JPS63212832A - 光入力の位置・分散検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（Ｐ　Ｓ
　Ｄ：　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅ
ｔｅｃｔｏｒ）に関し、特に、光ビームを利用して金属
材料等の表面きず９表面粗度９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の光入力の位置・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Ｖｏ１．５１．Ｎｏ、　４　
、１９８５゜ρ、７３０〜７３７「位置測定におけるＰ
ＳＤの応用」金沢−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
れ電流値工、。ｔＬ。

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Ｆｆｊ５１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。従って、第１抵抗層５１の全長
を２Ｌとすると、 Ｉ　、。／（Ｌ　−ｘ）＝Ｉ、、／（Ｌ　＋　ｘ）＝　
ｋ　””（１）が得られる。ここで、には、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、測定される電流値工、。ｔＬ。に対して、（Ｉ
工。−Ｉ２゜）／（Ｉ　１゜＋１２゜）を求めると、（
１）式より、（Ｉｔ。−工２゜）／（ＩＩＯ＋Ｌ。）ｋ
（Ｌ＋ｘ）＋ｋ（Ｌ−ｘ） ＝　２　ｋ−ｘ／（２ｋ−Ｌ）＝　ｘ／　Ｌ　”（２）
となり、入射位置Ｘが、光エネルギーに関係なく、””
Ｌ（Ｉｔｓ　　Ｌｏ）バＩ　ｓｏ　＋　Ｉ　ｇｏ）　　
””（３）として、検出される。

また、（１１゜＋Ｉ２゜）は２に−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＝（Ｉ、。＋１２゜）／（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にとが、光位置
検出装置により測定された電流値工、。、工２．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Ｗ１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
検出される電流値工、。。

■、。により、（３）式に基づきＸ座標が求められると
ともに、１を極５７，５８からそれぞれ検出される電流
値工、。Ｉｔ４゜によりＸ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１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
はポジショニング抵抗である。

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、ｆｔ極極在４５５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■１゜、工、６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■、。ｔＩ４゜により
Ｘ座標が得られる。ただし、第２３＠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ｉ！（撮像
管、ＣＯＤカメラ等の固体撮像素子）を用いるものや、
フォ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／ディジタル変換して得られ
るディジタル画像から、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からの画像のスキャン信号
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、スキャ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互ってパルスを
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。従って、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、撮像袋［５９がスキ
ャンを開始すると同時にパルス発生器６２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からのスキャ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
のスキャ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からのパルスとコンパレ
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
って、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５
９からのスキャン信号中に所定のしきい値を超える光信
号Ｐ、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、フォトダイオードなどを用いるものでは、図示
しないが、フォトダイオード、フォトトランジスタなど
を複数個−列に並べ、どのフォトダイオード等に光ビー
ムが入射したか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
りをもっている。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、被検面のきす、粗度や形
状の情報を担っているし、光ビームを用いた測定機器等
では焦点ずれの情報を担っているが、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）シか得ることができない。

従って、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、ＣＯＤカメラ等）で画像をとり、それ
をアナログ／ディジタル変換して得られるディジタル画
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
るばか極めて高価で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った。

また、フォトダイオードなどを用いる装置では、素子数
を多くできないため、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１本発明の第１番目の光入力の位置・分散検出袋［
（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ｉ！（
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
すべく上記所定番日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の遮光マスクによって蔽うとともに、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の遮光マスクによっ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
よって蔽うとともに、上記第２の遮光マスクをシャッタ
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・分散検出袋Ｆｔ（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、上記光量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采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次特性光学フィルタによって蔽うとと
もに、前記２次出力を検出すべく、２次特性光学フィル
タによっ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、シャッタである第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次特性光学フィルタにより
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次特性光学フィルタにより蔽
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１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って簡単に説明
する。光入力の分散を検出するためには、統計学的に、
光入力の平均値Ｉ！（重心位りｘと２乗平均位置７とが
得られれば、２−Ｋ２として分散σ２が演算・検出され
ることになる。

従って、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／Ｐ（Ｘ）ｄＸ（ここで、ρは
光入力の強度分布）と、光強度によって重み付けされた
光入力の位［ｘの平均値Ｊｘ・ρ（ｘ）ｄｘと、同じく
光強度によって重み付けされた光入力の位置Ｘの２乗平
均値／、％・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）ｉに比例する
１次出力として、Ｋ１゜・ｆｘ・ρ（ｘ）ｄｘ／ｆρ（
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２に比例する２次出力として
、に２．・ｆｘ２・／’（ｘ）ｄｘ／／／’（ｘ）ｄｘ
を得てから（ここで、に８゜、に３゜は定数）、これら
の出力に基づき、光入力の位置（重心位置）ｉを。

ｆ　ｘ　・ｐ　（ｘ）ｄｘ／　／　ｐ　（ｘ）ｄ　ｘと
して検出するとともに、光入力の分散σ２を、／　ｘ”
　・Ｐ（ｘ）ｄｘ／　／　／’（ｘ）ｄｘ　−［／　ｘ
−Ｐ（ｘ）ｄｘ／　／　／’（ｘ）ｄｘコ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。

０本　明の＋１ 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ック図である。

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［
（重心位置）９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Ｍ３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ＷＪ２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ｒｅ）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、間隔り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１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、ＩＩ！極６の位［（ｘ　＝０）で十分０に近く、
電極７の位置（ｘ＝Ｌ）でｒ工とし、その間は線形に増
加する抵抗、ｍｓ度ｒをもっている。つまり、 ｒ＝（ｒａ／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ｉ□ｔ　）Ｌ
ｔｔ　Ｊ工ｒ　ｊｚとして検出されるようになっている
。

なお、第１図（ａ）、（ｂ）中のＲ，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１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
）をもった光ビームが、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ｉ、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に沿って移動し、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に沿って移動する。第１抵抗層１
は全面一様な抵抗線密度ｒ。をもっているため、正孔ｄ
ｉ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、ｄｉｌ、ｄｉ、として電極
４，５から取り出される。従って、 ｄｉ＝ｄｉ１＋ｄｉ、　　　　　　　　　　・・・（６
）となる。

また、電極４，５からそれぞれ取り出される電流値１１
１　ｉｆｇは、 ｉ、＝／ｄｉ１　　　・・・（９） ｉ２＝　ｆｄｉ、　　　　−−−（ｔｏ）であり、実際
に測定されるのは、これらの電流値１１１Ｌｔ’ある＊
　ｉ、は、（１０）　、　（８）　、　（５）式より。

１ｇ＝／ｄｉ、＝（１／Ｌ）・ｆｘｄｉ”（Ｋ／Ｌ）”
／Ｌｘ−ｐ（ｘ）ｄｘ　　”（１１）となり、光ビーム
の強度によって重み付けされた座１１ｘの平均値が、電
流値ｉ３により検出されることになる。

しかし、電流値１８は光ビームの強度にも依存している
。そこで、全電流値（ｔｘ＋ｉｉ）を（９）　、　（１
０）　。

（７）　、　（８）　、　（５）式を用いて求めると、
ｉユ＋ｉ、＝／（ｄｉ□＋ｄｉｇ）＝／ｄｉ＝　Ｋｑシ
（ｘ）ｄｘ　＝　Ｋ・Ｉ　ｔ　”・（１２）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、ｉｔ／（ｉｚ＋ｘｉ）によって、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ｉ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ｘ　／　Ｌを求め
ることができ、（ｉＬ＋ｌｚ）によって、光ビームの強
度（Ｉ　ｔ）情報としてＫ・Ｉｔを求めることができる
。

次に、第２抵抗Ｊ！Ｆ２は（’り式に示すような抵抗線
密度ｒをもっているので、電子ｄｊは、０からＸまでの
全抵抗Ｒ１（Ｘ）と、ＸからＬまでの全抵抗Ｒｔ（Ｘ）
とに反比例配分され、各々、ｄｏｉｓ　ｄＪｚとして電
極６，７から取り出される。従って、Ｒｉ（ｘ）＝　ｆ
：ｒｄｘ　＝　ｒ、＊　Ｘ’／（２Ｌ）　・・（１５）
Ｒｘ　（ｘ）　＝ｆ：ｒ　ｄ　ｘ ＝ｒ、（Ｌ”−Ｘ”）／（２Ｌ）　　・・（１６）とな
り、全抵抗Ｒについては、 Ｒ＝ｆ：ｒｄｘ＝ｒ０・Ｌ／２・・・（１７）となるか
ら。

ｄｊ＝ｄｊｚ＋ｄＪａ　　　　　　　　　　　・・・（
１８）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
ｙ　Ｊｌは。

ｊｉ＝／ｄｊｔ　　　　・・・（２１）ｊｓ　＝　／　
ｄ　Ｊ　２　　　　・・・（２２）であり、実際に測定
されるの“は、これらの電流値ｊｚｓ　Ｊａである。ｊ
、は、（２２）　、　（２Ｇ）　、　（５）式より、Ｊ
ｚ＝／ｄｊｉ＝（１／Ｌ”）・／ｘ”ｄｊ＝−（Ｋ／Ｌ
”）・／Ｌｘ”ρ（ｘ）ｄｘ　　−−−（ｚ３）となり
、光ビームの強度によっ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（ｊｚ÷ｊ２）を（２１）、（２２
）。

（１９）　、　（２０）　、　（５）式を用いて求める
と。

、Ｌ＋ｊａ＝／（ｄｊｚ＋ｄ、Ｌ）＝／ｄｊ＝　−Ｋ−
ｆＬｌ）　（ｘ）ｄｘ　＝　−Ｋ−Ｉ　ｔ　・・・（２
４）となり、光ビームの強度に関する量が得られ、さら
に（２３）　、　（２４）式より、 が得られる。ここで、 であるから、結局１．Ｌ／（ｊ□＋ｊｎ）によって、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ｘ２に比例する２次出力１／Ｌ２を
とり出すことができする。

従って、光ビームの分散（拡がり）σ２は（１３）。

（２５）式より、 ｆ“ρ（ｘ）ｄｘ によって求めることができる。

光ビームの３つの特徴量ｘ／Ｌ、σ”／Ｌ”、Ｋ・Ｉｔ
は、以上の結果から、 Ｌｉ□＋１２ Ｉｔ −＝　ｉ工＋ｘｚ［または−（ｊｔ＋ｊ２）コ・・・（
３０）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１ｚｙ　ｌｔ＊　Ｊｔ＋　ｊｚ
から、上記の（２８）　、　（２９）　、　（３０）式
に基づく光ビームの平均位置（重心位置）　ｘ　を分散
（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って実現させること
ができるほか、距離に反比例した膜厚を第２抵抗Ｊ’ｉ
！７２にもたせることによっても実現できる（抵抗線密
度ａ：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の平均値マに比例
する１炊出力ｉ、／（ｉよ＋ｘｉ）と、距１１１ｘの２
乗平均値ｘ３に比例する２次出力、Ｌ／（ｊｚ＋ｊｚ）
とが得られ、これらの出力から、平均位置（重心位置）
ｉ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。

従って、光スポッ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
。

■　　　　日　の　　２ 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２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実施例とほぼ同様め構成
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。

従って、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ｉ、電極６，７よりＰ
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σｘ１が求められる。さらに、電極１４．１５
より７、電極１６．１７よりｙ２を求めることができ、
これらよりｙ軸方向の分散σＹ８が求められる。

このようにして、２次元であっても、光ビームの重心位
！（ｘ、ｙ）、分散（（ＦＸ”＃　σｖ”）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。

■　　　　日　の　　　３− 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２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ＩＡと、この第１抵
抗層ＩＡに空乏層３を介して接続されたＮ型半導体装置
成る第２抵抗層２Ａとがそなえられ、第２抵抗暦２Ａは
バイアス電極１８に接続される。また、第１抵抗層ＩＡ
は、複数の帯状（たんざく状）抵抗層部分１ａ、ｌｂに
分割されている。

そして、帯状抵抗層部分１ａ、ｌｂ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１１ｅ　ｉ＊ｅ　ｊｔ
ｙｊ８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２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ＩＡの帯状抵抗層部分１ａ。

１ｂ″′Ｑｘ軸方向についての光ビームの平均位は。

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ＩＡと直交するように、帯状抵
抗層部分１ａ、ｌｂ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２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、半導体としてアモルファス
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。

■　日の　４ 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９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
ォトダイオード１９−１〜１９−３がそなえられており
、各フォトダイオード１９−１〜１９−３は、２層１９
ａ、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、各フォトダイオード１９
−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を介して各フォトダイオード１９
−１〜１９−３からの検出電流値工。ｍ　ｘｔｔ　ｘ、
が得られるようになっている。さらに、上下面に透明導
電膜２０を貼付された各フォトダイオード１９−１〜１
９−３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、フォトダイオード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によって蔽われるとともに。

フォトダイオード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によって蔽われている
。

つまり、第１の遮光マスク２２ａによる遮光部′とフォ
トダイオード１９−２の受光部との境界線は、フォトダ
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軸をとった場合、ｙ＝（ｗ／Ｌ）・Ｘなる１
次直線となり、フォトダイオード１９−２は、遮光マス
ク２２ａ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っている。同様に、
第２の遮光マスク２２ｂによる遮光部とフォトダイオー
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／Ｌ”）・ｘ２なる放物線となり、フ
ォトダイオード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（ｗ／Ｌ”）・
ｘ２だけ露出されるようになっている。

上述のように遮光マスク２２ａ、２２ｂにより上面を蔽
われたフォトダイオード１９−２．１９−３と、フォト
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ｉ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）をもっ
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ォトダイ
オード１９−１により検出される電流値工。は、 ｌ０＝Ｋｏ−７’ρ（Ｘ）ｄＸ＝＝に、−Ｉｔ　　−−
−−（３１）となり、この電流値工。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
に蔽われたフォトダイオード１９−２により検出される
電流値工、は、光ビームの入力位［ｘに応じて第８図（
ａ）に示すような関係があり、■、＝Ｋ、・ａ、・ｆＬ
ｘ・ρ（ｘ）ｄｘ・・・（３２）となって、光ビームの
強度によって重み付けされた座標Ｘの平均値が、電流値
工□により検出されることになる。同様に、遮光マスク
２２ｂに蔽われたフォトダイオード１９−３により検出
される電流値工、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、 工ｚ＝Ｋｉ”ａｚ”／ＬＸ”／）（Ｘ）ｄＸ　　・・（
３３）となって、光ビームの強度によって重み付けされ
た座標Ｘの２乗平均値が、電流値■２により検出される
ことになる。ここで、Ｋｏ、に１．に２はそれぞれフォ
トダイオード１９−１〜１９−３の光電変換効率である
。

従って、（１４）　、　（３１）、　（３２）より、Ｉ
　ｚ／　Ｉ　ｎ　＝　（Ｋｔ／　Ｋ１１）”　ａ　ｔ’
　Ｘ　　　”・（３４）が得られ、このＩｔ／工。によ
って、フォトダイオード１９−２の端部と光ビームの位
置との距離Ｘの平均値ｉに比例する１次出力がとり出さ
れる。

また、（２６）　、　（３１）　、　（３３）より、Ｉ
ｚ／Ｉｏ＝（Ｋｚ／Ｋｏ）・ａｚ・ｘ”　　−−−（３
５）が得られ、このＩｚ／Ｉｎによって、フォトダイオ
ード１９−３の端部と光ビームの位置との距離Ｘの２乗
平均値７に比例する２次出力がとり出される。

なお、実際には、光ビームがフォトダイオード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
る演算にあたっ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
置マが得られ、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Ｘ□、ｘ２に幅の無視できるスリ
ット光が入射した場合（ただし、簡単のために、＝に、
＝に、＝１とする）には、検出される電流値Ｉ、、　Ｉ
、は。

Ｉ、＝　ａ□・（Ｘ０十Ｘ２）　　　　　・・・（３７
）Ｉ、＝　ａ、・（ｘ、”＋　ｘ、”）　　　　・・・
（３８）となり、これらの（３７）　、　（３８）式よ
り、（Ｘｉ　Ｋ２）”＝２　Ｉ２／ａｘ　　（Ｌ／ａｘ
）”　””（３９）が得られ、この（３９）式から、２
光束の間隔１ｘニーＸ！＋を検出できる。

このように５本実施例の装置によっても、（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２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、フォトダイオード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
、フォトダイオード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。

■　　　　　の　　５ 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、フォトダイオード１９−２および１９−３
の配置を、積み重ね型から、ビームスプリッタ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、このビームスプリッタ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に蔽われたフォトダイオード１９−２
［第７図（ａ）参照コと、第２の遮光マスク２２ｂに蔽
われたフォトダイオード１９−３［第７図（ｂ）参照］
とに導かれ、これらのフォトダイオード１９−２．１９
−３から、それぞれ（３２）　、　（３３）式に対応す
る電流値工□、■２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
例におけるフォトダイオード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
スプリッタあるいはハーフミラ−等を用いて１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
ける電流値工。に対応する検出電流が得られるようにな
っている。

従って、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
［ｉ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、各フォトダイオード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。

■　　　　　の　　６ 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Ｉｏｅ１、、
Ｉ、を検出することで、各装置Ｓ位置における光強度が
（３１）式により得られるほか、各装置Ｓ位置における
縦方向［第五１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。

従って、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、ビームスプリッタ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
、光入力の位におよび分散が２次元的に精度良く検出す
ることも可能となる。

吏木ｌ吸匁ｍ匹 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２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、光な変換体としてのフォトダイオード２７が
ガラス基板３０上に載置されてそなえられ、フォトダイ
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２８．２９はいず
れも液晶シャッ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、フォトダイ
オード２７には光入力が全く遮光されないまま入射して
、フォトダイオード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Ｉ、が検出され、さらに、遮光マスク２
９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工２が検出されることにな
る。

従って、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１時間分解して電流値工。＊　ＩＬｔ
　ｒ、を検出し組み合わせることによって、（３１）式
により光ビームの強度ｒｔが、　（３４）式により光ビ
ームの平均位置ｉが得られ＋　（３６）式により分散０
２が得られ、第４実施例と同様の作用効果が得られるほ
か、複数組のフォトダイオードを積み重ねる必要がなく
、１組のフォトダイオード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１本実施例では、シャッ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）、ＫＤ
Ｐ（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１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工２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。

土木１」−９面」」０１佐 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９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、２層３２，１層３３および１層３４から構成
される光電変換体とじてのフォトダイオード３１がそな
えられており、その２層３２は、ｙ＝（ｗ／Ｌ）・ｘな
る１次直線と。

ｙ　＝（ｗ／　Ｌ”）・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”　Ｐ
ｉ　＋　工Ｐａ　＋　Ｉ　Ｐｉが検出されるようになっ
ている。なお、（ｘ＋ｙ）座標系は第４実施例の場合と
同様にとっている。

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Ｘ方向には光強度分布一定のスリット光
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Ｙ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１位置又と検出電流値ＩＰｚ＋ＩＰ
、（＝Ｉ工）との間には第８図（ａ）に示すような関係
があるとともに１位［Ｘと検出電流値ＩＰよ（＝Ｌ）と
の間には第８図（ｂ）に示すような関係がある。そこで
、フォトダイオード３１の光電変換効率をＫとし、簡単
のため、ａ工＝ｗ／Ｌ、ａｔ＝ｗ／Ｌ２とすると、検出
電流値Ｉ　Ｐ□ｔ　Ｉ　ＰＨＩ　Ｉ　Ｐ３は、 Ｉ　Ｐｚ　＝　Ｋ−ｆ、”ｐ　（ｘ）・ａ　、　ｘ”ｄ
ｘ　　　　　・・・（４０）Ｉｐｚ＝Ｋ”／、’／ｌ　
（Ｘ）・（ａｚｘ　　ａｚｘ”）ｄｘ−（４ｔ）ＩＰ１
＝に−ｆ：ｐ（ｘ）・ａ８（Ｌ−ｘ）ｄｘ・・・（４２
）となり、これらの（４０）〜（４２）式より、Ｉｐ、
＋　Ｉｐａ＋　Ｉｐａ＝に一１０Ｚ　（ｘ）・ａ、・Ｌ
ｄｘ＝に−ｗ−ｆＬρ（ｘ）ｄｘ ＝に−ｗ・工ｔ　　　　・・・（４３）Ｉｐ、＋Ｉｐ、
＝に一７Ｌρ（ｘ）・ａｌｘｄｘ　　−−−（４４）が
得られる。ここで、（４３）　、　（４４）　、　（４
０）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。

従って、（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、ＩＰ１＋ＩＰ、＋ＩＰ３　　Ｌ が得られ、この（Ｉｐｚ＋　Ｉｐｚ）／（Ｉｐｘ＋　Ｉ
ｐ、＋　Ｉｐａ）によって、フォトダイオード３１の端
部と光ビームの位置との距離Ｘの平均値ｉに比例する１
次出力がとり出される。さらに、（２６）　、　（４３
）　、　（４０）式よが得られ、このｒｐユ／　（Ｉ　
Ｐａ　＋　Ｉ　Ｐｇ　＋　Ｉ　ｐａ）によって、フォト
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Ｐに比例する２次出力がとり出される。

以上の結果から１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
値ｉ１ｘ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。

・・・（４７） このように、本実施例によっても第７実施例と同様の作
用効果が得られる。

■　ｌの　９ 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のフォトダイオ
ードをｎ個そなえ、第１５図に示すように、ｙ方向に３
１−１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ッ
ト光ではなく、スポット光が入射した場合、Δｗ　（Ｄ
　（スポット光の径）としておけば、各フォトダイオー
ド３１−１〜３１−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、各フォトダイオード３１−１〜３
１−ｎごとに電流値Ｉ　Ｐｘ　＊　Ｉ　Ｐｔ　＃　Ｉ　
Ｐｓを検出することで、各フォトダイオード３１−１〜
３１−ｎの位置におけるスポット光の強度が（４３）式
により得られるほか、各位置におけるスポット光の平均
位置および分散が、それぞれ（’ｔ５）　、　（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。

■の　１０ 第１６．１７図は本発明の第１０実施例とじての光入力
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
フィルタおよび２次特性ＮＤフィ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２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組のフォトマル３
５〜３７がそなえられており、それぞれ長さしを有して
いる。ここで、フォトマルとは、ｐｈｏｔｏ−ｍｕｌｔ
ｉｐｌｉｅｒ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、フォトマル３６の光入力側表面は、１次特性光
学フィルタとしての１次特性ＮＤフィルタ３８により蔽
われるとともに、フォトマル３７の光入力側表面は、２
次特性光学フィルタとしての２次特性ＮＤフィルタ３９
により蔽われている。

ここで、１次特性ＮＤフィルタ３８は、第１７図（ａ）
に示すように、フォトマル３６の端部からの距ｔ１７ｉ
ｘに比例した透過率ｂｉｘを有する一方、２次特性ＮＤ
フィルタ３９は、第１７図（ｂ）に示すように、フォト
マル３７の端部からの距離Ｘの２乗に比例した透過率す
、ｘ２を有している。なお、ＮＤフィルタとは、Ｎｅｕ
ｔｒａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｆｉｌｔｅｒのことで、波
長（色）によらない、即ち、分光透過率がフラットなも
のである。

また、入射してくる光ビームは、ハーフミラ−４０，４
１により、それぞれフォトマル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、フィルタをもた
ず光ビームを直接入射されるフォトマル３５により得ら
れる出力ｖ０は、 Ｖ　ｏ　＝に−ｆｃ＞”ρ（ｘ　）ｄ　ｘ＝に−Ｉｔ　
　　　　　　　・・・（４８）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フィルタ３８により蔽われたフォトマ
ル３６により得られる出力Ｖ工は、 Ｖｓ＝に−ｆ、”ｐ　（ｘ）・ｂｔ・ｘｄｘ　　・・（
４９）となって、光ビームの強度によって重み付けされ
た座標Ｘの平均値が、出力Ｖ工により得られることにな
る。同様に、２次特性ＮＤフィルタ３９により蔽われた
フォトマル３７により得られる出力ｖ２は、 Ｖｚ＝に一５ρ（ｘ）・ｂｔ・ｘ”ｄｘ　　−・（ｓｏ
）となって、光ビームの強度によっ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。

従って、（１４）、　（４Ｂ）　、　（４９）式より、
ｖ、／　ｖａ　＝　ｂ−・ｘ　　　　　　　・・’　（
５１）が得られ、このＶ工／　Ｖ　Ｏによって、フォト
マル３６の端部と光ビームの位置との距離Ｘの平均値ｉ
に比例する１次出力がとり出される。

また、（１４）　、　（４８）　、　（５０）式より、
Ｖ、／Ｖ、＝　２　ｂ２−Ｘ”　　　　　　　−・（５
２）が得られ、このＶ　ｚ　／　Ｖ　ａによって、フォ
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ｘ２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−４０，４１によって光量が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
均位置マが得られ、（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１本実施例の装置によっても第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ット
あるいはスポット入力に対する平均位置。

強度２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って、全く同様に
平均位置２強度９分散を検出することが可能である。

また、以上の第１〜１０実施例によって示した本発明の
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、４２は光源。

４３はレンズ、４４ａは光ｇ４２から照射されレンズ４
３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４４
ｂ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［ｉ工ｔｌｚ＋Ｊｔ＋ＪｚｗＩ。、工□
ｔ　Ｉｚ；ＩＰｔｔ　ＩＰｉｔ　ＩＰａｔＶ、、Ｖｌ、
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ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器、５０はディ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）〜（５
３）式コ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・ディ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ｉおよび分散σ２が求められて、その演算結果が
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１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、いずれの装置によっても、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ック図であ
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フィルタおよび２次特性ＮＤフィルタの光透
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
ロック図、第２５図はそのタイミングチャート、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図はそのブロック図、第２
７図はそのタイミングチャートである。 図において、１．ＩＡ−第１抵抗層、１　ａ、１　ｂ−
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ォトダイ
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ォトダイオード
、２８−第１の遮光マスり（液晶シャッタ）、２９・−
第２の遮光マスク（液晶シャッタ）、３１．３１−１〜
３ｌ−ｎ−光電変換体としてのフォトダイオード、３５
〜３７・−光電変換体としてフォトマル、３８−１次特
性光学フィルタとしての１次特性ＮＤフィルタ、３９−
２次特性光学フィルタとしての２次特性ＮＤフィルタ、
４７−先入力の位置・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。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （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. （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
   クがシャッ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. （７）上記第１の遮光マスクがシャッタとして構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光
   入力の位置・分散検出装置。
8. （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. （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次特性光学フィルタに
   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次特性光学フィ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。