(57)【要約】【課題】自己診断結果に基づいて受光素子の出力を校正することができる構成を備えたライトセンサを提供する。【解決手段】制御回路部３４は、ＬＥＤ４０に発光指令を出力すると共に、第２受光部３３から自己診断信号を入力し、自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれるか否かを判定する自己診断部３５を有する。また、制御回路部３４は、自己診断部３５から自己診断結果を取得し、自己診断信号が示す信号値が正常範囲を超える場合、自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれる校正値を取得する校正部３６を有する。校正部３６は、自己診断信号が示す信号値が正常範囲内の場合はセンサ信号を校正せずに外部機器に出力する。一方、校正部３６は、自己診断信号が示す信号値が正常範囲を超える場合は取得した校正値に基づいて第１受光部３２から入力したセンサ信号の信号値を校正し、当該センサ信号を外部に出力する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光指令に従って発光する発光ダイオード（４０）と、
光の強度を検出する第１受光部（３２）及び第２受光部（３３）を有し、前記第１受光部（３２）が受光した外光の強度をセンサ信号として出力する一方、前記第２受光部（３３）が前記発光ダイオード（４０）の発光に伴って受光する光の強度を自己診断信号として出力する受光素子（３０）と、
前記第１受光部（３２）から前記センサ信号を取得すると共に、前記第２受光部（３３）から前記自己診断信号を取得する制御回路部（３４）と、
を備え、
前記制御回路部（３４）は、
前記発光ダイオード（４０）に前記発光指令を出力すると共に、前記第２受光部（３３）から前記自己診断信号を入力し、前記自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれるか否かを判定する自己診断手段（３５）と、
前記自己診断手段（３５）から自己診断結果を取得し、前記自己診断信号が示す信号値が前記正常範囲を超える場合、前記自己診断信号の信号値が前記正常範囲に含まれる校正値を取得し、当該校正値に基づいて前記センサ信号の信号値を校正する校正手段（３６）と、を有していることを特徴とするライトセンサ。
【請求項２】
前記発光ダイオード（４０）は、前記受光素子（３０）から分離されていると共に、前記第２受光部（３３）の受光可能範囲に位置するように前記受光素子（３０）から離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のライトセンサ。
【請求項３】
前記発光ダイオード（４０）は、可視光を含んだ光を発光するように構成されており、
前記自己診断手段（３５）は、外部機器からの指令に応じて前記発光ダイオード（４０）を発光させることにより、前記発光ダイオード（４０）をインジケータとして動作させることを特徴とする請求項２に記載のライトセンサ。
【請求項４】
前記受光素子（３０）は、一面（３１）を有する板状のセンサチップとして構成されており、
前記第１受光部（３２）及び前記第２受光部（３３）は、前記受光素子（３０）のうちの前記一面（３１）側に形成されており、
前記発光ダイオード（４０）は、発光面（４１）を有する板状に構成されていると共に、前記受光素子（３０）の一面（３１）に積層されていることを特徴とする請求項１に記載のライトセンサ。
【請求項５】
前記発光ダイオード（４０）は、前記発光面（４１）が前記受光素子（３０）の一面（３１）のうちの前記第２受光部（３３）を覆うように前記受光素子（３０）に積層されていることを特徴とする請求項４に記載のライトセンサ。
【請求項６】
前記発光ダイオード（４０）は、前記発光面（４１）とは反対側の反対面（４２）を有しており、前記反対面（４２）が前記受光素子（３０）の一面（３１）のうちの前記第２受光部（３３）を覆うように前記受光素子（３０）に積層されていることを特徴とする請求項４に記載のライトセンサ。
【請求項７】
前記発光ダイオード（４０）は、可視光を含んだ光を発光するように構成されており、
前記自己診断手段（３５）は、外部機器からの指令に応じて前記発光ダイオード（４０）を発光させることにより、前記発光ダイオード（４０）をインジケータとして動作させることを特徴とする請求項６に記載のライトセンサ。
【請求項８】
前記第２受光部（３３）は、複数の受光エリア（３６）を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のライトセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己診断機能を備えたライトセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、受光素子の機能が正常に動作しているか否かを判定する自己診断機能を備えた光学式センサが、例えば特許文献１で提案されている。
【０００３】
具体的には、受光素子と、この受光素子の近傍に配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）と、これらを封止すると共にＬＥＤから照射された光を受光素子に導く反射面が設けられた透明のモールド材と、を備えた光学式センサの構成が提案されている。
【０００４】
このような構成によると、ＬＥＤから照射された光がモールド材の反射面で反射すると共に受光素子で受光される。したがって、受光素子の出力を検出することによりセンサとしての機能が正常であるか否かを判定できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、光学式センサは受光素子の劣化等が原因で受光素子の出力の変化を自己診断することは可能であるが、受光素子の出力が変化したとしても当該出力そのものを校正することができない。このため、自己診断後も受光素子の出力が変化した状態が維持されてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、自己診断結果に基づいて受光素子の出力を校正することができる構成を備えたライトセンサ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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発光指令に従って発光する発光ダイオード（４０）を備えている。また、光の強度を検出する第１受光部（３２）及び第２受光部（３３）を有し、第１受光部（３２）が受光した外光の強度をセンサ信号として出力する一方、第２受光部（３３）が発光ダイオード（４０）の発光に伴って受光する光の強度を自己診断信号として出力する受光素子（３０）を備えている。さらに、第１受光部（３２）からセンサ信号を取得すると共に、第２受光部（３３）から自己診断信号を取得する制御回路部（３４）を備えている。
【０００９】
そして、制御回路部（３４）は、発光ダイオード（４０）に発光指令を出力すると共に、第２受光部（３３）から自己診断信号を入力し、自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれるか否かを判定する自己診断手段（３５）を有している。さらに、制御回路部（３４）は、自己診断手段（３５）から自己診断結果を取得し、自己診断信号が示す信号値が正常範囲を超える場合、自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれる校正値を取得し、当該校正値に基づいてセンサ信号の信号値を校正する校正手段（３６）を有していることを特徴とする。
【００１０】
これによると、校正手段（３６）が自己診断結果に基づいてセンサ信号の信号値を校正するので、受光素子（３０）の劣化等によってセンサ信号に特性変動が起こったとしても、当該変動を小さくすることができる。したがって、受光素子（３０）の出力が変化してしまった状態が維持されることを防止することができる。
【００１１】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るライトセンサの平面図である。
【図２】センサチップ及びＬＥＤの平面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】制御回路部の構成を示したブロック図である。
【図５】第２実施形態に係るセンサチップ及びＬＥＤの平面図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【図７】第３実施形態に係るライトセンサの平面図である。
【図８】第４実施形態に係るセンサチップの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るライトセンサは、例えば車両に搭載されると共に自動車のテールライトやヘッドライトを自動点消灯させるライトセンサや、カーエアコンの制御に利用される日射センサである。このようなライトセンサ１０は、図１に示されるように、ケース２０、センサチップ３０、及びＬＥＤ４０を備えて構成されている。
【００１５】
ケース２０は、センサチップ３０及びＬＥＤ４０、その他の配線等を収容するためのセンサハウジングと、センサチップ３０及びＬＥＤ４０を覆うと共にセンサハウジングに装着された黒色のフィルタと、を有している。図１ではセンサハウジングの外形が模式的に描かれている。ケース２０は、例えば樹脂材料がモールド成形されて構成されている。
【００１６】
図２及び図３に示されるように、センサチップ３０は、一面３１を有する板状の半導体チップである。また、センサチップ３０は、受光した光の強度を検出する第１受光部３２及び第２受光部３３と、これら各受光部３２、３３の信号を処理する制御回路部３４と、を有している。
【００１７】
第１受光部３２及び第２受光部３３はフォトダイオードとして構成されている。具体的には、半導体チップは例えばｎ型シリコン基板で構成されている。このｎ型シリコン基板の表層部に例えば円形の５個のｐ型領域が形成されている。すなわち、図３に示されるように、各受光部３２、３３は、センサチップ３０のうちの一面３１側に形成されている。また、ｎ型シリコン基板の裏面には図示しないカソード電極が形成されていると共に、各ｐ型領域には図示しないアノード電極が設けられている。
【００１８】
そして、図２に示されるように、４個のｐ型領域に係る部分が第１受光部３２として機能する。また、４個のｐ型領域に囲まれた１個のｐ型領域に係る部分が第２受光部３３として機能する。すなわち、各受光部３２、３３は１つの同じシリコン基板に形成され、それぞれ同じ性能を持ち、同じように劣化していく。
【００１９】
各ｐ型領域に光が当たるとそれぞれ受光量に応じた電気信号が出力される。したがって、各受光部３２、３３は、光の強度を電気信号として出力する。第１受光部３２は受光した外光の強度をセンサ信号として出力する。一方、第２受光部３３はＬＥＤ４０の発光に伴って受光する光の強度を自己診断信号として出力する。
【００２０】
制御回路部３４は、第１受光部３２からセンサ信号を取得すると共に当該センサ信号に所定の演算処理を行って外部機器に出力する機能を有している。また、制御回路部３４は、ＬＥＤ４０を発光させることで第２受光部３３から自己診断信号を取得すると共に、当該自己診断信号に基づいて第１受光部３２を自己診断する機能を有している。
【００２１】
具体的には、図４に示されるように、制御回路部３４は自己診断部３５及び校正部３６を有している。自己診断部３５は、ＬＥＤ４０に発光指令を出力する機能、第２受光部３３から自己診断信号を入力して当該自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれるか否かを判定する機能を有している。
【００２２】
校正部３６は、第１受光部３２からセンサ信号を入力して図示しない外部機器に出力する機能を有している。また、校正部３６は、自己診断部３５から自己診断結果を取得して当該自己診断信号が示す信号値が正常範囲を超える場合、自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれる校正値を取得し、当該校正値に基づいてセンサ信号の信号値を校正する機能を有している。
【００２３】
なお、制御回路部３４は自己診断部３５及び校正部３６以外にも、例えば電源回路等のようにライトセンサ１０を動作させるための他の図示しない回路部を有している。また、自己診断部３５や校正部３６は回路部として形成されていても良いし、ソフトウェアとして構成されていても良い。
【００２４】
ＬＥＤ４０は、センサチップ３０に形成された回路部の発光指令に従って駆動されることで発光する発光素子である。図３に示されるように、ＬＥＤ４０は、発光面４１を有する板状に構成されていると共に、センサチップ３０の一面３１に積層されている。このように、センサチップ３０とＬＥＤ４０とをスタック構造として構成することができる。なお、ＬＥＤ４０がセンサチップ３０に積層されていてもＬＥＤ４０の厚みはセンサチップ３０に比べて非常に薄いので、第１受光部３２の受光は妨げられない。
【００２５】
また、ＬＥＤ４０は、発光面４１がセンサチップ３０の一面３１のうちの第２受光部３３の全体を覆うようにセンサチップ３０に積層されている。これにより、第２受光部３３はＬＥＤ４０の発光のみを受光することとなる。ＬＥＤ４０は、可視光や赤外光等の幅広い波長の光を照射できるように構成されている。もちろん、ＬＥＤ４０は単色を発光するように構成されていても良い。
【００２６】
ＬＥＤ４０は例えば図示しないワイヤでセンサチップ３０の一面３１に設けられた図示しないパッドに電気的に接続されている。当該パッドは制御回路部３４に接続されている。なお、ＬＥＤ４０はセンサチップ３０に対してフリップチップ実装されていても良い。以上が、ライトセンサ１０の全体構成である。
【００２７】
次に、ライトセンサ１０の作動について説明する。まず、第１受光部３２は外部から受光した外光の強度をセンサ信号として制御回路部３４の校正部３６に出力する。一方、制御回路部３４の自己診断部３５は、ＬＥＤ４０に発光指令を出力する。これにより、ＬＥＤ４０が発光する。また、第２受光部３３はＬＥＤ４０の光の強度を自己診断信号として自己診断部３５に出力する。
【００２８】
自己診断部３５がＬＥＤ４０を発光させるタイミングは、例えばライトセンサ１０に電源が供給された直後や電源の供給が停止される直前、あるいはライトセンサ１０に電源が供給された後の所定時間毎である。このタイミングはライトセンサ１０の用途に応じて適宜設定できる。
【００２９】
そして、自己診断部３５は、自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれるか否かを判定する。「正常範囲」は、ＬＥＤ４０の発光強度に対する第２受光部３３の受光レベルの乖離が許容できる範囲である。自己診断部３５は、判定結果を校正部３６に出力する。
【００３０】
自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれる場合、校正部３６は第１受光部３２から入力したセンサ信号をそのまま外部機器に出力する。一方、自己診断信号の信号値が正常範囲を超える場合、校正部３６は自己診断信号の信号値が正常範囲に含まれるようにするための校正値を取得する。また、校正部３６は、当該校正値に基づいてセンサ信号の信号値を校正し、校正後のセンサ信号を外部機器に出力する。外部機器は、ライトセンサ１０から入力したセンサ信号に基づいて、例えばカーエアコンの制御を行う。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態のライトセンサ１０では、自己診断部３５の自己診断結果に基づいて校正部３６によって第１受光部３２のセンサ信号の信号値を校正することが特徴となっている。これにより、センサチップ３０の劣化等によってセンサ信号に特性変動が起こったとしても、当該変動を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、第２受光部３３がＬＥＤ４０の発光面４１で覆われているので、ＬＥＤ４０の発光量を微少にすることができる。このため、ＬＥＤ４０の消費電力を低減することができる。また、ＬＥＤ４０の発光面４１がセンサチップ３０に接触しているので、ＬＥＤ４０から発せられた熱をセンサチップ３０に放熱することができる。このように、ＬＥＤ４０の省電力化及び放熱効果により、ＬＥＤ４０の長寿命化を図ることができる。
【００３３】
さらに、ライトセンサ１０の出荷前調整検査工程では、基準光搭載装置によって第１受光部３２の受光レベルを調整することが通常であるが、本実施形態のようにセンサチップ３０が校正機能を有していることで基準光搭載装置による調整検査が不要となる。したがって、ライトセンサ１０のコストダウンに繋げることが可能となる。
【００３４】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ＬＥＤ４０が特許請求の範囲の「発光ダイオード」に対応し、センサチップ３０が特許請求の範囲の「受光素子」に対応する。また、自己診断部３５が特許請求の範囲の「自己診断手段」に対応し、校正部３６が特許請求の範囲の「校正手段」に対応する。
【００３５】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５及び図６に示されるように、ＬＥＤ４０は、発光面４１とは反対側の反対面４２を有している。また、ＬＥＤ４０は、反対面４２がセンサチップ３０の一面３１のうちの第２受光部３３を覆うようにセンサチップ３０に積層されて固定されている。さらに、ＬＥＤ４０は、可視光を含んだ光を発光するように構成されている。なお、図５では制御回路部３４を省略している。
【００３６】
ＬＥＤ４０の発光面４１から照射された光は、センサチップ３０の一面３１の上方に照射される。また、ＬＥＤ４０の光は、当該ＬＥＤ４０の内部を伝達して反対面４２からセンサチップ３０側に照射される。これにより、ＬＥＤ４０の光は第２受光部３３で受光される。
【００３７】
一方、制御回路部３４の自己診断部３５は、ＬＥＤ４０をインジケータとして動作させる機能を有している。具体的には、自己診断部３５は、外部機器からの指令を受け、当該指令に応じてＬＥＤ４０を連続発光または点滅発光させる。
【００３８】
以上のように、ＬＥＤ４０の発光面４１がセンサチップ３０の一面３１の上方に向いているので、ＬＥＤ４０の反対面４２から漏れる光を第２受光部３３に検出させることができる。また、ＬＥＤ４０は発光面４１がケース２０のフィルタ側を向いているので、インジケータ付ライトセンサ１０が実現可能となる。インジケータ付ＬＥＤ４０では、センサチップ３０の一面３１の中心にＬＥＤ４０が位置しているので、低消費電力でも効率良くＬＥＤ４０を発光させることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、本実施形態では、ＬＥＤ４０は、ケース２０においてセンサチップ３０から分離されて配置されている。また、ＬＥＤ４０は、センサチップ３０の第２受光部３３の受光可能範囲に位置するようにセンサチップ３０から離間して配置されている。さらに、ＬＥＤ４０は、可視光を含んだ光を発光するように構成されている。
【００４０】
このように、センサチップ３０とＬＥＤ４０はセパレート構造になっているので、センサチップ３０はＬＥＤ４０が陰になる等の影響を受けない。このため、ＬＥＤ４０の存在によってセンサチップ３０の特性が低下しないライトセンサ１０を提供することができる。
【００４１】
また、センサチップ３０とＬＥＤ４０とのセパレート構造により、センサチップ３０の第２受光部３３は外光や外乱光の影響を受ける。そこで、本実施形態では、制御回路部３４の自己診断部３５は、パルスによるパターン光での自己診断や、既存出力からの増加分、ライトセンサ１０での検出照度が低照度の際に実施する等によって自己診断を行う。また、自己診断部３５は、外部機器からの指令に応じてＬＥＤ４０を発光させることにより、ＬＥＤ４０を所定の状態を示すインジケータとして動作させることができる。
【００４２】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、センサチップ３０の第２受光部３３は、複数の受光エリア３６を有している。なお、図８では制御回路部３４を省略している。
【００４３】
これによると、複数の受光エリア３６のうちのいずれかが受光不可能になったとしても他の受光エリア３６が受光可能であるので、第２受光部３３の冗長性が向上する。したがって、ライトセンサ１０の自己診断機能を維持することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたライトセンサ１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ライトセンサ１０は車両への適用に限らず、他の用途に用いられても良い。また、ＬＥＤ４０はパッケージタイプ、チップタイプの両方を含んでいると言える。
【００４５】
第１実施形態で示されたフォトダイオードの構造は一例であり、他の構造を採用しても良い。
【００４６】
第２、第３実施形態では、ＬＥＤ４０をインジケータとして使用する構成が示されていたが、ＬＥＤ４０をインジケータとして使用しない構成でも良い。この場合、ユーザに自己診断機能が分からないようにＬＥＤ４０から赤外光を発光させても良い。
【００４７】
第４実施形態のように第２受光部３３を複数の受光エリア３６に分割した構造を第２、第３実施形態で示されたライトセンサ１０に採用しても良い。
【００４８】
上記各実施形態で示された第１受光部３２及び第２受光部３３のレイアウトは一例である。したがって、各受光部３２、３３は他のレイアウトでも良い。また、センサチップ３０には、自動車のテールライトやヘッドライトを自動点消灯させるライト自動点消灯システムに適用される受光部が形成されていても良い。
【００４９】
上記各実施形態では、制御回路部３４はセンサチップ３０に形成されているが、センサチップ３０とは別の半導体チップに形成されていても良い。この半導体チップはケース２０に収容される。
【符号の説明】
【００５０】
３０  センサチップ（受光素子）
３２  第１受光部
３３  第２受光部
３４  制御回路部
３５  自己診断部（自己診断手段）
３６  校正部（校正手段）
４０  ＬＥＤ（発光ダイオード）
【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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