特開 2023-58052 集光装置，放光装置及び太陽光照明システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023058052

(43)【公開日】2023-04-25

(54)【発明の名称】集光装置，放光装置及び太陽光照明システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/00 20060101AFI20230418BHJP

   F21S 11/00 20060101ALI20230418BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20230418BHJP

【ＦＩ】

G02B6/00 331

F21S11/00 110

F21V8/00 232

F21V8/00 272

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021167787

(22)【出願日】2021-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】521450090

【氏名又は名称】山崎 秀男

(74)【代理人】

【識別番号】100093148

【弁理士】

【氏名又は名称】丸岡 裕作

(72)【発明者】

【氏名】山崎 秀男

【テーマコード（参考）】

2H038

【Ｆターム（参考）】

2H038AA53

2H038BA45

(57)【要約】

【課題】 構造を簡単にするとともに機能性の向上を図る。
【解決手段】 建物の外部から太陽光を集光する集光装置Ｓと、集光装置Ｓで集光した光を建物の内部に放光して照明する放光装置とを備えた太陽光照明システムにおいて、集光装置Ｓを、透明で中空の球状に形成され太陽光を受光する受光体１０と、端面が受光体１０の空間ｅ内に露出してこの受光体１０内に取り込まれた光を伝送する光ファイバＦを多数本束ねて構成されるファイバ集合体１１とを備え、受光体１０の空間ｅに、透明な光ファイバＦａを細断したチップ１３を多数充填し、ファイバ集合体１１の集合体端面１２を、各光ファイバＦの端面を連続させた連続面に形成し、受光体１０の空間ｅ内を真空にした。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明で中空の球状に形成され太陽光を受光する受光体と、端面が上記受光体の空間内に露出して該受光体内に取り込まれた光を伝送する光ファイバを多数本束ねて構成されるファイバ集合体とを備え、上記受光体の空間に、透明な光ファイバを細断したチップを多数充填したことを特徴とする集光装置。

【請求項2】

上記チップは、直径Ｄが、Ｄ＝０．５ｍｍ～３ｍｍ、長さＬが、Ｌ＝０．５ｍｍ～３ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１記載の集光装置。

【請求項3】

上記ファイバ集合体の集合体端面を、各光ファイバの端面を連続させた連続面に形成したことを特徴とする請求項１または２記載の集光装置。

【請求項4】

上記ファイバ集合体の集合体端面を、弧面に形成したことを特徴とする請求項３記載の集光装置。

【請求項5】

上記受光体の空間内を真空にしたことを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の集光装置。

【請求項6】

上記受光体を収納し透明で中空の球状に形成される外殻を設け、上記受光体の外面と上記外殻の内面との間を真空にしたことを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の集光装置。

【請求項7】

透明で中空の球状に形成され光を放光する放光体と、端面が上記放光体の空間内に露出し伝送された光を該空間内に供給する光ファイバを多数本束ねて構成されるファイバ集合体とを備え、上記放光体の空間に、透明な光ファイバを細断したチップを多数充填したことを特徴とする放光装置。

【請求項8】

上記チップは、直径Ｄが、Ｄ＝０．５ｍｍ～３ｍｍ、長さＬが、Ｌ＝０．５ｍｍ～３ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項７記載の放光装置。

【請求項9】

上記ファイバ集合体の集合体端面を、各光ファイバの端面を連続させた連続面に形成したことを特徴とする請求項７または８記載の放光装置。

【請求項10】

上記ファイバ集合体の集合体端面を、弧面に形成したことを特徴とする請求項９記載の放光装置。

【請求項11】

建物の外部から太陽光を集光する集光装置と、該集光装置で集光した光を上記建物の内部に放光して照明する放光装置とを備えた太陽光照明システムにおいて、
上記請求項１乃至６何れかに記載の集光装置を用い、該集光装置の受光体を建物の外部に設け、
上記請求項７乃至１０何れかに記載の放光装置を用い、該放光装置の放光体を建物の内部に設け、
上記集光装置のファイバ集合体と上記放光装置のファイバ集合体とを連設したことを特徴とする太陽光照明システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光を集光する集光装置，光を放光する放光装置及びこれらを用いた太陽光照明システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、太陽光照明システムとしては、例えば、特開昭５９－９４３０１号公報（特許文献１）に掲載されたものが知られている。この太陽光照明システムは、建物の外部から太陽光を集光する集光装置と、集光装置で集光した光を建物の内部に放光する放光装置とを備えている。集光装置は、建物の外部に設けられ太陽光を受光する受光体と、受光体内に取り込まれた光を伝送する光ファイバとを備えて構成され、放光装置は、建物の内部に設けられ光を放光する放光体と、伝送された光を放光体に供給する光ファイバとを備えて構成され、集光装置の光ファイバと放光装置の光ファイバとを連設して構成されている。

【0003】

集光装置の受光体は、凹面状の反射板と、この反射板に反射された光を集光する集光レンズとを備え、反射体を太陽の運行に追従させて移動させるようにしている。一方、放光装置の放光体は、光ファイバの端部に融着された発光端子と、発光端子からの光を内部に受け入れて外部に放光する中空のグローブとを備えて構成されている。

【0004】

ところで、この従来の集光装置の受光体は、反射板で反射された光を集光する集光レンズを備えているとともに太陽の運行に追従させて移動させるようにしているので、構造が複雑になっているという問題があった。そのため、これを解消するために、従来、例えば、特開平８－３０４６３２号公報（特許文献２）に掲載された集光装置を用いることが考えられる。これは、透明で中空の球状に形成され太陽光を受光する受光体と、端面が受光体の空間内に露出して受光体内に取り込まれた光を伝送する光ファイバとを備えて構成されており、受光体を透明な球面にすることにより、太陽の運行に追従させて移動させなくても集光できるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭５９－９４３０１号公報

【特許文献2】特開平８－３０４６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来の透明で中空の球状に形成された受光体を備えた集光装置にあっては、構造が簡易になる反面、伝送する光ファイバが少ないので、集光効率が悪く、機能性に劣るという問題があった。一方、上記従来の放光装置においても、光ファイバの端部に融着された発光端子を備えているので、その分、構造が複雑になっているという問題があった。このため、太陽光照明システムとしても、構造が複雑になってしまう。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、構造を簡単にするとともに機能性の向上を図った集光装置，放光装置及び太陽光照明システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するための本発明の集光装置は、透明で中空の球状に形成され太陽光を受光する受光体と、端面が上記受光体の空間内に露出して該受光体内に取り込まれた光を伝送する光ファイバを多数本束ねて構成されるファイバ集合体とを備え、上記受光体の空間に、透明な光ファイバを細断したチップを多数充填した構成としている。

【0008】

これにより、受光体に太陽光が照射されると、太陽光が受光体内に入り、ファイバ集合体の各光ファイバの端面に入射して伝送されていく。この場合、受光体は球状に形成されているので、全方位的に太陽光を取り入れることができる。また、ファイバ集合体は、光ファイバを多数本束ねて構成されるので、それだけ、集光効率が向上させられる。更に、受光体内には、透明な光ファイバを細断したチップが充填されているので、光が透過しながら乱反射することから、この点でも、集光効率が向上させられ、機能性が向上させられる。また、受光体にチップを充填してファイバ集合体を配線する構成なので、構造を簡単にすることができる。

【0009】

この場合、上記チップは、直径Ｄが、Ｄ＝０．５ｍｍ～３ｍｍ、長さＬが、Ｌ＝０．５ｍｍ～３ｍｍに設定されていることが有効である。光の透過及び反射機能を向上させることができる。

【0010】

そして、必要に応じ、上記ファイバ集合体の集合体端面を、各光ファイバの端面を連続させた連続面に形成した構成としている。集光効率を向上させることができる。

【0011】

この場合、上記ファイバ集合体の集合体端面を、弧面に形成したことが有効である。弧面は、凹面でも良く、凸面でも良い。ファイバ集合体の集光面積を広くすることができ、より一層集光効率を向上させることができる。

【0012】

また、必要に応じ、上記受光体の空間内を真空にした構成としている。太陽光により受光体が熱せられるが、受光体内部が真空なので、熱伝導しにくくなり、熱の悪影響を防止することができる。

【0013】

更に、必要に応じ、上記受光体を収納し透明で中空の球状に形成される外殻を設け、上記受光体の外面と上記外殻の内面との間を真空にした構成としている。これにより、受光体の外面と外殻の内面との間に真空の断熱層が形成されるので、熱伝導しにくくなり、熱の悪影響を確実に防止することができる。

【0014】

また、上記の目的を達成するための本発明の放光装置は、透明で中空の球状に形成され光を放光する放光体と、端面が上記放光体の空間内に露出し伝送された光を該空間内に供給する光ファイバを多数本束ねて構成されるファイバ集合体とを備え、上記放光体の空間に、透明な光ファイバを細断したチップを多数充填した構成としている。

【0015】

これにより、ファイバ集合体から放光体内に光が供給されると、放光体から光が放光されていく。この場合、放光体は球状に形成されているので、光を放射状に放光させることができる。また、ファイバ集合体は、光ファイバを多数本束ねて構成されるので、それだけ、放光効率が向上させられる。更に、放光体内には、透明な光ファイバを細断したチップが充填されているので、光が透過しながら乱反射することから、この点でも、放光効率が向上させられ、機能性が向上させられる。また、放光体にチップを充填してファイバ集合体を配線する構成なので、構造を簡単にすることができる。

【0016】

この場合、上記チップは、直径Ｄが、Ｄ＝０．５ｍｍ～３ｍｍ、長さＬが、Ｌ＝０．５ｍｍ～３ｍｍに設定されていることが有効である。光の透過及び反射機能を向上させることができる。

【0017】

そして、必要に応じ、上記ファイバ集合体の集合体端面を、各光ファイバの端面を連続させた連続面に形成した構成としている。放光効率を向上させることができる。

【0018】

この場合、上記ファイバ集合体の集合体端面を、弧面に形成したことが有効である。弧面は、凹面でも良く、凸面でも良い。ファイバ集合体の放光面積を広くすることができ、より一層放光効率向上させることができる。

【0019】

そしてまた、上記の目的を達成するための本発明の太陽光照明システムは、建物の外部から太陽光を集光する集光装置と、該集光装置で集光した光を上記建物の内部に放光して照明する放光装置とを備えた太陽光照明システムにおいて、
上記の集光装置を用い、該集光装置の受光体を建物の外部に設け、
上記の放光装置を用い、該放光装置の放光体を建物の内部に設け、
上記集光装置のファイバ集合体と上記放光装置のファイバ集合体とを連設した構成としている。

【0020】

これにより、集光装置の受光体に太陽光が照射されると、太陽光が受光体内に入り、ファイバ集合体の光ファイバの端面に入射し、ファイバ集合体により伝送され、放光装置の放光体内に供給され、放光体から光が放光されていく。この場合、上述した通り、集光装置は、集光効率が向上させられ、放光装置は、放光効率が向上させられているので、システム全体の機能性を向上させることができる。また、システムの構造を簡単にすることができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、構造を簡単にするとともに機能向上を図った集光装置，放光装置及び太陽光照明システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施の形態に係る太陽光照明システムを集光装置及び放光装置とともに示す図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る集光装置を示す断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る放光装置を示す断面図である。

【図4】本発明の別の実施の形態に係る集光装置を示す断面図である。

【図5】本発明のまた別の実施の形態に係る集光装置を示す断面図である。

【図6】本発明の別の実施の形態に係る放光装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る集光装置，放光装置及び太陽光照射システムについて詳細に説明する。図１乃至図３には、本発明の実施の形態に係る太陽光照明システムＴを示している。この太陽光照明システムＴは、建物１の外部から太陽光を集光する本発明の実施の形態に係る集光装置Ｓと、この集光装置Ｓで集光した光を建物１の内部に放光して照明する本発明の実施の形態に係る放光装置Ｈとを備えて構成されている。

【0024】

実施の形態に係る集光装置Ｓは、図２に示すように、透明で中空の球状に形成され太陽光を受光する受光体１０と、端面が受光体１０の空間ｅ内に露出してこの受光体１０内に取り込まれた光を伝送する光ファイバＦを多数本束ねて構成されるファイバ集合体１１とを備えて構成されている。受光体１０は、例えば、樹脂やガラスで形成されている。この受光体１０の空間ｅ内は、真空にしてある。

【0025】

ファイバ集合体１１において、光ファイバＦとしては、周知のものを用いることができる。ファイバ集合体１１の集合体端面１２は、各光ファイバＦの端面を連続させた連続面に形成されている。実施の形態では、平面に形成されている。ファイバ集合体１１の直径は、受光体１０の直径より小さく、受光体１０を貫通して設けられている。光ファイバＦ同士及び受光体１０との境界部は、受光体１０の真空を保持できるようにシールされている。

【0026】

また、受光体１０の空間ｅには、透明な光ファイバＦａを細断したチップ１３が多数充填されている。透明な光ファイバＦａとしては、例えば、クラッド材に低屈折率のフッ素系ポリマーを用い、コア材に高屈折率のメタクリル樹脂を用いたプラスチック製の光ファイバを用いている。クラッド材及びコア材の材質はこれらに限定されない。そして、チップ１３は、直径Ｄが、Ｄ＝０．５ｍｍ～３ｍｍ、長さＬが、Ｌ＝０．５ｍｍ～３ｍｍに設定されている。実施の形態では、チップ１３は、透明な光ファイバＦａとして、直径Ｄが、Ｄ＝１ｍｍのものと、Ｄ＝２ｍｍのものを用い、夫々、長さＬが、Ｌ＝１ｍｍ～２ｍｍに細断して形成されている。

【0027】

更に、集光装置Ｓは、建物１の所要部位に受光体１０を支持して設置するための支持体１４を備えている。実施の形態では、支持体１４は、ファイバ集合体１１が貫通する貫通孔１５を有し、受光体１０のファイバ集合体１１がある側を面支持するブロック状に形成されており、図示外のビス等の取付け手段により建物１の屋根やベランダ等からなる取付部２に固定される。

【0028】

実施の形態に係る放光装置Ｈは、図３に示すように、上記の集光装置Ｓと略同様に形成されており、透明で中空の球状に形成され光を放光する放光体２０と、端面がこの放光体２０の空間ｅ内に露出し伝送された光をこの空間ｅ内に供給する光ファイバＦを多数本束ねて構成されるファイバ集合体２１とを備えて構成されている。放光体２０は、例えば、樹脂やガラスで形成されており、上記の集光装置Ｓのものと同じものが用いられる。この放光体２０の空間ｅ内は、上記と同様に真空にしても良く、また、特に真空にしなくても良い。

【0029】

ファイバ集合体２１において、光ファイバＦとしては、周知のものを用いることができ、上記の集光装置Ｓのものと同じものが用いられる。ファイバ集合体２１の集合体端面２２は、各光ファイバＦの端面を連続させた連続面に形成されている。実施の形態では、平面に形成されている。ファイバ集合体２１の直径は、放光体２０の直径より小さく、放光体２０を貫通して設けられている。光ファイバＦ同士及び放光体２０との境界部は、放光体２０を真空にする場合には放光体２０の真空を保持できるようにシールされている。放光体２０を真空にしない場合にもシールすることが望ましい。

【0030】

また、放光体２０の空間ｅには、透明な光ファイバＦａを細断したチップ２３が多数充填されている。透明な光ファイバＦａとしては、例えば、クラッド材に低屈折率のフッ素系ポリマーを用い、コア材に高屈折率のメタクリル樹脂を用いたプラスチック製の光ファイバを用いている。クラッド材及びコア材の材質はこれらに限定されない。そして、チップ２３は、直径Ｄが、Ｄ＝０．５ｍｍ～３ｍｍ、長さＬが、Ｌ＝０．５ｍｍ～３ｍｍに設定されている。実施の形態では、放光装置Ｈで用いるチップ２３は、上記の集光装置Ｓで用いるチップ１３と同じもので構成され、透明な光ファイバＦａとして、直径Ｄが、Ｄ＝１ｍｍのものと、Ｄ＝２ｍｍのものを用い、夫々、長さＬが、Ｌ＝１ｍｍ～２ｍｍに細断して形成されている。

【0031】

更に、放光装置Ｈは、建物１内部に放光体２０を保持して設置するための保持体２４を備えている。実施の形態では、保持体２４は、ファイバ集合体２１が貫通する貫通孔２５を有し、放光体２０のファイバ集合体２１がある側を面保持するブロック状に形成されており、図示外のビス等の取付け手段により建物１の例えば天井や壁からなる取付部２に固定される。

【0032】

そして、実施の形態に係る太陽光照明システムＴにおいては、主には、建物１内部の暗所用として、あるいは、電灯の補助的な照明として用いる。図１に示すように、例えば、集光装置Ｓの受光体１０は複数（図では３個）用いられ、屋根やベランダの等の適宜個所に設置されている。一方、放光装置Ｈの放光体２０も複数（図では４個）用いられ、建物１の部屋の天井に適宜設置されている。集光装置Ｓのファイバ集合体１１と放光装置Ｈのファイバ集合体２１とは、適宜連設されている。連設は、一体のファイバ集合体を用いることで実現され、あるいは、周知のコネクタを用いて接続することもできる。また、ファイバ集合体１１を分割して、１つの集光装置Ｓから複数の放光装置Ｈに配線し、あるいは、ファイバ集合体２１を分割して、複数の集光装置Ｓから１つの放光装置Ｈに配線することもできる。集光装置Ｓや放光装置Ｈの設置は、建物１の条件等に応じ適宜に行ってよい。

【0033】

従って、実施の形態に係る太陽光照明システムＴによれば、集光装置Ｓの受光体１０に太陽光が照射されると、太陽光が受光体１０内に入り、ファイバ集合体１１の集合体端面１２に入射し、ファイバ集合体１１,２１により伝送され、放光装置Ｈのファイバ集合体２１の集合体端面２２から放光体２０内に供給され、放光体２０から光が放光され、照明が行われる。この際、受光体１０に太陽光が照射されると、受光体１０は球状に形成されているので、全方位的に太陽光を取り入れることができる。また、ファイバ集合体１１は、光ファイバＦを多数本束ねて構成されているので、それだけ、集光効率を向上させることができる。特に、ファイバ集合体１１の集合体端面１２が、各光ファイバＦの端面を連続させた連続面に形成されているので、集光効率をより一層向上させることができる。

【0034】

更に、受光体１０内には、透明な光ファイバＦａを細断したチップ１３が充填されているので、光が透過しながら乱反射することから、この点でも、集光効率を向上させることができ、機能性を向上させることができる。また、受光体１０にチップ１３を充填してファイバ集合体１１を配線する構成なので、構造を簡単にすることができる。

【0035】

また、太陽光により受光体１０が熱せられるが、受光体１０内部が真空なので、熱伝導しにくくなり、熱の悪影響を防止することができる。

【0036】

一方、集光装置Ｓからの光がファイバ集合体２１を通って放光体２０内に供給されると、放光体２０から光が放光されていく。この場合、放光体２０は球状に形成されているので、光を放射状に放光させることができる。また、ファイバ集合体２１は、光ファイバＦを多数本束ねて構成されるので、それだけ、放光効率を向上させることができる。特に、ファイバ集合体２１の集合体端面２２が、各光ファイバＦの端面を連続させた連続面に形成されているので、放光効率をより一層向上させることができる。

【0037】

更に、放光体２０内には、透明な光ファイバＦａを細断したチップ２３が充填されているので、光が透過しながら乱反射することから、この点でも、放光効率を向上させることができ、機能性を向上させることができる。また、放光体２０にチップ２３を充填してファイバ集合体２１を配線する構成なので、構造を簡単にすることができる。

【0038】

このように、実施の形態に係る太陽光照明システムＴにおいては、集光装置Ｓは、集光効率が向上させられ、放光装置Ｈは、放光効率が向上させられているので、システム全体の機能性を向上させることができる。また、構造を簡単にすることができる。

【0039】

図４には、本発明の別の実施の形態に係る集光装置Ｓを示している、これは上記と同様に構成されるが、上記と異なって、ファイバ集合体１１の集合体端面１２が、弧面に形成されている。弧面は、凹面でも良く、凸面でも良い。図では、凸面のものを示す。そのため、ファイバ集合体１１の集光面積を広くすることができ、より一層集光効率を向上させることができる。他の作用，効果は上記と同様である。

【0040】

図５には、本発明のまた別の実施の形態に係る集光装置Ｓを示している。これは、図２に示す受光体１０を、透明で中空の球状に形成される外殻３０内に収納し、受光体１０の外面と外殻３０の内面との間の空間ｋを真空にした構成としている。支持体１４は外殻３０を支持するように形成されている。尚、この例では、ファイバ集合体１１の集合体端面１２を、平面に形成しているが、図４に示すように、弧面に形成したものでも良い。これにより、受光体１０の外面と外殻３０の内面との間の空間ｋに真空の断熱層が形成されるので、熱伝導しにくくなり、熱の悪影響を確実に防止することができる。

【0041】

図６には、本発明の別の実施の形態に係る放光装置Ｈを示している。これは上記と同様に構成されるが、上記と異なって、ファイバ集合体２１の集合体端面２２が、弧面に形成されている。弧面は、凹面でも良く、凸面でも良い。図では、凸面のものを示す。そのため、ファイバ集合体２１の放光面積を広くすることができ、より一層放光効率を向上させることができる。他の作用，効果は上記と同様である。

【0042】

尚、上記実施の形態に係る集光装置Ｓや放光装置Ｈにおいて、各部の大きさや材質などは上述したものに限定されるものではなく、適宜変更して差支えない。また、上記実施の形態に係る太陽光照明システムＴにおいて、集光装置Ｓの受光体１０を建物１に設けたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、庭等にスタンドを介して設置しても良く、建物１の外部であればどこに設置しても良く、適宜変更して差支えない。本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されず、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施の形態に多くの変更を加えることが容易であり、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

Ｔ 太陽光照射システム
Ｓ 集光装置
Ｈ 放光装置
１ 建物
２ 取付部
１０ 受光体
ｅ 空間
Ｆ 光ファイバ
１１ ファイバ集合体
１２ 集合体端面
１３ チップ
Ｆａ 透明な光ファイバ
１４ 支持体
１５ 貫通孔
２０ 放光体
２１ ファイバ集合体
２２ 集合体端面
２３ チップ
２４ 保持体
２５ 貫通孔
３０ 外殻
ｋ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】