JPH04363608A - 二次元光位置検出器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光の入射位置を検出
する二次元光位置検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】今時、高い耐久性、信頼性をもって物体
の直線変位を検出するため、電気的接触を用いる可変抵
抗器を用いた位置センサにかわり、移動体より放射ある
いは移動体で反射、透過される光を抵抗層をそなえた光
位置検出器で受光し、この光位置検出器での受光位置に
より非接触に前記移動体の変位を検出する非接触位置セ
ンサが用いられており、このような物として特開昭６１
−２７１４１３号公報や特開昭６３−３２３０５号公報
のごとく光位置検出器としてアモルファスシリコン半導
体膜を用いるものが提案されている。かかる従来例を以
下に図において説明する。

【０００３】図６（ａ）は従来のアモルファスシリコン
半導体を用いた光位置検出器の概略構成を示し、図６（
ｂ）は、Ｏ−Ｏ′線に沿ったその断面を示し、図７は従
来の光位置検出器を用いた位置センサである。以下、従
来装置を図６及び図７を用いて説明する。

【０００４】図６において、Ａは二次元光位置検出器で
あり、１は基板で、ここでは透明ガラスである場合を示
し、３は基板１上の透明抵抗層で酸化インジウムスズ（
ＩＴＯ）膜あるいは酸化スズ（ＳｎＯ２　）膜をスパッ
タまたは蒸着にて形成したものである。４はアモルファ
スシリコン半導体（以下、ａ−Ｓｉと称す。）光起電力
層でプラズマＣＶＤ法等の蒸着法により透明抵抗層３上
にＰ層、Ｉ層、Ｎ層の順に成膜されＰＩＮ構造の光起電
力層を形成したものである。３は同じくａ−Ｓｉ起電力
層４上に設けられた透明抵抗層で、酸化インジウムスズ
（ＩＴＯ）膜あるいは酸化スズ（ＳｎＯ２　）膜をａ−
Ｓｉ光起電力層４の検出領域の上にスパッタ、または蒸
着にて形成し、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは検出電極で、
Ａｌ等の金属を、検出電極２ａ，２ｂは一方の透明抵抗
層３上に、検出電極２ｃ，２ｄは他方の透明抵抗層３上
に蒸着にて形成した導電層である。

【０００５】次に図７において、７はＬＥＤ等の光源で
あり、ａ−Ｓｉ光起電力層４の受光感度特性より通常可
視光源が用いられ、８はその一部に光を透過させるホー
ル８１を有する二次元移動板で、光源７と光位置検出器
Ａの間に配置されて光位置検出器Ａ上に二次元的に移動
する。また、６は位置検出回路であり、光位置検出器Ａ
の検出電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが各非反転増巾器６
１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの反転入力に接続され、
非反転増巾器６２ｂの出力が位置出力Ｖｙ　として外部
に出力され、一方非反転増巾器６１ａ，６１ｂの出力の
双方が非反転増巾器６３の反転入力に接続され、非反転
増巾器６３の出力は比較増巾器６４の一方の入力に接続
されるとともに、比較増巾器６４の他方の入力に基準電
圧Ｖｒｅｆ　が接続され、比較増巾器６４の出力が前記
光源７に接続される。

【０００６】次に、この従来例の動作につき説明する。 光源７は比較増巾器６４により駆動されて発光し、この
光束の一部は二次元移動板８のホール８１を透過して光
位置検出器Ａに入射する。光位置検出器Ａの入射光は基
板１、一方の透明抵抗層３を透過してａ−Ｓｉ光起電力
層４に到達し、この入射光束により光起電力が発生し、
入射光量に応じた光電流Ｉが発生する。この光電流Ｉは
透明抵抗層３をその両端に設けた検出電極２ａ，２ｂに
分流し、また、透明抵抗層３を両端に設けた検出電極２
ｃ，２ｄから分流する。この時各分流光電流Ｉａ　，Ｉ
ｂ　，Ｉｃ　，Ｉｄ　、検出電極２ａ，２ｂ及び２ｃ，
２ｄ間の長さ（受光長さ）をＬＸ　，ＬＹ　、一方の透
明抵抗層３、他方の透明抵抗層３の全抵抗値Ｒｔｘ，Ｒ
ｔｙ、検出電極２ｂ，２ｄより光入射位置までの距離を
各々ｘ，ｙ、その間の透明抵抗層３の抵抗値Ｒｘ　、透
明抵抗層３の抵抗値Ｒｙ　とすれば、例えばＸ座標のみ
に着目して示すと、その位置ｘは下記数１式で与えられ
る。

【０００７】

【数１】

【０００８】光電流Ｉａ　，Ｉｂ　は各々非反転増巾器
６１ａ，６１ｂで負荷抵抗Ｒで電流電圧変換され、各々
電圧Ｖａ　，Ｖｂとなり、電圧Ｖａ　，Ｖｂ　は非反転
増巾器６３により加算され、加算値（Ｖａ　＋Ｖｂ　）
が所定の基準電圧Ｖｒｅｆ　となるよう比較増巾器６４
により光源７の発光光量が制御される。

【０００９】一方非反転増巾器６１ａの出力は非反転増
巾器６２ａにより所定ゲインＫが与えられて、電圧Ｖｘ
　として出力される。即ち電圧Ｖｘは、下記数２式とな
り、下記数２式より下記数３式が得られる。

【００１０】

【数２】

【００１１】

【数３】

【００１２】上記数３式となって電圧Ｖｘ　は光位置検
出器ＡのＸ−Ｙ座標のＸ方向の入射位置に相当する。同
様にして、電圧Ｖｙ　が光位置検出器ＡのＸ−Ｙ座標の
Ｙ方向の入射位置に相当する。したがって、二次元移動
板８を移動させ、そのホール８１を透過する光位置検出
器Ａへの入射位置を検出することにより、二次元移動板
８のホール８１の位置を知ることができる。なお、抵抗
層は両方透明にする必要はなく、入射表面となる抵抗層
のみを透明にしても良い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
二次元光位置検出器において以下のごとき問題点があっ
た。即ち、透明抵抗層３には光電流Ｉの他に非反転増巾
器６１ａ，６１ｂの入力オフセット電圧ΔＶａ　，ΔＶ
ｂ　の差による誤差電流ΔＩは下記数４式で与えられる
。

【００１４】

【数４】

【００１５】この誤差電流ΔＩが流れるため、実際に非
反転増巾器６１ａ，６１ｂの負荷抵抗を流れる電流Ｉａ
　，Ｉｂ　は入力オフセット電圧の極性、大きさにより
例えば各々（Ｉａ　＋ΔＩ），（Ｉｂ　−ΔＩ）となり
、位置出力Ｖｘ　は下記数５式となって、かかる誤差電
流ΔＩ、オフセット電圧による位置誤差Δｘが生じる。

【００１６】

【数５】

【００１７】ところが、従来の光位置検出器ＡのＸ座標
方向の透明抵抗層３の抵抗値Ｒｔｘは小さいため、光電
流Ｉに対する誤差電流ΔＩの比率が無視できず、位置出
力Ｖｘ　の誤差Δｘが大となり、検出精度が悪いといっ
た問題点があった。この問題点を解決しようとその透明
抵抗層３の厚さを減じて抵抗値Ｒｔ　を大とすると、光
電流Ｉに対する誤差電流ΔＩの比率は小となるがその透
明抵抗層３の膜厚の一様性が損なわれるため、位置検出
誤差は結局同様に大となる。

【００１８】また、透明抵抗層３を細線状抵抗で形成し
て抵抗値Ｒｔｘを上げても同様に誤差電流ΔＩは小とな
る。しかし、ａ−Ｓｉ光起電力層４の光照射領域の内、
光電流に寄与する領域はａ−Ｓｉ光起電力層４と透明抵
抗層３とが重なりあう部分のみとなり、前記重畳面積が
小さい場合には、入射光量に対する光電流Ｉもまた小と
なる。結局光電流Ｉに対する誤差電流ΔＩの比率は同様
に大となり、さらにオフセット電圧に対するＲ（Ｉａ　
＋Ｉｂ　）の比率は逆に小となって、位置検出誤差は大
となる。また、Ｙ座標方向についても同様である。

【００１９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、光入射位置に対する位置検出精度
を向上できる二次元光位置検出器を得ることを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明の二次元光位置
検出器は、光起電力層の上下面に少なくとも一方が透明
抵抗層からなる抵抗層を各々設けた二次元光位置検出器
において、各々の抵抗層が多数の面状抵抗と隣接する面
状抵抗間を接続する細線状抵抗で構成されたパターンか
らなるとともに各々の抵抗層パターンの少なくとも面状
抵抗が上下で一致しているものである。

【００２１】

【作用】この発明の二次元光位置検出器は、光起電力層
に入射した入射光の位置を多数の面状抵抗と隣接する面
状抵抗間を接続する細線状抵抗で構成した各抵抗層を介
して各抵抗層に設けられた検出電極に流入・流出する光
電流により検出する。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の各実施例を図について説明
する。なお、各図中、同一又は相当部分には同符号を付
してある。図１はこの発明の一実施例による二次元光位
置検出器の構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＯ−Ｏ
′線に沿ったその断面を示す断面図である。図２は前記
一実施例による二次元光位置検出器の抵抗層のパターン
例を示す図である。

【００２３】この実施例では、二次元光位置検出器Ａの
基本的構成は従来と同様であるが、その透明抵抗層３が
異なるものである。図１において、まず、例えば透明ガ
ラス等の基板１上に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）ある
いは酸化スズ（ＳｎＯ２　）をスパッタリング等により
数百〜千Åの厚さに成膜して一方の透明抵抗層３を形成
する。

【００２４】次に、この上にプラズマＣＶＤ等の蒸着法
やスパッタリングにて数千Å程度の厚さのａ−Ｓｉ光起
電力層４をＰ層，Ｉ層，Ｎ層の順に一方の透明抵抗層３
の巾より狭い巾で積層する。

【００２５】さらに、ＩＴＯあるいはＳｎＯ２　をスパ
ッタリング等により数百〜千Åの厚さに成膜してａ−Ｓ
ｉ光起電力層４のＰＩＮ層の巾より狭くもう一方の透明
抵抗層３を積層する。最後にＡｌ等の検出電極２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄを各透明抵抗層３の両端に直交するよう
に一対ずつ蒸着等で形成して二次元光位置検出器Ａを製
造する。この時、前記各透明抵抗層３は多数の面状抵抗
３２と隣接する面状抵抗３２間を接続する細線状抵抗３
１で構成され、しかも面状抵抗３２が上下で一致してい
る。

【００２６】図２にも示すように、ａ−Ｓｉ光起電力層
４の上下面に各々設けられた透明抵抗層３は多数の面状
抵抗３２と隣接する面状抵抗３２間を接続する細線状抵
抗３１から構成している。この実施例の場合、面状抵抗
３２は、各面が略同寸法の正方形状をなし、マトリック
ス状に配列され、検出電極２ａ，２ｂ間のＸ座標の面状
抵抗３２は検出電極２ａ，２ｂの対向方向であるＸ軸方
向に各辺の中間部同士を細線状抵抗３１により接続され
、また、検出電極２ｃ，２ｄ間のＹ座標の面状抵抗３２
は検出電極２ｃ，２ｄの対向方向であるＹ軸方向に同様
に細線状抵抗３１により接続されている。また、面状抵
抗３２の内で検出電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに各々隣
接する面状抵抗３２は細線状抵抗３１を介して隣接する
検出電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに各々重畳接続されて
いる。

【００２７】面状抵抗３２間の巾（抵抗が形成されてい
ない部分）は、入射光径より小さく設定するのが分解能
上で有利であるが、通常入射光径は、面状抵抗３２の面
積程度に設定されるため、極端に小とする必要はない。

【００２８】透明抵抗層３の面状抵抗３２と細線状抵抗
３１は次の様にして決定すればよい。即ち、ａ−Ｓｉ光
起電力層４に入射する光束面積をＳ、平均照度をＥ、光
電流変換効率をｋとし、ａ−Ｓｉ光起電力層４に対する
透明抵抗層３の重畳面積比をｍとすれば、平均光電流Ｉ
はＩ＝ｋ・ｍ・Ｓ・Ｅで与えられる。ここで、Ｘ座標の
みに注目してみれば、位置検出回路６における電流電圧
変換器６１ａ，６１ｂのオフセット電圧ΔＶａ　，ΔＶ
ｂ　に対し、前記数５式より平均光電流Ｉが所定の誤差
許容率α（＜＜１）を用いて下記数６式となるよう、即
ち下記数７式となるよう前記重畳面積比ｍを求める。

【００２９】

【数６】

【００３０】

【数７】

【００３１】さらに、上記数４式より透明抵抗層３の全
抵抗値Ｒｔ　が誤差許容差β（＜＜１）を用いて下記数
８式となるよう、即ち前記数５式において、誤差電流Δ
Ｉに対してＩ＞＞ΔＩとなるよう面状抵抗３２及び細線
状抵抗３１の大きさを決定して、全抵抗値Ｒｔ　を調整
する。ただし、Ｙ座標のすくなくとも面状抵抗３２が前
記Ｘ座標の面状抵抗３２と表裏一体即ち上下で一致する
ように形成されている。

【００３２】

【数８】

【００３３】即ち、かかる実施例によれば各透明抵抗層
３の全抵抗層Ｒｔ　を従来の単面状の抵抗層より約１０
〜１００倍程度高い値とすることができ、単に抵抗層を
細線として抵抗値Ｒｔ　を上げた場合と比較し、重畳面
積比ｍを大きくとれるため、入射光量に対する光電流Ｉ
をあまり減少させることなく、誤差電流ΔＩに対する光
電流Ｉの比率を従来の二次元光位置検出器よりも大きく
でき、位置検出精度を大巾に向上できる。

【００３４】図３乃至図５は透明抵抗層３の他の各パタ
ーン例を示している。図３において、各透明抵抗層３は
、各面が略同寸法の正方形状でマトリックス状に配列さ
れた多数の面状抵抗３２と、その対角線上も含めて隣接
する面状抵抗３２間をその角部間で接続する細線状抵抗
３１から構成されている。

【００３５】図４において、図３のパターンの透明抵抗
層３のみを４５°回転させた構成をなしている。

【００３６】図５において、透明抵抗層３は、各面が略
同寸法の六角形状で蜂の巣状に配列された多数の面状抵
抗３２と、隣接する面状抵抗３２間をその隣接する角部
間で接続する細線状抵抗３１で構成されている。この場
合の外周囲の面状抵抗３２も、図４の場合と同様に、検
出電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに各々直接重畳接続され
たり、細線状抵抗３１を介して各々重畳接続されている
。

【００３７】図３乃至図５のパターン例の場合、面状抵
抗３２や細線状抵抗３１はａ−Ｓｉ光起電力層４の上下
で一致するように設けられている。

【００３８】他の実施例として、表面が平滑なエポキシ
、ポリイミド等の不透明樹脂の基板上に順に前記実施例
の透明抵抗層のパターンと同じパターンの抵抗層、ａ−
Ｓｉ光起電力層、前記抵抗層のパターンと前記ａ−Ｓｉ
光起電力層の上下で一致するパターンの透明抵抗層、前
記抵抗層及び前記透明抵抗層の両端に各々直交してなる
各１対の検出電極を積層している。この場合、前記ａ−
Ｓｉ光起電力層は前記抵抗層上にＮ層，Ｉ層，Ｐ層の順
にＰＩＮ構造に成膜される。この実施例においても、図
１の実施例と同等の効果が得られるとともに、前記基板
を樹脂にした場合には基板上に図７に示す二次元光位置
検出器Ａ用の位置検出回路６を実装できる利点がある。 なお前記各実施例において、二次元光位置検出器Ａ等の
動作は、従来例から自明なのでその説明を省略した。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、光起
電力層の上下面に少なくとも一方が透明抵抗層からなる
抵抗層を各々設け、前記抵抗層が多数の面状抵抗と隣接
する前記面状抵抗間を結ぶ細線状抵抗で構成され、各抵
抗層の少なくとも面状抵抗が上下で一致するように構成
したので、前記抵抗層の抵抗値と、前記光起電力層と前
記抵抗層の重畳面積比が共に所定値以上となるよう抵抗
層を設定でき、光入射位置に対する位置検出精度を向上
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る二次元光位置検出器
を示す構成図である。

【図２】前記一実施例の二次元光位置検出器の透明抵抗
層のパターン例を示す図である。

【図３】他の実施例の透明抵抗層のパターン例を示す図
である。

【図４】他の実施例の透明抵抗層のパターン例を示す図
である。

【図５】他の実施例の透明抵抗層のパターン例を示す図
である。

【図６】従来の二次元光位置検出器を示す構成図である
。

【図７】二次元光位置検出器を用いた位置センサの構成
図である。

【符号の説明】 １　　基板 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ　　検出電極 ３　　透明抵抗層 ４　　ａ−Ｓｉ光起電力層（光起電力層）３１　　細線
状抵抗 ３２　　面状抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光起電力層の上下面に少なくとも一方
   が透明抵抗層からなる抵抗層を各々設け、前記抵抗層の
   各々に検出電極を設け、前記透明抵抗層を介して前記光
   起電力層に入射した入射光の位置を前記各検出電極に流
   入・流出する光電流により検出する二次元光位置検出器
   において、前記各々の抵抗層が多数の面状抵抗と隣接す
   る各前記面状抵抗間を接続する細線状抵抗で構成された
   パターンからなるとともに前記各々の抵抗層パターンの
   少なくとも前記面状抵抗が上下で一致している事を特徴
   とする二次元光位置検出器。