JP2018151294A - ライトセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】受光成分に含まれる間接成分を除去して直接成分を精度良く取得することができるライトセンサを提供する。【解決手段】第１受光素子１２は、第１受光面１４の一部が、一面１１のうち、開口部２１を通過する光が一面１１及び反射面２２で一度も反射せずに直接照射される第１領域１６に位置するように基板１０に設けられる。第１受光素子１２は、第１受光面１４に直接入射する直接光と一面１１及び反射面２２のいずれか一方または両方で反射して間接的に入射する間接光とを含んだ光の第１強度に応じた第１検出信号を出力する。第２受光素子１３は、第２受光面１５の全体が、一面１１のうち第１領域１６を除いた第２領域１７に位置するように基板１０に設けられ、間接光の第２強度に応じた第２検出信号を出力する。演算部４０は、第１強度と第２強度との差分を演算し、第１強度に含まれる間接光の成分を除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、ライトセンサに関する。

従来より、複数の受光素子が形成された基板と、基板の上方に配置されていると共に各受光素子に対する入射光の進行方向を規定する遮光膜と、を備えた光センサが、例えば特許文献１で提案されている。遮光膜は、各受光素子に対応する複数の開口部を有している。各開口部は、各受光素子に入射する入射光の進行方向がそれぞれ異なるように設けられている。

特開２０１６−１６１４５８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、各受光素子は、開口部から直接入射する直接光だけでなく、開口部から入射した後に基板や遮光膜で反射して入射する間接光も受光する。このため、受光成分は間接光の間接成分を含んだブロードの特性になってしまう。すなわち、受光成分から直接光の直接成分を精度良く取得することができない。

本発明は上記点に鑑み、受光成分に含まれる間接成分を除去して直接成分を精度良く取得することができるライトセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ライトセンサは、一面（１１）と、第１受光面（１４）が一面に露出すると共に第１受光面に入射する光の強度に応じた第１検出信号を出力する第１受光素子（１２）と、第２受光面（１５）が一面に露出すると共に第２受光面に入射する光の強度に応じた第２検出信号を出力する第２受光素子（１３）と、を有する基板（１０）を備えている。

ライトセンサは、光を通す開口部（２１）を有し、基板の一面の上方に配置された金属製の遮光部（２０）を備えている。ライトセンサは、第１検出信号及び第２検出信号を入力し、第１強度及び第２強度に基づいて演算処理を行う演算部（４０）を備えている。

第１受光素子は、第１受光面の少なくとも一部が、一面のうち、開口部を通過する光が一面及び遮光部のうち一面側の反射面（２２）で一度も反射せずに直接照射される第１領域（１６）に位置するように基板に設けられ、開口部を介して第１受光面に直接入射する直接光と一面及び反射面のいずれか一方または両方で反射して間接的に入射する間接光とを含んだ光の第１強度に応じた第１検出信号を出力する。

第２受光素子は、第２受光面の全体が、一面のうち、第１領域を除いた第２領域（１７）に位置するように基板に設けられ、間接光の第２強度に応じた第２検出信号を出力する。

演算部は、第１検出信号及び第２検出信号を入力し、第１強度と第２強度との差分を演算することにより第１強度に含まれる間接光の成分を除去する。

これによると、第２受光素子は基板のうち直接光が届かない第２領域に設けられているので、第２受光素子によって直接光の成分を含まない間接光のみの成分を取得することができる。このため、演算部によって第１受光素子の受光成分に含まれる間接光の成分を除去することで、第１強度に含まれる間接光の成分を除去することができる。したがって、直接光の成分を精度良く取得することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係るライトセンサの構成を示した図である。 演算部の演算によって得られる直接光の成分を説明するための図である。 間接光の成分がキャンセルされない比較例の演算結果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るライトセンサの構成を示した図である。 本発明の第３実施形態に係るライトセンサの構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るライトセンサは、例えば、車両のヘッドライト及びテールライトを自動点消灯させるオートライトシステムに適用されるものである。

図１に示されるように、ライトセンサは、基板１０、遮光部２０、絶縁層３０、及び演算部４０を備えている。

基板１０は、一面１１を有している。基板１０は、例えばｎ型シリコン基板である。また、基板１０は、第１受光素子１２及び第２受光素子１３を有している。各受光素子１２、１３は、受光した光の強度を検出するフォトダイオードとして構成されている。

具体的には、基板１０の表層部に複数のｐ型領域が形成されており、各ｐ型領域が各受光素子１２、１３の各受光部に対応している。第１受光素子１２の第１受光面１４及び第２受光素子１３の第２受光面１５は、基板１０の一面１１に露出している。

また、基板１０の裏面には図示しないカソード電極が形成されていると共に、各ｐ型領域には図示しないアノード電極が設けられている。このような構成により、各受光素子１２、１３は、光の強度を電圧値の強度信号として出力する。第１受光素子１２は、第１受光面１４に入射する光の強度に応じた第１検出信号を出力する。第２受光素子１３は、第２受光面１５に入射する光の強度に応じた第２検出信号を出力する。

遮光部２０は、基板１０の一面１１の上方に配置された金属製の部品である。遮光部２０は、例えばアルミニウム等の金属膜として形成されている。また、遮光部２０は、光を通すことで基板１０の一面１１に光を導く開口部２１を有している。

絶縁層３０は、基板１０の一面１１と遮光部２０との間、遮光部２０の開口部２１、及び遮光部２０及び開口部２１の上に設けられている。絶縁層３０は光を通過させる性質を有し、金属製の遮光部２０の酸化を防止する等の機能を有している。絶縁層３０は、例えばＢＰＳＧ等の層間絶縁膜である。基板１０、遮光部２０、及び絶縁層３０は、一つの半導体チップとして構成されている。

演算部４０は、第１受光素子１２の第１検出信号及び第２受光素子１３の第２検出信号を入力し、第１強度及び第２強度に基づいて演算処理を行う回路部である。演算部４０は、第１強度と第２強度との差分を演算することにより、第１強度に含まれる第２強度の受光成分をキャンセルする。演算部４０は、基板１０に形成されていても良いし、基板１０とは別の半導体チップに形成されていても良い。

以上が、本実施形態に係るライトセンサの全体構成である。ライトセンサは、図示しないケースを備え、上記各構成を収容することでパッケージ化されている。また、ライトセンサは、例えば車両のダッシュボード等に搭載される。

次に、基板１０における各受光素子１２、１３の配置について説明する。まず、基板１０の一面１１には、第１領域１６と第２領域１７とがある。

第１領域１６は、基板１０の一面１１のうち、遮光部２０の開口部２１を通過する光が基板１０の一面１１及び遮光部２０のうち一面１１側の反射面２２で一度も反射せずに直接照射される領域である。第１領域１６の範囲は、絶縁層３０の屈折率、開口部２１のサイズ、基板１０の一面１１を基準とした遮光部２０の位置等によって決まる。

一方、第２領域１７は、基板１０の一面１１のうち、第１領域１６を除いた領域である。つまり、第２領域１７は、遮光部２０の開口部２１を通過した光が直接照射されない領域である。

そして、第１受光素子１２は、第１受光面１４の一部が第１領域１６に位置するように基板１０に設けられている。これにより、第１受光素子１２は、遮光部２０の開口部２１を介して第１受光面１４に直接入射する直接光と基板１０の一面１１及び遮光部２０の反射面２２のいずれか一方または両方で反射して間接的に入射する間接光とを含んだ光を受光する。間接光は、一面１１及び反射面２２を何度も反射する場合もある。したがって、第１受光素子１２は、直接光と間接光とを含んだ光の第１強度に応じた第１検出信号を出力する。

第２受光素子１３は、第２受光面１５の全体が第２領域１７に位置するように基板１０に設けられている。これにより、第２受光素子１３は、基板１０の一面１１あるいは遮光部２０の反射面２２で反射した光を受光する。つまり、第２受光素子１３は、直接光を含まない光を受光する。したがって、第２受光素子１３は、間接光の第２強度に応じた第２検出信号を出力する。

また、本実施形態では、第２受光素子１３は、第２受光面１５の全体が第１領域１６の外周の第２領域１７に設けられている。すなわち、第２受光素子１３は、第１受光素子１２に近接配置されている。これにより、第２受光素子１３は、第１受光素子１２が受光する間接光とほぼ同じ間接光を受光することができる。

続いて、演算部４０の作動について説明する。演算部４０は、随時あるいは所定のタイミングで各受光素子１２、１３から第１検出信号及び第２検出信号を入力する。そして、演算部４０は、第１強度と第２強度との差分を演算する。第１強度をＰＤ１とし、第２強度をＰＤ２とすると、演算部４０はＰＤ１−ＰＤ２を演算する。これにより、第１強度に含まれる間接光の成分が除去される。

図２に示されるように、第１強度ＰＤ１は直接光及び間接光の各成分を含んでいるので、直接光の成分が間接光の成分に埋もれている。しかし、第２強度ＰＤ２は直接光の成分を含まず、間接光の成分のみで構成されている。したがって、ＰＤ１−ＰＤ２の演算によって第１強度ＰＤ１から直接光の成分を取り出すことができる。なお、間接光のキャンセルの精度を高めるために、各受光素子１２、１３の各受光面１４、１５のサイズは同じであることが好ましい。

比較例として、遮光部２０に２つの開口部２１が設けられ、各開口部２１に対応した２つの受光素子が基板１０に設けられた構成が考えられる。一方の受光素子は、受光面の少なくとも一部が一方の開口部２１によって設定される第１領域１６に配置される。他方の受光素子についても同様である。

このような比較例の構成では、各受光素子が受光する光の直接光の成分が異なると共に、間接光の成分も異なる。一方の受光素子が受光する第３強度をＰＤ３とすると、第３強度ＰＤ３は直接光の成分αと間接光の成分βを含んでいる。他方の受光素子が受光する第４強度をＰＤ４とすると、第４強度ＰＤ４は直接光の成分γと間接光の成分σを含んでいる。各受光素子の間接光の成分をキャンセルするためにＰＤ３−ＰＤ４を演算したとしても、間接光の成分はキャンセルされずに残ってしまう。

図３に示されるように、ＰＤ３−ＰＤ４の成分は、間接光の成分が残されたブロードの特性になっている。したがって、比較例のように各開口部２１に対応した各受光素子の出力を演算する構成では、間接光の成分を精度良くキャンセルすることはできない。

比較例に対し、本実施形態では、基板１０のうち直接光が届かない第２領域１７に第２受光素子１３が設けられた構成になっている。これにより、第２受光素子１３によって直接光の成分を含まない間接光のみの成分を取得することができる。このため、演算部４０の演算処理によって第１強度に含まれる間接光の成分を除去することができる。したがって、直接光の成分を精度良く取得することができる。

変形例として、基板１０の一面１１は、各受光素子１２、１３の各受光面１４、１５を除いた領域が金属面として構成されていても良い。これにより、基板１０の一面１１の面方向に進む光の距離によって間接光の成分が減衰する影響を低減することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、遮光部２０は、開口部２１として、第１開口部２３及び第２開口部２４を有している。各開口部２３、２４は離されている。

そして、第１受光素子１２は、第１受光面１４の一部が、第１開口部２３によって設定された第１領域１６に位置するように基板１０に設けられている。一方、第２受光素子１３は、第２受光面１５の全体が、第２開口部２４によって設定された第１領域１６の外周の第２領域１７に設けられている。

このように、各受光素子１２、１３は、一つの開口部２１によって設定された第１領域１６に関連せず、異なった開口部２３、２４に関連づけて基板１０に配置されていても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、第１受光素子１２は、第１受光面１４の全体が第１領域１６に位置するように基板１０に設けられていても良い。これにより、第１受光素子１２は直接光を確実に受光することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたライトセンサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、絶縁層３０は、遮光部２０の上に形成されていなくても良い。

また、第１受光素子１２が基板１０に複数設けられ、第２受光素子１３が基板１０に一つ設けられる構成でも良い。すなわち、複数の第１受光素子１２に対して第２受光素子１３を共通利用しても良い。もちろん、第１受光素子１２と第２受光素子１３との組が基板１０に複数設けられていても良い。他方、１つの第１受光素子１２に対し、複数の第２受光素子１３が設けられていても良い。

１０ 基板
１１ 一面
１２ 第１受光素子
１３ 第２受光素子
１４ 第１受光面
１５ 第２受光面
２０ 遮光部
２１ 開口部
４０ 演算部

Claims (5)

1. 一面（１１）と、第１受光面（１４）が前記一面に露出すると共に前記第１受光面に入射する光の強度に応じた第１検出信号を出力する第１受光素子（１２）と、第２受光面（１５）が前記一面に露出すると共に前記第２受光面に入射する光の強度に応じた第２検出信号を出力する第２受光素子（１３）と、を有する基板（１０）と、
   光を通す開口部（２１）を有し、前記基板の前記一面の上方に配置された金属製の遮光部（２０）と、
   前記第１検出信号及び前記第２検出信号を入力し、前記第１強度及び前記第２強度に基づいて演算処理を行う演算部（４０）と、
   を備え、
   前記第１受光素子は、前記第１受光面の少なくとも一部が、前記一面のうち、前記開口部を通過する光が前記一面及び前記遮光部のうち前記一面側の反射面（２２）で一度も反射せずに直接照射される第１領域（１６）に位置するように前記基板に設けられ、前記開口部を介して前記第１受光面に直接入射する直接光と前記一面及び前記反射面（２２）のいずれか一方または両方で反射して間接的に入射する間接光とを含んだ光の第１強度に応じた前記第１検出信号を出力し、
   前記第２受光素子は、前記第２受光面の全体が、前記一面のうち、前記第１領域を除いた第２領域（１７）に位置するように前記基板に設けられ、前記間接光の第２強度に応じた前記第２検出信号を出力し、
   前記演算部は、前記第１検出信号及び前記第２検出信号を入力し、前記第１強度と前記第２強度との差分を演算することにより前記第１強度に含まれる前記間接光の成分を除去するライトセンサ。
2. 前記遮光部は、前記開口部として、第１開口部（２３）及び第２開口部（２４）を有し、
   前記第１受光素子は、前記第１受光面の少なくとも一部が、前記第１開口部によって設定された前記第１領域に位置するように前記基板に設けられ、
   前記第２受光素子は、前記第２受光面の全体が、前記第２開口部によって設定された前記第１領域の外周の前記第２領域に設けられている請求項１に記載のライトセンサ。
3. 前記第２受光素子は、前記第２受光面の全体が、前記開口部によって設定された前記第１領域の外周の前記第２領域に設けられている請求項１に記載のライトセンサ。
4. 前記一面は、前記第１受光面及び前記第２受光面を除いた領域が金属面として構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載のライトセンサ。
5. 前記第１受光素子は、前記第１受光面の全体が前記第１領域に位置するように前記基板に設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載のライトセンサ。

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