CN1180488C - 半导体位置探测器和使用该探测器的测距装置 - Google Patents

半导体位置探测器和使用该探测器的测距装置 Download PDF

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Abstract

本发明的装置中，在PSD(14)的受光面上，形成在基线长度方向上延伸的基干导电层(24)、和排列在基线长度方向上，同时每一个都连接到基干导电层(24)上的多个分支导电层(26)，各个分支导电层(26)与基线长度方向构成45度的角度。LED(12)可以投射与上述基线长度方向构成45度的角度地延伸的条状光。

Description

半导体位置探测器和使用该探测器的测距装置
技术领域
本发明涉及半导体位置探测器和使用该半导体位置探测器的测距装置。
背景技术
作为测定到测定对象物的距离的测距装置，人们知道具备光源和位置探测器的测距装置。这样的测距装置，是使用三角测量的原理的装置，根据从光源投射出来被测定对象物反射的光，入射到半导体位置探测器的受光面上的位置，测定到测定对象物的距离。就是说光入射到半导体位置探测器的受光面上的位置，相应于到测定对象物的距离在规定的基线长度方向上变化。因此，采用检测受光面上的光的入射位置的办法，就可以测定到测定对象物位置的距离。
作为在上述测距装置中使用的半导体位置探测器，人们知道这样的构成：在上述基线长度方向上延长的基干导电层的两个端部设置一对信号取出电极，使与该基干导电层(基线长度方向)垂直地延伸的多个分支导电层排列在基线长度方向上的同时，使该分支导电层分别电连到基干导电层上。采用这样的构成的半导体位置探测器，则伴随着光的入射而发生的电荷(载流子)将流入附近的分支导电层，在分支导电层内在与基线长度方向垂直的方向上输运，流入基干导电层的规定的位置。然后被分配为使得与从该规定位置到基干导电层的两端的电阻值成反比例地在基干导电层内输运，从各自的输出电极输出。因此，采用对从双方的信号取出电极输出的输出电流进行比较的办法，就可以检测受光面上的光的入射位置。
发明的公开
但是，在上述测距装置中存在着以下所述的问题。就是说，在从光源向着测定对象物投射光，并对测定对象物的反射光进行检测的测距装置中，有时候会产生从光源投射出来的光的一部分与测定对象物偏离开来的现象(以下，叫做光斑残缺)。当产生了光斑残缺时，半导体位置探测器就只能检测从光源投射出来的光的一部分，有时候会产生到测定对象物的距离的测定误差。
特别是由于向半导体位置探测器的受光面的光的入射位置，相应于到测定对象物的距离在上述基线长度方向上发生变化，故在在该基线长度方向上产生了光斑残缺时的情况下，测定误差将变大。就是说，在使用上述现有的半导体位置探测器的情况下，由于因光的入射而产生的载流子，在与基线长度方向垂直的方向上，在分支导电层内进行输运，流入基干导电层的规定位置，故因光斑残缺而产生的入射光在基线长度方向上的重心偏离，将原封不动地成为测定误差。
对此，在例如特开平5-164552号公报中公开的测距装置，采用对基线长度方向投射非对称形状的点状光，用三连的受光器件受光的办法，对由光斑残缺引起的测定误差进行补正。
但是，这样的测距装置必须使用投射非对称的形状的点状光的发光器件和三连的受光器件，各个器件或测距装置本身复杂化、大型化，不能廉价地构成。本发明的目的是提供测定误差小的测距装置和在该装置中使用的半导体位置探测器。
本发明的半导体位置探测器，根据含有从基干导电层延伸出来的多个分支导电层的受光面上的光的入射位置，从基干导电层的两个端部输出的电流发生变化，其特征在于：分支导电层对于位置检测方向实质上斜向延伸。另外，位置探测方向，在把上述半导体位置探测器组装到测距装置中的情况下，与基线长度方向一致。分支导电层的延伸方向和上述位置探测方向所构成的角度的最小值，优选的是85度以下，更为优选的是30度以上，更为优选的是大体上为45度。在这里，所谓大体上意味着角度具有±5％的变动。分支导电层的每一个，优选的是沿着延伸方向实质上具有同一的宽度，此外，优选的是每一个分支导电层的延伸方向在受光面内是恒定的，优选的是与向半导体位置探测器入射的入射光的光行进方向垂直的断面形状为长方形，该长方形的长边方向与分支导电层的延伸方向一致。该入射光优选的是具有同时重叠到多个分支导电层上的尺寸。优选地在基干导电层的两个端部设置一对信号取出电极，一对信号取出电极分别作成大体上三角形的形状。
上述半导体位置探测器，由于难于发生归因于光斑残缺而产生的测定误差，故在把它组装进去的情况下，就可以提供高精度的测定误差小的测距装置。
附图的简单说明
图1是测距装置的构成图。
图2是测距装置的斜视图。
图3是PSD的平面图。
图4是沿图3的I-I线的剖面图。
图5是沿图3的II-II线的剖面图。
图6示出了测距原理。
图7示出了光斑残缺。
图8A、8B、8C、8D、8E示出了测定条件。
图9A、9B、8C、9D示出了测定结果。
图10A、10B、10C、10D、10E示出了测定条件。
图11A、11B、11C、11D示出了测定结果。
图12A、12B、12C、12D、12E示出了测定条件。
图13A、113B、13C、13D示出了测定结果。
图14是PSD的平面图。
图15是沿图14的I-I线的剖面图。
图16是沿图14的II-II线的剖面图。
图17是PSD的平面图。
图18是沿图17的I-I线的剖面图。
图19是沿图17的II-II线的剖面图。
图20是PSD的平面图。
图21是沿图20的I-I线的剖面图。
图22是沿图20的II-II线的剖面图。
图23是PSD的平面图。
图24是沿图23的I-I线的剖面图。
图25是沿图23的II-II线的剖面图。
图26是PSD的平面图。
图27是沿图26的I-I线的剖面图。
图28是沿图26的II-II线的剖面图。
图29是PSD的平面图。
图30是沿图29的I-I线的剖面图。
图31是沿图29的II-II线的剖面图。
图32是PSD的平面图。
图33是沿图32的I-I线的剖面图。
图34是沿图32的II-II线的剖面图。
图35是PSD的平面图。
图36是沿图35的I-I线的剖面图。
图37是沿图35的II-II线的剖面图。
图38是PSD的平面图。
优选实施方案
参看附图对本发明的实施方案的测距装置进行说明。另外，本发明的半导体位置探测器含于本实施方案的测距装置内。
首先，对本实施方案的测距装置的构成进行说明。图1是测距装置的构成图，图2是测距装置的斜视图。
本实施方案的测距装置10，如图1所示，其构成为具备由作为向测定对象物M投射光的光源的发光二极管(以下，叫做LED12)，和输出与从LED12投射出来被测定对象物反射的光的位置相对应的信号的半导体位置探测器(以下，叫做PSD14)，和作为根据PSD14的输出运算到测定对象物的距离的运算装置的运算电路16，和被配置为与LED12的投光面、PSD14的受光面的每一个面相向的透镜18、20。以下，对各个构成要素详细地进行说明。
图3是PSD14的平面图(但是，已省略了后边要讲的钝化膜)，图4是沿图3的I-I线的剖面图，图5是沿图3的II-II线的剖面图。另外，在说明中使用的PSD的剖面图，示出的是其端面。此外PSD的平面形状是长方形，把其长边方向定为基线长度方向，该基线长度方向与器件中的位置探测方向一致。
PSD14的构成为在由n型(第1导电类型)Si构成的半导体衬底22的表面一侧，形成大体上同一深度的由p型(第2导电类型)Si构成的基干导电层24，和由同样的P型Si构成的多个分支导电层26，该表面起着PSD14的受光面的作用。在这里，半导体衬底22的表面形成为长方形，以与该长方形的长边平行的方向为基线长度方向(检测光的入射位置变化的方向)，进行光的入射位置的检测。
基干导电层24，在该长方形的短边方向的大体上中央部分处，被形成为在长边方向上就是说在基线长度方向上延伸。此外，分别具有大体上同一长度的多个分支导电层26，在基线长度方向上排列多个，同时在其大体上的中央部分处分别电连到基干导电层24上。在这里特别把各个分支导电层26配置为使得分支导电层26的延伸方向与基线长度方向构成45度(锐角)的角度，其各个分支导电层26大致上变成平行。
在基干导电层24的两个端部上，一直到比基干导电层24还深的位置，形成与基干导电层24比较由更高浓度地掺杂的p型Si构成的一对高浓度层28，大致上为三角形形状的一对信号取出电极30被欧姆连接到各自的高浓度层28的上部。
在半导体衬底22的表面一侧的外周部分、各个分支导电层26的间隙内和分支导电层26与高浓度层28之间的间隙内，形成由与半导体衬底22比较由更高浓度地掺杂的n型Si构成的高浓度层32。高浓度层32被形成为到与高浓度层28大体上同一深度为止，以确保各个分支导电层26间的电绝缘和分支导电层26与高浓度层28之间的电绝缘。因此，可以借助于高浓度层32，阻止在各个分支导电层26之间和分支导电层26与高浓度层28之间的基线长度方向上流动的电流。
在半导体衬底22的背面上，形成由与半导体衬底22比较更高浓度地掺杂的n型Si构成的高浓度层34，再把背面电极36欧姆连接到高浓度层34上。因此，采用在信号取出电极30与背面电极36之间加上规定的电压的办法，就可以使PSD14动作。
在半导体衬底22的表面的外周部分上，设置欧姆连接到高浓度层32上的环状的外框电极38。外框电极38，可以阻止向受光面的外周部分入射的光的入射的同时，采用给该外框电极38与信号取出电极30之间加上规定的电压的办法，也可以使PSD14动作。
此外，在既是半导体衬底22的表面，又是已形成了信号取出电极30、外框电极38的部分以外的整个面上，形成用来保护作为受光面的半导体衬底22的表面的钝化膜40。
由上述构成可知，在PSD14中，当光入射到受光面上时，与光的入射相对应地发生载流子，该载流子作为电流分别从设置在基干导电层24的两个端部的一对信号取出电极30输出。这时，由于从各自的信号取出电极30输出的电流将与受光面上的基线长度方向上的光的入射位置相对应地，就是说与光的入射位置和各自的信号取出电极30之间的距离相对应地发生变化，故可以根据该电流检测光的入射位置。
如图1或图2所示，LED12与PSD14具有规定的间隔地配置在PSD14的延长线上。在这里，LED12是可以投射条状光的光源，并被配置为使得该条状光的断面的长边方向与基线长度方向之间具有45度的角度。因此，被测定对象物M反射，入射到PSD14的受光面上的该条状光的断面的长边方向将变成与PSD14的分支导电层26的延长方向大致上平行。
在与LED12的投光相向的位置上配置透镜18。LED12的投光面与透镜18之间的距离和透镜18的焦距f一致，从LED12投射进来的条状光被透镜18聚光后投射到测定对象物M上。
此外，与PSD14的受光面相向，与透镜18具有间隔B地配置透镜20。PSD14的受光面与透镜20之间的距离，也与透镜20的焦距f一致，测定对象物M的反射光被透镜20聚光后入射到PSD14的受光面上。在这里，透镜20的中心线，与在PSD14的受光面上形成的基干导电层24的LED12一侧的端部一致。
因此，来自存在于无限远一侧的测定对象物M的反射光，就向PSD14的基干导电层24的LED12一侧的端部一侧入射，随着测定对象物M接近透镜18(或透镜20)，反射光的入射位置就从基干导电层24的LED12一侧的端部远离开来。
运算电路16，根据PSD14的输出，运算到测定对象物M的距离。具体地说，输入从PSD14的信号取出电极30之内一方输出的电流I1和从另一方输出的电流I2，用I1、I2运算从透镜18(或透镜20)到测定对象物M的距离，详细的运算方法将在后边讲述。
接着，说明本实施方案的测距装置的作用。首先，说明本实施方案的测距装置10的测距原理。图6示出了测距装置10的测距原理。
当光入射到PSD14的受光面上时，在PSD14内部与该入射光相对应地产生空穴电子对(电荷)并进行扩散。这样的空穴电子对(电荷)的一方，顺着PSD14的内部的电场流入附近的分支导电层26，在该分支导电层26内输运，流入基干导电层24。流入到基干导电层24内的电荷(载流子)在基干导电层24内输运并从设于基干导电层24的两端部的一对信号取出电极30上分别取出电流I1、I2。在这里，由于基干导电层24具有电阻，故伴随着光的入射而发生的载流子，与向基干导电层24流入的位置和各个信号取出电极30(正确地说，是基干导电层的各自的端部)之间的距离成反比例那样地进行分割后从各个信号取出电极30输出。因此，如果假定从信号取出电极30之内的一方(LED12一侧)输出的电流为I1，从另一方输出的电流为I2，则从基干导电层24的LED12一侧的端部到光的入射位置的距离X可以用下式表示。
X＝C×I2/(I1+I2)
此外，若使用三角测量原理，则从透镜18(或透镜20)到测定对象物M的距离L可以用以下的公式表示。
L＝(f×B)/L
其中，如上所述，B表示透镜18与透镜20的中心间的距离，f表示透镜18和透镜20的焦距，X表示从基干导电层24的LED12一侧的端部到光的入射位置的距离。因此，结果就变成可以用从各个信号取出电极30输出的电流I1、I2求从透镜18(或透镜20)到测定对象物M的距离L。具体地说，如图6所示，在从透镜18到测定对象物M(＝M1)的距离L(＝L1)短的情况下，从基干导电层24的LED12一侧的端部到光的入射位置的距离X(＝X1)将变长，而在从透镜18到测定对象物M(＝M2)的距离L(＝L2)短的情况下，从基干导电层24的LED12一侧的端部到光的入射位置的距离X(＝X2)将变短。
接着，与现有技术的测距装置中的测距的情况进行比较地说明在已经产生了光斑残缺的情况下的本实施方案的测距装置10的测距的情况。
通常，所谓光斑残缺，指的是在从光源向着测定对象物投射光检测来自测定对象物的反射光的测距装置中，从长光源投射出来的光的一部分偏离开测定对象物的现象，或偏离开来的部分。就是说，如图7所示，当向测定对象物M照射投射光P的情况下，在投射光P之内，未照射到测定对象物M上的部分(图7的P1)就将变成光斑残缺。在以下的说明中，设投射光P之内的光斑残缺区域(非照射区域)为P1，已被照射的部分(照射区域)为P2。
在已经产生了光斑残缺的情况下，PSD等的位置探测器，就只能检测从光源投射出来的光的一部分，有时候就会产生到测定对象物的距离的测定误差。特别是由于向位置探测器入射的光的入射位置相应于到测定对象物的距离在基线长度方向上进行变化，故在在基线长度方向上产生了光斑残缺的情况下，就会增大测定误差。
在这里首先对现有技术的测距装置的测距的情况进行说明。现有技术的测距装置，把在受光面上形成了在基线长度方向上延伸的基干导电层24’和与之垂直相交的分支导电层26’的PSD用做位置探测器。作为从LED投射的LED投射光，如图8A所示，使用纵500微米、横200微米的条状光。此外，作为测定对象物，如图8B、8C所示，可以考虑纵长的长方形或横长的长方形的测定对象物。在不产生光斑残缺的情况下，上述投射光借助于测定对象物进行反射，作为具有图8D所示的那样的断面形状的PSD入射光入射到PSD上。这时的基干导电层24’和分支导电层26’与PSD入射光之间的位置关系变成图8E所示的那样。
在上述测定条件中，把种种情况下的PSD的位置探测误差示于图9A、9B、9C、9D。在这里，图中的符号R表示未产生光斑残缺的情况下的检测位置，符号S表示已产生了光斑残缺的情况下的检测位置，Δ表示已产生了光斑残缺的情况下的位置探测误差。此外，斜线部分表示测定对象物M、网点部分表示LED投射光P，结果就变成该斜线部分与网点部分的重叠部分的光向PSD入射。另外，BL表示基线长度方向。再有，测定对象物M和PSD虽然不在同一平面内，但是，在PSD的受光面上，作为使测定对象物M和投射光P投影后的投影物，与基线长度方向BL一起来表示它们。另外，照射区域P2将变成测定对象物M和投射光P的重复区域的形状，就是说，将变成入射光IL的形状。
如图9A所示，当光斑残缺在上下(即在与基线长度方向垂直方向的端部上)对称地产生时，光斑残缺就不会影响基线长度方向上的位置探测，位置探测误差成为0。如图9B所示，即便是在光斑残缺上下非对称地产生的情况下，光斑残缺也不会影响在基线长度方向上的位置探测，位置探测误差也将成为0。此外，如图9C所示，在不产生光斑残缺的情况下，位置探测误差理所当然地要变成0。对此，如图9D所示，在左右对称地产生了光斑残缺的情况下，载流子将完全不流入与该已产生了光斑残缺的部分对应的分支导电层中去，与不产生光斑残缺时比较，载流子流入的分支导电层26的个数将极端地减少。其结果是，将产生重心位置的偏离，将产生大的位置探测误差(在图9D的情况下为50微米)。在这里，设PSD的基干导电层的长度为C＝1000微米，PSD处的50微米的位置探测误差相当于5％。
此外，投射从LED投射的LED投射光，在使用图10A所示的那样的纵200微米、横500微米的条状光的情况下的PSD处的位置探测误差，示于图11A、11B、11C、11D。作为测定对象物，如图10B、10C所示，可以考虑纵长或横长的长方形的测定对象物M，在图10D、10E中分别示出了不产生光斑残缺的情况下的PSD入射光的形状和基干导电层24’和分支导电层26’与PSD入射光IL之间的位置关系。
如图11A所示，在不产生光斑残缺的情况下，位置探测误差，理所当然地要变成0。如图11B所示，在上下非对称地产生了光斑残缺的情况下，光斑残缺不影响基线长度方向上的位置探测，位置探测误差将变成0。如图11C所示，在左右对称地产生了光斑残缺的情况下，光斑残缺也不影响基线长度方向上的位置探测，位置探测误差也将变成0。如图11D所示，在左右非对称地产生了光斑残缺的情况下，载流子就完全不流入与产生该光斑残缺的部分对应的分支导电层中去，与不产生光斑残缺时比较起来，载流子流入的分支导电层26的个数将极端地减少。其结果是，将产生重心位置的偏离，将产生大的位置探测误差(在图11D的情况下为125微米)。在这里，PSD处的50微米的位置探测误差，设PSD中的125微米的探测误差，设基干导电层的长度为C＝1000微米，则相当于12.5％。
其次，对本实施方案的测距装置10中的测距的情况进行说明。本实施方案的测距装置10，把已在受光面上形成了在基线长度方向上延伸的基干导电层24和与之以45度的角度进行交叉的分支导电层26的PSD14用做位置探测器。作为从LED投射的LED投射光，如图12A所示，虽然使用具有500微米×200微米的断面的条状光P，但是，在用测定对象物M进行反射，并入射到PSD14上时，如图12D、12E所示，把LED12配置为使得该条状光在对于基线长度方向45度的方向上延伸。另外，作为测定对象物M，如图12B、12C所示，可以考虑纵长的长方形或横长的长方形的测定对象物。此外，由于在PSD14的受光面上基干导电层24和分支导电层26是45°交叉，基干导电层24和分支导电层26与PSD入射光之间的位置关系变成图12E所示的那样。
如图13A所示，在上下对称地产生了光斑残缺的情况下，或如图13C所示，在左右对称地产生了光斑残缺的情况下，光斑残缺不影响基线长度方向上的位置探测，位置探测误差将变成0。对此，如图13B所示，在上下非对称地产生了光斑残缺的情况下，或如图13D所示，在左右非对称地产生了光斑残缺的情况下，则将产生位置探测误差。但是，由于分支导电层26与基线长度方向形成45度的夹角，故即便是产生了光斑残缺，与不产生光斑残缺时比较也不会产生载流子流入的分支导电层26的个数的减少。其结果是，位置探测误差也极其之小，小到27微米。在这里，PSD14中的27微米的位置探测误差，在设基干导电层24的长度C＝1000微米的情况下相当于2.7％。
接着，对本实施方案的测距装置的效果进行说明。本实施方案的测距装置10，由于分支导电层26与基线长度方向构成45度夹角，故即便是产生了光斑残缺时，与不产生光斑残缺时进行比较，也难于产生载流子流入的分支导电层26的个数的减少。因此，PSD14处的位置探测误差将变得极其之小，其结果是测距误差将变得极其之小。此外，由于没使用特殊的LED、PSD等，故可以极其廉价、小型地构成。在这里特别是采用了分支导电层26与基线长度方向构成45度的办法，所以无论是在水平方向上还是在铅直方向上配置基线长度方向，都可以得到同等的输出。
此外，本实施方案的测距装置10，由于从LED12投射条状光，并把入射到PSD14的受光面上的条状光的断面的长边方向配置为使得与PSD14的分支导电层26的延伸方向变成平行，故可以增大条状光与各个分支导电层之间的重叠部分。使PSD14可以以更好的效率检测入射光。因此，由于即便是条状光的宽度方向的长度短，也可以得到足够的输出，故可以进一步地减小引光斑残缺引起的测距误差。
上述实施方案的测距装置，虽然使用的是投射条状光的LED12，但是并不限于条状光，也可以是正方形或圆形等的其它形状的点状光。即便是在使用别的形状的点状光的情况下，也可以充分地减小起因于光斑残缺的测距误差。
对于基干导电层24和分支导电层26的形状等，对于在上述实施方案的测距装置10中使用的PSD来说可以考虑种种的变形。以下，对各种变形例的PSD进行说明。
首先对变形例1的PSD进行说明。图14是本变形例的PSD42的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图15是沿图14的I-I线的剖面图，图16是沿图14的II-II线的剖面图。本变形例的PSD42与上述实施方案的PSD14不同之处在于：在上述实施方案的PSD14中，基干导电层24在长方形的短边方向的大体上为中央的部分上形成，分支导电层26的大体上的中央部分则分别电连接到基干导电层24上，对此，在本变形例的PSD中，基干导电层24被形成为与长方形的短边方向的端部，就是说与一方的长边邻接，分支导电层26的端部分别电连到基干导电层24上。即便是把PSD42作成这样的构成也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。此外，基干导电层24对分支导电层26的位置，可以设置在任意的位置上而不限于上述那样的中央部分或端部。
接着，对变形例2的PSD进行说明。图17是本变形例的PSD44的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图18是沿图17的I-I线的剖面图，图19是沿图17的II-II线的剖面图。本变形例的PSD44与上述实施方案的PSD14的不同之处在于：在上述实施方案的PSD14中，一直到比基干导电层24还深的位置，在基干导电层24的两个端部上形成一对的高浓度层28，对此在本变形例的PSD44中，在形成基干导电层24的同时一直到与基干导电层24同等的深度形成高浓度层28。高浓度层28只要具有可以与信号取出电极30进行欧姆连接的那种程度的杂质浓度即可，采用与基干导电层24同时形成的办法，可以简化工序，可以廉价地制造PSD44。此外即便是把PSD44作成这样的构成，也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。另外，如本变形例所示的那样，在形成基干导电层24的同时，一直到与基干导电层24同等程度的深度形成高浓度层28的做法，也可以应用于其它的变形例中去。
接着对变形例3的PSD进行说明。图20是本变形例的PSD46的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图21是沿图20的I-I线的剖面图，图22是沿图20的II-H线的剖面图。本变形例的PSD46与上述实施方案的PSD14的不同之处在于：在上述实施方案是PSD14中，基干导电层24被形成为在长边方向上就是说在基线长度方向上延伸，对此，在本变形例的PSD46中，基干导电层24被形成为对于基线长度方向具有恒定的角度(锐角)。另外，分支导电层26与上述实施方案的PSD14一样，被形成为对于基线长度方向具有45度的角度。基干导电层26与基线长度方向可以取任意的角度，即便是把PSD46作成这样的构成，也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。
接着，对变形例4的PSD进行说明。图23是本变形例的PSD48的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图24是沿图23的I-I线的剖面图，图25是沿图23的II-II线的剖面图。本变形例的PSD48与上述实施方案的PSD14的不同之处在于：在上述实施方案是在PSD14中，基干导电层24在一对信号取出电极30间连续地延伸，而在本变形例的PSD48中，基干导电层24被分割成多个导电层24a～24k，各个导电层24a～24k电连相邻的分支导电层26。此外，基干导电层24的两个端部，就是说两个端部的导电层24a、24k中间存在着高浓度层28地连接到信号取出电极30上。在本变形例的PSD48中，在分支导电层26中发生的载流子不仅在基干导电层24内在其它的分支导电层26内也进行输运，作为电流从信号取出电极30上取出来。但是，分支导电层26的每一单位长度的电阻与基干导电层24的相应电阻比较起来极其之小，两信号取出电极30间的电阻，实质上为基干导电层24的电阻所左右。因此，由于伴随着光的入射而发生的载流子被基干导电层24的电阻进行电阻分割使得反比例于光的入射位置和到导电层24a、24k的两端的距离，并从各个信号取出电极30输出，故可以对光的入射位置进行检测。即便是把PSD48作成这样的构成，也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。
接着，对变形例5的PSD进行说明。图26是本变形例的PSD50的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图27是沿图26的I-I线的剖面图，图28是沿图26的II-II线的剖面图。本变形例的PSD50与上述实施方案的PSD14的不同之处在于：在上述实施方案是在PSD14中，基干导电层24在长方形的短边方向的大体上中央部分上形成，分支导电层26的大体上的中央部分则分别电连到基干导电层24上，对此，在本变形例的PSD42中，2个基干导电层24被形成为与长方形的短边方向的两个端部，就是说与双方的长边邻接，分支导电层26的两个端部分别电连到双方的基干导电层24上。即便是把PSD50作成这样的构成也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。
接着，对变形例6的PSD进行说明。图29是本变形例的PSD52的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图30是沿图29的I-I线的剖面图，图31是沿图29的II-II线的剖面图。本变形例的PSD52与上述实施方案的PSD14的不同之处在于：在上述实施方案是PSD14中，基干导电层24在长方形的短边方向的大体上中央部分上形成，分支导电层26的大体上的中央部分则分别电连到基干导电层24上，对此，在本变形例的PSD52中，3个基干导电层24在长方形的短边方向的大体上中央部分和两个端部上形成，分支导电层26的中央部分和两个端部分别电连到3个基干导电层24上。即便是把PSD52作成这样的构成也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。
接着，对变形例7的PSD进行说明。图32是本变形例的PSD54的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图33是沿图32的I-I线的剖面图，图34是沿图32的II-II线的剖面图。本变形例的PSD54与上述实施方案的PSD14的不同之处在于：在上述实施方案是在PSD14中，基干导电层24在长方形的短边方向的大体上中央部分上形成，分支导电层26的大体上的中央部分则分别电连到基干导电层24上，对此，在本变形例的PSD54中，2个基干导电层24被形成为与长方形的短边方向的端部，就是说与双方的长边邻接，排列在基线长度方向上的分支导电层26的一方的端部交互地电连到任意一方的基干导电层24上。即便是把PSD54作成这样的构成也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。
接着，对变形例8的PSD进行说明。图35是本变形例的PSD56的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，图36是沿图35的I-I线的剖面图，图37是沿图35的II-II线的剖面图。本变形例的PSD56是上述变形例4的PSD48的一个形态，构成该PSD48的基干导电层24的多个24a～24k之内，在长方形的短边方向的一方的端部一侧设置24a、24c、24e、24g、24i、24k，在长方形的短边方向的另一方的端部一侧设置24b、24d、24f、24h、24j。即便是把PSD50作成这样的构成也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。
接着，对变形例9的PSD进行说明。图38是本变形例的PSD58的平面图(但是，已省略了钝化膜40)，另外，沿图38的I-I线的剖面图与图4是一样的，沿图38的II-II线的剖面图与图5是一样的。本变形例的PSD58与上述实施方案的PSD14D的不同之处在于：在上述实施方案的PSD14中，从基干导电层24开始各个分支导电层26以45度的角度延伸，对此，在本变形例的PSD58中，各个分支导电层26对于在基线长度方向上延伸的基干导电层24以45度的角度进行延伸，但是，各个分支导电层26在其末端部分，就是说，在基干导电层24的附近，改变角度地连接到基干导电层24上。即便是把PSD50作成这样的构成也可以构成测距误差小、便宜且小型的测距装置。另外，如本变形例所示，使分支导电层26在基干导电层24附近改变角度地连接到基干导电层24上的做法，对于其它的变形例也可以应用。
在上述实施方案或变形例的半导体位置探测器中，虽然分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角变成45度，但只要是锐角也可以取任意的角度。此外，采用使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角作成85度以下的办法，即便是已产生了光斑残缺，也可以有效地防止载流子流入的分支导电层26的个数的减少。此外，采用使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角作成30度以上的办法，还可以实现PSD14的小型化。
如上所述，上述半导体位置探测器，是一种相应于受光面上的规定的基线长度方向BL的光的入射位置，从设置在基干导电层26的两个端部上的一对电极30的每一个电极输出的电流进行变化的半导体位置探测器，具备排列在基线长度方向BL上的同时，各自都电连到基干导电层BL上的多个分支导电层26，分支导电层26的延伸方向与基线长度方向BL之间的夹角变成锐角。在分支导电层26的延伸方向对于基线长度方向BL是垂直的情况下，在已产生了光斑残缺时，载流子就完全不流入与该已产生了光斑残缺的部分对应的分支导电层，与不产生光斑残缺时进行比较，载流子流入的分支导电层26的个数极端地减少。其结果是，因产生重心偏离而使位置探测误差变大。对此，如上述半导体位置探测器那样，在分支导电层26的延伸方向对于基线长度方向BL是锐角的情况下，即便是产生了光斑残缺，与不产生光斑残缺时比较，也难以产生载流子流入的分支导电层的个数的减少。因此，重心偏离将减小，位置探测误差也将减小。
上述半导体位置探测器，采用使分支导电层26的延伸方向对于基线长度方向BL变成锐角的办法，即便是产生了光斑残缺，与不产生光斑残缺时进行比较，也难于产生载流子流入的分支导电层的减少。其结果是，位置探测误差变得极其之小。此外，不再需要3连的受光器件等，可以极其廉价，小型地构成。
在上述半导体位置探测器中，优选的是使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向BL之间的夹角在85度以下。
采用使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向BL之间的夹角在85度以下的办法，即便是产生了光斑残缺时，也可以有效地防止载流子流入的分支导电层的个数的减少。
在上述半导体位置探测器中，优选的是使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角在30度以上。
采用使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角在30度以上的办法，就可以防止半导体位置探测器的基线长度方向Bl的长度变长，可以实现半导体位置探测器的小型化。
在上述半导体位置探测器中，优选的是使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角大体上为45度。
采用使分支导电层26的延伸方向与基线长度方向之间的夹角大体上为45度的办法，无论是把半导体位置探测器(的基线长度方向)配置在水平方向上的情况下，或是配置在铅直方向的情况下，都可以得到同等的输出。
在上述半导体位置探测器中，一对电极分别形成大致上的三角形。
采用把电极作成大致上的三角形的办法，就可以在未形成分支导电层的部分上效率良好地形成大面积的电极，可以防止半导体位置探测器的大型化。
此外，在上述半导体位置探测器中，在由第1导电类型(p型或(n型))的半导体构成的衬底上，形成由第2导电类型(n型或(p型))的半导体构成的基干导电层24和分支导电层26。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图3的半导体位置探测器)中，每一个分支导电层26都在其大致上的中央部分处电连到基干导电层24上。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图14的半导体位置探测器)中，每一个分支导电层26都在其端部处电连到基干导电层24上。
此外，在上述半导体位置探测器中，基干导电层24形成为平行地在基线长度方向BL上延伸。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图20的半导体位置探测器)中，基干导电层形成为在与基线长度方向BL构成锐角的方向上延伸。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图26的半导体位置探测器)中，具有多个基干导电层24。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图26的半导体位置探测器)中，具有2个基干导电层，每一个分支导电层，在其两个端部处电连到2个基干导电层的每一个基干导电层上。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图32的半导体位置探测器)中，具有2个基干导电层，分支导电层在其一方的端部处连接到2个基干导电层中的任何一个基干导电层上。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图29的半导体位置探测器)中，具有3个基干导电层，在其两个端部和大致上的中央部分处连接到3个基干导电层的每一个基干导电层上。
此外，在上述半导体位置探测器(例如图23的半导体位置探测器)中，其特征在于：基干导电层24由多个导电层构成，多个的导电层电连到邻接的分支导电层上。
上述所有的半导体位置探测器，都可以应用到上述的测距装置中去。
上述测距装置，具备：向测定对象物投射光的光源12；使从光源12投射出来并被测定对象物M反射的光入射到受光面上，并相应于受光面上的规定的基线长度方向BL上的光的入射位置，从设置在基干导电层24的两个端部上的一对电极30、30的每一个电极输出的电流发生变化的半导体位置探测器；根据半导体位置探测器的输出，运算到测定对象物的距离的运算装置16，其特征在于：半导体位置探测器是上述的任何一种半导体位置探测器。
当在测距装置中使用分支导电层26的延伸方向对于基线长度方向垂直的半导体位置探测器时，在产生了光斑残缺时，载流子就完全不流入与该产生了光斑残缺达到部分对应的分支导电层26，与不产生光斑残缺时进行比较，载流子流入的分支导电层个数将极端地减少。对此，在象本测距装置那样，使用分支导电层26的延伸方向对于基线长度方向BL为锐角的半导体位置探测器的情况下，即便是产生了光斑残缺，与不产生光斑残缺时进行比较，难于产生载流子流入的分支导电层26的减少。因此，重心偏离减小，位置探测误差也将减小。
在上述测距装置中，光源12是投射条状光的光源，把入射到半导体位置探测器的受光面上的条状光的断面的长边方向，配置为使得与半导体位置探测器的分支导电层26的延伸方向大致上变成平行。
采用从光源12投射条状光，并把条状光的断面的长边方向和分支导电层16的延伸方向作成大致上平行的办法，就可以增大该条状光与分支导电层26之间的重叠部分，可以更为有效地受光。因此，由于即便是条状光的宽度方向的长度短，也可以得到充分的输出，故将进一步减小半导体位置探测器中的位置探测误差，同时还将进一步减小归因于光斑残缺的测距误差。
如上所述，上述每一种半导体位置探测器，在相应于含有从基干导电层24延伸出来的多个分支导电层26的受光面上的光入射位置，从基干导电层24的两个端部输出的电流发生变化的半导体位置探测器中，其特征在于：分支导电层26对于位置探测方向BL实质上斜向地延伸。另外，位置探测方向，在将上述半导体位置探测器组装到测距装置中去的情况下，与基线长度方向一致。在这里，分支导电层的延伸方向和上述位置探测方向所构成的角度的最小值，优选的是85度以下，更为优选的是30度以上，更为优选的是大体上为45度。在这里，所谓大体上意味着角度具有±5％的变动。
在基干导电层的两个端部上设置一对信号取出电极30，一对信号取出电极30优选的是每一个都作成大致上的三角形。在这里，所谓大致上的三角形，规定为三角形的顶点附近，采用切掉构成该三角形的最小长度的边的长度的5％以内的部分变成四角形以上的多角形，包括具有在各边的一部分上具有占各边长度的5％以下的尺寸的凸部或凹部的三角形。
每一个分支导电层26，优选的是沿着延伸方向实质上具有同一的宽度，此外，优选的是每一个分支导电层的延伸方向在受光面内是恒定的，优选的是与向半导体位置探测器入射的入射光IL的光行进方向垂直的断面形状为长方形(条状)，该长方形的长边方向与分支导电层26的延伸方向一致。该入射光IL优选的是具有同时重叠到多个分支导电层上的尺寸。另外，与向半导体位置探测器入射的入射光的光行进方向垂直的断面形状也可以是圆。
工业上利用的可能性
本发明可以在半导体位置探测器和使用高半导体位置探测器的测距装置中利用。

Claims (23)

1.一种半导体位置探测器，在该探测器中相应于含有从基干导电层延伸出来的多个分支导电层的受光面上的光的入射位置，从上述基干导电层的两个端部输出的电流发生变化，其特征在于：上述分支导电层设置成相对于位置探测方向实质上斜向延伸，防止因光斑残缺产生的位置探测误差。
2.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述分支导电层的延伸方向和上述位置探测方向所构成的角度的最小值为85度以下。
3.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述分支导电层的延伸方向和上述位置探测方向所构成的角度的最小值为30度以上。
4.根据权利要求2所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述分支导电层的延伸方向和上述位置探测方向所构成的角度的最小值为30度以上。
5.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述分支导电层的延伸方向和上述位置探测方向所构成的角度的最小值大体上为45度。
6.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：在上述基干导电层的两个端部设置一对信号取出电极，上述一对信号取出电极分别作成大体上三角形的形状。
7.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：在由第1导电类型的半导体构成的衬底上，形成由第2导电类型的半导体构成的上述基干导电层和上述分支导电层。
8.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：每一个上述分支导电层都在其大致上的中央部分处电连到上述基干导电层上。
9.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：每一个上述分支导电层都在其端部处电连接到上述基干导电层上。
10.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述基干导电层在上述位置探测方向上延伸。
11.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述基干导电层，对于上述位置探测方向斜向地延伸。
12.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：具有多个上述基干导电层。
13.根据权利要求12所述的半导体位置探测器，其特征在于：具有2个上述基干导电层，每一个上述分支导电层都在其两个端部处电连接到2个上述基干导电层中的每一个基干导电层上。
14.根据权利要求12所述的半导体位置探测器，其特征在于：具有2个上述基干导电层，上述分支导电层在其一个端部处电连接到2个上述基干导电层中的任何一个基干导电层上。
15.根据权利要求12所述的半导体位置探测器，其特征在于：具有3个上述基干导电层，每一个上述分支导电层都在其两个端部和大致上的中央部分处电连接到3个上述基干导电层中的每一个基干导电层上。
16.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述基干导电层由多个导电层构成，上述多个导电层电连接到邻接的上述分支导电层上。
17.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：每一个上述分支导电层沿着延伸方向具有实质上相同的宽度。
18.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：每一个上述分支导电层的延伸方向在受光面内是恒定的。
19.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：与入射到上述半导体位置探测器的入射光的行进方向垂直的断面形状是圆形。
20.根据权利要求1所述的半导体位置探测器，其特征在于：与入射到上述半导体位置探测器的入射光的行进方向垂直的断面形状是长方形，该长方形的长边方向与上述分支导电层的延伸方向一致。
21.根据权利要求20所述的半导体位置探测器，其特征在于：上述入射光具有同时重叠到多个分支导电层上的尺寸。
22.一种测距装置，其特征在于具备：向测定对象物投射光的光源；使从上述光源投射出来并被上述测定对象物反射的光入射到受光面上，并相应于上述受光面上的规定的基线长度方向上的光的入射位置，从设置在基干导电层的两个端部上的一对电极中的每一个电极输出的电流发生变化的半导体位置探测器；以及根据上述半导体位置探测器的输出，运算到上述测定对象物的距离的运算装置，上述半导体位置探测器是根据权利要求1～21中的任何一项所述的半导体位置探测器。
23.根据权利要求22所述的测距装置，其特征在于：上述光源是投射条状光的光源，且被配置为使得向上述半导体位置探测器的上述受光面上入射的上述条状光的断面的长边方向，与上述半导体位置探测器的上述分支导电层的延伸方向大致上平行。
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