JP2019090661A - 日射センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、車内空間に照射される日射光を検出する日射センサに関し、車内において視覚的に認識される光学素子の１面側を平面構造とし、認識され難い日射センサを提供する。【解決手段】本開示の一態様における日射センサは、パッケージ１０と受光素子２０と光学素子３０とを備え、光学素子３０は、第１面３１と第２面３２を有し、第１面３１は、平面で構成されており、第２面３２は、第１領域３３と、第１領域３３を囲む第２領域３４と、第２領域３４を囲む第３領域３５と、第３領域３５を囲む第４領域３６を有し、第１領域３３は、受光素子２０の側に突出したＶ字形状であり、第２領域３４は、受光素子２０の側に突出した凸状の湾曲面であり、第３領域３５は、受光素子２０と反対側に窪んだ凹状の湾曲面であり、第４領域３６の外周部の少なくとも一部は、パッケージ１０で支持されている。【選択図】図１

Description

本開示は、車内空間へ照射される日射光を検出する日射センサに関する。

従来の日射センサを図８に示す。日射センサ８０は、パッケージ８１の内部に配置された受光素子８２の上方に光学素子８３が配置された構造となっている。光学素子８３は、日射光が照射される第１面８４と、受光素子８２と対向する第２面８５を有する。第１面８４は、集光作用を得るため上方に突出した凸レンズ形状となっている。また、第２面８５は、中心軸９０を中心とした第１領域８６と、第１領域８６の外周に位置する第２領域８７と、第２領域８７の外周に位置する第３領域８８を有している。第１領域８６は、下方に突出した円錐面であり、光学素子８３の直上から入射する日射光を遮光する作用を有している。第２領域８７は、上方に窪んだ凹状の湾曲面であり、中心軸９０に対して斜め入射した日射光を受光素子８２の側に発散させる作用を有している。第３領域８８は、受光素子８２の側に突出した凸状の湾曲面であり、光学素子８３外周部分に入射した日射光を受光素子８２に集光させる作用を有している。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平１０−６５１９０号公報

一方、日射センサ８０は、光学素子８３の第１面８４が上方に突出した凸レンズ形状となっているため、車内空間において日射センサ８０の存在が視覚的に認識可能な存在となっており、車内空間におけるデザイン性に影響を与えてしまうという問題を有していた。

そこで、本発明は、車内空間において視覚的に認識しにくい日射センサを提供する。

本開示の一態様における日射センサは、パッケージと受光素子と光学素子とを備え、光学素子は、日射光が入射される第１面と、入射された日射光が出射される第２面を有し、第１面は、平面で構成されており、第２面は、第１領域と、第１領域を囲む第２領域と、第２領域を囲む第３領域と、第３領域を囲む第４領域を有し、第１領域は、受光素子の側に突出したＶ字形状であり、第２領域は、受光素子の側に突出した凸状の湾曲面であり、第３領域は、受光素子と反対側に窪んだ凹状の湾曲面であり、第４領域の外周部の少なくとも一部は、パッケージで支持されている。

このような構成により、本開示は、車内空間において視覚的に認識しにくい日射センサを提供する。

図１は、本開示の一実施形態における日射センサの断面図である。 図２は、本開示の日射センサを構成する光学素子の部分断面図である。 図３は、本開示の日射センサに対して日射光が真上から入射した場合の光路図である。 図４は、本開示の日射センサに対して日射光が斜め入射した場合の光路図である。 図５は、本開示の日射センサの受光特性の指向性を示す特性図である。 図６は、本開示の第２の実施形態における日射センサを示す断面図である。 図７は、本開示の第３の実施形態における日射センサを示す断面図である。 図８は、従来の日射センサの断面図である。

以下では、本開示の実施の形態に係る日射センサについて図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。

図１は日射センサの要部構成を示す断面図である。図２は、日射センサの一部を部分的に拡大した部分断面図である。

日射センサ１００は、パッケージ１０と、受光素子２０と光学素子３０を有している。

パッケージ１０は上方に向って開口した収容部１１を有する。収容部１１は底面１２と底面１２を囲む壁面１３を有する形状である。パッケージ１０は樹脂成形体からなる。樹脂成形体の材料は、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート樹脂）やＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂）などのプラスチック樹脂を用いることができる。

受光素子２０は、日射光の近赤外線を検出する。検出波長は７５０〜１１００ｎｍである。受光素子２０は受光面２１を有し、受光面２１に入射した近赤外線の光量に応じた電気信号を出力する。受光素子２０は、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。

光学素子３０は、収容部１１を覆うようにパッケージ１０の上面に配置される。光学素子３０は、光学樹脂により成形される。光学樹脂は、ポリカーボネートなどの光透過性を有するプラスチック樹脂を用いることができる。光学素子３０は、第１面３１と第２面３２を有する。第１面３１は日射光が入射する側の面である。第２面３２は、第１面３１と反対側の面であり、光学素子３０に入射された日射光が出射される面である。

第１面３１は平面である。

第２面３２は、中心軸４０を中心とする第１領域３３と、第１領域３３の外周に位置する第２領域３４と、第２領域３４の外周に位置する第３領域３５と、第３領域３５の外周に位置する第４領域３６とを有している。第１領域３３は、受光素子２０の側（下方）に突出した円錐面であり、断面がＶ字状となっている。なお、円錐面の底面に相当する領域の外周円は、上面視において受光素子２０の受光面２１の外周を内側に含んでいる。第２
領域３４は、前記受光素子２０の側に突出した凸状の湾曲面である。つまり、第２領域３４は、日射光に対して正の屈折力を有している。第２領域３４は、入射した日射光に対して集光作用を有する。第３領域３５は、受光素子２０と反対側（上方）に突出した凹状の湾曲面である。つまり、第３領域３５は、日射光に対して負の屈折力を有している。つまり、第３領域３５は、入射した日射光に対して発散作用を有する。なお、光学素子３０は、第１領域３３の外周から第３領域３５の外周に向って徐々に厚みが増加している。光学素子３０の厚みは、第１領域３３の外周すなわち第２領域３４の内周、第２領域３４の外周すなわち第３領域３５の内周、第３領域３５の外周すなわち第４領域３６の内周の順で大きくなる。 なお、第４領域３６は、パッケージ１０の外周部に接続されている。第４領域３６は日射光に対して特に光学的な処理は行っていない。パッケージ１０の開口は、光学素子３０により覆われている。

次に、日射センサ１００の集光動作について図３、図４を用いて説明する。

図３は、日射センサ１００に対して日射光が真上から入射する場合の光路を示す光路図である。図中の矢印は日射光の光路を示している。光学素子３０の第１面３１は平面であり、第１面３１に入射した日射光は直進する。第２面３２の第１領域３３は下側に向けて突出した円錐面であり、中心軸４０に対して傾斜している。円錐面は、真上から入射される日射光に対して全反射の条件を満たしている。つまり、第１領域３３に入射する日射光は、円錐面により全反射されるのでほとんどの光が受光素子２０には到達しない。また、第２領域３４及び第３領域３５に入射する日射光は、それぞれの屈折作用によりほとんどの光が受光素子２０には到達しない。なお、第１領域３３の頂部を通る日射光は受光面２１に到達するが、光量が少なく検出結果に対して実質的に影響を及ぼさない。

図４は、日射センサ１００に対して日射光が斜め入射する場合の光路を示す光路図である。中心軸４０に対する日射光の傾きは例えば５５°である。この場合、第１領域３３における円錐面は、入射する日射光に対して全反射条件を満たさない。つまり、日射光は第１領域３３を介して受光素子２０の側に透過する。日射光は、円錐面の前後における屈折率の差により屈折される。屈折された日射光の一部は受光素子２０に到達する。第２領域３４は、第２面３２が下方に向けて突出した凸状の湾曲面となっている。第２領域３４を透過する日射光は、正の屈折力により集束光に変換されて受光面２１に到達する。第３領域３５は、第２面３２が上方に窪んだ凹状の湾曲面となっている。第３領域３５を透過する日射光は、負の屈折力により発散光に変換されて一部が受光面２１に到達する。

日射センサ１００の受光特性を図５に示す。横軸は日射光の入射角を示す。縦軸は受光素子２０の感度を示す。なお、受光素子２０の感度とは、光学素子３０に入射した日射光の光量に対する受光面２１で受光した光量の割合を示すもので、入射角が５５°の時の最大検出感度を１として規格化している。なお、日射センサ１００の出力は、車内の空調制御に用いられる。そのため、車内における日射光の影響の有無を判定する閾値となる感度を０．７としている。日射センサ１００は日射光の入射角に対して指向性を有している。指向性の特徴は、入射角が、０°から３０°の範囲と０°から−３０°の範囲、および、７０°から９０°の範囲と−７０°から−９０°の範囲での感度が０．７より低くなる。入射角が、３０°から７０°の範囲と−３０°から−７０°の範囲における感度が０．７より高くなる。なお、入射角が７０°から９０°の範囲と−７０°から−９０°の範囲は、太陽の位置が水平線に近い、日の出、日の入りの状態を示すもので、この角度範囲における感度が低くなるように設定されている。入射角が０°から３０°の範囲と０°から−３０°の範囲は、太陽の位置が真上に近く、車のルーフで遮光される状態を示すもので、この角度範囲における感度が低くなるように設定されている。

以上のように、本開示における日射センサ１００は、光学素子３０の第１面３１が平面
とすることで、光学素子３０における従来の凸レンズ面がなくなり、車内空間における日射センサ１００の視認性を低減させている。

また、この構成により、光学素子３０の樹脂成形におけるヒケを抑制し、ヒケに基づく日射センサ１００の検出感度の劣化を抑制することができる。なお、本開示における樹脂成形におけるヒケとは、樹脂の熱膨張率に基づく冷却段階での熱収縮に伴う形状変化を意味する。具体的な例で説明する。樹脂成形における冷却の過程は、樹脂の外周部分から始まり、徐々に内側部分が冷却される。したがって、樹脂成形体の厚みが大きいほど、樹脂成形体の外周部分と内側部分で冷却時期の差が大きくなる。先に冷却された樹脂成形体の外周部分は、後に冷却される樹脂成形体の内周部分の熱収縮の影響を受け、樹脂成形体の表面に窪みが生じる。つまり、樹脂成形体の厚みが大きいほどヒケの影響が大きくなる。

本開示の光学素子３０は、上述したように、第１面３１が平面であるとともに、第２面３２の第１領域３３が円錐面で、その外周に位置する第２領域３４が凸状の湾曲面で、その外周に位置する第３領域３５が凹状の湾曲となっている。つまり、光学素子３０の厚みは、第１領域３３から第２領域３４の境となる部分が最も薄くなり、第３領域３５の外周が最も厚くなる。しかしながら、第３領域３５が凹状に窪んだ湾曲面であることから、第３領域３５のおける体積増加が抑制される。この結果、光学素子３０の厚みが最も大きくなる第３領域３５での体積増加が抑制されることで、樹脂成形におけるヒケの発生が抑制できる。

また、図６に本開示の第１変形例である日射センサ２００の断面図を示す。なお、日射センサ１００と同様の構成については、同じ符号を付して説明する。日射センサ２００と日射センサ１００との違いは、光学素子２０１における第３領域３５の外周に配置された第４領域２０２に、上方に窪んだ凹部２０３が配置されていることである。凹部２０３は第３領域３５を囲むように環状に設けられている。第４領域２０２は、第３領域３５の外周に配置されるため、光学素子２０１体積における占有割合が大きく、ヒケの影響が大きくなる。したがって、この部分に凹部２０３を配置することで、光学素子２０１体積を小さくでき、結果としてヒケによる形状変化を抑制できる。

また、図７に本開示の第２変形例である日射センサ３００の断面図を示す。なお日射センサ１００と同様の構成については同じ符号を付して説明する。日射センサ３００と日射センサ１００との違いは、日射センサ３００を構成する光学素子３０１が、第１面３１を構成する第１ブロック３０２と、第２面３２を構成する第２ブロック３０３との接続構造としたことである。この構造によれば第１ブロック３０２と第２ブロック３０３を別の工程で形成することができる。例えば、先ず、第１ブロック３０２を射出成形により形成する。ついで、第１ブロック３０２を金型内に配置した状態で第２ブロック３０３を射出成形する。この成形方法によれば、第１ブロック３０２および第２ブロック３０３は、それぞれ光学素子３０１の体積より小さくなる。つまり、第１ブロック３０２の樹脂成形においてヒケの影響は小さくなる。第２ブロック３０３の樹脂成形においてもヒケの影響は小さくなる。したがって、第１ブロック３０２と第２ブロック３０３を接続して構成された光学素子３０１は、ヒケの影響が小さくなる。

なお、第１ブロック３０２と第２ブロック３０３の接続面における反射を低減させるため、第１ブロック３０２を構成する材料と、第２ブロック３０３を構成する材料を同じ材料とすることが好ましい。同じ材料とすることで屈折率が等しくなり、接続面３０４における界面反射を抑制できる。また、この接続面３０４による反射を小さくするにあたり、接続面３０４を溶着面とすることが好ましい。

なお、受光素子２０に対する集光効率を高めるという観点においては、第１ブロック３
０２と第２ブロック３０３の材料を異ならせるとともに、この接続面３０４を第１面３１の側に突出した湾曲面とすることが好ましい。すなわち、第１ブロック３０２と第２ブロック３０３を異なる材料とすることで、第１ブロック３０２と第２ブロック３０３の接続面３０４が光学的な界面となる。したがって、この接続面３０４を第１面３１の側に突出させた湾曲面とすることで、この接続面３０４が正の屈折力を有する凸レンズ面として機能する。なお、この凸レンズ面は従来の光学素子の第１面３１に設けられていた凸レンズ面と同様の効果を有するため、光学素子３０１の第１面３１を平面としたことによる集光効率の劣化を抑制できる。なお、この接続面３０４により形成される凸レンズ面外周は、上面視において、第３領域３５の外周より外側となることが好ましい。

本開示は、車内空間において視覚的に認識しにくい日射センサを提供することができ、特に車内空間におけるデザイン性が求められる車種において有効である。

１１ 収容部
１０ パッケージ
２０ 受光素子
３０，２０１，３０１ 光学素子
３１ 第１面
３２ 第２面
中心軸
３３ 第１領域
３４ 第２領域
３５ 第３領域
３６，２０２ 第４領域
１００，２００，３００ 日射センサ
２０３ 凹部
３０２ 第１ブロック
３０３ 第２ブロック
３０４ 接続面

Claims (4)

1. 一端が開口した収容部を有するパッケージと、
   前記収容部の底面に配置された受光素子と、
   前記受光素子の上方に配置された光学素子と、を備え、
   前記光学素子は、光が入射される第１面と、前記入射された光が出射される第２面を有し、前記第１面は、平面で構成されており、
   前記第２面は、上面視において、第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域と、前記第２領域を囲む第３領域と、前記第３領域を囲む第４領域を有し、
   前記光学素子の断面視において、
   前記第１領域は、前記受光素子の側に突出したＶ字形状であり、
   前記第２領域は、前記受光素子の側に突出した凸状の湾曲面であり、前記第２領域の外周端は、前記第１領域の外周端より前記第２面側に配置されており、
   前記第３領域は、前記受光素子と反対側に突出した凹状の湾曲面であり、前記第３領域の外周端は、前記第２領域の外周端より前記第２面の側に配置されており、
   前記第４領域の外周部の少なくとも一部は、前記パッケージで支持されている、
   日射センサ。
2. 前記第４領域には、前記第１面の側に窪んだ凹部を有する、
   請求項１に記載の日射センサ。
3. 前記光学素子は、前記第１面を構成する第１ブロックと、前記第１ブロックに接続されるとともに前記第２面を構成する第２ブロックと、からなり、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックは同じ材料からなり、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックの接続面は溶着面である、
   請求項１に記載の日射センサ。
4. 前記光学素子は、前記第１面を構成する第１ブロックと、前記第１ブロックに接続されるとともに、前記第２面を構成する第２ブロックと、からなり、
   前記第１ブロックと前記第２ブロックの接続面は溶着面であり、
   前記接続面は、前記第１面の側に突出した凸状の湾曲面であり、
   前記第２ブロックを構成する材料の屈折率は、前記第１ブロックを構成する材料の屈折率より大きく、
   請求項１に記載の日射センサ。

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