JPH06112521A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＣチップ上に形成される位置検出素子のジ
ャンクションを確実にし、かつそのＩＣチップ上に他の
回路を一緒に形成することである。 【構成】 複数個の光電変換エレメントＰＤ１、ＰＤ
２、・・・ＰＤｎをＩＣチップ上において、所定の方向
に配列し、かつたがいに隣接するエレメントを等しい値
を有する抵抗ｒ、ｒで結合している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光電変換装置に関し、
たとえば距離センサや測距式光電スイッチ等の光の位置
を検出する機器に適用される。

【０００２】

【従来の技術】光の位置を検出するものとして図１に示
すＰＳＤすなわち光位置検出素子１０が知られている。
この位置検出素子の等価回路を画くと図２のようにな
る。すなわち共通のカソードとなるＮ層には端子Ｔａが
接続され、Ｐ層の両端には２つの出力端子Ｔ１、Ｔ２が
設けられる。この光位置検出素子１０のある位置に光が
入射すると、光位置検出素子１０の出力端子Ｔ１、Ｔ２
から２つの電流出力Ｉ１、Ｉ２がえられ、光位置検出素
子１０の有効長をＬとすると、光位置検出素子１０の光
の入射位置Ｙは次の関係式より求められる。 Ｉ１／Ｉ２＝Ｚ２／Ｚ１ ＝（Ｌ／２＋Ｙ）／（Ｌ／２−Ｙ） （１） となり、したがって電流比Ｉ１／Ｉ２が分かれば、入射
位置Ｙは Ｙ＝（Ｌ／２）×（Ｉ１／Ｉ２−１）／（Ｉ１／Ｉ２＋１） （２） このように光位置検出素子１０は電気的に光の入射位置
Ｙを求めることが出来るので広く使用されており、図３
に示すように、光電スイッチに適用した例がある。

【０００３】すなわち図３において、光電スイッチ１は
レンズ系２、投光部３、受光部４および信号処理部５を
有している。そして投光部３から発した光は被検出物体
６、すなわち６Ａ、６Ｂ上に輝点を作り、さらにこの被
検出物体６により反射された光はレンズ系２を介して受
光部４の受光面上に輝点像を形成する。被検出物体６
（図３の６Ａ、６Ｂを代表して符号６で示す）までの距
離Ｘが変わると、すなわち被検出物体６が６Ａ、６Ｂに
示す位置になると、受光面上の輝点像の位置Ｙが動く。
よって、受光面上の輝点像の位置Ｙを判定することによ
り、その輝点像が被検出物体６によるものか、あるいは
光電スイッチ１から見て、この被検出物体６よりも遠い
位置にある背景７によるものかが判定できる。したがっ
て輝点像の位置Ｙを判定するために図１に示す光位置検
出素子１０は受光部４の受光面上に配設される。そして
輝点像の位置Ｙが所定値より大きいときに光電スイッチ
は検出信号を発する。この方式の光電スイッチは、受光
面上の光量を検出する方式の光電スイッチと比べ、被検
出物体６表面反射率が変わっても検出距離がほとんど変
動せず、また反射率が大きい背景７の手前にある反射率
の少ない被検出物体６の検出が安定して検出できる等極
めて優れた特徴を有するが、その光位置検出素子は構造
的にきわめて浅い、たとえば０．３［μｍ］のジャンク
ションをもち、通常のＩＣプロセスでは製造できない。
このため増幅回路を同一チップに集積できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は光位置検出素子が構造的にきわめて浅いジ
ャンクションをもつために、通常のＩＣプロセスでは製
造しにくいことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】所定の方向に配設した複
数個の光電変換エレメントたがいに隣接する光電変換エ
レメントを抵抗で結合することにより光位置検出素子を
構成し、この光電変換素子の端部に光電流出力端を設け
る。

【０００６】

【作用】光が入射する位置によって、光電流を発生する
光電変換エレメントが決まり、その光電流は結合抵抗の
分圧比により分流するので、光電流出力端から得られる
２つの電流の比から光が入射した位置が算出される。な
お光位置検出素子は通常のＩＣプロセスで製造される。

【０００７】

【実施例】以下図によってこの発明の一実施例について
説明する。すなわち図４において、複数個、すなわちｎ
個（ただしｎ＞２）の光電変換エレメントＰＤ１、ＰＤ
２、・・・ＰＤｉ、・・・ＰＤｎは一つのチップ上にお
いて、所定の方向に、かつ所定のピッチをもって配列さ
れる。また光変換エレメントＰＤ１、ＰＤ２、・・・Ｐ
Ｄｉ、・・・ＰＤｎの各隣接するアノードは図５に示す
ように、ほぼ等しい抵抗値を有する抵抗ｒ、ｒで接続さ
れる。これによって光位置検出素子１０が構成される。
この光位置検出素子１０一端すなわち最初の光電変換エ
レメントＰＤ１のアノードには第１の光電流出力端Ｔ１
が、また光位置検出素子１０の他端すなわち最後の光電
変換エレメントＰＤｎのアノードには第２の光電流出力
端Ｔ２がそれぞれ設けられる。一方各光電変換エレメン
トのカソードは入力端子Ｔａに接続される。

【０００８】上記構成において、図５を等価的に表わす
と図６のようになる。ここで、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・
・Ｉｉ・・・Ｉｎは光変換エレメントＰＤ１、ＰＤ２、
・・・ＰＤｉ、・・・ＰＤｎからなる電流源である。こ
の回路において、ｉ番目の光電変換エレメント、すなわ
ちＰＤｉに光が当たったばあいを考えると、図７の等価
回路に単純化される。つまり、この図の回路は図３に示
す回路と実質的に同じため、Ｉ１、Ｉ２の電流比から
（２）式により、光の当った位置Ｙを検出することがで
きる。

【０００９】図８は各光電変換エレメントの配列方向に
おいて、各光電変換エレメントの中央部間に抵抗値の大
きい部分を形成したもので、実質的に抵抗ｒで電気的に
結合したものである。

【００１０】また図９は各光電変換エレメントの配列方
向において、各光電変換エレメントの下側部分間に抵抗
値の大きい部分を形成したもので、図８と同様に実質的
に抵抗ｒで電気的に結合したものである。

【００１１】この発明は有限個すなわちｎ個の光電変換
エレメントで構成されるため、入射光がレンズ等の集光
により、各光電変換エレメントのピッチに比較して充分
に小さいばあい、入射位置Ｙと光電流出力Ｉ１、Ｉ２の
関係は図１０に示すように階段状になる。

【００１２】しかし、図１１に示すように、入射光の集
光に比較して各光電変換エレメントのピッチが充分小さ
いばあいすなわち入射スポット１１が各光電変換エレメ
ントのピッチより大きいばあいには、階段状の特性は示
さず、図１２に示すように直線状になる。

【００１３】

【発明の効果】この発明は上述のように、複数個の光電
変換エレメントを所定の方向に配列し、かつたがいに隣
接するエレメントをほぼ等しい値を有する抵抗で結合し
ているので、通常のＩＣプロセス技術で製造することが
可能である。

【００１４】また、各光電変換エレメントと上記抵抗と
を同一チップ上に集積しているので、この集積化によっ
てＳ／Ｎ比が向上する利点がある。

【００１５】なお同一チップ上に演算回路や信号処理回
路も一緒に集積することにより、装置が小形になる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】光位置検出素子の原理を示す縦断面図である。

【図２】図１における等価回路である。

【図３】光位置検出素子を適用した反射形光電スイッチ
の縦断面図である。

【図４】この発明における光電変換装置の光電変換エレ
メントの配列状態を示す構成図である。

【図５】この発明における光電変換装置の光位置検出素
子の回路図である。

【図６】図５における等価回路図である。

【図７】図６の一部の等価回路図である。

【図８】この発明における光電変換装置の光電変換エレ
メントの他の配列状態を示す構成図である。

【図９】この発明における光電変換装置の光電変換エレ
メントのさらに他の配列状態を示す構成図である。

【図１０】この発明における光電変換装置の光位置検出
素子上の入射スポットと出力の関係を示す出力特性図で
ある。

【図１１】この発明における光電変換装置の光位置検出
素子上と入射スポットとの関係を示す平面図である。

【図１２】図１１における光位置検出素子の出力特性図
である。

【符号の説明】

１ 光電スイッチ ２ レンズ系 ３ 投光部 ４ 受光部 ５ 信号処理部 ６ 被検出物体 ７ 背景 １０ 光位置検出素子 １１ 入射スポット ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、・・・ＰＤｎ 光電変換エレ
メント ｒ 抵抗 Ｔａ 端子 Ｔ１ 端子 Ｔ２ 端子 Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・Ｉｉ・・・Ｉｎ 電流源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の光電変換エレメントを所定の方
   向に配列し、たがいに隣接するエレメントをほぼ等しい
   値を有する抵抗で結合して光位置検出素子を構成し、か
   つこの光位置検出素子に光電流出力端を設けた光電変換
   装置。
2. 【請求項２】 複数個の光電変換エレメントを所定の方
   向に配列し、たがいに隣接する光電変換エレメントをほ
   ぼ等しい抵抗値を有する抵抗で結合して光位置検出素子
   を構成し、かつこの光位置検出素子に光電流出力端を設
   け、さらに上記各光電変換エレメントと上記抵抗とを同
   一チップ上に集積した光電変換装置。