JP2000261028A - 半導体位置検出器及びこれを用いた測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で小型、かつ、測定誤差の少ない測距装
置を提供する。 【解決手段】 測距装置１０は、測定対象物Ｍに光を投
射するＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２から投射されて測定対
象物Ｍによって反射した光の入射位置を検出するＰＳＤ
１４と、ＰＳＤ１４によって検出された光の入射位置に
基づいて、測定対象物Ｍまでの距離を演算する演算回路
１６と、ＬＥＤ１２の投光面、ＰＳＤ１４の受光面のそ
れぞれに対向して配置されたレンズ１８，２０を備えて
いる。ＰＳＤ１４の受光面には、基線長方向に延びると
ともに略同一長の直線状の導電層部２４ａ〜２４ｈを複
数並設してなる基幹導電層２４が設けられ、導電層部２
４ａ〜２４ｈそれぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長
方向とのなす角はほぼ４５゜となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体位置検出器
及びこれを用いた測距装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】測定対象物までの距離を測定する測距装
置として、光源と半導体位置検出器とを備えた測距装置
が知られている。かかる測距装置は、三角測量の原理を
用いたものであり、光源から投射されて測定対象物で反
射した光が、半導体位置検出器の受光面に入射する位置
に基づいて、測定対象物までの距離を測定する。すなわ
ち、半導体位置検出器の受光面に光が入射する位置は、
測定対象物までの距離に応じて、所定の基線長方向に変
化する。従って、受光面上の光の入射位置を検出するこ
とで、測定対象物までの距離を測定することが可能とな
る。

【０００３】上記測距装置に用いられる半導体位置検出
器としては、上記基線長方向に延び、その一端部を結ぶ
直線と基線長方向とのなす角が直角となるように並設さ
れた複数の導電層部からなる基幹導電層の両端部に一対
の信号取り出し電極を設けた構成が知られている。かか
る構成の半導体位置検出器によれば、光の入射に伴って
発生した電荷（キャリア）は基幹導電層のうち光の入射
位置の近傍に存する部分に流入する。その後、当該キャ
リアは、流入した位置から基幹導電層の両端までの抵抗
値に反比例するように分配されて基幹導電層内を伝搬
し、それぞれの信号取り出し電極から出力される。従っ
て、双方の信号取り出し電極から出力される出力電流を
比較することで、受光面上の光の入射位置を検出するこ
とが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記測距装置
には、以下に示すような問題点があった。すなわち、光
源から測定対象物に向けて光を投射し、測定対象物によ
る反射光を検出する測距装置においては、光源から投射
した光の一部が測定対象物からはずれるという現象（以
下、スポット欠けという）が生ずる場合がある。スポッ
ト欠けが生じると、半導体位置検出器は光源から投射さ
れた光の一部のみしか検出することができず、測定対象
物までの距離の測定誤差を生ずる場合がある。特に、半
導体位置検出器の受光面への光の入射位置は、測定対象
物までの距離に応じて上記基線長方向に変化するため、
当該基線長方向にスポット欠けが生じた場合は、測定誤
差が大きくなる。すなわち、光の入射によって発生した
キャリアは、基幹導電層のうち光の入射位置の近傍に存
する部分に流入するため、基幹導電層の複数の導電層一
端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角が直角である上
記従来の半導体位置検出器を用いた場合、スポット欠け
による入射光の基線長方向の重心ずれがそのまま測定誤
差となる。

【０００５】これに対して、例えば特開平５−１６４５
５２号公報に開示された測距装置は、基線長方向に対し
て非対称な形状のスポット光を投射し、当該スポット光
を三連の受光素子によって受光することで、スポット欠
けによる測定誤差を補正している。しかし、かかる測距
装置は、非対称な形状のスポット光を投射する発光素
子、及び、三連の受光素子を用いなければならず、各素
子あるいは測距装置自体が複雑化、大型化し、安価に構
成することができない。

【０００６】そこで本発明は、上記問題点を解決し、安
価で小型に構成でき、かつ、測定誤差の少ない測距装
置、及び、これに用いる半導体位置検出器を提供するこ
とを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体位置検出器は、受光面上の所定の基
線長方向における光の入射位置に応じて、基幹導電層の
両端部に設けられた一対の電極それぞれから出力される
電流が変化する半導体位置検出器であって、基幹導電層
は、一対の電極間に略同一長に延びる複数の導電層部を
並設してなり、導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直
線と基線長方向とのなす角は鋭角となっていることを特
徴としている。

【０００８】複数の導電層部を並設してなる基幹導電層
を備えることで、光入射により発生したキャリアを複数
の導電層で収集することが可能となり、スポット欠けに
よりいずれかの導電層部にキャリアが流入しない場合で
あっても、他の導電層部にはキャリアが流入することに
なる。従って、スポット欠けが生じた場合であっても光
の入射位置の測定誤差が小さくなる。特に、導電層部そ
れぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角
は鋭角となっているため、各導電層部は一定の割合で基
線長方向にシフトして併設されることになる。その結
果、基線長方向に生じたスポット欠けの影響を削減する
ことができる。

【０００９】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長
方向とのなす角は、８５゜以下となっていることを特徴
としてもよい。

【００１０】導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線
と基線長方向とのなす角を８５゜以下とすることで、基
線長方向に生じたスポット欠けの影響を効果的に削減す
ることができる。

【００１１】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長
方向とのなす角は、３０゜以上となっていることを特徴
としてもよい。

【００１２】導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線
と基線長方向とのなす角を３０゜以上とすることで、半
導体位置検出器の基線長方向の長さが長くなることを防
止することができ、半導体位置検出器の小型化が図れ
る。

【００１３】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長
方向とのなす角は、略４５゜となっていることを特徴と
してもよい。

【００１４】導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線
と基線長方向とのなす角を略４５゜とすることで、半導
体位置検出器（の基線長方向）を水平方向に配置した場
合であっても、鉛直方向に配置した場合であっても、ほ
ぼ同等の出力を得ることができる。

【００１５】また、本発明の半導体位置検出器において
は、一対の電極はそれぞれ、略三角形の形状をしている
ことを特徴としてもよい。

【００１６】電極を略三角形の形状とすることで、導電
層部が形成されていない部分に効率よく大面積の電極を
形成することができ、半導体位置検出器が大型化するこ
とを防止できる。

【００１７】また、本発明の半導体位置検出器において
は、第１導電型の半導体からなる基板上に、第２導電型
の半導体からなる基幹導電層が形成されていることを特
徴としてもよい。

【００１８】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれは、基線長方向に延びる直線状に
形成されていることを特徴としてもよい。

【００１９】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれは、基線長方向と鋭角をなす方向
に延びる直線状に形成されていることを特徴としてもよ
い。

【００２０】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれは、当該導電層部の延びる方向と
略垂直方向に延びる複数の突起部を有することを特徴と
してもよい。

【００２１】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれは、基線長方向に延びる鋸歯状に
形成されていることを特徴としてもよい。

【００２２】また、本発明の半導体位置検出器において
は、導電層部それぞれは、基線長方向に延びる波状に形
成されていることを特徴としてもよい。

【００２３】上記課題を解決するために、本発明の測距
装置は、測定対象物に光を投射する光源と、光源から投
射されて測定対象物によって反射した光を受光面に入射
させ、受光面上の所定の基線長方向における光の入射位
置に応じて、基幹導電層の両端部に設けられた一対の電
極それぞれから出力される電流が変化する半導体位置検
出器と、半導体位置検出器の出力に基づいて、測定対象
物までの距離を演算する演算手段とを備え、半導体位置
検出器は、上記のいずれかの半導体位置検出器であるこ
とを特徴としている。

【００２４】測距装置に、複数の導電層部を並設してな
る基幹導電層を備える半導体位置検出器を用いた場合、
光入射により発生したキャリアを複数の導電層で収集す
ることが可能となり、スポット欠けによりいずれかの導
電層部にキャリアが流入しない場合であっても、他の導
電層部にはキャリアが流入することになる。従って、ス
ポット欠けが生じた場合であっても光の入射位置の測定
誤差が小さくなり、その結果、測距誤差が小さくなる。
特に、導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線
長方向とのなす角は鋭角となっている半導体位置検出器
を用いることで、基線長方向に生じたスポット欠けの影
響を削減することができる。

【００２５】また、本発明の測距装置においては、光源
は、スリット光を投射する光源であり、半導体位置検出
器の受光面に入射するスリット光の断面の長手方向が、
導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線が延びる方向
と略平行となるように配置されていることを特徴として
もよい。

【００２６】光源からスリット光を投射し、スリット光
の断面の長手方向と導電層部それぞれの一方の端部を結
ぶ直線が延びる方向とを略平行とすることで、導電層部
それぞれについて当該スリット光が同一の位置に入射す
ることになる。従って、スポット欠けによりいずれかの
導電層部にキャリアが流入しない場合であっても、他の
導電層部における同一位置にキャリアが流入することに
なる。その結果、スポット欠けが生じた場合であっても
光の入射位置の測定誤差が極めて小さくなり、測距誤差
が極めて小さくなる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る測距装置
について、図面を参照して説明する。尚、本発明の半導
体位置検出器は、本実施形態に係る測距装置に含まれ
る。

【００２８】まず、本実施形態に係る測距装置の構成に
ついて説明する。図１は本実施形態に係る測距装置の構
成図、図２は本実施形態に係る測距装置の斜視図であ
る。

【００２９】本実施形態に係る測距装置１０は、図１に
示すように、測定対象物Ｍに光を投射する光源である発
光ダイオード（以下ＬＥＤ１２という）と、ＬＥＤ１２
から投射されて測定対象物Ｍによって反射した光の入射
位置に応じた信号を出力する半導体位置検出器（以下Ｐ
ＳＤ１４という）と、ＰＳＤ１４の出力に基づいて、測
定対象物Ｍまでの距離を演算する演算手段である演算回
路１６と、ＬＥＤ１２の投光面、ＰＳＤ１４の受光面の
それぞれに対向して配置されたレンズ１８，２０を備え
て構成される。以下、各構成要素について詳細に説明す
る。

【００３０】図３はＰＳＤ１４の正面図（ただし、後述
のパッシベーション膜は省略してある）、図４は図３の
I−I線に沿った断面図、図５は図３のII−II線に沿った
断面図である。尚、説明に用いるＰＳＤの断面図は、そ
の端面を示す。

【００３１】ＰＳＤ１４は、ｎ型（第１導電型）Ｓｉか
らなる半導体基板２２のおもて面側に、ｐ型（第２導電
型）Ｓｉからなる基幹導電層２４を所定の深さまで形成
して構成され、当該おもて面はＰＳＤ１４の受光面とし
て作用する。ここで、半導体基板２２の表面は長方形と
なっており、当該長方形の長辺に平行な方向を基線長方
向（光の入射位置の変化を検出する方向）として、光の
入射位置の検出が行われる。

【００３２】基幹導電層２４は、基線長方向に延びると
ともに略同一長の直線状の導電層部２４ａ〜２４ｈを複
数並設してなり、導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれの一
方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角は、ほぼ４
５゜となっている。従って、各導電層部２４ａ〜２４ｈ
は一定の割合で基線長方向にシフトして併設されること
になる。

【００３３】基幹導電層２４の両端部、より詳細には各
導電層部２４ａ〜２４ｈの両端部には、基幹導電層２４
と比較して高濃度に不純物がドープされたｐ型Ｓｉから
なる一対の高濃度層２８が基幹導電層２４よりも深い位
置まで形成されており、各高濃度層２８は、各導電層部
２４ａ〜２４ｈの端部とそれぞれ接続されている。さら
にそれぞれの高濃度層２８の上部には、略三角形状の一
対の信号取り出し電極３０がオーミック接続されてい
る。

【００３４】半導体基板２２のおもて面側の外周部、隣
接する導電層部２４ａ〜２４ｈの間隙には、半導体基板
２２と比較して高濃度に不純物がドープされたｎ型Ｓｉ
からなる高濃度層３２が形成されている。高濃度層３２
は、高濃度層２８とほぼ同一の深さまで形成されてお
り、各導電層部２４ａ〜２４ｈ間の電気的絶縁を確保し
ている。従って、高濃度層３２により、各導電層部２４
ａ〜２４ｈ間に電流が流れることが阻止される。

【００３５】半導体基板２２の裏面には、半導体基板２
２と比較して高濃度に不純物がドープされたｎ型Ｓｉか
らなる高濃度層３４が形成されており、さらに高濃度層
３４には、裏面電極３６がオーミック接続されている。
よって、信号取り出し電極３０と裏面電極３６との間に
所定の電圧を印加することにより、ＰＳＤ１４を動作さ
せることができる。

【００３６】半導体基板２２のおもて面の外周部には、
高濃度層３２にオーミック接続された環状の外枠電極３
８が設けられている。外枠電極３８は、受光面の外周部
への光の入射を阻止するとともに、信号取り出し電極３
０との間に所定の電圧を印加することによってＰＳＤ１
４を動作させることもできる。

【００３７】また、半導体基板２２のおもて面であっ
て、信号取り出し電極３０、外枠電極３８が形成された
部分以外の全面には、受光面である半導体基板２２のお
もて面を保護すべく、パッシベーション膜４０が形成さ
れている。

【００３８】上記構成から、ＰＳＤ１４においては、受
光面に光が入射すると光の入射に応じてキャリアが発生
し、当該キャリアが基幹導電層２４の両端部に設けられ
た一対の信号取り出し電極３０それぞれから電流として
出力される。その際、受光面上の基線長方向における光
の入射位置に応じて、すなわち、光の入射位置とそれぞ
れの信号取り出し電極３０との距離に応じて、それぞれ
の信号取り出し電極３０から出力される電流が変化する
ため、当該電流に基づいて光の入射位置を検出すること
ができる。

【００３９】ＬＥＤ１２は、図１あるいは図２に示すよ
うに、ＰＳＤ１４の基線長方向の延長線上に、ＰＳＤ１
４から所定の間隔を持って配置されている。ここで、Ｌ
ＥＤ１２は、スリット光を投射することができる光源で
あり、当該スリット光の断面の長手方向が基線長方向と
ほぼ４５°の角度を有するように配置されている。従っ
て、測定対象物Ｍによって反射し、ＰＳＤ１４の受光面
に入射する当該スリット光の断面の長手方向は、導電層
部２４ａ〜２４ｈそれぞれの一方の端部を結ぶ直線が延
びる方向と略平行となる。

【００４０】ＬＥＤ１２の投光面に対向する位置には、
レンズ１８が配置されている。ＬＥＤ１２の投光面とレ
ンズ１８との距離は、レンズ１８の焦点距離ｆに一致し
ており、ＬＥＤ１２から投射されたスリット光は、レン
ズ１８によって集光されて測定対象物Ｍに対して投射さ
れる。

【００４１】また、ＰＳＤ１４の受光面に対向し、レン
ズ１８と間隔Ｂを持って、レンズ２０が配置されてい
る。ＰＳＤ１４の受光面とレンズ２０との距離も、レン
ズ２０の焦点距離ｆに一致しており、測定対象物Ｍによ
る反射光は、レンズ２０によって集光されてＰＳＤ１４
の受光面に入射する。ここで、レンズ２０の中心線は、
ＰＳＤ１４の受光面上に形成された基幹導電層２４のＬ
ＥＤ１２側の端部（より詳細には、中央部の導電層部２
４ｄの端部）と一致している。従って、無限遠側に存在
する測定対象物Ｍからの反射光は、ＰＳＤ１４の基幹導
電層２４のＬＥＤ１２側の端部側に入射し、測定対象物
Ｍがレンズ１８（あるいはレンズ２０）に近くなるにつ
れて、反射光の入射位置は、基幹導電層２４のＬＥＤ１
２側の端部から遠ざかる。

【００４２】演算回路１６は、ＰＳＤ１４の出力に基づ
いて、測定対象物Ｍまでの距離を演算する。具体的に
は、ＰＳＤ１４の信号取り出し電極３０のうち一方から
出力される電流Ｉ１と他方から出力される電流Ｉ２とを
入力し、Ｉ１，Ｉ２によりレンズ１８（あるいはレンズ
２０）から測定対象物Ｍまでの距離を演算する。詳細な
演算方法については後述する。

【００４３】続いて、本実施形態に係る測距装置の作用
について説明する。まず、本実施形態に係る測距装置１
０における測距原理について説明する。図６は、測距装
置１０における測距原理を示す図である。

【００４４】ＰＳＤ１４の受光面に光が入射すると、こ
の入射光に応じてＰＳＤ１４内部で正孔電子対（電荷）
が発生し、拡散する。かかる正孔電子対（電荷）の一方
は、ＰＳＤ１４の内部の電界に従って近傍の導電層部２
４ａ〜２４ｈに流れ込む。導電層部２４ａ〜２４ｈに流
れ込んだ電荷（キャリア）は当該導電層部２４ａ〜２４
ｈ内を伝搬し、高濃度層２８を経由して一対の信号取り
出し電極３０に伝搬する。その結果、各信号取り出し電
極３０からは、導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれから伝
搬した電荷（キャリア）が加算され、それぞれ電流Ｉ
１，Ｉ２として取り出される。ここで、各導電層部２４
ａ〜２４ｈは電気抵抗を有するため、光の入射に伴って
発生したキャリアは、導電層部２４ａ〜２４ｈへ流れ込
んだ位置と各信号取り出し電極３０（正確には、導電層
部２４ａ〜２４ｈそれぞれの端部）との距離に反比例す
るように抵抗分割されて各信号取り出し電極３０に伝搬
する。従って、信号取り出し電極３０のうち一方（ＬＥ
Ｄ１２側）から出力される電流をＩ１、他方から出力さ
れる電流をＩ２、基幹導電層２４の長さ（すなわち、各
導電層部２４ａ〜２４ｈの長さ）をＣとすると、基幹導
電層２４のＬＥＤ１２側の端部から光の入射位置までの
距離Ｘは、

【００４５】

【数１】 で表される。

【００４６】また、三角測量の原理を用いると、レンズ
１８（あるいはレンズ２０）から測定対象物Ｍまでの距
離Ｌは、

【００４７】

【数２】 と表される。ここで、上述の如く、Ｂはレンズ１８とレ
ンズ２０の中心間の距離、ｆはレンズ１８及びレンズ２
０の焦点距離、Ｘは基幹導電層２４のＬＥＤ１２側の端
部から光の入射位置までの距離を表す。従って、各信号
取り出し電極３０から出力される電流Ｉ１，Ｉ２を用い
て、レンズ１８（あるいはレンズ２０）から測定対象物
Ｍまでの距離Ｌが求められることになる。具体的には、
図６に示すように、レンズ１８から測定対象物Ｍ（＝Ｍ
１）までの距離Ｌ（＝Ｌ１）が短い場合は、基幹導電層
２４のＬＥＤ１２側の端部から光の入射位置までの距離
Ｘ（＝Ｘ１）が長くなり、レンズ１８から測定対象物Ｍ
（＝Ｍ２）までの距離Ｌ（＝Ｌ２）が長い場合は、基幹
導電層２４のＬＥＤ１２側の端部から光の入射位置まで
の距離Ｘ（＝Ｘ２）が短くなる。

【００４８】続いて、スポット欠けが生じた場合の、本
実施形態に係る測距装置１０における測距の様子を、従
来技術にかかる測距装置における測距の様子と比較して
説明する。

【００４９】通常、スポット欠けとは、光源から測定対
象物に向けて光を投射し、測定対象物による反射光を検
出する測距装置において、光源から投射した光の一部が
測定対象物からはずれる現象、あるいは、はずれる部分
をいう。すなわち、図７に示すように、測定対象物Ｍに
投射光Ｐを当てた場合、投射光Ｐのうち測定対象物Ｍに
当たっていない部分（図７の斜線部Ｐ１）がスポット欠
けとなる。スポット欠けが生じた場合、ＰＳＤ等の位置
検出器は、光源から投射された光の一部しか検出するこ
とができず、測定対象物までの距離の測定誤差を生ずる
場合がある。特に、位置検出器の受光面への光の入射位
置は、測定対象物までの距離に応じて基線長方向に変化
するため、基線長方向にスポット欠けが生じた場合は、
測定誤差が大きくなる。

【００５０】ここでまず、従来技術にかかる測距装置に
おける測距の様子について説明する。従来技術にかかる
測距装置は、略同一長に延びる複数の導電層部を並設し
てなるが、各導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線
と基線長方向とのなす角が直角である基幹導電層を受光
面に形成したＰＳＤを位置検出器として用いている。Ｌ
ＥＤから投射されるＬＥＤ投射光としては、図８（ａ）
に示すように縦５００μｍ、横２００μｍのスリット光
を用いている。また、測定対象物としては、図８（ｂ）
に示すように縦長の長方形、あるいは、横長の長方形の
測定対象物を考える。スポット欠けが生じない場合は、
上記ＬＥＤ投射光は測定対象物によって反射し、図８
（ｃ）に示すような断面形状を有するＰＳＤ入射光とし
てＰＳＤに入射する。その際の基幹導電層とＰＳＤ入射
光との位置関係は図８（ｄ）に示すようになる。

【００５１】上記測定条件において、種々の場合のＰＳ
Ｄにおける位置検出誤差を、図９（ａ）〜（ｄ）に示
す。ここで、図中の記号Ｒはスポット欠けが生じなかっ
た場合の検出位置、記号Ｓはスポット欠けが生じた場合
の検出位置、Δはスポット欠けが生じた場合の位置検出
誤差を示す。また、斜線部は測定対象物、網点部はＬＥ
Ｄ投射光を示し、当該斜線部と網点部との重なり部分の
光がＰＳＤに入射することになる。尚、ＢＬは基線長方
向を示す。

【００５２】図９（ａ）に示すように、スポット欠けが
上下、すなわち基線長方向と垂直方向の端部に、対称に
生じた場合は、スポット欠けは基線長方向における位置
検出に影響を及ぼさず、位置検出誤差は０となる。図９
（ｂ）に示すように、スポット欠けが上下に非対称に生
じた場合も、スポット欠けは基線長方向における位置検
出に影響を及ぼさず、位置検出誤差は０となる。さら
に、図９（ｃ）に示すようにスポット欠けが生じない場
合は、当然の如く位置検出誤差は０となる。これに対し
て、図９（ｄ）に示すように、スポット欠けが左右すな
わち基線長方向に非対称に生じた場合は、各導電層部の
うち当該スポット欠けが生じた部分に対応する部分には
全くキャリアが流れ込まず、スポット欠けが生じないと
きと比較して、各導電層部のキャリアが流入するエリア
が著しく変化してしまう。その結果、重心位置のずれが
生じ、大きな位置検出誤差が生ずる（図９（ｄ）の場合
で５０μｍ）。ここで、ＰＳＤにおける５０μｍの位置
検出誤差は、ＰＳＤの基幹導電層の長さＣ＝１０００μ
ｍとして５％に相当する。

【００５３】また、ＬＥＤから投射されるＬＥＤ投射光
して、図１０（ａ）に示すように縦２００μｍ、横５０
０μｍのスリット光を用いた場合のＰＳＤにおける位置
検出誤差を、図１１（ａ）〜（ｄ）に示す。測定対象物
としては、図１０（ｂ）に示すように縦長あるいは横長
の長方形の測定対象物を考え、スポット欠けが生じない
場合のＰＳＤ入射光の形状、及び、基幹導電層とＰＳＤ
入射光との位置関係はそれぞれ、図１０（ｃ）、（ｄ）
に示すようになる。

【００５４】図１１（ａ）に示すように、スポット欠け
が生じない場合は、当然の如く位置検出誤差は０とな
る。図１１（ｂ）に示すように、スポット欠けが上下に
非対称に生じた場合は、スポット欠けは基線長方向にお
ける位置検出に影響を及ぼさず、位置検出誤差は０とな
る。図１１（ｃ）に示すように、スポット欠けが左右に
対称に生じた場合も、スポット欠けは基線長方向におけ
る位置検出に影響を及ぼさず、位置検出誤差は０とな
る。これに対して、図１１（ｄ）に示すように、スポッ
ト欠けが左右に非対称に生じた場合は、各導電層部のう
ち当該スポット欠けが生じた部分に対応する部分には全
くキャリアが流れ込まず、スポット欠けが生じないとき
と比較して、各導電層部のキャリアが流入するエリアが
著しく変化してしまう。その結果、重心位置のずれが生
じ、大きな位置検出誤差が生ずる（図１１（ｄ）の場合
で１２５μｍ）。ここで、ＰＳＤにおける１２５μｍの
検出誤差は、ＰＳＤの基幹導電層の長さＣ＝１０００μ
ｍとして１２．５％に相当する。

【００５５】次に、本実施形態に係る測距装置１０にお
ける測距の様子について説明する。本実施形態に係る測
距装置１０は、略同一長に延びる複数の導電層部２４ａ
〜２４ｈを並設してなるとともに各導電層部２４ａ〜２
４ｈそれぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長方向との
なす角が４５゜である基幹導電層２４を受光面に形成し
たＰＳＤ１４を位置検出器として用いている。ＬＥＤ１
２から投射されるＬＥＤ投射光としては、図１２（ａ）
に示すように５００μｍ×２００μｍの断面を有するス
リット光を用いるが、測定対象物Ｍで反射し、ＰＳＤ１
４に入射する際に、図１２（ｃ）、（ｄ）に示すように
基線長方向に対して４５°の方向に当該スリット光が延
びるようにＬＥＤ１２が配置されている。尚、測定対象
物Ｍとしては、図１２（ｂ）に示すように縦長あるいは
横長の長方形の測定対象物を考える。また、ＰＳＤ１４
の受光面において、導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれの
一方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角が４５゜
となっている、すなわち、各導電層部２４ａ〜２４ｈは
一定の割合で基線長方向にシフトして併設されているの
で、基幹導電層２４とＰＳＤ入射光との位置関係は図１
２（ｄ）に示すようになる。

【００５６】図１３（ａ）に示すようにスポット欠けが
上下に対称に生じた場合、あるいは、図１３（ｃ）に示
すようにスポット欠けが左右に対称に生じた場合は、ス
ポット欠けは基線長方向における位置検出に影響を及ぼ
さず、位置検出誤差は０となる。これに対して、図１３
（ｂ）に示すようにスポット欠けが上下に非対称に生じ
た場合、あるいは、図１３（ｄ）に示すようにスポット
欠けが左右に非対称に生じた場合、位置検出誤差を生じ
る。しかし、導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれの一方の
端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角が４５゜となっ
ている、すなわち、各導電層部２４ａ〜２４ｈは一定の
割合で基線長方向にシフトして併設されているため、基
線長方向に大きいスポット欠けが生じても、スポット欠
けの影響を受けない導電層部を生じさせることができ
る。従って、導電層部２４ａ〜２４ｈに流入するキャリ
アを加算した際に、重心位置ずれが緩和される。具体的
には、図１３（ｂ）、（ｄ）に示す場合における位置検
出誤差は、２７μｍと極めて小さい。ここで、ＰＳＤ１
４における２７μｍの位置検出誤差は、ＰＳＤ１４の基
幹導電層２４の長さＣ＝１０００μｍとして２．７％に
相当する。

【００５７】続いて、本実施形態に係る測距装置の効果
について説明する。本実施形態に係る測距装置１０は、
導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれの一方の端部を結ぶ直
線と基線長方向とのなす角が４５゜となっている、すな
わち、各導電層部２４ａ〜２４ｈは一定の割合で基線長
方向にシフトして併設されているため、基線長方向に大
きいスポット欠けが生じても、スポット欠けの影響を受
けない導電層部を生じさせることができる。従って、導
電層部２４ａ〜２４ｈに流入するキャリアを加算した際
に、重心位置ずれが緩和される。従って、ＰＳＤ１４に
おける位置検出誤差が極めて小さくなり、その結果、測
距誤差が極めて小さくなる。また、特殊なＬＥＤ、ＰＳ
Ｄ等を用いていないため、極めて安価、小型に構成でき
る。ここで特に、導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれの一
方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角を４５゜と
することで、基線長方向を水平方向に配置した場合であ
っても、鉛直方向に配置した場合であっても、同等の出
力を得ることができる。

【００５８】また、本実施形態に係る測距装置１０は、
ＬＥＤ１２からスリット光を投射し、ＰＳＤ１４の受光
面に入射するスリット光の断面の長手方向が、導電層部
２４ａ〜２４ｈそれぞれの一方の端部を結ぶ直線が延び
る方向と平行となるように配置されているため、導電層
部２４ａ〜２４ｈそれぞれについて当該スリット光が同
一の位置に入射することになる。従って、スポット欠け
によりいずれかの導電層部２４ａ〜２４ｈにキャリアが
流入しない場合であっても、他の導電層部２４ａ〜２４
ｈにおける同一位置にキャリアが流入することになる。
その結果、スポット欠けが生じた場合であっても光の入
射位置の測定誤差が極めて小さくなり、測距誤差が極め
て小さくなる。

【００５９】上記実施形態に係る測距装置は、スリット
光を投射するＬＥＤ１２を用いていたが、スリット光に
限定されるものではなく、正方形や円形等の他形状のス
ポット光を投射するものであってもよい。他形状のスポ
ット光を用いた場合であっても、スポット欠けに起因す
る測距誤差を十分小さくすることが可能となる。

【００６０】上記実施形態に係る測距装置１０に用いる
ＰＳＤには、基幹導電層２４の形状等について種々の変
形が考えられる。以下、各変形例にかかるＰＳＤについ
て説明する。

【００６１】まず第１の変形例にかかるＰＳＤについて
説明する。図１４は本変形例にかかるＰＳＤ４２の正面
図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してあ
る）、図１５は図１４のI−I線に沿った断面図、図１６
は図１４のII−II線に沿った断面図である。本変形例に
かかるＰＳＤ４２が、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４
と異なる点は、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４におい
ては、基幹導電層２４が、基線長方向に延びるとともに
略同一長の直線状の導電層部２４ａ〜２４ｈを複数並設
して形成されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ
４２は、基線長方向に延びるとともに略同一長の直線状
の導電層部２４ａ〜２４ｆを複数並設するとともに導電
層部２４ａ〜２４ｆそれぞれに、導電層部２４ａ〜２４
ｆの延びる方向と略垂直方向に延びる複数の突起部２４
ｉを有している点である。ＰＳＤ４２をこのような構成
としても、測距誤差が小さく、安価かつ小型な測距装置
を構成できる。また、導電層部２４ａ〜２４ｆの延びる
方向と略垂直方向に延びる複数の突起部２４ｉを設ける
ことで、光の入射に伴って発生したキャリアを効率よく
収集することが可能となる。

【００６２】続いて第２の変形例にかかるＰＳＤについ
て説明する。図１７は本変形例にかかるＰＳＤ４４の正
面図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してあ
る）、図１８は図１７のI−I線に沿った断面図である。
本変形例にかかるＰＳＤ４４が、上記実施形態にかかる
ＰＳＤ１４と異なる点は、上記実施形態にかかるＰＳＤ
１４においては、基幹導電層２４が、基線長方向に延び
るとともに略同一長の直線状の導電層部２４ａ〜２４ｈ
を複数並設して形成されていたのに対し、本変形例にか
かるＰＳＤ４４は、基幹導電層２４が、基線長方向と鋭
角をなす方向に延びるとともに略同一長の直線状の導電
層部２４ａ〜２４ｅを並設して形成されている点であ
る。ＰＳＤ４４をこのような構成としても、測距誤差が
小さく、安価かつ小型な測距装置を構成できる。

【００６３】続いて第３の変形例にかかるＰＳＤについ
て説明する。図１９は本変形例にかかるＰＳＤ４６の正
面図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してあ
る）、図２０は図１９のI−I線に沿った断面図、図２１
は図１９のII−II線に沿った断面図である。本変形例に
かかるＰＳＤ４６が、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４
と異なる点は、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４におい
ては、基幹導電層２４が、基線長方向に延びるとともに
略同一長の直線状の導電層部２４ａ〜２４ｈを複数並設
して形成されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ
４６は、基幹導電層２４が、基線長方向に延びる鋸波状
の導電層部２４ａ〜２４ｃを複数並設して形成されてい
る点である。ＰＳＤ４６をこのような構成としても、測
距誤差が小さく、安価かつ小型な測距装置を構成でき
る。

【００６４】続いて第４の変形例にかかるＰＳＤについ
て説明する。図２２は本変形例にかかるＰＳＤ４８の正
面図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してあ
る）、図２３は図２２のI−I線に沿った断面図、図２４
は図２２のII−II線に沿った断面図である。本変形例に
かかるＰＳＤ４８が、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４
と異なる点は、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４におい
ては、基幹導電層２４が、基線長方向に延びるとともに
略同一長の直線状の導電層部２４ａ〜２４ｈを複数並設
して形成されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ
４８は、基幹導電層２４が、基線長方向に延びる波状の
導電層部２４ａ〜２４ｄを複数並設して形成されている
点である。ＰＳＤ４８をこのような構成としても、測距
誤差が小さく、安価かつ小型な測距装置を構成できる。

【００６５】続いて第５の変形例にかかるＰＳＤについ
て説明する。図２５は本変形例にかかるＰＳＤ５０の正
面図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してあ
る）、図２６は図２５のI−I線に沿った断面図、図２７
は図２５のII−II線に沿った断面図である。本変形例に
かかるＰＳＤ５０が、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４
と異なる点は、上記実施形態にかかるＰＳＤ１４におい
ては、基幹導電層２４を構成する導電層部２４ａ〜２４
ｈの端部が基線長方向に対して斜め（４５゜）に形成さ
れていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５０は、基
幹導電層２４を構成する導電層部２４ａ〜２４ｈの端部
が基線長方向に対して垂直に形成されている点である。
基幹導電層２４を構成する導電層部２４ａ〜２４ｈの端
部をこのような形状としても、導電層部２４ａ〜２４ｈ
それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす
角は４５゜となり、測距誤差が小さく、安価かつ小型な
測距装置を構成できる。

【００６６】上記実施形態あるいは変形例にかかる半導
体位置検出器においては、導電層部２４ａ〜２４ｈそれ
ぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角は
４５゜となっていたが、これは鋭角であれば任意の角度
をとることができる。また、導電層部２４ａ〜２４ｈそ
れぞれの一方の端部を結ぶ直線が延びる方向と基線長方
向とのなす角を８５゜以下とすることで、基線長方向に
生じたスポット欠けの影響を効果的に削減することがで
きる。また、導電層部２４ａ〜２４ｈそれぞれの一方の
端部を結ぶ直線が延びる方向と基線長方向とのなす角を
３０゜以上とすることで、ＰＳＤ１４の小型化が図れ
る。

【００６７】

【発明の効果】本発明の半導体位置検出器は、導電層部
それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす
角を鋭角とすることで、基線長方向に大きいスポット欠
けが生じても、スポット欠けの影響を受けない導電層部
を生じさせることができる。その結果、導電層部に流入
するキャリアを加算した際に、重心位置ずれが緩和さ
れ、位置検出誤差が極めて小さくなる。また、３連の受
光素子等を用いる必要もなく、極めて安価、小型に構成
できる。

【００６８】また、本発明の半導体位置検出器は、導電
層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線と基線長方向との
なす角を４５゜とすることで、半導体位置検出器（の基
線長方向）を水平方向に配置した場合であっても、鉛直
方向に配置した場合であっても、同等の出力を得ること
ができる。

【００６９】本発明の測距装置は、導電層部それぞれの
一方の端部を結ぶ直線と基線長方向とのなす角を鋭角と
した半導体位置検出器を用いることで、基線長方向に大
きいスポット欠けが生じても、半導体位置検出器の位置
検出誤差を極めて小さくすることができる。また、非対
称な形状の投射光を投射する発光素子や３連の受光素子
等を用いる必要もない。従って、測距装置を極めて安
価、小型に構成できる。

【００７０】さらに本発明の測距装置は、スリット光を
投射する光源を用い、半導体位置検出器の受光面に入射
するスリット光の断面の長手方向が、半導体位置検出器
の導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線の延びる方
向と略平行となるように光源を配置することで、導電層
部それぞれについて当該スリット光が同一の位置に入射
することになる。従って、スポット欠けによりいずれか
の導電層部にキャリアが流入しない場合であっても、他
の導電層部における同一位置にキャリアが流入すること
になる。その結果、スポット欠けが生じた場合であって
も光の入射位置の測定誤差が極めて小さくなり、測距誤
差が極めて小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】測距装置の構成図である。

【図２】測距装置の斜視図である。

【図３】ＰＳＤの正面図である。

【図４】図３のI−I線に沿った断面図である。

【図５】図３のII−II線に沿った断面図である。

【図６】測距原理を示す図である。

【図７】スポット欠けを示す図である。

【図８】測定条件を示す図である。

【図９】測定結果を示す図である。

【図１０】測定条件を示す図である。

【図１１】測定結果を示す図である。

【図１２】測定条件を示す図である。

【図１３】測定結果を示す図である。

【図１４】ＰＳＤの正面図である。

【図１５】図１４のI−I線に沿った断面図である。

【図１６】図１４のII−II線に沿った断面図である。

【図１７】ＰＳＤの正面図である。

【図１８】図１７のI−I線に沿った断面図である。

【図１９】ＰＳＤの正面図である。

【図２０】図１９のI−I線に沿った断面図である。

【図２１】図１９のII−II線に沿った断面図である。

【図２２】ＰＳＤの正面図である。

【図２３】図２２のI−I線に沿った断面図である。

【図２４】図２２のII−II線に沿った断面図である。

【図２５】ＰＳＤの正面図である。

【図２６】図２５のI−I線に沿った断面図である。

【図２７】図２５のII−II線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０…測距装置、１２…ＬＥＤ、１４，４２，４４，４
６，４８，５０…ＰＳＤ、１６…演算回路、１８，２０
…レンズ、２２…基板、２４…基幹導電層、２８，３
２，３４…高濃度層、３０…信号取り出し電極、３６…
裏面電極、３８…外枠電極、４０…パッシベーション膜

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光面上の所定の基線長方向における光
   の入射位置に応じて、基幹導電層の両端部に設けられた
   一対の電極それぞれから出力される電流が変化する半導
   体位置検出器において、 前記基幹導電層は、前記一対の電極間に略同一長に延び
   る複数の導電層部を並設してなり、 前記導電層部それぞれの一方の端部を結ぶ直線と前記基
   線長方向とのなす角は鋭角となっていることを特徴とす
   る半導体位置検出器。
2. 【請求項２】 前記導電層部それぞれの一方の端部を結
   ぶ直線と前記基線長方向とのなす角は、８５゜以下とな
   っていることを特徴とする請求項１に記載の半導体位置
   検出器。
3. 【請求項３】 前記導電層部それぞれの一方の端部を結
   ぶ直線と前記基線長方向とのなす角は、３０゜以上とな
   っていることを特徴とする請求項１または２に記載の半
   導体位置検出器。
4. 【請求項４】 前記導電層部それぞれの一方の端部を結
   ぶ直線と前記基線長方向とのなす角は、略４５゜となっ
   ていることを特徴とする請求項１に記載の半導体位置検
   出器。
5. 【請求項５】 前記一対の電極はそれぞれ、略三角形の
   形状をしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   か１項に記載の半導体位置検出器。
6. 【請求項６】 第１導電型の半導体からなる基板上に、
   第２導電型の半導体からなる前記基幹導電層が形成され
   ていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
   記載の半導体位置検出器。
7. 【請求項７】 前記導電層部それぞれは、前記基線長方
   向に延びる直線状に形成されていることを特徴とする請
   求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体位置検出器。
8. 【請求項８】 前記導電層部それぞれは、前記基線長方
   向と鋭角をなす方向に延びる直線状に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半
   導体位置検出器。
9. 【請求項９】 前記導電層部それぞれは、該導電層部の
   延びる方向と略垂直方向に延びる複数の突起部を有する
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の半導体位置
   検出器。
10. 【請求項１０】 前記導電層部それぞれは、前記基線長
    方向に延びる鋸歯状に形成されていることを特徴とする
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体位置検出
    器。
11. 【請求項１１】 前記導電層部それぞれは、前記基線長
    方向に延びる波状に形成されていることを特徴とする請
    求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体位置検出器。
12. 【請求項１２】 測定対象物に光を投射する光源と、 前記光源から投射されて前記測定対象物によって反射し
    た光を受光面に入射させ、前記受光面上の所定の基線長
    方向における光の入射位置に応じて、基幹導電層の両端
    部に設けられた一対の電極それぞれから出力される電流
    が変化する半導体位置検出器と、 前記半導体位置検出器の出力に基づいて、前記測定対象
    物までの距離を演算する演算手段とを備え、 前記半導体位置検出器は、 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体位置検出
    器であることを特徴とする測距装置。
13. 【請求項１３】 前記光源は、 スリット光を投射する光源であり、 前記半導体位置検出器の前記受光面に入射する前記スリ
    ット光の断面の長手方向が、前記導電層部それぞれの一
    方の端部を結ぶ直線が延びる方向と略平行となるように
    配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の測
    距装置。