(57)【要約】  本発明のリアビュー組立体は、車両に装着されるように適合されたハウジングと、車両から後方の視界の画像を運転者に提供するためハウジングに配置されたリアビュー要素と、リアビュー要素を通過する光を受け取るように位置付けられたグレアセンサとを含むことができる。グレアセンサは、回路基板に表面実装することができる。リアビュー要素とグレアセンサとの間に、任意選択の２次光学要素を配置することができる。任意選択の２次光学要素は、垂直方向に対して水平方向に異なる視野をもたらすためにアナモルフィックレンズを有することができる。【選択図】図１
2007534964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用リアビュー組立体であって、
前記リアビュー組立体が、
前記車両に装着されるように適合されたハウジングと、
前記車両から後方の視界の画像を運転者に提供するため前記ハウジングに配置され、実質的に透過性の窓が形成される反射面を含むリアビュー要素と、
グレアセンサ装置と、該グレアセンサ装置と前記リアビュー要素との間に配置された２次光学要素とを含み、前記リアビュー要素の窓を通過する光を感知するように前記リアビュー要素の窓の後方に装着されたグレアセンサ部分組立体と、
を備えるリアビュー組立体。
【請求項２】
前記リアビュー要素が、反射層を有する電気光学ミラー要素である請求項１に記載のリアビュー組立体。
【請求項３】
前記ハウジングに配置された回路基板を更に備え、前記グレアセンサ装置が前記回路基板上に装着される請求項１に記載のリアビュー組立体。
【請求項４】
前記グレアセンサ装置が、前記回路基板の表面に表面実装される請求項３に記載のリアビュー組立体。
【請求項５】
前記回路基板の表面に表面実装された周囲光センサを更に備える請求項４に記載のリアビュー組立体。
【請求項６】
前記２次光学要素が、前記グレアセンサ装置と離間した関係で前記回路基板に装着される請求項３に記載のリアビュー組立体。
【請求項７】
車両用リアビュー組立体であって、
前記リアビュー組立体が、
前記車両に装着されるように適合されたハウジングと、
前記車両から後方の視界の画像を運転者に提供するため前記ハウジングに配置されたリアビュー要素と、
前記ハウジング内に装着された回路基板と、
前記車両の後方からの光を感知するため前記回路基板の一方の面に表面実装されたグレアセンサ装置と、
を備えるリアビュー組立体。
【請求項８】
前記グレアセンサ装置が前記回路基板の一方の面に表面実装されると共に、前記回路基板の反対の面からの光を受け取る請求項７に記載のリアビュー組立体。
【請求項９】
前記グレアセンサ装置と同じ前記回路基板の側面に表面実装され、該同じ側から周囲光を受け取るように配向された周囲光センサを更に備える請求項７に記載のリアビュー組立体。
【請求項１０】
前記グレアセンサ装置が、
支持構造体と、
光を感知し、これに応答して電気出力信号を生成するために前記支持基板上に装着された感知回路と、
一体型アナモルフィックレンズを含む、前記支持構造体上の感知回路を封入する封入材と、
を備える請求項７に記載のリアビュー組立体。
【請求項１１】
前記グレアセンサ装置が、
支持構造体と、
光を感知し、これに応答して電気出力信号を生成するために前記支持基板上に装着された感知回路と、
前記支持構造体上の前記感知回路を封入する封入材と、
を備え、
前記封入材が、入射光を前記感知回路のアクティブ面上に合焦するためのレンズ部分と、前記レンズ部分に入射しない光を前記感知回路のアクティブ面上に集めて再配向するための前記レンズ部分を囲む光コレクタ部分とを定めるように構成されていることを特徴とする請求項１又は７のリアビュー組立体。
【請求項１２】
前記リアビュー要素が、電気光学ミラー要素である請求項７に記載のリアビュー組立体。
【請求項１３】
光が前記グレアセンサ装置上に入射する前に透過する必要があるように位置付けられた２次光学要素を更に備える請求項７に記載のリアビュー組立体。
【請求項１４】
車両用リアビュー組立体であって、
前記リアビュー組立体が、
前記車両に装着されるように適合されたハウジングと、
前記車両から後方の視界の画像を運転者に提供するため前記ハウジングに配置されたリアビュー要素と、
前記車両の背後への光レベルを感知するグレアセンサ装置とアナモルフィックレンズとして機能するように構成された２次光学要素とを含むグレア部分組立体と、
を備えるリアビュー組立体。
【請求項１５】
前記２次光学要素が更に、拡散器として機能する請求項１４に記載のリアビュー組立体。
【請求項１６】
前記２次光学要素が、互いに対向する第１及び第２の表面を有する基板を備える請求項１４に記載のリアビュー組立体。
【請求項１７】
前記２次光学要素が、前記基板の第１の表面上にアナモルフィックレンズを含む請求項１６に記載のリアビュー組立体。
【請求項１８】
前記２次光学要素が、前記基板の第１及び第２の表面の各々にアナモルフィックレンズを含む請求項１６に記載のリアビュー組立体。
【請求項１９】
前記２次光学要素が、前記基板の第１の表面上に第１のレンティキュラーレンズを含む請求項１６に記載のリアビュー組立体。
【請求項２０】
前記２次光学要素が、前記基板の第２の表面上に第２のレンティキュラーレンズを更に含む請求項１９に記載のリアビュー組立体。
【請求項２１】
前記第１のレンティキュラーレンズが複数の平行な細長い第１の小レンズを含み、前記第２のレンティキュラーレンズが複数の平行な細長い小レンズを含み、前記第１の小レンズが前記第２の小レンズに対して垂直に延びる請求項２０に記載のリアビュー組立体。
【請求項２２】
車両用リアビュー組立体であって、
前記リアビュー組立体が、
前記車両に装着されるように適合されたハウジングと、
前記車両から後方の視界の画像を運転者に提供するため前記ハウジングに配置されたリアビュー要素と、
前記リアビュー要素の窓を通過する光を感知するように前記リアビュー要素の窓の背後に装着されたグレアセンサ装置と、
を備え、
前記グレアセンサ装置が、
支持構造体と、
光を感知し、これに応答して電気出力信号を生成するために前記支持基板上に装着された感知回路と、
前記支持構造体上の前記感知回路を封入する封入材と、
を含み、
前記封入材が、入射光を前記感知回路のアクティブ面上に合焦するためのレンズ部分と、前記レンズ部分に入射しない光を前記感知回路のアクティブ面上に集めて再配向するための前記レンズ部分を囲む光コレクタ部分とを定めるように構成されていることを特徴とするリアビュー組立体。
【請求項２３】
前記レンズ部分が楕円形である請求項１１又は２２に記載のリアビュー組立体。
【請求項２４】
前記光コレクタ部分が、前記楕円形のレンズ部分の主軸に対して垂直な平面にある環状受光面を含み、前記楕円形のレンズ部分の周りに配置されている請求項２３に記載のリアビュー組立体。
【請求項２５】
前記光コレクタ部分が放物面を含む請求項１１又は２２に記載のリアビュー組立体。
【請求項２６】
前記放物面が、全反射により入射光を前記感知回路へ再配向する請求項２５に記載のリアビュー組立体。
【請求項２７】
前記グレアセンサ装置と前記リアビュー要素との間に装着された２次光学要素を更に備える請求項２２に記載のリアビュー組立体。
【請求項２８】
車両用リアビュー組立体であって、
前記リアビュー組立体が、
前記車両に装着されるように適合されたハウジングと、
前記車両から後方の視界の画像を運転者に提供するため前記ハウジングに配置されたリアビュー要素と、
前記リアビュー要素を通過する光を感知するように前記リアビュー要素の背後に装着されたグレアセンサ装置と、
を備え、
前記グレアセンサ装置が、
支持構造体と、
光学放射線を感知し、これに応答して電気出力信号を生成するため前記支持基板上に装着された感知回路と、
一体型アナモルフィックレンズを含む、前記支持構造体上の前記感知回路を封入する封入材と、
を含むリアビュー組立体。
【請求項２９】
前記支持構造体がリードフレームの一部である請求項１１、２２、又は２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３０】
前記リードフレームの前記部分が、前記感知回路に電気的に結合され、前記封入材によって保持される少なくとも２つのリード部を含む請求項２９に記載のリアビュー組立体。
【請求項３１】
前記一体型アナモルフィックレンズが、バイラジアルレンズである請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３２】
前記バイラジアルレンズが、円環体レンズである請求項３１に記載のリアビュー組立体。
【請求項３３】
前記一体型アナモルフィックレンズが、円筒形レンズである請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３４】
前記一体型アナモルフィックレンズが、横断方向において前記感知回路への異なる視野を示す請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３５】
前記封入材の少なくとも一部にわたって分散された拡散剤を更に備える請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３６】
前記感知回路が、可視光に対して反応する請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３７】
前記一体型アナモルフィックレンズが、横断方向において異なる焦点距離を有する請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項３８】
前記感知回路のセンサ領域が、前記一体型アナモルフィックレンズの焦点距離よりも前記一体型アナモルフィックレンズの表面に近接して位置付けられている請求項３７に記載のリアビュー組立体。
【請求項３９】
前記封入材が、少なくとも第１のゾーンと第２のゾーンとを有し、前記第２のゾーンは前記第１のゾーンとは異なる少なくとも１つの特性を示す請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項４０】
前記感知回路が、１ｍｍ2より小さいアクティブ感知領域を有する請求項２８に記載のリアビュー組立体。
【請求項４１】
前記回路基板が、前記回路基板の反対側から前記グレアセンサに光を受け取れるようにする孔を含み、前記リアビュー組立体が更に、光が前記グレアセンサ装置上に入射する前に透過する必要があるように位置付けられた２次光学要素を含み、前記２次光学要素は、前記回路基板の対応する穴に係合するように各々が構成された少なくとも２つの弾性レッグ部を含み、前記２次光学要素が定位置にスナップ嵌合できるようにする請求項１８に記載のリアビュー組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光放射センサ装置に関し、より詳細には光センサを組み込んだセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサは、数多くの様々な用途に使用されている。かかる光センサの用途において、感知機構の幾つかの特性は許容範囲内にあることが必要であり、特定の光感知の用途においては更に幾つかを特性化する必要がある。センサの他の特性によって、センサが好適となる用途の範囲が広がる可能性があり、及び／又はより容易な又はより経済的な設計適用例をもたらすことができる。用途毎に一般要件が大幅に異なる第１の特性は、特定の用途で必要とされるセンサの角度応答特性、すなわち角度応答プロファイルである。第２の特性は光学利得であり、これは、低光レベルの測定において検出する必要のある最低光レベルをシステムが安定して測定するために十分に大きいことが好ましい。第３の特性は、測定される光の入射口として比較的小さく且つ審美的に魅力的な空間効率の良いアパーチャを装置に備える必要があることである。第４の特性は、十分且つ好ましい可変の距離でアパーチャを電子感知装置から分離可能なことである。第５の特性は、別個の構成要素を利用して光を感知して角度応答特性を特性化し、その結果、広範囲な用途でセンサを使用できるようにし、光感知構成要素の標準化の更なる拡大につながるようにすることである。
【０００３】
光を検出するために使用されるタイプのセンサ装置は、様々なパッケージで構成されている。例えば、光導電センサは回路基板上に装着されることが多く、センサの前面に位置付けられたセパレートレンズを備える場合もあり、又は備えない場合もある。一部のフォトダイオードでは、センサダイがリードフレームに装着され、透過性エポキシ樹脂で封入され構成されている。エポキシ封入材料の一部は、入射光をセンサダイ上に合焦させるようにレンズに成形される。かかるレンズは、アクティブ感知素子の表面に対してほぼ垂直な軸の周りに対称な球面又は他の回転面とされてきた。センサから間隔を置いて別個のレンズが配置されているセンサ構成とは異なり、これらのタイプのセンサ装置のレンズは、センサの一体部分であって、センサとレンズとを隔てる空間が排除されている。レンズとセンサとの間の空間にプラスチックを充填することから生じる主な設計上の相違点は、光線の伝播速度がレンズ材料の屈折率に反比例して低下することである。これは事実上、材料の屈折率に比例してレンズの焦点距離を増大させる。
【０００４】
図４Ａ及び４Ｂは、２つの一般的なセンサ構成を示しており、各々が同様の角度応答特性を有するが、光学利得は大きく異なる。図４Ａの第１のセンサ構成では、センサはアパーチャの近くにあり、望ましくは高い光学利得を有する。センサをアパーチャ近くに配置すると、多くの場合、部品及び組立工程の追加によりコストが付加され、またセンサまでの電気接続経路が長くなることにより電気的設計が損なわれることが多い。図４ｂの第２のセンサ構成では、センサはアパーチャからかなり離れた距離に配置されており、光学利得が望ましくないほど低くなる。センサの配置は好都合であり低コストであるが、全体の設計に関しては光学利得の減少が厳しいものとなる可能性があるので、満足な性能が損なわれ又は妨げられる場合もある。
【０００５】
直線４１ａと４２ａとの間の角度及び直線４１ｂと４２ｂとの間の角度は、図示の実施例の各々において同じであり、センサの各々について光角度応答プロファイルにおける５０パーセントの応答点間の公称角度を示している。ハウジング４４ａ及び４５ａの光遮断部分は、レンズ４３ａを含むアパーチャの対向する側部の部分図で図４Ａに示されている。感知素子４８ａが光学アパーチャを示す直線４１ａと４２ａとの交点である点４９ａよりもケースにより近く配置されている場合には、レンズは、場合によっては拡散及び／又はデフォーカスと組み合わせて、直線４６ａと４７ａとの間の角度から設計目標の直線４１ａと４２ａとの間の角度まで視野アパーチャを減少させるのに役立つ可能性がある。レンズ４３ａは、センサに入射する光を集めるのに役立ち、これによってセンサの光学利得が増大する。このようにして、システムの光学利得を増大させながら、視野全体の望ましい低減が達成される。このことが非光パイプモードの薄い単レンズで機能するための一般的な要件は、センサ４８ａが図４Ａの直線４６ａ及び４７ａで描かれる円錐面の頂点４９ａよりもアパーチャの近くに配置されることである。円錐面は、非円形とすることができるが、例示又は設計の目的で一時的なゲージとしてのみ使用される。レンズ及び／又はフィルタが取り外されている場合、円錐面は必要とされる視野方向で位置合わせされ、設けられたアパーチャ開口に可能な限り挿入される。（点４９ａ又は４９ｂよりもアパーチャに一般に近い領域は、それぞれのアパーチャの近視野領域と呼ぶことができる。）
【０００６】
ハウジング４４ｂ及び４５ｂの光遮断部分は、図４Ｂの部分図において、拡散レンズ及び／又は表面４３ｂを含むアパーチャの対向する側面上に示されている。この場合、センサ４８ｂは、頂点４９ｂよりもアパーチャから遠くにある。点４９ｂの特性は、４９ａの特性と同様である。別の方法によれば、これは、アパーチャのセンサ側にあって、該アパーチャから最も遠位にある点であり、この点からセンサが入射光又はその実質的部分に応答すべき全視野をアパーチャ内に光学要素を配置する前には見ることができる点として説明される。この場合、センサ４８ｂは、点４９ｂよりもアパーチャから離れているので、直線４６ｂと４７ｂとの間の角度は、直線４１ｂと４２ｂとの間の角度よりも小さくなっている。三次元表現では、センサが位置する点４８ｂでアパーチャが定める立体角は、レンズ及び／又はフィルタが取り外されたアパーチャを通る入射光への応答に対して所望の視野を見ることができる点４９ｂにおいてアパーチャが定める立体角よりも小さい。この場合、拡散効果を有する光学要素４３ｂをアパーチャに組み込むことができ、代表的な方向４１ｂ及び４２ｂから入来する十分な光線をセンサ４８ｂに当てることができる程度まで十分に曲げることができるほど拡散効果が顕著である場合には、設計目標を満足するのに必要とされるような、４６ｂと４７ｂとの間の角度で示される視野から４１ｂと４２ｂとの間の角度で示される視野まで拡散効果が実効視野を拡大する平衡点を見つけることができる。不都合な点は、第１の実施例で達成されたように光を集中させて光学利得を付加するのではなく、拡散器を配置する前には遮られずにアパーチャを通って入りセンサに衝突していた光線が拡散器の拡散効果によって広がり、これによりセンサに到達する光線の割合が減少するため、光レベルが事実上減衰することになる点である。従って、光学利得を犠牲にすることなくハウジング内のアパーチャからハウジングを通りある距離に配置することができるセンサ装置構成に対する必要性が存在する。
【０００７】
光センサの１つの用途は、車両のリアビュー組立体用のグレアセンサである。リアビュー組立体は、エレクトロクロミックミラー要素及び／又はディスプレイ要素を含むことができる。エレクトロクロミックミラー要素では、後方に面したグレアセンサによって感知される光レベルをモニターし、該レベルを用いてエレクトロクロミックミラー要素の反射率を制御し、他の車両のヘッドライトからの過度のグレアが運転者の目に反射するのを防止することができる。ディスプレイの強度も同様に、グレアセンサにより感知される光レベルに応じて変えることができる。
【０００８】
米国特許第６，８３１，２６８号は、光学利得を犠牲にすることなくリアビュー組立体のハウジングの内のアパーチャからハウジングを通りある距離に配置することができるセンサ装置を開示している。当該特許で開示されているように、ハウジング内のアパーチャにわたり拡散器を設けることは有利とすることができる。１つの特定の実施形態では、このセンサ装置は、リアビューミラー組立体のベゼルに形成されたアパーチャを通る光を感知するグレアセンサとして利用され、この場合アパーチャに拡散器を設けることができる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，８３１，２６８号公報
【特許文献２】米国特許第６，６７９，６０８号公報
【特許文献３】米国特許第６，３７９，０１３号公報
【特許文献４】米国特許第６，３５９，２７４号公報
【特許文献５】米国特許第５，４７１，５１５号公報
【特許文献６】米国特許第６，５８７，５７３号公報
【特許文献７】米国特許第６，６７０，２０７号公報
【特許文献８】米国特許第６，３５６，３７６号公報
【特許文献９】米国特許第６，５２１，９１６号公報
【特許文献１０】米国特許第４，７９９，７６８号公報
【特許文献１１】米国特許第５，０３６，４３７号公報
【特許文献１２】米国特許第４，９０２，１０８号公報
【特許文献１３】米国特許第５，２０４，７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
‘５４０特許出願で開示された構成は極めて良好に機能するが、自動車製造業者によっては、ベゼルの外観サイズを最小にするために、ミラー要素又はディスプレイ要素の背後にセンサ装置を位置付けることを好むことがある。更に、自動車製造業者によっては、その車両の一部に後部座席を前部座席に対して高くした「シアターシート配置」を提供することがある。これにより、グレアセンサの視野内で感知することができるリアウィンドウからの光の割合を低減できる結果となる。グレアセンサがその視野にわたり平均的な光レベルを感知する限りにおいて、シアターシートシート配置により、グレアセンサによって感知される他の場合の平均的な光レベルが低減される。更に、同じモデルの車両において座席は明るい又は暗い布張りを有する場合があり、これはシートがセンサの視野内にあるときにグレアセンサによって感知される光レベルに影響を与える可能性がある。従って、グレアセンサをミラー又はディスプレイ要素の背後に位置付けることができ、更にこうした位置付けを考慮してリアウィンドウからの視界の変化を考慮するようグレアセンサの性能が改善されるリアビュー構成の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明の一態様は、車両に装着されるように適合されたハウジングと、車両の後方視界の画像を運転者に提供するためハウジングに配置され、透過性窓が形成される反射面を含むリアビュー要素と、グレアセンサ装置と該グレアセンサ装置とリアビュー要素との間に配置された２次光学要素とを含み、リアビュー要素の窓を通過する光を感知するようにリアビュー要素の窓の後方に装着されたグレアセンサ部分組立体とを備える車両用リアビュー組立体を提供することである。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、車両に装着されるように適合されたハウジングと、車両から後方視界の画像を運転者に提供するためハウジングに配置されたリアビュー要素と、ハウジング内に装着された回路基板と、車両の後方からの光を感知するため回路基板の一方の面に表面実装されたグレアセンサ装置とを備える車両用リアビュー組立体が提供される。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、車両に装着されるように適合されたハウジングと、車両の後方視界の画像を運転者に提供するためハウジングに配置されたリアビュー要素と、車両の背後への光レベルを感知するグレアセンサ装置とアナモルフィックレンズとして機能するように構成された２次光学要素とを含むグレア部分組立体とを備える車両用リアビュー組立体が提供される。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、車両に装着されるように適合されたハウジングと、車両から後方の視界の画像を運転者に提供するためハウジングに配置されたリアビュー要素と、リアビュー要素を通過する光を感知するようにリアビュー要素の背後に装着されたグレアセンサ装置とを備える車両用リアビュー組立体が提供される。グレアセンサ装置は、支持構造体と、光を感知してこれに応答して電気出力信号を生成するために支持基板上に装着された感知回路と、支持構造体上の感知回路を封入する封入材とを含み、該封入材が、入射光を感知回路のアクティブ面上に合焦するためのレンズ部分と、レンズ部分に入射しない光を感知回路のアクティブ面上に集めて再配向するためのレンズ部分を囲む光コレクタ部分とを定めるように構成されている。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、車両に装着されるように適合されたハウジングと、車両から後方の視界の画像を運転者に提供するためハウジングに配置されたリアビュー要素と、リアビュー要素を通過する光を感知するようにリアビュー要素の背後に装着されたグレアセンサ装置とを備える車両用リアビュー組立体が提供される。グレアセンサ装置は、支持構造体と、光放射を感知してこれに応答して電気出力信号を生成するため支持基板上に装着された感知回路と、一体型アナモルフィックレンズを含む支持構造体上の感知回路を封入する封入材とを含む。
【００１６】
本発明のこれらの及び他の特徴、利点、並びに目的は、以下の明細書、請求項、及び添付図面を参照することにより当業者には更に理解され評価されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここで本発明の好ましい実施形態を詳細に参照し、その一例が添付図面に示される。可能な限り図面全体を通じて同じ又は同等の要素に対して同じ参照符号を使用する。
【００１８】
本発明の１つの実施形態に従って構成されたセンサ装置５０を図１に示す。センサ装置５０を組み込むセンサ部分組立体１０を図２に示す。センサ装置５０は、プリント回路基板又はリードフレーム６０などの支持構造体と、好ましくは可視光線である光放射線を感知するために支持基板上に装着されたアクティブ感知領域５７を有する統合感知回路１５と、支持構造体上の感知回路を封入する封入材６２とを含む。一般に封入材６２は、入射光学放射線を感知回路１５のアクティブ面５７に合焦するための楕円形の屈折面を好ましくは有する一体型屈折レンズ部６１を含むレンズ構造体２０を形成する。レンズ構造体２０は更に、レンズ部６１を囲む光放射収集部５３を含み、レンズ部６１に入射しない光放射線を収集して感知回路１５のアクティブ面５７上に再配向する。光放射収集部５３は、入射光放射を全反射により感知回路１５に向けて再配向する放物反射面５４を含む。また光放射収集部は、環状の光放射受光面５１を含み、該受光面は、楕円形のレンズ部６１の主軸に垂直な平面上にあり、楕円形レンズ部６１の周りに配置されている。封入材は透過性ポリマーで形成されるのが好ましい。
【００１９】
センサ部分組立体１０は更に、ハウジング筐体３１に形成されたアパーチャと、該筐体３１に形成されたアパーチャ内に配置される拡散器とを含む拡散器・アパーチャ部分組立体３０を含む。図２６及び図２７に示すように、ハウジング筐体３１は、リアビュー組立体のハウジング筐体とすることができる。本明細書で使用する「リアビュー組立体」は、エレクトロクロミックミラー要素などのミラー要素を有するリアビューミラー組立体、後方に面したカメラにより車両の後方に向けて取り込まれた画像を表示するためのディスプレイ要素を有するリアビューディスプレイ組立体、又はミラー要素と後方画像を表示するディスプレイ要素の両方を有するリアビューミラー／ディスプレイ一体型組立体とすることができる。リアビュー組立体の好ましい構成に関する更なる詳細は、以下の好ましいセンサ装置のより詳細な説明の後で述べる。
【００２０】
本発明のセンサ組立体の構造を概略的に説明したので、かかる構造の光学的特性、機能、及び利点を以下に説明する。
【００２１】
図４Ｃに示すセンサ構成では、上述のように構成されたセンサをアパーチャからかなりの距離に配置して、高い光学利得を有するのが望ましい。この望ましい組み合わせをもたらす特徴は、本明細書に記載する本発明の一部である。
【００２２】
図４Ｃの説明図では、４９ｃの位置付け及び定義は４９ａ及び４９ｂ（図４Ａ及び４Ｂ）と同様であり、小領域感知回路１５の位置付けは４８ｂと同様である。センサ回路１５を好ましく封入し且つ好ましくは囲むレンズ構造が追加されており、システム全体に関して角度に対する感度の望ましいプロファイルが概ね得られるようにレンズ及び／又は拡散要素３２が設計されていることを除いて、他の対応する特徴も同等である。結果として得られるシステムは、図４Ｂを上回る十分に高い光学利得をもたらす。
【００２３】
レンズ構造体２０は、アパーチャを通ってセンサ回路１５のアクティブ領域５７に入る光線を投射するよう機能し、比較的大きい円錐角のかなりの部分を満たし、その極値は例示的な実施例において直線４６ｃ及び４７ｃで示されている。レンズは、画像の完全性を維持する必要はないが、他の幾つかの点では低Ｆナンバーの写真レンズと同等である。また、通常結像光学系で実用的なものよりも更に低いＦナンバーを有するのが好ましい。好ましい構造では、４５ｃで示される光線の大部分がレンズ構造体２０によってセンサ上に合焦され、望ましい視野から発生してアパーチャを通ってシステムに入る。アパーチャを通って入らない４４ｃのような光線は、レンズが感知回路１５のアクティブ領域に配向する光のうちのごく僅かな部分を構成するのが好ましい。前述において、特に４１ｃと４２ｃとの間の角度が大きい場合には、通常はこれらの光線のサンプリングだけがアクティブ感知領域に配向されるが、アクティブ感知領域に向けられる光線の大部分は、光レベルが測定されることになる方向から来るのが好ましい。レンズ及び／又は拡散ユニット３２は、分散効果を有するように設計されており、例示の実施例で４１ｃ及び４２ｃの方向で範囲が定められた領域内から発する光線の典型的な割合は、これらがレンズ構造体２０によってセンサ回路１５のアクティブ領域上に合焦されるように調整される。拡散器の散乱プロファイルの分布及び範囲の両方は、光学システムの応答プロファイルの角度に依存する大きさ及び一般的な極値が設計目標を満たすようにすることが好ましい。散乱が増大すると全体の光学利得が減少するので、散乱の程度はまた、応答プロファイルの目標を満たすのに必要とされる最小量に適度に近くなることが好ましい。
【００２４】
本発明の幾つかの実施形態では、光学部分組立体３０は、単一の負レンズ要素又は更に正レンズ要素を含むことができる。しかしながら、細かいパターンを有することが好ましい。例えばパターンは、拡散効果の反復性又はランダム性のものであり、アパーチャを覆う材料内に分散される拡散剤を用いて、ランダムな又は不均整の粗面によって、或いは微細パターンを複製することにより生成することができる超微細構造によって小さなレンズ要素の細かいアレイで製造することができる。微細パターンは、レーザ干渉パターンによって生成することができ、このような拡散器でも同様に、反射作用又は屈折効果に加えて或いはこれに代えて光学面の微細特徴によって生成される干渉パターンを利用して、所望の光分散効果を達成することができる。
【００２５】
図２に示すように、光はアパーチャ及び拡散器部分組立体３０を通って入り、幾らかの距離を進んだ後、入射光線の一部がセンサ装置５０のレンズ構造体２０に当たり、そこでセンサに当たった光線の一部が、感知回路１５上の光感知領域に配向される。リード部５９ａ〜５９ｄは、感知回路１５と、センサに当たる光のレベルを読み取り又はこれに応答するよう機能する関連電気制御回路６６（図５）とに電気的に取り付けられる。拡散器・アパーチャ部分組立体３０は、方向に対する感度プロファイルが用途に対して満足できるものであるように、センサの方向性応答又は空間応答のプロファイルを形成するよう機能する。本発明の幾つかの実施形態では、センサ装置５０のレンズ構造体２０は、拡散要素から出てチップの光感知領域上でセンサに当たる光線の十分に大きな部分を配向して、通常はセンサが感知アパーチャの近くすなわち近視野領域に位置するときに達成する光学利得と同程度又は場合によってはこれを上回るシステム全体の利得が得られるように設計される。センサが近視野領域に位置する場合には、視野からの光がセンサのアクティブ領域に衝突するときに比較的大きな立体角を占め、これにより全体の光学利得に寄与するようにこの光を配向することが容易に可能であることが多い。図２の設計では、感知回路の位置決めオプションの範囲全体にわたって適度な、或いは同程度の、又はより良好な光学効率を維持する設計を提供するのが望ましく、該範囲は、場合によっては近視野を含むことができるが、他の場合には近視野の最大範囲よりも大きなアパーチャからはるかに離れた距離まで拡張することができる。本発明を実施する１つの方法は、拡散要素から発する光線を光感知素子１５に配向するレンズシステムを提供し、これらの光線により近視野の同程度のシステムと同程度の大きさの有効立体角をほぼ満たすことである。本説明では、センサのアクティブ領域５７は、ある方向又は位置からアクティブ面に入る光線に対してこれ以外から入る光線より感度が高く、センサのアクティブ領域に当たる光線の出力に対する正味の影響は、特定の角度及び特定の位置でセンサ表面に入る光線がセンサによって受ける効率とこの光線の強度との積に等しい。これは、センサに対して特定の角度から来る該センサ上の特定の点への光に応答する応答効率と呼ぶことができる。また、レンズ又はレンズと拡散要素との組み合わせでは、光線を特定の入射角度及び位置に配向する効率はさまざまとすることができ、これは、センサに対して特定の角度から来る該センサ上の特定の点への光に応答する収集効率と呼ぶことができる。従って、特定の角度及び入射点に関して、受光効率は、応答効率と収集効率の積として定義することができる。アクティブ感知領域に光が入る立体角にわたって受光効率を積分し、光学システムを比較する基準として場合によっては立体角の代わりにこの積分した受光角度を使用することで最も正確となるであろう。要するに、感知回路１５に対して大きな立体角を光でほぼ満たし、この立体角が一般に入射光に対するセンサの高感度領域を含むことが本発明の望ましい特徴であるということである。センサは、垂直光に対する応答効率が最も高く、感知面に対してほぼ平行又は正接している光線に対してこの応答がゼロに近づく近コサイン応答特性を有することができるので、入射光がセンサに配向される合計の立体角の一部の感知面に垂直な方向を優先するのが一般には好ましい。直線６８と６８ａとの間の角度は、一般に、例示の実施形態で光線が収集される円錐角の外側限界を示す。以下で説明するように、リードフレーム接続部を封入するリブによって、直線６８及び６８ａで範囲が定められる円錐の一部を占めることが妨げられる。
【００２６】
図示の拡散器及びアパーチャ組立体３０において、好ましくは不透過性のハウジング筐体３１の断片部分３１ａ及び３１ｂが示されている。拡散器３２の表面３５は、ほぼ平行な溝を含む。これらの溝は、紙面にほぼ平行な方向に光の分散を増大させる機能がある。拡散器組立体３０の下面３７は、あらゆる方向にほぼ等しく光を拡散するよう機能する不規則面である。光線３４は、表面３５及び３７で屈折され、光線３９として屈折レンズ６１を通って進み、該屈折レンズ６１がこれを光線６３としてアクティブ感知面５７上に合焦する。光線１６は、同様にレンズ６１によって屈折されて、アクティブ領域５７上に合焦される。光線１６は、光線３９よりも屈折レンズ６１の外側限界５５に近い。光線１１、１２、及び１３は、レンズ構造体２０の上面に入り、反射面５４で全反射により反射され、アクティブ感知領域５７に当たる。反射光線の順序は、入射光線の順序と逆になる。レンズ６１は、外側反射光線６７が縁部５５をちょうど外れる深さに設定される。レンズ構造体２０において、屈折部６１が、アクティブ感知領域５７に配向された光線の円錐中央部分を占める。放物反射面５４は、円錐の外側部分を占める。反射レンズと屈折レンズとの組み合わせは、直線６８と６８ａとの間の領域をほぼ占めるように互いに補完し合う。結果として得られる分散は、表面３５の一方向性の分散と表面３７の多方向性の分散との組み合わせ効果及び相加効果によって、紙面に平行な方向でより大きくなる。その結果、紙面に垂直な方向よりも紙面に平行な方向で実質的により広い視野を有するセンサが得られる。
【００２７】
その一部がアクティブ感知領域５７である統合感知回路１５は、リードフレーム６０に取り付けられる。アクティブ感知領域５７は、例えば直径１００ミクロンの小さいものとすることができる。感知領域は、単に目立たせるために図中では隆起部として示している。実際の部分は、同一平面上にあるか、又はごく僅かにくぼんでいる可能性が高い。リードフレーム６０へのセンサ回路１５の取り付けは、導電性エポキシを使用して電気的接続の１つを達成し、他の接続はリードボンディングにより達成することができ、或いは、この接続の全てをリードボンディングで形成することもできる。リード部５９ａ〜５９ｄは、パッケージから延びてプリント回路基板と電気的に接続し、この部分をプリント回路基板に取り付ける。好ましくはリード部５９ａ〜５９ｄは、回路基板に表面実装するように構成される。センサ装置５０のような電子構成部品を表面実装することは、リード部を回路基板の穴を通して挿入された後、構成部品とは反対の面の回路基板上にはんだ付けするスルーホール実装よりも望ましい。他方、表面実装は、回路基板の片面だけで行う。
【００２８】
図１は、センサ装置５０の等角投影図である。代表的な光線１１２が、上面５１に入り、表面５４で全反射によりセンサ回路１５のアクティブ感知領域５７へ反射される。同様に、光線１１２ａは装置の裏側にある同様の面で反射され、やはりアクティブ感知領域に当たる。光線１１３は、くぼんだ屈折レンズ６１を通って入り、アクティブ感知領域上に合焦される。リブ部分１０４は、リードフレームを収納し、金型をこの部分から後退させる空隙を許容する働きをする。セクション１０６は、リード部５９ａ及び５９ｂを支持するために拡大されたリブの２つのセクションのうちの１つである。リード５９ｃ及び５９ｄは、対称的に配置された拡大セクション１０６ａから延びる。点線１１１は、領域１１０及び１１０ａの範囲を定めるために説明の目的で含めている。この領域は、放物反射器５４と接合されるリブ１０４及び１０４ａの上方にある。この領域に入る光線は、一般にアクティブ感知領域には配向されない。この部分は、代表的な線１０７、１０７ａ、及び１０７ｂで一般に示されるパーティングラインを有する２部分金型で形成されるのが好ましい。
【００２９】
図３は、統合センサ回路１５が接合されたリードフレーム部分組立体６０の一部を示す。装置のうちの４つだけが図示されている。実際の組立体は、トランスファー成形セクションの１つに適合する、場合によっては６４の数の装置を含む。リードフレーム組立体は、組立処理中にリードフレームを配置し保持するために使用される穴（７３で表す）を含む。リードフレーム部分組立体の要素７４は、２つの接続ピン７４ａ及び７４ｂと、シリコンセンサ回路１５が装着されたパッド７４ｃとを備える。また要素７４は、この部分を分離する前にリードフレーム組立体を共に保持するためのクロス接続リンクとして機能する。７１で代表される点線の長方形は、成形処理が完了した後に部品を分離するために打ち抜かれる領域を表す。リードボンディングワイヤ７６及び７８は、シリコンセンサ回路１５上のボンディングパッドを接続ピン７５及び７９にそれぞれ接続する。装置が分離されると、ピン７４ａ及び７４ｂはそれぞれリード部５９ｃ及び５９ｂとして機能し、ピン７５及び７９はそれぞれリード部５９ｄ及び５９ａとして機能する。円形要素２０は、この部品上に成形されるプラスチックレンズの輪郭特徴を表す。光感知ダイをリードフレームに接合して接続を形成後、リードフレームをトランスファー金型内に配置し、図１、２、及び４Ｃで示すプラスチックレズ組立体をリードフレームにトランスファー成形する。レンズは、一部品であり、部品を封入する役割を果たす利点を有する。またレンズは、従来の２部分金型で成形することができる。この部品の成形後、切り離してばり取りされ、図１に示す個々の部品が形成される。
【００３０】
好ましい構成では、レンズシステムは、レンズシステムの軸にほぼ平行な狭いビーム角度から入る光をアクティブ感知領域上に合焦するように設計されている。このシステムでは、反射部分は、焦点が概ねレシーバの光感知領域上に集中する放物線部である。屈折レンズは、楕円形状であるのが好ましく、システムの軸に平行な光線を光感知領域の中央に合焦するように設計されている。主軸がレンズシステムの軸と一致し、レンズ先端から最も遠位の焦点が光感知領域の中心と一致し、更に外径と内径の比がシステムを最適化する色の光に最適な焦点をもたらすように選択される楕円形レンズは、この目的に役立つ設計選択である。放物線部の焦点距離は、レンズの中心軸に最も近い点で放物線部のアクティブ部分に当たるレンズの軸に平行な光線が、光学システムがセンサ上に合焦するように設計された光の円錐の外側限界を占める角度で反射されるように選択される。楕円の焦点位置、主軸の調整、及び外径と内径の比が、上記で概説したように選択される場合でも、楕円全体の大きさを自由に調整できる。楕円レンズの外縁が、レンズ構造体において放物面の最も外側の限界から感知面に反射された光線がちょうど通り抜ける高さであるように楕円の大きさを調整するのが好ましい。屈折レンズの直径が増大するほど、外側限界の傾斜が大きくなり過ぎる。言い換えれば、所与の屈折率の材料で形成された単一面レンズで占めることができる実際的な最大円錐角が存在する。これが、屈折レンズの直径と放物反射器の直径との間のバランスの選択に影響する主な要因である。レンズ組立体の全体の大きさは調整することができる。この大きさは、不必要に厳しい許容公差であるほど小さいものである必要はなく、また封入されるセンサ組立体が屈折レンズの下に嵌るほど十分な大きさでなくてはならない。また、放物反射器は、接続リード部を封入するリブにより反射器から取られる領域が、全反射領域の望ましくない大きな部分とならないように十分に大きいことが必要である。例示的な寸法は以下の通りである。楕円レンズ６１の半外径は１．５２９ｍｍで、楕円レンズ６１の半内径は１．１６３ｍｍ、放物反射器５４の焦点距離は０．２８８７ｍｍ、屈折レンズ６１の半径は１．０ｍｍ、放物反射器５４の半径は上端で２．２ｍｍ、プラスチック封入材６２の屈折率は１．５４である。
【００３１】
封入材６２は、単一の材料で作ることができ、或いは、２００２年１月１０日にＪｏｎ  Ｈ．Ｂｅｃｈｔｅｌらによって出願された名称「ＳＥＮＳＯＲ  ＤＥＶＩＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＡＮ  ＡＮＡＭＯＲＰＨＩＣ  ＬＥＮＳ（アナモルフィックレンズを有するセンサ装置」の発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，６７９，６０８号で開示されているように１つよりも多い材料で作ることができる。
【００３２】
感知回路１５は、フォトダイオード、硫化カドミウムＣｄＳセルなどのような光センサ装置のどのような形態も含むことができる。好ましい感知素子は、２０００年１月２５日にＪｏｎ  Ｈ．Ｂｅｃｈｔｅｌらによって出願された名称「ＶＥＨＩＣＬＥ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＷＩＴＨ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＬＩＧＨＴ  ＳＥＮＳＯＲ（半導体光センサを用いた自動車機器の制御」の発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，３７９，０１３号、及び１９９９年５月７日にＲｏｂｅｒｔ  Ｈ．Ｎｉｘｏｎらによって出願された名称「ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥ  ＬＩＧＨＴ  ＳＥＮＳＯＲ（フォトダイオード光センサ）」の米国特許第６，３５９，２７４号に開示されたフォトダイオードである。センサ装置５０及び感知回路１５とインターフェースする処理回路６６の構造部品について、５〜２２を参照して以下に説明する。
【００３３】
ここで図５を参照すると、処理回路６６及び感知回路１５について更に詳細に説明する。処理回路６６及びセンサ回路１５は、相互接続信号１８６を伝送する単一のライン１６４によって相互接続され、該信号は有利には光センサ感度制御信号及び結果として得られる光センサ出力信号を共に含むことができる。処理回路６６を実装するためにマイクロコントローラを使用することができ、これは出力ピン１８８に接続されたトランジスタ素子Ｑ１及びバッファ１９２、又は信号ライン１６４に接続される他の入力／出力（Ｉ／Ｏ）ピン構造を含む。トランジスタ素子Ｑ１は、信号ピン１８８とグランドとの間に接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの好適なトランジスタを使用して実装することができる。トランジスタＱ１は、トランジスタＱ１のベースに接続された制御ライン１９０によって制御される。信号ライン１６４をマイクロコントローラ内に存在する信号レベルから絶縁するために、バッファ１９２もまた信号ピン１８８に接続される。
【００３４】
上述のように、センサ装置５０は、統合感知回路１５を封入する封入材６２を含む。封入材６２は、露出した光変換器１７８上に入射する光１７６を中に通すためのレンズ６１を含む。封入材はまた、好ましくはリードフレーム１２の一部である電源ピン１８０、グランドピン１８２、及び信号ピン１８４を収容し保持する。３つのピン１８０、１８２、及び１８４のみを使用することにより、センサ装置５０及び関連する処理回路６６のコストが大幅に低減される。
【００３５】
感知回路１５は、バス１６４を介して処理回路６６に接続されており、バスは感知回路１５の信号ピン１８４と処理回路６６の信号ピン１８８との間で相互接続信号１８６を伝送する。以下に説明するように、信号ピン１８４、１８８は、相互接続信号１８６が感知回路１５への入力と感知回路１５からの出力とを共に供給することができるトライステートのポートである。
【００３６】
感知回路１５内では、ＦＥＴ素子などの好適なトランジスタを使用して実装することができるトランジスタＱ２がある。トランジスタＱ２は、信号ピン１８４とグランドとの間に接続される。トランジスタＱ２は、Ｑ２のゲートに接続された出力パルス１９４によって制御される。定電流源１９６は信号ピン１８４に接続され、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２が両方ともＯＮ（高論理レベル）ではない場合、相互接続信号１８６が高論理レベルにプルされる。定電流源１９６は、公称約０．５ｍＡを提供し、相互接続信号１８６をプルアップする。シュミットトリガー反転器１９８の入力を、信号ピン１８４に接続する。直列に接続された反転器２００及び２０２が、シュミットトリガー反転器１９８に続く。反転器２０２の出力は、Ｄフリップフロップ２０４をクロック制御する。マルチプレクサ２０６の出力は、フリップフロップ２０４のＤ入力に接続する。マルチプレクサ２０６の選択入力は、出力パルス１９４がアサートされるときフリップフロップ２０４のＤ入力はアサートされず、出力パルス１９４がアサートされないときにフリップフロップ２０４のＤ入力がアサートされるように出力パルス１９４によって駆動される。ＮＡＮＤゲート２０８の出力は、フリップフロップ２０４のローアサートしているリセット２１０に接続する。フリップフロップ２０４の出力は、積算パルス２１２である。積算パルス２１２及び反転器２００の出力は、ＮＡＮＤゲート２０８への入力である。光−パルス回路２１４は、積算パルス２１２と、露光変換器１７８の出力とを受け入れて、出力パルス１９４を生成する。
【００３７】
センサ回路１５は、有利には光１７６を受け入れない遮光変換器２１６を含むことができる。遮光変換器２１６は、露光変換器１７８と実質的に同じ構成を有し、変換器１７８と同じ大きさ及び材料である。光−パルス回路２１４は、遮光変換器２１６の出力を利用して、露光変換器１７８の雑音の影響を低減する。
【００３８】
ここで図６を参照すると、図５の回路構成の動作を表すタイミング図が示される。最初に、ローアサートしている相互接続信号１８６は高（ｈｉｇｈ）である。フリップフロップ２０４の状態が１である場合、ＮＡＮＤゲート２０８への両方の入力が高（ｈｉｇｈ）となり、リセット２１０をアサートし、フリップフロップ２０４の状態を強制的にゼロにするため、フリップフロップ２０４の状態はゼロのはずである。
【００３９】
時間２２０では、制御ロジック６６は制御ライン１９０をアサートして、トランジスタＱ１をターンオンする。次いで、相互接続信号１８６が時間２２２で低（ｌｏｗ）にプルされる。反転器２０２の出力は、低（ｌｏｗ）から高（ｈｉｇｈ）に遷移し、フリップフロップ２０４の状態を１（すなわち高論理レベル）に設定し、これにより積算パルス２１２が時間２２４でアサートされる。光−パルス回路２１４は、露光変換器１７８に入射する光１７６の積算を開始する。時間２２６で、制御ライン１９０が低（ｌｏｗ）になり、トランジスタＱ１をターンオフする。時間２２６と時間２２０との差分は、制御ロジック６６によって求められた積算時間２２８である。トランジスタＱ１及びＱ２の両方がオフであるので、相互接続信号１８６は時間２３０で電流源１９６によって高（ｈｉｇｈ）にプルされる。反転器２００の出力及び積算パルス２１２は共に高（ｈｉｇｈ）であるため、リセット２１０がアサートされてフリップフロップ２０４の状態をゼロに変化させ、積算パルス２１２を時間２３２で非アサートにする。これは、光−パルス回路２１４に露光変換器１７８上に入射する光１７６の積算を停止するよう信号を送る。
【００４０】
時間２３４では、光−パルス回路２１４は、出力パルス１９４をアサートして光の強度情報の出力を開始する。出力パルス１９４をアサートすると、トランジスタＱ２がターンオンし、時間２３６で相互接続信号１８６を低（ｌｏｗ）にプルする。これにより、反転器２０２は低（ｌｏｗ）−高（ｈｉｇｈ）遷移を出力し、フリップフロップ２０４の状態としてゼロをクロック制御する。光−パルス回路２１４は、時間２３８で出力パルス１９４をディアサートする。時間２３８と時間２３４との差分は、積算期間２２８  にわたり露光変換器１７８上に入射する光１７６の量を示す光強度時間期間２４０である。トランジスタＱ２は、出力パルス１９４が時間２３８で低（ｌｏｗ）になるとターンオフする。トランジスタＱ１及びＱ２が共にオフであるので、相互接続信号１８６は時間２４２で高（ｈｉｇｈ）にプルされる。制御ロジック６６のバッファ１９２は、時間２３６及び２４２で相互接続信号１８６の遷移を検出する。時間２４２と２３６との時間差は、制御ロジック６６によって使用され、感知回路１５により受けられた光１７６の強度を測定する。
【００４１】
遮光変換器２１６が感知回路１５に含まれる場合、時間２３２での積算パルス２１２のディアサートと時間２３４での出力パルス１９４のアサートとの時間差は、ひとつには、感知回路１５内の熱雑音に起因する。この差は、熱雑音時間期間２４４として表される。熱雑音時間期間２４４は、制御ロジック６６によって利用され、感知回路１５の温度を測定することができ、又はより単純に信頼性のある読み取りに対して感知回路１５の雑音レベルが高すぎる時点を特定するのに用いてもよい。感知回路１５の温度が予め設定された限界を超える場合、制御ロジック６６は車両機器の自動制御を無効にすることができる。
【００４２】
図７は、光センサの積算持続時間制御及びセンサ出力のタイミング図を表す。電荷蓄積感知回路１５は、可変の積算時間期間を通して感度の増大及びダイナミックレンジの増大を示す。有効に測定することができる光誘導電荷の合計量が制限される。従って、明るい光が存在する場合は飽和状態を避けるために短い積算時間が望ましい。しかしながら、微小光状態で短い積算時間を使用する場合、電荷信号は感知回路１５に内在する雑音中に失われる可能性がある（すなわち信号対雑音比が極めて低く、信号レベルが検出できないようになる）。
【００４３】
制御ライン１９０は、可変の長さを有する一連の積算時間期間を含む。図示の実施例では、短い積算時間期間２４２を有する短い積算パルス２４０が生成されている。半導体光センサは、雑音に起因する完全に暗環境で短いパルスを出力することができる。従って、短い信号パルス２４４のような、持続時間が閾値に満たないどのようなセンサ出力パルス１９４も制御ロジック６６により無視される。次に、中程度の積算時間２４８を有する中程度の積算パルス２４６が生成されている。結果として得られる中程度の信号パルス２５０は、中程度の積算時間２４８の間にセンサ回路１５上に入射する光の量を示す持続時間を有する。長い積算時間２５４を有する長い積算パルス２５２が生成される。感知回路１５が十分に明るい場合、飽和状態が生じることになる。従って、閾値を超える持続時間を有する長い信号パルス２５６もまた制御ロジック６６によって無視される。制御ライン１９０で示される信号は、制御ロジック６６などによって感知回路１５の外で生成することができ、又はセンサ回路１５内でセンサ論理によって生成することができる。積算時間を変えることによって感度が調節される。異なる持続時間の連続する積算時間期間を与えることで感度を変えることにより、適切な感度を検出し、これに応答して選択することが可能になる。双方向の相互接続信号１８６を有するセンサの有意な利点は、制御ロジック６６が、センサの積算時間を変えることによってセンサ回路１５の感度を制御し、異なる光の状態を動的に補償することができる点である。
【００４４】
図８は、入射する光１７６をＣSLで示される光蓄積キャパシタ３０４内に蓄積される電荷に変換する露光変換器を含む光−パルス回路２１４を示す概略図である。露光変換器１７８は、Ｅ．Ｆｏｓｓｕｍらに付与された名称「ＡＣＴＩＶＥ  ＰＩＸＥＬ  ＳＥＮＳＯＲ  ＷＩＴＨ  ＩＮＴＲＡ−ＰＩＸＥＬ  ＣＨＡＲＧＥ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ（ピクセル間電荷移動を伴うアクティブピクセルセンサ）」の米国特許第５，４７１，５１５号に記載されたフォトゲートセンサなどの、光１７６を電荷に変換することができるあらゆる装置とすることができる。光変換器１７８は、以下に説明されるようなフォトダイオードであってもよい。特に言及しない限り、次の説明は、露光変換器１７８の特定のタイプ又は構成に依存しない。
【００４５】
変換器１７８に接続された光−パルス回路２１４は、積算パルス２１２を受け取り、積算時間パルス２１２の間に変換器１７８に衝突する光１７８の量に比例した光コンパレータ信号を出力する。光−パルス回路２１４は、センサ論理３０６の制御下で動作する。センサ論理３０６は、露光変換器の出力３１２とＶDDとの間に接続されたスイッチ３１０を制御するリセット信号３０８を生成する。またセンサ論理３０６は、露光変換器の出力３１２と光蓄積キャパシタ３０４との間のスイッチ３１６を制御するサンプル信号３１４を生成する。光蓄積キャパシタ３０４の両端の電圧、すなわち光蓄積キャパシタ電圧３１８は、コンパレータ３２０の１つの入力に供給される。コンパレータ３２０の他方の入力は、ランプキャパシタ３２４の両端のランプ電圧３２２である。ランプキャパシタ３２４は、電流ＩRを発生する電流源３２６と並列にされている。センサ論理３０６は更に、ランプ電圧３２２とＶDDとの間に接続されたスイッチ３３０を制御するランプ制御信号３２８を生成する。コンパレータ３２０は、光蓄積キャパシタ電圧３１８とランプ電圧３２２との相対的レベルに基づいてコンパレータの出力１９４を生成する。センサ論理３０６は、内部発生タイミング又は外部発生積算パルス２１２に基づいてリセット信号３０８、サンプル信号３１４、及びランプ制御信号３３０を生成することができる。
【００４６】
ここで図９を参照すると、図８の光−パルス回路２１４の動作を表すタイミング図が示される。リセット信号３０８がアサートされている間にサンプル信号３１４がアサートされる時間３４０で測定サイクルが開始される。これによりスイッチ３１６が閉じて、光蓄積キャパシタ電圧３１８の電圧レベル３４２が示すＶDDまで光蓄積キャパシタ３０４を充電する。次に時間３４４でリセット信号３０８がディアサートされ、スイッチ３１０を開いて、積算時間期間３４６を開始する。積算時間期間３４６中、露光変換器１７８上に入射した光１７６は負電荷を発生し、光蓄積キャパシタ電圧３１８の電圧低下３４８を引き起こす。時間３５０では、ランプ制御信号３２８がアサートされてスイッチ３３０を閉じ、ランプ電圧３２２が電圧レベル３５２で示すＶDDとなるようにランプキャパシタ３２４を充電する。
【００４７】
サンプル信号３１４は、時間３５４でディアサートされてスイッチ３１６を開き、これによって積算時間期間３４６が終了する。時間３５４の後で次の測定サイクルの前のある時間３５６では、リセット信号３０８がアサートされてスイッチ３１０を閉じる必要がある。時間３５８では、ランプ制御信号３２８がディアサートされてスイッチ３３０を開く。これによりランプキャパシタ３２４は、ランプ電圧３２２の電圧低下３６０が示すように電流源３２６を通って一定の速度で放電する。電圧レベル３６２が示すように、最初はランプ電圧１９４が光蓄積キャパシタの電圧３１８よりも大きいので、コンパレータの出力３３２は非アサート状態である。時間３６４でランプ電圧３２２の電圧低下３６０が光蓄積キャパシタの電圧３１８を下回り、コンパレータの出力１９４がアサートされるようになる。コンパレータの出力１９４は、ランプ制御信号３２８がアサートされてスイッチ３３０を閉じ、ランプ電圧３２２をＶDDにプルする時間３６６までアサートされたまま維持される。パルス持続時間３６８で示される時間３６６と時間３６４との間の差は、積算時間期間３４６中に露光変換器１７８が受け取った光１７６の量に反比例する。積算時間期間３４６は、積算パルス２１２又は積算パルス２１２から生じる信号によって直接設定することができる。積算時間期間３４６は、積算パルス２１２の幅に比例し、積算パルス２１２は図５の回路の制御ライン信号１９０のパルス幅に比例することが想定される。
【００４８】
図１０は、雑音補正を備えた修正光−パルス回路２１４ａの概略図である。修正された光−パルス回路２１４ａは、遮光変換器２１６及び関連の電子機器を組み込むことによって光−パルス回路２１４を改良する。遮光変換器２１６は、露光変換器１７８と同じ構成を有するのが好ましい。しかしながら、遮光変換器２１６は、光１７６を受け入れない。従って、遮光変換器２１６によって生じた電荷は、雑音だけの関数である。この雑音は、事実上主に熱によるものである。露光変換器１７８と同じ構成を有する遮光変換器２１６を設けることによって、露出変換器と遮蔽変換器とが同じ表面面積及び材料組成を有し、同じダイ上に堆積させることができるようになり、遮光変換器２１６によって生成される雑音信号は、露光変換器１７８によって生成される信号内の雑音に極めて近いものとなる。露光変換器１７８に生成される信号から遮光変換器２１６により生成される信号を差し引くことにより、光変換器１７８内の雑音の影響を大幅に低減することができる。
【００４９】
リセット信号３０８は、遮蔽変換器出力３８４とＶDDとの間に接続されたスイッチ３８２を制御する。サンプル信号３１４は、遮蔽変換器の出力３８４とＣSNで示す雑音蓄積キャパシタ３８８との間に接続されたスイッチ３８６を制御する。雑音蓄積キャパシタ３８８の両端の電圧である雑音蓄積キャパシタ電圧３９０は、コンパレータ３９２への１つの入力となる。コンパレータ３９２への第２の入力は、ランプ電圧３２２である。コンパレータ３９２の出力、すなわち雑音コンパレータの出力３９４とコンパレータの出力１９４とは、排他的ＯＲゲート３９６への入力として機能する。排他的ＯＲゲート３９６は、光１７６の強度を示す排他的ＯＲ出力１９４を生成する。
【００５０】
図１１は、図１０の光−パルス回路２１４ａの動作を示すタイミング図である。光−パルス回路２１４ａは、リセット信号３０８、サンプル信号３１４、光蓄積キャパシタの電圧３１８、ランプ電圧３２２、ランプ制御信号３２８、及びコンパレータ出力１９４に関して光−パルス回路２１４と同様に機能する。リセット信号３０８がアサートされている間に時間３４０でサンプル信号３１４がアサートされる。スイッチ３８２及び３８６が共に閉じて、雑音蓄積キャパシタ電圧３９０の電圧レベル４１０が示すようにＶDDまで雑音蓄積キャパシタ３８８を充電する。時間３４４でリセット信号がディアサートされてスイッチ３８２を開き、遮光変換器２１６で雑音により生成された電荷から雑音蓄積キャパシタ電圧３９０において電圧低下４１２が生じる。時間３５４でサンプル信号３１４がディアサートされて、雑音収集のための積算時間期間３４６が終了する。時間３５８でランプ制御信号３２８がディアサートされて、ランプ電圧３２２の電圧低下を引き起こす。電圧レベル４１４が示すように、最初はランプの電圧３２２が雑音蓄積キャパシタの電圧３９０よりも大きいので、雑音コンパレータの出力３９４は非アサート状態である。コンパレータの出力３３２もまた非アサート状態であるので、コンパレータ３９６からの出力１９４は、電圧レベル４１６が示すように非アサート状態である。時間４１８では、ランプ電圧３２２が雑音蓄積キャパシタの電圧３９０のレベルよりも低下し、雑音コンパレータの出力３９４をアサートにする。雑音コンパレータの出力３９４及びコンパレータの出力３３２は異なるので、コンパレータ３９６からの出力１９４がアサートされる。時間３６４では、ランプ電圧３２２が光蓄積キャパシタ電圧３１８のレベルよりも低下し、コンパレータの出力１９４をアサートにする。ここで雑音コンパレータ出力３９４とコンパレータ出力１９４が共にアサートされるので、排他的ＯＲゲート３９６からの出力１９４は非アサートになる。時間３６４と時間４１８との差、すなわち出力パルス持続時間４２０は、積算時間期間３４６にわたり遮光変換器２１６により生成された雑音を差し引いた、露光変換器１７８に入射した光１７６の強度に比例した時間期間を有する。時間４１８と時間３５８との間の持続時間、すなわち雑音持続時間４２２は、積算時間期間３４６にわたり遮光変換器２１６により生じた雑音の量に正比例している。この雑音の大部分は熱雑音であるので、雑音持続時間４２２は遮蔽された光変換器２１６の温度を示す。時間３６６でランプ制御信号３２８がアサートされて、雑音コンパレータ出力３９４とコンパレータ出力１９４を共にディアサートする。
【００５１】
極めて高い光レベルがセンサに入射することができる回路では、電圧３１８が所定の閾値を下回ると出力パルスを終了させるコンパレータ（図示せず）を含むのが好ましい場合がある。これは、信号１９４で出力パルスの最大持続時間４２０を制限する効果がある。
【００５２】
次に図１２を参照し、光変換器としてフォトダイオードを使用する図１０のセンサ回路１５の実装の概略図が示される。光−パルス回路２１４ｂは、露光変換器１７８用に露出したフォトダイオード４３０を、遮光変換器２１６用には遮蔽したフォトダイオード４３２を用いて実装される。露出したフォトダイオード４３０のアノードはグランドに接続され、カソードはトランジスタＱ２０を介してＶDDに接続される。トランジスタＱ２０のベースは、リセット信号３０８によって制御される。従って、トランジスタＱ２０は、スイッチ３１０として機能する。トランジスタＱ２１及びＱ２２は、ＶDDとグランドとの間に直列に接続されて、全体として４３４で示すバッファを形成する。トランジスタＱ２１のベースは、露出したフォトダイオード４３０のコレクタに接続される。負荷トランジスタＱ２２のベースは、固定電圧ＶBに接続される。バッファ４３４の出力は、トランジスタＱ２３を介して光蓄積キャパシタ３０４に接続される。トランジスタＱ２３のベースは、サンプル信号３１４によって駆動され、トランジスタＱ２３がスイッチ３１６として機能するのを可能にする。遮蔽したフォトダイオード４３２のアノードはグランドに接続されて、カソードはトランジスタＱ２４を介してＶDDに接続される。トランジスタＱ２４のベースは、リセット信号３０８によって駆動され、トランジスタＱ２４がスイッチ３８２として機能するのを可能にする。トランジスタＱ２５及びＱ２６は、全体として４３６で示すバッファを形成し、バッファ４３４が露出したフォトダイオード４３０を絶縁するのと同じように遮蔽したフォトダイオード４３２からの出力を絶縁する。トランジスタＱ２７は、バッファ４３６の出力を雑音蓄積キャパシタ３８８に接続する。トランジスタＱ２７のベースは、サンプル信号３１４によって駆動され、トランジスタＱ２７がスイッチ３８６として機能するのを可能にする。通常、光蓄積キャパシタ３０４及び雑音蓄積キャパシタ３８８は２ｐＦである。ランプキャパシタ３２４は通常１０ｐＦであり、トランジスタＱ２８を介してＶDDまで充電される。トランジスタＱ２８のベースは、リセット信号３２８によって駆動され、トランジスタＱ２８がスイッチ３３０として機能するのを可能にする。ランプキャパシタ３２４は、トランジスタＱ２８がオフのときに電流源３２６を介して０．０１μＡの近似定電流ＩRで放電される。
【００５３】
ランプ電圧３２２が予め設定された電圧を下回る場合、出力を抑制する回路構成を含むことにより、センサのパワーアップ応答が改善され、センサの有効ダイナミックレンジが拡大される。光−パルス回路２１４ｂは、ランプ電圧３２２を初期設定電圧（ＶINIT）４４０と比較するコンパレータ４３８を含む。コンパレータの出力４２は、ＡＮＤゲート４４４によって排他的ＯＲ出力３９６と共にＡＮＤ演算されて、ＡＮＤゲートの出力４４６を生成する。動作中、ランプ電圧３２２が初期設定電圧４４０よりも下がると、出力４４６はディアサートされる（すなわち低論理レベルに保持される）。コンパレータ４３８及びＡＮＤゲート４４４を使用することにより、パワーアップに続く光−パルス回路２１４ｂの状態に関係なく出力４４６がアサートされないことを保証する。好ましい実施形態では、初期設定電圧は０．４５Ｖである。
【００５４】
センサ論理３０６は、内部で生成されるか、又は外部源から供給することができる積算パルス２１２に基づいて制御信号３０８、３１４、３２８を生成する。バッファ４４７は、積算パルス２１２を受け取って、サンプル制御３１４を生成する。反転器の列４４８として一般に示される奇数個の連続して接続された反転器は、サンプル制御３１４を受け取り、リセット制御３０８を生成する。反転器列４４９として全体的に示された連続接続の奇数個の反転器の第２のセットは、リセット信号３０８を受け取って、ランプ制御信号３２８を生成する。図１２に示す回路は、少なくとも８ビットの分解能及び１ルクス秒に当たりおよそ１Ｖの感度を有する。最大出力パルス持続時間４２０は、積算パルス２１２の持続時間によってもたらされる積算時間期間３４６とは無関係である。
【００５５】
図１２のキャパシタ３０４にわたる光信号３１８及びキャパシタ３８８にわたる雑音信号３９０は、差動演算増幅器３２１（図１２Ａ）に入力することができると想定される。差動増幅器３２１の出力は、光信号３１８と雑音信号３９０との間の差を表すアナログ信号である。この回路は、制御ロジック６６がこれらのデジタル信号をアナログ信号に変換できるアナログ−デジタル変換器を含む場合に利用することができる。
【００５６】
次に図１３〜１６を参照すると、光センサのパッケージ化、出力、及び制御のための種々の実施形態が示される。各実施形態は、上述の光−パルス回路を含むことができる。図１３では、光センサパッケージ４５０は、供給電圧ＶDD、グランド、感度制御信号４５２、及び出力信号４５４用の４つのピンを受け入れる。感度制御信号４５２は、光−パルス回路２１４、２１４ａ、２１６ｂに利用される積算パルス２１２とすることができ、出力３９８を生成し、これが出力信号４５４として送出される。図１４では、光センサパッケージ４５６はＶDD、グランド、及び感度制御と出力結合信号４５８との組み合わせ用の３つのピンのみを必要とする。結合された信号４５８は、上述のような相互接続信号１８６とすることができる。図１５では、光センサパッケージ４６０は、出力信号４５４、グランド、及びＶDDと感度制御結合信号４６２の組み合わせ用の３つのピンを入れている。当技術分野で良く知られたように、組み合わされた信号４６２は、フィルタを利用して電源電圧ＶDDと感度制御信号４５２とに分離することができる。例えばこれらの信号を分離するために、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを利用することができる。図１６では、光センサパッケージ４６４は、ＶDD、グランド、及び出力信号４５４用の３つのピンを入れている。感度制御信号４５２は、以下に説明するように光センサパッケージ４６４内で生成される。
【００５７】
次に図１７を参照すると、感知回路１５内の積算時間期間信号を測定するためのセンサ論理のブロック図が示される。センサ論理３０６は、内部発振器４７２によって駆動される自走カウンタ４７０を含むことができる。カウンタ４７０はタップを有することができ、そのうちの１つが４７４で示され、様々なカウンタビットに接続されている。例えば、１つのタップ４７４がｎ番目のビットに接続することができ、次のタップ４７４がｎ＋２番目のビットに、その次のタップ４７４がｎ＋４番目のビットに、以下同様に接続し、これによって各連続するタップは前のタップ４７４よりも４倍長い時間期間のパルスが与えられる。センサ制御信号発生器４７６は、スイッチ４７８を制御して、どのタップ４７４を使用して積算パルス２１２を生成するかを決定する。通常、センサ制御信号発生器４７６は、各タップ４７４を繰り返し順番に行う。次いで、センサ制御信号発生器４７６は、上述のように積算パルス２１２を使用してリセット信号３０８、サンプル信号３１４、及びランプ制御信号３２８などの制御信号を生成する。センサが内部で積算パルスを生成してセンサ感度を変更する場合、制御ロジックが積算時間期間を変えることはできないが、センサから短い出力パルス、中程度の出力パルス、及び長い出力パルスを受け取ることになり、これに応じて測定される光レベルを明るい、中程度、及び微光のレベルに判定することができることは理解されるであろう。
【００５８】
次に図１８を参照すると、センサ回路１５の代替的の実施形態が示され、ここでは種々の有効面積を有する光変換器を使用して、可変の感度を実現している。積算時間を変更することに代えて、或いはこの積算時間の変更に加えて、異なる有効面積を有する露光変換器１７８及び遮光変換器２１６のペアを使用することができる。フォトダイオード４３０、４３２が光変換器１７８、２１６として使用される場合、有効面積はフォトダイオードのコレクタの面積である。小さな露光変換器４９０が電荷を生成し、これは光−電圧回路４９２によって電圧に変換される。光−電圧回路４９２は、上述のようにスイッチ３１０、３１６、及び光蓄積キャパシタ３０４を使用して実装することができる。小さな遮光変換器４９４によって生成された電荷は、雑音−電圧回路４９６によって電圧に変換される。雑音−電圧回路４９６は、上述のようにスイッチ３８２、３８６、及び雑音蓄積キャパシタ３８８を使用して実装することができる。光−電圧回路４２９の出力及び雑音−電圧回路４９６の出力は、電圧−パルス回路４９８によってパルスに変換され、小さな遮光変換器４９４によって積算された雑音に起因する電荷を差し引いた積算時間期間にわたる小さな露光変換器４９０によって蓄積された電荷に基づく幅を有する。電圧−パルス回路４９８は、上述のようにコンパレータ３２０、３９２、キャパシタ３２４、電流源３２６、及びゲート３９６を使用して実装することができる。中程度の露光変換器５００は、小さな露光変換器４９０の有効面積よりも大きな有効面積を有し、その結果感度が増大する。例えば、中程度の露光変換器５００の有効面積が小さな露光変換器の有効面積よりも４倍大きい場合、中程度の露光変換器５００は、光１７６に対して小さな露光変換器４９０の４倍の感度となる。中程度の遮光変換器５０２は、中程度の露光変換器５００と同じ有効面積を有する。追加の光−電圧回路４９２、雑音−電圧回路４９６、及び電圧−パルス回路４９８は、積算時間期間にわたり中程度の露光変換器５００に入射する光１７６に基づく幅を有する雑音補正された出力パルスを生成する。同様に、大きな露光変換器５０４及び大きな遮光変換器５０６は、更に大きな有効面積を有することによって、中程度の露光変換器５００及び中程度の遮光変換器５０２を上回るより高い感度をもたらす。
【００５９】
センサ論理３０６の制御下にあるスイッチ５０８は、どの電圧−パルス回路４９８からの出力を出力信号４５４に使用するかを設定する。出力信号４５４は、センサ論理３０６内で生成された信号に基づいて選択することができ、又はセンサ論理３０６の外部から提供される信号に基づくこともできる。詳細には、制御信号は、小さな変換器、中程度の光変換器、及び大きな変換器のうちの１つを選択するようにスイッチ５０８を制御して出力４５４に接続する制御ロジック６６によって提供することができる。
【００６０】
代替的の実施形態では、遮光変換器２１６は１つだけ使用される。遮光変換器２１６の出力は、雑音−電圧回路４９６の前に露光変換器１７８の様々な有効面積に比例して調整される。図１８に示した実施例では、露光変換器１７８及び遮光変換器２１６の３つのペアを有するが、どのような数のペアを使用してもよい点は当業者には理解されよう。
【００６１】
次に図１９を参照すると、異なるアパーチャを有する光変換器を使用したダイナミックレンジの増大が図示されたブロック図が示される。積算時間期間を指定することに替えて或いはこれに加えて、同じ有効面積を有する露光変換器１７８は、光１７６を通す異なるアパーチャ入光面積を各々有することができる。種々のアパーチャは、光１７６が露光変換器１７８の一部に到達するのを阻止する部分遮蔽体５２０を用いて生成することができる。各露光変換器１７８は、対応する光−電圧回路４９２によって電圧に変換される電荷を生成する。センサ論理３０６の制御下のスイッチ５２２は、どの光−電圧回路４９２の出力を電圧−パルス回路４９８に接続するかを選択する。電圧−パルス回路４９８は、遮光変換器２１６によって感知されて雑音−電圧回路４９６によって処理された雑音を補正した出力信号４５４を生成する。センサ論理３０６は、内部で生成された制御信号又は制御ロジック６６から受け取った制御信号に基づいて光−電圧回路４９２の出力を選択することができる。
【００６２】
複数の変換器１７８、４９０、５００、５０４を用いる実施形態では、感知回路１５は、目標空間分布内で入射光を検出する。各変換器１７８、４９０、５００、５０４は、同じ目標空間分布を観測する。従って、制御ロジック６６は、光信号１６４を目標空間分布内の領域にマッピングすることなく、光信号１６４に基づいて少なくとも１つの装置制御信号１６６を生成する。
【００６３】
次に図２０を参照すると、様々な感度を得るために使用することができる変換器が示される。全体として５３０で示すフォトダイオードは、ｐ型の基板５３４内にｎ型の拡散部５３２によって形成される。フォトダイオード５３０に入射する光１７６は、電荷５３６を生成し、これはｎ型の拡散部５３２の下のフォトダイオードウェル５３８に蓄積することができる。フォトダイオード５３０は、固有のフォトダイオードのキャパシタンスＣPDを有する。また、基板５３４にｎ型材料を拡散させることにより、フローティング拡散部５４０が形成される。フローティング拡散部５４０は、トランジスタＱ２０を介してリセット電圧ＶRESETに接続される。トランジスタＱ２０のゲートは、センサ論理３０６の制御下のリセット信号３０８に接続される。フローティング拡散部５４０はまた、バッファ５４２の入力にも接続される。バッファ５４２の出力は、変換器の出力ＶOUTとなる。フローティング拡散部５４０は、リセット信号３０８がアサートされるときに基板５３４の領域に形成される拡散部ウェル５４４を形成する。フローティング拡散部５４０は、固有のフローティング拡散部のキャパシタンスＣFDを有する。トランスミッションゲート５４６は、拡散部５３２とフローティング拡散部５４０との間に位置付けられる。トランスミッションゲート５４６は、その下にトランスミッションウェル５４８を形成するために電圧ＶTGに保持される。トランスミッションウェル５４８は、フォトダイオードウェル５３８及び拡散部ウェル５４４よりも浅い深さを有する。トランスミッションゲート５４６は、固有のトランスミッションゲートのキャパシタンスＣTGを有する。
【００６４】
リセット信号３０８がアサートされると、フローティング拡散部５４０をＶRESETにし、拡散部ウェル５４４で電荷が除去される。更に、拡散部ウェル５４４で電荷がリセットされると、トランスミッションウェル５４８の深さを超えるフォトダイオードウェル５３８のあらゆる電荷５３６は、トランスミッションウェル５４８を通り、フローティング拡散部５４０を介して流れ、除去される。光積算時間期間中、リセット信号３０８は非アサートであり、フローティング拡散部５４０の電圧を拡散部ウェル５４４内の電荷量に基づいて浮動させる。光１７６が拡散部５３２に当たると、電荷５３６が生成される。最大でトランスミッションウェル５４８のレベルまでのフォトダイオードウェル５３８の電荷５３６は、電荷リセットによって除去されなかったため、入射光１７６によって生成された追加の電荷５３６は、フォトダイオードウェル５３８からトランスミッションウェル５４８を通って拡散部ウェル５４４に流れる。トランスミッションウェル５４８より下の電荷レベル５５０では、拡散部ウェル５４４のみが電荷５３６で満たされている。従って、フローティング拡散部５４０の電圧はフローティングゲートのキャパシタンスＣFDに反比例する。十分な電荷５３６が生成されて、例えばレベル５５２のようなトランスミッションウェル５４８のレベルを上回って拡散部ウェル５４４を満たすと、拡散部ウェル５４４、トランスミッションウェル５４８、及びフォトダイオードウェル５３８は全て電荷５３６で満たされる。従って、フローティング拡散部５４０の電圧は、フローティング拡散部のキャパシタンスＣFD、トランスミッションンゲートのキャパシタンスＣTG、及びフォトダイオードのキャパシタンスＣPDの合計に反比例する。その結果、光センサは、結果として得られる光信号の大きさから決定付けられる感度を備えるようになる。
【００６５】
次に図２１を参照すると、図２０の変換器において蓄積された入射光の関数として出力電位のグラフが示される。全体として５５４で示す曲線は、積算時間期間にわたり拡散部５３２、及び場合によってはフローティング拡散部５４０に入射する光１７６の関数として変換器出力ＶOUTを示している。急勾配部分５５６の間は、電荷５３６は拡散部ウェル５４４にのみ蓄積される。変換利得は、フローティング拡散部のキャパシタンスＣFDにのみ基づくので、フォトダイオード５３０は、入射光１７６に対して高感度を有すると思われる。浅い部分５５８の間は、電荷５３６は拡散部ウェル５４４、トランスミッションウェル５４８、及びフォトダイオードウェル５３８に蓄積される。変換利得は、ここではキャパシタンスＣFD、ＣTG、及びＣPDの並列組み合わせによって決まるので、フォトダイオード５３０は入射光１７６に対して感度が低いように思われる。電圧ＶRESET及びＶTGを調整することにより、急勾配部分５５６と浅い部分５５８との間の屈折点５５９をシフトさせ、ダイナミックレンジを変化させることができる。例えば、フローティング拡散部５４０の最大電圧振幅が１ボルト、ＣFD対ＣFD、ＣTG、及びＣPDの合計との比が１：１００、屈折点５５９が０．５ボルトに設定されている場合、フォトダイオード５３０のダイナミックレンジは、デュアルキャパシタンスのない同様のフォトダイオードのダイナミックレンジの約５０倍に増大する。
【００６６】
次に図２２を参照すると、アンチブルーミングゲートを組み込んだフォトダイオード変換器を示す概略図が示される。アンチブルーミングゲート５６０は、拡散部５３２とＶDDにつながれたソース電圧拡散部５６２との間に形成される。アンチブルーミングゲート５６０は、アンチブルーミング電圧ＶABにつながれる。アンチブルーミングゲート５６０は、基板５３４のフォトダイオードウェル５３８とソース拡散部ウェル５６６との間にアンチブルーミングウェル５６４を形成する。アンチブルーミング電圧ＶABは、トランスミッションゲート電圧ＶTGウェル５６４より小さく、アンチブルーミングウェル５６４をトランスミッションウェル５４８より浅くする。フォトダイオード５３０によって生成された電荷の蓄積が、アンチブルーミングウェル５６４の深さに相当する電荷レベル５６８を超えると、超過した電荷はアンチブルーミングゲート５６０の下を通りソース電圧拡散部５６２に流れて除去される。アンチブルーミングゲート５６０は、出力電圧ＶOUTが光−パルス回路２１４、２１４ａ、２１４ｂのコンパレータ３２０によって検出可能なレベルよりも低下するのを防ぐ。
【００６７】
処理回路６６、感知回路１５、及び光−パルス回路２１４、２１４ａ、２１４ｂの動作に関する更なる詳細は、上記で参照された米国特許第６，３７９，０１３号及び第６，３５９，２７４号で開示されており、これらの開示事項全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【００６８】
感知回路の特定の好ましい実施例を上記で開示したが、本明細書で使用する用語「感知回路」は、このようないずれかの構造に限定されるものではなく、光センサのどのような形態をも含むことができる。同様に、「支持構造体」は、リードフレーム又はその一部として上述されたが、該支持構造体は、感知回路を支持し封入することができるどのような構造体であってもよい。
【００６９】
本発明のセンサ装置は、従来のセンサ装置が用いられる用途の多くで使用することができる。発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，３７９，０１３号では、かかるセンサの様々な自動車用途を開示しており、該特許の全開示事項が引用により本明細書に組み込まれる。
【００７０】
図２３Ａ〜２３Ｄ、２４及び２５は、かかる自動車用途の幾つかを示している。具体的には、リアビューミラー組立体１５００を図２３Ａ〜２３Ｄに示し、これには、前方に面した周囲センサ５０ａ（図２３Ｂ）及び後方に面したグレアセンサ５０ｂ（図２３Ａ）によって感知される周囲光のレベルの関数として処理回路６６（図５及び２４）によって制御される反射率を有するエレクトロクロミックリアビューミラー１５０２が組み込まれている。センサ５０ａ及び５０ｂの一方又は両方は、図１〜４に示す構成のいずれかを有することができる。図１〜４のいずれかに示される構成を有するセンサを利用することによって、特定のセンサに望ましいように水平方向の視野を垂直方向の視野に対して拡大又は縮小することができる。
【００７１】
図２３Ｂ〜２３Ｄに示すように、リアビューミラーは更に、上空に向けられたスカイセンサ５０ｃを含むことができる。かかるスカイセンサは、トンネルを検出するヘッドランプ制御システムに役立ち、これにより車両がトンネルに入るとヘッドランプを点灯し、トンネルを出ると消灯することが確実にされる。またスカイセンサ５０ｃは、図１に示し上述された構成を用いるのが有利とすることができる。スカイセンサ５０ｃは、処理回路６６（図５及び２４）に結合され、次に処理回路はヘッドランプ制御ユニット１５１２に結合され、これによってセンサ５０ａ及び５０ｂにより感知された周囲光のレベル及び天空光のレベルに応じて車両用ヘッドランプを点灯及び消灯することができる。ヘッドランプ制御システムは更に、ハイビームヘッドランプの輝度を制御し、及び／又はヘッドランプ若しくは他の外部ライト１５１６を起動又は照準を定めるために車両の前方のイメージを感知するイメージセンサ１５１５を含み、該イメージセンサ１５１５によって検出された光源に基づいて外部ライトにより生成されるビームパターンを変更することができる。このようなヘッドランプ制御システムの実施例は、２００１年３月５日にＪｏｓｅｐｈ  Ｓ．Ｓｔａｍ他により出願された名称「ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＥＸＴＥＲＩＯＲ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＬＩＧＨＴＳ（車両用外部ライトを制御するシステム）」の本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，５８７，５７３号で開示されており、その全開示内容が引用により本明細書に組み込まれる。また、センサ５０ａ、５０ｂ、及び／又は５０ｃの出力を用いて、車両の室内ライト１５１８など他の車両用ライトを制御し、より詳細にはインストルメントパネル及び他の車両用アクセサリの様々なディスプレイにおける表示ライトの輝度を制御することができる。
【００７２】
同様に図２３Ｂ〜２３Ｄに示すように、２つ又はそれ以上の追加のセンサ５０ｄ及び５０ｅを利用して日照負荷を検出することができる。日照負荷センサ５０ｄ及び５０ｅは、車両の上空に向けられ、更に僅かに車両の異なる側面に向けられて、車両の一方の側面の日照負荷量が車両の他方の側面におけるよりも大きいかどうかを感知する。処理回路６６（図５及び２４）は、日照負荷センサ５０ｄ及び５０ｅに結合され、更に車両の空調システム１５３０に結合されて、日照負荷センサ５０ｄ及び５０ｅによって検出された光レベルに基づいてファンスピード及び／又は車両のそれぞれの側の温度設定を調整する。日照負荷センサ５０ｄ及び５０ｅはまた、上述され図１〜４で示されたように構成することもできる。上述のセンサのいずれか１つによって感知された光レベルを用いて、空調システム１５３０の動作の何らかの態様を制御することができる。例えば、スカイセンサ５０ｃ及び周囲センサ５０ａを用いて、トンネルの接近を検出することができ、これによってヘッドランプを点灯させ、空調を再循環モードに入れる。
【００７３】
図２５は、本発明のセンサ構造を利用するための更に別の自動車用途を示している。具体的には、図２５は、車両のフロントガラス上の水分（すなわち雨、曇り、霧、霜、及び雪）を検出する水分感知システムを示す。このシステムは、ＬＥＤ１５４０などの光源とセンサ５０ｆとを含む。ＬＥＤ１５４０から放出された光放射（すなわち可視光、又は赤外線、若しくは紫外線）は、フロントガラス１５５０に入り、そこで内部反射されて出て、センサ５０ｆ上に入射する。水分がフロントガラス上にある場合、ＬＥＤ１５４０からの光はセンサ５０ｆに到達せず、処理回路６６（図５及び２４）がワイパー制御部１５４６を介して車両フロントガラスワイパー１５４５、及び／又は車両空調制御システム１５３０のフロントガラスデフォッガーを起動させる。
【００７４】
自動車用途の上記の実施例は、リアビュー組立体に配置されるものとして説明されたが、上記の用途の一部は、全体又は一部において、車両インストルメントパネル、フロントピラー、サンバイザーなどの車両内の他の場所又は車両アクセサリ内に、又はヘッドライナ或いはフロントガラスの上若しくは近傍に配置されるオーバーヘッドコンソール内に実装することができる点を理解されたい。更に、本発明のセンサは、他の何らかの非自動車用途に用いることができ、広範に定義される本発明は、かかる用途のいずれにも限定されない。
【００７５】
発明のリアビュー組立体１６００及びグレアセンサ部分組立体１６５０の好ましい構成が図２６〜３９に示され、以下に更に説明される。
【００７６】
図２６及び２７に示すように、エレクトロクロミックリアビューミラー組立体として図示されているリアビュー組立体１６００は、リアケーシング１６１２とベゼル１６１４とを有するハウジング１６１０を含み、リアケーシング１６１２及びベゼル１６１４は共に固定されてエレクトロクロミックミラー要素１６２０と、グレアセンサ部分組立体１６５０及び周囲光センサ１６７０（図２８Ｂ、２８Ｃ、及び２８Ｄ）が装着される回路基板１６３０とを収容する。支持プレート１６８０は、ハウジング１６１０内の回路基板１６３０及び／又はエレクトロクロミックミラー要素１６２０を支持するために任意選択的に設けることができる。両面テープ又は接着剤の層を用いて、エレクトロクロミックミラー要素１６２０を支持プレート１６８０に固定することができ、又は図示の実施形態のように、支持プレート１６８０は、ミラー要素１６２０の対向する縁部の周りにスナップ嵌合することができる。
【００７７】
図２６及び２７に示される実施例では、ハウジング１６１０の下部に沿って配置されたプッシュボタンスイッチ１６９２を支持するスイッチ支持体１６９０が、ミラー組立体に含まれている。ミラーマウント（図示せず）のボール（又はソケット）を係合するための装着ソケット１６９５（又は装着ボール（図示せず））もまたハウジング１６１０内に組み込むことができ、ハウジング１６１０がミラーマウントに対して２次元で枢動するようにする。
【００７８】
ハウジング１６１０は、当技術分野で良く知られた他の多くの構成部品を収容することができる。図２６及び２７に示す実施例では、マップライト組立体１６８４を装着するための大きなアパーチャ１６１５がリアケーシング１６１２に設けられている。このようなマップライト組立体は、ＬＥＤ部分組立体（図示せず）、ヒートシンク／装着プレート１６８５、リフレクタ１６８７、及びレンズ１６８９を含むことができる。かかるマップライト組立体の実施例は、米国特許第６，６７０，２０７号に開示されており、その開示事項全体が引用により本明細書に組み込まれる。また、リアケーシング１６１２の後方に（及び車両の前方に）開いたより小さなアパーチャ１６１７も設けられ、好ましくは上述の方法で構成され、回路基板１６３０の裏面１６３１に表面実装される周囲光センサ１６７０を光が通ることができるようになっている。拡散器及び／又はレンズとして機能させるために小さいアパーチャ１６１７を覆って２次光学要素（図示せず）が設けられる場合もある。
【００７９】
図２８Ａ〜２８Ｅは、回路基板１６３０と支持プレート１６８０とを組み合わせた構造体の様々な図を示す。図示のように、支持プレート１６８０は、回路基板１６３０を所定位置にスナップ嵌合して支持プレート１６８０により固定することができる弾性タブを含むことができる。図示のように、センサ１６５２及び１６７０、並びに２次光学要素１６６０は、ハウジング１６１０内に取り付ける前に全て回路基板１６３０に固定することができる。これらの要素を回路基板上に事前取付するように構成することにより、ミラー組立体内の組立前に回路基板上で試験することができる。これにより、センサ又は回路構成が所望の性能レベルで動作しない場合の廃棄コストが低減される。
【００８０】
図２９〜３９にはグレアセンサ部分組立体１６５０がより詳細に示される。図２９〜３９に示すように、グレアセンサ部分組立体１６５０は、回路基板１６３０に装着されたセンサ装置１６５２と２次光学要素１６６０とを含む。回路基板１６３０は、センサ装置１６５２が貫通して延びる第１の穴１６３２を含み、センサ装置は回路基板１６３０の裏面１６３１に表面実装されて、更に車両の後部から来る光を感知することができるようになる。これにより、周囲光センサ１６７０及びグレアセンサ装置１６５２を共に回路基板１６３０の同じ面（１６３１）に表面実装することが可能となる。回路基板１６３０は更に、一対の穴１６３４を含み、これを貫通して２次光学要素１６６０の対応するペアの弾性レッグ部１６６２が延びる。穴１６３４は、図２９に示すように２次光学要素１６６０がグレアセンサ装置１６５２の前方に延びるように回路基板１６３０にスナップ嵌合することができるようにする。図３０は、２次光学要素１６６０を回路基板１６３０から取り除いた状態のグレアセンサ装置１６５２の配置を示している。
【００８１】
図２７に戻ると、グレアセンサ部分組立体１６５０は、ミラー要素１６２０の領域１６２２と光学的に整列するように回路基板１６３０上に装着されていることが理解できる。領域１６２２は、光がミラー要素を通って２次光学要素１６６０まで進み、次いでグレアセンサ装置１６５２まで進むことができるように、ミラー要素の反射層を部分的又は完全に取り除いた領域とすることができる。米国特許第６，３５６，３７６号では、グレアセンサ装置を反射層の一部が取り除かれた領域の後方に装着されたエレクトロクロミックミラー要素を開示している。この特許の全開示事項は引用により本明細書に組み込まれる。或いは、領域１６２２は、部分的に反射し部分的に透過する（すなわち「半透過性の」）反射層の領域とすることができる。これについて、反射層全体を半透過性としてもよい。半透過性エレクトロクロミックミラーの実施例は、米国特許第６，３５６，３７６号に開示されており、その全開示事項が引用により本明細書に組み込まれる。この領域１６２２は、反射層が堆積される間基板背面をマスクすることによって形成することができる。インジウムスズ酸化物又はルテニウムなどの貴金属の層を領域１６２２上に施工して領域１６２２全体に導線性をもたらし、エレクトロクロミック媒体がミラー要素全体を均一に暗くすることができる。
【００８２】
２次光学要素１６６０が図３２〜３９に詳細に示される。２次光学要素１６６０は、その光学系がセンサ装置１６５２に組み込まれた光学系の補助的なものであるためこのように呼ばれる。２次光学要素１６６０は単に拡散器とすることができ、又は、代替的に若しくは付加的にレンズとして機能することができる。図３２〜３９に示す好ましい実施例では、２次光学要素１６６９はレンズとして機能するが、片面又は両面をテクスチャ加工することができ、或いは要素１６６０を構成するのに使用される材料に拡散剤を組み込んでこれを通る光を拡散させることができることは理解されるであろう。
【００８３】
２次光学要素１６６０は、前面１６６５と裏面１６６６とを有する比較的平坦な基板１６６４を含む。一対の弾性レッグ部１６６２が、基板１６６４の２つの側面から後方に延びている。エプロン１６６７が、基板１６６４の別の側面から後方に延びている。エプロン１６６７は、レッグ部１６６２ほど後方に延びず、これによって回路基板１６３０の穴への挿入深さを制限し、その裏面１６６６とグレアセンサ装置１６５４の最前面との間の間隔を維持する役目を果たす。
【００８４】
図示の実施例では、第１のレンティキュラーレンズ１６６８は、基板１６６４の前面１６６５に設けられ、第２のレンティキュラーレンズは裏面１６６６に設けることができる。第１のレンティキュラーレンズ１６６８は、平行する複数の細長い第１の小型レンズ１６６８ａを含み、第２のレンティキュラーレンズ１６６９は、平行する複数の細長い第２の小型レンズ１６６９ａを含む。水平面と垂直面とにおいて異なる焦点距離を可能にするために、第１の小型レンズ１６６８ａは、第２の小型レンズ１６６９ａに対し垂直に延びる。これらの異なる平面で異なる焦点距離を形成することによって、グレアセンサの視野は垂直方向と水平方向で異なるようにすることができる。その結果、特に車両がシアターシートを採用しているときに存在するはずのリアシートなどの車室内の他の部品を含むことなく、リアウィンドウから見える視界に視野を制限する試みを行うために視野を拡大縮小することができる。本明細書で使用する用語「アナモルフィックレンズ要素」は、異なる平面で異なる焦点距離を有し、非正方形又は非球面の視野をもたらすレンズ要素をさすものとする。２つの垂直なレンティキュラーレンズを上記で説明したが、他の形態のアナモルフィックレンズ又は球面レンズを使用することもできる。かかるレンズは、平凸、両凸、円筒型、球形、放物形、楕円形、又はバイラジアルとすることができ、単レンズ、レンティキュラーレンズ、又はフレネルレンズなどのマイクログルーブレンズの形態とすることができる。採用されるレンズ（ある場合）の特定の形態は、特定の用途によって決まることになる。かかるレンズを２次光学要素に備えることによって、組み込まれる車両に関係なく同じグレアセンサ装置１６５２を使用することができるが、２次光学要素１６６０は、車両の特定の型／モデルに対して選択され組み込むことができる。
【００８５】
グレアセンサ装置１６５２及び周囲光センサ１６７０の構成を図１〜３及び４Ｃに示された一体レンズ構造２０を含めるように説明してきたが、装置の封入材内に形成される一体レンズは様々とすることができる点は理解されるであろう。例えば、封入材は、球面レンズ又は図４０〜４５で示され以下に説明される円筒形レンズ又はバイラジアルレンズなどのアナモルフィックレンズを定める形状にすることができる。
【００８６】
本発明の第２の実施形態に従って構成されたセンサ装置１７５０が図４０に示される。センサ装置１７５０は、プリント回路基板又はリードフレーム１７１２などの支持構造体と、好ましくは可視光である光放射を感知するために支持基板上に装着された感知回路１５と、支持構造体上の感知回路１５を封入する封入材１７６２とを含む。一般に、封入材１７６２は、横方向に異なる視野をもたらすアナモルフィック面１７２２を有する一体レンズ１７２０を含む。第１の実施形態によれば、アナモルフィック面１７２２はバイラジアルである。例えば、設計は、方向１７２５に公称９０度の挟角、方向１７２６に公称４５度の挟角の視野のものとすることができる。例えば、１７３２で示す方向に１．５ｍｍの半径及び１７３１で示すよりも大きい半径を有するトロイダルレンズ面１７２２は、１ｍｍの半径を有する円弧の周りで曲線１７３２の中心を掃引することによって生成することができる。トロイダル面１７２２で形成されたレンズは、レンズの小さい方の半径に沿ってレンズを横切る平面で約４．５ｍｍの焦点距離を有し、最も大きい半径に沿ってレンズを横切る平面で約７．５ｍｍの焦点距離を有する。感知回路１５のアクティブ感知領域５７は小さく（すなわち１ｍｍ2未満の表面積を有する）、感知回路１５の上面の中央に位置している。好ましくは、アクティブ感知領域５７は、例えば１００ミクロンの直径と、約０．０３ｍｍ2の面積を有する。表面２２は、多くの形態とすることができ、トロイダルである必要はない。例えば、曲線１７３２は、場合によってはレンズの性能の幾つかの態様について最適化されたあらゆる非球面形状とすることができる。従って、形状１７３２は、任意選択的に、トロイダル面１７２２と同様に回転して反対の方向の回転面を形成することができ、又は他の曲線に沿って掃引することができる。より一般的な場合では、表面プロファイルはどちらの方向にも円形であることさえも必要ではない。本発明の明細書の目的にかなう表面は、所望の機能を実行し、最も広い視野の方向にほぼ平行な平面の交差部で測定される一般により大きな曲率半径を有するものである。本発明の第２の実施形態と関連して以下に説明するように、一体レンズは円筒面を有することができる。
【００８７】
異なる基準面において半径が異なる表面プロファイルを有するレンズでは、これらの異なる平面内からレンズに投影されたレイファンは、レンズ表面から様々の距離でほぼ焦点が合う。レンズの様々な焦点距離に対する感知領域５７の位置は、センサ応答の感度プロファイルの結果として得られる形状に強く影響する。一般には、強力な合焦特性が存在する点の最も近い距離よりも更にレンズに近くアクティブ感知面５７を位置付けることが好ましい。上述の実施例では、これは１．５ｍｍのレンズ半径から生じる公称焦点距離４．５ｍｍよりも近いものとなる。センサ面を焦点距離の手前に配置すると、特定の焦点が適用される基準面の応答プロファイルを拡大するデフォーカス作用がある。特定の焦点の焦点距離に対するレンズからセンサのアクティブ面の距離の比が減少するにつれて、対応する方向の光学利得は一般に減少し、対応する方向の応答プロファイルの幅は増大する。曲率半径及び方向１７２５に平行な平面で得られる焦点距離は、方向１７２６に対応する焦点距離より長いので、より長い焦点距離に対するレンズからセンサまでの距離の比がより小さく、対応する応答プロファイルはより広いが、センサの光学利得全体への寄与は有意であるがより小さくなる。これは、１７２５で示す方向でより広い応答プロファイルを有する要望と一致する。
【００８８】
感知回路１５のアクティブ感知領域５７を焦点よりもレンズに近づけて位置付ける効果を説明するために、図４１Ａ及び４１Ｂに２つの異なる光センサ構成の光線の追跡が示される。図４１Ａ及び４１Ｂに示す両方の装置では、一体レンズ／封入材は、４ｍｍの光軸に沿った長さを有し、感知回路１５のアクティブ感知領域５７を一体レンズの最前部から３ｍｍ後方に配置している。図４１Ａに示す第１の光センサ装置は一体レンズを有し、断面が取られる平面で半径が１．２５ｍｍである。軸上、並びに＋１０度及び−１０度の軸外の光源を用いて、５５０ｎｍの波長を有する光をレンズに配向した。図４１Ｂに示す光センサ装置は、一体レンズの半径が１．４５ｍｍであり、従ってレンズの焦点距離が増大することを除いて、図４１Ａに示すのと同様である。しかしながら、第２の光センサ装置の感知回路は、レンズから３ｍｍに維持される。この２つの装置を比較すると、図４１Ａに示す第１の光センサでは、軸上の光源位置からの光だけが感知回路１５のアクティブ感知領域に入射することは明らかである。この構成では、図４１Ａに示す第１の光センサ装置は、軸外の光は本質的に見えない。しかしながら、図４１Ｂに示す第２の光センサ装置の感知回路１５のアクティブ感知領域には、＋１０度及び−１０度の両方の軸外位置からの光がある。従って、図４１Ｂに示す第２の光センサ装置は、図４１Ａに示す光センサ装置よりも軸外光に対してより高い感度がある。
【００８９】
応答プロファイルをほぼ全ての方向で更に拡大するために、所望の効果をもたらすように実験的に求められた割合でレンズ材料に拡散剤を添加することができ、或いは、テクスチャ加工などの表面処理をレンズ表面に施すことができる。レンズ表面のテクスチャ加工は、金型表面の複製によってもたらされるのが好ましいが、コーティング、或いはサンドブラスト又は他の何らかの研削剤でのボンバードなどの二次工程によって生成することもできる。トランスファー成形技術では、テクスチャ加工した表面は、好ましいことが多いが、エンカップ成形技術では、テクスチャ加工した表面は、離型問題が生じる場合がある。従って、拡散を加える技術を選択する場合には、製作工程との適合性を考慮する必要がある。エンカップ工程と呼ばれる工程では、流体状のプラスチックレンズ材料を柔軟な金型カップに分配し、完成したリードフレーム組立体を充填用材料中に降ろす。組立体を完成させるために、材料を硬化させ、完成部品を金型から取り出し、個々の部品を互いに切り離す。従って、例えば図４１Ａ及び４１Ｂに示す光センサの封入材に拡散剤を添加することによって、角度応答プロファイルを増大させ、軸外光が感知回路のアクティブ感知領域から間隔を置いて離れた位置に合焦される作用に対処することができる。
【００９０】
当業者には理解されるように、感知回路がレンズの焦点距離よりも短いレンズからの距離に位置付けられている事実に基づき、図４１Ｂで示した第２の光センサには図４１Ａで示した光センサよりも少ない拡散剤を添加する必要がある。更に、拡散剤の最適量及び封入材内の感知回路の最適な位置付けは、光センサを採用する特定の用途に応じて決まる点は理解されるであろう。一般に、レンズ表面と感知回路のアクティブ感知領域との適切な距離は、光感知装置がほぼ所望の視野を示し、その結果拡散剤を封入材に添加してレンズ欠陥によって起こるシャドーイングを軽減し且つ所望の値まで視野を広げることができるように選択する必要がある。
【００９１】
オフセット効果間の多くのバランスを設計全体において維持することができる。かかる１つのバランスでは、センサはレンズからはより遠く、焦点にはより近づけて配置し、概ね両方向でプロファイルを狭めることができ、制御された量の拡散剤又は表面処理剤を添加して拡散を増大させ、所望の程度までプロファイルを拡大することができる。これは、センサのレンズ面で欠陥を許容しなければならない場合、特に有利である。レンズをその焦点で使用する場合、遠位点の光源からの光は、レンズ面の大部分から感知面に配向することができる。このような場合、レンズ上の比較的大きな傷であっても、結果として得られる装置性能に軽微な影響しか与えない可能性がある。これとは対照的に、レンズ面が曲面でなく平坦である場合、センサに当たる遠位点の光源からのほぼ平行な光線は、アクティブ感知領域自体とほぼ同じ大きさの表面領域を通過することになる。直径が僅か１００ミクロンのアクティブ感知面では、同程度に小さなサイズの平面上の汚れ又は傷が、点光源からの光のほとんど全てを遮断又は散乱し、センサの視野に事実上ブラインドスポットを生成する可能性がある。バイラジアル面では、強いデフォーカスを使用する場合、状況は集束レンズの実施例よりも平面にはるかに近くなる可能性がある。かかる場合では、極めて小さな欠陥が、小領域の光源からの光を遮断又は散乱させ、時にはセンサの視野における事実上のブラインドスポットとなるものを生成する可能性がある。センサを焦点に近づけるように移動させると、遠位の小領域の光源からの光をセンサ上に合焦するレンズの表面積が拡大され、拡散剤により、傷よって落とされる影が軽減される。この２つの効果は共に、「ブラインドスポット」問題を軽減する働きをし、従ってこのような小さな感知回路の利用が可能となる。
【００９２】
封入材１７６２のレンズ部分１７２０は、リードフレーム１７１２の一部及び上部を封入するほぼ円筒形の部分１７１３に融合している。リップ１７１４は、用途において部品の位置合わせに使用することができる。リードフレーム１７１２は、レッグ部１７８０、１７８２、及び１７８４を有し、これらは部品を支持して電気接続を行うよう機能する。センサチップ１５は、導電エポキシでレッグ部１７８２に接合され、リードワイヤ１７２３及び１７２４は、それぞれレッグ部１７８０及び１７８４に電気接続する。用途において、３つのリード部は、部品を関連する電気回路に接続する。
【００９３】
図４２は、回路基板１６３０の前方に面した表面に表面実装されてグレアセンサとして働くセンサ装置１７５０を示す。上述のように、スルーホール実装技術を利用するよりもセンサ装置を表面実装する方が望ましい。更に、グレアセンサと周囲センサとは、回路基板の同じ面に実装されるのが望ましい。図４２に示すように、センサ装置１７５０は、ミラー要素１６２０を介して車の後部からの光を受け取るように、回路基板１６３０の穴に対して装着することができる。この特定のセンサは、一体レンズ１７２０がアナモルフィックである点において利点をもたらすので、別個の２次光学要素では有益ではない可能性がある。
【００９４】
図４３及び４４は、本発明の第３の実施形態に従って構成されたセンサ装置１７５０を示す。各図の比較から明らかであるように、第３の実施形態は、封入材１７６２の一体レンズ１７２０がバイラジアル面ではなく円筒面１７５２を有する点で第２の実施形態とは異なる。レンズ１７２０は、所望のどのような半径及び長さを有することもでき、例えば１．２５ｍｍの半径ｒ（図４４）と５ｍｍの長さＬを有することができる。円筒レンズ１７２０の縦軸を水平軸とほぼ垂直にして車両に装着されると、対応する垂直圧縮のない水平圧縮が実現される。これにより、センサがスカイセンサ用に使用されるときに地面、車両の屋根、又は車両のボンネットの対応する広い領域を感知することなく空の広い領域の観測が可能となる。逆に、水平方向に装着すると、広い水平方向の視界入力を獲得することができる。この特徴は、以下に更に詳細に説明するように、グレアセンサを実装するのに有利に利用することができる。
【００９５】
図４５は、第４の実施形態に従って構成されたセンサ装置１８００を示す。センサ装置１８００は、封入材が、２つ又はそれ以上の異なる機能ゾーン１８０２及び１８０４から形成されて、ゾーン１８０２とゾーン１８０４との間に遷移領域１８０６を備えている点で第１及び第２の実施形態とは異なる。封入材の異なる部分が封入材の他の部分とは異なる機能を果たすことができ、その結果、第１のゾーン１８０２は第２のゾーン１８０４とは少なくとも１つの異なる特徴を有して、その特定のゾーンにより行われる機能の性能を最適化するという認識に基づいて、２つの分離した機能ゾーン１８０２及び１８０４が設けられている。例えば、第１のゾーン１８０２は、感知回路１５により感知されることになる放射線の波長を少なくとも部分的に透過する必要があるが、第２のゾーン１８０４は、かかる波長を透過させる必要はない。これにより本発明のセンサ装置は、高性能パワー半導体の封入及び第２のゾーンでのトランスファー成形化合物に関する特別な利点を活用することができる。これらの特徴には、比較的低い熱膨張率、比較的高い熱伝導率、比較的高いＴｇ、比較的高い比熱、酸素、気体又は水蒸気に対する比較的低い透過性、及び比較的高い物理的強度特性とを含むことができる。多くの高出力非光学電気装置をパッケージングし又はポッティングするのに使用される化合物は、これらのカテゴリーの多くにおいて従来のセンサにこれまで使用していたものよりも大幅に優れている。この格差の主な理由の１つは、説明している高性能の材料が、通常センサ装置によって感知される放射線束を透過しない不透過性の混合物であることである。これらの機能的に魅力のある材料の不透過性は、元来（例えば性能を強化するミネラル、金属、及び金属酸化物の添加剤によって）その有利な特性と関連しており、従って、これらの材料は、その不透過性に起因してセンサの構成部品に使用することをこれまでは検討されたことがなかった。しかしながら、かかる材料の使用を透過性である必要のない封入材１７６２のゾーンに限定することにより、本発明はこれらの材料の特徴の全ての利点が享受できる。
【００９６】
封入材１７６２の第１のゾーン１８０２は、光学性能を維持するために実質的に透過性材料であるのが好ましい。任意選択的に第１のゾーン１８０２は、部分的に拡散させることができる。第１のゾーン１８０２は、センサ又はＬＥＤに一般に使用される従来のどのような透過性の封入材で形成してもよい。封入材１７６２の第１のゾーン１８０２は、感知回路１５、ダイ接着剤（ある場合）、及び感知回路１５に接続されたあらゆるワイヤボンド１７２３及び１７２４の一部を覆い、包み、保護し、及び支持することが好ましい。
【００９７】
封入材１７６２の第１のゾーン１８０２は、２つ又はそれ以上の部分からなることができ、最も内側は、本発明の封入材を成形する第１段階の前に感知回路１５に予め塗布されたシリコーン又はシラスティックのグロブトップ（図示せず）とする。第１のゾーン１８０２のこの最も内側の部分は、代替として高性能エポキシ、シリコーン、ウレタン、又は場合によっては光学的に半透過性又は透過性の添加剤又は拡散剤を含む他のポリマー材料とすることができる。
【００９８】
封入材１７６２の第１のゾーン１８０２は、感知回路１５によって感知された放射線に対し実質的に透過性の光学エポキシ混合物を含む組成物で形成されるのが好ましい。しかしながら、他の透過性材料を使用することもでき、該材料は、感知回路１５の感度の主要なゾーン外の帯域では透過性である必要はない。
【００９９】
封入材１７６２の第２のゾーン１８０４は、封入材１７６２のその領域の機能を最適にする材料で形成されるのが好ましい。上述のように、第２のゾーン１８０４は透過性である必要はない。しかしながら、ゾーン１８０４の特殊化した機能は、一般に導電性リード部１７８０、１７８２、及び１７８４に伝播する機械的応力からの突発故障、応力、及び蓄積疲労を最小限にすることである。この目的のためにより好適な材料は、透過性である必要がないことを考慮して選択することができるだけでなく、より高い張力及び圧縮強度、接着性、及び／又は凝集性を含むより高い強度特性を有することができる。
【０１００】
封入材１７６２の第２のゾーン１８０４によって提供される別の機能は、他の場合であれば第２のゾーン１８０４又は封入材１７６２とリード部１７８０、１７８２、及び１７８４との間の境界を通ってデバイス内の上方に伝播する可能性のある酸素、分子状水蒸気、又は他の反応物に対する障壁として働くことである。従って、第２のゾーン１８０４は、感知回路１５、ダイ接着剤（ある場合）、ワイヤボンド１７２３及び１７２４、リードフレームの表面被覆の被封入部分、及び他の内部装置構成要素を酸素、分子状水蒸気、及び他の反応物から効果的に保護すべきである。封入材１７６２の第２のゾーン１８０４は、透過性である必要はないので、第２のゾーン１０４は、従来の透過性の封入材に存在するものと比べて改良された障壁特性で構成することができる。
【０１０１】
第２のゾーン１８０４はまた、第１のゾーン１８０２よりも優れた熱特性を有することができる。装置の熱抵抗をより低くするために、第２のゾーン１８０４は、少なくとも導線１７８０、１７８２、及び１７８４を囲む装置の臨界領域において、並びに感知回路１５を支持するリード部の一部への熱的結合において高い熱伝導率を有するのが好ましい。はんだ処理からの比較的高い熱抵抗保護を維持するために、封入材１７６２の第２のゾーン１８０４の底部は、はんだ付け可能部分又は導電性リード部１７８０、１７８２、及び１７８４の端部に対して隔離絶縁体（ある場合）又は隔離絶縁体がない場合は処理中に溶融はんだと実質的に接触しない状態のままになっているリード部上の等価点よりも近くまでは延びない。
【０１０２】
封入材１７６２の第２のゾーン１８０４を高い熱容量を有するように形成することによって、第２のゾーン１０４は、処理又は動作中に過渡温度の急上昇を抑制する助けとなる。また、第２のゾーン１８０４を低い熱膨張率を有するように構成することによって、装置内の熱膨張及び収縮から生じる突発障害、応力、及び蓄積疲労が最小限になる。
【０１０３】
封入材１７６２の第１及び第２のゾーン１８０２及び１８０４について異なる機能的特性を実現するために、２つのゾーンは異なる物理的性質を有することができる。かかる物理的性質は、構造上又は組成上のものとすることができる。かかる異なる構造的特性は、第１及び第２のゾーン１８０２及び１８０４の両方に同じ一般組成を用いるが、２つのゾーン内の粒度又は微細構造的配向を変化させることによって得ることができる。かかる構造的特性は、焼きなまし、放射線硬化、又は他の放射線処理でこのゾーンを異なるように処理することにより成形工程中に修正することができる。更に、微細構造配向は、封入材１７６２を形成するゾーンのうちの１つ又はそれ以上に磁場を印加することによって変化させることができる。
【０１０４】
２つの異なる組成を利用して第１及び第２のゾーン１８０２及び１８０４を形成する場合には、本発明の好ましい実施形態を形成する本発明の処理を参照しながら以下に更に説明するように、材料の組成は、同じ金型での成形に適合するものであることが好ましい。第１及び第２のゾーン１８０２及び１８０４を一体成形することにより、ゾーン１８０２とゾーン１８０４との間の遷移部１０６で凝集接合を形成することができる。かかる凝集接合は、全体として封入材の強度を向上させ、他の場合には存在する可能性のある酸素、水蒸気、又は他の反応物がゾーン１８０４とゾーン１８０６との間の境界面を介して感知回路１５に到達するのを防止するのに望ましい。更に、かかる凝集接合は、外面の連続性をもたらす。第１及び第２のゾーン１８０２及び１８０４に使用する組成は、遷移部１８０６で部分的に相互混合することが望ましい。遷移部１８０６は、封入材１７６２のかなり細い断面とすることができ、又は第１及び第２のゾーン１８０２及び１８０４の組成を用いて組成勾配が形成される場合には、より広く且つ大きくすることができる。
【０１０５】
封入材１７６２の第２のゾーン１８０４を不透過性にする別の利点は、同じハウジング又は同じ回路基板に装着されるあらゆる発光素子からの全ての後方散乱が、感知回路１５に到達する可能性が低いことである。かかる後方散乱は、発光素子が感知回路１５と同じハウジング内に装着されているときに問題となる可能性があり、かかるセンサ装置が自動車用のエレクトロクロミックリアビューミラー組立体に装着されているときに当てはまる。また、不透過性の第２のゾーン１８０４は、センサ装置の封入材に入り、更に感知回路を通過しセンサ装置が装着されている回路基板に向かって進む光を吸収する働きもする。これは、同じハウジング内で又は同じ回路基板上で他のセンサが利用されているときに重要な場合がある。
【０１０６】
封入材１７６２の第２のゾーン１８０４を形成するのに使用される基材エポキシは、第１のゾーン１８０２を形成するのに使用する透明レンズのエポキシとは組成で区別できるだけでなく、これに加え又は代替として１つ又は複数の物理的性質（関心のある波長での分光透過率、関心のある１つ又はそれ以上の波長での散漫散乱特性、微細結晶構造、強度、熱伝導性、ＣＴE、Ｔｇ、その他）で区別することができる。第１のゾーン１８０２と第２のゾーン１８０４との間の遷移ゾーン１８０６は、遷移境界ゾーンで生じることもあり、これは、狭い（特性により急激な遷移をもたらす）か、又は広い（特性により漸次的な遷移又は勾配をもたらす）場合がある。上述のように、レンズエポキシと基材エポキシとの違いは、組成上のものであって、製造工程で２つの異なる材料混合物を使用することによって実現することができる。その結果、ゾーン１８０２とゾーン１８０４との間の狭い遷移境界ゾーン１８０６は、本質的に不混和性の２つの配合物を確保することによって、又は１つの材料を他の材料を添加する前に僅かに若しくは完全に予備硬化することによって得ることができる。広い境界ゾーン１８０６は、第２の材料を添加する前に第１の材料を完全に予備硬化せずに、及びこれらの境界で幾分か混合することが可能な２つの材料の配合を確実にすることによって得ることができる。
【０１０７】
レンズエポキシと基材エポキシとの間に求められる区別が、主に組成上の区別ではなく物理的な区別である場合において、上述の手段が不適切であればこれを達成するために別の手段を用いることができる。例えば、組成的に同一の基材エポキシ部分に対する材料特性強化は、金型への分注後に基材エポキシ部分を後処理することによって得ることができる。この場合の後処理としては、選択過熱（金型に温度勾配を設定することによる、又は層状オーブン若しくは層状加熱気流を使用することによるなど）とすることができる。この場合の事前処理としては、付加的に又は代替として、ゾーン状のＩＲ、ＵＶ、可視光線、マイクロ波、Ｘ線、又は他の電磁放射線源、或いはＥビーム若しくは他の粒子ビームによる選択的照射とすることができる。同様に、分注の前、途中、又は後で、装置材料の全部又は一部を電界、磁界、遠心／求心力、又は重力に曝すことによって、幾つかの微細構造の影響（粒子移動、積層、配向、大きさ、集塊、その他）を与えることができる。
【０１０８】
封入材１７の第１のゾーン１８０２に好適な１つの材料は、Ｄｅｘｔｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能なＨＹＳＯＬ（登録商標）ＯＳ４０００透過性エポキシである。封入材１７６２の第１のゾーン１８０２に好適な材料は、ＨＹＳＯＬ（登録商標）ＥＯ０１２３キャスティングコンパウンドであって、同様にＤｅｘｔｅｒから入手可能である。かかる複数のゾーンの封入材の製法の更なる詳細は、２００１年４月１３日にＪｏｈｎ  Ｋ．Ｒｏｂｅｒｔｓ他によって出願された名称「ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ  ＥＭＩＴＴＥＲ  ＤＥＶＩＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＡＮ  ＥＮＣＡＰＳＵＬＡＮＴ  ＷＩＴＨ  ＤＩＦＦＥＲＥＮＴ  ＺＯＮＥＳ  ＯＦ  ＴＨＥＲＭＡＬ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ（熱伝導率の異なるゾーンを備えた封入材を有する発光体装置）」の発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，５２１，９１６号に開示されており、これはＬＥＤと共に使用することを別にすると同様の封入材を開示している。この特許の開示事項全体は引用により本明細書に組み込まれる。
【０１０９】
図４０〜４５に示すセンサ装置に関する更なる詳細は、米国特許第６，６７９，６０８号に開示されており、その開示事項全体は引用により本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
図４６は、本発明の第５の実施形態に従って構成された光センサ装置１９５０を例示する図面を示している。光センサ装置１９５０は、１つの光線を５７０で示した光を入れるための窓１７４を有する筐体１７２を含む。筐体１７２は、パワーピン１８０、グランドピン１８２、及び信号ピン１８４を収容できる。筐体１７２内に収容されている半導体ダイ５７２は、上述のように光変換器１７８、２１６及び関連する電子機器を組み込む。ピン１８０、１８２、１８４は、パワーピン１８０に対してワイヤ５７４、及び信号ピン１８４に対してワイヤ５７６で示すように、ダイ５７２にワイヤボンド接合することができ、又はグランドピン１８２について示すようにダイ５７２に直接接合してもよい。
【０１１１】
筐体１７２は、三端子発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成するのに使用される同じタイプの封入材とすることができる。好ましい型式は通常、Ｔ−１・（３／４）又は５ｍｍパッケージと呼ばれる。かかるパッケージに電子機器を封入することは、光エレクトロニクス製造業では公知である。
【０１１２】
全体として５７８で示すレンズは、露光変換器１７８に光を合焦するのに使用されるのが好ましい。レンズ５７８は、感知回路１５と光線５７０源との間に位置する別個の独立したレンズで提供することができ、又は図４０〜４６に示すように封入材１７２と一体化してもよい。いずれの場合においても、レンズ５７８は、感知回路１５の視野を定め、光学利得を介して改良された感度を提供する。レンズは、狭い又は広いアングルを有するようにセンサの視野を定めることができる。
【０１１３】
次に図４７を参照すると、レンズからの光変換器の距離の関数として光センサの視野を表すグラフが示されている。感知回路１５内の露光変換器１７８の視野は、露光変換器１７８を通る光軸５８０に対して周囲光線５７０により形成される視野角θとして定義される。球面レンズ５７８の半角の視野は、式１で示される。
θ＝９０−ａｒｃｃｏｓ｛ｒ／Ｒ｝＋ｎ2／ｎ1＊ｓｉｎ｛ａｒｃｏｓ｛ｒ／Ｒ｝−ａｒｃｔａｎ｛（ｄ−（Ｒ−（Ｒ2−ｒ2）1/2））／ｒ｝｝
ここで、ｒはレンズのアパーチャ半径、Ｒはレンズ５７８の曲率半径、ｎ2は筐体１７２内の材料の屈折率、ｎ1は筐体１７２の外の屈折率、ｄはレンズ５７８の中心から露光変換器１７８までの距離であり、更にθは度単位で測定される。通常、Ｔ−１・（３／４）筐体１７２は、エポキシで充填されており、センサ回路１５は、ｎ1に対するｎ2の比をおよそ１．５とする空気中で動作する。曲線５９０は、半径Ｒが５．０ｍｍの球面レンズ５７８を有するＴ−１・（３／４）筐体の距離ｄの関数として半角の視野θをプロットする。光変換器１７８がレンズ５７８から遠くに移動するにつれて、視野は減少する。
【０１１４】
次に図４８を参照すると、レンズからの光変換器の距離の関数として光センサの光学利得を表すグラフが示される。光線５７０の近軸近似を仮定すると、レンズ５７８の光学利得は、レンズ５７８を備えて光変換器１７８によって集められた追加の光エネルギーとレンズ５７８のない光変換器１７８によって集められた光エネルギーの比を考慮することによって推定することができる。これは、レンズ５７８の表面にある底面とレンズ５７８の焦点にある先端を有する光の円錐を考慮することによって算出することができる。その結果、光学利得Ｇは、円錐の断面と光変換器１７８の面積の比の関数として表すことができ、これは式２の形となる。
Ｇ＝ｆ2／（ｆ−ｄ）2
【０１１５】
曲線６００は、半径Ｒが５．０ｍｍ及び焦点距離ｆが１５．０ｍｍの球面レンズ５７８を有するＴ−１・（３／４）筐体の距離ｄの関数として光学利得Ｇを示している。光変換器１７８がレンズ５７８から遠ざかって移動するにつれ、光学利得は増大する。
【０１１６】
自動減光リアビューミラーでの用途では、レンズ５７８と光変換器１７８との間の距離ｄは、前方に面した周囲光センサ及び後方に面したグレアセンサ６２としての使用において最適な性能に調節することができる。以下に更に説明するように、前方の周囲光センサは、広い視野を有するべきであるが、グレアセンサほど高感度である必要はない。グレアセンサは、より狭い視野を有するべきであるが、より高感度でなければならず、従ってより高い光学利得による恩恵を受ける。上述のレンズでは、２ｍｍと３ｍｍの間の距離ｄが、前方の周囲光センサ５８に好適であり、６ｍｍと７ｍｍの間の距離ｄが、グレアセンサに好適である。レンズのパラメータを修正することに加えて、非球面、円筒形、及び同様のものなどの他のレンズタイプも本発明の精神及び範囲内で利用可能である。
【０１１７】
次に図４９を参照すると、人間の目の周波数応答を表すグラフが示される。曲線６１０は、人間の目の相対明所視又は昼光周波数応答を表す。曲線６１２は、人間の目の相対暗所視すなわち夜間周波数応答を表す。光度に対してより高感度であることに加えて、暗所視応答６１２は、明所視応答６１０よりも紫外へシフトしている。
【０１１８】
次に図５０を参照すると、典型的な光変換器の周波数応答を表すグラフが示されている。典型的なフォトダーオードの光変換器１７８の相対周波数応答は、曲線６２０として示される。明所視応答曲線６１０又は暗所視応答曲線６１２と比較すると、露光変換器１７８の周波数応答は、かなり高い赤外線感度を含んでいる。用途によっては、センサ装置の前又はこれに組み込んでフィルタを配置し、露光変換器１７８の出力が所望の周波数応答により類似するようにすることができる。光センサ装置に必要なフィルタ処理の種類は、センサを使用する用途によって決定されることになる。
【０１１９】
次に図５１を参照すると、筐体がフィルタを組み込んだ光センサパッケージ１９５０が示される。筐体１７２の窓１７４は、露光変換器１７８に当たる光線５７０の幾つかの成分を減衰させるように動作可能なフィルタ６３０を含む。例えば、フィルタ６３０は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＲｏｓａのＯｐｔｉｃａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃから市販されているホットミラーなどの赤外線フィルタとすることができる。レンズ（図示せず）は、赤外フィルタ６３０の前に配置し、変換器に合焦される像を制御することができる。フィルタの他の実施例は、Ｇａｈａｎに付与された米国特許第４，７９９，７６８号及びＭａｃｋｓに付与された米国特許第５，０３６，４３７号に記載されている。
【０１２０】
フィルタ６３０は、他の構成を使用するセンサ装置に備えることができると想定される。例えば、セパレートフィルタ（図示せず）をセンサ装置と共通のハウジング内の光センサ装置の前方位置に装着することができる。例えば、ペンシルバニア州ＤｕｒｙｅａのＳｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃから市販されているＢＧ２８フィルタ又はＢＧ１８フィルタなどの薄膜ガラス製帯域通過フィルタを用いることができる。これらのフィルタは、感知回路１５の赤外感度を下げる。更に別の実施形態では、筐体１７２に埋め込まれる材料、若しくは接着剤を使用してセンサの封入材の表面に取付られた薄いアップリケ、又は半導体ダイ５７２上に直接フィルタを堆積させることによって感知回路１５のスペクトル特性を修正することができる。
【０１２１】
図１０に関して上述された遮光変換器２１６は、不透過性のシールドによって全光学スペクトルにわたり遮蔽するか、又はフィルタを使用して光学スペクトルの一部にわたり遮蔽することができる。シールド又はフィルタは、センサパッケージに組み込むこともできる。フィルタを利用する場合、他の場合では遮蔽変換器が露出される可能性のある全ＩＲ線を遮断するか、又はＩＲ線のみを通過させることによって可視線からＩＲ線を分離するフィルタを使用するのが望ましいとすることができる。ＩＲ線を遮断するフィルタが使用される場合には、遮蔽変換器の出力は、運転者の目が反応することになる光レベルのより正確な尺度として用いることができる。ＩＲ線のみを通すフィルタが使用される場合、遮光変換器２１６の出力は、他の光変換器１７８から差し引いて、人間の目の反応特性により一致した出力をもたらすことができる。ＩＲ線を通すフィルタは、ＩＲ線を遮断するフィルタよりも構成コストが小さいので、後者の方法がよりコスト効率が高い。
【０１２２】
ここで干渉フィルタを半導体感知回路１５上に直接堆積することができる方法について、図５２Ａから５２Ｄを参照して説明する。第１段階で、フォトレジストをウェハ全体に堆積させる。フォトレジストは、どのような好適な市販のフォトレジスト材料であってもよい。次いで、フォトレジストを、図５２Ｂに示すようにボンディングパッドのような光学コーティングの堆積から保護する必要のあるウェハの表面の領域のみを覆うようにパターン形成する。次に、図５２Ｃに示すようにダイ５７２の表面に光学フィルムコーティング５７９を施工する。薄膜５７９は、多層を成して光センサ上に直接堆積される。干渉フィルタの第１の層は、厚さ５０から８０ｎｍ、好ましくは厚さ６５ｎｍのシリコン層とすることができる。干渉フィルタの第２の層は、厚さ１００から２００ｎｍ、好ましくは厚さ１４５ｎｍのニ酸化ケイ素の層である。干渉フィルタの第３の層は、厚さ５０から８０ｎｍ、好ましくは厚さ６０ｎｍのシリコン層である。干渉フィルタの第４の層は、厚さ１００から２００ｎｍ、好ましくは厚さ１４０ｎｍのニ酸化ケイ素の層である。干渉フィルタの第５の層は、保護するためにニ酸化ケイ素の厚い層であって、２００から５００ｎｍの厚さとすることができる。５層全てを堆積した後、フォトレジストを従来のリフトオフ処理を用いてリフトオフし、図５２Ｄに示すように感光領域を覆って堆積された膜を残し、ボンディングパッドを覆う膜を残さない。結果として得られるダイを封入し、図４０〜４６のＴ１−３／４パッケージのような従来のパッケージを提供することができる。上述の干渉フィルタは、６５０ｎｍより上の光をフィルタ処理する。他の材料は、他のフィルタ特性を与えるように同様の方法で施工することができる。
【０１２３】
次に図５３を参照すると、光センサのフィルタに適用することができる窓用フィルムの周波数応答のグラフが示される。例えばカリフォルニア州、Ｐａｌｏ  ＡｌｔｏのＳｏｕｔｈｗａｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓが提供するＸＩＲ−７０のような所望の周波数特性を備えたフィルムを光センサ装置の窓に配置することができる。かかるフィルムのスペクトルを曲線６４０で示す。例えば、ミネソタ州の３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが提供する９５００  ＰＣのような接着剤をフィルムに付加する。次いで、この接着フィルムを感知回路１５の表面に貼り付けることができる。ここで図５４を参照すると、曲線６５０は、図５３の曲線６４０で示す周波数応答を有する接着フィルムを配置した感知回路１５の応答を示している。
【０１２４】
センサ装置の詳細並びにリアビュー組立体にセンサを装着するための様々な物理的構成を説明してきたが、次にセンサ装置を用いたエレクトロクロミックミラーシステムの電気システムを幾つかの特定の実施例を通して更に詳細に説明する。最初に図５５を参照すると、光センサを用いる自動減光リアビューミラー２０２４、２０２６が示される。全体として２０５０で示す減光要素は、可変透過率要素２０５２と反射面２０５４とを含む。減光要素２０５０は、反射面２０５４が可変透過率要素２０５２を通して見えるように構成される。減光要素２０５０は、減光要素制御信号２０５６に応じて可変の光反射率を示す。前方周囲光センサ５０ａは、一般に車両の前からの前方周囲光２０３２を受け取るように位置付けられている。前方周囲光センサ５０ａは、周囲光の積算時間期間にわたり前方周囲光センサ５０ａ上に入射する前方周囲光２０２３の量を示す離散的な周囲光信号２０６０を生成する。周囲光は、図７に示した周期的な様々な積算時間期間を用いて測定することができる。グレアセンサ５０ｂは、一般に車両の後ろからのグレア２０３４を検出するように位置付けられており、任意選択的に可変透過率要素２０５２を通してグレア２０３４を見るように配置することができる。グレアセンサ５０ｂは、グレアの積算時間期間にわたりグレアセンサ２０６２上に入射するグレア２０３４の量を示す離散的なグレア信号２０６４を生成する。制御ロジック６６は、周囲光信号２０６０を受け取り、周囲光のレベルを求める。制御ロジック６６は、前方周囲光２０３２のレベルに基づいてグレアの積算時間期間を求める。制御ロジック６６は、グレア信号２０６４を受け取り、グレア２０３４のレベルを求める。制御ロジック６６は、減光要素制御信号２０５６を出力し、車両運転者が知覚するグレア２０３４の影響を低減するように減光要素２０５０の反射率を設定する。
【０１２５】
グレアセンサ５０ｂ及び前方周囲光センサ５０ａのうちのいずれか１つ又は好ましくは両方のセンサが、可変の感度を備えた半導体光センサを使用して実装される。かかるセンサは、本明細書で上述したような入射光を電荷に変換する光変換器を含む。この電荷は、積算時間期間にわたって集められてある電位を生成し、該電位は、センサ５０ａ、５０ｂによって離散的なデジタル出力に変換され、この出力は制御ロジック６６においてデジタル処理する前にアナログ−デジタル変換を必要としない。ＡＤＣ変換を排除することにより、マイクロプロセッサのコストが低減される。図１１から分かるように、光−パルス変換器では遅延が生じる。この遅延は、サンプル時間期間と測定時間期間４２０の開始との間の時間差である。この遅延は、図１２Ａのアナログ回路を使用して回避することができる。しかしながら、アナログ回路の使用は、２つの点で増大を生じる。第１に、第１のワイヤは積算時間期間の入力信号用に使用され、第２のワイヤは差動増幅器３２１からのアナログ出力信号として使用されるので、バス１６４のワイヤの数が２倍になる可能性がある。第２に、制御ロジックは、このアナログ信号をデジタル制御ロジックで使用可能なデジタル信号に変換するためのＡＤＣを必要とする。上述のように、デジタル信号又はアナログ信号のどちらが生成されるかに関係なく、シリコンベースのセンサに伴う１つの問題は、シリコンと人間の目との間のスペクトル感度の違いである。従って、光フィルタ２０６８は、周囲光センサ５０ａの前に配置するか、又はこれの内部に組み込むことができる。同様に、グレアフィルタ２０７０をグレアセンサ５０ｂの前に配置するか、又はこの内部に組み込むことができる。
【０１２６】
フィルタ２０６８、２０７０は、可視光線、赤外線、及び紫外線を含むことができるスペクトルのある部分を減衰させて、センサ５０ａ、５０ｂに当たる光が、センサ５０ａ、５０ｂ内の光変換器の周波数応答と相まって、人間の目の反応により近づけ、フロントガラスなどの車両用ウィンドウの着色を補正する。自動減光リアビューミラーでは、重要な目標は、微光状態で車両運転者が受けるグレアを減少させることである。詳細には暗所視曲線６１２の範囲で明るい光に曝されたときに急速に低下する暗視力を保護するために、露光変換器５０ａ、５０ｂは、他の場合には車両運転者の暗視力に悪影響を与えることになるはずの光をミラーが減衰させるように暗所視曲線６１２と同様の周波数応答を有する必要がある。このフィルタが使用されない場合、露光変換器５０ａ、５０ｂは、少なくとも赤外線応答を減衰させる必要がある。これは、白熱灯及びハロゲンランプよりも青みを帯びた光を放出する高輝度放電（ＨＩＤ）ヘッドランプが普及するにつれて益々重要となっている。従って、フィルタ２０６８及び２０７０は、暗所視曲線６１２と同様のフィルタ特性を提供するのが好ましい。
【０１２７】
上述のように、様々な装置を用いて可変透過率要素２０５２を実装することができる。減光は、液晶セル、懸濁粒子デバイスを使用して、又は有利には印加制御電圧に応じて透過率を変化させるエレクトロクロミックセルを使用して機械的に実現することができる。当業者には理解されるように、本発明は減光要素２０５０のタイプ又は構成に依存しない。減光要素２０５０が、可変透過率要素２０５２としてエレクトロクロミック素子を含む場合には、反射面２０５４は、可変透過率要素２０５２の内部又は外部に組み込むことができる。或いは、可変透過率要素２０５２は、可変の輝度を有するディスプレイとすることができる。
【０１２８】
内部リアビューミラー２０２４及び外部リアビューミラー２０２６の各々は、自動減光するための減光要素２０５０を含む必要がある。好ましくは、内部リアビューミラー２０２４はまた、制御ロジック６６、光センサ５０ａ、５０ｂ、及び使用する場合はフィルタ２０６８及び２０７０を含む。
【０１２９】
次に図５６を参照すると、本発明の実施形態に従った内部及び外部リアビューミラーを備えたリアビューミラーシステムのブロック図が示される。内部リアビューミラー２０２４の減光要素２０５０は、上述のように動作する。各外部リアビューミラー２０２６は、後方の景色からの光を外部反射面２０８４から反射する前と後の両方で減衰するよう動作可能な外部可変透過率要素２０８２を有する外部減光要素２０８０を含む。外部減光要素２０８０は、外部減光要素制御信号２０８６に基づいて可変の反射率を提供する。外部減光要素２０８０は、減光要素２０５０に関して説明されたどのような様態でも動作することができ、好ましくはエレクトロクロミックミラーである。外部ミラー制御部２０８８は、外部減光要素制御信号２０８６を生成する。外部ミラー制御部２０８８は、外部リアビューミラー２０２６又は内部リアビューミラー２０２４の一部とすることができ、或いはミラー２０２４、２０２６の外部に位置付けることができる。外部減光要素２０８０を制御する様々な実施形態は、外部リアビューミラー２０２６内に含まれる感知及び制御の量に応じて決まる。
【０１３０】
１つの実施形態では、内部リアビューミラー２０２４の制御ロジック６６が、前方周囲光センサ５０ａ及びグレアセンサ５０ｂからの出力に基づいて外部減光要素制御信号２０８６を決定する。外部減光要素制御信号２０８６は、制御ロジック６６によって直接生成することができ、或いは、制御ロジック６６で計算されてミラー間信号２０９０を介して外部ミラー制御部２０８８に伝送される反射率レベルに基づいて外部ミラー制御部２０８８が外部減光要素制御信号２０８６を生成することができる。
【０１３１】
別の実施形態では、外部リアビューミラー２０２６は、後方の景色からのグレア２０３４を受けるように位置付けられた外部グレアセンサ５０’を含み、これはグレア積算時間期間にわたりグレアセンサ５０’上に入射するグレア２０３４の量に基づいて外部グレア信号２０９４を出力するよう動作可能である。制御ロジック６６は、外部グレア信号２０９４及び周囲光信号２０６０を用いて外部減光要素２０８０の反射率レベルを決定する。この場合も同様に外部減光要素制御信号２０８６は、制御ロジック６６によって直接生成することができ、或いは、ミラー間信号２０９０に含まれる反射率レベルに基づいて外部ミラー制御部２０８８が生成することができる。外部グレアフィルタ２０９６は、グレアフィルタ２０７０と同様に外部グレアセンサ５０ｂ’の前に配置し、又は外部グレアセンサ２０９２に内蔵し、外部グレアセンサ５０ｂ’に人間の目の反応に近い応答を与えることができる。ミラー間信号２０９０及び外部グレア信号２０９４は、パルス幅変調信号、パルス密度信号、シリアルデータストリームの形態、又はデジタル化し、ＣＡＮバスなどの自動車用バスを介して通信することができる。
【０１３２】
更に別の実施形態では、外部グレアセンサ５０ｂ’は、外部ミラー制御部２０８８に直接送る外部グレア信号２０９８を生成する。外部ミラー制御部２０８８は、外部グレア信号２０９８と、制御ロジック６６によって測定されてミラー間信号２０９０を介して外部ミラー制御部２０８８に送られる前方周囲光２０３２のレベルとに基づいて、外部減光要素制御信号２０８６を決定する。
【０１３３】
更に別の実施形態では、外部リアビューミラー２０２６は、内部リアビューミラー２０２４によって感知されるグレア２０３４又は前方周囲光２０３２とは無関係に、外部減光要素２０８０の反射率を決定する。この実施形態では、外部リアビューミラー２０２６は、内部リアビューミラー２０２４に対して上述のように動作する。
【０１３４】
次に図５７を参照すると、自動減光内部リアビューミラーの制御ロジックの実施形態を表す概略図が示される。この回路は、自動減光内部リアビューミラー２０２４の効率的で更に安価な実装を表している。同様のロジックを用いて、自動減光外部ミラー制御、ヘッドランプ制御、水分検出及び水分除去制御、パワーウィンドウ制御、冷暖房制御、及び同様のものを実装することができる。制御ロジック６６は、アリゾナ州ＣｈａｎｄｌｅｒのＭｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙが提供するＰＩＣ１６Ｃ６２０Ａなど、Ｕ１で示される小型で低コストのマイクロコントローラを利用する。前方周囲光センサ５０ａは、マイクロコントローラの入力ＲＢ０に接続された相互接続信号１８６を介してマイクロコントローラＵ１と通信する。同様に、グレアセンサ５０ｂは、マイクロコントローラの入力ＲＢ２に接続された別個の相互接続信号１８６ａを介してマイクロコントローラＵ１と通信する。上述のように、各相互接続信号１８６は、マイクロコントローラＵ１から光センサ５０ａ、５０ｂに積算時間期間１５８を伝送し、並びに光センサ５０ａ、５０ｂからマイクロコントローラＵ１に光強度時間期間２４０を伝送する。ＶDDとグランドとの間に接続された抵抗Ｒ２９及びキャパシタＣ４は、光センサ５０ａ、５０ｂ用にフィルタ処理された電源を供給する。
【０１３５】
並列の抵抗Ｒ１５とダイオードＤ５が、ＶDDとノード７０８との間に接続される。キャパシタＣ１２が、ノード７０８とグランドとの間に接続される。抵抗Ｒ６が、マイクロコントローラＵ１の入力／ＭＣＬＲへ共通のノード７０８を接続する。構成部品Ｄ５、Ｒ１５、Ｒ６、及びＣ１２は、全体として７１０で示すパワーオンリセット回路を形成する。電源は、イグニションライン７１２を通って制御ロジック６６に供給される。ダイオードＤ１は、イグニションライン７１２上の逆極性から保護し、ダイオードＤ２は、イグニションライン７１２から生じる電圧をおよそ５ボルトにクランプする。キャパシタＣ２、Ｃ７、及びＣ１１、抵抗Ｒ３、並びにフェライト素子Ｅ１は、全体として７１４で示す電源調整回路を形成する。キャパシタＣ１０並びに抵抗Ｒ８、Ｒ９、及びＲ２７は、全体として７１８で示すリバース信号調整回路を形成する。リバース信号調整回路７１８は、リバースフィルタ７１６にローパスフィルタをかけ、マイクロコントローラＵ１上のデジタル入力ピンＲＢ６に静電放電保護を与える。マイクロコントローラＵ１は、車両が後退状態になるときは常に、リバースライン７１６上の信号を使用して可変透過率要素２０５２をクリアにする。マイクロコントローラＵ１は、ＯＳＣ１ピンとＶDDとの間に接続された抵抗Ｒ２と、ＯＳＣ１ピンとグランドとの間に接続されたキャパシタＣ１とによって形成されるＲＣ発振器によってクロック制御される。ＶDDとマイクロコントローラＵ１のオープンドレイン出力ＲＡ４との間に直列に接続された抵抗Ｒ３０及びＬＥＤ  Ｄ３は、内部リアビューミラー２０２４に装着して車両の運転者に制御ロジック６６の動作状態を警報することができる表示ランプを形成する。スイッチＳ１及びＳ２は、マイクロコントローラＵ１のデジタル入力ＲＢ１及びＲＢ３にそれぞれ接続されて、制御オプションを選択できるようにする。
【０１３６】
次に図５８を参照すると、エレクトロクロミック減光器制御の動作を表す概略図が示される。エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２の制御をより理解し易いように説明するために、制御ロジック６６の一部分を描き直している。エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２は、どのような好適な可変反射率デバイスを使用して実装してもよく、例えば、Ｂｙｋｅｒに付与された「ＳＩＮＧＬＥ−ＣＯＭＰＡＲＴＭＥＮＴ，ＳＥＬＦ−ＥＲＡＳＩＮＧ，ＳＯＬＵＴＩＯＮ−ＰＨＡＳＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＲＯＭＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ，  ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＴＨＥＲＥＩＮ，  ＡＮＤ  ＵＳＥＳ  ＴＨＥＲＥＯＦ（単一コンパートメント自己消去型液相エレクトロクロミック装置、同装置において使用される溶液、及びその使用方法）」という名称の米国特許第４，９０２，１０８号に記載されたエレクトロクロミック素子を含むことができる。エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２は、入力ノード７２０に印加制御電圧に応答して暗くなる。印加された制御電圧が除去されると、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２は自己放電し、通過させる光の量が増大する。エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２は、入力ノード７２０をグランドに短絡させることによって急速にクリアにすることができる。
【０１３７】
抵抗Ｒ１７は、ノード７２２において入力ノード７２０をダーリントンペアＱ１０のエミッタと接続する。Ｑ１０のコレクタは、電流制限抵抗Ｒ５を通して電源に接続され、電流制限抵抗は例えば２７Ωのインピーダンスを有することができる。ダーリントンペアＱ１０のベースは、抵抗Ｒ１及びＲ７を通してマイクロコントローラＵ１のデジタル出力ＲＢ４に接続される。また、Ｑ１０のベースは抵抗Ｒ４を通して、並びに抵抗Ｒ７及びキャパシタＣ１６を通してグランドに接続される。デジタル出力ピンＲＢ４は、マイクロコントローラＵ１上で実行中のソフトウェアによって生成されるパルス制御７２６に応答したパルス出力７２４によって駆動される。パルス出力７２４は、例えばパルス幅変調信号などのパルス信号を生成することができる。好ましくはパルス出力７２４は、スイッチとして機能し、以下に説明するように各遷移時間期間に出力ピンＲＢ４を高電圧又は低電圧のいずれかに設定する。キャパシタＣ１６並びに抵抗Ｒ１、Ｒ４、及びＲ７は、全体として７２８で示されるローパスフィルタを形成し、デジタル出力ＲＢ４上に現れる信号を平滑化する。この平滑化の結果として、所望の固定制御レベルを得るために入力ノード７２０に概ね一定の印加制御電圧が生じる。更に、Ｑ１０においてベース−エミッタ間ダイオード電圧降下、並びに抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ１及びＲ７の和との間に形成される分圧器が、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２用の動作電圧を設定する。構成部品の典型的な値は、Ｒ１及びＲ４が１ｋΩ、Ｒ７が１００Ω、及びＣ１６が１００μＦである。５ボルトのデジタル出力ＲＢ４及びエレクトロクロミック可変透過率要素２０５２による公称電流引き込みに関して、入力ノード７２０はおよそ１．２ボルトである。
【０１３８】
制御ロジック６６の性能は、入力ノード７２０で受け取られるエレクトロクロミック可変透過率要素２０５２に印加制御電圧のフィードバックにより改善することができる。マイクロコントローラＵ１は、印加制御電圧が所望の制御レベルよりも大きい場合にはパルス出力７２４に低電圧を供給させ、そうでない場合には高電圧を供給させる比較ロジックを含む。通常、高電圧はＶDDに近く、低電圧はグランドに近い。この比較は、所望の制御レベルを表すデジタル数字をアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して得られるデジタル化された印加制御電圧と比較することによって行うことができる。ＤＡＣ７３０及びコンパレータ７３２を交互に使用する。ＤＡＣ７３０は、マイクロコントローラＵ１上で実行中のソフトウェアによって供給されるＤＡＣ制御７３４に対する所望の制御レベルに応じてアナログ出力ＡＮ２に所望の電圧レベルを生じる。抵抗Ｒ３１は、アナログ出力ＡＮ２とノード７３６との間に接続され、抵抗Ｒ２６は、ノード７３６とグランドとの間に接続される。コンパレータ７３２の一方の入力は、アナログ入力ＡＮ３でノード７３６に接続される。コンパレータの他方の入力は、アナログ入力ＡＮ０で入力ノード７２０に接続される。コンパレータ７３２の出力は、所望の電圧レベルが印加制御電圧よりも大きいかどうかを示す。抵抗Ｒ３１及びＲ２６の値は、ノード７３６での電圧が、ＤＡＣ７３０からの所望の制御電圧出力の範囲全体にわたって入力ノード７２０で期待される印加制御電圧の範囲内となるように選択される。Ｒ３１及びＲ２の典型的な値は、それぞれ３９０ｋΩ及び２００ｋΩである。
【０１３９】
抵抗Ｒ２４をノード７３６とノード７２２との間に接続することによって正帰還が得られる。抵抗Ｒ１７は、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２を通る駆動電流を検出するのに使用され、従って、典型的には１０Ωなどの低い値である。抵抗Ｒ２４は、典型的には１．３ＭΩなどの高い値である。抵抗Ｒ１７を通る駆動電流が増大するにつれて、抵抗Ｒ１７の両端の電圧が増大し、ノード７３６での電圧をプルアップする。コンパレータ７３２の正の入力端子上の電圧のこのような増大は、パルス出力７２４からのデューティーサイクルを増大させるという回生効果を有する。この回生効果は、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２が最大動作電圧の増大と共に電流引き込みが増大する高温時において、より良好なシステム応答を提供する。また正帰還は、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２内の内部抵抗の影響を相殺する。
【０１４０】
次に図５９を参照すると、エレクトロクロミック素子透過率制御を表すタイミング図が示される。自動減光動作中、マイクロコントローラＵ１で実行するソフトウェアは、一定の遷移期間７４２で区切られた（そのうちの１つが７４０で示されている）遷移時点で開始される。所望の制御レベル７４４は、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２の透過率の所望のレベルを示す。所望の制御レベル７４４は、アナログ値とすることができ、或いは好ましくはマイクロコントローラＵ１によって決定されるデジタル数字である。所望の制御レベル７４４は、比較ロジックによって印加制御電圧７４６と比較される。コンパレータ７３２は、印加制御電圧７４６と、ノード７３６に現れる所望の制御電圧とを受け取る。コンパレータの出力７３８は、差信号７４８を生じ、これは所望の制御レベル７４４を表す所望の電圧レベルが印加制御電圧７４６よりも大きいときにアサートされる。コンパレータの出力７３８は、出力ＲＢ４上に制御信号７５０を生成するのに使用される。所望の制御レベル７４４が印加制御電圧７４６よりも大きい場合、デジタル出力ＲＢ４が高（ｈｉｇｈ）に切り替えられる。所望の制御レベル７４４が印加制御電圧７４６よりも小さい場合、デジタル出力ＲＢ４が低（ｌｏｗ）に切り替えられる。好ましくは、ローパスフィルタ７２８は、制御信号７５０をフィルタ処理し、印加制御電圧７６４を生成する。
【０１４１】
遷移期間７４２の持続時間は、例えば車両運転者が気づく可能性のあるエレクトロクロミック素子２０５２のフリッカを抑制するように設定される。遷移期間７４２は、好ましくは２秒と２マイクロ秒との間とすることができる。上述のシステムでは、遷移期間７４２に５ミリ秒を使用してもよい。
【０１４２】
次に図６０を参照すると、印加制御電圧の関数として減光器の反射率を表すグラフが示される。曲線７５４は、印加制御電圧７５６の関数としてエレクトロクロミック可変透過率要素２０５２を含む減光要素２０５０のパーセント反射率をプロットしている。曲線７５４は、印加制御電圧が約０．２ボルトから約０．９ボルトまで増大すると、反射率が約８６％から約８％まで減少することを示す。また図６０は、典型的なエレクトロクロミック可変透過率要素２０５２に関する印加制御電圧７５６の関数としての電流引き込みを示す曲線７５６を含む。
【０１４３】
再び図５７を参照すると、可変透過率のエレクトロクロミック要素２０５０を急速にクリアにするために付加回路構成が設けられている。トランジスタＱ１１は、コレクタをノード７２０にしエミッタをグランドにした状態で可変透過率のエレクトロクロミック要素２０５０に接続されている。トランジスタＱ１１のベースは、抵抗Ｒ２３を通してデジタル出力ＲＢ７に接続される。デジタル出力ＲＢ７がアサートされると、トランジスタＱ１１がターンオンし、エレクトロクロミック可変透過率要素２０５２を急速に放電するためのスイッチとして動作する。キャパシタＣ６は、トランジスタＱ１１のコレクタとベースとの間に接続されて、トランジスタＱ１１が切り替わるときに生じる電磁妨害雑音を低減する。トランジスタＱ１２は、トランジスタＱ１０のベースとグランドとの間に接続され、デジタル出力ＲＢ７によって制御される。トランジスタＱ１１は、トランジスタＱ１２と共にターンオンしてトランジスタＱ１０をオフにし、これによってエレクトロクロミック可変透過率要素２０５２を暗くし且つクリアに同時に試みることを防止する。抵抗Ｒ７は、キャパシタＣ１６とトランジスタＱ１２のコレクタとの間に配置され、トランジスタＱ１２を通るキャパシタＣ１６からの放電電流を制限する。
【０１４４】
次に図６１を参照すると、リアビューミラー２０２４、２０２６用の制御ロジック６６の動作を表すフロー図が示される。当業者には理解されるように、図６１及び他のフロー図に示した動作は、必ずしも連続して起こる動作ではない。また、これらの動作は、マイクロコントローラＵ１で実行しているソフトウェアによって実装されるのが好ましいが、ソフトウェア、ハードウェア、又は両方の組み合わせによって行うこともできる。本発明は、どのような特定の実装をも超越して、説明を簡単にするために連続したフロー図の形態で態様が示される。
【０１４５】
ブロック７６０において、周囲光の読み取り値を取得し、平均周囲光を初期設定する。自動減光システムが最初に始動するときに、前方周囲光センサ５０ａを使用して前方周囲光２０３２の最初の読み取りを行うことにより、平均周囲光レベルを初期設定する。周囲光の読み取り値の収集及び平均周囲光レベルについては、それぞれブロック７６２及び７７０に関連して以下に説明する。
【０１４６】
ブロック７６２において、周囲光の読み取りを行い、周囲光の読み取り値の対数を求める。積算電荷収集で半導体前方周囲光センサ５０ａを使用すると、周囲光レベル２０３２の広範囲にわたって良好な分解能を有する周囲光信号２０６０が生成される。上述のように、これは、異なる積算時間期間２４２，２４８、２５４（図７）を用いて前方周囲光２０３２の様々な読み取り値を取得することにより達成される。１つの実施形態では、例えば６００μｓ、２．４ｍｓ、９．６ｍｓ、及び３８．４ｍｓのような４つの別個の積算時間期間が使用される。これらの積算時間期間の各々は、隣接する時間期間とは４倍異なる。ゆえに、例えば２．４ｍｓの積算時間期間は、前方周囲光センサ５０ａの前方周囲光２０３２に対する感度を６００μｓの積算時間期間での積算に比べて４倍の感度にする。通常、最も短い積算パルス２４２は、前方周囲光センサ５０ａによって最初に利用されて短い信号パルス２４４を生成する。短い信号パルス２４４の幅は、制御ロジック６６によって測定される。完全な暗所での前方周囲光センサ５０ａでも、１００μｓよりも小さい幅を有する短い信号パルス２４４を生じることができるので、前方周囲光２０３２のレベルを正確に反映しているときの短い信号パルス２４４を受け取るために最小閾値を設定する。通常、この閾値は３００μｓとすることができる。短い信号パルス２４４が閾値を超えない場合、その次に長い積算時間期間が前方周囲光センサ５０ａによって用いられる。最も長い積算時間期間が、適切に長い信号パルスを生じない場合、前方周囲光２０３２は極めて低レベルであり、ミラー２０２４、２０２６は、グレア２０３４に対し最大感度で動作することができる。
【０１４７】
周囲光信号２０６０の対数を使用することにより、僅か８ビットの内部レジスタだけを有し乗算命令がないものとすることができるＵ１のような安価なマイクロコントローラを使用することが可能になる。マイクロコントローラは、バイナリデバイスであるので、底が２の対数は、底が１０の対数又は自然対数よりも計算命令が少なくて済む。ここで、整数部分を表す最上位の４ビットと、端数部分を表す最下位の４ビットとを有する８ビットの２進対数を求めるためのアルゴリズムを説明する。適切な積算時間期間から得られる８ビットの周囲光信号６０は、最上位ビットから始めて最初の２進数１が見つかるまでビットごとに調べられる。最初の２進数１を含むビット位置は、対数の整数部分になる。最初の２進数１を含むビット部分に続く４つの最上位ビットは、対数の端数部分になる。この値を１６分の１ずつインクリメントして、対数をより良好に近似する。ここで、２進対数近似の実施例を提供する。周囲光信号２０６０が４４（底２では００１０１１０１）であると測定されたと仮定する。最上位のアサートされるビットは、ビット５であり、従って結果として得られる値の整数部分は２進数０１０１となる。ビット５に続く次の４つのビットは０１１０であって、結果として得られる値の端数部分は０１１０で、全体の値は０１０１．０１１０となる。インクリメント後、この２進対数近似は、０１０１．０１１１となる。
【０１４８】
次に図６２を参照すると、上記のアルゴリズムに従って２進対数近似を説明するグラフが示される。１から２５５の値Ｎに対する２進対数をプロットしている。曲線７９０は、実際の２進対数を示す。曲線７９２は、近似２進対数を示す。
【０１４９】
周囲光信号２０６０は、様々の可能な積算時間期間を補正するようにスケーリングする必要がある。これは、周囲光信号２０６０の２進対数にスケーリング係数を加えることによって行うことができる。例えば、最も長い積算時間（３８．４ｍｓ）を用いて前方周囲光２０３２を測定する場合、０のスケーリング係数を加える。次に長い積算時間（９．６ｍｓ）を使用する場合、２のスケーリング係数を加える。その次に長い積算時間（２．４ｍｓ）を使用する場合は、４を加える。最も短い積算時間（６００μｓ）を使用する場合は６を加える。２進対数近似から生じる最大値は８（１０００．００００）であるため、スケーリング係数を加えることに起因するオーバーフローは発生しない。
【０１５０】
再び図６１を参照すると、ブロック７６４において周囲光レベルの対数を昼光検出レベルと比較する。昼光検出レベルは、製造中にマイクロコントローラ６６、読み出し専用メモリ、電子的消去可能読み出し専用メモリ、又は同様のものに記憶された較正値である。昼光検出レベルは、車両がトンネルから昼光に出た場合などの暗から明へ急速に遷移する際の減光要素２０５０の減光を防ぐため、又は減光要素をより急速にクリアにするのに用いる。前方周囲光２０３２の対数が、予め設定された昼光検出レベルを超える場合には、ブロック７６６において、可変透過率要素２０５２をクリアにし、光要素２０５０を最大反射率に設定する。次いでブロック７６８において、処理を遅延させる。待機ループに入り、十分に長い時間をおいて周囲光の読み取りを行う間の時間期間を一定の周囲光ループの遅延と等しくする。この時間期間は、例えば４００ｍｓとすることができる。ブロック７６８の待機に続いて、ブロック７６２において前方周囲光２０３２の別の読み取り値を取得する。前方周囲光２０３２の対数が、昼光検出レベルを超えない場合には、ブロック７７０において平均値を取得する。
【０１５１】
ブロック７７０において、周囲光レベルの対数の平均値を求める。最初に前方周囲光２０３２の対数に変換された読み取り値を平均することによって、他の暗い前方周囲光２０３２の平均の読み取り値を大幅に歪めることによる車両前方の一時的な明るい光の影響が低減される。周囲光信号２０５０の対数の移動平均は、式３で表すようなデジタルローパスフィルタから得ることができる。
ｙ（ｎ)＝ｘ（ｎ)／６４＋６３ｙ（ｎ−１)／６４
ここでｘ（ｎ）は、積算時間期間に対して正確にスケーリングされた直前に取得された周囲光信号２０６０の２進対数近似値、ｙ（ｎ−１）は前のフィルタ出力、ｙ（ｎ）は現在のフィルタ出力とする。アナログ光信号で平均対数を用いることについては、Ｊｏｎ  Ｈ．Ｂｅｃｈｔｅｌに付与された「ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ  ＲＥＡＲＶＩＥＷ  ＭＩＲＲＯＲＳ（自動車用リアビューミラーの制御システム）」という名称の米国特許第５，２０４，７７８号に記載されている。
【０１５２】
ブロック７７２において、周囲光レベルの対数の平均値を閾値と比較する。昼光検出レベルは、製造中にマイクロコントローラ６６、読み出し専用メモリ、電子的消去可能読み出し専用メモリ、又は同様のものに記憶された較正値とすることができる。前方周囲光２０３２が十分に明るい場合、車両運転者はどのような適度な量のグレア２０３４にも目をくらませることはなく、ミラー２０２４、２０２６を最大反射率に設定することができる。従って、周囲光信号２０６０の対数平均が閾値より小さくない場合には、ブロック７６６において減光要素２０５０をクリアにし、ブロック７６８の待機を実行する。周囲光信号２０５０の対数平均が閾値よりも小さい場合には、ブロック７７４においてグレア処理を開始する。典型的には、ブロック７７２において比較に使用される閾値は、ブロック７６４の比較で使用される昼光検出レベルよりも小さい。
【０１５３】
ブロック７７４において、グレアの積算時間期間を求める。グレアセンサ５０ｂの積算時間期間は、周囲光信号２０６０に基づいて決定する。グレアの積算時間期間は、式４で記述するように、周囲光信号２０６０の対数平均の２進数逆対数に反比例する。
ＴG（ｎ)＝ａｎｔｉｌｏｇ2（Ｋ1−ｙ（ｎ))−Ｋ2
ここで、ＴG(ｎ)はサンプル時間ｎにおけるフィルタ出力に対するグレアセンサ５０ｂの積算時間期間、Ｋ1は乗算定数、Ｋ2は加算定数である。定数Ｋ1及びＫ2は経験的に求められる。周囲光信号２０６０の対数平均が、一定のレベルを下回る場合、最大グレア感度積算時間期間を用いる。
【０１５４】
ブロック７７６において、グレアカウントを設定する。グレアカウントは、周囲光の読み取りの間で行われるグレア読み取りの回数を示す。グレアカウントとグレアループ遅延との積は、周囲光の読み取り値を取得する間の時間に等しくなければならない。例えば、グレアカウントは３とし、グレアの読み取りを行う間の時間は１３３ｍｓとすることができる。
【０１５５】
ブロック７７８において、グレアの読み取りを行う。グレア信号２０６４としてグレアセンサ６２から戻るパルス幅をブロック７７４で求めたグレアの積算時間期間の間測定する。任意選択的に、ステップ７７４で求められたグレアの積算時間を用いて測定を行う前に、前方光センサに用いたパルス２４０に由来する積算時間期間と同様の予め定められた極めて短い積算時間期間を用いてグレアの読み取りを予め測定することができ、積算時間期間は３０から４０μｓの短さとすることができることが想定される。このグレアの短い事前測定値が閾値レベルよりも大きい場合、グレアセンサは、リアセンサが飽和していることを示す極めて高レベルの光の影響を受けやすいと判断される。ミラーは、この状態に応答して十分に減光することが可能である。この事前の測定値が閾値レベルを超えない場合は、ブロック７７４で決定されるグレア信号の時間期間を用いて処理を続ける。
【０１５６】
ブロック７８０において、減光要素の値を設定する。グレア信号２０６４を用いて、減光要素２０５０の反射率を設定する所望の制御レベル７４４を求める。これは、例えばより低い反射率をより長いグレア信号の時間期間と関連付けるルックアップテーブルによりおこなうことができる。グレア２０３４のレベルと可変透過率要素２０５２の設定との間の厳密な関係は、ミラー２０２４、２０２６の構造、車両の構成、及び車両運転者による優先設定を含む要因に依存する。上述のように、所望の制御レベル７４４を用いて、可変透過率要素２０５２を制御することができる。例えば、手動で起動する機構をミラーに設けて、ユーザがグレアレベルと素子２０５２の透過率との間の関係を調整することができる。
【０１５７】
ブロック７８２において、グレアカウントのチェックを行う。グレアカウントがゼロの場合、ブロック７６２において次の周囲光読み取りを行う。グレアカウントがゼロではない場合、ブロック７８４においてグレアカウントをデクリメントする。次いで、ブロック７８６において待機ループに入る。グレアループ遅延時間期間は、定期的な予め決められた間隔でグレアの読み取りを行うように設定される。
【０１５８】
縦軸を水平方向に配向されるグレアセンサ５０ｂを実装するために、光センサ装置に円筒形レンズ又はバイラジアルレンズ１７２０（図４０、４３、及び４４）を使用することにより、エレクトロクロミックミラーの自動制御に有意な利点をもたらす。このセンサのレンズの半径ｒ（図４４）は、例えば１．２５ｍｍとして、２．５ｍｍの焦点距離ｆを生成することができ、光変換器の露出面と光センサの封入材の先端との間の距離ｄは、２．１５ｍｍとすることができる。グレアセンサ５０ｂの封入材は透過性のものとすることができ、その中に拡散剤はない。詳細には、円筒形レンズの縦軸が水平方向に配向されるようにグレアセンサをリアビューミラーのハウジング内に位置付け、水平方向に広い視野角を獲得する。
【０１５９】
特に有利であるのは、図６３に示すレンズ１７２０の軸外光感度分布である。図６３では、中心軸は、変換器領域５３２の中心に一致する。図からわかるように、円筒形レンズは、その縦軸に沿って高い軸外感度を有する。これは、図６４に示す感度曲線の直交座標の図により良く示されている。軸外感度のピークは、およそ５０°の角度で生じる。この特性を利用して、通過する車両からの光の検出を改善することができ、これは、内部ミラーが外部ミラーを制御する場合に特に重要なことである。詳細には、通過する車両のヘッドライトは、外部リアビューミラー２０２６を照らしていても、内部リアビューミラー２０２４内に配置されたグレアセンサからは軸外となる。内部リアビューミラー上に配置された従来のグレアセンサは、通過する車両からの減衰した光を検出することになり、従って、通過する車からのライトがリアウィンドウを通り直接照射しなくなったときにミラーの反射率が増大する。改良されたグレアセンサ装置は、軸外光に対する感度が増大しており、従って、視野角β内のライトに対する感度が増大する。このようにして、通過車両のヘッドライトがミラー２０２６を通して車両運転者に見えなくなるまで、ミラー２０２６の低減された反射率が維持されるようになる。光センサの軸外分布は、封入材に拡散剤又は拡散射出を加えることによって、有意に低減させることができ、これは円筒形レンズを使用して周囲センサ５０ａを実装する場合に行われるのが好ましい点を当業者は理解するであろう。
【０１６０】
ヘッドランプ１５１６（図２４）を別個に制御し、ミラー２０２４、２０２６を自動的に減光して、ワイパー１５４５、空調制御１５３０（デフォッガー及びデフロスタを含む）、及び同様のものなどの窓から水分を除去する様々な手段に加えて、光センサ５０ａ〜５０ｆと様々な用途からの制御ロジック６６とを組み合わせることによって恩恵を得ることができる。例えば、制御ロジック６６は、少なくとも１つの上空周囲光センサ５０ｃによって検出される光のレベルに基づいてヘッドランプ１５１６の状態を制御することができる。また制御ロジック６６は、前方周囲光センサ５０ａ及びグレア光センサ５０ｂによって検出される光のレベルに基づいて、少なくとも１つのリアビューミラー２０２４、２０２６の減光を制御することもできる。また、前方周囲光センサ５８によって検出される光のレベルが閾値レベルを下回るときには、制御ロジック６６がヘッドランプ１５１６を点灯させることもできる。これは、真上からの照明が上空周囲光センサ５０ｃによって検出されてヘッドランプ１５１６を消灯するほど十分な明るさをもたらすが、車両の前方領域は比較的薄暗い灯りであるトンネル又は幅広の陸橋のような状況でヘッドランプ１５１６が点灯することになる。
【０１６１】
別の実施例では、制御ロジック６６は、フロントガラス又はリアウィンドウのような車両の窓のクリアにされた領域の水分量を少なくとも１つの水分センサ５０ｆからの出力に基づいて測定する。制御ロジック６６は、測定した水分量に基づいて水分を除去する手段（集合的にフロントガラスのワイパー１５４５及び空調制御１５３０のデフロスタ及びデフォッガー）を制御する。更に制御ロジック６６は、水分量、並びに前方周囲光センサ５０ａ及びグレア光センサ５０ｂによって検出される光レベルに基づいてリアビューミラー２０２４、２０２６の減光を制御する。これにより、前方周囲光センサ５０ａ又はグレア光センサ５０ｂによって受け取られる光が通る窓が、霜、雪、霧、及び同様のものなどの水分で覆われていた場合には、制御ロジック６６は、ミラー２０２４、２０２６を減光しないようにすることができる。同様に、ワイパー１５４５で清浄にされる窓については、ワイパー１５４５の１つが光センサ５０ａ、５０ｂの前を通過する時間間隔の間は、前方周囲光センサ５０ａ又はグレア光センサ５０ｂからの読み取り値を無視することができる。
【０１６２】
制御ロジック６６が車両の窓を清浄化領域上の水分量を測定し、水分１５４５、１５３０を除去する手段を制御する更に別の実施例では、ヘッドランプ１５１６の制御は、検出される水分並びに１つ又はそれ以上の上空周囲光センサ５０ｃによって検出される光のレベルに基づくことができる。この場合もやはり、前方上空光センサ５０ｃによって受け取られる光が通る窓が水分で覆われていた場合には、制御ロジック６６がヘッドランプ１５１６を所定の状態に設定することができる。また、ワイパー１５４５が清浄化する窓については、ワイパー１５４５の１つが光センサ５０ｃの前を通過する時間間隔の間は上方周囲光センサ５０ｃ又はグレア光センサ５０ｂからの読み取りを無視することができる。
【０１６３】
本発明は、ヘッドランプ１５４５、ミラー２０２４、２０２６の自動減光、及び窓から水分を除去する様々な手段１５４５、１５３０の他又はこれらに加えて、車両の他の機器を制御するように容易に適合することができる。例えば、パワーウィンドウ、サンルーフ、ムーンルーフ、コンバーチブルトップ、及び同様のものは、雨などの水分を検出すると自動的に閉じることができる。また、ヘッドランプ１５１６に加えてランニングライト、パーキングライト、パドルライト、カーテシライト、ダッシュボードライト、及び同様のもののような様々な照明は、周辺照明状態、水分の検出、車両の走行状態、及び同様のもののうちの１つ又はそれ以上に基づいて自動制御することができる。エアコンディショニング、ヒーター、換気口位置、窓、及び同様のものを含む室内冷暖房システムの状態は、周辺照明状態、水分の検出、車両の走行状態、内気温、外気温、及び同様のもののうちの１つ又はそれ以上に基づいて自動的に制御することができる。
【０１６４】
複数の光センサ５０から光信号１６４を受け取り、車両の機器に対する制御信号を生成する制御ロジック６６は、１つのハウジング内にあるか、又は車両全体に分散させることができる。制御ロジック６６の要素は、光センサ５０内に含めることもできる。制御ロジック６６の要素は、個別配線、バス、光ファイバ、無線、赤外線、及び同様のものを含む様々な手段を介して相互接続することができる。制御ロジック６６は、多くの協調プロセッサ、又はシングルマルチタスクプロセッサを含むことができる。動作は、ソフトウェア、ファームウェア、カスタムハードウェア、ディスクリートロジック、又はあらゆる組み合わせで実装することができる。本発明は、制御ロジック６６を実装する方法又は手段には依存しない。
【０１６５】
前方及び／又は後方のフォグライトの始動を必要とするタイプの外部の霧は、水分検出器用に設けられたものと実質的に同様の反射光検出システムを用いて自動的に検出することができると想定される。かかる外部霧を検出するために、センサによって検出されるエミッタからの光が、車両から数メートルの地点から反射されるように光源とセンサとがある距離だけ間隔を置いて配置される。検出される反射光レベルがほぼ一定で、閾値レベルより大きく、相当な時間期間にわたって連続的に検出される環境では、前方及び／又は後方の車両フォグランプを自動的に点灯させることができる。
【０１６６】
従って、改良された機器制御システムが開示されたことは理解することができる。本システムは、光センサの性能の変動をマイクロコントローラで補償することができるので製造がより容易である。ミラーは、自動的な手段によって容易に製造可能である。更に本システムは、低コストの制御ロジックを利用することができるので、より低コストで提供することができる。本システムは、温度依存性を有意に低減しながら広範な光の領域にわたって光を確実に検出する。
【０１６７】
上述の説明は、好ましい実施形態だけに関しての説明とみなされる。当業者、及び本発明を製造又は利用するものであれば本発明の修正形態を想起されるであろう。従って、図面に示し上記で説明した実施形態は、説明の目的のものに過ぎず、均等論を含む特許法の理念に従って解釈されるように添付の請求項で定義される本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明に従って構成されたセンサ装置の斜視図である。
【図２】最初に拡散器を通過する様々な光線の追跡を示す、図１に示すセンサ装置の側断面図である。
【図３】本発明に従って幾つかのセンサ装置を構成するのに使用するリードフレームの上面図である。
【図４Ａ】レンズを配置するアパーチャの近くに配置されたセンサ装置の側面図である。
【図４Ｂ】拡散器を配置するアパーチャから遠くに配置されたセンサ装置の側面図である。
【図４Ｃ】拡散器を配置したアパーチャからかなりの距離で離間して配置された本発明によるセンサ装置の側面図である。
【図５】感度制御及びセンサ出力の両方を伝送する単一のラインで相互接続される本発明のセンサ装置構造で使用することができる、処理回路及び感知回路を可能にする回路構成を示すブロック及び略図形式の電気回路図である。
【図６】図５の回路構成の動作を示すタイミング図である。
【図７】光センサの積算持続時間制御及びセンサ出力を示すタイミング図である。
【図８】図５に示す感知回路に使用する光−パルス回路の概略図である。
【図９】図８の光−パルス回路の動作を示すタイミング図である。
【図１０】図５に示す感知回路に使用する、雑音補正を備えた任意選択の光−パルス回路の概略図である。
【図１１】図１０の光−パルス回路の動作を示すタイミング図である。
【図１２】光変換器としてフォトダイオードを使用する図１４の光センサの実装を示す概略図である。
【図１２Ａ】図１２のＬＩＧＨＴ信号及びＮＯＩＳＥ信号を出力信号に変換する代替回路の回路図である。
【図１３】光センサのパッケージング、出力、及び制御の実施形態を示すブロック図である。
【図１４】光センサのパッケージング、出力、及び制御の実施形態を示すブロック図である。
【図１５】光センサのパッケージング、出力、及び制御の実施形態を示すブロック図である。
【図１６】光センサのパッケージング、出力、及び制御の実施形態を示すブロック図である。
【図１７】積算時間期間信号を内部決定するセンサ論理を示すブロック図である。
【図１８】異なる感度を実現するために異なる有効面積を有する光変換器の使用を示すブロック図である。
【図１９】ダイナミックレンジを増大させるために異なるアパーチャを有する光変換器の使用を示すブロック図である。
【図２０】可変の感度を実現するために異なる光誘導電荷量に対して異なる変換器のキャパシタンスを示す概略図である。
【図２１】図２０の変換器の蓄積された入射光の関数としての出力電位のグラフである。
【図２２】アンチブルーミングゲートを組み込んだフォトダイオード変換器を示す概略図である。
【図２３Ａ】本発明のセンサ装置を組み込んだリアビューミラー組立体の前面の立面図である。
【図２３Ｂ】本発明のセンサ装置を組み込んだリアビューミラー組立体の背面の立面図である。
【図２３Ｃ】本発明のセンサ装置を組み込んだリアビューミラー組立体の背面の上面図である。
【図２３Ｄ】本発明のセンサ装置を組み込んだリアビューミラー組立体の側面の立面図である。
【図２４】本発明のセンサ装置を利用する車両機器制御システムを示すブロック形式の電気回路図である。
【図２５】本発明のセンサ装置を利用する水分検出システムの側面図である。
【図２６】本発明に従って構成されたリアビューミラー組立体の分解斜視図である。
【図２７】図２６に示すリアビューミラー組立体の別の分解斜視図である。
【図２８Ａ】図２６及び２７に示すリアビューミラー組立体の支持／回路基板部分組立体の後方に面した表面の斜視図である。
【図２８Ｂ】図２８Ａに示す支持／回路基板部分組立体の前方に面した表面の斜視図である。
【図２８Ｃ】図２８Ａ及び２８Ｂに示す支持／回路基板部分組立体の前方に面した表面の立面図である。
【図２８Ｄ】図２８Ａ〜２８Ｃに示す支持／回路基板部分組立体の側面の立面図である。
【図２８Ｅ】図２８Ａ〜２８Ｄに示す支持／回路基板部分組立体の後方に面した表面の立面図である。
【図２９】図２６〜２８Ｅに示すリアビューミラー組立体の内部のグレアセンサに対して回路基板に装着された２次光学要素の後方に面した表面の拡大斜視図である。
【図３０】図２９に示す２次光学要素を取り外した状態の回路基板に装着されたグレアセンサの拡大斜視図である。
【図３１】グレアセンサ及び２次光学要素の回路基板への機械的接続を示す回路基板の反対側の拡大斜視図である。
【図３２】図２６〜３１に示す組立体に使用する２次光学要素の上面図である。
【図３３】図３２に示す２次光学要素の側面図である。
【図３４】図３３に示すものとは異なる側面から見た図３２及び３３に示す２次光学要素の側面図である。
【図３５】図３２〜３４に示す２次光学要素の底面図である。
【図３６】図３２の線ＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩに沿って見た２次光学要素の横断面図である。
【図３７】図３６のＸＸＸＶＩＩで識別された２次光学要素の領域の拡大部分図である。
【図３８】図３３の線ＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩに沿って見た２次光学要素の横断面図である。
【図３９】図３８のＸＸＸＶＩＩで識別された２次光学要素の領域の拡大部分図である。
【図４０】本発明の第２の実施形態に従って構成されたセンサ装置の斜視図である。
【図４１Ａ】軸上光源、並びに＋１０度及び−１０度の軸外の２つの光源から放出される光に基づく光センサ上に入射する光の光線の追跡を示す図である。
【図４１Ｂ】軸上光源、並びに＋１０度及び−１０度の軸外の２つの光源から放出される光に基づく、異なるレンズ半径を有する異なる光センサ上に入射する光の光線の追跡を示す図である。
【図４２】リアビュー組立体のグレアセンサとして特定の実装で使用される図４０に示すセンサ装置の側面図である。
【図４３】本発明の第３の実施形態に従って構成されたセンサ装置の斜視図である。
【図４４】図４３に示すセンサ装置の立面図である。
【図４５】本発明の第４の実施形態に従って構成されたセンサ装置の斜視図である。
【図４６】光センサの筐体を示す図である。
【図４７】レンズから光変換器の距離の関数として光センサの視野を示す図である。
【図４８】レンズから光変換器の距離の関数として光センサの光学利得を示す図である。
【図４９】人間の目の周波数応答を示すグラフである。
【図５０】典型的な光変換器の周波数応答を示すグラフである。
【図５１】赤外線フィルタを組み込んだ筐体の図である。
【図５２Ａ】センサ変換器上にフィルムを直接堆積させる間の一段階における光センサダイの側面図である。
【図５２Ｂ】センサ変換器上にフィルムを直接堆積させる間の一段階における光センサダイの側面図である。
【図５２Ｃ】センサ変換器上にフィルムを直接堆積させる間の一段階における光センサダイの側面図である。
【図５２Ｄ】センサ変換器上にフィルムを直接堆積させる間の一段階における光センサダイの側面図である。
【図５３】光センサフィルタを実装するのに使用することができる窓用フィルムの周波数応答のグラフである。
【図５４】図５３に示す周波数応答を有する窓用フィルムを組み込む光センサの周波数応答のグラフである。
【図５５】自動減光リアビューミラーの回路構成を示すブロック図である。
【図５６】内部リアビューミラー及び外部リアビューミラーを備えるリアビューミラーシステムを示すブロック図である。
【図５７】自動減光内部リアビューミラーの制御ロジックの１つの実施形態を示す概略図である。
【図５８】エレクトロクロミック要素透過率制御の動作を示す概略図である。
【図５９】エレクトロクロミック要素透過率制御を示すタイミング図である。
【図６０】減光制御信号の負荷サイクルの関数として減光反射率を示すグラフである。
【図６１】自動減光リアビューミラー制御ロジックの動作を示すフロー図である。
【図６２】自動減光リアビューミラーの制御ロジックの１つの実施形態で実装される２進対数近似を示すグラフである。
【図６３】円筒形レンズを有する図４３及び４４による光センサの極座標の等光度プロットである。
【図６４】円筒形レンズの縦軸に対し直交して見た図６３による直交座標の等光度プロットである。
【符号の説明】
【０１６９】
２０  レンズ構造体
５０  センサ装置
６１  屈折レンズ
１１２、１１３  光線
【図１】
2007534964.tif 000003
【図２】
2007534964.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2007534964.tif 000009
【図６】
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【図７】
2007534964.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2007534964.tif 000021
【図１７】
2007534964.tif 000022
【図１８】
2007534964.tif 000023
【図１９】
2007534964.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
2007534964.tif 000026
【図２２】
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【図２３Ａ】
2007534964.tif 000028
【図２３Ｂ】
2007534964.tif 000029
【図２３Ｃ】
2007534964.tif 000030
【図２３Ｄ】
2007534964.tif 000031
【図２４】
2007534964.tif 000032
【図２５】
2007534964.tif 000033
【図２６】
2007534964.tif 000034
【図２７】
2007534964.tif 000035
【図２８Ａ】
2007534964.tif 000036
【図２８Ｂ】
2007534964.tif 000037
【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
2007534964.tif 000039
【図２８Ｅ】
2007534964.tif 000040
【図２９】
2007534964.tif 000041
【図３０】
2007534964.tif 000042
【図３１】
2007534964.tif 000043
【図３２】
2007534964.tif 000044
【図３３】
2007534964.tif 000045
【図３４】
2007534964.tif 000046
【図３５】
2007534964.tif 000047
【図３６】
2007534964.tif 000048
【図３７】
2007534964.tif 000049
【図３８】
2007534964.tif 000050
【図３９】
2007534964.tif 000051
【図４０】
2007534964.tif 000052
【図４１Ａ】
2007534964.tif 000053
【図４１Ｂ】
2007534964.tif 000054
【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
2007534964.tif 000059
【図４７】
2007534964.tif 000060
【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２Ａ】
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【図５２Ｂ】
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【図５２Ｃ】
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【図５２Ｄ】
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【図５３】
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【図５４】
2007534964.tif 000070
【図５５】
2007534964.tif 000071
【図５６】
2007534964.tif 000072
【図５７】
2007534964.tif 000073
【図５８】
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【図５９】
2007534964.tif 000075
【図６０】
2007534964.tif 000076
【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
2007534964.tif 000079
【図６４】
2007534964.tif 000080
【国際調査報告】
2007534964.tif 000081
2007534964.tif 000082
2007534964.tif 000083
2007534964.tif 000084
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