(57)【要約】【課題】  安価な構成でも日射量を検出することができる日射状態検出装置を提供する。【解決手段】  日射量センサは、高い波長領域の光を検出する第１のフォトダイオードと、低い波長領域の光を検出する第２のフォトダイオードと、第１のフォトダイオードによって検出された光量と、第２のフォトダイオードによって検出された光量とを組み合わせて、日射量を算出する算出手段とを備える。この日射量センサによれば、安価な複数のフォトダイオードにより検出された光量を組み合わせて日照量を算出するので、安価な構成でも日射量を検出することができる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１範囲の波長領域の光を検出する第１のフォトダイオードと、
第１範囲とは異なる範囲の第２範囲の波長領域の光を検出する第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードによって検出された光量と、前記第２のフォトダイオードによって検出された光量とを組み合わせて、日射量を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする日射状態検出装置。
【請求項２】
前記第１範囲の波長領域は可視光領域であり、前記第２範囲の波長領域は近赤外領域であり、
紫外領域の波長領域の光を検出する第３のフォトダイオードを更に備え、
前記算出手段は、前記第１のフォトダイオードによって検出された可視光領域での光量と、前記第２のフォトダイオードによって検出された近赤外領域での光量と、前記第３のフォトダイオードによって検出された紫外領域での光量とを組み合わせて、日射量を算出すること
を特徴とする日射状態検出装置。
【請求項３】
前記第１のフォトダイオードにより検出された光量と前記第２のフォトダイオードにより検出された光量とを比較して、天候を推測する天候推測手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の日射状態検出装置。
【請求項４】
前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードの設置緯度、日付及び時刻に基づいて太陽の位置を推定し、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードに光量が検出されて前記算出手段により算出された日射量のうちの直達日射量を推定する直達日射量推定手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の日射状態検出装置。
【請求項５】
前記直達日射量推定手段により推定された直達日射量に基づいて、日照時間を推定する日照時間推定手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の日射状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を受光することによって所定場所の日射状態を検出する日射状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば農地などにおける作物の育成を管理することを目的として、作物の日射量を計測する要望がある。このように日射量を計測する技術としては、下記の特許文献１に記載されているようなサーモパイルを用いた、全天日射量計が知られている。この日射量計は、単位面積の水平面に入射する太陽放射の総量であって、直達日射、天空の全方向から入射する散乱日射および雲からの反射日射を合わせた全天日射量を計測している。
【０００３】
また、日照時間を管理する日照計を用いるといった要望もある。この日照計は、直達日射量１２０ｗ／ｍ２を超えた時間を日照時間として積算するものである。このような日照計は、一般的に、上記の全天日射量よりも高価である。
【特許文献１】特許第３７０４３３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したサーモパイルを用いた日射量計は、高価である。したがって、広い農地に多数の日射量計を設置して、細やかな作物の育成管理といった用途には利用しにくいという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、安価な構成でも日射量を検出することができる日射状態検出装置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】
【０００６】
本発明に係る日射状態検出装置は、上述の課題を解決するために、第１範囲の波長領域の光を検出する第１のフォトダイオードと、第１範囲とは異なる範囲の第２範囲の波長領域の光を検出する第２のフォトダイオードと、第１のフォトダイオードによって検出された光量と、第２のフォトダイオードによって検出された光量とを組み合わせて、日射量を算出する算出手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る日射状態検出装置によれば、安価な複数のフォトダイオードにより検出された光量を組み合わせて日照量を算出するので、安価な構成でも日射量を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
本発明に係る日射状態検出装置は、図１に示すような農作物育成支援システム１を構成する各データ収集装置３に搭載される。農作物育成支援システム１は、農家の作業者によって操作される農家用コンピュータ２と、農地に設けられる複数のデータ収集装置（フィールドサーバ）３と、データの集計及び解析するデータサーバ４とを主体に構成されている。この農作物育成支援システム１において、農家用コンピュータ２、データ収集装置３及びデータサーバ４は、インターネット等の電気通信回線５を介して相互に接続されている。
【００１０】
農家用コンピュータ２は、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の汎用の情報処理装置により構成されている。この農家用コンピュータ２は、電気通信回線５を介してデータ収集装置３又はデータサーバ４が保有する各種情報（具体的には、収集データ）を閲覧又はダウンロードしたり、電気通信回線５を介してデータ収集装置３を遠隔操作したりすることができる。
【００１１】
データ収集装置３は、農作物を育成する農地に設置されている。データ収集装置３は、農作及びこの農地における農作物に関するデータを環境情報として収集する。この環境情報は、データサーバ４に蓄積されて解析される用途や、農家用コンピュータ２によってダウンロードされて閲覧される。なお、このデータ収集装置３の詳細については、後述する。このデータ収集装置３は、図示しないアクセスポイントとの間で無線通信を行うことにより、電気通信回線５を介して農家用コンピュータ２又はデータサーバ４との間で情報通信を行うことができる。
【００１２】
データサーバ４は、ワークステーション等の汎用の情報処理装置により構成されている。このデータサーバ４は、データ収集装置３が検出した環境情報を受信する処理、受信した環境情報を農家毎に所定の形式で集計する処理、集計した環境情報を統計処理等の解析手法を利用して解析する。これにより、データサーバ４は、現状の農地及び農作物の状況の解析処理、農地及び農作物にとって最適な育成条件に関する環境情報の抽出処理、抽出された環境情報を農家用コンピュータ２に送信する処理を実現したりすることができる。
【００１３】
データ収集装置３は、図２に模式的に外観を示すように、本体ユニット３０を主体に構成されている。本体ユニット３０は、全体的に長方形形状を有する本体ハウジング（筐体）３０ａと、本体ハウジング３０ａの底部に連結される脚部３０ｂとを有している。脚部３０ｂは、その一部分が地中に埋設されている。また、支柱３０ｃは、本体ユニット３０から独立して、その一部分が地中に埋設されている。支柱３０ｃの上部には、後述する情報収集手段の一つであるカメラユニット５０と温湿度センサ６１とが取り付けられている。
【００１４】
図３は、データ収集装置３の全体構成を機能的に示すブロック図である。本体ユニット３０には、その機能的な構成として、データ制御部３１と、データ収集部３２と、データ演算部３３と、データ記憶部３４と、データ表示部３５と、無線通信制御部３６と、無線通信部３７と、センサインターフェース（センサＩ／Ｆ）部３８と、電源部３９とが収容されている。
【００１５】
センサＩ／Ｆ部３８は、カメラユニット５０や各種センサ６１〜６７といった、農地及び農地における農作物に関する環境情報を検出するセンサ等が接続される。
【００１６】
温湿度センサ６１は、屋外の温度及び湿度を検出するセンサであり、白金測温抵抗体型（温度）及び静電容量式高分子ポリマー型（湿度）などを用いることができる。この温湿度センサ６１は、例えば、本体ユニット３０のハウジング内部にレイアウトされており、ファン（通風部）によって取り入れられた空気の温度及び湿度を検出する。また、温湿度センサ６１は、本体ユニット３０の外部、例えば、上述したカメラユニット５０が取り付けられる支柱３０ｃに取り付けられており、農地における温度及び湿度を検出するものであっても良い。気圧センサ６２は、データ収集部３２周囲の気圧を検出する。
【００１７】
土壌温度センサ６３は、農地における土壌温度を検出するセンサである。土壌水分センサ６４は、農地における土壌水分を検出するセンサであり、例えば、電気抵抗型のセンサを用いることができる。土壌ＥＣセンサ６５は、電気伝導度を用いて、農地の土壌中に存在している肥料分の含有傾向を検出するセンサである。ＣＯ２（二酸化炭素）センサ６７は、データ収集装置３周辺のＣＯ２濃度を検出するセンサであり、固体高分子型などを用いることができる。日射量センサ６６は、地表面上の日射状態を検出するセンサであり、複数のフォトダイオードを用いて構成されている。なお、この日射量センサ６６の詳細については、後に詳述する。
【００１８】
データ制御部３１は、データ収集装置３の動作を総合的に制御する機能を担っている。データ制御部３１は、データ演算部３３によって生成される環境情報をデータ記憶部３４に記憶させる処理、データ表示部３５に環境情報等を表示させる処理を実行する。また、データ制御部３１は、収集した環境情報を外部に送信する場合には、データ記憶部３４に記憶されている環境情報を読み込み、無線通信制御部３６に出力する。
【００１９】
データ収集部３２は、センサＩ／Ｆ部３８を介して、カメラユニット５０からの画像データ及び各種センサ６１〜６７からのセンサデータを、予め設定された周期で自動的に収集する。データ収集部３２によって収集されたデータは、データ演算部３３に出力される。
【００２０】
データ演算部３３は、データ収集部３２から出力される各種のセンサデータのそれぞれを対象として、センサ信号（電圧値など）を、所定の形式（例えば、温度）に変換することにより、データ（「環境情報」という）を生成する機能を担っている。データ演算部３３において生成された環境情報は、データ制御部３１に出力される。
【００２１】
データ記憶部３４は、データ演算部３３で変換された環境情報がデータ制御部３１を介して供給され、当該環境情報を蓄積する。データ演算部３３からデータ制御部３１に出力された環境情報は、データ制御部３１によってデータ記憶部３４に格納される。データ記憶部３４には、環境情報を、当該環境情報を取得した時間や日付等を対応付けて記憶させる。
【００２２】
データ表示部３５は、データ制御部３１によって制御されて、データ演算部３３から出力される環境情報を表示する。データ表示部３５としては、例えば、液晶ディスプレイを用いることができ、本体ユニット３０の本体ハウジング３０ａに取り付けられている。このデータ表示部３５により、農地において、環境情報をリアルタイムで閲覧することができるようになっている。
【００２３】
無線通信制御部３６は、所定時間毎に、データ制御部３１に対して、データ記憶部３４に記憶されている所定量の環境情報であって、例えば、データサーバ４に対して未送信分の環境情報を要求する。無線通信制御部３６は、データ制御部３１から環境情報を取得すると、この環境情報を無線通信部３７を介して指定されたアクセスポイントへと送信する。これにより、データ収集装置３は、データサーバ４に環境情報を送信する。また、無線通信制御部３６は、無線通信部３７を介して農家用コンピュータ２から環境情報の送信要求を受信した場合には、送信要求に含まれる環境情報の種類、所定期間等の要求された条件に合致した環境情報を、データ制御部３１に対して要求する。無線通信制御部３６は、データ制御部３１から環境情報を取得すると、この環境情報を無線通信部３７を介して指定されたアクセスポイントへと送信する。これにより、データ収集装置３は、送信要求を送信した農家用コンピュータ２に対して環境情報を送信する。
【００２４】
電源部３９は、ソーラーパネル，１００Ｖ電源，１２Ｖバッテリ等の電源から電力の供給を受けることにより、本体ユニット３０に収容された上述の各部を駆動する機能を担っている。
【００２５】
カメラユニット５０は、カメラ５１と、このカメラ５１を駆動する電源部５２とを主体に構成されており、これらの要素がハウジングの内部に収容されている。カメラユニット５０は、本体ユニット３０とは独立した支柱３０ｃに取り付けられている。カメラ５１は、イメージセンサ（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサ等）が内蔵されており、農地及び農地における農作物を含む景色を撮像し、これを画像データとして出力する機能を担っている。電源部５２は、ソーラーパネル，１００Ｖ電源，１２Ｖバッテリ等の電源から電力の供給を受けることにより、カメラユニット５０を駆動する機能を担っている。
【００２６】
つぎに、上述したようなデータ収集装置３に搭載される日射量センサ６６について詳細に説明する。
【００２７】
日射量センサ６６は、本発明に係る日射状態検出装置に相当する。日射量センサ６６は、データ収集装置３に対する日射量を検出する。この日射量センサ６６は、第１範囲の波長領域の光を検出する第１のフォトダイオードと、第１範囲とは異なる範囲の第２範囲の波長領域の光を検出する第２のフォトダイオードと、第１のフォトダイオードによって検出された光量と前記第２のフォトダイオードによって検出された光量とを組み合わせて、日射量を算出する演算回路（算出手段）とを有する。第１のフォトダイオードは、可視光領域の日射光を検出し、第２のフォトダイオードは、近赤外領域の日射光を検出する。この日射量センサ６６は、例えば、図４に示すように本体ハウジング３０ａ上面の載置部６６ａに搭載されている。
【００２８】
これら第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオードの波長に対する相対感度は、図５に示すようになる。図５は、実線によって、第１のフォトダイオードの具体的な一例であるアモルファス可視光センサの波長と相対感度との関係を示し、一点鎖線によって、第２のフォトダイオードの具体的な一例である単結晶シリコンセンサの波長と相対感度との関係を示している。なお、図５には、点線として、人間の視感度も示している。
【００２９】
図５に示したように、第１のフォトダイオードは、約８００ｎｍ付近に最も高い感度を有し且つ４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲において感度を有するものの、低波長域では感度が弱く、これに対し、第２のフォトダイオードは、６００ｎｍ付近といった低波長域における感度が高い。
【００３０】
なお、本例では、可視光領域の光を検出する第１のフォトダイオードとしてアモルファス可視光センサ、赤外領域の光を検出する第２のフォトダイオードとして単結晶シリコンセンサを挙げたが、これに限らず、図５に示すように約４００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の範囲の波長の光を感度良く検出できるフォトダイオードであれば他の組み合わせであっても良い。
【００３１】
このような第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードを備えた日射量センサ６６は、演算回路によって、第１のフォトダイオードによって検出された光量と、第２のフォトダイオードによって検出された光量とを組み合わせて日射量を算出する。すなわち、図５に示すように約４００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の範囲の波長の光を太陽光の日射量として検知する。この検知された日射量は、演算回路からセンサＩ／Ｆ部３８を介して、データ記憶部３４に蓄積することができる。
【００３２】
このような日射量センサ６６によれば、安価なフォトダイオードを複数備えるのみで、データ収集装置３に対する日射量を検出できる。例えば、日射量計としてサーモパイルを用いるよりも安価で構成することができる。これにより、農地に多数のデータ収集装置３を設置しても、農地全体における日射量の計測コストを低減できる。
【００３３】
更に、日射量センサ６６は、紫外領域の波長領域の光を検出する第３のフォトダイオードを更に備えていても良い。この場合、日射量センサ６６の演算回路は、第１のフォトダイオードによって検出された可視光領域での光量と、第２のフォトダイオードによって検出された近赤外領域での光量と、第３のフォトダイオードによって検出された紫外領域での光量とを組み合わせて日射量を算出する。これにより、日射量センサ６６は、２個のフォトダイオードを使用して日射量を算出する場合と比較して、より高い精度で日射量を算出することができる。
【００３４】
また、日射量センサ６６は、演算回路によって、複数のフォトダイオードによって検知された異なる波長領域の光量同士を比較して、天候を推測しても良い（天候推測手段）。例えば、太陽光が雲などを透過せずに日射量センサ６６に入力される直達日射光には、紫外成分が多い。直達日射量とは、単位面積の日射量センサ６６の水平面に入射する太陽放射のうち散乱光および反射光を除いた日射量をいう。太陽から直接到達する直達日射量が観測できるのは、日の出から日の入りまである。一方、太陽光が散乱して直達日射光ではなくなった散乱光には、短い波長が空気成分の作用によって含まれている。すなわち、散乱日射量とは、単位面積の日射量センサ６６の水平面に入射する太陽放射のうち直達日射量を除き、大気中で空気分子、水蒸気、エアロゾル等で散乱された光のエネルギー量をいう。したがって、日射量センサ６６は、可視光領域の光を検出する第１のフォトダイオードの検出量、赤外領域の光を検出する第２のフォトダイオードの検出量とを比較して、第１のフォトダイオードの検出量が高い時には直達日射光が入射されていると判定する。
【００３５】
このように直達日射光が入射されている状況が長く、直達日射量が多い場合、データ収集装置３の周辺の天候が、晴れであることが推定される。また、直達日射光が入射されていない状況が長く、直達日射量が少ない場合には曇り又は雨であることが判定できる。このような判定結果は、演算回路からセンサＩ／Ｆ部３８を介して、データ記憶部３４に蓄積することができる。
【００３６】
更に、日射量センサ６６は、複数のフォトダイオードの設置緯度、日付及び時刻に基づいて太陽の位置を推定し、複数のフォトダイオードに光量が検出されて演算回路により算出された日射量のうちの直達日射量を推定しても良い（直達日射量推定手段）。例えば、上述の図３に示すように、日射量センサ６６に入射される直達光Ｌは、日射量センサ６６によって検出される光強度をＥとすると、Ｅ＝Ｅ／ｓｉｎθ＝Ｅ／Ｒと推定される。Ｒ＝ｓｉｎθであり、日射量センサ６６に入射される直達日射量の影響度を表す値であって、直達日射光が日射量センサ６６の検出出力に影響する度合いを示す。
【００３７】
ある一日内の５：００〜１９：００における太陽の高度は、図６に示すように、６月の特性Ａ、３月の特性Ｂ、１２月の特性Ｃのようになり、ある一日内の５：００〜１９：００における前記Ｒ＝ｓｉｎθ（比）は、図７に示すような６月の特性Ａ、３月の特性Ｂ、１２月の特性Ｃのようになる。
【００３８】
なお、晴天時における直達日射量は、図８に示すようになり、晴天時の散乱日射量は図９に示すようになることが知られているが、日射量センサ６６は、このような直達日射量よりも、正確な直達日射量を推定できる。
【００３９】
このように、日射量センサ６６によれば、図６に示すような自己が設置された緯度経度に対応した月日における太陽の位置のデータ及び図７に示す影響度Ｒのデータから、直達日射量がどの程度であるかを推定できる。更にまた、日射量センサ６６は、推定された直達日射量に基づいて、日照時間を推定しても良い（日照時間推定手段）。このような直達日射量及び日照時間は、演算回路からセンサＩ／Ｆ部３８を介して、データ記憶部３４に蓄積することができる。
【００４０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を適用した日射量センサを備えたデータ収集装置を含む農作物育成支援システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した日射量センサを備えたデータ収集装置の外観を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した日射量センサを備えたデータ収集装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明を適用した日射量センサに対する日射光の照射状態を説明する図である。
【図５】本発明を適用した日射量センサにおける日射光の波長と各フォトダイオードの相対感度との関係を示す図である。
【図６】時刻と太陽の高度との関係を示す図である。
【図７】時刻と、直達日射光が日射量センサの検出出力に影響する度合いを示す影響度Ｒ（比）との関係を示す図である。
【図８】太陽高度と直達日射量との関係を示す図である。
【図９】太陽高度と散乱日射量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  農作物育成支援システム
２  農家用コンピュータ
３  データ収集装置
４  データサーバ
５  電気通信回線
３０  本体ユニット
３０ａ  本体ハウジング
３０ｂ  脚部
３０ｃ  支柱
３１  データ制御部
３２  データ収集部
３３  データ演算部
３４  データ記憶部
３５  データ表示部
３６  無線通信制御部
３７  無線通信部
３８  部
３９  電源部
５０  カメラユニット
５１  カメラ
５２  電源部
６１  温湿度センサ
６２  気圧センサ
６３  土壌温度センサ
６４  土壌水分センサ
６５  土壌ＥＣセンサ
６６  日射量センサ
６６ａ  載置部
６７  ＣＯ２（二酸化炭素）センサ
【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】
2008298620.tif 000009
【図８】
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【図９】
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