JP2606914Y2 - 日射検出センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、車両用空気調和装置の
温度制御に用いる日射検出センサに関し、特に、１チッ
プタイプの光電変換素子が用いられた日射検出センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車用空気調和装置は、外気温
度や内気温度の他に車両が受ける日射量を感知して車室
内の気温を所望の温度に自動調整する温度制御部を有し
ている。車室内にいる乗員の体感温度は、単に自動車用
空気調和装置からの吹出し温度のみでなく、日射量によ
っても変化するので、車両が受ける日射量を日射量検出
センサにより検知し、室温を微調整している。

【０００３】このような日射検出センサとして、従来よ
り用いられている日射検出センサ１００では、図７に示
されるように、日射Ｌを検知する光電変換素子つまりフ
ォトダイオードが複数用いられており、両フォトダイオ
ード１０２，１０３の間には遮光板１０４が設けられて
いる。したがって、真上からの日射Ｌｖは遮光板１０４
に遮られることなく、両フォトダイオード１０２，１０
３に均等に照射される。他方、日射が斜めからの場合
は、遮光板１０４により日射の一部遮られるので、一方
のフォトダイオードに照射される日射量は他方に比較し
て少なくなる。日射検出センサ１００では、このように
して生ずる日射量の差つまり各フォトダイオード１０
２，１０３から出力される光量信号の差を用いて、日射
の方向を検知している。

【０００４】しかし、別々のフォトダイオード１０２，
１０３を用いると、個々の製品ごとに光電変換特性や変
換効率が異なると考えられるので、真上からの日射Ｌを
等しく受光する場合であっても、両フォトダイオード１
０２，１０３で生ずる光量信号値に差が生ずる。つま
り、この場合、真上からの日射Ｌを受けているにもかか
わらず、光量信号に差が生じるので、日射検出センサで
は斜め方向からの日射と検出されることになる。

【０００５】このような問題を解決するために、図８に
示されるような１チップタイプのフォトダイオード１０
８を用いた日射検出センサ１１０が使用されている。こ
の１チップタイプのフォトダイオード１０８は隣接する
両受光面１０８ａ，１０８ｂが同時に製造されているの
で、光電変換特性や変換効率などの品質が極めて等し
く、同じ日射を受けた場合、同一の光量信号を生ずる。
したがって、真上からの日射を、正確に検出することが
できる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】ところが、通常の１チ
ップタイプのフォトダイオード１０８では、両受光面相
互の間隔が約０．１ｍｍ程度なので、この間隔に遮光板
１１２を設置することは技術的に困難である。したがっ
て、図８に示されるように、遮光板１１２は、両受光面
１０８ａ，１０８ｂの一部を覆った状態で設置されるこ
とになる。

【０００７】しかしながら、遮光板１１２をこのような
状態で設置する場合、遮光板１１２を両受光面１０８
ａ，１０８ｂの中間位置に正確に設置しなければ、両受
光面１０８ａ，１０８ｂの実際に使用し得る受光面積が
左右で異なることになる。つまり、遮光板１１２の設置
位置がずれると、そのずれた分だけ、実質的に一方の受
光面の受光面積が増大し、逆に他方の受光面の面積は減
少する。このようになると、真上からの日射Ｌｖを受け
ても、左右の受光部で生ずる光量信号値は異なる値にな
り、誤った検出結果が出力される。

【０００８】また、両受光面１０８ａ，１０８ｂの中間
位置に遮光板１１２を設置する場合、遮光板１１２に覆
われた部分は、受光部材としての機能を何等発揮しない
ので、フォトダイオード１０８全体でみれば、実質的に
受光感度が低下することになる。

【０００９】本考案はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、１チップタイプのフォトダイオードを用
いて日射量および日射方向を正確に検出する日射検出セ
ンサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本考
案の日射検出センサは、受光する日射の量に応じた光量
信号を出力する複数の受光面が一体的に形成された１チ
ップタイプの光電変換素子が設置される自動車用日射検
出センサであって、前記光電変換素子に一列に並ぶよう
に形成された複数の受光面の周囲に、所定の角度から照
射される日射のみを遮る遮光板が立設され、前記遮光板
は、前記受光面の並び方向に平行な一対の壁部のうち少
なくとも一方が除去されていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】１チップタイプの光電変換素子に形成される受
光面の周囲に配置するようにして遮光板を設ける。この
受光面の外周部には、複数の受光面相互の間の部分に比
較して、遮光板を設置する際のスペースの制約が少ない
ので、所望の寸法の遮光板が設置される。そしてこの遮
光板により、所望の方向からの日射が遮蔽される。

【００１２】また、受光面の外周に遮光板を設置する
と、この遮光板により、受光面の一部を覆うようなこと
がないので、例えば真上からの日射は、受光面全体に照
射される。また斜め方向からの日射も、遮光板により遮
られる部分を除く全ての受光面に照射される。

【００１３】

【実施例】以下、このような本考案の日射検出センサの
実施例を、図面に基づいて説明する。図１は、本考案に
係る一実施例の日射検出センサを有する車両用の空気調
和装置の制御部を示す概略的な構成図である。図示され
るように、実施例の日射検出センサ１０は、コントロー
ルユニット１２に接続される左右の受光部材１０ａ，１
０ｂを有しており、日射検出時に生ずる光量信号をコン
トロールユニット１２に出力している。またコントロー
ルユニット１２には、日射検出センサ１０以外にも、室
外の気温を測定する外気温センサ１４や車室内の気温を
測定する内気温センサ１６、あるいは冷却水温度を測定
する水温センサ１８やインテークユニットから取り入れ
られた空気の温度を測定するインテークセンサ２０など
が接続されており、検知した温度に対応する信号がコン
トロールユニット１２に出力されている。

【００１４】またコントロールユニット１２には各種の
駆動手段が接続されており、各センサから出力される信
号を基にこれらの駆動手段の動作を制御している。コン
トロールユニット１２に接続されている駆動手段として
は、図１に示されるように、空気調和装置の各種ドアを
開閉させるアクチュエータ２１〜２４、あるいはブロア
や圧縮機を駆動させるリレー２６，２８などがあり、例
えばアクチュエータ２１〜２４によって開閉されるドア
には、空気の吸入口を外気側か内気側に切り換えるイン
テークドア３１や、ヒータコア（図示せず）を通過後の
温風とヒータコアをバイパスした冷風との混合割合を調
節するエアミックスドア３２、また、このようにして温
度調節された空気を吹出す吹出口を選択する各モードを
有するモードドア３３や、車室内の左右の配風量を調節
する左右配風ドア３４などがある。そしてコントロール
ユニット１２に接続されるリレー２６，２８により、ブ
ロアファン３６や、圧縮機３８が駆動されている。

【００１５】図２は、このようなドア、ファンおよび圧
縮機などの動作制御に用いる日射方向および日射量を検
出する日射検出センサの一実施例を示す側断面図であ
る。

【００１６】日射検出センサ１０は、例えば日射Ｌが直
接照射される前部座席の前方のいわゆるダッシュボード
（図示せず）などに設置されて用いられるものであり、
日射検出センサ１０の左右の受光部材１０ａ，１０ｂと
して機能する左右の受光面４０ａ，４０ｂを有するフォ
トダイオード（光電変換素子）４０と、このフォトダイ
オード４０が設置される基板４２と、この基板４２を収
容するコネクタ４４およびフォトダイオード４０の上部
を覆うカバー４６とを有している。

【００１７】このうち基板４２上に設置されるフォトダ
イオード４０は、図３に示されるように、左側受光面４
０ａと右側受光面４０ｂの２つの受光面を有している。
このフォトダイオード４０は、いわゆる１チップタイプ
のものである。すなわち、隣接する両受光面４０ａ，４
０ｂは、電気的には絶縁されているものの、光電変換特
性や変換効率などの特性は極めて近似しており、ほぼ同
一といえる。また両受光面４０ａ，４０ｂは、同一の平
面上に、面積が同一となるように形成されている。した
がって、検出精度が極めて向上する。また、１チップタ
イプのフォトダイオードでは、同品質の受光面が常に一
体に組み込まれているので、近似した品質のフォトダイ
オードを選別して組み合わせる作業が不要になる。した
がって、組み立て作業を簡素化することができる。さら
に、この実施例の日射検出センサでは、１つのフォトダ
イオードにより、日射角度と日射量を測定することがで
きる。また、用いるフォトダイオードの数が１つになる
ので、構造が簡単になる。

【００１８】また、例えば真上方向から日射Ｌｖが照射
され、両受光面４０ａ，４０ｂの全面に日射Ｌｖが照射
されると、コントロールユニット１２には、両受光面４
０ａ，４０ｂからは同一の光量信号値が出力される。

【００１９】図２および図３に示されるように、フォト
ダイオード４０の外周部には、フォトダイオード４０を
囲むように遮光板４８が設置されている。この遮光板４
８は、フォトダイオード４０を取り付ける基板４２が載
置されるコネクタ４４に一体的に形成されており、コネ
クタ４４にはカバー４６が嵌合されている。このカバー
４６は、主に、フォトダイオード４０を塵やほこりから
保護する機能を果たすものであるが、カバー４６の上部
に形成される透光部４６ａは、例えば着色された透明
（半透明）の部材であってもよい。また、カバー４６の
外周部の形状を、日射検出センサ１０が取り付けられる
例えばダッシュボードの嵌合部の形状に対応させて、日
射検出センサ１０を位置決めする構造としてもよい。

【００２０】上述のように、遮光板４８をフォトダイオ
ード４０の外周部に設けると、従来のように受光面相互
の間に遮光板を取り付ける場合に比較して、遮光板を設
置するスペースの確保が極めて容易である。また遮光板
４８をフォトダイオード４０に対して独立して取り付け
ることができる。すなわち、フォトダイオード４０の組
み付け精度や寸法精度の影響を受けることなく遮光板４
８を取り付けることができる。さらにいえば、この実施
例のように、遮光板４８を、基板４２が載置されるコネ
クタ４４に一体的に形成することも可能であり、このよ
うな構造にすると、遮光板４８の取り付け位置のばらつ
きがなくなる。そして、一体的な構造を取り得ない場合
であっても、遮光板４８の取り付け位置に、位置決め用
の溝を形成するなどにより、取り付け精度を向上させる
ことができる。

【００２１】さらに、この実施例の日射検出センサ１０
のように、遮光板４８をフォトダイオード４０の外周部
に配置すると、日射角度の検出精度をより向上させるこ
とができる。すなわち、この実施例では、遮光板４８に
より受光面４０ａ，４０ｂの一部を覆うようなことがな
いので、受光面４０ａ，４０ｂの全面を有効に利用で
き、微妙な受光量の左右差を検出することができる。な
お、この実施例の日射検出センサ１０では、前方以外の
３方に遮光板を設けて日射を遮断している。

【００２２】このような日射検出センサ１０に、例えば
車両の進行方向に向かって左側から日射Ｌｃが照射され
ると、図４に示されるように、遮光板４８により形成さ
れる影Ｓが、左側受光面４０ａの一部分に投影される。
したがって、このような左側受光面４０ａと、全面で日
射を受ける右側受光面４０ｂとの間では、光量信号値に
左右差が生ずる。換言すれば、日射角度に因って、左側
受光面４０ａで生ずる光量信号値と、右側受光面４０ｂ
で生ずる光量信号値の左右比が変化する。この実施例の
日射検出センサ１０では、このような「左右差」あるい
は「左右比」の変化に着目して日射方向つまり日射角度
を検出している。

【００２３】このようにして日射角度を正確に検出でき
る範囲は、図４に示されるように、各受光面４０ａ，４
０ｂの幅寸法をｃ、また遮光板の高さをｈ、そして相対
向する遮光板の内側面の離反距離を２ａとし、遮光板４
８の内面から受光面４０ａ，４０ｂの端部までの距離を
ｂとすると、式（１）に示す範囲になる。

【００２４】

【数１】

【００２５】すなわち、日射角度がこの範囲内であれ
ば、いずれか一方の受光面にはその全面に日射Ｌが照射
されることとなり、光量信号値の「左右差」あるいは
「左右比」を正確に測定することができる。なお、式
（１）に示される範囲は、遮光板４８から受光面４０
ａ，４０ｂまでの距離ｂを短くするほど、そして受光面
の幅ａを長くするほど広くなる。一方、遮光板４８の高
さｈを変化させると、前記範囲を所望の領域にシフトさ
せることができる。

【００２６】また、距離ｂが０でない場合は、日射Ｌの
方向が斜め方向であっても、日射Ｌの方向がある程度垂
直方向に近いと、日射Ｌが両受光面４０ａ，４０ｂの全
面に照射されるので、光量信号値に「左右差」がなくな
る。したがって、この場合は、正確な角度を検出するこ
とができないが、車両の空気調和装置の制御では、一般
的に日射Ｌの方向が垂直方向から左右に３０°の範囲内
であれば左右の配風量を変化させていないので、この範
囲の日射方向を正確に検出できる構造でなくてもよい。
したがって、左右３０°の範囲内において左右の配風量
を変化させる制御を行う場合は、距離ｂを小さくすれば
よい。このようにして、日射角度を正確に検出する範囲
や、用いるフォトダイオードの寸法などが決定すると、
これらの値を基に日射センサの寸法を決定することがで
きる。

【００２７】ここで、日射角度および日射量の検出につ
いて具体的に説明する（図４参照）。

【００２８】まず光量信号の値の「左右比」を基にして
日射角度を算出する際に用いる式を導く。日射検出セン
サ１０に、式（１）で示す範囲内であり、垂直方向から
の角度がθ°である日射Ｌｃが照射された際に、左側受
光面４０ａで生ずる光信号値をｐ，右側受光面４０ｂで
生ずる光量信号値をｑとすると、その左右比Ｍ（＝ｐ／
ｑ）は、日射が照射される面積に比例するので、式
（２）のように示される。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、ｌ＝ｈ／ｔａｎψ（ただし、ψ＝
９０°−θ）を式（２）に代入すると、式（３）が求ま
る。

【００３１】

【数３】

【００３２】したがって、光信号値の左右比Ｍを検出す
ると、式（４）を用いて日射角ψを求めることができ
る。

【００３３】次に、光量信号値の「左右差」を基にして
日射角度を算出する際に用いる式を導く。なお、光量信
号値の「左右差」を基に日射角度を検出する場合も、正
確な日射方向を検出できる範囲は前述した「左右比」の
場合と同様であり、式（１）で示される範囲である。

【００３４】光量信号値の左右差Ｄ（＝ｑ−ｐ）は、次
の式（５）のように示される。

【００３５】

【数４】

【００３６】ここで、ｌ＝ｈ／ｔａｎψを代入すると、
式（６）が求まる。

【００３７】

【数５】

【００３８】したがって、光信号値の差Ｄを検出する
と、式（７）を用いて日射角ψを求めることができる。

【００３９】なお、次の式（８）および式（９）に示さ
れるように、式（４）の右辺にＭ＝ｐ／ｑを代入し、式
（７）の右辺にＤ＝ｑ−ｐを代入すると、両式の右辺は
等しいことが解る。

【００４０】

【数６】

【００４１】また、受光面４０ａ，４０ｂと遮光板４８
との間に隙間がない場合すなわち距離ｂが０の場合は、
式（４）と式（７）にｂ＝０を代入して求めた式
（４）′か式（７）′を用いると迅速に日射角度を求め
ることができる。

【００４２】

【数７】

【００４３】このような日射検出センサの作用を説明す
る（図５のフローチャート参照）。まず、日射を検出す
る日射検出センサ１０と、日射検出センサ１０などのセ
ンサからの信号が入力されるコントロールユニット１２
の初期設定を行う（ステップ１）。初期設定終了後、例
えば、図４に示されるように、角度θの日射が日射検出
センサ１０に照射されると、左側受光面４０ａおよび右
側受光面４０ｂからコントロールユニット１２に向けて
光量信号が出力される（ステップ２）。コントロールユ
ニットでは、光量信号の左右差あるいは左右比を求めた
後、前述の式（４）や式（７）を用いて日射角度を算出
する（ステップ３）。ここで算出された日射角度が、式
（１）で示される範囲内であれば、続くステップ４に示
されるように、より大きな値の光量信号を出力している
受光面での受光量を基に、日射量を算出する。このよう
にして算出された日射角度および日射量を基に、冷暖房
に適した送風量や温度を算出して（ステップ５）、各ド
ア、例えば温風と冷風の混合割合を制御するエアミック
スドア３２などの開閉制御を行う。次いで、日射角度お
よび日射量を基に、左右の配風割合を算出し（ステップ
６）、左右配風ドア３４の位置の制御を行う。このよう
な動作を繰り返すことにより、時事刻々と変化する日射
状態を検出して空気調和装置を制御している。

【００４４】このように、光電変換特性や変換効率など
の特性が極めて近似した受光面を２つ有する１チップタ
イプのフォトダイオード４０を用いると、１つのフォト
ダイオードにより、日射角度と日射量を測定することが
できる。また、検出精度が極めて向上する。さらに、品
質の近似したフォトダイオードを選別して組み合わせる
作業が不要になるので、組み立て作業を簡素化すること
ができる。そして、用いるフォトダイオードの数が１つ
になるので、構造が簡単になる。

【００４５】また、遮光板４８をフォトダイオード４０
の外周部に設けると、受光面相互の間に遮光板を取り付
ける場合に比較して、遮光板を設置するスペースの確保
が極めて容易である。また遮光板４８をフォトダイオー
ド４０に対して独立して取り付けることができるので、
フォトダイオード４０の組み付け精度や寸法精度の影響
を受けることなく遮光板４８を取り付けることができ
る。したがって、遮光板４８を、基板４２が載置される
コネクタ４４に一体的に形成することができる。このよ
うな構造にすると、遮光板４８の取り付け位置のばらつ
きがなくなる。

【００４６】また遮光板４８をフォトダイオード４０の
外周部に配置すると、遮光板４８により受光面４０ａ，
４０ｂの一部を覆うようなことがないので、受光面４０
ａ，４０ｂの全面を有効に利用でき、微妙な受光量の左
右差を検出することができる。

【００４７】以上、本考案に係る日射検出センサの一実
施例を説明したが、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で、
この実施例を種々改変することができる。例えば、上記
実施例では、２つの受光面が一体に形成された１チップ
タイプのフォトダイオードを用いているが、田の字形に
配置される４つの受光面５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０
ｄが一体に形成されたフォトダイオード５０を用いても
よい（図６参照）。このようなフォトダイオードを用い
ると、検出できる日射の方向が２方位に限られることが
なく、全周に亙って検出することができる。

【００４８】

【考案の効果】以上のように、本考案によると、１チッ
プタイプの光電変換素子に形成される受光面の周囲に遮
光板を設けているので、受光面相互の間に遮光板を取り
付ける場合に比較して、遮光板を設置するスペースの確
保が極めて容易である。また遮光板を光電変換素子に対
して独立して取り付けることになるので、光電変換素子
の組み付け精度や寸法精度の影響を受けることなく遮光
板を取り付けることができる。また遮光板を光電変換素
子の外周部に配置すると、遮光板により受光面の一部を
覆うようなことがないので、受光面の全面を受光部材と
して有効に利用でき、微妙な受光量の差をも検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係る一実施例の日射検出センサを有
する車両用の空気調和装置の制御部を示す概略構成図で
ある。

【図２】 日射角度および日射量を検出する日射検出セ
ンサの一実施例を示す側断面図である。

【図３】 フォトダイオードと遮光板の位置関係を示す
平面図である。

【図４】 日射角度および日射量の検出動作を説明する
ための概略側断面図である。

【図５】 日射検出センサの動作の流れを示すフローチ
ャート図である。

【図６】 本考案の他の実施例に用いるフォトダイオー
ドを示す平面図である。

【図７】 従来の日射検出センサの要部を示す側面図で
ある。

【図８】 従来の他の日射検出センサの要部を示す側面
図である。

【符号の説明】

１０…日射検出センサ、 ４０…フォトダイオード、４
０ａ，４０ｂ…受光面、４２…基板、 ４４
…コネクタ、 ４６…カバー、４８…遮光板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−18414（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−49506（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/00 101

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光する日射(L) の量に応じた光量信号
   を出力する複数の受光面(40a,40b)が一体的に形成され
   た１チップタイプの光電変換素子(40)が設置される自動
   車用日射検出センサ(10)であって、 前記光電変換素子(40)に一列に並ぶように形成された複
   数の受光面(40a,40b)の周囲に、所定の角度から照射さ
   れる日射(L) のみを遮る遮光板(48)が立設され、 前記遮光板(48)は、前記受光面(40a,40b)の並び方向に
   平行な一対の壁部のうち少なくとも一方が除去されてい
   る ことを特徴とする日射検出センサ。