JP2003023165A

JP2003023165A - 日射センサ

Info

Publication number: JP2003023165A
Application number: JP2001206716A
Authority: JP
Inventors: Isao Tsunoda; 功角田; Ikuo Takamatsu; 育生高松; Kiyomitsu Ishikawa; 清光石川; Hiroshi Takada; 洋高田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のこの種の日射センサでは、日昇時や日
没時に近い時間帯など太陽の仰角が低いときには、仰角
の正確な測定ができず、これにより空調機器などの制御
も不充分なものとなる問題点を生じていた。【解決手段】本発明により、略メニスカス状とした集
光レンズ２の下方に、それぞれが独立して出力の取出し
を可能とした複数の受光素子３を配置し、それぞれの受
光素子３からの出力を演算回路４で比較、演算して太陽
の仰角、方位角を検出する日射センサ１において、集光
レンズ２の凸側の面は、中心から外周に向うに従い次第
に半径を小さい値とした少なくとも２つの曲面による複
合曲面で形成されているものとしたことで、従来は測定
が不可能であった、日昇時、日没時など太陽の仰角が小
さい状態でも正確に測定することを可能とし、課題を解
決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に空調機器な
どを設けるときに、外部環境の計測の一部として光量の
計測に加えて、太陽の高度（仰角）、方位などを計測る
ことで外部環境の予測の精度を高め、空調装置の温度調
整などを乗員に対して一層に快適なものとするために設
けられる日射センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の日射センサ９０の構成の
例を示すものが図７、図８であり、この日射センサ９０
は、凸面と凹面とで形成されて略メニスカスレンズ状と
した集光レンズ９１と、複数、例えば４個の受光素子９
２（ａ〜ｄ）と、前記受光素子９２（ａ〜ｄ）からの出
力を演算し、太陽の仰角、及び、方位角を計測する演算
回路９３とから構成されている。

【０００３】このときに、前記受光素子９２（ａ〜ｄ）
は図７にも示すように車両の進行方向に対して、前後方
向には受光素子９２ａと受光素子９２ｂとが配置され、
左右方向には受光素子９２ｃと受光素子９２ｄとが配置
され、それぞれの受光素子９２（ａ〜ｄ）は出力が独立
して演算回路９３へ送られるものとされている。

【０００４】そして、演算回路９３では、各受光素子９
２（ａ〜ｄ）の出力を演算し、当該車両に対する太陽の
仰角αと、方位角とを得て、例えば、これから気温が上
昇傾向にあるのか下降傾向にあるのかなどを予測し、空
調装置に対する制御の精度を一層に向上させるものとし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の日射センサ９０においては、図３にも特性曲線
Ｐとして示すように太陽の仰角αが略３０゜以下となる
低い仰角の状態では、受光素子９２ａと受光素子９２ｂ
とに顕著な出力差を生じなくなり、結果として、上記の
仰角α（略３０゜）以下のときの計測が実質的に不可能
と成っている。

【０００６】ここで、略３０゜近辺の仰角αに太陽が位
置するということは、例えば夏季の日昇時であれば、以
降において急激な温度上昇が予想される時間帯であり、
また、例えば冬季の日没時であれば、以降において急激
な温度降下がが予想される時間帯であり、何れにしても
空調装置の制御の精度を損うものとなる問題点を生じて
いた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した従来
の課題を解決するための具体的手段として、凸面を上方
とし光軸を略鉛直方向とし略メニスカス状とした集光レ
ンズの下方に、それぞれが独立して出力の取出しを可能
とした複数の受光素子を配置し、それぞれの前記受光素
子からの出力を比較、演算して太陽の仰角、方位角を検
出する日射センサにおいて、前記集光レンズの凸側の面
は、中心から外周に向うに従い次第に半径を小さい値と
した少なくとも２つの曲面による複合曲面で形成されて
いることを特徴とする日射センサを提供することで、上
記の低い仰角の場合にも正確な測定が可能なものとして
課題を解決するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図１、図２に符号１で示
すものは本発明に係る日射センサであり、この日射セン
サ１は凸面と凹面とで形成されて略メニスカスレンズ状
とした集光レンズ２と、複数、例えば４個の受光素子３
（ａ〜ｄ）と、前記受光素子３（ａ〜ｄ）からの出力を
演算して、太陽の仰角α、及び、車両に対する太陽の方
位角を計測する演算回路４とから構成されているもので
ある点は従来例のものと同様である。

【０００９】また、前記日射センサ１は車両用の空調機
器の制御などに用いられ、現状の太陽光の量を測定する
と共に、以後の温度変化などを予測し、一層に精度が高
い制御を可能として、乗員に高い快適感を与えることを
目的とするものである点も従来例のものと同様である。
従って、太陽の仰角αが３０゜以下となる日昇時、或
は、日没時にもより正確な測定精度が要求されるもので
ある。

【００１０】ここで、本発明では前記集光レンズ２に着
目し、この集光レンズ２に改良を加えることで、上記し
た日昇時、或は、日没時に対する測定精度を向上させる
ものであり、先ず、図２に第一実施形態として示す集光
レンズ２では、略メニスカス状とされた前記集光レンズ
２の凸面２ａは、半径Ｒ１とした第一曲面２ｂと、半径
Ｒ２とした第二曲面２ｃとの２つの曲面が複合された複
合曲面として構成されている。

【００１１】そして、本発明では、前記凸面２ａを形成
するに当たり、前記集光レンズ２の中心部に設定される
第一曲面２ｂの半径Ｒ１に対して、外周部に設定される
第二曲面２ｃの半径Ｒ２は小さくされ、即ち、半径Ｒ１
＞半径Ｒ２とされている。尚、前記第一曲面２ｂと第二
曲面２ｃとの接合に当っては、段差、急激な折れ曲りな
どを生じないものとされている。また、第一曲面２ｂと
第二曲面２ｃとの接合部位は、太陽の仰角αが３０゜以
下となったときの受光素子３（ａ〜ｄ）に対する光の到
達状態を考慮して設定される。

【００１２】次いで、上記の構成とした本発明の集光レ
ンズ２の作用及び効果について説明する。先ず、太陽の
仰角αが９０゜から略３０゜にある状態では、前記第一
曲面２ｂを透過する光が受光素子３（ａ〜ｄ）に達する
ものとなり、従来例と同様に受光素子３ａと受光素子３
ｂとの出力の比から、演算回路４により太陽の仰角αが
演算されるものとなる。

【００１３】そして、太陽の仰角αが略３０゜近傍に達
すると、前記受光素子３（ａ〜ｄ）に達する光の一部は
第二曲面２ｃを透過するものとなる。このときに、集光
レンズ２は、上記にも説明したように、半径Ｒ１＞半径
Ｒ２とされているので、図２中にも示すように仰角αが
小さくなった光に対し、第二曲面２ｄは屈折角を減じ
て、光を受光素子３ａの全面に当接させるものとする。

【００１４】従って、受光素子３ａと受光素子３ｂ、特
に受光素子３ａにおいては、一部の光にこの受光素子３
ａに達しないものを生じて、データーが欠落することが
なくなり、よって、受光素子３ａと受光素子３ｂとの出
力比を演算回路４により演算することで、正確な仰角α
が得られるものとなる。

【００１５】図３は、前記演算回路４による演算結果
を、従来例の演算結果との比較で示すものであり、図中
に符号Ｔで示す曲線は本発明に係る集光レンズ２を採用
した日射センサ１の出力特性であり、図中に符号Ｐで示
す曲線は従来例における出力特性であり、そして、符号
Ｓで示す曲線は、この種の日射センサとして得られるこ
とが好ましい理想出力特性である。

【００１６】ここで、前記理想出力特性Ｓに、本発明の
出力特性Ｔと、従来例の出力特性Ｐとを対比させると、
本発明の出力特性Ｔは理想出力特性Ｓに対して曲線の全
域で良く一致しているのに対して、従来例の出力特性Ｐ
は特に仰角３０゜以下の領域で前記理想出力特性Ｓに対
する乖離が大きいものとなっていることが明確に認めら
れ、特性の改善が顕著であることが理解できる。

【００１７】図４は本発明に係る日射センサ１の第二実
施形態であり、前の第一実施形態では集光レンズ２は異
なる２つの曲率が組合された複合曲面として形成されて
いたが、本発明はこれを限定するものではなく、任意数
の複数の曲率が組合わされた複合曲面としても良いもの
である。そして、図４では３つの異なる曲率、半径Ｒ
１、半径Ｒ２、半径Ｒ３を組合わせた集光レンズ１２の
例で示してある。

【００１８】このように、集光レンズ１２を数多くの曲
率とした曲面を適正な位置に配置していくことで、上記
した本発明の日射センサ１の出力特性Ｔを一層に理想出
力特性Ｓに近づけることが可能である。但し、このよう
に異なる曲率の曲面の複数を組合わせて集光レンズ１２
を構成するときにも、集光レンズ１２の中心から周縁に
向うに従い、半径Ｒ１＞半径Ｒ２＞半径Ｒ３となるよう
にされているものであることは、第一実施形態と同じで
ある。

【００１９】図５は本発明に係る日射センサ１の第三実
施形態であり、前の第一実施形態及び第二実施形態で
は、集光レンズ２、１２は、それぞれが独立する半径を
有する複数の曲面の組合せで凸面側が構成されているも
のとして説明したが、本発明はこれをも限定するもので
はない。

【００２０】即ち、この第三実施形態における集光レン
ズ２２は、この集光レンズ２２の中心を通る断面で、中
心の近傍が最も曲率が小さく、周縁に向うに従って曲率
が暫増するような曲面２２ａ（凸面）として構成されて
いる。このような性質を持つ凸面としては、短軸を回転
軸とした回転楕円面があるが、本発明では曲率の設定
に、上記図３に示した出力特性Ｔが得られることが目的
であるので、必ずしも上記した回転楕円面である必要は
なく、類似する性質を有していればよい。

【００２１】図６は本発明に係る日照センサ１の第四実
施形態であり、第一実施形態〜第三実施形態においては
凸面２ａは何れも連続する曲面として形成されていた
が、本発明はこれを限定するものではなく、図３に示し
た出力特性が得られるものであれば、集光レンズ２３の
中心を通る断面で、図示のように、中心から外周に向か
うに従い次第に傾斜角が増す直線の集合としても良いも
のである。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明により、凸
面を上方とし光軸を略鉛直方向とし略メニスカス状とし
た集光レンズの下方に、それぞれが独立して出力の取出
しを可能とした複数の受光素子を配置し、それぞれの受
光素子からの出力を比較、演算して太陽の仰角、方位角
を検出する日射センサにおいて、集光レンズの凸側の面
は、中心から外周に向うに従い次第に半径を小さい値と
した少なくとも２つの曲面による複合曲面で形成されて
いる日射センサとしたことで、従来は測定が不可能であ
った、日昇時、日没時など太陽の仰角が小さい状態でも
正確に測定することを可能とし、日射センサを昼間時の
全ての状態に対応可能なものとして、車両用空調装置な
どの制御の精度を高め、快適性の向上などに極めて優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る日射センサの第一実施形態を示
す平面図である。

【図２】同じ第一実施形態の要部の断面図である。

【図３】本発明に係る日射センサの特性を従来例との
比較で示すグラフである。

【図４】本発明に係る日射センサの第二実施形態を示
す要部断面図である。

【図５】本発明に係る日射センサの第三実施形態を示
す要部断面図である。

【図６】本発明に係る日射センサの第四実施形態を示
す要部断面図である。

【図７】従来例を示す平面図である。

【図８】従来例の要部の断面図である。

【符号の説明】

１……日射センサ２、１２、２２、２３……集光レンズ２ａ……凸面２ｂ……第一曲面２ｃ……第二曲面３……受光素子４……演算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高松育生埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者石川清光東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内 (72)発明者高田洋東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F088 BB06 JA12 JA20 KA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凸面を上方とし光軸を略鉛直方向とし略
メニスカス状とした集光レンズの下方に、それぞれが独
立して出力の取出しを可能とした複数の受光素子を配置
し、それぞれの前記受光素子からの出力を比較、演算し
て太陽の仰角、方位角を検出する日射センサにおいて、
前記集光レンズの凸側の面は、中心から外周に向うに従
い次第に半径を小さい値とした少なくとも２つの曲面に
よる複合曲面で形成されていることを特徴とする日射セ
ンサ。
【請求項２】前記集光レンズの前記凸側の面は、短軸
で回転させた回転楕円を長軸で切断した半部、若しく
は、その半部に類似して曲率が徐変される曲面であるこ
とを特徴とする請求項１記載の日射センサ。
【請求項３】前記集光レンズの前記凸側の面は、この
集光レンズの中心を通る断面で複数の直線が組合わされ
た面として形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の日射センサ。