(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換部が水平方向と垂直方向とによって規定される規定平面にマトリックス状に配置されたイメージ部と、
該イメージ部を走査する走査部と、
前記イメージ部の出力信号を処理する処理部と、を備える光センサ装置であって、
各光電変換部は、Ｎ，Ｍを２以上の自然数として、Ｎ行Ｍ列に配置されたＮ×Ｍ個の受光素子と、Ｎ×Ｍ個の前記受光素子に対応して、前記受光素子の上方に位置する遮光膜に形成された１つの開口部と、を有し、
前記処理部は、少なくとも１つの前記光電変換部の出力信号に基づいて、光の入射角度を検出する角度検出部と、全ての前記光電変換部の出力信号に基づいて、画像を生成する画像生成部と、を有し、
前記イメージ部の少なくとも１つの前記光電変換部と、該光電変換部に対応する、少なくとも１つの前記開口部と、前記走査部と、前記角度検出部とによって、日射センサが構成され、
前記イメージ部の全ての前記光電変換部と、前記走査部と、前記画像生成部とによって、イメージセンサが構成されており、
Ｎ×Ｍ個の前記受光素子それぞれは平面矩形状を成し、隣り合う領域の間隔が等しく一定となっていることを特徴とする光センサ装置。
【請求項２】
Ｎ，Ｍはそれぞれ２であり、前記光電変換部は、２行２列に配置された４つの前記受光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光センサ装置。
【請求項３】
前記受光素子の平面形状は正方形であり、
前記隣り合う領域の平面形状は、中心から４つの端部までの長さが相等しい十字形であることを特徴とする請求項２に記載の光センサ装置。
【請求項４】
前記走査部は、行方向に並ぶ複数の前記光電変換部の出力信号を、行単位に順次転送する垂直転送部と、該垂直転送部によって転送された光電変換部の出力信号を一時的に保存する保存部と、前記垂直転送部が任意の行の光電変換部の出力信号を転送している間に、前記保存部に保存された光電変換部の出力信号を前記処理部に逐次転送する水平転送部と、を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光センサ装置。
【請求項５】
前記保存部は、１つの前記光電変換部の出力信号を保存するメモリを、前記光電変換部の行列成分数だけ有し、
全ての前記メモリは、１つの前記光電変換部が有する４つの受光素子それぞれの出力信号を一時的に保存するサンプルホールド回路を４つ有することを特徴とする請求項４に記載の光センサ装置。
【請求項６】
前記角度検出部は、光の仰角を検出する仰角検出部と、光の方位角を検出する方位角検出部と、を有し、
前記仰角検出部及び前記方位角検出部はそれぞれ、複数の前記光電変換部の出力信号に基づいて、光の仰角と方位角とを検出することを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の光センサ装置。
【請求項７】
前記仰角検出部は、１つの前記光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を比較する仰角比較部と、該仰角比較部の比較した結果を保存する仰角保存部と、該仰角保存部に保存された複数の前記仰角比較部の比較結果に基づいて、仰角を判定する仰角判定部と、を有し、
前記方位角検出部は、１つの前記光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を比較する方位角比較部と、該方位角比較部の比較した結果を保存する方位角保存部と、該方位角保存部に保存された複数の前記方位角比較部の比較結果に基づいて、方位角を判定する方位角判定部と、を有することを特徴とする請求項６に記載の光センサ装置。
【請求項８】
前記処理部は、光の強度を検出する強度検出部を有することを特徴とする請求項２〜７いずれか１項に記載の光センサ装置。
【請求項９】
前記強度検出部は、複数の前記光電変換部の出力信号に基づいて、光の強度を検出することを特徴とする請求項８に記載の光センサ装置。
【請求項１０】
前記強度検出部は、１つの前記光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を加算、若しくは加算平均する第１加算部と、複数の前記第１加算部の出力信号を保存する強度保存部と、該強度保存部に保存された複数の前記第１加算部の出力信号を加算若しくは加算平均する第２加算部と、を有することを特徴とする請求項９に記載の光センサ装置。
【請求項１１】
前記画像検出部は、１つの前記光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を加算、若しくは加算平均する第３加算部と、前記光電変換部の数分の前記第３加算部の出力信号を保存する画像保存部と、を有することを特徴とする請求項２〜１０いずれか１項に記載の光センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換部がマトリックス状に配置されたイメージ部と、該イメージ部を走査する走査部と、イメージ部の出力信号を処理する処理部と、を備える光センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示されるように、受光面が少なくとも３つの受光領域に分割され、各受光領域それぞれに入射する日射量に応じた検出信号を出力する受光素子と、該受光素子の受光面と所定の間隔を空けて対向配置された受光レンズと、を備える日射センサが提案されている。この日射センサでは、各受光領域それぞれに入射する光の進行方向（光軸）が異なるように、受光レンズが形成されており、各受光領域に対して、斜めに光が入射するようになっている。これは、各受光領域の出力信号の比をとることで、日射高度（仰角）や日射方位（方位角）を検出するためである。
【０００３】
また、特許文献２に示されるように、半導体基板に形成された光電変換素子と、該光電変換素子の上方に配置された第１の光方向変換機能部と、該第１の光方向変換機能部の上方に配置された第２の光方向変換機能部と、を備える固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置では、光電変換素子の表面に、光が垂直に入射するように、第１の光方向変換機能部と第２の光方向変換機能部とが形成されている。これは、スミア・ノイズの発生を抑制すると共に、光電変換素子の表面に光が斜めに入射した結果、光の受光量が低減することを抑制するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９１３５３号公報
【特許文献２】特開平４−１９９８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、光の角度（仰角と方位角）を検出するためには、受光領域に、光が斜めに入射するように構成する必要がある。これに対して、光の受光量が低減することを抑制するためには、受光領域に相当する、光電変換素子の表面に光が垂直に入射するように構成する必要がある。
【０００６】
このように、光の角度の検出を目的とする場合と、撮像を目的とする場合とでは、求められる光の入射角度が異なる。そのため、従来、上記した２つの目的を満たす光センサ装置がなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、光の角度を検出すると共に、光の受光量の低減が抑制された光センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、複数の光電変換部が水平方向と垂直方向とによって規定される規定平面にマトリックス状に配置されたイメージ部と、該イメージ部を走査する走査部と、イメージ部の出力信号を処理する処理部と、を備える光センサ装置であって、各光電変換部は、Ｎ，Ｍを２以上の自然数として、Ｎ行Ｍ列に配置されたＮ×Ｍ個の受光素子と、Ｎ×Ｍ個の前記受光素子に対応して、受光素子の上方に位置する遮光膜に形成された１つの開口部と、を有し、処理部は、少なくとも１つの光電変換部の出力信号に基づいて、光の入射角度を検出する角度検出部と、全ての光電変換部の出力信号に基づいて、画像を生成する画像生成部と、を有し、イメージ部の少なくとも１つの光電変換部と、該光電変換部に対応する、少なくとも１つの開口部と、走査部と、角度検出部とによって、日射センサが構成され、イメージ部の全ての光電変換部と、走査部と、画像生成部とによって、イメージセンサが構成されており、Ｎ×Ｍ個の受光素子それぞれは平面矩形状を成し、隣り合う領域の間隔が等しく一定となっていることを特徴とする。
【０００９】
このように本発明では、イメージ部が、光電変換部を１画素として構成され、各光電変換部が、Ｎ，Ｍを２以上の自然数として、Ｎ行Ｍ列に配置されたＮ×Ｍ個の受光素子を有する。このため、１画素の受光面積は、Ｎ×Ｍ個の受光素子それぞれの受光面積の総和によって表されることとなる。
【００１０】
また、本発明では、Ｎ×Ｍ個の受光素子に対応して、受光素子の上方に位置する遮光膜に１つの開口部が形成されている。これによれば、開口部を介して、イメージ部に入射する光は、Ｎ×Ｍ個の受光素子それぞれの受光面と、Ｎ×Ｍ個の受光素子それぞれの隣り合う領域（以下、隣接領域）とに入射することとなる。したがって、開口部から、イメージ部に入射する光の角度（以下、単に光の入射角度と示す）が変化したとしても、隣接領域に入射する光の入射面積（以下、非受光面積と示す）が一定であるならば、Ｎ×Ｍ個の受光素子それぞれの受光面に入射する光の入射面積の総和（以下、総受光面積と示す）も一定となる。
【００１１】
これに対して、本発明では、Ｎ×Ｍ個の受光素子それぞれが平面矩形状を成し、隣り合う領域の間隔が等しく一定となっている。これによれば、光の入射角度が変化したとしても、非受光面積が一定となるので、総受光面積も一定となる。したがって、光の入射角度によって、総受光面積が変化することが抑制され、光の受光量が低減することが抑制される。なお、言うまでもないが、上記した非受光面積と総受光面積との関係は、光の入射角度が、受光範囲内に納まっている時に成立する。
【００１２】
上記したように、入射角度が変化しても、総受光面積は一定となる。しかしながら、各受光素子の受光面に入射する光の入射面積（受光面積）は変化することとなる。例えば、請求項２に記載のように、光電変換部が２行２列に配置された４つの受光素子を有し、列番号が増える方向に沿って光が入射する場合、第１行に位置する２つの受光素子それぞれの受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第２行に位置する２つの受光素子それぞれの受光面積は増加する。反対に、列番号が減る方向に沿って光が入射する場合、第２行に位置する受光素子の受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第１行に位置する受光素子の受光面積は増加する。以上により、第１行に位置する受光素子の出力信号と第２行に位置する受光素子の出力信号とに基づいて、垂直方向の光の入射角度（仰角若しくは方位角）を検出することができる。
【００１３】
また、行番号が増える方向に沿って光が入射する場合、第１列に位置する２つの受光素子それぞれの受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第２列に位置する２つの受光素子それぞれの受光面積は増加する。反対に、行番号が減る方向に沿って光が入射する場合、第２列に位置する受光素子の受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第１列に位置する受光素子の受光面積は増加する。以上により、第１列に位置する受光素子の出力信号と第２列に位置する受光素子の出力信号とに基づいて、水平方向の光の入射角度（方位角若しくは仰角）を検出することができる。
【００１４】
このように、第１行に位置する受光素子と第２行に位置する受光素子それぞれの出力信号と、第１列に位置する受光素子と第２列に位置する受光素子それぞれの出力信号とに基づいて、光の仰角と方位角とを検出することができる。すなわち、１つの光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号に基づいて、光の入射角度を検出することができる。
【００１５】
請求項２に記載のように、Ｎ，Ｍはそれぞれ２であり、前記光電変換部は、２行２列に配置された４つの前記受光素子を有する構成が好ましい。これによれば、光電変換部の体格が最小となるので、イメージ部の体格の増大を抑制し、光センサ装置の体格の増大を抑制することができる。
【００１６】
請求項３に記載のように、受光素子の平面形状は正方形であり、隣り合う領域の平面形状は、中心から４つの端部までの長さが相等しい十字形である構成が好適である。これによれば、光の入射角度の検出範囲を等方的とすることができる。
【００１７】
請求項４に記載のように、走査部は、行方向に並ぶ複数の光電変換部の出力信号を、行単位に順次転送する垂直転送部と、該垂直転送部によって転送された光電変換部の出力信号を一時的に保存する保存部と、垂直転送部が任意の行の光電変換部の出力信号を転送している間に、保存部に保存された光電変換部の出力信号を処理部に逐次転送する水平転送部と、を有する構成が良い。このように、１つの光電変換部の出力信号を、処理部に逐次転送するようにしても良い。
【００１８】
なお、請求項４に記載の保存部の具体的な構成としては、請求項５に記載のように、保存部は、１つの光電変換部の出力信号を保存するメモリを、光電変換部の行列成分数だけ有し、全てのメモリは、１つの光電変換部が有する４つの受光素子それぞれの出力信号を一時的に保存するサンプルホールド回路を４つ有する構成を採用することができる。これによれば、１つの光電変換部が有する４つの受光素子それぞれの出力信号が、処理部に逐次転送される。
【００１９】
請求項６に記載のように、角度検出部は、光の仰角を検出する仰角検出部と、光の方位角を検出する方位角検出部と、を有し、仰角検出部及び方位角検出部はそれぞれ、複数の光電変換部の出力信号に基づいて、光の仰角と方位角とを検出するのが良い。これによれば、１つの光電変換部の出力信号に基づいて光の仰角と方位角とを検出する構成と比べて、検出精度が向上される。なお、請求項６に記載の構成の場合、請求項７に記載のように、仰角検出部は、１つの光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を比較する仰角比較部と、該仰角比較部の比較した結果を保存する仰角保存部と、該仰角保存部に保存された複数の仰角比較部の比較結果に基づいて、仰角を判定する仰角判定部と、を有し、方位角検出部は、１つの光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を比較する方位角比較部と、該方位角比較部の比較した結果を保存する方位角保存部と、該方位角保存部に保存された複数の方位角比較部の比較結果に基づいて、方位角を判定する方位角判定部と、を有する構成を採用することができる。
【００２０】
請求項８に記載のように、処理部は、光の強度を検出する強度検出部を有する構成を採用することができる。この場合、請求項９に記載のように、強度検出部は、複数の光電変換部の出力信号に基づいて、光の強度を検出するのが良い。これによれば、１つの光電変換部の出力信号に基づいて光の強度を検出する構成と比べて、検出精度が向上される。なお、請求項９に記載の構成の場合、請求項１０に記載のように、強度検出部は、１つの光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を加算、若しくは加算平均する第１加算部と、複数の第１加算部の出力信号を保存する強度保存部と、該強度保存部に保存された複数の第１加算部の出力信号を加算若しくは加算平均する第２加算部と、を有する構成を採用することができる。
【００２１】
画像検出部の具体的な構成としては、請求項１１に記載のように、画像検出部は、１つの光電変換部が有する４つの受光素子の出力信号を加算、若しくは加算平均する第３加算部と、光電変換部の数分の第３加算部の出力信号を保存する画像保存部と、を有する構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る光センサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すイメージ部と走査部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】１つの光電変換部を説明するための断面図である。
【図５】図４に示す破線で囲った領域を上方から見た上面図である。
【図６】列番号が増える方向に沿う光の入射範囲を示す上面図である。
【図７】行番号が増える方向に沿う光の入射範囲を示す上面図である。
【図８】列番号が増え、且つ行番号が減る方向に沿う光の入射範囲を示す上面図である。
【図９】仰角値と仰角との対応関係を示すグラフ図である。
【図１０】方位角値と方位角との対応関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明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装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、図１に示すイメージ部と走査部の概略構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す処理部の概略構成を示すブロック図である。図４は、１つの光電変換部を説明するための断面図である。図５は、図４に示す破線で囲った領域を上方から見た上面図である。図６は、列番号が増える方向に沿う光の入射範囲を示す上面図である。図７は、行番号が増える方向に沿う光の入射範囲を示す上面図である。図８は、列番号が増え、且つ行番号が減る方向に沿う光の入射範囲を示す上面図である。図９は、仰角値と仰角との対応関係を示すグラフ図である。図１０は、方位角値と方位角との対応関係を示すグラフ図である。
【００２４】
図１に示すように、光センサ装置１００は、要部として、イメージ部１０と、走査部４０と、処理部７０とを有している。イメージ部１０は、水平方向と垂直方向とによって規定される規定平面にマトリックス状に配置された複数の光電変換部１１を有し、走査部４０は、光電変換部１１の出力信号を処理部７０に逐次転送するための、垂直転送部４１、保存部４２、及び、水平転送部４３を有する。処理部７０は、光の入射角度を検出する角度検出部７１と、光の強度を検出する強度検出部７２と、画像を生成する画像生成部７３と、を有し、検出部７１，７２はそれぞれ、少なくとも１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の入射角度と強度とを検出し、画像生成部７３は、全ての光電変換部１１の出力信号に基づいて、画像を生成する。
【００２５】
このように本発明に係る光センサ装置１００では、少なくとも１つの光電変換部１１と、走査部４０と、検出部７１，７２とによって、日射センサが構成され、全ての光電変換部１１と、走査部４０と、画像生成部７３とによって、イメージセンサが構成されている。そして、日射センサとイメージセンサとが、光電変換部１１（イメージ部１０）と走査部４０とを共有する構成となっている。
【００２６】
イメージ部１０は、図１及び図２に示すように、１つの光電変換部１１を１画素として構成されている。各光電変換部１１は、図２及び図４に示すように、水平方向を行方向、垂直方向を列方向として、２行２列に配置された４つの受光素子１１ａ〜１１ｄを有する。第１受光素子１１ａが第１行第１列に配置され、第２受光素子１１ｂが第１行第２列に配置されている。また、第３受光素子１１ｃが第２行第１列に配置され、第４受光素子１１ｄが第２行２列に配置されている。光電変換部１１は、本発明の特徴点なので、後で詳説する。
【００２７】
走査部４０は、イメージ部１０を走査するものである。走査部４０の構成要素である、垂直転送部４１は、行方向に並ぶ複数の光電変換部１１の出力信号を、行単位に順次転送する機能を果たし、保存部４２は、垂直転送部４１によって転送された光電変換部１１の出力信号を一時的に保存する機能を果たし、水平転送部４３は、垂直転送部４１が任意の行の光電変換部１１の出力信号を転送している間に、保存部４２に保存された光電変換部１１の出力信号を処理部７０に逐次転送する機能を果たす。
【００２８】
保存部４２は、１つの光電変換部１１の出力信号を保存するメモリ４４を、光電変換部１１の行列成分数だけ有し、各メモリ４４は、１つの光電変換部１１が有する４つの受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの出力信号を一時的に保存する４つのサンプルホールド回路４４ａ〜４４ｄを有する。各光電変換部１１の第１受光素子１１ａが、第１サンプルホールド回路４４ａに接続され、第２受光素子１１ｂが、第２サンプルホールド回路４４ｂに接続されている。また、第３受光素子１１ｃが、第３サンプルホールド回路４４ｃに接続され、第４受光素子１１ｄが、第４サンプルホールド回路４４ｄに接続されている。
【００２９】
垂直転送部４１が、ある行に位置する光電変換部１１を選択している場合、その選択された行に位置する光電変換部１１の出力信号が、保存部４２の各メモリ４４に保存される。この行に位置する光電変換部１１の出力信号を垂直転送部４１が保存部４２に転送している間に、水平転送部４３は、各メモリ４４に保存された光電変換部１１の出力信号を、処理部７０に逐次転送する。これが１ループであり、以下、このループを、全ての行で行うことで、１フレーム分のデータを得る。この１フレーム分のデータが、処理部７０に入力される。なお、図２では、１ループにおいて、垂直転送部４１が選択する光電変換部１１を、破線で囲んでいる。
【００３０】
処理部７０は、イメージ部１０の出力信号を処理するものである。処理部７０の構成要素である、角度検出部７１は、光の仰角を検出する仰角検出部７４と、光の方位角を検出する方位角検出部７５と、を有する。本実施形態では、検出部７４，７５はそれぞれ、複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の仰角と方位角とを検出する。図３に示すように、仰角検出部７４は、１つの光電変換部１１が有する４つの受光素子１１ａ〜１１ｄの出力信号を比較する仰角比較部７４ａと、該仰角比較部７４ａの比較した結果を保存する仰角保存部７４ｂと、該仰角保存部７４ｂに保存された複数の仰角比較部７４ａの比較結果に基づいて、仰角を判定する仰角判定部７４ｃと、を有する。方位角検出部７５は、１つの光電変換部１１が有する４つの受光素子１１ａ〜１１ｄの出力信号を比較する方位角比較部７５ａと、該方位角比較部７５ａの比較した結果を保存する方位角保存部７５ｂと、該方位角保存部７５ｂに保存された複数の方位角比較部７５ａの比較結果に基づいて、方位角を判定する方位角判定部７５ｃと、を有する。検出部７４，７５の処理は、本発明の特徴点なので、後で詳説する。
【００３１】
強度検出部７２は、光の強度を検出するものである。本実施形態では、強度検出部７２は、複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の強度を検出する。図３に示すように、強度検出部７２は、１つの光電変換部１１が有する４つの受光素子１１ａ〜１１ｄの出力信号を加算、若しくは加算平均する第１加算部７２ａと、複数の第１加算部７２ａの出力信号を保存する強度保存部７２ｂと、該強度保存部７２ｂに保存された複数の第１加算部７２ａの出力信号を加算若しくは加算平均する第２加算部７２ｃと、を有する。
【００３２】
画像検出部７３は、１フレーム分の光電変換部１１の出力信号に基づいて、画像を検出するものである。図３に示すように、画像検出部７３は、１つの光電変換部１１が有する４つの受光素子１１ａ〜１１ｄの出力信号を加算、若しくは加算平均する第３加算部７３ａと、１フレーム分の第３加算部７３ａの出力信号を保存する画像保存部７３ｂと、を有する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る光センサ装置１００の第１の特徴点である光電変換部１１を図４〜図８に基づいて説明する。なお、図４〜図８においては、図１及び図２に示した垂直方向に沿う方向を仰角方向、水平方向に沿う方向を方位角方向と示す。また、便宜上、後述する膜１３〜１５を省略し、開口部１６を形作る縁を破線で示している。更に、受光素子１１ａ〜１１ｄの受光面に光が入射する範囲と、受光素子１１ａ〜１１ｄ以外の領域に光が入射する範囲とに、ハッチングを入れている。
【００３４】
図４及び図５に示すように、半導体基板１２に受光素子１１ａ〜１１ｄが形成され、半導体基板１２の上に透光膜１３、遮光膜１４、及び、保護膜１５が順次積層されている。そして、遮光膜１４に、４つの受光素子１１ａ〜１１ｄに対応する１つの開口部１６が形成され、この開口部１６によって、受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれに入射する光の入射角度が規定されている。開口部１６によって規定される光の入射角度は、図４に一点鎖線で示すように、開口部１６を形作る縁と、開口部１６から仰角及び方位角方向に離れた受光素子１１ａ〜１１ｄの端部とを結ぶ線が成す角度θによってあらわされる。光電変換部１１は、４つの受光素子１１ａ〜１１ｄと、開口部１６とを有する。以下においては、膜１３〜１５が積層する方向を高さ方向と示す。
【００３５】
４つの受光素子１１ａ〜１１ｄは、方位角方向を行方向、仰角方向を列方向として、２行２列に配置されている。４つの受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれは平面矩形状を成し、隣り合う領域（以下、隣接領域と示す）の間隔が等しく一定となっている。隣接領域について詳しく言えば、第１受光素子１１ａと第２受光素子１１ｂとの間の隣接領域の幅Ｌ１と、第３受光素子１１ｃと第４受光素子１１ｄとの間の隣接領域の幅Ｌ２とが等しく、第１受光素子１１ａと第３受光素子１１ｃとの間の隣接領域の幅Ｌ３と、第２受光素子１１ｂと第４受光素子１１ｄとの間の隣接領域の幅Ｌ４とが等しくなっている。また、高さ方向に沿って、４つの受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの受光面に投影される開口部１６の投影面積が等しくなっている。
【００３６】
図５に示すように、本実施形態では、受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの平面形状が正方形となっている。そして、隣接領域の平面形状が、中心から４つの端部までの長さが相等しい十字形となっており、幅Ｌ１〜Ｌ４それぞれが等しくなっている。また、開口部１６の平面形状も正方形となっており、開口部１６の中心と隣接領域の中心とが、高さ方向で一致している。高さ方向に沿う光が、開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合、各受光素子１１ａ〜１１ｄの受光面に入射する領域（以下、受光領域と示す）は正方形となり、隣接領域に入射する領域（以下、非受光領域と示す）は、中心から４つの端部までの長さが相等しい十字形となる。光の入射角度が、受光範囲内に納まっている場合、開口部１６を介して、半導体基板１２に入射する光の入射範囲は、受光領域と非受光領域との和によってあらわされる。なお、光の入射角度が、受光範囲内に納まっている場合とは、受光素子１１ａ〜１１ｄいずれかの受光領域の面積（以下、受光面積と示す）がゼロとならず、光の入射範囲に、受光領域及び非受光領域のみが含まれる場合である。図４〜図８にドットで示した領域が、受光領域に相当し、斜線で示した領域が、非受光領域に相当する。
【００３７】
例えば、図６に示すように、列番号が増える方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合、第１行に位置する２つの受光素子１１ａ，１１ｂそれぞれの受光面に入射する入射面積（受光面積）は減少する。しかしながら、その減少した分だけ、第２行に位置する２つの受光素子１１ｃ，１１ｄそれぞれの受光面積は増加するので、受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの受光面積の総和（以下、総受光面積と示す）は、一定となる。図示しないが、反対に、列番号が減る方向に沿って光が入射する場合、第２行に位置する受光素子１１ｃ，１１ｄの受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第１行に位置する受光素子１１ａ，１１ｂの受光面積は増加するので、総受光面積は一定となる。また、いずれの場合においても、非受光領域の形状は変化するが、隣接領域の間隔が等しく一定なので、非受光領域の面積（以下、非受光面積と示す）は一定となる。
【００３８】
行番号が増減する方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合も同様である。例えば、図７に示すように、行番号が増える方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合、第１列に位置する２つの受光素子１１ａ，１１ｃそれぞれの受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第２列に位置する２つの受光素子１１ｂ，１１ｄそれぞれの受光面積は増加するので、総受光面積は一定となる。図示しないが、反対に、行番号が減る方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合、第２列に位置する受光素子１１ｂ，１１ｄの受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第１列に位置する受光素子１１ａ，１１ｃの受光面積は増加するので、総受光面積は一定となる。また、いずれの場合においても、非受光領域の形状は変化するが、隣接領域の間隔が等しく一定なので、非受光面積は一定となる。
【００３９】
更に言えば、例えば、図８に示すように、列番号が増え、且つ行番号が減る方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合においても同様である。図８に示す例で言えば、受光素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄそれぞれの受光面積は減少するが、その減少した分だけ、第３受光素子１１ｃの受光面積は増加するので、総受光面積は一定となる。図示しないが、列番号が増え、且つ行番号が増える方向に沿う光、列番号が減り、且つ行番号が減る方向に沿う光、及び、列番号が減り、且つ行番号が増える方向に沿う光のいずれかが、開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合においても、同様にして、総受光面積は一定となり、非受光面積も一定となる。なお、言うまでもないが、上記した非受光面積と総受光面積との関係は、光の入射角度が、受光範囲内に納まっている場合に成立する。以上が、第１の特徴点である。
【００４０】
次に、本実施形態に係る光センサ装置１００の第２の特徴点である検出部７４，７５の処理を説明する。第１の特徴点に記した説明によれば、列番号が増減する方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合、第１行に位置する２つの受光素子１１ａ，１１ｂそれぞれの受光面積が減増する。しかしながら、その減増した分だけ、第２行に位置する２つの受光素子１１ｃ，１１ｄそれぞれの受光面積が増減する。また、行番号が増減する方向に沿う光が開口部１６を介して半導体基板１２に入射する場合、第１列に位置する２つの受光素子１１ａ，１１ｃそれぞれの受光面積が減増する。しかしながら、その減増した分だけ、第２列に位置する２つの受光素子１１ｂ，１１ｄそれぞれの受光面積が増減する。
【００４１】
このように、仰角方向の光に対して、第１行に位置する受光素子１１ａ，１１ｂの受光面積の変化と第２行に位置する受光素子１１ｃ，１１ｄの受光面積の変化とが、反対の関係となっている。また、方位角方向の光に対して、第１列に位置する受光素子１１ａ，１１ｃの受光面積の変化と第２列に位置する受光素子１１ｂ，１１ｄの受光面積の変化とが、反対の関係となっている。
【００４２】
これらによれば、第１行に位置する受光素子１１ａ，１１ｂの出力信号と第２行に位置する受光素子１１ｃ，１１ｄの出力信号とに基づいて、仰角方向の光の入射角度（仰角）を検出することができる。また、第１列に位置する受光素子１１ａ，１１ｃの出力信号と第２列に位置する受光素子１１ｂ，１１ｄの出力信号とに基づいて、方位角方向の光の入射角度（方位角）を検出することができる。
【００４３】
以上により、仰角検出部７４の仰角比較部７４ａは、１つの光電変換部１１の４つの受光素子１１ａ〜１１ｄの出力信号が入力されると、仰角方向に並ぶ２つの受光素子１１ａ，１１ｃ（受光素子１１ｂ，１１ｄ）の内の一方の出力信号を他方の出力信号によって割った値（以下、仰角値と示す）を算出し、その仰角値を、仰角保存部７４ｂに逐次出力する。この仰角値は、図９に示すように、光の仰角に対して線形に変化する性質を有しており、この仰角値と光の仰角とに対応した仰角マップを、仰角判定部７４ｃは有している。仰角判定部７４ｃは、仰角保存部７４ｂに保存された複数の仰角値を読み出し、これらを加算平均する。その後、加算平均した仰角値に対応する仰角を仰角マップから読み出し、その読み出した仰角を外部に出力する。
【００４４】
また、方位角検出部７５の方位角比較部７５ａは、１つの光電変換部１１の４つの受光素子１１ａ〜１１ｄの出力信号が入力されると、方位角方向に並ぶ２つの受光素子１１ａ，１１ｂ（受光素子１１ｃ，１１ｄ）の内の一方の出力信号を他方の出力信号によって割った値（以下、方位角値と示す）を算出し、その方位角値を、方位角保存部７５ｂに逐次出力する。この方位角値は、図１０に示すように、光の方位角に対して線形に変化する性質を有しており、この方位角値と光の方位角とに対応した方位角マップを、方位角判定部７５ｃは有している。方位角判定部７５ｃは、方位角保存部７５ｂに保存された複数の方位角値を読み出し、これらを加算平均する。その後、加算平均した方位角値に対応する方位角を方位角マップから読み出し、その読み出した方位角を外部に出力する。以上が、第２の特徴点である。
【００４５】
次に、本実施形態に係る光センサ装置１００の作用効果を説明する。上記したように、イメージ部１０が、光電変換部１１を１画素として構成され、各光電変換部１１が、２行２列に配置された４つの受光素子１１ａ〜１１ｄを有する。このため、１画素の受光面積は、４つの受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの受光面積の総和（総受光面積）によって表される。
【００４６】
上記したように、光の入射角度が受光範囲内に納まっている場合、開口部１６を介して、半導体基板１２に入射する光の入射範囲は、受光領域と非受光領域との和によってあらわされる。また、開口部１６から、半導体基板１２に入射する光の角度（以下、単に光の入射角度と示す）が変化したとしても、非受光面積が一定であり、総受光面積も一定となっている。これにより、光の入射角度が変化したとしても、光の受光量が低減することが抑制される。
【００４７】
上記したように、入射角度が変化しても、総受光面積は一定となるが、各受光素子１１ａ〜１１ｄの受光面積は変化する。仰角方向の光に対して、第１行に位置する受光素子１１ａ，１１ｂの受光面積の変化と第２行に位置する受光素子１１ｃ，１１ｄの受光面積の変化とが、反対の関係となっている。そして、方位角方向の光に対して、第１列に位置する受光素子１１ａ，１１ｃの受光面積の変化と第２列に位置する受光素子１１ｂ，１１ｄの受光面積の変化とが、反対の関係となっている。したがって、第１行に位置する受光素子１１ａ，１１ｂと第２行に位置する受光素子１１ｃ，１１ｄそれぞれの出力信号によって、光の仰角を検出することができ、第１列に位置する受光素子１１ａ，１１ｃと第２列に位置する受光素子１１ｂ，１１ｄそれぞれの出力信号によって、光の方位角を検出することができる。
【００４８】
受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの平面形状が正方形となっており、隣接領域の平面形状が、中心から４つの端部までの長さが相等しい十字形となっている。これによれば、光の入射角度の検出範囲を等方的とすることができる。
【００４９】
仰角検出部７４及び方位角検出部７５はそれぞれ、複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の仰角と方位角とを検出する。これによれば、１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて光の仰角と方位角とを検出する構成と比べて、検出精度が向上される。
【００５０】
強度検出部７２は、複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の強度を検出する。これによれば、１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて光の強度を検出する構成と比べて、検出精度が向上される。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施形態では、受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの平面形状が正方形となっている例を示した。しかしながら、受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれは平面長方形状でも良い。
【００５３】
本実施形態では、隣接領域の平面形状が、中心から４つの端部までの長さが相等しい十字形となっており、幅Ｌ１〜Ｌ４それぞれが等しい例を示した。しかしながら、隣接領域の形状としては、幅Ｌ１とＬ２とが等しく、幅Ｌ３と幅Ｌ４とが等しい十字形であれば良い。
【００５４】
本実施形態では、開口部１６の平面形状が正方形である例を示した。しかしながら、開口部１６の平面形状としては上記例に限定されず、例えば、長方形を採用することができる。
【００５５】
本実施形態では、開口部１６の中心と隣接領域の中心とが、高さ方向で一致している例を示した。しかしながら、高さ方向に沿って、４つの受光素子１１ａ〜１１ｄそれぞれの受光面に投影される開口部１６の投影面積が等しい、という関係が満たされるのであれば、開口部１６の中心と隣接領域の中心とが、高さ方向で一致していなくとも良い。
【００５６】
本実施形態では、検出部７４，７５それぞれが、複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の仰角と方位角とを検出する例を示した。しかしながら、検出部７４，７５の少なくとも一方が、１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の仰角と方位角とを検出しても良い。
【００５７】
仰角検出部７４が、１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の仰角を検出する場合、仰角判定部７４ｃは、仰角保存部７４ｂに保存された１つの仰角値を読み出し、読み出した仰角値に対応する仰角を仰角マップから読み出す。その後、仰角判定部７４ｃは、読み出した仰角を外部に出力する。また、方位角検出部７５が、１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の仰角を検出する場合、方位角判定部７５ｃは、方位角保存部７５ｂに保存された１つの方位角値を読み出し、読み出した方位角値に対応する方位角を方位角マップから読み出す。その後、方位角判定部７５ｃは、読み出した方位角を外部に出力する。
【００５８】
本実施形態では、強度検出部７２が、複数の光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の強度を検出する例を示した。しかしながら、強度検出部７２が、１つの光電変換部１１の出力信号に基づいて、光の強度を検出しても良い。この場合、強度検出部７２は、第２加算部７２ｃを有さず、第１加算部７２ａと、強度保存部７２ｂと、を有する。
【００５９】
本実施形態では、光電変換部１１が２行２列に配置された４つの受光素子１１ａ〜１１ｄを有する例を示した。しかしながら、光電変換部１１は、Ｎ，Ｍを２以上の自然数として、Ｎ行Ｍ列に配置されたＮ×Ｍ個の受光素子を有しても良い。しかしながら、この構成の場合、光電変換部１１の体格が増大するので、イメージ部１０及び光センサ装置１００それぞれの体格の増大を抑制するには、本実施形態で示した構成が好ましい。なお、光電変換部１１が、Ｎ行Ｍ列に配置されたＮ×Ｍ個の受光素子を有する場合、第１行に位置する受光素子と第Ｎ行に位置する受光素子それぞれの出力信号によって、光の仰角を検出し、第１列に位置する受光素子と第Ｍ列に位置する受光素子それぞれの出力信号によって、光の方位角を検出する。
【符号の説明】
【００６０】
１０・・・イメージ部
１１・・・光電変換部
１１ａ〜１１ｄ・・・受光素子
１６・・・開口部
４０・・・走査部
７０・・・処理部
７１・・・角度検出部
７２・・・強度検出部
７３・・・画像検出部
７４・・・仰角検出部
７５・・・方位角検出部
１００・・・光センサ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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