(57)【要約】【課題】１つの光検出センサで制御可能なヘリオスタット制御用の光検出装置を提供する。【解決手段】中間開口９をシャッター１１により均等に半分ずつ開口させ、各開口部分を通過してくる太陽光Ｌを光検出センサ８により交互に検出し、交互に検出した受光量が等しい場合には、太陽光Ｌが光検出センサ８に真っ直ぐ向いているため、ヘリオスタット１の反射鏡３が光検出センサ８側に真っ直ぐ向いていると判断し、異なっている場合は傾いていると判断して、制御部１３からそれを是正するようにヘリオスタット１へ信号を出力する。１つの光検出センサ８による受光量で制御するため、光検出センサ８の性能のバラツキの影響を受けず、正確な制御が行える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボックスの一面にヘリオスタットの反射鏡にて反射された太陽光を導入するスリットを形成すると共に、ボックスの内部底面に１つの光検出センサを設け、且つボックスの内部に中間開口を有する遮蔽壁を設け、該中間開口に中間開口を均等に半分ずつ開口させるシャッターを移動自在に設け、シャッターと光検出センサとの間にスリット像を光検出センサの受光面に結像可能なレンズを設け、光検出センサの受光量をシャッターの２つの位置ごとに取得して制御部へ出力し、制御部にてシャッターの２つの位置における受光量が等しくなるように信号を出力することを特徴とするヘリオスタット制御用の光検出装置。
【請求項２】
赤緯方向用と赤経方向用の２つが隣接状態で設けられ、且つそれぞれのシャッターが１つの駆動部により連動していることを特徴とする請求項１記載のヘリオスタット制御用の光検出装置。
【請求項３】
シャッターが一方向へ連続回転する回転式であることを特徴とする請求項１記載のヘリオスタット制御用の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘリオスタット制御用の光検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘリオスタットの反射鏡を所定の方向へ指向させるための光検出装置としては、赤緯方向及び赤経方向にそれぞれ設けられている。各方向における光検出装置は制御する方向性が９０°装置するだけで同じ構造である。すなわち、ボックスの一面に太陽光導入用のスリットを形成し、そこから導入した太陽光をボックスの内部底面に設けた２つの光検出センサにて検出する。スリットを通過した太陽光は一定幅をもつ実質的な平行光束であるためスリット位置と入射方向の関係により各光検出センサでの受光量が変化する。そのため、各光検出センサでの受光量が等しくなるように、反射鏡を制御している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３３３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、１つの光検出装置に２つの光検出センサを用い、２つの光検出センサの受光量が等しくなるように制御しているが、２つの光検出センサ自体に受光性能のバラツキがある場合には、正確な制御が行えない。例えば、光検出センサの温度特性等の相違により、同じ温度環境において、異なった性能を示し精密な差動動作が困難な場合がある。さらに、入射方向が大きくはずれると光検出センサが太陽光を検出することができず反射鏡の制御が困難となる場合もある。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、１つの光検出センサで制御可能なヘリオスタット制御用の光検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、ボックスの一面にヘリオスタットの反射鏡にて反射された太陽光を導入するスリットを形成すると共に、ボックスの内部底面に１つの光検出センサを設け、且つボックスの内部に中間開口を有する遮蔽壁を設け、該中間開口に中間開口を均等に半分ずつ開口させるシャッターを移動自在に設け、シャッターと光検出センサとの間にスリット像を光検出センサの表面に結像可能なレンズを設け、光検出センサの受光量をシャッターの２つの位置ごとに取得して制御部へ出力し、制御部にてシャッターの２つの位置における受光量が等しくなるように信号を出力することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、赤緯方向用と赤経方向用の２つが隣接状態で設けられ、且つそれぞれのシャッターが１つの駆動部により連動していることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、シャッターが一方向へ連続回転する回転式であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、ボックスの内部に設けられた中間開口をシャッターにより均等に半分ずつ開口させるようにし、開口した部分を通過して光検出センサに達する太陽光の受光量を検出している。そして、シャッターの２つの位置に対応して開口した中間開口の各半分を通過して検出される太陽光の受光量が等しい場合には、ヘリオスタットの反射鏡で反射された太陽光が光検出センサに真っ直ぐ向いているため、ヘリオスタットの反射鏡が光検出センサ側に真っ直ぐ向いていると判断し、異なっている場合は光検出センサに対して傾いていると判断して、制御部よりヘリオスタットへ信号を出力するようにしている。１つの光検出センサによる受光量で制御しているため、光検出センサの性能のバラツキの影響を受けず、正確な制御が行える。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、隣接状態で設けられた赤緯方向用及び赤経方向用のシャッターが１つの駆動部により連動しているため、駆動部が１つで済み、コストの面で有利である。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、シャッターが一方向へ連続回転する回転式であるため、シャッターの駆動が容易であり、赤緯方向用と赤経方向用の同時操作も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜図９は、本発明の第１実施形態を示す図である。ヘリオスタット１は架台２と反射鏡３から主に構成されている。このヘリオスタット１は赤道儀タイプで、反射鏡３は架台２に対して、太陽の日周運動に関連する赤経方向Ａに図示せぬ極軸を中心に回転自在で、且つ季節運動に関連する赤緯方向Ｂにも回転自在である。
【００１２】
反射鏡３の前面には赤緯方向Ａ用及び赤経方向Ｂ用の光検出装置４、５がそれぞれ上下一体的に形成され、架台２に対して支持されている。従って、反射鏡３は架台２に対して可動だが、光検出装置４、５は不動である。光検出装置４、５には反射鏡３で反射された太陽光Ｌが所定の角度で当たるようになっている。
【００１３】
光検出装置４、５の先には、反射鏡３で反射された太陽光Ｌを向けたい目標点（図示せず）があり、反射鏡３で反射された太陽光Ｌの一部が真っ直ぐの角度で光検出装置４、５を指向した際に、光検出装置４、５に当たらずに通り過ぎた太陽光Ｌがその目標点に当たるようになっている。すなわち、各光検出装置４，５を通る反射光Ｌの延長上に目標点が位置づけられるように反射鏡３の位置（角度）が制御される。また、両光検出装置４、５は向きが９０°相違するだけで、同じ構造のため、以下赤経方向Ａ用の光検出装置４を代表して説明する。
【００１４】
光検出装置４は、１つの遮光された直方体状のボックス６を有し、その反射鏡３側の一面に太陽光導入用のスリット７が形成されている。スリット７は赤経方向Ａに交差する方向を長手方向として形成されている。ボックス６の内部底面には１つの光検出センサ８が設けられている。この光検出センサ８は光の量を検出できるものであれば何でも良く、太陽電池なども良い。
【００１５】
ボックス６の内部には正方形の中間開口９を有する遮蔽壁１０が設けられている。この中間開口９には往復スライドするシャッター１１が設けられ、このシャッター１１が往復移動することにより、中間開口９を均等に半分ずつ開口させることができる。シャッター１１が移動する範囲の両側には、それぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２が設けられ、シャッター１１が移動によりスイッチＳＷ１、ＳＷ２を押すことによりシャッター１１の位置を知ることができる。シャッター１１の位置により、中間開口９のどちら側半分が開いているか知ることができる。
【００１６】
シャッター１１と光検出センサ８との間には中間開口９の開口された部分より通過して太陽光Ｌを集光させ、光検出センサ８の表面にスリット７の像を結像可能なレンズ１２が設けられている。スリット７、遮蔽壁１０、レンズ１２、光検出センサ８はボックス６の主軸（図中の鎖線）に沿って配置される。したがって、もしスリット７とレンズ１２との間に何の障害物も無い場合は、光検出センサ８の受光面上にスリット７の実像の位置が固定される関係にあるため、スリット７を通過してレンズ７に達した太陽光Ｌは、そのまま平行光束として常に受光面の所定の範囲内に到達する。
【００１７】
次に作用を説明する。ヘリオスタット１の反射鏡３で反射され、光検出装置４に向かう太陽光Ｌがスリット７から真っ直ぐボックス６の内部に入射しない場合は、反射鏡３が真っ直ぐ光検出装置４側を向いていない場合であり、反射鏡３で反射された太陽光Ｌは意図する方向へ指向していない。
【００１８】
このような場合を示しているのが図４及び図５である。図４のように太陽光Ｌが主軸からずれて傾いた方を開口するようにシャッター１１がスライドしている場合（シャッター１１がスイッチＳＷ１を押している場合）は、光検出センサ８による受光量ａ１が多い（図８参照）。図５はシャッター１１が逆側へスライドした場合（シャッター１１がスイッチＳＷ２を押している場合）で、この場合はシャッター１１により太陽光Ｌが全て遮断させるため、光検出センサ８による受光量ｂ１がほとんど無い（図８参照）。太陽光Ｌの乱反射分が光検出センサ８に到達するため受光量ｂ１は完全なゼロにはならない。
【００１９】
各シャッター１１の位置は、シャッター１１が対応するスイッチＳＷ１、ＳＷ２を押すことにより知ることができるため、押されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、その時の光検出センサ８の受光量ａ１、ｂ１から、太陽光Ｌがどちらに傾いているか知ることができる。すなわち、受光量ａ１、ｂ１が不均等であることから、太陽光Ｌが傾いていることを知ることができ、どちらが大きいかにより傾き方向を知ることができる。従って、光検出センサ８に接続された制御部１３で比較演算して、どちら側に傾いている検知して、両方の場合の受光量が等しくなるように、制御部１３からヘリオスタット１へ信号を出力し、反射鏡３が光検出装置４に対して真っ直ぐになるように制御すれば、受光量ａ２、ａ３・・・と、受光量ｂ２、ｂ３、ｂ４・・・がだんだん等しくなるように変化する。
【００２０】
本実施形態の制御部１３における比較演算は、光検出センサ８の出力を一対のサンプルホールド回路（図示せず）を介して二系統の受光量の信号を差動増幅器（図示せず）で比較することにより実現する。すなわち、スイッチＳＷ１のＯＮに相応して光検出センサ８の受光量ａ１，ａ２，ａ３等が順次第１のサンプルホールド回路でサンプルおよびホールドされ、スイッチＳＷ２のＯＮに相応して光検出センサ８の受光量ｂ１，ｂ２，ｂ３等が順次第２のサンプルホールド回路でサンプルおよびホールドされこれらが差動増幅器に入力される。したがって、差動増幅器は二系統の受光量の差を検出してヘリオスタット１をフィードバック制御する。
【００２１】
反射鏡３が光検出装置４に対して真っ直ぐになると、反射光３で反射された太陽光Ｌも主軸に沿って真っ直ぐになるため、図６及び図７に示すように、シャッター１１がどの位置にあっても、光検出センサ８による受光量ａ１、ａ２、ａ３・・・と、受光量ｂ１、ｂ２、ｂ３・・・は等しくなる（図９参照）。以上のような制御部１３の機能により、太陽の位置が変化しても、この状態が維持されるため、反射鏡３で反射された太陽光Ｌは光検出装置４側へ真っ直ぐに向いて、太陽光Ｌを予め決められた方向へ反射させることができる。尚、赤緯方向Ｂでの光検出装置５の場合も同様である。
【００２２】
シャッター１１をスライドさせるタイミング（中間開口９を半分ずつ切り換えるタイミング）としては、あまり長くすると制御の精度が低下するため、４秒以内の切り換えが好適である。
【００２３】
この実施形態によれば、１つの光検出センサ８による受光量で制御しているため、光検出センサ８の性能のバラツキの影響を受けず、正確な制御が行える。さらに、レンズ１２によりスリット７の実像が光検出センサ８の受光面に結ばれる構成となっているので、太陽光Ｌが主軸から大きく外れても太陽光Ｌを検出することができるため制御の信頼性が向上する。
【００２４】
なお、本実施例においては、シャッター１１の開閉（位置）を検出するスイッチＳＷ１，ＳＷ２として機械的なスイッチ素子について説明したが、フォトカプラ等の非接触型センサをスイッチとして使用してもよい。以下の実施例においても同様である。
【００２５】
（第２実施形態）
図１０及び図１１は、本発明の第２実施例を示す図である。本実施形態に係る光検出装置１４、１５は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００２６】
この実施形態に係る光検出装置１４、１５は、赤緯方向Ａ用及び赤経方向Ｂ用としてＬ型に組み合わせられたもので、各光検出装置１４、１５のシャッター１１は平行リンク１６により一辺が支持されている。平行リンク１６の他端は回動自在に支持されている。光検出装置１４、１５の間には、モータ（駆動部）１７により所定角度往復回転する回転板１８が設けられ、この回転板１８と前記各光検出装置１４、１５の各平行リンク１６の一部がそれぞれアーム１９、２０により連結されている。
【００２７】
従って、この回転板１８を所定角度だけ往復回転させることにより、２つ光検出装置１４、１５の各シャッター１１が連動してスライドし、中間開口９を半分ずつ開口させる。１つのモータ１７で、２つのシャッター１１を同時操作することができるため、コストの面で有利である。
【００２８】
（第３実施形態）
図１２及び図１３は、本発明の第３実施例を示す図である。本実施形態も、先の実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００２９】
この実施形態に係る光検出装置２１、２２では、太陽光を導入するボックスの一面側が円形の回転カバー２３で形成されている。光検出装置２１が赤経方向Ａの制御用で、光検出装置２２が赤緯方向Ｂの制御用である。回転カバー２３には、８つの開口２４、２５が角度４５°ずつ変位した状態で円周方向に形成されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２を作動させる長孔２６、２７も形成されている。
【００３０】
８つの開口２４、２５は１つごとに半径方向で位置が交互に相違している。従って、回転カバー２３を回転させることにより、各開口２４、２５の隣接部分が中間開口９を半分ずつ隠すことになりシャッターとして機能する。回転カバー２３は一定方向へ連続回転するようになっている。
【００３１】
回転カバー２３を一定方向へ連続回転させることにより、中間開口９を半分ずつ交互に開口させることができる。中間開口９の半分だけ開口させた状態を、スイッチＳＷ１、ＳＷ２が長孔２６、２７に対応することで検出することができる。
【００３２】
以上のような構造から、光検出センサ８の受光量を交互に検出して比較することにより、先の実施形態と同様に、正確な制御が行える。特に、この実施形態では、シャッターが回転式であるため、シャッターの駆動が容易であり、赤緯方向用と赤経方向用の同時操作ができる。
【００３３】
以上の実施形態では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２が長孔２６、２７に対応することにより、中間開口９の半分開口状態を認識できるようにしたが、これに限定されず、回転カバー２３の回転位置を別のセンサーにより検出することにより、中間開口９の半分開口状態を認識しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヘリオスタットを示す斜視図。
【図２】光検出装置の縦断面図。
【図３】光検出装置の横断面図。
【図４】傾いた太陽光が導入された状態を示す断面図。
【図５】傾いた太陽光がシャッターで遮蔽された状態を示す断面図。
【図６】真っ直ぐに導入された太陽光の一部をシャッターにより遮蔽した状態を示す断面図。
【図７】真っ直ぐに導入された太陽光の一部を別の位置のシャッターにより遮蔽した状態を示す断面図。
【図８】傾いた太陽光の場合の受光量を示すグラフ。
【図９】真っ直ぐな太陽光の場合の受光量を示すグラフ。
【図１０】第２実施形態に係る光検出装置を示す説明図。
【図１１】光検出装置のシャッターが別の状態を示す説明図。
【図１２】第３実施形態に係る光検出装置を示す側面図。
【図１３】シャッターが回転した状態を示す図１２相当の側面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  ヘリオスタット
３  反射鏡
４、５、１４、１５、２１、２２  光検出装置
６  ボックス
７  スリット
８  光検出センサ
９  中間開口
１０  遮蔽壁
１１  シャッター
１２  レンズ
１３  制御部
１７  モータ（駆動部）
２３  回転カバー
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチ
Ａ  赤経方向
Ｂ  赤緯方向
Ｌ  太陽光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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