JP2013221894A

JP2013221894A - 光センサ

Info

Publication number: JP2013221894A
Application number: JP2012094824A
Authority: JP
Inventors: Makiko Sugiura; 杉浦　　真紀子
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】検出精度の低下が抑制された光センサを提供する。
【解決手段】光を受ける受光面（２０ａ）を有する受光素子（２０）と、鉛直方向に対する受光面の傾きを検出する検出部（４０）と、該検出部の出力信号に基づいて、受光素子の出力信号を補正する補正部（５０）と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、受光素子を備える光センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、発光素子と、発光素子にて発光された光の内、フロントウィンドシールドにて反射された光を受光する雨滴検出用受光素子と、周辺光を受光する周辺光検出用受光素子と、がそれぞれ基板に設けられた雨滴及び光検出装置が提案されている。

特開２００３−２５４８９７号公報

ところで、特許文献１に示される雨滴及び光検出装置は、フロントウィンドシールドに設けられる。フロントウィンドシールドの傾斜は、車種によって異なるため、周辺光検出用受光素子に入射する光の入射量が変動する虞がある。また、車両が坂道を進行している場合においても、光の入射量が変動する虞がある。このように、設置場所や車両の進行状況などによって光の入射量が変動すると、周辺光検出用受光素子の出力信号が、周辺光の光量に応じなくなり、周辺光の検出精度が低下する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、検出精度の低下が抑制された光センサを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、光を受ける受光面（２０ａ）を有する受光素子（２０）と、鉛直方向に対する受光面の傾きを検出する検出部（４０）と、該検出部の出力信号に基づいて、受光素子の出力信号を補正する補正部（５０）と、を有することを特徴とする。

これによれば、受光素子（２０）の設置される場所によって、受光素子（２０）に入射する光の入射量が変動することが抑制される。また、設置場所の進行状況によって、受光素子（２０）に入射する光の入射量が変動することも抑制される。したがって、受光素子（２０）における検出目的とする光の検出精度の低下が抑制される。

なお、検出部は、加速度センサである構成が好適である。これによれば、重力加速度を検出することで、鉛直方向を検出することができる。そして、加速度センサの出力信号は、受光面が鉛直方向に対して直交している時に、最大、若しくは、最小となるように設定された構成が良い。これによれば、鉛直方向に対する受光面（２０ａ）の傾きを、加速度センサの出力信号の増減によって検出することができる。

第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す断面図である。受光素子と規定部の概略構成を示す断面図である。仰角特性を示すグラフ図である。各構成要素の電気的な接続を示すブロック図である。検出部を示す断面図である。光センサの変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係る光センサを、車両のフロントウィンドに取り付けた場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図４に基づいて、本実施形態に係る光センサを説明する。光センサ１００は、要部として、太陽の位置を検出する位置検出部１０と、雨滴を検出する雨滴検出部６０と、これら検出部１０，６０を収納する収納部８０と、を有する。

図１、２、４に示すように、位置検出部１０は、受光素子２０と、受光素子２０に入射する光の入射角度を規定する規定部３０と、受光素子２０の傾きを検出する検出部４０と、受光素子２０の出力信号に基づいて演算した仰角及び方位角を車両のエアコンＥＣＵに出力するマイコン５０と、を有する。

受光素子２０は、受光面２０ａに入射する光を電気信号に変換するものである。本実施形態に係る受光素子２０は、ＰＮ接合を有するフォトダイオードであり、半導体基板１１の形成面１１ａ側に複数形成されている。図１に示すように、光センサ１００はフロントウィンドに取り付けられているが、受光面２０ａは、フロントウィンドの内面と平行となっている。

規定部３０は、透光膜３１と、遮光膜３２と、該遮光膜３２に形成された開口部３３と、を有する。図２に示すように、１つの受光素子２０に対して、１つの開口部３３が対応し、各受光素子２０と対応する開口部３３との相対位置がそれぞれ異なっている。これにより、図２にて破線矢印で示すように、各受光素子２０に入射する光の入射角度が異なっている。そのため、各受光素子２０によって得られる仰角特性は、図３に示すように、それぞれ異なっている。これら仰角特性の位相は、設置場所であるフロントウィンドの内面が水平面から傾いている場合にずれる。例えば、図１に示すように、フロントウィンドの内面が水平面から角度θだけ傾いている場合、受光面２０ａは、鉛直方向に対して９０°−θだけ傾くので、各受光素子２０の出力信号の位相は、９０°−θだけずれる。

なお、本実施形態に係る位置検出部１０は、受光素子１２へ光を集光する集光レンズ３４と、後述するＬＥＤ６１から照射される光が受光素子２０に入射することを抑制する遮光箱３５と、を備えている。図１に示すように、集光レンズ３４は、半導体基板１１の形成面１１ａ上に設けられ、半導体基板１１（受光素子２０）の周囲が遮光箱３５によって覆われている。なお、本実施形態では、遮光箱３５内に検出部４０が収納されている。

検出部４０は、鉛直方向に対する受光面２０ａの傾きを検出するものである。検出部４０は、加速度センサであり、その出力信号は、受光面２０ａが鉛直方向に対して直交している時に、最大となるように設定されている。図１に示すように、検出部４０は、遮光箱３５内にて受光素子２０と並んで配置されており、図５に示すように、重力加速度の印加によって可動する可動電極４１と、位置の固定された固定電極４２と、を有する。検出部４０は、これら２つの電極４１，４２によって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて、加速度を検出する。本実施形態では、可動電極４１と固定電極４２とが、受光面２０ａを直交する方向にて対向しており、受光面２０ａを水平面と平行とした際に、可動電極４１が固定電極４２よりも上方に位置するように配置されている。この構成により、重力加速度の印加によって、可動電極４１が固定電極４２に近づく構成となっており、その電極間距離が最小と成るのが、受光面２０ａが鉛直方向に対して直交している時に設定されている。したがって、フロントウィンドの内面が、水平面から角度θだけ傾いている場合、検出部４０の最大出力をＡとすると、検出部４０からは、Ａｃｏｓθに比例する信号が出力される。

マイコン５０は、光センサ１００に入射してくる光の仰角や方位角、及び、仰角特性や方位角特性を算出し、算出した結果を車両のエアコンＥＣＵ（図示略）に出力するものである。本実施形態に係るマイコン５０は、検出部４０の出力信号に基づいて、受光素子２０の出力信号を補正する機能も有する。マイコン５０は、検出部４０の出力信号に応じた補正係数を有しており、この補正係数を受光素子２０の出力信号に乗算することで、受光素子２０の出力信号を補正する。

上記したように、フロントウィンドが水平面から角度θだけ傾いている場合、検出部４０からは、Ａｃｏｓθに比例する信号が出力される。マイコン５０は、この信号を受信すると、各受光素子２０の出力信号の位相が９０°−θだけずれていると判断し、この位相ズレを補正するための補正係数を選び出す。そして、選び出した補正係数を各受光素子２０の出力信号に乗算して、受光素子２０の出力信号を補正する。この補正された各受光素子２０の出力信号に基づいて得られた仰角と方位角とが、車両のエアコンＥＣＵに出力され、送られた仰角と方位角とに基づいて、エアコンＥＣＵはエアコンを制御する。なお、本実施形態に記載の仰角とは、車両から上方の角度、方位角とは、車両周りの角度である。また、マイコン５０は、特許請求の範囲に記載の補正部と算出部それぞれの機能を兼ね備えたものに相当する。

雨滴検出部６０は、ＬＥＤ６１と、レンズ６２と、受光素子６３と、を有する。ＬＥＤ６１は、フロントウィンドに光を照射する機能を果たし、レンズ６２は、ＬＥＤ６１から照射された光を集光する機能を果たす。そして、受光素子６３は、フロントウィンドにて反射されたＬＥＤ６１の光を受光する機能を果たす。フロントウィンドに雨滴が附着している場合、光はフロントウィンドにて反射されないため、受光素子６３にて受光する光量が変動する。この光量の変動により、雨量が検出される。

次に、本実施形態に係る光センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、マイコン５０は、鉛直方向に対する受光面２０ａの傾きを検出する検出部４０の出力信号に基づいて、受光素子２０の出力信号を補正する。これによれば、受光素子２０の設置されるフロントウィンドの傾きによって、受光素子２０に入射する光の入射量が変動することが抑制される。また、車両の進行状況によって、受光素子２０に入射する光の入射量が変動することも抑制される。したがって、受光素子２０における検出目的とする光の検出精度の低下が抑制される。

検出部４０は、加速度センサである。これにより、重力加速度を検出することで、鉛直方向を検出することができる。そして、検出部４０（加速度センサ）の出力信号は、受光面２０ａが鉛直方向に対して直交している時に、最大となるように設定されている。これによれば、鉛直方向に対する受光面２０ａの傾きを、加速度センサの出力信号の増減によって検出することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、光センサ１００が位置検出部１０と、雨滴検出部６０を有する例を示した。しかしながら、図６に示すように、光センサ１００は、雨滴検出部６０を有さなくとも良い。

本実施形態では、位置検出部１０が集光レンズ３４と遮光箱３５を有する例を示した。しかしながら、集光レンズ３４と遮光箱３５を有さない構成を採用することもできる。

本実施形態では、光センサ１００が車両のフロントウィンドに搭載された例を示した。しかしながら、光センサ１００の搭載対象としては、上記例に限定されない。例えば、光センサ１００が車両のダッシュボードに搭載された構成を採用することもできる。この場合、図６に示す光センサ１００がダッシュボードに設置される。

本実施形態では、受光面２０ａが鉛直方向に対して直交している時に、検出部４０の出力信号が最大となるように設定された例を示した。しかしながら、検出部４０の出力信号の規定としては、上記例に限定されない。例えば、受光面２０ａが鉛直方向に対して直交している時に、検出部４０の出力信号が最小となるように設定しても良い。これを実現するには、受光面２０ａを水平面と平行とした際に、可動電極４１が固定電極４２よりも下方に位置するように設定すればよい。更に例示すれば、受光面２０ａが鉛直方向に対してφ傾いている時に、検出部４０の出力信号が最大となるように設定することができる。これを実現するには、受光面２０ａを水平面に対してφ傾けた際に、可動電極４１と固定電極４２それぞれの対向面が鉛直方向にて直交し、可動電極４１が固定電極４２よりも上方に位置する構成とすれば良い。

２０・・・受光素子
２０ａ・・・受光面
４０・・・検出部
５０・・・補正部
１００・・・光センサ

Claims

光を受ける受光面（２０ａ）を有する受光素子（２０）と、
鉛直方向に対する前記受光面の傾きを検出する検出部（４０）と、
該検出部の出力信号に基づいて、前記受光素子の出力信号を補正する補正部（５０）と、を有することを特徴とする光センサ。
前記検出部は、加速度センサであることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
前記加速度センサの出力信号は、前記受光面が鉛直方向に対して直交している時に、最大、若しくは、最小となるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
前記補正部は、前記検出部の出力信号に応じた補正係数を有しており、該補正係数を前記受光素子の出力信号に乗算することで、前記受光素子の出力信号を補正することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光センサ。
前記受光面に入射する光の入射角度を規定する規定部（３０）と、
前記補正部によって補正された前記受光素子の出力信号に基づいて、仰角特性を算出する算出部（５０）と、を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光センサ。
車両に搭載されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の光センサ。
前記車両のフロントウィンドに搭載されることを特徴とする請求項６に記載の光センサ。
前記車両のダッシュボードに搭載されることを特徴とする請求項６に記載の光センサ。