JPH054602B2 - - Google Patents

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JPH054602B2
JPH054602B2 JP62089254A JP8925487A JPH054602B2 JP H054602 B2 JPH054602 B2 JP H054602B2 JP 62089254 A JP62089254 A JP 62089254A JP 8925487 A JP8925487 A JP 8925487A JP H054602 B2 JPH054602 B2 JP H054602B2
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JP
Japan
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light
position detection
electrodes
receiving surface
detection element
Prior art date
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JP62089254A
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JPS63253203A (en
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Satoru Murakami
Yoshinori Yamaguchi
Akimine Hayashi
Masataka Kondo
Yoshihisa Oowada
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a position detection device that detects the position of a light source, converts the position into an electrical signal, and outputs the electrical signal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、対設する辺に電極を有する半導体の位置
検出素子を利用した位置検出装置が存在する。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a position detection device that utilizes a semiconductor position detection element having electrodes on opposing sides.

例えば、第3図に略正方形状に形成された2次
元の位置検出素子の斜視図を示す。受光面側から
p型シリコン層31、i型シリコン層32、n型
シリコン層33を形成した半導体30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
A,Bを設け、受光面に背設する面には、前記
A,Bの位置と交差する方向に一対の電極C,D
を対向配置してなるものである。
For example, FIG. 3 shows a perspective view of a two-dimensional position detection element formed in a substantially square shape. A pair of electrodes A and B are provided at two positions spaced apart from each other on the light-receiving surface side of the semiconductor 30 on which a p-type silicon layer 31, an i-type silicon layer 32, and an n-type silicon layer 33 are formed from the light-receiving surface side, A pair of electrodes C and D are arranged on the surface facing the light-receiving surface in a direction intersecting the positions of A and B.
are arranged facing each other.

電極Aから距離x、電極Cから距離y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
流を生成せしめ、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,C,
Dから取り出される。
Light incident at a distance x from electrode A and a distance y from electrode C generates a current proportional to its incident energy, which is divided inversely proportional to the resistance value to each electrode, and is divided into electrodes A, B,C,
taken out from D.

即ち、X座標については、電極A,Bから取り
出される電流Ia,Ibを測定して、(Ia/Ib)もし
くは(Ia−Ib)または、(Ia−Ib/Ia+Ib)の演
算を行うことによつて、入射位置の特定を行い、
Y座標についてもX座標と同様に、電極C,Dか
ら取り出される電流Ic,Idにより演算を行い、入
射位置を特定する。
That is, the X coordinate can be determined by measuring the currents Ia and Ib drawn from electrodes A and B and calculating (Ia/Ib), (Ia-Ib), or (Ia-Ib/Ia+Ib). Then, identify the incident position,
Similarly to the X coordinate, the Y coordinate is also calculated using the currents Ic and Id taken out from the electrodes C and D, and the incident position is specified.

このようにして、X座標、Y座標が特定され、
入射位置の特定を行うことができるものである。
In this way, the X and Y coordinates are specified,
It is possible to specify the incident position.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このような2次元の位置検出装置にあつては、
位置を特定する為の検出回路として、加減除算回
路などの複雑な演算回路を必要とするものであ
る。
In such a two-dimensional position detection device,
As a detection circuit for specifying the position, a complicated arithmetic circuit such as an addition/subtraction/division circuit is required.

本発明は、このような問題点に鑑みて、極めて
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。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of these problems, it is an object of the present invention to provide a position detection device that can detect a position using an extremely simple circuit.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記本発明の目的を達成する為に、
受光面側に、相対して離間する2つの位置に1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1対の電極を対
向配置してなる、2次元の位置検出素子と、該位
置検出素子の、受光面に設けた相対する電極のう
ちの一方と、受光面に背設する面に設けた相対す
る電極のうちの一方とからそれぞれ導出される出
力によつて位置を特定する検出回路と、前記位置
検出素子の、受光面または受光面に背設する面の
いずれか一方の面の相対する電極からの出力の和
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。
In order to achieve the above-mentioned object of the present invention, the present invention has the following features:
A pair of electrodes are arranged on the light-receiving surface side at two positions spaced apart from each other, and another pair of electrodes are arranged facing each other in a direction intersecting the two positions on the surface side facing the light-receiving surface. a two-dimensional position detection element, one of the opposing electrodes provided on the light-receiving surface of the position detection element, and one of the opposing electrodes provided on the surface behind the light-receiving surface; and a detection circuit that specifies the position based on the outputs derived from each, and the sum of the outputs from opposing electrodes on either the light-receiving surface or the surface placed behind the light-receiving surface of the position detection element. A position detection device is constituted by an addition circuit, a comparison circuit into which the output of the addition circuit and a set value are input, and a light source provided with an output corrected by the comparison circuit.

〔作用〕[Effect]

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
較回路によつて補正されて、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。
The position detection device according to the present invention has the above-described configuration, and the power supply supplied to the light source is corrected by the comparison circuit so that the sum of the outputs of the opposing electrodes becomes a constant value. In this method, the incident energy of the light from the light source is kept constant and the output of only one of the opposing electrodes is measured to identify the irradiation position of the light.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明
する。
The details of the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第1図は、本発明に係る位置検出装置の第1実
施例の説明用模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of a position detection device according to the present invention.

12は、略正方形の板状に形成された2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,X2を有し、受光面に背設する面には、
前記電極X1,X2の位置と交差する方向に一対
の電極Y1,Y2を対向配置してなるものであ
る。
12 is a two-dimensional position detection element formed in a substantially square plate shape, and has a pair of electrodes X1 and X2 at two positions spaced apart from each other on the light receiving surface side of this position detection element 12, On the surface behind the light-receiving surface,
A pair of electrodes Y1 and Y2 are arranged facing each other in a direction intersecting the positions of the electrodes X1 and X2.

電極X1,X2の出力Ix1,Ix2は、増幅器1
3,14によつて増幅され、加算回路17によつ
て加算演算されるとともに、増幅器14からの出
力のみにより、X方向の位置が決定される。
The outputs Ix 1 and Ix 2 of the electrodes X1 and X2 are the outputs of the amplifier 1
3 and 14, and an addition operation is performed by an adding circuit 17, and the position in the X direction is determined only by the output from the amplifier 14.

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。
The output of this adder circuit 17 is input to a comparator circuit 18, compared with a set value, and supplied to the light source 7 so as to keep the incident energy of the light incident on the position detection element 1 from the light source 7 constant. Correct the current value.

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。
As this light source 7, for example, a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) or the like is employed.

また、電極Y1,Y2の出力Iy1,Iy2は、増幅
器15,16によつて増幅され、一方の信号、即
ち増幅器15からの出力のみにより、Y方向の位
置が決定される。この場合、増幅器16は特に設
けなくても良い。
Further, the outputs Iy 1 and Iy 2 of the electrodes Y1 and Y2 are amplified by amplifiers 15 and 16, and the position in the Y direction is determined by only one signal, that is, the output from the amplifier 15. In this case, the amplifier 16 does not need to be provided.

今、位置検出素子12に入射光があつた時、こ
の光は、受光面に背設する面に対設させた電極Y
1,Y2から入射光のあつた点に向かつて、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,X2に向かつて抵抗値
に逆比例する値の電流が流入することとなる。
Now, when the incident light hits the position detection element 12, this light is transmitted to the electrode
1. A current is generated from Y2 toward the point where the incident light was, and this current passes through the inside of the semiconductor,
The current reaches the light receiving surface and flows toward the electrodes X1 and X2 with a value inversely proportional to the resistance value.

この時、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
によつて求められる電極X1,X2の出力の和
(Ix1,+Ix2)は一定である。
At this time, if the resistance near the surface of the position detection element 12 is uniform and the incident energy of the light incident on the position detection element 12 is constant, the addition circuit 17
The sum (Ix 1 , +Ix 2 ) of the outputs of electrodes X1 and X2 determined by is constant.

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
ルヒホツフの法則より明白であり、即ち、電極Y
1,Y2における電流の和(Iy1+Iy2)は、電極
X1,X2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。
It is clear from Kirchhoff's law that the sum of the currents generated on the surface behind the light-receiving surface is equal to the sum of the currents flowing out from the light-receiving surface.
The sum of the currents in the electrodes X1 and X2 (Iy 1 +Iy 2 ) is equal to the sum of the currents in the electrodes X1 and X2 (Ix 1 +Ix 2 ), and there is no problem in considering only one of them as the sum of the generated currents.

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つて、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。
However, the distance between the light source 7 and the position detection element 12,
Depending on the incident angle of the incident light from the light source 7, etc., the energy of the light incident on the position detection element 12 is not necessarily constant.

その為に、加算回路17によつて求められた電
極X1,X2の出力の和(Ix1+Ix2)を、比較回
路18によつて、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つて、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。
For this purpose, the sum (Ix 1 + Ix 2 ) of the outputs of the electrodes X1 and X2 determined by the adder circuit 17 is compared with a reference voltage, which is a set value, by the comparator circuit 18, and the difference is calculated. By supplying the light to the light source 7, the amount of light from the light source 7 is controlled to keep the energy of the light incident on the position detection element 12 constant.

このことによつて、電極X1からの距離x、電
極Y2からの距離yの位置に入射光があつた時、
電極X2の出力電流Ix2及び電極Y1の出力電流
Iy1を測定することによつて、この入射光の位置
を特定することができるものである。
Due to this, when the incident light hits a position at a distance x from the electrode X1 and a distance y from the electrode Y2,
Output current Ix 2 of electrode X2 and output current of electrode Y1
By measuring Iy 1 , the position of this incident light can be specified.

上述の例では、光源7の光量を制御するため
に、電極X1,X2の出力の和(Ix1+Ix2)を用
いたが、電極Y1,Y2の出力の和(Iy1+Iy2
を用いてもよい。
In the above example, in order to control the light intensity of the light source 7, the sum of the outputs of the electrodes X1 and X2 (Ix 1 + Ix 2 ) was used, but the sum of the outputs of the electrodes Y1 and Y2 (Iy 1 + Iy 2 )
may also be used.

位置検出素子12としては、受光面側からアモ
ルフアスシリコンカーバイドでなるp型層、アモ
ルフアスシリコンでなるi型層、アモルフアスシ
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。
As the position detection element 12, a p-type layer made of amorphous silicon carbide, an i-type layer made of amorphous silicon, and an n-type layer made of amorphous silicon are laminated in order from the light-receiving surface side. It goes without saying that it is also possible to use silicon semiconductors such as single crystal, polycrystal, and microcrystal.

また、形状も正方形に制限されることなく、長
方形に形成にしても同様にして、位置検出を行う
ことができるものである。
Further, the shape is not limited to a square, and even if the shape is rectangular, position detection can be performed in the same manner.

本発明に係る位置検出装置の第1実施例は、上
述のようにしてなり、相対する一対の電極X1,
X2から取り出された出力電流の和(Ix1+Ix2
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、除算回路などの複雑な回路を必要としない2
次元の位置検出装置を得ることができるものであ
り、アモルフア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、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。
The first embodiment of the position detection device according to the present invention is constructed as described above, and includes a pair of opposing electrodes X1,
Sum of output current taken out from X2 (Ix 1 + Ix 2 )
The light intensity of the light source 7 is controlled based on , and the energy of the light incident on the position detection element 12 is kept at a constant value, eliminating the need for a complicated circuit such as a division circuit.
It is possible to obtain a dimensional position detection device, and it goes without saying that if a position detection element made of an amorphous silicon semiconductor is used, a device with high conversion efficiency can be obtained at low cost. be.

第2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である。
FIG. 2 is an explanatory perspective view of a second embodiment of the position detection device according to the present invention.

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,X2を配置し、受光面に
背設する面側には、電極X1,X2と交差する位
置に他の電極Y1,Y2を対設したものである。
That is, electrodes X1 and X2 are arranged on the light-receiving surface side of the position detection element 20 formed in a disk shape, and another electrode Y1 is arranged on the surface side facing back to the light-receiving surface at a position intersecting with the electrodes X1 and X2. , Y2.

この第2実施例においては、第1実施例と同様
の回路を用いて、電極X1,X2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X1,X2,Y1,Y2は、それぞ
れ一点による電極である為、位置検出素子20に
入射した光によつて、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,Y2から入射
位置に向かつ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。
In this second embodiment, the outputs Ix 1 and Ix 2 of the electrodes X1 and X2 are
It controls the light intensity of the light source based on the sum of
At this time, since the electrodes X1, X2, Y1, and Y2 are each electrodes at one point, the current generated by the light incident on the position detection element 20 is transferred to the electrode Y1 provided on the surface facing back to the light receiving surface. , Y2 toward the incident position by selecting the shortest distance, passes through the semiconductor layer, and reaches the light-receiving surface.

更に、最短距離を選択して、電極X1,X2に
到達して、ここから出力電流が取り出される。
Furthermore, the shortest distance is selected to reach the electrodes X1 and X2, from which the output current is extracted.

電極X1,X2から得られる出力電流Ix1,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Ix1,Ix2,Iy1,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
示すことができる。
Output currents Ix 1 and Ix 2 obtained from electrodes X1 and X2
is inversely proportional to the distance from the electrodes X1, X2 to the light incident position, and the output currents Iy 1 , Iy 2 obtained from the electrodes Y1, Y2 are also
Since these output currents Ix 1 , Ix 2 , Iy 1 , and Iy 2 are inversely proportional to the distance from Y2 to the light incident position, the output currents Ix 1 , Ix 2 , Iy 1 , and Iy 2 are determined by the distance x in the X direction from the incident position to electrode can be expressed as a function of the distance y in the Y direction.

ここで、光源の光量は電極X1,X2から得ら
れる出力の和(Ix1+Ix2)に基づいて、この出力
の和(Ix1+Ix2)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の位置にあつて
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。
Here, the amount of light from the light source is controlled based on the sum of the outputs (Ix 1 + Ix 2 ) obtained from the electrodes X1 and X2 so that the sum of the outputs (Ix 1 +Ix 2 ) remains constant. , regardless of the distance y in the Y direction, the output from electrode X2
If Ix 2 is measured, the distance x in the X direction can be easily determined.

Y方向についても、電極Y1,Y2の出力の和
(Iy1+Iy2)は、電極X1,X2の出力の和(Ix1
+Ix2)に等しい為、上述のことは同様であり、
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
定することによつて、容易に求めることができ
る。
Also in the Y direction, the sum of the outputs of electrodes Y1 and Y2 (Iy 1 +Iy 2 ) is the sum of the outputs of electrodes X1 and X2 (Ix 1
+Ix 2 ), so the above is the same,
If the incident position of the light is a distance y in the Y direction from the electrode Y2, this distance y can be easily determined by measuring the output Iy 1 of the electrode Y1.

これから、本発明に係る位置検出装置の第2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、位置を特定することが
可能である。
From now on, in the second embodiment of the position detection device according to the present invention, the output of one of the electrodes facing the light incident position with respect to a set of points configured in a disk shape is measured, It is possible to specify the location.

ここで利用される位置検出素子20は、第1実
施例に用いたと同様のアモルフアスシリコン系の
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。
The position detecting element 20 used here is a position detecting element formed of an amorphous silicon semiconductor similar to that used in the first embodiment, and is inexpensive and has high conversion efficiency. .

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度離間して電極X1,X
2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。
Further, the shape is not limited to that shown in the drawings, and for example, a hemispherical position detection element may be formed, and the electrodes X1, X
The electrodes Y1 and Y2 are arranged opposite to each other, and are spaced 90 degrees apart from the electrodes X1 and X2 on the side edge of the surface that is behind the light receiving surface.
It is also possible to arrange them oppositely, and various other shapes are also considered.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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、2次元の位置を検出する際に、除算回
路や減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、対設する電
極の一方の出力だけを測定することによつて、入
射光の位置を特定することができ、従来技術に比
べ、極めて安価な位置検出装置を提供することが
できる。
The position detection device according to the present invention has the above-described configuration, and when detecting a two-dimensional position, it does not require complicated circuits such as a division circuit or a subtraction circuit.
It is possible to simplify the circuit, and it is possible to specify the position of incident light by measuring only the output of one of the opposing electrodes, making it an extremely inexpensive position detection device compared to conventional technology. can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかかる位置検出装置の第1実
施例の説明用模式図、第2図は本発明にかかる位
置検出装置の第2実施例に用いられる位置検出素
子の説明用斜視図、第3図は従来例の斜視図であ
る。 12……位置検出素子、13,14,15,1
6……増幅器、17……加算回路、18……比較
回路、20……位置検出素子、30……位置検出
素子、31……p型半導体層、32……i型半導
体層、33……n型半導体層、X1,X2,Y
1,Y2……電極、A,B,C,D……電極。
FIG. 1 is an explanatory schematic diagram of a first embodiment of the position detection device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory perspective view of a position detection element used in the second embodiment of the position detection device according to the present invention, FIG. 3 is a perspective view of a conventional example. 12...Position detection element, 13, 14, 15, 1
6...Amplifier, 17...Addition circuit, 18...Comparison circuit, 20...Position detection element, 30...Position detection element, 31...P type semiconductor layer, 32...I type semiconductor layer, 33... n-type semiconductor layer, X1, X2, Y
1, Y2... Electrode, A, B, C, D... Electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 受光面側に、相対して離間する2つの位置に
1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1対の電極
を対向配置してなる、2次元の位置検出素子と、 該位置検出素子の、受光面に設けた相対する電
極のうちの一方と、受光面に背設する面に設けた
相対する電極のうちの一方とからそれぞれ導出さ
れる出力によつて位置を特定する検出回路と、 前記位置検出素子の、受光面または受光面に背
設する面のいずれか一方の面の相対する電極から
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 位置検出素子が、結晶系またはアモルフアス
シリコン系の半導体でなる特許請求の範囲第1項
記載の位置検出装置。 3 位置検出素子が、少なくとも受光面側がアル
モフアスシリコンカーバイドでなるアモルフアス
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2項記載の位置検
出装置。
[Claims] 1. A pair of electrodes are arranged at two mutually spaced positions on the light-receiving surface side, and a pair of electrodes are arranged on the surface side facing back to the light-receiving surface.
a two-dimensional position detection element having another pair of electrodes arranged oppositely in a direction intersecting the two positions; one of the opposing electrodes provided on the light receiving surface of the position detection element; a detection circuit that specifies a position based on outputs derived from one of opposing electrodes provided on a surface located behind the light-receiving surface; and a detection circuit located behind the light-receiving surface or the light-receiving surface of the position detection element. an adder circuit that calculates the sum of outputs from opposing electrodes on one of the surfaces; a comparator circuit to which the output of the adder circuit and a set value are input; and an output corrected by the comparator circuit. A light source consisting of , and a position detection device consisting of . 2. The position detection device according to claim 1, wherein the position detection element is made of a crystalline or amorphous silicon semiconductor. 3. The position detecting device according to claim 1 or 2, wherein the position detecting element is an amorphous silicon heterojunction element in which at least the light-receiving surface side is made of amorphous silicon carbide.
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