JPH07113687A

JPH07113687A - 光ビーム位置検出器

Info

Publication number: JPH07113687A
Application number: JP28182693A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ichida; 謙一市田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-05-02
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JP2513148B2

Abstract

(57)【要約】【目的】４分割受光素子の有感領域にだけ光ビームを
入射するようにして、検出能力の向上を図った光ビーム
位置検出器を提供する。【構成】光ビーム１００の受光領域が４つの象限に分
割され各象限の受光レベルに比例した電気信号ａ，〜，
ｄを出力する４分割受光素子１０と、この４分割受光素
子１０からの電気信号ａ，〜，ｄに基づいて光ビーム１
００の入射位置（Ｘ，Ｙ）を演算する演算回路２０とを
備える。そして、４分割受光素子１０の前段に、入射し
た光ビーム１００を屈折させて４分割受光素子１０の有
感領域に出射する補正用プリズム１を配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４分割受光素子を用い
て光ビームの入射スポット位置を検出する光ビーム位置
検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光ビーム位置検出器は、
図４に示すように、光ビーム１００を受光する４分割受
光素子１０１と、この４分割受光素子１０１で受光され
た光ビーム１００のスポット位置を演算する演算回路１
０２とを備えている。４分割受光素子１０１は、中心角
９０°の扇形受光面を有する４つの受光素子１０３，
〜，１０６を組み付け、その接合線をＸ軸，Ｙ軸とした
構造になっている。すなわち、受光素子１０３，〜，１
０６で直交座標の第１象限，〜，第４象限を構成してい
る。このような構成により、入射された光ビーム１００
を４分割受光素子１０１で受光して、各受光素子１０
３，〜，１０６から受光信号を演算回路１０２に出力
し、演算回路１０２がこれらの受光信号に基づいて、光
ビーム１００の入射スポット位置（Ｘ，Ｙ）を演算する
ようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の光ビーム位置検出器では、図５に示すように、光ビー
ム１００が４つの受光素子１０３，〜，１０６の接合
部、すなわち、不感領域１０７に渡って入射することが
ある。このような場合には、斜線で示すような受光ロス
部分が生じ、この受光ロス部分の光ビームが感知されな
いこととなる。この結果、演算回路１０２による演算精
度が落ち、光ビーム位置検出器による検出能力が劣化す
るという問題があった。

【０００４】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
もので、４分割受光素子の有感領域にだけ光ビームを入
射するようにして、検出能力の向上を図った光ビーム位
置検出器の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光ビーム位置検出器は、光ビームの受光領
域が４つの象限に分割され各象限の受光レベルに比例し
た電気信号を出力する４分割受光素子と、この電気信号
に基づいて光ビームの入射位置を演算する演算回路とを
備える光ビーム位置検出器において、上記４分割受光素
子の前段に、入射した光ビームを屈折させて４分割受光
素子の有感領域に出射する補正用プリズムを配設した構
成としてある。

【０００６】また、請求項２に記載の光ビーム位置検出
器は、上記補正用プリズムを、上記光ビームの入射側に
凹設された正四角錐の入射面と、この入射面と対応して
出射側に突設された正四角錐の出射面とを有し、これら
正四角錐の頂点を通る光軸を上記４分割受光素子の中心
に一致させると共に、上記正四角錐の稜線を上記４分割
受光素子の不感領域に一致させた状態で配設した構成と
してある。

【０００７】

【作用】上記光ビーム位置検出器によれば、４分割受光
素子の前段に配設された補正用プリズムに入射した光ビ
ームは、補正用プリズムの屈折作用によって、４分割受
光素子の有感領域に出射する。４分割受光素子の有感領
域に光ビームが入射すると、各象限の受光レベルに比例
した電気信号が４分割受光素子から演算回路に出力され
る。そして、演算回路で、この電気信号に基づいて光ビ
ームの入射位置が演算される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例に係る光ビーム
位置検出器を示すブロック図である。この光ビーム位置
検出器は、４分割受光素子１０と、演算回路２０と、４
分割受光素子１０の前段に配設された補正用プリズム１
とで構成されている。

【０００９】４分割受光素子１０は、光ビーム１００の
受光領域が４つに分割された受光素子であり、４つの受
光素子を組み付けた構造になっている。具体的には、図
２に示すように、４つ受光素子で有感領域１１，〜，１
４が形成され、これらの有感領域１１，〜，１４の間に
十字状の不感領域１５が存在している。そして、直交座
標のＸ軸とＹ軸とが、このような不感領域１５に沿って
設定されている。かかる構成により、４分割受光素子１
０の有感領域１１，〜，１４に光ビーム１００が入射さ
れると、各有感領域１１，〜，１４の受光レベルａ，
ｂ，ｃ，ｄに比例した電気信号が４分割受光素子１０か
ら演算回路２０へ出力される。

【００１０】演算回路２０は、図１に示すように、４分
割受光素子１０からの電気信号に基づいて、光ビーム１
００（出射光ビーム１００−２）の入射位置（Ｘ，Ｙ）
を演算するためのものである。具体的には、４分割受光
素子１０の受光レベルａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて、次の
（１）式と（２）式とにより、光ビーム１００の入射位
置（Ｘ，Ｙ）が求められる。Ｘ＝｛（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）・・・（１）Ｙ＝｛（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）・・・（２）

【００１１】補正用プリズム１は、入射光ビーム１００
−１を屈折させて、出射光ビーム１００−２が４分割受
光素子１０の有感領域１１，〜，１４に出射するように
補正するためのプリズムである。この補正用プリズム１
には、図２に示すように、凹型の正四角錐形状の入射面
２と、入射面２に対応した凸型の正四角錐形状の出射面
３とが形成されている。そして、これら入，出射面２，
３の稜線４，〜，７が不感領域１５のＸ軸とＹ軸とに一
致するように、補正用プリズム１が傾けられており、か
つ、入，出射面２，３の頂点８，９を通る光軸２００が
Ｘ軸とＹ軸との交点、すなわち、４分割受光素子１０の
中心Ｏを通るように、補正用プリズム１が４分割受光素
子１０の前段に配設されている。

【００１２】すなわち、入射面２（出射面３）の入射面
２の各面２−１，〜，２−４（面３−１，〜，３−４）
が、４分割受光素子１０の第１象限，〜，第４象限に対
向するように、補正用プリズム１の位置が設定されてい
る。そして、入射光ビーム１００−１が面２−１の領域
Ｓ１（斜線部分）に入射した場合に、ｄだけシフトした
面３−１の領域Ｓ２（斜線部分）を通るように屈折さ
れ、この領域Ｓ２から射出された出射光ビーム１００−
２が、４分割受光素子１０の有感領域１１にだけ当たる
ように、入，出射面２，３の傾斜角θ1が設定されてい
る。

【００１３】具体的には、図３に示すように、入射光ビ
ーム１００−１が面２−１に対して入射角θ₁で入射す
ると、屈折角θ₂で屈折され、厚さＬ₁の補正用プリズム
１内をＬ₂の光路で面３−１に達する。そして、面３−
１に対して、入射光ビーム１００−１は入射角θ₂で入
射した後、屈折角θ₁で屈折し、入射光ビーム１００−
１と並行な出射光ビーム１００−２となって、４分割受
光素子１０に入射される。かかる現象において、空気の
屈折率をｎ₁、補正用プリズム１の屈折率をｎ₂とする
と、スネルの法則から、次の（３）式が成立する。ｎ₁・ｓｉｎθ₁＝ｎ₂・ｓｉｎθ₂・・・（３）また、補正用プリズム１の厚さをＬ₁、入射光ビーム１
００−１に対する出射光ビーム１００−２のシフト量を
ｄとすると、図３から次の（４）式を得ることができ
る。２^1/2・ｄ／２＝Ｌ₁・ｓｉｎ（θ₁−θ₂）／ｃｏｓθ₁・・・（４）したがって、上記（３），（４）式から、補正用プリズ
ム１の屈折率ｎ₂と補正用プリズム１の厚さＬ₁とを適宜
選択することによって、シフト量ｄを得るための傾斜角
θ₁が決定されている。

【００１４】このように、入，出射面２，３の傾斜角θ
₁が設定されていることにより、図２に示すように、入
射面２に入射光ビーム１００−１が入射されると、各面
２−１，〜，２−４に入射した入射光ビーム１００−１
がシフト量ｄだけ頂点９から外側にシフトされて、出射
面３の各面３−１，〜，３−４から出射される。すなわ
ち、入射面２に入射した入射光ビーム１００−１は、出
射面３において、シフト量ｄで各々４つに分離され、４
分割受光素子１０に向かって出射される。この結果、面
３−１，〜，３−４から出射した出射光ビーム１００−
２が４分割受光素子１０の不感領域１５を避けて、有感
領域１１，〜，１４にだけ出射されることになる。

【００１５】次に、本実施例の動作について説明する。
図１において、入射光ビーム１００−１が補正用プリズ
ム１に入射されると、シフト量ｄで各々４つに分離され
た出射光ビーム１００−２が４分割受光素子１０の有感
領域１１，〜，１４に出射される。したがって、４分割
受光素子１０では、有感領域１１，〜，１４において、
十分な光量を得ることができるので、十分な受光レベル
ａ，ｂ，ｃ，ｄの電気信号を演算回路２０を出力するこ
とができる。

【００１６】十分な受光レベルａ，ｂ，ｃ，ｄの電気信
号が演算回路２０に入力されると、演算回路２０によっ
て、上記（１），（２）式に基づいて、光ビーム１００
の４分割受光素子１０に対する入射スポット位置（Ｘ，
Ｙ）が演算されて求められる。

【００１７】このように本実施例によれば、補正用プリ
ズム１によって光ビーム１００を分離させ、その光ビー
ム１００を４分割受光素子１０の有感領域１１，〜，１
４にのみ出射するように構成されているので、光ビーム
１００の入射スポット位置（Ｘ，Ｙ）を高感度で検出す
ることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明の光ビーム位置検出
器によれば、４分割受光素子の前段に配設された補正用
プリズムに入射した光ビームが、補正用プリズムの屈折
作用によって、４分割受光素子の有感領域にのみ出射す
るので、光ビームスポット位置の検出能力が向上し、高
感度な検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ビーム位置検出器を
示すブロック図である。

【図２】補正用プリズムを示す斜視図である。

【図３】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。

【図４】従来例に係る光ビーム位置検出器を示すブロッ
ク図である。

【図５】４分割受光素子の受光面を示す正面図である。

【符号の説明】

１補正用プリズム２入射面３出射面１０４分割受光素子１１，〜，１４有感領域１５不感領域２０演算回路１００光ビーム１００−１入射光ビーム１００−２出射光ビーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームの受光領域が４つの象限に分割
され各象限の受光レベルに比例した電気信号を出力する
４分割受光素子と、この電気信号に基づいて光ビームの
入射位置を演算する演算回路とを備える光ビーム位置検
出器において、上記４分割受光素子の前段に、入射した光ビームを屈折
させて４分割受光素子の有感領域に出射する補正用プリ
ズムを配設したことを特徴とする光ビーム位置検出器。
【請求項２】上記補正用プリズムが、上記光ビームの
入射側に凹設された正四角錐の入射面と、この入射面と
対応して出射側に突設された正四角錐の出射面とを有
し、これら正四角錐の頂点を通る光軸を上記４分割受光
素子の中心に一致させると共に、上記正四角錐の稜線を
上記４分割受光素子の不感領域に一致させた状態で配設
されている請求項１記載の光ビーム位置検出器。