DE19913955A1

DE19913955A1 - Optischer Sensor mit geregelter Richtwirkung

Info

Publication number: DE19913955A1
Application number: DE1999113955
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Sumiya; Keiji Horiba; Masaki Takashima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: DE19913955B4; JP3882378B2; JPH11337405A

Abstract

Ein optischer Sensor umfaßt eine Vielzahl von Photodetektoren zum Empfangen von Licht und Erzeugen von Detektionssignalen, einen Lichtmengenregelabschnitt, der oberhalb der Photodetektoren angeordnet ist, zum Regeln bzw. Steuern der Menge des Lichts zu den Photodetektoren entsprechend einem Einfallswinkel des Lichts und einen Wichtungsabschnitt zum entsprechenden Gewichten der Empfindlichkeiten der Photodetektoren und Ausgeben eines gewichteten Detektionssignals von den Photodetektoren. Die Empfindlichkeiten werden gewichtet, um eine Gesamtausgangscharakteristik der gewichteten Detektionssignale zu erzielen, deren Größe entsprechend dem Einfallswinkel variiert. Das Gewichten erfolgt durch eine Signalverarbeitungsschaltung zum Regeln der Verstärkungsfaktoren der Detektionssignale von den Photodioden oder durch einen lichtdurchlässigen Film auf den Photodetektoren zum Steuern der Durchlässigkeitsabschnitte oberhalb der entsprechenden Photodetektoren durch Steuern der Dicken des durchlässigen Films oberhalb der entsprechenden Photodetektoren, oder durch undurchlässige Filme auf den Photodetektoren zum Steuern der Mengen des Lichts zu den entsprechenden Photodetektoren durch das Verhältnis zwischen dem Vorhandensein und Nichtvorhandensein der undurchlässigen Filme pro Flächeneinheit auf Abschniten oberhalb der entsprechenden Photodetektoren.

Description

Diese Erfindung betrifft einen optischen Sensor zum Detektieren von Licht und Erzeugen eines Detektionssignals.

Ein optischer Sensor mit einer Linse zum Empfangen von Licht und ein Photodetektor zum Erzeugen eines Lichtintensitätssignals in Abhängigkeit des empfangenen Lichts ist bekannt. Das US-Patent Nr. 5 432 599 offenbart ein Temperaturregelsystem mit einer Lichtintensitätsdetektionsvorrichtung zum Herstellen einer Temperaturkompensation gemäß der Änderung des Winkels des einfallenden Sonnenlichts. Das US-Patent Nr. 5 022 725 offenbart einen optischen Sensor mit einem Lichtdetektor, einer zwischen dem Lichtdetektor und einer Lichtquelle, deren Lichtstrahlen durch den Lichtdetektor detektiert werden, befindlichen Sammellinse und einer Lichtabschirmeinheit, die auf einem Teil der Sammellinse vorgesehen ist. Das US-Pa tent Nr. 4 933 550 offenbart ein Photodetektorsystem zum Produzieren elektrischer Signale in Abhängigkeit der Orientierung einer Lichtquelle, z. B. der Sonne. Im Hinblick darauf wird ein Diffusor zum Eliminieren von positionsabhängigen Empfindlichkeiten der Photokathode verwendet. Darüber hinaus offenbart das US-Patent Nr. 5 693 934 eine Leuchtdichtedetektionsschaltung, in der mehrere photoinduzierte Ströme auf einem gemeinsamen Stromleiter verstärkt und kombiniert werden, wobei die Stromverstärker durch Regelsignale an- oder abgeschaltet werden und die Leuchtdichtedetektionsschaltung daher den Strom nur des benötigten Photodetektionselements verstärkt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines besseren optischen Sensors.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Sensor bereitgestellt mit:
einer optischen Detektionseinheit einschließlich mehrerer Photodetektoren zum Empfangen von Licht und Erzeugen von Detektionssignalen; einer Lichtmengenregel- bzw. Steuereinheit, die oberhalb der optischen Detektionseinheit angebracht ist, zum Regeln bzw. Steuern von Mengen des Lichts zu den Photodetektoren gemäß einem Einfallswinkel des Lichts; und einem Wichtungsabschnitt zum entsprechenden Gewichten von Empfindlichkeiten der Photodetektoren und Ausgeben eines gewichteten Detektionssignals aus den Detektionssignalen, wobei eine Eigenschaft des gewichteten Detektionssignals entsprechend dem Einfallswinkel variiert, um eine gewünschte Richtwirkung, die den Einfallswinkel (Höhenwinkel) berücksichtigt, zu erzielen.

Bei diesem optischen Sensor kann der Wichtungsabschnitt eine Signalverarbeitungsschaltung zum Regeln bzw. Steuern von Verstärkungen der Detektionssignale umfassen, um eine gewünschte Richtwirkung, die einen Einfallswinkel (Höhenwinkel) berücksichtigt, zu erzielen.

Bei diesem optischen Sensor können undurchsichtige Filme auf der optischen Detektionseinheit zum Regeln der Lichtmengen zu entsprechenden Photodetektoren durch Regeln von Verhältnissen zwischen Anwesenheit und Abwesenheit von undurchsichtigen Filmen pro Flächeneinheit über den entsprechenden Photodetektoren vorgesehen werden.

Bei diesem optischen Sensor kann ein lichtdurchlässiger Film zum Regeln der Lichtdurchlässigkeit durch Regeln von Dicken der Abschnitte das lichtdurchlässigen Films oberhalb der entsprechenden Photodetektoren vorgesehen sein.

Bei diesem optischen Sensor kann die Lichtmengenregeleinheit eine Meniskuslinse umfassen.

Bei diesem optischen Sensor können die Photodetektoren unterschiedliche Ausgangscharakteristiken hinsichtlich der Antwort auf die gleiche Lichtmenge besitzen.

Bei diesem optischen Sensor sind die Photodetektoren koaxial angeordnet.

In diesem Fall kann eine Ausgabeschaltung zum Ausgeben eines der Detektionssignale von einem der Photodetektoren, der in der Nähe des Zentrums der Photodetektoren angeordnet ist, als ein erstes Sonnenlichtmengendetektionssignal, das eine erste Menge des Lichts mit einer ersten Richtwirkung anzeigt, weiterhin bereitgestellt werden, wobei der Wichtungsabschnitt eine Signalverarbeitungsschaltung zum Regeln bzw. Steuern von Verstärkungen der Detektionssignale und Ausgeben eines zweiten Sonnenlichtmengensignals, das eine zweite Menge des Lichts mit einer zweiten Richtwirkung anzeigt, umfaßt.

In diesem Fall kann einer der Photodetektoren, der in der Nähe des Zentrums der Photodetektoren angeordnet ist, von den anderen Detektoren in einer vorbestimmten Entfernung beabstandet sein, und der Wichtungsabschnitt umfaßt eine Signalverarbeitungsschaltung, die zwischen einem der Photodetektoren und den anderen Photodetektoren angeordnet ist.

In diesem Fall regelt die Lichtmengenregeleinheit die Mengen des Lichts zu den Photodetektoren, so daß die Detektionssignale von den anderen Photodetektoren einen ersten Satz von Größen bzw. Amplituden zeigen, wenn der Einfallswinkel im wesentlichen Null ist, und einen zweiten Satz an Größen zeigen, wenn der Einfallswinkel von Null getrennt bzw. verschieden ist, die entsprechend geringer als die ersten Sätze von Größen sind.

In diesem Fall besitzt die Lichtmengenregeleinheit eine Färbung bzw. einen Schirm zum Abschatten eines Teiles des Lichts zu den anderen Photodetektoren, wenn der Einfallswinkel im wesentlichen Null ist.

Die Aufgabe und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Sonnenlichtsensors einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Querschnittsseitenansicht des Sonnenlichtsensors der ersten Ausführungsform, betrachtet entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teildraufsicht der ersten Ausführungsform, die einen Sensorchip des Sonnenlichtsensors zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform, die eine innere Struktur des Sensorchips zeigt;

Fig. 5 eine Draufsicht der ersten Ausführungsform, die die in Fig. 2 gezeigte Schlitz- bzw. Blendenplatte zeigt;

Fig. 6 ein schematisches Schaltungsdiagramm der ersten Ausführungsform, die die in Fig. 3 gezeigte Verarbeitungsschaltung zeigt;

Fig. 7 eine Teilquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform zur Darstellung der Betriebsweise der in Fig. 2 gezeigten optischen Linse;

Fig. 8 eine Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine Lichtauftrefffläche auf dem Lichtempfangsbereich des Sensorchips zeigt, wenn der Höhenwinkel 0° ist;

Fig. 9 eine Teilquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform zur Darstellung der Betriebsweise der in Fig. 2 gezeigten optischen Linse;

Fig. 10 eine Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine Lichtauftrefffläche auf dem Lichtempfangsbereich des Sensorchips zeigt, wenn der Höhenwinkel 40° beträgt;

Fig. 11 eine Teilquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform zur Darstellung der Betriebsweise der in Fig. 2 dargestellten optischen Linse;

Fig. 12 eine Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine Lichtauftrefffläche auf dem Lichtempfangsbereich des Sensorchips zeigt, wenn der Höhenwinkel 90° beträgt;

Fig. 13 eine graphische Darstellung der ersten Ausführungsform, die Charakteristiken der durch den Sensorchip empfangenen Lichtmengen unter Berücksichtigung des Höhenwinkels des einfallenden Lichts zeigt;

Fig. 14 eine graphische Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine gewünschte Richtwirkung zeigt;

Fig. 15 eine graphische Darstellung der ersten Ausführungsform, die Meßergebnisse der Ausgangsspannungen zeigt;

Fig. 16 bis 18 Draufsichten von Sensorchips von Modifikationen;

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Modifikation, die die Richtwirkungen (I) und (II) zeigt;

Fig. 20 bis 22 Draufsichten von Modifikationen;

Fig. 23 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 24A eine Draufsicht eines Sensorchips einer dritten Ausführungsform;

Fig. 24B eine Querschnittsseitenansicht des in Fig. 24A gezeigten Sensorchips, betrachtet entlang der Linie B-B in Fig. 24A;

Fig. 25A eine Draufsicht eines Sensorchips einer dritten Ausführungsform;

Fig. 25B eine Querschnittsseitenansicht des in Fig. 25A gezeigten Sensorchips, betrachtet entlang der Linie C-C in Fig. 25A;

Fig. 26A eine Draufsicht eines Sensorchips einer dritten Ausführungsform;

Fig. 26B eine Querschnittsseitenansicht des in Fig. 26A gezeigten Sensorchips, betrachtet entlang der Linie D-D in Fig. 26A;

Fig. 27 eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform, die einen Sonnenlichtsensor zeigt; und

Fig. 28 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Modifikation.

Die gleichen oder entsprechenden Elemente oder Teile sind in den Zeichnungen durchwegs mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Erste Ausführungsform

Fig. 27 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform, die einen Sonnenlichtsensor als optischen Sensor zeigt. Der Sonnenlichtsensor 1 ist auf eine Trennwand 10 montiert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht des Sonnenlichtsensors 1 der ersten Ausführungsform. Fig. 2 ist eine Querschnittsseitenansicht des Sonnenlichtsensors 1 der ersten Ausführungsform. Fig. 2 zeigt den Sonnenlichtsensor 1 mit einer optischen Linse 4 und einer Schlitz- bzw. Blendenplatte (Abschirmplatte) 5, die in Fig. 1 abgenommen sind.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Sonnenlichtsensor 1 ein Sensorgehäuse 2, das auch als Steckverbinder dient, einen Sensorchip 3, die optische Linse 4, die Blendenplatte 5 und Anschlüsse 6, wobei mehr als zwei Anschlüsse 6 vorgesehen sein können, die in Fig. 2 teilweise verborgen sind. Das Sensorgehäuse 2 umfaßt einen Mantel bzw. Rahmen 7 und einen Halter 8, die aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Der Mantel 7 besitzt einen Zylinderabschnitt und wird in aufrechter Form verwendet. Der Halter 8 wird in den oberen Innenabschnitt des Mantels 7 eingepaßt. Der Mantel 7 wird bei verschiedenen Fahrzeugtypen gemeinsam benutzt und die Gestalt des Halters 8 wird entsprechend den Spezifikationen des Fahrzeugs geändert.

Gemäß Fig. 2 ist ein Sperrhaken 9 auf einer Außenumfangsfläche des Mantels 7 vorgesehen. Der Mantel 7 wird durch ein Loch 10a in die Trennwand 10 in der Richtung X eingeführt, so daß der Sonnenlichtsensor 1 auf der Trennwand 10 durch Kräfte, die durch den Sperrhaken 9 erzeugt sind, in Richtung der Kante des Lochs 10a montiert wird. In der Mitte der oben liegenden Oberfläche des Halters 8 wird ein Sensorchip 3 fixiert. Der Halter 8 besitzt Anschlüsse 6 als Masseanschluß, Stromversorgungsanschluß und Ausgangsanschlüsse zum Ausgeben des Sensorsignals. Die Anschlüsse 6 sind in dem Halter 8 durch Einsetzgießen befestigt. Die Enden der Anschlüsse 6 sind an der oberen Oberfläche des Halters 8 freigelegt, und die anderen Enden sind an der unteren Oberfläche des Halters 8 freigelegt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden vier Photodioden (Photodetektoren) D1, D2, D3 und D4 in dem Sensorchip 3 ausgebildet, die entsprechend den auf sie einfallenden Lichtmengen Detektionssignale erzeugen.

Fig. 3 ist eine Teildraufsicht der ersten Ausführungsform, die den Sensorchip 3 zeigt. Der Sensorchip 3 umfaßt die Photodioden D1 bis D4 in einem Lichtempfangsbereich 11 und eine Signalverarbeitungsschaltung 70a zur Verarbeitung der Detektionssignale von den Photodioden D1 bis D4. Der Lichtempfangsbereich 11 ist unterteilt in einen Kreislichtempfangsbereich 12 im Zentrum des Lichtempfangsbereichs 11, einen Ringlichtempfangsbereich 13 um den Kreislichtempfangsbereich 12, einen Ringlichtempfangsbereich 14 um den Ringlichtempfangsbereich 13 und einen Ringlichtempfangsbereich 15 um den Ringlichtempfangsbereich 14.

Fig. 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform, die eine innere Struktur des Sensorchips 3 zeigt. In einer obersten Oberflächenschicht aus n-Siliziumsubstrat 16 ist ein kreisförmiger p-Bereich 17 ausgebildet; um ihn herum sind Ring-p-Bereiche 18, 19 und 20 ausgebildet. An der unteren Oberfläche des n-Sili ziumsubstrats 16 ist eine Kathodenelektrode 21 ausgebildet, und Anodenelektroden 22, 23, 24 und 25 sind auf den p-Bereichen 17, 18, 19 und 20 vorgesehen. Daher ist die Photodiode D1 an dem p-Bereich 17, die Photodiode D2 an dem p-Bereich 18, die Photodiode D3 an dem p-Bereich 19 und die Photodiode D4 an dem p-Bereich 20 ausgebildet, so daß, wenn Licht auf die entsprechenden Bereiche 12 bis 15 fällt, die Detektionssignale (Photoströme) entsprechend den Lichtmengen erzeugt werden. In Fig. 3 ist die Signalverarbeitungsschaltung 70a außerhalb des Lichtempfangsbereichs 11 auf dem Sensorchip 3 ausgebildet.

In Fig. 2 wird die Blendenplatte 5 oberhalb des Sensorchips 3 durch eine oberste Oberfläche des Halters 8 derart getragen, daß sie den Sensorchip 3 teilweise gegenüber dem einfallenden Licht abdeckt.

Fig. 5 ist eine Draufsicht der ersten Ausführungsform, die die Blendenplatte zeigt. Die Blendenplatte 5 besteht aus einem undurchsichtigen Material und besitzt eine Blende bzw. einen Schlitz (Durchgangsloch) 26 in ihrer Mitte. Die Blende 26 mit Kreisform erlaubt den Durchgang einfallenden Lichts und ist gerade oberhalb des Sensorchips 3 positioniert.

In Fig. 2 besteht die optische Linse 4 aus einem gefärbten Glas oder einem Kunststoff (durchscheinendes Material) und besitzt eine Schalenform. Die Oberfläche 4a der optischen Linse 4 ist so bearbeitet, daß sie eine Mattglasoberfläche besitzt. Die optische Linse 4 ist um die Außenfläche des Halters 8 gepaßt und von dem Gehäuse 2 oberhalb des Sensorchips 3 getragen. Darüber hinaus ist an einer Innenfläche (untere Fläche) der optischen Linse 4 ein Hohlabschnitt 27 ausgebildet, um eine Meniskuslinsenfunktion zu gewährleisten. Daneben können zur Gewährleistung der Meniskuslinsenfunktion andere Linsen, wie etwa eine Fresnel-Linse, verwendet werden.

Die optische Linse 4 und die Blendenplatte 5 schaffen eine Lichtmengenregelfunktion (erste Empfindlichkeitsregelfunktion), die die Lichtmenge zu dem Sensorchip 3 entsprechend einem Einfallswinkel (Höhenwinkel) des Lichts regelt bzw. steuert.

Fig. 6 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der ersten Ausführungsform, das die Verarbeitungsschaltung 70a zum Verarbeiten der Detektionssignale zeigt.

Eine Kathode der Photodiode D1 ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers OP1 verbunden. Die Photodiode D1 erzeugt einen Photostrom I_D1 entsprechend einer darauffallenden Lichtmenge. Der Operationsverstärker OP1 besitzt einen Lasertrimmwiderstand R1 zum Rückkoppeln seines Ausgangssignals an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß. Daher variiert eine Ausgangsspannung E1 des Operationsverstärkers OP1 mit dem Photostrom I_D1 (Detektionssignal), der durch die Photodiode fließt, und somit bilden der Operationsverstärker OP1 und der Lasertrimmwiderstand R1 eine Strom-Spannungs- Wandlerschaltung (I-V-Wandlerschaltung). Bei dieser I-V-Wandlerschaltung wird durch Einstellen des Widerstandswerts des Lasertrimmwiderstands R1 die Verstärkung des Detektionssignals von der Photodiode D1 geregelt.

In ähnlicher Weise ist eine Kathode der Photodiode D2 mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers OP2 verbunden. Die Photodiode D2 erzeugt einen Photostrom I_D2 entsprechend einer darauffallenden Lichtmenge. Der Operationsverstärker OP2 besitzt einen Lasertrimmwiderstand R2 zum Rückkoppeln seines Ausgangssignals an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß. Daher variiert eine Ausgangsspannung E2 des Operationsverstärkers OP2 mit dem Photostrom I_D2 (Detektionssignal), der durch die Photodiode fließt, und somit bildet der Operationsverstärker OP2 und der Lasertrimmwiderstand R2 eine Strom-Spannungs- Wandlerschaltung (I-V-Wandlerschaltung). Bei dieser I-V-Wandlerschaltung wird durch Einstellen des Widerstandswerts des Lasertrimmwiderstands R2 die Verstärkung des Detektionssignals von der Photodiode D2 geregelt.

Des weiteren ist eine Kathode der Photodiode D3 mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers OP3 verbunden. Die Photodiode D3 erzeugt einen Photostrom I_D3 entsprechend einer darauffallenden Lichtmenge. Der Operationsverstärker OP3 besitzt einen Lasertrimmwiderstand R3 zum Zurückkoppeln seines Ausgangssignals an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß. Daher variiert eine Ausgangsspannung E3 des Operationsverstärker OP3 mit dem Photostrom I_D3 (Detektionssignal), der durch die Photodiode fließt, und somit bildet der Operationsverstärker OP3 und der Lasertrimmwiderstand R3 eine Strom-Spannungs- Wandlerschaltung (I-V-Wandlerschaltung). Bei dieser I-V-Wandlerschaltung wird durch Einstellen des Widerstandswerts des Lasertrimmwiderstands R3 die Verstärkung des Detektionssignals von der Photodiode D3 geregelt.

Des weiteren ist eine Kathode der Photodiode D4 mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers OP4 verbunden. Die Photodiode D4 erzeugt einen Photostrom I_D4 entsprechend einer darauffallenden Lichtmenge. Der Operationsverstärker OP4 besitzt einen Lasertrimmwiderstand R4 zum Zurückkoppeln seines Ausgangssignals an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß. Daher variiert eine Ausgangsspannung E4 des Operationsverstärker OP4 mit dem Photostrom I_D4 (Detektionssignal), der durch die Photodiode fließt, und somit bildet der Operationsverstärker OP4 und der Lasertrimmwiderstand R4 eine Strom-Spannungs- Wandlerschaltung (I-V-Wandlerschaltung). Bei dieser I-V-Wandlerschaltung wird durch Einstellen des Widerstandswerts des Lasertrimmwiderstands R4 die Verstärkung des Detektionssignals von der Photodiode D4 geregelt.

Die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis R4 werden durch Laserbearbeitung getrimmt, um die Verstärkungen der Detektionssignale einzustellen, damit die Empfindlichkeiten der Photodioden D1 bis D4 gewichtet werden.

Die Ausgangsanschlüsse der Operationsverstärker OP1 bis OP4 sind mit einem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers über Widerstände R11 bis R14 entsprechend verbunden. Der Operationsverstärker OP10 summiert die Ausgangssignale (Spannungen) E1 bis E4 der entsprechenden Operationsverstärker OP1 bis OP4. Der Operationsverstärker OP10 besitzt einen Rückkopplungswiderstand R20. Daher wird der Summenwert (E1 + E2 + E3 + E4) mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt und als Sensorsignal (Ausgangsspannung V_OUT) an den Ausgangsanschluß des Operationsverstärker OP10 ausgegeben.

Die Verstärkungsfaktoren der Verstärker OP1 bis OP4, d. h. die Wichtungskoeffizienten, sind k1 = 1, k2 = 0, k3 = 3, k4 = 5. Darüber hinaus kann der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers OP10 durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R20 mittels Lasertrimmen eingestellt werden.

Nachfolgend wird eine Betriebsweise des Sonnenlichtsensors 1 beschrieben.

Gemäß Fig. 2 strahlt auf die Oberfläche 4a der optischen Linse einfallendes Licht durch die optische Linse 4. Ein Teil des Lichtstrahls von der Linse 4 wird durch die Blende 5 gestoppt und der andere Teil des Strahls geht durch die Blende 26 und trifft auf die Photodioden D1 bis D4 des Sensorchips 3. In Abhängigkeit von dem anderen Teil des Lichtstrahls geben die Photodioden D1 bis D4 die Detektionssignale E1 bis E4 aus. D.h. das Licht tritt in die optische Linse 4 ein und geht durch sie hindurch, wobei der Lichtpfad durch die Gestalt und den Brechungsindex der Linse 4 geändert wird und das Licht als Lichtstrahl zu dem Sensorchip 3 emittiert wird. Der Lichtstrahl geht durch die Blende 26 der Blendenplatte 5 und erreicht den Sensorchip 3. Bei diesem Aufbau kann man durch Schaffen eines Hohlabschnitts 27 in der unteren Fläche der Linse 4 Licht in horizontaler Richtung (Höhenwinkel = 0°) in den Sensorchip 3 einfallen lassen.

Fig. 7 ist eine Teilquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform zur Darstellung der Funktion der optischen Linse 4.

Das mit einem Höhenwinkel von 0° einfallende Licht tritt in die Linse 4, die Linse 4 beugt den Lichtpfad und der emittierte Lichtstrahl trifft durch die Blende 26 auf den Sensorchip 3.

Fig. 8 ist eine Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine Lichtauftrefffläche auf dem Lichtempfangsbereich 11 des Sensorchips 3 zeigt, wenn der Höhenwinkel 0° beträgt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, trifft das Licht auf einen Randabschnitt des Lichtempfangsbereichs 11 des Sensorchips 3.

Fig. 9 ist eine Teilquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform zur Darstellung der Funktion der optischen Linse 4.

Das mit einem Höhenwinkel von 40° einfallende Licht tritt in die Linse 4, die Linse 4 streut das Licht und der emittierte Lichtstrahl trifft durch die Blende 26 auf den Sensorchip 3.

Fig. 10 ist eine Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine Lichtauftrefffläche auf dem Lichtempfangsbereich 11 des Sensorchips 3 zeigt, wenn der Höhenwinkel 40° beträgt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, trifft das Licht etwa auf die halbe Fläche des Lichtempfangsbereichs 11 des Sensorchips 3 (linke Hälfte in Fig. 10).

Fig. 11 ist eine Teilquerschnittsansicht der ersten Ausführungsform zur Darstellung der Funktion der optischen Linse 4.

Das mit einem Höhenwinkel von 90° (Einfallswinkel = 0°) einfallende Licht tritt in die Linse, die Linse 4 streut das Licht und der emittierte Lichtstrahl trifft durch die Blende 26 auf den Sensorchip 3, wobei ein Teil des Lichts durch die Blendenplatte 5 gestoppt wird, welcher die Photodiode 4 erreichen würde, wenn die Blendenplatte 5 nicht vorhanden wäre.

Fig. 12 ist eine Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine Lichtauftrefffläche auf den Lichtempfangsbereich 11 des Sensorchips 3 zeigt, wenn der Höhenwinkel 90° beträgt. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, trifft der Lichtstrahl auf einen Mittelabschnitt des Lichtempfangsbereichs 11 des Sensorchips 3. Wie sich aus den Fig. 7, 9 und 11 deutlich ergibt, liegt, wenn der Höhenwinkel gering ist, die Lichtauftrefffläche auf der gegenüberliegenden Seite der Einfallsseite auf dem Lichtempfangsbereich 11.

Wie bereits erwähnt trifft der Lichtstrahl, dessen Menge durch die Lichtmengenregelfunktion mit der optischen Linse 4 und der Blendenplatte 5 geregelt wird, auf den Lichtempfangsbereich 11, wobei sich die Lichtauftrefffläche entsprechend dem Höhenwinkel des einfallenden Lichts ändert.

Fig. 13 ist eine graphische Darstellung der ersten Ausführungsform, die die Charakteristiken der von dem Sensorchip 3 empfangenen Lichtmengen unter Berücksichtigung des Höhenwinkels des einfallenden Lichts (Richtwirkung) für die Fälle, daß die optische Linse vorhanden ist und nicht vorhanden ist, zeigt.

In Fig. 13 stellt eine Kurve L1 die Charakteristik der Menge empfangenen Lichts dar, wenn die optische Linse 4 nicht vorhanden ist, und eine Kurve L2 stellt die Charakteristik der Menge empfangenen Lichts dar, wenn die optische Linse 4 vorhanden ist. Die Kurve L1 zeigt, daß die Menge empfangenen Lichts hoch ist, wenn der Höhenwinkel hoch ist, und fast Null ist, wenn der Höhenwinkel gering ist. Andererseits zeigt die Kurve L2, daß die Menge empfangenen Lichts herabgesetzt ist, wenn der Höhenwinkel hoch ist, und in einem gewissen Maße erhöht ist, wenn der Höhenwinkel gering ist. Daher wird die erste Lichtmengenregelfunktion durch die optische Linse 4 und die Blendenplatte 5 gewährleistet. Die optische Linse 4 erhöht die Menge empfangenen Lichts, wenn der Höhenwinkel gering ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wobei die Blendenplatte 5 nicht den von der optischen Linse 4 emittierten Lichtstrahl abschirmt. Andererseits hält die Blendenplatte 5 die Menge empfangenen Lichts gering, wenn der Höhenwinkel hoch ist, wie in Fig. 11 gezeigt ist, wobei die Blendenplatte 5 einen Randabschnitt des von der optischen Linse 4 emittierten Lichtstrahls abschirmt.

Diese Lichtmengen-(Richtwirkung)-Regelfunktion kann durch Justieren der Gestalt des Hohlabschnitts 27 der optischen Linse 4 und der Gestalt oder eines Abschnitts der Blendenplatte 5 kontrolliert werden, um eine gewünschte Richtwirkung zu gewährleisten. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die Richtwirkung durch Einstellen der Widerstandswerte der Lasertrimmwiderstände R1 bis R4 geregelt, um die gewünschte Richtwirkung zu erzielen.

Es wird nun die Prozedur zum Erzielen einer gewünschten Richtwirkung beschrieben.

Fig. 14 ist eine graphische Darstellung der ersten Ausführungsform, die eine gewünschte Richtwirkung (resultierende Richtwirkung) zeigt.

Zunächst werden die optische Linse 4 mit einer vorbestimmten Linsencharakteristik, die Blendenplatte 5 und der Sensorchip 3 vor dem Trimmen zusammengebaut. Daraufhin werden die Photoströme der Photodioden D1 bis D4 gemessen, wobei der Höhenwinkel des Einfallslichts verändert wird. Dann werden die Lasertrimmwiderstände R1 bis R4 getrimmt, um für den Sensorausgang V_OUT mit der gewünschten Richtwirkung zu sorgen, wie in Fig. 14 gezeigt ist.

Fig. 15 ist eine graphische Darstellung der ersten Ausführungsform, die ein Meßergebnis der Ausgangsspannungen E1 bis E4 zeigt. L10 stellt die Änderung des Photostroms der Photodiode D1 mit dem Kreislichtempfangsbereich 12, L20 die Änderung des Photostroms der Photodiode D2 mit dem Ringlichtempfangsbereich 13, L30 die Änderung des Photostroms der Photodiode D3 mit dem Ringlichtempfangsbereich 14 und L40 die Änderung des Photostroms der Photodiode D4 mit dem Ringlichtempfangsbereich 15 dar. In Fig. 15 sind die Photoströme der Photodioden D1 und D2 bei großen Höhenwinkeln relativ hoch und bei kleinen Höhenwinkeln niedrig, wie durch L10 und L20 gezeigt ist. Andererseits sind die Photoströme der Photodioden D3 und D4 bei niedrigen Höhenwinkeln relativ hoch und bei mittleren sowie großen Höhenwinkeln verglichen mit den Photodioden D1 und D2 niedrig, wie durch L30 und L40 gezeigt ist.

Diese Charakteristiken werden durch die Gestalt und den Brechungsindex der optischen Linse 4 und der Blende 26 der Blendenplatte 5 erzielt, wie oben erwähnt ist. D.h. bei großen Höhenwinkeln werden die Photodioden D3 und D4 durch die Blende 26 von dem emittierten Lichtstrahl abgeschirmt und bei kleinen Höhenwinkeln werden die Lichtmengen zu den Photodioden D1 und D2 niedrig gehalten.

Die gewünschte Richtwirkung in dem in Fig. 14 gezeigten Ausgangssignal V_OUT erhält man durch Verstärken der in Fig. 15 gezeigten Photoströme mit Verstärkungsfaktoren, die durch die Verarbeitungsschaltung 70a getrimmt werden. Aus den Charakteristiken der Photoströme der Photodioden D1 bis D4 werden die Verstärkungsfaktoren als k1 = 1, k2 = 0, k3 = 3 und k4 = 5 bestimmt. Sodann werden die Lasertrimmwiderstände R1 bis R4 dem Lasertrimmprozeß unterworfen.

Daraufhin summiert der Operationsverstärker OP10 die Ausgangsspannungen E1 bis E4, um das in Fig. 14 gezeigte Sensorausgangssignal V_OUT zu liefern. In Fig. 14 zeigt die Sensorausgangsspannung V_OUT einen Spitzenwert, wenn die Höhenwinkel zwischen 40° und 50° liegen, und einen niedrigen Spannungswert, wenn der Höhenwinkel gering ist. Diese Charakteristik gewährleistet in gleicher Weise eine andere Lichtmengen- (Richtwirkung)-Regelfunktion und entspricht einer Aufheizcharakteristik zum Regeln einer Klimaanlage (Fahrzeugklimaanlage) und sie wird entsprechend der Form des Fahrzeugs (insbesondere der Form der Frontwindschutzscheibe) bestimmt.

Wie oben erwähnt ist, wird bei dieser Ausführungsform die Lichtmengenregelfunktion durch die Gestalt der optischen Linse 4 und der Blende 26 und die andere Lichtmengenregelfunktion durch eine Vielzahl von Photodioden D1 bis D4 und die Verarbeitungsschaltung 70a gewährleistet, die die Verstärkungsfaktoren der Detektionssignale von den Photodioden D1 bis D4 regelt, um die Sensorausgangsspannung V_OUT zu liefern, die eine Summe der verstärkten Detektionssignale, deren Verstärkungsfaktoren getrimmt sind, darstellt.

Wie erwähnt werden bei der ersten Ausführungsform vier Photodioden D1 bis D4 in dem Lichtempfangsbereich 11 angeordnet und die Empfindlichkeiten der Photodioden D1 bis D4 unterschiedlich gewichtet. Daher kann, nachdem die optische Linse 4, die Blendenplatte 5 und der Sensorchip 3 vorbereitet bzw. hergestellt worden sind, die gewünschte Richtwirkung in dem Sensorausgangssignal V_OUT durch Gewichten der Detektionssignale von den Photodioden D1 bis D4 mittels Trimmen der Lasertrimmwiderstände R1 bis R4 zur Verfügung gestellt werden. Diese Verarbeitung ist einfacher als das nochmalige Herstellen bzw. Vorbereiten der optischen Linse 4. Darüber hinaus wird die Richtwirkung entsprechend der gewünschten Richtwirkung geregelt, die gemäß der Gestalt des unterschiedlichen Fahrzeugtyps bestimmt wird. Sodann ist dieser optische Sensor mit allen Fahrzeugen kompatibel, indem die Trimmwerte der Lasertrimmwiderstände R1 bis R4 für jeden Fahrzeugtyp bestimmt werden.

Darüber hinaus werden die entsprechenden Photodioden koaxial ausgebildet, so daß eine Tendenz besteht, daß die Richtwirkungen der entsprechenden Photodioden D1 bis D4 bezüglich des Höhenwinkels nicht einer Orientierung des einfallenden Lichts unterworfen sind. D.h. der in dem Fahrzeug montierte optische Sensor detektiert das Sonnenlicht, dessen Orientierungswinkel variiert. Die koaxial angeordneten Photodioden D1 bis D4 genügen der Charakteristik eines konstanten Orientierungswinkels. Daher kann die konstante Richtwirkung betreffend den Höhenwinkel unabhängig von der Orientierung der Sonne erhalten werden.

Diese Ausführungsform ist beschrieben, um die gewünschte Richtwirkung entsprechend der Aufheizcharakteristik der Klimaanlage zu erhatten. Diese Erfindung ist jedoch auch auf andere optische Sensoren zum Messen einer Lichtmenge, deren Richtwirkung geregelt wird, anwendbar.

Nachfolgend werden Modifikationen beschrieben.

Die Fig. 16 bis 18 sind Draufsichten auf Sensorchips von Modifikationen.

Bezüglich des Aufbaus des Sensorchips 3 ist der Lichtempfangsbereich 11 in vier Abschnitte geteilt. Eine größere Anzahl an Abschnitten schafft jedoch einen Freiheitsgrad beim Gestalten des Sensorchips. Beispielsweise ergeben, wie in Fig. 16 gezeigt ist, in einer Matrix angeordnete Photodioden 28 einen solchen Sensorchip 163. Darüber hinaus umfaßt, wie in Fig. 17 gezeigt ist, der Sensorchip 173 Photodioden 29, die so angeordnet sind, daß eine Zentrumskreisstruktur und Ringstrukturen gleichwinklig geteilt sind.

Ferner sorgt, wie in Fig. 18 gezeigt ist, der Sensorchip 183 für eine Vielzahl von Richtwirkungen. Der Sensorchip 183 umfaßt einen Kreislichtempfangsbereich 30 in der Mitte der Oberfläche des Sensorchips 183, Bogenlichtempfangsbereiche 31 bis 34 und Außenbogenlichtempfangsbereiche 35 bis 38, wobei die Bogenlichtempfangsbereiche 31 bis 34 von dem Kreislichtempfangsbereich 30 durch eine Distanz d1 beabstandet sind.

Das Detektionssignal von dem Kreislichtempfangsbereich 30 wird verwendet, um eine Richtwirkung (I) zu liefern, und die Detektionssignale von dem Kreislichtempfangsbereich 30 und den Bogenlichtempfangsbereichen 31 bis 38 werden verwendet, um eine Richtwirkung (II) zu liefern.

Fig. 19 ist eine graphische Darstellung der Modifikation, die die Richtwirkungen (I) und (II) zeigt.

Bei der Richtwirkung (I) ist die Empfindlichkeit bei einem geringen Höhenwinkel gering und bei einem großen Höhenwinkel hoch. Andererseits zeigt die Richtwirkung (II) eine Spitzenempfindlichkeit um den Höhenwinkel von 35° und geringe Empfindlichkeiten bei kleinen Winkeln.

Eine Vielzahl von Richtwirkungen sorgt für unterschiedliche Regelungen. Beispielsweise wird die Richtwirkung (I) zum Steuern bzw. Regeln des An- und Abschaltens von Scheinwerfern (nicht gezeigt) und die Richtwirkung (II) zum Regeln der Klimaanlage (nicht gezeigt) wie bereits erwähnt verwendet. D.h. ein Sensorchip 183 gibt zwei unterschiedliche Sensorsignale mit unterschiedlichen Richtwirkungen aus, so daß die räumliche Effizienz bzw. Einsparung bei der Bereitstellung des optischen Sensors auf einer Trennwand 10 hoch ist.

Um ein Sensorsignal mit der Richtwirkung (I) zu erhalten, wird ein Transistor, der von dem Transistor Q2 unterschiedlich ist, hinsichtlich des Transistors Q1 in einem Miller-Stromkreis einschließlich D1 gemäß der später erläuterten Fig. 23 verwendet, wobei das Miller-Stromverhältnis in dem verwendeten Transistor eingestellt wird.

Fig. 28 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Modifikation. Eine Verarbeitungsschaltung 70b ist ähnlich der in Fig. 6 gezeigten Verarbeitungsschaltung 70a. Der Unterschied ist, daß acht I-V-Wandlerschaltungen mit jeweils einer Photodiode und einem Operationsverstärker mit Rückkopplungswiderstand vorgesehen sind und ein Ausgangssignal E31 des Operationsverstärkers OP31 unabhängig als das Sensorsignal V_OUTI mit der Richtwirkung (I) ausgegeben wird. Andererseits summiert der Operationsverstärker OP40 die Ausgangssignale E31 bis E38 der Operationsverstärker OP31 bis OP38 und gibt das Sensorsignal V_OUTII mit der Richtwirkung (II) aus.

In Fig. 18 ist die Verarbeitungsschaltung 70b zwischen dem Kreislichtempfangsbereich 30 und dem Bogenlichtempfangsbereich 34 vorgesehen, da durch den Abstand d1 eine Fläche bzw. ein Raum 39 zwischen dem Kreislichtempfangsbereich 30 und den Bogenlichtempfangsbereichen 31 bis 34 vorhanden ist. Der Raum 39 trägt nicht zur Erzielung der Richtwirkung II bei, was indirekt bei der ersten Ausführungsform angedeutet wurde. D.h. bei der ersten Ausführungsform ist der Verstärkungsfaktor k2 des Operationsverstärkers OP2 0. Dieser tote Raum wird dann verwendet, um die Verarbeitungsschaltung 70b anzuordnen, damit die Raumeffizienz in dem Schaltungsbildungsbereich 71 auf dem Sensorchip 183 erhöht wird, was zur Miniaturisierung des optischen Sensors beiträgt.

Die Fig. 20 bis 22 sind Draufsichten von Modifikationen.

Die Gestalt des Schlitzes in der Schlitz- bzw. Blendenplatte kann modifiziert werden. Nach Fig. 20 ist ein quadratischer Schlitz (Durchgangsloch) 40 in der Blendenplatte 205 ausgebildet. Nach Fig. 21 ist ein L-förmiger Schlitz (Durchgangsloch) 41 in der Blendenplatte 215 ausgebildet. Nach Fig. 22 ist ein Balkenschlitz (Durchgangsloch) 42 in der Blendenplatte 225 ausgebildet.

Darüber hinaus werden bei dem Aufbau des optischen Sensors der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform sowohl die Blendenplatte 5 als auch die optische Linse 4 verwendet, um die Lichtmengenregelfunktion zu erzielen. Es liefert aber jeder der Blendenplatte 5 und der optischen Linse eine solche Lichtmengenregelfunktion. Mit anderen Worten, entweder auf die Blendenplatte 5 oder die optische Linse 4 kann verzichtet werden. Hinsichtlich des Freiheitsgrads beim Gestalten des optischen Sensors ist es besser, daß sowohl die Blendenplatte 5 als auch die optische Linse 4 vorgesehen werden.

Zweite Ausführungsform

Fig. 23 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform.

Der optische Sensor der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen der gleiche wie der der ersten Ausführungsform. Der Unterschied besteht darin, daß eine Verarbeitungsschaltung 70c mit Miller-Stromkreisen anstelle der Verarbeitungsschaltung 70a verwendet wird.

Bei der Verarbeitungsschaltung 70c werden die Verstärkungsfaktoren der Detektionssignale geregelt, indem Miller-Stromverhältnisse in Miller-Stromkreisen geregelt werden.

In Fig. 23 ist die Photodiode D1 mit einem Miller-Stromkreis 231, der die Transistoren Q1 und Q2 enthält, verbunden, um den Photostrom I_D1 mit dem geregelten Verstärkungsfaktor zu verstärken. In ähnlicher Weise ist die Photodiode D2 mit einem Miller-Stromkreis 232, der die Transistoren Q3 und Q4 umfaßt, verbunden, um den Photostrom I_D2 mit dem geregelten Verstärkungsfaktor zu verstärken. Darüber hinaus ist die Photodiode D3 mit einem Miller-Stromkreis 233, der die Transistoren Q5 und Q6 umfaßt, verbunden, um den Photostrom I_D3 mit dem geregelten Verstärkungsfaktor zu verstärken. Ferner ist die Photodiode D4 mit einem Miller-Stromkreis 234, der die Transistoren Q7 und Q8 umfaßt, verbunden, um den Photostrom I_D4 mit dem geregelten Verstärkungsfaktor zu verstärken. Darüber hinaus sind die Emitter der Transistoren Q1, Q3 und Q4 an Masse angeschlossen, und die Kollektoren der Transistoren Q2, Q4, Q6 und Q8 sind an den Kollektor eines Transistors Q9 eines Miller-Stromkreises 235, der ferner den Transistor Q10 umfaßt, angeschlossen.

Bei den Transistoren Q2, Q4, Q6 und Q8 können die Flächen bzw. Bereiche der Emitter getrimmt werden, so daß durch Einstellen der Bereiche der Emitter der Transistoren Q2, Q4, Q6 und Q8 die Miller-Stromverhältnisse der Miller-Stromkreise 231 bis 234 geregelt werden können. Tatsächlich werden bei dem Ausbildungsprozeß des Sensorchips 3 dieser Ausführungsform die Bereiche der Emitter der Transistoren Q2, Q4, Q6 und Q8 differenziert. Diese Einstellung bringt die Verstärkungsfaktoren k1, k2, k3 und k4 der Detektionssignale von den Photodioden D1 bis D4, wobei die Verstärkungsfaktoren als ähnlich zu der ersten Ausführungsform festgelegt werden, damit die gewünschte, in Fig. 14 gezeigte Richtwirkung erzielt wird. Das Sensorsignal I_OUT kann durch Trimmen eines Widerstands (nicht gezeigt) mit einem Laserlicht eingestellt werden.

Wie erwähnt werden bei der zweiten Ausführungsform die Verstärkungsfaktoren der Detektionssignale von den Photodioden D1 bis D4 durch Trimmen der Bereiche der Emitter der Transistoren Q2, Q4, Q6 und Q8 während des Gestaltungsprozesses des Sensorchips eingestellt, um zur Erzielung der gewünschten Richtwirkung für Wichtung zu sorgen.

Dritte Ausführungsform

Fig. 24A ist eine Draufsicht eines Sensorchips einer dritten Ausführungsform und Fig. 24B ist eine Querschnittsseitenansicht des Sensorchips von Fig. 24A, betrachtet entlang der Linie B-B. Bei der dritten Ausführungsform werden die Empfindlichkeiten der Photodioden D1 bis D4 durch unabhängiges Regeln der Mengen einfallenden Lichts auf die entsprechenden Photodioden D1 bis D4 geregelt.

In Fig. 24A ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform in der obersten bzw. oben liegenden Oberflächenschicht aus n-Siliziumsubstrat 16 ein kreisförmiger p-Be reich 17 ausgebildet, und Ring-p-Bereiche 18, 19 und 20 sind um diesen ausgebildet. Auf der Grundfläche des n-Siliziumsubstrats 16 ist eine Kathodenelektrode 21 ausgebildet, und Anodenelektroden 22, 23, 24 und 25 sind auf den p-Bereichen 17, 18, 19 und 20 vorgesehen. Daher ist die Photodiode D1 an dem p-Bereich 17, die Photodiode D2 an dem p-Bereich 18, die Photodiode D3 an dem p-Bereich 19 und die Photodiode D4 an dem p-Bereich 20 ausgebildet, so daß, wenn Licht auf die entsprechenden Bereiche 12 bis 15 auftrifft, die Detektionssignale (Photoströme) entsprechend den Lichtmengen erzeugt werden.

Darüber hinaus werden Aluminiumfilme 51, 52, 53 und 54 auf den Photodioden D1, D2, D3 bzw. D4 ausgebildet, so daß das Verhältnis der Größen der Photoströme I_D1, I_D2, I_D3 und I_D4 zu 1 : 0 : 3 : 5 wird, wenn Licht darauf gleichmäßig einfällt. Der Aluminiumfilm 50 wird durch Abscheiden von Aluminium gebildet, und unnötige Abschnitte werden durch Ätzen entfernt.

Wie erwähnt werden die Empfindlichkeiten der Photodioden D1 bis D4 durch Bilden der Aluminiumfilme 51 bis 54, die undurchlässig sind, gewichtet, um das Verhältnis der Größen der Photoströme I_D1, I_D2, I_D3 und I_D4 einzustellen. Das Verhältnis wird durch das Vorhandensein und Nichtvorhandensein des Aluminiumfilms 50 auf den Lichtempfangsflächen der Photodioden D1 bis D4 geregelt.

Fig. 25A ist eine Draufsicht eines Sensorchips einer dritten Ausführungsform und Fig. 25B ist eine Querschnittsseitenansicht des Sensorchips gemäß Fig. 25A betrachtet entlang einer Linie C-C.

Auf der oben liegenden Oberfläche des Sensorchips 253 wird ein lichtdurchlässiger Siliziumdioxidfilm 60 ausgebildet. Die Dicken t1 bis t4 der entsprechenden Photodioden D1 bis D4 sind unterschiedlich, um die Durchlässigkeiten zu regeln, wobei t2 < t1 < t3 < t4 ist. Insbesondere werden die Dicken t1, t2, t3 und t4 so bestimmt, daß sie das Verhältnis der Photoströme I_D1, I_D2, I_D3 und I_D4 von 1 : 0 : 3 : 5 besitzen, wenn Licht auf sie gleichmäßig fällt. Der Siliziumdioxidfilm 60 kann teilweise mit der in Fig. 24A gezeigten Strukturierung ausgebildet werden.

Fig. 26A ist eine Draufsicht eines Sensorchips einer dritten Ausführungsform und Fig. 26B ist eine Querschnittsansicht des Sensorchips nach Fig. 26A betrachtet entlang der Linie D-D.

In einer oben liegenden Oberflächenschicht eines n-Siliziumsubstrats 16 wird ein kreisförmiger p-Bereich 17' gebildet, und Ring-p-Bereiche 18', 19' und 20' werden um ihn gebildet, wobei die Verunreinigungsmengen differenziert werden, um das Verhältnis der Photoströme I_D1, I_D2, I_D3 und I_D4 zu 1 : 0 : 3 : 5 zu machen, wenn Licht darauf gleichmäßig einfällt, um die Empfindlichkeiten der Photodioden D1 bis D4 zu gewichten.

Bei den oben genannten Ausführungsformen werden Photodioden D1 bis D4 als Photodetektoren verwendet. Es können aber auch andere Photodetektoren, wie etwa Phototransistoren, in ähnlicher Weise verwendet werden.

Claims

1. Optischer Sensor umfassend:
eine optische Detektionseinrichtung mit einer Vielzahl von Photodetektoren zum Empfangen von Licht und Erzeugen von Detektionssignalen,
eine Lichtmengensteuer- bzw. -regeleinrichtung, die über der optischen Detektionseinrichtung angeordnet ist, zum Steuern bzw. Regeln der Mengen des Lichts zu den Photodetektoren entsprechend einem Einfallswinkel des Lichts und
eine Wichtungseinrichtung zum entsprechenden Wichten der Empfindlichkeiten der Photodetektoren und Ausgeben eines gewichteten Detektionssignals aus den Detektionssignalen, wobei eine Charakteristik des gewichteten Detektionssignals entsprechend dem Einfallswinkel variiert.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, wobei die Wichtungseinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung zum Regeln der Verstärkungsfaktoren der Detektionssignale umfaßt.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 1, wobei die Wichtungseinrichtung auf der optischen Detektionseinrichtung ein Filmmittel zum Steuern bzw. Regeln der Lichtdurchlässigkeiten der Abschnitte des Filmmittels oberhalb der entsprechenden Photodetektoren umfaßt.

4. Optischer Sensor nach Anspruch 3, wobei das Filmmittel ein undurchlässiges Filmmittel auf der optischen Detektionseinrichtung zum Steuern bzw. Regeln der Lichtmengen zu den entsprechenden Photodetektoren durch Regeln der Verhältnisse zwischen dem Vorhandensein und Nichtvorhandensein des undurchlässigen Filmmittels pro Einheitsfläche auf Abschnitten des Filmmittels oberhalb der entsprechenden Photodetektoren umfaßt.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 3, wobei das Filmmittel einen lichtdurchlässigen Film umfaßt, der die Lichtdurchlässigkeit durch Steuern der Dicken der Abschnitte des lichtdurchlässigen Films oberhalb der entsprechenden Photodetektoren steuert.

6. Optischer Sensor nach Anspruch 1, wobei die Lichtmengenregeleinrichtung eine Meniskuslinse umfaßt.

7. Optischer Sensor nach Anspruch 1, wobei die Photodetektoren entsprechend unterschiedliche Ausgangscharakteristiken in Abhängigkeit von der gleichen Menge des Lichts besitzen.

8. Optischer Sensor nach Anspruch 1, wobei die Photodetektoren koaxial angeordnet sind.

9. Optischer Sensor nach Anspruch 8 mit ferner einer Ausgabeschaltung zum Ausgeben eines der Detektionssignale von einem der Photodetektoren, der nahe des Zentrums der Photodetektoren angeordnet ist, als erstes Sonnenlichtmengendetektionssignal, das eine erste Menge des Lichts angibt, mit einer ersten Richtwirkung, wobei die Wichtungseinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung zum Regeln der Verstärkungsfaktoren der Detektionssignale und Ausgeben eines zweiten Sonnenlichtmengensignals, das eine zweite Menge des Lichts angibt, mit einer zweiten Richtwirkung umfaßt.

10. Optischer Sensor nach Anspruch 8, wobei einer der Photodetektoren, der nahe des Zentrums der Photodetektoren angeordnet ist, von den anderen Photodetektoren in einem vorbestimmten Abstand entfernt ist, und die Wichtungseinrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung, die zwischen dem einen der Photodetektoren und den anderen Photodetektoren angeordnet ist, umfaßt.

11. Optischer Sensor nach Anspruch 8, wobei die Lichtmengenregeleinrichtung die Mengen des Lichts zu den Photodetektoren derart regelt, daß die Detektionssignale von den anderen Photodetektoren einen ersten Satz an Größen zeigen, wenn der Einfallswinkel im wesentlichen Null ist, und einen zweiten Satz an Größen zeigen, wenn der Einfallswinkel von Null verschieden ist, welcher entsprechend geringer als der erste Satz an Größen ist.

12. Optischer Sensor nach Anspruch 8, wobei die Lichtmengenregeleinrichtung eine Abdunklungseinrichtung zum Abdunkeln eines Teils des Lichts zu den anderen Photodetektoren, wenn der Einfallswinkel im wesentlichen Null ist, besitzt.