JPS629841B2 - - Google Patents
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- JPS629841B2 JPS629841B2 JP3409082A JP3409082A JPS629841B2 JP S629841 B2 JPS629841 B2 JP S629841B2 JP 3409082 A JP3409082 A JP 3409082A JP 3409082 A JP3409082 A JP 3409082A JP S629841 B2 JPS629841 B2 JP S629841B2
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- light
- psd
- measured
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
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- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
- H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02024—Position sensitive and lateral effect photodetectors; Quadrant photodiodes
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- Electromagnetism (AREA)
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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- Optical Transform (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、オーバレンジ対策を施した位置検
出用のホトダイオードに関するものである。
出用のホトダイオードに関するものである。
第１図は位置検出用ホトダイオード（Position
Sensitive Device：以下PSDという）の構造を模
式図として示したもので、１はｎ型の高抵抗半導
体基板、１′は薄い半導体絶縁層（通常ｉ層）、２
はｐ型の半導体表面層、３は前記ｎ型の高抵抗半
導体基板のn+層に取り付けてある電極、４，５
は前記ｐ型の半導体表面層２の両端に設けてある
電極である。
Sensitive Device：以下PSDという）の構造を模
式図として示したもので、１はｎ型の高抵抗半導
体基板、１′は薄い半導体絶縁層（通常ｉ層）、２
はｐ型の半導体表面層、３は前記ｎ型の高抵抗半
導体基板のn+層に取り付けてある電極、４，５
は前記ｐ型の半導体表面層２の両端に設けてある
電極である。
このようなPIN構造とされたダイオードは図の
ように直流電源６、負荷抵抗７，８を接続してｐ
型の半導体表面層２に光を入射すると、負荷抵抗
７，８に光電効果によつて光電流i1、及びi2が流
れることが知られている。なお、位置検出用ホト
ダイオードは上記PIN構造が一般的であるが、
PN接合型あるいはシヨツトキー接合型の構造で
も可能である。
ように直流電源６、負荷抵抗７，８を接続してｐ
型の半導体表面層２に光を入射すると、負荷抵抗
７，８に光電効果によつて光電流i1、及びi2が流
れることが知られている。なお、位置検出用ホト
ダイオードは上記PIN構造が一般的であるが、
PN接合型あるいはシヨツトキー接合型の構造で
も可能である。
今、例えば入射光のビームをＬで表わし、その
入射光のビーム位置が中心Ｏよりｙだけ変位した
位置であるとすると、前記負荷抵抗を流れる光電
流i1，i2は第３図ａのように中心Ｏではi1＝i2とな
り、中心より離れると互いに逆方向に増減する。
そのため入射光Ｌの位置ｙは ｙ＝Ｋ・ｉ１−ｉ２／ｉ１＋ｉ２（但し、Ｋは比例定
数） によつて計算でき、第３図ｂのような関係が得ら
れる。
入射光のビーム位置が中心Ｏよりｙだけ変位した
位置であるとすると、前記負荷抵抗を流れる光電
流i1，i2は第３図ａのように中心Ｏではi1＝i2とな
り、中心より離れると互いに逆方向に増減する。
そのため入射光Ｌの位置ｙは ｙ＝Ｋ・ｉ１−ｉ２／ｉ１＋ｉ２（但し、Ｋは比例定
数） によつて計算でき、第３図ｂのような関係が得ら
れる。
そこで、レーザ光などを被測定物に照射し、被
測定物から反射する光ビームを第１図に示したよ
うなPSDの受光面に入射して、その変移を測定す
ると、被測定物の形状、位置などを正確に検出す
ることができる。
測定物から反射する光ビームを第１図に示したよ
うなPSDの受光面に入射して、その変移を測定す
ると、被測定物の形状、位置などを正確に検出す
ることができる。
第２図はかゝる測定装置の一例を概略図で示し
たもので、１１はビーム光などの光源、１２は照
射レンズ、１３ａは被測定物にあたる照射光、１
３ｂは被測定物から反射された反射光、１４は被
測定物、１５は集光レンズ、１６は位置検出器を
示し、１７が位置検出用のホトダイオード、すな
わちPSDを示し、１８はPSDの光電流i1，i2の演
算器である。
たもので、１１はビーム光などの光源、１２は照
射レンズ、１３ａは被測定物にあたる照射光、１
３ｂは被測定物から反射された反射光、１４は被
測定物、１５は集光レンズ、１６は位置検出器を
示し、１７が位置検出用のホトダイオード、すな
わちPSDを示し、１８はPSDの光電流i1，i2の演
算器である。
この装置は被測定物１４が矢印のＡ―Ｂ方向に
移動したときの移動位置を反射光１３ｂによつて
測定するもので、被測定物１４のＸ軸方向の変位
はPSD１７の受光面ではＹ軸方向の変位となつて
反射光が移動する。
移動したときの移動位置を反射光１３ｂによつて
測定するもので、被測定物１４のＸ軸方向の変位
はPSD１７の受光面ではＹ軸方向の変位となつて
反射光が移動する。
したがつて、演算器１８によつて前述した２つ
の光電流i1，i2を演算すれば、被測定物１４の微
少な変位を測定することができる。
の光電流i1，i2を演算すれば、被測定物１４の微
少な変位を測定することができる。
しかしながら、被測定物１４をセツトする際、
または移動したときに前記反射光１３ｂが僅かで
もPSD１７から外れたときは、暗電流による影響
や熱雑音による電流、または被測定物１４の背景
から反射される光による影響等によつて前記した
ｉ１−ｉ２／ｉ１＋ｉ２の値が不定となり、その結果、
第３図ｂの 点線で示すように被測定物１４のＸ軸の変位と無
関係の出力ｙが生じることがある。
または移動したときに前記反射光１３ｂが僅かで
もPSD１７から外れたときは、暗電流による影響
や熱雑音による電流、または被測定物１４の背景
から反射される光による影響等によつて前記した
ｉ１−ｉ２／ｉ１＋ｉ２の値が不定となり、その結果、
第３図ｂの 点線で示すように被測定物１４のＸ軸の変位と無
関係の出力ｙが生じることがある。
そのため、このような装置をサーボ系に利用す
ると誤つた動作を引き起すことがあつた。また、
被測定物１４の所期設定位置が定まらないという
欠点もある。
ると誤つた動作を引き起すことがあつた。また、
被測定物１４の所期設定位置が定まらないという
欠点もある。
この発明は、かかる点にかんがみてなされたも
ので、PSDの受光面を電極の外部にも設け、検出
出力が不定となることがないようにしたものであ
る。
ので、PSDの受光面を電極の外部にも設け、検出
出力が不定となることがないようにしたものであ
る。
以下、この発明のPSDの構造について説明す
る。
る。
第４図はこの発明の一実施例を示すPSDの構造
図であつて、符号１〜８の構造は第１図のものと
同一である。しかしながら、この発明のPSDでは
受光面となるｐ型の半導体表面層２に取り付けた
電極４，５の外側に延長して２つの受光面S1，S2
が設けてある。
図であつて、符号１〜８の構造は第１図のものと
同一である。しかしながら、この発明のPSDでは
受光面となるｐ型の半導体表面層２に取り付けた
電極４，５の外側に延長して２つの受光面S1，S2
が設けてある。
つづいて、この発明のPSDに光が入射した場合
について説明する。
について説明する。
前述したように、PSDの中心点Ｏに入射光があ
る場合には、受光面に設けてある２つの電極には
ほぼ同一の光電流i1，i2が流れる。また、この入
射光の位置が変移し、中心点Ｏよりはずれた位置
に来たときは第５図ａに示すように２つの光電流
i1，i2は中心からのずれｙに応じて互いに逆方向
に増減する。
る場合には、受光面に設けてある２つの電極には
ほぼ同一の光電流i1，i2が流れる。また、この入
射光の位置が変移し、中心点Ｏよりはずれた位置
に来たときは第５図ａに示すように２つの光電流
i1，i2は中心からのずれｙに応じて互いに逆方向
に増減する。
しかし、この発明のPSDでは、入射光のずれが
さらに大きくなり、前記した延長してある受光面
S1に到達すると、入射光による光電流は全部電極
５に流入し、電流i2、すなわち電極４の電流は０
となる。逆に延長した受光面S2に入射光が入る
と、光電流i1のみが０となる。
さらに大きくなり、前記した延長してある受光面
S1に到達すると、入射光による光電流は全部電極
５に流入し、電流i2、すなわち電極４の電流は０
となる。逆に延長した受光面S2に入射光が入る
と、光電流i1のみが０となる。
したがつて、演算器１８の出力は第５図ｂのよ
うに正規の受光面内では従来と同様にｙ＝Ｋ・
ｉ１−ｉ２／ｉ１＋ｉ２になり入射光の位置を検出する
と同時に、 延長した受光面S1，S2に入つた場合もフルスケー
ルの出力電圧＋Ｖ、および−Ｖが得られる。その
ため、入射光が正規の受光面からどの方向に変移
しているかを知ることができると共に前述した第
１図のPSDのように検出値が不定を示すことがな
い。
うに正規の受光面内では従来と同様にｙ＝Ｋ・
ｉ１−ｉ２／ｉ１＋ｉ２になり入射光の位置を検出する
と同時に、 延長した受光面S1，S2に入つた場合もフルスケー
ルの出力電圧＋Ｖ、および−Ｖが得られる。その
ため、入射光が正規の受光面からどの方向に変移
しているかを知ることができると共に前述した第
１図のPSDのように検出値が不定を示すことがな
い。
入射光が電極４，５上に入射した場合は問題が
あるが、この電極４，５を薄く形成するか、また
は電極の素材に透明で導電性をもつ酸化すずなど
を用いれば、この点でもフルスケールに相当する
電圧＋Ｖ、および−Ｖが得られる。
あるが、この電極４，５を薄く形成するか、また
は電極の素材に透明で導電性をもつ酸化すずなど
を用いれば、この点でもフルスケールに相当する
電圧＋Ｖ、および−Ｖが得られる。
第６図ａ，ｂはこの発明の他の実施例を示した
もので、第４図のものと比較して延長した受光面
S11，S12の幅Ｄを狭くしたものである。
もので、第４図のものと比較して延長した受光面
S11，S12の幅Ｄを狭くしたものである。
延長した受光面S11，S12は入射光の一部分でも
受光できれば演算出力をフルスケールの値に保つ
ことができるので、受光面を狭くしても支障はな
い。
受光できれば演算出力をフルスケールの値に保つ
ことができるので、受光面を狭くしても支障はな
い。
このような構造にすると、
(1) 延長した受光面S11，S12によつて接合容量が
増加し、応答性が悪くなることを防止すること
ができる。
増加し、応答性が悪くなることを防止すること
ができる。
(2) 延長した受光面S11，S12によつて増加する漏
えい電流を小さくすることができるので、検出
値のＳ／Ｎが増加する。
えい電流を小さくすることができるので、検出
値のＳ／Ｎが増加する。
などの利点がある。
なお、延長した受光面S1，S2（S11，S12）のＰ
型半導体領域における層抵抗は特に均一にする必
要がなく、その光電変換の感度は低くても、作用
効果に支障が生じることがない。
型半導体領域における層抵抗は特に均一にする必
要がなく、その光電変換の感度は低くても、作用
効果に支障が生じることがない。
以上説明したように、この発明のPSDには測定
範囲となる受光面の外側に延長した受光面を設け
てあるので、被測定物の変位が測定距離範囲外に
あるときでも、＋方向、または−方向でフルスケ
ールとなる検出値を出力することができるので、
被測定物の位置を誤つて検出するということがな
い。
範囲となる受光面の外側に延長した受光面を設け
てあるので、被測定物の変位が測定距離範囲外に
あるときでも、＋方向、または−方向でフルスケ
ールとなる検出値を出力することができるので、
被測定物の位置を誤つて検出するということがな
い。
第１図は位置検出用ダイオード（PSD）の構造
図、第２図はPSDを使用した位置検出の概略図、
第３図ａ，ｂはPSDの光電流の特性図、及びその
計算値を示す図、第４図はこの発明のPSDの構造
図、第５図ａ，ｂは第４図に示したPSDの光電流
特性図、およびその計算値を示す図、第６図ａ，
ｂはこの発明の他の実施例を示す構造図である。 図中、１はｎ型の高抵抗半導体基板、２はｐ型
の半導体表面層、３，４，５は電極、S1，S2
（S11，S12）は延長した受光面を示す。
図、第２図はPSDを使用した位置検出の概略図、
第３図ａ，ｂはPSDの光電流の特性図、及びその
計算値を示す図、第４図はこの発明のPSDの構造
図、第５図ａ，ｂは第４図に示したPSDの光電流
特性図、およびその計算値を示す図、第６図ａ，
ｂはこの発明の他の実施例を示す構造図である。 図中、１はｎ型の高抵抗半導体基板、２はｐ型
の半導体表面層、３，４，５は電極、S1，S2
（S11，S12）は延長した受光面を示す。
Claims (1)
- １ 受光面上の入射光の位置を検出する位置検出
用ホトダイオードにおいて、長方形の位置検出用
受光面と、前記受光面の長手方向の両端にそれぞ
れ取り付けられた二つの電極と、前記二つの電極
に接し、かつ外側に延長している二つの受光面
と、前記三つの受光面の裏面に、前記二つの電極
に対する共通電極を形成したことを特徴とする位
置検出用ホトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57034090A JPS58151507A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | 位置検出用ホトダイオ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57034090A JPS58151507A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | 位置検出用ホトダイオ−ド |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21509985A Division JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58151507A JPS58151507A (ja) | 1983-09-08 |
| JPS629841B2 true JPS629841B2 (ja) | 1987-03-03 |
Family
ID=12404568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57034090A Granted JPS58151507A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | 位置検出用ホトダイオ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58151507A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4961096A (en) * | 1987-07-02 | 1990-10-02 | Rikagaku Kenkyusho | Semiconductor image position sensitive device with primary and intermediate electrodes |
| JPS6410108A (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | Rikagaku Kenkyusho | Constitution of semiconductor image position detecting element and image position detecting method |
| JP5947114B2 (ja) * | 2012-06-08 | 2016-07-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 位置検出装置 |
-
1982
- 1982-03-05 JP JP57034090A patent/JPS58151507A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58151507A (ja) | 1983-09-08 |
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