光センサ、及び、その製造方法
【課題】光の左右比の検出精度の低下が抑制された光センサ、及び、その製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板（１０）に受光素子（２０）が形成され、受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、遮光膜（４０）に透光用の開口部（５０）が形成された光センサであって、仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の受光素子（２１，２２）及び一対の開口部（５１，５２）を有し、形成面（１０ａ）に直交する高さ方向に沿う光を、開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に照射した際に、一対の受光素子（２１，２２）から出力される出力信号に基づいて、高さ方向に沿う光が開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に入射した際に出力される一対の受光素子（２１，２２）の出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する。
【解決手段】半導体基板（１０）に受光素子（２０）が形成され、受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、遮光膜（４０）に透光用の開口部（５０）が形成された光センサであって、仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の受光素子（２１，２２）及び一対の開口部（５１，５２）を有し、形成面（１０ａ）に直交する高さ方向に沿う光を、開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に照射した際に、一対の受光素子（２１，２２）から出力される出力信号に基づいて、高さ方向に沿う光が開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に入射した際に出力される一対の受光素子（２１，２２）の出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に受光素子が複数形成され、半導体基板における受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、遮光膜に、透光用の開口部が形成された光センサ、及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、半導体基板にフォトダイオードが複数形成され、その形成面上に透光性を有する透光層が形成され、その透光層に遮光性を有する遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが複数形成された光センサが提案されている。この光センサでは、遮光マスクの光伝播エリアによって、フォトダイオードの受光面に入射する光の範囲が規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許６８７５９７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される光センサでは、対を成す２つのフォトダイオードが左右方向に隣接しており、これら２つのフォトダイオードそれぞれの受光面に入射する光の範囲が、２つのフォトダイオードの上方に位置する１つの光伝播エリアによって規定されている。したがって、左方から光センサに光が入射した場合、右方のフォトダイオードの出力信号が、左方のフォトダイオードの出力信号よりも大きくなる。これとは反対に、右方から光センサに光が入射した場合、左方のフォトダイオードの出力信号が、右方のフォトダイオードの出力信号よりも大きくなる。したがって、対を成す２つのフォトダイオードの出力信号を比べることで、光が左方から入射しているのか、右方から入射しているのかを検出することが可能となっている。
【０００５】
ところで、上記構成では、左方のフォトダイオードの出力信号を、対を成す２つのフォトダイオードの出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、右方のフォトダイオードの出力信号を、対を成す２つのフォトダイオードの出力信号の総和によって割った値（第２の値）と、を算出し、これら２つの値の比をとることで、光が、光センサに対して左方からどれくらい入射しているのか、若しくは、右方からどれくらい入射しているのか、を検出することができる。すなわち、光の左右比を検出することができる。
【０００６】
しかしながら、上記したように、特許文献１では、フォトダイオードの形成面（受光面）上に、透光層を介して遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが形成されている。この光伝播エリアに製造バラツキが生じると、上記した左右比の検出精度が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、光の左右比の検出精度の低下が抑制された光センサ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、半導体基板（１０）における受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、透光用の開口部（５０）が形成され、該開口部（５０）を介した光を受光素子（２０）にて受光する光センサであって、形成面（１０ａ）の一方向に沿う仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の受光素子（２１，２２）が半導体基板（１０）に形成され、仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の開口部（５１，５２）が、一対の受光素子（２１，２２）に対応して遮光膜（４０）に形成され、形成面（１０ａ）に直交する高さ方向に沿って、形成面（１０ａ）へ投影された一対の開口部（５１，５２）それぞれの投影面の一部が対応する受光素子の受光面に重なっており、高さ方向に沿う光を、開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に照射した際に、一対の受光素子（２１，２２）から出力される出力信号に基づいて、高さ方向に沿う光が開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に入射した際に出力される一対の受光素子（２１，２２）それぞれの出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する補正部（６０）を有することを特徴とする。
【０００９】
このように本発明によれば、一対の受光素子（２１，２２）及び一対の開口部（５１，５２）それぞれが仮想直線（ＶＬ）を介して線対称となっている。そして、開口部（５１，５２）の投影面の一部が対応する受光素子（２１，２２）の受光面に重なっている。これによれば、高さ方向に沿う光が、開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に入射した際に、一対の受光素子（２１，２２）それぞれから出力される出力信号（以下、基準信号と示す）が、同一となることが期待される。しかしながら、上記した開口部（５１，５２）に製造バラツキが生じると、その製造ばらつきの分、受光面と投影面との重なり面積が異なり、基準信号が異なることとなる。この結果、一方の受光素子（２１）の出力信号を２つの受光素子（２１，２２）の出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、他方の受光素子（２２）の出力信号を２つの受光素子（２１，２２）の出力信号の総和によって割った値（第２の値）とが異なり、これら２つの値の比である、光の左右比の検出精度が低下する虞がある。
【００１０】
これに対して、請求項１に記載の発明では、一対の受光素子（２１，２２）それぞれの基準信号に基づいて、基準信号が一致するように、各受光素子（２１，２２）の出力信号を補正する。これによれば、各受光素子（２１，２２）の出力信号に含まれていた、開口部（５１，５２）の製造バラツキが補正されるので、光の左右比の検出精度の低下が抑制される。
【００１１】
請求項２に記載のように、一対の受光素子（２１，２２）の内の一方の受光素子（２１）の出力信号をＳ１、他方の出力信号をＳ２、高さ方向に沿う光が開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２１）に入射した際の出力信号Ｓ１をＳＶ１、出力信号Ｓ２をＳＶ２とすると、補正部（６０）は、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を記憶しており、（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正する構成が好適である。
【００１２】
請求項１に記載のように、形成面（１０ａ）に透光膜（３０）と遮光膜（４０）とが積層されているが、これらを積層する過程において、設計時の膜（３０，４０）形状及び開口部（５１，５２）の形状を維持した状態で平行移動するように、膜（３０，４０）の配置位置がずれる虞がある。配置位置がずれると、一対の受光素子（２１，２２）の内の一方の受光素子（２１）の受光面と対応する開口部（５１）の投影面との重なり面積（以下、第１重なり面積Ｊ１と示す）が減少し、他方の受光素子（２２）の受光面と対応する開口部（５２）の投影面との重なり面積（以下、第２重なり面積Ｊ２と示す）が増大する。
【００１３】
減少量と増大量とは同一であり、その量は、配置位置のずれ（開口部の製造ばらつき）に一致する（以下、ずれ量をΔＪと示す）。したがって、製造ばらつきのない場合の重なり面積（設計面積）をＪとすると、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪが成立する。
【００１４】
重なり面積Ｊ１，Ｊ２と出力信号ＳＶ１，ＳＶ２とは比例関係にある。そのため、近似的に、ＳＶ１／ＳＶ２＝Ｊ１／Ｊ２が成立する。この式に、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪを代入して、ΔＪについて解くと、ΔＪ＝Ｊ×（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）＝ＪΔＧ１となる。したがって、製造ばらつきのない場合の受光素子（２１，２２）の出力信号をＳＶとすると、製造ばらつきによる出力信号のずれ量ΔＳは、ＳＶΔＧ１と表される。
【００１５】
一方の受光素子（２１）では、重なり面積が減少したので、出力信号がΔＳだけ減ったことになる。したがって、一方の出力信号Ｓ１にΔＳだけ加算すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１＋ΔＧ１）Ｓ１と表される。反対に、他方の受光素子（２２）では、重なり面積が増大したので、出力信号がΔＳだけ増えたことになる。したがって、他方の出力信号Ｓ２からΔＳだけ差分すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１−ΔＧ１）Ｓ２と表される。
【００１６】
以上、示したように、（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２が補正される。なお、上記した重なり面積の減少と増大とは、出力信号ＳＶ１、ＳＶ２を比較すれば判定することができる。
【００１７】
請求項３に記載のように、補正部（６０）は、第２補正数ΔＧ２＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１を算出し、（１＋ΔＧ２）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ２）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正する構成を採用することもできる。
【００１８】
上記した（１＋ΔＧ２）は２Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１、（１−ΔＧ２）は２Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１と表すことができる。これらの第２項は、請求項２の作用効果で説明したように、製造ばらつきを補正する項であり、第１項は、請求項１の作用効果で説明した、第１の値、第２の値の２倍の値である。光の入射角度が、高さ方向から左右に変化すると、光の入射面積が変動し、出力信号の絶対値が変動する。その変動量は、上記した光の入射角度に比例し、その入射角度は、上記した第１の値、第２の値によって、概略的に表される。したがって、請求項２に記載のように、（１＋ΔＧ２）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ２）を出力信号Ｓ２に乗算することで、製造ばらつきが抑制され、且つ、光の入射角度に依存し難い出力信号を得ることができる。これにより、光の日射量を検出することができる。
【００１９】
請求項４に記載のように、形成面（１０ａ）に沿い、仮想直線（ＶＬ）に直交する方向に投影面の一部が受光面から突出して、投影面と受光面とが形成面（１０ａ）上に成す平面形状が略凸形状を成した構成が好適である。
【００２０】
説明を簡便とするために、仮想直線（ＶＬ）に沿う方向を前後方向、形成面（１０ａ）に沿い、仮想直線（ＶＬ）に直交する方向を左右方向と示す。これによれば、投影面と受光面とが成す平面形状が、投影面の一部が左右方向に突出する、略凸形状を成していることとなる。この構成の場合、投影面の前後方向に、受光面が位置するので、透光膜（３０）と遮光膜（４０）の配置位置が、左右方向だけではなく、前後方向にずれていたとしても、前後方向へのずれによって、重なり面積が増減することが抑制される。これにより、左右比の検出精度が、製造ばらつきによって低下することがより効果的に抑制される。
【００２１】
請求項５に記載のように、遮光膜（４０）は、透光膜（３０）に多層に形成され、各層の遮光膜（４０）に形成された開口部（５０）によって、光の仰角が規定された構成が良い。これによれば、一対の受光素子（２１，２２）の間に、多層の遮光膜（４０）が位置するので、ある開口部（５１）から入射した光が、その開口部（５１）と対応する受光素子（２１）以外の受光素子（２２）に入射することが抑制される。これにより、各受光素子（２１，２２）の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。
【００２２】
請求項６〜８に記載の発明の作用効果は、請求項１〜５いずれかに記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】補正部の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図４】光センサの変形例を示す平面図である。
【図５】光センサの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る光センサを車両に搭載した場合の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、補正部の概略構成を説明するためのブロック図である。なお、図１では、後述する受光素子２１，２２を破線で示し、重なり面積Ｊ１，Ｊ２にハッチングを入れ、補正部６０を省略している。また、以下においては、受光素子２０の形成面１０ａに沿い、車両の前後を貫く方向を前後方向、形成面１０ａに沿い、車両の左右を貫く方向を左右方向と示す。そして、形成面１０ａに直交する方向を高さ方向と示す。
【００２５】
光センサ１００は、車両のフロントパネルに搭載され、主として、太陽の位置を検出するのに使用される。光センサ１００は、図１〜図３に示すように、要部として、半導体基板１０と、受光素子２０と、透光膜３０と、遮光膜４０と、開口部５０と、補正部６０と、を有する。半導体基板１０の形成面１０ａ側に受光素子２０が形成され、受光素子２０の形成面１０ａ上に透光膜３０が形成され、透光膜３０に遮光膜４０が形成されている。そして、遮光膜４０には、透光用の開口部５０が形成され、この開口部５０を介して、光が受光素子２０に入射するようになっている。受光素子２０の出力信号は、ＡＤ変換回路（図示略）にてデジタル信号に変換された後、補正部６０に出力され、補正部６０にて補正された後、外部素子（図示略）に出力される。
【００２６】
半導体基板１０は、矩形状を成し、上記した受光素子２０や、補正部６０を構成する電子素子（図示略）が形成されている。これら電子素子は、半導体基板１０に形成された配線パターン（図示略）を介して電気的に接続されている。
【００２７】
受光素子２０は、光を電気信号に変換するものである。本実施形態に係る受光素子２０は、ＰＮ接合を有するフォトダイオードであり、半導体基板１０の形成面１０ａ側に形成されている。図１に示すように、形成面１０ａには、前後方向に沿う仮想直線ＶＬを介して線対称の関係にある一対の受光素子２１，２２が形成されている。
【００２８】
透光膜３０は、光透過性と絶縁性とを有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアクリル樹脂がある。図２に示すように、透光膜３０は、形成面１０ａ上に、一層形成されている。
【００２９】
遮光膜４０は、遮光性と導電性を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアルミニウムがある。図２に示すように、遮光膜４０は、透光膜３０に一層形成され、透光用の開口部５０が形成されている。なお、図示しないが、遮光膜４０は、半導体基板１０に形成された配線パターンと電気的に接続しており、各電子素子を電気的に接続する配線としての機能も果たすようになっている。
【００３０】
開口部５０は、受光素子２０に入射する光を規定するものである。図１に示すように、遮光膜４０には、仮想直線ＶＬを介して線対称の関係にある一対の開口部５１，５２が形成されている。これら開口部５１，５２によって、受光素子２１，２２に入射する光の仰角が規定され、開口部５１，５２と受光素子２１，２２との配置位置によって、受光素子２１，２２に入射する光の左右角が規定されている。
【００３１】
補正部６０は、受光素子２１，２２の出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正するものである。補正部６０は、後述する第１補正数ΔＧ１を記憶し、第１補正数ΔＧ１を入力信号に乗算する乗算部６１と、受光素子２１，２２の出力信号と乗算部６１の出力信号とを演算する演算部６２と、を有する。
【００３２】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の製造方法を説明する。先ず、仮想直線ＶＬを介して線対称となるように、一対の受光素子２１，２２を形成面１０ａ側に形成する。以上が、素子形成工程である。
【００３３】
該素子形成工程後、一対の開口部５１，５２が仮想直線ＶＬを介して線対称となるように、透光膜３０と遮光膜４０を形成面１０ａ上に形成する。以上が、膜形成工程である。
【００３４】
該膜形成工程後、高さ方向に沿う光を、開口部５１，５２を介して受光素子２１，２２に照射して、一対の受光素子２１，２１それぞれの出力信号ＳＶ１，ＳＶ２を検出する。そして、ＳＶ１とＳＶ２とを比較し、ＳＶ１がＳＶ２よりも低い場合、第１補正数ΔＧ１として、（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を乗算部６１に記憶する。そして、演算部６２が、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算するようにプログラムする。反対に、ＳＶ１がＳＶ２よりも大きい場合、第１補正数ΔＧ１として、（ＳＶ１−ＳＶ２）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を乗算部６１に記憶する。そして、演算部６２が（１−ΔＧ１）Ｓ１、及び、（１＋ΔＧ１）Ｓ２を演算するようにプログラムする。以上が、記憶工程である。
【００３５】
以上の工程を実施することで、光センサ１００が製造される。本実施形態では、ＳＶ１がＳＶ２よりも低く、乗算部６１には、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）が記憶されているとする。また、演算部６２は（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算するようにプログラムされているとする。
【００３６】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の特徴点を説明する。上記したように、対を成す受光素子２１，２２は仮想直線ＶＬに対して線対称となり、対を成す開口部５１，５２は、仮想直線ＶＬに対して線対称となっている。そして、第１受光素子２１が仮想直線ＶＬから左方に位置し、第２受光素子２２が仮想直線ＶＬから右方に位置している。同じく、第１開口部５１が仮想直線ＶＬから左方に位置し、第２開口部５２が仮想直線ＶＬから右方に位置している。
【００３７】
図１に示すように、高さ方向に沿う光によって形成面１０ａに投影された、開口部５１，５２の投影面の一部が、対応する受光素子２１，２２の受光面に重なっている。これにより、高さ方向に沿う光を、開口部５１，５２を介して受光素子２１，２２に照射した際に、受光素子２１，２２から出力される出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が同一となることが期待される。
【００３８】
また、図１に示すように、投影面の残りの一部が、左右方向に沿って、受光面から仮想直線ＶＬ側に突出して、投影面と受光面とが形成面１０ａ上に成す平面形状が略凸形状を成している。この形状により、第１受光素子２１は、第１開口部５１を介して右方から入射してくる光を受光し易く、左方から入射してくる光を受光し難くなっている。反対に、第２受光素子２２は、第２開口部５２を介して左方から入射してくる光を受光し易く、右方から入射してくる光を受光し難くなっている。また、第１受光素子２１は、第１開口部５１を介して右前方及び右後方から入射してくる光を、右方から入射してくる光と同程度に受光し、光の前後方向の成分に依存し難くなっている。同じく、第２受光素子２２は、第２開口部５２を介して左前方及び左後方から入射してくる光を、左方から入射してくる光と同程度に受光し、光の前後方向の成分に依存し難くなっている。
【００３９】
補正部６０は、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２に基づいて、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が互いに一致するように、受光素子２１，２２の出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正するものである。乗算部６１からは、ΔＧ１が出力信号Ｓ１，Ｓ２に乗算された、ΔＧ１Ｓ１，ΔＧ１Ｓ２が出力され、この出力信号が演算部６２に入力される。演算部６２は、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算し、演算した信号を外部素子に出力する。なお、この演算が、特許請求の範囲に記載の「（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算する」、に相当する。
【００４０】
外部素子では、演算部６２の出力信号、すなわち、補正部６０によって補正された受光素子２１，２２の出力信号（１＋ΔＧ１）Ｓ１，（１−ΔＧ１）Ｓ２に基づいて、補正後の第１受光素子２１の出力信号を補正後の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、補正後の第２受光素子２２の出力信号を補正後の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第２の値）とを算出する。そして、これら２つの値の比である、光の左右比を算出する。この左右比によって、光の入射角度を概算する。また、左右比と、補正後の受光素子２１，２２の出力信号（１＋ΔＧ１）Ｓ１，（１−ΔＧ１）Ｓ２とに基づいて、光の照射量を概算する。
【００４１】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、高さ方向に沿う光を、開口部５１，５２を介して受光素子２１，２２に照射した際に、受光素子２１，２２から出力される出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が同一となることが期待される。しかしながら、開口部５１，５２に製造バラツキが生じると、その製造ばらつきの分、受光面と投影面との重なり面積が異なり、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が異なることとなる。この結果、上記した第１の値と第２の値とが異なり、これら２つの値の比である、光の左右比の検出精度が低下する虞がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態では、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２に基づいて、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が互いに一致するように、出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正する。これによれば、各受光素子２１，２２の出力信号に含まれていた、開口部５１，５２の製造バラツキが補正されるので、光の左右比の検出精度の低下が抑制される。
【００４３】
乗算部６１は、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を記憶し、ΔＧ１を出力信号Ｓ１，Ｓ２に乗算して出力し、演算部６２は、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算する。
【００４４】
形成面１０ａに透光膜３０と遮光膜４０とが積層されているが、これらを積層する過程において、設計時の膜３０，４０の形状及び開口部５０の形状を維持した状態で平行移動するように、膜３０，４０の配置位置がずれる虞がある。配置位置がずれると、第１受光素子２１の受光面と対応する第１開口部５１の投影面との重なり面積（以下、第１重なり面積Ｊ１と示す）が減少し、第２受光素子２２の受光面と対応する第２開口部５２の投影面との重なり面積（以下、第２重なり面積Ｊ２と示す）が増大する。若しくは、第１重なり面積Ｊ１が増大し、第２重なり面積Ｊ２が減少する。重なり面積Ｊ１，Ｊ２と出力信号ＳＶ１，ＳＶ２とは比例関係にあり、本実施形態では、ＳＶ１がＳＶ２よりも低くなっているので、第１重なり面積Ｊ１が減少し、第２重なり面積Ｊ２が増大していることとなる。
【００４５】
減少量と増大量とは同一であり、その量は、配置位置のずれ（開口部５０の製造ばらつき）に一致する（以下、ずれ量をΔＪと示す）。したがって、製造ばらつきのない場合の重なり面積（設計面積）をＪとすると、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪが成立する。
【００４６】
上記したように、重なり面積Ｊ１，Ｊ２と出力信号ＳＶ１，ＳＶ２とは比例関係にある。そのため、近似的に、ＳＶ１／ＳＶ２＝Ｊ１／Ｊ２が成立する。この式に、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪを代入して、ΔＪについて解くと、ΔＪ＝Ｊ×（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）＝ＪΔＧ１となる。したがって、製造ばらつきのない場合の受光素子２１，２２の出力信号をＳＶとすると、製造ばらつきによる出力信号のずれ量ΔＳは、ＳＶΔＧ１と表される。
【００４７】
第１受光素子２１では、重なり面積が減少したので、出力信号がΔＳだけ減ったことになる。したがって、出力信号Ｓ１にΔＳだけ加算すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１＋ΔＧ１）Ｓ１と表される。反対に、第２受光素子２２では、重なり面積が増大したので、出力信号がΔＳだけ増えたことになる。したがって、出力信号Ｓ２からΔＳだけ差分すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１−ΔＧ１）Ｓ２と表される。
【００４８】
以上、示したように、（１＋ΔＧ１）Ｓ１を演算し、（１−ΔＧ１）Ｓ２に演算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２が補正される。
【００４９】
図１に示すように、投影面と受光面とが成す平面形状が、投影面の一部が左右方向に突出する、略凸形状を成している。この構成の場合、投影面の前後方向に、受光面が位置するので、透光膜３０と遮光膜４０の配置位置が、左右方向だけではなく、前後方向にずれていたとしても、前後方向へのずれによって、重なり面積が増減することが抑制される。これにより、左右比の検出精度が、製造ばらつきによって低下することがより効果的に抑制される。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５１】
本実施形態では、光センサ１００が車両に搭載された例を示した。しかしながら、光センサ１００の適用としては、上記例に限定されない。
【００５２】
本実施形態では、乗算部６１からは、ΔＧ１が出力信号Ｓ１，Ｓ２に乗算された、ΔＧ１Ｓ１，ΔＧ１Ｓ２が出力される例を示した。しかしながら、乗算部６１は、出力信号Ｓ１，Ｓ２が入力される度に、第２補正数ΔＧ２＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１を算出し、これを乗算したΔＧ２Ｓ１，ΔＧ２Ｓ２を出力してもよい。この場合、演算部６２は、乗算部６１の出力信号ΔＧ２Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ２）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ２Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ２）Ｓ２を演算し、演算した信号を外部素子に出力する。
【００５３】
上記した（１＋ΔＧ２）は２Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１、（１−ΔＧ２）は２Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１と表すことができる。これらの第２項は、製造ばらつきを補正する項であり、第１項は、補正前の第１受光素子２１の出力信号を補正前の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、補正前の第２受光素子２２の出力信号を補正前の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第２の値）の２倍の値である。光の入射角度が、高さ方向から左右に変化すると、光の入射面積が変動し、出力信号Ｓ１、Ｓ２の絶対値が変動する。その変動量は、上記した光の入射角度に比例し、その入射角度は、上記した第１の値、第２の値によって、概略的に表される。したがって、上記したように、（１＋ΔＧ２）Ｓ１を演算し、（１−ΔＧ２）Ｓ２を演算することで、製造ばらつきが抑制され、且つ、光の入射角度に依存し難い出力信号を得ることができる。これにより、光の日射量を検出することができる。
【００５４】
本実施形態では、図１に示すように、一対の受光素子２１，２２及び一対の開口部５１，５２が左右方向に並んだ例を示した。しかしながら、一対の受光素子２１，２２及び一対の開口部５１，５２それぞれの形状が線対称な構造を有していれば良く、それぞれの配置位置は上記例に限定されない。図４に示すように、一対の受光素子２１，２２及び一対の開口部５１，５２が、前後方向にずれて、左右方向に並んでいなくとも良い。図４は、光センサの変形例を示す平面図である。
【００５５】
本実施形態では、一対の受光素子２１，２２が半導体基板１０に形成された例を示した。しかしながら、対を成す受光素子２０の組み数としては、２組以上でもよい。例えば、図５に示すように、前後方向に対を成す受光素子２３，２４が形成されても良い。図５は、光センサの変形例を示す平面図である。
【００５６】
本実施形態では、透光膜３０が１層であり、遮光膜４０が１層である例を示した。しかしながら、透光膜３０及び遮光膜４０それぞれの層数は上記例に限定されず、例えば、透光膜３０が２層であり、遮光膜４０が２層である構成を採用することもできる。これによれば、一対の受光素子２１，２２の間に、多層の遮光膜４０が位置するので、ある開口部５０から入射した光が、その開口部５０と対応する受光素子２０以外の受光素子２０に入射することが抑制される。これにより、各受光素子２０の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。
【００５７】
本実施形態では、遮光膜４０が、遮光性と導電性を有する材料から成る例を示した。しかしながら、遮光膜４０によって、半導体基板１０に形成された各電子素子を電気的に接続しなくとも良い場合、遮光膜４０を、光を吸収する性質を有する材料によって形成しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・・半導体基板
２０・・・受光素子
３０・・・透光膜
４０・・・遮光膜
５０・・・開口部
６０・・・補正部
１００・・・光センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に受光素子が複数形成され、半導体基板における受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、遮光膜に、透光用の開口部が形成された光センサ、及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、半導体基板にフォトダイオードが複数形成され、その形成面上に透光性を有する透光層が形成され、その透光層に遮光性を有する遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが複数形成された光センサが提案されている。この光センサでは、遮光マスクの光伝播エリアによって、フォトダイオードの受光面に入射する光の範囲が規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許６８７５９７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される光センサでは、対を成す２つのフォトダイオードが左右方向に隣接しており、これら２つのフォトダイオードそれぞれの受光面に入射する光の範囲が、２つのフォトダイオードの上方に位置する１つの光伝播エリアによって規定されている。したがって、左方から光センサに光が入射した場合、右方のフォトダイオードの出力信号が、左方のフォトダイオードの出力信号よりも大きくなる。これとは反対に、右方から光センサに光が入射した場合、左方のフォトダイオードの出力信号が、右方のフォトダイオードの出力信号よりも大きくなる。したがって、対を成す２つのフォトダイオードの出力信号を比べることで、光が左方から入射しているのか、右方から入射しているのかを検出することが可能となっている。
【０００５】
ところで、上記構成では、左方のフォトダイオードの出力信号を、対を成す２つのフォトダイオードの出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、右方のフォトダイオードの出力信号を、対を成す２つのフォトダイオードの出力信号の総和によって割った値（第２の値）と、を算出し、これら２つの値の比をとることで、光が、光センサに対して左方からどれくらい入射しているのか、若しくは、右方からどれくらい入射しているのか、を検出することができる。すなわち、光の左右比を検出することができる。
【０００６】
しかしながら、上記したように、特許文献１では、フォトダイオードの形成面（受光面）上に、透光層を介して遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが形成されている。この光伝播エリアに製造バラツキが生じると、上記した左右比の検出精度が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、光の左右比の検出精度の低下が抑制された光センサ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、半導体基板（１０）における受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、透光用の開口部（５０）が形成され、該開口部（５０）を介した光を受光素子（２０）にて受光する光センサであって、形成面（１０ａ）の一方向に沿う仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の受光素子（２１，２２）が半導体基板（１０）に形成され、仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の開口部（５１，５２）が、一対の受光素子（２１，２２）に対応して遮光膜（４０）に形成され、形成面（１０ａ）に直交する高さ方向に沿って、形成面（１０ａ）へ投影された一対の開口部（５１，５２）それぞれの投影面の一部が対応する受光素子の受光面に重なっており、高さ方向に沿う光を、開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に照射した際に、一対の受光素子（２１，２２）から出力される出力信号に基づいて、高さ方向に沿う光が開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に入射した際に出力される一対の受光素子（２１，２２）それぞれの出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する補正部（６０）を有することを特徴とする。
【０００９】
このように本発明によれば、一対の受光素子（２１，２２）及び一対の開口部（５１，５２）それぞれが仮想直線（ＶＬ）を介して線対称となっている。そして、開口部（５１，５２）の投影面の一部が対応する受光素子（２１，２２）の受光面に重なっている。これによれば、高さ方向に沿う光が、開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２２）に入射した際に、一対の受光素子（２１，２２）それぞれから出力される出力信号（以下、基準信号と示す）が、同一となることが期待される。しかしながら、上記した開口部（５１，５２）に製造バラツキが生じると、その製造ばらつきの分、受光面と投影面との重なり面積が異なり、基準信号が異なることとなる。この結果、一方の受光素子（２１）の出力信号を２つの受光素子（２１，２２）の出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、他方の受光素子（２２）の出力信号を２つの受光素子（２１，２２）の出力信号の総和によって割った値（第２の値）とが異なり、これら２つの値の比である、光の左右比の検出精度が低下する虞がある。
【００１０】
これに対して、請求項１に記載の発明では、一対の受光素子（２１，２２）それぞれの基準信号に基づいて、基準信号が一致するように、各受光素子（２１，２２）の出力信号を補正する。これによれば、各受光素子（２１，２２）の出力信号に含まれていた、開口部（５１，５２）の製造バラツキが補正されるので、光の左右比の検出精度の低下が抑制される。
【００１１】
請求項２に記載のように、一対の受光素子（２１，２２）の内の一方の受光素子（２１）の出力信号をＳ１、他方の出力信号をＳ２、高さ方向に沿う光が開口部（５１，５２）を介して受光素子（２１，２１）に入射した際の出力信号Ｓ１をＳＶ１、出力信号Ｓ２をＳＶ２とすると、補正部（６０）は、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を記憶しており、（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正する構成が好適である。
【００１２】
請求項１に記載のように、形成面（１０ａ）に透光膜（３０）と遮光膜（４０）とが積層されているが、これらを積層する過程において、設計時の膜（３０，４０）形状及び開口部（５１，５２）の形状を維持した状態で平行移動するように、膜（３０，４０）の配置位置がずれる虞がある。配置位置がずれると、一対の受光素子（２１，２２）の内の一方の受光素子（２１）の受光面と対応する開口部（５１）の投影面との重なり面積（以下、第１重なり面積Ｊ１と示す）が減少し、他方の受光素子（２２）の受光面と対応する開口部（５２）の投影面との重なり面積（以下、第２重なり面積Ｊ２と示す）が増大する。
【００１３】
減少量と増大量とは同一であり、その量は、配置位置のずれ（開口部の製造ばらつき）に一致する（以下、ずれ量をΔＪと示す）。したがって、製造ばらつきのない場合の重なり面積（設計面積）をＪとすると、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪが成立する。
【００１４】
重なり面積Ｊ１，Ｊ２と出力信号ＳＶ１，ＳＶ２とは比例関係にある。そのため、近似的に、ＳＶ１／ＳＶ２＝Ｊ１／Ｊ２が成立する。この式に、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪを代入して、ΔＪについて解くと、ΔＪ＝Ｊ×（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）＝ＪΔＧ１となる。したがって、製造ばらつきのない場合の受光素子（２１，２２）の出力信号をＳＶとすると、製造ばらつきによる出力信号のずれ量ΔＳは、ＳＶΔＧ１と表される。
【００１５】
一方の受光素子（２１）では、重なり面積が減少したので、出力信号がΔＳだけ減ったことになる。したがって、一方の出力信号Ｓ１にΔＳだけ加算すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１＋ΔＧ１）Ｓ１と表される。反対に、他方の受光素子（２２）では、重なり面積が増大したので、出力信号がΔＳだけ増えたことになる。したがって、他方の出力信号Ｓ２からΔＳだけ差分すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１−ΔＧ１）Ｓ２と表される。
【００１６】
以上、示したように、（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２が補正される。なお、上記した重なり面積の減少と増大とは、出力信号ＳＶ１、ＳＶ２を比較すれば判定することができる。
【００１７】
請求項３に記載のように、補正部（６０）は、第２補正数ΔＧ２＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１を算出し、（１＋ΔＧ２）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ２）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正する構成を採用することもできる。
【００１８】
上記した（１＋ΔＧ２）は２Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１、（１−ΔＧ２）は２Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１と表すことができる。これらの第２項は、請求項２の作用効果で説明したように、製造ばらつきを補正する項であり、第１項は、請求項１の作用効果で説明した、第１の値、第２の値の２倍の値である。光の入射角度が、高さ方向から左右に変化すると、光の入射面積が変動し、出力信号の絶対値が変動する。その変動量は、上記した光の入射角度に比例し、その入射角度は、上記した第１の値、第２の値によって、概略的に表される。したがって、請求項２に記載のように、（１＋ΔＧ２）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ２）を出力信号Ｓ２に乗算することで、製造ばらつきが抑制され、且つ、光の入射角度に依存し難い出力信号を得ることができる。これにより、光の日射量を検出することができる。
【００１９】
請求項４に記載のように、形成面（１０ａ）に沿い、仮想直線（ＶＬ）に直交する方向に投影面の一部が受光面から突出して、投影面と受光面とが形成面（１０ａ）上に成す平面形状が略凸形状を成した構成が好適である。
【００２０】
説明を簡便とするために、仮想直線（ＶＬ）に沿う方向を前後方向、形成面（１０ａ）に沿い、仮想直線（ＶＬ）に直交する方向を左右方向と示す。これによれば、投影面と受光面とが成す平面形状が、投影面の一部が左右方向に突出する、略凸形状を成していることとなる。この構成の場合、投影面の前後方向に、受光面が位置するので、透光膜（３０）と遮光膜（４０）の配置位置が、左右方向だけではなく、前後方向にずれていたとしても、前後方向へのずれによって、重なり面積が増減することが抑制される。これにより、左右比の検出精度が、製造ばらつきによって低下することがより効果的に抑制される。
【００２１】
請求項５に記載のように、遮光膜（４０）は、透光膜（３０）に多層に形成され、各層の遮光膜（４０）に形成された開口部（５０）によって、光の仰角が規定された構成が良い。これによれば、一対の受光素子（２１，２２）の間に、多層の遮光膜（４０）が位置するので、ある開口部（５１）から入射した光が、その開口部（５１）と対応する受光素子（２１）以外の受光素子（２２）に入射することが抑制される。これにより、各受光素子（２１，２２）の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。
【００２２】
請求項６〜８に記載の発明の作用効果は、請求項１〜５いずれかに記載の発明の作用効果と同等なので、その記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】補正部の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図４】光センサの変形例を示す平面図である。
【図５】光センサの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る光センサを車両に搭載した場合の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、補正部の概略構成を説明するためのブロック図である。なお、図１では、後述する受光素子２１，２２を破線で示し、重なり面積Ｊ１，Ｊ２にハッチングを入れ、補正部６０を省略している。また、以下においては、受光素子２０の形成面１０ａに沿い、車両の前後を貫く方向を前後方向、形成面１０ａに沿い、車両の左右を貫く方向を左右方向と示す。そして、形成面１０ａに直交する方向を高さ方向と示す。
【００２５】
光センサ１００は、車両のフロントパネルに搭載され、主として、太陽の位置を検出するのに使用される。光センサ１００は、図１〜図３に示すように、要部として、半導体基板１０と、受光素子２０と、透光膜３０と、遮光膜４０と、開口部５０と、補正部６０と、を有する。半導体基板１０の形成面１０ａ側に受光素子２０が形成され、受光素子２０の形成面１０ａ上に透光膜３０が形成され、透光膜３０に遮光膜４０が形成されている。そして、遮光膜４０には、透光用の開口部５０が形成され、この開口部５０を介して、光が受光素子２０に入射するようになっている。受光素子２０の出力信号は、ＡＤ変換回路（図示略）にてデジタル信号に変換された後、補正部６０に出力され、補正部６０にて補正された後、外部素子（図示略）に出力される。
【００２６】
半導体基板１０は、矩形状を成し、上記した受光素子２０や、補正部６０を構成する電子素子（図示略）が形成されている。これら電子素子は、半導体基板１０に形成された配線パターン（図示略）を介して電気的に接続されている。
【００２７】
受光素子２０は、光を電気信号に変換するものである。本実施形態に係る受光素子２０は、ＰＮ接合を有するフォトダイオードであり、半導体基板１０の形成面１０ａ側に形成されている。図１に示すように、形成面１０ａには、前後方向に沿う仮想直線ＶＬを介して線対称の関係にある一対の受光素子２１，２２が形成されている。
【００２８】
透光膜３０は、光透過性と絶縁性とを有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアクリル樹脂がある。図２に示すように、透光膜３０は、形成面１０ａ上に、一層形成されている。
【００２９】
遮光膜４０は、遮光性と導電性を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアルミニウムがある。図２に示すように、遮光膜４０は、透光膜３０に一層形成され、透光用の開口部５０が形成されている。なお、図示しないが、遮光膜４０は、半導体基板１０に形成された配線パターンと電気的に接続しており、各電子素子を電気的に接続する配線としての機能も果たすようになっている。
【００３０】
開口部５０は、受光素子２０に入射する光を規定するものである。図１に示すように、遮光膜４０には、仮想直線ＶＬを介して線対称の関係にある一対の開口部５１，５２が形成されている。これら開口部５１，５２によって、受光素子２１，２２に入射する光の仰角が規定され、開口部５１，５２と受光素子２１，２２との配置位置によって、受光素子２１，２２に入射する光の左右角が規定されている。
【００３１】
補正部６０は、受光素子２１，２２の出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正するものである。補正部６０は、後述する第１補正数ΔＧ１を記憶し、第１補正数ΔＧ１を入力信号に乗算する乗算部６１と、受光素子２１，２２の出力信号と乗算部６１の出力信号とを演算する演算部６２と、を有する。
【００３２】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の製造方法を説明する。先ず、仮想直線ＶＬを介して線対称となるように、一対の受光素子２１，２２を形成面１０ａ側に形成する。以上が、素子形成工程である。
【００３３】
該素子形成工程後、一対の開口部５１，５２が仮想直線ＶＬを介して線対称となるように、透光膜３０と遮光膜４０を形成面１０ａ上に形成する。以上が、膜形成工程である。
【００３４】
該膜形成工程後、高さ方向に沿う光を、開口部５１，５２を介して受光素子２１，２２に照射して、一対の受光素子２１，２１それぞれの出力信号ＳＶ１，ＳＶ２を検出する。そして、ＳＶ１とＳＶ２とを比較し、ＳＶ１がＳＶ２よりも低い場合、第１補正数ΔＧ１として、（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を乗算部６１に記憶する。そして、演算部６２が、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算するようにプログラムする。反対に、ＳＶ１がＳＶ２よりも大きい場合、第１補正数ΔＧ１として、（ＳＶ１−ＳＶ２）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を乗算部６１に記憶する。そして、演算部６２が（１−ΔＧ１）Ｓ１、及び、（１＋ΔＧ１）Ｓ２を演算するようにプログラムする。以上が、記憶工程である。
【００３５】
以上の工程を実施することで、光センサ１００が製造される。本実施形態では、ＳＶ１がＳＶ２よりも低く、乗算部６１には、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）が記憶されているとする。また、演算部６２は（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算するようにプログラムされているとする。
【００３６】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の特徴点を説明する。上記したように、対を成す受光素子２１，２２は仮想直線ＶＬに対して線対称となり、対を成す開口部５１，５２は、仮想直線ＶＬに対して線対称となっている。そして、第１受光素子２１が仮想直線ＶＬから左方に位置し、第２受光素子２２が仮想直線ＶＬから右方に位置している。同じく、第１開口部５１が仮想直線ＶＬから左方に位置し、第２開口部５２が仮想直線ＶＬから右方に位置している。
【００３７】
図１に示すように、高さ方向に沿う光によって形成面１０ａに投影された、開口部５１，５２の投影面の一部が、対応する受光素子２１，２２の受光面に重なっている。これにより、高さ方向に沿う光を、開口部５１，５２を介して受光素子２１，２２に照射した際に、受光素子２１，２２から出力される出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が同一となることが期待される。
【００３８】
また、図１に示すように、投影面の残りの一部が、左右方向に沿って、受光面から仮想直線ＶＬ側に突出して、投影面と受光面とが形成面１０ａ上に成す平面形状が略凸形状を成している。この形状により、第１受光素子２１は、第１開口部５１を介して右方から入射してくる光を受光し易く、左方から入射してくる光を受光し難くなっている。反対に、第２受光素子２２は、第２開口部５２を介して左方から入射してくる光を受光し易く、右方から入射してくる光を受光し難くなっている。また、第１受光素子２１は、第１開口部５１を介して右前方及び右後方から入射してくる光を、右方から入射してくる光と同程度に受光し、光の前後方向の成分に依存し難くなっている。同じく、第２受光素子２２は、第２開口部５２を介して左前方及び左後方から入射してくる光を、左方から入射してくる光と同程度に受光し、光の前後方向の成分に依存し難くなっている。
【００３９】
補正部６０は、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２に基づいて、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が互いに一致するように、受光素子２１，２２の出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正するものである。乗算部６１からは、ΔＧ１が出力信号Ｓ１，Ｓ２に乗算された、ΔＧ１Ｓ１，ΔＧ１Ｓ２が出力され、この出力信号が演算部６２に入力される。演算部６２は、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算し、演算した信号を外部素子に出力する。なお、この演算が、特許請求の範囲に記載の「（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算する」、に相当する。
【００４０】
外部素子では、演算部６２の出力信号、すなわち、補正部６０によって補正された受光素子２１，２２の出力信号（１＋ΔＧ１）Ｓ１，（１−ΔＧ１）Ｓ２に基づいて、補正後の第１受光素子２１の出力信号を補正後の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、補正後の第２受光素子２２の出力信号を補正後の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第２の値）とを算出する。そして、これら２つの値の比である、光の左右比を算出する。この左右比によって、光の入射角度を概算する。また、左右比と、補正後の受光素子２１，２２の出力信号（１＋ΔＧ１）Ｓ１，（１−ΔＧ１）Ｓ２とに基づいて、光の照射量を概算する。
【００４１】
次に、本実施形態に係る光センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、高さ方向に沿う光を、開口部５１，５２を介して受光素子２１，２２に照射した際に、受光素子２１，２２から出力される出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が同一となることが期待される。しかしながら、開口部５１，５２に製造バラツキが生じると、その製造ばらつきの分、受光面と投影面との重なり面積が異なり、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が異なることとなる。この結果、上記した第１の値と第２の値とが異なり、これら２つの値の比である、光の左右比の検出精度が低下する虞がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態では、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２に基づいて、出力信号ＳＶ１，ＳＶ２が互いに一致するように、出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正する。これによれば、各受光素子２１，２２の出力信号に含まれていた、開口部５１，５２の製造バラツキが補正されるので、光の左右比の検出精度の低下が抑制される。
【００４３】
乗算部６１は、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を記憶し、ΔＧ１を出力信号Ｓ１，Ｓ２に乗算して出力し、演算部６２は、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ１）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ１Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ１）Ｓ２を演算する。
【００４４】
形成面１０ａに透光膜３０と遮光膜４０とが積層されているが、これらを積層する過程において、設計時の膜３０，４０の形状及び開口部５０の形状を維持した状態で平行移動するように、膜３０，４０の配置位置がずれる虞がある。配置位置がずれると、第１受光素子２１の受光面と対応する第１開口部５１の投影面との重なり面積（以下、第１重なり面積Ｊ１と示す）が減少し、第２受光素子２２の受光面と対応する第２開口部５２の投影面との重なり面積（以下、第２重なり面積Ｊ２と示す）が増大する。若しくは、第１重なり面積Ｊ１が増大し、第２重なり面積Ｊ２が減少する。重なり面積Ｊ１，Ｊ２と出力信号ＳＶ１，ＳＶ２とは比例関係にあり、本実施形態では、ＳＶ１がＳＶ２よりも低くなっているので、第１重なり面積Ｊ１が減少し、第２重なり面積Ｊ２が増大していることとなる。
【００４５】
減少量と増大量とは同一であり、その量は、配置位置のずれ（開口部５０の製造ばらつき）に一致する（以下、ずれ量をΔＪと示す）。したがって、製造ばらつきのない場合の重なり面積（設計面積）をＪとすると、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪが成立する。
【００４６】
上記したように、重なり面積Ｊ１，Ｊ２と出力信号ＳＶ１，ＳＶ２とは比例関係にある。そのため、近似的に、ＳＶ１／ＳＶ２＝Ｊ１／Ｊ２が成立する。この式に、Ｊ１＝Ｊ−ΔＪ，Ｊ２＝Ｊ＋ΔＪを代入して、ΔＪについて解くと、ΔＪ＝Ｊ×（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）＝ＪΔＧ１となる。したがって、製造ばらつきのない場合の受光素子２１，２２の出力信号をＳＶとすると、製造ばらつきによる出力信号のずれ量ΔＳは、ＳＶΔＧ１と表される。
【００４７】
第１受光素子２１では、重なり面積が減少したので、出力信号がΔＳだけ減ったことになる。したがって、出力信号Ｓ１にΔＳだけ加算すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１＋ΔＧ１）Ｓ１と表される。反対に、第２受光素子２２では、重なり面積が増大したので、出力信号がΔＳだけ増えたことになる。したがって、出力信号Ｓ２からΔＳだけ差分すれば、製造ばらつきが補正される。その値は、近似的に（１−ΔＧ１）Ｓ２と表される。
【００４８】
以上、示したように、（１＋ΔＧ１）Ｓ１を演算し、（１−ΔＧ１）Ｓ２に演算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２が補正される。
【００４９】
図１に示すように、投影面と受光面とが成す平面形状が、投影面の一部が左右方向に突出する、略凸形状を成している。この構成の場合、投影面の前後方向に、受光面が位置するので、透光膜３０と遮光膜４０の配置位置が、左右方向だけではなく、前後方向にずれていたとしても、前後方向へのずれによって、重なり面積が増減することが抑制される。これにより、左右比の検出精度が、製造ばらつきによって低下することがより効果的に抑制される。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５１】
本実施形態では、光センサ１００が車両に搭載された例を示した。しかしながら、光センサ１００の適用としては、上記例に限定されない。
【００５２】
本実施形態では、乗算部６１からは、ΔＧ１が出力信号Ｓ１，Ｓ２に乗算された、ΔＧ１Ｓ１，ΔＧ１Ｓ２が出力される例を示した。しかしながら、乗算部６１は、出力信号Ｓ１，Ｓ２が入力される度に、第２補正数ΔＧ２＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１を算出し、これを乗算したΔＧ２Ｓ１，ΔＧ２Ｓ２を出力してもよい。この場合、演算部６２は、乗算部６１の出力信号ΔＧ２Ｓ１とＳ１を加算した（１＋ΔＧ２）Ｓ１、及び、乗算部６１の出力信号ΔＧ２Ｓ２とＳ２を差分した（１−ΔＧ２）Ｓ２を演算し、演算した信号を外部素子に出力する。
【００５３】
上記した（１＋ΔＧ２）は２Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１、（１−ΔＧ２）は２Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１と表すことができる。これらの第２項は、製造ばらつきを補正する項であり、第１項は、補正前の第１受光素子２１の出力信号を補正前の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第１の値）と、補正前の第２受光素子２２の出力信号を補正前の２つの受光素子２１，２２の出力信号の総和によって割った値（第２の値）の２倍の値である。光の入射角度が、高さ方向から左右に変化すると、光の入射面積が変動し、出力信号Ｓ１、Ｓ２の絶対値が変動する。その変動量は、上記した光の入射角度に比例し、その入射角度は、上記した第１の値、第２の値によって、概略的に表される。したがって、上記したように、（１＋ΔＧ２）Ｓ１を演算し、（１−ΔＧ２）Ｓ２を演算することで、製造ばらつきが抑制され、且つ、光の入射角度に依存し難い出力信号を得ることができる。これにより、光の日射量を検出することができる。
【００５４】
本実施形態では、図１に示すように、一対の受光素子２１，２２及び一対の開口部５１，５２が左右方向に並んだ例を示した。しかしながら、一対の受光素子２１，２２及び一対の開口部５１，５２それぞれの形状が線対称な構造を有していれば良く、それぞれの配置位置は上記例に限定されない。図４に示すように、一対の受光素子２１，２２及び一対の開口部５１，５２が、前後方向にずれて、左右方向に並んでいなくとも良い。図４は、光センサの変形例を示す平面図である。
【００５５】
本実施形態では、一対の受光素子２１，２２が半導体基板１０に形成された例を示した。しかしながら、対を成す受光素子２０の組み数としては、２組以上でもよい。例えば、図５に示すように、前後方向に対を成す受光素子２３，２４が形成されても良い。図５は、光センサの変形例を示す平面図である。
【００５６】
本実施形態では、透光膜３０が１層であり、遮光膜４０が１層である例を示した。しかしながら、透光膜３０及び遮光膜４０それぞれの層数は上記例に限定されず、例えば、透光膜３０が２層であり、遮光膜４０が２層である構成を採用することもできる。これによれば、一対の受光素子２１，２２の間に、多層の遮光膜４０が位置するので、ある開口部５０から入射した光が、その開口部５０と対応する受光素子２０以外の受光素子２０に入射することが抑制される。これにより、各受光素子２０の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。
【００５７】
本実施形態では、遮光膜４０が、遮光性と導電性を有する材料から成る例を示した。しかしながら、遮光膜４０によって、半導体基板１０に形成された各電子素子を電気的に接続しなくとも良い場合、遮光膜４０を、光を吸収する性質を有する材料によって形成しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・・半導体基板
２０・・・受光素子
３０・・・透光膜
４０・・・遮光膜
５０・・・開口部
６０・・・補正部
１００・・・光センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、前記半導体基板（１０）における前記受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、透光用の開口部（５０）が形成され、該開口部（５０）を介した光を前記受光素子（２０）にて受光する光センサであって、
前記形成面（１０ａ）の一方向に沿う仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の前記受光素子（２１，２２）が前記半導体基板（１０）に形成され、
前記仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の前記開口部（５１，５２）が、一対の前記受光素子（２１，２２）に対応して前記遮光膜（４０）に形成され、
前記形成面（１０ａ）に直交する高さ方向に沿って、前記形成面（１０ａ）へ投影された一対の前記開口部（５１，５２）それぞれの投影面の一部が対応する前記受光素子の受光面に重なっており、
前記高さ方向に沿う光を、前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２２）に照射した際に、一対の前記受光素子（２１，２２）から出力される出力信号に基づいて、前記高さ方向に沿う光が前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２２）に入射した際に出力される一対の前記受光素子（２１，２２）それぞれの出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する補正部（６０）を有することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
一対の前記受光素子（２１，２２）の内の一方の前記受光素子（２１）の出力信号をＳ１、他方の出力信号をＳ２、前記高さ方向に沿う光が前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２１）に入射した際の出力信号Ｓ１をＳＶ１、出力信号Ｓ２をＳＶ２とすると、前記補正部（６０）は、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を記憶しており、（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記補正部（６０）は、第２補正数ΔＧ２＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１を算出し、（１＋ΔＧ２）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ２）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正することを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記形成面（１０ａ）に沿い、前記仮想直線（ＶＬ）に直交する方向に前記投影面の一部が前記受光面から突出して、前記投影面と前記受光面とが前記形成面（１０ａ）上に成す平面形状が略凸形状を成していることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項５】
前記遮光膜（４０）は、前記透光膜（３０）に多層に形成され、各層の遮光膜（４０）に形成された前記開口部（５０）によって、光の仰角が規定されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項６】
請求項１に記載の光センサの製造方法であって、
前記高さ方向に沿う光が前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２２）に入射した際に、一対の前記受光素子（２１，２２）の内の一方の前記受光素子（２１）の出力信号をＳＶ１，他方の出力信号をＳＶ２とすると、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を算出して、記憶しておく記憶工程を有することを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項７】
一対の前記開口部（５１，５２）が前記仮想直線（ＶＬ）を介して線対称となり、前記高さ方向に沿って前記形成面（１０ａ）へ投影された一対の前記開口部（５１，５２）それぞれの投影面の一部が対応する前記受光素子の受光面に重なるように、前記遮光膜（４０）及び前記透光膜（３０）を前記形成面（１０ａ）に形成する膜形成工程を有し、
該膜形成工程において、前記形成面（１０ａ）に沿い、前記仮想直線（ＶＬ）に直交する方向に前記投影面の一部が前記受光面から突出して、前記投影面と前記受光面とが前記形成面（１０ａ）上に成す平面形状が略凸形状を成すように、前記遮光膜（４０）及び前記透光膜（３０）を形成することを特徴とする請求項６に記載の光センサの製造方法。
【請求項８】
前記膜形成工程において、前記遮光膜（４０）を前記透光膜（３０）に多層に形成し、各層の遮光膜（４０）に形成された前記開口部（５０）によって、光の仰角を規定することを特徴とする請求項７に記載の光センサの製造方法。
【請求項１】
半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、前記半導体基板（１０）における前記受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、透光用の開口部（５０）が形成され、該開口部（５０）を介した光を前記受光素子（２０）にて受光する光センサであって、
前記形成面（１０ａ）の一方向に沿う仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の前記受光素子（２１，２２）が前記半導体基板（１０）に形成され、
前記仮想直線（ＶＬ）を介して線対称の関係にある一対の前記開口部（５１，５２）が、一対の前記受光素子（２１，２２）に対応して前記遮光膜（４０）に形成され、
前記形成面（１０ａ）に直交する高さ方向に沿って、前記形成面（１０ａ）へ投影された一対の前記開口部（５１，５２）それぞれの投影面の一部が対応する前記受光素子の受光面に重なっており、
前記高さ方向に沿う光を、前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２２）に照射した際に、一対の前記受光素子（２１，２２）から出力される出力信号に基づいて、前記高さ方向に沿う光が前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２２）に入射した際に出力される一対の前記受光素子（２１，２２）それぞれの出力信号が互いに一致するように、各出力信号を補正する補正部（６０）を有することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
一対の前記受光素子（２１，２２）の内の一方の前記受光素子（２１）の出力信号をＳ１、他方の出力信号をＳ２、前記高さ方向に沿う光が前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２１）に入射した際の出力信号Ｓ１をＳＶ１、出力信号Ｓ２をＳＶ２とすると、前記補正部（６０）は、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を記憶しており、（１＋ΔＧ１）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ１）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記補正部（６０）は、第２補正数ΔＧ２＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）＋ΔＧ１を算出し、（１＋ΔＧ２）を出力信号Ｓ１に乗算し、（１−ΔＧ２）を出力信号Ｓ２に乗算することで、各出力信号Ｓ１，Ｓ２を補正することを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記形成面（１０ａ）に沿い、前記仮想直線（ＶＬ）に直交する方向に前記投影面の一部が前記受光面から突出して、前記投影面と前記受光面とが前記形成面（１０ａ）上に成す平面形状が略凸形状を成していることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項５】
前記遮光膜（４０）は、前記透光膜（３０）に多層に形成され、各層の遮光膜（４０）に形成された前記開口部（５０）によって、光の仰角が規定されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項６】
請求項１に記載の光センサの製造方法であって、
前記高さ方向に沿う光が前記開口部（５１，５２）を介して前記受光素子（２１，２２）に入射した際に、一対の前記受光素子（２１，２２）の内の一方の前記受光素子（２１）の出力信号をＳＶ１，他方の出力信号をＳＶ２とすると、第１補正数ΔＧ１＝（ＳＶ２−ＳＶ１）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）を算出して、記憶しておく記憶工程を有することを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項７】
一対の前記開口部（５１，５２）が前記仮想直線（ＶＬ）を介して線対称となり、前記高さ方向に沿って前記形成面（１０ａ）へ投影された一対の前記開口部（５１，５２）それぞれの投影面の一部が対応する前記受光素子の受光面に重なるように、前記遮光膜（４０）及び前記透光膜（３０）を前記形成面（１０ａ）に形成する膜形成工程を有し、
該膜形成工程において、前記形成面（１０ａ）に沿い、前記仮想直線（ＶＬ）に直交する方向に前記投影面の一部が前記受光面から突出して、前記投影面と前記受光面とが前記形成面（１０ａ）上に成す平面形状が略凸形状を成すように、前記遮光膜（４０）及び前記透光膜（３０）を形成することを特徴とする請求項６に記載の光センサの製造方法。
【請求項８】
前記膜形成工程において、前記遮光膜（４０）を前記透光膜（３０）に多層に形成し、各層の遮光膜（４０）に形成された前記開口部（５０）によって、光の仰角を規定することを特徴とする請求項７に記載の光センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７６２１（Ｐ２０１３−７６２１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９６８６（Ｐ２０１１−１３９６８６）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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