JPH02122159A

JPH02122159A - 太陽光集光装置および太陽光端末投光装置

Info

Publication number: JPH02122159A
Application number: JP63274309A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takahashi; 秀夫高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1990-05-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、太陽光をセンサーおよび電子回路の制御によ
シ追尾し、曲面鏡および集光レンズで集光し、光ファイ
バーに入光して伝送し、拡散投光として利用する太陽光
集光装置および太陽光端末投光装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から自然の恵である太陽のエネルギーを利用するこ
とは温水器や発電及びソーラーシステム等として知られ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、太陽の光エネルギーを伝送して利用するもの
である。太陽の光エネルギーは晴天時での地上鉛直面で
約ＩＫＶｊ４Ｆ？あり、この無限の光エネルギーを使用
することによって、従来太陽の光が届かない屋内や地下
室等あらゆる場所で太陽の光を利用することができるこ
とを目的とした太陽光集光装置および太陽光の端末投光
装置を提供するものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明においては、前記太陽の光エネルギーを装置の構
造、あるいは伝送の方式によってロスをいかに少なくし
て有効に第１」用できるかを鋭意研究の結果、ＹｌｌＩ
Ｉセンサー　Ｘ軸センサ〜および電子回路の制御により
太陽光を追尾し、曲面鏡およびレンズで集光し、光ファ
イバーに入光伝送することによって装置ならびに伝送方
式に、ｌニル光１７）ロスを最少限にして多層階層のビ
ルの屋上に装置を多数設置して屋内や地下室に導き拡散
投光として太陽光の有効に利用するという目的を達する
ものである。

〔作　用〕

本発明において、太陽光集光装置は、北半球において（
Ｙ軸−真東を００、真南を９０°、真西を１８０°、Ｙ
軸−地面を００、地面に鉛直方向を９０゜とすれば）集
光部分は軸受を中心として、太陽光の位置をＹ　’ｒｉ
ｌ１１センサーおよび電子回路で感知制御してＹ　４１
１０’〜９０°の間を回転移動する。さらに集光部分は
太陽光の位置をＸ軸センサーおよび電子回路で感知制御
してＸ＠００〜１８０°　の間を回転移動する。そして
、この集光部分は、日没や太陽光の直進光がなくなる雨
天、仮天になった時それぞれの位置よりＸ軸９０°、Ｙ
’１ｌ１４５゜の定位置に停止する。

集光方法は、レンズ構成による集光方式では光量損失が
余シにも大きいため、本発明においては光量損失の少い
曲面鏡による反射集光方式を採用し最終段階にのみレン
ズ集光して光ファイバーに入光する。父、鏡面の老化に
よる反射率の低下を長期間防ぐ為、ブラウン管状に密閉
して真空又は不活性ガスを封入する。

伝送する光ブアイバーは断面の大きい主光ファイバーの
回りに径の小さい光ファイバーを束ねたケーブルにより
構成して、主要な垂直光のような強い光を径の大きい主
光ファイバーに入光させ、焦点ボケの比較的弱い光を径
の小さい光ファイバーの束に入光させることにより、光
ファイバーの全体の束の全断面積に対して光を伝送しな
いクラッドの全面積の割合が結果的に小さく伝送の効率
が高くなる。

光ファイバーから伝送される光は端末投光装置によ力投
光されるが、この投光部分は、伝送された光を屈折レン
ズで散光させ調整レンズで調整して投光する。調整レン
ズ面での反射による損失をなくす為、反射板を設けて反
射させて高能率を計り、内部を真空または不活性ガスを
封入し、内部の老化及び汚れを防ぐ。

そして、本発明の集光装置においては、集光レンズ以外
の面を太陽電池構造としているため発電される電気は蓄
電し、駆動装置及び電子回路及び補助電気照明の電源と
する。

〔実施例〕

添付図面により本発明の太陽光集光装置および太陽光端
末投光装置を説明すると、第１図乃至第５図は太陽光集
光装置を示すものであって、第１図は本装置全体の斜視
図であり、図において、（１）は集光曲面鏡であって円
形で凹状に設置され、この上面中心に反射曲面鏡が設け
られている。（５）は太陽電池および保護ガラスを示し
ていて、円形の太陽光集光装置の集光曲面＊　（１）を
除いた他の面は太陽電池が埋設され装置全体は保護ガラ
スで覆れている。（６）はアームであって集光装置を支
持している。（８）は集光装置の層面に設ける保護カバ
ーであシ、（７）は集光装置の中心に設けである収納ボ
ックスであって太陽の位置を追うための後述する各種の
センサーやフロア装置およびワイパーの駆動モーター等
が収納されている。ＯＱは保護ガラス面を掃除するワイ
パーである。０３）はＹ軸ギヤボックス、ｏ４）はＸ軸
駆動モーター、（１５）は減速ギヤボックスであシ、α
樽は支柱であって共に収納ボックス（７）内の各種セン
サー類によってそれぞれ作動する。

第２図および第３図は太陽光集光装置の作動を示す詳細
図であって、第２図はＹ軸の操作を示し、第３図はＸ１
ｌｌの操作を示す。

第２図において、（４）はオームギヤであシ、ｒ２りは
カサギヤ、０２３）は回転軸であって、（２４）はオー
ムギヤ、（２５）は軸受を示す。（２６）はスラスト軸
受、（５）は減速ギヤ、（２秒は風圧計、翰は補強用の
リブを示す。また第３図において叫は固定支柱をしてい
る。

したがって、Ｙ軸の作動は、収納ボックス内のＹｅｌｌ
センサーの指令によってＹ軸駆動モータαＪが駆動して
変速ギヤ（１５）、　カサギヤ（２つ、オムギャを介し
て太陽光集光装置が矢印のように作動する。またＹ軸の
作動は収納ボックス（７）内のＸ軸センサーの指令によ
って、Ｘ軸駆動モター０４）が駆動して変速ギヤ（５）
、オームギヤ（財）を介して太陽光集光装置が回動軸＠
の作動によって１８０゛　　回動する。

第４図および第５図は太陽光集光部分の詳細図である。

図において、（４１）は入光屈折レンズ、（５０）は光
ファイバーケーブルである。この集光部分は第５図の断
面図を参照して、集光曲面鏡（１）で受けた光は矢印の
ように反射して反射曲面鏡（２）で受は史に反射して入
光屈折レンズ（４υに入り当接する光ファイバーケーブ
ル５０）に入って後述する端末投光装置に送られ拡散投
光となって照明として利用される。また収納ボックス（
方円にはｘｙＹ軸ンサー（５７）　、（５８）や、ジャ
イロ（６０）、ワイパー駆動モーター（５９）　、減速
ギヤ（６１）　、初動センサ（６カ１対震計（６３）な
どが収納されている。

第６図は端末投光装置の断面図を示し、第７図は光ファ
イバーケーブルの入光部分の断面図を示すものである。

光ファイバーケーブル６０）の末端には屈折レンズ（４
３］があり、この屈折レンズに対向して調整レン、＜　
（４ｆ３）を設ける。そして、この屈折レンズは凹型の
反射板（４渇の中心にあって、これらは固定容器（４４
）に納められ取付アーム（４ツによって支持されていて
、一般の照明装置と同様に使用される。

即ち図示において、光ファイバーケーブルを通して光は
矢印のように屈折レンズ（４３１及び調整レンズ（４６
）を通して又調整レンズ面での反射光は調整レンズ（４
６）面で反射して反射板（４２１Ｋ戻シ、再び調整レン
ズを通して散光となって投光される。

また、光ファイバーケーブル５０）の入党部分は、中心
にコアの大きい主光ファイバーを配し、周囲に小径の光
ファイバーを束ねて構成され入光部分のみ主光ファイバ
ーのコアを薄くする。このように構成された光ファイバ
ーは、集光スポットのうち焦点の合った主な光を主光フ
ァイバに入光させ収差および斜光による焦点ボケとなる
光を主光ファイバーの回りに束ねである小径の光ファイ
バーに入光させ光伝送の効率を高くするものである。

第８図はＸ軸センサー（５７）、第９図はＹ軸センサー
（５８）の詳細図であって、（イ）、（ロ）、（ハ）、
に）図は断面図、側面図、上面図を示すものである。図
中の（５１）は収納ボックス、（５２）は保護カバー、
（５３）は光調整プリズム、（５４１は垂直光センサー
であって対向する受光板（５５）の中央に設ける。（５
６）は水平光センサー、（５７）　、　（ＥＢ）はＹ軸
あるいはＹ軸センサーを示している。（５９）は光強度
調整センサー（遮光センサー）であり、（６０）はセン
サー取付板、（６１）は仕切板を示すものである。

Ｘ　Ｎ４１＋センサー（５７）およびＹ軸センサー（５
８）は上述の如くであり、Ｘ軸センサー（５ηにあって
は集光曲面鏡の面と底辺が水平で受光板（５５）を２枚
対向させてＸ＠に垂直になる様に取付る。この２枚の受
光板（５５）の受光面は太陽光の受光時に散乱光になる
様に乳白色にし光センサ−（５７）、（５Ｂ）で感知す
る。２枚の受光板（５５）の空隙にその追上部分より鉛
直光を正確に入光させるため光調整プリズム（慢をＹ軸
角度４５°間の光を入光できる長さにし、頂点を小さく
底辺に平行に切り取り、この部分より光を細い帯状にし
て入光させる。

垂直光センサー（５４）は直進光を散乱光とするように
受光管を乳白色半透明とし光センサーで感知させる　遮
光およびセンサー取付板（６０）は正確に斜光を受光板
（５５）で受光できるように受光板と間隔を設けて取付
け、不必要な斜光および散乱光を遮光する。

Ｘ軸センサー（５７）は受光板（５５）で受けて散乱光
になった光を集光レンズで集光し光センサーで感知する
。

Ｘ軸遮光センサー（５９）は、太陽光は一日のうちでも
朝夕と日中晴天と薄日等刻々に変り、またその光の差が
大きいのでＸ軸センサー（５７）で感知した電子回路に
受光板（５５）で上部と下部での光の強さの違い、また
遮光センサーの感度を下げて感知させ姓光回路として入
力し、それぞれの光の強さに関係なくなるべく一定にす
る。

水平光センサー（５６）は、受光板（５５）に入力でき
ない水平光より装置が回転移動して入力可能になるまで
の範囲を直進光および散乱光を光量調整フィルターで調
光して光センサーで感知する。

またＹ軸センサー（５８）は、集光曲面鏡と底辺水平で
、受光板（５５）をＸ軸に平行で底辺に垂直になるよう
に取付け、受光板（５５）　２枚を空隙を設けて直進光
を細い線状に入光させるように頂上部分の光調整プリズ
ム（５３）を円錐形として頂点を底辺に平行して小さく
切り取って取付け、この部分より入光させ光センサ−（
５４）で感知する。そしてその他の部分はＸ軸センサー
と同様に作動する。

次に、一実施例として本発明装置の作動を説明すると、
集光可能な太陽光がＸ軸０°、Ｙ軸Ｏ０（約ＡＭ６：０
０の時刻）の方向より、停止状態（Ｘ軸９０°、Ｙ軸４
５°）にある装置の集光部分に入光した場合、第４図お
よび第５図を参照して、初動光センサー（６２）で昼光
を感知して電子回路のカウンター回路を開き、初動回路
を閉じる。

そしてカウンターが働いて約１５秒後Ｘ軸センサー回路
およびＸ軸駆動モーターの電源回路を開いてカウンター
回路を閉じる。第８図を参照してＸ細光センサーの水平
光センサー（５６）に入光している光を感知してＸ＠駆
動モーターの電源がＯＮとなって集光部分はＸ軸Ｏ０の
方向に回転移動しＸ軸釣４５°で水平光センサー（（ト
）に入党が不可能になるが受光板（５５）Ｋ入光して散
乱光としてＸ細光センサー（圀で感知し継続して回転移
動する。

Ｘ軸が００に達した時に受光板（田は太陽光に対して垂
直になるため受光は弱まり光は光調整プリズム（５３）
を通して受光板の空隙に垂直に帯状に入光し、垂直光セ
ンサー（５４）で感知しＸ１ｌｉｌｌＩセンサ一回路を
閉じＸ軸駆動モーターの電源ＯＦＦで集光部分は停止し
、これと同時ＶＣＹＣ上軸サー回路およびＹ＃１．＠動
モーター醒源を聞く、第９図を参照して　Ｙ軸センサー
の水平光センサー（５６）に入光している光を感知し、
Ｙ軸駆動モーターの電源のＯＮで集光部分はＹ軸４５°
の停止位置よ５Ｙ軸０°方向に回転移動し、水平光セン
サー（５６）に入光が不可能になるが、受光板（５５）
　Ｋ入光し散乱光としてＹ細光センサー（５８）で感知
して継続して回転移動する。そしてＹ軸が０°に達した
時受光板（（ト）は太陽光に対して垂直になるため受光
は弱まシ、光は光調整プリズム（５３）を通して空隙に
垂直に線状に入光し垂直光センサー（５１）で感知し、
Ｙ軸センサー回路を閉じ、Ｙ軸能動モーター電源のＯＦ
Ｆで集光部分は停止し、集光曲面鏡は太陽光に対して鉛
直面となり集光伝送を始め同時に最初のカウンター回路
を開く、そして作動は最初に戻りカウンターが働く約１
５秒後、Ｘ軸カウンター回路およびＸ軸駆動モーターの
電源回路を開く、この１５秒間に太陽位置はＸ軸および
Ｙ軸で約０．０６２５°移動する。これをＸ軸、Ｙ細光
センサーで感知し、集光部分を回路移動させてカウンタ
ーで１５秒間停止させる。これを順次繰返すものである
。

以上により太陽光を追尾し継続して集光曲面で太陽光を
集光し光ファイバーによって伝送することが可能となる
。

〔効　果〕

本発明における太陽光集光装置の集光部分は、軸受を中
心として、太陽光のＹ軸位置をＹ軸センサーおよび電子
回路で感知制御してＹ軸０°〜９０°の間を回転移動し
、太陽光Ｘ軸の位置をＸ軸センサーおよび電子回路で感
知制御してＸ軸０°〜１８０°の間を回転移動する。

太陽光の集光方法は、光量損失の少ない曲面鏡によυ反
射集光方式を採用して最終段階のみでレンズ集光して光
ファイバーに入光して光を伝送するため光のロスが少な
く、設置場所を土地の有効利用を考慮して多層階の屋上
に多数個設置すれば遠く広く太陽光を所望の場所に伝送
できる。

このため端末の投光装置には光を散光とする４゜ための屈折レンズ、調整レンズ、反射板等を設けて光を
散光させ投光して、従来太陽光の届か一セ、実現不可能
であった多層階とした人工地盤や植物工場又、地下の開
発や日照不足の家屋などに伝送する事ができ、有害な紫
外線を取り除き、又フィルター等で制御した有効な太陽
光を送ることができ、人々ばかシでなく植物や動物にも
自然の状態で生活ができるという図り知れない生活上の
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽光集光装置の全体の斜視図、第２図は同装
置の装置の作動を示す縦断面図であり、第３図は同横断
面図を示す。第４図および第５図は集光部分の詳細を示
すＫｒ面図であシ、第６図は端末投光部を示す断面図を
示し、第７図は光ファイバーケーブルの入光部分の断面
図を示す。第８図はＸ軸センサーの詳細断面図であって
、（イ）、（ロ）は縦断面図、（ハ）は側面図、に）は
上面図を示す。また第９図はＹ軸センサーの詳細断面図
であって、（イ）図および（ロ）図は縦断面図を示し、
（ハ）図は側面図、に）図は上面図を示している。（１）・・・集光曲面鏡　（２）・・・反射曲面鏡　（
６）・・・アム　（７）・・・センサー類収納ボックス
　Ｑ３１・・・Ｙ軸ギヤボックス　０４）・・・Ｘ軸駆
動モーター０υ・・・入光屈折レンズ　（４２）・・・
反射板　（４３・・・屈折レンズ　（４４）・・・固定
容器　（４つ・・・取付はアーム（４６）・・・投光調
整レンズ　５０）・・・光ファイバーケーブル　（５３
）・・光調整プリズム　（５４）・・・垂直光センサー
　（５５）・・・受光板　（５６）・・・水平光センサ
ー（５７）・・・Ｘ軸センサー　（５８）・・・Ｙ軸セ
ンサー（６０）・・・ジャイロ　（６２）・・・初動セ
ンサー　（６３）・・・耐震計第５図第６図（ノ □り７ｎ□

Claims

【特許請求の範囲】１、太陽に対向してＹ軸方向（地表に対して鉛直）に９
０°、Ｘ軸方向（地表に対して水平）に１８０°自由に
回転移動する集光板の中央に、Ｙ軸Ｘ軸センサー、ワイ
パー駆動装置、定位置停止用のジャイロ等を収納するボ
ックスを設けると共に、前記集光板面上の周囲に中心に
反射用の凸面鏡を設け、底面を集光用の凹面鏡で形成し
た集光部を多数個設けてなり、該集光部の中心、即ち反
射用凸面鏡の焦点部に集光レンズを設け、該集光レンズ
に接して光ファイバーケーブルを設けてなることを特徴
とした太陽光集光装置。２、集光レンズに接して設けた光ファイバーケーブルの
末端に湾曲した反射板の中央に屈折レンズを設け、これ
に対向して調整レンズを設けて投光装置を構成し、これ
らを取付アームのついた固定容器に納めてなる端末投光
装置。