JP2915733B2

JP2915733B2 - 光角度センサおよびその使用方法

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Publication number: JP2915733B2
Application number: JP2421093A
Authority: JP
Inventors: 信也川西
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1999-07-05
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JPH06241757A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源から発せられる光
線を受光し、その光角度を検出する光角度センサおよび
その使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光源（以下、ＬＥＤと称す）の角
度位置を検出する光角度センサとして、扇風機用の光角
度センサを例にあげて説明する。この光角度センサは、
扇風機用リモートコントロール送信機のＬＥＤ光位置
（角度）を検出し、風向をＬＥＤ光の方向に向けるため
に、扇風機本体に取り付けられるものである。

【０００３】図９に示すように、従来の光角度センサで
は、受光部には、複数個のフォトダイオードＰＤ１，Ｐ
Ｄ２，ＰＤ３が用いられており、これらフォトダイオー
ドＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の前方には、リモートコント
ロール送信機のＬＥＤからの入射光を受けるレンズ１が
設置されている。

【０００４】ここで、例えば、ＬＥＤが光角度センサの
正面方向にある場合、図９の如く、光角度センサにＬＥ
Ｄ光Ｃｈ１が入射し、三個のフォトダイオードＰＤ１，
ＰＤ２，ＰＤ３のうち、フォトダイオードＰＤ２の光出
力電流が最大となる。

【０００５】ＬＥＤが、光角度センサの正面方向から横
方向へ移動するに従い、入射光は図９のＬＥＤ光Ｃｈ１
からＬＥＤ光Ｃｈ２へと移動する。そして、ＬＥＤ光Ｃ
ｈ２が光角度センサに入射した場合、フォトダイオード
ＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２の光出力電流が同等に
なる。

【０００６】さらに、ＬＥＤが横方向へ移動すると、入
射光は図９のＬＥＤ光Ｃｈ２からＬＥＤ光Ｃｈ３へと移
動する。そして、ＬＥＤ光Ｃｈ３が光角度センサに入射
した場合、フォトダイオードＰＤ１の光出力電流が最大
になる。

【０００７】これら各フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ
２，ＰＤ３の光出力電流を電気的に比較、演算処理する
ことにより、ＬＥＤ光の入射角度を検出できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光角度センサに
おいて、図１０の如く、ＬＥＤが（Ａ）の位置（正面方
向）にあれば、レンズ１を通過した光はフォトダイオー
ドＰＤ２に、ＬＥＤがＸ−Ｚ平面上の（Ｂ）の位置にあ
れば、レンズ１を通過した光はフォトダイオードＰＤ１
に各々入射する。しかしながら、リモートコントロール
送信機のＬＥＤが常に図１０のＸ−Ｚ平面内に位置する
とは限らず、例えばＹ−Ｚ平面内の（Ｃ）の位置にくる
こともある。この場合、レンズ１を通過した光は、Ｙ−
Ｚ平面内のフォトダイオードＰＤ２から外れた位置に入
射してくるため、（Ｃ）の位置からのＬＥＤ光の入射が
あるにもかかわらず、いずれのフォトダイオードＰＤ
１，ＰＤ２，ＰＤ３の光出力電流としても表われること
はなく、故にＬＥＤの位置を検出することができなくな
ってしまう。

【０００９】（Ｃ）の様なＸ−Ｚ平面から外れた位置か
らのＬＥＤ光をフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ
３にて受けるためには、各フォトダイオードＰＤ１，Ｐ
Ｄ２，ＰＤ３のＹ方向の幅を大にする必要がある。そう
すると、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の面
積が大になる分、部品コストが上昇してしまう。しか
も、必要スペースも増大し、小型化の要請に反する。

【００１０】また、ＬＥＤ光がＸ−Ｚ平面内を移動する
場合についてのみ考えても、レンズ１と組み合せた光学
系を用いると、広範囲角度のＬＥＤ位置を検出するため
には、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の面積
をＸ方向に大きくしなければならない。

【００１１】具体的には、レンズの焦点距離ｆ（図示せ
ず）を極力短くし（例えばｆ≧３ｍｍ）、Ｘ−Ｚ平面内
のＬＥＤ位置が仮に±４５°以内のどこにあるかを検出
したい場合、幾何学的計算により、フォトダイオードＰ
ＤのＸ方向の長さは少なくとも６ｍｍ必要であった。し
たがって、部品コスト低減および省スペース化の限界と
なっていた。

【００１２】以上のことは、フォトダイオードＰＤ１，
ＰＤ２，ＰＤ３についてだけでなく、レンズ１について
も大面積化が要求されることから、レンズ１に要する部
品コストおよびスペースの問題も、同時に重要な課題と
なっていた。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑み、受光部および
レンズにかかる部品コストおよびスペースを低減でき、
ＬＥＤ位置が三次元的に移動しても検出可能となる光角
度センサおよびその使用方法の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、図１〜３の如く、光源の角度位置を検出する二次
元光角度センサにおいて、光源からの光線を受光する受
光素子１１と、該受光素子１１の前方に配置された遮光
壁１２と、該遮光壁１２に設けられ受光素子１１に入射
する光線を制限する絞り窓１３とを備え、前記受光素子
１１は、一方向に長い短冊形に形成され、その受光面の
長手方向中のどの位置に光が入射されたかを検知できる
機能を有せしめられ、前記絞り窓１３は、受光素子１１
の長手方向に直交する方向に長い短冊形に形成され、前
記受光素子１１の長さ寸法Ｌｇ１は、前記絞り窓１３の
絞り幅寸法Ｗｄ２より大とされ、前記絞り窓１３の長さ
寸法Ｌｇ２は、前記受光素子１１の幅寸法Ｗｄ１より大
とされたものである。そして、受光素子１１の長手方向
に対応する前記絞り窓１３の対向する内壁２７に、絞り
幅Ｗｄ２を狭めるように断面視く字形の傾斜面が形成さ
れる。

【００１５】ここで、前記受光素子１１は、受けた光の
スポット位置により両端部に流れる一対の電流Ｉ_１，Ｉ
_２の比率が変化する半導体位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ：以下、Ｐ
ＳＤと略す）、または、長手方向に並置された複数個の
光電変換チップから構成されたものである。

【００１６】

【作用】上記課題解決手段において、受光素子１１の長
さ寸法Ｌｇ１が、絞り窓１３の絞り幅寸法Ｗｄ２より大
であるため、絞り窓１３により、光源からの光を受光素
子１１の長手方向に対して絞りをかけることができる。
したがって、レンズを配置しなくても、受光素子１１の
受光面に対して焦点を合わせることができ、受光素子に
て、その長手方向中のどの位置に光が入射されたかを検
知できる。

【００１７】また、絞り窓１３を受光素子１１の長手方
向に直交する方向に長い短冊形に形成し、この方向につ
いての絞りをかけていない構成としているため、光源が
受光素子１１の長手方向に直交する方向に大きく外れて
も、受光素子１１の受光面に光線を照射でき、受光素子
１１の長手方向についての角度位置検出を行なうことが
できる。

【００１８】また、光角度センサを、同一平面上に一対
に並置し、一方の光角度センサ３１を、その受光素子１
１の長手方向が前記平面上の縦方向に一致するよう配置
し、他方の光角度センサ３２を、その受光素子１１の長
手方向が前記平面上の横方向に一致するよう配置すれ
ば、一方の光角度センサ３１で光源の縦方向の角度位置
を検出し、他方の光角度センサ３２で光源の横方向の角
度位置を検出することができる。つまり、光源が、三次
元空間内のどこに位置していても、縦方向と横方向の角
度位置を夫々検出できる。

【００１９】

【実施例】

（第一実施例）本発明の第一実施例の光角度センサは、
例えばリモートコントロール送信機としてのＬＥＤ素子
等の光源（以下、ＬＥＤと称す）から発せられる光を受
光し、ＬＥＤの角度位置を二次元的に検出するものであ
る。

【００２０】図１〜３の如く、該光角度センサは、ＬＥ
Ｄからの光線を受光する受光素子１１と、該受光素子１
１の前方に配置された遮光壁１２と、該遮光壁１２の中
央部で受光素子１１に入射する光線を制限する絞り窓１
３とを備えている。

【００２１】前記受光素子１１は、受けた光のスポット
位置により両端部に流れる一対の電流Ｉ_１，Ｉ_２の比率
が変化する半導体位置検出素子（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳ
ｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ：以下、ＰＳＤと
略す）が用いられている。

【００２２】該ＰＳＤ１１は、図４（Ａ）に示すよう
に、シリコンチップの表面にｐ⁻層、裏面にｎ^＋層、そ
してその中間にあるｉ層の三層から構成され、ＰＳＤ１
１の表面に光スポットφを照射したとき、生成された電
荷（キャリアー）は抵抗層（ｐ⁻層）で光の入射位置と
取り出し電極Ａ，Ｂまでの距離に逆比例して分割され、
各々の電極Ａ，Ｂから電流Ｉ_１，Ｉ_２として取り出され
る。この電流Ｉ_１，Ｉ_２の比率を検出することで、ＰＳ
Ｄ１１上のどの位置に光が入射されたかを知ることがで
きる。

【００２３】該ＰＳＤ１１の動作原理を説明する。図４
（Ａ）の如く、ＬＥＤからの光線がＰＳＤ１１に入射す
るセンシング位置（光のスポット位置）は、ＬＥＤの角
度位置によって変化する。ＰＳＤ１１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ＰＳＤ１１の両
端から取出される出力電流Ｉ_１とＩ_２のバランスが変化
する。この出力電流Ｉ_１，Ｉ_２のバランスを検出するこ
とで、その角度位置を知ることができる。

【００２４】また、ＬＥＤの光量が変化したとき、ＰＳ
Ｄ１１の両端の出力電流Ｉ_１，Ｉ_２の絶対値は変化する
が、その相対的な比率は光のスポット位置のみによって
決まり、光の強さによっては影響されないため、ＬＥＤ
の光角度センサからの距離が変化しても、ＬＥＤの光角
度センサに対する角度方向（角度位置）が変化しない限
り出力電流Ｉ_１，Ｉ_２のバランスは変化せず、ＬＥＤの
光角度センサからの距離に拘わらずその角度位置を正確
に検出できる。

【００２５】ここで、出力電流Ｉ_１，Ｉ_２のバランスを
検出する回路としては、図５のような信号処理回路１５
を用いればよい。該信号処理回路１５の動作原理を説明
する。

【００２６】今、図４（Ａ）のように、光電流Ｉ_０、電
極Ａ，Ｂの中点から光入射位置Ｐ点までの距離をｘ、入
射位置Ｐ点から電極Ａまでの抵抗値をＲ_０１、入射位置
Ｐ点から電極Ｂまでの抵抗値をＲ_０２、電極Ａ，Ｂ間の
距離をＬ、電極Ａ，Ｂ間の抵抗値をＲ_Ｔ、電極Ａ，Ｂか
ら取り出される電流を夫々Ｉ_１，Ｉ_２とすると、電流Ｉ
_１，Ｉ_２は以下の（１）（２）式で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】表面抵抗層（ｐ⁻層）の比抵抗Ｒ_ｉの分布
が図４（Ｂ）のように一様であるので、抵抗Ｒ_０１，Ｒ
_０２は入射位置Ｐ点から電極Ａ，Ｂまでの距離に比例
し、次式で表される。

【００２９】

【数２】

【００３０】これを（１）（２）式に代入すると、電極
Ａ，Ｂから取り出される電流Ｉ_１，Ｉ_２は次式となる。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、電流Ｉ_１，Ｉ_２の和と差の比をと
ると次式となる。

【００３３】

【数４】

【００３４】このように、受光素子としてＰＳＤ１１を
用いると、直接位置情報を出力として得られる。

【００３５】このＰＳＤ１１の出力電流Ｉ_１とＩ_２を、
前記信号処理回路１５にて処理する。図５において、Ｒ
_１〜Ｒ_７は抵抗、Ｐ_１〜Ｐ_５は増幅器を示す。ＰＳＤ１
１の出力電流Ｉ_１，Ｉ_２は、電流電圧変換回路部１６に
て、電圧Ｖ_０１，Ｖ_０２に変換する。Ｖ_０１はＶ_０１＝
Ｒ_１×Ｉ_１、Ｖ_０２はＶ_０２＝Ｒ_１×Ｉ_２となる。次
に、減算回路部１７にてＶ_０２とＶ_０１の引算を行い、
Ｉ_２−Ｉ_１に対応した出力電圧Ｖ_０Ａを得る。Ｖ_０Ａは
次式で表わされる。

【００３６】

【数５】

【００３７】また、加算回路部１８にて、Ｖ_０１とＶ
_０２の足し算を行う。図５において、Ｖ_０３は次式で表
わされる。

【００３８】

【数６】

【００３９】そして、Ｉ_１＋Ｉ_２に対応した出力Ｖ_０Ｂ
を得ることができる。Ｖ_０Ｂは次式で表わされる。

【００４０】

【数７】

【００４１】このＶ_０ＡとＶ_０Ｂをマイコン等で演算処
理することにより、Ｖ_０Ａ／Ｖ_０Ｂを求める。Ｖ_０Ａ／
Ｖ_０Ｂは次式で表わされる。

【００４２】

【数８】

【００４３】したがって、（Ｉ_２−Ｉ_１）／（Ｉ_１＋Ｉ
_２）は、上述の如く、ＰＳＤ１１に入射する光の位置に
対応しており、（Ｉ_２−Ｉ_１）／（Ｉ_１＋Ｉ_２）によ
り、ＰＳＤ１１に入射する光のスポット位置がわかる。

【００４４】ＰＳＤ１１に入射する光のスポット位置が
わかると、前述のように、ＬＥＤの角度位置がわかる。

【００４５】このようにして、ＰＳＤ１１の出力電流Ｉ
_１とＩ_２を信号処理回路１５にて処理することにより、
ＬＥＤの角度位置を知ることができる。

【００４６】また、信号処理回路１５として、図６に示
すように、他の回路構造をとるものを用いてもよい。こ
の回路において、２１は対数変換回路部、２２は差動増
幅回路部、２３，２４はｌｏｇダイオードで、その出力
Ｖ_０１，Ｖ_０２は次式で表される。なお、ｋはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度（°Ｋ）、ｑは電子の電荷量であ
る。

【００４７】

【数９】

【００４８】そして、増幅回路部２２内からの出力Ｖ_０
次式で表わされる。

【００４９】

【数１０】

【００５０】この回路により、ｌｏｇ（Ｉ_１／Ｉ_２）に
対応した出力を得ることができる。Ｉ_１／Ｉ_２は、ＰＳ
Ｄ１１に入射する光のスポット位置に対応しており、ｌ
ｏｇ（Ｉ_１／Ｉ_２）により、ＰＳＤ１１に入射する光の
スポット位置がわかる。ＰＳＤ１１に入射する光のスポ
ット位置がわかると、前述のように、ＬＥＤの角度位置
を知ることができる。

【００５１】ところで、前記ＰＳＤ１１は、図１，３の
如く、Ｘ方向に長い短冊形に形成されている。そして、
該ＰＳＤ１１の長さ寸法Ｌｇ１は、前記絞り窓１３の絞
り幅寸法Ｗｄ２より大とされている。

【００５２】また、該ＰＳＤ１１は、図２，３の如く、
透光性エポキシ樹脂等の封止樹脂体２６にて封止され、
外力から保護される。

【００５３】前記遮光壁１２は、エポキシ樹脂等を金型
成形したものや、板金を打ち抜いて折曲形成したもの等
が用いられる。

【００５４】前記絞り窓１３は、前記ＰＳＤ１１の長手
方向、すなわちＸ方向に直交するＹ方向に長い短冊形に
形成されている。そして、該絞り窓１３の長さ寸法Ｌｇ
２は、前記ＰＳＤ１１の幅寸法Ｗｄ１より大とされてい
る。

【００５５】また、該絞り窓１３の内壁２７は、図２の
如く、絞り方向の断面視でく字形に形成されている。こ
れは、絞り窓１３の深さ方向についての中央位置の絞り
幅Ｗｄ２を特に狭めることによって、ＰＳＤ１１への入
射光を絞り窓１３の中央位置で交差させるためである。
すなわち、ＬＥＤが正面方向にある場合（図２，３中の
ＬＥＤ１）、入射光をＰＳＤ１１の中央位置に入射さ
せ、ＬＥＤが右方向にある場合（図２中のＬＥＤ２，Ｌ
ＥＤ３）、入射光をＰＳＤ１１の左側に入射させる。つ
まり、光角度センサのＰＳＤ１１に入射する像は、実際
の像に対して絞り窓１３の中央線を中心にして反転す
る。これにより、従来必要であったレンズを用いずに、
ＬＥＤの位置を検出する。

【００５６】上記構成の光角度センサの単体で動作を説
明する。

【００５７】まず、例えば、ＬＥＤがＸ−Ｚ平面内にあ
る場合で、ＬＥＤが正面方向から横方向へ移動すると
き、入射光の角度は、図２中のＬＥＤ光はＣｈ１，Ｃｈ
２，Ｃｈ３の様に変化する。このＬＥＤ光の入射角度に
より、絞り窓１３を通過してＰＳＤ１１上に照射する光
のスポット位置（重心位置）が変化する。光の重心位置
が変化すると、上述のようにＰＳＤ１１の両端の出力電
流Ｉ_１，Ｉ_２の比率が変化するため、これを信号処理回
路１５で演算処理することにより、ＬＥＤ光の入射角度
に対応する出力が得られる。すなわち、演算出力にてＬ
ＥＤ光の入射角度を知ることができる。

【００５８】また、ＬＥＤと受光部の距離が変化して
も、ＬＥＤ光の入射角度が一定であれば、ＰＳＤ１１の
両端の出力電流Ｉ_１，Ｉ_２の絶対値は変化するが、出力
電流Ｉ_１，Ｉ_２の比率は一定であるため、この比率を回
路的に演算処理することにより、ＬＥＤまでの距離とは
拘わりなく、ＬＥＤ光の入射角度を知ることができる。

【００５９】次に、もし、ＬＥＤが、正面方向からＹ方
向に移動し、Ｙ−Ｚ平面上のいずれかの点に位置した場
合、ＬＥＤ光は図１，３中のＣｈ４となる。

【００６０】ここで、図９，１０に示したような従来の
レンズを用いた光角度センサであれば、レンズを通過し
た光は、レンズの中心点を通過して直進し（像は反転す
る。）、受光部からはみ出してしまう。そうすると、Ｌ
ＥＤの角度検出は不能となる。

【００６１】しかし、本実施例では、絞り窓１３は、図
３の如く、Ｙ方向についての絞りをかけておらず、Ｙ方
向について長い短冊形に形成しているので、Ｘ−Ｚ平面
からＹ方向に大きく外れたＬＥＤ光Ｃｈ４についても、
図１，３の如く、Ｘ方向についての角度検出が可能とな
る。

【００６２】同様に、ＬＥＤが、Ｘ−Ｚ平面およびＹ−
Ｚ平面のいずれの基準面からも外れた位置にある場合
（図１中のＬＥＤ５，ＬＥＤ６）においても、ＬＥＤ光
をＰＳＤ１１上に受けることができる。

【００６３】すなわち、ＰＳＤ１１上のスポット位置
は、絞り窓１３を短冊形に形成しているため、点状とは
ならず、絞り窓１３の形状に類似した短冊形になるた
め、Ｙ方向についてはその焦点が定まることはないが、
Ｘ方向については常に定まることになり、ＬＥＤが三次
元空間内のどこにあろうと、光角度センサより前側に位
置する限り、極めて広い視野角でもってその角度位置を
検出できる。

【００６４】そして、上述の動作を実現するための構造
として、ＰＳＤ１１について特に大面積であることを要
せず、しかも、レンズの代わりに絞り窓１３を設けてい
るだけなので、上述のように視野角を広げるにあたっ
て、部品コストおよび必要スペースを増大させずに済
む。

【００６５】また、レンズを用いた従来例では、レンズ
の焦点距離が３ｍｍ以上必要であったのに対し本実施例
では、そのためのスペース不要であり、かつ、遮光壁１
２とＰＳＤ１１の封止樹脂体２６の密着化により、受光
部面積の小型化も可能である。しかも、レンズ自体を省
略したことにより、必要スペースが小さくて済むため、
省スペース化の要請に合致し、スペースコストの低減を
実現できる。

【００６６】以上の説明の通り、該光角度センサは、Ｘ
方向の光角度位置の検出には適しているが、絞り窓１３
をＹ方向に長く形成しているため、Ｙ方向についての焦
点は定まらず、よってＹ方向の光角度位置の検出には適
さない。

【００６７】そこで、光角度位置が三次元空間内のどの
位置にあるかを検出するために、図７の如く、上述の光
角度センサを二個使用し、Ｚ軸を軸に９０度回転位相し
た向きになるよう二個のセンサを取り付けることによ
り、三次元光角度センサとして使用することが可能とな
る。

【００６８】すなわち、二個の光角度センサを同一平面
上に並置し、一方の光角度センサ３１を、そのＰＳＤ１
１の長手方向が前記平面上の縦方向に一致するよう配置
し、他方の光角度センサ３２を、そのＰＳＤ１１の長手
方向が前記平面上の横方向に一致するよう配置し、前記
一方の光角度センサ３１で光源の縦方向の角度位置を検
出し、前記他方の光角度センサ３２で光源の横方向の角
度位置を検出すればよい。これにより、光角度位置が三
次元空間内のどの位置にあっても、その角度位置を検出
することができる。

【００６９】このように使用方法を用いた光角度センサ
の適用例を、次の〜に示す。

【００７０】家電製品のリモートコントロール送信機
の角度位置検出装置。具体的には、扇風機やエアコンの
風向調整、またはテレビジョン受像機等の映像機器の向
き調整のためのリモートコントロール送信機の角度位置
検出装置。

【００７１】仮想現実（バーチャルリアリティ）体験
用、頭の角度（向き）検出装置。この場合、ＬＥＤの取
り付け位置は室内の壁面等に固定しておき、光角度検出
センサを人間の頭部に取り付ける。これにより、人間の
頭部が動くと、これに伴って動く映像を体験者に送信で
きる。

【００７２】車体の傾きを検出するチルトセンサ。こ
の場合、例えば光角度センサを車体に取り付け、ＬＥＤ
を車軸に取り付けておけばよい。

【００７３】以上の場合等において、コストダウンおよ
び省スペース化を図り得る。

【００７４】（第二実施例）本発明第二実施例の光角度
センサは、受光素子１１として、図８の如く、ＰＳＤに
代えて、複数個（例えば五個）のフォトダイオード等の
光電変換チップＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ
５を長手方向に並置して構成したものである。そして、
各光電変換チップＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，Ｐ
Ｄ５の出力絶対値を検出することで、どの光電変換チッ
プＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５に光が入射
されたかを知ることができる。なお、本実施例では、第
一実施例で示した信号処理回路は用いていない。その他
の構成は、第一実施例と同様である。本実施例において
も、第一実施例と同様の効果を得ることができる。

【００７５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００７６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、短冊形でかつその長手方向についての光照射位
置を検知できる受光素子と、受光素子の前方の遮光壁
と、遮光壁に設けられた絞り窓とを備え、受光素子の長
手方向について絞り窓で絞りをかけているので、レンズ
を配置しなくても、受光素子の受光面に対して焦点を合
わせ、光源の角度位置を検出できる。したがって、レン
ズを省略できる分、部品コストを省略できる。また、従
来必要であったレンズの焦点距離を省略できるため、大
幅な省スペース化を図り得る。

【００７７】また、絞り窓を受光素子の長手方向に直交
する方向に長い短冊形に形成し、絞り窓の長さ寸法を受
光素子の幅寸法より大とし、受光素子の長手方向に直交
する方向についての絞りをかけていない構成としている
ので、光源が受光素子の長手方向に直交する方向に大き
く外れても、光源からの光線を受光素子の受光面に照射
できる。したがって、光源が三次元空間内のどの位置に
あっても、その受光素子の長手方向について角度位置検
出を行なうことができる。また、視野角を広げるにあた
って、受光素子の面積を大きくとる必要がなく、部品コ
ストおよび必要スペースを増大させずに済む。そして、
絞り窓の内壁の上下端を傾斜面とすることにより、絞り
窓に対して広範囲の入射光を導くことができ、さらに絞
り窓から受光素子に無駄なく入射光を導くことができる
ので、広い視野角でもって広範囲の角度位置を正確に検
出できる。また、絞り窓の絞り幅を狭めることが可能と
なり、検出精度を高めることができる。

【００７８】そして、光角度センサを同一平面上に一対
に並置し、受光素子の長手方向が平面上の縦方向に一致
するよう一方の光角度センサを配置し、受光素子の長手
方向が平面上の横方向に一致するよう他方の光角度セン
サを配置しているので、一方の光角度センサで光源の縦
方向の角度位置を検出し、他方の光角度センサで光源の
横方向の角度位置を検出することができる。つまり、光
源が、三次元空間内のどこに位置していても、縦方向と
横方向の角度位置を夫々検出できるといった優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例の光角度センサの正面図

【図２】本発明第一実施例の光角度センサにおいてＸ−
Ｚ平面で切断した断面図

【図３】本発明第一実施例の光角度センサにおいてＹ−
Ｚ平面で切断した断面図

【図４】（Ａ）は受光素子としてのＰＳＤの動作原理
図、（Ｂ）はＰＳＤの表面抵抗層の比抵抗の分布図

【図５】信号処理回路の内部構成の一例を示す図

【図６】信号処理回路の内部構成の他の例を示す図

【図７】光角度センサを二個使用した場合の正面図

【図８】本発明第二実施例の光角度センサにおいてＸ−
Ｚ平面で切断した断面図

【図９】従来の光角度センサの断面図

【図１０】従来の光角度センサの原理図

【符号の説明】

１１受光素子１２遮光壁１３絞り窓３１，３２光角度センサＩ_１，Ｉ_２電流

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源の角度位置を検出する二次元光角度
センサにおいて、光源からの光線を受光する受光素子
と、該受光素子の前方に配置された遮光壁と、該遮光壁
に設けられ受光素子に入射する光線を制限する絞り窓と
を備え、前記受光素子は、前記絞り窓の絞り幅寸法より
長い短冊形に形成され、その受光面の長手方向中のどの
位置に光が入射されたかを検知できる機能を有せしめら
れ、該受光素子の長手方向に対応する前記絞り窓の内壁
の上下端に傾斜面が形成されたことを特徴とする光角度
センサ。
【請求項２】絞り窓の対向する内壁が、絞り幅を狭め
るように断面視く字形とされたことを特徴とする請求項
１記載の光角度センサ。
【請求項３】請求項１または２記載の光角度センサに
おいて、絞り窓は、受光素子の長手方向に直交する方向
に長い短冊形に形成され、該絞り窓の長さ寸法は、前記
受光素子の幅寸法より大とされたことを特徴とする光角
度センサ。
【請求項４】請求項１，請求項２または請求項３記載
の受光素子は、受けた光のスポット位置により両端部に
流れる一対の電流の比率が変化する半導体位置検出素子
が用いられたことを特徴とする光角度センサ。
【請求項５】請求項１，請求項２または請求項３記載
の受光素子は、その長手方向に並置された複数個の光電
変換チップからなることを特徴とする光角度センサ。
【請求項６】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４または請求項５記載の光角度センサを、同一平面上に
一対に並置し、一方の光角度センサを、その受光素子の
長手方向が前記平面上の縦方向に一致するよう配置し、
他方の光角度センサを、その受光素子の長手方向が前記
平面上の横方向に一致するよう配置し、前記一方の光角
度センサで光源の縦方向の角度位置を検出し、前記他方
の光角度センサで光源の横方向の角度位置を検出するこ
とを特徴とする光角度センサの使用方法。