JPH0157768B2

JPH0157768B2 -

Info

Publication number: JPH0157768B2
Application number: JP8440679A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mori
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-05
Filing date: 1979-07-05
Publication date: 1989-12-07
Also published as: JPS569709A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、太陽又は月のような他の物体と明確
に区別され得る光源の移動に広範囲にかつ正確に
追従するようにした自動追尾装置に関する。

近年、省エネルギーの時代を迎え、次期エネル
ギー源の１つとして太陽エネルギーがクローズア
ツプされ、その有効かつ効果的な利用について各
方面で精力的に研究開発が行われている。

本発明もその一環としてなされたもので、特
に、太陽エネルギーを集光するためのレンズ系を
太陽の移動に追従して移動し、常に最も効率の良
い状態で太陽エネルギーを収集できるようにした
ものであるが、本発明は、太陽に限らず月その他
の発光又は反射物体の移動にも追尾可能であるこ
とは以下の説明から容易に理解できよう。

第１図は、本発明の動作原理を説明するための
図で図中、１は太陽光SLを集束するためのレン
ズ系、例えば、フレネルレンズである。２はレン
ズ系１によつて集束された太陽エネルギーを捕集
するための光導体、光電変換器又は光熱変換器
で、例えば、光導体によつて捕集された光エネル
ギーは該光導体を通して適当な箇所へ導かれ、そ
のまま照明光として、或いは、電気エネルギー又
は熱エネルギーに変換されて使用に供される。３
は前記レンズ系１、太陽エネルギー捕集手段２、
及び、後述する光検出手段４x₁，４x₁′，４y₁，
４y₁′を一体的に支持するための支持枠で、該支
持枠３は、通常、太陽の移動に追従するように図
示しない装置によつて制御されている。このよう
な太陽光追従方式の一例として、従来、太陽光エ
ネルギー検出装置を設け、この太陽光エネルギー
検出装置の出力によつて集光装置全体つまり支持
枠を太陽の移動に追従させる方式が提案されてい
るが、この方式は、太陽光が雲等によつて遮断さ
れ、追跡点が一旦失われてしまうとその後の追尾
が非常に困難になる等の欠点がある。この欠点を
避けるために、太陽の移動を前もつて予測してお
き、時計機構によつて集光装置全体を太陽の移動
に追従するようにした方式も考えられているが、
この方式によると、太陽エネルギー捕集手段がレ
ンズ系１の焦点位置に正確に一致しているか否か
は不明であり、最悪の場合には全く集光すること
ができない状態が継続するといつた欠点があつ
た。

この点に関し、第１図に示すように、レンズ系
１と光エネルギー捕集手段２との間の任意所望の
位置でかつレンズ系１によつて集束される光束の
周辺部近傍に対称に２対の光検出素子４x₁，４
x₁′；４y₁，４y₁′を設ければ、これらによつて広
領域内における太陽の位置を検出しかつ集光装置
を太陽の方向に追従させるようにすることができ
る。すなわち、第２図及び第３図は、第１図に示
した自動追尾装置の動作を説明するための図で、
第２図の斜線部Ｓは第１図の―面における太
陽像で、この太陽像Ｓの周辺部例えば外側に近傍
して光検出素子４x₁，４x₁′；４y₁，４y₁′が配設
されている。

また、第３図は、レンズ系１の平面に対する太
陽光の入射角と焦点位置との関係を示す図で、周
知のように、太陽光がレンズ系１に対して直角
（90゜）すなわち入射角0゜の時、太陽像は太陽エネ
ルギー捕集手段２上に結像する。しかし、レンズ
系１に対する太陽光の入射角がずれるにつれてそ
の結像（焦点）位置もずれ、例えば、入射角が
30゜の時はA₃₀の位置に、60゜の時はA₆₀の位置に結
像される。従つて、第３図において、図示位置に
光検出素子４x₁，４x₁′を配設しておく時は、光
検出素子４x₁はレンズ系１に対して右側にほぼ0゜
〜30゜の範囲に太陽がある時に太陽光を検出し、
この時、光検出素子４x₁′は太陽光を受光しない
から、これらの光検出素子の出力の差を差動アン
プ５Ｘで検出してサーボモータ６Ｘを回転し、第
１図に示した支持枠３を回転して太陽の方向に向
けると、光検出素子４x₁からの出力信号がなくな
つて差動アンプ５Ｘの入力信号が平衡し、サーボ
モータ６Ｘが停止する。以降、サーボモータ６Ｘ
は、光検出素子４x₁と４x₁′の出力が平衡するよ
うに制御され、太陽光集光装置は常に太陽の方向
を向き、太陽光エネルギーを確実に捕集すること
ができる。なお、追尾中に、太陽光が雲等によつ
て一旦遮断されるような場合がしばしばあるが、
そのような場合は光検出素子４x₁，４x₁′の入射
光量が等しくなるので、その間、追尾動作は平衡
状態で安定に休止しており、所定時間経過後に雲
がとぎれて再度太陽光を受光すると、その間にお
ける太陽の移動が、図示の例の場合、30゜以内で
あるならば、光検出素子４x₁，４x₁′の一方が太
陽光を受光し、他方は受光しないから、前記と同
様に、差動アンプ５Ｘの両入力が平衡するように
サーボモータ６Ｘが作動して再度太陽位置に追従
する。なお、以上には、光検出素子４x₁，４
x₁′をレンズ系１によつて集束される光束の周辺
部外側近傍に配設した例について説明したが、周
辺部内側近傍或いは周辺部境界線上に配設しても
同様に作用して太陽位置に追従するようにしても
よい。しかし、周辺部外側近傍に設ける時は、光
検出素子４x₁，４x₁′に太陽光が入射しないよう
にサーボモータを作動させるので、光検出素子が
受光した太陽エネルギーによつて焼損するような
恐れはない。また、以上に、１対の光検出素子４
x₁，４x₁′を用いて日中の太陽の移動に追従する
例について説明したが、図示のように、光検出素
子４x₁，４x₁′を結ぶ線に直角の方向に対称に更
に１対の光検出素子４y₁，４y₁′を設け、同時に
これらの光検出素子４y₁，４y₁′の出力の差を差
動アンプ５Ｙで検してサーボモータ６Ｙを制御す
るようにしたので、四季の太陽の高さにも追従さ
せることができ、年間を通じて太陽の移動に追従
させることができる。

而して、光検出素子４x₁，４x₁′は、レンズ系
１にによつて集束される光束の周辺部であれば、
レンズ系１と光捕集手段２との間の任意所望の位
置に配設することが可能であり、レンズ系１に近
ずければ近ずけるほどより広範囲内における太陽
位置を検出して太陽位置に追従させることがで
き、一方、光捕集手段２に近ずければ近ずけるほ
ど太陽位置を検知する範囲は狭くなるがより正確
に太陽位置に追従させることができる。

本発明は上述のごとき観点に立つてなされたも
ので、第４図は、本発明による自動追尾装置の実
施例を説明するための図、第５図は、第４図の
―面及び―面より見た図を平面的に並べて
表わしたもので、第５図における斜線部S₁は第４
図の―面における太陽像、斜線部S₂は―
面における太陽像で、これら太陽像の周辺部には
それぞれ光検出素子４x₁，４x₁′；４y₁，４y₁′及
び４x₂，４x₂′；４y₂，４y₂′が配設されており、
光検出素子４x₁，４x₂の出力はオア回路４x₁₂を
通して差動アンプ５Ｘの一方の入力端子に、ま
た、４x₁′，４x₂′の出力はオア回路４x′₁₂を通し
て差動アンプ５Ｘの他の入力端子に接続されてい
る。同様に、光検出素子４y₁，４y₂の出力はオア
回路４y₁₂を通して差動アンプ５Ｙの一方の入力
端子に、また、４y₁′，４y₂′の出力はオア回路４
y′₁₂を通して差動アンプ５Ｙの他方の入力端子に
接続されている。従つて、この実施例によると、
光検出素子４x₁，４x₁′；４y₁，４y₁′によつてよ
り広範囲内における太陽位置を検出しかつ集光装
置を太陽の方向に大略追従させ、光検出素子４
x₂，４x₂′；４y₂，４y₂′によつてより正確に太陽
の位置に追従させることができる。なお、本発明
において、光検出素子４x₂，４x₂′；４y₂，４
y₂′はレンズ系１の焦点近傍に配設されるので、
その受光量が大きく、焼損する恐れがあるが、そ
の場合には、光検出素子の前面に熱吸収体、反射
体等の熱及び光減衰部材を設ければ、光検出素子
４x₁，４x₁′；４y₁，４y₁′及び４x₂，４x₂′；４
y₂，４y₂′に同一素材のものを使用することがで
きる。また、第５図には、光検出素子４x₁と４x₂
の出力をオア回路４x₁₂を通して差動アンプ５Ｘ
の一方の入力端子に導くとともに、光検出素子４
x₁′と４x₂′の出力をオア回路４x′₁₂を通して差動
アンプ５Ｘの他方の入力端子に導く例を示した
が、光検出素子４x₁と４x₁′の出力の差を第１の
差動アンプによつて求めるとともに、光検出素子
４x₂と４x₂′の出力の差を第２の差動アンプによ
つて求め、これら第１及び第２の差動アンプのオ
ア出力によつてサーボモータ６Ｘを駆動し、光検
出素子４y₁，４y₁′；４y₂，４y₂′の出力について
も同様に構成してサーボモータ６Ｙを駆動するよ
うにしてもよいことは容易に理解できよう。

以上に、本発明を太陽エネルギー収集装置に適
用した例について説明したが、本発明が太陽光以
外の光源を自動追尾するために使用し得ることは
以上の説明から容易に理解できよう。また、本発
明による自動追尾装置を不規則に運動する移動物
体に搭載して使用することも可能であるが、以上
に説明したように、本発明による自動追尾装置
は、広範囲領域内における光源を容易に検出する
ことができ、例えば、移動物体の不規則運動によ
つて光源の位置が一旦見失われてしまつたような
場合であつても直ちに光源の位置を検出し、か
つ、該光源に正確に追従させることができるの
で、特に、本装置を海上施設等に設置した場合に
その効果は大きい。

以上の説明から明らかなように、本発明による
と、簡単な構成によつて、広領域内における光源
の位置を容易に検出でき、また、光検出素子をレ
ンズ系によつて集束される光束の周辺部外側近傍
に設けたので、光検出素子が受光した光源のエネ
ルギーによつて焼損するような恐れもなく、その
光源の移動に正確に追従させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による自動追尾装置の動物原
理を説明するための概略構成図、第２図は、第１
図の―面より見た平面図及び電気回路図、第
３図は、本発明の動物原理を説明するための光学
的線図、第４図は、本発明の実施例を説明するた
めの概略構成図、第５図は、第４図の―面及
び―面より見た平面図及び電気回路図であ
る。１…レンズ系、２…光捕集手段、３…支持枠、
４x₁，４x₁′；４y₁，４y₁′；４x₂，４x₂′，４y₂，
４y₂′…光検出素子、５Ｘ，５Ｙ…差動アンプ、
６Ｘ，６Ｙ…サーボモータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１被追尾物体からの光を集束するためのレンズ
系と、該レンズ系と該レンズ系の焦点との間の位
置の第１の平面上に配設された第１の光検出手段
と、前記レンズ系と該レンズ系の焦点との間の前
記第１の平面とは異なる位置の第２の平面上に配
設された第２の光検出手段とから成り前記レンズ
系及び第１及び第２の光検出手段が一体的に構成
された一体構成体と、該一体構成体の前記レンズ
系を前記被追尾物体の方向に向けるための駆動手
段から成り、前記第１及び第２の光検出手段は、
それぞれ前記レンズ系によつて集束される光束の
周辺部外側近傍でかつ前記レンズ系の中心軸に関
して対称の位置に少なくとも１対の光検出素子を
有し、前記一体構成体が前記第１の光検出手段に
おける一対の光検出素子の出力信号間の差電圧及
び前記第２の光検出素子の前記第１の一対の光検
出素子と同方向に配設された一対の光検出素子の
出力信号の差電圧が平衝するように前記駆動手段
により制御されて前記レンズ系が前記被追尾物体
の方向に向くようにしたことを特徴とする自動追
尾装置。