JPH0677524A - 日射光光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置全体の高さを抑制しながら、日射高度が
低い日射光を確実に検出する。 【構成】 光電変換装置本体３２は、ガラス基板３４の
一面に位置検出素子３７を形成し、他面にピンホール３
５を有する遮光膜３６を形成して成る。位置検出素子３
７は光電変換膜４０の両面に抵抗体膜３９，４１を形成
して成る。光電変換膜４０はａ−Ｓｉ合金膜を積層して
形成される。この光電変換膜４０は、極性が互いに反対
方向で直列に接続されたダイオード成分を形成し、光が
照射された部分がその光に応じて各ダイオード成分に反
対方向に光起電力を生じさせる。入力側に設定された抵
抗体膜３９，４１には所定の電位分布を生じている。光
電変換膜４０の光が照射された部位に対応する抵抗体膜
３９，４１に生じている電位は、光電変換膜４０を通じ
て反対側の抵抗体膜４１，３９に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、日射高度，日射方位
角，日射強度を検出する必要がある用途に好適する日射
光光電変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば自動車用のオートエアコン
ディショナにおいては、車室内の空調環境を向上させる
ために、日射センサにより日射光の日射高度，日射方
位，日射強度を検出し、その検出に基づいて空調制御を
補正することが行われつつある。このようなオートエア
コンディショナに使用される日射センサの一例として
は、例えば実開昭６２−１８９９０８号公報に示すよう
に、複数のソーラセルを立体的に配置した日射センサが
提供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成の場合、日射光が低高度時においても所望の性能
を確保するためには、日射センサをインストルメントパ
ネル面から上方に突出させた形態で配置する必要があ
る。このため、運転者の視界に日射センサが位置するこ
とになり、運転者に違和感を与えたり、車室内の意匠性
が低下するという欠点がある。本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、その目的は、装置全体の高さを抑制
しながら、日射高度が低い日射光を確実に検出すること
ができる日射光光電変換装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の日射光光電変換
装置は、ガラス基板を設け、このガラス基板上に、抵抗
体膜に積層されることにより極性が互いに反対方向で直
列に接続されたダイオード成分を形成し、光が照射され
た部分がその光の強さに応じて上記各ダイオード成分に
反対方向に光起電力を生じさせる光電変換膜を設け、前
記抵抗体膜上に、当該抵抗体膜上の平面方向に沿って所
定の電位分布を生じさせる入力電極を設け、前記光電変
換膜上に、当該光電変換膜の光照射部分を介して前記抵
抗体膜上に発生した電位を取出す出力電極を設け、前記
ガラス基板における前記光電変換膜の形成面と反対面
に、当該光電変換膜に日射光をスポット状に照射させる
所定形状のピンホールを設けた上で、前記ピンホールを
０．２ｍｍ^２以上６３．６ｍｍ^２以下の面積の所定形状
に設定し、前記光電変換膜の有効受光面積を１ｍｍ^２以
上３２５ｍｍ^２以下に設定し、前記ガラス基板の板厚寸
法を０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定し、前記スポット
光の重心位置が前記ピンホールの対向範囲から外れるよ
うに構成したものである。

【０００５】

【作用】入力電極に対する電圧印加より抵抗体膜上には
所定の電位分布を生じている。そして、日射センサに太
陽光が照射されると、ピンホールを通じて光電変換膜に
スポット光が照射される。すると、光電変換膜において
光が照射した部位に位置するダイオード成分に光起電力
が生じてその部位が導通状態となる。これにより、光電
変換膜を通じてスポット光が照射された部位に対応する
抵抗体膜で生じた電位が出力電極から出力されるので、
出力電極からはスポット光の位置に応じた電圧が出力さ
れる。従って、出力電極からの出力電圧に基づいてスポ
ット光の照射位置を求めることができる。この場合、光
電変換膜におけるダイオード成分の極性は反対方向に設
定されているので、抵抗体膜から出力電極に向かって漏
れ電流が流れることはない。

【０００６】さて、日射高度が低いときは、種々の要因
で高い検出精度が要求される。従って、本発明では、光
電変換素子の検出能力、検出特性、検出対象となる日射
量、散乱光の影響等を加味して日射高度が低い日射光を
確実に検出することができるピンホール径，ガラス基板
の板厚，有効受光面積を規定する。従って、日射高度に
かかわらず、日射高度，日射方位，日射量を確実に検出
することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を自動車のオートコンディショ
ナに用いられる日射センサに適用した一実施例を図面を
参照して説明する。

【０００８】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及びこれ
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。

【０００９】図３は上記光電変換装置本体３２を概略的
に示している。この図３において、光電変換装置本体３
２は、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、入射手段としてのピンホール３
５を有した遮光膜３６を設けると共に、ガラス基板３４
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及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からは図２に示すように合計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。

【００１０】さて、以下においては日射センサ３１が有
する光電変換装置本体３２の具体的な構成及び機能など
について図４〜図１４をも参照しながら説明する。

【００１１】先の図３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
ト状に絞られてガラス基板３４内に入射するものであ
り、その入射スポット光Ｈは、位置検出素子３７上のＰ
（ｘ，ｙ）点を中心として受光される。この場合、上記
受光点Ｐの位置は、日射光の方位及び高度に応じたもの
となる。

【００１２】図４には、日射光の方位及び高度の検出原
理を説明するために、ピンホール３５と受光点Ｐとの関
係をＸ、Ｙ、Ｚの三次元座標軸で示している。この図４
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（９０°−入射角）、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
面及び裏面とがなす角度はθ′となる。即ち、スポット
光Ｈは、Ｐ（ｘ，ｙ）点にθ′の角度で到達する。

【００１３】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。

【００１４】

【数１】 また、位置検出素子３７において後述のように検出され
るＰ（ｘ，ｙ）点の出力を（Ｖｘ，Ｖｙ）とし、ピンホ
ール３５直下の位置検出素子３７上の点Ｏ（中心座標）
の出力を（Ｖ0x，Ｖ0y）、位置検出素子３７の電位勾配
（Ｖ／mm）を（Δｘ，Δｙ）とすると、Ｐ（ｘ，ｙ）点
のＸ、Ｙ各座標成分は、 ｘ＝（Ｖｘ−Ｖ0x）／Δｘ ｙ＝（Ｖｙ−Ｖ0y）／Δｙ で表される。

【００１５】また、空気の屈折率を１、ガラス基板３４
の屈折率をｎ、日射光の入射角をβ（＝π／２−θ）、
日射光の屈折角をβ´（＝π／２−θ´）とすると、次
式の関係がある。

【００１６】ｓｉｎβ／ｓｉｎβ′＝ｎ そして、ガラス基板３４の厚さ寸法がｔであった場合、
日射光の高度θは次式（１）、（２）にて算出できる。

【００１７】

【数２】 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。

【００１８】

【数３】 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Ｊは、後述の説明に
て明らかとなるように日射強度Ｉ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、その光電流Ｊ
は日射強度Ｉに対し次式の関係で変化する。

【００１９】Ｊ＝Ｉ・ｓｉｎθ 従って、日射強度Ｉは次式で求められる。

【００２０】Ｉ＝Ｊ／ｓｉｎθ しかし、実際には、日射センサ３２を保護するための図
示しない透明カバーやガラス基板３４での表面反射によ
って、光電流Ｊの日射光の高度θに応じた変化曲線がサ
インカーブとならないため、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）。

【００２１】

【数４】 尚、上記（４）式を用いて算出した位置検出素子３７の
出力特性の一例を図５、図６、図７に示した。

【００２２】図８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１には同光電変換装置本体３２の
層構造を摸式的な断面図にて示した。

【００２３】図８において、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、透
明抵抗体から成るＸ方向抵抗体膜３９、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４０、金属電極抵抗体から成るＹ方向抵抗体膜
４１を順次積層すると共に、Ｘ方向抵抗体膜３９及びＹ
方向抵抗体膜４１の夫々の両端部に、各抵抗体膜３９及
び４１より低い抵抗値の帯状電極体３９ａ、３９ｂ及び
４１ａ、４１ｂを形成し、それら各電極体３９ａ、３９
ｂ及び４１ａ、４１ｂ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、リード
電極Ｘ、Ｘ′、Ｙ、Ｙ′は図２に示したリードフレーム
３８に相当するものである。

【００２４】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３９及びＹ方向抵抗体膜４１は、互い
の間に光電変換膜４０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３９及び４１は光電変換膜４０に
より実質的に絶縁された状態を保っている。

【００２５】以下においては、光電変換装置本体３２の
各層の材質及びその詳細な構造について図１を参照しな
がら説明する。

【００２６】即ち、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。

【００２７】Ｘ方向抵抗体膜３９は、厚さ６０ｎｍのＳ
ｎＯ2 から成るもので、シート抵抗値を２００Ω／□と
している。この場合、Ｘ方向抵抗体膜３９に必要な機能
は、光透過性を有すること及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。

【００２８】尚、上記Ｘ方向抵抗体膜３９のシート抵抗
値は、１０Ω／ｃｍ^２以上で１ＭΩ／ｃｍ^２以下、好ま
しくは１００Ω／ｃｍ^２以上で５０ＫΩ／ｃｍ^２以下に
設定する。この理由としては、Ｘ方向抵抗体膜３９のシ
ート抵抗値が低すぎると、出力（入力）電極の抵抗値と
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４０の抵抗値（ａ−Ｓｉでは約１Ｋ
Ω〜５００ＫΩ）より高くなって出力が得られなくなる
からである。

【００２９】そして、上記のような構成のＸ方向抵抗体
膜３９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つのホトダイオード成分を逆
極性状態で直列接続した構造を持った光電変換膜４０を
形成している。この結果、光が入射していない定常状態
では、光電変換膜４０の両側面間、つまり上記のように
直列接続された各ホ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。

【００３０】具体的には、光電変換膜４０は、図９に摸
式的に示すように、光の入射方向側（Ｘ方向抵抗体膜３
９側）から、ａ−Ｓｉより成るｎ型半導体４０1 、真性
ａ−ＳｉＣ（ｉ1 −ＳｉＣ）より成るｉ型半導体４０2
、ａ−ＳｉＣより成るｐ型半導体４０3 、真性ａ−Ｓ
ｉ（ｉ2 −Ｓｉ）より成るｉ型半導体４０4 、ａ−Ｓｉ
より成るｎ型半導体４０5 の順に積層した５層構造を有
するものであり、この構造は２つのホトダイオードを各
アノードで接続した状態と等価な状態となる。尚、光電
変換膜４０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つのホ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。

【００３１】この光電変換膜４０は、スポット光が照射
された部分だけが極めて低い抵抗値に変化することが要
求される。また、光電変換膜４０において重要なこと
は、ｉ型半導体４０2 （以下ｉ1 膜４０2 と略称）及び
ｉ型半導体４０4 （以下ｉ2 膜４０4 と略称）の膜厚の
関係であり、光が入射したときに、前記各ホトダイオー
ド成分にて発生する光電流がほぼ等しい値でバランスす
るように設定することである。

【００３２】従って、この場合には、光電流の値をバラ
ンスさせるために、図９に示した光電変換膜４０の層構
造において、光の入射方向に対し奥方側に位置したｉ2
膜４０4 の厚さ寸法は、その手前側のｉ1 膜４０2 の厚
さ寸法より大きいことが必要であり、ｉ1 膜４０2 とｉ
2 膜４０4 との厚さ寸法の比は、１：２〜１：１０の範
囲内に収めることが望ましい。尚、図１０には、光電変
換膜４０をａ−Ｓｉ合金膜によってｎ−ｉ−ｐ−ｉ−ｎ
層構造に積層する場合の成膜条件の一例を示した。

【００３３】一方、Ｙ方向抵抗体膜４１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４１は、基本的にはＸ方向抵抗体膜３９と同
様のものでも良いが、図９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４１の材質としては、シート抵抗値が１０Ω／ｃｍ^２
以上で１ＭΩ／ｃｍ^２以下のものであれば、Ｔｉ或はＸ
方向抵抗体膜３９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。

【００３４】図１１には、位置検出素子３７の回路摸式
図を示し、図１２には、位置検出素子３７における温度
−出力電特性と従来の光電変換膜における温度−出力電
圧特性の関係を示している。

【００３５】図１１に示すように、位置検出素子３７
は、スポット光Ｈが入射したときに光電流を発生するホ
トダイオード成分対を逆極性で接続した状態にて有す
る。従って、位置検出素子３７においては、ダイオード
の整流作用により逆方向の漏れ電流が流れることが阻止
されるため、温度上昇を来たした場合でも出力電圧が変
化することがなく、正確な位置検出を行い得るようにな
る。

【００３６】図１２にて明らかなように、上記位置検出
素子３７では、スポット光が入射した位置Ａ点、Ｂ点、
Ｃ点に対応した各出力電圧が広い温度領域で明確に異な
っており、それら出力電圧は温度の如何に拘らずほぼ一
定である。これに対して、スポット光が照射された部分
の抵抗値が下がる光導電膜を利用した従来構成では、温
度が上昇すると電子の熱励起作用によって光照射されて
いない部分に漏れ電流が流れるため、各点の出力電圧
は、温度が高くなるのに応じて、スポット光が入射した
位置に応じて分圧された値から大きくずれてしまう欠点
がある。

【００３７】しかして、以下においては位置検出素子３
７の動作原理について、図１３、図１４を参照して概略
的に説明する。

【００３８】図１３は、位置検出素子３７の動作原理を
示した回路摸式図である。この図１３のように、透明抵
抗体（実際にはＸ方向抵抗体膜３９）の両端に夫々０
Ｖ、５Ｖ（５Ｖに限定されるものではない）の電圧を印
加すると透明抵抗体に０Ｖ〜５Ｖの電位勾配が発生す
る。この状態で、スポット光が光電変換膜に入射する
と、その部分のダイオード成分対が導通状態を呈する。

【００３９】すると、スポット光が照射された位置に対
応した透明抵抗体の特定の電位が電極（実際にはＹ方向
抵抗体膜４１）側に導かれる。これにより、位置検出素
子３７は、スポット光の入射位置に応じた電位信号が得
られる素子として機能するようになる。

【００４０】実際の位置検出素子３７は、透明抵抗体及
び電極部となるＸ方向抵抗体膜３９及び電極部となるＹ
方向抵抗体膜４１の各シート抵抗値を、夫々１０Ω／ｃ
ｍ^２以上で１ＭΩ／ｃｍ^２以下となるように設定すると
共に、これら各抵抗体膜３９、４１及び光電変換膜４０
を図１４と同様の積層構造としたものであり、スポット
光が入射した位置に対応したＸ座標及びＹ座標、並びに
日射強度に比例した光電流を検出するという３つの機能
を備えている。

【００４１】図１４には、上記３つの検出機能の原理が
示されており、以下これについて説明する。

【００４２】「Ｘ座標検出」…Ｘ方向抵抗体膜３９の
両端電極（リード電極Ｘ、Ｘ′）に５Ｖ及び０Ｖの電圧
を印加して、Ｙ方向抵抗体膜４１の両端電極（リード電
極Ｙ、Ｙ′）の何れか一方または双方から、その位置に
応じた電位信号Ｖｘを得る。このとき、電流は、Ｘ方向
抵抗体膜３９側からＹ方向抵抗体膜４１側へ光電変換膜
４０のスポット光の入射位置を通って流れる。

【００４３】「Ｙ座標検出」…Ｙ方向抵抗体膜４１の
両端電極（リード電極Ｙ、Ｙ′）に５Ｖ及び０Ｖの電圧
を印加して、Ｘ方向抵抗体膜３９の両端電極（リード電
極Ｘ、Ｘ′）の何れか一方または双方から、その位置に
応じた電位信号Ｖｙを得る。このとき、電流は、Ｙ方向
抵抗体膜４１側からＸ方向抵抗体膜３９側へ光電変換膜
４０のスポット光の入射位置を通って流れる。

【００４４】「光電流（日射強度）検出」…Ｙ方向抵
抗体膜４１の両端電極（リード電極Ｙ、Ｙ′）の双方に
５Ｖの電圧を印加して、そのＹ方向抵抗体膜４１上の電
位分布を均一化し、スポット光が入射した位置において
Ｙ方向抵抗体膜４１側からＸ方向抵抗体膜３９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４１上の全体が同電位であるから、スポット光の入射
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。この場合、光電変換膜４
０は、２つのホトダイオード成分が互いに逆極性で尚且
つ同じ電気的特性となるように構成されているから、Ｘ
方向抵抗体膜３９及びＹ方向抵抗体膜４１の何れの抵抗
体膜を用いても日射強度のセンシングが可能であり、従
って、Ｘ方向抵抗体膜３９の両端電極（リード電極Ｘ、
Ｘ′）の双方に５Ｖの電圧を印加し、Ｙ方向抵抗体膜４
１側から出力電流を得ることもできる。

【００４５】さて、上述したように上記構成の位置検出
素子３７により求めたスポット光の位置に基づいて日射
高度θ及び日射方位φを演算することができると共に、
位置検出素子３７からの出力電流に基づいて日射強度Ｉ
を求めることができる。ところで、日射高度θが小さい
ときは、種々の要因により高い検出精度が要求される。
従って、本実施例では、特にピンホール３５の径面積，
光電変換膜４０の有効受光面積Ｓ（検出可能な範囲）及
びガラス基板３４の板厚ｔの寸法範囲を規定しており、
次にその数値規定理由について順次説明する。

【００４６】（１）ピンホール３５の最小径面積の規定
理由……図１５は、日射高度θが５°で日射強度が１０
０Ｗ／ｍｍ^２のときにおけるピンホール径と位置検出素
子３７からの出力電流との関係を示している。ここで、
上記構成の位置検出素子３７が正常に動作するには１μ
Ａ以上の電流が必要であるので、図１５からピンホール
径はφ０．５ｍｍ以上、つまり０．２ｍｍ^２以上の面積
に規定する必要がある。

【００４７】（２）ガラス基板３４の最小板厚寸法の規
定理由……図１６は、ガラス基板３４の板厚ｔが１．８
ｍｍで且つ日射高度θが１０°のときに、ピンホール径
をφ１ｍｍからφ５ｍｍまで変化させたときの日射高度
誤差Δθ（deg ）の結果を示している。この図１６から
分るように、ピンホール径がφ３ｍｍよりも大となった
ときに誤差Δθが大幅に増大している。これは、日射高
度θが１０°の入射光が光電変換膜４０に到達したとき
のスポット光の中心位置はピンホール３５の対応範囲
（真下範囲）の中心位置から１．５ｍｍ離れていること
から、ピンホール径がφ３ｍｍ（ピンホール３５の対応
範囲の中心から１．５ｍｍ）より大きくなると、ピンホ
ール３５の対応範囲にスポット光Ｈの中心が位置して誤
差Δθが大きくなるからである。

【００４８】図１７は、ピンホール径がφ１ｍｍの日射
高度θが１０°の入射光が光電変換膜４０に到達したと
きのピンホール３５とスポット光Ｈの位置関係を示す模
式図である。この図１７から、本条件下では、スポット
光Ｈの中心位置は、ピンホールの対応範囲から外れてい
ることが分る。このことは、ピンホール径がφ１ｍｍの
場合、低高度の入射光に対して散乱日射光の影響を受け
にくいことを意味している。ここで、散乱日射光とはピ
ンホールを通過してくる周囲光のことで、ピンホール３
５の直下に位置する対応範囲が散乱日射光を強く受け
る。

【００４９】図１８は、ピンホール径がφ４ｍｍの日射
高度が１０°の入射光が光電変換膜４０に到達したとき
のピンホール３５とスポット光Ｈの位置関係を示す模式
図である。この図１８から、本条件下では、スポット光
Ｈの中心位置は、ピンホール３５の対応範囲に位置して
ことが分る。このことは、ピンホール径がφ４ｍｍの場
合、低仰角の入射光に対して散乱日射光の影響を強く受
けていることを意味している。

【００５０】さて、日射高度をθとした場合、日射強度
はＩ＝Ｊ／sin θ（Ｊは光電変換膜４０に発生する光電
流）で表すことができる。つまり、日射強度は太陽光の
影響を受け、日射高度θの変動の影響を受けて日射強度
が変動する。ここで、図１９は、日射強度Ｉが±２０％
の精度となるときの日射高度θの許容範囲を示してい
る。ここで、日射高度θが小さいときはsin θは大きく
変動するので、この図１９から分るように、日射高度θ
が小さいとき程、日射高度θの変動Δθの影響を大きく
受ける。このことは、日射高度θが小さいとき程、その
変動Δθを小さく抑制する必要があることを意味してい
るので、日射高度θが５°のときに、スポット光Ｈが光
電変換膜４０に到達する位置がピンホール３５の対応範
囲から外れることが必要である。

【００５１】図２０は、ピンホール３５の対応範囲の中
心位置からスポット光Ｈの中心位置までの距離Ｒを日射
高度θと対応させて示した。ここで、日射高度θが５°
のときのスポット光Ｈの中心位置がピンホール３５の対
応範囲から外れて位置させるには、最小のピンホール径
であるφ０．５ｍｍではＲ＝０．２５となるので、図２
０からガラス基板３４の最小板厚寸法はｔ＝０．３とな
る。

【００５２】（３）ガラス基板３４の最大板厚寸法の理
由……ガラス板厚３４が５ｍｍ以上となるとガラスカッ
トが困難となるため、ガラス基板３４の最大板厚寸法は
５ｍｍに規定する必要がある。

【００５３】（４）ピンホール３５の最大面積の規定理
由 ガラス基板３４の最大板厚であるｔが５ｍｍの場合、図
２０からＲ＝４．５ｍｍである。従って、ピンホール径
はφ９ｍｍ、つまり３２５ｍｍ^２以下に設定する必要が
ある。

【００５４】（５）光電変換膜４０の有効受光面積の規
定理由 図２１は、日射高度θが５°でピンホール径を異ならし
て設定した場合におけるガラス基板３４の板厚ｔとスポ
ット光Ｈの位置検出が可能な有効受光面積ｓとの関係を
示している。この場合、遮光膜３６の厚さ寸法は５０μ
ｍ以下に設定した。この図２１から、ピンホール径が最
小径であるφ０．５ｍｍで且つガラス基板３４が最小板
厚寸法である０．３ｍｍの場合は、最低有効受光面積は
１ｍｍ^２必要である。また、ピンホール径が最大径であ
るφ９ｍｍで且つガラス基板３４が最大板厚寸法である
５ｍｍの場合は、最大有効受光面積を３２５ｍｍ^２必要
となる。

【００５５】上記構成のものによれば、ガラス基板３４
の一面に位置検出素子３７を形成し、ガラス基板３４の
反対面に形成したピンホール３５を通過したスポット光
の位置を位置検出素子３７により検出するようにしたの
で、装置全体の高さ寸法を低く設計することができる。
従って、複数のソーラセルを立体的に配置した従来例に
比べて、運転者に違和感を与えたり、車室ないの意匠性
が低下してしまうことを防止することができる。

【００５６】さらに、位置検出素子３７により日射光の
位置を検出する際に、位置検出素子３７の検出能力、検
出特性、検出対象となる日射量、散乱光の影響等を加味
することにより、低高度の日射光によるスポット光がピ
ンホールの対応範囲から外れるようにピンホール径，ガ
ラス基板３４の板厚，有効受光面積等を規定するように
したので、日射高度が低い検出環境であっても、日射光
を確実に検出することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の日射光光電変換装置によれば、ピンホール径，光電変
換膜の有効受光面積，ガラス基板の板厚寸法を規定する
ことにより、スポット光の重心位置がピンホールの対向
範囲から外れるようにしたので、装置全体の高さを抑制
しながら、日射高度が低い日射光を確実に検出すること
ができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す光電変換装置本体の層
構造を模式的に示す断面図

【図２】日射センサの斜視図

【図３】光電変換装置本体の概略的な外観を示す斜視図

【図４】日射センサによる日射光の方位及び高度の算出
原理を説明するための三次元座標図

【図５】位置検出素子による入射光の高度検出特性を示
す図

【図６】位置検出素子による入射光の方位検出特性を示
す図

【図７】位置検出素子による入射光の強度検出特性を示
す図

【図８】光電変換素子本体の概略構成を示す下方からの
斜視図

【図９】位置検出素子が有する光電変換膜の機能を説明
するための模式図

【図１０】光電変換膜の成膜条件の一例を示した図

【図１１】位置検出素子の回路模式図

【図１２】位置検出素子における温度と出力電圧との関
係を示す特性図

【図１３】位置検出素子の動作原理を示す回路模式図

【図１４】位置検出素子によるスポット光の入射位置並
びに日射強度の検出機能の原理を示す実体図

【図１５】光電変換装置本体のピンホール径と光電流と
の関係を示す特性図

【図１６】光電変換装置のピンホール径と高度誤差との
関係を示す特性図

【図１７】ピンホール径を小さく設定したときのピンホ
ールとスポット光との位置関係を示す模式図

【図１８】ピンホール径を大きく設定したときのピンホ
ールとスポット光との位置関係を示す模式図

【図１９】光電変換装置本体の日射高度と高度変動許容
範囲との関係を示す特性図

【図２０】光電変換装置本体の日射高度とピンホールの
対応範囲の中心からの距離との関係を示す特性図

【図２１】光電変換装置本体のガラス板厚と有効面積と
の関係を示す特性図

【符号の説明】

３２は光電変換装置本体、３４はガラス基板、３５はピ
ンホール、３７は位置検出素子、３９は抵抗体膜、３９
ａ，３９ｂは出力（入力）電極、４０は光電変換膜、４
１は抵抗体膜、４１ａ，４１ｂは出力（入力）電極であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 知司 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 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板と、 このガラス基板上に設けられ、抵抗体膜に積層されるこ
   とにより極性が互いに反対方向で直列に接続されたダイ
   オード成分を形成し、光が照射された部分がその光の強
   さに応じて上記各ダイオード成分に反対方向に光起電力
   を生じさせる光電変換膜と、 前記抵抗体膜上に設けられ、当該抵抗体膜上の平面方向
   に沿って所定の電位分布を生じさせる入力電極と、 前記光電変換膜上に設けられ、当該光電変換膜の光照射
   部分を介して前記抵抗体膜上に発生した電位を取出す出
   力電極と、 前記ガラス基板における前記光電変換膜の形成面と反対
   面に設けられ、当該光電変換膜に日射光をスポット状に
   照射させる所定形状のピンホールとを備え、 前記ピンホールを０．２ｍｍ^２以上６３．６ｍｍ^２以下
   の面積の所定形状に設定し、 前記光電変換膜の有効受光面積を１ｍｍ^２以上３２５ｍ
   ｍ^２以下に設定し、 前記ガラス基板の板厚寸法を０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下
   に設定し、 前記スポット光の重心位置が前記ピンホールの対向範囲
   から外れるように構成したことを特徴とする日射光光電
   変換装置。