JPH06117924A - 光位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光の入射方向及びその強度を検出可能な光位
置検出装置において、受光センサを構成する画素数を少
なくしてその受光面積を小さくすることにより、装置を
小型化する。 【構成】 検出素子部１０を、ガラス基板２２と、ガラ
ス基板２２の表面に形成された互いに直交するスリット
２４ａ，２４ｂを有する遮光膜２４と、ガラス基板２２
の裏面に固定された受光部２６とから構成する。また受
光部２６には、各スリット２４ａ，２４ｂを透過したス
リット光を夫々受光する１次元のフォトダイオードアレ
イ２６Ｘ，２６Ｙと、各フォトダイオードアレイ２６
Ｘ，２６Ｙを走査して受光信号を取り出す信号処理回路
２８とを設ける。この結果、２次元の受光センサを用い
た従来装置に比べて、受光部２６の画素数を少なくする
と共に信号処理回路２８を簡素化して、装置を小型化で
きるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の入射方向及びその
強度を検出可能な光位置検出装置に関し、特に、自動車
用空気調和装置において、空調空気の温度，吹出量，吹
出方向等を制御するのに好適な光位置検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用空気調和装置におい
ては、日射の強度及び日射方向に応じて、空調空気の温
度，吹出量，吹出方向等を最適に制御するために、日射
方向及び日射強度を検出可能な光位置検出装置が使用さ
れている。

【０００３】そしてこうした光位置検出装置としては、
従来より、 （Ａ） 特開昭６３−１４１８１６号公報に開示されて
いる如く、太陽光を直接受光する３個の受光センサを各
々異なる方向に向けて配設した日射センサ。 （Ｂ） 特開昭５６−６４６１１号公報に開示されてい
る如く、一条のスリットが形成された遮光板とこの遮光
板に対向配設されたグレーコードパターンからなる２個
のサンセンサを、各スリットが直交するように配設した
太陽角度測定装置。

【０００４】（Ｃ） 同じく特開昭５６−６４６１１号
公報に開示されている如く、ピンホールが形成された遮
光板とこの遮光板に対向配設された２次元の受光センサ
からなる太陽角度測定装置。 等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記各装
置（Ａ）〜（Ｃ）においては、いずれも、光検出を行な
うための受光部が大きくなってしまい、装置を小型化す
るのが困難であった。即ち、まず上記（Ａ）の日射セン
サにおいては、３個の受光センサを各々異なる方向に配
設する必要があるため、その受光部を立体的に形成しな
ければならず、装置を小型化することができなかった。
またこの日射センサにおいては、３個の受光センサが必
要であるため、コストアップになるといった問題もあ
る。

【０００６】次に、上記（Ｂ）の太陽角度測定装置にお
いては、スリットを透過してきた光の位置を検出するの
に、多数の受光素子からなるグレーコードパターンを使
用しているため、上記（Ａ）の装置のように受光部を立
体的に形成する必要はない。しかし、グレーコードパタ
ーンは多数の光電変換素子をグレーコードに沿って配列
したものであるため、その受光部は２次元的な広がりを
もち、その受光面積が大きくなる。また、この太陽角度
測定装置においては、このように２次元的な広がりを持
つ受光部を有する２個のサンセンサを、各スリットが直
交するように並べて使用するため、装置全体では、２つ
のグレーコードパターンの受光面積の２倍以上の受光面
積が必要である。従って、この太陽角度測定装置におい
ても、装置の小型化を図ることができなかった。またグ
レーコードパターンによりスリットを透過してきた光の
位置を正確に検出するには、グレーコードパターンとス
リットとの相対位置を正確に調整しなければならず、そ
の生産性が悪いといった問題もあった。

【０００７】一方、上記（Ｃ）の太陽角度測定装置にお
いては、ピンホールが形成された遮光板と、この遮光板
に対向配設された２次元の受光センサとにより構成され
ているため、上記（Ａ），（Ｂ）の装置に比べて装置の
小型化を図ることができる。しかし、この装置において
も、２次元の受光センサを使用しているため、上記
（Ｂ）の装置と同様、受光部が２次元的な拡がりを持つ
こととなり、その受光面積が大きくなってしまう。

【０００８】またこの装置においては、受光センサを構
成する光電変換素子（画素）からの受光信号を夫々取り
出すための信号処理回路が必要であるが、受光センサに
おいては多数の画素が２次元配置されているので、その
信号処理回路には、受光センサを２次元的に走査するた
めの垂直及び水平走査回路等を設けなければならず、そ
の回路構成が複雑になり、信号処理回路が大きくなると
いった問題がある。

【０００９】そしてこの信号処理回路を装置内に組み込
む場合、信号処理回路を受光センサと同一基板上に形成
すると、基板を、受光センサの受光面積と信号処理回路
の回路面積とを加えた大きさにする必要があり、装置が
より大型化してしまう。また、この装置の小型化を図る
ために、信号処理回路と受光センサとを別体で形成する
ことも考えられるが、この場合には、受光センサを構成
する多数の画素と信号処理回路とを各々信号線により接
続する必要があるため、これら各部を接続する信号線の
数が膨大となって、その組付け作業が繁雑になり、生産
性が低下するといった問題がある。

【００１０】従って上記（Ｃ）の太陽角度測定装置にお
いても、生産性を低下させることなく装置の小型化を図
ることは困難であった。本発明は、こうした問題に鑑み
なされたもので、上記（Ｃ）の太陽角度測定装置のよう
に、平面基板上に形成可能な受光センサを用いて光の入
射方向及びその強度を検出する光位置検出装置におい
て、受光センサを構成する画素数を少なくしてその受光
面積を小さくすることにより、生産性を低下させること
なく、装置を小型化できるようにすることを目的として
いる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の光位置検出装置は、光の
導入口として、二条のスリットが直接又はその延長線上
で互いに交差するように形成された遮光板と、該遮光板
に所定の間隔を空けて対向配設され、光電変換素子を一
列に配置してなる一対の１次元の受光センサが、上記各
スリットとの対向位置で上記各スリットと交差するよう
に形成された受光部と、を備えたことを特徴としてい
る。

【００１２】また請求項２に記載の光位置検出装置は、
上記請求項１に記載の光位置検出装置において、遮光板
に照射される光が太陽光であることを特徴としている。
また更に請求項３に記載の光位置検出装置は、請求項１
または請求項２に記載の光位置検出装置において、遮光
板と受光部との間に、１より大きい所定の屈折率を有す
る透明部材を設けたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】上記のように構成された請求項１に記載の光位
置検出装置においては、遮光板に形成された二条のスリ
ットを透過した光が、受光部に形成された一対の１次元
の受光センサにより夫々受光される。このため、各受光
センサでの光の受光位置及び受光強度を検出することに
より、光の入射方向及びその強度を知ることができる。

【００１４】また請求項２に記載の光位置検出装置にお
いては、遮光板に太陽光が照射されるため、受光部に
は、遮光板に形成された二条のスリットを透過した太陽
光が入射される。このため、各受光センサでの光の受光
位置及び受光強度を検出することにより、日射方向及び
日射強度を知ることができる。

【００１５】また請求項３に記載の光位置検出装置にお
いては、遮光板に形成された二条のスリットを透過した
光が、１より大きい所定の屈折率を有する透明部材を通
って各受光センサに入射される。このため、遮光板と受
光部とを単に対向配設した場合に比べて、遮光板への光
の入射角度変化に対する各受光センサ上での受光位置変
化が小さくなる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。本実施例の光位置検出装置１は、図２に示す如く、
自動車の車室３内の前方位置に取り付けられて、車室３
内に侵入する日射の強度Ｉ及び方向（車両の直進方向を
基準とする日射の左右入射角φ及び日射高度を表す仰角
θ）を検出するための所謂日射センサであり、自動車用
空調装置において、空調空気の温度，吹出量，吹出方向
等を制御するのに用いられる。

【００１７】図３に示す如く、光位置検出装置１は、検
出素子部１０と、検出素子部１０の電極となるクリップ
端子１２と、クリップ端子１２を介して検出素子部１０
を保持すると共に、空調装置からの外部コネクタ１４と
クリップ端子１２とを接続することにより後述の空調制
御用のマイクロコンピュータ３０と検出素子部１０とを
電気的に接続するプリント基板１６と、プリント基板１
６を把持して、検出素子部１０を開口部から突出させる
筒状ケーシング１８と、筒状ケーシング１８の開口端縁
に嵌合・固定されて、検出素子部１０を覆い、検出素子
部１０を保護する光透過性フィルタ２０と、から構成さ
れている。

【００１８】ここで、検出素子部１０は、図１（ａ）に
示す如く、前述の透明部材としての屈折率１．５のガラ
ス基板２２と、ガラス基板２２の表面に形成された前述
の遮光板としての遮光膜２４と、ガラス基板２２の裏面
に固定された受光部２６とから構成されている。

【００１９】また、遮光膜２４は、図１（ｂ）に示す如
く、ガラス基板２２の表面に、互いに十字状に直交する
幅０．６ｍｍの二条のスリット２４ａ，２４ｂを形成し
て、このスリット２４ａ，２４ｂ以外の部分では太陽光
を遮光するためのものであり、印刷等により形成されて
いる。

【００２０】一方、受光部２６には、図１（ｂ）に示す
如く、各スリット２４ａ，２４ｂとの対向位置で各スリ
ット２４ａ，２４ｂと直交するように配設された１次元
の受光センサであるフォトダイオードアレイ２６Ｘ，２
６Ｙと、フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙを走査
して、フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙを構成し
ているフォトダイオードから順次受光信号を取り出すた
めの信号処理回路２８とが備えられている。

【００２１】各フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙ
は、夫々、受光部２６の本体であるチップ上に、セルサ
イズ０．０４ｍｍ×０．０４ｍｍのフォトダイオードを
１００個、直線状に配列することにより形成され、信号
処理回路２８は、受光部２６のチップ上に形成された回
路パターンとこの回路パターン上に設けられた回路素子
とにより形成されている。

【００２２】また受光部２６は、そのチップ上に形成さ
れた信号処理回路２８の電極パターンと、ガラス基板２
２に形成された電極パターンとを、図１（ａ）にＨで示
す如く半田付けすることにより、ガラス基板２２に固定
されており、その半田付け部分以外の受光部２６表面
は、ガラス基板２２との間に設けられた屈折率１．４の
シリコーンゲル２９により保護されている。

【００２３】このように構成された本実施例の光位置検
出装置１においては、図４に示す如く、太陽光Ａが入射
されると、その太陽光Ａの一部がスリット２４ａ，２４
ｂを通り抜けて、スリット光Ｂとなり、日射の方向（即
ち太陽光の入射角φ及び仰角θ）に応じて各フォトダイ
オードアレイ２６Ｘ，２６Ｙの一部を照射することにな
る。

【００２４】このとき、各フォトダイオードアレイ２６
Ｘ，２６Ｙにおいて照射される画素数（フォトダイオー
ドの数）は、スリット光の幅が０．６ｍｍに対し、画素
サイズ（フォトダイオードのセルサイズ）は０．０４ｍ
ｍ×０．０４ｍｍであるので、およそ１５画素となり、
この１５画素の中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）は、スリット光
Ｂの中心を表すものとなる。

【００２５】従って、各フォトダイオードアレイ２６
Ｘ，２６Ｙにおいて、スリット光Ｂが照射された中心画
素の位置（Ｘｍ，Ｙｎ）を検出すれば、受光部２６上で
のスリット光の中心位置Ｐ１を検出することができ、こ
の中心位置Ｐ１の、光位置検出装置１の真上から太陽光
Ａが入射された際の基準位置Ｐ０からのずれに基づき、
太陽光の入射角φ及び仰角θを検出することができるよ
うになる。

【００２６】なお、フォトダイオードアレイ２６Ｘは、
スリット２４ｂからの入射光が照射されると位置検出を
行えなくなるため、太陽が低い高度のときにスリット２
４ｂからの入射光がガラス基板２２によって屈折されて
から照射される位置よりも外側に配設されている。ま
た、同様に、フォトダイオードアレイ２６Ｙは、スリッ
ト２４ａからの入射光が照射されると位置検出を行えな
くなるため、太陽が低い高度のときにスリット２４ａか
らの入射光がガラス基板２２によって屈折されてから照
射される位置よりも外側に配設されている。この結果、
各フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙには、それぞ
れ、スリット２４ａ，２４ｂからの入射光のみが照射さ
れることとなり、上記のようにスリット光の中心位置Ｐ
１を常に検出することができる。

【００２７】次に、上記のようにガラス基板２２に固定
された受光部２６は、ガラス基板２２、クリップ端子１
２、プリント基板１６、外部コネクタ１４を介して、図
５に示す如く、空調装置を制御するマイクロコンピュー
タ３０に接続される。そしてこの接続により、信号処理
回路２８が、マイクロコンピュータ３０の電源（ＶDD）
端子及びグランド（ＧＮＤ）端子に接続されて、マイク
ロコンピュータ３０から電源（ＶDD）供給を受けると共
に、マイクロコンピュータ３０から出力されるリセット
信号（ＲＳＴ）及びクロック信号（ＣＬＫ）を受けて動
作し、検出信号ＳOUT を出力する。

【００２８】以下、この信号処理回路２８の回路構成及
び動作について説明する。なお図５において、マイクロ
コンピュータ３０と受光部２６との間の信号線路にはコ
ンデンサや抵抗器が接続されているが、これは信号線路
上のノイズ除去や回路保護のためのものであり、本実施
例では、プリント基板１６に設けられている。

【００２９】図６に示す如く、信号処理回路２８は、フ
ォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙを構成している合
計２００個のフォトダイオードＤ1 〜Ｄ200 に、夫々、
コンデンサＣ1 〜Ｃ200 を並列接続すると共に、このコ
ンデンサＣ1 〜Ｃ200 の端子電圧を外部に取り出すため
のＣＭＯＳ型のトランジスタＴＲ1 〜ＴＲ200 と、各コ
ンデンサＣ1 〜Ｃ200 を充電するためのＣＭＯＳ型のト
ランジスタＴＲ０とを各画素毎に設けることにより、フ
ォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙの各画素毎に検出
回路Ｋ1 〜Ｋ200 を形成し、各検出回路Ｋ1 〜Ｋ200 毎
に、順次、コンデンサＣ1 〜Ｃ200 を基準電圧Ｖ１で充
電した後所定時間経過する間にフォトダイオードＤ1 〜
Ｄ200 を介して放電される電荷量を検出し、これを各フ
ォトダイオードＤ1 〜Ｄ200 が受光した光量を表す検出
信号ＳOUT として出力する、ＣＭＯＳ型のイメージセン
サとして構成されている。

【００３０】即ち、信号処理回路２８には、電源電圧Ｖ
DDを分圧して基準電圧Ｖ１を生成する分圧抵抗器Ｒ１，
Ｒ２と、分圧抵抗器Ｒ１，Ｒ２により生成された基準電
圧Ｖ１を上記各コンデンサＣ1 〜Ｃ200 への充電電圧と
して上記各検出回路Ｋ1 〜Ｋ200 内のトランジスタＴＲ
０に入力するオペアンプＯＰ１からなるバッファ回路３
２と、各検出回路Ｋ1 〜Ｋ200 内のトランジスタＴＲ０
が所定の充電タイミング（ＴPR）でオンして各コンデン
サＣ1 〜Ｃ200 への充電を開始した後所定時間経過する
までの間、特定の検出回路Ｋｎ（ｎ：1〜200のいずれか
一つ）内のトランジスタＴＲｎをオンさせる駆動信号Ｓ
Ｒｎを出力すると共に、その駆動信号ＳＲｎを出力する
検出回路Ｋｎを検出回路Ｋ1 からＫ200 まで所定の切替
タイミング（ＴSRT ）で順次切り替えるシフトレジスタ
３４と、シフトレジスタ３４が駆動信号ＳＲｎを出力し
た検出回路ＫｎからトランジスタＴＲｎを介して出力さ
れるコンデンサＣｎの端子電圧ＶＣを取り出すためのオ
ペアンプＯＰ２からなるバッファ回路３６と、シフトレ
ジスタ３４が駆動信号ＳＲｎを出力した直後のタイミン
グ（ＴCDS ）でバッファ回路３６からの出力電圧（即ち
コンデンサＣｎの端子電圧）ＶＣをホールド電圧ＶＣＨ
としてホールドするホールド回路３８と、このホールド
回路３８によるホールド電圧ＶＣＨとその後バッファ回
路３６から出力される端子電圧ＶＣとの差に応じた信号
を発生する差動増幅回路４０と、差動増幅回路４０から
の出力信号を所定のタイミング（ＴSAM ）でホールドし
て特定画素（即ちフォトダイオードＤｎ）による受光光
量を表す検出信号ＳOUT として出力する出力回路４２
と、マイクロコンピュータ３０からのリセット信号ＲＳ
Ｔ及びクロック信号ＣＬＫに基づき、トランジスタＴＲ
０，シフトレジスタ３４，ホールド回路３８，出力回路
４２を、夫々、上記各タイミングＴPR，ＴSRT ，ＴCDS
，ＴSAM で動作させるためのタイミング信号ＰＲ，Ｓ
ＲＴ，ＣＤＳ，ＳＡＭを発生するタイミング信号発生部
４４と、が備えられている。

【００３１】なお、ホールド回路３８は、タイミング信
号発生部４４から出力されるタイミング信号ＣＤＳがHi
ghレベルであるときにオンし、Low レベルであるときオ
フするアナログスイッチＳＷ１と、アナログスイッチＳ
Ｗ１のオン時にバッファ回路３６から出力される端子電
圧ＶＣによりこの端子電圧ＶＣと同電位まで充電される
コンデンサＣａと、コンデンサＣａの端子電圧（即ちＶ
Ｃ）を差動増幅回路４０に出力するオペアンプＯＰ３か
らなるバッファ回路とから構成されている。

【００３２】また、差動増幅回路４０は、オペアンプＯ
Ｐ４と抵抗器Ｒ３〜Ｒ６とにより構成された周知のもの
であるが、本実施例では、バッファ回路３６から出力さ
れる端子電圧ＶＣを直接受けるオペアンプＯＰ４の非反
転入力（＋）に、抵抗器Ｒ６を介して分圧抵抗器Ｒ１，
Ｒ２にて生成された基準電圧Ｖ１を印加することによ
り、その非反転入力（＋）の電圧が（ＶＣ＋Ｖ１）とな
るようにされている。つまり、差動増幅回路４０は、こ
の非反転入力（＋）の電圧（ＶＣ＋Ｖ１）からホールド
回路３８によるホールド電圧ＶＣＨを減じた電圧が出力
される。

【００３３】また更に、出力回路４２は、タイミング信
号発生部４４から出力されるタイミング信号ＳＡＭがHi
ghレベルであるときにオンし、Low レベルであるときオ
フするアナログスイッチＳＷ２と、アナログスイッチＳ
Ｗ２のオン時に差動増幅回路４０からの出力信号により
この信号と同電位まで充電されるコンデンサＣｂと、コ
ンデンサＣｂの端子電圧を検出信号ＳOUT として出力す
るオペアンプＯＰ５からなるバッファ回路とから構成さ
れている。

【００３４】このように構成された信号処理回路２８に
おいては、マイクロコンピュータ３０からのリセット信
号ＲＳＴがLow レベルであるときにタイミング信号発生
部４４及びシフトレジスタ３４がリセットされ、リセッ
ト信号ＲＳＴがHighレベルになると、タイミング信号発
生部４４がマイクロコンピュータ３０からのクロック信
号ＣＬＫに同期して、上記各タイミング信号ＰＲ，ＳＲ
Ｔ，ＣＤＳ，ＳＡＭを発生し、トランジスタＴＲ０，シ
フトレジスタ３４，ホールド回路３８，出力回路４２を
動作させる。

【００３５】即ち、図７に示す如く、マイクロコンピュ
ータ３０からのリセット信号ＲＳＴがLow レベルからHi
ghレベルに反転すると、タイミング信号発生部４４は、
その後第１番目に入力されるクロック信号ＣＬＫ1 の立
上がりから、その次（第２番目）に入力されるクロック
信号ＣＬＫ2 の立上がりまでの間、タイミング信号ＰＲ
及びＳＲＴをトランジスタＴＲ０及びシフトレジスタ３
４に夫々出力する。

【００３６】すると、この間、トランジスタＴＲ０がオ
ン状態となって、全検出回路Ｋ1 〜Ｋ200 のコンデンサ
Ｃ1 〜Ｃ200 が基準電圧Ｖ１まで充電される。また、シ
フトレジスタ３４からは、駆動信号ＳＲ1 が出力される
ようになり、検出回路Ｋ1 のトランジスタＴＲ1 がオン
状態となって、バッファ回路３６には、検出回路Ｋ1 内
のコンデンサＣ1 の端子電圧ＶＣが入力される。なお、
この状態は、シフトレジスタ３４に、次にタイミング信
号ＳＲＴが入力されるまでの間継続する。

【００３７】次にタイミング信号発生部４４は、第２番
目のクロック信号ＣＬＫ2 の立上がりから、その次（第
３番目）に入力されるクロック信号ＣＬＫ3 の立上がり
までの間、タイミング信号ＣＤＳを出力し、ホールド回
路３８のアナログスイッチＳＷ１をオンする。

【００３８】すると、その間、ホールド回路３８には、
バッファ回路３６を介して、検出回路Ｋ1 内のコンデン
サＣ1 の端子電圧ＶＣが入力され、ホールド回路３８に
より、その端子電圧ＶＣがホールド電圧ＶＣＨとしてホ
ールドされる。つまり、ホールド回路３８は、コンデン
サＣ1 を基準電圧Ｖ１に充電した直後のコンデンサＣ1
の端子電圧ＶＣをホールドする。

【００３９】そしてその後マイクロコンピュータ３０か
ら順次クロック信号ＣＬＫが入力され、第７番目のクロ
ック信号ＣＬＫ7 が入力されると、タイミング信号発生
部４４は、その立上がりから、次（第８番目）のクロッ
ク信号ＣＬＫ8 の立上がりまでの間、タイミング信号Ｓ
ＡＭを出力し、出力回路４２のアナログスイッチＳＷ２
をオンする。

【００４０】すると、その間、出力回路４２には、差動
増幅回路４０からの出力信号が入力され、その後、出力
回路４２からは、その信号が、フォトダイオードＤ1 に
よる受光光量を表す検出信号ＳOUT として出力される。
ここで、検出回路Ｋ1 において、ホールド回路３８がコ
ンデンサＣ1 の端子電圧ＶＣをホールドした後、出力回
路４２が差動増幅回路４０の出力信号をホールドするま
での間は、コンデンサＣ1 に蓄積された電荷が、フォト
ダイオードＤ1の受光光量に応じて放電されるため、出
力回路４２が検出信号ＳOUT として出力する差動増幅回
路４０の出力電圧、即ち（ＶＣ＋Ｖ１−ＶＣＨ）は、フ
ォトダイオードＤ1 の受光光量に応じて、その受光光量
が多い程小さくなる。

【００４１】なお、フォトダイオードＤ1 に光が全く当
たらなければ、コンデンサＣ1 に充電された電荷は放電
しないため、コンデンサＣ1 の端子電圧ＶＣは基準電圧
Ｖ１から変化せず、検出信号ＳOUT は基準電圧Ｖ１とな
る。このように出力回路４２が、差動増幅回路４０から
の出力信号をホールドして、フォトダイオードＤ1 の受
光光量を表す検出信号ＳOUT を出力するようになると、
タイミング信号発生部４４は、その後第９番目に入力さ
れるクロック信号ＣＬＫ9 の立上がりから、その次（第
１０番目）に入力されるクロック信号ＣＬＫ10 の立上
がりまでの間、タイミング信号ＰＲ及びＳＲＴをトラン
ジスタＴＲ０及びシフトレジスタ３４に夫々出力するこ
とにより、次の画素であるフォトダイオードＤ2 に対す
る受光光量の検出動作を開始し、その後、上記と同様の
手順で、クロック信号ＣＬＫの８個を１単位として、全
ての画素に対する受光光量の検出動作を順次実行する。

【００４２】従って、信号処理回路２８からは、図８に
示す如く、各フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙを
構成しているフォトダイオードＤ1 〜Ｄ200 の受光光量
を表す検出信号ＳOUT が順次出力されることとなる。そ
して、この検出信号ＳOUT の内、最初の１００画素分
は、フォトダイオードアレイ２６Ｘを構成しているＸ方
向に配列されたフォトダイオードＤ1 〜Ｄ100の受光光
量を表し、次の１００画素分はフォトダイオードアレイ
２６Ｙを構成しているＹ方向に配列されたフォトダイオ
ードＤ101 〜Ｄ200 の受光光量を表しているため、各１
００画素の検出信号ＳOUT の内、約１５画素分が、図４
に示すスリット光Ｂの受光によって基準電圧Ｖ１より小
さくなり、その中でも、中心の画素ほど検出信号レベル
が小さくなる。

【００４３】このため、本実施例の光位置検出装置１を
用いて、日射強度及び方向（太陽光の入射角φ及び仰角
θ）を検出するマイクロコンピュータ３０は、まず光位
置検出装置１を上記のように動作させることにより、光
位置検出装置１から順次出力される上記検出信号ＳOUT
を各画素毎にサンプリングし、そのサンプリングした検
出信号ＳOUT の内の最もレベルの小さい画素の中心画素
（Ｘｍ，Ｙｎ）を検出する。そしてこの中心画素（Ｘ
ｍ，Ｙｎ）の、図４に示した受光部２６上での基準位置
Ｐ０に対応した画素（Ｘ０，Ｙ０）からのずれを求める
ことにより、中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）を太陽方向を示す
ベクトルのＸ成分、Ｙ成分へと換算し、この換算結果
Ｘ，Ｙを用いて、日射の強度Ｉ及び方向（入射角φ及び
仰角θ）を算出する。

【００４４】なおこの算出には、次式(1)〜(4)が用いら
れる。

【００４５】

【数１】

【００４６】即ち、図４に示す如く、受光部２６に入射
するスリット光Ｂから得られる仰角θ′は、スリット２
４ａ，２４ｂと受光部２６との間の中間媒体であるガラ
ス基板２２及びシリコーンゲル２９の屈折率ｋの影響を
受けるため、まず上記(1) 式により、中間媒体中の仰角
θ′を求め、その値θ′と中間媒体の屈折率ｋ（＝ｃｏ
ｓθ／ｃｏｓθ′）とをパラメータとする上記(2) 式を
用いて、太陽光の仰角θを算出する。

【００４７】なお、上記(1) 式において、ｔは、スリッ
ト２４ａ，２４ｂとフォトダイオードアレイ２６Ｘ，２
６Ｙとの間の距離、換言すればガラス基板２２とシリコ
ーンゲル２９とからなる中間媒体の厚みである。また、
このように上記(2) 式を用いて太陽光の仰角θを算出す
る場合、シリコーンゲル２９はガラス基板２２に比べて
非常に薄いことから、シリコーンゲル２９も屈折率１．
５のガラス基板２２であるとみなして、上記(2) 式にお
ける屈折率ｋをガラス基板２２の屈折率１．５として仰
角θを計算しても問題はない。

【００４８】次に、入射角φは、中間媒体の屈折率ｋの
影響を受けることはないため、上記(3)式を用いて求め
る。また日射強度Ｉは、光の強さに応じて変わる中心画
素（Ｘｎ，Ｙｎ）の電圧値を換算することにより、中心
画素（Ｘｎ，Ｙｎ）上での日射強度Ｉｏを求め、これを
上記(4) 式に代入することにより求める。

【００４９】以上説明したように、本実施例の光位置検
出装置１においては、十字状のスリット２４ａ，２４ｂ
を透過した太陽光（スリット光）を、一対のフォトダイ
オードアレイ２６Ｘ，２６Ｙを用いて検出するように構
成されている。従って、本実施例によれば、２次元の受
光センサを用いた従来装置に比べ、画素を形成するフォ
トダイオードの数を減らすことができる。つまり、本実
施例では、１次元のフォトダイオードアレイを２個使用
しているため、その全画素数は２００画素であるが、２
次元の受光センサを、本実施例と同じフォトダイオード
を用いて同じ分解能の検出信号が得られるように構成す
るには、その画素数を１００００画素（＝１００画素×
１００画素）にする必要があり、画素を構成するフォト
ダイオードの数を大幅に低減できるのである。

【００５０】またこのようにフォトダイオードの数を減
らすことができるため、２次元の受光センサを用いた従
来装置に比べ、信号処理回路２８の構成を簡素化して、
小型化でき、しかもフォトダイオードアレイ２６Ｘ，２
６Ｙと、信号処理回路２８とを同一チップ状に形成する
ことができるので、装置を小型化することができる。

【００５１】また次に、マイクロコンピュータ３０側で
日射強度及び方向を検出する際、２次元の受光センサを
用いた従来装置では、１００００画素分の検出信号を処
理する必要があり、その処理時間が長くなるが、本実施
例では、２００画素分の信号処理を行なえばよいため、
マイクロコンピュータ３０側での処理時間を短くでき、
日射強度及び方向を短時間で検出することが可能とな
る。

【００５２】また更に、本実施例では、スリット２４
ａ，２４ｂとフォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙと
の間に、ガラス基板２２及びシリコーンゲル２９が配設
されており、スリット光はこのガラス基板２２とシリコ
ーンゲル２９を通ってフォトダイオードアレイ２６Ｘ，
２６Ｙに入射するため、スリット２４ａ，２４ｂとフォ
トダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙとの間を単なる空間
にした場合に比べて、スリット２４ａ，２４ｂへの太陽
光の入射角度変化に対するフォトダイオードアレイ２６
Ｘ，２６Ｙへの受光位置変化が小さくなり、フォトダイ
オードアレイ２６Ｘ，２６Ｙをより小型化することがで
きる。

【００５３】ここで、上記実施例では、検出素子部１０
を、ガラス基板２２の表裏面に、夫々、遮光膜２４及び
受光部２６を設けることにより形成したが、例えば図９
（ａ）に示す如く、受光部５６を、屈折率が１．４〜
１．５の透明な樹脂５８によりモールドし、樹脂５８の
表面に遮光膜５４を形成することにより、検出素子部１
０を形成してもよい。また例えば図９（ｂ）に示す如
く、受光部６６を中空のセラミックパッケージ６８内に
収納し、そのセラミックパッケージ６８の上部開口部に
遮光膜６４を形成したガラス基板６２を設けることによ
り、検出素子部１０を形成してもよい。

【００５４】また次に上記実施例では、信号処理回路２
８により、受光部２６を、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ
として構成したが、受光部２６としては、こうしたＣＭ
ＯＳ型イメージセンサに限らず、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）を用いたイメージセンサ等、従来より知られている
種々の受光装置を使用することができる。

【００５５】また更に、上記実施例では、スリット２４
ａ，２４ｂを互いに直交させることにより十字状に形成
したが、スリット２４ａ，２４ｂは十字状に形成する必
要はなく、例えば図１０に示す如く、遮光膜２４に二条
のスリットを一端で交差させたＬ字状のスリット２４ｃ
を形成する等、二条のスリットはその延長線上で交差し
ていればよい。

【００５６】なお、図１０に示したように、遮光膜２４
にＬ字状のスリット２４ｃを形成した場合、上記実施例
のようにスリットを十字状に形成した場合に比べて、信
号処理回路２８に照射される光の量が少なくなるため、
信号処理回路２８が光の照射によって誤動作するのを防
止できる。つまり、信号処理回路２８は、長時間光の照
射を受けると、内部素子の温度が上昇して誤動作するこ
とがあるが、スリットをＬ字状にした場合には、十字状
のスリットを用いた場合に比べて、信号処理回路２８に
照射される光の量が少なくなるため、内部素子の温度上
昇を抑制して、その誤動作を防止することができるよう
になるのである。

【００５７】また、このように遮光膜２４にＬ字状のス
リット２４ｃを形成した場合には、遮光膜２４に二条の
スリット２４ａ，２４ｂを十字状に形成した上記実施例
と同様、フォトダイオードアレイ２６Ｘにフォトダイオ
ードアレイ２６Ｘと平行なスリットからの入射光が照射
されたとき、或は、フォトダイオードアレイ２６Ｙにフ
ォトダイオードアレイ２６Ｙと平行なスリットからの入
射光が照射されたときに、位置検出を行えなくなる。そ
こで、このように遮光膜２４にＬ字状のスリット２４ｃ
を形成した場合にも、上記実施例と同様、各フォトダイ
オードアレイ２６Ｘ，２６Ｙを、太陽が低い高度のとき
に平行なスリットからの入射光がガラス基板２２によっ
て屈折されてから照射される位置よりも外側に配設して
おくことが望ましい。そしてこのようにすれば、各フォ
トダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙには、それぞれ、直
交するスリットからの入射光のみが照射されることとな
り、位置検出を常に正確に行うことができるようにな
る。

【００５８】また次に、上記二条のスリット２４ａ，２
４ｂの交差角度は、必ずしも９０度でなくてもよい。つ
まり、このスリット２４ａ，２４ｂは、対向配設された
フォトダイオードアレイ上で、スリット光の入射位置が
日射方向に応じて変化し、その変化した位置から日射方
向を算出することができればよいため、上記実施例のよ
うに必ずしも直交させる必要はないのである。

【００５９】また同様に、各スリットに対向配設される
フォトダイオードアレイについても、必ずしも直交させ
る必要はなく、しかもフォトダイオードアレイについて
は、直線状に形成する必要もない。つまり、フォトダイ
オードアレイは、スリット光のＸ方向及びＹ方向の位置
を検出できればよいため、例えば、信号処理回路から避
けるために、フォトダイオードアレイを屈曲させてもよ
い。

【００６０】以上、本発明の光位置検出装置を、自動車
用空気調和装置用の所謂日射センサに適用した実施例に
ついて説明したが、本発明の光位置検出装置は、こうし
た所謂日射センサ以外にも、例えば所定の光源からの光
の入射方向及び強度を検出する光位置センサ、或は更に
その検出結果から光源を基準位置とする当該センサの取
付け位置を検出する位置センサとしても使用することが
できる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
光位置検出装置においては、２組の１次元の受光センサ
を用いて光の入射方向及びその強度を検出できるように
されている。

【００６２】このため、２次元の受光センサを用いた従
来装置に比べ、画素を形成する光電変換素子の数を減ら
して、受光部の受光面積を小さくできる。また光電変換
素子の数を減らすことができるため、各光電変換素子か
ら受光信号を取り出すための信号処理回路を簡素化して
小型化できる。また受光部には、１次元の受光センサを
２組形成すればよいため、受光部を２次元の受光センサ
と同様の大きさに形成すれば、その受光部に信号処理回
路を形成可能なスペースを確保できる。

【００６３】従って、２次元の受光センサを用いた従来
装置のように、受光センサと信号処理回路とを各々別体
で形成する必要はなく、２次元の受光センサを用いた装
置に比べて、装置をより小型化することができる。また
各受光センサと信号処理回路とを一体化することができ
るので、装置の部品点数を少なくでき、その組立作業が
簡単になる。

【００６４】また更に、信号処理回路に接続する光電変
換素子の数が少ないので、受光センサと信号処理回路と
を別体で形成したとしても、これら各部を接続する信号
線の数を少なくでき、その接続を簡単に行なうことがで
き、生産性が低下することもない。

【００６５】また請求項２に記載の光位置検出装置によ
れば、遮光板に太陽光が照射されるため、受光センサで
の光の受光位置及び受光強度から、日射方向及び日射強
度を検出できる。そして、上記請求項１に記載の光位置
検出装置と同様、装置構成を簡素化して小型化を図るこ
とができるため、車両への搭載性が良く、自動車用空気
調和装置用の所謂日射センサとして使用するのに最適で
ある。

【００６６】また請求項３に記載の光位置検出装置にお
いては、遮光板と受光部との間に１より大きい所定の屈
折率を有する透明部材を設けているため、遮光板と受光
部とを単に対向配設した場合に比べて、遮光板への太陽
光の入射角度変化に対する受光部での受光位置変化が小
さくなり、受光センサをより小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光位置検出装置１の検出素子部１０の構成を
表す説明図である。

【図２】 光位置検出装置１の自動車への取付け状態を
表す説明図である。

【図３】 光位置検出装置１の全体構成を表す断面図で
ある。

【図４】 光位置検出装置１における太陽光の入射状態
を説明する説明図である。

【図５】 光位置検出装置１と空調制御用のマイクロコ
ンピュータ３０との接続状態を説明する説明図である。

【図６】 信号処理回路２８の回路構成を表す電気回路
図である。

【図７】 信号処理回路２８の動作を説明するタイムチ
ャートである。

【図８】 信号処理回路２８から出力される検出信号Ｓ
OUT を表す説明図である。

【図９】 検出素子部１０の他の構成例を表す説明図で
ある。

【図１０】 遮光膜に形成したスリットの他の形状例を
表わす説明図である。

【符号の説明】

１…光位置検出装置 １０…検出素子部 １２…ク
リップ端子 １４…外部コネクタ １６…プリント基板 １８…
筒状ケーシング ２０…光透過性フィルタ ２２…ガラス基板 ２４
…遮光膜 ２４ａ，２４ｂ…スリット ２６…受光部 ２６Ｘ，２６Ｙ…フォトダイオードアレイ ２８…信
号処理回路 ２９…シリコーンゲル ３０…マイクロコンピュータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の導入口として、二条のスリットが直
   接又はその延長線上で互いに交差するように形成された
   遮光板と、 該遮光板に所定の間隔を空けて対向配設され、光電変換
   素子を一列に配置してなる一対の１次元の受光センサ
   が、上記各スリットとの対向位置で上記各スリットと交
   差するように形成された受光部と、 を備えたことを特徴とする光位置検出装置。
2. 【請求項２】 上記遮光板に照射される光が太陽光であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光位置検出装置。
3. 【請求項３】 上記遮光板と上記受光部との間に、１よ
   り大きい所定の屈折率を有する透明部材を設けたことを
   特徴とする請求項１または請求項２に記載の光位置検出
   装置。