JPH0618768A - 太陽光採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構成で太陽光を効率よく集めて
希望部分に送ることができる様な装置を提供する。 【構成】 リニアフレネル板およびフレネルレンズを組
合わせた集光部によって太陽光を集める基本構成と、季
節及び時間によっては外部ミラーを補助的に用いて前記
集光部からの集光を可能とし、更に集光部からの透過光
を効率良く受光部へ集める様に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を光彩し光ファ
イバーで導光して室内照明等に利用する装置に関し、従
来の光ファイバー採光装置の如き複雑高価な追尾機構を
持たずに、太陽光受光部に集導光する装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】フレネルレンズまたは反射鏡を使用して
太陽光を集光し、光ファイバーまたは光ダクトを使用し
て室内に導光し、照明として利用する装置については、
既に種々の機構からなる装置が提案・実用化されてい
る。

【０００３】光ファイバーで導光する方式のものでは、
直径１cm程度の石英製光ファイバーバンドルにより、採
光場所から数10m 離れた既設室内の自由な場所に僅かな
減衰で導光できるが、季節・時刻によって投射方向の変
化する太陽直接光を断面積の小さい光ファイバーバンド
ルに導入するためには、マイコンプログラムまたは光セ
ンサーとサーボモーターを組合せた複雑・高価な追尾装
置を受光部に付設し、レンズと光ファイバー端部を含む
受光部全体を太陽に追尾して移動させる必要があった。

【０００４】内面を反射鏡にした光ダクトで導光する方
式のものでは、光ダクトの断面積は光ファイバーのそれ
に比べてはるかに大きいので、特公昭63-36644や特開平
1-161604等に見られるように、追尾装置なしでも光ダク
ト内に導光できるものがある。しかしながら光ダクト内
面反射による減衰は光ファイバーの場合よりはるかに大
きいので導光可能距離は通常数ｍ程度に限られ、照明使
用できる範囲が限定される。また、設置場所ごとに光ダ
クトを個別に設計する必要があった。

【０００５】更にリニアフレネル板を複数枚組合せるこ
とにより、日の出から日没まで天空上を大きく移動する
太陽直接光を採光し、透過光を一定の角度範囲内に抑え
るという思想は、特公昭63-36644および特開平3-5671に
みられるように公知である。この方法によりほぼ終日の
太陽光を光ダクトに導くことは可能であるが、断面の直
径が通常数mm程度の光ファイバーバンドルに直接導くこ
とはできない。

【０００６】また、ある緯度である季節に最適のリニア
フレネル板設置角度を選定してこれを固定したとする
と、他の季節では太陽の高度角変化により、太陽光がか
なりの時間帯でリニアフレネル板表面で全反射するとい
う現象が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複雑
高価な追尾装置を用いなくとも、太陽光を効率良くファ
イバーに導入できる装置を提供する点にあり、特にレン
ズを含む採光面および光ファイバー端部を含む受光部の
固定設置をより軽量化できると共に、安価でかつ顧客側
で簡単に設置利用できる様な太陽光採光利用装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽光採光装置
の構成は、複数枚の直交配設したリニアフレネル板およ
びフレネルレンズを組合せた集光部と、法線に対して前
後左右に傾動可能なミラーと、該ミラーを介してレネル
レンズの焦点付近に設置され背部に光ファイバーを接続
した受光部と、受光部の周囲に設置された複数個の感光
体より成り、前記リニアフレネル板への太陽光入射角度
の大きい変化を前記リニアフレネル板の組合せによって
透過光の角度変化を狭め、かつ感光体の作用により前記
ミラー角度を自動的に変化させることにより前記リニア
フレネルレンズからの透過光軸を常に前記受光部に合せ
る様に構成したことを要旨とするものである。

【０００９】本発明に用いるリニアフレネル板は、フレ
ネル角およびその組合せならびに装置設置場所の緯度に
応じて選定した設置角度等によりリニアフレネル板に照
射する午前（または午後）の或は季節による太陽光の大
きい入射角度化を、透過光としては方位角、高度角とも
±40度程度以内の変化に収める。また、リニアフレネル
板の周囲に外部ミラーを設置し、午前（または午後）の
太陽光の入射角変化を外部ミラーを介してリニアフレネ
ル板面に照射する。この外部ミラーは午前用ミラーと午
後用ミラーの組合せによって構成されるが、これらを南
面から見て線対称のＶ字形となる様に配置することによ
り、全季節の全昼間の太陽光を±40程度以内の角度変化
でリニアフレネル板の下側に導くことができる。

【００１０】次にリニアフレネル板に近接して設置した
フレネルレンズにより透過光を絞るが、フレネルレンズ
と焦点との間に可動ミラーを介在させ、可動ミラーでの
反射後に焦点を結ばせる。該焦点付近には受光部を設置
して該受光部に透過光を導入するが、太陽光の入射角度
化によって光軸が受光部から外れる様な時刻及び／或は
季節になると受光部の周囲に設置した複数個の感光体の
いずれに光が照射され、これを受けて可動ミラーが前記
感光体のいずれにも光が照射されなくなるまで打消す方
向、即ち受光部に導光する方向に角度を変えるので、太
陽光の入射角が変化しても透過光は常に受光部に導光さ
れる。

【００１１】なお、リニアフレネル板透過光の方位角お
よび高度角の設計中央値からのずれ角と、その場合の可
動ミラーの必要な傾斜角は１：１で対応するので透過光
の角度変化範囲を例えば±40度以内程度に収めることに
より、可動ミラーの必要可動角も±40度程度以内に収め
ることができる。

【００１２】

【作用】本発明で選定したリニアフレネル板の種類と組
合せならびに設置角度を、実施例として図示した装置に
より以下説明する。

【００１３】図１において、採光装置１は例えばプラス
チック製等の軽量の凾体を本体とし、その前面にリニア
フレネル板２を装着している。図１では１枚のリニアフ
レネル板２しか見えないが、本実施例では図２および図
３に示すように２枚で１組みとし、リニアフレネル板２
の下に別のリニアフレネル板２をリニア方向が直交する
様に積層し、且つこれらを高度角45°の傾斜を基準角と
して採光装置１に取付けた。

【００１４】本実施例に使用したリニアフレネル板２，
２は300mm ×300mm ×２mmの硬質アクリル製のものを使
用し、また図３に詳記したように、フレネル角は表面側
28.8°、裏面側3.7 °、溝幅１mmのものを直交状態で重
ねたが、勿論大きさ、素材、フレネル角、交差角度、枚
数等は本発明を制限するものではない。また本実施例の
場合は、採光装置１を表面のリニアフレネル板２と一体
になって、南北の子牛線軸から南面が東へ10°振れるよ
うに設置した（図６参照）。リニアフレネル板２の下面
には図２，図７に記したように、279 ×279 ×２mm、焦
点距離318mm 、溝数4.8 本／mmの硬質アクリル製のフレ
ネルレンズ３を密着設置した。勿論大きさ、焦点距離、
溝数、素材等は本発明を制限するものではない。

【００１５】図１で４は午後用外部ミラー、５は夏季午
前用外部ミラーであり、これらはいずれも厚さ２mmの硬
質アクリル板の裏面にアルミニウムを蒸着し保護塗装し
て製作した。午後用外部ミラー４は750mm ×350mm の長
方形のミラーを、東西方向で西に15°傾斜させ、夏季午
前用外部ミラー５は、長辺500mm 、短辺410mm の直角三
角形のミラーを、東西方向で東に35°傾斜させた。これ
らの素材、大きさ、傾斜角度等も本発明を限定しない。
尚ミラー４，５はその後辺４ａ，５ａを凾体上辺１ａか
らの垂線に一致させて設置しており、一方前辺４ｂ，５
ｂは採光装置１よりせり出させている。また両ミラー
４，５共、採光装置１と凾体と重なる部分は切欠いて採
光装置１の外階面に接着させている。

【００１６】なお本発明におけるリニアフレネル板、フ
レネルレンズ、外部ミラーの材質、使用枚数、形状、寸
法、設置角等は、上記および図示のものに限定されるも
のではなく、採光装置の設置場所（主として緯度）、必
要採光量、必要採光時間等により種々選定することがで
きる。

【００１７】図２は、実施例１における採光装置１の内
部構造を示す断面図である。テーパーコンジット８はガ
ラス製で、受光面の直径が13mm，また光ファイバーバン
ドル９との接続面の直径が５mmのものを使用した（長さ
50mm）。光ファイバーバンドル９は、多成分系ガラス製
の光ファイバー細線を直径５mmに束ねたもので、ゴム製
の保護管11で保護され、図示しない他端側は室内天井に
設置した放光装置（図示せず）に接続している。ホルダ
ー10は直径18mm，長さ70mmのアルミニウム製で、テーパ
ーコンジット８と光ファイバーバンドル９の接続部分の
保護、並びにテーパーコンジット８の採光装置１への取
付けを兼ねたものである。

【００１８】凾体内部には水平配置した可動ミラー12が
あり、その中心点から左上方向へ高度角50°で引いた線
がフレネルレンズ３の中心軸に相当し、一方可動ミラー
12の中心点から右上方向へ高度角50°で反射する方向の
線上にはテーパコンジット８が配設された様な構造とな
っている。図２に示された平面上の位置関係ではフレネ
ルレンズ３の中心、可動ミラー12の中心、テーパーコン
ジット８の中心は直線上に並んではいるが、リニアフレ
ネル板２に垂直な線上ではなく、図６に示すように東に
25°即ち子牛線より東に15°振っている。

【００１９】また、フレネルレンズ３の中心から、可動
ミラー12で反射して、テーパーコンジット８の受光面に
至る距離は、フレネルレンズ３の焦点距離318mm よりも
29mm短い296mm に設定されている。この位置ではフレネ
ルレンズ３で集光された光は１点に集まらず、直径約20
mmの円状に投影される。即ちテーパーコンジット８の表
面が焦点に一致するのを避けて該表面が局部的に高温に
さらされるのを防止するとともに、可動ミラー12による
光軸自動調節の精度が多少低くなっても集光された光束
のかなりの部分がテーパーコンジット８に導入される。

【００２０】なお、テーパーコンジット８，光ファイバ
ーバンドル９，ホルダー10，保護管11より成る受光部の
各材質、形状、寸法および取付位置は必ずしもこの実施
例に限られるものではなく、本採光装置１の用途並びに
リニアフレネル板２やフレネルレンズ３の種類と寸法に
より適宜最適のものを選択利用することができる。

【００２１】図１の採光装置１を大阪市内に設置した場
合について、各季節各時刻における太陽光がリニアフレ
ネル板２を透過した後の高度角（水平面とのなす角）お
よび方位角（子牛線とのなす角）を表１〜３に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】実施例ではフレネルレンズ３の中心から可
動ミラー12の中心を経てテーパーコンジット８に至る透
過光軸は、基準高度角を50°、基準方位角を−15°にと
っているので、可動ミラー12の基準角からの調整能力を
高度角で±30°、方位角で±40°とすると、高度角では
20°〜80°、方位角では−55°〜25°が受光可能範囲と
なる（方位角における＋は左側を意味する）。結局実施
例１の装置を用いた場合は、高度角及び方位角共に透過
光の角度変化を±40°以内に納めることができる。

【００２６】この範囲を表１〜３から選ぶと、冬至では
リニアフレネル板２への直接入射光が得られるのは、７
時過ぎの日の出直後から12時30分頃まで、また午後用外
部ミラー４を反射した後リニアフレネル板２に入射する
光は11時30分頃から17時前の日没直前までであり、した
がって終日受光できることがわかる。

【００２７】なお外部ミラー反射光は、外部ミラー４，
５とリニアフレネル板２との位置関係如何によっては必
ずしも常時リニアフレネル板２の全面に入射するとは限
らず、外部ミラー４，５の反射率の影響もあり、平均光
量は直接入射光の60％程度である。春分（秋分でも略同
じ）では、直接入射光は６時過ぎの日の出直後から正午
まで、また午後用外部ミラー４の反射光は11時半頃から
１８時前の日没直前まで、したがって終日受光可能であ
る。

【００２８】夏至では、直接入射光は６時前の日の出か
ら７時頃までしか受光できないが、夏季午前用外部ミラ
ー５の反射光は７時過ぎから12時40分頃で受光すること
ができる。

【００２９】したがって、図１で示した採光装置１を午
前用とし、南から見て対称形の採光装置を別途午後用と
して設置することにより、８月中旬から４月中旬まで
は、午前用、午後用共に終日採光機能を発揮する。また
４月下旬から８月上旬までは午前用は日の出直後から昼
過ぎまで、午後用は昼前から日没直前で採光することが
できる。

【００３０】このように、本例では夏季の受光能力が若
干弱いが、リニアフレネル板２の選択とその設置角度、
ならびに透過光軸の基準角の選択により、夏季に受光量
の多いものや、１日の採光時間は上記例より短いが昼間
の受光量の多いもの等、用途に応じ種々の機能の採光装
置を作ることができる。

【００３１】次に、可動ミラー12の機能を図２，図４，
図５および図７により説明する。可動ミラー12の下部に
は、該可動ミラー12の中心に対し点対称位置に複数個
（図では６個）の電磁石13と、該電磁石13に接する部分
に鉄片を付設したプラスチック製の腕木14を設けてい
る。可動ミラー12は腕木14に引張られて傾いても、電磁
石13、腕木14、電磁石取付棒15にぶっからぬように図４
に示すように相当部分に孔を設けている。

【００３２】一方テーパーコンジット８とホルダー10の
後部には太陽電池取付板16を設け、この前面に複数個の
太陽電池17を取付けている。各太陽電池17は図５に示す
ようにテーパーコンジット８を中心としてほぼ対称位置
に配設され、電磁石13の設置数と同数（Ａ〜Ｆの６組）
に分割結線されている。太陽電池17と電磁石13とは例え
ば図２でテーパーコンジット８の上部にある太陽電池17
（即ち図５でＡのグループの太陽電池17）は、図２で可
動ミラー12の中心より右側に図示した電磁石13に結線さ
れ、図５でＢのグループの太陽電池17は図２の左側の電
磁石13に結線されている。

【００３３】従って、図２でリニアフレネル板２透過光
の高度角が基準各の50°より大きくなると、可動ミラー
12が水平に近い状態では反射光はテーパーコンジット８
より上部の、図５のＡに相当する太陽電池17に照射され
る。するとＡの太陽電池17の起電力により、図２で右側
の電磁石13が作動し、腕木14に引かれて可動ミラー12が
右下に傾く。腕木14の支点位置と、腕木14の下に付設し
た鉄片の形状および腕木14の下にばねを付設（図示を省
略）することにより、可動ミラー12の傾斜角を電磁石13
の吸引力に応じ数段階に変化させることができる。した
がってＡの太陽電池17への照射光面積に応じて可動ミラ
ー12が傾く。傾きすぎて可動ミラー12の反射光がテーパ
ーコンジット８より下部の、図５でＢのグループの太陽
電池17を照射すると、今度は左側の電磁石13が働き、可
動ミラー12を左下に傾ける。

【００３４】リニアフレネル板２を、透過した光の方位
角における基準角−15°からのずれに対しても、同じよ
うに太陽電池17と電磁石13の働きにより可動ミラー12の
反射光が常にテーパーコンジット８を照射するように可
動ミラー12の傾きが自動的に設定される。

【００３５】なおフレネルレンズの中心から可動ミラー
12で反射して太陽電池17に至る距離は、図２の場合はフ
レネルレンズ３の焦点距離318mm よりも15％長い366mm
に設定している。このため太陽電池17面での照射光は直
径約45mmに拡散しており、焦点での昇温により太陽電池
17を傷つけることはなく、かつ隣接するグループの太陽
電池17にもまたがって照射することにより、隣接する電
磁石13がバランスよく可動ミラー12を傾ける。

【００３６】図２より明らかなように電磁石13と腕木14
の位置関係ならびにフレネルレンズ３、テーパーコンジ
ット８と可動ミラー12の位置関係等から、可動ミラー12
の許容傾角は±40がほぼ限度であり、また可動ミラー12
の傾角が大きくなるとリニアフレネル板２の透過光のう
ち可動ミラー12を反射してテーパーコンジット８に到達
できる光量が大幅に減少することがわかる。このことか
らリニアフレネル板２で太陽光の高度角および方位角変
化を狭い範囲（実施例１では±40°の範囲、実施例２で
は±53°の範囲）に変換していることが本発明を成立さ
せている主要因であると言える。

【００３７】図６は図２とは別構造の可動ミラー駆動機
構を持つ場合で、より緻密な採光装置の一例を示すもの
である。図６の場合はパルスモーター18を付設した傾斜
ステージ19を２台直交して積み重ねており、パルスモー
ター18で、傾斜ステージ19に内蔵されたウオームギヤを
回転させることにより可動ミラー12を前後左右の所要角
度に傾斜させる。図６の場合は可動ミラー12の傾斜中心
点を傾斜ステージ19の中心軸上で可動ミラー12の上部20
0mm の位置にとっているので、可動ミラー12はこの点を
中心として半球状に動くことができる。このため可動ミ
ラー12の寸法は図２の場合よりはるかに小さくすること
が可能でフレネルレンズ３からの照射光を効率よく反射
させることができる。しかし図６の場合もフレネルレン
ズ３、テーパーコンジット８とに可動ミラーの位置関係
および傾斜ステージ19の寸法等の経済的制約から可動ミ
ラー12の傾斜角を±40以上にすることは困難である。

【００３８】図６の場合はテーパーコンジット８とホル
ダー10の後部にフォトダイオード取付板20を設け、この
上に図７に示すように多数（図７の場合は60個）のフォ
トダイオード21を配列している。図６の場合はフレネル
レンズ３の中心から可動ミラー12で反射してフォトダイ
オード取付板20の中央に至る距離を、フレネルレンズ３
の焦点距離318mm よりも10％長い350mm に設定している
ので、可動ミラー12が水平の場合はフォトダイオード取
付板20を照射する光は、フォトダイオード取付板20の中
央部で直径30mm、周辺部では直径60〜70mmとなる。

【００３９】図７に示すように、フォトダイオード取付
板20上のフォトダイオード21の配列間隔はいずれの部分
でも照射径より小さくしているので、フォトダイオード
取付板20上の照射光は中央のテーパーコンジット８を照
射していない場合は常に１〜３個のフォトダイオード21
を照射する。

【００４０】図７に示すようにフォトダイオード21は
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４グループ別に結線し、採光装置１の
内部または室内に設けた簡単な制御盤（図では省略）を
通じ、Ａ部のフォトダイオード21に光が照射している間
は図６で可動ミラー12を左上に、またＢ部の場合は右上
に、Ｃ部の場合は奥の方に、Ｄ部の場合は手前側にそれ
ぞれ移動するようにパルスモーター18を作動させる。ま
た制御盤により、室内に設けたスイッチを押せば、いず
れかのフォトダイオード21が作動する迄可動ミラー12を
図６で左右に30°、前後方に40°の範囲内でサーチング
させることができる。このようにしてリニアフレネル板
２からの透過光が高度角で50°±30°，方位角で−15°
±40°の範囲内にあるかぎり透過光をテーパーコンジッ
ト８に導くことができる。

【００４１】なお図６の場合はフレネルレンズ３から可
動ミラー12で反射してテーパーコンジット８に至る距離
をフレネルレンズ３の焦点距離318mm よりも５％短い30
2mmに設定しているので、テーパーコンジット８位置で
の光束径は15mmとなり、直径13mmのテーパーコンジット
８では入射光の75％まで受光することができる。

【００４２】制御盤およびパルスモーター18を駆動させ
る電源は、室内からの電源を使用してもよいし、採光装
置１の外側に駆動電源用の太陽電池を付設することもで
きる。

【００４３】

【実施例】図１は本発明の実施例の採光装置本体および
外部ミラーの外観図であり、図３は採光装置本体前面に
装着したリニアフレネル板の構造図である。採光装置本
体、外部ミラーおよびリニアフレネル板の各材質、寸法
ならびに実施例の大阪市内における設置角度については
既に記した。実施例１の場合の採光装置本体内部の構造
を図２に、可動ミラーの平面図を図４に、また太陽電池
の配置図を図５に夫々示す。これらの主要構成部品の材
質、寸法、配置関係および機能に関しても既に記した。

【００４４】実施例１では電磁石13は直径30mm，高さ25
mmで24Ｖ，85mAのものを６個使用した。また太陽電池17
は8.1 Ｖ，81mAのものを18個使用し、図５に示したよう
に６組に分けて３個ずつ直列接続して使用した。可動ミ
ラー12は、直径300mm 、厚さ２mmの硬質アクリル板の裏
面にアルミニウムを蒸着し、保護塗装して製作した。図
２に示すようにボルト孔22を４カ所設けるとともに図１
で示した外部ミラー支持板７にもボルト孔を３カ所設け
（図示せず）、建築物の屋上に直接、または屋根上の取
付台に固定できるようにした。図１の外部ミラー６支持
棒はアルミニウム製である。吸排気孔23は、昼夜におけ
る装置本体内部の温度差による空気の膨張、収縮に対処
するものである。

【００４５】本実施例では、秋から春にかけての晴天日
には30cm角のリニアフレネル板に照射する太陽光に対
し、午前中平均では15％程度、午後平均では８％程度の
光量が光ファイバーを通じ室内に導くことができた。ま
た夏季午前では採光率は10％程度であった。これらの値
は既に実用化されている太陽光採光装置に比べて小さい
が、採光量はリニアフレネル板とフレネルレンズの寸法
を大きくすることで容易にふやすことができるので、実
施例１により実用化の目処が得られた。

【００４６】次に実施例２について説明する。実施例２
の場合の採光装置本体内部の構造を図７に、またフォト
ダイオードの配置を図８に示す。これらの主要構成部品
の材質、寸法、配置関係および機能に関しては既に記し
た。可動ミラー12は実施例１と同材質で直径は160mm で
ある。

【００４７】本実施例では、秋から春にかけての晴天日
には、30cm角のリニアフレネル板に照射する太陽光に対
し、午前中平均では60％程度、午後平均では35％程度の
光量を光ファイバーを通じ室内に導くことができた。ま
た夏季午前では採光率は40％程度であった。

【００４８】次に実施例３では、図３と同じ２枚組のリ
ニアフレネル板を南北の子牛線軸から南面が西へ60°振
るように設置した。この場合は、表４に示すように、冬
至では８時40分頃から15時50分頃まで、春分では８時40
分頃から16時30分頃まで、夏至は８時20分頃から16時30
分頃までの太陽光を本装置内に採り入れることができ
る。

【００４９】

【表４】

【００５０】装置内には図８に示す可動ミラー駆動機構
を設置した。図８において、可動ミラー回転軸24はフレ
ネルレンズの中心軸上に、つまりリニアフレネル板の中
心に垂直に取付けられており、可動ミラー回転軸24の下
部に取付けられたパルスモーター(A) （図示せず）によ
り、360 °回転できるようになっている。

【００５１】可動ミラー回転軸24には、可動ミラー移動
軸25，フォトダイオード取付板(B)26，テーパーコンジ
ット８と光ファイバーバンドル９（図示せず）を保持す
るホルダー10が取付けられている。ホルダー10の前面周
辺には、フォトダイオード取付板(C) 27が、また可動ミ
ラー移動軸25の片側には可動ミラー12（図８では裏面が
示されてている）が、またその逆側には可動ミラー12と
略同重量のバランサー28が取付けられている。

【００５２】可動ミラー移動軸25は、その下部に取付け
られたパルスモーター(B) （図示せず）により、可動ミ
ラー回転軸24から可動ミラー12までの距離を５〜250mm
の範囲で、リニアフレネル板２に対し平行移動できるよ
うにしている。また、テーパーコンジット８の軸が常に
可動ミラー12の中心を向くよう可動ミラー移動軸25の移
動に連動してホルダー10の保持角度が変わるようにギア
（図示せず）が取付けられている。

【００５３】フレネルレンズ３とテーパーコンジット８
との直線距離はフレネルレンズ３の焦点距離318mm より
５％短い302mm としている。またフレネルレンズ３と平
行に焦点距離より20％長い382mm の位置にフオトダイオ
ード取付板(A)29 を設置している。フレネルレンズ３の
直径が約300mm であるので、リニアフレネル板２に入射
しフレネルレンズ３で絞られた光束が可動ミラー12に照
射していない場合は、フオトダイオード取付板(A) 29上
に約60mmの円を描く。この円の各季節、時間での移動範
囲を図示すると図９のようになる。したがって図９のハ
ッチングで示した部分に、相互に60mmを超ない間隔でフ
ォトダイオード30を並べておけば、本装置で受光可能な
方向から太陽光が照射すればフォトダイオード取付板
(A)29 上に設置したフォトダイオード30群のいずれかに
入光する。フォトダイオード30は本装置で採光した光を
利用する全ての室内に設置したコントローラ（図示せ
ず）に結線されており、必要な方向への動作信号を、コ
ントローラを通じてパルスモーターに与える。これらの
動作により可動ミラー１２が入射光に対しほぼ適切な位
置に移動すると、入射光は可動ミラー１２で反射しフォ
トダイオード取付板(A) 29上には照射せず、フォトダイ
オード取付板(B)26 上に照射する。フォトダイオード取
付板(B)26 上のフォトダイオード30群はテーパーコンジ
ット８に対し、上下左右に(ア)(イ)(ウ)(エ)の４群に区分さ
れており、テーパーコンジット８より上部に設置した
(ア) 群および(イ) 群のフォトダイオード30に入光した場
合は可動ミラー12を可動ミラー回転軸24から遠ざける方
向にパルスモーター(B) に回転信号を与え、(ウ) 群およ
び(エ) 群に入光の場合は近づける方向に回転信号を与え
る。またテーパーコンジット８より向かって左側の(ア)
群および(ウ) 群への入光は、可動ミラー回転軸24を左回
転させるようにパルスモーター(A) に回転信号を与え、
向かって右側の(イ) 群および(エ) 群への入光は右回転さ
せる方向に回転信号を与える。

【００５４】このようにして可動ミラー12の位置が絞ら
れ、可動ミラー12からの反射光がフォトダイオード取付
板(C)27 に照射すると、上記と同様の操作により可動ミ
ラー12の位置が微調整され、リニアフレネル板２および
フレネルレンズ３を透過した太陽光は可動ミラー12表面
での損失（約10％）を除きほぼ完全にテーパーコンジッ
ト８に入光する。

【００５５】以上述べた様な、可動ミラー12位置を自動
設定する制御手順を図示すると図10のようになる。図10
におけるＡ，Ｂ，Ｃおよび(ア),(イ),(ウ) はそれぞれの取
付板上のフォトダイオード群を示している。なおフォト
ダイオード取付板(A)29 上のフォトダイオードは可動ミ
ラー回転軸24に近いもの(ア) 群と遠いもの(イ) 群に分け
るとともに、可動ミラー移動軸25上に位置センサ（図示
せず）を設け、制御に利用した。また光ファイバーバン
ドル９のねじれを防止すべく可動ミラー回転軸24が360
°を超えては回転しないようにストッパーを設けるとと
もに、可動ミラー回転軸24上には可動ミラー12が図９に
おける春分線のどちら側にあるかを検知する位置センサ
（図示せず）を設け、Ａ(ア) 照射の場合は回転が360 °
に達すると逆回転するように、またＡ(イ) 照射の場合は
春分線から左右必要な範囲でサーチングするようにし
た。

【００５６】

【発明の効果】本発明の太陽光採光利用装置は上記の様
に構成されているので、複雑高価な追尾装置を用いなく
とも、太陽光を効率良く光ファイバーに導入できること
となった。特にレンズを含む採光面および光ファイバー
端部を含む受光部の固定設置をより軽量化できる様にな
ったので、装置価格が安価であり、かつ顧客側でこれを
簡単に設置利用できる様になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】採光装置本体および外部ミラー外観図。

【図２】実施例１の場合の採光装置内部構造図。

【図３】リニアフレネル板の形状および組合せの例図。

【図４】実施例１の場合の可動ミラー平面図。

【図５】実施例１の場合の太陽電池配置図。

【図６】実施例２の場合の採光装置内部構造図。

【図７】実施例２の場合のフォトダイオード配置図。

【図８】実施例３の場合の採光装置内部構造図。

【図９】実施例３の場合の、絞られた光束の季節、時間
ごとの移動範囲を示す図。

【図１０】実施例３の場合の、可動ミラー位置を自動設
定する制御手順図。

【符号の説明】

１ 採光装置本体 ２ リニアフレネル板 ３ フレネルレンズ ４ 午後用外部ミラー ５ 夏季午前用外部ミラー ６ 外部ミラー支持棒 ７ 外部ミラー支持板 ８ テーパーコンジット ９ 光ファイバーバンドル 10 ホルダー 11 保護管 12 可動ミラー 13 電磁石 14 腕木 15 電磁石取付棒 16 太陽電池取付板 17 太陽電池 18 パルスモーター 19 傾斜ステージ 20 フォトダイオード取付板 21 フォトダイオード 22 ボルト孔 23 吸排気孔 24 可動ミラー回転軸 25 可動ミラー移動軸 26 フォトダイオード取り付け板（Ｂ） 27 フォトダイオード取り付け板（Ｃ） 28 バランサー 29 フォトダイオード取り付け板（Ａ） 30 フォトダイオード

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を採光し光ファ
イバーで導光して室内照明等に利用する装置に関し、従
来の光ファイバー採光装置の如き複雑高価な追尾機構を
持たずに、太陽光を受光部に集導光する装置に関するも
のである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複雑
高価な追尾装置を用いなくとも、太陽光を効率良く光フ
ァイバーに導入できる装置を提供する点にあり、特にレ
ンズを含む採光面および光ファイバー端部を含む受光部
の固定装置をより軽量化できると共に、安価でかつ顧客
側で簡単に設置利用できる様な太陽光採光利用装置を提
供することにある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽光採光装置
の構成は、複数枚の直交配設したリニアフレネル板およ
びフレネルレンズを組合せた集光部と、法線に対して前
後左右に傾動可能なミラーと、該ミラーを介してフレネ
ルレンズの焦点付近に設置され背部に光ファイバーを接
続した受光部と、受光部の周囲に設置された複数個の感
光体より成り、前記リニアフレネル板への太陽光入射角
度の大きい変化を前記リニアフレネル板の組合せによっ
て透過光の角度変化を狭め、かつ感光体の作用により前
記ミラー角度を自動的に変化させることにより前記リニ
アフレネルレンズからの透過光軸を常に前記受光部に合
せる様に構成したことを要旨とするものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】本発明に用いるリニアフレネル板は、フレ
ネル角およびその組合せならびに装置設置場所の緯度に
応じて選定した設置角度等によりリニアフレネル板に照
射する午前（または午後）の或は季節による太陽光の大
きい入射角変化を、透過光としては方位角、高度角とも
±40度程度以内の変化に収める。また、リニアフレネル
板の周囲に外部ミラーを設置し、午前（または午後）の
太陽光の入射角変化を外部ミラーを介してリニアフレネ
ル板面に照射する。この外部ミラーは午前用ミラーと午
後用ミラーの組合せによって構成されるが、これらを南
面から見て線対称のＶ字形となる様に配置することによ
り、全季節の全昼間の太陽光を±40程度以内の角度変化
でリニアフレネル板の下側に導くことができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】次にリニアフレネル板に近接して設置した
フレネルレンズにより透過光を絞るが、フレネルレンズ
と焦点との間に可動ミラーを介在させ、可動ミラーでの
反射後に焦点を結ばせる。該焦点付近には受光部を設置
して該受光部に透過光を導入するが、太陽光の入射角変
化によって光軸が受光部から外れる様な時刻及び／或は
季節になると受光部の周囲に設置した複数個の感光体の
いずれかに光が照射され、これを受けて可動ミラーが前
記感光体のいずれにも光が照射されなくなるまで打消す
方向、即ち受光部に導光する方向に角度を変えるので、
太陽光の入射角が変化しても透過光は常に受光部に導光
される。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】凾体内部には水平配置した可動ミラー12が
あり、その中心点から左上方向へ高度角50°で引いた線
がフレネルレンズ３の中心軸に相当し、一方可動ミラー
12の中心点から右上方向へ高度角50°で反射する方向の
線上にはテーパコンジット８が配設された様な構造とな
っている。図２に示された平面上の位置関係ではフレネ
ルレンズ３の中心、可動ミラー12の中心、テーパーコン
ジット８の中心は直線上に並んではいるが、リニアフレ
ネル板２に垂直な線上ではなく、東に25°即ち子牛線よ
り東に15°振っている。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】

【実施例】図１は本発明の実施例１および実施例２の採
光装置本体および外部ミラーの外観図であり、図３は採
光装置本体前面に装着したリニアフレネル板の構造図で
ある。採光装置本体、外部ミラーおよびリニアフレネル
板の各材質、寸法ならびに実施例の大阪市内における設
置角度については既に記した。実施例１の場合の採光装
置本体内部の構造を図２に、可動ミラーの平面図を図４
に、また太陽電池の配置図を図５に夫々示す。これらの
主要構成部品の材質、寸法、配置関係および機能に関し
ても既に記した。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】次に実施例２について説明する。実施例２
の場合の採光装置本体内部の構造を図６に、またフォト
ダイオードの配置を図７に示す。これらの主要構成部品
の材質、寸法、配置関係および機能に関しては既に記し
た。可動ミラー12は実施例１と同材質で直径は160mm で
ある。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】フレネルレンズ３とテーパーコンジット８
との直線距離はフレネルレンズ３の焦点距離318mm より
５％短い302mm としている。またフレネルレンズ３と平
行に焦点距離より20％長い382mm の位置にフォトダイオ
ード取付板(A)29 を設置している。フレネルレンズ３の
直径が約300mm であるので、リニアフレネル板２に入射
しフレネルレンズ３で絞られた光束が可動ミラー12に照
射していない場合は、フォトダイオード取付板(A) 29上
に約60mmの円を描く。この円の各季節、時間での移動範
囲を図示すると図９のようになる。したがって図９のハ
ッチングで示した部分に、相互に60mmを超えない間隔で
フォトダイオード30を並べておけば、本装置で受光可能
な方向から太陽光が照射すればフォトダイオード取付板
(A)29 上に設置したフォトダイオード30群のいずれかに
入光する。フォトダイオード30は本装置で採光した光を
利用する全ての室内に設置したコントローラ（図示せ
ず）に結線されており、必要な方向への動作信号を、コ
ントローラを通じてパルスモーターに与える。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】実施例３の場合の、絞られた光束の季節、時間
ごとのフォトダイオード取り付け板（Ａ）上での移動範
囲を示す図。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の直交配設したリニアフレネル
   板、並びにフレネルレンズを組合せた集光部と、法線に
   対して前後左右に傾動可能なミラーと、該ミラーを介し
   て前記フレネルレンズの焦点付近に設置され背部に光フ
   ァイバーを接続した受光部と、受光部の周囲に設置され
   た複数個の感光体より成り、前記リニアフレネル板への
   太陽光入射角度の大きい変化を前記リニアフレネル板の
   組合せによって透過光の角度変化を狭め、かつ感光体の
   作用により前記ミラー角度を自動的に変化させることに
   より前記リニアフレネルレンズからの透過軸を常に前記
   受光部に合せる様に構成したことを特徴とする太陽光採
   光装置。