JP5373487B2 - 同期検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビーム走査の基準位置を検出する同期検出装置に関する。

従来、レーザビームを走査する際に基準位置を正確に検出する同期検出装置が提案されている（下記特許文献１参照）。このような同期検出装置の基本構造は、２つのフォトダイオードを有しており、各フォトダイオード上をレーザビームが走査した場合に、各フォトダイオードから出力される出力波形のクロスポイントを、基準位置として検出している。なお、各フォトダイオードの出力は、アンプに入力されている。

特許第３０６８８６５号公報

しかしながら、フォトダイオードへの入射強度が高くなり、走査始点側のフォトダイオードの後段に位置するアンプが飽和すると、その回復に時間がかかり、当該アンプの出力波形の後側のエッジが遅延し、クロスポイントの位置が遅延してしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、波形のクロスポイント位置を正確に検出可能な同期検出装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る同期検出装置は、ビームの走査方向に沿って配置された第１及び第２ビーム検出器と、第１及び第２ビーム検出器の後段にそれぞれ接続された第１及び第２アンプと、を備え、第１及び第２アンプそれぞれは、第１及び第２ビーム検出器のうち対応するビーム検出器の出力に応じた電流が流れる第１トランジスタと、これと対をなす第２トランジスタとを備えるカレントミラーと、電源と第２トランジスタとの間に接続された抵抗と、抵抗と第２トランジスタとの間の節点に接続された出力端子と、を備え、第１ビーム検出器にビームが入射していない場合の第１アンプの出力レベルと第１アンプの飽和出力レベルとの間に、第１制限レベルを与え、第１アンプの出力が第１制限レベルに到達した場合には、前記第１アンプにおける前記節点に電流を流し込むことで前記抵抗を流れる電流を増加させず、第１アンプの出力がその飽和出力レベルに近づくのを抑制する第１出力制限手段と、第１アンプの出力波形と第２アンプの出力波形とのクロスポイントを検出するクロスポイント検出回路とを備え、第２ビーム検出器にビームが入射していない場合の第２アンプの出力レベルと第２アンプの飽和出力レベルとの間に、第２制限レベルを与え、第２アンプの出力が第２制限レベルに到達した場合には、第２アンプにおける前記節点に電流を流し込むことで抵抗を流れる電流を増加させず、第２アンプの出力がその飽和出力レベルに近づくのを抑制する第２出力制限手段を更に備え、第１制限レベルと、第２制限レベルとは異なっていることを特徴とする。

本発明によれば、第１出力制限手段によって、第１アンプの飽和が抑制されるので、ビーム強度が高い場合においても、アンプ飽和に起因する波形遅延が生じず、第１及び第２アンプの出力波形の隣接位置近傍に存在するクロスポイント位置を正確に検出することができる。

また、上述のように、この同期検出装置は、第２ビーム検出器にビームが入射していない場合の第２アンプの出力レベルと第２アンプの飽和出力レベルとの間に、第２制限レベルを与え、第２アンプの出力が第２制限レベルに到達した場合には、第２アンプにおける節点に電流を流し込むことで抵抗を流れる電流を増加させず、第２アンプの出力がその飽和出力レベルに近づくのを抑制する第２出力制限手段を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、第２出力制限手段によって、第２アンプの飽和が抑制されるので、ビーム強度が高い場合においても、アンプ飽和に起因する波形遅延が生じず、第１及び第２アンプの出力波形の後ろ側のクロスポイント位置の変動を抑制することができる。後ろ側のクロスポイントは直接的には同期制御には用いられないが、クロスポイント検出回路の出力波形を決定しているので、その変動は少ない方が、この信号に基づいて制御される走査装置の誤動作が少ない。

また、上述のように、上記の第１制限レベルと、第２制限レベルとは異なっていることが好ましい。すなわち、これらの制限レベルが一致した場合、それぞれのアンプの出力が、この制限レベルに貼りつき、クロスポイントが不定となる場合があるが、これらの制限レベルが異なっていることにより、このような不安定化が生じることはなくなるという利点がある。

本発明に係る同期検出装置によれば、ビーム走査される２つのビーム検出器から出力される波形のクロスポイント位置を正確に検出することができる。

光検出センサＰＤＳの平面図である。 比較例に係る同期検出装置の回路図である。 光検出センサＰＤＳの光出力電流のタイミングチャートである。 アンプＡ，Ｂの出力電圧のタイミングチャートである。 アンプＡ，Ｂの出力電圧のタイミングチャートである。 クロスポイント検出回路Ｃの出力電圧のタイミングチャートである。 光検出センサＰＤＳの光出力電流のタイミングチャートである。 アンプＡ，Ｂの出力電圧のタイミングチャートである。 クロスポイント検出回路Ｃの出力電圧のタイミングチャートである。 光検出センサＰＤＳの光出力電流のタイミングチャートである。 アンプＡ，Ｂの出力電圧のタイミングチャートである。 クロスポイント検出回路Ｃの出力電圧のタイミングチャートである。 実施形態に係る同期検出装置の回路図である。 実施形態に係る同期検出装置の詳細な回路図である。 光検出センサＰＤＳの光出力電流のタイミングチャートである。 アンプＡ，Ｂの出力電圧のタイミングチャートである。 クロスポイント検出回路出力のタイミングチャートである。 光検出センサＰＤＳの光出力電流のタイミングチャートである。 アンプＡ，Ｂの出力電圧のタイミングチャートである。 クロスポイント検出回路Ｃの出力のタイミングチャートである。 別の実施形態に係る同期検出装置のアンプの回路図である。 本実施形態（ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３ありの場合）と従来例（ダイオードなしの場合のアンプの入出力特性を示すグラフである。

以下、実施の形態に係る同期検出装置について説明する。同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、光検出センサＰＤＳの平面図である。

光検出センサＰＤＳの外形は図示に示すものであり、基板ＳＢ上に離隔して配置されたビーム検出器（光検出器：フォトダイオード）ＰＤＡ，ＰＤＢを備えている。基板ＳＢが半導体からなる場合には、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢは基板ＳＢとは反対の導電型の半導体領域が形成された領域である。例えば、基板ＳＢをＮ型の半導体とすれば、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢが形成されている領域は、これにＰ型半導体領域が形成されている領域に一致する。また、基板ＳＢが、単なるマウント用の基板である場合には、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢは、物理的に離隔した素子であり、これらの間には気体が介在している。

いずれにしても、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢは、それぞれＹ軸方向を長手方向とし、フォトダイオードＰＤＡのＸ軸方向の両端位置は、Ｘ（ｔ１）、Ｘ（ｔ２）であり、フォトダイオードＰＤＢのＸ軸方向の両端位置は、Ｘ（ｔ３）、Ｘ（ｔ４）である。

レーザビームＬＢは、双方のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢを横切るように、Ｘ軸方向に沿って、光検出センサＰＤＳを走査する。

なお、上記では、ビーム検出器として光検出器を用いているが、レーザビームの代わりに、イオンビームや電子ビームで対象物を走査する装置も知られており、この場合は、検出器ＰＤＡ，ＰＤＢとしてイオンビーム検出器や電子ビーム検出器を用いることもできる。

図２は、比較例に係る同期検出装置の回路図である。

フォトダイオードＰＤＡは、アンプＡを介して、クロスポイント検出回路Ｃに接続されている。同様に、フォトダイオードＰＤＢは、アンプＢを介して、クロスポイント検出回路Ｃに接続されている。アンプＡ，Ｂは、好ましくは電流電圧変換アンプであり、光の入射に応じて各フォトダイオードＰＤＡ,ＰＤＢで発生した電荷の流れ、すなわち、電流ＰｉｎＡ，ＰｉｎＢを電圧に変換する。僅かに離間したフォトダイオードＰＤＡ、ＰＤＢには、順番にレーザビームが照射されるので、これに応じて発生した電流ＰｉｎＡ、ＰｉｎＢが、電圧Ｖａ，Ｖｂとして、クロスポイント検出回路Ｃに入力され、クロスポイント検出回路Ｃからは、双方の電圧Ｖａ，Ｖｂの大小が切り替わった時点で、それまでローレベルだった場合はハイレベルに、それまでハイレベルだった場合はローレベルに変化する。１回のビーム走査によって、ＶａとＶｂの大小関係は２回切り替わるため、クロスポイント検出回路Ｃからは方形波が出力される。

なお、一方のアンプＡの出力端子には、電位ＶＣ１に接続されたダイオードＤ１のアノードが接続されており、アンプＡの出力端子の電位は、フォトダイオードＰＤＡに光が入射しないときには電位ＶＣ１＋ＶＦｄ１に固定されている。

以下、上記回路における信号波形について説明する。

図３は、光出力電流ＰｉｎＡ，ＰｉｎＢのタイミングチャートである。

フォトダイオードＰＤＡに対応して、概ね時刻ｔ１〜ｔ２の間において、光電流ＰｉｎＡが出力されており、フォトダイオードＰＤＢに対応して、概ね時刻ｔ３〜ｔ４の間において、光電流ＰｉｎＢが出力されている。なお、レーザビームＬＢは有限の直径を有しているので、これらの光電流パルスのエッジは若干傾斜している。電流ＰｉｎＡとＰｉｎＢは、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の時刻において、交差しており、大小関係が反転している。

図４は、図３の場合の出力電圧Ｖａ，Ｖｂのタイミングチャートである。なお、同図は、クランプ用のダイオードＤ１が用いられていない場合の波形を示している。

アンプＡ，Ｂからは、波形の形状としては、光電流ＰｉｎＡ、ＰｉｎＢに対応して、これらが反転した形状の出力電圧Ｖａ，Ｖｂが得られる。

図５は、図３の場合の出力電圧Ｖａ，Ｖｂのタイミングチャートである。なお、同図は、クランプ用のダイオードＤ１を用いた場合の波形を示している。

これらの波形の隣接位置近傍のクロスポイントは、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間にあり、時刻ｔ（ＩＳ１）に位置する。なお、電圧Ｖｂの後ろ側においても、電圧Ｖａと電圧Ｖｂのクロスポイントが存在している。アンプＢの出力電圧Ｖｂは、ビームがフォトダイオードＰＤＢに入射していないときには、概ね電源電圧Ｖｃｃとなる。アンプＡの出力電圧Ｖａは、電位ＶＣ１とダイオードＤ１によりＶＣ１＋ＶＦｄ１にリミットされる。すなわち、ビーム通過後に信号の生じる電圧Ｖｂよりも、アンプＡ，Ｂの出力飽和電圧Ｖｓａｔに近い。これにより、一方の電圧Ｖｂにおいて、例えば、時刻ｔ１の近傍において、多少のノイズが発生しても、かかるノイズに起因して、ＶａとＶｂの大小関係に反転が生じず、クロスポイントの発生時刻が安定する。

図６は、図５の場合のクロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃのタイミングチャートである。

上記のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ１）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力がハイレベルとなり、クロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ２）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力がローレベルになる。したがって、電圧Ｖｃの波形は方形波となり、この電圧Ｖｃを同期タイミング出力として、ビーム走査の始点位置の設定に用いることができる。検出されたクロスポイントの時刻が判明すれば、この時刻からΔｔ秒後に、走査領域の左端の画素情報をレーザビームで投影すればよい。このように、通常の状態においては、上記の回路構造を採用しても、正確な同期情報を得ることができる。

しかしながら、ビーム強度が高くなった場合には、以下のような不具合を生じる。以下、詳説する。

図７は、光出力電流ＰｉｎＡ，ＰｉｎＢのタイミングチャートである。なお、同図では、図３に示した場合よりも出力が大きくなっている。

図８は、図７の場合の出力電圧Ｖａ，Ｖｂのタイミングチャートである。

この場合、アンプＡ，Ｂへの入力が、アンプＡ，Ｂの出力飽和電圧（レベル）Ｖｓａｔを超えているので（同図では下向きが絶対値の大きな値を示している）、電圧Ｖａ，Ｖｂが飽和レベルＶｓａｔに張り付いている。アンプＡ，Ｂが飽和した場合には、アンプへの入力電流が小さくなったとしても、その飽和からの回復に時間がかかり、遅延が生じる。したがって、飽和が生じない状態における電圧Ｖａの波形の後ろ側のエッジＶａｏは、エッジＶａｄの位置まで遅延する。同様に、飽和が生じない状態における電圧Ｖｂの波形の後ろ側のエッジＶｂｏは、エッジＶｂｄの位置まで遅延する。

したがって、これらの電圧波形の隣接位置近傍のクロスポイントは、時刻ｔ（ＩＳ１Ｄ１）の位置まで遅延し、電圧Ｖｂの後ろ側におけるクロスポイントも、時刻ｔ（ＩＳ２Ｄ１）の位置まで遅延する。

図９は、図８の場合のクロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃのタイミングチャートである。

上記のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ１Ｄ１）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力がハイレベルとなり、クロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ２Ｄ１）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力がローレベルになる。したがって、電圧Ｖｃの波形は方形波となるが、それぞれの時刻は、アンプが飽和しない場合に比べて、時間ＤＥＬＡＹ１１、ＤＥＬＡＹ１２だけ遅延することになり、同期情報としては好ましくない。このような同期情報の劣化は、入力ビーム強度が更に高くなると、さらに生じる。

図１０は、ビーム強度が更に高くなった場合の光出力電流ＰｉｎＡ、ＰｉｎＢのタイミングチャートである。なお、同図では、図７に示した場合よりも出力が大きくなっている。

図１１は、図１０の場合の出力電圧Ｖａ，Ｖｂのタイミングチャートである。

図８の場合と同様に、アンプ飽和が生じた場合の電圧Ｖａ，Ｖｂの後ろ側のエッジ（Ｖａｄ，Ｖｂｄ）が、アンプ飽和がない場合のエッジ（Ｖａｏ，Ｖｂｏ）よりも、遅延している。また、電圧波形の隣接位置近傍では、概ね時刻ｔ（ＩＳ１Ｄ２）において電圧Ｖａ，Ｖｂのクロスポイントが発生し、電圧Ｖｂの後ろ側においては、時刻ｔ（ＩＳ２Ｄ２）において電圧Ｖａ，Ｖｂのクロスポイントが発生している。しかしながら、電圧波形の隣接位置近傍ではＶａ≒Ｖｂで、大小関係が不安定な状態となっている。

図１２は、図１１の場合のクロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃのタイミングチャートである。

上記のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ１Ｄ２）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力がハイレベルとなり、クロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ２Ｄ２）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力がローレベルになる。したがって、電圧Ｖｃの波形は方形波となるが、前半の時刻ｔ（ＩＳ１Ｄ２）は、不安定であり、ある時間幅ＶＡＲＩＡＴＩＯＮの期間でチャタリングなどが発生して揺らぐ可能性がある。後半の時刻ｔ（ＩＳ２Ｄ２）は、アンプが飽和しない場合に比べて、時間ＤＥＬＡＹ２だけ遅延している。

図１３は、実施形態に係る同期検出装置の回路図である。

実施形態に係る同期検出装置は、アンプＡの出力端子に、アンプ飽和を抑制するためのダイオードＤ２のカソードを接続し、アノードを電位ＶＣ２に固定したものである。また、アンプＢの出力端子に、アンプ飽和を抑制するためのダイオードＤ３のカソードを接続し、アノードを電位ＶＣ３に固定してある。その他の構造は、上述のものと同一である。

この場合、ダイオードＤ１の作用効果に加えて、ダイオードＤ２，Ｄ３の作用効果が発生する。すなわち、ダイオードＤ２，Ｄ３を、アンプＡ，Ｂの出力端子に接続しておくことで、アンプＡ，Ｂの入力電流の絶対値が、所定レベルを超えた場合には、すなわち、アンプＡ，Ｂは反転値を出力するので、アンプＡ，Ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂが、それぞれ第１所定レベル、第２所定レベルを下回った場合には、ダイオードＤ２、Ｄ３がそれぞれＯＮし、アンプＡ，Ｂに電位ＶＣ２，ＶＣ３から電流が流れ込み、アンプＡ，Ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの絶対値の下降を阻止する。すなわち、アンプＡ，Ｂの飽和レベルＶｓａｔに到達しないように、ダイオードＤ２、Ｄ３がそれぞれＯＮする。なお、ＶＣ１＋ＶＦｄ１＞ＶＣ２−ＶＦｄ２＞ＶＣ３−ＶＦｄ３に設定されている。

図１４は、図１３に示した同期検出装置の詳細な回路図である。

ビーム入射に応じてフォトダイオードＰＤＡに流れる電流Ｉ０は、アンプＡに流れ込む。ビーム入射に応じてフォトダイオードＰＤＢに流れる電流Ｉ０は、アンプＢに流れ込む。なお、アンプＡ，Ｂの構造は同一であり、出力端子までは、入力電流Ｉ０の処理は同様である。電源電位ＶｃｃからトランジスタＱ１１を介して、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに電流Ｉ０が流れると、電流Ｉ０に比例する電流Ｉ１が、トランジスタＱ１１と共にカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１２に流れ、電流Ｉ１は、その下流に位置するトランジスタＱ１に流れる。なお、説明におけるトランジスタは、全てバイポーラトランジスタであるが、これはＭＯＳ型の電界効果トランジスタとしてもよい。

トランジスタＱ２は、トランジスタＱ１と共にカレントミラーを構成しており、電流Ｉ１に比例した電流Ｉ３が流れる。なお、トランジスタＱ２の大きさは、トランジスタＱ１よりも大きく、電流Ｉ３は、電流Ｉ１の数倍の大きさがあり、電流増幅が行われている。トランジスタＱ３のエミッタには、抵抗ＲＸを介して電源電位Ｖｃｃが接続されている。トランジスタＱ３のベースには、一定の正電位が接続されている。したがって、電流Ｉ２の大きさに依存して、抵抗ＲＸの下流の節点ＮＸＡの電位が変動する。

アンプＡにおいて、ダイオードＤ２から節点ＮＸＡに流れ込む電流Ｉ４がなければ、電流Ｉ２の増加に伴って、節点ＮＸＡの電位は低下し、最後にはこれ以上は低下しないレベルまで低下して飽和する。本実施形態では、ダイオードＤ２が設けられているので、電位ＶＣ２−ダイオードＤ２の順方向電圧ＶＦｄ２の電位（ＶＬ１＝ＶＣ２−ＶＦｄ２）よりも、節点ＮＸＡの電位が低下しようとすると、ダイオードＤ２が導通し、電流Ｉ４が電流Ｉ３に合流する。すなわち、電流Ｉ３が増加しても、増加分を電流Ｉ４が補うので、抵抗ＲＸを流れる電流Ｉ２は増加せず、抵抗ＲＸの下流の節点ＮＸＡの電位は、ＶＣ２−ＶＦｄ２に固定される。

同様に、アンプＢにおいて、ダイオードＤ３から、抵抗ＲＸの下流の節点ＮＸＢに流れ込む電流Ｉ４がなければ、電流Ｉ２の増加に伴って、節点ＮＸＢの電位は低下し、最後にはこれ以上は低下しないレベルまで低下して飽和する。本実施形態では、ダイオードＤ３が設けられているので、電位ＶＣ３−ダイオードＤ３の順方向電圧ＶＦｄ３の電位（ＶＬ２＝ＶＣ３−ＶＦｄ３）よりも、節点ＮＸＢの電位が低下しようとすると、ダイオードＤ３が導通し、電流Ｉ４が電流Ｉ３に合流する。すなわち、電流Ｉ３が増加しても、増加分を電流Ｉ４が補うので、抵抗ＲＸを流れる電流Ｉ２は増加せず、抵抗ＲＸの下流の節点ＮＸＢの電位は、ＶＣ３−ＶＦｄ３に固定される。

図１５は、図１３のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢから出力される光出力電流ＰｉｎＡ，ＰｉｎＢのタイミングチャートである。

同図では、比較的高い強度のレーザビームが、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢを順次横切った場合の出力が示されている。時刻ｔ２と時刻ｔ３の間に、これらの波形のクロスポイントが存在している。

図１６は、図１５の場合の出力電圧Ｖａ，Ｖｂのタイミングチャートである。

ダイオードＤ１の機能により、電圧Ｖａの基底レベルＶＬＡは、電圧Ｖｂの基底レベルＶＬＢよりも、低くなっており、上述のように、例え電位ＶＬＢの一部分においてノイズが含まれていても、容易には波形の大小関係が反転せず、安定してクロスポイントを得ることができる。

また、電圧Ｖａが、電位ＶＬ１に到達した場合には、これ以上は、飽和レベルＶｓａｔに近づかないようにされている。したがって、アンプＡの出力飽和が生じないので、電圧Ｖａの波形の後ろ側エッジＶａｏの位置は変動せず、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の時刻ｔ（ＩＳ１Ｅ１）において、電圧Ｖａと電圧Ｖｂのクロスポイントが正確に得られる。

また、電圧Ｖｂが、電位ＶＬ２に到達した場合には、これ以上は、飽和レベルＶｓａｔに近づかないようにされている。したがって、アンプＢの出力飽和が生じないので、電圧Ｖｂの波形の後ろ側エッジＶｂＯの位置は変動せず、時刻ｔ４の後ろの時刻ｔ（ＩＳ２Ｅ１）において、電圧Ｖａと電圧Ｖｂのクロスポイントが正確に得られる。

ここで、レベルＶＬ１とレベルＶＬ２とは異なっており、具体的には、レベルＶＬ２の方が、レベルＶＬ１よりも飽和レベルＶｓａｔに近く、したがって、図１１のように、左の波形Ｖａの右側エッジと、右の波形Ｖｂの左側エッジの位置が入れ替わり、クロスポイント検出回路出力が不安定化することがない。

図１７は、図１６の場合のクロスポイント検出回路出力のタイミングチャートである。

２つの波形の隣接位置近傍のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ１Ｅ１）は、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間に位置しており、この時刻においてクロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃがハイレベルとなり、後半のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ２Ｅ１）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃがローレベルになる。したがって、電圧Ｖｃの波形は方形波となるが、この方形波の形状は、クロスポイント位置が変動しないので、安定である。

図１８は、図１３のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢから出力される光出力電流ＰｉｎＡ，ＰｉｎＢのタイミングチャートである。

同図では、非常に高い強度のレーザビームが、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢを順次横切った場合の出力が示されている。時刻ｔ２と時刻ｔ３の間に、これらの波形のクロスポイントが存在している。

図１９は、図１８の場合の出力電圧Ｖａ，Ｖｂのタイミングチャートである。

非常に高い強度のレーザビームが、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに照射され、電圧Ｖａの波形の後ろ側エッジＶａｏが、電圧Ｖｂの波形の前側エッジよりも後退した場合において、これらのクロスポイントｔ（ＩＳ１Ｅ２）を一意的に安定して決定することができる。また、電圧Ｖｂの後ろ側エッジＶｂｏは、電圧Ｖａの基底ラインＶＬＡと交差しており、この位置の変動も基本的は殆ど生じない。

図２０は、図１９の場合のクロスポイント検出回路出力のタイミングチャートである。

２つの波形の隣接位置近傍のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ１Ｅ２）は、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間に位置しており、この時刻においてクロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃがハイレベルとなり、後半のクロスポイントの時刻ｔ（ＩＳ２Ｅ２）において、クロスポイント検出回路Ｃの出力電圧Ｖｃがローレベルになる。したがって、電圧Ｖｃの波形は方形波となるが、この方形波の形状は、クロスポイント位置が変動しないので、安定である。

図２１は、別の実施形態に係る同期検出装置のアンプの回路図である。上限、下限クランプ機能を持つアンプＡの具体的な回路である。

この回路図の記号を前者とし、図１４の記号を後者とすると、Ｑ１はＱ１，Ｑ２はＱ２，Ｑ３はＱ３，ＲＸはＲ１，Ｄ１はＱ５，Ｄ２はＱ４である。ＶＣ１は、ＶｃｃからＧＮＤ間をＲ３とＲ４とＲ５とＱ７により分圧して、Ｒ３とＲ４の接続点から、Ｑ６とＲ２で発生するＱ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ分だけ低下した電圧である。ＶＣ２は、Ｒ４とＲ５の接続点そのものである。

アンプＢについては、図２１のＱ６，Ｒ２，Ｑ５を具備しない回路とし、アンプＡとアンプＢは同じチップ上に配置されていることから、Ｒ５を適当な値で分割した図示しないＲ５１，Ｒ５２の中間点とすれば、Ｒ３，Ｒ４、Ｒ５１，Ｒ５２，Ｑ７の接続点の電圧順は設計的に一義に決まる。

アンプＡ，Ｂの動作は図１４で述べたものと同様である。

以上、説明したように、上述の各実施形態に係る同期検出装置は、図１に示したように、ビームＬＢの走査方向に沿って配置された第１フォトダイオードＰＤＡ及び第２フォトダイオードＰＤＢと、第１フォトダイオードＰＤＡ及び第フォトダイオードＰＤＢの後段にそれぞれ接続された第１アンプＡ及び第２アンプＢと、第１フォトダイオードＰＤＡにビームＬＢが入射していない場合の第１アンプＡの出力レベルと第１アンプＡの飽和出力レベルＶｓａｔとの間に、第１制限レベル（ＶＬ１：図１６参照）を与え、第１アンプＡの出力が第１制限レベルＶＬ１に到達した場合には、第１アンプＡの出力がその飽和出力レベルＶｓａｔに近づくのを抑制する第１出力制限回路（手段）（Ｄ２,Ｑ４）と、第１アンプＡの出力波形Ｖａと第２アンプＢの出力波形Ｖｂとのクロスポイント（ｔ（ＩＳ１Ｅ２））を検出するクロスポイント検出回路（クロスポイント検出回路Ｃ）とを備えている。

上述の装置によれば、第１出力制限手段によって、第１アンプＡの飽和が抑制されるので、ビーム強度が高い場合（図１５、図１８）においても、アンプ飽和に起因する波形遅延が生じず、第１アンプＡ及び第２アンプＢの出力波形Ｖａ，Ｖｂの隣接位置近傍に存在するクロスポイント位置を正確に検出することができる。

また、上記同期検出装置は、第２フォトダイオードＰＤＢにビームＬＢが入射していない場合の第２アンプＢの出力レベルと第２アンプＢの飽和出力レベルＶｓａｔとの間に、第２制限レベル（ＶＬ２：図１６参照）を与え、第２アンプＢの出力が第２制限レベルＶＬ２に到達した場合には、第２アンプＢの出力がその飽和出力レベルＶｓａｔに近づくのを抑制する第２出力制限回路（手段）（Ｄ３，Ｑ４）を更に備えている。

第２出力制限手段によって、第２アンプＢの飽和が抑制されるので、ビーム強度が高い場合においても、アンプ飽和に起因する波形遅延が生じず、第１アンプＡ及び第２アンプＢの出力波形の後ろ側のクロスポイント位置（ｔ（ＩＳ２Ｅ１）：図１６参照）の変動を抑制することができる。後ろ側のクロスポイントは直接的には同期制御には用いられないが、クロスポイント検出回路の出力波形を決定しているので、その変動は少ない方が、この信号に基づいて制御される走査装置の誤動作が少ない。

また、図１６に示したように、上記の第１制限レベルＶＬ１と、第２制限レベルＶＬ２とは異なっている。具体的には、電位ＶＣ２と電位ＶＣ３の値が異なる。すなわち、これらの制限レベルＶＬ１、ＶＬ２が一致した場合、それぞれのアンプＡ，Ｂの出力が、この制限レベルＶＬ１，ＶＬ２に貼りつき、クロスポイントが不定となる場合があるが、これらの制限レベルＶＬ１，ＶＬ２が異なっていることにより、このような不安定化が生じることはなくなる。

図２２は、光検出センサＰＤＳから発生する電流ＰｉｎＡ、ＰｉｎＢと、クロスポイント検出回路入力Ｖａ、Ｖｂの関係を示したものである。曲線の最大傾斜は、アンプ内カレントミラーの電流比率と抵抗Ｒ１により決まる。実線が、上限・下限リミットを備えない場合（従来例であり、Ｖａ，Ｖｂ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３なし）と図中で表示）の入出力特性、一点鎖線がＶａに対応する、上限、下限リミットを備えた場合（本実施形態のＶａであり、Ｖａ（Ｄ１，Ｄ２あり）と図中で表示）の入出力特性、点線が、Ｖｂに対応する、Ｖａの下限リミットと飽和電圧Ｖｓａｔの間の下限リミットを備えた場合（本実施形態のＶｂであり、Ｖｂ（Ｄ３あり）と図中で表示）の入出力特性である。

本発明は、上述の実施形態に限られない。例えば、長方形上のフォトダイオードＰＤＡ、ＰＤＢについて述べているが、ビーム走査方向に沿って配置されていれば、他の形状、例えば、平行四辺形や台形、三角形でもかまわない。

本発明は、ビーム走査の基準位置を検出する同期検出装置に利用することができる。

ＰＤＡ，ＰＤＢ・・・光検出器、Ａ，Ｂ・・・アンプ、Ｃ・・・クロスポイント検出回路、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・・ダイオード。

Claims (1)

1. ビームの走査方向に沿って配置された第１及び第２ビーム検出器と、
   前記第１及び第２ビーム検出器の後段にそれぞれ接続された第１及び第２アンプと、
   を備え、
   前記第１及び第２アンプそれぞれは、
   前記第１及び第２ビーム検出器のうち対応するビーム検出器の出力に応じた電流が流れる第１トランジスタと、これと対をなす第２トランジスタとを備えるカレントミラーと、
   電源と前記第２トランジスタとの間に接続された抵抗と、
   前記抵抗と前記第２トランジスタとの間の節点に接続された出力端子と、
   を備え、
   前記第１ビーム検出器にビームが入射していない場合の前記第１アンプの出力レベルと前記第１アンプの飽和出力レベルとの間に、第１制限レベルを与え、前記第１アンプの出力が前記第１制限レベルに到達した場合には、前記第１アンプにおける前記節点に電流を流し込むことで前記抵抗を流れる電流を増加させず、前記第１アンプの出力がその飽和出力レベルに近づくのを抑制する第１出力制限手段と、
   前記第１アンプの出力波形と前記第２アンプの出力波形とのクロスポイントを検出するクロスポイント検出回路と、
   を備え、
   前記第２ビーム検出器にビームが入射していない場合の前記第２アンプの出力レベルと前記第２アンプの飽和出力レベルとの間に、第２制限レベルを与え、前記第２アンプの出力が前記第２制限レベルに到達した場合には、前記第２アンプにおける前記節点に電流を流し込むことで前記抵抗を流れる電流を増加させず、前記第２アンプの出力がその飽和出力レベルに近づくのを抑制する第２出力制限手段を更に備え、
   前記第１制限レベルと、前記第２制限レベルとは異なっていることを特徴とする同期検出回路。
   

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