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公開番号2025128611
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-03
出願番号2024025371
出願日2024-02-22
発明の名称照度センサ
出願人ローム株式会社
代理人弁理士法人佐野特許事務所
主分類G01J 1/42 20060101AFI20250827BHJP(測定;試験)
要約【課題】フォトダイオードを有する照度センサにおいてノイズの影響を軽減する。
【解決手段】照度センサは、第1及び第2フォトダイオード(10、20)を用いて入射光(IL)の照度を検出する照度検出回路(2)と、入射光の第2フォトダイオードへの入射を遮蔽する遮光メタル(235)と、を備える。照度検出回路は、入射光が第1フォトダイオードに入射することで第1フォトダイオードに発生する光電流と第1フォトダイオードの暗電流に応じた第1信号を生成すると共に第2フォトダイオードの暗電流に応じた第2信号を生成し、第1信号及び第2信号に基づき入射光の照度を検出する。遮光メタルは照度検出回路に対して絶縁される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
照度センサであって、第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを用いて当該照度センサへの入射光の照度を検出するよう構成された照度検出回路と、前記入射光の前記第２フォトダイオードへの入射を遮蔽する遮光メタルと、を備え、
前記照度検出回路は、前記第１フォトダイオードを有し、前記入射光が前記第１フォトダイオードに入射することで前記第１フォトダイオードに発生する光電流と前記第１フォトダイオードの暗電流に応じた第１信号を生成するよう構成された第１センス回路と、前記第２フォトダイオードを有し、前記第２フォトダイオードの暗電流に応じた第２信号を生成するよう構成された第２センス回路と、を備えて、前記第１信号及び第２信号に基づき前記入射光の照度を検出し、
前記遮光メタルを前記照度検出回路に対して絶縁した
、照度センサ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記入射光の光路上において前記入射光の光源と前記照度検出回路が形成された半導体基板との間に、前記入射光の内、特定波長帯域の光成分を選択的に通過させるフィルタが設けられ、
前記フィルタと前記半導体基板内における前記第２フォトダイオードの形成領域との間に前記遮光メタルが配置される
、請求項１に記載の照度センサ。
【請求項３】
前記半導体基板内における前記第１フォトダイオードの形成領域と前記フィルタとの距離は、前記半導体基板内における前記第２フォトダイオードの形成領域と前記フィルタとの距離と、等しい
、請求項２に記載の照度センサ。
【請求項４】
前記フィルタと前記半導体基板が並ぶ方向における前記遮光メタルの厚さは、前記第１フォトダイオードの形成領域と前記フィルタとの前記距離の１／１０以下である
、請求項３に記載の照度センサ。
【請求項５】
前記フィルタと前記半導体基板が並ぶ方向に直交する面に平行な方向において、前記遮光メタルの大きさは、前記第２フォトダイオードの形成領域の大きさ以上である
、請求項２～４の何れかに記載の照度センサ。
【請求項６】
前記第１センス回路は、前記第１フォトダイオードと、前記光電流と前記第１フォトダイオードの暗電流に基づき前記第１信号を生成するよう構成された第１信号生成回路と、を備え、
前記第２センス回路は、前記第２フォトダイオードと、前記第２フォトダイオードの暗電流に基づき前記第２信号に生成するよう構成された第２信号生成回路と、を備え、
前記照度検出回路は、前記第１センス回路及び前記第２センス回路に加えて、前記第１信号及び前記第２信号に基づき前記入射光の照度の検出結果を示す照度検出信号を生成するよう構成された検出信号生成回路を備え、
前記半導体基板には、前記第１フォトダイオードの形成領域と、前記第２フォトダイオードの形成領域と、前記第１信号生成回路、前記第２信号生成回路及び前記検出信号生成回路が形成された他の半導体領域と、が設けられ、
当該照度センサには、前記遮光メタルとしての特定遮光メタルに加えて、前記入射光の前記他の半導体領域への入射を遮蔽する非特定遮光メタルが設けられ、
前記非特定遮光メタルは前記照度検出回路に対して非絶縁である
、請求項２に記載の照度センサ。
【請求項７】
前記第１信号生成回路は、積分期間における前記光電流と前記第１フォトダイオードの暗電流の総量を電圧に変換することで前記第１信号を生成し、
前記第２信号生成回路は、前記積分期間における前記第２フォトダイオードの暗電流の総量を電圧に変換することで前記第２信号を生成し、
前記検出信号生成回路は、前記第１信号及び前記第２信号間の差に基づき前記照度検出信号を生成する
、請求項６に記載の照度センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、照度センサに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードを有する照度センサが広く用いられる（例えば下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１３４７０４号公報
【０００４】
［概要］
フォトダイオードを有する照度センサにおいてノイズの影響を軽減することは重要である。
【０００５】
本開示の一態様に係る照度センサは、第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを用いて当該照度センサへの入射光の照度を検出するよう構成された照度検出回路と、前記入射光の前記第２フォトダイオードへの入射を遮蔽する遮光メタルと、を備え、前記照度検出回路は、前記第１フォトダイオードを有し、前記入射光が前記第１フォトダイオードに入射することで前記第１フォトダイオードに発生する光電流と前記第１フォトダイオードの暗電流に応じた第１信号を生成するよう構成された第１センス回路と、前記第２フォトダイオードを有し、前記第２フォトダイオードの暗電流に応じた第２信号を生成するよう構成された第２センス回路と、を備えて、前記第１信号及び第２信号に基づき前記入射光の照度を検出し、前記遮光メタルを前記照度検出回路に対して絶縁した。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本開示の実施形態に係る照度センサの外観斜視図である。
図２は、本開示の実施形態に係る半導体チップの概略構成図である。
図３は、本開示の実施形態に係る半導体基板の概略上面視図である。
図４は、本開示の実施形態に係り、半導体基板内の各領域とメタル膜との位置関係を示す図である。
図５は、本開示の実施形態に係り、半導体基板内の各領域とメタル膜との位置関係を示す図である。
図６は、本開示の実施形態に係り、半導体チップの縦構造を概略的に示す図である。
図７は、本開示の実施形態に係り、照度検出回路の構成図である。
図８は、本開示の実施形態に係り、照度センサとホスト装置とが接続される様子を示す図である。
図９は、本開示の実施形態に係り、フォトダイオード領域と特定メタル膜との位置及び大きさ関係を示す図である。
図１０は、本開示の実施形態に係り、照度検出する際の照度検出回路の状態を示す図である。
図１１は、本開示の実施形態に係り、積分期間及びその周辺期間における２つのセンス信号の波形を示す図である。
図１２は、参考例に係り、照度センサに対するノイズの影響を説明するための図である。
図１３は、参考例に係り、照度センサに対するノイズの影響を説明するための図である。
図１４は、参考例に係り、照度センサに対するノイズの影響を説明するための図である。
図１５は、本開示の実施形態に係り、照度センサに対するノイズの影響を説明するための図である。
図１６は、本開示の実施形態に属する第１実施例に係り、照度検出回路の構成図である。
図１７は、本開示の実施形態に属する第１実施例に係り、照度検出回路における４つのスイッチの状態及び２つのセンス信号の波形を示す図である。
図１８は、本開示の実施形態に属する第２実施例に係り、複数のフォトダイオード領域の形成位置を示す図である。
図１９は、本開示の実施形態に属する第３実施例に係り、各センス回路の変形構成を示す図である。
【０００７】
［詳細な説明］
以下、本開示の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、機能部、回路、素子又は部品等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、機能部、回路、素子又は部品等の名称を省略又は略記することがある。
【０００８】
まず、本開示の実施形態の記述にて用いられる幾つかの用語について説明を設ける。グランドとは、基準となる０Ｖ（ゼロボルト）の電位を有する基準導電部（reference conductor）を指す又は０Ｖの電位そのものを指す。基準導電部は金属等の導体を用いて形成されて良い。０Ｖの電位をグランド電位と称することもある。本開示の実施形態において、特に基準を設けずに示される電圧はグランドから見た電位を表す。任意の回路素子、配線、ノードなど、回路を形成する複数の部位間についての接続とは、特に記述なき限り、電気的な接続を指すと解して良い。
【０００９】
図１は本開示の実施形態に係る照度センサＬＳの外観斜視図である。照度センサＬＳは、半導体チップ１と、半導体チップ１を収容する筐体ＣＳと、筐体ＣＳから照度センサＬＳの外部に対して露出する複数の外部端子と、を備えた電子部品（半導体装置）である。半導体チップ１を筐体ＣＳ内に封入することで照度センサＬＳが形成される。尚、図１に示される照度センサＬＳの外部端子の数及び照度センサＬＳの筐体の種類は例示に過ぎず、それらを任意に設計可能である。
【００１０】
図１において、ＩＬは照度センサＬＳに対して入射する光（以下、入射光と称する）を表す。説明の具体化のため、以下のように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。入射光ＩＬは、入射光ＩＬの光源（不図示）からＺ軸と平行に進行して照度センサＬＳに入射する。入射光ＩＬの光源は例えば太陽又は任意の照明装置であり、太陽又は照明装置からの光を反射する反射体であり得る。入射光ＩＬが進行する向きはＺ軸の正側から負側に向かう向きである。上下方向はＺ軸に平行であるとする。Ｚ軸の負側から見てＺ軸の正側に向かう向きが上向きであって、Ｚ軸の正側から見てＺ軸の負側に向かう向きが下向きである。従って、入射光ＩＬは下向きに進行して照度センサＬＳに入射する。尚、Ｘ軸及びＹ軸に平行な面をＸＹ面と称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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