JPS63153407A - 半導体位置検出器 - Google Patents
半導体位置検出器Info
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- JPS63153407A JPS63153407A JP61302231A JP30223186A JPS63153407A JP S63153407 A JPS63153407 A JP S63153407A JP 61302231 A JP61302231 A JP 61302231A JP 30223186 A JP30223186 A JP 30223186A JP S63153407 A JPS63153407 A JP S63153407A
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- Japan
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- electrode
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Links
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、半導体位置検出器に係り、特に、非接触変位
計のセンサとして用いるに好適な、三層構造の半導体基
板と、該基板の表裏に形成された電極を含むセンサを用
いて、該センサに照射される光束の光量分布の重心位置
に対応した変位信号を得る半導体位置検出器に関する。
計のセンサとして用いるに好適な、三層構造の半導体基
板と、該基板の表裏に形成された電極を含むセンサを用
いて、該センサに照射される光束の光量分布の重心位置
に対応した変位信号を得る半導体位置検出器に関する。
光応用計測の分野においては、入射する光の量及び位置
を検出するための半導体を用いた検出器が各種利用され
ている０例えばフォトダイオードは、光の基に応じた短
絡電流を出力し、ラインセンサは、フォトダイオードを
多数並設したｔｆｌ造で光量分布のプロフィールを測定
することができる。 これに対して、入射する光束の光量分布の重心位置を測
定できる検出器として、半導体位置検出器（Ｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ ５ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ 、
ＰＳＤ）がある。この従来のＰＳＤのセンサ部は、例
えば第７図に示す如く、Ｐ型層、Ｉ型層ぼ、Ｎ型層の三
Ｎ構造の半導体基板４０の上面に、互いに対向する一対
のＸ電！！４２Ａ、４２Ｂと、互いに対向する一対のＹ
電［２４４Ａ、４４Ｂとが形成され、下面に共通型ｆ２
４６が形成されており、′ＪｆＲ造的には横効果型フォ
トダイオード（Ｌ ａｔｅｒａｌ Ｅ ｆｆｅｃｔＰ
ｈｏｔｏｄ １ｏｄａ ）とも呼ばれている。多電［
２４２Ａ。 ４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂからは、信号Ｘｉ、Ｘ２、標が
（ｘ 、 ｙ ）である光スポット４８が他職゛される
と、信号（ＸＩ−Ｘ２）、（Ｙ２−Ｙｌ）は、はぼｘ、
■に比例する値となるため、光スポット４８の重心位置
の測定が可能となる。
を検出するための半導体を用いた検出器が各種利用され
ている０例えばフォトダイオードは、光の基に応じた短
絡電流を出力し、ラインセンサは、フォトダイオードを
多数並設したｔｆｌ造で光量分布のプロフィールを測定
することができる。 これに対して、入射する光束の光量分布の重心位置を測
定できる検出器として、半導体位置検出器（Ｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ ５ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ 、
ＰＳＤ）がある。この従来のＰＳＤのセンサ部は、例
えば第７図に示す如く、Ｐ型層、Ｉ型層ぼ、Ｎ型層の三
Ｎ構造の半導体基板４０の上面に、互いに対向する一対
のＸ電！！４２Ａ、４２Ｂと、互いに対向する一対のＹ
電［２４４Ａ、４４Ｂとが形成され、下面に共通型ｆ２
４６が形成されており、′ＪｆＲ造的には横効果型フォ
トダイオード（Ｌ ａｔｅｒａｌ Ｅ ｆｆｅｃｔＰ
ｈｏｔｏｄ １ｏｄａ ）とも呼ばれている。多電［
２４２Ａ。 ４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂからは、信号Ｘｉ、Ｘ２、標が
（ｘ 、 ｙ ）である光スポット４８が他職゛される
と、信号（ＸＩ−Ｘ２）、（Ｙ２−Ｙｌ）は、はぼｘ、
■に比例する値となるため、光スポット４８の重心位置
の測定が可能となる。
しかしながら、従来のＰＳＤは、直交座標系を前提とし
て、光量分布の重心位置の測定を行うものである。従っ
て、センサ部にリング状の光ビームが入射する場合等に
、そのビーム径に対応する信号を得ること等はできず、
応用上制限があった。
て、光量分布の重心位置の測定を行うものである。従っ
て、センサ部にリング状の光ビームが入射する場合等に
、そのビーム径に対応する信号を得ること等はできず、
応用上制限があった。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、極座標系の半径方向における光量分布の重心位置
の測定ができるような半導体位置検出器を提供すること
を目的とする。
ので、極座標系の半径方向における光量分布の重心位置
の測定ができるような半導体位置検出器を提供すること
を目的とする。
本発明は、半導体位置検出器において、Ｐ型層−■型層
−Ｎ型層の三層ｍ造の半導体基板、該基板の一面に形成
された円形の中央電極、該中央電極を中心に円周状に形
成された周辺電極、及び、前記基板の他面に形成された
共通電極を含んで構成されるセンナと、該センサに照射
される光束の光量分布に応じて前記中央及び周辺電極か
ら出力される信号を処理して、前記光量分布の前記中央
電極を中心とした半径方向の重心位置に対応した変位信
号を得る検出回路とを備えることにより、前記目的を達
成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記検出回路に、前記中央及
び周辺電極から出力される信号の差信号をその和信号で
除算する除算器を備え、該除算器の出力をもって前記変
位信号としたものである。
−Ｎ型層の三層ｍ造の半導体基板、該基板の一面に形成
された円形の中央電極、該中央電極を中心に円周状に形
成された周辺電極、及び、前記基板の他面に形成された
共通電極を含んで構成されるセンナと、該センサに照射
される光束の光量分布に応じて前記中央及び周辺電極か
ら出力される信号を処理して、前記光量分布の前記中央
電極を中心とした半径方向の重心位置に対応した変位信
号を得る検出回路とを備えることにより、前記目的を達
成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記検出回路に、前記中央及
び周辺電極から出力される信号の差信号をその和信号で
除算する除算器を備え、該除算器の出力をもって前記変
位信号としたものである。
本発明においては、センサを構成するＰ型層−Ｎ型層−
Ｎ型層の三層構造の半導体基板の一面に、円形の中央電
極と、該中央電極を中心に円周状の周辺電極を設け、前
記基板の他面に共通電極を形成している。従って、前記
中央及び周辺電極から出力される信号を処理することに
よって、前記光量分布の中央電極を中心とした半径方向
の重心位置に対応した変位信号を得ることができ、極座
標系の半径方向における光量分布の重心位置の測定が可
能となる。 又、検出回路に、前記中央及び周辺電極から出力される
信号の差信号をその相信号で除算する除算器を備え、該
除３”Ｔ器の出力をもって変位信号とした場合には、検
出回路の構成が簡略である。
Ｎ型層の三層構造の半導体基板の一面に、円形の中央電
極と、該中央電極を中心に円周状の周辺電極を設け、前
記基板の他面に共通電極を形成している。従って、前記
中央及び周辺電極から出力される信号を処理することに
よって、前記光量分布の中央電極を中心とした半径方向
の重心位置に対応した変位信号を得ることができ、極座
標系の半径方向における光量分布の重心位置の測定が可
能となる。 又、検出回路に、前記中央及び周辺電極から出力される
信号の差信号をその相信号で除算する除算器を備え、該
除３”Ｔ器の出力をもって変位信号とした場合には、検
出回路の構成が簡略である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例は、第１図に示す如く、センサ５０と検出回路
５２とから主に構成されている。 前記センサ５０は、第２図に詳細に示す如く、Ｐ型層５
４Ａ−Ｉ型層（真性半導体層）５４Ｂ−Ｎ型ｒｆ！１５
４Ｃの三層構造の円形半導体基板５４と、該基板５４の
上面に形成された、ニッケル薄層等からなる円形の中央
電極５６と、該中央型ｗ！５６を中心に円周上に形成さ
れた周辺電極５８と、基板５４の下面に形成された共通
′ｅ、極６０とを含み、各電極からは光電流り、ｉ、ｊ
が取出されている。 なお、半導体材料としては、シリコンＳｉ、ガリウム・
アルミニウム・リンＧａＡＪ２Ｐ等が使用できる。 このセンサ５０の表面に光束が入射すると、光量分布の
重心位；ヴと周辺型Ｖ７！５８及び中央電極５６までの
距離にほぼ反比例して光電流ｉ、ｊが流れる。 センサ５０から出力される信号としての光電流り、ｉ、
ｊは、第１図の検出回路５２で処理される。この検出器
＃ｔ５２は、光電流ｉ、ｊをそれぞれ電流電圧変換する
電流電圧変換器５２Ａ、５２Ｂと、該電流電圧変換器５
２Ａ、５２Ｂの出力ｉ′、ｊ′の差信号ｋ （＝ｉ
’ −ｊ ’ ）及び和信号、ｇ（＝ｉ’＋ｊ’）をそ
れぞれ出力する差演算器５２Ｃ及び和演算器５２Ｄと、
差信号ｋを和信号（で除することによって変位信号ｒｚ
（＝に／Ｊ２＝（ｉ′−ｊ’）／（ｉ’＋ｊ’））
を生成する除算器５２Ｅとから構成されている。なお、
光電流りは接地入力されている。 以下、第３図を参照して実施例の作用を説明する。 第３図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれセンサ５０に平均直
径Ｄ１、Ｄ２のリング状ビーム６２が入射している状態
を示したものであり、第３図（Ａ）の直径が小さい場合
には、光電流ｊが大きくなり、第３図（Ｂ）の直径が大
きな場合には光電流ｉが大きくなる。従って、光ビーム
径りと変位信号１の関係は、例えば第４図に実線で示す
如くとなり、変位信号１から光ビーム径りが測定できる
ことがわかる。 なお、リング状ビームの代わりに柱状ビームを用いても
、その外径が大きくなると光量分布の重心位置は半径方
向で外側に移るため、第４図に一点鎖線で示す如く、変
位信号１はやはり変化するので、光ビーム径を測定する
ことが可能である。 なお、前記実施例においては、半導体基板５４のＰ型層
５４Ａの上に中央電極５６及び周辺電極５８が形成され
ていたが、中央電極や周辺電極を形成する面はこれに限
定されず、反対側のＮ型層５４Ｃの表面に中央電極５６
及び周辺電極５８を形成してもよい、又、半導体基板５
４の形状も円形に限定されず、角形であってもよい。 又、前記実施例においては、検出回路５２が、中央電極
５６及び周辺電極５８から出力される信号ｊ、ｉの差信
号ｋをその和信号ぶて除算する除算器５２Ｅを備え、該
除算器５２Ｈの出力をもって前記変位信号１としている
ので、検出回路５２の構成が簡略である。なお、検出回
路５２の構成はこれに限定されず、例えば電流電圧変換
器５２Ａ、５２Ｂの出力ｉ’、ｊ’に適当な重みを付け
たり、又は、演算の一部又は全てをＣＰＵで行うことも
できる。 次に、第５図を参照して、前記実施例を用いた非接触変
位計の一例を説明する。 この非接触変位計は、レーザダイオード１２、コリメー
タレンズ１４、ビームスプリッタ１６、対物レンズ１８
よりなる照明系で測定対象物１０に微少スポット光２０
を照射し、前記対物レンズ１８及び集光レンズ２２より
なる結像レンズで、その微少スポット光２０の像を形成
する。なお、集光レンズ２２の手前には、ＳＮ比を向上
するためのリング状マスク２４が設けられているが、こ
のリング状マスク２４は省略することが可能である。 第５図は、測定対象物１０に微少スポット光２０が集光
している状態、即ち測定対象物１０が合焦面にある状態
を示している。このときの微少スポット光２０の像が形
成される面を合焦結像面と定義する。この合焦結像面か
ら下方向に変位させて、本発明に係るセンサ５０が下向
きに配設されている。このセンサ５０の出力り、ｉ、ｊ
は、第１図を用いて既にＢト明した検出器Ｒ５２に入力
され、変位信号１１が出力される。 今、測定対象物１０が合焦面からＺ方向に変位すると、
微少スポット光の像の集光点は、第６図に示すＱｌ（測
定対象物１０が合焦面より第５図の下方向に変位した場
合）又はＱ２（逆に上方向に変位した場合）となる、こ
のときセンサ５０には、微少スポット光の焦点ずれした
信号のリング状マスク２４で制限された像が形成される
ので、該焦点ずれした像の光軸を中心とした半径方向の
光量分布重心位置に対応した信号をセンサ５０が出力す
ることにＪ：つて、測定対象物１０のＺ方向の変位が検
出できるものである。 このように、本発明に係るセンサを用いることによって
、極めて簡単な構成の非接触変位計が実現できる。
る。 本実施例は、第１図に示す如く、センサ５０と検出回路
５２とから主に構成されている。 前記センサ５０は、第２図に詳細に示す如く、Ｐ型層５
４Ａ−Ｉ型層（真性半導体層）５４Ｂ−Ｎ型ｒｆ！１５
４Ｃの三層構造の円形半導体基板５４と、該基板５４の
上面に形成された、ニッケル薄層等からなる円形の中央
電極５６と、該中央型ｗ！５６を中心に円周上に形成さ
れた周辺電極５８と、基板５４の下面に形成された共通
′ｅ、極６０とを含み、各電極からは光電流り、ｉ、ｊ
が取出されている。 なお、半導体材料としては、シリコンＳｉ、ガリウム・
アルミニウム・リンＧａＡＪ２Ｐ等が使用できる。 このセンサ５０の表面に光束が入射すると、光量分布の
重心位；ヴと周辺型Ｖ７！５８及び中央電極５６までの
距離にほぼ反比例して光電流ｉ、ｊが流れる。 センサ５０から出力される信号としての光電流り、ｉ、
ｊは、第１図の検出回路５２で処理される。この検出器
＃ｔ５２は、光電流ｉ、ｊをそれぞれ電流電圧変換する
電流電圧変換器５２Ａ、５２Ｂと、該電流電圧変換器５
２Ａ、５２Ｂの出力ｉ′、ｊ′の差信号ｋ （＝ｉ
’ −ｊ ’ ）及び和信号、ｇ（＝ｉ’＋ｊ’）をそ
れぞれ出力する差演算器５２Ｃ及び和演算器５２Ｄと、
差信号ｋを和信号（で除することによって変位信号ｒｚ
（＝に／Ｊ２＝（ｉ′−ｊ’）／（ｉ’＋ｊ’））
を生成する除算器５２Ｅとから構成されている。なお、
光電流りは接地入力されている。 以下、第３図を参照して実施例の作用を説明する。 第３図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれセンサ５０に平均直
径Ｄ１、Ｄ２のリング状ビーム６２が入射している状態
を示したものであり、第３図（Ａ）の直径が小さい場合
には、光電流ｊが大きくなり、第３図（Ｂ）の直径が大
きな場合には光電流ｉが大きくなる。従って、光ビーム
径りと変位信号１の関係は、例えば第４図に実線で示す
如くとなり、変位信号１から光ビーム径りが測定できる
ことがわかる。 なお、リング状ビームの代わりに柱状ビームを用いても
、その外径が大きくなると光量分布の重心位置は半径方
向で外側に移るため、第４図に一点鎖線で示す如く、変
位信号１はやはり変化するので、光ビーム径を測定する
ことが可能である。 なお、前記実施例においては、半導体基板５４のＰ型層
５４Ａの上に中央電極５６及び周辺電極５８が形成され
ていたが、中央電極や周辺電極を形成する面はこれに限
定されず、反対側のＮ型層５４Ｃの表面に中央電極５６
及び周辺電極５８を形成してもよい、又、半導体基板５
４の形状も円形に限定されず、角形であってもよい。 又、前記実施例においては、検出回路５２が、中央電極
５６及び周辺電極５８から出力される信号ｊ、ｉの差信
号ｋをその和信号ぶて除算する除算器５２Ｅを備え、該
除算器５２Ｈの出力をもって前記変位信号１としている
ので、検出回路５２の構成が簡略である。なお、検出回
路５２の構成はこれに限定されず、例えば電流電圧変換
器５２Ａ、５２Ｂの出力ｉ’、ｊ’に適当な重みを付け
たり、又は、演算の一部又は全てをＣＰＵで行うことも
できる。 次に、第５図を参照して、前記実施例を用いた非接触変
位計の一例を説明する。 この非接触変位計は、レーザダイオード１２、コリメー
タレンズ１４、ビームスプリッタ１６、対物レンズ１８
よりなる照明系で測定対象物１０に微少スポット光２０
を照射し、前記対物レンズ１８及び集光レンズ２２より
なる結像レンズで、その微少スポット光２０の像を形成
する。なお、集光レンズ２２の手前には、ＳＮ比を向上
するためのリング状マスク２４が設けられているが、こ
のリング状マスク２４は省略することが可能である。 第５図は、測定対象物１０に微少スポット光２０が集光
している状態、即ち測定対象物１０が合焦面にある状態
を示している。このときの微少スポット光２０の像が形
成される面を合焦結像面と定義する。この合焦結像面か
ら下方向に変位させて、本発明に係るセンサ５０が下向
きに配設されている。このセンサ５０の出力り、ｉ、ｊ
は、第１図を用いて既にＢト明した検出器Ｒ５２に入力
され、変位信号１１が出力される。 今、測定対象物１０が合焦面からＺ方向に変位すると、
微少スポット光の像の集光点は、第６図に示すＱｌ（測
定対象物１０が合焦面より第５図の下方向に変位した場
合）又はＱ２（逆に上方向に変位した場合）となる、こ
のときセンサ５０には、微少スポット光の焦点ずれした
信号のリング状マスク２４で制限された像が形成される
ので、該焦点ずれした像の光軸を中心とした半径方向の
光量分布重心位置に対応した信号をセンサ５０が出力す
ることにＪ：つて、測定対象物１０のＺ方向の変位が検
出できるものである。 このように、本発明に係るセンサを用いることによって
、極めて簡単な構成の非接触変位計が実現できる。
以上説明した通り、本発明によれば、極座標系の半径方
向における光量分布の重心位置の測定が可能となる。従
って、極めて簡単な構成の非接触変位計が実現できる。 又、他の光応用計測において様々な用途が開拓される。 更に、半導体位置検出器の技術の多様化にも寄与する等
の優れた効果を有する。
向における光量分布の重心位置の測定が可能となる。従
って、極めて簡単な構成の非接触変位計が実現できる。 又、他の光応用計測において様々な用途が開拓される。 更に、半導体位置検出器の技術の多様化にも寄与する等
の優れた効果を有する。
第１図は、本発明に係る半導体位置検出器の実施例の構
成を示す、一部回路図を含む平面図、第２図は、第１図
のＩ［−Ｉ［線に沿う横断面図、第３図（Ａ）、（Ｂ）
は、実施例の作用を説明するための斜視図、第４図は、
同じく光ビーム径と変位信号の関係の例を示す線図、第
５図は、本実施例が採用された非接触変位計の構成あ例
を示す正面図、第６図は、前記非接触変位計の作用を説
明するための線図、第７図は、従来の半導体位置検出器
のセンサ部の一例を示す斜視図である。 ５０・・・センサ、 ５２・・・検出回路、 ５２Ｃ・・・差演算器、 ｋ・・・差信号、 ５２Ｄ・・・和演算器、 ぶ・・・和信号、 ５２Ｅ・・・除算器、 ｔ・・・変位信号、 ５４・・・半導体基板、 ５４Ａ・・・Ｐ型層、 ５４Ｂ・・・夏型層、 ５４Ｃ・・・Ｎ型層、 ５６・・・中央重臣、 ５８・・・周辺電極、 ６０・・・共通電極、 ６２・・・リング状ビーム４、 Ｄ・・・光ビーム径。
成を示す、一部回路図を含む平面図、第２図は、第１図
のＩ［−Ｉ［線に沿う横断面図、第３図（Ａ）、（Ｂ）
は、実施例の作用を説明するための斜視図、第４図は、
同じく光ビーム径と変位信号の関係の例を示す線図、第
５図は、本実施例が採用された非接触変位計の構成あ例
を示す正面図、第６図は、前記非接触変位計の作用を説
明するための線図、第７図は、従来の半導体位置検出器
のセンサ部の一例を示す斜視図である。 ５０・・・センサ、 ５２・・・検出回路、 ５２Ｃ・・・差演算器、 ｋ・・・差信号、 ５２Ｄ・・・和演算器、 ぶ・・・和信号、 ５２Ｅ・・・除算器、 ｔ・・・変位信号、 ５４・・・半導体基板、 ５４Ａ・・・Ｐ型層、 ５４Ｂ・・・夏型層、 ５４Ｃ・・・Ｎ型層、 ５６・・・中央重臣、 ５８・・・周辺電極、 ６０・・・共通電極、 ６２・・・リング状ビーム４、 Ｄ・・・光ビーム径。
Claims (2)
- （１）Ｐ型層−Ｉ型層−Ｎ型層の三層構造の半導体基板
、該基板の一面に形成された円形の中央電極、該中央電
極を中心に円周状に形成された周辺電極、及び、前記基
板の他面に形成された共通電極を含んで構成されるセン
サと、 該センサに照射される光束の光量分布に応じて前記中央
及び周辺電極から出力される信号を処理して、前記光量
分布の前記中央電極を中心とした半径方向の重心位置に
対応した変位信号を得る検出回路とを備えたことを特徴
とする半導体位置検出器。 - （２）前記検出回路が、前記中央及び周辺電極から出力
される信号の差信号をその和信号で除算する除算器を備
え、該除算器の出力をもつて前記変位信号とされている
特許請求の範囲第１項記載の半導体装置検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302231A JPS63153407A (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体位置検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302231A JPS63153407A (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体位置検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63153407A true JPS63153407A (ja) | 1988-06-25 |
Family
ID=17906527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61302231A Pending JPS63153407A (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体位置検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63153407A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464264A (en) * | 1987-08-18 | 1989-03-10 | Toa Nenryo Kogyo Kk | Semiconductor photo detector using circular electrode |
| WO2002007227A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-24 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Dispositif recepteur de lumiere et photodetecteur comprenant ce dispositif |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5852514A (ja) * | 1981-08-11 | 1983-03-28 | カ−ル・エリツク・モランデル | 光源−観測面間距離測定装置 |
-
1986
- 1986-12-18 JP JP61302231A patent/JPS63153407A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5852514A (ja) * | 1981-08-11 | 1983-03-28 | カ−ル・エリツク・モランデル | 光源−観測面間距離測定装置 |
Cited By (3)
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| US7372124B2 (en) | 2000-07-18 | 2008-05-13 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Light-receiving element and photodetector using the same |
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