JP5054725B2 - Fresnel lens for solar system and solar system - Google Patents

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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Description

本願の発明は、ソーラーシステム用フレネルレンズ及びこのフレネルレンズを備えたソーラーシステムに関するものである。   The invention of the present application relates to a Fresnel lens for a solar system and a solar system including the Fresnel lens.

図１０は、一般的なフレネルレンズの構造を示した正面断面概略図である。
フレネルレンズは、通常のレンズを多数のプリズム状のセグメントに分割し、セグメントを平面上に並べることでシート状又はプレート状に変換した光学部品である。したがって、フレネルレンズは、プリズム部１を同一平面上に多数並べて設けたものとなっている。このようなフレネルレンズは、一方の側の面が平坦面２で、他方の側の面がプリズム部１によって形成される凹凸面である場合が多い。 FIG. 10 is a schematic front sectional view showing the structure of a general Fresnel lens.
A Fresnel lens is an optical component obtained by dividing a normal lens into a large number of prism-like segments and arranging the segments on a plane to convert them into a sheet shape or a plate shape. Therefore, the Fresnel lens is provided with a large number of prism portions 1 arranged on the same plane. Such Fresnel lenses often have a flat surface 2 on one side and an uneven surface formed by the prism portion 1 on the other side.

図１０には、平凸レンズをフレネルレンズで達成した構成が示されており、（１）は入射側を凸にした配置、（２）は出射側を凸にした配置である。フレネルレンズを構成する各プリズム部１は、図１０に拡大して示すように、二つの面１０１，１０２から成る凸面を有している。このうちの一方の面１０１は、フレネルレンズ全体として一つのレンズ作用を為すよう形成された面（以下、レンズ面）である。他方の面１０２は、各レンズ面１０１をつなげるための面であり、一義的にはレンズ作用のための面ではない。以下、この面を、非レンズ面と呼ぶ。   FIG. 10 shows a configuration in which a plano-convex lens is achieved by a Fresnel lens. (1) is an arrangement in which the incident side is convex, and (2) is an arrangement in which the exit side is convex. Each prism portion 1 constituting the Fresnel lens has a convex surface composed of two surfaces 101 and 102 as shown in an enlarged view in FIG. One of the surfaces 101 is a surface (hereinafter referred to as a lens surface) formed so as to perform one lens function as the entire Fresnel lens. The other surface 102 is a surface for connecting the lens surfaces 101, and is not uniquely a surface for lens action. Hereinafter, this surface is referred to as a non-lens surface.

このようなフレネルレンズにおいて、図１０（１）に示すように、凹凸面を入射側にし、平坦面２を出射側にして配置する場合が多い。この理由について、平行光を一点に集光する場合を例にして説明する。
フレネルレンズの効率を高くするには、非レンズ面１０２の部分で光の損失がないようにすることが重要である。非レンズ面１０２での損失を無くすには、ドラフト角をゼロにすれば良い。ドラフト角は、非レンズ面１０２が平坦面２の法線に対して成す角である（図１０にθｄで示す）。しかしながら、ドラフト角θｄがゼロであると、フレネルレンズを成型法で製作する際の離型が難しいという問題がある。離型とは、成型後に製品を型から引き離すことを指す。このため、多少のドラフト角θｄをつけた設計とされることが多い。 In such a Fresnel lens, as shown in FIG. 10 (1), the concave / convex surface is often set to the incident side and the flat surface 2 is set to the output side in many cases. The reason for this will be described by taking an example of condensing parallel light at one point.
In order to increase the efficiency of the Fresnel lens, it is important that there is no light loss in the non-lens surface 102 portion. In order to eliminate the loss on the non-lens surface 102, the draft angle may be made zero. The draft angle is an angle formed by the non-lens surface 102 with respect to the normal line of the flat surface 2 (indicated by θd in FIG. 10). However, when the draft angle θd is zero, there is a problem in that it is difficult to release the Fresnel lens by a molding method. Mold release refers to separating the product from the mold after molding. For this reason, it is often designed with a slight draft angle θd.

この場合、図１０（２）に拡大して示すように、出射側が凹凸面であると、ドラフト角θｄが少しついている場合、非レンズ面１０２に達した光Ｌ１は、非レンズ面１０２で全反射し、集光点から大きく外れた方向に進んでしまう。一方、入射側を凹凸面とした場合では、図１０（１）に拡大して示すように、非レンズ面１０２に達した光Ｌ１は、非レンズ面１０２で屈折するものの、集光点から大きく外れることなく進んでいく。このため、ドラフト角θｄを適宜設計すれば、集光点の照度を上げるのに貢献させることができる。
このようなことから、一般的には、凹凸面を出射側にするよりも入射側にした設計や配置の方が、ドラフト角を多少つけても光の利用効率が高くできると言われており、凹凸面を入射側にする方が好ましいとされている。 In this case, as shown in an enlarged view in FIG. 10 (2), when the exit side is a concavo-convex surface, the light L1 that reaches the non-lens surface 102 is entirely transmitted by the non-lens surface 102 when the draft angle θd is slightly attached. Reflected and travels in a direction far from the focal point. On the other hand, in the case where the incident side is an uneven surface, the light L1 reaching the non-lens surface 102 is refracted by the non-lens surface 102 as shown in the enlarged view of FIG. Proceed without losing. For this reason, if the draft angle θd is appropriately designed, it is possible to contribute to increasing the illuminance at the condensing point.
Therefore, in general, it is said that the light utilization efficiency can be increased even if the draft angle is slightly increased in the design and arrangement with the uneven surface on the incident side rather than on the exit side. It is said that it is preferable to make the uneven surface the incident side.

特開平４−１２７１０１号公報JP-A-4-127101

しかしながら、ソーラーシステム用のフレネルレンズの場合、どうしても入射側を平坦面にしなければならない事情がある。ソーラーシステム用のフレネルレンズの場合、当然のことながら、戸外に配置され、直射日光に晒される。この場合、入射面が凹凸面であると、埃やゴミが溜まってしまい、その結果、透過特性が著しく低下してしまうからである。入射側に透明な板をおいて埃やゴミが付かないようにしてもよいが、どんなに透過率の高い板を使用しても光の吸収等はあり、ロスの発生は避けられない。このようなことから、ソーラーシステム用のフレネルレンズは、入射側を平坦面とした設計が行われる。   However, in the case of a Fresnel lens for a solar system, there is a situation that the incident side must be flat. In the case of a Fresnel lens for a solar system, it is naturally placed outdoors and exposed to direct sunlight. In this case, if the incident surface is an uneven surface, dust and dirt accumulate, and as a result, the transmission characteristics are remarkably deteriorated. Although a transparent plate may be placed on the incident side to prevent dust and dirt from being attached, no matter how high a transmittance plate is used, light is absorbed, and loss is inevitable. For this reason, a Fresnel lens for a solar system is designed with a flat incident surface.

また、入射面が凹凸面の構造でも、非レンズ面でのロスは存在する。即ち、図１０（１）に示すように、レンズ面１０１に入射する光のうち、頂角付近から入射する光Ｌ２は、レンズ面１０１で屈折した後、非レンズ面１０２に達する。この光Ｌ２は、非レンズ面１０２で全反射し、集光点から遠ざかる方向に進んでしまう。入射側を平坦面とすれば、このようなロスは避けられる。   Even when the incident surface has an uneven surface, there is a loss on the non-lens surface. That is, as shown in FIG. 10A, among the light incident on the lens surface 101, the light L <b> 2 incident from the vicinity of the apex angle reaches the non-lens surface 102 after being refracted by the lens surface 101. The light L2 is totally reflected by the non-lens surface 102 and travels away from the condensing point. Such a loss can be avoided if the incident side is a flat surface.

一方、ソーラーシステムのような大型のシステムに搭載されるフレネルレンズは、システム全体を少しでもコンパクトにするため、焦点距離をより短くすることが求められる。発明者の研究によると、上記のように入射側を平坦面とした構成において焦点距離の短いものを得ようとすると、従来の考え方では限界があることが判明した。
即ち、焦点距離を短くする場合、レンズ面が光軸に垂直な面に対して成す角を大きくする必要がある。この角を、以下、「立ち上がり角」と呼び、図１０（２）にθｕで示す。集光作用を為させる場合、立ち上がり角θｕは、光軸Ａから遠い位置に位置するプリズム部のレンズ面ほど大きくする。言い換えれば、光軸Ａから遠ざかるに従って立ち上がり角θｕを漸増させれば、計算上は凸レンズと同様の集光作用が得られるということである。しかしながら、立ち上がり角θｕがあまり大きくなると、レンズ面への光の入射角が臨界角に近くなる。臨界角を越えてしまうと、光はレンズ面で全反射し、設計通りの集光作用が得られなくなってしまう。 On the other hand, Fresnel lenses mounted on large systems such as solar systems are required to have a shorter focal length in order to make the entire system as compact as possible. According to the inventor's research, it has been found that there is a limit in the conventional way of thinking to obtain a short focal length in the configuration in which the incident side is a flat surface as described above.
That is, when the focal length is shortened, it is necessary to increase the angle formed by the lens surface with respect to the surface perpendicular to the optical axis. Hereinafter, this angle is referred to as “rise angle” and is indicated by θu in FIG. When the light collecting action is performed, the rising angle θu is increased as the lens surface of the prism portion located far from the optical axis A is increased. In other words, if the rising angle θu is gradually increased as the distance from the optical axis A is increased, the same light collecting action as that of the convex lens can be obtained in calculation. However, when the rising angle θu becomes too large, the incident angle of light on the lens surface becomes close to the critical angle. If the critical angle is exceeded, the light is totally reflected by the lens surface, and the designed light collecting effect cannot be obtained.

例えば、フレネルレンズの材質としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂を使用した場合、臨界角は４２度程度であり、これを越えると全反射する。したがって、レンズ面をこの角度以上に立ち上げなければならない場合、従来の考え方では設計ができなくなってしまう。
光軸に近い位置のプリズム部では、立ち上がり角θｕはそれほど大きくしなくて済むので、光軸に近い位置にだけプリズム部を配置し、臨界角を超えないようにすることも考えられる。しかしながら、プリズム部の数が少なくなり、全体として小さいフレネルレンズにならざるを得ず、集光量が少なくなってしまう問題が生ずる。 For example, when polymethyl methacrylate (PMMA) resin is used as the material of the Fresnel lens, the critical angle is about 42 degrees, and if it exceeds this, total reflection occurs. Therefore, when the lens surface has to be raised above this angle, it becomes impossible to design with the conventional concept.
In the prism portion near the optical axis, the rising angle θu does not have to be so large, so it is conceivable that the prism portion is arranged only at a position near the optical axis so as not to exceed the critical angle. However, the number of prism portions is reduced, so that there is a problem that the amount of light collection is reduced due to the fact that the entire Fresnel lens is unavoidable.

このような問題を解決するには、屈折系のプリズム部と全反射系のプリズム部とを組み合わせた構造を採用すると好適である。即ち、光軸に近い位置には、従来と同様にレンズ面１０１での屈折を利用するプルズム部（屈折系のプリズム部）を配置し、光軸からある限度以上遠い位置には、レンズ面１０１で全反射した光が非レンズ面１０２で屈折して出射することでレンズ作用を為すプリズム部（全反射系のプリズム部）を配置するようにするのである。
しかしながら、発明者の研究によると、全反射系のプリズム部を配置した場合、出射した光が、内側に隣接する別のプリズム部に遮蔽される、いわゆるケラレが発生してしまう。このケラレによる損失が無視できず、光の利用効率が悪いという問題がある。 In order to solve such a problem, it is preferable to adopt a structure in which a refractive prism portion and a total reflection prism portion are combined. That is, a prism portion (refractive prism portion) that utilizes refraction on the lens surface 101 is disposed at a position close to the optical axis, and the lens surface 101 is disposed at a position farther than a certain limit from the optical axis. The prism part (total reflection type prism part) that performs the lens action by refracting and emitting the light totally reflected by the non-lens surface 102 is arranged.
However, according to the inventor's research, when a total reflection prism portion is arranged, so-called vignetting occurs in which the emitted light is shielded by another prism portion adjacent to the inside. There is a problem that the loss due to this vignetting cannot be ignored and the light utilization efficiency is poor.

また、製造上の問題として、前述したように出来ればドラフト角をつけた構造として離型性を良くすることが望ましい。さらには、レンズ面１０１と非レンズ面１０２とが成す頂角が鋭利なものであると、成型に使用する型の製作の際に鋭利な刃先のバイトを使用しなければならず、バイトの消耗が激しくなる欠点がある。
また、頂角が鋭利な製品は、頂角の欠けが生じ易く、取り扱いを慎重にせざえるを得ない煩わしさがある他、製品としての耐久性の点でも問題が生じ易い。このため、頂角を鋭利なものにしなくても必要な性能が得られる構造であることが望ましい。
本願の発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、光の利用効率の高い優れた性能のソーラーシステム用フレネルレンズを提供する技術的意義を有するものである。 Further, as a manufacturing problem, it is desirable to improve the releasability as a structure with a draft angle if possible as described above. Furthermore, if the apex angle formed by the lens surface 101 and the non-lens surface 102 is sharp, a sharp cutting edge tool must be used when manufacturing a mold used for molding, and the tool wears out. Has the disadvantage of becoming intense.
Further, a product with a sharp apex angle is prone to chipping of the apex angle, and there is an inconvenience that it must be handled with care, and a problem also tends to occur in terms of durability as a product. For this reason, it is desirable that the structure provides the required performance without making the apex angle sharp.
The invention of the present application has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has technical significance to provide a Fresnel lens for solar system with high light utilization efficiency and excellent performance.

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造のソーラーシステム用フレネルレンズであって、
多数のプリズム部は、光軸に近い側に位置する第一の群のプリズム部と、光軸から遠い側に位置する第二の群のプリズム部とから成り、
各群のプリズム部は、光軸に対して同じ位置に集光させる一つの集光レンズ作用をフレネルレンズ全体として為すよう形成されているとともに、各プリズム面は、入射面から入射した光が最初に到達する第一の面と、第一の面とは別の第二の面とを有しており、各第一の面は、前記集光レンズ作用を為すよう光軸に対する距離に応じて角度が漸次変化しており、
第一の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で屈折して出射するすることで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第二の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で全反射した後、第二の面で屈折して出射することで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第二の群の各プリズム部の入射面は、光軸に平行な光が入射した際に光を絞った状態にして前記第一の面に全反射させ第二の面から出射させて前記光軸に対する角度の漸次変化により前記同じ位置に集光させる集光レンズ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記第二の群の各プリズム部の入射面は、入射面から入射した光が前記第一の面上の所定の領域で全反射するよう集光するものであり、この所定の領域は、前記第一の面で全反射して前記第二の面から出射する際、実質的にすべての光が、内側に隣接するプリズム部に遮蔽されることなく進む位置に設定されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記第二の群の各プリズム部の第一の面又は第二の面は、入射面により集光された光を平行光に戻すコリメータ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記入射面は、前記コリメータ面となっている第一の面又は第二の面の入射側近傍位置に光を集光する集光レンズ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記第二の群の各プリズム部の第二の面は、光軸に対して非平行であるとともに光軸に対して入射面の側で交差するよう形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造のソーラーシステム用フレネルレンズであって、
多数のプリズム部は、光軸に近い側に位置する第一の群のプリズム部と、光軸から遠い側に位置する第二の群のプリズム部とから成り、
各群のプリズム部は、光軸に対して同じ位置に集光させる一つの集光レンズ作用をフレネルレンズ全体として為すよう形成されているとととに、各プリズム面は、入射面から入射した光が最初に到達する第一の面と、第一の面とは別の第二の面とを有しており、各第一の面は、前記集光レンズ作用を為すよう光軸に対する距離に応じて角度が漸次変化しており、
第一の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で屈折して出射するすることで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第二の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で全反射した後、第二の面で屈折して出射することで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第一の群の各プリズム部の入射面は、光軸に平行な光が入射した際に光を絞った状態にして前記第一の面で屈折させて出射させ前記光軸に対する角度の漸次変化により前記同じ位置に集光させる集光レンズ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項６の構成において、前記第一の群の各プリズム部の第一の面は、入射面により集光された光を平行光に戻すコリメータ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項１乃至７いずれかに記載のフレネルレンズを備え、太陽光を利用するソーラーシステムであって、太陽光が前記光軸に平行に進んで前記入射面に入射するよう前記フレネルレンズを配置したという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、太陽光を利用するソーラーシステムであって、太陽光が光軸に平行に入射する姿勢で取り付けられているとともに、一つの面上に並べられた複数のフレネルレンズと、各フレネルレンズを保持する保持枠とを備えており、
各フレネルレンズは、太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造を有しており、
各プリズム部は、複数のフレネルレンズ全体として一つの集光レンズ作用を為すよう形成されており、
各プリズム面は、光軸から遠い側に位置する第一の面と、光軸に近い側に位置する第二の面とから成っており、
複数のフレネルレンズのうちの一つは、請求項１乃至７いずれかに記載のフレネルレンズであって、このフレネルレンズは光軸上に配置されており、他のフレネルレンズは、その周囲に配置されており、
周囲に配置されたフレネルレンズの各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で全反射した後、第二の面で屈折して出射することで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
この周囲に配置されたフレネルレンズのうちの第二の群の各プリズム部の入射面は、光を集光する集光レンズ面となっているこという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、太陽光を利用するソーラーシステムであって、太陽光が光軸に平行に入射する姿勢で取り付けられているとともに、一つの面上に並べられた複数のフレネルレンズと、各フレネルレンズを保持する保持枠とを備えており、
各フレネルレンズは、太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造を有しており、
各プリズム部は、複数のフレネルレンズ全体として一つの集光レンズ作用を為すよう形成されており、
各プリズム面は、光軸から遠い側に位置する第一の面と、光軸に近い側に位置する第二の面とから成っており、
複数のフレネルレンズのうちの一つは光軸上に配置されており、他のフレネルレンズは、その周囲に配置されたものであって請求項１乃至７いずれかに記載のフレネルレンズであり、
光軸上に配置されたフレネルレンズの各プリズム部は、第一の面に達した光が第一の面で屈折して出射するすることで前記集光レンズ作用を為すよう形成されているという構成を有する。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 of the present application includes a prism portion including an incident surface positioned on a side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface. It is a Fresnel lens for solar system with a large number of structures arranged on one surface,
A large number of prism parts are composed of a first group of prism parts located on the side closer to the optical axis and a second group of prism parts located on the side far from the optical axis,
The prism portions of each group are formed so that the entire Fresnel lens acts as a single condensing lens that condenses light at the same position with respect to the optical axis. A first surface reaching the first surface and a second surface different from the first surface , each first surface depending on the distance to the optical axis so as to perform the condenser lens function The angle is gradually changing,
The prism surface of each prism portion of the first group is formed so that the light reaching the first surface is refracted and emitted from the first surface to perform the condenser lens function,
The prism surface of each prism portion of the second group is configured such that the light that has reached the first surface is totally reflected by the first surface, and then refracted and emitted from the second surface, so that the condensing lens functions. Is formed to do,
The incident surface of each prism portion of the second group is such that when light parallel to the optical axis is incident, the light is focused, totally reflected on the first surface, and emitted from the second surface. It has the structure that it is a condensing lens surface that condenses light at the same position by gradually changing the angle with respect to the axis .
In order to solve the above problem, the invention according to claim 2 is the configuration according to claim 1, wherein the incident surface of each prism portion of the second group has light incident from the incident surface as the first surface. The light is condensed so as to be totally reflected by a predetermined area on the surface, and this predetermined area is totally reflected when it is totally reflected by the first surface and is emitted from the second surface. However, it has the structure set to the position which advances without being shielded by the prism part adjacent inside.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 3 is the configuration according to claim 1 or 2, wherein the first surface or the second surface of each prism portion of the second group is an incident surface. It has the structure that it is a collimator surface which returns the light condensed by (1) to parallel light.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 4 is the configuration according to claim 3, wherein the incident surface is the vicinity of the incident side of the first surface or the second surface that is the collimator surface. It has a configuration that it is a condensing lens surface for condensing light at a position.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 5 is the configuration according to any one of claims 1 to 4, wherein the second surface of each prism portion of the second group is arranged with respect to the optical axis. It is configured to be non-parallel and to intersect the optical axis on the incident surface side.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 6 comprises a prism portion comprising an incident surface positioned on the side on which sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface. It is a Fresnel lens for solar system with a large number of structures arranged on one surface,
A large number of prism parts are composed of a first group of prism parts located on the side closer to the optical axis and a second group of prism parts located on the side far from the optical axis,
The prism portion of each group is formed so that the entire Fresnel lens performs the function of one condensing lens for condensing light at the same position with respect to the optical axis , and each prism surface is incident from the incident surface. It has a first surface where light first arrives and a second surface different from the first surface, and each first surface is a distance from the optical axis so as to perform the condenser lens function. The angle gradually changes according to
The prism surface of each prism portion of the first group is formed so that the light reaching the first surface is refracted and emitted from the first surface to perform the condenser lens function,
The prism surface of each prism portion of the second group is configured such that the light that has reached the first surface is totally reflected by the first surface, and then refracted and emitted from the second surface, so that the condensing lens functions. Is formed to do,
The incident surface of each prism unit of the first group is gradually refracted by the first surface when light parallel to the optical axis is incident, refracted by the first surface, and gradually changed with respect to the optical axis. Thus, the lens has a condensing lens surface that collects light at the same position .
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 7 is the configuration according to claim 6, wherein the first surface of each prism portion of the first group has the light condensed by the incident surface. It has a configuration in which the collimator surface returns to parallel light.
Moreover, in order to solve the said subject, invention of Claim 8 is equipped with the Fresnel lens in any one of the said Claim 1 thru | or 7, It is a solar system using sunlight, Comprising: Sunlight is the said optical axis. The Fresnel lens is arranged so as to be parallel to the incident surface and to be incident on the incident surface.
Moreover, in order to solve the said subject, invention of Claim 9 is a solar system using sunlight, Comprising: While sunlight is attached in the attitude | position which injects in parallel with an optical axis, on one surface Are equipped with a plurality of Fresnel lenses and a holding frame for holding each Fresnel lens,
Each Fresnel lens has a structure in which a large number of prism parts each having an incident surface located on the side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface are arranged on one surface. And
Each prism part is formed to perform one condenser lens action as a whole of a plurality of Fresnel lenses,
Each prism surface consists of a first surface located on the side far from the optical axis and a second surface located on the side near the optical axis,
One of the plurality of Fresnel lenses is the Fresnel lens according to any one of claims 1 to 7, wherein the Fresnel lens is disposed on an optical axis, and the other Fresnel lens is disposed around the Fresnel lens. Has been
The prism surface of each prism portion of the Fresnel lens arranged in the periphery is configured such that the light reaching the first surface is totally reflected by the first surface and then refracted and emitted by the second surface. It is formed to make a lens action,
The incident surface of each prism portion of the second group of the Fresnel lenses arranged around this is configured as a condensing lens surface for condensing light.
Moreover, in order to solve the said subject, invention of Claim 10 is a solar system using sunlight, Comprising: It is attached with the attitude | position in which sunlight injects in parallel with an optical axis, On one surface Are equipped with a plurality of Fresnel lenses and a holding frame for holding each Fresnel lens,
Each Fresnel lens has a structure in which a large number of prism parts each having an incident surface located on the side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface are arranged on one surface. And
Each prism part is formed to perform one condenser lens action as a whole of a plurality of Fresnel lenses,
Each prism surface consists of a first surface located on the side far from the optical axis and a second surface located on the side near the optical axis,
One of the plurality of Fresnel lenses is disposed on the optical axis, and the other Fresnel lens is disposed at the periphery thereof, and is the Fresnel lens according to any one of claims 1 to 7,
Each prism portion of the Fresnel lens arranged on the optical axis is formed so that the light reaching the first surface is refracted and emitted from the first surface to perform the condenser lens function. It has a configuration.

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、第二の群の各プリズム部の入射面が、光軸に平行な光が入射した際に光を絞った状態にして第一の面に全反射させ第二の面から出射させて光軸に対する角度の漸次変化により同じ位置に集光させる集光レンズ面となっているので、出射した光が、隣接したプリズム部に遮蔽されるのを防ぐことができ、光の利用効率が高くなる。また、第二の面に対しドラフト角を付与することができるので、成型により製造する場合にも離型性が良くなる。さらに、第一の面と第二の面とが成す頂角を鋭利なものにする必要がないので、製造コストが安くなり、また製品の耐久性も高くなる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、出射した光が、隣接したプリズム部に遮蔽されるのが実質的にゼロになるので、光の利用効率を最も高くすることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、出射した光が、隣接したプリズム部に遮蔽されるのが実質的にゼロになるので、光の利用効率を最も高くすることができる。その上、集光レンズ面である入射面の曲率を、フレネルレンズ全体の集光レンズ作用における焦点距離とは無関係に定めることができるので、設計の自由度が高い。そして、入射面から入射して進む光束をより細く絞ることができるので、第二の面に対して大きなドラフト角を付与できる効果や、頂角を鋭利なものにする必要がないという効果が、より著しい。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、第二の面にドラフト角が与えられているので、成型により製造する場合にも離型性が良くなる。
また、請求項６記載の発明によれば、第一の群の各プリズム部の入射面が、光軸に平行な光が入射した際に光を絞った状態にして第一の面で屈折させて出射させ光軸に対する角度の漸次変化により同じ位置に集光させる集光レンズ面となっているので、第二の面に対してドラフト角を付与したり、第一の面と第二の面とが成す頂角を鈍化させたりしても、光の利用効率が低下することは無い。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、集光レンズ面である入射面の曲率を、フレネルレンズ全体の集光レンズ作用における焦点距離とは無関係に定めることができるので、設計の自由度が高い。そして、入射面から入射して進む光束をより細く絞ることができるので、第二の面に対して大きなドラフト角を付与できる効果や、頂角を鋭利なものにする必要がないという効果が、より著しい。
また、請求項８乃至１０いずれかの発明によれば、上記いずれかの効果を有するフレネルレンズを用いているので、光の利用効率が高いソーラーシステムが得られる。 As will be described below, according to the invention described in claim 1 of the present application, the incident surface of each prism portion of the second group is in a state in which light is focused when light parallel to the optical axis is incident. It is a condensing lens surface that is totally reflected on one surface, emitted from the second surface, and condensed at the same position by gradually changing the angle with respect to the optical axis, so the emitted light is shielded by the adjacent prism section Can be prevented, and the light utilization efficiency is increased. Moreover, since a draft angle can be given with respect to a 2nd surface, even when manufacturing by shaping | molding, a mold release property becomes good. Furthermore, since it is not necessary to sharpen the apex angle formed by the first surface and the second surface, the manufacturing cost is reduced and the durability of the product is also increased.
According to the second aspect of the invention, in addition to the above effect, the emitted light is substantially blocked from being shielded by the adjacent prism portion, so that the light use efficiency can be maximized. it can.
According to the invention described in claim 3, in addition to the above effect, since the emitted light is substantially zero shielded by the adjacent prism portion, the light utilization efficiency can be maximized. it can. In addition, since the curvature of the incident surface, which is the condensing lens surface, can be determined regardless of the focal length in the condensing lens action of the entire Fresnel lens, the degree of freedom in design is high. And, since the light beam that enters from the incident surface can be narrowed more narrowly, the effect that it is possible to give a large draft angle to the second surface, the effect that it is not necessary to sharpen the apex angle, More remarkable.
According to the invention described in claim 5, in addition to the above effect, the draft angle is given to the second surface, so that the mold releasability is improved even when it is manufactured by molding.
According to the sixth aspect of the present invention, the incident surface of each prism portion of the first group is refracted by the first surface in a state where the light is focused when light parallel to the optical axis is incident. The condensing lens surface that is emitted and collected at the same position by the gradual change of the angle with respect to the optical axis , the draft angle is given to the second surface, or the first surface and the second surface Even if the apex angle formed by is reduced, the light utilization efficiency does not decrease.
Further, according to the invention of claim 7, in addition to the above effect, the curvature of the incident surface which is the condensing lens surface can be determined regardless of the focal length in the condensing lens action of the entire Fresnel lens. High degree of design freedom. And, since the light beam that enters from the incident surface can be narrowed more narrowly, the effect that it is possible to give a large draft angle to the second surface, the effect that it is not necessary to sharpen the apex angle, More remarkable.
According to the invention of any one of claims 8 to 10, since the Fresnel lens having any of the above effects is used, a solar system with high light utilization efficiency can be obtained.

第一の実施形態に係るフレネルレンズの断面概略図である。It is a section schematic diagram of the Fresnel lens concerning a first embodiment. 図１のソーラー用フレネルレンズの作用効果について示した図である。It is the figure shown about the effect of the Fresnel lens for solar of FIG. 第二の実施形態に係るフレネルレンズの断面概略図である。It is a section schematic diagram of the Fresnel lens concerning a second embodiment. 第三の実施形態に係るフレネルレンズの断面概略図である。It is a section schematic diagram of the Fresnel lens concerning a third embodiment. 第四の実施形態に係るフレネルレンズの断面概略図である。It is a section schematic diagram of a Fresnel lens concerning a 4th embodiment. 第五の実施形態に係るフレネルレンズの断面概略図である。It is a section schematic diagram of the Fresnel lens concerning a fifth embodiment. 実施形態のソーラーシステムの斜視概略図である。It is a perspective schematic diagram of the solar system of an embodiment. 図７に示すソーラーシステムに搭載された複数のフレネルレンズのプリズム部１の構成について模式的に示した平面概略図である。It is the plane schematic which showed typically about the structure of the prism part 1 of the some Fresnel lens mounted in the solar system shown in FIG. 図８に示す各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９のプリズム部１における第一第二の群の区分けについて示した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic shown about the division of the 1st 2nd group in the prism part 1 of each Fresnel lens F1-F9 shown in FIG. 一般的なフレネルレンズの構造を示した正面断面概略図である。It is the front section schematic diagram showing the structure of the common Fresnel lens.

次に、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）について説明する。まず、ソーラー用フレネルレンズの発明の実施形態について説明する。
図１は、本願発明の第一の実施形態に係るソーラー用フレネルレンズの断面概略図である。図１に示すフレネルレンズは、多数のプリズム部１１、１２を、一つの面上に並べた構造を有する。各プリズム部１１、１２は、入射面２と、入射面２とは反対側に突出しているプリズム面とから成っている。 Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described. First, an embodiment of the invention of a solar Fresnel lens will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solar Fresnel lens according to a first embodiment of the present invention. The Fresnel lens shown in FIG. 1 has a structure in which a large number of prism portions 11 and 12 are arranged on one surface. Each of the prism portions 11 and 12 includes an incident surface 2 and a prism surface that protrudes on the opposite side of the incident surface 2.

各プリズム面は、本実施形態では、断面がほぼ三角形状の部位を形成しており、第一の面３と第二の面４とから成っている。第一の面３は、入射面２に入射した光が最初に到達する面である。各プリズム部１１，１２において、第一の面３は光軸Ａから遠い側にあり、第二の面４は光軸Ａに近い位置にある。
尚、図１は、光軸Ａの右側の部分のみを示しており、且つ説明に必要な部分のみを抜粋して概略的に示している。本実施形態では、各プリズム部１１，１２は円周状に延びており、光軸Ａを中心として同心上に配置されている。 In this embodiment, each prism surface forms a portion having a substantially triangular cross section, and includes a first surface 3 and a second surface 4. The first surface 3 is a surface light incident on the incident surface 2 first arrives. In each prism portion 11, 12, the first surface 3 is on the side far from the optical axis A, and the second surface 4 is at a position close to the optical axis A.
FIG. 1 shows only the right part of the optical axis A, and schematically shows only the part necessary for explanation. In the present embodiment, the prism portions 11 and 12 extend circumferentially and are arranged concentrically with the optical axis A as the center.

これらのプリズム部１１，１２は、光軸Ａに近い側に位置する第一の群のプリズム部１１と、光軸Ａから遠い側に位置する第二の群のプリズム部１２とから成っている。このフレネルレンズは、屈折系と全反射系を組み合わせて構成している。即ち、第一の群のプリズム部１１は、第一の面３での屈折を利用してレンズ作用を為させるのに対し、第二の群のプリズム部１２は、第一の面３での全反射を利用してレンズ作用を為させるものとなっている。図１において、第一の群と第二の群との境界線を、一点鎖線６で示す。
より具体的に説明すると、本実施形態のフレネルレンズは、全体として集光レンズ作用を為すものである。集光レンズには色々なものがあるが、本実施形態のフレネルレンズは、図１０（２）と同様、出射側が凸である平凸レンズと等価なものとなっており、平行な太陽光を一点に集光するものとなっている。 These prism parts 11 and 12 are composed of a first group of prism parts 11 located on the side closer to the optical axis A and a second group of prism parts 12 located on the side far from the optical axis A. . This Fresnel lens is configured by combining a refractive system and a total reflection system. That is, the prism portion 11 of the first group uses the refraction at the first surface 3 to perform the lens action, while the prism portion 12 of the second group has the lens surface at the first surface 3. The lens action is achieved using total reflection. In FIG. 1, a boundary line between the first group and the second group is indicated by a one-dot chain line 6.
More specifically, the Fresnel lens of the present embodiment performs a condensing lens function as a whole. There are various condensing lenses, but the Fresnel lens of this embodiment is equivalent to a plano-convex lens having a convex exit side, as in FIG. It is intended to concentrate on.

このうち、第一の群のプリズム部１１は、第一の面３が、平凸レンズの凸面に等価となっており、各第一の面３をつなげてくと平凸レンズの凸面に近似する面を形成するようになっている。一方、第二の群の各プリズム部１２では、第一の面３が全反射であって第二の面４が屈折面であり、これらの面により得られる作用が、第一の群の各プリズム部１１で得られる作用と合わせて、フレネルレンズ全体として平凸レンズの作用を為すよう構成されている。即ち、第二の群の各プリズム部１２は、第一の面３で全反射して第二の面４で屈折して出射した光が、第一の群の各プリズム部１１から出射した光と同じ位置（即ち、焦点）に集まるよう構成されている。   Among these, in the first group of prism portions 11, the first surface 3 is equivalent to the convex surface of the plano-convex lens, and a surface that approximates the convex surface of the plano-convex lens when the first surfaces 3 are connected. It comes to form. On the other hand, in each prism part 12 of the second group, the first surface 3 is total reflection and the second surface 4 is a refracting surface. In combination with the action obtained by the prism unit 11, the whole Fresnel lens is configured to act as a plano-convex lens. That is, each prism portion 12 in the second group is light that is totally reflected by the first surface 3 and refracted by the second surface 4 and emitted from each prism portion 11 in the first group. It is comprised so that it may gather in the same position (namely, focus).

上記説明から解るように、第一の群の各プリズム部１１では第一の面３の角度は入射光が全反射しない角度に設定され、第二の群の各プリズム部１２では第一の面３の角度は入射光が全反射する角度に設定される。以下、各プリズム部１１，１２の材質がＰＭＭＡ樹脂である場合を例にし、上記の点をさらに具体的に説明する。
光がＰＭＭＡ樹脂の媒体内から外部（空気中）に出射する場合、臨界角は４２度程度であり、入射角が４２度を超えると全反射する。したがって、第一の群のプリズム部１１は、入射角が４２度を超えないようになっている。各プリズム部１１，１２において、光は入射面２に垂直に入射するので、第一の面３への光の入射角θｉは、第一の面３が入射面２と平行な面に対して成す角（立ち上がり角θｕ）に等しい。したがって、第一の群の各プリズム部１１は、立ち上がり角θｕが４２度を超えないようになっている。 As understood from the above description, the angle of the first surface 3 is set to an angle at which incident light is not totally reflected in each prism portion 11 of the first group, and the first surface is set in each prism portion 12 of the second group. The angle 3 is set to an angle at which incident light is totally reflected. Hereinafter, the above point will be described more specifically by taking as an example the case where the material of each of the prism portions 11 and 12 is PMMA resin.
When light is emitted from the inside of the PMMA resin medium to the outside (in the air), the critical angle is about 42 degrees, and when the incident angle exceeds 42 degrees, the light is totally reflected. Therefore, the incident angle of the prism portion 11 of the first group does not exceed 42 degrees. In each prism part 11, 12, the light is incident on the incident surface 2 perpendicularly, so that the incident angle θi of the light on the first surface 3 is relative to a surface in which the first surface 3 is parallel to the incident surface 2. It is equal to the formed angle (rise angle θu). Accordingly, each prism portion 11 of the first group is configured such that the rising angle θu does not exceed 42 degrees.

第一の群のプリズム部１１は第一の面３での屈折により前記レンズ作用を為すから、最も中央の（光軸Ａ上の）プリズム部１１において第一の面３の立ち上がり角θｕは０度であり、光軸Ａから遠ざかるにしたがって、徐々に立ち上がり角θｕが大きくなっている。そして、４２度を超えない範囲で最も大きな立ち上がり角θｕのプリズム部１１が、第一の群において最外周に位置するものとなる。以下、このプリズム部１１を、第一群最外周部と呼ぶ。第一群最外周部１１における立ち上がり角θｕは、例えば３８度程度に設定される。   Since the prism portion 11 of the first group performs the lens action by refraction at the first surface 3, the rising angle θu of the first surface 3 in the prism portion 11 at the center (on the optical axis A) is 0. The rising angle θu gradually increases as the distance from the optical axis A increases. Then, the prism portion 11 having the largest rising angle θu in a range not exceeding 42 degrees is located on the outermost periphery in the first group. Hereinafter, the prism portion 11 is referred to as a first group outermost peripheral portion. The rising angle θu in the first group outermost peripheral portion 11 is set to about 38 degrees, for example.

第二の面４から出射する光が入射面２に対して成す角（以下、単に「出射角」と呼ぶ）θｅは、光軸Ａ上のプリズム部１１において最も大きい角度（９０度）となり、光軸Ａから遠ざかるに従って徐々に小さくなる。
第二の群の各プリズム部１２では、第二の面４から出射する光が第一の群の各プリズム部１１からの光と同じ位置（焦点）に結ぶことと、第一の面３の立ち上がり角θｕが臨界角より大きいことの二つを条件とする以外、本質的に制限はない。したがって、これら二つの条件を満たすよう第一第二の各面３，４を設計すればよい。 The angle (hereinafter simply referred to as “exit angle”) θe formed by the light emitted from the second surface 4 with respect to the incident surface 2 is the largest angle (90 degrees) in the prism portion 11 on the optical axis A. The distance gradually decreases as the distance from the optical axis A increases.
In each prism portion 12 of the second group, the light emitted from the second surface 4 is connected to the same position (focal point) as the light from each prism portion 11 of the first group, and the first surface 3 There is essentially no limitation except that the rising angle θu is larger than the critical angle. Therefore, the first and second surfaces 3 and 4 may be designed so as to satisfy these two conditions.

第二の群のプリズム部１２から出射する光の出射角θｅは、図１に示すように、最も光軸Ａに近い位置に位置するプリズム部（以下、第二群最内周部）１２において最も大きく、光軸Ａから遠ざかるに従って徐々に小さくなる。そして、第二群最内周部１２における出射角θｅは、第一群最外周部１１における出射角θｅから僅かに小さいのみであり、出射角θｅの漸次減少がシームレスにつながるようになっている。   As shown in FIG. 1, the emission angle θe of light emitted from the second group of prism parts 12 is a prism part (hereinafter referred to as the second group innermost peripheral part) 12 located closest to the optical axis A. It is the largest and gradually decreases as the distance from the optical axis A increases. The emission angle θe in the second group innermost peripheral portion 12 is only slightly smaller than the emission angle θe in the first group outermost peripheral portion 11, and the gradual decrease in the emission angle θe is seamlessly connected. .

さて、本実施形態のフレネルレンズが、従来のものと大きく異なるのは、第二の群の各プリズム部１２において入射面２が平坦面ではなく曲面となっている点である。より具体的には、第二の群の各プリズム部１２は、入射面２が集光レンズ面となっている。この実施形態では、入射面２は入射側に凸である凸レンズ面となっている。図１に示すように、入射面２は断面が円弧状であり、これが光軸Ａを中心に円周状に延びた構成となっている。   The Fresnel lens of the present embodiment is greatly different from the conventional one in that the incident surface 2 is not a flat surface but a curved surface in each prism portion 12 of the second group. More specifically, in each prism portion 12 of the second group, the incident surface 2 is a condensing lens surface. In this embodiment, the incident surface 2 is a convex lens surface that is convex on the incident side. As shown in FIG. 1, the incident surface 2 has a circular arc cross section, and has a configuration extending in a circumferential shape around the optical axis A.

このように第二の群のプリズム部１２において各入射面２を集光レンズ面にしておくと、効率の向上の点で顕著な効果が得られる。以下、図２を使用してこの点について説明する。図２は、図１のソーラー用フレネルレンズの作用効果について示した図である。図２には、比較のため、第二の群の各プリズム部１２の入射面２が平坦面である例（比較例）の構成が併せて示してあり、（１）が比較例、（２）が第一の実施形態である。
入射面２が平坦面である場合も集光レンズ面である場合も、前述したように、第一の面３の光軸Ａに対する角度が漸次変化しているため、第一の面３で屈折又は全反射した光は、焦点の位置に結ぶ。このようなフレネルレンズの作用において、入射面２が平坦面である場合と集光レンズ面である場合とでは、第二の群の各プリズム部１２での効率に大きな違いが出る。 Thus, if each incident surface 2 is made into the condensing lens surface in the prism part 12 of a 2nd group, the remarkable effect is acquired at the point of the improvement of efficiency. Hereinafter, this point will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the operational effects of the solar Fresnel lens of FIG. For comparison, FIG. 2 also shows a configuration of an example (comparative example) in which the incident surface 2 of each prism portion 12 of the second group is a flat surface. (1) is a comparative example, (2 ) Is the first embodiment.
In both cases where the incident surface 2 is a flat surface and a condensing lens surface, the angle of the first surface 3 with respect to the optical axis A gradually changes as described above. Alternatively, the totally reflected light is connected to the focal position. In such an operation of the Fresnel lens, there is a great difference in efficiency in each prism portion 12 of the second group between the case where the incident surface 2 is a flat surface and the case where it is a condensing lens surface.

図２（１）に示すように、入射面２が平坦面である場合、光軸Ａに近い側において入射面２に入射した光束Ｌ１は、前述したように第一の面３で全反射して第二の面４で屈折して出射し、焦点に結ぶ。しかしながら、光軸Ａから遠い側において入射面２に入射した光束Ｌ２は、第一の面３で全反射して第二の面で屈折して出射するものの、内側（光軸側）に隣接する別のプリズム部１２に遮蔽されてしまい、焦点には結ばない。厳密には、隣接するプリズム部１２内に入射して反射した後に出射して焦点まで達する光もゼロではないが、実質的にはゼロである。即ち、光束Ｌ２は、損失になってしまうものである。
このような光軸側に位置する別のプリズム部で出射光が遮蔽される問題は、ケラレと呼ばれる。フレネルレンズが大型化したり、フレネルレンズ全体としての焦点距離が短くなったりすると、このケラレの問題が顕在化してくる。
一方、図２（２）に示すように、入射面２が集光レンズ面であると、入射面２から入射した光は、少しずつ絞られながら第一の面３で全反射し、第二の面４で屈折しながら出射する。したがって、隣接するプリズム部１２に遮蔽されないようにすることが可能であり、光の利用効率を高くすることができる。 As shown in FIG. 2A, when the incident surface 2 is a flat surface, the light beam L1 incident on the incident surface 2 on the side near the optical axis A is totally reflected by the first surface 3 as described above. Then, the light is refracted and emitted from the second surface 4 and is focused. However, although the light beam L2 incident on the incident surface 2 on the side far from the optical axis A is totally reflected by the first surface 3 and refracted and emitted by the second surface, it is adjacent to the inner side (optical axis side). It is shielded by another prism portion 12 and is not focused. Strictly speaking, light reaching the focal point after entering and reflecting in the adjacent prism portion 12 is not zero, but is substantially zero. That is, the light beam L2 is lost.
Such a problem that the emitted light is blocked by another prism portion located on the optical axis side is called vignetting. When the Fresnel lens becomes larger or the focal length of the entire Fresnel lens becomes shorter, this vignetting problem becomes apparent.
On the other hand, as shown in FIG. 2 (2), when the incident surface 2 is a condensing lens surface, the light incident from the incident surface 2 is totally reflected by the first surface 3 while being narrowed down little by little. The light is emitted while being refracted on the surface 4 of the lens. Therefore, it is possible not to be shielded by the adjacent prism portion 12, and it is possible to increase the light use efficiency.

入射面２を集光レンズ面にすることの別のメリットは、第二の面４に大きなドラフト角を付与できる点である。図２（１）から理解できるように、入射面２が平坦面である場合、一つのプリズム部１２において最大限に光を利用するためには、ドラフト角を０にし、第二の面４を入射面２に対して垂直にせざるを得ない。少しでもドラフト角を付与すると、入射面２において最も光軸寄りの位置から入射した光が第一の面３に最初に達せずに第二の面４に最初に達し、第二の面４で全反射してしまう。この光は、フレネルレンズの作用にはよらない光であり、損失である。
一方、図２（２）に示すように、入射面２を集光レンズ面として光を少しずつ絞りながら第一の面３に向かわせると、第二の面４に多少のドラフト角を付与しても、光が第二の面４に最初に達してしまうことがない。このため、ドラフト角を付与して離型性を向上させても光の利用効率が低下することはない。 Another advantage of using the incident surface 2 as a condenser lens surface is that a large draft angle can be imparted to the second surface 4. As can be understood from FIG. 2A, when the incident surface 2 is a flat surface, in order to make maximum use of light in one prism portion 12, the draft angle is set to 0 and the second surface 4 is It must be perpendicular to the incident surface 2. When a draft angle is given even a little, the light incident from the position closest to the optical axis on the incident surface 2 does not reach the first surface 3 first but reaches the second surface 4 first. Total reflection. This light is light that does not depend on the action of the Fresnel lens and is a loss.
On the other hand, as shown in FIG. 2 (2), when the incident surface 2 is used as a condensing lens surface and light is gradually focused toward the first surface 3, a slight draft angle is given to the second surface 4. However, the light never reaches the second surface 4 first. For this reason, even if the draft angle is given to improve the releasability, the light utilization efficiency does not decrease.

入射面２を集光レンズ面とすることのさらに別のメリットは、プリズム部１２の頂角を鈍化させることができる点である。図２（１）から解るように、入射面２が平坦面である場合、光を最大限に利用しようとすると、第一の面３において、第二の面４との交点（頂角）の位置まで最大に利用する必要がある。即ち、原理的には、入射面２から入射して第二の面４に沿って進む光まで第一の面３で全反射させて出射させる必要がある。言い換えると、第一の面３と第二の面４とが交差した部分、第一の面３と第二の面４とが成す角のまま鋭利なものとしておく必要がある。   Still another advantage of using the entrance surface 2 as a condensing lens surface is that the apex angle of the prism portion 12 can be blunted. As can be seen from FIG. 2A, when the incident surface 2 is a flat surface, the first surface 3 has an intersection (vertical angle) with the second surface 4 in order to make maximum use of light. It is necessary to use the maximum to the position. That is, in principle, it is necessary that the light incident from the incident surface 2 and traveling along the second surface 4 is totally reflected by the first surface 3 and emitted. In other words, it is necessary to sharpen the part formed by the intersection of the first surface 3 and the second surface 4, the angle formed by the first surface 3 and the second surface 4.

しかしながら、鋭利な頂角のプリズム部は、幾つかの問題がある。一つは、製造上の問題である。鋭利な頂角のプリズム部は、それに合わせて鋭利な凹部を有する型によって成型する必要があり、鋭利な凹部の型は、鋭利なバイトで切削して製作することになる。しかしながら、鋭利なバイトは耐久性が低く、一つの型を製作するのに多くのバイトを消耗してしまい、型の製作コストが高くなってしま問題がある。また、鋭利なバイトをして鋭利な凹部を得ても、型の寸法精度はそれほど高くすることができず、成型したプリズム部１２の頂角は、僅かではあるが丸みを帯びて鈍化し易い。この点は、熱間プレス成型等に比べて量産性に優れた射出成型の場合に顕著である。頂角が丸みを帯びて鈍化してしまった場合、その部分では必要な特性は得られなくなり、光の損失が大きくなってしまう。   However, the prism portion having a sharp apex angle has several problems. One is a manufacturing problem. The prism portion having a sharp apex angle needs to be molded by a mold having a sharp concave portion corresponding thereto, and the sharp concave mold is manufactured by cutting with a sharp bite. However, sharp tools have low durability, and many tools are consumed to manufacture one mold, which causes a problem that the manufacturing cost of the mold becomes high. Moreover, even if a sharp cutting tool is used to obtain a sharp concave portion, the dimensional accuracy of the mold cannot be increased so much, and the apex angle of the molded prism portion 12 is slightly rounded and easily blunted. . This point is remarkable in the case of injection molding superior in mass productivity compared to hot press molding or the like. When the apex angle is rounded and blunted, necessary characteristics cannot be obtained in that portion, and the loss of light increases.

さらに、製造後の製品上の問題として、プリズム部の頂角が鋭利である場合、運搬時や使用時等のちょっとした弾みで頂部が欠け易うという問題がある。頂角が欠けてしまうと、上記説明から解る通り、即それは性能低下につながる。即ち、製品としての耐久性や信頼性の点で問題となる。このように、入射面２を平坦面とする構造は、製造コストが高くなり易く、また製品としての耐久性や信頼性の点でも問題がある。   Further, as a problem on the product after manufacture, when the apex angle of the prism portion is sharp, there is a problem that the apex portion is easily chipped due to slight momentum during transportation or use. If the apex angle is lost, as will be understood from the above description, it immediately leads to a decrease in performance. That is, there is a problem in terms of durability and reliability as a product. Thus, the structure in which the incident surface 2 is a flat surface is likely to be high in manufacturing cost, and has a problem in terms of durability and reliability as a product.

一方、図２（２）に示すように、入射面２を集光レンズ面にして光を絞るようにすると、第一の面３は隅まで使用する必要がない。第一の面３のうちの中央部分でのみ全反射作用があれば良い。このため、図２（２）に示すように、頂角を鈍化させても何ら問題はない。したがって、型の製作に鋭利なバイトを使用する必要はなく、頂角が丸みを帯び易い射出成型法により製造したとしても、性能上の問題は生じない。そして、頂角を鈍化させておけば、欠ける恐れも少なくなるので、製品の耐久性や信頼性も高い。
尚、第一の群の各プリズム部１１では、本実施形態ではドラフト角ゼロとなっている。即ち、第二の面４は、光軸Ａに対して平行である。これは、前述したように、ドラフト角をつけると損失が生じるためである。 On the other hand, as shown in FIG. 2 (2), if the incident surface 2 is used as a condensing lens surface to narrow down the light, the first surface 3 does not need to be used to the corner. It is only necessary to have a total reflection effect at the central portion of the first surface 3. For this reason, as shown in FIG. 2 (2), there is no problem even if the apex angle is blunted. Therefore, it is not necessary to use a sharp cutting tool for manufacturing the mold, and even if it is manufactured by an injection molding method in which the apex angle is easily rounded, there is no performance problem. And if the apex angle is blunted, there is less risk of chipping, so the durability and reliability of the product is also high.
In the first group, each prism portion 11 has a draft angle of zero in this embodiment. That is, the second surface 4 is parallel to the optical axis A. This is because loss occurs when the draft angle is set as described above.

次に、第二の実施形態のソーラー用フレネルレンズについて説明する。図３は、第二の実施形態に係るソーラー用フレネルレンズの断面概略図である。
この第二の実施形態においても、第の群のプリズム部１２において、入射面２は集光レンズ面となっている。この第二の実施形態が第一の実施形態と異なるのは、入射面２により集光された光を平行光にするコリメータ面が設けられている点である。この第二の実施形態では、第一の面３においてコリメータ面を設けている。即ち、図３に示すように、第一の面３は、コリメータ面として形成された部位（以下、コリメータ部）３１を有している。コリメータ部３１は、全反射によりコリメート作用を為すので、コリメータミラーと同様のものということができる。 Next, the solar Fresnel lens of the second embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solar Fresnel lens according to the second embodiment.
Also in the second embodiment, in the prism portion 12 of the first group, the incident surface 2 is a condensing lens surface. The second embodiment is different from the first embodiment in that a collimator surface that makes the light condensed by the incident surface 2 parallel light is provided. In the second embodiment, a collimator surface is provided on the first surface 3. That is, as shown in FIG. 3, the first surface 3, a portion formed as a collimator surface (hereinafter, the collimator portion) and a 31. Since the collimator unit 31 performs a collimating action by total reflection, it can be said to be the same as a collimator mirror.

第二の実施形態においても、入射面２で集光された光は、少しずつ絞られながら第一の面３のコリメータ部３１に達し、コリメータ部３１で全反射した後、第二の面４で屈折しながら出射する。この際、光はコリメータ部３１の曲率に従って平行光に変換され、第二の面４から出射する。
図２（２）と図３とを比較すると解るように、第二の実施形態によれば、第一の実施形態に比べてさらに光の利用効率が高くなる。即ち、図２（２）に示すように、第一の実施形態では、効率は良くなるものの、光軸Ａからより遠い位置のプリズム部１２では、より出射角θｅが小さくなってくるため、出射する光がケラレる恐れが出てくる。入射面２の集光レンズ面の焦点距離を短くして光をより絞るようにすれば、ケラレを無くすことはできるが、フレネルレンズ全体の焦点位置よりも手前の位置で光が結んでしまい、その位置から光は広がってしまう。したがって、結局は損失が大きくなってしまう。 Also in the second embodiment, the light condensed on the incident surface 2 reaches the collimator unit 31 on the first surface 3 while being gradually reduced, and after being totally reflected by the collimator unit 31, the second surface 4. The light is emitted while being refracted at. At this time, the light is converted into parallel light according to the curvature of the collimator unit 31 and is emitted from the second surface 4.
As can be seen from a comparison between FIG. 2 (2) and FIG. 3, according to the second embodiment, the light use efficiency is further increased as compared with the first embodiment. That is, as shown in FIG. 2 (2), although the efficiency is improved in the first embodiment, the emission angle θe becomes smaller in the prism portion 12 at a position farther from the optical axis A. There is a risk of vignetting light. If the focal length of the condensing lens surface of the entrance surface 2 is shortened to reduce the light more, vignetting can be eliminated, but the light is condensed at a position before the focal position of the entire Fresnel lens, Light spreads from that position. As a result, the loss will increase.

一方、図３に示すように、光を平行光に戻すようにすると、細く絞られた光束のままで進むから、より光軸Ａから遠い位置のプリズム部１２でも損失は実質的にゼロとなる。尚、第二の群の各プリズム部１２を経た光は、すべてコリメータ部３１で決まる幅をもったまたフレネルレンズ全体の焦点（集光点）に達する。したがって、コリメータ部３１を採用することは、集光点でのスポット径を小さくすることの限界となってしまうことになりそうであるが、これは正しくはない。元来、フレネルレンズは、レンズ面を小さなセグメント（各プリズム部）に分割したもので、各セグメントの有限な幅自体がスポット径の最小限界となっているためである。このように、第二の実施形態では、より光軸Ａから遠い位置のプリズム部１２でもケラレが実質的にゼロになるので、光の利用効率を最大にすることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 3, if the light is returned to parallel light, the light travels with the light beam narrowed down, so that the loss is substantially zero even at the prism portion 12 farther from the optical axis A. . The light that has passed through each prism portion 12 of the second group reaches the focal point (condensing point) of the entire Fresnel lens having a width determined by the collimator portion 31. Therefore, employing the collimator unit 31 is likely to limit the spot diameter at the focal point, but this is not correct. Originally, the Fresnel lens is obtained by dividing the lens surface into small segments (each prism portion), and the finite width itself of each segment is the minimum limit of the spot diameter. As described above, in the second embodiment, since the vignetting is substantially zero even in the prism portion 12 located farther from the optical axis A, the light use efficiency can be maximized.

また、集光レンズ面である入射面２の曲率は、コリメータ部３１の位置との関係で最適なものにすれば良く、フレネルレンズ全体の焦点（集光位置）に依存せずに決めることができる。このため、図３に示すように、かなり光を絞るように入射面２を形成することができる。したがって、第二の面４に対してより大きなドラフト角を付与して離型性をさらに向上させることができるし、第一の面３上で利用する領域はより小さくて済むので、頂角をさらに鈍化させたとしても性能は何ら低下しない。   In addition, the curvature of the incident surface 2 that is a condensing lens surface may be optimized in relation to the position of the collimator unit 31 and can be determined without depending on the focal point (condensing position) of the entire Fresnel lens. it can. For this reason, as shown in FIG. 3, the incident surface 2 can be formed so as to considerably narrow the light. Therefore, a larger draft angle can be given to the second surface 4 to further improve the releasability, and the area used on the first surface 3 can be smaller, so the apex angle can be reduced. Even if it is further slowed down, the performance does not decrease at all.

上記第二の実施形態において、第二の面４から出射される光束の幅を小さくしてスポット径を小さくする観点から、コリメータ部３１は、集光レンズ面である入射面２の焦点の位置の近傍に配置されることが望ましい。どちらかというと、焦点の近傍で且つ焦点よりも出射側にコリメータ部３１が位置することが望ましい。これは、図３から解るように、焦点よりも入射側にコリメータ部３１が位置させる場合、第一の面３を入射面２に近い位置にする必要があり、この構造では、第二の面４における光の出射位置も入射面２よりの位置になり、ケラレが発生する恐れがあるからである。集光レンズ面である入射面２の曲率を緩くして焦点距離を長くすることで対応しても良いが、前述したドラフト角の付与や頂角の鈍化のためには、より光を絞る方が好ましく、どちらかというと、焦点距離を短くしつつ、焦点よりも僅かに出射側にコリメータ部３１を置くことが望ましい。   In the second embodiment, from the viewpoint of reducing the spot diameter by reducing the width of the light beam emitted from the second surface 4, the collimator unit 31 is positioned at the focal point of the incident surface 2 that is a condenser lens surface. It is desirable to arrange in the vicinity. If anything, it is desirable that the collimator unit 31 is located in the vicinity of the focal point and on the emission side of the focal point. As can be seen from FIG. 3, when the collimator unit 31 is positioned closer to the incident side than the focal point, the first surface 3 needs to be positioned closer to the incident surface 2. In this structure, the second surface This is because the emission position of the light at 4 is also a position from the incident surface 2 and vignetting may occur. Although it may be possible to increase the focal length by reducing the curvature of the entrance surface 2 that is the condensing lens surface, it is necessary to narrow down the light for the purpose of providing the draft angle or blunting the apex angle described above. It is preferable to place the collimator unit 31 slightly on the exit side from the focal point while shortening the focal length.

次に、本願の第三の実施形態に係るソーラーシステム用フレネルレンズについて説明する。図４は、第三の実施形態に係るソーラー用フレネルレンズの断面概略図である。
図４に示すように、第三の実施形態では、コリメータ面が第二の面４に形成されている。第二の面４におけるコリメータ面も、第二の面４内の限られた部位（以下、コリメータ部）４１となっている。第一の面３については、第一の実施形態と同様、平坦面となっている。
コリメータ部４１は、屈折によって光を平行光にするものであり、出射側に凸である凸レンズ（コリメータレンズ）と同様のものとなっている。コリメータ部４１は、第二の面４のうち、第一の面３からの光が到達する部位にのみ形成されている。この部位は、図４に示すように、頂角よりの位置である。また、集光メンズ面である入射面２の焦点は、コリメータ部４１の僅かに入射側の位置に設定されている。 Next, a Fresnel lens for a solar system according to a third embodiment of the present application will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a solar Fresnel lens according to the third embodiment.
As shown in FIG. 4, the collimator surface is formed on the second surface 4 in the third embodiment. The collimator surface in the second surface 4 is also a limited portion (hereinafter referred to as a collimator portion) 41 in the second surface 4. About the 1st surface 3, it is a flat surface like 1st embodiment.
The collimator unit 41 converts light into parallel light by refraction, and is similar to a convex lens (collimator lens) that is convex on the emission side. The collimator unit 41 is formed only in a portion of the second surface 4 where light from the first surface 3 reaches. This part is a position from the apex angle as shown in FIG. In addition, the focal point of the incident surface 2 that is a condensing men's surface is set at a position slightly incident on the collimator unit 41.

この第三の実施形態では、光は入射面２で集光され、少しずつ絞られながら第一の面３に達して第一の面３で全反射する。全反射した後も少しずつ絞られながら進み、コリメータ部４１の手前で結んだ後、コリメータ部４１に達して屈折することで平行光に変換されて出射する。その後、各実施形態と同様に、フレネルレンズ全体の焦点の位置に結ぶ。
第三の実施形態においても、光は細く絞られた後に平行光になって出射するため、隣接するプリズム部１２によるケラレは実質的にゼロであり、光の利用効率を最大にすることができる。また、入射面２からの光束は少しずつ絞られるので、第二の面４に大きなドラフト角を付与して離型性をより向上させることができる。 In the third embodiment, the light is collected on the incident surface 2, reaches the first surface 3 while being gradually reduced, and is totally reflected by the first surface 3. After the total reflection, the light travels while being squeezed little by little, and after being connected in front of the collimator unit 41, it reaches the collimator unit 41 and is refracted to be converted into parallel light and emitted. After that, as in each embodiment, it is connected to the focal position of the entire Fresnel lens.
Also in the third embodiment, since the light is narrowed down and then emitted as parallel light, the vignetting by the adjacent prism portions 12 is substantially zero, and the light utilization efficiency can be maximized. . Moreover, since the light flux from the incident surface 2 is narrowed little by little, a large draft angle can be given to the second surface 4 to further improve the releasability.

また、図４に示すように、第一の面３にしろ第二の面４にしろ、頂角の付近は光学的には使用しないので、頂角を鈍化させても何ら性能は低下しない。尚、この第三の実施形態では、コリーメタ部４１の縁をそのまま延長して第一の面３と交差させており、結果的に鈍化させた頂角の設計となっている。いずれにしても、この第三の実施形態のソーラーシステム用フレネルレンズも、鋭利なバイトを使用する必要はなく、また量産性に優れた射出成型法で製造することができるので、製造コストを安くしつつ高性能のソーラーシステム用フレネルレンズを得ることができる。   Further, as shown in FIG. 4, whether the first surface 3 or the second surface 4 is used, the vicinity of the apex angle is not optically used, so that the performance is not deteriorated even if the apex angle is blunted. In the third embodiment, the edge of the collie meta portion 41 is extended as it is and intersects with the first surface 3, resulting in a blunt apex design. In any case, the Fresnel lens for solar system according to the third embodiment does not need to use a sharp tool, and can be manufactured by an injection molding method with excellent mass productivity. In addition, a high-performance Fresnel lens for a solar system can be obtained.

次に、本願発明の第四の実施形態のソーラーシステム用フレネルレンズについて説明する。図５は、第四の実施形態のソーラーシステム用フレネルレンズの断面概略図である。
第四の実施形態のフレネルレンズは、上記第三の実施形態と同様、コリメータ部４１が第二の面４に形成されている。この第四の実施形態のフレネルレンズが第三の実施形態と異なるのは、図５に示すように、集光レンズ面である入射面２の焦点の位置よりも手前側にコリメータ部４１が位置している点である。
この第四の実施形態では、入射面２の曲率を緩くすることができる長所がある。入射面２の曲率がきつく（曲率半径が小さく）なると、周辺部で光が全反射する恐れも出てくるが、この第四の実施形態ではこのような問題は無い。 Next, a Fresnel lens for a solar system according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the Fresnel lens for solar system of the fourth embodiment.
In the Fresnel lens of the fourth embodiment, the collimator portion 41 is formed on the second surface 4 as in the third embodiment. The Fresnel lens of the fourth embodiment is different from that of the third embodiment as shown in FIG. 5 in which the collimator unit 41 is positioned on the near side of the focal point of the incident surface 2 that is the condenser lens surface. This is the point.
In the fourth embodiment, there is an advantage that the curvature of the incident surface 2 can be relaxed. If the curvature of the entrance surface 2 is tight (the radius of curvature is small), there is a possibility that the light is totally reflected at the peripheral portion, but this fourth embodiment does not have such a problem.

次に、本願発明の第五の実施形態のソーラーシステム用フレネルレンズについて説明する。図６は、第五の実施形態のソーラーシステム用フレネルレンズの断面概略図である。
第五の実施形態のフレネルレンズの特徴点は、上記第二の実施形態の構成において、第一の群の各プリズム部１１においても入射面２を集光レンズ面としている点である。そして、第一の面３においてコリメータ部３１を設けている。コリメータ部３１は、第三又は第四の実施形態においけるコリメータ部４１と同様に、出射側に凸であるコリメータレンズ面の構成となっている。 Next, a Fresnel lens for a solar system according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a Fresnel lens for a solar system according to a fifth embodiment.
The characteristic point of the Fresnel lens of the fifth embodiment is that, in the configuration of the second embodiment, the incident surface 2 is also used as the condensing lens surface in each prism portion 11 of the first group. A collimator unit 31 is provided on the first surface 3. Similar to the collimator unit 41 in the third or fourth embodiment, the collimator unit 31 has a configuration of a collimator lens surface that is convex on the emission side.

第一の群のプリズム部１１においては、内側に隣接するプリズム部１１によるケラレの問題は無い。しかしながら、上記のように入射面２を集光レンズ面としておくと、図６に示すように、第二の面４に対してドラフト角を付与したり、頂角を鈍化させたりしても、光の利用効率は何ら低下することが無い。従って、前述した各実施形態と同様、製造コストを低減させつつ高性能のフレネルレンズを得ることができる。尚、第二の群のプリズム部１２においては入射面２を集光レンズ面とせず、第一の群のプリズム部１１においてのみ入射面２を集光レンズ面とした場合でも、これらの効果が得られるのは勿論である。   In the first group of prism portions 11, there is no problem of vignetting due to the prism portions 11 adjacent to the inside. However, if the incident surface 2 is set as a condensing lens surface as described above, as shown in FIG. 6, even if a draft angle is given to the second surface 4 or the apex angle is blunted, There is no decrease in the light utilization efficiency. Therefore, as in the above-described embodiments, a high-performance Fresnel lens can be obtained while reducing manufacturing costs. Even if the incident surface 2 is not used as the condensing lens surface in the prism portion 12 of the second group, and the incident surface 2 is used as the condensing lens surface only in the prism portion 11 of the first group, these effects are obtained. Of course, it is obtained.

上述した各実施形態のソーラー用フレネルレンズについて、具体的な寸法例を示すと、フレネルレンズ全体としては１００〜３００ｍｍ角の正方形の板状で、全体としては焦点距離１００〜２００ｍｍ程度の集光レンズを成す場合、一つのプリズム部１１，１２の幅（ピッチ幅）は、０．１〜１．０ｍｍ程度である。この場合、光軸から半径５０〜１５０ｍｍ程度までの領域については第一の群のプリズム部１１が形成され、それよりも遠い領域には第二の群のプリズム部１２が形成される。
このような寸法例において、例えば第二の実施形態の構造を採用する場合、第二の群のプリズム部１２の各入射面２は、曲率半径が０．２〜１．０ｍｍ程度の凸レンズの構成とされ、第一の面３のコリメータ部３１は、曲率半径が１．０〜２．０ｍｍ程度のコリメータミラーの構成とされる。 Specific examples of the dimensions of the solar Fresnel lens according to each of the above-described embodiments are as follows. The Fresnel lens as a whole is a square plate of 100 to 300 mm square, and the focal length is 100 to 200 mm as a whole. In this case, the width (pitch width) of one prism portion 11, 12 is about 0.1 to 1.0 mm. In this case, the first group of prism portions 11 is formed in a region having a radius of about 50 to 150 mm from the optical axis, and the second group of prism portions 12 is formed in a region farther than that.
In such a dimension example, for example, when the structure of the second embodiment is adopted, each incident surface 2 of the prism portion 12 of the second group has a configuration of a convex lens having a radius of curvature of about 0.2 to 1.0 mm. The collimator unit 31 on the first surface 3 has a configuration of a collimator mirror having a radius of curvature of about 1.0 to 2.0 mm.

上記各実施形態のソーラー用フレネルレンズにおいて、各プリズム部１１，１２は、光軸Ａに対して同軸円周状に長いものであるとしたが、各プリズム部１１，１２が直線状に延びる構造とされる場合もある。この場合は、光は全体として線状に集光されることになる。
また、上記各実施形態において、集光レンズ面である入射面２やコリメータ部３１，４１は、球面又は断面が円弧面である必要はなく、いわゆる非球面レンズの構成が採用されることもあり得る。 In the solar Fresnel lens of each of the embodiments described above, the prism portions 11 and 12 are long coaxially with respect to the optical axis A. However, the prism portions 11 and 12 extend linearly. Sometimes it is done. In this case, the light is collected linearly as a whole.
In each of the above embodiments, the incident surface 2 and the collimator units 31 and 41 that are the condensing lens surfaces do not have to be spherical surfaces or circular arc surfaces, and a so-called aspheric lens configuration may be employed. obtain.

次に、ソーラーシステムの発明の実施形態について説明する。
実施形態のソーラーシステムは、上述したいずれかの実施形態のフレネルレンズを使用したシステムである。本願において、「ソーラーシステム」とは、太陽光を利用したシステムを広く意味する用語である。「利用する」とは、熱エネルギーとして利用する場合や、太陽電池のように光電変換して電気エネルギーとして取り出す場合を含む。但し、実施形態のソーラーシステムは、太陽光を集光してエネルギー密度を高くした上で利用することが想定されており、このような利用の仕方が望ましい分野に用途に好適に適用されるものである。 Next, an embodiment of the invention of the solar system will be described.
The solar system of the embodiment is a system using the Fresnel lens of any of the above-described embodiments. In the present application, the “solar system” is a term that widely means a system using sunlight. “Use” includes use as thermal energy or photoelectric conversion as in the case of a solar cell to extract as electric energy. However, the solar system of the embodiment is assumed to be used after concentrating sunlight to increase the energy density, and is suitably applied to a field in which such usage is desirable. It is.

図７は、実施形態のソーラーシステムの斜視概略図である。
図７に示すソーラーシステムは、同一平面上に並べられた複数のフレネルレンズＦ１〜Ｆ９と、各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９を保持する保持枠７１と、各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９の姿勢を制御する姿勢制御装置とを備えている。
各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９が並べられた平面は、太陽光の入射方向に垂直である。したがって、太陽光は各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９に垂直に入射する。 FIG. 7 is a schematic perspective view of the solar system according to the embodiment.
The solar system shown in FIG. 7 has a plurality of Fresnel lenses F1 to F9 arranged on the same plane, a holding frame 71 that holds the Fresnel lenses F1 to F9, and a posture that controls the posture of each Fresnel lens F1 to F9. And a control device.
The plane on which the Fresnel lenses F1 to F9 are arranged is perpendicular to the incident direction of sunlight. Therefore, sunlight is incident on each of the Fresnel lenses F1 to F9 perpendicularly.

各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９は、全体として正方形の板状である。この実施形態では、合計で９枚のフレネルレンズが搭載されており、図７に示すように碁盤の升目状に並べてられている。保持枠７１は、これらのフレネルレンズＦ１〜Ｆ９を保持できるよう直角格子状のものである。
各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９は、例えば１１００×１１００ｍｍ程度の大きなものである。保持枠７１全体としては例えば３３００×３３００ｍｍ程度の大きなものであり、受光面の大きさが１０ｍ２程度のシステムとなっている。 Each of the Fresnel lenses F1 to F9 has a square plate shape as a whole. In this embodiment, a total of nine Fresnel lenses are mounted and arranged in a grid pattern as shown in FIG. The holding frame 71 has a right-angled lattice shape so that these Fresnel lenses F1 to F9 can be held.
Each of the Fresnel lenses F1 to F9 is large, for example, about 1100 × 1100 mm. The entire holding frame 71 is a large one of about 3300 × 3300 mm, for example, and the system has a light receiving surface size of about 10 m 2 .

姿勢制御装置は、各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９を一括して姿勢制御するものであって、各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９の入射面２が太陽光の入射方向に対して常に垂直になるようにするものである。姿勢制御装置は、太陽光の高度の変化に追従して各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９の傾斜角度を制御する高度追従制御機構７２と、太陽の経度の変化に追従して各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９の水平方向の向きを制御する経度追従制御機構７３とを含んでいる。   The attitude control device collectively controls the attitude of each Fresnel lens F1 to F9 so that the incident surface 2 of each Fresnel lens F1 to F9 is always perpendicular to the incident direction of sunlight. It is. The attitude control device follows an altitude follow-up control mechanism 72 that controls the inclination angle of each of the Fresnel lenses F1 to F9 following the change in the altitude of the sunlight, and the Fresnel lenses F1 to F9 that follow the change in the longitude of the sun. And a longitude follow-up control mechanism 73 for controlling the horizontal direction.

上述した保持枠７１は、一対の支柱７４によって支えられている。保持枠７１は、水平な回転軸の周りに所定角度回転可能な状態で支柱７４に取り付けられている。回転軸は、保持枠７１の中心を通る位置となっている。尚、保持枠７１の中心は、九つのフレネルレンズのうち中央に設けられたフレネルレンズＦ１の中心に一致している。「保持枠７１の中心」や「フレネルレンズの中心」は、「保持枠７１の重心」、「フレネルレンズの重心」と言い換えることも可能である。   The holding frame 71 described above is supported by a pair of support columns 74. The holding frame 71 is attached to the column 74 so as to be rotatable by a predetermined angle around a horizontal rotation axis. The rotation axis is a position that passes through the center of the holding frame 71. The center of the holding frame 71 coincides with the center of the Fresnel lens F1 provided at the center among the nine Fresnel lenses. “The center of the holding frame 71” and “the center of the Fresnel lens” can also be referred to as “the center of gravity of the holding frame 71” and “the center of gravity of the Fresnel lens”.

高度追従制御機構７２は、保持枠７１に取り付けられたアーム７５と、アーム７５を駆動する駆動部７６によって構成されている。アーム７５は、左右一対のものである。アーム７５は、クランクアームと同様の構造であり、駆動部７６は、アーム７５を引っ張ったり押したりすることが可能となっている。この駆動によって保持枠７１の傾斜角度が制御されるようになっている。
また、支柱７４は、回転台７７の上に固定されている。経度追従制御機構７３は、この回転台７７を鉛直な回転軸の周りに回転させる機構となっている。この回転軸も、保持枠７１の中心を通る位置である。 The altitude tracking control mechanism 72 includes an arm 75 attached to the holding frame 71 and a drive unit 76 that drives the arm 75. The arm 75 is a pair of left and right. The arm 75 has the same structure as the crank arm, and the drive unit 76 can pull or push the arm 75. By this driving, the inclination angle of the holding frame 71 is controlled.
The support column 74 is fixed on the turntable 77. The longitude follow-up control mechanism 73 is a mechanism that rotates the turntable 77 around a vertical rotation axis. This rotation axis is also a position passing through the center of the holding frame 71.

姿勢制御装置は、不図示のコンピュータを備えている。コンピュータには、太陽の軌道に関するデータが入力されており、このデータに従って高度追従制御機構７２と経度追従制御機構７３とを制御するようになっている。
尚、このソーラーシステムは、複数のフレネルレンズによる太陽光の集光位置に、受光部（不図示）を備えている。受光部の構成は、集光された太陽光をどのように利用するかによって異なる。本実施形態では、集光された太陽光の高いエネルギーを利用して試料の加工を行うことが想定されており、試料を入れる容器が受光部として採用されている。 The attitude control device includes a computer (not shown). Data relating to the orbit of the sun is input to the computer, and the altitude follow-up control mechanism 72 and the longitude follow-up control mechanism 73 are controlled according to this data.
In addition, this solar system is provided with the light-receiving part (not shown) in the condensing position of the sunlight by a some Fresnel lens. The configuration of the light receiving unit varies depending on how the collected sunlight is used. In the present embodiment, it is assumed that the sample is processed using the high energy of the collected sunlight, and a container in which the sample is placed is employed as the light receiving unit.

図８は、図７に示すソーラーシステムに搭載された複数のフレネルレンズのプリズム部１の構成について模式的に示した平面概略図である。
実施形態のソーラーシステムは、複数のフレネルレンズＦ１〜Ｆ９が全体として一つのレンズと等価になるような構成である。光軸Ａは、中央のフレネルレンズＦ１の中心を通り、各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９が並べられた平面に対して垂直な方向に設定されている。中央のフレネルレンズＦ１では、各プリズム部は光軸Ａを中心とする同心円周状であり、自身の中心と同心である。一方の周辺のフレネルレンズＦ２〜Ｆ９では、各プリズム部が同じ光軸Ａに対して同心円周状となっており、自身の中心とは同心ではない（いわゆるオフアクシス）。言い換えると、フレネルレンズＦ２〜Ｆ９では、各プリズム部は光軸Ａを中心とする円弧状である。 FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing the configuration of the prism portions 1 of a plurality of Fresnel lenses mounted on the solar system shown in FIG.
The solar system of the embodiment is configured such that the plurality of Fresnel lenses F1 to F9 are equivalent to one lens as a whole. The optical axis A passes through the center of the central Fresnel lens F1 and is set in a direction perpendicular to the plane on which the Fresnel lenses F1 to F9 are arranged. In the central Fresnel lens F1, each prism portion has a concentric circumference centered on the optical axis A and is concentric with its own center. In one peripheral Fresnel lens F2 to F9, each prism portion is concentric with respect to the same optical axis A, and is not concentric with its own center (so-called off-axis). In other words, in the Fresnel lenses F2 to F9, each prism portion has an arc shape with the optical axis A as the center.

図９は、図８に示す各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９のプリズム部１１，１２における第一第二の群の区分けについて示した断面概略図である。一例として、フレネルレンズＦ１，Ｆ４，Ｆ８の断面が示されている。
前述したように、第一の群のプリズム部１１は光軸Ａに近い位置に位置するものであり、第二の群のプリズム部１２は光軸Ａから遠い位置に位置するものである。この場合、複数のフレネルレンズにおける区分けは、二つのパターンがある。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the division of the first and second groups in the prism portions 11 and 12 of the Fresnel lenses F1 to F9 shown in FIG. As an example, cross sections of Fresnel lenses F1, F4, and F8 are shown.
As described above, the first group of prism portions 11 is located near the optical axis A, and the second group of prism portions 12 is located far from the optical axis A. In this case, there are two patterns for dividing the plurality of Fresnel lenses.

第一のパターンは、図９（１）にすように、中央のフレネルレンズＦ１において、第一の群のプリズム部１１と第二の群のプリズム部１２とがあり、周辺のフレネルレンズＦ４，Ｆ８では、全て第二の群のプリズム部１２となっているパターンである。第二のパターンは、図９（２）に示すように、中央のフレネルレンズＦ１では、全て第一の群のプリズム部１１であり、周辺のフレネルレンズＦ４，Ｆ８では、第一の群のプリズム部１１と第二の群のプリズム部１２とがあるパターンである。   As shown in FIG. 9A, the first pattern includes a first group of prism portions 11 and a second group of prism portions 12 in the central Fresnel lens F1, and peripheral Fresnel lenses F4 and F4. In F8, the pattern is the prism portion 12 of the second group. As shown in FIG. 9B, the second pattern is the first group of prism portions 11 in the central Fresnel lens F1, and the first group of prisms in the peripheral Fresnel lenses F4 and F8. The pattern includes a portion 11 and a second group of prism portions 12.

第一のパターンは、各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９（特に中央のフレネルレンズＦ１）が大きく、全体として大きな領域で太陽光を受光して集光する場合に用いられる。第二のパターンは、逆に各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９（特に中央のフレネルレンズＦ１）が小さく、比較的小さい領域で太陽光を受光して集光する場合に用いられる。いずれにしても、複数のフレネルレンズを用いているので、一枚のフレネルレンズの場合に比べてより大きな領域で太陽光を受光して集光することができ、よりエネルギー密度を高くすることができる。   The first pattern is used when each of the Fresnel lenses F1 to F9 (especially the central Fresnel lens F1) is large and receives and collects sunlight in a large area as a whole. Conversely, the second pattern is used when each of the Fresnel lenses F1 to F9 (especially the central Fresnel lens F1) is small and receives and collects sunlight in a relatively small area. In any case, since a plurality of Fresnel lenses are used, sunlight can be received and condensed in a larger area than in the case of a single Fresnel lens, which can increase the energy density. it can.

上記以外のパターンとして、中央に位置する光軸上のフレネルレンズＦ１と、その四辺に隣接するフレネルレンズＦ２，Ｆ４，Ｆ６、Ｆ８とについては、全て第一の群のプリズム部１１から成るものとし、四隅に位置するフレネルレンズＦ３，Ｆ５，Ｆ７，Ｆ９については、第一の群のプリズム部１１と第二の群のプリズム部１２とから成るものとする場合もある。四隅に位置するフレネルレンズＦ３，Ｆ５，Ｆ７，Ｆ９が、光軸Ａから最も遠いプリズム部群を含むからである。
さらに別のパターンとしては、中央のフレネルレンズＦ１は全て第一の群のプリズム部１１とし、周囲のフレネルレンズＦ４，Ｆ８は全て第二の群のプリズム部１２とする場合もあり得る。 As a pattern other than the above, the Fresnel lens F1 on the optical axis located at the center and the Fresnel lenses F2, F4, F6, and F8 adjacent to the four sides thereof are all composed of the prism portion 11 of the first group. The Fresnel lenses F3, F5, F7, and F9 located at the four corners may include a first group of prism portions 11 and a second group of prism portions 12. This is because the Fresnel lenses F3, F5, F7, and F9 located at the four corners include the prism portion group farthest from the optical axis A.
As yet another pattern, the central Fresnel lens F1 may be the first group of prism portions 11 and the surrounding Fresnel lenses F4 and F8 may all be the second group of prism portions 12.

上述したソーラーシステムにおいて、姿勢制御装置は、太陽光が各フレネルレンズＦ１〜Ｆ９に常に垂直に入射するようにするので、光の利用効率を常時高くする意義がある。とはいえ、光の利用効率をそれほど高くする必要がない場合には、姿勢制御装置を設けず、簡略化したシステムとする場合もある。
尚、上述したように複数のフレネルレンズを光軸に垂直な同一平面上に配置する構成は、「フレネルレンズ組立体」の発明として捉えることができる。このようなフレネルレンズ組立体は、上記ソーラーシステムの用途以外にも使用することができる。 In the solar system described above, the attitude control device makes it possible to constantly increase the light use efficiency because sunlight is always incident on each of the Fresnel lenses F1 to F9 vertically. However, when it is not necessary to increase the light use efficiency so much, there may be a simplified system without providing the attitude control device.
As described above, the configuration in which a plurality of Fresnel lenses are arranged on the same plane perpendicular to the optical axis can be regarded as an invention of “Fresnel lens assembly”. Such a Fresnel lens assembly can be used for purposes other than the use of the solar system.

１１ 第一の群のプリズム部
１２ 第二の群のプリズム部
２ 入射面
３ 第一の面
３１ コリメータ部
４ 第二の面
４１ コリメータ部
７１ 保持枠
７２ 高度追従制御機構
７３ 経度追従制御機構 11 First Group Prism Unit 12 Second Group Prism Unit 2 Incident Surface 3 First Surface 31 Collimator Unit 4 Second Surface 41 Collimator Unit 71 Holding Frame 72 Altitude Tracking Control Mechanism 73 Longitude Tracking Control Mechanism

Claims (10)

太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造のソーラーシステム用フレネルレンズであって、
多数のプリズム部は、光軸に近い側に位置する第一の群のプリズム部と、光軸から遠い側に位置する第二の群のプリズム部とから成り、
各群のプリズム部は、光軸に対して同じ位置に集光させる一つの集光レンズ作用をフレネルレンズ全体として為すよう形成されているとともに、各プリズム面は、入射面から入射した光が最初に到達する第一の面と、第一の面とは別の第二の面とを有しており、各第一の面は、前記集光レンズ作用を為すよう光軸に対する距離に応じて角度が漸次変化しており、
第一の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で屈折して出射するすることで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第二の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で全反射した後、第二の面で屈折して出射することで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第二の群の各プリズム部の入射面は、光軸に平行な光が入射した際に光を絞った状態にして前記第一の面に全反射させ第二の面から出射させて前記光軸に対する角度の漸次変化により前記同じ位置に集光させる集光レンズ面となっていることを特徴とするソーラーシステム用フレネルレンズ。 This is a Fresnel lens for a solar system with a structure in which a large number of prism portions each having an incident surface located on the side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface are arranged on one surface. And
A large number of prism parts are composed of a first group of prism parts located on the side closer to the optical axis and a second group of prism parts located on the side far from the optical axis,
The prism portions of each group are formed so that the entire Fresnel lens acts as a single condensing lens that condenses light at the same position with respect to the optical axis. A first surface reaching the first surface and a second surface different from the first surface , each first surface depending on the distance to the optical axis so as to perform the condenser lens function The angle is gradually changing,
The prism surface of each prism portion of the first group is formed so that the light reaching the first surface is refracted and emitted from the first surface to perform the condenser lens function,
The prism surface of each prism portion of the second group is configured such that the light that has reached the first surface is totally reflected by the first surface, and then refracted and emitted from the second surface, so that the condensing lens functions. Is formed to do,
The incident surface of each prism portion of the second group is such that when light parallel to the optical axis is incident, the light is focused, totally reflected on the first surface, and emitted from the second surface. A Fresnel lens for a solar system, which is a condensing lens surface for condensing light at the same position by gradually changing an angle with respect to an axis . 前記第二の群の各プリズム部の入射面は、入射面から入射した光が前記第一の面上の所定の領域で全反射するよう集光するものであり、この所定の領域は、前記第一の面で全反射して前記第二の面から出射する際、実質的にすべての光が、内側に隣接するプリズム部に遮蔽されることなく進む位置に設定されていることを特徴とする請求項１記載のソーラーシステム用フレネルレンズ。 The incident surface of each prism portion of the second group collects light incident from the incident surface so as to be totally reflected by a predetermined region on the first surface, and the predetermined region is When the light is totally reflected by the first surface and emitted from the second surface, substantially all light is set at a position where the light travels without being shielded by the prism portion adjacent to the inside. The Fresnel lens for solar systems according to claim 1. 前記第二の群の各プリズム部の第一の面又は第二の面は、入射面により集光された光を平行光に戻すコリメータ面となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のソーラーシステム用フレネルレンズ。 The first surface or the second surface of each prism portion of the second group is a collimator surface that returns the light condensed by the incident surface to parallel light. The Fresnel lens for solar systems described. 前記入射面は、前記コリメータ面となっている第一の面又は第二の面の入射側近傍位置に光を集光する集光レンズ面となっていることを特徴とする請求項３記載のソーラーシステム用フレネルレンズ。 The said incident surface is a condensing lens surface which condenses light to the incident side vicinity position of the 1st surface which is the said collimator surface, or a 2nd surface, The Claim 3 characterized by the above-mentioned. Fresnel lens for solar system. 前記第二の群の各プリズム部の第二の面は、光軸に対して非平行であるとともに光軸に対して入射面の側で交差するよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のソーラーシステム用フレネルレンズ。 The second surface of each prism portion of the second group is formed so as to be non-parallel to the optical axis and intersect the optical axis on the incident surface side. The Fresnel lens for solar systems in any one of 1-4. 太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造のソーラーシステム用フレネルレンズであって、
多数のプリズム部は、光軸に近い側に位置する第一の群のプリズム部と、光軸から遠い側に位置する第二の群のプリズム部とから成り、
各群のプリズム部は、光軸に対して同じ位置に集光させる一つの集光レンズ作用をフレネルレンズ全体として為すよう形成されているとととに、各プリズム面は、入射面から入射した光が最初に到達する第一の面と、第一の面とは別の第二の面とを有しており、各第一の面は、前記集光レンズ作用を為すよう光軸に対する距離に応じて角度が漸次変化しており、
第一の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で屈折して出射するすることで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第二の群の各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で全反射した後、第二の面で屈折して出射することで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
第一の群の各プリズム部の入射面は、光軸に平行な光が入射した際に光を絞った状態にして前記第一の面で屈折させて出射させ前記光軸に対する角度の漸次変化により前記同じ位置に集光させる集光レンズ面となっていることを特徴とするソーラーシステム用フレネルレンズ。 This is a Fresnel lens for a solar system with a structure in which a large number of prism portions each having an incident surface located on the side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface are arranged on one surface. And
A large number of prism parts are composed of a first group of prism parts located on the side closer to the optical axis and a second group of prism parts located on the side far from the optical axis,
The prism portion of each group is formed so that the entire Fresnel lens performs the function of one condensing lens for condensing light at the same position with respect to the optical axis , and each prism surface is incident from the incident surface. It has a first surface where light first arrives and a second surface different from the first surface, and each first surface is a distance from the optical axis so as to perform the condenser lens function. The angle gradually changes according to
The prism surface of each prism portion of the first group is formed so that the light reaching the first surface is refracted and emitted from the first surface to perform the condenser lens function,
The prism surface of each prism portion of the second group is configured such that the light that has reached the first surface is totally reflected by the first surface, and then refracted and emitted from the second surface, so that the condensing lens functions. Is formed to do,
The incident surface of each prism unit of the first group is gradually refracted by the first surface when light parallel to the optical axis is incident, refracted by the first surface, and gradually changed with respect to the optical axis. A Fresnel lens for a solar system, characterized by being a condensing lens surface for condensing at the same position . 前記第一の群の各プリズム部の第一の面は、入射面により集光された光を平行光に戻すコリメータ面となっていることを特徴とする請求項６記載のソーラーシステム用フレネルレンズ。 7. The solar system Fresnel lens according to claim 6, wherein the first surface of each prism portion of the first group is a collimator surface that returns the light collected by the incident surface to parallel light. . 請求項１乃至７いずれかに記載のフレネルレンズを備え、太陽光を利用するソーラーシステムであって、太陽光が前記光軸に平行に進んで前記入射面に入射するよう前記フレネルレンズを配置したことを特徴とするソーラーシステム。 A solar system comprising the Fresnel lens according to claim 1 and utilizing sunlight, wherein the Fresnel lens is arranged so that sunlight travels parallel to the optical axis and enters the incident surface. A solar system characterized by that. 太陽光を利用するソーラーシステムであって、太陽光が光軸に平行に入射する姿勢で取り付けられているとともに、一つの面上に並べられた複数のフレネルレンズと、各フレネルレンズを保持する保持枠とを備えており、
各フレネルレンズは、太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造を有しており、
各プリズム部は、複数のフレネルレンズ全体として一つの集光レンズ作用を為すよう形成されており、
各プリズム面は、光軸から遠い側に位置する第一の面と、光軸に近い側に位置する第二の面とから成っており、
複数のフレネルレンズのうちの一つは、請求項１乃至７いずれかに記載のフレネルレンズであって、このフレネルレンズは光軸上に配置されており、他のフレネルレンズは、その周囲に配置されており、
周囲に配置されたフレネルレンズの各プリズム部のプリズム面は、第一の面に達した光が第一の面で全反射した後、第二の面で屈折して出射することで前記集光レンズ作用を為すよう形成されており、
この周囲に配置されたフレネルレンズのうちの第二の群の各プリズム部の入射面は、光を集光する集光レンズ面となっていることを特徴とするソーラーシステム用フレネルレンズ。 It is a solar system that uses sunlight, and is installed in such a posture that sunlight is incident in parallel to the optical axis, and holds a plurality of Fresnel lenses arranged on one surface and each Fresnel lens. With a frame,
Each Fresnel lens has a structure in which a large number of prism parts each having an incident surface located on the side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface are arranged on one surface. And
Each prism part is formed to perform one condenser lens action as a whole of a plurality of Fresnel lenses,
Each prism surface consists of a first surface located on the side far from the optical axis and a second surface located on the side near the optical axis,
One of the plurality of Fresnel lenses is the Fresnel lens according to any one of claims 1 to 7, wherein the Fresnel lens is disposed on an optical axis, and the other Fresnel lens is disposed around the Fresnel lens. Has been
The prism surface of each prism portion of the Fresnel lens arranged in the periphery is configured such that the light reaching the first surface is totally reflected by the first surface and then refracted and emitted by the second surface. It is formed to make a lens action,
The Fresnel lens for solar system, wherein the incident surface of each prism portion of the second group among the Fresnel lenses arranged around this is a condensing lens surface for condensing light. 太陽光を利用するソーラーシステムであって、太陽光が入射面に垂直に入射する姿勢で取り付けられているとともに、一つの面上に並べられた複数のフレネルレンズと、各フレネルレンズを保持する保持枠とを備えており、
各フレネルレンズは、太陽光が入射する側に位置される入射面と、入射面とは反対側に突出しているプリズム面とより成るプリズム部を、一つの面上に多数並べた構造を有しており、
各プリズム部は、複数のフレネルレンズ全体として一つの集光レンズ作用を為すよう形成されており、
各プリズム面は、光軸から遠い側に位置する第一の面と、光軸に近い側に位置する第二の面とから成っており、
複数のフレネルレンズのうちの一つは光軸上に配置されており、他のフレネルレンズは、その周囲に配置されたものであって請求項１乃至７いずれかに記載のフレネルレンズであり、
光軸上に配置されたフレネルレンズの各プリズム部は、第一の面に達した光が第一の面で屈折して出射するすることで前記集光レンズ作用を為すよう形成されていることを特徴とするソーラーシステム。 It is a solar system that uses sunlight, and is installed in such a posture that sunlight is incident perpendicular to the incident surface, and holds a plurality of Fresnel lenses arranged on one surface and each Fresnel lens. With a frame,
Each Fresnel lens has a structure in which a large number of prism parts each having an incident surface located on the side where sunlight enters and a prism surface protruding on the opposite side of the incident surface are arranged on one surface. And
Each prism part is formed to perform one condenser lens action as a whole of a plurality of Fresnel lenses,
Each prism surface consists of a first surface located on the side far from the optical axis and a second surface located on the side near the optical axis,
One of the plurality of Fresnel lenses is disposed on the optical axis, and the other Fresnel lens is disposed at the periphery thereof, and is the Fresnel lens according to any one of claims 1 to 7,
Each prism portion of the Fresnel lens arranged on the optical axis is formed so that the light reaching the first surface is refracted and emitted from the first surface to perform the above-described condenser lens function. A solar system characterized by
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