CN111095575B - 光电转换元件和光电转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于检测入射光的光点尺寸的光电转换元件。光电转换元件(20)包括具备两个主面的光电转换基板，在所述光电转换元件中，包括在规定的方向上排列的多个第1灵敏度部分(21)和第2灵敏度部分(22)，若将多个第1灵敏度部分(21)各自的显露在主面的灵敏度区域作为第1灵敏度区域，并将第2灵敏度部分(22)的显露在主面的灵敏度区域作为第2灵敏度区域，则对于第1灵敏度区域的每一个而言，接收向主面入射的入射光的至少一部分，成为随着主面中的被照射入射光的照射区域R的增大而减小照射区域中的该第1灵敏度区域相对于该第1灵敏度区域以外的第1灵敏度区域和第2灵敏度区域的比率的图案。

Description

光电转换元件和光电转换装置
技术领域
本发明涉及用于光检测领域等的光电转换元件和光电转换装置。
背景技术
在专利文献1中，公开有检测入射光的强度(照度)的光电转换元件(半导体受光元件)。作为这样的光电转换元件，例如公知有使用了结晶硅基板的元件。在使用了结晶硅基板的光电转换元件中，即使在暗电流比较小，入射光的强度较低的情况下，S/N比也比较高，是高灵敏度(与照度无关地稳定的响应)。
专利文献1：日本专利第6093061号公报
然而，迫切期望能够检测入射光的光点尺寸的光电转换元件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测入射光的光点尺寸的光电转换元件和光电转换装置。
本发明所涉及的光电转换元件包括具备两个主面的光电转换基板，其中，包括在规定的方向上排列的多个第1灵敏度部分和第2灵敏度部分，若将多个第1灵敏度部分各自的显露在主面的灵敏度区域作为第1灵敏度区域，并将第2灵敏度部分的显露在主面的灵敏度区域作为第2灵敏度区域，则对于第1灵敏度区域的每一个而言，接收向主面入射的入射光的至少一部分，成为如下图案，即，随着主面中的被照射入射光的照射区域的增大而减小照射区域中的该第1灵敏度区域相对于该第1灵敏度区域以外的第1灵敏度区域和第2灵敏度区域的比率。
本发明所涉及的光电转换装置包括：第1光电转换元件，配置于入射光的上游侧；和第2光电转换元件，配置于入射光的下游侧，并将上述的光电转换元件作为上述第2光电转换元件。
另外，本发明所涉及的光电转换装置包括：光学透镜，配置于入射光的上游侧；和上述的光电转换元件，配置于入射光的下游侧。
根据本发明，能够提供用于检测入射光的光点尺寸的光电转换元件和光电转换装置。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的光电转换装置(三维传感器)的结构的图。
图2是图1的第1光电转换元件中的II-II线剖视图。
图3是图1的第2光电转换元件中的III-III线剖视图。
图4是从受光面侧示出图1和图3的第2光电转换元件的半导体基板的背面侧的层的图。
图5是表示入射光入射至图4的第2光电转换元件的情形的图。
图6是表示从来自光源的入射光的焦点聚焦于第2光电转换元件的受光面的状态(横轴0mm)开始到使光源远离了第2光电转换元件时的第2光电转换元件中的一个第1灵敏度部分的入射光的检测强度(相对值)的一个例子的图。
图7A是第2光电转换元件的9个第1灵敏度部分的各对的一侧的电极层的输出电流An与另一侧的电极层的输出电流Bn之和An+Bn的分布数据的示意图。
图7B是第2光电转换元件的9个第1灵敏度部分的各对的一侧的电极层的输出电流An的分布数据的示意图。
图7C是第2光电转换元件的9个第1灵敏度部分的各对的另一侧的电极层的输出电流Bn的电流分布的示意图。
图8是表示第2实施方式所涉及的光电转换装置(三维传感器)的结构的图。
图9是图8的光电转换元件中的IX-IX线剖视图。
图10是图8的光电转换元件中的X-X线剖视图。
图11是从受光面侧示出图8～图10的光电转换元件的半导体基板的背面侧的层的图。
图12是表示入射光入射至图11的光电转换元件的情形的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的一个例子进行说明。此外，在各附图中对相同或者相当的部分标注相同的附图标记。另外，为了方便，也存在省略阴影线和部件附图标记等的情况，但在该情况下，参照其他的附图。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式所涉及的光电转换装置的结构的图。图1所示的光电转换装置1包括：光学透镜50，例如通过向被拍摄体照射激光，从而使从被拍摄体发出的光学像(扩散光)聚光；和镜子60，变更来自光学透镜50的聚光的朝向。另外，该光电转换装置1包括配置于来自镜子60的光的行进方向的上游侧的第1光电转换元件10、配置于光的行进方向的下游侧的第2光电转换元件20、存储部30以及运算部40。
此外，在图1和后述的附图中，示出XYZ正交坐标系。XY平面是与第1光电转换元件10及第2光电转换元件20(以及第2实施方式的光电转换元件20A)的受光面平行的面，Z向是相对于XY平面正交的方向。
另外，在图1和后述的附图中，俯视图中的两条点划线的交点表示XY平面的中心，一条点划线与X向平行，另一条点划线与Y向平行。另外，俯视图中的两条虚线的交点表示XY平面中的入射光的光点尺寸的中心，一条虚线与X向平行，另一条虚线与Y向平行。
图1所示的光电转换装置1具有检测入射光的光点尺寸的功能，能够适用于三维传感器等光传感器。
例如，三维传感器供来自被拍摄体的扩散光入射，检测被拍摄体的X向和Y向的位置(XY位置)，并且也检测Z向(进深)的位置(换言之，Z向的距离)。在这样的三维传感器中，若被拍摄体的Z向(进深)的位置变化，则向内部的光电转换元件入射的入射光的光点尺寸变化(散焦)。
因此，若在这样的三维传感器中应用本实施方式的光电转换装置1，则检测向光电转换元件入射的入射光的光点尺寸，由此能够检测被拍摄体的Z向(进深)的位置(Z向的距离)。而且，根据被拍摄体的XY位置(或者入射光的入射方向)和Z向(进深)的位置(Z向的距离)，能够检测被拍摄体的三维的位置。
以下，对光电转换装置1的各构成要素进行说明。
第1光电转换元件10生成与向受光面入射的入射光的强度(总量)相应的电流。第1光电转换元件10根据受光面(XY平面)中的入射光的中心位置(坐标)(以下，也称为XY位置。)，将生成的电流向配置于4个边的4个电极层123(和后述的背面侧的电极层133)分配并输出。另外，第1光电转换元件10供入射光透过。第1光电转换元件10的结构的详细内容进行后述。
第2光电转换元件20生成与分别向多个高灵敏度部分21(详细内容进行后述)入射的入射光的强度相应的电流。由此，第2光电转换元件20生成与入射光的密度相应的电流，换言之生成与入射光的光点尺寸相应的电流(详细内容进行后述)。
第2光电转换元件20根据受光面(XY平面)中的入射光的中心位置(坐标)(以下，也称为XY位置。)，将生成的电流向配置于对置的两个边中的一侧的多个电极层223A(和后述的背面侧的多个电极层233A)、和配置于另一侧的多个电极层223B(和后述的背面侧的多个电极层233B)分配并输出。第2光电转换元件20的结构的详细内容进行后述。
存储部30预先存储将第1光电转换元件10的输出电流(总量)(即，第1光电转换元件10的入射光的强度(总量))及第2光电转换元件20的输出电流(总量)(即，向第2光电转换元件20的高灵敏度部分的入射光的强度)、与第2光电转换元件20的受光面中的入射光的光点尺寸相关联，并且将被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)与该光点尺寸相关联的表格。存储部30例如是EEPROM等能够改写的存储器。
运算部40根据从第1光电转换元件10的4个电极层123(133)输出的电流的总量，运算并检测入射光的强度(总量)。
另外，运算部40基于从第1光电转换元件10的4个电极层123(133)分别输出的电流的比例，运算并检测第1光电转换元件10的受光面中的入射光的XY位置(坐标)。
另外，运算部40基于从第2光电转换元件20的多个电极层223A(233A)和多个电极层223B(233B)输出的电流的分布和比例，运算并检测第2光电转换元件20的受光面中的入射光的XY位置(坐标)。
运算部40根据上述的第1光电转换元件10的受光面中的入射光的XY位置(坐标)、和第2光电转换元件20的受光面中的入射光的XY位置(坐标)，运算并检测入射光的入射方向。
另外，运算部40参照在存储部30存储的表格，求出并检测与从第1光电转换元件10的4个电极层123(133)输出的电流的总量(即，第1光电转换元件10的入射光的强度(总量))、和从第2光电转换元件20的任一高灵敏度部分21的电极层223A(233A)与电极层223B(233B)输出的电流之和(即，向第2光电转换元件20的高灵敏度部分的入射光的强度)对应的第2光电转换元件20的受光面中的入射光的光点尺寸和被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)。
而且，运算部40根据如上述那样检测到的入射光的入射方向和Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)，检测被拍摄体的三维的位置。运算部40的功能和动作的详细内容进行后述。
运算部40例如由DSP(Digital Signal Processor-数字信号处理器)、FPGA(Field-Programmable Gate Array-现场可编程逻辑门阵列)等运算处理器构成。运算部40的各种功能例如通过执行在存储部30储存的规定的软件(程序、应用程序)来实现。运算部40的各种功能可以通过硬件与软件的配合来实现，也可以仅通过硬件(电子电路)来实现。
以下，对第1光电转换元件10和第2光电转换元件20的结构、和运算部40的功能及动作依次详细地进行说明。
＜第1光电转换元件的结构＞
图2是图1的第1光电转换元件10中的II-II线剖视图。第1光电转换元件10具备：n型(第2导电型)半导体基板(光电转换基板)110，具备两个主面；和钝化层120、p型(第1导电型)半导体层121、透明电极层122以及电极层123，依次层叠于半导体基板110的主面中的作为受光的一侧的一个主面的受光面侧。另外，第1光电转换元件10具备依次层叠于半导体基板110的主面中的作为受光面的相反侧的另一主面的背面侧的局部的钝化层130、n型(第2导电型)半导体层131、透明电极层132以及电极层133。
半导体基板(光电转换基板)110由单晶硅或者多晶硅等结晶硅材料形成。半导体基板110例如是在结晶硅材料中掺杂了n型掺杂剂的n型的半导体基板。作为n型掺杂剂，例如能够举出磷(P)。
通过使用结晶硅作为半导体基板110的材料，从而即使在暗电流比较小，入射光的强度较低的情况下，S/N比也比较高，从而是高灵敏度(与照度无关地稳定的响应)。
钝化层120形成于半导体基板110的受光面侧，钝化层130形成于半导体基板110的背面侧。钝化层120、130例如由本征(i型)非晶体硅材料形成。
钝化层120、130抑制在半导体基板210中生成的载流子的再结合，从而提高载流子的回收效率。
p型半导体层121形成于钝化层120上。p型半导体层121例如由非晶体硅材料形成。p型半导体层121例如是在非晶体硅材料中掺杂了p型掺杂剂的p型的半导体层。作为p型掺杂剂，例如能够举出硼(B)。
n型半导体层131形成于钝化层130上。n型半导体层131例如由非晶体硅材料形成。n型半导体层131例如是在非晶体硅材料中掺杂了n型掺杂剂(例如，上述的磷(P))的n型半导体层。
上述的钝化层120、130、p型半导体层121以及n型半导体层131例如使用CVD法而形成。
透明电极层122形成于p型半导体层121上，透明电极层132形成于n型半导体层131上。透明电极层122、132由透明的导电性材料形成。作为透明导电性材料，能够举出ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟和氧化锡的复合氧化物)等。透明电极层122、132例如使用溅射法而形成。
电极层123在透明电极层122上的4个边部分别独立地形成有4个，电极层133在透明电极层132上的4个边部分别独立地形成有4个。电极层123、133由含有银等金属粉末的导电性膏材料形成。电极层123、133例如使用印刷法而形成。
＜第2光电转换元件的结构＞
图3是图1的第2光电转换元件20中的III-III线剖视图。第2光电转换元件20具备：n型(第2导电型)半导体基板(光电转换基板)210，具备两个主面；和钝化层220、p型(第1导电型)半导体层221、透明电极层222以及电极层223A、223B，依次层叠于半导体基板210的主面中的作为受光的一侧的一个主面的受光面侧。另外，第2光电转换元件20具备依次层叠于半导体基板210的主面中的作为受光面的相反侧的另一主面的背面侧的特定区域的钝化层230、n型(第2导电型)半导体层231、透明电极层232以及电极层233A、233B。
此外，将该特定区域中的层叠部分即由透明电极层232、n型半导体层231、钝化层230、半导体基板210、钝化层220、p型半导体层221、以及透明电极层222形成的层叠部分作为高灵敏度部分21，将特定区域以外的层叠部分作为低灵敏度部分22。
半导体基板(光电转换基板)210与上述的第1光电转换元件10的半导体基板110相同，由单晶硅或者多晶硅等结晶硅材料形成。半导体基板210例如是在结晶硅材料中掺杂了n型掺杂剂(例如，上述的磷(P))的n型的半导体基板。
通过使用结晶硅作为半导体基板210的材料，从而即使在暗电流比较小，入射光的强度较低的情况下，S/N比也比较高，从而是高灵敏度(与照度无关地稳定的响应)。
钝化层220形成于半导体基板210的受光面侧中的高灵敏度部分21和低灵敏度部分22双方，钝化层230仅形成于半导体基板210的背面侧中的高灵敏度部分21。钝化层220、230与上述的第1光电转换元件10的钝化层120、130相同，例如由本征(i型)非晶体硅材料形成。
钝化层220、230抑制在半导体基板210的高灵敏度部分21中生成的载流子的再结合，从而提高载流子的回收效率。
p型半导体层221形成于钝化层220上，即形成于半导体基板210的受光面侧中的高灵敏度部分21和低灵敏度部分22双方。p型半导体层221与上述的第1光电转换元件10的p型半导体层121相同，例如由非晶体硅材料形成。p型半导体层221例如是在非晶体硅材料中掺杂了p型掺杂剂(例如，上述的硼(B))的p型的半导体层。
n型半导体层231仅形成于钝化层230上，即仅形成于半导体基板210的背面侧中的高灵敏度部分21。n型半导体层231与上述的第1光电转换元件10的n型半导体层131相同，例如由非晶体硅材料形成。n型半导体层231例如是在非晶体硅材料中掺杂了n型掺杂剂(例如，上述的磷(P))的n型半导体层。
上述的钝化层220、230、p型半导体层221以及n型半导体层231例如使用CVD法而形成。
透明电极层222形成于p型半导体层221上，即形成于半导体基板210的受光面侧中的高灵敏度部分21与低灵敏度部分22双方，透明电极层232仅形成于n型半导体层231上，即仅形成于半导体基板210的背面侧中的高灵敏度部分21。透明电极层222、232与上述的第1光电转换元件10的透明电极层122、132相同，由透明的导电性材料形成。透明电极层222、232例如使用溅射法而形成。
电极层223A在透明电极层222上，在第2光电转换元件20的对置的两个边部中的一侧的边部例如形成有9个。电极层233A在透明电极层232的每一个上各形成一个。这些电极层233A在第2光电转换元件20的一侧的边部例如形成有9个。同样，电极层223B在透明电极层222上，在第2光电转换元件20的对置的两个边部中的另一侧的边部例如形成有9个。电极层233B在透明电极层232的每一个上各形成有一个。这些电极层233B在第2光电转换元件20的另一侧的边部例如形成有9个(参照图1和后述的图4)。电极层223A、233A、223B、233B与上述的第1光电转换元件10的电极层123、133相同，由含有银等金属粉末的导电性膏材料形成。电极层223A、233A、223B、233B例如使用印刷法而形成。
图4是从受光面侧示出图1和图3的第2光电转换元件20的半导体基板210的背面侧的层230、231、232、233A、233B的图。如图3和图4所示，第2光电转换元件20例如具有9个高灵敏度部分(第1灵敏度部分)21和低灵敏度部分(第2灵敏度部分)22。高灵敏度部分21中的显露在半导体基板210的两主面(受光面和背面)的灵敏度区域是高灵敏度区域(第1灵敏度区域)，低灵敏度部分22中的显露在半导体基板210的两主面的灵敏度区域是低灵敏度区域(第2灵敏度区域)。
在高灵敏度部分21中，如在图3中上述的那样，在半导体基板210的受光面侧和背面侧形成钝化层220、230、导电型半导体层221、231以及透明电极层222、232。另一方面，在低灵敏度部分22中，在半导体基板210的背面侧未形成钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232。
换言之，在高灵敏度部分21的受光面侧的高灵敏度区域和低灵敏度部分22的受光面侧的低灵敏度区域，形成有钝化层220、导电型半导体层221以及透明电极层222，在高灵敏度部分21的背面侧的高灵敏度区域，形成有钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232。另一方面，在低灵敏度部分22的背面侧的低灵敏度区域，未形成钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232。
在高灵敏度部分21中，在受光面侧和背面侧形成有钝化层220、230，因此抑制在半导体基板210的高灵敏度部分21中生成的载流子的再结合，从而载流子的使用期限(寿命时间)比较长。由此，在高灵敏度部分21中，载流子的回收效率比较高，光电转换效率比较高。
另一方面，在低灵敏度部分22中，在背面侧未形成钝化层230，因此不抑制在半导体基板210的低灵敏度部分22中生成的载流子的再结合，从而载流子的使用期限比较短。由此，在低灵敏度部分22中，载流子的回收效率比较低，光电转换效率比较低。在本实施方式中，在低灵敏度部分22的背面侧也未形成n型半导体层231和透明电极层232，因此光电转换效率几乎接近零。在本申请中，“低灵敏度”也包括光电转换效率为零的情况。
这样，在高灵敏度部分21与低灵敏度部分22中，载流子的使用期限不同，因此载流子的回收效率不同，其结果是，光电转换效率(即，灵敏度)不同。
此外，在低灵敏度部分22的受光面侧，与高灵敏度部分21的受光面侧的钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222分别连续地形成有钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222。由此，在受光面侧光学特性(例如，反射特性)一样。
高灵敏度部分21的背面侧的高灵敏度区域形成在Y向上延伸的带状的图案。高灵敏度部分21的背面侧的高灵敏度区域的带状的图案的宽度恒定。9个高灵敏度部分21在与带状的图案的长边方向交叉的X向(规定的方向)上排列。由此，如图5所示，若关注一个高灵敏度部分21，则随着受光面中的被照射入射光的照射区域R的增大(即，随着入射光的密度变低)，照射区域R中的该一个高灵敏度部分21(高灵敏度区域)相对于该一个高灵敏度部分21以外的高灵敏度部分21(高灵敏度区域)和低灵敏度部分22(低灵敏度区域)的比率变小。因此，随着受光面中的入射光的光点尺寸变大，该一个高灵敏度部分21的输出电流降低。
图6是表示从来自光源的入射光(波长940nm)的焦点聚焦于第2光电转换元件20的受光面的状态(横轴0mm)开始到使光源远离了第2光电转换元件20时的第2光电转换元件20中的一个高灵敏度部分21的入射光的检测强度(相对值)的一个例子的图。在图6中示出了高灵敏度部分21的高灵敏度区域如图4所示形成在受光面的Y向上延伸的带状的图案并且其宽度为0.5mm时的特性。
根据图6可知，随着光源离开第2光电转换元件20，换言之，随着第2光电转换元件20的受光面中的入射光的光点尺寸变大，第2光电转换元件20中的一个高灵敏度部分21的入射光的检测强度降低。
＜运算部的功能和动作＞
运算部40取得从第2光电转换元件20的例如9个高灵敏度部分21的每一个中的9对电极层223A(233A)、223B(233B)输出的电流的分布数据。所取得的数据例如也可以暂时存储于存储部30。
例如，将第2光电转换元件20的对置的两个边部中的一侧的9个电极层223A(233A)的输出电流An设为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9，将第2光电转换元件20的对置的两个边部中的另一侧的9个电极层223B(233B)的输出电流Bn设为B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9。图7A是第2光电转换元件20的9个高灵敏度部分21的每一个中的成对的一侧的电极层223A(233A)的输出电流An与另一侧的电极层223B(233B)的输出电流Bn之和An+Bn的分布数据的示意图。图7B是第2光电转换元件20的9个高灵敏度部分21的每一个中的成对的一侧的电极层223A(233A)的输出电流An的分布数据的示意图，图7C是第2光电转换元件20的9个高灵敏度部分21的每一个中的成对的另一侧的电极层223B(233B)的输出电流Bn的分布数据的示意图。
在图7A～图7C中，在入射光的照射区域R的中心Rc电流最大，越离开入射光的照射区域R的中心Rc，电流越小。由此，根据第2光电转换元件20的9对电极层223A(233A)、223B(233B)的电流分布数据，可知第2光电转换元件20的受光面中的入射光的X位置(坐标)(例如，入射光的照射区域R的中心Rc的X位置)。
另外，在图7B和图7C中，在入射光的照射区域R的中心Rc位于Y向上的中心时，电流的比例An：Bn大致为50：50，随着入射光的照射区域R的中心Rc从Y向上的中心向电极层223A(233A)、223B(233B)侧偏离，电流的比例An：Bn大致线形地变化。由此，根据电流的比例An：Bn，可知第2光电转换元件20的受光面中的入射光的Y位置(坐标)(例如，入射光的照射区域R的中心Rc的Y位置)。
由此，运算部40基于图7A所示的电流之和An+Bn的分布数据，根据电流的最大点，运算并检测第2光电转换元件20的受光面中的入射光的X位置(坐标)。此外，也可以构成为：运算部40代替图7A所示的电流之和An+Bn的分布数据而基于图7B所示的电流An的分布数据和图7C所示的电流Bn的分布数据的任意一方，运算并检测第2光电转换元件20的受光面中的入射光的X位置(坐标)。
另外，运算部40基于图7B所示的电流An和图7C所示的电流Bn的各自的分布数据，根据电流的比例An：Bn，运算并检测第2光电转换元件20的受光面中的入射光的Y位置(坐标)。
运算部40参照在存储部30存储的表格，求出并检测与从第1光电转换元件10的4对电极层123(133)输出的电流的总量(即，第1光电转换元件10的入射光的强度(总量))、和从第2光电转换元件20的电流最大点的高灵敏度部分21的电极层223A(233A)与电极层223B(233B)输出的电流之和(例如图5和图7A的A6+B6)(即，向第2光电转换元件20的一个高灵敏度部分21的入射光的强度)对应的、第2光电转换元件20的受光面中的入射光的光点尺寸和被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)。
而且，运算部40根据第1光电转换元件10的受光面中的入射光的XY位置(坐标)、和第2光电转换元件20的受光面中的入射光的XY位置(坐标)，求出入射光的入射方向，根据求出的入射光的入射方向和Z向(进深)的位置(Z向的距离)，检测被拍摄体的三维的位置。
如以上说明的那样，在本实施方式的光电转换装置1中，第1光电转换元件10生成与向受光面入射的入射光的强度(总量)相应的电流。第1光电转换元件10根据受光面(XY平面)中的入射光的中心的XY位置(坐标)，将生成的电流向配置于4个边的4对电极层123、133分配并输出。
另外，第2光电转换元件20生成与向受光面中的例如9个高灵敏度部分21分别入射的入射光的强度相应的电流。由此，第2光电转换元件20生成与入射光的密度相应的电流，换言之生成与入射光的光点尺寸相应的电流。第2光电转换元件20根据受光面(XY平面)中的入射光的中心的XY位置(坐标)将生成的电流向配置于对置的两个边中的一侧的9个电极层223A(233A)、和配置于另一侧的9个电极层223B(233B)分配并输出。
运算部40根据从第1光电转换元件10的4对电极层123、133输出的电流的总量，运算并检测入射光的强度(总量)。
另外，运算部40基于从第1光电转换元件10的4对电极层123、133分别输出的电流的比例，运算并检测第1光电转换元件10的受光面中的入射光的XY位置(坐标)。
另外，运算部40基于从第2光电转换元件20的9个电极层223A(233A)和9个电极层223B(233B)输出的电流的分布和比例，运算并检测第2光电转换元件20的受光面中的入射光的XY位置(坐标)。
运算部40根据上述的第1光电转换元件10的受光面中的入射光的XY位置(坐标)、和第2光电转换元件20的受光面中的入射光的XY位置(坐标)，运算并检测入射光的入射方向。
另外，运算部40参照在存储部30存储的表格，求出并检测与从第1光电转换元件10的4对电极层123、133输出的电流的总量(即，第1光电转换元件10的入射光的强度(总量))、和从图7A所示的电流最大点的第2光电转换元件20的高灵敏度部分21的电极层223A(233A)与电极层223B(233B)输出的电流之和(即，向第2光电转换元件20的一个高灵敏度部分的入射光的强度)对应的、第2光电转换元件20的受光面中的入射光的光点尺寸和被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)。
由此，运算部40根据求出的入射光的入射方向和Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)检测被拍摄体的三维的位置。
另外，上述第2光电转换元件20具备从上述多个第1灵敏度部分21输出电流的多个成对的电极223A(233A)、223B(233B)，上述多个第1灵敏度部分21的每一个中的上述成对的电极223A(233A)、223B(233B)在上述第1灵敏度区域的带状的图案的长边方向上的上述第2光电转换元件20的两个边部分离配置。由此，在将上述第2光电转换元件20的上述主面作为XY平面，将与上述XY平面垂直的方向作为Z向，并将上述规定的方向作为X向的情况下，上述运算部40能够基于上述第2光电转换元件20的上述多个第1灵敏度部分21的输出电流An+Bn的分布的最大点，求出入射光的光源的X向的位置，能够基于上述第2光电转换元件20的上述两个边部的一侧的电极223A(233A)的输出电流An与另一侧的电极223B(233B)的输出电流Bn的比例，求出入射光的光源的Y向的位置，并能够基于上述第2光电转换元件20中的入射光的光点尺寸，求出入射光的光源的Z向的位置。
另外，根据本实施方式的光电转换装置1，在第2光电转换元件20的受光面排列有多个高灵敏度部分21，因此能够实质上扩大检测区域。
(第1实施方式的变形例)
在本实施方式中，作为第2光电转换元件20，例示了在低灵敏度部分22中的背面侧未形成钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232的形态，但并不限定于此。第2光电转换元件20也可以是在低灵敏度部分22中的受光面侧与背面侧的至少一方未形成钝化层、导电型半导体层以及透明电极层的形态。换言之，也可以是在第2光电转换元件20的受光面侧与背面侧的至少一方形成高灵敏度部分21(高灵敏度区域)的带状的图案的形态。
例如，也可以是与上述的本实施方式相反地在第2光电转换元件20的受光面侧形成高灵敏度部分21(高灵敏度区域)的带状的图案的形态。更具体而言，在高灵敏度部分21的背面侧的高灵敏度区域和低灵敏度部分22的背面侧的低灵敏度区域形成有钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232，在高灵敏度部分21的受光面侧的高灵敏度区域形成有钝化层220、导电型半导体层221以及透明电极层222。另一方面，在低灵敏度部分22的受光面侧的低灵敏度区域未形成钝化层220、导电型半导体层221以及透明电极层222。
在该情况下，在低灵敏度部分22，在大量地产生光吸收的受光面侧载流子的再结合增大，因此特别是高灵敏度部分21与低灵敏度部分22相对于入射光的短波长区域的灵敏度差变得更明确。此外，在该情况下，另外调整受光面的光学特性(例如，反射特性)即可。
另外，可以在第2光电转换元件20的低灵敏度部分22形成透明电极层，也可以形成导电型半导体层和透明电极层。
特别是若当在第2光电转换元件20的低灵敏度部分的受光面侧未形成钝化层的情况下形成透明电极层，则改善受光面侧的光学特性(例如，反射特性)。
另外，在本实施方式中，在第2光电转换元件20中，使第1灵敏度部分21(第1灵敏度区域)为高灵敏度部分(高灵敏度区域)，并使第2灵敏度部分22(第2灵敏度区域)为低灵敏度部分(低灵敏度区域)，但也可以相反。即，在第2光电转换元件20中，也可以构成为：第1灵敏度部分21(第1灵敏度区域)是低灵敏度部分(低灵敏度区域)，第2灵敏度部分22(第2灵敏度区域)是高灵敏度部分(高灵敏度区域)。在该情况下，随着入射光的密度变低，即随着入射光的光点尺寸变大，第1灵敏度部分21的每一个的输出电流增加。
(第2实施方式)
在第1实施方式中，使用第1光电转换元件10检测了入射光的强度(总量)。在第2实施方式中，不使用第1光电转换元件10，而使用也能够检测入射光的强度(总量)的光电转换元件作为第2光电转换元件。
图8是表示第2实施方式所涉及的光电转换装置的结构的图。图8所示的光电转换装置1A在以下结构上与第1实施方式不同，即，不具备图1所示的光电转换装置1中的第1光电转换元件10，代替第2光电转换元件20而包括光电转换元件20A。另外，在光电转换装置1A中，存储于存储部30的数据、和运算部40的功能及动作与光电转换装置1的那些不同。
＜光电转换元件的结构＞
图9是图8的光电转换元件20A中的IX-IX线剖视图，图10是图8的光电转换元件20A中X-X线剖视图。图11是从受光面侧示出图8～图10的光电转换元件20A的半导体基板210的背面侧的层230、231、232的图。
光电转换元件20A均为高灵敏度，在具备分离的第1灵敏度部分21和第2灵敏度部分22这一点上，与图3所示的第2光电转换元件20不同。
如图9和图10所示，光电转换元件20A具备n型(第2导电型)半导体基板(光电转换基板)210、和依次层叠于半导体基板210的受光面侧的钝化层220、p型(第1导电型)半导体层221、透明电极层222、电极层(第1电极)223A、223B以及电极层(第2电极)224C、224D。另外，光电转换元件20A具备依次层叠于半导体基板210的背面侧的第1特定区域和第2特定区域的钝化层230、n型(第2导电型)半导体层231、透明电极层232、电极层(第1电极)233A、233B以及电极层(第2电极)234C、234D。
此外，将该第1特定区域中的层叠部分即由透明电极层232、n型半导体层231、钝化层230、半导体基板210、钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222形成的层叠部分作为第1灵敏度部分21。另外，将第2特定区域中的层叠部分即由透明电极层232、n型半导体层231、钝化层230、半导体基板210、钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222形成的层叠部分作为第2灵敏度部分22。
钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222在半导体基板210的受光面侧依次连续地形成于受光面的整个面上。
另一方面，钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232在半导体基板210的背面侧依次分离地形成于背面中的第1灵敏度部分21和第2灵敏度部分22。
电极层223A在透明电极层222上即半导体基板210的受光面侧中的例如9个第1灵敏度部分21的每一个各形成有一个。这些电极层223A在光电转换元件20A的对置的两个边部中的一侧的边部形成有9个。电极层233A在透明电极层232的每一个上即半导体基板210的背面侧中的例如9个第1灵敏度部分21的每一个各形成有一个。这些电极层233A在光电转换元件20A的一侧的边部形成有9个。
同样，电极层223B在透明电极层222上即半导体基板210的受光面侧中的例如9个第1灵敏度部分21的每一个各形成有一个。电极层223B在光电转换元件20A的对置的两个边部中的另一侧的边部形成有9个。电极层233B在透明电极层232的每一个上即半导体基板210的背面侧中的例如9个第1灵敏度部分21的每一个各形成有一个。电极层233B在光电转换元件20A的另一侧的边部形成有9个。
电极层224C在透明电极层222上即半导体基板210的受光面侧中的第2灵敏度部分22形成于光电转换元件20A的对置的另外两个边部中的一侧，电极层234C在透明电极层232上即半导体基板210的背面侧中的第2灵敏度部分22形成于光电转换元件20A的对置的另外两个边部中的一侧。同样，电极层224D在透明电极层222上即半导体基板210的受光面侧中的第2灵敏度部分22形成于光电转换元件20A的对置的另外两个边部中的另一侧，电极层234D在透明电极层232上即半导体基板210的背面侧中的第2灵敏度部分22形成于光电转换元件20A的对置的另外两个边部中的另一侧。
如图9～图11所示，光电转换元件20A例如具有9对第1灵敏度部分21和第2灵敏度部分22。第1灵敏度部分21中的显露在半导体基板210的两主面(受光面和背面)的灵敏度区域是第1灵敏度区域，第2灵敏度部分22中的显露在半导体基板210的两主面的灵敏度区域是第2灵敏度区域。
如图9～图11所示，形成于半导体基板210的背面侧的钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间分离。
另一方面，形成于半导体基板210的受光面侧的钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间连续。即，在半导体基板210的受光面侧的整个面形成有钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222。由此，在受光面侧光学特性(例如，反射特性)一样。
第1灵敏度部分21的光电转换特性(灵敏度)和第2灵敏度部分22的光电转换特性(灵敏度)可以相同，也可以不同。
第1灵敏度部分21的背面侧的第1灵敏度区域形成沿Y向延伸的带状的图案。第1灵敏度部分21的第1灵敏度区域的带状的图案的宽度恒定。9对第1灵敏度部分21在与带状的图案的长边方向交叉的X向(规定的方向)上排列。在X向上的各个第1灵敏度部分21之间形成有第2灵敏度部分22，第2灵敏度部分22通过在Y向的中心附近沿X向延伸的图案连接。此外，隔着第2灵敏度部分22的在X向上延伸的图案而在Y向上相邻的第1灵敏度部分21成对。
由此，如图12所示，若关注在Y向上相邻的1对第1灵敏度部分21，则随着受光面中的被照射入射光的照射区域R的增大(即，随着入射光的密度变低)，照射区域R中的该1对第1灵敏度部分21(第1灵敏度区域)相对于该1对第1灵敏度部分21以外的第1灵敏度部分21(第1灵敏度区域)和第2灵敏度部分22(第2灵敏度区域)的比率变小。因此，随着受光面中的入射光的光点尺寸变大，该1对第1灵敏度部分21的输出电流降低。
通过这样的结构，光电转换元件20A例如生成与向9对第1灵敏度部分21的各对入射的入射光的强度相应的电流。光电转换元件20A根据受光面(XY平面)中的入射光的中心位置(坐标)(以下，也称为XY位置。)，将在第1灵敏度部分21中生成的电流向配置于对置的两个边中的一侧的9个电极层223A(233A)和配置于另一侧的9个电极层223B(233B)分配并输出。
另外，光电转换元件20A生成与向第2灵敏度部分22入射的入射光的强度相应的电流。光电转换元件20A根据受光面(XY平面)中的入射光的中心位置(坐标)(以下，也称为XY位置。)，将在第2灵敏度部分22中生成的电流向配置于对置的另外两个边的两个电极层224C(234C)、224D(234D)分配并输出。
由此，光电转换元件20A生成与入射光的强度(总量)相应的电流作为第1灵敏度部分21的9对电极层223A(233A)、223B(233B)的电流和第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)的电流的总和。
另外，光电转换元件20A在第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)和9个电极层223B(233B)生成与受光面中的入射光的Y位置(坐标)相应的电流。另外，光电转换元件20A在第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)和9个电极层223B(233B)生成与受光面中的入射光的X位置(坐标)相应的电流。另外，光电转换元件20A在第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)的每一个生成与受光面中的入射光的X位置(坐标)相应的电流。
另外，光电转换元件20A生成与入射光的密度相应的电流作为第1灵敏度部分21的9对电极层223A(233A)、223B(233B)的各对的电流之和，换言之生成与入射光的光点尺寸相应的电流。
此外，在本实施方式中，存储部30预先存储将光电转换元件20A的第1灵敏度部分21和第2灵敏度部分22的输出电流(总量)(即，光电转换元件20A的入射光的强度(总量))及光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的输出电流(总量)(即，向光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的入射光的强度)、与光电转换元件20A的受光面中的入射光的光点尺寸相关联，并且将被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)与该光点尺寸相关联的表格。
＜运算部的功能和动作＞
运算部40取得从光电转换元件20A的例如9对第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)及9个电极层223B(233B)输出的电流的分布数据、和从第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)输出的电流的数据。所取得的数据例如也可以暂时存储于存储部30。
例如，在光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的电极层中，将光电转换元件20A的对置的两个边部中的一侧的9个电极层223A(233A)的输出电流An设为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9，在第2光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的电极层中，将光电转换元件20A的对置的两个边部中的另一侧的9个电极层223B(233B)的输出电流Bn设为B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9。另外，将光电转换元件20A的第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)的输出电流设为C1、D1。在该情况下，9对第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)的输出电流An与9个电极层223B(233B)的输出电流Bn之和An+Bn的分布数据如上述的图7A所示。另外，9对第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)的输出电流An的分布数据如上述的图7B所示，9对第1灵敏度部分21的9个电极层223B(233B)的输出电流Bn的分布数据如上述的图7C所示。
由此，运算部40基于图7A所示的电流之和An+Bn的分布数据，根据电流的最大点，运算并检测光电转换元件20A的受光面中的入射光的X位置(坐标)。此外，运算部40也可以代替图7A所示的电流之和An+Bn的分布数据而基于图7B所示的电流An的分布数据与图7C所示的电流Bn的分布数据的任意一方，运算并检测光电转换元件20A的受光面中的入射光的X位置(坐标)。另外，运算部40也可以基于电流C1和电流D1，根据电流的比例C1：D1，运算并检测光电转换元件20A的受光面中的入射光的X位置(坐标)。
另外，运算部40基于图7B所示的电流An和图7C所示的电流Bn的各自的分布数据，根据电流的比例An：Bn，运算并检测光电转换元件20A的受光面中的入射光的Y位置(坐标)。
另外，运算部40将第1灵敏度部分21的输出电流An、Bn与第2灵敏度部分22的输出电流C1、D1的总量作为入射光的强度(总量)来运算并检测。
运算部40参照在存储部30存储的表格，求出并检测与从光电转换元件20A的所有的电极层223A(233A)、223B(233B)、224C(234C)、224D(234D)输出的电流的总量(即，光电转换元件20A的入射光的强度(总量))、和从图7A所示的电流最大点的光电转换元件20A的1对第1灵敏度部分21的电极层223A(233A)、223B(233B)输出的电流之和(例如图12和图7A的A6+B6)(即，向光电转换元件20A的一个第1灵敏度部分21的入射光的强度)对应的、光电转换元件20A的受光面中的入射光的光点尺寸和被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)。
而且，例如若预先知道相对于光学透镜50的中心的XY位置(坐标)的光电转换元件20A的中心的XY位置(坐标)，则运算部40根据光学透镜50的中心的XY位置(坐标)和光电转换元件20A的受光面中的入射光的XY位置(坐标)，求出入射光的入射方向，并根据求出的入射光的入射方向和Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)，检测被拍摄体的三维的位置。
如以上说明的那样，在本实施方式的光电转换装置1A中，光电转换元件20A例如生成与向9对第1灵敏度部分21的各对入射的入射光的强度相应的电流。光电转换元件20A根据受光面(XY平面)中的入射光的中心的XY位置(坐标)，将生成的电流向配置于对置的两个边中的一侧的9个电极层223A(233A)和配置于另一侧的9个电极层223B(233B)分配并输出。
另外，光电转换元件20A生成与向第2灵敏度部分22入射的入射光的强度相应的电流。光电转换元件20A根据受光面(XY平面)中的入射光的中心的XY位置(坐标)，将生成的电流向配置于对置的另外两个边的两个电极层224C(234C)、224D(234D)分配并输出。
由此，光电转换元件20A生成与入射光的强度(总量)相应的电流作为第1灵敏度部分21的9对电极层223A(233A)、223B(233B)的电流与第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)的电流的总和。
另外，光电转换元件20A在第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)和9个电极层223B(233B)生成与受光面中的入射光的Y位置(坐标)相应的电流。另外，光电转换元件20A在第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)和9个电极层223B(233B)生成与受光面中的入射光的X位置(坐标)相应的电流。另外，光电转换元件20A在第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)的每一个生成与受光面中的入射光的X位置(坐标)相应的电流。
另外，光电转换元件20A生成与入射光的密度相应的电流作为第1灵敏度部分21的9对电极层223A(233A)、223B(233B)的各对的电流之和，换言之生成与入射光的光点尺寸相应的电流。
运算部40根据从光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的9对电极层223A(233A)、223B(233B)输出的电流、和从光电转换元件20A的第2灵敏度部分22的两个电极层224C(234C)、224D(234D)输出的电流的总量，运算并检测入射光的强度(总量)。
另外，运算部40基于从光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的9个电极层223A(233A)和9个电极层223B(233B)输出的电流的分布和比例，运算并检测光电转换元件20A的受光面中的入射光的XY位置(坐标)。
另外，运算部40参照在存储部30存储的表格，求出并检测与从光电转换元件20A的所有的电极层223A(233A)、223B(233B)、224C(234C)、224D(234D)输出的电流的总量(即，光电转换元件20A的入射光的强度(总量))、和从图7A所示的电流最大点的光电转换元件20A的第1灵敏度部分21的电极层223A(233A)与电极层223B(233B)输出的电流之和(即，向光电转换元件20A的一个高灵敏度部分21的入射光的强度)对应的光电转换元件20A的受光面中的入射光的光点尺寸和被拍摄体的Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)。
而且，例如若预先知道相对于光学透镜50的中心的XY位置(坐标)的光电转换元件20A的中心的XY位置(坐标)，则运算部40根据光学透镜50的中心的XY位置(坐标)和光电转换元件20A的受光面中的入射光的XY位置(坐标)，求出入射光的入射方向，并根据求出的入射光的入射方向和Z向(进深)的位置(即，Z向的距离)，检测被拍摄体的三维的位置。
另外，上述光电转换元件20A具备从上述多个第1灵敏度部分21输出电流的多个成对的第1电极223A(233A)、223B(233B)、和从上述第2灵敏度部分22输出电流的多个第2电极224C(234C)、224D(234D)，上述多个第1灵敏度部分21的每一个中的上述成对的第1电极223A(233A)、223B(233B)在上述第1灵敏度区域的带状的图案的长边方向上的上述光电转换元件20A的两个边部分离配置，上述多个第2电极224C(234C)、224D(234D)在与上述第1灵敏度区域的带状的图案的长边方向交叉的方向上的上述光电转换元件20A的另外两个边部分离配置。由此，在将上述光电转换元件20A的上述主面作为XY平面，将与上述XY平面垂直的方向作为Z向，并将上述规定的方向作为X向的情况下，上述运算部40能够基于上述光电转换元件20A的上述多个第1灵敏度部分21的输出电流An+Bn的分布的最大点、或者上述光电转换元件20A的上述另外两个边部的一侧的第2电极224C(234C)的输出电流C1与另一侧的第2电极224D(234D)的输出电流D1的比例，求出入射光的光源的X向的位置，能够基于上述光电转换元件20A的上述两个边部的一侧的第1电极223A(233A)的输出电流An与另一侧的第1电极223B(233B)的输出电流Bn的比例，求出入射光的光源的Y向的位置，并能够基于上述光电转换元件20A中的入射光的光点尺寸，求出入射光的光源的Z向的位置。
另外，根据本实施方式的光电转换装置1A，在光电转换元件20A的受光面排列有多个第1灵敏度部分21，因此能够实质上扩大检测区域。
(第2实施方式的变形例)
在本实施方式中，例示了依次形成于光电转换元件20A的背面侧的钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间分离的形态，但并不限定于此。光电转换元件20A也可以是在受光面侧与背面侧的至少一方第1灵敏度部分21的钝化层、导电型半导体层以及透明电极层、与第2灵敏度部分22的钝化层、导电型半导体层以及透明电极层分离的形态。换言之，也可以是在光电转换元件20A的受光面侧与背面侧的至少一方形成第1灵敏度部分21(第1灵敏度区域)的带状的图案的形态。
例如，也可以是与上述的本实施方式相反地在光电转换元件20A的受光面侧形成有第1灵敏度部分21的带状的图案的形态。更具体而言，也可以是以下形态，即，光电转换元件20A的背面侧的钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间连续，光电转换元件20A的受光面侧的钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间分离。
另外，例如也可以是在光电转换元件20A的受光面侧和背面侧形成第1灵敏度部分21的带状的图案的形态。更具体而言，也可以是以下形态，即，光电转换元件20A的受光面侧的钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间分离，光电转换元件20A的背面侧的钝化层230、n型半导体层231以及透明电极层232也在第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间分离。
在该情况下，另外调整受光面的光学特性(例如，反射特性)即可。
另外，也可以在光电转换元件20A的第1灵敏度部分21与第2灵敏度部分22之间的部分形成有透明电极层。特别是若在光电转换元件20A的受光面侧的钝化层220、p型半导体层221以及透明电极层222分离的情况下形成透明电极层，则改善受光面侧的光学特性(例如，反射特性)。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的本实施方式，能够进行各种变形。例如，在本实施方式中，如图2所示，例示了异质结式的光电转换元件20、20A，但本发明的特征并不局限于异质结式的光电转换元件，能够用于同质结式的光电转换元件等各种光电转换元件。
另外，在本实施方式中，作为受光面侧的导电型半导体层221，例示了p型半导体层，作为背面侧的导电型半导体层231，例示了n型半导体层。然而，也可以构成为：受光面侧的导电型半导体层221是在非晶体硅材料中掺杂了n型掺杂剂(例如，上述的磷(P))的n型半导体层，背面侧的导电型半导体层231是在非晶体硅材料中掺杂了p型掺杂剂(例如，上述的硼(B))的p型半导体层。
另外，在本实施方式中，作为半导体基板210，例示了n型半导体基板，但半导体基板210也可以是在结晶硅材料中掺杂了p型掺杂剂(例如，上述的硼(B))的p型半导体基板。
另外，在本实施方式中，例示了具有结晶硅基板的光电转换元件，但并不限定于此。例如，光电转换元件也可以具有砷化镓(GaAs)基板。
附图标记说明
1、1A…光电转换装置；10…第1光电转换元件；20…第2光电转换元件；20A…光电转换元件；21…高灵敏度部分、第1灵敏度部分；22…低灵敏度部分、第2灵敏度部分；30…存储部；40…运算部；50…光学透镜；60…镜子；110…半导体基板(光电转换基板)；120、130…钝化层；121…p型半导体层(第1导电型半导体层)；122、132…透明电极层；123、133…电极层；131…n型半导体层(第2导电型半导体层)；210…半导体基板(光电转换基板)；220、230…钝化层；221…p型半导体层(第1导电型半导体层)；222、232…透明电极层；223A、233A、223B、233B…电极层(第1电极)；224C、234C、224D、234D…电极层(第2电极)；231…n型半导体层(第2导电型半导体层)。

Claims (19)

1.一种光电转换元件，包括具备两个主面的光电转换基板，其中，
包括在规定的方向上排列的多个第1灵敏度部分和第2灵敏度部分，
若将所述多个第1灵敏度部分各自的显露在所述主面的灵敏度区域作为第1灵敏度区域，并将所述第2灵敏度部分的显露在所述主面的灵敏度区域作为第2灵敏度区域，则对于所述第1灵敏度区域的每一个而言，
接收向所述主面入射的入射光的至少一部分，
成为如下图案，即，随着所述主面中的被照射入射光的照射区域的增大而减小所述照射区域中的该第1灵敏度区域相对于该第1灵敏度区域以外的第1灵敏度区域和所述第2灵敏度区域的比率。
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，
所述多个第1灵敏度区域的每一个在所述主面形成带状的图案，
所述规定的方向是与所述带状的图案的长边方向交叉的方向。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，
所述多个第1灵敏度部分和所述第2灵敏度部分具有不同的光电转换特性。
4.根据权利要求3所述的光电转换元件，其中，
所述光电转换基板包含单晶硅材料，
所述光电转换元件具备：
第1导电型半导体层，形成于所述光电转换基板的一个所述主面侧；和
第2导电型半导体层，形成于所述光电转换基板的另一所述主面侧。
5.根据权利要求4所述的光电转换元件，其中，
所述第2灵敏度部分具有比所述多个第1灵敏度部分低的光电转换特性，
在所述多个第1灵敏度部分的每一个中的两主面侧形成有钝化层，
在所述第2灵敏度部分中的两主面侧的至少一方未形成钝化层。
6.根据权利要求5所述的光电转换元件，其中，
在所述主面中的受光的一侧的所述主面亦即受光面侧的所述第1灵敏度区域和所述第2灵敏度区域，依次形成有所述钝化层、所述第1导电型半导体层以及透明电极层，
在所述受光面的相反侧的所述主面亦即背面侧的所述第1灵敏度区域，依次形成有所述钝化层、所述第2导电型半导体层以及透明电极层，
在所述背面侧的所述第2灵敏度区域未形成所述钝化层、所述第2导电型半导体层以及透明电极层。
7.根据权利要求5所述的光电转换元件，其中，
在所述主面中的受光的一侧的所述主面亦即受光面的相反侧的所述主面即背面侧的所述第1灵敏度区域和所述第2灵敏度区域，依次形成有所述钝化层、所述第2导电型半导体层以及透明电极层，
在所述受光面侧的所述第1灵敏度区域，依次形成有所述钝化层、所述第1导电型半导体层以及透明电极层，
在所述受光面侧的所述第2灵敏度区域未形成所述钝化层、所述第1导电型半导体层以及透明电极层。
8.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，
所述多个第1灵敏度部分与所述第2灵敏度部分分离。
9.根据权利要求8所述的光电转换元件，其中，
所述光电转换基板包括单晶硅材料，
所述光电转换元件具备：
第1导电型半导体层，形成于所述光电转换基板的一个所述主面侧；和
第2导电型半导体层，形成于所述光电转换基板的另一所述主面侧。
10.根据权利要求9所述的光电转换元件，其中，
在所述光电转换基板的两主面侧的至少一方，形成于所述第1灵敏度区域的所述第1导电型半导体层或者所述第2导电型半导体层、与形成于所述第2灵敏度区域的所述第1导电型半导体层或者所述第2导电型半导体层分离。
11.根据权利要求10所述的光电转换元件，其中，
依次形成于所述主面中的受光的一侧的所述主面亦即受光面侧的钝化层、所述第1导电型半导体层以及透明电极层在所述第1灵敏度区域与所述第2灵敏度区域之间连续，
依次形成于所述受光面的相反侧的所述主面亦即背面侧的钝化层、所述第2导电型半导体层以及透明电极层在所述第1灵敏度区域与所述第2灵敏度区域之间分离。
12.根据权利要求10所述的光电转换元件，其中，
依次形成于所述主面中的受光的一侧的所述主面亦即受光面侧的钝化层、所述第1导电型半导体层以及透明电极层在所述第1灵敏度区域与所述第2灵敏度区域之间分离，
依次形成于所述受光面的相反侧的所述主面亦即背面侧的钝化层、所述第2导电型半导体层以及透明电极层在所述第1灵敏度区域与所述第2灵敏度区域之间连续。
13.一种光电转换装置，其中，
所述光电转换装置包括：
第1光电转换元件，配置于入射光的上游侧；和
第2光电转换元件，配置于所述入射光的下游侧，并将权利要求3～7中任一项所述的光电转换元件作为所述第2光电转换元件。
14.根据权利要求13所述的光电转换装置，其中，
还包括运算部，所述运算部基于所述第1光电转换元件的输出电流、和所述第2光电转换元件的所述多个第1灵敏度部分中的输出电流最大的第1灵敏度部分的输出电流，运算所述第2光电转换元件中的入射光的光点尺寸。
15.根据权利要求14所述的光电转换装置，其中，
所述第2光电转换元件具备从所述多个第1灵敏度部分输出电流的多个成对的电极，
所述多个第1灵敏度部分的每一个中的所述成对的电极在所述第1灵敏度区域的带状的图案的长边方向上的所述第2光电转换元件的两个边部分离配置。
16.一种光电转换装置，其中，
包括权利要求8～12中任一项所述的光电转换元件。
17.根据权利要求16所述的光电转换装置，其中，
还包括配置于入射光的上游侧的光学透镜，
所述光电转换元件配置于所述入射光的下游侧。
18.根据权利要求16或17所述的光电转换装置，其中，
还包括运算部，所述运算部基于所述光电转换元件中的所述多个第1灵敏度部分的输出电流及所述第2灵敏度部分的输出电流、和所述多个第1灵敏度部分中的输出电流最大的第1灵敏度部分的输出电流，运算所述光电转换元件中的入射光的光点尺寸。
19.根据权利要求18所述的光电转换装置，其中，
所述光电转换元件具备：
多个成对的第1电极，从所述多个第1灵敏度部分输出电流；和
多个第2电极，从所述第2灵敏度部分输出电流，
所述多个第1灵敏度部分的每一个中的所述成对的第1电极在所述第1灵敏度区域的带状的图案的长边方向上的所述光电转换元件的两个边部分离配置，
所述多个第2电极在与所述第1灵敏度区域的带状的图案的长边方向交叉的方向上的所述光电转换元件的另外两个边部分离配置。
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