JP6757183B2 - 受光器および携帯型電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、受光器および携帯型電子機器に関する。

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、および、照度センサ等の小型化により、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、照度センサにより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。

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り、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。

例えば、特許文献１には、ＵＶセンサと照度センサとを備え、各センサに受光器、電圧検出回路、および、光センサ窓が設けられた紫外線測定装置が開示されている。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。

特許文献２には、ＳＯＩ基板を用いて可視光センサと紫外線センサとを集積した光センサが開示されている。一般的に、紫外線を検出するためには、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が使われてきたが、これらを用いた場合、信号処理用ＩＣとの同一チップ上での集積化が困難で高コストになる。

特許文献３には、異なる分光感度特性を有する複数の接合フォトダイオードが縦方向に配列された構造の２つの受光素子と、一方の受光素子上に設けられたＵＶ（紫外線）カットフィルタとを備え、２つの受光素子の信号強度の差分をとることで紫外線の強度および照度を測定する受光器が開示されている。

このような差分方式を採用することで、低コストで紫外線受光器を実現することができる。紫外線を受光するには、紫外線領域に感度のある最表面のＰＮ接合フォトダイオードを使用する。ＵＶカットフィルタを可視光と赤外光とが透過するため、可視光領域または赤外線領域に感度のある深い位置のＰＮ接合フォトダイオードを用いることにより、照度を測定することも可能となる。

また、上記差分方式は、汎用のシリコン基板を用いることが可能なため、シリコンＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）プロセスで形成されたセンサ回路と同一チップ上に集積化することにより低コスト化を図ることができる。さらに、上記複数の接合フォトダイオードが縦方向に配列された構造の受光素子で紫外線および照度の両方を検出できるので、スマートフォン等の携帯型電子機器の紫外線センサおよび照度センサの光センサ窓を共通化できる。

特開２０１０−１１２７１４号公報 特許第５１８９３９１号公報 国際公開２０１５／１５１６５１号明細書

上記受光器では、受光素子に対して光が斜めに入射すると、受光素子の正面から光が入射した場合と比べて、受光素子への入射光量がcosθ倍に減少してしまう。また、この受光素子への入射光量の減少に伴って、UVカットフィルタのカットオフ周波数の特性が変化し、短波長側にシフトするため、受光素子への入射光量がさらに減少してしまう。このような受光素子への入射光量の減少を回避するためには、受光素子に入射する光の傾きを検出し、受光素子の正面から入射した光から得られる光電流のみを紫外線等の検出に用いることが考えられる。

しかし、上記受光器では、受光素子に入射する光の傾きを検出することができないため、受光素子の正面から入射した光から得られる光電流のみを紫外線等の検出に用いることは困難である。

そこで、本発明は、受光素子に入射する光の傾きを検出できる受光器、および、これを備えた携帯型電子機器を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明の受光器は、
受光領域を有する受光部と、
上記受光領域の少なくとも一部を覆い、所定の波長領域を有する光を透過させる光フィルタと、
上記受光領域および上記光フィルタを覆う遮光部と、
を備え、
上記受光領域が、第１受光領域と、この第１受光領域の周囲に配置された第２受光領域とで構成され、上記第１受光領域および上記第２受光領域の各々には、光が入射することによって光電流を流す受光素子が設けられており、
上記光フィルタが、上記受光素子が感度を有する波長領域の光の一部を透過させ、
上記遮光部が、上記第１，第２受光領域に光を入射させるための開口部を有し、上記開口部が、上記第１，第２受光領域に入射する光の入射方向に沿って見た平面視において、上記第１受光領域の半分以上の面積を有するように配置されており、
上記開口部を介して上記第１，第２受光領域に入射した光の強度に基づいて、上記受光領域に入射する光の傾きを検出する傾き検出部をさらに備えることを特徴としている。

本発明の受光器によれば、受光部の第１，第２受光領域に入射する光の強度に基づいて、第１，第２受光領域に入射する光の傾きを検出できる。

本発明の第１実施形態の受光器のブロック図。 図１の受光器の受光部の斜視図。 図１の受光器の受光部の断面図。 図１の受光器の受光部の上面図。 図１の受光器のＡ／Ｄコンバータの構成を示すブロック図。 図１の受光器のＡ／Ｄコンバータの動作の一例を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施形態の受光器のブロック図。 図７の受光器の受光素子のフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒを使用している状態の断面図。 図７の受光器の受光素子のフォトダイオードＰＤ＿ｉｒを使用している状態の断面図。 図７の受光器の受光素子の断面図。 図７の受光器の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。 図７の受光器の受光素子のフォトダイオード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断面図。 図７の受光器の受光素子のフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオード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断面図。 図７の受光器の受光素子のフォトダイオード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断面図。 図７の受光器の受光部の上面図。 図７の受光器の受光素子のフォトダイオードＰＤ＿ｕｖの分光感度特性を示す図。 図７の受光器の光フィルタの分光透過率特性を示す図。 図７の受光器の受光素子の光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。 図７の受光器の受光部全体における分光感度特性を示す図。 図７の受光器の受光部の他の例の上面図。 図２０の受光器の図１７の光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。 図２０の受光器の受光部全体の分光感度特性を示す図。 本発明の第３実施形態の受光器の受光部の上面図。 本発明の第４実施形態の受光器の受光部の上面図。 本発明の第５実施形態の受光器の受光部の上面図。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の受光器１は、図１に示すように、受光部１０と、受光部１０に接続されたセンサ回路部２０とを備えている。なお、第１実施形態の受光器１は、例えば、照度センサとして用いられる。

受光部１０は、図１に示すように、受光領域１３，１４を有しており、図３に示すように、受光領域１３，１４上に、光フィルタ１１が設けられている。また、受光部１０は、中空の筺体１５の内部に配置されている。

受光部１０の受光領域１３，１４は、図４に示すように、上面視正方形状の第１受光領域１３と、この第１受光領域１３の周囲に配置された第２受光領域１４とで構成されている。第１受光領域１３には、第１受光素子ＰＤ１が設けられ、第２受光領域１４には、第２受光素子ＰＤ２が設けられている。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り電流Ｉｉｎ２を流すようになっている。

第１，第２受光素子ＰＤ１，ＰＤ２は、図３に示すように、相互に同一の断面構造を有している。すなわち、第１，第２受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の各々は、Ｐ型基板Ｐ＿ｓｕｂと、Ｐ型基板Ｐ＿ｓｕｂ上に設けられたＮ型ウェル層Ｎ＿ｗｅｌｌと、Ｎ型ウェル層Ｎ＿ｗｅｌｌ上に設けられたＰ型拡散層Ｐ＋とを備えている。

また、第１，第２受光素子ＰＤ１，ＰＤ２は、ＰＮ接合からなる２つのフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒを備えている。第１受光素子ＰＤ１は、Ｐ型拡散層Ｐ＋とＰ型基板Ｐ＿Ｓｕｂとが接地（ＧＮＤ）されており、第２受光素子ＰＤ２は、Ｐ型基板Ｐ＿Ｓｕｂが接地されており、Ｐ型拡散層Ｐ＋とＮ型ウェル層Ｎ＿ｗｅｌｌとが互いに接続されている。

光フィルタ１１は、例えば、視感度補正フィルタであり、図４に示すように、第１，第２受光領域１３，１４の全体を覆うように設けられている。

また、図３に示すように、第１，第２受光素子ＰＤ１，ＰＤ２の上面には、それぞれ、Ｐ型拡散層Ｐ＋が露出するように、遮蔽部１２が設けられている。これにより、外部からの光がＰ型拡散層Ｐ＋に入射する。

筺体１５は、その受光領域１３，１４に対向する面に、遮光部１６を有している。この遮光部１６には、受光領域１３，１４に光を入射させるための開口部１７が設けられている。

開口部１７は、上面視において、第１受光領域１３よりも一回り小さい正方形状を有し、その中心が第１受光領域１３の中心と一致ように配置されている。

センサ回路部２０は、図１に示すように、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２と、傾き検出部２１と、入射状態判定部２２とで構成されている。

Ａ／Ｄコンバータ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更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。

Ａ／Ｄコンバータ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更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。

また、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２は、同じ構成を有しており、図５に示すように、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴと、充電回路２３と、比較回路２４と、制御回路２５と、放電回路２６とで構成されている。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２は、例えば、図６に示すように動作する。なお、図６中、ＣＬＫはクロック信号を示し、ＳＷ１，ＳＷ２は図５のスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉状態を示し、Ｖｒｅｆは図５の基準電源Ｖ１の電圧を示し、ＣＯＭＰは比較回路２４の出力を示し、ＣＨＡＲＧＥはスイッチＳＷ２の開閉に用いる制御回路２５の出力を示す。

変換動作開始前は、スイッチＳＷ１が閉じているため、充電回路２３（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。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２は、スイッチＳＷ１がオフすることにより、光電流ＩｉｎでコンデンサＣ１に充電を行うことが可能になり、ＡＤ変換動作を行う。スイッチＳＷ１のオフ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。

データ変換期間（ｔ_ｃｏｎｖ）では、まず、スイッチＳＷ２をオンして、放電回路２６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（プリチャージ期間）。その後、スイッチＳＷ２をオンからオフに切り替えると、充電回路２３が光電流Ｉｉｎにより充電され、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２４の出力ＣＯＭＰがロー電圧からハイ電圧に切り替わる。これにり、制御回路２５の出力がロー電圧からハイ電圧に切り替わってスイッチＳＷ２がオンとなり、放電回路２６によって一定の電荷（ＩＲＥＦ×Ｉ_ｒｅｆ）が放電される。

データ変換期間（ｔ_ｃｏｎｖ）の間、制御回路２５のカウンタが、放電時間（制御回路２５の出力がロー電圧からハイ電圧になった時間）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。カウンタの出力は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２の出力ＡＤＣＯＵＮＴ１，ＡＤＣＯＵＮＴ２となる。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２では、光電流Ｉｉｎにより充電された電荷量と、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、下記式（１）が成り立つ。よって、ｃｏｕｎｔの最小分解能は、（ＩＲＥＦ×ｔ_ｃｌｋ）で決定される。なお、下記式（１）において、ｔ_ｃｌｋはクロック周期、ｔ_ｃｏｎｖは充電期間、ｃｏｕｎｔは放電時間をカウントした値、ＩＲＥＦは基準電流値を示す。
ｃｏｕｎｔ＝（Ｉｉｎ×ｔ_ｃｏｎｖ）／（ＩＲＥＦ×ｔ_ｃｌｋ）…（１）

傾き検出部２１は、デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１，ＡＤＣＯＵＮＴ２に基づいて、受光領域１３，１４に入射した入射光の傾きを検出する。例えば、第１，第２受光領域１３，１４に入射する入射光の入射方向を図２に示すＬ１からＬ２に変化させると、図４に示すように、第１，第２受光領域１３，１４に入射する入射光の範囲がＬ１からＬ２に変化する。すなわち、デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２は、受光領域１３，１４に入射する入射光の傾きが大きくなるほど大きくなる。このため、第１，第２受光領域１３，１４に入射する入射光の傾きは、下記式（２）により求められる。
ＡＤＣＯＵＮＴ２／（ＡＤＣＯＵＮＴ１＋ＡＤＣＯＵＮＴ２）…（２）

入射状態判定部２２は、傾き検出部２１により検出された入射光の傾きに基づいて、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の入射状態が正常であるか否かを判定する。光の入射状態が正常であるか否かは、傾き検出部２１により検出された入射光の傾きが所定の閾値以下であるか否かにより判定される。なお、所定の閾値は、遮光部１６の開口部１７の大きさ、あるいは、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の強度等に応じて、任意に設定できる。

このように、第１実施形態の受光器１によれば、受光部１０の第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の強度に基づいて、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出する傾き検出部２１を備えている。これにより、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出できる。

このとき、上記式（２）により、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きが求められる。すなわち、簡単な構成で、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出できる。

また、傾き検出部２１により検出された光の傾きに基づいて、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の入射状態が正常であるか否かを判定する入射状態判定部２２をさらに備えている。これにより、例えば、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光のうち、入射状態が正常であると判定されたものだけを紫外線強度の検出に用いることで、紫外線強度の検出精度を高めることができる。

なお、遮光部１６の開口部１７は、上面視（第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の入射方向に沿って見た平面視）において、第１受光領域１３の半分以上の面積を有していればよく、受光器１の設計等に応じて、その形状および大きさを変更できる。例えば、開口部１７は、その中心が第１受光領域の中心と一致していなくてもよいし、第１受光領域とは異なる形状を有してもよい。

また、開口部１７は、第１受光領域と同じ形状および大きさであり、かつ、中心が第１受光領域の中心と一致するように配置するのが好ましい。これにより、光が傾く方向による検知感度の偏りを少なくすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の受光器１０１は、図７に示すように、次の点で第１実施形態の受光器１と異なっている。なお、第２実施形態の受光器１０１は、例えば、紫外線センサとして用いられる。
・受光部１１０の第１受光領域１３に第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２を設け、第２領域に第５受光素子ＰＤ１３を設け、第３受光素子ＰＤ１１全体を覆うように光フィルタ１１としてＵＶカットフィルタを配置した点。
・センサ回路部１２０に第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３の各々に接続されたＡ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３を設けた点。

第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３は、図８，図９に示すように、同じ断面構造を有している。すなわち、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＯＤ１３の各々は、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。

なお、図８は、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３のフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒを使用している状態を示し、図９は、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３のフォトダイオードＰＤ＿ｉｒを使用している状態を示している。

第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３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ＰＤ＿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ＰＤ＿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ＰＤ＿ｕｖとを備えている。

第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３の上面には、それぞれ、Ｎ型拡散層Ｎが露出するように、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Ｎに入射する。

また、図１０に示すように、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３は、５つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を備えている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１は、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３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３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３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。なお、図１０では、第３受光素子ＰＤ１１のみを示している。

第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３は、図１１に示す分光感度特性を有している。

フォトダイオードＰＤ＿ｕｖの光電流を取り出すときの第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３のスイッチの開閉状態を図１２に示す。このときの第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３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。

フォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すときの第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３のスイッチの開閉状態を図１３に示す。このときの第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３の分光感度特性は、図１１中のＰＤ＿ｖｉｓ＋ＰＤ＿ｉｒで示す曲線のようになる。

フォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すときの第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３のスイッチの開閉状態を図１４に示す。このときの第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３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。

光フィルタ１１は、紫外線の波長領域（波長４００ｎｍ以下）の光の透過率が、紫外線の波長領域外の光の透過率よりも低いＵＶカットフィルタであり、図７に示すように、第３受光素子ＰＤ１１全体を覆っている。この光フィルタ１１は、紫外線の波長領域の光を遮断（紫外線の波長領域以外の光を透過）できるものが好ましい。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１は、第３受光素子ＰＤ１１に接続されており、光電流Ｉｉｎ１をデジタル信号に変更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３受光素子ＰＤ１１に入射した光の強度に対応する。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ２は、第４受光素子ＰＤ１２に接続されており、光電流Ｉｉｎ２をデジタル信号に変更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４受光素子ＰＤ１２に入射した光の強度に対応する。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ３は、第５受光素子ＰＤ１３に接続されており、光電流Ｉｉｎ３をデジタル信号に変更してデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ３を出力する。デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ３は、第５受光素子ＰＤ１３に入射した光の強度に対応する。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３は、同じ構成を有しており、図５に示すように、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴと、充電回路２３と、比較回路２４と、制御回路２５と、放電回路２６とで構成されている。

次に、第２実施形態の受光器１０１において、紫外線強度を検出する原理について説明する。

第２実施形態の受光器１では、事前に、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾き、および、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射量の偏りを求めて、紫外線強度を検出する。ここでは、フォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を用いた検出方法について説明する。

図８に示すように、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３がフォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すことができるように、各層の接続関係を変更した後、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きと、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射量の偏りとを事前に検出する。

図１５に示すように、第１，第２受光領域１３，１４に入射する入射光の入射方向をＬ１からＬ２に変化させると、図４に示すように、第１，第２受光領域１３，１４に入射する入射光の範囲がＬ１からＬ２に変化する。すなわち、受光領域１３，１４に入射する入射光の傾きが大きくなるにつれて、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２に入射する光の量が減少し、第５受光素子ＰＤ１３に入射する光の量が増加する。

また、図１１に示すように、フォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出す場合、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３は、光フィルタ１１の阻止帯域（〜４００ｎｍ）に感度を殆どもたない。

このため、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きは、下記式（３）により求められる。なお、下記式（３）において、「ADCOUNT1_vis_ir、ADCOUNT2_vis_ir、ADCOUNT3_vis_ir」は、それぞれ、フォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出した場合にＡ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３から出力されたデジタル出力値である。
ＡDCOUNT3_vis_ir／（ADCOUNT1_vis_ir＋ADCOUNT2_vis_ir＋ADCOUNT3_vis_ir）…（３）

入射状態判定部２２は、上記式（３）により得られた第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きに基づいて、光の入射状態が正常であるか否かを判定する。光の入射状態が正常であると判定されたデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１〜３を有効値として、紫外線強度の検出に利用する。

また、第３受光素子ＰＤ１１の光照射の偏りは下記式（４）により、第４受光素子ＰＤ１２の光照射の偏りは下記式（５）により求められる。
2×ADCOUNT1_vis_ir／（ADCOUNT1_vis_ir＋ADCOUNT2_vis_ir）…（４）
2×ADCOUNT2_vis_ir／（ADCOUNT1_vis_ir＋ADCOUNT2_vis_ir）…（５）

続いて、紫外線強度を検出する。まず、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射に偏りがない場合について説明する。

なお、このとき、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２は、図１２に示すフォトダイオードＰＤ＿ｕｖの光電流を取り出すときのスイッチの開閉状態となっている。

図１６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

また、図１７に示すように、光フィルタ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。

第３受光素子ＰＤ１１には、光フィルタ１１を透過した光が入射する。このため、第３受光素子ＰＤ１１の分光感度特性は、図１８に示すものとなる。一方で、第４受光素子ＰＤ１２の上部には光フィルタ１１が設けられていないため、第４受光素子ＰＤ１２の分光感度特性は、図１６に示すものとなる。

受光器１０１のセンサ回路部２０において、傾き検出部２１が、デジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ２とデジタル出力値ＡＤＣＯＵＮＴ１との差分を算出する。この差分は、第４受光素子ＰＤ１２に入射した光の強度から、第３受光素子ＰＤ１１に入射した光の強度を差し引いたものとなるため、受光部１１０全体における分光感度特性は、図１９に示すものとみなすことができる。

これにより、受光部１１０が、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域のみに感度を持つため、紫外線強度を正確に検出することができる。

次に、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射が偏っている場合について説明する。

紫外線強度を検出するときの主な測定対象光源である太陽光は、広い分光特性をもっていることから、紫外線強度を検出するときの第３，第４受光素子ＰＤ１１（PD_uv），ＰＤ１２（PD_uv）に照射される光量の偏りと、上記式（４），（５）により事前に検出した第３，第４受光素子ＰＤ１１（PD_vis+PD_ir），ＰＤ１２（PD_vis+PD_ir）の光照射の偏りとには相関があると言える。

すなわち、紫外線強度を検出するときに出力されたＡ／ＤコンバータＡＤＣ１のデジタル出力値ADCOUNT1_uv、および、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ２からのデジタル出力値ADCOUNT2_uvを事前に検出した第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射の偏りにより補正することで、紫外線強度を正確に検出することができる。

事前に検出した第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射の偏りにより補正されたＡ／ＤコンバータＡＤＣ１のデジタル出力値ADCOUNT1_uv2は、次の式（６）により、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ２のデジタル出力値ADCOUNT2_uv2は、次の式（７）により求められる。式（６），（７）では、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ１，ＡＤＣ２のデジタル出力値ADCOUNT1_uv，ADCOUNT2_uvに、事前に検出した第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射の偏りの逆数を掛けている。
ADCOUNT1_uv2=ADCOUNT1_uv×(ADCOUNT1_vis_ir+ADCOUNT2_vis_ir)／2×ADCOUNT1_vis_ir…（６）
ADCOUNT2_uv2=ADCOUNT2_uv×(ADCOUNT1_vis_ir+ADCOUNT2_vis_ir)／2×ADCOUNT2_vis_ir…（７）

上記式（５），（６）により得られたデジタル出力値ADCOUNT1_uv2，ADCOUNT2_uv2を差分することで、受光部１１０が、波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域のみに感度を持ち、紫外線強度を正確に検出することができる。

第２実施形態の受光器１０１によれば、第１受光領域１３に第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２が設けられ、第１受光素子ＰＤ１１全体が、光フィルタ１１で覆われている。これにより、例えば、紫外線強度の検出において、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きに加えて、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射の偏りを考慮することができるので、紫外線強度の検出精度を高めることができる。

なお、上記式（４），（５）により得られた３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射の偏りが１から大きく外れる場合（第３，第３受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２のどちらかに殆ど光が照射されていない場合）、補正の精度が担保できない。この場合、補正不可として、上記式（６），（７）により得られたデジタル出力値を無効値とする。

また、例えば、フォトダイオードＰＤ＿ｖｉｓおよびフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流に変えて、フォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を使用することもできる。この場合、図９に示すように、第３〜第５受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３がフォトダイオードＰＤ＿ｉｒの光電流を取り出すことができるように、各層の接続関係を変更する。そして、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きと、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射量の偏りとを事前に検出し、事前に検出された第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きと、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射量の偏りとに基づいて、紫外線強度を検出する。

第２実施形態の受光器１０１では、光フィルタ１１は、第３受光素子ＰＤ１１全体を覆うように配置されているが、これに限らない。例えば、図２０に示すように、第３フォトダイオードＰＤ１１の一部を覆うように、光フィルタ１１を配置してもよい。この場合の第３受光素子ＰＤ１１の分光感度特性は、図２１に示すものとなり、受光部１１０全体における分光感度特性は、図２２に示すものとみなすことができる。

（第３実施形態）
第２実施形態の受光器１０１では、受光部１１０の第１受光領域１３に第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２を設けているが、これに限らない。例えば、図２３に示すように、受光部２１０の第１受光領域１３に第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２をそれぞれ２つ設けてもよい。

第３実施形態の受光器２０１では、上面視において、第１受光領域１３の対向する辺の中間を結ぶように遮蔽部１２が設けられ、遮蔽部１２で覆われた４つの領域にそれぞれ第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２が設けられている。第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２は、その一方が他方と隣接しないように配置され、第３受光素子ＰＤ１１上を光フィルタ１１が覆っている。

このように第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２を配置することで、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射量の偏りを少なくすることができる。

なお、第１受光領域１３の分割数を増加させることにより、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射量の偏りをさらに少なくすることができる。

（第４実施形態）
第１実施形態の受光器１では、受光部１０の第１，第２受光領域１３，１４全体を覆うように光フィルタ１１を配置しているが、これに限らない。例えば、図２４に示すように、受光部３１０の第１受光領域１３全体と第２受光領域１４の一部とを覆うように光フィルタ１１を配置してもよい。

第４実施形態の受光器３０１では、上面視において、第１，第２受光領域１３，１４のうちの第２受光領域１４の外周縁部を除く部分が覆われるように、光フィルタ１１を配置している。この場合でも、第１実施形態の受光器１と同様の方法で、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出することができる。

（第５実施形態）
第２実施形態の受光器１０１では、受光部１１０の第１受光領域１３の第３受光素子ＰＤ１１全体を覆うように光フィルタ１１を配置しているが、これに限らない。例えば、図２５に示すように、受光部４１０の第１受光領域１３の第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の一部、および、第２受光領域１４の一部を覆うように配置してもよい。

第５実施形態の受光器４０１では、光フィルタ１１を５つ備えており、第１受光領域１３に１つの光フィルタ１１を、第２受光領域１３に４つの光フィルタ１１を配置している。第１受光領域１３に配置されている光フィルタ１１は、上面視において、第３，第４受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の一部を覆うように配置されている。第２受光領域１４に配置されている光フィルタ１１は、相互に重なることなく、第２受光領域１４の外周に沿って配置されている。この場合でも、第２実施形態の受光器１０１と同様の方法で、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出することができる。

上記第１〜第５実施形態の受光器１，１０１，２０１，３０１，４０１は、例えば、携帯型電子機器に適用することができる。

本発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

本発明の受光器１，１０１，２０１，３０１，４０１は、
受光領域１３，１４を有する受光部１０，１１０，２１０，３１０，４１０と、
上記受光領域１３，１４の少なくとも一部を覆い、所定の波長領域を有する光を透過させる光フィルタ１１と、
上記受光領域１３，１４および上記光フィルタ１１を覆う遮光部１６と、
を備え、
上記受光領域１３，１４が、第１受光領域１３と、この第１受光領域１３の周囲に配置された第２受光領域１４とで構成され、上記第１，第２受光領域１３，１４の各々には、光が入射することによって光電流を流す受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３が設けられており、
上記光フィルタ１１が、上記受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ１３が感度を有する波長領域の光の一部を透過させ、
上記遮光部１６が、上記受光領域１３，１４に光を入射させるための開口部を有し、上記開口部１７が、上記第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の入射方向に沿って見た平面視において、上記第１受光領域１３の半分以上の面積を有するように配置されており、
上記開口部１７を介して上記第１，第２受光領域１３，１４に入射した光の強度に基づいて、上記第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出する傾き検出部２１をさらに備えることを特徴としている。

上記構成によれば、受光部１０，１１０，２１０，３１０，４１０の第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の強度に基づいて、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きを検出できる。

また、一実施形態の受光器１，１０１，２０１，３０１，４０１では、
上記傾き検出部２１により検出された上記光の傾きに基づいて、上記第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の入射状態が正常であるか否かを判定する入射状態判定部２２をさらに備える。

上記実施形態によれば、例えば、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光のうち、入射状態が正常であると判定されたものだけを紫外線強度の検出に用いることで、紫外線強度の検出精度を高めることができる。

また、一実施形態の受光器１，１０１，２０１，３０１，４０１では、
上記第１受光領域１３に、複数の受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２が設けられ、
上記光フィルタ１１は、所定の波長領域の光の透過率が、この所定の波長領域の光の透過率よりも低くなるように構成され、
上記複数の受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２のいずれか一方が、上記光フィルタ１１で覆われている。

上記実施形態によれば、例えば、紫外線強度の検出において、第１，第２受光領域１３，１４に入射する光の傾きに加えて、受光素子ＰＤ１１，ＰＤ１２の光照射の偏りを考慮することができるので、紫外線強度の検出精度を高めることができる。

本発明の携帯型電子機器は、上記受光器を備えている。

上記構成によれば、受光素子に入射する光の傾きを検出できる受光器を備えた携帯型電子機器が得られる。

上記第１〜第５実施形態で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいことは、勿論である。

１，１０１，２０１，３０１，４０１ 受光器
１０，１１０，２１０，３１０，４１０ 受光部
１１ 光フィルタ
１２ 遮蔽部
１３ 第１受光領域
１４ 第２受光領域
１５ 筺体
１６ 遮光部
１７ 開口部
２０、１２０ センサ回路部
２１ 傾き検出部
２２ 入射状態判定部
２３ 充電回路
２４ 比較回路
２５ 制御回路
２６ 放電回路
ＰＤ１ 第１受光素子
ＰＤ２ 第２受光素子
ＰＤ３ 第３受光素子
ＰＤ４ 第４受光素子
ＰＤ５ 第５受光素子

Claims (4)

1. 平面上に配置された受光領域を有する受光部と、
   上記受光領域の少なくとも一部を覆い、所定の波長領域を有する光を透過させる光フィルタと、
   上記受光領域および上記光フィルタを覆う遮光部と、
   を備え、
   上記受光領域が、第１受光領域と、この第１受光領域の周囲に配置された第２受光領域とで構成され、上記第１受光領域および上記第２受光領域の各々には、光が入射することによって光電流を流す受光素子が設けられており、
   上記光フィルタが、上記受光素子が感度を有する波長領域の光の一部を透過させ、
   上記遮光部が、上記第１，第２受光領域に光を入射させるための開口部を有し、上記開口部が、上記第１，第２受光領域が配置された平面視において、上記第１受光領域の半分以上の面積を有するように配置されており、
   上記開口部を介して上記第１，第２受光領域に入射した光の強度に基づいて、上記受光領域に入射する光の傾きを検出する傾き検出部をさらに備えることを特徴とする受光器。
2. 請求項１に記載の受光器において、
   上記傾き検出部により検出された上記光の傾きに基づいて、上記第１，第２受光領域に入射する光の入射状態が正常であるか否かを判定する入射状態判定部をさらに備えることを特徴とする受光器。
3. 請求項１または２に記載の受光器において、
   上記第１受光領域に、複数の上記受光素子が設けられ、
   上記複数の受光素子のいずれか一方が、上記光フィルタで覆われていることを特徴とする受光器。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の受光器を備えた携帯型電子機器。

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