JPH0613991B2 - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JPH0613991B2 JPH0613991B2 JP25870986A JP25870986A JPH0613991B2 JP H0613991 B2 JPH0613991 B2 JP H0613991B2 JP 25870986 A JP25870986 A JP 25870986A JP 25870986 A JP25870986 A JP 25870986A JP H0613991 B2 JPH0613991 B2 JP H0613991B2
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- Japan
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- photodiode
- photodiodes
- photodetector
- shield
- output electrode
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
-
- G—PHYSICS
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-
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- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、１導電型の半導体領域を具え、この領域にこ
れと相俟ってｐｎ接合を形成する反対導電型の区域を有
する多数の細条状フォトダイオードを設け、これらフォ
トダイオードの両端を２つの同心円弧上に配設し、フォ
トダイオードの長手方向側部を半径方向に延在させ、フ
ォトダイオードを接線方向において規則正しい相対距離
に配置し、順次のフォトダイオードの一端及び他端を出
力電極に交互に接続し、放射光を透過しない像画成シー
ルドをフォトダイオード上に配列し、このシールドによ
ってフォトダイオードの両端を被覆すると共にシールド
に設けた開口内にフォトダイオードを主として配置し、
フォトダイオードの両端縁部を前記円弧と同心状に配置
するようにした角度変位測定装置に用いるに好適な光検
出器に関するものである。
れと相俟ってｐｎ接合を形成する反対導電型の区域を有
する多数の細条状フォトダイオードを設け、これらフォ
トダイオードの両端を２つの同心円弧上に配設し、フォ
トダイオードの長手方向側部を半径方向に延在させ、フ
ォトダイオードを接線方向において規則正しい相対距離
に配置し、順次のフォトダイオードの一端及び他端を出
力電極に交互に接続し、放射光を透過しない像画成シー
ルドをフォトダイオード上に配列し、このシールドによ
ってフォトダイオードの両端を被覆すると共にシールド
に設けた開口内にフォトダイオードを主として配置し、
フォトダイオードの両端縁部を前記円弧と同心状に配置
するようにした角度変位測定装置に用いるに好適な光検
出器に関するものである。
この種の光検出器は英国特許第1406902号明細書から既
知である。
知である。
多重フォトセルとしても示されるこの種の光検出器は、
例えば回転速度を測定及び制御するために種々の用途に
用い得る角度変位測定装置（タコメータ）、Ｘ線結晶学
に用いられる角度測定装置、並びに物体の角度変位を測
定及び／又は調整する装置に特に頻繁に使用される。
例えば回転速度を測定及び制御するために種々の用途に
用い得る角度変位測定装置（タコメータ）、Ｘ線結晶学
に用いられる角度測定装置、並びに物体の角度変位を測
定及び／又は調整する装置に特に頻繁に使用される。
物体の角度変位は、物体に接続され、以下半径方向細条
パターンと称される半径方向に延在する細条パターンを
多重フォトセルにより構成された基準細条パターン上に
結像することによって測定することができる。このフォ
トセルは複数のフォトダイオードと、これらフォトダイ
オードを所定のプログラムに従って電子処理回路に接続
するスイッチング電極とを具える。従って“基準細条パ
ターン”が多重フォトセルの表面をみかけ上移動するこ
とは明らかである。これがため、周囲の影響にほぼ無関
係にダイナミック検出を行うことができ、しかも変位の
方向を測定することもできる。このダイナミック検出
は、個別の細条パターン及びこのパターンに均等な移動
を与える移動部分を用いることなく達成することができ
るため、多重フォトセルを具える変位センサは構成が簡
単となり、且つ耐振性が高くなる。この種の角度変位測
定装置は公開ヨーロッパ特許願ＥＰ９６４４８号に記載
されている。
パターンと称される半径方向に延在する細条パターンを
多重フォトセルにより構成された基準細条パターン上に
結像することによって測定することができる。このフォ
トセルは複数のフォトダイオードと、これらフォトダイ
オードを所定のプログラムに従って電子処理回路に接続
するスイッチング電極とを具える。従って“基準細条パ
ターン”が多重フォトセルの表面をみかけ上移動するこ
とは明らかである。これがため、周囲の影響にほぼ無関
係にダイナミック検出を行うことができ、しかも変位の
方向を測定することもできる。このダイナミック検出
は、個別の細条パターン及びこのパターンに均等な移動
を与える移動部分を用いることなく達成することができ
るため、多重フォトセルを具える変位センサは構成が簡
単となり、且つ耐振性が高くなる。この種の角度変位測
定装置は公開ヨーロッパ特許願ＥＰ９６４４８号に記載
されている。
この種装置に用いるためには、前述した英国特許第１４
０６９０２号明細書から既知の半径方向に延在するフォ
トダイオードを具える多重フォトセルが特に好適であ
る。その理由は、この場合フォトダイオードを、半径方
向に延在する測定ディスク細条に従って光検出器の面に
配列し得るからである。フォトダイオードを並列ライン
に従って配列する上述のヨーロッパ特許願ＥＰ９６４４
８号に用いられている直線性検出器と対比するに、この
場合直線性フォトダイオードパターン上の半径方向測定
細条パターンの像を変換するために、正確に整列された
追加の光学素子を用いる必要はない。フォトダイオード
の電気的な制限はスイッチング即ちゲート電極によって
決まるため、ゲート電極は光学的制限即ち像画成シール
ドの下側に配置する必要がある。従ってこの像画成シー
ルドは導電層として構成し得ると共に出力電極として用
いることができ、しかもスイッチング電極は出力電極の
下側に配列してこれから電気的に絶縁し得るようにす
る。しかし、容量、特にゲート電極及び出力電極間の容
量により出力信号に対するゲート電極の信号の漏話が著
しくなることを確かめた。
０６９０２号明細書から既知の半径方向に延在するフォ
トダイオードを具える多重フォトセルが特に好適であ
る。その理由は、この場合フォトダイオードを、半径方
向に延在する測定ディスク細条に従って光検出器の面に
配列し得るからである。フォトダイオードを並列ライン
に従って配列する上述のヨーロッパ特許願ＥＰ９６４４
８号に用いられている直線性検出器と対比するに、この
場合直線性フォトダイオードパターン上の半径方向測定
細条パターンの像を変換するために、正確に整列された
追加の光学素子を用いる必要はない。フォトダイオード
の電気的な制限はスイッチング即ちゲート電極によって
決まるため、ゲート電極は光学的制限即ち像画成シール
ドの下側に配置する必要がある。従ってこの像画成シー
ルドは導電層として構成し得ると共に出力電極として用
いることができ、しかもスイッチング電極は出力電極の
下側に配列してこれから電気的に絶縁し得るようにす
る。しかし、容量、特にゲート電極及び出力電極間の容
量により出力信号に対するゲート電極の信号の漏話が著
しくなることを確かめた。
これら漏話容量は、これらが出力電極に同一端で接続さ
れていないフォトダイオードに対し相違する場合には特
に妨害となることを確かめた。
れていないフォトダイオードに対し相違する場合には特
に妨害となることを確かめた。
本発明の目的は、スイッチング信号を経て接触すべき半
径方向に延在するフォトダイオードを有する多重フォト
セルを具え、構成が極めて簡単で、漏話容量による妨害
に起因する障害をできるだけ減少し得るようにした光検
出器を提供せんとするにある。
径方向に延在するフォトダイオードを有する多重フォト
セルを具え、構成が極めて簡単で、漏話容量による妨害
に起因する障害をできるだけ減少し得るようにした光検
出器を提供せんとするにある。
本発明は１導電型の半導体領域を具え、この領域にこれ
と相俟ってｐｎ接合を形成する反対導電型の区域を有す
る多数の細条状フォトダイオードを設け、これらフォト
ダイオードの両端を２つの同心円弧上に配設し、フォト
ダイオードの長手方向側部を半径方向に延在させ、フォ
トダイオードを接線方向において規則正しい相対距離に
配置し、順次のフォトダイオードの一端及び他端を出力
電極に相互に接続し、放射光を透過しない像画成シール
ドをフォトダイオード上に配列し、このシールドによっ
てフォトダイオードの両端を被覆すると共にシールドに
設けた開口内にフォトダイオードを主として配置し、フ
ォトダイオードの両端縁部を前記円弧と同心状に配置す
るようにした角度変位測定装置に用いるに好適な光検出
器において、前記シールドを、出力電極として用いる導
電層により構成し、前記両端縁部に隣接する部分によっ
て均一幅のバンドを形成し、この均一幅の比をその中心
ラインの曲率半径の比にほぼ逆比例させ、各フォトダイ
オードは出力電極の下側に位置する絶縁ゲート電極を有
する電界効果トランジスタを経て出力電極に接続するよ
うにしたことを特徴とする。
と相俟ってｐｎ接合を形成する反対導電型の区域を有す
る多数の細条状フォトダイオードを設け、これらフォト
ダイオードの両端を２つの同心円弧上に配設し、フォト
ダイオードの長手方向側部を半径方向に延在させ、フォ
トダイオードを接線方向において規則正しい相対距離に
配置し、順次のフォトダイオードの一端及び他端を出力
電極に相互に接続し、放射光を透過しない像画成シール
ドをフォトダイオード上に配列し、このシールドによっ
てフォトダイオードの両端を被覆すると共にシールドに
設けた開口内にフォトダイオードを主として配置し、フ
ォトダイオードの両端縁部を前記円弧と同心状に配置す
るようにした角度変位測定装置に用いるに好適な光検出
器において、前記シールドを、出力電極として用いる導
電層により構成し、前記両端縁部に隣接する部分によっ
て均一幅のバンドを形成し、この均一幅の比をその中心
ラインの曲率半径の比にほぼ逆比例させ、各フォトダイ
オードは出力電極の下側に位置する絶縁ゲート電極を有
する電界効果トランジスタを経て出力電極に接続するよ
うにしたことを特徴とする。
又、本発明物体の角度変位測定装置は、物体に機械的に
連結された測定ディスクを具え、このディスクには半径
方向に延在する第１細条のパターンを設け、これら第１
細条は接線方向において第２細条と交互に配設し、これ
ら第１及び第２細条の光特性を互いに相違させ、ほかに
細条パターンを照射する光源と、細条パターンからの光
を電気信号に変換する光検出器とを具え、この光検出器
には、電子スイッチにより検出器信号を処理する電子回
路に連続的に接続される多数のフォトダイオードより成
る多重フォトセルを設けて、前記測定ディスクにより物
体の角度変位を測定する装置において、前記光検出器と
して本発明による光検出器を用いるようにしたことを特
徴とする。
連結された測定ディスクを具え、このディスクには半径
方向に延在する第１細条のパターンを設け、これら第１
細条は接線方向において第２細条と交互に配設し、これ
ら第１及び第２細条の光特性を互いに相違させ、ほかに
細条パターンを照射する光源と、細条パターンからの光
を電気信号に変換する光検出器とを具え、この光検出器
には、電子スイッチにより検出器信号を処理する電子回
路に連続的に接続される多数のフォトダイオードより成
る多重フォトセルを設けて、前記測定ディスクにより物
体の角度変位を測定する装置において、前記光検出器と
して本発明による光検出器を用いるようにしたことを特
徴とする。
図面につき本発明を説明する。
図中同一部分には同一符号を付して示す。第１図に平面
図で示し、第２図にその一部分をII−II線上の断面で示
す本発明光検出器は１導電型（本例ではｎ導電型）の半
導体領域１を具える。この半導体領域をｐ導電型とする
こともできる。ｎ導電型領域１には複数個の同一構成の
細条状フォトダイオード、本例では説明の便宜上５個の
フォトダイオード（11〜15）を設ける。実際にはこれら
フォトダイオードの数を著しく多く、例えば約200個と
することができる。第２図にはフォトダイオード13の断
面を示す。このフォトダイオードは反対導電型（本例で
はｐ導電型）の区域４を具え、この区域を領域１と相俟
ってｐｎ接合５を形成する。フォトダイオード11〜15の
両端部は２つの同心円弧上に配置し、これらフォトダイ
オードの長手方向側部を半径方向に延在さえる（第１図
参照）。フォトダイオードは、接線方向に、即ち長手方
向に対し直角を成す方向に規則正しい相対距離で配列す
ると共に、その一端及び他端を以下詳細に説明するよう
に出力電極に交互に接続する。半導体領域１は基準電位
即ち接地点に接続する。
図で示し、第２図にその一部分をII−II線上の断面で示
す本発明光検出器は１導電型（本例ではｎ導電型）の半
導体領域１を具える。この半導体領域をｐ導電型とする
こともできる。ｎ導電型領域１には複数個の同一構成の
細条状フォトダイオード、本例では説明の便宜上５個の
フォトダイオード（11〜15）を設ける。実際にはこれら
フォトダイオードの数を著しく多く、例えば約200個と
することができる。第２図にはフォトダイオード13の断
面を示す。このフォトダイオードは反対導電型（本例で
はｐ導電型）の区域４を具え、この区域を領域１と相俟
ってｐｎ接合５を形成する。フォトダイオード11〜15の
両端部は２つの同心円弧上に配置し、これらフォトダイ
オードの長手方向側部を半径方向に延在さえる（第１図
参照）。フォトダイオードは、接線方向に、即ち長手方
向に対し直角を成す方向に規則正しい相対距離で配列す
ると共に、その一端及び他端を以下詳細に説明するよう
に出力電極に交互に接続する。半導体領域１は基準電位
即ち接地点に接続する。
フォトダイオード上には像画成シールド６を設け、この
シールド６は、入射光に対し不透明とし、且つこれによ
りフォトダイオードの両端部を被覆すると共に光が当た
るフォトダイオードの部分を画成して不所望な端縁信号
を防止し得るようにする。又、シールド６には開口ＡＢ
ＣＤを設け、この開口内にフォトダイオードを主として
位置させ、開口の対向端縁ＡＢ及びＣＤを円の弧と同心
状に配置する。
シールド６は、入射光に対し不透明とし、且つこれによ
りフォトダイオードの両端部を被覆すると共に光が当た
るフォトダイオードの部分を画成して不所望な端縁信号
を防止し得るようにする。又、シールド６には開口ＡＢ
ＣＤを設け、この開口内にフォトダイオードを主として
位置させ、開口の対向端縁ＡＢ及びＣＤを円の弧と同心
状に配置する。
本発明によれば、シールド６を出力電極として用いる導
電層、例えばアルミニウム層により構成し、その開口端
縁ＡＢ及びＣＤに隣接する部分によって均一幅のバンド
を構成し、その幅（b1，b2）の比を、バンドの中心線
（H1，H1′及びH2，H2′）の曲率半径（R1，R2）の比に
対しほぼ逆比例の関係とする。第１図から明らかなよう
に上記関係は次式で表すことができる。
電層、例えばアルミニウム層により構成し、その開口端
縁ＡＢ及びＣＤに隣接する部分によって均一幅のバンド
を構成し、その幅（b1，b2）の比を、バンドの中心線
（H1，H1′及びH2，H2′）の曲率半径（R1，R2）の比に
対しほぼ逆比例の関係とする。第１図から明らかなよう
に上記関係は次式で表すことができる。
更に本発明によれば各フォトダイオードを、電界効果ト
ランジスタを介して出力電極６の下側に位置するゲート
電極７に供給するスイッチング信号（S11−S15）によっ
て出力電極６に接続する。第２図から明らかなように区
域４には遮断部を設け、これにより区域の一部分４′を
接点窓８（第１図では×印で示す）を介して出力電極６
に接続する。これら区域の部分４′及び４によって絶縁
ゲート電極７を有する電界効果トランジスタのソース及
びドレイン領域を構成し，絶縁ゲート電極７はスイッチ
ング電圧点S13に接続する。このスイッチング電圧とし
て正しい値のものを選定する場合には区域の部分４及び
４′間の関連するフォトダイオードの表面部分に既知の
ように反転チャンネルが形成され、この反転チャンネル
を経て区域部分４及び４′を電気的に互いに接続し、従
って光により区域４に形成される電荷が出力電極６に流
れ得るようになり、この電荷を出力端子Ｕで測定するこ
とができる。
ランジスタを介して出力電極６の下側に位置するゲート
電極７に供給するスイッチング信号（S11−S15）によっ
て出力電極６に接続する。第２図から明らかなように区
域４には遮断部を設け、これにより区域の一部分４′を
接点窓８（第１図では×印で示す）を介して出力電極６
に接続する。これら区域の部分４′及び４によって絶縁
ゲート電極７を有する電界効果トランジスタのソース及
びドレイン領域を構成し，絶縁ゲート電極７はスイッチ
ング電圧点S13に接続する。このスイッチング電圧とし
て正しい値のものを選定する場合には区域の部分４及び
４′間の関連するフォトダイオードの表面部分に既知の
ように反転チャンネルが形成され、この反転チャンネル
を経て区域部分４及び４′を電気的に互いに接続し、従
って光により区域４に形成される電荷が出力電極６に流
れ得るようになり、この電荷を出力端子Ｕで測定するこ
とができる。
供給導体を含むゲート電極７と、これから酸化物層16
（第２図参照）により絶縁された上側の出力電極６との
間の容量によって漏話を発生し、この漏話により測定す
べき信号から識別し得ない妨害信号を発生する。バンド
幅b1及びb2が等しい場合にはバンドＡＢに接続されたフ
ォトダイオード12及び14の漏話容量がバンドＣＤに接続
されたフォトダイオード11,13及び15の漏話容量よりも
大きい。その理由は区域４の長手方向側部が半径方向に
延在するため、これら区域はバンドＣＤの部分よりもバ
ンドＡＢの部分のほうが広いからである。ゲート電極の
表面積従って容量は比R2／R1においてフォトダイオード
11,13及び15に対するよりもフォトダイオード12及び14
に対するほうが大である。従って漏話妨害信号はフォト
ダイオード11,13及び15並びにフォトダイオード12及び1
4に対して同程度の大きさとなる。順次のフォトダイオ
ードのこれら妨害信号の大きさが相違するため、出力電
極に交番振幅の妨害電圧パルスが発生し、そのエンベロ
ープ状交番信号が測定すべき信号の無視し得ない部分を
構成する。
（第２図参照）により絶縁された上側の出力電極６との
間の容量によって漏話を発生し、この漏話により測定す
べき信号から識別し得ない妨害信号を発生する。バンド
幅b1及びb2が等しい場合にはバンドＡＢに接続されたフ
ォトダイオード12及び14の漏話容量がバンドＣＤに接続
されたフォトダイオード11,13及び15の漏話容量よりも
大きい。その理由は区域４の長手方向側部が半径方向に
延在するため、これら区域はバンドＣＤの部分よりもバ
ンドＡＢの部分のほうが広いからである。ゲート電極の
表面積従って容量は比R2／R1においてフォトダイオード
11,13及び15に対するよりもフォトダイオード12及び14
に対するほうが大である。従って漏話妨害信号はフォト
ダイオード11,13及び15並びにフォトダイオード12及び1
4に対して同程度の大きさとなる。順次のフォトダイオ
ードのこれら妨害信号の大きさが相違するため、出力電
極に交番振幅の妨害電圧パルスが発生し、そのエンベロ
ープ状交番信号が測定すべき信号の無視し得ない部分を
構成する。
回路設計の見地からすると、前部のフォトダイオードに
対する妨害電圧パルスの大きさが同一であり、その結果
エンベロープ信号が直流電圧信号であることは信号を解
析するうえで有利である。この点は、本発明光検出器に
おいて比 とする良好な概算によって達成することができ、その結
果、バンドＡＢに接続されたフォトダイオードの漏話容
量をバンドＣＤに接続されたフォトダイオードの漏話容
量にほぼ等しくすることができる。
対する妨害電圧パルスの大きさが同一であり、その結果
エンベロープ信号が直流電圧信号であることは信号を解
析するうえで有利である。この点は、本発明光検出器に
おいて比 とする良好な概算によって達成することができ、その結
果、バンドＡＢに接続されたフォトダイオードの漏話容
量をバンドＣＤに接続されたフォトダイオードの漏話容
量にほぼ等しくすることができる。
実際に達成された満足に作動する光検出器では、フォト
ダイオードの数を220とする。多結晶珪素より成り、供
給導体を含むスイッチング電極７の幅を８μｍとし、且
つR1＝17mm及びR2＝18.8mmとする。かかる光検出器にお
いて、バンド幅b1をバンド幅b2に等しくすると、順次の
フォトダイオード間の妨害信号の差はほぼ10%とする。
ダイオードの数を220とする。多結晶珪素より成り、供
給導体を含むスイッチング電極７の幅を８μｍとし、且
つR1＝17mm及びR2＝18.8mmとする。かかる光検出器にお
いて、バンド幅b1をバンド幅b2に等しくすると、順次の
フォトダイオード間の妨害信号の差はほぼ10%とする。
本発明による構成においては、この差を著しく減少させ
ることができる。
ることができる。
多重フォトセルを具える半導体本体にはスイッチング信
号を発生且つ処理する電子回路を少なくとも部分的に組
込むのが好適であり、従って光検出器全体は、多重フォ
トセル及び関連する周辺電子部品を有するモノリシック
集積回路を構成する。
号を発生且つ処理する電子回路を少なくとも部分的に組
込むのが好適であり、従って光検出器全体は、多重フォ
トセル及び関連する周辺電子部品を有するモノリシック
集積回路を構成する。
次に示す例では本発明による光検出器を用いる物体の角
度変位測定装置を説明する。
度変位測定装置を説明する。
第３及び４図に示す物体の角度変位測定装置は、回転を
測定する必要のある物体（図示せず）に接続されら中心
Ｍを有する円形ディスク21を具える。この円形ディスク
21は軸線ａａ′を中心として回転する。この円形ディス
ク21はいわゆるゴニオメータ即ちマニピュレータの一部
分を形成し、これにより検査すべき物資のサンプルを測
定光ビームに対し所定角度で配列する。ゴニオメータは
例えばＸ線と共に作動するスペクトロメータ又は顕微鏡
に使用する。或いは又円形ディスク21によって工作機械
又は処理機械の角度センサの一部分を構成することもで
きる。このディスク21には、等距離に配列された複数個
の反射細条23及びこれら反射細条に対し交互に配列され
た無反射、例えば透明又は光吸収細条24より成るパター
ン22を設ける。このパターン22を光源25、例えば発光ダ
イオード又はダイオードレーザから放出されたビーム26
により照射する。ビーム26の一部分を反透鏡27によりデ
ィスク21に反射する。光源25は視野レンズ28の焦点面に
配置してビームを平行とし得るようにする。パターン22
により反射された光の一部分は反透鏡27を通過して対物
レンズ系29に到達し、この対物レンズ系によって測定デ
ィスクの照射パターンを多重フォトセル30上に結像す
る。
測定する必要のある物体（図示せず）に接続されら中心
Ｍを有する円形ディスク21を具える。この円形ディスク
21は軸線ａａ′を中心として回転する。この円形ディス
ク21はいわゆるゴニオメータ即ちマニピュレータの一部
分を形成し、これにより検査すべき物資のサンプルを測
定光ビームに対し所定角度で配列する。ゴニオメータは
例えばＸ線と共に作動するスペクトロメータ又は顕微鏡
に使用する。或いは又円形ディスク21によって工作機械
又は処理機械の角度センサの一部分を構成することもで
きる。このディスク21には、等距離に配列された複数個
の反射細条23及びこれら反射細条に対し交互に配列され
た無反射、例えば透明又は光吸収細条24より成るパター
ン22を設ける。このパターン22を光源25、例えば発光ダ
イオード又はダイオードレーザから放出されたビーム26
により照射する。ビーム26の一部分を反透鏡27によりデ
ィスク21に反射する。光源25は視野レンズ28の焦点面に
配置してビームを平行とし得るようにする。パターン22
により反射された光の一部分は反透鏡27を通過して対物
レンズ系29に到達し、この対物レンズ系によって測定デ
ィスクの照射パターンを多重フォトセル30上に結像す
る。
多重フォトセル30は本発明による光検出器の一部分を構
成すると共に比較的多数の細条状フォトダイオード31を
具え、これらフォトダイオードは分離細条32により相互
に分離すると共に比較的少数の群に分割する。これがた
め、各群は比較的多数のフォトダイオードを具える。結
像された細条パターン22の一段当たりのフォトダイオー
ドの数はできるだけ多数として光信号の電気的な再現性
をできるだけ信頼性のあるものとする必要がある。又、
例えば720個の細条段を周縁に具える細条パターン22の
最大可能な部分を走査する必要がある。
成すると共に比較的多数の細条状フォトダイオード31を
具え、これらフォトダイオードは分離細条32により相互
に分離すると共に比較的少数の群に分割する。これがた
め、各群は比較的多数のフォトダイオードを具える。結
像された細条パターン22の一段当たりのフォトダイオー
ドの数はできるだけ多数として光信号の電気的な再現性
をできるだけ信頼性のあるものとする必要がある。又、
例えば720個の細条段を周縁に具える細条パターン22の
最大可能な部分を走査する必要がある。
第５図に示すように光検出器のフォトダイオード31は曲
率半径Ｒ′の曲線33に沿って配列し、この曲率半径Ｒ′
は、フォトダイオードのパターンが多重フォトセルに形
成されたパターン22の細条の像に相当するように選定す
る。従って、対物レンズ系29を倍率Ｍとする場合には、
上記曲率半径Ｒ′は次式で表すことができる。
率半径Ｒ′の曲線33に沿って配列し、この曲率半径Ｒ′
は、フォトダイオードのパターンが多重フォトセルに形
成されたパターン22の細条の像に相当するように選定す
る。従って、対物レンズ系29を倍率Ｍとする場合には、
上記曲率半径Ｒ′は次式で表すことができる。
Ｒ′＝ＭＸＲ ここにＲは、パターン22の細条が配列された曲線34の曲
率半径である。かかる手段とすることにより反射細条２
３からの光を多くとも１個のフォトダイオード31又１個
の分離細条32毎に測定ディスク21に照射することがで
き、しかも測定ディスクが回転すると全てのフォトダイ
オードが順次に完全に照射されるようになる。これがた
め測定ディスク21従ってこれに連結された物体の角回転
を極めて正確に測定することができる。
率半径である。かかる手段とすることにより反射細条２
３からの光を多くとも１個のフォトダイオード31又１個
の分離細条32毎に測定ディスク21に照射することがで
き、しかも測定ディスクが回転すると全てのフォトダイ
オードが順次に完全に照射されるようになる。これがた
め測定ディスク21従ってこれに連結された物体の角回転
を極めて正確に測定することができる。
多重フォトセル30の上述した例ではフォトダイオードの
数を220とし、各フォトダイオードの長さを1.8mmとし
た。又、各フォトダイオードの幅を10μｍとし、これら
フォトダイオードの相対距離も10μｍとした。従ってパ
ターン22の段当たりのフォトダイオードの数は、視野が
パターン22の22段を具えるような数とした。これがため
10個の順次のフォトダイオードより成る各組の関連する
フォトダイオードを互いに接続した。これは各々が22個
のフォトダイオードより成る群が10個存在することを意
味する。
数を220とし、各フォトダイオードの長さを1.8mmとし
た。又、各フォトダイオードの幅を10μｍとし、これら
フォトダイオードの相対距離も10μｍとした。従ってパ
ターン22の段当たりのフォトダイオードの数は、視野が
パターン22の22段を具えるような数とした。これがため
10個の順次のフォトダイオードより成る各組の関連する
フォトダイオードを互いに接続した。これは各々が22個
のフォトダイオードより成る群が10個存在することを意
味する。
従って、フォトダイオードの５個の順次の群を作動させ
ることによって多重フォトセル30の表面に白黒比が１：
１の静止細条パターンをシュミレートする。この５群の
フォトダイオードを毎回１群宛進段する場合には移動細
条パターンを得ることができる。
ることによって多重フォトセル30の表面に白黒比が１：
１の静止細条パターンをシュミレートする。この５群の
フォトダイオードを毎回１群宛進段する場合には移動細
条パターンを得ることができる。
第６図にブロック線図で示す処理回路ではクロックパル
ス発生器40により発生したクロックパルス41を分周器42
及び43に供給する。分周器42によってリングカウンタ45
を制御するパルス44を発生する。多重フォトセル30は、
このリングカウンタ45により作動して測定信号46を発生
する。分周器43によって、分周器42からの制御パルス44
とは繰り返し周波数が異なるパルス47を発生し、これに
より基準信号を形成する。バッファカウンタ48では測定
信号46及び基準パルス47を互いに比較する。バッファカ
ウンタ48の出力パルスを例えば表示器に供給する。
ス発生器40により発生したクロックパルス41を分周器42
及び43に供給する。分周器42によってリングカウンタ45
を制御するパルス44を発生する。多重フォトセル30は、
このリングカウンタ45により作動して測定信号46を発生
する。分周器43によって、分周器42からの制御パルス44
とは繰り返し周波数が異なるパルス47を発生し、これに
より基準信号を形成する。バッファカウンタ48では測定
信号46及び基準パルス47を互いに比較する。バッファカ
ウンタ48の出力パルスを例えば表示器に供給する。
リングカウンタ45によって多重フォトセル30のフォトダ
イオードの順次の群を作動させる場合には細条パターン
はフォトセル30の表面上を一定の速度でみかけ上移動す
る。このパターン22の段は、パターン22のフォトセル30
上への投影の段と等しくする。パターン22がフォトセル
30に対して静止している場合には測定信号の周波数は一
定となる。パターン22の投影がリングカウンタ45により
作動する見かけのパターンと同一方向に移動する場合に
は測定信号46の周波数は減少するが、パターンの投影が
リングカウンタにより作動する見かけのパターンとは逆
方向に移動する場合には測定信号46の周波数が増大す
る。これがため、細条パターン22の変位従って物体の変
位の方向及び大きさを測定することができる。
イオードの順次の群を作動させる場合には細条パターン
はフォトセル30の表面上を一定の速度でみかけ上移動す
る。このパターン22の段は、パターン22のフォトセル30
上への投影の段と等しくする。パターン22がフォトセル
30に対して静止している場合には測定信号の周波数は一
定となる。パターン22の投影がリングカウンタ45により
作動する見かけのパターンと同一方向に移動する場合に
は測定信号46の周波数は減少するが、パターンの投影が
リングカウンタにより作動する見かけのパターンとは逆
方向に移動する場合には測定信号46の周波数が増大す
る。これがため、細条パターン22の変位従って物体の変
位の方向及び大きさを測定することができる。
前述したように、第６図のブロック図に従う処理回路の
一部分は多重フォトセルと同一半導体本体内に組込むこ
とができる。
一部分は多重フォトセルと同一半導体本体内に組込むこ
とができる。
本発明は上述した例にのみ限定されるものではない。例
えば、フォトダイオードは、ｎ型半導体本体に設けたｐ
型区域で構成しないでｐ型半導体本体に設けたｎ型区域
で構成することができる。又、出力電極として用いるシ
ールド６もアルミニウム層でなく他の導電層で構成する
ことができる。更に、フォトダイオードは上述した所と
は異なる形状で群に接続することができ、又測定装置或
いは調整装置への使用に従って群に接続しなくてもよ
い。
えば、フォトダイオードは、ｎ型半導体本体に設けたｐ
型区域で構成しないでｐ型半導体本体に設けたｎ型区域
で構成することができる。又、出力電極として用いるシ
ールド６もアルミニウム層でなく他の導電層で構成する
ことができる。更に、フォトダイオードは上述した所と
は異なる形状で群に接続することができ、又測定装置或
いは調整装置への使用に従って群に接続しなくてもよ
い。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明光検出器の一部分を示す平面図、 第２図は第１図に示す光検出器のII−II線上の断面図、 第３図は本発明物体の角度変位測定装置の構成を示す説
明図、 第４及び５図は第３図で示す装置の一部分を詳細に示す
部分平面図、 第６図は第３図に示す装置に関連する信号処理回路を示
すブロック図である。 １…半導体領域、４…半導体区域 ４′…一部分（４）、５…ｐｎ接合 ６…像画成シールド（出力電極） ７…ゲート電極、８…接点窓 11〜15…フォトダイオード 16…酸化物層、21…円形測定ディスク 22…パターン、23…反射細条 24…透明又は光吸収細条 25…光源、26…ビーム 27…反透鏡、28…視野レンズ 29…対物レンズ系、30…多重フォトセル 31…細条状フォトダイオード 32…分離細条、33,34…曲線 40…クロックパルス発生器 41…クロックパルス、42,43…分周器 44…パルス（42）、45…リングカウンタ 46…測定信号、47…パルス（43） 48…バッファカウンタ、ABCD…開口 AB,CD…開口縁 R,R′，R1,R1…曲率半径 b1,b2…幅 H1,H1′，H2,H2′…曲率半径 S11〜S15…スイッチング信号
明図、 第４及び５図は第３図で示す装置の一部分を詳細に示す
部分平面図、 第６図は第３図に示す装置に関連する信号処理回路を示
すブロック図である。 １…半導体領域、４…半導体区域 ４′…一部分（４）、５…ｐｎ接合 ６…像画成シールド（出力電極） ７…ゲート電極、８…接点窓 11〜15…フォトダイオード 16…酸化物層、21…円形測定ディスク 22…パターン、23…反射細条 24…透明又は光吸収細条 25…光源、26…ビーム 27…反透鏡、28…視野レンズ 29…対物レンズ系、30…多重フォトセル 31…細条状フォトダイオード 32…分離細条、33,34…曲線 40…クロックパルス発生器 41…クロックパルス、42,43…分周器 44…パルス（42）、45…リングカウンタ 46…測定信号、47…パルス（43） 48…バッファカウンタ、ABCD…開口 AB,CD…開口縁 R,R′，R1,R1…曲率半径 b1,b2…幅 H1,H1′，H2,H2′…曲率半径 S11〜S15…スイッチング信号
Claims (4)
- 【請求項１】１導電型の半導体領域を具え、この領域に
これと相俟ってｐｎ接合を形成する反対導電型の区域を
有する多数の細条状フォトダイオードを設け、これらフ
ォトダイオードの両端を２つの同心円弧上に配設し、フ
ォトダイオードの長手方向側部を半径方向に延在させ、
フォトダイオードを接線方向において規則正しい相対距
離に配設し、順次のフォトダイオードの一端及び他端を
出力電極に交互に接続し、放射光を透過しない像画成シ
ールドをフォトダイオード上に配列し、このシールドに
よってフォトダイオードの両端を被覆すると共にシール
ドに設けた開口内にフォトダイオードを主として配置
し、フォトダイオードの両端縁部を前記円弧と同心状に
配置するようにした角度変位測定装置に用いるに好適な
光検出器において、前記シールドを、出力電極として用
いる導電層により構成し、前記両端縁部に隣接する部分
によって均一幅のバンドを形成し、この均一幅の比をそ
の中心ラインの曲率半径の比にほぼ逆比例させ、各フォ
トダイオードは出力電極の下側に位置する絶縁ゲート電
極を有する電界効果トランジスタを経て出力電極に接続
するようにしたことを特徴とする光検出器。 - 【請求項２】前記フォトダイオードは、電界効果トラン
ジスタのスイッチング信号を発生且つ処理する電子回路
の少なくとも一部分と共に同一半導体本体内に設けるよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光検出器。 - 【請求項３】物体に機械的に連結された測定ディスクを
具え、このディスクには半径方向に延在する第１細条の
パターンを設け、これら第１細条は接線方向において第
２細条と交互に配設し、これら第１及び第２細条の光特
性を互いに相違させ、ほかに細条パターンを照射する光
源と、細条パターンからの光を電気信号に変換する光検
出器とを具え、この光検出器には、電子スイッチにより
検出器信号を処理する電子回路に連続的に接続される多
数のフォトダイオードより成る多重フォトセルを設け
て、前記測定ディスクにより物体の角度変位を測定する
装置において、前記光検出器として、１導電型の半導体
領域を具え、この領域にこれと相俟ってｐｎ接合を形成
する反対導電型の区域を有する多数の細条状フォトダイ
オードを設け、これらフォトダイオードの両端を２つの
同心円弧上に配設し、フォトダイオードの長手方向側部
を半径方向に延在させ、フォトダイオードを接線方向に
おいて規則正しい相対距離に配設し、順次のフォトダイ
オードの一端及び他端を出力電極に交互に接続し、放射
光を透過しない像画成シールドをフォトダイオード上に
配列し、このシールドによってフォトダイオードの両端
を被覆すると共にシールドに設けた開口内にフォトダイ
オードを主として配置し、フォトダイオードの両端縁部
を前記円弧と同心状に配置するようにした光検出器であ
って、前記シールドを、出力電極として用いる導電層に
より構成し、前記両端縁部に隣接する部分によって均一
幅のバンドを形成し、この均一幅の比をその中心ライン
の曲率半径の比にほぼ逆比例させ、各フォトダイオード
は出力電極の下側に位置する絶縁ゲート電極を有する電
界効果トランジスタを経て出力電極に接続するようにし
た光検出器を用いるようにしたことを特徴とする物体の
角度変位測定装置。 - 【請求項４】前記フォトダイオードは、電界効果トラン
ジスタのスイッチング信号を発生且つ処理する電子回路
の少なくとも一部分と共に同一半導体本体内に設けるよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
物体の角度変位測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8502988 | 1985-11-01 | ||
| NL8502988A NL8502988A (nl) | 1985-11-01 | 1985-11-01 | Halfgeleidende radieele fotodetector, en inrichting bevattende een dergelijke detector. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62112019A JPS62112019A (ja) | 1987-05-23 |
| JPH0613991B2 true JPH0613991B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=19846789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25870986A Expired - Lifetime JPH0613991B2 (ja) | 1985-11-01 | 1986-10-31 | 光検出器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4766307A (ja) |
| EP (1) | EP0228721B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0613991B2 (ja) |
| DE (1) | DE3671515D1 (ja) |
| NL (1) | NL8502988A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4916306A (en) * | 1988-07-14 | 1990-04-10 | Tektronix | Device for detecting spatial variation in the intensity of electromagnetic radiation |
| JPH0648575Y2 (ja) * | 1988-09-13 | 1994-12-12 | パイオニア株式会社 | 光検出器 |
| DE3931941A1 (de) * | 1989-09-28 | 1991-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | Winkelmessvorrichtung |
| EP0527536B1 (en) * | 1991-08-14 | 1998-06-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | X-ray analysis apparatus |
| EP0632256B1 (en) * | 1993-06-28 | 1998-08-26 | International Business Machines Corporation | Micropolarimeter, microsensor system and method of characterizing thin films |
| DE4332859C2 (de) * | 1993-09-27 | 1998-12-24 | Heimann Optoelectronics Gmbh | Positionsgeber zur Erfassung der Lage eines Licht- oder Teilchenstrahls |
| US6133615A (en) * | 1998-04-13 | 2000-10-17 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Photodiode arrays having minimized cross-talk between diodes |
| DE10317736A1 (de) * | 2003-04-11 | 2004-10-28 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Abtasteinheit für eine Positionsmesseinrichtung zum optischen Abtasten einer Maßverkörperung |
| DE10323088A1 (de) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| CA2517999A1 (en) * | 2005-08-30 | 2007-02-28 | Ibm Canada Limited - Ibm Canada Limitee | Position sensing for a kvm switch |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3531650A (en) * | 1968-10-11 | 1970-09-29 | Dynamics Res Corp | Electro-optical transducers having fluidic support |
| US3757128A (en) * | 1972-03-20 | 1973-09-04 | Ibm | Multiphase tachometer |
| NL7403468A (nl) * | 1974-03-15 | 1975-09-17 | Philips Nv | Inrichting voor het bepalen van de verplaat- sing van een onderdeel van een werktuig. |
| US4285595A (en) * | 1978-01-12 | 1981-08-25 | Electro-Craft Corporation | Modular encoder |
| US4373816A (en) * | 1981-01-09 | 1983-02-15 | Morvue, Inc. | Scanning beam optical position determining apparatus and method |
| NL8202300A (nl) * | 1982-06-08 | 1984-01-02 | Philips Nv | Inrichting voor het bepalen van hoekverplaatsingen van een voorwerp. |
| DE3382706T2 (de) * | 1982-09-20 | 1993-11-25 | Shimadzu Corp | Verfahren und Vorrichtung zur Relativwegmessung. |
| JPS6047917A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-15 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 回転角度検出装置 |
| JPS6047916A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-15 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 回転数検出装置 |
| JPS6076614A (ja) * | 1983-10-03 | 1985-05-01 | Sharp Corp | 光電式エンコ−ダ |
-
1985
- 1985-11-01 NL NL8502988A patent/NL8502988A/nl not_active Application Discontinuation
-
1986
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