JPH0287027A - 日射センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車用空調制御等に使用される日射
センサに関する。

〔従来の技術〕

従来より自動車用空調システム等の分野においては、車
室の適宜位置（例えばインスッルメントパネル）に日射
センサ（光電素子）を配置して、入射される日射量に応
じた空調制御を行う方式が提案されている。

このような空調制御は、日射の変化から直ちに車室内の
温度をとらえるので、自動空調制御の応答性を早め、実
際の状況に即した空調を行い得るものとして期待されて
いる。この種の日射センサに関する従来技術としては、
例えば特公昭６２−３１２８７号、実開昭５８−３６９
１２号公報等に開示されたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、日射センサについては、日射の入射角（受光
量）と乗員の日射量（要求空調量）とが必ずしも一致し
ないので、日射センサの入射角感度特性の改善を図るこ
とが従来より望まれている。

これを具体的に第１１図及び第１２図により説明する。

なお第１１図は従来の日射センサの入射角感度特性と本
発明の実施例における日射センサの入射角感度特性との
比較説明図で、符号Ｉの一点鎖線のグラフが従来の入射
角感度特性である。

また第１２図は従来の日射センサの動作説明図である。

第１２図において、１はホトダイオードで、１ａが受光
部（受光面）、１ｂが基板導体である。

従来は、第１２図に示すように、ホトダイオードなどの
受光面１ａを車両上方に向けて設置してあり、受光面１
ａの中心軸と日射入射光ｅｒ　ｆ＋　ｇがなす角度を入
射角θとすると、出力電流工と０の関係は次の（１）式
となる。

Ｉ　＝Ｃ−Ａ−ＱｃｏｓＯ−（］） （Ｃは定数） ここでＡは受光面１ａの面積、Ｑは日射の強度である。

感度ＳはＩ／Ｑであり、（１）式より（２）式が成立す
る。

５＝ＣＡｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　　　　　・
＝（２）（２）式のＣとＡは定数であるので、Ｓが最大
となるのはθ＝０°の時で、この時の感度Ｓ　ｍａｘを
１００％とした相対感度Ｓｒは（３）式となる。

Ｓ　ｒ”ｃＯ９θＸ１００　（％）　　　　　　　　・
（３）θに対するＳｒ　をグラフで表わすと、第１１図
の１点鎖線Ｉの様に円形となる。

すなわち、従来の日射センサは、入射角０゜（真上）の
日射が最も感度（受光量）が高く、入射角が大きくなる
につれて入射感度が低くなる円形の入射角感度特性とな
る。ところで、このような入射角感度特性によれば、０
＝３０〜６０″の斜光日射時の感度がθ＝０°と比べ８
６〜５０％になっている。一方、乗員の体に最も多く日
射が当たるのはθ＝３０〜６００の斜光日射時である。

以上の如く最もセンサ出力信号の取出したい日射領域の
入射角θ＝３０〜６０°では、感度が８６〜５０％とな
り、これが空調制御を行う上で、日射角の入射角と乗員
の日射量とが必ずしも一致しない要因となるものであっ
た。

なお、従来の日射センサの入射角感度特性改良の従来技
術としては、例えば実開昭５８−３６９１２号公報に開
示される如く、複数個の光電素子を位置や角度を変える
等して配置したり、特公昭６２−３１２８７号公報に開
示される如く、光電素子の受光面上に光拡散透過板を設
置する等の提案がなされている。これらの従来技術のう
ち前者は、前述の問題に対処できるが、光電素子を多数
必要とするため、コスト高になり、また、後者は日射量
が大きいときの検出信号飽和や、水平線付近の日射量取
込み不足を解消できるが、前述した如く最大の日射セン
サ出力信号を取出したい入射角領域３０〜６０°の感度
アップを図る点について充分な配慮がなされていなかっ
た。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、実際に要求される入射角感度特性を低コ
ストで実現させることのできる日射センサを提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を
講じる。以下、本発明の構成を第１図〜第８図に基づき
説明する。

先ず１本発明の基本的な課題解決手段は、第１図に示す
ように空調対象物の日射を受ける位置に、光反射体２を
その反射面２ａを上向きにして配置し、この光反射体２
の上方に、光電素子１をその受光面１ａを下向きにして
配置して、この光電素子１の受光面１ａと光反射体２の
反射面２ａとを対面させて、日射センサを構成する。

更に、本発明の入射角感度特性を更に向上させる手段と
して、 第２図に示すように、光反射体２にこの光反射体の反射
面２ａを包囲するように光反射帯３を配置したり、 光反射体２及び光反射帯３の少なくとも−っの反射面に
乱反射を生じさせるための粗面を形成したり、 第６図に示すように、光反射体２及び光反射帯３の少な
くとも１つの反射面の一部に、光反射率を下げるための
減光印刷６を施したり、第８図に示すように、光反射体
２の反射面上方に光透過度台を部分的に異ならせる減光
マスク７を配置する等提案する。

〔作用〕

上記構成よりなる本発明によれば次のようにして日射セ
ンサの入射角感度特性の改良がなされる。

本発明の如き光電素子１と光反射体２の配置構造によれ
ば、光電素子１の受光面１ａには、光反射体２の反射を
利用して日射光が入射される。

具体的には、真上（θ＝００）からの日射入射光り、ｉ
は受光面１ａに直接は入光しないことは勿論、光反射面
２ａが乱反射しない面であれば、光反射面２ａＬこよる
反射光も入光しない。従ってＯ＝０°では感度Ｓは零と
なる。また、日射光の入射が傾きをもつと（θ≠０°）
、直接の入光はないものの、入射光Ｊ＋に＋　Ｑの様に
反射面２ａで反射されて受光面１ａに入光する光が生じ
る。

従っである感度が生じる。理論的な入射角感度特性を計
算すると次の様になる。ただし計算の簡便のため次の条
件のもとに行う。

（１）受光面１ａは正方形とし、基板導体１ｂは受光面
１ａと同じ形でぴったり受光面１ａと重なり合っている
。

（２）光反射面２ａは完全な鏡面で反射率が１００％で
乱反射をしない。また光反射面２ａの太きさは無限大。

（３）受光面１ａと光反射面２ａは平行とし、これらの
間のギャップをす、受光面１の一辺をａとし、ｂ　／　
ａを距離比ｄとする。

このような条件の下で、感度Ｓｒは。

■ ５ｒ＝ＣＯ８θ ・・・（４） ５ｒ＝２ｄｓｉｎθ ・・・（５） って受ける減光角度で、第３図の矢印Ｘで表わさ光面１
ａの中心線Ｏに交わる反射面２ａの点Ｏ′と受光面１ａ
の端とを結ぶ角度の入射角で、入射が全て受光面１ａに
入るので、感度は（４）式で表わされ、 θ＜ｊａｎ−”□の場合には、受光面１ａの背面がｄ 妨げとなって受光面１ａに反射光が部分的に入射しその
全減光され、この時の感度が（５）式で表わされる。

この理論式をｄをパラメータとして円グラフに表わした
のが第４同である。第４図を見るとθ３０〜６０’の斜
光日射時の感度はＯＬ：Ｏｏと比べ相対的に上がってい
る。また、ｄすなわちｂ／ａを変えることで、０＝３０
〜６０°の範囲のうち、どの入射角の感度（相対感度）
を最大にするか任意に設定できる。このθ＝３０〜６０
°の範囲は〔発明が解決しようとする課題〕でも既述し
たように、乗員の体に最も多くの日射が当たる入射角で
ある。

すなわち本発明によれば、光反射体２の反射面２ａを上
向きに、光電素子１の受光面１ａを下向きに対面配置す
ることで、最も日射入射角感度特性の高めたい斜光入射
角領域０−３０〜６０°の感度特性を最大に設定するこ
とができる。

なお、反射面２ａを前述の如く完全な鏡面とし乱反射を
なくした場合には、θ＝Ｏ°で感度Ｏ％となるが、理想
的には、この０での感度を斜光時感度の５０〜１００％
に持ち上げる必要がある。

これを行う方法として、光反射面２ａの表面を粗面とす
る方法が提案される。すなわち、光反射面２ａの表面を
粗面とすることで、第１図に示すように乱反射光ｈ′、
ｉ′が生じ０＝０°でもある感度を有するようになる。

この粗面処理の有無での入射角感度特性の変化を示すの
が第５図で、同図に示すように粗面処理有りの特性は無
しと比べθ＝Ｏ°の感度が持ち上がり、また全体になめ
らかな特性カーブとなり、目標とする特性により一層近
くなる。なお、粗面処理なしの場合には、００°で感度
Ｏ％となるが、１年中を通して太陽が真上（０＝ｏ°）
にくる地域は限られており、従って０−０°の日射入射
角とならない地域も多く存在し、０≠Ｏ°の地域では、
粗面処理なしの反射面２Ｓを用いても、本発明の目的と
する入射角感度特性改良を充分に達成できる。

また、本発明は前述の基本発明に加えて、第２図に示す
如く、光反射体２に光反射面２ａを包囲する光反射帯３
を配置する手段を付加すれば、次のような利点を有する
。

すなわち、日射センサは、第２図に示すように、例えば
インスツルメントパネル５の」二面に埋め込まれ、窓材
４とインスツルメントバネル５の上面が一平面となる様
に取り付けられることが多い。

これは車両デザイン上のためで、また窓材５の大きさも
有限とされる。この実際の取り付は状態では、斜光日射
の一部が符号ｎ、ｏのようにインスツルメントパネル５
の一部にじゃまされて反射面２ａひいては受光面１ａに
入光できない光が生じ、結果として斜光日射時の感度が
低下する。この問題を解決する手段として、第２図に示
すように光反射面２ａの端部周囲に光反射面２ａを包囲
する光反射帯３を設ければ、光反射帯３により、ｎ。

０と反対側の斜光日射Ｐ＋　ｑが２度反射して受光面１
に入光するので、このＰ＋　ｑがｎ、ｏの減光部をカバ
ーし、結果として、斜光日射時のインスプルメン１−パ
ネル５による感度低下は解決される。

また、第６図に示すように、光反射体２の所定の反射面
２ａの一部に光反射率を下げるための減光印刷６を施し
たり、第８図に示すように反射面２ａの上方に光透過度
合が部分的に異なるマスク７（詳細には透明マスクに減
光部７ａを施したもの）を設ければ、次のような利点が
ある。

すなわち、第１図、第２図の構造で得られた入射角感度
特性に対して目標とする特性がある入射角Ｏで一致せず
、一致しない部分だけを補正しようとする場合に、」１
記減光手段が有効な働きをなす。すなわち、例えば、第
７図に一点鎖線で示す目標特性に対し実線で示す実際の
特性が０＝４５゜近辺でずれている場合、第６図或いは
第８図の様にθ；４５°近辺で受光面１ａに入光する光
ｒ。

ｓ、ｔが反射する光反射面２．光反射帯３の表面又はマ
スク７に反射率が低下する減光印刷６か７ａを施す。こ
れにより０＝４５°近辺のみの受光面１への入光量が減
少し、第７図に点線で示す特性の様にθ＝４５°近辺の
みの感度が減少し、目標特性と一致させることができる
。これと同様に、光反射面２ａもしくは光反射帯３の一
部表面の粗面処理でも、特定入射角での感度を変えるこ
とができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第９図ないし第１１図に基づき説明
する。

第９図は本発明の具体例を示す日射センサの縦断面図、
第１０図はその要部を抜出した分解斜視図で、図中、第
１図から第８図までの本発明の原理説明図に用いた符号
と同一のものは、同−或いは共通する要素である。

第９，１０図において、１ｏは円形のプリント基板で、
その表面に同サイズの円形の金属板２を張り付ける。金
属板２は、光反射体を構成し、その表面２ａが粗面仕上
げ（ヘアーライン仕上げ）の反射面となしている。この
反射面２ａは上向きに配置され、その中央上方に、光電
素子１が配置され、また反射体２の端部周縁には反射面
２ａを囲むようにして、金属リング（反射帯）３が配置
される。

本発明を具体化する上で、好適な光電素子としては、例
えば浜松ホトニクス株式会社製のＰＩＮシリコンホトダ
イオード型式８２５０６−０３が挙げられる。この素子
は透明樹脂モールドタイプで第９図に示すように、受光
部１ａ及び基板導体１ｂを透明樹脂１ｃでモールドし、
リード１ｄをプリント基板１０に半田付けしてなる。受
光面１ａは下向きに配置される。このタイプのホトダイ
オードは、透明樹脂モールド１ｃに入った光が基板導体
１ｂに当らなければ反射面２ａに向けて抜け、しかも、
透明樹脂モールド１ｃの一面を反射面２ａ上に接着搭載
すれば、受光面１ａの位置決めが自ずと決定されるため
好適である。この素子の単品の入射角感度特性は、第１
１図の点線■で示す特性である。

そして、このホトダイオード１単品の入射角感度特性が
、本実施例に示す如く粗面仕上げの反射面２ａ上方に配
置することで、入射角感度特性が変化する。この単品特
性が本実施例の構造によりどう変わるか実験を行った。

実験供試品は、反射体として１０＋ｎｎ＋角のアルミテ
ープ（表面へアーライン仕上げ）を用い、このアルミテ
ープを平板に張り付け、このテープの中心軸とホトダイ
オード受光面中心軸が一致する様にダイオードをテープ
上に透明接着剤で張り付けたものである。この実験供試
品の入射角感度特性を第１１図に実線■で示す。実験供
試品の特性は０＝４０°で最大感度となり、Ｏ＝Ｏで６
３％の感度となり、点線の単品特性と比べると十分な特
性改良なされており、本発明の効果を立証している。な
お、このような入射角感度特性改良のメカニズムは、発
明の〔作用〕の項で詳述したので、ここでの説明は省略
する。

本実施例の日射センサを製品化する場合には、第９図、
第１０図に示すように円形のプリント基板１０に金属板
（光反射体）２．ホトダイオード１を搭載し、ホトダイ
オード１のリード１ｄをプリント基板１０に半田付けし
、コネクタ１２付きのリード線１１をプリント基板１０
の裏面に半田付けし、これらを、アクリルなどで成形さ
れた透明樹脂ケース９の内側に金属リング（反射帯）３
とともに収容し、充てん樹脂材１３で封止固定する。こ
の製品例で、従来−船内な日射センサと比べふえた部品
は金属板２と金属リング３だけであり、これによるコス
ト増はセンサ全体のコストの約２０％前後と小さい。入
射角感度特性改良の効果は第１１図の実線の特性と同等
の効果がある。

すなわち、本実施例によれば、斜光日射時（θ＝３０〜
６０°）の時に最大感度を有し車両真上からの日射時Ｃ
０＝０°）は最大感度の５０〜１００％という斜光重視
の日射センサが実現でき、従来あった斜光時の乗員フィ
ーリングの悪化の問題を解決できる。

なお、上記実施例では、光反射体２の反射面２ａを平な
面とするが、第１３図に示すように、反射面２ａを凸面
面状にしてもよい。このように凸面面とした場合には、
日射光の入射角度範囲を広げるメリットがあり、特に水
平の日射光Ｖも受光面１ａ側に反射み光させることがで
きる。

また、第１４図に示すように光反射体２を光反射プリズ
ムで構成したり、 第１５図に示すように光電素子１の透明樹脂モールドＩ
Ｃの下面に金属メッキ２′を形成して、この金属メッキ
を光反射体としても上記実施例同様の効果を奏し得る。

また、乱反射を起こすために、この透明樹脂モールド中
に前記光反射体を構成すべき銀粉等の反射粉体を混入し
てもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、実際に最も感度を大きく
したい斜光日射時（θ＝３０〜６０°）の範囲内の入射
角感度（相対感度）を大きくして、目標の入射角感度特
性を得、日射に対する空調フィーリングを向上させるこ
とができ、しかも、このような効果を１つの日射センサ
で且つ極力部品点数を簡略化して達成できるので、装置
の低コスト化を図り得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における日射センサの基本構造を示す縦
断面図、第２図は本発明の基本構造に反射帯を加えた状
態を示す縦断面図、第３図は本発明の動作原理を示す説
明図、第４図及び第５図は本発明の入射角感度特性の具
体例を示す説明図、第６図は本発明の基本構造に減光印
刷を加えた状態を示す縦断面図及び上面図、第７図は本
発明の入射角感度特性の具体例を示す説明図、第８図は
本発明の基本構造に減光マスクを加えた状態を示す縦断
面図、第９図は本発明の具体的な一実施例を示す縦断面
図、第１０図は上記実施例の要部を取り出した分解斜視
図、第１１図は上記実施例の入射角感度特性を示す説明
図、第１２図は従来の日射センサの縦断面図、第１３図
から第１５図は本発明に用いる光反射体の種々の変形例
を示す説明図である。 ｌ・・・光電素子、１ａ・・・受光面、１ｃ　・透明樹
脂モールド、２・・・光反射体、２′・・光反射体（金
属メッキ）、２ａ・・・反射面、３・・・光反射帯、５
・・・インスツルメントパネル、６・・・減光印刷、７
・・減光マスク、７ａ・・・減光印刷。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、日射光を受光して、受光量に応じた検出信号を出力
   する光電素子を備えてなる空調用の日射センサにおいて
   、 空調対象物の日射を受ける位置に、光反射体をその反射
   面を上向きにして配置し、この光反射体の上方に、前記
   光電素子をその受光面を下向きにして配置して、この光
   電素子の受光面と前記光反射体の反射面とを対面させて
   なることを特徴とする日射センサ。 ２、第１請求項において、前記光反射体に、該光反射体
   の反射面を包囲するよう光反射帯を設けてなる日射セン
   サ。 ３、第１請求項又は第２請求項において、前記光反射体
   及び光反射帯の少なくとも一つの反射面に、乱反射を生
   じさせるための粗面を形成してなる日射センサ。 ４、第１請求項ないし第３請求項のいずれか１項におい
   て、前記光反射体及び光反射帯の少なくとも１つの反射
   面の一部に、光反射率を下げるための減光印刷を施して
   なる日射センサ。 ５、第１請求項ないし第３請求項のいずれか１項におい
   て、前記光反射体の反射面上方に光透過度合を部分的に
   異ならせる減光マスクを配置してなる日射センサ。 ６、第１請求項ないし第５請求項のいずれか１項におい
   て、前記光反射体の反射面を凸面面状に形成してなる日
   射センサ。 ７、第１請求項ないし第５請求項のいずれか１項におい
   て、前記光反射体を光反射プリズムで構成してなる日射
   センサ。 ８、第１請求項ないし第６請求項のいずれか１項におい
   て、前記光電素子は透明樹脂モールドで被覆され、この
   透明樹脂モールドの下面に前記光反射体を構成すべき金
   属メッキを形成してなる日射センサ。