JPH0650725Y2

JPH0650725Y2 - 太陽光追尾装置

Info

Publication number: JPH0650725Y2
Application number: JP7528992U
Authority: JP
Inventors: 太郎岡本
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2004-12-21
Also published as: JPH0575610U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は太陽光の位置を検出し
て太陽光の追尾を行なう太陽光追尾装置に係り、特にデ
ィジタル処理により太陽光追尾を行う太陽光追尾装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光追尾を行う太陽光追尾装置では太
陽光の位置を検出する必要があり、このために太陽光位
置検出装置が用いられる。従来の太陽光位置検出装置
は、２個あるいは複数個のフォトダイオード等の光セン
サを用い、これらのアナログ出力を差動的に用いること
により位置検出を行なうようにしているものが主であ
る。ところが、この差動型検出装置はアナログ信号処理
によって検出を行なっているために、出力の低下やドリ
フト等、センサ素子の経年変化がかなり大きく、検出精
度が低下するという問題がある。

【０００３】また、これらの経年変化を補正するための
補正回路等を設けると全体の構成が複雑となり、装置の
価格が高価になるという問題が新たに発生する。さら
に、このような差動型の検出装置では、太陽とセンサと
の位置関係を精密に設定する必要がある。

【０００４】また、従来では上記の差動型検出装置の他
にＰＳＤ（Position Sensitive Device ）を用いたもの
もあるが、この場合にもアナログ信号処理により検出を
行っているために経年変化や温度によるドリフト等の問
題がある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】このように従来では、
検出処理をアナログ的に行なうために、検出誤差が大き
くなり、精度が低下するという欠点がある。

【０００６】この考案は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、経年変化が少なく高い
検出精度で太陽光の位置を検出でき、もって高い精度で
太陽光の追尾を行なうことができる太陽光追尾装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この考案の太陽光追尾装
置は、第１、第２の暗室を有する暗箱と、上記第１、第
２の暗室に設けられた第１、第２のスリットと、上記第
１の暗室内に設置され、上記第１のスリットを通過する
太陽光を水平方向で検出する複数個の画素で構成された
第１の１次元固体撮像装置と、上記第２の暗室内に設置
され、上記第２のスリットを通過する太陽光を垂直方向
で検出する複数個の画素で構成された第２の１次元固体
撮像装置と、上記第１、第２の１次元固体撮像装置の出
力に基づき太陽光の水平方向及び垂直方向における位置
データを得る第１、第２の位置データ検出回路と、水平
方向におけるプリセット位置データ及び上記第１の位置
データ検出回路で得られた太陽光の水平方向における位
置データに基づき、水平方向駆動装置に供給するための
変位量を算出する第１の変位量算出手段と、垂直方向に
おけるプリセット位置データ及び上記第２の位置データ
検出回路で得られた太陽光の垂直方向における位置デー
タに基づき、垂直方向駆動装置に供給するための変位量
を算出する第２の変位量算出手段とを具備し、上記第
１、第２の位置データ検出回路のそれぞれが、上記１次
元固体撮像装置の画素を順次読み出し走査して得られる
信号を所定の閾値レベルと比較することによりパルス信
号を発生する比較回路と、上記比較回路の出力パルス信
号を１／２分周する分周回路と、上記１次元固体撮像装
置の読み出し信号レベルが上記閾値レベル以下のときに
は上記１次元固体撮像装置から信号を読み出す際に使用
される同期信号に対応した信号を計数し、１次元固体撮
像装置の読み出し信号レベルが上記閾値レベル以上にな
った後は上記分周回路からの出力パルス信号を計数する
カウンタ回路とから構成されていることを特徴とする。

【０００８】

【作用】この考案の太陽光追尾装置では、第１、第２の
位置データ検出回路において、１次元固体撮像装置の読
み出し信号レベルが所定の閾値以下のときには１次元固
体撮像装置から信号を読み出す際に使用される同期信号
に対応した信号をカウンタ回路で計数することによっ
て、１次元固体撮像装置の一方端部の画素から所定光量
以上の太陽光が照射されている領域の端部までの画素の
数が得られる。１次元固体撮像装置からの読み出し信号
レベルが閾値以上になった後は分周回路からのパルス信
号をカウンタ回路で計数することによって、１次元固体
撮像装置で所定光量以上の太陽光が照射されている領域
の中央部までの画素の数が得られる。上記両画素の数は
水平方向及び垂直方向における太陽光の位置データとな
り、第１、第２の位置データ検出回路で得られた水平方
向及び垂直方向における太陽光の位置データはプリセッ
ト位置データと共に第１、第２の変位量算出手段に供給
され、これら第１、第２の変位量算出手段で水平及び垂
直方向駆動装置に供給するための変位量が算出される。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照してこの考案を説明する。

【００１０】まず、この考案の実施例の説明の前に原理
を説明する。図４はこの考案に係る太陽光追尾装置の原
理を説明するための図である。図において、14は複数の
画素ＳＣが一列に配列された１次元センサ、16はスリッ
ト板である。ここで、スリット板16を介して太陽光18を
センサ14に照射する。このとき、スリット板16のスリッ
ト幅をＳ、太陽光18の入射角度をθ、スリット板16とセ
ンサ14の受光面との間の距離をｄ、太陽の視角をα（視
点から見た太陽の見掛け上の大きさであり、通常約0.54
°）、センサ上での感光幅をｂ、センサ14の画素数を
Ｎ、スリット板16のスリット中心をＣ、スリット中心Ｃ
のセンサ上への正射影をＣ′、スリットより入射された
太陽光のセンサ上の中心をＣｓとした場合の、センサ上
での感光幅ｂは次の式で与えられる。ただしこのとき、
スリット端における回析効果は無視している。ｂ＝Ｓ＋ｄ［ cot｛θ−（α／２）｝− cot｛θ＋（α／２）］＝Ｓ＋ｄ・ sinα／［ sin｛θ−（α／２）｝・ sin｛θ＋（α／２）］ … １

【００１１】上記１式から明らかなように、感光幅ｂは
スリット幅Ｓ及び太陽光の視角αとの関数になり、ある
程度の幅（プラトー）を持ったピークになる。ただし、
この幅はスリット端における回析効果による計算値より
も十分に大きい。そして、上記感光幅ｂの中心であるセ
ンサ中心Ｃｓを検出すればＣ′とＣｓとの間の距離を求
めることができ、さらにこの距離と距離ｄとの関係から
太陽光の入射角度θを求めることができる。そして、こ
のような角度θの検出手段を水平方向並びに垂直方向に
それぞれ設けることにより太陽光の位置を検出すること
ができる。次にこの考案の太陽光追尾装置の一実施例を
説明する。

【００１２】図３はこの考案に係る太陽光追尾装置で使
用される太陽光位置検出装置全体の外観形状を示すもの
であり、図３の（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）はこの太陽光位置検出装置の上部を開放して示す
上面図である。

【００１３】図において、10は暗箱である。この暗箱10
内には仕切り板11で仕切られた暗室12が設けられてい
る。さらにこの暗室12はセパレータ13により12Ａと12Ｂ
の二つの室に分けられており、一方の室12Ａ内の仕切り
板11上には、太陽光を水平方向（Ｘ方向）で検出するた
めに、複数の画素を一列に配列して構成された１次元固
体撮像装置、例えばＣＣＤ・リニアセンサ14Ａが設置さ
れている。同様に、他方の室12Ｂ内の仕切り板11上に
は、太陽光を垂直方向（Ｚ方向）で検出するためのＣＣ
Ｄ・リニアセンサ14Ｂが設置されている。

【００１４】上記暗室12の前方には、図３の（ｂ）に図
示するように、上記Ｘ方向センサ14Ａの画素配列と直交
する方向に延長されたＸ方向スリット15Ａ及び上記Ｚ方
向センサ14Ｂの画素配列と直交する方向に延長されたＺ
方向スリット15Ｂが設けられたスリット板16が配置され
ており、さらにこのスリット板16の前方には熱線反射ガ
ラスもしくは熱線吸収ガラス等からなる減光用フィルタ
17が配置されている。そして、太陽光位置検出の際に
は、この暗箱10の正面が太陽光に対向するように設置さ
れる。

【００１５】図１は上記Ｘ方向センサ14ＡもしくはＺ方
向センサ14Ｂで得られる信号の処理を行なう電気回路の
構成を示す回路図であり、図２はそのタイミングチャー
トである。なお、この電気回路はＸ、Ｚ方向センサ共に
同じ構成であるため、以下、その一方の回路のみについ
て説明を行なう。

【００１６】センサ14は、図２に示すようなタイミング
のトランスファ・パルスφＴ、リセット・パルスφＲと
２相のシフト・パルスφＡ、φＢ及びそれらの反転パル
ス／φＡ、／φＢ（ただし、図２では反転パルス／φ
Ａ、／φＢは図示せず）で駆動される。すなわち、セン
サ14はトランスファ・パルスφＴが供給された後に２相
のシフト・パルスφＡ、φＢ及びそれらの反転パルス／
φＡ、／φＢに同期して各画素の信号を順次読み出し、
読み出しが終了した画素の信号をリセット・パルスφＲ
に基づいてリセットする。これにより、センサ14からは
図２に示すように、太陽光の照射光量に対応した電圧信
号ＳＯが各画素毎に順次出力される。すなわち、センサ
14から出力される電圧信号ＳＯは、各画素毎に太陽光レ
ベルに対応した電圧を持つ櫛形信号となっている。

【００１７】上記信号ＳＯは所定の閾値電圧が与えられ
ているコンパレータ21に供給される。コンパレータ21は
上記信号ＳＯのレベルが閾値Ｖthのレベルよりも高いと
きにのみ“１”レベル信号を出力する。このため、コン
パレータ21からは図２に示すように、信号ＳＯがＶthレ
ベル以上のときにパルス状の信号ＣＯが出力される。

【００１８】コンパレータ21からの信号ＣＯは分周回路
22及び信号検出回路23に供給される。分周回路22は上記
信号ＣＯを１／２分周して図２に示すような信号φａを
ディジタルマルチプレクサ24に一方入力として供給す
る。信号検出回路23は上記信号ＣＯが始めて“１”レベ
ルに立上がるタイミングで“１”レベルとなるような検
出信号φＤを発生する。

【００１９】上記ディジタルマルチプレクサ24の他方入
力には、上記リセット・パルスφＲの反転パルス／φＲ
及びトランスファ・パルスφＴの反転パルス／φＴの論
理和信号／φＲ・／φＴが供給される。そして、マルチ
プレクサ24には選択制御信号として上記信号φＤが供給
され、マルチプレクサ24はこの信号φＤが“０”レベル
のときに信号／φＲ・／φＴを選択し、信号φＤが
“１”レベルのときは信号φａを選択する。

【００２０】マルチプレクサ24からの選択出力φciはカ
ウンタ回路25で計数される。このカウンタ回路25はリセ
ット・パルスφＳＲに基づき所定の周期でリセットされ
る。また、その計数出力Ｎclはラッチ回路26に供給され
る。

【００２１】上記ラッチ回路26には、カウンタ回路25の
計数出力Ｎclの他に検出信号φＤが供給され、ラッチ・
パルスφＬに基づきこれらをラッチする。ラッチ回路26
でラッチされた計数値Ｎclは演算回路27に供給される。
演算回路27はラッチ回路26からの計数値Ｎclと、予め与
えられている各種値とから、その方向（Ｘ方向もしくは
Ｚ方向）における太陽光の入射角度θを算出する。

【００２２】ここで、センサ14から読み出される各画素
の電圧信号ＳＯが閾値電圧（Ｖthレベル）よりも低い場
合、カウンタ回路25の入力としてセンサ14の各画素に対
応した同期信号／φＲ・／φＴが供給される。このた
め、この期間ではカウンタ回路25は、センサ14の一方端
部の画素から所定光量以上（電圧レベルＶthに対応）の
太陽光が照射されている領域の端部までの画素の数を計
数することになる。また、信号ＳＯが閾値電圧レベルよ
りも高くなると、カウンタ回路25の入力としてφａが供
給される。この信号φａは各画素に対応して出力される
上記信号ＳＯの１／２分周信号となっているため、この
期間ではカウンタ回路25は、センサ14で所定光量以上の
太陽光が照射されている領域の端部の画素からその中央
部の画素までの数を計数することになる。

【００２３】従って、カウンタ回路25の計数値Ｎclは、
センサ14の端部から所定光量以上の太陽光が照射されて
いる領域の中央部までの画素の数に対応したものとな
る。すなわち、前記図４の原理図においてセンサ14のＡ
側の端部に位置する画素の番号をｎａ、閾値電圧レベル
Ｖthを越える最後の画素の番号をｎｂとすれば、Ｎclは
次の式で与えられる。Ｎcl＝ｎａ−１＋｛（ｎａ＋ｎｂ＋１）／２｝ … ２

【００２４】この式で与えられる値Ｎclは前記図４中の
画素Ｃｓの番号である。そして、この値はスリット15か
ら入射された太陽光のセンサ14上での中央の値となり、
スリット15の幅には影響されない。

【００２５】また、演算回路27には前記図４中における
距離ｄ（スリット板とセンサの受光面との間の距離）、
センサ１画素分の幅ａ及びスリット中心Ｃのセンサ上へ
の正射影に対応した位置の画素Ｃ′の番号Ｎｃ′が予め
与えられている。ところで、上記ｄ、ａ、Ｎcl、Ｎｃ′
及び太陽光の入射角度θには、ｄ tanθ＝（Ｎcl−Ｎ
ｃ′）のような関係がある。従って、演算回路27は上記
関係から導き出される次の３式の関係に基づき、入射角
度θを算出する。 θ＝ tan^-1（ａ／ｄ）（Ｎcl−Ｎｃ） … ３

【００２６】また、信号検出回路23からの出力φＤによ
り、晴天、曇天の区別、太陽光の有無の検出が行なえ
る。すなわち、前記スリット15から入射した光は太陽か
らの直接光と散乱光とが混ざり合ったものとなってい
る。そして、直接光成分が多い場合にはセンサ出力に大
きなピークが生じる。図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
晴天時、日の入りもしくは日の出の時、曇天時（ここで
いう曇天時とは太陽からの直接光がなく散乱光成分のみ
が入射されるときをいうものとする）それぞれの場合の
センサ出力波形を示す図である。なお、図５中のｅは散
乱光成分である。従って、所定の閾値電圧レベルＶthを
コンパレータ21で設定しておき、信号検出回路23からの
信号φＤが“１”レベルに立上がれば、晴天もしくは日
の入り、日の出のいずれかであると判断でき、他方、信
号φＤが“１”レベルに立上がらず、“０”レベルのま
まであれば曇天であると判断できる。

【００２７】この太陽光位置検出装置では、角度θの検
出手段が水平方向用と垂直方向用の二系統設けられてい
るので、両手段における検出角度θにより太陽光の位置
の認識を行なうことができる。なお、この実施例におけ
る最小計測可能角度θmin はＮｃ′付近では次の式で与
えられる。 θmin ＝ tan^-1（ａ／ｄ） … ４

【００２８】また、計測可能範囲は、 tan^-1（ａ／ｄ）
（１−Ｎｃ′）〜 tan^-1（ａ／ｄ）（Ｎ−Ｎｃ′）で与
えられる。特にＮｃ′がセンサ中央にある場合にはおお
よそ± tan^-1（ａ／２ｄ）Ｎになる。すなわち、Ｎ、ａ
を一定とすると、ｄを適切に設定することにより、最小
計測可能角度及び計測可能範囲を定めることができる。

【００２９】図６はスリットの長さ方向の断面図であ
る。センサ14の垂直方向での感度は、スリットの長さを
ｌとすればｌとｄに依存する。また、スリットの中心に
センサ14が置かれると、計測可能範囲はセンサの垂直方
向に対して約± tan^-1（ｌ／２ｄ）の範囲であり、ｌの
設定により範囲を自由に調整することができる。

【００３０】このように上記構成でなる太陽光位置検出
装置では、コンパレータ21以降の信号処理をディジタル
的に行なうために、従来のように全てアナログ的に処理
を行なう場合に比較して経年変化が少なく、かつ誤差が
小さくなり、これにより検出精度の向上を図ることがで
きる。

【００３１】次に上記構成でなる太陽光位置検出装置を
使用したこの考案の太陽光追尾装置の実施例について説
明する。図７はこの太陽光追尾装置の一部分の構成を示
すブロック図である。上記太陽光位置検出装置で得られ
たＸ方向での太陽光の角度θに基づく位置データは減算
回路31に一方入力として供給される。この減算回路31に
は他方入力としてプリセット位置データが供給される。
そして、この減算回路31で計算されたＸ方向変位量が図
示しないＸ軸駆動装置に供給される。同様に、上記太陽
光位置検出装置で得られたＺ方向での太陽光の角度θに
基づく位置データが一方入力として、プリセット位置デ
ータが他方入力として減算回路32に供給される。そし
て、この減算回路32で計算されたＺ方向変位量が図示し
ないＺ軸駆動装置に供給される。このようにして、プリ
セット位置データと現在位置データとの差に基づいて駆
動装置の動作を制御することによって、太陽光はセンサ
のプリセット位置データで決められた位置に入射するこ
とになり、太陽光追尾が実現される。

【００３２】この追尾動作は、ディジタル的な数値演算
処理のみで制御されるので、アナログ値に基づいて動作
が制御されるのに比べ、ドリフトなどのあいまいさが解
消される。また、センサと太陽との相関的な位置関係も
プリセット位置データで定まるので、位置合わせ等の複
雑な調整が不要である。また、プリセット位置データと
現在位置データとの差に基づいて動作する駆動装置に位
置エンコーダを設ければ太陽の絶対位置を検出すること
ができる。さらに、センサを固定しておけば数値演算処
理により、センサ計測可能範囲内で太陽の絶対位置を算
出することができる。さらにまた、センサの前面にレン
ズ等を配置すればより広範囲な計測が可能となる。

【００３３】なお、この考案は上記実施例に限定される
ものではなく種々の変形が可能であることはいうまでも
ない。例えば、上記実施例ではセンサ14がＣＣＤ・リニ
アセンサである場合について説明したが、これはＭＯＳ
型等、ＣＣＤセンサと同様な作用を行なうラインセンサ
を使用するようにしてもよい。

【００３４】

【考案の効果】以上説明したように、この考案によれ
ば、経年変化が少なく高い検出精度で太陽光の位置を検
出でき、もって高い精度で太陽光の追尾を行なうことが
できる太陽光追尾装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の太陽光追尾装置で使用される太陽光
位置検出装置の電気回路の構成を示す回路図。

【図２】図１の電気回路のタイミングチャート。

【図３】上記太陽光位置検出装置全体の外観形状を示
し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上部を
開放して示す上面図。

【図４】この考案に係る太陽光追尾装置の原理を説明す
るための図。

【図５】図１の電気回路のセンサ出力波形を示し、
（ａ）は晴天時における波形図、（ｂ）は日の入りもし
くは日の出の時における波形図、（ｃ）は曇天時におけ
る波形図。

【図６】上記太陽光位置検出装置におけるスリットとセ
ンサとの関係を示す図。

【図７】この考案の太陽光追尾装置の一部構成を示すブ
ロック図。

【符号の説明】

10…暗箱、14…ＣＣＤ・リニアセンサ、15…スリット、
21…コンパレータ、22…分周回路、23…信号検出回路、
24…ディジタルマルチプレクサ、25…カウンタ回路、26
…ラッチ回路、27…演算回路、31，32…減算回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】第１、第２の暗室を有する暗箱と、上記第１、第２の暗室に設けられた第１、第２のスリッ
トと、上記第１の暗室内に設置され、上記第１のスリットを通
過する太陽光を水平方向で検出する複数個の画素で構成
された第１の１次元固体撮像装置と、上記第２の暗室内に設置され、上記第２のスリットを通
過する太陽光を垂直方向で検出する複数個の画素で構成
された第２の１次元固体撮像装置と、上記第１、第２の１次元固体撮像装置の出力に基づき太
陽光の水平方向及び垂直方向における位置データを得る
第１、第２の位置データ検出回路と、水平方向におけるプリセット位置データ及び上記第１の
位置データ検出回路で得られた太陽光の水平方向におけ
る位置データに基づき、水平方向駆動装置に供給するた
めの変位量を算出する第１の変位量算出手段と、垂直方向におけるプリセット位置データ及び上記第２の
位置データ検出回路で得られた太陽光の垂直方向におけ
る位置データに基づき、垂直方向駆動装置に供給するた
めの変位量を算出する第２の変位量算出手段とを具備
し、上記第１、第２の位置データ検出回路のそれぞれが、上記１次元固体撮像装置の画素を順次読み出し走査して
得られる信号を所定の閾値レベルと比較することにより
パルス信号を発生する比較回路と、上記比較回路の出力パルス信号を１／２分周する分周回
路と、上記１次元固体撮像装置の読み出し信号レベルが上記閾
値レベル以下のときには上記１次元固体撮像装置から信
号を読み出す際に使用される同期信号に対応した信号を
計数し、１次元固体撮像装置の読み出し信号レベルが上
記閾値レベル以上になった後は上記分周回路からの出力
パルス信号を計数するカウンタ回路とから構成されてい
ることを特徴とする太陽光追尾装置。