JP2002054991A

JP2002054991A - 光検出センサ

Info

Publication number: JP2002054991A
Application number: JP2000239859A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsukamoto; 武塚本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-02-20
Also published as: US20020024000A1

Abstract

(57)【要約】【課題】低仰角での光検出性に優れた光検出センサを提
供する。【解決手段】ハウジング２の上面にセンサチップ（受光
素子）３が配置されている。センサチップ３の上方にお
いて光学レンズ４により、入射した光を下面に開口する
凹部２３を通してチップ３側に案内する。センサチップ
３の上方において遮光板５により、光学レンズ４からの
光を透孔１８を通してチップ３に送る。光学レンズ４の
凹部２３の開口部と、遮光板５の透孔１８の上面側開口
部とは同一形状・同一寸法であるとともに、光学レンズ
４の凹部２３の開口部での外周縁と、遮光部板５の透孔
１８の上面側開口部での外周縁とが上下に一致した状態
で配置されている。光学レンズ４の下面と遮光板５の上
面とは接触している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光検出センサに係
り、例えば、車両空調システム等に使用される日射セン
サとして用いることができるものである。

【０００２】

【従来の技術】光検出センサとして、カーエアコンにお
ける左右独立空調（ゾーン空調）を行うために日射セン
サが用いられている（例えば、特開平１１−３３７４０
５号公報）。このゾーン空調用日射センサは方位検出性
に優れていることが求められる。詳しくは、更なる低仰
角での検出能力の向上を図りたいという要求がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、その目的は、低仰角での
光検出性に優れた光検出センサを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、入射した光は、光学レンズにおける下面に開口
する凹部を通して受光素子側に案内され、さらに、遮光
部材における透孔を通して受光素子に送られ、受光素子
において電気信号に変換される。このとき、光学レンズ
の凹部の開口部での外周縁と、遮光部材の透孔の上面側
開口部での外周縁とが上下に一致した状態で配置されて
いる。よって、光学系として、光学レンズの凹部から遮
光部材の透孔を光が通るときに連続する光路、即ち、光
学レンズの凹部の開口部と遮光部材の透孔の上面側開口
部とが連続する光路となり、光を効率よく受光素子に導
くことができ、低仰角での光を精度よく検出することが
できる。

【０００５】ここで、請求項２に記載のように、光学レ
ンズの凹部の開口部と、遮光部材の透孔の上面側開口部
とを同一形状・同一寸法にすると、より好ましいものと
なる。

【０００６】また、請求項３に記載のように、光学レン
ズの下面と遮光部材の上面とを接触させることにより、
光の散乱を抑制することができる。さらに、請求項４に
記載のように、遮光部材の透孔は、上面側に開口する部
位に、上側ほど径が大きくなる斜状部が形成されている
ものであると、実用上好ましいものとなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における
光検出センサとしての車両用日射センサは、カーエアコ
ンにおけるオートエアコンシステムに用いられる。この
オートエアコンシステムは、乗用車の前席での左右の乗
員に独立に温度制御でき、乗員が車室内の温度を希望の
温度に設定すると、左右独立温度制御を行い空調システ
ムの吹出し温度や風量などを自動調節することにより日
射の当たる側の温度を下げて日射の強さによる影響を自
動補正し、車室内温度を常に一定に保つようになってい
る。

【０００８】図１には、本実施の形態における車両用日
射センサの平面図を示す。図２には、図１のＡ−Ａ断面
図を示す。ただし、図１は、図２に示す光学レンズ（フ
ィルタ）４と遮光板５を取外した状態での平面図であ
る。図１において遮光板５の配置位置を二点鎖線にて示
す。

【０００９】図２において、車両用日射センサ１は、コ
ネクタを兼ねるハウジング２と、センサチップ３と、光
学レンズ４と、遮光板（スリット板）５と、ターミナル
６とを備えている。ハウジング２は、ケース７とホルダ
８から構成され、両部材７，８は共に合成樹脂よりな
る。ケース７は、円筒状をなし、立設した状態で使用さ
れる。また、ホルダ８は、ケース７内の上部に嵌入され
ている。ここで、ハウジング２がケース７とホルダ８に
て構成されていることから、ケース７を共通部材とし、
ホルダ８（受光素子実装部とコネクタ部）をセンサの仕
様毎に変えて用いることができる。

【００１０】図２に示すように、車両用日射センサ１が
自動車のダッシュパネル９のセンサ取付け孔９ａに対し
図２中、Ｘ方向に挿入されてダッシュパネル９に取付け
られる。

【００１１】ホルダ８の上面中央部にはセンサチップ３
が配置されている。また、ホルダ８には検出信号を外部
に出力するための外部出力端子としてのターミナル６が
インサート成形され、ホルダ８の中にターミナル６を埋
設した構造となっている。ターミナル６の一端がホルダ
８の下面から突出し、ターミナル６の他端がホルダ８の
上面に露出している（図１参照）。

【００１２】図１（図３参照）において、四角形状のセ
ンサチップ３には、方位角が「０」の基準となる軸Ｌce
ntの左側に右検出用フォトダイオードＤR が、右側に左
検出用フォトダイオードＤL が配置されるとともに、基
準となる軸Ｌcentの上に、中央検出用フォトダイオード
ＤC1及びＤC2が配置されている。フォトダイオードＤR
，ＤL ，ＤC1, ＤC2は入射する光の量（日射強度）に
応じた信号をそれぞれ出力する。

【００１３】センサチップ３の詳細を図３，４を用いて
説明する。センサチップ３は、受光素子であるフォトダ
イオードＤR ，ＤL ，ＤC1, ＤC2に加えて信号処理回路
１０を具備した光ＩＣである。センサチップ３は、チッ
プ３の中心に位置する円形の受光領域１１と、該領域１
１の周りの円弧状の受光領域１２，１３，１４を有して
いる。各領域１１〜１４は電気的に絶縁されている。よ
り詳しくは、図５に示すように、シリコン基板１５は、
ｐ型シリコン基板１５ａと、その上のｎ型エピタキシャ
ル層１５ｂからなり、ｎ型エピタキシャル層１５ｂの表
層部において、ｐ型領域１１，１２，１３，１４が形成
されている。ｐ型領域１２にてフォトダイオードＤR
を、ｐ型領域１３にてフォトダイオードＤL を、ｐ型領
域１４，１１にてフォトダイオードＤC1, ＤC2を構成し
ている。よって、各ｐ型領域１１〜１４がセンサチップ
３での受光部となる。さらに、図３において二点鎖線で
示すように、センサチップ３内での受光部１１〜１４で
ない場所（受光部の周辺）には信号処理回路１０が形成
（集積化）されている。

【００１４】一方、図１に示すように、センサチップ３
はターミナル６とボンディングワイヤー１６にて電気的
に接続されている。また、各ターミナル６の間には保護
素子（コンデンサ）１７が配置され、ターミナル６から
高電圧が印加されると、同保護素子１７を通してグラン
ド側に逃がすようになっている。

【００１５】図２において、光学レンズ４は、センサチ
ップ（受光素子）３の上方に配置され、入射した光をセ
ンサチップ３側に案内するためのものである。光学レン
ズ４に関して詳しくは、光学レンズ４は、着色ガラスや
樹脂（半透明材）よりなり、お碗型をなしている。この
光学レンズ４がホルダ８の外周面に嵌入され、センサチ
ップ３の上方においてハウジング２に支持されている。
さらに、光学レンズ４の内周面（下面）の中央部には凹
部２３が形成され、この凹部２３により光学レンズ４が
レンズ機能を持つことになる。そして、下面に開口する
凹部２３を通して光がセンサチップ３側に案内される。

【００１６】図２において、遮光部材としての遮光板５
は、センサチップ（受光素子）３の上方に配置され、光
学レンズ４からの光を透孔１８を通してセンサチップ３
に送るためのものである。遮光板５に関して詳しくは、
ホルダ８の上面に遮光板５がセンサチップ３を覆うよう
に支持されている。図５にはホルダ８の上面に配置され
る遮光板５の詳細を示す。

【００１７】図５において、遮光板５は遮光材料よりな
る。本例では遮光板５は樹脂製であるが、他の材料、例
えば金属製であってもよい。遮光板５はその中央部に上
下に貫通する透孔（スリット）１８が形成され、透孔１
８は円形をなしている。また、遮光部材５の透孔１８で
の上面側に開口する部位には、上側ほど径が大きくなる
斜状部（テーパー部）１８ａが形成されている。図１，
２に示すように、遮光板５は、透孔１８の中心がセンサ
チップ３の中心（受光部１１）と一致する状態で取付け
られている。そして、真上からの光によるセンサチップ
３上での光照射領域に対し、左側からの光はセンサチッ
プ３上での光照射領域が右側となり、また、右側からの
光はセンサチップ３上での光照射領域が左側となる。

【００１８】ここで、光学レンズ４の凹部２３の開口部
と、遮光板５の透孔１８の上面側開口部とが同一形状・
同一寸法であるとともに、光学レンズ４の凹部２３の開
口部での外周縁と、遮光板５の透孔１８の上面側開口部
での外周縁とを上下に一致させて配置している。また、
光学レンズ４の下面と遮光板５の上面とが接触してい
る。つまり、遮光板５の上面と光学レンズ４の下面とは
クリアランス「０」となっている。

【００１９】ホルダ８に関して、図２に示すように、ホ
ルダ８は水平方向に広がるプレート部１９を有し、プレ
ート部１９の上面中央にセンサチップ３が接着されてい
る。また、プレート部１９の上面での外周部には側壁部
２０が立設されている。この側壁部２０はセンサチップ
３の配置領域の周りに環状に形成されている。この側壁
部２０の内方において防湿剤（ポッテング剤）２１が充
填され、防湿剤２１にてセンサチップ３およびワイヤー
１６（図１参照）が覆われている。さらに、側壁部２０
の上面において図１に示すように遮光板搭載部２２ａ，
２２ｂが形成されている。各遮光板搭載部２２ａ，２２
ｂは平面形状として長方形をなし、両遮光板搭載部２２
ａ，２２ｂはセンサチップ３を挟んだ両側に位置してい
る。さらに、図２に示すように、遮光板搭載部２２ａ，
２２ｂの高さＨ１は側壁部２０の上面よりも高くなって
いる。そして、遮光板搭載部２２ａ，２２ｂの上面にお
いて接着剤により遮光板５が接着されている。

【００２０】このように、図２の高さＨ１の遮光板搭載
部２２ａ，２２ｂが設けられ、その上に遮光板５が組付
けられおり、ハウジング２の中で最も高い遮光板搭載部
２２ａ，２２ｂにおいて遮光板５が接着されるので、遮
光板５がハウジング２と干渉することが防止される。

【００２１】図６には、オートエアコンシステムの電気
的構成図を示す。４つのフォトダイオードＤR ，ＤL ，
ＤC1, ＤC2に対し信号処理回路１０が接続されている。
信号処理回路１０において、左検出用フォトダイオード
ＤL の出力電流と中央検出用フォトダイオードＤC1, Ｄ
C2の出力電流の１／２値とが加算されて左受光信号の出
力電流（＝ＩL ＋１／２・ＩC1＋１／２・ＩC2）として
抵抗２４（抵抗値；Ｒ）により電流−電圧変換されてマ
イコン２５に送られる。また、右検出用フォトダイオー
ドＤR の出力電流と中央検出用フォトダイオードＤC1,
ＤC2の出力電流の１／２値とが加算されて右受光信号の
出力電流（＝ＩR ＋１／２・ＩC1＋１／２・ＩC2）とし
て抵抗２４（抵抗値；Ｒ）により電流−電圧変換されて
マイコン２５に送られる。つまり、左検出用フォトダイ
オードＤL の出力と感度を下げた中央検出用フォトダイ
オードＤC1, ＤC2の出力により左受光信号Ｖ１が得ら
れ、右検出用フォトダイオードＤR の出力と感度を下げ
た中央検出用フォトダイオードＤC1, ＤC2の出力により
右受光信号Ｖ２が得られる。この両信号Ｖ１，Ｖ２によ
り、日射の強さと日射が当たっている側（運転席あるい
は助手席）が分かる。具体的には、日射量が出力の総和
（＝Ｖ１＋Ｖ２）にて、方位が出力比（＝Ｖ１／（Ｖ１
＋Ｖ２）またはＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２））にて検出でき
る。

【００２２】マイコン２５にはエアコンユニット２６が
接続され、エアコンユニット２６はブロワ、クーラ、ヒ
ータ等を含むものであり、車両のインパネ内に搭載され
ている。マイコン２５は前述の２つの信号Ｖ１，Ｖ２に
基づいて日射量と方位（左右）を検出して、左右の光強
度からエアコンユニット２６を制御して日射の当たる側
（運転席あるいは助手席）の吹出し風量を増やし、温度
を下げる。このようにして、カーエアコンの左右独立空
調が行われる。

【００２３】次に、本センサの光学系について図７を用
いて説明する。入射した光は光学レンズ４において屈折
して凹部２３を通してセンサチップ３側に向かい（案内
され）、遮光板５に照射される。つまり、日射センサの
表面（光学レンズ４）に照射された光は、レンズ材の屈
折率と形状により光路変更されレンズ４内を進み、セン
サチップ３に向かって出射される。さらに、光は遮光板
５の透孔１８を通してセンサチップ３に送られる。そし
て、この光照射によりフォトダイオードＤR ，ＤL ，Ｄ
C1, ＤC2（図３参照）おいて電気信号に変換されて電気
信号が取り出される。

【００２４】このとき、光学レンズ４の凹部２３の開口
部での外周縁と、遮光板５の透孔１８の上面側開口部で
の外周縁とが上下に一致した状態で配置されている。よ
って、光学系として、光学レンズ４の凹部２３から遮光
板５の透孔１８を光が通るときに連続する光路、即ち、
光学レンズ４の凹部２３の開口部と遮光板５の透孔１８
の上面側開口部とが連続する光路となり、光を効率よく
センサチップ（受光素子）３に導くことができるととも
に、低仰角での光を精度よく検出することができる。そ
の結果、ゾーン空調用日射センサに要求される方位検出
性に優れるものとなる。

【００２５】このように、図７に示すごとく低仰角の光
が入射した時にも、光が精度よく受光素子に導かれて、
センサ出力の向上を図ることができ、精度よく検出する
ことができる。換言すれば、効率よく検出できることで
小型の日射センサとすることができる。

【００２６】更に説明を加えると、遮光板５の透孔１８
の上面側開口部での外周縁が、光学レンズ４の凹部２３
の開口部での外周縁よりも内側に位置すると、低仰角の
光を光学レンズ４の凹部２３から遮光板５の透孔１８に
効率よく導くことができず、受光素子での検出の際に受
光素子の出力が低下してしまう。一方、遮光板５の透孔
１８の上面側開口部での外周縁が、光学レンズ４の凹部
２３の開口部での外周縁よりも外側に位置すると、光学
レンズ４の凹部２３から遮光板５の透孔１８に光を導く
時に光が散乱して、余計な光を検出してしまい、検出精
度の低下を招く。

【００２７】また、光学レンズ４の凹部２３の開口部
と、遮光板５の透孔１８の上面側開口部とが同一形状・
同一寸法で、かつ、光学レンズ４の下面と遮光板５の上
面とを接触させていることにより、光の散乱を抑制する
ことができる（光の散乱の影響を受けにくい）。

【００２８】これまでの説明においては受光素子として
フォトダイオードを用いてきたが、他にも例えばフォト
トランジスタを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における車両用日射センサの平面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】センサチップの平面図。

【図４】センサチップの説明図。

【図５】遮光板を示す図。

【図６】オートエアコンシステムの電気的構成図。

【図７】光学系を説明するための図。

【符号の説明】

１…車両用日射センサ、２…ハウジング、３…センサチ
ップ、４…光学レンズ、５…遮光板、１８…透孔、１８
ａ…斜状部、２３…凹部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング（２）と、前記ハウジング（２）の上面に配置された受光素子
（３）と、前記受光素子（３）の上方において、入射した光を、下
面に開口する凹部（２３）を通して受光素子（３）側に
案内する光学レンズ（４）と、前記受光素子（３）の上方において、前記光学レンズ
（４）からの光を透孔（１８）を通して受光素子（３）
に送る遮光部材（５）と、を備えた光検出センサであっ
て、光学レンズ（４）の凹部（２３）の開口部での外周縁
と、遮光部材（５）の透孔（１８）の上面側開口部での
外周縁とを上下に一致させたことを特徴とする光検出セ
ンサ。
【請求項２】請求項１に記載の光検出センサにおい
て、光学レンズ（４）の凹部（２３）の開口部と、遮光部材
（５）の透孔（１８）の上面側開口部とを同一形状・同
一寸法にしたことを特徴とする光検出センサ。
【請求項３】請求項２に記載の光検出センサにおい
て、光学レンズ（４）の下面と遮光部材（５）の上面とが接
触していることを特徴とする光検出センサ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の光
検出センサにおいて、遮光部材（５）の透孔（１８）は、上面側に開口する部
位に、上側ほど径が大きくなる斜状部（１８ａ）が形成
されているものであることを特徴とする光検出センサ。