特許 6023942 日射計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6023942

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】日射計

(51)【国際特許分類】

   G01W 1/12 20060101AFI20161027BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20161027BHJP

【ＦＩ】

   G01W1/12 D

   G01J1/02 U

【請求項の数】19

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-203253(P2015-203253)

(22)【出願日】2015年10月14日

【審査請求日】2015年10月20日

(31)【優先権主張番号】特願2015-141623(P2015-141623)

(32)【優先日】2015年7月15日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2015-185829(P2015-185829)

(32)【優先日】2015年9月18日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390030395

【氏名又は名称】英弘精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 壽一

(72)【発明者】

【氏名】秋山 明仁

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 直人

【審査官】 蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１３２７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８４９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２６２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７７７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００４１６６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開平０６−０６２３３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００６／１２０８６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６０−１０００７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２８９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１００６２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５４−１３０１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 加藤正，日射計の原理と構造，太陽エネルギー，２０１３年 ５月３１日，Vol.39, No.3，11-14

【文献】 三宅行美，日射計の歴史・第２回，太陽エネルギー，２００９年 ５月３１日，V0l.35, No.3，57-65

【文献】 三宅行美，日射計の種類と精度，太陽エネルギー，１９８３年 ７月３１日，Vol.9, No.4，2-7

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｗ １／１２

Ｇ０１Ｊ １／００−１／６０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱式センサと、
入射面および反対面を有する拡散部材と、
前記拡散部材の前記入射面が露出するように、かつ、前記反対面が前記熱式センサの受光面と対向するように前記拡散部材を保持する保持部材と、
を有し、
前記熱式センサは、前記受光面に光を入射させる窓材を有するパッケージに密封して収納されており、
前記保持部材は、前記拡散部材の前記反対面と前記パッケージの前記窓材との間に形成される空間と前記パッケージとを囲んでいることによって、外部から前記熱式センサへの熱的な伝導を抑制するように形成され、
前記保持部材は、
前記拡散部材の側面の一部が露出するように前記拡散部材の周囲に形成された溝を有し、
前記保持部材の上面および前記溝の底面が、共に前記拡散部材の前記入射面を含む平面と前記反対面を含む平面との間に配置されるように前記拡散部材を保持している、
日射計。

【請求項2】

前記拡散部材は、気泡を含んで形成されている、
請求項１に記載の日射計。

【請求項3】

前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、
光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、
前記挿入溝は、底面に、接合材料が充填される凹部を含む、請求項１または２に記載の日射計。

【請求項4】

前記熱式センサがサーモパイルである、請求項１から３のいずれか一項に記載の日射計。

【請求項5】

前記サーモパイルは、薄膜サーモパイルである、請求項４に記載の日射計。

【請求項6】

前記薄膜サーモパイルは、シリコンベースのサーモパイルである、請求項５に記載の日射計。

【請求項7】

前記サーモパイルが太陽光に含まれる各波長のスペクトルに対して略均一な分光感度を有する、請求項４から６のいずれか一項に記載の日射計。

【請求項8】

前記パッケージは、ＣＡＮパッケージである、請求項１から７のいずれか一項に記載の日射計。

【請求項9】

前記ＣＡＮパッケージは気密封止され、ガスで満たされている、請求項８に記載の日射計。

【請求項10】

前記拡散部材は太陽光に含まれる各波長のスペクトルに対して変動幅が±３０％以内の透過率を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の日射計。

【請求項11】

前記拡散部材は側面から光が入射するように配置された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の日射計。

【請求項12】

前記凹部は、曲面を含む、請求項３に記載の日射計。

【請求項13】

前記凹部は、段差形状を含む、請求項３に記載の日射計。

【請求項14】

前記凹部は、Ｖ字形状を含む、請求項３に記載の日射計。

【請求項15】

前記凹部は、突起形状を含む、請求項３に記載の日射計。

【請求項16】

前記熱式センサの温度に基づいて、前記熱式センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の日射計。

【請求項17】

前記温度補償回路は、前記熱式センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、請求項１６に記載の日射計。

【請求項18】

前記抵抗体は、サーミスタである、請求項１７に記載の日射計。

【請求項19】

前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、
請求項１６から１８のいずれか一項に記載の日射計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明に係るいくつかの態様は、例えば、日射光の強度や日射量を測定する日射計に関する。

【背景技術】

【0002】

長年にわたり太陽光放射は、ISO9060標準によって定義、分類された全天日射計（以降、日射計と記載）とよばれる放射センサによって測定されてきた。最も広く使用されている日射計のタイプは、太陽光スペクトル（主な波長は３００〜３０００ｎｍ）の範囲内の放射を受けるための黒色吸収材面をもった、熱式センサを使用している。

【0003】

日射計において、時刻に応じて変化する太陽光の入射角度に対し、いずれの入射角度でも、正確な放射照度を得ることが重要である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Ｆｒａｎｋ Ｖｉｇｎｏｌａ他、“ＳＯＬＡＲ ＡＮＤ ＩＮＦＲＡＲＥＤ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ”、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

日射計の受光素子に熱式センサを用いた日射計では、センサの出力値と斜入射角特性に従う理論値との間の誤差（以降、「ＣＯＳエラー」と記載）が発生する問題があった。

【0006】

本発明は前述の問題に鑑みてなされたものであり、ＣＯＳエラーを低減することのできる日射計を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題に鑑み本願発明者が鋭意研究したところ、ＣＯＳエラーは熱式センサの入射面に対向し取り付けるガラスドームなどの影響により発生するものと推定されるとの知見を得るに至り、前記課題を解決するための解決手段に想到した。すなわち、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。

【0008】

熱式センサと、
入射面および反対面を有する拡散部材と、
前記拡散部材の前記入射面が露出するように、かつ、前記反対面が前記熱式センサの受光面と対向するように前記拡散部材を保持する保持部材と、
を有し、
前記熱式センサは、前記受光面に光を入射させる窓材を有するパッケージに密封して収納されており、
前記保持部材は、前記拡散部材の前記反対面と前記パッケージの前記窓材との間に形成される空間と前記パッケージとを囲んでいることによって、外部から前記熱式センサへの熱的な伝導を抑制するように形成され、
前記保持部材は、
前記拡散部材の側面の一部が露出するように前記拡散部材の周囲に形成された溝を有し、
前記保持部材の上面および前記溝の底面が、共に前記拡散部材の前記入射面を含む平面と前記反対面を含む平面との間に配置されるように前記拡散部材を保持している、
日射計。

【発明の効果】

【0009】

本発明の日射計によれば、熱式センサと拡散部材を備えつつ、ＣＯＳエラーを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に従う日射計の概略構成の一例を示す側方断面図である。

【図2】本実施形態に従う日射計における「高さＨ」ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。

【図3】、本実施形態に従う日射計における「距離Ｄ」ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。

【図4】本実施形態に従う日射計における「溝の深さＤＥ」ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。

【図5】本実施形態に従う日射計における拡散部材の透過率ごとのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。

【図6】本実施形態に従う日射計における挿入溝の一例を示す拡大断面図である。

【図7】本実施形態に従うセンサおよび温度補償回路の電気的接続を説明する回路図である。

【図8A】本実施形態に従う拡散部材（実施例１）の露出する面を説明する側面図である。

【図8B】本実施形態に従う拡散部材（実施例２）の露出する面を説明する側面図である。

【図8C】本実施形態に従う拡散部材（実施例３）の露出する面を説明する断面図である。

【図8D】本実施形態に従う拡散部材（実施例４）の露出する面を説明する断面図である。

【図9A】本実施形態に従う日射計（実施例１）における挿入溝の凹部を説明する拡大断面図である。

【図9B】本実施形態に従う日射計（実施例２）における挿入溝の凹部を説明する拡大断面図である。

【図9C】本実施形態に従う日射計（実施例３）における挿入溝の凹部を説明する拡大断面図である。

【図10】本実施形態に従う日射計の応答速度を比較したグラフである。

【図11】本実施形態に従う日射計における拡散部材有無でのＣＯＳエラーεの入射角依存性の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。

【0012】

図１乃至図１１は、本発明に係る日射計の一実施形態を示すためのものである。図１は、一実施形態に従う日射計１００の概略構成の一例を示す側方断面図である。日射計１００は、例えば全天日射計であり、天空の全方向、つまり２πステアラジアンの立体角の範囲からの光（放射）に対し、その強度や日射量を測定するためのものである。図１に示すように、日射計１００は、例えば、センサ１０と、温度補償回路２０と、拡散部材３０と、保持部材４０と、ドーム５０と、を備える。

【0013】

拡散部材３０は、入射面とその反対面、そして側面を有する光学部材であり、入射した光を拡散して透過するように構成されている。拡散部材３０は、例えば表面に凹凸を形成して表面において光を拡散させるだけでなく、その内部においても光を拡散できるものが好ましい。そのような拡散部材３０は、例えばバブルクォーツ等、内部に気泡（ポーラス）が形成された材料で構成することが可能である。拡散部材の透過率は太陽光スペクトル（３００〜３０００ｎｍ）に対し、略均一な透過率をもっている。この拡散部材３０の透過率の変動幅は±３０％以内、好ましくは±１０％以内、より好ましくは±３％以内であり、この略均一な透過率特性により、ブロードな分光特性に優れた日射計を得ることができる。

【0014】

また、拡散部材３０は、センサ１０の受光面１１に対向する位置に配置され、光は拡散部材３０を拡散透過し、センサ１０の受光面１１に入射するように構成されている。

【0015】

図１１は、一実施形態に従う日射計１００における角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図１１では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ²］である。なお、図１１のグラフは、拡散部材３０を使用した場合をｋ１、拡散部材を使用しない場合をｋ２として、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図１１に示すように、拡散部材３０を使用しない場合のＣＯＳエラーεに比べ、拡散部材３０を使用したＣＯＳエラーεは小さくなることが分かる。これにより、拡散部材３０を用いることで、ＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0016】

センサ１０は、熱式（熱型）センサであり、例えばサーモパイル、サーミスタ、ペルチェ、熱電対、白金抵抗体が使用できる。センサ１０がサーモパイルの場合、受光面１１に入射した光（光エネルギー）を熱（熱エネルギー）に変換し、当該熱に応じた電気信号を出力するように構成されている。

【0017】

センサ１０は、薄膜サーモパイルを用いることで、日射計の光に対する応答時間を短くすることが出来る。図１０は従来のサーモパイルと今回提案した薄膜サーモパイルの応答性能を表したものである。横軸は応答時間を示し、縦軸はセンサの出力（規格化）を示す。図１０より、薄膜サーモパイルを用いたセンサはサーモパイルより応答性により優れていることが分かる。

【0018】

薄膜サーモパイルは、シリコンをベースとすることで、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の微細加工技術を利用することが出来るようになり、より容易に、安定的にセンサを製造することが出来る。また、シリコンベースのサーモパイルのセンサ１０は太陽光スペクトル（３００〜３０００ｎｍ）に対し、略均一な分光感度をもっている。またセンサ１０は、金属製の容器１２、例えばＣＡＮパッケージに収納することで、機械的強度を高め、さらに容器１２内にセンサ１０を密閉する事で、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高めることが出来る。また容器１２内には指定のガス（窒素、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ等）を含む不活性ガス）で満たすことでさらなるセンサの長期安定性が得られる。またさらに、後述するドーム５０の周縁部５１と挿入溝４３が接合材料Ｂにより接着されることで、さらに装置内の気密性が良くなり、センサの長期安定性も更に向上する。また、光がセンサ１０に入射可能になるように、容器１２には、センサ１０の周縁（外径）に基づいて、例えば開口が形成され、窓材（図示せず）にて密閉できる構成になっている。また封止するための窓材は太陽光スペクトル（３００〜３０００ｎｍ）で透過率５０％以上の略均一な高い透過率をもっており、この透過率特性により密閉性を維持しつつ、ブロードな分光特性に優れた日射計を得ることができる。また、センサ１０をＣＡＮパッケージに収納する事で、保持部材４０を含む装置全体とＣＡＮパッケージの２重構造でセンサ１０と外部との直接の接触を断つことが出来、熱的な入出を抑制する事でセンサ１０のオフセット量を抑える事が出来る。

【0019】

温度補償回路２０は、センサ１０の近傍に配置された回路基板上に設けられている。温度補償回路２０は、センサ１０に電気的に接続しており、センサ１０の温度に基づいて、センサ１０の出力信号を補正するように構成されている。

【0020】

保持部材４０は、日射計１００の土台（基礎）となる部材であり、センサ１０、温度補償回路２０、拡散部材３０、およびドーム５０が設けられている。保持部材４０は、１つ以上の部品（パーツ）で構成されており、所定以上の強度とともに所定以上の熱伝導度を有する材料で構成することが好ましく、例えばアルミニウム等の金属材料で構成することが可能である。保持部材４０は、拡散部材３０の入射面３１（図１において上面）と側面３２が露出するように拡散部材３０を保持している。具体的には、保持部材４０は、例えば拡散部材３０の入射面３１が保持部材４０の上面４５より高くなるように、拡散部材３０を保持する。

【0021】

ドーム５０は、例えば雨や風から日射計１００の内部を保護するためのものである。ドーム５０は、例えばガラス等の光透過性を有する材料で構成することが可能である。ドーム５０は、露出した拡散部材３０の入射面３１と側面３２に、天空から光が入射するように、略半球形状を有している。

【0022】

なお、日射計１００は、ドーム５０を備える場合に限定されず、例えばドーム５０を備えていなくてもよい。

【0023】

ここで、拡散部材３０の入射面３１には、センサ１０の受光面に対し、垂直方向の光だけではなく、垂直軸Ｎに対して角度θ（０＜θ≦９０°）の光も入射する。拡散部材３０の上面において、角度θで入射する光の照度Ｅは、斜入射角特性（斜入射光特性または方位特性ともいう）を有しており、垂直方向から入射する光の照度Ｅ₀を用いて、以下の式（１）のように表される。
Ｅ＝Ｅ₀ｃｏｓθ …（１）

【0024】

式（１）から明らかなように、角度θで入射する光の照度Ｅは、垂直方向から入射したときの光の照度Ｅ₀のｃｏｓθ倍になる、という性質（特性）がある。しかし、光は角度θが大きくなるに従い表面反射が増加し、さらに、センサ１０の入射面３１に対向し取り付ける、ドーム５０の影響でＣＯＳエラーが発生する。

【0025】

そこで、光が拡散部材を介してセンサに入射することで、従来の光がセンサに直接入射する場合と比較して、ＣＯＳエラーを小さくすることが出来る。センサ１０の受光面への光が入射する角度θが比較的に小さいうちは問題を生じない。

【0026】

さらに、本実施形態の日射計１００は、拡散部材３０の側面３２の一部が露出するように、保持部材４０が拡散部材３０の周囲に形成される溝４１を有している。容器１２に収納されたセンサ１０を用いた場合、センサ１０の受光面へ入射する光の角度θが大きくなるに従い、容器１２により制限されるため、更に前記ＣＯＳエラーが大きくなる場合があるが、溝を設けることにより、拡散部材３０の側面３２の一部を露出することになり、拡散部材３０の入射面３１に入射する光に加え、拡散部材３０の側面３２に斜め方向や横方向からの光が入射するので、前記ＣＯＳエラーを抑制する事が可能となりさらに好ましい。

【0027】

溝４１は、拡散部材３０の側面３２（外径）に沿って全周にわたって形成されることが好ましい。この場合、例えば、平面視において、拡散部材３０の側面３２（外径）の形状が円形である場合、溝４１の形状は、円形（円環）になる。

【0028】

また、拡散部材３０の入射面３１が溝４１の底面４２より高くなるように保持されている。拡散部材３０の入射面３１と溝４１の底面４２との間を高さＨとよぶ。

【0029】

図２は、一実施形態に従う日射計１００における高さＨごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図２では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ²］である。なお、図２のグラフは、高さＨがｈ１、ｈ２、およびｈ３のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。また、参考のために、高さＨがゼロ（なし）の場合について、ｈ０として表している。図２に示すように、高さＨがゼロの場合、角度θが大きくなるにつれて、ＣＯＳエラーεも大きくなる傾向にある。一方、日射計１００が高さＨを有する場合、高さＨがゼロの場合のＣＯＳエラーεに比べ、ＣＯＳエラーεが変化し、小さくなることが分かる。これにより、拡散部材３０の上面と溝４１の底面４２との間の高さＨを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、拡散部材３０の上面と溝４１の底面４２との間の高さＨを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0030】

また、図１に示すように、拡散部材３０は、反対面３３がセンサ１０の受光面１１から離れて配置される。拡散部材３０の反対面３３とセンサ１０の受光面１１との間を距離Ｄとよぶ。

【0031】

図３は、一実施形態に従う日射計１００における距離Ｄごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図３では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ²］である。なお、図３のグラフは、距離Ｄがｄ１、ｄ２、ｄ３、およびｄ４のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図３に示すように、日射計１００が距離Ｄを有する場合、距離Ｄを変化させるとＣＯＳエラーεも変化することが分かる。これにより、拡散部材３０の下面とセンサ１０の受光面１１の間の距離Ｄを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、拡散部材３０の下面とセンサ１０の受光面１１の間の距離Ｄを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0032】

また、図１に示すように、保持部材４０の上面と底面４２との距離を深さＤＥとよぶ。

【0033】

図４は、一実施形態に従う日射計１００における溝４１の深さＤＥごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図４では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーεであり、単位は例えば［Ｗ／ｍ²］である。なお、図４のグラフは、深さＤＥがｄｅ１、ｄｅ２、ｄｅ３、およびｄｅ４のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図４に示すように、溝４１の深さＤＥを変化させるとＣＯＳエラーεも変化することが分かる。これにより、溝４１の深さＤＥを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、溝４１の深さＤＥを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0034】

斜入射角特性のＣＯＳエラーεの補正は、前述の方法以外にも、容器１２に形成された開口の大きさ、保持部材４０に形成されたセンサ１０の入射面と拡散部材３０をつなぐ導光路４６の大きさを調整しても一定の効果が得られる。

【0035】

さらに、拡散部材３０は、入射した光を拡散して透過するから、透過率Τを有する。

【0036】

図５は、一実施形態に従う日射計１００における拡散部材３０の透過率Τごとの角度θおよびＣＯＳエラーεの関係の一例を示すグラフである。図５では、横軸が角度θであり、単位は例えば［°］である。また、縦軸がＣＯＳエラーε（出力値と理論値との差）であり、単位は例えば［Ｗ／ｍ²］である。なお、図５のグラフは、透過率Τがτ１、τ２、およびτ３のときに、角度θに対するＣＯＳエラーεの変化を表したものである。図５に示すように、拡散部材３０の透過率Τを変化させるとＣＯＳエラーεも変化することが分かる。これにより、拡散部材３０の透過率Τを調整することで、ＣＯＳエラーεを補正することが可能になる。したがって、拡散部材３０の透過率Τを適切な値に設定してＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0037】

なお、グラフによる説明を省略するが、拡散部材３０の厚さ（図１においてＺ軸方向の長さ）を変えると、角度θに対するＣＯＳエラーεが変化することも分かっている。

【0038】

図１に示すように、保持部材４０は、溝４１を囲むように形成される挿入溝４３を有する。挿入溝４３には、ドーム５０の周縁部５１が挿入され、ドーム５０が保持部材４０に固定されている。ドーム５０が略半球形状を有する場合、平面視において、挿入溝４３の形状は円形（円環）になる。

【0039】

図６は、一実施形態に従う日射計１００における挿入溝４３の一例を示す拡大断面図である。図６に示すように、挿入溝４３は、その底面に凹部４４を含んでいる。凹部４４には、あらかじめ接合材料Ｂが充填されており、凹部４４および挿入溝４３の底面に、接合材料Ｂが溜まった状態になっている。この状態で、挿入溝４３にドーム５０の周縁部５１が挿入されると、接合材料Ｂが周縁部５１の底面および側面の一部に付着する。このように、ドーム５０の周縁部５１が挿入される挿入溝４３に凹部４４を含むことにより、凹部４４および挿入溝４３の底面に接合材料Ｂが溜まった状態、つまり、接合材料Ｂ溜まりを形成でき、周縁部５１の接着面積を増加させることができる。したがって、ドーム５０内の気密性を向上させることができる。ここで接合材料とは、接着剤、粘着剤など、物質同士を接合できるものであればよい。

【0040】

図６に示すように、凹部４４は、例えば曲面を含んでいることが好ましい。これにより、凹部４４および挿入溝４３の底面に接合材料Ｂ溜まりを容易に形成（実現）することができる。

【0041】

図７は、一実施形態に従うセンサ１０および温度補償回路２０の電気的接続を説明する回路図である。図７に示すように、温度補償回路２０は、例えば、抵抗体２１と、フィルタ２２と、を含んで構成される。

【0042】

抵抗体２１は、温度に応じて抵抗値が変化するように構成されている。抵抗体２１は、センサ１０の近傍に配置されている。これにより、抵抗体２１の温度は、センサ１０の温度と同一視することが可能になる。

【0043】

また、抵抗体２１は、センサ１０と並列に接続されている。温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体２１は、例えばサーミスタで構成することが可能である。

【0044】

ここで、日射計１００に使用されるセンサ１０は、その出力信号に温度特性を有する場合がある。この場合、受光面１１に入射する日射光の光エネルギーが同じ場合であっても、センサ１０の温度によって、出力信号の値が変化する。

【0045】

一方、抵抗体２１は温度に応じて抵抗値が変化するので、センサ１０の温度に応じて抵抗体２１の抵抗値が変化することで、温度特性によるセンサ１０の出力信号の変化を相殺し、センサ１０の出力信号を補正することが可能になる。これにより、受光面１１に入射する日射光の光エネルギーが同じ場合、センサ１０の温度に依存することなく、センサ１０の出力信号の値を一定にすることができる。

【0046】

例えば、センサ１０の出力信号が、温度に対して係数ｋ（ｋは正の実数）で変化する場合、抵抗体２１は、温度に対して係数−ｋで抵抗値が変化するもの、例えばＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いることが好ましい。

【0047】

フィルタ２２は、センサ１０の出力信号をフィルタリングするためのものであり、温度補償回路２０の出力側に設けられている。フィルタ２２は、センサ１０と並列に接続されている。フィルタ２２は、例えばキャパシタ（コンデンサ）で構成することが可能である。

【0048】

日射計１００に使用されるセンサ１０は、その内部インピーダンスが高い場合がある。よって、温度補償回路２０の出力側にフィルタ２２を設けることにより、内部インピーダンスに起因するセンサ１０の出力信号のノイズを、取り除くことが可能になる。

【0049】

本実施形態では、図１において保持部材４０の上面４５と溝４１の底面との段差が１つ（一段）である例を示したが、これに限定されない。拡散部材３０の側面の一部が露出する限り、保持部材４０の上面と溝４１の底面４２との段差は複数（複数段）であってもよい。また、溝４１の底面４２は平面に限定されず、凹面、凸面、斜面、またはこれらの組み合わせであっても良い。

【0050】

また、本実施形態では、図１において拡散部材３０の露出する面、つまり、入射面３１が平面である例を示したがこれに限定されない。拡散部材３０の露出する面は、様々な形状を採用することが可能である。

【0051】

図８Ａおよび図８Ｂは、本実施形態に従う拡散部材３０の露出する面の例を説明する側面図である。図８Ｃおよび図８Ｄは、本実施形態に従う拡散部材３０の露出する面の例を説明する図面であり、拡散部材３０の軸中心を通る断面から見た図面である。拡散部材３０の入射面は、例えば、図８Ａに示すような円錐面であっても、図８Ｂに示すような凸曲面であってもよい。また図８Ｃに示すような凹曲面であっても、または図８Ｄに示すような凹円錐面であってもよい。

【0052】

さらに、本実施形態では、図６において挿入溝４３の凹部４４が曲面を含む例を示したがこれに限定されない。挿入溝４３の凹部４４は、様々な形状を含むことが可能である。

【0053】

図９Ａ〜図９Ｃは、一実施形態に従う日射計１００における挿入溝４３の凹部４４の例を説明する拡大断面図である。挿入溝４３の凹部４４は、例えば、図９Ａに示すように段差形状であっても、図９Ｂに示すようなＶ字形状であっても、または、図９Ｃに示すような突起形状を含んでいてもよい。

【0054】

このように、本実施形態の日射計１００によれば、熱式センサであるセンサ１０と拡散部材３０を備えつつ、センサ１０の出力値と斜入射角特性に従う理論値との間の誤差であるＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0055】

また他の実施形態である、ＣＡＮパッケージに気密封入されたシリコンベースの薄膜サーモパイルのセンサ１０と、温度補償回路２０を備えた日射計１００では、応答速度を速め、温度特性を改善、オフセットを抑制し、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高めることが可能となる。

【0056】

このように、本実施形態の日射計１００によれば、ＣＡＮパッケージに気密封入されたシリコンベースの薄膜サーモパイルのセンサ１０を備えたことで、従来の熱式センサが持っていた、応答速度を速め、温度特性を改善、オフセットを抑制し、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高めることが出来た。また、センサ１０と、センサ１０の受光面に対向して配置される拡散部材３０と、拡散部材３０の入射面３１が露出するように拡散部材３０を保持する保持部材４０と、を備え、保持部材４０は、拡散部材３０の側面の一部が露出するように拡散部材３０の周囲に形成される溝４１を有する。これにより、拡散部材３０の入射面に入射する光に加え、拡散部材３０の側面３２に斜め方向や横方向からの光が入射するので、角度θで入射する光に対するセンサ１０の出力を補正することが可能になる。これらの構成により、センサ１０の出力値と斜入射角特性に従う理論値との間のＣＯＳエラーεを低減することができる。

【0057】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。

【0058】

また、上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、または変更もしくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせまたは変更もしくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0059】

（本願発明の態様）
なお本発明は、以下のような態様を備えていてもよい。
（１）熱式センサと、前記熱式センサに対して天頂方向に配置される拡散板と、を有する、日射計。
（２）前記拡散板の一方の面が露出するように前記拡散板を保持する保持部材と、を備えた（１）に記載の日射計。
（３）前記保持部材は、前記拡散板の側面の一部が露出するように前記拡散板の周囲に形成される溝を有する、（１）または（２）に記載の日射計。
（４）前記拡散板は、前記一方の面が前記溝の底面より高くなるように保持される、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の日射計。
（５）前記拡散板は、他方の面が前記熱式センサの受光面から離れて配置される、（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の日射計。
（６）前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、前記挿入溝は、粘着剤が充填される凹部を含む、（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の日射計。
（７）前記凹部は、曲面を含む、（６）に記載の日射計。
（８）前記熱式センサの温度に基づいて、前記熱式センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の日射計。
（９）前記温度補償回路は、前記熱式センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、（８）に記載の日射計。
（１０）前記抵抗体は、サーミスタである、（９）に記載の日射計。
（１１）前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、（８）乃至（１０）のいずれか一項に記載の日射計。

【0060】

（１２）センサと、前記センサに対して天頂方向に配置される拡散板と、前記拡散板の一方の面が露出するように前記拡散板を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は、前記拡散板の側面の一部が露出するように前記拡散板の周囲に形成される溝を有する、日射計。
（１３）前記拡散板は、前記一方の面が前記溝の底面より高くなるように保持される、（１２）に記載の日射計。
（１４）前記拡散板は、他方の面が前記センサの受光面から離れて配置される、（１２）または（１３）に記載の日射計。
（１５）前記保持部材は、前記溝を囲むように形成される挿入溝を有し、光透過性を有し、周縁部が前記挿入溝に挿入されるドームをさらに備え、前記挿入溝は、粘着剤が充填される凹部を含む、（１２）乃至（１４）のいずれか一項に記載の日射計。
（１６）前記凹部は、曲面を含む、（１５）に記載の日射計。
（１７）前記センサの温度に基づいて、前記センサの出力信号を補正する温度補償回路をさらに備える、（１２）乃至（１６）のいずれか一項に記載の日射計。
（１８）前記温度補償回路は、前記センサと並列に接続され、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含む、（１７）に記載の日射計。
（１９）前記抵抗体は、サーミスタである、（１８）に記載の日射計。
（２０）前記温度補償回路は、出力側に設けられるフィルタを含む、（１７）乃至（１９）のいずれか一項に記載の日射計。

【符号の説明】

【0061】

１０…センサ
１１…受光面
２０…温度補償回路
２１…抵抗体
２２…フィルタ
３０…拡散部材
３１…上面
３２…側面
３３…反対面
４０…保持部材
４１…溝
４２…底面
４３…挿入溝
４４…凹部
４５…上面
４６…導光路
５０…ドーム
５１…周縁部
１００…日射計
Ｂ…接合材料
Ｄ…距離
Ｈ…高さ
Τ…透過率
θ…角度
ε…ＣＯＳエラー

【要約】

【課題】応答速度が速く、オフセット抑制し、過酷な外部環境からの影響を低減させ長期的安定性を高め、且つ、斜入射角特性に優れた日射計を提供する。
【解決手段】本発明の日射計は、ＣＡＮパッケージに気密封入されたシリコンベースのサーモパイルのセンサを備え、サーモパイルの受光面に対向して配置される拡散部材とを有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】