JPS62143007A - 太陽光集光方式 - Google Patents

太陽光集光方式

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JPS62143007A
JPS62143007A JP28534786A JP28534786A JPS62143007A JP S62143007 A JPS62143007 A JP S62143007A JP 28534786 A JP28534786 A JP 28534786A JP 28534786 A JP28534786 A JP 28534786A JP S62143007 A JPS62143007 A JP S62143007A
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JP
Japan
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light guide
lens system
sunlight
diameter
lens
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Application number
JP28534786A
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English (en)
Inventor
Takashi Mori
敬 森
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/32Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

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】 本発明は、太陽光を効率よく集束して、好ましくは、現
在市販されている最大直径のフレネルレンズ(約30c
m)を用いて現在市販されている直径約0.1mm程度
の光導体に最も効果的しこ、つまり、前記フレネルレン
ズによって形成される太陽像の直径が前記光導体の直径
より大きい場合に、前記太陽像の直径を前記光導体の直
径に略等しく又はそれ以下にするとともに、該光導体に
所定の入射角つまり該光導体の受容角(N−A)以内で
入射し得るようにした太陽光集光方式に関する。
近時、省エネルギ一時代を迎え、各方面において自然エ
ネルギーの利用について精力的に研究開発が進められて
いる。本発明もその一環としてなされたものであるが、
本発明は、自然エネルギーの中で、特に、太陽光エネル
ギーを効果的に利用することを目的としてなされたもの
である。太陽から地球に降り注ぐ太陽光エネルギーは厖
大なものであるが、その単位面積当りのエネルギー密度
はそれ程高くなく、そのままでは十分に利用できないこ
とは経験済みであり、そのため、この密度の低い太陽光
エネルギーをいかに高密度のエネルギーにするかという
点に大きな関心が寄せられている。また、太陽光エネル
ギーは熱エネルギーと光エネルギーを包含しているが、
従来の関心は、主として、熱エネルギーとして、あるい
は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して利用
することにあり、光エネルギーとしてそのまま照明等に
利用しようとする点までには到っていなかった。しかし
、太陽光エネルギーを光エネルギーとしてそのまま利用
できれば、変換ロスがなく、i?tも効果的であること
は明らかである。従って、太陽光エネルギーを高密度光
エネルギーとして捕え、この捕えた光エネルギーを任意
所望の箇所へ効率よく伝送できるようにすれば、その利
用価値は非常に大きく、しかも、非常に効率のよいもの
となる。
一方、近時、光通信に関する研究開発が進み、それに伴
なって光導体、一般的には、光ファイバーの研究開発も
進み、減衰率の非常に小さい光導体が容易に得られるよ
うになった。従って、この光導体を用いれば、集光した
太陽光の光エネルギーを効率よく任意所望の箇所に伝送
できるのであるが、現在、光通信として市販されている
光導体は直径が約0.1 mmであり、この直径約0.
1mmの光導体の中に現在市販されている直径30cm
程度のフレネルレンズにて集光した高密度の光エネルギ
ーを導入することは非常に困難であり、事実、通常の方
法で太陽を結像した時の太陽像の大きさは直径約0.1
 mmよりもはるかに大きく、このままでは集光した太
陽光の光エネルギーの極く一部を光導体内に導入するこ
とができるに過ぎず、実用化できないことは明らかであ
る。
本発明は、如上のごとき認識のもとになされたもので、
以下、図面を参照しながらその実施例につき説明する。
第1図は、本発明による太陽光集光方式を実施するため
の一例を説明するための光学的系統図で、図中、1は太
陽光を集光するためのレンズ系で。
該レンズ系は現在市販されている最大径(直径30cm
)のフレネルレンズで、好ましくは、1枚又は複数枚の
フレネルレンズによって構成されている。2はレンズ系
1の焦点近傍でかつ該焦点より遠い位置に配設された光
学系で、一般的に、リレーレンズといわれている類のも
のである。3はこの光学系2の焦点位置近傍に配設され
た光導体で、一般的に、光ファイバーとして知られてい
るものである。而して、この光導体3の直径は、前述の
ように約0.1mmであり、この直径約0.1 mn+
の光導体3内に集光した太陽光を全て導入するためには
、光学系2によって結像される太陽像の直径が0.1 
mm以下であることが必要であり、また。
光導体3内に導入された光を効率よく、すなわち、でき
るだけ漏洩量を少なくして伝送するためには、光学系2
によって集光される光の角度θを光導体3の受容角度す
なわち光導体3内を光が全反射しながら伝播する角度以
下にする必要がある。
さて、前述のように、光導体3の光導入面に直径約0.
1.mmの太陽像を得るためには、太陽像の直径をd、
レンズの焦点距離をfとすれば、d中f/100より、
f=10mm以下の光学系2が必要であり、また、光導
体3への入射角Oを光導体3の受容角度θ′つまり光導
体3に入射された光が全反射しながら光導体3内を伝播
していく角度で現在市販されている光ファイバーは一般
的には30°〜35°、以下にしようとすれば、光学系
2に使用されるリレーレンズの直径は約10mm以下と
なる。一方、現在市販されているフレネルレンズの直径
は大きいものでも30c+n程度であり、その焦点距離
りを約30cmとすれば、このフレネルレンズを用いて
太陽を結像させた時の結像の直径りは約3mmであるか
ら、前述のように、直径約10mm以下のリレーレンズ
を使用することが可能であれば、フレネルレンズ1によ
って集光した太陽光の光エネルギーを全て光導体3内に
導入することができる。而して、直径30cmのフレネ
ルレンズによって集光される太陽光エネルギーの総計は
最大約70Wであるから、直径0.1mmの光ファイバ
ーを通して、伝送ロスを見込んでも、約40W近くの純
光エネルギーを伝送することができる。
なお、以上に、フレネルレンズを1枚用いた例について
説明したが、フレネルレンズを2枚重ねて使用すると、
光学系1の焦点距離りが1枚の場合に比べて約半分とな
り、薄型の太陽光集光装置を構成することができる。ま
た、光学系2として。
通常の凸レンズを使用する例について説明したが、前述
のように、直径が10mm程度のレンズを使用すること
ができれば、光エネルギーの集中を緩和することができ
るので、第2図に示すように顕微鏡等に用いられている
対物レンズ2aを用いることも可能である。また、第3
図に示すように、入射面2′が平面あるいは凹面に出射
面2″が凸レンズに形成されている光導体2bを用いる
ことも可能であり、このようにすると、熱線を吸収する
ことができる。また、これに代って第4図に示すような
自己集束型光ガイドレンズ2Cを使用することも可能で
あり、この自己集束型光ガイドレンズを用いると、該光
ガイドレンズの内径、長さ、屈折率分布等を選択するこ
とにより、該光ガイドレンズ内を伝搬する光の振幅A及
び周期Pを所望の値に選択することができ、従って、そ
の焦点位置における像の大きさ及び光導体への入射角を
所望の大きさに選択することができ、該像の大きさを光
導体の直径以下にし、かつ、該光導体への入射角を該光
導体の受容角(N−A)以下にすることができ、しかも
、該光ガイドレンズ内で熱線を吸収させることもできる
。さらには、第5図に示すように、−見回レンズ2dで
受けて平行光線とした後、凸レンズ2eによって集束す
るようにすることも可能であり、また、第6図に示すよ
うに、光ガイド兼熱線吸収体2fを通して熱エネルギー
を吸収した後、凸レンズ2eに導くようにすることも可
能である。ただし、光学系1に凸レンズを組み合わせて
使用する場合には、光学系1の焦点距離をf1、該光学
系1と凸レンズの合成焦点距離をf 14とした時、f
l>f1、を満足し、光学系1に凹レンズを組み合わせ
て使用する場合には、光学系1の焦点距離をf1、該光
学系1と凹レンズの合成焦点距離をf 12とした時、
f、<f1、を満足するものとする。なお、太陽光中に
は光エネルギーの外に熱エネルギーが多量に含まれてい
るので、特に、第2図に示したような対物レンズを用い
るような場合には、例えば、熱線吸収レンズ等を通して
太陽光中の熱エネルギーを除去した後に、光学系2に太
陽光を導入するようにするとよし1 。
また、第1図乃至第4図に示した実施例においては、レ
ンズ1の焦点位置近傍でかつ該焦点より遠い位置にそれ
ぞれ光学系2.2a12b12cの受光端を配設するよ
うにしたが、このようにすると、該光学系によるけられ
をなくすことができる。また、以上に、現在市販されて
いるフレネルレンズの最大径が30cm、光導体の直径
が約0.1mmであることを前提にして本発明の各実施
例について説明したが1本発明は、上記寸法に限定され
るものではなく、受光面積の広いレンズによって太陽光
を集束して高エネルギー密度の光エネルギーとし、この
高エネルギー密度の光を光導体内に導入しようとした場
合であって、該レンズによって結像される太陽像の直径
が前記光導体の直径より大きくなってしまうような場合
に適用して効果があるものであることは容易に理解でき
よう。
以上の説明から明らかなように、本発明によると、現在
市販されている部品を効果的に組み合わせて実用化し得
る太陽光集光装置を′4I)ることかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による太陽光集光方式の−例を説明す
るための光学的系統図、第2図乃至第6図はそれぞれ第
1図に示した光学系2の変形例を示す図である。 1・・・レンズ系12〜2f・・・光学系、3・・光導
体。 第1図 第2図 第3図 ■ 第4図 第5図 第6図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)太陽光を集束するための第1のレンズ系と、該レ
    ンズ系によって形成される太陽像の直径より小さい直径
    の光導体とを有し、前記レンズ系によって集束した太陽
    光を前記光導体に導入するようにした太陽光集光方式に
    おいて、前記第1のレンズ系の焦点位置近傍でかつ該焦
    点位置より遠い位置に配設された凸レンズを含む第2の
    レンズ系を有し、前記第1のレンズ系の焦点距離をf_
    1、前記第1のレンズ系と第2のレンズ系との合成焦点
    距離をf_1_2とした時、f_1_2<f_1とし、
    前記第1のレンズ系によって集束した太陽光を前記第2
    のレンズ系によって更に集束して前記光導体に導入する
    ようにし、該第2のレンズ系より前記光導体に導入され
    る太陽光の入射角を該光導体のN・A以下にするととも
    に、太陽像の直径を前記光導体の直径以下にしたことを
    特徴とする太陽光集光方式。
  2. (2)太陽光を集束するための第1のレンズ系と、該レ
    ンズ系によって形成される太陽像の直径より小さい直径
    の光導体とを有し、前記レンズ系によって集束した太陽
    光を前記光導体に導入するようにした太陽光集光方式に
    おいて、前記第1のレンズ系の焦点位置近傍でかつ該焦
    点位置より遠い位置にその受光端側の面が配設された光
    導体ロッドを有し、該光導体ロッドの前記受光端側の面
    を平面又は凹面に形成するとともに出光端側の面を凸レ
    ンズに形成し、前記第1のレンズ系の焦点距離をf_1
    、前記第1のレンズ系と前記光導体ロッドの合成焦点距
    離をf_1_2とした時、f_1_2<f_1とし、前
    記第1のレンズ系によって集束した太陽光を前記光導体
    ロッドによって更に集束して前記光導体に導入するよう
    にし、該光導体ロッドより前記光導体に導入される太陽
    光の入射角を該光導体のN・A以下にするとともに、太
    陽像の直径を前記光導体の直径以下にしたことを特徴と
    する太陽光集光方式。
  3. (3)太陽光を集束するための第1のレンズ系と、該レ
    ンズ系によって形成される太陽像の直径より小さい直径
    の光導体とを有し、前記レンズ系によって集束した太陽
    光を前記光導体に導入するようにした太陽光集光方式に
    おいて、前記第1のレンズ系の焦点位置近傍でかつ該焦
    点位置より遠い位置にその受光端が配設された自己集束
    型光ガイドレンズを有し、前記第1のレンズ系によって
    集束した太陽光を前記自己集束型光ガイドレンズによっ
    て更に集束して前記光導体に導入するようにし、該自己
    集束型光ガイドレンズの径、長さ、及び、屈折率分布を
    該自己集束型光ガイドレンズより前記光導体に導入され
    る太陽光の入射角が該光導体のN・A以下になるととも
    に、太陽像の直径が前記光導体の直径以下になるように
    選ばれていることを特徴とする太陽光集光方式。
  4. (4)集束された太陽光が導入される光導体と、前記光
    導体の直径よりも小さい太陽像を結びかつ前記光導体の
    N・Aより大きいN・Aの第1のレンズ系とを有し、前
    記レンズ系によって集束した太陽光を前記光導体に導入
    するようにした太陽光集光方式において、前記第1のレ
    ンズ系の焦点位置近傍でかつ該焦点位置より遠い位置に
    配設され、前記第1のレンズ系によって集束された太陽
    光のN・Aを小さくするための凹レンズとを有し、前記
    第1のレンズ系の焦点距離をf_1、前記第1のレンズ
    系と前記凹レンズとの合成焦点距離をf_1_2とした
    時、f_1_2>f_1とし、該凹レンズより前記光導
    体に導入される太陽光の入射角を該光導体のN・A以下
    にするとともに、太陽像の直径を前記光導体の直径以下
    にしたことを特徴とする太陽光集光方式。
  5. (5)集束された太陽光が導入される光導体と、前記光
    導体の直径よりも小さい太陽像を結びかつ前記光導体の
    N・Aより大きいN・Aの第1のレンズ系とを有し、前
    記レンズ系によって集束した太陽光を前記光導体に導入
    するようにした太陽光集光方式において、前記第1のレ
    ンズ系の焦点位置近傍でかつ該焦点位置より遠い位置に
    配設され、前記第1のレンズ系によって集束された太陽
    光のN・Aを小さくするための凹レンズと、該凹レンズ
    からの太陽光を集束するための凸レンズとを有し、前記
    第1のレンズ系の焦点距離をf_1、前記第1のレンズ
    系乃至前記凸レンズの合成焦点距離をf_1_2とした
    時、f_1_2<f_1とし、前記第1のレンズ系によ
    って集束した太陽光を該凸レンズによって更に集束して
    前記光導体に導入するようにし、該凸レンズより前記光
    導体に導入される太陽光の入射角を該光導体に導入され
    る太陽光の入射角を該光導体のN・A以下にするととも
    に、太陽像の直径を前記光導体の直径以下にしたことを
    特徴とする太陽光集光方式。
  6. (6)集束された太陽光が導入される光導体と、前記光
    導体の直径よりも小さい太陽像を結びかつ前に光導体の
    N・Aより大きいN・Aの第1のレンズ系とを有し、前
    記レンズ系によって集束した太陽光を前記光導体に導入
    するようにした太陽光集光方式において、前記第1のレ
    ンズ系の焦点位置近傍でかつ該焦点位置より遠い位置に
    配設されかつ前記光導体の直径と等しいか又はそれ以下
    の光ガイド兼熱線吸収体と、該光ガイド兼熱線吸収体か
    らの出力光を集束するための凸レンズを有し、前記第1
    のレンズ系の焦点距離をf_1、前記第1のレンズ系と
    前記凸レンズの合成焦点距離をf_1_2とした時、f
    _1_2<f_1とし、前記第1のレンズ系によって集
    束した太陽光を前記凸レンズによって更に集束して前記
    光導体に導入するようにし、前記凸レンズより前記光導
    体に導入される太陽光の入射角を該光導体に導入される
    太陽光の入射角を該光導体のN・A以下にするとともに
    、太陽像の直径を前記光導体の直径以下にしたことを特
    徴とする太陽光集光方式。
JP28534786A 1986-11-28 1986-11-28 太陽光集光方式 Pending JPS62143007A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103454760A (zh) * 2013-08-28 2013-12-18 成都谱视科技有限公司 两级聚焦太阳光汇聚装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103454760A (zh) * 2013-08-28 2013-12-18 成都谱视科技有限公司 两级聚焦太阳光汇聚装置
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