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【発明の名称】 日射計
【発明者】 【氏名】高倉 直

【要約】 【課題】太陽の位置の如何に関わらず太陽から植物に降り注ぐ日光の日射量を常に正確に測定でき、植物栽培に好適に利用可能な日射計を提供する。

【解決手段】植物栽培に用いる日射計において、ベース部11と、ベース部11の上面に配置された日射量検出用のフォトダイオード13と、フォトダイオード13の受光面13aを一定の空間を介して覆うようにベース部上に配置された白色の球体14とを備え、ベース部上面の球体周囲に対応する領域が黒色となっていることで植物栽培に好適に利用可能な日射計となっている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
植物栽培に用いる日射計において、
ベース部と、当該ベース部の上面に配置された日射量検出用のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの受光面を一定の空間を介して覆うように前記ベース部上に配置された白色の球体とを備え、前記球体には、下端部に取付け孔が形成され、当該取付け孔が前記フォトダイオードを囲むように前記ベース部の上面に固定され、かつ前記ベース部上面の前記球体周囲に対応する領域が黒色となっていることを特徴とする日射計。
【請求項2】
植物栽培に用いる日射計において、
設置状態で上方向に突出すると共に上端が平面部を有する突出部を一部に備えたベース部と、当該ベース部の突出部上面に配置された日射量検出用のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの受光面を一定の空間を介して覆う白色の球体とを備え、前記球体には、下端部に取付け孔が形成され、当該取付け孔が前記フォトダイオードを囲むように前記突出部の上面に固定され、かつ前記ベース部上面の前記球体周囲に対応する領域が反射防止用つや消し黒色となっていることを特徴とする日射計。


【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば植物のハウス栽培等に用いられる日射計に関する。
【背景技術】
【0002】
植物栽培には、気温、湿度、日射量、日照量、光強度などの多数の環境要因が影響する。特に光に関する環境要因は植物の成長を左右するものとなる。
【0003】
従来、このような植物栽培には、多種の環境要因(気温、湿度、日射、照度など)を計測する計測機器及びこれらの環境要因を制御する制御機器(冷房、暖房、換気ファンなど)を設置し、コンピュータを用いて計測値に基づいて制御機器を制御することにより植物に対する環境要因をコントロールしていた(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
【0004】
かかる植物栽培において日射量は環境要因のなかで最も重要な要素であり、日射計からの計測値に基づいて、制御機器を主に制御するようにしている。しかしながら、測定対象である自然光の特長はその分光分布と空間分布が経時的にランダムに変化することにある。従って、これを計測する機器はこれに十分対応できるものでなければならない。
【特許文献1】特開平8−103173号公報(3−7頁、図1)
【特許文献2】特開2005−224136号広報(6−9頁、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の日射計、標準的な日射計では水平な白色と黒色板に貼られた熱電対で日射に比例してできる温度差を検出するが、その上に半球状の透明フィルタを被せており、光電素子(たとえば、シリコンフォトダイオード)を用いる場合では、素子上にややふくらみをもたせた乳白色の拡散フィルタを被せ、日射量に比例して発生する電位を検出してその時の日射量を測定する構造となっている。
【0006】
従来の標準的な日射計では、白色部分と黒色部分の受光面が水平面となっているため、側方から入射する日射量の計測値は誤差が大きく、精度良く計測することができないという問題点があった。光電素子の場合は、受光面に光沢があり、太陽入射角が大きくなると標準的なものよりさらに出力が減少するため、それを標準的な日射計と同等まで回復させるために乳白色のフィルタを用いている。
【0007】
具体的には、植物栽培においては、群生する植物は上面領域だけでなく側面領域も大きく全体としては立体的構成を有している。そのような植物群落が受ける日射量を測定するのに、従来の受光面が水平面である日射計では、例えば太陽が傾き高度が低くになるにつれその出力に誤差を生じていた。
【0008】
そのため、多くの温室栽培農家や栽培の専門家がこのような通常の水平面日射計で測定したデータを基準とした制御は望ましい制御になっていなかった。
【0009】
この理由としては、従来の日射計を用いた場合、植物群落、特に温室栽培ではトマト、キュウリ、ピーマンなど生育が進むにつれて、植物の背丈が高くなるが、このような植物群落が受ける日射量は太陽高度が低いと、群落上よりも側面からの入射光が多くなり、このような状態での植物群落が受ける日射量を通常の水平面日射計で測定すると、実際とかけ離れた値となってしまうためである。
【0010】
さらに、温室内では上部の構造材が日陰を作るが、温室内で日射測定をする場合、太陽の移動と共に日陰も移動するので、日陰の影響のない場所を捜すことは難しい。そのため、従来の日射計を用いると日陰になった時間帯では日射量を基準とした制御は難しかった。
【0011】
図5は、このような従来の日射計5をハウスの中に設置した状態を示している。同図から分かるように植物がある程度の高さまで生育した状態になると、例えば昼間の日射量に関しては日射計5で正確に測ることができるが(図5の太陽光A参照)、朝方や夕方などにおいては日光が日射計5の側方から入光するので、正確な日射量を測ることができない(図5の太陽光B,C参照)。
【0012】
本発明の目的は、太陽がどのような高さにあっても植物に降り注ぐ日光の日射量を常に正確に測定でき、植物栽培に好適に利用可能な日射計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の日射計は、
植物栽培に用いる日射計において、
ベース部と、当該ベース部の上面に配置された日射量検出用のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの受光面を一定の空間を介して覆うように前記ベース部上に配置された白色の球体とを備え、前記球体には、下端部に取付け孔が形成され、当該取付け孔が前記フォトダイオードを囲むように前記ベース部の上面に固定され、かつ前記ベース部上面の前記球体周囲に対応する領域が黒色となっていることを特徴としている。
【0014】
本発明の請求項1に係る日射計がこのような構成を有することで、従来の日射計とは異なり、水平方向からの日光を球体が受けてもこの光を球体全体に拡散させて球体全体を光らせることができるので、太陽の高さに関わらず受光面積が一定で、太陽から降り注ぐ日光の日射量をフォトダイオードで精度良く測定することができる。
【0015】
その結果、朝方や夕方などの入射角の比較的小さい時間帯の入射量も正確に測定することができる。また、温室内にこの日射計を設置した場合は、温室上部の構造体の作る日陰の影響を受けずに入射量を常に正確に測定することができる。
【0016】
また、本発明の請求項2にかかる日射計は、
植物栽培に用いる日射計において、
設置状態で上方向に突出すると共に上端が平面部を有する突出部を一部に備えたベース部と、当該ベース部の突出部上面に配置された日射量検出用のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの受光面を一定の空間を介して覆う白色の球体とを備え、前記球体には、下端部に取付け孔が形成され、当該取付け孔が前記フォトダイオードを囲むように前記突出部の上面に固定され、かつ前記ベース部上面の前記球体周囲に対応する領域が反射防止つや消し黒色となっていることを特徴としている。
【0017】
本発明の請求項2に係る日射計がこのような構成を有することで、従来の日射計とは異なり、水平方向からの日光を球体が受けてもこの光を球体全体に拡散させて球体全体を光らせることができるので、太陽の高さに関わらず太陽から降り注ぐ日光の日射量をフォトダイオードで精度良く測定することができる。
【0018】
その結果、朝方や夕方などの入射角の比較的小さい時間帯の入射量も正確に測定することができる。また、温室内にこの日射計を設置した場合は、温室上部の構造体の作る日陰の影響を受けずに入射量を常に正確に測定することができる。
【0019】
また、球体の下端部に形成された孔がベース部の突出部の上面に固定されているので、白色の球体全体の清掃性に優れ、日光を白色の球体が常に正確に受光することができるようになる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によると、太陽がどのような高さにあっても植物に降り注ぐ日光の日射量を常に正確に測定でき、植物栽培に好適に利用可能な日射計を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の一実施形態に係る日射計1について図面に基いて説明する。本発明の一実施形態に係る日射計1は、ハウス内で栽培される野菜や花などの生育の制御に利用されるもので、図1に示すようにベース部11と、ベース部11の上面中央部12に配置されたフォトダイオード13と、フォトダイオード13の受光面13aを所定の空間を介して囲むようにベース部11の上面中央部12に備わった中空の白色球体14を有している。そして、この日射計1は、本実施形態では図2に示すように、ハウスの地面から適当な高さで配置されるように支持体50で支持されている。ベース部11は、例えば強度と耐候性に優れた樹脂でできており円板状をなし、ベース部11の上面であって白色球体14に対応する領域には黒色塗装11aが施されている。ベース部11は、植物や地面からの日光の反射光が白色球体14に当たるのを防止し、白色球体14が天空からの日光のみを受光する役目を果たしている。なお、黒色塗装11aは、ベース部11の白色球体周囲の領域において日光が反射してこの反射光が白色球体に当たり、日射量の誤差にならないようにこのベース部11に当る光を吸収する役目を果たしている。
【0022】
フォトダイオード13の出力は図示しない電線を介してここでは詳細に示さない信号処理部で信号処理され、例えば非接触で遠隔制御されたハウスのコントロールセンターにその検出された日射量情報が逐次送信されるようになっている。
【0023】
白色球体14は、本実施形態では例えば押しボタンスイッチの表示用拡散板などに用いられる白色の光拡散材料でできた球体であり、その設置状態における下端部に取付け孔14aが形成されている。そして、取付け孔14aがベース部11の上面中央部12に配置されたフォトダイオード13を囲んでフォトダイオード13の受光面13aが白色球体14の内周面と略面一となるように接着剤等の適当な固定手段で固定され、これによって、フォトダイオード13の受光面上側の空間を白色球体14の内部に形成しつつ、フォトダイオード13の周囲を覆うようになっている。なお、図1においては説明の都合上、白色球体14の断面ハッチングを省略して示している。
【0024】
本実施形態に係る日射計1がこのような構成を有することで、従来の日射計5とは異なり、太陽がどのような高さにあっても日光を白色球体14が常に受けてこの入射光を白色球体全体に拡散させて白色球体全体を拡散板のように光らせることができるので、太陽の高さの如何に関わらず、日光の日射量をフォトダイオード13で精度良く測定することができる(図2の太陽光A,B参照)。
【0025】
また、本実施形態における日射計の白色球体14の下端に形成された取付け孔14aがフォトダイオード13を囲んだ状態でベース部11の上面中央部12に固定されていることで、水平方向から入射する日光に対しても白色球体14が受けてこれを白色球体全体に拡散させて白色球体全体を拡散板のように光らせることができるので、精度の良い日射計とすることができる(図2の太陽光C参照)。
【0026】
続いて、上述した実施形態に係る日射計1を用いた日光の日射角度とフォトダイオード13の出力との関係について測定したので、この測定結果を図3に基づいて説明する。なお、この測定に際して光の強度は一定とし、入射角度のみを変えるようにした。図3に示す横軸は鉛直方向に対する日光の入射角度(度)を示し、縦軸はこれに対応したフォトダイオード13の出力(mV)を示している。また、この図では、三角のプロットは水平面日射を入射角の余弦で除した値、即ち、日射の鉛直面強度である。
【0027】
図3から明らかなように、本実施形態による日射計を用いると、入射角度がかなり変わって日射計の側方から光が入射してもフォトダイオード13の出力があまり変わらないことが分かった。その結果、日射量が一定の場合、入射光の入射角度の影響をあまり受けずに日射計で正確に測定できることが分かった。
【0028】
この測定結果から、本実施形態にかかる日射計は、従来の日射計とは異なり、太陽がどのような高さにあっても球体が受けた日光を球体全体に拡散させて球体全体を光らせることができるので、太陽の高さの如何に関わらず日光の日射量をフォトダイオードで精度良く測定することができることが立証できた。
【0029】
即ち、朝方や夕方などの入射角の比較的小さい時間帯の入射量も正確に測定することができることが分かった。また、温室内にこの日射計を設置した場合、温室上部の構造体の作る日陰の影響を最小限にすることができ、入射量を常に正確に測定することができることが立証できた。
【0030】
続いて、上述の実施形態の変形例に係る日射計について説明する。本発明の変形例に係る日射計2も、ハウス内で栽培される野菜や花などの生育の制御に利用されるもので、図4に示すようにベース部21と、ベース部21の突出部22の上面22aに配置されたフォトダイオード23と、フォトダイオード23を所定の空間を介して囲むようにベース部21の突出部22の上面22aに備わった中空の白色球体24を有している。そして、この日射計2は、本実施形態では図2に示した支持体50と同様な支持体で、ハウスの地面から適当な高さで配置されるように支持されている。
【0031】
ベース部21は、例えば強度と耐候性に優れた樹脂でできており円板状をなし、ベース部21の上面であって白色球体24に対応する領域にはつや消し黒色塗装21aが施されている。なお、ベース部21は、植物や地面からの日光の反射光が白色球体24に当たるのを防止し、白色球体24が天空からの日光のみを受光するような役割を果たしている。また、ベース部21の中心部に日射計2の設置状態で上方に向かって突出する円柱状の突出部22が備わっている。そして、突出部22の上面22aは平面状に形成され、この上に日射量検出用のフォトダイオード23が配置されている。このような突出部22を設けることで、白色球体全体の清掃性を高めて日光を常に正確に受光するようになっている。
【0032】
なお、白色球体24が突出部22を介してベース部21の若干上側に支持されるようになっているので、ベース部21の大きさは、上述した実施形態に係るベース部11よりも大きくなって、植物や地面からの反射光を白色球体24が受光するのを防止している。また、黒色塗装21aは、ベース部21の白色球体周囲の領域において日光が反射してこの反射光が白色球体に当たり、日射量の誤差にならないようにこのベース部21に当る光を吸収する役目を果たしている。
【0033】
フォトダイオード23の出力は図示しない電線を介してここでは詳細に示さない信号処理部で信号処理され、例えば非接触で遠隔制御されたハウスのコントロールセンターにその検出された日射量情報が逐次送信されるようになっている。
【0034】
白色球体24は、本実施形態では例えば押しボタンスイッチの表示用拡散板などに用いられる白色の光拡散材料でできた球体であり、その設置状態における下端部に取付け孔24aが形成されている。そして、取付け孔24aがベース部21の突出部22の上面22aに配置されたフォトダイオード23を囲んでフォトダイオード23の受光面23aが白色球体24の内周面と略面一となるように接着剤等の適当な固定手段で固定され、フォトダイオード23の受光面23aの上側の空間を白色球体24の内部に形成しつつ、フォトダイオード23の周囲を覆うようになっている。なお、図4においても説明の都合上、白色球体24の断面ハッチングを省略して示している。
【0035】
本変形例に係る日射計2がこのような構成を有することで、従来の日射計5とは異なり、太陽がどのような高さにあろうとも太陽から降り注ぐ日光を白色球体24が常に受けてこの入射光を白色球体全体に拡散させて白色球体全体を拡散板のように光らせることができるので、太陽の高さの如何に関わらず日光の日射量をフォトダイオード13で精度良く測定することができる。
【0036】
また、本実施形態における日射計の白色球体24の下端がベース部21の突出部22の上面22aに固定されていることで、白色球体全体の清掃性を高めており、日射量を常に精度良く測定できるようにしている。
【0037】
なお、上述した実施形態及びその変形例においては、ベース部11(21)の上面に黒色塗装11a(21a)を施したが、必ずしもこれに限定されず、
ベース部自体が黒色の材質でできていることでベース部の上面が黒色となっていても構わない。
【0038】
また、白色球体14(24)は上述の本実施形態では白色であったが、必ずしもこの色彩には限定されず、太陽の光を球体全体に拡散させるような材質でできた球体であれば例えば乳白色などどのような色彩であっても構わない。
【0039】
また、上述の実施形態及びその変形例において用いたフォトダイオードの代わりに白色球体に当った日光の強度を測定できる光センサを用いても良い。
【0040】
なお、上述の実施形態及びその変形例では日射計をハウス内に設置したが、必ずしもハウス内に日射計を設置する必要はなく、植物の生育を制御する必要のあるところであれはどのような場所においても本発明にかかる日射計を適用可能である。
【0041】
以上説明したように、本発明にかかる日射計を用いると、従来の平面型の日射計の出力を制約する余弦法則の影響を受け難くする。即ち、入射強度が同じでも、太陽高度が落ちて入射角が低くなるとその分出力が落ちるのを防げる。
【0042】
本発明にかかる日射計がこのような構成を有することで、立体の植物が外部からうける光の量をより実際に合わせて測定できる。また、本発明にかかる日射計は、垂直方向に最大感度がある従来の平面型の日射計の水平面受光に比べて全方位から均等に受光するため、時刻と共に移動してきた日光の陰の影響を軽減できる。
【0043】
即ち、本発明にかかる日射計は、日光の入射角が大きくなってもフォトダイオードの出力に関する入射強度の誤差を最小限とすることができる。特に植物群落の場合、生育の状況に応じて植物が小さいときでも生育が進み背丈が高くなっても、本発明にかかる日射計を用いると、全方面から日射量を測定することができる。これにより、植物栽培における日射量の測定につき、太陽の移動により誤差を生じることがなく、全方位の日射を最小限の誤差で測定することができる。
【0044】
また、本発明にかかる日射計を用いると、日光が傾いて植物の側面に光が当たる状態でも日射量を誤差なく測定することができる。
【0045】
なお、本発明にかかる日射計を温室環境制御器と組み合わせることによって、光制御のためのカーテンの開閉などで従来と比べて一歩進んだ制御が可能となり、優れた温室環境制システムを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の一実施形態にかかる日射計を、白色球体の中心を含む鉛直面に沿って概略的に示す断面図である。
【図2】図1に示した日射計をハウス内に設置した状態を示す概略説明図である。
【図3】本発明の作用を説明するための特性図であり、一定の日射量において横軸に入射角、縦軸にその入射角に対するフォトダイオードの出力をとった特性図である。
【図4】図1に示した日射計の変形例を示す、図1に対応する断面図である。
【図5】従来の日射計をハウス内に設置した状態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【0047】
1,2,5 日射計
11 ベース部
11a 黒色塗装
12 上面中央部
13 フォトダイオード
13a 受光面
14 白色球体
14a 取付け孔
21 ベース部
21a 黒色塗装
22 突出部
22a 上面
23 フォトダイオード
23a 受光面
24 白色球体
24a 取付け孔
50 支持体
A,B,C 太陽光
【出願人】 【識別番号】000006666
【氏名又は名称】株式会社山武
【出願日】 平成19年3月15日(2007.3.15)
【代理人】 【識別番号】100106378
【弁理士】
【氏名又は名称】宮川 宏一


【公開番号】 特開2008−224571(P2008−224571A)
【公開日】 平成20年9月25日(2008.9.25)
【出願番号】 特願2007−66161(P2007−66161)