JPH06196751A - 日射センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄曇りの場合でも太陽の位置を正確に検出す
る。 【構成】 ガラス基板３４の一方の面側にピンホール３
５を有する遮光膜３６を形成し、他方の面側に無変換部
１００を設けると共に、半導体によりなる光電変換膜を
有する位置検出素子３７を形成する。太陽からの光はピ
ンホール３５を介してスポット光Ｈとして位置検出素子
３７に入射する。このとき、天頂方向から原点Ｏ付近に
主として入射する散乱光の成分はほとんど無変換部１０
０に当たるので、光電流として出力されない。したがっ
て、位置検出素子３７に受光されるのは太陽の直達光の
成分が大部分となり、その光電流の強度の重心位置を検
出することにより、薄曇りのような太陽からの直達光と
散乱光との強度が略同等となる場合でも、正確に太陽の
位置を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、日射を受ける方向を検
出する日射センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両等の空調装置においては、空調室と
しての車室内に太陽光が入射するのを避けられないの
で、従来では、車室内への太陽光の入射による温度上昇
の影響を考慮して空調制御を行うために、日射量を検出
してその日射量に応じて空調装置の吹出温度や風量を補
正して制御する日射補正制御が行われている。

【０００３】また、近年では、空調空間における快適性
に対する要求が高まっており、さらにきめ細かな空調制
御をするために、太陽光が車室内のどの方向から入射し
ているかを検出してその検出結果に応じて車室内の空調
制御をバランス良く行うようにすることが考えられてい
る。

【０００４】このような太陽光の入射方向を検出するセ
ンサとしては、例えば、特開昭５６−６４６１１号公報
に開示されたものがある。すなわち、このものは、太陽
からの光をピンホールを介してスポット状に絞った状態
で電荷結合素子（ＣＣＤ）の受光面に入射させ、その受
光位置に対応した電気的な検出信号を得る構成となって
いる。このようにして検出した信号に対して、信号処理
回路により、検出した受光位置とピンホールとの幾何学
的な位置関係に基づいて演算することにより太陽の位置
を検出するようにしたものである。

【０００５】そして、このようなセンサを用いることに
より、車両に設けられた空調装置においては、太陽の位
置つまり方向およびその高度の検出データに基づいて、
車室内の空調制御をバランス良く行うように補正するこ
とができ、したがって、空調空間の快適性を向上させる
ことができるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、地上におけ
る太陽からの日射は、直達光に加えて天空の雲や水蒸気
等により散乱された散乱光を含んだ光として到達してお
り、そのうち、直達光は太陽の位置に対応した方向から
到達するが、散乱光は太陽の位置に関係なくほぼ天頂か
ら真下に到達する性質を有している。

【０００７】そして、天空に雲がほとんど存在せず良く
晴れた天候状態である場合には、雲等による太陽光の散
乱光の成分に比べて直達光の成分が強く、したがって、
散乱光の成分は直達光に比べて無視できるほど弱くなる
ので、日射をスポット光に絞ってセンサの受光面に入射
することにより太陽の方向を検出できるのである。

【０００８】しかし、雲の存在量が増えるにしたがっ
て、直達光の成分の強度が弱くなると共に散乱光の成分
が強くなってくるため、直達光の成分に比較して散乱光
の成分が無視できなくなり、日射をスポット光に絞って
センサの受光面に入射すると、直達光と散乱光の両者の
光スポットが検出されるため、センサに入射される日射
に基いて太陽の位置を検出することができなくなる不具
合がある。

【０００９】このような不具合について、図３２を参照
して説明する。すなわち、図３２（ａ）はＣＣＤ２１に
よる検出原理を示すもので、簡略的に一次元方向の検出
の場合を例にとって説明する。ＣＣＤ２１の受光面２２
に対して遮光膜２３が所定間隔を存して配置されてお
り、その遮光膜２３には受光面２２の中心に対応した位
置に光を通すピンホール２４が形成されている。ＣＣＤ
２１は、ピンホール２４を介して入射する光を受光面２
２に受けると、その受光した位置に電荷が蓄積される。
ＣＣＤ２１に蓄積された電荷は、信号処理回路により、
受光位置に対応する電気信号として取り出され、その電
気信号が所定レベル以上であるか否かに応じて「Ｈ」レ
ベルあるいは「Ｌ」レベルのデジタル信号として出力さ
れるようになっている。

【００１０】そこで、まず天候状態が快晴であるときの
太陽光を受光する場合には、直達光の強度が大きいこと
により、図３２（ｂ）に示すように、ＣＣＤ２１の受光
面２２で受光されて得られる信号の分布状態はほぼ直達
光のみによる検出信号として得ることができるので、太
陽光の入射方向をその検出信号の中心位置として検出で
きる。

【００１１】また、天空に雲が多く天候状態が曇りであ
る場合には、地上に到達する太陽光がほぼ散乱光のみと
なるため、ＣＣＤ２１の受光面２２には太陽光の散乱光
としてピンホール２４直下の位置に入射するようにな
る。したがって、図３２（ｄ）に示すように、ＣＣＤ２
１による受光位置は、散乱光の中心位置として検出され
るようになる。この場合、地上においては、太陽の光は
実質的に散乱光の光を受けているから日射方向としては
散乱光の中心位置により検出することができるのであ
る。

【００１２】ところが、天空の雲が比較的少なく薄曇り
の天候状態である場合には、太陽光の直達光と共に散乱
光がある程度の日射強度でＣＣＤ２１に入射するように
なる。この場合、太陽光の直達光はＣＣＤ２１の受光面
２２に対して太陽の方向に応じた位置に入射され、散乱
光は略ピンホール２４の直下に入射するが、薄曇りの状
態では直達光の強度が弱くなるため、散乱光の強度との
差が小さくなり、無視できない大きさとなる。

【００１３】従って、天候状態が薄曇りであるときに、
ＣＣＤ２１の受光面２２に太陽光の直達光と散乱光とが
入射すると、それらの受光強度に応じて、図３２（ｃ）
に示すような領域で受光検出信号が出力されるようにな
る。この結果、デジタル信号で得られる受光信号から受
光位置の中心位置を求めると、実際の直達光の受光中心
から大きく外れた位置になってしまう。

【００１４】このように、従来構成のものでは、天頂方
向から到達する太陽光の散乱光成分も検出されるため、
直達光の強度が低下して相対的に散乱光の強度が大きく
なったときには、そのときの受光による太陽の位置の検
出は実際の太陽の位置から大きく外れてしまうようにな
り、空調制御における日射補正に使用する場合には、検
出した日射量および日射方向データでは正確な補正処理
ができなくなる不具合がある。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、コンパクトな構成でありながら、天候
状況にかかわらず太陽の位置に対応した高度および方位
を正確に検出でき、これにより、例えば、空調制御等に
おける日射補正に対して実用的な日射方向に基づいて正
確な補正処理を行うことができるようにした日射センサ
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の日射センサは、
所定のスポット領域に入射した光を通過させる透光手段
と、この透光手段と所定間隔を存して配置された受光面
に光を受けるように設けられその透光手段を介して入射
される光を光電変換すると共にその二次元的な受光位置
に対応する電気信号を出力する位置検出素子と、前記透
光手段のスポット領域の直下に対応する領域に設けられ
入射光に対応した前記位置検出素子による出力を無効化
する無変換部とを設けて構成したところに特徴を有す
る。

【００１７】

【作用】本発明の日射センサによれば、太陽光は透光手
段を介して位置検出素子の受光面に入射し、このとき、
太陽光の直達光は太陽の方向に対応した受光面の位置に
入射するようになり、一方、太陽光の散乱光は太陽の方
向に無関係に受光面における透光手段の略直下の位置に
入射するようになる。

【００１８】このとき、透光手段のスポット領域直下の
領域には無変換部が設けられているので、散乱光の大部
分はちょうどこの無変換部に入射することになり、その
散乱光に応じた光電変換は行われなくなり、受光位置に
対応する電気信号として出力されることがなくなる。そ
して、太陽が天頂付近に位置していない限り、直達光の
成分は透光手段を介して入射すると無変換部以外の領域
に到達するようになるので、位置検出素子においては、
直達光の受光位置に応じた電気信号に変換して出力する
ようになる。

【００１９】これにより、天空に雲が比較的少ない薄曇
りの天候状態で、太陽光の直達光と散乱光とが互いに無
視できない程度の強度で位置検出素子の受光面に入射す
る場合でも、散乱光の成分は受光面部分に入射したとき
にその大部分がスポット領域直下に設けられた無変換部
に入射することになって電気信号として出力されないの
で、位置検出素子は、実質的に直達光の成分のみの受光
を行ったと同等になり、その検出信号から太陽の位置に
対応する受光位置を正確に検出することができるのであ
る。

【００２０】また、このように、無変換部を設けている
ことから、直達光の成分が無変換部に一部がかかる状態
で到達する場合が生ずるが、このような場合に対応し
て、あらかじめ太陽の位置と受光信号の出力との相関関
係を求めておくことにより、正しい位置を検出すること
ができるようになる。

【００２１】なお、前述のように散乱光は略天頂から地
上に到達する成分が大部分を占めているのでスポット領
域の直下にそのスポット領域と同じ大きさの無変換部を
設ければ、略散乱光の悪影響を受けないようにできる
が、厳密にはスポット領域直下の領域からその周辺部に
も散乱光が入射する。したがって、直達光の検出精度を
向上させようとする場合には、無変換部の大きさをさら
に大きくすれば良いが、この場合には、天頂方向から到
達する直達光に対してはそのほとんどが無変換部に入射
することになって光電変換されず、その位置を検出でき
なくなるという関係にある。そこで、必要となる太陽の
位置の検出範囲に応じて無変換部の大きさを最大限に設
定することにより検出範囲内における検出精度をさらに
向上させることができるようになる。

【００２２】そして、無変換部としては、例えば位置検
出素子の受光面に遮光膜を設けることにより構成した
り、位置検出素子そのものに光電変換を行わない部分を
形成したり、あるいは位置検出素子により光電変換され
た光電流をその部分に対応して取り出さないように電極
を設けないようにしたり、さらには絶縁物を介在させる
ことにより形成することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を自動車のオートエアコンディ
ショナに用いられる日射センサに適用した場合の第１の
実施例について、図１ないし図１４を参照しながら説明
する。図２には、本発明の対象である全方位形の日射セ
ンサ３１の外観が示されている。この図２において、日
射センサ３１は、光電変換装置本体３２およびこれをモ
ールドした状態で設けられた樹脂製の矩形状パッケージ
３３を備えた構成となっている。光電変換装置本体３２
は、図１に示すように、矩形状のガラス基板３４を備
え、そのガラス基板３４の表面側中央部に、透光手段と
してのピンホール３５（直径が例えば０．５mm〜９mm程
度）を有した遮光膜３６を設けると共に、ガラス基板３
４の裏面側にピンホール３５から入射するスポット光を
受光してその受光位置および受光量に応じた電気信号を
出力する位置検出素子３７を設けた構成となっており、
この位置検出素子３７からは合計４本のリードフレーム
３８がパッケージ３３の側壁部を貫通した状態で設けら
れている。

【００２４】この光電変換装置本体３２の具体的な構成
については後で詳しく説明するが、特に、上記遮光膜３
６は、例えばカーボンブラックを混入したエポキシ樹脂
をガラス基板３４の表面に直接的に印刷して形成した
り、あるいは金属薄膜を蒸着することによって形成され
るものである。また、各リードフレーム３８は、位置検
出素子３７に設けられた合計４個の電極３９（図４参
照）に対し導電性接着剤（例えば、銀フィラー含有のエ
ポキシ樹脂系接着剤）により接合されている。

【００２５】前記パッケージ３３は、例えばカーボンブ
ラックを０．３重量％程度混入した黒色エポキシ樹脂を
利用することによって光遮断性を有するように形成され
ている。この場合、上記黒色エポキシ樹脂に対し、さら
に溶融シリカのような充填剤を混入することによって、
当該パッケージ３３の熱膨張率とガラス基板３４および
リードフレーム３８の各熱膨張率との差が小さくなるよ
うに構成している。また、パッケージ３３は、前記ガラ
ス基板３４の側面部および位置検出素子３７を電極３９
の接合部分と共に覆い、且つ前記遮光膜３６上面の周縁
部分を、ピンホール３５と同心形状の円形の窓部４０を
残した状態で覆った形状に構成されている。この場合、
パッケージ３３における上記窓部４０の周縁部は、窓部
４０に向かって緩やかに下降傾斜したすり鉢形状に形成
されており、これによりピンホール３５に対し比較的低
い高度からの光も入射し得るようになっている。

【００２６】また、このような日射センサ３１は、図３
に示すように、円形状をなすプリント配線基板６０に実
装された状態で樹脂製のセンサボディ６１に組み込まれ
るようになっている。この場合、センサボディ６１は、
日射センサ３１およびプリント配線基板６０を収納する
ための円筒状ケース６２と、この円筒状ケース６２の下
部に同心状に連結された取付用基台部６３とを一体に有
した形状となっている。円筒状ケース６２の底面には、
例えば３個のリブ６４が、その円筒状ケース６２の周壁
部に沿った等間隔配置となるようにして一体に形成され
ており、円筒状ケース６２内にプリント配線基板６０が
収納されたときには、そのプリント配線基板６０がリブ
６４上に載置された状態となって、その軸方向の位置決
めが行われるようになっている。

【００２７】日射センサ３１の各リードフレーム３８
は、プリント配線基板６０の取付孔に挿入された状態で
ハンダ付等により固定され、そのプリント配線基板６０
に対しては、４本のリード線６５（２本のみ図示）の先
端がハンダ付により接続されるものであり、それらリー
ド線６５は、前記取付用基台部６３を貫通して外部に導
出される。さらに、円筒状ケース６２には、その上面開
口部を閉鎖するようにして円板状のカバー６６が取り付
けられる。このカバー６６は、太陽光を透過させると共
に耐候性などに優れた例えばアクリル樹脂やポリカーボ
ネート樹脂よりなるものである。

【００２８】次に、図１および図４には、光電変換装置
本体３２の概略構成を斜視図にて示し、図５には同光電
変換装置本体３２の層構造を摸式な断面図にて示してお
り、以下これらを参照して光電変換装置本体３２につい
て説明する。光電変換装置本体３２が有する位置検出素
子３７は、ガラス基板３４の裏面に形成されており、こ
のガラス基板３４と位置検出素子３７との界面には遮光
膜によりなる無変換部１００が形成されている。この無
変換部１００は、ピンホール３５の直下に位置してその
外径寸法よりもやや小さい外径寸法を有する円形状に設
けられたもので、例えば、アモルファス窒化シリコン
（ａ−ＳｉＮｘ）または樹脂等からなるもので、遮光性
を有すると共に絶縁性を有する材料により形成されてい
る。

【００２９】さて、位置検出素子３７は、上述の無変換
膜１００が設けられたガラス基板３４の裏面に、透明抵
抗体からなるＸ方向抵抗体膜４１、例えばアモルファス
シリコン（以下ａ−Ｓｉと略称する）を利用した光電変
換膜４２、金属電極抵抗体からなるＹ方向抵抗体膜４３
を順次積層すると共に、Ｘ方向抵抗体膜４１およびＹ方
向抵抗体膜４３の夫々の両端部に、各抵抗体膜４１およ
び４３より低い抵抗値の帯状電極体４１ａ、４１ｂおよ
び４３ａ、４３ｂを形成し、それら各電極体４１ａ、４
１ｂおよび４３、４３ｂから合計４本のリード電極Ｘ、
Ｘ′、Ｙ、Ｙ′を導出している。尚、実際には、これら
の帯状電極体４１ａ、４１ｂおよび４３ａ、４３ｂは前
述の電極３９に相当し、また、リード電極Ｘ、Ｘ′、
Ｙ、Ｙ′は、同じく図２に示したリードフレーム３８に
相当するものである。

【００３０】この場合、互いに直交した状態で配置され
たＸ方向抵抗体膜４１およびＹ方向抵抗体膜４３は、互
いの間に光電変換膜４２が介在されることにより直接的
に接することはなく、定常状態（光が入射していない状
態）では、各抵抗体膜４１および４３は光電変換膜４２
により実質的に絶縁された状態を保っている。

【００３１】以下においては、光電変換装置本体３２の
各層の材質およびその詳細な構造について図５を参照し
ながら説明する。すなわち、ガラス基板３４には、厚さ
寸法が例えば１．８mm程度のソーダガラス板にＳｉＯ2
をコーティングしたものを用いている。Ｘ方向抵抗体膜
４１は、厚さ６０nmのＳｎＯ2 からなるもので、シート
抵抗値を２００Ω／□（□は正方形を示す）としてい
る。この場合、Ｘ方向抵抗体膜４１に必要な機能は、光
透過性を有することおよび適当なシート抵抗値を有する
ことであるから、その材質としては、ＳｎＯ2 に限ら
ず、ＺｎＯ、ＩＴＯなどのような他の透明電極材料を使
用することもできる。

【００３２】なお、上記Ｘ方向抵抗体膜４１のシート抵
抗値は、１０Ω／□以上で１ＭΩ／□以下の範囲で、好
ましくは１００Ω／□以上で５０ＫΩ／□以下に設定す
る。この理由としては、Ｘ方向抵抗体膜４１のシート抵
抗値が低すぎると、電極３９の抵抗値との差がなくなっ
て抵抗体として機能しなくなるからであり、また、その
シート抵抗値が高すぎると、光が入射したときの光電変
換膜４２の抵抗値（ａ−Ｓｉでは約１ＫΩ〜５００Ｋ
Ω）より高くなって出力が得られなくなるからである。

【００３３】そして、上記のような構成のＸ方向抵抗体
膜４１上に、ａ−Ｓｉ合金膜をｐ−ｉ−ｎ層構造に積層
し、これによりダイオード構造を持った光電変換膜４２
を形成している。具体的には、光電変換膜４２は、図５
に模式的に示すように、光の入射方向側（Ｘ方向抵抗体
膜４１側）から、ａ−ＳｉＣよりなるｐ形半導体層４２
1 、真性ａ−Ｓｉよりなるｉ形半導体層４２2 、ａ−Ｓ
ｉよりなるｎ形半導体層４２3 の順次積層した３層構造
を有するものであり、この構成によりフォトダイオード
Ｄを形成している。この場合、各半導体層４２1 ，４２
2 ，４２3 の厚さ寸法は、例えば、それぞれ１０nm，６
００nm，６０nmに設定されている。なお、光電変換膜４
２は、ａ−Ｓｉ合金膜をｎ−ｉ−ｐ層構造に積層して形
成することもできる。

【００３４】この光電変換膜４２は、スポット光が照射
されると、その部分だけに光電変換作用により起電力が
発生して光電流を発生させるようになる。この光電流
は、ｐｎ接合に対して逆方向に流れるので、スポット光
が照射された位置で縦方向にｎ形半導体４２3 からｉ形
半導体４２2 を介してｐ形半導体４２1 に向けて流れる
ようになる。

【００３５】また、Ｙ方向抵抗体膜４３は、例えば厚さ
寸法４０nm程度のＴｉにより形成している。このＹ方向
抵抗体膜４３は、基本的にはＸ方向抵抗体膜４１と同様
のものでも良いが、図４，図５の構造からも分かるよう
に、光を透過させる必要が全くない。従って、Ｙ方向抵
抗体膜４３の材質としては、シート抵抗値が１０Ω／□
以上で１ＭΩ／□以下のものであれば、ＴｉあるいはＸ
方向抵抗体膜４１と同様の材質以外にも、Ｃｒ、Ｎｉな
どのような金属類や、ＴｉＮ、Ａｇペースト、Ｎｉペー
スト、Ｃｕペーストなどを利用することができる。

【００３６】次に、本実施例の作用について図６ないし
図１４をも参照して説明するに、（Ａ）日射方向および
高度の検出原理および（Ｂ）日射センサの受光点検出原
理に続いて（Ｃ）天候状態の変化に対応した日射方向の
検出動作および（Ｄ）太陽の高度θに対応した日射方向
の検出動作について順次述べる。

【００３７】（Ａ）日射方向および高度の検出原理 日射センサ３１が有する光電変換装置本体３２による日
射光の方向および高度の検出原理について簡単に説明す
る。なお、検出原理の説明上において支障を来すことが
ないので、ここでは、簡単のため無変換部１００が設け
られていない構成で説明する。

【００３８】すなわち、図１に示すように、光電変換装
置本体３２に入射する日射光は、ピンホール３５により
スポット状に絞られ、ガラス基板３４内に屈折して入射
するものであり、その入射スポット光Ｈは、位置検出素
子３７上のＰ（ｘ，ｙ）点で受光される。この場合、上
記受光点Ｐの位置は、日射光の方位および高度に対応し
たものとなる。

【００３９】図１０には、日射光の方位および高度の検
出原理を説明するために、ピンホール３５と受光点Ｐ
（ｘ，ｙ）との関係をＸ、Ｙ、Ｚの三次元座標軸で示し
ている。この場合、座標の原点Ｏ（０，０）を位置検出
素子３７上でピンホール３５直下の中心位置とし、Ｘ方
向抵抗体膜４１のリード電極ＸおよびＸ′が対向する方
向をＸ軸とし、Ｙ方向抵抗体膜４３のリード電極Ｙおよ
びＹ′が対向する方向をＹ軸とし、ガラス基板３４の厚
さ方向をＺ軸に設定している。

【００４０】この図１０において、ピンホール３５に入
射する日射光とガラス基板３４の表面とがなす角度（π
／２−入射角度β）、つまり日射光の高度をθで表す
と、高屈折率部材であるガラス基板３４に入射したスポ
ット光Ｈとガラス基板３４の表面および裏面とがなす角
度はθ′となる。すなわち、スポット光Ｈは、Ｐ（ｘ，
ｙ）点にθ′の角度で到達する。

【００４１】ここで、位置検出素子３７上のＹ軸とＰ
（ｘ，ｙ）点とのなす角度、つまり日射光の方位φは上
記Ｐ（ｘ，ｙ）点に基づき次式にて算出される。

【００４２】

【数１】

【００４３】また、空気の屈折率を１、ガラス基板３４
の屈折率をｎとすると、ガラス基板３４に対して入射す
るスポット光Ｈの、入射角度β（＝π／２−θ）と屈折
角度β′（＝π／２−θ′）との関係は、一般に、 ｓｉｎβ／ｓｉｎβ′＝ｎ と表されるから、ガラス基板３４の厚さ寸法がｔである
とすると、上述の関係式を用いて、日射光の高度θ（＝
π／２−β）は、次式（１）および（２）にて算出でき
る。

【００４４】

【数２】

【００４５】しかし、実際には、ピンホール３５が設け
られた遮光膜３６の厚さ寸法の大小に応じて、スポット
光Ｈの中心の位置が変化するため、上記式（２）に代え
て、補正項αを入れた次式（３）を利用する。

【００４６】

【数３】

【００４７】一方、位置検出素子３７において、スポッ
ト光を受光したＰ（ｘ，ｙ）点に発生する光電流Ｉｏ
は、後述の説明にて明らかとなるように日射強度Ｓに比
例する。この場合、実際の日射光の高度はθであるか
ら、その高度θに応じてピンホール３５を通過する光の
量が変化するので、光電流Ｉｏは日射強度Ｓに対して、 Ｉｏ＝Ｓ・ｓｉｎθ という関係で変化する。したがって、この関係式から日
射強度Ｓは、 Ｓ＝Ｉｏ／ｓｉｎθ として求めることができる。

【００４８】しかし、実際には、ガラス基板３４での表
面反射などによって、光電流Ｉｏの日射光の高度θに応
じた変化曲線がサインカーブと一致しないため、次に示
すような補正式を用いる（但し、次式において、ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは定数を示す）。

【００４９】

【数４】

【００５０】また、無変換部１００が設けられている状
態においては、日射光の高度θが９０°に近付くとスポ
ット光Ｈの位置Ｐ（ｘ，ｙ）が無変換部１００内に位置
するようになるので、実際には無変換部１００に入射し
た分の光による光電流が出力されなくなるため、検出さ
れる光電流Ｉｏの値がずれてしまうことになる。そこ
で、前述のようにして求められた高度θの値に基いて、
位置検出素子３７に入射するスポット光Ｈが無変換部１
００にかかっている場合には、そのときの光電流Ｉｏ′
を、無変換部１００に入射した分も光電流に変換された
場合の全体の光電流Ｉｏとなるように補正してから日射
量Ｓを演算すれば良い。

【００５１】なお、上述の式に基いて算出した位置検出
素子３７の出力特性の一例を図１１，図１２および図１
３に示す。図１１は天候が薄曇りの状態での設定高度に
対応する検出高度を示すもので、後述するように、無変
換部１００が設けられていない場合には、設定高度が小
さいときに検出高度が対応して小さくならないが、本実
施例のように無変換部１００を設けている場合には設定
高度と検出高度との対応関係が正確に得られている。ま
た、図１２には設定方位と検出方位との関係を示してお
り、検出精度が良いことが確認できる。そして、図１３
には、設定高度と検出強度との関係を示しており、設定
高度によらず略一定の検出強度が得られることが確認で
きる。

【００５２】（Ｂ）日射センサの受光点検出原理 次に、光電変換装置本体３２によるスポット光Ｈの受光
点Ｐ（ｘ，ｙ）の位置検出原理について図６も参照して
説明する。なお、簡単のため、まず、無変換部１００が
設けられていない状態における受光点検出原理について
説明し、続いて無変換部１００が設けられている状態に
おける受光点検出原理を説明する。

【００５３】前述のように、光電変換膜４２はスポット
光Ｈが照射された部分で受光強度に応じた光起電力を発
生し、受光した部分全体で光電流Ｉｏを発生する。この
光電流Ｉｏは、Ｙ方向抵抗体膜４３側から電流Ｉｏが流
入して光電変換膜４２を介してＸ方向抵抗体膜４１側に
流出するようになる。なお、ここでは、簡単のため、ス
ポット光Ｈの広がりは殆どないものとして考えることに
するが、実際には、後述するようにピンホール３５を通
過して位置検出素子３７に入射する光は広がりをもって
いると共に、その強度も異なる場合がある。

【００５４】さて、Ｙ方向抵抗体膜４３においては、リ
ード電極ＹおよびＹ′からそれぞれ受光点Ｐまでシート
抵抗を介してＹ軸方向に検出電流Ｉｙ1 およびＩｙ2 が
流れ、Ｘ方向抵抗体膜４１においては、受光点Ｐからそ
れぞれリード電極ＸおよびＸ′までシート抵抗を介して
Ｘ軸方向に検出電流Ｉｘ1 およびＩｘ2 が流出するよう
になる。この場合、受光点Ｐに流入する電流と流出する
電流は等しく、且つ光電流Ｉｏとなるから、これらの関
係は、 Ｉｘ1 ＋Ｉｘ2 ＝Ｉｙ1 ＋Ｉｙ2 ＝Ｉｏ …（５） と表すことができる。

【００５５】また、位置検出素子３７の中央の点となる
ピンホール３５の直下を原点Ｏ（０，０）としているか
ら、原点Ｏが受光点Ｐとなるときには、それぞれの検出
電流Ｉｘ1 ，Ｉｘ2 ，Ｉｙ1 ，Ｉｙ2 の関係は、Ｉｘ1
＝Ｉｘ2 およびＩｙ1=Ｉｙ2と表すことができる。つま
り、Ｘ方向抵抗体膜４１においては、原点Ｏがリード電
極ＸおよびＸ′のちょうど中点に位置するので、それぞ
れのリード電極ＸおよびＸ′までのシート抵抗値も同じ
となるため、検出電流値Ｉｘ1 およびＩｘ2 の値も同じ
となる。同様にして、Ｙ方向抵抗体膜４３においても、
原点Ｏがリード電極ＹおよびＹ′のちょうど中点に位置
するので、それぞれのリード電極ＹおよびＹ′までのシ
ート抵抗値も同じとなって検出電流値Ｉｙ1 およびＩｙ
2 の値も同じとなるのである。

【００５６】そして、スポット光Ｈの受光点Ｐが原点Ｏ
からずれるにしたがって、Ｘ軸方向については検出電流
Ｉｘ1 およびＩｘ2 の値が、Ｙ軸方向については検出電
流Ｉｙ1 およびＩｙ2 の値が、ずれた距離に比例して一
方が増加して他方が減少するようになる。つまり、受光
点Ｐ（ｘ，ｙ）の各座標値に対応して変化するようにな
る。したがって、受光点Ｐの座標値を、Ｘ方向変動分Δ
Ｉｘ（＝Ｉｘ1 −Ｉｘ2 ）およびＹ方向変動分ΔＩｙ
（＝Ｉｙ1 −Ｉｙ2)の値の全体の光電流値Ｉｏ（前述の
式（５）参照）に対する割合として、 ｘ＝ΔＩｘ／Ｉｏ …（６） ｙ＝ΔＩｙ／Ｉｏ …（７） として定義すれば、受光点Ｐの位置を検出することがで
きるのである。

【００５７】このようにして、スポット光Ｈの受光点Ｐ
として式（６）および式（７）により検出することがで
きるが、実際には、前述したように、スポット光Ｈの径
はある程度の大きさを有するので、検出される受光点Ｐ
の座標（ｘ，ｙ）は、受光した光の強度分布の重心位置
として求められることになる。すなわち、スポット光Ｈ
により位置検出素子３７に発生する光電流Ｉｏは、受光
した部分の全領域からであるが、検出される電流値Ｉｘ
1 ，Ｉｘ2 ，Ｉｙ1 ，Ｉｙ2 はそれらの全領域から発生
している電流を受光点Ｐとして示される極狭い領域から
出力されたものとして検出されるからである。

【００５８】また、本実施例におけるように無変換部１
００を設けている場合には、前述したように、太陽の高
度θが９０°に近付いてスポット光Ｈの入射位置Ｐ
（ｘ，ｙ）が無変換部１００内に入ると、光電流Ｉｏお
よび電流値Ｉｘ1 ，Ｉｘ2 ，Ｉｙ1 ，Ｉｙ2 が低下する
ようになる。この場合には、一旦、仮に式（６）および
式（７）に基いて受光点Ｐの位置を演算し、その結果か
らスポット光Ｈの一部が無変換部１００に入射している
か否かを判断して光電流Ｉｏおよび電流値Ｉｘ1 ，Ｉｘ
2 ，Ｉｙ1 ，Ｉｙ2 を補正し、これに基いて正確な受光
点Ｐおよび日射強度Ｓを演算すれば良い。

【００５９】（Ｃ）天候状態の変化に対応した日射方向
の検出動作 このように日射センサ３１により太陽光の方向および高
度を検出する場合における天候状態の影響について、図
７および図１４を参照して説明する。すなわち、太陽か
ら地上に到達する日射は、前述したように、太陽の方向
から到達する直達光と雲などで散乱されてほぼ天頂から
到達する弱い散乱光とがあり、例えば、図１４に示すよ
うに（ある年の７月の名古屋におけるデータ）、全日射
光（直達光＋散乱光）および散乱光による日射のそれぞ
れの日射強度は時刻とともに変化しているのがわかる。
そして、このような日射強度は、天空の雲の量に応じて
直達光の成分が大きく変動するから、天候状態に応じて
直達光と散乱光との到達割合が異なるのである。

【００６０】図７（ａ）には、光電変換装置本体３２の
断面図を示しており、高度θの太陽からの直達光がスポ
ット光Ｈとしてピンホール３５に入射している状態を示
している。なお、散乱光は常にほぼ天頂（高度９０°）
から位置検出素子３７の原点Ｏを中心とした領域にスポ
ット光Ｈ′として入射しているものとする。まず、スポ
ット光Ｈ′つまり散乱光の成分は天頂から原点Ｏを中心
として領域に入射することから、そのほとんどが無変換
部１００に入射する。これにより、位置検出素子３７に
おいては、散乱光により光電変換する光電流の成分は、
無変換部１００の外周部から位置検出素子３７に入射し
たわずかな散乱光のみによる電流となる。一方、太陽か
ら地上に到達する直達光の成分は、ピンホール３５を介
して位置検出素子３７の受光面に入射し、光電変換膜４
２により光電変換されて光電流として検出されるように
なる。

【００６１】さて、天候状態が快晴であるときには、太
陽光を遮る雲がないことから、太陽から地上に到達する
直達光の日射強度は散乱光の日射強度に比べて非常に大
きくなるので、同図（ｂ）に示すように、直達光による
受光点Ｐにおける日射強度Ｓは、散乱光による原点Ｏ付
近における日射強度Ｓ′に比べて非常に大きい。したが
って、全光電流Ｉｏのうち直達光によるスポット光Ｈが
受光される受光点Ｐの光電流成分の占める割合が殆どと
なるから、受光強度分布の重心位置は直達光の受光点Ｐ
とほぼ一致するようになる。

【００６２】次に、天候状態が天空に雲が少し存在する
薄曇りの状態であるときには、太陽光が雲により若干遮
られるので、太陽から地上に到達する直達光の日射強度
は、上述の快晴の場合に比べて弱くなる。従って、日射
強度の分布状態も同図（ｃ）に示すように、散乱光によ
る日射強度の成分を無視できない程度となる。しかし、
散乱光により光電流に変換される成分は、図示のように
無変換部１００があるために殆どゼロとなり、直達光に
より光電流に変換された成分に比べて無視できる程のレ
ベルとなるので、受光強度分布の重心位置は直達光の受
光点Ｐと略一致するようになる。

【００６３】なお、天空の雲の量が多く曇りの天候状態
であるときには、太陽光が殆ど雲により遮られるので、
地上に到達する日射は殆ど散乱光による光となって直達
光による光の成分が殆どなくなる状態となる。したがっ
て、同図（ｄ）に示すように、位置検出素子３７に入射
する光の成分は、原点Ｏを中心としたスポット光Ｈ′が
大部分となる。そして、この場合には、散乱光により光
電流に変換された成分が全光電流Ｉｏの大部分を占める
ことになり、受光強度分布の重心位置は散乱光の受光点
である原点Ｏ付近と略一致するようになる。つまり、太
陽光により影響を受けるのは実質的に散乱光による天頂
方向であるから、検出される原点Ｏ付近の位置が実質的
な日射方向として検出できるのである。

【００６４】（Ｄ）太陽の高度θに対応した日射方向の
検出動作 次に、太陽が高い位置にあって、直達光によるスポット
光Ｈが無変換部１００にかかる場合について図８および
図９を参照して説明する。いま、例えば、図８（ａ）に
示すように、太陽の高度θが略９０°で、直達光と散乱
光とが略同じ天頂方向から到達する場合には、前述同様
にして、殆どが無変換部１００に入射するため、光電流
に変換される成分は少なくなるが、散乱光だけの場合に
比べると大きい光電流となる。そして、この場合には、
無変換部１００の周辺部から位置検出素子３７に入射し
た光の成分により同図（ｂ）に示すような光電流が検出
されるようになり、その受光強度分布の重心位置は直達
光の受光点Ｐとしての原点Ｏの位置となる。

【００６５】また、図９（ａ）に示すように、太陽の高
度θが９０°に近く、直達光のスポット光Ｈの一部が無
変換部１００にかかる場合には、直達光の光電流と散乱
光の光電流とにより同図（ｂ）に示すような光電流の分
布が得られるようになる。このとき、実際の太陽の高度
θに対応する受光位置は矢印Ｋで示す位置であるが、受
光強度分布の重心位置から検出される検出位置は矢印
Ｋ′で示す位置となる。この場合、このような検出位置
Ｋ′が得られたときには、あらかじめ、マップなどを作
成しておいて検出位置Ｋ′に対応する実際の受光位置Ｋ
となるように補正することで太陽の高度θを検出するこ
とができる。また、受光強度Ｓについても、前述のよう
に光電流を補正することにより、無変換部１００がない
ときに得られる光電流として換算することにより実際の
値を検出することができる。

【００６６】なお、このようにして検出された日射を受
ける方向，高度および日射強度により、図示しない空調
装置による自動車の車室内の空調状態をその日射を受け
る方向に応じて車室内に太陽から受ける日射の影響を低
減するように正確に補正することができ、車室内の空調
状態を快適な状態に保持するように制御することができ
る。

【００６７】このような本実施例によれば、位置検出素
子３７の光電変換膜４２に対してピンホール３５を介し
てスポット状に絞った太陽からの日射光を入射させ、ピ
ンホール３５の直下に無変換部１００を設けて散乱光に
よる光電流の成分を略ゼロとするようにしたので、受光
した領域で発生する光電流Ｉｏを、電流強度の中心位置
に相当する受光点Ｐとして検出することにより、簡単で
コンパクトな構成としながら、散乱光の悪影響を受ける
こと無く、太陽の位置を正確に検出することができる。

【００６８】これにより、太陽から直達光および散乱光
が合成された状態で地上に到達する日射を受ける場合で
も、快晴あるいは薄曇りの天候状態であれば、太陽の高
度θや方位φあるいは日射強度を正確に検出できるよう
になり、空調装置における日射補正においては実用的な
日射方向として利用することができる。

【００６９】また、光遮断性の樹脂より成るパッケージ
３３は、光電変換装置本体３２が有するガラス基板３４
の側面部および位置検出素子３７をモールドした形状で
あって、そのガラス基板３４の表面側に設けられたピン
ホール３５の周りに当該ピンホール３５と同心形状の窓
部４０が存する構成、つまりピンホール３５の周りを広
く開放した構成となっているから、低高度光の入射が妨
げられる事態を防止できるようになり、以て低高度光に
対する感度を十分に確保できるようになる。特に、この
場合において、上記パッケージ３３における窓部４０の
周縁部は、当該窓部４０に向かって緩やかに下降傾斜し
たすり鉢状に形成されているから、低高度光に対する感
度の確保がより確実になるという利点がある。

【００７０】なお、上記実施例においては、本発明を入
射光の強度に比例した光電流を出力する位置検出素子３
７に適用した場合について説明したが、これに限らず、
位置検出を行うためのＣＣＤ素子などに適用することも
できる。

【００７１】図１５ないし図１７は本発明の第２の実施
例を示すもので、以下、第１の実施例と異なる部分につ
いて説明する。すなわち、本実施例における位置検出素
子４４は、ガラス基板３４に第１の実施例と同様の無変
換部１００を設け、この上にＸ方向抵抗体膜４１を形成
し、このＸ方向抵抗体膜４１上に、ａ−Ｓｉ合金膜をｎ
−ｉ−ｐ−ｉ−ｎ層構造に積層し、これにより２つのフ
ォトダイオード成分を逆極性状態で直列接続した構造の
光電変換膜４５が形成されている。この光電変換膜４５
は、光が入射していない定常状態では、光電変換膜４５
の両側面間、つまり上記のように直列接続された各フォ
トダイオード成分間に極性が異なる電圧が印加された場
合でも、電流が流れることがなくなる構造である。

【００７２】具体的には、光電変換膜４５は、図１５に
摸式的に示すように、光の入射方向側（Ｘ方向抵抗体膜
４１側）から、ａ−Ｓｉよりなるｎ形半導体層４５1 、
真性ａ−ＳｉＣ（ｉ1 −ＳｉＣ）よりなるｉ形半導体層
４５2 、ａ−ＳｉＣよりなるｐ形半導体層４５3 、真性
ａ−Ｓｉ（ｉ2 −Ｓｉ）よりなるｉ形半導体層４５4、
ａ−Ｓｉよりなるｎ形半導体層４５5 の順に積層した５
層構造を有するものである。そして、この構造は、図１
６にも示すように、２つのフォトダイオードＤ1 および
Ｄ2 を各アノードを共通として逆方向に接続した状態と
等価なものとなっている。なお、光電変換膜４５は、ａ
−Ｓｉ合金膜をｐ−ｉ−ｎ−ｉ−ｐ層構造に積層して形
成することもできるが、この場合に形成される２つのフ
ォトダイオードは各カソードで接続した状態と等価な状
態となる。

【００７３】また、光電変換膜４５は、例えば、フォト
ダイオードＤ1 に対応するｉ形半導体４５2 が、フォト
ダイオードＤ2 に対応するｉ形半導体４５4 に対してそ
の厚さ寸法を大きく設定されている。したがって、スポ
ット光ＨがＸ方向抵抗体膜４１を介して光電変換膜４５
に入射したときに、ｉ形半導体４５2 に対応するフォト
ダイオードＤ1 による光電流ＩＤ1 は、ｉ形半導体４５
4 に対応するフォトダイオードＤ2 による光電流ＩＤ2
よりも大きく、全体としてはＸ方向抵抗体膜４１側から
光電変換膜４５を介してＹ方向抵抗体膜４３側に光電流
Ｉｏが流れるようになる。

【００７４】そして、その光電流Ｉｏは、第１の実施例
で説明した光電流Ｉｏと同様に扱うことができ、フォト
ダイオードＤ1 による光電流ＩＤ1 とフォトダイオード
Ｄ2による光電流ＩＤ2 との差の電流値（＝ＩＤ1 −Ｉ
Ｄ2 ）として得ることができる。

【００７５】このような構成とすることで、第１の実施
例と同様にして無変換部１００を設けたことにより散乱
光の光電流を検出しないようにして直達光による光電流
から太陽の位置を正確に検出できると共に、次のような
効果を得ることができる。すなわち、前述のように、光
電変換膜４５は、２つのフォトダイオードＤ1 およびＤ
2 を逆方向に直列に接続した構造としたので、図１７に
も示すように、スポット光Ｈが入射していない位置では
温度の変動に伴って漏れ電流が発生することがなく、ス
ポット光Ｈが入射した位置においてのみ光電流が流れる
ようになる。したがって、高い温度領域においてもスポ
ット光Ｈの受光点Ｐを正確に検出できる利点がある。

【００７６】なお、上記第２の実施例においては、位置
検出素子４４にて、光電変換膜４５において受けた光を
光電流に変換して受光点Ｐを検出する構成としたが、こ
れに限らず、例えば、次のようにして検出するようにし
ても良い。すなわち、例えば、Ｘ軸方向の座標ｘを検出
するときには、Ｙ方向抵抗体膜４３のリード電極Ｙと
Ｙ′との間に所定電圧Ｖ（例えば５Ｖ）を印加してお
き、Ｙ方向抵抗体膜４３に電位勾配ΔＶを持たせる。こ
の状態で、スポット光Ｈが入射されて導通状態となった
光電変換膜４５の位置における電位ＶｘをＸ方向抵抗体
膜４１により検出する。この検出電圧Ｖｘと原点Ｏの位
置の電位Ｖｘ0 との差の電圧値を電位勾配ΔＶで割り算
して比を求めることにより、対応する座標ｘに相当する
値を得ることができる。

【００７７】また、Ｙ軸方向の座標ｙを検出するときに
は、上述のＸ方向抵抗体膜４１とＹ方向抵抗体膜４３と
の役割を入れ替えることにより求めることができる。さ
らに、日射強度については、Ｙ方向抵抗体膜４３のリー
ド電極Ｙ、Ｙ′の双方に所定電圧Ｖを印加して、そのＹ
方向抵抗体膜４３上の電位分布を均一化し、スポット光
Ｈが入射した位置においてＹ方向抵抗体膜４３側からＸ
方向抵抗体膜４１側へ流れる出力電流を検出する。この
出力電流は、Ｙ方向抵抗体膜４３上の全体が同電位であ
るから、スポット光Ｈの入射位置と無関係にほぼ同じレ
ベルとなり、日射強度の大小に応じて変化する信号とな
る。

【００７８】図１８は本発明の第３の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる部分は、無変換部１００に代
えて、光電変換膜４６内部に光電変換を行わない無変換
部１０１を設けたところである。すなわち、第１の実施
例においては、ピンホール３５を介して入射する光を無
変換部１００により遮光して光電変換膜４２に入射しな
いように構成したのに対して、本実施例においては、ピ
ンホール３５の直下に位置する部分に、光を受けても光
電変換を行わない無変換部１０１をピンホール３５より
も少し小さい外径寸法で形成したのである。したがっ
て、この第３の実施例によっても第１の実施例と同様の
作用効果を得ることができる。

【００７９】図１９は本発明の第４の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる部分は、無変換部１００に代
えて無変換部１０２を設けたところである。すなわち、
無変換部１０２は、Ｙ方向抵抗体膜４３のピンホール３
５直下に位置する部分に絶縁膜あるいは高抵抗を有する
抵抗体として形成されたものである。そして、この第４
の実施例によっても第１の実施例と同様の作用効果を得
ることができる。

【００８０】図２０は本発明の第５の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる部分は、無変換部１００に代
えて無変換部１０３を設けたところである。すなわち、
無変換部１０３は、Ｘ方向抵抗体膜４１のピンホール３
５直下に位置する部分に絶縁膜あるいは高抵抗を有する
抵抗体として形成されたものである。そして、この第４
の実施例によっても第１の実施例と同様の作用効果を得
ることができる。

【００８１】図２１は本発明の第６の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる部分は、無変換部１００に代
えて無変換部１０４を設けたところである。すなわち、
無変換部１０４は、光電変換膜４２の各層４２1 ，４２
2 ，４２3 の界面部分に位置すると共にピンホール３５
直下に位置する部分に絶縁膜あるいは高抵抗を有する抵
抗体として形成されたものである。そして、この第４の
実施例によっても第１の実施例と同様の作用効果を得る
ことができる。なお、上記第３ないし第６の実施例にて
説明した無変換部１０１ないし１０４は第２の実施例に
も適用することができるものである。

【００８２】図２２ないし図２５は本発明の第７の実施
例を示すもので、以下、第１の実施例と異なる部分につ
いて説明する。すなわち、光電変換装置本体４９が有す
る位置検出素子５０は、ガラス基板３４の裏面に、ピン
ホール３５の直下に対応する位置に無変換部１００を形
成した状態で、その全面に透明抵抗体膜５１、第１の実
施例と同様の光電変換膜４２、この光電変換膜４２を全
面に覆う金属電極５２を順次積層すると共に、透明抵抗
体膜５１の各辺部にその透明抵抗体膜５１より低い抵抗
値の帯状電極体５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを形成
し、それら各電極体５１ａないし５１ｄから合計４本の
リード電極Ｘ、Ｘ′、Ｙ、Ｙ′を導出し、金属電極５２
からリード電極Ｐを導出している。

【００８３】このような構成は、図２３に模式的な構造
で示すように、透明抵抗体膜５１と金属電極５２との間
に光電変換膜４２によるフォトダイオードＤを挟んだ状
態となっている。そして、スポット光Ｈが入射された位
置でのみ光電変換膜４２が光電変換作用により起電力が
発生して光電流を流すようになるものである。この光電
流は、ｐｎ接合に対して逆方向に流れるので、スポット
光Ｈが照射された位置で縦方向に向けて流れる。

【００８４】さて、リード端子Ｘ，Ｘ′およびＹ，Ｙ′
はそれぞれ対向した位置に配置されているので、透明抵
抗体５１の抵抗成分を介して接続された状態となってい
る。リード電極Ｐに所定のバイアス電圧Ｖを印加した状
態で、スポット光Ｈが位置検出素子５０の受光点Ｐ
（ｘ，ｙ）に入射したとすると、この受光点Ｐに光電流
が発生し、各リード端子Ｘ，Ｘ′，Ｙ，Ｙ′からそれぞ
れ位置に対応した光電流Ｉｘ1 ，Ｉｘ2 ，Ｉｙ1 ，Ｉｙ
2 が検出されるようになる。このようにして検出される
光電流Ｉｘ1 ，Ｉｘ2 ，Ｉｙ1 ，Ｉｙ2 を、次式のよう
に演算することにより受光点Ｐ（ｘ，ｙ）の座標を求め
ることができる。すなわち、 ｘ＝２／Ｌ×（Ｉｘ1 −Ｉｘ2 ）／（Ｉｘ1 ＋Ｉｘ2 ） …（８） ｙ＝２／Ｌ×（Ｉｙ1 −Ｉｙ2 ）／（Ｉｙ1 ＋Ｉｙ2 ） …（９） である。

【００８５】したがって、このような第７の実施例によ
っても第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、光電変換膜４２に代えて第２の実施例で用いたダ
イオードを逆方向に直列に接続した構造の光電変換膜４
５を用いても良い。また、ｐｎ接合の極性が逆極性のも
のを用いた光電変換膜としても良い。

【００８６】また、上記実施例においては、無変換部１
００を用いた場合について説明したが、これに限らず、
例えば、図２５に示すような無変換部１０５を設ける構
成とすることもできる。すなわち、無変換部１０５は、
金属電極５２のピンホール３５の直下に位置する部分に
絶縁膜あるいは高抵抗を有する領域として形成したもの
であり、これによっても同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００８７】さらに、上述のような電流検出形に限ら
ず、上記構成において、例えば、リード電極Ｘ，Ｘ′間
（Ｙ，Ｙ′間）に所定電圧を印加してスポット光Ｈが照
射されたときの位置での電圧を金属電極５２により検出
することにより受光点Ｐのｘ座標（Ｙ座標）に相当する
電圧として検出する電圧検出形として使用しても同様の
効果を得ることができる。

【００８８】なお、上記各実施例においては、無変換部
１００ないし１０５の大きさをピンホール３５の外径寸
法よりもやや小さい外径寸法に設けた場合について説明
したが、これに限らず、例えば、太陽の検出高度θが低
い範囲で良い場合には、さらに大きい外径寸法として設
けることもできる。そして、この場合には、さらに散乱
光の光電流の成分を低減して直達光による受光位置を精
度良く検出することができるようになる。

【００８９】すなわち、天頂方向から到達する比較的強
い散乱光だけではなく、実際には天頂から低高度に至る
全天空から弱い散乱光が位置検出素子３７，４４，５０
に入射するためである。また、その散乱光の強度分布は
天頂から低高度に移行するにしたがって減衰するので、
無変換部１００ないし１０５の大きさをピンホール３５
の外径寸法よりも大きく設定すればそれだけ散乱光の光
電流をゼロに近付けることができるのである。

【００９０】図２６ないし図２９は本発明の第８の実施
例を示すもので、以下これについて説明する。すなわ
ち、本実施例における日射センサ５３は、図２６に示す
ように、自動車５４車室内のダッシュボード５５の上に
配置して用いるものである。この場合、日射センサ５３
には自動車５４の前面ガラス５６を通して車室内に入射
する光が受光されるので、日射センサ５３の位置検出素
子に入射可能な範囲は図示のように、天頂よりも少し後
方側から前方略水平面までの日射光入射範囲δとなる。

【００９１】日射センサ５３に対する散乱光の入射は、
前述のように天頂方向からの成分の強度が大きいが、実
際には天頂方向から逸れた部分でも強度は小さくなるが
徐々に減衰するように分布している。そして、散乱光が
全天空から制限を受けずに入射する場合には、位置検出
素子３７の受光面における散乱光の強度がピンホール３
５を外れた位置から同等に減衰していくので、その光電
流による受光強度の重心位置は原点Ｏに受けた光となる
のである。しかし、このように、自動車５４に搭載した
場合には、その配置状態によって日射光入射範囲δが偏
ってくるため、散乱光が位置検出素子３７の受光面に入
射したときの強度分布が原点Ｏに対称的ではなくなるの
である。

【００９２】そこで、本実施例における日射センサ５３
では、位置検出素子３７にこのような散乱光の入射範囲
に応じた無変換部１０６を設けている。図２７および図
２８は位置検出素子３７の光電変換膜４２部分に無変換
部１００と同様にして形成した無変換部１０６の配置状
態を示している。すなわち、無変換部１０６は、ピンホ
ール３５に対応した左側部分においてはその真下の位置
まで設けられ、右側部分においてはさらに右側に延出す
るように設けられている。

【００９３】これにより、図２９に示すように、無変換
部１０６を設けない場合に散乱光により得られる光電流
のレベルの分布（図中破線Ｍで示す）に対して、無変換
部１０６を設けたことにより、その左右の部分で光電変
換膜４２により変換される光電流のレベル分布（図中Ｍ
１およびＭ２で示す）の積算量が略同じになり、散乱光
による影響を原点Ｏの部分で相殺することができるよう
になる。これにより、散乱光による光電流の成分を略ゼ
ロとして、直達光による光電流の成分を検出することが
できるようになり、太陽の位置を精度良く検出できるの
である。

【００９４】図３０および図３１は本発明の第９の実施
例を示すもので、第８の実施例と異なる部分は、無変換
部１０６に変えて、無変換部１０７を設けたところであ
る。すなわち、第８の実施例においては、散乱光が右側
部分において多くなる分布状態をピンホール３５直下の
右側部分において延出した状態に無変換部１０６を設け
ることにより、散乱光成分による光電流を相殺したのに
対して、本実施例においては、逆に、左側部分において
ピンホール３５の直下よりも内側に後退させた状態に無
変換部１０７を設けたのである。従って、本実施例によ
っても散乱光により得られる光電流のレベル分布（図中
Ｍ３およびＭ４で示す）の積算量を相殺するようにでき
るので、上述同様の効果を得ることができる。

【００９５】なお、上記各実施例においては、パッケー
ジ３３によって遮光膜３６上面の周縁部分を覆う構成と
したが、これに限られるものではなく、少なくともガラ
ス基板３４の側面部および位置検出検出素子３７を電極
３９の接合部分と共に覆う構成のパッケージを設ける構
成とすれば良いものである。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の日射セン
サによれば、透光手段のスポット領域の直下に対応する
領域に無変換部を設けて入射光に対応した位置検出素子
による出力を無効化するようにしたので、太陽光のうち
の略天頂から到達する散乱光はほとんど無変換部に入射
させて光電流として出力しないようにできるようにな
り、この結果、天候が薄曇り状態などで直達光の強度と
散乱光の強度とが同程度となる場合でも、太陽光の直達
光による光電流を検出することができ、したがって、コ
ンパクトで簡単な構成としながら、太陽の位置を精度良
く検出できるという優れた効果を奏する。

【００９７】そして、この場合に、高高度の太陽の位置
を検出する必要がない場合には、無変換部の大きさをス
ポット領域に対応する領域よりも大きく設定することに
より、無変換部の外周部に入射する弱い散乱光をさらに
低減することができ、より精度良く太陽の位置を検出す
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す日射センサの光電変換
装置本体の概略的な外観を示す斜視図

【図２】日射センサの外観斜視図

【図３】日射センサをセンサボディに組み付けた状態で
示す縦断側面図

【図４】光電変換装置本体の概略構成を示す下方からの
斜視図

【図５】光電変換装置本体の層構造を模式的に示す断面
図

【図６】光電変換装置本体の機能説明をするための摸式
図

【図７】位置検出素子により検出される受光点の天候状
態に対応した作用説明図

【図８】位置検出素子により検出される受光点の太陽の
高度に対応した作用説明図

【図９】図７相当図

【図１０】日射センサによる日射光の方位および高度の
算出原理を説明するための三次元座標図

【図１１】薄曇りの天候状態での位置検出素子による入
射光の高度検出特性を示す図

【図１２】同位置検出素子による入射光の方位検出特性
を示す図

【図１３】同位置検出素子による入射光の強度検出特性
を示す図

【図１４】全日射と散乱光日射との日射強度の変化を時
間推移で示す図

【図１５】本発明の第２の実施例を示す図５相当図

【図１６】同図６相当図

【図１７】位置検出素子の等価回路図

【図１８】本発明の第３の実施例を示す図５相当図

【図１９】本発明の第４の実施例を示す図５相当図

【図２０】本発明の第５の実施例を示す図５相当図

【図２１】本発明の第６の実施例を示す図５相当図

【図２２】本発明の第７の実施例を示す図４相当図

【図２３】同図６相当図

【図２４】検出原理を説明するための作用説明図

【図２５】無変換部の変形例を示す図５相当図

【図２６】本発明の第８の実施例を示す車両への配置状
態の側面図

【図２７】散乱光の入射範囲を説明する位置検出素子の
縦断側面図

【図２８】位置検出素子の上面図

【図２９】位置検出素子の光電流の分布状態を説明する
縦断側面図

【図３０】本発明の第９の実施例を示す図２７相当図

【図３１】図２８相当図

【図３２】従来例を示す図７相当図

【符号の説明】

３１は日射センサ、３２，４９は光電変換装置本体、３
３はパッケージ、３４はガラス基板、３５はピンホール
（透光手段）、３６は遮光膜、３７，４４，５０は位置
検出素子、３９は電極、４０は窓部、４１はＸ方向抵抗
体膜、４２，４５，４６は光電変換膜、４３はＹ方向抵
抗体膜、５１は透明抵抗体膜、５２は金属電極、６１は
センサボディ、１００ないし１０７は無変換部である。

フロントページの続き (72)発明者 白井 誠 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 布垣 尚哉 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のスポット領域に入射した光を通過
   させる透光手段と、 この透光手段と所定間隔を存して配置された受光面に光
   を受けるように設けられその透光手段を介して入射され
   る光を光電変換すると共にその二次元的な受光位置に対
   応する電気信号を出力する位置検出素子と、 前記透光手段のスポット領域の直下に対応する領域に設
   けられ入射光に対応した前記位置検出素子による出力を
   無効化する無変換部とを具備したことを特徴とする日射
   センサ。