太陽光採光装置

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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
【要約】	【課題】簡単な構成で、実際の太陽の位置に対応して採光プリズムの回転位置を制御できる太陽光採光装置を提供する。【解決手段】太陽光を採光する上下１対の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂと、この１対の採光プリズムを駆動する駆動装置２２Ａ、２２Ｂと、１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度を検出する検出装置３４と、上下１対の採光プリズム同士の相対位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、検出装置３４によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの方位位置を制御すると共に、採光プリズムの方位位置から上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、検出装置３４によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの仰角位置を制御する制御装置３０とを備えた構成とした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズム同士の相対位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの方位位置を制御すると共に、前記採光プリズムの方位位置から上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの仰角位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項２】太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの仰角位置を制御すると共に、前記上下１対の採光プリズム同士の仰角位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの方位位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項３】太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズム同士の相対位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの方位位置を制御すると共に、前記採光プリズムの方位位置から上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの仰角位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項４】太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの仰角位置を制御すると共に、前記上下１対の採光プリズム同士の仰角位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの方位位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光採光装置において、上記１対の採光プリズムの方位制御及び仰角制御を所定時間おきに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６】採光プリズムの方位位置及び仰角位置を記憶させておくための記憶装置を備えるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽光採光装置。
【請求項７】上記記憶装置を不揮発性メモリとしたことを特徴とする請求項６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、建物の屋根等に取り付け、太陽光を採光し、好適な角度で太陽光を室内に導くようにした太陽光採光装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽の位置に応じて太陽光を採光する採光プリズムの位置を制御して、太陽光を常時好適な角度で採光できる太陽光採光装置が実用に供されている。以下、この太陽光採光装置について図７（Ａ）、（Ｂ）、及び図８を用いて説明する。図７は、従来の太陽光採光装置７０の概略構成を示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。また、図８は、この太陽光採光装置７０を取り付け、実際に太陽光採光装置７０により室内に太陽光を採光する状態を示す縦断側面図である。
【０００３】先ず、図７（Ａ）、（Ｂ）を用いて、この太陽光採光装置７０の具体的構成を説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）において、７２ａ、７２ｂは、採光プリズムで、７６は採光プリズム７２ａ、７２ｂの、例えばステッピングモータ等からなる駆動装置である。また、７８は採光プリズム７２ａ、７２ｂを保持すると共に採光プリズム７２ａ、７２ｂを回転させるための回転リング、７４は配光板、８２は内枠（枠体）、８４は外枠、８６は太陽電池である。
【０００４】ドーム状のカバー（以下「ドームカバー」という。）５２を透過し、所定の間隔をおいて配置された２枚の採光プリズム７２ａ、７２ｂに照射された太陽光は、これらの採光プリズム７２ａ、７２ｂの屈折作用により、好適な角度に屈折され配光板７４を介して建物室内に誘導される。
【０００５】一方、採光プリズム７２ａ、７２ｂの駆動装置７６は、図示は省略したが、駆動ギアを含むギア機構と、電動機と、この電動機を制御する制御装置と、この制御装置に制御指令を与える設定装置等とを内蔵しており、先ず、太陽の高度・方位等の状態を検出する太陽光状態検出装置（図示せず）からの検出出力が設定装置に与えられる。
【０００６】次に、設定装置の駆動指令を受けて、制御装置の制御信号により、電動機及びギア機構を介して、採光プリズム７２ａ、７２ｂを回転させ、それらの回転位置が常に太陽光を好適な角度で採光できる位置となるように調整される。この時、電動機を駆動するための電力の供給源となるのが、太陽電池８６である。また、採光プリズム７２ａ、７２ｂは、回転リング７８を介して複数個の支承ローラ８８ａ～８８ｆにより回転支持される。
【０００７】以上の構成で、太陽光採光装置７０により太陽光Ｌを常時好適な角度で室内に採光する方法を図８を用いて説明する。図８は、太陽光Ｌの採光口５８に、太陽光採光装置７０を取り付けた状態を示しているが、同図に示すように、太陽Ｓ1、Ｓ2から照射された太陽光Ｌは、ドームカバー５２及び採光板５６を透過し、採光プリズム７２ａ、７２ｂに入射する。採光口５８に取り付けるカバーとしては、透明ドーム、又はドーム状の乳白色の光散乱体としたもの、或いは平板ガラスを取り付けたものなどが提供されている。
【０００８】なお、図８において、６４は太陽光Ｌを室内に導くための導光路で、周囲を導光壁６６で囲むことにより形成される。導光壁の壁面６６ａは、白色のクロス張り、又は白色に塗装されて光反射面とされているか、或いは、鏡面的な光反射面とされている。また、４０は建物の屋根、４２は天井、４４は太陽光採光装置７０を設置するための架台、６０は太陽光Ｌの出射口で、６２は、太陽光採光装置７０の結露予防、及び太陽光Ｌを拡散するための配光板である。
【０００９】図８においてＳ1に示すように、太陽高度が低い場合は、太陽光Ｌが低い入射角度で上段の採光プリズム７２ａに入射し、採光プリズム７２ａの屈折作用により採光装置５０の出射口６０方向に曲げられて、下段の採光プリズム７２ｂにより、更に出射口６０方向に曲げられ、配光板６２に直接入射し、当該配光板６２により拡散されて、室内に照射される。
【００１０】一方、Ｓ2に示すように太陽高度が高い場合も、太陽光Ｌが高い入射角度で上段及び下段の採光プリズム７２ａ、７２ｂに入射し、出射口６０方向に曲げられて、直接配光板６２に入射して、上記同様に配光板６２に拡散されて、室内に照射される。このため、太陽光採光装置７０を用いた場合は、一般居住用住宅では、昼間は常時好適な角度で太陽光Ｌを採光でき、照明器具が不要或いは弱い照明で充分となり、省エネルギーに寄与する。一方、自然光を常時植物に好適な角度で照射できるため、植物プラントへの応用も試みられ、成長促進或いは食味の向上等の一定の成果を挙げている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従来の太陽光採光装置では、次のような手順で採光プリズムの回転位置を制御していた。
（１）先ず、太陽光採光装置の設置場所の緯度や経度及び採光プリズムの方位を正確に把握する。
（２）太陽光採光装置に内蔵された時計の時刻を正確にセットする。
（３）太陽光採光装置から見た太陽の位置は、太陽光採光装置を設置した緯度や経度及び日月と時刻から正確に予測できるので、制御装置のメモリー等の記憶装置に予め採光プリズムからの出射光が垂直となるような採光プリズムの位置を記録しておき、その記録に基づいて駆動装置で採光プリズムを回転駆動し、当該位置に採光プリズムの回転位置を合わせる。
即ち、予め記憶された回転位置に採光プリズムを駆動装置により回転移動させることにより、太陽を追尾する。
【００１２】しかし、上述した採光プリズムの回転位置の制御方法では次のような問題があった。
（１）太陽光採光装置の設置場所の緯度や経度、及び採光プリズムの方位を正確に把握することが困難かつ煩雑である。
（２）太陽光採光装置に内蔵された時計に狂いが生じ始めると、制御装置の記憶装置に記録された位置データに基づく太陽の位置と、実際の太陽位置との間にずれが発生して、採光プリズムの出射光が正確な垂直方向から外れてしまい、太陽光採光装置が備えている優れた機能を発揮できなくなる。
即ち、従来の太陽光採光装置では、太陽光採光装置を一度設定してしまうと、長期間使用した後に生じる誤差を補正する機能が十分ではなかった。
【００１３】この対策に、定期的にメンテナンスを行うようにすると、太陽光採光装置の維持コストが増大するという問題が新たに発生する。また、太陽位置センサを取り付け、定期的に実際の太陽の位置と、記憶装置に記録された位置データに基づく太陽の位置とのずれを検出して採光プリズムの回転位置を随時補正するようにすると、高価な太陽位置センサを新たに取り付けなければならず、そのため太陽光採光装置の製造コストが増大するという問題が発生する。
【００１４】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、簡単な構成で、実際の太陽の位置に対応して採光プリズムの回転位置を制御できる太陽光採光装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽光採光装置は、上記課題を解決するために、請求項１に記載のものでは、太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズム同士の相対位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの方位位置を制御すると共に、前記採光プリズムの方位位置から上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの仰角位置を制御する制御装置とを備えた構成とした。このように構成すると、常時、実際の太陽位置に対応して上下の採光プリズムの回転位置を制御できるようになるので、正確に垂直方向に出射する太陽光を採光することができる。また、採光プリズムから出射される太陽光の出射角度を検出する簡単な検出装置を備えるだけで採光プリズムの回転位置の制御が可能になるために、当該機能を付加するために発生する太陽光採光装置の製造コストの増大を最小限に抑えることができる。更に、常に実際の太陽の位置に対応して採光プリズムを制御するために、長期間の使用による誤差の補正が不要になり、太陽光採光装置の維持コストを大幅に低減することができる。
【００１６】請求項２に記載の太陽光採光装置は、太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの仰角位置を制御すると共に、前記上下１対の採光プリズム同士の仰角位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の出射角度が最適値となるように採光プリズムの方位位置を制御する制御装置とを備えた構成とした。請求項１に記載した太陽光採光装置に対して、採光プリズムの方位制御と仰角制御の順番を入れ替えたもので、このように構成しても上記同様の効果が得られる。
【００１７】請求項３に記載の太陽光採光装置は、太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズム同士の相対位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの方位位置を制御すると共に、前記採光プリズムの方位位置から上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの仰角位置を制御する制御装置とを備えた構成とした。請求項１に記載の太陽光採光装置に対して、採光プリズムを透過した太陽光に関して、出射角度の検出装置の代わりに光量の検出装置を用いるように構成したもので、このようにすると、光量の検出装置の方が構造が簡単であるために、太陽光採光装置の製造コストのコストダウンを図ることが可能となる。
【００１８】請求項４に記載の太陽光採光装置は、太陽光を採光する上下１対の採光プリズムと、前記１対の採光プリズムを駆動する駆動装置と、前記１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量を検出する検出装置と、前記上下１対の採光プリズムの相対位置を変化させて、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの仰角位置を制御すると共に、前記上下１対の採光プリズム同士の仰角位置を固定してこの１対の採光プリズムを同時に同方向に回転駆動して、前記検出装置によって検出された１対の採光プリズムを透過した太陽光の光量が最大となるように採光プリズムの方位位置を制御する制御装置とを備えた構成とした。請求項３に記載した太陽光採光装置に対して、採光プリズムの方位制御と仰角制御の順番を入れ替えた場合に対応するもので、このように構成しても上記同様の効果が得られる。
【００１９】請求項５に記載の太陽光採光装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光採光装置において、上記１対の採光プリズムの方位制御及び仰角制御を所定時間おきに行うように構成した。このように構成すると、随時、太陽位置に対応した最適な採光プリズムの回転位置を制御でき、太陽光採光装置の機能を最大限に発揮できる。また、上記所定時間の長さを調整することにより、太陽光採光装置の消費電力を調整したり、太陽光の出射方向の安定度を調整したりできるので、太陽光採光装置の省エネルギ化に寄与したり、太陽光採光装置の利用態様の幅を広げることが可能となる。
【００２０】請求項６に記載の太陽光採光装置は、採光プリズムの方位位置及び仰角位置を記憶させておくための記憶装置を備えるように構成した。このように構成すると、記憶された方位位置及び仰角位置に基づいて、実際の太陽を追尾することができるようになるので、採光プリズムの位置制御に掛かる電力を抑えることができ、省電力型の太陽光採光装置とすることができる。
【００２１】請求項７に記載の太陽光採光装置は、上記記憶装置を不揮発性メモリとした構成とした。このように構成すると、停電時や、夜間においても採光プリズムの位置データが保存されているために、不揮発性メモリに記憶された位置データに基づき採光プリズムを即座に好適な位置に制御することができるので、一層省電力型の太陽光採光装置とでき、維持コストを削減することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の太陽光採光装置の第１及び第２の実施の形態について順次説明を行う。
第１の実施の形態：先ず、本発明の太陽光採光装置の第１の実施の形態について図１乃至図５を用いて説明する。
【００２３】図１は、本発明の太陽光採光装置の第１の実施の形態の概略構成を説明するためのブロック図である。図２は、採光プリズムを方位制御した場合において、採光プリズムを出射した太陽光の出射角度と、その際の採光プリズムの方位位置（「方位角度」という場合がある。）との関係を示す特性図である。図３は、採光プリズムを仰角制御した場合において、採光プリズムを出射した太陽光の出射角度と、その際の採光プリズムの仰角位置（「仰角角度」という場合がある）との関係を示す特性図である。
【００２４】先ず、本発明の太陽光採光装置１０の基本構成を図１を用いて説明する。本発明の太陽光採光装置１０の基本構成は図７（Ａ）、（Ｂ）に示す太陽光採光装置７０とほぼ同一であり、採光プリズムの位置制御を行う制御装置を変更した点に構成上の特徴があるので、以下、この制御装置による採光プリズムの位置制御方法を中心に説明する。
【００２５】図１において、２０Ａ、２０Ｂは夫々上下１対の採光プリズムである。また、２２Ａは、上の採光プリズム２０Ａを回転駆動する駆動装置、同じく２２Ｂは、下の採光プリズム２０Ｂを回転駆動する駆動装置である。３０は、駆動装置２２Ａ、２２Ｂを介して採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御及び仰角制御を行うための制御装置、３４は、採光プリズム２０Ａ及び２０Ｂを透過した太陽光の出射角度を検出する検出装置である。また、３６は、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの位置を随時記憶させておくための、不揮発性メモリ等の記憶装置である。
【００２６】次に、本発明の太陽光採光装置１０の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの位置制御の基本原理を図２乃至図５を用い、図１を参照して説明する。一般に、太陽光採光装置１０に入射する太陽光の入射方向は、太陽光採光装置１０が設置された地点を含む水平面上に、太陽光採光装置１０と太陽とを結ぶ直線を射影した方位と、この水平面と太陽光が交差する仰角によって一意に定まる。
【００２７】上述したように、従来の太陽光採光装置７０では、実際の太陽の位置を検出せずに、太陽光採光装置７０の設置個所の緯度経度及び時刻データから太陽の位置を算出して、算出した太陽の位置に合わせて採光プリズム７２ａ、７２ｂの回転位置を制御するようにしていた。それに対して、本実施の形態における太陽光採光装置１０では、次のような手法で、実際の太陽の位置に対応して採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置の制御を行う。以下順に、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御及び仰角制御について説明する。
【００２８】採光プリズムの方位制御（１）先ず、上の採光プリズム２０Ａと下の採光プリズム２０Ｂとのプリズム向きを一致させる。ここでプリズム向きとは、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂに形成された微小プリズムの最大傾斜方向をいうものとする。なお、図示による説明は省略するが、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを回転支持する回転リングの外周面には、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置のずれを随時補正するための基準となる小突起が設けられており、上下１対の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの小突起の位置合わせをすることにより簡単に採光プリズム２０Ａ、２０Ｂのプリズム向きを一致させることができる。
【００２９】（２）上下１対の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂのプリズム向きを一致させた後は、両者の相対位置を固定したままで、この１対の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを同方向に回転駆動する。このとき、図１に示す太陽光の出射角度の検出装置３４により、１対の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度を随時並行して検出する。なお、ここで太陽光の出射角度とは、水平面と採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光とが交差する角度で、最大値は９０度である。
【００３０】（３）採光プリズム２０Ａ、２０Ｂをゆっくり回転させて行くと、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度が最適値（本実施の形態では最大値）となる採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置が検出できる。この回転位置が、実際の太陽の方位に対応した採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位位置となり、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂは好適な方位位置に制御され、方位制御が終了する。
【００３１】太陽高度が低い場合は、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂによる屈折角が大きければ大きいほど太陽光の出射角度は大きくなるために、屈折角が最大となるプリズム向きは太陽の方位に一致する。一方、太陽高度が高い場合は、屈折角が大きくなると太陽光は過剰に屈折作用を受けるので、逆に太陽光の出射角度は小さくなる。しかし、プリズム向きと太陽の方位が不一致の場合は、太陽の方位（以下「縦方向」という場合がある。）と垂直の方向（以下「横方向」という。）に太陽光が屈折されその結果太陽光の出射角は小さくなる。従って、上述した方位制御を行うと、この横方向の屈折を矯正することになるために、結果的にはプリズム向きと太陽の方位は一致する。
【００３２】この検出した太陽の方位を原点とし、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転角度と採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度の関係を図２に示す。図２において、曲線Ａは概ね太陽高度が低い場合の特性曲線であり、一方、曲線Ｂは概ね太陽高度が高い場合の特性曲線である。図２に示すように、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度は、曲線Ａ及び曲線Ｂ共に、最大値となる原点に近づくにつれて大きくなり、原点を離れるに従って小さくなることが分かる。
【００３３】このとき、曲線Ａの場合は、プリズム向きが太陽の方位に一致することにより、最大の屈折を受ける作用と横方向の屈折が矯正されるという相乗効果のために比較的顕著なピークを示す。一方、曲線Ｂの場合は、太陽光が過剰に屈折される作用と、横方向の屈折を矯正するという効果が相殺し合って、結果的に平坦なピークを示す。
【００３４】採光プリズムの仰角制御上述したように、太陽光の入射角度は水平面上に射影した方位と、水平面との交差する角度である仰角とによって一意に定められる。従って、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの実際の太陽の方位に対応した方位制御が終了すると、次は、太陽光の仰角に対応した採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの仰角制御を行うことになるが、この仰角制御は以下の手順で行われる。
【００３５】（１）先ず、方位制御によって制御された採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの位置を基準にして、上下の採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを図１に示す駆動装置２２Ａ、２２Ｂを介して夫々逆方向に回転駆動する。この場合、上の採光プリズム２０Ａと下の採光プリズム２０Ｂの回転速度は同一でも良いし、また、異なる値でも良い。
【００３６】（２）この際、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度は常時検出しているが、この出射角度が最適値（本実施の形態では最大値）となるまで採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを回転駆動し続け、この位置を最適な仰角位置とすることにより採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの仰角制御を完了する。
【００３７】採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの移動回転角度と採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度の関係を図３に示す。なお、図３に示す曲線は、上の採光プリズム２０Ａと下の採光プリズム２０Ｂの回転速度は同一という条件のものである。
【００３８】図３に示すように、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを透過した太陽光の出射角度は、最大値となる回転位置に近づくにつれて大きくなり、この回転位置を離れるに従って小さくなることが分かる。また、図３に示すように、太陽光の出射角度の最大値は９０度であり、上述したような方位制御、仰角制御を順に行うことにより、最終的には垂直方向の太陽光を採光できることが示されている。
【００３９】なお、本発明の太陽光採光装置１０による仰角制御について、図４により具体的な事例を用いて詳細な説明を行う。図４は、太陽高度と採光プリズム２０Ａ、２０Ｂのプリズム向きとの関係を示す平面図で、同図（Ａ）は太陽高度が低い場合、同図（Ｂ）は太陽高度が中低高度の場合、同図（Ｃ）は太陽高度が中高高度の場合、同図（Ｄ）は太陽高度が高高度の場合を夫々示している。なお、上の採光プリズム２０Ａのプリズム向きは実線矢印で、下の採光プリズム２０Ｂのプリズム向きは破線矢印で示している。また、同図において、α１、α２は、上の採光プリズム２０Ａの方位位置からの回転角度、β１、β２は下の採光プリズム２０Ｂの方位位置からの回転角度である。
【００４０】例えば、図４（Ａ）に示すように、太陽高度が低い場合は、上下とも採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの採光プリズム向きは太陽光の入射方向にほぼ平行であり、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御した回転位置からほとんど回転移動していないことになる。上述したように、採光プリズム向きとは採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの表面に形成した微細なプリズムの最大傾斜角度方向であり、この方向が太陽光を屈折させる最大の方向であるために、太陽高度が低い場合は、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂ面に入射する際の太陽光の入射角度も小さく、垂直方向の太陽光を採光するためには屈折作用を最大限に利用する必要があり、結果として太陽光の入射方向とプリズム向きが平行の関係となる。
【００４１】また、図４（Ｂ）に示すように、太陽高度が中低高度の場合は、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの縦方向の屈折作用をある程度調節するために上の採光プリズム２０Ａは太陽光の入射方向に対して、回転角度α１だけ回転した回転位置に制御されている。一方、上の採光プリズム２０Ａがα１だけ回転しているために、太陽光は縦方向に屈折されるのみならず、横方向にも屈折されるために、その横方向の屈折を矯正するために、下の採光プリズム２０Ｂはβ１だけ回転させられている。この場合、ほぼ垂直な太陽光を採光しようとすれば、α１とβ１を同じ値とすれば、横方向の光の屈折が相殺されて、縦方向にのみ垂直方向に屈折した光を採光できることになる。
【００４２】また、太陽高度が中高程度の場合は、太陽光の縦方向の屈折の度合いが小さくて済むので、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの縦方向の屈折率を小さくするためにα２とβ２の値は、α１やβ１の値よりも大きいものとなる。また、上記同様の理由から、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転方向は上下で反対方向となっている。
【００４３】最後に太陽高度が高高度の場合は、太陽光は採光プリズム２０Ａ、２０Ｂに対してほぼ垂直に入射し、縦方向の屈折作用は不要となるために採光プリズム向きは共に太陽光の入射方向に垂直の関係になる。一方、横方向の屈折作用を相殺するために採光プリズム２０Ａと２０Ｂの回転位置は夫々逆方向となる。
【００４４】次に、上記構成及び基本原理を基に、本発明の太陽光採光装置１０の基本動作を図５を用い、図１を参照して説明する。図５は、本実施の形態の太陽光採光装置１０の基本動作を説明するためのフローチャートである。例えば、所望の時刻において、実際の太陽の位置に合わせて採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置を制御する場合は、図５に示すフローチャートのような手順で制御を行う。なお、本実施の形態の太陽光採光装置１０では、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御を行い、次に仰角制御を行う。
【００４５】制御開始（ＳＴ１）後、次に、ＳＴ２において、図１に示す太陽光の出射角度の検出装置３４から出射光の出射角度の出力があるか否かの判断を行い、出力がある場合はＳＴ３に進む。一方、例えば、太陽が雲に隠れて太陽光の強度が不十分で出射角度の検出ができない場合等においては、ＳＴ２に留まり、検出装置３４からの出力があるまで待機する。
【００４６】次に、検出装置３４からの出力を検知した後は、ＳＴ３において採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御を行う。このとき、方位制御の方法は上述した通りであるが、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを出射した太陽光の出射角度を常時検出し、ＳＴ４において、出射角度が最適値（最大値）であるか否かの判断を行う。そして、出射角度が最適値ではない場合は、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御を継続し、最適値であると判断した場合は方位制御を終了し、ＳＴ５に進む。
【００４７】ＳＴ５では、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの仰角制御を行う。このとき、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを出射した太陽光の出射角度を、常時、方位制御の場合同様に検出装置３４により検出しており、ＳＴ６において、その出射角度が最適値（最大値）であるか否かの判断を行う。出射角度が最適値ではない場合は、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの仰角制御を継続し、最適値と判断した場合は仰角制御を終了し、ＳＴ７に進んで、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置の制御が完了する。
【００４８】このとき、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの位置を記憶装置３６に出力して、位置データを保存しておけば、次回採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの位置制御を行うときの参考となり、位置制御が簡易に行え、太陽光採光装置１０の消費電力を削減することにつながる。
【００４９】なお、採光プリズムを透過した太陽光の出射方向を検出する検出装置について簡単な補足説明を行う。検出装置は、円柱又は多角柱形状をしており、上面の中心軸上にピンホール、スリット、或いは色相の異なる光学マークが設けられ、底面には２次元的に光センサが多数配列された構成である。太陽光が、例えばピンホールを透過すると、底面に配列された光センサが太陽光を検出するので、その光センサの配列位置から、簡単な計算式で太陽光の出射角度を逆算できるようになっている。
【００５０】これらの採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置の制御を所定時間おきに行えば、実際の太陽の位置に対応した最適の回転位置に設定できる。また、随時、実際の太陽の位置に対応した設定が行えるので、長期使用した場合に発生する誤差を補正する必要がないために、太陽光採光装置１０のメンテナンスの負担が軽減できるので、維持コストを抑えることができる。
【００５１】一方、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを制御する時間間隔を短くすれば、常時、太陽の位置変化を追尾した太陽光採光装置１０とできるし、また、時間間隔を大きくとれば、太陽光の採光方向の安定性は多少劣化するが、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂを駆動する頻度が少なくなり、省電力型の太陽光採光装置１０とできるなど、太陽光採光装置１０の利用態様を広げることができる。
【００５２】第２の実施の形態：本発明の太陽光採光装置１０の第２の実施の形態を図６を用いて簡単に説明する。図６に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したものとは、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの方位制御と仰角制御との順番を入れ替えたものである。
【００５３】即ち、設定開始（ＳＰ１）後、ＳＰ２において、出射角度の検出装置から出射光の出射角度の出力があるか否かの判断を行い、出力がある場合はＳＰ３に進む。次に、採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの仰角制御を行い（ＳＰ３）、ＳＰ４において、出射角度の最適値（最大値）化を行う。また、ＳＰ５では、方位制御を行い、ＳＰ６で、出射角度の最適値（最大値）化をし、ほぼ垂直方向の太陽光が得られるようになると採光プリズム２０Ａ、２０Ｂの回転位置の制御が完了する（ＳＰ７）。
【００５４】本発明の太陽光採光装置１０は上記実施の形態には限定されず、様々な変更が可能である。先ず、上記実施の形態では、太陽光を最も垂直方向とするようにするために、採光プリズムからの太陽光の出射角度が最大値となる設定で説明したが、太陽光採光装置の利用用途によっては、例えば、太陽光を傾斜させて採光したい場合等においては、方位・仰角制御の最適値は必ずしも最大値とはならないケースも想定される。
【００５５】また、上記実施の形態では、太陽光の出射角度を検出する検出装置を用いる例で説明したが、この検出装置の代わりに、光量を検出する検出装置を用いるようにしても良い。このようにすると、入射角度が最も垂直に近づいたときに最大光量となるために、簡単に採光プリズムの回転位置を好適な位置に制御できると共に、光量の検出装置の方が構造が簡単で構成部品も少なく廉価であり、太陽光採光装置の製造コストを大幅に削減することが可能になる。
【００５６】
【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に記載したような検出装置と制御装置を備えた構成すると、常時、実際の太陽位置に対応して上下の採光プリズムの回転位置を制御できるようになるので、正確に垂直方向に出射する太陽光を採光することができる。
（２）また、採光プリズムから出射される太陽光の出射角度を検出する簡単な検出装置を備えるだけで採光プリズムの回転位置の制御が可能になるために、当該機能を付加するために発生する太陽光採光装置の製造コストの増大を最小限に抑えることができる。
（３）更に、常に実際の太陽の位置に対応して採光プリズムを制御するために、長期間の使用による誤差の補正が不要になり、太陽光採光装置の維持コストを大幅に低減することができる。
【００５７】（４）請求項２に記載したように、採光プリズムの方位制御と仰角制御の順番を入れ替ても上記同様の効果が得られる。
【００５８】（５）請求項３に記載したように、光量の検出装置と制御装置を備えるようにすると、光量の検出装置の方が構造が簡単であるために、太陽光採光装置の製造コストのコストダウンを図ることが可能となる。
【００５９】（６）請求項４に記載したように、採光プリズムの方位制御と仰角制御の順番を入れ替えても上記同様の効果が得られる。
【００６０】（７）請求項５に記載したように、１対の採光プリズムの方位制御及び仰角制御を所定時間おきに行うようにすると、随時、太陽位置に対応した最適な採光プリズムの回転位置を制御でき、太陽光採光装置の機能を最大限に発揮できる。
（８）また、所定時間の長さを調整することにより、太陽光採光装置の消費電力を調整したり、太陽光の出射方向の安定度を調整したりできるので、太陽光採光装置の省エネルギ化に寄与したり、太陽光採光装置の利用態様の幅を広げることが可能となる。
【００６１】（９）請求項６に記載したように、採光プリズムの方位位置及び仰角位置を記憶させておくための記憶装置を備えるようにすると、記憶された方位位置及び仰角位置に基づいて、実際の太陽を追尾することができるようになるので、採光プリズムの位置制御に掛かる電力を抑えることができ、省電力型の太陽光採光装置とすることができる。
【００６２】（１０）請求項７に記載したように、記憶装置を不揮発性メモリとすると、停電時や、夜間においても採光プリズムの位置データが保存されているために、不揮発性メモリに記憶された位置データに基づき採光プリズムを即座に好適な位置に制御することができるので、一層省電力型の太陽光採光装置とでき、維持コストを削減す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１１日（１９９８．１２．１１）
【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２０００－１８２４１５（Ｐ２０００－１８２４１５Ａ）
【公開日】	平成１２年６月３０日（２０００．６．３０）
【出願番号】	特願平１０－３５２２９１