JPH07114293B2 - 半導体光入射位置検出素子 - Google Patents
半導体光入射位置検出素子Info
- Publication number
- JPH07114293B2 JPH07114293B2 JP3332992A JP3332992A JPH07114293B2 JP H07114293 B2 JPH07114293 B2 JP H07114293B2 JP 3332992 A JP3332992 A JP 3332992A JP 3332992 A JP3332992 A JP 3332992A JP H07114293 B2 JPH07114293 B2 JP H07114293B2
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- light receiving
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はホトダイオードを利用し
た半導体光入射位置検出素子に関するものである。
た半導体光入射位置検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２次元の半導体光位置検出器としては、
光センサの表面における横方向への電荷配分（ラテラル
効果）を利用した位置検出器（以降ＰＳＤという）がよ
く知られている。代表的なものとしては、浜松ホトニク
ス株式会社製のＳ１２００，Ｓ１３００，Ｓ１８８０な
どがある。これらを用いた光位置検出方法は、２つの直
交した軸方向のセンサ端に、それぞれ相対する２組の信
号取り出し部を設け、ここからの信号の強弱が光点位置
までの距離に反比例することを利用している。
光センサの表面における横方向への電荷配分（ラテラル
効果）を利用した位置検出器（以降ＰＳＤという）がよ
く知られている。代表的なものとしては、浜松ホトニク
ス株式会社製のＳ１２００，Ｓ１３００，Ｓ１８８０な
どがある。これらを用いた光位置検出方法は、２つの直
交した軸方向のセンサ端に、それぞれ相対する２組の信
号取り出し部を設け、ここからの信号の強弱が光点位置
までの距離に反比例することを利用している。
【０００３】また、ＰＳＤのほかに、分割型のホトダイ
オードを使用して、光点の位置の変化をとらえる方法も
ある。そして、このような分割型ホトダイオードを利用
した傾斜角検出器として、例えば特開平２−４２３１０
号のものが知られている。
オードを使用して、光点の位置の変化をとらえる方法も
ある。そして、このような分割型ホトダイオードを利用
した傾斜角検出器として、例えば特開平２−４２３１０
号のものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＰＳＤは半導体の表面
に形成した抵抗層を利用して、光生成された電荷の分配
をしているため、簡単な周辺回路で位置信号を得ること
ができる。このため、広く使用されているが、ＰＳＤの
動作原理に由来する抵抗層の雑音電流は避けられない。
このため、抵抗層の値を大きくして雑音の低減を計って
いるが、あまり大きな抵抗値を持ったＰＳＤは検出位置
のドリフトを生じたり、光電流による抵抗層の飽和を起
こしやすい。同時に、大きな抵抗層の値は時定数を大き
くし、応答速度を低下させることにもなる。
に形成した抵抗層を利用して、光生成された電荷の分配
をしているため、簡単な周辺回路で位置信号を得ること
ができる。このため、広く使用されているが、ＰＳＤの
動作原理に由来する抵抗層の雑音電流は避けられない。
このため、抵抗層の値を大きくして雑音の低減を計って
いるが、あまり大きな抵抗値を持ったＰＳＤは検出位置
のドリフトを生じたり、光電流による抵抗層の飽和を起
こしやすい。同時に、大きな抵抗層の値は時定数を大き
くし、応答速度を低下させることにもなる。
【０００５】また、従来の分割型のホトダイオードにお
いては、光量の変化を補正するための参照信号も得られ
るが、入射光はセンサ全面に均一に分布させる必要があ
り、集光された光束や光点の検出には不向きである。本
発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、特にスポ
ット光の入射位置検出に適した半導体光入射位置検出素
子を提供することを目的とする。
いては、光量の変化を補正するための参照信号も得られ
るが、入射光はセンサ全面に均一に分布させる必要があ
り、集光された光束や光点の検出には不向きである。本
発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、特にスポ
ット光の入射位置検出に適した半導体光入射位置検出素
子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
半導体基板に複数の受光面を構成する複数のホトダイオ
ードが形成された半導体光入射位置検出素子において、
複数の受光面は所定の基準位置を中心として放射状に対
称方向に延びる略同一形状の複数の受光面として構成さ
れ、複数のホトダイオードのカソードまたはアノードの
一方の極は共通に形成されて、他方の極にはそれぞれ独
立の電極が設けられ、複数の受光面の間の前記半導体基
板には別の受光面を構成する別のホトダイオードが形成
されていることを特徴とする。
半導体基板に複数の受光面を構成する複数のホトダイオ
ードが形成された半導体光入射位置検出素子において、
複数の受光面は所定の基準位置を中心として放射状に対
称方向に延びる略同一形状の複数の受光面として構成さ
れ、複数のホトダイオードのカソードまたはアノードの
一方の極は共通に形成されて、他方の極にはそれぞれ独
立の電極が設けられ、複数の受光面の間の前記半導体基
板には別の受光面を構成する別のホトダイオードが形成
されていることを特徴とする。
【０００７】また、請求項２に係る発明の半導体光入射
位置検出素子においては、複数の受光面は所定の基準位
置から一定半径の範囲内に形成され、当該一定半径の外
側領域には別の受光面を構成する別のホトダイオードが
形成されていることを特徴とする。
位置検出素子においては、複数の受光面は所定の基準位
置から一定半径の範囲内に形成され、当該一定半径の外
側領域には別の受光面を構成する別のホトダイオードが
形成されていることを特徴とする。
【０００８】
【作用】請求項１に係る発明において、受光面を放射状
に配設したときには、入射光スポットの基準位置からの
変位量を光電流出力比として検出できる。更に、放射状
の受光面の間に別の受光面を設けておけば、入射光を全
て検出できるので、入射光量をモニタして光源の発光量
コントロールが可能になる。
に配設したときには、入射光スポットの基準位置からの
変位量を光電流出力比として検出できる。更に、放射状
の受光面の間に別の受光面を設けておけば、入射光を全
て検出できるので、入射光量をモニタして光源の発光量
コントロールが可能になる。
【０００９】また、請求項２に係る発明において、基準
位置から一定半径外と一定半径内で別の受光面を配設す
ると、上述の請求項１に係る発明の作用に加えて、入射
光スポットが一定範囲内にあるか範囲外にあるかをも検
知できる。
位置から一定半径外と一定半径内で別の受光面を配設す
ると、上述の請求項１に係る発明の作用に加えて、入射
光スポットが一定範囲内にあるか範囲外にあるかをも検
知できる。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面により実施例を詳細に説明す
るが、同一要素には同一符号を付すこととして、重複す
る説明は省略する。
るが、同一要素には同一符号を付すこととして、重複す
る説明は省略する。
【００１１】先ず、請求項１に係る発明の実施例につい
て説明する。図１は実施例に係る半導体光入射位置検出
素子を一部断面で示した斜視図であり、図２はその上面
図である。図１に示すように、シリコンなどの半導体基
板１にはｎ型拡散領域１２が形成され、この内部に８個
のｐ型拡散領域１３が形成される。このｐ型拡散領域１
３はホトダイオードのアノードであって受光面として働
き、図１に一点鎖線で示すように、４個については中心
位置（基準位置）から４方向に延び、残りの４個につい
てはその間に形成される。
て説明する。図１は実施例に係る半導体光入射位置検出
素子を一部断面で示した斜視図であり、図２はその上面
図である。図１に示すように、シリコンなどの半導体基
板１にはｎ型拡散領域１２が形成され、この内部に８個
のｐ型拡散領域１３が形成される。このｐ型拡散領域１
３はホトダイオードのアノードであって受光面として働
き、図１に一点鎖線で示すように、４個については中心
位置（基準位置）から４方向に延び、残りの４個につい
てはその間に形成される。
【００１２】半導体基板１の上面にはＳｉＯ2 などの透
明絶縁膜２が形成される。そして、ｎ型拡散領域１２上
においてｐ型拡散領域１３を囲むように開孔された透明
絶縁膜２上には共通電極２１が設けられ、ｐ型拡散領域
１３の端部において開孔された透明絶縁膜２上には信号
電極２２が設けられる。なお、図示はされていないが、
共通電極２１および信号電極２２には、ワイヤボンディ
ングによる外部回路（図示せず）との接続がとられてい
る。
明絶縁膜２が形成される。そして、ｎ型拡散領域１２上
においてｐ型拡散領域１３を囲むように開孔された透明
絶縁膜２上には共通電極２１が設けられ、ｐ型拡散領域
１３の端部において開孔された透明絶縁膜２上には信号
電極２２が設けられる。なお、図示はされていないが、
共通電極２１および信号電極２２には、ワイヤボンディ
ングによる外部回路（図示せず）との接続がとられてい
る。
【００１３】図２に示されるように、ｐ型拡散領域１３
により構成される受光面は、それぞれ独立しており、そ
れぞれの光電流出力は信号電極２２ａ〜ｄ，２２Ｘ1 ，
２２Ｘ2 ，２２Ｙ1 ，２２Ｙ2 から取り出される。ここ
で、各信号電極２２の出力をＡ〜Ｄ，Ｘ1 ，Ｘ2 ，
Ｙ1 ，Ｙ2 とすると、出力Ｘ1 ，Ｘ2 の比によりｘ軸方
向の光入射位置が求まり、出力Ｙ1 ，Ｙ2 の比によりｙ
軸方向の光入射位置が求まる。
により構成される受光面は、それぞれ独立しており、そ
れぞれの光電流出力は信号電極２２ａ〜ｄ，２２Ｘ1 ，
２２Ｘ2 ，２２Ｙ1 ，２２Ｙ2 から取り出される。ここ
で、各信号電極２２の出力をＡ〜Ｄ，Ｘ1 ，Ｘ2 ，
Ｙ1 ，Ｙ2 とすると、出力Ｘ1 ，Ｘ2 の比によりｘ軸方
向の光入射位置が求まり、出力Ｙ1 ，Ｙ2 の比によりｙ
軸方向の光入射位置が求まる。
【００１４】一方、全入射光量はＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｘ1
＋Ｘ2 ＋Ｙ1 ＋Ｙ2 により求まる。したがって、入射光
の発光源が例えばＬＥＤ（発光ダイオード）であるとき
に、この発光量をモニタできるので、適切な帰還回路に
より発光量の一定値への制御が可能になる。
＋Ｘ2 ＋Ｙ1 ＋Ｙ2 により求まる。したがって、入射光
の発光源が例えばＬＥＤ（発光ダイオード）であるとき
に、この発光量をモニタできるので、適切な帰還回路に
より発光量の一定値への制御が可能になる。
【００１５】図３はこれらを実現した回路図である。図
示の通り、放射状に配設されたホトダイオードの出力の
うち、ペアとなる出力Ｘ1 ，Ｘ2 は差動増幅器３Ｘで比
較され、別のペアとなる出力Ｙ1 ，Ｙ2 は差動増幅器３
Ｙで比較される。これにより、Ｘ方向とＹ方向の位置出
力が可能になる。
示の通り、放射状に配設されたホトダイオードの出力の
うち、ペアとなる出力Ｘ1 ，Ｘ2 は差動増幅器３Ｘで比
較され、別のペアとなる出力Ｙ1 ，Ｙ2 は差動増幅器３
Ｙで比較される。これにより、Ｘ方向とＹ方向の位置出
力が可能になる。
【００１６】一方、Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｙ1 ，Ｙ2 出力とＡ〜
Ｄ出力はアンプ４で加算増幅され、差動増幅器５で基準
レベルＶREF と比較される。そして、比較出力にもとづ
いて、光源であるＬＥＤが発光駆動されるので、光量は
一定レベルにコントロールされる。
Ｄ出力はアンプ４で加算増幅され、差動増幅器５で基準
レベルＶREF と比較される。そして、比較出力にもとづ
いて、光源であるＬＥＤが発光駆動されるので、光量は
一定レベルにコントロールされる。
【００１７】装置の温度による誤差や光量の変動を考慮
すると、光源の発光量を常時モニタできることが望まし
いが、本実施例によれば、帰還回路の採用で光源の光量
を一定に保つことが可能になるので、光束がどこに移動
しても全光量が監視でき、同時に本来の光点位置検出を
行うことができる。
すると、光源の発光量を常時モニタできることが望まし
いが、本実施例によれば、帰還回路の採用で光源の光量
を一定に保つことが可能になるので、光束がどこに移動
しても全光量が監視でき、同時に本来の光点位置検出を
行うことができる。
【００１８】次に、請求項２に係る発明の実施例につい
て説明する。図４は、実施例に係る半導体光入射位置検
出素子の上面図である。基準位置から一定半径の範囲内
の領域に、基準位置を中心として放射状に対称方向に延
びる略同一形状の４個のホトダイオードの受光面が形成
される。又、その領域内であって、これら４個のホトダ
イオードの間には、別の４個のホトダイオードの受光面
が形成される。一定半径の範囲外の領域には更に別のホ
トダイオードが形成される。
て説明する。図４は、実施例に係る半導体光入射位置検
出素子の上面図である。基準位置から一定半径の範囲内
の領域に、基準位置を中心として放射状に対称方向に延
びる略同一形状の４個のホトダイオードの受光面が形成
される。又、その領域内であって、これら４個のホトダ
イオードの間には、別の４個のホトダイオードの受光面
が形成される。一定半径の範囲外の領域には更に別のホ
トダイオードが形成される。
【００１９】入射光スポットが一定半径の範囲外の領域
にある場合には、その領域に受光面を有するホトダイオ
ードから、光を検知した旨の出力が得られる。一方、入
射光スポットが一定半径の範囲内の領域にある場合に
は、基準位置からの入射光スポットの変位量が、放射状
に配置された４個のホトダイオードから光電流出力比と
して検知される。又、一定半径の範囲内の領域にある８
個のホトダイオードからの出力の総和から入射光量が測
定される。従って、例えば、一定の範囲内での光束の動
きを比例的に検知し、さらに特定の範囲を外れたときに
は異常警報の発生を行うためのセンサが構成できる。斜
線部はいずれもホトダイオードの受光面であって、独立
して光電流を出力できるようになっている。なお、いず
れのホトダイオードも各受光部の間の隙間は数μｍ以下
に形成できるので、位置計測の誤差にはならない。
にある場合には、その領域に受光面を有するホトダイオ
ードから、光を検知した旨の出力が得られる。一方、入
射光スポットが一定半径の範囲内の領域にある場合に
は、基準位置からの入射光スポットの変位量が、放射状
に配置された４個のホトダイオードから光電流出力比と
して検知される。又、一定半径の範囲内の領域にある８
個のホトダイオードからの出力の総和から入射光量が測
定される。従って、例えば、一定の範囲内での光束の動
きを比例的に検知し、さらに特定の範囲を外れたときに
は異常警報の発生を行うためのセンサが構成できる。斜
線部はいずれもホトダイオードの受光面であって、独立
して光電流を出力できるようになっている。なお、いず
れのホトダイオードも各受光部の間の隙間は数μｍ以下
に形成できるので、位置計測の誤差にはならない。
【００２０】以上に述べた各部を組み合わせて構成した
傾斜検出装置の例を図５に示す。ここで、図示はしない
が外側ケースが設けられており、このケースは光源であ
るＬＥＤ、密閉容器５３内の着色液体５１中に気泡５２
を封入した傾斜検出部、光センサであるサブマウント７
１と本発明の素子７２とを堅固に固定し、かつセンサ部
を遮光する構造になっている。
傾斜検出装置の例を図５に示す。ここで、図示はしない
が外側ケースが設けられており、このケースは光源であ
るＬＥＤ、密閉容器５３内の着色液体５１中に気泡５２
を封入した傾斜検出部、光センサであるサブマウント７
１と本発明の素子７２とを堅固に固定し、かつセンサ部
を遮光する構造になっている。
【００２１】この光センサに図３の回路を用いる場合、
信号処理部からは各分割光センサの総和信号が得られる
ようにする。これは基準電圧と比較され、ＬＥＤの発光
光量を一定に保つように負帰還がかかる。このため、こ
の傾斜検出装置は一度だけ校成しておけば、常に正確に
傾斜量に応じた出力が得られ、これが表示器、出力装置
に与えられる。
信号処理部からは各分割光センサの総和信号が得られる
ようにする。これは基準電圧と比較され、ＬＥＤの発光
光量を一定に保つように負帰還がかかる。このため、こ
の傾斜検出装置は一度だけ校成しておけば、常に正確に
傾斜量に応じた出力が得られ、これが表示器、出力装置
に与えられる。
【００２２】前述の傾斜検出部の光点移動原理は、装置
に働く重力の方向変化によるものである。この傾斜検出
装置に水平面内の任意の方向の加速度が加わった場合、
移動する光点の位置、すなわち傾斜検出装置の出力は、
重力と加わった加速度の合成ベクトルで決まる。このた
め本発明の傾斜検出装置は加速度検知装置としても機能
する。
に働く重力の方向変化によるものである。この傾斜検出
装置に水平面内の任意の方向の加速度が加わった場合、
移動する光点の位置、すなわち傾斜検出装置の出力は、
重力と加わった加速度の合成ベクトルで決まる。このた
め本発明の傾斜検出装置は加速度検知装置としても機能
する。
【００２３】このときの応用の例として、車両に本実施
例の傾斜検出装置を配置した場合を考える。停車時にお
いては、坂道による傾斜信号がサイドブレーキ警報、坂
道発進の補助などの付加機能を起動させることができ
る。また、車両の走行中は、発進や停止の際に生ずる車
両の前後方向への加速度を検知し、前輪と後輪のダンパ
装置の各定数を変化させ、前後方向の姿勢の変化を最少
にすることができる。また、曲線部走行時に生ずる曲線
中心方向への加速度に対しては、左右の車輪のダンパ装
置の各定数を変化させ、左右方向の姿勢の変化を最少に
することができる。
例の傾斜検出装置を配置した場合を考える。停車時にお
いては、坂道による傾斜信号がサイドブレーキ警報、坂
道発進の補助などの付加機能を起動させることができ
る。また、車両の走行中は、発進や停止の際に生ずる車
両の前後方向への加速度を検知し、前輪と後輪のダンパ
装置の各定数を変化させ、前後方向の姿勢の変化を最少
にすることができる。また、曲線部走行時に生ずる曲線
中心方向への加速度に対しては、左右の車輪のダンパ装
置の各定数を変化させ、左右方向の姿勢の変化を最少に
することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、受光面を放射状に配設し
たときには、入射光照射位置の基準位置からの変位量を
光電流出力比として検出できる。更に、放射状の受光面
の間に別の受光面を設けておけば、入射光を全て検出で
きるので、入射光量をモニタして光源の発光量コントロ
ールが可能になる。
たときには、入射光照射位置の基準位置からの変位量を
光電流出力比として検出できる。更に、放射状の受光面
の間に別の受光面を設けておけば、入射光を全て検出で
きるので、入射光量をモニタして光源の発光量コントロ
ールが可能になる。
【００２５】また、基準位置から一定半径外と一定半径
内で別の受光面を配設すると、上述の効果に加えて、入
射光スポットが一定範囲内にあるか範囲外にあるかをも
検知できる。
内で別の受光面を配設すると、上述の効果に加えて、入
射光スポットが一定範囲内にあるか範囲外にあるかをも
検知できる。
【００２６】本発明によれば、光学的に機械器具や建造
物などの水平度や傾斜の検出、および加速度の検出を行
う装置の光センサ部の検知性能を向上できる。
物などの水平度や傾斜の検出、および加速度の検出を行
う装置の光センサ部の検知性能を向上できる。
【図１】実施例に係る半導体光入射位置検出素子の斜視
図である。
図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図１の素子の出力信号処理回路図である。
【図４】別の実施例に係る半導体光入射位置検出素子の
上面図である。
上面図である。
【図５】実施例の半導体光入射位置検出素子を応用した
傾斜検出器の構成図である。
傾斜検出器の構成図である。
１…半導体基板、１２…ｎ型拡散領域、１３…ｐ型拡散
領域、２…透明絶縁膜、２１…共通電極、２２…信号電
極、３…差動増幅器。
領域、２…透明絶縁膜、２１…共通電極、２２…信号電
極、３…差動増幅器。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/10
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板に複数の受光面を構成する複
数のホトダイオードが形成された半導体光入射位置検出
素子において、 前記複数の受光面は所定の基準位置を中心として放射状
に対称方向に延びる略同一形状の複数の受光面として構
成され、 前記複数のホトダイオードのカソードまたはアノードの
一方の極は共通に形成されて、他方の極にはそれぞれ独
立の電極が設けられ、 前記複数の受光面の間の前記半導体基板には別の受光面
を構成する別のホトダイオードが形成されている ことを
特徴とする半導体光入射位置検出素子。 - 【請求項２】 前記複数の受光面は前記所定の基準位置
から一定半径の範囲内に形成され、当該一定半径の外側
領域には別の受光面を構成する別のホトダイオードが形
成されている請求項１記載の半導体光入射位置検出素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3332992A JPH07114293B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 半導体光入射位置検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3332992A JPH07114293B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 半導体光入射位置検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235404A JPH05235404A (ja) | 1993-09-10 |
| JPH07114293B2 true JPH07114293B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=12383520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3332992A Expired - Fee Related JPH07114293B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 半導体光入射位置検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07114293B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1317199B1 (it) * | 2000-04-10 | 2003-05-27 | Milano Politecnico | Dispositivo fotorivelatore ultrasensibile con diaframma micrometricointegrato per microscopi confocali |
| JP4931475B2 (ja) * | 2006-05-11 | 2012-05-16 | 株式会社神戸製鋼所 | 紫外線検出素子及び検出方法 |
| JP2009094291A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Panasonic Corp | 光半導体装置及び赤外線データ通信装置 |
| DE112011103016B4 (de) | 2010-09-10 | 2020-11-19 | Denso Corporation | Optischer Sensor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5594068U (ja) * | 1978-12-21 | 1980-06-30 |
-
1992
- 1992-02-20 JP JP3332992A patent/JPH07114293B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05235404A (ja) | 1993-09-10 |
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