JPH11125705A - 不連続点集光レンズ - Google Patents
不連続点集光レンズInfo
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- JPH11125705A JPH11125705A JP9289676A JP28967697A JPH11125705A JP H11125705 A JPH11125705 A JP H11125705A JP 9289676 A JP9289676 A JP 9289676A JP 28967697 A JP28967697 A JP 28967697A JP H11125705 A JPH11125705 A JP H11125705A
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- JP
- Japan
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- condensing
- incident light
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- refraction
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 240000005046 Urochloa mutica Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
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- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
- G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 入射光線の透過効率が良く、エネルギーロス
が少なく、入光した光線を一点に正確に集めることがで
きる不連続点集光レンズを提供すること。 【解決手段】 媒質の入射光面ｓを平面視略円形の平坦
面とし、媒質の屈折面αを屈折曲面とした不連続点集光
レンズＬであって、平行な光線を上記入射光面ｓより入
光させたとき、上記屈折面αから屈折光線として不連続
点集光と呼ばれる集光焦点一点に集光する構造となって
いる。
が少なく、入光した光線を一点に正確に集めることがで
きる不連続点集光レンズを提供すること。 【解決手段】 媒質の入射光面ｓを平面視略円形の平坦
面とし、媒質の屈折面αを屈折曲面とした不連続点集光
レンズＬであって、平行な光線を上記入射光面ｓより入
光させたとき、上記屈折面αから屈折光線として不連続
点集光と呼ばれる集光焦点一点に集光する構造となって
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば太陽集光炉
等に好適に使用される新規な構造の不連続点集光レンズ
に関するものである。
等に好適に使用される新規な構造の不連続点集光レンズ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽光を集光させて、光エネルギーを取
り出す太陽集光炉としては、反射型、直達型など種々の
タイプのものが提案されている。
り出す太陽集光炉としては、反射型、直達型など種々の
タイプのものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】反射鏡を利用した反射
型の太陽炉は、エネルギーロスが多い上に、光エネルギ
ーの集光点での作業が困難であり、また太陽の追尾制御
も困難で、設備自体も大掛かりとなり、莫大な設備コス
トがかかるなどの問題点を有している。
型の太陽炉は、エネルギーロスが多い上に、光エネルギ
ーの集光点での作業が困難であり、また太陽の追尾制御
も困難で、設備自体も大掛かりとなり、莫大な設備コス
トがかかるなどの問題点を有している。
【０００４】そこで、本発明者は、光学レンズを用い
て、太陽光を一点に集光させて利用する方法を種々検討
したが、従来の凸レンズを使用する方法では、凸レンズ
自体が構造上、上下対称の凸状曲面を有しているために
入光に対する反射率が高く、入光の透過効率が悪くなる
欠点に加えて、焦点にバラツキがあり、理論通り一点に
集まらないという欠点があった。
て、太陽光を一点に集光させて利用する方法を種々検討
したが、従来の凸レンズを使用する方法では、凸レンズ
自体が構造上、上下対称の凸状曲面を有しているために
入光に対する反射率が高く、入光の透過効率が悪くなる
欠点に加えて、焦点にバラツキがあり、理論通り一点に
集まらないという欠点があった。
【０００５】また、このような凸レンズを用いた方法で
は、太陽光を広い範囲にわたって入光させようとすれ
ば、凸レンズの形状から大径となり、そのため中央部が
分厚くなってしまい、強度の面からいっても実際の使用
はできないものとなってしまう。そこで、このような問
題点を解決するため、特開昭６２−２２５８５１号公報
には凸レンズの入光面を反射率の少ない平坦にして、凸
レンズの肉厚を薄肉にした複数の扇型切片を同心円状に
接合させて、小径のレンズを形成して太陽光を集束する
方法が提案されているが、やはり凸レンズの焦点に太陽
光を集束するものであるために焦点のバラツキが無視で
きず、太陽光を一点に集光させて熱エネルギーとして取
り出すには充分なものとはいえなかった。
は、太陽光を広い範囲にわたって入光させようとすれ
ば、凸レンズの形状から大径となり、そのため中央部が
分厚くなってしまい、強度の面からいっても実際の使用
はできないものとなってしまう。そこで、このような問
題点を解決するため、特開昭６２−２２５８５１号公報
には凸レンズの入光面を反射率の少ない平坦にして、凸
レンズの肉厚を薄肉にした複数の扇型切片を同心円状に
接合させて、小径のレンズを形成して太陽光を集束する
方法が提案されているが、やはり凸レンズの焦点に太陽
光を集束するものであるために焦点のバラツキが無視で
きず、太陽光を一点に集光させて熱エネルギーとして取
り出すには充分なものとはいえなかった。
【０００６】本発明上述の点に鑑みて提供したものであ
って、入射光線の透過効率が良くエネルギーロスが殆ど
なく、大径のものでも容易に作製でき、入光した光線を
従来には存在しなかった集光点（従来の焦点ではなく、
計算によって定めた点）に正確に集めることができる新
規な構造の不連続点集光レンズを提供することを目的と
したものである。
って、入射光線の透過効率が良くエネルギーロスが殆ど
なく、大径のものでも容易に作製でき、入光した光線を
従来には存在しなかった集光点（従来の焦点ではなく、
計算によって定めた点）に正確に集めることができる新
規な構造の不連続点集光レンズを提供することを目的と
したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された本発明の不連続点集光レンズは、入射光面
を平坦面とし、屈折面を集光曲面とした同心状に分割さ
れた複数のレンズセグメントの各々を、平坦面を入射光
側にして面一不連続に全体として階段状に形成したこと
を特徴としている。
に提案された本発明の不連続点集光レンズは、入射光面
を平坦面とし、屈折面を集光曲面とした同心状に分割さ
れた複数のレンズセグメントの各々を、平坦面を入射光
側にして面一不連続に全体として階段状に形成したこと
を特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の不連続点集光レン
ズの破断断面図を示し、図２は本発明のいうところの
「光十字の法則」を示す説明図である。また、図３は不
連続点集光レンズの分割合成平面図である。
を参照して説明する。図１は本発明の不連続点集光レン
ズの破断断面図を示し、図２は本発明のいうところの
「光十字の法則」を示す説明図である。また、図３は不
連続点集光レンズの分割合成平面図である。
【０００９】まず、本発明によって次のような作用が確
定される。平行光線をレンズ入射光面より入光させる
と、平行光線はレンズの入射光面に対して垂直に入光す
るため反射率は殆どなくレンズ内を直進し、レンズ屈折
面に至るが、この屈折面は集光曲面となっているので、
屈折面より出た屈折光線は計算された焦点Ｋ（集光焦点
一点）へ集光する。
定される。平行光線をレンズ入射光面より入光させる
と、平行光線はレンズの入射光面に対して垂直に入光す
るため反射率は殆どなくレンズ内を直進し、レンズ屈折
面に至るが、この屈折面は集光曲面となっているので、
屈折面より出た屈折光線は計算された焦点Ｋ（集光焦点
一点）へ集光する。
【００１０】この屈折面及び集光曲面は、媒質の入射光
面を基準として、全反射の臨界角度よりも小さい次のよ
うな集光方程式〜を充たす媒質の屈折面の傾斜角度
を規定する。図２において、不連続点集光レンズＬの中
心を通り、入射光面ｓに対して直角に引かれる水平線Ｒ
とが直角に交わる交点をＯとし、点Ｄと集光焦点Ｋとを
結ぶ線Ｘと垂線Ｙとの成す角度をＡとすると図に示すよ
うな関係が成り立つ。
面を基準として、全反射の臨界角度よりも小さい次のよ
うな集光方程式〜を充たす媒質の屈折面の傾斜角度
を規定する。図２において、不連続点集光レンズＬの中
心を通り、入射光面ｓに対して直角に引かれる水平線Ｒ
とが直角に交わる交点をＯとし、点Ｄと集光焦点Ｋとを
結ぶ線Ｘと垂線Ｙとの成す角度をＡとすると図に示すよ
うな関係が成り立つ。
【００１１】点Ｏと点Ｄの間の半径距離をＯＤ、点Ｏと
集光焦点Ｋとの焦点距離をＯＫとすると半径距離Ｒと焦
点距離Ｙと角度Ａとの間には次の関係式が成り立つ。 Ａ＝ｔａｎ-1（Ｒ／Ｙ） ・・・・ 図２は、屈折面α上の任意の点Ｄでの集光曲面のレンズ
屈折面αの角度を求めるための説明図であるが、スネル
の法則により光の通る媒体（ここではレンズと空気）の
屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角をθ１、屈折角をθ２
とすると、次の関係式が成り立つことが知られている。
集光焦点Ｋとの焦点距離をＯＫとすると半径距離Ｒと焦
点距離Ｙと角度Ａとの間には次の関係式が成り立つ。 Ａ＝ｔａｎ-1（Ｒ／Ｙ） ・・・・ 図２は、屈折面α上の任意の点Ｄでの集光曲面のレンズ
屈折面αの角度を求めるための説明図であるが、スネル
の法則により光の通る媒体（ここではレンズと空気）の
屈折率をＮ１、Ｎ２とし、入射角をθ１、屈折角をθ２
とすると、次の関係式が成り立つことが知られている。
【００１２】Ｎ１ｓｉｎθ１＝Ｎ２ｓｉｎθ２ ここでレンズをアクリル樹脂（パラグラス）として、そ
の屈折率をＮ１＝１．４９、空気の屈折率をＮ２＝１と
して任意の点Ｄに当てはめると、 １．４９ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ２ ・・・ となる。
の屈折率をＮ１＝１．４９、空気の屈折率をＮ２＝１と
して任意の点Ｄに当てはめると、 １．４９ｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ２ ・・・ となる。
【００１３】また幾何光学的に解析すると集光曲面（屈
折面α）上の任意の点Ｄでは、次の関係式が成り立つ。 θ２−θ１＝Ａ（ピタゴラス） ・・・ 上記連立方程式、、を集光方程式と呼ぶ。
折面α）上の任意の点Ｄでは、次の関係式が成り立つ。 θ２−θ１＝Ａ（ピタゴラス） ・・・ 上記連立方程式、、を集光方程式と呼ぶ。
【００１４】以上のことより、光学理論上、入射光面よ
りこの面に垂直に入光した全ての光線は、レンズ内での
吸収分を除けば、反射成分は殆どなくスネルの法則を満
足する屈折角を充たす光路に従って集光焦点と呼ばれる
一点に集光する。ここに、集光曲面は、上述のように焦
点を有する従来の凸レンズとは異なり、その曲面は集光
方程式を充たす傾斜面で形成される。
りこの面に垂直に入光した全ての光線は、レンズ内での
吸収分を除けば、反射成分は殆どなくスネルの法則を満
足する屈折角を充たす光路に従って集光焦点と呼ばれる
一点に集光する。ここに、集光曲面は、上述のように焦
点を有する従来の凸レンズとは異なり、その曲面は集光
方程式を充たす傾斜面で形成される。
【００１５】このように請求項１においては、入射光面
を平坦面とし、屈折面を集光曲面としたレンズセグメン
トを結合させて不連続点集光レンズを形成しているた
め、集光レンズを肉薄とすることができ、従って、従来
は不可能と考えられていた大径の集光レンズを形成し、
風圧、雨水、鳥類等の障害をクリアした太陽光不連続点
集光装置を現実のものと出来る。
を平坦面とし、屈折面を集光曲面としたレンズセグメン
トを結合させて不連続点集光レンズを形成しているた
め、集光レンズを肉薄とすることができ、従って、従来
は不可能と考えられていた大径の集光レンズを形成し、
風圧、雨水、鳥類等の障害をクリアした太陽光不連続点
集光装置を現実のものと出来る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明に関わる不連続点集光レンズの
一実施例について、図面を参照しながら説明する。図３
は本発明に関わる不連続点集光レンズの一実施例の分割
合成平面図である。
一実施例について、図面を参照しながら説明する。図３
は本発明に関わる不連続点集光レンズの一実施例の分割
合成平面図である。
【００１７】この不連続点集光レンズＬは、入射光面ｓ
を面一から階段状とし屈折面αを集光曲面としている。
この集光曲面は、入射光面ｓを基準として、全反射の臨
界角度よりも小さい次のような不連続点集光方程式を充
たす傾斜角度となっている。このようなレンズＬを不連
続点集光レンズと呼ぶ。不連続点集光レンズＬの中心を
通り、入射光面ｓに対して直角に引かれる垂線Ｙと、集
光曲面（屈折面α）上の任意の点Ｄから入射光面ｓと平
行に引かれる水平線Ｒとが直角に交わる交点をＯとし、
点Ｄと集光焦点Ｋとを結ぶ線Ｘと垂線Ｙとの成す角度を
Ａとすると図に示すような関係が成り立つ。
を面一から階段状とし屈折面αを集光曲面としている。
この集光曲面は、入射光面ｓを基準として、全反射の臨
界角度よりも小さい次のような不連続点集光方程式を充
たす傾斜角度となっている。このようなレンズＬを不連
続点集光レンズと呼ぶ。不連続点集光レンズＬの中心を
通り、入射光面ｓに対して直角に引かれる垂線Ｙと、集
光曲面（屈折面α）上の任意の点Ｄから入射光面ｓと平
行に引かれる水平線Ｒとが直角に交わる交点をＯとし、
点Ｄと集光焦点Ｋとを結ぶ線Ｘと垂線Ｙとの成す角度を
Ａとすると図に示すような関係が成り立つ。
【００１８】点Ｏと点Ｄの間の半径距離をＯＤ、点Ｏと
集光焦点Ｋとの焦点距離をＯＫとすると半径距離Ｒと焦
点距離Ｙと角度Ａとの間には次の関係式が成り立つ。 Ａ＝ｔａｎ-1（Ｒ／Ｙ） ・・・・
集光焦点Ｋとの焦点距離をＯＫとすると半径距離Ｒと焦
点距離Ｙと角度Ａとの間には次の関係式が成り立つ。 Ａ＝ｔａｎ-1（Ｒ／Ｙ） ・・・・
【００１９】「光十字の法則」による不連続点集光レン
ズ及び平面最小反射平行屈折光レンズの方程式は次の通
り確定する。
ズ及び平面最小反射平行屈折光レンズの方程式は次の通
り確定する。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、入射光面を平坦面と
し、屈折面を集光曲面としたレンズセグメントを結合さ
せて不連続点集光レンズを形成しているため、集光レン
ズを肉薄とすることができ、従って、従来は不可能と考
えられていた大径の集光レンズを形成し、風圧、雨水、
鳥類等の障害をクリアした太陽光不連続点集光装置を現
実のものと出来る。
し、屈折面を集光曲面としたレンズセグメントを結合さ
せて不連続点集光レンズを形成しているため、集光レン
ズを肉薄とすることができ、従って、従来は不可能と考
えられていた大径の集光レンズを形成し、風圧、雨水、
鳥類等の障害をクリアした太陽光不連続点集光装置を現
実のものと出来る。
【図１】本発明の実施の形態の不連続点集光レンズの破
断断面図である。
断断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の「光十字の法則」を示す
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の不連続点集光レンズの分
割合成平面図である。
割合成平面図である。
Ｌ 不連続点集光レンズ ｓ 入射光面 α 屈折面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１０月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597149227 乾 博行 和歌山県東牟婁郡本宮町本宮161番地 (72)発明者 乾 政信 京都府京都市伏見区日野谷寺町58番地の10
Claims (1)
- 【請求項１】 入射光面を平坦面とし、屈折面を集光曲
面とした同心状に分割された複数のレンズセグメントの
各々を、平坦面を入射光側にして面一不連続に全体とし
て階段状に形成した不連続点集光レンズ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9289676A JPH11125705A (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 不連続点集光レンズ |
| AU94635/98A AU9463598A (en) | 1997-10-22 | 1998-10-19 | Discrete condenser lens |
| PCT/JP1998/004720 WO1999021032A1 (en) | 1997-10-22 | 1998-10-19 | Discrete condenser lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9289676A JPH11125705A (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 不連続点集光レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125705A true JPH11125705A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17746309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9289676A Pending JPH11125705A (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 不連続点集光レンズ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11125705A (ja) |
| AU (1) | AU9463598A (ja) |
| WO (1) | WO1999021032A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057965A (en) * | 1999-01-06 | 2000-05-02 | Compaq Computer Corporation | Low cost high-speed portable imaging system |
| WO2000052501A1 (en) * | 1999-03-01 | 2000-09-08 | Sogawa, Yoshiteru | Discontinuous condenser lens |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3423420B2 (ja) * | 1994-07-22 | 2003-07-07 | 政信 乾 | 点集光レンズ及びこれを用いた太陽光集光装置 |
-
1997
- 1997-10-22 JP JP9289676A patent/JPH11125705A/ja active Pending
-
1998
- 1998-10-19 AU AU94635/98A patent/AU9463598A/en not_active Abandoned
- 1998-10-19 WO PCT/JP1998/004720 patent/WO1999021032A1/ja not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057965A (en) * | 1999-01-06 | 2000-05-02 | Compaq Computer Corporation | Low cost high-speed portable imaging system |
| WO2000052501A1 (en) * | 1999-03-01 | 2000-09-08 | Sogawa, Yoshiteru | Discontinuous condenser lens |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU9463598A (en) | 1999-05-10 |
| WO1999021032A1 (en) | 1999-04-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010116 |