JPH09229766A - 光検出装置、日射センサ及び当該日射センサを用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光検出装置（日射センサ）の受光視野角を拡
大する。複合化した光学素子を用いることにより、光検
出装置の受光特性を体感温度特性に近づける。 【解決手段】 受光素子１１の上方に設けた受光素子カ
バー３の下面に光学素子１４ａを設ける。光学素子は、
レンズによって形成された第１輪帯１５及び第２輪帯１
６と、プリズムによって形成された第３輪帯１７とから
なる。光検出装置Ｃの受光特性は、第１〜第３輪帯１
５，１６，１７の受光特性の重ね合せとして実現でき、
各輪帯の受光特性はそれぞれの面積比や焦点距離などに
より制御することができ、それによって全体の受光特性
を容易に設計できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光検出装置に関す
る。特に、外部から進入してくる光を受光し、その受光
量に応じた出力を送り出す光検出装置に関する。さら
に、当該光検出装置で日射量を検出する日射センサ及び
当該日射センサを用いた空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などに用いられている車内空調用
の空調制御システムでは、通常、車室内外の温度を感知
するセンサと、太陽からの日射量を感知する光検出装置
（日射センサ）とが、設けられている。そして、車室内
外の温度差や車内に入射してくる太陽光の日射強度に応
じて、空調装置（エアコン）からの吹き出し温度や風
量、風向き等の空調制御を行なっている。

【０００３】従来より用いられている光検出装置Ａの概
略断面図を図１に示す。この光検出装置Ａにあっては、
樹脂モールドされたフォトダイオード等の受光素子１の
上方に受光素子カバー２を設けた構造となっており、車
両のダッシュボード上面などに設置され、入射してくる
太陽光の日射強度を受光素子１で検出している。

【０００４】自動車などの空調制御に用いられる光検出
装置では、高い受光感度と共にある特定の受光特性（受
光素子における受光量の入射角依存特性）が必要とされ
る。この受光特性は、太陽高度に対する受光出力を表わ
したものであって、人間工学に基づいて想定されてい
る。

【０００５】しかしながら、従来の光検出装置における
太陽高度に対する受光素子の受光特性と、太陽高度に対
する人の体感温度特性とでは異なっていた。すなわち、
この光検出装置では、受光素子に垂直入射（入射角度９
０゜）するときに受光強度が最大となるが、太陽光が垂
直入射するとき、自動車などの室内にいる人には、屋根
などの陰になって直接太陽光が当らないので、体感温度
は上がらない。このため、人間工学上、車内にいる人が
最も暑いと感じる入射角度（水平面を基準とする；以下
同様）は約３０゜とされている。従って、従来の光検出
装置では、日射センサとして用いても、空調制御に最適
な受光特性を得ることができなかった。

【０００６】また、このような光検出装置では、レンズ
等の光学素子を備えていないので、受光素子へ入射する
光の角度や受光エリアが制限され、受光素子の受光効率
が悪かった。特に、水平方向近傍からの入射光を受光素
子で受光することができない。

【０００７】このため図２に示す従来の光検出装置Ｂで
は、受光素子カバー２の中心部（受光素子１の直上）下
面にテーパー部３を設け、テーパー部３で入射光を屈折
させて受光素子１へ入射させることにより、光検出装置
Ｂの受光特性と体感温度特性との差を小さくしている。

【０００８】しかしながら、このような光検出装置にあ
っても、入射角度３０゜で受光強度が最大となるように
設計したとしても、受光特性を表わす曲線全体を調整す
ることはできず、所望の特性を得ることはできなかっ
た。さらに、テーパー部を設けるために受光素子カバー
が厚くなるので、光検出装置の全体寸法も大きくなって
いた。逆に、受光素子カバーを形成する樹脂材料の透過
率や外観上の制約から受光素子カバーの厚みにも限度が
あるので、テーパー部の大きさをあまり大きくできず、
受光エリアを大きくできないために受光効率を向上させ
ることが困難であった。また、テーパー部を設けても、
水平方向近傍からの入射光を受光できるようにすること
はできなかった。したがって、この光検出装置にあって
も、空調装置の最適制御を行なうことはできなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは広い受光視野角を有し、任意の受光特性を容易に
得ることができ、入射光の受光効率を向上させることが
できる光検出装置を提供することにあり、さらに当該光
検出装置を用いた日射センサや空調装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光検出
装置は、受光素子と、前記受光素子に入射する光の光路
上に設けられ、受光素子に入射する角度に応じて受光素
子に受光される光量を制御するための光学素子と、から
なる光検出装置において、前記光学素子は中央部と周辺
部とを有し、前記周辺部は前記受光素子の受光面に対し
てほぼ平行な方向で光学素子に入射する光線の方向を受
光面に入射する方向へ変換させるための形状を有するこ
とを特徴としている。

【００１１】請求項１の光検出装置にあっては、受光素
子の受光面と平行な水平方向から入射する光を光学素子
の周辺部で方向変換し、受光素子で受光させることがで
きるので、光検出装置の中央部と周辺部との組合せによ
って受光視野角を拡大することができる。特に、垂直入
射から水平入射までの広い範囲にわたっての受光を可能
にすることができる。また、受光素子の前面に光学素子
を配置することにより、光検出装置における入射光の受
光効率を向上させることができる。

【００１２】さらに、中央部と周辺部とを有する光学素
子において、中央部と周辺部の焦点距離や面積比などを
最適化することにより、受光強度の所望の受光特性を得
ることができる。

【００１３】請求項２に記載の実施態様は、請求項１に
記載の光検出装置において、前記光学素子の周辺部は光
入射側表面と光出射側表面とが非平行となっており、両
表面の間隔は光学素子の中心に近づくほど小さくなって
いることを特徴としている。

【００１４】この実施態様においては、光学素子の周辺
部の両面間の間隔が光学素子の中心に近づくほど小さく
なっているので、水平方向から周辺部に入射した光は下
方へ向けて屈折し、光学素子の下方に位置している受光
素子に受光される。

【００１５】請求項３に記載の実施態様は、請求項１に
記載の光検出装置において、前記光学素子の光入射側表
面はほぼ平坦となっており、光学素子の周辺部は滑らか
な傾斜面を有することを特徴としている。

【００１６】この受光素子においては、光学素子の光入
射側表面がほぼ平坦となっており、周辺部下面が滑らか
に傾斜しているので、水平方向から入射した光は光学素
子の他部に遮られたり、影響を受けたりすることなく、
受光素子へ入射させられる。

【００１７】請求項４に記載の実施態様は、請求項１に
記載の光検出装置において、前記光学素子の中央部の面
積は受光素子の受光面積より小さく、光学素子の当該中
央部に隣接する部分は光発散性又は遮光性を有している
ことを特徴としている。

【００１８】この実施態様によれば、光学素子の中央部
を通って受光素子に入る垂直入射量を減少させることが
できるので、受光素子における受光強度のピークを水平
入射と垂直入射の中間に設定することができ、しかも、
受光強度がピークとなる光入射方向を最適な方向に設定
することができる。

【００１９】請求項５に記載の実施態様は、受光素子
と、前記受光素子に入射する光の光路上に設けられ、受
光素子に入射する角度に応じて受光素子に受光される光
量を制御するための光学素子とからなる光検出装置にお
いて、前記光学素子は中央部と周辺部とを有し、前記中
央部は前記受光素子の受光面に対してほぼ平行な方向で
光学素子に入射する光線の方向を受光面に入射する方向
へ変換させるための形状を有することを特徴としてい
る。

【００２０】請求項５の光検出装置にあっても、受光素
子の受光面と平行な水平方向から入射する光を光学素子
の中央部で方向変換し、受光素子で受光させることがで
きるので、光学素子の複合化によって垂直入射から水平
入射までの広い範囲にわたっての受光を可能にすること
ができ、光検出装置の受光視野角を拡大することができ
る。受光素子の前面に光学素子を配置することにより、
光検出装置における入射光の受光効率を向上させること
ができる。

【００２１】また、中央部と周辺部とを有する光学素子
において、中央部と周辺部の焦点距離や面積比などを最
適化することにより、所望の受光特性を得ることができ
る。

【００２２】さらに、この光検出装置においては、水平
方向の入射光を受光素子に受光させるための機能を光学
素子の中央部に設けているので、この水平方向入射光を
受光させる部分と受光素子との距離を短くすることがで
き、水平方向入射光の受光効率をより高くすることがで
きる。

【００２３】請求項６に記載の実施態様は、請求項５記
載の光検出装置において、前記光学素子の中央部は、受
光素子の受光面に対して垂直な方向で光学素子に入射す
る光線を受光素子の受光面に入射させることを特徴とし
ている。

【００２４】この実施態様にあっては、垂直入射する光
も光学素子の中央部で受光素子に受光させるようにして
いるので、垂直方向入射光を受光させる部分と受光素子
との距離も遠くなることがなく、垂直方向入射光の受光
効率も高く保つことができる。

【００２５】請求項７に記載の実施態様は、請求項５記
載の光検出装置において、前記光学素子の中央部の形状
がその周囲の部分から突出した柱状体であって、当該柱
状体の先端面には錐状の窪みが設けられていることを特
徴としている。

【００２６】この実施態様にあっては、水平方向から入
射した光は、外周面から中央部の柱状体へ入射し、錐状
の窪みとの境界面で反射することによって受光素子側へ
出射される。

【００２７】請求項８に記載の実施態様は、請求項５記
載の光検出装置において、前記光学素子の周辺部は、所
定の入射角度で光学素子に入射する光線を受光素子の受
光面に集光して入射させる形状を有することを特徴とし
ている。

【００２８】例えば、受光強度をもっとも高くしたい入
射角方向の光を受光素子に入射させるようにすることが
できる。従って、光学素子の設計を容易にすることがで
きる。

【００２９】請求項９に記載の実施態様は、請求項８記
載の光検出装置において、前記光学素子の周辺部の形状
は、当該周辺部の一部で中央部に近い部分に設けられ
た、中央部を囲む溝であることを特徴としている。

【００３０】光学素子の周辺部を溝の設けられている領
域と溝の設けられていない領域とから構成することによ
り、周辺部を通過する光に対して少なくとも２種の光線
経路を設計することができ、周辺部による受光特性の帯
域を広くすることができる。

【００３１】請求項１０に記載の日射センサは、受光面
が水平となるようにして請求項１又は５に記載の光検出
装置を太陽光が照射される場所に設置し、太陽高度に応
じた出力を得るようにしたことを特徴としている。

【００３２】本発明の光検出装置を日射センサとして使
用すれば、人の体感温度特性とほぼ合致した受光特性を
有する日射センサを得ることができる。従って、日射セ
ンサの出力に基づいた機器の処理を簡単にすることがで
きる。

【００３３】請求項１１に記載の空調装置は、請求項１
０に記載の日射センサと空調制御装置と空調装置本体と
を備え、日射センサの出力に基づいて、空調制御装置に
より空調装置本体の動作を制御することを特徴としてい
る。

【００３４】本発明の光検出装置を用いた日射センサの
出力に応じて空調装置を制御することにより、人の体感
温度特性に応じた最適な空調制御を行なうことができ
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図３は本発明の一実施形態による光
検出装置Ｃを示す概略断面図である。この光検出装置Ｃ
にあっては、樹脂モールドされたフォトダイオード等の
受光素子１１を納めたケーシング１２の上方は、透明な
受光素子カバー１３によって覆われており、受光素子カ
バー１３の下面には光学素子１４ａが設けられている。
光学素子１４ａは回転対称な構造を有しており、その中
心軸は受光素子１１の光軸と一致している。なお、光学
素子１４ａはメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボ
ネイト樹脂（ＰＣ）等の透明な光学材料により形成され
ており、受光素子カバー１３と一体成形されていてもよ
く、受光素子カバー１３の下面に接着されていてもよ
い。また、第２輪帯１６の面積は受光素子１１の面積よ
りも小さい。

【００３６】受光素子カバー１３の上面（光学素子１４
ａの光入射側表面）は緩く滑らかに湾曲してほぼ平坦と
なっており、下面に光学素子１４ａのパターンが形成さ
れている。受光素子カバー１３の下面に形成された光学
素子１４ａは、複数の輪帯部分に分割されている。図３
の実施形態では、光学素子１４ａの中央部に位置する第
１の輪帯１５は凸レンズ状をした集光性のレンズ素子に
よって形成され、その周囲の第２の輪帯１６は光発散性
のレンズ素子によって形成され、さらにその周囲の第３
の輪帯１７（周辺部）はプリズム素子によって形成され
ており、各輪帯１５，１６，１７は同心円状に配置され
ている。すなわち、図４に示すように、第１輪帯１５
は、光学素子１４ａの中心軸上に焦点を有し、その焦点
距離ｆ₁は比較的長くなっている。また、第２輪帯１６
は、光学素子１４ａの中心軸を囲むように円環状に焦点
を有し、その焦点距離ｆ₂は比較的短くなっている。さ
らに、第３輪帯１７は、光入射側表面（光学素子１４ａ
の上面）と光出射側表面（傾斜した下面）とが非平行と
なっており、両表面の間隔は光学素子１４ａの中心に近
づくほど小さくなっている。したがって、光学素子１４
ａの光軸とほぼ平行に第３輪帯１７へ入射した光ｒは、
外周側へ広がるほぼ平行光として出射する。

【００３７】光学素子１４ａは、上記のような構造を有
しているので、各輪帯１５，１６，１７は図５に示すよ
うな受光特性を有している。すなわち、第１輪帯１５を
通過する光ｒは、入射角度９０゜のときに受光強度が最
大となる。また、第２輪帯１６を通過する光ｒは、入射
角度３０゜のときに受光強度が最大となる。さらに、第
３輪帯１７を通過する光ｒは、ほぼ水平な光が入射する
ときに受光強度が最大となる。

【００３８】図６（ａ）（ｂ）は光学素子１４ａの第１
輪帯１５の受光特性を詳細に示す図である。図６（ａ）
は光ｒが入射角度９０゜で第１輪帯１５に入射する場合
であって、この場合には、光ｒは第１輪帯１５で集光さ
れて受光素子１１に入射し、受光強度は最大となる。こ
れに対し、図６（ｂ）はカットオフ点（例えば、入射角
度がほぼ５４゜）よりも小さな入射角で第１輪帯１５に
入射する場合であって、この場合には、光ｒは受光素子
１１外へ出射される。

【００３９】また、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は光学素子
１４ａの第２輪帯１６の受光特性を詳細に示す図であ
る。図７（ａ）は入射角度がほぼ０゜で光ｒが第２輪帯
１６に入射する場合であって、この場合には、第２輪帯
１６で集光された光ｒの一部が受光素子１１に入射す
る。また、図７（ｂ）は入射角度３０゜で光ｒが第２輪
帯１６に入射する場合であって、第２輪帯１６で集光さ
れた大部分の光ｒが受光素子１１に入射し、受光強度は
最大となる。これに対し、図７（（ｃ）はカットオフ点
（例えば、入射角度がほぼ７５゜）よりも大きな入射角
で第２輪帯１６に入射する場合であって、この場合に
は、光ｒは受光素子１１外へ出射される。

【００４０】図８（ａ）（ｂ）は光学素子１４ａの第３
輪帯１７の受光特性を詳細に示す図である。図８（ａ）
は入射角度がほぼ１５゜で第３輪帯１７に入射する場合
であって、第３輪帯１７で集光された光の大部分が受光
素子１１に入射し、受光強度は最大となる。これに対
し、図８（ｂ）はカットオフ点（例えば、入射角度が３
０゜弱）よりも大きな入射角で第３輪帯１７に入射する
場合であって、この場合には、光は受光素子１１外へ出
射される。

【００４１】したがって、光学素子１４ａ全体の受光特
性１８は、第１輪帯１５の受光特性イ、第２輪帯１６の
受光特性ロ及び第３輪帯１７の受光特性ハの和として、
図９（縦軸は受光素子の受光強度の相対値を示す）のよ
うになる。この図９から分かるように、光学素子１４ａ
の受光特性１８は、３つの設計ポイント（つまり、入射
角が０゜、３０゜、９０゜の点）を含む領域に分割され
ていて、各受光特性イ，ロ，ハの和として全体の受光特
性１８が決まるので、所望の受光特性を得るための光学
素子１４ａの設計を簡単にすることができる。具体的に
は、第１輪帯１５の半径Ｈ１や焦点距離ｆ₁、第２輪帯
１６の幅Ｈ２や焦点距離ｆ₂、第３輪帯１７の幅Ｈ３や
下面の傾斜角などを最適化することにより、各輪帯１
５，１６，１７の受光特性イ，ロ，ハのピーク値やピー
ク位置を調整することができ、これによって所望の受光
特性例えば入射角が３０゜で受光強度が最大となる特性
を得ることができる。

【００４２】これに対し、従来の光検出装置の受光特性
は、図１０に示すように入射角度が０゜から９０゜まで
受光強度が単調に増大しており、体感温度特性と異なっ
ている。

【００４３】しかして、本発明にあっては、複数の部分
からなる複合構造の光学素子１４ａを用いることによ
り、光検出装置Ｃの受光視野角を拡大することができ
る。しかも、光検出装置Ｃの受光効率を向上させること
ができる。また、光学素子１４ａの各輪帯１５，１６，
１７の面積比や焦点距離などを最適化することによっ
て、任意の受光特性を容易に得ることができる。さら
に、光学素子１４ａの利用によって受光効率を向上させ
ることができる。

【００４４】また、光学素子１４ａは回転対称な構造を
有しているので、受光強度の受光特性は光軸の回転方向
に依存せず、この光検出装置Ｃは水平面内では取付角度
を選ばない。さらに、光検出装置Ｃの取付対象物が移動
体の場合にも、受光特性が移動体の進行方向（つまり、
太陽の方向）に依存しなくなる。

【００４５】図１１に示すものは、上記光検出装置Ｃに
用いられる受光素子１１の構造を示す平面図及び一部破
断した正面図である。この受光素子１１にあっては、金
属ベース１９上に搭載した受光部２０をドーム型にモー
ルドした透明樹脂部２１によって覆っている。受光素子
１１としては、キャンタイプのものなどを用いても差し
支えないが、透明樹脂部２１でドーム状に覆われている
ものを用いることにより、水平に近い角度で入射した光
も効率よく受光することができる。

【００４６】（第２の実施形態）図１２に示すものは本
発明の別な実施形態を示す概略断面図、図１３はその光
学素子１４ｂにおける光線追跡図である。この光検出装
置Ｄにあっては、第２輪帯１６と第３輪帯１７の間の段
差をなくしている。また、この光学素子１４ｂでは、第
１輪帯１５の半径をＨ１＝０.６５ｍｍ、焦点距離をｆ₁
＝２.２ｍｍ、第２輪帯１６の幅をＨ２＝５.３ｍｍ、焦
点距離をｆ₂＝１１.７ｍｍ、第３輪帯１７の幅をＨ３＝
１ｍｍとしている。

【００４７】これらの数値は、図１４に示すような受光
特性１８を得るためである。すなわち、第１輪帯１５で
入射角が５４゜〜９０゜の光を受光素子１１上に結像し
（受光特性イ）、第２輪帯１６で入射角が０゜〜８５゜
の光を受光素子１１上に結像し（受光特性ロ）、第３の
輪帯で入射角が４゜〜２８゜の光を受光素子１１上に結
像する（受光特性ハ）ように設計されている。また、第
１の輪帯で得られる受光強度は入射角が９０゜でピーク
値となり、第２輪帯１６で得られる受光強度は入射角が
３０゜でピーク値となり、第３輪帯１７で得られる受光
強度は入射角が１５゜でピーク値となるように設計され
ている。

【００４８】人間工学上、車内の人が最も暑いと感じる
光の入射角度は３０゜近傍であって、この入射角度で最
大出力が得られるよう設計された光検出装置が空調制御
などのためには最適となる。この実施形態では、図１４
に示すように入射角度が３０゜となった受光特性が得ら
れ、しかも図６の受光特性よりも滑らかな特性が得られ
る。また、水平方向の光も受光することができる。

【００４９】（第３の実施形態）図１３の光学素子１４
ｃでは、光入射側表面（上面）を平坦にしているが、こ
の面に緩やかな傾斜や曲率などを持たせて滑らかな凸構
造とすることにより、水平方向（入射角度０゜）の光を
効率よく受光素子１１へ入射させることができる。

【００５０】この一例を図１５に示す。図１５に示す光
学素子１４ｄ（受光素子カバー１３）では、受光素子１
１の光入射側表面側の外周部に緩やかな傾斜面２２を設
けている。しかして、入射角度が０゜の水平な方向から
の光ｒは傾斜面２２から光学素子１４ｄ内に入り、第３
輪帯１７から出射して受光素子１１に受光される。これ
により、例えば第３輪帯１７による受光特性（例えば、
図１４の受光特性ハ）の０゜側の裾を持ち上げることが
できるので、水平方向の光の受光感度を高めることがで
きる。

【００５１】（第４の実施形態）図１６は本発明のさら
に別な実施形態による光学素子１４ｅ（受光素子カバー
１３）を示す断面図である。この光学素子１４ｅにあっ
ては、その光入射側表面にシボ加工を施している。光学
素子１４ｅの光入射側表面に入射する光は、このシボ面
２３で散乱されるので、図１７に示すように各輪帯１
５，１６，１７による受光特性イ，ロ，ハの帯域が広が
る。この結果、光学素子１４ｅの受光特性１８が滑らか
になり、特に水平方向からの受光特性ハが改善される。

【００５２】（第５の実施形態）図１８は本発明のさら
に別な実施形態による光学素子１４ｆ（受光素子カバー
１３）を示す断面図である。この光学素子１４ｆにあっ
ては、第２輪帯１６を遮光部２４によって覆われてい
る。したがって、受光素子１１には第１輪帯１５を通過
した光ｒと第３輪帯１７を通過した光ｒだけが入射す
る。この実施形態にあっては、第２輪帯１６を通過した
光ｒは受光素子１１に入射しないが、第１輪帯１５によ
る受光特性と第３輪帯１７による受光特性の帯域を広く
して互いに重なりあうようにすることにより、適当な入
射角度例えば３０゜で受光強度が最大となるようにする
ことができる。また、水平方向から入射した光ｒが第３
輪帯１７を通って受光素子１１に入射するようにもでき
る。

【００５３】（第６〜第９の実施形態）上記実施形態で
は、第１及び第２輪帯１６をレンズ素子によって形成
し、第３輪帯１７をプリズム素子によって形成したが、
各輪帯はいずれもレンズ素子や回折格子、プリズム素子
などによって形成することができる。例えば、図１９
（ａ）は第１〜第３輪帯１５，１６，１７をいずれもレ
ンズ素子によって形成した光学素子１４ｇを示し、図１
９（ｂ）は第１〜第３輪帯１５，１６，１７をいずれも
回折格子によって形成した光学素子１４ｈを示し、図１
９（ｃ）は第１〜第３輪帯１５，１６，１７をいずれも
プリズム素子によって形成した光学素子１４ｉを示す。
また、図１９（ｄ）に示す光学素子１４ｊのように、第
１輪帯１５をレンズ素子によって形成し、第２及び第３
輪帯１６，１７をプリズム素子によって形成してもよ
い。

【００５４】（第１０の実施形態）また、各輪帯１５，
１６，１７はフレネル構造にしてもよい。フレネル構造
を用いることにより、光学素子１４を薄くすることがで
きる。ひいては、光検出素子の高さを低くして小型化す
ることができる。例えば図２０に示すものは、２点鎖線
で示したような形状の光学素子１４ｍを基礎として第２
及び第３輪帯１６，１７をフレネル構造にし、薄型化し
た光学素子１４ｎである。

【００５５】（第１１の実施形態）図２１（ａ）は本発
明のさらに別な実施形態による光学素子１４ｐ（受光素
子カバー１３）を示す一部破断した正面図である。この
光学素子１４ｐにおいては、受光素子カバー１３の中央
部下面に凸レンズ状をしたレンズ素子からなる第１輪帯
１５を設け、断面Ｖ状をした２本の円環状のＶ溝パター
ン１６ａと平坦部１６ｂからなる第２輪帯１６を第１輪
帯１５の周辺部に設け、受光素子カバー１３の中央部上
面に図２１（ｂ）に示すような８角形柱状をした第３輪
帯１７を設けたものである。この第３輪帯１７は８角形
柱状体２５の上面に逆８角形錐状をした窪み２６を設け
た多面体プリズムである。

【００５６】図２２はこの光学素子１４ｐに水平方向の
光ｒが入射する場合の光線の挙動を示している。入射角
度が０゜の水平入射光は、第３輪帯１７の８角形柱状体
２５の外周面から光学素子１４内部に入射し、第３輪帯
１７の窪み２６との境界面で下方へ向けて全反射され、
さらに第１輪帯１５で集光されて受光素子１１に入射す
る。例えば、図３の実施形態のように第３輪帯１７を光
学素子１４の外周部に配置すると、第３輪帯１７と受光
素子１１との距離が遠くなり、効率よく光ｒを受光でき
なくなる恐れがある。そのため、この実施形態では、第
３輪帯１７を光学素子１４の上面中央部に設けることに
より、入射角度が０゜の光ｒの受光効率の向上を図って
いる。

【００５７】さらに、第３輪帯１７は、水平面内での指
向性の平坦化と受光効率の向上のため、８角形としてい
る。図２１（ｃ）は第３輪帯１７で反射された光ｒの指
向性を示している。また、水平方向から入射する光束
は、第１輪帯１５によって収束されるので、第３輪帯１
７で反射して受光素子１１に入射する光ｒの帯域（入射
角度）を広くできる。

【００５８】また、入射角度３０゜の入射光のうち、第
２輪帯１６の平坦部１６ｂに入射した光ｒは、図２３に
示すように、そのままの角度で平行に進行して受光素子
１１に入射する。一方、第２輪帯１６のＶ溝パターン１
６ａに３０゜の角度で入射する光ｒは、受光素子１１の
端部に入射するように設計されている。これにより入射
角度が３０゜より小さい場合にも受光素子１１における
受光強度を維持し、逆に、入射角度が３０゜より大きい
場合には急峻な光量減衰を与える。

【００５９】また、入射角度９０゜で垂直入射する光ｒ
は、図２４に示すように、第３輪帯１７で広げられた
後、第１輪帯１５で収束され、受光素子１１に入射す
る。

【００６０】（日射センサ）図２５に示すものは本発明
による光検出装置１４を日射センサＥとして利用した例
を示す図である。日射センサＥは自動車３１のダッシュ
ボード３２の上面などに取り付けられており、車内に差
し込む太陽光ｒの日射量を計測するようになっている。
車内にいる人にとっては、太陽光ｒが真上から差し込む
場合には自動車３１の屋根３３で遮られるので、余り暑
さを感じず、低い入射角度で太陽光ｒが差し込む場合に
も、物理的に日射強度が小さくなるので、人間工学的に
は、入射角度が３０゜程度でもっとも暑く感じる（体感
温度特性）。これに対し、日射センサＥはダッシュボー
ド３２の上面等に取り付けられているので、太陽光が自
動車３１の屋根３３で遮られることがない。このため、
日射センサＥに入射する太陽光ｒの受光強度は入射角度
が９０゜のときに最大となり、体感温度特性と一致しな
い。しかし、本発明の光検出装置１４を日射センサＥと
して使用していれば、日射センサＥの受光特性は体感温
度特性とほぼ合致するので、日射センサＥからの出力を
複雑な信号処理を施して体感温度特性と一致させる必要
が無くなり、空調装置の制御回路を簡略にすることがで
きる。

【００６１】図２６は本発明にかかる空調装置Ｆを示す
概略構成図である。空調装置Ｆは、空調装置本体４１
と、空調制御装置４２と、日射センサＥ、室外温度セン
サ４３及び室内温度センサ４４等のセンサ類とからな
る。

【００６２】当該空調装置本体４１においては、四方弁
４５と、室外側熱交換器４６と、キャピラリーチューブ
４７と、逆止弁４９及びキャピラリーチューブ４８を並
列接続したものを接続して冷媒循環回路５０が構成され
ている。また、四方弁４５の別な流入口及び流出口には
アキュムレータ５１及び圧縮機５２を含むサブ回路５３
が接続されている。また、５４は室外側熱交換器４６に
送風するための送風ファンである。ダッシュボード等に
設けられた吹き出し口５６と対向させて送風ファン５５
及び室内側熱交換器５７が配設されており、室内側熱交
換器５７は冷媒循環回路５０に接続されている。

【００６３】しかして、冷房運転時においては、四方弁
４５の流通方向は図２６に破線で示す方向に切り替えら
れる。冷媒は図２６の破線矢印で示す方向に循環し、圧
縮機５２びキャピラリチューブ４７間の室外側熱交換器
４６側の区間の冷媒が圧縮機５２によって凝縮させられ
ると共に冷媒の凝縮熱が送風ファン５４によって室外側
熱交換器４６から車外へ排出される。この凝縮された冷
媒をキャピラリチューブ４８及び逆止弁４９を通過させ
て室内側熱交換器５７へ循環させて室内側熱交換器５７
側で気化させる熱力学的サイクルを繰り返すと、キャピ
ラリチューブ４７，４８を通過した冷媒は室内側熱交換
器５７側で膨張して気化し、冷媒が気化する際に気化熱
として周囲の熱を奪う。従って、室内側熱交換器５７に
よって冷媒と熱交換して冷却された冷気は、送風ファン
５５によってダッシュボード等の吹き出し口５６から車
内へ吹き出され、車内の冷房が行なわれる。

【００６４】また、暖房運転時においては、四方弁４５
の流通方向は図１に実線で示す方向に切り替えられる。
冷媒は図２６の実線矢印方向に循環し、圧縮機５２及び
キャピラリチューブ４７間の室内側熱交換器５７側の区
間の冷媒が圧縮機５２によって凝縮させられ、凝縮熱を
発生する。室内側熱交換器５７によって冷媒と熱交換し
て加熱された熱気は、送風ファン５５によって吹き出し
口５６から吹き出され、室内の暖房が行なわれる。一
方、凝縮した冷媒は２箇所のキャピラリチューブ４７，
４８を通過して室外側熱交換器４６側へ循環し、室外側
熱交換器４６側で膨張して気化する。気化した冷媒は室
外側熱交換器４６で外気と熱交換して吸熱し、再び圧縮
機５２へ戻る。

【００６５】上記のようにして冷房運転もしくは暖房運
転する空調装置本体４１は、車内温度が設定された冷房
温度もしくは暖房温度に保たれるよう空調制御装置４２
によって運転制御される。空調制御装置４２には、日射
センサＥ、室外温度センサ４３及び室内温度センサ４４
の出力信号が入力されており、空調制御装置４２は、こ
れらのセンサ出力に応じて圧縮機５２や送風ファン５
４，５５などを制御する。すなわち、空調制御装置４２
は、室外温度センサ４３及び室内温度センサ４４から車
内外の温度差を検出し、車内外の温度差が一定値以上で
ある場合には圧縮機５２を強運転したり、送風ファン５
５の送風量を大きくしたりし、逆に、温度差が一定値以
下の場合には、圧縮機５２を弱運転したり、送風ファン
５５の送風量を小さくしたりする。また、日射強度が大
きい場合には、冷房運転時であれば、圧縮機５２を強運
転したり、送風ファン５５の送風量を増加させ、暖房運
転時であれば、圧縮機５２を弱運転したり、送風ファン
５５の送風量を小さくしたりする。逆に、日射強度が小
さい場合には、冷房運転時であれば、圧縮機５２を弱運
転したり、送風ファン５５の送風量を小さくしてりし、
暖房運転時であれば、圧縮機５２を強運転したり、送風
ファン５５の送風量を大きくしたりする。

【００６６】このような空調装置Ｆによれば、体感温度
特性に合致した日射センサＥを用いているので、車内に
いる人の感覚に応じた適正な空調制御を行なうことがで
きる。

【００６７】なお、ここでは日射センサを自動車の運転
席に取り付けた場合を説明したが、自動車以外の電車等
の車両や船舶の運転席や客室の窓際、室内の窓際などに
取り付けてあってもよいことはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光検出装置（日射センサ）を示す概略断
面図である。

【図２】別な従来の光検出装置を示す概略断面図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態による光検出装置の構造を
示す概略断面図である。

【図４】同上の光検出装置に用いられている光学素子を
示す一部破断した斜視図である。

【図５】同上の光学素子の作用説明のための断面図であ
る。

【図６】（ａ）（ｂ）は同上の第１輪帯を通過する光の
挙動を示す光線追跡図である。

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の第２輪帯を通過す
る光の挙動を示す光線追跡図である。

【図８】（ａ）（ｂ）は同上の第３輪帯を通過する光の
挙動を示す光線追跡図である。

【図９】同上の光検出装置における受光特性を示す図で
ある。

【図１０】従来の光検出装置における受光特性を示す図
である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は本願の光検出装置に用いられ
ている受光素子を示す平面図及び一部破断した正面図で
ある。

【図１２】本発明の別な実施形態による光検出装置を示
す断面図である。

【図１３】同上の光検出装置における光学素子を通過す
る光の挙動を示す光線追跡図である。

【図１４】同上の光検出装置における受光特性を示す図
である。

【図１５】本発明のさらに別な実施形態による光学素子
の断面図である。

【図１６】本発明のさらに別な実施形態による光学素子
の断面図である。

【図１７】同上の実施形態における受光特性を示す図で
ある。

【図１８】本発明のさらに別な実施形態による光学素子
の断面図である。

【図１９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はいずれも本発明
のさらに別な実施形態による光学素子を示す断面図であ
る。

【図２０】本発明のさらに別な実施形態による光学素子
の断面図である。

【図２１】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による
光学素子を示す一部破断した正面図、（ｂ）はこの光学
素子の第３輪帯を示す拡大平面図である。（ｃ）は第３
輪帯による垂直入射光の指向性を示す図である。

【図２２】同上の光学素子における入射角度０゜の場合
の光の挙動を示す光線追跡図である。

【図２３】同上の光学素子における入射角度３０゜の場
合の光の挙動を示す光線追跡図である。

【図２４】同上の光学素子における入射角度９０゜の場
合の光の挙動を示す光線追跡図である。

【図２５】本発明の光検出装置を用いた日射センサを示
す概略図である。

【図２６】本発明の日射センサを備えた空調装置を示す
概略図である。

【符号の説明】

Ｃ、Ｄ 光検出装置 Ｅ 日射センサ １１ 受光素子 １３ 受光素子カバー １４，１４ａ〜１４ｐ 光学素子 １５ 第１輪帯 １６ 第２輪帯 １７ 第３輪帯 ２２ 傾斜面 ２３ シボ面 ２４ 遮蔽部 ２５ 柱状体 ２６ 窪み

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光素子と、 前記受光素子に入射する光の光路上に設けられ、受光素
   子に入射する角度に応じて受光素子に受光される光量を
   制御するための光学素子と、からなる光検出装置におい
   て、 前記光学素子は中央部と周辺部とを有し、 前記周辺部は前記受光素子の受光面に対してほぼ平行な
   方向で光学素子に入射する光線の方向を受光面に入射す
   る方向へ変換させるための形状を有することを特徴とす
   る光検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光検出装置において、 前記光学素子の周辺部は光入射側表面と光出射側表面と
   が非平行となっており、両表面の間隔は光学素子の中心
   に近づくほど小さくなっていることを特徴とする光検出
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光検出装置において、 前記光学素子の光入射側表面はほぼ平坦となっており、
   光学素子の周辺部は滑らかな傾斜面を有することを特徴
   とする光検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光検出装置において、 前記光学素子の中央部の面積は受光素子の受光面積より
   小さく、光学素子の当該中央部に隣接する部分は光発散
   性又は遮光性を有していることを特徴とする光検出装
   置。
5. 【請求項５】 受光素子と、 前記受光素子に入射する光の光路上に設けられ、受光素
   子に入射する角度に応じて受光素子に受光される光量を
   制御するための光学素子と、からなる光検出装置におい
   て、 前記光学素子は中央部と周辺部とを有し、 前記中央部は前記受光素子の受光面に対してほぼ平行な
   方向で光学素子に入射する光線の方向を受光面に入射す
   る方向へ変換させるための形状を有することを特徴とす
   る光検出装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の光検出装置において、 前記光学素子の中央部は、受光素子の受光面に対して垂
   直な方向で光学素子に入射する光線を受光素子の受光面
   に入射させることを特徴とする光検出装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の光検出装置において、 前記光学素子の中央部の形状は、その周囲の部分から突
   出した柱状体であって、当該柱状体の先端面には錐状の
   窪みが設けられていることを特徴とする光検出装置。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の光検出装置において、 前記光学素子の周辺部は、所定の入射角度で光学素子に
   入射する光線を受光素子の受光面に集光して入射させる
   形状を有することを特徴とする光検出装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の光検出装置において、 前記光学素子の周辺部の形状は、当該周辺部の一部で中
   央部に近い部分に設けられた、中央部を囲む溝であるこ
   とを特徴とする光検出装置。
10. 【請求項１０】 請求項１又は５に記載の光検出装置
    を、受光面が水平となるようにして、太陽光が照射され
    る場所に設置し、太陽高度に応じた出力を得るようにし
    たことを特徴とする日射センサ。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の日射センサと空調
    制御装置と空調装置本体とを備え、 日射センサの出力に基づいて、空調制御装置により空調
    装置本体の動作を制御することを特徴とする空調装置。