JP3392528B2 - 線集光レンズ - Google Patents
線集光レンズInfo
- Publication number
- JP3392528B2 JP3392528B2 JP18256394A JP18256394A JP3392528B2 JP 3392528 B2 JP3392528 B2 JP 3392528B2 JP 18256394 A JP18256394 A JP 18256394A JP 18256394 A JP18256394 A JP 18256394A JP 3392528 B2 JP3392528 B2 JP 3392528B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- lens
- line
- condensing
- incident
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば太陽集光炉等に
好適に使用される新規な構造の線集光レンズと、この線
集光レンズを用いて構成された太陽光集光装置に関す
る。
好適に使用される新規な構造の線集光レンズと、この線
集光レンズを用いて構成された太陽光集光装置に関す
る。
【従来の技術】太陽光を集光させて、光エネルギーを取
り出す太陽集光炉としては、反射型、直達型など種々の
タイプのものが提案されている。
り出す太陽集光炉としては、反射型、直達型など種々の
タイプのものが提案されている。
【０００２】反射鏡を利用した反射型の太陽炉は、エネ
ルギーロスが多い上に、光エネルギーの集光点での作業
が困難であり、また太陽の追尾制御も困難で、設備自体
も大掛かりなものとなり、莫大な設備コストがかかるな
どの問題点を有している。
ルギーロスが多い上に、光エネルギーの集光点での作業
が困難であり、また太陽の追尾制御も困難で、設備自体
も大掛かりなものとなり、莫大な設備コストがかかるな
どの問題点を有している。
【０００３】そこで、本発明者は、光学レンズを用い
て、太陽光を１点に集光させて利用する方法を種々検討
したが、従来の凸レンズを使用する方法では、凸レンズ
自体が構造上、上下対称の凸状曲面を有しているために
入光に対する反射率が高く、入光の透過効率が悪くなる
という欠点に加えて、１点に集光させることが出来なか
った。
て、太陽光を１点に集光させて利用する方法を種々検討
したが、従来の凸レンズを使用する方法では、凸レンズ
自体が構造上、上下対称の凸状曲面を有しているために
入光に対する反射率が高く、入光の透過効率が悪くなる
という欠点に加えて、１点に集光させることが出来なか
った。
【０００４】また、このような凸レンズを用いた方法で
は、太陽光を広い範囲にわたって入光させようとすれ
ば、凸レンズの形状から大径となり、そのため中央部が
分厚くなってしまい、強度の面からいっても実際の使用
はできないものになってしまう。
は、太陽光を広い範囲にわたって入光させようとすれ
ば、凸レンズの形状から大径となり、そのため中央部が
分厚くなってしまい、強度の面からいっても実際の使用
はできないものになってしまう。
【０００５】そこで、このような問題点を解決するた
め、特開昭６２-２２５８５１号には、凸レンズの入光
面を反射率の少ない平坦にして、凸レンズの肉厚を薄肉
にした複数の扇型切片を同心円状に接合させて、大径の
レンズを形成して、太陽光を集束する方法が提案されて
いるが、やはり凸レンズの焦点に太陽光を集束するもの
であるため、太陽光を１線上に集光させて熱エネルギー
として取り出すことは出来なかった。
め、特開昭６２-２２５８５１号には、凸レンズの入光
面を反射率の少ない平坦にして、凸レンズの肉厚を薄肉
にした複数の扇型切片を同心円状に接合させて、大径の
レンズを形成して、太陽光を集束する方法が提案されて
いるが、やはり凸レンズの焦点に太陽光を集束するもの
であるため、太陽光を１線上に集光させて熱エネルギー
として取り出すことは出来なかった。
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の事情に
鑑みてなされたものであって、入光線の透過効率が良
く、エネルギーロスが殆どなく、大形のものでも容易に
作製でき、入光した光束を従来には存在しなかった集光
線（従来の焦点の集まりではなく、計算によって求めた
集光点を集めた線）に正確に集めることができる新規な
構造の線集光レンズと、この線集光レンズを用いた太陽
光集光装置を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであって、入光線の透過効率が良
く、エネルギーロスが殆どなく、大形のものでも容易に
作製でき、入光した光束を従来には存在しなかった集光
線（従来の焦点の集まりではなく、計算によって求めた
集光点を集めた線）に正確に集めることができる新規な
構造の線集光レンズと、この線集光レンズを用いた太陽
光集光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された本発明は、次のような構成上の特徴を備え
ている。
に提案された本発明は、次のような構成上の特徴を備え
ている。
【０００６】すなわち、本発明の線集光レンズは、平坦
な入光面と、集光曲面で形成された出光面とを有した、
複数のレンズセグメントのそれぞれを平行に、かつ中心
に谷部を形成するように、中心から両外側に向かって
左、右対称に漸次段階状に上昇するように結合させて、
全体として逆蒲鉾ドーム状に形成して成り、上記レンズ
セグメントのそれぞれの入光面から平行な光束を入光さ
せたときに、上記集光曲面から放出された光束を集光線
上に直線状に集光させる構成にしている。ここに、線集
光レンズは、媒質の入光面を平面視略矩形の平坦面と
し、媒質の出光面を集光曲面としており、平行な光束を
上記入光面より入光させたときには、上記出光面からは
１線上に集束する光束を取り出せる構成とされている。
な入光面と、集光曲面で形成された出光面とを有した、
複数のレンズセグメントのそれぞれを平行に、かつ中心
に谷部を形成するように、中心から両外側に向かって
左、右対称に漸次段階状に上昇するように結合させて、
全体として逆蒲鉾ドーム状に形成して成り、上記レンズ
セグメントのそれぞれの入光面から平行な光束を入光さ
せたときに、上記集光曲面から放出された光束を集光線
上に直線状に集光させる構成にしている。ここに、線集
光レンズは、媒質の入光面を平面視略矩形の平坦面と
し、媒質の出光面を集光曲面としており、平行な光束を
上記入光面より入光させたときには、上記出光面からは
１線上に集束する光束を取り出せる構成とされている。
【０００７】また、集光曲面とは、本発明者によって案
出された後述する集光連立方程式を充す傾斜角度を有し
た曲面をいう。同時に提案される本発明の太陽光集光装
置は、請求項１に記載の複数のレンズセグメントと、こ
の複数のレンズセグメントの集光線よりも手前側に配設
され、上記複数のレンズセグメントの集光曲面より出光
した光束を垂直に入光させる入光面と、この入光面から
入光した光束を互いに平行束にして出光させる集光曲面
を形成した平行光束レンズとを含んで構成されている。
出された後述する集光連立方程式を充す傾斜角度を有し
た曲面をいう。同時に提案される本発明の太陽光集光装
置は、請求項１に記載の複数のレンズセグメントと、こ
の複数のレンズセグメントの集光線よりも手前側に配設
され、上記複数のレンズセグメントの集光曲面より出光
した光束を垂直に入光させる入光面と、この入光面から
入光した光束を互いに平行束にして出光させる集光曲面
を形成した平行光束レンズとを含んで構成されている。
【作用】本発明によれば、次のような作用が奏される。
【０００８】平行光束をレンズ入光面より入光させる
と、平行光束はレンズの入光面に対して直角に入光する
ため反射率は殆どなくレンズ内を直進し、レンズ出光面
に至るが、この出光面は集光曲面となっているので、出
光面より出た光束は、１直線上（従来の焦点ではない集
光点の集まり）に集光する。
と、平行光束はレンズの入光面に対して直角に入光する
ため反射率は殆どなくレンズ内を直進し、レンズ出光面
に至るが、この出光面は集光曲面となっているので、出
光面より出た光束は、１直線上（従来の焦点ではない集
光点の集まり）に集光する。
【０００９】この集光曲面は、媒質の入光面を基準とし
て、全反射の臨界角度よりも小さい次のような集光方程
式〜を充す媒質の出光面の傾斜角度を規定する。
て、全反射の臨界角度よりも小さい次のような集光方程
式〜を充す媒質の出光面の傾斜角度を規定する。
【００１０】図１において、線集光レンズＬの集光曲面
の頂点となる中心線Ｃと交わり入光面Ｎに対して直角に
引かれる垂線Ｘと、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点
Ｋから入光面Ｎと平行に引かれる水平線Ｙとが直角に交
わる交点をＯｋとし、点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ線Ｚと垂
線Ｘとの成す角度をＡｋとすると、図３に示すような関
係が成り立つ。
の頂点となる中心線Ｃと交わり入光面Ｎに対して直角に
引かれる垂線Ｘと、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点
Ｋから入光面Ｎと平行に引かれる水平線Ｙとが直角に交
わる交点をＯｋとし、点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ線Ｚと垂
線Ｘとの成す角度をＡｋとすると、図３に示すような関
係が成り立つ。
【００１１】点Ｏｋと点Ｋの間の半径距離をｒｋ、点Ｏ
ｋと集光点Ｔとの焦点距離をｄｋとすると、半径距離ｒ
ｋと焦点距離ｄｋと角度Ａｋとの間には次の関係式が成
り立つ。 Ａｋ ＝ｔａｎ−１ （ｒｋ ／ｄｋ ） ・・・ 図４は、出光面Ｓ上の任意の点Ｋでの集光曲面のレンズ
光出光面Ｓｋの角度を求めるための説明図であるが、ス
ネルの法則より光の通る媒体（ここでは、レンズと空
気）の屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角をθ１、屈折角
をθ２とすると、次の関係式が成り立つことが知られて
いる。
ｋと集光点Ｔとの焦点距離をｄｋとすると、半径距離ｒ
ｋと焦点距離ｄｋと角度Ａｋとの間には次の関係式が成
り立つ。 Ａｋ ＝ｔａｎ−１ （ｒｋ ／ｄｋ ） ・・・ 図４は、出光面Ｓ上の任意の点Ｋでの集光曲面のレンズ
光出光面Ｓｋの角度を求めるための説明図であるが、ス
ネルの法則より光の通る媒体（ここでは、レンズと空
気）の屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角をθ１、屈折角
をθ２とすると、次の関係式が成り立つことが知られて
いる。
【００１２】Ｎ１ｓｉｎθ１＝Ｎ２ｓｉｎθ２
ここでレンズをガラスとして、その屈折率をＮ１＝１．
４９、空気の屈折率をＮ２＝１として任意の点Ｋに当て
はめると、 １．４９ｓｉｎθ１ｋ ＝ｓｉｎθ２ｋ ・・・ となる。
４９、空気の屈折率をＮ２＝１として任意の点Ｋに当て
はめると、 １．４９ｓｉｎθ１ｋ ＝ｓｉｎθ２ｋ ・・・ となる。
【００１３】また幾何学的に解析すると集光曲面（出光
面Ｓ）上の任意の点Ｋでは、次の関係式が成り立つ。 θ２ｋ −θ１ｋ ＝Ａｋ ・・・ 上記連立方程式、、を集光方程式と呼ぶ。
面Ｓ）上の任意の点Ｋでは、次の関係式が成り立つ。 θ２ｋ −θ１ｋ ＝Ａｋ ・・・ 上記連立方程式、、を集光方程式と呼ぶ。
【００１４】以上のことより、光学理論上、入光面より
この面に直角に入光した全ての光束は、レンズ内での吸
収分を除けば、反射成分は殆どなくスネルの法則を満足
する屈折角を充す光路に従って集光線Ｔ’と呼ばれる１
線上に集中する。
この面に直角に入光した全ての光束は、レンズ内での吸
収分を除けば、反射成分は殆どなくスネルの法則を満足
する屈折角を充す光路に従って集光線Ｔ’と呼ばれる１
線上に集中する。
【００１５】ここに、集光曲面は、上述のように焦点を
有する従来の凸レンズとは異なり、その曲面は集光方程
式を充す傾斜面で形成される。
有する従来の凸レンズとは異なり、その曲面は集光方程
式を充す傾斜面で形成される。
【００１６】また、本発明の線集光レンズは、入光面を
平坦面とし、出光面を集光曲面としたレンズセグメント
を結合させて線集光レンズを形成しているため集光レン
ズを肉薄とすることができ、従って従来は不可能と考え
られていた大形の線集光レンズを形成し太陽光集光装置
を現実のものと出来る。
平坦面とし、出光面を集光曲面としたレンズセグメント
を結合させて線集光レンズを形成しているため集光レン
ズを肉薄とすることができ、従って従来は不可能と考え
られていた大形の線集光レンズを形成し太陽光集光装置
を現実のものと出来る。
【００１７】また、請求項２では、請求項１に記載した
複数のレンズセグメントと、後述する平行光束レンズと
を備えた、エネルギーロスの少ない太陽光集光装置が提
供される。
複数のレンズセグメントと、後述する平行光束レンズと
を備えた、エネルギーロスの少ない太陽光集光装置が提
供される。
【実施例】以下、線集光レンズについて、図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００１８】図１は線集光レンズの基本原理、構造を示
す断面正面図、図２はその平面図である。
す断面正面図、図２はその平面図である。
【００１９】この線集光レンズＬは、入光面Ｎを面一に
略矩形の平坦な面とし、出光面Ｓを中央を頂点として、
その左右に対称な集光曲面を形成している。この集光曲
面は、入光面Ｎを基準として、全反射の臨界角度よりも
小さい次のような集光方程式を充す傾斜角度となってい
る。
略矩形の平坦な面とし、出光面Ｓを中央を頂点として、
その左右に対称な集光曲面を形成している。この集光曲
面は、入光面Ｎを基準として、全反射の臨界角度よりも
小さい次のような集光方程式を充す傾斜角度となってい
る。
【００２０】ここに、線集光レンズＬの集光曲面（出光
面Ｓ）の中心線Ｃと交わり、入光面Ｎに対して直角に引
かれる垂線Ｘと、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点Ｋ
から入光面Ｎと平行に引かれる水平線Ｙとが直角に交わ
る交点をＯｋとし、点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ線Ｚと垂線
Ｘとの成す角度をＡｋとすると、図３に示すような関係
が成り立つ。
面Ｓ）の中心線Ｃと交わり、入光面Ｎに対して直角に引
かれる垂線Ｘと、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点Ｋ
から入光面Ｎと平行に引かれる水平線Ｙとが直角に交わ
る交点をＯｋとし、点Ｋと集光点Ｔとを結ぶ線Ｚと垂線
Ｘとの成す角度をＡｋとすると、図３に示すような関係
が成り立つ。
【００２１】点Ｏｋと点Ｋの間の半径距離をｒｋ、点Ｏ
ｋと集光点Ｔとの焦点距離をｄｋとすると、半径距離ｒ
ｋと焦点距離ｄｋと角度Ａｋとの間には次の関係式が成
り立つ。Ａｋ ＝ｔａｎ−１ （ｒｋ ／ｄｋ） ・・・
従って、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点をｎ個と
れば、次のようになる。
ｋと集光点Ｔとの焦点距離をｄｋとすると、半径距離ｒ
ｋと焦点距離ｄｋと角度Ａｋとの間には次の関係式が成
り立つ。Ａｋ ＝ｔａｎ−１ （ｒｋ ／ｄｋ） ・・・
従って、集光曲面（出光面Ｓ）上の任意の点をｎ個と
れば、次のようになる。
【００２２】
図４は、出光面Ｓ上の任意の点Ｋでの集光曲面のレンズ
光出光面Ｓｋの角度を求めるための説明図である。
光出光面Ｓｋの角度を求めるための説明図である。
【００２３】スネルの法則より光の通る媒体（ここで
は、レンズと空気）の屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角
をθ１、屈折角をθ２とすると、次の関係式が成り立つ
ことが知られている。
は、レンズと空気）の屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角
をθ１、屈折角をθ２とすると、次の関係式が成り立つ
ことが知られている。
【００２４】Ｎ１ｓｉｎθ１＝Ｎ２ｓｉｎθ２
ここでレンズをガラスとしてその屈折率をＮ１＝１．４
９、空気の屈折率をＮ２＝１として任意の点Ｋに当ては
めると、 １．４９ｓｉｎθ１ｋ ＝ｓｉｎθ２ｋ ・・・ となる。従って、集光曲面（出光面Ｓ）上に任意の点を
ｎ個とれば、次のようになる。
９、空気の屈折率をＮ２＝１として任意の点Ｋに当ては
めると、 １．４９ｓｉｎθ１ｋ ＝ｓｉｎθ２ｋ ・・・ となる。従って、集光曲面（出光面Ｓ）上に任意の点を
ｎ個とれば、次のようになる。
【００２５】
また幾何学的に解析すると集光曲面（出光面Ｓ）上の任
意の点Ｋで、次の関係式が成り立つ。 θ２ｋ −θ１ｋ ＝Ａｋ ・・・ 集光曲面（出光面Ｓ）上で、任意の点をｎ個とすれば、
次のようになる。 上記連立方程式、、を集光方程式と呼ぶ。
意の点Ｋで、次の関係式が成り立つ。 θ２ｋ −θ１ｋ ＝Ａｋ ・・・ 集光曲面（出光面Ｓ）上で、任意の点をｎ個とすれば、
次のようになる。 上記連立方程式、、を集光方程式と呼ぶ。
【００２６】任意の点Ｋでの求める水平線とレンズ面Ｓ
ｋとの成す角度をθｘｋとすると、幾何学的に解析する
と、 θｘｋ ＝θ１ｋ となる。
ｋとの成す角度をθｘｋとすると、幾何学的に解析する
と、 θｘｋ ＝θ１ｋ となる。
【００２７】従って、任意の点Ｋでの水平線とレンズ面
Ｓｋ との成す角度θｘｋを、上記集光方程式を解くこ
とによって計算で求めることが出来る。
Ｓｋ との成す角度θｘｋを、上記集光方程式を解くこ
とによって計算で求めることが出来る。
【００２８】次に、例えば太陽光集光装置等に使用され
る大形の本発明に係る線集光レンズの一実施例について
説明する。
る大形の本発明に係る線集光レンズの一実施例について
説明する。
【００２９】図５は、本発明に係る逆蒲鉾ドーム状の線
集光レンズＬの一実施例を示す断面正面図である。
集光レンズＬの一実施例を示す断面正面図である。
【００３０】この線集光レンズＬは平面視略矩形の網状
形状、正面視パラボラ状段階形状のフレームＦ…と、こ
のフレームＦ…の下部に装着される複数の平面視略矩形
レンズセグメントＬ０…、Ｌ１…と、から成る線集光レ
ンズ本体Ｈと、を備えている。
形状、正面視パラボラ状段階形状のフレームＦ…と、こ
のフレームＦ…の下部に装着される複数の平面視略矩形
レンズセグメントＬ０…、Ｌ１…と、から成る線集光レ
ンズ本体Ｈと、を備えている。
【００３１】線集光レンズ本体Ｈは、入光面Ｎ…を平坦
面とし、出光面Ｓ…を集光曲面とするとともに、平行に
分割された複数のレンズセグメントＬ０…、Ｌ１…を、
中心に谷部を形成するように、漸次段階状に陥むように
結合させて、全体として逆蒲鉾ドーム状に形成されてい
る。複数のレンズセグメントＬ１…は線集光レンズ本体
ＨのレンズセグメントＬ０…から外側にいくほど分厚く
なる傾向がある。
面とし、出光面Ｓ…を集光曲面とするとともに、平行に
分割された複数のレンズセグメントＬ０…、Ｌ１…を、
中心に谷部を形成するように、漸次段階状に陥むように
結合させて、全体として逆蒲鉾ドーム状に形成されてい
る。複数のレンズセグメントＬ１…は線集光レンズ本体
ＨのレンズセグメントＬ０…から外側にいくほど分厚く
なる傾向がある。
【００３２】フレームＦ…は金属で作製されており、例
えばチタン合金、鋼鉄等が用いられるが、耐久性、比重
及び防錆性の面からチタン合金が好ましい。
えばチタン合金、鋼鉄等が用いられるが、耐久性、比重
及び防錆性の面からチタン合金が好ましい。
【００３３】この逆蒲鉾ドーム状線集光レンズＬは、複
数のレンズセグメントＬ０…、Ｌ１…の各々は上述の集
光方程式で求められた集光曲面で出光面Ｓ…が形成され
ており、太陽光線等の平行光束はレンズ入光面Ｎ…より
入光されるとレンズ内を透過し、出光面Ｓ…より出た光
束は集光線Ｔ’上に集光される。
数のレンズセグメントＬ０…、Ｌ１…の各々は上述の集
光方程式で求められた集光曲面で出光面Ｓ…が形成され
ており、太陽光線等の平行光束はレンズ入光面Ｎ…より
入光されるとレンズ内を透過し、出光面Ｓ…より出た光
束は集光線Ｔ’上に集光される。
【００３４】図６は、本発明に係る逆蒲鉾ドーム状の線
集光レンズＬを太陽光集光装置に使用した具体例を示す
要部斜視図である。
集光レンズＬを太陽光集光装置に使用した具体例を示す
要部斜視図である。
【００３５】この太陽光集光装置は、逆蒲鉾ドーム状の
線集光レンズＬ１と、この線集光レンズＬ１の集光曲面
（出光面Ｓ）から出光された光線を平行な光束（断面矩
形）に変えるための平行光束レンズＬ１０と、集光曲面
（出光面Ｓ）を有する逆蒲鉾ドーム状の線集光レンズＬ
１１と、この線集光レンズＬ１１の集光曲面（出光面
Ｓ）から出光された光線を平行な光束に変えるための小
形の平行光束レンズＬ１３と、小形の集光曲面（出光面
Ｓ）を有する逆蒲鉾状の線集光レンズＬ１２とを備えて
いる。
線集光レンズＬ１と、この線集光レンズＬ１の集光曲面
（出光面Ｓ）から出光された光線を平行な光束（断面矩
形）に変えるための平行光束レンズＬ１０と、集光曲面
（出光面Ｓ）を有する逆蒲鉾ドーム状の線集光レンズＬ
１１と、この線集光レンズＬ１１の集光曲面（出光面
Ｓ）から出光された光線を平行な光束に変えるための小
形の平行光束レンズＬ１３と、小形の集光曲面（出光面
Ｓ）を有する逆蒲鉾状の線集光レンズＬ１２とを備えて
いる。
【００３６】ここに、逆蒲鉾ドーム状の線集光レンズＬ
１は、平面視略矩形の網状形状、正面視パラボラ状段階
形状のフレームＦ…と、このフレームＦ…の下部に装着
される複数の平面視略矩形レンズセグメントＬ０…、Ｌ
１…と、を備えている。
１は、平面視略矩形の網状形状、正面視パラボラ状段階
形状のフレームＦ…と、このフレームＦ…の下部に装着
される複数の平面視略矩形レンズセグメントＬ０…、Ｌ
１…と、を備えている。
【００３７】尚、線集光レンズＬ、Ｌ１１は、大形なの
で運搬の便宜上複数の平面視略矩形のレンズセグメント
Ｌ０…、Ｌ１…に切断している。
で運搬の便宜上複数の平面視略矩形のレンズセグメント
Ｌ０…、Ｌ１…に切断している。
【００３８】また、フレームＦ…は金属で作製されてお
り、例えばチタン合金、鋼鉄等が用いられるが、耐久
性、比重及び防錆性の面からチタン合金等が好ましい。
り、例えばチタン合金、鋼鉄等が用いられるが、耐久
性、比重及び防錆性の面からチタン合金等が好ましい。
【００３９】複数の平面視略矩形レンズセグメントＬ０
…、Ｌ１…の各々は上述の集光方程式で求められた集光
曲面で出光面Ｓ…が形成されており、太陽光線等の平行
光束はレンズ入光面Ｎ…より入光されるとレンズ内を透
過し、出光面Ｓ…より出た光束は集光線Ｔ’（集光点Ｔ
の集まり）上に集光される（図５参照）。
…、Ｌ１…の各々は上述の集光方程式で求められた集光
曲面で出光面Ｓ…が形成されており、太陽光線等の平行
光束はレンズ入光面Ｎ…より入光されるとレンズ内を透
過し、出光面Ｓ…より出た光束は集光線Ｔ’（集光点Ｔ
の集まり）上に集光される（図５参照）。
【００４０】逆蒲鉾ドーム状の線集光レンズＬにおい
て、複数の平面視略矩形レンズセグメントＬ０…、Ｌ１
…は各々大形となるので比較的比重の小さい有機レンズ
（例えば、樹脂、プラスチック等）で形成される。例え
ばメタクリル樹脂であるパラグラス（商品名）等で形成
してもよい。
て、複数の平面視略矩形レンズセグメントＬ０…、Ｌ１
…は各々大形となるので比較的比重の小さい有機レンズ
（例えば、樹脂、プラスチック等）で形成される。例え
ばメタクリル樹脂であるパラグラス（商品名）等で形成
してもよい。
【００４１】平行光束レンズＬ１０は、線集光レンズＬ
によって集められた光線を集光線Ｔ’の手前で入光し、
平行な光束とするためのものであるが、高熱がかかるた
め、無機レンズ（例えばガラス等）で形成されるのが好
ましい。
によって集められた光線を集光線Ｔ’の手前で入光し、
平行な光束とするためのものであるが、高熱がかかるた
め、無機レンズ（例えばガラス等）で形成されるのが好
ましい。
【００４２】集光レンズＬ１１と、小形の平行光束レン
ズＬ１３と、小形の線集光レンズＬ１２は、上記平行光
束を更に絞って集光線Ｔ’の長さ寸法を短くするための
ものである。この線集光レンズＬ１１も高熱がかかるた
め無機レンズ（例えばガラスやパイレックス等）として
形成されるのが好ましく、更に小形の平行光束レンズＬ
１３と逆蒲鉾状線集光レンズＬ１２は石英や水晶で形成
されるのが好ましい。
ズＬ１３と、小形の線集光レンズＬ１２は、上記平行光
束を更に絞って集光線Ｔ’の長さ寸法を短くするための
ものである。この線集光レンズＬ１１も高熱がかかるた
め無機レンズ（例えばガラスやパイレックス等）として
形成されるのが好ましく、更に小形の平行光束レンズＬ
１３と逆蒲鉾状線集光レンズＬ１２は石英や水晶で形成
されるのが好ましい。
【００４３】太陽光線を集光する際は、太陽光集光装置
の線集光レンズＬの入光面Ｎ…は常に太陽の中心点と線
集光レンズＬの集光線軸の中央軸が合致するように、即
ち太陽光集光装置は太陽を追尾するように構成されてい
る。従って太陽光は、線集光レンズＬの入光面Ｎ…に対
して垂直に線集光レンズＬ内に入光し、集光曲面（出光
面Ｓ）から出光され、集光線Ｔ’上に集まる。
の線集光レンズＬの入光面Ｎ…は常に太陽の中心点と線
集光レンズＬの集光線軸の中央軸が合致するように、即
ち太陽光集光装置は太陽を追尾するように構成されてい
る。従って太陽光は、線集光レンズＬの入光面Ｎ…に対
して垂直に線集光レンズＬ内に入光し、集光曲面（出光
面Ｓ）から出光され、集光線Ｔ’上に集まる。
【００４４】この光束を集光線Ｔ’の手前で、平行光束
レンズＬ１０によって平行光束に変化させる。この平行
光束レンズＬ１０の出光面Ｓも集光曲面のように綿密に
計算で算出された面である。
レンズＬ１０によって平行光束に変化させる。この平行
光束レンズＬ１０の出光面Ｓも集光曲面のように綿密に
計算で算出された面である。
【００４５】図７は、平行光束レンズＬ１０の出光面Ｓ
上の任意の点Ｋでのレンズ光出光面Ｓｋの角度を求める
ための説明図である。
上の任意の点Ｋでのレンズ光出光面Ｓｋの角度を求める
ための説明図である。
【００４６】平行光束レンズＬ１０は、中心線（線集光
レンズＬの集光線Ｔ’）から距離の等しい放物曲面を入
光面Ｎとし、この入光面Ｎより放物曲面の中心線に向け
て入光させた光束を平行光束として取り出すようにした
ものである。
レンズＬの集光線Ｔ’）から距離の等しい放物曲面を入
光面Ｎとし、この入光面Ｎより放物曲面の中心線に向け
て入光させた光束を平行光束として取り出すようにした
ものである。
【００４７】入光面Ｎは集光されてきた光線をその光線
に対して直角になるように形成されている。従って、こ
の出光面Ｓ上の任意の点Ｋにおいても上述の集光連立方
程式が成り立つ。
に対して直角になるように形成されている。従って、こ
の出光面Ｓ上の任意の点Ｋにおいても上述の集光連立方
程式が成り立つ。
【００４８】即ち、
Ａｋ=ｔａｎ−１(ｒｋ/ｄｋ) ・・・
１．４９＝ｓｉｎθ１ｋ=ｓｉｎθ２ｋ ・・・
θ２ｋ-θ１ｋ=Ａｋ ・・・
の集光連立方程式が成り立つ。
【００４９】任意の点Ｋでの求める水平線とレンズ面Ｓ
ｋとの成す角度をθｘｋとすると、幾何学的に解析すれ
ば、 θｘｋ=θ２ｋ となる。
ｋとの成す角度をθｘｋとすると、幾何学的に解析すれ
ば、 θｘｋ=θ２ｋ となる。
【００５０】従って、任意の点Ｋでの水平線とレンズ面
Ｓｋとの成す角度θｘｋを、集光連立方程式を解くこと
によって計算で求めることが出来る。
Ｓｋとの成す角度θｘｋを、集光連立方程式を解くこと
によって計算で求めることが出来る。
【００５１】図８は、線集光レンズＬ２と平行光束レン
ズＬ１０との関係を模式的に表した説明図である。
ズＬ１０との関係を模式的に表した説明図である。
【００５２】線集光レンズＬ１の入光面Ｎに入光した光
線は、レンズＬ１内を透過し、出光面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３か
ら所定の角度で屈折出光され、平行光束レンズＬ１０の
入光面Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に各々直角に入光する。そしてレ
ンズＬ１０内を透過し出光面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から、前述
した集光曲面として規定される所定の角度で屈折出光さ
れ、平行な光束となる。
線は、レンズＬ１内を透過し、出光面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３か
ら所定の角度で屈折出光され、平行光束レンズＬ１０の
入光面Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に各々直角に入光する。そしてレ
ンズＬ１０内を透過し出光面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から、前述
した集光曲面として規定される所定の角度で屈折出光さ
れ、平行な光束となる。
【発明の効果】本発明の線集光レンズによれば、以下に
示す効果を奏する。
示す効果を奏する。
【００５３】すなわち、本発明の線集光レンズによれ
ば、媒質の入光面で入光線を反射するということが殆ど
なく、入光線の透過効率が良く、エネルギーのロスが小
さい状態で入光線が線集光レンズ内を透過でき、更に入
光した光束はスネルの法則によって定まる光路に向かわ
せることができるため、１線の集光線上に正確に集める
ことができる。
ば、媒質の入光面で入光線を反射するということが殆ど
なく、入光線の透過効率が良く、エネルギーのロスが小
さい状態で入光線が線集光レンズ内を透過でき、更に入
光した光束はスネルの法則によって定まる光路に向かわ
せることができるため、１線の集光線上に正確に集める
ことができる。
【００５４】また、大形で薄型の線集光レンズを作製す
ることが出来る。
ることが出来る。
【００５５】更に、集光線の手前で出光線を集めれば、
略矩形の集光面に集光することができ、この集光線はエ
ネルギー吸収装置により熱媒体物質を均一に照射した
り、製品を加工する際に扱い易い構造とされている。
略矩形の集光面に集光することができ、この集光線はエ
ネルギー吸収装置により熱媒体物質を均一に照射した
り、製品を加工する際に扱い易い構造とされている。
【００５６】更に、本発明の太陽光集光装置によれば、
レンズの重量を少なくして、エネルギーロスの少ない太
陽光集光装置が提供される。
レンズの重量を少なくして、エネルギーロスの少ない太
陽光集光装置が提供される。
【図１】線集光レンズの基本原理、構造を示す断面正面
図である。
図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】出光面（集光曲面）上の任意の点と集光点との
関係を示す説明図である。
関係を示す説明図である。
【図４】出光面（集光曲面）上の任意の点での集光曲線
の出光面の角度を求めるための説明図である。
の出光面の角度を求めるための説明図である。
【図５】本発明に係る逆蒲鉾ドーム状の線集光レンズの
一実施例を示す縦断面正面図である。
一実施例を示す縦断面正面図である。
【図６】逆蒲鉾ドーム状の線集光レンズを太陽光集光装
置に集光手段として使用した要部斜視図である。
置に集光手段として使用した要部斜視図である。
【図７】平行光束レンズの出光面上の任意の点での傾斜
角度を求めるための説明図である。
角度を求めるための説明図である。
【図８】線集光レンズと平行光束レンズとの関係を模式
的に表した説明図である。
的に表した説明図である。
Ｌ 線集光レンズ
Ｎ 入光面
Ｓ 出光面
Ｌ０ レンズセグメント
Ｌ１ レンズセグメント
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(73)特許権者 593019124
中井 宏行
三田市弥生が丘１丁目３番 ２番館1209
号
(73)特許権者 594124373
南 俊生
大阪市西淀川区佃５丁目12番地５−501
号
(73)特許権者 594124384
乾 博行
京都市山科区小山一石畑４−43
(72)発明者 乾 政信
京都市伏見区日野谷寺町58番地の10
(56)参考文献 特開 昭62−225851（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−129704（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 3/08
G02B 13/18
Claims (2)
- 【請求項１】平坦な入光面と、集光曲面で形成された出
光面とを有した、複数のレンズセグメントのそれぞれを
平行に、かつ中心に谷部を形成するように、中心から両
外側に向かって左、右対称に漸次段階状に上昇するよう
に結合させて、全体として逆蒲鉾ドーム状に形成して成
り、 上記レンズセグメントのそれぞれの入光面から平行な光
束を入光させたときに、上記集光曲面から放出された光
束を集光線上に直線状に集光させる構成にしている線集
光レンズ。 - 【請求項２】請求項１に記載の複数のレンズセグメント
と、 この複数のレンズセグメントの集光線よりも手前側に配
設され、上記複数のレンズセグメントの集光曲面より出
光した光束を垂直に入光させる入光面と、この入光面か
ら入光した光束を互いに平行束にして出光させる集光曲
面とを形成した平行光束レンズとを含んで構成された、 太陽光集光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18256394A JP3392528B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 線集光レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18256394A JP3392528B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 線集光レンズ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002341184A Division JP2003177216A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | 線集光レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843606A JPH0843606A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3392528B2 true JP3392528B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=16120467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18256394A Expired - Lifetime JP3392528B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 線集光レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3392528B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024062283A1 (en) * | 2022-09-25 | 2024-03-28 | Kong, Mun, Chew | Solar energy collection system and related methods |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3432168B2 (ja) * | 1999-03-01 | 2003-08-04 | 政信 乾 | 不連続線集光レンズ |
| KR101143419B1 (ko) * | 2009-08-27 | 2012-05-23 | 주식회사 유영산업 | 게임기용 책상 |
| CN107702889A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-16 | 深圳市鹰眼在线电子科技有限公司 | 线性聚光器和光学检测装置 |
-
1994
- 1994-08-03 JP JP18256394A patent/JP3392528B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024062283A1 (en) * | 2022-09-25 | 2024-03-28 | Kong, Mun, Chew | Solar energy collection system and related methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0843606A (ja) | 1996-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4108540A (en) | Refractor-reflector radiation concentrator | |
| JP3328274B2 (ja) | 非映像放射エネルギーデバイス | |
| US20070246040A1 (en) | Wide angle solar concentrator | |
| EP2519978B1 (en) | Photovoltaic concentrator with optical stepped lens and method for designing the same | |
| US9477071B2 (en) | Method and device for concentrating, collimating, and directing light | |
| JPH05281402A (ja) | 光学装置 | |
| JP3392528B2 (ja) | 線集光レンズ | |
| CN108107559A (zh) | 一种针对不同张角光束的高透光率聚光系统 | |
| JP3423420B2 (ja) | 点集光レンズ及びこれを用いた太陽光集光装置 | |
| US8159761B2 (en) | Optical concentrator | |
| JP2003177216A (ja) | 線集光レンズ | |
| US20020080349A1 (en) | Sample chamber for use in analytical instrumentation | |
| JP3770488B2 (ja) | 点集光レンズ及びこれを用いた太陽光集光装置 | |
| JP3432168B2 (ja) | 不連続線集光レンズ | |
| JPS61160048A (ja) | 点光源強度検出光学系 | |
| JPH11125705A (ja) | 不連続点集光レンズ | |
| CN201837773U (zh) | 一种聚光透镜及透镜组 | |
| JPH02139802A (ja) | 太陽光集光装置 | |
| JPH0221299A (ja) | Ｘ線集中装置 | |
| CN212302055U (zh) | 一种激光准直聚焦透镜装置 | |
| JPS63157123A (ja) | 線状ビ−ム光学系 | |
| JPH0342642B2 (ja) | ||
| JP3568616B2 (ja) | レーザトラッピング装置 | |
| WO2012033132A1 (ja) | 集光装置、光発電装置及び光熱変換装置 | |
| JPH07272893A (ja) | 軟ｘ線集光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20021224 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090124 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090124 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100124 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110124 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110124 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120124 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120124 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130124 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140124 Year of fee payment: 11 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |