JPH0766447A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光電変換素子の表面の一方向について光電変換
効率を一定の関係で変化させることにより単一の光電変
換素子により一方向についての受光位置を決定できるよ
うにする。 【構成】光電変換素子１を構成する基板２の上面に複数
の溝部３を形成する。この溝部３の形成密度を矢印Ａ方
向について級数的に変化させる。溝部３の形成密度の高
低により光電変換素子１の短絡電流が増減する。この短
絡電流を測定することにより矢印Ａ方向についての受光
位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面における受光量
に応じた電気信号を出力する光電変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙空間における人工衛星の姿勢を太陽
光を基準として測定する場合、従来は図９に示すように
２枚の光電変換素子９１を用いていた。この２枚の光電
素子９１には遮蔽板９８に形成されたスリット９６から
太陽光が入光し、光電変換素子９１の表面に照射され
る。光電変換素子９１は図１０に示すように、表面に金
属膜の電極９２により被覆されている。この電極９２は
一部が開口しており、この開光部９３において光電変換
素子９１の表面が露出している。光電変換素子９１はＰ
型の不純物が添加されたシリコン結晶の基板内の表側全
面のごく浅い部分にＮ型の不純物を拡散して構成されて
おり、この部分で光電変換が行われ、受光量に応じて発
生した電気信号を電気接続部９４と光電変換素子９１の
裏面とから取り出す。

【０００３】図９に示すように、スリット９６の長手方
向に対して開口部９３を傾斜させて２枚の光電変換素子
９１を設置することにより、スリット９６からの太陽光
の入射角の変化に応じて２枚の光電変換素子９１のそれ
ぞれにおいて開口部９３の受光面積が変化する。したが
って、２枚の光電変換素子９１の電気出力を比較するこ
とによって太陽光の入射角θを知ることかでき、太陽光
を基準とした姿勢を測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光電変換素子では太陽光に対する一軸方向の角度を測定
するために２枚の光電変換素子と２組の電圧測定回路と
測定回路の出力を比較するための電気回路とが必要で、
二軸方向についての測定を行うためにはそれぞれ２倍の
部品が必要となり、部品点数の増加によってコストの上
昇を招く問題があった。

【０００５】この発明の目的は、１枚の光電変換素子の
表面において光電変換特性を規則的に変化させることに
より、表面における受光位置の変位に応じて電気出力を
変化させることができるようにし、１枚の光電変換素子
により一軸または二軸方向の角度を測定することがで
き、部品点数削減によるコストダウンを実現できる光電
変換素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、表面における受光量に応じた電気信号を出力する光
電変換素子において、表面の一方向について単位面積当
たりの光電変換効率を一定の関係で変化させたことを特
徴とする。

【０００７】請求項２に記載した発明は、表面の一方向
について単位面積当たりの形成密度を級数的に変化させ
て前記一方向に直交する方向に複数の溝部を表面に形成
したものである。

【０００８】請求項３に記載した発明は、表面の一方向
について表面における単位面積当たりの形成密度を級数
的に変化させて不純物の拡散層を形成したものである。

【０００９】請求項４に記載した発明は、表面の一方向
について単位面積当たりの形成密度を級数的に変化させ
て複数の電極を形成したものである。

【００１０】請求項５に記載した発明は、一方向につい
て単位面積当たりの形成密度を級数的に変化させて複数
の裏面電界層を形成したものである。

【００１１】請求項６に記載した発明は、表面における
溝部の単位面積当たりの形成密度、単位面積当たりの拡
散層の形成密度、または、単位面積当たりの電極の形成
密度を級数的に変化させるとともに、表面の一方向と直
交する方向について単位面積当たりの形成密度を級数的
に変化させて形成した複数の裏面電界層を設けたもので
ある。

【００１２】

【作用】請求項１に記載した発明においては、表面の一
方向について単位面積当たりの光電変換効率が一定の関
係で変化する。したがって、表面の一方向について受光
位置が変化すると、光電変換素子の電気出力が一定の関
係で変化し、受光位置に対応する入射角を測定すること
ができる。

【００１３】請求項２に記載した発明においては、光電
変換素子の表面に、一方向について単位面積当たりの形
成密度を級数的に変化させて複数の溝部が形成される。
この溝部によって光電変換素子の表面には凹凸が形成さ
れるが、この凹凸のピッチが小さいほど短絡電流が増加
する。したがって、単位面積当たりの溝部の形成密度が
変化する方向について受光位置に応じた電気信号が光電
変換素子から出力され、この電気信号の値を測定するこ
とにより受光位置および入射角が求まる。

【００１４】請求項３に記載した発明においては、光電
変換素子の表面の一方向について単位面積当たりの不純
物の拡散層の形成密度が級数的に変化する。光電変換素
子において拡散層の形成密度が異なると発生する短絡電
流も変化する。したがって、単位面積当たりの拡散層の
形成密度が異なる方向について受光位置が変化すると、
光電変換素子の電気出力が変化し、この電気出力の値を
測定することにより受光位置および入射角が求まる。

【００１５】請求項４に記載した発明においては、光電
変換素子の表面の一方向について単位面積当たりの電極
の形成密度が級数的に変化する。光電変換素子は表面に
おける受光量に応じた電気信号を出力するが、電極によ
って遮蔽された部分では光を受光せず、この部分におい
て光電変換は行われない。したがって、単位面積当たり
の電極の形成密度が変化する方向について受光位置に応
じた電気信号が光電変換されて出力され、この電気信号
を測定することにより受光位置および入射角が求まる。

【００１６】請求項５に記載した発明においては、光電
変換素子の裏面において単位面積当たりの形成密度が級
数的に変換されて電界層が形成される。裏面電界層が存
在する位置において光電変換素子の開放電圧が高くな
る。したがって、単位面積当たりの裏面電界層の形成密
度が変化する方向について受光位置が変化すると、光電
変換素子から出力される電圧値も変化し、この電圧値を
測定することにより光電変換素子の受光位置および入射
角が求まる。

【００１７】請求項６に記載した発明においては、単位
面積当たりの溝部の形成密度、単位面積当たりの拡散層
の形成密度または単位面積当たりの電極の形成密度の級
数的変化によって表面における光電変換効率変化する方
向に直交する方向について、単位面積当たりの形成密度
を級数的に変化させて裏面電界層が形成される。したが
って、光電変換素子の短絡電流を測定することで１つの
方向についての受光位置および入射角が求まり、開放電
圧を測定することによりこれに直行する方向についての
受光位置および入射角が求まる。

【００１８】

【実施例】図１は、請求項２に記載した発明の実施例に
係る光電変換素子の要部の拡大断面図である。図１に示
すように、光電変換素子１を構成する基板２の表面には
矢印Ａ方向にいくに従って形成密度を級数的に変化させ
て複数の溝部３が形成されている。この溝部３の形成密
度が高いほど光電変換素子の短絡電流が増加する。

【００１９】したがって、溝部３の形成密度を規則的に
変えておくことにより、光電変換素子１の短絡電流値か
ら受光位置を求めることができる。たとえば、図２にお
いて短絡電流Ａ₁ を測定した場合には光電変換素子１に
おける受光位置Ｐ₁ が求まり、短絡電流Ａ₂ を測定した
場合には受光位置Ｐ₂ が求まる。

【００２０】図３は、上記光電変換素子を太陽光を基準
として姿勢を測定する装置に適用した場合の構成を示す
図である。図９に示す従来例と同様に、光電変換素子１
に対して遮蔽板８のスリット６から太陽光を入射させ、
光電変換素子１の表面に照射する。この場合に、光電変
換素子１における溝部３の形成密度が変化する方向Ａを
スリット６の長手方向に直交させておく。このように構
成することにより、光電変換素子１における短絡電流の
測定結果から光電変換素子１における受光位置を求め、
この受光位置との関係において太陽光の入射角θを求め
ることができる。

【００２１】図４は、請求項３に記載した発明の実施例
に係る光電変換素子の要部を示す拡大断面図である。光
電変換素子１１を構成する基板１２の上面において不純
物の拡散層１３の形成密度を矢印Ａ方向について級数的
に変化させる。光電変換素子１における短絡電流は、不
純物の拡散層１３の形成密度によって異なる。したがっ
て、光電変換素子１１の短絡電流を測定することによ
り、受光位置を知ることかできる。このように、表面に
おける不純物の拡散層１３の形成密度を一方向について
規則的に変化させた光電変換素子１１を図３に示す光電
変換素子１と同様に用いることにより、短絡電流の測定
結果から太陽光の入射角θを求めることができる。

【００２２】図５は、請求項４に記載した発明の実施例
に係る光電変換素子の要部を示す拡大断面図である。光
電変換素子２１を構成する基板２１の上面には複数の電
極２３が形成されている。この電極２３の形成密度は、
矢印Ａ方向にいくに従って級数的に高くされている。光
電変換素子２１における短絡電流は表面における受光量
に応じた光電変換によって得られ、短絡電流の大きさは
受光量に比例する。電極２３は表面を被覆するように構
成されているため、単位面積当たりにおける電極２３の
形成密度の高低に応じて受光量が減増する。したがっ
て、電極２３の形成密度を一方向について規則的に変化
させることにより、受光位置によって異なる短絡電流を
発生することができ、短絡電流を測定することによって
光電変換素子２１の受光位置および太陽光の入射角を求
めることができる。

【００２３】図６は、請求項５に記載した発明の実施例
に係る光電変換素子の要部を示す拡大断面図である。光
電変換素子３１を構成する基板３２の裏面には、絶縁膜
３３を介して裏面電極３４が形成されている。この基板
３２の裏面において、矢印Ａ方向に形成密度を級数的に
広くして電界層３５が形成されている。光電変換素子３
１では、裏面電界層３５が形成された部分において開放
電圧が高くなる。したがって、光電変換素子３１の裏面
において一方向について裏面電界層３５の形成密度を規
則的に変化させることにより、受光位置に応じた開放電
圧を発生させることができ、この開放電圧を測定するこ
とにより光電変換素子３１における受光位置および太陽
光の入射角を知ることができる。

【００２４】図７は、請求項６に記載した発明の実施例
に係る光電変換素子の平面図および底面図である。光電
変換素子４１の表面４２には、図１、図４および図５に
示した溝部３、不純物の拡散層１３または電極２３が矢
印Ｘ方向に形成密度を級数的に変えて形成されている。
一方、光電変換素子４１の裏面４３には図６に示す裏面
電界層３５が矢印Ｙ方向に形成密度を級数的に変化させ
て形成されている。光電変換素子４１の表面４２および
４３において矢印Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交して
いる。

【００２５】図８に示すように、図７に示すように形成
された光電変換素子４１に対して遮蔽板５８の孔部５３
からスポット孔を入光させ、光電変換素子４１の表面に
照射する。この構成により、光電変換素子４１における
短絡電流を測定することによって矢印Ｘ方向についての
受光位置を求めることができるとともに、開放電圧を測
定することによって矢印Ｙ方向についての受光位置を求
めることができる。したがって、図７に示した実施例に
係る光電変換素子４１を用いることにより、１枚の光電
変換素子４１によって二軸方向についての入射角を求め
ることかできる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、溝部、不純物の拡散
層または電極の形成密度を一方向について級数的に関係
で変化させることにより、表面の一方向について単位面
積当たりの光電変換効率を一定の関係で変化させ、光電
変換素子から出力される電気信号を測定することにより
形成密度が変化する方向についての受光位置を１枚の光
電変換素子のみによって求めることができる。

【００２７】また、光電変換素子の裏面における電界層
の形成密度を一方向について級数的に変化させることに
よっても同様に光電変換素子における光電変換効率を一
方向について一定の関係で変化させることができ、形成
ピッチが変化する方向についての受光位置を単一の光電
変換素子を用いて検出することができる。

【００２８】さらに、表面において形成密度が変化する
方向に直交する方向について裏面電界層の形成密度を級
数的に変化させて形成することにより、光電変換素子に
おける直交する二方向についての受光位置を単一の光電
変換素子によって検出することかできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載した発明の実施例に係る光電変
換素子の要部の拡大断面図である。

【図２】同光電変換素子における短絡電流値と溝部の形
成密度との関係を示す図である。

【図３】同光電変換素子を用いて太陽光を基準とする姿
勢の測定装置の概略の構成を示す図である。

【図４】請求項２に記載した発明の実施例に係る光電変
換素子の要部の拡大断面図である。

【図５】請求項３に記載した発明の実施例に係る光電変
換素子の要部の拡大断面図である。

【図６】請求項５に記載した発明の実施例に係る光電変
換素子の要部の拡大断面図である。

【図７】請求項６に記載した発明の実施例に係る光電変
換素子の平面図および底面図である。

【図８】同光電変換素子を用いて太陽光を基準とした姿
勢を測定する装置の構成を示す図である。

【図９】従来の光電変換素子を用いた太陽光を基準とす
る姿勢の測定装置の構成を示す図である。

【図１０】従来の光電変換素子の平面図である。

【符号の説明】

１−光電変換素子 ２−基板 ３−溝部 ４−裏面電極 ６−スリット ８−遮蔽板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面における受光量に応じた電気信号を出
   力する光電変換素子において、 表面の一方向について単位面積当たりの光電変換効率を
   一定の関係で変化させたことを特徴とする光電変換素
   子。
2. 【請求項２】表面の一方向について単位面積当たりの形
   成密度を級数的に変化させて前記一方向に直交する方向
   に複数の溝部を表面に形成した請求項１に記載の光電変
   換素子。
3. 【請求項３】表面の一方向について表面における単位面
   積当たりの形成密度を級数的に変化させて不純物の拡散
   層を形成した請求項１に記載の光電変換素子。
4. 【請求項４】表面の一方向について単位面積当たりの形
   成密度を級数的に変化させて形成した複数の電極を設け
   た請求項１に記載の光電変換素子。
5. 【請求項５】一方向について単位面積当たりの形成密度
   を級数的に変化させて複数の裏面電界層を形成した請求
   項１に記載の光電変換素子。
6. 【請求項６】前記表面の一方向と直行する方向について
   単位面積当たりの形成密度を級数的に変化させて複数の
   裏面電界層を形成した請求項１、２、３または４に記載
   の光電変換素子。