JP5629179B2 - 自立型電源装置及びこれを用いた光関連機器 - Google Patents

Description

本発明は、自立型電源装置及びこれを用いた光関連機器に関するものである。

なお、本明細書中において、「光関連機器」とは、動作時に光を受ける機器（ＵＶセンサ、照度センサ、及び、カラーセンサなど）、動作時に光を発する機器（蛍光灯、ＬＥＤ照明、有機ＥＬ照明、有機ＥＬディスプレイ、ＬＣＤバックライト、及び、カメラフラッシュなど）、若しくは、動作時に光を反射する機器（反射型ＬＣＤなど）を指す。また、街灯や室内照明の光が当たる場所に設置されて使用される機器についても、広義の光関連機器に含めることができる。

携帯型の電子機器は、自己給電のシステムを持たないため、一般消費者にとって実に煩わしい機器となっている。具体的には、機器毎に違うＡＣアダプタを持ち歩いたり、充電し忘れによる電池切れで肝心なときに使えなくなったり、電池切れを避けようとこまめに充電すると充電池が劣化したりと、消費者に対して常に「充電しなければ」という不断の緊張を強いている状況である。

なお、上記課題を解決するための従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。これらの文献には、ＩＣに発電素子を組み込むことで、ＩＣを自立的に動作させる技術が開示・提案されている。

特開２００５−３４０４７９号公報 特開２００４−２４５５１号公報

しかし、ＩＣと発電素子を一体化するというアイデアは素晴らしくはあるが、あまり最適な解とは言えない。ＩＣには、単位面積当たりの機能を増大させるために、回路規模を常に「小さく」しようというダイナミクスが働くが、エネルギは「量」が重要なので、発電素子には、規模を常に「大きく」しようとするダイナミクスが働く。すなわち、ＩＣと発電素子とは、お互いの方向性が全くマッチしない。

ＩＣに外部から給電を行う場合には、給電端子さえあればよいので問題にならないが、ＩＣの基本的な方向性（回路規模のシュリンクを目指す方向性）を維持しながら、新規電力源を一体化という形態で組み合わせてしまうと、どんどん小さいエネルギしか発生できなくなるという矛盾が生じる。この矛盾は、発電方式（光電変換方式、熱電変換方式、振動発電方式など）に依ることなく同様に発生する。

従って、新規電力源の搭載に際しては、既存電力源（電池やＡＣ給電端子）と同じく、新規電力源をＩＣの外部に配置することが正しい方向性である。しかしながら、特許文献１、２では、いずれもＩＣやモジュール本体に新規電力源を組み込むことに主眼が置かれており、新規電力源が抱えるエネルギ「量」の確保の問題や、ＩＣへの組み込みによって生じるコストアップの問題が全く考慮されていなかった。また、新規電力源についても、光電変換方式、熱電変換方式、振動発電方式、或いは、超音波発電方式など、現時点で想定され得る方式を全て挙げているだけであって、実機への搭載を見据えた具体的な考察は何らされていなかった。

本発明は、本願の発明者らによって見い出された上記の問題点に鑑み、光関連機器への搭載に適した自立型電源装置及びこれを用いた光関連機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る自立型電源装置は、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換部と、前記光電変換部の出力を用いて充電される蓄電部と、を有し、光関連機器を形成する半導体装置やモジュールとは別に、独立したユニットとして前記光関連機器に内蔵または着脱され、前記光関連機器の各部に電力を供給する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る自立型電源装置において、前記蓄電部は、電気二重層キャパシタである構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第１または第２の構成から成る自立型電源装置において、前記蓄電部は、可撓性を有する構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成る自立型電源装置において、前記光電変換部は、可視領域で透光性を有する構成（第４の構成）にするとよい。

また、本発明に係る表示機器は、映像を表示するディスプレイと、上記第４の構成から成る自立型電源装置と、を有し、前記光電変換部が前記ディスプレイの表示面側に設置されており、前記蓄電部が前記ディスプレイの裏面側に設置されている構成（第５の構成）とされている。

また、本発明に係る照明機器は、発光部と、前記発光部を支持すると共にその出力光を反射する支持部と、上記第１〜第４いずれかの構成から成る自立型電源装置と、を有し、前記光電変換部と前記蓄電部がいずれも前記支持部の反射面側に設置されている構成（第６の構成）とされている。

また、本発明に係る光関連機器は、機器各部への電力供給を行う主電源装置と、上記第１〜第４いずれかの構成から成る自立型電源装置と、を有し、前記主電源装置の動作時には、前記自立型電源装置で発電と蓄電のみを行い、前記主電源装置の非動作時には、前記自立型電源装置から機器各部への電力供給を行う構成（第７の構成）とされている。

また、本発明に係るＵＶセンサは、紫外線強度を測定するＵＶセンサ回路と、上記第１〜第４いずれかの構成から成る自立型電源装置と、を有する構成（第８の構成）とされている。

なお、上記第８の構成から成るＵＶセンサは、測定モードと省電力モードを切り替えるマイコンを有する構成（第９の構成）にするとよい。

また、上記第９の構成から成るＵＶセンサは、照度を測定する照度センサ回路を有し、前記マイコンは、前記照度センサ回路の出力に応じて前記測定モードと前記省電力モードを切り替える構成（第１０の構成）にするとよい。

また、上記第９または第１０の構成から成るＵＶセンサは、現在時刻を計時するタイマ回路を有し、前記マイコンは、前記タイマ回路の出力に応じて前記測定モードと前記省電力モードを切り替える構成（第１１の構成）にするとよい。

また、上記第８〜第１１いずれかの構成から成るＵＶセンサは、前記ＵＶセンサ回路の測定値を無線で外部送信する無線通信回路を有する構成（第１２の構成）にするとよい。

また、上記第８〜第１２いずれかの構成から成るＵＶセンサにおいて、前記自立型電源装置は、前記蓄電部の充電電圧を所定の上限値に制限するリミッタ部を含む構成（第１３の構成）にするとよい。

また、上記第８〜第１３いずれかの構成から成るＵＶセンサにおいて、前記自立型電源装置は、前記蓄電部の充電電圧から一定電圧を生成して前記ＵＶセンサの各部に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含む構成（第１４の構成）にするとよい。

また、上記第１４の構成から成るＵＶセンサにおいて、前記自立型電源装置は、前記蓄電部の充電電圧が所定値に達するまで前記ＤＣ／ＤＣコンバータの起動を待機させる起動待機部を含む構成（第１５の構成）にするとよい。

また、上記第８〜第１５いずれかの構成から成るＵＶセンサにおいて、前記自立型電源装置は、前記光電変換部の発電電圧が所定の閾値よりも低いときには、前記光電変換部の発電電圧を前記蓄電部に直接入力し、前記光電変換部の発電電圧が前記閾値よりも高いときには、前記光電変換部の発電電圧を昇圧してから前記蓄電部に入力する電源管理部を含む構成（第１６の構成）にするとよい。

また、上記第１６の構成から成るＵＶセンサは、前記光電変換部の発電電圧をＶ、前記発電電圧の昇圧に必要な電力をＰ（Ｖ）、前記蓄電部の容量をＣ、前記閾値電圧をＶｔｈとしたときに、下記の数式が成立するように、前記閾値電圧が設定されている構成（第１７の構成）にするとよい。

本発明によれば、光関連機器への搭載に適した自立型電源装置及びこれを用いた光関連機器を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態（自立電源装置を搭載した光関連機器）を示す図 光電変換部１１の一構成例を示す図 本発明の第２実施形態（表示機器への搭載例）を示す図 本発明の第３実施形態（照明機器への搭載例）を示す図 本発明の第４実施形態（ホワイトボードへの搭載例）を示す図 本発明の第５実施形態（体組成計への搭載例）を示す図 本発明の第６実施形態（独立ユニットとしての利用例）を示す図 本発明の第７実施形態（主電源装置との併用例）を示す図 本発明の第８実施形態（ＵＶセンサへの搭載例）を示す図 ＵＶセンサ回路Ｆ２の一構成例を示す図 ＬＥＤ点灯回路Ｆ４と外部スイッチＦ５の一構成例を示す図 自立型電源装置１０の第１構成例を示す図 ＵＶ測定動作を説明するためのフローチャート 自立型電源装置１０の第２構成例を示す図

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態（自立型電源装置１０を搭載した光関連機器Ａの第１構成例）を示す図である。

自立型電源装置１０は、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換部１１と、光電変換部１１の出力を用いて充電される蓄電部１２と、を有し、光関連機器Ａを形成する半導体装置Ａ１やモジュールＡ２（プリント基板上に配置されたＩＣやディスクリート部品を一群として含む回路機能部）とは別に、独立したユニットとして光関連機器Ａに内蔵または着脱され、光関連機器Ａの各部に電力（電源電圧ＶＤＤ）を供給する。このような構成に至った経緯（理由）は、以下の通りである。

まず、既存機器とのマッチングが普及の大前提となるため、既存電力源（電池やＡＣ給電端子）と同じく、新規電力源である自立型電源装置１０についても、半導体装置Ａ１やモジュールＡ２とは別に、独立したユニットとして光関連機器Ａに内蔵または着脱することが正しい方向性であると考えられる。このような構成を採用することにより、（１）これまでと同様のセンスで光関連機器Ａを設計することができる、（２）ＩＣ自体のプロセス変更という製造上のリスクを冒さずに済む、（３）光関連機器Ａ全体の大きさは制約条件になるものの、ＩＣ自体の大きさとは無関係にエネルギ源を設計することができる、という種々のメリットが生じる。従って、コストを押し上げることなく、既存の光関連機器Ａに最も即した形態で、既存電力源を新規の自立型電源装置１０に変更することが可能となる。また、電源が自立している光関連機器Ａであれば、外部からの電力供給を考慮しなくてよいので、自由な機器設計（例えば他の機器への後付けを考慮した機器設計）が可能となる。

また、新規電力源の方式としては、現状の技術状況やその発展状況等に関わりなく、光電変換方式が最適であると考えられる。どんなエネルギも最後は熱エネルギになることから分かるように、熱エネルギは最もエントロピーが大きく、その意味では質の悪いエネルギである。例えば、室温の熱エネルギが２６ｍｅＶであるのに対して、僅か１Ｖの電位差が与えられた電子の位置エネルギは１ｅＶであり、実に室温の熱エネルギの３８倍に相当する。このように、熱電変換方式は原理的に最も変換効率が悪く、新規電力源としての実用性に乏しい。また、熱電変換方式の変換効率を多少高めることができたとしても、電気エネルギの「量」を確保しようとすると、上記と同様の原理により、熱エネルギを大量に集めてくる必要が生じるため、巨大インフラなどはともかく、電子機器のような体積の小さい系では、必要な電力量を賄うことができない。

一方、光エネルギは熱エネルギと違い、大変質の良い（＝制御しやすい）エネルギであり、電気エネルギへの変換効率も他方式に比べて非常に高い。従って、自立型電源装置１０には、光電変換方式を採用することが妥当であると考えられる。ただし、光電変換方式を採用する場合には、当然のことながら光が当たらないと発電することができないので、自立型電源装置１０の搭載対象としては、光関連機器Ａが好適である。光関連機器Ａであれば、その動作に際して自立型電源装置１０に必ず光が当たると考えられるので、光電変換方式を選ぶことに必然性があると言える。

なお、振動エネルギは熱エネルギよりも密度が高いため、振動エネルギを受けやすい電子機器（携帯機器や車載機器など）に搭載される自立型電源装置については、振動発電方式を採用することも可能である。

また、自立型電源装置１０は、光電変換部１１の発電量が小さいときでも機器各部への電力供給を継続するために蓄電部１２を有しているが、この蓄電部１２としては、キャパシタ、特に、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ［Electric Double Layer Capacitor］）を用いることが望ましい。

蓄電部１２として、その充放電に化学反応を利用する化学系二次電池（リチウムイオン電池やニッケル水素電池など）を用いた場合、その充電を進めるためには所定値以上の電圧を印加する必要がある。そのため、光電変換部１１で僅かながら発電が行われているものの、その出力電圧が非常に小さいときには、化学系二次電池だけの搭載であると充電が進まず、せっかくの発電電力を無駄にしてしまう懸念がある。

これに対して、蓄電部１２としてキャパシタを用いた構成であれば、光電変換部１１の出力電圧がほぼ０Ｖであっても、微小な電流が流れてさえいれば、その微小電流によって充電が可能であるため、光電変換部１１との組み合わせに好適である。

特に、キャパシタの中でも電気二重層キャパシタが蓄電部１２としてより好適である。電解コンデンサやセラミックコンデンサは、その体積を大きくしてもせいぜいｍＦオーダーの容量しか得ることができないが、電気二重層キャパシタであれば、低コストで１０Ｆ以上の大容量を容易に実現することができる。もちろん、蓄電性に優れる化学電池と併用しても良い。

光関連機器Ａの設置場所や構造によっては、自立型電源装置１０を容易に交換することができないことも想定される。このような場合であっても、自立型電源装置１０から機器各部への電力供給を滞りなく継続するためには、蓄電部１２の容量が大きいことが望ましく、その意味でも、大容量化の容易な電気二重層キャパシタが適していると言える。

また、蓄電部１２は、光関連機器Ａの設計自由度を高めるために可撓性を有することが望ましい。特に、電気二重層キャパシタは、誘電体として電解液が使用されており、その形態を自由に変形することができるので、蓄電部１２として好適である。

また、光電変換部１１としては、一般的なシリコン系太陽電池のほか、非シリコン系の色素増感型太陽電池（ＤＳＣ［Dye-Sensitized Solar Cell］）が好適である。

図２は、光電変換部１１として用いられる色素増感型太陽電池の一構成例を示す模式的な縦断面図である。色素増感型太陽電池を用いた光電変換部１１は、透明基板１１１及び１１２と、負極電極１１３と、正極電極１１４と、色素吸着粒子１１５と、電解質溶液１１６と、封止材１１７と、を含む。

透明基板１１１及び１１２は、いずれもガラスやプラスチックなどの透光性素材で形成されている。透明基板１１１の表面には、負極電極１１３（ＩＴＯ［Indium Tin Oxide］やＦＴＯ［Fluorine doped Tin Oxide］など）が形成されており、透明基板１１２の表面には、正極電極１１４（ＩＴＯ、ＦＴＯ、白金（Ｐｔ）、カーボン（Ｃ）など）が形成されている。負極電極１１３の表面には、色素吸着粒子１１５（ルテニウム系などの有機色素が吸着された二酸化チタン粉末）が固定されている。、明基板１１１と透明基板１１２との間には、封止材１１７によって囲まれた空間に電解質溶液１１６（ヨウ素溶液などの酸化還元体）が充填されている。

上記構成から成る光電変換部１１に光が照射されると、色素吸着粒子１１５に吸着している色素は、光励起作用により電子を放出して酸化される。色素から放出された電子は、色素吸着粒子１１５を介して負極電極１１３に移動し、さらには負荷（不図示）を介して正極電極１１４に移動する。一方、電子を放出した色素は、電解質溶液１１６中に存在する１価のヨウ化物イオン（Ｉ⁻）から電子を受け取って還元される。電子を放出した３価のヨウ化物イオン（Ｉ^３−）は、正極電極１１４から電子を受け取って１価のヨウ化物イオン（Ｉ⁻）に戻る。

色素増感型太陽電池は、シリコン系の太陽電池に比べて、（１）低コストかつ低エネルギで生産することができる、（２）色や形状を自由に選択することができるといった特徴があり、光電変換部１１として好適である。

特に、色素増感型太陽電池は、（３）他方式の太陽電池よりも室内光の光電変換効率が高い、（４）光電変換効率の光入射角依存性が小さい、（５）光電変換効率の照度依存性が小さいといった特徴があるため、室外で使えないわけではないが専ら室内で使用される光関連機器Ａへの搭載に適していると言える。

上記で説明したように、本発明に係る自立型電源装置１０及びこれを搭載した光関連機器Ａであれば、機器の周りに存在している自然エネルギ（光エネルギ）を電気エネルギに変換して自己給電を行うことができるので、電池やＡＣ給電端子を必要としない非常に有用で使い勝手のよい光関連機器Ａを提供することが可能となる。

また、光電変換部１１や蓄電部１２として、色素増感型太陽電池や電気二重層キャパシタを用いれば、自立型電源装置１０をかなり薄く形成することが可能となる。そこで、以下の第２〜第５実施形態では、その薄さを活かしたアプリケーションの一例を紹介する。

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態（表示機器への搭載例）を示す図である。本実施形態の表示機器Ｂは、映像を表示するディスプレイＢ１（例えば反射型ＬＣＤ）と、先述の自立型電源装置１０（光電変換部１１＋蓄電部１２）と、を有している。なお、表示機器Ｂとしては、時計や電子ブックなどを想定することができる。光電変換部１１は、可視領域で透光性を有する構成（例えば、透明ＤＳＣを採用した構成）とされており、ディスプレイＢ１の表示面側に設置されている。蓄電部１２は、ディスプレイＢ１の裏面側に設置されており、ケーブルを介して光電変換部１１と電気的に接続されている。このような構成とすることにより、電池やＡＣ給電端子を必要としない非常に有用で使い勝手のよい表示機器Ｂを提供することが可能となる。また、光電変換部１１として透明ＤＳＣを採用し、これをディスプレイＢ１の表示面側に設置する構成であれば、表示機器Ｂの大型化を招くことなく、光電変換部１１の設置面積を稼ぐことが可能となり、延いては、表示機器Ｂの駆動に必要な電力を自立的に賄うことが可能となる。

＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態（照明機器への搭載例）を示す図である。本実施形態の照明機器Ｃは、発光部Ｃ１（蛍光灯やＬＥＤ照明など）と、発光部Ｃ１を支持すると共にその出力光を反射する支持部Ｃ２と、先述の自立型電源装置１０（光電変換部１１＋蓄電部１２）と、を有している。光電変換部１１は、例えば白色ＤＳＣを採用した構成とされており、蓄電部１２と共に支持部Ｃ２の反射面側に設置されている。このような構成とすることにより、例えば、通常時には外部からの電力供給を受けて室内の照明を行う一方、外部からの電力供給が途絶えた異常時には、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて室内の照明を継続することが可能な照明機器Ｃを提供することが可能となる。また、発光部Ｃ１から放射される照明光の一部を電力として積極的に回収することも可能となる。

＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態（電子掲示板への搭載例）を示す図である。本実施形態の電子掲示板Ｄは、ホワイトボードを支持する筐体部Ｄ１と、ホワイトボードの描写内容をデータ化するスキャナ部Ｄ２と、スキャナ部Ｄ２で取得された電子データを用いてホワイトボードの描写内容を印刷するプリンタ部Ｄ３と、を有するほか、上記のホワイトボードとして、先述の自立型電源装置１０（光電変換部１１（白色ＤＳＣ）＋蓄電部１２）を有している。このような構成とすることにより、例えば、ホワイトボードの未使用時には室内光を受けて専ら蓄電を行い、ホワイトボードの使用時には自立型電源装置１０からの電力供給を受けてスキャンや印刷を行うことが可能な電子掲示板Ｄを提供することが可能となる。また、ホワイトボードのスキャンに際して、ホワイトボード上に照射されるレーザ光の一部を電力として積極的に回収することも可能となる。また、光電変換部１１として白色ＤＳＣを採用し、これを電子掲示板Ｄのホワイトボードとして活用する構成であれば、電子掲示板Ｄの大型化を招くことなく、光電変換部１１の設置面積を稼ぐことが可能となり、延いては、電子掲示板Ｄの駆動に必要な電力を自立的に賄うことが可能となる。

なお、光電変換部１１として白色ＤＳＣを用いた自立型電源装置１０の搭載対象としては、電子掲示板以外にも種々の用途が考えられる。例えば、自動販売機の商品陳列棚は、商品の視認性を高めるために、その背面ボードが一般に白色とされている。そこで、この背面ボードを光電変換部１１（白色ＤＳＣ）に置き換えることにより、自動販売機に搭載された防犯設備（防犯カメラなど）の非常用電源として、自立型電源装置１０を活用することが可能となる。

＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態（体組成計への搭載例）を示す図である。本実施形態の体組成計Ｅでは、表示部Ｅ２（反射型ＬＣＤ）と電極部Ｅ３とを備えた筐体部Ｅ１の表面に、自立型電源装置１０の光電変換部１１（透明ＤＳＣまたは有色ＤＳＣ）が形成されている。このような構成とすることにより、電池やＡＣ給電端子を必要としない非常に有用で使い勝手のよい体組成計Ｅを提供することが可能となる。また、光電変換部１１として透明ＤＳＣや有色ＤＳＣを採用し、これを筐体部Ｅ１の表面に設置する構成であれば、体組成計Ｅの大型化を招くことなく、光電変換部１１の設置面積を稼ぐことが可能となり、延いては、体組成計Ｅの駆動に必要な電力を自立的に賄うことが可能となる。

＜第６実施形態＞
図７は、本発明の第６実施形態（独立ユニットとしての利用例）を示す図である。先の第１〜第５実施形態では、自立型電源装置１０が何らかの光関連機器に組み込まれた状態とされていたが、自立型電源装置１０は、これを独立ユニットとして形成することも可能である。このように、独立ユニットとして形成された自立型電源装置１０であれば、既存電池の代替品として利用することが可能である。

＜第７実施形態＞
図８は、本発明の第７実施形態（自立型電源装置１０を搭載した光関連機器Ａの第２構成例、すなわち主電源装置Ａ３との併用例）を示す図である。本実施形態の光関連機器Ａは、機器各部への電力供給を行う主電源装置Ａ３（電池やＡＣ給電端子）と、先述の自立型電源装置１０と、を有し、主電源装置Ａ３の動作時には、自立型電源装置１０で発電と蓄電のみを行い、主電源装置Ａ３の非動作時には、自立型電源装置１０から機器各部への電力供給を行う電源切換部Ａ４を備えた構成とされている。

すなわち、自立型電源装置１０は、主電源装置Ａ３が正常に動作しているときには、機器各部への電力供給を主電源装置Ａ３に任せて自身は発電と蓄電に努め、主電源装置Ａ３に何らかの異常が生じたときにのみ、非常用電源として機器各部への電力供給を行う構成とされている。このような構成とすることにより、主電源装置Ａ３からの機器各部への電力供給が途絶えるような非常事態が生じた場合には、自立型電源装置１０からの電力供給を行うことにより、たとえ短時間（数分程度）ではあっても、光関連機器Ａの正常動作を継続させることが可能となる。

なお、第７実施形態の光関連機器Ａとしては、セキュリティカメラ、非常ブザー、ＳＯＳ発信器、非常連絡通信網、夜間非常灯などを挙げることができる。例えば、ＡＣ給電のみを受けて駆動する従来のセキュリティカメラでは、火災などによってＡＣ給電が途切れると、それ以後の記録を一切行うことができなくなり、火災発生に至る経緯や原因の解明に支障を来すおそれがあるが、非常用電源として自立型電源装置１０を備えた構成であれば、ＡＣ給電が途切れてからも暫くは正常動作を継続することが可能となる。また、電池を非常用電源とする従来構成と異なり、電池交換などの煩わしいメンテナンス作業を必要としないため、非常に使い勝手が良いと言える。

＜第８実施形態＞
図９は、本発明の第８実施形態（ＵＶセンサへの搭載例）を示す図である。本実施形態のＵＶセンサＦは、マイコンＦ１と、ＵＶセンサ回路Ｆ２と、照度センサ回路Ｆ３と、ＬＥＤ点灯回路Ｆ４と、外部スイッチＦ５と、タイマ回路Ｆ６と、プログラム書込回路Ｆ７と、無線通信回路Ｆ８と、表示部Ｆ９と、先述の自立型電源装置１０と、を有する。

マイコンＦ１は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、ＵＶセンサＦの全体動作を統括的に制御する。また、マイコンＦ１には、ＵＶセンサＦの消費電力をできるだけ低減するために、測定モード（ＵＶ−Ａ波測定モード、ＵＶ−Ｂ波測定モード）と、省電力モードとを切り替えるモード切替機能が備えられている。このモード切替機能については、後ほど詳細に説明する。

ＵＶセンサ回路Ｆ２は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、紫外線（ＵＶ−Ａ波、ＵＶ−Ｂ波）の強度を測定し、その測定結果をマイコンＦ１に出力する。なお、ＵＶセンサ回路Ｆ２の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。

照度センサ回路Ｆ３は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、周囲の照度（明るさ）を測定し、その測定結果をマイコンＦ１に出力する。

ＬＥＤ点灯回路Ｆ４は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、現在の動作モードを報知するためのインジケータランプ（ＬＥＤ）を点消灯させる。なお、ＬＥＤ点灯回路Ｆ４の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。

外部スイッチＦ５は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、ユーザ操作の待ち受けを行い、ユーザ操作の内容をマイコンＦ１とＬＥＤ点灯回路Ｆ４に各々出力する。なお、外部スイッチＦ５の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。

タイマ回路Ｆ６は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、現在時刻（年／月／日／時／分／秒）を計時し、その計時結果をマイコンＦ１に出力する。なお、タイマ回路Ｆ６としては、ＲＴＣ［Real Time Clock］を好適に用いることができる。

プログラム書込回路Ｆ７は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、マイコンＦ１のメモリ領域にプログラムの書込処理を行う。ここで書き込まれるプログラムは、マイコンＦ１によって実行され、このプログラムの内容に応じてマイコンＦ１がＵＶセンサＦの全体動作を統括的に制御する。

無線通信回路Ｆ８は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、ＵＶセンサ回路Ｆ２や照度センサ回路Ｆ３の測定結果、或いは、タイマ回路Ｆ６で計時された現在時刻を外部の演算処理装置（パーソナルコンピュータなど）やサーバに無線送信する。

表示部Ｆ９は、自立型電源装置１０からの電力供給を受けて、ＵＶセンサ回路Ｆ２の測定結果を表示する。なお、表示部Ｆ９としては、反射型ＬＣＤ（７セグメントＬＣＤ）を好適に用いることができる。

このような構成とすることにより、電池やＡＣ給電端子を必要としない非常に有用で使い勝手のよいＵＶセンサＦを提供することが可能となる。

図１０は、ＵＶセンサ回路Ｆ２の一構成例を示す図である。本構成例のＵＶセンサ回路Ｆ２は、ＵＶ−Ａ波測定部Ｘと、ＵＶ−Ｂ波測定部Ｙと、電源スイッチ部Ｚと、を含む。

ＵＶ−Ａ波測定部Ｘは、ＵＶ−Ａ波（波長：３１５−３８０ｎｍ）の強度を測定し、その測定結果を信号ＳＸとしてマイコンＦ１に出力する回路ブロックであり、フォトダイオードＸ１と、アンプＸ２と、抵抗Ｘ３〜Ｘ５と、キャパシタＸ６及びＸ７と、を含む。フォトダイオードＸ１のアノード、アンプＸ２の第１電源端（正電源端）、及び、キャパシタＸ７の第１端は、いずれも電源スイッチ部Ｚを介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。フォトダイオードＸ１のカソードは、抵抗Ｘ３の第１端とキャパシタＸ６の第１端にそれぞれ接続されている。抵抗Ｘ３の第２端、キャパシタＸ６及びＸ７の第２端、並びに、アンプＸ２の第２電源端（負電源端）は、いずれも接地端に接続されている。アンプＸ２の非反転入力端（＋）は、フォトダイオードＸ１のカソードに接続されている。アンプＸ２の反転入力端（−）は、抵抗Ｘ４を介して接地端に接続される一方、抵抗Ｘ５を介してアンプＸ２の出力端にも接続されている。アンプＸ２の出力端は、信号ＳＸの印加端に接続されている。なお、フォトダイオードＸ１のピーク感度波長は、ＵＶ−Ａ波の波長に合わせて適宜設計されている。

ＵＶ−Ｂ波測定部Ｙは、ＵＶ−Ｂ波（波長：２８０−３１５ｎｍ）の強度を測定し、その測定結果を信号ＳＹとしてマイコンＦ１に出力する回路ブロックであり、フォトダイオードＹ１と、アンプＹ２と、抵抗Ｙ３〜Ｙ５と、キャパシタＹ６及びＹ７と、を含む。フォトダイオードＹ１のアノード、アンプＹ２の第１電源端（正電源端）、及び、キャパシタＹ７の第１端は、いずれも電源スイッチ部Ｚを介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。フォトダイオードＹ１のカソードは、抵抗Ｙ３の第１端とキャパシタＹ６の第１端にそれぞれ接続されている。抵抗Ｙ３の第２端、キャパシタＹ６及びＹ７の第２端、並びに、アンプＹ２の第２電源端（負電源端）は、いずれも接地端に接続されている。アンプＹ２の非反転入力端（＋）は、フォトダイオードＹ１のカソードに接続されている。アンプＹ２の反転入力端（−）は、抵抗Ｙ４を介して接地端に接続される一方、抵抗Ｙ５を介してアンプＹ２の出力端にも接続されている。アンプＹ２の出力端は、信号ＳＹの印加端に接続されている。なお、フォトダイオードＹ１のピーク感度波長は、ＵＶ−Ｂ波の波長に合わせて適宜設計されている。

上記構成から成るＵＶ−Ａ波測定部Ｘ、及び、ＵＶ−Ｂ波測定部Ｙでは、フォトダイオードＸ１及びＹ１に励起される光電流が抵抗Ｘ３及びＹ３で電圧信号に変換され、この電圧信号がアンプＸ２及びＹ２で増幅されて信号ＳＸ及びＳＹが生成される。

電源スイッチ部Ｚは、マイコンＦ１からのイネーブル信号ＥＮに応じて、ＵＶ−Ａ波測定部Ｘ及びＵＶ−Ｂ波測定部Ｙへの電力供給経路を導通／遮断するスイッチ回路であり、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＺ１と、抵抗Ｚ２及びＺ３と、を含む。トランジスタＺ１のソースは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。トランジスタＺ１のドレインは、ＵＶ−Ａ波測定部ＸとＵＶ−Ｂ波測定部Ｙにそれぞれ接続されている。トランジスタＺ１のゲートは、抵抗Ｚ２を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、抵抗Ｚ３を介してイネーブル信号ＥＮの印加端にも接続されている。

上記構成から成る電源スイッチ部Ｚにおいて、イネーブル信号ＥＮがローレベル（測定モード時の論理レベル）とされているときにはトランジスタＺ１がオンとなり、ＵＶ−Ａ波測定部Ｘ及びＵＶ−Ｂ波測定部Ｙへの電力供給経路が導通される。逆に、イネーブル信号ＥＮがハイレベル（省電力モード時の論理レベル）とされているときにはトランジスタＺ２がオフとなり、ＵＶ−Ａ波測定部Ｘ及びＵＶ−Ｂ波測定部Ｙへの電力供給経路が遮断される。このような電源スイッチ部Ｚを有する構成であれば、イネーブル信号ＥＮに応じて、ＵＶ−Ａ波測定部Ｘ及びＵＶ−Ｂ波測定部Ｙへの電力供給を導通／遮断することができるので、延いては、省電力モード時におけるＵＶセンサ回路Ｆ２の消費電力を低減することが可能となる。

図１１は、ＬＥＤ点灯回路Ｆ４と外部スイッチＦ５の一構成例を示す図である。本構成例のＬＥＤ点灯回路Ｆ４は、発光ダイオードＦ４１Ａ及びＦ４１Ｂと、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＦ４２Ａ及びＦ４２Ｂと、抵抗Ｆ４３Ａ〜Ｆ４５Ａ及びＦ４３Ｂ〜Ｆ４５Ｂと、を含んでいる。また、本構成例の外部スイッチＦ５は、スイッチＦ５１Ａ及びＦ５１Ｂと、抵抗Ｆ５２Ａ及びＦ５２Ｂと、を含んでいる。

発光ダイオードＦ４１Ａのアノードは、トランジスタＦ４２Ａのコレクタに接続されている。発光ダイオードＦ４１Ａのカソードは、抵抗Ｆ４３Ａを介して接地端に接続されている。トランジスタＦ４２Ａのエミッタは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。トランジスタＦ４２Ａのベースは、抵抗Ｆ４４Ａを介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、抵抗Ｆ４５Ａを介して信号ＳＡの印加端に接続されている。スイッチＦ５１Ａの第１端は接地端に接続されている。スイッチＦ５１Ａの第２端は、抵抗Ｆ５２Ａを介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、信号ＳＡの印加端にも接続されている。

発光ダイオードＦ４１Ｂのアノードは、トランジスタＦ４２Ｂのコレクタに接続されている。発光ダイオードＦ４１Ｂのカソードは、抵抗Ｆ４３Ｂを介して接地端に接続されている。トランジスタＦ４２Ｂのエミッタは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。トランジスタＦ４２Ｂのベースは、抵抗Ｆ４４Ｂを介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、抵抗Ｆ４５Ｂを介して信号ＳＢの印加端に接続されている。スイッチＦ５１Ｂの第１端は接地端に接続されている。スイッチＦ５１Ｂの第２端は、抵抗Ｆ５２Ｂを介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、信号ＳＢの印加端にも接続されている。

上記構成から成るＬＥＤ点灯回路Ｆ４及び外部スイッチＦ５において、ＵＶ−Ａ波の強度測定時には、スイッチＦ５１Ａがオンされて信号ＳＡがローレベルとされ、スイッチＦ５１Ｂがオフされて信号ＳＢがハイレベルとされる。その結果、トランジスタＦ４２Ａがオンとなり、トランジスタＦ４２Ｂがオフとなるので、発光ダイオードＦ４１Ａが点灯され、発光ダイオードＦ４１Ｂが消灯される。逆に、ＵＶ−Ｂ波の強度測定時には、スイッチＦ５１Ａがオフされて信号ＳＡがハイレベルとされ、スイッチＦ５１Ｂがオンされて信号ＳＢがローレベルとされる。その結果、トランジスタＦ４２Ａがオフとなり、トランジスタＦ４２Ｂがオンとなるので、発光ダイオードＦ４１Ａが消灯され、発光ダイオードＦ４１Ｂが点灯される。従って、発光ダイオードＦ４１Ａ及びＦ４１Ｂの点消灯状態を確認することにより、ＵＶ−Ａ波が測定されているのかＵＶ−Ｂ波が測定されているのかを把握することが可能となる。

図１２は、自立型電源装置１０の第１構成例を示す図である。自立型電源装置１０は、ＤＳＣ１１と、ＥＤＬＣ１２と、リミッタ部１３と、ディスチャージ用抵抗１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、起動待機部１６と、セレクタ１７ａ〜１７ｃと、を含む。

ＤＳＣ１１は、光エネルギを電気エネルギ（発電電圧Ｖａ）に変換してセレクタ１７ａの第１選択端に出力する光電変換部である。

ＥＤＬＣ１２は、セレクタ１７ａからリミッタ部１３を介して入力される充電電圧Ｖｃを用いて充電される蓄電部である。ＤＳＣ１１は受け取る光が弱いと発電電圧Ｖａが殆どゼロになってしまうこともあるので、充電を進めるために所定値以上の電圧を必要とするリチウムイオン電池やニッケル水素電池ではなく、ＥＤＬＣ１２などのキャパシタを蓄電部として用いることが好ましい。また、常時動作しているわけではないがその動作時には瞬間的に大電力を必要とする負荷（無線通信部Ｆ８など）への電力供給を行う必要がある蓄電部には、瞬発的な放電を得意とするキャパシタ（特にＥＤＬＣ１２）が好適である。

リミッタ部１３は、ＥＤＬＣ１２の充電電圧Ｖｃを所定の上限値に制限する回路ブロックであり、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ１３１と、キャパシタ１３２と、ダイオード１３３及び１３４と、抵抗１３５〜１３８と、サイリスタ１３９と、を含む。トランジスタ１３１のエミッタは、ＥＤＬＣ１２の第１端（充電電圧Ｖｃの印加端）に接続されている。トランジスタ１３１のコレクタは、抵抗１３８を介して接地端に接続されている。トランジスタ１３１のベースは、抵抗１３７を介してＥＤＬＣの第１端に接続される一方、サイリスタ１３９のカソードにも接続されている。サイリスタ１３９のアノードは、接地端に接続されている。サイリスタ１３９のゲートは、抵抗１３５を介してＥＤＬＣ１２の第１端に接続される一方、抵抗１３６を介して接地端にも接続されている。ダイオード１３３のアノードは、セレクタ１７ａの共通端に接続されている。ダイオード１３３のカソードは、ＥＤＬＣ１２の第１端に接続されている。キャパシタ１３２の第１端は、ダイオード１３３のアノードに接続されている。キャパシタ１３２の第２端は、接地端に接続されている。ダイオード１３４のカソードは、ＥＤＬＣ１２の第１端に接続されている。ダイオード１３４のアノードは、接地端に接続されている。

上記構成から成るリミッタ部１３において、充電電圧Ｖｃが所定の上限値に達すると、サイリスタ１３９がオンとなって、トランジスタ１３１がオンとなり、セレクタ１７ａの出力端から接地端に至る電流バイパス経路が形成される。このような動作により、ＥＤＬＣ１２には、セレクタ１７ａ側からの電流が流れ込まなくなるので、ＥＤＬＣ１２の過充電を防止することが可能となる。なお、ダイオード１３３は、逆流防止素子として機能する。また、ダイオード１３４は、充電電圧Ｖｃのクランプ素子として機能する。

ディスチャージ用抵抗１４は、ＥＤＬＣ１２の放電経路として、セレクタ１７ｂの第２選択端と接地端との間に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、ＥＤＬＣ１２の充電電圧Ｖｃから所定の電源電圧ＶＤＤを生成してＵＶセンサＦの各部に供給する昇圧ブロックであり、スイッチング制御ＩＣ１５１と、インダクタ１５２と、キャパシタ１５３及び１５４と、抵抗１５５及び１５６とを含む。スイッチング制御ＩＣ１５１の入力端子（ＶＩＮ）は、セレクタ１７ｂの第１選択端に接続されている。スイッチング制御ＩＣ１５１の出力端子（ＶＯＵＴ）は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。スイッチング制御ＩＣ１５１のシャットダウン端子（ＳＨＤＮ）は、起動待機部１６に接続されている。スイッチング制御ＩＣ１５１のスイッチ端子（ＳＷ）は、インダクタ１５２を介してセレクタ１７ｂの第１選択端に接続されている。スイッチング制御ＩＣ１５１のグランド端子（ＧＮＤ）は、接地端に接続されている。スイッチング制御ＩＣ１５１の帰還端子（ＦＢ）は、抵抗１５５を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、抵抗１５６を介して接地端にも接続されている。スイッチング制御ＩＣ１５１の入力端子（ＶＩＮ）と接地端との間、及び、スイッチング制御ＩＣ１５１の出力端子（ＶＯＵＴ）と接地端との間には、それぞれ、キャパシタ１５３及び１５４が接続されている。

上記構成から成るＤＣ／ＤＣコンバータ１５において、スイッチング制御ＩＣ１５１は帰還端子（ＦＢ）に入力される帰還電圧（電源電圧ＶＤＤの分圧電圧）が所定の目標値と一致するように、内蔵された出力トランジスタをオン／オフさせることにより、ＥＤＬＣ１２の充電電圧Ｖｃを昇圧して電源電圧ＶＤＤを生成する。このようなＤＣ／ＤＣコンバータ１５を設けることにより、ＤＳＣ１１で生成される発電電圧Ｖａの変動に依らず、ＵＶセンサＦの各部に常時一定の電源電圧ＶＤＤを供給することが可能となる。

起動待機部１６は、電源電圧ＶＤＤ（延いてはＥＤＬＣ１２の充電電圧Ｖｃ）が所定値に達するまでＤＣ／ＤＣコンバータ１５の起動を待機させる回路ブロックであり、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１６１と、抵抗１６２〜１６４と、を含む。トランジスタ１６１のソースは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。トランジスタ１６１のドレインは、抵抗１６２を介して接地端に接続される一方、スイッチング制御ＩＣ１５１のシャットダウン端子（ＳＨＤＮ）にも接続されている。トランジスタ１６１のゲートは、抵抗１６３を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続される一方、抵抗１６４を介して接地端にも接続されている。

上記構成から成る起動待機部１６において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の起動前において、スイッチング制御ＩＣ１５１を介して印加される電源電圧ＶＤＤ（＝ＥＤＬＣ１２の充電電圧Ｖｃよりもスイッチング制御ＩＣ１５１に内蔵される整流ダイオード（または、同期整流ダイオードに付随する寄生ダイオード）の順方向効果電圧だけ低い電圧）が所定値よりも低い間は、トランジスタ１６１のゲート・ソース間に十分な電圧が発生しない。従って、トランジスタ１６１がオフとなり、スイッチング制御ＩＣ１５１のシャットダウン端子（ＳＨＤＮ）はローレベルとなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の起動が待機される。一方、電源電圧ＶＤＤが所定値に達して、トランジスタ１６１のゲート・ソース間に十分な電圧が発生すると、トランジスタ１６１がオンとなり、スイッチング制御ＩＣ１５１のシャットダウン端子（ＳＨＤＮ）がハイレベルとなる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５が起動されて、充電電圧Ｖ４の昇圧動作が開始される。このような起動待機部１６を設けることにより、ＥＤＬＣ１２の充電電圧Ｖｃが十分に高くなってから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を確実に起動させることが可能となる。

セレクタ１７ａは、マイコンＦ１からの指示に基づいて、第１選択端（発電電圧Ｖａの印加端）と第２選択端（外部電圧Ｖｂの印加端）のいずれを共通端（リミッタ部１３の入力端）に接続するかを選択する。なお、セレクタ１７ａの初期状態では、第１選択端と共通端が接続される。このようなセレクタ１７ａを設けることにより、発電電圧Ｖａが小さい場合には外部電圧Ｖｂを用いてＥＤＬＣ１２を充電することができるので、ＵＶセンサＦの各部に安定して電力を供給することが可能となる。

セレクタ１７ｂは、マイコンＦ１からの指示に基づいて、共通端（充電電圧Ｖｃの印加端）を第１選択端（ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入力端）と第２選択端（ディスチャージ用抵抗１４）のいずれに接続するかを選択する。なお、セレクタ１７ｂの初期状態では、第１選択端と共通端が接続される。このようなセレクタ１７ｂを設けることにより、ＥＤＬＣ１２に蓄えられた電荷を必要に応じてディスチャージ（リフレッシュ）することが可能となる。

セレクタ１７ｃは、第１選択端（充電電圧Ｖｃの印加端）と第２選択端（発電電圧Ｖａの印加端）のいずれを共通端（マイコンＦ１）に出力するかを選択する。なお、セレクタ１７ｃの初期状態では、第１選択端と共通端が接続される。このようなセレクタ１７ｃを設けることにより、マイコンＦ１で充電電圧Ｖｃと発電電圧Ｖａのいずれをモニタするかを任意に切り替えることが可能となる。

図１３は、ＵＶセンサＦのＵＶ測定動作を説明するためのフローチャートであり、本フローの開始時には、予めＵＶセンサＦが測定モードから省電力モードに移行されているものとする。なお、「測定モード」とは、ＵＶセンサＦの各部に電力が供給されており、ＵＶ測定を行うことが可能な動作モードを指す。一方、「省電力モード」とは、測定モードへの復帰に必要な回路ブロック（マイコンＦ１、照度センサ回路Ｆ３、タイマ回路Ｆ６など）以外への電力供給が遮断された動作モードを指す。

まず、ステップＳ１では、測定開始条件が満足されているか否かの判定が行われる。ステップＳ１でイエス判定が下された場合には、フローがステップＳ２に進められて測定モードへの移行が行われる。一方、ステップＳ１でノー判定が下された場合には、フローがステップＳ１に戻されて、測定開始条件が満足されているか否かの判定が繰り返される。

なお、上記の測定開始条件を定める上で重要となるのは、ＵＶセンサＦの電力浪費を抑えるために、ＵＶ測定が必要であるか否かを判定して適切な電源管理を行うことである。

まず、電源管理の基本である電源オン／オフに関しては、光が当たっていなければ電力源として使用できないというＤＳＣ１１の特性や、光が当たっていなければＵＶ測定を開始する意味がないというＵＶセンサＦの使用目的に鑑み、マイコンＦ１は、照度センサ回路Ｆ３の出力（周囲の明るさ）に応じて測定モードと省電力モードを切り替える構成とすることが考えられる。

具体的には、日の出や日の入りの頃の照度が３００ルクス程度、街灯の下が１００ルクス程度であるから、周囲の明るさが数百ルクスまで落ちれば、ＵＶセンサＦの電源をオンしておく意味は殆どないと考えられる。従って、照度センサ回路Ｆ３の出力が所定の閾値（数百ルクス）よりも高いか低いかを上記の測定開始条件として定めれば、ＵＶセンサＦの電力浪費を抑えることが可能となる。もちろん、上記の閾値は絶対的なものではなく、個々の状況（周囲の環境や測定すべきＵＶ光の最低量など）に応じて閾値を適宜設定し直すことが可能である。なお、閾値の設定変更については、プログラム書込回路Ｆ７からマイコンＦ１のプログラムを書き換えることによって実施すればよい。

また、マイコンＦ１は、タイマ回路Ｆ６の出力に応じて測定モードと省電力モードを切り替える構成としてもよい。例えば、日本なら５時〜２１時は測定モード、２１時〜翌５時は省電力モードとすることにより、夜間におけるＵＶセンサＦの電力浪費を抑えることが可能となる。さらに、５時〜２１時まで連続測定を行うことが難しい場合には、例えば１時間毎に１回ずつ測定モードに移行してインターバル測定を行い、測定タイミング以外は省電力モードに移行しておくようように、上記の測定開始条件を定めておけばよい（測定時刻設定）。

また、照度センサ回路Ｆ３を用いた電源管理と、タイマ回路Ｆ６を用いた電源管理を組み合わせることも可能である。例えば、現在時刻が５時〜２１時であって、かつ、周囲の明るさが数百ルクス以上（曇りや雨の日を考慮すれば１００ルクス程度）であれば、測定モードへの移行を行い、時刻条件と照度条件の少なくとも一方が満たされていなければ、省電力モードへの移行を行う構成（ＡＮＤ判定を行う国政）とすることが考えられる。また、時刻条件と照度条件のいずれか一方でも条件が満たされれば、測定モードへの移行を行い、両方の条件が満たされない場合にのみ、省電力モードへの移行を行う構成（ＯＲ判定を行う構成）とすることも可能である。また、時刻条件と照度条件のいずれかに判定の優先度を持たせてもよい。

ステップＳ２で測定モードへの移行が行われた後、ステップＳ３では、ＵＶセンサ回路Ｆ２によるＵＶ測定が行われ、ステップＳ４では、ＵＶ測定データがマイコンＦ１のメモリ領域（または図９に不図示のメモリ手段）に蓄積される。そして、ステップＳ５では、無線通信回路Ｆ８を用いてＵＶ測定データが外部送信された後、ステップＳ６において、省電力モードへの移行が行われ、上記一連のフローが終了される。

なお、ＵＶ測定の頻度については、測定の目的や使用者の希望に依存するが、先にも述べたように、例えば１時間毎に１回ずつインターバル測定を行って、各測定値をメモリに蓄積するようにすればよい。その際、メモリには測定時刻や周囲の照度も合わせて記憶しておくことが望ましい。また、周囲が暗い場合には、頻繁にＵＶ測定を行う意味が乏しくなるので、照度センサ回路Ｆ３の出力に応じてＵＶ測定の頻度（インターバル間隔）を可変制御することも有意義であると考えられる。具体的には、ＵＶ測定のインターバル間隔Ｔｉｎｔとして、Ｔｉｎｔ＝１／ｌｏｇ（照度）×２．５時間などの設定を行えばよい。

また、データ送信の頻度については、基本的にＵＶ測定毎に行うことが望ましいが、無線通信回路Ｆ８は、その動作時に瞬間的ながら非常に大きな電力を消費する。そのため、ＵＶ測定データを測定毎に送信する必要がなければ、複数回分（１日分）の測定データをメモリに蓄積しておき、それらの蓄積データをまとめて無線送信することも考えられる。

図１４は、自立型電源装置１０の第２構成例を示す図である。本構成例の自立型電源装置１０は、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１が所定の閾値Ｖｔｈよりも低いときには、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１を蓄電部１２に直接入力し、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈよりも高いときには、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１から昇圧電圧Ｖ２を生成して蓄電部１２に入力する電源管理部１８を含む。この電源管理部１８は、発電電圧Ｖ１から所定の昇圧電圧Ｖ２を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ１８１と、共通端（発電電圧Ｖ１の印加端）を第１選択端（蓄電部１２）と第２選択端（ＤＣ／ＤＣコンバータ１８１）のいずれに接続するかを選択するセレクタ１８２と、を含む。以下では、このような構成に至った経緯（理由）について説明する。

光電変換部１１が蓄電部１２に常時直結されている場合、蓄電部１２の充電電圧は、発電電圧Ｖ１までしか上がらないので、発電電圧Ｖ１が低いときには蓄電部１２の容量Ｃを十分に活かすことができない、という問題が生じる。一方、光電変換部１１からＤＣ／ＤＣコンバータ１８１を介して蓄電部１２を充電する構成であれば、発電電圧Ｖ１が低くても、より高い昇圧電圧Ｖ２を用いて蓄電部１２を充電することができるので、蓄電部１２の容量Ｃを最大限に活用することが可能となる。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８１は、当然のことながら発電電圧Ｖ１を一部消費しながら昇圧動作を行うため、発電電圧Ｖ１があまりに低い場合（ＤＣ／ＤＣコンバータ１８１を正常に動作させることが不可能となる下限入力電圧よりも低い場合）には、せっかく光電変換部１１で生成された発電電圧Ｖ１が全てＤＣ／ＤＣコンバータ１８１で消費されてしまい、蓄電部１２の充電が進められない、という問題が生じる。

そこで、発電電圧Ｖ１の変動に依ることなく、できるだけ蓄電部１２に電力を貯めるための電源管理が必要になる。そこで、電源管理部１８は、先にも述べたように、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１が所定の閾値Ｖｔｈよりも低いときには、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１を蓄電部１２に直接入力し、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈよりも高いときには、光電変換部１１の発電電圧Ｖ１から昇圧電圧Ｖ２を生成して蓄電部１２に入力する構成とされている。

特に、電源管理部１８では、光電変換部１１の発電電圧をＶ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８１において発電電圧Ｖ１から昇圧電圧Ｖ２を生成するために必要な消費電力をＰ（Ｖ１）、蓄電部１２の容量をＣ、閾値電圧をＶｔｈとしたときに、下記の（１）式が成立するように、閾値電圧Ｖｔｈが設定されている。

このような構成とすることにより、発電電圧Ｖ１に応じて蓄電部１２の充電経路を適切に切り替えることができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８１での消費電力を考慮しながら、蓄電部１２の容量Ｃを最大限に活用することが可能となる。

なお、セレクタ１８２は、例えば、そのオンスレッショルド電圧が上記の閾値電圧Ｖｔｈとなるように設計されたＭＯＳＦＥＴを用いて、蓄電部１２の充電経路を適宜切り替える構成とすればよい。

また、蓄電部１２の充電動作については、測定モードと省電力モードを問わず、常時継続的に行う構成としておくことが望ましいが、光電変換部１１での発電量がゼロとなることが確実な状況下（例えば夜間）では、予め蓄電部１２の充電動作を停止させておいても構わない。

＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、外部からの電力供給や電池の交換／充電を要することなく、自立駆動が可能な光関連機器を実現する上で非常に有用な技術である。

１０ 自立型電源装置
１１ 光電変換部（ＤＳＣなど）
１１１、１１２ 透明基板
１１３ 負極電極
１１４ 正極電極
１１５ 色素吸着粒子
１１６ 電解質溶液
１１７ 封止材
１２ 蓄電部（ＥＤＬＣなど）
１３ リミッタ部
１３１ ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
１３２ キャパシタ
１３３、１３４ ダイオード
１３５〜１３８ 抵抗
１３９ サイリスタ
１４ ディスチャージ用抵抗
１５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５１ スイッチング制御ＩＣ
１５２ インダクタ
１５３、１５４ キャパシタ
１５５、１５６ 抵抗
１６ 起動待機部
１６１ Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
１６２〜１６４ 抵抗
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ セレクタ
１８ 電源管理部
１８１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８２ セレクタ
Ａ 光関連機器
Ａ１ 半導体装置
Ａ２ モジュール
Ａ３ 主電源装置
Ａ４ 電源切換部
Ｂ 表示機器
Ｂ１ ディスプレイ
Ｃ 照明機器
Ｃ１ 発光部
Ｃ２ 支持部
Ｄ 電子掲示板
Ｄ１ 筐体部
Ｄ２ スキャナ部
Ｄ３ プリンタ部
Ｅ 体組成計
Ｅ１ 筐体部
Ｅ２ 表示部
Ｅ３ 電極部
Ｆ ＵＶセンサ
Ｆ１ マイコン
Ｆ２ ＵＶセンサ回路
Ｆ３ 照度センサ回路
Ｆ４ ＬＥＤ点灯回路
Ｆ４１Ａ、Ｆ４１Ｂ 発光ダイオード
Ｆ４２Ａ、Ｆ４２Ｂ ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
Ｆ４３Ａ〜Ｆ４５Ａ、Ｆ４３Ｂ〜Ｆ４５Ｂ 抵抗
Ｆ５ 外部スイッチ
Ｆ５１Ａ、Ｆ５１Ｂ スイッチ
Ｆ５２Ａ、Ｆ５２Ｂ 抵抗
Ｆ６ タイマ回路
Ｆ７ プログラム書込回路
Ｆ８ 無線通信回路
Ｆ９ 表示部（反射型ＬＣＤ）
Ｘ ＵＶ−Ａ波測定部
Ｘ１ フォトダイオード
Ｘ２ アンプ
Ｘ３〜Ｘ５ 抵抗
Ｘ６、Ｘ７ キャパシタ
Ｙ ＵＶ−Ｂ波測定部
Ｙ１ フォトダイオード
Ｙ２ アンプ
Ｙ３〜Ｙ５ 抵抗
Ｙ６、Ｙ７ キャパシタ
Ｚ 電源スイッチ部
Ｚ１ Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｚ２、Ｚ３ 抵抗

Claims (16)

1. 光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換部と、
   前記光電変換部の出力を用いて充電される蓄電部と、
   前記光電変換部の発電電圧が所定の閾値よりも低いときには前記光電変換部の発電電圧を前記蓄電部に直接入力し、前記光電変換部の発電電圧が前記閾値よりも高いときには前記光電変換部の発電電圧を昇圧してから前記蓄電部に入力する電源管理部と、
   を有し、
   光関連機器を形成する半導体装置やモジュールとは別に、独立したユニットとして前記光関連機器に内蔵または着脱され、前記光関連機器の各部に電力を供給することを特徴とする自立型電源装置。
2. 前記光電変換部の出力電圧をＶ、前記発電電圧の昇圧に必要な電力をＰ（Ｖ）、前記蓄電部の容量をＣ、前記閾値電圧をＶｔｈとしたときに、下記の数式が成立するように、前記閾値電圧が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の自立型電源装置。
   

   
3. 前記蓄電部の充電電圧を所定の上限値に制限するリミッタ部を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自立型電源装置。
4. 前記蓄電部の充電電圧から一定電圧を生成して前記光関連機器の各部に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の自立型電源装置。
5. 前記蓄電部の充電電圧が所定値に達するまで前記ＤＣ／ＤＣコンバータの起動を待機させる起動待機部を含むことを特徴とする請求項４に記載の自立型電源装置。
6. 前記蓄電部は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の自立型電源装置。
7. 前記蓄電部は、可撓性を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の自立型電源装置。
8. 前記光電変換部は、可視領域で透光性を有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の自立型電源装置。
9. 映像を表示するディスプレイと、
   請求項８に記載の自立型電源装置と、
   を有し、
   前記光電変換部が前記ディスプレイの表示面側に設置されており、前記蓄電部が前記ディスプレイの裏面側に設置されていることを特徴とする表示機器。
10. 発光部と、
    前記発光部を支持すると共にその出力光を反射する支持部と、
    請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の自立型電源装置と、
    を有し、
    前記光電変換部と前記蓄電部がいずれも前記支持部の反射面側に設置されていることを特徴とする照明機器。
11. 機器各部への電力供給を行う主電源装置と、
    請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の自立型電源装置と、
    を有し、
    前記主電源装置の動作時には、前記自立型電源装置で発電と蓄電のみを行い、前記主電源装置の非動作時には、前記自立型電源装置から機器各部への電力供給を行うことを特徴とする光関連機器。
12. 紫外線強度を測定するＵＶセンサ回路と、
    請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の自立型電源装置と、
    を有することを特徴とするＵＶセンサ。
13. 測定モードと省電力モードを切り替えるマイコンを有することを特徴とする請求項１２に記載のＵＶセンサ。
14. 照度を測定する照度センサ回路を有し、
    前記マイコンは、前記照度センサ回路の出力に応じて前記測定モードと前記省電力モードを切り替えることを特徴とする請求項１３に記載のＵＶセンサ。
15. 現在時刻を計時するタイマ回路を有し、
    前記マイコンは、前記タイマ回路の出力に応じて前記測定モードと前記省電力モードを切り替えることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のＵＶセンサ。
16. 前記ＵＶセンサ回路の測定値を無線で外部に送信する無線通信回路を有することを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか一項に記載のＵＶセンサ。

Images