JP5578138B2 - Optical sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板に受光素子が複数形成され、半導体基板における受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、遮光膜に、透光用の開口部が形成された光センサ、及び、その製造方法に関するものである。 In the present invention, a plurality of light receiving elements are formed on a semiconductor substrate, a light shielding film is formed on the surface of the semiconductor substrate where the light receiving elements are formed via a light transmitting film, and a light transmitting opening is formed in the light shielding film. The present invention relates to an optical sensor and a method for manufacturing the same.
従来、例えば特許文献1に示されるように、半導体基板にフォトダイオードが複数形成され、その形成面上に透光性を有する透光層が形成され、その透光層に遮光性を有する遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが複数形成された光センサが提案されている。この光センサでは、遮光マスクの光伝播エリアによって、フォトダイオードの受光面に入射する光の範囲が規定されている。 Conventionally, as shown in, for example, Patent Document 1, a plurality of photodiodes are formed on a semiconductor substrate, a light-transmitting light-transmitting layer is formed on the formation surface, and the light-transmitting layer has a light-blocking property. There has been proposed an optical sensor in which a plurality of light propagation areas are formed on the light shielding mask. In this optical sensor, the range of light incident on the light receiving surface of the photodiode is defined by the light propagation area of the light shielding mask.
特許文献1に示される光センサでは、対を成す2つのフォトダイオードが左右方向に隣接しており、これら2つのフォトダイオードそれぞれの受光面に入射する光の範囲が、2つのフォトダイオードの上方に位置する1つの光伝播エリアによって規定されている。したがって、左方から光センサに光が入射した場合、右方のフォトダイオードの出力信号が、左方のフォトダイオードの出力信号よりも大きくなる。これとは反対に、右方から光センサに光が入射した場合、左方のフォトダイオードの出力信号が、右方のフォトダイオードの出力信号よりも大きくなる。したがって、対を成す2つのフォトダイオードの出力信号を比べることで、光が左方から入射しているのか、右方から入射しているのかを検出することが可能となっている。 In the optical sensor shown in Patent Document 1, two photodiodes forming a pair are adjacent in the left-right direction, and the range of light incident on the light receiving surface of each of the two photodiodes is above the two photodiodes. It is defined by one located light propagation area. Therefore, when light enters the optical sensor from the left, the output signal of the right photodiode is larger than the output signal of the left photodiode. On the contrary, when light enters the optical sensor from the right side, the output signal of the left photodiode is larger than the output signal of the right photodiode. Therefore, it is possible to detect whether light is incident from the left side or from the right side by comparing the output signals of the two photodiodes forming a pair.
ところで、上記構成では、左方のフォトダイオードの出力信号を、対を成す2つのフォトダイオードの出力信号の総和によって割った値(第1の値)と、右方のフォトダイオードの出力信号を、対を成す2つのフォトダイオードの出力信号の総和によって割った値(第2の値)と、を算出し、これら2つの値の比をとることで、光が、光センサに対して左方からどれくらい入射しているのか、若しくは、右方からどれくらい入射しているのか、を検出することができる。すなわち、光の左右比を検出することができる。 By the way, in the above configuration, the value (first value) obtained by dividing the output signal of the left photodiode by the sum of the output signals of the two photodiodes forming the pair, and the output signal of the right photodiode, By calculating the value (second value) divided by the sum of the output signals of the two photodiodes that make a pair, and taking the ratio of these two values, the light from the left side of the photosensor It is possible to detect how much is incident or how much is incident from the right side. That is, the right / left ratio of light can be detected.
しかしながら、上記したように、特許文献1では、フォトダイオードの形成面(受光面)上に、透光層を介して遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが形成されている。この光伝播エリアに製造バラツキが生じると、上記した左右比の検出精度が低下する虞がある。 However, as described above, in Patent Document 1, a light-shielding mask is formed on a photodiode formation surface (light-receiving surface) via a light-transmitting layer, and a light propagation area is formed in the light-shielding mask. If manufacturing variations occur in this light propagation area, there is a risk that the detection accuracy of the above-described left-right ratio will be reduced.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、光の左右比の検出精度の低下が抑制された光センサ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical sensor in which a decrease in detection accuracy of the right / left ratio of light is suppressed, and a manufacturing method thereof.
上記した目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、半導体基板(10)に受光素子(20)が複数形成され、半導体基板(10)における受光素子(20)の形成面(10a)上に、透光膜(30)を介して遮光膜(40)が形成され、該遮光膜(40)に、透光用の開口部(50)が形成され、該開口部(50)を介した光を受光素子(20)にて受光する光センサであって、形成面(10a)の一方向に沿う仮想直線(VL)を介して線対称の関係にある一対の受光素子(21,22)が半導体基板(10)に形成され、仮想直線(VL)を介して線対称の関係にある一対の開口部(51,52)が、一対の受光素子(21,22)に対応して遮光膜(40)に形成され、形成面(10a)に直交する高さ方向に沿って、形成面(10a)へ投影された一対の開口部(51,52)それぞれの投影面の一部が対応する受光素子の受光面に重なっており、高さ方向に沿う光を、開口部(51,52)を介して受光素子(21,22)に照射した際に、一対の受光素子(21,22)から出力される出力信号に基づいて、高さ方向に沿う光が開口部(51,52)を介して受光素子(21,22)に入射した際に出力される一対の受光素子(21,22)それぞれの出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する補正部(60)を有し、一対の受光素子(21,22)の内の一方の受光素子(21)の出力信号をS1、他方の出力信号をS2、高さ方向に沿う光が開口部(51,52)を介して受光素子(21,21)に入射した際の出力信号S1をSV1、出力信号S2をSV2とすると、補正部(60)は、第1補正数ΔG1=(SV2−SV1)/(SV1+SV2)を記憶しており、(1+ΔG1)を出力信号S1に乗算し、(1−ΔG1)を出力信号S2に乗算することで、各出力信号S1,S2を補正することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a plurality of light receiving elements (20) are formed on a semiconductor substrate (10), and a formation surface (10a) of the light receiving elements (20) on the semiconductor substrate (10). ), A light-shielding film (40) is formed on the light-shielding film (30), and a light-transmitting opening (50) is formed on the light-shielding film (40). A pair of light receiving elements (21, 21) having a line-symmetrical relationship via a virtual straight line (VL) along one direction of the formation surface (10a). 22) is formed in the semiconductor substrate (10), and a pair of openings (51, 52) having a line-symmetrical relationship via a virtual straight line (VL) correspond to the pair of light receiving elements (21, 22). Formed on the light-shielding film (40) and along the height direction perpendicular to the formation surface (10a) Part of the projection surface of each of the pair of openings (51, 52) projected onto 10a) is overlapped with the light receiving surface of the corresponding light receiving element, and light along the height direction is passed through the openings (51, 52). When the light receiving element (21, 22) is irradiated through the light, the light along the height direction is directed to the opening (51, 52) based on the output signals output from the pair of light receiving elements (21, 22). A correction unit (60) for correcting each output signal so that the output signals of the pair of light receiving elements (21, 22) output when the light enters the light receiving element (21, 22) via The output signal of one light receiving element (21) of the pair of light receiving elements (21, 22) is S1, the other output signal is S2, and the light along the height direction passes through the openings (51, 52). The output signal S1 when incident on the light receiving element (21, 21) is SV1, Assuming that the signal S2 is SV2, the correction unit (60) stores the first correction number ΔG1 = (SV2−SV1) / (SV1 + SV2), and multiplies the output signal S1 by (1−ΔG1). ) Is multiplied by the output signal S2 to correct the output signals S1 and S2 .
このように本発明によれば、一対の受光素子(21,22)及び一対の開口部(51,52)それぞれが仮想直線(VL)を介して線対称となっている。そして、開口部(51,52)の投影面の一部が対応する受光素子(21,22)の受光面に重なっている。これによれば、高さ方向に沿う光が、開口部(51,52)を介して受光素子(21,22)に入射した際に、一対の受光素子(21,22)それぞれから出力される出力信号(以下、基準信号と示す)が、同一となることが期待される。しかしながら、上記した開口部(51,52)に製造バラツキが生じると、その製造ばらつきの分、受光面と投影面との重なり面積が異なり、基準信号が異なることとなる。この結果、一方の受光素子(21)の出力信号を2つの受光素子(21,22)の出力信号の総和によって割った値(第1の値)と、他方の受光素子(22)の出力信号を2つの受光素子(21,22)の出力信号の総和によって割った値(第2の値)とが異なり、これら2つの値の比である、光の左右比の検出精度が低下する虞がある。 Thus, according to the present invention, each of the pair of light receiving elements (21, 22) and the pair of openings (51, 52) is line symmetric via the virtual straight line (VL). A part of the projection surface of the opening (51, 52) overlaps the light receiving surface of the corresponding light receiving element (21, 22). According to this, when light along the height direction enters the light receiving element (21, 22) through the opening (51, 52), it is output from each of the pair of light receiving elements (21, 22). The output signals (hereinafter referred to as reference signals) are expected to be the same. However, if manufacturing variations occur in the openings (51, 52), the overlapping areas of the light receiving surface and the projection surface are different and the reference signals are different due to the manufacturing variation. As a result, a value (first value) obtained by dividing the output signal of one light receiving element (21) by the sum of the output signals of the two light receiving elements (21, 22) and the output signal of the other light receiving element (22). Is different from the value (second value) divided by the sum of the output signals of the two light receiving elements (21, 22), and the detection accuracy of the right / left ratio of light, which is the ratio of these two values, may be reduced. is there.
これに対して、請求項1に記載の発明では、一対の受光素子(21,22)それぞれの基準信号に基づいて、基準信号が一致するように、各受光素子(21,22)の出力信号を補正する。これによれば、各受光素子(21,22)の出力信号に含まれていた、開口部(51,52)の製造バラツキが補正されるので、光の左右比の検出精度の低下が抑制される。 On the other hand, according to the first aspect of the present invention, the output signals of the light receiving elements (21, 22) so that the reference signals are matched based on the reference signals of the pair of light receiving elements (21, 22). Correct. According to this, since the manufacturing variation of the openings (51, 52) included in the output signal of each light receiving element (21, 22) is corrected, a decrease in the detection accuracy of the right / left ratio of light is suppressed. The
また請求項1では、一対の受光素子(21,22)の内の一方の受光素子(21)の出力信号をS1、他方の出力信号をS2、高さ方向に沿う光が開口部(51,52)を介して受光素子(21,21)に入射した際の出力信号S1をSV1、出力信号S2をSV2とすると、補正部(60)は、第1補正数ΔG1=(SV2−SV1)/(SV1+SV2)を記憶しており、(1+ΔG1)を出力信号S1に乗算し、(1−ΔG1)を出力信号S2に乗算することで、各出力信号S1,S2を補正する。 Further, in claim 1 , the output signal of one light receiving element (21) of the pair of light receiving elements (21, 22) is S1, the other output signal is S2, and the light along the height direction is the opening (51, 52), when the output signal S1 when incident on the light receiving element (21, 21) is SV1 and the output signal S2 is SV2, the correction unit (60) has the first correction number ΔG1 = (SV2−SV1) / (SV1 + SV2) stores a (1 + .DELTA.G1) multiplies the output signal S1, and by multiplying the output signal S2 of (1-.DELTA.G1), you correct each output signals S1, S2.
請求項1に記載のように、形成面(10a)に透光膜(30)と遮光膜(40)とが積層されているが、これらを積層する過程において、設計時の膜(30,40)形状及び開口部(51,52)の形状を維持した状態で平行移動するように、膜(30,40)の配置位置がずれる虞がある。配置位置がずれると、一対の受光素子(21,22)の内の一方の受光素子(21)の受光面と対応する開口部(51)の投影面との重なり面積(以下、第1重なり面積J1と示す)が減少し、他方の受光素子(22)の受光面と対応する開口部(52)の投影面との重なり面積(以下、第2重なり面積J2と示す)が増大する。 As described in claim 1, the light-transmitting film (30) and the light-shielding film (40) are laminated on the formation surface (10a). In the process of laminating them, the films (30, 40 at the time of design) are stacked. ) There is a possibility that the arrangement position of the film (30, 40) may be shifted so that the shape and the shape of the opening (51, 52) are maintained in parallel. When the arrangement position is shifted, the overlapping area (hereinafter referred to as the first overlapping area) between the light receiving surface of one of the light receiving elements (21) of the pair of light receiving elements (21, 22) and the projection surface of the corresponding opening (51). J1) decreases, and the overlapping area (hereinafter referred to as second overlapping area J2) between the light receiving surface of the other light receiving element (22) and the projection surface of the corresponding opening (52) increases.
減少量と増大量とは同一であり、その量は、配置位置のずれ(開口部の製造ばらつき)に一致する(以下、ずれ量をΔJと示す)。したがって、製造ばらつきのない場合の重なり面積(設計面積)をJとすると、J1=J−ΔJ,J2=J+ΔJが成立する。 The amount of decrease and the amount of increase are the same, and the amount corresponds to the displacement of the arrangement position (manufacturing variation of the opening) (hereinafter, the amount of displacement is denoted by ΔJ). Therefore, if the overlapping area (design area) when there is no manufacturing variation is J, J1 = J−ΔJ and J2 = J + ΔJ are established.
重なり面積J1,J2と出力信号SV1,SV2とは比例関係にある。そのため、近似的に、SV1/SV2=J1/J2が成立する。この式に、J1=J−ΔJ,J2=J+ΔJを代入して、ΔJについて解くと、ΔJ=J×(SV2−SV1)/(SV1+SV2)=JΔG1となる。したがって、製造ばらつきのない場合の受光素子(21,22)の出力信号をSVとすると、製造ばらつきによる出力信号のずれ量ΔSは、SVΔG1と表される。 The overlapping areas J1 and J2 and the output signals SV1 and SV2 are in a proportional relationship. Therefore, approximately SV1 / SV2 = J1 / J2 is established. Substituting J1 = J−ΔJ and J2 = J + ΔJ into this equation and solving for ΔJ, ΔJ = J × (SV2−SV1) / (SV1 + SV2) = JΔG1. Therefore, when the output signal of the light receiving element (21, 22) when there is no manufacturing variation is SV, the deviation ΔS of the output signal due to the manufacturing variation is expressed as SVΔG1.
一方の受光素子(21)では、重なり面積が減少したので、出力信号がΔSだけ減ったことになる。したがって、一方の出力信号S1にΔSだけ加算すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に(1+ΔG1)S1と表される。反対に、他方の受光素子(22)では、重なり面積が増大したので、出力信号がΔSだけ増えたことになる。したがって、他方の出力信号S2からΔSだけ差分すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に(1−ΔG1)S2と表される。 In one light receiving element (21), since the overlapping area is reduced, the output signal is reduced by ΔS. Therefore, if ΔS is added to one output signal S1, the manufacturing variation is corrected. The value is approximately expressed as (1 + ΔG1) S1. On the other hand, in the other light receiving element (22), since the overlapping area is increased, the output signal is increased by ΔS. Therefore, if the difference is ΔS from the other output signal S2, the manufacturing variation is corrected. The value is approximately expressed as (1-ΔG1) S2.
以上、示したように、(1+ΔG1)を出力信号S1に乗算し、(1−ΔG1)を出力信号S2に乗算することで、各出力信号S1,S2が補正される。なお、上記した重なり面積の減少と増大とは、出力信号SV1、SV2を比較すれば判定することができる。 As described above, the output signals S1 and S2 are corrected by multiplying the output signal S1 by (1 + ΔG1) and multiplying the output signal S2 by (1−ΔG1). Note that the decrease and increase in the overlap area can be determined by comparing the output signals SV1 and SV2.
請求項2に記載のように、形成面(10a)に沿い、仮想直線(VL)に直交する方向に投影面の一部が受光面から突出して、投影面と受光面とが形成面(10a)上に成す平面形状が略凸形状を成した構成が好適である。 According to a second aspect of the present invention, along the formation surface (10a), a part of the projection surface protrudes from the light receiving surface in a direction perpendicular to the virtual straight line (VL), and the projection surface and the light receiving surface are formed into the formation surface (10a). A configuration in which the planar shape formed on the upper surface is substantially convex is preferable.
説明を簡便とするために、仮想直線(VL)に沿う方向を前後方向、形成面(10a)に沿い、仮想直線(VL)に直交する方向を左右方向と示す。これによれば、投影面と受光面とが成す平面形状が、投影面の一部が左右方向に突出する、略凸形状を成していることとなる。この構成の場合、投影面の前後方向に、受光面が位置するので、透光膜(30)と遮光膜(40)の配置位置が、左右方向だけではなく、前後方向にずれていたとしても、前後方向へのずれによって、重なり面積が増減することが抑制される。これにより、左右比の検出精度が、製造ばらつきによって低下することがより効果的に抑制される。 For ease of explanation, the direction along the virtual straight line (VL) is indicated as the front-rear direction, the direction along the formation surface (10a), and the direction perpendicular to the virtual straight line (VL) is indicated as the left-right direction. According to this, the planar shape formed by the projection surface and the light receiving surface is a substantially convex shape in which a part of the projection surface protrudes in the left-right direction. In the case of this configuration, since the light receiving surface is located in the front-rear direction of the projection surface, the arrangement positions of the light-transmitting film (30) and the light-shielding film (40) may be shifted not only in the left-right direction but also in the front-rear direction. The overlap area is suppressed from increasing or decreasing due to the shift in the front-rear direction. This more effectively suppresses the left / right ratio detection accuracy from being reduced due to manufacturing variations.
請求項3に記載のように、遮光膜(40)は、透光膜(30)に多層に形成され、各層の遮光膜(40)に形成された開口部(50)によって、光の仰角が規定された構成が良い。これによれば、一対の受光素子(21,22)の間に、多層の遮光膜(40)が位置するので、ある開口部(51)から入射した光が、その開口部(51)と対応する受光素子(21)以外の受光素子(22)に入射することが抑制される。これにより、各受光素子(21,22)の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。 According to a third aspect of the present invention, the light shielding film (40) is formed in multiple layers on the light transmissive film (30), and the opening angle (50) formed in the light shielding film (40) of each layer increases the elevation angle of light. The specified configuration is good. According to this, since the multilayer light shielding film (40) is located between the pair of light receiving elements (21, 22), the light incident from the certain opening (51) corresponds to the opening (51). Incident light receiving elements (22) other than the receiving light receiving element (21) are suppressed. Thereby, it is suppressed that disturbance noise is contained in the output signal of each light receiving element (21, 22).
請求項4〜6に記載の発明の作用効果は、請求項1〜3いずれかに記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。 The operational effects of the inventions according to claims 4 to 6 are the same as the operational effects of the invention according to any one of claims 1 to 3, so the description thereof is omitted.
以下、本発明に係る光センサを車両に搭載した場合の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。図3は、補正部の概略構成を説明するためのブロック図である。なお、図1では、後述する受光素子21,22を破線で示し、重なり面積J1,J2にハッチングを入れ、補正部60を省略している。また、以下においては、受光素子20の形成面10aに沿い、車両の前後を貫く方向を前後方向、形成面10aに沿い、車両の左右を貫く方向を左右方向と示す。そして、形成面10aに直交する方向を高さ方向と示す。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment when an optical sensor according to the present invention is mounted on a vehicle will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the photosensor according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a block diagram for explaining a schematic configuration of the correction unit. In FIG. 1,
光センサ100は、車両のフロントパネルに搭載され、主として、太陽の位置を検出するのに使用される。光センサ100は、図1〜図3に示すように、要部として、半導体基板10と、受光素子20と、透光膜30と、遮光膜40と、開口部50と、補正部60と、を有する。半導体基板10の形成面10a側に受光素子20が形成され、受光素子20の形成面10a上に透光膜30が形成され、透光膜30に遮光膜40が形成されている。そして、遮光膜40には、透光用の開口部50が形成され、この開口部50を介して、光が受光素子20に入射するようになっている。受光素子20の出力信号は、AD変換回路(図示略)にてデジタル信号に変換された後、補正部60に出力され、補正部60にて補正された後、外部素子(図示略)に出力される。
The
半導体基板10は、矩形状を成し、上記した受光素子20や、補正部60を構成する電子素子(図示略)が形成されている。これら電子素子は、半導体基板10に形成された配線パターン(図示略)を介して電気的に接続されている。
The
受光素子20は、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10の形成面10a側に形成されている。図1に示すように、形成面10aには、前後方向に沿う仮想直線VLを介して線対称の関係にある一対の受光素子21,22が形成されている。
The
透光膜30は、光透過性と絶縁性とを有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアクリル樹脂がある。図2に示すように、透光膜30は、形成面10a上に、一層形成されている。
The
遮光膜40は、遮光性と導電性を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアルミニウムがある。図2に示すように、遮光膜40は、透光膜30に一層形成され、透光用の開口部50が形成されている。なお、図示しないが、遮光膜40は、半導体基板10に形成された配線パターンと電気的に接続しており、各電子素子を電気的に接続する配線としての機能も果たすようになっている。
The
開口部50は、受光素子20に入射する光を規定するものである。図1に示すように、遮光膜40には、仮想直線VLを介して線対称の関係にある一対の開口部51,52が形成されている。これら開口部51,52によって、受光素子21,22に入射する光の仰角が規定され、開口部51,52と受光素子21,22との配置位置によって、受光素子21,22に入射する光の左右角が規定されている。
The
補正部60は、受光素子21,22の出力信号S1,S2を補正するものである。補正部60は、後述する第1補正数ΔG1を記憶し、第1補正数ΔG1を入力信号に乗算する乗算部61と、受光素子21,22の出力信号と乗算部61の出力信号とを演算する演算部62と、を有する。
The
次に、本実施形態に係る光センサ100の製造方法を説明する。先ず、仮想直線VLを介して線対称となるように、一対の受光素子21,22を形成面10a側に形成する。以上が、素子形成工程である。
Next, a method for manufacturing the
該素子形成工程後、一対の開口部51,52が仮想直線VLを介して線対称となるように、透光膜30と遮光膜40を形成面10a上に形成する。以上が、膜形成工程である。
After the element formation step, the light-transmitting
該膜形成工程後、高さ方向に沿う光を、開口部51,52を介して受光素子21,22に照射して、一対の受光素子21,21それぞれの出力信号SV1,SV2を検出する。そして、SV1とSV2とを比較し、SV1がSV2よりも低い場合、第1補正数ΔG1として、(SV2−SV1)/(SV1+SV2)を乗算部61に記憶する。そして、演算部62が、乗算部61の出力信号ΔG1S1とS1を加算した(1+ΔG1)S1、及び、乗算部61の出力信号ΔG1S2とS2を差分した(1−ΔG1)S2を演算するようにプログラムする。反対に、SV1がSV2よりも大きい場合、第1補正数ΔG1として、(SV1−SV2)/(SV1+SV2)を乗算部61に記憶する。そして、演算部62が(1−ΔG1)S1、及び、(1+ΔG1)S2を演算するようにプログラムする。以上が、記憶工程である。
After the film forming step, light along the height direction is irradiated to the
以上の工程を実施することで、光センサ100が製造される。本実施形態では、SV1がSV2よりも低く、乗算部61には、第1補正数ΔG1=(SV2−SV1)/(SV1+SV2)が記憶されているとする。また、演算部62は(1+ΔG1)S1、及び、(1−ΔG1)S2を演算するようにプログラムされているとする。
The
次に、本実施形態に係る光センサ100の特徴点を説明する。上記したように、対を成す受光素子21,22は仮想直線VLに対して線対称となり、対を成す開口部51,52は、仮想直線VLに対して線対称となっている。そして、第1受光素子21が仮想直線VLから左方に位置し、第2受光素子22が仮想直線VLから右方に位置している。同じく、第1開口部51が仮想直線VLから左方に位置し、第2開口部52が仮想直線VLから右方に位置している。
Next, feature points of the
図1に示すように、高さ方向に沿う光によって形成面10aに投影された、開口部51,52の投影面の一部が、対応する受光素子21,22の受光面に重なっている。これにより、高さ方向に沿う光を、開口部51,52を介して受光素子21,22に照射した際に、受光素子21,22から出力される出力信号SV1,SV2が同一となることが期待される。
As shown in FIG. 1, a part of the projection surface of the
また、図1に示すように、投影面の残りの一部が、左右方向に沿って、受光面から仮想直線VL側に突出して、投影面と受光面とが形成面10a上に成す平面形状が略凸形状を成している。この形状により、第1受光素子21は、第1開口部51を介して右方から入射してくる光を受光し易く、左方から入射してくる光を受光し難くなっている。反対に、第2受光素子22は、第2開口部52を介して左方から入射してくる光を受光し易く、右方から入射してくる光を受光し難くなっている。また、第1受光素子21は、第1開口部51を介して右前方及び右後方から入射してくる光を、右方から入射してくる光と同程度に受光し、光の前後方向の成分に依存し難くなっている。同じく、第2受光素子22は、第2開口部52を介して左前方及び左後方から入射してくる光を、左方から入射してくる光と同程度に受光し、光の前後方向の成分に依存し難くなっている。
Further, as shown in FIG. 1, the remaining part of the projection surface protrudes from the light receiving surface toward the virtual straight line VL along the left-right direction, and the projection surface and the light receiving surface are formed on the
補正部60は、出力信号SV1,SV2に基づいて、出力信号SV1,SV2が互いに一致するように、受光素子21,22の出力信号S1,S2を補正するものである。乗算部61からは、ΔG1が出力信号S1,S2に乗算された、ΔG1S1,ΔG1S2が出力され、この出力信号が演算部62に入力される。演算部62は、乗算部61の出力信号ΔG1S1とS1を加算した(1+ΔG1)S1、及び、乗算部61の出力信号ΔG1S2とS2を差分した(1−ΔG1)S2を演算し、演算した信号を外部素子に出力する。なお、この演算が、特許請求の範囲に記載の「(1+ΔG1)を出力信号S1に乗算し、(1−ΔG1)を出力信号S2に乗算する」、に相当する。
The
外部素子では、演算部62の出力信号、すなわち、補正部60によって補正された受光素子21,22の出力信号(1+ΔG1)S1,(1−ΔG1)S2に基づいて、補正後の第1受光素子21の出力信号を補正後の2つの受光素子21,22の出力信号の総和によって割った値(第1の値)と、補正後の第2受光素子22の出力信号を補正後の2つの受光素子21,22の出力信号の総和によって割った値(第2の値)とを算出する。そして、これら2つの値の比である、光の左右比を算出する。この左右比によって、光の入射角度を概算する。また、左右比と、補正後の受光素子21,22の出力信号(1+ΔG1)S1,(1−ΔG1)S2とに基づいて、光の照射量を概算する。
In the external element, the corrected first light-receiving element based on the output signal of the
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、高さ方向に沿う光を、開口部51,52を介して受光素子21,22に照射した際に、受光素子21,22から出力される出力信号SV1,SV2が同一となることが期待される。しかしながら、開口部51,52に製造バラツキが生じると、その製造ばらつきの分、受光面と投影面との重なり面積が異なり、出力信号SV1,SV2が異なることとなる。この結果、上記した第1の値と第2の値とが異なり、これら2つの値の比である、光の左右比の検出精度が低下する虞がある。
Next, functions and effects of the
これに対して、本実施形態では、出力信号SV1,SV2に基づいて、出力信号SV1,SV2が互いに一致するように、出力信号S1,S2を補正する。これによれば、各受光素子21,22の出力信号に含まれていた、開口部51,52の製造バラツキが補正されるので、光の左右比の検出精度の低下が抑制される。
On the other hand, in the present embodiment, the output signals S1 and S2 are corrected based on the output signals SV1 and SV2 so that the output signals SV1 and SV2 coincide with each other. According to this, since the manufacturing variation of the
乗算部61は、第1補正数ΔG1=(SV2−SV1)/(SV1+SV2)を記憶し、ΔG1を出力信号S1,S2に乗算して出力し、演算部62は、乗算部61の出力信号ΔG1S1とS1を加算した(1+ΔG1)S1、及び、乗算部61の出力信号ΔG1S2とS2を差分した(1−ΔG1)S2を演算する。
The
形成面10aに透光膜30と遮光膜40とが積層されているが、これらを積層する過程において、設計時の膜30,40の形状及び開口部50の形状を維持した状態で平行移動するように、膜30,40の配置位置がずれる虞がある。配置位置がずれると、第1受光素子21の受光面と対応する第1開口部51の投影面との重なり面積(以下、第1重なり面積J1と示す)が減少し、第2受光素子22の受光面と対応する第2開口部52の投影面との重なり面積(以下、第2重なり面積J2と示す)が増大する。若しくは、第1重なり面積J1が増大し、第2重なり面積J2が減少する。重なり面積J1,J2と出力信号SV1,SV2とは比例関係にあり、本実施形態では、SV1がSV2よりも低くなっているので、第1重なり面積J1が減少し、第2重なり面積J2が増大していることとなる。
The light-transmitting
減少量と増大量とは同一であり、その量は、配置位置のずれ(開口部50の製造ばらつき)に一致する(以下、ずれ量をΔJと示す)。したがって、製造ばらつきのない場合の重なり面積(設計面積)をJとすると、J1=J−ΔJ,J2=J+ΔJが成立する。 The amount of decrease and the amount of increase are the same, and the amount corresponds to the displacement of the arrangement position (manufacturing variation of the opening 50) (hereinafter, the amount of displacement is denoted by ΔJ). Therefore, if the overlapping area (design area) when there is no manufacturing variation is J, J1 = J−ΔJ and J2 = J + ΔJ are established.
上記したように、重なり面積J1,J2と出力信号SV1,SV2とは比例関係にある。そのため、近似的に、SV1/SV2=J1/J2が成立する。この式に、J1=J−ΔJ,J2=J+ΔJを代入して、ΔJについて解くと、ΔJ=J×(SV2−SV1)/(SV1+SV2)=JΔG1となる。したがって、製造ばらつきのない場合の受光素子21,22の出力信号をSVとすると、製造ばらつきによる出力信号のずれ量ΔSは、SVΔG1と表される。
As described above, the overlapping areas J1 and J2 and the output signals SV1 and SV2 are in a proportional relationship. Therefore, approximately SV1 / SV2 = J1 / J2 is established. Substituting J1 = J−ΔJ and J2 = J + ΔJ into this equation and solving for ΔJ, ΔJ = J × (SV2−SV1) / (SV1 + SV2) = JΔG1. Therefore, when the output signal of the
第1受光素子21では、重なり面積が減少したので、出力信号がΔSだけ減ったことになる。したがって、出力信号S1にΔSだけ加算すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に(1+ΔG1)S1と表される。反対に、第2受光素子22では、重なり面積が増大したので、出力信号がΔSだけ増えたことになる。したがって、出力信号S2からΔSだけ差分すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に(1−ΔG1)S2と表される。
In the first
以上、示したように、(1+ΔG1)S1を演算し、(1−ΔG1)S2に演算することで、各出力信号S1,S2が補正される。 As described above, each output signal S1, S2 is corrected by calculating (1 + ΔG1) S1 and calculating (1−ΔG1) S2.
図1に示すように、投影面と受光面とが成す平面形状が、投影面の一部が左右方向に突出する、略凸形状を成している。この構成の場合、投影面の前後方向に、受光面が位置するので、透光膜30と遮光膜40の配置位置が、左右方向だけではなく、前後方向にずれていたとしても、前後方向へのずれによって、重なり面積が増減することが抑制される。これにより、左右比の検出精度が、製造ばらつきによって低下することがより効果的に抑制される。
As shown in FIG. 1, the planar shape formed by the projection surface and the light receiving surface has a substantially convex shape in which a part of the projection surface protrudes in the left-right direction. In the case of this configuration, since the light receiving surface is positioned in the front-rear direction of the projection surface, even if the arrangement positions of the light-transmitting
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。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態では、光センサ100が車両に搭載された例を示した。しかしながら、光センサ100の適用としては、上記例に限定されない。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態では、乗算部61からは、ΔG1が出力信号S1,S2に乗算された、ΔG1S1,ΔG1S2が出力される例を示した。しかしながら、乗算部61は、出力信号S1,S2が入力される度に、第2補正数ΔG2=(S2−S1)/(S1+S2)+ΔG1を算出し、これを乗算したΔG2S1,ΔG2S2を出力してもよい。この場合、演算部62は、乗算部61の出力信号ΔG2S1とS1を加算した(1+ΔG2)S1、及び、乗算部61の出力信号ΔG2S2とS2を差分した(1−ΔG2)S2を演算し、演算した信号を外部素子に出力する。
In the present embodiment, an example in which ΔG1S1 and ΔG1S2 obtained by multiplying the output signals S1 and S2 by ΔG1 is output from the
上記した(1+ΔG2)は2S2/(S1+S2)+ΔG1、(1−ΔG2)は2S1/(S1+S2)+ΔG1と表すことができる。これらの第2項は、製造ばらつきを補正する項であり、第1項は、補正前の第1受光素子21の出力信号を補正前の2つの受光素子21,22の出力信号の総和によって割った値(第1の値)と、補正前の第2受光素子22の出力信号を補正前の2つの受光素子21,22の出力信号の総和によって割った値(第2の値)の2倍の値である。光の入射角度が、高さ方向から左右に変化すると、光の入射面積が変動し、出力信号S1、S2の絶対値が変動する。その変動量は、上記した光の入射角度に比例し、その入射角度は、上記した第1の値、第2の値によって、概略的に表される。したがって、上記したように、(1+ΔG2)S1を演算し、(1−ΔG2)S2を演算することで、製造ばらつきが抑制され、且つ、光の入射角度に依存し難い出力信号を得ることができる。これにより、光の日射量を検出することができる。
The above (1 + ΔG2) can be expressed as 2S2 / (S1 + S2) + ΔG1, and (1−ΔG2) can be expressed as 2S1 / (S1 + S2) + ΔG1. These second terms are terms for correcting manufacturing variations, and the first term is obtained by dividing the output signal of the first
本実施形態では、図1に示すように、一対の受光素子21,22及び一対の開口部51,52が左右方向に並んだ例を示した。しかしながら、一対の受光素子21,22及び一対の開口部51,52それぞれの形状が線対称な構造を有していれば良く、それぞれの配置位置は上記例に限定されない。図4に示すように、一対の受光素子21,22及び一対の開口部51,52が、前後方向にずれて、左右方向に並んでいなくとも良い。図4は、光センサの変形例を示す平面図である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an example in which a pair of light receiving
本実施形態では、一対の受光素子21,22が半導体基板10に形成された例を示した。しかしながら、対を成す受光素子20の組み数としては、2組以上でもよい。例えば、図5に示すように、前後方向に対を成す受光素子23,24が形成されても良い。図5は、光センサの変形例を示す平面図である。
In the present embodiment, an example in which the pair of light receiving
本実施形態では、透光膜30が1層であり、遮光膜40が1層である例を示した。しかしながら、透光膜30及び遮光膜40それぞれの層数は上記例に限定されず、例えば、透光膜30が2層であり、遮光膜40が2層である構成を採用することもできる。これによれば、一対の受光素子21,22の間に、多層の遮光膜40が位置するので、ある開口部50から入射した光が、その開口部50と対応する受光素子20以外の受光素子20に入射することが抑制される。これにより、各受光素子20の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。
In the present embodiment, an example in which the light-transmitting
本実施形態では、遮光膜40が、遮光性と導電性を有する材料から成る例を示した。しかしながら、遮光膜40によって、半導体基板10に形成された各電子素子を電気的に接続しなくとも良い場合、遮光膜40を、光を吸収する性質を有する材料によって形成しても良い。
In this embodiment, the example which the
10・・・半導体基板
20・・・受光素子
30・・・透光膜
40・・・遮光膜
50・・・開口部
60・・・補正部
100・・・光センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記形成面(10a)の一方向に沿う仮想直線(VL)を介して線対称の関係にある一対の前記受光素子(21,22)が前記半導体基板(10)に形成され、
前記仮想直線(VL)を介して線対称の関係にある一対の前記開口部(51,52)が、一対の前記受光素子(21,22)に対応して前記遮光膜(40)に形成され、
前記形成面(10a)に直交する高さ方向に沿って、前記形成面(10a)へ投影された一対の前記開口部(51,52)それぞれの投影面の一部が対応する前記受光素子の受光面に重なっており、
前記高さ方向に沿う光を、前記開口部(51,52)を介して前記受光素子(21,22)に照射した際に、一対の前記受光素子(21,22)から出力される出力信号に基づいて、前記高さ方向に沿う光が前記開口部(51,52)を介して前記受光素子(21,22)に入射した際に出力される一対の前記受光素子(21,22)それぞれの出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する補正部(60)を有し、
一対の前記受光素子(21,22)の内の一方の前記受光素子(21)の出力信号をS1、他方の出力信号をS2、前記高さ方向に沿う光が前記開口部(51,52)を介して前記受光素子(21,21)に入射した際の出力信号S1をSV1、出力信号S2をSV2とすると、前記補正部(60)は、第1補正数ΔG1=(SV2−SV1)/(SV1+SV2)を記憶しており、(1+ΔG1)を出力信号S1に乗算し、(1−ΔG1)を出力信号S2に乗算することで、各出力信号S1,S2を補正することを特徴とする光センサ。 A plurality of light receiving elements (20) are formed on the semiconductor substrate (10), and a light shielding film (30) is formed on the formation surface (10a) of the light receiving element (20) in the semiconductor substrate (10) via a light transmitting film (30). 40), a light-transmitting opening (50) is formed in the light shielding film (40), and the light sensor (20) receives light through the opening (50). Because
A pair of the light receiving elements (21, 22) having a line symmetrical relationship via a virtual straight line (VL) along one direction of the formation surface (10a) is formed on the semiconductor substrate (10),
A pair of openings (51, 52) having a line-symmetric relationship via the virtual straight line (VL) is formed in the light shielding film (40) corresponding to the pair of light receiving elements (21, 22). ,
A part of the projection surface of each of the pair of openings (51, 52) projected onto the formation surface (10a) along the height direction orthogonal to the formation surface (10a) corresponds to the corresponding light receiving element. It overlaps the light receiving surface,
Output signals output from the pair of light receiving elements (21, 22) when the light along the height direction is irradiated to the light receiving elements (21, 22) through the openings (51, 52). The pair of light receiving elements (21, 22) output when light along the height direction enters the light receiving elements (21, 22) through the openings (51, 52), respectively. as the output signal of coincide with each other, have a correction unit (60) for correcting the respective output signals,
Of the pair of light receiving elements (21, 22), the output signal of one of the light receiving elements (21) is S1, the other output signal is S2, and the light along the height direction is the opening (51, 52). Assuming that the output signal S1 when incident on the light receiving element (21, 21) via SV1 is SV1 and the output signal S2 is SV2, the correction unit (60) has the first correction number ΔG1 = (SV2−SV1) / (SV1 + SV2) is stored, and (1 + ΔG1) is multiplied by the output signal S1, and (1-ΔG1) is multiplied by the output signal S2, thereby correcting each output signal S1, S2. Sensor.
前記高さ方向に沿う光が前記開口部(51,52)を介して前記受光素子(21,22)に入射した際に、一対の前記受光素子(21,22)の内の一方の前記受光素子(21)の出力信号をSV1,他方の出力信号をSV2とすると、第1補正数ΔG1=(SV2−SV1)/(SV1+SV2)を算出して、記憶しておく記憶工程を有することを特徴とする光センサの製造方法。 A method for manufacturing an optical sensor according to claim 1,
When light along the height direction enters the light receiving element (21, 22) through the opening (51, 52), one of the light receiving elements of the pair of light receiving elements (21, 22) is received. When the output signal of the device (21) SV1, the other output signal SV2, to calculate the first correction number .DELTA.G1 = a (SV2-SV1) / (SV1 + SV2), having a memory to keep storing step Rukoto the method of manufacturing an optical sensor you characterized.
該膜形成工程において、前記形成面(10a)に沿い、前記仮想直線(VL)に直交する方向に前記投影面の一部が前記受光面から突出して、前記投影面と前記受光面とが前記形成面(10a)上に成す平面形状が略凸形状を成すように、前記遮光膜(40)及び前記透光膜(30)を形成することを特徴とする請求項4に記載の光センサの製造方法。 The pair of openings (51, 52) are symmetrical with respect to the virtual straight line (VL), and the pair of openings (51, 52) projected onto the formation surface (10a) along the height direction. A film forming step of forming the light-shielding film (40) and the light-transmitting film (30) on the formation surface (10a) such that a part of each projection surface overlaps the light-receiving surface of the corresponding light-receiving element. Have
In the film forming step, a part of the projection surface protrudes from the light receiving surface along the formation surface (10a) in a direction perpendicular to the virtual straight line (VL), and the projection surface and the light receiving surface are the optical sensor of claim 4 planar shape formed on the forming surface (10a) is to form a generally convex shape, characterized that you form the light shielding film (40) and said transparent film (30) Manufacturing method .
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