(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽を追跡するための追尾装置と、
日射光を通過させる開口を有する遮光板と、
前記開口に向けて配置される受光面を含むセンサと、を備え、
前記開口の端部は、前記センサの視野範囲の境界を定める境界線と、前記追尾装置の誤差を許容するように前記センサに設定された傾斜範囲の境界を定める境界線との交点に配置される、
日射計。
【請求項２】
前記センサが設けられる基台をさらに備え、
前記基台と前記遮光板とは、一体になるように形成されている、
請求項１に記載の日射計。
【請求項３】
前記日射光を通過させる開口を有し、前記遮光板が内部に設けられる筐体をさらに備える、
請求項１または２に記載の日射計。
【請求項４】
複数の前記遮光板を備え、
前記複数の遮光板のうちのいずれか１つにおける前記開口の端部は、前記交点に配置される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の日射計。
【請求項５】
前記センサの温度に基づいて、前記センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の日射計。
【請求項６】
前記温度補償回路は、前記センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、
請求項５に記載の日射計。
【請求項７】
前記抵抗体は、サーミスタである、
請求項６に記載の日射計。
【請求項８】
前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、
請求項５乃至７のいずれか一項に記載の日射計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、例えば、日射光の強度や日射量を測定する日射計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の日射計として、太陽の照射光を所定の光検出器で検出することによって日照・日射に関する気象量を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この日射計では、光検出器が検出する照射光の受信強度を所定の補正演算式を用いて光検出器の受光面に垂直な方向の受光強度に補正することで、太陽を追尾するための可動機構を備えることなく、日照・日射に関する気象量を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、太陽からの日射には、太陽から直接地上に到達する直達日射光と、その他の日射光、例えば天空から散乱や地表面の反射を含んだ全天日射光と、がある。本願では、直達日射光を単に「日射光」という。
【０００５】
日射光を測定する従来の日射計では、日射光以外の光がセンサに入射するのを防止するために、センサの手前に遮光板を設けていた。一方、日射光がセンサに入射するように、センサには視野範囲が設定されている。例えば追尾式の日射計では、追尾装置がセンサの視野範囲内に太陽を捕捉することで、日射光をセンサに入射させることが可能になる。
【０００６】
しかしながら、センサに対する遮光板の位置精度が低いと、遮光板が日射光を遮ってしまうことがあり、センサの視野範囲が十分に確保できない場合があった。
【０００７】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、日射光以外の光がセンサに入射するのを防止しつつ、センサの視野範囲を確保することのできる日射計を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様における日射計は、日射光を通過させる開口を有する遮光板と、開口に向けて配置される受光面を含むセンサと、を備え、開口の端部は、センサの視野範囲の境界を定める境界線と、センサの傾斜範囲の境界を定める境界線との交点に配置される。
【０００９】
上記日射計において、センサが設けられる基台をさらに備え、基台と遮光板とは、一体になるように形成されていてもよい。
【００１０】
上記日射計において、日射光を通過させる開口を有し、遮光板が内部に設けられる筐体をさらに備えてもよい。
【００１１】
上記日射計において、複数の遮光板を備え、複数の遮光板のうちのいずれか１つにおける開口の端部は、交点に配置されてもよい。
【００１２】
上記日射計において、センサの温度に基づいて、センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備えてもよい。
【００１３】
上記日射計において、温度補償回路は、センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含んでもよい。
【００１４】
上記日射計において、抵抗体は、サーミスタであってもよい。
【００１５】
上記日射計において、温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様における日射計によれば、日射光を通過させる開口を有する遮光板と、開口に向けて配置される受光面を含むセンサと、を備え、遮光板における開口の端部は、センサの視野範囲の境界を定める境界線と、センサの傾斜範囲の境界を定める境界線との交点に配置される。これにより、遮光板が日射光を遮ることなく、センサおよび受光面を基準とする遮光板の位置精度を、向上させることが可能になる。したがって、日射光以外の光がセンサの受光面に入射するのを防止しつつ、センサの視野範囲および傾斜範囲を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に従う日射計の感部の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【図２】一実施形態に従うセンサの視野範囲および傾斜範囲を説明する図である。
【図３】一実施形態に従うセンサの視野角および傾斜角を説明する図である。
【図４】一実施形態に従うセンサおよび温度補償回路の電気的接続を説明する回路図である。
【図５】一実施形態に従う筐体および窓の開口の断面の形状を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００１９】
図１乃至図５は、本発明に係る日射計の一実施形態を示すためのものである。図１は、一実施形態に従う日射計１００の感部９０の概略構成の一例を示す側方断面図である。日射計１００は、例えば日射光の強度や日射量を測定するためのものである。日射計１００は、例えば、太陽を自動追跡するための追尾装置（図示省略）と、日射光を受光するための感部９０と、日射光に関する物理量を演算するための演算装置（図示省略）と、を備える。図１に示すように、日射計１００の感部９０は、例えば、筐体１０と、遮光板２０Ａおよび２０Ｂと、遮光板２０Ｃおよび２０Ｄを含む遮光部材２５と、センサ３０と、基台４０と、温度補償回路５０と、を備える。
【００２０】
筐体１０は、例えば円筒形の筒体であり、一端（図１において左端）に窓１１が取り付けられ、固定されている。筐体１０および窓１１には、筐体１０の外部から入射する日射光を通過させる開口１２が形成されている。筐体１０は、開口１２が太陽に向くように追尾装置によって駆動される。また、筐体１０は、他端（図１において右端）に支持部材１３に取り付けられ、固定されている。
【００２１】
遮光板２０Ａ〜２０Ｄは、センサ３０に日射光以外の光が入射するのを防ぐためのものである。遮光板２０Ａ〜２０Ｄは、略中央部に日射光を通過させる開口２１を有している。開口２１を形成する端部２２は、先細りになるように、例えばテーパーが施されている。このように、開口２１の端部２２を鋭角にすることにより、光の反射を防止することができる。
【００２２】
また、遮光板２０Ａ〜２０Ｄは、光の反射を防止するために、黒色が付されている。具体的には、遮光板２０Ａ〜２０Ｄは、例えば低温黒色クロム処理が施されて被膜されている。
【００２３】
さらに、遮光板２０Ａ〜２０Ｄは、筐体１０の内部に設けられている。具体的には、遮光板２０Ａおよび２０Ｂは、筐体１０の内径に、はめあいによって設けられている。遮光板２０Ａおよび２０Ｂは、平面度や真円度などの幾何公差を指定して形成することが好ましい。これにより、筐体１０の内部に設けられた遮光板２０Ａおよび２０Ｂは、筐体１０との隙間や公差を小さくすることが可能になる。したがって、遮光板２０Ａおよび２０Ｂが動いて（変位して）日射光を遮るリスクを低減することができる。
【００２４】
一方、遮光板２０Ｃおよび２０Ｃは、筐体である遮光部材２５の両端に、一体に形成されている。遮光板２０Ｃおよび２０Ｄを含む遮光部材２５は、幾何公差を指定して形成することが好ましい。
【００２５】
センサ３０は、開口１２および開口２１に向けて配置される受光面３１を含んでいる。センサ３０は、例えば周知のサーモパイルであり、受光面３１に入射した日射光（光エネルギー）を熱（熱エネルギー）に変換し、当該熱に応じた電気信号を出力するように構成されている。
【００２６】
センサ３０は、ＭＥＭＳなどの微細加工技術により製造することで、日射光に対する応答時間を短くしたものを使用することができる。この場合、センサ３０の機械的強度は相対的に低下しているため、センサ３０は、金属製の容器３２に収納されている。容器３２内には、例えばガスが封止されており、センサ３０は、容器３２の底部に設置される。また、日射光がセンサ３０に入射可能になるように、容器３２には、受光面３１の周縁（外径）に基づいて、例えば開口が形成されている。
【００２７】
基台４０は、センサ３０が設けられている。センサ３０が容器３２に収納される場合には、容器３２も一緒に設けられる。具体的には、基台４０の中央部に、センサ３０を収納した容器が挿入されて固定されている。
【００２８】
また、基台４０は、筐体１０の他端側（図１において右端側）の内径に、一部がはめあいによって挿入され、他の部分が支持部材１３によって固定されている。そのため、基台４０は、平面度や真円度などの幾何公差を指定して形成することが好ましい。これにより、基台４０は、筐体１０に対して高精度に配置することが可能になる。
【００２９】
その結果、基台４０に設けられたセンサ３０は、受光面３１の中心を通る垂直方向（図１においてＺ軸方向）の線（以下、中心線Ｌｃという）は、筐体１０の長手方向（図１においてＺ軸方向）の中心軸と一致するように、配置される。
【００３０】
さらに、基台４０と、遮光板２０Ｃおよび２０Ｄを含む遮光部材２５とは、一体になるように形成されていることが好ましい。具体的には、遮光部材２５は、右端、つまり、遮光板２０Ｄが、基台４０の一方の面（図１において左面）に形成された凹部４１に、はめあいによって挿入され、固定されている。これにより、遮光部材２５の遮光板２０Ｃおよび２０Ｄは、センサ３０に対するずれを小さくすることが可能になる。したがって、センサ３０を基準とする遮光板２０Ｃおよび２０Ｄの位置精度を向上させることができる。
【００３１】
なお、基台４０と遮光部材２５とは、図１に示すように、実質的に一体であればよい。基台４０と遮光部材２５とは、一体と同視できるように形成されていれば、現実に同一体に形成されていなくてもよい。
【００３２】
温度補償回路５０は、基台４０の他方の面（図１において右面）側に取り付けられた回路基板上に設けられている。温度補償回路５０は、センサ３０に電気的に接続しており、センサ３０の温度に基づいて、センサ３０の出力信号を補正するように構成されている。
【００３３】
温度補償回路５０は、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体５１を含んでいる。抵抗体５１は、センサ３０の近傍に配置されるように、その一部が基台４０の内部に設けられている。これにより、抵抗体５１の温度は、センサ３０の温度と同一視することが可能になる。
【００３４】
図２は、一実施形態に従うセンサ３０の視野範囲および傾斜範囲を説明する図である。図２に示すように、センサ３０は、受光面３１が日射光を受光可能な範囲、つまり、視野範囲Ａが設定されている。筐体１０および窓１１の開口１２の断面が例えば円形である場合、視野範囲Ａの断面も円形になる。一般に、追尾装置による太陽Ｓの追跡には、多少の誤差が含まれる。この誤差を許容するために、センサ３０は、傾斜範囲Ｂが設定されている。平面視においてセンサ３０の受光面３１の縁周（外径）が円形である場合、傾斜範囲Ｂの断面も円形になる。仮に追尾装置による追尾ずれが発生しても、そのずれが傾斜範囲Ｂ内であれば、太陽Ｓの光球の全体が傾斜範囲Ｂに入る（見える）ようになっている。一方、ずれが傾斜範囲Ｂを超えて視野範囲Ａ内にある場合、太陽Ｓの光球の半分が視野範囲Ａに入る（見える）ようになっている。
【００３５】
図３は、一実施形態に従うセンサ３０の視野角および傾斜角を説明する図である。図２に示す視野範囲Ａは視野角θａによって定められ、図２に示す傾斜範囲Ｂは傾斜角θｂによって定められる。図３に示すように、視野角θａは、センサ３０および受光面３１の中心線Ｌｃを基準とする角度である。すなわち、視野角θａは、中心線Ｌｃと、視野範囲Ａの境界を定める境界線Ｌａとがなす角度である。視野角θａは、所定の規格に基づいて定められており、例えばその半分の角度（θａ／２）が２．５°程度に設定されている。
【００３６】
なお、視野範囲Ａの境界を画定する境界線Ｌａは、中心線Ｌｃの周りにわたって定められる。よって、実際の視野範囲Ａの境界は、中心線Ｌｃの周りの境界線Ｌａを含んだ面（以下、境界面Ｓａという）である。但し、本願において、説明の簡略化のために、特に明示する場合を除き、境界線Ｌａが視野範囲Ａの境界を定めるものとして説明する。
【００３７】
一方、傾斜角θｂは、センサ３０および受光面３１の周縁（外径）から垂直方向（図３においてＺ軸方向）に延びる線（以下、周縁線Ｌｅという）を基準とする角度である。すなわち、傾斜角θｂは、周縁線Ｌｅと、傾斜範囲Ｂの境界を定める境界線Ｌｂとがなす角度である。傾斜角θｂは、所定の規格に基づいて定められており、例えば１°程度に設定されている。
【００３８】
なお、周縁線Ｌｅは、センサ３０および受光面３１の縁の周りにわたって定められる。よって、実際の傾斜角θｂの基準は、センサ３０および受光面３１の縁の周りの周縁線Ｌｅを含んだ面（以下、周縁面Ｓｅという）である。また、傾斜範囲Ｂの境界を画定する境界線Ｌｂは、周縁面Ｓｅの周りにわたって定められる。よって、実際の傾斜範囲Ｂの境界は、周縁面Ｓｅの周りの境界線Ｌｂを含んだ面（以下、境界面Ｓｂという）である。但し、本願において、説明の簡略化のために、特に明示する場合を除き、境界線Ｌｂが傾斜範囲Ｂの境界を定めるものとして説明する。
【００３９】
一般に、視野角θａは、傾斜角θｂよりも大きい角度に設定されているので、境界線Ｌａと境界線Ｌｂと間（または境界面Ｓａと境界面Ｓｂとの間）には、交点Ｐが存在する。
【００４０】
本実施形態の日射計１００では、遮光板２０Ａ〜２０Ｄのうち、例えば遮光板２０Ｃにおいて、開口２１の端部２２が、この交点Ｐに配置されている。これにより、遮光板２０Ｃが日射光を遮ることなく、センサ３０および受光面３１を基準とする遮光板２０Ｃの位置精度を、向上させることが可能になる。
【００４１】
なお、視野範囲Ａの境界が境界面Ｓａであり、傾斜範囲Ｂの境界が境界面Ｓｂであると考える場合、交点Ｐは、中心線Ｌｃとセンサ３０および受光面３１の縁との周りにわたって定められる。この場合、開口２１の端部２２は、中心線Ｌｃとセンサ３０および受光面３１の縁との周りにある複数の交点Ｐのうち、少なくとも一部の交点Ｐに配置されていればよい。
【００４２】
図４は、一実施形態に従うセンサ３０および温度補償回路５０の電気的接続を説明する回路図例である。図４に示すように、温度補償回路５０は、例えば、抵抗体５１と、フィルタ５２と、を含んで構成される。温度補償回路の構成としては、図４に例示したもののほか、公知技術の温度補償機能を奏する回路を種々に適用することが可能である。
【００４３】
抵抗体５１は、センサ３０と並列に接続されている。温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体５１は、例えばサーミスタで構成することが可能である。
【００４４】
ここで、日射計１００に使用されるセンサ３０は、その出力信号に温度特性を有する場合がある。この場合、受光面３１に入射する日射光の光エネルギーが同じ場合であっても、センサ３０の温度によって、出力信号の値が変化する。
【００４５】
一方、抵抗体５１は温度に応じて抵抗値が変化するので、センサ３０の温度に応じて抵抗体５１の抵抗値が変化することで、温度特性によるセンサ３０の出力信号の変化を相殺し、センサ３０の出力信号を補正することが可能になる。これにより、受光面３１に入射する日射光の光エネルギーが同じ場合、センサ３０の温度に依存することなく、センサ３０の出力信号の値を一定にすることができる。
【００４６】
例えば、センサ３０の出力信号が、温度に対して係数ｋ（ｋは正の実数）で変化する場合、抵抗体５１は、温度に対して係数−ｋで抵抗値が変化するもの、例えばＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタを用いることが好ましい。
【００４７】
フィルタ５２は、センサ３０の出力信号をフィルタリングするためのものであり、温度補償回路５０の出力側に設けられている。フィルタ５２は、センサ３０と並列に接続されている。フィルタ５２は、例えばキャパシタ（コンデンサ）で構成することが可能である。
【００４８】
日射計１００に使用されるセンサ３０は、その内部インピーダンスが高い場合がある。よって、温度補償回路５０の出力側にフィルタを設けることにより、内部インピーダンスに起因するセンサ３０の出力信号のノイズを、取り除くことが可能になる。
【００４９】
本実施形態では、図１において、日射計１００が４つの遮光板２０Ａ〜２０Ｄを備える例を示したがこれに限定されない。日射計１００は、少なくとも１つの遮光板を備えていれば足り、その遮光板において、開口２１の端部２２が交点Ｐに配置されていればよい。また、日射計１００は、４つ以外の複数の遮光板を備えていてもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、筐体１０および窓１１の開口１２の断面が円形である例を示したが、これに限定されない。筐体１０および窓１１の開口１２の断面の形状は、様々な形状を採用することが可能である。
【００５１】
図５は、一実施形態に従う筐体１０および窓１１の開口１２の断面の形状を説明する図である。図５に示すように、開口１２の断面形状は、例えば、（ａ）に示す円形の他に、（ｂ）に示す長円形、（ｃ）に示す四角形、または、（ｄ）に示す三角形であってもよい。また、開口１２の断面形状は、これらの形状以外にも、例えば五角形以上の多角形であってもよい。
【００５２】
このように、本実施形態の日射計１００によれば、日射光を通過させる開口２１を有する遮光板２０Ｃと、開口２１に向けて配置される受光面３１を含むセンサ３０と、を備え、遮光板２０Ｃにおける開口２１の端部２２は、センサ３０の視野範囲Ａの境界を定める境界線Ｌａと、センサの傾斜範囲Ｂの境界を定める境界線Ｌｂとの交点Ｐに配置される。これにより、遮光板２０Ｃが日射光を遮ることなく、センサ３０および受光面３１を基準とする遮光板２０Ｃの位置精度を、向上させることが可能になる。したがって、日射光以外の光がセンサ３０の受光面３１に入射するのを防止しつつ、センサ３０の視野範囲Ａおよび傾斜範囲Ｂを確保することができる。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
【００５４】
また、上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、または変更もしくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせまたは変更もしくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５５】
１０…筐体
１２…開口
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…遮光板
２１…開口
２２…端部
２５…遮光部材
３０…センサ
３１…受光面
４０…基台
５０…温度補償回路
５１…抵抗体
５２…フィルタ
１００…日射計
Ａ…視野範囲
Ｂ…傾斜範囲
Ｌａ、Ｌｂ…境界線
Ｐ…交点
【図１】
0006781533.tif 000002
【図２】
0006781533.tif 000003
【図３】
0006781533.tif 000004
【図４】
0006781533.tif 000005
【図５】
0006781533.tif 000006