JPH09243901A - 太陽光集光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量の太陽光線を受光、集光し平行光線とし
て所定の場所へ伝送する等のための太陽光集光装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 中心部に開口部（４ａ）を設け、光軸Ａ
ｌ上の背面側の一点で交差する水平回転軸Ａｈを中心に
水平面内で回転させ、垂直回転軸Ａｖを中心に垂直面内
で回転させる球面鏡（１ａ）と、中心線を光軸Ａｌと一
致させて、焦点Ｆ２ａを球面鏡の焦点Ｆ１ａと同一点に
位置させ、反射鏡面（２ａｒ）を球面鏡の反射鏡面（１
ａｒ）と対向して設けた双曲面鏡（２ａ）と、上記垂直
回転軸Ａｖ上に反射鏡面（３ａｒ）を有し、水平方向の
回転は球面鏡（１ａ）と同じ角度だけ回転をし、垂直方
向の回転は「Θｙ＝９０度＋Θｘ／２＋Θｋ／２」の式
を成立させる該「Θｙ」の角度に回転するよう、反射鏡
面（３ａｒ）を上記双曲面鏡の反射鏡面（２ａｒ）に向
けて配置した平面鏡（３ａ）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、太陽光を集光して所
望の空間、例えば太陽光のあたらない部屋等に伝送する
ための、太陽光集光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
太陽光を集光して伝送する方法には、凸レンズもしくは
フレネルレンズを使用する方式と平面鏡を使用する方式
がある。

【０００３】凸レンズもしくはフレネルレンズを使用す
る方式は図１に示すように太陽追尾機構を具備した単体
もしくは複数のレンズで太陽光を集光し、焦点付近に配
置した光ファイバーで伝送する方式が一般的である。し
かしながら、この方式では、光ファイバーは伝送損失も
少なく屈曲性に優れ自在に所定の場所に太陽光を伝送出
来る利点はあるが、（１）．断面積が小さいため大量の
光線を入光、伝送出来ない、（２）光ファイバーの価格
も高く単位集光面積あたりの価格も割高となる、（３）
色収差等のため凸レンズ、フレネルレンズの口径の大き
さに制約がある等の欠点があった。

【０００４】また、平面鏡を使用する方式は、図２に示
すように、太陽追尾機構を具備した単体もしくは複数の
平面鏡を使って垂直下方へ反射させ、この反射光を光グ
クトで受けて伝送する方式が一般的である。しかしなが
ら、この方式では、（１）単に、光の方向を屈折するだ
けで集光されていないため、光ダクトで伝送するには受
光面積と同じ面積を必要とする、また、（２）光ダクト
内での反射損失のため遠くへの伝送は困難である等の欠
点があった。

【０００５】本発明は、上記の欠点を除くためになされ
たもので、大量の太陽光線を受光集光し小断面積の光ダ
クト等で所定の場所へ伝送するための太陽光集光装置を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明にかかる太陽光
集光装置は、中心部に開口部（４ａ）を設け、光軸Ａｌ
（球面鏡の中心線をいう）上の背面側の一点で交差する
水平回転軸Ａｈを中心に水平面内で回転せしめるととも
に、垂直回転軸Ａｖを中心に垂直面内で回転せしめる球
面鏡（１ａ）と、中心線を上記光軸Ａｌと一致させて、
焦点Ｆ２ａを上記球面鏡の焦点Ｆ１ａと同一点または前
後に位置せしめ、反射鏡面（２ａｒ）を上記球面鏡の反
射鏡面（１ａｒ）と対向して設けた双曲面鏡（２ａ）
と、上記垂直回転軸Ａｖ上に反射鏡面（３ａｒ）を有
し、水平方向の回転は上記球面鏡（１ａ）と同じ角度だ
け回転をし、垂直方向の回転は Θｙ＝９０度＋Θｘ／２＋Θｋ／２・・・（１） の関係式を成立させる該「Θｙ」の角度に回転するよ
う、反射鏡面（３ａｒ）を上記双曲面鏡の反射鏡面（２
ａｒ）に向けて配置した平面鏡（３ａ）とを有すること
を特徴とする。ただし、上記（１）式において、「角度
Θｋ」は太陽光集光装置外に放射する光線の任意に設定
した角度で、上記「角度ΘＸ」は光軸Ａｌが水平面とな
す交角とする。

【０００７】即ち、図３Ａ、図３Ｂを参照しつつ本請求
項１記載の発明を説明すると、以下のとおりである。な
お、図３Ａはこの発明の構成および作用を示す概略斜視
図、図３Ｂは同じく側面図である。

【０００８】図３Ａ、図３Ｂに図示するように、中央に
開口部４ａのある球面鏡１ａを配置する。球面鏡１ａの
背面側（球面鏡の反射鏡面１ａｒの反対側）の光軸Ａｌ
上に原点Ｏを設定する。原点Ｏを通る垂直線を設定しこ
れを球面鏡１ａを水平面内で回転させるための水平回転
軸Ａｈとする。原点Ｏを通り光軸Ａｌに直角な水平線を
設定しこれを球面鏡１ａを垂直回転するための垂直回転
軸Ａｖとする。

【０００９】球面鏡１ａが水平回転軸Ａｈを回転軸とす
る水平回転と垂直回転軸Ａｖを回転軸とする垂直回転を
行うことによって光軸Ａｌが常に太陽方向を向くように
球面鏡１ａを設ける。

【００１０】双曲面鏡２ａを、中心線を光軸Ａｌに、双
曲面鏡の焦点Ｆ２ａを球面鏡の焦点Ｆ１ａにそれぞれ一
致させて、双曲面鏡の反射鏡面２ａｒを球面鏡の反射鏡
面１ａｒに向けて、球面鏡１ａの太陽追尾のための水
平、垂直回転と同じ回転をするように装置する。

【００１１】平面鏡３ａを、平面鏡の反射鏡面３ａｒを
双曲面鏡の反射鏡面２ａｒに向けて、平面鏡の反射鏡面
３ａｒ上に原点Ｏおよび垂直回転軸Ａｖが存在するよう
に装置して、球面鏡１ａの太陽追尾のための水平、垂直
回転に対応して次のような回転をするように、設ける。
つまり、水平回転については、球面鏡１ａと同じ角度だ
け回転する。垂直回転については、太陽光集光装置外に
放射する光線の角度Θｋが特定して予め設定され、光軸
Ａｌと水平面のなす角度がΘｘの時、垂直回転軸Ａｖを
回転軸として（１）の関係式を満足するような角度Θｙ
に回転する。

【００１２】しかして、本請求項１記載の発明にかかる
太陽光集光装置によれば、太陽位置の変化に応じて、球
面鏡１ａを、太陽位置を検出して常に上記光軸Ａｌが太
陽方向に向けるようにすれば、太陽光線は、光軸Ａｌに
平行に入射し球面鏡の反射鏡面１ａｒで球面鏡の焦点Ｆ
１ａに向けて反射される。そして、上記球面鏡の焦点Ｆ
１ａと同一点に双曲面鏡の焦点Ｆ２ａを有する双曲面鏡
２ａは、球面鏡の反射鏡面１ａｒから双曲面鏡の焦点Ｆ
２ａに向かって逆放射状に到来する反射光線を、双曲面
鏡の反射鏡面２ａｒに受けて、光軸Ａｌに平行に開口部
４ａを通過して平面鏡３ａの反射鏡面３ａｒへ反射す
る。

【００１３】そして、上記平面鏡３ａは、水平方向には
球面鏡１ａと同じ水平回転をし、垂直方向には、予め設
定された放射角度をΘｋで表せば光軸Ａｌがなす角度Θ
ｘと（１）の関係式によって求められる角度Θｙをなす
ことから、双曲面鏡の反射鏡面２ａｒから反射してきた
光線は、光軸Ａｌと同じΘｘの角度で平面鏡３ａの反射
鏡面３ａｒへ入射する。この入射光線は、平面鏡３ａの
反射鏡面３ａｒへは（Θｙ−Θｘ）の入射角度で入射し
て（Θｙ−Θｘ）の角度で反射する。つまり、水平面を
基準にすると、常にΘｋの角度で反射する。

【００１４】以上の説明では、本発明の太陽光集光装置
で集光、放射する方向をΘｋとして一般的な型で説明し
たが、集光、放射する方向を垂直下方、即ちΘｋ＝−９
０度とと具体的に特定したときは、Θｋ＝−９０度を
（１）の関係式に代入し平面鏡３ａの垂直回転角度Θｙ
は Θｙ＝４５度＋Θｘ／２……（２） となり（２）式を満足するような角度Θｙに垂直回転す
るように構成すると太陽位置にかかわらず垂直下方に放
射が可能となる。

【００１５】以上の如く、本発明の太陽光集光装置は太
陽の直達光線を集光して特定の設定した方向へ放射させ
ることが可能である。

【００１６】また、本願請求項２記載の発明のように、
上記請求項１でいう球面鏡１ａの形状は、その断面が球
面鏡の直径断面と同一形状を有する湾曲面鏡（図８、図
９参照）でも良い、平行に入射した光線を反射して逆放
射状に一点もしくは直線上に集中する形状のものであれ
ば良い。また、この場合、上記請求項１でいう双曲面鏡
２ａは、双曲面鏡の中心を通る断面と同一形状を有する
双曲面湾曲面鏡が良く、逆放射状に入射する光線を平行
光線もしくは近似平行光線として反射する形状のもので
あれば良い。外周形状は円形、長方形等にこだわらな
い、傘状の折り畳み式のものでも良い。かかる構成であ
っても、上記請求項１記載の発明と基本的に同様の作用
効果を奏する。

【００１７】

【実施の形態】本願発明にかかる太陽光集光装置の一つ
の実施態様として、太陽位置検出センサー（２３）をそ
の中心が前記球面鏡（１ａ）又は球面湾曲鏡（１ｂ）の
光軸Ａ１と平行になるよう設けるとともに、上記平面鏡
（３ａ）が、水平方向の回転は上記球面鏡（１ａ）又は
球面湾曲鏡（１ｂ）と同じ角度だけ回転をし、垂直方向
の回転は「Θｙ＝９０度＋Θｘ／２＋Θｋ／２」の関係
式を成立させる該「Θｙ」の角度に回転する機構を設
け、且つ、上記太陽位置検出センサー（２３）で太陽位
置と光軸Ａｌとのずれを検出すると、光軸Ａｌが太陽位
置に一致するよう上記機構を駆動制御する制御装置を設
ければ、太陽位置が刻々変化しても、球面鏡（１ａ）
（あるいは球面湾曲鏡（１ｂ））および平面鏡３ａは、
この制御装置の駆動制御に従って、上記機構によって、
水平方向には同じ水平回転をし、垂直方向には、球面鏡
（１ａ）（あるいは球面湾曲鏡（１ｂ））はその光軸Ａ
ｌと太陽位置が一致するべく光軸Ａｌが水平面となす角
度Θｘとなるよう回転し、平面鏡３ａは予め設定された
放射角度をΘｋで表せば光軸Ａｌが水平面となす角度Θ
ｘと（１）の関係式によって求められる角度Θｙになる
よう回転する。従って、太陽位置の刻々の変化にかかわ
らず、双曲面鏡（あるいは双曲面湾曲鏡）はその光軸Ａ
ｌが太陽位置に一致し、該双曲面鏡（あるいは双曲面湾
曲鏡）の反射鏡面２ａｒから反射してきた光線は、光軸
Ａｌと同じΘｘの角度で平面鏡３ａの反射鏡面３ａｒへ
入射する。この入射光線は、平面鏡３ａの反射鏡面３ａ
ｒへは（Θｙ−Θｘ）の入射角度で入射して（Θｙ−Θ
ｘ）の角度で反射する。つまり、太陽位置の変化にかか
わらず、常に太陽の光線を捕らえて、その光線を、水平
面を基準にすると常にΘｋの角度で反射するよう構成す
ることができる。

【実施例】

【００１８】〔実施例１〕本発明の実施例１を図４、図
５、図６および図７を参照しつつさらに具体的に説明す
る。図４は実施例１にかかる太陽光集光装置の要部の外
観構成を示す斜視図である。図５は図４に示す太陽光集
光装置に使用する太陽位置検出センサー部分の要部斜視
図である。図６は図４に示す太陽光集光装置に使用する
制御装置の制御回路図である。図７は図６に示す制御装
置のフローチャート図である。本発明の太陽光集光装置
は、太陽光線を集光して平行光線として放射する光学系
と、集光装置を太陽に追尾させるための制御駆動系を有
する。まず、光学系について図４を参照しつつ説明す
る。

【００１９】図４に図示する如き、中央に開口部のある
水平回転ギヤ１３ａを、水平回転駆動ギヤ１４ａを介し
て水平回転駆動モータ１５ａによって、水平回転可能に
配置する。この水平回転の回転中心となる垂直線を水平
回転軸（水平回転をおこなう中心軸をいう）Ａｈとす
る。

【００２０】上記水平回転軸Ａｈ上に位置する原点Ｏを
通過する水平線を垂直回転軸（垂直回転（図４では上下
方向の回転）をおこなう中心軸をいう）Ａｖとする。

【００２１】上記水平回転ギヤ１３ａの上面の直径線上
に、支柱１１ａ、支柱１２ａを、上記水平回転軸Ａｈが
間に位置するよう、左右に対向した状態で垂直に立設す
る。

【００２２】上記各支柱１２ａ、支柱１１ａの上端部
の、上記垂直回転軸Ａｖ上に、垂直回転シャフト１６
ａ、垂直回転シャフト１７ａを、それらの回転軸を一致
させて固設する。

【００２３】上記垂直回転シャフト１６ａに、球面鏡駆
動ローラ６ａと一体的になった球面鏡支持アーム１９ａ
を、ベアリングを介して、該シャフト１６ａに対して回
転自在に配設する。この球面鏡支持アーム１９ａと左右
に対峙するよう、上記垂直回転シャフト１７ａに、球面
鏡支持アーム１８ａを、ベアリングを介して、回転自在
に配設する。

【００２４】そして、平面鏡３ａを、該平面鏡３ａの反
射鏡面３ａｒ上を上記垂直回転軸Ａｖが通過するよう
に、上記垂直回転シャフト１６ａと垂直回転シャフト１
７ａの間に配設する。つまり、平面鏡３ａの一方の側面
の長手方向の中央に、平面鏡駆動ローラ５ａを介して、
上記垂直回転シャフト１６ａを一体的に取着するととも
に、該平面鏡３ａの他方の側面の長手方向の中央に、ベ
アリングを介して垂直回転シャフト１７ａを取着する。

【００２５】球面鏡１ａを、その凹状の反射鏡面１ａｒ
が、上記原点Ｏの反対側になるように、且つその光軸Ａ
ｌが原点Ｏを通過し、さらに上記垂直回転軸Ａｖと直角
に交わるように、上記球面鏡支持アーム１８ａおよび球
面鏡支持アーム１９ａに支持されるべく装着する。

【００２６】双曲面鏡２ａを、双曲面鏡支持アーム２
０，双曲面鏡支持アーム２１および双曲面鏡支持アーム
２２の３本の支持アームを介して、双曲面鏡２ａの反射
鏡面２ａｒを上記球面鏡１ａの反射鏡面１ａｒに向け
て、該双曲面鏡２ａの中心線と上記光軸Ａｌが一致し、
該双曲面鏡２ａの焦点Ｆ２ａと球面鏡１ａの焦点Ｆ１ａ
が一致するような状態で、上記球面鏡１ａに固定する。

【００２７】垂直回転駆動ローラ９ａを駆動軸に取着し
た垂直回転駆動モータ１０ａを、上記支柱１２ａに配設
する。この垂直回転駆動ローラ９ａと上述した平面鏡駆
動ローラ５ａを、平面鏡駆動ベルト７ａを介して、動力
的に連結する。また、垂直回転駆動ローラ９ａと上記球
面鏡駆動ローラ６ａを平面鏡駆動ベルト８ａを介して動
力的に連結する。ここで、上記垂直回転駆動ローラ９ａ
は２条の同一径のベルト溝を有し、これらベルト溝は、
垂直回転駆動ローラ９ａと球面鏡駆動ローラ６ａの直径
比は１：１、球面鏡駆動ローラ６ａと平面鏡駆動ローラ
５ａの直径比は１：２になるよう構成されている。

【００２８】次に、太陽位置検出、演算および制御駆動
機構について説明する。初めに、太陽位置の検出を行う
上記太陽位置検出センサー２３の構造について図５を参
照しつつ説明する。図５は太陽位置を検出するための太
陽位置検出センサー２３の要部を示す斜視図である。

【００２９】この太陽位置検出センサー２３は、台板２
３−１の表面を二つの直交する線分で４等分し、その各
区画に太陽電池２３−２、太陽電池２３−３および太陽
電池２３−４をそれぞれ配置し、台板２３−１の上記４
等分線上に平面視十字型の黒色の遮蔽板２３−５を垂直
に装着したものである。

【００３０】以上のような構成を具備する太陽位置検出
センサー２３を、図４に示すように、上記球面鏡１ａの
外周方に、このセンサー２３の中心線と光軸Ａｌとが平
行になるように、センサー取り付け金具２３−６を介し
て装着する。

【００３１】次に、演算、制御駆動機構について図６お
よび図７を参照しつつ説明する。図６は図４に示す太陽
光集光装置に関する制御装置の制御回路図である。図７
は図６に示す制御装置のフローチャート図である。

【００３２】直流電源２５および電源スイッチ２６を、
プログラマブルコントローラ２４の電源端子に接続す
る。太陽電池板２３−２、太陽電池板２３−３および太
陽電池板２３−４の各出力端子を、可変抵抗２７，可変
抵抗２８および可変抵抗２９を経て、プログラマブルム
コントローラ２４に装着したＡＤ変換ユニット２４−１
の、入力端子ＡＤ１、入力端子ＡＤ２および入力端子Ａ
Ｄ３に接続する。これら、可変抵抗２７、可変抵抗２８
および可変抵抗２９は、同一の太陽光照射量にかかわら
ず太陽電池の発生電圧のばらつきが生じるのを調整する
ためのものである。

【００３３】出力リレーユニット２４−２を、プログラ
マブルコントローラ２４に設けて、その出力端子ＯＲ
１、出力端子ＯＲ２、出力端子ＯＲ３、出力端子ＯＲ
４、出力端子ＯＲ５、出力端子ＯＲ６、出力端子ＯＲ
７、出力端子ＯＲ８を、水平回転駆動モータ１５ａおよ
び垂直回転駆動モータ１０ａに、図６に示すように接続
する。

【００３４】実施例１に示す太陽光集光装置の作動につ
いて図７のフローチャート図を参照しつつ説明する。図
７は、プログラマブルコントローラ２４のプログラム領
域に書き込んだ、本実施例１にかかる太陽光集光装置を
駆動させるための、プログラムの、フローチャート図で
ある。

【００３５】制御の基本的な考え方は、太陽位置が光軸
Ａｌ上にある時は、太陽位置検出センサー２３を構成し
ている太陽電池板２３−２、太陽電池板２３−３および
太陽電池板２３−４の受光面は、遮蔽板２３−５の陰影
を等しく受けて、発生電圧は同じである。しかし、太陽
位置が光軸Ａｌからずれた時は、遮蔽板２３−５から受
ける陰影に差異が生じて発生電圧に差異を生ずる。これ
らの差異によって、太陽位置と光軸Ａｌとのずれの、水
平方向成分と垂直方向成分を測定し、太陽位置と光軸Ａ
ｌとのずれを許容範囲内で一致させるように水平回転駆
動モータ１５ａおよび垂直回転駆動モータ１０ａを駆動
する。以下、各ステップ順を追って説明する。なお、フ
ローチャートの説明に際して、左右、上下の語を使うが
これらは光軸上の双曲面鏡２ａ側から球面鏡１ａの方を
見た時の位置関係で使用する。

【００３６】実施例１の太陽光集光装置の運転に先立
ち、以下の調整と設定をなす。つまり、手動で球面鏡１
ａを回転させて光軸Ａｌを太陽に向けた状態で、太陽電
池２３−２、太陽電池２３−３および太陽電池２３−４
の発生電圧をＡＤ変換器２４−１の入力端子ＡＤ１、入
力端子ＡＤ２および入力端子ＡＤ３で測定して、各端子
間の電圧に差がある時は可変抵抗２７、可変抵抗２８お
よび可変抵抗２９で、同一電圧となるように調整する。

【００３７】同じく、実施例１の太陽光集光装置の運転
に先立ち、集光放射方向の角度Θｋを設定し、その時の
光軸Ａｌの角度Θｘを測定し、上述した関係式（１）に
よって「Θｙ」を求めて、平面鏡駆動ベルト７ａを緩め
て、平面鏡３ａの角度を前に求めたに「Θｘ」に設定し
ておく。

【００３８】まず、ステップ１（Ｓ１）において、電源
スイッチ２９を「接（ＯＮ）」にしたか否かチェック
し、「接（ＯＮ）」になっていると、プログラマブルコ
ントローラ２４は、光軸Ａｌを太陽方向に向けるための
プログラムの実行を開始する。

【００３９】次に、ステップ２（Ｓ２）に進み、太陽電
池板２３−２、太陽電池板２３−３および太陽電池板２
３−４の発生電圧を取込み、ＡＤ変換ユニット２４−１
でＡＤ変換し、メモリーに記憶する。

【００４０】続いて、ステップ３（Ｓ３）で、Ｖ１とＶ
２およびＶ１とＶ３の電圧差を演算し、それぞれの値を
変数Ａｌ、Ａ２に代入する。

【００４１】ステップ４（Ｓ４）では、太陽位置と光軸
Ａｌとの水平方向成分のずれを調べる。即ち、「Ａｌ＞
Ｋ１」のときには、太陽位置は光軸Ａｌより左側にあり
ステップ５（Ｓ５）へ進む。一方「Ａｌ＜−Ｋ１」のと
きには、太陽位置は光軸Ａｌより右側にありステップ６
（Ｓ６）へ進む。また「Ｋ１≧Ａｌ≧−Ｋ１」のときに
は、太陽位置と光軸のずれは許容範囲内にありステップ
７（Ｓ７）へ進む。ここに、Ｋ１はオフセット値で雑
音、微少な変動による誤動作を防止するための定数値
で、実際の作動によって実験的に求めて設定する正の数
値である。

【００４２】ステップ５（Ｓ５）では、出力リレーＯＲ
５および出力リレーＯＲ６を「接（ＯＮ）」とする出力
命令をだし、水平回転駆動モータ１５ａを回転させて球
面鏡１ａを左方向に回転させる。

【００４３】一方、ステップ６（Ｓ６）では、出力リレ
ー０Ｒ７、出力リレーＯＲ８を「接（ＯＮ）」とする出
力命令をだし、水平回転駆動モータ１５ａを回転をさせ
て球面鏡１ａを右方向に回転させる。

【００４４】また、ステップ７（Ｓ７）では、出力リレ
ーＯＲ５、出力リレーＯＲ６、出力リレーＯＲ７、出力
リレーＯＲ８を「断（ＯＦＦ）」とする出力命令をだ
し、球面鏡１ａの水平回転を停止する。

【００４５】次に、ステップ５，ステップ６，ステップ
７から、ステップ８に進み、ステップ８（Ｓ８）では、
太陽位置と光軸Ａｌとの垂直方向成分のずれを調べる。
「Ａ２＞Ｋ２」のときには、太陽位置は光軸Ａｌより上
側にありステップ９（Ｓ９）へ進む。一方、「Ａ２＜−
Ｋ２」のときには、太陽位置は光軸Ａｌより下側にあり
ステップ１０（Ｓ１０）へ進む。また、「Ｋ２≧Ａｌ≧
−Ｋ２」のときには、太陽位置と光軸Ａｌとのずれは許
容範囲内にありステップ１１（Ｓ１１）へ進む。ここ
に、上記「Ｋ２」はオフセット値で、雑音、微少な変動
による誤動作を防止するための定数値で、実際の作動に
よって実験的に求めて設定する。

【００４６】ステップ９（Ｓ９）では、出力リレーＯＲ
Ｌ出力リレーＯＲ２を「接（ＯＮ）」とする出力命令を
だし、垂直回転駆動モータ１０ａを回転させて球面鏡１
ａを上方向に回転させる。

【００４７】一方、ステップ１０（Ｓ１０）では、出力
リレーＯＲ３、出力リレーＯＲ４を「接（ＯＮ）」とす
る出力命令をだし、垂直回転駆動モータ１０ａを回転さ
せて球面反射鏡１ａを下方向に回転させる。

【００４８】また、ステップ１１（Ｓ１１）では、出力
リレーＯＲ１、出力リレーＯＲ２、出力リレーＯＲ３お
よび出力リレーＯＲ４を「断（ＯＦＦ）」とする出力命
令を出し、球面鏡１ａの垂直回転を停止することにな
る。

【００４９】次に、ステップ９，ステップ１０，ステッ
プ１１から、ステップ１に戻り、電源スイッチ２６が
「断（ＯＦＦ）」のときは、作動を停止し、「接（Ｏ
Ｎ）」の状態のときは、再び上記ステップ２（Ｓ２）へ
進む。以上の如くして、太陽位置と光軸Ａｌとのずれが
許容範囲内にあるように制御駆動する。

【００５０】以上の如く、太陽位置検出センサーによっ
て太陽光線と光軸Ａｌのずれを検出しプログラマブルコ
ントローラ２４によってずれを垂直成分と水平成分に分
けて垂直回転駆動モータ１０ａ、水平回転駆動モータ１
５ａをそれぞれ太陽位置と光軸Ａｌのずれを許容範囲内
に納める方向に回転させる。

【００５１】垂直回転駆動モータ１０ａの回転力は、垂
直回転駆動ローラ９ａ、球面鏡駆動ベルト８ａ、球面鏡
駆動ローラ６ａおよび球面鏡支持１９ａを経て球面鏡１
ａに伝達され、球面鏡１ａを光軸Ａｌと太陽光線の垂直
方向成分のずれを許容範囲内に納める方向に回転させ
る。

【００５２】同時に、垂直回転駆動モータ１０ａの回転
力は、垂直回転駆動ローラ９ａ、平面鏡駆動ベルト７ａ
および平面鏡駆動ローラ５ａを経て平面鏡３ａに伝達さ
れ、平面鏡３ａを球面鏡１ａの回転量の１／２だけ回転
させる。

【００５３】水平回転駆動モータ１５ａの回転力は、水
平回転駆動ギヤ１４ａを経て水平回転ギヤ１３ａに伝達
され、水平回転ギヤ１３ａを光軸Ａｌと太陽光線の水平
方向成分のずれを許容範囲内に納める方向に回転させ、
このとき、水平回転ギヤ１３ａ上に配設されている球面
鏡１ａ、双曲面鏡２ａおよび平面鏡３ａも一体となって
回転する。

【００５４】以上の如く、太陽位置検出センサー、およ
び上記制御装置および駆動機構によって、光軸Ａｌが太
陽を向くように駆動制御がなされ、且つ光軸Ａｌが太陽
を向いていると、球面鏡１ａは太陽の直達光線を受けて
球面鏡の焦点Ｆ１ａに向けて反射する。焦点を球面鏡１
ａと同一点に置く双曲面鏡２ａは、球面鏡１ａからの反
射光線を受けて平面鏡３ａに向けて平行光線として反射
する。双曲面鏡２ａからの反射光線を受けた平面鏡の反
射鏡面３ａは、予め設定された角度Θｋの方向へ反射す
ることになる。

【００５５】〔実施例２〕本発明の実施例２を図８を参
照しつつ説明する。図８は実施例２にかかる太陽光集光
装置を示す要部斜視図である。本発明の太陽光集光装置
は、太陽光線を集光して平行光線として放射する光学系
とこの太陽光集光装置を太陽に追尾させるための制御駆
動系を具備する。制御駆動系については実施例１で図
５、図６および図７で説明した内容、装置およびフロー
チャートと同一であるため省略して、実施例１と別の構
成からなる光学系について図８を参照しつつ説明する。

【００５６】本実施例に於いて、図８に図示するよう
に、球面湾曲鏡の反射鏡面１ｂｒは断面が円弧になるよ
うに同一方向に連続湾曲（Ｕの字状の溝状に湾曲）した
形状である。従って、光学的な焦点は無数に（直線状
に）存在しその軌跡は直線線分となるが、本実施例では
線分の中央の点を球面湾曲鏡の焦点Ｆ１ｂとする。球面
湾曲鏡の焦点Ｆ１ｂと球面湾曲鏡の反射鏡面１ｂｒの中
心点を結ぷ直線を光軸Ａｌとする。双曲面湾曲鏡２ｂの
反射鏡面２ｂｒは、断面が双曲線になるように同一方向
に連続湾曲（Ｕの字状の溝状に湾曲）したものである。
従って、光学的な焦点の軌跡は無数に（直線状に）存在
し直線線分となるが、本実施例では線分の中央点を双曲
面鏡の焦点Ｆ２ｂとする。

【００５７】中央に開口部のある水平回転ギヤ１３ｂを
水平回転が行えるように装置して回転中心を通る垂直線
を水平回転軸Ａｈとする。

【００５８】水平回転軸Ａｈ上に位置する原点Ｏを通過
する水平線を垂直回転軸Ａｖ（垂直回転（図９では上下
方向の回転）をおこなう中心軸をいう）とする。

【００５９】水平回転駆動モータ１５ｂを、水平回転駆
動ギヤ１４ｂを介して、水平回転ギヤ１３ｂと動力的に
連結する。

【００６０】上記水平回転ギヤ１３ｂの上面の直径線上
に、支柱１１ｂ、支柱１２ｂを、上記水平回転軸Ａｈが
間に位置するよう、左右に対向した状態で垂直に立設す
る。

【００６１】上記各支柱１２ｂ、支柱１１ｂの上端部
の、上記垂直回転軸Ａｖ上に、垂直回転シャフト１６
ｂ、垂直回転シャフト１７ｂを、それらの回転軸を一致
させて固設する。

【００６２】上記垂直回転シャフト１６ｂに、球面湾曲
鏡駆動ローラ６ｂと一体的になった球面湾曲鏡支持アー
ム１９ｂを、ベアリングを介して、該シャフト１６ｂに
対して回転自在に配設する。この球面湾曲鏡支持アーム
１９ｂと左右に対峙するよう、上記垂直回転シャフト１
７ａに、球面湾曲鏡支持アーム１８ｂを、ベアリングを
介して、回転自在に配設する。

【００６３】そして、平面鏡３ｂを、該平面鏡３ｂの反
射鏡面３ｂｒ上を上記垂直回転軸Ａｖが通過するよう
に、上記垂直回転シャフト１６ｂと垂直回転シャフト１
７ｂの間に配設する。つまり、平面鏡３ｂの一方の側面
の長手方向の中央に、平面鏡駆動ローラ５ｂを介して、
上記垂直回転シャフト１６ｂを一体的に取着するととも
に、該平面鏡３ｂの他方の側面の長手方向の中央に、ベ
アリングを介して垂直回転シャフト１７ｂを取着する。

【００６４】球面湾曲鏡１ｂを、その反射鏡面３ｂｒ
が、上記原点Ｏの反対側になるように、且つその光軸Ａ
ｌが原点Ｏを通過し、さらに上記垂直回転軸Ａｖと直角
に交わるように、上記球面湾曲鏡支持アーム１８ｂおよ
び球面湾曲鏡支持アーム１９ｂに支持されるべくに装着
する。

【００６５】双曲面湾曲鏡２ｂを、その反射鏡面２ｂｒ
を上記球面湾曲鏡１ｂの反射鏡面１ｂｒに向けて、該双
曲面湾曲鏡２ｂの中心線と光軸Ａｌが一致し、該双曲面
湾曲鏡２ｂの焦点と球面湾曲鏡１ｂの焦点が一致するよ
うな状態で、球面湾曲鏡支持アーム１８ｂおよび球面湾
曲鏡支持アーム１９ｂに装着する。

【００６６】垂直回転駆動ローラ９ｂを駆動軸に有する
垂直回転駆動モータ１０ｂを、上記支柱１２ｂに装着し
て、垂直回転駆動ローラ９ｂと平面鏡駆動ローラ５ｂお
よび球面湾曲鏡駆動ローラ６ｂを、球面湾曲鏡ベルト８
ｂ、平面鏡駆動ベルト７ｂを介して、動力的に連結す
る。ここで、垂直回転駆動ローラ９ｂは２条の同一径の
ベルト溝を有し、これらベルト溝は、垂直回転駆動ロー
ラ９ｂと球面湾曲鏡駆動ローラ６ｂの直径比は１：１、
球面湾曲鏡駆動ローラ６ｂと平面鏡駆動ローラ５ｂの直
径比は１：２になるよう構成する。

【００６７】太陽位置検出センサー１９を、その中心線
と上記光軸Ａｌとが平行になるように球面湾曲鏡１ｂの
外周方に装着する。

【００６８】以上の装置に、実施例１の図５、図６およ
び図７に示す太陽位置検出センサー、制御装置および駆
動機構と同じものを装置して、運転に際しても同様の設
定を行う。しかして、光軸Ａｌが太陽方向を向くように
制御がなされ、且つ光軸Ａｌが太陽方向を向いている
と、球面湾曲鏡１ｂは太陽直達光線を受けてその焦点Ｆ
１ｂに向けて反射する。焦点を球面湾曲鏡１ｂと同一点
に置く双曲面湾曲鏡２ｂは、球面湾曲鏡１ｂからの反射
光線を受けて、平面鏡３ｂに向けて平行光線として反射
する。双曲面湾曲鏡２ｂからの反射光線を受けた平面鏡
３ｂは、予め設定された角度Θｋの方向へ反射する。

【００６９】

【発明の効果】図９、図１０、図１１および図１２を参
照しつつ、この発明の効果を説明する。図９は本発明に
かかる太陽光集光装置を使用して光ダクトへ集光した光
線を光ダクト内へ放射する概略断面図であるが、この図
９に示すように、光ダクトへ放射する時、ダクトの屈折
部での反射に伴う損失は発生するが光ダクト内部の直線
部での反射が少ないため、効率的な光の伝送が可能とな
る。

【００７０】図１０は、本発明にかわる太陽光集光装置
を使用して光ファイバーケーブルに放射する概略断面図
であるが、この図１０に図示するように、集光光線を光
ファイバーへ入射させることによって光ファイバーでの
伝送が可能となる。なお、この場合、光ファイバーの端
末受光部が太陽の位置にかかわらず固定するため折損等
の損傷が少なくなり耐久性を増す等利点がある。

【００７１】図１１は本発明に係わる太陽光集光装置を
使用して、双曲面鏡２ａの焦点を球面反射鏡１ａの焦点
位置からずらして拡散反射させる概略断面図であるが、
図１１に図示するように、受光した太陽光を拡散放射さ
せることによって、たとえば、建物の屋上に本発明の太
陽光集光装置を設置して天窓とし、あるいは、建築物外
壁用塗装材等の太陽光線による劣化の加速試験等に利用
できる。

【００７２】図１２は本発明に係わる太陽光集光装置を
使用して、双曲面鏡２ａの焦点を球面鏡１ａの焦点位置
からずらして集束反射させる概略断面図であるが、この
図１２に図示するように、集光光線の集束部にるつぼを
配置することによって太陽炉として利用できる。この場
合、光線方向が垂直上部であり固定しているため溶融物
の取扱い易さや各種雰囲気のもとでの研究などに適して
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は従来の方式を示す説明図である。

【図２】は従来の方式を示す説明図である。

【図３Ａ】は課題を解決するための手段、原理および作
用を示す太陽光集光装置の斜視図である。

【図３Ｂ】は課題を解決するための手段、原理および作
用を示す太陽光集光装置の断面図である。

【図４】は実施例１にかかる太陽光集光装置を示す要約
斜視図である。

【図５】は図４に示す太陽光集光装置に使用する太陽位
置検出センサーの斜視図である。

【図６】は図４に示す太陽光集光装置に使用する制御装
置の制御回路図である。

【図７】は図６に示す制御回路図のフローチャート図で
ある。

【図８】は実施例２にかかる太陽光集光装置を示す要約
斜視図である。

【図９】は本発明の太陽光集光装置の適用例を示す要約
断面図である。

【図１０】は本発明の太陽光集光装置の適用例を示す要
約断面図である。

【図１１】は本発明の太陽光集光装置の適用例を示す要
約断面図である。

【図１２】は本発明の太陽光集光装置の適用例を示す要
約断面図である。

【符号の説明】

１ａ 球面鏡 １ａｒ 球面鏡の反射鏡面 ２ａ 双曲面鏡 ２ａｒ 双曲面鏡の反射鏡面 ３ａ 平面鏡 ３ａｒ 平面鏡の反射鏡面 ４ａ 開口部 １ｂ 球面湾曲鏡 １ｂｒ 球面湾曲鏡の反射鏡面 ２ｂ 双曲面湾曲鏡 ２ｂｒ 双曲面湾曲鏡の反射鏡面 ３ｂ 平面鏡 ３ｂｒ 平面鏡の反射鏡面 ４ｂ 開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心部に開口部（４ａ）を設け、光軸Ａｌ
   上の背面側の一点で交差する水平回転軸Ａｈを中心に水
   平面内で回転せしめるとともに、垂直回転軸Ａｖを中心
   に垂直面内で回転せしめる球面鏡（１ａ）と、中心線を
   上記光軸Ａｌと一致させて、焦点Ｆ２ａを上記球面鏡の
   焦点Ｆ１ａと同一点または前後に位置せしめ、反射鏡面
   （２ａｒ）を上記球面鏡の反射鏡面（１ａｒ）と対向し
   て設けた双曲面鏡（２ａ）と、上記垂直回転軸Ａｖ上に
   反射鏡面（３ａｒ）を有し、水平方向の回転は上記球面
   鏡（１ａ）と同じ角度だけ回転をし、垂直方向の回転は
   「Θｙ＝９０度＋Θｘ／２＋Θｋ／２」の関係式を成立
   させる該「Θｙ」の角度に回転するよう、反射鏡面（３
   ａｒ）を上記双曲面鏡の反射鏡面（２ａｒ）に向けて配
   置した平面鏡（３ａ）とを有することを特徴とする太陽
   光集光装置。ただし、上記「角度Θｋ」は太陽光集光装
   置外に放射する光線の任意に設定した角度で、上記「角
   度Θｘ」は光軸Ａｌが水平面となす交角とする。
2. 【請求項２】中心部に開口部（４ａ）を設け、光軸Ａｌ
   上の背面側の一点で交差する水平回転軸Ａｈを中心に水
   平面内で回転せしめるとともに、垂直回転軸Ａｖを中心
   に垂直面内で回転せしめる球面湾曲鏡（１ｂ）と、中心
   線を上記光軸Ａｌと一致させて、焦点Ｆ２ａを上記球面
   湾曲鏡の焦点Ｆ１ｂと同一点または前後に位置せしめ、
   反射鏡面（２ａｒ）を上記球面湾曲鏡の反射鏡面（１ｂ
   ｒ）と対向して設けた双曲面湾曲鏡（２ａ）と、上記垂
   直回転軸Ａｖ上に反射鏡面（３ａｒ）を有し、水平方向
   の回転は上記球面湾曲鏡（１ｂ）と同じ角度だけ回転を
   し、垂直方向の回転は「Θｙ＝９０度＋Θｘ／２＋Θｋ
   ／２」の関係式を成立させる該「Θｙ」の角度に回転す
   るよう、反射鏡面（３ａｒ）を上記双曲面湾曲鏡（２
   ａ）の反射鏡面（２ａｒ）に向けて配置した平面鏡（３
   ａ）とを有することを特徴とする太陽光集光装置。ただ
   し、上記「角度Θｋ」は太陽光集光装置外に放射する光
   線の任意に設定した角度で、上記「角度Θｘ」は光軸Ａ
   ｌが水平面となす交角とする。
3. 【請求項３】前記太陽光集光装置に、太陽位置検出セン
   サー（２３）をその中心が前記球面鏡（１ａ）又は球面
   湾曲鏡（１ｂ）の光軸Ａｌと平行になるよう設けるとと
   もに、前記平面鏡（３ａ）が、水平方向の回転は上記球
   面鏡（１ａ）又は球面湾曲鏡（１ｂ）と同じ角度だけ回
   転をし、垂直方向の回転は「Θｙ＝９０度＋Θｘ／２＋
   Θｋ／２」の関係式を成立させる該「Θｙ」の角度に回
   転する機構を設け、且つ、上記太陽位置検出センサー
   （２３）で太陽位置と光軸Ａｌとのずれを検出すると、
   光軸Ａｌが太陽位置に一致するよう上記機構を駆動制御
   する制御装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２
   記載の太陽光集光装置。ただし、上記「角度Θｋ」は太
   陽光集光装置外に放射する光線の任意に設定した角度
   で、上記「角度Θｘ」は光軸Ａｌが水平面となす交角と
   する。