JPH08264826A

JPH08264826A - 光検出器および光入射角度検出器

Info

Publication number: JPH08264826A
Application number: JP6592995A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sakakibara; 正之榊原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】光の入射角度の検出にあたって好適な光検出
器を提供するとともに、この光検出器を使用した、幅広
い用途に使用可能な光入射角度検出器を提供する。【構成】本発明の光検出器は、（ａ）第１の受光面１
２１ａを有する第１の受光器と、第１の受光面と同一平
面上に第１の受光面１２１ａと境界部を介して分離され
るとともに近接して配置された第２の受光面１２２ａを
有する第２の受光器とを備える受光素子１００と、
（ｂ）受光面と離間するとともに略平行であり、受光面
に垂直な方向から光を照射した場合に、夫々の受光面の
境界部側の略半分の領域を遮光する、受光面および境界
部の上方に配置された光制限部材４１５とを備え、所定
の光入射角の範囲では、第１の受光面での直接的な受光
面積と第２の受光面での直接的な受光面積の和が光入射
角の変化に対して略一定である。本発明の光入射角度検
出器は本発明の光検出器から出力された光検出信号に基
づいて、光入射角度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の入射角度の検出に
好適な光検出器およびこの光検出器を使用した光入射角
度検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】装置本体や装置性能を制御するにあたっ
て、光リモコンの光源や太陽等からの光の入射角度を検
出し、検出結果に基づいて光源方向を検知する方式が実
用化されている。こうした光入射角度の検出に関して、
以下のような、受光領域から見た場合に略平行光束と見
做せる光束を入射し、光束の入射方向を検出する方法や
こうした方法を使用する装置が提案されている。

【０００３】図１８は、従来から提案されている光入射
角度検出器の構成例である。図１８（ａ）は、特開平１
−１３６８１１号に開示の装置（以後、従来例１と呼
ぶ）の構成図である。図１８（ａ）に示すように、従来
例１の装置は、２個の受光素子９１１、９１２を互いに
所定の角度で傾けて配置し、夫々の受光素子への光の入
射角度が互いに異なることによって生じる検出光強度の
相違に基づいて光入射角度を検出している。

【０００４】図１８（ｂ）は、特開平４−１０４０１９
号に開示の装置（以後、従来例２と呼ぶ）の構成図であ
る。図１８（ｂ）に示すように、従来例２の装置では、
受光位置を検出する２次元位置検出素子９２１上に採光
用の開口穴９２２ａを有する遮光部材９２２が配設さ
れ、開口穴９２２ａを通過した光が２次元位置検出素子
９２１に形成する光スポットの位置を検出する。そし
て、検出位置と開口穴９２２ａとを結ぶ方向を求めるこ
とによって光入射角度を検出する。

【０００５】図１８（ｃ）は、実開平４−１６３３１号
の実施例に開示の装置（以後、従来例３と呼ぶ）の構成
図である。図１８（ｃ）に示すように、従来例３の装置
では、４分割された受光領域９３１ａ〜ｄを有する受光
部９３１の中央部上方に受光部９３１から所定の高さで
少なくとも９０°回転対称形状の投影体９３２を形成
し、入射光の方向によって各受光領域に形成される投影
体９３２の影の面積の相違を各受光領域で検出される光
強度の相違から求めて、光入射角度を求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光入射角度検出
装置は上記のように構成されるので、以下のような問題
点があった。

【０００７】従来例１の装置では、組付け上のバラツキ
等により精度が悪い上に、大型で低価格化が困難であっ
た。

【０００８】また、従来例２の装置では、開口穴より入
射するスポット光は受光素子の受光領域内に納める必要
から、充分小さいことが要求され、検出信号自体が小さ
くなってしまう。信号量を大きく取る場合には、検出精
度を下げるか、全体を大きくしなければならない等の欠
点があった。２次元位置検出素子は、電極間のスポット
光位置を電極間抵抗により分割する半導体位置検出器
（ＰＳＤ）を使用することが実際的であるが、ＰＳＤ
は、その電極間抵抗のために応答速度が極めて遅く、リ
モコン等の受信が不可能である欠点もあった。

【０００９】また、従来例３の装置は、実施例によれ
ば、光入射角度の変化に対する光強度検出結果の出力変
化量が小さいので、検出精度を充分に良くすることが困
難であるとともに、光入射角演算が複雑になる問題があ
った。

【００１０】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、光の入射角度の検出にあたって好適な光検出器を提
供するとともに、この光検出器を使用した、高照度の太
陽光から、高速応答を要求するリモコン等の信号まで、
幅広い用途に使用可能である安価で量産性に富んだ光入
射角度検出器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光検出器は、
（ａ）第１の受光面を有し、第１の受光面で受光した光
の強度を検出する第１の受光器と、（ｂ）第１の受光面
と同一平面上に第１の受光面と境界部を介して分離され
るとともに近接して配置された第２の受光面を有し、第
２の受光面で受光した光の強度を検出する第２の受光器
と、（ｃ）第１の受光面および第２の受光面と離間する
とともに第１の受光面および第２の受光面と略平行であ
り、第１の受光面および第２の受光面に垂直な方向から
光を照射した場合に、第１の受光面の境界部側の略半分
の領域と第２の受光面の境界部側の略半分の領域とを遮
光、または、第１の受光面の境界部側の略半分の領域と
第２の受光面の境界部側の略半分の領域に入射する光量
を減少させる、第１の受光面、第２の受光面、および境
界部の上方に配置された光制限部材とを備え、所定の光
入射角の範囲では、第１の受光面での直接受光面積と第
２の受光面での直接受光面積の和が光入射角の変化に対
して略一定であることを特徴とする。

【００１２】ここで、光制限部材は、入射光の略１０
０％を遮光する全遮光部材であってもよいし、入射光
の一部を遮光する減光部材であってもよい。

【００１３】また、第１の受光面と第２の受光面とは、
略同一面積かつ略同一形状であり、線対称に配置され
る、ことを特徴としてもよい。ここで、第１の受光面の
形状および第２の受光面の形状は矩形であることが実用
的である。

【００１４】また、第１の受光面の単位面積あたりの第
１の受光器の光電変換効率と第２の受光面の単位面積あ
たりの第２の受光器の光電変換効率とは略同一である、
ことが好適である。

【００１５】また、第１の受光器および第２の受光器は
ｐｉｎ型フォトダイオードであることを特徴としてもよ
い。

【００１６】本発明の光入射角度検出器は、（ａ）本発
明の光検出器と、（ｂ）第１の受光器から出力された第
１の光検出信号と第２の受光器から出力された第２の光
検出信号とを収集し、第１の光検出信号から第１の受光
器で検出した第１の光強度と第２の光検出信号から第２
の受光器で検出した第２の光強度とを求め、第１の光強
度と第２の光強度とに基づいて光入射角度を算出する処
理部と、を備えることを特徴とする。

【００１７】ここで、処理部は、第１の光強度と第２の
光強度との比を演算し、この演算結果に基づいて光入射
角度を算出することを特徴としてもよい。

【００１８】

【作用】本発明の光検出器では、略平行光を受光する
と、入射角度に応じて光制限部材によって第１および第
２の受光面での直接的な受光の面積が変化する。この面
積の変化は、所定の光入射角の範囲では、第１の受光面
での直接的な受光面積と第２の受光面での直接的な受光
面積の和が光入射角の変化に対して略一定となりながら
変化する。こうした、態様の受光を実現するには、第１
の受光面と第２の受光面とは、略同一面積かつ略同一形
状であり、線対称に配置されるとともに形状を矩形とす
ることが実用的である。

【００１９】第１の受光面および第２の受光面での入射
光の受光によって、夫々の受光面積に応じた光検出信号
が第１の受光器と第２の受光器とから出力される。そし
て、第１の受光面の単位面積あたりの第１の受光器の光
電変換効率と第２の受光面の単位面積あたりの第２の受
光器の光電変換効率とは略同一であれば、第１の受光器
から出力された第１の光検出信号の値と第２の受光器か
ら出力された第２の光検出信号の値との比は、元の入射
光の強度に関わり無く、入射光の入射角度に応じた値と
なる。

【００２０】本発明の光入射角度検出器では、処理部
が、本発明の光検出器から出力された第１の光検出信号
と第２の光検出信号とを収集する。そして、第１の光検
出信号の値と第２の光検出信号の値とに基づいて、処理
部が光入射角度を演算して求める。

【００２１】上述のように、第１の受光面の単位面積あ
たりの第１の受光器の光電変換効率と第２の受光面の単
位面積あたりの第２の受光器の光電変換効率とは略同一
であれば、第１の光検出信号の値と第２の光検出信号の
値との比は、入射光の入射角度に応じた値となるので、
処理部は第１の光検出信号の値と第２の光検出信号の値
との比に基づいて光入射角度を求めることが可能であ
る。

【００２２】また、第１および第２の受光器に高速ｐｉ
ｎフォトダイオードを用いれば、光リモコン等の高速応
答性が要求される装置に応じた応答性で光入射角度を検
出することができる。

【００２３】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【００２４】図１は、本発明の光検出器の第１実施例の
構成図である。図１（ａ）は本実施例の光検出器の外観
図であり、図１（ｂ）は本実施例の光検出器の断面図で
ある。図１に示すように、本実施例の光検出器は、内
部導体パターン２１１、２１２、２１３が形成され、夫
々の内部導体パターン２１１、２１２、２１３が端面ス
ルーホール２１４、２１５、２１６を介して外部取り出
し用電極３１１、３１２、３１３に電気的に接続された
チップキャリアパッケージ２１０と、内部導体パター
ン２１１上に配設され、導電性接着剤で内部導体パター
ン２１１に接着固定されるとともに電気的に接続され、
露出面側に受光面が形成された２分割受光素子１００
と、底面４１１に遮光膜４１５が形成された窓材４１
０とを備える。

【００２５】図２は、２分割受光素子１００の構成図で
ある。図２（ａ）は２分割受光素子１００の外観図であ
り、図２（ｂ）は２分割受光素子１００の断面図であ
る。図２に示すように、２分割受光素子１００は、Ｎ
型シリコン単結晶から成る高抵抗層１１０と、高抵抗
層１１０の一方の表面（以後、上面と呼ぶ）側に埋め込
み型で形成されたＰ⁺層１２１およびＰ⁺層１２２と、
Ｐ⁺層１２１の表面に形成された電極１３１およびＰ
⁺層１２２の表面に形成された電極１３２と、高抵抗
層１１０の他方の表面（以後、底面と呼ぶ）に形成され
たＮ⁺層１４０と、Ｎ⁺層１４０の表面に形成された
電極１３３とを備える。

【００２６】２分割受光素子１００は以下のようにして
製造される。まず、高抵抗Ｎ型シリコン単結晶基板の上
面側に受光部としてＰ⁺層（ドーパントは、例えばＢ）
１２１、１２２を熱拡散法やイオン注入法で形成する。
次に、高抵抗Ｎ型シリコン単結晶基板の底面にＮ⁺層
（ドーパントは、例えばＰ等）１４０を熱拡散法等によ
り形成する。次いで、Ｐ⁺層１２１、１２２上に、Ａｌ
やＡｌ−Ｓｉ等を蒸着やスパッタ法で電極１３１、１３
２を形成し、Ｎ⁺層１４０上に、Ａｕ等を蒸着やスパッ
タ法により着け、電極１３３を形成する。

【００２７】Ｐ⁺層１２１、１２２の形成には、半導体
素子の製造で一般的に使用されている半導体層の形成と
同様のフォトエッチング法を用いて形成するとともに、
電極１３１、１３２の形成部を除いたＰ⁺層１２１、１
２２上には、ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄等で保護膜１５０を
形成した。

【００２８】なお、本実施例に用いる２分割受光素子１
００は、受光部がＰ⁺層１２１であるｐｉｎ型受光器と
受光部がＰ⁺層１２２であるｐｉｎ型受光器との２つの
ｐｉｎ型受光器の集合であり、受光部であるＰ⁺層１２
１およびＰ⁺層１２２の高抵抗層１１０からの露出領域
１２１ａ、１２２ａ（すなわち、ｐｉｎ型受光器として
の受光面）は、同一面積かつ同一形状である。個々の受
光面の大きさは、Ｘ方向が１．５ｍｍ、Ｙ方向が１ｍｍ
の矩形であり、受光面の境界部幅は、０．５ｍｍであ
る。

【００２９】本実施例の光検出器は、以下のようにして
製造される。図３は、本実施例の光検出器の組み立て説
明図である。

【００３０】窓材４１０は光透過部材、例えば、透明硝
子板からなり、窓材４１０の片面全面に金属膜または有
機膜を着け、フォトエッチング法を用いて、必要な部分
を残し、不必要な部分を取り除く処理を行なって遮光膜
４１５を形成する。すなわち、受光窓４１５ａ、４１５
ｂを開口して遮光膜部を残す。本実施例では、光透過部
材として透明板ガラスを用い、素材となる透光性硝子板
（１００ｍｍ×１００ｍｍ程度、厚さ０．６ｍｍ）か
ら、窓材４１０の大きさが６ｍｍ×９ｍｍ、厚さ０．６
ｍｍである時、透光性硝子板の素材上に窓材４１０の大
きさに応じて、規則的に多数の遮光膜４１５のパターン
を形成し、これを６ｍｍ×９ｍｍに切り出して遮光膜４
１５が形成された窓材４１０を製造した。なお、遮光膜
の形状は、・中央の遮光部…Ｘ方向：２ｍｍ、Ｙ方向：４ｍｍ・受光窓４１５ａ、４１５ｂ…Ｘ方向：２．５ｍｍ、Ｙ
方向：４ｍｍとした。

【００３１】上記のようにして、遮光膜４１５が形成さ
れた窓材４１０と２分割受光素子１００とを用意すると
ともに、端面スルーホール２１４、２１５、２１６と電
極３１１、３１２、３１３とが夫々電気的に接続され、
導体パターンがＡｕメッキされたチップキャリアパッケ
ージ２１０を用意する。本実施例では、チップキャリア
パッケージ２１０はセラミック製とし、大きさは７ｍｍ
×１０ｍｍ、高さ１．５ｍｍとした。

【００３２】次に、導体パターン２１１のチップマウン
ト部に２分割受光素子１００の底面を導電性接着剤を用
いて接着固定する。

【００３３】次いで、２分割受光素子１００の電極１３
１、１３２と内部導体パターン２１２、２１３とをボン
ディングワイヤ２１７、２１８を用いて、超音波併用熱
圧着ワイヤボンディング法もしくは熱圧着ワイヤボンデ
ィング法等により接続する。本実施例では、ボンディン
グワイヤとしてＡｕ細線を用い、超音波併用熱圧着ワイ
ヤボンディング法で接続した。

【００３４】その後、遮光膜４１５が形成された窓材４
１０を接着剤等を用いて、２分割受光素子１００を組込
んだチップキャリアーパッケージ２１０に接着して光検
出器を完成させる。

【００３５】図１（ｂ）に示すように、窓材４１０をチ
ップキャリアーパッケージ２１０のの落し込み部２１９
にはめ込むことで、２分割受光素子１００との位置合わ
せを行なっている。なお、落し込み部２１９で接着剤を
用いて、チップキャリアーパッケージ２１０と窓材４１
０とを接着している。

【００３６】本実施例の光検出器では、入射光の入射角
度に応じて以下のように受光態様が変化する。図４は、
本実施例の光検出器での受光態様の説明図である。図４
に示すように、本実施例の光検出器では、受光面１２１
ａ、１２２ａの上方には、一定の距離Ｈを介して受光面
１２１ａ、１２２ａ側に遮光膜４１５が形成された窓材
が設置されている。なお、本実施例では窓材４１０とし
て透明硝子が使用され、受光面１２１ａ、１２２ａの上
部には光透過性の絶縁膜１５０が形成されているが、受
光態様の説明にとっては本質的ではないので図示を省略
している。

【００３７】各受光面１２１ａ、１２２ａと遮光膜４１
５との関係は、各受光面１２１ａ、１２２ａのＸ方向の
全長（Ｌ_D1＝Ｌ_D2＝Ｌ_D）の半分の位置に、遮光膜４１
５の開口４１５ａ、４１５ｂとの境界が合うように設計
されている。受光面１２１ａと受光面１２２ａとの間の
距離＝Ｌ_DMとすれば、開口４１５ａと開口４１５ｂとの
間の距離Ｌ_SMは、Ｌ_SM＝Ｌ_D＋Ｌ_DM …（１）となる。

【００３８】本実施例の場合、Ｌ_D＝１．５ｍｍ、Ｌ_DM
＝０．５ｍｍなので、遮光部長Ｌ_SM＝２ｍｍとなる。

【００３９】受光窓である開口４１５ａ、４１５ｂのＸ
方向の長さＬ_S1、Ｌ_S2は、受光面１２１ａ、１２２ａに
所定入射角度範囲で斜めに光が入射した場合でも、光を
遮ることの無いような大きさとし、受光面１２１ａ、１
２２ａのＸ方向の長さＬ_D以上の長さとしている。Ｙ方
向の開口４１５ａ、４１５ｂの長さＬ_SWは、入射指向性
を広くするため、Ｙ方向の受光面１２１ａ、１２２ａの
長さＬ_DWより充分大きな寸法としている。本実施例で
は、Ｌ_DW＝１ｍｍであることを考慮してＬ_SW＝４ｍｍと
した。

【００４０】本実施例の光検出器に、光が垂直に入射し
た場合、受光面１２１ａ、１２２ａの受光面積が同一で
あることより、開口４１５ａ、４１５ｂを通して入射さ
れる受光面１２１ａ、１２２ａへの入射光量は同一であ
り、受光面１２１ａでの受光に応じた光検出出力＝
Ｉ₁、受光面１２２ａでの受光に応じた光検出出力＝Ｉ
₂とすると、Ｉ₁＝Ｉ₂ …（２）の関係となる。

【００４１】本実施例の光検出器に、Ｘ−Ｚ平面上でＺ
軸方向と光入射方向とがなす角であって、Ｚ軸から時計
回り方向の角度で負、Ｚ軸から反時計回り方向の角度で
正として定義される入射角＝θで光が斜めに入射した場
合について説明する。受光面１２１ａおよび受光面１２
２ａと遮光膜４１５とは平行であり、受光面１２１ａお
よび受光面１２２ａと遮光膜４１５との距離Ｈは一定な
ので、入射角θの変化による受光面１２１ａ、１２２ａ
上での、受光窓である開口４１５ａ、４１５ｂを介した
入射光の受光面積の変化の増減の絶対値は等しくなる。
そして、本実施例の光検出器では、入射角が０からθに
変化した場合での受光面１２１ａ、１２２ａの入射光の
受光領域のＸ方向の長さの増減の絶対値が等しくなる。
なお、Ｉ₁は受光面１２１ａでの入射光の受光領域のＸ
方向の長さに比例し、また、Ｉ₂は受光面１２２ａでの
入射光の受光領域のＸ方向の長さに比例する。

【００４２】入射角が０からθに変化した場合、受光面
１２１ａの入射光の受光領域のＸ方向の長さの増加量を
ｘ₁とし、受光面１２２ａの入射光の受光領域のＸ方向
の長さの増加量をｘ₂とすると、ｘ₁＝−ｘ₂ …（３）０＜θならばｘ₁＞０、０＞θならばｘ₁＜０ …（４）が成り立つ。また、Ｌ_DWに対してＬ_SWを充分長く取って
いるため、Ｙ方向に入射光方向が多少ズレた場合でも、
上記と同様に考えることができる。なお、図４ではθ＜
０の場合を図示している。

【００４３】ところで、ｘ₁＝−ｘ₂＝Ｈ・ｔａｎθ …（５）なので、受光面１２１ａに応じた光検出出力Ｉ₁と受光
面１２２ａに応じた光検出出力Ｉ₂はＩ₁＝Ｋ（Ｌ_D／２＋Ｈ・ｔａｎθ） …（６）ここで、Ｋ：入射角θと入射光の強度によって定まる定
数Ｉ₂＝Ｋ（Ｌ_D／２−Ｈ・ｔａｎθ） …（７）となる。

【００４４】図５は、式（６）および式（７）から求め
られる、本実施例の光検出器の光の入射角度に対する出
力特性を表した指向特性図である。Ｉ₁出力およびＩ₂
出力は、垂直入射０度に対して線対称形状となってい
る。

【００４５】図６は、本実施例の光検出器を使用した第
１の光入射角度検出器の構成図である。図６に示すよう
に、この装置は、（ａ）光検出器５１０と、（ｂ）光検
出器５１０から出力された光検出出力Ｉ₁と光検出出力
Ｉ₂とを入力して、光入射角度を検出する処理部６１０
とを備える。

【００４６】処理部６１０は、光検出器５１０から出
力された光検出出力Ｉ₁と光検出出力Ｉ₂とを入力し
て、光入射角度を算出する演算器６１１と、演算器６
１１の指示によって光入射角度を表示する表示器６１２
とを備える。

【００４７】図６に示す装置は、以下のようにして光入
射角度を求める。

【００４８】光検出器５１０が光を受光すると、上述の
ように、入射角θに応じて（６）式および（７）式で表
される光検出出力Ｉ₁および光検出出力Ｉ₂を出力す
る。ところで、（６）式および（７）式から、光検出出
力Ｉ₁と光検出出力Ｉ₂との間には、（Ｉ₁−Ｉ₂／Ｉ₁＋Ｉ₂）＝（（Ｌ_D／２＋Ｈ・ｔａｎθ）−（Ｌ_D／２−Ｈ・ｔａｎθ））／（（Ｌ_D／２＋Ｈ・ｔａｎθ）＋（Ｌ_D／２−Ｈ・ｔａｎθ））…（８）という関係がある。

【００４９】処理部６１０の演算部６１１は、光検出出
力Ｉ₁および光検出出力Ｉ₂を入力し、（８）式から導
かれる、 θ＝ｔａｎ^-1［（Ｌ_D／２Ｈ）・（Ｉ₁−Ｉ₂）／（Ｉ₁＋Ｉ₂）］…（９）から入射角θを求める。演算部６１１は、求めた入射角
θを表示器６１２に通知して表示する。

【００５０】図７は、図５の特性に基づいて、本実施例
の受光面１２１ａ、１２２ａに応じた光検出出力Ｉ₁、
Ｉ₂と入射角θとの関係を示したグラフである。図７か
ら、−４０°〜＋４０°の範囲において、直線的な関係
が見られ、この範囲内での角度検出特性が優れているこ
とが判る。また、−４０°〜＋４０°の範囲外では、片
側の受光面に応じた光検出出力が支配的となり入射角度
の検出はできないが、こうした場合には、（Ｉ₁−
Ｉ₂）／（Ｉ₁＋Ｉ₂）の値から入射角度検出範囲外で
あることの認識は容易である。

【００５１】図８は、本実施例の光検出器を使用した第
２の光入射角度検出器の構成図である。図８に示すよう
に、この装置は、第１の光入射角度検出器の１つの光検
出器での構成に替えて、光検出器５１０₁と光検出器５
１０₂の検出する光入射角度の射影平面（Ｘ−Ｚ平面）
と直交する平面（Ｙ−Ｚ平面）での射影入射角度の検出
に応じて、光検出器５１０₁と同一平面または平行平面
に配置された光検出器５１０₂との２光検出器構成を採
用している。そして、処理部６２０は、Ｘ−Ｚ平面上で
の射影入射角度とＹ−Ｚ平面での射影入射角度とを算出
した後、算出結果に基づいて３次元的な入射方向を検出
する演算部６２１を備える。

【００５２】図８の光入射角度検出器では、第１の光入
射角度検出器の光検出器５１０と同様にして、光検出器
５１０₁がＸ−Ｚ平面での射影入射角θ_Xに応じた光検
出出力Ｉ_1X、Ｉ_2Xを、光検出器５１０₂がＹ−Ｚ平面で
の射影入射角θ_Yに応じた光検出出力Ｉ_1Y、Ｉ_2Yを出力
する。

【００５３】演算部６２１は、まず、第１の光入射角度
検出器と同様に、光検出出力Ｉ_1X、Ｉ_2Xに基づいて射影
入射角θ_Xを、光検出出力Ｉ_1Y、Ｉ_2Yに基づいて射影入
射角θ_Yを夫々算出する。次に、射影入射角θ_Xと射影
入射角θ_Yとに基づいて、３次元的な光入射方向を検出
し、表示器６１２に表示する。

【００５４】図９は、本発明の光検出器の第２実施例の
構成図である。本実施例の光検出器は、第１実施例の光
検出器５１０が中空パッケージを採用しているのに対し
て、光透過性樹脂を充填・成形するとともに、別途に形
成された遮光部材を組み付けたものである。図９（ａ）
は本実施例の光検出器５２０の外観図であり、図９
（ｂ）は本実施例の光検出器５２０の断面図である。

【００５５】図９に示すように、本実施例の光検出器
は、導体２２１、２２２、２２３と、導体２２１の
チップマウント部上に配設され、導電性接着剤で導体２
２１に接着固定されるとともに電気的に接続され、露出
面側に受光面が形成された２分割受光素子１００と、
２分割受光素子１００と導体２２１、２２２、２２３の
一部との周囲に介在領域無しで形成された光透過部４２
０と、光透過部４２０の外側に装着された遮光部材４
２５とを備える。そして、電極１３１と導体２２２とは
ボンディングワイヤ２１７で、電極１３２と導体２２３
とはボンディングワイヤ２１８で電気的に接続されてい
る。

【００５６】光透過部４２０の材料としては成形性の良
い光透過性樹脂を好適に使用できる。本実施例ではエポ
キシ樹脂を使用した。

【００５７】遮光部材４２５としては、不透光性の樹脂
を成形したものや、金属製の物を用いることができる。

【００５８】本実施例の光検出器５２０は、以下のよう
にして製造される。図１０〜図１２は、本実施例の光検
出器５２０の製造工程図である。

【００５９】まず、金属製のリードフレーム２２０のチ
ップマウント部２２１ａに、２分割受光素子１００を導
電性接着剤等を用いて接着した後、ボンディングワイヤ
（Ａｕ細線）２１７、２１８で２分割受光素子１００の
電極１３１、１３２と外部取り出しリード２２２、２２
３のボンディング部２２２ａ、２２３ａとを、夫々、ワ
イヤボンディング法により電気的に接続する（図１０
（ａ）参照）。リードフレーム２２０は、一般の半導体
素子の製造に用いられている場合と同様に数十個が連結
された短冊状のもので、接続されたボンディングワイ
ヤ２１７、２１８を振動等から保護するとともに、樹脂
成形時の樹脂の流れ止めを行うダムバー２２６と、外
部取りだしリード２２２、２２３の端部にレール２２７
とを備えている。レール部２２７は、チップマウントや
樹脂成形時の位置精度を出すためのパイロット穴２２８
が、各々の２分割受光素子に対応して設けられている。
このようなリードフレーム２２０は、高精度な順送金型
で作成されるため、極めて精度が高い。

【００６０】次に、樹脂成形を行なう。図１０（ｂ）は
樹脂成形の説明図であり、成形金型の部分断面構造を示
す。成形金型の上型７１０は、キャビティと呼ばれる
成形部７１１と、リードフレーム２２０のパイロット
穴２２８の部分に、差し込むための位置出し用のパイロ
ットピン７１２を備える。また、成形金型の下型７２０
は、上型７１０と同様にキャビティと呼ばれる成形部
７２１と、上型７１０のパイロットピン７１２の逃が
し穴７２２と、成形部７１１、７２１への成形樹脂を
注入するための樹脂が流れるランナ７２３と、夫々の
成形部７１１、７２１に樹脂を注入するゲート７２４と
を備える。

【００６１】上記の成形金型７１０、７２０に、図１０
（ａ）ワイヤボンドまで完了したものをリードフレーム
状態のまま挟みこみ、光透過性樹脂を注入し成形する。
２分割受光素子１００のマウント精度、および、２分割
受光素子１００に対する成形精度は、パイロット穴２２
８により高い精度を確保することが出来る。

【００６２】図１１（ａ）は成形後の状態を示す外観図
である。製品として不要な部分であるダムバー２２６お
よびレール２２７を順送金型によって打ち抜くことで、
個別の素子に分離する（図１１（ｂ）参照）。

【００６３】以上のようにして、製造された樹脂モール
ド素子に遮光部材４２５を接着、もしくは、はめ込む
（図１２参照）。こうして、図９に示した光検出器５２
０を得る。２分割受光素子１００のパッケージ外形に対
する受光面の位置精度が優れているため、この外形寸法
を利用し、遮光部材４２５のはめ込み部の寸法を設計す
ることで、位置精度良く各受光部を遮光することが出来
る。

【００６４】また、本実施例の光検出器５２０は、セラ
ミックチップキャリアを用いた第１実施例の光検出器５
１０と比べて、２分割受光素子１００の水平方向の入射
光に対し遮蔽物がないため、広い指向性が得られる。

【００６５】本実施例の光検出器５２０の場合には、空
気と光透過部４２０の材質の屈折率が異なるので入射角
と屈折角とは等しくならないが、第１実施例の光検出器
５１０を使用して図６または図８に示す光入射角度検出
器を構成したのと同様にして、図６または図８に示す光
入射角度検出器とおおむね同様の機能・性能を果たす光
入射角度検出器を構成することができる。

【００６６】図１３は、本発明の光検出器の第３実施例
の構成図である。本実施例の光検出器は、第２実施例の
光検出器５２０に対して更に量産性を高めたもので、別
途作成の遮光部材４２５に替えて、光透過部の受光面上
方に遮光部を形成したものである。図１３（ａ）は本実
施例の光検出器５３０の外観図であり、図１３（ｂ）は
本実施例の光検出器５３０の断面図である。

【００６７】図１３に示すように、本実施例の光検出器
５３０は、導体２２１、２２２、２２３と、導体２
２１のチップマウント部上に配設され、導電性接着剤で
導体２２１に接着固定されるとともに電気的に接続さ
れ、露出面側に受光面が形成された２分割受光素子１０
０と、２分割受光素子１００と導体２２１、２２２、
２２３の一部との周囲に介在領域無しで形成され、受光
面の上方に遮光部４３５が形成された光透過部４３０と
を備える。そして、電極１３１と導体２２２とはボンデ
ィングワイヤ２１７で、電極１３２と導体２２３とはボ
ンディングワイヤ２１８で電気的に接続されている。

【００６８】光透過部４３０の材料としては成型性の良
い光透過性樹脂を好適に使用できる。本実施例ではエポ
キシ樹脂を使用した。

【００６９】本実施例の光検出器５３０は、以下のよう
にして製造される。図１４〜図１５は、本実施例の光検
出器５３０の製造工程図である。

【００７０】まず、第２実施例の光検出器５２０の場合
と同様に、金属製のリードフレーム２２０のチップマウ
ント部２２１ａに、２分割受光素子１００を導電性接着
剤等を用いて接着した後、ボンディングワイヤ（Ａｕ細
線）２１７、２１８で２分割受光素子１００の電極１３
１、１３２と外部取り出しリード２２２、２２３のボン
ディング部２２２ａ、２２３ａとを、夫々、ワイヤボン
ディング法により電気的に接続する（図１０（ａ）参
照）。

【００７１】次に、樹脂成形を行なう。図１４（ａ）は
樹脂成形の説明図であり、成形金型の部分断面構造を示
す。成形金型の上型７３０は、キャビティと呼ばれる
成形部７３１と、リードフレーム２２０のパイロット
穴２２８の部分に、差し込むための位置出し用のパイロ
ットピン７３２とを備える。成形部７３１は、成形後に
受光面の上方に２ｍｍ（Ｘ方向）×３．５ｍｍ（Ｙ方
向）、深さ０．１ｍｍの凹部が形成される形状となって
いる。また、成形金型の下型は、第２実施例で用いた下
型７２０を使用する。

【００７２】上記の成形金型７３０、７２０に、図１０
（ａ）でワイヤボンドまで完了したものをリードフレー
ム状態のまま挟みこみ、光透過性樹脂を注入し成形す
る。

【００７３】図１５（ａ）は、成形後の状態を示す外観
図である。成形後に、遮光部４３５を形成する凹部に液
状遮光用樹脂（例えば、カーボンブラック入りの液状エ
ポキシ樹脂等）を、凹部がほぼ平らになるよう、シリン
ジ７５０を用いて空気圧コントロール等により、定量滴
下する。液状エポキシ樹脂を用いる場合は、熱硬化のた
め１００℃で２時間程度オーブン等に入れて硬化させ
る。

【００７４】遮光用樹脂が硬化して遮光部４３５が形成
された後、第２実施例の光検出器と同様に、不要なダム
バー２２６、および、レール２２７を打抜いて光検出器
５３０を得る（図１５（ｂ）参照）。

【００７５】なお、本実施例では、液状遮光用樹脂を用
いているが、凹部に入れる遮光部材としては、不透光性
樹脂成形物や金属板等を入れて接着する方法を用いても
良い。

【００７６】本実施例の光検出器５３０は、第１実施例
の光検出器５１０に対する第２実施例の光検出器５２０
の特徴を備えるとともに、第２実施例の光検出器５２０
に対して製造が容易であり量産性が高い。

【００７７】本実施例の光検出器５３０の場合にも、光
検出器５２０の場合と同様に入射角と屈折角とは等しく
ならないが、第１実施例の光検出器５１０を使用して図
６または図８に示す光入射角度検出器を構成したのと同
様にして、図６または図８に示す光入射角度検出器とお
おむね同様の機能・性能を果たす光入射角度検出器を構
成することができる。

【００７８】図１６は、本発明の光検出器の第４実施例
の構成図である。本実施例の光検出器は、高い信頼性を
要求される、宇宙用、航空機用および自動車用等に用い
られる気密封止パッケージされた光検出器である。図１
６（ａ）は本実施例の光検出器５４０の外観図であり、
図１６（ｂ）は本実施例の光検出器５４０の断面図であ
る。

【００７９】図１６に示すように、本実施例の光検出器
５４０は、リード２４１が電気的に接続されるととも
に、リード２４２、２４３が融着ガラス２４５を介して
装着された金属ベース２４０と、金属ベース２４０上
に配設され、導電性接着剤で金属ベース２４０に接着固
定されるとともに電気的に接続され、露出面側に受光面
が形成された２分割受光素子１００と、窓材４４０が
接着固定された金属製の遮光用キャップ４４５とを備え
る。そして、電極１３１とリード２４２とはボンディン
グワイヤ２１７で、電極１３２とリード２４３とはボン
ディングワイヤ２１８で電気的に接続されている。

【００８０】本実施例の光検出器５４０では、金属ベー
ス２４０および遮光用キャップ４４５はＦｅ−Ｎｉ合金
からなり、２分割受光素子１００の接着はＡｕ−Ｓｉの
共晶接着法や半田もくしは導電性樹脂等を用いている。

【００８１】本実施例の光検出器５４０は、以下のよう
にして製造される。図１７は、本実施例の光検出器５４
０の組み立て説明図である。

【００８２】まず、Ａｕメッキしてある金属ベース２４
０上に２分割受光素子１００を、Ａｕ−Ｓｉの共晶接着
法、半田もくしは導電性樹脂等を用いて接着固定しマウ
ントする。その後、２分割受光素子１００の電極１３
１、１３２とリード２４２、２４３の先端とを夫々ボン
ディングワイヤ２１７、２１８を用いたワイヤホンディ
ング法で電気的に接続する。

【００８３】遮光用キャップ４４５は、Ｆｅ−Ｎｉ合金
からなる出発材を、絞りプレス加工した後、受光窓とな
る部分を打抜いて作成する。引き続き、光透過硝子から
なる窓材４４０（例えば、ほう珪酸硝子等）等を融着す
る。その後、金属部にＡｕもしくはＮｉ等のメッキを施
す。

【００８４】次に、抵抗溶接機を用いて、遮光用キャッ
プ４４５のつば部と金属ベース２４０のつば部とを重
ね、溶接し、気密封止する（図１７参照）。封止はＮ₂
やＡｒ等の不活性ガス雰囲気で行う。こうして、光検出
器５４０を得る。なお、光検出器５４０では、各受光面
部のサイズを１ｍｍ（Ｘ方向）×１．５ｍｍ（Ｙ方
向）、境界部０．５ｍｍとし、遮光用キャップ４４５の
中央の遮光部の幅は２ｍｍとしている。また、遮光用キ
ャップ４４５の外径は８ｍｍ、受光窓径は６ｍｍとし、
封止後の全高は４ｍｍ、リード長は１５ｍｍとした。な
お、受光面から遮光用キャップ４４５までの距離は１．
５ｍｍとした。

【００８５】本実施例の様な、金属製気密封止パッケー
ジは、量産性に劣り、価格も高価となる欠点はあるもの
の、半導体用パッケージの中で最も高い信頼性を有する
ことが知られており、高い信頼性を要求される用途への
応用に適している。

【００８６】本実施例の光検出器５４０を使用しても、
第１実施例の光検出器５１０を使用して図６または図８
に示す光入射角度検出器を構成したのと同様にして、図
６または図８に示す光入射角度検出器と同様の機能・性
能を果たす光入射角度検出器を構成することができる。

【００８７】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく変形が可能である。例えば、窓材は硝子に限ら
ず光透過性樹脂板や信号光以外を遮断するフィルター特
性を有するものであっても良い。

【００８８】また、上記の実施例では、遮光は１００％
の遮光としたが、一部遮光であってもよい。ただし、入
射角度の演算式が異なり、遮光部材の光透過度によって
演算式を替える必要がある。

【００８９】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
検出器は、２つの受光面の境界部中央の上方に各受光部
全長の半分を蔽う遮光部材を設けることとしたので、広
い指向性を有する光入射角度検出器に好適に使用可能な
光検出器を提供することができる。また、組立技術上、
現在の半導体組立技術を流用出来る上、受光素子自体が
汎用性のあるものを利用できる点でも大量生産と低価格
対応に優れたものを提供することができる。

【００９０】また、本発明の光入射角度検出器は、本発
明の光検出器を使用して構成するので、広い指向性を有
する光入射角度検出器を実現できる。

【００９１】更に、入射角度の演算方式も、２つの光検
出器の夫々の受光面の光入射角度による入射光の受光領
域の面積変化が同一であるため簡単であり、設計上の要
素が少ない。

【００９２】また、平面的に作成できるため、コンパク
トなサイズで目的とする性能を達し得る。

【００９３】この様な、小型で、低価格の光入射角度検
出器は、コンパクトカメラ等の小型の商品からビデオカ
メラ、扇風機、テレビ、ルームエアコン等の家庭電化製
品又、自動車等への応用まで幅広い応用分野がある。更
に、太陽光等の様な大光量の用途から、高速低光量の信
号を処理する光リモコン等の用途まで、様々な応用が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光検出器の構成図であ
る。

【図２】２分割受光素子の構成図である。

【図３】第１実施例の光検出器の組み立て説明図であ
る。

【図４】第１実施例の光検出器の受光態様の説明図であ
る。

【図５】第１実施例の光検出器の光の入射角度に対する
出力特性を表した指向特性図である。

【図６】第１実施例の光検出器を使用した光入射角度検
出器の第１実施例の構成図である。

【図７】光検出出力と入射角との関係を示したグラフで
ある。

【図８】第１実施例の光検出器を使用した光入射角度検
出器の第２実施例の構成図である。

【図９】本発明の第２実施例の光検出器の構成図であ
る。

【図１０】第２実施例の光検出器の製造工程図である。

【図１１】第２実施例の光検出器の製造工程図である。

【図１２】第２実施例の光検出器の製造工程図である。

【図１３】本発明の第３実施例の光検出器の構成図であ
る。

【図１４】第３実施例の光検出器の製造工程図である。

【図１５】第３実施例の光検出器の製造工程図である。

【図１６】本発明の第４実施例の光検出器の構成図であ
る。

【図１７】第４実施例の光検出器の組み立て説明図であ
る。

【図１８】従来の光入射角度検出器の構成図である。

【符号の説明】

１００…２分割受光素子、１２１ａ、１２２ａ…受光
面、４１５，４２５，４３５，４４５…遮光部材、５１
０，５２０，５３０，５４０…光検出器、６１０，６２
０…処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の受光面を有し、前記第１の受光面
で受光した光の強度を検出する第１の受光器と、前記第１の受光面と同一平面上に前記第１の受光面と境
界部を介して分離されるとともに近接して配置された第
２の受光面を有し、前記第２の受光面で受光した光の強
度を検出する第２の受光器と、前記第１の受光面および前記第２の受光面と離間すると
ともに前記第１の受光面および前記第２の受光面と略平
行であり、前記第１の受光面および前記第２の受光面に
垂直な方向から光を照射した場合に、前記第１の受光面
の前記境界部側の略半分の領域と前記第２の受光面の前
記境界部側の略半分の領域とを遮光、または、前記第１
の受光面の前記境界部側の略半分の領域と前記第２の受
光面の前記境界部側の略半分の領域に入射する光量を減
少させる、前記第１の受光面、前記第２の受光面、およ
び境界部の上方に配置された光制限部材と、を備え、所定の光入射角の範囲では、前記第１の受光面
での直接受光面積と前記第２の受光面での直接受光面積
の和が光入射角の変化に対して略一定である、ことを特
徴とする光検出器。
【請求項２】前記光制限部材は、入射光の略１００％
を遮光する全遮光部材および入射光の一部を遮光する減
光部材のいずれか一方である、ことを特徴とする請求項
１記載の光検出器。
【請求項３】前記第１の受光面と前記第２の受光面と
は、略同一面積かつ略同一形状であり、線対称に配置さ
れる、ことを特徴とする請求項１記載の光検出器。
【請求項４】前記第１の受光面の形状および前記第２
の受光面の形状は矩形である、ことを特徴とする請求項
３記載の光検出器。
【請求項５】前記第１の受光面の単位面積あたりの前
記第１の受光器の光電変換効率と前記第２の受光面の単
位面積あたりの前記第２の受光器の光電変換効率とは略
同一である、ことを特徴とする請求項１記載の光検出
器。
【請求項６】前記第１の受光器および前記第２の受光
器はｐｉｎ型フォトダイオードである、ことを特徴とす
る請求項１記載の光検出器。
【請求項７】請求項１記載の光検出器と、前記第１の受光器から出力された第１の光検出信号と前
記第２の受光器から出力された第２の光検出信号とを収
集し、前記第１の光検出信号から前記第１の受光器で検
出した第１の光強度と前記第２の光検出信号から前記第
２の受光器で検出した第２の光強度とを求め、前記第１
の光強度と前記第２の光強度とに基づいて光入射角度を
算出する処理部と、を備えることを特徴とする光入射角度検出器。
【請求項８】前記処理部は、前記第１の光強度と前記
第２の光強度との比を演算し、この演算結果に基づいて
光入射角度を算出する、ことを特徴とする請求項７記載
の光入射角度検出器。