(57)【要約】【課題】  良好な精度を維持しつつ、アクチュエータの小型化、コスト低減ができ、ひいては、装置の小型化、コスト低減ができる温度分布測定装置を提供すること。【解決手段】  赤外線を検出する素子を複数列状に配置したセンサアレイ５と、センサアレイ５を揺動させるステップモータ３と、揺動位置を検出するフォトインタラプタ７と、ステップモータ３を制御する制御回路８と、センサアレイ５と制御回路８とを接続し、且つ揺動へ与える負荷を抑制するよう折り畳む構造にしたフラットケーブル９と、装置全体を覆う筐体２と、筐体２の開口を覆った窓部材２１とを備えた。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検出する素子を複数列状に配置した赤外線アレイと、
赤外線の検出を面状に行なうよう前記赤外線アレイを揺動させるアクチュエータと、
前記赤外線アレイの揺動位置を検出する揺動位置検出手段と、
前記アクチュエータの揺動駆動を制御する制御回路と、
前記赤外線アレイと前記制御回路とを接続する電線と、
前記電線の揺動へ与える負荷を抑制する負荷抑制手段と、
装置全体を覆い、且つ前記赤外線アレイが揺動範囲を開口させた筐体と、
赤外線を透過する部材で前記筐体の開口を覆った窓部材と、
を備えることを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記負荷抑制手段は、
電線をフラットケーブルとし、折り畳む構造にして伸縮する蛇腹の動きを行うものである、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記負荷抑制手段は、
電線をそれぞれ仕切るようにし、且つたわませて巻きつけ、余裕分の送り出しにより伸縮させるものである、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記負荷抑制手段は、
電線の途中をたわみ方向が変わらないように固定するものである、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、車室内に空調のために車室内の温度を分布で測定する温度分布測定装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、車室内に赤外線を照射する赤外線LEDと１次元PSD（光学式位置検出素子）を配置し、１次元PSDをX方向に回動させるX軸用モータと、１次元PSDをY方向に回動させるY軸用モータとを設けて、１次元PSDをX軸方向及びY軸方向に回動させて、車室内をスキャンさせて、測定された距離分布より、助手席の乗員の有無等を判断している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１１９７１０号公報（第２−９頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術を温度分布測定装置に転用したものでは、装置の小型化、コストの低減が充分ではなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、良好な精度を維持しつつ、アクチュエータの小型化、コスト低減ができ、ひいては、装置の小型化、コスト低減ができる温度分布測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、赤外線を検出する素子を複数列状に配置した赤外線アレイと、赤外線の検出を面状に行なうよう前記赤外線アレイを揺動させるアクチュエータと、前記赤外線アレイの揺動位置を検出する揺動位置検出手段と、前記アクチュエータの揺動駆動を制御する制御回路と、前記赤外線アレイと前記制御回路とを接続する電線と、前記電線の揺動へ与える負荷を抑制する負荷抑制手段と、装置全体を覆い、且つ前記赤外線アレイが揺動範囲を開口させた筐体と、赤外線を透過する部材で前記筐体の開口を覆った窓部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、良好な精度を維持しつつ、アクチュエータの小型化、コスト低減ができ、ひいては、装置の小型化、コスト低減ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の温度分布測定装置を実現する実施の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の温度分布測定装置の正面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【０００９】
実施例１の温度分布測定装置１は、筐体２、ステップモータ３、基板４、センサアレイ５、反射板６、フォトインタラプタ７、制御回路８、フラットケーブル９、台座１０を主な構成としている。
筐体２は、装置の各部を覆うものであり、検出面として一部を開口している。この開口面を塞ぐように、窓部材２１を設ける。窓部材２１は、赤外線を透過するポリエチレンフィルム等でできており、検出する面状の範囲、つまりセンサアレイ５の必要な視野角を遮らない大きさにする。
【００１０】
ステップモータ３は、マイクロステップ駆動又はギア付ステップモータであり、駆動制御によりステップする作動を行なう。
基板４は、センサアレイ５の検出に関する回路及びセンサアレイ５を実装し、ステップモータ３の出力軸に取り付けられる。また、基板４の端部には、反射板６を取り付ける。
センサアレイ５は、窓部材２１を透過して外部の温度分布を検出する。赤外線検出素子の配列方向を水平方向とし、垂直方向へ移動させることにより、検出範囲を面状にしている。
【００１１】
フォトインタラプタ７は、発光部と受光部を有し、所定の範囲に反射板６が位置する間、発光部の発光を反射板６で反射し、受光部で受光することで、センサアレイ５の回転位置を検出する。
ステップモータ３、フォトインタラプタ７、センサアレイ５の制御信号等は、電線を介して制御回路８へ接続する。
センサアレイ５と制御回路８との接続電線は、センサアレイ５の配列方向に各素子用の電線を接続したフラットケーブル９にする。
【００１２】
フラットケーブル９は、センサアレイ５の配列方向を横として、縦に折り畳んだ蛇腹状にし、筐体２内に設けられた台座１０上に置くように配置する。
【００１３】
図３は温度分布測定装置１の制御回路８のブロック図である。
制御回路８は、マイクロコンピュータ８１、駆動回路８２、増幅回路８３を主要な構成としている。
マイクロコンピュータ８１は、駆動回路８２に対し、ステップモータ３の制御信号をポートより出力する。また、フォトインタラプタ７の受光信号をA/D2で取り込む。また、センサアレイ５に対して、素子切替信号等制御信号をポートより出力し、各素子の出力を増幅回路８３からA/D0で取り込み、センサアレイ５に内蔵された基準温度信号をA/D1で取り込む。また、PC等外部機器と受信、送信ポートにて送信し、温度データ等をやり取りする。
【００１４】
駆動回路８２は、マイクロコンピュータ８１からの指令に従ってステップモータ３を駆動する。
増幅回路８３は、センサアレイ５の出力を増幅して、マイクロコンピュータ８１へ出力する。
【００１５】
次に作用を説明する。
【００１６】
[温度分布測定装置について]
本願の温度分布測定装置では、従来の技術における位置検出素子を赤外線検出素子に用いたものに対して、車両への搭載を容易にするためにコスト低減と小型化の両立性から、赤外線検出素子（センサ）を水平方向に複数配列したサーモパイル赤外線センサアレイ、つまりセンサアレイ５を用いて、水平方向への揺動の必要性をなくし、これに関する構成を省略することで、コスト低減と小型化の両立をはかっている。
【００１７】
しかしながら、この構成を採用することにより、以下の問題を生じた。
赤外線透過可能な材質の前面カバーでは、内部温度が上昇しやすいという問題がある。
センサアレイ５の揺動部分を開放すると、物の挟みこみを生じる可能性がでてくる。
また、エアコンからの温風又は冷風による影響で、センサ出力が温度不均衡になり不安定になる可能性がある。
また、センサアレイ５に接続される電線によるたわみ方向が変化する際の引っ張り力により、揺動方向が変化する際にステップモータ３が脱調し、上がり方向と下がり方向で位置が異なる。
【００１８】
本実施例１の温度分布測定装置では、これらの問題点を解消している。
【００１９】
[温度分布測定処理]
図４は、温度分布測定装置の制御回路８で実行される温度分布測定処理の流れを示す４つのフローチャートである。
(a)メイン処理
図４(a)に示す処理に対して、図４(b)〜(d)の処理が割り込み処理を行なう。
マイクロコンピュータ８１に電源が入るとリセットがかかる。リセットが解除されると、ステップＳ１００の処理が始まる。
【００２０】
ステップＳ１０１では、スタックポインタをセットする。
【００２１】
ステップＳ１０２では、タイマー、A/D、ポート、割り込み等のレジスタをセットする。なお、ステップＳ１１０〜Ｓ１１５に示す定時割り込み、ステップＳ１２０〜Ｓ１２４に示す受信割り込み、ステップＳ１３０〜Ｓ１３４に示す送信割り込みが可能なように設定する。
【００２２】
ステップＳ１０３では、割り込み解除を行なう。
以降ループする。
【００２３】
(b)定時割り込み処理
【００２４】
割り込み解除後で一定の時間が経過する毎に、定時割り込みが発生し、ステップＳ１１０以降の処理が始まる。
【００２５】
ステップＳ１１１では、フォトインタラプタ７の受光信号をA/D２で取り込み、センサアレイ５に内蔵された基準温度信号をA/D1で取り込み、センサアレイ５の各素子の出力を増幅回路８３で増幅した信号をA/D0で取り込む。
【００２６】
ステップＳ１１２では、ステップモータ３が必要角度動作した後、A/D1で取り込んだセンサアレイ５に内蔵された基準温度信号と、A/D0で取り込んだセンサアレイ５の各素子の出力を増幅回路８３で増幅した信号により各素子毎の取り込んだ対象温度を計算する。A/D0で取り込んだセンサアレイ５の各素子の出力について、次の素子の出力を取り込むために素子の切替信号を出力する。
【００２７】
ステップＳ１１３では、位置決め前の時、A/D2で取り込んだフォトインタラプタ７の受光信号が反射板６にて発光信号が反射された場合に位置決めできたものとする。
【００２８】
ステップＳ１１４では、センサアレイ５の各素子の出力を全て取り込んだ場合、次の角度に移動するため、ステップモータ３を駆動する。端まで駆動されたら、移動する角度の方向を逆にし、最初の角度位置に達するまでゆっくり移動させる。
【００２９】
ステップＳ１１５では、割り込み処理から復帰する。
【００３０】
(c)受信割り込み処理
割り込み解除後で外部機器から通信データを受信する毎に、受信割り込みが発生し、ステップＳ１２０以降の処理が開始する。
【００３１】
ステップＳ１２１では、受信したデータを受信バッファに記憶する。
【００３２】
ステップＳ１２２では、全ての受信データを受信したかどうかを判断し、全て受信したならばステップＳ１２３に進み、まだ全て受信していない場合には、ステップＳ１２４へ進む。
【００３３】
ステップＳ１２３では、受信バッファに記憶された受信したデータを解析し、必要な処理を行なう。また、応答を外部機器に送信するため、送信割り込みを許可して最初のデータを送信する。
【００３４】
ステップＳ１２４では、割り込みから復帰する。
【００３５】
(d)送信割り込み処理
割り込み解除後で外部機器から通信データへ送信終了する毎に、送信割り込みが発生し、ステップＳ１３０以降の処理が開始される。
【００３６】
ステップＳ１３１では、次に送信するデータを送信バッファより取り出して送信する。
【００３７】
ステップＳ１３２では、送信バッファのデータを全て送信したかどうかを判断し、全て送信したならばステップＳ１３３へ進み、まだ全て送信していないならばステップＳ１３４へ進む。
【００３８】
ステップＳ１３３では、送信割り込みから復帰する。
【００３９】
ステップＳ１３４では、割り込みから復帰する。
【００４０】
[温度分布測定]
本実施例１における揺動動作について、まず説明する。
まず、所定の検出範囲の始め位置である位置決め位置まで、最初に動作させる。その後、検出範囲として８０°まで検出速度で５°毎揺動させる。
８０°に達したら、７５°までのターンする動きを行い、以降検出速度で５°毎動かす。
０°に達したら、５°までのターンする動きを行い、以降、これを繰り返す。
５°毎に一定時間待った後、センサアレイ５の各素子の温度を取り込む。取り込み終了したら、次の角度まで動かすようにする。なお、角度値については、任意の値でよく必要に応じて決めればよい。
【００４１】
本実施例１では、８０°の揺動をするため、インストパネルの運転席側の上半身が８０°内に入る位置に配置すれば乗員、特に運転者の体の温度分布が分かる。また、ルームミラー近辺に置けば、運転席及び助手席の温度分布が分かる。さらに大きく揺動させ、ルームランプ近辺に置けば、全席の温度分布が分かる。
【００４２】
また、センサアレイ５をステップモータ３の軸上に基板４を置いて実装しているが、基板４の位置をずらしてセンサアレイ５のレンズ部をステップモータ３の軸上にすると、窓部材２１の大きさが狭くなる。このような配置にしてもよい。
【００４３】
また、本実施例１の温度分布測定装置１では、センサアレイの配列位置は一定であり、正確である。また、このことから、面で検出される温度分布への補正が可能となる。よって、センサアレイ５を用いたマトリクスの温度データが正確に取り込める。
さらに、センサアレイ５を直接揺動させることにより、広角度に光学的歪がない温度分布を測定する。
【００４４】
[電線の影響抑制作用]
本実施例１の温度分布測定装置１では、センサアレイ５と制御回路８の接続線をフラットケーブル９にし、複数回折り畳むことにより、引っ張り力が軽減され、ステップモータ３の脱調が起きなくなり、ステップモータ３がスムーズに動くことにより上がり方向、下がり方向共に同じ角度位置で温度分布が測定される。
さらに、詳細に説明する。本実施例１の温度分布測定装置１では、マトリクス状の測定を精度よく行うように、ステップモータ３を採用し、コスト低減と小型化のために、定格トルクの小さいものを用いている。そのため、複数の素子それぞれと、制御回路８を接続する電線が問題となる。電線に比較的曲がりにくいものを用いると、その強度により、センサアレイ５の揺動に対して負荷を与えることになり、ステップモータ３の脱調につながる。また、単に電線を柔らかくしたのでは、センサアレイの複数の素子それぞれの電線が繰り返す揺動により、からまるなどして、かえって大きな負荷を与えて脱調させる可能性を大きくする。
【００４５】
そのため、実施例１では、電線をフラットケーブル９にすることで、電線がからまることなどを防止し、フラットケーブル９を折り畳んだ状態で、台座１０上に置くように配置することで、蛇腹状の伸び縮みにより、揺動の際にフラットケーブル９が負荷とならないようにしている。
【００４６】
次に、効果を説明する。
【００４７】
実施例１の温度分布測定装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００４８】
(1)赤外線を検出する素子を複数列状に配置したセンサアレイ５と、赤外線の検出を面状に行なうようセンサアレイ５を揺動させるステップモータ３と、センサアレイ５の揺動位置を検出するフォトインタラプタ７と、ステップモータ３の揺動駆動を制御する制御回路８と、センサアレイ５と制御回路８とを接続し、且つ揺動へ与える負荷を抑制するよう折り畳む構造にしたフラットケーブル９と、装置全体を覆い、且つセンサアレイ５が揺動範囲を開口させた筐体２と、赤外線を透過する部材で筐体２の開口を覆った窓部材２１と、を備えるため、良好な精度を維持しつつ、アクチュエータの小型化、コスト低減ができ、ひいては、装置の小型化、コスト低減ができる。
【００４９】
(2)負荷抑制手段は、電線をフラットケーブル９とし、折り畳む構造にして伸縮する蛇腹の動きを行うものであるため、蛇腹の動きで、フラットケーブルの強度が揺動に影響を与えないようにして、ステップモータ３の脱調を防止し、ステップモータ３を小さい定格トルクで成立させ、さらに小型化でコストが低減できる温度分布測定装置にする。
【実施例２】
【００５０】
実施例２の温度分布測定装置は、電線をガイドにたまわせつつ巻きつけた例である。
図５は、実施例２の温度分布測定装置の断面図である。図６は、ガイドの説明図である。
実施例２では、図６に示すように、センサアレイ５の素子数を７つとし、それぞれの素子と制御回路８を電気的に接続する電線１１ａ〜１１ｇを設ける。
また、筐体２内部には、ガイド１２を設ける。ガイド１２は、図６に示すように、電線１１ａ〜１１ｇを巻きつける棒状部材１２ａと、棒状部材１２ａの外周を素子数に対応して、７つの区画に仕切る仕切部１２ｂからなる。
電線１１ａ〜１１ｇは、仕切られたそれぞれの区画の棒状部材１２ａに、余裕を持たせてたわませるように巻きつける。この巻きつけは複数回にする。そしてその、両端をそれぞれ、センサアレイ５の各素子、制御回路８に接続する。よって、実施例１のフラットケーブル９、台座１０は設けない。その他構成は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
作用を説明する。
[電線の影響抑制作用]
実施例２の温度分布測定装置１では、揺動により、電線１１ａ〜１１ｇを引っ張ると、電線１１ａ〜１１ｇはガイド１２の棒状部材１２ａに対し、たわませて巻きつけているので、そのたわませた余裕分を小さくするようにして、その分、電線１１ａ〜１１ｇをセンサアレイ５側、つまり揺動側へ送り出す。また、揺動によりセンサアレイ５が電線１１ａ〜１１ｇをたわませようとすると、電線１１ａ〜１１ｇは、棒状部材１２ａに対するたわませた余裕分を復帰させるようになり、巻いた巻線部分に吸収される。
【００５２】
これにより、電線１１ａ〜１１ｇが、センサアレイ５へ引っ張り力や押す力を加えることがないため、ステップモータ３への負荷が抑制される。
よって、ステップモータ３は定格トルクの小さい小型化、低コストなものでも装置のシステムが成立する。
また、センサアレイ５に接続される電線１１ａ〜１１ｇをガイド１２に複数回たわませながら通すことにより、引っ張り力が軽減されステップモータ３の脱調が起きなくなり、ステップモータ３がスムーズに動くことにより上がり方向、下がり方向共に同じ角度位置で温度分布が測定される。
【００５３】
効果を説明する。実施例２の温度分布測定装置にあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(3)前記負荷抑制手段は、電線１１ａ〜１１ｇをそれぞれ仕切部１２ｂで仕切るようにし、且つ棒状部材１２ａにたわませて巻きつけ、余裕分の送り出しにより伸縮させるものであるため、たわませた余裕分の送り出しと余裕分の吸収により、フラットケーブルの強度が揺動に影響を与えないようにして、ステップモータ３の脱調を防止し、ステップモータ３を小さい定格トルクで成立させ、さらに小型化でコストが低減できる温度分布測定装置にする。
【実施例３】
【００５４】
実施例３の温度分布測定装置は、センサアレイ５と制御回路８を接続する電線の途中をクリップ体で固定した例である。
図７は、実施例３の温度分布測定装置の断面図である。図８は、クリップ体の説明図である。
実施例３では、図８に示すようにセンサアレイ５の素子数を６つとし、それぞれの素子と制御回路８をそれぞれの電線１３ａ〜１３ｆで電気的に接続する。
さらに、センサアレイ５の揺動に対する電線１３ａ〜１３ｆのたわみ方向が同じ方向になるように、電線１３ａ〜１３ｆの途中を筐体２に固定する。
電線１３ａ〜１３ｆの固定は、クリップ体１４により行う。クリップ体１４は、図８に示すように２体からなり、一方には、電線１３ａ〜１３ｆのそれぞれを区分けして収容するための凹部を設ける。これと対向する側は、平面板にして、凹部と平面とで電線１３ａ〜１３ｆのそれぞれを固定する。このクリップ体１４は、筐体２内に固定する。
【００５５】
作用を説明する。
[電線の影響抑制作用]
実施例３の温度分布測定装置１では、クリップ体１４により、電線１３ａ〜１３ｆを区分けして固定するので、電線同士がからまるようなことがない。さらに、途中を固定する際には、センサアレイ５の揺動に対するたわみ余裕分をセンサアレイ５側に有するように固定する。また、揺動に対して、必要充分な長さにし、伸びた状態になることなく、且つ無理な曲げが生じない長さ、強度にする。すると、電線１３ａ〜１３ｆのたわみ方向は、揺動が繰り返されても固定することになる。
よって、揺動する動きに対し、電線１３ａ〜１３ｆは、たわみ量がスムーズに増減するのみとなり、センサアレイ５へ引っ張り力や押す力を加えることがないため、ステップモータ３への負荷が抑制される。
よって、ステップモータ３は定格トルクの小さい小型化、低コストなものでも装置のシステムが成立する。
【００５６】
また、センサアレイ５に接続される電線１３ａ〜１３ｆをたわみ方向が変わらないようにすることにより、引っ張り力が軽減されステップモータの脱調が起きなくなり、ステップモータ３がスムーズに動くことにより上がり方向、下がり方向共に同じ角度位置で温度分布が測定できるようになった。
【００５７】
効果を説明する。実施例３の温度分布測定装置にあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(4)負荷抑制手段は、電線の途中をたわみ方向が変わらないように固定するクリップ体１４であるため、ステップモータ３の脱調を防止し、ステップモータ３を小さい定格トルクで成立させ、さらに小型化でコストが低減できる温度分布測定装置にする。
【００５８】
以上、本発明の温度分布測定装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５９】
実施例２のたわませた巻き付け、実施例３の途中の固定は、フラットケーブルに対して行うようにしてもよい。
【００６０】
例えば、アクチュエータは、ステップモータ以外であってもよい。
【００６１】
実施例１では、揺動位置の検出を反射板とフォトインタラプタで行っている。つまり、反射板の反射が行われている間が、所定の検出範囲となるのである。これに対し、反射と非反射をさらに複数繰り返すようにしてもよい。また、別の検出手段を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本願の温度分布測定装置は、移動体や建物など、一定の空間を有する物への利用が容易である。また、他の検出装置への利用も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１の温度分布測定装置の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】温度分布測定装置の制御回路のブロック図である。
【図４】温度分布測定装置の制御回路で実行される温度分布測定処理の流れを示す４つのフローチャートである。
【図５】実施例２の温度分布測定装置の断面図である。
【図６】実施例２の温度分布測定装置のガイドの説明図である。
【図７】実施例３の温度分布測定装置の断面図である。
【図８】実施例３の温度分布測定装置のクリップ体の説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  温度分布測定装置
２  筐体
２１  窓部材
３  ステップモータ
４  基板
５  センサアレイ
６  反射板
７  フォトインタラプタ
８  制御回路
８１  マイクロコンピュータ
８２  駆動回路
８３  増幅回路
９  フラットケーブル
１０  台座
１１  電線（１１ａ〜１１ｇ）
１２  ガイド
１２ａ  棒状部材
１２ｂ  仕切部
１３  電線（１３ａ〜１３ｆ）
１４  クリップ体
【図１】
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【図２】
2007010424.tif 000004
【図３】
2007010424.tif 000005
【図４】
2007010424.tif 000006
【図５】
2007010424.tif 000007
【図６】
2007010424.tif 000008
【図７】
2007010424.tif 000009
【図８】
2007010424.tif 000010