(57)【要約】  【課題】  距離情報および角度情報が検出可能な受発光センサおよびこれを用いたセンサ装置を提供する。  【解決手段】  本発明に係る受発光センサ１は、基板２と、基板２の上面に配置された、対象物に光を照射するための発光素子３と、基板２の上面に発光素子３から離して配置された、対象物で反射した反射光を受光する受光素子４と、基板２の上方に配置された、発光素子３からの光を対象物に向けて通過させるとともに対象物で反射した反射光を受光素子４に向けて通過させるレンズ部材５とを備えており、受光素子４は、中央部受光領域41と、中央部受光領域41を取り囲む、途中で複数に分割された環状の周辺部受光領域42とを有している。対象物の距離情報および角度情報が検出できる受発光センサおよびセンサ装置が実現できる。【選択図】  図１
2020068341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板の上面に配置された、対象物に光を照射するための発光素子と、
前記基板の上面に前記発光素子から離して配置された、前記対象物で反射した反射光を受光する受光素子と、
前記基板の上方に配置された、前記発光素子からの光を前記対象物に向けて通過させるとともに該対象物で反射した反射光を前記受光素子に向けて通過させるレンズ部材とを備えており、
前記受光素子は、中央部受光領域と、該中央部受光領域を取り囲む、途中で複数に分割された環状の周辺部受光領域とを有している、受発光センサ。
【請求項２】
前記中央部受光領域は円形状であり、前記周辺部受光領域は、等分に分割された、前記中央部受光領域と同心の円環状である、請求項１に記載の受発光センサ。
【請求項３】
前記基板は、一導電型の半導体からなり、前記受光素子の前記中央部受光領域および前記周辺部受光領域は、前記基板に形成された他導電型の半導体を有している、請求項１に記載の受発光センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の受発光センサを用いたセンサ装置であって、
前記発光素子から前記レンズ部材を通過した光を前記対象物に照射し、該対象物で反射して前記レンズ部材を通過した反射光を前記受光素子で受光して、前記反射光に応じて前記中央部受光領域および環状の前記周辺部受光領域から出力される出力電流によって、前記対象物の距離情報および角度情報の少なくとも一方を検出する、センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの基板の上面に配置された受光素子と発光素子とを備え、対象物の距離情報および角度情報を検出するのに好適な受発光センサおよびこれを用いたセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出対象の物体である対象物（被検出物）へ発光素子から光を照射し、その対象物からの反射光を受光素子で受光することによって、対象物の距離情報を検出し、また対象物の角度情報を検出するための受発光センサおよびそれを用いたセンサ装置が種々提案されている。
【０００３】
このセンサ装置は広い分野で利用されており、例えば、フォトインタラプタ、フォトカプラ、リモートコントロールユニット、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）通信デ
バイス、光ファイバ通信用装置、さらには原稿サイズセンサなど多岐にわたるアプリケーションで用いられている。
【０００４】
このセンサ装置のうち角度情報を検出する傾き角検出用のものとして、例えば、実開平４−131712号公報には、発光素子と受光素子とを備え、発光素子から被検出物体に投光し、被検出物体からの反射光が受光素子に入射する位置から被検出物体の傾き角を検出する傾き角検出センサであって、受光素子が、その両端から得られる光電流が光の入射位置に比例するよう構成された半導体位置検出素子から成るものが開示されている（特許文献１を参照）。また、特開平10−82626号公報には、発光素子と、受光面に複数の受光領域と非受光領域とを有する受光素子とを備え、発光素子からの光が被検出物で反射されて受光素子に入射したときに各受光領域から被検出物の傾きに応じた信号を出力する光結合装置において、受光素子の受光面の非受光領域に発光素子が搭載された、傾き検出用光結合装置が開示されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平４−131712号公報
【特許文献２】特開平10−82626号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら傾き角検出センサおよび傾き検出用光結合装置においては、対象物の距離情報を検出することは考慮されておらず、距離情報を検出するためには別のセンサを併用する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、対象物の距離情報および角度情報の両方を検出することができる受発光センサおよびそれを用いたセンサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る受発光センサは、基板と、該基板の上面に配置された、対象物に光を照射するための発光素子と、前記基板の上面に前記発光素子から離して配置された、前記対象物で反射した反射光を受光する受光素子と、前記基板の上方に配置された、前記発光素子からの光を前記対象物に向けて通過させるとともに該対象物で反射した反射光を前記受光
素子に向けて通過させるレンズ部材とを備えており、前記受光素子は、中央部受光領域と、該中央部受光領域を取り囲む、途中で複数に分割された環状の周辺部受光領域とを有している。
【０００９】
本発明に係るセンサ装置は、上述した本発明の受発光センサを用いたセンサ装置であって、前記発光素子から前記レンズ部材を通過した光を前記対象物に照射し、該対象物で反射して前記レンズ部材を通過した反射光を前記受光素子で受光して、前記反射光に応じて前記中央部受光領域および環状の前記周辺部受光領域から出力される出力電流によって、前記対象物の距離情報および角度情報の少なくとも一方を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る受発光センサによれば、基板の上面に発光素子から離して配置された、対象物で反射した反射光を受光する受光素子が、中央部受光領域と、この中央部受光領域を取り囲む、途中で複数に分割された環状の周辺部受光領域とを有していることから、対象物までの距離および対象物の角度によって受光素子が受光する反射光の分布が変化したときに、その変化を中央部受光領域と複数に分割された環状の周辺部受光領域とで受光する反射光の分布によって検出することができるので、距離情報および角度情報を検出することができる。また、発光素子および受光素子が基板の上面に一体的に配置されていることから、小型化に有利である。
【００１１】
本発明に係るセンサ装置によれば、上記の受発光センサを備えることから、対象物の距離情報および角度情報を良好に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る受発光センサの実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明に係る受発光センサの実施の形態の一例における検出の様子を説明する図であり、（ａ）は距離情報の検出の様子の例を示す断面図であり、（ｂ）は受光素子による出力電流の変化の例を示すグラフである。
【図３】本発明に係る受発光センサの実施の形態の一例における検出の様子を説明する図であり、（ａ）は角度情報の検出の様子の例を示す断面図であり、（ｂ）は受光素子による出力電流の変化の例を示すグラフであり、（ｃ）は受光素子における受光の様子の例を示す上面図である。
【図４】（ａ）は発光素子の構成の一例を示す断面図であり、（ｂ）は受光素子の構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る受発光センサおよびこれを用いたセンサ装置の実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００１４】
図１は、本発明に係る受発光センサ１の実施の形態の一例を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図である。この受発光センサ１は、測定対象の面が平面で、その表面が比較的平滑な面である物体であれば、各種の対象物の距離情報（対象物までの距離に関する情報）および角度情報（対象物の反射面の角度に関する情報）を検出するセンサとして機能する。
【００１５】
受発光センサ１は、基板２と、基板２の上面に配置された、対象物に光を照射するための発光素子３と、基板２の上面に発光素子３から離して配置された、対象物で反射した反
射光を受光する受光素子４とを備えている。また、基板２の上方に配置された、発光素子２からの光を対象物に向けて通過させるとともに対象物で反射した反射光を受光素子４に向けて通過させるレンズ部材５を備えている。そして、受光素子４は、中央部受光領域41と、中央部受光領域41を取り囲む、途中で複数に分割された環状の周辺部受光領域42とを有している。本例の周辺部受光領域42は、周方向に４等分された４つの周辺部受光領域421，422，423，424で構成されている。
【００１６】
レンズ部材５は、本例では発光素子３側のレンズ部材51と、受光素子４側のレンズ部材52とで構成されていて、レンズ部材51は、発光素子３からの光を対象物に向けてビーム状に絞る機能を有し、レンズ部材52は、対象物からの反射光を受光素子４に向けて焦点を絞る機能を有している。なお、レンズ部材５は、このように２つの部材からなる必要は特になく、１つのレンズ部材５で発光素子３側の機能と受光素子４側の機能とを併せ持つものであってもよい。レンズ部材５は、球面レンズであっても非球面レンズであってもよく、対象物および受光素子４の仕様などに応じて、通過する光を等倍で通過させても、拡大あるいは縮小して通過させてもよい。レンズ部材５には、対象物の大きさおよび距離に応じて、また受光素子４への反射光の進入の状況に応じて、種々の大きさおよび形状、ならびに通過波長域、焦点距離および焦点深度などの特性のものを適宜選択して用いればよい。
【００１７】
レンズ部材５は、図示しない適当な構造によって、基板２、発光素子３および受光素子４に対して所定の相対位置に保持される。また、この保持構造は、外部からの迷光を遮断して検出の精度を高めるために、基板２の全体を覆うような構造として、レンズ部材５に対応した開口部以外の部分が遮光性の材料で形成されることが好ましい。
【００１８】
図１において、６は発光素子３を発光させるための電力を供給する発光側電極であり、７は受光素子４からの出力電流を取り出すための受光側電極である。本例の受光側電極７は、受光素子４の中央部受光領域41および周辺部受光領域42（421，422，423，424）のそれぞれに対応して複数個が配置されている。
【００１９】
発光素子３は、基板２の上面に配置された、例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）あるいは半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）である。一方、受光素子４
は、同じく基板２の上面に配置された、例えばフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）
である。
【００２０】
発光素子３は、例えば、図４（ａ）に断面図で示すように、基板２の上面に積層した複数の半導体層３ａ〜３ｆを有するものとして、基板２と一体的に形成される。一方、受光素子４は、例えば、図４（ｂ）にその一部を断面図で示すように、一導電型（ｎ型またはｐ型）の半導体材料からなる基板２の上面に形成された逆導電型の不純物を含む逆導電型半導体領域４ａを含むものとして、基板２と一体的に形成される。すなわち、同一の基板２に発光素子３と受光素子４とが作り込まれて、一体的に形成されている。本例の受発光センサ１は、これらが一体的に形成されていることにより、発光素子３，受光素子４を高い位置精度で所望の位置関係に配置することができるので、正確な位置調整ができ、距離情報および角度情報を精度よく測定することができ、高いセンシング性能を備えるものとなる。
【００２１】
図４に示す例では、基板２として一導電型の半導体材料を用い、発光素子３をその上面に積層した複数の半導体層を有するものとし、受光素子４を基板２の上面に逆導電型の不純物がドーピングされた逆導電型半導体領域４ａを有するものとしている。受光素子４（41，42（421〜424））は、それぞれ基板２の上面から続く一部に作り込まれた逆導電型半導体領域４ａとそれに隣接する基板２の一導電型の領域とでｐｎ接合を形成して、フォトダイオードを構成している。このように構成することで、基板２に発光素子３と受光素子４とを一体的に作り込むことができる。
【００２２】
なお、発光素子３と受光素子４とは、基板２に一体的に形成されて上面に配置されていればよいので、全ての構成要素が基板２の上面に配置されていてもよく、構成要素の一部または全部が基板２の内部に作り込まれていてもよい。後者の場合には、少なくとも発光素子３の発光面および受光素子４の受光面が基板２の上面に露出した状態にする。
【００２３】
基板２は、一導電型の半導体材料からなる。一導電型の不純物濃度に限定はない。本例では、シリコン（Ｓｉ）基板に一導電型の不純物としてリン（Ｐ）を例えば１×10１７〜２×10１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で含むものを用いている。ｎ型不純物としては、Ｐの他に、例えば窒素（Ｎ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）などを用いてもよく、ドーピング濃度は１×10１６〜１×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。また、基板２は、その上面に発光素子３を構成する半導体層を成長させる結晶構造を備える。
【００２４】
本例では、長方形状の基板２の上面の第１端側に、発光素子３が配置されている。また、同じ基板２の第２端側に、発光素子３から離して受光素子４が配置されている。発光素子３は対象物に照射する光の光源として機能する。発光素子３が発した光が、レンズ部材５（51）を通過して対象物に入射し、対象物で反射された反射光が、レンズ部材５（52）を通過して受光素子４に入射する。受光素子４は、反射光の入射を検出する光検出部として機能する。発光素子３の発光面と受光素子４の受光面とは、基板２の上面に平行な面となっている。
【００２５】
基板２の形状は、本例では細長い矩形状であるが、それに限られるものではなく、種々の形状を採用することができる。例えば、受光素子４側の幅を広くした細長い台形状であってもよく、その場合には受光素子４の面積（中央部受光領域41および周辺部受光領域42の面積）を大きくとることができ、検出の感度および精度を高めることが可能となる。
【００２６】
発光素子３が発する光は、所定の大きさに絞られたビーム状の光として対象物に入射する。そのビーム状の光の形状およびビーム径などは、レンズ部材５（51）によって好適に調整される。そして、対象物の表面で反射した反射光が、レンズ部材５（52）によって好適に調整された状態で、ビーム状の光あるいは変形した形状の光として受光素子４に入射して受光される。このとき、受光素子４が中央部受光領域41と複数に分割された周辺部受光領域42（421〜424）とを有していることから、それらの領域が受光して出力する出力電流の分布などに基づいて、対象物の距離情報および角度情報を検出することができる。
【００２７】
発光素子３は、図４（ａ）に示すように、ｎ型の半導体材料からなる基板２の上面に複数の半導体層３ａ〜３ｆが積層されて形成されている。
【００２８】
まず、ｎ型の基板２の上面には、ｎ型の半導体材料からなる基板２と基板２の上面に積層される半導体層（本例の場合はｎ型コンタクト層３ｂ）との格子定数の差を緩衝するバッファ層３ａが形成されている。バッファ層３ａは、基板２と基板２の上面に形成される半導体層との格子定数の差を緩和することによって、基板２と発光素子３を構成する半導体層との間に発生する格子歪などの格子欠陥を少なくする機能を有する。その結果、基板２の上面に形成される発光素子３を構成する半導体層全体の格子欠陥または結晶欠陥を少なくする。
【００２９】
本例におけるバッファ層３ａは、不純物を含まないガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなり、その厚さが２〜３μｍ程度とされる。なお、基板２とｎ型の基板２の上面に積層される発光素子３を構成する半導体層との格子定数の差が大きくない場合には、バッファ層３ａは省略することができる。
【００３０】
バッファ層３ａの上面には、ｎ型コンタクト層３ｂが形成されている。ｎ型コンタクト層３ｂは、ＧａＡｓにｎ型不純物であるＳｉまたはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされ、ドーピング濃度は１×10１６〜１×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが0.8〜１μｍ程度とされる。
【００３１】
本例では、ｎ型不純物としてＳｉが１×10１８〜２×10１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度でドーピングされている。ｎ型コンタクト層３ｂの上面の一部は露出しており、この露出している部分は発光素子側第１電極３ｇを介して、発光側電極６に接続されている。本例では、図示はしないが、金（Ａｕ）線によるワイヤボンディングによって発光側電極６と外部電源とが接続されている。ワイヤボンディングには、Ａｕ線の代わりにアルミニウム（Ａｌ）線または銅（Ｃｕ）線などのワイヤを選択することも可能である。
【００３２】
また、本例ではワイヤボンディングによって発光側電極６と外部電源とを接続しているが、ワイヤボンディングの代わりに、電気配線をはんだなどによって発光側電極６に接合してもよいし、発光側電極６の上面に金スタッドバンプを形成して、電気配線をはんだなどによってこの金スタッドバンプに接合してもよい。
【００３３】
ｎ型コンタクト層３ｂは、このｎ型コンタクト層３ｂに接続される発光素子側第１電極３ｇとの接触抵抗を下げる機能を有している。
【００３４】
発光素子側第１電極３ｇおよび発光側電極６は、例えば金（Ａｕ）アンチモン（Ｓｂ）合金、金（Ａｕ）ゲルマニウム（Ｇｅ）合金またはＮｉ系合金などを用いて、その厚さが0.5〜５μｍ程度で形成される。それとともに、発光素子側第１電極３ｇおよび発光側電
極６は、基板２の上面からｎ型コンタクト層３ｂの上面を覆うように形成される絶縁層８の上に配置されているため、基板２およびｎ型コンタクト層３ｂ以外の半導体層とは電気的に絶縁される。
【００３５】
絶縁層８は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機絶縁膜、あるいはポリイミドなどの有機絶縁膜などで形成され、その厚さが0.1〜１
μｍ程度とされる。
【００３６】
ｎ型コンタクト層３ｂの上面には、ｎ型クラッド層３ｃが形成されており、活性層３ｄに正孔を閉じ込める機能を有している。ｎ型クラッド層３ｃは、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）にｎ型不純物であるＳｉまたはＳｅなどがドーピングされており、ドーピング濃度は１×10１６〜１×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが0.2〜0.5μｍ程度とされる。本例では、ｎ型不純物としてＳｉが１×10１７〜５×10１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度でドーピングされている。
【００３７】
ｎ型クラッド層３ｃの上面には、活性層３ｄが形成されており、電子や正孔などのキャリアが集中して、それらキャリアが再結合することによって光を発する発光層として機能する。活性層３ｄは、不純物を含まないＡｌＧａＡｓであるとともに、その厚さが0.1〜0.5μｍ程度とされる。なお、本例の活性層３ｄは、不純物を含まない層であるが、ｐ型不純物を含むｐ型活性層であっても、ｎ型不純物を含むｎ型活性層であってもよく、活性層のバンドギャップがｎ型クラッド層３ｃおよびｐ型クラッド層３ｅのバンドギャップよりも小さくなっていればよい。
【００３８】
活性層３ｄの上面には、ｐ型クラッド層３ｅが形成されており、活性層３ｄに電子を閉じ込める機能を有している。ｐ型クラッド層３ｅは、ＡｌＧａＡｓにｐ型不純物である亜
鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素（Ｃ）などがドーピングされており、ドーピング濃度は１×10１６〜１×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが0.2〜0.5μｍ程度とされる。本例では、ｐ型不純物としてＭｇが１×10１９〜５×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーピング濃度でドーピングされている。
【００３９】
ｐ型クラッド層３ｅの上面には、ｐ型コンタクト層３ｆが形成されている。ｐ型コンタクト層３ｆは、ＡｌＧａＡｓにｐ型不純物であるＺｎ、ＭｇまたはＣなどがドーピングされており、ドーピング濃度は１×10１６〜１×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とされるとともに、その厚さが0.2〜0.5μｍ程度とされる。
【００４０】
ｐ型コンタクト層３ｆは、発光素子側第２電極３ｈを介して、別の発光側電極６に接続されている。この発光側電極６も同様に、ワイヤボンディングによって外部電源に電気的に接続されている。接続方法および接合形態のバリエーションは前述の通りである。ｐ型コンタクト層３ｆは、このｐ型コンタクト層３ｆに接続される発光素子側第２電極３ｈとの接触抵抗を下げる機能を有している。
【００４１】
なお、ｐ型コンタクト層３ｆの上面には、ｐ型コンタクト層３ｆの酸化を防止する機能を有するキャップ層（図示せず）を形成してもよい。キャップ層は、例えば不純物を含まないＧａＡｓで形成して、その厚さを0.01〜0.03μｍ程度とすればよい。
【００４２】
発光素子側第２電極３ｈおよび発光側電極６は、例えばＡｕやＡｌと、密着層であるニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）とを組み合わせたＡｕＮｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＴｉまたはＡｌＣｒ合金などで形成され、その厚さが0.5〜５μｍ程度とされる。そして、基板２の上面からｐ型コンタクト層３ｆの上面を覆うように形成される絶縁層８の上に配置されているため、基板２およびｐ型コンタクト層３ｆ以外の半導体層とは電気的に絶縁される。
【００４３】
このようにして構成された発光素子３は、発光側電極６と発光側電極６との間にバイアスを印加することによって、活性層３ｄが発光して、光源として機能する。
【００４４】
本発明に係る受発光センサ１における受光素子４は、受光素子４の中央部に位置する中央部受光領域41と、この中央部受光領域41の周囲を取り囲む、半径方向に隙間を設けるようにして、周方向の途中で複数に分割された環状の周辺部受光領域42とを有している。
【００４５】
中央部受光領域41は、その形状が本例では円形状であるが、この他にも楕円形状、四角形状、三角形状、六角形状など、用途に応じて種々の形状を採用し得る。中央部受光領域41の大きさは、発光素子３から対象物に入射して反射するビーム状の反射光の大きさ（ビーム径あるいは面積）よりも小さい大きさ（径、寸法あるいは面積）とされ、仕様に応じて適宜設定される。中央部受光領域41の大きさがビーム状の反射光の大きさよりも小さいことによって、検出に当たっての基準となる反射光を中央部受光領域41内に位置させることができ、距離情報および角度情報の基準となる出力電流を中央部受光領域41から得ることができるものになる。
【００４６】
周辺部受光領域42は、中央部受光領域41の周囲を取り囲むように環状に配置され、周方向で複数の領域に分割されている。本例では円形状の中央部受光領域41に対して４つに分割された円環状の周辺部受光領域42（421〜424）を配置しているが、中央部受光領域41の形状に対応させて例えば楕円環状、四角環状、三角環状、六角環状などの形状としてもよい。また、多角形状の中央部受光領域41に対して、内周側を中央部受光領域41の外形に沿うような多角形状とし、外周側を円形状とするような異形状のものとしてもよい。周辺部受光領域42の大きさは、配置された全体の大きさがビーム状の反射光の大きさ（ビーム径
あるいは面積）よりも大きい大きさ（全体の径または寸法）とされ、仕様に応じて適宜設定される。周辺部受光領域42の分割数は、検出しようとする対象物の距離情報および角度情報に仕様に応じて、また周辺部受光領域42を配置するスペースの制約も考慮して、適宜設定すればよい。通常は３つから８つに分割すればよく、基本的には等間隔（等分）に分割すればよいが、仕様および目的に応じて、寸法および大きさが異なるものを配置してもよい。また、分割した周辺部受光領域42の配置についても、仕様および目的に応じて適宜設定すればよい。
【００４７】
中央部受光領域41と周辺部受光領域42との間隔には、反射光の検出の上では特に制限または制限はないので、各領域の間を通して、各領域からの出力電流を受光側電極７に送るための配線を配置するスペースを確保することなどを考慮して設定すればよい。
【００４８】
なお、中央部受光領域41および周辺部受光領域42（421〜424）のそれぞれから出力電流を取り出すために各領域に接続される受光側電極７は、受光素子４での受光の妨げにならないように、受光素子４の外側に配置する。これら受光側電極７をどのように配置するかについては特に制限はなく、受発光センサ１の仕様に応じて適宜設定すればよい。
【００４９】
このような受光素子４は、発光素子３に近接して配置されると、対象物からの反射光が対象物の距離や角度に応じて変化するのを精度よく検出するのが困難になる傾向があり、また発光素子３が発する光の一部が受光素子４に直接入射したりする不具合を招きやすくなる傾向があるため、所定の距離をとって、発光素子３から離して配置される。その設定は、対象物との距離あるいは受発光センサ１の寸法などに応じて適宜設定される。
【００５０】
受光素子４は、図４（ｂ）に示すように、ｎ型の半導体材料からなる基板２の上面に逆導電型半導体領域４ａ（以下、ｐ型半導体領域４ａともいう）を設けることによって、この領域とｎ型の基板２とでｐｎ接合を形成して構成される。ｐ型半導体領域４ａは、ｎ型の基板２にｐ型不純物を高濃度に拡散させて形成される。ｐ型不純物としては、例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、ＩｎまたはＳｅなどが挙げられ、ドーピング濃度は１×10１６〜１×10２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。本例では、ｐ型半導体領域４ａの厚さが0.5〜３μ
ｍ程度となるように、Ｂがｐ型不純物として拡散されている。
【００５１】
ｐ型半導体領域４ａは、受光素子側電極４ｂを介して受光側電極７に電気的に接続されている。受光素子側電極４ｂおよび受光側電極７は、ｎ基板２の上面に絶縁層８を介して配置されているため、基板２とは電気的に絶縁される。受光素子側電極４ｂおよび受光側電極７は、例えばＡｕＳｂ合金、ＡｕＧｅ合金またはＮｉ系合金などを用いて、その厚さが0.5〜５μｍ程度で形成される。
【００５２】
このように構成された受光素子４は、ｐ型半導体領域４ａに光が入射すると、光起電力効果によって光電流が発生して、この光電流を受光側電極７を介して出力電流として取り出すことによって、光検出部として機能する。
【００５３】
次に、本例の受発光センサ１がどのようにして対象物の距離情報および角度情報を検出するセンサとして機能するかを説明する。図２は、本例の受発光センサ１における検出の様子を説明する図であり、図２（ａ）は距離情報の検出の様子の例を示す、図１（ｂ）と同様の断面図であり、図２（ｂ）は受光素子による出力電流の変化の例を示すグラフである。
【００５４】
図２（ａ）において、上方に記載した破線は対象物の位置を示す仮想線であり、Ｂは距離の基準となる位置を、Ｎは距離が近い場合の位置を、Ｆは距離が遠い場合の位置を示している。また、一点鎖線は光の進むおよその方向を示す仮想線であり、発光素子３からレ
ンズ部材51を通過する光は対象物に照射される光の全体の様子を示しており、レンズ部材52を通過する光は、対象物の距離に応じて受光素子４に入射する光の中心部分の様子を示している。
【００５５】
図２（ｂ）における３つのグラフは、上から順に、対象物が［Ｆ］（距離が遠い）の場合、対象物が［Ｂ］（距離が基準）の場合、対象物が［Ｎ］（距離が近い）の場合について、それぞれ左側の棒が中央部受光領域41からの出力電流を、中央の棒が周辺部受光領域42のうち発光素子３に近い側に位置する２つの領域423，424からの出力電流を、右側の棒が周辺部受光領域42のうち発光素子３から遠い側に位置する２つの領域421，422からの出力電流を、その信号強度Ｓの大きさに応じて相対的に示したものである。
【００５６】
まず、対象物がＢの位置にある場合は、発光素子３からレンズ部材51を通して対象物に照射された光は、距離が基準となる位置Ｂの対象物で反射し、その反射光はレンズ部材52を通して受光素子４の主に中央部受光領域41に入射し、その周囲の周辺部受光領域423，424および421，422にもいくらかが同程度に入射する。この結果、図４（ｂ）の［Ｂ］に示すように、出力電流は中央部受光領域41からのものが大きくなり、周辺部受光領域423，424および421，422からの出力電流はいずれも小さいものとなる。
【００５７】
次に、対象物がＦの位置にある場合は、発光素子３からレンズ部材51を通して対象物に照射された光は、距離が遠い位置Ｆの対象物で反射し、その反射光はレンズ部材52を通して受光素子４の中央部受光領域41から周辺部受光領域421，422側にずれた部分に入射する。また、発光素子３に近い側の周辺部受光領域423，424にはほとんど入射しなくなる。この結果、図４（ｂ）の［Ｆ］に示すように、出力電流は中央部受光領域41からのものが［Ｂ］の場合よりも小さくなり、周辺部受光領域421，422からの出力電流が［Ｂ］の場合よりも大きくなり、周辺部受光領域423，424からの出力電流がほとんどなくなる。
【００５８】
次に、対象物がＮの位置にある場合は、発光素子３からレンズ部材51を通して対象物に照射された光は、距離が近い位置Ｎの対象物で反射し、その反射光はレンズ部材52を通して受光素子４の中央部受光領域41から周辺部受光領域423，424側にずれた部分に入射する。また、発光素子３から遠い側の周辺部受光領域421，422にはほとんど入射しなくなる。この結果、図４（ｂ）の［Ｎ］に示すように、出力電流は中央部受光領域41からのものが［Ｂ］の場合よりも小さくなり、周辺部受光領域423，424からの出力電流が［Ｂ］の場合よりも大きくなり、周辺部受光領域421，422からの出力電流がほとんどなくなる。
【００５９】
このように、本発明に係る受発光センサ１によれば、対象物の距離に応じて受光素子４の中央部受光領域41および周辺部受光領域42（421，422，423，424）からの出力電流が変化するので、その変化を例えば演算処理部などで処理し、出力電流の比率などを求めることによって、対象物までの距離を求めることができ、距離情報を検出することができる。
【００６０】
次に、図３は、本例の受発光センサ１における検出の様子を説明する図であり、図３（ａ）は角度情報の検出の様子の例を示す、図２（ａ）と同様の断面図であり、図３（ｂ）は受光素子による出力電流の変化の例を示すグラフであり、図３（ｃ）は受光素子における受光の様子の例を示す上面図である。
【００６１】
図３（ａ）において、上方に記載した破線は対象物の位置および傾きを示す仮想線であり、Ｂ’は、図２（ａ）に示した距離の基準となる位置Ｂにおいて、右側に傾いている場合を示している。また、一点鎖線は光の進むおよその方向を示す仮想線であり、発光素子３からレンズ部材51を通過する光は対象物に照射される光の中心部分の様子を示しており、レンズ部材52を通過する光は、対象物の角度に応じて受光素子４に入射する光の中心部分の様子を示している。
【００６２】
図３（ｂ）のグラフは、対象物が［Ｂ’］（距離が基準で傾いている）の場合について、図２（ｂ）と同様に出力電流の信号強度Ｓの大きさを相対的に示したものである。
【００６３】
図３（ｃ）の上面図は、図１（ａ）の上面図のうち受光素子４周辺の部分を示すものである。一点鎖線の円および楕円は、受光素子４に入射したビーム状の反射光のおよその形状を示しており、Ｂは対象物がＢの位置にあって傾いていないときの、Ｂ’は対象物がＢの位置にあって傾いているときの反射光の位置および形状を示している。
【００６４】
図３（ｃ）におけるＢの一点鎖線の円の形状は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したＢの場合の反射光に相当する。これに対し、図３（ａ）に示すように対象物が傾いている場合には、図３（ｃ）におけるＢ’の一点鎖線の楕円のように、反射光の位置はこの場合には発光素子３側にずれるとともに、その形状は対象物の傾きに応じて歪んだ形状となるので、その位置および形状の変化に応じて受光素子４の各領域からの出力電流の分布が、図２（ｂ）の［Ｂ］に示す分布から、図３（ｂ）の［Ｂ’］に示す分布に変化することになる。その分布の変化によって、対象物の傾きから角度情報を検出することができる。
【００６５】
なお、角度情報の検出を精度よく行なうためには、対象物が傾いていない場合に対象物からの反射光の形状が円形状になり、対象物の傾きに応じて反射光の形状が偏りなく変形するように、レンズ部材５（51，52）には、通過させた光が対称な形状になるように設計された非球面レンズを用いることが好ましい。
【００６６】
このように、本発明に係る受発光センサ１によれば、対象物の傾きに応じた反射光の変形によって受光素子４の中央部受光領域41および周辺部受光領域42（421，422，423，424）からの出力電流が変化するので、その変化を例えば演算処理部などで処理し、出力電流の比率などを求めることによって、対象物の傾きを求めることができ、角度情報を検出することができる。
【００６７】
また、角度については、図３（ａ）に示した左右方向の傾きの角度の他にも、発光素子３と受光素子４とを結ぶ方向を軸とした、前後方向の傾きの角度についても検出が可能である。
【００６８】
本例の受発光センサ１によって求められる対象物の距離情報および角度情報としては、対象物との距離および角度ならびにそれらの変化、また受発光センサ１の仕様によっても異なるが、例えば、距離情報としては、レンズ部材５からの距離が５〜６ｍｍ程度を基準として設計される場合に、距離の基準が５ｍｍで、照射するビームの対象物に対する角度を５°、ビーム径を0.5ｍｍ（５倍レンズ）としたときには、距離で±２ｍｍ程度、角度
で±２°程度の範囲の変化を検出することができる。
【００６９】
そして、本発明に係る受発光センサ１を用いたセンサ装置は、発光素子３からレンズ部材５（51）を通過した光を対象物に照射し、この対象物で反射してレンズ部材５（52）を通過した反射光を受光素子４で受光して、反射光に応じて中央部受光領域41および環状の周辺部受光領域42（421〜424）から出力される出力電流によって、対象物の距離情報および角度情報の少なくとも一方を検出する。このような本発明に係るセンサ装置によれば、上記したような対象物の距離情報および角度情報を良好に検出することができる。
【００７０】
なお、このようなセンサ装置は、出力電流に基づいて距離情報および角度情報を求めるための演算処理部などの処理部、および発光素子３を制御するための制御部などを備えるが、これらには種々の公知のものを採用すればよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  受発光センサ
２  基板
３  発光素子
４  受光素子
41  中央部受光領域
42，421，422，423，424  周辺部受光領域
５，51，52  レンズ部材
【図１】
2020068341.tif 000003
【図２】
2020068341.tif 000004
【図３】
2020068341.tif 000005
【図４】
2020068341.tif 000006