JPS63253203A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光源の位置を検出し、その位置を電気的信号
に変換して出力する位置検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、対設する辺に電極を有する半導体装置検出素子を
利用した位置検出装置が存在する。

例えば、第６図に棒状に形成された一次元の位置検出素
子の断面図を示すように、受光面側からｐ型、ｉ型、ｎ
型のシリコンを積層した半導体の両端部に一対の電極Ａ
、Ｂを設ける。

電極Ａから距離Ｘの位置に入射した光は、その入射エネ
ルギーに比例する電流を生成し、それぞれの電極までの
抵抗値に逆比例するように分割されて、電極Ａ、Ｂから
取り出される。

即ち、電極Ａ、Ｂから取り出される電流１ａ、Ｉｂを測
定して、（Ｉａ／Ｉｂ）もしくは、’（Ｉａ−１ｂ）／
　（Ｉａ＋Ｉｂ）の演算を行うことによって、入射位置
の特定を行うことができるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような位置検出装置にあっては、位置を特定する為
の検出回路として、除算回路を含む複雑な演算回路を必
要とするものである。

本発明は、このような問題点に鑑みて、簡単な回路で、
位置の検出を行うことが可能な位置検出装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記本発明の目的を達成する為に、対設する
辺に電極を有し、相対する電極からの出力電流の和が一
定である一次元または二次元の位置検出素子と、該位置
検出素子から導出される出力によって位置を特定する検
出回路と、前記位置検出素子の相対する電極の出力の和
を求める加算回路と、該加算回路の出力と設定値とが入
力される比較回路と、該比較回路により補正された出力
が与えられてなる光源と、からなる位置検出装置を構成
するものである。

〔作用〕

本発明に係る位置検出装置は、上述のような構成からな
り、相対する電極の出力の和が一定値になるように、即
ち、光源に供給される電源が、比較回路によって補正さ
れて、光源による光の入射エネルギーを一定に保ち、相
対する電極のうち一方の出力だけを測定して、光の照射
位置を特定するというものである。

〔実施例〕

本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係る位置検出装置の第１実施例の説
明用ブロック図である。

図中１は、棒状に形成され、長さ方向の両端部に電極Ｘ
１、Ｉ２を有する一次元の位置検出素子である。

この位置検出素子１の電極Ｘ１、Ｉ２より取り出される
出力■１、Ｉ２は、それぞれ増幅器２．３によって増幅
され、加算回路４によりその和が演算される。

５は、加算回路４の出力及び設定値が入力されてなる比
較回路であり、該比較回路５は、加算回路４と設定値と
の差を出力するものである。

７は、比較回路５の出力が与えられることによって、位
置検出素子１に入射される光のエネルギーが一定となる
ように光量が制御されてなる光源である。

この光源７としては、例えば、発光ダイオード（以下こ
れをＬＥＤと称す）等が採用されるものである。

６は、光源７の入射光が位置検出素子１上にないことを
検出する為の比較器であり、比較回路５の出力と基準電
圧とが与えられ、これを比較することによって、光源７
からの入射光が位置検出素子１の受光面上にあるかどう
かの信号を出力するものである。

今、光源７から照射される光が、電極Ｘ１から距離Ｘの
位置に入射した時、この位置で生成した電流は受光面側
に達し、電極Ｘ１、Ｉ２までの抵抗値に逆比例するよう
に分割されて、出力電流！！、Ｉ２が得られる。

この出力は、それぞれ増幅器２．３によって増幅され、
加算器４によって、出力の和が求められる。

ここで、位置検出素子１の表面付近の抵抗が均−であり
、かつ位置検出素子１に入射する光の入射エネルギーが
一定であれば、加算回路４で求められる電極Ｘ１、Ｉ２
の出力の和（Ｉｆ　＋Ｉ２）は一定である。

しかし、光源７と位置検出素子１との距離、光源７から
の入射光の入射角度等によって、位置検出素子１に入射
する光のエネルギーは一定になるとは限らない。

この為、比較回路５に設定値と加算回路４の出力とを入
力し、この値の差をとって、光源７の供給電源に補正値
を与えることによって、光源７から位置検出素子１に入
射する光のエネルギーが一定になるように制御している
。

これから、電極Ｘ１、Ｉ２から得られる出力の和（１１
＋Ｉ２）は、常に一定に保持されることになって、電極
Ｘ１、Ｉ２の出力１１、Ｉ２のうちいずれかの電流値を
測定することで、光の入射位置を特定することが可能に
なるもので、電極Ｘ１から距離Ｘの位置に入射した光は
、出力■２の値を測定することによって、位置Ｘを特定
できるものである。

このようにした本発明の位置検出装置に用いられる位置
検出素子１の一例を第２図によって、断面図を示す。

材質としては、結晶系、アモルファス系等のものが採用
されるが、この例では、受光面側にｐ型のアモルファス
シリコンカーバイド層８、ｉ型アモルファスシリコン層
９、ｎ型アモルファス９９３７層１０を積層したものを
用いている。

１１は、受光面に、背設する面に取付けた共通電極であ
る。

このようにした本発明に係る位置検出装置にあっては、
直線状に形成した位置検出素子１上の一次元の位置を２
つの電極のうち一方だけを測定することによって特定す
ることができ、除算回路等の複雑な回路を必要としない
一次元の位置検出装置を提供することができるとともに
、アモルファスシリコン系の半導体を用いている為に、
コストの低減を図ることができ、また受光面側にアモル
ファスシリコンカーバイド層８を用いている為に、エネ
ルギー変換効率の高いものを得ることが可能である。

第３図は、本発明に係る位置検出装置の第２実施例の説
明図である。

１２は、略正方形の板状に形成された二次元の位置検出
素子であり、この位置検出素子１２の受光面側に相対し
て離間する２つの位置に一対の電極Ｘ１、Ｉ２を有し、
受光面に背設する面には、前記電極Ｘ１、Ｉ２の位置と
交差する方向に一対の電極Ｙ１、Ｉ２を対向配置してな
るものである。

電極Ｘ１、Ｉ２の出力ＩＸ１％ＩＸ２は、増幅器１３．
１４によって増幅され、加算回路１７によって加算演算
されるものである。

この加算回路１７の出力は、比較回路１８に入力されて
、設定値と比較され、光源７から位置検出素子１に入射
する光の入射エネルギーを一定に保持するように、光源
７に供給される電流値を補正する。

今、位置検出素子１２に入射光があった時、この光は、
受光面に背設する面に対設させた電極Ｙ１、Ｉ２から入
射光のあった点に向かって、電流を生成させ、この電流
は半導体内部を通過して、受光面に達し、電極Ｘ１、Ｉ
２に向かって抵抗値に逆比例する値の電流が流入するこ
ととなる。

この時、第１実施例と同様に位置検出素子１２の表面付
近の抵抗が均一であり、かつ位置検出素子１２に入射す
る光の入射エネルギーが一定であれば、加算回路１７に
よって求められる電極Ｘ１、Ｉ２の出力の和（ＩＸ１＋
ｌＸ２）は一定である。

受光面に背設する面に生成した電流の和は、受光面側か
ら流出する電流の和と等しいことは、キルヒホッフの法
則より明白であり、即ち、電極Ｙ１、Ｉ２における電流
の和（ｒｙｔ＋Ｉｙ２）は、電極Ｘ１、Ｉ２における電
流の和（Ｉｘ１＋Ｉｘ２）に等しく、生成電流の和とし
て、どちらか一方のみを考慮しても差し支えない。

しかし、光源７と位置検出素子１２との距離、光源７か
らの入射光の入射角度等によって、位置検出素子１２に
入射する光のエネルギーは一定になるとは限らないもの
である。

その為に、加算回路１７によって求められた電極Ｘ１、
Ｉ２の出力の和（Ｉｘ１＋Ｉｘ２）を、比較回路１８に
よって、設定値である基準電圧と比較して、その差を光
源７に供給することによって、光源７の光量を制御して
、位置検出素子１２に入射する光のエネルギーを一定に
している。

このことによって、電極Ｘ１からの距離ｘ１電極Ｙ２か
らの距離ｙの位置に入射光があった時、電極Ｘ２の出力
電流ＩＸ２及び電極Ｙ１の出力電流１ｙｘを測定するこ
とによって、この入射光の位置を特定することができる
ものである。

位置検出素子１２としては、第１実施例と同様の受光面
側からアモルファスシリコンカーバイドでなるｐ型層、
アモルファスシリコンでなるｉ型層、アモルファスシリ
コンでなるｎ型層を順次積層したものを利用しているが
、単結晶、多結晶、微結晶等のシリコン半導体を利用す
ることも可能であることはいうまでもないことである。

また、形状も正方形に限定されることなく、長方形状に
形成しても同様にして、位置検出を行うことができるも
のである。

本発明に係る位置検出装置の第２実施例は、上述のよう
にしてなり、相対する一対の電極Ｘｌ、Ｉ２から取り出
された出力電流の和（Ｉｘ１＋［Ｉ２）に基づいて、光
源７の光量を制御し、位置検出素子１２に入射する光の
エネルギーを一定値に保ち、除算回路等の複雑な回路を
必要としない二次元の位置検出装置を得ることができる
ものであり、アモルファスシリコン系の半導体でなる位
置検出素子を利用した場合には、第１実施例と同様に安
価で、変換効率のよいものが得られることはいうまでも
ないことである。

第４図は、本発明に係る位置検出装置の第３実施例に用
いられる位置検出素子の説明用平面図である。

即ち、アモルファスシリコン系の半導体層を積層して、
ＰＩＮ接合型の位置検出素子１９を形成するとともに、
この位置検出素子１９を円弧状に構成し、受光面側の両
端部に電極Ｘ１、Ｉ２を設けたものである。

この電極Ｘ１、Ｉ２から得られる出力電流１１、Ｉ２に
よって、光源の光量を制御する回路は、第１実施例の回
路と同様のものを用いることができ、即ち、両電極の出
力の和（Ｉｆ　＋Ｉ２）に基づいて、補正された値の電
源が光源に供給され、位置検出素子１９の受光面に入射
する光の位置を電極Ｘ１、Ｉ２の出力１１、Ｉ２のいず
れか一方を測定することによって、特定するものである
。　　。

この時、入射光の位置は、円弧状に形成した位置検出素
子１９上にあり、例えば、電極Ｘ１からの距離Ｘの位置
に入射した光は、電極Ｘ１からの角度θの関数として考
えられるが、電極Ｘ２からの出力Ｉ２を測定することに
よって、この角度θの関数の値を求めることができ、入
射光の位置は特定することができるものである。

尚、この電極Ｘ１、Ｉ２は、受光面に背設する面の両端
部に設けることも可能であることはいうまでもないこと
である。

この第３実施例にあっては、円周上に位置する点の位置
を検出することが可能となるものであり、位置検出素子
１９の形状をこの他にも、例えば、Ｓ字状、Ｌ字状、Ｕ
字状等、測定する点の集合の形状に沿って、任意のもの
が選択することが可能であり、実施例に限定されるもの
ではない。

第５図は、本発明に係る位置検出装置の第４実施例の説
明用斜視図である。

即ち、円盤状に形成された位置検出素子２０の受光面側
に、電極Ｘ１、Ｉ２を配置し、受光面に背設する面側に
は、電極Ｘ１、Ｉ２と交差する位置に他の電極Ｙ１、Ｉ
２を対設したものである。

この第４実施例においては、第２実施例と同様の回路を
用いて、電極Ｘ１、Ｉ２の出力Ｉｘ１、ＩＸ２の和に基
づいて、光源の光量を制御するもので、このとき電極Ｘ
１、Ｉ２、Ｙｌ、Ｉ２は、それぞれ一点による電極であ
る為、位置検出素子２０に入射した光によって、生成し
た電流は、受光面に背設する面に設けられた電極Ｙ１、
Ｉ２から入射位置に向かって最短距離を選択して流入し
、半導体層を通過して、受光面に到達する。

更に、最短距離を選択して、電極Ｘ１、Ｉ２に到達して
、ここから出力電流が取り出される。

電極Ｘ１、Ｘ２から得られる出力電流ＩＸＩ、ＩＸ２は
、電極Ｘ１、Ｘ２から光の入射位置までの距離に逆比例
するものであり、また電極Ｙ１、Ｙ２から得られる出力
電流Ｉｙ１、Ｉｙ２もまた、電極Ｙ１、Ｙ２から光の入
射位置までの距離に逆比例する為、これら出力電流１ｘ
ｔ、ＩＸ２、■ｙ１、Ｉｙ２は、入射位置から電極Ｘ１
までのＸ方向の距離Ｘ及び入射位置から電極Ｙ２までの
Ｙ方向の距離ｙの関数で表すことができる。

ここで、光源の光量は電極Ｘ１、Ｘ２から得られる出力
の和Ｈｘｓ±ｌＸ２）に基づいて、この出力の和（ＩＸ
Ｉ　＋ｌＸ２）が一定になるように制御されるものであ
るので、Ｙ方向に距離ｙの位置にあっても、これにかか
わりなく、電極Ｘ２からの出力ＩＸ２を測定すれば、Ｘ
方向の距離Ｘは簡単に求めることが可能になるものであ
る。

Ｙ方向についても、電極Ｙ１、Ｙ２の出力の和（Ｉｙｘ
＋Ｉｙ２）は、電極Ｘ１、Ｘ２の出力の和（ＩＸ１＋ｌ
Ｘ２）に等しい為、上述のことば同様であり、光の入射
位置が、電極Ｙ２からＹ方向に距離ｙであれば、この距
離ｙは、電極Ｙ１の出力Ｉｙ１を測定することによって
、容易に求めることができる。

これから、本発明に係る位置検出装置の第４実施例にお
いては、円盤状に構成される点の集合に対して、光の入
射位置を相対する電極のうち、一方の電極の出力を測定
して、位置を特定することが可能である。

ここで利用される位置検出素子２０は、第１〜第３実施
例に用いたと同様のアモルファスシリュン系の半導体で
形成された位置検出素子を利用するものとし、安価で変
換効率の高いものを得ている。

また、形状は図示したものに限定されることなく、例え
ば、半球状の位置検出素子を形成し、その受光面側の側
縁部に１８０度離離間て電極Ｘ１、Ｘ２を対設し、受光
面に背設する面の側縁部に、電極Ｘ１、Ｘ２と９０度離
間させて、電極Ｙ１、Ｙ２を対設することも可能であり
、その他種々の形状のものが考慮されるものである。

〔発明の効果〕

本発明に係る位置検出装置は上述のような構成からなり
、−次元または二次元の位置を検出する際に、除算回路
等の複雑な回路を設けることなく、回路を簡単化するこ
とが可能であり、少なくとも対設する電極の一方の出力
を測定することによって、入射光の位置を特定すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る位置検出装置の第１実施例のブロ
ック図、第２図は本発明に係る位置検出装置の第１実施
例に用いられる位置検出素子の断面図、第３図は本発明
に係る位置検出装置の第２実施例の説明用斜視図、第４
図は本発明に係る位置検出装置の第３実施例に用いられ
る位置検出素子の説明用平面図、第５図は本発明に係る
位置検出装置の第４実施例に用いられる位置検出素子の
説明用斜視図、第６図は従来例の断面図である。 １：位置検出素子、　　２：増幅器、 ３：増幅器、　　　　　４：加算回路、５ｚ比較器、　
　　　　６；比較器、 ７：光源、 ８：ｐ型アモルファスシリコンカーバイド層、９：ｉ型
アモルファスシリコン層、 １０：ｎ型アモルファスシリコン層、 １１：共通電極、 １２：位置検出素子、 １３．１４．１５．１６：増幅器、 １７：加算回路 １８：比較回路、　　　　１９：位置検出素子、２０：
位置検出素子。 第２図 第３図 １ｆ１図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対設する辺に電極を有し、相対する電極からの出力
   電流の和が一定である一次元または二次元の位置検出素
   子と、 該位置検出素子から導出される出力によって位置を特定
   する検出回路と、 前記位置検出素子の相対する電極の出力の和を求める加
   算回路と、 該加算回路の出力と設定値とが入力される比較回路と、 該比較回路により補正された出力が与えられてなる光源
   と、 からなる位置検出装置。 ２）直線または曲線状に構成され、長さ方向の両端部に
   電極を有する一次元の位置検出素子を利用してなる特許
   請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 ３）受光面側に、相対して離間する２つの位置に一対の
   電極を配置し、受光面に背設する面側に、前記２つの位
   置と交差する方向に他の一対の電極を対向配置してなる
   二次元の位置検出素子を利用してなる特許請求の範囲第
   １項記載の位置検出装置。 ４）略正方形の板状に形成され、対設する辺に一対の電
   極と、他の対設する辺に他の一対の電極を有する二次元
   の位置検出素子を利用してなる特許請求の範囲第１項ま
   たは第３項記載の位置検出装置。 ５）位置検出素子が、結晶系またはアモルファスシリコ
   ン系の半導体でなる特許請求の範囲第１項〜第４項記載
   の位置検出装置。 ６）位置検出素子が、少なくとも受光面側がアモルファ
   スシリコンカーバイドでなるアモルファスシリコンのヘ
   テロ接合素子からなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第５項記載の位置検出装置。