JPH04320917A - Semiconductor optical rotation angle sensor - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の光電効果に基
づいて回転角を検出する半導体光回転角センサに関する
。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical rotation angle sensor that detects a rotation angle based on the photoelectric effect of a semiconductor.
【0002】0002
【従来の技術】図16は従来の半導体光回転角センサの
一例を示す図である(Y.Z.Xing, Senso
rs and Actuators, 7 (1985
) pp.153〜166)。図において、1はn型シ
リコン基板、2はこの基板1上にリング状に形成された
p型拡散層であり、この拡散層2は、拡散層2自体があ
る程度の抵抗を有するようにその不純物濃度が設定され
ており、また、外部から照射される光に対して光電流が
得やすい深さに形成されている。3はAl(アルミニウ
ム)の細線からなる電極部であり、拡散層2をその径方
向に横切るように4ヵ所形成されている。4は例えばH
e−Neレーザ光からなる光束であり、図示されない光
源から拡散層2に向けて照射される。この光束4は、検
出すべき回転角に応じて、図16の破線に示すように拡
散層2上を円軌道を描いて回転移動する。なお、n型基
板1は接地されており、電極部3は負の同一電位にバイ
アスされている。[Prior Art] FIG. 16 is a diagram showing an example of a conventional semiconductor optical rotation angle sensor (Y.Z.Xing, Senso
rs and Actuators, 7 (1985
) pp. 153-166). In the figure, 1 is an n-type silicon substrate, 2 is a p-type diffusion layer formed in a ring shape on this substrate 1, and this diffusion layer 2 is doped with impurities so that the diffusion layer 2 itself has a certain degree of resistance. The concentration is set, and the depth is such that it is easy to obtain a photocurrent against light irradiated from the outside. Reference numeral 3 designates electrode portions made of fine wires of Al (aluminum), which are formed at four locations across the diffusion layer 2 in its radial direction. For example, 4 is H
This is a light beam consisting of an e-Ne laser beam, and is irradiated toward the diffusion layer 2 from a light source (not shown). This light beam 4 rotates on the diffusion layer 2 in a circular orbit as shown by the broken line in FIG. 16, depending on the rotation angle to be detected. Note that the n-type substrate 1 is grounded, and the electrode portion 3 is biased to the same negative potential.
【0003】次に、この半導体光回転角センサの動作に
ついて説明する。図示されない光源から検出すべき回転
角に応じた位置に光束4が照射されると、この光束4が
照射された部分のn型基板1中に電子−正孔対が発生し
、p型拡散層2に光電流(光により励起された正孔)が
流れる。この光電流は、光束4が照射された位置に最も
近い2つの電極部3に分流され、外部に取り出される。
ここで、p型拡散層2は抵抗性であるため、光束4の照
射された位置に応じた電流値をもって光電流が2つの電
極部3に分流される。従って、それぞれの電極部3から
得られる電流値は光束4の位置により一定の関係をもっ
て変化するため、この出力電流から逆に光束4の位置、
ひいては回転角を検出することができる。Next, the operation of this semiconductor optical rotation angle sensor will be explained. When a light beam 4 is irradiated from a light source (not shown) to a position corresponding to the rotation angle to be detected, electron-hole pairs are generated in the n-type substrate 1 in the portion irradiated with the light beam 4, and the p-type diffusion layer A photocurrent (holes excited by light) flows through 2. This photocurrent is shunted to the two electrode parts 3 closest to the position irradiated with the light beam 4 and taken out to the outside. Here, since the p-type diffusion layer 2 is resistive, the photocurrent is divided into the two electrode parts 3 with a current value depending on the position irradiated with the luminous flux 4. Therefore, since the current value obtained from each electrode part 3 changes in a certain relationship depending on the position of the luminous flux 4, based on this output current, the position of the luminous flux 4,
As a result, the rotation angle can be detected.
【0004】図17は、光束4の照射位置(回転角φ)
と各電極部3(i=1〜4)から取り出された電流との
関係の実測値を示す図である。電流が検出された電極部
3およびその電極部3の電流から光束4の照射位置は一
意的に定まるため、4つの電極部3の電流値を全て用い
れば光束4の照射位置を求められることが理解できる。FIG. 17 shows the irradiation position (rotation angle φ) of the light beam 4.
FIG. 4 is a diagram showing actually measured values of the relationship between the current and the current taken out from each electrode part 3 (i=1 to 4). Since the irradiation position of the luminous flux 4 is uniquely determined from the electrode part 3 where the current is detected and the current of the electrode part 3, the irradiation position of the luminous flux 4 can be determined by using all the current values of the four electrode parts 3. It can be understood.
【0005】図16に示した半導体光回転角センサは、
従来から使用されている1次元PSD(Positio
n Sensitive Detector)を応用し
たもので、いわばPSDを円弧状に形成してこれを4個
並べたものと等価であると考えられる。The semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIG.
One-dimensional PSD (Position
It is considered to be equivalent to forming a PSD in an arc shape and arranging four PSDs.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体光回転角センサは、p型拡散層2を電極部3によ
り4分割し、これら電極部3から光電流を取り出す構成
になっているので、電極部3の数が多く、しかも電極部
3から取り出した電流は直接回転角を表す信号になって
いないため、回転角を演算する演算回路が必要であると
ともに、この演算回路を通すことにより検出された回転
角に誤差が生じるおそれがある、という問題があった。
また、電極部3はp型拡散層2を横切る構成になってい
るので、この電極部3周辺に光束4が照射されると所定
の光電流が得られず、出力に誤差が生じるおそれがある
、という問題もあった。However, the conventional semiconductor optical rotation angle sensor has a structure in which the p-type diffusion layer 2 is divided into four parts by the electrode parts 3 and the photocurrent is taken out from these electrode parts 3. Since there are a large number of electrode sections 3 and the current taken out from the electrode sections 3 does not directly represent the rotation angle, an arithmetic circuit is required to calculate the rotation angle, and detection can be done by passing through this arithmetic circuit. There is a problem in that there is a possibility that an error may occur in the rotation angle obtained. Furthermore, since the electrode section 3 is configured to cross the p-type diffusion layer 2, if the light beam 4 is irradiated around the electrode section 3, a predetermined photocurrent may not be obtained, which may cause an error in the output. There was also a problem.
【0007】本発明の目的は、単純な構成でありながら
精度良く回転角を検出することのできる半導体光回転角
センサを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor optical rotation angle sensor that has a simple configuration but can detect rotation angles with high accuracy.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】実施例を示す図1および
図12に対応づけて説明すると、請求項1の半導体光回
転角センサは、光14の照射により光電流を発生する半
導体からなるリング状受光部12と、該受光部12の内
側に設けられてこの受光部12からの光電流13を取り
出す電極部13と、前記受光部12と前記電極部13と
の間に設けられ、光14の照射位置によってその抵抗値
が異なるように構成された抵抗部11とからなっている
。また、請求項2の半導体光回転角センサでは、前記抵
抗部11は、光14の照射位置によって前記受光部12
と前記電極部13との距離が変わるように構成されてい
る。また、請求項3の半導体光回転角センサでは、前記
抵抗部11は、前記受光部12の中心と前記電極部13
の中心とが異なるように構成されている。さらに、請求
項4の半導体光回転角センサでは、前記抵抗部は、面方
向のキャリア移動度に方向依存性がある半導体基板40
により構成されている。[Means for Solving the Problems] To explain in conjunction with FIGS. 1 and 12 showing embodiments, the semiconductor optical rotation angle sensor according to claim 1 has a ring made of a semiconductor that generates a photocurrent when irradiated with light 14. a shaped light receiving section 12; an electrode section 13 provided inside the light receiving section 12 for taking out the photocurrent 13 from the light receiving section 12; and an electrode section 13 provided between the light receiving section 12 and the electrode section 13, The resistor section 11 is configured such that its resistance value varies depending on the irradiation position. Further, in the semiconductor optical rotation angle sensor according to the second aspect, the resistor section 11 is configured to move the light receiving section 12 depending on the irradiation position of the light 14.
The distance between the electrode section 13 and the electrode section 13 is configured to vary. Further, in the semiconductor optical rotation angle sensor according to the third aspect, the resistor section 11 is located between the center of the light receiving section 12 and the electrode section 13.
It is configured such that the center of the Furthermore, in the semiconductor optical rotation angle sensor according to claim 4, the resistor section is arranged on a semiconductor substrate 40 in which the carrier mobility in the plane direction has directional dependence.
It is made up of.
【0009】[0009]
【作用】−請求項1−
受光部12に光14が照射されると、この受光部12で
光電流が発生し、この光電流は抵抗部11を介して電極
部13から外部に取り出される。抵抗部11は、光14
の照射位置によってその抵抗値が異なるように構成され
ているので、光14の照射位置によりこの抵抗部11両
端の電圧降下は変化する。
−請求項2−
前記抵抗部1は、光14の照射位置によって前記受光部
12と前記電極部13との距離が変わるように構成され
ているので、光14の照射位置によりこの抵抗部11両
端の電圧降下は変化する。
−請求項3−
前記抵抗部11は、前記受光部12の中心と前記電極部
13の中心とが異なるように構成されているので、光1
4の照射位置によりこの抵抗部11両端の電圧降下は変
化する。
−請求項4−
前記抵抗部は、面方向のキャリア移動度に方向依存性が
ある半導体基板40により構成されているので、光電流
の流れる方向によって電流値が変化する。[Operation] -Claim 1- When the light receiving section 12 is irradiated with the light 14, a photocurrent is generated in the light receiving section 12, and this photocurrent is taken out from the electrode section 13 via the resistor section 11. The resistance section 11 is connected to the light 14
Since the resistance value is different depending on the irradiation position of the light 14, the voltage drop across the resistor 11 changes depending on the irradiation position of the light 14. -Claim 2- The resistor section 1 is configured such that the distance between the light receiving section 12 and the electrode section 13 changes depending on the irradiation position of the light 14. The voltage drop varies. -Claim 3- The resistor section 11 is configured such that the center of the light receiving section 12 and the center of the electrode section 13 are different from each other, so that the light 1
The voltage drop across the resistor section 11 changes depending on the irradiation position. -Claim 4- Since the resistor section is constituted by the semiconductor substrate 40 in which carrier mobility in the plane direction has direction dependence, the current value changes depending on the direction in which the photocurrent flows.
【0010】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。[0010] In the section of means and effects for solving the above-mentioned problems that explains the structure of the present invention, figures of embodiments are used to make the present invention easier to understand. It is not limited to.
【0011】[0011]
−第1実施例−
図1は、本発明による半導体光回転角センサの第1実施
例を示す平面図、図2は図1のA−A´線に沿う矢視断
面図である。-First Embodiment- FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA' in FIG.
【0012】これらの図において、10はp型シリコン
基板、11はこのp型基板10表面に円形に形成された
抵抗性のn型拡散層である。このn型拡散層11の外側
には、不純物濃度の低い高抵抗性のn−型拡散層12が
リング状に形成されている。また、n型拡散層11の内
側には、その中心から偏心した位置に不純物濃度の高い
低抵抗性のn+型拡散層13が円形に形成されている。
14は、例えばHe−Neレーザ光からなる光束であり
、図示されない光源からn−型拡散層12に向けて照射
される。この光束14は、検出すべき回転角に応じて、
図1の破線に示すようにn−型拡散層12上を円軌道を
描いて回転移動する。15はn−型拡散層12表面に形
成されたn+型の電極部であり、この電極部15は光束
14の軌道から外れた位置に形成されている。In these figures, 10 is a p-type silicon substrate, and 11 is a resistive n-type diffusion layer formed in a circular shape on the surface of this p-type substrate 10. In FIG. Outside this n-type diffusion layer 11, a ring-shaped n-type diffusion layer 12 having low impurity concentration and high resistance is formed. Further, inside the n-type diffusion layer 11, a low-resistance n+-type diffusion layer 13 with a high impurity concentration is formed in a circular shape at a position eccentric from the center thereof. Reference numeral 14 denotes a light beam composed of, for example, a He-Ne laser beam, which is irradiated toward the n-type diffusion layer 12 from a light source (not shown). This luminous flux 14 is generated depending on the rotation angle to be detected.
As shown by the broken line in FIG. 1, it rotates and moves in a circular orbit on the n-type diffusion layer 12. Reference numeral 15 denotes an n+ type electrode portion formed on the surface of the n− type diffusion layer 12, and this electrode portion 15 is formed at a position out of the trajectory of the light beam 14.
【0013】p型基板10は図示されない電極を介して
接地されており、n+型拡散層13は正の電圧VDDに
バイアスされている。n+型拡散層13およびn+型電
極部15の間には電圧計16が介在されている。The p-type substrate 10 is grounded via an electrode (not shown), and the n+ type diffusion layer 13 is biased to a positive voltage VDD. A voltmeter 16 is interposed between the n+ type diffusion layer 13 and the n+ type electrode section 15.
【0014】p型基板10の濃度、n−型拡散層12の
濃度および深さは、光束14により光電流が得やすいよ
うにその値が設定されている。また、n+型拡散層13
の形成される位置は、n型拡散層11の中心以外であれ
ばいずれの位置であってもよいが、回転角が0°、90
°、180°および270°といった基準の回転角をと
る際に照射される光束14の位置とn+型拡散層13の
中心位置とが同一直径上になるような位置であれば、後
述する回転角検出用の出力電圧のピーク値が基準の回転
角の位置と一致して好ましい。本実施例では、図1に示
すように、回転角が0°の際に照射される光束14の位
置とn+型拡散層13の中心位置とが同一直径上になる
ようにその位置が設定されている。The concentration of the p-type substrate 10 and the concentration and depth of the n-type diffusion layer 12 are set such that a photocurrent can be easily obtained by the light beam 14. In addition, the n+ type diffusion layer 13
may be formed at any position other than the center of the n-type diffusion layer 11, but if the rotation angle is 0° or 90°,
If the position of the light beam 14 irradiated when taking the reference rotation angles such as 180°, 180°, and 270° is on the same diameter as the center position of the n+ type diffusion layer 13, the rotation angle described later It is preferable that the peak value of the output voltage for detection coincides with the reference rotation angle position. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the position of the light beam 14 irradiated when the rotation angle is 0° and the center position of the n+ type diffusion layer 13 are set so that they are on the same diameter. ing.
【0015】次に、図1および図2を参照して、本実施
例の動作について説明する。図示されない光源から検出
すべき回転角に応じた位置に光束14が照射されると、
この光束14が照射された部分のn−型拡散層12中に
電子−正孔対が発生する。ここで、本実施例ではp型基
板10が接地され、n+型拡散層13は正の電圧VDD
にバイアスされているので、n−型拡散層12とp型基
板10とのpn接合間には逆バイアス電圧が印加されて
いる。従って、光束14により光励起された電子はn―
型拡散層12に、正孔はp型基板10に流れ込む。この
後、光励起により発生した電子は、n型拡散層11を通
じてn+型拡散層13に流れ、外部に取り出される。こ
の際、n型拡散層11は抵抗性であるため、光電流が流
れることによりn+拡散層13とn+電極部15との間
には電圧降下が生じ、この電圧降下は電圧計16により
測定される。Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. When a light beam 14 is irradiated from a light source (not shown) to a position corresponding to the rotation angle to be detected,
Electron-hole pairs are generated in the n-type diffusion layer 12 in the portion irradiated with this light beam 14. Here, in this embodiment, the p-type substrate 10 is grounded, and the n+ type diffusion layer 13 is connected to the positive voltage VDD.
Therefore, a reverse bias voltage is applied between the pn junction between the n-type diffusion layer 12 and the p-type substrate 10. Therefore, the electrons photoexcited by the light beam 14 are n-
Holes flow into the type diffusion layer 12 and into the p-type substrate 10 . Thereafter, electrons generated by photoexcitation flow through the n-type diffusion layer 11 to the n + -type diffusion layer 13 and are taken out to the outside. At this time, since the n-type diffusion layer 11 is resistive, a voltage drop occurs between the n+ diffusion layer 13 and the n+ electrode part 15 due to the flow of photocurrent, and this voltage drop is measured by the voltmeter 16. Ru.
【0016】ここで、本実施例では、n+型拡散層13
は円形のn型拡散層11およびリング状のn−拡散層1
2の中心に形成されておらず、中心から偏心した位置に
形成されている。従って、回転角検出時における光束1
4の照射位置とn+拡散層13との間の距離はこの光束
14の照射位置により変化し、光電流に対するn型拡散
層11の抵抗値も変化する。よって、光束14の照射位
置(検出すべき回転角)に依存してn+拡散層13とn
+電極部15との間の電圧降下量も変化し、電圧計16
の指示量も変化する。逆に、この電圧降下量を電圧計1
6で測定することにより、回転角を検出することができ
る。図1および図2に示す半導体光回転角センサの出力
電圧と回転角との関係の一例を図4に示す。Here, in this embodiment, the n+ type diffusion layer 13
are a circular n-type diffusion layer 11 and a ring-shaped n-diffusion layer 1.
It is not formed at the center of 2, but is formed at a position eccentric from the center. Therefore, the luminous flux 1 when detecting the rotation angle
The distance between the irradiation position 4 and the n+ diffusion layer 13 changes depending on the irradiation position of the light beam 14, and the resistance value of the n-type diffusion layer 11 with respect to the photocurrent also changes. Therefore, depending on the irradiation position of the light beam 14 (rotation angle to be detected), the n+ diffusion layer 13 and n
+ The amount of voltage drop between the electrode section 15 also changes, and the voltmeter 16
The indicated amount also changes. Conversely, measure this voltage drop using voltmeter 1.
By measuring at 6, the rotation angle can be detected. FIG. 4 shows an example of the relationship between the output voltage and rotation angle of the semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIGS. 1 and 2.
【0017】図3は、図1および図2に示す半導体光回
転角センサの等価回路を示す回路図である。17はp型
基板10とn−型拡散層12により構成されるフォトダ
イオード、18はn型拡散層11により構成される可変
抵抗であり、フォトダイオード17へ光が照射されてこ
のフォトダイオード17が導通状態となった際に生じる
可変抵抗18の両端での電圧降下を電圧計16により測
定する構成になっている。この可変抵抗18の抵抗値は
光束14の照射位置により変化するので、電圧計16に
より測定された電圧降下値から光束14の照射位置、す
なわち回転角を検出することができる。FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIGS. 1 and 2. 17 is a photodiode made up of a p-type substrate 10 and an n-type diffusion layer 12; 18 is a variable resistor made up of an n-type diffusion layer 11; when the photodiode 17 is irradiated with light, the photodiode 17 The configuration is such that a voltage drop across the variable resistor 18 that occurs when the variable resistor 18 becomes conductive is measured by a voltmeter 16. Since the resistance value of the variable resistor 18 changes depending on the irradiation position of the light beam 14, the irradiation position of the light beam 14, that is, the rotation angle can be detected from the voltage drop value measured by the voltmeter 16.
【0018】以上説明した手順により回転角を検出する
ことができる。ここで、本実施例の半導体光回転角セン
サは、接地端子を含めて全部で3端子しか必要とせず、
従来のセンサに比較して端子数が少なくて単純な構成に
できる、という利点がある。また、n+型拡散層13と
n+型電極部15との間の電圧降下値が検出すべき回転
角に直接対応しているので、従来のように回転角演算の
ための演算回路を必要とせず、検出装置を含めた全体構
成を簡易かつ安価なものとでき、しかも演算回路による
誤差を生じるおそれもない。さらに、受光部であるn−
拡散層12上を電極が横切るようなこともなく、従来の
ように回転角が検出できない箇所が存在しないので、こ
の点からも誤差のない回転角検出が可能である、という
利点を有する。The rotation angle can be detected by the procedure described above. Here, the semiconductor optical rotation angle sensor of this embodiment requires only three terminals in total including the ground terminal,
It has the advantage that it has fewer terminals and can have a simpler configuration than conventional sensors. In addition, since the voltage drop value between the n+ type diffusion layer 13 and the n+ type electrode section 15 directly corresponds to the rotation angle to be detected, there is no need for a conventional calculation circuit for calculating the rotation angle. The overall configuration including the detection device can be made simple and inexpensive, and there is no risk of errors caused by the arithmetic circuit. Furthermore, the light receiving section n-
Since the electrode does not cross over the diffusion layer 12 and there is no place where the rotation angle cannot be detected unlike in the conventional method, there is an advantage that the rotation angle can be detected without error.
【0019】−第1実施例の変形例−
図5は、本発明による半導体光回転角センサの第1実施
例の変形例を示す等価回路図である。図示例では、n型
拡散層11により構成される可変抵抗18に直列に電流
計19を接続して、このn型拡散層11に流れる電流値
を測定している。そして、割算器20を用いて、電圧計
16からの出力Voutを電流計19からの出力Iou
tで除したものをセンサの出力としている。-Modification of First Embodiment- FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a modification of the first embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention. In the illustrated example, an ammeter 19 is connected in series to the variable resistor 18 formed of the n-type diffusion layer 11, and the value of the current flowing through the n-type diffusion layer 11 is measured. Then, using the divider 20, the output Vout from the voltmeter 16 is divided into the output Iou from the ammeter 19.
The sensor output is divided by t.
【0020】以上のような構成によれば、光束14の光
量の変化に依存する光電流の変動(誤差)を電流値で補
償することができ、センサ出力の照射光量依存性をなく
することができる。しかも、割算器20を付加するだけ
の簡易な構成で実現できる、という利点もある。According to the above configuration, it is possible to compensate for the fluctuation (error) of the photocurrent depending on the change in the amount of light of the luminous flux 14 with the current value, and it is possible to eliminate the dependence of the sensor output on the amount of irradiated light. can. Moreover, it has the advantage that it can be realized with a simple configuration simply by adding the divider 20.
【0021】−第1実施例の別の変形例−図6は、本発
明による半導体光回転角センサの第1実施例の別の変形
例を示す断面図である。図示例では、抵抗性のn型拡散
層11の内側にリング状のp型拡散層21が形成され、
このp型拡散層21に光束14が照射される構成になっ
ている。p型拡散層21は、その深さがn型拡散層11
の深さよりも浅く形成され、図1および図2に示す例と
同様にこのp型拡散層21の底部でpn接合が形成され
ている。また、n+型電極部15はn型拡散層11表面
に形成されている。なお、その他の構成は図1および図
2に示すものと同様であるため、その説明を省略する。- Another modification of the first embodiment - FIG. 6 is a sectional view showing another modification of the first embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention. In the illustrated example, a ring-shaped p-type diffusion layer 21 is formed inside a resistive n-type diffusion layer 11,
The p-type diffusion layer 21 is configured to be irradiated with a light beam 14. The depth of the p-type diffusion layer 21 is the same as that of the n-type diffusion layer 11.
The p-n junction is formed at the bottom of the p-type diffusion layer 21, similar to the example shown in FIGS. 1 and 2. Further, the n+ type electrode section 15 is formed on the surface of the n type diffusion layer 11. Note that the other configurations are the same as those shown in FIGS. 1 and 2, so the description thereof will be omitted.
【0022】以上のような構成において、p型拡散層2
1上の検出すべき回転角に応じた位置に光束14が照射
されると、p型拡散層21とn型拡散層11との間のp
n接合が逆バイアスされているので、この光束14によ
り励起された電子はp型拡散層21からn型拡散層11
を通過してn+型拡散層13に流れ、外部に取り出され
る。図示例においてもn+型拡散層13は偏心された位
置に形成されているので、光束14の照射位置により光
電流に対するn型拡散層11の抵抗値が変化し、これに
応じて電圧降下量も変化する。従って、電圧計16によ
り測定される電圧降下量から光束14の照射位置、ひい
ては回転角を検出することができる。In the above structure, the p-type diffusion layer 2
When the light beam 14 is irradiated onto a position corresponding to the rotation angle to be detected on the p-type diffusion layer 21 and the n-type diffusion layer 11,
Since the n-junction is reverse biased, the electrons excited by this light beam 14 are transferred from the p-type diffusion layer 21 to the n-type diffusion layer 11.
It flows into the n+ type diffusion layer 13 and is taken out to the outside. In the illustrated example as well, the n+ type diffusion layer 13 is formed at an eccentric position, so the resistance value of the n type diffusion layer 11 to the photocurrent changes depending on the irradiation position of the light beam 14, and the voltage drop amount also changes accordingly. Change. Therefore, from the amount of voltage drop measured by the voltmeter 16, the irradiation position of the luminous flux 14 and, by extension, the rotation angle can be detected.
【0023】従って、図6に示す例によっても、図1お
よび図2に示す例と同様の効果を得ることができる。特
に、図6に示す例によれば、受光部であるp型拡散層2
1を浅く形成することができ、短波長側の光に対する感
度が上昇して、検出精度やSN比の向上を図ることがで
きる、という優れた効果が得られる。Therefore, the example shown in FIG. 6 can also provide the same effects as the examples shown in FIGS. 1 and 2. In particular, according to the example shown in FIG.
1 can be formed shallowly, sensitivity to light on the short wavelength side is increased, and an excellent effect can be obtained in that detection accuracy and S/N ratio can be improved.
【0024】すなわち、図1および図2に示すように受
光部をn−型拡散層12で形成した場合、p型基板10
との間に印加されるバイアス電圧によりpn接合に生じ
る空乏層は不純物濃度の薄いn−型拡散層12の側へよ
り長く延びることになる。この空乏層が基板表面にまで
至れば光励起により電子が生じなくなってしまうので、
n−型拡散層12の深さをバイアス電圧で定まる空乏層
の幅以上の深さにすることが必要となる。なお、拡散層
12の不純物濃度を高くして空乏層の幅を抑制すること
も考えられるが、不純物濃度が高いと光束14の照射位
置の変化による電圧降下の変化が小さくなってしまうた
め、拡散層12の不純物濃度をあまり濃くすることはで
きない。That is, when the light receiving section is formed of the n-type diffusion layer 12 as shown in FIGS. 1 and 2, the p-type substrate 10
A depletion layer generated at the pn junction due to the bias voltage applied between the two ends of the depletion layer extends longer toward the n-type diffusion layer 12, which has a lower impurity concentration. If this depletion layer reaches the substrate surface, no electrons will be generated by photoexcitation, so
It is necessary to make the depth of the n-type diffusion layer 12 greater than the width of the depletion layer determined by the bias voltage. Note that it is possible to suppress the width of the depletion layer by increasing the impurity concentration of the diffusion layer 12, but if the impurity concentration is high, the change in voltage drop due to a change in the irradiation position of the luminous flux 14 becomes small. The impurity concentration of layer 12 cannot be made too high.
【0025】一方、図6に示すように受光部をp型拡散
層21で形成した場合、p型拡散層21の不純物濃度を
高くしても、光束14の照射位置の変化による電圧降下
の変化が小さくなることがないためp型拡散層21の不
純物濃度を高くすることができる。従って、p型拡散層
21とn型拡散層12とで形成されるpn接合に逆バイ
アス電圧を印加しても、空乏層がp型拡散層21側(す
なわち基板表面側)に長く延びることがないため、この
p型拡散層21を薄く形成することが可能になる。On the other hand, when the light-receiving section is formed of a p-type diffusion layer 21 as shown in FIG. Since the p-type diffusion layer 21 does not become small, the impurity concentration of the p-type diffusion layer 21 can be increased. Therefore, even if a reverse bias voltage is applied to the pn junction formed by the p-type diffusion layer 21 and the n-type diffusion layer 12, the depletion layer will not extend long toward the p-type diffusion layer 21 side (that is, toward the substrate surface side). Therefore, this p-type diffusion layer 21 can be formed thinly.
【0026】p型拡散層21が薄くなればpn接合の形
成される箇所も基板表面に近い位置になる。ここで、光
の波長が短いほど基板表面に近い部分で電子−正孔対を
励起するため、pn接合が基板表面に近い位置に、すな
わち短波長側の光により電子−正孔対が励起されやすい
位置にあれば、この短波長側の光に対する感度が上昇し
、検出精度やSN比が向上する。よって、図6に示すよ
うに受光部をp型拡散層21で形成するメリットは大き
い。特に、光束14の光源を半導体ダイオード等で構成
する場合を考慮すると、短波長側の感度が大きいことは
優れた利点である。If the p-type diffusion layer 21 becomes thinner, the location where the pn junction is formed will also be located closer to the substrate surface. Here, the shorter the wavelength of light, the more electron-hole pairs are excited near the substrate surface, so the pn junction is closer to the substrate surface, that is, the electron-hole pairs are excited by light with a shorter wavelength. If it is easily located, the sensitivity to light on the shorter wavelength side will increase, and the detection accuracy and S/N ratio will improve. Therefore, there is a great advantage in forming the light receiving section with the p-type diffusion layer 21 as shown in FIG. In particular, when considering the case where the light source of the light beam 14 is composed of a semiconductor diode or the like, the high sensitivity on the short wavelength side is an excellent advantage.
【0027】なお、上述した実施例では、n+型拡散層
13をn−型拡散層12の中心から偏心した位置に形成
したが、図7に示すように、n+型拡散層13を楕円形
に形成し、その短軸と長軸との交点をn−型拡散層12
の中心に一致するように形成しても、実施例と同様の効
果を得ることができる。当然、n型拡散層11およびn
+型拡散層13の形状はこれに限られず、光束14の照
射位置によりn型拡散層11の抵抗値が異なるようなも
のであれば任意の形状が選択できる。また、実施例では
p型基板10を用いてセンサを構成したが、n型基板を
用いてセンサを構成してもよい。この場合、各拡散層等
の導電型は逆にし、バイアス電圧VDDも負の電圧にす
ればよい。In the above embodiment, the n+ type diffusion layer 13 was formed at a position eccentric from the center of the n- type diffusion layer 12, but as shown in FIG. The intersection of the short axis and the long axis is the n-type diffusion layer 12.
Even if it is formed so as to coincide with the center of , the same effect as in the embodiment can be obtained. Naturally, the n-type diffusion layer 11 and the n-type
The shape of the + type diffusion layer 13 is not limited to this, and any shape can be selected as long as the resistance value of the n type diffusion layer 11 differs depending on the irradiation position of the light beam 14. Further, in the embodiment, the sensor is constructed using the p-type substrate 10, but the sensor may be constructed using the n-type substrate. In this case, the conductivity type of each diffusion layer etc. may be reversed, and the bias voltage VDD may also be set to a negative voltage.
【0028】なお、上述の実施例において、n−型拡散
層12、p型拡散層21は受光部を構成し、n+型拡散
層13は電極部を構成し、n型拡散層11は抵抗部を構
成している。In the above embodiment, the n- type diffusion layer 12 and the p-type diffusion layer 21 constitute the light receiving section, the n+ type diffusion layer 13 constitutes the electrode section, and the n-type diffusion layer 11 constitutes the resistance section. It consists of
【0029】−第2実施例−
図8は、本発明による半導体光回転角センサの第2実施
例を示す平面図、図9は図8のA−A´線に沿う矢視断
面図である。-Second Embodiment- FIG. 8 is a plan view showing a second embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention, and FIG. 9 is a sectional view taken along line A-A' in FIG. .
【0030】これらの図において、30は不純物濃度の
低い高抵抗性のp−型基板、31はこのp−型基板30
表面に円形に形成された抵抗性のn型拡散層である。こ
のn型拡散層30の外側には、この拡散層30の外周か
ら所定間隔をおいて、不純物濃度の高い低抵抗性のn+
型拡散層32がリング状に形成されている。これらn型
拡散層31およびn+型拡散層32の間の領域はp−型
基板領域35とされる。また、n型拡散層31の内側に
は、その中心から偏心した位置に不純物濃度の高い低抵
抗性のn+型拡散層33が円形に形成されている。34
は、図示されない光源からp−型基板領域35に向けて
照射される光束である。この光束34は、検出すべき回
転角に応じて、図8の破線に示すようにp−型基板領域
35上を円軌道を描いて回転移動する。なお、このp−
型基板領域35の幅は、光束34のスポット径以下に設
定されている。In these figures, 30 is a high resistance p-type substrate with low impurity concentration, and 31 is this p-type substrate 30.
This is a resistive n-type diffusion layer formed in a circular shape on the surface. On the outside of this n-type diffusion layer 30, at a predetermined distance from the outer periphery of this diffusion layer 30, a low-resistance n +
The type diffusion layer 32 is formed in a ring shape. The region between the n-type diffusion layer 31 and the n+-type diffusion layer 32 is a p--type substrate region 35. Further, inside the n-type diffusion layer 31, a low-resistance n+-type diffusion layer 33 with a high impurity concentration is formed in a circular shape at a position eccentric from the center thereof. 34
is a light beam irradiated toward the p-type substrate region 35 from a light source (not shown). This light beam 34 rotates in a circular orbit on the p-type substrate region 35, as shown by the broken line in FIG. 8, depending on the rotation angle to be detected. Furthermore, this p-
The width of the mold substrate region 35 is set to be equal to or less than the spot diameter of the light beam 34.
【0031】p−基板30には、図示されない電極を介
して負の電圧−VSが印加されており、n+型拡散層3
3には、電流計36を介して正の電圧VDDが印加され
ている。また、n+型拡散層32は接地されている。A negative voltage -VS is applied to the p-substrate 30 via an electrode (not shown), and the n+-type diffusion layer 3
3 is applied with a positive voltage VDD via an ammeter 36. Further, the n+ type diffusion layer 32 is grounded.
【0032】次に、図8および図9を参照して、本実施
例の動作について説明する。本実施例のセンサにおいて
は、n+型拡散層33には正の電圧VDDが印加されて
いるため、n型拡散層31とp−型基板領域35との間
のpn接合に逆バイアス状態にある。従って、光束34
が照射されない状態では、n型拡散層31からp−型基
板領域35への導通が遮断されている。同様にn+型拡
散層32は接地され、p−基板30(p−基板領域35
)には負の電圧−VSが印加されているため、このn+
型拡散層32とp−型基板領域35との間のpn接合も
逆バイアス状態にある。従って、光束34が照射されな
い状態では、n+型拡散層32からp−型基板領域35
への導通も遮断されている。Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 8 and 9. In the sensor of this embodiment, since the positive voltage VDD is applied to the n+ type diffusion layer 33, the pn junction between the n type diffusion layer 31 and the p- type substrate region 35 is in a reverse bias state. . Therefore, the luminous flux 34
In a state in which the p-type substrate region 35 is not irradiated, conduction from the n-type diffusion layer 31 to the p-type substrate region 35 is cut off. Similarly, the n+ type diffusion layer 32 is grounded, and the p- substrate 30 (p- substrate region 35
), a negative voltage -VS is applied to this n+
The pn junction between the type diffusion layer 32 and the p-type substrate region 35 is also in a reverse bias state. Therefore, when the light beam 34 is not irradiated, the n+ type diffusion layer 32 to the p− type substrate region 35
The conduction to is also cut off.
【0033】この状態で、図示されない光源から検出す
べき回転角に応じた位置に光束34が照射されると、こ
の光束34が照射された部分のp−基板領域35中に電
子−正孔対が発生する。この、光励起による電子−正孔
対の発生により、光束34が照射された部分のp−基板
領域35の抵抗が低くなり、n型拡散層31とn+型拡
散層32とが導通状態になる。この結果、正の電圧VD
Dにバイアスされたn+型拡散層33から光束34が照
射された部分のp−型基板領域35を介してn+型拡散
層32へ電流が流れ、この電流値は電流計36により測
定される。In this state, when a light beam 34 is irradiated from a light source (not shown) to a position corresponding to the rotation angle to be detected, electron-hole pairs are created in the p-substrate region 35 in the portion irradiated with this light beam 34. occurs. Due to the generation of electron-hole pairs due to photoexcitation, the resistance of the p- substrate region 35 in the portion irradiated with the light beam 34 decreases, and the n-type diffusion layer 31 and the n+-type diffusion layer 32 become electrically conductive. As a result, a positive voltage VD
A current flows from the n+ type diffusion layer 33 biased to D to the n+ type diffusion layer 32 through the p- type substrate region 35 in the portion irradiated with the light beam 34, and the value of this current is measured by the ammeter 36.
【0034】ここで、本実施例では、n+型拡散層33
は円形のn型拡散層31およびリング状のn+型拡散層
32の中心に形成されておらず、中心から偏心した位置
に形成されている。従って、回転角検出時における光束
34の照射位置とn+型拡散層33との間の距離はこの
光束34の照射位置により変化し、電流に対するn型拡
散層31の抵抗値も変化する。よって、光束34の照射
位置(検出すべき回転角)に依存してn+拡散層33か
らn+拡散層32へ流れる電流値も変化し、電流計36
の指示量も変化する。逆に、この電流値を電流計36で
測定することにより、回転角を検出することができる。
図8および図9に示す半導体光回転角センサの出力電流
と回転角との関係の一例を図11に示す。Here, in this embodiment, the n+ type diffusion layer 33
is not formed at the center of the circular n-type diffusion layer 31 and the ring-shaped n+ type diffusion layer 32, but is formed at a position eccentric from the center. Therefore, the distance between the irradiation position of the light beam 34 and the n+ type diffusion layer 33 when detecting the rotation angle changes depending on the irradiation position of the light beam 34, and the resistance value of the n-type diffusion layer 31 with respect to the current also changes. Therefore, the value of the current flowing from the n+ diffusion layer 33 to the n+ diffusion layer 32 changes depending on the irradiation position of the light beam 34 (rotation angle to be detected), and the current value flowing from the n+ diffusion layer 33 to the n+ diffusion layer 32 changes.
The indicated amount also changes. Conversely, by measuring this current value with the ammeter 36, the rotation angle can be detected. FIG. 11 shows an example of the relationship between the output current and rotation angle of the semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIGS. 8 and 9.
【0035】図10は、図8および図9に示す半導体光
回転角センサの等価回路を示す回路図である。37はp
−基板領域35により構成されるフォトスイッチ、38
はn型拡散層31により構成される可変抵抗であり、フ
ォトスイッチ37へ光が照射されてこのフォトスイッチ
37が導通状態となった際に可変抵抗38を流れる電流
を電流計36で測定する構成になっている。この可変抵
抗38の抵抗値は光束34の照射位置により変化するの
で、電流計36により測定された電流値から光束34の
照射位置、すなわち回転角を検出することができる。FIG. 10 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIGS. 8 and 9. 37 is p
- a photoswitch constituted by a substrate region 35, 38;
is a variable resistor composed of an n-type diffusion layer 31, and when the photoswitch 37 is irradiated with light and becomes conductive, the current flowing through the variable resistor 38 is measured by an ammeter 36. It has become. Since the resistance value of the variable resistor 38 changes depending on the irradiation position of the light beam 34, the irradiation position of the light beam 34, that is, the rotation angle can be detected from the current value measured by the ammeter 36.
【0036】従って、本実施例によっても、上述の第1
実施例と同様の効果を得ることができる。特に、本実施
例では、光束34の照射によりp−基板領域35を非導
通状態から導通状態へ変化させる構成であるので、照射
する光束34の光量がこのp−基板領域35を導通状態
へ変化させるだけに十分な光量であればよく、ある閾値
を越えさえすれば光量の変化によりセンサ出力に影響を
与えることがない。すなわち、本実施例のセンサは照射
光の光量依存性がないという利点がある。Therefore, according to this embodiment, the above-mentioned first
Effects similar to those of the embodiment can be obtained. In particular, in this embodiment, the p-substrate region 35 is changed from a non-conductive state to a conductive state by irradiation with the luminous flux 34, so that the amount of light of the irradiated luminous flux 34 changes the p-substrate region 35 into a conductive state. The sensor output is not affected by changes in the light amount as long as it exceeds a certain threshold. That is, the sensor of this embodiment has the advantage that there is no dependence on the amount of irradiated light.
【0037】なお、上述した実施例では、n+型拡散層
33をn+型拡散層32の中心から偏心した位置に形成
したが、図7と同様に、n+型拡散層33を楕円形に形
成し、その短軸と長軸との交点をn+型拡散層32の中
心に一致するように形成しても、実施例と同様の効果を
得ることができる。当然、n型拡散層31およびn+型
拡散層33の形状はこれに限られず、光束34の照射位
置によりn型拡散層31の抵抗値が異なるようなもので
あれば任意の形状が選択できる。また、実施例ではp−
型基板30を用いてセンサを構成したが、n型基板を用
いてセンサを構成してもよい。この場合、各拡散層等の
導電型は逆にし、印加する電圧も正負逆にすればよい。In the above embodiment, the n+ type diffusion layer 33 was formed at a position eccentric from the center of the n+ type diffusion layer 32, but as in FIG. 7, the n+ type diffusion layer 33 was formed in an elliptical shape. Even if the intersection of the short axis and the long axis is formed to coincide with the center of the n+ type diffusion layer 32, the same effect as in the embodiment can be obtained. Naturally, the shapes of the n-type diffusion layer 31 and the n+ type diffusion layer 33 are not limited to these, and any shape can be selected as long as the resistance value of the n-type diffusion layer 31 differs depending on the irradiation position of the light beam 34. In addition, in the example, p-
Although the sensor was constructed using the type substrate 30, the sensor may also be constructed using an n-type substrate. In this case, the conductivity type of each diffusion layer etc. may be reversed, and the applied voltage may also be reversed in positive and negative directions.
【0038】また、電流計36を、n型拡散層31と同
一のプロセスで形成されたn型拡散抵抗の両端での電圧
降下により電流値を測定する構成とすれば、温度補償を
同時に行うことができる。すなわち、n型拡散層31の
有する抵抗の温度依存性を、同一プロセスにより形成さ
れたn型拡散抵抗を用いてキャンセルすることができる
。Furthermore, if the ammeter 36 is configured to measure the current value by the voltage drop across the n-type diffused resistor formed in the same process as the n-type diffused layer 31, temperature compensation can be performed at the same time. Can be done. That is, the temperature dependence of the resistance of the n-type diffused layer 31 can be canceled using the n-type diffused resistor formed by the same process.
【0039】なお、上述の実施例において、n+型拡散
層33は電極部を構成し、p−型基板領域35は受光部
を構成し、n型拡散層11は抵抗部を構成している。In the above embodiment, the n+ type diffusion layer 33 constitutes an electrode section, the p- type substrate region 35 constitutes a light receiving section, and the n type diffusion layer 11 constitutes a resistor section.
【0040】−第3実施例−
図12は本発明による半導体光回転角センサの第3実施
例を示す平面図、図13は図12のA−A´線に沿う矢
視断面図である。-Third Embodiment- FIG. 12 is a plan view showing a third embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention, and FIG. 13 is a sectional view taken along line AA' in FIG.
【0041】これらの図において、40は不純物濃度の
低い高抵抗性のn−型シリコン基板であり、このn−型
基板40はその表面の面方位が(110)とされている
。
41はn−型基板40上にリング状に形成されたポリシ
リコン等からなるゲート電極、42はこのゲート電極4
1とn−型基板40との間に形成されたSiO2等から
なるゲート酸化膜である。ゲート電極41の内周部およ
び外周部に相当するn−型基板40の表面には、それぞ
れ不純物濃度の高い低抵抗性のp+型ソース領域43お
よび抵抗性のp型ドレイン領域44が形成されている。
このp+型ソース領域43もリング状に形成され、その
内側にはn+型コンタクト領域45が形成されている。
46はp+型ソース領域43に接するソース電極である
。
以上より、n−型基板40上にはリング状のMOSFE
T47が形成されている。In these figures, reference numeral 40 denotes a highly resistive n-type silicon substrate with low impurity concentration, and the surface orientation of this n-type substrate 40 is (110). 41 is a gate electrode made of polysilicon or the like formed in a ring shape on an n-type substrate 40; 42 is this gate electrode 4;
This is a gate oxide film made of SiO2 or the like formed between the n-type substrate 1 and the n-type substrate 40. A low resistance p + type source region 43 and a resistive p type drain region 44 with high impurity concentration are formed on the surface of the n − type substrate 40 corresponding to the inner and outer peripheral portions of the gate electrode 41, respectively. There is. This p+ type source region 43 is also formed in a ring shape, and an n+ type contact region 45 is formed inside the ring shape. 46 is a source electrode in contact with the p+ type source region 43. From the above, a ring-shaped MOSFE is placed on the n-type substrate 40.
T47 is formed.
【0042】p型ドレイン領域44の外側には、このド
レイン領域44から所定間隔をおいて、不純物濃度の高
い低抵抗性のp+型拡散層48が形成されている。これ
らp型ドレイン領域44とp+型拡散層48との間の領
域はn−型基板領域49とされる。A low resistance p + -type diffusion layer 48 with high impurity concentration is formed outside the p-type drain region 44 at a predetermined distance from the drain region 44 . The region between the p type drain region 44 and the p + type diffusion layer 48 is an n − type substrate region 49 .
【0043】50は、図示されない光源からn−型基板
領域49に向けて照射される光束である。この光束50
は、検出すべき回転角に応じて、図12の破線に示すよ
うにn−型基板領域49上を円軌道を描いて回転移動す
る。なお、このn−型基板領域49の幅は、光束50の
スポット径以下に設定されている。Reference numeral 50 denotes a light beam irradiated toward the n-type substrate region 49 from a light source (not shown). This luminous flux 50
rotates in a circular orbit on the n-type substrate region 49, as shown by the broken line in FIG. 12, depending on the rotation angle to be detected. Note that the width of this n-type substrate region 49 is set to be equal to or less than the spot diameter of the light beam 50.
【0044】ソース電極46には、電流計51を介して
正の電圧VDDが印加されている。また、ゲート電極4
1およびp+型拡散層48は接地されている。A positive voltage VDD is applied to the source electrode 46 via an ammeter 51. In addition, the gate electrode 4
1 and p+ type diffusion layer 48 are grounded.
【0045】次に、図12および図13を参照して、本
実施例の動作について説明する。光束50が照射されな
い状態では、ソース電極46に正の電圧VDDが印加さ
れ、ゲート電極41は接地されているので、ゲート酸化
膜42直下にはpチャネル反転層52が形成される。従
って、MOSFET47は全体としてオン状態にあるが
、ドレイン領域44は高抵抗性のn−型基板40に取り
囲まれており、このドレイン領域44からの電流の経路
が確保されないために、ソース領域43からドレイン領
域44へ電流は流れない。Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 12 and 13. When the light flux 50 is not irradiated, a positive voltage VDD is applied to the source electrode 46 and the gate electrode 41 is grounded, so that a p-channel inversion layer 52 is formed directly below the gate oxide film 42. Therefore, the MOSFET 47 as a whole is in the on state, but the drain region 44 is surrounded by the highly resistive n-type substrate 40, and since a current path from the drain region 44 is not secured, the drain region 44 is surrounded by the source region 43. No current flows to drain region 44.
【0046】この状態で、図示されない光源から検出す
べき回転角に応じた位置に光束50が照射されると、こ
の光束50が照射された部分のn−型基板領域49中に
電子−正孔対が発生する。この、光励起による電子−正
孔対の発生により、光束50が照射された部分のn−基
板領域49の抵抗が低くなり、p型ドレイン領域44と
p+型拡散層48とが導通状態になる。この結果、正の
電圧VDDにバイアスされたp+型ソース領域43から
pチャネル反転層52、p型ドレイン領域44およびn
−型基板領域49を介してp+型拡散層48へ電流が流
れ、この電流値は電流計51により測定される。In this state, when a light beam 50 is irradiated from a light source (not shown) to a position corresponding to the rotation angle to be detected, electrons and holes are generated in the n-type substrate region 49 in the portion irradiated with this light beam 50. A pair occurs. Due to the generation of electron-hole pairs due to photoexcitation, the resistance of the n- substrate region 49 in the portion irradiated with the light beam 50 decreases, and the p-type drain region 44 and the p+-type diffusion layer 48 become electrically connected. As a result, from the p+ type source region 43 biased to the positive voltage VDD, the p channel inversion layer 52, the p type drain region 44 and the n
A current flows to the p+ type diffusion layer 48 through the - type substrate region 49, and the value of this current is measured by an ammeter 51.
【0047】ここで、本実施例では、MOSFET47
は面方位(110)のn−型シリコン基板40上に形成
されており、このシリコン基板40は、キャリア(正孔
)の表面移動度μが結晶方向により異なる。従って、ゲ
ート電極41直下のpチャネル反転層52の抵抗値は方
向依存性を有する。よって、回転角検出時における光束
50の照射位置によりpチャネル反転層52の抵抗値は
変化し、p+型ソース領域43からp型ドレイン領域4
4へ流れる電流値もこれに依存して変化する。逆に、こ
の電流値を電流計51で測定することにより、回転角を
検出することができる。図12及び図13に示す半導体
光回転角センサの出力電流と回転角との関係の一例を図
15に示す。Here, in this embodiment, MOSFET 47
is formed on an n-type silicon substrate 40 with a plane orientation (110), and the surface mobility μ of carriers (holes) in this silicon substrate 40 differs depending on the crystal direction. Therefore, the resistance value of the p-channel inversion layer 52 directly under the gate electrode 41 has direction dependence. Therefore, the resistance value of the p-channel inversion layer 52 changes depending on the irradiation position of the light beam 50 when detecting the rotation angle, and the resistance value of the p-channel inversion layer 52 changes from the p+ type source region 43 to the p-type drain region 4.
The value of the current flowing to 4 also changes depending on this. Conversely, by measuring this current value with the ammeter 51, the rotation angle can be detected. FIG. 15 shows an example of the relationship between the output current and rotation angle of the semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIGS. 12 and 13.
【0048】図14は、図12及び図13に示す半導体
光回転角センサの等価回路を示す回路図である。53は
n−型基板領域49により構成されるフォトスイッチで
あり、このフォトスイッチ53へ光が照射されて導通状
態となった際にMOSFET47を流れる電流を電流計
51で測定する構成になっている。このMOSFET4
7のチャネル抵抗は光束50の照射位置により変化する
ので、電流計51により測定された電流値から光束50
の照射位置、すなわち回転角を検出することができる。FIG. 14 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor optical rotation angle sensor shown in FIGS. 12 and 13. Reference numeral 53 denotes a photoswitch constituted by an n-type substrate region 49, and when this photoswitch 53 is irradiated with light and becomes conductive, the current flowing through the MOSFET 47 is measured by an ammeter 51. . This MOSFET4
Since the channel resistance of 7 changes depending on the irradiation position of the luminous flux 50, the luminous flux 50 is determined from the current value measured by the ammeter 51.
The irradiation position, that is, the rotation angle can be detected.
【0049】従って、本実施例によっても、上述の第1
実施例と同様の効果を得ることができる。特に、本実施
例では、上述の第2実施例と同様に、光束50の照射に
よりn−基板領域49を非導通状態から導通状態へ変化
させる構成であるので、照射する光束50の光量がこの
n−基板領域49を導通状態へ変化させるだけに十分な
光量であればよく、ある閾値を越えさえすれば光量の変
化によりセンサ出力に影響を与えることがない。すなわ
ち、本実施例のセンサは照射光の光量依存性がないとい
う利点がある。Therefore, according to this embodiment, the above-mentioned first
Effects similar to those of the embodiment can be obtained. In particular, in this embodiment, as in the second embodiment described above, the n-substrate region 49 is changed from a non-conductive state to a conductive state by irradiation with the luminous flux 50, so that the amount of the irradiated luminous flux 50 is The amount of light need only be sufficient to change the n-substrate region 49 into a conductive state, and as long as it exceeds a certain threshold, changes in the amount of light will not affect the sensor output. That is, the sensor of this embodiment has the advantage that there is no dependence on the amount of irradiated light.
【0050】また、本実施例では、面方位(110)の
シリコン基板40の正孔の表面移動度に方向依存性があ
ることを利用してpチャネル抵抗を変化させているので
、上述の第1、第2実施例のようにセンサ形状を非対称
にする必要がなく、設計および製作上で優位性がある。Furthermore, in this embodiment, the p-channel resistance is changed by utilizing the fact that the surface mobility of holes in the silicon substrate 40 with the plane orientation (110) has directional dependence. 1. There is no need to make the sensor shape asymmetrical as in the second embodiment, which is advantageous in terms of design and manufacturing.
【0051】なお、上述した実施例では、面方位(11
0)のシリコン基板40を用いたが、これに限らず、キ
ャリア(電子または正孔)の表面移動度に方向依存性を
有する他の面方位の半導体基板を用いてもよい。[0051] In the above-mentioned embodiment, the surface orientation (11
Although the silicon substrate 40 of No. 0) is used, the present invention is not limited to this, and a semiconductor substrate having another surface orientation in which the surface mobility of carriers (electrons or holes) has direction dependence may be used.
【0052】また、電流計51を、n−型基板40上に
同一プロセスで形成した同一構成のMOSFETにおい
て、pチャネル反転層の電圧降下を測定することにより
電流値を測定する構成にすれば、温度補償を同時に行う
ことができる。すなわち、pチャネル反転層52の有す
る抵抗の温度依存性を、同一プロセスにより形成された
pチャネル反転層を用いてキャンセルすることができる
。Furthermore, if the ammeter 51 is configured to measure the current value by measuring the voltage drop of the p-channel inversion layer in MOSFETs of the same configuration formed on the n-type substrate 40 by the same process, Temperature compensation can be performed at the same time. That is, the temperature dependence of the resistance of the p-channel inversion layer 52 can be canceled using the p-channel inversion layer formed by the same process.
【0053】なお、上述の実施例において、n−型シリ
コン基板40は半導体基板を構成し、n−型基板領域4
9は受光部を構成し、p+型拡散層48は電極部を構成
している。Note that in the above embodiment, the n-type silicon substrate 40 constitutes a semiconductor substrate, and the n-type substrate region 4
Reference numeral 9 constitutes a light receiving section, and p+ type diffusion layer 48 constitutes an electrode section.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体光回転角センサの入出力端子を接地端子を
含めて全部で3端子にすることができ、従来のセンサに
比較して端子数が少なくて単純な構成にできる、という
利点がある。また、抵抗部両端の間の電圧降下値あるい
は電流値が検出すべき回転角に直接対応しているので、
従来のように回転角演算のための演算回路を必要とせず
、検出装置を含めた全体構成を簡易かつ安価なものとで
き、しかも演算回路による誤差を生じるおそれもない。
さらに、受光部上を電極が横切るようなこともなく、従
来のように回転角が検出できない箇所が存在しないので
、この点からも誤差のない回転角検出が可能である、と
いう利点がある。特に、請求項4の発明では、半導体基
板の面方向のキャリア移動度に方向依存性があることを
利用しているので、センサ形状を対称形にすることがで
き、非対称な形状のセンサに対して設計および製作上で
優位性を有する。[Effects of the Invention] As explained in detail above, according to the present invention, the input/output terminals of the semiconductor optical rotation angle sensor can be reduced to three terminals in total including the ground terminal, and compared to conventional sensors. This has the advantage that the number of terminals is small and the configuration can be simple. In addition, since the voltage drop value or current value between both ends of the resistor directly corresponds to the rotation angle to be detected,
There is no need for an arithmetic circuit for calculating the rotation angle as in the prior art, and the overall configuration including the detection device can be made simple and inexpensive, and there is no fear of errors caused by the arithmetic circuit. Furthermore, since the electrode does not cross over the light-receiving section and there is no place where the rotation angle cannot be detected unlike in the conventional case, there is an advantage that error-free rotation angle detection is possible. In particular, the invention of claim 4 makes use of the fact that the carrier mobility in the plane direction of the semiconductor substrate has directional dependence, so that the sensor shape can be made symmetrical, and the sensor shape can be made symmetrical. It has advantages in design and manufacturing.
【図1】本発明による半導体光回転角センサの第1実施
例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention.
【図2】図1のA−A´線に沿う矢視断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 1;
【図3】図1に示すセンサの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the sensor shown in FIG. 1.
【図4】図1に示すセンサの出力電圧と回転角との関係
の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the output voltage of the sensor shown in FIG. 1 and the rotation angle.
【図5】本発明による半導体光回転角センサの第1実施
例の変形例を示す等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a modification of the first embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention.
【図6】本発明による半導体光回転角センサの第1実施
例の別の変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing another modification of the first embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention.
【図7】本発明による半導体光回転角センサの第1実施
例のまた別の変形例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing another modification of the first embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention.
【図8】本発明による半導体光回転角センサの第2実施
例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a second embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention.
【図9】図8のA−A´線に沿う矢視断面図である。9 is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 8;
【図10】図8に示すセンサの等価回路図である。10 is an equivalent circuit diagram of the sensor shown in FIG. 8. FIG.
【図11】図8に示すセンサの出力電流と回転角との関
係の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of the relationship between the output current of the sensor shown in FIG. 8 and the rotation angle.
【図12】本発明による半導体光回転角センサの第3実
施例を示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing a third embodiment of the semiconductor optical rotation angle sensor according to the present invention.
【図13】図12のA−A´線に沿う矢視断面図である
。13 is a sectional view taken along line AA' in FIG. 12;
【図14】図12に示すセンサの等価回路図である。14 is an equivalent circuit diagram of the sensor shown in FIG. 12. FIG.
【図15】図12に示すセンサの出力電流と回転角との
関係の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of the relationship between the output current of the sensor shown in FIG. 12 and the rotation angle.
【図16】従来の半導体光回転角センサの一例を示す平
面図である。FIG. 16 is a plan view showing an example of a conventional semiconductor optical rotation angle sensor.
【図17】図16に示すセンサの各電極部からの出力電
流と回転角との一例を示す図である。17 is a diagram showing an example of the output current and rotation angle from each electrode portion of the sensor shown in FIG. 16. FIG.
10 p型シリコン基板 11、31 n型拡散層 12 n−型拡散層 13、33 n+型拡散層 14、36、50 光束 21 p型拡散層 30 p−型シリコン基板 35 p−型基板領域 40 n−型シリコン基板 41 ゲート電極 43 p+型ソース領域 44 p型ドレイン領域 48 p+型拡散層 49 n−型基板領域 51 pチャネル反転層 10 p-type silicon substrate 11, 31 N-type diffusion layer 12 N-type diffusion layer 13, 33 N+ type diffusion layer 14, 36, 50 luminous flux 21 p-type diffusion layer 30 p-type silicon substrate 35 p-type substrate region 40 N-type silicon substrate 41 Gate electrode 43 p+ type source region 44 p-type drain region 48 p+ type diffusion layer 49 N-type substrate region 51 p-channel inversion layer
Claims (4)
体からなるリング状受光部と、該受光部の内側に設けら
れてこの受光部からの光電流を取り出す電極部と、前記
受光部と前記電極部との間に設けられ、光の照射位置に
よってその抵抗値が異なるように構成された抵抗部とか
らなる半導体光回転角センサ。1. A ring-shaped light receiving section made of a semiconductor that generates a photocurrent when irradiated with light; an electrode section provided inside the light receiving section to take out the photocurrent from the light receiving section; A semiconductor optical rotation angle sensor consisting of a resistor section provided between an electrode section and a resistor section configured to have a resistance value that differs depending on the position of light irradiation.
前記受光部と前記電極部との距離が変わるように構成さ
れている請求項1記載の半導体光回転角センサ。2. The semiconductor optical rotation angle sensor according to claim 1, wherein the resistor section is configured such that the distance between the light receiving section and the electrode section changes depending on the irradiation position of the light.
記電極部の中心とが異なるように構成されている請求項
2記載の半導体光回転角センサ。3. The semiconductor optical rotation angle sensor according to claim 2, wherein the resistor section is configured such that the center of the light receiving section and the center of the electrode section are different from each other.
度に方向依存性がある半導体基板により構成されている
請求項1記載の半導体光回転角センサ。4. The semiconductor optical rotation angle sensor according to claim 1, wherein the resistor portion is constituted by a semiconductor substrate in which carrier mobility in a plane direction has direction dependence.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3115498A JPH04320917A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Semiconductor optical rotation angle sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3115498A JPH04320917A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Semiconductor optical rotation angle sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04320917A true JPH04320917A (en) | 1992-11-11 |
Family
ID=14664002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3115498A Pending JPH04320917A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Semiconductor optical rotation angle sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04320917A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469267C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет | Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3115498A patent/JPH04320917A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469267C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет | Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration |
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