JPS60155906A - Laser beam position detector - Google Patents
Laser beam position detectorInfo
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- JPS60155906A JPS60155906A JP383784A JP383784A JPS60155906A JP S60155906 A JPS60155906 A JP S60155906A JP 383784 A JP383784 A JP 383784A JP 383784 A JP383784 A JP 383784A JP S60155906 A JPS60155906 A JP S60155906A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、レーザビームの正確な位置検出を行うため
のレーザビーム位置検出器に関するものでおる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a laser beam position detector for accurately detecting the position of a laser beam.
従来との櫨のレーザビーム位置検出器としては、第１図
（ａ）及び（ｂ）に示すものがあった。第１図（ａ）及
び（ｂ）は、それぞれ従、来のレーザビーム位置検出器
の要部を示す平面図及び動作態様を説明する断面図であ
る。上記各図にお埴て、１はレーザビームで６９、その
強度分布は山形形状の波形を令する。As a conventional laser beam position detector, there is one shown in FIGS. 1(a) and 1(b). FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view showing a main part of a conventional laser beam position detector and a cross-sectional view illustrating an operation mode, respectively. In each of the above figures, 1 is a laser beam 69, the intensity distribution of which dictates a chevron-shaped waveform.
ｌＯはレーザビーム位置検出ヘッドであル、このレーザ
ビーム位置検出ヘッド１０は、ホルダ１１、このホルダ
１１の外周に４個の相対向して配置した光検出素子であ
る成熱対１２を備えている。１３は冷却水である。上記
した様な構成のレーザビーム位置検出ヘッド１０では、
レーザビーム１の山形形状の波形を有する強度分布のす
そ野部分のパワーは、ホルダ１１を加熱し、このため、
このホルダ１１の外周に相対向して配置された各熱電対
１２は、それぞれホルダ１１の熱分布に対応した出力を
出す。そして、各熱電対１２の出力アンバランスから、
大体のレーザビーム１の位置が検出される。ここで、冷
却水１３は、ホルダ１１の加熱に伴う基準温度のシフト
を抑制する目的で使用される。1O is a laser beam position detection head, and this laser beam position detection head 10 is equipped with a holder 11 and four heating pairs 12, which are photodetection elements, arranged opposite to each other on the outer periphery of this holder 11. There is. 13 is cooling water. In the laser beam position detection head 10 configured as described above,
The power at the base of the intensity distribution having the chevron-shaped waveform of the laser beam 1 heats the holder 11, and therefore,
Each thermocouple 12 arranged opposite to each other on the outer periphery of this holder 11 outputs an output corresponding to the heat distribution of the holder 11, respectively. Then, from the output imbalance of each thermocouple 12,
The approximate position of the laser beam 1 is detected. Here, the cooling water 13 is used for the purpose of suppressing a shift in the reference temperature due to heating of the holder 11.
従来のレーザビーム位置検出器は以上の様に構成されて
いるので、ホルダ１１の熱容量に伴う反応時間の遅れが
あること、レーザビーム１のパワーレベルによって出力
範囲が大幅に異なることなどのために、レーザビーム位
置の測定精度が非常に悪いという欠点があった。Since the conventional laser beam position detector is configured as described above, there is a delay in reaction time due to the heat capacity of the holder 11, and the output range varies greatly depending on the power level of the laser beam 1. However, there was a drawback that the measurement accuracy of the laser beam position was very poor.
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、レーザビームの軸上の外周に複数
個の相対向して配置した光検出素子の各出力Ａ、Ｂｔ−
処理する信号処理系を設け、この信号処理系Ｌ１各出力
Ａ、Ｂについて、（Ａ−Ｂ ）／（Ａ＋Ｂ ）あるいは
Ｊｌｏｇ Ａ −Ｊｏｇ Ｂに対応する処理を行う様に
して成る構成を有し、レーザビームのパワーレベルに関
係なく、正確にレーザビーム位置を検出できるレーザビ
ーム位置検出器を提供するものである。This invention was made with the aim of improving the drawbacks of the conventional ones as described above, and the outputs A, Bt-
A signal processing system for processing is provided, and the signal processing system L1 has a configuration such that processing corresponding to (A-B)/(A+B) or Jlog A-Jog B is performed for each output A and B, The present invention provides a laser beam position detector that can accurately detect the laser beam position regardless of the power level of the laser beam.
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
亀２図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれこの発明の一実施
例であるレーザビーム位置検出器の要部を示す平面図及
び動作態様を説明する断面図である。上記各図において
、１はレーザビーム、１１はホルダ、１２れホルダ１１
から内面側に突出保持され、かつホルダ１１の外周に４
個の相対向して配置した光検出素子である熱電対、２０
ａ改良されたレーザビーム位置検出ヘッドであシ、この
レーザビーム位置検出ヘッド２０は、ホルダ１１、各熱
電対１２を備えている。Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、それぞれ各
熱電対１２の出力である。Figures 2(a) and 2(b) are a plan view showing a main part of a laser beam position detector according to an embodiment of the present invention, and a sectional view illustrating an operating mode, respectively. In each of the above figures, 1 is a laser beam, 11 is a holder, and 12 is a holder 11.
4 on the outer periphery of the holder 11.
Thermocouples, which are photodetecting elements arranged opposite to each other, 20
a Improved laser beam position detection head 20 This laser beam position detection head 20 is equipped with a holder 11 and each thermocouple 12. A, B, C, and D are the outputs of each thermocouple 12, respectively.
第３図は、第２図のレーザビーム位置検出器に適用され
る信号処理系を示す図である。図において、３０は差動
アンプ、３１は割算回路、３２は （反転回路である。FIG. 3 is a diagram showing a signal processing system applied to the laser beam position detector of FIG. 2. In the figure, 30 is a differential amplifier, 31 is a division circuit, and 32 is an inverting circuit.
次に、上記したこの発明の一実施例であるレーザビーム
位置検出器の動作態様について説明する。Next, the operation mode of the laser beam position detector which is an embodiment of the invention described above will be explained.
第２図（ａ）及び（ｂ）に示す様に、熱電対１２は、直
接にレーザビームｌの強度分布である山形形状の波形の
すそ野部分のパワーを受ける上、熱的に社熱容盪が小さ
く、他の部分と接触していない構成となし得るので、極
めて応答性が速く、レーザビーム１のパワー分布に直接
に応答した出力を出す。As shown in FIGS. 2(a) and 2(b), the thermocouple 12 not only receives the power directly from the base of the chevron-shaped waveform that is the intensity distribution of the laser beam l, but also is thermally Since the structure is small and does not come into contact with other parts, the response is extremely fast and an output that directly responds to the power distribution of the laser beam 1 is produced.
今、−例として、０次ガウシアンモード（ＴＥＭ、、。Now, - as an example, the zero-order Gaussian mode (TEM).
）のレーザビームｌを使用した場合について述べる。) will be described below.
レーザビーム１の強度の半径方向ｒの分布Ｉは、その頂
点の１／ｅ２強度になる半径をＷとすると、で表わされ
る。ここで、Ｗはレーザビーム１の全パワーである。The distribution I of the intensity of the laser beam 1 in the radial direction r is expressed as follows, where W is the radius at which the intensity becomes 1/e2 at its apex. Here, W is the total power of the laser beam 1.
そこで、レーザビーム１の中心が原点０からずれ量ｌＸ
たけずれている場合、各出力Ａ、Ｂは、比例足数をａと
して、
ｘｌ−ΔＸ
Ａ ＝ ａ Ｗ ｅｘｐ （−２（□γ１ ・・・・・
・・・・（２）８ｘ凰ΔＸ
となる。上記の（４）式を計算すると、第４図に示す様
な関係の特性図が得られる。すなわち、レーザビーム１
の全パワーＷのレベルに関係なく、各出力Ａ、Ｈの（Ａ
−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）杜、直接にレーザビーム１の中心か
らのずれ量ΔＸにはは正比例する。これによシ、レーザ
ビームｌの中心位置を正確に検知することができること
になる。実際の実験結果によれに１約ＩＭを出力するＣ
Ｏ，レーザの場合、）Ｃ，＝＝ｌ Ｏｍｍ＊ ｗ＝４．
８１ｍｓ＋程度となる。Therefore, the center of the laser beam 1 deviates from the origin 0 by an amount lX
If the height is different, each output A, B is xl-ΔX A = a W exp (-2(□γ1...)
...(2) 8x凰ΔX becomes. By calculating the above equation (4), a characteristic diagram of the relationship as shown in FIG. 4 is obtained. That is, laser beam 1
Regardless of the level of the total power W of each output A, H (A
-B)/(A+B) is directly proportional to the deviation amount ΔX of the laser beam 1 from the center. This makes it possible to accurately detect the center position of the laser beam l. C outputs approximately 1 IM according to actual experimental results.
O, for laser)C,==l Omm* w=4.
It will be about 81ms+.
そして、ずれ量ΔＸ≠０．１ｍに対して、となシ、（Ａ
−Ｂ ）／（Ａ＋Ｂ ）は大きな信号変化となって出力
される。したがって、約０．１ ａｎ以内の精度でレー
ザビーム１の中心位置を検知し得る。Then, for the deviation amount ΔX≠0.1m, Tonashi, (A
-B)/(A+B) is output as a large signal change. Therefore, the center position of the laser beam 1 can be detected with accuracy within about 0.1 an.
さて、レーザビーム１のパワーレベルに関係なく、ずれ
量ΔＸに比例した出力を得る手段としては、この外にも
ある。第５図はこの発明の他の実施例であるレーザビー
ム位置検出器に適用される信号処理系を示す図である。Now, there are other means for obtaining an output proportional to the deviation amount ΔX regardless of the power level of the laser beam 1. FIG. 5 is a diagram showing a signal processing system applied to a laser beam position detector according to another embodiment of the present invention.
図において、３ｏは差動アンプ、４０は珈ｇ変換器であ
る。第５図に示す信号処理系では、各出力Ａ、Ｂに対し
て得られる出力の信号は、上記の＋２） 、 （３）式
によれば、で表わされる。In the figure, 3o is a differential amplifier, and 40 is a C/G converter. In the signal processing system shown in FIG. 5, the output signal obtained for each output A and B is expressed by +2) according to the above equation (3).
なお、上記実施例では、光検出素子として熱電対を用い
た場合について説明したが、パイロエレクトリック素子
（熱電素子）、サーミスタ、白金抵抗線、フォトダイオ
ードなどを使用することも可能である。In the above embodiment, a thermocouple is used as the photodetection element, but it is also possible to use a pyroelectric element, a thermistor, a platinum resistance wire, a photodiode, or the like.
また、上記実施例では、０次ガウシアンモード（ＴＦ、
ＭＯｏ）のレーザビームを例にとって説明したが、レー
ザビームの外周でその強度が急激に減少スルレーザビー
ム、例えば高次ガウシアンモード（ＴＥＭｎｍ、 ｎキ
Ｑ、ｍ寺０）のレーザビーム、あるいは不安定形レーザ
共振器から出力されるレーザビームについても、同様に
適用が可能である。Furthermore, in the above embodiment, the zero-order Gaussian mode (TF,
The explanation was given using a laser beam of MOo) as an example, but the laser beam whose intensity decreases rapidly at the outer periphery of the laser beam, such as a laser beam of higher order Gaussian mode (TEMnm, nQ, m0), or an unstable laser beam, The present invention can be similarly applied to a laser beam output from a laser resonator.
さらに、上記実施例において述べたレーザビーム位置検
出器は、レーザ発振器内部に設置されることも可能でア
シ、この場合には、レーザビームの発振位置を、レーザ
共振器ミラー等のレーザ共振器構成部品との相互位置関
係の面から正確に把握する手段を提供することが可能と
なる。Furthermore, the laser beam position detector described in the above embodiment can also be installed inside a laser oscillator. It becomes possible to provide a means for accurately grasping the mutual positional relationship with the parts.
この発明れ以上説明した様に、レーザビーム位置検出器
において、レーザビームの軸上の外周Ｋ 。As described above in this invention, in a laser beam position detector, the outer circumference K on the axis of the laser beam.
複数個の相対向して配置した光検出素子の各出力Ａ、Ｂ
を処理する信号処理系を設け、この信号処理系は、各出
力Ａ、Ｈについて、（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ ）あるいは
ｌｏｇ Ａ −１３ｏｚ Ｂに対応する処理を行う様に
構成したので、レーザビームのノ（ワーレベルに関係な
く、極めて正確に、かつ精度良くレーザビーム位置を検
出することができるという優れた効果を奏するものであ
る。Each output A, B of a plurality of photodetecting elements arranged opposite to each other
A signal processing system was provided to process the outputs A and H, and this signal processing system was configured to perform processing corresponding to (A+B)/(A-B) or log A -13oz B for each output A and H. This has the excellent effect of being able to detect the laser beam position extremely accurately and with high precision, regardless of the beam level.
第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来のレーザビー
ム位置検出器の要部を示す平面図及び動作態様を説明す
る断面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれこの発
明の一実施例であるレーザビーム位置検出器の要部を示
す平面図及び動作態様を説明する断面゛ 図、第３図は
、第２図のレーザビーム位置検出器に適用される信号処
理系を示す図、第４図は、第３図の信号処理系における
動作原理を説明するための特性図、第５図はこの発明の
他の実施例であるレーザビーム位置検出器に適用される
信号処理系を示す図である。
図において、１・・・レーザビーム、１０．２０・・・
レーザビーム位置検出ヘッド、１１・・・ホルダ、１２
・・・熱電対、１３・・・冷却水、３０・・・差動アン
プ、３１・・・割算回路、３２・・・反転回路、４０・
・・−ｇｏｇ変換器である。
なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
代理人 大岩増雄
第１図
（Ｑ） （ｂ）
第２図
（Ｑ） （１））
第３図
０
第４図
且
Ａ、Ｂ
手続補正書（自発）
昭和６０年３ 月６ 日
１、事件の表示 特願昭５９−３８３７号３、補正をす
る者
代表者片山仁へ部
５、補正の対象
明細書の「発明の詳細な説明」の欄
６、 補正の内容
（１）明細書第２頁第１４行目の「電熱対」を「熱電対
」と補正する。
（２）同書第７頁第１８行目の１（焦電素子）」を「（
焦電素子）」と補正する。FIGS. 1(a) and (b) are a plan view showing the main parts of a conventional laser beam position detector and a cross-sectional view explaining the operation mode, respectively, and FIGS. 2(a) and (b) are respectively A plan view showing the main parts of a laser beam position detector which is an embodiment of the invention, a cross-sectional diagram illustrating the operation mode, and FIG. 3 are a signal processing system applied to the laser beam position detector shown in FIG. 2. 4 is a characteristic diagram for explaining the operating principle of the signal processing system in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing signals applied to a laser beam position detector which is another embodiment of the present invention It is a diagram showing a processing system. In the figure, 1... laser beam, 10.20...
Laser beam position detection head, 11... holder, 12
...Thermocouple, 13... Cooling water, 30... Differential amplifier, 31... Division circuit, 32... Inverting circuit, 40...
...-gog converter. In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa Figure 1 (Q) (b) Figure 2 (Q) (1)) Figure 3 0 Figure 4 and A, B Procedural amendment (voluntary) March 6, 1985 1, Incident Indication of Japanese Patent Application No. 59-3837 3, To Hitoshi Katayama, representative of the person making the amendment, Section 5, “Detailed Description of the Invention” column 6 of the specification subject to the amendment, Contents of the amendment (1) Specification No. 2 Correct "electrothermocouple" in the 14th line of the page to "thermocouple". (2) 1 (pyroelectric element)” on page 7, line 18 of the same book as “(
pyroelectric element)”.
Claims (1)
外周に複数個の相対向して配置した光検出素子を備え、
この光検出素子の各出力Ａ。 Ｂを処理してレーザビーム位置を検出する装置において
、前記各出力Ａ、Ｂを処理する信号処理系を設け、この
信号処理系は、前記各出力Ａ、Ｈについて、（Ａ−Ｂ）
／（Ａ＋Ｂ）あるいはＪｌＯｇ Ａ−ノＯｇＢに対応す
る処理を行う様にして成ることを特徴とするレーザビー
ム位置検出器。 （２）前記レーザビーム位置検出器は、レーザ発振器内
部に設置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のレーザビーム位置検出器。[Claims] 11) A plurality of photodetecting elements are provided on the axis of the generated laser beam, and are arranged on the outer periphery of the axis to face each other,
Each output A of this photodetector element. In the apparatus for detecting the laser beam position by processing the outputs A and B, a signal processing system is provided for processing the respective outputs A and B, and this signal processing system is configured to process (A-B) for each of the outputs A and H.
A laser beam position detector characterized in that it is configured to perform processing corresponding to /(A+B) or JlOgA-NoOgB. (2) The laser beam position detector according to claim 1, wherein the laser beam position detector is installed inside a laser oscillator.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP383784A JPS60155906A (en) | 1984-01-12 | 1984-01-12 | Laser beam position detector |
| DE19843415009 DE3415009A1 (en) | 1983-04-20 | 1984-04-19 | Laser device |
| FR848406306A FR2544922B1 (en) | 1983-04-20 | 1984-04-20 | LASER DEVICE |
| US06/602,584 US4914671A (en) | 1983-04-20 | 1984-04-20 | Laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP383784A JPS60155906A (en) | 1984-01-12 | 1984-01-12 | Laser beam position detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60155906A true JPS60155906A (en) | 1985-08-16 |
Family
ID=11568292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP383784A Pending JPS60155906A (en) | 1983-04-20 | 1984-01-12 | Laser beam position detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60155906A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5669505A (en) * | 1979-11-05 | 1981-06-10 | Hitachi Ltd | Laser position detecting device |
-
1984
- 1984-01-12 JP JP383784A patent/JPS60155906A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5669505A (en) * | 1979-11-05 | 1981-06-10 | Hitachi Ltd | Laser position detecting device |
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