JP2006189395A - Optical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光伝播角度及び光強度の少なくとも一方を測定する光センサに関する。 The present invention relates to an optical sensor that measures at least one of a light propagation angle and a light intensity.
光伝播角度を測定する光センサとしては、複数のフォトダイオードが互いに向きを変えられて設けられた日射センサ部がある(例えば、特許文献1参照)。 As an optical sensor for measuring the light propagation angle, there is a solar radiation sensor unit in which a plurality of photodiodes are provided with their directions changed (see, for example, Patent Document 1).
この日射センサ部では、フォトダイオードへの日射の入射方向の垂直面へのフォトダイオードの投影面積(フォトダイオードの日射入射面の垂直方向に対する日射の入射方向の角度をαとすると日射入射面の面積にcosαを乗じたもの)に応じてフォトダイオードの出力が変化すると共に、フォトダイオードへ入射する日射の強度に応じてフォトダイオードの出力が変化することを用いて、日射方向を検出する構成である。 In this solar radiation sensor unit, the projected area of the photodiode onto the vertical plane of the incident direction of the solar radiation on the photodiode (the area of the solar incident surface when the angle of the incident direction of the solar radiation relative to the vertical direction of the incident surface of the photodiode is α) The output of the photodiode changes in accordance with cos α) and the output of the photodiode changes in accordance with the intensity of solar radiation incident on the photodiode. .
しかしながら、この日射センサ部では、受光範囲を拡大するためには、受光素子を追加しなければならないという問題がある。また、実在する受光素子で受光するように構成し、この受光した受光素子から出力を得るようにしているため、所望の出力を得るためには、必然的に定まる位置に受光素子を配置する必要があり、受光部材の配置位置が他の部材の搭載場所である場合や悪環境下の場所である場合には、その場所に受光部材を配置することができず、受光素子の配列が制限されるという問題がある。 However, this solar radiation sensor unit has a problem that a light receiving element must be added in order to expand the light receiving range. In addition, since light is received by an existing light receiving element and output is obtained from the received light receiving element, it is necessary to place the light receiving element at a fixed position in order to obtain a desired output. If the location of the light receiving member is a place where another member is mounted or a place under a bad environment, the light receiving member cannot be placed at that location, and the arrangement of the light receiving elements is limited. There is a problem that.
また、上記日射センサ部では、フォトダイオードの出力が前記フォトダイオードの投影面積に比例することが前提とされている。さらに、複数のフォトダイオード間で、入射する日射の強度と出力との関係(入射強度−出力特性)が等しい必要がある。しかも、フォトダイオードの出力がフォトダイオードの温度に影響されないことが前提とされている。 In the solar radiation sensor unit, it is assumed that the output of the photodiode is proportional to the projected area of the photodiode. Furthermore, the relationship between the intensity of incident solar radiation and the output (incident intensity-output characteristics) needs to be equal among a plurality of photodiodes. Moreover, it is assumed that the output of the photodiode is not affected by the temperature of the photodiode.
ところが、この日射センサ部に現在広く市販されかつ安価に供給されているフォトダイオードを使用しようとしても、ほとんどのフォトダイオードにおいて、フォトダイオードの出力が前記フォトダイオードの投影面積に比例しないという問題がある。これは、フォトダイオードへの日射の入射角度とフォトダイオードの出力との関係(入射角度−出力特性)から判る。 However, even if an attempt is made to use a currently widely available and inexpensively supplied photodiode for the solar radiation sensor unit, there is a problem that the output of the photodiode is not proportional to the projected area of the photodiode in most photodiodes. . This can be understood from the relationship between the incident angle of solar radiation to the photodiode and the output of the photodiode (incident angle-output characteristics).
さらに、特にフォトトランジスタやフォトダーリントン等の増幅段を含むフォトダイオードにおいては、増幅段のばらつきのため、複数のフォトダイオード間で上記入射強度−出力特性が等しくならないことが多く、フォトダイオードの選別等を行わなくてはならないという問題もある。 Furthermore, especially in photodiodes including amplifying stages such as phototransistors and photodarlingtons, due to variations in the amplifying stages, the above incident intensity-output characteristics are often not equal among a plurality of photodiodes. There is also a problem that must be done.
また、一般に、フォトダイオードの出力は、フォトダイオードの温度に影響されることが多い。 In general, the output of a photodiode is often affected by the temperature of the photodiode.
しかも、特許文献1には、これらの問題に起因する日射方向の検出における誤差を補正する方法や、悪環境下等により一部測光領域での検出精度の低下が不可避であるにも拘らず、受光素子や回路の故障、劣化等の不具合、あるいは受光素子群の受光状態の不均一性を検証する方法が開示されていない。
本発明は上記事実を考慮し、受光部材の配置の自由度を向上させることのできる光センサ、温度に応じて出力が変化する受光部材を使用しても精度よく出力を得ることができる光センサ、受光部材の数を減らすことのできる光センサ、受光部材の数を増やさなくても受光範囲を拡大することのできる光センサ、三次元空間での光伝播角度及び光強度の少なくとも一方を精度よく算出することのできる光センサ、受光部材や回路の故障、劣化等の不具合、あるいは受光部材群の受光状態の不均一性を検証することのできる光センサ、光の入射方向の垂直面への受光面の投影面積に出力が比例しない受光部材を使用しても精度よく出力することのできる光センサ、または、強度出力関数が互いに異なる複数の受光部材を使用しても精度よく出力することのできる光センサを得ることが目的である。 In consideration of the above facts, the present invention is an optical sensor capable of improving the degree of freedom of arrangement of the light receiving member, and an optical sensor capable of obtaining an output with high accuracy even when a light receiving member whose output changes according to temperature is used. An optical sensor that can reduce the number of light receiving members, an optical sensor that can expand the light receiving range without increasing the number of light receiving members, and at least one of the light propagation angle and light intensity in a three-dimensional space with high accuracy Optical sensors that can be calculated, optical sensors that can verify the failure or deterioration of the light receiving member or circuit, or the non-uniformity of the light receiving state of the light receiving member group, light reception on the vertical plane of the light incident direction Even if a light receiving member whose output is not proportional to the projected area of the surface is used, it can be output accurately, or even if a plurality of light receiving members having different intensity output functions are used To obtain a light sensor capable of is an object.
請求項1に記載の光センサは、光が入射する受光面を有し、前記受光面へ入射する光の入射角度及び強度に応じて出力が変化する複数の受光部材と、前記複数の受光部材間に仮想受光部材を仮想的に形成すると共に、前記受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現された角度出力関数、前記受光部材における光の強度と出力との関係が表現された強度出力関数、及び前記仮想受光部材の形成位置に基づいて前記複数の受光部材の出力から前記仮想受光部材の出力を算出する算出手段と、を備えている。
The optical sensor according to
請求項1に記載の光センサでは、受光部材の受光面へ入射する光の入射角度及び強度に応じて、受光部材の出力が変化する。また、算出手段は、複数の受光部材間に仮想受光部材を仮想的に形成すると共に、受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現された角度出力関数、受光部材における光の強度と出力との関係が表現された強度出力関数、及び仮想受光部材の形成位置に基づいて、受光部材の温度及び複数の受光部材の出力から、仮想受光部材の出力を算出する。 In the optical sensor according to the first aspect, the output of the light receiving member changes according to the incident angle and intensity of light incident on the light receiving surface of the light receiving member. In addition, the calculation unit virtually forms a virtual light receiving member between the plurality of light receiving members, an angle output function expressing a relationship between an incident angle of light on the light receiving member and an output, an intensity of light on the light receiving member, and Based on the intensity output function expressing the relationship with the output and the formation position of the virtual light receiving member, the output of the virtual light receiving member is calculated from the temperature of the light receiving member and the outputs of the plurality of light receiving members.
従って、受光部材の配置位置が他の部材の搭載場所である場合や悪環境下の場所である場合であっても、仮想受光部材であればそのような場所に配置することができるので、受光部材配置の自由度を向上させることができる。 Therefore, even if the position of the light receiving member is a place where another member is mounted or a place in a bad environment, the virtual light receiving member can be placed in such a place. The degree of freedom of member arrangement can be improved.
請求項2に記載の光センサは、温度、入射する光の入射角度及び強度に応じて出力が変化する複数の受光部材と、前記受光部材の温度を測定または推測する測温手段と、前記複数の受光部材に仮想受光部材を仮想的に形成すると共に、前記受光部材における温度と出力との関係が表現された温度出力関数、前記受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現された角度出力関数、前記受光部材における光の強度と出力との関係が表現された強度出力関数、及び前記仮想受光部材の形成位置に基づいて前記測温手段により測定または推測された前記受光部材の温度及び前記複数の受光部材の出力から前記仮想受光部材の出力を算出する算出手段と、を備えている。
The optical sensor according to
請求項2に記載の光センサでは、受光部材の温度、受光部材へ入射する光の入射角度及び強度に応じて、受光部材の出力が変化する。また、測温手段が受光部材の温度を測定または推測する。さらに、算出手段は、複数の受光部材間に仮想受光部材を仮想的に形成すると共に、受光部材における温度と出力との関係が表現された温度出力関数、受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現された角度出力関数、受光部材における光の強度と出力との関係が表現された強度出力関数、及び仮想受光部材の形成位置に基づいて、測温手段により測定または推測された受光部材の温度及び複数の受光部材の出力から、仮想受光部材の出力を算出する。 In the optical sensor according to the second aspect, the output of the light receiving member changes according to the temperature of the light receiving member, the incident angle and intensity of the light incident on the light receiving member. The temperature measuring means measures or estimates the temperature of the light receiving member. Further, the calculating means virtually forms a virtual light receiving member between the plurality of light receiving members, a temperature output function expressing a relationship between the temperature and the output in the light receiving member, the light incident angle and the output in the light receiving member, The light output measured or estimated by the temperature measuring means based on the angle output function expressing the relationship of the light intensity, the intensity output function expressing the relationship between the light intensity and the output of the light receiving member, and the formation position of the virtual light receiving member The output of the virtual light receiving member is calculated from the temperature of the member and the outputs of the plurality of light receiving members.
このように、算出手段は、温度出力関数及び受光部材の温度をも使用して、仮想受光部材の出力を算出する。従って、温度に応じて出力が変化する受光部材を使用しても、仮想受光部材の出力を精度よく算出できる。 In this way, the calculation means calculates the output of the virtual light receiving member also using the temperature output function and the temperature of the light receiving member. Therefore, even if a light receiving member whose output varies with temperature is used, the output of the virtual light receiving member can be accurately calculated.
請求項3に記載の光センサは、請求項1又は請求項2記載の光センサにおいて、前記算出手段は、前記複数の受光部材のうち前記仮想受光部材と同一の二次元平面に位置する少なくとも一対の受光部材の出力から前記仮想受光部材の出力を算出すると共に、前記二次元平面と交差する別の二次元平面に位置する少なくとも一つの受光部材の出力と前記仮想受光部材の出力から前記別の二次元平面における光伝播角度及び光強度の少なくとも一方を算出する、ことを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the optical sensor according to the first or second aspect, the calculating means includes at least a pair of the plurality of light receiving members positioned on the same two-dimensional plane as the virtual light receiving member. The output of the virtual light receiving member is calculated from the output of the light receiving member, and the output of the at least one light receiving member located in another two-dimensional plane intersecting the two-dimensional plane and the output of the virtual light receiving member are It is characterized in that at least one of a light propagation angle and a light intensity in a two-dimensional plane is calculated.
請求項3に記載の光センサでは、算出手段は、複数の受光部材のうち仮想受光部材と同一の二次元平面に位置する少なくとも一対の受光部材の出力を用いて仮想受光部材の出力を算出すると共に、二次元平面と交差する別の二次元平面に位置する少なくとも一つの受光部材の出力と仮想受光部材の出力を用いて別の二次元平面における光伝播角度及び光強度の少なくとも一方を算出する。 In the optical sensor according to claim 3, the calculation unit calculates an output of the virtual light receiving member using outputs of at least a pair of light receiving members located on the same two-dimensional plane as the virtual light receiving member among the plurality of light receiving members. In addition, at least one of the light propagation angle and the light intensity in another two-dimensional plane is calculated using the output of at least one light receiving member located in another two-dimensional plane intersecting the two-dimensional plane and the output of the virtual light receiving member. .
このように、複数の受光部材のうち仮想受光部材と同一の二次元平面に位置する少なくとも一対の受光部材の出力を用いて仮想受光部材の出力を算出しておけば、別の二次元平面における光伝播角度及び光強度の少なくとも一方を算出するには、この仮想受光部材の出力と別の二次元平面に位置する少なくとも一つの受光部材の出力を用いれば良いので、受光部材の数を増やさなくても別の二次元平面における受光範囲を拡大することができる。 In this way, if the output of the virtual light receiving member is calculated using the outputs of at least a pair of light receiving members located on the same two-dimensional plane as the virtual light receiving member among the plurality of light receiving members, In order to calculate at least one of the light propagation angle and the light intensity, it is sufficient to use the output of the virtual light receiving member and the output of at least one light receiving member located on a different two-dimensional plane, so that the number of light receiving members is not increased. However, the light receiving range in another two-dimensional plane can be expanded.
また、仮想受光部材を用いることにより、この仮想受光部材の位置に実在の受光部材を配置する必要が無いので、受光部材の数を減らすことができる。 Further, by using the virtual light receiving member, it is not necessary to arrange an actual light receiving member at the position of the virtual light receiving member, and therefore the number of light receiving members can be reduced.
請求項4に記載の光センサは、請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の光センサにおいて、前記複数の受光部材は、各部材中心軸が互いに平行にならないように少なくとも三つ以上配置され、前記算出手段は、前記複数の受光部材のうち少なくとも一対の受光部材が位置する二次元平面と他の受光部材及び前記仮想受光部材が位置する別の二次元平面とが交差するように、前記仮想受光部材を配置する、ことを特徴としている。
The optical sensor according to claim 4 is the optical sensor according to any one of
請求項4に記載の光センサでは、複数の受光部材は、各部材中心軸が互いに平行にならないように少なくとも三つ以上配置され、算出手段は、複数の受光部材のうち少なくとも一対の受光部材が位置する二次元平面と他の受光部材及び仮想受光部材が位置する別の二次元平面とが交差するように、仮想受光部材を配置するので、各二次元平面における光伝播角度及び光強度を算出することにより、三次元空間における光伝播角度及び光強度を算出することができる。 In the optical sensor according to claim 4, at least three or more light receiving members are arranged so that the central axes of the members are not parallel to each other, and the calculating means includes at least a pair of light receiving members among the plurality of light receiving members. Since the virtual light-receiving member is arranged so that the two-dimensional plane that is positioned intersects another two-dimensional plane in which the other light-receiving member and virtual light-receiving member are positioned, the light propagation angle and light intensity in each two-dimensional plane are calculated. By doing so, the light propagation angle and light intensity in the three-dimensional space can be calculated.
請求項5に記載の光センサは、請求項1乃至請求項4の何れか1項記載の光センサにおいて、前記算出手段は、前記複数の受光部材のうち少なくとも二対の受光部材によって同一位置に前記仮想受光部材をそれぞれ仮想的に形成すると共に、一方の仮想受光部材の出力と他方の仮想受光部材の出力とを比較する、ことを特徴としている。
The optical sensor according to claim 5 is the optical sensor according to any one of
請求項5に記載の光センサでは、算出手段は、複数の受光部材のうち少なくとも二対の受光部材によって同一位置に仮想受光部材をそれぞれ仮想的に形成すると共に、一方の仮想受光部材の出力と他方の仮想受光部材の出力とを比較する。これにより、受光部材や回路の故障、劣化等の不具合、あるいは受光部材群の受光状態の不均一性を検証することができる。 In the optical sensor according to claim 5, the calculation unit virtually forms virtual light receiving members at the same position by at least two pairs of light receiving members among the plurality of light receiving members, and outputs from one virtual light receiving member. The output of the other virtual light receiving member is compared. This makes it possible to verify defects such as failure and deterioration of the light receiving member and circuit, or non-uniformity of the light receiving state of the light receiving member group.
請求項6に記載の光センサは、請求項1乃至請求項5の何れか1項記載の光センサにおいて、前記複数の受光部材は、光の入射角度が互いに異なるように配置された、ことを特徴としている。
The optical sensor according to claim 6 is the optical sensor according to any one of
請求項6に記載の光センサでは、複数の受光部材は、光の入射角度が互いに異なるように配置されているので、より広範囲に受光することができる。また、実在する受光部材の位置を、この受光部材が位置する同一の二次元平面の法線方向にずらしても構わないので、受光部材の配置の自由度をさらに向上させることができる。 In the optical sensor according to the sixth aspect, since the plurality of light receiving members are arranged so that the incident angles of light are different from each other, they can receive light in a wider range. In addition, since the position of the light receiving member that actually exists may be shifted in the normal direction of the same two-dimensional plane where the light receiving member is located, the degree of freedom of arrangement of the light receiving members can be further improved.
請求項7に記載の光センサは、請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の光センサにおいて、前記算出手段は、前記角度出力関数として、前記受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現されかつ光の入射方向の垂直面への前記受光面の投影面積に出力が比例しない角度出力関数を用いる、ことを特徴としている。 An optical sensor according to a seventh aspect is the optical sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the calculation means includes an incident angle and an output of light at the light receiving member as the angle output function. And an angle output function whose output is not proportional to the projected area of the light receiving surface onto the vertical plane in the light incident direction is used.
請求項7に記載の光センサでは、受光部材の受光面へ入射する光の入射角度及び強度に応じて、受光部材の出力が変化する。また、算出手段は、角度出力関数として、受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現されかつ光の入射方向の垂直面への前記受光面の投影面積に出力が比例しない角度出力関数を用いる。 In the optical sensor according to the seventh aspect, the output of the light receiving member changes according to the incident angle and intensity of light incident on the light receiving surface of the light receiving member. Further, the calculating means represents an angle output function in which the relationship between the light incident angle and the output of the light receiving member is expressed as an angle output function, and the output is not proportional to the projected area of the light receiving surface onto the vertical plane in the light incident direction. Is used.
従って、前記受光面の投影面積に出力が比例しない受光部材を使用しても、仮想受光部材の出力を精度よく算出することができる。 Therefore, even if a light receiving member whose output is not proportional to the projected area of the light receiving surface is used, the output of the virtual light receiving member can be accurately calculated.
請求項8に記載の光センサは、請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の光センサ前記算出手段は、前記角度出力関数として、前記受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現されかつ光の入射方向の垂直面への前記受光面の投影面積に出力が比例する角度出力関数を用いる、ことを特徴とする。 An optical sensor according to an eighth aspect of the present invention is the optical sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the calculation means has a relationship between an incident angle and an output of light in the light receiving member as the angle output function. And an angle output function whose output is proportional to the projected area of the light receiving surface onto the vertical plane in the light incident direction is used.
請求項8に記載の光センサでは、受光部材の受光面へ入射する光の入射角度及び強度に応じて、受光部材の出力が変化する。また、算出手段は、角度出力関数として、受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現されかつ光の入射方向の垂直面への前記受光面の投影面積に出力が比例する角度出力関数を用いる。 In the optical sensor according to the eighth aspect, the output of the light receiving member changes according to the incident angle and intensity of light incident on the light receiving surface of the light receiving member. Further, the calculating means is an angle output function in which the relationship between the light incident angle and the output of the light receiving member is expressed as an angle output function, and the output is proportional to the projected area of the light receiving surface onto the vertical plane in the light incident direction. Is used.
なお、このようにしても、仮想受光部材の出力を算出することができる。 Even in this case, the output of the virtual light receiving member can be calculated.
請求項9に記載の光センサは、請求項1乃至請求項8の何れか1項記載の光センサにおいて、前記算出手段は、前記強度出力関数として、前記受光部材における光の強度と出力との関係が表現されかつ前記複数の受光部材間で互いに異なる強度出力関数を用いる、ことを特徴としている。 An optical sensor according to a ninth aspect is the optical sensor according to any one of the first to eighth aspects, wherein the calculating means calculates the intensity output of the light receiving member as the intensity output function. It is characterized in that different intensity output functions are used between the plurality of light receiving members that express the relationship.
請求項9に記載の光センサでは、受光部材へ入射する光の入射角度及び強度に応じて、受光部材の出力が変化する。また、算出手段は、強度出力関数として、受光部材における光の強度と出力との関係が表現されかつ複数の受光部材間で互いに異なる強度出力関数を用いる。 In the optical sensor according to the ninth aspect, the output of the light receiving member changes according to the incident angle and intensity of the light incident on the light receiving member. Further, the calculation means uses an intensity output function in which the relationship between the light intensity and the output of the light receiving member is expressed as an intensity output function and is different among the plurality of light receiving members.
従って、強度出力関数が互いに異なる複数の受光部材を使用しても、仮想受光部材の出力を精度よく算出することができる。 Therefore, even if a plurality of light receiving members having different intensity output functions are used, the output of the virtual light receiving member can be accurately calculated.
[第1の実施の形態]
図1には、本発明の光センサが適用されて構成された第1の実施の形態に係る測光センサ10の主要部が側面図にて示されており、図2には、測光センサ10のブロック図が示されている。なお、本実施の形態では、図1の左側を「一側」とし、図1の右側を「他側」とする。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a side view showing a main part of a
本実施の形態に係る測光センサ10は、屈曲板状の支持体12を備えており、支持体12の屈曲部位より一側は、一側へ向かうに従い下方へ向かう方向へ角度αだけ傾斜されると共に、支持体12の屈曲部位より他側は、他側へ向かうに従い下方へ向かう方向へ角度αだけ傾斜されている。
The
支持体12上には、屈曲部位の一側及び他側において、それぞれ受光部材としての直方体状の受光素子14,16が固定(保持)されている。受光素子14,16の上面は、平面状の受光面14A,16Aとされており、受光面14Aの素子中心軸P(受光面14Aに垂直な軸)は、上方向が垂直軸H上方向に対して一側へ角度αだけ傾斜されると共に、受光面16Aの素子中心軸Q(受光面16Aに垂直な軸)は、上方向が垂直軸H上方向に対して他側へ角度αだけ傾斜されている。
On the
受光素子14,16は、受光面14A,16Aへ光が入射することで、受光面14A,16Aへ入射する光の入射角度及び強度に応じた出力信号(例えば電流値)を出力する。なお、本実施の形態では、光は素子中心軸P及び素子中心軸Qに平行な面に平行に伝播するものとする。
The
受光素子14,16は、算出手段を構成する前段処理回路18に接続されており、受光素子14,16から出力された出力信号は、前段処理回路18へ入力されることで、前段処理回路18によって、後記演算装置20で扱い易い信号値(電圧値が望ましい)に変換される。
The
前段処理回路18は、算出手段を構成する演算装置20に接続されており、前段処理回路18から出力された信号は、演算装置20へ入力される。演算装置20は、A/Dコンバータ22を有しており、演算装置20へ入力された信号は、A/Dコンバータ22へ入力されることで、A/Dコンバータ22によって離散値に変換される。演算装置20は、演算プロセッサ24を有しており、A/Dコンバータ22から出力された信号は、演算プロセッサ24へ入力される。
The
ここで、図3には、受光素子14,16の受光面14A,16Aへ入射する光の入射角度が一定である場合における光の強度Lと受光素子14,16の出力Iとの関係(入射強度−出力特性)の一例が示されており、図4には、受光素子14,16の受光面14A,16Aへ入射する光の強度が一定である場合における光の入射角度φ(素子中心軸P、Q下方向と光伝播方向との角度)と受光素子14,16の出力Iとの関係(入射角度−出力特性)の一例が示されている。
Here, FIG. 3 shows the relationship between the light intensity L and the output I of the
例えば図4に示す如く、有効に使用できる出力信号を受光素子14,16が出力できる光の入射角度φが角度β以内の範囲であるとすると、0≦α≦βとされている。これにより、垂直軸Hに平行に光が伝播する場合でも、受光素子14,16が有効に使用できる出力信号を出力することができる。
For example, as shown in FIG. 4, if the incident angle φ of light that can be output from the
受光素子14,16の入射角度−出力特性は、受光面14A,16Aへ上方から素子中心軸P、Qに平行に光が入射する場合(φ=0の場合)に受光素子14,16の出力が最大になり、かつ、この最大の出力が1となるように規格化されている。これにより、受光素子14の入射強度−出力特性を強度出力関数I=f(L)で近似表現(代表)し、受光素子16の入射強度−出力特性を強度出力関数I=k×f(L)で近似表現し、受光素子14,16の入射角度−出力特性を角度出力関数I=g(φ)で近似表現し、受光素子14の出力をI1とし、受光素子16の出力をI2とし、受光素子14の受光面14Aへ入射する光の入射角度をφ1とし、受光素子16の受光面16Aへ入射する光の入射角度をφ2とすると、
I1=f(L)×g(φ1)・・・(1)
I2=k×f(L)×g(φ2)・・・(2)
となる。また、kは、強度L及び入射角度φを変数として含まない関数または定数とされた補正係数であり、受光素子14と受光素子16との間での入射強度−出力特性の相違を考慮したものである。
The incident angle-output characteristics of the
I 1 = f (L) × g (φ 1 ) (1)
I 2 = k × f (L) × g (φ 2 ) (2)
It becomes. Further, k is a correction coefficient that is a function or constant that does not include the intensity L and the incident angle φ as variables, and takes into account the difference in incident intensity-output characteristics between the light receiving
演算装置20は、予め判明している異なる強度Lを有する複数の校正基準光(基準光)が、受光素子14,16へ上方からそれぞれの素子中心軸P、Qに平行に入射されることで、f(L)(例えばf(L)の種類)及びkを自動的に決定する。さらに、演算装置20は、予め判明している強度L及び予め判明している異なる入射角度φ1、φ2を有する1つまたは複数の校正基準光(基準光)が、受光素子14,16へ入射されることで、g(φ)(例えばg(φ)の種類)を自動的に決定する。
The
また、垂直軸H下方向に対して角度θ(一側を正とする)の方向へ光が伝播する際には、受光素子14の受光面14Aへ入射する光の入射角度φ1がθ+αとなり、受光素子16の受光面16Aへ入射する光の入射角度φ2がθ−αとなる。このため、例えば図5に示す如く、
I1=f(L)×g(θ+α)・・・(3)
I2=k×f(L)×g(θ−α)・・・(4)
となる。ここで、
f(L)=a×L・・・(5)
g(φ)=exp(−b×φ2)・・・(6)
とすると、
I1=a×L×exp{−b×(θ+α)2}・・・(7)
I2=k×a×L×exp{−b×(θ−α)2}・・・(8)
であるため、
k×(I1/I2)=exp[−b×{(θ+α)2−(θ−α)2}]
=exp{−4×b×α×θ}・・・(9)
となる。これにより、光伝播角度θは、
θ=−{1/(4×b×α)}×ln{k×(I1/I2)}・・・(10)
によって容易に求めることができる。さらに、光強度Lは、式(7)または式(8)と、式(10)により求められた光伝播角度θと、によって、容易に求めることができる。
In addition, when light propagates in the direction of an angle θ (one side is positive) with respect to the downward direction of the vertical axis H, the incident angle φ 1 of the light incident on the
I 1 = f (L) × g (θ + α) (3)
I 2 = k × f (L) × g (θ−α) (4)
It becomes. here,
f (L) = a × L (5)
g (φ) = exp (−b × φ 2 ) (6)
Then,
I 1 = a × L × exp {−b × (θ + α) 2 } (7)
I 2 = k × a × L × exp {−b × (θ−α) 2 } (8)
Because
k × (I 1 / I 2 ) = exp [−b × {(θ + α) 2 − (θ−α) 2 }]
= Exp {-4 × b × α × θ} (9)
It becomes. Thereby, the light propagation angle θ is
θ = − {1 / (4 × b × α)} × ln {k × (I 1 / I 2 )} (10)
Can be easily obtained. Furthermore, the light intensity L can be easily obtained from the equation (7) or (8) and the light propagation angle θ obtained from the equation (10).
このように、光伝播角度θ及び光強度Lを表現する各関数(例えば式(10))が単純であり、かつ、この各関数の導出が容易な場合には、光伝播角度θ及び光強度Lを算出する各関数に基づいて作成された電気回路で演算装置20を構成して演算装置20からA/Dコンバータ22を省略することができ、また、演算プロセッサ24と光伝播角度θ及び光強度Lを算出する各関数に基づいて作成されて実装された演算手順とから、光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。
Thus, when each function (for example, Formula (10)) expressing the light propagation angle θ and the light intensity L is simple and it is easy to derive each function, the light propagation angle θ and the light intensity are obtained. The
また、演算装置20は、受光素子14,16と同一の二次元平面上で、受光素子14,16の素子中心軸がなす角度2αの範囲内に素子中心軸を有し、任意の角度出力関数および強度出力関数を有する仮想受光素子17を仮想的に形成する。
The
例えば図1に示す如く、演算装置20は、受光素子14と受光素子16の中間位置に、素子中心軸が垂直軸Hと平行で、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子14(受光素子16でも可)と等しい仮想受光素子17を仮想的に形成する。
For example, as shown in FIG. 1, the
従って、仮想受光素子17の受光面17Aには、素子中心軸(垂直軸H)から角度θをなして光が入射することになる。仮想受光素子17の出力をIpとすると、式(1)より、
Ip=f(L)×g(θ)となる。光強度L及び光伝播角度θは上述の如く算出できるから、Ipを容易に求めることができる。
Accordingly, light enters the
I p = f (L) × g (θ). Since the light intensity L and the light propagation angle θ can be calculated as described above, I p can be easily obtained.
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
以上の構成の測光センサ10では、受光素子14,16の受光面14A,16Aへ入射する光の入射角度φ及び強度Lに応じて、受光素子14,16の出力Iが変化する。また、演算装置20は、受光素子14,16における光の入射角度φと出力Iとの関係(入射角度−出力特性)が近似表現された角度出力関数I=g(φ)、及び、受光素子14,16における光の強度Lと出力Iとの関係(入射強度−出力特性)が近似表現された強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、受光素子14,16の出力から、光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
In the
ここで、演算装置20は、受光素子14と受光素子16の中間位置に、素子中心軸が垂直軸Hと平行で、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子14(受光素子16でも可)と等しい仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、上述の如く算出した光伝播角度θ及び光強度Lから仮想受光素子17の出力Ip=f(L)×g(θ)を算出する。
Here, the
このように、本実施の形態では、演算装置20において仮想受光素子17を仮想的に形成するため、仮想受光素子17の配置位置が他の部材の搭載場所である場合や悪環境下の場所であっても、そのような場所に仮想受光素子を配置することができるので、受光素子配置の自由度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the virtual
また、演算装置20は、光の入射方向の垂直面への受光面14A,16Aの投影面積(受光面14A,16Aの面積にcosφを乗じたもの)に出力Iが比例しない角度出力関数I=g(φ)=exp(−b×φ2)に基づいて、光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。これにより、前記受光面14A,16Aの投影面積に出力Iが比例しない受光素子14,16を使用しても、光伝播角度θ及び光強度Lを精度よく測定できる。このため、現在広く市販されかつ安価に供給されて容易に入手できる受光素子14,16を使用しても、光伝播角度θ及び光強度Lを精度よく測定できる。
The
さらに、演算装置20は、受光素子14,16間で互いに異なる強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。これにより、強度出力関数が互いに異なる受光素子14,16を使用しても、光伝播角度θ及び光強度Lを精度よく測定できる。このため、受光素子14,16の選別等を行う必要をなくすことができる。
Further, the
また、受光面14A,16Aへの光の入射角度φが互いに異なる(α=0とされない)ように、受光素子14,16が配置されているため、本実施の形態の如く、受光素子14の角度出力関数が光の入射角度φ及び強度Lを変数として含まない関数または定数と受光素子16の角度出力関数との積で表現され(本実施の形態では受光素子14と受光素子16とにおける角度出力関数が同一(I=g(φ))とされている)、かつ、受光素子14の強度出力関数が光の入射角度φ及び強度Lを変数として含まない関数または定数と受光素子16の強度出力関数との積で表現される(本実施の形態では受光素子16の強度出力関数(I=k×f(L))が受光素子14の強度出力関数(I=f(L))のk倍にされている)場合でも、演算装置20が光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。すなわち、本実施の形態では、I1=f(L)×g(θ+α)とI2=k×f(L)×g(θ−α)との2つの式から、2つの変数である光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。
Further, since the
さらに、演算装置20は、予め判明している異なる強度Lを有する複数の校正基準光が、受光素子14,16へ上方からそれぞれの素子中心軸P、Qに平行に入射されることで、強度出力関数f(L)、k×f(L)を自動的に決定する。しかも、演算装置20は、予め判明している強度L及び予め判明している異なる入射角度φ1、φ2を有する1つまたは複数の校正基準光が、受光素子14,16へ入射されることで、角度出力関数g(φ)を自動的に決定する。特に、f(L)=a×L及びg(φ)=exp(−b×φ2)にすることが決定されている場合には、演算装置20は、校正基準光が受光素子14,16へ入射されることで、a、b及びkを自動的に決定する。これにより、角度出力関数g(φ)及び強度出力関数f(L)、k×f(L)を容易に算出することができる。
Further, the
[第2の実施の形態]
図6には、本発明の光センサが適用されて構成された第2の実施の形態に係る測光センサ30のブロック図が示されている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 shows a block diagram of a
本実施の形態に係る測光センサ30は、上記第1の実施の形態に係る測光センサ10とほぼ同様の構成であるが、以下の点で異なる。
The
本実施の形態に係る測光センサ30は、測温手段としての測温素子32を備えており、測温素子32は、支持体12の屈曲部位に固定されて、受光素子14と受光素子16との中央に配置されている。測温素子32は、受光素子14,16の近傍に配置されて、受光素子14,16と温度が同一である前提とされており、測温素子32が、測温素子32自体の温度を測定することで、測定された温度が受光素子14,16の温度として推測される。
The
受光素子14,16は、受光面14A,16Aへ光が入射することで、受光面14A,16Aへ入射する光の入射角度及び強度のみならず受光素子14,16の温度に応じた出力信号(例えば電流値)を出力する。
The
測温素子32は、前段処理回路18に接続されており、測温素子32から出力された出力信号は、受光素子14,16から出力された出力信号と同様に、前段処理回路18、更には、演算装置20のA/Dコンバータ22へ入力されて、受光素子14,16から出力された出力信号と同様に処理される。さらに、測温素子32から前段処理回路18を経て演算装置20のA/Dコンバータ22から出力された信号は、演算装置20の演算プロセッサ24へ入力される。
The
ここで、受光素子14,16の受光面14A,16Aへ入射する光の入射角度及び強度が一定である場合における受光素子14,16の温度tと受光素子14,16の出力Iとの関係(温度−出力特性)を温度出力関数(温度補正関数)I=j(t)で近似表現(代表)すると、上記第1の実施の形態における式(1)及び式(2)は、
I1=j(t)×f(L)×g(φ1)・・・(11)
I2=j(t)×k×f(L)×g(φ2)・・・(12)
に変更される。
Here, the relationship between the temperature t of the
I 1 = j (t) × f (L) × g (φ 1 ) (11)
I 2 = j (t) × k × f (L) × g (φ 2 ) (12)
Changed to
ところで、温度出力関数I=j(t)は予め判明しており、j(t)の数値は受光素子14,16の温度t(測温素子32により測定された温度)から求めることができる。このため、例えば、I1及びI2を、j(t)により補正して、
I1´=I1/j(t)=f(L)×g(φ1)・・・(1)´
I2´=I2/j(t)=k×f(L)×g(φ2)・・・(2)´
とすると、上記第1の実施の形態と同様に、演算装置20の演算プロセッサ24が、光伝播角度θ及び光強度Lを求めることができる。
By the way, the temperature output function I = j (t) is known in advance, and the numerical value of j (t) can be obtained from the temperature t of the
I 1 '= I 1 / j (t) = f (L) × g (φ 1 ) (1) ′
I 2 ′ = I 2 / j (t) = k × f (L) × g (φ 2 ) (2) ′
Then, as in the first embodiment, the
そして、演算装置20は、受光素子14と受光素子16の中間位置に、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子14(受光素子16でも可)と等しい仮想受光素子17を仮想的に形成する。
Then, the
仮想受光素子17の出力Ipは、式(11)より、
Ip=j(t)×f(L)×g(θ)となる。j(t)の数値、光強度L及び光伝播角度θは上述の如く算出できるから、Ipを容易に求めることができる。
The output I p of the virtual
I p = j (t) × f (L) × g (θ). Since the numerical value of j (t), the light intensity L, and the light propagation angle θ can be calculated as described above, I p can be easily obtained.
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
以上の構成の測光センサ30では、受光素子14,16における温度t、受光面14A,16Aへ入射する光の入射角度φ及び強度Lに応じて、受光素子14,16の出力Iが変化する。また、測温素子32が受光素子14,16の温度tを推測する。さらに、演算装置20は、受光素子14,16における温度tと出力Iとの関係(温度−出力特性)が近似表現された温度出力関数I=j(t)、受光素子14,16における光の入射角度φと出力Iとの関係(入射角度−出力特性)が近似表現された角度出力関数I=g(φ)、及び、受光素子14,16における光の強度Lと出力Iとの関係(入射強度−出力特性)が近似表現された強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、測温素子32により推測された受光素子14,16の温度t及び受光素子14,16の出力から、光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
In the
ここで、演算装置20は、受光素子14と受光素子16の中間位置に、素子中心軸が垂直軸Hと平行で、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子14(受光素子16でも可)と等しい仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、測温素子32により推測された受光素子14,16の温度t及び上述の如く算出した光伝播角度θ及び光強度Lから、仮想受光素子17の出力Ip=j(t)×f(L)×g(θ)を算出する。
Here, the
ここで、本実施の形態でも、上記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 Here, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
さらに、演算装置20は、温度出力関数I=j(t)及び受光素子14,16の温度tをも使用して、仮想受光素子17の出力を算出する。従って、温度に応じて出力が変化する受光素子を使用しても、仮想受光素子17の出力を精度よく算出できる。
Further, the
なお、本実施の形態では、前段処理回路18が、演算装置20(A/Dコンバータ22または演算プロセッサ24)へ、I1及びI2に対応する信号値を出力する構成としたが、前段処理回路18が、I1´=I1/j(t)及びI2´=I2/j(t)を求めることで、演算装置20(A/Dコンバータ22または演算プロセッサ24)へ、I1´及びI2´に対応する信号値を出力する構成としてもよい。
In the present embodiment, the
さらに、本実施の形態では、測温素子32が受光素子14,16の温度tを推測する構成としたが、例えば測温素子(測温手段)が受光素子(受光部材)に設けられることで、測温素子が受光素子の温度を測定する構成としてもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、2つの受光素子14,16の温度出力関数I=j(t)が同一である構成としたが、複数の受光素子(受光部材)の温度出力関数が互いに異なる構成としてもよい。
In the present embodiment, the temperature output functions I = j (t) of the two
さらに、本実施の形態では、2つの受光素子14,16の温度tが同一であることが前提とされた構成としたが、複数の受光素子(受光部材)の温度が互いに異なる場合があることが前提とされた構成としてもよい。
Further, in the present embodiment, it is assumed that the temperature t of the two
さらにまた、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、式(5)及び式(6)の如く、f(L)=a×L及びg(φ)=exp(−b×φ2)とした構成としたが、f(L)及びg(φ)は、必要な精度の範囲で入射強度−出力特性及び入射角度−出力特性を近似表現できるものであればどのようなものでもよい。例えば、より高い精度で入射強度−出力特性及び入射角度−出力特性を近似表現する必要がある場合には、p及びqを、強度L及び入射角度φを変数として含まない関数または実数定数として、
f(L)=a×Lp・・・(13)
g(φ)=exp(−b×φq)・・・(14)
とした構成としてもよい。
Furthermore, in the first and second embodiments, f (L) = a × L and g (φ) = exp (−b × φ 2 ), but f (L) and g (φ) can be anything as long as they can approximate the incident intensity-output characteristic and incident angle-output characteristic within the required accuracy. But you can. For example, when it is necessary to approximate the incident intensity-output characteristic and the incident angle-output characteristic with higher accuracy, p and q are functions or real constants that do not include the intensity L and the incident angle φ as variables.
f (L) = a × L p (13)
g (φ) = exp (−b × φ q ) (14)
The configuration may be as follows.
この場合には、式(3)及び式(4)により、
第1の実施の形態では、
I1=a×Lp×exp{−b×(θ+α)q}・・・(15)
I2=k×a×Lp×exp{−b×(θ−α)q}・・・(16)
であり、
第2の実施の形態では、
I1´=I1/j(t)=a×Lp×exp{−b×(θ+α)q}
・・・(15)´
I2´=I2/j(t)=k×a×Lp×exp{−b×(θ−α)q}
・・・(16)´
であるため、
k×(I1/I2)=exp[−b×{(θ+α)q−(θ−α)q}]
・・・(17)
となる。
In this case, according to equations (3) and (4)
In the first embodiment,
I 1 = a × L p × exp {−b × (θ + α) q } (15)
I 2 = k × a × L p × exp {−b × (θ−α) q } (16)
And
In the second embodiment,
I 1 '= I 1 / j (t) = a × L p × exp {−b × (θ + α) q }
... (15) '
I 2 ′ = I 2 / j (t) = k × a × L p × exp {−b × (θ−α) q }
... (16) '
Because
k × (I 1 / I 2 ) = exp [−b × {(θ + α) q − (θ−α) q }]
... (17)
It becomes.
このように、f(L)やg(φ)により複雑な近似関数を採用した場合には、演算装置20の電子回路を構成することや、光伝播角度θや光強度Lを表現する関数を導出することが、非常に困難あるいは不可能となる場合が多い。このため、このような場合には、式(17)から、k×(I1/I2)の数値(受光素子14,16の出力I1、I2の他に必要に応じて光伝播角度θ及び光強度Lを変数として含まない関数または定数のみを用いて得られる数値)と光伝播角度θの数値との対応関係を示す出力角度関係としての第1数値テーブルが作成(導出)されると共に、式(15)及び式(16)または式(15)´及び式(16)´から、所定の数値(受光素子14,16の出力I1、I2の他に必要に応じて光伝播角度θ及び光強度Lを変数として含まない関数または定数のみを用いて得られる数値)と光強度Lの数値との対応関係を示す出力強度関係としての第2数値テーブルが作成されると、演算装置20の記憶領域に保存される。これにより、演算装置20の演算プロセッサ24と実装された検索手順及び演算手順とによって、第1数値テーブル及び第2数値テーブルを用いて、k×(I1/I2)の数値及び所定の数値から、光伝播角度θの数値及び光強度Lの数値を導出する(光伝播角度θ及び光強度Lを算出する)ことができる。
As described above, when a complicated approximation function is adopted by f (L) and g (φ), the electronic circuit of the
さらに、上述の如く、第1数値テーブルは、強度出力関数である式(15)または式(15)´及び角度出力関数である式(16)または式(16)´から導出される式(17)に基づいて作成することができるため、第1数値テーブルを容易に作成することができると共に、第2数値テーブルを式(15)及び式(16)または式(15)´及び式(16)´に基づいて作成できれば、第2数値テーブルを容易に作成することができる。 Further, as described above, the first numerical value table is obtained by the expression (17) derived from the expression (15) or (15) ′ that is the intensity output function and the expression (16) or (16) ′ that is the angle output function. ), The first numerical value table can be easily created, and the second numerical value table can be expressed by the equations (15) and (16) or the equations (15) ′ and (16). If it can be created based on ', the second numerical value table can be easily created.
また、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、受光素子14の角度出力関数と受光素子16の角度出力関数とを同一(I=g(φ))とした構成としたが、受光素子14の角度出力関数を光の入射角度φ及び強度Lを変数として含まない関数または定数と受光素子16の角度出力関数との積で表現しない構成としてもよい。この場合、例えば受光素子14の角度出力関数をI=g(φ)とし、受光素子16の角度出力関数をI=h(φ)とすると、
g(φ)=exp(−b×φ)・・・(18)
h(φ)={1+cosφ}/2・・・(19)
とする。これにより、受光面14A,16Aへの光の入射角度φが互いに異なるように受光素子14,16が配置されず(α=0とされ)かつ受光素子14の強度出力関数が光の入射角度φ及び強度Lを変数として含まない関数または定数と受光素子16の強度出力関数との積で表現される場合でも、演算装置20が光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。すなわち、例えばα=0としても、第1の実施の形態ではI1=f(L)×g(θ)及びI2=k×f(L)×h(θ)の2つの式から、第2の実施の形態ではI1´=I1/j(t)=f(L)×g(θ)及びI2´=I2/j(t)=k×f(L)×h(θ)の2つの式から、2つの変数である光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。
In the first embodiment and the second embodiment, the angle output function of the
g (φ) = exp (−b × φ) (18)
h (φ) = {1 + cosφ} / 2 (19)
And As a result, the
さらに、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、受光素子16の強度出力関数(I=k×f(L))を受光素子14の強度出力関数(I=f(L))のk倍にした構成としたが、受光素子14の強度出力関数が光の入射角度φ及び強度Lを変数として含まない関数または定数と受光素子16の強度出力関数との積で表現されない構成としてもよい。これにより、光の入射角度φが互いに異なるように受光素子14,16が配置されず(α=0とされ)かつ受光素子14の角度出力関数が光の入射角度φ及び強度Lを変数として含まない関数または定数と受光素子16の角度出力関数との積で表現される場合でも、演算装置20が光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the intensity output function (I = k × f (L)) of the
さらにまた、上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、演算装置20は、角度関数として、光の入射方向の垂直面への受光面14A,16Aの投影面積(受光面14A,16Aの面積にcosφを乗じたもの)に出力Iが比例しない角度出力関数I=g(φ)=exp(−b×φ2)を用いるように説明したが、角度出力関数として、光の入射方向の垂直面への受光面14A,16Aの投影面積(受光面14A,16Aの面積にcosφを乗じたもの)に出力Iが比例する角度出力関数I=g(φ)=exp(−b×φ2)を用いても良い。このようにしても、仮想受光素子17の出力を算出することができる。
Furthermore, in the first embodiment and the second embodiment, the
[第3の実施の形態]
図7には、本発明の光センサが適用されて構成された第3の実施の形態に係る測光センサ40の主要部および測光センサ40における受光素子の入射角度−出力特性が示された説明図が示されている。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the main part of the
本実施の形態に係る測光センサ40は、上記第1の実施の形態に係る測光センサ10とほぼ同様の構成であるが、以下の点で異なる。
The
本実施の形態に係る測光センサ40は、断面台形状の支持体42を備えており、この支持体42の横方向(X方向)の長さは縦方向(Y方向)の長さの2倍となっている。支持体42の傾斜面には、受光素子13,14,15,16がそれぞれ固定されている。
The
演算装置20は、支持体42の上面に仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、この仮想受光素子17と同一の二次元平面44に位置する一対の受光素子13,15の出力を用いて仮想受光素子17の出力を算出し、二次元平面44と交差する別の二次元平面46に位置する受光素子14もしくは受光素子16の出力と仮想受光素子17の出力を用いて別の二次元平面46における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
The
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
以上の構成の測光センサ40では、受光素子13、15の受光面へ入射する光の入射角度φ及び強度Lに応じて、受光素子13、15の出力Iが変化する。また、演算装置20は、受光素子13、15における光の入射角度φと出力Iとの関係(入射角度−出力特性)が近似表現された角度出力関数I=g(φ)、及び、受光素子13、15における光の強度Lと出力Iとの関係(入射強度−出力特性)が近似表現された強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、受光素子13、15の出力から、受光素子13、15が位置する二次元平面44における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
In the
ここで、演算装置20は、受光素子13と受光素子15の中間位置で二次元平面44上に位置する支持体42の上面に、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子13(受光素子15でも可)と等しい仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、上述の如く算出した光伝播角度θ及び光強度Lから仮想受光素子17の出力Ip=f(L)×g(θ)を算出する。
Here, the
さらに、演算装置20は、受光素子14及び仮想受光素子17の角度出力関数I=g(φ)、及び強度出力関数I=f(L)に基づいて、受光素子14及び仮想受光素子17の出力から、受光素子14,16が位置する二次元平面44における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。なお、仮想受光素子17及び受光素子16の角度出力関数I=g(φ)、及び強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、仮想受光素子17及び受光素子16の出力から、受光素子14,16が位置する二次元平面46における光伝播角度θ及び光強度Lを算出してもよい。
Furthermore, the
このように、仮想受光素子17と同一の二次元平面44に位置する一対の受光素子13、15の出力を用いて仮想受光素子17の出力を算出しておけば、別の二次元平面46における光伝播角度θ及び光強度Lを算出するには、この仮想受光素子17の出力と別の二次元平面46に位置する受光素子14,16のいずれかの出力を用いれば良い。
As described above, if the output of the virtual
従って、受光素子14および受光素子16の素子中心軸線のなす角度を2αとすることができ、二次元平面44の受光範囲αに対して二次元平面46の受光範囲を2倍とすることができる。このように、受光素子の数を増やさなくても別の二次元平面46における受光範囲を拡大することができる。
Therefore, the angle formed by the element central axes of the
また、仮想受光素子17を用いることにより、この仮想受光素子17の位置に実在の受光素子を配置する必要が無いので、受光素子の数を減らすことができる。また、この構成から受光素子14または受光素子16を省略しても、二次元平面44と同等の受光範囲(測定範囲)を確保することができる。これにより、受光素子の数をさらに減らすことができる。
In addition, by using the virtual
[第4の実施の形態]
図8には、本発明の光センサが適用されて構成された第4の実施の形態に係る測光センサ50の主要部および測光センサ50における受光素子の入射角度−出力特性が示された説明図が示されている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the main part of the
本実施の形態に係る測光センサ50は、上記第1の実施の形態に係る測光センサ10とほぼ同様の構成であるが、以下の点で異なる。
The
本実施の形態に係る測光センサ50は、断面台形状の支持体52を備えており、この支持体52の傾斜面には、各素子中心軸が互いに平行にならないように、受光素子13,14,15,16がそれぞれ固定されている。
The
演算装置20は、一対の受光素子13,15が位置する二次元平面54と他の受光素子14もしくは受光素子16及び仮想受光素子17が位置する別の二次元平面56とが交差するように、仮想受光素子17を配置する。
The
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
以上の構成の測光センサ50では、受光素子13、15の受光面へ入射する光の入射角度φ及び強度Lに応じて、受光素子13、15の出力Iが変化する。また、演算装置20は、受光素子13、15における光の入射角度φと出力Iとの関係(入射角度−出力特性)が近似表現された角度出力関数I=g(φ)、及び、受光素子13、15における光の強度Lと出力Iとの関係(入射強度−出力特性)が近似表現された強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、受光素子13、15の出力から、受光素子13、15が位置する二次元平面44における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
In the
ここで、演算装置20は、一対の受光素子13,15が位置する二次元平面54と他の受光素子14もしくは受光素子16及び仮想受光素子17が位置する別の二次元平面56とが交差するように、仮想受光素子17を配置する。また、演算装置20は、仮想受光素子17の角度出力関数及び強度出力関数が受光素子13(受光素子15でも可)と等しいものとし、上述の如く算出した光伝播角度θ及び光強度Lから仮想受光素子17の出力Ip=f(L)×g(θ)を算出する。
Here, in the
さらに、演算装置20は、受光素子14及び仮想受光素子17の角度出力関数I=g(φ)、及び強度出力関数I=f(L)に基づいて、受光素子14及び仮想受光素子17の出力から、受光素子14,16が位置する二次元平面44における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。なお、仮想受光素子17及び受光素子16の角度出力関数I=g(φ)、及び強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、仮想受光素子17及び受光素子16の出力から、受光素子14,16が位置する二次元平面46における光伝播角度θ及び光強度Lを算出してもよい。
Furthermore, the
このように、各二次元平面54,56における光伝播角度θ及び光強度Lを算出することにより、二次元平面54,56を含む三次元空間における光伝播角度θ及び光強度Lを算出することができる。
Thus, by calculating the light propagation angle θ and the light intensity L in the two-
そして、測光センサ10(演算装置20の演算プロセッサ24)から光伝播角度θ及び光強度Lを出力するようにすれば、この光伝播角度θ及び光強度Lは、数値として出力されるため、測光センサ10が制御対象(例えば車両のサンバイザ)の向きの制御のために使用されて、制御対象の細かな向きの制御を必要とされる場合(例えば運転席用のサンバイザと助手席用のサンバイザとで向きを異ならせる場合等)でも、測光センサ10が制御対象の向きを良好に制御することができる。
If the light propagation angle θ and the light intensity L are output from the photometric sensor 10 (the
[第5の実施の形態]
図9には、本発明の光センサが適用されて構成された第9の実施の形態に係る測光センサ60の説明図が示されており、図10には、受光状態の不均一性を検証する流れを示すフローチャートが示されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 9 shows an explanatory diagram of a
本実施の形態に係る測光センサ60は、上記第1の実施の形態に係る測光センサ10とほぼ同様の構成であるが、以下の点で異なる。
The
本実施の形態に係る測光センサ60は、図9に示す如く、断面台形状の支持体62を備えており、この支持体62の傾斜面には、各素子中心軸が互いに平行にならないように、受光素子13,14,15,16がそれぞれ固定されている。
As shown in FIG. 9, the
演算装置20は、一対の受光素子13,15の出力を用いて第一の仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、一対の受光素子14,16の出力を用いて、一対の受光素子13,15によって第一の仮想受光素子17を仮想的に形成した位置と同一位置に第二の仮想受光素子17を形成する。さらに、演算装置20は、各仮想受光素子17の出力を算出し、一方の仮想受光素子17の出力と他方の仮想受光素子17の出力とを比較する。
The
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
以上の構成の測光センサ60では、受光素子13、15の受光面へ入射する光の入射角度φ及び強度Lに応じて、受光素子13、15の出力Iが変化する。演算装置20は、外部装置から送信された仮想受光素子の出力チェック信号を受信すると、受光状態の不均一性を検証するためのプログラムを実行する。
In the
演算装置20は、先ず、各仮想受光素子17の出力Aと出力Bとが一致するか確認する(ステップS1)。つまり、演算装置20は、受光素子13、15における光の入射角度φと出力Iとの関係(入射角度−出力特性)が近似表現された角度出力関数I=g(φ)、及び、受光素子13、15における光の強度Lと出力Iとの関係(入射強度−出力特性)が近似表現された強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、受光素子13、15の出力から、受光素子13、15が位置する二次元平面64における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
First, the
さらに、演算装置20は、受光素子13と受光素子15の中間位置で二次元平面64上に位置する支持体62の上面に、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子13(受光素子15でも可)と等しい仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、上述の如く算出した光伝播角度θ及び光強度Lから第一の仮想受光素子17の出力Ip=f(L)×g(θ)を算出する。
Further, the
一方、受光素子14,16についても、受光素子14,16の受光面へ入射する光の入射角度φ及び強度Lに応じて、受光素子14,16の出力Iが変化する。また、演算装置20は、受光素子14,16における光の入射角度φと出力Iとの関係(入射角度−出力特性)が近似表現された角度出力関数I=g(φ)、及び、受光素子14,16における光の強度Lと出力Iとの関係(入射強度−出力特性)が近似表現された強度出力関数I=f(L)、I=k×f(L)に基づいて、受光素子14,16の出力から、受光素子14,16が位置する二次元平面66における光伝播角度θ及び光強度Lを算出する。
On the other hand, for the
さらに、演算装置20は、一対の受光素子14,16の出力を用いて、一対の受光素子13,15によって第一の仮想受光素子17を仮想的に形成した位置と同一位置に、角度出力関数及び強度出力関数が受光素子14(受光素子16でも可)と等しい第二の仮想受光素子17を仮想的に形成すると共に、上述の如く算出した光伝播角度θ及び光強度Lから第二の仮想受光素子17の出力Ip=f(L)×g(θ)を算出する。
Further, the
そして、演算装置20は、一方の仮想受光素子17の出力Aと他方の仮想受光素子17の出力Bとを比較する。一方の仮想受光素子17の出力Aと他方の仮想受光素子17の出力Bとが一致する場合(ステップS1:YES)には、回路状態、受光状態が正常であると判断される(ステップS2)。この場合に、演算装置20は正常である旨の信号を外部装置へ出力する。
Then, the
一方、一方の仮想受光素子17の出力Aと他方の仮想受光素子17の出力Bとが一致しない場合(ステップS1:NO)には、回路状態、受光状態が異常であると判断される(ステップS3)。この場合に、演算装置20は異常である旨の信号を外部装置へ出力する。これにより、受光素子13,14,15,16や回路の故障、劣化等の不具合、あるいは受光素子群の受光状態の不均一性を検証することができる。
On the other hand, if the output A of one virtual
なお、上述の第3、第4、第5の実施の形態において、上記第2の実施の形態の如く、受光素子13,14,15,16の温度を測定または推測する測温素子32を設け、温度出力関数及び受光素子13,14,15,16の温度をも使用して、仮想受光素子の出力を算出すると共に、光伝播角度θ及び光強度Lを算出しても良い。
In the third, fourth, and fifth embodiments described above, a
[第6の実施の形態]
図11には、本発明の光センサが適用されて構成された第6の実施の形態に係る測光センサ70の主要部の上面図が示されている。なお、図11(a)には参考までに第1の実施の形態に係る測光センサ10の主要部の上面図が示されており、図11(b)、(c)には本発明の光センサが適用されて構成された第6の実施の形態に係る測光センサ70の主要部の上面図が示されている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 11 shows a top view of the main part of a
本実施の形態に係る測光センサ70は、上記第1の実施の形態に係る測光センサ10とほぼ同様の構成であるが、以下の点で異なる。
The
本実施の形態の測光センサ70では、図11(b)、(c)に示す如く、受光素子14,16は、光の入射角度が互いに異なるように支持体72上に配置されていると共に、この実在する受光素子14,16の位置を、この受光素子14,16が位置する同一の二次元平面74の法線方向にずらして配置されている。
In the
このように、受光素子14,16が位置する同一の二次元平面74の法線方向にずらして配置されても構わないので、受光素子14,16の配置の自由度をさらに向上させることができる。
As described above, the
また、受光素子14,16は、光の入射角度が互いに異なるように配置されているので、より広範囲に受光することができる。
Further, since the
10,30,40,50,60,70…測光センサ(光センサ)、12,42,52,62,72…支持体、13,14,15,16…受光素子(受光部材)、14A,16A…受光面、17…仮想受光素子、18…前段処理回路(算出手段)、20 演算装置(算出手段)、22…A/Dコンバータ、24…演算プロセッサ、32…測温素子(測温手段) 10, 30, 40, 50, 60, 70 ... photometric sensor (optical sensor), 12, 42, 52, 62, 72 ... support, 13, 14, 15, 16 ... light receiving element (light receiving member), 14A, 16A DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Light-receiving surface, 17 ... Virtual light receiving element, 18 ... Pre-processing circuit (calculation means), 20 Arithmetic apparatus (calculation means), 22 ... A / D converter, 24 ... Arithmetic processor, 32 ... Temperature measuring element (temperature measuring means)
Claims (9)
前記複数の受光部材間に仮想受光部材を仮想的に形成すると共に、前記受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現された角度出力関数、前記受光部材における光の強度と出力との関係が表現された強度出力関数、及び前記仮想受光部材の形成位置に基づいて前記複数の受光部材の出力から前記仮想受光部材の出力を算出する算出手段と、
を備えた光センサ。 A plurality of light-receiving members having a light-receiving surface on which light is incident and whose output changes according to the incident angle and intensity of the light incident on the light-receiving surface;
A virtual light receiving member is virtually formed between the plurality of light receiving members, and an angle output function expressing a relationship between an incident angle and an output of light in the light receiving member, and an intensity and an output of light in the light receiving member A calculation means for calculating an output of the virtual light receiving member from outputs of the plurality of light receiving members based on an intensity output function expressing a relationship and a formation position of the virtual light receiving member;
With optical sensor.
前記受光部材の温度を測定または推測する測温手段と、
前記複数の受光部材間に仮想受光部材を仮想的に形成すると共に、前記受光部材における温度と出力との関係が表現された温度出力関数、前記受光部材における光の入射角度と出力との関係が表現された角度出力関数、前記受光部材における光の強度と出力との関係が表現された強度出力関数、及び前記仮想受光部材の形成位置に基づいて前記測温手段により測定または推測された前記受光部材の温度及び前記複数の受光部材の出力から前記仮想受光部材の出力を算出する算出手段と、
を備えた光センサ。 A plurality of light receiving members whose outputs change according to temperature, incident angle and intensity of incident light;
Temperature measuring means for measuring or estimating the temperature of the light receiving member;
A virtual light receiving member is virtually formed between the plurality of light receiving members, a temperature output function expressing a relationship between temperature and output in the light receiving member, and a relationship between light incident angle and output in the light receiving member. The received light measured or estimated by the temperature measuring unit based on the expressed angle output function, the intensity output function expressing the relationship between the light intensity and the output of the light receiving member, and the formation position of the virtual light receiving member Calculating means for calculating the output of the virtual light receiving member from the temperature of the member and the outputs of the plurality of light receiving members;
With optical sensor.
前記算出手段は、前記複数の受光部材のうち少なくとも一対の受光部材が位置する二次元平面と他の受光部材及び前記仮想受光部材が位置する別の二次元平面とが交差するように、前記仮想受光部材を配置する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の光センサ。 The plurality of light receiving members are arranged in at least three or more so that the central axes of the members are not parallel to each other,
The calculation means is configured so that the two-dimensional plane in which at least one pair of light receiving members is located and another two-dimensional plane in which the other light receiving members and the virtual light receiving member are intersected with each other. 4. The optical sensor according to claim 1, wherein a light receiving member is disposed.
Priority Applications (1)
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JP2005002986A JP2006189395A (en) | 2005-01-07 | 2005-01-07 | Optical sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012233920A (en) * | 2012-08-24 | 2012-11-29 | Casio Comput Co Ltd | Measurement surface inclination measuring device, projector, and measurement surface inclination measuring method |
-
2005
- 2005-01-07 JP JP2005002986A patent/JP2006189395A/en active Pending
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