JPH085568Y2 - 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、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は困難であり、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が大きく、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ため、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が困難であるた
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、金属電極及び高分子材料でな
る保護膜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保護
膜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
を共通にしたり、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、金属電極及び高分子材料でなる保護膜
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する部分によって構成さ
れる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４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図、第５図は第４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
てなるものである。

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７に対応するよ
うに分割されており、各センサ部７に対応して電極取り
出し部６が形成されている。

４は、グロー放電分解法等で積層される非晶質シリコ
ン系半導体層であり、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程度のものである。

非晶質シリコン系半導体層４は、この他にもpn接合型
アモルファスシリコン系半導体層を利用するのも可能
で、更に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されるもので、1000Å以上の
厚さに形成されることが好ましいものである。

８は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の高分子材料
でなる保護膜であり、スクリーン印刷等によって形成さ
れるもので、厚さは10μｍ〜20μｍ程度のものである。

なお、フォトレジストを所定の形状に形成して、保護膜
８とすることも可能である。

ここで保護膜８の端縁は透光窓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７を形成するものである。

このようにした本考案のフォトセンサ素子の実施例
は、第６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９に略密着させ、透光窓３に位置して裏
面より発生ダイオード10等の光を照射する。

照射された光は、透光窓３を透過し、被検出物９表面
で反射して再び透光性絶縁基板１を透過し、センサ部７
に入射する。

この時、被検出物９の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７では発生する電流が大きく、黒色部分
に位置するセンサ部７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７に対応する透明電極２の電極取り出し部６
の電流を測定すれば、被検出物９表面の状態が各センサ
部７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７
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７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
別できるコード信号は、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９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10
の光を照射すれば、４つのセンサ部７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、発生する電流
が小さく、白い部分に位置するもの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９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が保護膜８の端縁によって形成され
ており、発光ダイオード10の光を透光窓３に均等に透過
することができるので、各センサ部７に対して均一の光
を照射でき、検出精度を向上させることが可能となる。

また、当該フォトセンサ素子のセンサ部７裏面を保護
膜８で保護しているために、非晶質シリコン系半導体層
を利用したセンサ素子の劣化を防止することができ、耐
久性のあるフォトセンサ素子を提供することができる。

光源としては、１つの発光ダイオード10を利用して、
４つのセンサ部７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７の受光する光量を一定に保つ
ことができ、S/N比を向上させることができる。

また、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
ることができ、実施例のように中央に透光窓３を形成す
ることも容易である。

更に、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反応が良好であるため
に、検出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８図〜第11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、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及びエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の高
分子材料でなる保護膜８を積層させて、４つのセンサ部
７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として形
成している。

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７の間に位置する
部分を電極取り出し部６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７に対応して、電
極取り出し部11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が共通にされているため
に、独立した金属電極５の電極取り出し部11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７図に示すようなコー
ド信号に対応させることが可能である。

第12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、金属電極５及び高分
子材料等でなる保護膜８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以下の長さである略正方形状のセン
サ部７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７を
切欠するとともに、前記透光窓３内に平面視十字形状の
積層部12を保護膜８によって形成している。

積層部12は、保護膜８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13と該円形部13から四
方に延設された仕切り部14とよりなるものである。

尚、この積層部12は、図示した形状に限定されるもの
ではなく、透光窓３をセンサ部７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、保護膜８の積層部12によって、センサ部７に対応し
た形状に区切られており、センサ部７の境界近傍におけ
る透過光をカットすることによって、隣合うセンサ部７
同士の検出誤差を少なくすることが可能となるものであ
り、よってS/N比を向上することが可能となるものであ
る。従って、第７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ける光量が強い
ために光のばらつきを生じるが、保護膜８の積層部12の
中央に位置して十字の交差部に相当する円形部13を形成
しているため、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。

更に、当該フォトセンサ素子のセンサ部の裏面に、耐
蝕性のよい高分子材料でなる保護膜８を形成しているた
めに、非晶質シリコン系半導体層を利用してなるセンサ
素子の耐久性を高め、寿命の長いフォトセンサ素子を提
供できる。

〔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素子を構成する
ことによって、この形状に対応するコード信号を検出す
ることを可能にするものである。

また、各センサ部の裏面に設けられる高分子保護膜に
よって、透光窓が形成されているために、各センサ部に
応じて、均一に照射光を当てることが可能となり、セン
サ部の検出誤差を少なくして、S/N比を向上させること
が可能となるものである。

保護膜としては、耐蝕性のよい高分子材料を利用して
いいるため、センサ素子の劣化を防止し、また、スクリ
ーン印刷で形成できるため、透光窓の形状を容易に作成
することが可能となるものである。

また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。さらに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４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５図は第４図のＡ−
Ａ断面図、第６図は第１実施例の説明用側面図、第７図
は本考案に係るフォトセンサ素子が検出するコード信号
の説明図、第８図〜第11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、第12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:電極取り出し部、7:センサ部、8:保
護膜、9:被検出物、10:発光ダイオード、11:電極取り出
し部、12積層部、13:円形部、14: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、金属電極及び高分子材料でなる保護膜を順次積層し
   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保護膜
   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、金属電極及び高分子材料でなる保護
   膜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して
   なるフォトセンサ素子。