JP6950270B2 - ライトセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ライトセンサに関する。

従来より、複数の受光素子が形成された半導体基板を有するライトセンサが、例えば特許文献１で提案されている。このライトセンサは、半導体基板の上に遮光手段が設けられている。遮光手段は、各受光素子にそれぞれ対応した複数の導光部を有している。

各導光部は、各受光素子に入射する光の角度がそれぞれ異なるように遮光手段に設けられている。これにより、各受光素子は光の入射方向に対する指向特性が設定されている。すなわち、ライトセンサは、特定の方向の受光感度が最も高くなるように光の指向特性が予め設定されている。

特開２０１４−２１０１４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ライトセンサが取り付けられる車両の積載状態や走行状態等の車両状態によって路面に対する車両の姿勢が傾いてしまうことにより、路面を基準としたライトセンサに対する光の入射角度が変化してしまう。このため、車両の姿勢が傾いていない状態と傾いている状態とでライトセンサにおける光検出の特性差が生じてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、路面を基準とした車両の姿勢の傾きによる光検出の特性差を抑制することができるライトセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ライトセンサは、車両（２００）のフロントガラス（２１０）に固定されるケース（１１０）を備えている。

ライトセンサは、ケースに収容され、フロントガラスを介して受光した光の強度を受光信号として出力すると共に特定の方向から受光した光の強度が互いに異なるように光の指向特性が設定された複数の受光素子（１３１〜１３４）を有する受光部（１３０）を備えている。

また、ライトセンサは、ケースに収容され、複数の受光素子の光の指向特性の情報を有し、車両が位置する路面（３００）を基準とした車両の姿勢の傾きを検出する傾斜検出部（１５０、２２０）から車両の姿勢の傾きを取得し、車両の姿勢が傾いていない状態での光の指向特性を基準特性として、傾きの大きさに基づいて複数の光の指向特性の中から基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子を選択し、当該選択した受光素子から受光信号を取得する信号取得部（１４０）を備えている。

これによると、車両の姿勢の傾きの大きさに基づいて複数の受光素子の中から最適な光の指向特性を持つ受光素子が選択されるので、得られる受光信号の指向特性と基準特性との差を小さくすることができる。したがって、路面を基準とした車両の姿勢の傾きによる光検出の特性差を抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係るライトセンサの概略図である。 ライトセンサの断面図である。 図１に対してフロントガラスの傾斜角度が小さくなった場合のライトセンサの概略図である。 図３に示されたライトセンサの概略図である。 第２実施形態に係るライトセンサの概略図である。 第２実施形態において、フロントガラスの傾斜角度が小さくなった場合のライトセンサの概略図である。 第３実施形態に係るライトセンサの概略図である。 図７に示された半導体チップの一部断面斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るライトセンサは、車両のヘッドライト及びテールライトを自動点消灯させるオートライトシステム、フロントガラスに画像を表示するヘッドアップディスプレイの制御、あるいは車両への日射量に基づくエアコン制御等に適用されるものである。

図１に示されるように、ライトセンサ１００は、車両２００のフロントガラス２１０の車室側に固定される。また、図２に示されるように、ライトセンサ１００は、ケース１１０、回路基板１２０、受光部１３０、及び信号取得部１４０を備えている。

ケース１１０は、受光部１３０、信号取得部１４０、及び回路基板１２０等を収容するための筐体である。ケース１１０は、金属材料または樹脂材料等で形成されている。また、ケース１１０は、光を導入する導光部１１１を有し、導光部１１１がフロントガラス２１０側に位置するようにフロントガラス２１０に固定されている。

回路基板１２０は、受光部１３０、信号取得部１４０、及び図示しない電子部品が実装されている。回路基板１２０は、ケース１１０内に固定されている。

受光部１３０は、車両２００の外部からフロントガラス２１０を介して車室に入射する光を検出する検出部である。受光部１３０は、ケース１１０に収容されている。また、受光部１３０は、複数の受光素子１３１〜１３４を有している。各受光素子１３１〜１３４は、例えばフォトダイオードとして構成され、フロントガラス２１０を介して受光した光の強度を受光信号として出力する。

さらに、各受光素子１３１〜１３４は、特定の方向から受光した光の強度が互いに異なるように光の指向特性が設定されている。例えば、図２では、受光素子１３１は、車両２００の上方から入射する光の強度が最も高くなるように光の指向特性が設定されている。一方、受光素子１３２は、車両２００の前方から入射する光の強度が最も高くなるように光の指向特性が設定されている。

受光素子１３３、１３４は、上記の受光素子１３１、１３２とは異なる方向の光の指向特性に設定されている。図２では４個の受光素子１３１〜１３４が示されているが、図示しない他の素子も含まれている。光の指向特性の設定方法としては遮光板等の手段を採用することができる。

信号取得部１４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って信号処理を行う制御回路部である。また、信号取得部１４０は、各受光素子１３１〜１３４の光の指向特性の情報を記憶している。信号取得部１４０は、例えばＩＣチップとして構成され、ケース１１０に収容されている。

また、図１に示されるように、信号取得部１４０は、車両２００が位置する路面３００を基準とした車両２００の姿勢の傾きを検出するハイトセンサ２２０から車両２００の姿勢の傾きを取得する。ハイトセンサ２２０は、車両２００に取り付けられていると共に、取り付けられた箇所での車高を検出することにより車両２００の姿勢の傾きを検出する傾斜検出部である。ハイトセンサ２２０は、車高センサである。

さらに、信号取得部１４０は、受光部１３０が設置される車両２００のフロントガラス２１０の傾斜角度の情報を車両２００に搭載されたＥＣＵ２３０から取得する。このＥＣＵ２３０は、車両２００の車種等に関する情報を保持している。フロントガラス２１０の傾斜角度は、路面３００とフロントガラス２１０との成す角度である。

そして、信号取得部１４０は、車両２００の姿勢が傾いていない状態での光の指向特性を基準特性として、少なくとも車両２００の姿勢の傾きの大きさに基づいて、複数の光の指向特性の中から基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子１３１〜１３４を選択する。基準特性は、例えば車両２００の電源オン時の光検出特性、あるいは予め信号取得部１４０に記憶された光の指向特性等でも良い。本実施形態では、信号取得部１４０は、ハイトセンサ２２０によって検出される車両２００の姿勢の傾きと、傾斜角度の情報と、の両方の情報に基づいて複数の光の指向特性の中から基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子１３１〜１３４を選択する。

つまり、信号取得部１４０は、ハイトセンサ２２０の情報と傾斜角度の情報によって、フロントガラス２１０の正規の傾斜角度に対して変化した角度を算出することができる。信号取得部１４０は、当該変化した角度を元に、受光素子１３１〜１３４を選択する。また、信号取得部１４０は、当該選択した受光素子１３１〜１３４から受光信号を取得する。信号取得部１４０は、取得した受光信号をオートライト制御やエアコン制御を行うＥＣＵに出力する。

実際の車両２００では、車両２００の前方部及び後方部の傾きの影響が大きい。例えば、車両２００の後方部に多くの荷物が積載されている場合、車両２００の後方部が路面３００側に沈み、車両２００の前方部は後方部よりも浮いた状態になる。したがって、図３に示されるように、フロントガラス２１０の傾斜角度が図１に示された傾斜角度よりも小さくなる。

この場合、図４に示されるように、信号取得部１４０は、ハイトセンサ２２０によって検出される現在の車両２００の姿勢の傾きと、傾斜角度の情報と、の両方の情報に基づいて、複数の光の指向特性の中から基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子１３３、１３４を選択する。これにより、車両２００の上方から受光素子１３３に入射する光の強度が最も高くなる一方、車両２００の前方から受光素子１３４に入射する光の強度が最も高くなる。

したがって、車両２００の後方部が沈んだ状態になっても、信号取得部１４０によって受光素子１３１、１３２から受光素子１３３、１３４に切り替えられるので、図３に示されるように、信号取得部１４０は受光素子１３３、１３４から受光信号を取得する。よって、ライトセンサ１００が取り付けられる車両２００の積載状態や走行状態等の車両状態によって路面３００に対する車両の姿勢が傾いてしまったとしても、車両２００の上方及び前方から光を受光し続けることができる。つまり、ライトセンサ１００は光検出の基準特性を維持することができる。

なお、車両２００の前方が沈む場合や、車両２００の右側、左側の姿勢が変化する場合等の様々な車両状態に応じて、信号取得部１４０は随時最適な受光素子１３１〜１３４を選択する。これにより、ライトセンサ１００によって検出したい方向の光を常に検出することができる。もちろん、路面３００に対して車両２００の姿勢が傾いていない場合、信号取得部１４０は受光素子１３１、１３２を選択することで車両２００の上方及び前方から光を受光し続けることができる。

以上説明したように、本実施形態では、車両２００の姿勢の傾きの大きさに基づいて、複数の受光素子１３１〜１３４の中から最適な光の指向特性を持つ受光素子１３１〜１３４が選択される。このため、得られる受光信号の指向特性と基準特性との差が小さくなり、車両状態によるライトセンサ１００の特性差を小さくすることができる。したがって、路面３００を基準とした車両２００の姿勢の傾きによる光検出の特性差を抑制することができ、常に一定のセンサ特性を確保することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ハイトセンサ２２０が特許請求の範囲の「傾斜検出部」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、ライトセンサ１００は、車両２００の姿勢の傾きを検出する傾斜センサ１５０を備えている。傾斜センサ１５０は、ケース１１０に収容されると共に、傾斜センサ１５０は回路基板１２０に実装されている。また、本実施形態では、ライトセンサ１００はハイトセンサ２２０やＥＣＵ２３０から信号を受け取らない構成になっている。

信号取得部１４０は、例えば車両２００の電源がオンされたときの傾斜角度を傾斜センサ１５０から取得し、この傾斜角度を基準角度とする。もちろん、他の状況での傾斜角度を傾斜センサ１５０から取得しても良い。なお、車両２００の走行時では、信号取得部１４０は、車速センサから信号を取得することにより基準角度を補正しても良い。これにより、基準角度がより正確になる。

そして、信号取得部１４０は、傾斜センサ１５０から車両２００の姿勢の傾きを随時取得する。また、信号取得部１４０は、傾斜センサ１５０によって検出された車両２００の姿勢の傾きに基づいて、複数の光の指向特性の中から基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子１３１〜１３４を選択する。

例えば、路面３００に対して車両２００の姿勢が傾いていない場合、図５に示されるように、信号取得部１４０は受光素子１３１、１３２を選択することで車両２００の上方及び前方から光を受光する。一方、車両２００の後方部が沈んでいる場合、図６に示されるように、信号取得部１４０は受光素子１３３、１３４を選択することで車両２００の上方及び前方から光を受光する。

以上のように、車両２００の姿勢を検出するものとして、傾斜センサ１５０を採用することができる。この場合、ハイトセンサ２２０の信号や、フロントガラス２１０の傾斜角度の情報が不要であり、傾斜センサ１５０の情報のみで受光素子１３１〜１３４の選択が可能であるので、ライトセンサ１００の構成の簡略化、信号取得部１４０の演算の簡略化が可能になる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、傾斜センサ１５０が特許請求の範囲の「傾斜検出部」に対応する。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、ライトセンサ１００は、１つのＩＣチップ１６０を備えている。図８に示されるように、ＩＣチップ１６０は、半導体基板１６１及び遮光部１６２を有している。

半導体基板１６１は、例えば、複数の受光素子１３１〜１３４がフォトダイオードとして形成されたｎ型シリコン基板である。具体的には、半導体基板１６１の表層部に複数のｐ型領域１６３が形成されており、各ｐ型領域１６３が各受光素子１３１〜１３４の各受光部分に対応している。各受光部分が半導体基板１６１の一面１６４に露出している。なお、図８では、３つのｐ型領域１６３が示されているが、他のｐ型領域１６３も形成されている。

また、半導体基板１６１の裏面には図示しないカソード電極が形成されていると共に、各ｐ型領域１６３には図示しないアノード電極が設けられている。このような構成により、各受光素子１３１〜１３４は、光の強度を電圧値の強度信号として出力する。

遮光部１６２は、半導体基板１６１の上方に配置されている。遮光部１６２は、絶縁層１６５と金属層１６６とが半導体基板１６１の一面１６４に複数交互に積層されて構成されている。絶縁層１６５は、例えばＢＰＳＧ等の層間絶縁膜である。金属層１６６は、例えばアルミニウム等の金属膜として形成されている。金属層１６６は遮光及び配線として機能する。

また、遮光部１６２は、光を通すことで半導体基板１６１の一面１６４に光を導く複数の開口部１６７を有している。開口部１６７は、半導体基板１６１の一面１６４を基準として各受光素子１３１〜１３４に対する入射角に沿った穴であり、各受光素子１３１〜１３４の光の指向特性を設定している。

ＩＣチップ１６０は上記各実施形態で示された受光部１３０に対応する。また、ＩＣチップ１６０は、信号取得部１４０が形成されていても良い。以上のように、受光部１３０を１つのＩＣチップ１６０として構成することもできる。なお、信号取得部１４０はＩＣチップ１６０とは別体として構成されていても良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたライトセンサ１００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、受光部１３０が設置される車両２００のフロントガラス２１０の傾斜角度の情報は、車両２００に搭載されたＥＣＵ２３０ではなく、信号取得部１４０に予め記憶されていても良い。

また、第３実施形態では、絶縁層１６５と金属層１６６とが複数交互に積層されていたが、絶縁層１６５及び金属層１６６はそれぞれ一層でも良い。また、光の指向特性を設定するための遮光手段は遮光部１６２に限られず、例えば、半導体基板１６１の一面１６４に形成された遮光膜でも良い。すなわち、遮光膜の一部に光が透過する部分が設けられていれば良い。

１１０ ケース
１３０ 受光部
１３１〜１３４ 受光素子
１４０ 信号取得部
１５０ 傾斜センサ（傾斜検出部）
２００ 車両
２１０ フロントガラス
２２０ ハイトセンサ（傾斜検出部）
３００ 路面

Claims (3)

1. 車両（２００）のフロントガラス（２１０）に固定されるケース（１１０）と、
   前記ケースに収容され、前記フロントガラスを介して受光した光の強度を受光信号として出力すると共に特定の方向から受光した光の強度が互いに異なるように光の指向特性が設定された複数の受光素子（１３１〜１３４）を有する受光部（１３０）と、
   前記ケースに収容され、前記複数の受光素子の光の指向特性の情報を有し、前記車両が位置する路面（３００）を基準とした前記車両の姿勢の傾きを検出する傾斜検出部（１５０、２２０）から前記車両の姿勢の傾きを取得し、前記車両の姿勢が傾いていない状態での光の指向特性を基準特性として、前記傾きの大きさに基づいて前記複数の光の指向特性の中から前記基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子を選択し、当該選択した受光素子から前記受光信号を取得する信号取得部（１４０）と、
   を備えているライトセンサ。
2. 前記傾斜検出部は、前記車両に取り付けられていると共に、取り付けられた箇所での車高を検出することにより前記車両の姿勢の傾きを検出するハイトセンサ（２２０）であり、
   前記信号取得部は、前記受光部が設置される車両（２００）のフロントガラス（２１０）の傾斜角度の情報を取得し、前記ハイトセンサによって検出される前記車両の姿勢の傾きと、前記傾斜角度の情報と、に基づいて前記複数の光の指向特性の中から前記基準特性に一致あるいは最も近い光の指向特性を持つ受光素子を選択する請求項１に記載のライトセンサ。
3. 前記受光部は、前記複数の受光素子が形成された半導体基板（１６１）と、前記半導体基板の上方に配置されていると共に前記複数の受光素子の光の指向特性を設定する遮光部（１６２）と、を有する１つのＩＣチップ（１６０）として構成されている請求項１または２に記載のライトセンサ。

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