JP2001068724A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置分解能を向上可能な測距装置を提供す
る。 【解決手段】 本装置においては、ＰＳＤと２分割ＰＤ
とを同一半導体基板内に組み込むが、実際にはＰＤは１
つしかない。すなわち、ＰＳＤ自体が遠距離にある対象
物を測定する時に一方のＰＤとして機能する。本装置で
は、ＰＳＤの２つの出力電流和Ｉ１＋Ｉ２に加えてＰＤ
の出力電流Ｉ３を距離演算に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体位置検出素子（ＰＳＤ）を用いた
測距装置は撮像機器等に搭載されている。ＰＳＤは光ス
ポットの入射位置に対応した連続出力を得ることができ
るが、遠距離測定等の信号光量が低下する場合には、極
端にＳ／Ｎ比が低下する。このため、ＰＳＤを用いた測
距装置では、遠距離側での測距精度を向上させることが
できない。これに対し、２分割フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）などの多分割フォトダイオードでは、ＰＳＤのよう
に入射位置に対応した連続出力を得ることはできない
が、信号光量が低下してもＳ／Ｎ比はほとんど低下せ
ず、検出感度を向上させることができる。これらのＰＳ
Ｄと２分割ＰＤを同一半導体基板内に形成したものが、
特開平４−３１３２７９号公報に記載されている。

【０００３】図１０は、従来の半導体位置検出器の平面
図（図１０（ａ））、これを入射光と共に示す半導体位
置検出器の平面図（図１０（ｂ））、入射光ＩＬの入射
位置と信号出力との関係を示すグラフ（図１０（ｃ））
である。

【０００４】この半導体位置検出器は、半導体基板２１
１上に設けられた基幹導電層２１５、分枝導電層２１６
及び一対の信号取出電極２１７Ａ，２１７ＢからなるＰ
ＳＤと、分枝導電層２１６間のデッドスペースを埋める
ように配置された導電層２１３Ａ，２１３Ｂ、それぞれ
の導電層２１３Ａ，２１３Ｂをその出力部２１４Ａ，２
１４Ｂに導く接続部２１２Ａ、２１２Ｂからなる２分割
ＰＤとを備えている。

【０００５】なお、図１０（ｃ）におけるＩＰＳＤ１、
ＩＰＳＤ２、ＩＰＤ１、ＩＰＤ２、Ｉ０は、それぞれ、
信号取出電極２１７Ａ，２１７Ｂ、出力部２１４Ａ，２
１４Ｂからの出力電流、入射光が全て受光部領域（半導
体基板内）に入射した場合に発生する仮想的全電流を示
す。

【０００６】図１１は、図１０の半導体位置検出器の演
算回路のブロック図である。４つの出力電流ＩＰＳＤ
１、ＩＰＳＤ２、ＩＰＤ１、ＩＰＤ２をＩ１〜Ｉ４とす
ると、これらはＩ−Ｖ変換回路によって電圧Ｖ１〜Ｖ４
に電流電圧変換された後、Ｖ１及びＶ２はＰＳＤ側にお
いて演算Ａを実行する演算器Ａ（ＰＳＤ）に、Ｖ２及び
Ｖ３はＰＤ側において演算Ｂを実行する演算器Ｂ（Ｐ
Ｄ）に入力され、双方の出力のいずれか一方が選択手段
によって選択され、位置情報として出力される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記文献の半導体位置
検出器によれば、チップ面積を小さくすることが可能で
あるが、分枝導電層２１６間にＰＤを配置するためのデ
ッドスペースを意図的に形成するため、分枝導電層２１
６の間隔が広くなり、位置分解能が低下する。このよう
に、ＰＳＤと２分割ＰＤとは物理的には独立に配置され
たものであるため、上記測距装置の演算回路には、ＰＳ
Ｄからの２つの出力信号と２分割ＰＤからの２つの出力
信号、計４つの出力信号が入力され、このような構成の
場合には、付加的な２分割ＰＤをＰＳＤ内に配置するス
ペースを確保しなければならないため、上述のように位
置分解能が低下する。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、従来に比して位置分解能を向上可能な測距
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る測距装置は、受光面内に形成されたフ
ォトダイオードと受光面上の入射光位置に応じて半導体
導電層の両端部からそれぞれ出力される電流値が可変す
るＰＳＤとを備えた半導体位置検出器、及び半導体位置
検出器の出力から測定対象物までの距離に対応する半導
体位置検出器上の入射光位置を演算する演算回路を備え
た測距装置において、演算回路はＰＳＤ両端部及びフォ
トダイオードからの３つの出力電流のみに基づいて入射
光位置を演算する演算手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１０】すなわち、本測距装置においては、ＰＳＤ
の２つの出力電流とフォトダイオード（ＰＤ）からの１
つの出力電流、計３つの出力電流に基づいて入射光位置
を演算する。すなわち、ＰＳＤが２分割ＰＤの一方を兼
ねることによって、上記従来技術のように位置分解能を
劣化させることなく、これらを配置させることができ、
また、後段の電流電圧変換回路の数を４つから３つに減
少させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る測距装置
について説明する。同一要素又は同一機能を有する要素
には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略す
る。

【００１２】本測距装置は、受光面内に形成されたフォ
トダイオード（ＰＤ）と受光面上の入射光位置に応じて
半導体導電層の両端部からそれぞれ出力される電流値が
可変する半導体位置検出素子（ＰＳＤ）とを同一半導体
基板内に備えた半導体位置検出器、及び半導体位置検出
器の出力から測定対象物までの距離に対応する半導体位
置検出器上の入射光位置を演算する演算回路を備える。
まず、本測距装置に適用される半導体位置検出器につい
て説明し、続いて演算回路について説明する。

【００１３】（第１の半導体位置検出器）図１（ａ）は
第１の半導体位置検出器の平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）に示した半導体位置検出器のＡ−Ａ’矢印断面
図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示した半導体位置検出器
のＢ−Ｂ’矢印断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印断面図、図１（ｅ）
は半導体位置検出器を入射光ＩＬと共に示す半導体位置
検出器の平面図、図１（ｆ）は入射光ＩＬの入射位置
（重心位置）Ｘと信号出力との関係を示すグラフであ
る。なお、説明に用いる半導体位置検出器の断面図は、
その端面を示す。

【００１４】本半導体位置検出器は、裏面側に裏面電極
３の形成された第１導電型半導体基板１を備えている。
半導体基板１の表面形状は長方形である。以下の説明で
は、裏面電極３から半導体基板１へ向かう方向を上方向
とし、半導体基板１の長方形表面の長辺の伸延方向を長
さ方向（長手方向：位置検出方向）Ｘ、短辺の伸延方向
を幅方向Ｙ、長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙ双方に垂直な方向
を深さ方向（厚さ方向）Ｚとする。

【００１５】本半導体位置検出器は、半導体基板１の裏
面と裏面電極３との間に介在する第１導電型高濃度半導
体層２、基板表面側に形成された第２導電型基幹導電層
６，６０、基幹導電層６，６０の両端部に設けられた一
対の第２導電型信号取出用半導体層５Ａ、５Ｂ上にそれ
ぞれ形成された一対の信号取出電極４Ａ，４Ｂ、基幹導
電層の主基幹導電層領域６から受光面に沿って位置検出
方向に垂直なＹ方向（幅）に延びた複数の第２導電型分
枝導電層７を備えている。複数の分枝導電層７は一定の
間隔で並んでいる。なお、本半導体位置検出器は、半導
体基板１の長方形表面を覆うパッシベーション膜（絶縁
膜）１１を備えている。なお、図１（ａ）及び以下の半
導体位置検出器の平面図においてはパッシベーション膜
１１の記載を省略する。

【００１６】上記構造の半導体位置検出器は、所謂櫛形
のＰＳＤであり、入射光ＩＬの入射によって発生したキ
ャリアは、基幹導電層６，６０の両端までの抵抗値に反
比例するように抵抗分割されて各信号電極４Ａ，４Ｂか
ら取出される。本半導体位置検出器においては、基幹導
電層６，６０の抵抗率が同一であり、基幹導電層６，６
０の両端部と各信号取出電極４Ａ，４Ｂの内側端部のＸ
方向位置は一致しているため、前記キャリアの分割は入
射位置から各信号取出電極４Ａ，４Ｂまでの距離に反比
例されるのと同じであり、各信号取出電極４Ａ，４Ｂか
らの出力電流に基づいて光の入射位置を求めることがで
きる。

【００１７】すなわち、所謂三角測量の原理に基づく測
距に本半導体位置検出器を用いる場合、図面右側の信号
取出電極４Ｂ内側端上に受光レンズ（図示せず）を、そ
の右隣側に光源を配置するのが好ましい。前記配置とす
ることで、遠距離側にある測定対象物からの反射光は受
光レンズより、つまり、フォトダイオード１０側に入射
させることができる。

【００１８】なお、所謂三角測量の原理に基づく測距に
おいては、基線長（投受光レンズ間距離）をＢ、受光レ
ンズから半導体位置検出器の距離をｆ、投受光レンズか
ら測定対象物までの距離をＬ、半導体位置検出器の入射
光位置（受光レンズ中心から）をｘとした場合、Ｌ＝Ｂ
・ｆ／ｘの関係が成立し、半導体位置検出器の入射光位
置から測定対象物までの距離を求めることができる。な
お、光入射のための光学系は種々の変更が可能である。

【００１９】本半導体位置検出器は、この遠距離側にフ
ォトダイオード１０を備えている。基幹導電層６，６０
の分枝導電層７が形成されていない領域を補助抵抗領域
６０とすると、フォトダイオード１０は分枝導電層７に
対して平行に延びた複数のフォトダイオード用導電層１
９の一群からなり、フォトダイオード１０は補助抵抗領
域６０及び図面最右端の分枝導電層７の双方の隣に配置
され、フォトダイオード用導電層１９は接続領域９によ
って信号取出電極４Ｃに接続されている。

【００２０】フォトダイオード用導電層１９を構成する
導電層は分枝導電層７と同じ間隔で並んでいる。なお、
信号取出電極４Ｃの直下にはＰＤ信号取出用半導体層８
が設けられている。また、信号取出電極４Ａ，４Ｂと信
号取出用半導体層５Ａ、５Ｂ、信号取出電極４ＣとＰＤ
信号取出用半導体層８、裏面電極３と裏面側高濃度半導
体層２とはそれぞれオーミック接触している。

【００２１】主基幹導電層領域６、補助抵抗領域６０及
び接続領域９はＸ方向に延びており、信号取出用半導体
層５Ａ，５Ｂ、信号取出電極４Ａ、分枝導電層７、フォ
トダイオード１０、信号取出電極４Ｃ及びＰＤ信号取出
用半導体層８はＹ方向に延びている。

【００２２】半導体基板１の表面側に形成された各層
６，６０，７，５Ａ，５Ｂ，９，１９，８は、半導体基
板表面から厚さ方向Ｚに沿って実質的に同一の深さまで
延びており、分枝導電層７及びフォトダイオード１０の
幅方向Ｙに沿った長さは入射光スポット（長方形）ＩＬ
のＹ方向長よりも長い。

【００２３】分枝導電層７及びフォトダイオード用導電
層１９は、キャリアを収集可能な不純物濃度を有してい
れば良く、接続領域９は信号電流が伝搬可能な濃度を有
していれば良い。信号取出用半導体層５Ａ，５Ｂ及びＰ
Ｄ信号取出用半導体層８は、各信号取出電極とオーミッ
ク接続可能な不純物濃度を有していれば良い。本例にお
いては各層６，６０，７，５Ａ，５Ｂ，９，１９，８を
略同一不純物濃度とし、同一工程にて形成することで工
程の簡略化を図っている。

【００２４】まず、本半導体位置検出器の動作について
説明する。第２導電型（ｐ型）分枝導電層７及び第１導
電型（ｎ型）半導体基板１から構成されるｐｎ接合ダイ
オードに逆バイアス電圧が印加されるような電圧を、一
対の信号取出電極４Ａ，４Ｂと裏面電極３との間に与え
る。

【００２５】更に、第２導電型（ｐ型）フォトダイオー
ド用導電層１９及び第１導電型（ｎ型）半導体基板１か
ら構成されるｐｎ接合ダイオードに逆バイアス電圧が印
加されるような電圧を、信号取出電極４Ｃと裏面電極３
との間に与える。

【００２６】この状態で、分枝導電層７の形成された半
導体基板１の表面領域で規定される受光面の近距離側
（図面左側）に入射光ＩＬがスポット光として入射する
と、この入射光スポットに応じて半導体位置検出器内部
で正孔電子対（電荷）が発生する。この電荷の一方は、
拡散及び半導体位置検出器内部の電界にしたがって分枝
導電層７内に流れ込む。

【００２７】詳説すれば、この電荷は分枝導電層７を伝
導して基幹導電層６，６０の所定位置に流れ込み、基幹
導電層６，６０の長さ方向Ｘの位置に応じて、基幹導電
層６，６０の両端までの抵抗値に反比例するようにその
電荷量が分配され、分配された電荷はそれぞれ基幹導電
層６，６０の両端を介し出力電流Ｉ１，Ｉ２として信号
取出電極４Ａ，４Ｂから取り出される。

【００２８】基幹導電層６，６０の抵抗率は略同一で、
それらの端部と各信号取出電極４Ａ，４Ｂの内側端のＸ
方向位置は一致しているため、出力電流Ｉ１，Ｉ２は入
射光位置から各信号取出電極４Ａ，４Ｂまでの距離に反
比例することになる。

【００２９】したがって、それぞれの信号取出電極４
Ａ，４Ｂから取り出される電流比を演算すれば、入射光
位置を上述のように特定することができる。基幹導電層
６，６０の近距離側の端をＸ方向の基準位置（原点）と
すると、入射位置Ｘは、２つの出力電流Ｉ１，Ｉ２を用
いて以下の演算を行うことにより得ることができる。但
し、Ｌａは信号取出電極４Ａ，４Ｂ間のＸ方向長（基幹
導電層６，６０のＸ方向長）である。

【００３０】

【数１】

【００３１】一方、受光面の遠距離側（図面右側）に入
射光ＩＬがスポット光として入射すると、この入射光ス
ポットに応じて半導体位置検出器内部で正孔電子対（電
荷）が発生する。本例では、入射光ＩＬのＸ方向位置が
分枝導電層７の領域とフォトダイオード用導電層１９の
領域との境界上にあるものとする。この電荷は分枝導電
層７及びフォトダイオード用導電層１９の双方に流れ込
む。

【００３２】分枝導電層７に流れ込んだ電荷は、上記と
同様に、基幹導電層６，６０を介し出力電流Ｉ１，Ｉ２
として信号取出電極４Ａ，４Ｂから取り出されるが、こ
れと同時にフォトダイオード用導電層１９に流れ込んだ
電荷は、ＰＤ信号取出用半導体層８を介し出力電流Ｉ３
として信号取出電極４Ｃから取り出される。入射光が領
域Ｂに掛かった場合においては、本検出器は、分枝導電
層７及びフォトダイオード１０からなる２分割フォトダ
イオードとして機能する。入射位置Ｘは、３つの出力電
流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３から以下の演算を行うことにより求
めることができる。但し、Ｌｂは入射光スポットＩＬの
Ｘ方向長、Ｌｇは原点から分枝導電層７とフォトダイオ
ード用導電層１９との境界上の中心位置までのＸ方向長
である。

【００３３】

【数２】

【００３４】なお、信号出力Ｉ１及びＩ２は、位置Ｌｂ
／２から位置Ｌｇ−Ｌｂ／２の間（領域Ａ：入射光全て
が分枝導電層７の形成された領域のみに位置する領域）
において、入射位置に対して線形に変化する。信号出力
合計Ｉ１＋Ｉ２及びＩ３は、位置Ｌｇ−Ｌｂ／２からＬ
ｇ＋Ｌｂ／２の間（領域Ｂ：入射光の少なくとも一部が
フォトダイオード１０に掛かる領域）において、入射位
置に対して線形に変化する。本検出器においては、領域
Ａにおいて（式１）を用い、領域Ｂにおいて（式２）を
用いることにより入射位置を求めることができる。

【００３５】また、出力電流Ｉ３を検出し、これが零
（所定値以下）であれば入射光が領域Ｂには位置してお
らず、零より大きい場合（所定値より大きい場合）であ
れば入射光が領域Ｂに位置しているものと判別すること
ができる。

【００３６】以上、説明したように、上記半導体位置検
出器は、受光面上の入射光位置Ｘに応じて半導体導電層
６，６０の両端部からそれぞれ出力される電流値が可変
する半導体位置検出器において、受光面内にフォトダイ
オード１０を形成し、前記両端部及びフォトダイオード
１０からの出力電流値Ｉ１，Ｉ２及びＩ３の双方に基づ
いて所定範囲（遠距離側）の入射光位置Ｘを演算可能な
ようにフォトダイオード１０を配置してある。

【００３７】この半導体位置検出器によれば、前記両端
部及びフォトダイオード１０の出力電流の双方に基づい
て所定範囲の入射光位置Ｘが演算可能なようにフォトダ
イオード１０を配置したので、全出力電流を位置検出に
利用でき、検出感度が向上する。

【００３８】本例においては、半導体導電層６，６０
が、位置検出方向Ｘに沿って直線的に延びる基幹導電層
であり、基幹導電層は複数の分枝導電層７が延びた主基
幹導電層領域６と分枝導電層７が延びていない補助抵抗
領域６０とを備え、フォトダイオード１０は少なくとも
１つの分枝導電層７及び補助抵抗領域６０の隣に配置さ
れている。補助抵抗領域６０は、領域Ａ，領域Ｂの境界
付近で信号取出電極４Ｂの信号出力Ｉ２が極度に低下す
るのを抑制する。補助抵抗領域６０がないものと比較す
ると、遠距離側のＳ／Ｎ比が改善され、位置検出精度の
向上を図ることができる。

【００３９】本例においては、補助抵抗領域６０は基幹
導電層の端部に位置し、この端部は遠距離側である。ま
た、上記フォトダイオード用導電層１９，９は櫛歯形状
を有する。

【００４０】また、分枝導電層７の検出精度への影響を
低減させるために、その不純物濃度を高くし、抵抗率を
低下させることが望ましいが、本例においては、分枝導
電層７と半導体導電層６，６０の抵抗率は、略同一であ
ることとし、これらを同一工程において形成して、工程
の簡略化を図ることとした。

【００４１】（第２の半導体位置検出器）図２（ａ）は
第２の半導体位置検出器の平面図、図２（ｂ）は図２
（ａ）に示した半導体位置検出器のＡ−Ａ’矢印断面
図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した半導体位置検出器
のＢ−Ｂ’矢印断面図，図２（ｄ）は図２（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印断面図、図２（ｅ）
は半導体位置検出器を入射光ＩＬと共に示す半導体位置
検出器の平面図、図２（ｆ）は入射光ＩＬの入射位置と
信号出力との関係を示すグラフである。

【００４２】本形態の半導体位置検出器は第１の半導体
位置検出器と比較して、第１の半導体位置検出器の主基
幹導電層領域６及び分枝導電層７に代えて矩形波形状の
導電層（蛇行導電層）６１を設け、フォトダイオード用
導電層１９及び接続領域９に代えて矩形波形状のフォト
ダイオード用導電層（蛇行フォトダイオード）９１を設
けた点のみが異なり、他の構成は同一である。また、こ
れらの要素の不純物濃度は置換前の要素と同一である。

【００４３】なお、矩形波形状の導電層６１及びフォト
ダイオード（用導電層）９１は、それぞれＹ方向に沿っ
て平行に延びた複数の導電層の一端及び他端を位置検出
方向（Ｘ）に沿って交互に接続してなる形状である。本
形態の半導体位置検出器は上記第１の半導体位置検出器
と比較して、光入射により発生したキャリアが導電層６
１，９１により直接収集される点のみが異なるが、同様
の機能を有している。本形態の半導体位置検出器による
演算時のＬａ（式１）は、導電層６１左端から前記補助
抵抗領域６０を前記導電層６１に引き続いて同じ形状に
配置した場合の仮想先端のＸ方向位置までの距離であ
る。なお、導電層６１，９１の形状としては方形波に限
らず、三角波形状、鋸波形状等、種々のものを採用する
ことができる。

【００４４】（第３の半導体位置検出器）図３（ａ）は
第３の半導体位置検出器の平面図、図３（ｂ）は図３
（ａ）に示した半導体位置検出器のＡ−Ａ’矢印断面
図、図３（ｃ）は図３（ａ）に示した半導体位置検出器
のＢ−Ｂ’矢印断面図，図３（ｄ）は図３（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印断面図、図３（ｅ）
は半導体位置検出器を入射光ＩＬと共に示す半導体位置
検出器の平面図、図３（ｆ）は入射光ＩＬの入射位置と
信号出力との関係を示すグラフである。

【００４５】本形態の半導体位置検出器は第１の半導体
位置検出器と比較して、第１の半導体位置検出器のフォ
トダイオード用導電層１９の櫛歯の少なくとも１つの長
さを異ならせ、補助抵抗領域６０のＸ方向長を短くする
と同時に、フォトダイオード用導電層１９の短くなった
櫛歯のＹ方向延長線上に導電層５Ｂ及び電極４Ｂを配置
した点のみが異なり、他の構成は同一である。また、こ
れらの要素の不純物濃度は第１の半導体位置検出器の要
素と同一である。本形態の半導体位置検出器は上記第１
の半導体位置検出器と同様に機能する。本形態において
は、補助抵抗領域６０の長さを可変することにより、出
力電流Ｉ１，Ｉ２の光入射位置に対する変化率を可変す
ることができ、領域Ａと領域Ｂの境界付近での出力電流
Ｉ１，Ｉ２の比を自由に設定することが可能となる。

【００４６】（第４の半導体位置検出器）図４（ａ）は
第４の半導体位置検出器の平面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）に示した半導体位置検出器のＡ−Ａ’矢印断面
図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示した半導体位置検出器
のＢ−Ｂ’矢印断面図，図４（ｄ）は図４（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印断面図、図４（ｅ）
は半導体位置検出器を入射光ＩＬと共に示す半導体位置
検出器の平面図、図４（ｆ）は入射光ＩＬの入射位置と
信号出力との関係を示すグラフである。

【００４７】本形態の半導体位置検出器は第１の半導体
位置検出器と比較して、第１の半導体位置検出器の補助
抵抗領域６０のＹ方向幅を広くした点のみが異なり、他
の構成は同一である。また、これらの要素の不純物濃度
は第１の半導体位置検出器の要素と同一である。換言す
れば、補助抵抗領域６０は主基幹導電層領域６よりも位
置検出方向Ｘに垂直な幅方向長Ｙが長い。本形態の半導
体位置検出器は上記第１の半導体位置検出器のものと同
様に機能する。

【００４８】本形態における演算において、Ｌａ（式
１）は、補助抵抗領域６０のＸ方向単位長当たりの抵抗
値が、主基幹導電層領域６のＸ方向単位長当たりの抵抗
値と同一であると仮定した場合の当該仮想補助抵抗領域
６０及び主基幹導電層領域６からなる導電層両端のＸ方
向の距離を示す。

【００４９】本形態においては、補助抵抗領域６０の幅
を可変したので、出力電流Ｉ１，Ｉ２の光入射位置に対
する変化率を可変することができる。

【００５０】（第５の半導体位置検出器）図５（ａ）は
第５の半導体位置検出器に係る半導体位置検出器の平面
図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図５（ｄ）
は図５（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図５（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図５（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【００５１】本形態の半導体位置検出器は第１の半導体
位置検出器と比較して、補助抵抗領域６０が位置検出方
向Ｘに沿って図面右側に延びており、その端部で逆方向
に向かって折り返し、その終点に信号取出用導電層５Ａ
及び信号取出用電極５Ｂが設けられた点のみが異なり、
他の構成は同一である。また、これらの要素の不純物濃
度は第１の半導体位置検出器の要素と同一である。本形
態における演算時のＬａ（式１）は、補助抵抗領域６０
を主基幹導電層領域６に引き続いてＸ方向に延ばした際
の主基幹導電層領域６と仮想補助抵抗領域６０の両端の
Ｘ方向の距離である。本形態の半導体位置検出器は上記
第１の半導体位置検出器と同様に機能する。

【００５２】（第６の半導体位置検出器）図６（ａ）は
第６の半導体位置検出器の平面図、図６（ｂ）は図６
（ａ）に示した半導体位置検出器のＡ−Ａ’矢印断面
図、図６（ｃ）は図６（ａ）に示した半導体位置検出器
のＢ−Ｂ’矢印断面図，図６（ｄ）は図６（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印断面図、図６（ｅ）
は半導体位置検出器を入射光ＩＬと共に示す半導体位置
検出器の平面図、図６（ｆ）は入射光ＩＬの入射位置と
信号出力との関係を示すグラフである。

【００５３】本形態の半導体位置検出器は第１の半導体
位置検出器と比較して、補助抵抗領域６０をブリッジ又
は被覆型の補助抵抗領域６０Ｒとし、この補助抵抗領域
６０Ｒを半導体基板１上に形成されたパッシベーション
膜（絶縁膜）１１上に設けることとした点のみが異な
り、他の構成は同一である。なお、主基幹導電層領域６
は半導体基板内に設けられている。また、これらの要素
の不純物濃度は第１の半導体位置検出器の要素と同一と
してもよいが、補助抵抗領域６０Ｒはポリシリコンやア
ルミニウム等の金属で作製してもよい。本形態の半導体
位置検出器は上記第１の半導体位置検出器と同様に機能
する。

【００５４】（第７の半導体位置検出器）図７（ａ）
は、第７の半導体位置検出器の平面図、図７（ｂ）は図
７（ａ）に示した半導体位置検出器のＡ−Ａ’矢印断面
図、図７（ｃ）は図７（ａ）に示した半導体位置検出器
のＢ−Ｂ’矢印断面図，図７（ｄ）は図７（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印断面図、図７（ｅ）
は半導体位置検出器を入射光ＩＬと共に示す半導体位置
検出器の平面図、図７（ｆ）は入射光ＩＬの入射位置と
信号出力との関係を示すグラフである。

【００５５】本半導体位置検出器は第１の半導体位置検
出器と比較して、基幹導電層領域６と補助抵抗領域６０
をそれぞれ複数（これらを６Ａ，６Ｂ，６Ｃと６０Ａ，
６０Ｂとする）とし、フォトダイオード用導電層１９を
複数（それぞれを１９Ａ，１９Ｂとする）とし、Ｘ方向
に沿ってこれら基幹導電層領域６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びフ
ォトダイオー用導電層１９Ａ，１９Ｂを交互に配置した
点のみが異なり、他の構成は同一である。換言すれば、
補助抵抗領域６０Ａ，６０Ｂは、基幹導電層の両端間の
途中に位置する。

【００５６】これらの変更に伴って分枝導電層７は、３
つの群７Ａ，７Ｂ，７Ｃとして互いに隔離される。な
お、これらの要素の不純物濃度は第１の半導体位置検出
器の要素と同一である。本半導体位置検出器は上記第１
の半導体位置検出器と同様に機能する。また、上記要素
は分枝導電層７が３つの群７Ａ，７Ｂ，７Ｃに隔離され
るように複数としたが、これは分枝導電層７が４つ以上
の群に隔離されるように設定してもよい。

【００５７】次に、第１乃至第６の半導体位置検出器に
適用可能な演算回路について説明する。

【００５８】図８は、この演算回路のブロック図であ
る。上記半導体位置検出器から得られる出力電流Ｉ１，
Ｉ２，Ｉ３は、それぞれ電流電圧変換器（回路）１０
１，１０２，１０３に入力され、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３
として出力される。本半導体位置検出器は、電流電圧変
換器１０１，１０２，１０３の数が３つのみであるの
で、その構成が簡素であり、これを安価に製造すること
ができる。

【００５９】この回路は、電圧Ｖ１（∝Ｉ１）及びＶ２
（∝Ｉ２）に基づいて演算Ａ（式１の演算）を行う演算
器１０４と、電圧Ｖ１（∝Ｉ１）、Ｖ２（∝Ｉ２）及び
Ｖ３（∝Ｉ３）に基づいて演算Ｂ（式２の演算）を行う
演算器１０５と、演算器１０４，１０５の出力を電圧Ｖ
３（∝Ｉ３）に基づいて選択する選択手段（回路）１０
６とを備えている。

【００６０】それぞれの演算器１０４，１０５から出力
される入射光（重心）位置情報をＸ _A（式１の演算結
果）、Ｘ_B（式２の演算結果）とする。

【００６１】選択手段１０６は、入射光スポットＩＬの
重心位置が、図１（ｆ）〜図６（ｆ）に示した領域Ａに
ある場合は位置情報Ｘ_Aを選択して出力し、領域Ｂにあ
る場合は位置情報Ｘ_Bを選択して出力する。すなわち、
領域Ａは、受光面の近距離側端部から入射光スポットＩ
Ｌ外縁がフォトダイオード用導電層１９に掛かる手前ま
での領域（Ｉ３（Ｖ３）＝０又は≦所定値）であり、領
域Ａの演算は近〜中距離の範囲の測距に用いられる。領
域Ｂは入射光スポットＩＬ外縁がフォトダイオード用導
電層１９に掛かる場合（Ｉ３（Ｖ３）≠０又は＞所定
値）の演算であり、領域Ｂの演算は遠距離範囲の測距に
用いられる。

【００６２】なお、Ｖ３（Ｉ３）とＶ１＋Ｖ２（Ｉ１＋
Ｉ２）とは相補的な関係にあるため、上記入射領域判定
において、Ｉ１＋Ｉ２が基準値より大きい場合に入射光
重心が領域Ａにあるものと判定して演算Ａを行い、基準
値以下の場合に入射光重心が領域Ｂにあるものと判定し
て演算Ｂを行う、或いはこれらの演算結果を選択手段１
０６によって選択して出力することとしてもよい。

【００６３】次に、第７の半導体位置検出器に適用可能
な演算回路について説明する。図９は、この演算回路の
ブロック図である。この回路と前記回路との違いは、演
算器１０４，１０５の出力Ｘ_A、Ｘ_B及び電圧Ｖ３に加え
て選択手段１０６に電圧Ｖ１，Ｖ２が入力され、選択手
段１０６は電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて入射領域判
定と演算結果の選択を行っている点である。

【００６４】図７（ｆ）に示した領域Ａ〜Ｇに入射光ス
ポットＩＬの重心位置がある場合には、選択手段１０６
は以下の位置情報を出力する。但し、Ｌｇ１は原点から
分枝導電層７Ａとフォトダイオード用導電層１９Ａとの
境界上の中心位置までの距離、Ｌｇ２はフォトダイオー
ド用導電層１９Ａと分枝導電層７Ｂとの境界上の中心位
置までの距離、Ｌｇ３は次の分枝導電層７Ｂとフォトダ
イオード用導電層１９Ｂとの境界上の中心位置までの距
離、Ｌｇ４は次のフォトダイオード用導電層１９Ｂと分
枝導電層７Ｃとの境界上の中心位置までの距離である。

【００６５】

【表１】

【００６６】領域Ａ、Ｄ、Ｇは、それぞれ近距離、中距
離、長距離のＰＳＤ測距に用いられる。領域Ｂ，Ｃ及び
Ｅ、Ｆは、それぞれ近中距離間、中長距離間の２分割Ｐ
Ｄ測距に用いられる。領域Ａ〜Ｇについて詳説すれば以
下の通りである。

【００６７】領域Ａは受光面の近距離側端部から入射光
スポットＩＬ外縁がフォトダイオード用導電層１９Ａに
掛かる手前までのスポット重心位置で規定される領域で
ある。領域Ｂは入射光スポットＩＬ外縁がフォトダイオ
ード用導電層１９Ａに掛かる場合における近距離側のス
ポット重心位置で規定される領域、領域Ｃは入射光スポ
ットＩＬ外縁がフォトダイオード用導電層１９Ａに掛か
る場合における遠距離側のスポット重心位置で規定され
る領域である。

【００６８】領域Ｄは受光面の中距離測定用の分枝導電
層７Ｂのみが形成された領域に入射光スポットＩＬが照
射される場合のスポット重心位置で規定される領域であ
る。領域Ｅは入射光スポットＩＬ外縁がフォトダイオー
ド用導電層１９Ｂに掛かる場合における近距離側のスポ
ット重心位置で規定される領域、領域Ｆは入射光スポッ
トＩＬ外縁がフォトダイオード用導電層１９Ｂに掛かる
場合における遠距離側のスポット重心位置で規定される
領域である。領域Ｇは受光面の長距離測定用の分枝導電
層７Ｃのみが形成された領域に入射光スポットＩＬが照
射される場合のスポット重心位置で規定される領域であ
る。

【００６９】選択手段１０６は、入射光スポットＩＬの
重心がいずれの領域に位置するかどうかを以下の判別基
準にしたがって判定し、各領域に応じて上記位置情報を
出力する。

【００７０】

【表２】

【００７１】なお、上記の表中において、Ｖ３＝０はＶ
３が所定値以下である場合でもよく、Ｖ３≠０はＶ３が
所定値より大きい場合でもよい。Ｖ３（Ｉ３）とＶ１＋
Ｖ２（Ｉ１＋Ｉ２）とは相補的な関係にあるため、この
Ｖ３の大小判定において、Ｖ１＋Ｖ２が基準値より大き
い場合はＶ３が所定値以下である場合であり、基準値以
下の場合にはＶ３が所定値より大きい場合である。

【００７２】また、Ｖ１とＶ２の大小関係は大きさの違
いに閾値を設けて示す。すなわち、｜Ｖ１−Ｖ２｜≦α
の場合には符号＜又は＞を用いてこれらの大小関係を示
し、｜Ｖ１−Ｖ２｜＞αの場合には符号≪又は≫を用い
てこれらの大小関係を示す。αは定数である。

【００７３】Ｖ１及びＶ２の大小関係は、Ｖ１，Ｖ２の
相対値、つまりＶ１／Ｖ１＋Ｖ２とＶ２／Ｖ１＋Ｖ２の
比較にて判定しても良く、この場合、入射光量変動によ
る影響（出力絶対値の変動）を排除できる。また、Ｖ
１，Ｖ２の比Ｒ＝（Ｖ１／Ｖ２）を演算することによっ
て判定することもできる。すなわち、Ｒ≫（又は＞）１
ならばＶ１≫（又は＞）Ｖ２であり、Ｒ≪１ならばＶ１
≪（又は＜）Ｖ２である。なお、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３はＩ
１，Ｉ２，Ｉ３にそれぞれ比例しているので、判定条件
としてこれらの出力電流をＶ１，Ｖ２，Ｖ３の代わりに
用いてもよい。

【００７４】以上、説明したように、上記半導体位置検
出器は、受光面上の入射光位置Ｘに応じて半導体導電層
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６０Ａ，６０Ｂの両端部からそれぞ
れ出力される電流値が可変する半導体位置検出器におい
て、受光面内にフォトダイオード用導電層１９Ａ，１９
Ｂを形成し、上記両端部及びフォトダイオード用導電層
１９Ａ，１９Ｂからの電流値Ｉ１，Ｉ２及びＩ３の双方
に基づいて所定範囲の入射光位置Ｘを演算可能なように
フォトダイオード用導電層１９Ａ，１９Ｂを配置したの
で、位置演算に使用可能な出力電流の絶対値を増加さ
せ、検出感度を向上させることができる。

【００７５】また、フォトダイオード用導電層１９Ａ，
１９Ｂを任意の位置に配置することで、ＰＳＤ及びフォ
トダイオードの領域を自由に設定可能である。

【００７６】なお、上記いずれの半導体位置検出器にお
いても、分枝導電層７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ間及び導電層
６１間をＸ方向に横切る電流を抑制するため、これと反
対の導電型のアイソレーション層をそれらの間に設けて
もよい。

【００７７】また、上記いずれの半導体位置検出器にお
いても、基幹導電層６，６０、分枝導電層７、フォトダ
イオード１０信号取出用導電層５Ａ，５Ｂ，８が内側に
配置されるように、半導体基板１の外周部に第１導電型
（ｎ型）の高濃度半導体層及び外枠電極を設けてもよ
い。なお、外枠電極はパッシベーション膜１１に形成さ
れた開口部にて前記高濃度半導体層とオーミック接続さ
れ、外枠電極と信号取出電極４Ａ，４Ｂ，４Ｃとの間に
所定電圧を印加することによって半導体位置検出素子を
動作させることも可能となる。この外枠電極は半導体基
板外周部に入射する外乱光を遮光する機能も有してい
る。

【００７８】以上、説明したように、上記測距装置は、
受光面内に形成されたフォトダイオード１０と受光面上
の入射光位置Ｘに応じて半導体導電層６，６１，６Ａ，
６Ｂ，６Ｃ，６０，６０Ａ，６０Ｂの両端部からそれぞ
れ出力される電流値が可変するＰＳＤとを備えた半導体
位置検出器、及び半導体位置検出器の出力Ｉ１，Ｉ２，
Ｉ３から測定対象物までの距離に対応する半導体位置検
出器上の入射光位置Ｘを演算する演算回路を備えた測距
装置において、演算回路はＰＳＤ両端部及びフォトダイ
オードからの３つの出力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３が入力さ
れる電流電圧変換回路１０１，１０２，１０３と、電流
電圧変換回路１０１，１０２，１０３からの３つの出力
電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のみに基づいて入射光位置Ｘを演
算する演算手段１０４，１０５とを備えている、上記装
置においては、ＰＳＤ自体が遠距離にある対象物を測定
する時に２分割ＰＤのうちの一方のＰＤとして機能す
る。本装置においてはＰＳＤの２つの出力電流和Ｉ１＋
Ｉ２（電圧：Ｖ１＋Ｖ２）に加えて、ＰＤの出力電流Ｉ
３（電圧：Ｖ３）を距離演算に用いることにより位置分
解能を向上可能とすることができる。

【００７９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の測距装
置によれば、位置分解能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は第１の半導体位置検出器の平面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図１（ｄ）
は図１（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図１（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図１（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置（重心位置）Ｘと信号出力との関係を
示すグラフである。

【図２】図２（ａ）は第２の半導体位置検出器の平面
図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図２（ｄ）
は図２（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図２（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図２（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【図３】図３（ａ）は第３の半導体位置検出器の平面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図３（ｄ）
は図３（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図３（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図３（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【図４】図４（ａ）は第４の半導体位置検出器の平面
図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図４（ｄ）
は図４（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図４（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図４（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【図５】図５（ａ）は第５の半導体位置検出器の平面
図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図５（ｄ）
は図５（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図５（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図５（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【図６】図６（ａ）は第６の半導体位置検出器の平面
図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図６（ｄ）
は図６（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図６（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図６（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【図７】図７（ａ）は第７の半導体位置検出器の平面
図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した半導体位置検出器
のＡ−Ａ’矢印断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）に示し
た半導体位置検出器のＢ−Ｂ’矢印断面図，図７（ｄ）
は図７（ａ）に示した半導体位置検出器のＣ−Ｃ’矢印
断面図、図７（ｅ）は半導体位置検出器を入射光ＩＬと
共に示す半導体位置検出器の平面図、図７（ｆ）は入射
光ＩＬの入射位置と信号出力との関係を示すグラフであ
る。

【図８】図８は演算回路のブロック図である。

【図９】図８は別の演算回路のブロック図である。

【図１０】図１０は、従来の半導体位置検出器の平面図
（図１０（ａ））、これを入射光と共に示す半導体位置
検出器の平面図（図１０（ｂ））、入射光ＩＬの入射位
置と信号出力との関係を示すグラフ（図１０（ｃ））で
ある。

【図１１】図１１は図１０の半導体位置検出器の演算回
路のブロック図である。

【符号の説明】

６…主基幹導電層領域、６０…補助抵抗領域、１０…フ
ォトダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光面内に形成されたフォトダイオード
   と前記受光面上の入射光位置に応じて半導体導電層の両
   端部からそれぞれ出力される電流値が可変する半導体位
   置検出素子とを備えた半導体位置検出器、及び前記半導
   体位置検出器の出力から測定対象物までの距離に対応す
   る前記半導体位置検出器上の入射光位置を演算する演算
   回路を備えた測距装置において、前記演算回路は前記半
   導体位置検出素子両端部及びフォトダイオードからの３
   つの出力電流のみに基づいて入射光位置を演算する演算
   手段を備えることを特徴とする。