JP2016142678A - 光センサ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光センサにおいて、様々な窓ガラスの傾斜角度に対応すること。
【解決手段】検出部１２１は、受光した光の強度を検出信号として出力する複数の検出素子１６０〜１７２と、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各検出素子１６０〜１７２の光の指向特性を設定する遮光板１７３と、を有する。マイコン１３０は検出信号に対して信号処理を行うための調整値を有する。調整値は、次のように設定される。まず、検出部１２１が設置される車両２００の窓ガラス２１０の傾斜角度の情報に基づいて各検出素子１６０〜１７２のうち傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子１６０〜１７２が予め選択される。そして、検出部１２１が傾斜角度に傾けられた状態で所定の方向から検出部１２１に光が照射されたときに予め選択された検出素子１６０〜１７２の検出信号の信号値が狙い値になるように設定される。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両に搭載される光センサ及びその製造方法に関する。
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光センサが、例えば特許文献１で提案されている。この光センサでは、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、光センサは、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、光センサが車両の窓ガラスに取り付けられて使用される場合、様々な窓ガラスの傾斜角度を考慮して光の指向特性が設定されていないので、窓ガラスの傾斜角度に適した出力が得られないという問題がある。すなわち、光センサに対する光の照射方向が同じだとしても、光センサが取り付けられる様々な窓ガラスの傾斜角度に応じて光センサの出力がそれぞれ変化してしまう。
本発明は上記点に鑑み、様々な窓ガラスの傾斜角度に対応することができる光センサを提供することを第１の目的とする。また、当該光センサの製造方法を提供することを第２の目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１５０）に形成されていると共に受光した光の強度を検出信号として出力する複数の検出素子（１６０〜１７２）と、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複数の検出素子（１６０〜１７２）の光の指向特性を設定する遮光部（１７３）と、を有する検出部（１２１）を備えている。
また、検出部（１２１）から検出信号を入力し、予め設定された調整値を用いて検出信号に対して信号処理を行う信号処理部（１３０）を備えている。
調整値は、検出部（１２１）が設置される車両（２００）の窓ガラス（２１０）の傾斜角度の情報に基づいて複数の検出素子（１６０〜１７２）のうち傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子（１６０〜１７２）が選択されると共に、検出部（１２１）が傾斜角度に傾けられた状態で所定の方向から検出部（１２１）に光が照射されたときに選択された検出素子（１６０〜１７２）の検出信号の信号値が狙い値になるように設定されている。
そして、信号処理部（１３０）は、検出部（１２１）から入力する検出信号のうち、選択された検出素子（１６０〜１７２）の検出信号に対して調整値を用いて信号処理を行うことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、光センサの製造方法であって、まず、検出部（１２１）が配置される車両（２００）の窓ガラス（２１０）の傾斜角度の情報を取得する（取得工程）。次に、傾斜角度の情報に基づいて複数の検出素子（１６０〜１７２）のうち傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子（１６０〜１７２）を選択する（選択工程）。
続いて、検出部（１２１）を傾斜角度に傾けた状態で所定の方向から検出部（１２１）に光を照射すると共に、選択工程で選択した検出素子（１６０〜１７２）の検出信号の信号値が狙い値になるように調整値を設定する（調整工程）。この後、選択工程で選択した検出素子（１６０〜１７２）の情報と、調整工程で取得した調整値と、を信号処理部（１３０）に記憶する（記憶工程）ことを特徴とする。
これによると、複数の検出素子（１６０〜１７２）は遮光部（１７３）によって光の指向特性が異なるように予め設定されているので、窓ガラス（２１０）の傾斜角度の情報を元に当該傾斜角度に適した検出素子（１６０〜１７２）の検出信号を選択的に用いることができる。すなわち、検出部（１２１）において、窓ガラス（２１０）の傾斜角度に適した光の指向特性を設定することができる。また、調整値についても、窓ガラス（２１０）の傾斜角度の情報を元に調整することができる。したがって、一つの光センサでありながら、様々な窓ガラス（２１０）の傾斜角度に対応することができる。
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実施形態に係る光センサが車両の窓ガラスに設置された様子を示した断面図である。 ＩＣチップ及びマイコンを示したブロック図である。 ＩＣチップの平面図である。 図３のIV−IV断面図である。 各検出素子の光の指向特性を示した図である。 調整値を取得するための製造工程を示した図である。 車両の窓ガラスの傾斜角度を説明するための図である。 窓ガラスの傾斜角度に応じて選択された検出素子を示した図である。 調整工程において、所定の方向から光センサに光を照射する際の照射方向を示した図である。 調整工程において、選択された検出素子の各信号値を示した図である。 調整工程において、調整値を算出するための連立方程式を示した図である。
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。本実施形態に係る光センサは、例えば日中に橋げた等の建築物の下やトンネルに進入したときに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に適用されるものである。
図１に示されるように、光センサ１００は、ケース１１０、ＩＣチップ１２０、マイクロコンピュータ１３０（以下、マイコン１３０という）、及び回路基板１４０を備えて構成されている。
ケース１１０は、ＩＣチップ１２０、マイコン１３０、及び回路基板１４０等を収容するための有底筒状の筐体である。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、当該ケース１１０と車両２００の窓ガラス２１０の内面２１１との間に空間部１１１を形成するように、窓ガラス２１０の内面２１１に固定されている。これにより、回路基板１４０等の部品は窓ガラス２１０の内面２１１側に配置される。なお、本実施形態では、窓ガラス２１０はフロントガラスである。
図２に示されるように、ＩＣチップ１２０は検出部１２１及び通信部１２２を備えている。検出部１２１は、車外の光を検出するセンシング部である。検出部１２１は、図３及び図４に示されるように、半導体基板１５０、複数の検出素子１６０〜１７２、及び遮光板１７３を備えている。
複数の検出素子１６０〜１７２は、窓ガラス２１０を介してケース１１０の空間部１１１に入射した光を検出する受光素子である。具体的に、各検出素子１６０〜１７２は、受光した光の強度を検出するフォトダイオードである。例えば、各検出素子１６０〜１７２は、Ｎ型の半導体基板１５０の一面１５１側に形成されたＰ型のイオン注入領域である。
各検出素子１６０〜１７２は図示しないアノード電極に接続され、半導体基板１５０は図示しないカソード電極に接続されている。したがって、各検出素子１６０〜１７２は、受光した光の強度をアノード／カソード間の電圧として検出すると共に、当該電圧を検出信号として出力する。また、本実施形態では、１個の検出素子１６０を中心に１２個の検出素子１６１〜１７２が十字状に配置されている。
遮光板１７３は、半導体基板１５０の上方に配置されている。遮光板１７３は、各検出素子１６０〜１７２に対応した貫通孔１７４〜１８６を有している。そして、各貫通孔１７４〜１８６のうち、十字状に配置された各検出素子１６０〜１７２の中心に位置する検出素子１６０に対応した貫通孔１７４は、当該検出素子１６０の真上に位置している。これにより、当該検出素子１６０は、半導体基板１５０の一面１５１に垂直な方向である９０°から照射される光を選択的に受光する。つまり、検出素子１６０は、半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が９０°の光を選択的に受光する。なお、図３では遮光板１７３のうち貫通孔１７４〜１８６のみを示している。
また、検出素子１６０の外側に位置する４個の検出素子１６１〜１６４に対応した各貫通孔１７５〜１７８は、半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が６５°の光を選択的に各検出素子１６１〜１６４に導く。これにより、各検出素子１６１〜１６４は半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が６５°の光を選択的に受光可能になっている。
同様に、４個の検出素子１６１〜１６４の外側に位置する４個の検出素子１６５〜１６８に対応した各貫通孔１７９〜１８２は、半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が４５°の光を選択的に４個の検出素子１６５〜１６８に導く。これにより、各検出素子１６５〜１６８は半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が４５°の光を選択的に受光可能になっている。
さらに、４個の検出素子１６５〜１６８の外側に位置する４個の検出素子１６９〜１７２に対応した各貫通孔１８３〜１８６は、半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が２５°の光を選択的に４個の検出素子１６９〜１７２に導く。これにより、各検出素子１６９〜１７２は半導体基板１５０の一面１５１に対する仰角が２５°の光を選択的に受光可能になっている。
上記のように遮光板１７３に各貫通孔１７４〜１８６が設けられていることで、各検出素子１６０〜１７２は互いに異なる方向からの光を受光する。すなわち、遮光板１７３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各検出素子１６０〜１７２の光の指向特性を設定するものであると言える。
また、各検出素子１６０〜１７２の光の指向特性が互いに異なっているので、図５に示されるように、０°から１８０°までの仰角において各検出素子１６０〜１７２の相対感度のピークが並んでいる。すなわち、検出部１２１は、０°から１８０°までの仰角の範囲で各検出素子１６０〜１７２の受光感度のピークが少しずつずれているので、半導体基板１５０の姿勢が傾けられたとしても、各検出素子１６０〜１７２のうちのいずれかで光を検出することが可能になっている。
図２に示された通信部１２２は、検出部１２１から出力された各検出素子１６０〜１７２の検出信号をＡ／Ｄ変換してマイコン１３０に出力する回路部である。通信部１２２は、半導体基板１５０に形成されている。
マイコン１３０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である。すなわち、マイコン１３０は、ＩＣチップ１２０の検出部１２１から通信部１２２を介して検出信号を入力し、検出信号に対して信号処理を行う。
ここで、マイコン１３０は、ＲＯＭに記憶された調整値を用いて信号処理を行う。調整値は、光センサ１００が設置される車両２００の窓ガラス２１０の傾斜角度の情報に基づいて予め設定されている。
後で詳しく説明するが、調整値は次のように設定される。まず、光センサ１００が設置される窓ガラス２１０の傾斜角度の情報に基づいて複数の検出素子１６０〜１７２のうち窓ガラス２１０の傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子１６０〜１７２が選択される。そして、検出部１２１が傾斜角度に傾けられた状態で所定の方向から検出部１２１に光が照射されたときに選択された検出素子１６０〜１７２の検出信号の信号値が狙い値になるように調整値が設定されている。これにより、調整値は検出信号の信号値に対する感度調整のためのパラメータとなる。
したがって、マイコン１３０は、検出部１２１から全ての検出素子１６０〜１７２の検出信号を入力するが、予め選択された検出素子１６０〜１７２の検出信号に対して調整値を用いて信号処理を行う。マイコン１３０は、信号処理した検出信号をオートライトシステムの電子制御装置（Electrical Control Unit；ＥＣＵ）に出力する。
図１に示された回路基板１４０は、ＩＣチップ１２０及びマイコン１３０が実装されている。また、回路基板１４０は、ＩＣチップ１２０及びマイコン１３０以外の図示しない電子部品も実装されている。回路基板１４０は、ケース１１０内に固定されている。以上が、本実施形態に係る光センサ１００の全体構成である。
次に、光センサ１００の製造方法について説明する。まず、複数の検出素子１６０〜１７２が形成されたＩＣチップ１２０を用意し、マイコン１３０や他の電子部品と共に回路基板１４０に実装する。また、回路基板１４０をケース１１０に収容する。
続いて、図６に示された工程に従って調整値を取得する。最初に、光センサ１００が取り付けられる車両の窓ガラス２１０の傾斜角度の情報を取得する（取得工程）。図７に示されるように、車両２００の窓ガラス２１０の傾斜角度は、地面３００と窓ガラス２１０であるフロントガラスとの成す角度である。
この後、窓ガラス２１０の傾斜角度の情報に基づいて、各検出素子１６０〜１７２のうち傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子１６０〜１７２を選択する（選択工程）。例えば、図８に示されるように、検出素子１６０（Ａ）、検出素子１６１（Ｂ）、検出素子１６２（Ｃ）、及び検出素子１６４（Ｄ）の４個を選択する。
次に、調整値を設定する（調整工程）。このため、まず、光センサ１００を窓ガラス２１０の傾斜角度に傾けた状態で所定の方向から検出部１２１に光を照射する。これは、光センサ１００を所望の傾斜角度で固定することができると共に、所定の方向から光センサ１００に光を照射することができる専用装置を用いる。
所定の方向とは、図９に示されるように、仰角が４０°及び方位角が０°、仰角が４０°及び方位角が＋９０°、仰角が４０°及び方位角が−９０°の３方向である。この所定の方向は、窓ガラス２１０の傾斜角度に応じて決められる角度であり、本実施形態では上記のように決められている。
そして、３方向のそれぞれから検出部１２１に光を照射し、選択工程で選択した検出素子１６０〜１７２の検出信号の信号値をそれぞれ取得する。図１０に示されるように、１方向について６の信号値を取得する。つまり、３方向について１８の信号値を取得する。
ここで、検出素子１６０（Ａ）についてＡ１とＡ２の２値を取得しているのは、車両２００の進行方向右側からの光を右出力の検出信号とし、車両２００の進行方向左側からの光を左出力の検出信号として出力するためである。検出素子１６１（Ｂ）についても同様にＢ１とＢ２の２値を取得しているのは、車両２００の右出力及び左出力の検出信号を出力するためである。
続いて、選択工程で選択した検出素子１６０〜１７２の検出信号の信号値が狙い値になるように調整値を算出する。具体的には、図１１に示されるように、取得した信号値が調整値（ａ〜ｆ）によって狙い値（ｇ〜ｌ）となるように連立方程式を立てる。そして、各信号値と各狙い値（ｇ〜ｌ）は既知の値であるので、連立方程式を解くことで調整値（ａ〜ｆ）を取得することができる。
上記のように、窓ガラス２１０の傾斜角度に対する調整値を取得することで、当該傾斜角度に対応する全ての光センサ１００に調整値を利用することができる。つまり、一度、調整値を取得すれば、個々の光センサ１００について調整値を取得する必要が無い。
この後、選択工程で選択した検出素子１６０〜１７２の情報と、調整工程で取得した調整値と、を専用装置からマイコン１３０の記憶部であるＲＯＭに記憶する（記憶工程）。こうして、光センサ１００が完成する。
上述のように、調整値を取得しておけば個々の光センサ１００について上記の各工程を実施する必要がないので、例えばマイコン１３０を回路基板１４０に実装する前にマイコン１３０に調整値を書き込むことも可能である。
オートライトシステムは、次のように動作する。まず、検出部１２１は検出信号を、随時、マイコン１３０に出力する。マイコン１３０は、各検出信号のうち予め選択された検出素子１６０〜１７２の検出信号を調整値によって信号処理し、右出力及び左出力の検出信号を電子制御装置（ＥＣＵ）に出力する。電子制御装置は、右出力及び左出力の検出信号と点灯閾値とを比較し、比較結果に基づいて車両２００のライトを点灯または消灯する。これにより、車両２００がトンネルを通過する際等に自動でライトを点灯または消灯することができる。
以上説明したように、本実施形態では、検出部１２１において各検出素子１６０〜１７２は遮光板１７３によって光の指向特性が異なるように予め設定されているので、窓ガラス２１０の傾斜角度に適した検出素子１６０〜１７２の検出信号を選択的に用いることができる。また、窓ガラス２１０の傾斜角度の情報を元に予め最適な調整値を取得することができる。したがって、窓ガラス２１０の傾斜角度に適した光センサ１００を構成することができる。
また、光センサ１００はオートライトシステムに適用されるので、光センサ１００の出力に基づくライトの自動点消灯によってユーザに与えるフィーリングに違和感を与えないようにすることができる。すなわち、窓ガラス２１０の傾斜角度が異なる車両毎にユーザに与えるフィーリングが異ならないようにすることができる。
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、遮光板１７３が特許請求の範囲の「遮光部」に対応し、マイコン１３０が特許請求の範囲の「信号処理部」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。本実施形態では、光センサ１００は車両２００の窓ガラス２１０に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置に適用される。この場合、光センサ１００の検出信号は、窓ガラス２１０に雨滴が付着したか否かを判定するために用いられる。
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された光センサ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、光の指向特性を設定するための遮光手段は遮光板１７３でなくても良い。例えば、半導体基板１５０の一面１５１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。
上記各実施形態では、窓ガラス２１０の傾斜角度に適した４個の検出素子１６０〜１７２が選択されていたが、これは一例である。選択される検出素子１６０〜１７２は４個に限られない。また、各検出素子１６０〜１７２は十字状に配置されていたが、これも配置の一例である。複数の検出素子１６０〜１７２はどのように配列されていても構わない。さらに、図５に示された光の指向特性は一例であり、どの角度（仰角）に感度のピークを位置させるかは適宜設定すれば良い。
上記各実施形態では、調整値を取得するために図１１に示された連立方程式を解く手法が用いられているが、これは一例である。調整値は他の方法を用いて取得しても良い。
１２１ 検出部
１３０ マイコン（信号処理部）
１５０ 半導体基板
１６０〜１７２ 検出素子
１７３ 遮光板（遮光部）
２００ 車両
２１０ 窓ガラス

Claims (6)

  1. 半導体基板（１５０）に形成されていると共に受光した光の強度を検出信号として出力する複数の検出素子（１６０〜１７２）と、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前記複数の検出素子（１６０〜１７２）の光の指向特性を設定する遮光部（１７３）と、を有する検出部（１２１）と、
    前記検出部（１２１）から前記検出信号を入力し、予め設定された調整値を用いて前記検出信号に対して信号処理を行う信号処理部（１３０）と、
    を備え、
    前記調整値は、前記検出部（１２１）が設置される車両（２００）の窓ガラス（２１０）の傾斜角度の情報に基づいて前記複数の検出素子（１６０〜１７２）のうち前記傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子（１６０〜１７２）が選択されると共に、前記検出部（１２１）が前記傾斜角度に傾けられた状態で所定の方向から前記検出部（１２１）に光が照射されたときに前記選択された検出素子（１６０〜１７２）の検出信号の信号値が狙い値になるように設定されており、
    前記信号処理部（１３０）は、前記検出部（１２１）から入力する前記検出信号のうち、前記選択された検出素子（１６０〜１７２）の検出信号に対して前記調整値を用いて信号処理を行うことを特徴とする光センサ。
  2. 前記車両（２００）のライトを自動点消灯するオートライトシステムに適用されることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
  3. 前記車両（２００）の前記窓ガラス（２１０）に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置に適用されることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
  4. 半導体基板（１５０）に形成されていると共に受光した光の強度を検出信号として出力する複数の検出素子（１６０〜１７２）と、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前記複数の検出素子（１６０〜１７２）の光の指向特性を設定する遮光部（１７３）と、を有する検出部（１２１）と、
    前記検出部（１２１）から前記検出信号を入力し、予め設定された調整値を用いて前記検出信号に対して信号処理を行う信号処理部（１３０）と、
    を備えた光センサの製造方法であって、
    前記検出部（１２１）が配置される車両（２００）の窓ガラス（２１０）の傾斜角度の情報を取得する取得工程と、
    前記傾斜角度の情報に基づいて前記複数の検出素子（１６０〜１７２）のうち前記傾斜角度に適した光の指向特性を持つ検出素子（１６０〜１７２）を選択する選択工程と、
    前記検出部（１２１）を前記傾斜角度に傾けた状態で所定の方向から前記検出部（１２１）に光を照射すると共に、前記選択工程で選択した検出素子（１６０〜１７２）の検出信号の信号値が狙い値になるように前記調整値を設定する調整工程と、
    前記選択工程で選択した検出素子（１６０〜１７２）の情報と、前記調整工程で取得した前記調整値と、を前記信号処理部（１３０）に記憶する記憶工程と、
    を含んでいることを特徴とする光センサの製造方法。
  5. 前記車両（２００）のライトを自動点消灯するオートライトシステムに適用され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。
  6. 前記車両（２００）の前記窓ガラス（２１０）に付着する雨滴を検出する雨滴検出装置に適用され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。
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