JPH085567Y2 - フォトセンサ素子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、フォトセンサ素子に関するものであり、更
に詳しくは、非晶質シリコン系半導体を利用してなるフ
ォトセンサ素子に関するものである。

〔従来の技術〕

ガラスや硬質合成樹脂等でなる透光性絶縁基板上に透
明電極、半導体層、金属電極を積層し、前記半導体層の
発生する電流を利用して被検出物の検出を行うフォトセ
ンサ素子は従来より存在する。

しかし、このようなフォトセンサ素子にあっては、半
導体層として、単結晶シリコン、多結晶シリコンその他
結晶系の半導体層を利用しているために、用途に応じた
任意の形状の素子を得ることが困難であり、コストも高
くなるという問題を内包していた。

例えば、被検出物の表面の状態を検出する場合には、
被検出物の表面にセルフォックレンズ等を用いて発光ダ
イオードの光を照射し、その反射光をフォトセンサ素子
によって受光する。

この時、被検出物表面の白い部分では光の反射は多
く、黒い部分では光が吸収されるので、白い部分に対応
するセンサ部では発生する電流は大きく、黒い部分に対
応するセンサ部では発生する電流が小さくなる為、この
電流を測定することによって、被検出物表面の状態を知
ることができるものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

このようなフォトセンサ素子にあっては、センサ素子
の横方向斜めの位置から発光ダイオードを照射する必要
があるので、絶縁基板上に形成したフォトセンサ素子に
均一に光を照射することが困難であり、高い検出精度を
望むことができなかった。

特に、フォトセンサ素子を分割して、複数個のセンサ
部を形成した時には、各センサ部が受光する光量にばら
つきが生じて、検出誤差が大きくなり、更に各センサ部
に対応して発光ダイオードを複数個用いる場合には、各
発光ダイオードの光量を一定にすることは困難であるた
め、精度のよい検出は望めなかった。

〔課題を解決する為の手段〕

本考案は、上記問題点に鑑みて、透光性絶縁基板上
に、該絶縁基板のみで他の不透明部材を積層していない
非積層部を透光窓とし、該透光窓の周囲に透明電極、非
晶質シリコン系半導体層、金属電極を順次積層した複数
個のセンサ部を形成したフォトセンサ素子であって、 前記フォトセンサ素子が正方形状であり、かつ一辺が
当該フォトセンサ素子の一辺の長さの1/2以下の長さで
なる略正方形状の４個のセンサ部を、正方形状の被検出
パターンにおけるコード化領域に対応した位置関係で形
成するとともに、前記フォトセンサ素子の中央に位置し
て円形の透光窓を配設し、当該透光窓の形状を前記金属
電極によって構成したことを特徴とするフォトセンサ素
子を構成するものである。

この時、透光窓の周囲に位置するセンサ部の透明電極
を共通としたり、透光窓の周囲に位置するセンサ部の金
属電極を共通にしたりできる さらに、透光性絶縁基板上に、透明電極、非晶質シリ
コン系半導体層、金属電極を順次積層した複数個のセン
サ部を形成したフォトセンサ素子であって、 前記フォトセンサ素子が正方形状に形成され、かつ一
辺が当該フォトセンサ素子の一辺の長さの1/2以下の長
さでなる略正方形状の４個のセンサ部を、正方形状の被
検出パターンにおけるコード化領域に対応した位置関係
で形成するとともに、前記フォトセンサ素子の中央に位
置して円形の透光窓を配設し、当該透光窓内に金属電極
によって構成された平面視十字形状の積層部を形成して
なるフォトセンサ素子を構成するものである。

〔作用〕

本考案に係るフォトセンサ素子は、上述のような構成
でなり、当該フォトセンサ素子を被検出物に位置させ、
透光窓の裏面より発光ダイオード等の光を照射し、被検
出物からの反射光を受光したセンサ素子の発生する電流
を測定することによって、被検出物を検出するものであ
る。

この時、透明電極と金属電極のどちらか一方が、共通
電極にされており、独立にされた他方の電極の電流を計
測して、被検出物を容易に検出することができるもので
ある。

例えば、フォトセンサ素子を平面視正方形状に形成
し、一辺がフォトセンサ素子の一辺の長さの1/2以下の
長さでなる略正方形状のセンサ部を４個形成した場合に
は、この４つのセンサ部に対応した４つの部分を１組に
したコード情報を読み取る場合に利用されるものであ
る。

〔実施例〕

本考案の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本考案に係るフォトセンサ素子の実
施例の製作工程説明図、第４図は第３図におけるＡ−Ａ
断面図である。

図中１は、ガラス、硬質合成樹脂等でなる透光性絶縁
基板である。

２は、インジウム−スズ酸化物（以下これをITOと称
す）または二酸化スズ（以下これをSnO₂と称す）等から
なる透明電極であり、300Å〜1000Åの厚さに形成され
るものである。

この透明電極２は、絶縁基板１上に形成されるべき単
または複数個のセンサ部に応じた形状に形成されるもの
で、図例のものは、中央に円形の非積層部である透光窓
３を形成するとともに、４個のセンサ部６に対応するよ
うに分割されており、各センサ部６に対応して電極取り
出し部９が形成されている。

４は、グロー放電分解法によって積層される非晶質シ
リコン形半導体層であり、これは例えば、受光面側から
ｐ型アモルファスシリコンカーバイド、ｉ型アモルファ
スシリコン、ｎ型アモルファスシリコンを積層したPIN
へテロ接合型アモルファスシリコン系半導体層等が利用
され、厚さは約１μｍ程度のもので、やはり４つのセン
サ部６に応じた形状に分割されている。

非晶質シリコン系半導体層４は、pn接合型アモルファ
スシリコン系半導体を利用することも可能であり、この
他にもアモルファスシリコンゲルマニウムを含むもの、
アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイ
ド、アモルファスシリコンゲルマニウム等のマイクロク
リスタル化したものを含むもの等を包含するものであ
る。

５は金属電極であり、この金属電極５はクロム、ニッ
ケル、チタン、アルミニウム等から選択した金属成分を
EB蒸着法等によって形成するもので、1000Å以上の厚さ
で形成されることが好ましいものである。

ここで、金属電極５の形状はフォトエッチング等で形
成され、中央に位置する端縁は透光窓３を形成するもの
であり、図例のものは、この透光窓３の周囲に位置し
て、４個のセンサ部６を形成するものである。

尚、金属電極５の上にエポキシ樹脂、フェノール樹脂
等の高分子保護膜を積層することも可能である。

このようにしたフォトセンサ素子は、第５図に説明用
側面図を示すように、透光性、絶縁基板１を被検出物７
に略密着させ、裏面より透光窓３に位置して、発光ダイ
オード８等の光を照射する。

照射された光は、透光窓３を通過し、被検出物７表面
で反射して再び透光性絶縁基板１を通過し、センサ部６
に入射する。

この時、被検出物７表面の白色部分では光の反射が多
く、黒色部分では光が吸収されるので、白色部分に位置
するセンサ部６では発光する電流が大きく、黒色部分に
位置するセンサ部６では発生する電流が小さい。

よって、金属電極５を共通電極として１つに結線し、
各センサ部６に対応する透明電極２の電極取り出し部９
の電流を測定すれば、被検出物７表面の状態が各センサ
部６に対応して検出できるものである。

このような本考案に係る実施例で検出するものとし
て、情報をコード化したものが用いられ、例えば、第６
図に示すようなコード信号を検出することに用いること
が可能である。この第６図のものは田の字形の被検出パ
ターンであって、田の字の４つの区画領域、すなわちコ
ード化領域における白黒の塗り分けパターンの違いによ
って情報を表すものである。

即ち、このコード化領域の塗り分けパターンとして識
別されるコード信号は、正方形を４分割してできた４つ
のコード化領域を２進数に対応させたものであり、黒く
塗り潰された部分を検出することによって、コード化さ
れた情報を読み取ることができる。

この被検出物７表面に記載されるコードの大きさに対
応して、フォトセンサ素子を構成し、当該フォトセンサ
素子の裏面から、透光窓３に位置して発光ダイオード８
の光を照射すれば、４つのセンサ部６のうち、コードの
黒く塗り潰された部分に位置するものは、発光する電流
が小さく、白い部分に位置するセンサ部は発生する電流
が大きいために、この電流を測定すれば、被検出物７の
表面に記載されているコードを簡単に検出することがで
きるものである。

この時、透光窓３が、フォトエッチング等で形成され
た金属電極５の端縁によって構成されているために、そ
の形状が誤差±10μｍ以下の精度で形成することがで
き、精度よく作成することが可能である。

このことによって、発光ダイオード８の光は各センサ
部６に応じて均一に透光窓を透過し、被検出物７の表面
を均等に照射することが可能となり、各センサ部６の検
出精度を向上させることが可能となるものである。

また、光源としては、１つの発光ダイオード８を利用
して、４つのセンサ部６における検出を行うことができ
るので、それぞれのセンサ部６の受光する光量を一定に
保つことができ、S/N比を向上できるものである。

センサ素子として、非晶質シリコン系半導体層を利用
しているために、任意の形状のセンサ部を形成すること
が容易であり、実施例のように中央に透光窓３を形成す
ることも容易にできるものである。

また、非晶質シリコン系半導体層を用いているために、
結晶系の半導体層に比して、光に対する反応が良好であ
り、特に可視光範囲において良好であるために、検出の
精度の良いフォトセンサ素子を提供することが可能とな
るものである。

第７図〜第９図は、本考案に係るフォトセンサ素子の
第２実施例の製作工程説明用平面図である。

即ち、ガラス等でなる透光性絶縁基板１上に、ITOま
たはSnO₂等でなる透明電極２、非晶質シリコン系半導体
層４及びクロム、ニッケル、チタン、アルミニウム等で
なる金属電極５を積層させて、４つのセンサ部６を形成
するとともに、中央に絶縁基板１のみで他の不透明部材
を積層していない非積層部を透光窓３としている。

第１実施例では金属電極５を共通電極としていたのに
対して、この第２実施例では透明電極２を共通電極とし
ており、透明電極２の隣合うセンサ部６の間に位置する
部分を電極取り出し部９とし、これを共通電極として１
つに結線するものである。

また、金属電極５には、各センサ部６に対応して、電
極取り出し部10が形成されている。

このようにした本考案に係るフォトセンサ素子の第２
実施例にあっては、透明電極２が共通とされているため
に、独立した金属電極５の電極取り出し部10の電流を測
定することによって、被検出物７表面の状態が各センサ
部６に対応して検出できるものである。

この第２実施例においても、第６図に示したコードに
対応させることが可能である。

第10図は、本考案に係るフォトセンサ素子の第３実施
例の説明用平面図である。

即ち、ガラス等でなる透光性絶縁基板１に、透明電極
２、非晶質シリコン系半導体層４及び金属電極５を順次
積層して、平面視正方形状のフォトセンサ素子を形成
し、一辺がフォトセンサ素子の一辺の長さの1/2以下の
長さでなる略正方形状のセンサ部６を４個形成し、前記
フォトセンサ素子の中央に位置して、円形の透光窓３を
形成するようにセンサ部６を切欠するとともに、前記透
光窓３内に金属電極５によって平面視十字形状の積層部
11を形成している。

積層部11は、金属電極５を形成する際に同時に形成す
ることが可能であり、中央の円形部12と該円形部12から
四方に延設された仕切り部13とよりなるものである。

この積層部11は、図示した形状に限定されるものでは
なく、透光窓３をセンサ６に応じて等分するものであれ
ばよい。

このようにした本考案の第３実施例では、透光窓３
が、金属電極５の積層部11によって、センサ部６に対応
した形状に区切られており、センサ部６の境界近傍にお
ける透過光をカットできる為、隣合うセンサ部６同士の
検出誤差を少なくすることができ、よってS/N比を向上
することができるものである。従って、第６図に示すコ
ード信号を精度良く検出することができる。

また、発光ダイオードの中央部分において、光量が強
い為に、光のばらつきを生じるが、金属電極５の積層部
11の中央に位置して十字の交差部に相当する円形部12を
形成しているために、この発光ダイオードの中央部分の
光をカットし、透光窓３における照射光を均一にするこ
とが可能となるものである。

〔考案の効果〕

本考案に係るフォトセンサ素子は、上述のような構成
でなり、非晶質シリコン系半導体層を用いてセンサ素子
を形成しているために、任意の形状のセンサ部を構成す
ることが可能となり、例えば、正方形状に形成したフォ
トセンサ素子を４分割してセンサ部を４つ形成するとと
もに、中央に位置して透光窓を形成して、裏面より発光
ダイオードの光を照射するようなセンサを構成して、こ
れに対応するコード情報を読み取ることに利用すること
が可能となるものである。

また、半導体層の裏面に設けられる金属電極はフォト
エッチングによって形成される為、得られる形状は精度
が高く、各センサ部に対応する透光窓を均一に形成する
ことができるものである。

このことによって、透光窓を透過する光は、各センサ
部に応じて均一に保つことができ、センサ部の検出誤差
を少なくして、S/N比を向上させるものである。

さらに透光窓内に前記保護膜によって構成された平面
視十字形状の積層部を形成することにより、センサ部の
境界近傍における透過光がカットでき、隣合うセンサ部
同士の検出誤差が少なくなってS/N比を向上することが
可能となる。また十字の交差部に相当する部分によって
発光ダイオードの中央部分の光をカットするので、透光
窓における照射光を均一にすることが可能となる。従っ
て、高精度のフォトセンサ素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案に係るフォトセンサ素子の第１
実施例の製作工程説明用平面図、第４図は本考案の第１
実施例の説明用断面図、第５図は本考案の第１実施例の
説明用側面図、第６図は本考案に係るフォトセンサ素子
によって検出するコードの一例を示す説明図、第７図〜
第９図は本考案のフォトセンサ素子の第２実施例の製作
工程説明用平面図、第10図は本考案に係るフォトセンサ
素子の第３実施例の説明用平面図である。 1:透光性絶縁基板、2:透明電極、3:透光窓、4:半導体
層、5:金属電極、6:センサ部、7:被検出物、8:発光ダイ
オード、9:電極取り出し部、10:電極取り出し部、11:積
層部、12:円形部、13:仕切り部。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性絶縁基板上に、該絶縁基板のみで他
   の不透明部材を積層していない非積層部を透光窓とし、
   該透光窓の周囲に透明電極、非晶質シリコン系半導体
   層、金属電極を順次積層した複数個のセンサ部を形成し
   たフォトセンサ素子であって、 前記フォトセンサ素子が正方形状であり、かつ一辺が当
   該フォトセンサ素子の一辺の長さの1/2以下の長さでな
   る略正方形状の４個のセンサ部を、正方形状の被検出パ
   ターンにおけるコード化領域に対応した位置関係で形成
   するとともに、前記フォトセンサ素子の中央に位置して
   円形の透光窓を配設し、当該透光窓の形状を前記金属電
   極によって構成したことを特徴とするフォトセンサ素
   子。
2. 【請求項２】透光窓の周囲に位置するセンサ部の透明電
   極が共通にされてなる実用新案登録請求の範囲第１項記
   載のフォトセンサ素子。
3. 【請求項３】透光窓の周囲に位置するセンサ部の金属電
   極が共通にされてなる実用新案登録請求の範囲第１項記
   載のフォトセンサ素子。
4. 【請求項４】透光性絶縁基板上に、透明電極、非晶質シ
   リコン系半導体層、金属電極を順次積層した複数個のセ
   ンサ部を形成したフォトセンサ素子であって、 前記フォトセンサ素子が正方形状に形成され、かつ一辺
   が当該フォトセンサ素子の一辺の長さの1/2以下の長さ
   でなる略正方形状の４個のセンサ部を、正方形状の被検
   出パターンにおけるコード化領域に対応した位置関係で
   形成するとともに、前記フォトセンサ素子の中央に位置
   して円形の透光窓を配設し、当該透光窓内に金属電極に
   よって構成された平面視十字形状の積層部を形成してな
   るフォトセンサ素子。