特開 2024-8676 光線方向検知センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008676

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】光線方向検知センサ

(51)【国際特許分類】

   H10K 30/60 20230101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01L31/08 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110731

(22)【出願日】2022-07-08

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年９月２日にＴｈｅ ４ｔｈ ＮＩＴ－ＮＵＵ Ｂｉｌａｔｅｒａｌ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（日台国際交流会議）にて公開 令和４年１月２２日に第２７回高専シンポジウムにて公開

(71)【出願人】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】100123984

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 晃伸

(74)【代理人】

【識別番号】100102314

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 阿佐子

(74)【代理人】

【識別番号】100159178

【弁理士】

【氏名又は名称】榛葉 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】森宗 太一郎

(72)【発明者】

【氏名】長川 歩

(72)【発明者】

【氏名】金澤 啓三

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 貴大

【テーマコード（参考）】

5F849

【Ｆターム（参考）】

5F849AA17

5F849AB11

5F849BA25

5F849BA30

5F849BB20

5F849DA16

5F849FA02

5F849FA04

5F849HA17

5F849LA02

5F849LA06

5F849XA01

5F849XA25

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型で、かつ、光線の入射方向を高精度で検知することができる光線方向検知センサを提供する。
【解決手段】光線の入射方向を検知する光線方向検知センサであって、積層配置された第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０と、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０からの信号に基づいて光線の入射方向を算出する演算装置３０と、を有し、第１位置検出センサ１０は、透光性の半導体層１４，１５と、半導体層１４の上層として形成された入射側電極と、半導体層１５の下層として形成された透光性を有する出射側電極１６と、を備えて構成されており、第２位置検出センサ２０は、第１位置検出センサ１０を透過した光線が入射するように配置され、演算装置３０は、第１位置検出センサ１０で検知した光線の入射位置と、第２位置検出センサ２０で検知した光線の入射位置とのずれに基づいて、光線の入射方向を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象となる光線の入射方向を検知する光線方向検知センサであって、
積層配置された第１位置検出センサおよび第２位置検出センサと、
前記第１位置検出センサおよび前記第２位置検出センサからの信号に基づいて前記光線の入射方向を算出する演算装置と、を有し、
前記第１位置検出センサは、前記光線が入射していない部分においては絶縁体として機能し、前記光線が入射した部分においては導体として機能する、透光性の半導体層と、半導体層の上層として形成された入射側電極と、半導体層の下層として形成された透光性を有する出射側電極と、を備えて構成されており、
前記第２位置検出センサは、前記第１位置検出センサを透過した光線が入射するように配置されており、
前記演算装置は、前記第１位置検出センサで検知した光線の入射位置と、前記第２位置検出センサで検知した光線の入射位置とのずれに基づいて、前記光線の入射方向を算出する、光線方向検知センサ。

【請求項2】

前記入射側電極または前記出射側電極が、金属膜により構成されている、請求項１に記載の光線方向検知センサ。

【請求項3】

前記金属膜は銀膜である、請求項２に記載の光線方向検知センサ。

【請求項4】

前記銀膜は、厚さが１７～４０ｎｍである、請求項３に記載の光線方向検知センサ。

【請求項5】

前記入射側電極または前記出射側電極は、一対の透光性電極であり、当該一対の透光性電極の間には、一定の抵抗を有する透光性の導電膜層をさらに有する、請求項１に記載の光線方向検知センサ。

【請求項6】

前記入射側電極または前記出射側電極は、一対の透光性電極であり、
前記半導体層は、一定の抵抗を有する高分子有機半導体であり、
光線が前記高分子有機半導体に入射することで、前記高分子有機半導体から前記一対の透光性電極に電気が伝達される、請求項１に記載の光線方向検知センサ。

【請求項7】

前記第１位置検出センサおよび前記第２位置検出センサは、それぞれ、二対以上の前記入射側電極を有しており、入射した光線の位置を二次元で検出する、請求項３に記載の光線方向検知センサ。

【請求項8】

前記光線は可視光線である、請求項１に記載の光線方向検知センサ。

【請求項9】

前記光線は放射線であり、
前記第１位置検出センサおよび前記第２位置検出センサは、シンチレータを有しており、前記シンチレータにおいて放射線が発した光を検知することで、放射線の入射位置を検知する、請求項１に記載の光線方向検知センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光線の入射方向を検知する光線方向検知センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、フォトダイオードを用いたイメージセンサや位置検出センサ（ＰＳＤ：Position Sensitive Device）など、光線を検知するセンサが実用化されている。また、近年、光線を検知するだけではなく、光線の入射方向を検出する技術についても開発が進められている。
たとえば、特許文献１では、放射線の入射方法を検出する装置において、複数の光電変換素子がマトリクス状に配列された半導体チップを有する第１の検出部で、入射放射線によるコンプトン散乱が発生した位置とコンプトン散乱により発生した反跳電子の軌跡と検出するとともに、基板と第１の検出部との間に設けられた第２の検出部で、散乱放射線が入射された位置を検出することで、放射線源の位置を算出する技術が開示されている。
また、特許文献２では、ＩＣチップ上に複数の受光素子を円周状に形成配置し、水平方向の入射光の仰角をレンズや鏡などを組み合わせて光学的に変えることにより、ＩＣ面上に集光させ、この複数の受光素子を走査して受信レベルを検出することで、光線の飛来方向を算出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１８５８５２号公報

【特許文献2】特開２００３－３２９４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、コンプトン散乱により発生した反跳電子の軌跡を検出するために、複数の光電変換素子をマトリクス状に配列させる必要があり、装置の小型化が困難であるという問題があった。また、特許文献２でも、複数の受光素子と、受光素子ごとにレンズおよび鏡が必要となり、小型化を実現することは困難であり、また、光線の入射方向を実用可能な精度で検出することが難しいとの問題があった。

【0005】

本発明は、小型で、かつ、光線の入射方向を高精度に検知可能な、光線方向検知センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る光線方向検知センサは、検出対象となる光線の入射方向を検知する光線方向検知センサであって、積層配置された第１位置検出センサおよび第２位置検出センサと、前記第１位置検出センサおよび前記第２位置検出センサからの信号に基づいて前記光線の入射方向を算出する演算装置と、を有し、前記第１位置検出センサは、前記光線が入射していない部分においては絶縁体として機能し、前記光線が入射した部分においては導体として機能する、透光性の半導体層と、半導体層の上層として形成された入射側電極と、半導体層の下層として形成された透光性を有する出射側電極と、を備えて構成されており、前記第２位置検出センサは、前記第１位置検出センサを透過した光線が入射するように配置されており、前記演算装置は、前記第１位置検出センサで検知した光線の入射位置と、前記第２位置検出センサで検知した光線の入射位置とのずれに基づいて、前記光線の入射方向を算出する。
上記光線方向検知センサにおいて、前記入射側電極または前記出射側電極が、金属膜により構成されている構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記金属膜は銀膜である構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記銀膜は、厚さが１７～４０ｎｍである構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記入射側電極または前記出射側電極は、一対の透光性電極であり、当該一対の透光性電極の間には、一定の抵抗を有する透光性の導電膜層をさらに有する構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記入射側電極または前記出射側電極は、一対の透光性電極であり、前記半導体層は、一定の抵抗を有する高分子有機半導体であり、光線が前記高分子有機半導体に入射することで、前記高分子有機半導体から前記一対の透光性電極に電気が伝達される構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記第１位置検出センサおよび前記第２位置検出センサは、それぞれ、二対以上の前記入射側電極を有しており、入射した光線の位置を二次元で検出する構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記光線は可視光線である構成とすることができる。
上記光線方向検知センサにおいて、前記光線は放射線であり、前記第１位置検出センサおよび前記第２位位置検出センサは、シンチレータを有しており、前記シンチレータにおいて放射線が発した光を検知することで、放射線の入射位置を検知する構成とすることができる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、小型で、かつ、光線の入射方向を高精度で検知することができる光線方向検知センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る光線方向検知センサの断面概要図である。

【図2】本実施形態に係る光線方向検知センサの上面概要図である。

【図3】共通電極における光線の透光率の一例を示すグラフである。

【図4】共通電極の膜厚と電気抵抗率との関係の一例を示すグラフである。

【図5】光線の入射位置の検出方法を説明するための図である。

【図6】本実施形態に係る第１位置検出センサにおける光線の入射位置の検出精度の一例を示す図である。

【図7】光線の入射方向の算出方法を説明するための図である。

【図8】本実施形態に係る第１位置検出センサでの光線の入射位置の検出結果を示すグラフである。

【図9】本実施形態に係る第２位置検出センサでの光線の入射位置の検出結果を示すグラフである。

【図10】他の実施形態に係る光線方向検知センサを示す概要図である。

【図11】他の実施形態に係る放射線検出センサを示す概要図である。

【図12】他の実施形態に係る光線方向検知センサを示す概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係る光線方向検知センサの実施形態を、図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光線方向検知センサ１を示す断面構成図である。また、図２は、本実施形態に係る光線方向検知センサ１の上面概要図であり、図１に示す光線方向検知センサ１を上面から見た図となる。なお、図１は、図２のＩ－Ｉ線に沿う断面図となる。図１に示すように、光線方向検知センサ１は、第１位置検出センサ１０と、第２位置検出センサ２０と、演算装置３０とを有する。本実施形態では、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０との位置関係において、第１位置検出センサ１０が配置されている方向を上側、第２位置検出センサ２０が配置されている方向を下側として説明する。図１に示すように、本実施形態では、上側から入射する光線の入射方向を検知するものとし、第１位置検出センサ１０を透過した光線が、第２位置検出センサ２０で受光されるように、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０が配置されている。

【0010】

第１位置検出センサ１０は、図１および図２に示すように、表面抵抗層１１、一対の入対向電極１２ａ，１２ｂ、一対の対向電極１３ａ，１３ｂ、第１の半導体層１４、第２の半導体層１５、共通電極１６、第１電源１７ａ，１７ｂ、第１電流計１８ａ，１８ｂ、第２電源１９ａ，１９ｂ、および第２電流計１１０ａ，１１０ｂを有する。なお、以下においては、一対の対向電極１２ａ，１２ｂをまとめて一対の対向電極１２、一対の対向電極１３ａ，１３ｂをまとめて一対の対向電極１３とも言う。

【0011】

第１位置検出センサ１０では、図１に示すように、共通電極１６の上に第１および第２の半導体層１４，１５が積層され、第１の半導体層１４の上に表面抵抗層１１および一対の対向電極１２，１３が積層されている。また、図２に示すように、一対の対向電極１２，１３は、表面抵抗層１１の四方を囲うように配置されている。すなわち、一対の対向電極１２ａ，１２ｂは、表面抵抗層１１を介して、Ｘ方向に互いに対向するように配置されており、一対の対向電極１３ａ，１３ｂは、Ｙ方向において、表面抵抗層１１を介して互いに対向するように配置されている。

【0012】

表面抵抗層１１は、透光性を有する導電材料で作成された矩形の導電膜であり、表面抵抗層１１における通電に対して一定の電気抵抗を有している。表面抵抗層１１としては、たとえば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子や、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）などの亜鉛酸化物を用いることができる。表面抵抗層１１は、一定の電気抵抗値を有しているため、表面抵抗層１１を面方向に流れる電流の距離が長いほど表面抵抗層１１を流れる電流値は小さくなる特性を有している。

【0013】

対向電極１２、１３は、透光性の電導材料で作成された入射側電極であり、たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）電極やＩＧＺＯ電極などが例示される。対向電極１２ａ，１２ｂは、表面抵抗層１１の対向する一対の側辺（図２においては左右両端の側辺）の全体に配設される細長い矩形の電極である。また、対向電極１３ａ，１３ｂは、対向電極１２ａ，１２ｂが配置される表面抵抗層１１の一対の側辺と直交する一対の側辺（図２においては上下両端の側辺）の全体に配設される細長い矩形の電極である。また、対向電極１２，１３は、いずれも第１の半導体層１４の上層として配置される。対向電極１２，１３は、第１電源１７、第２電源１９および表面抵抗層１１と電気的に接続しており、第１電源１７および第２電源１９から出力された電流は、対向電極１２，１３を介して、表面抵抗層１１へと流れることとなる。

【0014】

第１の半導体層１４は、ｎ型半導体からなる層（たとえば、厚さ２５０ｎｍ）であり、たとえば、銅フタロシアニンから構成することができる。また、第２の半導体層１５は、ｐ型半導体からなる層（たとえば、厚さ９００ｎｍ）であり、たとえば、銅フタロシアニンとフラーレンを１：１で混合したＣｕＰｃ：Ｃ６０（１：１）から構成することができる。本実施形態において、第１および第２の半導体層１４，１５は、光線が入射していない部分においては絶縁体として機能するが、光線が入射した部分においては、励起し内部光電効果を発揮することで、光線が入射された部分において導体として機能し電流が流れることとなる。なお、本実施形態では、第１および第２の半導体層１４，１５として、有機半導体を用いることで、可撓性を有する光線方向検知センサ１を作製することが可能となる。ただし、第１および第２の半導体層１４，１５として、ＺｎＯやＧａＯなどの無機半導体を用いることもできる。

【0015】

共通電極１６は、第１位置検出センサ１０の底面を構成する矩形の出射側電極であり、本実施形態においては、透光性を有する金属薄膜により構成される。上述の対向電極１２，１３の外縁ならびに第１および第２の半導体層１４、１５の外縁は、共通電極１６の外縁と揃う大きさに構成されている。共通電極１６を構成する金属薄膜としては、銀、金、銅などの薄膜を用いることができるが、透光性および経済性の点から、銀膜を用いることが好ましい。

【0016】

ここで、共通電極１６の厚さが厚い場合、共通電極１６は、十分な透光性を得ることができない。そのため、本実施形態に係る共通電極１６の膜厚は、好ましくは４０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下となるように構成される。ここで、図３は、共通電極１６における光線の透過率の一例を示すグラフであり、膜厚２０ｎｍの銀薄膜で構成した共通電極１６の波長ごとの透光性を検査した結果を示す。なお、透光率の測定は、紫外・可視・近赤外分光光度計「ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＵＶ－３６００」（株式会社島津製作所）を用いて行った。

【0017】

図３に示すように、共通電極１６を２０ｎｍの銀膜とした場合、可視光の波長範囲のうち、４３５．８ｎｍの波長の光の透過率（図３の（ａ）に示す透過率）は約４１％となり、５４６．１ｎｍの波長の光の透過率（図３の（ｂ）に示す透過率）は２２％となり、７００ｎｍの波長の光の透過率（図３の（ｃ）に示す透過率）は約１５％となった。このように、膜厚２０ｎｍの銀膜では、可視光の波長範囲の光であれば波長にかかわらず約１４％以上の透過率が得られることがわかった。また、共通電極１６を３０ｎｍの銀膜とした場合は、膜厚２０ｎｍよりも透過率は低くなるが、図３に示すように、可視光の波長範囲において、膜厚２０ｎｍとほぼ同程度の透過率が得られることがわかった。本実施形態に係る共通電極１６としては、光線の透過率が少ない波長でも、８％以上の透過率があることが好ましく、１４％以上の透過率があることがより好ましく、２０％以上の透過率があることがさらに好ましい。

【0018】

また、共通電極１６は、膜厚が薄すぎる場合には、電気抵抗が安定しない場合がある。そのため、共通電極１６の膜厚は、好ましくは１７ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上となるように構成される。ここで、図４は、共通電極１６である銀膜の膜厚と電気抵抗率との関係の一例を示すグラフである。図４の（Ａ）に示すように、銀膜は膜厚１６ｎｍ付近において、電気抵抗率は１０^３から１０^－４へと大きく変動するため、銀膜の膜厚を１６ｎｍ以下としてしまうと位置検出センサとして安定性に欠けてしまうことが考えられる。一方で、銀膜の膜厚を１７ｎｍ以上とすることで、このような電気抵抗率の変動は抑えられ、また、電気抵抗率を低くすることができるため、安定かつ適切に線の入射位置を検出することが可能となる。

【0019】

図１に示すように、対向電極１２ａと共通電極１６との間には、第１電源１７ａおよび第１電流計１８ａが配置される。また、対向電極１２ｂと共通電極１６との間には、第１電源１７ｂおよび第１電流計１８ｂが配置される。同様に、図２に示すように、対向電極１３ａと共通電極１６との間には、第２電源１９ａおよび第２電流計１１０ａが配置され、対向電極１３ｂと共通電極１６との間には、第２電源１９ｂおよび第２電流計１１０ｂが配置される。なお、以下においては、第１電源１７ａ，１７ｂをまとめて第１電源１７とも称し、第１電流計１８ａ，１８ｂをまとめて第１電流計１８とも称し、第２電源１９ａ，１９ｂをまとめて第２電源１９とも称し、第２電流計１１０ａ，１１０ｂをまとめて第２電流計１１０とも称す。

【0020】

ここで、第１位置検出センサ１０に光線が入射していない場合、半導体層１４，１５は絶縁体として機能し電流は流れないため、第１電流計１８および第２電流計１１０において電流を計測することはできない。一方、第１位置検出センサ１０に光線が入射すると、半導体層１４，１５における光線の入射位置において内部光電効果により通電が可能となり、第１電源１７および第２電源１９から出力された電流が、一対の対向電極１２，１３、表面抵抗層１１、半導体層１４，１５および共通電極１６を介して流れ、第１電流計１８および第２電流計１１０により電流値が計測されることとなる。たとえば、図５に示す例のように、第１位置検出センサ１０に光線が入射すると、半導体層１４，１５における光線の入射位置が導体と機能し通電が生じることで、第１電源１７ａから出力された電流の電流値Ｉ_１は、対向電極１２ａ、表面抵抗層１１、光線の入射位置における半導体層１４，１５、共通電極１６を介して、第１電流計１８ａで計測される。また、第１電源１７ｂから出力された電流の電流値Ｉ_２は、対向電極１２ｂ、表面抵抗層１１、光線の入射位置における半導体層１４，１５、共通電極１６を介して、第１電流計１８ｂで計測される。同様に、図示していないが、第２電源１９ａから出力された電流の電流値Ｉ_１は、対向電極１３ａ、表面抵抗層１１、光線の入射位置における半導体層１４，１５、共通電極１６を介して、第２電流計１１０で計測され、第２電源１９ｂから出力された電流の電流値Ｉ_２は、対向電極１３ｂ、表面抵抗層１１、光線の入射位置における半導体層１４，１５、共通電極１６を介して、第２電流計１１０ｂで計測される。

【0021】

ここで、上述したように、表面抵抗層１１は、一定の電気抵抗を有しており、表面抵抗層１１の面方向に流れる電流の距離が長いほど、表面抵抗層１１を流れる電流は減衰し電流値は小さくなる。たとえば、図５に示す例においては、光線の入射位置は、対向電極１２ａよりも、対向電極１２ｂに近い位置Ｐになっている。そのため、対向電極１２ａを経由して流れる電流の電流値Ｉ_１は、対向電極１２ｂを経由して流れる電流の電流値Ｉ_２よりも小さくなる。

【0022】

演算装置３０は、このような電気特性に基づいて、第１位置検出センサ１０における光線の入射位置を検出する。具体的に、演算装置３０は、第１電流計１８および第２電流計１１０と接続しており、第１電流計１８および第２電流計１１０が計測した各電流値Ｉ_１，Ｉ_２を取得する。そして、演算装置３０は、下記式１に示す式に基づいて、光線の入射位置（図５に示す例では対向電極１２ｂからの距離ΔＸ）を算出する。

【数1】

なお、上記式（１）においては、図５に示すように、対向電極１２ａから対向電極１２ｂまでの距離をＬとし、第１電流計１８ａで計測した電流値をＩ_１、第１電流計１８ｂで計測した電流値をＩ_２として、Ｘ方向における光線の入射位置Ｐ（図５に示す例では対向電極１２ｂからの距離ΔＸ）を求めることができる。

【0023】

同様に、演算装置３０は、第２電流計１１０ａおよび第２電流計１１０ｂと接続しており、第２電流計１１０ａおよび第２電流計１１０ｂが計測した電流値Ｉ_１，Ｉ_２を取得することで、上記式（１）に基づいて、Ｙ方向における光線の入射位置Ｐ（対向電極１３ｂからの距離ΔＹ）も算出することができる。これにより、演算装置３０は、二次元（Ｘ方向およびＹ方向）における光線の入射位置を検出することができる。

【0024】

ここで、図６は、本実施形態に係る第１位置検出センサ１０での光線の入射位置の検出試験の結果を示す図である。図６に示す試験例では、レーザー照射装置から、第１位置検出センサ１０の表面に垂直となるように、光線を入射させた。また、レーザー照射装置を移動させてレーザー光の照射位置を変更させながら、それぞれの照射位置において、第１位置検出センサ１０で計測した電流値Ｉ_１，Ｉ_２から光線の入射位置Ｐを算出した。レーザー照射位置と、電流値Ｉ_１，Ｉ_２から求めた光線の入射位置Ｐ（図５に示すΔＸ）との関係とを、図６に示す。図６に示すように、レーザー照射位置と、検出値ΔＸとが相関しており、本実施形態に係る第１位置検出センサ１０で光線の入射位置ΔＸを高精度に検知することができることがわかった。

【0025】

さらに、本実施形態に係る光線方向検知センサ１では、第１位置検出センサ１０が、第１位置検出センサ１０に入射した光線の一部を透過して、下側に配置された第２位置検出センサ２０に透過した光線を受光させる構成となっている。特に、本実施形態において、表面抵抗層１１、対向電極１２，１３、半導体層１４，１５は高い透光性を有しており、また、共通電極１６は金属薄膜であり半透光性ではあるが、上述したように、共通電極１６の膜厚を４０ｎｍ以下とすることで、第１位置検出センサ１０に入射した光線が、第１位置検出センサ１０を通過して、第２位置検出センサ２０に入射するように構成されている。

【0026】

次に、第２位置検出センサ２０について説明する。第２位置検出センサ２０も、第１位置検出センサ１０と同様に、透光性の表面抵抗層２１、透光性の一対の対向電極２２ａ，２２ｂおよび２３ａ，２３ｂ、透光性の半導体層２４，２５、共通電極２６、第１電源２７ａ，２７ｂ、第１電流計２８ａ，２８ｂ、第２電源２９ａ，２９ｂ、並びに第２電流計２１０ａ，２１０ｂを有する。なお、第２位置検出センサ２０においても、一対の対向電極２２ａ，２２ｂをまとめて対向電極２２とも称し、一対の対向電極２３ａ，２３ｂをまとめて対向電極２３とも称す。また、第１電源２７ａ，２７ｂをまとめて第１電源２７とも称し、第１電流計２８ａ，２８ｂをまとめて第１電流計２８とも称し、第２電源２９ａ，２９ｂをまとめて第２電源２９とも称し、第２電流計２１０ａ，２１０ｂをまとめて第２電流計２１０とも称す。

【0027】

第２位置検出センサ２０においても、第１位置検出センサ１０と同様に、第１の半導体層２４および第２の半導体層２５に光線が入射すると、半導体層２４，２５は、入射位置において、内部誘電効果を発揮し通電が可能となる。これにより、第２位置検出センサ２０に光線が入射すると、半導体層２４，２５における光線の入射位置において内部光電効果により通電が可能となり、第１電源２７および第２電源２９から出力された電流が、一対の対向電極２２，２３、表面抵抗層２１、半導体層２４，２５および共通電極２６を介して流れ、第１電流計２８および第２電流計２１０により電流値が計測されることとなる。具体的には、第２位置検出センサ２０に光線が入射すると、半導体層２４，２５における光線の入射位置が導体となり通電が生じることで、第１電源２７ａから出力された電流の電流値Ｉ_１は、対向電極２２ａ、表面抵抗層２１、光線の入射位置における半導体層２４，２５、共通電極２６を介して、第１電流計２８ａで計測される。また、第１電源２７ｂから出力された電流の電流値Ｉ_２は、対向電極２２ｂ、表面抵抗層２１、光線の入射位置における半導体層２４，２５、共通電極２６を介して、第１電流計２８ｂで計測される。同様に、第２電源２９ａから出力された電流の電流値Ｉ_１は、対向電極２３ａ、表面抵抗層２１、光線の入射位置における半導体層２４，２５、共通電極２６を介して、第２電流計２１０ａで計測され、第２電源２９ｂから出力された電流の電流値Ｉ_２は、対向電極２３ｂ、表面抵抗層２１、光線の入射位置における半導体層２４，２５、共通電極２６を介して、第２電流計２１０ｂで計測される。そして、第１電流計２８ａ，２８ｂおよび第２電流計２１０ａ，２１０ｂで計測された電流値Ｉ_１，Ｉ_２は、演算装置３０へと出力される。

【0028】

また、第２位置検出センサ２０においても、表面抵抗層２１は、一定の電気抵抗を有しており、表面抵抗層２１の面方向に流れる電流の距離が長いほど、電流は抵抗により減衰し小さくなる。そのため、演算装置３０は、第１電流計２８および第２電流計２１０から取得した電流値に基づいて、上記式（１）により、表面抵抗層２１における光線の入射位置（Ｘ方向におけるΔＸおよびＹ方向におけるΔＹ）を算出することができる。

【0029】

なお、第２位置検出センサ２０は、第１位置検出センサ１０とは異なり、入射した光線を透過する必要はない。そのため、第２位置検出センサ２０における共通電極２６は、第１位置検出センサ１０の共通電極１６よりも、膜厚を厚くすることができる。また、第２位置検出センサ２０は、光線方向検知センサ１全体を可撓性とするために、第１位置検出センサ１０の半導体層１４，１５と同様に、半導体層２４，２５に有機半導体を用いる構成とすることが好ましい。

【0030】

また、本実施形態において、演算装置３０は、第１位置検出センサ１０で算出した光線の入射位置と、第２位置検出センサ２０で算出した光線の入射位置のずれに基づいて、光線の入射方向を検知する。具体的には、演算装置３０は、図７に示すように、第１位置検出センサ１０の第１電流計１８および第２電流計１１０で計測した電流値Ｉ_１，Ｉ_２と、第２位置検出センサ２０の第１電流計２８および第２電流計２１０で計測した電流値Ｉ_３，Ｉ_４とを用いて、下記式（２）により、Ｘ方向における光線の入射方向、およびＹ方向における光線の入射方向を算出する。なお、図７は、光線の入射方向の算出方法を説明するための図である。

【0031】

具体的には、演算装置３０は、光線の入射方向をθ（鉛直方向に対するＸ方向またはＹ方向における傾きθ）を、下記式（２）に基づいて算出する。なお、下記式（２）において、第１位置検出センサ１０における第１電流計１８ａおよび第２電流計１１０ａで計測した電流値をＩ_１、第１位置検出センサ１０における第１電流計１８ｂおよび第２電流計１１０ｂで計測した計測した電流値をＩ_２、第２位置検出センサ２０における第１電流計２８ａおよび第２電流計２１０ａで計測した電流値をＩ_３、第２位置検出センサ２０における第１電流計２８ｂおよび第２電流計２１０ｂで計測した電流値をＩ_４、対向電極１２ａ，１３ａから対向電極１２ｂ，１３ｂまでの距離をＬ、第１位置検出センサ１０の表面抵抗層１１と第２位置検出センサ２０との表面抵抗層２１との間の積層方向における距離をＤとする。

【数2】

【0032】

ここで、図８および図９に、実際に試作した光線方向検知センサ１を用いて、第１位置検出センサ１０の光線の入射位置と、当該第１位置検出センサ１０を透過した光を第２位置検出センサ２０で受光した場合の光線の入射位置とを計測した結果を示す。なお、図８および図９に示す例では、レーザー光照射装置により、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０の受光面に対して垂直となる方向から光線を照射した。

【0033】

図８（Ａ）は、第１位置検出センサ１０における電流値Ｉ_１，Ｉ_２の大きさと、光線の入射位置とを示すグラフである。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す電流値Ｉ_１，Ｉ_２から算出した光線の入射位置（ΔＸ）と、実際にレーザー光線を照射した位置との関係を示すグラフである。図８（Ｂ）に示すように、図８（Ａ）に示す電流値Ｉ_１，Ｉ_２から算出した光線の入射位置（ΔＸ）と、実際にレーザー光線を照射した位置とはほぼ一致し、試作した光線方向検知センサ１において、第１位置検出センサ１０での光線の入射位置を適切に検知できることがわかりました。

【0034】

また、図９（Ａ）は、第１位置検出センサ１０を透過した光線を、第２位置検出センサ２０で受光した場合の、第２位置検出センサ２０における電流値Ｉ_３，Ｉ_４の大きさと、光線の入射位置とを示すグラフである。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す電流値Ｉ_３，Ｉ_４から算出した光線の入射位置（ΔＸ）と、実際にレーザー光線を照射した位置との関係を示すグラフである。図９（Ａ）に示すように、本実施形態に係る光線方向検知センサ１では、第２位置検出センサ２０で電流値Ｉ_３，Ｉ_４が検出されているため、第１位置検出センサ１０を透過した光線の一部が、第２位置検出センサ２０で受光できることがわかった。また、図９（Ｂ）に示すように、第２位置検出センサ２０でも、第１位置検出センサ１０と同様に、第２位置検出センサ２０で計測された電流値Ｉ_３，Ｉ_４から求めた光線の入射位置と、レーザー光線の照射位置とがほぼ一致し、第２位置検出センサ２０における光線の入射位置も適切に検出することができるとがわかった。なお、第２位置検出センサ２０では、光線の入射位置が対向電極１３ａ，１３ｂに近い場合（たとえば、レーザー光線の照射位置が図９（Ｂ）の１ｍｍ以下、または４ｍｍ以上の場合）に、光線の入射位置を適切に算出することができなかった。これは、第１位置検出センサ１０の対向電極１２，１３が光線の透過に影響を与えたためと考えられる。

【0035】

また、実際に試作した光線方向検知センサ１を用いて、レーザー光線の入射方向を検出する試験を行った。具体的には、レーザー光線を入射方向３０°から照射し、第１位置検出センサ１０における電流値Ｉ_１，Ｉ_２と、第２位置検出センサ２０における電流値Ｉ_３，Ｉ_４とを測定した。その結果、電流値Ｉ_１が０．４１５μＡ、電流値Ｉ_２が５．０１２μＡ、電流値Ｉ_３が４．７９２μＡ、電流値Ｉ_４が３．１１３μＡとして得られた。試作した光線方向検知センサ１は、第１位置検出センサ１０と第２位置検出センサ２０との間の距離Ｄが３．６５２ｍｍ、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０の長さ（対向電極１２ａ，１３ａ，２２ａ，２３ａから対向電極１２ｂ，１３ｂ，２２ｂ，２３ｂまでの距離）Ｌが５ｍｍであるため、上記式（２）を用いて入射角θを求めた場合に、θは３５．９５°として算出された。なお、上記試験は、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０の長さＬを５ｍｍとした試作品で試験を行ったが、長さＬを１０ｍｍ以上、もしくは３０ｍｍ以上と長くすることで、より広い入射角度の光の入射方向を測定することができるとともに、入射方向の検出精度を高めることができると期待される。

【0036】

以上のように、本実施形態に係る光線方向検知センサ１は、光線の入射位置を検出する第１位置検出センサ１０と、光線の入射位置を検出する第２位置検出センサ２０と、を有し、第１位置検出センサ１０は、入射する光線の少なくとも一部を透過するように構成されており、第２位置検出センサ２０は、第１位置検出センサ１０を透過した光線が入射するように配置されている。これにより、本実施形態に係る光線方向検知センサ１では、第１位置検出センサ１０に入射した光線の入射位置と、第１位置検出センサ１０を透過し、第２位置検出センサ２０に入射した光線の入射位置とを検出することができ、第１位置検出センサ１０での光線の入射位置と、第２位置検出センサ２０での光線の入射位置とのずれから、光線の入射方向（あるいは光源の位置）を特定することができる。

【0037】

特に、本実施形態に係る第１位置検出センサ１０では、表面抵抗層１１、一対の対向電極１２，１３、半導体層１４，１５を透光性部材として構成するとともに、金属膜である共通電極１６を半透光性として構成することで、第１位置検出センサ１０で光線の入射位置を検出することができるとともに、第１位置検出センサ１０を透光して第２位置検出センサ２０に入射した光線の入射位置も検出することができる。また、共通電極１６においては、膜厚を１７ｎｍ以上、かつ、４０ｎｍ以下とすることで、一定の透光性を確保することができるとともに、共通電極１６の電気抵抗を安定にすることができる。

【0038】

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0039】

たとえば、光線方向検知センサ１は、上記構成に加えて、図１０に示すように、遮光部４０を有する構成とすることができる。遮光部４０は、偏光板４１と、液晶シャッター４２とを有し、液晶シャッター４２を制御して、偏光板４１を通過した特定の偏光の光線の一部を、液晶シャッター４２の４３孔から通過させることができる。これにより、光線を受光面で点状に受光することができるため、光線の入射位置を特定しやすくすることができる。なお、図１０は、他の実施形態に係る光線方向検知センサ１ａの構成概要図であり、第１電源１７ａ，１７ｂ、第１電流計１８ａ，１８ｂ、第２電源１９ａ，１９ｂ、第２電流計１１０ａ，１１０ｂおよび演算装置３０の図示は省略している。

【0040】

また、上述した実施形態では、可視光線を検知する光線方向検知センサ１を例示したが、赤外線、近赤外線、紫外線、深紫外線、放射線、マイクロ波などを検知する光線方向検知センサとすることもできる。たとえば、図１１に示すように、Ｘ線やγ線などの放射線を検知する放射線方向検知センサ１ｂとすることができる。図１１に示す例では、放射線が入射する側から順に、放射線遮蔽板５１と、第１位置検出センサ１０ａと、第２位置検出センサ２０ａとを有する。放射線遮蔽板５１は、一部に孔５２が空いており、この孔５２を通じて放射線の一部が第１位置検出センサ１０ａに受光される。また、第１位置検出センサ１０ａは、シンチレータ１１１、透明電極１１２、半導体層１４，１５、表面抵抗層１１および対向電極１２，１３を有する。また、第２位置検出センサ２０ａも、第１位置検出センサ１０ａと同様に、シンチレータ２１１、透明電極２１２、半導体層２４，２５、表面抵抗層２１と、対向電極２２，２３を有する。なお、図１１でも、第１電源１７ａ，１７ｂ、第１電流計１８ａ，１８ｂ、第２電源１９ａ，１９ｂ、第２電流計１１０ａ，１１０ｂおよび演算装置３０の図示は省略している。

【0041】

図１１に示す構成の場合、シンチレータ１１１，２１１に入射した放射線は蛍光を発光し、放射線による蛍光が透明電極１１２を経由して半導体層１４，１５に入射することで、半導体層１４，１５の入射位置が導体となり通電が可能となる。また、図１１に示すように、放射線の一部は第１位置検出センサ１０ａを通過して、第２位置検出センサ２０ａに受光される。これにより、上述した実施形態と同様に、放射線遮蔽板５１の孔５２を通過した放射線が、第１位置検出センサ１０ａおよび第２位置検出センサ２０ａで受光され、放射線の入射位置を検出することが可能となる。そして、放射線方向検知センサ１ｂは、第１位置検出センサ１０ａへの放射線の入射位置と、第２位置検出センサ２０ａへの放射線の入射位置とのずれに基づいて（第１位置検出センサ１０ａで計測した電流値Ｉ_１，Ｉ_２と第２位置検出センサ２０ａで計測した電流値Ｉ_３，Ｉ_４に基づいて）、放射線の入射方向（放射線源の位置）を検知することが可能となる。

【0042】

さらに、上述した実施形態では、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０において、一対の対向電極１２，１３，２２，２３をそれぞれ２つずつ設けることで、光線の入射位置をＸ方向およびＹ方向の二次元で検出する構成を例示したが、一対の対向電極を１つずつ設けることで、光線の入射位置をＸ方向またはＹ方向の一次元で検出する構成とすることができる。また、一対の対向電極を３以上ずつ設ける構成とすることもできる。さらに、上述した実施形態では、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０の２つの位置検出センサを用いる構成を例示したが、この構成に限定されず、３以上の位置検出センサを用いる構成としてもよい。

【0043】

また、上述した実施形態では、第１位置検出センサ１０の共通電極１６に銀膜を用いる構成を例示したが、この構成に限定されず、第１位置検出センサ１０の共通電極１６に，ＩＴＯ電極やＩＧＺＯ電極などの透光性の電極を用いることもできる。ただし、銀膜は、入手が容易であり、酸化しにくく、かつ比較的安価であるため、第１位置検出センサ１０の共通電極１６として銀膜を用いることは経済的に好ましい。

【0044】

さらに、上述した実施形態では、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０が表面抵抗層１１，２１を有する構成を例示したが、この構成に限定されず、半導体層１４，１５，２４，２５として有機半導体を用いることで、表面抵抗層１１，２１を備えない構成とすることができる。たとえば、図１２に示すように、半導体層１４，１５，２４，２５として有機半導体１１３，２１３を用いることで、有機半導体１１３，２１３に入射した光線により、有機半導体１１３，２１３が導電性となるとともに、有機半導体層１１３，２１３が高い電子移動度を有するため、有機半導体層１１３，２１３の入射位置から電気が通電し、一対の対向電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂまで電気が伝達される。また、有機半導体１１３，２１３は、一定の抵抗を有するため、有機半導体１１３，２１３を流れる距離が長くなるほど電流値は低くなり、対向電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂで電流値を測定することで、有機半導体１１３，２１３の光線の入射位置が検出できる。そのため、図１２に示す光線方向検知センサ１ｃでも、第１位置検出センサ１０ｂおよび第２位置検出センサ２０ｂにおける光線の入射位置に基づいて、光の入射方向を検知することができる。

【0045】

加えて、上述した図１１に示す例では、シンチレータ１１１，２１１を、第１位置検出センサ１０ａおよび第２位置検出センサ２０ａの光線入射側に配置する構成を例示したが、シンチレータ１１１，２１１を、第１位置検出センサ１０ａおよび第２位置検出センサ２０ａの光線出射側に配置する構成とすることもできる。また、図１１に示す構成において、半導体層１４，１５，２４，２５に代えて、放射線に対する受光感度を有し、かつ放射線の入射により通電可能となる有機半導体を用いることで、シンチレータ１１１，２１１を用いない構成とすることもできる。

【0046】

加えて、上述した実施形態では、第１位置検出センサ１０および第２位置検出センサ２０の２つの位置検出センサを積層する構成を例示して説明したが、３つ以上の位置検出センサを積層し、各位置検出センサでの光線の入射位置を検出することで、光線の入射方向を検出する構成とすることもできる。この場合、２つの位置検出センサを積層する構成と比べて、入射方向の検出精度を高めることができる。

【符号の説明】

【0047】

１…光線方向検知センサ
１０…第１位置検出センサ
１１…表面抵抗層
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…一対の対向電極
１４…第１の半導体層
１５…第２の半導体層
１６…共通電極
１７ａ，１７ｂ…第１電源
１８ａ，１８ｂ…第１電流計
１９ａ，１９ｂ…第２電源
１１０ａ，１１０ｂ…第２電流計
２０…第２位置検出センサ
２１…表面抵抗層
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ…一対の対向電極
２４…第１の半導体層
２５…第２の半導体層
２６…共通電極
２７ａ，２７ｂ…第１電源
２８ａ，２８ｂ…第１電流計
２９ａ，２９ｂ…第２電源
２１０ａ，２１０ｂ…第２電流計
３０…演算装置
４０…遮光部
４１…偏光板
４２…液晶シャッター
５１…放射線遮蔽板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】