JP3553057B1 - 光源位置追尾装置および追尾方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの直接光のみに基づいて光源を追尾させることが可能な光源位置追尾装置および追尾方法を提供する。
【解決手段】移動する光源からの光Ｌを受光する照射面２を、当該照射面における明暗状態の検出に応じてモーターで移動させて光源に追尾させるようにした光源位置追尾装置であって、中空筒体状に形成されて照射面に設けられ、当該照射面に照射される光源からの光を直接光Ｌｄと間接光Ｌｒとに区別するために、照射面に向かって直進する直接光はその内部に進入しかつ照射面周囲の間接光を遮断する間接光遮断部材１と、間接光遮断部材内部の明暗を検知して検知信号を出力する直接光検知部と、照射面を、光源から照射される光のうち、直接光に基づいて移動させるために、直接光検知部からの検知信号に応じてモーターを駆動制御する制御部とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの直接光のみに基づいて光源を追尾させることが可能な光源位置追尾装置および追尾方法に関する。

従来、光源、例えば太陽を追尾するようにしたシステムとしては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１では、太陽光受光部を太陽に追尾させるもので、この太陽光受光部は、駆動手段により東西と南北のそれぞれの仰角方向に回動される。駆動手段の動作は、時計手段からの時刻情報および日付情報に基づいて制御手段により制御される。時計手段は、標準電波信号を受信するようになっている。
特開２００２−２０２８１７号公報

ところで従来、この種の太陽など移動する光源を追尾する装置にあっては、太陽光受光部などの受光部分が光源からの直接光を受光していれば光源の移動に追尾させることができるが、受光部分の受光している光が、建物やそのほか何らかの物体に反射して到来する間接光などであると、受光部分は追尾すべき光源からの光を受光していることにはならず、従って光源の移動を適切に追尾することができないという課題があった。

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、光源からの直接光のみに基づいて光源を追尾させることが可能な光源位置追尾装置および追尾方法を提供することを目的とする。

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光を受光する照射面と、該照射面を、当該照射面上で互いに直交する２軸それぞれの周りに傾動させる移動手段と、上記照射面の周囲に沿って環状に配列され、かつ球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方位からの受光が可能で、明暗状態を検出して検出信号を出力する明暗検出センサーと、上記照射面に各明暗検出センサーに近接させて設けられ、該照射面が光源の光軸と直交しないときに、いずれかの該明暗検出センサーに対して影となる暗部を生成する暗部生成部材とを有し、上記照射面を、上記明暗検出センサーによる当該照射面における明暗状態の検出に応じて上記移動手段で傾動させて光源に追尾させる光源位置追尾処理を実行するようにした光源位置追尾装置であって、中空筒体状に形成されて上記照射面に設けられ、当該照射面に照射される光源からの光を直接光と間接光とに区別するために、該照射面に向かって直進する直接光はその内部に進入しかつ該照射面周囲の間接光を遮断する間接光遮断部材と、光源位置追尾処理が間接光ではなく、直接光に基づいた制御であることを確認するために、該間接光遮断部材内部の明暗を検知して検知信号を出力する直接光検知部と、上記照射面を、光源から照射される光のうち、直接光に基づいて傾動させるために、上記直接光検知部からの検知信号に応じて上記移動手段を駆動制御する直接光検知処理を実行する制御部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる光源位置追尾方法は、前記請求項１記載の光源位置追尾装置を用い、まず、前記直接光検知部からの検知信号に応じて前記移動手段を制御する直接光検知処理を実行し、その後、前記明暗検出センサーによる前記照射面における明暗状態の検出に応じて該移動手段を制御する光源位置追尾処理を実行するようにしたことを特徴とする。

本発明にかかる光源位置追尾装置および追尾方法にあっては、光源からの直接光のみに基づいて光源を追尾させることができる。

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。本実施形態にかかる光源位置追尾装置は基本的には、図１〜図８に示すように、移動する光源からの光Ｌを受光する照射面２と、照射面２を、当該照射面２上で互いに直交する２軸Ｘ，Ｙそれぞれの周りに傾動させる移動手段としての上下モーター３および左右モーター４と、照射面２の周囲に沿って環状に配列され、かつ球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方位からの受光が可能で、明暗状態を検出して検出信号を出力する明暗検出センサー５と、照射面２に各明暗検出センサー５に近接させて設けられ、照射面２が光源の光軸と直交しないときに、いずれかの明暗検出センサー５に対して影となる暗部Ｂを生成する暗部生成部材１０とを有し、照射面２を、明暗検出センサー５による当該照射面２における明暗状態の検出に応じて上下モーター３および左右モーター４で傾動させて光源に追尾させる光源位置追尾処理を実行するようにした光源位置追尾装置であって、中空筒体状に形成されて照射面２に設けられ、当該照射面２に照射される光源からの光Ｌを直接光Ｌｄと間接光Ｌｒとに区別するために、照射面２に向かって直進する直接光Ｌｄはその内部に進入しかつ照射面２周囲の間接光Ｌｒを遮断する間接光遮断部材１と、光源位置追尾処理が間接光Ｌｒではなく、直接光Ｌｄに基づいた制御であることを確認するために、間接光遮断部材１内部の明暗を検知して検知信号を出力する直接光検知部５０と、照射面２を、光源から照射される光Ｌのうち、直接光Ｌｄに基づいて傾動させるために、直接光検知部５０からの検知信号に応じてモーター３，４を駆動制御する直接光検知処理を実行する制御部８とを備えて構成される。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。

図１〜図４に示すように照射面２は、板材９の一面に平坦に形成され、この照射面２に太陽からの光Ｌが当たるようになっている。この照射面２には、移動する太陽からの太陽光Ｌを受光できているかいないかにより、これを明暗状態として検出する少なくとも４つの明暗部分検知用の受光センサー（以下、明暗検出センサーという）５が当該照射面２の上下位置および左右位置に設けられる。これら明暗検出センサー５は、球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方位からの受光が可能なものであって、このような明暗検出センサー５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）」などの球状センサーを採用することができる。この明暗検出センサー５は具体的には、検出される光Ｌの強度に応じた電圧値もしくは電流値を、明暗の検出信号として出力する。

明暗検出センサー５は、空間内で照射面２を特定するために、当該照射面２上で互いに直交する２軸Ｘ，Ｙを特定する目的で、少なくとも４つ設けられる。すなわち、互いに直交する一方の軸Ｘ上に２つの明暗検出センサー５が、他方の軸Ｙ上にもう２つの明暗検出センサー５が配置されて、合計４つ設けられる。しかしながら、４つ以上設けてもよいことはもちろんである。図示例にあっては、これら明暗検出センサー５は照射面２の周囲、具体的には照射面２の周縁部に沿って環状に配列され、そのうちの４つで２軸Ｘ，Ｙが特定される。

特に本実施形態にあっては、これら明暗検出センサー５は、照射面２の周囲に設けられていて、これによりそれら内方の照射面２全面に、太陽電池パネル６ａやレンズを利用した集光装置６ｂなどの各種採光手段を設置することができるようになっている。また、明暗検出センサー５は、照射面２の周縁部、具体的には板材９の周縁部から外方に突出させて設けられていて、これにより照射面２側のみならず当該照射面２とは反対側に太陽が位置するときでも、その光Ｌを受光することができるようになっている。

この照射面２を形成する板材９には図示しないけれども、これを傾動させる移動手段として、上下方向に傾動させる上下モーター３と、左右方向に傾動させる左右モーター４の２つのモーターが設けられる。これらモータ３，４としては、ＤＣモーターが採用され、明暗検出センサー５の配置によって特定される上記２軸Ｘ，Ｙ、すなわち上下方向軸周りおよび左右方向軸周りに、照射面２をそれぞれ個別に傾動させる。

また、照射面２には、各明暗検出センサー５に近接させて、暗部生成部材１０が設けられる。図示例にあっては、これら暗部生成部材１０は板状に形成され、照射面２の周縁部に各明暗検出センサー５に対応させて、かつ照射面２側から各明暗検出センサー５を遮るように、当該照射面２からおおよそ垂直に起立させて４つ設けられている。暗部生成部材１０の高さは任意に設定してよい。また、これら暗部生成部材１０は、その４つを連結するように、照射面２の周囲に沿う１つの枠体状に形成してもよい。しかしながら、上述したように照射面２上に採光手段を設ける場合など、照射面２上への光量を多く確保したい場合には、暗部生成部材１０を分離して設置することが好ましい。

暗部生成部材１０は照射面２から起立されて相当の高さを有することから、照射面２が太陽の光軸と直交しないときには、いずれかの暗部生成部材１０が照射面２よりも外側に向かって影を作ることになり、すなわちいずれかの明暗検出センサー５に対して、影となる暗部Ｂを生成するようになっている。これに対し、暗部生成部材１０による影ができずに光Ｌが当たる明暗検出センサー５は、暗部Ｂ以外の明部に位置することになる。

暗部生成部材１０には、明暗検出センサー５から離隔されたその上端側の適宜位置に遮光部１０ａが形成される。図示例にあっては、遮光部１０ａは暗部生成部材１０の上端に一体的に、明暗検出センサー５側へ張り出して形成される。しかしながら、暗部生成部材１０の高さ方向の途中に設けるようにしてもよい。

明暗検出センサー５は、暗部生成部材１０によって作り出される暗部Ｂと、これに対し暗部生成部材１０の影に覆われずに光Ｌが当たる明部とを、照射面２における明暗状態として検出すべきものであるが、この明暗検出センサー５はその球面に沿う全方位からの受光が可能であることから、明暗検出センサー５の取り付け位置よりも照射面２側となる当該明暗検出センサー５と暗部生成部材１０との間に侵入してくる光Ｌも受光してしまう場合が考えられ、これにより検出の精度が低下してしまうおそれがある。本実施形態にあっては、明暗検出センサー５による検出精度を高めるために、上述した暗部生成部材１０と明暗検出センサー５との間に侵入する光Ｌを遮断する目的で、遮光部１０ａが設けられている。

さらに照射面２上には、環状に配列された明暗検出センサー５のほぼ中央に位置させて、上端が開口された任意高さの中空円筒体状の間接光遮断部材１が設けられる。間接光遮断部材１は、その軸心Ｃが照射面２に対して直立する関係で取り付けられる。より詳細には、間接光遮断部材１は、その軸心Ｃが照射面２を特定する２軸Ｘ，Ｙの交点を通るように、照射面２上に立設される。

そしてこの間接光遮断部材１の内部には、照射面２に取り付けて直接光検知センサー３５が設けられる。この直接光検知センサー３５としては、周知の面状受光センサーが採用される。この直接光検知センサー３５も、明暗検出センサー５と同様な目的で、少なくとも４つが照射面２の上下位置および左右位置に配置される。この直接光検知センサー３５も、検知される光Ｌの強度に応じた電圧値もしくは電流値を、明暗の検知信号として出力する。直接光検知センサー３５も、４つ以上設けてもよいことはもちろんである。図示例にあっては、これら直接光検知センサー３５は間接光遮断部材１の内周面に沿って環状に配列されている。

そして間接光遮断部材１は、照射面２から起立されて相当の高さを有して、その内部空間を照射面２周囲に対して遮るようになっていることから、上端の開口から照射面２に向かって直進する太陽からの直接光Ｌｄは内部に進入する一方で、直接光Ｌｄが何らかの物体で反射されて照射面２周囲に到達する間接光Ｌｒを遮断し、これにより直接光Ｌｄと間接光Ｌｒとを区別する。

直接光検知センサー３５は間接光遮断部材１内部の明暗により直接光Ｌｄの進入を検知するようになっていて、直接光Ｌｄが進入しない場合は間接光遮断部材１の内部は暗いことから直接光Ｌｄが到達していないことを検知し、また特に直接光Ｌｄが進入している状態でも、各直接光検知センサー３５は、その取り付け位置に応じて、照射面２のどの位置に直接光Ｌｄが達しているかを検知するようになっている。なお、間接光遮断部材１にあっても図４に示すように、直接光検知センサー３５の検知精度を高く保証するために、暗部生成部材１０の遮光部１０ａと同様に機能する環状鍔部１ａが、その上端から内側に張り出して設けられている。

また、照射面２上には、本実施形態にあっては間接光遮断部材１の上端には、明暗検出センサー５による明部および暗部の検出信号を、照射面２に照射されている光Ｌの強度と比較するための参照用信号を出力する主明暗検出センサー７と、直接光検知センサー３５による明暗の検知信号を、間接光遮断部材１の入口である開口に当たっている光Ｌの強度と比較するための参照信号を出力する主直接光検知センサー３７とが設けられる。主明暗検出センサー７は明暗検出センサー５と同じセンサーが、また主直接光検知センサー３７も直接光検知センサー３５と同じセンサーが使用される。

そして図５に示すように、これら主明暗検出センサー７および主直接光検知センサー３７の参照用信号と、各明暗検出センサー５の検出信号および各直接光検知センサー３５の検知信号との相関関係、具体的にはその大小関係を、これらセンサー５，３５から入力される信号に基づいて各比較演算部１２，４２で演算処理して比較することにより、各明暗検出センサー５が明部もしくは暗部のいずれに位置しているかを検出してその検出信号を出力したり、そしてまた各直接光検知センサー３５が直接光Ｌｄを受光しているか否かを検知してその検知信号を出力するようになっている。

すなわち、明暗部分検出部４０は、比較演算部１２と、これに接続された主明暗検出センサー７および４つの明暗検出センサー５から構成される。他方、直接光検知部５０は、比較演算部４２と、これに接続された主直接光検知センサー３７および４つの直接光検知センサー３５から構成される。具体的には、明暗部分検出部４０では、比較演算部１２に、主明暗検出センサー７から参照用信号が入力されるとともに、上・下・左・右の各明暗検出センサー５から検出信号が入力され、各検出信号を参照用信号と比較する処理を実行し、上・下・左・右の各明暗検出センサー５が明部に位置しているか、暗部Ｂに位置しているかを判定して出力する。例えば、参照用信号と検出信号とを電圧値で比較した場合には、電圧値の差が判定結果として出力される。

直接光検知部５０でも同様に、比較演算部４２に、主直接光検知センサー３７から参照用信号が入力されるとともに、上・下・左・右の各直接光検知センサー３５から検知信号が入力され、各検知信号を参照用信号と比較する処理を実行し、上・下・左・右の各直接光検知センサー３５が受光しているか否かを判定して、例えば電圧値の差として判定結果を出力する。

さらに、主明暗検出センサー７については、これを照射面２上に直接設置した場合には、照射面２上に広がる３６０°の半球状の領域からの光Ｌしか受光できず、例えば追尾を開始する際に、光源としての太陽の日の出位置がこの領域を超えたところであった場合には、主明暗検出センサー７に受光させることができない。本実施形態にあっては、主明暗検出センサー７を、相当の高さを有する間接光遮断部材１の上端に、照射面２から離隔させて設置するようにしているので、主明暗検出センサー７の受光範囲を３６０°展開される半球状よりも広い球面領域Ｒとすることができ、追尾を開始する際の光源に対する照射面２の向きにかかわらず、より広範な範囲で光源、例えば太陽からの光Ｌを主明暗検出センサー７に検出させることができる。

そして主明暗検出センサー７およびすべての明暗検出センサー５が明部に位置する状態では、太陽に対する追尾が適切に完了して照射面２が太陽からの光Ｌの光軸と直交している一方で、いずれかの明暗検出センサー５が暗部Ｂに位置する状態では、追尾過程にあって照射面２が太陽からの光Ｌの光軸と直交していない状態を意味することになる。

ところで、上述したように照射面２上の３６０°の半球状の領域よりも広い範囲Ｒで主明暗検出センサー７に受光させるようにしていることは、すなわち主明暗検出センサー７が照射面２とは反対側からの光Ｌ１の入射をも検出できることを意味する。本実施形態にあっては照射面２が板材９の表面で形成されていて、その裏面から光Ｌ１が照射される場合があり、このとき４つの明暗検出センサー５が適宜に照射面２とは反対側からの光Ｌ１を受光してしまうことが考えられ、このために安定的に太陽を追尾し得ないおそれがある。この場合には、照射面２と反対側に明暗検出センサー５に近接させて、いずれかの明暗検出センサー５に対して当該照射面２とは反対側から入射しようとする光Ｌ１を遮って影となる暗部Ｂ１を生成する第２の暗部生成部材１１を設けるようにすればよい。

第２の暗部生成部材１１は、照射面２側の暗部生成部材１０と同様に板状に形成され、板材９の周縁部に各明暗検出センサー５それぞれに対応させて、当該板材９からおおよそ垂直に起立させて４つ設けられている。第２の暗部生成部材１１の高さも任意に設定してよい。これら第２の暗部生成部材１１も、その４つを連結するように、照射面２の周囲に沿う１つの枠体状に形成してもよい。

第２の暗部生成部材１１も起立されて相当の高さを有することから、いずれかの第２の暗部生成部材１１が板材９の外側に向かって影を作ることになり、すなわちいずれかの明暗検出センサー５に対して、影となる暗部Ｂ１を生成するようになっている。他方、第２の暗部生成部材１１による影ができずに光Ｌ１の照射を受ける明暗検出センサー５は明部に位置することになる。またこの第２の暗部生成部材１１にも、暗部生成部材１０と同様に、遮光部１１ａが形成される。

そしてこの第２の暗部生成部材１１により、すべての明暗検出センサー５が明部に位置するときには、主明暗検出センサー７は暗部Ｂ１に位置することとなって追尾状態にあり、他方、主明暗検出センサー７が明部に位置するときには必ずいずれかの明暗検出センサー５が暗部Ｂ１に位置して、この場合にも追尾状態となり、これにより照射面２上の３６０°の領域を超えて主明暗検出センサー７に受光させるようにした場合であっても、照射面２とは反対側からの光Ｌ１の入射に影響されることなく、これら主明暗検出センサー７および明暗検出センサー５による太陽の追尾を安定的に行わせることができる。

次に制御部８について説明すると、図５に示すように、明暗部分検出部４０および直接光検知部５０の各比較演算部１２，４２と接続されてこれらから上記判定に基づく出力信号が入力されるＰＩＣ（米マイクロチップテクノロジー社製）で構成される演算部１３と、演算部１３と接続されその出力が入力されるモータードライバー１４と、モータードライバー１４と接続されその出力が入力されるモーター速度調整制御部１５とから構成され、これらは電源部１６から供給される電源電圧にて作動される。明暗部分検出部４０および直接光検知部５０にも電源部１６から電源電圧が供給されるようになっている。

演算部１３は、明暗部分検出部４０および直接光検知部５０いずれの判定結果に対しても、それに基づいて制御値をモータードライバー１４へと出力する。モータードライバー１４は、モーター制御値をモーター速度調整制御部１５へ出力する。そしてモーター速度調整制御部１５は、モーター制御値に対して速度制御補正の処理を実行し、上下モーター３および左右モーター４それぞれに駆動制御信号を出力する。すなわち、制御部８は、明暗部分検出部４０および直接光検知部５０からの出力信号に従って、各モーター３，４を駆動制御するようになっている。

また制御部８には、各モーター３，４が可動範囲限界に達したことを検出して、制御部８によるモーター３，４の制御を停止させるリミッタが備えられる。このリミッタは、上下モーター３の上下リミット位置、並びに左右モーター４の左右リミット位置に設置され、演算部１３と接続されて、モーター３，４が各リミット位置に達したことを検出して検出信号を出力する上・下・左・右のリミットスイッチ１７から構成される。演算部１３は、リミットスイッチ１７から検出信号が入力されると、モータードライバー１４に制御停止、具体的には後述するように、モーター３，４を設定した待避位置に待避させる制御を実行する。この待避制御のために、演算部１３には、待避時にモーター３，４を所定時間だけ回転駆動させる待避用タイマー１９が組み込まれている。これにより、モーター３，４の制御を安全かつ円滑に行うことができる。

また、演算部１３には、太陽が沈んだ夜間を検知するための夜間センサー１８が接続される。この夜間センサー１８は、照射面２以外の適宜な箇所に設けられ、暗い状態を検出することで、検知信号を演算部１３に出力する。演算部１３はこの検知信号が入力されると、各比較演算部１２、４２からの入力を遮断し、内部に設定されている、例えば照射面２を日の出の方向に向かわせる、もしくは予め知ることができる太陽の移動軌跡の中立位置に位置させる初期状態へ復帰させる制御信号をモータードライバー１４へ出力し、これにより照射面２を初期状態に復帰させる。初期状態に復帰したら、その後は、よく知られている制御により、電源供給をスリープモードに切り換えるようにすることが好ましい。これにより、日没まで太陽を追尾した翌日の日の出からの新たな追尾を、確実かつ円滑に行わせることができる。さらに、演算部１３には、後述する追尾実行処理期間を設定する追尾タイマー２０が設けられる。

以上の構成を有する光源位置追尾装置の作用について、図６〜図８に従って説明する。電源部１６の電源を投入すると、明暗部分検出部４０、直接光検知部５０および制御部８が起動して制御動作が開始（スタート）される。基本的には図６に示すように、まず、直接光検知部５０からの検知信号に応じてモーター３，４を制御する「直接光検知処理（Ｓ１００）」が実行され、その後、照射面２における明暗状態の検出、すなわち明暗部分検出部４０からの検出信号に応じてモーター３，４を制御して、太陽の移動を追尾する「光源位置追尾処理（Ｓ２００）」が実行される。

図７には、「直接光検知処理（Ｓ１００）」のフローチャートが示されている。まず、左右の水平動作の制御が実行される。まず、右・左リミットスイッチ１７がＯＮ（リミット位置）であるか否かが判断され（Ｓ１０２，Ｓ１０３）、その後右直接光検知センサー３５がＯＮ（明）であるか、ＯＦＦ（暗）あるかが判断される（Ｓ１０４）。この判断は、比較演算部４２において実行される。ＯＮである場合には、次に、左直接光検知センサー３５がＯＮ（明）であるか、ＯＦＦ（暗）あるかが判断される（Ｓ１０５）。ＯＮである場合には、左右の各直接光検知センサー３５はともに、間接光遮断部材１内部に進入した直接光Ｌｄを受光しているから、左右モーター４を傾動制御する必要はなく、このモーター４は停止状態とされる（Ｓ１０７）。

他方、（Ｓ１０４）において、ＯＦＦである場合には、次に、左直接光検知センサー３５がＯＮ（明）であるか、ＯＦＦ（暗）あるかが判断される（Ｓ１０６）。当該左センサー３５がＯＮである場合には、直接光Ｌｄが右直接光検知センサー３５に到達していないことから、左右モーター４を左回転させて（Ｓ１０９）、照射面２を左右方向の左側に傾斜させ、右センサー３５に受光させるようにする。これにより左右方向に関して、左・右の両直接光検知センサー３５に直接光Ｌｄを受光させることができる。

また、（Ｓ１０５）において、左直接光検知センサー３５がＯＦＦである場合には、直接光Ｌｄが当該左センサー３５に到達していないことから、左右モーター４を右回転させて（Ｓ１０８）、照射面２を左右方向の右側に傾斜させ、左センサー３５に受光させるようにする。

さらに、（Ｓ１０６）において、左直接光検知センサー３５がＯＦＦである場合には、左右ともに直接光Ｌｄが受光されないことから、この場合は左右モーター４の制御を停止する（Ｓ１０７）。

リミッタについては、右リミットスイッチ１７もしくは左リミットスイッチ１７がＯＮである場合には、照射面２を待避位置、例えば左右モーター４の中立位置まで復帰させるのに必要な時間を待避用タイマー１９でカウントし（Ｓ１１０，Ｓ１１１）、カウントアップするまで左右モーター４を右または左回転させ、カウントアップしたならばこのモーター４を停止させる（Ｓ１０７）。

上下の垂直動作の制御も、上記左右の水平動作の制御と同様に、「右」を「上」、「左」を「下」と読み替える制御内容で実行される（Ｓ１２２〜Ｓ１３１）。これにより、上・下の各直接光検知センサー３５が直接光Ｌｄを受光するように、上下モーター３によって照射面２が傾動される。

そして両モーター３，４が停止状態となったならば、「光源位置追尾処理（Ｓ２００）」に移行する（Ｓ１３２）。この際、直接光検知部５０が直接光Ｌｄと受光している場合と、まったく受光していない場合があるが、光源位置追尾処理Ｓ２００を実行することによって直接光Ｌｄが受光される場合があるとともに、光源位置追尾処理Ｓ２００によっても直接光Ｌｄが受光されない場合には、図示しないけれども、演算部１３は照射面２を、予め知ることができる太陽の移動軌跡の中立位置に位置させる制御信号をモータードライバー１４へ出力し、これにより照射面２を一旦中立状態とするようになっている。

図８には、「光源位置追尾処理（Ｓ２００）」のフローチャートが示されていて、まず左右の水平動作の制御が実行される。最初に、追尾実行処理期間を設定する追尾タイマー２０のカウントが開始され（Ｓ２０１）、その後まず、右リミットスイッチおよび左リミットスイッチ１７がＯＮ（リミット位置）であるか否かが判断され（Ｓ２０２，Ｓ２０３）、その後右明暗検出センサー５がＯＮ（明）であるか、ＯＦＦ（暗）あるかが判断される（Ｓ２０４）。この判断は、比較演算部１２において実行される。ＯＮである場合には、次に、左明暗検出センサー５がＯＮ（明）であるか、ＯＦＦ（暗）あるかが判断される（Ｓ２０５）。ＯＮである場合には、左右の各明暗検出センサー５はともに光Ｌの照射を受ける明部に存在しているから、左右モーター４を傾動制御する必要はなく、このモーター４は停止状態とされる（Ｓ２０７）。

他方、（Ｓ２０４）において、ＯＦＦである場合には、次に、左明暗検出センサー５がＯＮ（明）であるか、ＯＦＦ（暗）あるかが判断される（Ｓ２０６）。当該左センサー５がＯＮである場合には、暗部生成部材１０による暗部Ｂが右明暗検出センサー５にかかっていることから、左右モーター４を左回転させて（Ｓ２０９）、照射面２を左右方向の左側に傾斜させ、当該右センサー５が明部に位置するようにする。これにより左右方向に関して、左・右の両明暗検出センサー５を明部に位置させることができる。

また、（Ｓ２０５）において、左明暗検出センサー５がＯＦＦである場合には、暗部生成部材１０による暗部Ｂが当該左センサー５にかかっていることから、左右モーター４を右回転させて（Ｓ２０８）、照射面２を左右方向の右側に傾斜させ、左センサー５が明部に位置するようにする。

さらに、（Ｓ２０６）において、左明暗検出センサー５がＯＦＦである場合には、左右ともに暗部Ｂに存在することから、この場合は左右モーター４の制御を停止する（Ｓ２０７）。

リミッタについては、右リミットスイッチ１７もしくは左リミットスイッチ１７がＯＮである場合には、照射面２を待避位置、例えば左右モーター４の中立位置まで復帰させるのに必要な時間を待避用タイマー１９でカウントし（Ｓ２１０，Ｓ２１１）、カウントアップするまで左右モーター４を右または左回転させ、カウントアップしたならばこのモーター４を停止させる（Ｓ２０７）。

上下の垂直動作の制御も、上記左右の水平動作の制御と同様に、「右」を「上」、「左」を「下」と読み替える制御内容で実行される（Ｓ２２２〜Ｓ２３１）。これにより、上・下の各明暗検出センサー５が明部に位置するように、上下モーター３によって照射面２が傾動される。

「光源位置追尾処理（Ｓ２００）」では、追尾タイマー２０がカウントアップするまでこの制御ループが繰り返し実行され、明暗部分検出部４０が、移動する太陽からの光Ｌの光軸に対して常に直交するように照射面２の傾斜を制御し、これにより常に照射面２を太陽に向けることができるようになっている。追尾タイマー２０がカウントアップすると、制御を一旦「直接光検知処理（Ｓ１００）」に移行させ、明暗部分検出部４０による太陽の追尾処理が間接光Ｌｒではなく、直接光Ｌｄに基づいた制御であることの確認が直接光検知部５０によって行われる。

以上説明したように、本実施形態にかかる光源位置追尾装置およびこれによって実行される太陽追尾方法にあっては、移動する光源からの光Ｌを受光する照射面２と、照射面２を、当該照射面２上で互いに直交する２軸Ｘ，Ｙそれぞれの周りに傾動させる上下モーター３および左右モーター４と、照射面２の周囲に沿って環状に配列され、かつ球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方位からの受光が可能で、明暗状態を検出して検出信号を出力する明暗検出センサー５と、照射面２に各明暗検出センサー５に近接させて設けられ、照射面２が光源の光軸と直交しないときに、いずれかの明暗検出センサー５に対して影となる暗部Ｂを生成する暗部生成部材１０とを有し、照射面２を、明暗検出センサー５による当該照射面２における明暗状態の検出に応じて上下モーター３および左右モーター４で傾動させて光源に追尾させる光源位置追尾処理を実行するようにした光源位置追尾装置に対して、中空筒体状に形成されて照射面２に設けられ、当該照射面２に照射される光源からの光Ｌを直接光Ｌｄと間接光Ｌｒとに区別するために、照射面２に向かって直進する直接光Ｌｄはその内部に進入しかつ照射面２周囲の間接光Ｌｒを遮断する間接光遮断部材１と、光源位置追尾処理が間接光Ｌｒではなく、直接光Ｌｄに基づいた制御であることを確認するために、間接光遮断部材１内部の明暗を検知して検知信号を出力する直接光検知部５０と、照射面２を、光源から照射される光Ｌのうち、直接光Ｌｄに基づいて傾動させるために、直接光検知部５０からの検知信号に応じてモーター３，４を駆動制御する直接光検知処理を実行する制御部８とを備えて構成したので、建物やそのほか何らかの物体に反射して到来する間接光Ｌｒなどの影響を受けることなく、太陽からの直接光Ｌｄのみに基づいて太陽の移動に適切に追尾させることができる。

また、明暗検出センサー５による照射面２における明暗状態の検出に応じてモーター３，４を制御する光源位置追尾処理（Ｓ２００）に先立って、直接光検知部５０からの検知信号に応じてモーター３，４を制御する直接光検知処理（Ｓ１００）を実行するようにしたので、直接光Ｌｄ、すなわち光源位置を予め的確に検知した上で、円滑に追尾処理を実行させることができる。

図９〜図１１には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例は、間接光遮断部材１を暗部生成部材と兼用するようにしたものである。この変形例における間接光遮断部材１は、特に照射面２と接合されるその下端が、環状に配列された明暗検出センサー５の内側であってかつ直接光検知センサー３５の外側に配置される。

間接光遮断部材１は相当の高さを有することから、その上端は照射面２から遠く離隔され、従ってまた明暗検出センサー５から離隔される。従ってこの間接光遮断部材１は、その軸心Ｃが太陽の光軸と一致しないとき、すなわち照射面２が太陽の光軸と直交していないときには、照射面２上に影を作ることになり、すなわち照射面２上に光が照射される明部Ａに対して、影の部分である暗部Ｂを生成する。また、間接光遮断部材１の上端には、上記実施形態と同様に、主明暗検出センサー７および主直接光検知センサー３７が設けられる。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様な作用効果を奏することはもちろんであるとともに、特に間接光遮断部材１を暗部生成部材と兼用できることから構造を簡単化することができる。

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示す概略斜視図である。 図１の光源位置追尾装置の側断面図である。 図１の光源位置追尾装置の平面図である。 図１の光源位置追尾装置の間接光遮断部材の側断面図である。 図１の光源位置追尾装置の直接光検知部、明暗部分検出部および制御部の構成を示す回路図である。 図１の光源位置追尾装置の制御フローを示すフローチャート図である。 図１の光源位置追尾装置の直接光検知処理の制御フローを示すフローチャート図である。 図１の光源位置追尾装置の光源位置追尾処理の制御フローを示すフローチャート図である。 本発明にかかる光源位置追尾装置の変形例を示す概略斜視図である。 図９の光源位置追尾装置の側面図である。 図９の光源位置追尾装置の平面図である。

符号の説明

１ 間接光遮断部材
２ 照射面
３ 上下モーター
４ 左右モーター
８ 制御部
５０ 直接光検知部
Ｌ 光
Ｌｄ 直接光
Ｌｒ 間接光

Claims (2)

1. 移動する光源からの光を受光する照射面と、該照射面を、当該照射面上で互いに直交する２軸それぞれの周りに傾動させる移動手段と、上記照射面の周囲に沿って環状に配列され、かつ球体状に形成されてその球面に沿ってほぼ全方位からの受光が可能で、明暗状態を検出して検出信号を出力する明暗検出センサーと、上記照射面に各明暗検出センサーに近接させて設けられ、該照射面が光源の光軸と直交しないときに、いずれかの該明暗検出センサーに対して影となる暗部を生成する暗部生成部材とを有し、上記照射面を、上記明暗検出センサーによる当該照射面における明暗状態の検出に応じて上記移動手段で傾動させて光源に追尾させる光源位置追尾処理を実行するようにした光源位置追尾装置であって、中空筒体状に形成されて上記照射面に設けられ、当該照射面に照射される光源からの光を直接光と間接光とに区別するために、該照射面に向かって直進する直接光はその内部に進入しかつ該照射面周囲の間接光を遮断する間接光遮断部材と、光源位置追尾処理が間接光ではなく、直接光に基づいた制御であることを確認するために、該間接光遮断部材内部の明暗を検知して検知信号を出力する直接光検知部と、上記照射面を、光源から照射される光のうち、直接光に基づいて傾動させるために、上記直接光検知部からの検知信号に応じて上記移動手段を駆動制御する直接光検知処理を実行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。
2. 前記請求項１記載の光源位置追尾装置を用い、まず、前記直接光検知部からの検知信号に応じて前記移動手段を制御する直接光検知処理を実行し、その後、前記明暗検出センサーによる前記照射面における明暗状態の検出に応じて該移動手段を制御する光源位置追尾処理を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。

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