JPS63278284A - 二次元光位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 直交する２組の対向縁部に入力電極を備えた四角の透明
抵抗膜と、絶縁基板上に形成された導体膜の出力電極と
の間に、光により導通する光導電膜を形成し、光スポッ
トが照射されたＸ、Ｙ座標を、ポテンショメータの出力
電圧として取り出す二次元光位置検出装置である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光導電膜を用いた二次元の光位置検出装置に
関する。

平面上での光スポットの位置座標が求まる検出装置は、
被接触で被計測物体の空間的な位置座標を計測して、移
動する物体の運動解析などを行う測定装置の検出手段と
して用いられている。

また最近では、図面などの座標を電気信号に変換してコ
ンピュータシステムに入力するデジタイザなどで、出力
が大きく、簡易な検出回路と共に使用できるこの種の検
出装置への要望が高まっている。

〔従来の技術〕

従来、光学的な二次元位置検出装置として半導体の光起
電力効果を用いたものが知られている。

まず、第４図の従来の一次元光位置検出装置の模式断面
図により動作原理を説明する。

第４図において、高抵抗半導体基板（シリコン）９１の
上にＰ型シリコンよりなる均一な抵抗層９２が形成され
ており、該抵抗層９２の両端に信号取り出し用の一対の
電極９３ａ、９３ｂが設けられており、またシリコン９
１の下面にはｎ土層よりなる共通電極９４が形成されて
いる。

シリコン９１と抵抗層９２との接合面はＰＮ接合され、
光電池を形成している。

両電極９３ａ、９３ｂ間の距離をし、抵抗をＲＬとし、
電極９３ａからの光スポツｌ−Ｈの入射点までの距離を
Ｘ、その部分の抵抗をＲｘとする。光入射位置で発生し
た光生成電荷は、光の入射エネルギに比例する光電流Ｉ
Ｏとして抵抗層９２に到達し、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、電極９３ａ、９３ｂ
から取り出される。

これらの電流をそれぞれＩａ、　Ｉｂとすると、となる
。抵抗層９２は均一で長さと抵抗値が比例するとすれば
、上式は で表される。　Ｉａ、ＩｂＯ比を求めると、となりＩａ
、ＩｂＯ値から入射エネルギに無関係に光の入射位置を
知ることができる。

第５図は、上記の原理を用いて、二次元計測を行うため
の、従来の二次元光位置検出装置を示す図である。

図において、四角の平面状に形成された抵抗層９２の上
に、直交座標軸に対応して四辺におのおのＸ１Ｘ゛およ
びＹ、　Ｙ’電極が設けられている。上述の説明はＸ軸
のみを有する一次元の場合を述べたが、電極がこのよう
に配置された二次元の場合、入射スポット光による光電
流ＩＯは四つの電極に分割して流入する。　これらの電
流は、入射点と電極との距離によりその値が変化する、
すなわち位置の情報を含んだものであるから、対向電極
からの２組の出力電流対Ｉｘ、ｌｘ’およびＩｙ、Ｉｙ
′を用いてそれぞれの対の中で演算を行うことによって
、光スポツト入射点のＸ座標、Ｙ座標を検出することが
できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の検出装置では、入射光のエネルギを光起電力
効果により電流に変換して、出力信号として用いている
。光電流は通常、数１０ｎＡ程度と極めて微弱であり、
その後の演算処理を行うには、高感度の前置増幅器を必
要とした。

また、出力電流は位置の情仰は含むが、電流値自体は位
置に比例していないため、複雑な演算処理を行い位置に
比例した値に変換する必要があり、さらに、入射光のエ
ネルギ変動が出力電流に直接影響するので正規化する処
理も必要となる。

これらの処理として、例えば、対向電極からの出力の差
および和を求め、その比をとる演算などが行われるが、
この演算のためにＸ軸、Ｙ軸用の加算、減算および除算
を行うアナログ演算系を必要とした。

以上のように、半導体を用いた従来の二次元光位置検出
装置は、信号処理回路が複雑になり、装置が大がかりに
なるため、高価になるという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る二次元光位置検出装置の平面図、
第２図は第１図におけるＡ−Ａ’断面図である。

本発明は上記問題点を解決するため、直交する２組の対
向縁部に入力電極６ａ　、　６ｂおよび６ｃ、６ｄを備
えた四角の透明抵抗膜５と、絶縁基板直上に形成された
導電膜よりなる共通出力電極３との間に、光導電膜４を
形成してなる二次元光位置検出装置を提供するものであ
る。

〔作用〕 光導電膜４は光の照射がない状態での抵抗値（暗抵抗）
が高く、はぼ絶縁体であり、光が照射されるとその抵抗
値（明抵抗）が５〜７桁減少し導電性を示す。

従って上記の如く構成された検出装置の表面に、第２図
のように、スポット光Ｈが入射すると透明抵抗膜５を通
過して、下層の光導電膜４に達し、その部分が導通部４
ａとなって透明抵抗膜５と最下層の共通出力電極３とが
接続される。

ところで、透明抵抗膜５上の対向する入力電極間（例え
ば６ａ、６ｂ間）に入力電圧が印加されてい電流が流れ
ている。透明抵抗膜上は全面にわたって一様な比抵抗分
布を有するので、その内部では電極からの距離に比例し
た電圧降下が生じている。

すなわち、透明抵抗膜車上の各点は電極からの距離に比
例した電位を有する。

この状態で上記スポット光Ｈが入射すると、導通部４ａ
を通じて入射点の電位が共通出力電極３に現れる。

すなわち、第２図で示す本検出装置では、スポット光が
照射された部分４ａが、透明抵抗膜＋上の位置に比例す
る電圧を取り出す作用、すなわち、あたかもポテンショ
メータにおけるブラシ（摺動子）と同等の作用をするの
で、入射点の位置に比例した電圧を共通出力電極から取
り出すことができる。

この際、ブラシ抵抗に相当する導通部の抵抗は数百Ω程
度であり、スポット光の強度変動で若干変化するが、Ｍ
Ωオーダの入力インピーダンスを有する通常の検出回路
で電圧だけを測定するので、抵抗値の変動の影響は無視
できる。

そして、例えば、Ｘ座標、Ｙ座標検出用の２組の対向電
極間に、同一入力端子をスイッチにより切換えて交互に
印加し、共通出力電極からの電圧を、該スイッチの切換
えタイミングに同期させて、２系統に分割することによ
り、二つの座標軸に関する位置情報を時分割で別個に取
り出すことができる。

以上の如く、光導電膜を用いた本発明による二次元光位
置検出装置は、非接触型のポテンショメ電圧を、外部か
ら供給する入力電圧に比例して大きくすることができ、
かつ、出力電圧は入射光の位置に比例しているので、前
記半導体の光起電力効果を用いた従来の検出装置の如く
前置増幅器や複雑なアナログ演算回路を必要としない。

〔実施例〕

以下添付図により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る二次元光位置検出装置の平面図、
第２図は第１図におけるＡ−Ａ”断面図、第３図は検出
回路接続図である。

第１図、第２図において、２はアルミナなどからなる絶
縁基板で、その上にＮｉＣｒ−Ａｕなとの導電性薄膜か
らなる共通出力電極３が形成されている。

その上に、Ｃｄ　（ＳｅＳ）などを主成分とする厚さ１
〜４μｍの光導電膜４と、該光導電膜４の形成領域をは
み出さない範囲にＳｎＯ２、ＩＴＯなどよりなの四辺に
接して（図は上面の場合を示すが端面でもよい）、互い
に直交する２対の入力電極６ａ、６ｂおよび６ｃ、６ｄ
がＮｉＣｒ−Ａｕなどの導体膜のパターン形成により配
設され、それぞれＸ座標、Ｙ座標用の電極として用いら
れる。

人力電極６ａ、６ｂおよび６ｃ、６ｄの長さは、直交す
る他の座標軸用の電極が透明抵抗膜上に存在することに
よる抵抗膜内の電位勾配の非直線性（エツジエフェクト
による）を除くため、他座標用電極対間の距離に対して
適当に短く定められる。

図の点線で囲まれた範囲７は上記の如く形成された検出
装置の光スボソドの検出領域を示し、この内部ではｘ、
ｙ方向とも光スポットの入射位置の座標と出力電圧との
関係は直線性を保っている。

次に、第３図により、上記の如く構成された二次元光位
置検出装置の動作を説明する。

図において８は検出回路で、連動する２組の切換えスイ
ッチＳｌ　、Ｓ２からなる座標軸切換回路８１と、検出
装置１に入力電圧ＶＯを供給する電源８２を備えている
。

検出装置１上で距離ＸＯおよびＹＯを隔てで対向する２
組の入力電極のそれぞれの一方すなわち６ａ、６ｃはア
ース電極として電源８２のマイナス側に、また他の一方
６．ｂ、６ｄはスイッチＳｌを介してプラス側に接続さ
れており、スイッチの切換えにより、入力電圧ｖＯがＸ
座標用入力電極６ｂとＹ座標用入力電極６ｄに交互に印
加されるようになっている。

この状態で光スポットが検出領域内の点Ｐ　（アース電
極からのＸ、Ｙ方向の距離がそれぞれｘ、ｙの点）に入
射すると、その点で光導電膜体が導通し、下層として形
成されている共通出力電極合が表面の透明抵抗膜÷と導
通部を介して接続し、アース電極と共通出力電極２との
間にｘ、ｙに比例した出力電圧ｖ×、Ｖｙがスイッチの
切換周期に同期して交互に発生する。この信号をスイッ
チＳｌに同期して動作するスイッチＳ２により２系統に
分離し独立した二つの出力として容易に取り出すことが
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、入射光の位置に比例した、大きな出力
電圧が得られる構造が簡単な二次元光位置検出装置を提
供することが可能となり、検出回路を簡単な構成とする
こができ、その経済的効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る二次元光位置検出装置の平面図
、 第２図は、第１図におけるＡ−Ａ”断面図、第３図は、
検出回路接続図、 第４図は、従来の一次元光位置検出装置の模式第５図は
、従来の二次元光位置検出装置を示す図・ である。 図において、 １−二次元光位置検出装置、２−絶縁基板、３−共通電
極、　　　　　４−光導電膜、４ａ−導通部、　　　　
　　　５−透明抵抗膜、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｃｌ−−
一人力電極、７−検出領域、８−検出回路、　　　　　
８１−座標軸切換回路、８２−電源、　　　　　　　９
１−　シリコン、９２−抵抗層、　　　　　　９３ａ、
９３ｂ　−電極、９４−共通電極、 で菖る。 第１層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　絶縁基板（２）上に、導体膜よりなる共通出力電極（
   ３）と、光導電膜（４）と、四角の透明抵抗膜（５）を
   順次に層形成し、該透明抵抗膜（５）の相対する２辺の
   縁部と、該２辺に直交する他の２辺の縁部とに該透明抵
   抗膜（５）に接続する２組の入力電極（６＿ａ、６＿ｂ
   および６＿ｃ、６＿ｄ）を設け、該２組の入力電極（６
   ＿ａ、６＿ｂおよび６＿ｃ、６＿ｄ）に入力電圧を印加
   してある状態で検出領域（７）に光スポットを照射し、
   該光スポットにより照射部の光導電膜（４）が導通状態
   となり、前記２組の入力電極（６＿ａ、６＿ｂおよび６
   ＿ｃ、６＿ｄ）と共通出力電極（３）との間に発生する
   電圧値から光スポットの位置を求めることを特徴とする
   二次元光位置検出装置。