(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する光源からの照射光を集光するための集光部と、
該集光部に基端部が取り付けられ、光源からの照射光を受ける周側面を有して、軸心が光源の光軸と一致しないときに、該周側面に、部分的に影が作り出されて、明部に対する暗部が生成される単一の暗部生成部材と、
球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、上記集光部から離隔させて上記暗部生成部材の周側面に直接かつその周方向へ９０°間隔で取り付けられ、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域で光源から該集光部に照射される照射光および該集光部とは反対側から照射される照射光を受光して、その受光量を検出し出力する方位方向左右一対および高度方向上下一対の受光センサと、
球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、上記暗部生成部材の先端部に取り付けられ、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域で光源からの照射光を受光して、上記各受光センサで検出された受光量と比較するための比較用受光量を検出し出力する比較用受光センサと、
上記暗部生成部材の軸方向と直交する平面内で互いに直交する２軸それぞれの周りに該暗部生成部材を回動移動させる駆動手段と、
上記比較用受光センサからの比較用受光量と上記各受光センサからの受光量とを比較して該各受光センサそれぞれが明部に位置するか暗部に位置するかを判定し、暗部に位置する該受光センサを明部に移動させるために上記駆動手段を駆動制御する制御部とを備えたことを特徴とする光源位置追尾装置。
【請求項２】
前記暗部生成部材の先端部には、各受光センサが検出する受光量を安定化させるべく、当該受光量に含まれる微妙な増減変動成分を除去するための庇部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光源位置追尾装置。
【請求項３】
前記暗部生成部材は、前記比較用受光センサが取り付けられた先端部に開口される中空部を有し、該中空部内に、その内部に進入する入射光の入射光量を検出して出力する方位方向左右一対および高度方向上下一対の微調整用受光センサが設けられるとともに、上記暗部生成部材の先端部に、上記各微調整用受光センサの入射光量と比較するための比較用入射光量を検出して出力する比較用副受光センサが設けられ、前記制御部は、上記比較用副受光センサからの比較用入射光量と上記各微調整用受光センサからの入射光量とを比較して該各微調整用受光センサそれぞれが入射光を受光しているか否かを判定し、受光していない該微調整用受光センサに入射光を受光させるために前記駆動手段を駆動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光源位置追尾装置。
【請求項４】
前記暗部生成部材の先端部には、各微調整用受光センサが検出する入射光量を安定化させるべく、当該入射光量に含まれる微妙な増減変動成分を除去するための庇部材が設けられることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の光源位置追尾装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光源位置追尾装置を用い、前記駆動手段の駆動制御を、前記制御部により、前記受光センサおよび前記比較用受光センサが出力する受光量および比較用受光量のみに基づいて実行するようにしたことを特徴とする光源位置追尾方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射光を受ける明部とこれに対する暗部とを利用することで、センサにより光源の位置を検出するにあたって、従来と遜色のない検出精度を保証しつつ、その構造の簡単化を図ることが可能な光源位置追尾装置およびこれを用いた光源位置追尾方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動する光源、例えば太陽を追尾するシステムとしては、例えば特許文献１から６に開示されたものが知られている。特許文献１は、照射光を受けて影を作り出す本体と、影が投影されて暗部が生成されるフランジと、本体の先端部に設けられ、受光方向の中心線が本体の軸線方向に沿わされた主光電素子および軸心に対して傾斜させられた複数の補助光電素子からなる粗調整用光電素子と、受光方向の中心線が本体の軸心と平行となされた微調整用光電素子とから構成され、影を作り出す本体に粗調整用光電素子を、また暗部が生成されるフランジに微調整用光電素子を設けるようにしていた。
【０００３】
特許文献２は、特に微調整用の光電素子の配置構造に関し、照射光を受けて影を作り出す本体と、影が投影されて暗部が生成されるフランジと、フランジに設けられ、受光方向の中心線が本体の軸心と平行となされた微調整用の光電素子とから構成されていた。また、粗調整用として別途、他の本体に１８０度の間隔を置いて受光方向を配置した光電素子を備えていた。
【０００４】
特許文献３も、特に微調整用の受光素子の配置構造に関し、照射光を受けて影を作り出す本体と、影が投影されて暗部が生成される基台と、基台に設けられた、受光角度９０°の微調整用の受光素子とから構成されていた。また、粗調整用として別途、板状部材の両面に配置した、受光角度１２０°の受光素子を備えていた。
【０００５】
特許文献４は、微調整用として、影を作り出す上記本体相当の遮光板と、影が投影されて暗部が生成されるとともに光電変換素子が設けられる、上記フランジ相当の平面板とを備えていた。また粗調整用として別途、平面板の両端の仕切板に配置した光電変換素子を備えていた。
【０００６】
特許文献５は、粗調整用としての広範囲太陽検知手段として、影を作り出す円筒部および第一フランジと、影が投影されて暗部が生成されるとともに光センサが設けられる第二フランジとを備えていた。他方、微調整用としての狭範囲太陽検知手段は、円筒部内に設けた光センサによって構成されていた。
【０００７】
特許文献６も、特許文献１と同様に、照射光を受けて影を作り出す暗部生成部材と、影が投影されて暗部が生成される照射面とを備え、照射面に、ほぼ全方位からの受光が可能な明暗検知用受光センサーを設けるようにしていた。
【特許文献１】実開昭６２−８１２１０号公報
【特許文献２】実開昭６３−２３６０６号公報
【特許文献３】特開昭６３−２９８０１０号公報
【特許文献４】特開平８−９５６４１号公報
【特許文献５】特開２００２−２２２０１５号公報
【特許文献６】特開２００４−２９０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、粗調整用光電素子については、補助光電素子が本体の先端部に設けられていて、このような配置であると本体が光源位置から大きくずれていても、補助光電素子全部が照射光を受光し得、このため粗調整用とはいえ、暗部を利用するようにした微調整用光電素子による検出動作に比べて、検出動作がきわめて不安定であった。他方、暗部を利用する微調整用光電素子は検出精度は高いものの、影を作り出す本体によって暗部が生成されるフランジに取り付けられるようになっていて、本体とフランジとの組み合わせを前提して完成される構成であった。
【０００９】
特許文献２から４では、粗調整用の素子を取り付ける他の本体、板状部材または仕切板を備えた上に、さらに別に、微調整用の素子を組み付けるべく、本体または遮光板と、フランジ、基台または平面板とからなる構成とを備えていて、粗調整用および微調整用に２つの本体等が必要であるとともに、微調整用については特許文献１と同様に、影を作り出す本体または遮光板によって暗部が生成されるフランジ、基台等に素子を取り付けるようにしていて、本体等とフランジ等の、少なくとも２つの部材の組み合わせを前提して完成される構成であった。
【００１０】
特許文献５にあっても特に広範囲太陽検知手段については、特許文献１と同様に、影を作り出す円筒部および第一フランジによって暗部が生成される第二フランジに光センサを取り付けるようにしていて、第一フランジと第二フランジの、少なくとも２つの部材の組み合わせを前提して完成される構成であった。
【００１１】
特許文献６にあっても特許文献１と同様に、影を作り出す暗部生成部材によって暗部が生成される照射面に受光センサーを取り付けるようにしていて、暗部生成部材と照射面の、少なくとも２つの部材の組み合わせを前提して完成される構成であった。
【００１２】
すなわち、上記いずれの従来技術にあっても、移動する光源の位置、具体的には光源からの照射光が到来する方向をセンサ等で精度よく検出するために、本体や暗部生成部材などの影を作り出す部材と、この影によって暗部が生成される部材とを備え、後者にセンサ等を設置することによって検出機構を構成していて、このように影を作り出す部材と、影が投影される部材という、２つの部材を備えて構成されていて、構造が複雑であるという課題があった。
【００１３】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、照射光を受ける明部とこれに対する暗部とを利用することで、センサにより光源の位置を検出するにあたって、従来と遜色のない検出精度を保証しつつ、その構造の簡単化を図ることが可能な光源位置追尾装置およびこれを用いた光源位置追尾方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる光源位置追尾装置は、移動する光源からの照射光を集光するための集光部と、該集光部に基端部が取り付けられ、光源からの照射光を受ける周側面を有して、軸心が光源の光軸と一致しないときに、該周側面に、部分的に影が作り出されて、明部に対する暗部が生成される単一の暗部生成部材と、球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、上記集光部から離隔させて上記暗部生成部材の周側面に直接かつその周方向へ９０°間隔で取り付けられ、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域で光源から該集光部に照射される照射光および該集光部とは反対側から照射される照射光を受光して、その受光量を検出し出力する方位方向左右一対および高度方向上下一対の受光センサと、球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、上記暗部生成部材の先端部に取り付けられ、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域で光源からの照射光を受光して、上記各受光センサで検出された受光量と比較するための比較用受光量を検出し出力する比較用受光センサと、上記暗部生成部材の軸方向と直交する平面内で互いに直交する２軸それぞれの周りに該暗部生成部材を回動移動させる駆動手段と、上記比較用受光センサからの比較用受光量と上記各受光センサからの受光量とを比較して該各受光センサそれぞれが明部に位置するか暗部に位置するかを判定し、暗部に位置する該受光センサを明部に移動させるために上記駆動手段を駆動制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記暗部生成部材の先端部には、各受光センサが検出する受光量を安定化させるべく、当該受光量に含まれる微妙な増減変動成分を除去するための庇部材が設けられることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記暗部生成部材は、前記比較用受光センサが取り付けられた先端部に開口される中空部を有し、該中空部内に、その内部に進入する入射光の入射光量を検出して出力する方位方向左右一対および高度方向上下一対の微調整用受光センサが設けられるとともに、上記暗部生成部材の先端部に、上記各微調整用受光センサの入射光量と比較するための比較用入射光量を検出して出力する比較用副受光センサが設けられ、前記制御部は、上記比較用副受光センサからの比較用入射光量と上記各微調整用受光センサからの入射光量とを比較して該各微調整用受光センサそれぞれが入射光を受光しているか否かを判定し、受光していない該微調整用受光センサに入射光を受光させるために前記駆動手段を駆動制御することを特徴とする。
【００１７】
また、前記暗部生成部材の先端部には、各微調整用受光センサが検出する入射光量を安定化させるべく、当該入射光量に含まれる微妙な増減変動成分を除去するための庇部材が設けられることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる光源位置追尾方法は、上記光源位置追尾装置を用い、前記駆動手段の駆動制御を、前記制御部により、前記受光センサおよび前記比較用受光センサが出力する受光量および比較用受光量のみに基づいて実行するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる光源位置追尾装置にあっては、照射光を受ける明部とこれに対する暗部とを利用することで、センサにより光源の位置を検出するにあたって、照射光を受ける周側面を有する暗部生成部材の当該周側面に、ほぼ全方向からの受光が可能な受光センサを直接取り付けることで、従来と遜色のない検出精度を保証しつつ、その構造の簡単化を図ることができる。
【００２０】
また、受光センサおよび比較用受光センサとしてほぼ全方向からの受光が可能であるものを用いることとし、そしてまたこれら受光センサおよび比較用受光センサを集光部から離隔させて取り付けるようにしたので、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域で光源からの照射光を受光することができ、暗部生成部材の向き、殊に初期状態の向きがいずれの方向に向いていても、照射光を受光できる可能性が高くなり、これにより安定的な追尾制御を実行することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる光源位置追尾方法にあっては、太陽の位置に関して提供される日時情報を利用した追尾制御ではなく、現実に暗部生成部材に照射される照射光に基づいて追尾を実行させるので、地球上のどこであっても、その設置場所を問わずに、そしてまたいかなる光源であっても、その移動に適切に追尾させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる光源位置追尾装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。第１実施形態にかかる光源位置追尾装置は基本的には、図１から図４に示すように、移動する光源からの照射光を集光するための、集光レンズ３およびこれを配設するためのベース板４からなる集光部５と、ベース板４に基端部１ｃが取り付けられ、光源からの照射光を受ける周側面１ａを有して、軸心が光源の光軸と一致しないときに、当該周側面１ａに、部分的に影が作り出されて、明部に対する暗部が生成される単一の暗部生成部材１と、球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、ベース板４から離隔させて暗部生成部材１の周側面１ａに直接かつその周方向へ９０°間隔で取り付けられ、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域θで光源から集光レンズ３に向かってベース板４に照射される照射光およびベース板４とは反対側から照射される照射光を受光して、その受光量を検出し出力する方位方向左右一対および高度方向上下一対、合わせて４つの受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２と、球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、暗部生成部材１の先端部１ｂに取り付けられ、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域θで光源からの照射光を受光して、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２で検出された受光量と比較するための比較用受光量を検出し出力する比較用受光センサＲと、暗部生成部材１の軸方向と直交する平面内で互いに直交する２軸Ｘ，Ｙそれぞれの周りに暗部生成部材１を回動移動させる駆動手段としての方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２と、比較用受光センサＲからの比較用受光量と各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２からの受光量とを比較して各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２それぞれが明部に位置するか暗部に位置するかを判定し、暗部に位置する受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を明部に移動させるために方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２を駆動制御する制御部２とを備えて構成される。
【００２３】
さらに、暗部生成部材１の先端部１ｂには、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２が検出する受光量を安定化させるべく、当該受光量に含まれる微妙な増減変動成分を除去するための庇部材として、円板部材６が設けられる。以下、太陽を光源として、その移動を追尾する場合を例にとって説明する。
【００２４】
暗部生成部材１は図示例にあっては、任意高さの円柱状に形成されている。しかしながら、多角柱形状であってもよく、また内部中空の筒状であってもよい。この円柱状の暗部生成部材１には、太陽からの照射光が当たると、その軸心が照射光の光軸と一致していれば周側面１ａすべてが明部となる一方で、一致していなければ周側面１ａに部分的に影が作り出されて、明部に対する暗部が生成される。そして第１実施形態にあっては、この周側面１ａに生成されることとなる明部と暗部の光量をそのまま直接受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２に検出させ、それらの受光量として出力させるようになっていて、そのためにこの周側面１ａに受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２が直接取り付けられる。
【００２５】
受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は、暗部生成部材１の軸方向における適宜位置に、周方向へ互いに９０°の間隔を隔てて４つ設けられる。そして、１８０°の間隔を隔てるいずれか一対が方位方向の左右の受光センサＤ１，Ｄ２とされ、当該方位方向用受光センサＤ１，Ｄ２に対して９０°位相をずらした１８０°の間隔を隔てる他の一対が高度方向の上下の受光センサＨ１，Ｈ２とされる。特にこれら受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は、球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能なものであって、このような受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２としては、例えば京都セミコンダクター製の「ＫＳＰＤ１８４０Ｃ（商品名）」や「ＫＳＰＤ１６４０Ｍ（商品名）」などの球状センサを採用することができる。
【００２６】
これら受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は、ほぼ全方向からの受光が可能であることから、指向性の狭いセンサの場合にその受光方向を定めるべく取り付け面を特定しなければならないのと異なり、どのような向きに向けて取り付けても取り付け位置で検出すべき光量を適切に検出することができ、言い換えれば、取り付け面を特定することなく設置することができて、これにより暗部生成部材１の周側面１ａに直接取り付けることができる。この受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は具体的には、受光量を検出してこれに応じた電圧値もしくは電流値を制御部２へ出力するようになっていて、明部に位置するときには大きな電圧値等を、暗部に位置するときには小さな電圧値等を出力する。
【００２７】
他方、比較用受光センサＲは、暗部生成部材１の先端部１ｂに取り付けられた円板部材６の中央に１つ設けられる。この比較用受光センサＲも、周側面１ａの受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２と同様に、球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能なものが用いられ、受光量を検出してこれに応じた電圧値もしくは電流値を制御部２へ出力する。特に、比較用受光センサＲで検出される受光量は、制御部２にて各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２からの受光量と比較するときの基準となる比較用受光量とされる。
【００２８】
この点について詳述すると、太陽の高度を検出してこれに追尾させる場合に、上下一対の高度方向用受光センサＨ１，Ｈ２が受光した受光量が等しいことだけを条件とし、暗部生成部材１の周囲に散乱する照射光の強度を考慮しないと、太陽の照射光ではない間接光や天空光などの弱い強度の光であってもこれを検出することで制御が実行されてしまい、適正な追尾制御を行うことができないおそれがある。これに対し、第１実施形態では、比較用受光センサＲで検出される比較用受光量をもとに明暗を判定する際の閾値を設定するようにしていて、これにより一対の高度方向用受光センサＨ１，Ｈ２の受光量が等しいか否かだけを判断して制御するのに比べて、追尾制御の安定性を高めることができる。高度方向用受光センサＨ１，Ｈ２を例にとって説明したが、方位方向用受光センサＤ１，Ｄ２についても同様である。
【００２９】
円板部材６は、暗部生成部材１の軸方向に沿って受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２に達する光を遮断するために、当該暗部生成部材１の径方向外方へ鍔状に張り出して設けられる。この円板部材６は、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２がその球面に沿うほぼ全方向からの受光が可能であるために、暗部生成部材１の軸方向からその周側面１ａに沿って侵入してくる照射光の光量も検出してしまってこれにより太陽の方位や高度の検出精度が低下することを防止すべく、このような照射光を遮断するようになっている。
【００３０】
そしてまた特に、太陽の移動もしくは暗部生成部材１の追尾動作に従って、当該暗部生成部材１に対する照射光の当たり具合は徐々に増減変化していく。この際、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２で検出される受光量は、ノイズ成分と言ってもいい微妙な増減変動成分を含みつつ変化していく傾向にあり、このノイズ相当の微妙な増減変動成分を含む受光量が各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２から制御部２に直接出力されると、制御部２では制御動作が不安定になるおそれがある。このようなノイズ相当の増減変動成分については、制御部２に電気的なフィルタを備えて除去することも可能であるが、本実施形態にあっては上記円板部材６が各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２に対して機械的に明確な影を生成する庇として機能するようになっていて、これにより明部と暗部とをきわめて判然とさせることができて、電気的なフィルタを備えることなく簡単な構造で、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２の受光量からノイズ成分を除去することができ、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２で検出される受光量、ひいては制御部２における制御動作を安定化させることができるようになっている。制御部２に電気的なフィルタを併設してもよいことはもちろんである。
【００３１】
方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２は、暗部生成部材１の軸方向と直交する平面内で互いに直交する２軸、すなわち方位軸Ｘおよび高度軸Ｙそれぞれの周りに暗部生成部材１を回動移動させる。この方位軸Ｘおよび高度軸Ｙはそれぞれ、１８０°間隔の高度方向用受光センサＨ１，Ｈ２の配置および方位方向用受光センサＤ１，Ｄ２の配置と一致させることで、制御を簡単化することができる。第１実施形態にあっては、暗部生成部材１はその基端部１ｃがベース板４の表面に取り付けられていて、このベース板４が方位軸Ｘおよび高度軸Ｙの２軸で特定される平面となっており、このベース板４を介して暗部生成部材１を方位方向および高度方向へ回動移動させるようになっている。
【００３２】
具体的にはベース板４には、その裏面に高度軸Ｙ周りに沿って形成された第１歯車７が設けられる。また、ベース板４には、その左右両端縁を回動自在に支持する一対のブラケット８を介して、方位軸Ｘ周りに沿って形成された第２歯車９が設けられ、ベース板４はこの第２歯車９上に支持される。第１歯車７には、ベース板４の裏面に支持され、第１ピニオン１０を介して暗部生成部材１を高度方向へ回動移動させる高度方向用モータＭ２が、また第２歯車９には第２ピニオン１１を介して、暗部生成部材１を方位方向へ回動移動させる方位方向用モータＭ１が接続される。すなわち、暗部生成部材１は、第２歯車９上で方位方向へ回動移動されつつ、同時に第１歯車７で高度方向へ回動移動可能となっている。
【００３３】
また、ベース板４には、その上に適宜に配列して、太陽からの照射光を集光するとともに、これに接続された光ファイバなどを介して、集光された光エネルギを送出する集光レンズ３が設けられる。
【００３４】
そしてまた特に、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は、ベース板４の外形寸法との関係で、ベース板４に向かって照射される照射光だけでなく、ベース板４側から照射される照射光をも受光できるように、当該ベース板４から離隔させた位置で暗部生成部材１に取り付けられる。図示例にあっては、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は、ベース板４側の受光範囲が６０°だけ制限されるようにその取り付け位置が設定されていて、この場合には受光範囲全体は、夏期の日の出から日の入りにわたる２４０°で広がる球面状の受光領域θに設定されている。受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２の取り付け位置をさらに上方へ移せば受光領域θは拡大し、また下方に移せば狭まることになる。また比較用受光センサＲは、暗部生成部材１の先端部１ｂに取り付けられていて、この先端部１ｂから見通すことのできる受光領域で照射光を受光することができるようになっている。すなわち、第１実施形態にあっては、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２および比較用受光センサＲによる受光領域θは、半球状よりも広い球面領域に設定することが可能で、これにより広範な範囲で太陽からの照射光が受光される。
【００３５】
制御部２には、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２および比較用受光センサＲが接続され、これらから受光量および比較用受光量が入力される。そして制御部２は、比較用受光量からそれよりも僅かに小さい閾値を設定し、各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２の受光量それぞれと閾値とを比較して、閾値以上であるときに各受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２が明部に位置し、閾値よりも小さいときに暗部に位置するとの判定を実行する。そして暗部に位置すると判定された受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を明部に移動させるために、方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２をそれぞれ駆動するようになっている。
【００３６】
具体的には、方位方向の制御を例にとって説明すると、いずれか一方の方位方向用受光センサＤ１，Ｄ２、例えば右方の受光センサＤ１が明部に位置し、他方、すなわち左方の受光センサＤ２が暗部に位置すると判定されると、制御部２は方位方向用モータＭ１を駆動して暗部生成部材１を右方へ回動移動させる。この回動移動により左方の受光センサＤ２が明部に移動したと判定されると、右方の受光センサＤ１が明部に位置していると判定されたことを条件として、制御部２は方位方向用モータＭ１の駆動を停止する。従って、一対の方位方向用受光センサＤ１，Ｄ２がともに明部に位置するときは、方位方向用モータＭ１の駆動は停止される。他方、一対の方位方向用受光センサＤ１，Ｄ２がともに暗部に位置すると判定されたときは、一旦、制御を打ち切るために、制御部２は暗部生成部材１をおおよその南中位置に回動移動させ、その後方位方向用モータＭ１を停止させる。高度方向用モータＭ２の制御についても、同様である。
【００３７】
第１実施形態にかかる光源位置追尾装置の作用について説明すると、電源投入により制御部２や受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２、比較用受光センサＲ、モータＭ１，Ｍ２が起動される。比較用受光センサＲは暗部生成部材１に照射される太陽からの照射光を受光して比較用受光量を検出し制御部２へと出力するとともに、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２は、太陽に対する暗部生成部材１の向きに応じてその周側面１ａに生成される明部とこれに対する暗部における受光量を検出し制御部２へと出力する。そして制御部２では、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２が明部・暗部のいずれに位置するかを判定し、暗部に位置する受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を明部に位置させるようにモータＭ１，Ｍ２を駆動制御して、すべての受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２が明部に位置するように、すなわち太陽からの照射光の光軸と暗部生成部材１の軸心とがほぼ一致するように、当該暗部生成部材１を回動移動させる。そしてこのようなすべての受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を明部に位置させそれを維持する動作が、時々刻々と移動する太陽からの照射光を検出して実行され、これにより太陽の追尾動作を達成することができる。
【００３８】
そしてこの太陽追尾に伴う暗部生成部材１の回動移動ととともに、ベース板４も傾動させることができ、これにより集光レンズ３はその真正面から到来する照射光を集光することができ、高い集光効率を確保することができる。
【００３９】
特に第１実施形態にあっては、その構造面に関し、移動する太陽からの照射光を受ける周側面１ａを有し、軸心が太陽の光軸と一致しないときに、周側面１ａに、部分的に影が作り出されて、明部に対する暗部が生成される単一の暗部生成部材１と、球体状に形成されて当該球面に沿ってほぼ全方向からの受光が可能であって、暗部生成部材１の周側面１ａに直接かつその周方向へ９０°間隔で取り付けられ、受光量を検出して出力する受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２とからなる構成を備えていて、照射光が暗部生成部材１に当たると、これにより当該暗部生成部材１そのもの、具体的にはその周側面１ａに、明部とこれに対する暗部とが生成されることに着目し、この知見に基づいて周側面１ａに受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を直接取り付けて構成されている。この点が、背景技術と異なる点である。すなわち、従来にあっては、影が投影される部材と、この部材に影を作り出す部材の２つの部材で構成され、影が投影される部材にセンサ等を設けていたため、構造が複雑であった。これに対し、本実施形態にあっては、背景技術において影を作り出す部材として使用されてきた暗部生成部材１の周側面１ａ自体に、明部に対する暗部が生成されるとの知見により、影が投影される部材は不要であってこれを廃止し、そして影が投影される部材に設けていた受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を、暗部生成部材１の周側面１ａに直接設けるようにしたので、従来に比べて構造を簡単化することができる。また、背景技術のように、影が投影される部材を備えている場合には、影を作り出す部材との関係で、照射光が当たる部分と影になる部分とを任意的に設定でき、センサ等による明暗の受光量を検出する範囲を制限することが可能で、指向性のあるセンサ等を用いることができる。しかしながらこのような構成では、明暗状態を検出する範囲が狭まってしまう。これに対し、本実施形態にあっては、照射光を受けることによりその照射状態がそのまま反映されて明部と暗部が生成される、何らの制限もない暗部生成部材１の周側面１ａに受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を直接取り付けるようにしていて、受光量を検出する範囲を任意的に制限しない構成としていることから明暗状態を検出する範囲は広範囲であるものの、これに指向性のあるセンサ等を適用したのでは、その指向性のために明暗状態を適切に検出できないおそれがある。そこで本実施形態にあっては、受光センサとして、ほぼ全方向からの受光が可能で、どのような方向から到来する照射光であっても取り付け位置で検出すべき明暗を表す光量を適切に検出できる受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を用いるようにしたので、暗部生成部材１の周側面１ａにおける受光量を適切に検出することができ、的確に太陽を追尾させることができる。以上説明したように、本実施形態にあっては、背景技術で用いられていた影が投影される部材を廃止しかつ受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を暗部生成部材１に直接取り付けることで、従来と遜色のない検出精度を維持しながら、従来影を作り出すために備えられていた暗部生成部材１のみによってきわめて簡単な構造で明暗の検出部分を構成することができる。
【００４０】
また、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２および比較用受光センサＲとしてほぼ全方向からの受光が可能であるものを用いることとし、そしてまたこれら受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２および比較用受光センサＲをベース板４から離隔させて取り付けるようにしたので、少なくとも半球状より広い球面状の受光領域θで太陽からの照射光を受光することができ、暗部生成部材１の向き、殊に初期状態の向きがいずれの方向に向いていても、照射光を受光できる可能性が高くなり、これにより安定的な追尾制御を実行することができる。
【００４１】
そしてこの第１実施形態の光源位置追尾装置を用いた光源位置追尾方法にあっては、方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２の駆動制御を、制御部２により、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２および比較用受光センサＲが出力する受光量および比較用受光量のみに基づいて実行するようにしていて、太陽の位置に関して提供される日時情報を利用した追尾制御ではなく、現実に暗部生成部材１に照射される照射光に基づいて追尾を実行させるので、地球上のどこであっても、その設置場所を問わずに、そしてまたいかなる光源であっても、その移動に適切に追尾させることができる。
【００４２】
図５には上記実施形態の変形例が示されていて、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を暗部生成部材１の基端部１ｃに取り付けるとともに、暗部生成部材１を、支持脚１２を介してベース板４上に取り付けるようにしている。また暗部生成部材１は、そのベース板４に対する固定位置を適宜に変更できるように、支持脚１２にスライド自在に設けられている。このような支持脚１２を備えることにより、設置場所にて暗部生成部材１、ひいては受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２のベース板４に対する離隔位置を適宜に調整することができる。
【００４３】
図６から図１０には、本発明にかかる光源位置追尾装置の第２実施形態が示されている。第２実施形態は基本的には、上記第１実施形態の構成に加えて、暗部生成部材１は、比較用受光センサＲが取り付けられた先端部１ｂに開口される中空部１ｄを有し、中空部１ｄ内に、その内部に進入する入射光の入射光量を検出して出力する方位方向左右一対および高度方向上下一対の微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２が設けられるとともに、暗部生成部材１の先端部１ｂに、各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２の入射光量と比較するための比較用入射光量を検出して出力する比較用副受光センサＲＳが設けられ、制御部２は、比較用副受光センサＲＳからの比較用入射光量と各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２からの入射光量とを比較して各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２それぞれが入射光を受光しているか否かを判定し、受光していない微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２に入射光を受光させるために方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２を駆動制御するように構成される。
【００４４】
暗部生成部材１は図示例にあっては、中空円筒状に形成され、また庇部材としての円板部材６は円環状部材１３に代えられる。そして、比較用受光センサＲは円環状部材１３上に設けられる。殊に第２実施形態にあっては、上記第１実施形態の受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２を粗調整用として用いるようにしていて、さらに暗部生成部材１の中空部１ｄにその基端部１ｃに位置させて、当該受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２と同じ配列で、左右一対の方位方向用および上下一対の高度方向用の４つの微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２が設けられる。また、円環状部材１３には、比較用受光センサＲに隣接させて、比較用副受光センサＲＳが設けられる。
【００４５】
これら微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２は、暗部生成部材１の中空部１ｄに進入する入射光を対象としてその入射光量を検出して出力するほかは、周側面１ａ周りの受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２と同様である。この微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２としては、入射光の直進性を考慮すれば、受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２のようにほぼ全方向からの受光が可能なものは必要ではなく、指向性の狭いセンサを用いるようにしてもよい。そして、比較用副受光センサＲＳは、指向性能を揃えるために、微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２と同一のものが用いられる。また、円環状部材１３にあっても、微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２の検知精度を高く保証するために、そしてまた、各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２が検出する入射光量を安定化させるべく当該入射光量に含まれるノイズである微妙な増減変動成分を除去するために、上記円板部材６と同様に、開口内方へ張り出されている。
【００４６】
制御部２には、各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２および比較用副受光センサＲＳが接続され、これらから入射光量および比較用入射光量が入力される。そして制御部２は粗調整用と同様に、比較用入射光量からそれよりも僅かに小さい閾値を設定し、各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２の入射光量それぞれと閾値とを比較して、閾値以上であるときに各微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２が入射光を受光し、閾値よりも小さいときに入射光を受光していないとの判定を実行する。そして入射光を受光していないと判定された微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２に入射光を受光させるために、方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２をそれぞれ駆動するようになっている。微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２が検出対象とする入射光は、粗調整用の受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２等によって太陽を追尾しているときに暗部生成部材１の中空部１ｄにその軸線に沿って進入するものであり、さらに高い精度で太陽の追尾制御が実行されることになる。
【００４７】
第２実施形態における制御部２では図９および図１０に示されるように、方位方向用モータＭ１および高度方向用モータＭ２の制御が同時に、あるいは一方の制御が完了した後で他方の制御が実行されるようになっており、いずれにあっても、粗調整用の受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２からの出力によるモータＭ１，Ｍ２の制御後に、微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２からの出力によるモータＭ１，Ｍ２の制御が実行される。具体的には、方位方向の制御を例にとって説明すると、一対の受光センサＤ１，Ｄ２がいずれも明部（判定値：１）または暗部（判定値：０）に位置すると判定されたときには、モータＭ１が停止される一方、いずれか一方の受光センサＤ２が暗部に位置すると判定されたときには、その受光センサＤ２を明部に位置させるために、モータＭ１が駆動され、一対の受光センサＤ１，Ｄ２がともに明部に位置するように暗部生成部材１が回動移動される。この制御までは、第１実施形態と同様である。
【００４８】
両受光センサＤ１，Ｄ２が明部に位置すると、その条件の下で一対の微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２を用いた制御に移行され、この場合にも、微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２がいずれも入射光を受光している（判定値：１）またはいずれも受光していない（判定値：０）と判定されたときには、モータＭ１が停止される一方、いずれか一方の微調整用受光センサＤＳ２が入射光を受光していないと判定されたときには、その微調整用受光センサＤＳ２に入射光を受光させるためにモータＭ１が駆動され、一対の微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２がともに入射光を受光するように暗部生成部材１が回動移動される。他方、一対の微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２がともに入射光を受光していないと判定されたときは、一旦、制御を打ち切るために、制御部２は暗部生成部材１をおおよその南中位置に回動移動させ、その後モータＭ１を停止させる。高度方向用モータＭ２の制御についても、同様である。
【００４９】
このように構成された第２実施形態にかかる光源位置追尾装置にあっては、第１実施形態と同様な作用効果を奏することはもちろんのこと、暗部生成部材１の内部に入射する照射光をも利用して追尾制御を実行するので、さらに精細な追尾制御を達成することができる。
【００５０】
図１１には、第２実施形態の変形例が示されている。暗部生成部材１の軸線方向長さを長くすることで、無用な光が入射されることを阻止でき、このようにすれば微調整用受光センサＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２は太陽からの入射光のみを適切に受光することができるが、そのために暗部生成部材１が長大化し、装置が大型化してしまう。本変形例にあっては、暗部生成部材１がベース板４にこれを貫通して設けられ、これによりベース板４上に突出される暗部生成部材１の長さを短くして装置をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明にかかる光源位置追尾装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した光源位置追尾装置の暗部生成部材の平面図である。
【図３】図１に示した光源位置追尾装置の暗部生成部材の正面図である。
【図４】図１に示した光源位置追尾装置の概略平面図である。
【図５】図１の光源位置追尾装置に備えた暗部生成部材の変形例を示す平面図である。
【図６】本発明にかかる光源位置追尾装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示した光源位置追尾装置の暗部生成部材の平面断面図である。
【図８】図６に示した光源位置追尾装置の暗部生成部材の正面図である。
【図９】図６に示した光源位置追尾装置の制御部における方位方向制御のフローチャート図である。
【図１０】図６に示した光源位置追尾装置の制御部における高度方向制御のフローチャート図である。
【図１１】図６の光源位置追尾装置に備えた暗部生成部材の変形例を示す平面断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  暗部生成部材
１ａ  暗部生成部材の周側面
１ｂ  暗部生成部材の先端部
１ｃ  暗部生成部材の基端部
１ｄ  暗部生成部材の中空部
２  制御部
５  集光部
６  円板部材
１３  円環状部材
Ｄ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２  受光センサ
ＤＳ１，ＤＳ２，ＨＳ１，ＨＳ２  微調整用受光センサ
Ｍ１，Ｍ２  モータ
Ｒ  比較用受光センサ
ＲＳ  比較用副受光センサ
【要約】
【課題】照射光を受ける明部とこれに対する暗部とを利用することで、センサにより光源の位置を検出するにあたって、従来と遜色のない検出精度を保証しつつ、その構造の簡単化を図ることが可能な光源位置追尾装置およびこれを用いた光源位置追尾方法を提供する。
【解決手段】照射光を受けて、周側面１ａに明部と暗部を生成する単一の暗部生成部材１と、全方向からの受光が可能で、暗部生成部材の周側面に周方向へ９０°間隔で取り付けられ、受光量を検出する方位方向・高度方向の受光センサＤ１，Ｄ２，Ｈ１，Ｈ２と、全方向からの受光が可能で、暗部生成部材の先端部１ｂに取り付けられ、比較用受光量を検出する比較用受光センサＲと、暗部生成部材を回動移動させるモータと、比較用受光量と受光量とを比較して各受光センサそれぞれが明部に位置するか否かを判定し、暗部に位置する受光センサを明部に移動させるべくモータを駆動制御する制御部とを備えた。
【選択図】図２
【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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