JP2005233726A - 照度検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる方向から入射する光の照度が検出可能で、小型・軽量で安価な照度検出器を提供する。
【解決手段】孔ｈ１を有する遮光板２０と、光の照度を検出するセンサ素子ｓ１，ｓ２を備える照度検出器１００であって、センサ素子ｓ１，ｓ２が、同じ半導体基板１０の表層部に複数個形成され、遮光板２０が、センサ素子ｓ１，ｓ２が形成された半導体基板１０の上方に配置され、外部から入射する光が、孔ｈ１を通過して、半導体基板１０に照射され、複数個のセンサ素子ｓ１，ｓ２により、それぞれ、異なる方向から入射する光の照度が検出される照度検出器１００とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なる方向から入射する光の照度が検出可能な照度検出器に関する。

車両ライトの点消灯を自動で制御するためには、車両の周囲から入射する光の照度を検出する、照度検出器が必要である。車両ライトの点消灯は、第一に、昼間と夜間を区別するために、上方から入射する周囲光の照度を検出する必要（上方検知機能）がある。また、トンネルを通過する際にも車両ライトの点消灯が必要で、トンネルの有無を検知するために、前方から入射する光の照度を検出する必要（ファーライト検知機能）がある。従って、車両ライトの点消灯の自動制御には、異なる方向から入射する光の照度が検出可能な照度検出器が必要となる。

このような異なる方向から入射する光の照度が検出可能な照度検出器が、例えば、特開平５−２８１０３２号公報（特許文献１）に開示されている。図４は、特許文献１に開示された従来の光学的検出装置（照度検出器）の断面図である。

図４に示す照度検出器９０は、支持基板９２上に配置された照度センサ９１と、それを覆う厚いカバー９３からなっている。カバー９３は、第１の方向から照射した光（上方光）９４を透過する第１開口部９３ａと、第２の方向から照射した光（前方光）９５を透過する第２開口部９３ｂとを、照度センサ９１の受光面９１ａに向かって形成している。第１フィルタ９６は、低波長成分の光だけを透過させる分光感度特性を有し、第１開口部９３ａを覆っている。第２フィルタ９７は、高波長成分の光だけを透過させる分光感度特性を有し、第２開口部９３ｂを覆っている。
特開平５−２８１０３２号公報

図４に示す照度検出器９０では、照度センサ９１によって、２方向から照射される光９４，９５のうち、上方光９４と前方光９５を区別して照度検出することができる。しかしながら、図４の照度検出器９０においては、厚いカバー９３に設けられた複雑な角度（θ１，θ２）をなす開口部９３ａ，９３ｂが、上方光９４と前方光９５を区別するための導光路となっている。このため、厚いカバー９３が、照度検出器９０の小型・軽量化の妨げとなっており、厚いカバー９３における開口部９３ａ，９３ｂの加工が、照度検出器９０のコストダウンの妨げとなっている。

また、図４の照度検出器９０では、上方光（自然光）９４と前方光（人工光）９５を区別するために、選択波長の異なるフィルタ９６，９７が配置されており、これも照度検出器９０の製造コストの増大要因となる。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、異なる方向から入射する光の照度が検出可能で、小型・軽量で安価な照度検出器を提供することを目的としている。

請求項１に記載の照度検出器は、孔を有する遮光板と、光の照度を検出するセンサ素子を備える照度検出器であって、前記センサ素子が、同じ半導体基板の表層部に複数個形成され、前記遮光板が、前記センサ素子が形成された半導体基板の上方に配置され、外部から入射する光が、前記孔を通過して、前記半導体基板に照射され、前記複数個のセンサ素子により、それぞれ、異なる方向から入射する光の照度が検出されることを特徴としている。

当該照度検出器においては、遮光板に形成された孔が、異なる方向から入射する光を分離する。この遮光板に形成された孔は、従来の照度検出器における厚いカバーに形成された開口部と異なり、複雑な加工を必要としない。このため、当該照度検出器を、異なる方向から入射する光の照度が検出可能で、安価な照度検出器とすることができる。

尚、当該照度検出器においては、異なる方向から入射する光の分離を遮光板に形成された孔だけで行っており、遮光板の孔に特に波長選択フィルタを配置する必要はない。

請求項２に記載のように、例えば、前記遮光板は薄い平板状であり、前記各センサ素子により検出される光の入射方向が、前記孔の大きさと、当該孔の各センサ素子に対する配置で決定されるように構成することが好ましい。

平板状の薄い板であっても、孔の大きさと孔の各センサ素子に対する配置を適宜設定することで、異なる方向から入射する光を分離する遮光板として用いることができる。この遮光板に形成される孔は単純な貫通孔で十分であり、従来の照度検出器における厚いカバーに形成された導光路のように、厚さ方向に複雑な角度なす開口部ではない。このため、複雑な加工を必要とせず、当該照度検出器を安価な照度検出器とすることができる。

請求項３に記載のように、例えば、前記孔は、前記半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の中間位置における直上に、１個配置されるようにして、照度検出器を構成することができる。この場合には、孔の加工が１個で済むため、加工が容易であり、当該照度検出器を安価な照度検出器とすることができる。

請求項４に記載のように、例えば、前記孔は、前記半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の各位置における直上に、それぞれ１個配置され、前記２つのセンサ素子における一方のセンサ素子が、それぞれ、もう一方のセンサ素子の直上に配置された孔から入射する光の照度を検出するように、照度検出器を構成することができる。この場合には、前記遮光板に１個の孔を形成して、半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の中間位置における直上に配置する場合に較べて、孔の大きさもしくは孔の各センサ素子に対する配置の自由度が増加する。従って、照度検出器の設計自由度が増大する。

また、遮光板のそれぞれの孔に波長選択フィルタを配置することで、異なる方向から入射する光の波長選択も可能である。

請求項５に記載のように、当該照度検出器は、前記半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の中間位置に、第２の遮光板が配置されてなるように構成することができる。この場合には、遮光板とセンサ素子が形成された半導体基板を近づけることができ、当該照度検出器を小型化することができる。

請求項６に記載のように、前記照度検出器は、車両用の照度検出器に好適である。車両用の照度検出器として用いる場合には、前記遮光板と前記半導体基板が、車両の進行方向に向かって、地上面に対して傾いた状態で保持され、前記２つのセンサ素子における一方のセンサ素子により、車両の前方から入射する光の照度が検出され、前記２つのセンサ素子におけるもう一方のセンサ素子により、車両の上方から入射する光の照度が検出されるように構成する。

これにより、昼間と夜間を区別するための上方光とトンネルの有無を検知するための前方光（ファーライト）を区別して検出することができ、車両ライトの点消灯を自動で制御することができる。

請求項７に記載のように、前記遮光板は、前記半導体基板をパッケージするカバーの一部であるように構成するこができる。これによって、部品点数を削減することができ、当該照度検出器を安価な照度検出器とすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における照度検出器１００を示す模式図である。図１（ａ）は、照度検出器１００の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の照度検出器１００の構成要素である遮光板２０の平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の照度検出器１００の構成要素であるセンサ素子ｓ１，ｓ２が形成されたセンサチップ１０の平面図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示す照度検出器１００は、孔ｈ１を有する遮光板２０と、光の照度を検出するセンサ素子ｓ１，ｓ２を備える照度検出器である。図１（ａ）に示す照度検出器１００は車両用の照度検出器であり、図のように、遮光板２０とセンサチップ１０は、車両の進行方向に向かって、地上面に対して約４５°傾いた状態で保持される。尚、図１（ａ）における符号２００はフロントグラスであり、照度検出器１００の遮光板２０とセンサチップ１０は、フロントグラス２００の面にほぼ平行に配置される。

センサ素子ｓ１，ｓ２は、同じ半導体基板からなるセンサチップ１０の表層部に形成された、２個のフォトダイオードである。図１（ｃ）に示すように、照度検出器１００のセンサ素子ｓ１，ｓ２は、同じパターンを有しており、センサチップ１０の中央部を挟んで両側に対称的に形成されている。照度検出器１００においては、図１（ａ）に示すように、センサ素子ｓ１により車両の上方から入射する光（上方光）の照度が検出され、センサ素子ｓ２により車両の前方から入射する光（前方光）の照度が検出される。

遮光板２０は、薄い平板状である。図１（ｂ）に示すように、照度検出器１００の遮光板２０には、スリット状の１個の孔ｈ１が形成されている。遮光板２０に形成された孔ｈ１は、図１（ａ）に示すように、センサチップ１０の表層部に形成された２つのセンサ素子ｓ１，ｓ２の中間位置における直上に配置される。尚、遮光板２０は独立した構成部品でなく、センサチップ１０をパッケージするカバーの一部であってもよい。これによって、部品点数を削減することができ、照度検出器の製造コストを低減することができる。

図１（ａ）に示すように、照度検出器１００では、遮光板２０がセンサ素子ｓ１，ｓ２の形成されたセンサチップ１０の上方に配置され、外部から入射する光が、遮光板２０の孔ｈ１を通過してセンサチップ１０に照射され、２個のセンサ素子ｓ１，ｓ２により、それぞれ、異なる方向から入射する光の照度が検出される。言い替えれば、遮光板２０に形成された孔ｈ１が異なる方向から入射する光を分離して、それらの光が各センサ素子ｓ１，ｓ２に照射される。

上記のように、各センサ素子ｓ１，ｓ２により検出される光の入射方向が確実に分離されるためには、孔ｈ１の大きさと孔ｈ１の各センサ素子ｓ１，ｓ２に対する配置が、適宜設定されていなければならない。図１（ａ）の照度検出器１００においては、遮光板２０に形成された１個の孔ｈ１がセンサ素子ｓ１，ｓ２の中間位置における直上に配置されることで、各センサ素子ｓ１，ｓ２は、検出光以外の直進する他方向の光に対して、遮光板２０の影となる位置に配置された状態となっている。このようにして、各センサ素子ｓ１，ｓ２により検出される光の入射方向が確実に分離され、高精度な照度検出が可能となる。以上のようにして、図１（ａ）〜（ｃ）に示す照度検出器１００は、昼間と夜間を区別するための上方光とトンネルの有無を検知するための前方光（ファーライト）を確実に区別して検出することができ、これを用いて車両ライトの点消灯を自動で制御することができる。

上記のように、照度検出器１００における遮光板２０は、平板状の薄い板であるにもかかわらず、孔ｈ１の大きさと孔ｈ１の各センサ素子ｓ１，ｓ２に対する配置を適宜設定することで、異なる方向から入射する光を分離することができる。この遮光板２０に形成される孔ｈ１は単純な貫通孔で十分であり、図４の従来の照度検出器９０における、厚いカバー９３に導光路として形成された、厚さ方向に複雑な角度なす開口部９３ａ，９３ｂではない。このため、図１（ａ）〜（ｃ）に示す照度検出器１００の遮光板２０に形成された孔ｈ１は、従来の照度検出器９０における厚いカバー９３に形成された開口部９３ａ，９３ｂと異なり、複雑な加工を必要としない。特に、図１（ａ）〜（ｃ）に示す照度検出器１００の場合には、遮光板２０の孔ｈ１の加工が１個で済むため、加工が容易である。

以上のようにして、図１（ａ）〜（ｃ）に示す照度検出器１００は、異なる方向から入射する光の照度が検出可能で、安価な照度検出器とすることができる。
（第２の実施形態）
第１実施形態の照度検出器は、１個の孔が形成された遮光板を用いて、異なる方向から入射する光を検出する照度検出器であった。本実施形態の照度検出器は、２個の孔が形成された遮光板を用いて、異なる方向から入射する光を検出する照度検出器に関する。

図２は、本実施形態における照度検出器１０１の模式的な断面図である。尚、図２の照度検出器１０１において、図１（ａ）の照度検出器１００と同様の部分については同じ符号を付した。

図２に示す照度検出器１０１は、２つの孔ｈ２，ｈ３を有する遮光板２１と、光の照度を検出するセンサ素子ｓ１，ｓ２を備える照度検出器である。センサ素子ｓ１，ｓ２が形成されたセンサチップ１０は、図１（ａ），（ｃ）に示す照度検出器１００のそれと同じもので、センサ素子ｓ１により車両の上方から入射する光（上方光）の照度が検出され、センサ素子ｓ２により車両の前方から入射する光（前方光）の照度が検出される。

一方、図２の照度検出器１０１における遮光板２１は、図１（ａ），（ｂ）に示す照度検出器１００の遮光板２０と同様の薄い平板状であるが、照度検出器１０１の遮光板２１には、スリット状の２個の孔ｈ２，ｈ３が形成されている。遮光板２１に形成された孔ｈ２，ｈ３は、図２に示すように、センサチップ１０の表層部に形成された２つのセンサ素子ｓ１，ｓ２の各位置における直上に、それぞれ１個配置される。図２の照度検出器１０１では、センサ素子ｓ１が、センサ素子ｓ２の直上に配置された孔ｈ２から入射する光の照度を検出し、センサ素子ｓ２が、センサ素子ｓ１の直上に配置された孔ｈ３から入射する光の照度を検出する。

図２に示すように、照度検出器１０１においても、遮光板２１に形成された孔ｈ２，ｈ３が異なる方向から入射する光を分離して、それらの光が各センサ素子ｓ１，ｓ２に照射される。図２の照度検出器１０１では、孔ｈ２を通る前方光と孔ｈ３を通る上方光は、いずれもセンサチップ１０を外れて照射される。このようにして、各センサ素子ｓ１，ｓ２により検出される光の入射方向が確実に分離され、高精度な照度検出が可能となる。

図２の照度検出器１０１では、孔ｈ２，ｈ３の大きさを適宜設定すれば、遮光板２１をセンサチップ１０から遠ざける任意の高さに配置して、図２と同様に上方光と前方光を分離することができる。従って、図２に示す遮光板２１に２個の孔ｈ２，ｈ３が形成された照度検出器１０１は、図１（ａ）に示す遮光板２０に１個の孔ｈ１が形成された照度検出器１００に較べて、孔の大きさもしくは孔の各センサ素子に対する配置の自由度が大きく、照度検出器の設計自由度が高い。尚、図２の照度検出器１０１においては、異なる方向から入射する光の分離を遮光板２１に形成された孔ｈ２，ｈ３だけで行っており、遮光板２１の孔ｈ２，ｈ３に特に波長選択フィルタを配置する必要はない。しかしながら、図２の照度検出器１０１では遮光板２１に２個の孔ｈ２，ｈ３が形成されており、遮光板２１のそれぞれの孔ｈ２，ｈ３に波長選択フィルタを配置することで、異なる方向から入射する光の波長選択も可能である。

図１（ａ）に示す照度検出器１００の場合と同様に、照度検出器１０１における遮光板２１は平板状の薄い板で、遮光板２１に形成される孔ｈ２，ｈ３は単純な貫通孔で十分である。このため、孔ｈ２，ｈ３の加工は容易である。また、前記したように、遮光板２１は独立した構成部品でなく、センサチップ１０をパッケージするカバーの一部であってもよい。

以上のようにして、図２に示す照度検出器１０１についても、異なる方向から入射する光の照度が検出可能で、安価な照度検出器とすることができる。
（第３の実施形態）
第１実施形態と第２実施形態の照度検出器は、いずれも孔が形成された遮光板を用いて、異なる方向から入射する光を検出する照度検出器であった。本実施形態の照度検出器は、第２の遮光板が配置され、異なる方向から入射する光を検出する照度検出器に関する。

図３は、本実施形態における照度検出器１０２の模式的な断面図である。尚、図３の照度検出器１０２において、図１（ａ）の照度検出器１００と同様の部分については同じ符号を付した。

図３に示す照度検出器１０２は、１つの孔ｈ４を有する遮光板２２および第２の遮光板２３と、光の照度を検出するセンサ素子ｓ１，ｓ２を備える照度検出器である。センサ素子ｓ１，ｓ２が形成されたセンサチップ１０は、図１（ａ），（ｃ）に示す照度検出器１００のそれと同じもので、センサ素子ｓ１により車両の上方から入射する光（上方光）の照度が検出され、センサ素子ｓ２により車両の前方から入射する光（前方光）の照度が検出される。

図３の照度検出器１０２における遮光板２２は、図１（ａ），（ｂ）に示す照度検出器１００の遮光板２０と同様に、薄い平板状で、スリット状の１個の孔ｈ４が形成されている。遮光板２２に形成された孔ｈ４は、図３に示すように、センサチップ１０の表層部に形成された２つのセンサ素子ｓ１，ｓ２の中間位置における直上に配置される。また、第２の遮光板２３も薄い平板状であるが、第２の遮光板２３は、センサチップ１０の表層部に形成された２つのセンサ素子ｓ１，ｓ２の中間位置に立てるようにして、配置されている。図３の照度検出器１０２では、遮光板２と第２の遮光板２３により、異なる方向から入射する光が分離され、それらが各センサ素子ｓ１，ｓ２で検出される。

図３の照度検出器１０２では、図のように、遮光板２２とセンサ素子ｓ１，ｓ２が形成されたセンサチップ１０を近づけることができ、照度検出器を小型化することができる。

尚、図１（ａ）に示す照度検出器１００の場合と同様に、照度検出器１０２における遮光板２２は平板状の薄い板で、遮光板２１に形成される孔ｈ４は単純な貫通孔で十分であり、孔ｈ４の加工が容易である。

以上のようにして、図３に示す照度検出器１０２についても、異なる方向から入射する光の照度が検出可能で、安価な照度検出器とすることができる。
（他の実施形態）
図１〜３に示した照度検出器１００〜１０２は、遮光板２０〜２２に１個もしくは２個の孔が形成され、異なる方向から入射する上方光と前方光の照度を検出する照度検出器であった。本発明の照度検出器はこれに限らず、例えば、左右方向から入射する光の照度も検出できる照度検出器とすることも可能である。

また、図１〜３には車両用の照度検出器１００〜１０２の例を示したが、本発明の照度検出器はこれに限らず、異なる方向から入射する光の照度検出が必要な種々の用途の照度検出器に適用可能である。

本発明の第１実施形態における照度検出器を示す模式図で、（ａ）は照度検出器の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の照度検出器の構成要素である遮光板の平面図であり、（ｃ）は（ａ）の照度検出器の構成要素であるセンサチップの平面図である。 本発明の第２実施形態における照度検出器の模式的な断面図である。 本発明の第３実施形態における照度検出器の模式的な断面図である。 従来の照度検出器の断面図である。

符号の説明

９０，１００〜１０２ 照度検出器
１０ センサチップ（半導体基板）
ｓ１，ｓ２ センサ素子
２０〜２３ 遮光板
ｈ１〜ｈ４ 孔
２００ フロントグラス

Claims (7)

1. 孔を有する遮光板と、光の照度を検出するセンサ素子を備える照度検出器であって、
   前記センサ素子が、同じ半導体基板の表層部に複数個形成され、
   前記遮光板が、前記センサ素子が形成された半導体基板の上方に配置され、
   外部から入射する光が、前記孔を通過して、前記半導体基板に照射され、
   前記複数個のセンサ素子により、それぞれ、異なる方向から入射する光の照度が検出されることを特徴とする照度検出器。
2. 前記遮光板が薄い平板状であり、
   前記各センサ素子により検出される光の入射方向が、前記孔の大きさと、当該孔の各センサ素子に対する配置で決定されることを特徴とする請求項１に記載の照度検出器。
3. 前記孔が、前記半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の中間位置における直上に、１個配置されてなることを特徴とする請求項２に記載の照度検出器。
4. 前記孔が、前記半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の各位置における直上に、それぞれ１個配置され、
   前記２つのセンサ素子における一方のセンサ素子が、それぞれ、もう一方のセンサ素子の直上に配置された孔から入射する光の照度を検出することを特徴とする請求項２に記載の照度検出器。
5. 前記半導体基板の表層部に形成された２つのセンサ素子の中間位置に、第２の遮光板が配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の照度検出器。
6. 前記照度検出器が車両用の照度検出器であり、
   前記遮光板と前記半導体基板が、車両の進行方向に向かって、地上面に対して傾いた状態で保持され、
   前記２つのセンサ素子における一方のセンサ素子により、車両の前方から入射する光の照度が検出され、
   前記２つのセンサ素子におけるもう一方のセンサ素子により、車両の上方から入射する光の照度が検出されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の照度検出器。
7. 前記遮光板が、前記半導体基板をパッケージするカバーの一部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照度検出器。

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