(57)【要約】  低コストで、所定の波長領域の光の強度を検出可能な受光器を提供する。互いに同一の分光感度特性を有する第１受光素子（ＰＤ１）及び第２受光素子（ＰＤ２）と、ＵＶカットフィルタ（１１）とを備えており、第１受光素子（ＰＤ１）には、ＵＶカットフィルタ（１１）を透過した光が入射し、第１受光素子（ＰＤ１）の光電流と第２受光素子（ＰＤ２）の光電流との差分を算出する減算器を備えている。
2015151651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部とを備えた受光器であって、
上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有する第１受光素子及び第２受光素子を備えており、
所定の波長領域の光の透過率が、当該波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、
上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、
上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部を備えていることを特徴とする受光器。
【請求項２】
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、少なくとも紫外線の波長領域の光に対して感度を有しており、
上記光学フィルタは、紫外線の波長領域の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の受光器。
【請求項３】
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、紫外線領域、可視光領域、及び赤外線領域の光に対して感度を有する第１の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、
第１の期間では、上記第１受光素子を上記第１の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、
上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第１の状態とし、
上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出することを特徴とする請求項２に記載の受光器。
【請求項４】
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、可視光領域及び赤外線領域の光に対して感度を有する第３の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、
第１の期間では、上記第１受光素子を上記第３の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、
上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第３の状態とし、
上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出することを特徴とする請求項２に記載の受光器。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の受光器を備えることを特徴とする携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は受光器及び携帯型電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ、近接センサ、方位センサ、加速度センサ、角速度センサ、及び照度センサ等の小型化によって、スマートフォン等の携帯型電子機器に上記各種センサが搭載されている。特に、液晶パネルを有する電子機器では、照度センサによって周囲の明るさを測定し、周囲の明るさに応じてバックライトの輝度を適切に調整することができる。視感度に近い分光感度特性での照度測定を実現するために、照度センサに、複数の異なる分光感度特性のフォトダイオードを設け、それぞれのフォトダイオードの光電流を演算する技術が知られている。【０００３】
図２４は、従来の光センサの断面図であり、図２５は、図２４の光センサの分光感度特性を示す図である。図２４に示すように、光センサは、分光感度の異なる２つの受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２）を備えている。受光素子ＰＤ１及び受光素子ＰＤ２は、Ｐ型拡散層（Ｐ＋）／Ｎ型ウェル層（Ｎ−Ｗｅｌｌ）／Ｐ型基板（Ｐ−Ｓｕｂ）の３層構造で、ＰＮ接合からなる２つのフォトダイオード（ＰＤ＿ｖｉｓ、ＰＤ＿ｉｒ）を備えている。受光素子ＰＤ１はＰ＋層とＰ−Ｓｕｂとが接地されており、受光素子ＰＤ２は、Ｐ−Ｓｕｂが接地されており、Ｐ＋層とＮ−Ｗｅｌｌ層とが互いに接続されている。【０００４】
これにより、図２５に示すように、受光素子ＰＤ１によって、ＰＤ＿ｃｌｅａｒ（ＰＤ＿ｖｉｓ＋ＰＤ＿ｉｒ）の分光感度特性が得られ、受光素子ＰＤ２によって、ＰＤ＿ｉｒの分光感度特性が得られる。ＰＤ１（ＰＤ＿ｃｌｅａｒ）−ＰＤ２（ＰＤ＿ｉｒ）の演算を行うことにより、ＰＤ＿ｖｉｓに相当する分光感度特性を得ることができ、ピーク感度が視感度に近い特性になり、照度を測定することができる。【０００５】
また、スマートフォンのサブ端末として、腕時計型の端末やメガネ型の携帯型電子機器も実用化されており、常に携帯者の心拍数や運動量等の生体情報をモニタして管理できる環境が整っている。さらに、野外使用されるこれらの携帯型電子機器に紫外線センサを搭載し、太陽光に含まれる紫外線強度を測定することによって、日焼けの防止を促したり、日中に受けた紫外線の積算量を記録したりすることができる。これにより、携帯型電子機器を用いて使用者の健康情報を管理することが可能となる。このように、照度の他に、紫外線等の所定の波長領域の光の強度を検出する機能を備えていることが好ましい。【０００６】
例えば、特許文献１には、ＵＶセンサと照度センサとを備えた紫外線測定装置が記載されている。特許文献１の紫外線測定装置は、照度センサの出力に基づいて、紫外線の測定が可能な環境であるか否かを判断し、紫外線の測定が可能な環境であると判断された場合に、ＵＶセンサにより紫外線照射量を測定する。これにより、正確な紫外線照射量を測定することができる。【０００７】
特許文献１の装置は、紫外線を正確に測定するものであって、照度センサの上部に、紫外線のみを透過するカバー部材が設けられているため、照度を正確に測定することができない。そのため、照度を測定するためには、さらに照度センサ用のセンサ窓を別途設ける必要がある。【０００８】
照度センサと紫外線センサとを備える携帯型電子機器において、光センサ窓をできるだけ少なくしてデザイン性を向上させるために、紫外線センサのセンサ窓と照度センサのセンサ窓とを共通化する試みがなされている。【０００９】
特許文献２には、１つのＳＯＩ基板に可視光センサと紫外線センサとを集積した光センサが示されている。特許文献２の光センサによれば、実装面積を小さくしつつ、紫外線強度と照度とを測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２０１０−１１２７１４号公報（２０１０年５月２０日公開）」
【特許文献２】日本国特許公報「特許第５１８９３９１号公報（２０１３年２月１日登録）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２の光センサに用いられている可視光センサと紫外線センサとは、互いに異なる断面構造（積層構造）を有している。特許文献２のように、互いに異なる断面構造を備える可視光センサと紫外線センサとを１つのＳＯＩ基板に集積することは容易ではなく、その結果、製造コストが増大する。【００１２】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的は、低コストで、所定の波長領域の光の強度を検出可能な受光器、及び、上記受光器を備えた携帯型電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る受光器は、光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部とを備えた受光器であって、上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有する第１受光素子及び第２受光素子を備えており、所定の波長領域の光の透過率が、当該波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、低コストで、所定の波長領域の光の強度を検出可能な受光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る受光器の受光部の断面図である。
【図２】実施形態１に係る受光器の受光部の平面図である。
【図３】実施形態１に係る受光器の構成を示すブロック図である。
【図４】Ａ／Ｄコンバーターの構成を示すブロック図である。
【図５】Ａ／Ｄコンバーターの動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図である。
【図７】ＵＶカットフィルタの分光透過率特性を示す図である。
【図８】実施形態１に係るＵＶカットフィルタを透過した光に対するフォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図である。
【図９】実施形態１に係る受光器の受光部全体における分光感度特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る受光器の第１受光素子の断面図である。
【図１１】第１受光素子の各フォトダイオードの分光感度特性を示す図である。
【図１２】フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態を示す第１受光素子の断面図である。
【図１３】全てのフォトダイオードの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態を示す第１受光素子の断面図である。
【図１４】フォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態を示す第１受光素子の断面図である。
【図１５】紫外線強度を測定するときの、実施形態２に係る受光器の構成を示すブロック図である。
【図１６】照度を測定するときの、実施形態２に係る受光器の構成を示すブロック図である。
【図１７】照度を測定するときの、実施形態２に係る受光器の構成を示すブロック図であり、（ａ）は、スイッチの第１の開閉状態を示し、（ｂ）は、スイッチの第２の開閉状態を示す。
【図１８】本発明の実施形態３に係る受光器の第１受光素子の断面図である。
【図１９】第１受光素子の各フォトダイオードの分光感度特性を示す図である。
【図２０】ＵＶ／ＩＲカットフィルタの分光透過率特性を示す図である。
【図２１】ＵＶ／ＩＲカットフィルタを設けたときの受光素子の分光感度特性を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態４に係る受光器の受光部の平面図である。
【図２３】照度を測定するときの、実施形態４に係る受光器の構成を示すブロック図であり、（ａ）は、スイッチの第１の開閉状態を示し、（ｂ）は、スイッチの第２の開閉状態を示す。
【図２４】従来の光センサの断面図である。
【図２５】従来の光センサの分光感度特性を示す図である。
【図２６】実施形態５に係る受光器の受光部の平面図である。
【図２７】本発明の実施形態５に係る受光器の受光部の断面図である。
【図２８】実施形態５に係る受光器の構成を示すブロック図である。
【図２９】実施形態５に係るＵＶカットフィルタを透過した光と透過していない光とに対するフォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図である。
【図３０】実施形態５に係る受光器の受光部全体における分光感度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜９に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図３は、本実施形態の受光器の構成を示すブロック図である。受光器１は、光が入射することによって光電流を流す受光部１０と、光電流に基づいて光の強度を検出するセンサ回路部２０（検出部）とを含んでいる。受光器１は、スマートフォン等の携帯型電子機器に搭載することができる。
【００１８】
＜受光部＞
図２は、本実施形態の受光器の受光部の平面図である。受光部１０は、平面視において互いに隣接して配置された第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２を備えている。第１受光素子ＰＤ１は、入射した光の強度に応じて光電流Ｉｉｎ１を流し、第２受光素子ＰＤ２は、入射した光の強度に応じて光電流Ｉｉｎ２を流す。
【００１９】
図１は、本実施形態の受光器の受光部の断面図である。図１に示すように、受光部１０は、第１受光素子ＰＤ１と、第２受光素子ＰＤ２と、第１受光素子ＰＤ１の上部に設けられたＵＶカットフィルタ１１（紫外線カットフィルタ）とを含んでいる。これにより、第１受光素子ＰＤ１には、ＵＶカットフィルタ１１を透過した光が入射する。
【００２０】
第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２は同じ断面構造を有しており、それぞれ、Ｐ型基板Ｐ＿ｓｕｂと、Ｐ型基板Ｐ＿ｓｕｂ上に形成されたＮ型ウェル層Ｎ＿ｗｅｌｌと、Ｎ型ウェル層Ｎ＿ｗｅｌｌ上に形成されたＰ型ウェル層Ｐ＿ｗｅｌｌと、Ｐ型ウェル層Ｐ＿ｗｅｌｌ上に形成されたＮ型拡散層Ｎとを備えている。また、Ｐ型ウェル層、Ｎ型ウェル層、及びＰ型基板は、接地（ＧＮＤ）されている。Ｎ型拡散層は、グランドよりも高い電位である出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００２１】
第１受光素子ＰＤ１は、３つのＰＮ接合を有しており、Ｐ型基板とＮ型ウェル層とのＰＮ接合により構成されたフォトダイオードＰＤ１＿ｉｒと、Ｎ型ウェル層とＰ型ウェル層とのＰＮ接合により構成されたフォトダイオードＰＤ１＿ｖｉｓと、Ｐ型ウェル層とＮ型拡散層とのＰＮ接合により構成されたフォトダイオードＰＤ１＿ｕｖとを備えている。
【００２２】
第２受光素子ＰＤ２は、３つのＰＮ接合を有しており、Ｐ型基板とＮ型ウェル層とのＰＮ接合により構成されたフォトダイオードＰＤ２＿ｉｒと、Ｎ型ウェル層とＰ型ウェル層とのＰＮ接合により構成されたフォトダイオードＰＤ２＿ｖｉｓと、Ｐ型ウェル層とＮ型拡散層とのＰＮ接合により構成されたフォトダイオードＰＤ２＿ｕｖとを備えている。
【００２３】
ＵＶカットフィルタ１１は、紫外線の波長領域（波長４００ｎｍ以下）の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタである。ＵＶカットフィルタ１１は、紫外線の波長領域の光を遮断するものであることが好ましい。
【００２４】
第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２の上面には、Ｎ型拡散層を露出させるように遮蔽部１２が設けられている。これにより、外部からの光がＮ型拡散層に入射する。
【００２５】
＜センサ回路部＞
図３に示すように、センサ回路部２０は、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１と、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２と、減算器２１（演算部）とを備えている。
【００２６】
Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１は、第１受光素子ＰＤ１に接続されており、光電流Ｉｉｎ１をデジタル信号に変換してデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１を出力する。デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１は、第１受光素子ＰＤ１に入射した光の強度に対応する。
【００２７】
Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２は、第２受光素子ＰＤ２に接続されており、光電流Ｉｉｎ２をデジタル信号に変換してデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２を出力する。デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２は、第２受光素子ＰＤ２に入射した光の強度に対応する。
【００２８】
減算器２１は、デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２とデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１との差分（ＡＤＣＯＵＮＴ２−ＡＤＣＯＵＮＴ１）を算出して出力する。上記差分は、第２受光素子ＰＤ２に入射した光の強度から、第１受光素子ＰＤ１に入射した光の強度を差し引いたものとなる。
【００２９】
（Ａ／Ｄコンバーター）
Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１・ＡＤＣ２は、同じ構成を有している。Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ（ＡＤＣ１・ＡＤＣ２）の構成を、図４を参照して説明する。
【００３０】
図４は、Ａ／Ｄコンバーターの構成を示すブロック図である。
【００３１】
図４に示すように、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣは、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴと、充電回路２２と、比較回路２３と、制御回路２４と、放電回路２５とを備えている。
【００３２】
充電回路２２は、光電流Ｉｉｎにより充電される回路であり、アンプ回路ＡＭＰ１と、光電流Ｉｉｎに応じた電荷を蓄えるコンデンサＣ１とにより構成されている。アンプ回路ＡＭＰ１は、反転入力端子が入力端子ＩＮに接続され、非反転入力端子がグランド（０Ｖ）に接続され、出力端子が比較回路２３に接続されている。コンデンサＣ１は、アンプ回路ＡＭＰ１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。これにより、アンプ回路ＡＭＰ１及びコンデンサＣ１は、積分回路を構成している。
【００３３】
比較回路２３は、充電回路の出力電圧と基準電圧（Ｖ１）を比較する回路であり、コンパレータＣＭＰ１、スイッチＳＷ３１、及び基準電源Ｖ１により構成されている。コンパレータＣＭＰ１は、非反転入力端子が充電回路２２に接続され、反転入力端子がスイッチＳＷ３１を介して充電回路２２に接続されるとともに基準電源Ｖ１に接続され、出力端子が制御回路２４に接続されている。スイッチＳＷ３１は、外部からの切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、充電回路２２とコンパレータＣＭＰ１の反転入力端子及び基準電圧（Ｖ１）との電気的接続を導通／遮断する。基準電源Ｖ１は、基準電圧ＶｒｅｆをコンパレータＣＭＰ１の反転入力端子に印加している。
【００３４】
制御回路２４は、比較回路２３の出力（比較結果）に基づいて、測定時間に放電回路２５が放電を行った回数を数え、当該回数に応じたデジタル値を出力するものであり、フリップフロップ（ＦＦ）２４１及びカウンタ２４２により構成されている。ＦＦ２４１は、入力部が比較回路２３に接続され、出力部がカウンタ２４２に接続されるとともに、放電回路２５に接続されている。カウンタ２４２の出力部は、出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００３５】
放電回路２５は、充電回路２２の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えたときに充電回路２２を放電させる（コンデンサＣ１に蓄えられた電荷を放電させる）ものであり、電流源ＩＲＥＦ及びスイッチＳＷ３２により構成されている。スイッチＳＷ３２は、一方の端子が電流源ＩＲＥＦに接続され、他方の端子が充電回路２２及び入力端子ＩＮに接続されている。スイッチＳＷ３２は、切替信号（ＦＦ２４１の出力信号ＣＨＡＲＧＥ）に応じて開閉（オン／オフ）し、両者の電気的接続を導通／遮断する。
【００３６】
（Ａ／Ｄコンバーターの動作）
図５は、Ａ／Ｄコンバーターの動作の一例を示すタイミングチャートである。図５中、ＣＬＫはクロック信号を示し、ＳＷ３１はスイッチＳＷ３１の開閉状態を示し、ＳＷ３２はスイッチＳＷ３２の開閉状態を示し、Ｖｒｅｆは基準電源Ｖ１の電圧を示し、ＶＳＩＧは充電回路２２の出力を示し、ＣＯＭＰは比較回路２３の出力を示し、ＣＨＡＲＧＥはスイッチＳＷ３２の開閉に用いる制御回路２４の出力を示す。
【００３７】
変換動作開始前は、スイッチＳＷ３１が閉じている。これにより、充電回路２２（積分回路）の出力ＶＳＩＧは、基準電源Ｖ１の電圧Ｖｒｅｆに充電されている。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバーターは、スイッチＳＷ３１が開くことによって、光電流ＩｉｎでコンデンサＣ１に充電を行うことが可能となり、ＡＤ変換動作を行う。スイッチＳＷ３１の開放期間がデータ変換期間（充電期間，t_conv）となっており、測定時間に対応する。
【００３９】
データ変換期間では、まず、スイッチＳＷ３２をオンにして、放電回路２５により、コンデンサＣ１から一定の電荷（ＩＲＥＦ×t_clk）を放電させる（プリチャージ動作）。続いて、スイッチＳＷ３２をオンからオフに切り替えると、受光素子ＰＤからの光電流Ｉｉｎにより充電回路２２が充電され、その出力ＶＳＩＧが上昇する。出力ＶＳＩＧが電圧Ｖｒｅｆを超えると、比較回路２３の出力ＣＯＭＰがロー電圧からハイ電圧に切り替わる。これにより、ＦＦ２４１の出力、すなわち制御回路２４の出力ＣＨＡＲＧＥがロー電圧からハイ電圧に切り替わって、スイッチＳＷ３２がオンとなり、放電回路２５によって一定の電荷（ＩＲＥＦ×t_clk）が放電される。
【００４０】
続いて、放電により充電回路２２の出力ＶＳＩＧが下降し、出力ＶＳＩＧが電圧Ｖｒｅｆを下回ると、比較回路２３の出力ＣＯＭＰがハイ電圧からロー電圧に切り替わる。これにより、ＦＦ２４１の出力、すなわち制御回路２４の出力ＣＨＡＲＧＥがハイ電圧からロー電圧に切り替わって、スイッチＳＷ３２がオフとなり放電が停止する。
【００４１】
その後は、受光素子ＰＤからの光電流Ｉｉｎにより再び充電回路２２が充電され、上述と同様に動作する。
【００４２】
一方、データ変換期間（t_conv）の間、カウンタ２４２が、ＦＦ２４１の出力がハイ電圧となった時間、すなわち放電時間の回数を数えており、このカウント値が、入力された電荷量に応じた値としてデジタル出力される。カウンタ２４２の出力は、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣの出力ＡＤＣＯＵＮＴとなる。
【００４３】
Ａ／ＤコンバーターＡＤＣでは、光電流Ｉｉｎにより充電された電荷量と、（ＩＲＥＦ×t_clk）により放電された電荷量とが等しくなるように動作するので、「充電電荷量（Ｉｉｎ×t_conv）＝放電電荷量（ＩＲＥＦ×t_clk×count）」により、下記の式が成り立つ。
【００４４】
count＝（Ｉｉｎ×t_conv）／（ＩＲＥＦ×t_clk）
count：放電時間をカウントした値
Ｉｉｎ：入力電流値
ＩＲＥＦ：基準電流値
t_conv：充電時間
t_clk：クロック周期
よって、放電時間をカウントした値（count）の最小分解能は、（ＩＲＥＦ×t_clk）で決定されることがわかる。
【００４５】
＜紫外線強度測定＞
次に、受光器１において紫外線強度を検出する原理について説明する。
【００４６】
図６は、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図である。図６に示すように、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性のピーク波長は約４５０ｎｍである。なお、受光素子におけるＰＮ接合の接合深さを調整することにより、このピーク波長を調整することができる。
【００４７】
また、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖを備えている第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２は、紫外線の波長領域に感度を有している。
【００４８】
図７は、ＵＶカットフィルタの分光透過率特性を示す図である。ＵＶカットフィルタ１１は４００ｎｍ以下の波長の光の透過率が低く、４００ｎｍ以上の波長の光の透過率は、ほぼ１００％である。
【００４９】
図８は、実施形態１にかかるＵＶカットフィルタを透過した光に対するフォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図である。
【００５０】
受光器１の受光部１０では、第１受光素子ＰＤ１の上部にＵＶカットフィルタ１１が設けられており、第１受光素子ＰＤ１には、ＵＶカットフィルタ１１を透過した光が入射する。
【００５１】
そのため、第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性は、図８に示す分光感度特性となる。一方で、第２受光素子ＰＤ２の上部にはＵＶカットフィルタ１１が設けられていないため、第２受光素子ＰＤ２の分光感度特性は、図６に示す分光感度特性となる。
【００５２】
そして、受光器１のセンサ回路部２０において、減算器２１が、デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２とデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１との差分を演算する。
【００５３】
減算器２１の演算によって得られた上記差分は、第２受光素子ＰＤ２に入射した光の強度から、第１受光素子ＰＤ１に入射した光の強度を差し引いたものとなる。そのため、受光部１０全体における分光感度特性は、図９に示す分光感度特性とみなすことができる。
【００５４】
これにより、受光部１０は、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域のみに感度を持つため、受光器１は、紫外線強度を正確に測定することができる。
【００５５】
本実施形態の受光器１によれば、同じ積層構造を有する第１受光素子ＰＤ１と第２受光素子ＰＤ２とを用いているため、製造工程が容易となり、コストを低減することができる。
【００５６】
なお、受光器１では、紫外線強度を測定するために、最表面のＰＮ接合で構成されるフォトダイオードＰＤ＿ｕｖのみを用いているが、他のＰＮ接合で構成されるフォトダイオードＰＤ_ｖｉｓ及びフォトダイオードＰＤ_ｉｒを用いることによって、照度を測定することも可能である。
【００５７】
＜参考例＞
従来の受光器では、紫外線強度を測定するために、ＧａＮ系やＺｎＯ系等の化合物半導体やＳＯＩ基板を使ったフォトダイオードを用いていた。そのため、信号処理用ＩＣとの同一チップ上での集積化が困難であり、高コスト化していた。
【００５８】
また、例えば、紫外線領域の光を透過させるフィルタを備える光受信器を用いて紫外線強度を測定する場合、４００ｎｍ以上の波長で感度を完全にゼロにすることは難しい。また、干渉膜フィルタの場合、ＵＶカットフィルタと比較して層数が増え高コストになる。さらに、紫外線のみを透過するフィルタを使用するため、可視光領域の感度が低下する。そのため、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の可視光を検出する場合、可視光領域に感度を持つフォトダイオードを紫外線検出用のフォトダイオードとは別に準備する必要がある。
【００５９】
＜その他＞
なお、上記の説明では、受光部１０がＵＶカットフィルタ１１を備える構成を例示したが、これに限ることはない。すなわち、ＵＶカットフィルタ１１に限らず、所定の波長領域の光の透過率が、当該波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタ（光学バンドエリミネートフィルタ）を用いてもよい。これにより、受光器１を用いて、上記特所定の波長領域の光の強度を正確に測定することができる。
【００６０】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図１０〜図１７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６１】
＜受光部＞
図１０は、本実施形態の受光部の第１受光素子の断面図である。受光部１１０は、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子を備えている。第２受光素子の構成は、第１受光素子ＰＤ１の構成と同じであるため、その説明を省略する。また、実施形態１の受光部と同様に、第１受光素子ＰＤの上部にはＵＶカットフィルタが設けられているが、図示及び詳細な説明を省略する。
【００６２】
図１０に示すように、受光部１１０の第１受光素子ＰＤ１は、５つのスイッチＳＷ１〜５を備えている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１は、第１受光素子ＰＤ１の各層の接続関係（各フォトダイオードのアノード及びカソードの接続関係）を変更することによって、第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性を変更するためのスイッチである。スイッチＳＷ１〜５を制御することによって、任意のフォトダイオードの光電流を取り出すことができる。
【００６３】
スイッチＳＷ１は、一方の端子が出力端子ＯＵＴに接続されており、他方の端子がＮ型拡散層に接続されている。
【００６４】
スイッチＳＷ２は、一方の端子が出力端子ＯＵＴ及びスイッチＳＷ１の一方の端子に接続されており、他方の端子がＮ型ウェル層に接続されている。
【００６５】
スイッチＳＷ３は、一方の端子がＧＮＤに接続されており、他方の端子がスイッチＳＷ１の他方の端子及びＮ型拡散層に接続されている。
【００６６】
スイッチＳＷ４は、一方の端子がＧＮＤ及びスイッチＳＷ３の一方の端子に接続されており、他方の端子がＰ型ウェル層に接続されている。
【００６７】
スイッチＳＷ５は、一方の端子がスイッチＳＷ４の他方の端子及びＰ型ウェル層に接続されており、他方の端子がスイッチＳＷ２の他方の端子及びＮ型ウェル層に接続されている。
【００６８】
スイッチＳＷ１〜５の開閉は、図示しない外部の制御部等によって制御される。
【００６９】
図１１は、第１受光素子の各フォトダイオードの分光感度特性を示す図である。図１１中のＰＤ＿Ｃｌｅａｒは、各フォトダイオードの分光感度特性の和である。
【００７０】
図１２は、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態を示す第１受光素子の断面図である。図１２に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５をオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフすることによって、第１受光素子ＰＤ１は、紫外線領域の光に対して感度を有する状態となる。このとき、第１受光素子ＰＤ１から、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの光電流を取り出すことができる。このときの第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性は、図１１中のＰＤ＿ｕｖで示す曲線のようになる。
【００７１】
図１３は、全てのフォトダイオードの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態を示す第１受光素子の断面図である。図１３に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４をオンし、スイッチＳＷ３，ＳＷ５をオフすることによって、第１受光素子ＰＤ１は、紫外線領域、可視光領域、及び赤外線領域の光に対して感度を有する状態（第１の状態）となる。このとき、第１受光素子ＰＤ１から、全てのフォトダイオード（ＰＤ＿ｕｖ，ＰＤ＿ｖｉｓ，ＰＤ＿ｉｒ）の光電流を取り出すことができる。このときの第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性は、図１１中のＰＤ＿ｃｌｅａｒで示す曲線のようになる。
【００７２】
図１４は、フォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態を示す第１受光素子の断面図である。図１４に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ５をオンし、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフすることによって、第１受光素子ＰＤ１は、赤外線領域の光に対して感度を有する状態（第２の状態）となる。このとき、第１受光素子ＰＤ１から、フォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すことができる。このときの第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性は、図１１中のＰＤ＿ｉｒで示す曲線のようになる。
【００７３】
なお、センサ回路部において、全てのフォトダイオードＰＤ＿ｃｌａｒｅ（ＰＤ＿ｕｖ，ＰＤ＿ｖｉｓ，ＰＤ＿ｉｒ）から取り出した光電流を変換して得られたデジタル出力値から、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖから取り出した光電流を変換して得られたデジタル出力値と、フォトダイオードＰＤ＿ｉｒから取り出した光電流を変換して得られたデジタル出力値とを差し引くことによって、フォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓから取り出した光電流に対応するデジタル出力値を算出することができる。
【００７４】
そのため、第１受光素子ＰＤ１のスイッチＳＷ１〜５の開閉を制御することによって、３つのフォトダイオードのそれぞれの分光感度特性に基づいて光の強度を測定することができる。
【００７５】
＜紫外線強度測定＞
図１５は、紫外線強度を測定するときの、本実施形態の受光器の構成を示すブロック図である。
【００７６】
紫外線強度を測定する場合には、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２において、図１２を参照して説明したように、スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５をオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフする。
【００７７】
第１受光素子ＰＤ１から取り出した光電流をＡ／ＤコンバーターＡＤＣ１に入力し、第２受光素子ＰＤ２から取り出した光電流をＡ／ＤコンバーターＡＤＣ２に入力する。Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１・ＡＣＤ２は、電流−パルス変換を行う。
【００７８】
周波数カウンタ１２２は、あらかじめ設定された期間、パルス列のカウントを行い、カウント値をデータレジスタ１２１の第１データレジスタＤ０に格納する。
【００７９】
周波数カウンタ１２３は、あらかじめ設定された期間、パルス列のカウントを行い、カウント値をデータレジスタ１２１の第３データレジスタＤ１に格納する。
【００８０】
ここで、上記カウント値は、各受光素子（ＰＤ１・ＰＤ２）の分光感度に換算した光強度に比例する。第１受光素子ＰＤ１の上部にはＵＶカットフィルタ１１が設けられているため、第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性は、図８に示す分光感度特性となる。一方で、第２受光素子ＰＤ２の分光感度特性は、図６に示す分光感度特性となる。
【００８１】
第１データレジスタＤ０には、第１受光素子ＰＤ１に入射した光強度に比例した、デジタル変換されたデータ（カウント値）が格納されることになる。また、第３データレジスタＤ１には、第２受光素子ＰＤ２に入射した光強度に比例した、デジタル変換されたデータ（カウント値）が格納されることになる。
【００８２】
そのため、第１データレジスタＤ０に格納されたカウント値（Ｄ０[１５：０]）から、第３データレジスタＤ１に格納されたカウント値（Ｄ１[１５：０]）を差し引くことによって、紫外線強度を演算することができる。
【００８３】
＜照度測定＞
図１６は、照度を測定するときの、本実施形態の受光器の構成を示すブロック図である。
【００８４】
図１７は、照度を測定するときの、本実施形態の受光器の構成を示すブロック図であり、（ａ）は、スイッチの第１の開閉状態を示し、（ｂ）は、スイッチの第２の開閉状態を示す。
【００８５】
図１７に示すように、本実施形態の受光器１０１のセンサ回路部１２０は、４つのスイッチＳＷ（ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２）を備えている。これにより、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２と、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１及びＡ／ＤコンバーターＡＤＣ２との接続を切り替えることができる。
【００８６】
また、センサ回路部１２０は、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１のデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１をα倍（αは定数）する乗算部１２４を備えている。αは、減算器２１によって演算される照度の分光感度特性を、視感度の分光感度特性に近づけるために適宜設定される係数である。
【００８７】
照度を測定する場合には、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２において、図１３を参照して説明したように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４をオンし、スイッチＳＷ３，ＳＷ５をオフする状態と、図１４を参照して説明したように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ５をオンし、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフする状態と、を交互に切り替える。
【００８８】
具体的には、照度を測定する測定時間を、図５に示すように、第１の測定時間（第１の期間）と、第２の測定時間（第２の期間）とに分ける。
【００８９】
そして、例えば、第１の測定時間では、第１受光素子ＰＤ１を、図１３に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第１受光素子ＰＤ１の全てのフォトダイオードＰＤ＿ｃｌｅａｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２に入力する。さらに、第２受光素子ＰＤ２を、図１４に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第２受光素子ＰＤ２のフォトダイオードＰＤ＿ｉｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１に入力する。
【００９０】
また、第２の測定時間では、第１受光素子ＰＤ１を、図１４に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第１受光素子ＰＤ１のフォトダイオードＰＤ＿ｉｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１に入力する。さらに、第２受光素子ＰＤ２を、図１３に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第２受光素子ＰＤ２の全てのフォトダイオードＰＤ＿ｃｌｅａｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２に入力する。
【００９１】
そして、第１の測定時間において減算器２１によって演算された照度と、第２の測定時間において減算器２１によって演算された照度とを平均化する。これにより、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２へ光が偏って照射された場合でも、光入射量の偏り、感度のばらつき、及び誤差を生じることなく照度を検出することができる。また、第１受光素子ＰＤ１は、ＵＶカットフィルタ１１に覆われているが、照度測定時におけるＵＶカットフィルタ１１の影響を平均化して分散することができる。その結果、ＵＶカットフィルタ１１の影響を低減することができる。
【００９２】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１８〜図２１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９３】
＜受光部＞
図１８は、本実施形態の受光部の第１受光素子の断面図である。受光部２１０は、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子を備えている。第２受光素子の構成は、第１受光素子ＰＤ１の構成と同じであるため、説明を省略する。また、実施形態１の受光部と同様に、第１受光素子ＰＤの上部にはＵＶカットフィルタが設けられているが、図示及び詳細な説明を省略する。
【００９４】
図１８に示すように、受光部２１０の第１受光素子ＰＤ１は、実施形態２の受光部１１０の第１受光素子ＰＤ１と同様に、５つのスイッチＳＷ１〜５を備えている。
【００９５】
＜照度測定＞
受光部２１０の第１受光素子ＰＤ１では、照度測定時に、図１８に示すように、スイッチＳＷ１，スイッチＳＷ５をオフし、スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３，スイッチＳＷ４をオンし、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖをショートさせることによって、第１受光素子ＰＤ１は、可視光領域及び赤外線領域の光に対して感度を有する状態（第３の状態）となる。これにより、フォトダイオードＰＤ＿ｉｒ、及びフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓのみを利用する。
【００９６】
すなわち、本実施形態の第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２においては、フォトダイオードＰＤ＿ｃｌｅａｒは、フォトダイオードＰＤ＿ｉｒ、及びフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓとなる。
【００９７】
図１９は、第１受光素子の各フォトダイオードの分光感度特性を示す図である。
【００９８】
本実施形態の第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２では、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖをショートさせる。これにより、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２の分光感度特性において、波長４００ｎｍ以下の感度を抑え、より視感度に近い照度測定をすることができる。
【００９９】
＜その他＞
さらに、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２の上部に、紫外線領域の光及び赤外線領域の光をカットするＵＶ／ＩＲカットフィルタ（第２光学フィルタ）を設けてもよい。
【０１００】
図２０は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタの分光透過率特性を示す図である。
【０１０１】
図２１は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタを設けたときの受光素子の分光感度特性を示す図である。
【０１０２】
第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２の上部に、波長４００ｎｍ以下の光と波長７００ｎｍ以上の光とをカットするＵＶ／ＩＲカットフィルタを設けることによって、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２の分光感度特性は、図２１に示す分光感度特性となる。
【０１０３】
これにより、第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２から、可視光域の波長（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を受光することにより発生する光電流のみを取り出すことができる。その結果、視感度（視感度波長範囲：４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近い高精度の照度測定をすることができる。
【０１０４】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図２２〜図２３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０５】
＜受光部＞
図２２は、本実施形態の受光器の受光部の平面図である。図２２に示すように、受光部３１０は、第１〜第４の受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４を備えている。第１〜第４の受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４は、１つの四角形を田の字に４分割したように配置されている。
【０１０６】
言い換えると、第１〜第４の受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４は、２行２列に配置されている。縦方向において、第１受光素子ＰＤ１と第３受光素子ＰＤ３とが隣り合い、第２受光素子ＰＤ２と第４受光素子ＰＤ４とが隣り合っている。また、横方向において、第１受光素子ＰＤ１と第２受光素子ＰＤ２とが隣り合い、第３受光素子ＰＤ３と第４受光素子ＰＤ４とが隣り合っている。
【０１０７】
そして、第１受光素子ＰＤ１及び第４受光素子ＰＤ４の上部には、図示しないＵＶカットフィルタが設けられている。
【０１０８】
＜照度測定＞
図２３は、照度を測定するときの、本実施形態の受光器の構成を示すブロック図であり、（ａ）は、スイッチの第１の開閉状態を示し、（ｂ）は、スイッチの第２の開閉状態を示す。
【０１０９】
図２３に示すように、本実施形態の受光器３０１のセンサ回路部３２０は、４つのスイッチＳＷ（ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２）を備えている。これにより、第１〜第４受光素子ＰＤ１〜４と、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１及びＡ／ＤコンバーターＡＤＣ２との接続を切り替えることができる。
【０１１０】
照度を測定する場合には、第１の測定時間では、第１受光素子ＰＤ１及び第４受光素子ＰＤ４を、図１８に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第１受光素子ＰＤ１及び第４受光素子ＰＤ４の全てのフォトダイオードＰＤ＿ｃｌｅａｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２に入力する。さらに、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３を、図１４に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３のフォトダイオードＰＤ＿ｉｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１に入力する。
【０１１１】
また、第２の測定時間では、第１受光素子ＰＤ１及び第４受光素子ＰＤ４を、図１４に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第１受光素子ＰＤ１及び第４受光素子ＰＤ４のフォトダイオードＰＤ＿ｉｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１に入力する。さらに、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３を、図１８に示すスイッチの開閉状態とすることによって、第２受光素子ＰＤ２及び第３受光素子ＰＤ３の全てのフォトダイオードＰＤ＿ｃｌｅａｒから光電流を取り出し、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２に入力する。
【０１１２】
そして、第１の測定時間において減算器２１によって演算された照度と、第２の測定時間において減算器２１によって演算された照度とを平均化することによって、第１〜第４受光素子ＰＤ１〜４へ光が偏って照射された場合でも、光入射量の偏り、感度のばらつき、及び誤差を生じることなく照度を検出することができる。
【０１１３】
また、第１受光素子ＰＤ１及び第４受光素子ＰＤ４は、ＵＶカットフィルタに覆われているが、照度測定時におけるＵＶカットフィルタの影響を平均化して分散することができる。その結果、ＵＶカットフィルタの影響を低減することができる。
【０１１４】
本実施形態の受光部３１０には、第１〜第４の受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４が２行２列に配置されているため、実施形態２の受光器に比べて、入射光の偏りや感度のばらつきを低減させることができ、その結果、より高精度な照度測定をすることができる。
【０１１５】
〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図２６〜図３０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１６】
＜受光部＞
図２６は、本実施形態の受光器の受光部の平面図である。図２６に示すように、受光部４１０は、平面視において互いに隣接して配置された第１受光素子ＰＤ１及び第２受光素子ＰＤ２を備えている。そして、第１受光素子ＰＤ１の上部の一部には、ＵＶカットフィルタ４１１が設けられている。
【０１１７】
図２７は、本実施形態の受光器の受光部の断面図である。図２７に示すように、受光部４１０は、第１受光素子ＰＤ１と、第２受光素子ＰＤ２と、第１受光素子ＰＤ１の上部の一部に設けられたＵＶカットフィルタ４１１とを含んでいる。これにより、第１受光素子ＰＤ１のＵＶカットフィルタ４１１が有る領域には、ＵＶカットフィルタ４１１を透過した光が入射し、第１受光素子ＰＤ１のＵＶカットフィルタ４１１が無い領域には入射光がそのまま入射する。
【０１１８】
ＵＶカットフィルタ４１１は、紫外線の波長領域内の光の透過率、紫外線の波長領域外の光の透過率、素材などについては、実施形態１のＵＶカットフィルタ１１と同じであるが、第１受光素子ＰＤの上部での配置において異なる。
【０１１９】
具体的には、ＵＶカットフィルタ４１１は、Ｎ型拡散層Ｎの一部分を覆うように第１受光素子ＰＤ１の上部に設けられている。Ｎ型拡散層Ｎの上部にＵＶカットフィルタが有る領域にはＵＶカットフィルタ４１１を透過した光が入射し、Ｎ型拡散層Ｎの上部にＵＶカットフィルタが無い領域には、入射光がそのまま入射する。
【０１２０】
図２８は、本実施形態の受光器の構成を示すブロック図である。図２８に示すように、受光器４０１は、光が入射することによって光電流を流す受光部４１０と、光電流に基づいて光の強度を検出するセンサ回路部４２０とを含んでいる。また、センサ回路部４２０は、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ１と、Ａ／ＤコンバーターＡＤＣ２と、減算器２１（演算部）とを備えている。
【０１２１】
＜紫外線強度測定＞
次に、受光器４０１において紫外線強度を検出する原理について説明する。
【０１２２】
図２９は、本実施形態に係るＵＶカットフィルタを透過した光と透過していない光とに対するフォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図である。
【０１２３】
受光器４０１の受光部４１０では、Ｎ型拡散層Ｎの一部分を覆うように第１受光素子ＰＤ１の上部にＵＶカットフィルタ４１１が設けられている。したがって、Ｎ型拡散層Ｎの上部にＵＶカットフィルタが有る領域にはＵＶカットフィルタ４１１を透過した光が入射し、Ｎ型拡散層Ｎの上部にＵＶカットフィルタが無い領域には、入射光がそのまま入射する。
【０１２４】
そのため、第１受光素子ＰＤ１の分光感度特性は、図２９に示す分光感度特性となる。一方で、第２受光素子ＰＤ２の上部にはＵＶカットフィルタ４１１が設けられていないため、第２受光素子ＰＤ２の分光感度特性は、図６に示す分光感度特性となる。
【０１２５】
そして、受光器４０１のセンサ回路部４２０において、減算器２１が、デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２とデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１との差分を演算する。
【０１２６】
減算器２１の演算によって得られた上記差分は、第２受光素子ＰＤ２に入射した光の強度から、第１受光素子ＰＤ１に入射した光の強度を差し引いたものとなる。そのため、受光部４１０全体における分光感度特性は、図３０に示す分光感度特性とみなすことができる。
【０１２７】
上述したように、本実施形態の第１受光素子ＰＤ１では、Ｎ型拡散層Ｎの上部にＵＶカットフィルタが有る領域にはＵＶカットフィルタ４１１を透過した光が入射し、Ｎ型拡散層Ｎの上部にＵＶカットフィルタが無い領域には、入射光がそのまま入射する。
【０１２８】
そのため、本実施形態の図２９と前記実施形態１の図８とを比較すると、フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性が、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域において異なる。具体的には、実施形態１の第１受光素子ＰＤ１のフォトダイオードＰＤ＿ｕｖは、波長が３８０ｎｍ以下の領域における受光感度が極めて小さいのに対して、本実施形態の第１受光素子ＰＤ１のフォトダイオードＰＤ＿ｕｖは、波長が３８０ｎｍ以下の領域における受光感度を一定量有している。
【０１２９】
これにより、図９および図３０が示すように、前記実施形態１の受光器１と比較して、受光器４０１は減算器２１の演算により得られる差分（演算値）は小さくなるが、受光器４０１も受光器１と同様に、紫外線強度を正確に測定することができる。
【０１３０】
また、本実施形態の受光器４０１によれば、ＵＶカットフィルタ４１１が第１受光素子ＰＤ１の上面の全部を覆わなくてもよい。このため、受光器４０１の設計の自由度を増すことができる。
【０１３１】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る受光器（１）は、光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部（センサ回路部２０）とを備えた受光器であって、上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有する第１受光素子（ＰＤ１）及び第２受光素子（ＰＤ２）を備えており、所定の波長領域の光の透過率が、当該波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部（減算器）を備えていることを特徴とする。
【０１３２】
上記の構成によれば、第１受光素子と第２受光素子とは、互いに同一の分光感度特性を備える受光素子であるため、同一の積層構造の受光素子とすることができる。これにより、製造工程が容易となり、製造コストを低減することができる。
【０１３３】
また、上記の構成によれば、第１受光素子には、主に上記所定の波長領域の光を除く光が入射し、第１受光素子は、当該光の強度に応じた光電流を流す。一方で、第２受光素子には、上記所定の波長領域の光を含む光が入射し、第２受光素子は、当該光の強度に応じた光電流を流す。そして、演算部により、第１受光素子の光電流と第２受光素子の光電流との差分を算出することによって、上記所定の波長領域の光の強度を測定することができる。
【０１３４】
本発明の態様２に係る受光器は、上記態様１において、上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、少なくとも紫外線の波長領域の光に対して感度を有しており、上記光学フィルタ（ＵＶカットフィルタ１１）は、紫外線の波長領域の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低い構成であってもよい。
【０１３５】
上記の構成によれば、第１受光素子には、主に紫外線の波長領域の光を除く光が入射し、第１受光素子は、主に紫外線の波長領域を除く光の強度に応じた光電流を流す。一方で、第２受光素子には、紫外線の波長領域の光を含む光が入射し、第２受光素子は、紫外線の波長領域の光を含む光の強度に応じた光電流を流す。そして、演算部により、第１受光素子の光電流と第２受光素子の光電流との差分を算出することによって、紫外線の波長領域の光の強度を測定することができる。
【０１３６】
本発明の態様３に係る受光器は、上記態様２において、上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、紫外線領域、可視光領域、及び赤外線領域の光に対して感度を有する第１の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、第１の期間（第１の測定時間）では、上記第１受光素子を上記第１の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、上記第１の期間とは異なる第２の期間（第２の測定時間）では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第１の状態とし、上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出する構成であってもよい。
【０１３７】
第１の期間における第１受光素子の光電流と第２受光素子の光電流との差分を算出することによって、照度を測定することができる。
【０１３８】
また、上記の構成によれば、紫外線領域、可視光領域、及び赤外線領域の光を、第１の期間における第１受光素子と、第２の期間における第２受光素子とによって受光する。また、赤外線領域の光を、第１の期間における第２受光素子と、第２の期間における第１受光素子とによって受光する。
【０１３９】
すなわち、第１の期間と第２の期間とで、紫外線域、可視光域、及び赤外線域の光に対して感度を有する受光素子と、赤外線域の光に対して感度を有する受光素子との配置を入れ替えて検出を行っているのと同等である。
【０１４０】
そのため、第１受光素子及び第２受光素子へ光が偏って照射された場合でも、偏りや感度のばらつきを生じることなく照度を検出することができる。また、第１受光素子は、紫外線波長領域の光をカットする光学フィルタに覆われているが、光学フィルタによる照度検出への影響を低減することができる。
【０１４１】
本発明の態様４に係る受光器は、上記態様２において、上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、可視光領域及び赤外線領域の光に対して感度を有する第３の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、第１の期間では、上記第１受光素子を上記第３の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第３の状態とし、上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出する構成であってもよい。
【０１４２】
上記の構成によれば、可視光域及び赤外線域の光を、第１の期間における第１受光素子と、第２の期間における第２受光素子とによって受光する。また、赤外線域の光を、第１の期間における第２受光素子と、第２の期間における第１受光素子とによって受光する。
【０１４３】
すなわち、第１の期間と第２の期間とで、可視光域及び赤外線域の光に対して感度を有する受光素子と、赤外線域の光に対して感度を有する受光素子との配置を入れ替えて検出を行っているのと同等である。
【０１４４】
そのため、第１受光素子及び第２受光素子へ光が偏って照射された場合でも、偏りや感度のばらつきを生じることなく照度を検出することができる。
【０１４５】
また、第１受光素子は、紫外線カットフィルタに覆われているが、上記の構成によれば、照度測定における紫外線カットフィルタの影響を低減することができる。
【０１４６】
本発明の態様５に係る受光器は、上記態様３または４において、第２光学フィルタ（ＵＶ／ＩＲカットフィルタ）をさらに備えており、上記第１受光素子及び第２受光素子には、上記第２光学フィルタを透過した光が入射し、上記第２光学フィルタは、赤外線の波長領域の光の透過率が、当該赤外線の波長領域外の光の透過率よりも低い構成であってもよい。
【０１４７】
本発明の態様６に係る携帯型電子機器は、上記態様１〜５の何れかの受光器を備えることを特徴とする。
【０１４８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明は、スマートフォン等の携帯型電子機器に搭載する受光器として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５０】
１、１０１、３０１、４０１  受光器
１０、１１０、２１０、３１０、４１０  受光部
１１、４１１  ＵＶカットフィルタ（光学フィルタ）
２０、１２０、３２０、４２０  センサ回路部（検出部）
２１  減算器（演算部）
Ｉｉｎ、Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２  光電流
ＰＤ１  第１受光素子
ＰＤ２  第２受光素子
【図１】
2015151651.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月26日(2016.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部とを備えた受光器であって、
上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有し、少なくとも紫外線の波長領域の光に対して感度を有する第１受光素子及び第２受光素子を備えており、
紫外線の波長領域の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、
上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、
上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部を備えており、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、紫外線領域、可視光領域、及び赤外線領域の光に対して感度を有する第１の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、
第１の期間では、上記第１受光素子を上記第１の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、
上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第１の状態とし、
上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出することを特徴とする受光器。
【請求項２】
光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部とを備えた受光器であって、
上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有し、少なくとも紫外線の波長領域の光に対して感度を有する第１受光素子及び第２受光素子を備えており、
紫外線の波長領域の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、
上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、
上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部を備えており、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、可視光領域及び赤外線領域の光に対して感度を有する第３の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、
第１の期間では、上記第１受光素子を上記第３の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、
上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第３の状態とし、
上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出することを特徴とする受光器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の受光器を備えることを特徴とする携帯型電子機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る受光器は、光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部とを備えた受光器であって、上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有し、少なくとも紫外線の波長領域の光に対して感度を有する第１受光素子及び第２受光素子を備えており、紫外線の波長領域の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部を備えており、上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、紫外線領域、可視光領域、及び赤外線領域の光に対して感度を有する第１の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、第１の期間では、上記第１受光素子を上記第１の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第１の状態とし、上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出することを特徴とする。
上記の課題を解決するために、本発明の別の一態様に係る受光器は、光が入射することによって光電流を流す受光素子と、上記光電流に基づいて上記光の強度を検出する検出部とを備えた受光器であって、上記受光素子として、互いに隣接して配置され、互いに同一の分光感度特性を有し、少なくとも紫外線の波長領域の光に対して感度を有する第１受光素子及び第２受光素子を備えており、紫外線の波長領域の光の透過率が、当該紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低い光学フィルタを備えており、上記第１受光素子には、上記光学フィルタを透過した光が入射し、上記検出部は、上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分を算出する演算部を備えており、上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、可視光領域及び赤外線領域の光に対して感度を有する第３の状態と、赤外線領域の光に対して感度を有する第２の状態とを切り替え可能であり、第１の期間では、上記第１受光素子を上記第３の状態とし、上記第２受光素子を上記第２の状態とし、上記第１の期間とは異なる第２の期間では、上記第１受光素子を上記第２の状態とし、上記第２受光素子を上記第３の状態とし、上記検出部は、上記第１の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分と、上記第２の期間における上記第１受光素子の光電流と上記第２受光素子の光電流との差分との平均を算出することを特徴とする。
【国際調査報告】
2015151651.tif 000033
2015151651.tif 000034
2015151651.tif 000035
2015151651.tif 000036