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技術 日射センサ

出願人 スタンレー電気株式会社
発明者 石川清光高田洋叶哲
出願日 1999年2月10日 (21年4ヶ月経過) 出願番号 1999-032071
公開日 2000年8月22日 (19年10ヶ月経過) 公開番号 2000-229511
状態 未査定
技術分野 気象学 自動車用空気調和 車両用空気調和
主要キーワード 段上面 日射状態 円錐レンズ 後部座席側 出力比 空調装置用 検出特性 各検出領域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年8月22日)のものです。
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図面 (13)

課題

従来の日射センサにおいては、日射量の検出のみしか行っておらず、太陽光の高度や方位までを検出することはできないため、太陽光が射し込んでくる高さや方向によって運転席側、助手席側、後部座席側等で日射量に差がある場合でも同様の空調制御しかできないといった問題点を生じ、この点の解決が課題とされるものとなっている。

解決手段

本発明により、少なくとも3つの受光領域に分割され且つ各受光領域からそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する受光素子2と、該受光素子2の各受光領域のそれぞれに対応して所定の間隔を空けて対向配設された遮光手段3と、前記各受光領域それぞれの検出信号から日射量、日射高度、日射方位等の日射状態演算する日射状態演算手段とを備えた日射センサ1としたことで、日射量に応じた空調の風量や温度の制御を、日射高度や日射方位によって運転席側、助手席側、後部座席側で異ならせたきめ細やかな空調制御が可能となり、従来の課題を解決するものである。

概要

背景

まず、自動車空調装置用として用いられる日射センサに要求される特性について説明を行うと、太陽が真上にある状態では乗員はルーフ直射日光を遮られるので輻射熱の影響をそれほど受けず、温度制御車室内気温設定温度に制御するのみで行えば良いものとなる。

ところが、太陽が傾いている状態では乗員は窓から入り込む直射日光にさらされて輻射熱を受けるものとなり、車室内の気温以上に暑さを感じるものとなるので、その日射量に応じて車室内の気温を設定温度から適宜に下げることが望まれ、従って日射センサとしては、乗員の受ける輻射熱の量に比例する検出特性が望まれるものとなる。

上記の特性を有する従来のこの種日射センサ90の例としては、例えば図11に示すように構成されており、受光素子91の上方に受光素子91の受光面の中心と光軸Zとが略一致するように受光レンズ92が配設されていて、自動車のダッシュボード上などに設置される。この受光レンズ92には内面円錐レンズ部92a、凹レンズ部92b、凸レンズ部92cが形成されていて、円錐レンズ部92aは真上からの光を遮蔽して斜めからの光を透過し、凹レンズ部92bは斜めから水平面の光を受光面に導き、凸レンズ部92cは所定の範囲の斜め光を受光面に導くようにそれぞれ構成されている。これによって図12に示すように、車体のルーフによって太陽の直射光が遮られる90度前後の出力を抑え、太陽の直射光の入射が多い30度前後の出力を上げることにより、日射センサの出力特性を乗員の窓から入る太陽光による暑さ感に近似させるように補っている。

概要

従来の日射センサにおいては、日射量の検出のみしか行っておらず、太陽光の高度や方位までを検出することはできないため、太陽光が射し込んでくる高さや方向によって運転席側、助手席側、後部座席側等で日射量に差がある場合でも同様の空調制御しかできないといった問題点を生じ、この点の解決が課題とされるものとなっている。

本発明により、少なくとも3つの受光領域に分割され且つ各受光領域からそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する受光素子2と、該受光素子2の各受光領域のそれぞれに対応して所定の間隔を空けて対向配設された遮光手段3と、前記各受光領域それぞれの検出信号から日射量、日射高度、日射方位等の日射状態演算する日射状態演算手段とを備えた日射センサ1としたことで、日射量に応じた空調の風量や温度の制御を、日射高度や日射方位によって運転席側、助手席側、後部座席側で異ならせたきめ細やかな空調制御が可能となり、従来の課題を解決するものである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも3つの受光領域に分割され且つ各受光領域からそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する受光素子と、該受光素子の各受光領域のそれぞれに対応して所定の間隔を空けて対向配設された遮光手段と、前記各受光領域それぞれの検出信号から日射量、日射高度、日射方位等の日射状態演算する日射状態演算手段とを備えたことを特徴とする日射センサ

請求項2

受光領域が隣接して設けられてそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する少なくとも3つの受光素子と、該受光素子のそれぞれに対応して各受光領域と所定の間隔を空けて対向配設された遮光手段と、前記各受光素子それぞれの検出信号から日射量、日射高度、日射方位等の日射状態を演算する日射状態演算手段とを備えたことを特徴とする日射センサ。

請求項3

前記遮光手段上面面積を前記受光領域の面積より小さくした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。

請求項4

前記受光素子はリードフレーム上に実装されて共に透明樹脂モールドされ、前記遮光手段は該透明樹脂の上面に形成された遮光膜によって成ることを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の日射センサ。

請求項5

前記受光素子は透明基板の下面に設けられ、前記遮光手段は透明基板の上面に設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の日射センサ。

請求項6

前記受光領域はそれぞれ同一面積であり、前記遮光手段もそれぞれ同一面積であることを特徴とする請求項1乃至請求項5記載の日射センサ。

請求項7

前記日射状態演算手段の日射高度の演算は、前記受光領域及び遮光手段を少なくとも4つの偶数を有しており、前記受光領域の検出信号のうち最大検出信号Sを選択し、該最大検出信号Sと、該最大検出信号Sを出力する受光領域の略対角に位置する受光領域の検出信号Tとの出力比T/Sを用いて行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6記載の日射センサ。

請求項8

前記日射状態演算手段の日射方位の演算は、前記検出信号のうち最大検出信号Sを選択し、該最大検出信号Sと、該最大検出信号Sを出力する受光領域の左右両側に隣接する受光領域の検出信号U、VとによってU/S−V/Sを算出し、この算出結果を用いて行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6記載の日射センサ。

技術分野

0001

本発明は太陽光の到達量を検知する日射センサに関するものであり、詳細には自動車空調装置における温度制御のように、外気温に加えて乗員に対する太陽光の直射の状態に応じて温度制御を行うことが望まれる時に用いられる日射センサに関するものである。

背景技術

0002

まず、自動車の空調装置用として用いられる日射センサに要求される特性について説明を行うと、太陽が真上にある状態では乗員はルーフ直射日光を遮られるので輻射熱の影響をそれほど受けず、温度制御は車室内気温設定温度に制御するのみで行えば良いものとなる。

0003

ところが、太陽が傾いている状態では乗員は窓から入り込む直射日光にさらされて輻射熱を受けるものとなり、車室内の気温以上に暑さを感じるものとなるので、その日射量に応じて車室内の気温を設定温度から適宜に下げることが望まれ、従って日射センサとしては、乗員の受ける輻射熱の量に比例する検出特性が望まれるものとなる。

0004

上記の特性を有する従来のこの種日射センサ90の例としては、例えば図11に示すように構成されており、受光素子91の上方に受光素子91の受光面の中心と光軸Zとが略一致するように受光レンズ92が配設されていて、自動車のダッシュボード上などに設置される。この受光レンズ92には内面円錐レンズ部92a、凹レンズ部92b、凸レンズ部92cが形成されていて、円錐レンズ部92aは真上からの光を遮蔽して斜めからの光を透過し、凹レンズ部92bは斜めから水平面の光を受光面に導き、凸レンズ部92cは所定の範囲の斜め光を受光面に導くようにそれぞれ構成されている。これによって図12に示すように、車体のルーフによって太陽の直射光が遮られる90度前後の出力を抑え、太陽の直射光の入射が多い30度前後の出力を上げることにより、日射センサの出力特性を乗員の窓から入る太陽光による暑さ感に近似させるように補っている。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、こうした従来の日射センサ90の場合、日射量の検出のみしか行っておらず、太陽光の高度や方位までを検出することはできない。そのため太陽光が射し込んでくる高さや方向によって運転席側、助手席側、後部座席側等で日射量に差がある場合でも同様の空調制御しかできないといった問題点を生じ、この点の解決が課題とされるものとなっている。

課題を解決するための手段

0006

本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、少なくとも3つの受光領域に分割され且つ各受光領域からそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する受光素子と、該受光素子の各受光領域のそれぞれに対応して所定の間隔を空けて対向配設された遮光手段と、前記各受光領域それぞれの検出信号から日射量、日射高度、日射方位等の日射状態演算する日射状態演算手段とを備えたことを特徴とする日射センサを提供することで課題を解決するものである。

発明を実施するための最良の形態

0007

次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。

0008

図1に符号1で示すものは、本発明に係る日射センサの第一実施形態であり、この日射センサ1は4つの同一正方形状の受光領域2a、2b、2c、2dに分割された受光素子2がリードフレーム5上に実装され、透明なモールド樹脂4によってモールドされて構成されている。また、このモールド樹脂4の上面には同じく4つに分割された同一正方形状の遮光膜3が受光素子2の各受光領域2a、2b、2c、2dと対応するようにそれぞれ設けられて構成されている。なお、各受光領域及び遮光膜の面積を同一としたのは、後で説明する日射状態演算手段6による演算を容易にするためであり、各受光領域及び遮光膜の面積が異なる場合は適宜日射状態演算手段6によって補正が行われる。

0009

受光素子2は、例えばフォトダイオードフォトトランジスタなどの光電変換素子によって構成され、その受光領域が2a、2b、2c、2dの4つの同一正方形状の領域に分割されていて、各受光領域2a、2b、2c、2dのそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号が取り出せるように各受光領域2a、2b、2c、2dは、検出信号取り出し電極用の各リードフレーム5a、5b、5c、5dに各々接続されていると共に共通電極用のリードフレーム5eに接続されている。

0010

遮光膜3は、受光素子2とリードフレーム5をモールドした透明樹脂4の上面に、例えば黒色エポキシ樹脂印刷金属薄膜蒸着等によって形成されることで、受光素子2の各受光領域とは所定の間隔が空けられている。また、遮光膜3上面の面積は受光素子2の各受光領域2a、2b、2c、2dの面積よりも小さく形成されている。

0011

受光素子2の各受光領域2a、2b、2c、2dのそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号は、図2に示すように日射状態演算手段6に入力され、日射状態演算手段6によって日射量、日射高度及び日射方位の演算が行われる。そして、日射状態演算手段6の出力は図示しない空調制御装置へ送られ、日射状態に応じた空調制御が行われる。

0012

この日射状態に応じた空調制御とは、例えば従来同様に日射量に応じて空調の風量や温度を制御するだけでなく、日射高度や日射方位も演算することで、太陽光が自動車の窓から射し込む角度や方向を導き出すことによって運転席側と助手席側(左右)で空調の風量や温度を異ならせたり、運転席・助手席側と後部座席側(前後)で空調の風量や温度を異ならせたりといった木目細やかな制御をも可能としているものである。

0013

以上のように構成された日射センサ1の日射量、日射高度、日射方位等の日射状態の検出方法について説明する。

0014

日射センサ1は、例えば自動車の前席側のダッシュボードの上面に受光素子2の各検出領域2a、2b、2c、2dが水平になるように取り付けられている。この状態を図3(a)に示すように座標軸上に設定して考える。即ち各受光領域2a、2b、2c、2dの分割線の交差している点を中心として水平方向にx軸とy軸を設定し、垂直方向にz軸を設定する。さらに、図3(b)に示すようにx軸を高度0度、z軸を高度90度、また、x軸を方位0度、y軸を方位90度として、日射高度がα(0度)、β、γ、δ(90度)、日射方位がA(0度)、B、C(45度)、D、E(90度)の場合について考える。

0015

受光素子2の各受光領域2a、2b、2c、2dの上方には所定の間隔を空けて各受光領域それぞれに対応するように遮光膜3が形成されているので、図6の断面図及び図7の正面図に示すように各受光領域は太陽光の射し込む角度や方位によって受光素子2上にできる遮光膜3の影の影響を受ける。例えば日射高度がαのときは、太陽光Lは水平方向から射し込んでくるので遮光膜3によってできる影は受光領域2c、2d側に向かって伸びている。そして、日射高度がβ、γと角度を増すに従って影は受光領域2a、2b側にずれていき、日射高度がδ(90度)のときには、遮光膜3の影は対応する各受光領域2a、2b、2c、2d上となる。

0016

また、日射高度に加えて日射方位も変化している状態を示すものが図8であり、同じように各受光領域2a、2b、2c、2dは日射方位に応じて伸びた影の影響を受ける。即ち、各受光領域2a、2b、2c、2dの太陽光を受光する面積は日射高度及び日射方位に応じてできる遮光膜3の影によって変化するので、各受光領域2a、2b、2c、2dの検出信号から日射高度や日射方位を導き出すことが可能になる。

0017

日射量、日射高度、日射方位の演算は以下のようにして日射状態演算手段6によって行われる。

0018

まず、日射量の演算は、各受光領域2a、2b、2c、2dの検出信号(出力電流)によって各受光領域ごとに求められる。このとき、各受光領域の上方には遮光膜3が形成されているので、従来と同様に太陽光が真上にある状態即ち日射高度が90度の場合は、遮光膜3によって太陽光の直射が遮蔽されて出力が抑えられいる。従って、受光領域の面積とこの遮光膜3の面積との比率を調整すれば、日射センサ1の特性を乗員の暑さ感に近似させることができる。

0019

次に、日射高度の演算は、受光素子2の各受光領域2a、2b、2c、2dの出力する検出信号のうち最大検出信号Sを選択し、この最大検出信号Sと、最大検出信号Sを出力している受光領域と略対角に位置する受光領域の検出信号Tとの出力比T/Sを演算する。例えば図3(a)において最大検出信号を出力している受光領域を2aとすれば、この受光領域2aと略対角に位置する受光領域は2dとなる。このときの演算結果は図4に示すようになり、高度の増加に比例して上記出力比T/Sも増加し、高度が90度即ち太陽光が真上から照射している状態では2aと2dの受光面積が等しくなるためT=Sとなり、出力比T/Sは1となる。従って上記図4のテーブルを予めメモリしておけば、上記出力比T/Sの演算結果から上記テーブルを参照して日射高度が導き出せる。

0020

そして、日射方位の演算は、最大検出信号Sと、この最大検出信号Sを出力する受光領域と左右両側に隣接する受光領域の検出信号U、Vとを用いてU/S−V/Sを演算する。例えば図3(a)において最大検出信号を出力している受光領域を2aとすれば、この受光領域2aの左右両側に隣接する受光領域は2b、2cとなる。このときの演算結果は図5に示すようになり、方位(A、B、C、D、E)によって上記出力比(U/S−V/S)は異なる特性(A、B、C、D、E)を示すものとなる。したがって、図5のテーブルを予めメモリしておけば、先の演算結果より導き出された日射高度と上記出力比(U/S−V/S)との関係から上記テーブルを参照することで日射方位が導き出せる。

0021

こうして日射量、日射高度、日射方位等の日射状態が導き出されるので、この結果は制御信号として図示しない空調制御装置へと出力され、日射量に応じた空調の風量や温度の制御を、日射高度や日射方位に応じて運転席側、助手席側、後部座席側で異ならせて制御することが可能となる。

0022

なお、上記実施形態では受光素子2の各受光領域2a、2b、2c、2dが4つの同一正方形状に分割されている例として説明したが、本発明はこれに限定されず、各受光領域は少なくとも3つの同一面積を有する受光領域に分割されていれば良い。

0023

また、上記実施形態では受光領域と遮光膜3の形状をそれぞれ正方形状としたが、本発明はこれについても限定されず、例えば両者を円形としたり、図9に示すように遮光膜3のみを円形として放射状に分割したものでも良く、要は受光領域と遮光膜3とが同一面積で同じ数に分割されていて、双方が一対一で対応してさえいれば良い。

0024

また、上記実施形態ではモールド樹脂4上に遮光膜3を形成した例で示したが、薄い板で形成された遮光板を貼り付けるなどして配置させた構成であっても良く、その他の遮光手段を配置させたものであっても良い。

0025

また、図10に示すように、それぞれ同一面積の受光領域を有する4つの受光素子2をそれぞれの受光領域が同一平面上となるように隣接して設けたものであっても良く、それぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力し、これら受光素子2のそれぞれに対応して各受光領域と所定の間隔を空けて対向配設されていてそれぞれの上面の面積が同一面積に形成された遮光膜3が備えられていれば良い。この場合も先の実施形態と同様に、受光素子2の数は少なくとも3つあれば良く、また、受光領域や遮光膜についても同一面積で同じ数に分割されていて、双方が一対一で対応してさえいれば良いものであり、形状は限定されない。また、遮光膜以外の遮光手段を用いたものであっても良い。

0026

さらに、受光素子2はリードフレーム5上に実装されて共に透明樹脂4でモールドされたものとしたが、ガラス基板透明プラスチック基板などの透明基板を介して受光素子2をこの透明基板の下面に設け、透明基板の上面に遮光膜や遮光板等の遮光手段を設けたものでも良く、この場合には、透明基板の厚みによって受光素子と遮光手段との間隔が正確に位置決めされる。

発明の効果

0027

以上説明したように本発明の日射センサによれば、少なくとも3つの受光領域に分割され且つ各受光領域からそれぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する受光素子と、該受光素子の各受光領域のそれぞれに対応して所定の間隔を空けて対向配設された遮光手段と、前記各受光領域それぞれの検出信号から日射量、日射高度、日射方位等の日射状態を演算する日射状態演算手段とを備えた構成としたことで、日射量に応じた空調の風量や温度の制御を、日射高度や日射方位によって運転席側、助手席側、後部座席側で異ならせてきめ細やかに制御することが可能となり、この種自動車用空調装置に用いられる日射センサとしての性能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

0028

図1本発明に係る日射センサの第一実施形態を示す斜視図である。
図2同じ実施形態の回路構成を示すブロック図である。
図3同じ実施形態の座標軸上に設定した状態を示す斜視図である。
図4同じ実施形態の日射高度による特性図である。
図5同じ実施形態の日射方位による特性図である。
図6同じ実施形態の遮光膜による影響を説明する垂直断面図である。
図7同じ実施形態の遮光膜による影響の第一パターンを説明する平面図である。
図8同じ実施形態の遮光膜による影響の第二パターンを説明する平面図である。
図9本発明に係る日射センサの第二実施形態を示す斜視図である。
図10本発明に係る日射センサの第三実施形態を示す斜視図である。
図11従来例を示す垂直断面図である。
図12従来の日射センサ素子の特性図である。

--

0029

1……日射センサ
2……受光素子
2a、2b、2c、2d……受光領域
3……遮光膜
4……モールド樹脂
5……リードフレーム
6……日射状態演算手段

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