WO2017010022A1 - 日射計 - Google Patents

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WO2017010022A1
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solar radiation
pyranometer
radiation meter
sensor
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長谷川　壽一
明仁 秋山
直人 嶋田
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英弘精機株式会社
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    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
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    • G01J1/0474—Diffusers
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    • G01J2001/4266—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors for measuring solar light
    • G01J2001/4285—Pyranometer, i.e. integrating over space

Definitions

  • Some embodiments according to the present invention relate to a pyranometer that measures, for example, the intensity of solar radiation and the amount of solar radiation.
  • solar radiation has been measured by a radiation sensor called an all-photometer defined and classified by the ISO 9060 standard.
  • the most widely used type of pyranometer uses thermal sensors with a black absorber surface for receiving radiation in the solar spectrum (main wavelength is 300-3000 nm).
  • COS error an error
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a pyranometer that can reduce COS errors.
  • thermopile a thermal sensor; And a diffusing member disposed to face the light receiving surface of the thermal sensor.
  • the thermopile according to (2), wherein the thermopile is housed in a package.
  • the solar radiation meter according to (3), wherein the package is a CAN package.
  • the pyranometer according to (4), wherein the CAN package is hermetically sealed, filled with gas, and has a window material.
  • the solar radiation meter according to (6), wherein the thin film thermopile is a silicon-based thermopile.
  • thermometer according to (1) wherein the diffusion member has an incident surface, an opposite surface, and a side surface.
  • thermopile has a broad spectral flat sensitivity with respect to a sunlight spectrum.
  • diffusing member has a broad and flat spectral characteristic with respect to a sunlight spectrum.
  • the window material has a broad and flat spectral characteristic with respect to a sunlight spectrum.
  • the holding member further includes an insertion groove formed so as to surround the groove, has light transmittance, and a dome having a peripheral edge inserted into the insertion groove.
  • the COS error can be reduced while providing the thermal sensor and the diffusing member.
  • FIGS. 1 to 11 show an embodiment of a pyranometer according to the present invention.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing an example of a schematic configuration of a pyranometer 100 according to an embodiment.
  • the pyranometer 100 is, for example, an all-sky pyranometer, and is for measuring the intensity and the amount of solar radiation with respect to light (radiation) from all directions of the sky, that is, a range of solid angle of 2 ⁇ stearadian.
  • the pyranometer 100 includes, for example, a sensor 10, a temperature compensation circuit 20, a diffusion member 30, a holding member 40, and a dome 50.
  • the diffusing member 30 is an optical member having an incident surface, an opposite surface, and a side surface, and is configured to diffuse and transmit incident light.
  • the diffusing member 30 is preferably one that can not only diffuse the light on the surface by forming irregularities on the surface but also diffuse the light in the inside.
  • Such a diffusing member 30 can be made of a material in which bubbles (porous) are formed, such as bubble quartz.
  • the transmittance of the diffusing member has a substantially uniform transmittance with respect to the sunlight spectrum (300 to 3000 nm).
  • the fluctuation range of the transmittance of the diffusing member 30 is within ⁇ 30%, preferably within ⁇ 10%, more preferably within ⁇ 3%. Due to this substantially uniform transmittance characteristic, the solar radiation having excellent broad spectral characteristics is obtained. You can get a total.
  • the diffusing member 30 is disposed at a position facing the light receiving surface 11 of the sensor 10, and light is configured to diffuse through the diffusing member 30 and enter the light receiving surface 11 of the sensor 10.
  • FIG. 11 is a graph showing an example of the relationship between the angle ⁇ and the COS error ⁇ in the pyranometer 100 according to one embodiment.
  • the horizontal axis is the angle ⁇ , and the unit is, for example, [°].
  • the vertical axis is the COS error ⁇ , and the unit is, for example, [W / m 2 ].
  • the graph of FIG. 11 represents the change of the COS error ⁇ with respect to the angle ⁇ , where k1 is the case where the diffusion member 30 is used and k2 is the case where the diffusion member is not used.
  • the COS error ⁇ using the diffusing member 30 is smaller than the COS error ⁇ when the diffusing member 30 is not used. Thereby, COS error (epsilon) can be reduced by using the diffusing member 30.
  • the sensor 10 is a thermal (thermal) sensor, and for example, a thermopile, thermistor, Peltier, thermocouple, or platinum resistor can be used.
  • a thermopile it is configured to convert light (light energy) incident on the light receiving surface 11 into heat (thermal energy) and output an electrical signal corresponding to the heat.
  • the sensor 10 can shorten the response time of the pyranometer to light by using a thin film thermopile.
  • FIG. 10 shows the response performance of the conventional thermopile and the thin film thermopile proposed this time. The horizontal axis represents response time, and the vertical axis represents sensor output (normalized).
  • FIG. 10 shows that a sensor using a thin film thermopile is more responsive than a thermopile.
  • Thin film thermopile by a silicon-based, will be able to utilize the microfabrication technique such as MEMS (M icro E lectro M echanical S ystems), more readily, stably be produced sensor I can do it.
  • the silicon-based thermopile sensor 10 has a substantially uniform spectral sensitivity with respect to the sunlight spectrum (300 to 3000 nm).
  • the sensor 10 is housed in a metal container 12, such as a CAN package, to increase mechanical strength. Further, by sealing the sensor 10 in the container 12, the influence from the harsh external environment can be reduced and the sensor 10 can be used for a long time. Stability can be improved.
  • a specified gas inert gas containing nitrogen, rare gas (He, Ar, Xe, Ne, etc.)
  • a specified gas inert gas containing nitrogen, rare gas (He, Ar, Xe, Ne, etc.)
  • the peripheral portion 51 of the dome 50 and the insertion groove 43 which will be described later, are bonded by the bonding material B, thereby further improving the airtightness in the apparatus and further improving the long-term stability of the sensor.
  • an opening is formed in the container 12 based on the peripheral edge (outer diameter) of the sensor 10 so that light can enter the sensor 10 and can be sealed with a window material (not shown). It has become.
  • the window material for sealing has a substantially uniform high transmittance with a transmittance of 50% or more in the sunlight spectrum (300 to 3000 nm).
  • An excellent pyranometer can be obtained.
  • direct contact between the sensor 10 and the outside can be cut off by the double structure of the entire device including the holding member 40 and the CAN package, and thermal entry / exit is suppressed.
  • the offset amount of the sensor 10 can be suppressed.
  • the temperature compensation circuit 20 is provided on a circuit board arranged in the vicinity of the sensor 10.
  • the temperature compensation circuit 20 is electrically connected to the sensor 10 and is configured to correct the output signal of the sensor 10 based on the temperature of the sensor 10.
  • the holding member 40 is a member that serves as a foundation (foundation) of the pyranometer 100, and is provided with the sensor 10, the temperature compensation circuit 20, the diffusion member 30, and the dome 50.
  • the holding member 40 is composed of one or more parts (parts), and is preferably composed of a material having a predetermined strength or more and a predetermined thermal conductivity, for example, a metal material such as aluminum. Is possible.
  • the holding member 40 holds the diffusing member 30 so that the incident surface 31 (upper surface in FIG. 1) and the side surface 32 of the diffusing member 30 are exposed. Specifically, the holding member 40 holds the diffusing member 30 such that, for example, the incident surface 31 of the diffusing member 30 is higher than the upper surface 45 of the holding member 40.
  • the dome 50 is for protecting the inside of the pyranometer 100 from rain and wind, for example.
  • the dome 50 can be made of a light transmissive material such as glass.
  • the dome 50 has a substantially hemispherical shape so that light is incident on the incident surface 31 and the side surface 32 of the exposed diffusing member 30 from the sky.
  • the solar radiation meter 100 is not limited to the case where the dome 50 is provided, and for example, the dome 50 may not be provided.
  • the illuminance E of light incident at an angle ⁇ has oblique incidence angle characteristics (also referred to as oblique incidence light characteristics or azimuth characteristics), and the illuminance E 0 of light incident from the vertical direction is And expressed as the following formula (1).
  • E E 0 cos ⁇ (1)
  • the illuminance E of light incident at an angle ⁇ has a property (characteristic) that is cos ⁇ times the illuminance E 0 of light incident from the vertical direction.
  • the surface reflection of the light increases as the angle ⁇ increases, and a COS error occurs due to the influence of the dome 50 that is mounted facing the incident surface 31 of the sensor 10.
  • the COS error can be reduced as compared with the case where the conventional light is directly incident on the sensor. As long as the angle ⁇ at which the light incident on the light receiving surface of the sensor 10 is incident is relatively small, no problem occurs.
  • the pyranometer 100 of this embodiment has a groove 41 in which the holding member 40 is formed around the diffusion member 30 so that a part of the side surface 32 of the diffusion member 30 is exposed.
  • the COS error may further increase because the angle is limited by the container 12 as the angle ⁇ of light incident on the light receiving surface of the sensor 10 increases.
  • the groove By providing the groove, a part of the side surface 32 of the diffusing member 30 is exposed.
  • the side surface 32 of the diffusing member 30 is obliquely or laterally exposed. Since light enters, the COS error can be suppressed, which is more preferable.
  • the groove 41 is preferably formed over the entire circumference along the side surface 32 (outer diameter) of the diffusing member 30.
  • the shape of the groove 41 is circular (annular).
  • the incident surface 31 of the diffusing member 30 is held so as to be higher than the bottom surface 42 of the groove 41.
  • the distance between the incident surface 31 of the diffusing member 30 and the bottom surface 42 of the groove 41 is called a height H.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the angle ⁇ for each height H and the COS error ⁇ in the pyranometer 100 according to one embodiment.
  • the horizontal axis is the angle ⁇ , and the unit is, for example, [°].
  • the vertical axis is the COS error ⁇ , and the unit is, for example, [W / m 2 ].
  • the graph of FIG. 2 shows the change of the COS error ⁇ with respect to the angle ⁇ when the height H is h1, h2, and h3.
  • the case where the height H is zero (none) is represented as h0.
  • the COS error ⁇ tends to increase as the angle ⁇ increases.
  • the COS error ⁇ changes and becomes smaller than the COS error ⁇ when the height H is zero.
  • the COS error ⁇ can be corrected by adjusting the height H between the upper surface of the diffusing member 30 and the bottom surface 42 of the groove 41. Therefore, the COS error ⁇ can be reduced by setting the height H between the upper surface of the diffusing member 30 and the bottom surface 42 of the groove 41 to an appropriate value.
  • the diffusing member 30 has the opposite surface 33 arranged away from the light receiving surface 11 of the sensor 10.
  • the distance between the opposite surface 33 of the diffusing member 30 and the light receiving surface 11 of the sensor 10 is referred to as a distance D.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the angle ⁇ and the COS error ⁇ for each distance D in the pyranometer 100 according to one embodiment.
  • the horizontal axis is the angle ⁇ , and the unit is, for example, [°].
  • the vertical axis is the COS error ⁇ , and the unit is, for example, [W / m 2 ].
  • the graph of FIG. 3 shows the change in the COS error ⁇ with respect to the angle ⁇ when the distance D is d1, d2, d3, and d4. As shown in FIG. 3, it can be seen that when the pyrometer 100 has the distance D, the COS error ⁇ also changes when the distance D is changed.
  • the COS error ⁇ can be corrected by adjusting the distance D between the lower surface of the diffusing member 30 and the light receiving surface 11 of the sensor 10. Therefore, the COS error ⁇ can be reduced by setting the distance D between the lower surface of the diffusing member 30 and the light receiving surface 11 of the sensor 10 to an appropriate value.
  • the distance between the upper surface and the bottom surface 42 of the holding member 40 is called a depth DE.
  • FIG. 4 is a graph illustrating an example of the relationship between the angle ⁇ and the COS error ⁇ for each depth DE of the groove 41 in the pyranometer 100 according to the embodiment.
  • the horizontal axis is the angle ⁇ , and the unit is, for example, [°].
  • the vertical axis is the COS error ⁇ , and the unit is, for example, [W / m 2 ].
  • the graph of FIG. 4 shows the change of the COS error ⁇ with respect to the angle ⁇ when the depth DE is de1, de2, de3, and de4. As shown in FIG. 4, it can be seen that when the depth DE of the groove 41 is changed, the COS error ⁇ also changes. Thus, the COS error ⁇ can be corrected by adjusting the depth DE of the groove 41. Therefore, the COS error ⁇ can be reduced by setting the depth DE of the groove 41 to an appropriate value.
  • the correction of the COS error ⁇ of the oblique incident angle characteristic is not limited to the size of the opening formed in the container 12 and the light guide path connecting the incident surface of the sensor 10 formed in the holding member 40 and the diffusion member 30. Even if the size of 46 is adjusted, a certain effect can be obtained.
  • the diffusing member 30 diffuses and transmits the incident light, it has a transmittance factor.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the angle ⁇ and the COS error ⁇ for each transmittance ⁇ of the diffusing member 30 in the pyranometer 100 according to the embodiment.
  • the horizontal axis is the angle ⁇ , and the unit is, for example, [°].
  • the vertical axis is COS error ⁇ (difference between output value and theoretical value), and the unit is, for example, [W / m 2 ].
  • the graph of FIG. 5 shows the change of the COS error ⁇ with respect to the angle ⁇ when the transmittance ⁇ is ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3.
  • the COS error ⁇ also changes when the transmittance ⁇ of the diffusing member 30 is changed.
  • the COS error ⁇ can be corrected by adjusting the transmittance ⁇ of the diffusing member 30. Therefore, the COS error ⁇ can be reduced by setting the transmittance ⁇ of the diffusing member 30 to an appropriate value.
  • the holding member 40 has an insertion groove 43 formed so as to surround the groove 41.
  • the peripheral edge 51 of the dome 50 is inserted into the insertion groove 43, and the dome 50 is fixed to the holding member 40.
  • the shape of the insertion groove 43 is circular (annular) in plan view.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing an example of the insertion groove 43 in the pyranometer 100 according to the embodiment.
  • the insertion groove 43 includes a recess 44 on the bottom surface.
  • the concave portion 44 is filled with the bonding material B in advance, and the bonding material B is accumulated on the bottom surfaces of the concave portion 44 and the insertion groove 43.
  • the bonding material B adheres to the bottom surface and part of the side surface of the peripheral portion 51.
  • the bonding material B is accumulated on the bottom surface of the recess 44 and the insertion groove 43, that is, the bonding material B pool is formed. It is possible to increase the bonding area of the peripheral portion 51. Therefore, the airtightness in the dome 50 can be improved.
  • the bonding material may be any material that can bond substances such as an adhesive and a pressure-sensitive adhesive.
  • the recessed part 44 contains the curved surface, for example.
  • the bonding material B pool can be easily formed (realized) on the bottom surfaces of the recess 44 and the insertion groove 43.
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating electrical connection between the sensor 10 and the temperature compensation circuit 20 according to an embodiment.
  • the temperature compensation circuit 20 includes, for example, a resistor 21 and a filter 22.
  • the resistor 21 is configured such that the resistance value changes according to the temperature.
  • the resistor 21 is disposed in the vicinity of the sensor 10. Thereby, the temperature of the resistor 21 can be identified with the temperature of the sensor 10.
  • the resistor 21 is connected in parallel with the sensor 10.
  • the resistor 21 whose resistance value changes according to the temperature can be composed of, for example, a thermistor.
  • the senor 10 used in the pyranometer 100 may have temperature characteristics in its output signal. In this case, the value of the output signal varies depending on the temperature of the sensor 10 even when the solar light incident on the light receiving surface 11 has the same light energy.
  • the resistance value of the resistor 21 changes according to the temperature
  • the resistance value of the resistor 21 changes according to the temperature of the sensor 10, thereby canceling the change of the output signal of the sensor 10 due to the temperature characteristics. It becomes possible to correct the output signal of the sensor 10.
  • the value of the output signal of the sensor 10 can be made constant without depending on the temperature of the sensor 10.
  • the resistor 21 has a resistance value with a coefficient ⁇ k with respect to the temperature, for example, NTC ( it is preferable to use N egative T emperature C oefficient) thermistor.
  • the filter 22 is for filtering the output signal of the sensor 10 and is provided on the output side of the temperature compensation circuit 20.
  • the filter 22 is connected in parallel with the sensor 10.
  • the filter 22 can be composed of, for example, a capacitor (capacitor).
  • the sensor 10 used in the solar radiation meter 100 may have a high internal impedance. Therefore, by providing the filter 22 on the output side of the temperature compensation circuit 20, it is possible to remove noise in the output signal of the sensor 10 due to internal impedance.
  • an example in which the level difference between the upper surface 45 of the holding member 40 and the bottom surface of the groove 41 is one (one level) in FIG. 1 is not limited to this.
  • the step between the upper surface of the holding member 40 and the bottom surface 42 of the groove 41 may be plural (a plurality of steps).
  • the bottom surface 42 of the groove 41 is not limited to a flat surface, and may be a concave surface, a convex surface, a slope, or a combination thereof.
  • an example in which the surface of the diffusing member 30 exposed, that is, the incident surface 31 is a flat surface in FIG. 1, is not limited to this.
  • Various shapes can be adopted for the exposed surface of the diffusing member 30.
  • FIG. 8A and 8B are side views illustrating an example of the exposed surface of the diffusing member 30 according to the present embodiment.
  • 8C and 8D are diagrams for explaining an example of an exposed surface of the diffusing member 30 according to the present embodiment, as viewed from a cross section passing through the axial center of the diffusing member 30.
  • the incident surface of the diffusing member 30 may be, for example, a conical surface as shown in FIG. 8A or a convex curved surface as shown in FIG. 8B. Further, it may be a concave curved surface as shown in FIG. 8C or a concave conical surface as shown in FIG. 8D.
  • the recessed part 44 of the insertion groove 43 contains a curved surface
  • the recess 44 of the insertion groove 43 can include various shapes.
  • FIG. 9A to 9C are enlarged cross-sectional views illustrating an example of the recess 44 of the insertion groove 43 in the pyranometer 100 according to the embodiment.
  • the recess 44 of the insertion groove 43 may be, for example, a step shape as shown in FIG. 9A, a V shape as shown in FIG. 9B, or a protrusion shape as shown in FIG. 9C. May be.
  • the error is between the output value of the sensor 10 and the theoretical value according to the oblique incident angle characteristic while including the sensor 10 that is a thermal sensor and the diffusing member 30.
  • the COS error ⁇ can be reduced.
  • thermopile sensor 10 hermetically sealed in a CAN package and a thermometer 100 equipped with a temperature compensation circuit 20 increase the response speed, improve the temperature characteristics, and suppress the offset. In addition, it is possible to reduce the influence from the harsh external environment and enhance long-term stability.
  • the silicon-based thin film thermopile sensor 10 hermetically sealed in the CAN package is provided, thereby increasing the response speed of the conventional thermal sensor. , Improved temperature characteristics, reduced offset, reduced the impact from the harsh external environment and improved long-term stability.
  • the sensor 10, the diffusion member 30 disposed to face the light receiving surface of the sensor 10, and the holding member 40 that holds the diffusion member 30 so that the incident surface 31 of the diffusion member 30 is exposed are provided.
  • the member 40 has a groove 41 formed around the diffusion member 30 so that a part of the side surface of the diffusion member 30 is exposed.
  • a solar radiation meter having a thermal sensor and a diffusion plate arranged in a zenith direction with respect to the thermal sensor.
  • the pyranometer according to (1) further comprising: a holding member that holds the diffusion plate so that one surface of the diffusion plate is exposed.
  • the holding member has a groove formed around the diffusion plate so that a part of a side surface of the diffusion plate is exposed.
  • the holding member has an insertion groove formed so as to surround the groove, has light transmittance, and further includes a dome having a peripheral edge inserted into the insertion groove.
  • thermometer (9) The solar radiation meter according to (8), wherein the temperature compensation circuit includes a resistor that is connected in parallel with the thermal sensor and whose resistance value changes according to temperature. (10) The pyranometer according to (9), wherein the resistor is a thermistor. (11) The thermometer according to any one of (8) to (10), wherein the temperature compensation circuit includes a filter provided on an output side.
  • a sensor A sensor, a diffusion plate disposed in the zenith direction with respect to the sensor, and a holding member that holds the diffusion plate so that one surface of the diffusion plate is exposed, the holding member being
  • the solar radiation meter has a groove formed around the diffusion plate so that a part of the side surface of the diffusion plate is exposed.
  • the solar radiation meter according to (12) wherein the diffusion plate is held such that the one surface is higher than a bottom surface of the groove.
  • the holding member has an insertion groove formed so as to surround the groove, has light transmittance, and further includes a dome having a peripheral edge inserted into the insertion groove.
  • the pyranometer as described in any one of (12) thru

Abstract

応答速度が速く、オフセット抑制し、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高め、且つ、斜入射角特性に優れた日射計を提供する。日射計は、ＣＡＮパッケージに気密封入されたシリコンベースのサーモパイルのセンサを備え、サーモパイルの受光面に対向して配置される拡散部材とを有する。

Description

日射計
　本発明に係るいくつかの態様は、例えば、日射光の強度や日射量を測定する日射計に関する。
　長年にわたり太陽光放射は、ISO9060標準によって定義、分類された全天日射計（以降、日射計と記載）とよばれる放射センサによって測定されてきた。最も広く使用されている日射計のタイプは、太陽光スペクトル（主な波長は３００～３０００ｎｍ）の範囲内の放射を受けるための黒色吸収材面をもった、熱式センサを使用している。
　日射計において、時刻に応じて変化する太陽光の入射角度に対し、いずれの入射角度でも、正確な放射照度を得ることが重要である。
　日射計の受光素子に熱式センサを用いた日射計では、センサの出力値と斜入射角特性に従う理論値との間の誤差（以降、「ＣＯＳエラー」と記載）が発生する問題があった。
　本発明は前述の問題に鑑みてなされたものであり、ＣＯＳエラーを低減することのできる日射計を提供することを目的とする。
　上記課題に鑑み本願発明者が鋭意研究したところ、ＣＯＳエラーは熱式センサの入射面に対向し取り付けるガラスドームなどの影響により発生するものと推定されるとの知見を得るに至り、前記課題を解決するための解決手段に想到した。すなわち、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。
（１）熱式センサと、
前記熱式センサの受光面に対向して配置される拡散部材と、を有する日射計。
（２）前記熱式センサがサーモパイルである、（１）に記載の日射計。
（３）前記サーモパイルは、パッケージに収納されている、（２）に記載の日射計。
（４）前記パッケージは、ＣＡＮパッケージである、（３）に記載の日射計。
（５）前記ＣＡＮパッケージは気密封止され、ガスで満たされ窓材を有する、（４）に記載の日射計。
（６）前記サーモパイルは、薄膜サーモパイルである、（２）から（５）のいずれか一項に記載の日射計。
（７）前記薄膜サーモパイルは、シリコンベースのサーモパイルである、(６)に記載の日射計。
（８）前記拡散部材は、入射面とその反対面と側面を有する、（１）に記載の日射計。
（９）前記サーモパイルが太陽光スペクトルに対して広域で平坦な分光感度を有する、（２）から（７）いずれか一項に記載の日射計。
（１０）前記拡散部材は太陽光スペクトルに対して広域で平坦な分光特性を有する、（１）から（９）のいずれか一項に記載の日射計。
（１１）前記窓材は太陽光スペクトルに対して広域で平坦な分光特性を有する、（５）に記載の日射計。
（１２）前記拡散部材の入射面から光が入射するように前記拡散部材を保持する保持部材を有する、（１）から（１１）のいずれか一項に記載の日射計。
（１３）前記拡散部材の側面から光が入射するように配置された、（１）から（１２）いずれか一項に記載の日射計。
（１４）前記保持部材は、前記拡散部材の側面から光が入射するように、前記拡散部材の周囲に形成される溝を有する（１２）に記載の日射計。
（１５）前記拡散部材は、前記入射面が前記溝の底面より高くなるように保持された、（１）から（１４）のいずれか一項に記載の日射計。
（１６）前記拡散部材の反対面と、前記熱式センサの受光面の間に距離がある、（１）から（１５）のいずれか一項に記載の日射計。
（１７）前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、前記挿入溝は、接合材料が充填される凹部を含む、（１４）に記載の日射計。
（１８）前記凹部は、曲面を含む、(１７)に記載の日射計。
（１９）前記熱式センサの温度に基づいて、前記熱式センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、（１）から（１８）のいずれか一項に記載の日射計。
（２０）前記温度補償回路は、前記熱式センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、（１９）に記載の日射計。
（２１）前記抵抗体は、サーミスタである、（２０）に記載の日射計。
（２２）前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、（１９）から（２１）のいずれか一項に記載の日射計。
　本発明の日射計によれば、熱式センサと拡散部材を備えつつ、ＣＯＳエラーを低減することができる。
本実施形態に従う日射計の概略構成の一例を示す側方断面図である。 本実施形態に従う日射計における「高さＨ」ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。 、本実施形態に従う日射計における「距離Ｄ」ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。 本実施形態に従う日射計における「溝の深さＤＥ」ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。 本実施形態に従う日射計における拡散部材の透過率ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。 本実施形態に従う日射計における挿入溝の一例を示す拡大断面図である。 本実施形態に従うセンサおよび温度補償回路の電気的接続を説明する回路図である。 本実施形態に従う拡散部材（実施例１）の露出する面を説明する側面図である。 本実施形態に従う拡散部材（実施例２）の露出する面を説明する側面図である。 本実施形態に従う拡散部材（実施例３）の露出する面を説明する断面図である。 本実施形態に従う拡散部材（実施例４）の露出する面を説明する断面図である。 本実施形態に従う日射計（実施例１）における挿入溝の凹部を説明する拡大断面図である。 本実施形態に従う日射計（実施例２）における挿入溝の凹部を説明する拡大断面図である。 本実施形態に従う日射計（実施例３）における挿入溝の凹部を説明する拡大断面図である。 本実施形態に従う日射計の応答速度を比較したグラフである。 本実施形態に従う日射計における拡散部材有無でのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。
　以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
　図１乃至図１１は、本発明に係る日射計の一実施形態を示すためのものである。図１は、一実施形態に従う日射計１００の概略構成の一例を示す側方断面図である。日射計１００は、例えば全天日射計であり、天空の全方向、つまり２πステアラジアンの立体角の範囲からの光（放射）に対し、その強度や日射量を測定するためのものである。図１に示すように、日射計１００は、例えば、センサ１０と、温度補償回路２０と、拡散部材３０と、保持部材４０と、ドーム５０と、を備える。
　拡散部材３０は、入射面とその反対面、そして側面を有する光学部材であり、入射した光を拡散して透過するように構成されている。拡散部材３０は、例えば表面に凹凸を形成して表面において光を拡散させるだけでなく、その内部においても光を拡散できるものが好ましい。そのような拡散部材３０は、例えばバブルクォーツ等、内部に気泡（ポーラス）が形成された材料で構成することが可能である。拡散部材の透過率は太陽光スペクトル（３００～３０００ｎｍ）に対し、略均一な透過率をもっている。この拡散部材３０の透過率の変動幅は±３０％以内、好ましくは±１０％以内、より好ましくは±３％以内であり、この略均一な透過率特性により、ブロードな分光特性に優れた日射計を得ることができる。
　また、拡散部材３０は、センサ１０の受光面１１に対向する位置に配置され、光は拡散部材３０を拡散透過し、センサ１０の受光面１１に入射するように構成されている。
　図１１は、一実施形態に従う日射計１００における角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図１１では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ２］である。なお、図１１のグラフは、拡散部材３０を使用した場合をｋ１、拡散部材を使用しない場合をｋ２として、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図１１に示すように、拡散部材３０を使用しない場合のＣＯＳエラーεに比べ、拡散部材３０を使用したＣＯＳエラーεは小さくなることが分かる。これにより、拡散部材３０を用いることで、ＣＯＳエラーεを低減することができる。
　センサ１０は、熱式（熱型）センサであり、例えばサーモパイル、サーミスタ、ペルチェ、熱電対、白金抵抗体が使用できる。センサ１０がサーモパイルの場合、受光面１１に入射した光（光エネルギー）を熱（熱エネルギー）に変換し、当該熱に応じた電気信号を出力するように構成されている。
　センサ１０は、薄膜サーモパイルを用いることで、日射計の光に対する応答時間を短くすることが出来る。図１０は従来のサーモパイルと今回提案した薄膜サーモパイルの応答性能を表したものである。横軸は応答時間を示し、縦軸はセンサの出力（規格化）を示す。図１０より、薄膜サーモパイルを用いたセンサはサーモパイルより応答性により優れていることが分かる。
　薄膜サーモパイルは、シリコンをベースとすることで、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の微細加工技術を利用することが出来るようになり、より容易に、安定的にセンサを製造することが出来る。また、シリコンベースのサーモパイルのセンサ１０は太陽光スペクトル（３００～３０００ｎｍ）に対し、略均一な分光感度をもっている。またセンサ１０は、金属製の容器１２、例えばＣＡＮパッケージに収納することで、機械的強度を高め、さらに容器１２内にセンサ１０を密閉する事で、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高めることが出来る。また容器１２内には指定のガス（窒素、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ等）を含む不活性ガス）で満たすことでさらなるセンサの長期安定性が得られる。またさらに、後述するドーム５０の周縁部５１と挿入溝４３が接合材料Ｂにより接着されることで、さらに装置内の気密性が良くなり、センサの長期安定性も更に向上する。また、光がセンサ１０に入射可能になるように、容器１２には、センサ１０の周縁（外径）に基づいて、例えば開口が形成され、窓材（図示せず）にて密閉できる構成になっている。また封止するための窓材は太陽光スペクトル（３００～３０００ｎｍ）で透過率５０％以上の略均一な高い透過率をもっており、この透過率特性により密閉性を維持しつつ、ブロードな分光特性に優れた日射計を得ることができる。また、センサ１０をＣＡＮパッケージに収納する事で、保持部材４０を含む装置全体とＣＡＮパッケージの２重構造でセンサ１０と外部との直接の接触を断つことが出来、熱的な入出を抑制する事でセンサ１０のオフセット量を抑える事が出来る。
　温度補償回路２０は、センサ１０の近傍に配置された回路基板上に設けられている。温度補償回路２０は、センサ１０に電気的に接続しており、センサ１０の温度に基づいて、センサ１０の出力信号を補正するように構成されている。
　保持部材４０は、日射計１００の土台（基礎）となる部材であり、センサ１０、温度補償回路２０、拡散部材３０、およびドーム５０が設けられている。保持部材４０は、１つ以上の部品（パーツ）で構成されており、所定以上の強度とともに所定以上の熱伝導度を有する材料で構成することが好ましく、例えばアルミニウム等の金属材料で構成することが可能である。保持部材４０は、拡散部材３０の入射面３１（図１において上面）と側面３２が露出するように拡散部材３０を保持している。具体的には、保持部材４０は、例えば拡散部材３０の入射面３１が保持部材４０の上面４５より高くなるように、拡散部材３０を保持する。
　ドーム５０は、例えば雨や風から日射計１００の内部を保護するためのものである。ドーム５０は、例えばガラス等の光透過性を有する材料で構成することが可能である。ドーム５０は、露出した拡散部材３０の入射面３１と側面３２に、天空から光が入射するように、略半球形状を有している。
　なお、日射計１００は、ドーム５０を備える場合に限定されず、例えばドーム５０を備えていなくてもよい。
　ここで、拡散部材３０の入射面３１には、センサ１０の受光面に対し、垂直方向の光だけではなく、垂直軸Ｎに対して角度θ（０＜θ≦９０°）の光も入射する。拡散部材３０の上面において、角度θで入射する光の照度Ｅは、斜入射角特性（斜入射光特性または方位特性ともいう）を有しており、垂直方向から入射する光の照度Ｅ０を用いて、以下の式（１）のように表される。
　　　Ｅ＝Ｅ０ｃｏｓθ　…（１）
　式（１）から明らかなように、角度θで入射する光の照度Ｅは、垂直方向から入射したときの光の照度Ｅ０のｃｏｓθ倍になる、という性質（特性）がある。しかし、光は角度θが大きくなるに従い表面反射が増加し、さらに、センサ１０の入射面３１に対向し取り付ける、ドーム５０の影響でＣＯＳエラーが発生する。
　そこで、光が拡散部材を介してセンサに入射することで、従来の光がセンサに直接入射する場合と比較して、ＣＯＳエラーを小さくすることが出来る。センサ１０の受光面への光が入射する角度θが比較的に小さいうちは問題を生じない。
　さらに、本実施形態の日射計１００は、拡散部材３０の側面３２の一部が露出するように、保持部材４０が拡散部材３０の周囲に形成される溝４１を有している。容器１２に収納されたセンサ１０を用いた場合、センサ１０の受光面へ入射する光の角度θが大きくなるに従い、容器１２により制限されるため、更に前記ＣＯＳエラーが大きくなる場合があるが、溝を設けることにより、拡散部材３０の側面３２の一部を露出することになり、拡散部材３０の入射面３１に入射する光に加え、拡散部材３０の側面３２に斜め方向や横方向からの光が入射するので、前記ＣＯＳエラーを抑制する事が可能となりさらに好ましい。
　溝４１は、拡散部材３０の側面３２（外径）に沿って全周にわたって形成されることが好ましい。この場合、例えば、平面視において、拡散部材３０の側面３２（外径）の形状が円形である場合、溝４１の形状は、円形（円環）になる。
　また、拡散部材３０の入射面３１が溝４１の底面４２より高くなるように保持されている。拡散部材３０の入射面３１と溝４１の底面４２との間を高さＨとよぶ。
　図２は、一実施形態に従う日射計１００における高さＨごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図２では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ２］である。なお、図２のグラフは、高さＨがｈ１、ｈ２、およびｈ３のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。また、参考のために、高さＨがゼロ（なし）の場合について、ｈ０として表している。図２に示すように、高さＨがゼロの場合、角度θが大きくなるにつれて、ＣＯＳエラーεも大きくなる傾向にある。一方、日射計１００が高さＨを有する場合、高さＨがゼロの場合のＣＯＳエラーεに比べ、ＣＯＳエラーεが変化し、小さくなることが分かる。これにより、拡散部材３０の上面と溝４１の底面４２との間の高さＨを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、拡散部材３０の上面と溝４１の底面４２との間の高さＨを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。
　また、図１に示すように、拡散部材３０は、反対面３３がセンサ１０の受光面１１から離れて配置される。拡散部材３０の反対面３３とセンサ１０の受光面１１との間を距離Ｄとよぶ。
　図３は、一実施形態に従う日射計１００における距離Ｄごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図３では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ２］である。なお、図３のグラフは、距離Ｄがｄ１、ｄ２、ｄ３、およびｄ４のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図３に示すように、日射計１００が距離Ｄを有する場合、距離Ｄを変化させるとＣＯＳエラーεも変化することが分かる。これにより、拡散部材３０の下面とセンサ１０の受光面１１の間の距離Ｄを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、拡散部材３０の下面とセンサ１０の受光面１１の間の距離Ｄを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。
　また、図１に示すように、保持部材４０の上面と底面４２との距離を深さＤＥとよぶ。
　図４は、一実施形態に従う日射計１００における溝４１の深さＤＥごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図４では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ２］である。なお、図４のグラフは、深さＤＥがｄｅ１、ｄｅ２、ｄｅ３、およびｄｅ４のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図４に示すように、溝４１の深さＤＥを変化させるとＣＯＳエラーεも変化することが分かる。これにより、溝４１の深さＤＥを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、溝４１の深さＤＥを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。
　斜入射角特性のＣＯＳエラーεの補正は、前述の方法以外にも、容器１２に形成された開口の大きさ、保持部材４０に形成されたセンサ１０の入射面と拡散部材３０をつなぐ導光路４６の大きさを調整しても一定の効果が得られる。
　さらに、拡散部材３０は、入射した光を拡散して透過するから、透過率Τを有する。
　図５は、一実施形態に従う日射計１００における拡散部材３０の透過率Τごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図５では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーε（出力値と理論値との差）であり、単位は例えば［Ｗ／ｍ２］である。なお、図５のグラフは、透過率Τがτ１、τ２、およびτ３のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図５に示すように、拡散部材３０の透過率Τを変化させるとＣＯＳエラーεも変化することが分かる。これにより、拡散部材３０の透過率Τを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、拡散部材３０の透過率Τを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。
　なお、グラフによる説明を省略するが、拡散部材３０の厚さ（図１においてＺ軸方向の長さ）を変えると、角度θに対するＣＯＳエラーεが変化することも分かっている。
　図１に示すように、保持部材４０は、溝４１を囲むように形成される挿入溝４３を有する。挿入溝４３には、ドーム５０の周縁部５１が挿入され、ドーム５０が保持部材４０に固定されている。ドーム５０が略半球形状を有する場合、平面視において、挿入溝４３の形状は円形（円環）になる。
　図６は、一実施形態に従う日射計１００における挿入溝４３の一例を示す拡大断面図である。図６に示すように、挿入溝４３は、その底面に凹部４４を含んでいる。凹部４４には、あらかじめ接合材料Ｂが充填されており、凹部４４および挿入溝４３の底面に、接合材料Ｂが溜まった状態になっている。この状態で、挿入溝４３にドーム５０の周縁部５１が挿入されると、接合材料Ｂが周縁部５１の底面および側面の一部に付着する。このように、ドーム５０の周縁部５１が挿入される挿入溝４３に凹部４４を含むことにより、凹部４４および挿入溝４３の底面に接合材料Ｂが溜まった状態、つまり、接合材料Ｂ溜まりを形成でき、周縁部５１の接着面積を増加させることができる。したがって、ドーム５０内の気密性を向上させることができる。ここで接合材料とは、接着剤、粘着剤など、物質同士を接合できるものであればよい。
　図６に示すように、凹部４４は、例えば曲面を含んでいることが好ましい。これにより、凹部４４および挿入溝４３の底面に接合材料Ｂ溜まりを容易に形成（実現）することができる。
　図７は、一実施形態に従うセンサ１０および温度補償回路２０の電気的接続を説明する回路図である。図７に示すように、温度補償回路２０は、例えば、抵抗体２１と、フィルタ２２と、を含んで構成される。
　抵抗体２１は、温度に応じて抵抗値が変化するように構成されている。抵抗体２１は、センサ１０の近傍に配置されている。これにより、抵抗体２１の温度は、センサ１０の温度と同一視することが可能になる。
　また、抵抗体２１は、センサ１０と並列に接続されている。温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体２１は、例えばサーミスタで構成することが可能である。
　ここで、日射計１００に使用されるセンサ１０は、その出力信号に温度特性を有する場合がある。この場合、受光面１１に入射する日射光の光エネルギーが同じ場合であっても、センサ１０の温度によって、出力信号の値が変化する。
　一方、抵抗体２１は温度に応じて抵抗値が変化するので、センサ１０の温度に応じて抵抗体２１の抵抗値が変化することで、温度特性によるセンサ１０の出力信号の変化を相殺し、センサ１０の出力信号を補正することが可能になる。これにより、受光面１１に入射する日射光の光エネルギーが同じ場合、センサ１０の温度に依存することなく、センサ１０の出力信号の値を一定にすることができる。
　例えば、センサ１０の出力信号が、温度に対して係数ｋ（ｋは正の実数）で変化する場合、抵抗体２１は、温度に対して係数－ｋで抵抗値が変化するもの、例えばＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いることが好ましい。
　フィルタ２２は、センサ１０の出力信号をフィルタリングするためのものであり、温度補償回路２０の出力側に設けられている。フィルタ２２は、センサ１０と並列に接続されている。フィルタ２２は、例えばキャパシタ（コンデンサ）で構成することが可能である。
　日射計１００に使用されるセンサ１０は、その内部インピーダンスが高い場合がある。よって、温度補償回路２０の出力側にフィルタ２２を設けることにより、内部インピーダンスに起因するセンサ１０の出力信号のノイズを、取り除くことが可能になる。
　本実施形態では、図１において保持部材４０の上面４５と溝４１の底面との段差が１つ（一段）である例を示したが、これに限定されない。拡散部材３０の側面の一部が露出する限り、保持部材４０の上面と溝４１の底面４２との段差は複数（複数段）であってもよい。また、溝４１の底面４２は平面に限定されず、凹面、凸面、斜面、またはこれらの組み合わせであっても良い。
　また、本実施形態では、図１において拡散部材３０の露出する面、つまり、入射面３１が平面である例を示したがこれに限定されない。拡散部材３０の露出する面は、様々な形状を採用することが可能である。
　図８Ａおよび図８Ｂは、本実施形態に従う拡散部材３０の露出する面の例を説明する側面図である。図８Ｃおよび図８Ｄは、本実施形態に従う拡散部材３０の露出する面の例を説明する図面であり、拡散部材３０の軸中心を通る断面から見た図面である。拡散部材３０の入射面は、例えば、図８Ａに示すような円錐面であっても、図８Ｂに示すような凸曲面であってもよい。また図８Ｃに示すような凹曲面であっても、または図８Ｄに示すような凹円錐面であってもよい。
　さらに、本実施形態では、図６において挿入溝４３の凹部４４が曲面を含む例を示したがこれに限定されない。挿入溝４３の凹部４４は、様々な形状を含むことが可能である。
　図９Ａ～図９Ｃは、一実施形態に従う日射計１００における挿入溝４３の凹部４４の例を説明する拡大断面図である。挿入溝４３の凹部４４は、例えば、図９Ａに示すように段差形状であっても、図９Ｂに示すようなＶ字形状であっても、または、図９Ｃに示すような突起形状を含んでいてもよい。
　このように、本実施形態の日射計１００によれば、熱式センサであるセンサ１０と拡散部材３０を備えつつ、センサ１０の出力値と斜入射角特性に従う理論値との間の誤差であるＣＯＳエラーεを低減することができる。
　また他の実施形態である、ＣＡＮパッケージに気密封入されたシリコンベースの薄膜サーモパイルのセンサ１０と、温度補償回路２０を備えた日射計１００では、応答速度を速め、温度特性を改善、オフセットを抑制し、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高めることが可能となる。
　このように、本実施形態の日射計１００によれば、ＣＡＮパッケージに気密封入されたシリコンベースの薄膜サーモパイルのセンサ１０を備えたことで、従来の熱式センサが持っていた、応答速度を速め、温度特性を改善、オフセットを抑制し、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高めることが出来た。また、センサ１０と、センサ１０の受光面に対向して配置される拡散部材３０と、拡散部材３０の入射面３１が露出するように拡散部材３０を保持する保持部材４０と、を備え、保持部材４０は、拡散部材３０の側面の一部が露出するように拡散部材３０の周囲に形成される溝４１を有する。これにより、拡散部材３０の入射面に入射する光に加え、拡散部材３０の側面３２に斜め方向や横方向からの光が入射するので、角度θで入射する光に対するセンサ１０の出力を補正することが可能になる。これらの構成により、センサ１０の出力値と斜入射角特性に従う理論値との間のＣＯＳエラーεを低減することができる。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
　また、上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、または変更もしくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせまたは変更もしくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
（本願発明の態様）
　なお本発明は、以下のような態様を備えていてもよい。
（１）熱式センサと、前記熱式センサに対して天頂方向に配置される拡散板と、を有する、日射計。
（２）前記拡散板の一方の面が露出するように前記拡散板を保持する保持部材と、を備えた（１）に記載の日射計。
（３）前記保持部材は、前記拡散板の側面の一部が露出するように前記拡散板の周囲に形成される溝を有する、（１）または（２）に記載の日射計。
（４）前記拡散板は、前記一方の面が前記溝の底面より高くなるように保持される、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の日射計。
（５）前記拡散板は、他方の面が前記熱式センサの受光面から離れて配置される、（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の日射計。
（６）前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、前記挿入溝は、粘着剤が充填される凹部を含む、（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の日射計。
（７）前記凹部は、曲面を含む、（６）に記載の日射計。
（８）前記熱式センサの温度に基づいて、前記熱式センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の日射計。
（９）前記温度補償回路は、前記熱式センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、（８）に記載の日射計。
（１０）前記抵抗体は、サーミスタである、（９）に記載の日射計。
（１１）前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、（８）乃至（１０）のいずれか一項に記載の日射計。
（１２）センサと、前記センサに対して天頂方向に配置される拡散板と、前記拡散板の一方の面が露出するように前記拡散板を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は、前記拡散板の側面の一部が露出するように前記拡散板の周囲に形成される溝を有する、日射計。
（１３）前記拡散板は、前記一方の面が前記溝の底面より高くなるように保持される、（１２）に記載の日射計。
（１４）前記拡散板は、他方の面が前記センサの受光面から離れて配置される、（１２）または（１３）に記載の日射計。
（１５）前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、前記挿入溝は、粘着剤が充填される凹部を含む、（１２）乃至（１４）のいずれか一項に記載の日射計。
（１６）前記凹部は、曲面を含む、（１５）に記載の日射計。
（１７）前記センサの温度に基づいて、前記センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、（１２）乃至（１６）のいずれか一項に記載の日射計。
（１８）前記温度補償回路は、前記センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、（１７）に記載の日射計。
（１９）前記抵抗体は、サーミスタである、（１８）に記載の日射計。
（２０）前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、（１７）乃至（１９）のいずれか一項に記載の日射計。
　１０…センサ
　１１…受光面
　２０…温度補償回路
　２１…抵抗体
　２２…フィルタ
　３０…拡散部材
　３１…上面
　３２…側面
　３３…反対面
　４０…保持部材
　４１…溝
　４２…底面
　４３…挿入溝
　４４…凹部
　４５…上面
　４６…導光路
　５０…ドーム
　５１…周縁部
　１００…日射計
　Ｂ…接合材料
　Ｄ…距離
　Ｈ…高さ
　Τ…透過率
　θ…角度
　ε…ＣＯＳエラー

Claims (22)

  1. 　熱式センサと、
    　前記熱式センサの受光面に対向して配置される拡散部材と、を有する日射計。
  2. 　前記熱式センサがサーモパイルである、請求光１に記載の日射計。
  3. 　前記サーモパイルは、パッケージに収納されている、請求項２に記載の日射計。
  4. 前記パッケージは、ＣＡＮパッケージである、請求項３に記載の日射計。
  5. 前記ＣＡＮパッケージは気密封止され、ガスで満たされ窓材を有する、請求項４に記載の日射計。
  6. 　前記サーモパイルは、薄膜サーモパイルである、請求項２から５のいずれか一項に記載の日射計。
  7. 　前記薄膜サーモパイルは、シリコンベースのサーモパイルである、請求項６に記載の日射計。
  8. 　前記拡散部材は、入射面とその反対面と側面を有する、請求項１に記載の日射計。
  9. 　前記サーモパイルが太陽光スペクトルに対して広域で平坦な分光感度を有する、請求項２から７いずれか一項に記載の日射計。
  10. 前記拡散部材は太陽光スペクトルに対して広域で平坦な分光特性を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の日射計。
  11. 前記窓材は太陽光スペクトルに対して広域で平坦な分光特性を有する、請求項５に記載の日射計。
  12. 前記拡散部材の入射面から光が入射するように前記拡散部材を保持する保持部材を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の日射計。
  13. 前記拡散部材の側面から光が入射するように配置された、請求項１から１２いずれか一項に記載の日射計。
  14. 前記保持部材は、前記拡散部材の側面から光が入射するように、前記拡散部材の周囲に形成される溝を有する請求項１２に記載の日射計。
  15. 前記拡散部材は、前記入射面が前記溝の底面より高くなるように保持された、請求項１から１４のいずれか一項に記載の日射計。
  16. 　前記拡散部材の反対面と、前記熱式センサの受光面の間に距離がある、請求項１から１５のいずれか一項に記載の日射計。
  17. 　前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、
    　光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、
    　前記挿入溝は、接合材料が充填される凹部を含む、請求項１４に記載の日射計。
  18. 　前記凹部は、曲面を含む、請求項１７に記載の日射計。
  19. 　前記熱式センサの温度に基づいて、前記熱式センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の日射計。
  20. 　前記温度補償回路は、前記熱式センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、請求項１９に記載の日射計。
  21. 　前記抵抗体は、サーミスタである、請求項２０に記載の日射計。
  22. 　前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、
    　請求項１９から２１のいずれか一項に記載の日射計。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6398810B2 (ja) * 2015-03-12 2018-10-03 オムロン株式会社 内部温度測定装置及び温度差測定モジュール
JP2021042956A (ja) * 2017-12-28 2021-03-18 アルプスアルパイン株式会社 湿度検知装置
DE102018132103A1 (de) * 2018-12-13 2020-06-18 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sensorvorrichtung
JP7069503B2 (ja) * 2020-10-05 2022-05-18 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド 飛行体、及びセンサユニット
EP4300055A4 (en) 2022-05-10 2024-01-03 Eko Instr Co Ltd ACTINOMETER
CN115824406B (zh) * 2022-10-20 2023-12-15 广州耀海科技有限公司 一种野外光谱测量设备及系数标定方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60100079A (ja) * 1983-11-07 1985-06-03 Kyocera Corp 日射積算計
JPS60100628U (ja) * 1984-10-24 1985-07-09 英弘精機産業株式会社 太陽電池を利用した日射計
JPH0662332U (ja) * 1993-02-05 1994-09-02 株式会社テージーケー 自動車用オートエアコンのサンセンサ
EP1012633B1 (en) 1997-09-10 2002-03-06 John Graham Wood Solar radiation sensor
WO2006120862A1 (ja) * 2005-05-11 2006-11-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 赤外線センサおよびその製造方法
JP2007132730A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Eko Instruments Trading Co Ltd 光触媒層を設けた日射計
JP2008026285A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Konica Minolta Business Technologies Inc 温度検出装置および定着装置
JP2012184969A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Horiba Ltd 熱型赤外線センサ
JP2014077783A (ja) * 2012-09-18 2014-05-01 Ricoh Co Ltd 熱電対、サーモパイル、赤外線センサー及び赤外線センサーの製造方法
US20150041664A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 Davis Instruments Corporation UV Irradiance Sensor With Improved Cosine Response

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54130174A (en) * 1978-03-31 1979-10-09 Nittan Co Ltd Light source for dazzling smoke sensor
JPS5618731A (en) * 1979-07-23 1981-02-21 Eikou Seiki Sangyo Kk Pyrheliometer employing solar battery
JPH0498883A (ja) 1990-08-16 1992-03-31 Nippon Steel Corp シリコンを用いたサーモパイル装置
US5347869A (en) 1993-03-25 1994-09-20 Opto Tech Corporation Structure of micro-pirani sensor
US5781351A (en) 1995-06-02 1998-07-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Mounting structure of objective lens for optical pick-up used for optical disk device
US6528782B1 (en) 1996-08-20 2003-03-04 Schott Donnelly Llc Chromogenic light filter and controls
US5805277A (en) 1997-08-06 1998-09-08 Coherent, Inc. Portable laser power measuring apparatus
DE60044383D1 (de) * 1999-03-24 2010-06-24 Ishizuka Electronics Corp Thermosäulenartiger Infrarotsensor und Vorrichtung zu seiner Herstellung
JP4641363B2 (ja) * 2001-07-06 2011-03-02 本田技研工業株式会社 日射センサ
JP3989263B2 (ja) * 2002-02-28 2007-10-10 英弘精機株式会社 複数の量子型センサーを利用した日射計
JP2004144715A (ja) 2002-10-28 2004-05-20 Ishizuka Electronics Corp 赤外線検出装置
US20050081905A1 (en) 2003-10-17 2005-04-21 Lan Alex H. Thermopile IR detector package structure
JP4661364B2 (ja) * 2005-05-26 2011-03-30 株式会社デンソー 光センサ
JP5260859B2 (ja) * 2006-11-22 2013-08-14 パナソニック株式会社 赤外線検出装置
JP2009162508A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Eko Instruments Trading Co Ltd 日射計
JP5321595B2 (ja) * 2008-10-15 2013-10-23 株式会社村田製作所 熱センサ、非接触温度計装置、及び非接触温度測定方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60100079A (ja) * 1983-11-07 1985-06-03 Kyocera Corp 日射積算計
JPS60100628U (ja) * 1984-10-24 1985-07-09 英弘精機産業株式会社 太陽電池を利用した日射計
JPH0662332U (ja) * 1993-02-05 1994-09-02 株式会社テージーケー 自動車用オートエアコンのサンセンサ
EP1012633B1 (en) 1997-09-10 2002-03-06 John Graham Wood Solar radiation sensor
WO2006120862A1 (ja) * 2005-05-11 2006-11-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 赤外線センサおよびその製造方法
JP2007132730A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Eko Instruments Trading Co Ltd 光触媒層を設けた日射計
JP2008026285A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Konica Minolta Business Technologies Inc 温度検出装置および定着装置
JP2012184969A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Horiba Ltd 熱型赤外線センサ
JP2014077783A (ja) * 2012-09-18 2014-05-01 Ricoh Co Ltd 熱電対、サーモパイル、赤外線センサー及び赤外線センサーの製造方法
US20150041664A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 Davis Instruments Corporation UV Irradiance Sensor With Improved Cosine Response

Non-Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "A Guide to Reflectance Coatings and Materials ", LABSPHERE, 2002, pages 1 - 25, XP055917736, Retrieved from the Internet <URL:https://www.pro-lite.co.uk/File/Tech_Guide_-_Coatings_&_Materials.pdf>
ANONYMOUS: "An Introduction to Thermopile Detectors", AZO SENSORS, 12 March 2015 (2015-03-12), pages 1 - 4, XP055917727, Retrieved from the Internet <URL:https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=591> [retrieved on 20220503]
ANONYMOUS: "LI-200R Pyranometer Instruction Manual", LI-COR BIOSCIENCES, 1 January 2015 (2015-01-01), pages ii-vi, 1-1 - C-2, XP055917710
ANONYMOUS: "Table 1 -Pyranometer Specification List", ISO 9060:1990 (E)
BADOSA J., WOOD J., BLANC P., LONG C. N., VUILLEUMIER L., DEMENGEL D., HAEFFELIN M.: "Solar irradiances measured using SPN1 radiometers: uncertainties and clues for development", ATMOSPHERIC MEASUREMENT TECHNIQUES, vol. 7, no. 12, 8 December 2014 (2014-12-08), pages 4267 - 4283, XP055917723, DOI: 10.5194/amt-7-4267-2014
BEAUBIEN D. J., BISBERG A., BEAUBIEN A. F.: "Investigations in Pyranometer Design", JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND OCEANIC TECHNOLOGY, AMERICAN METEOROLOGICAL SOCIETY, BOSTON, MA, US, vol. 15, no. 3, 1 June 1998 (1998-06-01), US , pages 677 - 686, XP055917706, ISSN: 0739-0572, DOI: 10.1175/1520-0426(1998)015<0677:IIPD>2.0.CO;2
NICK WEBB: "SPN1 Technical Fact Sheet", DELTA-T DEVICES LTD., 27 January 2014 (2014-01-27), pages 1 - 16, XP055917713
See also references of EP3324159A4
TADASHI KATO: "Pyranometer Principle and structure", JOURNAL OF JAPAN SOLAR ENERGY SOCIETY, vol. 39, no. 3, 31 May 2013 (2013-05-31), pages 11 - 14, XP009504658, ISSN: 0388-9564 *
YUKIHARU MIYAKE: "Histry of Pyranometers/Part II", JOURNAL OF JAPAN SOLAR ENERGY SOCIETY, vol. 35, no. 3, 31 May 2009 (2009-05-31), pages 57 - 65, XP009504648, ISSN: 0388-9564 *
YUKIHARU MIYAKE: "Nisshakei no Shurui to Seido", JOURNAL OF JAPAN SOLAR ENERGY SOCIETY, vol. 9, no. 4, 31 July 1983 (1983-07-31), pages 2 - 7, XP009504649, ISSN: 0388-9564 *

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