JPH0757525A - 太陽光採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 側面に受光した太陽光によって特定波長の光
を励起し、その光を端面から発する光励起型の採光ファ
イバーと、採光ファイバーをその側面が太陽光に当たる
様に支持する支持台と、端面から発せられた光を伝送す
る導光ファイバーを備えた太陽光採光装置において、固
定設置方式により、年間を通して終日採光可能であり経
済的な太陽光採光装置を提供する。 【構成】 採光ファイバーＦの開口角をθ、装置の設置
場所の緯度を北緯β、子午線方向に沿わせて設置した装
置における採光ファイバーＦの子午線上の水平面に対す
る設置傾斜角をαとするとき、設置傾斜角αが、β−
（６６．５°−θ）＜α＜β＋（６６．５°−θ）の範
囲内になるように採光ファイバーＦを支持し、その採光
ファイバーＦの下側に反射鏡２を備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を例えば室内照
明用として採光するための太陽光採光装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】太陽光採光装置としては、太陽光を直接
採光する在来の採光窓，天窓のほか、採光した光をさら
に伝送する装置、例えば反射鏡を組合せたもの，光ダク
トを使用するもの，或いは光ファイバーで屋内に導光す
るもの等が実用化されている。この種の太陽光採光装置
の内、フレネルレンズの焦点位置に光ファイバーの端面
を配置し、太陽追尾装置を用いてフレネルレンズと光フ
ァイバーの端面を常に太陽光の方向に向けて採光を行う
方式は、採光および導光の効率が良く、採光装置の設置
場所に対する制約が少なく、さらには屋内の必要な場所
に導光できるため、原理上は優れたものである。しかし
この方式は、複雑高価な太陽光追尾装置を付設駆動させ
る必要があり、また、採光できるのは太陽直達光のみ
で、全天空光のかなりの部分を占める直達光以外の天空
光を採光することができず、曇天時には殆ど役に立たな
いものであった。

【０００３】これに代る太陽光採光装置として、太陽追
尾装置を設けず、直接太陽光を採光する材料として光フ
ァイバーを使用し、それにより太陽光を採光する装置が
考案されている。例えば特開平3-59901 号公報には、蛍
光物質を添加した光波長変換プラスチックファイバーを
組合せたものを採光材料として使用し、固定方式で採光
することができる太陽光採光装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記固
定方式による太陽光採光装置では、受光した光量に対し
導光部への伝達光量が小さいので、採光のための光ファ
イバーの本数を多数本使用しなければ、屋内にて必要と
する光量が得られないという問題があった。また、それ
ら多数本の採光ファイバーに接続する必要のある導光フ
ァイバー束の直径が大きくなるとともに、高価になると
いう課題が残されていた。

【０００５】詳しく説明すると、上記した特開平3-5990
1 号に記載された実施例は、開口数N.A.＝0.72（即ち開
口角θ＝46.05 °）であり、含有する蛍光物質が異なる
３〜５種の光波長変換プラスチックファイバーを直列に
接続し、一方の端面である赤色発光側端面に反射材を設
けて光を反射させ、他方の端面である青色発光側の端面
に導光ファイバーを接続し、それにより、太陽光により
励起された光を取出すよう構成している。

【０００６】上記赤色発光側端面に反射鏡を設けてはい
るが、励起された光のうち青→赤の方向に進む光は、各
ファイバ内で順次吸収されるため、その反射鏡は、実質
は殆ど効果を発揮しない。このため採光ファイバー内で
励起された光のうち赤→青の方向に進む光のみが導光フ
ァイバーに伝達されることになる。特開平3 −59901公
報の実施例によると、赤色側端面に反射部材を設置する
代わりに光伝送ファイバーを接続してもよい旨記載され
ているが、その方法では赤色側端面からは赤色部で励起
発生した赤色光しか取り出せない。

【０００７】また、光ファイバーの性質上、採光ファイ
バーの表面に対しθ以内の角度で投射される光は光ファ
イバー表面で全反射し、採光ファイバー内に入射しな
い。このため、開口角θの大きい採光ファイバーを使用
する場合、採光ファイバーの設置方向および水平面に対
する設置角によっては、時間または季節により太陽光が
受光ファイバー上に投射してもその内部に入らず、従っ
て励起光が発生しないことになる。

【０００８】後述するように、採光ファイバー表面に投
射された太陽光量のうち、採光ファイバー内に入射し、
採光ファイバーの端面まで導光される光量は、１２. ５
％を超えることはできない。

【０００９】また、入射する太陽光において、可視光お
よび紫外光の全波長のうち各受光ファイバーに含まれる
蛍光物質に吸収されて励起光を発生する波長範囲は、そ
の一部分に限られるため、有効な波長の光がすべて吸収
利用されたと仮定しても、その光量は太陽光全可視光の
１０％程度に過ぎない。

【００１０】このため、採光ファイバー表面に投射され
た太陽光のうち採光ファイバー内に入射する太陽光の有
効な波長成分がすべて蛍光物質に吸収され、効率良く励
起光が発生し、透過率１００％として導光ファイバーま
で到達したとしても、その光量は採光ファイバー面へ照
射する太陽光の１％程度に過ぎない。

【００１１】しかも、蛍光物質を含む光ファイバーの透
光率は、含まないものに比べかなり低いので、採光ファ
イバーを長くすると、折角、励起された光が受光ファイ
バー内で吸収減衰してしまう。従って単位採光ファイバ
ーの適正長さは１〜２ｍ程度に規制され、あまり長くし
ても得られる光量を増加させることはできない。よって
屋内で利用に供しうる光量を導光するためには、極めて
多数本の採光ファイバーを並べなければならないことに
なる。このことは、屋内での必要光量を充足しうる太陽
光採光装置を製作した場合、装置１台当り、採光ファイ
バーに接続して屋内に導光する光ファイバー束の直径が
１５mm以上となり、１５〜２０ｍの導光長さを設定した
場合、光ファイバー素線材料コストが極めて高価にな
り、加えて太径配線が美観を損ねることにもなる。

【００１２】本発明は、以上のような光励起型の採光フ
ァイバーを使用した太陽光採光装置を実質的なものにす
るための種々の課題を解決したものであり、その目的
は、固定設置方式により、年間を通して終日採光可能で
あり経済的な太陽光採光装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１の本発
明は、側面に受光した太陽光によって特定波長の光を励
起し、その光を端面から発する光励起型の採光ファイバ
ーと、採光ファイバーをその側面が太陽光に当たる様に
支持する支持台と、端面から発せられた光を伝送する導
光ファイバーを備えた太陽光採光装置において、採光フ
ァイバーの開口角をθ、装置の設置場所の緯度を北緯
β、子午線方向に沿わせて設置した装置における採光フ
ァイバーの子午線上の水平面に対する設置傾斜角をαと
するとき、設置傾斜角αが、β−（６６．５°−θ）＜
α＜β＋（６６．５°−θ）の範囲内になるように採光
ファイバーを支持し、その採光ファイバーの下側に反射
鏡を備えたものである。

【００１４】即ち、蛍光物質を添加した光励起型のファ
イバーを、太陽光採光装置として適正化するための開口
数について検討し、適正な開口数の採光ファイバーを使
用する場合の、固定設置で周年、終日採光するための、
採光ファイバーの設置方向および設置場所（緯度）に基
づいて、選択すべき設置角（水平面に対する傾角）を定
め、さらに反射鏡を設けることにより励起効率を高めた
ことを特徴とする。

【００１５】請求項２の本発明は、側面に受光した太陽
光によって特定波長の光を励起し、その光を端面から発
する光励起型の採光ファイバーと、採光ファイバーの側
面を太陽に向けて支持する支持台と、端面から発せられ
た光を伝送する導光ファイバーを備えた太陽光採光装置
において、励起発生する波長幅が異なる２種類以上の採
光ファイバーを有し、それぞれの種類の採光ファイバー
で励起発生する光の波長幅と光量比について、屋内へ導
光後の各波長ごとの光量比が太陽光中の可視光の相当波
長ごとの光量比にほぼ等しくなるように、採光ファイバ
ーの各種類ごとの総延長長さ（単位長さ×本数）を選定
し、支持台に割り付けたものである。

【００１６】即ち、２種類以上の光励起型の採光ファイ
バーを使用し、各種類ごとの採光ファイバーの総延長長
さを選ぶことにより、取り出した光を、太陽光の可視光
部分の各波長の光量比に近づたことを特徴とする。

【００１７】請求項３の本発明は、側面に受光した太陽
光によって特定波長の光を励起し、その光を端面から発
する光励起型の採光ファイバーと、採光ファイバーの側
面を太陽に向けて支持する支持台と、端面から発せられ
た光を伝送する導光ファイバーを備えた太陽光採光装置
において、励起発生する波長幅の異なる各種採光ファイ
バーをそれぞれ複数本有し、該複数本は２，３または４
の整数倍の中から選択することとし、同一種類の採光フ
ァイバー同士を直接あるいは導光ファイバーを介して、
２本ずつ、３本ずつ、あるいは４本ずつ直列に接続し、
接続後に残る採光ファイバー端面に導光ファイバー接続
したものである。即ち、採光ファイバーが多数本であっ
ても、細い導光ファイバー束で効率よく屋内に導光する
ことを特徴とする。

【００１８】請求項４の本発明は、請求項１〜３の太陽
光採光装置において、直径が３００μｍ以下の多数本の
光ファイバーを直径３ｍｍ以上になるまで束ねて光ファ
イバー束を構成し、且つ該光ファイバー束の一方端面の
光ファイバー配列に対し他方端面の光ファイバー配列を
ランダムに配置させた光ファイバー束に、各採光ファイ
バーで励起された異なった波長幅の光を導入して混合す
ることにより、白色光または白色光に近似した光を取り
出すものである。即ち、多数の採光ファイバーで励起さ
れた波長幅の異なる（着色した）光を混合して白色光に
することを特徴とする。

【００１９】請求項５の本発明は、請求項１〜４の太陽
光採光装置において、導光ファイバーの端面から照射さ
れる光線の照射線上に、白色反射板を傾斜して配置する
ことにより、導光ファイバー端面の各部分から照射され
るそれぞれ特定波長幅の着色光を、その白色反射板で乱
反射させて混合し、発光器表面から白色光として屋内に
照射することを特徴とする。

【００２０】請求項６の本発明は、請求項１〜５の太陽
光採光装置において、採光ファイバーの開口角θが５３
゜＜θ＜６６．５゜の範囲内であることを特徴とする。
即ち、採光表面積に対し、採光ファイバーの端面から取
り出すことのできる光量を最大限にするには、採光ファ
イバー表面に照射される太陽光のうち、採光ファイバー
内に導入される光量の比率を極力大きくすることと、採
光ファイバー内で励起発生した光のうち、採光ファイバ
ー内を伝わって端面に達する光の比率を大きくすること
が肝要であるが、後述するように、両比率ともに採光フ
ァイバーの開口角の関数として求められる値である。こ
のことから、太陽光採光装置用の採光ファイバーとして
は、開口角を最適値に近づけることが必要となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず、採光ファイバー内で励起発生する光のう
ち、採光ファイバー内をその端部に向かって伝達される
光について説明する。

【００２２】採光ファイバー内に到達した太陽光線のう
ち、蛍光物質に吸収され励起作用を生じる波長範囲以外
の波長の光線は、そのまま採光ファイバーの他の側面か
ら放出されてしまうが、蛍光物質に吸収される波長の光
線は、蛍光物質に吸収された後、別波長の光として励起
発生する。その励起発生した光線は、吸収された太陽光
の入射方向と無関係に全方向に均一に放射されるため、
このうちの、図１に示す採光ファイバーの開口角θの範
囲内のものが、採光ファイバー内を伝わって採光ファイ
バー端面から出射することになる。

【００２３】図１に示す様に、蛍光物質で励起された光
は球状に全方向に均一に分布するので、全励起光量に対
する採光ファイバー内の一方向に伝達される光量の比率
Ｘは、球の表面積に対する図１の斜線部分の表面積の比
率となるから、球の半径を仮にＲとすると、Ｘ＝ｈ／２
Ｒとなる。ここにｈ＝Ｒ（１−cos θ）であるからＸ＝
（１−cos θ）／２となる。従って、採光ファイバー内
に伝達される光量を増やすには、採光ファイバーの開口
角θを大きくすべきである。

【００２４】その目的で実用的な光量比として２０％以
上を得るには、上式によりθ＞５３°にする必要があ
る。しかし、採光ファイバーを固定設置して採光する限
り、採光ファイバーを正確に天の子午線即ち天の北極と
天の南極を結ぶ線上に設置した場合でも、太陽光入射角
は夏至／冬至で約±２３．５°変化するため、固定設置
する採光ファイバーの開口角は、９０−２３. ５°即ち
６６. ５°を越えることはできない。

【００２５】次に光ファイバーと太陽光との配置につい
て説明すると、光ファイバーの性質上、光ファイバーの
側面に対し、開口角θ以内の角度で投射する光線は、光
ファイバー表面のクラッド部で反射されるため、光ファ
イバー内には入射しない。このため、採光ファイバーを
東西方向に設置した場合は、朝夕の太陽光については採
光ファイバー内に入射されなくなる。従ってクラッド部
を有する採光ファイバーＦで終日採光できるようにする
ためには、天の子午線方向に近い南北方向に採光ファイ
バーを設置しなければならない。

【００２６】また、採光ファイバーの開口角をθ（開口
数Ｎ. Ａ. ＝sin θ）、太陽光採光装置を設置する場所
の緯度を北緯β°とする場合、装置上の子午線方向に設
置した採光ファイバーの設置傾斜角（子午線上の水平面
に対する南傾斜角）をα゜とすると、冬至でも採光ファ
イバーの南側から見たθより大きい角度で太陽光が入射
するためには、

【００２７】β＋２３. ５＜９０°−（θ−α） でなければならず、また、夏至でも採光ファイバーの北
側から見たθより大きい角度で太陽光が入射するために
は、

【００２８】β−２３. ５°＞α＋θ−９０° でなければならない。この２式をまとめると、固定設置
で周年、太陽光を採光ファイバー内部に入射させるに
は、採光ファイバーの設置傾斜角αを

【００２９】 β−（６６. ５°−θ）＜α＜β＋（６６. ５°−θ） の範囲内にするのが適当である。

【００３０】子午線方向で上記“α”の傾角で設置され
た採光ファイバーは、遮蔽物がない限り終日の太陽光が
ほぼ均一に採光ファイバー内に入射する。この場合も図
２に示す様に、光ファイバーの性質上、太陽光の有効な
入射幅は、採光ファイバーの半径をγとすると、２γに
はならず、ほぼ２γcos θとなる。

【００３１】先に述べた様に、励起発生した光の利用率
は１−cos θに比例し、上記したように太陽光の有効入
射幅がcos に比例するため、両者を合わせた効率を最大
にするには、cos θ＝０. ５即ちθ＝６０°に近づける
のが有利であると言える。例えば、Ｎ. Ａ. ＝０. ８６
６（開口角θ＝６０゜）の採光ファイバーと、特開平3
−59901 号の実施例に記載のＮ. Ａ. ＝０. ７２（開口
角θ＝４６. ０５゜）の採光ファイバーとにおける採光
及び励起発光する光の端面への伝達比率を比較すると、
表１に示すようになる。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、例えば午前７時から午後５時までの
太陽光が、並列設置された採光ファイバーの隣接相手に
影にならない設置幅は、図２に示すように各採光ファイ
バーの断面中心間隔で下記式に示すように、

【００３４】

【数１】 以上にとる必要がある。

【００３５】上記の様に採光ファイバーの開口角および
設置間隔を最適値にした場合でも、太陽光の全波長幅に
対し、採光ファイバーに含まれる蛍光物質に吸収され光
励起作用を生じる波長幅は１０％程度であるから、採光
ファイバーへの太陽直達光量に対する、採光ファイバー
端面から取出し得る光量は、最大でも１. ３％程度にし
かならない。

【００３６】そこで、採光ファイバー端面から取出し得
る光量を増やすためには、太陽直達光以外の光線につい
ても可能な限り多く採光ファイバーの側面に投射させる
ことが重要となる。

【００３７】このための方法の１つとして、採光ファイ
バーの裏面に反射鏡を設置する構成について説明する。
その最も簡易な装置は図３に示すような平面鏡の設置で
ある。平面鏡Ｍの反射面ＭＬを採光ファイバーＦに密着
設置する場合は殆ど効果は認められないが、平面鏡の反
斜面ＭＬを採光ファイバーＦ下面から離して設置するこ
とにより、朝夕の光量の弱い時刻に、採光ファイバーＦ
裏面についても太陽光反射光を効率よく入射させること
ができる。平面鏡ＭＬではいずれの場合も正午前後の、
採光ファイバーＦに対し垂直に近い光線を裏面に受ける
ことはできないが、平面鏡ＭＬを採光ファイバーＦ下面
から採光ファイバー直径の１／４倍の距離に設置した場
合は、垂直に対し４８°付近まで、直径の１／２倍の距
離に置いた場合は６０°付近まで、直径と同じ距離に置
いた場合は７０°付近まで、直径の２倍の距離を置いた
場合は７９°付近まで、直径の３倍の距離を置いた場合
は８２°付近までの角度で入射する太陽光を平面鏡反射
により採光ファイバーＦの裏面に受けることができる。
しかし採光ファイバーＦ下面と平面鏡ＭＬとの距離を大
きく取ると採光容器の深さが大きくなり、かつ並列設置
した採光ファイバーＦの両端部から採光容器壁面までの
距離も大きく取る必要が生じることになり、このため採
光ファイバーＦの下面から平面鏡の反射面ＭＬまでの距
離は、採光ファイバー直径の０．５倍から２倍の範囲に
取ることが好ましい。

【００３８】また、採光ファイバーＦの開口角θが６
６．５°よりかなり小さい場合は、図４に示す様に、採
光ファイバーＦの南北両端側の、導光ファイバーを接続
した上部に採光ファイバーＦに対し６６．５°よりやや
小さい角度で平面鏡ＭＬ１及びＭＬ２を立てることによ
り、夏季および冬季の太陽光のかなりの量を採光ファイ
バ表面に反射投入させることができる。なお、この場合
には、増設した平面鏡ＭＬ１，ＭＬ２が、太陽直達光の
採光ファイバーＦへの直射の妨げにならぬよう、採光フ
ァイバーＦの水平面に対する設置傾斜角を極力設置場所
の緯度に近づける必要がある。

【００３９】また、採光ファイバー内で励起発生した光
であって、採光ファイバー側面から外部に放出される光
を、他の光源として、並列配置された隣の採光ファイバ
ーの光源の一部として利用することが考えられる。この
場合は短波長の光を吸収する採光ファイバーから、より
長波長の光を吸収する採光ファイバーに向う光は有効利
用されるが、逆向きの光は励起効果を持たない。従って
同一種類の蛍光物質を含む採光ファイバー毎にまとめて
設置するよりも、異種の蛍光物質を含む採光ファイバー
を相互に組合せて並べる方が受光量としては有利になる
が、採光ファイバーから励起発生して隣の採光ファイバ
ーに至る光量は太陽直達光の１％程度であるので、その
効果は小さい。そこで採光量を大幅に増やす方法とし
て、本実施例に示すように、励起発生した光を採光ファ
イバーの両端から取出す方法を実現した。

【００４０】採光ファイバー内で励起発生した光のう
ち、採光ファイバー内の１方向に導光される比率は、図
１に示した様に採光ファイバーの開口角がθであると
（１−cos θ）／２になるが、同一ファイバー内では逆
方向にも全く同量の光が導光されている。しかしなが
ら、この場合には特開平３−５９９０１号の実施例に記
載のような、吸収励起波長の異なる多種類の採光ファイ
バーを直列接続して白色光化する方法はとれない。なぜ
なら特開平３−５９９０１号に記載の方法では採光ファ
イバー内を赤→青方向に進む光は白色光として取出せる
が、青→赤方向に進む光は各採光ファイバー内で順次長
波長の光に変換され、変換効率は１００％よりかなり小
さいので、最終端では赤い採光ファイバー内で励起発生
した光以外は弱い赤色光のみとなってしまうからであ
る。

【００４１】したがって、本実施例のごとく採光ファイ
バーの両端から光を取出す場合は、各色の採光ファイバ
ー毎にその両端に導光ファイバーを接続し、これを図５
に示すように、すべて屋内の光を必要とする個所に導く
方法と、図６に示すように、採光ファイバーＦの片方端
に接続した導光ファイバーＣＦの他方端を、同一種類の
採光ファイバーＦに接続する方法とが実現できる。図６
に示す方法を採用すると、図５に示す場合に比べ、導光
される全光量はやや少なくなる反面、同じ本数の採光フ
ァイバーを持つ採光装置で、屋内に導光するためのファ
イバー本数を半分にすることができるという長所があ
る。各採光ファイバーの長さが１ｍ程度以内の場合は、
図７に示す様に相互結線を増やすことにより更に導光フ
ァイバーの本数を減らすことも可能である。

【００４２】このように同一種類の採光ファイバー毎に
導光ファイバーを接続する場合には、そのままではそれ
ぞれの導光ファイバーに導かれる光の波長幅が限られて
おり着色した光になっているので、導光ファイバーの途
中あるいは屋内の発光（光拡散）部分で、各導光ファイ
バーから伝送される着色した光を、白色光とするための
混合装置を設けなくてはならない。

【００４３】このための手段の１つとして、光ロッドを
利用する方法を以下に説明する。光ロッドは光ファイバ
ーの直径の大きいものであり、光ファイバーと同様にコ
ア部分と表面のクラッド部からなり、クラッド部で光が
反射または屈折することにより、開口角の範囲内で入射
した光が外部にもれることなくロッド内を伝達するよう
になっている。

【００４４】１台の採光ファイバー方式太陽光導光装置
で、屋内での照明に必要な照度を得るには、例えば直径
２mm、長さ１ｍの単位採光ファイバーでは１５０本程度
以上必要である。これを図６に示す方法で導光ファイバ
ーＣＦに取出す場合、直径２mmの導光ファイバーＣＦが
７５本となり、これを束ねると直径約１９mmとなる。そ
こで、この導光ファイバーＣＦの途中に直径約１９mm長
さ１００mm程度の光ロッドを直結し、その先に直径２mm
の導光ファイバーを７５本束ねたライトガイドを直結す
れば、白色光として屋内に導入することができる。

【００４５】次に、光ロッドの一端を加熱延伸して製作
したテーパを使用し、上記ロッドより短い長さで効率良
く白色光化し、さらに導光ファイバーの本数を著しく減
少させる構成を以下に説明する。多成分ガラス系の細い
光ファイバーを多数本束ねたものを熱融着させ、その一
端を加熱延伸して製造したマルチファイバーテーパは、
光学部品として既に実用化されているが、複数の着色光
を混合して白色光とするための器具としては適当ではな
い。本発明の目的を達成するためには、直径が１０mm以
上で、開口数が採光ファイバーの開口数より大きい光ロ
ッドの一端を加熱延伸して製作したシングルテーパが有
効である。

【００４６】例えば上述した直径２mmの導光ファイバー
７５本の場合では、採光装置出口付近の導光ファイバー
を束ねた個所で、太い側の直径が１９mm、細い側の直径
が４．８mm、長さ２５mmのシングルロッドテーパの太い
側を導光ファイバー束に直結すれば、シングルロッドテ
ーパの細い側の端面から、混合した白色光を取出すこと
ができる。

【００４７】この方法によるとシングルロッドテーパ以
降の導光ファイバー束は直径がもとの約１／４となり導
光ファイバー材料が前述の約１／１６にすることができ
るため、より高価になるものの、透光性の良い導光ファ
イバーを用いることにより、より長距離導光することが
可能となる。

【００４８】また、採光ファイバー内で励起発生した光
を導光、混合して太陽光に近い白色光を得るためには、
使用したそれぞれの種類の採光ファイバーの総延長長さ
の比率（単位ファイバー長さが等しい場合は、使用した
本数の比率）を適正な値にしなければならない。このた
めには、使用する採光ファイバーのそれぞれの太陽光照
射時の発光波長幅と照度を計測し、それぞれの採光ファ
イバーの波長幅での照度が、太陽光中の可視光の各波長
成分の照度比率になるように使用する採光ファイバーの
それぞれの長さの比率を合わせるのが妥当である。

【００４９】そしてこの場合には、４００nmから８００
nm程度の波長幅で、４５０nmから５５０nmの波長部分の
光量が最も多く、両側の波長に漸次減衰する光組成とな
る。これに対し、人間の目の感度を考慮し、より明るく
感じる光を効率良く得るには、やや長波長側の５５５nm
での光量が最大になるように使用する採光ファイバーの
長さ比率を選定するのが有利である。

【００５０】一方、導光ファイバーに安価なアクリル製
光ファイバーを使用する場合は、白色光を導光しても長
波長の赤い光が多く吸収され、屋内に導光後の光は青み
がかってしまう。この場合には赤色発光する採光ファイ
バーをやや多く利用することにより、屋内導光後の光を
白色光に維持する必要がある。

【００５１】上記した構成を用いて導光しても十分に白
色光化することができない場合、図１２に示すような、
内部に白色反射板を設置した発光器を使用することによ
り、着色光を完全に混合し、白色光にすることができ
る。すなわち、導光ファイバーの端面から照射される種
々の着色光は、いずれも傾斜配置された白色反射板に衝
突し、その表面で乱反射するために十分混合され、混合
後の光が発光器の表面から完全な白色光として屋内に照
射される。

【００５２】実施例１ 図８および図９に示すように、厚さ５mmの１ｍ×１ｍ角
のＦＲＰ製の台板１上に、厚さ２mmで裏面にアルミ蒸着
した１ｍ×１ｍ角のポリカーボネート製反射鏡２を接着
し、さらにその上に直径２mm、長さ１０３０mmの採光フ
ァイバーＦ １５０本を、芯〜芯間６. ５mmの間隔（両
端部は鏡面端部から１５. ７５mm）で並べ、鏡面上下端
部の採光ファイバーとの隙間に、幅４mm（端部各２本は
１４mm）長さ２０mm、厚さ２mmのポリカーボネート製ス
ペーサー３を接着して固定し、採光ファイバーＦ上面を
厚さ２mmの１ｍ×１ｍ角のポリカーボネート板４で被覆
した太陽光採光装置を試作した。

【００５３】使用した採光ファイバーＦは５種類であ
り、いずれも蛍光物質を含むコア部分ポリスチレン製で
開口数Ｎ. Ａ. ＝０. ７２（開口角θ＝４６. ０５°）
の光ファイバーで、商品名をオプテクトロンと称するも
のを日本石油化学株式会社より入手した。５種類のオプ
テクトロンは特開平３−５９９０１号に記載されている
ものと同種のものであり、その明細書に記載されている
各ファイバーの吸光特性値および発光特性値を太陽光の
各波長強度と比較し、白色光を得るために使用すべき本
数を算出すると、まず長さについては青色採光ファイバ
ーが３４．８ｍ，緑色採光ファイバーが２４．８ｍ，黄
色採光ファイバーが４１．６ｍ，橙色採光ファイバーが
２７．９ｍ，赤色採光ファイバーが２１．０ｍとなり、
後述するように同色のものを各２本ずつ直列すること、
およびアクリル製光ファイバーで導光することによる赤
色の減衰を考慮して、青色３２本，緑色２４本，黄色４
０本，橙色３０本，赤色２４本とした。

【００５４】各色採光ファイバーの配列は、西側より黄
色５本、青色１本、（黄色，青色，橙色各１本の組）３
組、（橙色，緑色，青色，黄色，赤色各１本の組）２４
組、（黄色，青色，橙色各１本の組）３組、黄色１本、
青色１本、黄色４本とした。

【００５５】図９に示すように、各採光ファイバーＦ
は、台板１から上下方向にそれぞれ１５mmずつ突出させ
て設置し、各突出部にそれぞれ外径３mm、内径２mm、長
さ３０mmのステンレス鋼製筒５を挿入し、該筒５内に旭
化成工業株式会社から入手した直径２mmコア部分アクリ
ル製の光ファイバー（商品名ルミナスＤ）６を挿入接続
し、該ステンレス筒５端面をエポキシ接着剤で固着し
た。

【００５６】上記アクリル製光ファイバー６は、図８に
示すように、装置の下端（南側）側は同色の採光ファイ
バーが直列接続されるように接続し、上端（北側）のも
のは全部を束ねて直径約２８mmの束とし、その束に直径
３０mm（コア部径２８mm）長さ１００mmの多成分ガラス
製光ロッド（Ｎ. Ａ. ＝１）７を接続し、さらに長さ１
０ｍのアクリル製光ファイバー８ １５０本を束ねたも
のを接続し、室内に導入した。

【００５７】図８に示す太陽光採光装置は、大阪市内の
ビルの屋上に設置したので、設置場所の緯度がβ＝３
４. ７°であり、採光ファイバーの開口角がθ＝４６.
０５°であることから、周年採光のための許容設置傾斜
角αは、請求項１記載の式より１４. ５５°＜α＜５
５. ４５°の範囲内であるが、冬期の採光を重視し、採
光ファイバーを正しく南北方向に向け、４５°の傾斜角
で北側を高くして設置した。

【００５８】一方、アクリル製光ファイバー束が導かれ
る室内には、図１０に示すように、厚さ３０mm、発光部
寸法１５０mm×４５０mmの発光器９を設置し、太陽光採
光装置から導いたアクリル製光ファイバー８を７５本ず
つに分配し、その発光器９の両端に配列し挿入した。発
光器９の発光部は、厚さ２mmのポリカーボネート板とし
その他は白色の硬質塩ビ板で製作した。

【００５９】上記構成を有する装置を使用し、室内に設
置した発光器９の表面での平均値で、夏期（７月〜８
月）晴天日の午前７時から午後５時までの間、平均１２
００ｌｘ、最大１８５０ ｌｘ、薄曇時で平均８５０ ｌ
ｘの照度を得た。

【００６０】実施例２ 図１１に示すように、厚さ５mmの０. ９ｍ×１. ８ｍの
ＦＲＰ製の台板３０上に、厚さ２mmで裏面にアルミ蒸着
した０．９ｍ×１．８ｍのポリカーボネート製反射鏡３
１を接着し、その上に直径２mm、長さ１８３０mmの採光
ファイバーＦ１３６本を、芯〜芯間６．５mmの間隔（両
端部は鏡面端部から１１．２５mm）で並べ、鏡面上下端
部の採光ファイバーＦの隙間に、幅４mm（端部各２本は
１０mm）、長さ２０mm、厚さ２mmのポリカーボネート製
スペーサーを接着して固定し、上面を厚さ２mmの０．９
mm×１．８ｍのポリカーボネート板３２で被覆した太陽
光採光装置を試作した。

【００６１】使用した採光ファイバーＦは、実施例１と
同種類の蛍光物質を含む光ファイバーであり、白色光を
得るために使用すべき本数を算出すると、青色３１. ６
本、緑色２２. ４本、黄色３７. ７本、橙色２５. ３
本、赤色１９. ０本となるので、整数化して青色３２
本、緑色２２本、黄色３８本、橙色２５本、赤色１９本
とした。各色の配列は、西側より青色４本、橙色１本、
（緑色，橙色，青色各１本の組）２組、（橙色，黄色，
緑色，青色，黄色，赤色の順の組）１９組、青色、橙
色、緑色、橙色、青色、橙色各１本、青色５本とした。

【００６２】各採光ファイバーＦにおける台板３０上か
らの上下方向の突出部分とアクリル製の光ファイバーと
の接続は実施例１と同方法で行なったが、接続したアク
リル製光ファイバーは、装置の上下各側にて各１３６本
ずつを束ねて直径約２６mmの束にし、これに外径２８mm
コア径２６mmの多成分ガラス製光ロッド（Ｎ. Ａ. ＝
１）を加熱軟化し一端を直径４．５mmになるまで延伸し
た長さ３５mmのテーパの太い側を接続し、細い側に直径
０. ２５mm長さ１５ｍの多成分ガラス製光ファイバー２
６０本を束ね直径６mmにした光ファイバー束３３をそれ
ぞれ接続し、その光ファイバー束３３の他方端を、室内
に設置した２個の発光器（図１２参照）にそれぞれ接続
した。発光器１３は厚さ５６mm、発光部寸法１４０mm×
４３０mmで、構成材は実施例１と同じであるが、内部に
外径５０mm、長さ４５０mmのアクリル管１４の内面に発
光フィルム１５（住友スリーエム（株）製ＳＯＬＦ）を
貼り付け、アクリル管１４内の軸方向に、アルミニウム
製白色板１６を斜めに挿入した発光部１４´と、アクリ
ル管１４の背面側に設けられ、アクリル管１４の裏面に
アルミ蒸着した断面放物線状の反射鏡１７を設置したも
のである。

【００６３】この太陽光採光装置は、図１１に示すよう
に採光部の上下各端面に、アクリル製の光ファイバーお
よび多成分ガラステーパを収納する容器を設け、該容器
の上部にそれぞれ厚さ２mm、幅９００mm×５００mmのポ
リカーボネートの裏面にアルミ蒸着して製造した反射鏡
３４を、台板３０に対し６５°の角度で設置した。なお
図中３５はテーパ収納筒である。この装置を大阪市内の
ビルの屋上に、採光ファイバーを正しく南北方向に向
け、台板３０を３４. ５°の傾斜角で北側を高くして設
置した。

【００６４】これらの装置を使用し、室内に設置した２
個の発光器１３の表面の平均照度で、年間を通じ、最高
３１００ ｌｘ、晴天時平均２６００ ｌｘ、薄曇時平均
１２００ ｌｘの値を得た。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、受光した光量を効率良
く導光部へ伝達することができ、採光のための光ファイ
バーの本数を増加させることなく、屋内にて必要とする
光量を得ることができるという効果がある。

【００６６】また、簡単な構成で太陽光採光装置を実現
することができ、且つ採光ファイバーに接続する導光フ
ァイバー束の直径も小さくすることができるため、装置
コストを削減することができるという長所がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る採光ファイバーの採光原理図であ
る。

【図２】採光ファイバーに対する入射光の状態を示す説
明図である。

【図３】本発明の一実施例に係る反射鏡配置図である。

【図４】同実施例に係る反射鏡配置図である。

【図５】同実施例に係る導光ファイバーの接続方法を示
す説明図である。

【図６】同実施例に係る導光ファイバーの接続方法を示
す説明図である。

【図７】同実施例に係る導光ファイバーの接続方法を示
す説明図である。

【図８】第一の実施例の太陽光採光装置の外観を示す斜
視図である。

【図９】図８に示す採光ファイバーの端部詳細図であ
る。

【図１０】第一の実施例に係る発光器の斜視図である。

【図１１】第二の実施例の太陽光採光装置の外観を示す
斜視図である。

【図１２】第二の実施例に係る発光器の斜視図である。

【符号の説明】

１ 台板 ２ 反射鏡 ４ ポリカーボネート板 ６ アクリル製光ファイバー ７ 多成分ガラス製光ロッド ８ アクリル製光ファイバー束 ９ 発光器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面に受光した太陽光によって特定波長
   の光を励起し、その光を端面から発する光励起型の採光
   ファイバーと、前記採光ファイバーをその側面が太陽光
   に当たる様に支持する支持台と、前記端面から発せられ
   た光を伝送する導光ファイバーを備えた太陽光採光装置
   において、 前記採光ファイバーの開口角をθ、前記装置の設置場所
   の緯度を北緯β、子午線方向に沿わせて設置した前記装
   置における前記採光ファイバーの子午線上の水平面に対
   する設置傾斜角をαとするとき、前記設置傾斜角αが、 β−（６６．５°−θ）＜α＜β＋（６６．５°−θ） の範囲内になるように前記採光ファイバーを支持し、そ
   の採光ファイバーの下側に反射鏡を備えたことを特徴と
   する太陽光採光装置。
2. 【請求項２】 側面に受光した太陽光によって特定波長
   の光を励起し、その光を端面から発する光励起型の採光
   ファイバーと、前記採光ファイバーの側面を太陽に向け
   て支持する支持台と、前記端面から発せられた光を伝送
   する導光ファイバーを備えた太陽光採光装置において、 励起発生する波長幅が異なる２種類以上の採光ファイバ
   ーを有し、それぞれの種類の前記採光ファイバーで励起
   発生する光の波長幅と光量比について、屋内へ導光後の
   各波長ごとの光量比が太陽光中の可視光の相当波長ごと
   の光量比にほぼ等しくなるように、前記採光ファイバー
   の各種類ごとの総延長長さを選定し、前記支持台に割り
   付けたことを特徴とする太陽光採光装置。
3. 【請求項３】 側面に受光した太陽光によって特定波長
   の光を励起し、その光を端面から発する光励起型の採光
   ファイバーと、前記採光ファイバーの側面を太陽に向け
   て支持する支持台と、前記端面から発せられた光を伝送
   する導光ファイバーを備えた太陽光採光装置において、 励起発生する波長幅の異なる各種採光ファイバーをそれ
   ぞれ複数本有し、該複数本は２，３または４の整数倍の
   中から選択することとし、同一種類の採光ファイバー同
   士を直接あるいは前記導光ファイバーを介して、２本ず
   つ、３本ずつ、あるいは４本ずつ直列に接続し、接続後
   に残る前記採光ファイバー端面に前記導光ファイバー接
   続したことを特徴とする太陽光採光装置。
4. 【請求項４】 直径が３００μｍ以下の多数本の光ファ
   イバーを直径３ｍｍ以上になるまで束ねて光ファイバー
   束を構成し、且つ該光ファイバー束の一方端面の光ファ
   イバー配列に対し他方端面の光ファイバー配列をランダ
   ムに配置させた光ファイバー束に、前記各採光ファイバ
   ーで励起された異なった波長幅の光を導入して混合する
   ことにより、白色光または白色に近似した光を取り出す
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽
   光採光装置。
5. 【請求項５】 前記導光ファイバーの端面から照射され
   る光線の照射線上に、白色反射板を傾斜配置した発光器
   が接続されている請求項１から４のいずれかに記載の太
   陽光採光装置。
6. 【請求項６】 前記採光ファイバーの開口角θが、５３
   ゜＜θ＜６６．５゜の範囲内である請求項１〜５のいず
   れかに記載の太陽光採光装置。