JPH05235404A - 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

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JPH05235404A
JPH05235404A JP3332992A JP3332992A JPH05235404A JP H05235404 A JPH05235404 A JP H05235404A JP 3332992 A JP3332992 A JP 3332992A JP 3332992 A JP3332992 A JP 3332992A JP H05235404 A JPH05235404 A JP H05235404A
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light
type diffusion
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light receiving
semiconductor
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Akira Kurahashi
明 倉橋
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホトダイオードを用いた半導体光入射位置検
出素子を改良する。 【構成】 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ている。受光面を放射状
に配設したことにより、入射光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。そして、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。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、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検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、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
けられていることを特徴とする。そして、複数の受光面
の間の半導体基板には、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が望ましい。
【0007】また、本発明の他の半導体光入射位置検出
素子においては、半導体基板の所定の基準位置から一定
半径の範囲外の領域にホトダイオードが形成され、一定
半径の範囲内の領域には少なくとも1個の別のホトダイ
オードが形成されていることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明において、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。そして、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、本発明において、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、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。
【0011】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。
【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
1 ,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。
【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。
【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。
【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。
【0018】また、光束が一定の位置を外れた場合を検
知するためには、図4(a)のようなホトダイオードを
用いる。この場合には、中心から一定半径の内外のう
ち、内と外で別の受光面が設けられる。定常状態では同
図の内側の円の部分だけに光が照射されているが、光束
の異常な動きを検知したときは、内側の円を外れた外側
のどこかの部分で光を検知することになり、光束の異常
位置検出の目的を達することができる。
【0019】なお、図1,図2の半導体光位置検出器と
図4(a)の半導体光位置検出器の機能を組み合わせる
と、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。これを図4(b)に示す。
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63内の着色液体61中に気泡62
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。
【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。
【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。
【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。そして、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、本発明において、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、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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【符号の説明】
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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ていることを特徴とする半導体光入
    射位置検出素子。
  2. 【請求項2】 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
    れている請求項1記載の半導体光入射位置検出素子。
  3. 【請求項3】 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または2記載の半導体光入射位置
    検出素子。
  4. 【請求項4】 半導体基板の所定の基準位置から一定半
    径外の領域にホトダイオードが形成され、 前記一定半径の範囲内の領域には、少なくとも1個の別
    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。
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