(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に配設された基板（３）に、受信用のフォトダイオード（５）が実装されて成る車載用ビーコンヘッドにおいて、
前記フォトダイオード（５）として、シリコン素子が剥き出しになったベアチップ（５ａ）を用い、そのベアチップ（５ａ）の表面に太陽光の内の特定の波長の光を遮断する光学フィルタの膜（５ｂ）を蒸着によって設けるとともに、前記ベアチップ（５ａ）をフィルタ作用をもった前記ケースでもってそのベアチップ（５ａ）の受光面に太陽光が当らないように被い、前記光学フィルタの膜（５ｂ）とケースの一方のフィルタに８００ｎｍ以下の波長の光を遮断させ、他方のフィルタに９００ｎｍ以上の波長の光を遮断させるようにしたことを特徴とする車載用ビーコンヘッド。
【請求項２】
前記ケースのフィルタを８００ｎｍ以下の波長の光を遮断するものとし、前記膜（５ｂ）の光学フィルタを９００ｎｍ以上の波長の光を遮断するものとしたことを特徴とする請求項１に記載の車載用ビーコンヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車載用ビーコンヘッドに係り、詳しくは、光ビーコンの受光部の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：道路交通情報通信システム）は、移動中の車に道路の渋滞や工事等による規制状況、駐車場の位置等の交通情報をリアルタイムに伝えるシステムであるが、その伝送手段の一つである光ビーコンは、アンテナに替わる素子として光学素子を用い、伝送媒体として近赤外域の光を用い、これに変調を加えて通信を行うものである。我が国の警察庁交通局交通規制課が定めた規格（近赤外線式インターフェイス規格、以下、単に規格という）では、アップリンクは８５０ｎｍ±５０ｎｍあるいは９５０ｎｍ±５０ｎｍ域の赤外線によって、また、ダウンリンクは８５０±５０ｎｍの赤外線によって路車間の送受信を行うことになっている。
【０００３】
車載機の発光部では、上記規格により、路上機へ２μＷ／ｃｍ2 以上の到達光量で光を送信するように規定されており、４４７ｍＷの発光源放射束を必要とする。そのため、高輝度のＬＥＤ（発光ダイオード）を複数搭載している。
【０００４】
他方、受光部では、上記規格により、０．７５μＷ／ｃｍ2 の受光感度が必要とされ、この微小信号を日中の太陽光の下で受信できるようにするために、通常、受光素子として大面積のＰＤ（フォトダイオード）を使用してＳＮ比の向上を図っている。
【０００５】
このＰＤはＳｉ（シリコン）で形成されたものが一般の車載機で普及しており、セラミックパッケージに封入され、ガラスエポキシ基板上に半田付けされている。さらに、ＰＤの表面は透明なシリコン系樹脂の膜で覆われて保護されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような受光素子のＰＤが搭載された車載機については、小型化とコストの低減化とともに、以下のような問題点についての改良が求められている。
【０００７】
一つ目は半田クラックの発生の問題である。車載機は、図３に示すように、自動車のフロントガラス５１に面するインストゥルメントパネル５２の上面に載置されるが、そこは昼間は太陽光にさらされて昼夜の温度差が非常に大きくなる場所である。因みに、真夏の昼間には１００℃以上の高温に達する。他方、ＰＤを封入しているセラミックパッケージとそれが搭載されているガラスエポキシ基板の間には大きな熱膨張率の差があるので、大きな温度変化を繰り返し受けると両者の間に介在する半田にクラックが発生する。
【０００８】
二つ目は受光素子のＰＤが受けるノイズの問題である。前記したように、我が国の規格では８５０ｎｍ±５０ｎｍ域の赤外線を用いて受信を行うことになっているが、ＰＤは、路上機から発せられる前記規格内の波長の光だけではなく、太陽光にもさらされ、太陽光は種々の波長の光を含んでいるので、その規格外の波長の光も外乱光（ノイズ）としてＰＤに作用する、という問題である。
【０００９】
上記二つの問題点の内、後者のものについては、現在、車載機５０のケースの光の透過面を８００ｎｍ以下の波長の光は遮断するような透明材料で形成することによって対処しているが、９００ｎｍ以上の波長の光は透過するので、この波長領域の光が外乱光として作用して、ＳＮ比の悪化を引き起こしている。
【００１０】
因みに、ケースに低波長側（８００ｎｍ以下）の光を遮断する作用をもたせているのは、可視領域の光を遮断でき、ケースの中身が見えないという効果があるからである。また、全二重通信を実現するためでもある。
【００１１】
そこで、この発明は、車載機の小型化、コストの低減化とともに、半田クラックの発生を抑制することを第１の課題とし、ケース以外にも、ケースが遮断する波長の範囲とは別の範囲の波長の光の遮断作用を持たせて、そのものとの協働作用によって、規格の範囲内の波長（８００ｎｍ〜９００ｎｍ）の光だけを受光できるようにすることを第２の課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するために、この発明は、前記フォトダイオードとして、ベアチップを実装するようにしたのである。
【００１３】
このようにしたので、ベアチップはシリコン素子が剥き出しになったものであり、同じ有効受光面積を有するものであれば、セラミックパッケージに封入されたものに比べて、パッケージが無い分、実装面積が小さくて済み、車載機全体の小型化を図ることができ、また、コストも低くて済む。コストが低いのは、小さなベアチップをシリコンウエハから切り出す際の歩留りの良さによる。
【００１４】
また、この小型のベアチップで実装することは、半田クラックの発生の問題についても有効である。すなわち、フォトダイオードの形状は矩形が一般的であるが、図４に示すように、その対向する接着辺の距離Ｌが小さいもの、すなわち、表面積が小さいものの方が基板３の膨張（延び）による引っ張りの影響が小さく、半田クラックが発生しにくいが、ベアチップはセラミックパッケージを有さず、チップ全体が小さくなっているので、セラミックパッケージを有するものに比べて半田にかかる力が小さくなり、クラックの発生が抑制されるからである。
【００１５】
また、第２の課題を解決するために、この発明は、前記ベアチップの表面に太陽光の内の特定の波長の光を遮断する光学フィルタの膜を設けたのである。
【００１６】
これは、ベアチップが、前記したように、シリコン素子が剥き出しになったものであり、シリコン素子は温度差の大きな変化を繰り返し受けても、殆ど膨張や収縮をせず、その表面に光学フィルタ膜を蒸着してもひび割れしたりすることがないことに着目したのであり、光学フィルタ膜を蒸着してフィルタ作用を持たせることができるので、そのことにより太陽光の内のノイズとなる光を遮断させることができるからである。
【００１７】
その際、その光学フィルタの膜とともに、前記ケースにもフィルタ作用をもたせ、一方のフィルタに太陽光の内の前記規格の範囲の下限（８００ｎｍ）以下の波長の光を遮断させ、他方のフィルタに前記規格の範囲の上限（９００ｎｍ）以上の波長の光を遮断させるようにすれば、両者のフィルタ作用によって、規格の範囲内の波長の赤外光（８００ｎｍ〜９００ｎｍ）のみを受光できるようにすることができ、ＳＮ比の向上を格段に図ることができる。
【００１８】
特に、上記従来例に対する解決策を例にとるならば、ケース側は８００ｎｍ以下の波長の光を遮断する透明材で形成しているので、ベアチップの側において、その表面に９００ｎｍ以上の波長の光を遮断する光学フィルタ膜を蒸着すれば、両者のフィルタ作用によって８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の赤外光だけを効率よく受光することができるとともに、ケース側においては、その内部を見えないようにする作用を併せ持たせることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１に示すこの実施形態の車載用ビーコンヘッドは、上下二つ割りとなったケース１０の下側のケース（ロワーケース２）内に基板３が配設され、その基板３上に発光素子のＬＥＤ４と受光素子のＰＤ５、並びに、それらを制御する素子６が搭載されている。また、６’は電波ビーコン用のアンテナである。上側のケース（アッパーケース１）は、規格の最少波長である８００ｎｍより小さい波長の光は透過させないような透明材料で形成されている。
【００２０】
基板３はガラスエポキシ樹脂で形成されており、その上には送信素子の規格の最適指向角に合わせた傾斜面を有するスペーサ７が固定されており、そのスペーサ７上に、規格の発光量を満たす個数分（図では６個）のＬＥＤ４が並列されている。このスペーサ７を介することによって、基板３を底面に平行にしたまま、ＬＥＤ４の光軸を最適指向方向に向けてケース１０の高さを低くしている。ケース１０は視界の妨げになるので、できるだけ低い方が好ましいからである。
【００２１】
他方、受光素子のＰＤとしては、５ｍｍ角の正方形のベアチップ５ａが基板３上に三つ並列して搭載されている。この大きさは、規格の０．７５μＷ／ｃｍ2 の受光感度を満たすための有効受光面積を１個で有している大きさのＰＤを三つに分割した表面積のものとなっている。このベアチップ５ａの実装は銀ペーストで行っており、この銀ペーストにより、チップ５ａとガラスエポキシ基板３との熱膨張率の違いによる歪みを吸収している。
【００２２】
ベアチップ５ａは、従来例のＰＤのようにシリコン素子の周囲に設けていたセラミックパッケージや表面のシリコン系の樹脂膜を無くし、シリコン素子が表面に剥き出しになったものである。ＰＤ５をこのようなベアチップ５ａの形で搭載することの利点は、先ず第１に、周囲にセラミックのパッケージが無いので、そうでないものと比べて実装面積が小さく、これはヘッドの小型化に繋がり、そうで無いものに比べてコストも低い。コストが低いことは、主にベアチップをシリコンウエハから切り出す際の歩留りの良さによる。
【００２３】
第２に、前述したように、表面積の小さいものと大きいものとでは、小さいものの方が基板３の膨張（延び）による引っ張りの影響が小さいので、小型のベアチップで搭載することは、セラミックパッケージを有した大型のＰＤに比べて半田クラックが発生しにくくなる。
【００２４】
以上のように、この実施形態では、ＰＤ５をベアチップ５ａの形で搭載することにより、ヘッドの小型化、低コスト化、および半田クラックの抑制という第１の課題を達成しているのである。
【００２５】
次に、この発明の第２の課題として、ケース以外にも、ケースが遮断する波長の範囲とは別の範囲の波長の光の遮断作用を持たせて、そのものとの協働作用で、規格の範囲の波長（８００ｎｍ〜９００ｎｍ）の光だけを受光できるようにすることであるが、このベアチップ５ａは、前記したように、その表面はシリコン素子が剥き出しになったものであり、シリコン素子は温度差の大きな変化を繰り返し受けても、殆ど膨張や収縮をしない。従って、その上に光学フィルタ膜を蒸着してもひび割れしたりすることがないので、光学フィルタ膜を蒸着することができる。
【００２６】
そこで、この実施形態では、前述したように、既に、ケース（アッパーケース１）に８００ｎｍ以下の波長の光を遮断する作用を持たせ、ベアチップ５ａの受光面に太陽光が当らないように被っているので、それに加えて、図１（ｂ）に示すように、ベアチップ５ａの表面に９００ｎｍ以上の波長の光を遮断する光学フィルタ膜５ｂとして、多層の薄膜を蒸着している。
【００２７】
このことにより、図２（ａ）にグラフで示す光学フィルタ膜５ｂのフィルタ作用と、図２（ｂ）にグラフで示す前記アッパーケース１の透明材の低波長側の光（８００ｎｍ以下）の遮断作用とが相乗して、規格内の波長の赤外光（８００ｎｍ〜９００ｎｍ）だけを効率良く受光でき、ＳＮ比を向上させることができる。図２（ｃ）に両フィルタ作用が相乗した結果のグラフを示す。
【００２８】
このことはまた、ＳＮ比の向上という直接的効果とともに、有効受光面積をより小さくできるという間接的効果をももたらし、前記したセラミックパッケージを取り除いたことによる実装面積の縮小化とともに、さらなるヘッドの小型化にも繋がる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の車載用光ビーコンヘッドは、基板に搭載する受光素子のフォトダイオードとしてパッケージに封入されていないシリコン素子が剥き出しとなった小型のベアチップを用いたので、実装面積が小さくて済み、ヘッドの小型化とコストの低減化が図れる。
【００３０】
小型のベアチップは、パッケージに封入された大型のフォトダイオードに比べて、温度変化を受けた際に基板の熱膨張によって基板から受ける力が小さくて済むので、基板とベアチップの間に介在する半田にクラックが発生しにくいという効果ももたらす。
【００３１】
また、ベアチップの表面はシリコンが剥き出しになったものであり、そこに光学フィルタ膜を蒸着しても温度変化に基づくひび割れの問題がなく、そのフィルタ膜によってフィルタ作用を有することができるので、太陽光の中の外乱光を遮断することができてＳＮ比が向上するという効果がある。
【００３２】
さらに、そのＳＮ比の向上に基づいて有効受光面積を小さくできるので、パッケージが無くなることによる実装面積の縮小化とともに、ヘッドの小型化をより促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）に実施形態の分解斜視図を示し、（ｂ）にその要部を斜視図で示したものである。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にケースとベアチップのフィルタ作用をグラフで示したものである。
【図３】車載用光ビーコンヘッドの使用状態を示す図である。
【図４】小さいチップで搭載した方が半田クラックを起こしにくいことを示す模式図である。
【符号の説明】
１  アッパーケース
２  ロワーケース
３  基板
４  ＬＥＤ（発光素子）
５  ＰＤ（フォトダイオード）
５ａ  ベアチップ
５ｂ  光学フィルタ膜
１０  ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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