JP2009182189A

JP2009182189A - 照度センサ

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Publication number: JP2009182189A
Application number: JP2008020495A
Authority: JP
Inventors: Motonori Satomura; 基徳里村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑えることが可能な照度センサを提供する。
【解決手段】所定のピーク感度波長を有する第１受光部ＰＤ１と、第１受光部ＰＤ１と比較して長いピーク感度波長を有する第２受光部ＰＤ２とを備え、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とが直列接続された接続点を出力端とし、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とのそれぞれが２以上にほぼ同じ面積で分割された状態で並列接続され、分割された第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とが、受光領域Ｓで平面的に均等に分布するように、交互に配置されている。そして、第１受光部と第２受光部とを封止する樹脂封止部４を備え、この樹脂封止部４には、受光領域Ｓに集光するレンズ部４１が設けられると共に、レンズ部４１の光入射面を除く上面が、粗面に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なるピーク感度波長を有する２種の受光部を備えた照度センサに関する。

例えば、折り畳み式の携帯電話装置では、装置本体が折り畳まれたことを契機に、液晶表示パネルのバックライトのＬＥＤを消灯させることで省電力を図るために、外光を検知する照度センサが設けられている。

従来の照度センサとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された光検出装置は、Ｐ型半導体基板に形成したＮ型の第１の不純物領域とＮ型の第１の不純物領域の表面に形成したＰ型の第２の不純物領域とからなる第１受光部と、Ｐ型半導体基板とこれに形成したＮ型の第３の不純物領域とからなる第２受光部とを備え、第１受光部と第２受光部とを直列接続したので、増幅手段としてバイポーラトランジスタ等を用いて回路規模を小さくでき、また、第１，２受光部の面積比によって、検出する光の波長帯域を設定可能としたものである。
特開平８−３３５７１２号公報

特許文献１に記載された光検出装置は、第１受光部と第２受光部とを備えることで、検出可能な波長帯域を設定可能とするものである。しかし、従来の照度センサでは、照射する光の角度によっては、第１受光部または第２受光部のいずれかに偏って照射されると、受光部の出力に偏りが生じるため、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきが発生することになる。

そこで本発明は、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑えることが可能な照度センサを提供することを目的とする。

本発明の照度センサは、異なるピーク感度波長を有する第１受光部と第２受光部とを備え、前記第１受光部と第２受光部とが直列接続された接続点を出力端とし、前記第１受光部と第２受光部とのそれぞれが２以上に分割された状態で並列接続され、前記分割された第１受光部と第２受光部とが、受光領域で平面的に均等に分布するように配置されていることを特徴とする。

本発明は、受光領域において、平面的に均等に分布するように配置されているので、第１受光部と第２受光部との組み合わせで受光することができるので、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制することができる。

本願の第１の発明は、所定のピーク感度波長を有する第１受光部と、第１受光部と比較して長いピーク感度波長を有する第２受光部とを備え、第１受光部と第２受光部とが直列接続された接続点を出力端とし、第１受光部と第２受光部とのそれぞれが２以上に分割された状態で並列接続され、分割された第１受光部と第２受光部とが、受光領域で平面的に均等に分布するように配置されていることを特徴としたものである。

本発明の照度センサは、異なるピーク感度波長を有する第１受光部と第２受光部とが、それぞれ分割された状態で並列接続されると共に、並列接続された第１受光部と第２受光部とが直列接続され、その接続点を出力端とすることで、出力信号を第１受光部と第２受光部との出力差とすることができるので、所望とするピーク感度波長を得ることができる。この分割された第１受光部と第２受光部とは、受光領域において、平面的に均等に分布するように配置されているので、受光領域に偏って光が照射されたり、光に波長帯域の偏りがあっても、第１受光部のみが受光したり、第２受光部のみが受光したりするような事態を回避することができる。従って、第１受光部と第２受光部との組み合わせで受光することができるので、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制することができる。

本願の第２の発明は、第１の発明において、第１受光部と第２受光部とのそれぞれは、交互に配置されていることを特徴としたものである。

本願の第２の発明においては、第１受光部と第２受光部とのそれぞれが、交互に配置されていることで、分割された第１受光部と第２受光部とを容易に均等に分布させることができる。

本願の第３の発明は、第２の発明において、第１受光部は、その受光面が、それぞれほぼ同じ面積で分割され、第２受光部も、その受光面が、それぞれほぼ同じ面積で分割されていることを特徴としたものである。

本願の第３の発明においては、第１受光部と第２受光部とが、その受光面がほぼ同じ面積で分割されていることで、均等な分布を考慮するときに、分割された第１受光部と第２受光部の面積の合計を考慮しながら配置を検討する必要がないので、配置が容易である。

本願の第４の発明においては、第２の発明から第３の発明において、第１受光部と第２受光部とは、光源の波長帯域に応じた面積比で形成されていることを特徴としたものである。

本願の第４の発明においては、第１受光部と第２受光部とを、ピーク感度波長が低い第１受光部の面積を広く、第１受光部よりピーク感度波長が長い第２受光部の面積を狭く、それぞれの波長帯域に応じた面積比とすることで、波長帯域に偏りのある光源であっても、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑えることができる。

本願の第５の発明は、第１受光部と第２受光部とを封止する樹脂封止部を備え、樹脂封止部には、受光領域に集光するレンズ部が設けられていることを特徴としたものである。

本願の第５の発明においては、第１受光部と第２受光部とを封止する樹脂封止部が設けられ、この樹脂封止部には受光領域に集光するレンズ部が設けられているので、効果的に均等に分布するように配置された第１受光部と第２受光部とに受光させることができる。

本願の第６の発明は、第５の発明において、樹脂封止部は、レンズ部の光入射面を除く上面が、粗面に形成されていることを特徴としたものである。

本願の第６の発明においては、レンズ部の光入射面を除く上面を、粗面とすることで、受光領域外への回路に光が照射されることで発生するノイズ電流を抑止することができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る照度センサを図１から図５に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る照度センサの平面図である。図２は、図１に示す照度センサの正面図である。図３は、第１受光部と第２受光部との波長に対する感度特性を示すグラフであり、（Ａ）は第１受光部および第２受光部のそれぞれの感度特性を示すグラフ、（Ｂ）は第１受光部および第２受光部の感度特性の差を示すグラフである。図４（Ａ）は、受光素子の概略断面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の概略等価回路図である。図５は、図１に示す照度センサの回路図である。

図１および図２に示すように、照度センサ１は、プリント配線基板２と、受光素子３と、樹脂封止部４とを備え、約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの範囲で、約５５０ｎｍにピーク感度波長を有するものである。

プリント配線基板２は、正方形状に形成された絶縁基板２１に、電極２２が形成されている。絶縁基板２１は、ガラスエポキシ樹脂またはＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン樹脂系の熱硬化樹脂）で形成することができる。電極２２は、受光素子３とワイヤ５で接続される上面電極２２ａと、上面電極２２ａとスルーホール電極（図示せず）で接続された底面電極２２ｂとを備えている。

受光素子３は、平面視して正方形状に形成され、上面に、電源端子、グランド端子、および信号出力端子として接続端子３１が設けられている。この受光素子３の受光領域Ｓには、第１受光部ＰＤ１と、第２受光部ＰＤ２とが設けられている。また、受光素子３には、第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２からの出力を増幅する電流増幅回路３２が設けられている。

ここで第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２について、詳細に説明する。

図３（Ａ）に示すように、第１受光部ＰＤ１は約５５０ｎｍをピーク感度波長とし、第２受光部ＰＤ２は約７５０ｎｍをピーク感度波長として、一方は約４００ｎｍまで、他方は約１０００ｎｍ以上にわたってなだらかに減衰する特性を有している。この第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とのピーク感度波長の違いは、半導体基板に形成される受光部のｐ型およびｎ型の接合部の深さによるものである。

図４（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、受光素子３は、ｐ型半導体基板１１にｎ型半導体領域１２が設けられ、ｎ型半導体領域１２にｐ型半導体領域１３が設けられている。受光素子３は、ｎ型半導体領域１２とｐ型半導体領域１３とが接合する接合部Ｓ１を浅くすることでピーク感度波長が短い第１受光部ＰＤ１とし、ｐ型半導体基板１１とｎ型半導体領域１２との接合部Ｓ２を接合部Ｓ１に対して深くすることでピーク感度波長が第１受光部ＰＤ１より長い第２受光部ＰＤ２としている。

図１に示すように、この第１受光部ＰＤ１は、その受光面が、それぞれほぼ同じ面積に分割されている。また、第２受光部ＰＤ２も、その受光面が、それぞれほぼ同じ面積に分割されている。第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２は、所定の面積比で形成されている。本実施の形態では、図３（Ａ）のようなピーク感度波長を持つ第１受光部ＰＤ１の出力と第２受光部ＰＤ２の出力との差が、図３（Ｂ）のような感度特性のグラフで示される出力となるように、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とのそれぞれの面積比を１０：３としている。

この第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とは、それぞれがほぼ同じ面積に分割されているので、隣接する他の受光部と異なるように交互に配置することで、受光領域Ｓで平面的に均等に分布されている。

このように分布された第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とは、図５に示すように直列に接続されて電源とグランド間に配置されると共に、それぞれ分割された受光部が並列に接続され、直接接続された接続点を出力端Ｏとして、電流増幅回路３２に接続されている。

図１および図２に示すように、樹脂封止部４は、光透過性を有するエポキシ樹脂などで形成され、受光素子３やワイヤ５を封止するものである。この樹脂封止部４には、上面に、凸状に形成されたレンズ部４１が設けられている。このレンズ部４１は、第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２が配置された受光領域Ｓに集光させる機能を備えている。また、レンズ部４１以外の上面は、粗面４２としている。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る照度センサの使用状態を図面に基づいて説明する。

樹脂封止部４の上面を照射する光のうちレンズ部４１を照射する光は、レンズ部４１によって集光され、受光領域Ｓを照射する。従って、受光領域Ｓ以外を照射する光を抑えることができる。また、レンズ部４１以外を照射する光は、粗面４２に乱反射されて樹脂封止部４内部への到達が抑止される。受光素子３の受光領域Ｓ以外に照射されると、受光素子３内に形成された寄生ダイオードや他の回路が受光部として機能してしまいリーク電流が発生してノイズの原因となる。従って、レンズ部４１が集光すると共に、粗面４２がレンズ部４１以外から入射しようとする光を拡散させることで、受光領域Ｓ以外に照射される光を減少させるので、ノイズ電流の発生を抑制することができる。

受光領域Ｓに到達した光は、第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２を照射する。例えば、光が偏って照射したとしても、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とが、均等に配置されていることで、第１受光部ＰＤ１のみが受光したり、第２受光部ＰＤ２のみが受光したりするような事態を回避することができる。従って、光が偏って受光素子３の受光領域Ｓに照射されても、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制することができる。

また、受光素子３を照射する光が、ピーク感度波長が偏っている蛍光灯や白熱電球からの光であっても、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２との組み合わせで受光することができるので、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制することができる。

このようにして第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２により受光すると、図５に示すように第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２が接続されていることで、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２との出力の差が合成された出力となる。従って、合成された出力信号は、図３（Ｂ）に示すように、ピーク感度波長が約６００ｎｍで、一方が約４００ｎｍまで、他方が約７００ｎｍまでにわたってなだらかに減衰する感度特性となることで、人に近い視感度となる。この出力は、電流増幅回路３２により増幅され、接続端子３１の信号出力端子から出力される。

本実施の形態では、第１受光部ＰＤ１がほぼ同じ面積に分割され、第２受光部ＰＤ２も、ほぼ同じ面積に分割され、かつそれぞれが分割された大きさもほほ同じ面積である。

例えば、図６に示す照度センサ１０は、第１受光部ＰＤ１（図１参照）を、第１受光部ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄと細かく分割したものである。この第１受光部ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄは、その受光面が、それぞれ異なる面積に分割されている。そして、第１受光部ＰＤ１１ａ，ＰＤ１１ｂの合計の面積と、第１受光部ＰＤ１１ｃ，ＰＤ１１ｄの合計の面積は、１つの第２受光部ＰＤ２の面積と、図１に示す受光素子３と同じ面積比である１０：３に形成されている。

つまり、第１受光部ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄの受光面が、それぞれ異なる面積となるように分割されていても、第１受光部ＰＤ１１ａ，ＰＤ１１ｂまたは第１受光部ＰＤ１１ｃ，ＰＤ１１ｄと、第２受光部ＰＤ２とを所定の面積比とし、受光領域Ｓで平面的に均等に分布するように第１受光部ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄと第２受光部ＰＤ２とを配置することで、第１受光部ＰＤ１１ａ，ＰＤ１１ｂまたは第１受光部ＰＤ１１ｃ，ＰＤ１１ｄのいずれかと第２受光部ＰＤ２との組み合わせで受光することができるので、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制することができる。

しかし、第１受光部ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄが、それぞれ異なる面積に分割されていると、均等な分布を考慮するときに、分割された第１受光部ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄと第２受光部ＰＤ２の面積の合計を考慮しながら配置を検討する必要があるので、作業が繁雑である。従って、図１に示す受光素子３のように、第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２をほぼ同じ面積に分割して交互に配置するのが望ましい。なお、同じ面積とは、第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２を形成する製造上の誤差は含むものである。

図１に示す照度センサ１は、第１受光部ＰＤ１と第２受光部ＰＤ２とをそれぞれ２分割して交互に配置することで、均等に分布させた受光素子３としているが、更に感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制するために、分割数を増やしてもよい。

例えば、図７に示す照度センサ１５では、第１受光部ＰＤ１２を３分割とし、同様に第２受光部ＰＤ２２も３分割としている。また、図８に示す照度センサ１６では、第１受光部ＰＤ１３を６分割とし、同様に第２受光部ＰＤ２３も６分割としている。いずれの場合においても第１受光部ＰＤ１２，ＰＤ１３と、第２受光部ＰＤ２２，ＰＤ２３の面積比は１０：３としている。

このように、第１受光部と第２受光部との分割数を増やすことで、受光領域Ｓにおいて、より均等に分布させることができるので、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑制することができる。

本発明は、感度強度のばらつきや、感度波長のばらつきを抑えることが可能なので、異なるピーク感度波長を有する２つの受光部を備えた照度センサに好適である。

本発明の実施の形態に係る照度センサの平面図図１に示す照度センサの正面図第１受光部と第２受光部との波長に対する感度特性を示すグラフであり、（Ａ）は第１受光部および第２受光部のそれぞれの感度特性を示すグラフ、（Ｂ）は第１受光部および第２受光部の感度特性の差を示すグラフ（Ａ）は受光素子の概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）の概略等価回路図図１に示す照度センサの回路図他の実施の形態に係る照度センサの平面図他の実施の形態に係る照度センサの平面図他の実施の形態に係る照度センサの平面図

符号の説明

１，１０，１５，１６照度センサ
２プリント配線基板
３受光素子
４樹脂封止部
５ワイヤ
１１ｐ型半導体基板
１２ｎ型半導体領域
１３ｐ型半導体領域
２１絶縁基板
２２電極
２２ａ上面電極
２２ｂ底面電極
３１接続端子
３２電流増幅回路
４１レンズ部
４２粗面
ＰＤ１，ＰＤ１１ａ〜ＰＤ１１ｄ，ＰＤ１２，ＰＤ１３第１受光部
ＰＤ２，ＰＤ２２，ＰＤ２３第２受光部
Ｓ受光領域
Ｓ１，Ｓ２接合部

Claims

所定のピーク感度波長を有する第１受光部と、
前記第１受光部と比較して長いピーク感度波長を有する第２受光部とを備え、
前記第１受光部と第２受光部とが直列接続された接続点を出力端とし、前記第１受光部と第２受光部とのそれぞれが２以上に分割された状態で並列接続され、
前記分割された第１受光部と第２受光部とが、受光領域で平面的に均等に分布するように配置されていることを特徴とする照度センサ。
前記第１受光部と第２受光部とのそれぞれは、交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の照度センサ。
前記第１受光部は、その受光面が、それぞれほぼ同じ面積で分割され、
前記第２受光部も、その受光面が、それぞれほぼ同じ面積で分割されていることを特徴とする請求項２記載の照度センサ。
前記第１受光部と第２受光部とは、光源の波長帯域に応じた面積比で形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の照度センサ。
前記第１受光部と第２受光部とを封止する樹脂封止部を備え、
前記樹脂封止部には、前記受光領域に集光するレンズ部が設けられていることを特徴とする請求項１から４記載の照度センサ。
前記樹脂封止部は、前記レンズ部の光入射面を除く上面が、粗面に形成されていることを特徴とする請求項５記載の照度センサ。