JP4209526B2 - 半導体位置検出器及びこれを用いた測距装置 - Google Patents
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Description
【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、当該基幹導電層（基線長方向）と垂直に延びる複数の分枝導電層を基線長方向に配列するとともに、当該分枝導電層それぞれを基幹導電層に電気的に接続し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）は近傍の分枝導電層に流れ込み、分枝導電層内を基線長方向と垂直方向に伝搬して基幹導電層の所定位置に流れ込む。その後、当該所定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、上記従来の半導体位置検出器を用いた場合、光の入射によって発生したキャリアは、分枝導電層内を基線長方向と垂直方向に伝搬して基幹導電層の所定位置に流れ込むため、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５−１６４５５２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、基線長方向に配列されるとともに、それぞれが基幹導電層に電気的に接続された複数の分枝導電層を備え、分枝導電層が延びる方向と基線長方向とのなす角は鋭角となっており、第１導電型の半導体からなる半導体基板上に、第２導電型の半導体からなる基幹導電層と分枝導電層とが形成されており、光の入射に伴って発生したキャリアは、基幹導電層へ流れ込んだ位置と一対の電極との距離に反比例するように抵抗分割されて一対の電極から出力され、半導体基板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とし、基幹導電層は、基線長方向に延びて形成されていることを特徴とする。
【０００８】
分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して垂直である場合は、スポット欠けが生じたときに、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層数が極端に減少する。その結果、重心ずれが生じて位置検出誤差が大きくなる。これに対して、本発明にかかる半導体位置検出器の如く、分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して鋭角である場合は、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。従って、重心ずれが小さくなり、位置検出誤差も小さくなる。
【０００９】
本発明の半導体位置検出器においては、分枝導電層が延びる方向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】
分枝導電層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、スポット欠けが生じたときであっても、キャリアが流入する分枝導電層数の減少を効果的に防止することが可能となる。
【００１１】
本発明の半導体位置検出器においては、分枝導電層が延びる方向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】
分枝導電層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、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】
本発明の半導体位置検出器においては、分枝導電層が延びる方向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】
分枝導電層が延びる方向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、同等の出力を得ることができる。
【００１５】
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、分枝導電層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と分枝導電層と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、分枝導電層それぞれは、その略中央部で基幹導電層に電気的に接続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、分枝導電層それぞれは、その端部で基幹導電層に電気的に接続されてい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、基幹導電層は、基線長方向に延びており、且つ、基線長方向と鋭角をなす方向に延びて形成されていることを特徴としても良い。
【００２２】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を複数有することを特徴としてもよい。
【００２３】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を２つ有し、分枝導電層それぞれは、その両端部で２つの基幹導電層それぞれに電気的に接続されていることを特徴としてもよい。
【００２４】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を２つ有し、分枝導電層は、その一方の端部で２つの基幹導電層のいずれかに電気的に接続されていることを特徴としてもよい。
【００２５】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を３つ有し、分枝導電層それぞれは、その両端部及び略中央部で３つの基幹導電層それぞれに電気的に接続されていることを特徴としてもよい。
【００２６】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層は複数の導電層からなり、複数の導電層は、隣接する分枝導電層を電気的に接続していることを特徴としてもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
測距装置に、分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して垂直である半導体位置検出器を用いる場合は、スポット欠けが生じたときに、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層数が極端に減少する。その結果、重心ずれが生じて位置検出誤差が大きくなる。これに対して、本発明にかかる測距装置の如く、分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して鋭角である半導体位置検出器を用いる場合は、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。従って、重心ずれが小さくなり、位置検出誤差も小さくなる。
【００２９】
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、半導体位置検出器の分枝導電層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良い。
【００３０】
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分枝導電層が延びる方向とを略平行とすることで、当該スリット光と各分枝導電層との重なる部分が大きくなり、より効果的に光を受光することができる。従って、スリット光の幅方向の長さを短くしても、十分な出力を得ることが可能となるため、スポット欠けによる測距誤差をより小さくすることができる。
【００３１】
【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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ＰＳＤ１４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。
【００３４】
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。
【００３５】
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と、同じくｐ型Ｓｉからなる複数の分枝導電層２６とをほぼ同一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。
【００３６】
基幹導電層２４は、当該長方形の短辺方向のほぼ中央部に、長辺方向、すなわち基線長方向に延びて形成されている。また、それぞれほぼ同一の長さを有する複数の分枝導電層２６は、基線長方向に複数配列されるとともに、そのほぼ中央部において、それぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されている。ここで特に、分枝導電層２６が延びる方向と基線長方向とは、４５゜（鋭角）の角度をなしており、各分枝導電層２６は略平行になるように配置されている。
【００３７】
基幹導電層２４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、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。
【００３８】
半導体基板２２のおもて面側の外周部、各分枝導電層２６の間隙、及び、分枝導電層２６と高濃度層２８との間隙には、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、各分枝導電層２６間の電気的絶縁、及び、分枝導電層２６と高濃度層２８との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、各分枝導電層２６間、及び、分枝導電層２６と高濃度層２８との間の基線長方向に流れる電流が阻止される。
【００３９】
半導体基板２２の裏面には、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。
【００４０】
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３８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３０との間に所定の電圧を印加することによってＰＳＤ１４を動作させることもできる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、ＰＳＤ１４から所定の間隔を持って配置されている。ここで、ＬＥＤ１２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、ＰＳＤ１４の分枝導電層２６が延びる方向と略平行となる。
【００４４】
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。
【００４５】
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ＬＥＤ１２側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ＬＥＤ１２側の端部から遠ざかる。
【００４６】
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。
【００４７】
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１０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。
【００４８】
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分枝導電層２６に流れ込み、当該分枝導電層２６内を伝搬して基幹導電層２４に流れ込む。基幹導電層２４に流れ込んだ電荷（キャリア）は基幹導電層２４内を伝搬し、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Ｉ１，Ｉ２として取り出される。ここで、基幹導電層２４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、基幹導電層２４へ流れ込んだ位置と各信号取り出し電極３０（正確には、基幹導電層のそれぞれの端部）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から出力される。従って、信号取り出し電極３０のうち一方（ＬＥＤ１２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、
【００４９】
【数１】
で表される。
【００５０】
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、
【００５１】
【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２０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（＝Ｍ１）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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、基線長方向に延びる基幹導電層とこれに直交する分枝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。ＬＥＤ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及び分枝導電層とＰＳＤ入射光との位置関係は図８（ｄ）に示すようになる。
【００５５】
上記測定条件において、種々の場合のＰＳＤ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ＬＥＤ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。
【００５６】
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、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層２６の数が極端に減少する。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＝１０００μｍとして５％に相当する。
【００５７】
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５００μｍ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、基幹導電層及び分枝導電層と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。
【００５８】
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、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層２６の数が極端に減少する。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＝１０００μｍとして１２．５％に相当する。
【００５９】
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、基線長方向に延びる基幹導電層２４とこれに４５°の角度を持って交差する分枝導電層２６を受光面に形成したＰＳＤ１４を位置検出器として用いている。ＬＥＤ１２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、ＰＳＤ１４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の受光面において基幹導電層２４と分枝導電層２６とが４５°の角度を持って交差しているので、基幹導電層２４及び分枝導電層２６とＰＳＤ入射光との位置関係は図１２（ｄ）に示すようになる。
【００６０】
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、分枝導電層２６が基線長方向と４５°の角度をなしているため、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層２６の数の減少が生じない。その結果、位置検出誤差も２７μｍと極めて小さい。ここで、ＰＳＤ１４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。
【００６１】
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、分枝導電層２６が基線長方向と４５°の角度をなしているため、スポット欠けが生じたときであっても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層２６の数の減少が生じにくい。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、ＰＳＤ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、分枝導電層２６が基線長方向と４５°をなすことで、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。
【００６２】
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、ＰＳＤ１４の分枝導電層２６が延びる方向と平行となるように配置されているため、スリット光と各分枝導電層との重なる部分を大きくすることができ、ＰＳＤ１４が入射光をより効率よく検出することが可能となる。従って、スリット光の幅方向の長さを短くしても、十分な出力を得ることが可能となるため、スポット欠けによる測距誤差をより小さくすることができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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及び分枝導電層２６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。
【００６５】
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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４２においては、基幹導電層２４が長方形の短辺方向の端部、すなわち一方の長辺に隣接して形成されており、分枝導電層２６の端部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されている点である。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、分枝導電層２６に対する基幹導電層２４の位置は、上記のような中央部、端部に限らず、任意の位置に設けることが可能となる。
【００６６】
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、図１９は図１７のII−II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ＰＳＤ１４においては、基幹導電層２４の両端部に一対の高濃度層２８を基幹導電層２４よりも深い位置まで形成していたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４４においては、高濃度層２８を基幹導電層２４の形成と同時に基幹導電層２４と同程度の深さまで形成している点である。高濃度層２８は、信号取り出し電極３０とオーミック接続できる程度の不純物濃度を有すれば良く、基幹導電層２４と同時に形成することで、製造工程の簡略化が可能となり、ＰＳＤ４４を安価に製造することが可能となる。また、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。尚、本変形例の如く高濃度層２８を基幹導電層２４の形成と同時に基幹導電層２４と同程度の深さまで形成することは、他の変形例にも適用することが可能である。
【００６７】
続いて第３の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２０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２１は図２０のI−I線に沿った断面図、図２２は図２０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が長辺方向、すなわち基線長方向に延びて形成されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４６においては、基幹導電層２４が基線長の方向に対して一定の角度（鋭角）を持って形成されている点である。尚、分枝導電層２６は、上記実施形態に係るＰＳＤ１４と同様、基線長方向に対して４５°の角度をもって形成されている。基幹導電層２６と基線長方向とは任意の角度をとることができ、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。
【００６８】
続いて第４の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２３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２４は図２３のI−I線に沿った断面図、図２５は図２３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が一対の信号取り出し電極３０間に連続して延びているのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４２においては、基幹導電層２４が複数の導電層２４ａ〜２４ｋに分割されており、各導電層２４ａ〜２４ｋが隣接する分枝導電層２６を電気的に接続している点である。また、基幹導電層２４の両端部、すなわち両端部の導電層２４ａ，２４ｋは、高濃度層２８を介して信号取り出し電極３０に接続されている。本変形例にかかるＰＳＤ４８においては、分枝導電層２６で発生したキャリアが基幹導電層２４だけでなく他の分枝導電層２６内をも伝搬して信号取り出し電極３０から電流として取り出される。しかし、分枝導電層２６の単位長さあたりの抵抗は基幹導電層２４のそれと比較して極めて小さく、両信号取り出し電極３０間の抵抗は、実質的に基幹導電層２４の抵抗に左右される。従って、光の入射に伴って発生したキャリアは、光の入射位置と導電層２４ａ，２４ｋの両端までの距離に反比例するように、基幹導電層２４の抵抗によって抵抗分割されて各信号取り出し電極３０から出力されるため、光の入射位置を検出することが可能となる。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。
【００６９】
続いて第５の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２６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２７は図２６のI−I線に沿った断面図、図２８は図２６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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４２においては、２つの基幹導電層２４が長方形の短辺方向の両端部、すなわち双方の長辺に隣接して形成されており、分枝導電層２６の両端部がそれぞれ双方の基幹導電層２４に電気的に接続されている点である。ＰＳＤ５０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。
【００７０】
続いて第６の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２９は本変形例にかかるＰＳＤ５２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３０は図２９のI−I線に沿った断面図、図３１は図２９のII−II線に沿った断面図である。本変形例にかかるＰＳＤ５２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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５２においては、３つの基幹導電層２４が長方形の短辺方向の中央部及び両端部に形成されており、分枝導電層２６の中央部及び両端部がそれぞれ３つの基幹導電層２４にそれぞれ電気的に接続されている点である。ＰＳＤ５２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。
【００７１】
続いて第７の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図３２は本変形例にかかるＰＳＤ５４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３３は図３２のI−I線に沿った断面図、図３４は図３２のII−II線に沿った断面図である。本変形例にかかるＰＳＤ５４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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５４においては、２つの基幹導電層２４が長方形の短辺方向の両端部、すなわち双方の長辺に隣接して形成されており、基線長方向に配列される分枝導電層２６の一方の端部が交互にいずれか一方の基幹導電層２４に電気的に接続されている点である。ＰＳＤ５４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。
【００７２】
続いて第８の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図３５は本変形例にかかるＰＳＤ５６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３６は図３５のI−I線に沿った断面図、図３７は図３５のII−II線に沿った断面図である。本変形例にかかるＰＳＤ５６は、上記第４の変形例にかかるＰＳＤ４８の一態様であり、かかるＰＳＤ４８の基幹導電層２４を構成する複数の導電層２４ａ〜２４ｋのうち、２４ａ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｇ，２４ｉ，２４ｋを長方形の短辺方向の一方の端部側に設け、２４ｂ，２４ｄ，２４ｆ，２４ｈ，２４ｊを長方形の短辺方向の他方の端部側に設けたものである。ＰＳＤ５６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。
【００７３】
続いて第９の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図３８は本変形例にかかるＰＳＤ５８の正面図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してある）である。尚、図３８のI−I線に沿った断面は図４と同様であり、図３８のII−II線に沿った断面は、図５と同様である。本変形例にかかるＰＳＤ５８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から各分枝導電層２６が４５°の角度をもって延びていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５８においては、基線長方向に延びている基幹導電層２４に対して各分枝導電層２６が４５°の角度をもって延びているのであるが、各分枝導電層２６はその根本部分、すなわち、基幹導電層２４の近傍で角度を変えて基幹導電層２４に接続されている点である。ＰＳＤ５８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。尚、本変形例の如く、分枝導電層２６を基幹導電層２４にその近傍で角度を変えて接続することは、他の変形例にも適用することが可能である。
【００７４】
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、分枝導電層２６の延びる方向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、分枝導電層２６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、スポット欠けが生じたときであっても、キャリアが流入する分枝導電層２６の数の減少を効果的に防止することが可能となる。また、分枝導電層２６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。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の半導体位置検出器は、分枝導電層が延びる方向を基線長方向に対して鋭角にすることで、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。その結果、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。
【００７６】
また、本発明の半導体位置検出器は、分枝導電層が延びる方向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。
【００７７】
本発明の測距装置は、分枝導電層が延びる方向を基線長方向に対して鋭角にした半導体位置検出器を用いることで、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。その結果、半導体位置検出器における位置検出誤差が極めて小さくなり、測距誤差も極めて小さくなる。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く、半導体位置検出器、あるいは、測距装置自体を極めて安価、小型に構成できる。
【００７８】
また、本発明の測距装置は、分枝導電層が延びる方向と基線長方向とのなす角を４５゜とした半導体位置検出器を用いることで、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。
【００７９】
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分枝導電層が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、当該スリット光と各分枝導電層との重なる部分を大きくすることができる。その結果、分枝導電層がより効率よく入射光を検出することができ、スリット光の幅方向の長さを短くしても、十分出力を得ることができるため、半導体位置検出器における位置検出誤差がさらに小さくなるとともに、測距誤差もさらに小さくなる。
【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】図１７のII−II線に沿った断面図である。
【図２０】ＰＳＤの正面図である。
【図２１】図２０のI−I線に沿った断面図である。
【図２２】図２０のII−II線に沿った断面図である。
【図２３】ＰＳＤの正面図である。
【図２４】図２３のI−I線に沿った断面図である。
【図２５】図２３のII−II線に沿った断面図である。
【図２６】ＰＳＤの正面図である。
【図２７】図２６のI−I線に沿った断面図である。
【図２８】図２６のII−II線に沿った断面図である。
【図２９】ＰＳＤの正面図である。
【図３０】図２９のI−I線に沿った断面図である。
【図３１】図２９のII−II線に沿った断面図である。
【図３２】ＰＳＤの正面図である。
【図３３】図３２のI−I線に沿った断面図である。
【図３４】図３２のII−II線に沿った断面図である。
【図３５】ＰＳＤの正面図である。
【図３６】図３５のI−I線に沿った断面図である。
【図３７】図３５のII−II線に沿った断面図である。
【図３８】ＰＳＤの正面図である。
【符号の説明】
１０…測距装置、１２…ＬＥＤ、１４，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８…ＰＳＤ、１６…演算回路、１８，２０…レンズ、２２…基板、２４…基幹導電層、２６…分枝導電層、２８，３２，３４…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
【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、当該基幹導電層（基線長方向）と垂直に延びる複数の分枝導電層を基線長方向に配列するとともに、当該分枝導電層それぞれを基幹導電層に電気的に接続し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）は近傍の分枝導電層に流れ込み、分枝導電層内を基線長方向と垂直方向に伝搬して基幹導電層の所定位置に流れ込む。その後、当該所定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、上記従来の半導体位置検出器を用いた場合、光の入射によって発生したキャリアは、分枝導電層内を基線長方向と垂直方向に伝搬して基幹導電層の所定位置に流れ込むため、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５−１６４５５２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、基線長方向に配列されるとともに、それぞれが基幹導電層に電気的に接続された複数の分枝導電層を備え、分枝導電層が延びる方向と基線長方向とのなす角は鋭角となっており、第１導電型の半導体からなる半導体基板上に、第２導電型の半導体からなる基幹導電層と分枝導電層とが形成されており、光の入射に伴って発生したキャリアは、基幹導電層へ流れ込んだ位置と一対の電極との距離に反比例するように抵抗分割されて一対の電極から出力され、半導体基板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とし、基幹導電層は、基線長方向に延びて形成されていることを特徴とする。
【０００８】
分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して垂直である場合は、スポット欠けが生じたときに、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層数が極端に減少する。その結果、重心ずれが生じて位置検出誤差が大きくなる。これに対して、本発明にかかる半導体位置検出器の如く、分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して鋭角である場合は、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。従って、重心ずれが小さくなり、位置検出誤差も小さくなる。
【０００９】
本発明の半導体位置検出器においては、分枝導電層が延びる方向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】
分枝導電層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、スポット欠けが生じたときであっても、キャリアが流入する分枝導電層数の減少を効果的に防止することが可能となる。
【００１１】
本発明の半導体位置検出器においては、分枝導電層が延びる方向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】
分枝導電層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、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】
本発明の半導体位置検出器においては、分枝導電層が延びる方向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】
分枝導電層が延びる方向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、同等の出力を得ることができる。
【００１５】
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、分枝導電層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と分枝導電層と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、分枝導電層それぞれは、その略中央部で基幹導電層に電気的に接続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、分枝導電層それぞれは、その端部で基幹導電層に電気的に接続されてい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、基幹導電層は、基線長方向に延びており、且つ、基線長方向と鋭角をなす方向に延びて形成されていることを特徴としても良い。
【００２２】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を複数有することを特徴としてもよい。
【００２３】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を２つ有し、分枝導電層それぞれは、その両端部で２つの基幹導電層それぞれに電気的に接続されていることを特徴としてもよい。
【００２４】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を２つ有し、分枝導電層は、その一方の端部で２つの基幹導電層のいずれかに電気的に接続されていることを特徴としてもよい。
【００２５】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層を３つ有し、分枝導電層それぞれは、その両端部及び略中央部で３つの基幹導電層それぞれに電気的に接続されていることを特徴としてもよい。
【００２６】
また、本発明の半導体位置検出器においては、基幹導電層は複数の導電層からなり、複数の導電層は、隣接する分枝導電層を電気的に接続していることを特徴としてもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
測距装置に、分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して垂直である半導体位置検出器を用いる場合は、スポット欠けが生じたときに、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層数が極端に減少する。その結果、重心ずれが生じて位置検出誤差が大きくなる。これに対して、本発明にかかる測距装置の如く、分枝導電層の延びる方向が基線長方向に対して鋭角である半導体位置検出器を用いる場合は、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。従って、重心ずれが小さくなり、位置検出誤差も小さくなる。
【００２９】
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、半導体位置検出器の分枝導電層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良い。
【００３０】
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分枝導電層が延びる方向とを略平行とすることで、当該スリット光と各分枝導電層との重なる部分が大きくなり、より効果的に光を受光することができる。従って、スリット光の幅方向の長さを短くしても、十分な出力を得ることが可能となるため、スポット欠けによる測距誤差をより小さくすることができる。
【００３１】
【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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ＰＳＤ１４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。
【００３４】
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。
【００３５】
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と、同じくｐ型Ｓｉからなる複数の分枝導電層２６とをほぼ同一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。
【００３６】
基幹導電層２４は、当該長方形の短辺方向のほぼ中央部に、長辺方向、すなわち基線長方向に延びて形成されている。また、それぞれほぼ同一の長さを有する複数の分枝導電層２６は、基線長方向に複数配列されるとともに、そのほぼ中央部において、それぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されている。ここで特に、分枝導電層２６が延びる方向と基線長方向とは、４５゜（鋭角）の角度をなしており、各分枝導電層２６は略平行になるように配置されている。
【００３７】
基幹導電層２４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、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。
【００３８】
半導体基板２２のおもて面側の外周部、各分枝導電層２６の間隙、及び、分枝導電層２６と高濃度層２８との間隙には、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、各分枝導電層２６間の電気的絶縁、及び、分枝導電層２６と高濃度層２８との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、各分枝導電層２６間、及び、分枝導電層２６と高濃度層２８との間の基線長方向に流れる電流が阻止される。
【００３９】
半導体基板２２の裏面には、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。
【００４０】
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３８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３０との間に所定の電圧を印加することによってＰＳＤ１４を動作させることもできる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、ＰＳＤ１４から所定の間隔を持って配置されている。ここで、ＬＥＤ１２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、ＰＳＤ１４の分枝導電層２６が延びる方向と略平行となる。
【００４４】
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。
【００４５】
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ＬＥＤ１２側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ＬＥＤ１２側の端部から遠ざかる。
【００４６】
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。
【００４７】
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１０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。
【００４８】
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分枝導電層２６に流れ込み、当該分枝導電層２６内を伝搬して基幹導電層２４に流れ込む。基幹導電層２４に流れ込んだ電荷（キャリア）は基幹導電層２４内を伝搬し、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Ｉ１，Ｉ２として取り出される。ここで、基幹導電層２４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、基幹導電層２４へ流れ込んだ位置と各信号取り出し電極３０（正確には、基幹導電層のそれぞれの端部）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から出力される。従って、信号取り出し電極３０のうち一方（ＬＥＤ１２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、
【００４９】
【数１】
【００５０】
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、
【００５１】
【数２】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、基線長方向に延びる基幹導電層とこれに直交する分枝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。ＬＥＤ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及び分枝導電層とＰＳＤ入射光との位置関係は図８（ｄ）に示すようになる。
【００５５】
上記測定条件において、種々の場合のＰＳＤ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ＬＥＤ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。
【００５６】
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、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層２６の数が極端に減少する。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＝１０００μｍとして５％に相当する。
【００５７】
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５００μｍ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、基幹導電層及び分枝導電層と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。
【００５８】
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、当該スポット欠けが生じた部分に対応する分枝導電層に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キャリアが流入する分枝導電層２６の数が極端に減少する。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＝１０００μｍとして１２．５％に相当する。
【００５９】
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、基線長方向に延びる基幹導電層２４とこれに４５°の角度を持って交差する分枝導電層２６を受光面に形成したＰＳＤ１４を位置検出器として用いている。ＬＥＤ１２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、ＰＳＤ１４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の受光面において基幹導電層２４と分枝導電層２６とが４５°の角度を持って交差しているので、基幹導電層２４及び分枝導電層２６とＰＳＤ入射光との位置関係は図１２（ｄ）に示すようになる。
【００６０】
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、分枝導電層２６が基線長方向と４５°の角度をなしているため、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層２６の数の減少が生じない。その結果、位置検出誤差も２７μｍと極めて小さい。ここで、ＰＳＤ１４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。
【００６１】
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、分枝導電層２６が基線長方向と４５°の角度をなしているため、スポット欠けが生じたときであっても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層２６の数の減少が生じにくい。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、ＰＳＤ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、分枝導電層２６が基線長方向と４５°をなすことで、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。
【００６２】
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、ＰＳＤ１４の分枝導電層２６が延びる方向と平行となるように配置されているため、スリット光と各分枝導電層との重なる部分を大きくすることができ、ＰＳＤ１４が入射光をより効率よく検出することが可能となる。従って、スリット光の幅方向の長さを短くしても、十分な出力を得ることが可能となるため、スポット欠けによる測距誤差をより小さくすることができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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及び分枝導電層２６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。
【００６５】
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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４２においては、基幹導電層２４が長方形の短辺方向の端部、すなわち一方の長辺に隣接して形成されており、分枝導電層２６の端部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されている点である。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、分枝導電層２６に対する基幹導電層２４の位置は、上記のような中央部、端部に限らず、任意の位置に設けることが可能となる。
【００６６】
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、図１９は図１７のII−II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ＰＳＤ１４においては、基幹導電層２４の両端部に一対の高濃度層２８を基幹導電層２４よりも深い位置まで形成していたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４４においては、高濃度層２８を基幹導電層２４の形成と同時に基幹導電層２４と同程度の深さまで形成している点である。高濃度層２８は、信号取り出し電極３０とオーミック接続できる程度の不純物濃度を有すれば良く、基幹導電層２４と同時に形成することで、製造工程の簡略化が可能となり、ＰＳＤ４４を安価に製造することが可能となる。また、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。尚、本変形例の如く高濃度層２８を基幹導電層２４の形成と同時に基幹導電層２４と同程度の深さまで形成することは、他の変形例にも適用することが可能である。
【００６７】
続いて第３の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２０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２１は図２０のI−I線に沿った断面図、図２２は図２０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が長辺方向、すなわち基線長方向に延びて形成されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４６においては、基幹導電層２４が基線長の方向に対して一定の角度（鋭角）を持って形成されている点である。尚、分枝導電層２６は、上記実施形態に係るＰＳＤ１４と同様、基線長方向に対して４５°の角度をもって形成されている。基幹導電層２６と基線長方向とは任意の角度をとることができ、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。
【００６８】
続いて第４の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２３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２４は図２３のI−I線に沿った断面図、図２５は図２３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が一対の信号取り出し電極３０間に連続して延びているのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４２においては、基幹導電層２４が複数の導電層２４ａ〜２４ｋに分割されており、各導電層２４ａ〜２４ｋが隣接する分枝導電層２６を電気的に接続している点である。また、基幹導電層２４の両端部、すなわち両端部の導電層２４ａ，２４ｋは、高濃度層２８を介して信号取り出し電極３０に接続されている。本変形例にかかるＰＳＤ４８においては、分枝導電層２６で発生したキャリアが基幹導電層２４だけでなく他の分枝導電層２６内をも伝搬して信号取り出し電極３０から電流として取り出される。しかし、分枝導電層２６の単位長さあたりの抵抗は基幹導電層２４のそれと比較して極めて小さく、両信号取り出し電極３０間の抵抗は、実質的に基幹導電層２４の抵抗に左右される。従って、光の入射に伴って発生したキャリアは、光の入射位置と導電層２４ａ，２４ｋの両端までの距離に反比例するように、基幹導電層２４の抵抗によって抵抗分割されて各信号取り出し電極３０から出力されるため、光の入射位置を検出することが可能となる。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。
【００６９】
続いて第５の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２６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２７は図２６のI−I線に沿った断面図、図２８は図２６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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ４２においては、２つの基幹導電層２４が長方形の短辺方向の両端部、すなわち双方の長辺に隣接して形成されており、分枝導電層２６の両端部がそれぞれ双方の基幹導電層２４に電気的に接続されている点である。ＰＳＤ５０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。
【００７０】
続いて第６の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図２９は本変形例にかかるＰＳＤ５２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３０は図２９のI−I線に沿った断面図、図３１は図２９のII−II線に沿った断面図である。本変形例にかかるＰＳＤ５２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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５２においては、３つの基幹導電層２４が長方形の短辺方向の中央部及び両端部に形成されており、分枝導電層２６の中央部及び両端部がそれぞれ３つの基幹導電層２４にそれぞれ電気的に接続されている点である。ＰＳＤ５２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。
【００７１】
続いて第７の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図３２は本変形例にかかるＰＳＤ５４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３３は図３２のI−I線に沿った断面図、図３４は図３２のII−II線に沿った断面図である。本変形例にかかるＰＳＤ５４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が長方形の短辺方向のほぼ中央部に形成されており、分枝導電層２６のほぼ中央部がそれぞれ基幹導電層２４に電気的に接続されていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５４においては、２つの基幹導電層２４が長方形の短辺方向の両端部、すなわち双方の長辺に隣接して形成されており、基線長方向に配列される分枝導電層２６の一方の端部が交互にいずれか一方の基幹導電層２４に電気的に接続されている点である。ＰＳＤ５４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。
【００７２】
続いて第８の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図３５は本変形例にかかるＰＳＤ５６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３６は図３５のI−I線に沿った断面図、図３７は図３５のII−II線に沿った断面図である。本変形例にかかるＰＳＤ５６は、上記第４の変形例にかかるＰＳＤ４８の一態様であり、かかるＰＳＤ４８の基幹導電層２４を構成する複数の導電層２４ａ〜２４ｋのうち、２４ａ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｇ，２４ｉ，２４ｋを長方形の短辺方向の一方の端部側に設け、２４ｂ，２４ｄ，２４ｆ，２４ｈ，２４ｊを長方形の短辺方向の他方の端部側に設けたものである。ＰＳＤ５６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。
【００７３】
続いて第９の変形例にかかるＰＳＤについて説明する。図３８は本変形例にかかるＰＳＤ５８の正面図（ただし、パッシベーション膜４０は省略してある）である。尚、図３８のI−I線に沿った断面は図４と同様であり、図３８のII−II線に沿った断面は、図５と同様である。本変形例にかかるＰＳＤ５８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から各分枝導電層２６が４５°の角度をもって延びていたのに対し、本変形例にかかるＰＳＤ５８においては、基線長方向に延びている基幹導電層２４に対して各分枝導電層２６が４５°の角度をもって延びているのであるが、各分枝導電層２６はその根本部分、すなわち、基幹導電層２４の近傍で角度を変えて基幹導電層２４に接続されている点である。ＰＳＤ５８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。尚、本変形例の如く、分枝導電層２６を基幹導電層２４にその近傍で角度を変えて接続することは、他の変形例にも適用することが可能である。
【００７４】
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、分枝導電層２６の延びる方向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、分枝導電層２６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、スポット欠けが生じたときであっても、キャリアが流入する分枝導電層２６の数の減少を効果的に防止することが可能となる。また、分枝導電層２６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。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の半導体位置検出器は、分枝導電層が延びる方向を基線長方向に対して鋭角にすることで、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。その結果、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。
【００７６】
また、本発明の半導体位置検出器は、分枝導電層が延びる方向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。
【００７７】
本発明の測距装置は、分枝導電層が延びる方向を基線長方向に対して鋭角にした半導体位置検出器を用いることで、スポット欠けが生じても、スポット欠けが生じないときと比較してキャリアが流入する分枝導電層数の減少が生じにくい。その結果、半導体位置検出器における位置検出誤差が極めて小さくなり、測距誤差も極めて小さくなる。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く、半導体位置検出器、あるいは、測距装置自体を極めて安価、小型に構成できる。
【００７８】
また、本発明の測距装置は、分枝導電層が延びる方向と基線長方向とのなす角を４５゜とした半導体位置検出器を用いることで、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。
【００７９】
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分枝導電層が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、当該スリット光と各分枝導電層との重なる部分を大きくすることができる。その結果、分枝導電層がより効率よく入射光を検出することができ、スリット光の幅方向の長さを短くしても、十分出力を得ることができるため、半導体位置検出器における位置検出誤差がさらに小さくなるとともに、測距誤差もさらに小さくなる。
【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】図１７のII−II線に沿った断面図である。
【図２０】ＰＳＤの正面図である。
【図２１】図２０のI−I線に沿った断面図である。
【図２２】図２０のII−II線に沿った断面図である。
【図２３】ＰＳＤの正面図である。
【図２４】図２３のI−I線に沿った断面図である。
【図２５】図２３のII−II線に沿った断面図である。
【図２６】ＰＳＤの正面図である。
【図２７】図２６のI−I線に沿った断面図である。
【図２８】図２６のII−II線に沿った断面図である。
【図２９】ＰＳＤの正面図である。
【図３０】図２９のI−I線に沿った断面図である。
【図３１】図２９のII−II線に沿った断面図である。
【図３２】ＰＳＤの正面図である。
【図３３】図３２のI−I線に沿った断面図である。
【図３４】図３２のII−II線に沿った断面図である。
【図３５】ＰＳＤの正面図である。
【図３６】図３５のI−I線に沿った断面図である。
【図３７】図３５のII−II線に沿った断面図である。
【図３８】ＰＳＤの正面図である。
【符号の説明】
１０…測距装置、１２…ＬＥＤ、１４，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８…ＰＳＤ、１６…演算回路、１８，２０…レンズ、２２…基板、２４…基幹導電層、２６…分枝導電層、２８，３２，３４…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 (15)
- 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、
前記基線長方向に配列されるとともに、それぞれが前記基幹導電層に電気的に接続された複数の分枝導電層を備え、前記分枝導電層が延びる方向と前記基線長方向とのなす角は、鋭角となっており、
第１導電型の半導体からなる半導体基板上に、第２導電型の半導体からなる前記基幹導電層と前記分枝導電層とが形成されており、光の入射に伴って発生したキャリアは、前記基幹導電層へ流れ込んだ位置と前記一対の電極との距離に反比例するように抵抗分割されて一対の前記電極から出力され、前記半導体基板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前記基線長方向とし、前記基幹導電層は、前記基線長方向に延びて形成されていることを特徴とする半導体位置検出器。 - 前記分枝導電層が延びる方向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。
- 前記分枝導電層が延びる方向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。
- 前記分枝導電層が延びる方向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。
- 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。
- 前記分枝導電層それぞれは、その略中央部で前記基幹導電層に電気的に接続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。
- 前記分枝導電層それぞれは、その端部で前記基幹導電層に電気的に接続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。
- 前記基幹導電層は、前記基線長方向に延びており、且つ、前記基線長方向と鋭角をなす方向に延びて形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体位置検出器。
- 前記基幹導電層を複数有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体位置検出器。
- 前記基幹導電層を２つ有し、前記分枝導電層それぞれは、その両端部で２つの前記基幹導電層それぞれに電気的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体位置検出器。
- 前記基幹導電層を２つ有し、前記分枝導電層は、その一方の端部で２つの前記基幹導電層のいずれかに電気的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体位置検出器。
- 前記基幹導電層を３つ有し、前記分枝導電層それぞれは、その両端部及び略中央部で３つの前記基幹導電層それぞれに電気的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体位置検出器。
- 前記基幹導電層は複数の導電層からなり、前記複数の導電層は、隣接する前記分枝導電層を電気的に接続していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体位置検出器。
- 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１〜１３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。
- 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、前記半導体位置検出器の前記分枝導電層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１４に記載の測距装置。
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