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【発明の名称】 太陽光採光装置
【発明者】 【氏名】加藤 昇三

【氏名】小此木 章

【氏名】高橋 一夫

【氏名】冨士本 宜意

【氏名】長嶋 香織
【要約】 【課題】太陽光採光装置の制御精度を向上させ、採光効率も向上され、天候検出の精度も向上できるようにした太陽光採光装置を提供する【解決手段】 採光プリズム１０１ａ、１０１ｂを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御する太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器１０４を備え、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号に基づいて上記採光プリズムの太陽光の高度の変化に基づくプリズム角の制御を行うように構成した。また、天候検出器１０５を備え、面型の光軸検出器１０４からの毎時の検出信号の平均照度と最高照度の差又は両者の比率に基づいて毎時の天候を検知するように構成した。

【解決手段】採光プリズム１０１ａ、１０１ｂを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御する太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器１０４を備え、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号に基づいて上記採光プリズムの太陽光の高度の変化に基づくプリズム角の制御を行うように構成した。また、天候検出器１０５を備え、面型の光軸検出器１０４からの毎時の検出信号の平均照度と最高照度の差又は両者の比率に基づいて毎時の天候を検知するように構成した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 １枚又は複数枚の採光プリズムを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御するようにした太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器を備え、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号に基づいて上記採光プリズムの太陽光の高度の変化に基づくプリズム角の制御を行うようにしたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項２】 面型の光軸検出器として、箱の上面を拡散板で構成し、この拡散板と箱の底壁を等分に仕切る仕切板を設け、上記仕切板は上記拡散板よりも所定高さだけ上方に突出されており、また仕切板の平面形状を十字型に形成し、上記底壁において上記仕切板によって仕切られた各部に同数の受光素子を配置するように構成した光軸検出器を用いるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の太陽光採光装置。
【請求項３】 面型の光軸検出器として、複数の領域に区分された拡散板と、前記拡散板の各領域に応じて一つずつ設けられ、各領域に入射して拡散された光を受光して光量に応じた信号を出力する複数の受光素子と、前記拡散板の各領域に入射する光量のバランスが光の入射方向に応じて変化するように前記受光素子および前記拡散板より光入射側の空間を前記領域毎に仕切る仕切板と、前記拡散板より光入射側の空間に配置された空気よりも屈折率が高い屈折部材と、前記受光素子から出力される信号を演算して光の入射方向を求める演算手段とを備えるように構成した光軸検出器を用いるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光採光装置。
【請求項４】 面型の光軸検出器として、光の屈折率が空気よりも大きな光透過材料で形成し、上面に遮光マークを取り付けるか、又はスリットを形成することにより、或いは周囲と色相の異なるマーク等を取り付けることにより上面に構成される光学マークを備え、側面を遮光した構造とした光屈折部材と、前記光屈折部材の底面に２次元的に配設された受光素子とを備えて構成した光方向検出器を用いるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光採光装置。
【請求項５】 １枚又は複数枚の採光プリズムを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御するようにした太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器を設け、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号の平均照度と最高照度の差又は両者の比率に基づいて毎時の天候を検知するようにしたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項６】 面型の光軸検出器として、箱の上面を拡散板で構成し、この拡散板と箱の底壁を等分に仕切る仕切板を設け、上記仕切板は上記拡散板よりも所定高さだけ上方に突出されており、また仕切板の平面形状を十字型に形成し、上記底壁において上記仕切板によって仕切られた各部に同数の受光素子を配置するように構成した光軸検出器を用いるように構成した光軸検出器を用いるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の太陽光採光装置。
【請求項７】 面型の光軸検出器として、複数の領域に区分された拡散板と、前記拡散板の各領域に応じて一つずつ設けられ、各領域に入射して拡散された光を受光して光量に応じた信号を出力する複数の受光素子と、前記拡散板の各領域に入射する光量のバランスが光の入射方向に応じて変化するように前記受光素子および前記拡散板より光入射側の空間を前記領域毎に仕切る仕切板と、前記拡散板より光入射側の空間に配置された空気よりも屈折率が高い屈折部材と、前記受光素子から出力される信号を演算して光の入射方向を求める演算手段とを備えるように構成した光軸検出器を用いるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の太陽光採光装置。
【請求項８】 面型の光軸検出器として、光の屈折率が空気よりも大きな光透過材料で形成し、上面に遮光マークを取り付けるか、又はスリットを形成することにより、或いは周囲と色相の異なるマーク等を取り付けることにより上面に構成される光学マークを備え、側面を遮光した構造とした光屈折部材と、前記光屈折部材の底面に２次元的に配設された受光素子とを備えて構成した光軸検出器を用いるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の太陽光採光装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は面型の光軸検出器を用いた太陽光採光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光採光装置に適用されている従来の光軸検出器は、例えば、特開平８−４３１９９号公報に開示されている筒形の光軸検出器が存在する。この先行技術の光軸検出器は、図２１に示すように複数の受光素子Ｊ1〜Ｊ4を設けた筒Ｔの塞がれた頂面Ｔａに光を導入する穴Ｔｂを設け、該穴Ｔｂから導入される光を複数の受光素子Ｊ1〜Ｊ4により検出し、各受光素子Ｊ1〜Ｊ4の受光量の違いによって、光の方向、すなわち、光軸を検出するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の技術のものでは、次のような問題があった。
（１）小孔から入射する太陽光により形成される光点を直接受光素子上に形成して入射方向を検出する構成であるため、受光素子のサイズを一定とすると、検出範囲を大きくするためには円筒の高さが小さくなって検出の分解能が低くなり、分解能を高めようとして円筒の高さを大きくすると検出範囲が狭くなる。
（２）また、広い検出範囲にわたって高い分解能を確保するためには、受光素子のサイズを大きくして円筒の高さ、径を共に大きくしなければならず、検出器が大型化してしまう。
（３）また、太陽光は採光プリズムを介して採光されるため室内側に虹に分光してしまうことによっても検出精度が低下するという問題があった。
（４）更に、上記穴が塵等によって塞がれてしまった場合には、検出不能になってしまうという致命的な問題もあった。
これらの問題点があっため、従来の光軸検出器を備えた太陽光採光装置では効率の良い採光制御ができないと共に、このような光軸検出器の検出出力に基づく天候の検出を精度良く行うことが困難であるという問題点があった。
【０００４】本発明は、上記の問題点（課題）を解決して、採光プリズムを用いた太陽光採光装置に対して適用しても適正な精度が得られるような面型の光軸検出器を用いて太陽光採光装置の制御精度を向上させ、採光効率も向上され、天候検出の精度も向上できるようにした太陽光採光装置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】上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載した太陽光採光装置においては、１枚又は複数枚の採光プリズムを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御するようにした太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器を備え、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号に基づいて上記採光プリズムの太陽光の高度の変化に基づくプリズム角の制御を行うように構成した。このように構成すると、太陽光の光軸の検出に用いられる太陽光が点ではなく所定の面積を通過する太陽光となるため、太陽光の光軸を精度よく検出できるので、その検出結果に基づく採光制御の精度も向上させることができる。
【０００６】また、請求項２に記載した太陽光採光装置では、面型の光軸検出器として、箱の上面を拡散板で構成し、この拡散板と箱の底壁を等分に仕切る仕切板を設け、上記仕切板は上記拡散板よりも所定高さだけ上方に突出されており、また仕切板の平面形状を十字型に形成し、上記底壁において上記仕切板によって仕切られた各部に同数の受光素子を配置するように構成した光軸検出器を用いるように構成した。このように構成すると、入射した光は、その角度によって、仕切板の上方を通過して仕切板の向こう側の拡散板に入射するものと、仕切板の手前の拡散板に入射するものとが、仕切られた各部に配置された受光素子による受光量によって判別することができ、結局、各受光素子による受光量の差に基づいて光の光軸を適切に検出することができる。また、平面形状を十字型に形成したことにより、箱内を４等分することになり、２次元方向からの光の検出ができるから太陽光の光軸の検出精度を向上できるので、太陽光採光装置の採光制御の精度も向上できる。
【０００７】また、請求項３に記載した太陽光採光装置においては、面型の光軸検出器として、複数の領域に区分された拡散板と、前記拡散板の各領域に応じて一つずつ設けられ、各領域に入射して拡散された光を受光して光量に応じた信号を出力する複数の受光素子と、前記拡散板の各領域に入射する光量のバランスが光の入射方向に応じて変化するように前記受光素子および前記拡散板より光入射側の空間を前記領域毎に仕切る仕切板と、前記拡散板より光入射側の空間に配置された空気よりも屈折率が高い屈折部材と、前記受光素子から出力される信号を演算して光の入射方向を求める演算手段とを備えるように構成した光軸検出器を用いるように構成した。このように構成すると、拡散板を仕切板で複数の領域に分け、各領域の拡散板を透過した光量を検出する構成とすることにより、検出器のサイズを大きくすることなく、広い検出範囲にわたって高い分解能を確保可能な光方向検出器とすることができ、また、拡散板の入射側に屈折部材を設けたことにより、屈折部材を設けない場合と比較して検出可能な入射角度の範囲をより広くすることができるから、太陽光採光装置の採光制御の精度も分解能の拡大に伴って、さらに向上させることができる。
【０００８】また、請求項４に記載した太陽光採光装置においては、面型の光軸検出器として、光の屈折率が空気よりも大きな光透過材料で形成し、上面に遮光マークを取り付けるか、又はスリットを形成することにより、或いは周囲と色相の異なるマーク等を取り付けることにより上面に構成される光学マークを備え、側面を遮光した構造とした光屈折部材と、前記光屈折部材の底面に２次元的に配設された受光素子とを備えて構成した光軸検出器を用いるように構成した。このように構成すると、光軸検出器の上面から、受光素子を配設した底面までは、光屈折率の大きな光屈折部材で構成されることになるので、光屈折部材による屈折作用により、光方向検出器に入射した光は光方向検出器の中心近傍に曲げられるので、光方向検出器の底面積を小さく抑えることができ、通常の２次元受光素子を用いることができる。従って、太陽光採光装置の製作コストを抑えることが可能となる。
【０００９】また、請求項５に記載した太陽光採光装置においては、１枚又は複数枚の採光プリズムを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御するようにした太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器を設け、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号の平均照度と最高照度の差又は両者の比率に基づいて毎時の天候を検知するように構成した。このように構成すると、所定の面積を通過する太陽光の光量に基づいて平均照度や最高照度が得られるため、これらに基づき演算して判定・検出される天候も的確なものとすることができる。
【００１０】また、請求項６に記載した太陽光採光装置においては、面型の光軸検出器として、箱の上面を拡散板で構成し、この拡散板と箱の底壁を等分に仕切る仕切板を設け、上記仕切板は上記拡散板よりも所定高さだけ上方に突出されており、また仕切板の平面形状を十字型に形成し、上記底壁において上記仕切板によって仕切られた各部に同数の受光素子を配置するように構成した光軸検出器を用いるように構成した。このように構成すると、入射した光は、その角度によって、仕切板の上方を通過して仕切板の向こう側の拡散板に入射するものと、仕切板の手前の拡散板に入射するものとが、仕切られた各部に配置された受光素子による受光量によって判別することができ、結局、各受光素子による受光量の差に基づいて光の光軸を適切に検出することができ、また、平面形状を十字型に形成したことにより、箱内を４等分することになり、２次元方向からの光の検出ができるから太陽光の照度の検出精度を向上できるので、天候の検出精度も向上できる。
【００１１】また、請求項７に記載した太陽光採光装置においては、面型の光軸検出器として、複数の領域に区分された拡散板と、前記拡散板の各領域に応じて一つずつ設けられ、各領域に入射して拡散された光を受光して光量に応じた信号を出力する複数の受光素子と、前記拡散板の各領域に入射する光量のバランスが光の入射方向に応じて変化するように前記受光素子および前記拡散板より光入射側の空間を前記領域毎に仕切る仕切板と、前記拡散板より光入射側の空間に配置された空気よりも屈折率が高い屈折部材と、前記受光素子から出力される信号を演算して光の入射方向を求める演算手段とを備えるように構成した光軸検出器を用いるように構成した。このように構成すると、拡散板を仕切板で複数の領域に分け、各領域の拡散板を透過した光量を検出する構成とすることにより、検出器のサイズを大きくすることなく、広い検出範囲にわたって高い分解能を確保可能な光方向検出器とすることができ、また、拡散板の入射側に屈折部材を設けたことにより、屈折部材を設けない場合と比較して検出可能な入射角度の範囲をより広くすることができるから、天候の検出精度も分解能の拡大に伴って、さらに向上させることができる。
【００１２】また、請求項８に記載した太陽光採光装置においては、面型の光軸検出器として、光の屈折率が空気よりも大きな光透過材料で形成し、上面に遮光マークを取り付けるか、又はスリットを形成することにより、或いは周囲と色相の異なるマーク等を取り付けることにより上面に構成される光学マークを備え、側面を遮光した構造とした光屈折部材と、前記光屈折部材の底面に２次元的に配設された受光素子とを備えて構成した光軸検出器を用いるように構成した。このように構成すると、光軸検出器の上面から、受光素子を配設した底面までは、光屈折率の大きな光屈折部材で構成されることになるので、光屈折部材による屈折作用により、光方向検出器に入射した光は光方向検出器の中心近傍に曲げられるので、光方向検出器の底面積を小さく抑えることができ、通常の２次元受光素子を用いることができる。従って、天候の検出ができる太陽光採光装置の製作コストを抑えることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】まず、本発明を適用した太陽光採光装置の一実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、本発明を適用した太陽光採光装置の概略構成を示す説明図である。同図において、１００は本発明の太陽光採光装置で、これは図示のように採光プリズム１０１ａ、１０１ｂ、この採光プリズムを駆動するモータ、歯車機構等より成る回転駆動装置１０２、マイコン等の演算記憶装置を主体に構成される制御装置１０３、面型の光軸検出器１０４及び天候検出器１０５を配置して構成される。なお、１０６はドーム状のカバーである。この場合、面型の光軸検出器１０４は、以下に具体的な実施の形態で説明するように、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光採光装置１００から出される直達光としての太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するように構成するものとする。また、太陽光採光装置１００は図示しないが、建物の屋根等の採光部に設置され、室内に太陽光を採光できるように設置されているものとする。上記構成において、太陽Ｓからの太陽光ＳＬが太陽光採光装置１００に入射されると、カバー１０６を経て、採光プリズム１０１ａ，１０１ｂにより適度の屈折をされ、室内及び光軸検出器１０４へ直達光として採光及び入射される。この結果、制御装置１０３からは太陽高度の変化に対応して回転駆動装置１０２を駆動し、採光プリズム１０１ａ，１０１ｂが最適なプリズム角となるように制御するものである。この場合、光軸検出器１０４は、前述のように面型の光軸検出器となっているため、太陽光の光軸の検出に用いられる太陽光が点ではなく所定の面積を通過する太陽光となり、太陽光の光軸を精度よく検出できるので、その検出結果に基づき制御装置１０３に基づいて行う採光制御は適切なものとなり、精度の良いものとなる。なお、光軸検出器１０４は、図１では作図の都合上、太陽光採光装置１００の横に配置し、光ファイバー等でその出射光を光軸検出器１０４に導いて入射する態様で図示してあるが、太陽光採光装置１００の下方に配置するのが構成も簡素となり望ましい。一方、天候検出器１０５は、光軸検出器１０４の検出出力により毎時の太陽の光量又は照度を検出することにより、晴天時の光量又は照度と比較することにより、毎時の天候を晴天或いは曇天、雨天と判定するものである。このような天候検出器１０５の判定出力により、太陽光採光装置１００の運転モードを自動的に適切なものに設定することができる。
【００１４】次に、本発明の太陽光採光装置に適用して好適な面型の光軸検出器の実施の形態を図面を用いて説明する。以下の説明では、光軸検出器の構成と光軸の検出動作を主体に説明するが、上述の天候検出器１０５との連携で、以下の各光軸検出器によって天候が適切に判定できるものであるので、その説明については省略する。
第１の実施の形態：以下、図２乃至図７を参照して、本発明の太陽光採光装置に用いられる光軸検出器の第１の実施の形態を説明する。図２は第１の実施の形態による光軸検出器の全体の構成の概略を示す斜視図であり、まず、箱１がある。この箱１は有底箱状をなしていて、長方形又は正方形をなす底壁１ａと、この底壁１ａの四辺においてそれぞれ立設された４個の側壁１ｂとから構成されている。箱１の上端は開口部となっていて、該開口部に載置される長方形又は正方形の拡散板３が取り付けられている。
【００１５】又、箱１及び拡散板３により囲まれた空間を２等分するように１枚の仕切板５が設けられている。この仕切板５は平板型をなしていて、その下端は箱１の底壁１ａに当接・固定されていて、その上端は拡散板３を貫通して上方に突出・形成されている。又、仕切板５は反射板として構成されている。そして、仕切板５によって、箱１及び拡散板３により囲まれた空間は２等分されていて、室７ａ、７ｂとなっている。これら各室７ａ、７ｂ内には、受光素子９ａ、９ｂが配置されている。これら各受光素子９ａ、９ｂは、仕切板５に接近した位置に配置されている。
【００１６】上記構成において、その動作原理を図３を用いて説明する。図３は２個に区画された室７ａ、７ｂの様子を示した図である。太陽光ＳＬの入射に対して、太陽光ＳＬの内、仕切板５に入射した光は仕切板５を反射し、拡散板３を通って室７ｂ内に入射する。そして、そこに配置されている受光素子９ｂによって検出される。一方、仕切板５の上方に入射した太陽光ＳＬは仕切板５を反射することなく、そのまま室７ａ側の拡散板３を介して、室７ａ内に入射し、そこに配置されている受光素子９ａによって受光される。このような作用によって、室７ａ側の受光素子９ａの受光量と室７ｂ側の受光素子９ｂの受光量とが異なったものとなり、それら受光量の違いから太陽光ａの光軸を検出しようとするものである。
【００１７】又、拡散板３としては、図４、図５の拡散特性に示すように二つのタイプがあり、図４に示すのは完全拡散型のものであり、図５に示すのは拡散小型のものである。いずれのタイプの拡散板を使用してもよいが、図４の完全拡散型を使用する方が、後述する図６に示す特性図から光軸を入射角の正弦値に比例的に検出できるので望ましい。
【００１８】又、図３の太陽光の角度と受光素子９ａ、９ｂによる検出電流値の差の関係をみてみると、図６に示すようなものとなる。図６は横軸に太陽光の入射角度をとり、縦軸に受光素子９ａ、９ｂによる検出電流値の差をとって、両者の関係を示す特性図である。尚、同図中実線のＡで示すのが図４に示した完全拡散型の拡散板を使用した場合であり、一点鎖線のＢで示すのが図５に示す拡散小型の拡散板を使用した場合である。いずれの場合にも、受光素子９ａ、９ｂによる検出電流値から、太陽光の入射角度に従って光軸を検出することができる。
【００１９】又、太陽光の入射角度θと各受光素子９ａ、９ｂによる検出光量の関係をみてみると、図７に示すようなものとなる。図７中実線のＡで示すのが図３の箱１における右側の室７ａの光量であり、図７中破線のＢで示すのが箱１の左側の室７ｂにおける光量である。又、それらの光量の差を図中一点鎖線のＣで示す。又、仕切板を反射板とした例で、図３中θの小さな領域で説明すると、上記左、右の室における光量（ＩL ）、（ＩR ）、及び左、右の室の光量の差（ＩL−ＩR ）及び和（ＩL＋ＩR）は次の式（１）〜（４）により算出される。
ＩL ＝Ｉ・ｗ・ｃｏｓθ＋Ｉ・ｈ・ｓｉｎθ・・・・・・（１）
ＩR ＝Ｉ・ｗ・ｃｏｓθ−Ｉ・ｈ・ｓｉｎθ・・・・・・（２）
ＩL−ＩR ＝２Ｉ・ｈ・ｓｉｎθ・・・・・・・・・・・ （３）
ＩL＋ＩR ＝２Ｉ・ｗ・ｃｏｓθ・・・・・・・・・・・ （４）
従って光量の差と和の比は（５）式のようになる。
（ＩL−ＩR）／（ＩL＋ＩR）＝（ｈ／ｗ）・ｔａｎθ・・（５）
但し、図３に示すように、ｗは箱１の幅の半分を意味し、ｈは箱１より上方に突出している仕切板５の高さである。
【００２０】第２の実施の形態：次に、図８を参照して、第２の実施の形態の光軸検出器を説明する。第１の実施の形態の場合には、板状の１枚の仕切板によって箱内を２等分した構成であったが、第２の実施の形態の場合には、２枚の仕切板によって箱内を４等分するものである。尚、前記第１の実施の形態の場合と同一部分には同一符号を付して示す。本実施の形態のものでは、図８に示すように、箱１及び拡散板３により囲まれた空間を４等分するように２枚の仕切板５ａ、５ｂが設けられている。即ち、２枚の仕切板５ａ、５ｂを中央で交差して平面形状が十字型を形成するようにする。尚、仕切板５ａ、５ｂの下端は箱１の底壁１ａに当接・固定されていて、その上端は拡散板３を貫通して上方に突出・形成されている。又、上記仕切板５ａ、５ｂは反射板として構成されている。
【００２１】そして、上記十字型の仕切板５ａ、５ｂによって、箱１及び拡散板３により囲まれた空間は４等分されていて、室７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに区分されている。これら各室７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ内には、受光素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが配置されている。そして、このように箱１及び拡散板３により囲まれた空間は４等分して、室７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとし、これら各室７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ内に、受光素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを配置した場合には、４個の受光素子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄによる検出値の差から太陽光の光軸を検出することになるから、第１の実施の形態の場合に比べてより高い精度で光軸を検出することができる。
【００２２】第３の実施の形態：図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる光方向検出器１１の概略構成を示す断面図である。光軸検出器１１は、全体を覆う外箱１２を有している。外箱１２は、図中下側に底面１２ａを有すると共に、周囲に側面１２ｂを有し、上方は開放されている。外箱１２内の空間は、底面１２ａに対して垂直に配置された仕切板１３により二等分され、仕切板１３の高さは、外箱１２の側面１２ｂと等しく設定されている。なお、外箱１２の内面は光を反射させない吸収面、仕切板１３の表面は反射面として加工されている。
【００２３】仕切板１３により区切られた外箱１２内の一方の空間には、図中上側となる光束の入射側から順に、第１の屈折部材１４ａ、拡散板１５の第１の領域１５ａ、第１の受光部１６ａが配置されている。また、他方の空間には、同様に第２の屈折部材１４ｂ、拡散板１５の第２の領域１５ｂ、第２の受光部１６ｂが配置されている。仕切板１３は、拡散板１５の各領域１５ａ、１５ｂに入射する光量のバランスが光の入射方向に応じて変化するように受光部１６ａ、１６ｂおよび拡散板１５より光入射側の空間を領域毎に仕切っている。なお、この明細書では、拡散板を、拡散面や、拡散加工、拡散剤の塗布されたものも含む用語として使用している。
【００２４】拡散板１５の第１、第２の領域１５ａ、１５ｂは、仕切板１３により仕切られた外箱１２内の空間のほぼ半分をカバーする幅を有しており、仕切板１３を挟んで対称に中央側に寄せて配置されている。第１、第２の受光部１６ａ、１６ｂは、上側に開放する有底の内箱１７ａ、１７ｂと、これらの内箱内の底面に固定された第１、第２の受光素子１８ａ、１８ｂとを備えている。拡散板１５は、これらの内箱１７ａ、１７ｂの上側の開口部に固定されている。第１、第２の受光素子１８ａ、１８ｂは、拡散板１５の各領域１５ａ、１５ｂに応じて一つずつ設けられたフォトダイオード等の光電変換素子であり、各領域に入射して拡散された光を受光して光量に応じた信号を出力する。
【００２５】第１、第２の屈折部材１４ａ、１４ｂは、拡散板より光入射側の空間に配置された空気よりも屈折率が高い透明な直方体状のブロックである。屈折部材１４ａ、１４ｂは、ガラスや、アクリル樹脂、ポリカーボネート等の透明材料で形成される。ポリカーボネートはアクリル樹脂よりも紫外線に対する耐性が強いため、樹脂を用いる場合にはポリカーボネートを利用する。
【００２６】図１０は、第３の実施の形態の光軸検出器１１への太陽光の入射の様子を示す説明図である。この図１０に基づき図９も参照し各部のサイズについて説明する。屈折部材１４ａ、１４ｂは前述のように直方体であるため、光入射側の表面Ｓ1と拡散板１５に対向する裏面Ｓ2とは互いに平行な平面で構成されている。この場合、屈折部材の厚さをｈ、表面Ｓ1の仕切板１３に直交する方向の幅をＷ1、裏面Ｓ2での反射時の臨界角をα、拡散板１５の仕切板１３に直交する方向の幅をＷ2として、以下の式(６)、(７)がほぼ成立するように設計されている。
ｔａｎα＝Ｗ2／ｈ ・・・（６）
Ｗ1＝２・Ｗ2 ・・・・・（７)屈折部材１４ａ、１４ｂの厚さｈは５〜１０ｍｍ、厚さｈと内箱１７ａ、１７ｂとの高さを足した外箱１２の高さは１０〜２０ｍｍの範囲内で設定されることが望ましい。また、屈折部材の屈折率を１．５とすると、臨界角は約４１．８゜となり、Ｗ2≒０．９ｈとなる。
【００２７】上記の構成によると、光束は屈折部材１４ａ、１４ｂに入射して屈折し、その一部がそれぞれ仕切板１３により区切られた拡散板１５の２つの領域１５ａ、１５ｂに入射する。拡散板１５への入射光量は、仕切板１３により遮られた側の領域が少なくなり、遮られない側の領域が多くなり、その光量のバランスが入射角度に依存して変化することとなる。例えば、図１０に示すように光束が入射角度θで図中右上側から入射する場合、拡散板１５の第１の領域１５ａへは屈折部材１４ａをそのまま透過した光のみが達し、その入射光量は入射光束の幅Ｐ1に相当するのに対し、第２の領域１５ｂへは屈折部材１４ｂ内をそのまま透過した光と仕切板１３の位置で反射された光とが達し、その入射光量は入射光束の幅Ｐ2に相当する。
【００２８】拡散板１５の第１の領域１５ａに達する光量Ｌaと第２の領域１５ｂに達する光量Ｌbとは、入射光束の光束密度をＬとして、次の式（８）、（９）で求められる。
Ｌa＝Ｌ×cosθ×｛Ｗ2−(ｈ×sinθ／ｎ)｝ ・・・（８）
Ｌb＝Ｌ×cosθ×｛Ｗ2＋(ｈ×sinθ／ｎ)｝ ・・・（９）
上記の式（８）、（９）より、各領域１５ａ、１５ｂに達する光量と入射角度θとの関係は以下の式（１０）のようになる。
(Ｌa−Ｌb)／｛(Ｌa＋Ｌb)／２｝＝ｈ×sinθ／ｎ・Ｗ2 ・・・（１０）
【００２９】拡散板１５に入射した光束は、一様に拡散されて入射方向に依存する成分が打ち消され、それぞれの一部が受光素子１８ａ、１８ｂにより受光される。受光素子１８ａ、１８ｂの受光量は拡散板１５の各領域１５ａ、１５ｂへの入射光量にほぼ比例し、受光素子１８ａ、１８ｂの出力信号は受光量にほぼ比例するため、式(１０)の光量Ｌa、Ｌbに第１、第２の受光素子１８ａ、１８ｂの出力信号をそれぞれ当てはめることにより、光束の入射方向との相関をとることができる。
【００３０】上記のように屈折部材１４ａ、１４ｂを設けることにより、屈折部材を設けない場合と比較して検出可能な入射角度の範囲をより広くすることができる。すなわち、屈折部材１４ａ、１４ｂがない場合には、仕切板１３の頂点から拡散板１５の第１の領域１５ａ、第２の領域１５ｂの外側の端部に向けて引いた線分の角度が測定できる限界となる。例えば、図１０の例では入射角度θが４２度程度より大きくなると、それ以上の角度で入射する光束は拡散板１５の第１の領域１５ａには入射しないため、二つの受光素子１８ａ、１８ｂの出力差の変化が小さくなり、判別が困難になる。これに対して、本実施の形態のように屈折部材１４ａ、１４ｂが設けられている場合には、上記の限界角度以上の角度で入射した光束も、屈折部材１４ａ、１４ｂにより屈折されて拡散板１５の第１の領域１５ａに達するため、二つの受光素子１８ａ、１８ｂの出力差の変化が大きく、広い入射角度の範囲にわたって高い分解能で入射角度を求めることができる。
【００３１】また、前述の式(６)、(７)がほぼ成立するように設計すると、拡散板１５は仕切板１３で反射される光束が達し得る全範囲をカバーするのに必要十分なサイズとなる。従って、図１０に示すように、内箱１７ａ、１７ｂの外方の底面と側面１２ｂとを除去した構成とすることができる。入射角度を高い分解能で検出するためには、入射角度の変化に対する光量バランスの変化が大きい方が望ましい。そして、この光量バランスの差を生じさせる光量変化の大きい部分が、仕切板１３からの反射光が達する範囲である。したがって、拡散板１５の各領域１５ａ、１５ｂを、仕切板１３からの反射光をカバーするのに必要十分なサイズに設定することにより、光量バランスの変化を最も大きく検出することができる。また、拡散板が小さければコストは安くなり、領域全体の光量を平均化して検出する上でも有利である。
【００３２】図１１は、上記の受光素子１８ａ、１８ｂから出力される信号を演算する演算回路２０の一例を示す回路図である。第１の受光素子１８ａの出力電流をＩa、第２の受光素子１８ｂの出力電流をＩbとする。演算回路２０は、受光素子１８ａ、１８ｂの出力電流の差(Ｉa−Ｉb)を求める比較器２１、出力電流の和(Ｉa＋Ｉb)を求める加算器２２と、加算器２２の出力である和信号(Ｉa＋Ｉb)を２で割ることにより平均信号(Ｉa＋Ｉb)／２を得る１／２除算器２３と、比較器２１の出力である差信号(Ｉa−Ｉb)を１／２除算器２３の出力である平均信号(Ｉa＋Ｉb)／２で割ることにより入射角度信号(Ｉa−Ｉb)／{(Ｉa＋Ｉb)／２}を求める除算器２４とから構成されている。除算器２４の出力である入射角度信号(Ｉa−Ｉb)／{(Ｉa＋Ｉb)／２}は、太陽光の入射角度に対応する信号としてターミナルＴから出力される。なお、このような演算回路２０の機能は、太陽光採光装置において採光制御を行うために、通常設けられるマイコン等の演算記憶手段を用いて演算プログラムによって処理するようにしてもよい。
【００３３】図１２は、図１１の演算回路２０により求めた入射角度信号(Ｉa−Ｉb)／{(Ｉa＋Ｉb)／２}と光束の入射角度との相関を示す特性図である。この特性図に示されるように、入射角度信号は入射角度の正弦値にほぼ対応しており、入射角度±９０゜の広い範囲にわたって入射角度信号に基づいて入射角度を求めることができる。なお、演算回路２０又はその演算機能を実現する演算処理としては、上記のように受光素子から出力される信号の差と平均とに基づいて入射角度に対応する信号を求めるほか、１／２除算器２３を用いずに信号の差と和とに基づいて光の入射方向を決定することもできる。
【００３４】第４の実施の形態：次に、図１３に基づいて本発明に適用する第４の実施の形態の光軸検出器を説明する。第４の実施形態の光軸検出器１１ａは、屈折部材１９ａ、１９ｂの形状が第３の実施形態とは異なる点を除けば、他の構成は第３の実施例と同一である。即ち、第１の屈折部材１９ａは、裏面Ｓ2が拡散板１５の第１の領域１５ａに対向する幅Ｗ2の部分で表面Ｓ1に対して平行に形成され、拡散板１５に対向しない部分は表面Ｓ1に向けて傾斜面Ｓ3として形成されており、全体として断面が台形状となっている。第２の屈折部材１９ｂは、仕切板１３を介して第１の屈折部材１９ａと対称形である。各屈折部材１９ａ、１９ｂの外側の頂角βは、臨界角αのほぼ余角である。屈折部材１９ａに傾斜面Ｓ3に達する角度で入射する光束は、第３の実施の形態においても拡散板１５には入射せず、入射角度検出のために利用されていない。そこで、本実施の形態では、屈折部材１９ａの一部を直方体から切り欠くことにより、受光素子１８ａ、１８ｂにより検出される光量を変えることなく、屈折部材の軽量化、低コスト化を図るようにしたものである。
【００３５】第５の実施の形態：本発明の太陽光採光装置に用いる光軸検出器の第５の実施の形態を図１４（Ａ）、（Ｂ）及び図１５を用いて説明する。図１４（Ａ）、（Ｂ）は第５の実施の形態の光軸検出器を示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第５の実施の形態の光軸検出器３０の主要構成は、光屈折部材３２と、光屈折部材３２の底面３２ｂに２次元的に配設された受光素子３４である。また、光屈折部材３２は、光の屈折率が空気よりも大きな、例えば、ガラスや、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の光透過材料で形成し、その上面３２ａに遮光材で形成された光学マーク３６を設け、側面３２ｃには、光が侵入しないようにアルミニウムやニッケル、ステンレス等の金属製の光反射面を備えた遮光板３８が取り付けられている。なお、光学マーク３６は、本実施の形態のものでは、光屈折部材３２の上面３２ａに、図１４（Ａ）に示すように、遮光材を十字状に取り付けることによる形成される。また、ここでは、光学マーク３６の交点を３６ａとしている。
【００３６】以上の構成において、第５の実施の形態の光軸検出器３０により、実際に、例えば太陽光採光装置における太陽光の光軸を算出する方法について図１５を用いて説明する。図１５は、第５の実施の形態の光軸検出器３０を用いて太陽光の光軸を算出する方法を示す縦断側面図である。図１５に示すように、光屈折部材３２の上面３２ａの鉛直線に対してαの入射角度で太陽光が入射したとする。次に、光屈折部材３２に入射した太陽光が光屈折部材３２の屈折作用により、入射後、光屈折部材３２の上面３２ａの鉛直線に対してβの屈折角度に曲げられたとする。
【００３７】そして、光学マークの交点３６ａの位置より水平方向に距離ｘだけ離れた位置で、受光素子３４が光学マークの交点３６ａの影を検出したとすると、距離ｘと入射角度α及び屈折角度βには次の関係がある。
ｘ＝ｈ・ｔａｎ（β）＝ｈ・ｔａｎ[ｓｉｎ-1｛ｓｉｎ（α）／ｎ｝] (11)ここで、光屈折部材３２の厚みをｈ、屈折率をｎとした。また、屈折率ｎは、ｎ＝ｓｉｎ（α）／ｓｉｎ（β）である。従って、式(11)を解くことにより、次の(12)式が得られる。
α＝ｓｉｎ-1[ｎ・ｓｉｎ｛ｔａｎ-1（ｘ／ｈ）｝] (12)従って、図１５に示す距離ｘを検出することにより、光屈折部材３２の上面３２ａの鉛直線に対する入射角度αは、式（12）に代入するだけで算出することができる。
【００３８】なお、図示による説明は省略するが、第５の実施の形態の光軸検出器の縦断側面に垂直な縦断側面についても光屈折部材の上面の鉛直線に対する入射角度を同様の方法により求めることができるので、２次元的に太陽光の入射角度を算出でき、太陽光の光方向を特定することができる。
【００３９】ところで、従来の光軸検出器は、上面から入射後、空気に満たされた空間を通過するため、光は入射後も直線的な経路を経て受光素子で受光されていた。従って、光軸の検出精度を上げるために光軸検出器本体の高さを高くするようにすると、それに伴って底面積を大きくしなければならず、製作コストが増大する問題があったことは上述した。しかし、図１５に示すように、第５の実施の形態の光軸検出器３０では、種々の入射角度の光は光屈折部材３２による屈折作用を受けるので、光軸検出器３０の中心方向に曲げられ、周縁部の受光素子３４には光が入射しなくなる。そのため、従来の光軸検出器よりも底面積を大幅に小さくできるので、通常の２次元受光素子が使えたり、高価な受光素子３４の使用個数を減らすことができたりして、製作コストを低減することができる。或いは受光素子３４の使用個数をそのままにして、光軸検出器３０の高さを高くとれるので、製作コストを抑えながら太陽光の光軸の検出精度を高めることができる。また、光屈折部材３２の側面３２ｃには、金属製の光反射面を備えた遮光板３８が取り付けられている。これにより、光を吸収することによる光屈折部材３２の温度上昇を防ぐことができ、従って温度変化による屈折率の変化を防止できるので、光軸の検出精度の高い光軸検出器３０とすることができる。
【００４０】次に、上記第５の実施の形態に用いる光屈折部材３２の材料として、ポリカーボネートやアクリル樹脂といった光透過材料を用いる例で説明をしたが、ここで、光屈折部材３２の材料の適切な屈折率について述べる。図１５に示す光の入射角度αと距離ｘとの関係は、式(11)示されているが、これに種々の透過率における入射角度αと距離ｘ／ｈの関係をグラフにしたものを図１６（Ａ）に示す。図１６（Ａ）において、横軸は入射角度αで、単位は度である。一方、縦軸は距離ｘと高さｈとの比（ｘ／ｈ）であり、これは無次元量である。同図（Ａ）には、屈折率ｎが、夫々ｎ＝１．１０、１．２１、１．３３、１．４６、１．６１、１．７７の各場合について、図１５に示す入射角度αと、光学マーク１６の影の検出位置までの水平距離ｘの関係がプロットされている。同図（Ａ）に示されるように、屈折率ｎが小さな値の１．１０の場合は、入射角度αが９０度に近い値の時は、ｘ／ｈの値は２．０以上になり、底面積を小さく抑えることができないことがわかる。従って、この値では、本発明の光方向検出器１０に取り入れる屈折率ｎとしては不適切である。
【００４１】一方、屈折率ｎが大きな１．７７の値の場合は、入射角度αの値が７０度を超えた近辺からｘ／ｈの値の変化が少なくなり、横軸にやや平行になってきているのが示されている。このことは、本実施の形態の光軸検出器３０の底面積を小さく抑えるという点からは望ましいが、入射角度αの値が大きくなると距離ｘの分解能が悪くなり、結果として光軸の検出精度が低減することにつながる。従って、この値では、本実施の形態の光軸検出器３０に取り入れる屈折率ｎとしては不適切である。従って、光屈折部材１２の材料の適切な屈折率については、１．２から１．６程度が望ましい値であることがわかる。
【００４２】なお、図１６（Ｂ）に、屈折率が１．４５の場合において、入射角度αとｘ／ｈとの関係をプロットしたグラフを示す。同図（Ｂ）に、最小２乗法で当該グラフにフィットさせた直線が示されているが、このように、屈折率が１．２から１．６程度の場合は、入射角度αとｘ／ｈとの関係はほぼ直線（比例関係）となり、底面積を小さく抑えられ、また光方向の検出精度もよい、ほぼ理想的な屈折率であることがわかる。
【００４３】第６の実施の形態：次に、第６の実施の形態の光軸検出器を図１７（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図１７（Ａ）、（Ｂ）は、第６の実施の形態の光軸検出器を示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態の光軸検出器３０Ａの主要構成は、上記第５の実施の形態に示したもの同様に、光透過材料で形成した光屈折部材３２と、光屈折部材３２の底面３２ｂに２次元的に配設された受光素子３４で、また、光屈折部材３２の側面３２ｃには、光が侵入しないように金属製の光反射面を備えた遮光板４８が取り付けられている。なお、本実施の形態の光軸検出器３０Ａでは、光屈折部材３２の上面３２ａには、光学マーク４６として、十字状のスリット４６ｂ、４６ｃが設けられた金属製の光反射面を備えた遮光板４８が取り付けられていることに構成上の特徴がある。十字状のスリット４６ｂ、４６ｃの交点を４６ａとして示してある。
【００４４】以上の構成で、本実施の形態の光軸検出器３０Ａにより光軸を算出する場合は、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示す、スリット４６ｂ、４６ｃを透過した光を光屈折部材３２の底面３２ｂに２次元的に配設された受光素子３４で検出することにより行う。即ち、上記第５の実施の形態では、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す遮光材で形成された光学マークの交点３６ａの影を検出することにより光軸を算出していたが、第６の実施の形態のものでは、光学マーク４６のスリット４６ｂ、４６ｃの交点４６ａを透過した光自体を検出することにより光軸を算出するものである。なお、光を受光素子３４が検出した後の光軸の算出原理は、第５の実施の形態の場合と同様であるので説明は省略する。
【００４５】ところで、本実施の形態の光方向検出器３０Ａは、第５の実施の形態のものとは異なり、光屈折部材３２の上面３２ａの大部分を金属製の光反射面を備えた遮光板４８で覆っているので、光を吸収することによる光屈折部材３２の温度上昇に伴う屈折率の変化を防ぐ効果が更に向上するので、光軸の検出精度を一層高くすることができる。
【００４６】第７の実施の形態：本発明の太陽光採光装置に用いる第７の実施の形態の光軸検出器を図１８（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図１８（Ａ）、（Ｂ）は、第７の実施の形態の光軸検出器を示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態の光軸検出器３０Ｂの主要構成は、上記第５及び第６の実施の形態に示したものと同様に、光透過材料で形成した光屈折部材５２と、光屈折部材５２の底面５２ｂに２次元的に配設された受光素子３４で、また、光屈折部材５２の側面５２ｃには、光が侵入しないように金属製の光反射面を備えた遮光板３８が取り付けられている。また、第６の実施の形態で示したものと同様に、本実施の形態の光軸検出器３０Ｂでは、光屈折部材５２の上面５２ａは、光学マーク５６として十字状のスリット５６ｂ、５６ｃが設けられた金属製の光反射面を備えた遮光板５８が取り付けられている。
【００４７】また、本実施の形態の光軸検出器３０Ｂでは、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光屈折部材５２の形状が四角錐台に形成されていることに構成上の特徴がある。ところで、光屈折部材５２を透過する光は、図１５のような経路で光屈折部材５２を透過するので、光学マーク５６を小さくすると、光屈折部材５２の上面５２ａの周辺部は光が透過しなくなり不要となる。従って、このように、光屈折部材５２を四角錐台に形成すると、無駄な材料を省いた、廉価で軽量でかつ低コストの光方向検出器３０Ｂとすることができる。また、光屈折部材５２の側面５２ｃの傾斜角度は、光学マーク５６の端部から入射する光の臨界角に適合するように決めると、最小でかつ光の検出漏れを無くした理想的な光方向検出器３０Ｂとすることができる。本実施の形態における光軸検出器３０Ｂでの光軸検出方法は、上記第６の実施の形態で示したものと同様であるので説明は省略する。
【００４８】なお、上記第５、第６、第７の各実施の形態における光軸検出器では、光学マークとしては、２つの線分を十字状に交差させたものを用いたが、これにより、例えば、光学マークの交点がゴミ等により塞がれても、他の線分の形状から交点の算出が十分に可能であり、このような光軸の検出が不能となる事態の発生を防止することができる効果がある。
【００４９】第８の実施の形態：図１９は第８の実施の形態の光軸検出器を示すもので、本実施の形態のものの特徴は、第７の実施の形態のものにおいて、光学マークの形状に変形を加えたもので、図１９に示すように、上面５２ａの光学マーク６６を、上面５２ａの対角線に沿って斜めに交差させたものである。
【００５０】第９の実施の形態：図２０は第９の実施の形態の光軸検出器を示すもので、本実施の形態のものの特徴は、第７の実施の形態のものにおいて、同図に示すように、上面５２ａに設ける光学マーク７６として、その光学マーク７６の延長線が交点を有するような線分を用いるようにしたものである。図示のように、上面５２ａの光学マーク７６、７６を長方形状の上面５２ａの対角線上に交差させるようにすると、線分の長さを長く確保できるので、上面５２ａの面積を小さくでき、結果としてこれら検出器の小型化に一層貢献できる。
【００５１】また、上記光学マークはこのように線分を交差させたものに限らず、例えば○、◎印等の種々の光学マークへの変更が可能である。上述したように、光学マークの汚損による光軸の検出が不能となる事態を防止するために、上記十字状の光学マークの例で説明したが、例えば、光軸検出器を、太陽光採光装置のドーム内に収納して使用する場合は、汚損の心配が無くなるので、従来の光方向検出器のように、点状の光学マークとしてもよい。また、上記実施の形態では、光屈折部材の形状として直方体或いは四角錐台形状のもので説明した例を示したが、光屈折部材の形状はこれに限定されず、種々の変更が可能である。例えば、円錐台形状としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】本発明の太陽光採光装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載のように、１枚又は複数枚の採光プリズムを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御するようにした太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器を備え、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号に基づいて上記採光プリズムの太陽光の高度の変化に基づくプリズム角の制御を行うように構成すると、太陽光の光軸の検出に用いられる太陽光が点ではなく所定の面積を通過する太陽光となるため、太陽光の光軸を精度よく検出できるので、その検出結果に基づく採光制御の精度も向上させることができる。
（２）また、請求項２に記載のように太陽光採光装置に用いれらる面型の光軸検出器として、箱の上面を拡散板で構成し、この拡散板と箱の底壁を等分に仕切る仕切板を設け、上記仕切板は上記拡散板よりも所定高さだけ上方に突出されており、また仕切板の平面形状を十字型に形成し、上記底壁において上記仕切板によって仕切られた各部に同数の受光素子を配置するように構成した第１の実施の形態の光軸検出器を用いるように構成すると、入射した光は、その角度によって、仕切板の上方を通過して仕切板の向こう側の拡散板に入射するものと、仕切板の手前の拡散板に入射するものとが、仕切られた各部に配置された受光素子による受光量によって判別することができ、結局、各受光素子による受光量の差に基づいて光の光軸を適切に検出することができる。また、平面形状を十字型に形成したことにより、箱内を４等分することになり、２次元方向からの光の検出ができるから太陽光の光軸の検出精度を向上できるので、太陽光採光装置の採光制御の精度も向上できる。
（３）また、請求項３に記載のように、太陽光採光装置に用いれる面型の光軸検出器として、複数の領域に区分された拡散板と、前記拡散板の各領域に応じて一つずつ設けられ、各領域に入射して拡散された光を受光して光量に応じた信号を出力する複数の受光素子と、前記拡散板の各領域に入射する光量のバランスが光の入射方向に応じて変化するように前記受光素子および前記拡散板より光入射側の空間を前記領域毎に仕切る仕切板と、前記拡散板より光入射側の空間に配置された空気よりも屈折率が高い屈折部材と、前記受光素子から出力される信号を演算して光の入射方向を求める演算手段とを備えるように構成した第２の実施の形態の光軸検出器を用いるように構成すると、拡散板を仕切板で複数の領域に分け、各領域の拡散板を透過した光量を検出する構成とすることにより、検出器のサイズを大きくすることなく、広い検出範囲にわたって高い分解能を確保可能な光方向検出器とすることができ、また、拡散板の入射側に屈折部材を設けたことにより、屈折部材を設けない場合と比較して検出可能な入射角度の範囲をより広くすることができるから、太陽光採光装置の採光制御の精度も分解能の拡大に伴って、さらに向上させることができる。
（４）また、請求項４に記載のように、太陽光採光装置に用いれる面型の光軸検出器として、光の屈折率が空気よりも大きな光透過材料で形成し、上面に遮光マークを取り付けるか、又はスリットを形成することにより、或いは周囲と色相の異なるマーク等を取り付けることにより上面に構成される光学マークを備え、側面を遮光した構造とした光屈折部材と、前記光屈折部材の底面に２次元的に配設された受光素子とを備えて構成した第３の実施の形態の光軸検出器を用いるように構成すると、光軸検出器の上面から、受光素子を配設した底面までは、光屈折率の大きな光屈折部材で構成されることになるので、光屈折部材による屈折作用により、光方向検出器に入射した光は光方向検出器の中心近傍に曲げられるので、光方向検出器の底面積を小さく抑えることができ、通常の２次元受光素子を用いることができる。従って、太陽光採光装置の製作コストを抑えることが可能となる。
（５）また、請求項５に記載のように、１枚又は複数枚の採光プリズムを備え、太陽の高度に応じて採光プリズムのプリズム角が適正な角度となるように制御するようにした太陽光採光装置において、各区分に受光素子を備えた複数の区分に等分に仕切られた底壁に対して太陽光を直接又は遮光体を介して間接的に入射させ、上記各受光素子の検出出力に基づいて太陽光の光軸を検出するようにした面型の光軸検出器を設け、この面型の光軸検出器からの毎時の検出信号の平均照度と最高照度の差又は両者の比率に基づいて毎時の天候を検知するように構成すると、所定の面積を通過する太陽光の光量に基づいて平均照度や最高照度が得られるため、これらに基づき演算して判定・検出される天候も的確なものとすることができる。
（６）また、請求項６に記載のように太陽光採光装置に用いれる面型の光軸検出器として、前記した第１の実施の形態の光軸検出器を用いるように構成すると、入射した光は、その角度によって、仕切板の上方を通過して仕切板の向こう側の拡散板に入射するものと、仕切板の手前の拡散板に入射するものとが、仕切られた各部に配置された受光素子による受光量によって判別することができ、結局、各受光素子による受光量の差に基づいて光の光軸を適切に検出することができ、また、平面形状を十字型に形成したことにより、箱内を４等分することになり、２次元方向からの光の検出ができるから太陽光の照度の検出精度を向上できるので、天候の検出精度も向上できる。
（７）また、請求項７に記載のように、太陽光採光装置に用いれる面型の光軸検出器として、前記した第２の実施の形態の光軸検出器を用いるように構成すると、拡散板を仕切板で複数の領域に分け、各領域の拡散板を透過した光量を検出する構成とすることにより、検出器のサイズを大きくすることなく、広い検出範囲にわたって高い分解能を確保可能な光方向検出器とすることができ、また、拡散板の入射側に屈折部材を設けたことにより、屈折部材を設けない場合と比較して検出可能な入射角度の範囲をより広くすることができるから、天候の検出精度も分解能の拡大に伴って、さらに向上させることができる。
（８）また、請求項８に記載のように、太陽光採光装置に用いれる面型の光軸検出器として、前記した第３の実施の形態の光軸検出器を用いるように構成すると、光軸検出器の上面から、受光素子を配設した底面までは、光屈折率の大きな光屈折部材で構成されることになるので、光屈折部材による屈折作用により、光方向検出器に入射した光は光方向検出器の中心近傍に曲げられるので、光方向検出器の底面積を小さく抑えることができ、通常の２次元受光素子を用いることができる。従って、天候の検出ができる太陽光採光装置の製作コストを抑えることが可能となる。
【出願人】 【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【出願日】 平成１０年１２月７日（１９９８．１２．７）
【代理人】 【識別番号】１０００７５７９７
【弁理士】
【氏名又は名称】斎藤 春弥 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−１７３３２５（Ｐ２０００−１７３３２５Ａ）
【公開日】 平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【出願番号】 特願平１０−３４６９６９