JPH109812A - 位置検出デバイスおよび位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの拡散光を光学系を用いずに光電変
換素子によって受光し、光源の位置を検出する位置検出
デバイスおよび位置検出装置を提供する。 【解決手段】 光源からの拡散光を受光する３つの光電
変換部からなり、各光電変換部は、１対の光電変換素子
１，２および３，４および５，６からなる。位置検出演
算を簡単にするために、これら２個の光電変換素子の受
光面は、直角をなして隣接設置され、各光電変換部のう
ちの１個の光電変換素子をｘ−ｚ平面上に設置してい
る。各光電変換素子は同一形状の長方形であり、対とな
る光電変換素子同士が接する辺の長さはいずれの光電変
換部についても等しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出に関する
ものである。例えば、オフィスのデスク上や会議室にお
けるコンピュータの画面上への、光源付きのペン等を用
いてポインティング，手書き入力，コマンド入力や、組
立ておよび検査工程等における位置決めのための位置検
出に関する技術である。

【０００２】位置を検出することによって人の動きや自
走台車等の動きの情報を与える、ナビゲーションなどに
応用が可能である。あわせて、コマンドの選択などの制
御情報を光信号として送信したり、組立ておよび検査工
程における測定データ等を光信号として送信することも
可能となる。

【０００３】

【従来の技術】オフィスのデスク上や会議室において、
ポインティング，手書き入力，コマンド入力などの指示
や入力を行なう場合、現状では、マウス，キーボード，
またはタブレットやディスプレィの画面をペンでなぞる
ものなどが用いられている。利用者がこれらの複数のデ
バイスを操作するには、各デバイスについて操作領域が
それぞれ限定されてしまう。しかし、情報量が増えた
り、遠隔地との通信を行う機会が増えるに従い、複数の
画面を扱ったり、スムーズなコミュニケーションを行う
ために、複数のデバイスの操作を極力簡単に、そして限
定されない操作領域で操作を行うための技術が不可欠と
なってくる。

【０００４】望ましくは、ペンのような簡単なデバイス
だけを用い、特定の２次元平面上での指示および入力に
限らず、３次元空間での立体画像や複数の仮想的な平
面，ディスプレイ面，デスクの上等を利用者が自由に選
択して、指示および入力を行ないたいという要望があ
る。また、そのペンなどの位置を検出する位置検出装置
自体においても、小型のデバイスと簡単な演算式によっ
て、高精度で位置を検出したいという要望がある。さら
に、組立や検査工程，ナビゲーション等の、あらゆる位
置検出に関する分野において、より小型で低コストの装
置によって、２次元または３次元の位置情報を高精度で
得たいという要望がある。

【０００５】これらの要望に対して、特開昭５５−５６
２８５号公報，特開昭５６−２９７７８号公報に記載さ
れているように、専用のタブレットを用いて平面上の位
置を検出するものがある。また、実開平５−２５５２５
号公報に記載されているように、２次元の半導体位置セ
ンサ（以下、ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎ
ｇ Ｄｅｖｉｃｅと略す）とレンズを用いて平面上の位
置を検出するものがある。しかし、これらのデバイス
は、それぞれ限定された範囲の平面上の操作領域を必要
としている。

【０００６】さらに、３次元空間での位置検出または形
状測定に関する従来の技術としては、特開平３−１５０
６２３号公報等に記載されているように、複数の２次元
ＰＳＤやＣＣＤとピンホールを用いるものがあるが、原
理的に光量を十分にとれず検出範囲が限定され、また、
文字を読み取れるほどの高い読み取り精度を持っていな
い。また、例えば、特開昭５４−１１６２５８号公報に
記載されているように、複数の１次元ＣＣＤを互いに直
交方向に対向させるものがあるが、１次元ＣＣＤを配置
する位置が限られてしまうため検出装置の小型化が困難
であり、コスト的にも高価である。

【０００７】別の技術として、特開平３−１９６３２６
号公報に記載されているように、レンズと２分割ピンフ
ォトダイオードを用いるものもあるが、レンズを用いる
ため、レンズの収差によって精度が劣化し、収差の除去
および組立て時の調整が困難である。特開平６−４２９
１９号公報に記載されているように、ＰＳＤと遮光手段
を用いるものもあるが、演算が複雑で通常の回路では実
現が困難である。特開平７−１９８３２６号公報に記載
されているように、一列に配置されたフォトダイオード
にレーザ光のスポットを当てるものがあるが、フォトダ
イオードと演算回路を多数用いなければ十分な精度が得
られない。

【０００８】さらに、これらの装置においては、指示及
び入力の領域は、特定の３０ｃｍ立方程度に限られた領
域であり、それ以上の数ｍにおよぶ領域において、小型
のデバイスと簡単な演算式によって指示及び入力を行う
ことは、現状では不可能である。

【０００９】一方、太陽光，放射線等の方向測定、ある
いは、装置の方向制御を目的とする技術分野において
は、レンズ等の光学系を用いないものが知られている。
特開昭６０−２２６３９７号公報に記載されているよう
に、光電変換面が所定の角度をなして向き合った一対の
光電変換素子の出力差によって、太陽光の追尾を行なう
ものがある。特開昭６２−１４２２１２号公報に記載さ
れているように、受光面が所定の角度をなして向き合っ
た一対の受光板の温度差によって、太陽光に対する姿勢
角の制御を行なうものがある。特開平０２−９９８１３
号公報に記載されているように、受光面が所定の角度を
なして向き合った一対の太陽電池セルの出力差によっ
て、零出力点を中心として中心付近で入射角度にほぼ比
例する光電変換出力を得て、照度に関するスケールファ
クタが既知であれば検出軸回りの姿勢角を検出できるも
のがある。

【００１０】これらの技術は、光源からの光が、太陽光
などの無限遠からの平行光線であることを前提とする。
角度検出だけが可能であり、光源との距離などを検出す
ることはできない。一対の検出器の出力差が、零出力点
を中心として中心付近では光の入射角度にほぼ比例する
というものである。しかし、照度や変換効率に関するス
ケールファクタが既知でなければ、入射角度の値を検出
できない。

【００１１】特開昭５１−２７３５８公報に記載されて
いるように、互いに異なる方向を向いた３個以上の光電
変換素子等の検出器を１箇所に設置し、これらの検出器
出力の違いによって太陽光等の線源の方位角および高度
（角度）を割り出すものがある。この文献には、照度や
変換効率に関するスケールファクタに影響されない演算
式が記載されている。しかし、この技術も、太陽光など
の無限遠からの平行光線である場合を前提とする。角度
検出だけが可能であり、光源と検出器との間の距離など
を求めることはできない。

【００１２】したがって、このような特殊な平行光線で
はなく、ごく一般的な光源からの拡散光の方向検出を複
数の受光器によって行なう場合には、光源が一定の方向
にあっても光源からの遠近などによって複数の受光器の
出力が大きく異なるため、光源の方向を特定することは
不可能である。また、平行光線の場合には、仮に３方向
から方向検出を行なったとしても、光源の３次元位置を
特定するということは原理的に不可能である。

【００１３】一方、磁場を用いる位置検出方式も、商品
名「ＦＡＳＴＲＡＫ」（日商エレクトロニクス）として
知られている。しかし、測定範囲は３ｍ程度と広範囲の
ものもあるが、測定範囲およびその２倍程度の距離内に
磁性体が存在する場合には、磁場が歪められて、補正不
可能な誤差が残るため、測定条件はごく限られた条件が
許されるのみである。超音波を用いる位置検出方式も、
商品名「３Ｄ ＭＯＵＳＥ」（旭エレクトロニクス社
製）として知られている。しかし、周辺の壁やディスプ
レイからの超音波の反射波によるノイズが多く発生し、
やはり測定条件はごく限られた条件が許されるのみであ
る。

【００１４】このように、上述した従来技術では、位置
検出範囲が限られていたり、位置検出精度が十分でない
などの問題があった。レンズなどの光学系を用いないも
のもあるが、平行光線を前提にした方向検出に限られて
いた。したがって、オフィスのデスク上や会議室におい
て、ポインティング，手書き入力，コマンド入力など
の、指示および入力を行う場合、その他、組立ておよび
検査工程等における位置決めのための位置検出に用いる
には問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、赤外ＬＥＤなどの一般的な
光源からの拡散光を、レンズなどの光学系を用いずに光
電変換素子によって受光し、これら光電変換素子の出力
を簡単な演算式を用いて演算することで、光源の１次元
ないし３次元の位置を高精度で検出する位置検出デバイ
スおよび位置検出装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１６】通常、レンズ等の光学系を用いて位置検出
を行う場合、その光学系を通過した光が、平面上に並ん
だ複数の光電変換素子に入射し、その各出力を用いて光
源の位置を特定するという特徴を持つ。つまり、光学系
は光源からの直線的な光を各光電変換素子に対して方向
付けをするという役割を果たしている。しかし、光学系
を用いることで、その光学系自体の持つ焦点深度、収差
等の性能の限界や、光電変換素子との位置合わせの調整
工程やコストといった大きな問題点を内在する。

【００１７】そこで、本発明においては、光電変換素子
同士の位置合わせという点だけは、通常の光学系を用い
た場合と同様に調整が必要であるが、その光電変換素子
を９０度などの特定角度に設置することによって、従
来、光学系によって行われていた、光源からの直線的な
光の方向付けに相当する作用を自ら課すものである。こ
のように、装置を構成する部品の位置を変更すること
で、従来、装置全体として大きな問題となっていたレン
ズ等の部品を省略可能となり、検出範囲の拡大や性能向
上に寄与することができる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいては、前記光源の１次元位置を検出する位置検出デ
バイスにおいて、光源からの拡散光を受光する少なくと
も１つの光電変換部を有し、該光電変換部は、第１およ
び第２の光電変換手段を有し第１，第２の光電変換手段
の受光面が１８０度以外の角度をなして近接配置された
ものであることを特徴とするものである。

【００１９】請求項２に記載の発明においては、前記光
源の２次元位置を検出する位置検出デバイスにおいて、
光源からの拡散光を受光する少なくとも２つの光電変換
部を有し、該光電変換部は、第１，第２の光電変換手段
を有し第１，第２の光電変換手段の受光面が１８０度以
外の角度をなして近接配置されたものであることを特徴
とするものである。

【００２０】請求項３に記載の発明においては、前記光
源の３次元位置を検出する位置検出デバイスにおいて、
光源からの拡散光を受光する少なくとも３つの光電変換
部を有し該光電変換部は、第１，第２の光電変換手段を
有し第１，第２の光電変換手段の受光面が１８０度以外
の角度をなして近接配置されたものであることを特徴と
するものである。

【００２１】請求項４に記載の発明においては、請求項
２ないし３のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、少なくとも２つの前記光電変換部は、第１また
は第２の光電変換手段の一方を共有し、第１または第２
の光電変換手段の他方は互いの受光面が１８０度以外の
角度をなして近接配置されたものであることを特徴とす
るものである。

【００２２】請求項５に記載の発明においては、請求項
１ないし４のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、前記角度は、９０度または２７０度であり、前
記光電変換部ごとにいずれかの値が選択されるものであ
ることを特徴とするものである。

【００２３】請求項６に記載の発明においては、請求項
１ないし５のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、少なくとも１つの光電変換部は、光源からの拡
散光を透過光と反射光に分ける半透鏡を有し、第１の光
電変換手段は前記透過光を受光し、第２の光電変換手段
は前記反射光を受光することを特徴とするものである。

【００２４】請求項７に記載の発明においては、請求項
１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、少なくとも１つの光電変換部には、第１または
第２の光電変換手段の一方の受光面で反射する光が、他
方の光電変換手段の受光面に入射することを防止する遮
光手段を有することを特徴とするものである。

【００２５】請求項８に記載の発明においては、請求項
１ないし７のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、前記光電変換部は、凹部または凸部を有する基
板を有し、第１，第２の光電変換手段は、光電変換素子
であり前記凹部または凸部における交差平面上に形成さ
れたものであることを特徴とするものである。

【００２６】請求項９に記載の発明においては、請求項
１ないし８のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、少なくとも１つの光電変換部の第１または第２
の光電変換手段の表面で反射する光が、他の光電変換部
の第１または第２の光電変換手段に入射することを防止
する遮光手段を有することを特徴とするものである。

【００２７】請求項１０に記載の発明においては、位置
検出装置において、請求項１ないし９のいずれか１項に
記載の位置検出デバイスを少なくとも１つ有し、前記位
置検出デバイスにおける前記光電変換部の第１および第
２の光電変換手段の出力の比に基づいて前記光源の位置
を演算する位置演算手段を有することを特徴とするもの
である。

【００２８】請求項１１に記載の発明においては、位置
検出装置において、請求項１ないし９のいずれか１項に
記載の位置検出デバイスを複数個有し、前記複数の位置
検出デバイスの第１または第２の光電変換手段の少なく
とも一方の出力に基づいて、複数の前記位置検出デバイ
スのうち少なくとも１つの位置検出デバイスを選択し、
選択された位置検出デバイスにおける前記光電変換部の
第１，第２の光電変換手段の出力の比に基づいて前記光
源の位置を演算する位置演算手段を有することを特徴と
するものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の位置検出デバイ
スの第１の実施の形態の斜視図である。図中、１〜６は
光電変換素子である。なお、各光電変換素子には、配置
位置および光電変換面の配列方向を表わす添字を有する
記号ＰＤを適宜付して示すこととする。

【００３０】この実施の形態は、図示しない光源の３次
元位置を検出する位置検出デバイスである。光源からの
拡散光を受光する３つの光電変換部からなり、各光電変
換部は、それぞれ２個の光電変換素子１，２および３，
４および５，６からなる。位置検出演算を簡単にするた
めに、これら２個の光電変換素子の受光面は、直角をな
して隣接設置され、各光電変換部のうちの１個の光電変
換素子をｘ−ｚ平面上に設置している。各光電変換素子
は同一形状の長方形であり、対となる光電変換素子同士
が接する辺の長さはいずれの光電変換部についても等し
いものとする。

【００３１】具体的に、各光電変換素子の配置および向
きを説明する。第１の光電変換部は、光電変換素子（Ｐ
Ｄ_1x）１および光電変換素子（ＰＤ_1y）２からなる。光
電変換素子（ＰＤ_1x）１は、ｘｚ平面上の−ｘ方向に配
列され、光電変換面に垂直な方向はｙ方向である。光電
変換素子（ＰＤ_1y）２は、ｙｚ平面上のｙ方向に配列さ
れ、光電変換面に垂直な方向は−ｘ方向である。

【００３２】第２の光電変換部は、光電変換素子（ＰＤ
_2x）３および光電変換素子（ＰＤ_2y）４からなる。光電
変換素子（ＰＤ_2x）３は、ｘｚ平面上のｘ方向に配列さ
れ、光電変換面に垂直な方向はｙ方向である。光電変換
素子（ＰＤ_2y）４は、ｙｚ平面上のｙ方向に配列され、
光電変換面に垂直な方向はｘ方向である。図示の状態で
は、光電変換面が見えないため、光電変換素子（Ｐ
Ｄ_2y）４にはハッチングを施して図示している。

【００３３】第３の光電変換部は、光電変換素子（ＰＤ
_3z）５および光電変換素子（ＰＤ_3y）６からなる。光電
変換素子（ＰＤ_3z）５は、ｘｚ平面上のｚ方向に配列さ
れ、光電変換面に垂直な方向はｙ方向である。光電変換
素子（ＰＤ_3y）６は、ｘｙ平面上のｙ方向に配列され、
光電変換面に垂直な方向はｚ方向である。

【００３４】したがって、第１の光電変換部の各光電変
換素子１，２はｘ−ｙ平面に垂直であり、光電変換素子
同士が接する辺はｚ軸方向にあり、第２の光電変換部の
各光電変換素子３，４もｘ−ｙ平面に垂直であり、光電
変換素子同士が接する辺もｚ軸方向にある。これらの第
１，第２の光電変換部は向かい合う形で設置されてい
る。第３の光電変換部の各光電変換素子５，６はｙ−ｚ
平面に垂直であり、光電変換素子同士が接する辺はｘ軸
方向にある。

【００３５】図２は、本発明の第１の実施の形態のｘ−
ｙ平面の断面図である。図中、図１と同様な部分には同
じ符号を付して説明を省略する。７は光源であり、座標
をＬ（ｘ，ｙ）とする。ｘ−ｙ平面に垂直な第１，第２
の光電変換部について説明する。光源７からの光が各光
電変換素子に入射する場合、入射する立体角の大きさに
依存して受光量が異なり、受光量に応じた出力が各光電
変換素子１〜４の出力端子から得られる。

【００３６】第１の光電変換部の各光電変換素子１，
２、第２の光電変換部の各光電変換素子３，４におい
て、光電変換素子の受光面を斜辺とした２個の直角三角
形が形成されている。この２個の直角三角形は、斜辺の
長さが同じで、光電変換素子の受光面の交点Ｏまたは交
点Ｄにおける角度の和が９０度であることから、合同で
ある。さらに、それぞれは、光源の位置を含む直角三角
形ＯＰＬまたはＤＰＬと相似であることがわかる。ここ
で、交点Ｏの座標を（０，０）、交点Ｄの座標を（ｄ，
０）とし、Ｐは、交点Ｏ，Ｐを結ぶ直線と、この直線に
光源Ｌ（ｘ，ｙ）から引いた垂線との交点であり、座標
は（ｘ，０）である。

【００３７】つまり、光電変換素子（ＰＤ_1x）１と光電
変換素子（ＰＤ_1y）２に関しては、ｌ_1xおよびｌ_1yを含
む三角形が合同であり、それらは三角形ＯＰＬと相似で
ある。ｌ_1xおよびｌ_1yの長さに応じた出力Ｖ_1x，Ｖ_1yが
光電変換素子（ＰＤ_1x）１および光電変換素子（Ｐ
Ｄ_1y）２の各出力端子から得られる。光電変換素子（Ｐ
Ｄ_2x）３と光電変換素子（ＰＤ_2y）４に関しても同様で
あり、ｌ_2xおよびｌ_2yを含む三角形が合同であり、それ
らは三角形ＤＰＬと相似である。ｌ_2xおよびｌ_2yの長さ
に応じた出力Ｖ_2x，Ｖ_2yが光電変換素子（ＰＤ_2x）３お
よび光電変換素子（ＰＤ_2y）４の各出力端子から得られ
る。

【００３８】以上の関係を式で表わし、これを用いて光
源７の座標（ｘ，ｙ）の値を求めていく。まず、次式
（１）〜（４）が成り立つ。 Ｖ_1y／Ｖ_1x＝ｌ_1y／ｌ_1x …（１） Ｖ_2y／Ｖ_2x＝ｌ_2y／ｌ_2x …（２） ｌ_1y／ｌ_1x＝ｘ／ｙ …（３） ｌ_2y／ｌ_2x＝（ｄ−ｘ）／ｙ …（４）

【００３９】（１）〜（４）式より、次式が成り立つ。 （Ｖ_2y／Ｖ_2x）／（Ｖ_1y／Ｖ_1x）＝（ｌ_2y／ｌ_2x）／（ｌ_1y／ｌ_1x） ＝（（ｄ−ｘ）／ｙ）／（ｘ／ｙ） ＝ｄ／ｘ−１ …（５） （５）式より、 ｘ＝ｄ／（１＋（Ｖ_2y／Ｖ_2x）／（Ｖ_1y／Ｖ_1x）） ＝ｄ（Ｖ_1y／Ｖ_1x）／（Ｖ_2y／Ｖ_2x＋Ｖ_1y／Ｖ_1x） …（６） （６）式，（１）式，（３）式を用いて、 ｙ＝ｄ／（Ｖ_2y／Ｖ_2x＋Ｖ_1y／Ｖ_1x） …（７） が求まる。

【００４０】図３は、本発明の第１の実施の形態のｙ−
ｚ平面の断面図である。図中、図１，図２と同様な部分
には同じ符号を付して説明を省略する。光源７の座標を
Ｌ（ｙ，ｚ）とする。ｙ−ｚ平面に垂直な第３の光電変
換部について説明する。図２と同様に、三角形の合同と
相似の関係を用いてｚの値を求める。光電変換素子（Ｐ
Ｄ_3z）５と光電変換素子（ＰＤ_3y）６に関して、ｌ_3zお
よびｌ_3yを含む三角形は合同であり、それらは三角形Ｑ
ＲＬと相似である。ここで、交点Ｑの座標を（０，０）
とし、Ｒは、交点Ｑからｙ軸方向に引いた直線と、この
直線に光源Ｌ（ｙ，ｚ）から引いた垂線との交点であ
り、座標は（ｙ，０）である。ｌ_3zおよびｌ_3yの長さに
応じた出力Ｖ_3z，Ｖ_3yが光電変換素子（ＰＤ_3z）５およ
び光電変換素子（ＰＤ_3y）６の出力端子から得られる。

【００４１】まず、次式（８），（９）が成り立つ。 Ｖ_3y／Ｖ_3z＝ｌ_3y／ｌ_3z …（８） ｌ_3y／ｌ_3z＝ｚ／ｙ …（９） ここで、ｙは（７）式より求まっているのでこれを用い
て、 ｚ＝（ｌ_3y／ｌ_3z）ｙ ＝ｄ（Ｖ_3y／Ｖ_3z）／（Ｖ_2y／Ｖ_2x＋Ｖ_1y／Ｖ_1x） …（１０）

【００４２】以上の（６）式，（７）式，（１０）式に
より、各光電変換素子１〜６の出力Ｖ_1x，Ｖ_1y，Ｖ_2x，
Ｖ_2y，Ｖ_3y，Ｖ_3zと、線分ＯＤの長さｄを用いて、光源
の３次元座標Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。

【００４３】上述した位置検出デバイスの個々の構成に
ついて説明する。光源７は主に赤外光を発光する。赤外
光は一般的なオフィスにおいて比較的少ない光である。
また、赤外光以外の外乱光については、光電変換素子１
〜６の前に図１３を参照して後述する赤外光透過フィル
タを設けるか、赤外光を光強度変調して光電変換素子１
〜６の出力において、その変調された周波数のみをフィ
ルタ回路によって出力することにより、効率よく除去す
ることが可能である。

【００４４】光電変換素子１〜６は、上述した光を受光
してこれを電気信号に変換する作用を有している。わず
か２個の光電変換素子を用いて、これを所定の角度に設
置することによって、１次元の位置を検出することが可
能となる。レンズを用いないため、焦点距離や収差を考
慮した設計、および、組立て時の調整の困難がなくなる
という大きな利点を有している。また、ピンホールやス
リットとは異なり、単に光電変換素子１〜６の対の組合
せという方法をとっているため、受光面積を多くとるこ
とができ、光量も大きく、広範囲での位置検出を行うこ
とが可能である。

【００４５】さらに、光源７として赤外ＬＥＤ、光電変
換素子としてフォトダイオードという安価なデバイスを
用いることにより、低コストを実現することができ、オ
フィスのデスク上や会議室での任意の平面や空間で、手
書き文字の読み取り、コマンド入力、ポインティングな
どを可能とし、多量の情報を扱ったり、スムーズなコミ
ュニケーションを実現することが可能となる。

【００４６】また、フォトダイオードの光量の分解能力
は、少なくとも１／３００００程度はあるので、例えば
６０ｃｍの距離を０．０２ｍｍ／ｄｏｔ、６ｍの距離を
０．２ｍｍ／ｄｏｔ、という非常に高い密度で分解する
ことが可能となり、通常のオフィスや家庭に限らず、一
般的な位置検出を、より簡単かつ正確に行なうことが可
能となる。なお、光源７は赤外光以外でもよく、フォト
ダイオードは、他の光電変換機能を有するデバイスであ
ればよい。

【００４７】また、光電変換素子などフォトダイオード
の端部での出力が、中央部等の他の部分に比べて、光量
に対してのリニアリティが劣る場合などの問題を有する
場合には、その端部から必要な部分まで、光電変換素子
に接して遮光手段を設けることにより、精度劣化の要因
となる部分を用いずに位置検出を行うことが可能であ
る。このような場合には、図１に示したように同形状の
光電変換素子を隣接して配置することはむずかしいが、
図１０ないし図１２を参照して説明するように、光電変
換素子の隣接を必ずしも必要とせず、光電変換素子同士
が同面積である必要もない。

【００４８】図４は、本発明の位置検出デバイスの第２
の実施の形態の斜視図である。図中、図１と同様な部分
には同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態
では、光電変換素子１，２からなる第１の光電変換部
と、光電変換素子３，４からなる第２の光電変換部とは
同じ方向を向いている。具体的に説明すると、光電変換
素子（ＰＤ_2y）４が、光電変換素子（ＰＤ_1y）２と同じ
−ｘ方向を向いている点で、図１に示した第１の実施の
形態と相違する。なお、図１に示した配置と比較して、
光電変換素子３，４からなる第２の光電変換部の位置
が、他の光電変換部の間に設置されているが、光電変換
部間の位置関係は任意であり、この点では、図１に示し
た第１の実施の形態と原理的な相違はない。

【００４９】図５は、本発明の位置検出デバイスの第２
の実施の形態のｘ−ｙ平面の断面図である。図中、図２
と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。ｘ
−ｙ平面に垂直な２つの光電変換部１，２および３，４
について説明する。図１と基本的な原理は同じであるの
で、式の展開過程を省略して最終的に得られた式を示し
ていくこととする。

【００５０】 Ｖ_1y／Ｖ_1x＝ｌ_1y／ｌ_1x …（１１） Ｖ_2y／Ｖ_2x＝ｌ_2y／ｌ_2x …（１２） ｌ_1y／ｌ_1x＝ｘ／ｙ …（１３） ｌ_2y／ｌ_2x＝（ｘ−ｄ）／ｙ …（１４）

【００５１】（１１）式〜（１４）式より、次式が成り
立つ。 （Ｖ_2y／Ｖ_2x）／（Ｖ_1y／Ｖ_1x）＝（ｌ_2y／ｌ_2x）／（ｌ_1y／ｌ_1x） ＝（（ｘ−ｄ）／ｙ）／（ｘ／ｙ） ＝１−ｄ／ｘ …（１５） （１５）式よりｘは、 ｘ＝ｄ／（１−（Ｖ_2y／Ｖ_2x）／（Ｖ_1y／Ｖ_1x）） ＝ｄ（Ｖ_1y／Ｖ_1x）／（Ｖ_1y／Ｖ_1x−Ｖ_2y／Ｖ_2x） …（１６） （１６）式と（１１）式，（１３）式を用いて、 ｙ＝ｄ／（Ｖ_1y／Ｖ_1x−Ｖ_2y／Ｖ_2x） …（１７） が求まる。

【００５２】図６は、本発明の位置検出デバイスの第２
の実施の形態のｚ−ｙ平面の断面図である。図中、図３
と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。ｚ
−ｙ平面に垂直な光電変換部５，６について説明する。
図３と同様に三角形の合同と相似の関係を用いてｚの値
を求める。光電変換素子（ＰＤ_3z）５と光電変換素子
（ＰＤ_3y）６に関しては、ｌ_3zおよびｌ_3yを含む三角形
は合同であり、それらは三角形ＱＲＬと相似であり、ｌ
_3zおよびｌ_3yの長さに応じた出力Ｖ_3z，Ｖ_3yが光電変換
素子（ＰＤ_3z）５および光電変換素子（ＰＤ_3y）６の出
力端子から得られ、以下の式が成り立つ。

【００５３】 Ｖ_3y／Ｖ_3z＝ｌ_3y／ｌ_3z …（１８） ｌ_3y／ｌ_3z＝ｚ／ｙ …（１９） ここで、ｙは（１７）式より求まっているのでこれを用
いて、 ｚ＝（ｌ_3y／ｌ_3z）ｙ ＝ｄ（Ｖ_3y／Ｖ_3z）／（Ｖ_1y／Ｖ_1x−Ｖ_2y／Ｖ_2x） …（２０）

【００５４】以上により、各光電変換素子１〜６の出力
Ｖ_1x，Ｖ_1y，Ｖ_2x，Ｖ_2y，Ｖ_3y，Ｖ_3zと、線分ＯＤの長
さｄを用いて、光源の３次元座標Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を求
めることができる。

【００５５】なお、図１ないし図６においては、計算を
簡単にするために、光電変換素子（ＰＤ_1x）１，光電変
換素子（ＰＤ_2x）３，光電変換素子（ＰＤ_3z）５を全て
ｘ軸上に設置してあるが、これらはｘ軸上以外に移動さ
せてもかまわない。その場合には、図１ないし図６にお
ける各光電変換部の位置から移動する距離を、式の中の
ｘ，ｙ，ｚに加えることで簡単に対応できる。例えば、
図２に示した光電変換素子（ＰＤ_2x）３と光電変換素子
（ＰＤ_2y）４の対の位置Ｄ（ｄ，０）をＤ（ｄ，−ａ）
に移動させる場合は、（３）式のｙにａを加えてｙ＋ａ
にする、といった修正となる。この点については、後述
する他の実施の形態においても同様である。

【００５６】図７は、本発明の位置検出デバイスの第３
の実施の形態の斜視図である。図中、図１と同様な部分
には同じ符号を用いて説明を省略する。この実施の形態
は、各光電変換部において、２個の光電変換素子が近接
する辺を、図１に示した実施の形態とは反対側にし、言
い換えれば、光電変換素子の受光面がなす角度を２７０
度としたものである。このようにすることにより、光電
変換部を構成する一方の光電変換素子で反射した光が他
方の光電変換素子に入射して誤差が生じることを避ける
ことが可能となる。

【００５７】図８は、本発明の位置検出デバイスの第３
の実施の形態のｘ−ｙ平面の断面図である。図中、図２
と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。図
から明らかなように、図２に示した各光電変換部におい
て、交点Ｏ，Ｄの位置を変えることなく、光電変換素子
（ＰＤ_1x）１，光電変換素子（ＰＤ_2x）３の位置を左右
にずらし、光電変換素子（ＰＤ_1y）２，光電変換素子
（ＰＤ_2y）４の位置を下にずらしただけであるから、
（１）式〜（７）式がそのまま成り立つ。

【００５８】図９は、本発明の位置検出デバイスの第３
の実施の形態のｚ−ｙ平面の断面図である。図中、図３
と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。図
から明らかなように、交点Ｑの位置を変えることなく、
光電変換素子（ＰＤ_3y）６の位置を左にずらし、光電変
換素子（ＰＤ_3z）５の位置を下にずらしただけであるか
ら、（８）式〜（１０）式がそのまま成り立つ。なお、
光電変換素子の厚みを無視して交点Ｏ，Ｄ，Ｑの位置を
決めている。この厚みを考慮した場合も、後述する図１
０，図１１と同様な、光電変換素子が短縮化されるケー
スとなり、特に問題はない。図４ないし図６を参照して
説明した第２の実施の形態においても同様に、２個の光
電変換素子の近接する辺を反対側とすることが可能であ
る。原理は全く同じであるので、図示および説明を省略
する。

【００５９】図１０は、本発明の位置検出デバイスの第
４の実施の形態のｘ−ｙ平面の断面図である。図１１
は、本発明の位置検出デバイスの第４の実施の形態のｚ
−ｙ平面の断面図である。図中、図２，図３と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。１１〜１６は
光電変換素子であり、図１ないし図３に示した光電変換
素子１〜６の長さを短縮したものである。各光電変換素
子１１〜１６には、光電変換素子１〜６と同様に、配置
位置および光電変換面の配列方向を表わす添字を有する
記号ＰＤを適宜付すこととする。この第４の実施の形態
は、各光電変換部を構成する２個の光電変換素子の長さ
を短縮し、さらに、２個の光電変換素子同士が接するこ
となく、それらの延長面が９０度の角度で交差するもの
である。

【００６０】図１０において、光電変換素子（ＰＤ_1x）
１１、光電変換素子（ＰＤ_1y）１２を、ともに光電変換
部の延長面の交線とは反対側の辺を起点として３０％の
長さに短縮した場合について例示する。仮に、残りの７
０％の部分の側に光電変換素子があったとすると、この
場合は、単に図２に示した光電変換素子（ＰＤ_1x）１、
光電変換素子（ＰＤ_1y）２の縮尺を変えただけであり、
演算式に特別な補正が不要であることは明らかである。
その結果、残りの３０％部分の側に光電変換素子がある
図１０の場合についても同様に、演算式に特別な補正を
必要とせずに位置検出できることがわかる。

【００６１】一般に、光電変換素子の受光面上の任意の
１点において、光源７からの光と光電変換素子の受光面
とのなす角度が大きいほど照射光量の密度が高い。光電
変換素子の長さが光源との距離に比べて小さければこの
角度は大きく変わらないから、照射光量の密度も大きく
は変わらない。しかし、厳密にいうと、光電変換素子の
受光面内の照射光の光量分布には傾きが生じている。

【００６２】そこで、図１０，図１１に示したように、
光電変換素子の長さを短縮した場合の光量分布の傾きの
影響を考えてみる。光電変換素子（ＰＤ_1x）１１と光電
変換素子（ＰＤ_1y）１２の間、光電変換素子（ＰＤ_2x）
１３と光電変換素子（ＰＤ_2y）１４の間、光電変換素子
（ＰＤ_3z）１５と光電変換素子（ＰＤ_3y）１６の間に
は、各光電変換素子について同様な傾向の光量分布が生
じている。すなわち、それぞれ、交点Ｏ（０，０），交
点Ｄ（ｄ，０），交点Ｑ（０，０）から離れるほど、光
源７からの光と光電変換素子の受光面とのなす角度が大
きくなり、照射光量の密度が高くなる。したがって、同
じ割合で長さを短縮する場合には、特に補正の必要はな
い。光電変換素子の長さの短縮に関しては、第１の実施
の形態以外についても同様に可能であるが、原理は同様
なので図示および説明を省略する。

【００６３】図１２は、本発明の位置検出デバイスの第
５の実施の形態のｚ−ｙ平面の断面図である。図３と同
様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。２１，
２２は光電変換素子である。光電変換素子２１と光電変
換素子２２で構成される光電変換部について例示する。
図中、光電変換素子（ＰＤ_3z）２１は、図３に示した光
電変換素子（ＰＤ_3z）５と同様なものであり、光電変換
素子（ＰＤ_3y）２２は、図３に示した光電変換素子（Ｐ
Ｄ_3y）６の長さが短縮されたものである。したがって、
光電変換部を構成する２個の光電変換素子の面積が異な
る場合の例である。

【００６４】この図では、紙面垂直方向の長さが同じで
ある光電変換素子を前提にしているので、面積に応じて
長さが異なることになる。光電変換素子の出力は、その
受光面の面積に比例するので、演算回路において、少な
くとも一方の光電変換素子の出力に補正係数をかけて、
両方の面積が等しい場合に相当するようにすればよい。
光電変換素子（ＰＤ_3z）２１が光電変換素子（ＰＤ_3y）
２２の１３０％の長さであるとすると、光電変換素子
（ＰＤ_3y）２２の出力であるＶ_3yに１．３をかければ補
正が可能になる。光電変換素子（ＰＤ_3z）２１が、図３
に示した光電変換素子（ＰＤ_3z）５の長さに対して短縮
される場合でも同様である。光電変換素子の面積が異な
ることに関しては、他の実施の形態においても可能であ
るが、原理は同様なので図示および説明を省略する。

【００６５】図１３は、本発明の位置検出デバイスの第
１の実施の形態の部分的な第１の変形例であり、赤外光
透過フィルタを用いた例の説明図である。図１３（Ａ）
は平板状赤外光透過フィルタ３１、図１３（Ｂ）はドー
ム状赤外光透過フィルタ３２を用いた例である。図中、
図３と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略す
る。光電変換素子５と光電変換素子６で構成される光電
変換部について例示する。

【００６６】図３に示した光源７として赤外光を採用し
た場合に、光源７と光電変換部の間に、赤外光を選択的
に透過するフィルタを設置する。平板状赤外光透過フィ
ルタ３１を用いる場合、またはドーム状赤外光透過フィ
ルタ３２を用いる場合がある。一般には、ドーム状赤外
光透過フィルタ３２を使用する場合が多いが、本発明に
おいては、平板状赤外光透過フィルタ３１、またはこれ
に近いものが望ましい。光源７からの光が、赤外光透過
フィルタを透過する際に屈折するため、光源からの光の
入射角が、光電変換素子（ＰＤ_3z）５，光電変換素子
（ＰＤ_3y）６に対して、より厳密には各光電変換素子上
の受光点の位置に対して、等しくなくなる。しかし、平
板状赤外光透過フィルタ３１の場合の方が、比較的等し
い。

【００６７】赤外光透過フィルタとしては種々のものが
市販されており、特に制限はない。例えば、赤外光以外
の光を吸収する色素を含有するガラス製または透明合成
樹脂製のもの、あるいは、赤外光以外の光を反射する干
渉薄膜を表面にコーティングしたガラス製または透明合
成樹脂製のものなどがある。赤外光透過フィルタの設置
に関しては、他の光電変換部および他の実施の形態の位
置検出デバイスにおいても同様に可能である。

【００６８】図１４は、本発明の位置検出デバイスの第
１の実施の形態の部分的な第２の変形例であり、遮光板
を設けた例の説明図である。図１４（Ａ）は光電変換部
内における反射防止の説明図である。光電変換素子（Ｐ
Ｄ_1x）１１と光電変換素子（ＰＤ_1y）１２で構成される
光電変換部について例示する。図１４（Ｂ）は２つの光
電変換部の間における反射防止の説明図である。光電変
換素子１，２よりなる第１の光電変換部と光電変換素子
３，４よりなる第２の光電変換部について例示する。図
中、図２，図１０，図１３と同様な部分には同じ符号を
付して説明を省略する。図を簡単にするため、光源７か
らの光は１本の線で表している。４１,４２は遮光板で
あり、光を吸収するものを用いる。

【００６９】図１４（Ａ）においては、光源７からの光
が光電変換素子１１または１２の一方の受光面の表面で
反射し、他方の光電変換素子の受光面に入射する結果、
位置検出演算に誤差が生じることを防止するために、遮
光板４１が設置されている。光電変換素子１１，１２は
短縮されている。図示の例では、遮光板４１は、光電変
換素子１１，１２間に設置され、光電変換素子１１に接
しこれと直交する部分と、光電変換素子１２に接しこれ
と直交する部分とが一体となった逆Ｌ字状のものであ
る。

【００７０】図１４（Ｂ）においては、光源７からの光
が一方の光電変換部側の光電変換素子１，２または平板
状赤外光透過フィルタ３１の表面で反射して、他方の光
電変換部側の光電変換素子３，４に入射する結果、位置
検出演算に誤差が生じることを防止するために、光電変
換部の間の空間に平板状の遮光板４２が設置されてい
る。このような反射光の入射防止に関しては、他の実施
の形態においても同様に可能である。

【００７１】図１５は、本発明の位置検出デバイスの第
１の実施の形態の部分的な第３の変形例であり、半透鏡
を設けた例の説明図である。光電変換素子５と光電変換
素子６で構成される光電変換部について例示する。図
中、図３と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略
する。４３は半透鏡（ハーフミラー）である。

【００７２】光源７からの光が光電変換部を構成する２
個の光電変換素子５，６の一方の受光面の表面で反射し
て、他方の光電変換素子の受光面に入射する結果、位置
検出演算に誤差が生じることを防止するために、光源７
からの光を半透鏡４３を用いて分離するものである。図
３に示した光電変換素子（ＰＤ_3z）５を、図示破線で示
されたＰＤ３ｚ’の位置から、半透鏡４３について線対
称の位置へ移したものである。

【００７３】この場合の光電変換出力を用いても、図１
ないし図３を参照して説明した第１の実施の形態、図４
ないし図６を参照して説明した第２の実施の形態の場合
と同様の計算が可能である。（６）式，（７）式，（１
０）式、または、（１６）式，（１７）式，（２０）式
によって、光源７の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が求ま
る。ここでは半透鏡４３の透過率は、光源７の光の波長
に関して５０％であるとしているが、５０％以外の場合
においても、光電変換素子（ＰＤ_3y）６と光電変換素子
（ＰＤ_3z）５の出力の割合の補正を行うことにより、５
０％の場合と同様な位置演算式を用いることができる。
半透鏡４３の設置に関しては、他の実施の形態において
も可能である。

【００７４】図１６は、本発明の位置検出デバイスの第
６の実施の形態の斜視図である。図中、図１と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。５１は光電変
換素子である。第１の光電変換部の光電変換素子（ＰＤ
_1x）１と第３の光電変換部の光電変換素子（ＰＤ_3z）５
を一つの光電変換素子５１で兼用し、光電変換素子（Ｐ
Ｄ_1y）２および光電変換素子（ＰＤ_3y）６が接して配置
されている。位置検出演算は、上述した（１）式〜（１
０）式と同様である。光電変換素子の兼用は、他の実施
例においても同様に可能である。

【００７５】上述した、図１ないし図１６を参照して説
明した各実施の形態および部分的変形例においては、直
角または２７０度に設置した光電変換部を３つ、また、
光電変換素子を兼用する場合に光電変換部を２つ有する
ことで、光源７の３次元位置座標を検出した。光電変換
部の数はこれより多くてもよく、その場合には、従来技
術の一つとして説明した特開昭５１−２７３５８号公報
中に、「側面」の追加について記載されているのと同様
に、位置検出できる光源の範囲を広げたり、あるいは、
位置検出精度を高めたり、各光電変換部の故障を検出し
たりすることが可能となる。

【００７６】また、直角または２７０度に設置した光電
変換素子の対を１つ有することで、１地点からみた光源
の方向（角度）、あるいは、光源の１次元位置座標を検
出することが可能である。例えば、図３に示した光電変
換素子５，６からなる光電変換部だけで位置検出デバイ
スを構成した場合には、ｚ／ｙの値から光の入射角の値
を求めることができ、また、光源７が、常にｙ軸上にあ
るという前提がある場合には、ｚの値を求めることがで
きる。ｙ軸上にある必要はなく、任意の直線上にあると
いう前提がある場合に、この直線上の光源７の１次元位
置を求めることができる。光電変換部を複数設ける場合
には上述したように位置検出精度を高めることなどが可
能である。

【００７７】また、９０度または２７０度に設置した光
電変換素子の対を２つ有することで、光源の２次元位置
座標を検出することが可能である。例えば、図２に示し
た光電変換素子１，光電変換素子２からなる第１の光電
変換部、光電変換素子３、光電変換素子４からなる第２
の光電変換部だけで位置検出デバイスを構成した場合に
は、ｘ−ｙ平面上にある光源７の２次元位置座標の値を
求めることができる。光電変換素子の対を３つ以上有す
る場合には位置検出精度を高めることが可能である。

【００７８】図１７は、本発明の位置検出デバイスを半
導体プロセスによって作製する工程の説明図である。図
１７（Ａ）は、エッチングにより凹凸が形成されたガラ
ス基板の側面図である。図１７（Ｂ）は、光電変換素子
の下部電極，半導体層，上部電極が積層されたガラス基
板の側面図である。図１７（Ｃ）は、光電変換素子の上
部電極と半導体層とがパターニングされたガラス基板の
側面図である。図中、図１と同様な部分には同じ符号を
付して説明を省略する。６１はガラス基板、６２は凹
凸、６３は下部電極、６４は半導体層、６５は上部電極
である。半導体層６４はシリコンフォトダイオード、下
部電極６３はＴａ，Ｔｉ，Ｃｒなど、上部電極４は透明
なＩＴＯである。

【００７９】本発明の位置検出デバイスでは、光電変換
素子をＬ字型に組み合せる必要があるため、あらかじ
め、基板または基板上に形成された膜に加工を施して凹
凸を作製しておくことが望ましい。膜を形成する場合に
は、二酸化シリコンや窒化シリコン膜を用いればよい。
ここでは簡単のため、ガラス基板６１を加工する場合を
示す。基本的には、図４を参照して説明した第２の実施
の形態の光電変換素子１〜４を形成する例を用いて説明
する。光電変換素子の加工時に光電変換素子間にすき間
ができるため、図１０および図１１に示した第４の実施
の形態のように対をなす光電変換素子同士が接していな
い構成になる。

【００８０】図１７（Ａ）において、ガラス基板６１を
エッチングすることによって凹凸６２を作製する。次
に、図１７（Ｂ）において、ガラス基板６１の凹凸６２
に光電変換素子の下部電極６３、半導体層６４、上部電
極６５を積層する。そして、図１７（Ｃ）において、上
部電極６５、半導体層６４と、図示を省略した上部電極
６５の配線のパターニングを行なう。なお、光電変換部
は、規定の９０度または略９０度にして設置する必要が
あるが、製造上完全に９０度にすることができない場合
にも、特に高精度を求めない用途に使用することができ
る。また、光電変換部を２７０度にする場合には、凹凸
６２の上面および側面に光電変換素子を形成すればよ
い。凹凸６２の図示紙面に平行な側面に光電変換素子を
形成することもできる。

【００８１】図示を省略するが、図１７（Ｃ）のように
形成された光電変換部の上に、例えば、液状の合成樹脂
で基板６１および光電変換素子１〜４を覆って固化させ
ることによりポリイミド等の有機膜を形成してもよい。
この有機膜は保護膜となり、さらにその上にフィルタ層
を形成するかまたは貼り付けてもよい。また、有機膜を
着色し赤外光透過フィルタの機能をもたせてもよい。

【００８２】図１８は、本発明の位置検出デバイスにお
ける光電変換部のなす角度が９０度，２７０度以外であ
る場合の説明図である。図中、図３と同様な部分には同
じ符号を付して説明を省略する。図３に示した第１の実
施の形態における第３の光電変換素子を前提として説明
するが、他の光電変換部あるいは、他の実施の形態にお
ける光電変換部についても同様にして位置検出演算が可
能である。

【００８３】図３に示した第１の実施の形態における第
３の光電変換部に対する相違部分は、光電変換素子（Ｐ
Ｄ_3y）６を、ｙ軸上からｚ軸の負の方向に回転し、光電
変換素子（ＰＤ_3y）６と光電変換素子（ＰＤ_3z）５がな
す角度をθ₃ とした点である。θ₃ は、光源７からの光
線により図示のようにθ_3yとθ_3zに分けられる。ここで
は次式が成り立つ。

【００８４】 ｔａｎθ_3z＝ｙ／ｚ …（２１） ｌ_3y／ｌ_3z ＝ｓｉｎ（θ_3y）／ｓｉｎ（θ_3z） ＝ｓｉｎ（θ₃ −θ_3z）／ｓｉｎ（θ_3z） ＝（ｓｉｎ（θ₃ ）ｃｏｓ（θ_3z）−ｃｏｓ（θ₃ ）ｓｉｎ（θ_3z）） ／ｓｉｎ（θ_3z） ＝ｓｉｎ（θ₃ ）／ｔａｎ（θ_3z）−ｃｏｓ（θ₃ ） …（２２） （２２）式を変形してｔａｎ（θ_3z）を求めると、 ｔａｎ（θ_3z）＝ｓｉｎ（θ₃ ）／ （ｌ_3y／ｌ_3z＋ｃｏｓ（θ₃ ）） …（２３） となる。

【００８５】（２３）式を（２１）式に代入すると、次
式のように、求めるｙ／ｚを、ＰＤ対の出力比ｌ_3y／ｌ
_3zと、既知のθ₃ という値で表すことができ、 ｙ／ｚ＝ｓｉｎ（θ₃ ）／（ｌ_3y／ｌ_3z＋ｃｏｓ（θ₃ ）） …（２４） となる。なお、θ₃ が１８０度の場合には、分母および
分子が０となるため位置検出演算ができない。

【００８６】この例では、光電変換素子（ＰＤ_3z）５
は、ｚ軸を含んで設置されているが、光電変換素子（Ｐ
Ｄ_3z）５を、ｚ軸を含まずにｙ軸の正または負の方向に
回転した場合を考える。簡単のため、ＰＤ_3zとＰＤ_3yを
共に反時計回りにθだけ回転させた場合を考える。ここ
で、上述した考え方と同様の考え方を用いるために、回
転後の光電変換素子（ＰＤ_3z）５の方向を新たなｚ軸と
仮定して、同様に（２３）式を用いることで、新たなｚ
軸である光電変換素子（ＰＤ_3z）５の方向に対する光源
７の方向が特定できる。あとは、真のｚ軸から回転した
角度θだけ時計回りに回転させた角度が、求める光源７
の方向である。

【００８７】同様にして、（３）式ないし（５）式，
（１３）式ないし（１５）式を修正することが可能とな
るので、これらを用いて、光電変換部の出力比を求め、
さらに光源７の３次元（ｘ，ｙ，ｚ）座標を求めること
ができる。

【００８８】次に、図１９ないし図２５を参照して、本
発明の位置検出デバイスを用いた位置検出装置の具体例
を説明する。

【００８９】図１９は、本発明の位置検出装置の第１の
具体例の説明図である。図１９（Ａ）は、衝撃センサ，
加速度センサへの応用例を説明する図であり、図１９
（Ｂ）は、衝撃センサ，加速度センサの従来例を説明す
る図である。図中、７１は位置検出デバイス、７２は光
源、７３は支持棒、７４は衝撃センサまたは加速度セン
サ、７５は圧電素子である。この実施の形態は、衝撃セ
ンサまたは加速度センサに代表される片持ちばりを用い
たセンサを、本発明の位置検出装置によってさらに高精
度化した例である。衝撃センサは、物品に取り付けられ
物品の輸送時に衝撃が加わったかどうかを輸送後に検出
するためのバッチとして用いられる。

【００９０】図１９（Ｂ）に示すように、従来の衝撃セ
ンサまたは加速度センサは、圧電素子７５などの積層構
造からなる片持ちばりを用いているために、その検出特
性が片持ちばりの材料や張り合わせの特性に大きく依存
しており、検出特性に極力影響を与えない材料を選択す
るか、または出力の補正が不可欠であった。さらに、圧
電素子７５の積層構造からなる場合には、１次元方向の
衝撃または加速度しか得られなかった。

【００９１】しかし、図１９（Ａ）に示すように、圧電
素子７５等を用いることなく自由な材質の支持棒７３に
よって光源７２を支持し、その位置を位置検出デバイス
７１によって検出することができる。位置検出デバイス
７１と光源７２を先端の小部分に有した支持棒７３とを
ケース７４に収納することにより衝撃センサまたは加速
度センサとなる。光源７２の位置の時間的変化は、ＣＰ
Ｕ等による演算によって算出されるが、ケース７４内に
このような演算手段を内蔵するか、あるいは、外部のパ
ーソナルコンピュータや専用の情報処理装置において演
算することができる。支持棒７３の材質に制限は少な
く、また１次元のみならず２次元方向の衝撃および加速
度を検出することが可能である。

【００９２】位置検出デバイス７１を小さく形成できる
ため、位置検出デバイス７１と光源７２の配置を逆にし
て、位置検出デバイス７１を可動側に取り付けることも
できる。このような逆配置の構成は、後述するいずれの
実施の形態においても同様に可能である。なお、光源７
２としては、自ら発光する発光源に限られず、図示しな
い他の発光源の光を反射する反射板であってもよい。あ
るいは、支持棒７３の先端自体が光を反射する表面を有
していてもよい。これらの反射領域が実質的な光源にな
る。特に、位置検出を行う対象物に光源７２や位置検出
デバイス７１を取り付けることが困難な場合、対象物に
反射領域を設けることによって、反射領域の３次元位置
検出を行なうことが可能となる。反射領域以外の部分は
測定用の光をなるべく反射しないようにすることが望ま
しい。

【００９３】その際、発光源と位置検出デバイス７１を
１つのパッケージに収容し、さらに、プリント基板等へ
実装するために従来のＩＣと同様の外部接続ピンを設け
てもよい。図１７に示したような同一の基板上に少なく
とも１つの光電変換部とともに発光ダイオード等の光源
７２を作製して一体化すればさらに小型化が可能にな
る。

【００９４】また、図１９（Ｂ）の圧電素子７５の先端
に光源７２を設け、光源７２および位置検出デバイス７
１とともに圧電素子７５も用い、衝撃センサまたは加速
度センサとしてもよい。この場合、異なる２つの方法で
衝撃や加速度を検出することができ、両者を補完的に用
いたり、一方で他方の較正をすることができる。

【００９５】図２０は、本発明の位置検出装置の第２の
具体例の説明図である。図２０（Ａ）は光源を感光ドラ
ムの外周面に設けたもの、図２０（Ｂ）は光源を感光ド
ラムの側面に設けたもの、図２０（Ｃ）は光源を感光ド
ラムの回転軸に設けたものの説明図である。図中、図１
９と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。
８１は感光ドラム、８２は回転軸である。この実施の形
態は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真記
録機構への応用例であって、感光ドラム８１の動作測定
などに用いるものである。光源７２としては、発光源を
用いてもよいが、この具体例では、光源７２として反射
領域を用い、図示しない発光源からの拡散光を反射させ
て実質的な光源とする。

【００９６】図２０（Ａ）においては、感光ドラム８１
の感光面上の一小部分に光源７２を設け、感光ドラム８
１とは非接触でこれに近接した位置に位置検出デバイス
７１を設置し、感光ドラム８１が回転して光源７２が位
置検出デバイス７１に近づいた時に光源７２からの光に
よって、光源７２の位置を検出し、その値から感光ドラ
ム８１の角速度，偏心，軸方向のずれ等の３次元の位置
変化情報を演算して測定することができる。

【００９７】光源７２の位置は、図２０（Ｂ）に示され
るように感光ドラム８１の側面の一部分、または、図２
０（Ｃ）に示されるように感光ドラム８１の回転軸８２
の外周面の一部分に設置することもできる。光源７２を
１箇所に設置した場合には、その１箇所での角速度，偏
心，軸方向のずれなどの測定を行うことができるが、光
源７２を多数箇所に設置した場合は、感光ドラム８１の
全体での回転方向の速度，偏心，軸方向のずれを常時測
定することで、より詳細な測定が可能となる。なお、複
数の光源７２を区別する必要があるときは、各光源７２
のパルス周波数を異ならせ、位置検出デバイス７１側
で、パルス周波数を弁別すればよい。

【００９８】光源７２を反射領域とする場合には、反射
板を用いなくても、反射領域の感光ドラム８１または回
転軸８２自体が光を反射する表面を有していてもよい。
反射板を蛍光体に置き換えることもできる。感光ドラム
の全面露光の過程において、蛍光体が露光光源の照射を
受けて発する蛍光を反射光とする。また、図２０（Ａ）
のように、感光ドラム８１の面上に発光源または反射領
域を設置する場合は、感光ドラム８１が反応しない波長
の光を用いる必要がある。

【００９９】図２１は、本発明の位置検出装置の第３の
具体例の説明図である。図中、図２０と同様な部分には
同じ符号を用いて説明を省略する。９１は対象物である
基板、９２はＰＡＤ、９３は検査用プローブである。こ
の実施の形態は、検査用プローブ９３への応用例であっ
て、対象物である基板９１と検査用プローブ９３の相対
位置関係を検出して位置合わせするものである。半導体
のチップまたはウエハを対象物である基板９１とするこ
とができる。

【０１００】対象物である基板９１上には所定の位置に
ワイヤボンディング用等のための金属のＰＡＤ９２と光
源７２が設けられている。光源７２は、位置検出時に載
置してもよいが、対象物である基板上にあらかじめ取り
付けられていてもよい。対象物である基板９１上の光源
７２への電源供給は、可撓性を有するリード線で供給し
てもよいが、電磁波、電磁誘導などにより非接触でエネ
ルギーを供給できる手段を用いて対象物である基板９１
側に供給してもよい。あるいは、小型の電池を対象物で
ある基板９１上に搭載してもよい。

【０１０１】この光源７２の位置を検査用プローブ９３
の先端または近傍に設けた位置検出デバイス７１によっ
て検出し、ＰＡＤ９２と検査用プローブ９３との相対的
な位置、すなわち、水平面上の位置および垂直高さを測
定する。同時に、測定値をフィードバックさせながら相
対位置を図示しない駆動装置によって変え、正確にプロ
ービングを行うことができ、検査用プローブ９３の先端
がＰＡＤ９２を切断してしまうようなことがない。

【０１０２】図２２は、本発明の位置検出装置の第４の
具体例の説明図である。図中、図２０，図２１と同様な
部分には同じ符号を用いて説明を省略する。９４はワイ
ヤボンディング用プローブ、９５はワイヤである。この
実施の形態は、ワイヤボンディング用プローブ９５への
応用例であって、対象物である基板９１とワイヤボンデ
ィング用プローブ９４の相対位置関係を検出し、ワイヤ
ボンディング時の位置合わせを行うものである。

【０１０３】金線などのワイヤ９５が引き出されるワイ
ヤボンディング用プローブ９４の先端または近傍に位置
検出デバイス７１が設けられ、対象物である基板９１上
には所定の位置にＰＡＤ９２と光源７２が設けられてい
る。位置検出デバイス７１によって、ＰＡＤ７２とワイ
ヤボンディング用プローブ９４との相対位置を測定し、
測定値をフィードバックさせながら相対位置を図示しな
い駆動装置によって変え、正確にワイヤボンディングを
行なうことができる。

【０１０４】図２１または図２２においても、光源７２
を複数箇所に設けることもできる。この場合、対象物で
ある基板９１のねじれを検出することができる。光源７
２を反射領域とする場合には、対象物である基板７２上
に比較的光を反射させやすいＰＡＤ９２などの部分を反
射領域とすることも可能である。

【０１０５】なお、類似の応用例として、検査用プロー
ブ９３を一般的な製造ラインにおいても使用される組立
て作業用ロボットの可動アームに置き換えると、可動ア
ームの位置検出および位置制御に用いることができる。
特に、光源７２と光位置検出装置７１の両方が移動して
いる場合においても、相対的な位置を検出することによ
って、正確な組立てが可能となる。

【０１０６】図２３は、本発明の位置検出装置の第５の
具体例の説明図である。図中、図１９と同様な部分には
同じ符号を用いて説明を省略する。１０１，１０２はレ
ンズ、１０３，１０４はレンズ支持体である。この実施
の形態は、複写機、ファックシミリ、プリンタ、カメ
ラ、望遠鏡、光ディスクドライブ等における、レンズ移
動機構への応用例であって、レンズ１０１，１０２、レ
ンズ支持体１０３，１０４または、図示を省略したレン
ズ移動機構の動作測定等に用いるものである。

【０１０７】２枚のレンズ１０１，１０２が、それぞ
れ、レンズ支持体１０３，１０４に取り付けられ、水平
方向に所定間隔で置かれ、それぞれ、レンズ移動機構に
より水平移動し両者の相対位置が変化する。レンズ支持
体１０３，１０４の一小部分に、光源７２を設置し、こ
れらと近接した位置に、それぞれ、位置検出デバイス７
１を設置する。光源７２をレンズ１０１，１０２の端部
に設けることもでき、この場合には光源７２を反射領域
とすると好適である。

【０１０８】レンズ１０１，１０２およびレンズ支持体
１０３，１０４が移動した時に、各光源７２からの光に
より、レンズ支持体１０３，１０４の位置を検出し、そ
の値からレンズ１０１，１０２の位置を測定する。さら
に、位置の時間変化を演算することにより、速度、加速
度等の位置変化に関する３次元の情報を測定することも
できる。これらによって、レンズ１０１，１０２の位置
あるいは位置ずれを定量的に解析することができるの
で、位置ずれなどのトラブルを未然に発見することがで
き、このずれ量をフィードバックすることにより位置ず
れをなくすこともできる。図示を省略したレンズ移動機
構に光源７２を設ければ、レンズ移動機構自体の特定部
分の位置やその位置変化を測定することができる。

【０１０９】また、ズームレンズ機構においてレンズ位
置の検出をすることができる。また、レンズ１０１，１
０２を中心軸に垂直な面内において移動させるレンズ移
動機構においては、レンズ１０１，１０２の各中心軸の
ずれを検出して中心軸を合わせることもできる。なお、
レンズ移動機構は、一方のレンズ側のみに取り付けても
よく、この場合は、本発明を用いてレンズ１０１，１０
２間またはレンズ支持体１０３，１０４間の距離を検出
することができる。

【０１１０】また、本発明の３次元位置検出装置は、一
般的なナビゲーションに関する技術分野にも応用でき
る。例えば、暦本、「インタラクティブソフトウェ
ア」、日本ソフトウェア科学会，ＷＩＳＳ’９５、ｐ．
４９〜５６に記載されているような、簡易なディスプレ
イを保持してビル内を歩く時のナビゲーションにおい
て、壁などに設置した基準の位置標識に対する、本人ま
たはディスプレイの正確な３次元位置を知ることが可能
となる。この場合は、壁に光源を設置して、人が携帯す
るディスプレイなどの物、または、身につける物に光位
置検出装置を設けると好適である。

【０１１１】同様に、組立てラインの自走台車の走行方
向の制御に関しても、本発明の位置検出装置を用いるこ
とによって、床の上に誘導用テープを貼り付けることな
く、自走制御が可能となる。例えば、壁などに設置した
光源と、自走台車に設置した光位置検出装置によって、
自走台車の２次元位置はもちろん、段差がある組立てラ
インにおいても、その上下方向の位置も同時に検出し
て、自走台車の走行方向の制御に用いることが可能とな
る。上述したように、非接触で、位置，速度，加速度な
どの測定ができるので、従来よりも飛躍的に高精度な３
次元での位置測定が可能となる。

【０１１２】図２４は、本発明の位置検出装置の第６の
具体例の説明図である。図中、１１１は３次元位置検出
ユニット、１１２はペン、１１３はディスプレイ、１１
４はキーボード、１１５はデスク、１１６，１１７は仮
想平面である。この具体例は、図１，図４，図７，図１
６等を参照して説明した位置検出デバイスの構成をまと
めて１つの３次元位置検出ユニット１１１とし、ディス
プレィの上に設置したものである。ここでは、８０×４
０×４０ｃｍの空間の３次元位置検出を行なう。

【０１１３】デスク１１５の上には、ディスプレイ１１
３、キーボード１１４などが置かれている。３次元位置
検出ユニット１１１は、小型に構成できるため、例え
ば、ディスプレイ１１３と略同一平面内、具体的には、
その上部に取り付けることができ、デスク１１５上で場
所を取ることなく、ペン１１２と３次元位置検出ユニッ
ト１１１との間に使用者の手がはいって影になることを
避けることが可能である。

【０１１４】図示の例では、デスク１１５上とこれに垂
直な平面上に、それぞれ仮想平面１１６，１１７を設定
している。使用者は、これらの仮想平面１１６，１１７
上で光源を備えたペン１１２を動かすことによって、ポ
インティング、例えば、特定点の指示や、コマンドの入
力、アンダーライン入力、手書きの文字，図形の入力な
どを行なうことができる。３次元位置検出ユニット１１
１は、光源の位置の３次元座標を出力できるから、その
まま３次元座標入力装置としても用いることができる。

【０１１５】使用者は、使い勝手に合わせて、デスク１
１５の上または空間上の入力範囲や仮想平面１１６，１
１７を、８０×４０×４０ｃｍの空間の中で自由に設定
することが可能である。例えば、立体的な物体やツリー
構造等をディスプレイ１１３上に表示して、これをマウ
スではなく、ペン１１２を用いることで自然な入力を行
なうことが可能となる。また、例えば、ディスプレイ１
１３に接する面を仮想平面に設定して、タッチパネルの
ように使ったり、仮想平面１１６をタブレットのように
使ったり、２つのディスプレイ１１３の手前にそれぞれ
仮想平面１１７を設定したりするなど、自由に指示入力
の領域を決めることができる。

【０１１６】３次元位置検出ユニット１１１中には、演
算手段を内蔵する必要は必ずしもない。例えば、図１に
示した光電変換素子１〜６の出力に応じたアナログ出力
をユニット外に設けられた信号処理装置に伝送したり、
あるいは、Ａ／Ｄ変換してディジタル伝送路を通して信
号処理装置または汎用のコンピュータに伝送し、ここで
光源の位置座標を演算したり、直接にカーソル等の表示
位置を指示するデータを出力してもよい。

【０１１７】ペン１１２は、例えば、通常用いられるボ
ールペン等に光源を設けたもので、ペン筺体の先端部、
すなわちペン先に赤外ＬＥＤユニットが取り付けられ
る。この赤外ＬＥＤユニットが環状に配置されている場
合には、ペンの持ち方に影響されずに３次元位置検出ユ
ニット１１１に光を照射することができる。位置検出装
置専用の光源を用いなくてもよい。例えば、ノート型コ
ンピュータの入力手段として使用されている、リモコン
マウス等の赤外線リモコンなどの赤外線通信用の赤外発
光を利用してもよい。この場合、３次元位置検出ユニッ
ト１１１は、光強度変調された赤外光を受光するから、
これを復調すれば、他の情報の入力手段としても機能す
ることができる。

【０１１８】図２５は、本発明の位置検出装置の第７の
具体例の説明図である。図中、図２４と同様な部分には
同じ符号を用いて説明を省略する。１１８はテーブルで
ある。この位置検出システムは、広範囲の３次元位置検
出を行うために、複数個の３次元位置検出ユニット１１
１を設けて、より高精度な位置検出を行なうもので、会
議室への応用例を示す。

【０１１９】この会議室では、正面に大型のディスプレ
イ１１３が設けられ、テーブル１１８に複数の出席者が
着席する。特に、手書き文字を０．１ｍｍという高精度
で検出するために、３個の３次元位置検出ユニット１１
１が、常にペン１１２との距離が３ｍ程度になるような
場所、例えば、天井に取り付けられている。ここでは、
３×３×３ｍの空間の３次元位置検出を行なう。ちなみ
に、ペン１１２と３次元位置検出ユニット１１１の距離
が１０ｍの場合でも、精度は１ｍｍ以上確保できるが、
手書き文字の軌跡の位置検出などを行う場合は、この具
体例のような３個の３次元位置検出ユニット１１１を用
いる方法が有効である。会議の出席者各自の目前に仮想
平面１１７が設定されている。

【０１２０】また、図が複雑になるために図示を省略し
たが、図２３と同様に、複数のディスプレイ１１３を設
けて、各々のポインティング等のために、複数の仮想平
面１１７を設定することも可能である。これらの仮想平
面１１７は、出席者ごとに別の仮想平面１１７を設定す
ることができる。会議の出席者は、ペン１１２で目前の
仮想平面１１７に筆記することによって、その筆記を、
例えば大型のディスプレイ１１３に反映させることがで
きる。

【０１２１】最もペン１１２からの距離が近く、高精度
で位置検出を行える３次元位置検出ユニット１１１を選
ぶために、各３次元位置検出ユニット１１１内の光電変
換素子の少なくとも１つの光電変換出力について、各３
次元位置検出ユニット１１１の間で比較し、光電変換出
力が最大となる３次元位置検出ユニット１１１をアナロ
グまたはディジタル演算により選び、この選択された３
次元位置検出ユニット１１１の出力に基づいて位置検出
演算をし３次元位置を検出する。選択される３次元位置
検出ユニット１１１は１つに限られず、例えば、光電変
換出力の大きい方から２，３を選んで、そこから得られ
た３次元位置の平均値を求めてもよい。同時に、出力の
いずれかが所定の出力以下になった光電変換素子を有す
る３次元位置検出ユニット１１１を選択しないようにす
ることもできる。

【０１２２】また、３次元位置検出ユニット１１１が個
別に位置検出演算をして位置を出力する場合は、各３次
元位置検出ユニット１１１の位置出力を各３次元位置検
出ユニット１１１の間で比較し、ペン１１２との距離が
最も近い３次元位置検出ユニット１１１を選択し、この
選択された３次元位置検出ユニット１１１の位置出力を
最適な位置出力とすることも可能である。

【０１２３】ここで、ペン１１２の向きの変化などによ
って、選択された３次元位置検出ユニット１１１であっ
ても、光電変換素子の出力が小さくなり、光電変換素子
の検出限界に近づくか、これ以下になった場合には、大
型のディスプレイ１１３の表示画面上において、ペン１
１２の位置に対応する位置に表示されていたカーソル等
が、意に反した位置にとどまることになる。そこで、光
電変換素子の出力を常時モニターしておき、これが所定
出力以下となった場合は、ディスプイ１１３上でカーソ
ル等の表示を消すか、表示位置を直前の位置に保持して
異なる色または形状のカーソルを表示したり、特定の所
定位置に表示させる等、表示を変更することによって、
混乱を避けることができる。すなわち、光源の位置を表
示部に表示する位置表示装置において、光電変換素子の
出力が低下している期間において光源の位置の表示を中
止または変更する手段を有することができる。

【０１２４】図２６は、光源の駆動と光電変換素子の出
力との関係を説明する図である。図１５（Ａ）は光源か
ら出力されるパルス光の波形図、図１５（Ｂ）は光電変
換素子出力の波形図、図１５（Ｃ）はオフセット分が除
去された光電変換素子出力の波形図である。図中、１２
１は光パルス、１２２は光電変換素子出力、１２３はオ
フセット電圧が除去された光電変換素子出力である。光
源の駆動および光電変換素子出力の信号処理方法につい
て説明する。

【０１２５】図１等に示した光電変換素子１〜６には、
光源７からの光以外にも、外光、室内照明の蛍光灯、デ
イスプレイからの光などの外乱光も入射する。その結
果、光電変換素子１〜６の出力には、これらの光が光電
変換されたものが成分として含まれる。これに対して、
光源７として赤外光を用いて、光電変換素子１〜６の前
に赤外光透過フィルタを設置することが望ましいが、完
全に外乱光を除去することは困難である。

【０１２６】そこで、図２５（Ａ）に示すように、光パ
ルス１２１を発光するように光源７を駆動すると、光電
変換素子出力１２２が図２５（Ｂ）のように表される。
さらに、この出力には外乱光が含まれるため、基底レベ
ルが変動し、一種のオフセット電圧が発生する。図２５
（Ｃ）に示すように、このオフセット電圧を除去するこ
とにより、オフセット電圧が除去された光電変換素子出
力１２３を得て、これを用いることにより、さらに正確
な位置検出が可能となる。このオフセット電圧除去技術
に関しては、例えば、トランジスタ技術、（１９９０−
８）、ｐ．４７３〜４７６に記載されている例のよう
に、特定の光パルスによる光源の駆動と、サンプルホー
ルド等によるオフセット除去回路を含んだ光電変換素子
の演算回路がある。

【０１２７】

【発明の効果】オフィスのデスク上や会議室において、
ポインティング、手書き入力、およびコマンド入力など
の、指示および入力を行う場合に、マウス、キーボー
ド、またはタブレットやディスプレィの画面をペンでな
ぞるタッチパネルといった、複数のデバイスについて、
操作領域を限定されず、各自で任意に領域を設定して操
作することが可能となる。例えばペンのような簡単なデ
バイスだけを用いて、特定の２次元平面での指示および
入力に限らず、３次元空間での仮想的な平面やディスプ
レイ面や机の上での指示および入力を個人で自由に選択
して、これを行うことができる。また、電話のダイヤル
入力、ＴＶ会議におけるマイクやスピーカおよびカメラ
のリモコン操作など、既成の概念にとらわれない幅広い
操作をペンなどの簡単なデバイスを用いて行うことがで
きる。

【０１２８】特に、情報量が増えたり、遠隔地との通信
を行う機会が増える場合などで、複数の画面を簡単な操
作によって扱ったり、スムーズなコミュニケーションを
行うことが可能となる。また、広範囲に３次元光位置検
出が可能となるため、会議室等においても、従来、プレ
ゼンター以外の人の、発表資料への書き込みや指示が困
難であった状況から、会議室の任意の場所から自由に発
表資料にコメント、質問などを書き加えることが可能と
なり、会議時間の有効利用およびコミュニケーションの
円滑化が実現する。

【０１２９】さらに、一般的な位置検出技術への応用と
して、組立てラインや一般の製品における部品や可動部
分の位置制御、加速度等の物理量の測定、および、人の
動きや自走台車等の動きに位置情報を与えるナビゲーシ
ョン等に関して、簡易な構成で高精度な３次元位置の検
出およびデータ通信が可能となる。また、一般的な３次
元位置検出として、バーチャル・リアリティへの応用も
可能である。

【０１３０】請求項１に記載の発明によれば、光源から
の拡散光を受光する少なくとも１つの光電変換部を有
し、この光電変換部が、第１および第２の光電変換手段
を有し第１，第２の光電変換手段の受光面が１８０度以
外の角度をなして近接配置されたものであることから、
簡素な構成で光源の１次元位置を容易に検出することが
できるという効果がある。光電変換部は１つあればよい
が、その数を増やすことによって、検出精度を高めるこ
となどが可能となる。

【０１３１】請求項２に記載の発明によれば、光源から
の拡散光を受光する少なくとも２つの光電変換部を有
し、この光電変換部が、第１，第２の光電変換手段を有
し第１，第２の光電変換手段の受光面が１８０度以外の
角度をなして近接配置されたものであることから、簡素
な構成で光源の２次元位置を容易に検出することができ
るという効果がある。光電変換部は２つあればよいが、
その数を増やすことによって、検出精度を高めることな
どが可能となる。

【０１３２】請求項３に記載の発明によれば、光源から
の拡散光を受光する少なくとも３つの光電変換部を有し
この光電変換部が、第１，第２の光電変換手段を有し第
１，第２の光電変換手段の受光面が１８０度以外の角度
をなして近接配置されたものであることから、簡素な構
成で光源の３次元位置を容易に検出することができると
いう効果がある。光電変換部は３つあればよいが、その
数を増やすことによって、検出精度を高めることなどが
可能となる。

【０１３３】請求項４に記載の発明によれば、少なくと
も２つの前記光電変換部が、第１または第２の光電変換
手段の一方を共有し、第１または第２の光電変換手段の
他方は互いの受光面が１８０度以外の角度をなして近接
配置されたものであることから、検出に必要とする光電
変換手段の個数を減らすことができるという効果があ
る。

【０１３４】請求項５に記載の発明によれば、角度が、
９０度または２７０度であり、光電変換部ごとにいずれ
かの値が選択されるものであることから、構造上、第１
および第２の光電変換手段の配置が容易になるととも
に、所望の位置検出範囲に応じた配置が可能となる効果
がある。また、第１および第２の光電変換手段の出力を
用いた位置検出演算が容易になるという効果がある。

【０１３５】請求項６に記載の発明によれば、少なくと
も１つの光電変換部が、光源からの拡散光を透過光と反
射光に分ける半透鏡を有し、第１の光電変換手段は前記
透過光を受光し、第２の光電変換手段は前記反射光を受
光することから、一方の光電変換手段の受光面で反射し
た光が、他方の光電変換手段の受光面に入射することを
防止するため、位置検出精度の低下を防止することがで
きるという効果がある。

【０１３６】請求項７に記載の発明によれば、少なくと
も１つの光電変換部には、第１または第２の光電変換手
段の一方の受光面で反射する光が、他方の光電変換手段
の受光面に入射することを防止する遮光手段を有するこ
とから、位置検出精度の低下を防止することができると
いう効果がある。

【０１３７】請求項８に記載の発明によれば、光電変換
部が、凹部または凸部を有する基板を有し、第１，第２
の光電変換手段が、光電変換素子であり凹部または凸部
における交差平面上に形成されたものであることから、
構造上、第１および第２の光電変換手段の位置決めが容
易になるという効果がある。特に、多数の光電変換部を
備える場合に好適であり、また、半導体薄膜形成プロセ
スで、第１および第２の光電変換手段を実現する場合に
好適であるという効果がある。

【０１３８】請求項９に記載の発明によれば、少なくと
も１つの光電変換部の第１または第２の光電変換手段の
表面で反射する光が、他の光電変換部の第１または第２
の光電変換手段に入射することを防止する遮光手段を有
することから、位置検出精度の低下を防止することがで
きるという効果がある。

【０１３９】請求項１０に記載の発明によれば、請求項
１ないし９のいずれか１項に記載の位置検出デバイスを
少なくとも１つ有し、位置検出デバイスにおける光電変
換部の第１および第２の光電変換手段の出力の比に基づ
いて光源の位置を演算する位置演算手段を有することか
ら、位置検出演算において光源の光量の大きさや光量の
変化などの影響を受けないという効果がある。

【０１４０】請求項１１に記載の発明によれば、請求項
１ないし９のいずれか１項に記載の位置検出デバイスを
複数個有し、複数の位置検出デバイスの第１または第２
の光電変換手段の少なくとも一方の出力に基づいて、複
数の位置検出デバイスのうち少なくとも１つの位置検出
デバイスを選択し、選択された位置検出デバイスにおけ
る光電変換部の第１，第２の光電変換手段の出力の比に
基づいて光源の位置を演算する位置演算手段を有するこ
とから、高精度な位置検出演算が可能となる位置検出デ
バイスを選択して位置を検出することが可能となるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置検出デバイスの第１の実施の形
態の斜視図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態のｘ−ｙ平面の断
面図である。

【図３】 本発明の第１の実施の形態のｙ−ｚ平面の断
面図である。

【図４】 本発明の位置検出デバイスの第２の実施の形
態の斜視図である。

【図５】 本発明の位置検出デバイスの第２の実施の形
態のｘ−ｙ平面の断面図である。

【図６】 本発明の位置検出デバイスの第２の実施の形
態のｚ−ｙ平面の断面図である。

【図７】 本発明の位置検出デバイスの第３の実施の形
態の斜視図である。

【図８】 本発明の位置検出デバイスの第３の実施の形
態のｘ−ｙ平面の断面図である。

【図９】 本発明の位置検出デバイスの第３の実施の形
態のｚ−ｙ平面の断面図である。

【図１０】 本発明の位置検出デバイスの第４の実施の
形態のｘ−ｙ平面の断面図である。

【図１１】 本発明の位置検出デバイスの第４の実施の
形態のｚ−ｙ平面の断面図である。

【図１２】 本発明の位置検出デバイスの第５の実施の
形態のｚ−ｙ平面の断面図である。

【図１３】 本発明の位置検出デバイスの第１の実施の
形態の部分的な第１の変形例であり、赤外光透過フィル
タを用いた例の説明図である。

【図１４】 本発明の位置検出デバイスの第１の実施の
形態の部分的な第２の変形例であり、遮光板を設けた例
の説明図である。

【図１５】 本発明の位置検出デバイスの第１の実施の
形態の部分的な第３の変形例であり、半透鏡を設けた例
の説明図である。

【図１６】 本発明の位置検出デバイスの第６の実施の
形態の斜視図である。

【図１７】 本発明の位置検出デバイスを半導体プロセ
スによって作製する工程の説明図である。

【図１８】 本発明の位置検出デバイスにおける１対の
光電変換素子のなす角度が９０度，２７０度以外である
場合の説明図である。

【図１９】 本発明の位置検出装置の第１の具体例の説
明図である。

【図２０】 本発明の位置検出装置の第２の具体例の説
明図である。

【図２１】 本発明の位置検出装置の第３の具体例の説
明図である。

【図２２】 本発明の位置検出装置の第４の具体例の説
明図である。

【図２３】 本発明の位置検出装置の第５の具体例の説
明図である。

【図２４】 本発明の位置検出装置の第６の具体例の説
明図である。

【図２５】 本発明の位置検出装置の第７の具体例の説
明図である。

【図２６】 光源の駆動と光電変換素子の出力との関係
を説明する図である。

【符号の説明】

１〜６，１１〜１６，２１，２２，５１…光電変換素
子、７，７２…光源、３１…平板状赤外光透過フィル
タ、３２…ドーム状赤外光透過フィルタ、４１,４２…
遮光板、４３…半透鏡、６１…ガラス基板、６２…凹
凸、６３…下部電極、６４…半導体層、６５…上部電
極、７１…位置検出デバイス、７３…支持棒、７５…圧
電素子、８１…感光ドラム、８２…回転軸、９１…対象
物である基板、９２…ＰＡＤ、９３…検査用プローブ、
９４…ワイヤボンディング用プローブ、１０１，１０２
…レンズ、１０３，１０４…レンズ支持体、１１１…３
次元位置検出ユニット、１１２…ペン、１１３…ディス
プレイ、１１４…キーボード、１１６，１１７…仮想平
面、１２１…光パルス、１２２…光電変換素子出力、１
２３…オフセット電圧が除去された光電変換素子出力。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの拡散光を受光する少なくとも
   １つの光電変換部を有し、該光電変換部は、第１および
   第２の光電変換手段を有し第１，第２の光電変換手段の
   受光面が１８０度以外の角度をなして近接配置されたも
   のであることを特徴とする前記光源の１次元位置を検出
   する位置検出デバイス。
2. 【請求項２】 光源からの拡散光を受光する少なくとも
   ２つの光電変換部を有し、該光電変換部は、第１，第２
   の光電変換手段を有し第１，第２の光電変換手段の受光
   面が１８０度以外の角度をなして近接配置されたもので
   あることを特徴とする前記光源の２次元位置を検出する
   位置検出デバイス。
3. 【請求項３】 光源からの拡散光を受光する少なくとも
   ３つの光電変換部を有し、該光電変換部は、第１，第２
   の光電変換手段を有し第１，第２の光電変換手段の受光
   面が１８０度以外の角度をなして近接配置されたもので
   あることを特徴とする前記光源の３次元位置を検出する
   位置検出デバイス。
4. 【請求項４】 少なくとも２つの前記光電変換部は、第
   １または第２の光電変換手段の一方を共有し、第１また
   は第２の光電変換手段の他方は互いの受光面が１８０度
   以外の角度をなして近接配置されたものであることを特
   徴とする請求項２ないし３のいずれか１項に記載の位置
   検出デバイス。
5. 【請求項５】 前記角度は、９０度または２７０度であ
   り、前記光電変換部ごとにいずれかの値が選択されるも
   のであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
   １項に記載の位置検出デバイス。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの光電変換部は、光源か
   らの拡散光を透過光と反射光に分ける半透鏡を有し、第
   １の光電変換手段は前記透過光を受光し、第２の光電変
   換手段は前記反射光を受光することを特徴とする請求項
   １ないし５のいずれか１項に記載の位置検出デバイス。
7. 【請求項７】 少なくとも１つの光電変換部には、第１
   または第２の光電変換手段の一方の受光面で反射する光
   が、他方の光電変換手段の受光面に入射することを防止
   する遮光手段を有することを特徴とする請求項１ないし
   ６のいずれか１項に記載の位置検出デバイス。
8. 【請求項８】 前記光電変換部は、凹部または凸部を有
   する基板を有し、第１，第２の光電変換手段は、光電変
   換素子であり前記凹部または凸部における交差平面上に
   形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし
   ７のいずれか１項に記載の位置検出デバイス。
9. 【請求項９】 少なくとも１つの光電変換部の第１また
   は第２の光電変換手段の表面で反射する光が、他の光電
   変換部の第１または第２の光電変換手段に入射すること
   を防止する遮光手段を有することを特徴とする請求項１
   ないし８のいずれか１項に記載の位置検出デバイス。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれか１項に記
    載の位置検出デバイスを少なくとも１つ有し、前記位置
    検出デバイスにおける前記光電変換部の第１および第２
    の光電変換手段の出力の比に基づいて前記光源の位置を
    演算する位置演算手段を有することを特徴とする位置検
    出装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし９のいずれか１項に記
    載の位置検出デバイスを複数個有し、前記複数の位置検
    出デバイスの第１または第２の光電変換手段の少なくと
    も一方の出力に基づいて、複数の前記位置検出デバイス
    のうち少なくとも１つの位置検出デバイスを選択し、選
    択された位置検出デバイスにおける前記光電変換部の第
    １，第２の光電変換手段の出力の比に基づいて前記光源
    の位置を演算する位置演算手段を有することを特徴とす
    る位置検出装置。