JP7163306B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、光検出分野等において用いられる光電変換装置に関する。

特許文献１には、入射光の強度（照度）を検出する光電変換素子（半導体受光素子）が開示されている。このような光電変換素子として、例えば、結晶シリコン基板を用いた素子が知られている。結晶シリコン基板を用いた光電変換素子では、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であってもＳ／Ｎ比が比較的に高く、高感度（照度によらず安定した応答）である。

特許第６０９３０６１号公報

ところで、入射光のスポットサイズが検出できる光電変換装置が要望されている。

本発明は、入射光のスポットサイズを検出するための光電変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光電変換装置は、２つの主面を備える光電変換基板を含み、第１感度部分と第２感度部分とを含む光電変換素子と、光電変換素子の主面に対して入射光を相対的に走査する走査部とを備え、第１感度部分の主面に現れる感度領域を第１感度領域とし、第２感度部分の主面に現れる感度領域を第２感度領域とすると、第１感度領域は、走査部による走査時に、主面に入射する入射光の少なくとも一部を受光し、主面における入射光の照射される照射領域の増大につれて、照射領域における第２感度領域に対する第１感度領域の比率を小さくするパターンになっている。

本発明によれば、入射光のスポットサイズを検出するための光電変換装置を提供することができる。

第１実施形態に係る光電変換装置（３次元センサ）の構成を示す図である。 図１の第１光電変換素子におけるＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図１の第２光電変換素子におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図１および図３の第２光電変換素子の半導体基板の裏面側の層を、受光面側から示す図である。 図４の第２光電変換素子に入射光が入射した様子を示す図である。 光源からの入射光の焦点が第２光電変換素子の受光面に合っている状態（横軸０ｍｍ）から、光源を第２光電変換素子から遠ざけたときの、第２光電変換素子による入射光の検出強度（相対値）の一例を示す図である。 図１のスキャン制御部による、第２光電変換素子の受光面に対する入射光のスキャンの模式図である。 図７のスキャン時の、第２光電変換素子の２対の電極層の出力電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データの模式図である。 図７のスキャン時の、第２光電変換素子の２対の電極層の各々の出力電流Ａ１，Ｂ１の時系列データの模式図である。 第２実施形態に係る光電変換装置（３次元センサ）の構成を示す図である。 図９の光電変換素子におけるＸ－Ｘ線断面図である。 図９および図１０の光電変換素子の半導体基板の裏面側の層を、受光面側から示す図である。 図１１の光電変換素子に入射光が入射した様子を示す図である。 図９のスキャン制御部による、光電変換素子の受光面に対する入射光のスキャンの模式図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングおよび部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光電変換装置の構成を示す図である。図１に示す光電変換装置１は、例えば被写体にレーザ光を照射することにより被写体から発せられた光学像（拡散光）を集光する光学レンズ５０と、光学レンズ５０からの集光光の向きを変更するスキャンミラー６０と、スキャンミラー６０のスキャン動作を制御するスキャン制御部７０とを含む。また、この光電変換装置１は、スキャンミラー６０からの光の進行方向の上流側に配置された第１光電変換素子１０と、光の進行方向の下流側に配置された第２光電変換素子２０と、記憶部３０と、演算部４０とを含む。

なお、図１および後述する図面には、ＸＹＺ直交座標系を示す。ＸＹ平面は第１光電変換素子１０および第２光電変換素子２０（および、第２実施形態の光電変換素子２０Ａ）の受光面に平行な面であり、Ｚ方向はＸＹ平面に対して直交な方向である。

また、図１および後述する図面のうち、平面図における２本の一点鎖線の交点は、ＸＹ平面の中心を示し、一方の一点鎖線はＸ方向、他方の一点鎖線はＹ方向に平行となっている。また、平面図における２本の点線の交点は、ＸＹ平面における入射光のスポットサイズの中心を示し、一方の点線はＸ方向、他方の点線はＹ方向に平行となっている。

図１に示す光電変換装置１は、入射光のスポットサイズを検出する機能を有し、３次元センサ等の光センサに好適に適用できる。
例えば、３次元センサは、被写体からの拡散光を入射して、被写体のＸ方向およびＹ方向の位置（ＸＹ位置）を検出すると共に、Ｚ方向（奥行き）の位置（換言すれば、Ｚ方向の距離）をも検出する。このような３次元センサでは、被写体のＺ方向（奥行き）の位置が変化すると、内部の光電変換素子に入射する入射光のスポットサイズが変化する（デフォーカス）。
そこで、このような３次元センサに本実施形態の光電変換装置１を適用すれば、光電変換素子に入射する入射光のスポットサイズを検出することにより、被写体のＺ方向（奥行き）の位置（Ｚ方向の距離）が検出できる。そして、被写体のＸＹ位置（或いは、入射光の入射方向）とＺ方向（奥行き）の位置（Ｚ方向の距離）とから、被写体の３次元の位置が検出できる。
以下、光電変換装置１の各構成要素について説明する。

スキャンミラー６０は、モータ等の駆動部を有し、スキャン制御部７０の制御により、光学レンズ５０からの集光光の向きを変更する。
スキャン制御部７０は、スキャンミラー６０を制御し、第２光電変換素子２０の受光面においてＸ方向に入射光が往復するように、第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光をスキャンする。スキャン制御部７０の機能および動作の詳細は後述する。

第１光電変換素子１０は、受光面に入射する入射光の強度（総量）に応じた電流を生成する。第１光電変換素子１０は、生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心位置（座標）（以下、ＸＹ位置ともいう。）に応じて、４辺に配置された４つの電極層１２３（および、後述する裏面側の電極層１３３）に分配して出力する。また、第１光電変換素子１０は、入射光を透過する。第１光電変換素子１０の構成の詳細は後述する。

第２光電変換素子２０は、高感度部分２１（詳細は後述する）に入射する入射光の強度に応じた電流を生成する。これにより、第２光電変換素子２０は、入射光の密度に応じた電流、換言すれば入射光のスポットサイズに応じた電流を生成する（詳細は後述する）。
第２光電変換素子２０は、生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心位置（座標）（以下、ＸＹ位置ともいう。）に応じて、対向する２辺に配置された２つの電極層２２３（および、後述する裏面側の電極層２３３）に分配して出力する。第２光電変換素子２０の構成の詳細は後述する。

記憶部３０は、第１光電変換素子１０の出力電流（総量）（すなわち、第１光電変換素子１０の入射光の強度（総量））、および、第２光電変換素子２０の出力電流（総量）（すなわち、第２光電変換素子２０の高感度部分への入射光の強度）と、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のスポットサイズとを対応付け、更に、このスポットサイズに被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を対応付けたテーブルを予め記憶する。記憶部３０は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。

演算部４０は、第１光電変換素子１０の４つの電極層１２３（１３３）から出力された電流の総量に応じて、入射光の強度（総量）を演算して検出する。

また、演算部４０は、第１光電変換素子１０の４つの電極層１２３（１３３）各々から出力された電流の割合に基づいて、第１光電変換素子１０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）を演算して検出する。
また、演算部４０は、スキャン制御部７０により第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光をスキャンした際の、第２光電変換素子２０の２つの電極層２２３（２３３）から出力された電流の時系列データに基づいて、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）を演算して検出する。
演算部４０は、これらの第１光電変換素子１０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）と、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）とから、入射光の入射方向を演算して検出する。

また、演算部４０は、記憶部３０に記憶されたテーブルを参照して、第１光電変換素子１０の４つの電極層１２３（１３３）から出力された電流の総量（すなわち、第１光電変換素子１０の入射光の強度（総量））、および、スキャン制御部７０によるスキャン時の第２光電変換素子２０の２つの電極層２２３（２３３）から出力された最大電流の総量（すなわち、第２光電変換素子２０の高感度部分への入射光の強度）に対応した、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のスポットサイズ、および、被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を求めて検出する。
そして、演算部４０は、上述したように検出した入射光の入射方向と、Ｚ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）とから、被写体の３次元の位置を検出する。演算部４０の機能および動作の詳細は後述する。

スキャン制御部７０および演算部４０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算プロセッサで構成される。スキャン制御部７０および演算部４０の各種機能は、例えば記憶部３０に格納された所定のソフトウェア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。スキャン制御部７０および演算部４０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
以下、第１光電変換素子１０および第２光電変換素子２０の構成、および、スキャン制御部７０および演算部４０の機能および動作について順に詳細に説明する。

＜第１光電変換素子の構成＞
図２は、図１の第１光電変換素子１０におけるＩＩ－ＩＩ線断面図である。第１光電変換素子１０は、２つの主面を備えるｎ型（第２導電型）半導体基板（光電変換基板）１１０と、半導体基板１１０の主面のうちの受光する側の一方の主面である受光面側に順に積層されたパッシベーション層１２０、ｐ型（第１導電型）半導体層１２１、透明電極層１２２および電極層１２３を備える。また、第１光電変換素子１０は、半導体基板１１０の主面のうちの受光面の反対側の他方の主面である裏面側の一部に順に積層されたパッシベーション層１３０、ｎ型（第２導電型）半導体層１３１、透明電極層１３２および電極層１３３を備える。

半導体基板（光電変換基板）１１０は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板１１０は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板である。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。
半導体基板１１０の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であってもＳ／Ｎ比が比較的に高く、高感度（照度によらず安定した応答）である。

パッシベーション層１２０は、半導体基板１１０の受光面側に形成されており、パッシベーション層１３０は、半導体基板１１０の裏面側に形成されている。パッシベーション層１２０，１３０は、例えば真性（ｉ型）アモルファスシリコン材料で形成される。
パッシベーション層１２０，１３０は、半導体基板２１０で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。

ｐ型半導体層１２１は、パッシベーション層１２０上に形成されている。ｐ型半導体層１２１は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。ｐ型半導体層１２１は、例えばアモルファスシリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型の半導体層である。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。

ｎ型半導体層１３１は、パッシベーション層１３０上に形成されている。ｎ型半導体層１３１は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。ｎ型半導体層１３１は、例えばアモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型半導体層である。
上述したパッシベーション層１２０，１３０、ｐ型半導体層１２１およびｎ型半導体層１３１は、例えばＣＶＤ法を用いて形成される。

透明電極層１２２は、ｐ型半導体層１２１上に形成されており、透明電極層１３２は、ｎ型半導体層１３１上に形成されている。透明電極層１２２，１３２は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物）等が挙げられる。透明電極層１２２，１３２は、例えばスパッタリング法を用いて形成される。

電極層１２３は、透明電極層１２２上の４辺部の各々に４つ独立して形成されており、電極層１３３は、透明電極層１３２上の４辺部の各々に４つ独立して形成されている。電極層１２３，１３３は、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。電極層１２３，１３３は、例えば印刷法を用いて形成される。

＜第２光電変換素子の構成＞
図３は、図１の第２光電変換素子２０におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。第２光電変換素子２０は、２つの主面を備えるｎ型（第２導電型）半導体基板（光電変換基板）２１０と、半導体基板２１０の主面のうちの受光する側の一方の主面である受光面側に順に積層されたパッシベーション層２２０、ｐ型（第１導電型）半導体層２２１、透明電極層２２２および電極層２２３を備える。また、第２光電変換素子２０は、半導体基板２１０の主面のうちの受光面の反対側の他方の主面である裏面側の特定領域に順に積層されたパッシベーション層２３０、ｎ型（第２導電型）半導体層２３１、透明電極層２３２および電極層２３３を備える。

なお、この特定領域における積層部分、すなわち、透明電極層２３２、ｎ型半導体層２３１、パッシベーション層２３０、半導体基板２１０、パッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１、および透明電極層２２２で形成される積層部分を高感度部分２１とし、特定領域以外の積層部分を低感度部分２２とする。

半導体基板（光電変換基板）２１０は、上述した第１光電変換素子１０の半導体基板１１０と同様に、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板２１０は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型の半導体基板である。
半導体基板２１０の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であってもＳ／Ｎ比が比較的に高く、高感度（照度によらず安定した応答）である。

パッシベーション層２２０は、半導体基板２１０の受光面側における高感度部分２１および低感度部分２２の両方に形成されており、パッシベーション層２３０は、半導体基板２１０の裏面側における高感度部分２１のみに形成されている。パッシベーション層２２０，２３０は、上述した第１光電変換素子１０のパッシベーション層１２０，１３０と同様に、例えば真性（ｉ型）アモルファスシリコン材料で形成される。
パッシベーション層２２０，２３０は、半導体基板２１０の高感度部分２１で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。

ｐ型半導体層２２１は、パッシベーション層２２０上、すなわち半導体基板２１０の受光面側における高感度部分２１および低感度部分２２の両方に形成されている。ｐ型半導体層２２１は、上述した第１光電変換素子１０のｐ型半導体層１２１と同様に、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。ｐ型半導体層２２１は、例えばアモルファスシリコン材料にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型の半導体層である。

ｎ型半導体層２３１は、パッシベーション層２３０上、すなわち半導体基板２１０の裏面側における高感度部分２１のみに形成されている。ｎ型半導体層２３１は、上述した第１光電変換素子１０のｎ型半導体層１３１と同様に、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。ｎ型半導体層２３１は、例えばアモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型半導体層である。
上述したパッシベーション層２２０，２３０、ｐ型半導体層２２１およびｎ型半導体層２３１は、例えばＣＶＤ法を用いて形成される。

透明電極層２２２は、ｐ型半導体層２２１上、すなわち半導体基板２１０の受光面側における高感度部分２１および低感度部分２２の両方に形成されており、透明電極層２３２は、ｎ型半導体層２３１上、すなわち半導体基板２１０の裏面側における高感度部分２１のみに形成されている。透明電極層２２２，２３２は、上述した第１光電変換素子１０の透明電極層１２２，１３２と同様に、透明な導電性材料で形成される。透明電極層２２２，２３２は、例えばスパッタリング法を用いて形成される。

電極層２２３は、透明電極層２２２上の対向する２辺部の各々に２つ独立して形成されており、電極層２３３は、透明電極層２３２上の対向する２辺部の各々に２つ独立して形成されている。電極層２２３，２３３は、上述した第１光電変換素子１０の電極層１２３，１３３と同様に、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。電極層２２３，２３３は、例えば印刷法を用いて形成される。

図４は、図１および図３の第２光電変換素子２０の半導体基板２１０の裏面側の層２３０，２３１，２３２，２３３を、受光面側から示す図である。図３および図４に示すように、第２光電変換素子２０は、高感度部分（第１感度部分）２１と低感度部分（第２感度部分）２２とを有する。高感度部分２１における半導体基板２１０の両主面（受光面及び裏面）に現れる感度領域は高感度領域（第１感度領域）であり、低感度部分２２における半導体基板２１０の両主面に現れる感度領域は低感度領域（第２感度領域）である。

高感度部分２１では、図３において上述したように、半導体基板２１０の受光面側および裏面側にパッシベーション層２２０，２３０、導電型半導体層２２１，２３１および透明電極層２２２，２３２が形成される。一方、低感度部分２２では、半導体基板２１０の裏面側にパッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２が形成されていない。

換言すれば、高感度部分２１の受光面側の高感度領域および低感度部分２２の受光面側の低感度領域には、パッシベーション層２２０、導電型半導体層２２１および透明電極層２２２が形成されており、高感度部分２１の裏面側の高感度領域には、パッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２が形成されている。一方、低感度部分２２の裏面側の低感度領域には、パッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２が形成されていない。

高感度部分２１では、受光面側および裏面側にパッシベーション層２２０，２３０が形成されているため、半導体基板２１０の高感度部分２１で生成されたキャリアの再結合が抑制され、キャリアのライフタイム（寿命時間）が比較的に長い。これにより、高感度部分２１では、キャリアの回収効率が比較的に高く、光電変換効率が比較的に高い。
一方、低感度部分２２では、裏面側にパッシベーション層２３０が形成されていないため、半導体基板２１０の低感度部分２２で生成されたキャリアの再結合が抑制されず、キャリアのライフタイムが比較的に短い。これにより、低感度部分２２では、キャリアの回収効率が比較的に低く、光電変換効率が比較的に低い。本実施形態では、低感度部分２２の裏面側には、更にｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２も形成されていないため、光電変換効率はほぼゼロに近い。本出願では、「低感度」は、光電変換効率がゼロであることも含むものとする。
このように、高感度部分２１と低感度部分２２とでは、キャリアのライフタイムが異なることから、キャリアの回収効率が異なり、その結果、光電変換効率（すなわち、感度）が異なる。

なお、低感度部分２２の受光面側には、高感度部分２１の受光面側のパッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２各々に連続して、パッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２が形成されている。これにより、受光面側において光学特性（例えば、反射特性）が一様となる。

高感度部分２１の裏面側の高感度領域は、受光面の中心を通りＹ方向に延在する帯状のパターンを形成する。高感度部分２１の裏面側の高感度領域の帯状のパターンの幅は一定である。これにより、図５に示すように、受光面における入射光の照射される照射領域Ｒの増大につれて（すなわち、入射光の密度が低くなるにつれて）、照射領域Ｒにおける低感度部分２２（低感度領域）に対する高感度部分２１（高感度領域）の比率が小さくなる。そのため、受光面における入射光のスポットサイズが大きくなるにつれて、出力電流が低下する。

図６は、光源からの入射光（波長９４０ｎｍ）の焦点が第２光電変換素子２０の受光面に合っている状態（横軸０ｍｍ）から、光源を第２光電変換素子２０から遠ざけたときの、第２光電変換素子２０による入射光の検出強度（相対値）の一例を示す図である。図６には、高感度部分２１の高感度領域が図４に示すように受光面の中心を通り、Ｙ方向に延在する帯状のパターンを形成し、その幅が０．５ｍｍであるときの特性が示されている。
図６によれば、光源が第２光電変換素子２０から離れるにつれて、換言すれば、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のスポットサイズが大きくなるにつれて、第２光電変換素子２０による入射光の検出強度が低下していることがわかる。

＜スキャン制御部および演算部の機能および動作＞
スキャン制御部７０は、スキャンミラー６０を制御し、図７に示すように、第２光電変換素子２０の受光面においてＸ方向に、すなわち高感度部分２１の帯状のパターンの長手方向に交差する方向（矢印の方向）に入射光が往復するように、第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光をスキャンする。
このとき、演算部４０は、第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３から出力された電流の時系列データを取得する。取得されたデータは、例えば記憶部３０に一時的に記憶されてもよい。

例えば、第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３の出力電流をＡ１，Ｂ１とする。図８Ａは、第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３の出力電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データの模式図であり、図８Ｂは、第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３の各々の出力電流Ａ１，Ｂ１の時系列データの模式図である。
図８Ａおよび図８Ｂにおいて、入射光の照射領域Ｒの中心Ｒｃが高感度部分２１のＸ方向における中心を通過するときに、電流が最大となる。これにより、第２光電変換素子２０の受光面を入射光が１往復するときの１周期Ｔ１と、スキャン開始時点ｔ１から電流最大時点ｔ２までの時間Ｔ２とから、スキャン開始時点ｔ１における第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸ位置（座標）（例えば、入射光の照射領域Ｒの中心ＲｃのＸ位置）がわかる。
また、図８Ｂにおいて、入射光の照射領域Ｒの中心ＲｃがＹ方向における中心に位置するときに電流の割合Ａ１：Ｂ１が略５０：５０であり、入射光の照射領域Ｒの中心ＲｃがＹ方向における中心から電極層２２３，２３３側にずれるにつれて電流の割合Ａ１：Ｂ１が略線形的に変化する。これにより、電流の割合Ａ１：Ｂ１、特に電流最大時点ｔ２での電流の割合Ａ１：Ｂ１から、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＹ位置（座標）（例えば、入射光の照射領域Ｒの中心ＲｃのＹ位置）がわかる。

これにより、演算部４０は、図８Ａに示す電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データに基づいて、１周期Ｔ１と、スキャン開始時点ｔ１から電流最大時点ｔ２までの時間Ｔ２とから、スキャン開始時点ｔ１における第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸ位置（座標）を演算して検出する。なお、演算部４０は、図８Ａに示す電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データに代えて、図８Ｂに示す電流Ａ１および電流Ｂ１のいずれか一方に基づいて、１周期Ｔ１と、スキャン開始時点ｔ１から電流最大時点ｔ２までの時間Ｔ２とから、スキャン開始時点ｔ１における第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸ位置（座標）を演算して検出してもよい。
また、演算部４０は、図８Ｂに示す電流Ａ１，Ｂ１の各々の時系列データに基づいて、電流の割合Ａ１：Ｂ１、特に電流最大時点ｔ２での電流の割合Ａ１：Ｂ１から、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＹ位置（座標）を演算して検出する。

演算部４０は、記憶部３０に記憶されたテーブルを参照して、第１光電変換素子１０の４対の電極層１２３（１３３）から出力された電流の総量（すなわち、第１光電変換素子１０の入射光の強度（総量））、および、図８Ａに示す電流最大時点ｔ２での第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３から出力された最大電流の総量（すなわち、第２光電変換素子２０の高感度部分２１への入射光の強度）に対応した、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のスポットサイズ、および、被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を求めて検出する。

そして、演算部４０は、第１光電変換素子１０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）と、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）とから、入射光の入射方向を求め、求めた入射光の入射方向とＺ方向（奥行き）の位置（Ｚ方向の距離）とから、被写体の３次元の位置を検出する。

以上説明したように、本実施形態の光電変換装置１では、第１光電変換素子１０は、受光面に入射する入射光の強度（総量）に応じた電流を生成する。第１光電変換素子１０は、生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心のＸＹ位置（座標）に応じて、４辺に配置された４対の電極層１２３，１３３に分配して出力する。
また、第２光電変換素子２０は、受光面における高感度部分２１に入射する入射光の強度に応じた電流を生成する。これにより、第２光電変換素子２０は、入射光の密度に応じた電流、換言すれば入射光のスポットサイズに応じた電流を生成する。第２光電変換素子２０は、生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心のＸＹ位置（座標）に応じて、対向する２辺に配置された２対の電極層２２３，２３３に分配して出力する。

スキャン制御部７０は、スキャンミラー６０を制御し、第２光電変換素子２０の受光面において高感度部分２１の帯状のパターンに交差する方向に入射光が往復するように、第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光を移動させる（スキャンする）。

演算部４０は、第１光電変換素子１０の４対の電極層１２３，１３３から出力された電流の総量に応じて、入射光の強度（総量）を演算して検出する。

また、演算部４０は、第１光電変換素子１０の４対の電極層１２３，１３３各々から出力された電流の割合に基づいて、第１光電変換素子１０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）を演算して検出する。
また、演算部４０は、スキャン制御部７０により第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光をスキャンした際の、第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３から出力された電流の時系列データに基づいて、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）を演算して検出する。
演算部４０は、これらの第１光電変換素子１０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）と、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のＸＹ位置（座標）とから、入射光の入射方向を演算して検出する。

また、演算部４０は、記憶部３０に記憶されたテーブルを参照して、第１光電変換素子１０の４対の電極層１２３，１３３から出力された電流の総量（すなわち、第１光電変換素子１０の入射光の強度（総量））、および、図８Ａに示す電流最大時点ｔ２での第２光電変換素子２０の２対の電極層２２３，２３３から出力された最大電流の総量（すなわち、第２光電変換素子２０の高感度部分への入射光の強度）に対応した、第２光電変換素子２０の受光面における入射光のスポットサイズ、および、被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を求めて検出する。

これにより、演算部４０は、求めた入射光の入射方向とＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）とから、被写体の３次元の位置を検出する。

また、前記第２光電変換素子２０は、電流を出力する複数の電極２２３（２３３）を備え、前記複数の電極２２３（２３３）は、前記第２光電変換素子２０の前記第１感度領域の帯状のパターンの長手方向の２辺部に分離して配置されている。これにより、前記第２光電変換素子２０の前記主面をＸＹ平面とし、前記ＸＹ平面に直行する方向をＺ方向とし、スキャン制御部（前記走査部）７０により前記第１感度領域の帯状のパターンの長手方向であるＹ方向に交差するＸ方向に走査する場合に、前記演算部４０は、スキャン制御部（前記走査部）７０による走査時の走査開始時点ｔ１から前記第２光電変換素子２０の最大出力電流時点ｔ２までの時間に基づいて、入射光の光源のＸ方向の位置を求め、前記第２光電変換素子２０の前記２辺部の一方側の電極２２３（２３３）の出力電流と他方側の電極２２３（２３３）の出力電流との割合に基づいて、入射光の光源のＹ方向の位置を求め、前記第２光電変換素子２０における入射光のスポットサイズに基づいて、入射光の光源のＺ方向の位置を求めることができる。

また、本実施形態の光電変換装置１によれば、第２光電変換素子２０の受光面における入射光の照射領域Ｒが高感度部分２１から外れていても、スキャン制御部７０により第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光をスキャンすることにより、入射光を検出することができ、検出領域を実質的に拡大できる。

（第１実施形態の変形例）
本実施形態では、第２光電変換素子２０として、低感度部分２２における裏面側に、パッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２が形成されていない形態を例示したが、これに限定されない。第２光電変換素子２０は、低感度部分２２における受光面側および裏面側の少なくとも一方に、パッシベーション層、導電型半導体層および透明電極層が形成されていない形態であってもよい。換言すれば、第２光電変換素子２０の受光面側および裏面側の少なくとも一方に、高感度部分２１（高感度領域）の帯状のパターンが形成される形態であってもよい。

例えば、上述した本実施形態とは逆に、第２光電変換素子２０の受光面側に、高感度部分２１（高感度領域）の帯状のパターンが形成される形態であってもよい。より具体的には、高感度部分２１の裏面側の高感度領域および低感度部分２２の裏面側の低感度領域には、パッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２が形成されており、高感度部分２１の受光面側の高感度領域には、パッシベーション層２２０、導電型半導体層２２１および透明電極層２２２が形成されている。一方、低感度部分２２の受光面側の低感度領域には、パッシベーション層２２０、導電型半導体層２２１および透明電極層２２２が形成されていない。
この場合、低感度部分２２において、光吸収が多く生じる受光面側でキャリアの再結合が増大するため、特に入射光の短波長領域に対する高感度部分２１と低感度部分２２との感度差がより明確になる。なお、この場合、受光面の光学特性（例えば、反射特性）は、別途調整されればよい。

また、第２光電変換素子２０の低感度部分２２には、透明電極層が形成されてもよいし、導電型半導体層および透明電極層が形成されていてもよい。
特に、第２光電変換素子２０の低感度部分の受光面側に、パッシベーション層が形成されない場合に、透明電極層が形成されると、受光面側の光学特性（例えば、反射特性）が改善される。

また、本実施形態では、第２光電変換素子２０において、第１感度部分２１（第１感度領域）を高感度部分（高感度領域）とし、第２感度部分２２（第２感度領域）を低感度部分（低感度領域）としたが、逆であってもよい。すなわち、第２光電変換素子２０において、第１感度部分２１（第１感度領域）が低感度部分（低感度領域）であり、第２感度部分２２（第２感度領域）が高感度部分（高感度領域）であってもよい。この場合、入射光の密度が低くなるにつれて、すなわち入射光のスポットサイズが大きくなるにつれて、出力電流が増加する。

また、本実施形態では、第２光電変換素子２０において、第１感度部分２１の第１感度領域として、受光面の中心を通り、Ｙ方向に延在する１本の帯状のパターンを例示したが、第１感度部分２１の第１感度領域は、Ｙ方向に延在する２本以上の帯状のパターンで形成されてもよい。

また、本実施形態では、スキャン制御部７０によりスキャンミラー６０を制御して入射光を移動させることにより、第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光を相対的にスキャンした。しかし、スキャン制御部７０により第２光電変換素子２０を動かすことにより、第２光電変換素子２０の受光面に対して入射光を相対的にスキャンしてもよい。その際、第２光電変換素子２０は、主面に沿って平行移動されてもよいし、主面を傾けてもよいし、主面に沿って回転させてもよい。

（第２実施形態）
第１実施形態では、第１光電変換素子１０を用いて入射光の強度（総量）を検出した。第２実施形態では、第１光電変換素子１０を用いず、第２光電変換素子として入射光の強度（総量）をも検出できる光電変換素子を用いる。

図９は、第２実施形態に係る光電変換装置の構成を示す図である。図９に示す光電変換装置１Ａは、図１に示す光電変換装置１において第１光電変換素子１０を備えず、第２光電変換素子２０に代えて光電変換素子２０Ａを含む構成で第１実施形態と異なる。また、光電変換装置１Ａでは、記憶部３０に記憶されたデータ、および、演算部４０の機能および動作が、光電変換装置１のそれらと異なる。

＜光電変換素子の構成＞
図１０は、図９の光電変換素子２０ＡにおけるＸ－Ｘ線断面図であり、図１１は、図９および図１０の光電変換素子２０Ａの半導体基板２１０の裏面側の層２３０，２３１，２３２を、受光面側から示す図である。
光電変換素子２０Ａは、共に高感度であり、分離された第１感度部分２１と第２感度部分２２とを備える点で、図３に示す第２光電変換素子２０と異なる。

図１０に示すように、光電変換素子２０Ａは、ｎ型（第２導電型）半導体基板（光電変換基板）２１０と、半導体基板２１０の受光面側に順に積層されたパッシベーション層２２０、ｐ型（第１導電型）半導体層２２１、透明電極層２２２，電極層（第１電極）２２３および電極層（第２電極）２２４を備える。また、光電変換素子２０Ａは、半導体基板２１０の裏面側の第１特定領域および第２特定領域に順に積層されたパッシベーション層２３０、ｎ型（第２導電型）半導体層２３１、透明電極層２３２、電極層（第１電極）２３３および電極層（第２電極）２３４を備える。

なお、この第１特定領域における積層部分、すなわち、透明電極層２３２、ｎ型半導体層２３１、パッシベーション層２３０、半導体基板２１０、パッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１、および透明電極層２２２で形成される積層部分を第１感度部分２１とする。また、第２特定領域における積層部分、すなわち、透明電極層２３２、ｎ型半導体層２３１、パッシベーション層２３０、半導体基板２１０、パッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１、および透明電極層２２２で形成される積層部分を第２感度部分２２とする。

パッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２は、半導体基板２１０の受光面側に順に、受光面の全面に連続的に形成されている。
一方、パッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２は、半導体基板２１０の裏面側に順に、裏面における第１感度部分２１と第２感度部分２２とに分離して形成されている。

電極層２２３は、透明電極層２２２上、すなわち半導体基板２１０の受光面側における第１感度部分２１の対向する２辺部の各々に２つ独立して形成されており、電極層２３３は、透明電極層２３２上、すなわち半導体基板２１０の裏面側における第１感度部分２１の対向する２辺部の各々に２つ独立して形成されている。
電極層２２４は、透明電極層２２２上、すなわち半導体基板２１０の受光面側における第２感度部分２２の対向する２辺部の各々に４つ独立して形成されており、電極層２３４は、透明電極層２３２上、すなわち半導体基板２１０の裏面側における第２感度部分２２の対向する２辺部の各々に４つ独立して形成されている。

図１０および図１１に示すように、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１と第２感度部分２２とを有する。第１感度部分２１における半導体基板２１０の両主面（受光面及び裏面）に現れる感度領域は第１感度領域であり、第２感度部分２２における半導体基板２１０の両主面に現れる感度領域は第２感度領域である。

図１０及び図１１に示すように、半導体基板２１０の裏面側に形成されたパッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２は、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において分離されている。
一方、半導体基板２１０の受光面側に形成されたパッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２は、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において連続している。すなわち、半導体基板２１０の受光面側の全面に、パッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２が形成されている。これにより、受光面側において光学特性（例えば、反射特性）が一様となる。

第１感度部分２１の光電変換特性（感度）と第２感度部分２２の光電変換特性（感度）とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

第１感度部分２１の裏面側の第１感度領域は、受光面の中心を通りＹ方向に延在する帯状のパターンを形成する。第１感度部分２１の第１感度領域の帯状のパターンの幅は一定である。これにより、図１２に示すように、受光面における入射光の照射される照射領域Ｒの増大につれて（すなわち、入射光の密度が低くなるにつれて）、照射領域Ｒにおける第２感度部分２２（第２感度領域）に対する第１感度部分２１（第１感度領域）の比率が小さくなる。そのため、受光面における入射光のスポットサイズが大きくなるにつれて、第１感度部分２１の出力電流が低下する。

このような構成により、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１に入射する入射光の強度に応じた電流を生成する。光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１で生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心位置（座標）（以下、ＸＹ位置ともいう。）に応じて、対向する２辺に配置された２対の電極層２２３，２３３に分配して出力する。
また、光電変換素子２０Ａは、第２感度部分２２に入射する入射光の強度に応じた電流を生成する。光電変換素子２０Ａは、第２感度部分２２で生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心位置（座標）（以下、ＸＹ位置ともいう。）に応じて、対向する２辺に配置された４つの電極層２２４，２３４に分配して出力する。

これにより、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の電流および第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４の電流の総和として、入射光の強度（総量）に応じた電流を生成する。
また、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の各々に、受光面における入射光のＹ位置（座標）に応じた電流を生成する。また、光電変換素子２０Ａは、第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４の各々に、受光面における入射光のＹ位置（座標）に応じた電流を生成する。
また、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の電流の総和として、入射光の密度に応じた電流、換言すれば入射光のスポットサイズに応じた電流を生成する。

なお、本実施形態では、記憶部３０は、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１および第２感度部分２２の出力電流（総量）（すなわち、光電変換素子２０Ａの入射光の強度（総量））、および、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１の出力電流（総量）（すなわち、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１への入射光の強度）と、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のスポットサイズとを対応付け、更に、このスポットサイズに被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を対応付けたテーブルを予め記憶する。

＜スキャン制御部および演算部の機能および動作＞
スキャン制御部７０は、スキャンミラー６０を制御し、図１３に示すように、光電変換素子２０Ａの受光面においてＸ方向に、すなわち第１感度部分２１の帯状のパターンの長手方向に交差する方向（矢印の方向）に入射光が往復するように、光電変換素子２０Ａの受光面に対して入射光をスキャンする。
このとき、演算部４０は、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３から出力された電流の時系列データ、および、第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４から出力された電流の時系列データを取得する。取得されたデータは、例えば記憶部３０に一時的に記憶されてもよい。

例えば、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の出力電流をＡ１，Ｂ１とし、第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４の出力電流をＣ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２とした場合、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の出力電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データは上述した図８Ａのよう表され、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の各々の出力電流Ａ１，Ｂ１の時系列データは上述した図８Ｂのよう表される。

これにより、演算部４０は、図８Ａに示す電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データに基づいて、１周期Ｔ１と、スキャン開始時点ｔ１から電流最大時点ｔ２までの時間Ｔ２とから、スキャン開始時点ｔ１における光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＸ位置（座標）を演算して検出する。なお、演算部４０は、図８Ａに示す電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データに代えて、図８Ｂに示す電流Ａ１および電流Ｂ２のいずれか一方に基づいて、１周期Ｔ１と、スキャン開始時点ｔ１から電流最大時点ｔ２までの時間Ｔ２とから、スキャン開始時点ｔ１における光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＸ位置（座標）を演算して検出してもよい。
また、演算部４０は、図８Ｂに示す電流Ａ１，Ｂ１の各々の時系列データに基づいて、電流の割合Ａ１：Ｂ１、特に電流最大時点ｔ２での電流の割合Ａ１：Ｂ１から、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＹ位置（座標）を演算して検出する。なお、演算部４０は、第２感度部分２２の出力電流Ｃ１，Ｄ１（又は、Ｃ２，Ｄ２）の時系列データに基づいて、電流の割合Ｃ１：Ｄ１（又は、Ｃ２：Ｄ２）、特に電流最大時点ｔ２での電流の割合Ｃ１：Ｄ１（又は、Ｃ２：Ｄ２）から、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＹ位置（座標）を演算して検出してもよい。

また、演算部４０は、図８Ａに示す電流の総量Ａ１＋Ｂ１の時系列データに基づいて、電流最大時点ｔ２における第１感度部分２１の出力電流Ａ１，Ｂ１、および、第２感度部分２２の出力電流Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２の総量を入射光の強度（総量）として演算して検出する。

演算部４０は、記憶部３０に記憶されたテーブルを参照して、図８Ａに示す例えば電流最大時点ｔ２での光電変換素子２０Ａの６対の電極層２２３，２３３，２２４，２３４から出力された電流の総量（すなわち、光電変換素子２０Ａの入射光の強度（総量））、および、図８Ａに示す電流最大時点ｔ２での光電変換素子２０Ａの２対の電極層２２３，２３３から出力された最大電流の総量（すなわち、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１への入射光の強度）に対応した、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のスポットサイズ、および、被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を求めて検出する。
なお、光電変換素子２０Ａの６対の電極層２２３，２３３，２２４，２３４から出力された電流の総量（すなわち、光電変換素子２０Ａの入射光の強度（総量））は、電流最大時点ｔ２でも他の時点でも略同程度の電流を得られるため、電流最大時点ｔ２の電流に限定されない。なお、６対の電極層２２３，２３３，２２４，２３４の電流の総量は、入射光が第１感度部分２１と第２感度部分２２との間の非電極層の溝に重ならないタイミングで測定した電流総量値であるのが好ましい。

そして、例えば光学レンズ５０の中心のＸＹ位置（座標）に対する光電変換素子２０Ａの中心のＸＹ位置（座標）が予め分かっていれば、演算部４０は、光学レンズ５０の中心のＸＹ位置（座標）と、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＸＹ位置（座標）とから、入射光の入射方向を求め、求めた入射光の入射方向とＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）とから、被写体の３次元の位置を検出する。

以上説明したように、本実施形態の光電変換装置１Ａでは、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１に入射する入射光の強度に応じた電流を生成する。光電変換素子２０Ａは、生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心のＸＹ位置（座標）に応じて、対向する２辺に配置された２対の電極層２２３，２３３に分配して出力する。
また、光電変換素子２０Ａは、第２感度部分２２に入射する入射光の強度に応じた電流を生成する。光電変換素子２０Ａは、生成した電流を、受光面（ＸＹ平面）における入射光の中心のＸＹ位置（座標）に応じて、対向する２辺に配置された４対の電極層２２４，２３４に分配して出力する。

これにより、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の電流および第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４の電流の総和として、入射光の強度（総量）に応じた電流を生成する。
また、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の各々に、受光面における入射光のＹ位置（座標）に応じた電流を生成する。また、光電変換素子２０Ａは、第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４の各々に、受光面における入射光のＹ位置（座標）に応じた電流を生成する。
また、光電変換素子２０Ａは、第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３の電流の総和として、入射光の密度に応じた電流、換言すれば入射光のスポットサイズに応じた電流を生成する。

スキャン制御部７０は、スキャンミラー６０を制御し、光電変換素子２０Ａの受光面において第１感度部分２１の帯状のパターンに交差する方向に入射光が往復するように、光電変換素子２０Ａの受光面に対して入射光をスキャンする。

演算部４０は、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３から出力された電流、および、光電変換素子２０Ａの第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４から出力された電流の総量に応じて、入射光の強度（総量）を演算して検出する。

また、演算部４０は、スキャン制御部７０により光電変換素子２０Ａの受光面に対して入射光をスキャンした際の、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１の２対の電極層２２３，２３３から出力された電流の時系列データ、および、第２感度部分２２の４対の電極層２２４，２３４から出力された電流の時系列データに基づいて、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＸＹ位置（座標）を演算して検出する。

また、演算部４０は、記憶部３０に記憶されたテーブルを参照して、図８Ａに示す例えば電流最大時点ｔ２での光電変換素子２０Ａの６対の電極層２２３，２３３，２２４，２３４から出力された電流の総量（すなわち、光電変換素子２０Ａの入射光の強度（総量））、および、図８Ａに示す電流最大時点ｔ２での光電変換素子２０Ａの２対の電極層２２３，２３３から出力された最大電流の総量（すなわち、光電変換素子２０Ａの高感度部分２１への入射光の強度）に対応した、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のスポットサイズ、および、被写体のＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）を求めて検出する。

そして、例えば光学レンズ５０の中心のＸＹ位置（座標）に対する光電変換素子２０Ａの中心のＸＹ位置（座標）が予め分かっていれば、演算部４０は、光学レンズ５０の中心のＸＹ位置（座標）と、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光のＸＹ位置（座標）とから、入射光の入射方向を求め、求めた入射光の入射方向とＺ方向（奥行き）の位置（すなわち、Ｚ方向の距離）とから、被写体の３次元の位置を検出する。

また、前記光電変換素子２０Ａは、前記第１感度部分２１から電流を出力する複数の第１電極２２３（２３３）と、前記第２感度部分２２から電流を出力する複数の第２電極２２４（２３４）とを備え、前記複数の第１電極２２３（２３３）および前記複数の第２電極２２４（２３４）は、前記光電変換素子２０Ａの前記第１感度領域の帯状のパターンの長手方向の２辺部に分離して配置されている。これにより、前記光電変換素子２０Ａの前記主面をＸＹ平面とし、前記ＸＹ平面に直行する方向をＺ方向とし、スキャン制御部（前記走査部）７０により前記第１感度領域の帯状のパターンの長手方向であるＹ方向に交差するＸ方向に走査する場合に、前記演算部４０は、スキャン制御部（前記走査部）７０による走査時の走査開始時点ｔ１から前記光電変換素子２０Ａの前記第１感度部分２２の最大出力電流時点ｔ２までの時間に基づいて、入射光の光源のＸ方向の位置を求め、前記光電変換素子２０Ａの前記２辺部の一方側の第１電極２２３（２３３）の出力電流と他方側の第１電極２２３（２３３）の出力電流との割合、または、前記光電変換素子２０Ａの前記２辺部の一方側の第２電極２２４（２３４）の出力電流と他方側の第２電極２２４（２３４）の出力電流との割合に基づいて、入射光の光源のＹ方向の位置を求め、前記光電変換素子２０Ａにおける入射光のスポットサイズに基づいて、入射光の光源のＺ方向の位置を求めることができる。

また、本実施形態の光電変換装置１Ａによれば、光電変換素子２０Ａの受光面における入射光の照射領域Ｒが第１感度部分２１から外れていても、スキャン制御部７０により光電変換素子２０Ａの受光面に対して入射光をスキャンすることにより、入射光を検出することができ、検出領域を実質的に拡大できる。

（第２実施形態の変形例）
本実施形態では、光電変換素子２０Ａの裏面側に順に形成されたパッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２が、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において分離されている形態を例示したが、これに限定されない。光電変換素子２０Ａは、受光面側および裏面側の少なくとも一方において、第１感度部分２１のパッシベーション層、導電型半導体層および透明電極層と、第２感度部分２２のパッシベーション層、導電型半導体層および透明電極層とが分離されている形態であってもよい。換言すれば、光電変換素子２０Ａの受光面側および裏面側の少なくとも一方に、第１感度部分２１（第１感度領域）の帯状のパターンが形成される形態であってもよい。

例えば、上述した本実施形態とは逆に、光電変換素子２０Ａの受光面側に、第１感度部分２１の帯状のパターンが形成される形態であってもよい。より具体的には、光電変換素子２０Ａの裏面側のパッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２は、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において連続しており、光電変換素子２０Ａの受光面側のパッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２は、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において分離されている形態であってもよい。
また、例えば、光電変換素子２０Ａの受光面側および裏面側に、第１感度部分２１の帯状のパターンが形成される形態であってもよい。より具体的には、光電変換素子２０Ａの受光面側のパッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２は、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において分離されており、光電変換素子２０Ａの裏面側のパッシベーション層２３０、ｎ型半導体層２３１および透明電極層２３２も、第１感度部分２１と第２感度部分２２との間において分離されている形態であってもよい。
この場合、受光面の光学特性（例えば、反射特性）は、別途調整されればよい。

また、光電変換素子２０Ａの第１感度部分２１と第２感度部分２２との間の部分には、透明電極層が形成されていてもよい。特に、光電変換素子２０Ａの受光面側のパッシベーション層２２０、ｐ型半導体層２２１および透明電極層２２２が分離されている場合に、透明電極層が形成されると、受光面側の光学特性（例えば、反射特性）が改善される。

また、本実施形態では、光電変換素子２０Ａにおいて、第１感度部分２１の第１感度領域として、受光面の中心を通り、Ｙ方向に延在する１本の帯状のパターンを例示したが、第１感度部分２１の第１感度領域は、Ｙ方向に延在する２本以上の帯状のパターンで形成されてもよい。

また、本実施形態では、スキャン制御部７０によりスキャンミラー６０を制御して入射光をスキャンすることにより、第２光電変換素子２０Ａの受光面に対して入射光を相対的にスキャンした。しかし、スキャン制御部７０により第２光電変換素子２０Ａを動かすことにより、第２光電変換素子２０Ａの受光面に対して入射光を相対的にスキャンしてもよい。その際、第２光電変換素子２０Ａは、主面に沿って平行移動されてもよいし、主面を傾けてもよいし、主面に沿って回転させてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、図２に示すようにヘテロ接合型の光電変換素子２０，２０Ａを例示したが、本発明の特徴は、ヘテロ接合型の光電変換素子に限らず、ホモ接合型の光電変換素子等の種々の光電変換素子に適用可能である。

また、本実施形態では、受光面側の導電型半導体層２２１としてｐ型半導体層を例示し、裏面側の導電型半導体層２３１としてｎ型半導体層を例示した。しかし、受光面側の導電型半導体層２２１が、アモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型半導体層であり、裏面側の導電型半導体層２３１が、アモルファスシリコン材料にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型半導体層であってもよい。

また、本実施形態では、半導体基板２１０としてｎ型半導体基板を例示したが、半導体基板２１０は、結晶シリコン材料にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型半導体基板であってもよい。

また、本実施形態では、結晶シリコン基板を有する光電変換素子を例示したが、これに限定されない。例えば、光電変換素子は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を有していてもよい。

１，１Ａ 光電変換装置
１０ 第１光電変換素子
２０ 第２光電変換素子
２０Ａ 光電変換素子
２１ 高感度部分、第１感度部分
２２ 低感度部分、第２感度部分
３０ 記憶部
４０ 演算部
５０ 光学レンズ
６０ スキャンミラー（走査部）
７０ スキャン制御部（走査部）
１１０ 半導体基板（光電変換基板）
１２０，１３０ パッシベーション層
１２１ ｐ型半導体層（第１導電型半導体層）
１２２，１３２ 透明電極層
１２３，１３３ 電極層
１３１ ｎ型半導体層（第２導電型半導体層）
２１０ 半導体基板（光電変換基板）
２２０，２３０ パッシベーション層
２２１ ｐ型半導体層（第１導電型半導体層）
２２２，２３２ 透明電極層
２２３，２３３ 電極層（第１電極）
２２４，２３４ 電極層（第２電極）
２３１ ｎ型半導体層（第２導電型半導体層）

Claims (17)

1. ２つの主面を備える光電変換基板を含み、第１感度部分と第２感度部分とを含む光電変換素子と、
   前記光電変換素子の前記主面に対して入射光を相対的に走査する走査部と、
   を備え、
   前記第１感度部分の前記主面に現れる感度領域を第１感度領域とし、前記第２感度部分の前記主面に現れる感度領域を第２感度領域とすると、前記第１感度領域は、
   前記走査部による走査時に、前記主面に入射する入射光の少なくとも一部を受光し、
   前記主面における入射光の照射される照射領域の増大につれて、前記照射領域における前記第２感度領域に対する前記第１感度領域の比率を小さくするパターンになっており、
   前記光電変換素子の前記第１感度領域は、前記主面において少なくとも１本の帯状のパターンを形成し、
   前記走査部は、前記帯状のパターンの長手方向に交差する方向に走査する、
   光電変換装置。
2. 前記光電変換素子の前記第１感度部分と前記第２感度部分とは、異なる光電変換特性を有する、請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記光電変換素子の前記光電変換基板は、単結晶シリコン材料を含み、
   前記光電変換素子は、
   前記光電変換基板の一方の前記主面側に形成された第１導電型半導体層と、
   前記光電変換基板の他方の前記主面側に形成された第２導電型半導体層と、
   を備える、請求項２に記載の光電変換装置。
4. 単結晶シリコン材料を含み、２つの主面を備える光電変換基板と、前記光電変換基板の一方の前記主面側に形成された第１導電型半導体層と、前記光電変換基板の他方の前記主面側に形成された第２導電型半導体層とを含み、異なる光電変換特性を有する第１感度部分と第２感度部分とを含む光電変換素子と、
   前記光電変換素子の前記主面に対して入射光を相対的に走査する走査部と、
   を備え、
   前記第１感度部分の前記主面に現れる感度領域を第１感度領域とし、前記第２感度部分の前記主面に現れる感度領域を第２感度領域とすると、前記第１感度領域は、
   前記走査部による走査時に、前記主面に入射する入射光の少なくとも一部を受光し、
   前記主面における入射光の照射される照射領域の増大につれて、前記照射領域における前記第２感度領域に対する前記第１感度領域の比率を小さくするパターンになっており、
   前記光電変換素子において、
   前記第２感度部分は、前記第１感度部分よりも低い光電変換特性を有し、
   前記第１感度部分における前記の両主面側には、パッシベーション層が形成されており、
   前記第２感度部分における前記の両主面側の少なくとも一方には、パッシベーション層が形成されていない、
   光電変換装置。
5. 前記光電変換素子において、
   前記主面のうち、受光する側の前記主面である受光面側の前記第１感度領域および前記第２感度領域には、前記パッシベーション層、前記第１導電型半導体層および透明電極層が順に形成されており、
   前記受光面の反対側の前記主面である裏面側の前記第１感度領域には、前記パッシベーション層、前記第２導電型半導体層および透明電極層が順に形成されており、
   前記裏面側の前記第２感度領域には、前記パッシベーション層、前記第２導電型半導体層および透明電極層が形成されていない、
   請求項４に記載の光電変換装置。
6. 前記光電変換素子において、
   前記主面のうち、受光する側の前記主面である受光面の反対側の前記主面である裏面側の前記第１感度領域および前記第２感度領域には、前記パッシベーション層、前記第２導電型半導体層および透明電極層が順に形成されており、
   前記受光面側の前記第１感度領域には、前記パッシベーション層、前記第１導電型半導体層および透明電極層が順に形成されており、
   前記受光面側の前記第２感度領域には、前記パッシベーション層、前記第１導電型半導体層および透明電極層が形成されていない、
   請求項４に記載の光電変換装置。
7. 入射光の上流側に配置された第１光電変換素子と、
   前記入射光の下流側に配置され、前記光電変換素子を第２光電変換素子と、
   して含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
8. 前記第１光電変換素子の出力電流、および、前記走査部による走査時の前記第２光電変換素子の最大出力電流に基づいて、前記第２光電変換素子における入射光のスポットサイズを演算する演算部を更に含む、請求項７に記載の光電変換装置。
9. 前記第２光電変換素子は、電流を出力する複数の電極を備え、
   前記複数の電極は、前記第２光電変換素子の前記第１感度領域の帯状のパターンの長手方向の２辺部に分離して配置されている、
   請求項８に記載の光電変換装置。
10. ２つの主面を備える光電変換基板を含み、第１感度部分と第２感度部分とを含む光電変換素子と、
    前記光電変換素子の前記主面に対して入射光を相対的に走査する走査部と、
    を備え、
    前記第１感度部分の前記主面に現れる感度領域を第１感度領域とし、前記第２感度部分の前記主面に現れる感度領域を第２感度領域とすると、前記第１感度領域は、
    前記走査部による走査時に、前記主面に入射する入射光の少なくとも一部を受光し、
    前記主面における入射光の照射される照射領域の増大につれて、前記照射領域における前記第２感度領域に対する前記第１感度領域の比率を小さくするパターンになっており、
    前記光電変換素子の前記第１感度部分と前記第２感度部分とは、分離されている、
    光電変換装置。
11. 前記光電変換素子の前記光電変換基板は、単結晶シリコン材料を含み、
    前記光電変換素子は、
    前記光電変換基板の一方の前記主面側に形成された第１導電型半導体層と、
    前記光電変換基板の他方の前記主面側に形成された第２導電型半導体層と、
    を備える、請求項１０に記載の光電変換装置。
12. 前記光電変換素子の前記光電変換基板の前記の両主面側の少なくとも一方において、前記第１感度領域に形成された前記第１導電型半導体層または前記第２導電型半導体層と、前記第２感度領域に形成された前記第１導電型半導体層または前記第２導電型半導体層とは、分離されている、
    請求項１１に記載の光電変換装置。
13. 前記光電変換素子において、
    前記主面のうち、受光する側の前記主面である受光面側に順に形成されたパッシベーション層、前記第１導電型半導体層および透明電極層は、前記第１感度領域と前記第２感度領域との間において連続しており、
    前記受光面の反対側の前記主面である裏面側に順に形成されたパッシベーション層、前記第２導電型半導体層および透明電極層は、前記第１感度領域と前記第２感度領域との間において分離されている、
    請求項１２に記載の光電変換装置。
14. 前記光電変換素子において、
    前記主面のうち、受光する側の前記主面である受光面側に順に形成されたパッシベーション層、前記第１導電型半導体層および透明電極層は、前記第１感度領域と前記第２感度領域との間において分離されており、
    前記受光面の反対側の前記主面である裏面側に順に形成されたパッシベーション層、前記第２導電型半導体層および透明電極層は、前記第１感度領域と前記第２感度領域との間において連続している、
    請求項１２に記載の光電変換装置。
15. 入射光の上流側に配置された光学レンズを更に含み、
    前記光電変換素子は、前記入射光の下流側に配置される、
    請求項１０～１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
16. 前記走査部による走査時の前記光電変換素子における前記第１感度部分の出力電流および前記第２感度部分の最大出力電流に基づいて、前記光電変換素子における入射光のスポットサイズを演算する演算部を更に含む、請求項１５に記載の光電変換装置。
17. 前記光電変換素子は、
    前記第１感度部分から電流を出力する複数の第１電極と、
    前記第２感度部分から電流を出力する複数の第２電極と、
    を備え、
    前記複数の第１電極および前記複数の第２電極は、前記光電変換素子の前記第１感度領域の帯状のパターンの長手方向の２辺部に分離して配置されている、
    請求項１６に記載の光電変換装置。

Images