JPH0315705A - レーザ光ビーム位置検出装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光ビームの位置を検出するための装置
に関する。

（従来の技術） レーザ光ビームの位置を検出するためのレーザ光ビーム
検出器としては、第８図に示すような４分割型レーザ光
ビーム位置検出器（以下ＱＤと称する）が存在している
。即ち、第８図に示すように、レーザ光ビーム１を４分
割型ＱＤ２の受光面３に入射した場合、レーザ光ビーム
１の出力と横モードが時間に対して一定であるならば、
４分割型ＱＤ２は、その受光面３の各象限に入射するレ
ーザ光ビームｌの面積に比例した４個の電圧を出力する
。

この場合、４分割型ＱＤ１の受光面２の各象限を、右上
、左上、左下、右下の順でＡ−Ｄとし、各象限Ａ−Ｄの
出力電圧Ｖ　Ａ−Ｖ　ｏを以下の式■、■にて計算する
ことにより出力比ＶＸ，Ｖ，を求め、出力変動がビーム
位置検出に及ぼす影響を取除く。

ｖＸ＝｛（ＶＡ＋ＶＤ）一（ＶＢ＋ＶＣ）｝／ｃｖ　　
＋ｖ　　＋ｖ　　＋ｖ　　＞　　　　・・・■式ＡＢＣ
Ｄ Ｖ　　＝　｛（Ｖ＾＋ＶＢ）−　（Ｖｃ＋ＶＤ））／Ｙ （Ｖ　　十Ｖ　　＋Ｖ　　＋Ｖ　　）　　　　・・・■
式ＡＢＣＤ また、４分割型ＱＤＩの受光面２中心にレーザ光が入射
している時、つまり４個の象限の出力電圧ＶＡ−ＶＤが
等しい時のレーザ光ビーム位置を原点とし、レーザ光ビ
ームＸ方向移動量と出力比Ｖｘ、レーザ光ビームＹ方向
移動量と出力比Ｖ，との関係を予め調べ（Ｘ方向移動量
と出力比Ｖｘとの関係を第９図に示す）でおく。

そして、実際のレーザ光ビーム位置の検出に当たっては
、４分割型ＱＤ１の出力より出力比Ｖ　，Ｘ ＶＹを求め、予め調べておいたレーザ光ビーム移動量と
出力比Ｖ　　，ＶＹの関係を使用して、レーＸ ザ光ビームの位置を検出している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、以上説明したような従来の４分割型ＱＤにお
いては、入射するレーザ光がパルス光の場合には正確な
位置検出ができないという欠点が会った。即ち、レーザ
光がパルス光の場合、４分割型ＱＤからの出力は、第２
図に示すように、交流電圧となり、各出力電圧ＶＡ−■
，の和がゼロになる点があるため、出力比Ｖ，ＶＹを算
出すＸ ると、第１０図に示すように、ＶＸＹ””士無限大など
、一定値を示さない。そのため、どの時点での出力比Ｖ
ｘ，ｖ，の値をもとに、レーザ光ビーム位置との関係を
求めればよいかなど、出力比Ｖ　，Ｘ ■，の処理が難しく、レーザ光ビームの位置検出の際に
安定性、正確性を欠いていた。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、入射レーザ光が
パルス光の場合にも一定の出力比ｖｘ，”Ｙを得られる
ようにすることにより、安定、正確で且つ簡単にビーム
位置を検出可能であるような、優れたレーザ光ビーム位
置検出装置を提供することである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明によるレーザ光ビーム位置検出装置は、パルスレ
ーザ光を入射する４分割型レーザ光ビム位置検出器と、
この４分割型レーザ光ビーム位置検出器から出力された
４個の交流電圧をその電圧に比例した直流電圧に変換す
る変換手段と、変換後の４個の直流電圧の比に基づいて
ビーム位置を算出する算出手段とを備えたことを特徴と
している。

（作用） 以上のような構成を有する本発明においては、４分割型
レーザ光ビーム位置検出器から出力された交流電圧を、
交流・直流変換手段により、その交流電圧に比例した直
流電圧に変換し、この後、算出手段により、変換後の直
流電圧によって、出力比を求められるため、出力比が一
定値となる。

従って、算出処理を容易に行うことができ、安定且つ正
確にレーザ光ビーム位置を検出することができる。

（実施例） 以下に、本発明によるレーザ光ビーム位置検出装置を、
ＡＣ−ＤＣ変換回路を用いて実施した一例を、図面を参
照して説明する。

第１図に示すように、パルスレーザ光のレーザ光ビーム
１を４分割型ＱＤ２の４分割された受光面３へ入射し、
４分割型ＱＤ２の各受光面Ａ−Ｄからの出力電圧ＶＡ−
■，を、出力コード４を介してＡＣ−ＤＣ変換回路（交
流・直流変換手段）５に人力し、さらに、光軸ビーム位
置算出器（算出手段）６に人力する。

この場合、４分割型ＱＤ２の各受光面Ａ−Ｄからの出力
電圧Ｖ　Ａ””’　Ｖ　ｏは、電圧入射光がパルスであ
るため、第２図に示すような交流電圧となる。

このような交流の各出力電圧Ｖ　Ａ””’　Ｖ　ｏを、
第３図に示すようなＡＣ−ＤＣ変換回路５を４個用いる
ことにより、直流電圧に変換する。なお、第３図におい
て、１１〜１４は、それぞれ７５ｋΩ、１００ｋΩ、２
００ｋΩ、１０ｋΩの抵抗、１５はダイオード（ＩＳ５
１５）　、１６は１μＦコンデンサ、１７はオペアンプ
（ＴＡ７５０４）　、１８はアース、１９は＋１５Ｖ電
源である。

第４図は、第３図のＡＣ−ＤＣ変換回路５に入力する前
後の電圧波形を示し、図中２１は、ＡＣ入力電圧、２２
はＤＣ出力電圧を示している。

第５図に、ＡＣ人力電圧とＤＣ出力電圧との関係を測定
した結果を示す。この測定結果からもわかるように、４
分割型ＱＤ２の各受光面Ａ−Ｄからの出力電圧Ｖ　Ａ’
＝　Ｖ　ｏは、ＡＣ−ＤＣ変換回路５によって、各電圧
に比例した直流電圧にそれぞれ変換される。

続いて、このように直流に変換された各出力電圧ＶＡ−
■，を、光軸ビーム位置算出器６に入力し、前述の式■
、■にて計算することにより出力比Ｖｘ　，Ｖｙを算出
する。ただし、第５図に示すように、直流変換後の電圧
に一部負の電圧Δがある場合には、式■、■により出力
比Ｖｘ　，ＶＹを求めようとすると、４個の出力電圧い
〜Ｖ，は、それぞれＶＡ一Δ，Ｖｓ−Δ，Ｖｃ一Δ，Ｖ
ｏ一Δとなり、 Ｖ，＝　（　（ＶＡ一Δ十ＶＤ−Δ）−　（ＶＢ−Δ＋
Ｖ　一Δ）ｌ　／　（ＶＡ一Δ＋ＶＢ一Δ＋Ｃ Ｖ　−Δ＋ＶＤ−Δ） Ｃ ＝　ｆ（ＶＡ＋ＶＤ）−　（ＶＢ　＋Ｖｃ））／（ＶＡ
＋ＶＢ＋ｖｃ＋ＶＤ−４Δ） となるために、レーザ出力が変動して、４個の出力電圧
い〜Ｖ，がある定数倍になると出力比Ｖｘも変動し、従
って検出される光軸の位置が変動してしまい、同じ位置
として検出できなくなる。

従って、第６図に示すように、４分割型ＱＤ２からの交
流電圧を直流電圧に直した後の電圧が全て正の電圧にな
るようにオフセット補正を行った後の電圧で出力比Ｖ　
　，ＶＹを算出する。そうすＸ れば、直流変換後の電圧により求めた出力比Ｖ　，Ｘ ＶＹは、第７図に示すように、時間に対して一定の値と
なる。続いて、従来と同様に、出力比Ｖ　，Ｘ Ｖｙとレーザ光ビームの移動量との関係を調べ、この関
係を使用することにより、実際のレーザ光ビーム位置を
検出することができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
交流・直流変換手段としては、ＡＣ−ＤＣ変換回路５の
代りに、例えば、ピークホールド回路、または積分回路
などを使用することも可能であり、同様な効果を得られ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、交流電圧を直
流電圧に変換し、変換した直流電圧によってレーザ光ビ
ーム位置を算出するという簡単な構成の改良により、人
射レーザ光がパルス光の場合であっても一定の出力比を
得られるため、安定、正確で且つ簡単にビーム位置を検
出可能であるような、優れたレーザ光ビーム位置検出装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ光ビーム位置検出装置の一
実施例を示す図であり、第１図（Ａ）は側面図、第１図
（Ｂ）は４分割型レーザ光ビーム検出器の正面図を含む
回路図、第２図はパルスレーザ光のレーザ光ビームを入
射した場合の４分割型レーザ光ビーム位置検出器からの
出力電圧波形を示す波形図、第３図は同実施例に使用す
るＡＣ・ＤＣ変換回路を示す回路図、第４図はＡＣ−Ｄ
Ｃ変換回路の人力前後の電圧波形を示す波形図、第５図
はＡＣ−ＤＣ変換回路におけるＡＣ入力電圧とＤＣ出力
電圧との関係を示すグラフ、第６図は第５図の出力電圧
のオフセット補正を示すグラフ、第７図は直流変換後に
求めた出力比Ｖｘの電圧波形を示す波形図、第８図は４
分割型レーザ光ビーム位置検出器を示す正面図、第９図
はレーザ光ビームの位置と出力比Ｖｘとの関係を示すグ
ラフ、第１０図は従来の技術によって求めた出力比Ｖｘ
　，Ｖｙの電圧波形を示す波形図である。 １・・・レーザ光ビーム、２・・・４分割型レーザ光ビ
ーム位置検出器、３・・・受光面、４・・・出力コード
、５・・・ＡＣ−ＤＣ変換回路、６・・・光軸ビーム位
置算出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルスレーザ光を４分割型レーザ光ビーム位置検出器へ
   入射することにより、レーザ光ビーム位置を検出する装
   置において、 前記４分割型レーザ光ビーム位置検出器から出力された
   ４個の交流電圧をその電圧に比例した直流電圧に変換す
   る交流・直流変換手段と、変換後の４個の直流電圧の比
   に基づいてビーム位置を算出する算出手段とを備えたこ
   とを特徴とするレーザ光ビーム位置検出装置。