JPH0711449B2 - 日射センサ - Google Patents

日射センサ

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JPH0711449B2
JPH0711449B2 JP63252759A JP25275988A JPH0711449B2 JP H0711449 B2 JPH0711449 B2 JP H0711449B2 JP 63252759 A JP63252759 A JP 63252759A JP 25275988 A JP25275988 A JP 25275988A JP H0711449 B2 JPH0711449 B2 JP H0711449B2
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千代春 堀口
義磨郎 藤井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、太陽光等の光の照射量を検出する日射センサ
に関する。
〔従来の技術〕
かかる日射センサとして、従来より、受光面に受けた光
量に応じた電気信号を出力する受光素子を、平行平板ガ
ラスからなるカバーガラスで覆ったもの、或いは、第5
図に示したように、受光素子1を凹レンズ2で覆ったも
のが知られている。
受光素子1を凹レンズ2で覆った場合には、平行平板ガ
ラスで覆った場合に較べ、その指向性は緩和されるもの
の、受光素子1の受光面に垂直な方向から光が入射した
ときに、受光素子1の出力は最大となり、光の入射方向
が傾くに連れその出力は低下する特性を有している。
〔発明が解決しようとする課題〕
かかる日射センサを自動車に装備されるオートエアコン
ディショナ用のセンサとして温度センサと併用した場
合、日射センサはボンネットやルーフなどの水平な箇所
に受光素子1の受光面が水平となるように配設されるの
で、オートエアコンディショナの使用頻度が高くなる夏
期においては、日射センサは太陽が南中付近の高い位置
にあるときに最も強い信号を出力することとなる。
しかし、太陽が南中付近の高い位置にある間は、車内に
いる乗客には直射日光はほとんど当たらない。それゆ
え、乗客は車内温度の上昇による暑さは感じるものの、
直射日光そのものの照り付けによる暑さはほとんど感じ
ない。却って、太陽が南中から離れて直射日光が斜めの
方向から車内に差し込むようになると、乗客に直射日光
が当たるようになり、乗客は直射日光そのものの照り付
けによる暑さを強く感じる。
上述のことから理解されるように、従来の日射センサに
おいては、日射センサの指向性と、自動車の乗客が直射
日光の照り付ける方向によって感じる暑さとの関係が適
合しておらず、自動車のオートエアコンディショナ用の
日射センサに適したものとは言い難かった。
そこで、本発明は、自動車のオートエアコンディショナ
用として用いられるに適した日射センサを提供すること
を目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明による日射センサに
おいては、受光素子の受光面を覆うレンズ部材は、これ
を介して前記受光面に達する入射光の光量を、入射光の
入射方向が前記受光面に対して垂直な方向から傾くに連
れ増加させ、所定角度傾いた場合に最大とするように形
成されている。
ここで、受光面は点対称形に形成され、レンズ部材の表
面は、受光素子から遠い外側が、受光面の中心を通り受
光面に垂直な中心軸上に中心が略一致した円形平面と、
この円形平面の外周縁にてこれに接して移動する球体に
よって形成される包絡凸曲面とから形成され、受光素子
に近い内側が、受光面に包まれる内接円と略同一の投影
面積を有しかつ内接円の半径よりも大きく内接円の直径
よりも小さい半径で中心軸上に中心が略一致した球状凹
面の外周縁にてこれに接する円錐内面とから形成されて
いることを特徴としている。
〔作用〕
上述の如く構成することにより、受光素子は、入射光の
方向がその受光面に対して直角な方向から所定角度傾い
た場合に、最大の電気信号を出力することとなる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について第1図ないし第4図を参
照しつつ、説明する。
第1図は、本発明による日射センサの一実施例を示した
断面図である。
図示したように、本発明による日射センサにおいては、
フォトダイオード等の受光素子1は、コバール材より形
成された伏せ椀状アイレット3の底部にAu−Si共晶の形
で搭載されており、伏せ椀状アイレット3には、カソー
ド側のリード線5が溶接されている。受光素子1はその
上面に受光面1aを有し、受光面1aは点対称形を呈してお
り、好ましくは円形を呈している。受光素子1の上面
は、ボンディングワイヤ6を介してアノード側のリード
線7に接続されている。リード線7は、伏せ椀状アイレ
ット3に穿設された小孔3aを下方から貫通して設けら
れ、伏せ椀状アイレット3の下側に充填された硼珪酸ガ
ラス8により、伏せ椀状アイレット3及びリード線5と
絶縁されて伏せ椀状アイレット3に保持されている。伏
せ椀状アイレット3の外周部には、筒状アイレット10が
外嵌して溶接されている。筒状アイレット10は上部開口
端にて受光素子1の受光面1aを覆うレンズ部材11に外嵌
し、これを担持している。
レンズ部材11は、第2図にも示した様に、その断面が特
有の形状を呈して円形のレンズである。レンズ部材11の
形状について詳述すると、受光素子1の受光面1aの中心
を通り、かつ、この受光面1aに対して垂直な中心軸Cを
考えた場合に、レンズ部材11の受光素子1から遠い外側
上面は、この中心軸Cに中心が略一致した直径d1の円形
平面をその中心部に有している。この円形平面の外周か
ら外側には、円形平面の外周縁に接しつつ該外周縁に添
って移動する半径r2の球体(この時、球体の中心は中心
軸Cに中心が略一致した直径d1の円周上を移動すること
となる)に接する包絡凸曲面が形成されている。
一方、レンズ部材11の受光素子11に近い内側下面は、そ
の中心部に中心軸Cに中心が略一致した曲率半径r1の球
状凹面を有している。この球状凹面の受光面1aに対する
投影面積は、受光面1aに含まれる内接円の面積と同一で
あり、その曲率半径r1は該内接円の半径よりも大きく該
内接円の直径よりも小さくなっている。この球状凹面の
外周から外側には、球状凹面の外周縁にてこれに接する
円錐内面が形成されている。
上述のレンズ部材11のより好ましい形状は、レンズ部材
11に屈折率が1.51程度の材料を用いた場合、第2図に示
したように、受光面1aに含まれる内接円の直径をD、レ
ンズ部材11上面の円形平面の直径をd1、この円形平面に
接して包絡凸曲面を形成する球体の半径をr2、レンズ部
材11下面の球状凹面の曲率半径をr1、この球状凹面に接
する円錐内面の外周の直径をd2、レンズ部材11の外径を
d3、円形平面と球状凹面との間の最短距離すなわちレン
ズ部材11中央部の厚さをe1、球状凹面の中心と受光面1a
との間の距離をe2、レンズ部材11の中心軸C方向(光軸
方向)に於ける寸法をEとして、レンズ部材11の各部の
寸法を相対的に特定すると、次式の如くとなる。
D/2<d1<2D<3 …(1) 5D/3<d2 …(2) 5D/2<d3 …(3) D/2<r1<D …(4) D<r2<2D …(5) D/8<e1<D/4 …(6) D/2<e2<D …(7) ここに示した(1)〜(7)式を満足するように、例え
ば、D=1、d1=0.6、d2=1.8、d3=2.6、r1=0.8、r2
=1.6、e1=0.2、e2=0.8としてレンズ部材11を形成し
た場合の光路図を第3図に示す。
第3図は、入射光の入射方向を受光面1aに対して垂直な
方向から60°傾斜するまで15°間隔で傾斜させた場合の
各光路を示している。図示したように、受光面1aに有効
に到達する入射光の有効幅を、入射方向が受光面1aに垂
直な入射光から順にb1〜b5とし、隣り合う入射光の有効
幅の比bn/bn+1をmnとすると(mn=bn/bn+1、但し、n
は1〜4の整数)、実際の入射光の有効幅を測定して得
られる比m1〜m4は、それぞれm1=1.09、m2=1.10、m3
1.09、m4=0.81となる。このことから分かるように、入
射光の入射方向が受光面1aに対して垂直な方向から45°
傾くまでは、入射光の有効幅はぼ一定の割合(約1.1
倍)で増大し、更に傾くと減少する。従って、受光面1a
が受ける受光量は、入射光の入射方向が受光面1aに対し
て垂直な方向から傾くに連れ定率で増加し、45°傾いた
あたりで最大となり、更に傾くと減少する。故に、上述
の如く形成された日射センサの指向特性は第4図に示し
た如くとなる。
ところで、自動車のオートエアコンディショナ用に用い
られる日射センサの指向特性は、入射光の入射方向が受
光素子1の受光面1aに対して垂直な方向から45°〜50°
程度傾いたとき受光素子1の出力が最大となり、このと
きの出力を100%とした場合に、入射光が受光面1aに対
して垂直な方向から入射したときの受光素子1の出力が
70〜80%となっていることが好ましく、更に、入射光の
入射方向が受光面1aに垂直な方向から傾くに連れ増加す
る受光素子1の出力の増加率はほぼ一定となっているこ
とが好ましい。すなわち、入射光の入射方向が15°傾く
毎の増加率を考えた場合、増加率をMとすれば、増加率
Mは、次式、から求められる数値の範囲内となる。
70×M×M×M=100 … 80×M×M×M=100 … つまり、増加率Mは、1.077<M<1.126の範囲内とな
る。
ここに述べた日射センサの指向特性は、第4図に示した
指向特性と良く一致している。このことから、上述の様
に形成された本発明による日射センサが、自動車のオー
トエアコンディショナ用の日射センサとして用いるに適
したものであることが分る。
次に、レンズ部材11の各部の寸法が上記の(1)〜
(7)式を満足しない場合について説明しておくと、例
えば、d1<D/2であった場合、上述した隣り合う入射光
の有効幅の比mnは、それぞれ、m1<1.077、m2>1.126、
m3>1.126となり、逆に、d1>2D/3であった場合には、m
1>1.126、m2>1.126、m3<1.077となる。この様に、d1
の値が(1)式の示すD/2<d1<2D/3の範囲内にない場
合は、受光面1aが受ける受光量は入射光の入射方向が受
光面1aに対して垂直な方向から傾くに連れ定率で増加し
ないこととなる。
また、d1は(1)式の示すD/2<d1<2D/3の範囲内にあ
るが、d2及びd3の値が(2)及び(3)式の5D/3<d2
び5D/2<d3を満足しない場合には、入射光が傾くに連
れ、口径蝕現象が起り易くなることから、m1>1.126、m
2<1.077、m3<1.077となり、この場合も受光面1aが受
ける受光量は入射光の入射方向が受光面1aに対して垂直
な方向から傾くに連れ定率で増加しないこととなる。
また、(4)式が満足されない場合、すなわち、r1がD/
2よりも小さい場合にはm1〜m3は全て1.14以上となり、
逆に、r1がDよりも大きい場合にはm1〜m3は全て1.06以
下となる。
また、(5)式が満足されない場合、すなわち、r2<D
の場合には、m1<1.077、m2>1.126、m3>1.126とな
り、逆に、r2>2Dの場合には、m1>1.126、m2<1.077、
m3<1.077となり、受光面1aが受ける受光量は入射光の
入射方向が受光面1aに対して垂直な方向から傾くに連れ
定率で増加しないこととなる。
また、(7)式が満足されない場合、すなわち、e2<D/
2の場合には、m1〜m3は全て1.077よりも小さくなり、逆
にe2>Dの場合には、m1及びm2は1.126より大きくな
り、m3は1.077より小さくなる。
なお、D/8<e1<D/4の式(6)は、e2の値が(7)式の
D/2<e2<Dの範囲内にある場合において、比m1〜m3
全て約1.1となるために必要な条件式である。
なお、上述の実施例においては、レンズ部材11をレンズ
部材11の各部の寸法が上記した条件式を満足するように
形成することとしているが、この様にして形成されたレ
ンズ部材11と同様の屈折特性が得られるように、平行平
板ガラスにドープ材をドープして屈折率分布を生じさせ
てレンズ部材を形成しても良い。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による日射センサにおいて
は、受光素子の受光面1aを覆うレンズ部材は、これを介
して前記受光面1aに達する入射光の光量を入射光の入射
方向が前記受光面1aに対して垂直な方向から傾くに連れ
増加させ、所定角度傾いた場合に最大とするように形成
されているので、受光素子は、入射光の方向がその受光
面1aに対して直角な方向から所定角度傾いた場合に、最
大の電気信号を出力することとなり、自動車のオートエ
アコンディショナ用として用いられるに適した指向特性
を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による日射センサの実施例を示した断
面図、第2図は、本発明にかかるレンズ部材及び受光素
子を示した断面図、第3図は、受光素子の受光面1aに入
射する入射光の光路を示した光路図、第4図は、本発明
による日射センサの指向特性を示した指向特性図、第5
図は、従来の日射センサを示した断面図である。 1……受光素子、11……レンズ部材。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】受光面に受けた光量に応じた電気信号を出
    力する受光素子と、前記受光面を覆うレンズ部材とを備
    えた日射センサであって、 前記受光面は点対称形に形成され、前記レンズ部材の表
    面は、前記受光素子から遠い外側が、前記受光面の中心
    を通り前記受光面に垂直な中心軸上に中心が略一致した
    円形平面と、この円形平面の外周縁にてこれに接して移
    動する球体によって形成される包絡凸曲面とから形成さ
    れ、前記受光素子に近い内側が、前記受光面に包まれる
    内接円と略同一の投影面積を有しかつ前記内接円の半径
    よりも大きく前記内接円の直径よりも小さい半径で前記
    中心軸上に中心が略一致した球状凹面の外周縁にてこれ
    に接する円錐内面とから形成されていることを特徴とす
    る日射センサ。
  2. 【請求項2】前記受光面が含む内接円の直径をDとし、
    前記円形平面の直径をd1とし、前記円錐内面の外周の直
    径をd2とし、前記レンズ部材の外径をd3とし、前記球状
    凹面の曲率半径をr1とし、前記包絡凸曲面を形成する球
    体の半径をr2とし、前記円形平面と前記球状凹面との間
    の最短距離をe1とし、前記球状凹面の中心と前記受光面
    との距離をe2としたとき、これらの各値が、 D/2<d1<2D/3 5D/3<d2 5D/2<d3 D/2<r1<D D<r2<2D D/8<e1<D/4 D/2<e2<D の各条件式を満足していることを特徴とする請求項1記
    載の日射センサ。
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