JPH11337308A - 受光位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】アライメントや光ファイバと光分岐デバイスと
の接続の必要が無い安価でコンパクトな装置を提供す
る。 【解決手段】受光部が、基板１の端面１８に開放された
チャネル型光導波路１９の断面で形成されたことを特徴
とする受光位置検出装置であり、基板１上には、受光部
となる入射端２〜１７を基板１の端面１８に持つチャネ
ル型光導波路１９が形成されている。チャネル型光導波
路１９は、導波路分岐部２０〜３５および、導波路結合
部３６〜５９、出射導波路６０〜６７を有している。出
射導波路６０〜６７は端面１８０に出射端を持ち、出射
端からの光出力は、それぞれの出射端に、光透過性紫外
線硬化型接着剤で接着して配設された受光素子６８〜７
５で受光される。受光素子６８〜７５の出力はインター
フェース７６を介して、演算部７７に入力される。演算
部７７は、従来技術と同様に受光素子６８〜７５の信号
に基づいて、端面１８に入射した入射光の位置を求めて
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光スポットを受光
して、該光スポットの位置を検出する受光位置検出装置
に関し、特に投射されたレーザ光ビームを受光して受光
位置を検出してその高さ位置を求めるレーザ測量機の受
光位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射されたレーザ光を受光して受光位置
の高さ方向位置を求めて、水準測量、高さ方向の変位計
測等に使用される受光位置検出装置として、複数のフォ
トダイオードを一次元に配列した分割型受光装置が使用
されてきた。このような分割型受光装置では、測定範囲
が大きくなるに従って、多数のフォトダイオードを配列
する必要があり、非常に価格が高くなるという問題が生
じていた。そこで、一次元に配列された複数本の光ファ
イバの端面で受光面を形成し、この各光ファイバの出力
側に光分岐デバイスを接続させてフォトダイオードの使
用数を減少させる方法が開発された。

【０００３】図７は、その一例である特開昭63-249003
号に開示されている光分岐デバイスを使用した受光位置
検出装置の基本構成図である。同図において、16本の光
ファイバ78〜93の一方の端面は、受光面94上に等間隔で
配置され、入射端面を構成している。光ファイバ78〜93
は、光分岐デバイス95〜110にそれぞれ接続されてい
る。光分岐デバイス95〜110は、前記端面から光ファイ
バに入射した光を分岐した２つの光ファイバに等しい強
度で分配する。分岐した複数の光ファイバからの出射光
が一つのフォトダイオードに入射するようにフォトダイ
オード111〜118に対向して分岐したファイバの出力端が
配設されている。図７では、一つのフォトダイオードに
対して、４本の光ファイバからの出射光が入力されてい
る。

【０００４】フォトダイオード111〜118の出力信号は、
インターフェース119を介して、信号処理回路120に接続
される。信号処理回路120は、複数のフォトダイオード1
11〜118の出力信号強度を比較することによって、入射
したレーザ光の入射位置を求めて出力する。このような
構成の場合、レーザ光の発信源と受光面94との距離が長
く受光面94でのレーザ光の直径が拡大するような場合で
も、複数本の光ファイバで多重的にレーザ光を受光でき
るため、レーザ光の中心が容易に求めることができ、高
い計測精度で計測することができる。また、一つのフォ
トダイオードで複数の光ファイバからの光を受光するこ
とにより、フォトダイオードの数を大幅に減らすことが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、受光面に多数の光ファイバの端面を所
定の間隔で配置するためのアライメント調整が必要であ
り、また光ファイバと光分岐デバイスの接続箇所が多数
存在するので、コストが上昇し、装置が高価になるとい
う問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記アライメン
ト調整や光ファイバと光分岐デバイスとの接続の必要が
無い安価な装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、複数の受光部と、該受光部に入射した光を検出す
る検出部とを有し、前記受光部に投射された光スポット
の位置を検出する受光位置検出装置において、前記受光
部と前記検出部とは、基板上に形成されたチャネル型光
導波路で結合されており、前記受光部は、前記基板の端
面に開放された前記チャネル型光導波路の断面で形成さ
れたことを特徴とする受光位置検出装置である。

【０００８】受光位置検出装置の製作、特に受光部の配
置と、受光部と検出部との結合が容易となり、高精度の
受光位置検出装置を安価で製作することができる。上記
装置おいて、前記受光部と前記検出部とを結合する前記
光導波路は、前記各受光部と複数の前記検出部とを結合
し、前記各受光部と前記複数の検出部とを結合する前記
導波路同士が交差する場合、ほぼ直角に交差するように
形成することが好ましい。

【０００９】検出部の数を減少させることができると共
に、クロストークを最小限とすることができる。また、
前記基板をシリコン基板とし、前記検出部を前記基板上
に形成することができる。これにより、装置を小型化す
ることができる。

【００１０】そして、前記光スポットは、レーザ光を投
射するレーザ測量機から投射されるものとすることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の受光位置検出装置
の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる
実施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものでは
ない。図１は、本実施の形態例の受光位置検出装置の使
用形態例として、レーザ測量機と共に用いた例を示す図
である。基準の位置に設置された公知の構成のレーザ測
量機200から所定の高さ位置でビーム状のレーザ光210が
水平面内で回転投光される。レーザ光210は、測定対象
物に固設された受光位置検出装置220の受光部に投射さ
れ、受光位置検出装置220は受光したレーザ光の高さ方
向位置を求める。該検出位置の時間的変化を観察すれば
測定対象物の高さ方向変位が求められる。図１は、複数
箇所の変位測定を行っている例である。

【００１２】別の使用形態例として、受光位置検出装置
220を複数の箇所において地面から所定の高さに設置
し、各位置における受光位置検出装置220が求めた値に
よって水準測量を行うことができる。図2 に、本発明に
よる受光位置検出装置の第１の実施の形態の構成図を示
す。基板1上には、受光部となる入射端2〜17を基板1の
端面18に持つチャネル型光導波路19が形成されている。
チャネル型光導波路19は、導波路分岐部20〜35および、
導波路結合部36〜59、出射導波路60〜67を有している。

【００１３】出射導波路60〜67は端面180に出射端を持
ち、該出射端からの光出力は、それぞれの出射端に、例
えば光透過性紫外線硬化型接着剤で接着して配設された
受光素子68〜75で受光される。受光素子68〜75の出力は
インターフェース76を介して、演算部77に入力される。
演算部77は、従来技術と同様に受光素子68〜75の信号に
基づいて、端面18に入射した入射光の位置を求めて出力
する。

【００１４】基板1は、シリコン基板であり、チャネル
型光導波路19は、基板1上に堆積した、酸化珪素薄膜上
にゲルマニュウム（Ge）ドープにより形成されている。
図3は、図2のチャネル型光導波路のA-A断面を示す図で
ある。シリコン基板1の上面の全面に酸化珪素薄膜201が
形成され、該酸化珪素薄膜201の図2に示したパターンに
該当する部分にGeドーピング層202が形成されてチャネ
ル型光導波路19が構成されている。 チャネル型光導波
路（以下、単に光導波路、導波路と言うことがある）19
は、一般的な半導体プロセスで用いられる光リソグラフ
ィー技術によって製作されるので、その形状は正確に、
再現性良く、また低価格に作製する事が可能である。

【００１５】入射端から出射端に至るチャネル型光導波
路19の形状を図4によって詳述する。なお、図2と同じ部
分には同じ符号を付して説明を省略する。基板1の一端
面18に光導波路19の断面が開口し入射端2、3等を形成し
ている。入射端2、3はレーザ投光装置からのレーザ光を
受光する受光部を形成する。入射端2からの光導波路
は、導波路分岐部20に至り等しい光強度で20A及び20Bに
２分される。入射端3からの光導波路は、導波路分岐部2
1に至り等しい光強度で21A及び21Bに２分される。

【００１６】導波路20Aは、導波路41Aを経て導波路結合
部41に至り、入射端6からの導波路41Bと結合（合流）さ
れ、更に導波路61Aを経て導波路結合部61Cにおいて入射
端10、14からの導波路61Bと結合され、出射導波路61を
経て受光素子69に至る。導波路20Bは、導波路36Aを経て
導波路結合部36に至り、入射端3からの導波路36Bと結合
され、更に導波路40Aを経て導波路結合部40において入
射端4、5からの導波路40Bと結合され、出射導波路60を
経て受光素子68に至る。

【００１７】以下同様にして、特開昭63-249003号の開
示と同様に受光端と受光素子とが結ばれるように導波路
が形成されている。上記の構成において、例えば導波路
41Aと導波路結合部40からの導波路40Cとが交点80におい
て交差する。このような２本の導波路が交差する箇所で
の光のクロストーク（交差する側の光導波路への光の回
り込み）を最小にするためには、交差する導波路同士が
直交していることが望ましい。

【００１８】上記のような本構成では、従来逐一接続し
なければならなかった多数の光ファイバ及び光分岐デバ
イスは、全て基板上に形成された光導波路に置き換えら
れているため、出射端に配設された受光素子を除いて光
学的な接続は一切不要になる。また、入射端1〜17の位
置のアライメント調整も不要である。図5は、本発明に
よる受光位置検出装置の第2の実施の形態の構成図であ
る。同図において、図1の第1の実施の形態と同じ構成に
は、同一の符号を付し、説明を省略する。本実施の形態
では、受光素子68〜75は、シリコン基板1上に予め形成
されている。従って、受光素子と出射端の導波路の結合
も不要になり、光学的な結合を完全に無くしている。

【００１９】図6は、図5の受光素子の構造を示す光の伝
搬方向の断面図である。n型Si基板101上に前述の通り、
酸化珪素薄膜による下部クラッド層102が形成されてい
る。また、基板101には、不純物拡散により形成されたp
型領域103が形成されている。下部クラッド層102は、こ
のp型領域103上で取り除かれ、かつp型領域103直近では
テーパー状に加工されている。Geドープコア104は、こ
のp型領域103に接している。

【００２０】Geドープコア104と上部クラッド層105に
は、p型領域103上に貫通孔が設けられ、この貫通孔内部
にp型領域103に接触するように、電極膜106が形成され
ている。基板101の裏面には、対向電極107が配置されて
いる。コア104を伝搬してきた光は、p型領域103に接触
し、基板101とp型領域103との界面であるpn接合領域に
吸収され、電極106と107の間に光強度に応じた光電流を
発生させる。

【００２１】上記のように、受光素子68〜75をシリコン
基板1上に形成することも、一般的な半導体プロセスで
用いられる光リソグラフィー技術によって可能である。
上記説明では、受光部に投光される光はレーザ光として
説明したが、レーザ光以外の可視光、赤外光であっても
差し支えない。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光源から
の光を受光する受光位置検出装置において、光の受光部
から、検出部までを基板上に形成した光導波路で結合す
ることによって、受光部の入射端位置のアライメント調
整や受光部と検出部との結合が容易な、低コストな装置
を実現することができる。更に装置の小型化も図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による受光位置検出装置の使用状態例
を示す図。

【図２】 本発明による受光位置検出装置の第1の実施
の形態の構成図。

【図３】 図２の光導波路の構造を示す図２のＡ−Ａ断
面図。

【図４】 図２の光導波路の形状を説明する説明図。

【図５】 本発明による受光位置検出装置の第2の実施
の形態の構成図。

【図６】 図５の受光部の構造を示す図５の光の伝搬方
向の断面図。

【図７】 従来技術による受光位置検出装置の構成図。

【符号の説明】

１………………基板 ２〜１７………受光部 １８……………基板１の端面 ２０〜３５……導波路分岐部 ３６〜５９……導波路結合部 ６０〜６７……出射導波路 ６８〜７５……検出部 ７６……………インターフェース ７７……………演算部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の受光部と、 該受光部に入射した光を検出する検出部とを有し、 前記受光部に投射された光スポットの位置を検出する受
   光位置検出装置において、 前記受光部と前記検出部とは、基板上に形成されたチャ
   ネル型光導波路で結合されており、 前記受光部は、前記基板の端面に開放された前記チャネ
   ル型光導波路の断面で形成されたことを特徴とする受光
   位置検出装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記受光部と前記検出部とを結合する前記光導波路は、
   前記各受光部と複数の前記検出部とを結合し、 前記各受光部と前記複数の検出部とを結合する前記導波
   路同志が交差する場合、ほぼ直角に交差するように形成
   されたことを特徴とする受光位置検出装置。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、 前記基板はシリコン基板であり、 前記検出部が前記基板上に形成されたことを特徴とする
   受光位置検出装置。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかにおい
   て、 前記光スポットは、レーザ光を投射するレーザ測量機か
   ら投射されることを特徴とする受光位置検出装置。