JPH035671A

JPH035671A - 全天光集光系

Info

Publication number: JPH035671A
Application number: JP1137512A
Authority: JP
Inventors: Masao Komatsu; 小松　政雄
Original assignee: SHIZEN KAGAKU KENKYUSHO KK
Current assignee: SHIZEN KAGAKU KENKYUSHO KK
Priority date: 1989-06-01
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1991-01-11
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JP3051982B2

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】（イ）発明の目的（産業上の利用分野）この発明は、一般建築物の屋上等に、その先軸を天頂に
向は固定したま−の広角集光系と、その周囲にある窓に
、極〈薄く構成された広角集光系を取付けたものとを併
用し、若しくは何れか一方を活用し、太陽直射光は勿論
、全天空散乱光を有効に集光し、一般照明用に供する全
天光束光系に関するものである。

（従来の技術）古来、全天光束光系としては、「天窓」以外には殆んど
知られておらず、これはガラス板を、屋根にはめ込んだ
丈けの簡素なもので、有効入射角は１８０度、フレネル
反射損失を考慮しても、入射角は約１４０度まで有効で
、光線透過率もよく、価格も安く、故障も少ない等多く
のメリットを有するも、豪雪地帯では使用困難であり、
又屈折力が全くないので、入射光束は透過後そのま＼直
進し、太陽直射光の射出方向は、太陽の移動と共に大き
く変化し、これを制御することは不可能であり、そのた
め工場、倉ハ１？、屋根裏部屋等以外で、有効に使用す
ることは不適当であった。

又太陽追尾機構を有し、　長時間太陽直射光のみを集光
し、その集光光束を一定方向に射出する、所謂「へりオ
スッタト」方式は、古くから、瞬時に高温を得るための
研究分野で使用されており、更に最近は新規開発された
各種センサーやマイフン等を組込んだ種々の改良型が考
案されているが、その機構は複雑且つ微妙で、刻々変化
する天候に応じ、天空に於ける　すべての段階の太陽輝
度コントラストに対し、センサー感度応答が追従しきれ
ない等の問題点もあり、剰さえ太陽視半径は僅か１６分
しかないので、僅かな追尾誤差があっても太陽直射光は
受光できず、以前より公表されている通り、快晴時以外
では追尾精度は不安定となり、長期に渉る性能維持に対
する保証面の不安は未だ解消しきれていない。

（発明の解決しようとする問題点）本発明はか−る実情に鑑み、これ等の問題点を、解決し
ようとするもので、天窓と同程度に極く薄く且つ簡素に
構成された超広角集光系に、屈折力等可動部は一切有せ
ず、更に建築物の周囲の、鉛直面内にある、すべての窓
に、極く薄く構成された広角集光系を取付け、これ等両
種の広角集光系を併用、若しくは、その一方を活用する
ことにより、純光学式な、故障要因が殆んどなく、時折
の清掃くらいで性能保証のできる、一般照明用に供する
全天光束光系を提供することを目的とするものである。

（ロ）発明の構成（問題点を解決するための手段）太陽直射光及びその他の全天空散乱光を集光し。

これを屋内等の一般照明用として、有効に利用するため
の集光系の必要条件は（ａ）有効入射径が大きいこと。

（ｂ）光学要素数は、できる丈は少ないこと。

（Ｃ）有効入射角は大き程望ましいこと。

（ｄ）太陽直射光の射出方向は、その位置の如何に関せ
ず、できる丈は光軸に近く制御出来ること。

等々であることが望ましいが、この集光系は撮影用では
ないので、所謂諸収差は余り問題でなく。

極力明るい光量を、所望する地点に伝達することが肝要
な目的である。

さて超広角系には、一般に逆望遠鏡系が適用され、その
説明図を（第１図）とし、（２）が前群発散系でその焦
点距離、有効径及び有効入射全角を。

夫々　ｆ７＋Φ２　、及び２θ２とし、（１）が後群収
れん系でその焦点距離、有効径及び射出全角を夫々、ｆ
ｌ　　、φｌ　、及び２θ１とし、両系の間隔を　ｄ、
全系の倍率を−１／　ｍとすればｆｌ　　＝　　ｍ　　
１ｆ２１ｆｌ　−１ｆ２１　　＝ｄ　　、”−（ｍ−１）ｌｆ２
１＝　　ｄ又１ｆ２１／ｆ＋＝φ２／φ１＝ｔａｎ（７１／ｌａｎθ２＝ｌ／ｍここで大きな入射角θ２で入射した光束の射出角θ１　
を極力小さくシ、これを光軸に接近せしめるには、上式
により、　ｍ　を大きくする必要があるが、ｍを大きく
すれば、一定のＤｚｌに対し、両群の間隔ｄも大きくな
り、ｄを大きくすれば、（第１図）で明らかな通り、後
群収れん系の有効径φ１を充分活用するための、前群発
散系の有効径φ２は小さくなり、必要条件に反するので
、ｄを次第に小さくし、遂に両群を密着せしめれば、入
射角θ２の如何に関せず、両群の有効径は一致し、φ２
　＝φ１　となり、サイズが共通化され、製作りも好都
合であり、以下述べる実施例に於ては。

有効径はすべて一辺７５ｃｍ　Ｘ　７５ｃＩ１１．　　
対角線長ＬＭとする。但し完全なるアフォーカル系に於
て、両群の間隔ｄを接近させれば、当然射出角は大きく
開くが、その聞き程度は、倍率ｍが大きい程大きくなり
、簡易な集光系で、射出角を極力小さく補正するには１
ｍ≦２程度が容易である。

以下本発明を実施例について詳述する。

前群発散系、後群収れん系共各１枚ずつで構成され、且
つ密着している（第１実施例）について説明する。

前群レンズを（Ｌ２）、その焦点距離をｆ２　　、又後
群レンズを（ＬＬ）、その焦点距離をｆ１各レンズを　
３ｍｍ厚とするとき、ｆ２　＝　　−１，４８１，１５４ｍｍｆＩ＝　　＋２
，３１３．８９８　ｍｍｍ　　＝　　−１，５６２且つ各フレネル嗜レンズは高次非球面とし、レンズ長は
僅か６ｍｍで、その簡素さは殆んど天窓と同様であり、
その光軸は天頂に固定されており、又上記　ｍ　　＝　
　−１，５６２となるｆ２．ｆ、の組は無限にあり、従
って上記数値に限定するものではないが、その組の内比
較的その絶対値の大きなものを選定してあり、２枚構成
でも以下述べる通り有効入射全角は、２０２≧１４０度なる超広角集光系であり、且つ入射角
θ２≦４３度以内では、その開口効率はすべて１００％
であり、（第２図）　　（第３図）（第４図）、（第５
図）、（第６図）、（第７図）（第８図）及び（第９図
）は、夫々入射角θ２＝　零度、１０度、２０度、３０
度、４３度。

５０度、６０度、及び７０度に於ける有効光路図であり
、その射出角は相当大きいが、それは（第１実施例）に
於ては、両群が密着しており、且つｍ≦２としであるた
めであり、これでも照射距離が短かい場合は、用途によ
り使用でき、その使用目的により、射出角をより小さく
制御するには。

両群の間隔ｄを適当に開けばよく、例えばｄ　　＝　８
３０．７３１ｍ　　とすれば、完全なアフォーカル系と
なり、その場合の上記通りの入射角に於ける有効光路図
を示したのが夫々（第１０図）、（第１１図）、（第１
２図）、（第１３図）２（第１４図）、（ｆｆｉｔｓ図
）。

（第１６図）及び（第１７図）であり、その射出角は明
らかに相当小さく制御できるが、（第１図）で説明した
通り、入射角が大きくなるに従い、有効入射径が減少す
る。

然し両群密着の場合はその光軸を、南方４５度に傾斜固
定させると、入射角４３度以内の開口効率は、すべて、
１００％であるので、高度角は問題なく、又方位角も高
緯度・根室地区に於ける、冬至前後に限り、若干受光時
間が短かくなるが、（第１表参照）直射光受光に関して
は、三次元追尾方式の場合と、その効果は殆んど遜色は
ないが、光軸が傾いているので、所望する照射位置に対
し、集光系設置位置を選定する必要がある。

さて　２θ７　＝１４０度にも達する超広角集光系とは
、その光軸を天頂に固定したままで、太陽追尾機構等は
全く具備しなくとも、本邦全土に渉たリ、四季を通じ、
終日太陽位置の如何に関せず、太陽直射光は自らこの集
光系の謹白に飛び込んで来る、従って追尾精度云々、経
年変化に伴う誤差云々等は、−切無関係となること、同
時に、この超広角集光系で太陽追尾を行わしめんとする
場合は、上記した如く入射角が４３度以内では、その開
口効率は１００％であるので、ここまでの特性に限定し
たとしても、その追尾精度は約３０度以内、時間で２時
間以内の誤差があっても尚、直射光は完全に受光でき、
同時に天空散乱光をも集光出来ることを意味する。

一方本発明に於て、本邦全土に渉たり、四季を通じ、理
論上、実用上必要なる太陽高度角、方位角及びその時刻
等を決定しておく必要がある。

も、自然光を必要とする時刻は慨ねＡＭ９時頃と見なし
て良いとする場合、その時刻に於ける太陽高度角、方位
角、及び南中高度等を、本邦緯度別３地区毎に表示した
のが（第１表）で、方位角は正画を基準として東、西方
向への値であり、又（第１表）の最右欄には、地区毎四
季を通じて必要な高度角の範囲が示してあり、更に（第
１表）に依り、本邦全土に渉たり、四季を通じ、本装置
に必要な高度角の範囲を求めると、１７度〜８０．７度これに伴う必要な方位角は東の９１．４度より西の９１．４度までの範囲であり、
今この必要なる高度角の範囲内の適当なる高度角Ａを求
め、その入射光が鉛直下に射出され、且つ上記高度角の
範囲内の、出来る限り広い範囲を受光でき、すべてのフ
レネル角Ｗが同一であり、上面が平面で下面がフレネル
面である、フレネル拳レンズを求めるとＡ＝３８度Ｗ　　：＝　　　５７．７１７度となり、このフレネル・レンズ２枚のフレネル面を向き
合せ、これを対称型に密着組合すと、光線逆行の理によ
り、高度角３６度で入射した光線は、光軸に対し入射光
線と同じ側に、且つ同一角度３６度で反転・射出され、
上記２枚の対称型集光系で受光できる高度角の範囲は２
４度〜８８度となり、２４度以下の入射光線は上側のフ
レネル・レンズ内で全反射して受光できない。

（第１表）は午前９時、四季に於ける地区別の高度角で
あり、これによると高度角２４度以上が、受光出来るこ
とは、３地区共冬至前後に限り約ＡＭＩＯ時頃より受光
出来ることになる。

又すべてのフレネルが角が同一であるので、その射出光
は、入射角毎に異る射出角を有する平行光束として射出
され、焦点を結ばない。

これを（第２実施例）とし、その断面図が（第１８図）
で（第１８図）はその中心部の一部拡大断面図で、（Ｆ
ＲＬ３）はそのフレネル拳レンズ、光線（３）は光軸に
対し夫々反対側より、入射角３６度で入射し、反転して
夫々３６度で射出する。

次に（第２実施例）に於て、受光可能な範囲内のすべて
の高度角に対する射出角を求めて表示したのが（第２表
）であり、３６度より小さな角度でｆ５２表３６度より小さな角度で射出することになり、且つそれ
等の射出角の相互の差は、３６度より大きな射出角のそ
れより遥に小さく、それ等の射出角の平均値は約２６度
程度である。

負号は下向き、正号は上向きを示す。

又（第２０図）、（第２１図）、（第２２図）２（第２
３図）２（第２４図）、（第２５図）、（第２６図）２
（第２７図）及び（第２８図）は、夫々（第２実施例）
の高度角２４度、３０度、３６度、４０度、　５０度、
６０度、７０度。

８０度及び８８度に対する有効光路図であり、これによ
れば、太陽直射光に限定した場合、その射出光束の照射
面上に於けるパターンは、天窓のそれと酷似している。

即ち天窓の場合は直射光はそれを素通りし、有効径−杯
の平行光束として、太陽方向と反対側のＡ＝３８度Ｗ　＝　５７．７１７度照射面上に到達し、その照射面位置は、太陽の移動と共
に大きく動くが（第２実施例）に於てそれは強い屈折力
を有し、（第２表）及び上記各有効光路図の通りその射
出光は充分制御され、太陽方向側にその有効径の半分の
平行光束として照射面上に到達し、太陽が移動しても、
照射面上のパターンの動きは、（第１表）及び（第２表
）通り本邦全土に於ては、冬期を除き春〜秋間は極めて
少ないので、使用目的により、この超広角集光系の直下
に、ダイヤガラス板等を設は強い射出直射射光を分散す
ればよいが、射出光はすべて平行光束であり、到達距離
により減衰しないので、広範囲の用途に適用できる。

次に（第２実施例）の射出光を、出来る限り光軸に平行
に制御し、近代高層ビル等に於て、太陽光を地下街等に
導入したいような場合の対策を説明する。

（第２実施例）に於ける射出角（第２表）に於て、比較
的大きな射出角は別装置を講じることとし、それより小
さく且つその相互の差の少ない射出角の平均値は、前記
した通り約２６度であったので、この平均値　Ａ２２６
度　で入射する光線が、すべて同一のフレネル角Ｗを有
し且つ鉛直下に射出され、　上面が平面で下面がフレネ
ル面であるフレネル・レンズを求ると、Ａ２２６度Ｗ　　＝　　４５．８１０度となり、これを（ＦＲＬ４）とし、これを（第２実施例
）の直下に、これを密接して設けたものを（第３実施例
）とする場合、（第２表）に於ける射出角は（Ｆ　ＲＬ
　４）に対する入射角となり、（第２表）に於けると同
様な高度角毎の射出角及びそれ等の射出光線が、照射１
０Ｍ位置にある平面との交点の最大値を表示したのが（
第３表）であり、木表上３〜４行を徐けば、他の射出角
は殆んど光軸と平行と見なせ、距＃１０Ｍ位置に於ても
、その開きは極めて小さく、又距１！ｌ：２０Ｍ　。

３０等に於ける開き具合も類推でき、更に（第２８図、
（第３０図）、（第３１図）、（第３２図）（第３３図
）、（第３４図）、（第３５図）、（第３６図）（第３
７図）及び（第３８図）は夫々（第３実施例）の高度角
　２４度、３０度、３６度、４０度、５０度。

５３．６９７度、６０度、７０度／８０度及び８８度に
於ける有効光路図である。

又（ｆｆｉ２表）（第３表）に於ける上４行にある、射
出角が大きな射出光束を、所望する遠い照射位置まで有
効に到達せしめるには、集光系の設置位置より照射位置
近くまで、１通約ＩＭの角型先導腔な設け、その周辺に
平面ミラーを張りつめるのが、コスト面でも効果面でも
望ましい。

次に（第３８図）（イ）、（ｏ）は夫々（第３実施例）
の断面図及び平面図で、（ａ）に於てその有効径は７５
ｃｍ　　Ｘ　　７５ｃｍ　　対角線長が１Ｍであり、（
Ｓ）を太陽方向とする場合、太陽直射光はその左側の半
有効径より射出され、右側半有効径よりは、天空散乱光
が射出され、　従って照射面上の強い直射光のパターン
が、左側に限定されるので、それを有効径全面より平均
して射出出来るようにするには、例えば（第３８図）（
ハ）の如く、フレネルΦレンズ（ＦＲＬ３）及び（Ｆ　
ＲＬ　４）を例えば・夫々−辺が２５　ｃｍ　　Ｘ　　
２５ｃｍ程度に小型化し、それ等９枚を１枚の透明板上
に有効径−杯に密接組合すと、その各々左半有効径より
直射光は鉛直下に射出され、照射面上は略々有効径−杯
第３表の直射光で平均的に明るく照され、且つその照射パター
ンは、太陽位置に関せず、殆んど不動であり、又コスト
的にも、生産面でも複数個の小型フレネル・レンズの組
合せの方が有利である。

次に、有効径−杯且つ開口効率１００％の直射光を得る
。異なった２系統の方法を説明する。

その第１系統は、上記（ＦＲＬ３）及び（ＦＲＬ４）に
於て、それ等と同一の、且つ全面同一のフレネル角　Ｗ
＝５７．７１７度　及び　Ｗ　＝　４５．８１０度を有
する、夫々リニアー型フレネル−レンズに変更し、これ
等を夫々（ＬＦＲＬ５）及び（ＬＦＲＬ６）とし、（Ｌ
ＦＲＬ５）１枚だけ、又は２枚の（ＬＦＲＬ５）のフレ
ネル面を向き合せ、これを密着・対称型に組合せ、又は
その密着・対称型２枚構成の集光系の下側に、（ＬＦＲ
Ｌ６）の平面側を密着させ、３枚密着型集光系とし、こ
れ等測れの集光系も、その有効フレネル面を、太陽方向
と直交させつつ、これを水平面内で、１時間１５度の割
合で１等角速度回転させれば良く、その追尾回転精度は
、一般の複雑微妙な３次元追尾とは全く異なり、水平面
内にある１〜３枚の軽く、且つ軸対策のフレネル・レン
ズを、水平面内で定速回転させるだけで、且つ有効入射
全角は、太陽方向に於ける高度角２４度〜８８度まで有
効であるので、全く厳しくなく、長期に渉たる安定性が
望めか、天空散乱光の入射方向が、それ等の有効フレネ
ル面に平行に近ずくに従い、その屈折力は弱まり、遂に
入射光は集光系を素通りすることになる。

上記１枚、２枚及び３枚構成の集光系を、夫々（第４実
施例）、（第５実施例）及び（第６実施例）とし、夫々
の実施例に於ける入射角２４度。

４０度、　５３．６！３７度、７０度、及び８８度毎の
、有効光路図を、（第３８図）、（第４０図）、（第４
１図）（第４２図）、（第４３図）；（第４４図）、（
第４５図）（第４６図）、（第４７図）、（第４８図）
及び（第４８図）（第５０図）、（第５１図）、（第５
２図）、（第５３図）とすれば、その開口効率は入射角
の如何に拘らず、常に有効径−杯で且つ　１００％であ
ることがわかる。

次に第２系統として、光軸は固定したままで、第１系統
の如き、太陽の２次元追尾も全く不要な、一部の天空散
乱光を除き、直射光と半天空散乱光゛）（受光できる、
簡素な方法を説明する。

即ち上記（ＬＦＲＬ５）及び（ＬＦＲＬ６）を夫々必要
なる有効径の２倍の大きさに作製し、それを中心部（０
）で切半し、その同じ側の一方の切片を、必要なる有効
径と同一形状に整え、中心部（０）を正北に向けて水平
面に固定すればよく、その平面図を（第５５図）とし、
（ＬＦＲＬ５）及び（ＬＦＲＬ６）に対応するものを夫
々、（ＣＦＲ、Ｌ　７　）及び（ＣＦＲ１８）とすれば
、これ等は夫々すべて同一のフレネル角　Ｗ　＝　５７
．７１７度及びＷ　＝　４５．８１０度を有する大型フ
レネル・レンズの一部、又はリニアー型フレネルΦレン
ズの変形ともいうべきもので、これ等の組合せで構成さ
れる集光系を、（第４．第５．第６実施例）に対応し、
夫々（第７実施例）　　（第８実施例）及び（第９実施
例）とすれば、それ等の特性及び有効光路図等は、（第
４．第５．第６実施例）より容易に類推でき、これ等は
みな南側の半天空散乱光に対しては対称型と見なせるの
で、北側半天空騒乱光を除き、本邦全土に渉たり、四季
を通じ、殆んど終日直射光と広域天空散乱光が受光でき
る。

達する超広角全天光来光系であったが、上記各実施例に
於ては自然光の入口は、約７５Ｃｍ角、その対角線長が
僅かＩＭであるに過ぎず、これを原野に降り注ぐインプ
ット無限大の自然光と比較したら、全く微々たるもので
あり、例えば広い会議室や体育館等に充分な自然光を供
給せんとする場合は、上記各実施例の何れか一つの集光
系を複数個設置する以外術はなく、集光系それ自体を超
大型化することは、製造面・価格面等で問題があるから
である。

一方建築物には通常自然光採入口として、多くの窓が設
けられており、その窓は摺りガラスやダイヤガラス等が
取付けられているものが多く、更にその内側にはカーテ
ンやブラインド等が付属されており、自然光の入射を遮
断している。

窓カらローアングルに入る直射光は、げん光　であり、
生理的には有害であり、又屋内作業には必ずしも快適な
ものではないからであろう。

然し多くの窓を合計すれば、その面積は直径拾数米〜百
数拾米にも達する場合もあり、既設の窓利用は、全天光
来光系のインプットを超大型化する手段としては、経済
面に於ても又取付施工面に於ても勝れたものであり、以
下出来る限り多くの窓を、自然光採入口として活用する
方法を説明する。　自然光採入口としての既設窓の活用
は、今日迄殆んど忘却されていた感がある。

窓は一般に東西南北の四方向にあり、窓ガラスはすべて
透明ガラスとし、上記（第５実施例）又は（第８実施例
）に於けるリニアー型フレネル・レンズの集光系の（Ｌ
ＦＲＬ５）又は（ＣＦ　ＲＬ　７）を夫々１ｍｍ厚程度
でつくり、その断面図（第５５図）の如く、上下方向を
定め、これを既設窓ガラスの室内側に配し、更にその上
に薄い透明ガラスを配して、清掃用に供し、その透明ガ
ラスの四辺を、細いサツシュ枠で止めれば、この窓用集
光系は薄型であり、既設窓に追加施工を行っても、窓の
開閉には支障はない。

（第５実施例）又は（第８実施例）を夫々、窓用集光系
として縦型に適用した場合を、特に（第１０実施例）及
び（第１１実施例）とすれば、例えば（第１０実施例）
に於ける太陽平行入射光束は、（第５実施例）の各有効
光路図を９０度回転すればよく、その集光系の内部で屈
折・反転し、室内に於ては、四方の窓より天床に向い、
夫々異なった射出角を有する窓−杯の平行光束として射
出され、室内で焦点を結ばないので、火災発生の憂いは
なく、且つ到達距離により、その明るさは減衰しないの
で、天床、壁等を明色にデザインしておけば、屋上用集
光系と相まって、一般照明用としての効果は大きく、又
既製窓のサイズは各種あるので、集光系は小型化し、複
数個の光学要素を窓ガラス上に、−杯に配し、又必要に
応じ、適宜適寸に切断使用出来る方が便利である。

（第１０．第１１実施例）を木造家屋に適用する場合、
庇が邪魔になることがあるので、注意が必要で、出窓を
作るのも一策であるが、庇の全くない近代高層ビル等に
は好適で、万一　カーテン等を使用する場合でも、集光
系素材には紫外線吸収剤が、包含されているので、退色
は防止でき、長期の使用に耐えられ、外部から室内は見
えず、又内部か外部も見えない。

更に（第１０実施例）に於ては、そのフレネル面を向き
合せ、そのフレネル面を直交・密着させ、必要に応じ、
上空の入射光を、左又は右方向に反転させることも可能
であり、この場合これに（ＬＦＲＬ６）を追加すれば、
全く異なった多種の用途が容易に想定でき、（第１１実
施例）の方が（第１０実施例）より、窓集光系としては
、より広い方位角に対応できる。

以下代表的実施例の組立図、適用例等について述べる。

（第５７図）は上記屋上用集光集光系に関する各実施例
の内、その光軸が固定式の場合、すべてに共用できる、
集光系を含む装置本体の組立断面図であり、代表例とし
て（第２実施例）を図示したものであり、（４）は光軸
を貫通する中心軸、（５）は本体側板、（６）は本体側
板（５）に固定され且つその補強のためのアングル材で
、フレネル・レンズ（ＦＲＬ３）の周囲を固定し、中心
軸（４）に　がん合した位置決めブツシュ（７）と共に
、フレネル・レンズ（ＦＲＬ３）の位置とその平面性を
維持し、（８）はその一端が本体側板（５）に固定され
、他端はそれより下方の位置に在り、且つ中心軸（４）
に固定された基環（１１）に固定された複数個のテンシ
ョン板であり、中心！１ｔｈ（４）、テンション板（８
）、フレネル・レンズ（ＦＲＬ３）及び位置決めブツシ
ュ（７）等が、相寄って本体側板（５）に対し、夫々の
位置を確保でき、（９）は防水用透明板で、アングル材
（６）と本体側板（５）に固定され、且つ屋上取付用の
Ｌ型アングル（１０）に依り、防水・防塵用に固定され
ている。

（５８図）は（第１Ｏ実施例）を窓用に適用した場合の
断面図で、（１２）はサツシュ窓枠、（１３）は既設さ
れているこれを家屋、（１４）は保護・清掃用の薄い透
明ガラス、（１５）はその周囲を防湿・防塵用に押える
コーナー・サツシュで窓用実施例に共通のものである。

（第５８図）はその平面図の一例である。

（第６０図）は木造平屋家屋に、（第２実施例）をその
光軸を天頂に向は取付た場合の断面図で、一般室内照明
と、一部の射出光束を分離して植木の照明用とし、光合
成を活性化し、換気扇なしで、室内空気の清浄化を計か
ったもので、（１６）は水平に取付られた集光系本体、
（１７）はミラー、（１８）はその植木に適性の近赤外
線カット、青色・赤色波長光を透過させるバンドパス・
フィルター（第６１図）は既設住宅群の南側に、高層ビ
ルを新設又は増築するような場合、そのビルに、複数個
の屋上用集光系を設け、太陽自然光を供給し、日照権問
題緩和の一助ともしたい場合で、この場合の集光系は射
出角が適当に大きいものが良く、その光軸はＳ方向に傾
斜させた方が有利である。

（第６２図）はその中央が広く吹抜けとなっており口の
字型の高層共同住宅ビル等に於て、その吹抜は部の上部
に、屋上用集光系を複数個設け、その中央の地面に多数
の樹木を植えると、そこは原野と全く同程度に光合成が
活性化され、陽当りもなく換気も全く悪い吹抜は空間は
、炭酸ガスが吸収され新鮮な酸素で充満され、新しい空
気は廊下側窓より侵入し、居住者の健康保持に役立ち、
又集光系に適当なものを混在させれば、窓より強い太陽
光が入り、薄暗い廊下は明るくできる。

（第６３図）は住宅が近接している市街地等で、窓が隣
家と接近しており、殆んど窓が役に立たぬような場合は
、（第１０実施例）又は特に（第１１実施例）が効果的
であり、庇が邪魔となる場合は、出窓を設けることが望
ましい。

（ハ）発明の効果以上詳述した通り、本発明によれば、前群発散系、後群
収れん系共夫々１枚の密着した、天窓並みの簡素な構成
の集光系で、有効入射全角１４０度、その内９０度以内
ではすべて開口効率ｌＯＯ％、可動機構部は一切持たず
、その光軸は上方に固定したままで、太陽位置の如何に
拘らず、直射光は勿論天空散乱光は、自ら集光系の謹白
に飛び込んでき、特にその光軸を南方４５度に傾斜・固
定させると、快晴時は、開口効率１００％の特性が発揮
され、太陽直射光受光に関しては、三次元追尾方式とそ
の効果は殆んど遜色なく、又すべて同一のフレネル角５
７．７１７度を有する、２枚のフレネル・レンズの、フ
レネル面を向き合せ、これを対称型に密着させ、その光
軸を上方に固定すれば、天頂角±２４度を除き、開口効
率はすべて５０％で、日出から受光でき、その射出光は
開くが、すべて同一のフレネル角４５．８１０度を宥す
る、１枚のフレネル・レンズを、その密着対称型フレネ
ル・レンズの集光系の下側に密着させれば、同一の入射
角で、主要な射出光は、すべて光軸に平行となり、遠距
離照射に於て極めて有効であり、又上記２種のフレネル
拳レンズを、夫々同一性能のリニアー型フレネル・レン
ズとし、夫々の有効フレネル面を、南方向に固定するか
、若くはその有効フレネル面が、常に太陽方向と直交す
る如く、平面内で、地球自転軸の平均回転速度で回転さ
せると、天頂角±２４度を除き、開口効率はすべて１０
０％で、日出から受光でき、２枚構成の場合は、射出角
は開くが、３枚構成の場合は、主要な射出光は、すべて
光軸に平行となり、照射距離に関せず、その明るさは減
衰せず、更に全面同一のフレネル角５７．７１７度を有
する、２枚のリニアー型フレネルのレンズの、フレネル
面を向き合せ、これを対称型に密着させ、その有効フレ
ネル面を上に向け、これを家屋の内側に取付ければ、高
度角２４度以下を除く、直射光と天空散乱光が、東西南
北四方の窓より受光でき、それが密着対称型フレネル・
レンズの、上記集光系で屈折・反転し、室内火床に向け
、四方より平行光束として射出され、白い火床で反射さ
れ、屋上用全天光集光系と併用すれば、室内照明用とす
れば顕著な効果を発揮し、省エネに役立つ期待は大きい
。

４

【図面の簡単な説明】

（第１８図）系にした場合の有効光路図・・・（第２実施例）の断面図（第５５図）・・・・・・・・・・・・・・・（第１０
実施例）の平面図（第５６図）・・・・・・・・・・・
・・・・（第１０実施例）の断面図（第５７図）・・・
・・・・・・代表的屋上用集光系本体の断面図（第５８
図）・・・・・・・・・代表的窓用集光系の組立・断面
図（第５８図）・・・・・・・・・・・・代表的窓用集
光系の平面図（第６０図）・・・・・・・・・・・・・
・・・・・屋上用集光系の適用図（第６１図）・・・・
・・・・・・・・・・・・・・　　／／　　　　　／１
（第６２図）・・・・・・・・・・・・・・・・・・　
　／／　　　　　／１（第６３図）・・・密集地帯に於
ける窓用集光系の適用図（第２図）（第３図）（ｆｊ％４図つ（第５ｖ６）（第１図）（第６図）（１８７図）（第８図）（第９図）（第１０図）− （第１２図）（第１４図）（第１１図）（第１３図）（第１５図）シ瞭−フ０動−３＞（第２１図）（第２２図）（第２３１′Ｊ４）（第２４１４）（第３５図）（第３７図）（第３６図）（第３８Ｘ）（第２３図）Ｃ／す（第３０図）（ロ）（第５２図）（第５３図）（ｆｆ１５４図つ（第５６図つ（第５９図）（第６３図）（第６２図つ（第８１図）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）前群発散系及び後群収れん系が夫々１枚ずつの非
球面型のフレネル・レンズで構成され、且つそれ等が密
着した逆望遠鏡型集光系を、屋上等に設置し、両群の焦
点距離の比を−１／ｍとする時、ｍ≦２且つ有効入射全
角が１４０度、その内９０度以内ではその開口効率がす
べて１００％、追尾装置等可動機構は一切持たず、その
光軸は固定したまゝで、使用目的により両群の間隔を開
き、その射出光を制御でき、本邦全土に渉たり、四季を
通じ、終日、太陽直射光は勿論、天空散乱光も併せ集光
できることを特徴とする屋上用全天光集光系。
（２）すべて同一のフレネル角５７．７１７度又はその
近傍の角度を有するフレネル・レンズ２枚の、フレネル
面を向き合せ、これを対称型に密着させ、太陽高度角２
４度以内を除く、有効入射全角１３２度、開口効率がす
べて５０％であることを特徴とする、特許請求の範囲第
１項記載の屋上用全天光集光系。
（３）すべて同一のフレネル角４５．８１０度又はその
近傍の角度を有する１枚のフレネル・レンズのフレネル
面を下向きとし、その平面側を、特許請求の範囲第２項
記載の、密着対称型・２枚構成の集光系の下面に密着さ
せ、集光系を３枚構成としたことを特徴とする、特許請
求の範囲第１項及び第２項記載の屋上用全天光集光系。
（４）特許請求の範囲第２項、第３項記載の集光系を小
型化し、それ等複数個を、１枚の透明板上に、並列配置
し、その有効径全面をカバーせしめたことを特徴とする
、特許請求の範囲第１項、第２項及び第３項記載の屋上
用全天光集光系。
（５）全面同一のフレネル角５７．７１７度又はその近
傍の角度を有するリニアー型フレネル・レンズ２枚の、
フレネル面を向き合せ、これを対称型に密着させ、太陽
高度角２４度以内を除く、有効入射全角１３２度、開口
効率すべて１００％なる２枚構成の集光系に於て、その
フレネル有効面を南向きに固定させ、又はその有効面が
、常に太陽方向と直交する如く、これを地球自転軸の平
均的回転角、１時間１５度で、等角速度回転させること
を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の屋上用全天
光集光系。
（６）全面同一のフレネル角４５．８１０度又は其の近
傍の角度を有する１枚のリニアー型フレネル・レンズの
フレネル面を下向きとし、その平面側を、特許請求の範
囲第５項記載の、密着対称型・２枚構成の集光系の下面
に密着させ、集光系を３枚構成としたことを特徴とする
、特許請求の範囲第１項及び第５項記載の屋上用全天光
集光系。
（７）全面同一のフレネル角５７．７１７度又はその近
傍の角度を有するリニアー型フレネル・レンズの、平面
側を受光面とし、集光系を１枚で構成させたことを特徴
とする、特許請求の範囲第１項及び第５項記載の屋上用
全天光集光系。
（８）全面同一のフレネル角５７．７１７度又はその近
傍の角度を有するリニアー型フレネル・レンズ２枚の、
フレネル面を向き合せ、これを対称型に密着させ、その
有効フレネル面を上向きとし、（第１８図参照）これを
家屋の東西南北四方向に設置されている窓の、透明窓ガ
ラスの内側に配し、更にその内側に透明ガラスを配し、
その周囲を細いサッシュ枠等で固定し、窓の開閉を可能
とし、各一方向の窓に対し、高度６６度以上を除き、こ
の間の開口効率はすべて１００％で、本邦全土に渉たり
、四季を通じ、日出から日没まで、太陽直射光は勿論、
天空散乱光も併せ集光し、これを四方向より、夫々２枚
構成の集光系で屈折・反転せしめ、屋内天床方向に射出
することを特徴とする窓用全天光集光系。
（９）全面同一のフレネル角４５・８１０度又はその近
傍の角度を有する１枚のリニアー型フレネル・レンズの
、平面側を、特許請求の範囲第８項記載の、密着対称型
・２枚構成の集光系に密着させ、すべての有効フレネル
面を上向きとし、これを透明窓ガラスの内側に配したこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第８項記載の窓用全天
光集光系。
（１０）特許請求の範囲第８項、第９項記載の集光系を
、小型化し、それ等複数個を、透明窓ガラスの内側に並
列配置し、その有効径全面をカバーせしめることを特徴
とする、特許請求の範囲第８項、及び第９項記載の窓用
全天光集光系。
（１１）特許請求の範囲第２項記載の、密着対称型・２
枚構成の集光系を、透明窓ガラスの内側に配したことを
特徴とする、特許請求の範囲第２項記載の窓用全天光集
光系。
（１２）特許請求の範囲第３項記載の、密着・３枚構成
の集光系を、透明窓ガラスの内側に配したことを特徴と
する、特許請求の範囲第３項記載の、窓用全天光集光系
。
（１３）特許請求の範囲第２項記載の、密着対称型・２
枚構成の集光系を、その中心で折半し、その一折半に於
て、その中心が有効径の一辺の中央に位置する如くし、
（第５４図参照）その中心位置を北方向に向けて固定し
、有効入射全角に対し、開口効率がすべて１００％であ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項及び第２項
記載の屋上用全天光集光系。
（１４）特許請求の範囲第１３項記載の、密着対称型２
枚構成の集光系の中心を、下に向け、透明ガラスの内側
に配したことを特徴とする、特許請求の範囲第８項記載
の窓用全天光集光系。