JP4641358B2

JP4641358B2 - 日照センサ

Info

Publication number: JP4641358B2
Application number: JP2001085150A
Authority: JP
Inventors: 安谷田; 竜太郎大和田; 俊広及川; 琢也久志本; 雅典大野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP2002286545A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用に設けられた空調装置を制御するときなどに用いられる日照センサに関するものであり、詳細には、太陽の仰角を測定し、例えば、車窓からの直射光が車内に射し込み乗員が暑さを感じると判断されるときには、空調装置の出力を上げるなど、一層に緻密な制御を行わせるために用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の日照センサの構成の例としては、特開平９−３１１０７０号公報に示されるものがあり、この日照センサは、２つの受光素子と、外側が凸球面であり、内面が３段階のプリズムを組み合わせたような形状とした受光レンズとが組み合わされて構成されている。
【０００３】
このようにしたことで、太陽が垂直方向にあるときから、ほぼ水平方向にあるときまで受光素子に光が達するものとなり、このときには、２つの受光素子間に仰角に応じる出力差を生じるものとなるので、この出力差に基づき空調装置の制御を行うことで一層に車室内の快適性を向上させるものとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の日照センサにおいては、前記受光レンズが三段階のプリズムを組み合わせたような形状とされていることで、例えば太陽が真上、水平、或いは、仰角４５゜付近の仰角にあるときには、ほぼ正確な太陽の仰角が測定できるものとなるが、それらの中間では、内面の折れ曲がり状となる不連続な形状により、測定される仰角の値もまた不連続なものとなる。
【０００５】
このことは、上記のような中間の仰角の状態では、例えば車窓から太陽光が射し込んでいるにも係わらず空調装置の出力が増加されず、乗員は射し込む直射光により暑さを感じて快適感を損なうなどの問題を生じる可能性が高く、この点の解決が課題とされるものとなっていた。
【０００６】
【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、所定のパターンとして配置が行われた複数の受光素子と、これら受光素子を上方から覆う受光レンズとから成り、前記受光レンズによりそれぞれの前記受光素子に配布される光量の対比により太陽の仰角を測定する日照センサにおいて、前記複数の受光素子は４つの正方形の受光素子が組み合わされて全体が正方形を形成するように配置された受光素子組立として構成され、且つ、それぞれの受光素子から独立して出力を取り出せるものとされ、前記受光レンズは凸球面と凹球面とのそれぞれが単一の曲率半径で構成されるメニスカスレンズ状とされ、且つ、前記凸球面の曲率半径ｒ２が前記受光素子組立に内接する円の半径Ｗに対し６Ｗ近傍、前記凹球面の曲率半径ｒ１が０．６Ｗ近傍、肉厚Ｈが０．８Ｗ近傍、前記受光レンズの後端から前記受光素子組立までの距離がＷ近傍とされていることを特徴とする日照サンサを提供することで課題を解決するものである。
【０００７】
【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に符号１で示すものは本発明に係る日照センサの基本的な構成であり、この日照センサ１は、複数、例えば４つの受光素子２ａ〜受光素子２ｄが組合わされて構成された受光素子組立２と、受光レンズ３とを基本的な構成要素としているものである点は従来例のものと同様である。
【０００８】
この実施形態では前記受光素子組立２は、図２に示すように、受光素子２ａ、受光素子２ｂ、受光素子２ｃ、受光素子２ｄの４つが正方形に組合わされたものとされ、太陽の仰角の測定と共に、車両に対する太陽の方位角の測定にも高い精度が得られるように図られている。尚、具体的には、それぞれの受光素子２(ａ〜ｄ）は一辺が２．４８５mmの正方形のものの４つが、一辺５mmの正方形を形成するように配置され、また、それぞれの受光素子２(ａ〜ｄ）は独立して出力が取りだせるものとされている。
【０００９】
そして、図中に矢印Ｆで示す方向が車両の進行方向に合わせて取付けられ、この状態での各受光素子２（ａ〜ｄ）からの出力を比較、演算することで、太陽の仰角及び方位角を測定するものとしている。従って、前記受光レンズ３も前記受光素子組立２の大きさに対応して設計されるものとなり、この実施形態では、前記受光素子組立２に内接する円の半径Ｗ（以下、有効半径Ｗ）をもって受光レンズ３設計の基準値としている。
【００１０】
ここで、太陽の仰角を測定するときの前記受光レンズ３の好ましい条件について考察してみると、先ず、太陽が垂直方向にあるときには、受光素子２ａ（２ｃ）と受光素子２ｂ（２ｄ）とに均等の光量として光が配布され、両者の出力比が１：１となることが好ましい。
【００１１】
また、太陽が水平方向にあるときには、光の入射方向とは反対側に位置する受光素子、例えば受光素子２ｂ、（２ｄ）のみに光が当たるようにしておけば、両者の出力比は１：０となり、上記した太陽が垂直にあるときとの比の幅を最大限とすることが可能となり、即ち、垂直、水平の両位置間のスケール幅が拡がり、中間の仰角に対する読取り精度が高められるものとなる。
【００１２】
また、従来例でも述べたように、例えば太陽が水平位置（０゜）から垂直位置（９０゜）まで移動する間の中間の仰角を得るときの比率も上記した１：０（水平時）から１：１（垂直時）までの間の値であり、且つ、角度の増加にほぼ比例するものであり、部分的に比率が急激に変化したり、或いは、部分的に比率が逆転するなどは、正確な仰角を演算するためには好ましくない。
【００１３】
本発明は、上記の条件に基づいて受光レンズ３の形状を設定するものであり、先ず、部分的に急激な比率の変化を生じないように、受光レンズ３は凹球面３ａの曲率半径ｒ１も、凸球面３ｂの曲率半径ｒ２も、それぞれが単一の曲率半径で構成される球面とすることが決定された。尚、受光レンズ３の最終的な形状として、メニスカスレンズ状など、研磨での製造には煩雑な形状となることが予想されるので、樹脂の射出成形などでの製造を予定し、屈折率としては１．５〜１．６の範囲を想定している。
【００１４】
そして、それぞれの曲率半径が決定されるが、このときには、前記受光素子２（ａ〜ｄ）に供給できる光量も多い方が好ましく、この条件を満足させるためには凹球面３ａの曲率半径ｒ１が前記有効半径Ｗの１／２よりも大きいこと、即ち、（ｒ１＞Ｗ／２）であることが確認された。
【００１５】
以上の諸条件を考慮して受光レンズ３に適応するものとして得られた数値が下記に記すものであり、即ち、凹球面３ａの曲率半径ｒ１＝０．６Ｗ、凸球面３ｂの曲率半径ｒ２＝６Ｗ、受光レンズ３の厚さＨ＝０．８Ｗ、受光レンズ３の後端から受光素子２（ａ〜ｄ）までの距離Ｌ≒Ｗであった。
【００１６】
尚、実際の実施に当たっては、上記した太陽の仰角を測定するのに必要な光以外の光が受光素子２（ａ〜ｄ）に達して測定精度を狂わすことなどのないように、受光レンズ３の凸球面３ｂの外径Ｄも光線追跡などの手段により決定されている。また、このように外形Ｄを制限したことにより、前記受光レンズ３に生じる側面３ｃは、受光レンズ３内で内面反射した光が受光素子２（ａ〜ｄ）に達することのないように適宜な傾斜角が設けられる。また、上記内面反射を防止するために前記側面３ｃ、及び、底面３ｄ、即ち、凹球面３ａと凸球面３ｂとを除く部分に黒色塗料の塗布などにより反射防止膜４を形成しても良い。
【００１７】
図３は、上記の構成とした本発明の日照センサ１の演算後における出力曲線Ｐ１を示すものであり、この出力曲線Ｐ１は図２中における車両の進行方向Ｆと太陽の位置とが一致している状態で、（受光素子（２ａ＋２ｃ）／受光素子（２ｂ＋２ｄ））の出力比を各仰角毎にプロットして示してある。
【００１８】
図３からも明らかなように、それぞれが隣接する各仰角間における傾斜の変化は極めて穏やかであり、当然に、仰角が変化するにも係わらず出力比が変化しない、或いは、仰角が増加傾向にあるのに出力比が減少するなどの不具合は一切に生じておらず、また、出力比もこの方式の日照センサ１の理論的な最大値である０〜１の範囲をほぼ全域を使用しているものであり、即ち、高感度且つ高精度であることが明らかである。
【００１９】
図４は本発明に係る日照センサ１の別の実施形態を要部で示すものであり、前の実施形態では凸球面３ｂは滑面として形成されていたが、この実施形態ではいわゆるシボ面などと称されているような微細な凹凸を設けて粗面とした拡散処理３ｅが行われ、前記受光レンズ３に直射日光が当たったときの反射光で運転者に幻惑を生じるなどを防止するものとしている。
【００２０】
従って、太陽光が凸球面３ｂを透過するときには、当然に前記拡散処理３ｅにより拡散が行われるものとなり、仰角の測定精度に影響を生じることが懸念されるが、発明者の検討によれば、図４中に拡散特性Ｋで示すように拡散が正規分布で行われるガウス拡散（図示は２０゜のガウス拡散の例で示してある）であれば仰角の測定は可能であることを見いだした。
【００２１】
上記を説明するものが図５であり、図中に出力曲線Ｐ１０で示すものはガウス拡散が１０゜のときの出力特性であり、出力曲線Ｐ２０がガウス拡散が２０゜のときの出力特性である。そして、図５に滑面のときの出力曲線Ｐ１との比較で示したように、光強度が約６０％に低下する位置での拡散角が２０゜までの拡散処理３ｅであれば測定精度に極端な低下が認められないことが確認された。尚、上記のガウス拡散を行う拡散処理３ｅとしては、例えば、凸球面３ｂに微細な凸球面、凹球面を形成したような形状が考えられる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、受光レンズによりそれぞれの受光素子に配布される光量の対比により太陽の仰角を測定する日照センサにおいて、受光レンズが凸球面と凹球面とのそれぞれが単一の曲率半径で構成されるメニスカスレンズ状とされ、且つ、凸球面の曲率半径ｒ２が前記受光素子の有効半径Ｗに対し６Ｗ近傍、前記凹球面の曲率半径ｒ１が０．６Ｗ近傍、肉厚Ｈが０．８Ｗ近傍とされている日照センサとしたことで、従来は、刻々と変化する太陽仰角を測定する過程で、出力データーに不連続な範囲を生じて、その範囲における測定精度が低下するなどの課題を解決し、空調装置の制御精度を向上させて乗員の快適性の向上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】本発明に係る日照センサの実施形態を示す断面図である。
【図２】同じ日照センサにおける受光素子の配置を示す説明図である。
【図３】同じく本発明に係る日照センサの出力特性を示すグラフである。
【図４】同じく本発明に係る日照センサの別の実施形態を要部で示す断面図である。
【図５】別の実施形態における出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１……日照センサ
２（ａ〜ｄ）……受光素子
３……受光レンズ
３ａ……凹球面
３ｂ……凸球面
３ｃ……側面
３ｄ……底面
３ｅ……拡散処理
４……反射防止膜
Ｗ……受光素子の有効半径
ｒ１……凹球面の曲率半径
ｒ２……凸球面の曲率半径
Ｈ……受光レンズの厚さ
Ｄ……凸球面の外径
Ｌ……受光レンズ後端から受光素子までの距離
Ｐ１、Ｐ１０、Ｐ２０……出力曲線

Claims

所定のパターンとして配置が行われた複数の受光素子と、これら受光素子を上方から覆う受光レンズとから成り、前記受光レンズによりそれぞれの前記受光素子に配布される光量の対比により太陽の仰角を測定する日照センサにおいて、前記複数の受光素子は４つの正方形の受光素子が組み合わされて全体が正方形を形成するように配置された受光素子組立として構成され、且つ、それぞれの受光素子から独立して出力を取り出せるものとされ、前記受光レンズは凸球面と凹球面とのそれぞれが単一の曲率半径で構成されるメニスカスレンズ状とされ、且つ、前記凸球面の曲率半径ｒ２が前記受光素子組立に内接する円の半径Ｗに対し６Ｗ近傍、前記凹球面の曲率半径ｒ１が０．６Ｗ近傍、肉厚Ｈが０．８Ｗ近傍、前記受光レンズの後端から前記受光素子組立までの距離がＷ近傍とされていることを特徴とする日照サンサ。
前記受光レンズの凸球面には、拡散角が略１０〜２０°となるガウス拡散を行う拡散処理が成されていることを特徴とする請求項１記載の日照センサ。