JP3303482B2 - 光位置検出装置 - Google Patents

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】こうした光位置検出装置として、例えば、
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。この装置では、受光センサは、ピンホ
ールの真下に受光センサの中心が位置するように配設さ
れており、この受光センサがピンホールを通過して受光
センサ上に照射される光の受光位置を検出している。そ
して、受光センサが検出する受光位置の受光センサの中
心に対するずれに基づいて光の照射角度が求められてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような装
置では、基準位置となる受光素子の中心がピンホールの
真下に正確に配置されていないと、検出値に誤差が生じ
るという問題があった。また、このように、ピンホール
と受光素子の組付け精度が検出精度に影響するため、検
出精度をよくするには精度よく組み付ける必要があり、
製造が難しいという問題もあった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決するために、
受光センサの位置ずれの影響を受けることなく常に良好
な検出精度を得ることができる製造の容易な光位置検出
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明は、図１に例示するように、光の導入
口が設けられた遮蔽板Ｍ１と該遮蔽板に所定の間隔をあ
けて対向配設され、光電変換素子を二次元的に配置した
受光部Ｍ２と、該受光部に配置された光電変換素子の出
力を順次読み出して上記受光部上での光の照射位置を検
出する照射位置検出手段Ｍ３と、予め設定された基準位
置からの上記照射位置検出手段により検出された照射位
置のずれに基づき光の照射角度を算出する照射角度算出
手段Ｍ４と、を備えた光位置検出装置であって、上記遮
蔽板の上部所定方向から光を照射したときに上記照射位
置検出手段により検出された照射位置を予め記憶する照
射位置記憶手段Ｍ５を設け、上記照射角度算出手段が、
上記照射位置記憶手段が記憶している照射位置を基準位
置として光の照射角度を算出することを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記のように構成された本発明の光位置検出装
置においては、遮光板に形成された導入口を透過した光
が、受光部に配置された光電変換素子により受光され
る。

【０００８】そして、照射位置検出手段が、受光部に配
置された光電変換素子の出力を順次読み出すことにより
光の照射位置を検出する。一方、照射位置記憶手段に
は、遮蔽板の上部所定方向（例えば真上方向）から光を
照射したときに上記照射位置検出手段により検出された
照射位置が予め記憶されており、照射角度算出手段は、
照射位置記憶手段が記憶している照射位置を基準位置と
して、この基準位置からの照射位置検出手段により検出
された照射位置のずれに基づき光の照射角度を算出す
る。

【０００９】

【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。

【００１０】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とを電気的に接続するプリント基板１
６と、プリント基板１６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、外部コネクタ１４により検出素子部１０と電
気的に接続される後述する制御用のマイクロコンピュー
タ３０（図６参照）と、から構成されている。

【００１１】ここで、検出素子部１０は、図４（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。

【００１２】また、遮光膜２４は、図４（ｂ）に示す如
く、ガラス基板２２の表面に、幅０．６ｍｍの二条のス
リット２４ａ，２４ｂを一端で交差させたＬ字状のスリ
ットを形成し、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。

【００１３】一方、受光部２６には、図４（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。

【００１４】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。

【００１５】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４（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。

【００１６】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５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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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
６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。

【００２１】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６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。

【００２２】図７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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】即ち、図８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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】従って、信号処理回路２８からは、図９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５
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。

【００３６】次に、検出素子部１０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）を検出し空調
装置等を制御するマイクロコンピュータ３０について説
明する。マイクロコンピュータ３０は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ等から構成された周知のものであり、図６に
示すように、外部からの操作によりオン／オフする外部
スイッチ３１が設けられている。そして、信号処理回路
２８から出力される検出信号ＳOUT に基づき日射強度Ｉ
及び方向（太陽光の入射角φ及び仰角θ）を算出する日
射算出処理、および日射算出処理で使用する基準位置Ｐ
０に対応した基準画素（Ｘ０，Ｙ０）を記憶する基準位
置設定処理の他、日射算出処理により算出された日射強
度や日射方向に基づき、空調装置を制御する空調制御処
理等が行われる。

【００３７】なお、光位置検出装置１に電源が投入され
マイクロコンピュータ３０の初期化が終了すると、マイ
クロコンピュータ３０は信号処理回路２８のＲＳＴ信号
をHighレベルにして、信号処理回路２８の動作を開始さ
せ、以後信号処理回路２８からは検出信号ＳOUT が常時
出力されている。

【００３８】ここで、マイクロコンピュータ３０が実行
する基準位置設定処理を、図１０に示すフローチャート
に沿って説明する。本処理は、外部スイッチ３１が操作
されることにより起動され、まずステップ１１０にて、
信号処理回路２８から出力される検出信号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（以
下、照射中心画素という）の位置（Ｘｍ，Ｙｎ）を検出
する。

【００３９】続くステップ１２０では、ステップ１１０
にて検出した照射中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）を基準画素
（Ｘ０，Ｙ０）としてマイクロコンピュータ３０の図示
しないＲＡＭに設けられた所定エリアに格納して本処理
を終了する。なお、基準位置設定処理は、本光検出装置
１の使用を開始する前（出荷時等）に行なわれるもので
あり、検出素子部１０の真上方向から光を照射し、スリ
ット２４ａ，２４ｂの真下に位置する画素に光が照射さ
れる状態にして、外部スイッチ３１を操作し、基準位置
設定処理を動作させることにより、図５に示した受光部
２６上での基準位置Ｐ０に対応した画素が照射中心画素
（Ｘｍ，Ｙｎ）として検出され、この時の照射中心画素
（Ｘｍ，Ｙｎ）が基準画素（Ｘ０，Ｙ０）として記憶さ
れる。

【００４０】つまり、図１２に示すように、検出素子部
１０の真上方向から照射されスリット２４ａを通過した
光λ0 は、フォトダイオードアレイ２６Ｘにおいてスリ
ット２４ａの真下に位置する画素Ｘ12に照射され、この
画素Ｘ12が基準位置設定処理において基準画素Ｘ０とし
て記憶される。なお、図１２は、検出素子部１０を図４
（ｂ）の下方向から見た図であり、ここでは説明を簡単
にするため、フォトダイオードアレイ２６Ｘ上の画素数
を２１画素とし、遮光膜２４と受光部２６との間のガラ
ス基板２２は省略している。また、ここでは、スリット
２４ａおよびフォトダイオードアレイ２６Ｘについて説
明しているが、スリット２４ｂおよびフォトダイオード
アレイ２６Ｙについても全く同様に作用し、基準画素Ｙ
０が記憶される。

【００４１】次に、マイクロコンピュータ３０が実行す
る日射強度／方向算出処理を図１０に示すフローチャー
トに沿って説明する。まず、ステップ２１０では、基準
位置算出処理のステップ１１０と同様に、信号処理回路
２８から出力される検出信号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である照射中心画素
（Ｘｍ，Ｙｎ）を検出し、続くステップ２２０では、照
射中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）における検出信号ＳOUT の電
圧値を検出しこれを換算することにより、照射中心画素
（Ｘｍ，Ｙｎ）上での日射強度Ｉｏを求めて、ステップ
２３０に進む。

【００４２】ステップ２３０では、ステップ２１０にて
検出した照射中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）を、基準位置算出
処理により予め記憶されている基準画素（Ｘ０，Ｙ０）
に基づき、太陽方向を示すベクトルのＸ成分、Ｙ成分へ
と換算する。即ち、 Ｘ＝（Ｘｍ−Ｘ０）×Ｌ Ｙ＝（Ｙｎ−Ｙ０）×Ｌ により、Ｘ成分、およびＹ成分を求める。なお、Ｌはフ
ォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙにおいて隣接する
画素の中心間の距離を表す。

【００４３】続くステップ２４０では、ステップ２３０
における換算結果（Ｘ，Ｙ）およびステップ２２０で求
めた照射中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）上での日射強度Ｉｏを
用いて、日射の強度Ｉ及び方向（入射角φ及び仰角θ）
を算出して本処理を終了する。

【００４４】なお日射の強度Ｉ及び方向（入射角φ及び
仰角θ）の算出には、次式(1)〜(4)が用いられる。

【００４５】

【数１】

【００４６】即ち、図５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、照射中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）上
での日射強度Ｉｏを上記(4) 式に代入することにより求
める。例えば、図１２に示すように、スリット２４ａを
通過して画素Ｘ16を照射する光λが検出素子部１０に照
射されている場合、日射強度／方向算出処理では、画素
Ｘ16を照射中心画素として検出し、照射中心画素Ｘ16と
既に記憶されている基準画素Ｘ12の間の距離４Ｌを換算
値Ｘとして求める。同様にして換算値Ｙも求め、これら
換算値（Ｘ，Ｙ）に基づき、入射角φや仰角θを算出す
る。

【００４９】なお、従来装置では、フォトダイオードア
レイ２６Ｘの中心画素、即ちここでは画素Ｘ11を基準画
素として日射方向の算出を行うため、図１２に示すよう
に、スリット２４ａの真下に中心画素Ｘ11が配置されて
いない場合、算出される角度に誤差を生じることになる
のである。

【００５０】そして、このようにして日射強度／方向算
出処理により算出された日射の強度Ｉ及び方向（入射角
φ及び仰角θ）に基づき、空量制御処理において空調空
気の温度，吹出量，吹出方向等が制御される。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、
Ｌ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おり、検出素子
部１０の真上方向から光を照射した時の照射中心画素を
基準画素（Ｘ０，Ｙ０）として予め記憶しておき、日射
方向を検出する際には、記憶された基準画素（Ｘ０，Ｙ
０）と現在の照射中心画素（Ｘｍ，Ｙｎ）との距離を算
出し、この算出された距離に基づいて日射方向の算出を
行っている。

【００５１】従って、本実施例の光位置検出装置１によ
れば、フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙの組み付
け状態に関わらず、スリット２４ａ，２４ｂの真下に位
置する画素が必ず基準画素となるので、フォトダイオー
ドアレイ２６Ｘ，２６Ｙが、所定の取付位置からずれた
状態で組み付けられていたとしても、基準画素が所定画
素に固定されている従来装置とは違い、日射方向の検出
精度が悪化することがなく、常に良好な検出精度を維持
することができる。

【００５２】また、本実施例では、スリット２４ａ，２
４ｂが設けられた遮光膜２４とフォトダイオードアレイ
２６Ｘ，２６Ｙが設けられた受光部２６とが配置される
間隔は従来装置と同様に精度よく組み付ける必要がある
が、受光部２６上におけるフォトダイオードアレイ２６
Ｘ，２６Ｙの組み付けは、その長手方向にずれる分には
全く問題がないため、製造が容易であり組み付けコスト
を下げることができる。

【００５３】また、より高精度な検出を行なう場合、画
素の面積を小さくして画素数を増やす必要があり、従来
装置ではこれに伴い、受光センサの組み付けをより精度
よく行なう必要があるが、本実施例では、遮光膜２４と
受光部２６とが配設される間隔にのみ注意を払えばよ
く、容易に精度を良くすることができる。

【００５４】ここで、上記実施例では、検出素子部１０
の真上方向から光を当てた時に検出される照射中心画素
を基準画素として記憶し、日射方向算出時にこの記憶し
た基準画素に基づいて算出しているが、例えば、基準画
素のフォトダイオードアレイの中心画素に対するずれを
検出し、信号処理回路においてフォトダイオードアレイ
から信号を読み出すタイミングを、検出したずれの分だ
け逆にずらすことにより、検出信号ＳOUT においてＸ方
向画素およびＹ方向画素を表す部分の夫々の中心画素が
夫々基準画素に対応するように信号処理回路２８を構成
してもよい。この場合、マイクロコンピュータ３０から
みると、フォトダイオードアレイ２６Ｘ，２６Ｙの中心
画素が基準画素となっている時と同様であるので、従来
装置のマイクロコンピュータが行なう処理を変更するこ
となく、従来装置にも適用することができる。

【００５５】また、上記実施例では、基準画素を設定す
るために、検出素子部１０の真上方向から光を照射して
いるが、光の照射は真上方向からに限らず、検出素子部
１０の上部所定の角度を有する方向から光を照射し、こ
の時に検出される照射中心画素を基準画素としてもよ
い。

【００５６】また、上記実施例では、スリット２４ａ，
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
ているが、スリット２４ａ，２４ｂとフォトダイオード
アレイ２６Ｘ，２６Ｙとの間は、単なる空間にしてもよ
い。

【００５７】更に、上記実施例では、検出素子部１０
を、遮光膜２４に、Ｌ字状のスリット２４ａ，２４ｂを
形成し、受光部２６上に、１次元のフォトダイオードア
レイ２６Ｘ，２６Ｙを設けて構成しているが、図１３に
示すように、遮光膜２４にピンホール２４ｃを設け、受
光部２６上には、２次元のフォトダイオードアレイ２６
ＸＹを配置し、最も受光レベルの高いフォトダイオード
を検出することにより受光部２６上における受光位置を
検出するように構成してもよい。

【００５８】また更に、上記実施例では、検出素子部１
０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、受光部
を、屈折率が１．４〜１．５の透明な樹脂によりモール
ドし、樹脂の表面に遮光膜を形成することにより、検出
素子部１０を形成してもよい。また例えば、受光部を中
空のセラミックパッケージ内に収納し、そのセラミック
パッケージの上部開口部に遮光膜を形成したガラス基板
を設けることにより、検出素子部１０を形成してもよ
い。

【００５９】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。

【００６０】また更に、上記実施例では、二条のスリッ
ト２４ａ，２４ｂを一端で交差させてＬ字状に形成した
が、二条のスリットを互いに交差させて十字状のスリッ
トを形成する等、二条のスリットはその延長線上で交差
していればよい。また次に、上記二条のスリット２４
ａ，２４ｂ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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】この場合、光源に応じた分光感度（吸収ス
ペクトル）を有する光電変換素子を適宜選択して使用す
る必要がある。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光位置検
出装置においては、遮蔽板に設けられた光の導入口を透
過した光を、２次元的に配設された光電変換素子を用い
て検出するように構成されおり、光の照射角度を算出す
る際には、装置の上部所定方向から光を照射したとき
に、照射される中心に位置する画素を基準位置として記
憶し、この基準位置に基づいて照射角度の算出を行って
いる。

【００６５】従って、本発明の光位置検出装置によれ
ば、受光部における光電変換素子の組み付け状態に関わ
らず、光の導入口の真下に位置する画素が必ず基準位置
となるので、光電変換素子が、所定の取付位置からずれ
た状態で取付られていたとしても、基準位置が受光素子
の所定画素に固定されている従来装置のように、算出さ
れる照射角度の精度が悪化することがなく、常に良好な
精度を維持することができる。

【００６６】また、本発明の光位置検出装置において
は、組み付け後に基準位置の設定を行なうので、従来装
置のように光電変換素子を遮光板に設けられた光の導入
口の下の所定位置に精密に組み付ける必要がない。この
ため本発明の光位置検出装置によれば、製造が容易であ
り組み付けコストを下げることができる。

【００６７】また、より高精度な検出を行なう場合、画
素の面積を小さくして画素数を増やす必要があり、従来
装置ではこれに伴い、光電変換素子の組み付けをより精
度よく行なう必要があるが、本発明では、その必要がな
いため、容易に精度を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光位置検出装置の構成を例示するブ
ロック図である。

【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の検出素子部１０の構成を
表す説明図である。

【図５】 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６】 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７】 信号処理回路２８の回路構成を表す電気回路
図である。

【図８】 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９】 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１０】 マイクロコンピュータ３０で実行される基
準位置設定処理を表すフローチャートである。

【図１１】 マイクロコンピュータ３０で実行される照
射強度／方向算出処理を表すフローチャートである。

【図１２】 マイクロコンピュータ３０における処理の
具体的な動作を説明する説明図である。

【図１３】 遮光膜２４および受光部２６の他の構成例
を表す説明図である。

【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 ３１…外部スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−64611（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−180693（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−137815（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−71210（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/00 101 G01J 1/00 G01J 1/02 G01C 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の導入口が設けられた遮蔽板と該遮蔽
   板に所定の間隔をあけて対向配設され、光電変換素子を
   二次元的に配置した受光部と、 該受光部に配置された光電変換素子の出力を順次読み出
   して上記受光部上での光の照射位置を検出する照射位置
   検出手段と、 予め設定された基準位置からの上記照射位置検出手段に
   より検出された照射位置のずれに基づき光の照射角度を
   算出する照射角度算出手段と、 を備えた光位置検出装置であって、 上記遮蔽板の上部所定方向から光を照射したときに上記
   照射位置検出手段により検出された照射位置を予め記憶
   する照射位置記憶手段を設け、 上記照射角度算出手段が、上記照射位置記憶手段が記憶
   している照射位置を基準位置として光の照射角度を算出
   することを特徴とする光位置検出装置。
2. 【請求項２】 Ｌ字状スリットを有する遮光膜と、 前記遮光膜下に設けられ、２次元的に検出素子が配置さ
   れた受光部とを備え、入射する光の強度、入射方向を検
   出する光位置検出装置。