(57)【要約】【課題】  天候によって散乱日射光が不規則に変化しても測定誤差を軽減できる日照計を提供すること。【解決手段】  日照計は、第１、第２の２つの光電変換素子１６ａ，１６ｂを備え、第１の光電変換素子１６ａが直達光および散乱光を受光し第２の光電変換素子１６ｂが散乱光のみを受光する期間と、第１の光電変換素子１６ａが散乱光のみを受光し第２の光電変換素子１６ｂが直達光および散乱光を受光する期間とが、一日のうち日照が観測される時間帯の中で交互に設定される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２の２つの光電変換素子を備え、
前記第１の光電変換素子が直達光および散乱光を受光し前記第２の光電変換素子が散乱光のみを受光する期間と、前記第１の光電変換素子が散乱光のみを受光し前記第２の光電変換素子が直達光および散乱光を受光する期間とが、一日のうち日照が観測される時間帯の中で交互に設定される日照計。
【請求項２】
前記第１の光電変換素子の任意の時点における出力と、前記第２の光電変換素子の同時点における出力との差を求め、前記任意の時点における直達光の照射強度を算出する演算部を備える請求項１記載の日照計。
【請求項３】
前記第１の光電変換素子を内側に配置される第１の遮蔽ケースと、前記第２の光電変換素子を内側に配置される第２の遮蔽ケースとを備え、
前記第１の遮蔽ケースに、ある期間において前記第１の光電変換素子に直達光を照射させるための第１のスリットが形成され、
前記第２の遮蔽ケースに、他の期間において前記第２の光電変換素子に直達光を照射させるための第２のスリットが形成され、
前記第１のスリットおよび前記第２のスリットは、前記ある期間と前記他の期間とが一日のうち日照が観測される時間帯の中で交互に繰り返すように、前記第１、第２の遮蔽ケースの側面に互い違いに設けられている請求項１または２記載の日照計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、日照計に関する。
【背景技術】
【０００２】
日照計は、直射光が地表を照射する日照時間を測定するものであり、直径約１０ｃｍの透明なガラス玉で直達光を集光し、あらかじめ時間目盛りの印刷された紙を焦がすカンベル・ストークス日照計や、小穴をあけた円筒内に感光液を塗った紙を巻いて、穴から入った太陽光で感光させるジョルダン式日照計が古くから使用されてきた。現在の日照の定義である直達日射量０．１２ｋＷ／ｍ２（しきい値）はカンベル・ストークス日照計と直達日照計と直達日射量の比較から定めたものである。
これらの型の日照計は、記録紙や感光紙の特性が測定精度に影響すること、日照の有無の判断に個人差が入りやすいこと、日没後に紙を交換しなければならないといった難点がある。
日照の定義が定量的に定められた現在では、これらに代わり各種の光電式日照計が開発され使用されるようになってきている。特に、アメダスには太陽電池式日照計が使用されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来の太陽電池式日照計としては、例えば次のようなものがある。すなわち、この日照計は、脱空気泡硬質ガラスよりなり、その内部が機密構造であり不活性ガスが充填されている円筒形のガラスドームと、その内部に固定された正三角形の断面を有する三角柱とを備えている。三角柱の二側面および頂面にはそれぞれ光電変換素子として太陽電池が取付けられている。ここで、二側面に設けられた太陽電池は、東西面における太陽電池の日の出から日の入までの直達光を感知するために取付けられており、頂面に設けられた太陽電池は、北半球の場合には北面の散乱光を感知するためにフードの内部に取付けられている（特許文献１参照）。
【非特許文献１】気象庁、“気象観測の手引き”、第４３〜４５頁、[online]、平成１０年９月、気象庁、[平成１５年７月１４日検索]、インターネット<URL:http://www.kishou.go.jp/know/kansoku_guide/tebiki.pdf>
【特許文献１】特開平１１−７２５７２号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の太陽電池式日照計においては、三角柱の二側面に設けられた太陽電池によって感知される出力のうち散乱光に相当する出力と、頂面に設けられた太陽電池によって感知される散乱光の出力に補正定数をかけた補正出力とが一致するように設定されている。しかしながら、天候によって散乱光が不規則に変化することで、頂面に設けられた太陽電池によって測定される散乱光の補正出力が変化するため、それら両者の出力が一致せず、日照計の測定誤差の要因となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、散乱光が不規則に変化しても直達光および散乱光の測定誤差を軽減できる日照計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】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち本発明における日照計は、第１、第２の２つの光電変換素子を備え、前記第１の光電変換素子が直達光および散乱光を受光し前記第２の光電変換素子が散乱光のみを受光する期間と、前記第１の光電変換素子が散乱光のみを受光し前記第２の光電変換素子が直達光および散乱光を受光する期間とが、一日のうち日照が観測される時間帯の中で交互に設定される。
【０００７】
本発明において、第１、第２の２つの光電変換素子は、その役割を交互に切替えながら、一日のうち日照が観測される時間帯を通して常にいずれか一方が直達光および散乱光を受光し、他方が散乱光のみを受光する。ここで、ある時点において第１の光電変換素子が直達光および散乱光を受光し、第２の光電変換素子が散乱光のみを受光したとすると、その時点で第１の光電変換素子が検出した直達光および散乱光のエネルギーと、第２の光電変換素子が検出した散乱光のエネルギーとの差は、第１の光電変換素子にもたらされた直達光のエネルギーとみなせる。これは、第２の光電変換素子が直達光および散乱光を受光し、第１の光電変換素子が散乱光のみを受光したとしても同様である。つまり、本発明によれば、一日のうち日照が観測される時間帯を通して、不規則に変化する散乱光に阻害されずに直達光のみを検出することが可能である。
【０００８】
また、本発明における日照計は、前記第１の光電変換素子の任意の時点における出力と、前記第２の光電変換素子の同時点における出力との差を求め、前記任意の時点における直達光の照射強度を算出する演算部を備える。
【０００９】
本発明において、ある時点において第１の光電変換素子が直達光および散乱光を受光し、第２の光電変換素子が散乱光のみを受光した場合を考えると、第１の光電素子は、その時点で検出した直達光および散乱光のエネルギーに相当する電流値を出力し、第２の光電変換素子は、同時点で検出した散乱光のエネルギーに相当する電流値を出力する。そこで、第１の光電変換素子の出力と第２の光電変換素子の出力との差を求めると、直達光のエネルギーに相当する電流値が算出されるから、その電流値をもとに直達光の照射強度を算出することが可能である。なお、第１の光電変換素子が散乱光のみを受光し、第２の光電変換素子が直達光および散乱光を受光した場合でも、上記と同様に直達光の照射強度を算出することが可能である。
【００１０】
また、本発明における日照計は、前記第１の光電変換素子を内側に配置される第１の遮蔽ケースと、前記第２の光電変換素子を内側に配置される第２の遮蔽ケースとを備え、前記第１の遮蔽ケースに、ある期間において前記第１の光電変換素子に直達光を照射させるための第１のスリットが形成され、前記第２の遮蔽ケースに、他の期間において前記第２の光電変換素子に直達光を照射させるための第２のスリットが形成され、前記第１のスリットおよび前記第２のスリットは、前記ある期間と前記他の期間とが一日のうち日照が観測される時間帯の中で交互に繰り返すように、前記第１、第２の遮蔽ケースの側面に互い違いに設けられている。
【００１１】
本発明においては、第１のスリットを通じて第１の光電変換素子に直達光および散乱光が照射する期間（上記の「ある期間」）と、第２のスリットを通じて第２の光電変換素子に直達光および散乱光が照射する期間（上記の「他の期間」）とが、一日のうち日照が観測される時間帯を通じて交互に繰り返す。その一方で、第１の光電変換素子に直達光および散乱光が照射する期間においては、第２の光電変換素子に直達光は照射せず、第２のスリットを通じて散乱光のみが照射し、第２の光電変換素子に直達光および散乱光が照射する期間においては、第１の光電変換素子に直達光は照射せず、第１のスリットを通じて散乱光のみが照射する。
【００１２】
つまり、一日のうち日照が観測される時間帯では、第１の光電変換素子に直達光および散乱光が照射していれば第２の光電変換素子には散乱光のみが照射し、第２の光電変換素子に直達光および散乱光が照射していれば第１の光電変換素子には散乱光のみが照射することになる。そこで、時々刻々と第１の光電変換素子の出力と第２の光電変換素子の出力との差を求めて直達光の照射強度を算出すれば、一日の日照の変化を測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の日照計によれば、第１の光電変換素子および第２の光電変換素子のいずれか一方が直達光および散乱光を受光し、他方が散乱光のみを受光して、第１の光電変換素子および第２の光電変換素子のいずれか一方が受光した直達光および散乱光のエネルギーと、他方が受光した散乱光のみのエネルギーとの差が直達光のエネルギーとみなされることにより、一日のうち日照が観測される時間帯を通して、不規則に変化する散乱光に阻害されずに直達光のみを検出することが可能であるので、直達光および散乱光を測定する際、散乱光が不規則に変化してもその測定誤差を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図２は、本発明における実施形態を示す図であって、本発明を適用した気象観測装置として日照計を示す図である。
日照計１０は、軸部１１と、台座部１２と、遮蔽ケース１３と、ガラスドーム１４と、棒状部１５と、光電変換素子としての熱電対１６とを備え、地面に立設したスタンド１に取付けられたホルダ２に把持されて屋外に設置されている。
軸部１１は、円筒形に形成されており、その中央部がホルダ２に把持されるようになっている。軸部１１の一端には、円板状に形成され、その中心に軸部１１を貫通される貫通孔を有した台座部１２が設けられている。
【００１５】
ここで、スタンド１は、地面に対して垂直に立設されている。また、ホルダ２は、軸部１１と垂直となるように軸部１１を保持し、また日照計１０が地面に対して緯度に等しい仰角αをなすように、スタンド１に取付けられたまま地面に対して仰角αをなして保持されている。すなわち日照計１０は、軸部１１が直達光の照射する方向と垂直になるように保持されている。なお、直達光とは太陽から大気を通過して直接地上に達する日射光、すなわち直達日射光を言う。また、後述する散乱光とは、太陽から大気を通過して大気によって散乱された日射光、すなわち散乱日射光を言う。
【００１６】
台座部１２の表面には、その表面に固定され軸部１１の中心から延長方向に延在するように円筒状の遮蔽ケース１３が設けられている。この遮蔽ケース１３は、上下に分割されて下部および上部にそれぞれ第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂを構成している。これら第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの側面には、それぞれ第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄが形成されている。それら第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄは、それぞれ直達光および散乱光を第１の遮蔽ケース１３ａまたは第２の遮蔽ケース１３ｂに設置され、第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄのいずれか一方のみに直達光を通過させるように、第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの側面に互い違いに設けられている。
【００１７】
ガラスドーム１４は、直達光を透過させる脱空気泡硬質ガラスよりなる円筒形に形成され、台座部１２の表面に固定されて、遮蔽ケース１３を覆うように配置されている。このガラスドーム１４は、その内部が気密構造になっており、不活性ガスが充填されている。
棒状部１５は、遮蔽ケース１３の内部に配置され、端部が台座部１２の表面に固定されて軸部１１の中心から延長方向に延在するように取付けられている。この棒状部１５は、例えば合成樹脂によって形成されて第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂとともに上下に分割され、それらをさらに二分割されて棒状部１５ａ〜１５ｄを構成して直列に接続されている。
【００１８】
棒状部１５ａ，１５ｂ間には第１の光電変換素子として熱電対１６ａが設けられ、棒状部１５ｃ，１５ｄ間には第２の光電変換素子として熱電対１６ｂが設けられている。すなわち、熱電対１６ａは、第１の遮蔽ケース１３ａの内部に配置され、第１のスリット１３ｃを通過した直達光および散乱光を受光するようになっている。また、熱電対１６ｂは、第２の遮蔽ケース１３ｂの内部に配置され、第２のスリット１３ｄを通過した直達光および散乱光を受光するようになっている。
【００１９】
熱電対１６ａ，１６ｂは、これら熱電対１６ａ，１６ｂが直達光および散乱光を受光することによって得られた出力に基づいて演算を行う図示しない演算部に接続されている。なお、これら棒状部１５ａ，１５ｂおよび熱電対１６ａは、線状に形成されたセンサに置き換えられてもよい。また、これら棒状部１５ｃ，１５ｄおよび熱電対１６ｂも同様に、線状に形成されたセンサに置き換えられてもよい。
【００２０】
日照計１０は、第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄのいずれか一方のみに直達光を通過させ、第１の遮蔽ケース１３ａの内部に配置された熱電対１６ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの内部に配置された熱電対１６ｂのいずれか一方のみに直達光を照射させるとともに、第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄに散乱光を通過させ、熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂに散乱光を照射させて、熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂに得られたそれぞれの出力を演算部によって演算することで、日照計１０に照射された直達光の照射強度を測定する。
【００２１】
すなわち、図３および図４に示すように、例えば直達光が第１の遮蔽ケース１３ａに設けられた第１のスリット１３ｃを通過した場合、第１の遮蔽ケース１３ａの内側に直達光が照射される。このとき、第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄが第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの側面にそれぞれ互い違いに設けられているため、第２の遮蔽ケース１３ｂの内部には直達光が到達しない。したがって、第１の遮蔽ケース１３ａの内側に配置された熱電対１６ａに直達光が照射される一方、第２の遮蔽ケース１３ｂの内側に配置された熱電対１６ｂに直達光が照射されない。逆に、直達光がスリット１３ｄを通過した場合、第１の遮蔽ケース１３ａの内側に配置された熱電対１６ａに直達光が照射されず、第２の遮蔽ケースの中心に配置された熱電対１６ｂに直達光が照射される。
【００２２】
また、第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの周囲には散乱光が存在しており、その散乱光の一部が第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄを通過して第１の遮蔽ケース１３ａ内および第２の遮蔽ケース１３ｂ内に照射される。このとき、第１の遮蔽ケース１３ａ内および第２の遮蔽ケース１３ｂ内のそれぞれに照射される散乱光の量は等しいと考えてよいため、第１の遮蔽ケース１３ａの内側および第２の遮蔽ケース１３ｂの内側に配置された熱電対１６ａ，１６ｂは、常に同量の散乱光が照射されているとみなされる。
【００２３】
ある時点において、直達光および散乱光が熱電対１６ａに照射された場合、熱電対１６ａに照射された直達光および散乱光のエネルギーに相当する電流値が出力される。同時点において、前述のとおり熱電対１６ｂには散乱光のみが照射されるため、熱電対１６ｂに照射された散乱光のエネルギーに相当する電流値が出力される。そこで、演算部を用いて、熱電対１６ａによる出力から熱電対１６ｂによる出力を減じることで直達光のエネルギーに相当する電流値が算出され、その電流値をもとに直達光の照射強度が算出されることとなる。
また、別のある時点において、直達光および散乱光が熱電対１６ｂに照射され、熱電対１６ａに散乱光のみが照射された場合も同様に、演算部を用いて、熱電対１６ｂによる出力から熱電対１６ａによる出力を減じることで直達光のエネルギーに相当する電流値が算出され、その電流値をもとに直達光の照射強度が算出されることとなる。
【００２４】
このような日照計１０において、一日のうち日照が観測される時間帯の中で、第１のスリット１３ｃおよび第２のスリット１３ｄが第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの側面にそれぞれ互い違いに設けられていることにより、太陽が天空を移動するとともに、直達光がスリット１３ｃのみを通過する期間と、直達光がスリット１３ｄのみを通過する期間とが、交互に繰り返すように生じる。すなわち、第１の遮蔽ケース１３ａの内側に配置された熱電対１６ａに直達光および散乱光が照射され、第２の遮蔽ケース１３ｂの内側に配置された熱電対１６ｂに直達光が照射されずに散乱光のみが照射される期間と、熱電対１６ａに散乱光のみが照射され熱電対１６ｂに直達光および散乱光が照射される期間とが、一日のうち日照が観測される時間帯の中で日照計１０に対して交互に設定されることとなる。
【００２５】
ここで、第１の遮蔽ケース１３ａの内側に配置された熱電対１６ａに直達光および散乱光が照射され第２の遮蔽ケース１３ｂの内側に配置された熱電対１６ｂに直達光が照射されずに散乱光のみが照射される期間と、熱電対１６ａに散乱光のみが照射され熱電対１６ｂに直達光および散乱光が照射される期間とが、一日のうち日照が観測される時間帯の中で日照計１０に対して交互に設定されることにより、熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂのいずれか一方のみが一日のうち日照が観測される時間帯の中で常に直達光を受光することとなる。また、一日のうち日照が観測される時間帯の中で熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂがいずれも散乱光を常に受光することとなる。
そこで、前述のように時々刻々と熱電対１６ａによる出力と熱電対１６ｂによる出力との差を求めて直達光の照射強度を算出すれば、一日の日照の変化を測定することが可能となる。
【００２６】
また、熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂがそれぞれ散乱光を常に受光するため、天候によって散乱光が不規則に変化しても、熱電対１６ａが受光する散乱光と熱電対１６ｂが受光する散乱光との間に差異をほとんど生じない。したがって、一日のうち日照が観測される時間帯を通して、不規則に変化する散乱光に阻害されずに直達光のみを検出することが可能である。
【００２７】
上記に説明した日照計１０によれば、熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂのいずれか一方が直達光および散乱光を受光し、他方が散乱光のみを受光して、熱電対１６ａおよび熱電対１６ｂのいずれか一方が受光した直達光および散乱光のエネルギーと、他方が受光した散乱光のみのエネルギーとの差が直達光のエネルギーとみなされることにより、一日のうち日照が観測される時間帯を通して、不規則に変化する散乱光に阻害されずに直達光のみを検出することが可能であるので、散乱光が不規則に変化しても直達光および散乱光を測定する際、その測定誤差を軽減することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態において、第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂそれぞれに設けられたスリット１３ｃおよびスリット１３ｄは、第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの側面全体に配置されているが、一部の地域に限定して使用する場合には、日照計１０を設置する緯度が限られており、すなわち仰角αが緯度と同じ角度に限定されるため、第１の遮蔽ケース１３ａおよび第２の遮蔽ケース１３ｂの側面全体に配置されなくてもよい。すなわち、例えば日本国内に限定して使用される場合、遮蔽ケース１３に設けられたスリット１３ｃおよびスリット１３ｄを南に向く側面を中心として左右にそれぞれおよそ１２０°配置すれば、日照計１０としての機能を十分に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明における実施形態に係る日照計をホルダに取付けたときの正面図である。
【図２】本発明における実施形態に係る日照計の正面図である。
【図３】本発明における実施形態において、第１のスリットを通過する直達光および散乱光を示す断面図である。
【図４】本発明における実施形態において、第２のスリットを通過する直達光および散乱光を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  日照計
１３ａ  第１の遮蔽ケース
１３ｂ  第２の遮蔽ケース
１３ｃ  第１のスリット
１３ｄ  第２のスリット
１６ａ  熱電対（第１の光電変換素子）
１６ｂ  熱電対（第２の光電変換素子）
【図１】
2005077215.tif 000003
【図２】
2005077215.tif 000004
【図３】
2005077215.tif 000005
【図４】
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