JPH01167905A - 非追尾集光採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、太陽光を屋内に導入する採光装置に係り、特
に太陽を追尾することなく一日の採光量変化を少なくし
た非追尾集光採光装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、特開昭５７−１２６００１号公報に記載された、
集光面が常に太陽光と垂直になるように太陽に追従して
傾動する集光装置に装着された集光レンズによって集光
し、集光された光を光ファイバーによって伝送し、出射
端末から光を分散照射する採光装置や、特開昭５７−１
８２７０８号公報に記載された、集光レンズを構成する
小レンズ体の焦点面に光ファイバーの受光面を設け、太
陽がどの位置に移動しても小レンズ体を通過した太陽光
が光フアイバー受光面に入射されるように集光レンズの
方向を制御する採光装置が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の技術においては、レンズを通過した太陽光が
像を結ぶ位置は、太陽の位置によって、つまりレンズへ
の太陽光の入射角度によって変化するので、レンズ面に
対して固定された光ファイバー又はその束の受光面のよ
うな小さな面へ常に像を結ばせるには、レンズへの入射
光がレンズの光軸に対して平行になるよう常に太陽の動
きにレンズを追尾させる必要があり、次のような問題点
があった。

（１）上記従来技術において要求される追尾装置は、太
陽の動きを記憶するコンピュータや、太陽光とレンズ光
軸とが平行であることを確認するセンサー機構等を必要
とし、高価な装置となる。

（２）　　レンズの太陽光出口側に円錐形のスロート反
射体をおいて非追尾式で用いても、太陽光がレンズ光軸
に平行に入射する時刻、例えばレンズが南方に向けて設
置された場合は南中時近辺の時間帯以外では、多くの採
光量は期待できない。

本発明の課題は、太陽追尾装置を用いることなく、−日
中平均した採光を行うにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の課題は、片面を平面とし、他の片面に対称性Ｖ形
状のプリズムを設けた対称性片面プリズム板と、該プリ
ズム板のプリズムが設けられた側に配設されて前記プリ
ズム板を通過した光を集光する集光レンズと、該集光レ
ンズに接続して設けられ前記集光レンズの焦点距離にほ
ぼ等しい長さを持って前記集光レンズで集光された光の
通路となる反射スロートと、該反射スロートの光の出口
に接続して設けられた内面反射性導光器の導光口と、か
らなる非追尾集光採光装置により達成される。

〔作用〕

第１図により、本発明の詳細な説明する。太陽光は本発
明に係る非追尾集光採光装置の対称性片面プリズム板５
の平面側１２に入射するが、朝夕の時間帯の太陽光Ｂは
その方向が対称性片面プリズム板５によって屈折されて
Ｂ′となり集光レンズ６の光軸りの方向となす角が小さ
くなる。太陽光Ｂ′は集光レンズ６によって更に該集光
レンズ６の焦点の方向に屈折されて太陽光Ｂ′となり、
反射スロート７を経て導光口９へ導かれる。反射スロー
ト７の光軸方向の長さＨは集光レンズ６の焦点距離とほ
ぼ等しい長さであるから、集光レンズ６を通過した太陽
光Ｂ′は導光口９に像を結ぶように集光される。

太陽の高度が低く、対称性片面プリズムによって屈折さ
れた太陽光が集光レンズ６の光軸となす角が充分小さく
ならない場合は、集光レンズ６を通過した太陽光は反射
スロートの内面で反射された後導光口９に入射するが、
対称性片面プリズムを通過しない場合の太陽光Ｃに比較
すると１反射スロートにおける反射回数は少なく、光の
減衰も少ない６上述の作用は本発明に係る装置を北半球
に設置した場合も、南半球に設置した場合も同様である
。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を北半球高緯度地域に設置した場
合について第１図乃至第５図を参照して説明する。

第２図は本発明に係る非追尾集光採光装置を家屋の採光
に適用した例を示し、太陽光１は家屋の屋根に取りつけ
られた非追尾集光採光口２に取り入れられ、内面反射型
パイプである導光器３を経て室内の放射口４より放射さ
れて照明の用に供される。導光器３は光ファイバーでも
よい。

非追尾集光採光口２は、板ガラス製の対称性片面プリズ
ム板５と、このプリズム板５のプリズム３０側に設けら
れ前記プリズム板５を通過した太陽光を集光する点集光
フレネルレンズ６と、この点集光フレネルレンズ６の太
陽光出口側に接続して設けられ点集光フレネルレンズ６
を通過した太陽光の通路をなす反射スロート７とからな
り、反射スロート７の太陽光出口である下部開口８には
、内面反射性導光器３の導光口９が接続されている。

ガラス製の対称性片面プリズム板５は、片面を平らな平
面（以下フラット面という）１２とし、他の片面に複数
同一形状のＶ形のプリズム３０を平行に設けてプリズム
面１１としており、フラット面１２が太陽光入射面とな
っていると共に、プリズム溝１０の方向がほぼ南北の方
向になるように配置されている。第５図に示されるよう
に、プリズムの頂点１３をはさむ傾斜面１５．１６は、
頂点１３を通ってフラット面１２に垂直な線１４に関し
て対称形としてあり、傾斜面１５．１６がなす角θは９
０度である。また点集光フレネルレンズ（以下レンズと
記す）６は、その光軸りを、前記フラット面１２にほぼ
垂直にして配置され、このレンズ６に接続されている反
射スロート７の前記光軸り方向の長さＨは、前記レンズ
６の焦点距離にほぼ等しい長さとしである。この反射ス
ロート内の内面は反射性のよい材料で形成されている。

更に対称性片面プリズム板５のフラット面１２の法線Ｍ
の方向を春分、秋分の南中時の太陽の方向に合わせであ
る。前記角θは、使用するプリズム材の屈折率及び重点
採光時刻の太陽高度を勘案して設定すればよい。プリズ
ム材としては、ガラスでなくとも、表面反射率、内部吸
収率の低いものであればよい。

次に第１図に基づき、太陽光の集光につき説明する。朝
夕の時間帯の太陽光Ｂは、対称性片面プリズム板５に入
射すると屈折されて太陽光Ｂ′となり１次いでレンズ６
に垂直に近い角度で入射して屈折されレンズ６の焦点位
置に向う。プリズム板５通過後の光束がレンズ６に常に
正確に垂直入射するわけではないが、それに近い方向を
与えられるので、レンズ６を通過後導光器３の導光口９
に達するまでに１反射スロート７で反射される回数が少
なく、従って光の減衰が少ない。

太陽南中時近辺の時間帯の太陽光Ａはプリズム板５でそ
のほとんどが反射されるが、透過された光はレンズ６と
反射スロートの効果で導光口９に集光される。南中時近
辺における光に対しての集光採光の効率は低いが、もと
もとこの時間帯での太陽光照度は非常に高く、採光効率
は低くても絶対量としての光量の不足は大きくないので
効率の低さはあまり問題にならない。

一方、対称性片面プリズム板５がなく、レンズ６及び反
射スロート７からなる集光採光口の場合、朝夕の太陽光
Ｃはレンズ６に対する入射角（太陽光Ｃとレンズ６の光
軸りがなす角）が大きいので、太陽光Ｃがレンズ６を通
過後像を結ぶ位置が光軸りから大きく離れ、その結果光
束は、反射スロート７で多数回反射されて導光口９に達
するまでの減衰が大きくなる。太陽南中時近辺の時間帯
においては、レンズ６に対する入射角が小さく、多量の
光がレンズに入射すると共に、反射スロート内で反射さ
れる回数が少ないので減衰も少なく、必要以上に多量の
光が導光口９に達する。

採光装置に必要なのは日中を通じ、平均して適量の照度
が得られることであり、上述のように対称性片面プリズ
ム板がない場合は採光装置として不適当である。

次に本発明の第２の実施例を第６図を参照して説明する
。第２の実施例は第１の実施例を更に改良し、対称性片
面プリズム板の形状を第６図に示すように対称性片面プ
リズム板５Ａに変えたちのであって、他の部分は前記第
１の実施例と同一であるので説明を省略する。この対称
性片面プリズム板５Ａは、片面が平らなフラット面１２
となっているのは、前記対称性片面プリズム板５と同じ
であるが、他の片面が対称性Ｖ形状プリズム３０及び該
プリズム３０の間に前記フラット面１２と平行に形成さ
れた平面１９を備えている。南中時近辺の時間帯の太陽
光Ａのうち、平面１９に入射したものはそのまま集光レ
ンズ側に屈折透過され、プリズム３０に入射したものは
反射されるので、プリズム部１８と平面１９の面積の割
合を必要に応じて定めることにより、南中時近辺の時間
帯の採光量が先に述べた実施例の場合よりも増加される
。朝夕の時間帯の太陽光Ｂのうち、平面１９に入射した
ものは向きを変えることなく透過され、プリズム３ｏに
入射したものは透過後の方向がフラット面１２に垂直な
方向に近ずくように屈折される。プリズム部１８と平面
１９の面積の割合は。

朝夕の採光を重視する場合は、プリズム部１８を多く、
南中時前後の採光を重視する場合は、平面１９を多くす
ればよい。

第２の実施例は、朝夕の時間帯の光の導光口への到達率
を少し犠牲にして、南中時近辺の時間帯における採光量
を第１の実施例の場合よりも増加させたものである。

第７図に、従来の採光装置と第１．第２の実施例を用い
た場合の照度Ｓを縦軸に、時刻Ｔを横軸にとって採光装
置室内側の照度変化を概念的に示す。追尾式集光採光装
置による照度２０および採光装置室内側における必要照
度Ｋに対し、非追尾型の従来技術による照度２１は、太
陽南中時（１２時）前後には必要照度よりはるかに大き
く入射する太陽光のほぼ全部を伝送しているが、それ以
外の朝夕の時間帯では急激に減少して必要照度を満たし
ていない。第１の実施例による照度２２は、朝夕の時間
帯においては必要照度を充分に満たしているが、太陽南
中持前後における落ち込みがあり、必要照度を満たして
いない部分がある。第２の実施例による照度２３は、第
１の実施例による照度の変化を平均化した形となり、朝
夕の時間帯における照度は第１の実施例による照度より
低いが、南中時前後における照度の低下がなくなってい
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、入射する太陽光を対称性片面プリズム
板で屈折させた後、集光レンズで集光し。

集光された光を反射スロートを経て導光器の導光口に導
く非追尾集光採光装置としたので、太陽高度が低い時間
帯での太陽光を低い減衰率で導光口に導くことが可能と
なり、朝夕の時間帯における採光装置出口での照度を大
きくして、−日中平均した採光を行う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す断面図であり、
第２図は本発明の実施例を家屋に設置した例を示す断面
図であり、第３図は第１の実施例を示す斜視図であり、
第４図は第１の実施例の部分を示す斜視図であり、第５
図は第１の実施例の部分を示す断面図であり、第６図は
本発明の第２の実施例の部分を示す断面図であり、第７
図は採光装置出口における照度の１日中の変化を示すグ
ラフである。 ３・・・内面反射性導光器・ ５・・・対称性片面プリズム板、 ６・・・集光レンズ（点集光フレネルレンズ）、７・・
・反射スロート、 ９・・・導光口。 ３ｏ・・・プリズム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）片面を平面とし、他の片面に対称性Ｖ形状のプリ
   ズムを設けた対称性片面プリズム板と、該プリズム板の
   プリズムが設けられた側に配設されて前記プリズム板を
   通過した光を集光する集光レンズと、該集光レンズに接
   続して設けられ、前記集光レンズの焦点距離にほぼ等し
   い長さを持って前記集光レンズで集光された光の通路と
   なる反射スロートと、該反射スロートの光の出口に接続
   して設けられた内面反射性導光器の導光口とからなる非
   追尾集光採光装置。
2. （２）対称性片面プリズム板が片面に平面を有し、他の
   片面に対称性Ｖ形状プリズム及び前記平面に平行な平面
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の非追尾集光採光装置。
3. （３）プリズム溝の方向をほぼ南北方向にして設置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２
   項記載の非追尾集光採光装置。
4. （４）集光レンズが点集光フレネルレンズであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の非追
   尾集光採光装置。