密には、第1軸方向d1と直交する第2軸方向d2に直線状に延びている。
光透過領域60は、第1角度範囲AR1から単位レンズ30へ入射する光L22、L23を透過させて、太陽電池パネル50に導く。太陽電池パネル50の入光面50aに入射した光L22、L23は、太陽電池パネル50に含まれる太陽電池素子にて発電に利用される。この太陽電池パネル50は、複数の光学機能面12を基準として単位レンズ30とは反対となる側に設けられている。つまり、太陽電池パネル50は、光制御シート20の単位レンズ30とは反対側の面に対向して設けられている。本実施の形態では、太陽電池パネル50は、光制御シート20の単位レンズ30とは反対側の面から離間して配置されている。
図2に示すように、太陽電池パネル50は、第1軸方向d1に配列された複数の単位レンズ30に対向して、平面状に延び広がっている。図示された例において、太陽電池パネル50は、本体部40のシート面、言い換えると、太陽電池複合体10のパネル面と平行に延びている。したがって図示された例では、太陽電池パネル50は、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1と平行に延び広がり、且つ、単位レンズ30の長手方向である第2軸方向d2とも平行に延び広がっている。なお、太陽電池パネル50として、種々の既知な部材を用いることができ、特に限定されない。
さて、このような太陽電池パネル50の一部にしか光が照射されない場合、太陽電池パネル50の照射されない部分が抵抗となり、当該太陽電池パネル50の出力を大きく低減させてしまう。そこで、本実施の形態では、第1角度範囲AR1から入射して太陽電池パネル50に向かう光路中に拡散要素70が設けられている。このような拡散要素70によれば、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10に入射して太陽電池パネル50に向かう途中の光L22、L23が、拡散要素70にて拡散する。拡散要素70にて拡散された光L22、L23は、太陽電池パネル50の広い領域に到達する。このため、太陽電池パネル50の照射されない部分を減らすことができ、太陽電池パネル50の出力を低減させてしまうことを抑制することができる。
図2に示すように、拡散要素70は、光制御シート20の本体部40の第2主面40bに積層された拡散層をなしている。本実施の形態の拡散要素70は、単位レンズ30と太陽電池パネル50との間で、各単位レンズ30に対向して平面状に延び広がっている。図示された例において、拡散要素70は、本体部40のシート面、言い換えると、太陽電池パネル50のパネル面と平行に延びている。したがって図示された例では、拡散要素70は、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1と平行に延び広がり、且つ、単位レンズ30の長手方向である第2軸方向d2とも平行に延び広がっている。
とりわけ、本実施の形態では、拡散要素70は、太陽電池パネル50から離間して配置されている。この場合、拡散要素70にて拡散された光L22、L23が、当該拡散要素70と太陽電池パネル50との間の領域で拡がって太陽電池パネル50に到達する。このため、太陽電池パネル50のより広い領域に光を到達させることができる。このため、太陽電池パネル50の照射されない領域をさらに減らすことに寄与し、太陽電池パネル50の出力を低減させてしまうことをさらに効果的に抑制することができる。
さらに、太陽電池パネル50の照射されない領域を極めて小さくする観点から、第1角度範囲AR1内の或る角度から一の単位レンズ30に入射した光束L22が拡散要素70にて拡散されて太陽電池パネル50に入射する領域S1と、前記或る角度から一の単位レンズ30に隣り合う別の単位レンズ30に入射した光束L23が拡散要素70にて拡散されて太陽電池パネル50に入射する領域S2と、が重なることが好ましい。これにより、太陽電池パネル50の出力の低減をさらに効果的に抑制することができる。
ただし、図示する例では、拡散要素70は、空気層を介して太陽電池パネル50から離間している。この場合、空気層での光の強度、より詳細には放射強度の低下も考慮するのがよい。光が空気層を通過する距離が長くなるほど、すなわち、拡散要素70が太陽電池パネル50から離間するほど、空気層を通過した光の強度が低下する。このことから、第1角度範囲AR1内の或る角度から一の単位レンズ30に入射した光束L22が拡散要素70にて拡散されて太陽電池パネル50に入射する領域S1と、前記或る角度から一の単位レンズ30に隣り合う別の単位レンズ30に入射した光束L23が拡散要素70にて拡散されて太陽電池パネル50に入射する領域S2と、が重なる範囲で、拡散要素70が太陽電池パネル50から離間する距離をできるだけ短くすることが好ましい。
具体的な構成として、拡散要素70は、主部71と、主部71に分散された光を散乱させる拡散成分72と、を含んでいる。ここでいう拡散成分72とは、拡散要素70内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る成分のことである。このような拡散成分72の光散乱機能つまり光拡散機能は、例えば、拡散要素70の主部71をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分72を構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分72を構成することにより、付与され得る。主部71をなす材料とは異なる屈折率を有する拡散成分72として、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。
次に、上述してきた太陽電池複合体10の製造方法の一例について、主として図6〜図9を参照しながら、説明する。
まず、図6に示すように、透明樹脂を成型することにより、成型物90を作製する。成型は、熱溶融押出加工や射出成型等を採用することができる。図6に示すように、得られた成型物90は、上述した光制御シート20の本体部40のうち、光学機能面12及び反射面15とその周囲となる部分とが、切込部92として削り取られた形状となっている。
次に、図7に示すように、成型物90の切込部92内に、光学機能面12としての表示面を形成する。一例として、インクジェット印刷によって、成型物90の切込部92内に、表示対象13を形成する。その後、図8に示すように、切込部92内における表示面としての光学機能面12と背合わせになるように、反射面15を形成する。一例として、反射性物質を含有した塗工液を、インクジェット印刷によって、成型物90の切込部92内に塗工することにより、反射面15を形成することができる。
次に、図9に示すように、成型物90の切込部92を透明樹脂で埋め戻す。例えば、液状の透明樹脂を塗布するとともにスキージで掻き取ることによって、光学機能面12及び反射面15が形成されている切込部92に、透明樹脂を充填する。続いて、この透明樹脂が固化して得られた光制御シート20に、拡散要素70をさらに積層する。
このようにして得られた光制御シート20に対向して太陽電池パネル50を配置することにより、上述の太陽電池複合体10が得られる。
次に、主として、図4及び図5を参照しながら、太陽電池複合体10の作用について説明する。太陽電池複合体10は、例えば、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1が鉛直方向に沿うようにして、配置される。また、光学機能面12の第1軸方向d1における一側に位置する一端部12aが、鉛直方向における上側に位置し、光学機能面12の第1軸方向d1における他側に位置する他端部12bが、鉛直方向における下側に位置するように、太陽電池複合体10が配置される。
太陽電池複合体10の最も観察者側には、レンズ部25が設けられている。レンズ部25の単位レンズ30は、太陽電池複合体10に入射する光または太陽電池複合体10から出射する光に対してレンズ機能を発揮して、当該光の進行方向を調整する。単位レンズ30は、或る角度範囲AR1内の方向から入射した光を、太陽電池パネル50に導く。また、単位レンズ30は、或る角度範囲AR2内の方向から入射した光を光学機能面12に導く。すなわち、単位レンズ30は、光学機能面12からの光を屈折させて第2角度範囲AR2内の方向へ出射させる。したがって、太陽電池パネル50は、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10へ入射する光を受光して発電を行う。また、光学機能面12は、第2角度範囲AR2から太陽電池複合体10へ入射する光に対して、或いは、第2角度範囲AR2へ向けて太陽電池複合体10から出射する光に対して何らかの光学機能を発揮する。
上述のように、太陽電池パネル50は、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10へ入射する光を受光して発電を行う。したがって、広い角度範囲から入射する光を太陽電池パネル50に導いて、より多くの光を太陽電池パネル50での発電に利用することが好ましい。とりわけ、太陽光は、時間帯や季節に応じて位置を変化させる。太陽電池複合体10では、このように時間帯や季節に応じて入射方向を変化させる太陽光を太陽電池パネル50に安定して導くことができれば好ましい。すなわち、入射方向を変化させる太陽光を高効率で取り込むにあたり、上述した第1角度範囲AR1が広角化されていることが好ましい。
下記の表1は、世界の幾つかの国の主要な都市における季節ごとの南中高度(°)を示している。使用が想定される国の主要な都市における春分秋分の南中高度が第1角度範囲AR1に含まれることが好ましい。その国で有効に使用できる可能性が高いからである。例えば、使用されることが想定される国が日本の場合は54°から56°までの高度が第1角度範囲AR1に含まれるようにすればよい。さらに、49°から61°までの高度が第1角度範囲AR1に含まれるようにすれば、世界の多くの国で有効に使用できる可能性が高いため、好ましい。また、使用が想定される国の主要な都市における夏至の南中高度から冬至の南中高度までが第1角度範囲AR1に含まれることがさらに好ましい。その国で一年を通して有効に使用できる可能性が高いからである。例えば、使用されることが想定される国が日本の場合は31°から79°までの高度が第1角度範囲AR1に含まれるようにすればよい。さらに、25°から84°までの高度が第1角度範囲AR1に含まれるようにすれば、世界の多くの国で有効に使用できる可能性が高いため、好ましい。なお、所望の高度が第1角度範囲AR1に含まれることを容易にするために、第1角度範囲AR1の角度範囲が45°程度以上連続していることが好ましい。もっとも、太陽電池複合体10を傾けて配置することによって、所望の高度を第1角度範囲AR1に含まれるようにすることも可能である。一方、第1角度範囲AR1の角度範囲の上限については、第2角度範囲AR2とのバランスで適宜設定すればよいが、135°程度未満とすることによって、後述のように、本実施の形態の太陽電池複合体10の特長をより発揮させることができる。
一方、本実施の形態において、光学機能面12は、表示対象13を表示する表示面となっている。したがって、第2角度範囲AR2から光学機能面12に付与された表示対象13を観察することができる。この用途において、第2角度範囲AR2は、表示対象13を観察し得る視野角となる。一般的に、視野角である第2角度範囲AR2は、広角化されていることが好ましい。一例として、本実施の形態の太陽電池複合体10の特長をより発揮させるために、第2角度範囲AR2の視野角が45°程度以上連続していることが好ましい。なお、第2角度範囲AR2の視野角の上限については、第1角度範囲AR1とのバランスで適宜設定すればよいが、135°程度未満になるケースが多いと考えられる。
上述のように、本実施の形態による太陽電池複合体10は、第1軸方向d1に配列された単位レンズ30と、複数の単位レンズに対向して位置している太陽電池パネル50と、第1軸方向d1に配列されて単位レンズ30に対向して位置している光学機能面12と、を有している。そして、光学機能面12は、本体部40の法線方向ndにおいて、単位レンズ30と太陽電池パネル50との間に位置し、且つ、太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜している。とりわけ、光学機能面12は、単位レンズ30の光軸odに直交する方向に対して傾斜している。その一方で、太陽電池パネル50は、単位レンズ30の光軸odに直交する方向に広がっている。
このような太陽電池複合体10では、図4によく示されているように、傾斜した光学機能面12が、当該光学機能面12の正面方向から向かってくる光L42、L43、L44を効率的に受光することが可能となる。図4に示す例では、光学機能面12が単位レンズ30の光軸odに対して第1軸方向d1における一側に傾斜しているため、当該光軸odに対して第1軸方向d1における他側に傾斜した方向からレンズ面31に入射する光L42、L43、L44、を効率的に受光することが可能となる。とりわけ、図4に示すように、光軸odに対して第1軸方向d1における他側に大きく傾斜した方向からレンズ面31に入射する光L44も、レンズ面31の集光作用によって、入射した単位レンズ30に対向する光学機能面12にて受光されるようになる。仮に、複数の光学機能面12が本体部40の第2主面40b上に、当該第2主面40bに沿って並べられていた場合、このような光L44は、図4に点線で示すように、入射した単位レンズ30と隣り合う単位レンズ30に対向する光学機能面12に入射してしまい、意図された光学機能が発現されなくおそれがある。すなわち、光学機能面12を太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜させることにより、光学機能面12が観察される視野角となる第2角度範囲AR2を、言い換えると、光学機能面12からの光の出射方向の角度範囲である第2角度範囲AR2を、高い自由度で調整することができる。
一方、光学機能面12に対してなす角度がより小さい方向から本体部40内を進行する光L52、L53、L54ほど、光学機能面12に受光され難い。このことから、傾斜した光学機能面12に遮られずに光透過領域60を有効に通過する光L52、L53、L54は、図5に示すように、光学機能面12で効率的に受光される光L42、L43、L44(図4参照)とは逆側に傾斜した光L52、L53、L54となる。つまり、第1軸方向d1において他側に進みながら単位レンズ30へ入射する光、図示する例では、鉛直方向における下方に進みながら単位レンズ30へ入射する光L52、L53、L54が、光透過領域60を通過して太陽電池パネル50に導かれ易くなる。
ただし、第1軸方向d1において他側に進みながら単位レンズ30へ入射する光L55であっても、本体部40の法線方向ndに対してなす角度が極めて大きい場合、単位レンズ30にて屈折されて、当該単位レンズ30と隣り合う単位レンズ30に対面する光学機能面12に、太陽電池パネル50側から向かっていく場合もある。上述のように、本実施の形態では、このような光L55をも太陽電池パネル50に導くことを可能にするため、光学機能面12と背合わせにして反射面15が設けられている。このため、図5に示すように、本体部40の法線方向ndに対して第1軸方向d1における一側に極めて大きく傾斜した方向から光透過領域60に進入した光L55が、当該光透過領域60と隣り合う光学機能面12に向かっていく場合であっても、反射面15で反射して太陽電池パネル50に向かっていくことができる。したがって、反射面15を設けることにより、太陽電池パネル50に導かれるようになる太陽電池複合体10への入射方向の角度範囲である第1角度範囲AR1をさらに広角化することができる。
さらに、本実施の形態では、第1角度範囲AR1から入射して太陽電池パネル50に向かう光路中に拡散要素70が設けられている。このような拡散要素70によれば、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10に入射して光透過領域60を通って太陽電池パネル50に向かう光L52、L53、L54、L55が、拡散要素70にて拡散する。拡散要素70にて拡散された光L52、L53、L54、L55は、太陽電池パネル50の広い領域に到達する。このため、太陽電池パネル50の照射されない部分を減らすことができ、太陽電池パネル50の出力を低減させてしまうことを抑制することができる。
以上のように本実施の形態によれば、第1軸方向d1に配列された複数の単位レンズ30と、複数の単位レンズ30に対応して配列された複数の光学機能面12と、複数の光学機能面12を基準として単位レンズ30とは反対となる側に設けられた太陽電池パネル50と、を備え、単位レンズ30は、或る方向から入射した光を、隣り合う2つの光学機能面12の間の領域60を介して太陽電池パネル50に導き、前記或る方向とは異なる別の方向から入射した光を、光学機能面12に導き、前記或る方向から入射して太陽電池パネル50に向かう光路中に拡散要素70が設けられている。このような太陽電池複合体10によれば、或る角度範囲AR1内の方向から単位レンズ30に入射した光L52、L53、L54が、隣り合う2つの光学機能面12の間に位置する光透過領域60を通過するように集められる。光透過領域60を通過するように集められた光L52、L53、L54は、太陽電池パネル50に向かう光路中に設けられた拡散要素70にて拡散する。拡散要素70にて拡散された光L52、L53、L54は、太陽電池パネル50の広い領域に到達する。このため、太陽電池パネル50の照射されない部分を減らすことができ、太陽電池パネル50の出力の低減を抑制することができる。また、太陽電池パネル50の入光面50aが外部に露出していないため、太陽電池パネル50を目立たなくさせることができる。加えて、特定の角度範囲AR1内の方向から単位レンズ30を観察したときに太陽電池パネル50が視認され得るが、拡散要素70を介して太陽電池パネル50を観察することになるため、太陽電池パネル50をさらに目立たなくすることができる。これらのことから、本実施の形態によれば、周囲の環境との調和を図ると共に、外光の入射方向が大きく変化しても安定して発電可能な太陽電池複合体10が提供される。
加えて、或る角度範囲AR1とは異なる別の角度範囲AR2内の方向から単位レンズ30に入射する光L42、L43、L44は、光学機能面12に集められる。これにより、光学機能面12が、第2角度範囲AR2から太陽電池複合体10へ入射する光に対して、或いは、第2角度範囲AR2へ向けて太陽電池複合体10から出射する光に対して何らかの光学機能を発揮することができる。
また、本実施の形態によれば、各光学機能面12は、太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜している。このような形態によれば、傾斜した光学機能面12の正面方向から単位レンズ30に入射する光L24、L42、L43、L44が、光学機能面12にて効率的に受光され易くなる。一方、傾斜した光学機能面12に遮られずに光透過領域60を有効に通過する光L22、L52、L53、L54は、光学機能面12に受光され易い光L24、L42、L43、L44とは逆側に傾斜した方向から単位レンズ30に入射する光L22、L52、L53、L54となる。このように、光学機能面12を太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜させることにより、太陽電池パネル50による発電が行われる方向の角度範囲である第1角度範囲AR1及び光学機能面12による光学機能が発現される第2角度範囲AR2を効果的に広角化させることができる。また、光学機能面12を太陽電池パネル50に対して傾斜させる角度を調整することにより、第1角度範囲AR1および第2角度範囲AR2を、高い自由度で調整することが可能となる。このような第1角度範囲AR1及び第2角度範囲AR2の調整又は広角化は、一般的に高価となる高屈折率材料を単位レンズ30に用いることを必要とせず、単位レンズ30に通常用いられる材料を使用すればよい。すなわち、材料面からのコスト上昇を来すことなく、第1角度範囲AR1及び第2角度範囲AR2の調整又は広角化を行うことができる。とりわけ、広い第1角度範囲AR1内の方向から光透過領域60を通過するように太陽光が集められるため、時間帯や季節に応じて入射方向が変化しても、多くの太陽光を太陽電池パネル50に導いて発電させることができる。
また、本実施の形態では、図2に示すように、各光学機能面12の第1軸方向d1において一側に位置する一端部12aは、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30の先端部32aよりも第1軸方向d1において一側に位置し、各光学機能面12は、第1軸方向d1において一側に位置する一端部12aが、第1軸方向d1において他側に位置する他端部12bよりも、太陽電池パネル50の法線方向において単位レンズ30に近接するように、当該太陽電池パネル50のパネル面に対して傾斜している。光学機能面12は、当該光学機能面12の正面方向からくる光L24、L42、L43、L44を受光し易いことから、太陽電池パネル50の法線方向に対して第1軸方向d1における他側に傾斜した方向から単位レンズ30に入射する光L24、L42、L43、L44を受光し易い。言い換えると、光学機能面12から出射される光は、太陽電池パネル50の法線方向に対して第1軸方向d1における他側に傾斜した方向へ向かって単位レンズ30から出射しやすくなる。一方、太陽電池パネル50の法線方向に対して第1軸方向d1における一側に傾斜した方向からの光L22、L52、L53、L54は、光学機能面12となす角度が小さい方向から本体部40内を進行するため、光学機能面12に遮られ難い。この光学機能面12に遮られ難い、太陽電池パネル50の法線方向に対して第1軸方向d1における一側に傾斜した方向からの光、言い換えると第1軸方向d1において他側に進みながら太陽電池複合体10へ入射する光L22、L52、L53、L54は、光透過領域60を透過して太陽電池パネル50にて受光され易くなる。
つまり、上記の形態によれば、太陽電池パネル50の発電機能が発揮されるようになる方向の角度範囲である第1角度範囲AR1と、光学機能面12からの光学機能が発現されるようになる方向の角度範囲である第2角度範囲AR2とが、太陽電池パネル50の法線方向を基準として区分けされやすくなる。言い換えると、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とが、重なり合いにくくなる。これにより、第1角度範囲AR1及び第2角度範囲AR2をそれぞれ有効に広角化させることができる。
このように第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2との重なり合いが少なくなれば、さらには第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とを切り分けることが可能となれば、太陽電池パネル50の発電機能および光学機能面12からの光学機能が、互いに悪影響を及ぼすことなく、より有効に発揮されるようになる。本実施の形態においては、光学機能面12に付与された表示対象13を観察している際に、光透過領域60を介して太陽電池パネル50が表示対象13とともに観察されることを効果的に防止することが可能となる。この場合、表示対象13の視認性や表示対象13の意匠性を改善することができる。
とりわけ、本実施の形態による太陽電池複合体10では、光透過領域60から太陽電池パネル50に導かれるようになる太陽電池複合体10への入射方向の角度範囲である第1角度範囲AR1を鉛直方向における上側に傾斜した方向に設定し、光学機能面12からの光学機能が発現されるようになる第2角度範囲AR2を鉛直方向における下側に傾斜した方向に設定している。この場合、典型的な利用として想定される表示板としての用途において太陽電池複合体10を目線よりも高い位置に設置する場合に好適である。観察者は、鉛直方向における上側に見上げながら太陽電池複合体10を観察するため、第2角度範囲AR2から光学機能面12に付与された表示対象13を観察することができる。一方、太陽光は、時間帯や季節に応じて入射方向が変化するが、鉛直方向における下側に傾斜した方向に進みながら単位レンズ30に入射する。このため、太陽光は、時間帯や季節に応じて入射方向が変化しても、第1角度範囲AR1からレンズ面31に入射して光透過領域60及び拡散要素70を介して太陽電池パネル50に向かうことができる。したがって、このような形態によれば、太陽光での発電および表示対象13の表示を効果的に両立させることができる。
とりわけ、本実施の形態によれば、光学機能面12は、表示対象13を表示するための表示面である。上述のように、本実施の形態によれば、広い第2角度範囲AR2内で、光学機能面12からの光学機能が発揮されるようになるため、広い視野角から安定して光学機能面12に付与された表示対象13を観察することができる。したがって、観察者は、優れた視認性で表示対象13を観察することができ、且つ、優れた意匠性で表示対象13を表示することができる。
また、本実施の形態によれば、複数の単位レンズ30と、当該複数の単位レンズ30が配置されたシート状の本体部40と、を有した光制御シート20を含み、光学機能面12は、本体部40内に位置し、拡散要素70は、光制御シート20の本体部40に積層された拡散層である。このような形態によれば、隣り合う2つの光学機能面12の間の光透過領域60を通過した後の光L22、L52、L53、L54、L55が拡散要素70に入射する。このため、拡散要素70にて拡散されて太陽電池パネル50に入射すべき光が光学機能面12に入射し難い。すなわち、太陽電池パネル50に入射すべき光の一部が光学機能面12に入射することを有効に回避することができるため、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とをより明確に切り分けることに寄与する。
また、本実施の形態によれば、太陽電池パネル50と拡散要素70とは、互いに間隔を空けて配置されている。このような形態によれば、拡散要素70にて拡散された光L22、L52、L53、L54、L55が、当該拡散要素70と太陽電池パネル50との間の領域で拡がって太陽電池パネル50に到達する。このため、太陽電池パネル50のより広い領域に光を到達させることができる。このため、太陽電池パネル50の照射されない領域をさらに減らすことに寄与し、太陽電池パネル50の出力の低減をさらに効果的に抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、第1軸方向d1に配列された複数の反射面15を、さらに備え、反射面15は、光学機能面12と重ねられるようにして配置され、光学機能面12が、単位レンズ30の側を向き、反射面15が、太陽電池パネル50の側を向いている。このような形態によれば、本体部40の法線方向ndに対して第1軸方向d1における一側に極めて大きく傾斜した方向から光透過領域60に進入した光L55が、当該光透過領域60と隣り合う光学機能面12に向かっていく場合であっても、反射面15で反射して太陽電池パネル50に向かっていくことができる。したがって、反射面15を設けることにより、太陽電池パネル50に導かれるようになる太陽電池複合体10への入射方向の角度範囲である第1角度範囲AR1をさらに広角化し、より多くの光を太陽電池パネル50に集めることができる。
さらに、本実施の形態によれば、複数の単位レンズ30は、第1軸方向d1に互いから離間して配置され、第1軸方向d1に隣り合う二つの単位レンズ30の間に、単位レンズ30とともに太陽電池複合体10の表面10aをなす接続面38が設けられている。接続面38を設けることによって、法線方向ndに対して大きく傾斜した方向に進む光に対する隣接レンズの「けられ」を少なくすることができる。
とりわけ本実施の形態において、接続面38は、太陽電池複合体10のパネル面に沿って延びている。また、光学機能面12は、太陽電池複合体10のパネル面に沿って接続面38からずれて配置されている。このような形態によれば、図2に示すように、接続面38を介して太陽電池複合体10に入射する光L25が、光透過領域60を通過し得る。したがって、これらの光L25も、太陽電池パネル50での発電に利用することが可能となる。
≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
上述した実施の形態では、図2に示すように、拡散要素70が光制御シート20の本体部40に積層された拡散層からなる例を示したが、拡散要素70の形態はこのような例に限定されない。図10に、拡散要素70の他の形態を示す。図10に示す例では、拡散要素70は、本体部40の単位レンズ30を支持する面とは反対側の面をなす凹凸面からなる。拡散要素70は、複数の単位レンズ30と太陽電池パネル50との間となる位置で、各単位レンズ30に対向して平面状に延び広がっている。また、図10に示す拡散要素70は、太陽電池パネル50から離間して配置されている。
拡散要素70での反射は、等方性拡散でもよく、あるいは、異方性拡散でもよい。例えば、エンボス加工によって、本体部40の単位レンズ30を支持する面とは反対側の面に、凹凸面を形成することで、拡散要素70での反射を等方性拡散とすることができる。あるいは、例えば、本体部40の単位レンズ30を支持する面とは反対側の面にヘアライン加工を及ぼすことによって、凹凸面からなる拡散要素70での反射を異方性拡散とすることができる。さらには、本体部40の単位レンズ30を支持する面とは反対側の面に、微細なプリズム、レンズ、マイクロレンズといった透明な光学要素が設けられ、これらの光学要素に起因して、凹凸面からなる拡散要素70が、等方性拡散反射機能または異方性拡散反射機能を発現するようにしてもよい。
このような拡散要素70によれば、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10に入射して太陽電池パネル50に向かう途中の光L22、L23が、拡散要素70にて拡散する。拡散要素70にて拡散された光L22、L23は、太陽電池パネル50の広い領域に到達する。このため、太陽電池パネル50の照射されない部分を減らすことができ、太陽電池パネル50の出力を低減させてしまうことを抑制することができる。
また、このような形態によれば、隣り合う2つの光学機能面12の間の光透過領域60を通過した後の光L22、L23が拡散要素70に入射する。このため、拡散要素70にて拡散されて太陽電池パネル50に入射すべき光が光学機能面12に入射し難い。すなわち、太陽電池パネル50に入射すべき光の一部が光学機能面12に入射することを有効に回避することができるため、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とをより明確に切り分けることに寄与する。
また、上述した実施の形態では、図2に示すように、太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の第1軸方向d1における他側(図面における下側)に位置する他端部12bが、本体部40の法線方向ndに進む平行光束L21(図2参照)が単位レンズ30に入射した際における単位レンズ30の焦点位置fp上に位置していた。しかしながら、光学機能面12の他端部12bの配置は、このような例に限定されない。図11及び図12に、光学機能面12の他端部12bの配置例を示す。図11及び図12に示す例では、光学機能面12の他端部12bは、本体部40の法線方向ndに進む平行光束L121、L131が単位レンズ30に入射した際における単位レンズ30の焦点位置fp上からずれて配置されている。
このうち、図11に示された例では、光学機能面12の他端部12bは、対応する単位レンズ30の焦点fpよりも第1軸方向d1において他側に位置している。さらに、光学機能面12の他端部12bは、多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上に位置している。このような形態によれば、本体部40の法線方向ndよりも第1軸方向d1における一側(上側)に傾斜した方向D122を中心として、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とが切り分けられるようになる。この場合、例えば、典型的な利用として想定される表示板としての用途において太陽電池複合体10を目線に対してあまり高くない位置に設置する際に好適である。すなわち、観察者が、水平方向に対してなす角度が小さい方向D121から、あるいは、鉛直方向における上側に傾斜した方向D124に向かって、太陽電池複合体10を観察した場合、光学機能面12に付与された表示対象13を観察することができる。一方、鉛直方向における下側に傾斜した方向に進んでレンズ面31に入射する太陽光L123は、光透過領域60及び拡散要素70を通過して太陽電池パネル50に向かっていくことができる。したがって、このような形態によれば、太陽電池パネル50で太陽光を充分に受光しながら、光学機能面12に付与された表示対象13を、目線と同じか目線よりも上に、優れた視認性で観察することができる。
一方、図12に示された例では、光学機能面12の他端部12bは、対応する単位レンズ30の焦点fpよりも第1軸方向d1において一側に位置している。さらに、光学機能面12の他端部12bは、多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上に位置している。このような形態によれば、本体部40の法線方向ndよりも第1軸方向d1における他側(下側)に傾斜した方向D134を中心として、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とが切り分けられるようになる。この場合、例えば、典型的な利用として想定される表示板としての用途において、太陽電池複合体10を目線よりも比較的高い位置に設置する際に好適である。すなわち、観察者は、鉛直方向における上側に見上げながら太陽電池複合体10を観察することになるため、鉛直方向における上側に傾斜した方向D135に見上げて光学機能面12に付与された表示対象13を観察することができる。一方、水平方向に対してなす角度が小さい方向から、あるいは、鉛直方向における下側に傾斜した方向に進んで太陽電池複合体10に入射する太陽光L131、L133は、光透過領域60及び拡散要素70を通過して太陽電池パネル50に向かうことができる。したがって、このような形態によれば、光学機能面12に付与された表示対象13を、十分な視認性で仰ぎ見ることを可能にしながら、太陽電池パネル50で極めて多くの太陽光を受光することができる。
また、図2、図11及び図12に示す例では、太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の他端部12bが、多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上に位置した例を示したが、このような例に限定されない。光学機能面12の他端部12bは、多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上からずれて配置されていてもよい。とりわけ、光学機能面12の他端部12bは、多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上、あるいは、当該仮想面よりも単位レンズ30に近接した位置に配置されている場合、一端部12a付近の表示と他端部12b付近の表示とが観察する角度によって反転して見えるおそれを防ぐことができる。
≪第2の実施の形態≫
次に、図13〜図15を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図13は、太陽電池複合体10を示す縦断面図であり、図14及び図15は、太陽電池複合体10が発現する光学機能を説明するため図である。図13〜図15を参照して説明する第2の実施の形態は、光学機能面12及び拡散要素70の配置が異なるが、その他の構成は、第1の実施形態およびその変形例と同様に構成することができる。第2の実施の形態に関する以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第1の実施の形態およびその変形例と同様に構成され得る部分について、上述の第1の実施の形態およびその変形例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
図13に示すように、本実施の形態の複数の光学機能面12は、本体部40の第2主面40bに位置している。光学機能面12は、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1に沿って配列されている。各光学機能面12は、当該光学機能面12が対応する一つの単位レンズ30に対向して位置している。図13に示すように、各光学機能面12は、対応する単位レンズ30と法線方向ndに沿って少なくとも部分的に対面するようにして、配置されている。本実施の形態では、光学機能面12は、単位レンズ30と同様に、配列方向である第1軸方向d1と交差する方向、より厳密には、第1軸方向d1と直交する第2軸方向d2に直線状に延びている。
各光学機能面12は、太陽電池パネル50のパネル面に沿って配置されている。すなわち、各光学機能面12は、太陽電池パネル50の法線方向、言い換えると、対応する単位レンズ30の光軸odに対して直交している。本実施の形態では、各光学機能面12は、単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1における一側に位置している。加えて、光学機能面12は、レンズ部25に含まれる多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上に位置している。
図13に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の第1軸方向d1における一側の端部である一端部12aは、当該光学機能面12に対応する単位レンズ30のレンズ面31の第1軸方向d1における一側の基端部32bと、第1軸方向d1において同一位置に位置している。また、図13に示された太陽電池複合体の主切断面において、光学機能面12の第1軸方向d1における他側(下側)に位置する他端部12bは、本体部40の法線方向ndに進む平行光束L221が単位レンズ30に入射した際における単位レンズ30の焦点位置fp上に位置している。言い換えると、光学機能面12の他端部12bは、単位レンズ30の光軸od上に位置している。このような太陽電池複合体10によれば、本体部40の法線方向ndを境界として、第1角度範囲AR1と第2角度範囲AR2とを切り分けることが可能となる。
また、図13に示すように、各隣り合う2つの光学機能面12の間に光透過領域60が位置している。本実施の形態では、光透過領域60は、隣り合う2つの光学機能面12の間に位置する空間によって構成されている。複数の光学機能面12と複数の光透過領域60とは、第1軸方向d1に沿って交互に並べて配列されている。本実施の形態では、各光透過領域60は、対応する単位レンズ30と法線方向ndに沿って少なくとも部分的に対面している。さらに、光透過領域60は、光学機能面12に対応して、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1と交差する方向、より厳密には、第1軸方向d1と直交する第2軸方向d2に直線状に延びている。
また、図13に示すように、第1角度範囲AR1内の方向から単位レンズ30に入射して太陽電池パネル50に向かう光路中に拡散要素70が設けられている。本実施の形態の拡散要素70は、光透過領域60よりも単位レンズ30に近接した領域に位置している。図13に示す拡散要素70は、光学機能面12に対応して、単位レンズ30の配列方向である第1軸方向d1に沿って配列された拡散要素部分73を有している。各拡散要素部分73は、対応する光透過領域60と本体部40の法線方向ndに沿って重なっている。また、各拡散要素部分73は、光学機能面12と本体部40の法線方向ndに沿って重なっていない。すなわち、各拡散要素部分73は、本体部40の法線方向ndからみて、光学機能面12とずれて配置されている。
各拡散要素部分73は、太陽電池パネル50のパネル面に沿って配置されている。本実施の形態では、各拡散要素部分73は、単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1における他側に位置している。
次に、主として、図14及び図15を参照しながら、本実施の形態の太陽電池複合体10の作用について説明する。
上述のように、各光学機能面12は、対応する単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1における一側に位置し、且つ、レンズ部25に含まれる多数の単位レンズ30の焦点fpによって画成される仮想面上に位置している。この場合、図14に示すように、本体部40の法線方向ndに対して他側に傾斜した方向から単位レンズ30に入射する光L242、L243、L244は、レンズ面31の集光作用によって、単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1における一側に位置する光学機能面12に集められる。図14から理解されるように、法線方向ndに対して他側に傾斜した方向から単位レンズ30に入射する光L242、L243、L244は、より焦点fpに接近した経路を通るように単位レンズ30にて集光される。この場合、光学機能面12からの光学機能が発現されるようになる角度範囲である第2角度範囲AR2が、単位レンズ30が設けられていない場合よりもより広い範囲となる。
一方、本体部40の法線方向ndに対して一側に傾斜した方向から単位レンズ30に入射する光L252、L253、L254は、レンズ面31の集光作用によって、単位レンズ30の光軸odよりも第1軸方向d1における他側に位置する光透過領域60を通過するように集められる。図15から理解されるように、法線方向ndに対して一側に傾斜した方向から単位レンズ30に入射する光L252、L253、L254は、より焦点fpに接近した経路を通るように単位レンズ30にて集光される。この場合、単位レンズ30が設けられていない場合よりも広い範囲となる第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10に入射する光L254を、光透過領域60から太陽電池パネル50に導くことができる。
さらに、本実施の形態では、第1角度範囲AR1から入射して太陽電池パネル50に向かう光路中に拡散要素70が設けられている。このような拡散要素70によれば、第1角度範囲AR1から太陽電池複合体10に入射して光透過領域60を通って太陽電池パネル50に向かう光L252、L253、L254が、拡散要素70にて拡散する。拡散要素70にて拡散された光L252、L253、L254は、太陽電池パネル50の広い領域に到達する。このため、太陽電池パネル50の照射されない部分を減らすことができ、太陽電池パネル50の出力を低減させてしまうことを抑制することができる。
以上のように本実施の形態によれば、第1軸方向d1に配列された複数の単位レンズ30と、複数の単位レンズ30に対応して配列された複数の光学機能面12と、複数の光学機能面12を基準として単位レンズ30とは反対となる側に設けられた太陽電池パネル50と、を備え、単位レンズ30は、或る方向から入射した光を、隣り合う2つの光学機能面12の間の領域60を介して太陽電池パネル50に導き、前記或る方向とは異なる別の方向から入射した光を、光学機能面12に導き、前記或る方向から入射して太陽電池パネル50に向かう光路中に拡散要素70が設けられている。このような太陽電池複合体10によれば、或る角度範囲AR1内の方向から単位レンズ30に入射した光L222、L252、L253、L254が、隣り合う2つの光学機能面12の間に位置する光透過領域60を通過するように集められる。光透過領域60を通過するように集められた光L222、L252、L253、L254は、太陽電池パネル50に向かう光路中に設けられた拡散要素70にて拡散する。拡散要素70にて拡散された光L222、L252、L253、L254は、太陽電池パネル50の広い領域に到達する。このため、太陽電池パネル50の照射されない部分を減らすことができ、太陽電池パネル50の出力の低減を抑制することができる。また、太陽電池パネル50の入光面50aが外部に露出していないため、太陽電池パネル50を目立たなくさせることができる。加えて、特定の角度範囲AR1内の方向から単位レンズ30を観察したときに太陽電池パネル50が視認され得るが、拡散要素70を介して太陽電池パネル50を観察することになるため、太陽電池パネル50をさらに目立たなくすることができる。これらのことから、本実施の形態によれば、周囲の環境との調和を図ると共に、外光の入射方向が大きく変化しても安定して発電可能な太陽電池複合体10が提供される。
また、或る角度範囲AR1とは異なる別の角度範囲AR2内の方向から単位レンズ30に入射する光L224、L242、L243、L244は、光学機能面12に集められる。これにより、光学機能面12が、第2角度範囲AR2から太陽電池複合体10へ入射する光に対して、或いは、第2角度範囲AR2へ向けて太陽電池複合体10から出射する光に対して何らかの光学機能を発揮することができる。
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。