JP5522742B2 - 放射源の位置および強度を検出するための放射センサ - Google Patents

Description

放射源の位置および強度を検出するための放射センサ。

文献ＥＰ ０３５０８６６ Ｂ１には、光センサが開示されており、このセンサに入射する光の拡散伝搬のための散光器は、光検出器と光変調器との間に配置されている。

この発明は、放射源の位置に依存するその出力信号が特によく設定され得る放射センサを特定することを目的とする。

この目的は、特許請求項１に従った放射センサによって達成される。従属請求項は、放射センサの有利な構成に関する。

放射源の位置および強度を検出するための放射センサが特定される。放射センサは、少なくとも１つの光検出器を含み、光検出器の放射感知面は、放射センサの水平軸に対しておよそ垂直に配置されている。しかしながら、光検出器の設置位置は、垂直から外れている可能性もある。光検出器は、好ましくは、放射源によって特定の方向から発せられた光の少なくとも一部が光検出器の放射感知面に反射器を介して達するように放射センサの水平軸に対して配置されている。

放射源の位置は、放散センサの水平軸に対して決定される。水平軸は、放射センサの主平面として定義され、方位角および仰角によって与えられる角度は、放射センサの水平軸を基準にして定義されている。したがって、放射源が水平軸の上に垂直に位置しており、光検出器が垂直に配置されている場合については、放射は、放射センサの光検出器の放射感知面に直接入射しない。

放射センサは、反射器を有し、この反射器は、特定の照射角で、放射源によって発せられた放射を少なくとも部分的に光検出器の放射感知面の方向に反射する。反射器の形態は、好ましくは、たらい（Wanne）の形態におよそ対応していてもよい。しかしながら、反射器の形態は、特定の方向からの入射放射を光検出器に反射するのに適した任意の所望の形態である可能性もある。反射器の壁は、曲面か平面かのいずれかであり得る。反射器の形態は、放射源によって発せられた光が反射によって光検出器の放射感知面に達することを確実にするのに適した任意の所望の形態であり得る。光検出器は、少なくとも部分的に、反射器によって決定される内部空間内に配置されている。

しかしながら、もう１つの実施例において、光検出器全体を反射器よりも上に配置することもできる。放射センサは、第１の側を有し、この第１の側を通って放射が放射センサに入射する。反射器は、好ましくは放射センサの第２の側に配置されており、この第２の側は放射源からそらされており、この反射器は、放射源によって発せられた放射を光検出器の方向に少なくとも部分的に反射する。反射器は、好ましくは放射センサの光入射側からそらされた側に配置されている。

放射源は、好ましくは、太陽であり、方位角と仰角とによって与えられるその位置と、放射センサに対するその強度とを決定することが意図される。放射センサは、特に放射源の赤外線放射を検出するのにも適している。したがって、放射源によって発せられる放射は、赤外線スペクトル領域に波長を有する放射であり得、可視スペクトル領域からの光でもあり得る。

さらに、１つの好ましい実施例において、放射センサは、カバーキャップを設けられている。カバーキャップは、好ましくは、放射源によって発せられる放射の特定の波長に対して非透過性である。

１つの好ましい実施例において、カバーキャップは、赤外線領域における放射を透過する材料を含むが、好ましくは、可視放射は、カバーキャップにより光検出器に大部分届かない。

放射源によって発せられた放射は、少なくとも部分的に、カバーキャップで光反射による影響をカバーキャップの材料により左右される様態で受ける。空気からカバーキャップへの相転移の結果、放射の反射が境界で起こる。

１つの好ましい実施例において、反射器は、放射センサの内側部分またはハウジングの内側側面の一部として具現化されている。

１つの好ましい実施例において、光検出器のための取付具は、放射センサのハウジングの内側部分の一部として具現化されている。好ましくは、ハウジングの内側部分の少なくとも１つの部分は、反射器と光検出器のための取付具とからなる。

好ましくは、反射器の形態および材料ならびに／または表面構成は、放射源の強度および位置を検出するために光検出器によって出力される信号に影響を及ぼす。

さらに、放射源の強度および位置を検出するための光検出器の信号は、反射器と光検出器の放射感知面との距離によって同様に影響を受ける。特に、反射器と光検出器の放射感知面との間の垂直距離−放射センサの水平軸に対して−は、ここで無視することのできない重要性を持つ。

１つの好ましい実施例において、光検出器は、光検出器の放射感知面に入射する放射の量に遮蔽により影響を及ぼす働きをする１つ以上の機器を有する。

１つの好ましい実施例において、放射センサ内の構造部品またはハウジング部品は、光検出器の放射感知面を遮蔽するためまたは光検出器を少なくとも部分的に遮蔽するための働きをする。

もう１つの実施例において、光検出器の放射感知面に層が塗布されており、この層は、光検出器に入射する放射を少なくとも部分的に吸収することによって、光検出器の放射感知面に当たる放射の量に影響を及ぼす。

１つの好ましい実施例において、吸収性層は、放射感知面に直接塗布されるのではなく、光検出器のハウジングに塗布されている。この実施例において、吸収性層は、光検出器の放射感知面からある距離をおいて配置されている。

１つの好ましい実施例において、放射源によって発せられるものを含めて、光検出器の放射感知面に反射器を解して当たる直接的または間接的放射から光検出器を遮蔽するための機器は、光検出器が方位角および仰角によって与えられる少なくとも特定の方向からの入射放射から保護されるように配置されている。

上述の主題は、以下の図面および例示的な実施例に基づいてより詳細に説明される。
以下に説明される図面は、縮尺に忠実なものとして解釈されるべきでない。それどころか、より良い例示のために、個々の寸法は、拡大されて、縮小されてまたは歪められてさえいる状態で示されていることがある。互いに同一のまたは同じ機能を果たす要素は、同じ参照記号で示されている。

放射センサの第１の実施例を示す三次元図である。 図１に従った放射センサのある実施例の反時計回り方向におよそ４５°回転された三次元図である。 放射センサの上からの図である。 放射センサのある実施例を示す図であり、放射センサにはカバーキャップが設けられている。 断面線Ａ−Ａに沿った図４の放射センサの断面図である。 断面線Ｂ−Ｂに沿った図４の放射センサの断面図である。 ２つの光検出器にそれぞれ当たる放射の仰角への光検出器の出力信号の依存を方位角−９０°として例示する図である。 ２つの光検出器に当たる放射の仰角への光検出器の加算された出力信号の依存を例示する図である。 ２つの光検出器にそれぞれ当たる放射の仰角への光検出器の出力信号の依存を方位角０°として例示する図である。

図１には、放射センサ１の第１の実施例が三次元図で示されている。少なくとも１つの光検出器２のための取付具５は、好ましくは、反射器３の中央領域に位置している。図１において、２つの光検出器２は、取付具５に配置されている。反射器３は、図１において光検出器２のための取付具５の周りの領域で少なくとも部分的に湾曲しているが、反射器は、完全にまっすぐであるよう具現化することもできる。反射器３は、放射源によって発せられた放射を少なくとも部分的に光検出器２の放射感知面に反射するための働きをする。

光検出器２の放射感知面は、反射器３の上側端縁に平行に走る水平軸に対して垂直に配置されている。放射センサ１の水平軸に対して入射角９０°とすると、これは、放射源によって発せられた放射が好ましくは光検出器２に直接当たるのではなく、反射器３での光反射によって光検出器２まで誘導されることを意味する。放射の入射角が放射センサ１の水平軸に対して直交する入射角から外れているとすると、放射は、少なくとも部分的に２つの光検出器２のうち一方に直接当たる。しかしながら、実施例によっては、放射が少なくとも部分的に光検出器２の両方に直接当たる可能性もある。入射角が浅いほど、より多くの放射が光検出器２に直接当たる。よって、反射器３での反射によって光検出器２の放射感知面に当たる放射は、浅い入射角でよりも急な入射角でより高い割合を占める。しかしながら、放射が放射センサに、光検出器の放射感知面に放射が当たらない角度で当たる可能性もある。

光検出器２は、その放射感知面が、好ましくは２つの異なる方向に、放射センサ１の水平軸に対して垂直な状態に配向されている。しかしながら、検出器を互いに０°から３６０°の間の角度で配置する可能性もある。よって、放射源の、方位角および仰角によって決定される位置ならびに強度の検出が、２つの光検出器２の信号の評価により可能である。

図２には、図１に従った放射センサ１の反時計回り方向におよそ４５°回転された三次元図が示されている。２つの光検出器２のための取付具５は、好ましくは反射器３の中央に位置しており、そこにこの光検出器は、放射センサ１の水平軸に対して垂直に配置されている。放射センサ１に垂直に入射する放射の場合、放射は、好ましくは反射器３を介してのみ光検出器２まで誘導される。光検出器２への放射の入射角がより浅い場合、放射は、部分的に光検出器２によって直接検出され、部分的に反射器３を介して間接的にも検出される。反射器３の曲率は、好ましくは光検出器２の放射感知領域と対向して位置する領域において均一である。結果として、放射センサ１は、光検出器２が可能な限り高い信号を出力する少なくとも２つの好ましい方向を有する。結果として、放射センサ１は、２つの光検出器２を備えて示される実施例の場合、好ましくは軸方向に対称である。この場合、対称軸は、好ましくは、２つの光検出器２間を放射センサ１を通って中央に走る。光検出器２の光感知面が互いにおよそ４５°の角度αで配置されている図２に示されるこの配置により、たとえば、太陽が自動車に左から射し込む場合、運転者側が空調システムによって冷却されることが可能である。太陽が自動車に鏡面対称に右から射し込む場合、たとえば同乗者側が冷却される。

図３には、放射センサ１が平面図で示されている。示された実施例において、放射センサ１は、２つの光検出器２を好ましくは断面線Ａ−Ａ′に対して軸方向に対称に有する。光検出器２の放射感知面は、好ましくは互いに角度αで配置されている。角度αの値は、０°から３６０°の範囲である。１つの好ましい実施例において、図３に例示されるように、２つの光検出器２間の角度αの値は、４５°である。２つの光検出器２の相対的なこの配置により、放射センサ１が、たとえば自動車における空調システムの制御のためのようなその後の用途に関して、特定の設置方向を有する可能性がある。

図４には、放射センサ１の側面図が示されており、放射センサ１にはカバーキャップ４が設けられている。カバーキャップ４は、放射センサ１の内部に配置されたこの図には示されていない光検出器２を損傷から保護する。さらに、カバーキャップは、内部の機構が見る者から隠されたままであることを確実にする働きもする。これにより、放射センサをたとえば自動車のダッシュボードの中のような、放射センサの環境に適合させやすくなる。さらに、カバーキャップ４は、放射源によって発せられかつ特定の領域内にある特定の波長を有する放射を透過する働きをする。好ましくは、カバーキャップ４は、赤外線領域の放射に対して透過性である。カバーキャップ４は、最大限でも部分的に透過性であるか、または一層好ましくは、異なる波長を有する放射に対しておよそ完全に非透過性である。

図５には、断面線Ａ−Ａ′に沿った図３に従った放射センサ１の断面図が示されている。この実施例において、放射センサ１は、図３には示されていないカバーキャップ４を備えて示されている。放射センサ１は、好ましくは湾曲した反射器３を有する。反射器３は、光検出器２に面し、放射を光検出器２の方向に反射させる領域を有する。反射器は、まっすぐな領域と端縁とも有し得る。所望の特性をもたらす任意の反射器形態が可能である。

図６には、図３に従った放射センサ１の断面軸Ｂ−Ｂ′に沿った側面図が示されている。この実施例において、図５におけるように、放射センサ１は、図３に示されていないカバーキャップ４を備えて示されている。放射センサ１は、好ましくは湾曲した反射器３を有する。取付具５は、反射器３の中央に配置されており、少なくとも２つの光反射器２がこの取付具に配置されている。光検出器２に面する反射器３の領域は、図６に示されるように、傾斜した領域を有する。しかしながら、反射器３は、何らかの他の方法で湾曲または屈曲するか、そうでなければ端縁を有し得もする。放射源の、方位角および仰角によって与えられる位置ならびに強度の検出は、反射器３の形態によって影響を受け得る。反射器３は、好ましくは、放射源によって特定の方向から発せられた放射が反射器３で反射され、光検出器２の放射感知面まで通過するように具現化される。放射センサ１に浅い入射角で当たる放射については、光検出器２は、好ましくは、光検出器２の放射感知面の一部が反射器３の端縁を超えて突出するように配置されている。結果として、放射源によって発せられた放射は、浅い入射角の場合、光検出器２の放射感知面に直接当たり得る。示される実施例において、光検出器２の放射感知領域の少なくとも半分は、反射器３の端縁を超えて突出している。しかしながら、反射器３全体を光検出器２よりも下に配置することもできる。

図７には、２つの光検出器の測定信号の、光検出器の放射感知面に当たる放射の放射センサの水平軸に対する入射角へのそれぞれの依存が、方位角−９０°として示されており、つまり放射源は左手側からセンサを超えて右手側に移動する。図１から図６に説明されるような放射センサを図７、図８および図９中の測定曲線のために用いた。２つの光検出器を含む実施例が用いられ、その放射感知面は、互いに４５°の角度で配置されていた。図７には、例として２つの光検出器の標準化された測定信号のプロファイルが示されており、ｙ軸にプロットされている。ｘ軸には、２つの光検出器に当たる放射の放射センサの水平軸に対する仰角が度数で表わされている。この場合、０°および１８０°は、放射が放射センサにそれぞれ左からおよび右から入射する仰角を指す。角度９０°で、放射は放射センサに垂直に当たる。この場合、放射は、好ましくは、反射器での反射に完全によって光検出器に当たる。方位角は、この図の場合において、−９０°である。点付きの曲線で表わされた第１の光検出器の曲線プロファイル７は、入射角およそ４５°で１００％の最大信号強度を有する。仰角０°で、光検出器は、およそ３０％の信号強度を有する。仰角０°と４５°との間で、曲線７は急上昇する。４５°と１８０°との間で曲線７のプロファイルは、およそ線形である。仰角１８０°で、信号強度は、およそ１０％である。小さな四角で表わされる第２の光検出器の曲線プロファイル８は、仰角９０°で鏡面対称なプロファイルを有する。入射角０°で、第２の光検出器の曲線８は、信号強度およそ１０％のその絶対最小値を有する。曲線８は、仰角１３５°まで最大の１００％までおよそ線形に上昇する。仰角１３５°と１８０°との間で、曲線８は、信号強度およそ３０％の値まで急降下する。

図８には、例として、２つの光検出器によって出力された信号強度の依存が、光検出器に当たる放射の放射センサの水平軸に対する入射角に関連して示されている。方位角は、この図の場合−９０°である。ｙ軸は、標準化された信号強度を表わす。ｘ軸には、２つの光検出器に当たる放射の放射センサの水平軸に対する仰角が度数で表わされている。この場合、０°および１８０°は、放射が放射センサに放射センサの水平軸に平行に当たる仰角を指す。曲線９は、図７に従った２つの光検出器の信号の和を示す。仰角０°および１８０°で、曲線９は、各場合において信号強度およそ３０％の絶対最小値を有する。曲線９は、２つの極大値を仰角７０°および１１０°に信号強度１００％で有する。２つの極大間には、信号強度およそ９８％での極小値が仰角９０°にある。

図９には、例として、２つの光検出器によって出力された信号強度の依存が、光検出器に当たる放射の放射センサの水平軸に対する仰角に関連して示されている。ｙ軸は、標準化信号強度を示す。ｘ軸には、２つの光検出器に当たる放射の放射センサの水平軸に対する仰角が度数で表わされている。この場合、０°および１８０°は、放射が放射センサに放射センサの水平軸に平行に当たる仰角を指す。この図の場合、方位角は０°である。この方位角０°の場合、曲線７および８の信号プロファイルは、ほとんど同一である。曲線７および８は、その最大値を仰角およそ６０°に有する。信号強度は、仰角０°で最大強度のおよそ３０％である。６０°から１１０°まで、信号強度は、１００％からおよそ８０％までゆっくりと低下する。仰角１１０°から１８０°の間で、信号強度はより急に低下し、仰角１８０°でおよそ１８％の値になる。

図中に示された実施例は、構造高が可能な限り低い放射センサを特定することを可能にする。特に、上述の構造は、特にカバーキャップの構造高が低い放射センサを実現化することを可能にする。

例示的な実施例において、この発明の可能な発展例を限られた数しか説明できなかったが、この発明は、それに限定されない。本質的に、１つ以上の光検出器を用いることが可能であり、その結果、放射源のより正確な位置を決定することが可能である。

この発明は、例示された要素の数に限定されない。
この明細書に特定された主題の説明は、個々の特定的な実施例に限定されない。それどころか、個々の実施例の特徴を、技術的に実施可能である限り任意の所望の態様で互いに組合せることができる。

参照記号一覧
１ 放射センサ
２ 光検出器
３ 反射器
４ カバーキャップ
５ 取付具
７ 第１の光検出器の信号プロファイル
８ 第２の光検出器の信号プロファイル
９ ２つの光検出器の信号プロファイル
ｘ ｘ軸
ｙ ｙ軸
α 光検出器２間の角度

Claims (14)

1. 放射源の位置および強度を検出するための放射センサ（１）であって、
   −放射感知面を有する少なくとも２つの光検出器（２）と、
   −反射器（３）とを備え、前記反射器は、放射源によって特定の方向から発せられた放射を少なくとも部分的に前記光検出器（２）の前記放射感知面の方向に反射し、
   −前記反射器（３）は、前記放射センサ（１）に関して光入射側から遠い側に配置されており、
   −前記光検出器（２）は、少なくとも部分的に、前記反射器（３）によって規定される内部空間内に配置されており、
   −２つの前記光検出器（２）の前記放射感知面が互いに４５°の角度（α）で配置されている、放射センサ。
2. カバーキャップ（４）が設けられている、請求項１に記載の放射センサ。
3. 前記カバーキャップ（４）は、少なくとも部分的に、放射源によって発せられた放射の特定の波長に対して非透過性である、請求項２に記載の放射センサ。
4. 放射源によって発せられた放射は、少なくとも部分的に、前記カバーキャップ（４）で光反射による影響を受ける、請求項２または３に記載の放射センサ。
5. 前記反射器（３）は、前記放射センサ（１）のハウジングの一部または前記放射センサ（１）の内側部分の一部として具現化されている、請求項１から４のいずれかに記載の放射センサ。
6. 前記光検出器（２）のための取付具（５）が前記放射センサ（１）の前記ハウジングの一部として具現化されている、請求項１から５のいずれかに記載の放射センサ。
7. 放射源の強度および位置を検出するために前記光検出器（２）によって出力された信号は、前記反射器（３）の形態、材料または表面構成に依存する、請求項１から６のいずれかに記載の放射センサ。
8. 放射源の強度および位置を検出するために前記光検出器（２）によって出力された信号は、前記反射器（３）の形態、材料および表面構成に依存する、請求項１から６のいずれかに記載の放射センサ。
9. 放射源の強度および位置を検出するための前記光検出器（２）の前記信号は、前記反射
   器（３）と前記光検出器（２）の前記放射感知面との間の距離に依存する、請求項１から８のいずれかに記載の放射センサ。
10. 前記光検出器（２）は、前記光検出器（２）の前記放射感知面に特定の方向から入射する放射の量に影響を及ぼす少なくとも１つの機器を含む、請求項１から９のいずれかに記載の放射センサ。
11. 前記機器は、前記放射センサ（１）内の追加的な構造部品またはハウジング部品の形態で具現化されている、請求項１０に記載の放射センサ。
12. 前記機器は、前記光検出器（２）の入射放射を吸収するための層の形態で前記放射感知面上に具現化されている、請求項１０に記載の放射センサ。
13. 前記機器は、前記光検出器（２）の前記放射感知面を少なくとも１つの特定の方向からの直接的または間接的放射から保護する、請求項１０に記載の放射センサ。
14. 前記反射器（３）は、前記光検出器（２）の前記光感知面と対向して位置する領域に均一な表面を有する、請求項１から１３のいずれかに記載の放射センサ。

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