JPH0640023B2 - 光入力の位置・分散検出方法および装置 - Google Patents

光入力の位置・分散検出方法および装置

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JPH0640023B2
JPH0640023B2 JP23094687A JP23094687A JPH0640023B2 JP H0640023 B2 JPH0640023 B2 JP H0640023B2 JP 23094687 A JP23094687 A JP 23094687A JP 23094687 A JP23094687 A JP 23094687A JP H0640023 B2 JPH0640023 B2 JP H0640023B2
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隆善 井上
卓也 日下
弘行 高松
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弘 梶川
耕造 西村
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、入射された光ビーム(光入力)の位置を検出
するための光電変換体による光位置検出装置(ＰＳＤ：
Ｐosition Ｓensitive Ｄetector)に関し、特に、光ビ
ームを利用して金属材料等の表面きず，表面粗度，表面
形状を検出する際あるいは光ビームを用いた測定機器の
焦点ずれを検出する際などに用いて好適な光入力の位置
・分散検出方法および装置に関するものである。
［従来の技術］ 第１９図は例えば精密機械Vol.51,No.4,1985,p.730〜73
7「位置測定におけるＰＳＤの応用」倉沢一男著に示さ
れた従来の光位置検出装置を示す側面図である。
この従来の光位置検出装置では、平板状シリコン基板に
おいて、第１９図に示すように、光入力を受けるＰ型半
導体(光電変換体)から成る第１抵抗層５１と、この第１
抵抗層５１に空乏層５３を介して接続されたＮ型半導体
(光電変換体)から成る第２抵抗層５２とがそなえられて
おり、第１抵抗層５１は全面一様な抵抗値を有するよう
に形成されている。
そして、第１抵抗層５１に入射される光ビームの１次元
位置およびその光エネルギーを検出すべく、第１抵抗層
５１の両端に電極５４，５５がそれぞれ取り付けられて
いる。
また、第２抵抗層５２の中央には、バイアス電極５６が
接続されている。
このような光位置検出装置において、第１９図に矢印ａ
で示すように、第１抵抗層５１に光ビームが入射した場
合に、その１次元位置や光エネルギーは次のようにして
得られる。ただし、座標系としては、電極５４，５５と
の中点を原点とし、この原点に対する入射位置の座標を
ｘとし、また第１９図中の右方向を正方向とする。
矢印ａのように光ビームが第１抵抗層５１に入射する
と、入射位置には光エネルギーに比例した電子-正孔が
発生する。発生した正孔は、第１抵抗層５１を流れ、同
第１抵抗層５１の両端における電極５４，５５からそれ
ぞれ電流値Ｉ10,Ｉ20として検出される。
また、発生した電子は、空乏層５３から第２抵抗層５２
を流れ、バイアス電極５６より取り出される。
このとき、正孔即ち光電流は、第１抵抗層５１の均一な
抵抗により、入射位置から電極５４，５５までの距離に
反比例配分される。従つて、第１抵抗層５１の全長を２
Ｌとすると、 Ｉ10/(Ｌ−ｘ)＝Ｉ20/(Ｌ＋ｘ)＝ｋ……(1) が得られる。ここで、ｋは、光エネルギーに依存する量
であり、入射位置ｘには依存しない。
そこで、測定される電流値Ｉ10,Ｉ20に対して、（Ｉ10-
Ｉ20）/(Ｉ10+Ｉ20)を求めると、(1)式より、 となり、入射位置ｘが、光エネルギーに関係なく、 ｘ＝Ｌ・(Ｉ10−Ｉ20)/(Ｉ10＋Ｉ20)……(3) として、検出される。
また、(Ｉ10＋Ｉ20)は２ｋ・Ｌであるから、入射位置ｘ
に関係なく、光エネルギーに依存した量ｋが、 ｋ＝(Ｉ10＋Ｉ20)／(２Ｌ)……(4) として、検出される。
以上のように、第１抵抗層５１に入射する光ビームの１
次元位置ｘと光エネルギーに依存する量ｋとが、光位置
検出装置により測定された電流値Ｉ10,Ｉ20から(3)，
(4)式に基づいて求められる。なお、光ビームの２次元
位置も上述した１次元位置測定の原理と同様にして行な
われる。
この場合、第２０図あるいは第２２図に示すような光位
置検出装置が用いられる。
第２０図に示す光位置検出装置は表面分割型のもので、
電極５７,５８が、電極５４,５５に直交して第１抵抗層
５１の両端部にそれぞれ取り付けられている。このよう
な光位置検出装置では、電極５４，５５からそれぞれ検
出される電流値Ｉ10,Ｉ20により、(3)式に基づきｘ座標
が求められるとともに、電極５７，５８からそれぞれ検
出される電流値Ｉ30,Ｉ40によりｙ座標が求められる。
ただし、第２１図は第２０図に示す光位置検出装置の等
価回路図であり、図において、Ｐは電流源、Ｄは理想的
ダイオード、Ｃｊは接合容量、Ｒshは並列抵抗、Ｒｐは
ポジシヨニング抵抗である。
また、第２２図に示す光位置検出装置は両面分割型のも
ので、電極５７，５８が、電極５４，５５に直交して第
２抵抗層５２の両端部にそれぞれ取り付けられている。
このとき、第２抵抗層５２も全面一様な抵抗値を有する
ように形成されている。
このような光位置検出装置でも、電極５４，５５からの
電流値Ｉ10,Ｉ20により、ｘ座標が得られるとともに、
電極５７，５８からの電流値Ｉ30,Ｉ40によりｙ座標が
得られる。ただし、第２３図は第２２図に示す光位置検
出装置の等価回路図である。
一方、上述した光電変換体による光位置検出装置の他
に、光位置を検出する装置としては、撮像装置(撮像
管，ＣＣＤカメラ等の固体撮像素子)を用いるものや、
フオトダイオードなどを用いるものがある。
撮像装置を用いるものでは、同撮像装置で光ビームの画
像をとり、それをアナログ／デイジタル変換して得られ
るデイジタル画像から、第２４図および第２６図に示す
信号処理回路により、光ビームの位置および拡がり(分
散)をそれぞれ検出するものである。
光ビームの位置を検出する信号処理回路は、第２４図に
示すように、動作指令信号を出力するタイミングパルス
発生器６０と、撮像装置５９からの画像のスキヤン信号
を受けて同信号が所定のしきい値を超えたことを検出す
るコンパレータ６１と、スキヤン開始時点からコンパレ
ータ６１の検出信号出力時点までの間に亘ってパルスを
発生するパルス発生器６２と、同パルス発生器６２から
出力されたパルス数を計数してそのカウント値を光ビー
ムの位置として検出・出力するカウンタ６３とから構成
されている。従つて、光ビーム位置を検出する際には、
第２５図に示すように、まず、タイミングパルス発生器
６０が動作指令信号を出力すると、撮像装置５９がスキ
ヤンを開始すると同時にパルス発生器６３がパルスを出
力し始める。そして、コンパレータ６１が、撮像装置５
９からのスキヤン信号中に所定のしきい値を超える光信
号Ｐ1の位置を検出すると、その時点でパルス発生器６
２の動作は停止する。この間、パルス発生器６２からの
パルス数がカウンタ６３により計数されていて、そのカ
ウント値が光ビームの位置として得られる。
また、光ビームの拡がり(分散)を検出する信号処理回路
は、第２６図に示すように、撮像装置５９からの画像の
スキヤン信号を受けて同信号が所定のしきい値を超えて
いることを検出するコンパレータ６１と、パルス発生器
６４と、同パルス発生器６４からのパルスコンパレータ
６１からの検出信号との論理積をとるＡＮＤゲート６５
と、同ＡＮＤゲート６４を通過したパルス数を計数して
そのカウント値を光ビームの拡がり(分散)として検出・
出力するカウンタ６６とから構成されている、従つて、
光ビームの拡がり(分散)を検出する際には、第２７図に
示すように、コンパレータ６１が、撮像装置５９からの
スキヤン信号中に所定のしきい値を超える光信号Ｐ2の
区間を検出すると、その間はパルス発生器６４からのパ
ルスが、ＡＮＤゲート６５を通過することになり、通過
したパルス数がカウンタ６３により計数されて、そのカ
ウント値が光ビームの拡がり(分散)として得られる。
さらに、フオトダイオードなどを用いるものでは、図示
しないが、フオトダイオード，フオトトランジスタなど
を複数個一例に並べ、どのフオトダイオード等に光ビー
ムが入射したがを検出することにより、光ビームの位置
および拡がり(分散)を検出している。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、入射する光ビームは点ではなくある程度拡が
りをもつている。この拡がりの程度は、光ビームが被検
面からの反射光ビームの場合、被検面のきず，粗度や形
状の情報を担つているし、光ビームを用いた測定機器等
では焦点ずれの情報を担つているが、従来の光電変換体
による光位置検出装置では、光ビームの位置(正確に
は、重心位置)しか得ることができない。
従つて、光ビームの拡がりを検出するには、現状では撮
像装置(撮像管，ＣＣＤカメラ等)で画像をとり、それを
アナログ／デイジタル変換して得られるデイジタル画像
から、前述した信号処理回路(第２５図)を用いて光ビー
ムの拡がりを計算する必要があり、装置が大型化するほ
か極めて高価な手間のかかる手段をとらなければならな
いという問題点があつた。
また、フオトダイオードなどを用いる装置では、素子数
が多くできないため、解像度が悪いなどの問題点があ
り、高い精度が要求されるような場合には使用できな
い。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、光ビームの位置や拡がり(分散)の情報を、速
い応答性で精度良く検出できるようにするとともに、低
価格でコンパクトな光入力の位置・分散検出方法および
装置を得ることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ このため、本発明の光入力の位置・分散検出方法(特許
請求の範囲第１項に記載)は、光入力を受ける光電変換
体を用いて、同光電変換体の端部と上記光入力の位置と
の距離の平均値に比例する１次出力と、上記距離の２乗
平均値に比例する２次出力とをとり出した後、上記１次
出力を上記光入力の位置として検出するとともに、上記
の１次出力および２次出力に基づき上記光入力の分散を
演算して検出することを特徴としている。
また、本発明の第１番目の光入力の位置・分散検出装置
(特許請求の範囲第３項に記載)は、第１光電変換体から
成る第１抵抗層と、同第１抵抗層に空乏層を介するかま
たは直接接続された第２光電変換体から成る第２抵抗層
とから構成される光電変換体をそなえ、前記１次出力を
検出すべく上記第１抵抗層を全面一様な抵抗値とし、前
記２次出力を検出すべく上記第２抵抗層を、端部からの
距離に依存する抵抗値を有するように形成したことを特
徴としている。
本発明の第２番目の光入力の位置・分散検出装置(特許
請求の範囲第４項に記載)は、前記第１番目の装置と同
様の光電変換体をそなえ、同光電変換体の第１抵抗層を
複数の帯状抵抗層部分に分割し、前記１次出力を検出す
べく上記抵抗層部分のうち所定番目毎に位置する抵抗層
部分を全面一様な抵抗値とし、前記２次出力を検出すべ
く上記所定番目毎以外に位置する抵抗層部分を、端部か
らの距離に依存する抵抗値を有するように形成したこと
を特徴としている。
本発明の第３番目の光入力の位置・分散検出装置(特許
請求の範囲第５項に記載)は、２組の光電変換体をそな
え、前記１次出力を検出すべく、一方の光電変換体の光
入力側表面を、同一方の光電変換体の端部からの距離に
応じ同距離位置において同距離に比例した幅だけ露出さ
せうる第１の遮光マスクによつて蔽うとともに、前記２
次出力を検出すべく、他方の光電変換体の光入力側表面
を、同他方の光電変換体の端部からの距離に応じ同距離
位置において同距離の２乗に比例した幅だけ露出させう
る第２の遮光マスクによつて蔽うことを特徴としてい
る。
本発明の第４番目の光入力の位置・分散検出装置(特許
請求の範囲第６項に記載)は、光電変換体の光入力側表
面を、前記１次出力を検出すべく前記第３番目の発明と
同形状の第１の遮光マスクと、前記２次出力を検出すべ
く前記第３番目の発明と同形状の第２の遮光マスクとに
よつて蔽うとともに、上記第２の遮光マスクをシヤツタ
として構成していることを特徴としている。
本発明の第５番目の光入力の位置・分散検出装置(特許
請求の範囲第８項に記載)は、光電変換体を、前記１次
出力を検出すべく、上記光電変換体の端部からの距離に
応じ同距離位置において同距離に比例した幅方向位置で
分離絶縁するとともに、前記２次出力を検出すべく、上
記光電変換体の端部からの距離に応じ同距離位置におい
て同距離の２乗に比例した幅方向位置で分離絶縁したこ
とを特徴としている。
本発明の第６番目の光入力の位置・分散検出装置(特許
請求の範囲第９項に記載)は、２組の光電変換体をそな
え、前記１次出力を検出すべく、一方の光電変換体の光
入力側表面を、１次特性光学フイルタによつて蔽うとと
もに、前記２次出力を検出すべく、２次特性光学フイル
タによつて蔽うことを特徴としている。
［作 用］ 前記光入力の位置・分散検出方法では、光電変換体によ
り、同光電変換体の端部と光入力の位置との距離の平均
値に比例する１次出力と上記距離の２乗平均値に比例す
る２次出力とを検出することで、撮像装置やその信号処
理回路などの高価なものを使用することなく、上記光電
変換体からの上記の１次出力および２次出力に基づい
て、上記光入力の分散が、統計学上の簡単な式により求
められる。
前記の第１〜６番目の光入力の位置・分散検出装置はい
ずれも前記方法を実施するに際し直接使用されるもの
で、前記第１番目の装置では、第１抵抗層の両端部から
得られる電流値により前記１次出力が検出される一方、
第２抵抗層の両端部から得られる電流値により前記２次
出力が検出され、これらの検出結果から光入力の平均位
置(重心位置)および分散(拡がり)が得られる。
前記第２番目の装置では、第１抵抗層における奇数番目
の帯状抵抗層部分の両端から得られる電流値により前記
１次出力が検出される一方、上記第１抵抗層における偶
数番目の帯状抵抗層部分の両端から得られる電流値によ
り前記２次出力が検出され、光入力の平均位置および分
散が得られる。
前記第３番目の装置では、第１の遮光マスクにより蔽わ
れた一方の光電変換体からの電流値により前記１次出力
が検出される一方、第２の遮光マスクにより蔽われた他
方の光電変換体からの電流値により前記２次出力が検出
され、光入力の平均位置および分散が得られる。
前記第４番目の装置では、シヤツタである第２の遮光マ
スクがオフ状態(開)のとき、第１の遮光マスクにより蔽
われた光電変換体からの電流値により前記１次出力が検
出される一方、上記第２の遮光マスクがオン状態(閉)の
とき、同第２の遮光マスクにより蔽われた上記光電変換
体からの電流値により前記２次出力が検出され、光入力
の平均位置および分散が得られる。
前記第５番目の装置では、１次直線と２次曲線とに囲ま
れて分離絶縁された光電変換体からの電流値と、上記２
次曲線下側の上記光電変換体からの電流値との和により
前記１次出力が検出される一方、上記２次曲線下側の上
記光電変換体からの電流値により前記２次出力が検出さ
れ、光入力の平均位置および分散が得られる。
前記第６番目の装置では、１次特性光学フイルタにより
蔽われた一方の光電変換体からの電流値により前記１次
出力が検出される一方、２次特性光学フイルタにより蔽
われた他方の光電変換体からの電流値により前記２次出
力が検出され、光入力の平均位置および分散が得られ
る。
［発明の実施例］ まず、本発明による光入力の位置・分散検出方法および
その原理について１次元の場合を例にとつて簡単に説明
する。光入力の分散を検出するためには、統計学的に、
光入力の平均位置(重心位置)と２乗平均位置 とが得られれば、 として分散σ2が演算・検出されることになる。
従つて、本発明の方法では、光入力を受けるとその強度
に応じ光電変換による所定の電流を出力する光電変換体
を用いて、まず、光強度∫ρ(x)dx(ここで、ρは光入力
の強度分布)と、光強度によつて重み付けされた光入力
の位置ｘの平均値∫ｘ・ρ(x)dxと、同じく光強度によ
つて重み付けされた光入力の位置ｘの２乗平均値∫ｘ2・
ρ(x)dxとを電流値として検出する。
そして、検出された電流値から、光電変換体の端部と光
入力の位置との距離の平均値(重心位置)に比例する１
次出力として、Ｋ10・∫x・ρ(x)dx/∫ρ(x)dxを得るとと
もに、光電変換体の端部と光入力の位置との距離の２乗
平均値 に比例する２次出力として、Ｋ20・∫x2・ρ(x)dx/∫ρ
(x)dxを得てから(ここで、Ｋ10,Ｋ20は定数)、これらの
出力に基づき、光入力の位置(重心位置)を、 ∫ｘ・ρ(x)dx／∫ρ(x)dx として検出するとともに、光入力の分散σ2を、 ∫x2・ρ(x)dx/∫ρ(x)dx−［∫x・ρ(x)dx/∫ρ(x)dx］2 にて検出するようにしている。
以下、図面により、本発明の方法に適用される、上述し
た１次出力および２次出力の検出可能な光入力の位置・
分散検出装置の具体的な実施例を説明する。
本発明の第１実施例 第１〜３図は本発明の第１実施例としての光入力の位置
・分散検出装置を示すもので、第１図(ａ)はその側面
図、第１図(ｂ)はその平面図、第２図はその第１抵抗層
に入射される光ビーム(光入力)の強度分布の一例を示す
グラフ、第３図は本実施例装置により検出される電流値
から光ビームの強度，平均位置および分散を演算するた
めの演算器の構成を示すブロツク図である。
本発明の第１実施例は、特許請求の範囲第３項に記載さ
れた発明に基づくもので、光ビームの１次元の平均位置
(重心位置)，強度(光エネルギー)および分散(拡がり)を
得るためのもので、第１図(ａ)，(ｂ)に示すように、従
来とほぼ同様に、光入力を受ける第１光電変換体として
のＰ型半導体から成る第１抵抗層１と、この第１抵抗層
１に空乏層３を介して接続された第２光電変換体として
のＮ型半導体から成る第２抵抗層２とがそなえられて光
電変換体が構成されており、第１抵抗層１は全面一様な
抵抗値(抵抗線密度ｒ0)を有するように形成されてい
る。
また、これらの第１抵抗層１，第２抵抗層２および空乏
層３から成る光起電力型の光電変換体において、電極
４，５が、間隔Ｌをあけてそれぞれ第１抵抗層１の両端
部に取り付けられるとともに、第２抵抗層２の両端に
も、電極６，７が、それぞれ上記電極４，５に対向する
ように取り付けられている。
そして、本実施例では、電極４，６の位置を原点とし、
これらの電極４，６から電極５，７へ向かう方向へｘ軸
をとる。
さらに、本実施例では、第２抵抗層２が、その端部にお
ける電極６の位置からの距離に依存する抵抗値を有する
ように形成されており、第２抵抗層２における抵抗線密
度を、電極６の位置(ｘ＝０)で十分０に近く、電極７の
位置(ｘ＝Ｌ)でｒ0とし、その間は線形に増加する抵抗
線密度ｒをもつている。つまり、 ｒ＝(ｒ0／Ｌ)・ｘ ……(4) となる。
また、電極４，５，６，７は、それぞれ図示しない電流
検出器に接続されており、この実施例による光入力の位
置・分散検出装置において光電流が生じた場合、電極
４，５，６，７を流れる電流値が、それぞれｉ1，ｉ2，
ｊ1，ｊ2として検出されるようになつている。
なお、第１図(ａ)，(ｂ)中のｌ，ｗ，ｈは、それぞれこ
の実施例による光入力の位置・分散検出装置の外形寸
法、つまり長さ，幅，高さを示す。
本発明の第１実施例による光入力の位置・分散検出装置
は上述のごとく構成されているので、第１抵抗層１に入
射する光ビームの強度(光エネルギー)，平均位置(重心
位置)および分散(拡がり)は次のようにして得られる。
今、第２図に示すようなガウス分布形の強度分布ρ(x)
をもつた光ビームが、第１図(ａ)に矢印Ａで示すように
入射したとする。ここで、上記ガウス分布の平均位置を
、分散をσ2、最大強度をＩmax、総強度(第２図に斜
線で示す部分の面積)をＩtとする。
光ビームのうちの[ｘ，ｘ＋ｄｘ]間のビーム素は、光電
変換によりｄiの正孔の正孔とｄjの電子とを生成する、
即ち、 ｄi＝Ｋ・ρ(x)dx＝−ｄｊ ……(5) ここで、Ｋは光電変換効率である。
そして、正孔diは、第１抵抗層１に沿つて移動し、電子
dj(＝−ｄi)は、空乏層３から第２抵抗層２へ到達しこ
の第２抵抗層２に沿つて移動する。第１抵抗層１は全面
一様な抵抗線密度ｒ0をもつているため、正孔diは、０
からｘまでの全抵抗と、ｘからＬまでの全抵抗とに反比
例分配され、各々、di1，di2として電極４，５から取り
出される。従つて、 となる。
また、電極４，５からぞれぞれ取り出される電流値
ｉ1，ｉ2は、 ｉ1＝∫di1 ……(9) ｉ2＝∫di2 ……(10) であり、実際に測定されるのは、これらの電流値ｉ1，
ｉ2である。ｉ2は、(10),(8),(5)式より、 となり、光ビームの強度によつて重み付けされた座標ｘ
の平均値が、電流値ｉ2により検出されることになる。
しかし、電流値ｉ2は光ビームの強度にも依存してい
る。そこで、全電流値(i1＋i2)を(9),(10),(7),(8),(5)
式を用いて求めると、 となり、光ビームの総強度Ｉｔに関する量が得られ、さ
らに(11),(12)式より、 が得られる。ここで であるから、結局、ｉ2／(ｉ1＋ｉ2)によつて、電極４
の位置(光電変換体の端部)と光ビームの位置との距離ｘ
の平均値に比例する１次出力がとり出される、つまり
光ビームの重心位置情報として／Ｌを求めることがで
き、(ｉ1＋ｉ2)によつて、光ビームの強度(Ｉｔ)情報と
してＫ・Ｉtを求めることができる。
次に、第２抵抗層２は(4)式に示すような抵抗線密度ｒ
をもつているので、電子djは、０からｘまでの全抵抗Ｒ
1(x)と、ｘからＬまでの全抵抗Ｒ2(x)とに反比例配分さ
れ、各々、dj1，dj2として電極６，７から取り出され
る。従つて、 となり、全抵抗Ｒについては、 となるから、 となる。
また、電極６，７からそれぞれ取り出される電流値
ｊ1，ｊ2は、 ｊ1＝∫ｄｊ１ ……(21) ｊ2＝∫ｄｊ２ ……(22) であり、実際に測定されるのは、これらの電流値ｊ1，
ｊ2である。ｊ2は、(22),(20),(5)式より、 となり、光ビームの強度によつて重み付けされた座標ｘ
の２乗平均値が、電流値ｊ2により検出されることにな
る。
しかし、電流値ｊ2は光ビームの強度にも依存してい
る。そこで、全電流値(j1+j2)を(21),(22),(19),(20),
(5)式を用いて求めると、 となり、光ビームの強度に関する量が得られ、さらに(2
3),(24)式より が得られる。ここで、 であるから、結局、ｊ2／(ｊ1＋ｊ2)によつて、電極６
の位置(光電変換体の端部)と光ビームの位置との距離ｘ
の２乗平均値 に比例する２次出力 をとり出すことができる。
従つて、光ビームの分散(拡がり)σ2(13),(25)式より、 によつて求めることができる。
光ビームの３つの特徴量/Ｌ，σ2/Ｌ2,Ｋ・Ｉｔは、
以上の結果から、 となり、第３図に示すような演算器を用いれば、電極４
〜７からの電流値ｉ1，ｉ2，ｊ1，ｊ2から、上記の(2
8),(29)(30)式に基づく光ビームの平均位置(重心位置)
，分散(拡がり)σ2および強度(光エネルギー)Ｉtを得
ることができる。ただし、第３図において、８，９は加
算器、１０，１１は除算器、１２は減算器、１３は乗算
器を示している。
なお、距離に比例した抵抗線密度をもつ第２抵抗層２
は、不純物のドーピング量の変化によつて実現させるこ
とができるほか、距離に反比例した膜厚を第２抵抗層２
にもたせることによつても実現できる(抵抗線密度∝１
／膜厚∝距離)。
このように、本発明の第１実施例によれば、撮像装置等
を用いることなく、極めて簡素な構造の装置で、第１抵
抗層１へ入射する光ビームの、距離ｘの平均値に比例
する１次出力ｉ2／(ｉ1＋ｉ2)と、距離ｘの２乗平均値 に比例する２次出力ｊ2／(ｊ1＋ｊ2)とが得られ、これ
らの出力から、平均位置(重心位置)および分散σ2が
極めて容易かつ安価に検出される。また、その検出値
は、速い応答性で精度良く得られる。
従つて、光スポツトの大きさの測定物や光ビームを用い
た測定機器の焦点ずれ、あるいは被検面のきず，粗度，
形状などの検出が、極めて容易に可能となる利点もあ
る。
本発明の第２実施例 第４図は本発明の第２実施例としての光入力の位置・分
散検出装置を示す斜視図であり、この第２実施例は、特
許請求の範囲第３項に記載された発明に基づき光ビーム
の２次元の平均位置，強度および分散を得るためのもの
で、第４図に示すように、第１実施例とほぼ同様の構成
の光入力の位置・分散検出装置において、電極４，５に
直交するように、電極１４，１５が、適当な間隔をあけ
それぞれ第１抵抗層１のｙ軸方向の両端部に取り付けら
れるとともに、第２抵抗層２には、電極１６，１７が、
それぞれ上記電極１４，１５に対向するように取り付け
られている。
そして、この実施例では、第２抵抗層２は、ｘ，ｙ軸方
向に沿い線形に増加する適当な抵抗線密度を有するよう
に形成されている。
従つて、第１実施例で記した１次元の拡張として、２次
元の光ビームの強度，平均位置および分散を得ることが
できる。つまり、電極４，５より、電極６，７より を求めるのは１次元の場合と同様で、これらよりｘ軸方
向の分散σX 2が求められる。さらに、電極１４，１５よ
り、電極１６，１７より を求めることができ、これらよりｙ軸方向の分散δY 2が
求められる。
このようにして、２次元であつても、光ビームの重心位
置(，)，分散(σＸ ２，σY 2)および強度Ｉtが求め
られ、第１実施例と同様の効果が得られる。
ただし、第４図に示すように、強度Ｉtは、第１抵抗層
１または第２抵抗層２のどちらかの４電極から取り出さ
れる電流値の合計により求められることとなる。
本発明の第３実施例 第５図は本発明の第３実施例としての光入力の位置・分
散検出装置を示す斜視図であり、この第３実施例は、特
許請求の範囲第４項に記載された発明に基づき光ビーム
の１次元の平均位置，強度および分散を得るためのもの
で、第５図に示すように、第３実施例では、光入力を受
けるＰ型半導体から成る第１抵抗層１Ａと、この第１抵
抗層１Ａに空乏層３を介して接続されたＮ型半導体から
成る第２抵抗層２Ａとがそなえられ、第２抵抗層２Ａは
バイアス電極１８に接続される。また、第１抵抗層１Ａ
は、複数の帯状(たんざく状)抵抗層部分１ａ，１ｂに分
割されている。
そして、帯状抵抗層部分１ａ，１ｂは交互に配置され、
奇数番目(所定番目毎)に位置する帯状抵抗層部分１ａ
は、全面一様な抵抗値を有するように形成されるととも
に、偶数番目(上記所定番目毎以外)に位置する帯状抵抗
層部分１ｂは、ｘ軸方向に線形増加する抵抗線密度を有
するように形成されている。
また、各帯状抵抗層部分１ａの両端部には、電極４Ａ，
５Ａが取り付けられるとともに、各帯状抵抗層部分１ｂ
の両端部には、電極６Ａ，７Ａが取り付けられており、
これらの電極４Ａ，５Ａ，６Ａ，７Ａから検出される電
流値ｉ1，ｉ2，ｊ1，ｊ2より、上記の第１実施例と同様
にして、１次出力および２次出力が得られて、１次元の
光ビームの平均位置，強度および分散の検出が行なわ
れ、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
なお、第１抵抗層１Ａの帯状抵抗層部分１ａ，１ｂでｘ
軸方向についての光ビームの平均位置，強度および分散
の検出を行なうのと同じ要領で、第２抵抗層２Ａを、第
１抵抗層１Ａと直交するように、帯状抵抗層部分１ａ，
１ｂと同様の帯状抵抗層部分に分割して、ｙ軸方向につ
いての光ビームの平均位置，強度および分散の検出を行
なうようにすれば、特許請求の範囲第４項に記載された
発明に基づいても、２次元の光ビームの平均位置，強度
および分散の検出が行なえるようになる。
以上の第１〜３実施例では、半導体としてアンモルフア
スシリコンを用いたため、第１抵抗層と第２抵抗層との
間に空乏層を設けたが、結晶シリコンを用いる場合に
は、Ｐ層とＮ層とを直接接続しても境界面に空乏層が形
成されるため、空乏層を予め設けなくてもよい。
本発明の第４実施例 第６〜９図は本発明の第４実施例としての光入力の位置
・分散検出装置を示すもので、第６図はその側面図、第
７図(ａ)，(ｂ)はそれぞれ第１および第２の遮光マスク
の形状を示す平面図、第８図(ａ)，(ｂ)はそれぞれ第１
および第２の遮光マスクにより蔽われた光電変換体によ
り得られる検出電流値と光電変換体上の位置との関係を
示すグラフ、第９図は本実施例装置の変形例を示す側面
図である。
この第４実施例は、特許請求の範囲第５項に記載された
発明に基づき光ビームの１次元の平均位置，強度および
分散を得るためのもので、第６図に示すように、第４実
施例では、透光性を有する光電変換体としての３組のフ
オトダイオード１９−１〜１９−３がそなえられてお
り、各フオトダイオード１９−１〜１９−３は、ｐ層１
９ａ，ｉ層１９ｂおよびｎ層１９ｃから構成され、光入
力を受けるとその強度に応じ光電変換による所定の電流
を出力するものである。そして、各フオトダイオード１
９−１〜１９−３の上下面には、透明導電膜２０が貼付
され、同透明導電膜２０を介して各フオトダイオード１
９−１〜１９−３からの検出電流値Ｉ0，Ｉ1，Ｉ2が得
られるようになつている。さらに、上下面に透明導電膜
２０を貼付された各フオトダイオード１９−１〜１９−
３は、ガラス基板２１上に載置されている。
そして、本実施例では、フオトダイオード１９−２の光
入力側表面は、透光性を有する絶縁保護膜２３を介し
て、第７図(ａ)に示す形状をもつ第１の遮光マスク２２
ａによつて蔽われるとともに、フオトダイオード１９−
３の光入力側表面は、透光性を有する絶縁保護膜２３を
介して、第７図(ｂ)に示す形状をもつ第２の遮光マスク
２２ｂによつて蔽われている。
つまり、第１の遮光マスク２２ａによる遮光部とフオト
ダイオード１９−２の受光部との境界線は、フオトダイ
オード１９−２の左下隅を原点として右方向にｘ軸，上
方向にｙ軸をとつた場合、ｙ＝(ｗ／Ｌ)・ｘなる１次直
線となり、フオトダイオード１９−２は、遮光マスク２
２ａにより、位置ｘにおいて同ｘに比例した幅(ｗ／Ｌ)
・ｘだけ露出されるようになつている。同様に、第２の
遮光マスク２２ｂによる遮光部とフオトダイオード１９
−３の受光部との境界線は、上述と同じ座標系をとる
と、ｙ＝(ｗ／Ｌ2)・ｘ2なる放物線となり、フオトダイ
オード１９−３は、遮光マスク２２ｂにより、距離ｘに
おいて同ｘの２乗に比例した幅(／Ｌ2)・ｘ2だけ露出さ
れるようになつている。
上述のように遮光マスク２２ａ，２２ｂにより上面を蔽
われたフオトダイオード１９−２，１９−３と、フオト
ダイオード１９−１とは、上から１９−１，１９−２，
１９−３の順で透光性のある接着層２４を介して積み重
ねられている。
上述の構成により、本実施例では、光ビームの総強度Ｉ
t，平均位置および分散σ2は次のようにして得られ
る。
今、第２図に示したものと同じ強度分布ρ(ｘ)をもつた
光ビームが、第６図に矢印Ａで示すように入射したとす
ると、まず、受光面が一切蔽われていないフオトダイオ
ード１９−１により検出される電流値Ｉ0は、 となり、この電流値Ｉ0から光ビームの強度Ｉtに関する
量が得られる。また、遮光マスク２２ａに蔽われたフオ
トダイオード１９−２により検出される電流値Ｉ1は、
光ビームの入力位置ｘに応じて第８図(ａ)に示すような
関係があり、 となつて、光ビームの強度によつて重み付けされた座標
ｘの平均値が、電流値Ｉ1により検出されることにな
る。同様に、遮光マスク２２ｂに蔽われたフオトダイオ
ード１９−３により検出される電流値Ｉ2は、光ビーム
の入力位置ｘに応じて第８図(ｂ)に示すような関係があ
り、 となつて、光ビームの強度によつて重み付けされた座標
ｘの２乗平均値が、電流値Ｉ2により検出されることに
なる。ここで、Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2はそれぞれフオトダイオ
ード１９−１〜１９−３の光電変換効率である。
従つて、(14),(31),(32)より、 Ｉ1／Ｉ0＝(Ｋ1／Ｋ0)・ａ1・ ……(34) が得られ、このＩ1／Ｉ0によつて、フオトダイオード１
９−２の端部と光ビームの位置との距離ｘの平均値に
比例する１次出力がとり出される。
また、(26),(31),(33)より が得られ、このＩ2／Ｉ0によつて、フオトダイオード１
９−３の端部と光ビームの位置との距離ｘの２乗平均値 に比例する２次出力がとり出される。
なお、実際には、光ビームがフオトダイオード１９−１
〜１９−３を順次透過するに従い、その光量は徐々に吸
収されて減衰するため、上記(32)〜(35)式による演算に
あたつてはその減衰率を予め求めて考慮する必要がある
が、本実施例では、簡単のため光ビームの減衰は生じな
いものとして、説明している。
以上の結果から、本実施例では、(31)式により光ビーム
の強度Ｉtが、(34)式により光ビームの平均位置が得
られ、さらに、(34),(35)式に基づき、下式(36)により
分散σ2が得られる。
一方、本実施例では、例えば、第７，８図に示すよう
に、異なる２箇所の位置ｘ1，ｘ2に幅の無視できるスリ
ツト光が入射した場合(ただし、簡単のためＫ0＝Ｋ1＝
Ｋ2＝１とする)には、検出される電流値Ｉ1，Ｉ2は、 Ｉ1＝ａ1・(ｘ1＋ｘ2) ……(37) Ｉ2＝ａ2・(ｘ1 2＋ｘ2 2) ……(38) となり、これらの(37),(38)式より、 （ｘ1−ｘ2)2＝２Ｉ2／ａ2−(Ｉ1／ａ1)2……(39) が得られ、この(39)式から、２光束の間隔|ｘ1−ｘ2|を
検出できる。
このように、本実施例の装置によつても、(34)式に基づ
き１次出力および(35)式に基づき２次出力が得られて、
１次元の光ビームの平均位置，強度および分散の検出が
行なわれ、第１実施例と同様の作用効果が得られるほ
か、２光束が入射した場合には(39)式によりその間隔を
検出することもできる。
なお、第６図に示す装置では、フオトダイオード１９−
１〜１９−３をそれぞれガラス基板２１上に載置し接着
層２４を介して積み重ねているが、第９図に示すよう
に、フオトダイオード１９−１〜１９−３を、絶縁保護
膜２３を介して直接的に積み重ね、その全体を１枚のガ
ラス基板２１Ａ上に載置するようにしてもよく、この場
合、装置自体を薄く構成できるようになるほか、装置の
中間におけるガラス基板２１の反射に起因する迷光を低
減できるなどの効果が得られる。
本発明の第５実施例 第１０図は本発明の第５実施例としての光入力の位置・
分散検出装置を示す側面図であり、この第５実施例は、
前述した第４実施例と同様、特許請求の範囲第５項に記
載された発明に基づくものであるが、前記第４実施例と
異なる点は、フオトダイオード１９−２および１９−３
の配置を、積み重ね型から、ビームスプリツタ２５を用
いて２面分離型として、光ビームの１次元の平均位置，
強度および分散を得るようにした点である。
つまり、第１０図に示すように、光ビームは、一旦ビー
ムスプリツタ２５に入射され、このビームスプリツタ２
５により直交する２方向に分離され、それぞれ、第１の
遮光マスク２２ａに蔽われたフオトダイオード１９−２
[第７図(a)参照]と、第２の遮光マスク２２ｂに蔽われ
たフオトダイオード１９−３[第７図(b)参照]とに導か
れ、これらのフオトダイオード１９−２，１９−３か
ら、それぞれ(32),(33)に対応する電流値Ｉ1，Ｉ2が得
られる。
なお、第１０図中、光ビームの強度を検出する第４実施
例におけるフオトダイオード１９−１に対応する光電変
換体は図示を省略されているが、実際には、他のビーム
スプリツタあるいはハーフミラー等を用いて、図示しな
い光強度検出用の光電変換体へ入射光が導かれるように
構成されており、この光電変換体から、第４実施例にお
ける電流値Ｉ0に対応する検出電流が得られるようにな
つている。
従つて、本実施例の装置でも、(31)式により光ビームの
強度Ｉtが、(34)式により光ビームの平均位置が得ら
れ、(36)式により分散σ2が得られ、第４実施例と同様
の作用効果が得られるほか、本実施例では、各フオトダ
イオード１９−２，１９−３に光ビームが直接入射する
ことになるので、第４実施例のように、光ビームの減
衰，ガラス基板による迷光の発生あるいは上側の遮光マ
スク２２ａの検出への干渉が生じることがなく、検出精
度が向上する。
本発明の第６実施例 第１１，１２図は本発明の第６実施例としての光入力の
位置・分散検出装置を示すもので、第１１図(ａ)はその
平面図、第１１図(ｂ)はその正面図、第１２図はその配
置例を示す側面図であり、この第６実施例も、前述した
第４，５実施例と同様、特許請求の範囲第５項に記載さ
れた発明に基づくものであるが、本実施例の装置は、第
４実施例(第６図参照)のように構成された装置Ｓを、第
１１図(ａ)，(ｂ)に示すごとく、複数個幅方向に平面状
に配置して構成したものである。
上述の構成により、各装置Ｓごとに電流値Ｉ0，Ｉ1，Ｉ
2を検出することで、各装置Ｓ位置における光強度が(3
1)式により得られるほか、各装置Ｓ位置における縦方向
[第１１図(a)の上下方向]の光入力の平均位置および分
散が、それぞれ(34)，(36)式により得られる。
従つて、本実施例では、例えば、かなりの分布面積をも
つ円状の光入力を受けても、その光入力を装置Ｓごとに
帯状の光の集合として検出され、光入力の入射位置に関
係なく、上述のとおり強度のみならず縦方向の位置およ
び分散を検出できる。
また、第１１図(ａ)，(ｂ)に示した装置を、２組そな
え、第１２図に示すように、ビームスプリツタ２６によ
り直交する２方向に分離された入射光をそれぞれ受光す
るように配置することで、縦方向の位置および分散だけ
でなく、光入力の横方向の位置および分散が検出され、
光入力の位置および分散が２次元的に精度良く検出する
ことも可能となる。
本発明の第７実施例 第１３図(ａ)，(ｂ)は本発明の第７実施例としての光入
力の位置・分散検出装置を示すもので、第１３図(ａ)は
その平面図、第１３図(ｂ)はその側面図である。
この第７実施例は、特許請求の範囲第７項に記載された
発明に基づき光ビームの１次元の平均位置，強度および
分散を得るためのもので、第１３図(ａ)，(ｂ)に示すよ
うに、光電変換体としてのフオトダイオード２７がガラ
ス基板３０上に載置されてそなえられ、フオトダイオー
ド２７の光入力側表面は、第７図(ａ)に示すものと同形
状の第１の遮光マスク２８と、第７図(ｂ)に示すものと
同形状の第２の遮光マスク２９とにより蔽われている。
そして、これらの遮光マスク２８，１９はいずれも液晶
シヤツタとして構成されている。
つまり、本実施例の装置では、遮光マスク２８，２９が
いずれもオフ(開放)状態である場合には、フオトダイオ
ード２７には光入力が全く遮光されないまま入射して、
フオトダイオード２７から(31)式に対応する電流値Ｉ0
が検出される。また、遮光マスク２８が駆動電圧の印加
によりオン(閉鎖)状態となると、(32)式に対応する電流
値Ｉ1が検出され、さらに、遮光マスク２９が駆動電圧
の印加によりオン(閉鎖)状態となると、(33)式に対応す
る電流値Ｉ2が検出されることになる。
従つて、本実施例の装置では、所定のタイミングで、遮
光マスク２８，２９両方オフ、遮光マスク２８のみオ
ン、遮光マスク２９オンの操作を駆動電圧の印加制御に
より繰り返し行ない、時間分解して電流値Ｉ0，Ｉ1，Ｉ
2を検出し組み合わせることによつて、(31)式により光
ビームの強度Ｉtが、(34)式により光ビームの平均位置
が得られ、(36)式により分散σ2が得られ、第４実施
例と同様の作用効果が得られるほか、複数組のフオトダ
イオードを積み重ねる必要がなく、１組のフオトダイオ
ード２７をそなえるだけで構成されるので、装置自体を
極めて薄くできる効果も得られる。
なお、本実施例では、シヤツタとして液晶を用いている
が、ＰＬＺＴ(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)，ＫＤＰ
(リン酸二水素カリウム)などの電気光学結晶を用いても
よい。
また、本実施例では、第２の遮光マスク２９の形状を第
７図(ｂ)に示すものと同形状としているが、この第２の
遮光マスク２９を、第１３図(ａ)における１次直線と２
次曲線とで囲まれた部分だけとしてもよく、この場合、
(33)式に対応する電流値Ｉ2を検出する際には、第１の
遮光マスク２８および第２の遮光マスク２９を両方とも
オン(閉鎖)状態とすればよい。
本発明の第８実施例 第１４図(ａ)，(ｂ)は本発明の第８実施例としての光入
力の位置・分散検出装置を示すもので、第１４図(ａ)は
その平面図、第１４図(ｂ)はその側面図である。
この第８実施例は、特許請求の範囲第８項に記載された
発明に基づき光ビームの１次元の平均位置，強度および
分散を得るためのもので、第１４図(ａ)，(ｂ)に示すよ
うに、ｐ層３２，ｉ層３３およびｎ層３４から構成され
る光電変換体としてのフオトダイオード３１がそなえら
れており、そのｐ層３２はｙ＝(ｗ／Ｌ)・ｘなる１次直
線と、ｙ＝(ｗ／Ｌ2)・ｘ2なる放物線とにより３つの部
分３２ａ，３２ｂ，３２ｃに分離絶縁されており、各部
分３２ａ，３２ｂ，３２ｃからそれぞれ電流値ＩP1，Ｉ
P2，ＩP3が検出されるようになつている。なお、(ｘ，
ｙ)座標系は第４実施例の場合と同様にとつている。
上述の構成により、ｘ方向に第２図と同様の光強度分布
ρ(ｘ)をもちｙ方向には光強度分布一定のスリツト光が
第１４図(ａ)の斜線部分に入射した場合には、光ビーム
の総強度Ｉt，平均位置および分散σ2が次のようにし
て得られる。
本実施例についても、位置ｘと検出電流値ＩP1＋Ｉ
P2(＝Ｉ1)との間には第８図(ａ)に示すような関係があ
るとともに、位置ｘと検出電流値ＩP1(＝Ｉ2)との間に
は第８図(ｂ)に示すような関係がある。そこで、フオト
ダイオード３１の光電変換効率をＫとし、簡単のため、
ａ1＝ｗ／Ｌ，ａ2＝ｗ／Ｌ2とすると、検出電流値
ＩP1，ＩP2，ＩP3は、 となり、これらの(40)〜(42)式より、 が得られる。ここで、(43),(44),(40)式は、それぞれ第
４実施例における(31),(32),(33)式に対応するものであ
る。
従つて、(43)式より光ビームの総強度Ｉtに関する量が
得られる。また、(14),(43),(44)式より、 が得られ、この(ＩP1＋ＩP2)/(ＩP1＋ＩP2＋ＩP3)によ
つて、フオトダイオード３１の端部と光ビームの位置と
の距離ｘの平均値に比例する１次出力がとり出され
る。さらに、(26),(43),(40)式より、 が得られ、このＩP1／(ＩP1＋ＩP2＋ＩP3)によつて、フ
オトダイオード３１の端部と光ビームの位置との距離ｘ
の２乗平均値 に比例する２次出力がとり出される。
以上の結果から、本実施例では、(43)式により光ビーム
の総強度Ｉtが、(45)式により光ビームの平均位置が
得られ、(45),(46)式に基づき、下式(47)により分散σ2
が得られる。
このように、本実施例によつても第７実施例と同様の作
用効果が得られる。
本発明の第９実施例 第１５図は本発明の第９実施例としての光入力の位置・
分散検出装置を示す平面図であり、この第９実施例は、
前述した第８実施例と同様、特許請求の範囲第８項に記
載された発明に基づくものであるが、本実施例の装置
は、第８実施例のように構成された幅Δｗのフオトダイ
オードをｎ個そなえ、第１５図に示すように、ｙ方向に
３１−１から順に３１−ｎまで平面状に配置して構成し
たものである。
上述の構成により、第８実施例で説明したようなスリツ
ト光ではなく、スポツト光が入射した場合、Δｗ≪Ｄ
(スポツト光の径)としておけば、各フオトダイオード３
１−１〜３１−ｎにおけるｙ方向の光強度分布は近似的
に一様とみなせ、各フオトダイオード３１−１〜３１−
ｎごとに電流値ＩP1，ＩP2，ＩP3を検出することで、各
フオトダイオード３１−１〜３１−ｎの位置におけるス
ポツト光の強度が(43)式により得られるほか、各位置に
おけるスポツト光の平均位置および分散が、それぞれ(4
5),(47)式により得られ、第６実施例と同様の作用効果
が得られる。
本発明の第１０実施例 第１６，１７図は本発明の第１０実施例としての光入力
の位置・分散検出装置を示すもので、第１６図はその側
面図、第１７図(ａ)，(ｂ)はそれぞれ１次特性ＮＤフイ
ルタおよび２次特性ＮＤフイルタの光透過率の性質を示
すグラフである。
この第１０実施例は、特許請求の範囲第９項に記載され
た発明に基づき光ビームの１次元の平均位置，強度およ
び分散を得るためのもので、第１６図に示すように、第
１０実施例では、光電変換体として３組のフオトマル３
５〜３７がそなえられており、それぞれ長さＬを有して
いる。ここで、フオトマルとは、photo-multiplierつま
り光電子増倍管で、光を受けると電子をねずみ算的に増
加させて光強度に応じた出力を得るもので、特に微弱光
の光電変換に用いられる。
そして、フオトマル３６の光入力側表面は、１次特性光
学フイルタとしての１次特性ＮＤフイルタ３８により蔽
われるとともに、フオトマル３７の光入力側表面は、２
次特性光学フイルタとしての２次特性ＮＤフイルタ３９
により蔽われている。ここで、１次特性ＮＤフイルタ３
８は、第１７図(ａ)に示すように、フオトマル３６の端
部からの距離ｘに比例した透過率ｂ1ｘを有する一方、
２次特性ＮＤフイルタ３９は、第１７図(ｂ)に示すよう
に、フオトマル３７の端部からの距離ｘの２乗に比例し
た透過率ｂ2ｘ2を有している。なお、ＮＤフイルタと
は、Ｎeutral Ｄensity Ｆilterのことで、波長(色)に
よらない、即ち、分光透過率がフラツトなものである。
また、入射してくる光ビームは、ハーフミラー４０，４
１により、それぞれフオトマル３５〜３７の受光面に直
交して入射するように分割される。
上述の構成により、ｘ方向に第２図と同様の光強度分布
ρ(ｘ)をもつ光ビームが入射すると、フイルタをもたず
光ビームを直接入射されるフオトマル３５により得られ
る出力Ｖ0は、 となり、この(48)式により光ビームの総強度Ｉtに関す
る量が得られる。また、１次特性ＮＤフイルタ３８によ
り蔽われたフオトマル３６により得られる出力Ｖ1は、 となつて、光ビームの強度によつて重み付けされた座標
ｘの平均値が、出力Ｖ1により得られることになる。同
様に、２次特性ＮＤフイルタ３９により蔽われたフオト
マル３７により得られる出力Ｖ2は、 となつて、光ビームの強度によつて重み付けされた座標
ｘの２乗平均値が、出力Ｖ2により得られることにな
る。ここで、Ｋは光電変換効率である。
従つて、(14),(48),(49)式より、 Ｖ1／Ｖ0＝ｂ1・ ……(51) が得られ、このＶ1／Ｖ0によつて、フオトマル３６の端
部と光ビームの位置との距離ｘの平均値に比例する１
次出力がとり出される。
また、(14),(48),(50)式より、 が得られ、このＶ2／Ｖ0によつて、フオトマル３７の端
部と光ビームの位置との距離ｘの２乗平均値 に比例する２次出力がとり出される。ここで、(52)式の
右辺に２が乗算されているのは、ハーフミーラー４０，
４１によつて光量が２分割されるからである。
以上の結果から、本実施例では、(48)式により光ビーム
の総強度Ｉtが、(51)式により光ビームの平均位置が
得られ、(51),(52)式に基づき、下式(53)により分散σ2
が得られる。
このように、本実施例の装置によつても第５実施例と同
様の作用効果が得られる。
なお、以上の第１〜１０実施例はいずれもは光スリツト
あるいはスポツト入力に対する平均位置，強度，分散を
検出することに対する実施例並びに効果を開示したが、
電子線，α線等の粒子線に対してもそれに合わせた半導
体材質を用いることによつて、全く同様に平均位置，強
度，分散を検出することが可能である。
また、以上の第１〜１０実施例によつて示した本発明の
装置は各種の応用機器に適用されるが、ここでその具体
的な一例を第１８図に示しておく。第１８図は、光の散
乱強度分布が反射面の表面粗さに依存することを利用し
た非接触式の表面粗さ測定装置のセンサとして本発明の
装置を用いた場合を示しており、第１８図において、４
２は光源、４３はレンズ、４４ａは光源４２から照射さ
れレンズ４３を通過した入射光、４４ｂは表面粗さを検
出すべき被測定面４５により反射された散乱光、４６は
散乱光４４ｂを受けるレンズ、４７は本発明による光入
力の位置・分散検出装置、４８は光入力の位置・分散検
出装置４７からの検出信号[ｉ1,ｉ2,ｊ1,ｊ2;Ｉ0,Ｉ1,
Ｉ2;ＩP1,ＩP2,ＩP3;Ｖ0,Ｖ1,Ｖ2]を増幅するアンプ、
４９はアンプ４８により増幅されたアナログ信号をデイ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５０はデイジタル
化された検出信号を受けて所定の演算[例えば、(28)〜
(30)式;(34)〜(36)式;(43)〜(47)式;(51)〜(53)式]を行
なう計算機である。
このような構成により、被測定面４５からの散乱光４４
ｂは、光入力として位置・分散検出装置４７に入射しこ
の検出装置４７において光電変換されて、所定の検出信
号が得られる。そして、増幅・デイジタル変換された検
出信号に基づき、計算機５０により所定の演算が施され
て、光入力(ここでは散乱光４４ｂ)の総強度Ｉt，平均
位置および分散σ2が求められて、その演算結果から
被測定面４５の表面粗さが得られることになる。
［発明の効果］ 以上のように、本発明の第１〜６番目の光入力の位置・
分散検出装置によれば、いずれの装置によつても、光電
変換体の端部と光入力の位置との距離の平均値に比例す
る１次出力と、上記距離の２乗平均値に比例する２次出
力とが容易に検出されるので、本発明の光入力の位置・
分散検出方法により、従来のように高価な撮像装置や信
号処理回路などを用いることなく、上記の１次出力およ
び２次出力に基づいて、光入力の位置および分散が、極
めて容易かつ安価に、しかも速い応答性で精度良く得ら
れるようになるのである。
【図面の簡単な説明】
第１〜３図は本発明の第１実施例としての光入力の位置
・分散検出装置を示すもので、第１図(ａ)はその側面
図、第１図(ｂ)はその平面図、第２図はその第１抵抗層
に入射される光ビームの強度分布の一例を示すグラフ、
第３図は上記光入力の位置・分散検出装置により検出さ
れる電流値から光ビームの強度，平均位置および分散値
を演算するための演算器の構成を示すブロツク図であ
り、第４図は本発明の第２実施例としての光入力の位置
・分散検出装置を示す斜視図であり、第５図は本発明の
第３実施例としての光入力の位置・分散検出装置を示す
斜視図であり、第６〜９図は本発明の第４実施例として
の光入力の位置・分散検出装置を示すもので、第６図は
その側面図、第７図(ａ)，(ｂ)はそれぞれ第１および第
２の遮光マスクの形状を示す平面図、第８図(ａ)，(ｂ)
はそれぞれ第１および第２の遮光マスクにより蔽われた
光電変換体により得られる検出電流値と光電変換体上の
位置との関係を示すグラフ、第９図は本実施例装置の変
形例を示す側面図であり、第１０図は本発明の第５実施
例としての光入力の位置・分散検出装置を示す側面図で
あり、第１１，１２図は第１１図(ａ)はその平面図、第
１１図(ｂ)はその正面図、第１２図はその配置例を示す
側面図であり、第１３図(ａ)，(ｂ)は本発明の第７実施
例としての光入力の位置・分散検出装置を示すもので、
第１３図(ａ)はその平面図、第１３図(ｂ)はその側面図
であり、第１４図(ａ)，(ｂ)は本発明の第８実施例とし
ての光入力の位置・分散検出装置を示すもので、第１４
図(ａ)はその平面図、第１４図(ｂ)はその側面図であ
り、第１５図は本発明の第９実施例としての光入力の位
置・分散検出装置を示す平面図であり、第１６，１７図
は本発明の第１０実施例としての光入力の位置・分散検
出装置を示すもので、第１６図はその側面図、第１７図
(ａ)，(ｂ)はそれぞれ１次特性ＮＤフイルタおよび２次
特性ＮＤフイルタの光透過率の性質を示すグラフであ
り、第１８図は本発明の各装置の適用例を具体的に説明
するための構成図であり、第１９図は従来の光位置検出
装置を示す側面図、第２０，２１図は従来の表面分割型
光位置検出装置を示すもので、第２０図はその側面図、
第２１図はその等価回路であり、第２２，２３図は従来
の両面分割型光位置検出装置を示すもので、第２２図は
その側面図、第２３図はその等価回路であり、第２４，
２５図は撮像装置を用いた従来の光位置検出装置を示す
もので、第２３図はそのブロツク図、第２５図はそのタ
イミングチヤート、第２６，２７図は撮像装置を用いた
従来の光分散(拡がり)検出装置を示すもので、第２６図
はそのブロツク図、第２７図はそのタイミングチヤート
である。 図において、１，１Ａ……第１抵抗層、１ａ，１ｂ……
帯状抵抗層部分、２，２Ａ……第２抵抗層、３……空乏
層、１９−１〜１９−３……光電変換体としてのフオト
ダイオード、２２ａ……第１の遮光マスク、２２ｂ……
第２の遮光マスク、２７……光電変換体としてのフオト
ダイオード、２８……第１の遮光マスク(液晶シヤツ
タ)、２９……第２の遮光マスク(液晶シヤツタ)、３
１，３１−１〜３１−ｎ……光電変換体としてのフオト
ダイオード、３５〜３７……光電変換体としてフオトマ
ル、３８……１次特性光学フイルタとしての１次特性Ｎ
Ｄフイルタ、３９……２次特性光学フイルタとしての２
次特性ＮＤフイルタ、４７……光入力の位置・分散検出
装置。 なお、図中、同一の符号は同一、又は相当部分を示して
いる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/14 31/16 Ｂ 7210−4Ｍ (72)発明者 大西 良彦 兵庫県神戸市東灘区北青木２丁目10―６ (72)発明者 立花 弘行 兵庫県神戸市須磨区千守町２丁目４―６ (72)発明者 井上 隆善 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町２―３― １ (72)発明者 日下 卓也 兵庫県神戸市東灘区北青木２丁目10―６ (72)発明者 高松 弘行 兵庫県神戸市東灘区北青木２丁目10―６ (72)発明者 東條 茂樹 大阪府大阪市阿倍野区松崎町４丁目11―28 (72)発明者 梶川 弘 兵庫県神戸市灘区土山町８番541 (72)発明者 西村 耕造 兵庫県神戸市兵庫区吉田町２―９―５

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光入力を受ける光電変換体を用いて、同光
    電変換体の端部と上記光入力の位置との距離の平均値に
    比例する１次出力と、上記光電変換体の端部と上記光入
    力の位置との距離の２乗平均値に比例する２次出力とを
    とり出した後、上記１次出力に基づき上記光入力の位置
    として検出するとともに、上記の１次出力および２次出
    力に基づき上記光入力の分散を演算して検出することを
    特徴とする光入力の位置・分散検出方法。
  2. 【請求項２】上記光入力の光強度と、光強度によつて重
    み付けされた上記光電変換体の端部と上記光入力の位置
    との距離の平均値と、光強度によつて重み付けされた上
    記光電変換体の端部と上記光入力の位置との距離の２乗
    平均値とを上記光電変換体により検出し、検出された上
    記の光強度および平均値に基づいて上記１次出力をとり
    出すとともに、検出された上記光強度および２乗平均値
    に基づいて上記２次出力をとり出すことを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の光入力の位置・分散検出方
    法。
  3. 【請求項３】光入力を受ける第１光電変換体から成る第
    １抵抗層と、同第１抵抗層に空乏層を介するかまたは直
    接接続された第２光電変換体から成る第２抵抗層とから
    構成される光電変換体をそなえ、同光電変換体の端部と
    上記光入力の位置との距離の平均値に比例する１次出力
    を検出すべく上記第１抵抗層が全面一様な抵抗値を有す
    るように形成されるとともに、上記光電変換体の端部と
    上記光入力の位置との距離の２乗平均値に比例する２次
    出力を検出すべく上記第２抵抗層が端部からの距離に依
    存する抵抗値を有するように形成されたことを特徴とす
    る光入力の位置・分散検出装置。
  4. 【請求項４】光入力を受ける第１光電変換体から成る第
    １抵抗層と、同第１抵抗層に空乏層を介するかまたは直
    接接続された第２光電変換体から成る第２抵抗層とから
    構成される光電変換体をそなえ、上記第１抵抗層が複数
    の帯状抵抗層部分に分割されて、上記光電変換体の端部
    と上記光入力の位置との距離の平均値に比例する１次出
    力を検出すべく上記抵抗層部分のうち所定番目毎に位置
    する抵抗層部分が全面一様な抵抗値を有するように形成
    されるとともに、上記光電変換体の端部と上記光入力の
    位置との距離の２乗平均値に比例する２次出力を検出す
    べく上記抵抗層部分のうち上記所定番目毎以外に位置す
    る抵抗層部分が端部からの距離に依存する抵抗値を有す
    るように形成されたことを特徴とする光入力の位置・分
    散検出装置。
  5. 【請求項５】光入力を受ける光電変換体を２組そなえ、
    一方の光電変換体の端部と上記光入力の位置との距離の
    平均値に比例する１次出力を検出すべく、上記一方の光
    電変換体の光入力側表面を、同一方の光電変換体の端部
    からの距離に応じ同距離位置において同距離に比例した
    幅だけ露出させうる第１の遮光マスクによつて蔽うとと
    もに、他方の光電変換体の端部と上記光入力の位置との
    距離の２乗平均値に比例する２次出力を検出すべく、上
    記他方の光電変換体の光入力側表面を、同他方の光電変
    換体の端部からの距離に応じ同距離位置において同距離
    の２乗に比例した幅だけ露出させうる第２の遮光マスク
    によつて蔽うことを特徴とする光入力の位置・分散検出
    装置。
  6. 【請求項６】光入力を受ける光電変換体をそなえ、同光
    電変換体の光入力側表面を、同光電変換体の端部と上記
    光入力の位置との距離の平均値に比例する１次出力を検
    出すべく上記光電変換体の端部からの距離に応じ同距離
    位置において同距離に比例した幅だけ露出させうる第１
    の遮光マスクと、上記光電変換体の端部と上記光入力の
    位置との距離の２乗平均値に比例する２次出力を検出す
    べく上記光電変換体の端部からの距離に応じ同距離位置
    において同距離の２乗に比例した幅だけ露出させうる第
    ２の遮光マスクとによつて蔽うとともに、上記第２の遮
    光マスクがシヤツタとして構成されていることを特徴と
    する光入力の位置・分散検出装置。
  7. 【請求項７】上記第１の遮光マスクがシヤツタとして構
    成されていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記
    載の光入力の位置・分散検出装置。
  8. 【請求項８】光入力を受ける光電変換体をそなえ、同光
    電変換体が、同光電変換体の端部と上記光入力の位置と
    の距離の平均値に比例する１次出力を検出すべく、上記
    光電変換体の端部からの距離に応じ同距離位置において
    同距離に比例した幅方向位置で分離絶縁されるととも
    に、上記光電変換体の端部と上記光入力の位置との距離
    の２乗平均値に比例する２次出力を検出すべく、上記光
    電変換体の端部からの距離に応じ同距離位置において同
    距離の２乗に比例した幅方向位置で分離絶縁されている
    ことを特徴とする光入力の位置・分離検出装置。
  9. 【請求項９】光入力を受ける光電変換体を２組そなえ、
    一方の光電変換体の端部と上記光入力の位置との距離の
    平均値に比例する１次出力を検出すべく、上記一方の光
    電変換体の光入力側表面を、同一方の光電変換体の端部
    からの距離に比例した透過率を有する１次特性光学フイ
    ルタによつて蔽うとともに、他方の光電変換体の端部と
    上記光入力の位置との距離の２乗平均値に比例する２次
    出力を検出すべく、上記他方の光電変換体の光入力側表
    面を、同他方の光電変換体の端部からの距離の２乗に比
    例した透過率を有する２次特性光学フイルタによつて蔽
    うことを特徴とする光入力の位置・分離検出装置。
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