JP5907011B2 - 光センサ - Google Patents

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Description

本発明は、受光部と、該受光部に入射する入射光の入射角度を規定する規定部と、入射光の波長を選定する選定部と、を有す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、フォトダイオードと、フォトダイオードの受光領域に対する入射光の入射角度を制限する角度制限フィルターと、入射光のうちの特定波長の光を透過する光バンドパスフィルターと、を含む光学センサーが提案されている。角度制限フィルターは、遮光物質によって形成され、光バンドパスフィルターは、多層薄膜によって形成されている。そして、角度制限フィルターは、フォトダイオード上に形成され、光バンドパスフィルターは、角度制限フィルター上に形成されている。
特開２０１１−２０３２４７号公報
上記したように、特許文献１に示される光学センサーでは、角度制限フィルターが遮光物質によって形成され、光バンドパスフィルターが多層薄膜によって形成され、角度制限フィルターと光バンドパスフィルターとが別体になっている。そのため、光学センサーの体格が増大する、という問題があった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、体格の増大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、受光部（１０）と、該受光部に入射する入射光の入射角度を規定する規定部（３０）と、入射光の波長を選定する選定部（５０）と、を有する光センサであって、規定部、及び、選定部それぞれは、受光部の上方に設けられた同一の遮光膜（３２）に形成されており、規定部は、遮光膜に形成された開口部（３３）を有し、選定部は、開口部によって囲まれた領域内に設けられた、遮光膜から成るスリット（５１）を有しており、受光部を複数有し、複数の受光部（１２〜１４）それぞれに対応するスリット（５２〜５４）によって選定される入射光の波長は、異なり、複数の受光部の内の１つとして、雨量を検出するレインセンサに適用されるレインセンサ用受光部（１２）を有し、透明板に光を照射して、該透明板にて反射された反射光をレインセンサ用受光部に入射させる発光部（７０）を有し、レインセンサ用受光部に対応するスリット（５２）は、発光部にて照射される光に主として含まれる波長帯域を選定し、複数の受光部の内の１つとして、光の入射角度を検出する角度センサに適用される角度センサ用受光部（１３）を有し、角度センサ用受光部に対応するスリット（５３）は、発光部にて照射される光に主として含まれる波長帯域を除く波長帯域を選定することを特徴とする。
このように本発明によれば、規定部（３０）、及び、選定部（５０）それぞれは遮光膜（３２）を共有しており、規定部（３０）は、遮光膜（３２）に形成された開口部（３３）を有し、選定部（５０）は、遮光膜（３２）から成るスリット（５１）を有する。これによれば、規定部と選定部とが別体である構成と比べて、光センサ（１００）の体格の増大が抑制される。
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。 光センサの主要部を説明するための断面図である。 開口部とスリットを説明するための上面図である。 スリットの変形例を説明するための断面図である。 スリットの変形例を説明するための断面図である。 スリットの変形例を説明するための上面図である。
以下、本発明が、車両のフロントウインドに搭載された場合の実施形態を図に基づいて説明する。なお、フロントウインドは、特許請求の範囲に記載の透明板に相当する。
（第１実施形態）
図１〜図３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、受光部１０と、規定部３０と、選定部５０と、を有する。規定部３０は、受光部１０に入射する入射光の入射角度を規定し、選定部５０は、入射光の波長を選定する機能を果たす。本実施形態に係る光センサ１００は、上記した主要部１０〜５０の他に、発光部７０と収納部８０を有する。図１に示すように、収納部８０はフロントウインドの内壁面に搭載され、収納部８０とフロントウインドとによって構成される収納空間内に、受光部１０、規定部３０、選定部５０、及び、発光部７０それぞれが設けられている。受光部１０には、フロントウインド、規定部３０、及び、選定部５０を介した車外の光と、発光部７０から照射された光とが入射される。
受光部１０は、規定部３０によって入射角度が規定され、選定部５０によって波長が選定された入射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部１０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側に形成されている。本実施形態に係る受光部１０は、３つの受光部１２〜１４を有し、受光部１２〜１４それぞれの受光範囲（検出できる光の波長帯域）は異なっている。
規定部３０は、透光性を有する透光膜３１と、遮光性を有する遮光膜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、本実施形態では、３つの遮光膜３２が、形成面１１ａ（受光部１０）の上方に所定の間隔を空けて積層され、各遮光膜３２に開口部３３が形成されている。開口部３３は、受光部１２〜１４それぞれに対応する開口部３４〜３６を有し、図２に破線矢印で示すように、開口部３４〜３６によって規定される入射光の入射角度は、異なっている。また、図３に破線で示すように、開口部３４〜３６それぞれの開口面積も異なっている。
選定部５０は、規定部３０が有する遮光膜３２を共有しており、その共有する遮光膜３２から成るスリット５１を有する。上記したように、本実施形態では、３つの遮光膜３２が、形成面１１ａの上方に所定の間隔を空けて積層されている。選定部５０は、３つの遮光膜３２の内、形成面１１ａから２層目と３層目の遮光膜３２を規定部３０と共有しており、共有する遮光膜３２にスリット５１が形成されている。
スリット５１は、開口部３３によって囲まれた領域内に設けられた遮光膜３２から成り、受光部１２〜１４それぞれに対応するスリット５２〜５４を有する。スリット５２〜５４によって選定される入射光の波長は異なっており、第１スリット５２は、発光部７０にて照射される光に主として含まれる波長帯域を選定し、第２スリット５３は、発光部７０にて照射される光に主として含まれる波長帯域を除く波長帯域を選定する。そして、第３スリット５４は、赤外線を選定する。図２に示すように、本実施形態では、第１スリット５２は、２層目と３層目の遮光膜３２それぞれに形成され、スリット５３，５４は、３層目の遮光膜３２に形成されている。
ちなみに、スリット５２〜５４は、図３に示すように、開口部３３によって囲まれた領域内の遮光膜３２に複数形成されており、その平面形状は矩形となっている。この複数のスリット５１によって、表面プラズモン共鳴を利用したフィルタが形成され、このフィルタによって、選定される入射光の波長が決定される。
表面プラズモンは、２つの異なる物質の界面に存在し、その表面プラズモンと共鳴するエネルギーを有する光、すなわち、共鳴する波長帯域を有する光が界面に入射すると、表面プラズモンと共鳴して、光の強度が強まる。この結果、強度の強まった光が、受光部１０に入射される。なお、表面プラズモンは、界面を形成する２つの物質の物性、形状、及び、界面と界面の間隔に依存する。そのため、界面を形成する物質を適宜変更する、界面の形状を適宜変更する、及び、界面と界面の間隔を適宜変更することで、強度が強まる波長帯域の光を選択することができる。本実施形態で言えば、透光膜３１と遮光膜３２を構成する物質を適宜変更する、スリット５１の形状を適宜変更する、及び、スリット５１の間隔を適宜変更することで、強度が強まる波長帯域の光を選択することができる。
発光部７０は、フロントウインドに光を照射して、フロントウインドにて反射された反射光を第１受光部１２に入射させるものである。本実施形態に係る発光部７０は、ＬＥＤであり、照射する光の波長帯域は、可視光よりも長波長となっている。発光部７０は、半導体基板１１に設けられている。
収納部８０は、受光部１０、規定部３０、選定部５０、及び、発光部７０それぞれを収納しつつ、受光部１０とフロントウインドとの相対位置を決定するものである。収納部８０は、発光部７０から照射される光を吸収する物質から成る。
次に、光センサ１００にて構成される各種センサについて説明する。上記したように、受光部１０は、３つの受光部１２〜１４を有し、規定部３０は、３つの開口部３４〜３６を有し、選定部５０は、３つのスリット５２〜５４を有する。第１受光部１２、第１開口部３４、第１スリット５２、及び、発光部７０によって、雨量を検出するレインセンサが構成され、第２受光部１３、第２開口部３５、及び、第２スリット５３によって、車両に入射する光の入射角度を検出する角度センサが構成されている。そして、第３受光部１４、第３開口部３６、及び、第３スリット５４によって、日射量を検出する日射センサが構成されている。なお、第１受光部１２は、特許請求の範囲に記載のレインセンサ用受光部に相当し、第２受光部１３は、特許請求の範囲に記載の角度センサ用受光部に相当し、第３受光部１４は、特許請求の範囲に記載の日射センサ用受光部に相当する。
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、規定部３０、及び、選定部５０それぞれは遮光膜３２を共有しており、規定部３０は、遮光膜３２に形成された開口部３３を有し、選定部５０は、遮光膜３２から成るスリット５１を有する。これによれば、規定部と選定部とが別体である構成と比べて、光センサ１００の体格の増大が抑制される。
スリット５２〜５４によって選定される入射光の波長は、異なっている。これによれば、受光部１２〜１４によって、波長の異なる光を検出することができる。
第１受光部１２に対応する第１スリット５２は、発光部７０にて照射される光に主として含まれる波長帯域を選定する。これによれば、発光部７０にて照射された光に主として含まれる波長帯域以外の波長帯域を有する光が、第１受光部１２に入射することが抑制される。そのため、第１受光部１２への外乱光の入射が抑制され、雨量の検出精度の低下が抑制される。
第２受光部１３に対応する第２スリット５３は、発光部７０にて照射される光に主として含まれる波長帯域を除く波長帯域を選定する。これによれば、発光部７０にて照射された光が、第２受光部１３に入射することが抑制される。そのため、光の入射角度の検出精度の低下が抑制される。
第３受光部１４に対応する第３スリット５４は、赤外線を選定する。赤外線の輻射は、対象物に熱を与える効果がある。しがって、第３受光部１４にて赤外線を検出することで、輻射による光センサ１００の温度上昇を検出することができる。
形成面１１ａの上方に複数の遮光膜３２が積層され、各遮光膜３２に開口部３３が形成されている。これによれば、形成面の上方に１つの遮光膜が積層され、この遮光膜に開口部が形成された構成と比べて、入射角度を狭めることができる。
規定部３０、及び、選定部５０それぞれは、２つの遮光膜３２を共有しており、第１受光部１２に対応する第１スリット５２は、２つの遮光膜３２に形成されている。これによれば、第１スリットが１つの遮光膜に形成された構成と比べて、第１受光部１２に入射する入射光の半値幅が狭まり、第１受光部１２への外乱光の入射が抑制される。このため、雨量の検出精度の低下が抑制される。ちなみに、半値幅とは、入射光強度のピーク値から、ピーク値の半分の値になるまでの幅である。
受光部１２〜１４それぞれに対応する開口部３４〜３６によって規定される入射光の入射角度は、異なっている。これによれば、受光部１２〜１４それぞれによって、入射角度の異なる光を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、スリット５１の平面形状が矩形である例を示した。しかしながら、スリット５１の平面形状としては、上記例に限定されず、例えば、円、楕円、多角形などを採用することもできる。
本実施形態では、開口部３３によって囲まれた領域内の遮光膜３２に複数形成されたスリット５１によって、表面プラズモン共鳴を利用したフィルタが形成された例を示した。しかしながら、スリット５１によって形成されるフィルタとしては、上記例に限定されない。例えば、図４〜図６に示すように、スリット５１によって、回折格子を利用したフィルタを形成することもできる。
回折格子に光が入射すると、回折格子を構成するスリット５１によって、光は回折される。各スリット５１にて回折された光は、干渉し、特定波長の光の強度が強まる。この結果、強度の強まった光が、受光部１０に入射される。なお、強度が強まる特定波長は、スリット５１の幅ｄ、及び、スリット５１の形状に依存する。そのため、スリット５１の幅ｄを適宜変更する、及び、スリット５１の形状を適宜変更することで、強度が強まる波長帯域の光を選択することができる。
本実施形態では、３つの遮光膜３２が、形成面１１ａの上方に所定の間隔を空けて積層された例を示した。しかしながら、形成面１１ａの上方に積層される遮光膜３２としては、上記例に限定されない。例えば、１層でも、２層でも、４層でも良い。
本実施形態では、選定部５０は、３つの遮光膜３２の内、形成面１１ａから２層目と３層目の遮光膜３２を規定部３０と共有している例を示した。しかしながら、共有する数としては、上記例に限定されず、１層以上であれば良い。
本実施形態では、スリット５２〜５４によって選定される入射光の波長は異なっている例を示した。しかしながら、スリット５２〜５４によって選定される入射光の波長は異なっていなくとも良い。
本実施形態では、第１スリット５２は、２層目と３層目の遮光膜３２それぞれに形成され、スリット５３，５４は、３層目の遮光膜３２に形成された例を示した。しかしながら、スリット５２〜５４は、選定部５０が規定部３０と共有する複数の遮光膜３２の内の少なくとも１つに形成されていれば良い。
本実施形態では、開口部３４〜３６によって規定される入射光の入射角度は、異なっている例を示した。しかしながら、開口部３４〜３６によって規定される入射光の入射角度は、異なっていなくとも良い。
本実施形態では、開口部３４〜３６それぞれの開口面積が異なっている例を示した。しかしながら、開口部３４〜３６それぞれの開口面積は異なっていなくとも良い。
本実施形態では、受光部１０は、受光部１２〜１４を有する例を示した。しかしながら、受光部の数としては、上記例に限定されない。
本実施形態では、光センサ１００にて、レインセンサ、角度センサ、及び、日射センサが構成された例を示した。しかしながら、光センサ１００にて構成されるセンサとしては、上記例に限定されない。また、構成されるセンサの数としては、上記例に限定されない。
１０・・・受光部
３０・・・規定部
３２・・・遮光膜
３３・・・開口部
５０・・・規定部
５１・・・スリット
１００・・・光センサ

Claims (5)

  1. 受光部（１０）と、
    該受光部に入射する入射光の入射角度を規定する規定部（３０）と、
    前記入射光の波長を選定する選定部（５０）と、を有する光センサであって、
    前記規定部、及び、前記選定部それぞれは、前記受光部の上方に設けられた同一の遮光膜（３２）に形成されており、
    前記規定部は、前記遮光膜に形成された開口部（３３）を有し、
    前記選定部は、前記開口部によって囲まれた領域内に設けられた、前記遮光膜から成るスリット（５１）を有しており、
    前記受光部を複数有し、
    複数の前記受光部（１２〜１４）それぞれに対応するスリット（５２〜５４）によって選定される入射光の波長は、異なり、
    複数の前記受光部の内の１つとして、雨量を検出するレインセンサに適用されるレインセンサ用受光部（１２）を有し、
    透明板に光を照射して、該透明板にて反射された反射光を前記レインセンサ用受光部に入射させる発光部（７０）を有し、
    前記レインセンサ用受光部に対応するスリット（５２）は、前記発光部にて照射される光に主として含まれる波長帯域を選定し、
    複数の前記受光部の内の１つとして、光の入射角度を検出する角度センサに適用される角度センサ用受光部（１３）を有し、
    前記角度センサ用受光部に対応するスリット（５３）は、前記発光部にて照射される光に主として含まれる波長帯域を除く波長帯域を選定することを特徴とする光センサ。
  2. 複数の前記受光部の内の１つとして、日射量を検出する日射センサに適用される日射センサ用受光部（１４）を有し、
    前記日射センサ用受光部に対応するスリット（５４）は、赤外線を選定することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
  3. 前記遮光膜は、前記受光部の上方に所定の間隔を空けて複数積層され、
    前記規定部、及び、前記選定部それぞれは、複数の前記遮光膜の内の同一の少なくとも１つに形成されており、
    前記開口部は、複数の前記遮光膜それぞれに形成され、
    前記スリットは、前記規定部と前記選定部とが共有する遮光膜から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ。
  4. 前記規定部、及び、前記選定部それぞれは、複数の前記遮光膜の内の同一の少なくとも２つに形成されており、
    前記レインセンサ用受光部に対応するスリット（５２）は、少なくとも２つの前記遮光膜に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
  5. 複数の前記受光部それぞれに対応する開口部によって規定される入射光の入射角度は、異なってい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。
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