JPH09236406A - 位置検出デバイスおよび位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型の位置検出デバイスおよび位置検出装
置、位置変化検出装置を提供する。 【解決手段】 下部電極２、光電変換半導体層３、上部
透明電極４からなる光電変換素子が、薄膜遮光層６によ
り図示しない光源の位置に応じて光の一部が遮光される
位置に設置される位置検出デバイスである。基板１上に
は、下部電極２、長方形状の光電変換半導体層３、上部
透明電極４が積層され、さらに、上部透明電極４上を含
め、第１の透光層５が平坦に積層され、この第１の透光
層５上に長方形状の薄膜遮光層６が部分的に積層され、
残りの第１の透光層５の領域および薄膜遮光層６上に第
２の透光層７が平坦に積層され、最後にフィルタ層８が
積層されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出デバイス
およびその製造方法、位置検出装置、位置変化検出装置
に関するものである。例えば、機械部品や身体の部位の
運動解析、組立て工程などにおいて、一般に広く利用す
ることができ、特に、微小な対象物に対する３次元の絶
対位置，相対位置の検出に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の対象物の位置検出技術において
は、位置検出に対して過剰な性能とコストを必要とする
か、または、厳密な微調整を必要とする部品，装置類を
用いているのが現状である。例えば、従来、特開昭６０
−６０５０２号公報や特開昭６３−２３８５１０号公報
に記載されているように、カメラを複数台用いるものが
ある。しかし、カメラは、本来、画像を全て入力するた
めの装置であるにもかかわらず、単に発光領域を検出す
るためだけに用いているため、余計なコストが必要であ
るばかりでなく、画像処理による発光領域の抽出という
複雑な画像処理過程まで必要となる。

【０００３】特開平３−１９６３２６号公報に記載され
ているように、レンズと２分割ピンフォトダイオードを
用いるものもある。レンズについては、その構造上、焦
点を有するため、その焦点からはずれた距離にある発光
領域については、正確な３次元位置を検出することが困
難であり、収差の補正のための補正回路またはビットマ
ップ等が必要不可欠となる。もし、ズームレンズを用い
て正確な３次元位置を知ろうとすれば、位置検出時に焦
点合わせのための部品と焦点合わせの過程が必要とな
る。

【０００４】特開平３−１５０６２３号公報等に記載さ
れているように、複数の２次元ＰＳＤとピンホールを用
いて３次元空間で位置検出または形状測定をするものが
ある。ピンホールは、直進性の良好な光学部品として位
置づけられるが、通過する光量の絶対量が小さくなるた
め、原理的に光量を十分にとれず光源の出力または光電
変換素子の出力での増幅に負担がかかる。

【０００５】特開昭５４−１１６２５８号公報に記載さ
れているように、複数の１次元ＣＣＤを互いに直交方向
に対向させるものがあるが、１次元ＣＣＤを配置する位
置が限られてしまうため、検出装置の小型化および低コ
スト化が困難である。

【０００６】特開平６−４２９１９号公報に記載されて
いるように、ＰＳＤと遮光手段を用るものがある。ＰＳ
Ｄは、発光領域検出に適するが、２〜４個の各端子から
誤差のない正確な電流値を得るためには、均一性の高い
薄膜を得る必要がある。そのため、製造工程での歩留り
が低くなり、コストアップに大きく影響を与えているの
で、簡易なデバイスでの代替が求められている。さら
に、正確な電流値を得るためには、照射される光量を大
きくとる必要があり、特に光量を多く取れないピンホー
ルと組み合せた場合は非常に不利な状況となる。

【０００７】近年、微細加工技術が発展するにつれて、
微小な部品の可動技術や搬送技術の開発が盛んに進めら
れている。可動部分や搬送部分が微小になるほど、これ
らの３次元位置合わせの精度向上が重要かつ解決困難な
課題となってきている。特に、高精度で小型の３次元位
置検出センサの開発と、これを微小な部品に取り付ける
技術の開発が不十分であるため、従来においては、機械
精度のみによって位置合わせを行うか、微少な部品の有
無を知るだけのセンサを用いるか、または、顕微鏡を用
いて目視で位置を確認しているのが現状である。このた
め、正確な３次元位置をリアルタイムで測定し、可動部
にフィードバックすることもできる位置検出デバイスお
よび位置検出装置が望まれている。

【０００８】例えば、シリコンウェハ上の特定の位置に
プローブを接触させる場合においては、予め接触させる
点の座標を入力しておくか、または、プローブから離れ
た場所にある位置合わせ用マークをカメラで撮影し画像
解析を行うなど、プローブや電極の実際の位置情報のフ
ィードバックなしで接触させているのが現状である。こ
のため、作製するデバイスが微細に加工されるほど、接
触させる電極面積も微小になるため、接触時の位置合わ
せが困難になり、平面上の位置合わせや接触の深さのず
れによる、見かけ上の歩留り低下に加えてデバイス自体
を傷つけてしまい歩留り低下が顕著になってくる。これ
を防ぐためには、現状では作業者が顕微鏡で確認し位置
合わせの誤差をオフセット量として入力するしかない。

【０００９】また、３次元の微小な移動を行う場合に
は、マイクロメーターを３個組み合せる方法が一般的で
あるが、その移動量を他の手段で確認することは困難で
あり、また、バックラッシュも存在するため、真の移動
量を求めることができない。

【００１０】更に、位置検出の応用技術としての、身体
の微小な部位の３次元の運動解析に関しても、従来で
は、小型の３次元位置検出装置が存在しなかったため、
対象物である人体の一部にＬＥＤの付いた棒を装着し
て、微小な動きを拡大した上で、この光点の位置を２台
以上のＣＣＤカメラを用いて撮像し解析するという手法
が取られており、非装着時の本来の運動を再現させるこ
とが困難であり、かつ、装置の大型化が避けられなかっ
た。

【００１１】例えば、堀田著，「人間工学」，３１
（２），ｐｐ．１０５に記載されているような、手など
の３次元運動や下顎運動の治療時の解析においては、人
体の各所に印をつけてカメラでこの運動を録画し、後で
解析する手法を用いたり、林，「映像情報」（Ｍ），１
９９４−１１，ｐｐ．１３１７、および、特開昭５４−
１１６２５８号公報などに記載されているような、歯に
フェイスボウと呼ばれる棒と数個のＬＥＤを接着した上
で、６台のカメラでこの運動を検出するという大がかり
な装置を必要としている。

【００１２】一方、３次元の位置検出技術として、商品
名「ＦＡＳＴＲＡＫ」（日商エレクトロニクス）、商品
名「３Ｄ ＭＯＵＳＥ」（旭エレクトロニクス）などが
商品として発売されている。商品名「ＦＡＳＴＲＡＫ」
は、磁場を用いるものであり、測定範囲が３ｍ程度と広
範囲であるが、測定範囲およびその２倍程度の距離内に
磁性体が存在する場合には、磁場が歪められ、補正不可
能な誤差が残るため、測定条件が限定される。商品名
「３Ｄ ＭＯＵＳＥ」は、超音波を用いるものである
が、周辺の物体からの超音波の反射によるノイズが多く
発生し、やはり測定条件が限定される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、小型の位置検出デバイスお
よびその製造方法、位置検出装置、位置変化検出装置を
提供することを目的とするものである。特に、高精度が
要求される微小な対象物に対する３次元の絶対位置，相
対位置等の検出に好適である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいては、位置検出デバイスにおいて、光源からの光を
遮光する少なくとも１つの薄膜遮光層と、少なくとも１
つの第１の光電変換素子を有し、第１の光電変換素子
は、前記薄膜遮光層により前記光源の位置に応じて前記
光の一部が遮光される位置に設置されることを特徴とす
るものである。

【００１５】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載の位置検出デバイスにおいて、少なくとも１つ
の透光層を有し、前記薄膜遮光層は、前記透光層に積層
されることを特徴とするものである。

【００１６】請求項３に記載の発明においては、請求項
１に記載の位置検出デバイスにおいて、少なくとも１つ
の基板を有し、該基板上に第１の光電変換素子と第１の
透光層と前記薄膜遮光層が順に積層され、前記薄膜遮光
層は部分的に積層されることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明においては、請求項１に記
載の位置検出デバイスにおいて、少なくとも１つの第１
の透光層および少なくとも１つの第２の透光層を有し、
前記薄膜遮光層と第１の透光層と第１の光電変換素子が
第２の透光層に順に積層され、前記薄膜遮光層は部分的
に積層されることを特徴とするものである。

【００１７】さらに、請求項５に記載の発明において
は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の位置検出
デバイスにおいて、特定波長領域を透過させる少なくと
も１つのフィルタ層を有することを特徴とするものであ
る。

【００１８】請求項６に記載の発明においては、請求項
１ないし５のいずれか１項に記載の位置検出デバイスに
おいて、少なくとも１つの第２の光電変換素子を有し、
第２の光電変換素子は、前記薄膜遮光層により前記光が
遮光されることのない位置に設置されることを特徴とす
るものである。

【００１９】請求項９に記載の発明においては、位置検
出装置において、請求項１ないし６のいずれか１項に記
載の位置検出デバイスを少なくとも１つ有し、前記位置
検出デバイスの出力に基づいて前記光源の位置を演算す
る位置演算手段を有することを特徴とするものである。
さらに、請求項１０に記載の発明においては、請求項９
に記載の位置検出装置において、前記位置演算手段は、
前記光源から出射して第１の光電変換素子で受光するま
での光路における媒体の屈折率に基づいて位置の補正を
することを特徴とするものである。

【００２０】請求項１１に記載の発明においては、位置
検出装置において、位置検出される対象物の少なくとも
一部に設けられた光源と請求項１ないし６のいずれか１
項に記載の位置検出デバイスを少なくとも１つ有するこ
とを特徴とするものである。さらに、請求項１２に記載
の発明においては、請求項１１に記載の位置検出装置に
おいて、発光体を有し、前記光源は前記発光体からの光
を反射する反射領域であることを特徴とするものであ
る。

【００２１】請求項１３に記載の発明においては、請求
項１１または１２に記載の位置検出装置において、前記
対象物は感光体であり、電子写真記録機構における位置
検出装置であることを特徴とするものである。また、請
求項１４に記載の発明においては、請求項１１または１
２に記載の位置検出装置において、前記対象物はレンズ
またはレンズ支持体であり、レンズ移動機構における位
置検出装置であることを特徴とするものである。

【００２２】請求項１５に記載の発明においては、位置
変化検出装置において、請求項９ないし１４のいずれか
１項に記載の位置検出装置と、該位置検出装置の出力に
基づいて前記対象物の速度，加速度，角速度等の位置変
化量を演算する位置変化演算手段を有することを特徴と
するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】本出願人は、位置検出デバイスお
よび位置検出装置について、特願平０７−２８８７９４
号を出願している。本発明においては、この出願に係る
発明を先行技術として、その位置検出の原理を用い、位
置検出デバイスを特に小型化に適した構造にしたもので
ある。

【００２４】図１は、本発明の位置検出デバイスの第１
の実施の形態の構造図である。図中、１は基板、２は下
部電極、３は光電変換半導体層、４は上部透明電極、５
は第１の透光層、６は薄膜遮光層、７は第２の透光層、
８はフィルタ層である。この実施の形態は、下部電極
２、光電変換半導体層３、上部透明電極４からなる光電
変換素子が、基板１上であって、薄膜遮光層６により図
示しない光源の位置に応じて光の一部が遮光される位置
に設置される位置検出デバイスである。

【００２５】基板１上には、下部電極２、長方形状の光
電変換半導体層３、上部透明電極４が積層され、さら
に、上部透明電極４上を含め、第１の透光層５が平坦に
積層され、この第１の透光層５上に長方形状の薄膜遮光
層６が部分的に積層され、残りの第１の透光層５の領域
および薄膜遮光層６上に第２の透光層７が平坦に積層さ
れ、最後にフィルタ層８が積層されている。下部電極２
は基板１上に伸びて配線ラインを兼ねる。上部透明電極
４への配線ラインも必要であるが、適宜設けることがで
きるので図示を省略した。薄膜遮光層６の右端を光電変
換半導体層３の中央部上に位置させると好適であり、左
端および図示できない紙面手前および紙面向こうの端部
は、光電変換半導体層３の対応する端部から十分離れた
位置にある。

【００２６】製造方法については、図１０を参照して後
述する。ここでは、各構成要素の一具体例をあげる。基
板１はガラスであり、光電変換半導体層３はシリコンフ
ォトダイオード、下部電極２はＴａ，Ｔｉ，Ｃｒなど、
上部透明電極４はＩＴＯである。薄膜遮光層６は、Ｔ
ａ，Ｔｉ，Ｃｒなどの金属薄膜層であるが、Ａｌの薄膜
でもよい。第１，第２の透光層５は、いずれも光を透過
させる層間膜であり、ポリイミド等の有機膜またはＳｉ
Ｏ₂ ，ＳｉＮ等の無機膜である。フィルタ層８は、例え
ば、着色されたプラスチックフィルムであり、位置検出
用の光の波長領域を透過させ外乱光を遮断する。第２の
透光層７およびフィルタ層８は、保護膜としての機能を
有するが、必ずしも必要ではない。また、第１の透光層
５，第２の透光層７の少なくとも一方を着色してフィル
タ機能をもたせてもよい。

【００２７】図２は、本発明の位置検出デバイスの第２
の実施の形態の構造図である。図中、図１と同様な部分
には同じ符号を用いて説明を省略する。この実施の形態
は、下部電極２、光電変換半導体層３、上部透明電極４
からなる光電変換素子が、第１の透光層５上であって、
薄膜遮光層６により図示しない光源の位置に応じて光の
一部が遮光される位置に設置される位置検出デバイスで
あるが、基板１はない。

【００２８】第２の透光層７の下面に長方形状の薄膜遮
光層６が部分的に積層され、第２の透光層７の残りの領
域を含めて第１の透光層５が積層され、その下に、上部
透明電極４、長方形状の光電変換半導体層３、下部電極
２が積層される。第２の透光層７の上面にはフィルタ層
８が積層される。上部透明電極４は第１の透光層５の下
面を右に伸びて配線ラインを兼ねる。下部電極２への配
線ラインは図示を省略した。薄膜遮光層６の右端を光電
変換半導体層３の中央部上に位置させると好適であり、
右端および図示できない紙面手前および紙面向こうの端
部は、光電変換半導体層３の対応する端部から十分離れ
た位置にある。

【００２９】図面では、薄膜遮光層６を右側に配置した
が、図１と同様に左側に配置させることもできる。製造
方法については、図１１を参照して後述する。第１の実
施の形態と同様に、第２の透光層７を除いてもよいが、
この場合、薄膜遮光層６は第１の透光層５上に部分的に
積層される。フィルタ層８は必ずしも必要ではなく、第
１の透光層５，第２の透光層７の少なくとも一方を着色
しフィルタ層の機能をもたせてもよい。

【００３０】上述した第１，第２の位置検出デバイスを
１個だけ用いても１次元の位置検出が可能であるが、３
個使用し、さらに第２の光電変換素子を設けて３次元の
位置検出デバイスとしたものについて位置検出原理を説
明する。

【００３１】図３は、本発明の第１，第２の実施の形態
の位置検出デバイスの平面図である。図４，図５は、図
３に示した構成の動作原理の説明図である。図４（Ａ）
は、図３のｘ−ｙ平面の断面図、図４（Ｂ）は、図４
（Ａ）における光源と各部の位置関係を示す説明図であ
る。図５（Ａ）は、図３のｘ−ｚ平面の断面図であり、
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における光源と各部の位置関
係を示す説明図である。図中、１１〜１３は第１の光電
変換素子、１４は第２の光電変換素子、１５〜１７は遮
光板、１８は光源、１９は原点である。

【００３２】最初に、図１，図２に示した構成との対応
関係を説明する。図３に示す位置検出デバイスは、１つ
の第１の光電変換素子１１〜１３とこれに近接した１つ
の遮光板１５〜１７からなる１組を、図１，図２に示し
た位置検出デバイスで実現するものである。したがっ
て、図１，図２に示した下部電極２、光電変換半導体層
３、上部透明電極４からなる光電変換素子は、第１の光
電変換素子１１〜１３のそれぞれに用いられ、また、薄
膜遮光層６は遮光板１５〜１７のそれぞれに用いられ
る。図１，図２に示した第１の透光層５は、所定間隔を
保持する支持体となり、第２の透光層７は、支持体ある
いは保護層となり、フィルタ層８は外乱光を除去する
が、いずれも位置検出原理に直接的には関与しないた
め、図３ないし図５において図示を省略している。

【００３３】あるいは、３個の第１の光電変換素子１１
〜１３および第２の光電変換素子１４を一括して一枚の
基板１または第１の透明電極５上に積層してもよい。そ
の際、第１の透光層５，第２の透光層も一枚とし、遮光
板１５〜１７は、一括して図１に示した第１の透光層５
または図２に示した第２の透光層７上に積層する。フィ
ルタ層８についても１枚のフィルムを全体に積層するこ
とができる。第１，第２の実施の形態は積層構造が異な
るものの、動作原理は同じであるため、以後、両者を区
別せずに説明する。

【００３４】図３ないし図５に示す位置検出デバイス
は、光源１８からの光を遮光する遮光板１５〜１７によ
り光源１８の位置に応じて光の一部が遮光される位置
に、第１の光電変換素子１１〜１３が設置される３次元
位置検出装置である。さらに、遮光板１５〜１７により
光源１８からの光が遮光されることのない位置に、第２
の光電変換素子１４が設置されるものである。

【００３５】図３に示すように、説明を簡単にするた
め、３個の第１の光電変換素子１１〜１３と１個の第２
の光電変換素子１４が、同一のｙ−ｚ平面上に設置さ
れ、これらはｙ軸またはｚ軸方向に端を有する同一の矩
形であるとする。この平面からｘ方向に所定距離ｈだけ
離間した平面上に、第１の光電変換素子１１〜１３のそ
れぞれに対応して遮光板１５〜１７が設置され、これら
はｙ軸またはｚ軸方向に端を有する同一の矩形であると
する。

【００３６】第１の光電変換素子１１および遮光板１５
の組は、第１の光電変換素子１２および遮光板１６の組
とｙ軸方向に対向し、これに直交して、ｚ軸方向に第２
の光電変換素子１４と、第１の光電変換素子１３および
遮光板１７の組とが対向して設置されている。第２の光
電変換素子１４は、第１の光電変換素子１１〜１３と同
一の矩形とする。

【００３７】図４（Ａ），図５（Ａ）に示すように、光
源１８からの無指向性の光は、遮光板１５〜１７を介し
て第１の光電変換素子１１〜１３で受光され、遮光板１
５〜１７を介さずに第２の光電変換素子１４の全面で受
光される。このとき、第１の光電変換素子１１〜１３に
おいては、光の入射方向、言い換えれば、第１の光電変
換素子１１〜１３の各位置から光源１８を見たときの立
体角に依存して、遮光板１５〜１７の影になる遮光領域
が変化することにより、受光領域の面積が変化する。図
中、第１の光電変換素子１１〜１３の遮光領域は、黒く
塗りつぶされている。

【００３８】第１の光電変換素子１１〜１３は、この受
光面積に応じた総光量を電流または電圧に変換して出力
する。第１の光電変換素子１１〜１３の光電流を電流電
圧変換部を通して電圧に変換してもよい。各第１の光電
変換素子１１〜１３から得られる電流値または電圧値を
演算することによって、光源１８の１次元位置や２次元
位置、または３次元位置を検出することができる。第１
の光電変換素子の個数は、光源１８の１次元上の位置を
検出する場合には１個、２次元上の位置を検出する場合
には２個、３次元上の位置を検出する場合には３個でよ
い。

【００３９】本発明は、後述する他の実施の形態を含
め、レンズを用いないため、焦点距離や収差を考慮した
設計を必要とせず、組立て時の調整の困難さもない。ま
た、ピンホールやスリットとは異なり、単に第１の光電
変換素子１１〜１３の一端からの遮光という方法をとっ
ているため、受光面積を大きくとることができる。その
結果、光量も大きく、遠方を含む広範囲での位置検出を
行うことが可能となる。

【００４０】なお、図４（Ａ），図４（Ｂ）は、ｘ−ｙ
平面の断面図であるから、ｚ＝０である一断面を表わす
にすぎないが、ｘ−ｙ平面に平行な他の断面において
も、第１の光電変換素子１１，１２と、遮光板１５，１
６や光源１８との断面上の位置および角度関係は同様で
ある。光源１８の位置の座標は、図３においては（ｘ，
ｙ，ｚ）で表わされているが、このような断面上では、
光源１８の位置のｚ座標に無関係に位置および角度関係
が決まるため、図４（Ａ），（Ｂ）においては、光源１
８の位置の座標を（ｘ，ｙ）として示している。

【００４１】同様に、図５（Ａ），図５（Ｂ）は、ｙ＝
０であるｘ−ｚ平面の断面図であるが、ｘ−ｚ平面に平
行な他の断面においても、第１の光電変換素子１３と、
遮光板１７や光源１８との断面上の位置および角度関係
は同様である。光源１８の位置の座標も、このような断
面上では、ｙ座標に無関係に位置および角度関係が決ま
るため、図５（Ａ），（Ｂ）においては、光源１８の位
置の座標を（ｘ，ｚ）として示している。

【００４２】しかし、第１の光電変換素子１１〜１３の
受光面においては、受光領域においても、光源１８から
の距離および光の入射する方向、光源１８の照射光の強
度等に依存して単位面積当たりの光量が変化するため、
この変化も第１の光電変換素子１１〜１３の出力に表わ
れる。その結果、光の入射する方向と受光面積との関係
に基づいて光源１８の位置を検出する際には、誤差が生
じる。このため、光源１８からの光を全面で受光する第
２の光電変換素子１４が設置され、この出力を用いて、
光源１８からの距離および光の入射する方向、光源１８
の照射光の強度等に依存する単位面積当たりの光量の変
化等を補償することができる。

【００４３】なお、第１，第２の光電変換素子１１〜１
４の位置が若干異なるため、各受光面における、上述し
た光源１８からの距離等の相違に依存して、単位面積当
たりの光量が異なるが、これはわずかである。なお、こ
の実施の形態は、各受光面における光の入射する方向の
相違に依存して受光領域と遮光領域の面積比が変化する
ことを利用して位置を検出するものである。しかし、こ
の面積比は、距離ｈの存在により、各受光面における光
の入射する方向の相違に依存して大きく変化するため、
光の入射する方向の相違による単位面積当たりの光量の
変化の影響は相対的に小さくなる。

【００４４】図３に示すように、第１の光電変換素子１
１〜１３の原点１９側の端は、本来、原点１９に一致さ
せた方が演算が簡単になるが、第１の光電変換素子１１
〜１３は、それぞれある面積を有しているため、原点１
９から距離ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃だけ離れて設置されるもの
とする。また、第１の光電変換素子１１〜１３の原点１
９側の端とこれに対向する端との間の距離をＬとする。
第２の光電変換素子１４も、同一の矩形としているが、
後述するように必ずしもこの必要はない。原点１９から
原点１９側の端までの距離についても厳密な制約はな
く、第１の光電変換素子１１〜１３と同一の平面上にあ
る必要もなく、これらの近傍に設置されていればよい。

【００４５】図４（Ａ），図５（Ａ）に示すように、遮
光板１５〜１７は、各第１の光電変換素子１１〜１３か
らｘ軸方向に一定の距離ｈとなる平面上に設置され、図
３に示したように、ｙ軸またはｚ軸方向に端を有する同
一の矩形であり、遮光板１５，１６の原点１９側の端
は、原点１９からｙ軸方向に距離Ａ₁ ，Ａ₂ 、ｘ軸方向
にｈだけ離れて設置され、遮光板１７の原点１９側の端
は原点からｚ軸方向に距離Ａ₃ 、ｘ軸方向にｈだけ離れ
て設置される。なお、遮光板１５〜１７は十分薄くされ
るか、少なくともこれらの原点１９側の端が鋭いエッジ
状にされることが望ましい。図１，図２に示した薄膜遮
光板６を用いるため、遮光板１５〜１７を十分薄くする
ことができる。

【００４６】また、第１の光電変換素子１１において、
受光領域と遮光領域の境界線は、原点よりｄ₁ の距離に
あるとする。同様に、第１の光電変換素子１２における
境界線は、ｄ₂ の距離、第１の光電変換素子１３におけ
る境界線は、ｄ₃ の距離にあるとする。したがって、光
がｙ−ｚ平面に垂直に入射するような、例えば、光源１
８が、原点１９を通りｙ−ｚ平面に垂直な軸上の十分遠
方にある場合には、光電変換素子１１〜１３の受光面上
が、それぞれ、原点１９からｄ₁ ＝Ａ₁ ，ｄ₂＝Ａ₂ ，
ｄ₃ ＝Ａ₃ の位置を境界線として、受光領域と遮光領域
に分けられることになる。

【００４７】次に、図４（Ｂ），図５（Ｂ）を用い、各
部の位置と光源１８の位置との関係を数式を用いて説明
する。光源１８から第１の光電変換素子１１〜１３への
光路を基に三角形の相似を利用して、境界線の原点から
の距離ｄ₁ 〜ｄ₃ を求める。まず、図４（Ｂ）におい
て、次式が成り立つ。

【００４８】（ｄ₁ −ｙ）／ｘ＝（ｄ₁ −Ａ₁ ）／ｈ （ｄ₂ ＋ｙ）／ｘ＝（ｄ₂ −Ａ₂ ）／ｈ これより、 ｘ＝−ｈ・ｙ／（ｄ₁ −Ａ₁ ）＋ｈ・ｄ₁ ／（ｄ₁ −Ａ₁ ） …（１） ｙ＝（ｄ₂ −Ａ₂ ）・ｘ／ｈ−ｄ₂ …（２） （２）式を（１）式に代入すると、 ｘ＝ｈ・（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）／（ｄ₁ ＋ｄ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ） …（３） （３）式を（２）式に代入すると、 ｙ＝（Ａ₁ ・ｄ₂ −Ａ₂ ・ｄ₁ ） ／（ｄ₁ ＋ｄ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ） …（４） が得られる。このように、ｘ，ｙの座標が求まること
で、まず、ｘ−ｙ平面上の２次元での位置検出が可能と
なる。

【００４９】図５（Ｂ）においては、同様に、次式が成
り立つ。 （ｄ₃ ＋ｚ）／ｘ＝（ｄ₃ −Ａ₃ ）／ｈ これより、 ｚ＝（ｄ₃ −Ａ₃ ）・ｘ／ｈ−ｄ₃ …（５） （５）式を（３）式に代入すると、 ｚ＝（（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）・ｄ₃ −Ａ₃ ・（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）） ／（ｄ₁ ＋ｄ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ） …（６） が得られる。

【００５０】また、各第１の光電変換素子１１〜１３の
出力をＶ₁ 〜Ｖ₃ とし、第２の光電変換素子１４の出力
をＶ₀ とする。第１，第２の光電変換素子１１〜１４の
出力は、それぞれの受光領域の面積に比例するから、次
式が成り立つ。 （ｄ₁ −ａ₁ ）／Ｌ＝Ｖ₁ ／Ｖ₀ （ｄ₂ −ａ₂ ）／Ｌ＝Ｖ₂ ／Ｖ₀ （ｄ₃ −ａ₃ ）／Ｌ＝Ｖ₃ ／Ｖ₀ これより、 ｄ₁ ＝Ｖ₁ ・（Ｌ／Ｖ₀ ）＋ａ₁ …（７） ｄ₂ ＝Ｖ₂ ・（Ｌ／Ｖ₀ ）＋ａ₂ …（８） ｄ₃ ＝Ｖ₃ ・（Ｌ／Ｖ₀ ）＋ａ₃ …（９） となる。

【００５１】（７）〜（９）式を（３）〜（６）式に代
入すると、 ｘ＝ｈ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１０ ） ｙ＝（Ａ₁ ・Ｖ₂ −Ａ₂ ・Ｖ₁ ＋（ａ₂ ・Ａ₁ −ａ₁ ・Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１１ ） ｚ＝（（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）・Ｖ₃ −Ａ₃ ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ） ＋（ａ₃ ・（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）−（ａ₁ ＋ａ₂ ）・Ａ₃ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋（ａ₁ ＋ａ₂ −Ａ₁ −Ａ₂ ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１２ ） によって、ｘ，ｙ，ｚの座標が求まる。

【００５２】実際に、第１，第２の光電変換素子１１〜
１４の出力Ｖ₁ 〜Ｖ₄ を用いてｘ，ｙ，ｚ座標を求める
ための演算回路を実現する場合には、演算上の誤差を小
さくするために、第１の光電変換素子１１〜１３の原点
側の端部は、いずれもｘ−ｚ平面内の原点から一定の距
離ａの位置に配置し、遮光板１５〜１７の原点側の端
部、すなわち、第１の光電変換素子１１〜１３上に境界
線を投影する部分は、原点から平面内をｙ軸またはｚ軸
方向に一定の距離Ａにある点から、さらにこの面に垂直
なｘ軸方向にｈの位置に配置されるようにする。

【００５３】すなわち、 Ａ₁ ＝Ａ₂ ＝Ａ₃ ＝Ａ ａ₁ ＝ａ₂ ＝ａ₃ ＝ａ として、（１０）〜（１２）式を以下のように簡略化す
ることが望ましい。 ｘ＝ｈ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＋２ａ・Ｖ₀ ／Ｌ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −（２Ａ−２ａ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１３） ｙ＝Ａ・（Ｖ₂ −Ｖ₁ ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −（２Ａ−２ａ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１４） ｚ＝Ａ・（２Ｖ₃ −（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −（２Ａ−２ａ）・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１５） と表すことができる。このように、各素子の配置を工夫
することによって、簡単な回路を用いて光源の３次元位
置の検出ができる。

【００５４】また、第１，第２の光電変換素子１１〜１
４の出力は、演算上の誤差を小さくするために、オペア
ンプで、増幅やオフセット除去を行うことが望ましい。
演算は、電流または電圧をＡ／Ｄ変換によりディジタル
量に変換してからディジタル演算を行なうか、または、
オペアンプ等を用いて電流または電圧のままアナログ演
算を行なってもよい。

【００５５】上述した説明では、演算を簡単にするた
め、第１，第２の光電変換素子１１〜１４が、同一平面
上に規則的に設置され、この平面から所定距離だけ離間
した平面上に遮光板１５〜１７が規則的に配置されたも
のについて説明したが、第１，第２の光電変換素子１１
〜１４は、必ずしも、同一平面上に規則的に配置される
必要はなく、遮光板１５〜１７についても同様である。
ただし、遮光板１５〜１７と第１の光電変換素子１１〜
１３とは、光源１８からの光の入射方向に応じ、光の一
部が遮光される位置、例えば、第１の光電変換素子上の
受光領域と遮光領域の面積が変化するような位置に設置
し、上述した式も配置に応じて変える必要がある。

【００５６】第１の光電変換素子１１〜１３は、必ずし
も同一の矩形である必要がない。遮光板１５〜１７につ
いても同様である。それぞれの形状および大きさが互い
に異なっていても、光源１８の位置からの光の入射方向
に応じて、受光領域と遮光領域の境界線が規則的に移動
するから、演算により光源１８の位置座標を求めること
ができる。光源１８からの光の入射方向に応じ受光面上
を受光領域と遮光領域との境界線が移動する際に、光の
入射方向に依存せずに、この境界線の形状が常に一定、
例えば、一定長の直線になるように、遮光板１５〜１７
および第１の光電変換素子１１〜１３の形状および設置
位置が定められていれば、上述した式を、そのままま
か、わずかに修正するだけで光源１８の位置座標を求め
ることができる。

【００５７】また、第２の光電変換素子１４は、受光領
域において光の入射方向に依存して単位面積当たりの光
量が変化することを補償するものであるから、どのよう
な形状でもよい。上述した（１３）〜（１５）式などに
おいては、第２の光電変換素子１４の受光面の面積に応
じて、係数（Ｖ₀ ／Ｌ）の値を変えるだけでよい。

【００５８】上述した説明では、第２の光電変換素子１
４を用いた場合を説明した。高精度で位置検出する場合
には、第２の光電変換素子１４が必要である。しかし、
第２の光電変換素子１４を用いなくても実用上差し支え
ない場合もある。単位面積当たりの光量があらかじめわ
かっている場合、例えば、光源１８の検出すべき位置が
狭い範囲に限られていたり、あるいは、光源１８の基準
位置からのわずかな相対位置変化を検出する場合などで
ある。逆に、光源１８の検出すべき位置が十分離れた数
カ所に限られており、位置検出精度が低くてもよい場合
には、第１の光電変換素子１１〜１３の出力変化が大き
く、単位面積当たりの光量の変化が誤差にしかならな
い。

【００５９】また、第１の光電変換素子１１と遮光板１
５の組と、第１の光電変換素子１２と遮光板１６の組
は、線対称に配置されている。この場合、光源１８が遠
方にあり、ｘ座標値が大きいときには、第１の光電変換
素子１１からみた光の入射角と第１の光電変換素子１２
から見た光の入射角が等しくなるため、第１の光電変換
素子１１上の受光部分の面積と第２の光電変換素子１２
の受光部分の面積の和が、入射方向にかかわらずほぼ一
定になり、第２の光電変換素子１４の受光部分の面積に
等しくなる。したがって、このようなときには、第２の
光電変換素子１４の出力Ｖ₀ に代えて、第１の光電変換
素子１１の出力Ｖ₁ と第２の光電変換素子１２の出力Ｖ
₂ の和を用いることもできる。現実には光源１８が十分
遠方にはないため、誤差が生じるが、位置検出精度が低
くてもよい用途には、この方法を用いることもできる。

【００６０】光源には、赤外発光ダイオードを用いると
好適である。赤外光はオフィスなど一般的な作業環境に
おいて比較的少ない波長の光である。赤外光以外の外乱
光については、光電変換素子の前に赤外透過フィルタを
設けることで、効率よく除去することが可能である。光
源をパルス点灯し、光パルスを所定周期で発生させるよ
うに光強度変調すると、光電変換素子の出力からオフセ
ット成分として現われるような外乱光の除去ができる。
光源におけるパルスに同期して光電変換素子の出力を取
り込むと、外乱光の除去に一層好適である。光源からの
光は、無指向性のものが望ましいが、指向性があって
も、指向特性が第１，第２の光電変換素子１１〜１４の
位置の差によってあまり変化しなければ、わずかな誤差
しか生じない。

【００６１】第１の光電変換素子１１〜１３としては、
例えば、フォトダイオードを用いるが、この出力は、電
流読み出し、容量結合読み出しなどによって、少なくと
も１０³ 以上の分解能力を得ることが可能である。特
に、フォトダイオードの形状が、約３０μｍ角×１μｍ
厚、という微小な形状であっても１０³ 程度の分解能を
有し、１ｍｍ角の光電変換素子においては約１０⁶ 、更
に１０ｍｍ角では約１０⁸ と、その面積によって任意の
分解能を有することが可能であるため、高精度の３次元
位置検出が実現できる。

【００６２】図３ないし図５を参照して、位置検出デバ
イスの基本構成を説明したが、以下、この構成を多少変
形させた種々の構成について説明する。

【００６３】図６は、図３ないし図５に示した実施の形
態の第１の変形例を説明する平面図である。図中、図３
と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。２
１は遮光板である。この変形例は、図３に示したる遮光
板１５〜１７を原点１９側に移動させ、さらにこれらを
１枚の遮光板２１に置き換えた位置検出デバイスであ
る。

【００６４】この場合は、受光領域と遮光領域が図３な
いし図５の場合と逆になるだけであるから、同様の演算
によって、光源１８の３次元位置の座標を得ることがで
きる。なお、図３においても、遮光板１５〜１７をつな
いで１枚の遮光板にしたものに置き換えることもでき
る。例えば、矩形状の中心穴が開けられた額縁状の遮光
板に置き換え、この中心穴の下であって、光源１８から
の光がこの遮光板に遮られない位置に第２の光電変換素
子１４を設置する。

【００６５】また、図６において、図示の遮光板２１お
よび第２の光電変換素子１４を用いないで、図示の遮光
板２１の位置に、これと同形状とした第２の光電変換素
子１４を積層して設置することにより、遮光板２１と第
２の光電変換素子１４とを兼用することができる。ある
いは、図示の遮光板２１の上に、これ以下の大きさの第
２の光電変換素子１４を積層して設置してもよい。この
場合、さらに小型化が可能となる。なお、このような手
法は、図３においても可能であり、３個の遮光板１５〜
１７の中の適当な遮光板を選んで、これを第２の光電変
換素子１４に置き換えて積層するか、この上に第２の光
電変換素子１４を積層すればよい。また、遮光された第
１の光電変換素子が２個の場合は光源の２次元位置を検
出することができる。

【００６６】図７は、図３ないし図５に示した実施の形
態の第２の変形例を説明する平面図である。図中、図３
と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。こ
の変形例は、図３に示した第１の光電変換素子１１〜１
３とこれに対応する遮光板１５〜１７の各１個を１組と
し、この複数組が互いに離されて設置され、さらに、各
組に近接して、１個の第２の光電変換素子１４が個別に
設置され、合計３個の第２の光電変換素子１４を用いる
位置検出デバイスである。

【００６７】第１の光電変換素子１１〜１３を互いに離
して設置することにより、各光電変換素子１１〜１３に
おいて、光源１８からの光の入射方向が比較的大きく異
なることになるため、位置検出の精度が向上する。しか
し、仮に第２の光電変換素子１４を１個のままにしてお
くと、第１の光電変換素子１１〜１３と第２の光電変換
素子１４との間でも、光源１８からの距離および光の入
射方向、光源１８の照射光の強度分布等が大きく異なる
ことになる。

【００６８】図３ないし図５を参照して説明した実施の
形態においては、第２の光電変換素子１４の出力を用い
て、上述した光源１８からの距離等に依存する単位面積
当たりの光量の変化を補償していた。すなわち、第１の
光電変換素子１１〜１３と第２の光電変換素子１４の出
力の比がそれぞれの照射面積または長さの比に相当する
ことを利用して光源の位置を検出していた。したがっ
て、両者が離れていると、光源１８からの距離等の相違
によって位置検出の精度が劣化する可能性がある。

【００６９】そのため、この変形例では、第１の光電変
換素子１１〜１３のそれぞれに、個別に第２の光電変換
素子１４を隣接させ、第１の光電変換素子１１〜１３の
出力と、それぞれに近接した第２の光電変換素子１４の
出力とを組み合わせて演算することにより、第１の光電
変換素子１１〜１３の出力を正確に照射面積または長さ
に関連づけることを可能とした。この場合、上述した
（７）〜（９）式までに用いたＶ₀ は、第１の光電変換
素子１１〜１３に共通の値ではなく、各々の場所にある
個別の第２の光電変換素子１４の出力を表わすことにな
る。したがって、この式以降の演算式は修正されること
になる。

【００７０】なお、この変形例においても、第２の光電
変換素子１４を遮光板１５〜１７と兼用させたり、遮光
板１５〜１７の上に積層することにより更に小型化が可
能となる。第１の光電変換素子，遮光板，全面で受光す
る第２の光電変換素子からなる組が２組の場合は光源の
２次元位置を検出することができる。

【００７１】図８は、図３ないし図５に示した実施の形
態において、第１の光電変換素子と遮光板の距離を変化
させた場合の説明図であり、図８（Ａ）は距離を長くし
た場合、図８（Ｂ）は距離を短くした場合の部分断面図
である。図中、図３と同様な部分には同じ符号を用いて
説明を省略する。いずれの場合も、光源１８からの光が
遮光板１５を介して第１の光電変換素子１１の全受光面
に照射されているときを図示している。

【００７２】このとき、光源１８は位置検出の限界位置
にあり、光源１８をこれ以上ｘ軸方向に接近させると、
第１の光電変換素子１１の遮光板１５側の端から光がも
れてしまい、位置検出が不可能となる。ただし、第１の
光電変換素子１１と遮光板１５の距離ｈを大きくした方
が検出感度が高い。したがって、図８（Ａ）のように、
第１の光電変換素子１１と遮光板１５の距離ｈ₁ を長く
した場合は、ｘ₁ 以上の遠距離を検出するのに適し、図
８（Ｂ）のように距離ｈ₂ を短くした場合は、ｘ₂ 以上
の近距離を検出するのに適している。

【００７３】したがって、第１の光電変換素子１１と遮
光板１５の距離をｈ₁ とした組とｈ₁ より短いｈ₂ とし
た組を同じ配列で近接設置して、各組の出力を手動また
は自動で切り換える位置検出装置とすることにより、遠
近両方の位置検出に対応できるようになる。あるいは、
第１の光電変換素子１１および遮光板１５の組が１組で
あっても、モータやプランジャ等により遮光板１５を動
かし、距離ｈの値を可変にしてもよい。他の第１の光電
変換素子と遮光板の組についても同様にして遠近両方の
位置検出に対応させることができる。光源１８の検出す
べき位置があらかじめ限られている場合には、第１の光
電変換素子１１〜１３のそれぞれから光源１８までの距
離の長さの程度に応じて、それぞれに対応する遮光板１
５〜１７の長さｈを個別に設定してもよい。

【００７４】図９は、図３ないし図５に示した実施の形
態の第３の変形例を説明する平面図である。図中、図３
と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。こ
の変形例は、位置検出デバイスの作製プロセスに改良を
加え、３個の第１の光電変換素子１１〜１３を１枚の基
板上に近接させて配置し、図３〜図５に示したａ₁ ，ａ
₂ ，ａ₃ の値を近似的に０に設定することを可能にし、
式（７）〜（１５）で示した演算式を簡略化したもので
ある。

【００７５】薄膜プロセスにおいて単一基板上に図示の
ようなパターニングを行えば、ａ₁，ａ₂ ，ａ₃ は共に
数μｍ程度に抑えられ、実質的に０に近似できるので式
が簡略化される。ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ を約５μｍ、光電変
換素子の大きさを約５ｍｍ角とした場合には、１／１０
００の誤差が残るのみとなる。あるいは、イメージセン
サの技術分野において知られているように、１個の光電
変換半導体層に、電極だけを個別に形成することにより
複数個の光電変換素子を実現することも可能である。

【００７６】ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ を０とした場合に、式
（１３），（１４），（１５）はそれぞれ次のように簡
略化される。 ｘ＝ｈ・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −２Ａ・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１６） ｙ＝Ａ・（Ｖ₂ −Ｖ₁ ） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −２Ａ・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１７） ｚ＝Ａ・（２Ｖ₃ −（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）） ／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ −２Ａ・Ｖ₀ ／Ｌ） …（１８）

【００７７】図１０は、図１に示した第１の実施の形態
の位置検出デバイスの製造方法の一例を示す説明図であ
り、図１０（Ａ）ないし図１０（Ｄ）は製造工程の各段
階を示す説明図である。図中、図１と同様な部分には同
じ符号を用いて説明を省略する。まず、図１０（Ａ）に
示すように、ガラス等の基板１上に第１の光電変換素子
としての長方形のフォトダイオードを作製する。下部電
極２には、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒなどを用い、光電変換半導
体層３にはＳｉなど、上部透明電極４には、光を透過す
るＩＴＯなどを用いる。

【００７８】次に、図１０（Ｂ）に示すように、光を透
過させる層間膜としての第１の透光層５を、例えば、ポ
リイミド等の有機膜、または、ＳｉＯ₂ ，ＳｉＮ等の無
機膜で作製する。有機膜は、例えば、液状の合成樹脂で
基板１およびフォトダイオードを覆って固化させること
により形成される。そして、図１０（Ｃ）に示すよう
に、第１の透光層５の上に、薄膜遮光層６として、例え
ばＴａ，Ｔｉ，Ｃｒなどの金属層を、第１の光電変換素
子の半分程度を覆う位置に作製する。第１の透光層５や
薄膜遮光層６は、他の基板上で作製し、その後、基板１
に貼り合わせることも可能である。

【００７９】また、赤外光を選択的に透過させて光電変
換素子に当てる場合は、図１０（Ｄ）に示すように、第
１の透光層５や薄膜遮光層６の層の上に、さらに、光を
透過させる層間膜として、第１の透光層５と同様の透光
膜である第２の透光層７を作製し、その上にフィルタ層
８を作製する。第２の透光層７は省略可能である。第２
の透光層７，フィルタ層８も、他の基板上で作製した
後、貼り合わせることも可能である。

【００８０】図１１は、図２に示した第２の実施の形態
の位置検出デバイスの製造方法の一例を示す説明図であ
り、図１１（Ａ）ないし図１１（Ｄ）は製造工程の各段
階を示す説明図である。図中、図１と同様な部分には同
じ符号を用いて説明を省略する。図２に示した位置検出
デバイスの製造方法を説明する図である。この製造方法
は、図１０とは逆のプロセスで作製した例である。

【００８１】まず、図１１（Ａ）に示すように、基板１
上に、フィルタ層８と第２の透光層７を作製する。次
に、図１１（Ｂ）に示すように、薄膜遮光層６を第２の
透光層７の上に作製する。そして、図１１（Ｃ）に示す
ように、薄膜遮光層６と第２の透光層７の上に、さら
に、光を透過させる層間膜として、第２の透光層７と同
様の透光膜である第１の透光層５を作製し、図１１
（Ｄ）に示すように、上部透明電極４，光電変換半導体
層３、下部電極２を作製している。この第２の実施の形
態の位置検出デバイスの製造方法においても、各々の層
を別の基板で作製して、その後、貼り合わせることも可
能である。

【００８２】図１０および図１１において、特に、複数
の第１の光電変換素子１１〜１３、加えて第２の光電変
換素子１４を、同一の基板１または同一の第１の透光層
５上に設置する構造をとると、演算式が簡単になるだけ
でなく、これら単一の平面板上にパターニングするなど
して小型化された位置検出デバイスを作製することがで
きる。また、図９を参照して説明したように、位置検出
精度の高い構造のものを作製することができる。薄膜遮
光層６、フィルタ層８なども全て薄膜プロセスで一括し
て作製することができる。図１４を参照して後述するよ
うに、反射領域を実質的な光源として用いる場合には、
発光源として用いる赤外発光ダイオードも含めて、単一
の平面板上に作製することも可能である。このように、
本発明の位置検出デバイスは、工程の簡略化および低コ
スト化にも有効である。

【００８３】図１２，図１３は、本発明の位置検出デバ
イスの測定値の補正に関する説明図である。図３に示し
た第１の光電変換素子１１と遮光板１５の組について説
明するが、他の第１の光電変換素子１２，１３と遮光板
１６，１７の組についても同様である。３１は透光層で
あり、図１，図２に示した第１の透光層５に対応する。
図３ないし図５を参照して説明した本発明の実施の形態
では、図１，図２を参照して説明したように、ポリイミ
ド等の透光層を通過した光が、第１の光電変換素子に入
射して出力を得ているので、これらの屈折率の大きい透
光層による影響による測定値の補正が必要となる。ある
いは、位置検出デバイスがガラス製の測定窓を通して光
を受ける場合にも補正が必要となる。

【００８４】透光層３１の屈折率をｎとし、これより上
の空間の屈折率を１とする。第１の光電変換素子１１が
全面照射されるときの照射長さは、図３ないし図５と同
様のＬとし、第１の光電変換素子１１上の実際の照射長
さをｄ₀ 、透光層３１がなく全ての空間で屈折率が１と
仮定したときの第１の光電変換素子１１上の照射長さを
ｄとする。このｄは、式（７）〜（９）の直前の３つの
式における（ｄ₁ −ａ₁ ），（ｄ₂ −ａ₂ ），（ｄ₃ −
ａ₃ ）に相当する。簡単化のため、第１の光電変換素子
１１の中央を通る垂線が遮光板１５の右端面に接する場
合を考える。

【００８５】図１２に示すように、垂線よりも遮光板１
５側に光源１８がある場合、つまり、第１の光電変換素
子１１の出力が、全面照射されたときの出力の１／２よ
りも小さいときは、 ｄ＋ｎ・（Ｌ／２−ｄ₀ ）＝Ｌ／２ …（１９） これより求めるｄは、 ｄ＝Ｌ／２−ｎ・（Ｌ／２−ｄ₀ ） …（２０） となる。

【００８６】図１３に示すように、上述した垂線よりも
遮光板１５側と反対側に光源１８がある場合、つまり、
第１の光電変換素子１１の出力が、全面照射されたとき
の出力の１／２よりも大きいときは、 ｄ−ｎ・（ｄ₀ −Ｌ／２）＝Ｌ／２ …（２１） これより求めるｄは、 ｄ＝Ｌ／２＋ｎ・（ｄ₀ −Ｌ／２） …（２２） となる。

【００８７】なお、第１の光電変換素子１１の出力が全
面照射されたときの出力の１／２とは、第１の光電変換
素子１１と同じ面積であって常に全面照射を受けている
図３に示した第２の光電変換素子１４の出力の１／２に
等しい。式（２０）と式（２２）は整理すると同一の式
であり、光源１８が上述した垂線のどちら側にあっても
同一の式を用いることになる。したがって、式（２０）
または式（２２）を用いて、第１の光電変換素子１１の
光量から演算して得られたｄ₀ の値を補正してｄの値を
得ることができ、このｄの値をさらに演算して光源１８
の位置座標を得ることができる。

【００８８】上述した実際の照射長さｄ₀ と、全ての空
間で屈折率が１としたときのの照射長さｄとの相関関係
は、光源１８からの光の方向によって決まるため、ｄ₀
の値を入力してｄの値を出力するような換算テーブルを
記憶しておき、この換算テーブルを用いて補正すること
もできる。上述した説明では、図１，図２に示した第２
の透光層７の屈折率の影響や上述したガラス製の測定窓
については補正していないが、第２の透光層７は十分薄
くすることができ、取り除くことも可能なものであるた
め、このような場合には補正しないままでも影響が小さ
い。上述した変換テーブルを用いる方法では、第２の透
光層７の屈折率の影響に対しても補正が可能である。

【００８９】なお、透光層の厚みが小さい場合、あるい
は屈折率が１に近い場合など、光路に影響が少ない場合
には、要求される位置検出精度によっては、上述した測
定値の補正が実用上不要となる場合もある。

【００９０】次に、図１４ないし図２０を参照して、本
発明の位置検出デバイスを用いた位置検出装置の具体的
な実施の形態を説明する。

【００９１】図１４は、本発明の位置検出装置の第１の
実施の形態の説明図であり、図１４（Ａ）は、衝撃セン
サ，加速度センサへの応用例を説明する図であり、図１
４（Ｂ）は、衝撃センサ，加速度センサの従来例を説明
する図である。図中、４１は位置検出デバイス、４２は
光源、４３は棒状体、４４は衝撃センサまたは加速度セ
ンサ、４５は圧電素子である。この実施の形態は、衝撃
センサまたは加速度センサに代表される片持ちばりを用
いたセンサを、本発明の位置検出装置によってさらに高
精度化した例である。衝撃センサは、物品に取り付けら
れ物品の輸送時に衝撃が加わったかどうかを輸送後に検
出するためのバッチとして用いられる。

【００９２】図１４（Ｂ）に示すように、従来の衝撃セ
ンサまたは加速度センサは、圧電素子４５などの積層構
造からなる片持ちばりを用いているために、その検出特
性が片持ちばりの材料や張り合わせの特性に大きく依存
しており、検出特性に極力影響を与えない材料を選択す
るか、または出力の補正が不可欠であった。さらに、圧
電素子４５の積層構造からなる場合には、１次元方向の
衝撃または加速度しか得られなかった。

【００９３】しかし、図１４（Ａ）に示すように、圧電
素子等を用いることなく自由な材質の支持棒４３によっ
て光源４２を支持し、その位置を位置検出デバイス４１
によって検出する。位置検出デバイス４１と光源４２を
先端の小部分に有した支持棒４３とをケースに収納する
ことにより衝撃センサまたは加速度センサ４４となる。
光源４２の位置の時間的変化は、ＣＰＵ等による演算に
よって算出されるが、ケース内にこのような演算手段を
内蔵するか、あるいは、外部のパーソナルコンピュータ
や専用の情報処理装置において演算することができる。
支持棒４３の材質に制限は少なく、また１次元のみなら
ず２次元方向の衝撃および加速度を検出することが可能
である。

【００９４】位置検出デバイス４１を小さく形成できる
ため、位置検出デバイス４１と光源４２の配置を逆にし
て、位置検出デバイス４１を可動側に取り付けることも
できる。このような構成は、後述するいずれの実施の形
態においても同様に可能である。 なお、光源４２とし
ては、自ら発光する発光源に限られず、図示しない他の
発光源の光を反射する反射板であってもよい。あるい
は、支持棒４３の先端自体が光を反射する表面を有して
いてもよい。これらの反射領域が実質的な光源になる。
特に、位置検出を行う対象物に光源４２や位置検出デバ
イス４１を取り付けることが困難な場合、対象物に反射
領域を設けることによって、反射領域の３次元位置検出
を行うことが可能となる。反射領域以外の部分は測定用
の光をなるべく反射しないようにすることが望ましい。

【００９５】その際、発光源と位置検出デバイス４１を
１つのパッケージに収容し、さらに、プリント基板等へ
実装するために従来のＩＣと同様の外部接続ピンを設け
てもよい。同一の基板上に第１，第２の光電変換素子と
ともに発光ダイオード等の光源を作製して一体化すれば
さらに小型化が可能になる。

【００９６】また、図１４（Ｂ）の圧電素子４５の先端
に光源４２を設け、光源４２および位置検出デバイス４
１とともに圧電素子４５も用いて衝撃センサまたは加速
度センサ４４としてもよい。この場合、異なる２つの方
法で衝撃や加速度を検出することができ、両者を補完的
に用いたり、一方で他方の校正をすることができる。

【００９７】図１５は、本発明の位置検出装置の第２の
実施の形態の説明図であり、図１５（Ａ）は光源を感光
ドラムの外周面に設けたもの、図１５（Ｂ）は光源を感
光ドラムの側面に設けたもの、図１５（Ｃ）は光源を感
光ドラムの回転軸に設けたものの説明図である。図中、
図１４と同様な部分には同じ符号を用いて説明を省略す
る。５１は感光ドラム、５２は回転軸である。この実施
の形態は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写
真記録機構への応用例であって、感光ドラムの動作測定
などに用いるものである。

【００９８】図１５（Ａ）においては、感光ドラム５１
の感光面上の一小部分に光源４２を設け、感光ドラム５
１とは非接触でこれに近接した位置に位置検出デバイス
４１を設置し、感光ドラム５１が回転して光源４２が位
置検出デバイス４１に近づいた時に光源４２からの光に
よって、光源４２の位置を検出し、その値から感光ドラ
ム５１の角速度，偏心，軸方向のずれ等の３次元の位置
変化情報を演算して測定することができる。

【００９９】光源４２の位置は、図１５（Ｂ）に示され
るように感光ドラム５１の側面の一部分、または、図１
５（Ｃ）に示されるように感光ドラム５１の回転軸５２
の外周面の一部分に設置することもできる。光源４２を
１箇所に設置した場合には、その１箇所での角速度、偏
心、軸方向のずれなどの測定を行うことができるが、光
源４２を多数箇所に設置した場合は、感光ドラム５１の
全体での回転方向の速度、偏心、軸方向のずれを常時測
定することで、より詳細な測定が可能となる。なお、複
数の光源４２を区別する必要があるときは、各光源４２
のパルス周波数を異ならせ、位置検出デバイス側で、パ
ルス周波数を弁別すればよい。

【０１００】図１４を参照した位置検出装置の第１の実
施の形態において説明したように、光源４２を他の発光
源の光を反射する反射領域とする場合には、反射板を用
いなくても、反射領域の感光ドラム５１または回転軸５
２自体が光を反射する表面を有していてもよい。反射板
を蛍光体に置き換えることもできる。感光ドラム５１の
全面露光の過程において、蛍光体が露光光源の照射を受
けて発する蛍光を反射光とする。

【０１０１】図１６は、本発明の位置検出装置の第３の
実施の形態の説明図である。図中、図１４と同様な部分
には同じ符号を用いて説明を省略する。６１は対象物で
ある基板、６２はＰＡＤ、６３は検査用プローブであ
る。この実施の形態は、検査用プローブ６３への応用例
であって、対象物である基板６１と検査用プローブ６３
の相対位置関係を検出して位置合わせするものである。
半導体のチップまたはウエハを対象物である基板６１と
することができる。

【０１０２】対象物である基板６１上には所定の位置に
ワイヤボンディング用等のための金属のＰＡＤ６２と光
源４２が設けられている。光源４２は、位置検出時に載
置してもよいが、対象物である基板６１上にあらかじめ
取り付けられていてもよい。対象物である基板６１上の
光源４２への電源供給は、可撓性を有するリード線で供
給してもよいが、電磁波、電磁誘導などにより非接触で
エネルギーを供給できる手段を用いて対象物である基板
６１側に供給してもよい。あるいは、小型の電池を対象
物である基板６１上に搭載してもよい。

【０１０３】この光源４２の位置を検査用プローブ６３
の先端または近傍に設けた位置検出デバイス４１によっ
て検出し、ＰＡＤ６２と検査用プローブ６３との相対的
な位置、すなわち、水平面上の位置および垂直高さを測
定する。同時に、測定値をフィードバックさせながら相
対位置を図示しない駆動装置によって変え、正確にプロ
ービングを行うことができ、検査用プローブ６３の先端
がＰＡＤ６２を切断してしまうようなことがない。

【０１０４】図１７は、本発明の位置検出装置の第４の
実施の形態の説明図である。図中、図１４，図１６と同
様な部分には同じ符号を用いて説明を省略する。６４は
ワイヤボンディング用プローブ、６５はワイヤである。
この実施の形態は、ワイヤボンディング用プローブ６４
への応用例であって、対象物である基板６１とワイヤボ
ンディング用プローブ６４の相対位置関係を検出し、ワ
イヤボンディング時の位置合わせを行うものである。

【０１０５】ワイヤ６５が引き出されるワイヤボンディ
ング用プローブ６４の先端または近傍に位置検出デバイ
ス４１が設けられ、対象物である基板６１上には所定の
位置にＰＡＤ６２と光源４２が設けられている。位置検
出デバイス４１によって、ＰＡＤ６２とワイヤボンディ
ング用プローブ６４との相対位置を測定し、測定値をフ
ィードバックさせながら相対位置を図示しない駆動装置
によって変え、正確にワイヤボンディングを行うことが
できる。

【０１０６】図１６または図１７においても、光源４２
を複数箇所に設けることもできる。この場合、対象物で
ある基板６１のねじれを検出することができる。光源４
２を反射領域とする場合には、対象物である基板６１上
に比較的光を反射させやすいＰＡＤ６２などの部分を反
射領域とすることも可能である。

【０１０７】なお、類似の応用例として、検査用プロー
ブ６３を一般的な製造ラインにおいても使用される作業
用ロボットの可動アームに置き換えると、可動アームの
位置検出および位置制御に用いることができる。

【０１０８】図１８は、本発明の位置検出装置の第５の
実施の形態の説明図である。図中、図１４と同様な部分
には同じ符号を用いて説明を省略する。７２，７４はレ
ンズ、７１，７３はレンズ支持体である。この実施の形
態は、複写機、ファックシミリ、プリンタ、カメラ、望
遠鏡、光ディスクドライブ等における、レンズ機構への
応用例であって、レンズ７２，７４またはレンズ支持体
７１，７３の動作測定等に用いるものである。

【０１０９】２枚のレンズ７２，７４が、それぞれ、レ
ンズ支持体７１，７３に取り付けられ、水平方向に所定
間隔で置かれ、それぞれ、レンズ移動機構により水平移
動し両者の相対位置が変化する。レンズ支持体７１，７
３の一小部分に、光源４２を設置し、これらと近接した
位置に、それぞれ、位置検出デバイス４１を設置する。
なお、光源４２をレンズ７２，７４の端部に設けること
もできる。この場合には、光源４２を反射領域とすると
好適である。

【０１１０】レンズ７２，７４およびレンズ支持体７
１，７３が移動した時に、各光源４２からの反射光によ
り、レンズ支持体７１，７３の位置を検出し、その値か
らレンズ７２，７４またはレンズ支持体７１，７３の位
置を測定する。さらに、位置の時間変化を演算すること
により、速度、加速度等の位置変化に関する３次元の情
報を測定することもできる。これらによって、レンズ７
２，７４の位置を定量的に解析することができるので、
位置ずれなどのトラブルを未然に発見することができ、
このずれ量をフィードバックすることにより位置ずれを
なくすこともできる。

【０１１１】また、ズームレンズ機構においてレンズ位
置の検出をすることができる。レンズ７２，７４を垂直
面内において移動させるレンズ移動機構においては、レ
ンズ７２，７４の各中心軸のずれを検出して中心軸を合
わせることもできる。なお、レンズ移動機構は、一方側
のみに取り付けられてもよく、この場合は、本発明を用
いてレンズ７２，７４間またはレンズ支持体７１，７３
間の相対距離を検出することができる。

【０１１２】図１９は、本発明の位置検出装置の第６の
実施の形態の説明図である。図中、図１と同様な部分に
は同じ符号を用いて説明を省略する。８１はリング状パ
イプ、８２は支柱、８３は回転角等の検出センサであ
る。この実施の形態は、小さな回転物体への応用例であ
って、回転物体の位置、オイラー角などの回転角、角速
度、角加速度等を測定するものである。

【０１１３】透明な中空のリング状パイプ８１に液体ま
たは気体を封入し、この中に光源４２として発光源を有
するウエイトまたは浮きを入れ、この回転運動を支柱８
２に取り付けられた位置検出デバイス４１によって検出
する。光源４２となるウエイトまたは浮きを除く部分が
回転するときに、ウエイトまたは浮きが静止しているよ
うにすれば、これらの部材を収納すると回転角等の検出
センサ８３となり、このセンサが取り付けられた物体の
回転角等を検出することができる。

【０１１４】光源４２を反射領域とした場合には、発光
源を回転角等の検出センサ８３外に設け、この中へ光を
照射するようにしてもよい。また、ウエイトまたは浮き
自体を光反射性の物体とすればよい。

【０１１５】従来は磁気センサによりオイラー角などの
測定を行っていたため、測定範囲に存在する磁性体によ
り磁場が歪められて補正不可能な誤差が残ることが常識
であったが、光による測定のため、このような誤差は存
在せず、しかも簡易に測定することが可能となる。ただ
し、リング状パイプ８１に封入した液体または気体の特
性に依存して、光源４２である物体の運動に慣性力が含
まれてしまうため、例えば、半径の異なるリング状パイ
プ８１をいくつか用意し、それぞれに入れられた光源４
２となる物体の抵抗を変え、複数の光源４２の位置を順
次検出することにより、慣性による移動量を補正するこ
とも可能である。

【０１１６】図２０は、本発明の位置検出装置の第７の
実施の形態の説明図である。図中、図１４と同様な部分
には同じ符号を用いて説明を省略する。９１は紙であ
る。この実施の形態は、複写機、ファクシミリ、プリン
タ等における、紙送り機構への応用例であって、紙また
は紙送り機構の位置検出や動作測定を行なうものであ
る。

【０１１７】紙９１の紙面の縁または角といった端部近
傍を反射領域と見なして、紙面の端部に近接した位置に
光源４２と位置検出デバイス４１を設置し、紙９１が移
動して紙面の端部が位置検出デバイス４１に近づいた時
に紙９１からの反射光によって、紙面の端部の位置を検
出し、その値から紙９１の位置、速度、加速度等に関す
る３次元の情報を測定する。この例では、光源４２から
の光がスポット状であり、この光を反射する反射領域の
面積が紙９１の移動ととも変化するがこれは誤差として
扱うことができる。

【０１１８】紙９１が紙送り機構によって供給されるも
のであれば、紙９１の位置情報などから、紙送り機構の
動作測定を行なうことができる。また、紙送り機構自体
に反射領域を設ければ、図１６における対象物である基
板６１と同様に紙送り機構の位置検出を行なうこともで
きる。

【０１１９】これらによって、単に紙送り不能のトラブ
ルの検出にとどまらず、紙９１のずれの方向やその大き
さ、および紙の浮きの量についても知ることができるの
で、トラブル対策のための情報を提供し、かつ、トラブ
ル発生前に発生の危険性を知ることも可能となる。もち
ろん、紙送り機構の制御の際の紙９１または紙送り機構
の位置検出などに用いることもできる。

【０１２０】最後に、位置検出精度の向上対策について
説明する。広範囲で高精度の３次元位置検出を行うため
には、本発明の位置検出デバイス４１のユニットを複数
個設けることが望ましい。そして、最も光源４２との距
離が近く、高精度で位置検出を行えるユニットを選ぶ。
そのために、例えば、各ユニットの全面照射を受ける図
３等に示した第２の光電変換素子１４の出力の中から、
出力が最大となるユニットを選び、そのユニットを用い
て３次元位置を検出することができる。選ぶユニットは
１つに限らず、例えば、出力の大きい方から２〜３を選
んで、そこから得られた３次元位置の平均値を求めるよ
うにしてもよい。

【０１２１】また、図３等に示した第１，第２の光電変
換素子１１〜１４のそれぞれの端部近傍の受光面におい
ては、素子の中央部等の他の部分に比べ、光電変換出力
のリニアリティが劣るなど精度劣化要因を有する場合が
ある。このような場合には、端部から精度劣化要因を有
する部分までの受光面に接して遮光板を設けるか、精度
劣化要因を有する受光面に遮光塗料を塗布するなどし
て、精度劣化要因となる部分を用いずに位置検出を行う
ことが可能となる。

【０１２２】本発明の位置検出装置は、光源または実質
的な光源となる反射領域を対象物に設けることにより、
一般的な１次元ないし３次元位置検出装置、さらには、
位置変化検出装置となる。図示を省略するが、通常用い
られるボールペンまたはこれと同様な形状のペンや、指
示棒に光源を設けてもよい。例えば、ペン筺体や指示棒
の先端部またはこの近傍に光源を設ける。

【０１２３】特に、小型化に適し、微小な３次元位置お
よび移動量の検出が可能となる。そのため、微細加工を
行った部品同士や、部品とプローブとの高精度の位置合
わせを、リアルタイムでフィードバックをしながら実行
すること、および、物体の運動解析において、その本来
の運動を妨げることなく、より正確な位置および運動の
速度や方向を検出することが可能となる。また、人体や
生物一般に装着して使用する、３次元位置検出装置にお
いても、本来の自然な動きを妨げることなく、その正確
な位置を高精度で検出することができ、バーチャル・リ
アリティ関連技術への応用も可能となる。

【０１２４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光源か
らの光を遮光する少なくとも１つの薄膜遮光層と、少な
くとも１つの第１の光電変換素子を有し、第１の光電変
換素子は、薄膜遮光層により光源の位置に応じて前記光
の一部が遮光される位置に設置されることから、厳密な
微調整が不要で、簡易なデバイスを使用して位置検出を
行なうことができるという効果がある。特に、薄膜遮光
層を用いるため、位置検出デバイスを小型化できるとと
もに、遮光板の端部の位置が正確であるため位置検出誤
差が生じにくいという効果がある。

【０１２５】請求項２に記載の発明によれば、少なくと
も１つの透光層を有し、薄膜遮光層が、透光層に積層さ
れることから、薄膜遮光層の支持が容易になるという効
果がある。

【０１２６】請求項３に記載の発明によれば、少なくと
も１つの基板を有し、この基板上に第１の光電変換素子
と第１の透光層と薄膜遮光層が順に積層され、薄膜遮光
層が部分的に積層されることから、薄膜遮光層の支持が
容易になるとともに、第１の光電変換素子と薄膜遮光層
との間隔を一定に保つことができ位置検出誤差が生じに
くいという効果がある。

【０１２７】また、請求項４に記載の発明によれば、少
なくとも１つの第１の透光層および少なくとも１つの第
２の透光層を有し、薄膜遮光層と第１の透光層と第１の
光電変換素子が第２の透光層に順に積層され、薄膜遮光
層が部分的に積層されることから、請求項３に記載の発
明と同様な効果を奏するとともに、基板を必要としない
という効果もある。

【０１２８】さらに、請求項５に記載の発明によれば、
特定波長領域を透過させる少なくとも１つのフィルタ層
を有することから、外乱光の影響を除去することができ
るという効果がある。

【０１２９】請求項６に記載の発明によれば、少なくと
も１つの第２の光電変換素子を有し、第２の光電変換素
子は、前記薄膜遮光層により前記光が遮光されることの
ない位置に設置されることから、光源からの距離および
光の方向、光源の照射光の強度等に依存する単位面積当
たりの光量の変化などを補償することができるという効
果がある。

【０１３０】請求項７に記載の発明によれば、第１の光
電変換素子が、一つの平板面上であって、薄膜遮光層に
より光源の位置に応じて光の一部が遮光される位置に作
製されることから、位置検出デバイスを小型化すること
ができるだけでなく、製造工程の簡略化および低コスト
化にも有効であるという効果がある。

【０１３１】また、請求項８に記載の発明によれば、第
１の光電変換素子が、一つの平板面上であって、薄膜遮
光層により光源の位置に応じて光の一部が遮光される位
置に、第２の光電変換素子が、この平板面上であって、
薄膜遮光層により光が遮光されることのない位置に作製
されることから、請求項７に記載の発明と同様の効果が
ある。

【０１３２】請求項９に記載の発明によれば、請求項１
ないし６のいずれか１項に記載の位置検出デバイスを少
なくとも１つ有し、前記位置検出デバイスの出力に基づ
いて前記光源の位置を演算する位置演算手段を有するこ
とから、容易に位置を検出することができるという効果
がある。さらに、請求項１０に記載の発明によれば、位
置演算手段が、光源から出射して第１の光電変換素子で
受光するまでの光路における媒体の屈折率に基づいて位
置の補正をすることから、位置検出精度を向上させるこ
とができるという効果がある。

【０１３３】請求項１１に記載の発明によれば、位置検
出される対象物の少なくとも一部に設けられた光源と請
求項１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出デバイ
スを少なくとも１つ有することから、光源の波長やパル
ス周期等の特性に合わせて位置検出デバイスの特性を決
めることができるという効果がある。また、請求項１２
に記載の発明によれば、発光体を有し、光源が前記発光
体からの光を反射する反射領域であることから、発光体
を取り付けにくい対象物についても位置検出をすること
ができるという効果がある。

【０１３４】請求項１３に記載の発明によれば、対象物
が感光体であり、電子写真記録機構における位置検出装
置であることから、感光体の回転位置を容易に検出でき
るという効果がある。請求項１４に記載の発明によれ
ば、対象物がレンズまたはレンズ支持体であり、レンズ
移動機構における位置検出装置であることから、レンズ
またはレンズ支持体の位置を容易に検出できるという効
果がある。

【０１３５】請求項１５に記載の発明によれば、請求項
９ないし１４のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
該位置検出装置の出力に基づいて前記対象物の速度，加
速度，角速度等の位置変化量を演算する位置変化演算手
段を有することから、対象物の位置変化量を容易に検出
することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置検出デバイスの第１の実施の形
態の構造図である。

【図２】 本発明の位置検出デバイスの第２の実施の形
態の構造図である。

【図３】 本発明の第１，第２の実施の形態の位置検出
デバイスの平面図である。

【図４】 図３に示した構成の動作原理の説明図であ
り、図４（Ａ）は、図３のｘ−ｙ平面の断面図、図４
（Ｂ）は、図４（Ａ）における光源と各部の位置関係を
示す説明図である。

【図５】 図３に示した構成の動作原理の説明図であ
り、図５（Ａ）は図３のｘ−ｚ平面の断面図であり、図
５（Ｂ）は図５（Ａ）における光源と各部の位置関係を
示す説明図である。

【図６】 図３ないし図５に示した実施の形態の第１の
変形例を説明する平面図である。

【図７】 図３ないし図５に示した実施の形態の第２の
変形例を説明する平面図である。

【図８】 図３ないし図５に示した実施の形態におい
て、第１の光電変換素子と遮光板の距離を変化させた場
合の説明図であり、図８（Ａ）は距離を長くした場合、
図８（Ｂ）は距離を短くした場合の部分断面図である。

【図９】 図３ないし図５に示した実施の形態の第３の
変形例を説明する平面図である。

【図１０】 図１に示した第１の実施の形態の位置検出
デバイスの製造方法の一例を示す説明図であり、図１０
（Ａ）ないし図１０（Ｄ）は製造工程の各段階を示す説
明図である。

【図１１】 図２に示した第２の実施の形態の位置検出
デバイスの製造方法の一例の説明図であり、図１１
（Ａ）ないし図１１（Ｄ）は製造工程の各段階を示す説
明図である。

【図１２】 本発明の位置検出デバイスの測定値の補正
に関する説明図である。

【図１３】 本発明の位置検出デバイスの測定値の補正
に関する説明図である。

【図１４】 本発明の位置検出装置の第１の実施の形態
の説明図である。

【図１５】 本発明の位置検出装置の第２の実施の形態
の説明図である。

【図１６】 本発明の位置検出装置の第３の実施の形態
の説明図である。

【図１７】 本発明の位置検出装置の第４の実施の形態
の説明図である。

【図１８】 本発明の位置検出装置の第５の実施の形態
の説明図である。

【図１９】 本発明の位置検出装置の第６の実施の形態
の説明図である。

【図２０】 本発明の位置検出装置の第７の実施の形態
の説明図である。

【符号の説明】 １…基板、２…下部電極、３…光電変換半導体層、４…
上部透明電極、５…第１の透光層、６…薄膜遮光層、７
…第２の透光層、８…フィルタ層、１１〜１３…第１の
光電変換素子、１４…第２の光電変換素子、１５〜１
７，２１…遮光板、１８，４２…光源、３１…透光層、
４１…位置検出デバイス、４４…衝撃センサまたは加速
度センサ、５１…感光ドラム、６１…対象物である基
板、６２…ＰＡＤ、６３…検査用プローブ、６４…ワイ
ヤボンディング用プローブ、７１，７３…レンズ支持
体、８１…リング状パイプ、８３…回転角等の検出セン
サ、９１…紙。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を遮光する少なくとも１つ
   の薄膜遮光層と、少なくとも１つの第１の光電変換素子
   を有し、第１の光電変換素子は、前記薄膜遮光層により
   前記光源の位置に応じて前記光の一部が遮光される位置
   に設置されることを特徴とする位置検出デバイス。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの透光層を有し、前記薄
   膜遮光層は、前記透光層に積層されることを特徴とする
   請求項１に記載の位置検出デバイス。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの基板を有し、該基板上
   に第１の光電変換素子と第１の透光層と前記薄膜遮光層
   が順に積層され、前記薄膜遮光層は部分的に積層される
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出デバイス。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの第１の透光層および少
   なくとも１つの第２の透光層を有し、前記薄膜遮光層と
   第１の透光層と第１の光電変換素子が第２の透光層に順
   に積層され、前記薄膜遮光層は部分的に積層されること
   を特徴とする請求項１に記載の位置検出デバイス。
5. 【請求項５】 特定波長領域を透過させる少なくとも１
   つのフィルタ層を有することを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれか１項に記載の位置検出デバイス。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの第２の光電変換素子を
   有し、第２の光電変換素子は、前記薄膜遮光層により前
   記光が遮光されることのない位置に設置されることを特
   徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の位置
   検出デバイス。
7. 【請求項７】 光源からの光を遮光する少なくとも１つ
   の薄膜遮光層と複数の第１の光電変換素子を有する位置
   検出デバイスの製造方法において、第１の光電変換素子
   は、一つの平板面上であって、前記薄膜遮光層により前
   記光源の位置に応じて前記光の一部が遮光される位置に
   作製されることを特徴とする位置検出デバイスの製造方
   法。
8. 【請求項８】 光源からの光を遮光する少なくとも１つ
   の薄膜遮光層と複数の第１の光電変換素子と少なくとも
   １つの第２の光電変換素子を有する位置検出デバイスの
   製造方法において、第１の光電変換素子は、一つの平板
   面上であって、前記薄膜遮光層により前記光源の位置に
   応じて前記光の一部が遮光される位置に、第２の光電変
   換素子は、前記平板面上であって、前記薄膜遮光層によ
   り前記光が遮光されることのない位置に作製されること
   を特徴とする位置検出デバイスの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   の位置検出デバイスを少なくとも１つ有し、前記位置検
   出デバイスの出力に基づいて前記光源の位置を演算する
   位置演算手段を有することを特徴とする位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記位置演算手段は、前記光源から出
    射して第１の光電変換素子で受光するまでの光路におけ
    る媒体の屈折率に基づいて位置の補正をすることを特徴
    とする請求項９に記載の位置検出装置。
11. 【請求項１１】 位置検出される対象物の少なくとも一
    部に設けられた光源と請求項１ないし６のいずれか１項
    に記載の位置検出デバイスを少なくとも１つ有すること
    を特徴とする位置検出装置。
12. 【請求項１２】 発光体を有し、前記光源は前記発光体
    からの光を反射する反射領域であることを特徴とする請
    求項１１に記載の位置検出装置。
13. 【請求項１３】 前記対象物は感光体であり、電子写真
    記録機構における位置検出装置であることを特徴とする
    請求項１１または１２に記載の位置検出装置。
14. 【請求項１４】 前記対象物はレンズまたはレンズ支持
    体であり、レンズ移動機構における位置検出装置である
    ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の位置検
    出装置。
15. 【請求項１５】 請求項９ないし１４のいずれか１項に
    記載の位置検出装置と、該位置検出装置の出力に基づい
    て前記対象物の速度，加速度，角速度等の位置変化量を
    演算する位置変化演算手段を有することを特徴とする位
    置変化検出装置。