JP3218558B2 - 日照センサ - Google Patents

日照センサ

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽光の到達量を検
知する日照センサに関するものであり、詳細には自動車
の空調装置における温度制御のように、外気温に加えて
乗員に対する太陽光の直射の有無で温度制御を行うこと
が望まれるときに用いられる日照センサに係るものであ
る。
【0002】
【従来の技術】先ず、自動車の空調装置用として用いら
れる日照センサに要求される特性について説明を行う
と、太陽が真上にある状態では乗員はルーフで直射日光
を遮られるので輻射(放射)熱の影響をそれ程に受け
ず、温度制御は車室内の気温を設定温度に制御するのみ
で行えば良いものとなる。
【0003】ところが、太陽が傾いている状態では乗員
は窓から入り込む直射日光に曝されて輻射熱を受けるも
のとなり、車室内の気温以上の暑さを感じるものとなる
ので、その日照量に応じて車室内の気温を設定温度から
適宜に下げることが望まれ、従って日照センサとして
は、乗員の受ける輻射熱の量と比例する検出特性が望ま
れるものとなる。
【0004】上記の特性を有する従来のこの種の日照セ
ンサの構成の例としては、例えば特開平2―11273
5号公報の第3図に示されるように、受光素子(受光
面)と同軸に配置した受光レンズの中心に遮蔽板を設
け、太陽が真上にある状態での出力を抑制するものとし
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の日照センサにおいては、受光レンズの中心に遮
蔽板を設けるものであるので、確かに真上からの太陽光
に対しては減衰し自動車の車室内と類似する感度分布を
有するものとはなるが、実際には遮蔽板のみでは乗員の
受ける熱量と近似させることは極めて困難である問題点
を生じる。
【0006】その反面で受光レンズの開口の一部を遮蔽
板で塞ぐことで、暗い受光レンズを取付けたのと実質的
に等価となり、全体的な出力レベルが減少しS/N(信
号/雑音)比が低下して誤動作などを生じ易い問題点も
生じ、これらの点の解決が課題とされていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
課題を解決するための具体的な手段として、受光素子の
受光面に受光レンズを光軸を略一致させて設け、前記光
軸を前記受光レンズ側を上方とする略垂直状態に設置し
て日照量を測定する日照センサにおいて、前記受光レン
ズは略凸球面として構成され対物側に配置される第一面
と、円錐レンズ部と凹レンズ部と凸レンズ部とから構成
され前記受光素子側に配置される第二面とから成り、前
記円錐レンズ部は前記光軸と中心を略一致させ底面を前
記受光面と面積を略一致させ斜面を前記光軸に平行する
光線を内面全反射させる傾斜とし且つ先端には適宜半径
の凸球面が設けられた倒立した円錐状の構成とされ、前
記凹レンズ部は前記円錐レンズ部の底面に内径を一致す
る同心円状に設けられ前記光軸に対し傾斜して前記第一
面に入射する光を前記受光素子に向けて屈折する構成と
され、前記凸レンズ部は前記凹レンズ部の外径に内径を
一致する同心円状に設けられ前記光軸に対し傾斜して前
記第一面に入射する光を前記受光素子に向けて屈折若し
くは反射する構成とされていることを特徴とする日照セ
ンサを提供することで課題を解決するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図1に符号1で示すもの
は本発明に係る日照センサであり、この日照センサ1は
機能的には受光素子2と受光レンズ3とで構成されてい
る。尚、前記受光素子2と受光レンズ3とを一体化する
ためのハウジングなども当然に設けられるものではある
が、本発明の要旨の部分ではないので、ここでの図示と
詳細な説明は省略する。
【0009】前記受光素子2は、ケース2a内に所定の
面積の受光面2bを有する半導体素子が樹脂モールドな
どの手段で密封された、例えばホトダイオード、ホトト
ランジスタなどであり、前記受光レンズ3は透明樹脂に
よりインジェクション成型或いはキャスティング成型の
手段により形成されたものである。
【0010】そして、前記受光面2bの中心の鉛直線上
に受光レンズ3の中心が位置されて光軸Zとされ、この
光軸Zを受光レンズ3側を上方とする垂直状態とし、例
えばダッシュボード上など自動車に設置し、この日照セ
ンサ1からの出力により空調装置の設定温度を補正し、
日照による輻射熱で乗員が暑さを感じるのを防止するの
である。
【0011】ここで、本発明では前記受光レンズ3を、
略凸球面として対物側に配置される第一面31と、円錐
レンズ部32aと凹レンズ部32bと凸レンズ部32c
とから成り前記受光素子2側に配置される第二面32と
で構成することで、日照センサ1に前記した乗員が受け
る直射光の量と相似する検出特性が得られるものとして
いる。
【0012】次いで、上記受光レンズ3の構成を更に詳
細に説明を行えば、まず、凸球面として対物側に配置さ
れる第一面31は前記受光素子2の受光面2bよりも適
宜に大きい開口面積を有するものとされて、後に説明す
る第二面32との総合により光軸Zから大きく傾いて日
照センサ1に入射する太陽光に対しても受光素子2が感
度を生じることを可能としている。
【0013】また、前記第二面32は、前述のように円
錐レンズ部32aと凹レンズ部32bと凸レンズ部32
cとから構成され、前記円錐レンズ部32aは光軸Zと
中心を一致する倒立した円錐状として形成され、このと
きに、底面の面積を受光面2bの面積と略一致させるも
のとされている。
【0014】そして、底面から頂点に至る側面(斜面)
は光軸Zに平行して第一面31側から入射する光線を内
面で全反射する傾斜角として形成されている。また、こ
の円錐レンズ部32aの円錐状の頂点となる部分には適
宜な半径とした凸球面が形成されている。
【0015】また、凹レンズ部32bは前記円錐レンズ
部32aの底面に内径を一致する同心円状に設けられる
ものであり、前記光軸Zに対し適宜に設定した範囲の角
度で傾斜して第一面31に入射した光を、光軸Zと平行
に近付ける方向に屈折して受光面2bに到達させるよう
に形成されている。
【0016】加えて、前記凹レンズ部32bの外側に
は、この凹レンズ部32bの外径と内径を接する同心円
状として凸レンズ部32cが設けられるものであり、こ
の凸レンズ部32cは主として第一面31の外縁部分に
入射した光、即ち、受光面2bから比較的に遠い位置に
入射し、前記第一面31により光軸Zに近づく角度に屈
折される光を、再度光軸Zに直交する方向に屈折させる
ことで受光面2bに到達させる。
【0017】図2〜図5は上記の構成とした本発明の日
照センサ1の動作の状態を示すものであり、先ず、図2
に示す太陽が真上にあり光軸Zと平行に光線が入射する
状態では、受光面2bはほヾ同一面積の底面を有する円
錐レンズ部32aに覆われるものとなる。このときに円
錐レンズ部32aは光軸Zに平行する光は全反射する側
面を有するものであるので反射されて受光面2bに達す
ることはなく、唯一、頂点に設けられた凸球面を通過す
る光のみが達するものとなる。
【0018】従って、乗員に対する太陽光からの直射が
ルーフで遮られている正午前後の状態では日照センサ1
はそれ程の出力は生じない。ここで、実際には路面から
の反射などによりルーフで直射光が遮られている状態で
も乗員の体感温度は上昇するので、それを補正するため
に円錐レンズ部32aの頂点に適宜半径とした凸球面を
設けて適宜な出力を得るのである。
【0019】そして、太陽が傾き、窓から入る光に少し
乗員が曝される状態となると、図3に示すように円錐レ
ンズ部32aの側面に達する光は一部が側面へ直角に近
い角度で当接するものとなり、内面全反射を生じること
なく透過して受光面2bに達し、上記に説明した凸球面
からの光による出力よりも大きな出力が日照センサ1か
ら得られるものとなり、補正はより強く行われるものと
なる。
【0020】更に太陽が傾き、窓から入る光に中程度に
乗員が曝される状態となると、図4に示すように凹レン
ズ部32bからの光が受光面2bに達するものとなると
共に、第一面31の外縁部分に入射した光も凸レンズ部
32cで屈折されて受光面2bに達するものとなり、本
発明の日照センサ1においてはこの近傍の入射角で最も
多い出力が得られるものとなる。
【0021】このときの入射角は例えば夏季の午後3時
〜5時の太陽の傾きとして設定されるものであり、何故
ならば、この時間帯が空調装置の温度設定を一定として
おいた場合に、乗員が太陽光による暑さを最も感じる状
態であり、即ち、日射に対する補正が最も必要とされる
状態と成るからである。
【0022】一層に太陽が傾き、前記光軸Zに対して殆
ど直角に光が入射する状態となると、図5に示すように
凹レンズ部32bからの光のみが受光面2bに達するも
のとなり、且つ、達する光量も減少して日照センサ1は
出力を減じるものとなる。即ち、この状態は日没寸前で
あり日差しも弱まっているので、窓からの入射光が乗員
に達しても、それ程に暑さを感じさせず補正量も少なく
て済むからである。
【0023】図6は上記に説明した日照センサ1の出力
をグラフ化して示すものであり、図中に符号LAで示す
入射角―出力曲線は第二面32を円錐レンズ部32aと
凹レンズ部32bとで構成したときの出力を示し、図中
に符号LBで示す入射角―出力曲線は第二面32を円錐
レンズ部32aと凹レンズ部32bと凸レンズ部32c
で構成したときの出力を示すものである。
【0024】このように凸レンズ部32cを設けること
で、最も補正量が多いことが要求される入射角度の傾き
の範囲に凸レンズ部32cにより生じる出力が追加され
るものとなり、日照センサ1は一層に実際に要求される
補正特性に極めて良く近似する特性を有するものとする
ことが可能となる。また、更にはそれぞれのレンズ部3
2a〜32cを適正化することで、一層に補正特性に近
似させることが可能である。
【0025】図7は本発明の別な実施形態を示すもので
あり、上記に説明した屈折による凸レンズ部32cで
は、要求される入射角などの条件によっては形成不可能
となる場合もある。このときには、図示の凸レンズ部3
2dのように第一面31を透過してきた光を内面反射に
より反射して、受光面2bに光を到達させるものとすれ
ば良い。
【0026】尚、上記の説明は正午から日没にかけての
太陽の動きで説明したが、日昇時から正午にかけては当
然に図5から図2に至るものとなる。また、上記の説明
は冷房時で説明したが、暖房時にも使用が可能であり、
その場合には日照センサ1の出力の多いときには室内温
度を下げる方向に制御する。
【0027】
【発明の効果】以上に説明したように本発明により、受
光レンズの第二面に真上からの光は遮蔽し斜めからの光
は透過する円錐レンズ部と、斜めから水平までの光を受
光面に導く凹レンズ部と、所定の範囲の斜めの光を受光
面に導く凸レンズ部とで構成した日照センサとしたこと
で、それぞれのレンズ部を適正化することで、乗員が窓
から入る太陽光により受ける暑さ感と日照センサの出力
特性とを正確に近似させるものとし、この種の日照セン
サの性能を向上させるものであり、もって車両用空調装
置の性能向上にも極めて優れた効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る日照センサの実施形態を示す断
面図である。
【図2】 同じ日照センサの真上からの太陽光に対する
受光の状態を示す説明図である。
【図3】 同じく日照センサの傾いた太陽光に対する受
光の状態を示す説明図である。
【図4】 同じく日照センサの更に傾いた太陽光に対す
る受光の状態を示す説明図である。
【図5】 同じく日照センサの水平からの太陽光に対す
る受光の状態を示す説明図である。
【図6】 同じ日照センサの入射角―出力曲線を示すグ
ラフである。
【図7】 本発明に係る日照センサの別の実施形態を示
す説明図である。
【符号の説明】 1……日照センサ 2……受光素子 2a……ケース 2b……受光面 3……受光レンズ 31……第一面 32……第二面 32a……円錐レンズ部 32b……凹レンズ部 32c、32d……凸レンズ部 Z……光軸 LA、LB……入射角―出力曲線
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−99835(JP,A) 特開 平2−238330(JP,A) 特開 平2−298828(JP,A) 特開 平6−43028(JP,A) 特開 平6−160182(JP,A) 特開 平7−263725(JP,A) 特開 平9−229766(JP,A) 実開 平5−87535(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/02 - 31/024 G01J 1/02 - 1/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光素子の受光面に受光レンズを光軸を
    略一致させて設け、前記光軸を前記受光レンズ側を上方
    とする略垂直状態に設置して日照量を測定する日照セン
    サにおいて、前記受光レンズは略凸球面として構成され
    対物側に配置される第一面と、円錐レンズ部と凹レンズ
    部と凸レンズ部とから構成され前記受光素子側に配置さ
    れる第二面とから成り、前記円錐レンズ部は前記光軸と
    中心を略一致させ底面を前記受光面と面積を略一致させ
    斜面を前記光軸に平行する光線を内面全反射させる傾斜
    とし且つ先端には適宜半径の凸球面が設けられた倒立し
    た円錐状の構成とされ、前記凹レンズ部は前記円錐レン
    ズ部の底面に内径を一致する同心円状に設けられ前記光
    軸に対し傾斜して前記第一面に入射する光を前記受光素
    子に向けて屈折する構成とされ、前記凸レンズ部は前記
    凹レンズ部の外径に内径を一致する同心円状に設けられ
    前記光軸に対し傾斜して前記第一面に入射する光を前記
    受光素子に向けて屈折若しくは反射する構成とされてい
    ることを特徴とする日照センサ。
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