特許 6207321 光センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207321

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】光センサ装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20170925BHJP

   H01L 31/12 20060101ALI20170925BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/10 D

   H01L31/10 G

   H01L31/12 E

   G01J1/02 B

   G01J1/02 S

   G01J1/02 C

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-199203(P2013-199203)

(22)【出願日】2013年9月26日

(65)【公開番号】特開2015-65357(P2015-65357A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100085501

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 静夫

(74)【代理人】

【識別番号】100134555

【弁理士】

【氏名又は名称】林田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】中田 裕一郎

(72)【発明者】

【氏名】上平 祥嗣

【審査官】 濱田 聖司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−５０４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２４８１７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１０５９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ １／００− １／６０

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数種類の受光素子を同一の縦構造に集積化した受光部と、
各受光素子を時分割で選択するスイッチ部と、
を有し、
前記受光部として第１受光部と第２受光部を有し、
前記第１受光部は、第１受光素子と、前記第１受光素子とは異なる受光特性を持つ第２受光素子を含み、
前記第２受光部は、前記第１受光素子と同一の受光特性を持つ第３受光素子と、前記第２受光素子と同一の受光特性を持つ第４受光素子を含み、
前記スイッチ部は、前記第１受光素子の出力を第１検出信号として選択すると共に前記第４受光素子の出力を第２検出信号として選択する第１フェイズと、前記第３受光素子の出力を前記第１検出信号として選択すると共に前記第２受光素子の出力を前記第２検出信号として選択する第２フェイズと、を時分割で切り替えるものであって、かつ、前記第１フェイズと前記第２フェイズを切り替える際に出力遮断状態の第３フェイズを経由する、
ことを特徴とする光センサ装置。

【請求項2】

前記第１検出信号及び前記第２検出信号をそれぞれ第１デジタル信号及び第２デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部をさらに有し、
前記スイッチ部は、前記アナログ／デジタル変換部の測定期間中に前記第１フェイズと前記第２フェイズを時分割で切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の光センサ装置。

【請求項3】

前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号を用いてセンサ出力信号を生成するロジック部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の光センサ装置。

【請求項4】

前記第１受光部と前記第２受光部は、千鳥状に複数組設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光センサ装置。

【請求項5】

請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の光センサ装置と、
その内部に前記光センサ装置を担持するケースと、
を有し、
前記ケースの開口窓から前記光センサ装置に入射される光を検出することを特徴とする光センサモジュール。

【請求項6】

前記ケース内に担持されて赤外光を出射する発光装置をさらに有し、
前記光センサ装置は、前記発光装置から出射された後に近接する物体で反射された赤外光を受光する赤外受光部をさらに含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の光センサモジュール。

【請求項7】

請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の光センサ装置、若しくは、請求項５または請求項６に記載の光センサモジュールを有することを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図１５は、光センサ装置の一従来例を示すブロック図である。本従来例の光センサ装置４００は、受光特性（分光感度特性）の異なる２種類のフォトダイオード４０１及び４０２に各々入射される光の強度を測定し、各々の測定値Ｓ４０１及びＳ４０２をロジック部４０５で比較演算することにより、入射光の照度算出や光源の判別を行うものである。

【0003】

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１０５９６３号公報

【特許文献2】特開２００７−３０５８６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、本従来例の光センサ装置４００では、２種類のフォトダイオード４０１及び４０２が半導体基板上で各個独立に形成されていたので、光の入射角度によっては、フォトダイオード４０１及び４０２の双方に対して光が均一に当たらない場合（光の当たり方に偏りを生じる場合）があった。このような状況下では、フォトダイオード４０１及び４０２の出力比がずれてしまうので、ロジック部４０５での演算処理に支障を来たし、光センサ装置４００の光学指向特性が悪化するという課題があった。

【0006】

本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、光学指向特性の良好な光センサ装置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】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明に係る光センサ装置は、複数種類の受光素子を同一の縦構造に集積化した受光部と、各受光素子を時分割で選択するスイッチ部と、を有する構成（第１の構成）とされている。

【0008】

なお、第１の構成から成る光センサ装置は、前記受光部として第１受光部と第２受光部を有し、前記第１受光部は、第１受光素子と、前記第１受光素子とは異なる受光特性を持つ第２受光素子を含み、前記第２受光部は、前記第１受光素子と同一の受光特性を持つ第３受光素子と、前記第２受光素子と同一の受光特性を持つ第４受光素子を含み、前記スイッチ部は、前記第１受光素子の出力を第１検出信号として選択すると共に前記第４受光素子の出力を第２検出信号として選択する第１フェイズと、前記第３受光素子の出力を前記第１検出信号として選択すると共に前記第２受光素子の出力を前記第２検出信号として選択する第２フェイズと、を時分割で切り替える構成（第２の構成）にするとよい。

【0009】

また、第２の構成から成る光センサ装置は、前記第１検出信号及び前記第２検出信号をそれぞれ第１デジタル信号及び第２デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部をさらに有し、前記スイッチ部は、前記アナログ／デジタル変換部の測定期間中に前記第１フェイズと前記第２フェイズを時分割で切り替える構成（第３の構成）にするとよい。

【0010】

また、第３の構成から成る光センサ装置において、前記スイッチ部は、前記第１フェイズと前記第２フェイズを切り替える際に出力遮断状態の第３フェイズを経由する構成（第４の構成）にするとよい。

【0011】

また、第３または第４の構成から成る光センサ装置は、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号を用いてセンサ出力信号を生成するロジック部をさらに有する構成（第５の構成）にするとよい。

【0012】

また、第２〜第５いずれかの構成から成る光センサ装置において、前記第１受光部と前記第２受光部は、千鳥状に複数組設けられている構成（第６の構成）にするとよい。

【0013】

また、第１の構成から成る光センサ装置は、前記スイッチ部で順次選択される各受光素子の出力をレジスタに順次保持し、前記レジスタの格納内容を用いてセンサ出力信号を生成するロジック部をさらに有する構成（第７の構成）にするとよい。

【0014】

また、本発明に係る光センサモジュールは、第１〜第７いずれかの構成から成る光センサ装置と、その内部に前記光センサ装置を担持するケースと、を有し、前記ケースの開口窓から前記光センサ装置に入射される光を検出する構成（第８の構成）とされている。

【0015】

なお、第８の構成から成る光センサモジュールは、前記ケース内に担持されて赤外光を出射する発光装置をさらに有し、前記光センサ装置は、前記発光装置から出射された後に近接する物体で反射された赤外光を受光する赤外受光部をさらに含む構成（第９の構成）にするとよい。

【0016】

また、本発明に係る電子機器は、第１〜第７いずれかの構成から成る光センサ装置、若しくは、第８ないしは第９の構成から成る光センサモジュールを有する構成（第１０の構成）とされている。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、光学指向特性の良好な光センサ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】光センサ装置の第１実施形態を示すブロック図

【図2】光センサ装置の縦構造を示す断面図

【図3】光センサ装置を搭載した光センサモジュールの一構成例を示す模式図

【図4】スイッチ部の一構成例を示す回路図

【図5】スイッチ部の切替動作を説明するためのテーブル

【図6】時分割受光動作の第１例を示すタイミングチャート

【図7】光センサ装置の第２実施形態を示すブロック図

【図8】光センサ装置の第３実施形態を示すテーブル

【図9】光センサ装置の第４実施形態を示す模式図

【図10】光センサ装置の第５実施形態を示すブロック図

【図11】時分割受光動作の第２例を示すタイミングチャート

【図12】携帯電話（スマートフォン）の外観図

【図13】デジタルスチルカメラの外観図

【図14】テレビの外観図

【図15】光センサ装置の一従来例を示すブロック図

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜第１実施形態＞
図１は、光センサ装置１の第１実施形態を示すブロック図である。本実施形態の光センサ装置１は、受光部１０及び２０と、スイッチ部３０と、アナログ／デジタル変換部４０及び５０と、ロジック部６０とを有する半導体集積回路装置である。光センサ装置１は、例えば、周囲光の照度を検出する照度センサとして、種々の電子機器（携帯電話（スマートフォン）、デジタルスチルカメラ、及び、テレビ電子機器など）に搭載される。

【0020】

受光部１０は、可視光領域に感度ピークを持つフォトダイオード１１と、赤外領域に感度ピークを持つフォトダイオード１２を同一の縦構造に集積化して成る。フォトダイオード１１及び１２のカソードは、いずれもスイッチ部３０の入力端３１に接続されている。フォトダイオード１１のアノードは、スイッチ部３０の入力端３２に接続されている。フォトダイオード１２のアノードは、接地端に接続されている。なお、受光部１０の縦構造については、後ほど詳細に説明する。

【0021】

受光部２０は、先の受光部１０と同じく、可視光領域に感度ピークを持つフォトダイオード２１と、赤外領域に感度ピークを持つフォトダイオード２２を同一の縦構造に集積化して成る。フォトダイオード２１及び２２のカソードは、いずれもスイッチ部３０の入力端３３に接続されている。フォトダイオード２１のアノードは、スイッチ部３０の入力端３４に接続されている。フォトダイオード２２のアノードは、接地端に接続されている。なお、受光部２０の縦構造については、後ほど詳細に説明する。

【0022】

スイッチ部３０は、ロジック部６０からの指示に応じて、フォトダイオード１１及び１２の一方とフォトダイオード２１及び２２の一方をそれぞれ時分割で選択し、各々の光電流が検出信号Ｉ１及びＩ２として出力端３５及び３６に流れるように、内部の電流経路を切り替える。なお、スイッチ部３０の構成及び動作については、後ほど詳細に説明する。

【0023】

アナログ／デジタル変換部４０及び５０は、それぞれ、ロジック部６０からの指示に応じて、検出信号Ｉ１及びＩ２をデジタル信号Ｓ１及びＳ２に変換する。アナログ／デジタル変換部４０及び５０としては、例えば、二重積分型のアナログ／デジタル変換回路を好適に用いることができる。

【0024】

ロジック部６０は、デジタル信号Ｓ１及びＳ２の比較演算を行ってセンサ出力信号Ｓｏを生成し、これを中央演算処理装置２に出力する。より具体的に述べると、ロジック部６０は、検出信号Ｓ１（＝フォトダイオード１１及び２１の平均出力、詳細は後述）から検出信号Ｓ２（＝フォトダイオード１２及び２２の平均出力、詳細は後述）を所定の割合で減ずることにより、センサ出力信号Ｓｏを生成する。このような演算処理を行うことにより、別途の光学フィルタなどを要することなく、光センサ装置１全体の受光特性（分光感度特性）を所望値に合わせ込むことができるので、周囲光の照度（可視光成分の強度）を正確に測定することが可能となる。ただし、必ずしもロジック部６０でセンサ出力信号Ｓｏを生成する必要はなく、デジタル信号Ｓ１及びＳ２を中央演算処理装置２に出力し、以降の信号処理は中央演算処理装置２に委ねても構わない。

【0025】

図２は、光センサ装置１の縦構造を示す断面図である。本構成例の光センサ装置１において、ｐ型サブストレート１００には、受光部１０及び２０を各々形成するｎ型ウェル１１１及び１２１が形成されている。また、ｎ型ウェル１１１及び１２１の内部には、さらに、ｐ型ウェル１１２及び１２２が各々形成されている。

【0026】

なお、ｐ型サブストレート１００、ｎ型ウェル１１１及び１２１、並びに、ｐ型ウェル１１２及び１２２の表面は、電気的な接続を行うためのコンタクト領域を除いて、透明な保護膜１３０で被覆されている。

【0027】

受光部１０では、ｐ型ウェル１１２とｎ型ウェル１１１とのｐｎ接合面によってフォトダイオード１１が形成されると共に、ｐ型サブストレート１００とｎ型ウェル１１１とのｐｎ接合面によってフォトダイオード１２が形成されている。フォトダイオード１１及び１２のカソードに相当するｎ型ウェル１１１は、スイッチ部３０の入力端３１に接続されている。フォトダイオード１１のアノードに相当するｐ型ウェル１１２は、スイッチ部３０の入力端３２に接続されている。フォトダイオード１２のアノードに相当するｐ型サブストレート１００は、接地端に接続されている。

【0028】

同様に、受光部２０では、ｐ型ウェル１２２とｎ型ウェル１２１とのｐｎ接合面によってフォトダイオード２１が形成されると共に、ｐ型サブストレート１００とｎ型ウェル１２１とのｐｎ接合面によってフォトダイオード２２が形成されている。フォトダイオード２１及び２２のカソードに相当するｎ型ウェル１２１は、スイッチ部３０の入力端３３に接続されている。フォトダイオード２１のアノードに相当するｐ型ウェル１２２は、スイッチ部３０の入力端３４に接続されている。フォトダイオード２２のアノードに相当するｐ型サブストレート１００は、接地端に接続されている。

【0029】

なお、フォトダイオード１１及び２１を各々形成するｐｎ接合面は、いずれも、可視光（例えば波長５５５ｎｍ）が最も効率良く光電変換される深さ（ｐ型サブストレート１００の表面からの深さ、以下も同様）に形成されている。一方、フォトダイオード１２及び２２を各々形成するｐｎ接合面は、いずれも、赤外光（例えば波長８５０ｎｍ）が最も効率良く光電変換される深さに形成されている。

【0030】

フォトダイオード構造を有する受光部１０及び２０において、各々の受光面（半導体基板１００の表面）から入射される光は、その波長が短いものほど浅い位置で吸収される。このような特性を踏まえて、可視光領域に感度ピークを持つフォトダイオード１１及び２１は、受光面から相対的に浅い位置に形成されており、赤外領域に感度ピークを持つフォトダイオード１２及び２２は、受光面から相対的に深い位置に形成されている。

【0031】

図３は、光センサ装置１を搭載した光センサモジュール２００の一構成例を示す模式図である。図３下段には、光センサモジュール２００の平面図が描写されており、図３上段には、光センサモジュール２００を図３下段のα１−α２線に沿って縦方向に切断した際の縦断面図が描写されている。

【0032】

本構成例の光センサモジュール２００は、光センサ装置１と、その内部に光センサ装置１を担持するケース２１０と、を有し、ケース２１０の開口窓２２０から光センサ装置１の受光部１０及び２０に入射される周囲光Ｌ１を検出する。光センサ１の受光部１０及び２０は、開口窓２２０の直下領域において、互いに近接した位置に設けられている。

【0033】

ただし、受光部１０及び２０をどれだけ近接した位置に設けたとしても、受光部１０及び２０が半導体基板上で各個独立に形成されている以上、周囲光Ｌ１の入射角度によっては、受光部１０及び２０の双方に対して周囲光Ｌ１が均一に当たらない場合（周囲光Ｌ１の当たり方に偏りを生じる場合）が生じ得る。

【0034】

そこで、光センサ装置１は、受光部１０及び２０の双方に対して周囲光Ｌ１が均一に当たらない場合であっても、光センサ装置１の光学指向特性を悪化させないように、スイッチ部３０を用いて受光部１０及び２０の受光特性（分光感度特性）を時分割で交互に切り替える機能を具備している。以下では、スイッチ部３０の構成と動作について詳述する。

【0035】

図４はスイッチ部３０の一構成例を示す回路図である。本構成例のスイッチ部３０は、スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ４と、スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ４と、スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃ２と、を含む。

【0036】

スイッチＳＷａ１の第１端は、電源端に接続されている。スイッチＳＷａ１の第２端、スイッチＳＷｂ１の第１端、及び、スイッチＳＷｂ２の第１端は、いずれも入力端３１に接続されている。スイッチＳＷｂ１の第２端とスイッチＳＷａ２の第１端は、いずれも入力端３２に接続されている。スイッチＳＷｂ３の第１端は、電源端に接続されている。スイッチＳＷｂ３の第２端、スイッチＳＷａ３の第１端、及び、スイッチＳＷａ４の第１端は、いずれも入力端３３に接続されている。スイッチＳＷａ３の第２端とスイッチＳＷｂ４の第１端は、いずれも入力端３４に接続されている。スイッチＳＷａ２の第２端とスイッチＳＷｂ４の第２端は、いずれもスイッチＳＷｃ１の第１端に接続されている。スイッチＳＷｂ２の第２端とスイッチＳＷａ４の第２端は、いずれもスイッチＳＷｃ２の第１端に接続されている。スイッチＳＷｃ１の第２端は、出力端３５に接続されている。スイッチＳＷｃ２の第２端は、出力端３６に接続されている。

【0037】

図５は、スイッチ部３０の切替動作を説明するためのテーブルであり、３つのフェイズａ〜ｃ毎に、スイッチＳＷａ＊及びＳＷｂ＊（ただし＊＝１、２、３、４）のオン／オフ状態と、スイッチＳＷｃ＊（ただし＊＝１、２）のオン／オフ状態と、スイッチ部３０における電流経路が描写されている。

【0038】

フェイズａでは、スイッチＳＷａ＊及びＳＷｃ＊がオンされて、スイッチＳＷｂ＊がオフされる。その結果、受光部１０のフォトダイオード１１で生成される光電流Ｉ１１が電源端から出力端３５に向けて流れるとともに、受光部２０のフォトダイオード２２で生成される光電流Ｉ２２が出力端３６から接地端に向けて流れる。

【0039】

なお、受光部１０のフォトダイオード１２で生成される光電流Ｉ１２は、電源端から接地端に向けて流れるので、検出信号としては出力されない。また、受光部２０のフォトダイオード２１で生成される光電流Ｉ２１は、互いにショートされたアノードとカソードとの間を環流するので、検出信号としては出力されない。

【0040】

このように、フェイズａでは、光電流Ｉ１１を検出信号Ｉ１として選択すると共に、光電流Ｉ２２を検出信号Ｉ２として選択するように、スイッチ部３０の電流経路が切り替えられる。すなわち、フェイズａでは、受光部１０が可視光領域に感度ピークを持つ状態となり、受光部２０が赤外領域に感度ピークを持つ状態となる。

【0041】

一方、フェイズｂでは、スイッチＳＷｂ＊及びＳＷｃ＊がオンされて、スイッチＳＷａ＊がオフされる。その結果、受光部２０のフォトダイオード２１で生成される光電流Ｉ２１が電源端から出力端３５に向けて流れるとともに、受光部１０のフォトダイオード１２で生成される光電流Ｉ１２が出力端３６から接地端に向けて流れる。

【0042】

なお、受光部２０のフォトダイオード２２で生成される光電流Ｉ２２は、電源端から接地端に向けて流れるので、検出信号としては出力されない。また、受光部１０のフォトダイオード１１で生成される光電流Ｉ１１は、互いにショートされたアノードとカソードとの間を環流するので、検出信号としては出力されない。

【0043】

このように、フェイズｂでは、光電流Ｉ２１を検出信号Ｉ１として選択すると共に、光電流Ｉ１２を検出信号Ｉ２として選択するように、スイッチ部３０の電流経路が切り替えられる。すなわち、フェイズｂでは、先のフェイズａとは逆に、受光部２０が可視光領域に感度ピークを持つ状態となり、受光部１０が赤外領域に感度ピークを持つ状態となる。

【0044】

また、フェイズｃでは、スイッチＳＷｃ＊がオフされる。その結果、スイッチ部３０が出力遮断状態（出力端３５及び３６がオープンされた状態）となる。なお、フェイズｃにおいて、スイッチＳＷａ＊及びＳＷｂ＊のオン／オフ状態はいずれも不問であるが、例えば全てをオフ状態としておけばよい。

【0045】

図６は、スイッチ部３０による時分割受光動作の第１例を示すタイミングチャートであり、紙面の上から順に、アナログ／デジタル変換部４０及び５０の動作状態、並びに、スイッチ部３０のフェイズ切替状態が描写されている。

【0046】

二重積分型のアナログ／デジタル変換部４０及び５０は、それぞれ、時刻ｔ１１から所定の充電期間Ｔｘ（時刻ｔ１１〜ｔ１３、例えば１００ｍｓ）に亘って検出信号Ｉ１及びＩ２によるキャパシタ（不図示）の充電処理ＣＨＧを行った後、時刻ｔ１３から当該キャパシタの放電処理ＤＣＨＧを行い、その放電期間Ｔｙ（時刻ｔ１３〜ｔ１４）の長さをカウントすることにより、検出信号Ｉ１及びＩ２をデジタル信号Ｓ１及びＳ２に変換する。

【0047】

その際、スイッチ部３０は、アナログ／デジタル変換部４０及び５０の充電期間Ｔｘ中に先述のフェイズａとフェイズｂを時分割で切り替える。より具体的に述べると、スイッチ部３０は、充電期間Ｔｘの前半（時刻ｔ１１〜ｔ１２）にフェイズａとなり、充電期間Ｔｘの後半（時刻ｔ１２〜ｔ１３）にフェイズｂとなる。なお、放電期間Ｔｙには、スイッチ部３０をフェイズｃとすればよい。

【0048】

上記の時分割受光動作では、充電期間Ｔｘの前半と後半で、検出信号Ｉ１が光電流Ｉ１１から光電流Ｉ２１に切り替わり、検出信号Ｉ２が光電流Ｉ２２から光電流Ｉ１２に切り替わる。従って、検出信号Ｉ１を変換して得られるデジタル信号Ｓ１は、光電流Ｉ１１と光電流Ｉ２１との時間平均値となり、検出信号Ｉ２を変換して得られるデジタル信号Ｓ２は、光電流Ｉ２２と光電流Ｉ１２との時間平均値となる。

【0049】

すなわち、充電期間Ｔｘの前半には、受光部１０で周囲光Ｌ１の可視光成分を検出して受光部２０で赤外成分を検出する一方、充電期間Ｔｘの後半には、先と逆に、受光部１０で周囲光Ｌ１の赤外成分を検出して受光部２０で可視光成分を検出するように、受光部１０及び２０の受光特性（分光感度特性）が時分割で交互に切り替えられる。従って、受光部１０及び２０の双方に対して周囲光Ｌ１が均一に当たらない場合であっても、検出信号Ｉ１及びＩ２の出力比がずれにくくなるので、光センサ装置１の光学指向特性の悪化を抑えることが可能となる。

【0050】

なお、時刻ｔ１２付近の拡大図（図６の破線円を参照）で示したように、スイッチ部３０は、フェイズａとフェイズｂを切り替える際にフェイズｃを経由することが望ましい。このような構成とすることにより、フェイズ切替時に生じる検出信号Ｉ１及びＩ２の乱れがアナログ／デジタル変換部４０及び５０に伝達されないので、デジタル信号Ｓ１及びＳ２（延いてはセンサ出力信号Ｓｏ）の精度を高めることが可能となる。

【0051】

また、本実施形態では、各受光部毎に２種類の受光素子を集積化した構成を例に挙げたが、各受光部毎の受光素子数はこれに限定されるものではなく、各受光部毎に３種類以上の受光素子を集積化しても構わない。その際には、各受光部毎の受光素子と同数のアナログ／デジタル変換部を設けて、各検出信号の並列処理を行うことが望ましい。

【0052】

＜第２実施形態＞
図７は、光センサ装置１の第２実施形態を示すブロック図である。本実施形態の光センサ装置１は、第１実施形態（図１を参照）と基本的に同一の構成であり、受光部１０及び２０が千鳥状に複数組設けられている点に特徴を有する。なお、複数の受光部１０は、いずれもスイッチ部３０の入力端３１及び３２に並列接続されている。また、複数の受光部２０は、いずれもスイッチ部３０の入力端３３及び３４に並列接続されている。

【0053】

このような構成を採用することにより、例えば充電期間Ｔｘよりも短い時間で周囲光Ｌ１の入射角度が変化するような場合であっても、複数組の受光部１０及び２０で得られる出力を平均化することで、精度の高いセンサ出力信号Ｓｏを生成することが可能となる。

【0054】

＜第３実施形態＞
図８は、光センサ装置１の第３実施形態を示すテーブルである。なお、テーブル内の左欄には受光部１０の縦構造が描写されており、右欄には受光部１０の等価回路図が描写されている。なお、受光部２０の縦構造及び等価回路図は、受光部１０と同一であることから重複した描写ないし説明を割愛する。

【0055】

本実施形態の光センサ装置１において、ｐ型ウェル１１２の内部には、さらにｎ型ウェル１１３が形成されており、受光部１０では、ｐ型ウェル１１２とｎ型ウェル１１３とのｐｎ接合面によって、先のフォトダイオード１１及び１２とは異なる受光特性（分光感度特性）を持つフォトダイオード１３が新たに形成されている。

【0056】

なお、フォトダイオード１３のカソードに相当するｎ型ウェル１１３は、スイッチ部３０の入力端３１に接続してもよいし（（Ｘ）欄を参照）、スイッチ部３０の入力端３２に接続してもよい（（Ｙ）欄を参照）。

【0057】

（Ｘ）欄の構成を採用した場合には、フォトダイオード１３がフォトダイオード１１と並列に接続されるので、両者の光電流が足し合されて出力される。一方、（Ｙ）欄の構成を採用した場合には、フォトダイオード１３のアノードとカソードが互いにショートされるので、フォトダイオード１３の光電流が出力されることはない。

【0058】

＜第４実施形態＞
図９は、光センサ装置１の第４実施形態を示す模式図である。本実施形態の光センサ装置１を搭載した光センサモジュール２００は、先出の図３で示した構成と基本的に同様であり、ケース２１０内に担持されて発光部３１０から赤外光Ｌ２を出射する発光装置３００をさらに有する。なお、ケース２１０には、発光装置３００の周囲を取り囲むようにテーパ面２３０が設けられており、赤外光Ｌ２が効率良く出射されるようになっている。

【0059】

また、本実施形態の光センサ装置１は、発光装置３００から出射された後に近接する物体（不図示）で反射された赤外光Ｌ２を受光する赤外受光部７０をさらに含む。なお、赤外受光部７０は、先の受光部１０（または２０）と基本的に同一の縦構造（図２を参照）を有している。ただし、赤外受光部７０では、赤外光Ｌ２のみを選択的に受光する必要があるので、フォトダイオード１１のアノードとカソードとの間がショートされており、かつ、半導体基板１００の表面には赤外光Ｌ２のみを透過する赤外フィルタが形成される。

【0060】

本構成例の光センサモジュール２００であれば、周囲光Ｌ１の照度を検出する照度センサとして利用するだけでなく、赤外光Ｌ２の反射有無を検出して物体の近接を検出する近接センサとしても利用することが可能となる。

【0061】

なお、本実施形態の光センサ装置１では、受光部１０及び２０とは別に赤外受光部７０を設けた構成を例に挙げたが、受光部１０及び２０を流用して赤外光Ｌ２の検出を行うことも可能である。その場合には、周囲光Ｌ１と赤外光Ｌ２を時分割で検出するようにスイッチ部３０を制御すればよい。このような構成を採用することにより、光センサ装置１に赤外受光部７０を設ける必要がなくなるので、光センサ装置１の小型化や低コスト化を実現することが可能となる。

【0062】

また、受光部１０及び２０を流用して赤外光Ｌ２の検出を行う場合には、周囲光Ｌ１と赤外光Ｌ２の検出切替に同期してロジック部６０の演算処理を適宜切り替えることが望ましい。具体的に述べると、周囲光Ｌ１の検出時には、周囲光Ｌ１の照度（可視光成分の強度）が正確に測定されるように、検出信号Ｓ１（＝フォトダイオード１１及び２１の平均出力）から検出信号Ｓ２（＝フォトダイオード１２及び２２の平均出力）を所定の割合で減ずることにより、センサ出力信号Ｓｏを生成すればよい。一方、赤外光Ｌ２の検出時には、赤外光Ｌ２の反射有無が正確に測定されるように、先とは逆に、検出信号Ｓ２から検出信号Ｓ１を所定の割合で減ずることにより、センサ出力信号Ｓｏを生成すればよい。

【0063】

＜第５実施形態＞
図１０は、光センサ装置１の第５実施形態を示すブロック図である。本実施形態の光センサ装置１は、第１実施形態（図１を参照）と基本的に同一の構成であるが、受光部２０とアナログ／デジタル変換部５０がいずれも削除されている点に特徴を有する。

【0064】

また、上記構成要素の削除に伴い、スイッチ部３０の構成にも変更が加えられている。具体的には、入力端３３及び３４、出力端３６、スイッチＳＷａ３及びＳＷａ４、スイッチＳＷｂ３及びＳＷｂ４、並びに、スイッチＳＷｃ２が削除されると共に、スイッチＳＷｂ２の第２端がスイッチＳＷｃ１の第１端に接続されている。なお、フェイズａ〜ｃにおける各スイッチ（本実施形態で削除されていない各スイッチ）のオン／オフ状態については、先の図５と同一なので重複した説明は割愛する。

【0065】

さらに、上記構成要素の削除に伴い、ロジック部６０は、デジタル信号Ｓ１及びＳ２を並列処理してセンサ出力信号Ｓｏを生成する構成ではなく、時分割で入力されるデジタル信号Ｓ１及びＳ２をレジスタ６１及び６２に順次保持し、レジスタ６１及び６２の格納内容を用いてセンサ出力信号Ｓｏを生成する構成に変更されている。

【0066】

図１１は、スイッチ部３０による時分割受光動作の第２例を示すタイミングチャートであり、紙面の上から順に、アナログ／デジタル変換部４０の動作状態、スイッチ部３０のフェイズ切替状態、並びに、レジスタ６１及び６２の格納状態が描写されている。

【0067】

まず、スイッチ部３０は、時刻ｔ２１から所定の充電期間Ｔｘ（時刻ｔ２１〜ｔ２２、例えば１００ｍｓ）に亘ってフェイズａとなり、検出信号Ｉ１として光電流Ｉ１１を出力する。一方、アナログ／デジタル変換部４０は、上記の充電期間Ｔｘに亘って検出信号Ｉ１によるキャパシタ（不図示）の充電処理ＣＨＧを行った後、時刻ｔ２２から当該キャパシタの放電処理ＤＣＨＧを行い、その放電期間Ｔｙ１（時刻ｔ２２〜ｔ２３）の長さをカウントすることにより、検出信号Ｉ１をデジタル信号Ｓ１に変換する。このデジタル信号Ｓ１は、時刻ｔ２３以降、レジスタ６１に格納される。なお、放電期間Ｔｙ１には、スイッチ部３０をフェイズｃとしておけばよい。

【0068】

次に、スイッチ部３０は、時刻ｔ２３から所定の充電期間Ｔｘ（時刻ｔ２３〜ｔ２４、例えば１００ｍｓ）に亘ってフェイズｂとなり、検出信号Ｉ２として光電流Ｉ１２を出力する。一方、アナログ／デジタル変換部４０は、上記の充電期間Ｔｘに亘って検出信号Ｉ２によるキャパシタ（不図示）の充電処理ＣＨＧを行った後、時刻ｔ２４から当該キャパシタの放電処理ＤＣＨＧを行い、その放電期間Ｔｙ２（時刻ｔ２４〜ｔ２５）の長さをカウントすることにより、検出信号Ｉ２をデジタル信号Ｓ２に変換する。このデジタル信号Ｓ２は、時刻ｔ２５以降、レジスタ６２に格納される。なお、放電期間Ｔｙ２には、スイッチ部３０をフェイズｃとしておけばよい。

【0069】

時刻ｔ２５において、デジタル信号Ｓ１及びＳ２の双方がレジスタ６１及び６２に格納された後、ロジック部６０は、レジスタ６１及び６２からデジタル信号Ｓ１及びＳ２を読み出してセンサ出力信号Ｓｏを生成する。なお、ロジック部６０での演算処理は、先と同一なので重複した説明は割愛する。

【0070】

上記したように、本実施形態の光センサ装置１は、受光部１０の感度ピークを可視光領域と赤外領域に順次切り替えて得られたデジタル信号Ｓ１及びＳ２を用いてセンサ出力信号Ｓｏを生成する。このように、受光特性（分光感度特性）を任意に切り替えることのできる単一の受光部１０を用いて周囲光Ｌ１を検出する構成であれば、周囲光Ｌ１の入射角度に依ることなく、フォトダイオード１１及び１２の出力比を一定に維持することができるので、光センサ装置１の光学指向特性を向上することが可能となる。また、複数の受光部１０及び２０を用いる第１実施形態（図１を参照）と比べて、光センサ装置１の小型化や低コスト化を実現することも可能となる。

【0071】

ただし、本実施形態の光センサ装置１は、デジタル信号Ｓ１及びＳ２を並列に生成することのできる第１実施形態と比べて、センサ出力信号Ｓｏの生成処理に時間を要する点に留意が必要である（図６と図１１とを比較参照）。

【0072】

＜電子機器＞
図１２〜図１４は、光センサ装置１が搭載される電子機器Ａ〜Ｃ（携帯電話（スマートフォン）、デジタルスチルカメラ、及び、テレビ）の外観図である。これらの電子機器Ａ〜Ｃにおいて、例えば、その照度センサとして先述の光センサ装置１を搭載することにより、周囲光の照度に応じて表示部のバックライト制御を行うことが可能となる。

【0073】

＜その他の変形例＞
なお、上記の実施形態では、主に照度センサとしての適用例を挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、照度センサ以外にも、例えば、近接センサ、カラーセンサ、及び、ＵＶ［ultraviolet］センサなどに広く適用することが可能である。

【0074】

また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、例えば、照度センサ、近接センサ、カラーセンサ、及び、ＵＶセンサに利用することが可能である。

【符号の説明】

【0076】

１ 光センサ装置
２ 中央演算処理装置
１０、２０ 受光部
１１〜１３、２１〜２２ フォトダイオード（受光素子）
３０ スイッチ部
３１〜３４ 入力端
３５〜３６ 出力端
４０、５０ アナログ／デジタル変換部
６０ ロジック部
７０ 赤外受光部
１００ ｐ型サブストレート
１１１、１１３、１２１ ｎ型ウェル
１１２、１２２ ｐ型ウェル
１３０ 保護膜
２００ 光センサモジュール
２１０ ケース
２２０ 開口窓
２３０ テーパ面
３００ 発光装置
３１０ 発光部
ＳＷａ１〜ＳＷａ４、ＳＷｂ１〜ＳＷｂ４、ＳＷｃ１〜ＳＷｃ２ スイッチ
Ｌ１ 周囲光
Ｌ２ 赤外光
Ａ〜Ｃ 電子機器（携帯電話、デジタルスチルカメラ、テレビ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】