JP3793839B2 - 日照センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光を検出する日照センサに関し、特に直射日光を検出する日照センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、直射日光が有るときには直射日光が室内に入射しないように、また、直射日光がないときには眺望を確保するようにブラインドのスラット角を制御するためのブラインド制御装置が知られている。日照センサは例えばこのブラインド制御装置に用いられ、従来例としては、例えば太陽の方向に応じて移動する太陽追尾方式や、特公平６−９５０１８号公報に示すように固定された複数の光検出部の各出力信号の最大値と最小値に基づいて直射日光の照射方向と照度を検出し、スラットの角度を制御するものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽追尾方式では、機械的に太陽を追尾する可動部を有するので構造的に大がかりで複雑になり、また、可動部が故障する可能性があるという問題点がある。また、特公平６−９５０１８号公報に示す従来例では、複数の光検出部の各出力信号の最大値と最小値に基づいて直射日光の照射方向と照度を検出するのみであり、検出面に対して光の入射角が大きくなるほど検出される信号値が小さくなることを考慮していないので、例えば隣接する建物等による反射光により必ずしも最大値を検出する位置が直射日光の方向に対応しない。また、受光センサが太陽の直射光のみならず、太陽の方向以外の天空光も検出するのでＳ／Ｎ比が悪いという問題点がある。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる日照センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は上記目的を達成するために、太陽に対向して２次元的にに配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるための開口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する２次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角と仰角の方向以外の位置に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、太陽に対向して１次元的に配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるために前記受光素子の配列方向と直交する方向にスリットが形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角の一方を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角の一方に対応する１次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。
上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向の一方以外に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、太陽に対向して配置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素子を覆うように配置された略半球状の液晶遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。
上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、太陽に対向して配置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素子を２次元で覆うように配置された液晶パネルと、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。
上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１０】
請求項５記載の発明は、太陽に対向して水平方向に１次元的に配列された第１の複数の受光素子と、太陽に対向して水平方向に１次元的に配列されると共に前記第１の複数の受光素子の配列方向と直角に配列された第２の複数の受光素子と、直射日光を前記第１、第２の受光素子の受光面にそれぞれ入射させるために垂直方向に第１、第２のスリットが形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記第１、第２の複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角に対応する１次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、直角に配列された第１、第２の複数の受光素子の受光面が１次元や２次元の受光素子より太陽の方向に対向させることができるので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の日照センサにおいて前記第１、第２の複数の受光素子の１以上が重複して太陽を同時に受光するように構成され、前記判定部は前記同時に太陽を受光する前記第１、第２の複数の受光素子の一方の出力レベルに基づいて他方の出力レベルを補正し、この補正値に基づいて直射日光を判定することを特徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、第１、第２の受光素子の１以上の素子が重複して太陽を同時に受光する場合にその素子の感度ばらつきを補正するので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１２】
請求項７記載の発明は、太陽に対向して配置された受光素子と、前記受光素子を覆うように配置されると共に、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角及び仰角を含む位置データと、ＣＩＥが定める標準曇天空照度を前記位置データに応じてしきい値として予め記憶する記憶部と、前記受光素子により検出された信号と、前記記憶部に記憶された現在の日時における標準曇天空照度のしきい値を比較して直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成により、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の光が受光素子により受光されず、また、ＣＩＥが定める標準曇天空照度をしきい値として判断するので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る日照センサの一実施形態を構成する太陽光検出部を示す構成図、図２は日照センサの構成を示すブロック図、図３は太陽の位置データを示す説明図、図４は図２の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【００１４】
図１を参照して太陽光検出部１の構成を説明する。受光部（２次元受光部）１１は太陽１００の水平方向（方位角）と垂直方向（高度、仰角）を検出するために２次元に配列された複数の受光素子を有し、例えばフォトダイオードやＣＣＤエリアイメージセンサにより構成されている。この受光部１１は外からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定され、また、筐体１２の前面の遮光部１３には、太陽光を筐体１２の内部に導いて受光部１１の受光面に入射させるための開口１３ａが形成されている。開口１３ａの大きさは、例えば受光部１１を構成する受光素子の受光面より十分小さく形成されている。これにより、太陽の方向以外の天空光が検出されず、直射日光のみが検出されるのでＳ／Ｎ比が悪化しない。
【００１５】
図２に示す記憶部２には予め、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして図３に示すように太陽１００の方位角αと高度（＝仰角β）が記憶されている。処理部３は現在の日時を計時するカレンダ部を有し、記憶部２上の現在の太陽位置データ（α，β）に対応する受光素子の検出信号（照度）に基づいて図４に示すように直射日光の有無を判定する。信号処理部４は処理部３の判定結果に基づいて「直射日光有り」または「直射日光無し」の信号を不図示のブラインド制御装置に送信する。
【００１６】
次に図４を参照して処理部３の判定処理を説明する。先ず、設置場所の緯度、経度とカレンダ部が示す現在の日時に応じた太陽位置データ（α，β）を記憶部２から読み出し（ステップＳ１）、次いでこの太陽位置データ（α，β）に対応する受光部１１の受光素子の検出値を取り込む（ステップＳ２）。
【００１７】
ここで、図１に示すような２次元の受光部１１には殆どの場合、太陽光が斜めに入射するので、続くステップＳ３では、現在の太陽の方位角α及び仰角βと開口１３ａの高さに応じて検出値が受光面に垂直に入射する値に補正演算する。次いで演算結果と閾値を比較して演算結果が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ４）、ＮＯの場合には「直射日光無し」の信号を送信し（ステップＳ５）、他方、ＹＥＳの場合には「直射日光有り」の信号を送信する。なお、ステップＳ３に示す補正演算を行う代わりに、現在の太陽の方位角α及び仰角βと開口１３ａの高さに応じた閾値を更に記憶部２に記憶し、この閾値と補正無しの検出値を比較するようにしてもよい。
【００１８】
次に、図５〜図７を参照して第２の実施形態について説明する。図５に示すように第２の実施形態の太陽光検出部１ａでは、受光部（１次元受光部）１１ａは太陽の高度（＝仰角β）を検出するために垂直方向の１次元に配列された複数の受光素子を有する。この受光部１１ａは例えばフォトダイオードやＣＣＤリニアイメージセンサにより構成されている。受光部１１ａは外からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定され、また、筐体１２の前面の遮光部１３には、太陽光を筐体１２の内部に導いて受光部１１ａの受光面に入射させるためのスリット１３ｂが水平方向に形成されている。スリット１３ｂの幅は、例えば受光部１１ａを構成する受光素子の受光面より十分小さく形成されている。これにより、垂直方向の天空光が検出されないのでＳ／Ｎ比が悪化しない。
【００１９】
図６に示す記憶部２ａには予め、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして太陽の仰角βが記録されている。処理部３ａは現在の日時を計時するカレンダ部を有し、記憶部２ａ上の現在の太陽位置データβに対応する受光素子の検出信号に基づいて直射日光の有無を判定する。信号処理部４は処理部３ａの判定結果に基づいて「直射日光有り」または「直射日光無し」の信号を不図示のブラインド制御装置に送信する。
【００２０】
図７を参照して判定処理を説明すると、先ず、設置場所の緯度、経度とカレンダ部が示す現在の日時に応じた太陽位置データβを記憶部２ａから読み出し（ステップＳ１）、次いでこの太陽位置データβに対応する受光部１１の受光素子の検出値を取り込む（ステップＳ２）。
【００２１】
続くステップＳ３では、現在の太陽の仰角βとスリット１３ｂの高さに応じて検出値が受光面に垂直に入射する値に補正演算する。次いで演算結果と閾値を比較して演算結果が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ４）、ＮＯの場合には「直射日光無し」の信号を送信し（ステップＳ５）、他方、ＹＥＳの場合には「直射日光有り」の信号を送信する。なお、ステップＳ３に示す補正演算を行う代わりに、現在の太陽の仰角βとスリット１３ｂの高さに応じた閾値を更に記憶部２ａに記憶し、この閾値と補正無しの検出値を比較するようにしてもよい。
【００２２】
なお、受光部１１ａを水平方向に配置し、スリット１３ｂを垂直方向に形成してもよく、この場合には、現在の太陽の方位角αに対応する受光部１１ａの受光素子の検出値を取り込んで判定を行う。また、受光部１１ａとスリット１３ｂは平行に配置しなくてもよく、また、図８に示すように半円筒形の面に配置するようにしてもよい。
【００２３】
次に、図９〜図１１を参照して第３の実施形態について説明する。この太陽光検出部１ｂは図９に示すように、受光面が真上に向いた１つの受光部（点受光部）１１ｃを有し、この受光部１１ｃの上には半球状の液晶遮光部１３ｃが配置されている。液晶遮光部１３ｃは多数の液晶素子により構成され、この液晶素子は図１０に示す液晶遮光制御部１４により選択的に開閉可能である。
【００２４】
また、記憶部２には予め、第１の実施形態と同様に、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして図３に示す太陽１００の方位角αと仰角βが記録され、液晶遮光制御部１４は液晶遮光部１３ｃの全ての液晶素子の内、図９（ｂ）に示すように太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを「開」にし、他を「閉」に制御する（図１１ステップＳ１１、Ｓ１２）。これにより、太陽の方向以外の天空光が検出されず、直射日光のみが検出されるのでＳ／Ｎ比が悪化しない。そして、処理部３がこの時の点受光部１１ｃの出力信号を取り込んで第１、第２の実施形態と同様な判定を行う（図１１ステップＳ１３〜Ｓ１８）。
【００２５】
なお、このような構成によれば、次のような処理も行うことができる。すなわち、第１段階として図９（ａ）に示すように液晶遮光部１３ｃの全ての液晶素子を「開」にして点受光部１１ｃの出力信号を取り込むと、
太陽の直射照度成分＋天空照度成分
が検出される。次に第２段階として図１２に示すように液晶遮光部１３ｃの太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを「閉」にし、他を「開」にして点受光部１１ｃの出力信号を取り込むと、天空照度成分のみが検出される。したがって、第１段階の検出信号から第２段階の検出信号を差し引くことにより太陽の直射照度成分のみを検出することができる。
【００２６】
図１３は第４の実施形態として図９の変形例を示している。図１３において、１つの点受光部１１ｃは受光面が水平方向に向くように、また、外からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定されている。そして、筐体１２の前面には平面状の液晶パネルで構成された液晶遮光部１３ｃ’が配置されている。このような構成においても同様に、太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを「開」にし、他を「閉」にすることにより、天空光が検出せずに直射日光のみを検出することができる。
【００２７】
次に図１４を参照して第５の実施形態について説明する。受光部１１は上を向くように配置され、受光部１１の上にはドーム状の遮光部１３が配置されている。この遮光部１３には冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口１３ａが形成されている。このような構成によれば、太陽の直射光を通年を通して受光部１１により検出することができ、また、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光を検出しないのでＳ／Ｎ比が向上する。なお、遮光部１３の形状はドーム状に限定されず、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光を遮光できれなどのような形状でもよい。
【００２８】
ここで、昼光は図１５（ａ）に示すように時間や天空の状態により刻々と変化し、昼光の絶対値のみで直射日光を判定することは困難である。例えば太陽のみが雲が隠れているが天空には雲がないような天候の場合や、曇天であるが太陽を雲が覆っていない天候の場合の照度の値は大きな違いがない。そこで、同じ照度であっても図１５（ｂ）に示すように照度変化により例えば太陽が雲に隠れたのか、雲が天空に占める割合が増加したのかを判断することができる。
【００２９】
図１６は照度変化に基づいて判定を行う第６の実施形態を示すブロック図である。光検出部２０は第１〜第５の実施形態において説明したものを使用することができ、その検出信号は照度に比例した電圧Ｅである。光変化量検出回路２１は微分回路で構成され、光検出部２０により検出された電圧Ｅの変化量ｄＥ／ｄｔを演算処理部２２に出力する。演算処理部２２は検出開始時に光検出部２０により検出された電圧Ｅ0 と閾値を比較し、また、検出途中には光変化量検出回路２１からの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定する。
【００３０】
この照度変化を利用した判定処理について説明すると、例えば曇天であって太陽が雲に隠れている天候「１」から太陽が雲から出た天候「２」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔは非常に大きくなるので「直射日光無し」から「直射日光有り」に変化したと判定することができる。これに対し、太陽が雲に隠れず直射日光が差し込む天候「３」から天空を覆う雲が多くなる天候「４」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔは、天候「１」から天候「２」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔより小さい。つまりある一定時間において雲が天空を覆う照度変化と、雲が太陽を覆う照度変化を比較すると、その変化量は後者の方が大きいので、これにより直射日光の有無を判定することができる。
【００３１】
図１７は第６の実施形態の変形例を示し、記憶部２１ａには光検出部２０により検出された電圧Ｅのデジタルデータが記憶される。演算処理部２２ａは光検出部２０により今回検出された電圧Ｅk と記憶部２１ａに記憶されている前回の検出電圧Ｅk-1 により変化量ΔＥ＝Ｅk −Ｅk-1 を算出して直射日光の有無を判定する。
【００３２】
図１８は第６の実施形態の他の変形例を示している。光検出部２０は主に可視光領域の照度Ｅを検出し、光変化量検出回路２１ｂは焦電素子で構成され、赤外光領域の変化量ｄＥ／ｄｔを検出する。演算処理部２２は検出開始時に光検出部２０により検出された電圧Ｅ0 と閾値を比較し、また、検出途中には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定する。
【００３３】
図１９は第６の実施形態の更に他の変形例を示し、図１８における光検出部２０が省略されている。演算処理部２２ｂは検出開始時には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔを初期値とし、検出途中には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定する。
【００３４】
このような日照センサをブラインド制御に適用した場合、変化量ｄＥ／ｄｔ、ΔＥが閾値より大きい場合に、遮光モードと昼光採光モードを交互に切り替えることができるが、閾値は一定値である必要はなく、昼光採光モードから遮光モードに切り替える閾値と遮光モードから昼光採光モードに切り替える閾値は異なる値でもよい。また、直射日光の有無を判定する際に誤判定した場合には閾値を変化させて最適値を見つけ出すようにしてもよい。
【００３５】
次に図２０、図２１を参照して第７の実施形態について説明する。ここで、図１に示すような２次元受光部１１、図５及び図８に示すような１次元受光部１１ａを用いた場合、太陽光をより斜めに受光する素子ほど検出レベルが低下するので、しきい値をその分低くしても天空照度により誤検出が発生する。また、その素子の感度がばらつきにより低い場合には誤検出が増加する。そこで、この第７の実施形態では、受光部３１が図１に示すような２次元受光部１１や図５及び図８に示すような１次元受光部１１ａより太陽の方向に向くように構成されている。
【００３６】
図２０は日照センサの構成を示す平面図である。受光部３１は２つのフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂにより構成され、このフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂは共に複数のフォトダイオード素子により構成されている。そして、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂは９０°の水平に角度で配置され、また、その頂点が窓方向を向くように配置される。フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを構成する複数の素子の各々の出力は、スイッチ３２ａ、３２ｂ、アンプ３３ａ、３３ｂを介して処理部４０により取り込まれる。処理部４０には予め、設置場所における日時、時間、緯度、経度に応じた太陽の位置データ（方位角α）が記憶され、この位置データに基づいて太陽が窓面と垂直な方向に到達した時にスイッチ３２ａからスイッチ３２ｂに切り替え、また、アンプ３３ａ、３３ｂの出力信号を取り込んでＡ／Ｄ変換した後に図２１に示すように直射日光判定処理を行う。
【００３７】
また、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの受光側には遮光部３４が平行に、すなわち９０°の角度で配置され、この遮光部３４のフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの中央の素子に対応する位置には、垂直方向にスリット状の開口部３５ａ、３５ｂが形成されている。フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂと開口部３５ａ、３５ｂの構成及び位置関係を詳しく説明すると、先ず、開口部３５ａ、３５ｂの幅は、１つの素子が感度ばらつきにより信号を出力しないことを考慮して、少なくとも２つの素子が太陽光を受光するように形成されている。また、東側のフォトダイオードアレイ３１ａは窓面から−方向に１５°の方向から、窓面と垂直な面から＋方向に１５°の方向までの１２０°の角度の太陽光を受光するように構成され、また、西側のフォトダイオードアレイ３１ｂは窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向から、窓面から−方向に１５°の方向までの１２０°の角度の太陽光を受光するように構成されている。
【００３８】
すなわち、太陽が窓面から−方向に１５°の方向から、窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向までの９０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａのみが受光し、窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向から＋方向に１５°の方向までの３０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の幾つかが同時に受光し、窓面と垂直な面から＋方向に１５°の方向から１０５°の方向までの９０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ｂのみが受光するように構成されている。
【００３９】
次に図２１を参照して処理部４０の動作を説明する。ここで、太陽が窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向から＋方向に１５°の方向までの３０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の幾つかが同時に受光する場合、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを構成する素子に例えば経時変化により感度のばらつきが発生すると誤検出が発生する。そこで、この第７の実施形態では、素子の感度がばらついている受光素子を用いても正確に直射日光を判定するようにしている。
【００４０】
先ず、内部メモリに記憶されている現在の太陽の位置データ（方位角α）を算出し（ステップＳ２１）、次いでその方位角αが２つのフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの切り替え位置（窓面と垂直な方向）か否かを判断する（ステップＳ２２）。そして、未だ切り替え位置でない場合にはフォトダイオードアレイ３１ａの内、方位角αに対応する位置の素子の出力信号を取り込む（ステップＳ２３）。ここで、２以上の素子が同時に太陽光を受光するのでその出力信号の最大値や平均値を採用する。次いでその信号に基づいて照度を算出し（ステップＳ２９）、次いでその照度がしきい値以上の場合には「直射日光有り」と判断し（ステップＳ３０→Ｓ３１）、他方、しきい値以上でない場合には「直射日光なし」と判断する（ステップＳ３０→Ｓ３２）。次いでその判断信号を不図示のブラインド制御装置に出力し（ステップＳ３３）、ステップＳ２１に戻る。
【００４１】
そしてステップＳ２２において現在の太陽の方位角αが窓面と垂直な方向に到達すると、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の素子の出力信号を取り込み（ステップＳ２５）、次いでその両方の信号の比を求め、この比をフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの感度ばらつきに対する補正係数とし（ステップＳ２６）、ステップＳ２９以下に進む。ステップＳ２９以下ではフォトダイオードアレイ３１ａの素子の出力信号を採用して直射日光を判定する。
【００４２】
そして、ステップＳ２３において現在の太陽の方位角αが窓面と垂直な方向を通過すると、フォトダイオードアレイ３１ｂの内、方位角αに対応する位置の素子の出力信号を取り込み（ステップＳ２７）、次いで検出値と上記の補正係数を乗算し（ステップＳ２８）、ステップＳ２９以下に進む。したがって、この処理によれば、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの感度ばらつきがあっても正確に直射日光を判断することができる。
【００４３】
なお、上記構成では、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを直角に配置したが、代わりに図２２に示すように水平方向に直線状に配置し、このアレイ３１ａ、３１ｂと直角に配置された遮光部３４の開口部３５ａ、３５ｂを介して受光するようにしてもよい。
【００４４】
次に図２３、図２４を参照して第８の実施形態について説明する。ここで、この第５の実施形態（図１４参照）では、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光を検出しないのでＳ／Ｎ比が向上するものの、開口１３ａを介して検出する昼光照度が直射日光による照度と天空光照度を含み、また、後者の天空光照度は曇天時にはかなりの高照度となるのでノイズ成分として無視することができない。したがって、昼光照度により直射日光を判断する場合に、日射がないときにも天空光照度が検出されるので誤判断するおそれがある。そこで、第８の実施形態では受光部１１に入射する曇天時の天空光照度をしきい値として用い、具体的にはＣＩＥ（国際照明委員会）が定める標準曇天空を用いる。
【００４５】
ＣＩＥが定める標準曇天空は天空の輝度分布を表し、天空要素の輝度Ｌ0 は、天頂輝度ＬZ と天空要素の高度ｈ0 により次のように与えられる。
Ｌ0 ＝（１＋２sin ｈ0 ）ＬZ ／３ （１）
また、天頂輝度ＬZ は太陽の高度ｈの関数ＬZ （ｈ）、例えば
ＬZ ＝３９９０｛１＋（３／２）sin ｈ｝sin ｈ （２）
で与えられる。任意の面の照度Ｅは、天空を単位半球としたとき微小面積ｄＳの天空要素の輝度をＬ0 とすると、
【００４６】
【数１】
【００４７】
で与えられる。但し、γは任意の面方向（高度ｈ’，方位角Ａ’）と天空要素（ｈ0 ，Ａ0 ）のなす角度であり、
で与えられる。また、微小面積ｄＳは
ｄＳ＝cos ｄｈｄＡ
により与えられる。
【００４８】
以上の関係により太陽位置（高度ｈ，方位角Ａ）のときの入射天空光照度Ｅは
Ｅ＝Ｋｓ・ＬZ （ｈ） （５）
のように表される。すなわち任意の面における天空光照度は、太陽の高度ｈの関数として表される。また、太陽位置（ｈ，Ａ）は赤緯をδ、側定点の緯度をφとすると、
の関係にある。但し、夏至時のδ＝２３．５°、冬至時のδ＝−２３．５°である。
【００４９】
したがって、図２３に示す開口１３ａは、式（６）により表される夏至時と冬至時の太陽軌道により囲まれる領域に設けられる。また、この開口１３ａ内の全範囲からの光は、１つの受光部により検出することができないので、開口１３ａを東西方向に２分割して各エリアを不図示の仕切り部により遮光し、それぞれ受光部１１−１、１１−２により受光する。そして、受光部１１−１、１１−２により検出された照度の各々を、式（５）により求められる曇天時の天空光照度をしきい値として比較することにより判定を行う。
【００５０】
例えば受光部１１−１、１１−２をそれぞれ（ｈ’，Ａ’）＝（４０°，１２０°）、（４０°，２４０°）の方向に向けて配置する場合には、式（５）における定数Ｋｓは
Ｋｓ＝０．７５
となる。また、この場合の判定用しきい値は、図２４に示すように表される。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、２次元受光素子の内、現在の日時における太陽の方位角と仰角の方向以外の位置に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、１次元受光素子の内、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向の一方に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、半球状の液晶遮光部の各液晶素子の開閉を制御することにより、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、２次元の液晶遮光部の各液晶素子の開閉を制御することにより、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、直角に配列された第１、第２の複数の受光素子の受光面が１次元や２次元の受光素子より太陽の方向に対向させることができるので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５７】
請求項６記載の発明によれば、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、第１、第２の受光素子の１以上の素子が重複して太陽を同時に受光する場合にその素子の感度ばらつきを補正するので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５８】
請求項７記載の発明によれば、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の光が受光素子により受光されず、また、ＣＩＥが定める標準曇天空照度をしきい値として判断するので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る日照センサの一実施形態を構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図２】日照センサの構成を示すブロック図である。
【図３】太陽の位置データを示す説明図である。
【図４】図２の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図６】第２の実施形態の日照センサの構成を示すブロック図である。
【図７】図６の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】第２の実施形態の太陽光検出部の変形例を示す構成図である。
【図９】第３の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図１０】第３の実施形態の日照センサの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】他の直射日光判定処理による液晶遮光部の制御を示す説明図である。
【図１３】第４の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図１４】第５の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図１５】検出照度とその照度変化を示す説明図である。
【図１６】第６の実施形態の日照センサを示すブロック図である。
【図１７】第６の実施形態の日照センサの変形例を示すブロック図である。
【図１８】第６の実施形態の日照センサの他の変形例を示すブロック図である。
【図１９】第６の実施形態の日照センサの更に他の変形例を示すブロック図である。
【図２０】第７の実施形態の日照センサを示す構成図である。
【図２１】図２０の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図２２】第７の実施形態の日照センサの変形例を示す構成図である。
【図２３】第８の実施形態の日照センサを示す構成図である。
【図２４】図２３における日照センサの直射日光判定用しきい値を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 太陽光検出部
２，２ａ 記憶部
３，３ａ 処理部
１１ ２次元受光部
１１ａ １次元受光部
１１ｂ 点受光部
１３ 遮光部
１３ａ 開口
１３ｂ スリット
１３ｃ，１３ｃ 液晶遮光部
３１ａ，３１ｂ フォトダイオードアレイ
３４ 遮光部
３５ａ，３５ｂ 開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光を検出する日照センサに関し、特に直射日光を検出する日照センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、直射日光が有るときには直射日光が室内に入射しないように、また、直射日光がないときには眺望を確保するようにブラインドのスラット角を制御するためのブラインド制御装置が知られている。日照センサは例えばこのブラインド制御装置に用いられ、従来例としては、例えば太陽の方向に応じて移動する太陽追尾方式や、特公平６−９５０１８号公報に示すように固定された複数の光検出部の各出力信号の最大値と最小値に基づいて直射日光の照射方向と照度を検出し、スラットの角度を制御するものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽追尾方式では、機械的に太陽を追尾する可動部を有するので構造的に大がかりで複雑になり、また、可動部が故障する可能性があるという問題点がある。また、特公平６−９５０１８号公報に示す従来例では、複数の光検出部の各出力信号の最大値と最小値に基づいて直射日光の照射方向と照度を検出するのみであり、検出面に対して光の入射角が大きくなるほど検出される信号値が小さくなることを考慮していないので、例えば隣接する建物等による反射光により必ずしも最大値を検出する位置が直射日光の方向に対応しない。また、受光センサが太陽の直射光のみならず、太陽の方向以外の天空光も検出するのでＳ／Ｎ比が悪いという問題点がある。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる日照センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は上記目的を達成するために、太陽に対向して２次元的にに配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるための開口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する２次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角と仰角の方向以外の位置に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、太陽に対向して１次元的に配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるために前記受光素子の配列方向と直交する方向にスリットが形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角の一方を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角の一方に対応する１次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。
上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向の一方以外に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、太陽に対向して配置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素子を覆うように配置された略半球状の液晶遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。
上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、太陽に対向して配置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素子を２次元で覆うように配置された液晶パネルと、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。
上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１０】
請求項５記載の発明は、太陽に対向して水平方向に１次元的に配列された第１の複数の受光素子と、太陽に対向して水平方向に１次元的に配列されると共に前記第１の複数の受光素子の配列方向と直角に配列された第２の複数の受光素子と、直射日光を前記第１、第２の受光素子の受光面にそれぞれ入射させるために垂直方向に第１、第２のスリットが形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記第１、第２の複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角に対応する１次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、直角に配列された第１、第２の複数の受光素子の受光面が１次元や２次元の受光素子より太陽の方向に対向させることができるので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の日照センサにおいて前記第１、第２の複数の受光素子の１以上が重複して太陽を同時に受光するように構成され、前記判定部は前記同時に太陽を受光する前記第１、第２の複数の受光素子の一方の出力レベルに基づいて他方の出力レベルを補正し、この補正値に基づいて直射日光を判定することを特徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、第１、第２の受光素子の１以上の素子が重複して太陽を同時に受光する場合にその素子の感度ばらつきを補正するので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１２】
請求項７記載の発明は、太陽に対向して配置された受光素子と、前記受光素子を覆うように配置されると共に、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角及び仰角を含む位置データと、ＣＩＥが定める標準曇天空照度を前記位置データに応じてしきい値として予め記憶する記憶部と、前記受光素子により検出された信号と、前記記憶部に記憶された現在の日時における標準曇天空照度のしきい値を比較して直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成により、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の光が受光素子により受光されず、また、ＣＩＥが定める標準曇天空照度をしきい値として判断するので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る日照センサの一実施形態を構成する太陽光検出部を示す構成図、図２は日照センサの構成を示すブロック図、図３は太陽の位置データを示す説明図、図４は図２の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【００１４】
図１を参照して太陽光検出部１の構成を説明する。受光部（２次元受光部）１１は太陽１００の水平方向（方位角）と垂直方向（高度、仰角）を検出するために２次元に配列された複数の受光素子を有し、例えばフォトダイオードやＣＣＤエリアイメージセンサにより構成されている。この受光部１１は外からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定され、また、筐体１２の前面の遮光部１３には、太陽光を筐体１２の内部に導いて受光部１１の受光面に入射させるための開口１３ａが形成されている。開口１３ａの大きさは、例えば受光部１１を構成する受光素子の受光面より十分小さく形成されている。これにより、太陽の方向以外の天空光が検出されず、直射日光のみが検出されるのでＳ／Ｎ比が悪化しない。
【００１５】
図２に示す記憶部２には予め、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして図３に示すように太陽１００の方位角αと高度（＝仰角β）が記憶されている。処理部３は現在の日時を計時するカレンダ部を有し、記憶部２上の現在の太陽位置データ（α，β）に対応する受光素子の検出信号（照度）に基づいて図４に示すように直射日光の有無を判定する。信号処理部４は処理部３の判定結果に基づいて「直射日光有り」または「直射日光無し」の信号を不図示のブラインド制御装置に送信する。
【００１６】
次に図４を参照して処理部３の判定処理を説明する。先ず、設置場所の緯度、経度とカレンダ部が示す現在の日時に応じた太陽位置データ（α，β）を記憶部２から読み出し（ステップＳ１）、次いでこの太陽位置データ（α，β）に対応する受光部１１の受光素子の検出値を取り込む（ステップＳ２）。
【００１７】
ここで、図１に示すような２次元の受光部１１には殆どの場合、太陽光が斜めに入射するので、続くステップＳ３では、現在の太陽の方位角α及び仰角βと開口１３ａの高さに応じて検出値が受光面に垂直に入射する値に補正演算する。次いで演算結果と閾値を比較して演算結果が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ４）、ＮＯの場合には「直射日光無し」の信号を送信し（ステップＳ５）、他方、ＹＥＳの場合には「直射日光有り」の信号を送信する。なお、ステップＳ３に示す補正演算を行う代わりに、現在の太陽の方位角α及び仰角βと開口１３ａの高さに応じた閾値を更に記憶部２に記憶し、この閾値と補正無しの検出値を比較するようにしてもよい。
【００１８】
次に、図５〜図７を参照して第２の実施形態について説明する。図５に示すように第２の実施形態の太陽光検出部１ａでは、受光部（１次元受光部）１１ａは太陽の高度（＝仰角β）を検出するために垂直方向の１次元に配列された複数の受光素子を有する。この受光部１１ａは例えばフォトダイオードやＣＣＤリニアイメージセンサにより構成されている。受光部１１ａは外からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定され、また、筐体１２の前面の遮光部１３には、太陽光を筐体１２の内部に導いて受光部１１ａの受光面に入射させるためのスリット１３ｂが水平方向に形成されている。スリット１３ｂの幅は、例えば受光部１１ａを構成する受光素子の受光面より十分小さく形成されている。これにより、垂直方向の天空光が検出されないのでＳ／Ｎ比が悪化しない。
【００１９】
図６に示す記憶部２ａには予め、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして太陽の仰角βが記録されている。処理部３ａは現在の日時を計時するカレンダ部を有し、記憶部２ａ上の現在の太陽位置データβに対応する受光素子の検出信号に基づいて直射日光の有無を判定する。信号処理部４は処理部３ａの判定結果に基づいて「直射日光有り」または「直射日光無し」の信号を不図示のブラインド制御装置に送信する。
【００２０】
図７を参照して判定処理を説明すると、先ず、設置場所の緯度、経度とカレンダ部が示す現在の日時に応じた太陽位置データβを記憶部２ａから読み出し（ステップＳ１）、次いでこの太陽位置データβに対応する受光部１１の受光素子の検出値を取り込む（ステップＳ２）。
【００２１】
続くステップＳ３では、現在の太陽の仰角βとスリット１３ｂの高さに応じて検出値が受光面に垂直に入射する値に補正演算する。次いで演算結果と閾値を比較して演算結果が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ４）、ＮＯの場合には「直射日光無し」の信号を送信し（ステップＳ５）、他方、ＹＥＳの場合には「直射日光有り」の信号を送信する。なお、ステップＳ３に示す補正演算を行う代わりに、現在の太陽の仰角βとスリット１３ｂの高さに応じた閾値を更に記憶部２ａに記憶し、この閾値と補正無しの検出値を比較するようにしてもよい。
【００２２】
なお、受光部１１ａを水平方向に配置し、スリット１３ｂを垂直方向に形成してもよく、この場合には、現在の太陽の方位角αに対応する受光部１１ａの受光素子の検出値を取り込んで判定を行う。また、受光部１１ａとスリット１３ｂは平行に配置しなくてもよく、また、図８に示すように半円筒形の面に配置するようにしてもよい。
【００２３】
次に、図９〜図１１を参照して第３の実施形態について説明する。この太陽光検出部１ｂは図９に示すように、受光面が真上に向いた１つの受光部（点受光部）１１ｃを有し、この受光部１１ｃの上には半球状の液晶遮光部１３ｃが配置されている。液晶遮光部１３ｃは多数の液晶素子により構成され、この液晶素子は図１０に示す液晶遮光制御部１４により選択的に開閉可能である。
【００２４】
また、記憶部２には予め、第１の実施形態と同様に、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして図３に示す太陽１００の方位角αと仰角βが記録され、液晶遮光制御部１４は液晶遮光部１３ｃの全ての液晶素子の内、図９（ｂ）に示すように太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを「開」にし、他を「閉」に制御する（図１１ステップＳ１１、Ｓ１２）。これにより、太陽の方向以外の天空光が検出されず、直射日光のみが検出されるのでＳ／Ｎ比が悪化しない。そして、処理部３がこの時の点受光部１１ｃの出力信号を取り込んで第１、第２の実施形態と同様な判定を行う（図１１ステップＳ１３〜Ｓ１８）。
【００２５】
なお、このような構成によれば、次のような処理も行うことができる。すなわち、第１段階として図９（ａ）に示すように液晶遮光部１３ｃの全ての液晶素子を「開」にして点受光部１１ｃの出力信号を取り込むと、
太陽の直射照度成分＋天空照度成分
が検出される。次に第２段階として図１２に示すように液晶遮光部１３ｃの太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを「閉」にし、他を「開」にして点受光部１１ｃの出力信号を取り込むと、天空照度成分のみが検出される。したがって、第１段階の検出信号から第２段階の検出信号を差し引くことにより太陽の直射照度成分のみを検出することができる。
【００２６】
図１３は第４の実施形態として図９の変形例を示している。図１３において、１つの点受光部１１ｃは受光面が水平方向に向くように、また、外からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定されている。そして、筐体１２の前面には平面状の液晶パネルで構成された液晶遮光部１３ｃ’が配置されている。このような構成においても同様に、太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを「開」にし、他を「閉」にすることにより、天空光が検出せずに直射日光のみを検出することができる。
【００２７】
次に図１４を参照して第５の実施形態について説明する。受光部１１は上を向くように配置され、受光部１１の上にはドーム状の遮光部１３が配置されている。この遮光部１３には冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口１３ａが形成されている。このような構成によれば、太陽の直射光を通年を通して受光部１１により検出することができ、また、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光を検出しないのでＳ／Ｎ比が向上する。なお、遮光部１３の形状はドーム状に限定されず、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光を遮光できれなどのような形状でもよい。
【００２８】
ここで、昼光は図１５（ａ）に示すように時間や天空の状態により刻々と変化し、昼光の絶対値のみで直射日光を判定することは困難である。例えば太陽のみが雲が隠れているが天空には雲がないような天候の場合や、曇天であるが太陽を雲が覆っていない天候の場合の照度の値は大きな違いがない。そこで、同じ照度であっても図１５（ｂ）に示すように照度変化により例えば太陽が雲に隠れたのか、雲が天空に占める割合が増加したのかを判断することができる。
【００２９】
図１６は照度変化に基づいて判定を行う第６の実施形態を示すブロック図である。光検出部２０は第１〜第５の実施形態において説明したものを使用することができ、その検出信号は照度に比例した電圧Ｅである。光変化量検出回路２１は微分回路で構成され、光検出部２０により検出された電圧Ｅの変化量ｄＥ／ｄｔを演算処理部２２に出力する。演算処理部２２は検出開始時に光検出部２０により検出された電圧Ｅ0 と閾値を比較し、また、検出途中には光変化量検出回路２１からの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定する。
【００３０】
この照度変化を利用した判定処理について説明すると、例えば曇天であって太陽が雲に隠れている天候「１」から太陽が雲から出た天候「２」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔは非常に大きくなるので「直射日光無し」から「直射日光有り」に変化したと判定することができる。これに対し、太陽が雲に隠れず直射日光が差し込む天候「３」から天空を覆う雲が多くなる天候「４」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔは、天候「１」から天候「２」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔより小さい。つまりある一定時間において雲が天空を覆う照度変化と、雲が太陽を覆う照度変化を比較すると、その変化量は後者の方が大きいので、これにより直射日光の有無を判定することができる。
【００３１】
図１７は第６の実施形態の変形例を示し、記憶部２１ａには光検出部２０により検出された電圧Ｅのデジタルデータが記憶される。演算処理部２２ａは光検出部２０により今回検出された電圧Ｅk と記憶部２１ａに記憶されている前回の検出電圧Ｅk-1 により変化量ΔＥ＝Ｅk −Ｅk-1 を算出して直射日光の有無を判定する。
【００３２】
図１８は第６の実施形態の他の変形例を示している。光検出部２０は主に可視光領域の照度Ｅを検出し、光変化量検出回路２１ｂは焦電素子で構成され、赤外光領域の変化量ｄＥ／ｄｔを検出する。演算処理部２２は検出開始時に光検出部２０により検出された電圧Ｅ0 と閾値を比較し、また、検出途中には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定する。
【００３３】
図１９は第６の実施形態の更に他の変形例を示し、図１８における光検出部２０が省略されている。演算処理部２２ｂは検出開始時には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔを初期値とし、検出途中には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定する。
【００３４】
このような日照センサをブラインド制御に適用した場合、変化量ｄＥ／ｄｔ、ΔＥが閾値より大きい場合に、遮光モードと昼光採光モードを交互に切り替えることができるが、閾値は一定値である必要はなく、昼光採光モードから遮光モードに切り替える閾値と遮光モードから昼光採光モードに切り替える閾値は異なる値でもよい。また、直射日光の有無を判定する際に誤判定した場合には閾値を変化させて最適値を見つけ出すようにしてもよい。
【００３５】
次に図２０、図２１を参照して第７の実施形態について説明する。ここで、図１に示すような２次元受光部１１、図５及び図８に示すような１次元受光部１１ａを用いた場合、太陽光をより斜めに受光する素子ほど検出レベルが低下するので、しきい値をその分低くしても天空照度により誤検出が発生する。また、その素子の感度がばらつきにより低い場合には誤検出が増加する。そこで、この第７の実施形態では、受光部３１が図１に示すような２次元受光部１１や図５及び図８に示すような１次元受光部１１ａより太陽の方向に向くように構成されている。
【００３６】
図２０は日照センサの構成を示す平面図である。受光部３１は２つのフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂにより構成され、このフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂは共に複数のフォトダイオード素子により構成されている。そして、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂは９０°の水平に角度で配置され、また、その頂点が窓方向を向くように配置される。フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを構成する複数の素子の各々の出力は、スイッチ３２ａ、３２ｂ、アンプ３３ａ、３３ｂを介して処理部４０により取り込まれる。処理部４０には予め、設置場所における日時、時間、緯度、経度に応じた太陽の位置データ（方位角α）が記憶され、この位置データに基づいて太陽が窓面と垂直な方向に到達した時にスイッチ３２ａからスイッチ３２ｂに切り替え、また、アンプ３３ａ、３３ｂの出力信号を取り込んでＡ／Ｄ変換した後に図２１に示すように直射日光判定処理を行う。
【００３７】
また、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの受光側には遮光部３４が平行に、すなわち９０°の角度で配置され、この遮光部３４のフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの中央の素子に対応する位置には、垂直方向にスリット状の開口部３５ａ、３５ｂが形成されている。フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂと開口部３５ａ、３５ｂの構成及び位置関係を詳しく説明すると、先ず、開口部３５ａ、３５ｂの幅は、１つの素子が感度ばらつきにより信号を出力しないことを考慮して、少なくとも２つの素子が太陽光を受光するように形成されている。また、東側のフォトダイオードアレイ３１ａは窓面から−方向に１５°の方向から、窓面と垂直な面から＋方向に１５°の方向までの１２０°の角度の太陽光を受光するように構成され、また、西側のフォトダイオードアレイ３１ｂは窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向から、窓面から−方向に１５°の方向までの１２０°の角度の太陽光を受光するように構成されている。
【００３８】
すなわち、太陽が窓面から−方向に１５°の方向から、窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向までの９０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａのみが受光し、窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向から＋方向に１５°の方向までの３０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の幾つかが同時に受光し、窓面と垂直な面から＋方向に１５°の方向から１０５°の方向までの９０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ｂのみが受光するように構成されている。
【００３９】
次に図２１を参照して処理部４０の動作を説明する。ここで、太陽が窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向から＋方向に１５°の方向までの３０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の幾つかが同時に受光する場合、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを構成する素子に例えば経時変化により感度のばらつきが発生すると誤検出が発生する。そこで、この第７の実施形態では、素子の感度がばらついている受光素子を用いても正確に直射日光を判定するようにしている。
【００４０】
先ず、内部メモリに記憶されている現在の太陽の位置データ（方位角α）を算出し（ステップＳ２１）、次いでその方位角αが２つのフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの切り替え位置（窓面と垂直な方向）か否かを判断する（ステップＳ２２）。そして、未だ切り替え位置でない場合にはフォトダイオードアレイ３１ａの内、方位角αに対応する位置の素子の出力信号を取り込む（ステップＳ２３）。ここで、２以上の素子が同時に太陽光を受光するのでその出力信号の最大値や平均値を採用する。次いでその信号に基づいて照度を算出し（ステップＳ２９）、次いでその照度がしきい値以上の場合には「直射日光有り」と判断し（ステップＳ３０→Ｓ３１）、他方、しきい値以上でない場合には「直射日光なし」と判断する（ステップＳ３０→Ｓ３２）。次いでその判断信号を不図示のブラインド制御装置に出力し（ステップＳ３３）、ステップＳ２１に戻る。
【００４１】
そしてステップＳ２２において現在の太陽の方位角αが窓面と垂直な方向に到達すると、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の素子の出力信号を取り込み（ステップＳ２５）、次いでその両方の信号の比を求め、この比をフォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの感度ばらつきに対する補正係数とし（ステップＳ２６）、ステップＳ２９以下に進む。ステップＳ２９以下ではフォトダイオードアレイ３１ａの素子の出力信号を採用して直射日光を判定する。
【００４２】
そして、ステップＳ２３において現在の太陽の方位角αが窓面と垂直な方向を通過すると、フォトダイオードアレイ３１ｂの内、方位角αに対応する位置の素子の出力信号を取り込み（ステップＳ２７）、次いで検出値と上記の補正係数を乗算し（ステップＳ２８）、ステップＳ２９以下に進む。したがって、この処理によれば、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの感度ばらつきがあっても正確に直射日光を判断することができる。
【００４３】
なお、上記構成では、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを直角に配置したが、代わりに図２２に示すように水平方向に直線状に配置し、このアレイ３１ａ、３１ｂと直角に配置された遮光部３４の開口部３５ａ、３５ｂを介して受光するようにしてもよい。
【００４４】
次に図２３、図２４を参照して第８の実施形態について説明する。ここで、この第５の実施形態（図１４参照）では、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光を検出しないのでＳ／Ｎ比が向上するものの、開口１３ａを介して検出する昼光照度が直射日光による照度と天空光照度を含み、また、後者の天空光照度は曇天時にはかなりの高照度となるのでノイズ成分として無視することができない。したがって、昼光照度により直射日光を判断する場合に、日射がないときにも天空光照度が検出されるので誤判断するおそれがある。そこで、第８の実施形態では受光部１１に入射する曇天時の天空光照度をしきい値として用い、具体的にはＣＩＥ（国際照明委員会）が定める標準曇天空を用いる。
【００４５】
ＣＩＥが定める標準曇天空は天空の輝度分布を表し、天空要素の輝度Ｌ0 は、天頂輝度ＬZ と天空要素の高度ｈ0 により次のように与えられる。
Ｌ0 ＝（１＋２sin ｈ0 ）ＬZ ／３ （１）
また、天頂輝度ＬZ は太陽の高度ｈの関数ＬZ （ｈ）、例えば
ＬZ ＝３９９０｛１＋（３／２）sin ｈ｝sin ｈ （２）
で与えられる。任意の面の照度Ｅは、天空を単位半球としたとき微小面積ｄＳの天空要素の輝度をＬ0 とすると、
【００４６】
【数１】
で与えられる。但し、γは任意の面方向（高度ｈ’，方位角Ａ’）と天空要素（ｈ0 ，Ａ0 ）のなす角度であり、
ｄＳ＝cos ｄｈｄＡ
により与えられる。
【００４８】
以上の関係により太陽位置（高度ｈ，方位角Ａ）のときの入射天空光照度Ｅは
Ｅ＝Ｋｓ・ＬZ （ｈ） （５）
のように表される。すなわち任意の面における天空光照度は、太陽の高度ｈの関数として表される。また、太陽位置（ｈ，Ａ）は赤緯をδ、側定点の緯度をφとすると、
【００４９】
したがって、図２３に示す開口１３ａは、式（６）により表される夏至時と冬至時の太陽軌道により囲まれる領域に設けられる。また、この開口１３ａ内の全範囲からの光は、１つの受光部により検出することができないので、開口１３ａを東西方向に２分割して各エリアを不図示の仕切り部により遮光し、それぞれ受光部１１−１、１１−２により受光する。そして、受光部１１−１、１１−２により検出された照度の各々を、式（５）により求められる曇天時の天空光照度をしきい値として比較することにより判定を行う。
【００５０】
例えば受光部１１−１、１１−２をそれぞれ（ｈ’，Ａ’）＝（４０°，１２０°）、（４０°，２４０°）の方向に向けて配置する場合には、式（５）における定数Ｋｓは
Ｋｓ＝０．７５
となる。また、この場合の判定用しきい値は、図２４に示すように表される。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、２次元受光素子の内、現在の日時における太陽の方位角と仰角の方向以外の位置に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、１次元受光素子の内、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向の一方に対応する受光素子の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、半球状の液晶遮光部の各液晶素子の開閉を制御することにより、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、２次元の液晶遮光部の各液晶素子の開閉を制御することにより、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、直角に配列された第１、第２の複数の受光素子の受光面が１次元や２次元の受光素子より太陽の方向に対向させることができるので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５７】
請求項６記載の発明によれば、現在の日時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。また、第１、第２の受光素子の１以上の素子が重複して太陽を同時に受光する場合にその素子の感度ばらつきを補正するので、直射日光の方向を正確に検出することができる。
【００５８】
請求項７記載の発明によれば、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の光が受光素子により受光されず、また、ＣＩＥが定める標準曇天空照度をしきい値として判断するので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る日照センサの一実施形態を構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図２】日照センサの構成を示すブロック図である。
【図３】太陽の位置データを示す説明図である。
【図４】図２の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図６】第２の実施形態の日照センサの構成を示すブロック図である。
【図７】図６の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】第２の実施形態の太陽光検出部の変形例を示す構成図である。
【図９】第３の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図１０】第３の実施形態の日照センサの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】他の直射日光判定処理による液晶遮光部の制御を示す説明図である。
【図１３】第４の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図１４】第５の実施形態の日照センサを構成する太陽光検出部を示す構成図である。
【図１５】検出照度とその照度変化を示す説明図である。
【図１６】第６の実施形態の日照センサを示すブロック図である。
【図１７】第６の実施形態の日照センサの変形例を示すブロック図である。
【図１８】第６の実施形態の日照センサの他の変形例を示すブロック図である。
【図１９】第６の実施形態の日照センサの更に他の変形例を示すブロック図である。
【図２０】第７の実施形態の日照センサを示す構成図である。
【図２１】図２０の処理部の直射日光判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図２２】第７の実施形態の日照センサの変形例を示す構成図である。
【図２３】第８の実施形態の日照センサを示す構成図である。
【図２４】図２３における日照センサの直射日光判定用しきい値を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 太陽光検出部
２，２ａ 記憶部
３，３ａ 処理部
１１ ２次元受光部
１１ａ １次元受光部
１１ｂ 点受光部
１３ 遮光部
１３ａ 開口
１３ｂ スリット
１３ｃ，１３ｃ 液晶遮光部
３１ａ，３１ｂ フォトダイオードアレイ
３４ 遮光部
３５ａ，３５ｂ 開口部
Claims (7)
- 太陽に対向して２次元的に配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるための開口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する２次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
- 太陽に対向して１次元的に配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるために前記受光素子の配列方向と直交する方向にスリットが形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角の一方を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角の一方に対応する１次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
- 太陽に対向して配置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素子を覆うように配置された略半球状の液晶遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
- 太陽に対向して配置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素子を２次元で覆うように配置された液晶パネルと、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
- 太陽に対向して水平方向に１次元的に配列された第１の複数の受光素子と、太陽に対向して水平方向に１次元的に配列されると共に前記第１の複数の受光素子の配列方向と直角に配列された第２の複数の受光素子と、直射日光を前記第１、第２の受光素子の受光面にそれぞれ入射させるために垂直方向に第１、第２のスリットが形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記第１、第２の複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位角に対応する１次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
- 前記第１、第２の複数の受光素子の１以上が重複して太陽を同時に受光するように構成され、前記判定部は前記同時に太陽を受光する前記第１、第２の複数の受光素子の一方の出力レベルに基づいて他方の出力レベルを補正し、この補正値に基づいて直射日光を判定することを特徴とする請求項５記載の日照センサ。
- 太陽に対向して配置された受光素子と、前記受光素子を覆うように配置されると共に、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角及び仰角を含む位置データと、ＣＩＥが定める標準曇天空照度を前記位置データに応じてしきい値として予め記憶する記憶部と、前記受光素子により検出された信号と、前記記憶部に記憶された現在の日時における標準曇天空照度のしきい値を比較して直射日光を判定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
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