JPH01266770A

JPH01266770A - 半導体位置検出器

Info

Publication number: JPH01266770A
Application number: JP63094906A
Authority: JP
Inventors: Chiyoharu Horiguchi; 千代春堀口
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1988-04-18
Publication date: 1989-10-24
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPH0620160B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、位置検出用受光セルを備えた半導体位置検
出器に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は、従来の半導体位置検出器を示すものである（
特開昭６２−１２３７８４）。同図（ａ）は、光の入射
方向からみた平面図であり、同図（ｂ）は、その位置演
算出力特性を示すものである。この半導体位置検出器は
、第１受光部１及び第２受光部２が分離層３によりくさ
び形に分離されている。第１受光部１には電極４がオー
ミック接合されており、第２受光部２には電極５がオー
ミック接合されている。また、Ｃは有効位置検出距離を
示すものである。これらの受光部に幅の十分狭い縦長の
スリット光を照射すると、電極４．５からは照射光の強
度に応じて受光部１．２上での照射面積の比率に比例し
た光電流Ｉ　　ＳＩ　　がＡＢ得られる。これらの光電流１　　、Ｉ　　において、＾
　　Ｂスリット光を電極５から電極４の位置へ移動させると、
位置演算出力（−（■い−ＩＢ）／（ＩＡ＋ＩＢ）・・
・（１））はスリット光の移動量に対して線形的に変化
する（第４図（ｂ））。従って、位置演算出力値を算出
することにより、有効位置検出距離Ｃの範囲でスリット
光の位置を検出することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の半導体位置検出器によると、例え
ば全方向移動台車の定点停止位置検知位置（特開昭６Ｏ
−８１６１０）のように、移動距離があり高い定点停止
精度が要求される場合には、広い範囲を検出できる位置
検出器と、狭い範囲を高分解能で検出できる位置検出器
とが必要になり、複数の光学系や信号処理回路等の部品
点数が多くなることから位置が大型化、複雑化するとい
う欠点があった。

そこでこの発明は、広い範囲を検出できると共に、その
中の所望の狭い範囲を高分解能で検出できる位置検出器
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、この発明は位置検出用の受光
セルを備えた半導体位置検出器において、受光セルが分
離層を介して隣接する第１受光部及び第２受光部を含ん
で構成されており、分離層が位置検出の方向に対して急
傾斜の領域と緩傾斜の領域を含むように配設されている
ことを特徴とする。

この場合、受光セルの形状を位置検出の方向へ互いに入
り組ませた櫛形構造に構成してもよい。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、非線形
的に配設された分離層により、位置検出の方向と直交す
る方向において、第１受光部と第２受光部とが占める比
率は全体的に非線形的に変化する。

例えば、縦長のスリット光を受光セルに照射すると、照
射光強度に応じて受光セル上での照射面積の比率に比例
した光電流が流れるので、位置演算出力特性は非線形的
になり急傾斜領域と緩傾斜領域が存在する。

その為、所定の範囲を高分解能で検出できると共に、従
来技術より広い範囲を検出することができる。

〔実施例〕

以下、この発明に係る半導体位置検出器の一実施例を添
付図面に基づき説明する。なお、説明において同一要素
には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

第１図は、この発明に係る半導体位置検出器の一実施例
を示すものである。第１受光部６及び第２受光部７は、
電極８．９間に位置する矩形内に形成されており、分離
層１０により分割されている。分離層１０は、位置検出
の方向へ移動するにつれて傾斜が緩やかな領域Ａ、急な
領域Ｂ１緩やかな領域Ａにより構成されているので、第
１受光部６及び第２受光部７は、それぞれ９０度を１角
とする５角形になるように、分割層１０により分割され
ている。第１受光部６及び第２受光部７は、それぞれ電
極８．９とオーミック接合されており、その外側にはア
ルミ蒸着等による遮光膜１１が形成されている。

幅の狭いスリット光が上記受光セル上に照射され、光電
変換により得られる光電流をＩ　、電極８．９から得ら
れる光電流をＩ　　、Ｉ　　とすれば、ＡＢ ■Ａ％ＩＢはスリット光照射部１２の面積比に対応する
。すなわち、スリット光照射部１２の幅をΔＷ１第１受
光部６及び第２受光部７のスリット光照射部１２の幅を
それぞれＷ　ＳＷｂとすれば、ＩＡ−（ΔＷＸＷａｘＩ
ｏ）／（ΔＷＸＷ）−（Ｗ　　ｘ　Ｉ　　）　／　（Ｗ
　　＋Ｗｂ＋Ｗ、　）ａＯａ・・・　（２）となる。

ところで、分離層１０の幅Ｗ　はＷ　ＳＷｂにａ対し極めて小さいので、上式は以下のように近似するこ
とができる。

１　−（Ｗ　　ＸＩｏ）／（Ｗ、＋Ｗｂ）・　（３）Ａ
　　　　　ａ同様に、より一（ＷＢ×工０）／（Ｗ、＋Ｗｂ）・・・（４）と
なり、従って、位置演算出力は以下のようになる。

（■＾−ＩＢ）／　（ＩＡ＋ＩＢ）− （Ｗ　　−Ｗ　　）／　（ＷＡ＋ＷＢ）・・・（５）Ｂこのように、（５）式から入射光強度に対応する光電流
■ｏの項がなくなるので、スリット光の位置演算出力は
入射光強度に依存されることのない位置情報を得ること
ができる。

この実施例においては、受光セル中心領域Ｃ１でスリッ
ト光の移動に対するＷ　及びＷ、の変化率が大きくなっ
ており、この範囲における位置検出感度が高くなってい
る。また、受光セル中心位置からスリット光までの距離
をＸとすれば、スリット光が（−Ｃ／２）から（−Ｃ１
／２）　、または（＋ＣＩ／２）から（＋Ｃ／２）の範
囲にある時、スリット光の移動に対するＷ　及びＷｂの
変化率が小さくなっており、この範囲における位置検出
感度が低くなっている。

従来技術の半導体位置検出器であれば、位置検出感度を
高くすると全体の長さはＣ′になり、位置検出範囲が非
常に狭くなってしまう。これに対して、この実施例では
（−Ｃ／２）から（−ＣＩ／２）までの領域と、（＋Ｃ
１／２）から（＋Ｃ／２）までの領域におけるＷ　及び
Ｗｂの変化率を小さくすることにより、全体の位置検出
領域の長さはＣになり、位置検出範囲を拡大することが
できる。

さらに、受光セルの形状が複雑ではなく、分層層を形成
することが簡単なので、製造が容易になり製造コストの
低廉化が図れる。

第１図（ｂ）は、上記半導体位置検出器の断ＩＬ】構造
を示すものである。第１受光部６及び第２受光部７は、
それぞれＰ層で形成されており、分１４層１０により分
割されて高抵抗シリコン基板１３の上面に構成されてい
る。第１受光部６には電極８がオーミック接合されでお
り、第２受光部７には電極９がオーミック接合されてい
る。その上層には、絶縁性の表面保護層１４が形成され
ており、さらに、その上には透明の導電性シールド膜１
５が形成されている。一方、第１受光部６及び第２受光
部７が形成されている高抵抗シリコン基板１３の下面に
は、高濃度の８層１６が形成されており、これに共通電
極１７がオーミック接合されている。さらに、第１受光
部６及び第２受光部７の外側には、ＡＩ蒸着等による遮
光膜１１が形成されており、不必要な光が受光セルに入
射しないようになっている。

第２図は、この発明に係る半導体位置検出器の第２の実
施例を示すものである。上記実施例と異なるのは、同一
形状の受光セルを複数配列している点である。第１受光
部１８、第２受光部１９は、それぞれ互いに入り組んだ
櫛形形状に形成されており、個々の先端部は３段階で先
細になっている。

従って、位置検出の方向へ照射光が移動するにつれて、
各位置における第１受光部１８と第２受光部１９の面積
比率は３段階に変化する。

なお、第１受光部１８及び第２受光部１９は、それぞれ
電極２０．２１とオーミック接合されており、分離層２
２の両端は電極２３．２４とオーミック接合されている
。これらの電極２３．２４は、接続回路（図示せず）の
グランドに接地されている。また、第１受光部１８及び
第２受光部１９の外側にはＡ１蒸着等により遮光膜２５
が形成されている。

共通電極に逆バイアス電圧を印加し、第１受光部１８及
び第２受光部１９にスリット光を入射する。電極２０．
２１から得られる光電流を接続回路に入力し増幅した後
、位置演算処理がなされる。

第２図（ｂ）は、その位置演算出力特性を示すものであ
る。この実施例では、位置検出の方向をＸ軸とし中心を
原点としたとき、（−Ｃ／２）から（−Ｃ，／２）まで
の領域と、（＋ｃ１／２）から（＋Ｃ／２）までの領域
においては低感度で（Ｗ　及びＷｂの変化率を小さく）
構成し、（−Ｃ，／２）から（＋Ｃ１／２）までの領域
においては高感度で（Ｗ　及びＷ、の変化率を太きく）
構成しており、全体の位置検出領域の長さＣに対して、
高分解能領域Ｃ１を１／３以下になるように構成されて
いる。このように、３段階で感度を設定することにより
、位置検出□範囲を従来技術より拡大することができ、
また、Ｃ１領域の感度を著しく向上させることができる
。

この実施例では、櫛形受光セルを使用しているので、照
射光はスリット形に限定されることなくあらゆる形状の
ものが使用できるという点でメリットがあり、特に位置
決め制御用として応用されるとき等に有用である。

第３図は、この発明に係る半導体位置検出器の第３の実
施例を示すものである。同図（ａ）は、その平面図、同
図（ｂ）はその位置演算出力特性を示すものである。上
記実施例と異なるのは、高感度領域を両側に設けている
点であり、（−Ｃ／２）から（−Ｃ１／２）までの領域
と、（＋Ｃ，／２）から（＋Ｃ／２）までの領域におい
ては高感度で（Ｗ　及びＷ、の変化率を大きく）構成し
、（−Ｃ／２）から（＋Ｃ１／２）まで■ の領域においては低感度で（Ｗ　及びＷｂの変化率を小
さく）構成している点である。この様な位置検出感度特
性をもった半導体位置検出器は、機械又は人間の作業領
域において、安全動作領域（Ｃ）と危険動作領域（Ｃ−
Ｃ，）との判定位置置として応用するとき等に有用である。なお、他の構成
は上記実施例と本質的に変わらないので説明を省略する
。

なお上記実施例では、高感度領域が１つ、低感度領域が
２つの半導体位置検出器で説明したが、受光セルにおけ
る高感度領域及び低感度領域の数、配置、長さはこれら
のものに限定されるものではない。重要なことは、位置
検出の方向において少なくとも高感度領域と低感度領域
が存在する点である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
一つの位置で広い範囲を検出できると共に、その中の所
望の狭い範囲を高分解能で検出することができる。この
為、複数の光学系、信号処理回路等が不要になり、位置
の小型化、製品コストの低廉化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る半導体位置検出器の一実施例
を示す構造図、第２図は、この発明に係る半導体位置検
出器の第２の実施例を示す説明図、第３図は、この発明
に係る半導体位置検出器の第３の実施例を示す説明図、
第４図は、従来技術に係る半導体位置検出器を示す説明
図である。１．６．１８・・・第１受光部２．７．１９・・・第２受光部３．１０．２２・・・分離層４．５．８．９．２０．２１・・・電極２３．２４・・
・電極（分離層）１１．２５・・・遮光膜１２・・・光照射部１３・・・高抵抗シリコン基板１４・・・表面保護層］５・・・導電性シールド膜１６・・・高濃度のＮ層１７・・・共通電極

Claims

【特許請求の範囲】１、位置検出用の受光セルを備えた半導体位置検出器に
おいて、前記受光セルが、分離層を介して隣接する第１受光部及
び第２受光部を含んで構成されており、前記分離層が、
位置検出の方向に対して急傾斜の領域と緩傾斜の領域を
含むように配設されていることを特徴とする半導体位置
検出器。２、前記第１受光部及び第２受光部が、前記位置検出の
方向と直交する方向において、交互に複数存在する請求
項１記載の半導体位置検出器。３、前記第１受光部及び第２受光部が、保護膜で覆われ
、当該保護膜が透明導電膜で覆われている請求項１記載
の半導体位置検出器。４、前記第１受光部及び第２受光部以外の表面が、遮光
膜で覆われている請求項１記載の半導体位置検出器。