JP2015072335A - 集光装置の生産方法、集光装置、および光発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】集光装置の特定の領域に正確に接合部を設ける。
【解決手段】第1入射面から入射した光を集光した後に偏向させて第1出射面から出射させる第1プリズム部材と、第2入射面から入射した光を第1反射面と第2反射面により順次反射させて第2出射面から出射させる第2プリズム部材とを接続する集光装置の生産方法であって、第1プリズム部材と第2プリズム部材を、第1プリズム部材の複数の第1出射面と、複数の第1出射面の各々に対応する第2プリズム部材の複数の第2入射面とが所定の位置関係となるように位置決めする位置決め工程と、第1プリズム部材の複数の第1出射面と第2プリズム部材の複数の第2入射面とを接続する接続工程と、を有する。
【選択図】図2
【解決手段】第1入射面から入射した光を集光した後に偏向させて第1出射面から出射させる第1プリズム部材と、第2入射面から入射した光を第1反射面と第2反射面により順次反射させて第2出射面から出射させる第2プリズム部材とを接続する集光装置の生産方法であって、第1プリズム部材と第2プリズム部材を、第1プリズム部材の複数の第1出射面と、複数の第1出射面の各々に対応する第2プリズム部材の複数の第2入射面とが所定の位置関係となるように位置決めする位置決め工程と、第1プリズム部材の複数の第1出射面と第2プリズム部材の複数の第2入射面とを接続する接続工程と、を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、集光装置の生産方法と、その生産方法で生産される集光装置と、その集光装置を備える光発電装置に関する。
表面から入射した光を裏面から出射する第1プリズム部材と、その第1プリズム部材の裏面に対向して設けられた第2プリズム部材とを備える集光装置が知られている(特許文献1)。
特許文献1には、図2に示されるように、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211との間に接合部319を配置した集光装置が開示されている。接合部319は、第1プリズム部材310の屈折率および第2プリズム部材320の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する接合剤で形成される。このような屈折率を有する接合部319を配置することにより、第1プリズム部材310から出射するときの反射と、第2プリズム部材に入射するときの反射が抑えられ、その結果、集光装置の集光効率を高められる。なお、特許文献1に記載の集光装置では、接合剤としてバルサムや紫外線硬化樹脂を例示している。
特許文献1に開示されている集光装置のように、特定の領域に正確に接合部を設けることは困難である場合がある。たとえば、集光装置が小型である場合は困難である。
本発明の一態様による集光装置の生産方法は、第1入射面から入射した光を集光した後に偏向させて第1出射面から出射させる第1プリズム部材と、第2入射面から入射した光を第1反射面と第2反射面により順次反射させて第2出射面から出射させる第2プリズム部材とを接続する集光装置の生産方法であって、第1プリズム部材は、第1入射面に入射した光を集光するための複数の集光構造を有し、第1入射面の対向面に複数の集光構造に対応して突出し集光構造により集光された光を偏向して出射させる複数の偏向構造とを有し、第2プリズム部材は、第1プリズム部材の複数の第1出射面にそれぞれ対応する第2入射面を複数有し、第1プリズム部材と第2プリズム部材を、第1プリズム部材の複数の第1出射面と、複数の第1出射面の各々に対応する第2プリズム部材の複数の第2入射面とが所定の位置関係となるように位置決めする位置決め工程と、第1プリズム部材の複数の第1出射面と第2プリズム部材の複数の第2入射面とを接続する接続工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、集光装置の特定の領域に正確に接合部を設けることができる。
(集光装置)
図1は、本発明に係る生産方法により生産される集光装置の一構成例を示す概略断面図である。集光装置1は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを備える。第1プリズム部材310と第2プリズム部材320は、同一の屈折率n1を有する材料で形成されている。屈折率n1は、たとえば1.5である。第1プリズム部材310と第2プリズム部材320は、たとえば紙面垂直方向に延在する。
図1は、本発明に係る生産方法により生産される集光装置の一構成例を示す概略断面図である。集光装置1は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを備える。第1プリズム部材310と第2プリズム部材320は、同一の屈折率n1を有する材料で形成されている。屈折率n1は、たとえば1.5である。第1プリズム部材310と第2プリズム部材320は、たとえば紙面垂直方向に延在する。
第1プリズム部材310は、光を入射させる表面に集光構造311を複数個有し、裏面に入射光を斜めに偏向させて出射させる偏向構造315を複数個有する。各々の集光構造311と各々の偏向構造315は対応している。第2プリズム部材320は、第1プリズム部材310から出射した光が入射する入射面321と、入射面321から入射した光を反射する反射構造322と、第2プリズム部材320内で繰り返し反射して導かれた光が出射する出射面325とを有する。
第1プリズム部材310の偏向構造315の各々は、複数の接合部319を介して第2プリズム部材320の入射面321に接続している。接合部319は、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320の屈折率n1と略同一の屈折率n2を有する。
図2は、接合部319の周辺の拡大図である。図3は、集光装置1に平行光を入射した場合の光路図である。図2では、図示を簡略化するため、第1プリズム部材310の複数の集光構造311および複数の偏向構造315は2組だけ図示されている。
集光構造311は、たとえば紙面垂直方向に一様な形状を有するシリンドリカルレンズにより構成される。複数の偏向構造315は、図2に示されるようにそれぞれ第1面316と、第2面317と、第1面316と第2面317とを繋ぐ第3面318とを有する。集光構造311に入射した光は、偏向構造315の第1面316に集光されて全反射する。偏向構造315の第1面316で全反射した光は、第2面317を透過して、接合部319に入射する。
第2プリズム部材320の入射面321は、導光面3211と反射面3212と連絡面3213とから構成される。接合部319に入射した光は、第2プリズム部材320の導光面3211を透過して、反射構造322で全反射し、反射面3212に向かって進む。反射面3212と第1プリズム部材310のとの間には空気層が設けられており、反射面3212に導かれた光は全反射する。光は、反射構造322での全反射と反射面3212での全反射を繰り返して、最終的に出射面325に導かれる。
集光装置1によれば、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320と屈折率が略同一の接合部319を設けることにより、第2面317と導光面3211との間で界面における反射を抑制し、太陽光等の光エネルギーを高い効率で集光することができる。出射面325に光電変換素子や光熱変換素子を設けると、光エネルギーを効率よく電気エネルギーや熱エネルギーに変換することができる。
接合部319が第3面318と反射面3212との間に広がってしまうと、反射面3212における光の全反射が阻害される。しかし、接合部319を第2面317と導光面3211との間の小さい空間にのみ設けることは難しい。本発明に係る集光装置の生産方法では、以降で説明する方法により、接合部319を形成して、第2面317と導光面3211との間の小さい空間にのみ形成する。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第1の実施の形態では、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを光硬化性樹脂を用いて接着する。すなわち、光硬化性樹脂を用いて接合部319を形成する。光硬化性樹脂は、たとえば紫外線硬化性樹脂であって、所定のモノマーまたはオリゴマーと所定波長の光を吸収して活性化する光重合開始剤とを含む。
本発明の第1の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第1の実施の形態では、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを光硬化性樹脂を用いて接着する。すなわち、光硬化性樹脂を用いて接合部319を形成する。光硬化性樹脂は、たとえば紫外線硬化性樹脂であって、所定のモノマーまたはオリゴマーと所定波長の光を吸収して活性化する光重合開始剤とを含む。
第1の実施の形態では、図4に示すような工程で集光装置1を生産する。
ステップS10では、位置合わせ工程が行われる。
位置合わせ工程では、複数の第2面317の各々が、それらに対応する複数の導光面3211の各々に対して所定の間隔を保った状態で位置合わせされて固定される。
ステップS10では、位置合わせ工程が行われる。
位置合わせ工程では、複数の第2面317の各々が、それらに対応する複数の導光面3211の各々に対して所定の間隔を保った状態で位置合わせされて固定される。
ステップS20では、樹脂注入工程が行われる。
樹脂注入工程では、位置合わせ工程により第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間に設けられた間隙(後述)に光硬化性樹脂を注入する。
樹脂注入工程では、位置合わせ工程により第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間に設けられた間隙(後述)に光硬化性樹脂を注入する。
ステップS30では、硬化工程が行われる。
硬化工程では、光重合開始剤を活性化させる所定波長の光を第1プリズム部材310の集光構造311に入射させて、樹脂注入工程で注入された光硬化性樹脂を光硬化させる。
硬化工程では、光重合開始剤を活性化させる所定波長の光を第1プリズム部材310の集光構造311に入射させて、樹脂注入工程で注入された光硬化性樹脂を光硬化させる。
(位置合わせ工程)
図5は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを位置合わせした状態を示す図である。図5に示した状態では、所定の治具400に出射面325が当接するように第2プリズム部材320が配置されている。また、治具400に第1プリズム部材310と第2プリズム部材320を固定することで、複数の第2面317の各々が、それらに対応する複数の導光面3211の各々に対して所定の間隔を保った状態となるようにする。即ち、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の間には所定の間隔の間隙が設けられる。
図5は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを位置合わせした状態を示す図である。図5に示した状態では、所定の治具400に出射面325が当接するように第2プリズム部材320が配置されている。また、治具400に第1プリズム部材310と第2プリズム部材320を固定することで、複数の第2面317の各々が、それらに対応する複数の導光面3211の各々に対して所定の間隔を保った状態となるようにする。即ち、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の間には所定の間隔の間隙が設けられる。
図6は、複数の第2面317の各々と複数の導光面3211の各々との間の間隙を拡大した概略図である。間隙は、位置合わせ工程に続く樹脂注入工程において毛細管現象により光硬化性樹脂が間隙に吸引される程度の厚さを有する。なお、第3面318と反射面3212との間に光硬化性樹脂が漏れることは好ましくない。そのため、第3面318と反射面3212との間の空気層の厚さは、第2面317と導光面3211との間の間隙の厚さよりも厚く、間隙に注入された光硬化性樹脂が空気層に毛細管現象により吸引されない程度である。
(樹脂注入工程)
樹脂注入工程では、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間の間隙に図5の紙面垂直方向からシリンジ等を用いて光硬化性樹脂を注入する。注入する光硬化性樹脂は、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320の屈折率n1とほぼ同一の屈折率となるように予め調整されている。また、光硬化性樹脂は、毛細管現象により間隙の端から端まで吸入されるように、表面張力および濡れ性が設定されている。
樹脂注入工程では、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間の間隙に図5の紙面垂直方向からシリンジ等を用いて光硬化性樹脂を注入する。注入する光硬化性樹脂は、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320の屈折率n1とほぼ同一の屈折率となるように予め調整されている。また、光硬化性樹脂は、毛細管現象により間隙の端から端まで吸入されるように、表面張力および濡れ性が設定されている。
(硬化工程)
硬化工程では、光重合開始剤を活性化させる所定波長の光を第1プリズム部材310の集光構造311に入射する。たとえば、紫外光を第1プリズム部材310の集光構造311に入射する。集光構造311に平行光を入射した場合、光は、図3に示されているように、偏向構造315の第1面316に集光されて全反射される。全反射された所定波長の光は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間の間隙に導かれる。光重合開始剤はこの光エネルギーにより活性化され、光硬化性樹脂を硬化させる。このようにして、第1プリズム部材310の複数の溝部3190に注入された光硬化性樹脂が硬化される。この方法によれば、第1プリズム部材310の集光構造311および偏向構造315を用いて光硬化性樹脂を硬化させるため、光硬化性樹脂まで光を導くための光学系を新たに必要としない。
硬化工程では、光重合開始剤を活性化させる所定波長の光を第1プリズム部材310の集光構造311に入射する。たとえば、紫外光を第1プリズム部材310の集光構造311に入射する。集光構造311に平行光を入射した場合、光は、図3に示されているように、偏向構造315の第1面316に集光されて全反射される。全反射された所定波長の光は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間の間隙に導かれる。光重合開始剤はこの光エネルギーにより活性化され、光硬化性樹脂を硬化させる。このようにして、第1プリズム部材310の複数の溝部3190に注入された光硬化性樹脂が硬化される。この方法によれば、第1プリズム部材310の集光構造311および偏向構造315を用いて光硬化性樹脂を硬化させるため、光硬化性樹脂まで光を導くための光学系を新たに必要としない。
以上説明した第1の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
第1の実施の形態による集光装置の生産方法では、位置合わせ工程において、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211との間に所定間隔の間隙が設けられるように固定し、この間隙に毛細管現象を利用して光硬化性樹脂を注入し、第1プリズム部材310の入射面から光を照射して光硬化性樹脂を硬化させる。位置合わせ工程において毛細管現象を利用して必要な部分にのみ光硬化性樹脂を注入できるような間隙を設けることにより、硬化後に間隙内に正確に接合部319を設けることができる。また、この方法によれば、光硬化性樹脂に光を導くための特別な光学系を必要としない。
第1の実施の形態による集光装置の生産方法では、位置合わせ工程において、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211との間に所定間隔の間隙が設けられるように固定し、この間隙に毛細管現象を利用して光硬化性樹脂を注入し、第1プリズム部材310の入射面から光を照射して光硬化性樹脂を硬化させる。位置合わせ工程において毛細管現象を利用して必要な部分にのみ光硬化性樹脂を注入できるような間隙を設けることにより、硬化後に間隙内に正確に接合部319を設けることができる。また、この方法によれば、光硬化性樹脂に光を導くための特別な光学系を必要としない。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第2の実施の形態では、図7に示すように、第1プリズム部材310の複数の第2面317の各々に樹脂を導入するための溝部3190を設け、位置合わせ工程においてその溝部3190の縁部401および402を導光面3211に当接させる点が第1の実施の形態と異なる。導光面3211に縁部401を当接させることで、樹脂が毛細管現象により吸引されない程度の厚さの空気層を第3面318と反射面3212との間に設けることができない場合であっても、樹脂注入工程で注入される光硬化性樹脂が溝部3190から空気層に漏れることがない。
本発明の第2の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第2の実施の形態では、図7に示すように、第1プリズム部材310の複数の第2面317の各々に樹脂を導入するための溝部3190を設け、位置合わせ工程においてその溝部3190の縁部401および402を導光面3211に当接させる点が第1の実施の形態と異なる。導光面3211に縁部401を当接させることで、樹脂が毛細管現象により吸引されない程度の厚さの空気層を第3面318と反射面3212との間に設けることができない場合であっても、樹脂注入工程で注入される光硬化性樹脂が溝部3190から空気層に漏れることがない。
溝部3190は、偏向構造315の第2面317において、第2プリズム部材320の導光面3211と対向する部分に設けられ、紙面に直角方向に一様に延在する。
第2の実施の形態による集光装置の生産方法では、第1プリズム部材310の第2面317に溝部3190を設け、その縁部401および402を第2プリズム部材320の導光面3211に接触させる。溝部3190の縁部401および402が光面3211に当接していることにより、樹脂注入工程において注入する光硬化性樹脂が漏れることを抑制することができ、特に、第1プリズム部材310の第3面318と第2プリズム部材320の反射面3212との間の空気層に硬化性樹脂が漏れることを抑制できる。
第1の実施形態および第2の実施形態は、以下のように変形して実施できる。
(変形例1) 樹脂注入工程で第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間の間隙ないしは溝部3190に注入する物質は、紫外線硬化性樹脂に限定しない。たとえば、紫外線以外の波長の光によって光硬化する光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂など、他のエネルギー硬化性樹脂であってもよい。樹脂注入工程で熱硬化性樹脂を間隙に塗布する場合、硬化工程では所定波長の光を入射させる代わりに加熱する。なお、エネルギー硬化樹脂は嫌気性の樹脂を使用することが好ましい。嫌気性のエネルギー硬化性樹脂は空気に触れている部分は硬化しないので、不要な部分の樹脂を後工程で除去することができる。
(変形例1) 樹脂注入工程で第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との間の間隙ないしは溝部3190に注入する物質は、紫外線硬化性樹脂に限定しない。たとえば、紫外線以外の波長の光によって光硬化する光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂など、他のエネルギー硬化性樹脂であってもよい。樹脂注入工程で熱硬化性樹脂を間隙に塗布する場合、硬化工程では所定波長の光を入射させる代わりに加熱する。なお、エネルギー硬化樹脂は嫌気性の樹脂を使用することが好ましい。嫌気性のエネルギー硬化性樹脂は空気に触れている部分は硬化しないので、不要な部分の樹脂を後工程で除去することができる。
(変形例2) 樹脂注入工程では、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などのエネルギー硬化性樹脂の代わりに溶剤を注入して、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを溶着することにしてもよい。また、硬化工程では、第2プリズム部材320の反射構造322または射出面325から所定波長の光を照射することにしてもよい。
(変形例3) 第1プリズム部材310の第2面317の各々と、第2プリズム部材320の導光面3211の各々との間のすべての接合部319を同時に形成しなくてもよい。たとえば、第1プリズム部材310の第2面317の一部と、それらに対応する導光面3211との間の間隙に光硬化性樹脂を注入するたびに所定波長の光を集光構造311に入射して光硬化させることにしてもよい。樹脂を注入してから光硬化させるまでの時間を低減することにより、毛細管現象を用いて吸引させた光硬化性樹脂が間隙から漏れることを抑制することができる。
また、第2の実施形態は、以下のように変形して実施できる。
(変形例4) 第2の実施の形態では、溝部3190を第1プリズム部材310の第2面317に設けたが、第2プリズム部材320の導光面3211に溝部を設けることにしてもよい。また、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211の両方に溝部を設けることにしてもよい。なお、第2プリズム部材320に溝部を設けた場合であっても、第3面318と反射面3212との間の空気層に光硬化樹脂が漏れないように第2面317の一部と導光面3211とを当接させることが好ましい。
(変形例4) 第2の実施の形態では、溝部3190を第1プリズム部材310の第2面317に設けたが、第2プリズム部材320の導光面3211に溝部を設けることにしてもよい。また、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211の両方に溝部を設けることにしてもよい。なお、第2プリズム部材320に溝部を設けた場合であっても、第3面318と反射面3212との間の空気層に光硬化樹脂が漏れないように第2面317の一部と導光面3211とを当接させることが好ましい。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第3の実施の形態では、樹脂注入工程および硬化工程の代わりに、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着させる融着工程を有する。以下では、超音波溶着により第1プリズム部材310を第2プリズム部材320に融着させる方法について説明する。
本発明の第3の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第3の実施の形態では、樹脂注入工程および硬化工程の代わりに、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着させる融着工程を有する。以下では、超音波溶着により第1プリズム部材310を第2プリズム部材320に融着させる方法について説明する。
超音波溶着により第1プリズム部材310を第2プリズム部材320に融着させる場合、第1プリズム部材310の第2面317または第2プリズム部材320の導光面3211にエネルギーダイレクターを設ける。以降では、第1プリズム部材310の第2面317に突起状のエネルギーダイレクター3191を設ける場合について説明する。
図8は、第2面317に突起状のエネルギーダイレクター3191が設けられた第1プリズム部材310を例示した図である。エネルギーダイレクター3191は、図示のように、第2プリズム部材320の導光面3211との接合部分に設けられる。エネルギーダイレクター3191は、第1プリズム部材310または第2プリズム部材320と同じ材料で構成することが好ましく、たとえばPMMA、シリコーンなどの樹脂材料で構成される。
第1プリズム部材310の複数の第2面317の各々に設けられたエネルギーダイレクター3191のそれぞれが、対応する第2プリズム部材320の導光面3211に押し当てられた状態で、第1プリズム部材310には、超音波溶着機からホーンを介して振動エネルギーが加えられる。この様子を図9に示す。500は超音波溶着機、501はそのホーンを示す。
図9に示す超音波溶着機500は、電気信号を不図示の振動子で機械的な振動エネルギーに変換する。その振動エネルギーは、共鳴体としてのホーン501を介して、第1プリズム部材310に伝達される。伝達された振動エネルギーにより、第1プリズム部材310の第2面317に設けられたエネルギーダイレクター3191と第2プリズム部材320の導光面3211との接触面において摩擦が発生し、その結果、摩擦熱が発生する。この摩擦熱によりエネルギーダイレクター3191およびその周辺は熔融し、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211とが融着する。
なお、第2プリズム部材320の導光面3211にエネルギーダイレクターを設けた場合は、そのエネルギーダイレクターを第1プリズム部材310の第2面317に押し当てながら、第2プリズム部材320を振動させることにすればよい。
以上説明した第3の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
第3の実施の形態による集光装置の生産方法では、図8に示すように、複数の偏向構造315の各々の第2面317に設けられたエネルギーダイレクター3191を当該第2面317に対応する導光面3211に接触させる。そして、図9に示すように、超音波溶着機500を用いて第1プリズム部材310を振動させてエネルギーダイレクター3191を摩擦熱で溶融させて、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とが融着する。これにより、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211とが接触する部分のみに接合部319を設けることができる。
第3の実施の形態による集光装置の生産方法では、図8に示すように、複数の偏向構造315の各々の第2面317に設けられたエネルギーダイレクター3191を当該第2面317に対応する導光面3211に接触させる。そして、図9に示すように、超音波溶着機500を用いて第1プリズム部材310を振動させてエネルギーダイレクター3191を摩擦熱で溶融させて、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とが融着する。これにより、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211とが接触する部分のみに接合部319を設けることができる。
以上説明した第3の実施形態は、以下のように変形して実施できる。
(変形例5) 以上の説明では、超音波溶着により第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着する方法について説明した。しかし、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着する方法は、超音波溶着だけに限定しない。たとえば、レーザ光を用いて第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着することにしてもよい。
(変形例5) 以上の説明では、超音波溶着により第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着する方法について説明した。しかし、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着する方法は、超音波溶着だけに限定しない。たとえば、レーザ光を用いて第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを融着することにしてもよい。
たとえば、位置合わせ工程において第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを図5に示すように配置して位置合わせを行った後、第1プリズム部材310の集光構造311にレーザ光を入射させる。レーザ光は、第1プリズム部材310の偏向構造315の第1面316で全反射して、第2面317と第2プリズム部材320の導光面3211とが接触する部分に集光する。接触面近傍は、集光されたレーザ光により高温となり溶融して、両者は融着する。なお、レーザ光の照射時間は、レーザ光の出力、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320の接触面におけるレーザ光の集光状態、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320の材質等に基づいて、適宜設定する。
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第4の実施の形態では、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材の導光面3211との間を、柔軟な材料により形成された柔軟膜を介して密着させる。柔軟膜としては、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320の屈折率とほぼ同一の屈折率を有する材質、たとえばシリコーンを用いる。
本発明の第4の実施の形態による集光装置の生産方法について説明する。
第4の実施の形態では、第1プリズム部材310の第2面317と第2プリズム部材の導光面3211との間を、柔軟な材料により形成された柔軟膜を介して密着させる。柔軟膜としては、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320の屈折率とほぼ同一の屈折率を有する材質、たとえばシリコーンを用いる。
具体的な手順について、図10を用いて説明する。図10(a)は、第2プリズム部材320において第1プリズム部材310と対向する面全体(入射面321)に柔軟膜3192を塗布した状態を示す。柔軟膜3192は一様な厚さで形成されている。
図10(b)は、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを位置合わせして固定した状態を示す。図10(b)では、第1プリズム部材310の偏向構造315の第2面317の一部が第2プリズム部材320の導光面3211に設けた柔軟膜3192を圧縮し密着している。柔軟膜3192のうち、偏向構造315の第2面317に圧縮されて密着した部分は、図2の接合部319に相当する機能を果たす。
柔軟膜3192の厚さは、第3面318と反射面3212との間に空気層が維持される程度とする。第3面318と反射面3212との間に空気層を維持することにより、導光面3211から入射した光を出射面325まで導く第2プリズム部材320の機能を阻害しない。
柔軟膜3192を圧縮することで、第1プリズム部材310の偏向構造315の第2面317の一部が第2プリズム部材320の導光面3211を密着させることで、第1プリズム部材310の複数の偏向構造315と、それに対応する第2プリズム部材320の複数の導光面3211との間の距離のバラツキを吸収し、全ての接触面を確実に形成することができる。
以上説明した第4の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
第4の実施の形態による集光装置の生産方法では、位置合わせ工程の前工程として、第2プリズム部材320の入射面321全体に柔軟な材料による柔軟膜3192を形成する。そして、位置合わせ工程では、この柔軟膜3192を圧縮しながら、第1プリズム部材310の複数の第2面317と、それぞれに対応する第2プリズム部材320の複数の導光面3211に密着させる。同時に、第1プリズム部材310の第3面318と第2プリズム部材320の反射面3212との間の空気層は確保する。この方法により、第2面317と導光面3211との間に、容易かつ確実に接合部319を設けることができる。
第4の実施の形態による集光装置の生産方法では、位置合わせ工程の前工程として、第2プリズム部材320の入射面321全体に柔軟な材料による柔軟膜3192を形成する。そして、位置合わせ工程では、この柔軟膜3192を圧縮しながら、第1プリズム部材310の複数の第2面317と、それぞれに対応する第2プリズム部材320の複数の導光面3211に密着させる。同時に、第1プリズム部材310の第3面318と第2プリズム部材320の反射面3212との間の空気層は確保する。この方法により、第2面317と導光面3211との間に、容易かつ確実に接合部319を設けることができる。
以上説明した第4の実施形態は、以下のように変形して実施できる。
(変形例6) 上述の第4の実施の形態では、第2プリズム部材320の入射面321に柔軟膜3192を設けることにしたが、第1プリズム部材310の裏面に弾性膜3192を設けることにしてもよい。
(変形例6) 上述の第4の実施の形態では、第2プリズム部材320の入射面321に柔軟膜3192を設けることにしたが、第1プリズム部材310の裏面に弾性膜3192を設けることにしてもよい。
(変形例7) 上述の第4の実施の形態では、第2プリズム部材320の入射面321の上に柔軟膜3192を設けることにしたが、柔軟膜3192は、入射面321の一部の領域の上にだけ設けることにしてもよい。たとえば、第2プリズム部材320の導光面3211の上にだけ柔軟膜3192を設けることにしてもよい。たとえば、ガラス板表面にロールコータ等を用いてシリコーン等の柔軟性のある材質による膜を形成し、その膜に第2プリズム部材を接触させることで、第2プリズム部材320の導光面3211の近傍に柔軟膜3192を転写させてもよい。
以上説明した第1、第2、第3、第4の実施の形態は、以下のように変形して実施できる。
(変形例8) 図1では、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320は、紙面垂直方向に延在する形状を有するものとして説明したが、その形状に限定しない。たとえば、第1プリズム部材310の表面側から見た集光装置1の平面図が図11に示すようなほぼ同心円状の形状を有するものであってもよい。図11のX−X断面は、図1に示す形状と同様の形状となる。樹脂注入工程においては、塗布用切り欠き部600からエネルギー硬化性樹脂や溶剤を塗布することにすればよい。
(変形例8) 図1では、第1プリズム部材310および第2プリズム部材320は、紙面垂直方向に延在する形状を有するものとして説明したが、その形状に限定しない。たとえば、第1プリズム部材310の表面側から見た集光装置1の平面図が図11に示すようなほぼ同心円状の形状を有するものであってもよい。図11のX−X断面は、図1に示す形状と同様の形状となる。樹脂注入工程においては、塗布用切り欠き部600からエネルギー硬化性樹脂や溶剤を塗布することにすればよい。
(変形例9) 上記の実施の形態では、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320は、同一の屈折率を有する材料で形成されることにしたが、近い屈折率を有する材料であれば異なる屈折率を有する材料を用いることにしてもよい。
(変形例10) 位置合わせ工程において第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを固定する方法は、治具400による方法でなくてもよい。複数の第2面317の各々の一部が複数の導光面3211の各々にそれぞれ当接すると共に第3面318の各々と反射面3212の各々との間に空気層が形成されるように第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを固定することができる方法であれば如何なる方法でもよい。
たとえば、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との一方または両方にガイド、スライド、ピン、ラッチなどの固定機構をさらに設けて、その固定機構を用いて第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との一方または両方の位置を固定することにしてもよい。また、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との一方または両方を挟み込むような固定装置を集光装置1の外部に設けて、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320との一方または両方の位置を固定することにしてもよい。
また、たとえば、図9に示すホーン501が振動エネルギーを加えた方向に第1プリズム部材310を治具400に押し当てると共に、集光構造311側から第2プリズム部材320に向けて第1プリズム部材310を第2プリズム部材320に押し当てることにより、第1プリズム部材310と第2プリズム部材320を固定することにしてもよい。
また、たとえば、一定輝度の照明光を第1プリズム部材310の集光構造311へ照射し、第2プリズム部材320の出射面325から出射する光量を測定して、その光量が最大となる位置に第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを調整することにしてもよい。なお、出射面325に光電変換素子を設けて、その発電量が最大となる位置に第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを調整することにしてもよい。また、第2プリズム部材320の反射構造322で全反射されずに透過してしまった光を検出して、その光量が最小となる位置に第1プリズム部材310と第2プリズム部材320とを調整することにしてもよい。反射構造322で全反射されずに透過した光の光量は、たとえば反射構造322に対面するようにスクリーンを設置して、そのスクリーンの明暗で検出することにすればよい。
以上説明した第1、第2、第3、第4の実施の形態またはそれらの変形例により生産された集光装置1は、たとえば光発電装置に用いることができる。図12は、集光装置1と、集光装置1により集光された光を光電変換する光電変換素子330とを備える光発電装置2の一構成例を示す図である。図12に示す光発電装置2では、光電変換素子330は、受光面が第2プリズム部材320の出射面325に接着されている。なお、出射面325から出射される光を光電変換素子330の受光面に導く構成は、如何なるものを用いてもよい。
以上説明した実施の形態や変形例はあくまで例示に過ぎず、発明の特徴が損なわれない限り本発明はこれらの内容に限定されない。また、以上で説明した実施の形態や変形例は発明の特徴が損なわれない限り組み合わせて実行してもよい。
1 集光装置
2 光発電装置
310 第1プリズム部材
311 集光構造
315 偏向構造
316 第1面
317 第2面
318 第3面
319 接合部
320 第2プリズム部材
321 入射面
322 反射構造
325 出射面
330 光電変換素子
3192 弾性膜
3211 導光面
3212 反射面
3213 連絡面
2 光発電装置
310 第1プリズム部材
311 集光構造
315 偏向構造
316 第1面
317 第2面
318 第3面
319 接合部
320 第2プリズム部材
321 入射面
322 反射構造
325 出射面
330 光電変換素子
3192 弾性膜
3211 導光面
3212 反射面
3213 連絡面
Claims (10)
- 第1入射面から入射した光を集光した後に偏向させて第1出射面から出射させる第1プリズム部材と、第2入射面から入射した光を第1反射面と第2反射面により順次反射させて第2出射面から出射させる第2プリズム部材とを接続する集光装置の生産方法であって、
前記第1プリズム部材は、前記第1入射面に入射した光を集光するための複数の集光構造を有し、前記第1入射面の対向面に前記複数の集光構造に対応して突出し前記集光構造により集光された光を偏向して出射させる複数の偏向構造とを有し、
前記第2プリズム部材は、前記第1プリズム部材の複数の前記第1出射面にそれぞれ対応する前記第2入射面を複数有し、
前記第1プリズム部材と前記第2プリズム部材を、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と、前記複数の第1出射面の各々に対応する前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面とが所定の位置関係となるように位置決めする位置決め工程と、
前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面とを接続する接続工程と、
を有することを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項1に記載の集光装置の生産方法において、
前記位置決め工程における前記所定の位置関係は、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面との間に間隙を設け、
前記間隙は、毛細管現象によりエネルギー硬化性樹脂または溶剤を注入できる間隔であり、
前記接続工程は、毛細管現象により前記間隙にエネルギー硬化性樹脂または溶剤を注入する工程を有することを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項2に記載の集光装置の生産方法において、
前記エネルギー硬化性樹脂は、所定波長の光により硬化する光硬化性樹脂であって、
前記接続工程は、前記第1プリズム部材の前記第1入射面から前記所定波長の光を入射させて、前記間隙に注入された前記光硬化性樹脂に前記光硬化性樹脂を照射して硬化させる硬化工程をさらに有することを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項1に記載の集光装置の生産方法において、
前記接続工程は、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面とを接触させて融着させることを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項4に記載の集光装置の生産方法において、
前記融着は、前記第1プリズム部材と前記第2プリズム部材とを相対的に振動させて、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面との接触面を熔融させることで行うことを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項4に記載の集光装置の生産方法において、
前記融着は、レーザ光を前記第1プリズム部材の前記第1入射面から入射させて、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面との接触面を熔融させることで行うことを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項1に記載の集光装置の生産方法において、
前記第1プリズム部材の前記第1出射面または前記第2プリズム部材の前記第2入射面に、前記第1プリズム部材の屈折率および前記第2プリズム部材の屈折率とほぼ等しい屈折率を有し、柔軟性を有する柔軟膜を形成する柔軟膜形成工程をさらに有し、
前記柔軟膜形成工程を行なった後に前記位置決め工程を行ない、
前記位置決め工程においては、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面と前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面とを、前記柔軟膜を介して密着させることを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項7に記載の集光装置の生産方法において、
前記柔軟膜は、前記第1プリズム部材の前記複数の第1出射面を含む全面と、前記第2プリズム部材の前記複数の第2入射面を含む全面の少なくともいずれかに形成され、
前記密着部分における前記柔軟膜の膜厚は、それ以外の部分における前記柔軟膜の膜厚に比べて薄いことを特徴とする集光装置の生産方法。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の集光装置の生産方法により生産された集光装置。
- 請求項9に記載の集光装置と、
前記集光装置により集光された光を光電変換する光電変換素子と、
を備えることを特徴とする光発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013207296A JP2015072335A (ja) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | 集光装置の生産方法、集光装置、および光発電装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021210246A1 (ja) * | 2020-04-15 | 2021-10-21 | 株式会社ジャパンディスプレイ | プリズムシート及びこれを用いた照明装置 |
-
2013
- 2013-10-02 JP JP2013207296A patent/JP2015072335A/ja active Pending
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WO2021210246A1 (ja) * | 2020-04-15 | 2021-10-21 | 株式会社ジャパンディスプレイ | プリズムシート及びこれを用いた照明装置 |
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