JPH0669534A - 全方位光検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出誤差を防止するとともに、設置面からの
飛び出しを少なくして設置スペースを小さくすることの
できる全方位光検出装置の提供。 【構成】 全方位日射センサ１を構成する光検出素子３
は、Ｘ方向位置検出部５、Ｙ方向位置検出部６、光強度
検出部７より成り、透明基板２の一方の面上に一体に形
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
系半導体などの光導電効果を利用して、例えば、太陽光
の方位、高度、および強度を検出する日射センサとして
好適な全方位光検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両等の空調制御を行う場合に
は、日射センサにより日射量を検出して、この日射量に
応じて空調装置の吹出し温度または風量を制御する日射
補正制御が行われているが、より適正な空調制御を行う
ためには、日射光の高度、方位、強度等を正確に検出す
る必要がある。そこで、従来より、それぞれ異なる方位
を臨むように配された複数の光検出素子を備え、この各
光検出素子より日射量に応じて出力される電流値に基づ
いて、高度、方位、強度を検出する日射センサが提案さ
れている（実開昭６２−１８９９０８号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の日射
センサは、各光検出素子が相互に適正な位置に設置され
る必要があるため設置に伴う位置ずれが生じ易く、検出
誤差を発生する可能性が高い。また、各光検出素子を立
体的に配置する必要があることから、車両に装備した場
合にセンサ本体が設置面（例えばインストルメントパネ
ル）から大きく突出して、運転者に違和感を与え、外観
上好ましくないという課題を有していた。本発明は、上
記事情に基づいて成されたもので、その目的は、検出誤
差を防止するとともに、設置面からの飛び出しを少なく
して設置スペースを小さくすることのできる全方位光検
出装置の提供にある。

【０００４】

【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、それぞれ光を導入するための第１導入
孔、第２導入孔、および第３導入孔が形成された遮光部
材と、この遮光部材に重ね合わされて、前記第１導入
孔、第２導入孔、および第３導入孔より導入された光を
透過する透明基板と、この透明基板の前記遮光部材と反
対側に設けられた光検出素子とを備え、この光検出素子
は、前記第１導入孔より導入されて前記透明基板を透過
した光を受光することで、そのＸ座標軸方向の受光位置
に応じて電気的出力値が変化するＸ方向位置検出部、前
記第２導入孔より導入されて前記透明基板を透過した光
を受光することで、そのＹ座標軸方向の受光位置に応じ
て電気的出力値が変化するＹ方向位置検出部、および前
記第３導入孔より導入されて前記透明基板を透過した光
を受光することで、その受光量に応じて電気的出力値が
変化する光強度検出部より成り、前記Ｘ方向位置検出
部、前記Ｙ方向位置検出部、および前記光強度検出部が
前記透明基板上に一体的に設けられたことを技術的手段
とする。

【０００５】

【作用】上記構成より成る本発明の全方位光検出装置
は、透明基板上に設けられたＸ方向位置検出部およびＹ
方向位置検出部より出力される各々の電気的出力値によ
り、第１導入孔より導入されて透明基板を透過した光の
Ｘ座標軸方向の受光位置および第２導入孔より導入され
て透明基板を透過した光のＹ座標軸方向の受光位置が検
出される。また、透明基板上に設けられた光強度検出部
より出力される電気的出力値が光強度検出部で受光する
光の受光量に応じて変化することから、その光強度検出
部より出力される電気的出力値と上記のＸ座標軸方向の
受光位置およびＹ座標軸方向の受光位置とに基づいて光
の強度を算出することができる。

【０００６】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図１ないし図６を
基に説明する。図１は全方位日射センサの斜視図であ
る。本実施例の全方位日射センサ（全方位光検出装置）
１は、車両用空気調和装置に装備されるもので、図１に
示すように、主として透明基板２、光検出素子３、遮光
部材４より構成される。透明基板２は、光を透過させる
ことのできるもので、所定の厚さｔを有するガラスある
いはプラスチック製の厚板で形成されている。光検出素
子３は、受光した光（日射光）のＸ座標軸方向における
受光位置を検出するＸ方向位置検出部５、受光した光の
Ｙ座標軸方向における受光位置を検出するＹ方向位置検
出部６、および受光した光の強度を検出する光強度検出
部７より成り、透明基板２の一方の面上に一体に形成さ
れている。

【０００７】ここで、光検出素子３の各検出部５〜７を
形成する具体的な方法を図２〜図４を基に説明する。ま
ず、透明基板２の一方の面上に、ＳｎＯ₂ 、ＩＴＯ、Ｚ
ｎＯ等の金属酸化物より成る透明導電膜３０を形成す
る。この透明導電膜３０は、各検出部５〜７を含む範囲
で、図２に示すような形状にパターン成膜される。この
透明導電膜３０の上に、アモルファスシリコン合金膜を
ｎ−ｉ−ｐ−ｉ−ｎ層またはｐ−ｉ−ｎ−ｉ−ｐ層構造
に堆積させて成る光電変換膜３１を成膜する。この光電
変換膜３１は、光が通った部分がその光の強さに応じて
導電化する（光の強度に応じて抵抗値が低下する光導電
効果）ものである。そして、２つのダイオード成分の極
性が互いに反対方向となるように直列接続されることで
何れの極性の電圧が直列接続されたダイオード成分に印
加されても電流は流れない。

【０００８】つぎに、光電変換膜３１の上に、金属マス
ク（図示しない）を用いて、各検出部５〜７の出力電極
５ａ、６ａ、７ａとなる金属膜３２（Ａｌ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｍｏ、Ｔｉ等）をパターン成膜する。そして、この
金属膜３２をマスクとして、各検出部５〜７に対応する
位置以外に成膜されたアモルファスシリコン合金膜をＣ
Ｆ₄ ドライエッチングする（この状態を図３に示す）。
最後に、透明導電膜３０上で、Ｘ方向位置検出部５およ
びＹ方向位置検出部６の両端側に、金属マスクを用いて
入力電極８、９、１０となる金属膜３３（Ａｌ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ等）をパターン成膜する（この状態を
図４に示す）。なお、入力電極１０は、Ｘ方向位置検出
部５とＹ方向位置検出部６との共通のアース電極とさ
れ、入力電極８、９には、検出回路１１内の電源１２よ
り所定の電圧（本実施例では５Ｖ）が印加される。

【０００９】遮光部材４は、遮光性を有する薄い膜状部
材で、透明基板２の他方の面に重ね合わされている。こ
の遮光部材４には、各検出部５〜７に日射光を導入する
ために、図５（遮光部材４側から見た全方位日射センサ
１の斜視図）に示すように、Ｘ方向位置検出部５に対応
する第１導入孔４ａ、Ｙ方向位置検出部６に対応する第
２導入孔４ｂ、光強度検出部７に対応する第３導入孔４
ｃがそれぞれ形成されている。この遮光部材４の形成方
法としては、遮光性インキを用いたスクリーン印刷によ
る方法、あるいは、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等に
より形成した金属合金膜や遮光性樹脂を、金属マスクま
たはフォトリソグラフィー等でパターン成形する方法等
がある。

【００１０】上記の検出回路１１は、日射光の受光位置
Ｐ（ｘ、ｙ）に応じてＸ方向位置検出部５およびＹ方向
位置検出部６より出力される出力電位Ｖｘ、Ｖｙを基
に、日射高度θ（各導入孔４ａ、４ｂ、４ｃに入射する
日射光の入射角度）、日射方位φ（図６参照）を算出す
るとともに、その算出された日射高度θと光強度検出部
７で得られる出力電流Ａを基に、日射強度Ｉを算出す
る。以下に日射高度θ、日射方位φ、および日射強度Ｉ
の検出方法を説明する。各導入孔４ａ、４ｂ、４ｃに入
射する日射光の入射角度をθとした場合、透明基板２に
入射した日射光の角度はθ′となる（図６参照）。すな
わち、各導入孔４ａ、４ｂ、４ｃより入射した日射光
は、光検出素子３の検出面３０上のＰ（ｘ、ｙ）点に
θ′の角度で到達する。ここで、光検出素子３の検出面
３０上のＹ軸とＰ（ｘ、ｙ）点との成す角度、すなわち
日射方位φは、Ｐ（ｘ、ｙ）点に対応して検出される上
記の出力電位Ｖｘ、Ｖｙに基づいて次式にて算出され
る。

【００１１】

【数１】 ｘ＞０，ｙ＞０のとき、φ＝ｔａｎ^-1（ｘ／ｙ）−π

【数２】 ｘ＜０，ｙ＞０のとき、φ＝ｔａｎ^-1（ｘ／ｙ）＋π

【数３】 ｙ＜０のとき、φ＝ｔａｎ^-1（ｘ／ｙ）

【００１２】ここで、遮光部材４に形成された各導入孔
４ａ、４ｂ、４ｃの真下の検出面３０の中心座標Ｏの出
力電位をＶ_0x、Ｖ_0yとし、光検出素子３の電位勾配（Ｖ
／mm）をΔｘ、Δｙとすると、Ｐ（ｘ、ｙ）点は次式に
て表される。

【数４】ｘ＝（Ｖｘ−Ｖ_0x）／Δｘ

【数５】ｙ＝（Ｖｙ−Ｖ_0y）／Δｙ

【００１３】また、空気の屈折率を１、透明基板２の屈
折率をｎ₁ とすると、次式の関係がある。

【数６】 ｓｉｎ（π／２−θ）／ｓｉｎ（π／２−θ′）＝ｎ₁ ／１ そして、透明基板２の板厚をｔとすれば、日射高度θは
次式にて算出される。

【数７】 θ＝π／２−ｔａｎ^-1｛Ａ／（｜１−Ａ² ｜）^1/2 ｝ 但し、

【数８】 Ａ＝ｎ₁ ×｛（ｘ² ＋ｙ² ）／（ｘ² ＋ｙ² ＋ｔ² ）｝^1/2

【００１４】また、日射光のＰ（ｘ、ｙ）点に発生する
光電流Ａは日射強度Ｉに比例する。実際の日射光は日射
角度θで入射するから、光電流Ａは次式の関係になる。

【数９】Ａ＝Ｉ×ｓｉｎθ

【数１０】Ｉ＝Ａ／ｓｉｎθ

【００１５】次に、本実施例の作動を説明する。 イ）日射高度θおよび日射方位φを検出する場合。 まず、検出回路１１内の電源１２よりＸ方向位置検出部
５の両端部に形成された入力電極８、１０間に５Ｖの電
圧が印加される。これにより、Ｘ方向位置検出部５の透
明導電膜３０上の各点が、入力電極８、１０からの距離
に比例した電位を示すようになる。そして、Ｘ方向位置
検出部５には、第１導入孔４ａより導入された日射光が
透明基板２を透過して照射される。このとき、Ｘ方向位
置検出部５の光電変換膜３１では、光が照射されると、
その受光位置Ｐ（ｘ、ｙ）に応じた部分が抵抗値の低下
によって導通部となることから、入力電極８、１０間に
所定の電圧５Ｖを印加することにより、Ｘ方向位置検出
部５の出力電極５ａから受光位置Ｐ（ｘ、ｙ）に応じた
電位Ｖｘが出力される。つぎに、上記の場合と同様に、
検出回路１１内の電源１２より、Ｙ方向位置検出部６の
両端部に形成された入力電極９、１０間に５Ｖの電圧が
印加されることにより、Ｙ方向位置検出部６の出力電極
６ａから受光位置Ｐ（ｘ、ｙ）に応じた電位Ｖｙが出力
される。このＸ方向位置検出部５の出力電極５ａより出
力される電位ＶｘおよびＹ方向位置検出部６の出力電極
６ａより出力される電位Ｖｙを基に、上記の数１ないし
数３より日射方位φ、数７より日射高度θが算出され
る。

【００１６】ロ）日射強度Ｉを検出する場合。 両方の入力電極８、９にそれぞれ５Ｖを印加して、光強
度検出部７の出力電極７ａを流れる電流値Ａを検出す
る。この光強度検出部７では、どこの位置に日射光（第
３導入孔４ｃより導入された日射光）が照射されても、
光強度検出部７の透明導電膜３０上が同電位となること
から、出力電極７ａを流れる電流値Ａは変わらず、その
電流値Ａは、日射量（日射強度）に応じて変化する信号
となる。そして、実際の日射光は角度θで入射すること
から、出力電極７ａを流れる電流値Ａを日射高度θの正
弦関数ｓｉｎθで除算することにより、日射強度Ｉが算
出される。なお、本実施例の全方位日射センサ１では、
Ｘ方向位置検出部５、Ｙ方向位置検出部６、および光強
度検出部７を独立して形成したことにより、日射高度
θ、日射方位φ、日射強度Ｉを検出する上で、何らの切
換回路を必要とすることがない。

【００１７】本発明の第２実施例を図７に示す。この第
２実施例では、図７に示すように、Ｘ方向位置検出部
５、Ｙ方向位置検出部６、および光強度検出部７に対応
する各導入孔４ａ〜４ｃを繋げて、略十字形の光導入孔
４０を形成したものである。なお、本実施例の場合、日
射強度Ｉに比例する電流値Ａを大きくすることができる
が、各導入孔４ａ〜４ｃを繋げて形成したことで、日射
の方向によって日射光の当たる面積が変化することにな
る。このため、その変化に対応して、第２光強度検出部
７０および第３光強度検出部７１を設ける必要がある。

【００１８】

【発明の効果】本発明の全方位光検出装置は、共通の透
明基板上に、Ｘ方向位置検出部、Ｙ方向位置検出部、お
よび光強度検出部を一体に形成したことにより、従来の
ような設置に伴う検出誤差の発生を防止することができ
る。また、各検出部を立体的に配置することなく、透明
基板上に平面的に構成することができるため、装置を設
置する設置面からの飛び出しを少なくして、設置スペー
スを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る全方位日射センサの斜視図で
ある。

【図２】全方位日射センサを構成する光検出素子の製造
工程を示す説明図である。

【図３】全方位日射センサを構成する光検出素子の製造
工程を示す説明図である。

【図４】全方位日射センサを構成する光検出素子の製造
工程を示す説明図である。

【図５】本実施例に係る全方位日射センサの遮光部材側
から見た斜視図である。

【図６】日射光の高度および方位を説明する説明図であ
る。

【図７】第２実施例に係る全方位日射センサの斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 全方位日射センサ（全方位光検出装置） ２ 透明基板 ３ 光検出素子 ４ 遮光部材 ４ａ第１導入孔 ４ｂ第２導入孔 ４ｃ第３導入孔 ５ Ｘ方向位置検出部 ６ Ｙ方向位置検出部 ７ 光強度検出部

───────────────────────────────────────────────────── 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】ａ）それぞれ光を導入するための第１導入
   孔、第２導入孔、および第３導入孔が形成された遮光部
   材と、 ｂ）この遮光部材に重ね合わされて、前記第１導入孔、
   第２導入孔、および第３導入孔より導入された光を透過
   する透明基板と、 ｃ）この透明基板の前記遮光部材と反対側に設けられた
   光検出素子とを備え、この光検出素子は、前記第１導入
   孔より導入されて前記透明基板を透過した光を受光する
   ことで、そのＸ座標軸方向の受光位置に応じて電気的出
   力値が変化するＸ方向位置検出部、前記第２導入孔より
   導入されて前記透明基板を透過した光を受光すること
   で、そのＹ座標軸方向の受光位置に応じて電気的出力値
   が変化するＹ方向位置検出部、および前記第３導入孔よ
   り導入されて前記透明基板を透過した光を受光すること
   で、その受光量に応じて電気的出力値が変化する光強度
   検出部より成り、前記Ｘ方向位置検出部、前記Ｙ方向位
   置検出部、および前記光強度検出部が前記透明基板上に
   一体的に設けられた全方位光検出装置。