JP5630690B2 - 集光光学素子、集光装置及び光発電装置 - Google Patents
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Description
集光光学素子により第1方向の一方の端部(実施形態におけるx軸方向の+x側または−x側の端部)に導かれた光を光電変換する光電変換素子とを備えて構成される。
光発電装置1は、厚さ方向に入射する光を集光する集光光学素子10(20)と、集光光学素子により集光されて端部に導かれた光を光電変換する光電変換素子50とを備えて構成される。図示する構成形態は、集光光学素子10(20)をプレート状に形成した構成例を示す。光電変換素子50は、公知の種々の素子を用いることができ、例えば、前述した種々の形態の太陽電池セルを用いて構成することができる。
集光光学素子10(20)は、太陽光を透過するA部材11(21)と、このA部材中に多数配設されたB部材12(22)とを主体として構成される。B部材はx軸方向に開く楔状をなし、厚さ方向に複数重複して配設される。実施形態では、B部材がx軸及びz軸を含む面内において二等辺三角形の楔状をなし、二等辺三角形の頂点から底辺に下ろした垂線がx軸方向(+x側)に向かうように配設した構成例を示す。
次に、nax及びnbxの相違により、集光光学素子に上方から入射したp偏光成分の光がどの様に屈折して進行方向が回転してゆくかについて、より具体的に説明する。まず最初に、nax<nbxの場合の構成例について、図3を併せて参照しながら説明する。
次に、nax及びnbxの相違により、集光光学素子に上方から入射したp偏光成分の光がどの様に屈折して進行方向が回転してゆくかを、上記第1構成例とは逆のnax>nbxの場合について、図4を参照しながら説明する。
次に、以上説明したような集光光学素子10,20を用いた集光装置について説明する。既述したように、集光光学素子10,20は、A部材11,21及びB部材12,22のp偏光の光に対する屈折率が、y軸方向に進む光について異なり、x軸方向に進む光について実質的に等しくなるように設定することにより、厚さ方向に入射するp偏光成分の光をx軸方向に屈折させて集光する。
次に、第2構成例の集光装置について簡潔に説明する。この構成例の集光装置(図示を省力するが、説明の便宜上、集光装置70とする)は、既述した集光光学素子を二つ用いて構成される。ここでは、集光光学素子10と集光光学素子20を各ひとつ用いる場合を例として説明する。
次に、第3構成例の集光装置80について、図6を参照して説明する。本構成例の集光装置80は、既述した集光光学素子二つと偏光面回転素子85により構成される。図6では集光光学素子10を二つ(101,102とする)用いた場合を例示する。
次に、以上説明した集光光学素子10,20において、x軸方向の+xまたは−x側の端部に集光された光の、エネルギー取り出し手法について、幾つかの代表的な概念を例示する図7(a)〜(e)を参照しながら簡明に説明する。
10(101,102) 第1構成例の集光光学素子
11 A部材
12(121,122,123…12m) B部材
20 第2構成例の集光光学素子
21 A部材
22(221,222,223…) B部材
50,50′ 光電変換素子
60 第1構成例の集光装置
62 反射鏡
65 偏光面回転素子
80 第3構成例の集光装置
85 偏光面回転素子
Claims (17)
- 光透過性を有するA部材と、前記A部材中に厚さ方向及びこれと相互に直交する第1方向、第2方向に複数配設された光透過性を有するB部材とを有して構成され、
前記厚さ方向及び前記第1方向を含み前記第2方向と直交する面内において、前記B部材は前記第1方向に開く楔状をなし、
前記A部材における、電界振幅が前記第1方向に沿った光の屈折率をnax、電界振幅が前記厚さ方向に沿った光の屈折率をnayとし、
前記B部材における、電界振幅が前記第1方向に沿った光の屈折率をnbx、電界振幅が前記厚さ方向に沿った光の屈折率をnbyとしたときに、
naxとnbxとが異なり、nayとnbyとが実質的に等しいことを特徴とする集光光学素子。 - 前記屈折率の関係が、nax<nbxであり、nbx>nbyであることを特徴とする請求項1に記載の集光光学素子。
- 前記屈折率の関係が、nax<nbxであり、nax<nayであることを特徴とする請求項1に記載の集光光学素子。
- 前記屈折率の関係が、nax>nbxであり、nbx<nbyであることを特徴とする請求項1に記載の集光光学素子。
- 前記屈折率の関係が、nax>nbxであり、nax>nayであることを特徴とする請求項1に記載の集光光学素子。
- 前記A部材における、電界振幅が前記第2方向に沿った光の屈折率をnazとし、
前記B部材における、電界振幅が前記第2方向に沿った光の屈折率をnbzとしたときに、
nazとnbzとが実質的に等しいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の集光光学素子。 - 前記B部材が、前記厚さ方向に相互に重複して配設されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の集光光学素子。
- 前記厚さ方向及び前記第1方向を含む面内において、前記B部材は二等辺三角形の楔状をなし、前記二等辺三角形の頂点から底辺に下ろした垂線が前記第1方向に向かうように配設されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の集光光学素子。
- 前記B部材の前記第1方向の大きさが0.1〜100μmであり、前記厚さ方向の大きさが前記第1方向の大きさの1/3以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の集光光学素子。
- 前記B部材の楔状の頂角、及び前記厚さ方向に重複する前記B部材の重複数は、
前記集光光学素子の表面から前記厚さ方向に入射して、複数の前記B部材により前記厚さ方向及び前記第1方向を含む面内で順次屈折され、最も裏面側に配設された前記B部材から当該集光光学素子の裏面に向かう光が、前記裏面において全反射されるように設定されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の集光光学素子。 - 前記第1方向及び前記第2方向の大きさが前記厚さ方向の大きさに対して充分に大きく、プレート状またはシート状に形成されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の集光光学素子。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の集光光学素子と、
前記集光光学素子の裏面側に裏面に沿って設けられた反射鏡と、
前記集光光学素子と前記反射鏡との間に設けられ、二度透過した光の偏光面を90度回転させる偏光面回転素子とを備えた集光装置。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の第1の集光光学素子と、
請求項1〜11のいずれかに記載の第2の集光光学素子とを備え、
前記第2の集光光学素子は、前記第1の集光光学素子の裏面側に、当該第2の集光光学素子の前記第1方向が前記第1の集光光学素子の前記第2方向と平行になるように配設されることを特徴とする集光装置。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の第1の集光光学素子と、
請求項1〜11のいずれかに記載の第2の集光光学素子とを備え、
前記第2の集光光学素子は、前記第1の集光光学素子の裏面側に、当該第2の集光光学素子の前記第1方向が前記第1の集光光学素子の前記第1方向と平行になるように配設されるとともに、前記第1の集光光学素子と前記第2の集光光学素子との間に、透過する光の偏光面を90度回転させる偏光面回転素子が設けられることを特徴とする集光装置。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の集光光学素子と、
前記集光光学素子により前記第1方向の一方の端部に導かれた光を光電変換する光電変換素子とを備えた光発電装置。 - 請求項12に記載の集光装置と、
前記集光光学素子により前記第1方向の一方の端部に導かれた光を光電変換する光電変換素子とを備えた光発電装置。 - 請求項13または14に記載の集光装置と、
前記第1の集光光学素子における前記第1方向の一方の端部に導かれた光を光電変換する第1の光電変換素子と、
前記第2の集光光学素子における前記第1方向の一方の端部に導かれた光を光電変換する第2の光電変換素子とを備えた光発電装置。
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