JPH04111480A

JPH04111480A - ２次元光位置検出器

Info

Publication number: JPH04111480A
Application number: JP2230204A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Tomita; 俊彦富田; Hitoshi Tanaka; 均田中; Tatsumi Yamanaka; 辰己山中; Yukio Inose; 伊野瀬　幸男
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-13
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JP2972303B2

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、第１導電型半導体基板の受光部の表面に第
２導電型不純物をドープさせて抵抗部を形成し、この受
光部に被測定物からの光が光点として入射されたときに
当該抵抗部を通過した光電流に基づき、上記受光部にお
ける光点の位置を検出する２次元光位置検出器に関する
。

〔゛従来の技術〕

第４図は従来の２次元光位置検出器を示す斜視図である
。同図（ａ）はＮ型半導体基板１の表面へ矩形状にＰ型
不純物をドープして受光部２を形成し、この受光部２の
各端辺に信号取出電極３を取り付けたものである。

同図（ｂ）はＮ型半導体基板ｌの表面へ矩形状にＰ型不
純物をドープして受光部２を形成し、この受光部２の対
向する端辺に信号取出電極３を取り付けており、さらに
、Ｎ型半導体基板１の裏面へ矩形状にＮ型不純物をドー
プし、表面に取り付けた信号取出電極３と直交する方向
に信号取出電極４を配置したものである。

同図（ｃ）はＮ型半導体基板１の表面に菱形状にＰ型不
純物をドープして菱形受光部５を形成し、この菱形受光
部５の各辺に沿ってＰ型線抵抗部６を形成し、さらに、
Ｐ型線抵抗部６の各交差点に信号取出電極７を取り付け
たものである。

同図（ｄ）はＰ型半導体基板８上にＮ型のエピタキシャ
ル成長層９を形成し、このエピタキシャル成長層９の表
面に矩形状にＰ型不純物をドープして受光部１０を形成
し、この受光部１０の内側で対向する端辺に信号取出電
極１１を取り付け、さらに、それと直交する方向に受光
部１０の外側で対向する端辺に信号取出電極１２を取り
付けたものである（特開平１−２７６７７８）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、同図（ａ）に示す２次元光位置検出器は受光部
２内に形成される電界が４方向の信号取出電極３に向か
うことになるので、電界は一様にならず、光の入射位置
により発生する電荷の移動速度に差が生じ、位置検出誤
差が非常に大きくなるという欠点がある。

また、同図（ｂ）に示す２次元光位置検出器によると、
受光部２内の電界は一様になるが、Ｎ型半導体基板１の
両側に位置検出素子としての動作層が存在する為、装置
の製作が困難である。さらに、信号取出電極４間の抵抗
を大きくすることができないという問題がある。

また、同図（ｃ）に示す２次元光位置検出器によると、
菱形受光部５の面抵抗とＰ型線抵抗部６を精度良く一定
の関係にしなければならず、精度の高い製作が必要であ
る。また、信号取出電極７間の抵抗を大きくできないと
いう問題がある。

さらに、同図（ｄ）に示す２次元光位置検出器はエピタ
キシャル成長層９の抵抗が信号取出電極１２の間の抵抗
となる為にバラツキが大きくなり、また、電極間抵抗も
あまり大きくすることができないという問題がある。

そこで本発明は、位置検出誤差が少なく、電極間の抵抗
を大きくすることができる２次元光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、この発明は第１導電型（例え
ばＮ型）半導体基板の受光部の表面に第２導電型（例え
ばＰ型）不純物をドープさせて半導体層を形成し、受光
部に被測定物がらの光が光点として入射されたときに上
記半導体層を通過した光電流に基づき、受光部における
光点の位置を検出する２次元光位置検出器において、上
記半導体層が、一定方向（例えばＸ方向）に所定間隔で
配置された複数の第１抵抗部と、上記第１抵抗部の間に
配置された複数の導電部とを少なくとも含んで構成され
、さらに、上記複数の第１抵抗部の両端に共通接続され
た１対の第１信号取出電極と、上記導電部がその配置間
隔に比例して接続された第２抵抗部と、上記第２抵抗部
の両端に接続された１対の第２信号取出電極とを含んで
構成されている。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、受光部
に入射した光により発生した光電流は入射位置により定
まる距離（抵抗値）の第１抵抗部を通過した後で１対の
第１信号取出電極から分割出力される。ここで第１抵抗
部は一定方向に延在しており、光電流は光点の入射位置
に応じた所定距離の抵抗部を通過するので、光電流は信
号取出電極までの抵抗値に逆比例して分割される。その
為、信号取出電極から取り出された電流に基づく公知の
演算により、例えばＸ方向における光点の位置を特定す
ることができる。

同様に、受光部に入射した光は一定方向に延びた導電部
により集められ、光電流として入射位置により定まる距
離（抵抗値）の第２抵抗部を通過した後で１対の第２信
号取出電極から分割出力される。そのため、第２信号取
出電極から出力された電流値に基づく公知の演算により
、例えばＹ方向における光点の位置を特定することがで
きる。

したがって、光点の入射位置がＸ方向およびＹ方向で特
定されるので、光点の受光部における２次元位置が特定
される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例に係る２次元光位置検出器を
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図は櫛形縞状パターンとストライプ形縞状パターン
を利用した２次元光位置検出器を示す斜視図、第２図は
その平面図（同図（ａ））および断面構造を示す部分断
面図（同図（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ））を示すものである
。ここで、同図（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図、同図（ｃ）
はＢ−Ｂ’線断面図、同図（ｄ）はｃ−ｃ’線断面図で
ある。

この２次元光位置検出器は櫛形縞状パターン１３とスト
ライプ形縞状パターン１４を第１図で示すように組み合
わせて構成されている。櫛形縞状パターン１３は、その
槌部となる分岐導電部１３ｃと、これらの一端部に接続
されたＰ型基幹抵抗部１３ｒ１さらにＰ型基幹抵抗部１
３ｒの両端に接続された信号取出電極１３ｅを備えて構
成されている。分岐導電部１３ｃは、第２図（ｂ）に示
すように、Ｎ型半導体基板１の内部に所定間隔て形成さ
れており、分岐導電部１３ｃおよびＮ型半導体基板１の
表面には絶縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５は半
導体酸化膜などの透明な材料で形成されているので、Ｎ
型半導体基板１への光の入射は妨げられない。その為、
信号取出電極１３ｅからは、光の入射位置に応じた光電
流がそれぞれの電極から分割出力され、これらの出力値
に基づき、光のＸ方向の位置を特定できる。なお、Ｐ型
基幹抵抗部１３ｒの長さと幅の比を１００程度以上に設
定することができるので、電極間を高抵抗化することが
できる。

一方、ストライブ形縞状パターン１４は、Ｘ方向に延び
た一対のＡＩ等の信号取出電極１４ｅ、これらの信号取
出電極１４ｅの間にストライプ状に配置された複数のＰ
型抵抗部１４ｒで構成されている。Ｐ型抵抗部１４ｒは
、第２図（ｄ）で示すように、分岐導電部１３ｃの間に
所定間隔で半導体基板１の内部に形成されている。前述
した分岐導電部１３ｃおよびＰ型抵抗部１４ｒは、Ｐ型
不純物をドープすることにより形成することができる。

また、信号取出電極１４ｅは絶縁膜１５上にＡ１等で形
成され、第２図（Ｃ）に示すように、コンタクトホール
１５ｈを介してＰ型抵抗部１４ｒに接続されているので
、Ｐ型分岐導電部１３ｃと信号取出電極１４ｅとの間で
リーク電流を発生することはない。受光部に光点として
入射した光は光電流となってＰ型抵抗部１４ｒに流れ、
信号取出電極１４ｅから分割出力される。光の入射位置
によって光電流がＰ型抵抗部１４ｒを通過する距離は異
なるので、これらの出力値に基づき、光のＹ方向の位置
が特定される。なお、Ｐ型抵抗部１４ｒの長さと幅の比
は５程度以上に設定することができる。

この実施例は以上説明したように構成されているので、
Ｘ方向の座標位置はＰ型基幹抵抗部１３ｒを介して信号
取出電極１３ｅから分割出力された電流値により特定で
きる。また、Ｙ方向の座標位置はＰ型抵抗部１４ｒを介
して信号取出電極１４ｅから分割出力された電流値によ
り特定できる。したがって、これらの電流値により、受
光部における光スポットの入射位置を平面的に特定する
ことができる。

なお、これらの電極から得られた信号電流を処理する信
号処理回路は公知なので説明は省略する。

次に、第３図に基づき、本発明の他の実施例に係る２次
元光位置検出器を説明する。同図（ａ）は第１図に示す
ストライプ形縞状パターン１４にクランク形パターン１
６　（１６ｅ、　　１６　ｒを含めたもの）を組み合わ
せたものである。クランク形パターン１６はクランク状
にＸ方向およびＹ方向に連続して延在した均一な半導体
層で形成された抵抗部１６ｒを備え、ストライプ形縞状
パターン１４の抵抗部１４ｒはクランク形パターン１６
の抵抗部１６ｒの間に配置されている。

抵抗部１４ｒと抵抗部１６ｒはＮ型半導体基板にＰ型不
純物をドープすることにより形成される。

抵抗部１４ｒと抵抗部１６ｒを形成した後、その表面を
絶縁膜で覆い、その表面に信号取出電極１４ｅ、１６ｅ
が形成される。なお、前述したように、信号取出電極１
４ｅ、１６ｅはコンタクトホールを介して抵抗部１４ｒ
、１６ｒに接続されている。

受光部に入射した光スポットの平面座標位置は、Ｘ方向
に配置された抵抗部１４「と、Ｙ方向に延在した抵抗部
１６ｒをそれぞれ通過する光電流をそれぞれの信号取出
電極１４ｅ、１６ｅから分割出力された出力値に基づく
公知の演算により特定できる。

同図（ｂ）は第１図に示す櫛形縞状パターン１３に変形
ストライプ型パターン１７（１７ｅ。

１７ｒを含めたもの）を組み合わせたものである。

変形ストライプ型パターン１７は第１図に示す抵抗部１
４ｒをクランク状に変形したクランク形抵抗部１７ｒを
備えている。このクランク形抵抗部１７ｒは連続した均
一な半導体層で形成されており、櫛形縞状パターン１３
の導電部１３ｃの間に配置されている。ここで、抵抗部
］−３ｒ、導電部１３Ｃおよびクランク形抵抗部１７ｒ
はＰ型不純物をＮ型半導体基板上にドープして形成され
てお・す、信号取出電極１３ｅ、１７ｅは、前述したよ
うに、コンタクトホールを介して、それぞれ抵抗部１３
ｒ１クランク形抵抗部１７ｒに接続されている。

受光部に入射した光スポットの平面座標位置はＸ方向に
延在する基幹抵抗部１３ｒとＹ方向に配置されたクラン
ク形抵抗部１７「を通過する光電流をそれぞれの電極か
ら分割出力された出力値に基づく公知の演算により特定
できる。

ここで、同図（ａ）および同図（ｂ）において、クラン
ク形抵抗部１６ｒ、１７ｒは均一抵抗体で形成されてい
るが、Ｙ方向の構成部とＸ方向構成部に分けて、いずれ
か一方を高抵抗体、他方を低抵抗体で構成してもよい。

同図（Ｃ）は扇状ストライブ形パターン１８（１８ｅ、
１８ｒを含めたもの）と扇状櫛形パターン１９　（１９
ｃ、　　１９　ｅ、　　１９　ｒを含めたもの）を組み
合わせて構成されている。扇状ストライブ形パターン１
８は２重円状に配置された信号取出電極１８ｅに、複数
の抵抗部１８ｒが半径方向に接続されている。また、扇
状櫛形パターン１９は円周方向に配置された抵抗部１９
ｒに、放射状に延びた複数の集電用の導電部１９ｃが接
続されている。この場合、受光部に入射した光スポット
の位置は半径方向および円周方向に配置された抵抗部１
８　ｒ　ｓ　１９　ｒを通過した後に各信号取出電極１
８　ｅ　ｓ　１９　ｅから分割出力される出力値により
特定することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
多種多様の変形が可能である。例えば、縞状パターンと
しては、第１図に示す導電部１３ｃの間に配置される抵
抗部１４ｒを１本でなく複数本にしてもよい。

また、上記実施例ではＮ型半導体基板上に光位置検出器
を形成しているが、Ｎ型半導体基板の表面にＮ型不純物
を高濃度で堆積させて形成されたＮ＋型エピタキシャル
層上に形成してもよい。

さらに、上記実施例ではＰ型基幹抵抗部としてＰ型不純
物をドープした不純物層を用いているが、半導体基板と
してＰ型を用いて不純物をＮ型、あるいはＰ型基幹抵抗
部として高抵抗金属薄膜を用いて構成してもよい。

〔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、
電極間の電界が一様になり、２次元光位置検出器におけ
る位置検出誤差を小さくすることができる。

また、電極間抵抗を高抵抗にできる為、入射光量が小さ
くなっても、スポット位置を検出することができる。

さらに、Ｘ方向とＹ方向がそれぞれ独立している為、演
算回路系との接続が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る２次元光位置検出器の
構成を示す斜視図、第２図は第１図に示す半導体基板上
に形成された櫛形縞状パターンおよびストライブ形縞状
パターンの断面構造例を示す断面構造例、第３図は本発
明の他の実施例に係る２次元光位置検出器の抵抗部およ
び導電部のパターン例を示す平面図、第４図は従来技術
に係る２次元光位置検出器の構成を示す斜視図である。１・・・Ｎ型半導体基板、２．１０・・・受光部、３．
４．７．１１．１２・・・信号取出電極、５・・・菱形
受光部、６・・・Ｐ型線抵抗部、８・・・Ｐ型半導体基
板、９・・・Ｎ型エピタキシャル成長層、１３・・・櫛
形縞状パターン、１４・・・ストライプ形縞状パターン
、１５・・・絶縁膜、１６・・・クランク形パターン、
１７・・・変形ストライプ形パターン、１８・・・扇状
ストライブ形パターン、１９・・・扇状櫛形パターン。代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　　山　　　　１）　　　灯　　　　−（ａ）（ｂ）ｌ＃面構迭例第２図第１図（ａ）（Ｃ）徒条技く第４図（ｂ）（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】１、第１導電型半導体基板の受光部の表面に第２導電型
不純物をドープさせて半導体層を形成し、前記受光部に
光が光点として入射されたときの光電流に基づき、前記
受光部における光点の位置を検出する２次元光位置検出
器において、前記半導体層が、一定方向に所定間隔で配
置された複数の第１抵抗部と、前記第１抵抗部の間に配
置された複数の導電部とを少なくとも含んで構成され、さらに、前記複数の第１抵抗部の両端に共通接続された
１対の第１信号取出電極と、前記複数の導電部がその配
置間隔に比例して接続された第２抵抗部と、前記第２抵
抗部の両端に接続された１対の第２信号取出電極とを含
んで構成されている２次元光位置検出器。２、前記第２抵抗部が複数の分断抵抗片で構成され、こ
れらの分断抵抗片が交互に前記導電部と接続されてクラ
ンク形状を構成していることを特徴とする請求項１記載
の２次元光位置検出器。３、前記分断抵抗片および前記導電部が同一半導体層で
形成されていることを特徴とする請求項２記載の２次元
光位置検出器。