(57)【要約】      （修正有）【課題】空間の１点に対して全方位から来る光の総量を測定するにあたり、薄膜式のフィルターの特性上、入射光をフィルター板に垂直に導入可能な受光構造を提供する。【解決手段】全方位からの光を均一に感光素子に導入するため、構造は光を拡散透過する材質で作った２重の殻とする。外殻1-2、1-3で全方位から受けた光を半球状の内殻1-5に送り、内殻によりこれを内部のフィルター1-7と受光素子1-8に送る。外殻1-2、1-3は、全方位からの光を同じ方位感度で受光し、また、受光方位感度を調整するため、上部に不透明の傘1-1を付けてある。内殻1-5から中心部の筒状の経路1-6を通した光をフィルター1-7へ送ることにより、フィルターへの入射角はフィルター面に垂直に近い光となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の受光面において、平面の上部に傘状の遮光素子をつけることによって、横方向にも感度領域を広げた受光構造。
【請求項２】
光を受ける郭を二重構造にして指向性を改善し、また波長フィルターへ光が垂直に入射する様に光経路を改善した光センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作物の生産施設などにおいて、植物が受ける光量を測定するために、空間の1点に対して全方位から来る光の総量の測定ができるセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１．一般の光センサーは、黒色熱電堆やフォトダイオードなど平面状の感光素子で受光していたため、平面に垂直方向から来る光に最大感度を有するが、平面に対して横方向から来る光や平面の裏側から来る光に対しては感度が大きく落ちる。
２．センサー素子を光拡散透過材などで半球状に覆ったものもあるが、やはりセンサー素子平面に垂直な方向に最大感度が有り、横方向までの均一な感度や裏側の感度はない。
３．太陽電池を球状に作って全方位からの光を受けるようにしたものもあったが、球体に加工できる太陽電池の分光特性や、光フィルターを付加する難しさから、植物の光合成に使われる光の単位である「光合成有効光量子束密度」等として測定値を取り出すことが難しかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Acta Horticulturae No. 801 Vol. 1：Plant Solarimeter for Energy Balance. Tadashi Takakura:  Bioresource  Research Center, Kyushu Electric Power  Co.  Inc.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１  本センサーを設置した位置における、全ての方向からの光の総量を測定する。
２  測定要求に合わせて、必要な光だけを透過できる波長フィルターを挿入できなければならないが、一般に使われる薄膜フィルターの特性上、入射光はなるべくフィルター板に垂直に導入しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１．全方位からの光を均一に感光素子に導入するため、構造は光を拡散透過する材質で作った二重の殻とし、まず外殻で全方位からの光を一旦受けて、この光を拡散透過特性により中心部の半球状の内殻に送り、さらに内殻によりこれを内部のフィルターと受光素子に送る。外殻は、全方位からの光を同じ感度で受光するため、図１の外形図のような形をしており、主に上からの光を受ける円板型の受光面と、横や下からの光を受ける逆円錐状の受光面がある。上部の受光方位感度を一定にするために、上部受光面の上に不透明の傘を付け、また横下からの受光量を調節するため上部受光面の端を面取りしてある。
2．半球状の内殻から中心部の筒状の光経路を通してフィルターへ送ることにより、フィルターへの光の入射角はフィルター面に垂直に近い光となる。
【発明の効果】
【０００６】
１  図4の左図で示すように通常平面で受ける光量は入射角θに対してcosθの方位感度特性を持つが、上面の平面受光板の上部に傘状の遮光板を配置したので図３で説明する様に、真上からの光は傘により感光面に陰を作り、横からの光は傘の影が感光面より遠くに移動するので、角度に対する感度は図4の中央の図のような、cosカーブよりも広がった特性になる。これに外郭下部の拡散透過部からの光も加わって図4右図の様に広い角度に亘って一定の感度となる。
２  光を受けるための光拡散透過部を外殻と内殻の2つにすることにより、全方位から来る光を一旦、外殻でほぼ均等に受け、外殻から拡散透過した光を半球状の内殻で受光して、さらに拡散透過した光を内部の筒状の経路を通すことにより一定方向の光だけを、光フィルターに入射できる。フィルターは光の角度によって特性が異なるので、このようにすることでフィルター面の直交する方向から光を入射できて、フィルターの特性を保って感光素子に光を通すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本センサーの外形図と内部構造図である。  加工の容易性から外殻は全て平面と円錐面だけで構成され、内殻は小さな半球面となっている。1-1は受光量調整用の傘。1-2と1-3で外殻を形成し、両方とも光拡散透過性の材料で、1-2は主に上方からの光、1-3は横と下方からの光を受ける。1-4は受光パターン調節用の削り込みで、1-3の面に垂直な光の受光を減らしている。1-5は内殻で、1-2、1-3と同じ材料だが、ここは半球面となっている。1-7は波長フィルター、1-8は光検出素子であり、1-6は1-5から出た光が1-7に到達するための光路で適当な長さを持たすことにより、1-7への入射光を垂直に近い光だけに限定する効果を持つ。1-9はケースで各機能部の支持部分である。1-10は検出素子からの出力電流の引き出し線である。
【図２】センサから見た光源の迎角を一回転させたときの感度の相対値のグラフで、一番上が0°で天頂を示し、左右が＋−90°で水平方向を表している。真下が180°であり、ここは機械の支持部で一部遮光されるため、この方向の感度だけは低くなっている。このグラフは実験での測定値を使っているが、製造の精度を上げれば左右は対象となる。
【図３】この図は傘の効果を示している。太陽のような遠方からくる平行光は上部の傘によって一部が遮ぎられるが、光が斜めになるほど遮られる量は少なくなる。一方、感光面の受光量は平面に立てた垂線方向からの傾き角(θ)によってcosθにより傾きが大きいほど小さくなる。この特性を組み合わせたものが合計の受光量となる。右側のグラフの横軸は入射光の傾斜角度、縦軸は受光量、パラメータは感光面と比較した傘の半径である。傘の感光面からの高さによっても特性は変わるが、このグラフは高さが感光面半径の0.75の場合を計算してグラフ化したものである。陰の半径を感光面の0.8程度にした時がグラフの実線で描かれており、受光量は一番フラットに近くなる。
【図４】測定の方法の図と、その時の受光感度の指向性パターンを示している。左側の図は平面受光の場合の特性。中央の図は傘をつけたことによる特性。右の図は本センサーの特性であるが、このグラフは実験での測定値を使っているが、製造の精度を上げれば左右は対象となる。
【図５】この図は薄膜式のバンドパス波長フィルターの特性で、光の入射角によって特性が変化する。なるべくフィルター面に垂直に光を入射することが必要なことがわかる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本センサーは、植物群落の中に設置する。設置した位置の植物が受けている全ての方向からの光の総和を、支持部以外のすべての方向に対してほぼ均一感度で測定できる。植物が受ける光合成有効量子束密度など測定の種類によって、光検出素子やフィルターを適当に組み合わせて使用することにより目的に応じた測定ができる。
【実施例】
【０００９】
本センサーは、温室や植物工場の植物育成施設に於いて、植物群落の間に設置して、植物が受ける全ての方向からの光の量を測定する。また設置場所を移動して光条件の分布を調べることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
施設を使った植物生産の現場において、このような機能の装置で光環境を測定して、植物の播種、定植方法の改善と環境制御や灌水、施肥などの制御に利用できる。さらに生産施設の改善のためのデーを取得できる。
【符号の説明】
【００１１】
なし
【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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