JPH05323220A

JPH05323220A - 同期検出装置

Info

Publication number: JPH05323220A
Application number: JP4127689A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Terada; 由孝寺田; Seiji Yamaguchi; 誠二山口; Shintaro Meguri; 慎太郎廻
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1993-12-07
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3201648B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】光ビームの走査方向の正逆を問わず光量の変
動による同期タイミングの時刻変動を小さくし、また、
ノイズに対して誤動作しない同期検出装置を提供する。【構成】光ビームの走査方向に沿ってフォトダイオー
ドＰＤ₁，ＰＤ₂，ＰＤ₃の受光面が配設される。両端
のＰＤ₁，ＰＤ₃のアノード側には、フォトダイオード
の出力電流を増幅およびＩ／Ｖ変換し、電圧Ｖ₁を出力
するアンプＡ₁が、また、中央のＰＤ₂のアノード側に
は、同様にして電圧Ｖ₂を出力するアンプＡ₂が接続さ
れている。さらに、この出力電圧Ｖ₁とＶ₂とを比較す
ることにより走査タイミング信号Ｖ₀を出力するコンパ
レータＣが接続されている。この回路によれば、光量変
動があっても同期タイミングの変動を無くし、さらに、
この同期タイミングは光ビームの走査方向による影響は
なく、従来の技術では必要としていた論理回路の変更を
必要としない同期検出回路を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同期検出装置に関し、た
とえば光走査記録計の同期センサなどとして用いられ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の単一のフォトダイオードを光走査
記録計の同期センサとして用いるときには、この受光面
は図５（ａ）のように配置し、回路を図５（ｂ）に示す
ように構成する。そして、出力電流をＩ／Ｖ変換してＶ
₁とし、固定のバイアス電圧Ｖ₂と比較して走査タイミ
ング信号Ｖ₀を得る（図５（ｃ），（ｄ））。一般に、
光ビームの走査と他の機器との同期を取るための同期タ
イミングは、この走査タイミング信号Ｖ₀（図５
（ｄ））の立上がりエッジまたは立下がりエッジのどち
らか一方のエッジを検出したものである。

【０００３】また、２チャンネル分割フォトダイオード
を光走査記録計の同期センサとして用いるときには、こ
の受光面は図６（ａ）のように配置される。すなわち、
フォトダイオードＰＤ₁とフォトダイオードＰＤ₂の長
方形の受光面は光ビームの走査方向に沿って配置され
る。図６（ｂ）の同期検出装置に示すように、２つのフ
ォトダイオードの両方に光ビームが入射されないとき、
走査タイミング信号の出力の状態が定まらない事がある
ためにバイアスを付加している。実際には、フォトダイ
オードＰＤ₁，ＰＤ₂の出力光電流をそれぞれアンプＡ
₁，Ａ₂で増幅してＩ／Ｖ変換する。そして、一方の出
力Ｖ₂に一定のバイアスＥを与え、その出力Ｖ₁とＶ₂
−Ｅとをコンパレータで比較し、走査タイミング信号Ｖ
₀を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の同期検
出装置で以下のような問題が残る。

【０００５】先ず、フォトダイオードが１つの場合は、
ノイズによる同期検出装置の誤動作を防ぐために大きな
バイアスを加える。そのため、光ビームに光量変動があ
る場合、光量大の時と光量小の時とで大きな同期タイミ
ングのずれＴａ（図８（ａ））が生じる。

【０００６】この光量大の時と光量小の時とでの同期タ
イミングのずれを小さくするために、フォトダイオード
を２つにして、さらに図６（ｂ）に示すように片側の出
力にバイアスを付加する。図に示すように、２つのフォ
トダイオードからの出力が交差するクロス点により同期
タイミングを取る場合、光量が変化したときの同期タイ
ミングのずれＴｂ（図８（ｂ））は、バイアスが同じ
で、フォトダイオードの立上がり立ち下がり特性が同じ
と仮定すれば、Ｔａの半分に減少する。

【０００７】しかし、光ビームの走査方向が図６（ａ）
に示す方向と逆であった場合は、後段の論理回路を変更
せずにそのまま使用したとすれば、光量が変化したとき
の同期タイミングのずれＴｃ（図８（ｃ））は、Ｔｂの
２倍、すなわちＴａと同じとなり改善の効果を得ること
ができない。

【０００８】また、光ビームを図６（ａ）に示す方向と
逆に走査した場合に、ずれの少ない同じクロス点で同期
タイミングを取ろうとすれば、走査タイミング信号の立
上がり立ち下がり特性、すなわち、同期タイミングの出
力論理は逆となってしまう。このため、光ビームの走査
方向に従い論理回路の変更が必要となる。

【０００９】ノイズによる同期検出装置の誤動作を防ぐ
ためのバイアスを小さくすることにより、光量が変化し
たときの同期タイミングのずれを小さくすることはでき
るが、ノイズによる誤動作が増加してしまう。これを図
７により説明する。

【００１０】この図において、実線はフォトダイオード
ＰＤへの入射光量が高レベルの状態での光電流のＩ／Ｖ
変換出力を示し、点線は低レベルのときの光電流のＩ／
Ｖ変換出力を示す。また、図７（ａ）は前述のバイアス
が大きい状態を示し、図７（ｂ）は小さい状態を示す。
ここで、ノイズとしては電磁誘導的な外乱ノイズのほ
か、パッケージのフレーム部分に光ビームが入射したと
きの反射光が、パッケージの上面で反射して受光面に入
射するノイズが考えられる。

【００１１】そこで、このノイズレベルを考慮して、上
記のバイアスを高く設定すると、図７（ａ）のように誤
動作は生じないが、同期タイミングの時刻が光量の高低
により変動する。そこで、同期タイミングの時刻変動を
小さくするために、図７（ｂ）のように上記のバイアス
を小さくすると、ノイズによって同期検出装置が誤動作
し、誤った走査タイミング信号が出力されてしまう。

【００１２】本発明は上記の事情を考慮し、光ビームの
走査方向が逆であっても、論理回路の変更を伴わずに、
光量の変動による同期タイミングの時刻変動を小さくす
る同期検出装置を提供することを目的とする。また、ノ
イズに対して誤動作することのない同期検出装置を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】光ビームが入射するよう
に受光面が配設され、入射する前記光ビームの強度に応
じた電気信号を出力する第１の受光手段と、光ビームの
走査方向に沿って第１の受光手段の受光面に隣接して受
光面が配設され、入射する光ビームの強度に応じた電気
信号を出力する第２の受光手段と、光ビームの走査方向
に沿って第１の受光手段の受光面に隣接し、かつ、第２
の受光手段の受光面の反対側に受光面が配設され、入射
する光ビームの強度に応じた電気信号を出力する第３の
受光手段と、第２および第３の受光手段の出力信号と第
１の受光手段の出力信号とを比較することにより光ビー
ムの走査のタイミングを示す走査タイミング信号を出力
する比較手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】また、受光手段は光ビームの強度に応じた
電流を出力し、比較手段は、第１の受光手段の出力電流
を電流／電圧変換する第１のＩ／Ｖ変換手段と、第２お
よび第３の受光手段の出力電流の和を電流／電圧変換す
る第２のＩ／Ｖ変換手段と、第１のＩ／Ｖ変換手段の出
力電圧と、第２のＩ／Ｖ変換手段の出力電圧との大小に
より走査タイミング信号を出力するコンパレータとを有
することを特徴としても良い。

【００１５】さらに、第１、第２のＩ／Ｖ変換手段の一
方の出力に固定バイアス電圧を加えるバイアス付加手段
をさらに備えることを特徴としても良く、また、第１、
第２のＩ／Ｖ変換手段の一方の出力には、第１の受光手
段または第２および第３の受光手段に光ビームが入射さ
れていない状態で、第１または第２のＩ／Ｖ変換手段の
出力電圧レベルを所定の電圧レベルにクランプして出力
するクランプ手段がさらに接続されていることを特徴と
しても良い。

【００１６】

【作用】光ビームの走査方向に沿って３個の受光面が配
設され、両端の２つの受光面による電気信号出力と、中
央の受光面による電気信号出力とのクロス点を同期タイ
ミングとして検知する本発明の同期検出装置では、走査
タイミング信号の立上がりと立ち下がりの両側に同期タ
イミングを得るべきクロス点が存在する。このため、光
量変動による同期タイミングの変動量は従来の技術に比
べて小さくすることができる。さらに、クロス点が走査
タイミング信号の立上がりと立下がりの両側にあるの
で、同期タイミングは光ビームの走査方向によって変化
することはなく、すなわち走査方向が逆であっても論理
回路の変更は必要としない。

【００１７】また、一方の光電変換素子の出力について
バイアスを加えることにより、前述の効果に加えてノイ
ズによる誤動作を起こしにくくすることができる。さら
に、一方の光電変換素子の出力について、クランプ回路
を付け加えることにより、このクランプ回路の所定レベ
ルに達しないノイズによる誤動作をなくすことができ
る。そして、このクランプ回路により、所定レベルに達
しないレベル、主に光ビームが入射されないときのノイ
ズレベルがクランプされ、所定レベルを越えるような他
のレベルは元のままに保たれる。このため、光ビームの
走査方向にかかわらず、光量の変動があっても同期タイ
ミングの変動をほぼ完全に無くすことができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１９】図１は第１実施例に係る同期検出装置であ
る。光ビームの走査方向に沿ってフォトダイオードＰＤ
₁，ＰＤ₂，ＰＤ₃の受光面が、図１（ａ）のように配
設されている。この回路の構成を図１（ｂ）に示す。両
端のＰＤ₁，ＰＤ₃のアノード側には、フォトダイオー
ドの出力電流を増幅およびＩ／Ｖ変換し、電圧Ｖ₁を出
力するアンプＡ₁が接続されている。また、中央のＰＤ
₂のアノード側には、フォトダイオードの出力電流を増
幅およびＩ／Ｖ変換し、電圧Ｖ₂を出力するアンプＡ₂
が接続されている。そして、この出力電圧Ｖ₁とＶ₂と
を比較することにより走査タイミング信号Ｖ₀を出力す
るコンパレータＣがさらに接続されている。

【００２０】実際の動作を図１（ｃ），（ｄ）に沿って
説明する。フォトダイオードＰＤ₁に光ビームが入射す
ると、アンプＡ₁を介して、出力電圧Ｖ₁が上昇する。
光ビームの走査に伴い、光ビームが入射するフォトダイ
オードがＰＤ₁からＰＤ₂へと移動する。光ビームがＰ
Ｄ₁に入射しなくなると電圧Ｖ₁は下がり、代わってＰ
Ｄ₂に光ビームが入射することにより、アンプＡ₂を介
して、出力電圧Ｖ₂が上昇する。さらに、光ビームの走
査に伴い、入射するフォトダイオードがＰＤ₂からへＰ
Ｄ₃と移動すると、電圧Ｖ₂は下がり、再び、電圧Ｖ₁
が上昇する（図１（ｃ））。

【００２１】走査タイミング信号Ｖ₀は、出力電圧Ｖ₂
がＶ₁よりも大きくなるとＶ₀₊からＶ_O-へと立下がり、
出力電圧Ｖ₂がＶ₁よりも小さくなるとＶ_O-からＶ₀₊へ
と立上がる（図１（ｄ））。光ビームの走査と他の機器
との同期を取るための同期タイミングは、この走査タイ
ミング信号Ｖ₀の立上がりエッジまたは立下がりエッジ
のどちらか一方のエッジを検出する。すなわち、出力電
圧Ｖ₁とＶ₂とのクロス点が同期タイミングとなる。

【００２２】図１（ｃ）において、実線はフォトダイオ
ードへの入射光量が高レベルの状態での光電流のＩ／Ｖ
変換出力を示し、点線は低レベルのときの光電流のＩ／
Ｖ変換出力を示す。このように、入射光量の大小に関わ
らずそのクロス点は変動していない。

【００２３】この回路によれば、光量変動があっても同
期タイミングの変動を無くすことができる。さらに、こ
の同期タイミングは光ビームの走査方向による影響はな
く、すなわち走査方向が逆であっても、この変動の無い
同期タイミングを得るために論理回路の変更は必要とし
ない。なお、この回路に用いるコンパレータＣはフォト
ダイオードＰＤ₁，ＰＤ₂，ＰＤ₃に光が入射していな
いときに走査タイミング信号Ｖ₀を安定させるために適
当なヒステリシスを持っている。

【００２４】図２に第２実施例を示す。受光面の配設お
よび回路の構成は、アンプＡ₂の出力に基準逆バイアス
Ｅが加えられていることを除いて、前述の第１の実施例
と同じである（図２（ａ），（ｂ））。

【００２５】アンプＡ₂の出力には、図２（ｃ）に示す
ように、光が入射していない状態において中央光出力の
レベルが両端光出力のレベルよりも低くなるように基準
逆バイアスＥが加えられている。そして、出力Ｖ₂−Ｅ
と出力Ｖ₁とをコンパレータＣで比較することにより走
査タイミング信号Ｖ₀を出力する（図２（ｃ），
（ｄ））。

【００２６】出力電圧Ｖ₁とＶ₂−Ｅとのクロス点のず
れ、すなわち同期タイミングのずれは、従来の技術にお
けるフォトダイオードが１つの場合と比べて小さくする
ことができる（図８（ａ），（ｂ）参照）。

【００２７】さらに、従来の技術におけるフォトダイオ
ードが２つの場合（図６）では、この変動量の少ない同
期タイミングを得られるクロス点が走査タイミング信号
Ｖ₀の立上がり側か立下がり側のどちらか一方にのみ存
在する。そのため、光ビームの走査方向が逆であるとき
に、特性が逆となるので論理回路の変更を必要とした。
しかし、本発明によればこの変動量の少ないクロス点が
走査タイミング信号Ｖ₀の立上がりと立下がりの両側に
あるので、同期タイミングは光ビームの走査方向によっ
て変化することはなく、すなわち走査方向が逆であって
も論理回路の変更は必要としない。さらに、バイアスを
付加することにより、バイアス値以下のノイズによる誤
動作を起こしにくくすることができる。

【００２８】上記の第２実施例ではアンプＡ₂の出力に
バイアスを加えているが、バイアスはアンプＡ₁の出力
に加えても良く、両方に異なる値のバイアスを加えても
良い。また、これらのバイアスの値は、予測されるノイ
ズのレベルを考慮して決められる。

【００２９】図３に第３実施例を示す。受光面の配設お
よび回路の構成は、アンプＡ₁の出力Ｖ₁を入力し、ク
ランプ出力Ｖ₁₁として出力するような下限クランプ回路
が付加されていることを除いて、前述の第１の実施例と
同じである（図３（ａ），（ｂ））。

【００３０】この下限クランプ回路は、所定値以下の入
力電圧に対してはこの所定値を出力し、所定値を越える
入力電圧に対しては入力電圧をそのまま出力するような
回路である。そして、出力Ｖ₁₁と出力Ｖ₂とをコンパレ
ータＣで比較することにより走査タイミング信号Ｖ₀を
出力する。

【００３１】この下限クランプ回路の所定値であるクラ
ンプレベルは予測されるノイズのレベルを越えるように
設定され、かつフォトダイオードＰＤ₁，ＰＤ₂，ＰＤ
₃への入射光量が低くなったときにも、出力Ｖ₁₁，Ｖ₂
の電圧の交点であるクロス点が得られるように設定され
る。

【００３２】図３（ｃ）は中央のフォトダイオードＰＤ
₂の出力電流に対応するＩ／Ｖ変換出力Ｖ₂と、両端の
フォトダイオードＰＤ₁，ＰＤ₃の出力電流をＩ／Ｖ変
換して下限クランプした出力Ｖ₁₁との関係を、光量が高
レベルのときは実線により、低レベルのときは点線によ
りそれぞれ示している。そして、図３（ｄ）は、上記出
力Ｖ₁₁，Ｖ₂の電圧の交点であるクロス点より得られる
走査タイミング信号Ｖ₀を示している。

【００３３】出力Ｖ₁₁については、下限がクランプされ
ているが、クランプレベルを越える部分では何ら波形が
レベル変動をしないため、光量が変わってもクロス点す
なわち同期タイミングの時刻は変動しない。そして、こ
のクロス点が走査タイミング信号Ｖ₀の立上がりと立下
がりの両側にあるので、同期タイミングは光ビームの走
査方向によって変化することはなく、すなわち走査方向
が逆であっても出力論理は逆とならず、論理回路の変更
を必要としない。一方、クランプレベル以下のノイズが
あっても、クロス点が現れないので誤動作しない。しか
も、全く入射光がないときもクロス点を生じることはな
いので、出力の定まらない不確定状態が回避できる。

【００３４】上記の第３実施例では、図３（ｃ）に示す
ように、光が入射していない状態において中央光出力の
レベルが両端光出力のレベルよりも低くなるようにクラ
ンプレベルを設定したクランプをアンプＡ₁の出力に対
して行っているが、クランプはアンプＡ₂の出力に対し
て行っても良く、また、異なるクランプレベルとするよ
うなクランプを両方の出力に対して行っても良い。

【００３５】さらに、アンプの極性が逆の場合には、下
限クランプに代えて上限クランプを行えばよい。なお、
この実施例では下限クランプ回路をＩ／Ｖ変換用のアン
プとコンパレータの間に設けているが、アンプあるいは
コンパレータに内蔵させてもよい。

【００３６】また、第２と第３の実施例において、実施
例ではクロス点を２か所にするようにしているが、クロ
ス点を４か所にするようにバイアスおよびクランプレベ
ルを設定しても良い。

【００３７】また、第１から第３の実施例における両端
の２つのフォトダイオードＰＤ₁，ＰＤ₃は、受光面の
形状を図４のようにすることで１つのフォトダイオード
ＰＤ_Aとしても良い。図４（ｂ，ｃ）のようにすること
により、光ビームが中央のフォトダイオードＰＤ₂を通
過するならば、全方位の走査方向における同期タイミン
グを検知できる。

【００３８】

【発明の効果】以上、上記に説明した通り本発明では、
光量変動による同期タイミングの変動量を従来の技術に
比べて小さくすることができる。また、同期タイミング
を得るためのクロス点が走査タイミング信号Ｖ₀の立上
がりと立下がりの両側にあるので、この同期タイミング
は光ビームの走査方向によって変化することはなく、す
なわち走査方向が逆であっても出力論理は逆とならず、
従来の技術では論理回路の変更を必要としたが、本発明
によれば論理回路の変更なしに実現できる。また、一方
の光電変換素子の出力についてバイアスを加えることに
より、前記効果に加えてノイズによる誤動作を起こしに
くくすることができる。

【００３９】さらに、一方の光電変換素子の出力につい
て、クランプ回路を付け加えることにより、光ビームの
走査方向にかかわらず、同期タイミングが光量の変動に
よって時刻変動せず、しかも、ノイズに対して誤動作す
ることのない同期検出装置を提供できる。

【００４０】そして、フォトダイオードが２つである従
来までの同期検出装置では、光の変動量に対する同期タ
イミングの精度が良い走査方向と悪い走査方向が存在し
た。このため、光ビームの走査方向により装置自体の取
り付けに正逆の方向性があったが、本発明の同期検出装
置では装置の取り付け方向はどちらでも良い。さらに、
同一機器内で光ビームの走査方向が１方向に限らず正逆
両方向ある場合や走査方向が未定であるような場合に
も、後段における論理回路を光の走査方向に影響される
ことなく設計することができる同期検出装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る同期検出装置を示す図で
ある。

【図２】本発明の実施例に係る同期検出装置を示す図で
ある。

【図３】本発明の実施例に係る同期検出装置を示す図で
ある。

【図４】本発明の実施例に係るフォトダイオードの形状
の変形例を示す図である。

【図５】従来の同期検出装置を示す図である。

【図６】従来の同期検出装置を示す図である。

【図７】従来の同期検出装置におけるバイアスの変化に
対する同期タイミングの変動を示す図である。

【図８】従来の同期検出装置における光ビームの走査方
向を逆にしたときの同期タイミングの変動を示す図であ
る。

【符号の説明】

ＰＤ，ＰＤ₁，ＰＤ₂，ＰＤ₃…フォトダイオード、
Ａ，Ａ₁，Ａ₂…アンプ、Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₂₁…出力電
圧、Ｖ₀…走査タイミング信号、Ｃ…コンパレータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームが入射するように受光面が配設
され、入射する前記光ビームの強度に応じた電気信号を
出力する第１の受光手段と、前記光ビームの走査方向に沿って前記第１の受光手段の
受光面に隣接して受光面が配設され、入射する前記光ビ
ームの強度に応じた電気信号を出力する第２の受光手段
と、前記光ビームの走査方向に沿って前記第１の受光手段の
受光面に隣接し、かつ、前記第２の受光手段の受光面の
反対側に受光面が配設され、入射する前記光ビームの強
度に応じた電気信号を出力する第３の受光手段と、前記第２および第３の受光手段の出力信号と前記第１の
受光手段の出力信号とを比較することにより前記光ビー
ムの走査のタイミングを示す走査タイミング信号を出力
する比較手段とを備えることを特徴とする同期検出装
置。
【請求項２】前記受光手段は前記光ビームの強度に応
じた電流を出力し、前記比較手段は、前記第１の受光手段の出力電流を電流／電圧変換する第
１のＩ／Ｖ変換手段と、前記第２および前記第３の受光手段の出力電流の和を電
流／電圧変換する第２のＩ／Ｖ変換手段と、前記第１のＩ／Ｖ変換手段の出力電圧と、前記第２のＩ
／Ｖ変換手段の出力電圧との大小により前記走査タイミ
ング信号を出力するコンパレータとを有することを特徴
とする請求項１記載の同期検出装置。
【請求項３】前記第１、第２のＩ／Ｖ変換手段の一方
の出力に固定バイアス電圧を加えるバイアス付加手段を
さらに備えることを特徴とする請求項２記載の同期検出
装置。
【請求項４】前記第１、第２のＩ／Ｖ変換手段の一方
の出力には、前記第１の受光手段または前記第２および
第３の受光手段に前記光ビームが入射されていない状態
で、前記第１または第２のＩ／Ｖ変換手段の出力電圧レ
ベルを所定の電圧レベルにクランプして出力するクラン
プ手段がさらに接続されていることを特徴とする請求項
２記載の同期検出装置。
【請求項５】前記クランプ手段は前記コンパレータま
たは前記第１のＩ／Ｖ変換手段または前記第２のＩ／Ｖ
変換手段に内蔵されていることを特徴とする請求項４記
載の同期検出装置。
【請求項６】前記第２と第３の受光手段が有する受光
面は単一の受光面として形成されていることを特徴とす
る請求項１記載の同期検出装置。