JPH052242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、微弱な光を発する光点の位置を精度
よく検出できるようにした高感度・高解像度半導
体位置検出器に関するものである。

［従来の技術］ 本発明者らが先に提案した高精度眼球運動測定
装置（特願昭61−198376号）においては、眼に照
射された光の角膜反射光をテレビ撮像管を用いて
測定し、それによつて眼球運動の測定を行つてい
るが、テレビ撮像管では、原理上1/512以上の分
解能は期待できず、一層高分解能での測定を可能
にすることが望まれている。

また、このような眼球運動の測定ばかりでな
く、各種の測定対象の運動状態、例えば人体の一
部の運動状態を記録する場合に、その部分に発光
ダイオードを取付けて、その光の位置を検出する
ようにしているが、このような位置検出において
も高分解能が要求される場合が少なくない。

かかる要求をみたす高分解能の光点位置計測手
段としては、半導体位置検出素子（PSD：
Position Sensitive Detectors）がある。

この半導体位置検出素子は、その表面に結像す
る電子像や光学像の重心位置に対応する出力が得
られるものであり、高解像度（1/5000以上）で、
応答速度も速く（20μsec以下）、小型、軽量、耐
久性が高いなど、すぐれた特性を持つている。そ
のため、近年では従来から位置計測用に用いられ
てきたテレビ撮像管に代つて用いられるようにな
つてきている。

しかしながら、半導体位置検出素子の感度はテ
レビ撮像管に比べるとかなり落ち、微弱な光の位
置の計測用には適用できない限界を持つている。
例えば、上記眼球運動測定装置においては、眼に
照射された光の角膜反射光を測定するが、その反
射光が非常に微弱なため、それを半導体位置検出
素子によつて測定することは不可能である。

また、従来の半導体位置検出素子を用いる場合
には、感度不足を補うために、測定対象に発光ダ
イオードを貼りつけて、その光の位置を測定して
いたが、半導体位置検出素子が高感度になれば、
銀紙などを貼りつけて計測することが可能にな
り、測定が容易になるばかりでなく、応用範囲も
広くなるものと期待される。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、像の重心位置を検出する高解
像度の半導体位置検出素子の感度を高め、微弱な
光についてもその像の重心位置を検出可能にする
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の高感度・高
解像度半導体位置検出器は、真空管内に、測定対
象からの光が照射される光電面と、その光電面か
らの像の明るさに応じた出力を増幅する電子レン
ズとを備え、且つ上記増幅された出力が直接的ま
たは間接的に照射されることによりその出力の像
の重心位置を検出する半導体位置検出素子を備え
ることにより構成される。

［作用］ 光電面に照射された光は、たとえそれが微弱で
あつても、電気的に増巾されて、半導体位置検出
素子に直接的に、あるいは蛍光面などを介して間
接的に照射され、高解像度の半導体位置検出素子
により光の位置が精度よく、しかも高感度で検出
される。

［実施例］ 本発明の実施例の基本的構成を第１図に示して
いる。この半導体位置検出器は、真空管３内に、
測定対象１から対物レンズ２を通して光が照射さ
れる光電面４と、その光電面４からの像の明るさ
に応じた出力を増幅する手段として、電子レンズ
５を備えている。また、上記電子レンズ５による
結像位置に、その電子像の重心位置を検出する半
導体位置検出素子６を備えている。

従つて、対物レンズ２により光電面４上に測定
対象１の像を結ばせると、光電面４からその像の
明るさに応じた量の光電子が飛び出し、この光電
子の像が電子レンズ５によつて半導体位置検出素
子６の表面に結像される。そして、半導体位置検
出素子６からは、その表面に結像した電子像の重
心位置の座標に相当する出力が得られる。

ここで、光電面４と半導体位置検出素子６との
間に、10数kV程度の電圧をかけておけば、100〜
1000倍程度の感度増巾を容易に得ることができ
る。

なお、半導体位置検出素子は、一般的には、光
点検出に用いるものであるが、原理的にはエネル
ギーを受けて電子を放出するもので、上記電子像
の入力に対しても光入力と同様に機能させること
ができる。

このような構成を有する半導体位置検出器は、
一般的に高い解像度を有する光電面４上の像を電
子レンズ５を用いて半導体位置検出素子６の素子
面に再結像させているだけであり、しかも半導体
位置検出素子は、光や電子の入射エネルギーの重
心位置を出力する素子であるから、半導体位置検
出素子の解像度、応答速度等を損う要因がなく、
極めて高感度の位置検出器を容易に製作すること
ができる。

なお、上記半導体位置検出器の製造に際し、光
電面４を製作する際の加温によつて発生する化学
物質で、封入された半導体位置検出素子６の特性
が劣化するおそれがあるが、上記加温時に半導体
位置検出素子６上に化学物質が直接接触しないよ
うにするシヤツターを封入しておき、製作後にそ
のシヤツターを開いて使用するといつた一般に用
いられている手法により、容易に問題解決をする
ことが可能である。

第２図は、上記問題を別の手段によつて解決し
た本発明の他の実施例を示すものである。

即ち、この実施例においては、上述の製作上の
困難さを緩和するため、第１図の実施例における
半導体位置検出素子６の代りに、真空管７内に化
学物質に対して安定である蛍光面８を封入し、こ
の蛍光面８に半導体位置検出素子９を密着させて
いる。なお、その他の構成は第１図の実施例と代
るところがないので、図中に同一の符号を付して
その説明を省略する。

このような構成の半導体位置検出器において
は、対物レンズ２により光電面４上に測定対象１
の像を結ばせると、光電面４からの光電子の像が
電子レンズ５によつて蛍光面８上に結像し、半導
体位置検出素子９においては、その蛍光面８から
の光の像の重心位置の座標が検出される。

前述した第１図の実施例では、半導体位置検出
素子６において、その表面に結像した電子像から
直接的に像の重心位置を検出するようにしている
が、この第２図の実施例では、半導体検出素子９
が蛍光面８を介して間接的に照射され、蛍光面８
からの光の像の重心位置が検出される。いずれの
実施例によつても所期の目的を達成することがで
きるが、第２図の実施例の場合には、蛍光面８の
解像度を高く保つことと、蛍光面８を介すること
によるゲインの劣化の抑制について配慮すること
が必要である。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の半導体位置検出器によ
れば、像の重心位置を検出する高解像度の半導体
位置検出素子の感度を高め、微弱な光についても
その像の重心位置を容易に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高感度・高解像度半導体
位置検出器の実施例における基本的構成を示す構
成図、第２図は他の実施例の構成図である。 １…測定対象、３，７…真空管、４…光電面、
５…電子レンズ、６，９…半導体位置検出素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空管内に、測定対象からの光が照射される
   光電面と、その光電面からの像の明るさに応じた
   出力を増幅する電子レンズとを備え、且つ上記増
   幅された出力が直接的または間接的に照射される
   ことによりその出力の像の重心位置を検出する半
   導体位置検出素子を備えたことを特徴とする高感
   度・高解像度半導体位置検出器。