JP6169822B2 - 太陽光検知装置及びこれを利用した太陽光照光装置 - Google Patents

Description

本発明は太陽光検知装置及びこれを利用した太陽光照光装置に関する。

太陽光の有効利用として、例えば、日当たりの悪い家、部屋、地下室等にあっても太陽光による自然な照明を得ることを目的として、屋上等適宜場所で採光した太陽光を反射させて照射する太陽光採光システムが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。
この太陽光採光システムには、集光用のレンズや該レンズが常に太陽を正面に捉えるように自動的に太陽追尾を行わせる為の太陽追尾装置を備えた太陽光採光装置が備えるのが一般的である。

太陽光照光装置の例として、従来は二通りの方法が一般的である。すなわち、設置箇所に対する太陽の位置を日付や時間から計算により導き、制御対象物の方位角及び仰角を調整する方法と、太陽からの入射光を検出して太陽の実位置を判定し、これに合わせて制御対象物の方位角及び仰角を調整する方法が提案されている。
従来の太陽の追尾は以上のように行われており、前者の日付や時間に基づいて制御する方法では、常に正しい時刻及び日付を制御装置が取得となる。
一方、太陽からの入射光に基づいて制御する方法では、日中のみ電源を供給すれば良く、太陽電池を電源とすることで電源を不要として信頼性向上及びコストダウンを図れたが、曇天や雨天時など太陽光が散乱して太陽位置を特定しにくい場合、太陽の動きに追随できなくなり、手調整が必要となってしまうという。

太陽追尾センサとしては、特許文献２に記載の技術があるが、この技術は、略四角錐状部分の中心に遮光板を配置して，４つのブロックに形成し、各ブロックの内側にそれぞれ、光検出センサを配置し、各センサブロック２への入射光の角度が変化すると、対向する錐面への入射光量が互いにトレード・オフの関係で変化することから、対向する位置の二つの光検出センサ間で入射光量の差を検知しして太陽の動きを追尾する構成である。

一方、太陽照光装置としては、図９に示すように、太陽光を一定な照光対象部Ｔ１を向いて、継続的に照射するためには太陽がＳＵＮ１からＳＵＮ２に移動をする間、反射体１０が太陽の移動角θ５の半分θ６ほど動かなければならない。すなわち、反射体１０の法線Ｎ１、Ｎ２を基準として、太陽と照光対象部Ｔ１が、同じ角度で位置することが必要となる。従って、従来には太陽の移動角を測定して、反射体の姿勢を制御する方式の太陽光照光装置の場合に、太陽移動角の測定誤差のある場合、照光対象部に正確に太陽光が照射されにくい。

また、太陽の方位と高度を測定して、移動角を探り出すためには太陽光の光量が十分しなければならないが、天気状況によって太陽の出現が一定しないこともあるので、太陽光照光装置作動中に天気が暗くなると装置が誤作動してダウンすることもある。
また装置が誤作動した後、改めて太陽光を一定位置に照光するために装置をリセットするためには太陽光の照光方向をスキャニングしなければならないのに、可能な全範囲の方位角と全範囲の高度をそれぞれスキャニングする必要があり、たくさんの時間がかかる。

特開２００５−２７６７９３号公報 特開２００４−１４６７４５号公報

前述のように太陽追尾装置を備えた太陽光採光装置を提供するに際して、太陽の移動角を測定して、反射体の姿勢を制御する方式の太陽光照光装置の場合であって太陽移動角の測定誤差のある場合、照光対象部に正確に太陽光が照射されにくい。また、反射体の姿勢だけを制御するので、実際に照光対象部に太陽光が照射されるのかを確認できない課題を有している。
更に、太陽の方位と高度を測定して、移動角を探り出すためには太陽光の光量が十分しなければならないが、天気状況によって太陽の出現が一定しないこともあるので、太陽光照光装置作動中に天気が暗くなると装置が誤作動してダウンする課題を有している。
また、装置が誤作動した後、改めて太陽光を一定位置に照光するために装置をリセットするためには太陽光の照光方向をスキャニングしなければならないのに、可能な全範囲の方位角と全範囲の高度をそれぞれスキャニングする必要があり、たくさんの時間がかかるという課題を有している。

ここで、太陽追尾センサとして特許文献２に記載の技術を用いると、反射光をある程度追尾できるが、各センサブロック２への入射光の角度が変化すると、対向する錐面への入射光量が互いにトレード・オフの関係で変化することから、ある程度大まかな制御となってしまうことになり、一時的に曇りの時間が生じ、晴れたなった場合に、反射体の光の反射範囲が限られていることより、反射光束が受光体の範囲外となる場合があり、制御出来なくなる場合が生じる可能性がある。

そこで、前記課題を解決するもので、太陽の移動角を測定したり、太陽の移動角によって反射体を制御することではなく、照光対象部を向けて太陽が照光されてるのかを確認して、太陽光の反射光が照光対象部を向けるように反射体の姿勢を直接制御することで、照光方向の誤差を減らすことができるし、時間および日付によってスキャニング区間が定められており、リセットされる場合にもスキャニングに所要される時間が、非常に短い太陽光照光装置を提供するものである。

本発明は太陽光検知装置及びこれを利用した太陽光照光装置にかかるものである。
一面が開放されたハウジングと、ハウジングの開放面に向かう中心軸と直交する平面上に配置された影板と、ハウジング内側のベース部に具備される光センサーであるスキャニングセンサーと、前記のベース板上の水平軸と前記のベース板上の水平軸に直交した軸にそれぞれ二つずつ具備された微細感知センサーとからなり、ベース板上であって、ベース板に投影する影板の正射影境界線内側に接するように、微細感知センサーを配置すると共に、影板の正射影境界線外側にスキャニングセンサーを配置することを特徴とする太陽光検知装置である。そして、ベース板と影板を対角線で配置された二つの支持板で互いに結合し、前記の四つの微細感知センサーをそれぞれの区画に配置することが望ましい。

又、太陽光を反射する反射体と、反射体により太陽光を受ける受光体と、反射体を二つの軸に対して回転させる駆動部と、駆動部を制御する駆動制御部と、前記の反射体によって反射された太陽光の反射光が受光体の目標点を向かっているのかを確認する太陽光検知装置とよりなり、太陽光検知装置は、反射体と受光体のそれぞれを結ぶ中心線上であって、かつ一面を開放した開放面が、前記反射体方向に配置されたハウジングと、ハウジングの開放面に向かう中心軸と直交する平面上に配置された影板と、ハウジング内側のベース部に具備される光センサーであるスキャニングセンサーと、前記のベース板上の水平軸と前記のベース板上の水平軸に直交した軸にそれぞれ二つずつ具備された微細感知センサーとからなり、ベース板上であって、ベース板に投影する影板の正射影境界線内側に接するように、微細感知センサーを配置すると共に、影板の正射影境界線外側にスキャニングセンサーを配置すると共に、駆動制御部は、前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されない場合には前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されるように駆動部を駆動し、前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されて場合には、前記の微細感知センサーから感知した前記の反射光の方向が前記の目標点を向けるように駆動を制御し、前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されてから、スキャニングセンサーすべてに光が感知される前より遅い速度で駆動することを特徴とする太陽光照光装置である。

ここで、前記駆動部は、前記の反射体を水平軸に対して回転させる第１駆動モーターと前記の反射体を垂直軸に対して回転させる第２駆動モーターを含むことが望ましく、駆動制御部は、太陽光が照射された、感知された微細感知センサーがある場合、感知されたセンサーの方向に前記の反射体を回転させるように、第１または第２駆動モーターを駆動することが望ましい。
更に、駆動制御部には、時計データを有し、駆動制御部は前記の時計から認識された前記の第２駆動モーターのスキャニング範囲を制限すること、及び光方向感知部は、前記の反射体の中心から、反射体の平均幅の１．５倍距離に配置することが望ましい。

又、反射体の法線の方位角と高度を調節して、太陽光を目標点に反射する太陽光照光方法において、太陽光の光量を感知して、前記の感知された太陽光の光量が基準光量未満である場合、続けて光量を感知する第１光量判断工程と、前記の第１光量判断工程から判断された前記の太陽光の光量が基準光量以上の場合、前記の反射体の法線の方位角および高度を変化させ、前記の太陽光の反射光の反射光が目標点を向けて反射されるようにするスキャニング工程、前記のスキャニング工程以後の初期状態および前記の太陽光の反射光が前記の目標点に正確に照射されてから太陽の一周運動によって、太陽の座標が移動した状態から前記のスキャニング工程より徐々に前記の反射体の法線の方位角と高度を変化させて、前記の太陽光の反射光が正確に前記の目標点に入射されるように維持する微細調整工程、前記の微細調整工程以後、太陽光の光量を感知して、感知された光量が前記基準光量以上であれば、前記の微細調整工程を改めて遂行し、前記の光量が前記の基準光量未満であれば、前記の第１光量判断工程を遂行する第２光量判断工程を含む太陽光照光方法である。

ここで、前記のスキャニング工程から前記の反射体は水平軸を基準で１５度ずつ回転しながら、秒速１５度の速度で垂直軸を基準で回転して、前記太陽光の反射光の方向をスキャニングし、前記の微細調整工程から前記の反射体は前記の垂直軸または前記の水平軸を基準で秒速１度の速度で回転して、前記太陽光の反射光の方向を調整することが出来、前記の反射体は時間によって、垂直軸を基準にした回転範囲が変わることが望ましい。

本発明の太陽光検知装置及びこれを利用した太陽光照光装置によれば、天気によって太陽光の光量を測定して、光量が不足な場合、装置の作動を中断し、装置の誤作動を防げる。また、太陽光量が回復され、装置を改めて作動しなければならない場合、日付または時間を考慮して、範囲を絞ることで、太陽光のスキャニングが迅速になるという優れた効果を奏し得る。

本発明による太陽光照光装置を利用して、太陽光の照射目標である受光体に照光する過程を図示した説明図。 本発明の太陽光検知装置の一部切り欠き斜視図。 本発明の太陽光検知装置に用いる微細感知センサー、及びスキャニングセンサーの配置を図示した正面図。 本発明による太陽光照光装置の実施例の構成を概略的に図示したブロック説明図。 本発明による太陽光照光装置のスキャニングのための説明図。 本発明による太陽光照光装置のスキャニングのための反射体の説明図。 本発明による太陽光照光装置の太陽光の方向が移動したときの、反射部と受光面と光線の関係を示した説明図。 本発明による太陽光照光装置の作動過程を示す説明図。 従来技術による太陽照光装置方法を概念的に図示した説明図

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
以下、図１ないし図８を参照して、本発明による太陽光照光装置の構成を詳細に説明する。
図１は、本発明による太陽光照光装置を利用して、太陽光を目標点に照光する過程を図示したものである。
太陽光を反射する反射体１により太陽光を受ける受光体２と、反射体１を二つの軸に対して回転させる駆動部により駆動制御し、反射体１によって反射された太陽光の反射光が受光体２の目標点を向かっているのかを確認する太陽光検知装置３とよりなり、太陽光検知装置３により反射体を駆動制御し受光体２に太陽光を照射させる。以下これらを詳述する。

＜反射体１＞
反射体１は、鏡体よりなる反射部１０と、反射部を支持するフレーム１１と、水平方向のＸ軸方向に回転させる第１駆動モーター１２と、反射体１を垂直軸であるＺ軸方向に対して回転させる第２駆動モーター１３により構成する。
この第１駆動モーター１２と第２駆動モーター１３の回動により、反射体１を全ての方向に向けることが可能となる。そして、反射体１の中心Ｏは、Ｘ軸およびＺ軸の交点として、反射体１が、Ｘ軸またはＺ軸を中心で回転しても位置が変わらない。反射体１の位置は、反射体１の法線の位置で決まって、反射体の法線は方位角と高度で表すことができるし、方位角は垂直軸を基準にした回転で表示され、高度は水平軸を基準にした回転で表示され、反射体１の中心Ｏは、普遍となることより、この中心Ｏを基準として、後述する受光体２の中心とＯ’とを連結する軸をＹ軸として、反射体１の制御に用いる。

＜受光体２＞
受光体２は、被照射部に伝達するもので、例えば反射体１と同様な鏡体の受光板とする場合の他、太陽電池としたり、光ファイバーを利用して、光を伝達する光ファイバー集光部として用いることが出来る。そして、受光体２は、太陽電池パネルなどそれ自体で、太陽光の採光を利用する場合と別に、日当たりの悪い家、部屋、地下室等にあっても太陽光による自然な照明を得ることを目的として使用する場合には、太陽光の使用目的の部位まで反射等させて使用する。この場合には、太陽光の目的場所等が固定の場所にある場合には、その方向に反射する向きに固定して使用することが出来る。

＜太陽光検知装置３＞
太陽光検知装置３は、図１に示すように、反射体１の反射部１０の中心Ｏと、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’のそれぞれを結ぶ中心線軸Ｙ上に位置するように角度高さを調整して支持台４０に取り付けている。

太陽光検知装置３の具体的構成を図２、図３に示す。
ここで、図２は、本発明の太陽光検知装置の一部切り欠き斜視図、図３は、本発明による太陽光検知装置内部の微細感知センサー及び後述するスキャニングセンサーの配置を正面から図示したものである。
図３において、Ｚ’軸は垂直軸であり、Ｘ’軸は、前述したＹ軸に直交した平面上でＺ’軸に直交した軸である。

一面を開放した開放面とし、その中心軸を前述したＹ軸と一致して設けているハウジング３０内に、開放面と反対面にベース部３１を設け、ハウジング３０の開放面側に、ハウジング３０の中心軸と直交する平面上に影板３２を配置する。この影板３２とベース部３
１間を、Ｙ軸に直交するように対角線で配置された二つの支持板３３，３３で互いに結合し、前記の四つの区画に形成する。この四つに区分けされたベース部３１面上に、微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄをそれぞれ配置している。そして、この二つの微細感知センサー３４ａ、３４ｃは、Ｚ’軸上において、残りの二つの微細感知センサー３４ｂ、３４ｄは、Ｘ’軸上に置かれるのが望ましい。また、各微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄなどはベース板３１に形成される影板３２の正射影境界線（図２の一点線）内側に接するように位置させることが望ましい。従って、太陽光が真上から少しずれたときに、いずれかの微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに、太陽光が照射し、センサーが働くことになり、高感度で太陽光を検知することが出来る。

なお、対角線で配置された支持板３３は、対角線で分かれた区画の中で一つの区画に入射した光が反射、散乱、回折されて、他の区画に照射されるのを防いで、各区画の微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄなどを自分の区画に入射される光だけを感知するようになる。

また、ベース板３１上であって、太陽光の影板３２がベース板３１に投影する正射影境界線の外側に、第１スキャニングセンサー３５ａ、および第２スキャニングセンサー３５ｂは、向かい合う四分面に点対称でそれぞれ一つずつ配置されるが、これは例示的なものとして、Ｘ’軸を基準で上下をそれぞれセンシングし、Ｚ’軸を基準で左右をそれぞれセンシングできるように配置すればよい。たとえば、各四分面にそれぞれスキャニングセンサーが具備しても良い。このスキャニングセンサー３５ａ、３５ｂは、ハウジング３０内に太陽が照射しているか否かを検知するものである。

支持台４０には、太陽光検知装置３の他、光量感知機５０を設けている。光量感知機５０は、太陽光が所定の量あるか否かを判定するセンサーである。この光量感知機５０は、大体、南側上空を向かう方向で、露出された光量センサーを設けているもので、光量センサーの方向は太陽が昼間出ている間、光量センサーに影が生じないようにするものである。光量センサーの方向は日付および位置によって変わるのが望ましいが、春分または秋分の際、太陽が南中した位置に向かうように固定できる。たとえば、緯度が３５度である位置から春分または秋分点の南中高度は約５５度なので、光量センサーは正南向で、大体５５度に向かう方向に設置するとよい。従って、図においては、支持台４０に設ける構成としているが、受光体自体が完全な日陰となる位置場合などは、支持台４０自体も完全に日陰の位置となる場合もなり、この様な場合には太陽を検知できる位置に設け手も良いことは言うまでもない。
なお、太陽光検知装置３及び支持台４０は、理解のため図面上比較的大きく記載しているが、受光体２に影が小さくするような大きさであることが好ましい。

本発明による太陽光照光装置は、太陽光を反射する反射体１で、太陽光を反射部１０で反射して、目標点である受光体２の受光面２０に供給するために、反射部１の姿勢を制御する制御部を有している。
図４は、本発明の制御の概略を示す説明図である。
図において、反射体１は、反射部１０の姿勢をＸ軸に対して回転させる第１駆動モーター１２と、反射部１０の姿勢をＺ軸に対して回転させる第２駆動モーター１３で制御する。この制御は、制御部５は、太陽光の光量を感知する光量感知機５０と、太陽光が反射体１の、反射部１０によって反射された反射光の方向を感知する太陽光検知装置３と、時計５１と光量感知機５０から感知された光量と時計５１から認識された時間および太陽光検知装置３から感知された反射光の方向によって反射部１０の第１駆動モーター１２、および第２駆動モーター１３を駆動して、反射体１から反射された反射光が目標点である受光体２を向けるようにする駆動制御部５２で制御する。

曇天の場合、太陽光の光量が一定量未満であれば、太陽光検知装置３が、反射体１から反射される反射光の方向を感知しにくい。こういう場合、第１駆動モーター１２と、第２駆動モーター１３が正常的に制御しなくなって、駆動モーターの駆動にエラーが生じる可能性もある。したがって、天気が曇って、太陽光の光量が不足したり、夕方、太陽が傾いて、光量感知機５０の光量センサーから感知した光量（Ｌ１）が一定量（ｌ１）未満であれば、駆動制御部５２は、第１駆動モーター１２と、第２駆動モーター１３の作動を中止する。

光量感知機５０で、一定量以上の光量が感知され、晴天であることが確認されると、駆動制御部５２は、反射体１を、第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂから感知された反射光の光量（Ｌ２）が、一定量（ｌ２）以上まで、早く、たとえば、秒当り１５度の各速度でＸ軸またはＺ軸を中心で回転させながらスキャニングする。
第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂに、すべて反射光が感知されると、駆動制御部５２は微細感知センサー（２２３）の各微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄから感知された光量（Ｌ３）が一定量（ｌ３）未満まで反射体１の反射部１０を徐々に、たとえば、秒当り１度の各速度で回転させる。すなわち、影板３２の影によって四つの微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、すべてに光が感知されないと反射体１から反射された反射光が、影板３２と直交に入射されるものなので、反射光が目標点である受光板２に向かって正確に照射している状態となる。太陽の一周運動によって、反射光の方向が変化すると、微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの中から一つまたは二つに反射光が感知され、駆動制御部５２はＸ軸またはＺ軸駆動モーターを駆動して反射体１の姿勢を変化させて、あらゆる微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに光が感知されない状態にする。

反射体１の姿勢を制御する過程を詳細に説明する。
反射体１は前記の微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ中、光が感知された方向に回転して、光が感知された微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに影が生じるようにする。
たとえば、図３において、Ｚ’軸上の微細感知センサー中、上側の微細感知センサー３４ａに光が感知されると、駆動制御部５２は反射体１を、Ｘ軸を中心で、時計方向へと回転させ、反射光の方向を上側に移動させ、第１微細感知センサー３４ａに光が感知されないようにする。また、Ｘ’軸上の微細感知センサー中、左側の微細感知センサー３４ｂに光が感知されると、駆動制御部５２は反射体１を、Ｚ軸を中心に時計方向へと回転させ、反射光の方向を左側に移動させ、第２微細感知センサー中、上側の微細感知センサー３４ｂに光が感知されないようにする。また、Ｚ’軸上の微細感知センサー３４ｃに光が感知されると、駆動制御部５２は反射体１を、Ｘ軸を中心で反時計方向へと回転させ、反射光の方向を下側に移動させ、第３影感知センサー３４ｃに光が感知されないようにする。またＸ’軸上の微細感知センサー中、右側の微細感知センサー３４ｄに光が感知されると、駆動制御部５２は反射体１をＺ軸を中心に反時計方向へと回転させ、反射光の方向を右側に移動させ、第４影感知センサー３４ｄに光が感知されないようにする。

なお、Ｘ’軸とＺ’軸の交点はＹ軸上に位置するのが望ましいし、太陽光検知装置３は、反射体１中心Ｏから、反射体１の平均幅の１．５倍距離に位置するのが望ましい。
反射体１の平均幅の１．５倍の距離としたのは、１．５倍の長さでの点で、反射部端部から１８°程度の角度になり、この程度の角度であれば微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの検知で充分可能となり、迅速に反射体１を駆動させて、太陽光の追従可能となり効率的な太陽光照光装置となるからである。

太陽の方位角をスキャニングするために、Ｚ軸中心で反射体を回転させる。駆動制御部５２は、時計５１から認識された時間によって、Ｚ軸回転範囲を変えて、スキャニング時間を減らすことができる。日付および時間によって、太陽の位置は変わるので、これによって反射体１の位置を日付および時間によって、Ｚ軸回転範囲を変えるのが望ましいが、この実施例は太陽が６時３０分に真東から上がって１２時３０分に南中し、１８時３０分に真西に沈むように太陽が一周運動することを仮定し、４時間間隙でスキャニング範囲を限定したし、１０度ずつの差をおいてスキャニングする。すなわち、４時間の間、実際の太陽の方位角移動は６０度であるが、８０度範囲をスキャニングすることで、日付によって太陽の方位角変化による誤差がカバーできる。

反射体１の反射部１０の中心Ｏは、図５の方位座標の中心である。
θ１は、太陽が真東にある場合（図５のＥ方向）、反射体１の反射部１０の中心Ｏが、太陽光の目標点である、受光体２に送るための反射部１０の法線の真東方向を基準にした方位角として、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’と、反射体１の中心Ｏを連結した線と東西軸が成す角度の中間位置である。
θ２は、太陽が南中した場合（図５のＳ方向）、反射体１の反射部１０の中心Ｏが、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’に送るため、反射部１０の法線の方位角として、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’と反射体１の反射部１０の中心Ｏを連結した線と、南北軸が成す角度の中間位置である。
θ３は、太陽が真西となった場合（図５のＷ方向）、反射体１の反射部１０の中心Ｏが、受光体２の受光面２０に送るため、反射部１０の法線の方位角として、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’と反射体１の反射部１０の中心Ｏを連結した線と東西軸が成す角度の中間位置である。

下記に、図５の方位座標で、真東方向をＺ軸駆動の原点にし、時計方向を陽の角度にする。６時３０分から１０時３０分までは（日出以前時間を含めると、０時から１０時３０分まで）θ１から反時計方向へと１０度（θ１−１０）位置で、θ１から時計方向へと７０度（θ１＋７０）位置までがＺ軸スキャニング範囲で、１０時３０分から１４時３０分まではθ２から反時計方向および時計方向へとそれぞれ４０度（θ２±４０）範囲がＺ軸スキャニング範囲で、１４時３０分から１８時３０分までは（日没以後時間を含めると、１８時３０分から２４時まで） θ３から反時計方向へと７０度（θ３−７０）位置で、θ３から時計方向へと１０度（θ３＋１０）位置までがＺ軸スキャニング範囲である。

図６は、本発明による太陽光照光装置のスキャニングのための反射体をＸ軸中心で回転させる過程を側面から図示したものである。スキャニングはＺ軸スキャニング１回後Ｘ軸中心で１５度ずつ回転させてから改めてＺ軸スキャニングする方式で進行される。
第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂに光が感知されるようにする過程は、光量感知センサー５０に光が感知されると、駆動制御部５２はスキャニング過程を始める。図５の第１スキャニングセンサー３５ａと第２スキャニングセンサー３５ｂは、互いに上下の位置が違って、左右の位置も違うので、第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂのすべてに光が感知される場合はハウジング３０の影が殆ど生じなく、反射光の方向が大体に目標点の受光体２の受光面２０を向かう状態である。

反射体１から反射された反射光の方向が、目標点の受光体２の受光面２０を向かう方向と大体一致しない場合、ハウジング３０の影によって第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂに光が感知されない。駆動制御部５２は、第２駆動モーター１３を駆動して、反射体１の反射部１０を一定範囲回転させながら、第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂすべてに光が感知されるのかを確認する。反射光の方向が上下で一致しないと反射体１の反射部１０をＺ軸中心で全範囲回転させても、第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂ中、一つに光が感知されることはできてもすべてに光が感知されることはない。従って、反射体１をＺ軸中心で回転させる間、第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂすべてに光が感知されないと、第１駆動モーター１２を駆動してＸ軸中心で１５度回転させてから、改めて第２駆動モーター１３を駆動してＺ軸中心で回転させる。このような過程を繰り返しながら第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂすべてに光が感知される位置までスキャニングを終了する。そして、微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを利用して、反射体１の方向を精密に調節する。

次に、本発明に係る太陽光照光装置を使用しているときに、徐々に太陽が傾いたときの微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄについて述べる。このときの反射部１０と受光面２０と光線の関係を示した図を図７に示す。
太陽光が、θ４の角度に移動したとき、反射体１から反射光もθ４だけ移動する。このため当初の反射体１（同図光束の中心点線のみ表示）からの光の半分が、受光体２に照射され、この時光束の傾きは、同図（ｂ）に示すようにθ４の角度だけ傾いて照射されることになる。従って、この時生じた傾きによって、影板３２の角から、光束がいずれかの微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに照射されることになる。この時の、この微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの感知データをもとに、反射体１を精密に調節することが出来る。

図８は、本発明による太陽光照光装置の作動過程を図示したものである。
図８に図示されたように、光量センサー５０は、光量を感知する（Ｓ１０）。日出か曇天で雲が晴れて、一定量以上の光量が光量センサーに到達するのかを判断してから（Ｓ２０）晴れ基準光量（ｌ１）未満の場合、太陽光照光装置は作動しないで、光量センサー５０が続けて光量を感知する過程を繰り返す。
晴れ基準光量（ｌ１）以上の光が光量センサー５０に照射されると時計５１から時間を判断する（Ｓ３０）。

時間が０時から１０時３０分以前の場合、Ｘ軸１５度間隙ごとにＺ軸を東西側と反射体１の反射部１０の中心Ｏと、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’を連結した線の中間位置を基準で、反射体１の反射部１０が１０度反時計方向から７０度時計方向まで、毎秒１５度の速度で回転する（Ｓ４１）。

時間が１０時３０分から１４時３０分以前の場合、Ｘ軸１５度間隙ごとにＺ軸を南北側と反射体１の反射部１０の中心Ｏと、受光体２の受光面２０の中心Ｏ’を連結した線の中間位置を基準で、反射体１の反射部１０が４０度反時計から４０度時計方向まで毎秒１５度の速度で回転する（Ｓ４２）。

時間が１４時３０分から２４時以前の場合、Ｘ軸１５度間隙ごとにＺ軸を東西軸と反射体１の反射部１０の中心Ｏと受光体２の受光面２０の中心Ｏ’を連結した線の中間位置を基準で、反射体１の反射部１０が７０度反時計方向から１０度時計方向まで毎秒１５度の速度で回転する（Ｓ４３）。

反射体回転（Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）中、第１スキャニングセンサー３５ａから感知した光量（Ｌ２）と第２スキャニングセンサー３５ｂから感知した光量（Ｌ３）がすべてスキャニング基準光量（ｌ２）を超えるかを判断する（Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３）。

第１スキャニングセンサー３５ａおよび第２スキャニングセンサー３５ｂから感知した光量（Ｌ２、Ｌ３）がすべてスキャニング基準光量（ｌ２）を超えると、反射体１の反射部１０の回転を中断し、第１影感知センサー３４ａから感知された光量（ｌ４）と第２影感知センサー３４ｂから感知された光量（Ｌ５）と、第３影感知センサー３４ｃから感知された光量（Ｌ６）と第４影感知センサー３４ｄから感知された光量（Ｌ７）がすべて影基準光量（ｌ３）未満であるのかを判断する（Ｓ６０）。

第１乃至第４影感知センサー（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）中、影基準光量（ｌ３）以上の光量が感知された微細感知センサーＡ側に反射体１の反射部１０が、毎秒１度の速度で回転する（Ｓ７０）。第１ないし第４影感知センサー（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ）すべてから影基準光量（ｌ３）未満の光量として感知されると、反射体１の反射部１０による太陽光の反射光の方向が目標点の受光体２の受光面２０を正確に向かっている状態となる。

以後、雲によって太陽が遮られて、日が暮れる場合、光量が不足なので、太陽光照光装置の作動を中断する必要がある。従って、光量感知機５０の光量センサーから感知した光量（Ｌ１）が、晴れ基準光量（ｌ１）以上なのかを判断する（Ｓ８０）。

光量センサー５０の光量（Ｌ１）が晴れ基準光量（ｌ１）以上であれば、改めて第１なしし第４微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄすべてで影基準光量（ｌ３）未満の光量が感知されるか判断する工程（Ｓ６０）に戻って、光量センサー５０の光量（Ｌ１）が晴れ基準光量（ｌ１）未満であれば、光量感知工程（Ｓ１０）に戻る。

前述した実施例から、光量センサー５０で晴れ基準光量（ｌ１）は２００００ｌｘである。すなわち、光量センサー５０が２００００ｌｘ以上の光を感知した場合、太陽光照光装置が作動する。スキャニング基準光量（ｌ２）は光量センサー５０から感知した光量に反射体１の反射部１０の反射率をかけた値の０．９倍である。すなわち、２００００ｌｘの光が光量センサー５０から感知された場合、反射体の反射率が９０％である場合、スキャニング基準光量は１６２００ｌｘであり、この以上の明るさの光が第１および第２スキャニングセンサー３５ａ、３５ｂから感知されるまでスキャニングする。微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの影基準光量（ｌ３）はスキャニング基準光量の５０％である。すなわち、微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが感知した光量が８１００ｌｘ以下であれば、影板３２によって、微細感知センサー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが隠されたもの認識されられる。前述した基準光量値ら（ｌ１、ｌ２、ｌ３）は例示的なものとして、これに限定されずに、互いに独立的に特定値で設定されることもある。

本発明の太陽光検知装置及びこれを利用した太陽光照光装置は、日当たりの悪い家、部屋、地下室等にあっても太陽光による自然な照明を得る太陽光採光システムに利用することができる。

１ 反射体
１０ 反射部
１１ フレーム
１２ 第１駆動モーター
１３ 第２駆動モーター
２ 受光体
２０ 受光面
３ 太陽光検知装置
３０ ハウジング
３１ ベース部
３２ 影板
３３ 支持板
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ 微細感知センサー
３５ａ、３５ｂ スキャニングセンサー
４０ 支持台
５０ 光量感知機
５１ 時計
５２ 駆動制御部

Claims (10)

1. 一面が開放されたハウジングと、
   ハウジングの開放面に向かう中心軸と直交する平面上に配置された影板と、
   ハウジング内側のベース部に具備される光センサーであるスキャニングセンサーと、
   前記のベース板上の水平軸と前記のベース板上の水平軸に直交した軸にそれぞれ二つずつ具備された微細感知センサーとからなり、
   ベース板上であって、ベース板に投影する影板の正射影境界線内側に接するように、微細感知センサーを配置すると共に、影板の正射影境界線外側にスキャニングセンサーを配置することを特徴とする太陽光検知装置。
2. ベース板と影板を対角線で配置された二つの支持板で互いに結合し、前記の四つの微細感知センサーをそれぞれの区画に配置することを特徴とする請求項１に記載の太陽光検知装置。
3. 太陽光を反射する反射体と、
   反射体により太陽光を受ける受光体と、
   反射体を二つの軸に対して回転させる駆動部と、
   駆動部を制御する駆動制御部と、
   前記の反射体によって反射された太陽光の反射光が受光体の目標点を向かっているのかを確認する太陽光検知装置とよりなり、
   太陽光検知装置は、反射体と受光体のそれぞれを結ぶ中心線上であって、かつ一面を開放した開放面が、前記反射体方向に配置されたハウジングと、ハウジングの開放面に向かう中心軸と直交する平面上に配置された影板と、ハウジング内側のベース部に具備される光センサーであるスキャニングセンサーと、前記のベース板上の水平軸と前記のベース板上の水平軸に直交した軸にそれぞれ二つずつ具備された微細感知センサーとからなり、ベース板上であって、ベース板に投影する影板の正射影境界線内側に接するように、微細感知センサーを配置すると共に、影板の正射影境界線外側にスキャニングセンサーを配置すると共に、
   駆動制御部は、前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されない場合には前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されるように駆動部を駆動し、前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されて場合には、前記の微細感知センサーから感知した前記の反射光の方向が前記の目標点を向けるように駆動を制御し、前記のスキャニングセンサーすべてに光が感知されてから、スキャニングセンサーすべてに光が感知される前より遅い速度で駆動することを特徴とする太陽光照光装置。
4. 請求項３記載の太陽光照光装置は、前記の反射体を水平軸に対して回転させる第１駆動モーターと前記の反射体を垂直軸に対して回転させる第２駆動モーターを含む太陽光照光装置。
5. 請求項４記載の太陽光照光装置は、太陽光が照射された、感知された微細感知センサーがある場合、感知されたセンサーの方向に前記の反射体を回転させるように前記の第１または第２駆動モーターを駆動することを特徴とする太陽光照光装置。
6. 前記の駆動制御部には、時計データを有し、駆動制御部は前記の時計データから認識された前記の第２駆動モーターのスキャニング範囲を制限することを特徴とする請求項４記載の太陽光照光装置。
7. 太陽光検知装置は、前記の反射体の中心から前記の反射体の平均幅の１．５倍距離に配置することを特徴とする請求項３〜６の何れか１に記載の記載の太陽光照光装置。
8. 反射体の法線の方位角と高度を調節して、太陽光を目標点に反射する太陽光照光方法において、太陽光の光量を感知して、前記の感知された太陽光の光量が基準光量未満である場合、続けて光量を感知する第１光量判断工程と、
   前記の第１光量判断工程から判断された前記の太陽光の光量が基準光量以上の場合、前記の反射体の法線の方位角および高度を変化させ、前記の太陽光の反射光が目標点を向けて反射されるようにするスキャニング工程と、
   前記のスキャニング工程以後の初期状態および前記の太陽光の反射光が前記の目標点に正確に照射されてから太陽の一周運動によって、太陽の座標が移動した状態から前記のスキャニング工程より徐々に前記の反射体の法線の方位角と高度を変化させて、前記の太陽光の反射光が正確に前記の目標点に入射されるように維持する微細調整工程とを有し、
   前記の微細調整工程以後、太陽光の光量を感知して、感知された光量が前記基準光量以上であれば、前記の微細調整工程を改めて遂行し、前記の光量が前記の基準光量未満であれば、前記の第１光量判断工程を遂行する第２光量判断工程を含む太陽光照光方法。
9. 請求項８記載の太陽光照光方法において、前記のスキャニング工程から前記の反射体は水平軸を基準で１５度ずつ回転しながら、秒速１５度の速度で垂直軸を基準で回転して、前記の太陽光の反射光の方向をスキャニングし、前記の微細調整工程から前記の反射体は前記の垂直軸または前記の水平軸を基準で秒速１度の速度で回転して、前記の太陽光の反射光が向ける方向を調整する太陽光照光方法。
10. 前記の太陽光照光方法において、前記の反射体は時間によって、垂直軸を基準にした回転範囲が変わるスキャニング工程とすることを特徴とする請求項９記載の太陽光照光方法。

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