JP2013029802A - 集光レンズモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光の集中率及び圧縮率を向上させて周辺光を有効に利用することによって環境光（自然光）の利用率を向上可能な集光レンズモジュールを提供する。
【解決手段】集光レンズモジュール（１０）であって、少なくとも１つの環状レンズ（例えば環状レンズ１００）を備え、当該環状レンズは、環心（Ｃ）と、環心（Ｃ）に面する側にある出光曲面と、出光曲面の反対側にある入光曲面と、入光曲面の一方の辺及び出光曲面の一方の辺に連接する反射面と、を有する。入光曲面にレンズ外側から入射した光ビームは、入光曲面でレンズ内側に屈折して出光曲面にレンズ内側から集束した後、出光曲面からレンズ外側に屈折して環心（Ｃ）に向かって進む。反射面にレンズ外側から入射した光ビームは、反射面からレンズ外側に反射して環心（Ｃ）に向かって進む。
【選択図】図１

Description

本発明は、集光レンズモジュールに関し、特に、周辺光を一点に集束させて点光源を形成することによって当該周辺光の有効利用を促進する集光レンズモジュールに関する。

近年、環境保護の問題がますます注目される一方、技術発展に伴うエネルギー需要が増加しているが、これら双方とも「グリーンエネルギー」を新興産業ならしめる要因となり得ている。つまり、グリーンエネルギーは、環境保護に貢献することは言うまでもないが、再生可能エネルギーとしてエネルギー供給にも貢献し得る。例えばグリーンエネルギーを建築に応用してビルに自然光をもたらし、当該ビルの消費エネルギーを節減する手法が知られている。ここで、ビルの消費エネルギーとは、エアコン、照明、家電製品等により消費されるエネルギーである。とりわけ照明によるエネルギー消費は、ビルのエネルギー総消費量のおよそ５分の１を占めるとされているため、照明の省エネ化が建築分野での省エネ化促進における重要項目となり得る。

建築分野では、照明は、その供給技術によって、以下の２つに大別される：（1）光電変換により照明のための電力を供給する太陽光エネルギー変換技術であるが、その変換効率及びコストを考慮しなければならない；（2）太陽光をビルの内部に直接導入して「グリーン照明」を構成するための光学技術であり、これにより太陽光エネルギーの利用効率を大幅に向上させることができる。後者のグリーン照明の技術、即ち、太陽光の集光技術によれば、太陽光をオフィスや自宅等の建造物の室内、廊下、地下室等に導いて補助的な照明手段として活用することによって、エネルギーの消費を節減できる。具体的には、太陽光を集光装置によって集光し、導光装置によってビルの内部まで導く。或いは、この集光装置を太陽光エネルギー変換システムに適用し、集光装置の集束効率の向上を通じて太陽光エネルギー変換システムの変換効率を増加させることも可能である。

しかしながら、グリーン照明の技術では、太陽光をビルの内部まで導入できる一方、集光、光伝導、及び光放出の過程で光のエネルギーが必然的に損失する。このため、集光装置の集中率（concentration ratio）及び圧縮率（compression ratio）を如何に高め、結果的に環境光（自然光）の利用率を如何に向上させるかが当該技術分野において解決されるべき課題となっている。

上記を鑑み、本発明が解決するべき課題は、光の集中率及び圧縮率を向上させて周辺光を有効に利用することによって環境光（自然光）の利用率を向上可能な集光レンズモジュールを提供することにある。

前述した課題を解決するための発明は、集光レンズモジュールであって、環心を有する少なくとも１つの環状レンズを備え、当該少なくとも１つの環状レンズは、前記環心と相対（あいたい）する入光曲面と、前記入光曲面と相対するとともに前記環心と対向する出光曲面と、前記入光曲面の一方の辺及び前記出光曲面の一方の辺に連接する反射面と、を有し、前記入光曲面にレンズ外側から入射した光ビームは、前記入光曲面でレンズ内側に屈折して前記出光曲面にレンズ内側から集束した後、前記出光曲面からレンズ外側に屈折して前記環心に向かい、前記反射面にレンズ外側から入射した光ビームは、前記反射面からレンズ外側に反射して前記環心に向かう集光レンズモジュールである。

また、かかる発明において、前記少なくとも１つの環状レンズは、前記反射面と相対するとともに前記入光曲面のもう一方の辺及び前記出光曲面のもう一方の辺に連接する平坦面を更に有していることが好ましい。
尚、この場合、前記出光曲面はレンズ外側からレンズ内側へ凹状をなす凹面であってもよい。

また、かかる発明において、（1）前記少なくとも１つの環状レンズは、前記反射面と相対するとともに前記入光曲面のもう一方の辺及び前記出光曲面のもう一方の辺に連接する平坦面を更に有し、（2）前記出光曲面はレンズ内側からレンズ外側へ凸状をなす凸面であり、前記平坦面はレンズ内側に反射領域を有し、（3）前記入光曲面はレンズ内側の前記反射領域上に入光焦点を有し、前記光ビームは前記入光曲面によって前記入光焦点上に合焦し、レンズ内側の前記反射領域から反射することとしてもよい。
尚、この場合、前記出光曲面はレンズ内側で前記入光焦点と同じ位置に出光焦点を有し、前記光ビームは前記入光曲面によって前記入光焦点上に合焦し、レンズ内側の前記反射領域から前記出光曲面のレンズ内側へ向かって反射することが好ましい。

また、かかる発明において、前記環心に配置され、前記出光曲面からレンズ外側に出射する前記光ビームを導くための導光部を更に備えることが好ましい。
更に、この導光部の形状は錘状をなすことが好ましい。

また、かかる発明において、前記少なくとも１つの環状レンズは、それぞれの半径が互いに異なり内径側から外径側へ順に配置されて円盤状構造を形成する複数の環状レンズであることが好ましい。

また、かかる発明において、（1）前記少なくとも１つの環状レンズは、それぞれの半径が互いに異なり内径側から外径側へ順に配置されて円盤状構造を形成する複数の環状レンズであり、（2）前記複数の環状レンズは第１の環状レンズ及び第２の環状レンズであり、前記第１の環状レンズは第１の入光曲面及び第１の出光曲面を有し、前記第１の出光曲面は前記環心と対向し、前記第１の入光曲面は前記第１の出光曲面と相対し、前記第２の環状レンズは第２の入光曲面及び第２の出光曲面を有し、前記第２の出光曲面は前記第１の入光曲面と対向し、前記第２の入光曲面は前記第２の出光曲面と相対することとしてもよい。
尚、この場合、第１の入光曲面及び第２の入光曲面はレンズ内側からレンズ外側へ凸状をなす凸面であり、第１の出光曲面及び第２の出光曲面はレンズ外側からレンズ内側へ凹状をなす凹面であってもよい。

また、かかる発明において、（1）前記少なくとも１つの環状レンズは、それぞれの半径が互いに異なり内径側から外径側へ順に配置されて円盤状構造を形成する複数の環状レンズであり、（2）前記複数の環状レンズは第１の環状レンズ及び第２の環状レンズであり、前記第１の環状レンズは第１の入光曲面及び第１の出光曲面を有し、前記第１の出光曲面は前記環心と対向し、前記第１の入光曲面は前記第１の出光曲面と相対し、前記第２の環状レンズは第２の入光曲面及び第２の出光曲面を有し、前記第２の出光曲面は前記第１の入光曲面と対向し、前記第２の入光曲面は前記第２の出光曲面と相対し、（3） 前記第１の入光曲面及び前記第１の出光曲面はレンズ内側に第１の焦点を共有し、前記第２の入光曲面及び前記第２の出光曲面はレンズ内側に第２の焦点を共有し、前記光ビームは、前記第２の入光曲面によってレンズ内側の前記第２の焦点に合焦し当該第２の焦点から前記第２の出光曲面のレンズ内側に向かって反射され、前記第２の出光曲面でレンズ外側に屈折し前記第１の入光曲面のレンズ外側に向かって出射し、前記第１の入光曲面によってレンズ内側の前記第１の焦点に合焦し当該第１の焦点から前記第１の出光曲面のレンズ内側に向かって反射され、前記第１の出光曲面でレンズ外側に屈折し前記環心に向かって出射することとしてもよい。
尚、この場合、第１の入光曲面及び第２の入光曲面はレンズ内側からレンズ外側へ凸状をなす凸面であり、同様に第１の出光曲面及び第２の出光曲面もレンズ内側からレンズ外側へ凸状をなす凸面であることが好ましい。

光の集中率及び圧縮率を向上させて周辺光を有効に利用することによって環境光（自然光）の利用率を向上可能な集光レンズモジュールが提供される。
尚、本発明の他の目的、特徴、有利な点等は、以下述べる本発明の実施形態によって開示される更なる技術的特徴から理解できる。但し、これらの技術的特徴は、本発明の好ましい態様ではあるが、本発明の単なる例示にすぎない。

第１の実施の形態の集光レンズモジュールの斜視図である。 図１の集光レンズモジュールのＯ−Ｏ’における部分断面図である。 第２の実施の形態の集光レンズモジュールの切り欠き斜視図である。 第２の実施の形態の集光レンズモジュールの断面図である。 第３の実施の形態の集光レンズモジュールの切り欠き斜視図である。 第３の実施の形態の集光レンズモジュールの断面図である。 第４の実施の形態の集光レンズモジュールの断面図である。 ビルに設置された集光レンズモジュールの模式図である。

以下の記載は、本発明の実施の形態を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。尚、「備える」及び「有する」なる用語は、明示的に列挙される項目以外にこれらと同等な項目も包含することを意図している。また、「連接する」なる用語は、例えば直接又は間接の接続、結合、搭載等を包含することを意図している。更に、Ａ及びＢが「対向する」なる用語は、例えばＡ及びＢの間に他の要素が介在することを排除するものではないし、Ａ及びＢが「相対（あいたい）する」なる用語は、例えばＡ及びＢの間に如何なる要素も介在しないことを排除するものではない。

図１に例示されるように、第１の実施の形態の集光レンズモジュール１０は、環状レンズ１００、２００、３００を備えており、周辺光を点光源に集束するためのものである。環状レンズ１００、２００、３００は、環心Ｃを中心として内径側から外径側まで半径が順次大きくなるように配置され、円盤状構造を形成している。
尚、本明細書では、この円盤状構造における動径方向に沿って、環心Ｃの側（つまり、図１の点Ｏの側）を「内径側」と称し、これと相対する側（例えば図１の点Ｏ’の側）を「外径側」と称する。

図２に例示されるように、Ｏ−Ｏ’に沿った集光レンズモジュール１０の断面は、第１の環状レンズ断面１００ａと、第２の環状レンズ断面２００ａと、第３の環状レンズ断面３００ａを有している。

また、図２に例示されるように、第１の環状レンズ１００の表面は、第１の入光曲面１１０ａと、第１の出光曲面１２０ａと、第１の平坦面１３０ａと、第１の反射面１４０ａと、を有している。
第１の入光曲面１１０ａは、第１の環状レンズ１００の外径側にある。第１の出光曲面１２０ａは、第１の環状レンズ１００の内径側にあり、第１の入光曲面１１０ａと相対するとともに環心Ｃと対向している。第１の実施の形態では、第１の入光曲面１１０ａは凸面であり、第１の出光曲面１２０ａは凹面である。第１の平坦面１３０ａは、第１の入光曲面１１０ａ及び第１の出光曲面１２０ａの間にあり、第１の入光曲面１１０ａ及び第１の出光曲面１２０ａのそれぞれの一方の辺に連接する。第１の反射面１４０ａは、第１の平坦面１３０ａと相対するとともに第１の入光曲面１１０ａ及び第１の出光曲面１２０ａのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。尚、第１の入光曲面１１０ａ及び第１の出光曲面１２０ａは、非球形曲面であってもよい。

第２の環状レンズ２００の半径は第１の環状レンズ１００の半径より大きく、つまり、第２の環状レンズ２００は第１の環状レンズ１００の外径側にある。
第２の環状レンズ２００の表面は、第２の入光曲面２１０ａと、第２の出光曲面２２０ａと、第２の平坦面２３０ａと、第２の反射２４０ａと、を有している。
第２の入光曲面２１０ａは、第２の環状レンズ２００の外径側にある。第２の出光曲面２２０ａは、第２の環状レンズ２００の内径側にあり、第２の入光曲面２１０ａと相対するとともに環心Ｃ（或いは第１の入光曲面１１０ａ）と対向している。第１の実施の形態では、第２の入光曲面２１０ａは凸面であり、第２の出光曲面２２０ａは凹面である。第２の平坦面２３０ａは、第２の入光曲面２１０ａ及び第２の出光曲面２２０ａの間にあり、第２の入光曲面２１０ａ及び第２の出光曲面２２０ａのそれぞれの一方の辺に連接する。第２の反射面２４０ａは、第２の平坦面２３０ａと相対するとともに第２の入光曲面２１０ａ及び第２の出光曲面２２０ａのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。尚、第２の入光曲面２１０ａ及び第２の出光曲面２２０ａは、非球形曲面であってもよい。

第３の環状レンズ３００の半径は第２の環状レンズ２００の半径より大きく、つまり、第３の環状レンズ３００は第２の環状レンズ２００の外径側にある。
第３の環状レンズ３００の表面は、第３の入光曲面３１０ａと、第３の出光曲面３２０ａと、第３の平坦面３３０ａと、第３の反射３４０ａと、を有している。
第３の入光曲面３１０ａは、第３の環状レンズ３００の外径側にある。第３の出光曲面３２０ａは、第３の環状レンズ３００の内径側にあり、第３の入光曲面３１０ａと相対するとともに環心Ｃ（或いは第２の入光曲面２１０ａ）と対向している。第１の実施の形態では、第３の入光曲面３１０ａは凸面であり、第３の出光曲面３２０ａは凹面である。第３の平坦面３３０ａは、第３の入光曲面３１０ａ及び第３の出光曲面３２０ａの間にあり、第３の入光曲面３１０ａ及び第３の出光曲面３２０ａのそれぞれの一方の辺に連接する。第３の反射面３４０ａは、第３の平坦面３３０ａと相対するとともに第３の入光曲面３１０ａ及び第３の出光曲面３２０ａのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。尚、第３の入光曲面３１０ａ及び第３の出光曲面３２０ａは、非球形曲面であってもよい。

以下、図２を参照しつつ、第１の実施の形態において、周辺光である光ビームＬが集束する経路について述べる。
尚、本明細書では、複数の環状レンズ（例えば環状レンズ１００、２００、３００等）のそれぞれについて、各面に係る「レンズ外側」は、当該面を環状レンズの外部から見ていることを意味し、各面に係る「レンズ内側」は、当該面を環状レンズの内部から見ていることを意味するものとする。
図２の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬは、（1）第３の環状レンズ３００の第３の反射面３４０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第３の反射面３４０ａから平行光としてレンズ外側に反射され、（2）第２の環状レンズ２００の第２の入光曲面２１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第２の入光曲面２１０ａからレンズ内側へ屈折し、第２の出光曲面２２０ａにレンズ内側から到達し、当該第２の出光曲面２２０ａからレンズ外側へ屈折し、（3）第１の環状レンズ１００の第１の入光曲面１１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第１の入光曲面１１０ａからレンズ内側へ屈折し、第１の出光曲面１２０ａにレンズ内側から到達し、当該第１の出光曲面１２０ａからレンズ外側へ屈折し、（4）環心Ｃを通る鉛直軸（図２の点線を参照）に平行光として入射する。
一方、図２の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬは、（1’）第２の環状レンズ２００の第２の反射面２４０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第２の反射面２４０ａから平行光としてレンズ外側に反射され、（2’）第１の環状レンズ１００の第１の入光曲面１１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第１の入光曲面１１０ａからレンズ内側へ屈折し、第１の出光曲面１２０ａにレンズ内側から到達し、当該第１の出光曲面１２０ａからレンズ外側へ屈折し、（3’）環心Ｃを通る鉛直軸に平行光として入射する。

他方、もし第３の環状レンズ３００の外径側に第４の環状レンズ（不図示）が配置されている場合、当該第４の環状レンズの第４の反射面（不図示）に平行光としてレンズ外側から入射し、当該第４の反射面から平行光としてレンズ外側に反射された光ビームＬ（図２の紙面左側から紙面右側に向かう光ビームＬを参照）は、（1”）第３の環状レンズ３００の第３の入光曲面３１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第３の入光曲面３１０ａからレンズ内側へ屈折し、第３の出光曲面３２０ａにレンズ内側から到達し、当該第３の出光曲面３２０ａからレンズ外側へ屈折し、（2”）第２の環状レンズ２００の第２の入光曲面２１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第２の入光曲面２１０ａからレンズ内側へ屈折し、第２の出光曲面２２０ａにレンズ内側から到達し、当該第２の出光曲面２２０ａからレンズ外側へ屈折し、（3”）第１の環状レンズ１００の第１の入光曲面１１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第１の入光曲面１１０ａからレンズ内側へ屈折し、第１の出光曲面１２０ａにレンズ内側から到達し、当該第１の出光曲面１２０ａからレンズ外側へ屈折し、（4”）環心Ｃを通る鉛直軸に平行光として入射する。
以上により、集光レンズモジュール１０がより多くの周辺光（光ビームＬ）を集光できる。

第１の実施の形態では、環心Ｃの位置には導光部２０が配置されている。この導光部２０は例えば繊維等を材料とし錐状をなすものであってもよい。第１の出光曲面１２０ａから出射して導光部２０に平行光として入射された光ビームＬは、この導光部２０に導かれて進行することによって、室内照明等に利用される。

前述した第１の環状レンズ１００、第２の環状レンズ２００、及び第３の環状レンズ３００の設計及び円盤状構造によって、周辺光は、例えば最外径側の第３の環状レンズ３００から第２の環状レンズ２００を経由して最内径側の第１の環状レンズ１００を通って最終的に環心Ｃに集まる。このような集光レンズモジュール１０によれば、周辺光を集束させて点光源を形成する目的が達成され、結果的に光の集中率及び圧縮率が高まって周辺光の有効利用の度合いが向上したことになる。

図３に例示されるように、第２の実施の形態の集光レンズモジュールは、環心Ｃを中心としてその周囲に延在する１つの環状レンズ１００のみを備えている。尚、同図中の点線は環心Ｃを通る軸線を表わしている。
環状レンズ１００の表面は、入光曲面１１０ａと、出光曲面１２０ａと、平坦面１３０ａと、反射面１４０ａと、を有する。ここで、第２の実施の形態の環状レンズ１００は、第１の実施の形態の第１の環状レンズ１００と構成が同じであるため、入光曲面１１０ａ、出光曲面１２０ａ、平坦面１３０ａ、及び反射面１４０ａの構成も、前述した第１の入光曲面１１０ａ、第１の出光曲面１２０ａ、第１の平坦面１３０ａ、及び第１の反射面１４０ａの構成と同一である。

図４に例示されるように、第２の実施の形態において、同図の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬは、（1）環状レンズ１００の反射面１４０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該反射面１４０ａから平行光としてレンズ外側に反射され、（2）環心Ｃを通る軸線に平行光として入射する。
一方、図４の紙面左側から紙面右側に向かう光ビームＬは、（1’）環状レンズ１００の入光曲面１１０ａに平行光としてレンズ外側から入射し、当該入光曲面１１０ａからレンズ内側へ屈折し、出光曲面１２０ａにレンズ内側から到達し、当該出光曲面１２０ａからレンズ外側へ屈折し、（2’）環心Ｃを通る軸線に平行光として入射する。

図５に例示されるように、第３の実施の形態の集光レンズモジュールは、環心Ｃを中心としてその周囲に延在する１つの環状レンズ１００ｂのみを備えている。尚、同図中の点線は環心Ｃを通る軸線を表わしている。
環状レンズ１００ｂの表面は、入光曲面１１０ｂと、出光曲面１２０ｂと、平坦面１３０ｂと、反射面１４０ｂと、を有する。ここで、第３の実施の形態では、入光曲面１１０ｂ及び出光曲面１２０ｂは凸面である。尚、入光曲面１１０ｂ及び出光曲面１２０ｂは非球形曲面であってもよい。

入光曲面１１０ｂは、環状レンズ１００ｂの外径側にあり、入光焦点Ｆ１を有する。ここで、「入光焦点距離ｆ１」は「入光曲面１１０ｂと入光焦点Ｆ１との間の距離」と定義される。
出光曲面１２０ｂは、環状レンズ１００ｂの内径側にあり、入光曲面１１０ｂと相対するとともに環心Ｃと対向し、出光焦点Ｆ２を有する。ここで、「出光焦点距離ｆ２」は「出光曲面１２０ｂと出光焦点Ｆ２との間の距離」と定義される。
尚、第３の実施の形態では、出光焦点Ｆ２が入光焦点Ｆ１と同一の位置にあり、よって共焦点となっている。

平坦面１３０ｂは、入光曲面１１０ｂ及び出光曲面１２０ｂの間にあり、入光曲面１１０ｂ及び出光曲面１２０ｂのそれぞれの一方の辺に連接する。特に平坦面１３０ｂはレンズ内側に反射領域（参照符号無し）を有し、第３の実施の形態では、前述した入光焦点Ｆ１及び出光焦点Ｆ２は反射領域上の同一点に位置する。
反射面１４０ｂは平坦面１３０ｂと相対するとともに入光曲面１１０ｂ及び出光曲面１２０ｂのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。

図６に例示されるように、第３の実施の形態において、同図の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬは、（1）環状レンズ１００ｂの反射面１４０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該反射面１４０ｂから平行光としてレンズ外側に反射され、（2）環心Ｃを通る軸線に平行光として入射する。
一方、図６の紙面左側から紙面右側に向かう光ビームＬは、（1’）環状レンズ１００ｂの入光曲面１１０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該入光曲面１１０ｂによって平坦面１３０ｂの反射領域上の入光焦点Ｆ１に合焦し、当該入光焦点Ｆ１と一致する出光焦点Ｆ２から反射され、出光曲面１２０ｂによってそのレンズ外側から平行光として出射し、（2’）環心Ｃを通る軸線に平行光として入射する。

前述した図３乃至６に例示される第２及び第３の実施の形態の何れにおいても、導光部を環心Ｃの軸線上に設けてよい。これにより、出光曲面１２０ａ、１２０ｂのレンズ外側からの光ビームＬと、反射面１４０ａ、１４０ｂのレンズ外側からの光ビームＬとを導光部によって導光できる。

もし環状レンズ１００、１００ｂが非球形曲面の入光曲面１１０ａ、１１０ｂ及び非球形曲面の出光曲面１２０ａ、１２０ｂで構成されている場合でも、周辺光を点光源として集束可能であり、よって光ビームＬを例えば室内照明や太陽光発電等に利用可能である。

図７に例示されるように、第４の実施の形態の集光レンズモジュール１０’は、図５及び図６に例示される環状レンズ１００ｂの複数個が円盤状構造を形成するように配置されたものである。

第１の環状レンズ１００ｂの表面は、第１の入光曲面１１０ｂと、第１の出光曲面１２０ｂと、第１の平坦面１３０ｂと、第１の反射面１４０ｂと、を有している。
第１の入光曲面１１０ｂは、第１の環状レンズ１００ｂの外径側にあり、凸面をなして第１の入光焦点Ｆ１を有している。第１の出光曲面１２０ｂは、第１の環状レンズ１００ｂの内径側にあり、第１の入光曲面１１０ｂと相対するとともに環心Ｃと対向し、凸面をなして第１の出光焦点Ｆ２を有している。ここで、第１の出光焦点Ｆ２及び第１の入光焦点Ｆ１は、共焦点であり、第１の平坦面１３０ｂのレンズ内側の反射領域（参照符号無し）上にある。尚、第４の実施の形態では、「第１の環状レンズ１００ｂの半径」は「第１の入光焦点Ｆ１（又は第１の出光焦点Ｆ２）と環心Ｃとの間の距離」と定義される。
第１の平坦面１３０ｂは、第１の入光曲面１１０ｂ及び第１の出光曲面１２０ｂのそれぞれの一方の辺に連接し、第１の反射面１４０ｂは第１の平坦面１３０ｂと相対するとともに第１の入光曲面１１０ｂ及び第１の出光曲面１２０ｂのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。

第２の環状レンズ２００ｂの半径は第１の環状レンズ１００ｂの半径より大きく、つまり、第２の環状レンズ２００ｂは第１の環状レンズ１００ｂの外径側にある。
第２の環状レンズ２００ｂの表面は、第２の入光曲面２１０ｂと、第２の出光曲面２２０ｂと、第２の平坦面２３０ｂと、第２の反射面２４０ｂと、を有している。
第２の入光曲面２１０ｂは、第２の環状レンズ２００ｂの外径側にあり、凸面をなして第２の入光焦点Ｆ１’を有している。第２の出光曲面２２０ｂは、第２の環状レンズ２００ｂの内径側にあり、第２の入光曲面２１０ｂに相対するとともに環心Ｃ（或いは第１の入光曲面１１０ｂ）に対向し、凸面をなして第２の出光焦点Ｆ２’を有している。ここで、第２の出光焦点Ｆ２’及び第２の入光焦点Ｆ１’は、共焦点であり、第２の平坦面２３０ｂのレンズ内側の反射領域（参照符号無し）上にある。尚、第４の実施の形態では、「第２の環状レンズ２００ｂの半径」は「第２の入光焦点Ｆ１’（又は第２の出光焦点Ｆ２’）と環心Ｃとの間の距離」と定義される。
第２の平坦面２３０ｂは、第２の入光曲面２１０ｂ及び第２の出光曲面２２０ｂのそれぞれの一方の辺に連接し、第２の反射面２４０ｂは第２の平坦面２３０ｂと相対するとともに第２の入光曲面２１０ｂ及び第２の出光曲面２２０ｂのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。

第３の環状レンズ３００ｂの半径は第２の環状レンズ２００ｂの半径より大きく、つまり、第２の環状レンズ２００ｂは第２の環状レンズ２００ｂの外径側にある。
第３の環状レンズ３００ｂの表面は、第３の入光曲面３１０ｂと、第３の出光曲面３２０ｂと、第３の平坦面３３０ｂと、第３の反射面３４０ｂと、を有している。
第３の入光曲面３１０ｂは、第３の環状レンズ３００ｂの外径側にあり、凸面をなして第３の入光焦点Ｆ１”を有している。第３の出光曲面３２０ｂは、第３の環状レンズ３００ｂの内径側にあり、第３の入光曲面３１０ｂに相対するとともに環心Ｃ（或いは第２の入光曲面２１０ｂ）に対向し、凸面をなして第２の出光焦点Ｆ２”を有している。ここで、第３の出光焦点Ｆ２”及び第３の入光焦点Ｆ１”は、共焦点であり、第３の平坦面３３０ｂのレンズ内側の反射領域 （参照符号無し）上にある。尚、第４の実施の形態では、「第３の環状レンズ３００ｂの半径」は「第３の入光焦点Ｆ３”（又は第３の出光焦点Ｆ３”）と環心Ｃとの間の距離」と定義される。
第３の平坦面３３０ｂは、第３の入光曲面３１０ｂ及び第３の出光曲面３２０ｂのそれぞれの一方の辺に連接し、第３の反射面３４０ｂは第３の平坦面３３０ｂと相対するとともに第３の入光曲面３１０ｂ及び第３の出光曲面３２０ｂのそれぞれの他方の辺（もう一方の辺）に連接する。

第４の実施の形態では、以上述べた、第１の環状レンズ１００ｂ、第２の環状レンズ２００ｂ、及び第３の環状レンズ３００ｂが、環心Ｃを中心として、内径側から外形側にかけて配置されて円盤状構造の集光レンズモジュール１０’を構成している。

図７に例示されるように、第４の実施の形態において、同図の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬは、（1）第３の環状レンズ３００ｂの第３の反射面３４０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第３の反射面３４０ｂから平行光としてレンズ外側に反射される。
図７の紙面左側から紙面右側に向かう光ビームＬは、（1’）第３の環状レンズ３００ｂの第３の入光曲面３１０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第３の入光曲面３１０ｂによって第３の平坦面３３０ｂの反射領域上の第３の入光焦点Ｆ１”に合焦し、当該第３の入光焦点Ｆ１”と一致する第３の出光焦点Ｆ２”から反射され、第３の出光曲面３２０ｂによってそのレンズ外側から平行光として出射する。
尚、前述したステップ（1’）において第３の入光曲面３１０ｂに平行光としてレンズ外側から入射する光ビームＬとは、第３の環状レンズ３００ｂの外径側に第４の環状レンズ（不図示）が配置されている場合に発生する。具体的には、光ビームＬは、第４の環状レンズの第４の反射面（不図示）に対し、図７の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬが平行光としてレンズ外側から入射し、当該第４の反射面から平行光としてレンズ外側に反射されたものである。

図７の紙面上側から紙面下側に向かう光ビームＬは、（2）第２の環状レンズ２００ｂの第２の反射面２４０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第２の反射面２４０ｂから平行光としてレンズ外側に反射される。
前述したステップ（1）及び（1’）で発生した図７の紙面左側から紙面右側に向かう光ビームＬは、（2’）第２の環状レンズ２００ｂの第２の入光曲面２１０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第２の入光曲面２１０ｂによって第２の平坦面２３０ｂの反射領域上の第２の入光焦点Ｆ１’に合焦し、当該第２の入光焦点Ｆ１’と一致する第２の出光焦点Ｆ２’から反射され、第２の出光曲面２２０ｂによってそのレンズ外側から平行光として出射する。

前述したステップ（2）及び（2’）で発生した図７の紙面左側から紙面右側に向かう光ビームＬは、（3）第１の環状レンズ１００ｂの第１の入光曲面１１０ｂに平行光としてレンズ外側から入射し、当該第１の入光曲面１１０ｂによって第１の平坦面１３０ｂの反射領域上の第１の入光焦点Ｆ１に合焦し、当該第１の入光焦点Ｆ１と一致する第１の出光焦点Ｆ２から反射され、第１の出光曲面１２０ｂによってそのレンズ外側から平行光として出射し、（4）環心Ｃを通る軸線に平行光として入射する。

以上から、集光レンズモジュール１０’はより多くの周辺光（光ビームＬ）を集光できる。尚、第４の実施の形態では、環心Ｃの位置に導光部２０を配置して、集光レンズモジュール１０’が集束した光ビームＬを所定の場所に導くこともできる。

前述した第１の環状レンズ１００ｂ、第２の環状レンズ２００ｂ、及び第３の環状レンズ３００ｂの設計及び円盤状構造によって、周辺光は、例えば最外径側の第３の環状レンズ３００ｂから第２の環状レンズ２００ｂを経由して最内径側の第１の環状レンズ１００ｂを通って徐々に強まって最終的に環心Ｃに集まる。このような集光レンズモジュール１０’によれば、周辺光を集束させて点光源を形成する目的が達成され、結果的に光の集中率及び圧縮率が高まって周辺光の有効利用の度合いが向上したことになる。

図８に例示されるように、前述した集光レンズモジュール１０、１０’を建築物Ｈの天井、外壁、周囲の空地等に設置して太陽光を集束し、当該モジュール１０、１０’における導光部２０を通じて当該モジュール１０、１０’により集束された光を建造物Ｈの室内の照明器具３０まで導けば、スマート型照明ソリューションとなり得る。
また、前述した集光レンズモジュール１０、１０’を太陽光発電技術等に応用すれば太陽電池の効率を高めることもできる。

前述した実施の形態での集光レンズモジュールのレンズ曲面及びその配置の設計を通じて光の集中率を高めることができる。また、集光レンズモジュールの円盤状構造を通じて光の圧縮率を高めることもできる。これにより、周辺光の有効利用の度合いが向上する。当該モジュールが例えば室内照明や太陽光発電等のグリーンエネルギー産業に応用されることによって、省エネ化が可能となる。

前述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１０、１０’・・・・・・集光レンズモジュール
２０・・・・・・・・・・導光部
３０・・・・・・・・・・照明器具
１００、１００ｂ・・・・（第１の）環状レンズ
２００、２００ｂ・・・・第２の環状レンズ
３００、３００ｂ・・・・第３の環状レンズ
１００ａ・・・・・・・・第１の環状レンズ断面
２００ａ・・・・・・・・第２の環状レンズ断面
３００ａ・・・・・・・・第３の環状レンズ断面
１１０ａ、１１０ｂ・・・（第１の）入光曲面
２１０ａ、２１０ｂ・・・第２の入光曲面
３１０ａ、３１０ｂ・・・第３の入光曲面
１２０ａ、１２０ｂ・・・（第１の）出光曲面
２２０ａ、２２０ｂ・・・第２の出光曲面
３２０ａ、３２０ｂ・・・第３の出光曲面
１３０ａ・・・・・・・・（第１の）平坦面
２３０ａ・・・・・・・・第２の平坦面
３３０ａ・・・・・・・・第３の平坦面
１４０ａ、１４０ｂ・・・（第１の）反射面
２４０ａ、２４０ｂ・・・第２の反射面
３４０ａ、３４０ｂ・・・第３の反射面
Ｃ・・・・・・・・・・・環心
Ｆ１・・・・・・・・・・（第１の）入光焦点
Ｆ１’・・・・・・・・・第２の入光焦点
Ｆ１”・・・・・・・・・第３の入光焦点
ｆ１・・・・・・・・・・入光焦点距離
Ｆ２・・・・・・・・・・（第１の）出光焦点
Ｆ２’・・・・・・・・・第２の出光焦点
Ｆ２”・・・・・・・・・第３の出光焦点
ｆ２・・・・・・・・・・出光焦点距離
Ｈ・・・・・・・・・・・建築物
Ｌ・・・・・・・・・・・光ビーム

Claims (10)

1. 環心を有する少なくとも１つの環状レンズを備え、
   当該少なくとも１つの環状レンズは、前記環心と相対する入光曲面と、前記入光曲面と相対するとともに前記環心と対向する出光曲面と、前記入光曲面の一方の辺及び前記出光曲面の一方の辺に連接する反射面と、を有し、
   前記入光曲面にレンズ外側から入射した光ビームは、前記入光曲面でレンズ内側に屈折して前記出光曲面にレンズ内側から集束した後、前記出光曲面からレンズ外側に屈折して前記環心に向かって進み、
   前記反射面にレンズ外側から入射した光ビームは、前記反射面からレンズ外側に反射して前記環心に向かって進む
   ことを特徴とする集光レンズモジュール。
2. 前記少なくとも１つの環状レンズは、前記反射面と相対するとともに前記入光曲面のもう一方の辺及び前記出光曲面のもう一方の辺に連接する平坦面を更に有することを特徴とする請求項１に記載の集光レンズモジュール。
3. 前記出光曲面はレンズ外側からレンズ内側へ凹状をなす凹面であることを特徴とする請求項２に記載の集光レンズモジュール。
4. 前記出光曲面はレンズ内側からレンズ外側へ凸状をなす凸面であり、前記平坦面はレンズ内側に反射領域を有することを特徴とする請求項２に記載の集光レンズモジュール。
5. 前記入光曲面はレンズ内側の前記反射領域上に入光焦点を有し、前記光ビームは前記入光曲面によって前記入光焦点上に合焦し、レンズ内側の前記反射領域から反射することを特徴とする請求項４に記載の集光レンズモジュール。
6. 前記出光曲面はレンズ内側で前記入光焦点と同じ位置に出光焦点を有し、前記光ビームは前記入光曲面によって前記入光焦点上に合焦し、レンズ内側の前記反射領域から前記出光曲面のレンズ内側へ向かって反射することを特徴とする請求項５に記載の集光レンズモジュール。
7. 前記環心に配置され、前記出光曲面からレンズ外側に出射する前記光ビームを導くための導光部を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の集光レンズモジュール。
8. 前記少なくとも１つの環状レンズは、それぞれの半径が互いに異なり内径側から外径側へ順に配置されて円盤状構造を形成する複数の環状レンズであることを特徴とする請求項１に記載の集光レンズモジュール。
9. 前記複数の環状レンズは第１の環状レンズ及び第２の環状レンズであり、
   前記第１の環状レンズは第１の入光曲面及び第１の出光曲面を有し、前記第１の出光曲面は前記環心と対向し、前記第１の入光曲面は前記第１の出光曲面と相対し、
   前記第２の環状レンズは第２の入光曲面及び第２の出光曲面を有し、前記第２の出光曲面は前記第１の入光曲面と対向し、前記第２の入光曲面は前記第２の出光曲面と相対する
   ことを特徴とする請求項８に記載の集光レンズモジュール。
10. 前記第１の入光曲面及び前記第１の出光曲面はレンズ内側に第１の焦点を共有し、前記第２の入光曲面及び前記第２の出光曲面はレンズ内側に第２の焦点を共有し、
    前記光ビームは、
    前記第２の入光曲面によってレンズ内側の前記第２の焦点に合焦し当該第２の焦点から前記第２の出光曲面のレンズ内側に向かって反射され、
    前記第２の出光曲面でレンズ外側に屈折し前記第１の入光曲面のレンズ外側に向かって出射し、
    前記第１の入光曲面によってレンズ内側の前記第１の焦点に合焦し当該第１の焦点から前記第１の出光曲面のレンズ内側に向かって反射され、
    前記第１の出光曲面でレンズ外側に屈折し前記環心に向かって出射する
    ことを特徴とする請求項９に記載の集光レンズモジュール。

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