(57)【要約】【課題】フォトダイオードに入射する光の受光量と、そのフォトダイオードの受光面上の光スポットの位置とを得ることができ、その受光量と光スポットの位置に基づいて精度の高い測距センサを実現できる光半導体装置を提供する。【解決手段】  表面抵抗を利用することにより受光面上の光スポットの位置に応じて一対の出力電流Ｉa,Ｉbの比が変動するＰＳＤ１０１を備える。上記ＰＳＤ１０１から出力された一対の出力電流Ｉa,Ｉbに基づいて、加算回路１０４よりＰＳＤ１０１の受光量を表すＰＤ信号を外部に出力する。また、ＰＳＤ１０１から出力された一対の出力電流Ｉa,Ｉbに基づいて、除算回路１０５によりＰＳＤ１０１の受光面上の光スポットの位置を表すＰＳＤ信号を外部に出力する。【選択図】図１
2006220480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面抵抗を利用することにより受光面上の光スポットの位置に応じて一対の出力電流の比が変動するフォトダイオードと、
上記フォトダイオードから出力された上記一対の出力電流に基づいて、上記フォトダイオードの受光量を表す信号を外部に出力する受光量信号出力部と、
上記フォトダイオードから出力された上記一対の出力電流に基づいて、上記フォトダイオードの受光面上の光スポットの位置を表す位置検出信号を外部に出力する位置検出信号出力部と
を備えたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光半導体装置において、
上記受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号、または、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号のいずれか一方を選択して１つの出力端子を介して外部に出力する切替手段を備えたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光半導体装置において、
上記切替手段は、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号が表す上記光スポットの位置が所定の測定範囲内にあるとき、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号を選択して出力する一方、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号が表す上記光スポットの位置が所定の測定範囲から外れると、上記受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号を選択して出力することを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光半導体装置において、
上記切替手段の内部回路に上記所定の測定範囲が予め設定されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載の光半導体装置において、
上記切替手段は、切替信号入力端子を介して外部から入力された切替信号に基づいて、上記受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号、または、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号のいずれか一方を選択して上記１つの出力端子を介して出力することを特徴とする光半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光半導体装置と、
対象物に光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射されて上記対象物で反射した光を、上記光半導体装置のフォトダイオードの受光面に導くことにより上記受光面上に光スポットを形成する光学系と
を備えたことを特徴とする測距センサ。
【請求項７】
請求項６に測距センサにおいて、
上記発光素子の出射方向に対して略直角な平面かつ上記光スポットの移動方向に沿って上記光半導体装置のフォトダイオードと並べて配置された第２のフォトダイオードを備え、
上記光半導体装置の位置検出信号出力部からの上記位置検出信号を出力すると共に、
上記対象物までの距離を測定するための上記光半導体装置の受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号と上記第２のフォトダイオードからの受光量を表す信号とを出力することを特徴とする測距センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の測距センサにおいて、
上記発光素子側から順に上記光半導体装置のフォトダイオードと上記第２のフォトダイオードを並べて配置したことを特徴とする測距センサ。
【請求項９】
請求項７に記載の測距センサにおいて、
上記発光素子側から順に上記第２のフォトダイオードと上記光半導体装置のフォトダイオードを並べて配置したことを特徴とする測距センサ。
【請求項１０】
請求項６に記載の測距センサおいて、
上記光半導体装置を複数用い、
上記発光素子の出射方向に対して略直角な平面かつ上記光スポットの移動方向に沿って上記複数の光半導体装置のフォトダイオードを並べて配置したことを特徴とする測距センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光半導体装置および測距センサに関し、特に、物体の有無や物体の方向や物体までの距離を検出する測距装置等に使用される光半導体装置およびそれを用いた測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測距センサとしては、図８に示すものがある(例えば、(特許文献１)参照)。この測距センサは、図８に示すように、発光素子(赤外線発光ダイオード：ＬＥＤ)８０１と、発光素子８０１の光を受光する受光素子(フォトトダイオード：ＰＤ)８０２と、発光素子８０１および受光素子８０２を制御する制御装置８０３とから構成されている。上記制御装置８０３は、発光素子８０１のＬＥＤ駆動を制御する駆動回路８０５と、受光素子８０２の出力信号を演算処理する信号処理回路８０４とを備えている。
【０００３】
近年、測距センサの受光素子として、フォトダイオードを応用したＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)が使用されている。このＰＳＤは、入射する光スポットの位置により、信号電流Ｉ1とＩ2のバランスが変化する。
【０００４】
図９に、ＰＳＤを用いた測距センサの検出原理図を示す。図９に示すように、赤外線発光ダイオード９０２から出射した光は、レンズ９０１を介して反射物９０７に達した後、反射物９０７で反射した光は、レンズ９０６を介してＰＳＤ９０３に入射する。この反射光がＰＳＤ９０３に入射する位置(光スポット位置)は、反射物９０７とセンサ(レンズ９０１の中心)との距離dによって変化する。反射物９０７が遠くなると、ＰＳＤ９０３に入射する光のスポット位置も変化する。
【０００５】
ここで、発光ダイオード９０２の光軸からＰＳＤ９０３の端までの距離をａとし、そのＰＳＤ９０３の端から受光面の受光スポットの位置までの距離をｂとし、レンズ９０１の中心と反射物９０７との距離をｄとし、ＰＳＤ９０３の受光面とレンズ９０１との発光ダイオード９０２の出射光の光軸方向の距離をｆとして、三角形の相似条件を用いると、
ｄ／ａ ＝ ｆ／ｂ
が成り立ち、距離dは、
ｄ ＝ (ａ×ｆ)／ｂ
で表される。ここで、ａ,ｆはセンサの形状に固有の値であるので、光スポットの位置を表す距離ｂに基づいて、センサと反射物９０７までの距離ｄを求めることができる。
【０００６】
図１０に測距センサに用いられる光半導体装置の従来の回路図を示す。
【０００７】
図１０に示すように、ＰＳＤ１００１に入射する光のスポット位置が変化すると、これに応じてＰＳＤ１００１の信号電流Ｉ1とＩ2のバランスが変化する。このＩ1とＩ2のバランスを上記信号処理回路８０４にて検出することにより、反射物とセンサの距離を検出することができる。図１０はＰＳＤ１００１の信号電流Ｉ1とＩ2の信号処理回路の一例を示しており、図１０に示すように、ＰＳＤ１００１の信号電流Ｉ1,Ｉ2を電流電圧変換回路１００２にて電圧Ｖ01,Ｖ02に夫々変換する。次に、減算回路１００３にて電圧Ｖ02とＶ01の減算を行って信号電流の差(Ｉ2−Ｉ1)に対応した電圧ＶOAを得ると共に、加算回路１００４にて電圧Ｖ01とＶ02の加算を行って信号電流の和(Ｉ1＋Ｉ2)に対応した電圧ＶOBを得ることができる。この電圧ＶOAとＶOBを、除算回路１００５にて除算することにより、ＰＳＤ１００１に入射する光のスポット位置bを表す電圧Ｖoが、
Ｖo ＝ (I2−I1)／(I2＋I1)
により求まる。
【０００８】
しかしながら、上記従来の測距センサには、以下のような問題がある。
【０００９】
図１１に、スポット位置bを表す電圧Ｖoと距離dとの関係を表す図を示す。
【００１０】
反射物と測距センサとの距離dは前述のとおり、
d ＝ (a×f)／b
なので、ＰＳＤのスポット位置bは距離dと反比例の関係になり、スポット位置bを表す電圧Ｖoと距離dとは、図１１に示すグラフように反比例の関係となる。
【００１１】
図１１に示すように、距離ｄが大きくなるほど、スポット位置bの変化に対する距離ｄの変化が小さくなって電圧Ｖoの変化が小さくなるので、距離dの測定精度が悪くなり、この影響を小さくする必要がある。
【特許文献１】特開平６−８８７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の目的は、フォトダイオードに入射する光の受光量と、そのフォトダイオードの受光面上の光スポットの位置とを得ることができ、その受光量と光スポットの位置に基づいて精度の高い測距センサを実現できる光半導体装置を提供することにある。
【００１３】
また、この発明のもう１つ目的は、上記光半導体装置を用いることによって、精度の高い測距センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、この発明の光半導体装置は、
表面抵抗を利用することにより受光面上の光スポットの位置に応じて一対の出力電流の比が変動するフォトダイオードと、
上記フォトダイオードから出力された上記一対の出力電流に基づいて、上記フォトダイオードの受光量を表す信号を外部に出力する受光量信号出力部と、
上記フォトダイオードから出力された上記一対の出力電流に基づいて、上記フォトダイオードの受光面上の光スポットの位置を表す位置検出信号を外部に出力する位置検出信号出力部と
を備えことを特徴としている。
【００１５】
上記構成の光半導体装置によれば、上記フォトダイオードから出力された一対の出力電流に基づいて、受光量信号出力部からフォトダイオードの受光量を表す信号を外部に出力する一方、位置検出信号出力部からフォトダイオードの受光面上の光スポットの位置を表す位置検出信号を外部に出力することによって、フォトダイオードに入射する光量と、そのフォトダイオード上に入射した光のスポット位置を知ることが可能になる。したがって、この光半導体装置を用いることより、受光量を表す信号と位置検出信号に基づいて精度の高い測距センサを実現できる。
【００１６】
また、一実施形態の光半導体装置は、上記受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号、または、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号のいずれか一方を選択して１つの出力端子を介して外部に出力する切替手段を備えたことを特徴としている。
【００１７】
上記実施形態の光半導体装置によれば、１つの出力端子で、受光量信号と位置検出信号を切り替えながら外部に出力可能になるので、出力端子数を減らしてチップ面積を小さくすることにより、コストを低減できる。
【００１８】
また、一実施形態の光半導体装置は、上記切替手段は、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号が表す上記光スポットの位置が所定の測定範囲内にあるとき、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号を選択して出力する一方、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号が表す上記光スポットの位置が所定の測定範囲から外れると、上記受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号を選択して出力することを特徴としている。
【００１９】
上記実施形態の光半導体装置によれば、受光量信号と位置検出信号を切り替えながら出力できるので、外部に受光量信号と位置検出信号を切り替える回路を用意する必要がなくなる。
【００２０】
また、一実施形態の光半導体装置は、上記切替手段の内部回路に上記所定の測定範囲が予め設定されていることを特徴としている。
【００２１】
上記実施形態の光半導体装置によれば、受光量信号と位置検出信号の切り替えを内部回路で予め設定できる。
【００２２】
また、一実施形態の光半導体装置は、上記切替手段は、切替信号入力端子を介して外部から入力された切替信号に基づいて、上記受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号、または、上記位置検出信号出力部からの上記位置検出信号のいずれか一方を選択して上記１つの出力端子を介して出力することを特徴としている。
【００２３】
上記実施形態の光半導体装置によれば、受光量信号と位置検出信号の切り替えを外部からの切替信号により設定できる。
【００２４】
また、この発明の測距センサは、
上記のいずれか１つの光半導体装置と、
対象物に光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射されて上記対象物で反射した光を、上記光半導体装置のフォトダイオードの受光面に導くことにより上記受光面上に光スポットを形成する光学系と
を備えたことを特徴としている。
【００２５】
上記構成の測距センサによれば、上記光半導体装置は、位置検出信号と受光量信号を共に出力するので、位置検出信号と受光量信号を適宜切り替えて、対象物までの距離を測定することによって精度の高い測距センサを実現できる。
【００２６】
また、一実施形態の測距センサは、上記発光素子の出射方向に対して略直角な平面かつ上記光スポットの移動方向に沿って上記光半導体装置のフォトダイオードと並べて配置された第２のフォトダイオードを備え、上記光半導体装置の位置検出信号出力部からの上記位置検出信号を出力すると共に、上記対象物までの距離を測定するための上記光半導体装置の受光量信号出力部からの上記受光量を表す信号と上記第２のフォトダイオードからの受光量を表す信号とを出力することを特徴としている。
【００２７】
上記実施形態の測距センサによれば、測距の対象物の遠近に応じて、光半導体装置の位置検出信号出力部からの位置検出信号により単独で対象物までの距離を測定したり、測距の対象物が近い場合は、光半導体装置の受光量信号出力部からの受光量信号と第２フォトダイオードの受光量信号との出力比により対象物までの距離を測定したりする。これにより、より精度の高い測距センサが得られる。
【００２８】
また、一実施形態の測距センサは、上記発光素子側から順に上記光半導体装置のフォトダイオードと上記第２のフォトダイオードを並べて配置したことを特徴としている。
【００２９】
上記実施形態の測距センサによれば、測距の対象物が遠い場合は、光半導体装置の位置検出信号出力部からの位置検出信号により対象物までの距離を測定する一方、測距の対象物が近い場合には、光半導体装置の受光量信号出力部からの受光量信号と第２のフォトダイオードの受光量信号との出力比により対象物までの距離を測定する。これにより、より精度の高い測距センサが得られる。
【００３０】
また、一実施形態の測距センサは、上記発光素子側から順に上記第２のフォトダイオードと上記光半導体装置のフォトダイオードを並べて配置したことを特徴としている。
【００３１】
上記実施形態の測距センサによれば、測距の対象物が遠い場合は、光半導体装置の位置検出信号出力部からの位置検出信号により対象物までの距離を測定すると、精度が悪くなるので、光半導体装置の受光量信号出力部からの受光量信号と第２のフォトダイオード受光量信号との出力比により距離を測定する。一方、測距の対象物が近い場合には、光半導体装置の位置検出信号出力部からの位置検出信号により対象物までの距離を測定する。これにより、より精度の高い測距センサが得られる。
【００３２】
また、一実施形態の測距センサは、上記光半導体装置を複数用い、上記発光素子の出射方向に対して略直角な平面かつ上記光スポットの移動方向に沿って上記複数の光半導体装置のフォトダイオードを並べて配置したことを特徴としている。
【００３３】
上記実施形態の測距センサによれば、例えば光半導体装置が２つの場合、２つの光半導体装置の一方の位置検出信号出力部からの位置検出信号を用いるか、または、２つの光半導体装置の受光量信号出力部からの受光量信号の出力比を用いるかを選択しながら、対象物までの距離を測定することができる。ある場合には、光半導体装置の受光量信号出力部からの受光量信号を出力し、２つの受光量信号の出力比により距離を測定することができる。また、２つの光半導体装置の位置検出信号出力部からの位置検出信号により対象物までの距離を広範囲にわたって測定することもできる。同様に、光半導体装置が３以上の場合であっても、複数の光半導体装置の位置検出信号と受光量信号を組み合わせて対象物までの距離を測定するのに用いることによって、より高精度な測距センサを実現できる。
【発明の効果】
【００３４】
以上より明らかなように、この発明の光半導体装置によれば、フォトダイオードに入射する光量と、そのフォトダイオードの受光面上に入射した光のスポット位置を得ることができ、精度の高い測距センサを実現することができる。
【００３５】
また、この発明の測距センサによれば、上記光半導体装置を用いることによって、より精度の高い測距センサを提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、この発明の光半導体装置および測距センサを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３７】
(第１実施形態)
図１はこの発明の第１実施形態の光半導体装置の概略構成を説明するための図である。
【００３８】
この第１実施形態の光半導体装置は、図１に示すように、フォトダイオードを利用したＰＳＤ１０１と、上記ＰＳＤ１０１の一対の出力電流Ｉa,Ｉbを電圧に変換する電流電圧変換回路１０２と、上記電流電圧変換回路１０２により変換された出力電流Ｉaを表す電圧から出力電流Ｉbを表す電圧を減算する減算回路１０３と、上記電流電圧変換回路１０２により変換された出力電流Ｉaを表す電圧と出力電流Ｉbを表す電圧を加算してＰＤ信号を外部に出力する受光量信号出力部の一例としての加算回路１０４と、上記減算回路１０３の減算結果を表す電圧を加算回路１０４の加算結果を表す電圧で除算して、位置検出信号であるＰＳＤ信号を外部に出力する位置検出信号出力部の一例としての除算回路１０５とを備えている。
【００３９】
上記電流電圧変換回路１０２は、ＰＳＤ１０１の出力端子(出力電流Ｉa側)に反転入力端子が接続され、非反転入力端子がグランドＧＮＤに接続された差動増幅器ＯＰ１と、上記差動増幅器ＯＰ１の非反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１と、ＰＳＤ１０１の出力端子(出力電流Ｉb側)に反転入力端子が接続され、非反転入力端子がグランドＧＮＤに接続された差動増幅器ＯＰ２と、上記差動増幅器ＯＰ２の非反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ２とを有する。
【００４０】
また、上記減算回路１０３は、電流電圧変換回路１０２の差動増幅器ＯＰ１の出力端子に一端が接続された抵抗Ｒ３１と、その抵抗Ｒ３１の他端に反転入力端子が接続された差動増幅器ＯＰ３と、上記差動増幅器ＯＰ３の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ３２と、電流電圧変換回路１０２の差動増幅器ＯＰ２の出力端子に一端が接続され、他端が差動増幅器ＯＰ３の非反転入力端子に接続された抵抗Ｒ３３と、差動増幅器ＯＰ３の非反転入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続された抵抗Ｒ３４とを有する。
【００４１】
また、上記加算回路１０４は、電流電圧変換回路１０２の差動増幅器ＯＰ１の出力端子に一端が接続された抵抗Ｒ４１と、上記抵抗Ｒ４１の他端に反転入力端子が接続され、非反転入力端子がグランドＧＮＤに接続された差動増幅器ＯＰ４と、上記差動増幅器ＯＰ４の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ４２と、電流電圧変換回路１０２の差動増幅器ＯＰ２の出力端子に一端が接続され、他端が差動増幅器ＯＰ３の反転入力端子に接続された抵抗Ｒ４３とを有する。
【００４２】
さらに、上記除算回路１０５には、図１２に示す除算回路などを用いる。図１２に示す除算回路は、参照電圧Ｘがドレインに接続されたトランジスタＴＲ１１と、上記トランジスタＴＲ１１のゲートにゲートが接続され、入力信号Ｚがドレインに接続されたトランジスタＴＲ１２と、入力信号Ｙに一端が接続され、他端がトランジスタＴＲ１２のソースに接続された抵抗Ｒ１２と、上記トランジスタＴＲ１２のソースにアノードが接続され、カソードがトランジスタＴＲ１２のゲートに接続されたダイオードＤ１と、上記トランジスタＴＲ１１のソースに反転入力端子が接続され、非反転入力端子がグランドＧＮＤに接続された差動増幅器ＯＰ１１と、上記差動増幅器ＯＰ１１の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１１と、上記トランジスタＴＲ１２のソースに反転入力端子が接続され、非反転入力端子がグランドＧＮＤに接続され、さらにトランジスタＴＲ１２のゲートに出力端子が接続された差動増幅器ＯＰ１２とを有している。図１２に示す除算回路では、Ｘ×Ｙ／Ｚが出力される。
【００４３】
上記ＰＳＤ１０１,電流電圧変換回路１０２,減算回路１０３,加算回路１０４および除算回路１０５は、その全てが１つの半導体集積回路で形成されている。なお、この光半導体装置は、ＰＳＤ１０１,電流電圧変換回路１０２,減算回路１０３,加算回路１０４および除算回路１０５が別体であっても一部が一体であってもよい。
【００４４】
上記構成の光半導体装置を用いた測距センサおいて、図９に示す従来の測距センサと同様に、３角測量方式では、発光側の光は反射物４０７に当たり、反射物４０７で散乱した光は、レンズ４０６により集光されて、ＰＳＤ１０１の受光面に光スポットを結ぶ。
【００４５】
この第１実施形態の光半導体装置によれば、図１に示すように、ＰＳＤ１０１の受光面上の光スポットの位置に応じて、ＰＳＤ１０１から出力電流Ia,Ibが分流されて出力される。電流電圧変換回路１０２で出力電流Ia,Ibは電圧に変換され、変換された２つの電圧が加算回路１０４で加算される。加算された電圧の出力は、ＰＳＤ１０１の受光量に比例するＰＤ信号となる。また、除算回路１０５において減算回路１０４の出力を加算回路１０３の出力で割ることにより、受光面上の光スポットの位置を表すＰＳＤ信号となる。
【００４６】
上記構成の光半導体装置によれば、フォトダイオード(ＰＳＤ１０１)から出力された一対の出力電流Ｉa,Ｉbに基づいて、加算回路１０４からフォトダイオードの受光量を表すＰＤ信号を外部に出力する一方、除算回路１０５からフォトダイオードの受光面上の光スポットの位置を表すＰＳＤ信号を外部に出力することによって、１つのフォトダイオード(ＰＳＤ１０１)で入射する光の受光量と、そのフォトダイオード(ＰＳＤ１０１)の受光面上に入射した光のスポット位置を共に知ることができる。それにより、より精度の高い測距センサを上記光半導体装置により実現することができる。
【００４７】
(第２実施形態)
図２はこの発明の第２実施形態の光半導体装置の概略構成を説明するための図である。この第２実施形態の光半導体装置は、出力切替回路を除いて第１実施形態の光半導体装置と同一の構成をしている。
【００４８】
この第２実施形態の光半導体装置は、図２に示すように、ＰＳＤ２０１と、電流電圧変換回路２０２と、減算回路２０３と、加算回路２０４と、除算回路２０５と、出力切替回路２０６とを備えている。上記出力切替回路２０６は、加算回路２０４からのＰＤ信号と除算回路２０５からのＰＳＤ信号が入力され、入力された２つの信号を選択的にＰＤ信号とＰＳＤ信号を切り替える。
【００４９】
上記ＰＳＤ２０１,電流電圧変換回路２０２,減算回路２０３,加算回路２０４および除算回路２０５および出力切替回路２０６は、その全てが１つの半導体集積回路で形成されている。なお、この光半導体装置は、ＰＳＤ２０１,電流電圧変換回路２０２,減算回路２０３,加算回路２０４,除算回路２０５および出力切替回路２０６が別体であっても一部が一体であってもよい。
【００５０】
これによって、この第２実施形態の光半導体装置によれば、１つの出力端子で、ＰＤ信号とＰＳＤ信号を切り替えながら出力できるようになる。したがって、出力端子数を減らしてチップ面積を小さくすることにより、コストを低減することができる。また、この第２実施形態の光半導体装置は、上記第１実施形態の光半導体装置と同様の効果を有する。
【００５１】
(第３実施形態)
図３はこの発明の第３実施形態の光半導体装置を用いた測距センサの概略構成を説明するための図である。
【００５２】
この第３実施形態の光半導体装置を用いた測距センサ３０６は、図３に示すように、実装基板３０５上に、発光素子３０２と第２のフォトダイオード３０３および光半導体装置３０４を実装している。上記発光素子３０２は、対象物３０８にレンズ３０１を介して光を出射する。そして、上記対象物３０８からの反射光を受光レンズ３０７を介して第２のフォトダイオード３０３および光半導体装置３０４で受光する。
【００５３】
上記光半導体装置３０４のフォトダイオードの受光面上に受光レンズ３０７により光スポットが結んでいる場合に、対象物３０８が遠くにあるほど、図１１のグラフに示されているように、測定精度が悪くなる。そこで、光半導体装置３０４の測定範囲は図３に示すI2とI3の領域にあるが、領域I2では測定精度がよいが、領域I3のように対象物３０８が遠くにあるときは精度が悪くなる。
【００５４】
そこで、領域I１に光スポットがあるときは、光半導体装置３０４の出力をＰＤ信号とし、その光半導体装置３０４から出力されるＰＤ信号と第２のフォトダイオード３０３から出力されるＰＤ信号とを比較することにより、対象物３０８の距離を測定することができる。したがって、この第３実施形態の光半導体装置を用いることによって、より精度の高い測距センサを実現することができる。
【００５５】
また、上記光半導体装置３０４は、位置検出信号と受光量信号を共に出力するので、位置検出信号と受光量信号を適宜切り替えて、対象物までの距離を測定することによって精度の高い測距センサを実現することができる。
【００５６】
また、上記発光素子３０２側から順に第２のフォトダイオード３０３と光半導体装置３０４を並べて配置することによって、測距の対象物３０８が遠い場合は、光半導体装置３０４からの受光量信号と第２のフォトダイオード３０３からの受光量信号との出力比により距離を測定する一方、測距の対象物３０８が近い場合には、光半導体装置３０４からの位置検出信号により対象物までの距離を測定するので、より精度の高い測距センサが得られる。
【００５７】
(第４実施形態)
図４はこの発明の第４実施形態の光半導体装置の概略構成を説明するための図である。この第４実施形態の光半導体装置は、出力切替回路と内部回路を除いて第１実施形態の光半導体装置と同一の構成をしている。
【００５８】
この第４実施形態の光半導体装置は、図４に示すように、ＰＳＤ４０１と、電流電圧変換回路４０２と、減算回路４０３と、加算回路４０４と、除算回路４０５と、出力切替回路４０６と、内部回路４０７を備えている。上記出力切替回路４０６は、加算回路４０４からのＰＤ信号と除算回路４０５からのＰＳＤ信号が入力され、入力された２つの信号を選択的にＰＤ信号とＰＳＤ信号を切り替える。
【００５９】
上記出力切替回路４０６は、除算回路４０５からのＰＳＤ信号が表す光スポットの位置が所定の測定範囲から外れると、ＰＳＤ信号からＰＤ信号に切り替える。上記所定の測定範囲を、予め内部回路４０７で既定することにより外部回路を簡略化し、制御が簡単にできる。
【００６０】
上記ＰＳＤ４０１,電流電圧変換回路４０２,減算回路４０３,加算回路４０４および除算回路４０５,出力切替回路４０６および内部回路４０７は、その全てが１つの半導体集積回路で形成されている。なお、この光半導体装置は、ＰＳＤ４０１,電流電圧変換回路４０２,減算回路４０３,加算回路４０４,除算回路４０５,出力切替回路４０６および内部回路４０７が別体であっても一部が一体であってもよい。
【００６１】
上記構成の光半導体装置によれば、ＰＤ信号とＰＳＤ信号の切り替え条件である上記所定の測定範囲を内部回路４０７で予め設定することができる。また、この第４実施形態の光半導体装置は、上記第１実施形態の光半導体装置と同様の効果を有する。
【００６２】
(第５実施形態)
図５はこの発明の第５実施形態の光半導体装置の概略構成を説明するための図である。この第５実施形態の光半導体装置は、出力切替回路と切替信号入力端子を除いて第１実施形態の光半導体装置と同一の構成をしている。
【００６３】
この第５実施形態の光半導体装置は、図５に示すように、ＰＳＤ５０１と、電流電圧変換回路５０２と、減算回路５０３と、加算回路５０４と、除算回路５０５と、出力切替回路５０６とを備えている。上記出力切替回路５０６は、加算回路５０４からのＰＤ信号と除算回路５０５からのＰＳＤ信号が入力され、切替信号入力端子５０７を介して入力された切替信号に基づいて、ＰＤ信号とＰＳＤ信号を択一的に切り替える。
【００６４】
上記ＰＳＤ５０１,電流電圧変換回路５０２,減算回路５０３,加算回路５０４および除算回路５０５および出力切替回路５０６は、その全てが１つの半導体集積回路で形成されている。なお、この光半導体装置は、ＰＳＤ５０１,電流電圧変換回路５０２,減算回路５０３,加算回路５０４,除算回路５０５および出力切替回路５０６が別体であっても一部が一体であってもよい。
【００６５】
上記構成の光半導体装置によれば、切替信号入力端子５０７を設けて、外部からの切替信号によりＰＤ信号とＰＳＤ信号の切り替えを行うことにより、ＰＤ信号とＰＳＤ信号を切り替えるタイミングを、出力結果を外部回路で判断しながら最適なときに切り替えを行うことができる。また、この第５実施形態の光半導体装置は、上記第１実施形態の光半導体装置と同様の効果を有する。
【００６６】
(第６実施形態)
図６はこの発明の第６実施形態の光半導体装置を用いた測距センサの概略構成を説明するための図である。
【００６７】
この第６実施形態の光半導体装置を用いた測距センサ６０６は、図６に示すように、実装基板６０５上に、発光素子６０２と光半導体装置６０３および第２のフォトダイオード６０４を実装している。上記発光素子６０２は、対象物６０８にレンズ６０１を介して光を出射する。そして、上記対象物６０８からの反射光を受光レンズ６０７を介して光半導体装置６０３および第２のフォトダイオード６０４で受光する。
【００６８】
上記構成の測距センサ６０６によれば、測距の対象物６０８が遠い場合は、光半導体装置６０３の出力をＰＳＤ信号とし、その光半導体装置６０３のＰＳＤ信号により対象物６０８までの距離を測定する対象物６０８が近い場合は、光半導体装置６０３の出力をＰＤ信号とし、その光半導体装置６０３のＰＤ信号と第２のフォトダイオード６０３のＰＤ信号との出力比により対象物６０８までの距離を測定することができる。
【００６９】
対象物６０８が遠いところにある場合は、ＰＤ信号の比により距離を測定する方が、ＰＳＤ信号よりも高精度になる場合もある。
【００７０】
(第７実施形態)
図７はこの発明の第７実施形態の光半導体装置を用いた測距センサの概略構成を説明するための図である。
【００７１】
この第７実施形態の光半導体装置を用いた測距センサ７０６は、図７に示すように、実装基板７０５上に、発光素子７０２と光半導体装置７０３および光半導体装置７０４を実装している。上記発光素子７０２は、対象物７０８にレンズ７０１を介して光を出射する。そして、上記対象物７０８からの反射光を受光レンズ７０７を介して光半導体装置７０３および光半導体装置７０４で受光する。
【００７２】
上記構成の測距センサ７０６によれば、２つの光半導体装置７０３,７０４の出力をＰＤ信号とし、２つのＰＤ信号の出力比により対象物７０８までの距離を測定することができる。また、２つの光半導体装置７０３,７０４の出力を共にＰＳＤ信号とし、対象物７０８までの距離を広範囲にわたって測定することもできる。
【００７３】
上記光半導体装置を２個並べて使用することにより、適宜２個の光半導体装置７０３,７０４の２つをＰＤ信号の出力比により距離を算出したり、光半導体装置７０３,７０４の一方のＰＳＤ信号を利用して距離を算出したりできる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の光半導体装置の概略構成図である。
【図２】図２はこの発明の第２実施形態の光半導体装置の概略構成図である。
【図３】図３はこの発明の第３実施形態の光半導体装置を用いた測距センサの概略構成図である。
【図４】図４はこの発明の第４実施形態の光半導体装置の概略構成図である。
【図５】図５はこの発明の第５実施形態の光半導体装置の概略構成図である。
【図６】図６はこの発明の第６実施形態の光半導体装置を用いた測距センサの概略構成図である。
【図７】図７はこの発明の第７実施形態の光半導体装置を用いた測距センサの概略構成図である。
【図８】図８は従来の測距センサの図である。
【図９】図９はＰＳＤを用いた測距センサの検出原理を示す図である。
【図１０】図１０は従来のＰＳＤを含む測距センサの概略構成図である。
【図１１】図１１はスポット位置を表す出力電圧Ｖoと対象物までの距離dとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は図１に示す光半導体装置の除算回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１,２０１,４０１,５０１,６０１…ＰＳＤ
１０２,２０２,４０２,５０２,６０２…電流電圧変換回路
１０３,２０３,４０３,５０３,６０３…減算回路
１０４,２０４,４０４,５０４,６０４…加算回路
１０５,２０５,４０５,５０５,６０５…除算回路
３０１…レンズ
３０２…発光素子
３０３…ＰＤ
３０４…光半導体装置
３０５…実装基板
３０６…測距センサ
３０７…受光レンズ
３０８…対象物
４０６,５０６…出力切替回路
４０７…内部回路
５０７…切替信号入力端子
６０３,７０３,７０４…光半導体装置
６０４…フォトダイオード
ＯＰ１〜ＯＰ４,ＯＰ１１,ＯＰ１２…差動増幅器
Ｒ１,Ｒ２, Ｒ３１〜Ｒ３４,Ｒ４１〜Ｒ４４,Ｒ１１,Ｒ１２…抵抗
ＴＲ１１,ＴＲ１２…トランジスタ
Ｄ１…ダイオード
【図１】
2006220480.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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