JPH0196517A - レーザビーム位置検出器 - 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】 免帆立宜遣 本発明は、レーザビームの位置合わせもしくは整列（ア
ラインメント）で用いられる検出器に関するものである
。特に、本発明は、高出力のレーザビームを整列するた
めの正確且つ廉価な熱線検出器の使用に関係している。

レーザの産業上の利用分野においては、時として、数フ
ィートにも達する大きな距離に亙りレーザビームを搬送
することが必要となる。レーザビームの搬送は、所望の
ビーム路に沿って適切にアラインメント即ち整列されて
いる幾つかのミラーその他の光学素子によりレーザビー
ムを偏向することによって達成することができる。この
ような機能を果たすためには、レーザビームを各光学素
子と適切に整列しなければならない、レーザビームが可
視光である場合、各光学素子の整列は、当該光学素子の
下流側に配置されている目標上のビーム位置を観察して
可視レーザビームが目標上の位置になるまで光学素子を
調整することにより遂行することができる。幾つかの事
例では、可視光でないレーザビームの整列もしくはアラ
インメントは、追跡ビームとして、典型的には、ヘリウ
ム−ネオン（ＨｅＮｅ）レーザのよな可視レーザビーム
を用いて達成されている。かかる事例では、ＨｅＮｅレ
ーザビームを先ず、当業者には周知の技術を用いて主レ
ーザビームと整列する。しかる後、上記可視光追跡ビー
ム及び上述の標的照準技術を用いて光学素子を整列する
ことができる。

蒸気発生器における欠陥のある熱交換管内に補修用スリ
ーブをレーザ溶接する際に用いるレーザビーム搬送系の
開発においては、高出力の００２レーザビームの位置を
監視するための検出器系を設けることが必要とされる。

このようなレーザビームの整列もしくはアラインメント
を容易にするのに使用することができる種々の検出器が
開発されている。これ等の検出器には、光電検知デバイ
ス、熱検知デバイス、パイロ電気デバイスその他のデバ
イスが含まれる。検出器は、広範囲のレーザ波長及び出
力レベルに応答するが、高出力レーザに対する適用には
、それほど良好には適していない。

このようなデバイスの内の幾つかのものは、単一の検知
素子から構成されており、従って、充分な精度でレーザ
ビームを整列するのには好適ではない。他の検出器とし
て、光電検知素子の線形アレイ或は二次元アレイからな
るものがあるが、この種の検出器は、複雑な分析回路を
必要とし得る。

また、光電検知型検出器は、破損し易く、本発明が企図
しているような適用例において出合う高出力レーザに対
し満足な仕方で応答することはできない。更に、光電検
知型検出器は、企図せる適用例に要求される形状及び寸
法に実現することができない。

ｌ帆立見１ 本発明は、高出力ＣＯ□レーザを整列（アラインメント
）するのに適している比較的単純で低費用の感熱検出器
を提案するものである。また、この感熱検出器は、光学
系が不整列状態になったりレーザビームが所望のビーム
路から変動もしくはドリフトした場合に、レーザを停止
するｌｌ７１１信号を発生するのに使用することができ
るドリフト検出器として構成することもできる。本検出
器は、幾つかの素子へのレーザビームの入射により生ザ
しぬられる該素子の温度上昇を感知する複素子感熱デバ
イスである。

更に、詳しく述べると、本検出器は、絶縁基板と、該基
板に取り付けられた熱伝導性の平面板とを備えている。

この平面板は、それぞれ同じ形状及び面積を有する複数
の熱的に分離された扇型部分即ちセクタに分割される゛
。各セクタ毎に対応の感熱手段即ち感熱デバイスが設け
られる。各セクタは、対応の感熱デバイスと熱的接触関
係に置かれ、各感熱デバイスは、関連のセクタに入射す
るレーザエネルギーの量に比例する応答信号を発生し、
それにより、所′望ビーム路に対するレーザビームの不
整列の表示を発生する。

ｔ　　　の；Ｉ 第１図は、高出力レーザビームＢ（破線で直円筒体の形
態で示しである）を位置合せもしくは整列するのに有用
である本発明の円板型位置検出器１０の一実施例を示す
。この検出器１０は、４つの同一の象限部分もしくはセ
クタＳに分割されている。

勿論、検出器１０の４分割より少ないか又は多い分割も
可能であり、このような装置も本発明の範囲に包含され
るものと思われる。しかし、ここでは、図示及び説明の
目的で、検出器１０は４つの象限部分もしくはセクタＳ
に分割されているものとする。

第１図及び第２図に示しである検出器１０は、その形状
が円形もしくは円板形状であるが、検出器１０の機能は
必ずしもこのような形状に依存するものではない。例え
ば、正方形、長方形成は非対称形状のような形態でも機
能し得る。従って、このような形態の検出器も同様に本
発明の範囲に包含される・ものと考える。

第１図に示しである検出器１０は、絶縁基板１６に貼着
された熱伝導Ｊ１１２の積層板から構成されている。熱
伝導層１２は、露出された前面１４と、基板１６に面す
る背面１４′とを有している。第１図の実施例において
は、熱伝導層１２は、約０．０１〜０．０１５ｉｎ（０
，２５４〜０．３８１ｍｍ）の間の公称厚さを有する薄
い金属箔であり、一方、基板１６は、熱的及び電気的に
絶縁性の材料から形成されている。図示の実施例におい
ては、任意選択的に、露出した背面１７を有する第２の
熱伝導層もしくは金属箔１５を、基板１６の背面１６′
に貼着することもできる。

検出器１０の幾何学的中心Ｃ６を横切って熱伝導層１２
には直交スロット１８が形成されており、それにより熱
伝導層１２は４つの同一のセクタＳに分割されている。

スロット１８は、比較的狭幅であり、典型例においては
約０．０１ｉｎ（０，２５４ｍ＋＊）の幅を有すると共
に、図示のように、熱伝導層１２を分断してセクタＳが
互いに熱的に分離されるように基板１６に達する充分な
深さを有する。約０．０４５ｉｎ（１，１４３ｍｍ）の
公称直径をそれぞれ有する４つの比較的小径の孔２０（
第１図には１つの孔だけを示すに留とめた）が、第２の
熱伝導層１５の背面１７から基板１６を貫通して、検出
器１０に形成されている。これ等の孔２０は、平坦な底
部２４を有しており、好ましくは熱伝導層１２の背面１
４′が露出する深さまで穿孔されている。尚、この穿孔
の際には、熱伝導層１２が損傷されないように注意を払
わなければならない。孔２０は、それぞれ、関連のセク
タＳの幾何学的中心Ｃ１近傍に整列した位置で設けられ
ている。

第１図及び第２図に示した検出器１０においては、４つ
の感熱デバイス（感熱デバイス）２６が、それぞれ孔２
０に１つずつ配設されて用いられている。これ等の感熱
デバイス２６は、熱伝導性のエポキシ樹脂２８により、
熱伝導層１２の背面１４°に貼着されている。本発明に
おいて有用である例示的な感熱デバイス２６は、温度に
比例して変化する抵抗特性を有する周知のサーミスタで
ある。尚、“感熱デバイス”及び“サーミスタ”という
用語は互換的に用いることができ、適当である限りにお
いて、同じ参照数字で示しである。

次に、第１図及び第２図を参照し本発明の検出器の動作
原理について説明する。光軸Ａ−Ａ’を有する破線で示
した円筒体で表されているレーザビームＢは、検出器１
０の前面１４に入射し、該レーザビームの幾分かは吸収
されて熱に変換され、その結果、個々のセクタＳの温度
が上昇する。レーザビームＢが円筒対称であって、図示
のように、円板型検出器１０上１の幾何学的中心Ｃ６に
心出しされている場合には、セクタＳの各々は、等量の
レーザビームを受は同じ温度増加を示す筈である。しか
し、レーザビームＢが心出しされていない場合には、セ
クタＳの内の幾つかは、他のセクタよりも大きいレーザ
ビームを受けることになり、従って、個々のセクタＳの
温度は互いに異なってくる。

熱伝導層１２の背面１４゛と接触状態にあるサーミスタ
２６は、それぞれ個別に当該サーミスタが取り付けられ
ている対応のセクタＳの温度に応答する。

これ等のサーミスタ２６の可変抵抗を検知する回路手段
（第９図を参照し追って詳述する）は、検出器１０の幾
何学的中心Ｃ４に対するレーザビームＢの位置を決定す
るのに利用することができる出力を発生する。例えば、
サーミスタ２６の出力を比較してこれ等の出力が互いに
等しくなるまでレーザビームＢを変位することにより、
該レーザビームＢを円板型検出器１０上に心出しするの
に移動しなければならない方向を決定することができる
。

動作において、第１図に示した検出器１０は、その幾何
学的中心Ｃ６がレーザビームＢの所望光路もしくはビー
ム路に位置するように配置される。該光路は、レーザビ
ームＢの中心線もしくは中心軸線Ａ−Ａ’により表され
ている。レーザビームＢが検出器１０に対して正確に整
列している場合には、レーザビームＢの光路Ａ−Ａ’は
、検出器１０の幾何学的中心Ｃ６を通り、各セクタＳが
等量のレーザエネルギーを受けることになる。検出器１
０に入射するレーザビームは、第１図において、ｌ１ｆ
ｆｌけした領域２２ａ〜２２ｄから形成される四半分円
として示しである。領域２２ａ〜２２ｄが互いに等しい
場合には、レーザビームＢは適切に整列されていること
になる。

特定の１つのセクタＳに入射するレーザビームＢのエネ
ルギーは、熱伝導層１２により当該セクタＳに取り付け
られている特定の感熱デバイス２６に伝達される。各感
熱デバイス２６の応答信号は、各セクタＳによって遮ら
れるレーザビームＢの対応の領域もしくは面積２２＆〜
２２ｄに比例し、従って該応答信号は、対応のセクタに
より吸収されるエネルギーに直接比例する。

第３図は、予め整列されているレーザビームＢの不整列
を検出するための警報装置として使用することができる
リング型検出器４０の形態にある本発明の別の実施例を
示す、尚、第３図においても、第１図及び第２図に示し
た対応の素子を表すのに同じ参照数字が用いられている
。検出器４０は、該検出器４０に比較的大きい中心開口
４２が形成されている点を除けば、最も本質的な点に関
しては、第１図及び第２図に示した構成と同じである。

開口４２は、レーザビームＢの半径Ｒ，よりも若干大き
い半径Ｒｄを有している。差（Ｒ，−Ｒｂ）は、開口４
２に対するレーザビームＢの許容し得るクリアランスＣ
４もしくはドリフトを表す。レーザビームＢの光路Ａ−
Ａ’が、検出器４０の中心Ｃ６と整列している時には、
レーザビームは、妨害されることなく開口４２を通過す
る。レーザビームＢがクリアランスＣ４より大きい量だ
け何れかの方向にドリフトすると、１つ又は２つ以上の
セクタＳがレーザビームＢを遮って加熱され、それによ
り、１つ又は２つ以上の感熱デバイス２６に変化を生ぜ
しぬる。このように、レーザビームＢがドリフトすると
、検出器４０は検出可能な応答信号を発生し、それによ
り、補正処置を請することができる。

通常、第１図に示しである円板型検出器１０の動作にお
いては、レーザは、パルスレーザモードで作動するのが
望ましい。レーザの連続作動により、検出器１０が、感
熱デバイス２６の線形動作範囲を超えて加熱される恐れ
があり、実際、検出器１０は損傷を受ける温度点まで加
熱される可能性がある。

パルスレーザモードでの作動は、レーザ放出をパルス化
するか或はそれが不可能であれば、レーザビームの光路
に機械的なチョッパ（図示せず）を使用することにより
達成することができる。これ等の２つの技術は、レーザ
及び光学技術における専門家には良く知られているとこ
ろである。

第３図に示したリング型検出器４０の作動においては、
パルス動作は通常必要とされない。と言うのは、リング
型検出器４０は、レーザビームがドリフトした後にのみ
生ずる温度上昇を検出するように企図されているからで
ある。温度が所与の限界を超えて上昇した時には、レー
ザを単に停止するだけでよい、第１図〜第３図に示した
実施例（並びに後述する第６図及び第８図に示した実施
例）に示しである熱伝導層１２は、高い熱伝導率を有し
、しかも各セクタＳの迅速な等温化を容易にする金属か
ら製造するのが好ましい」レーザパルスに対する検出器
の高速応答によれば、各セクタＳの感度が該セクタに入
射するレーザビームエネルギーの分布に比較的に依存し
ないことが保証される。

言い換えるならば、感熱デバイスの出力は、セクタＳに
おいてレーザビームＢが入射する箇所に依存すべきでは
ない。このような要件を満足する時間応答を有する金属
としては銅が挙げられる。この銅は、比較的廉価であり
、耐久性がり、しかも市販品として入手可能な印刷回路
（ＰＣ）板構造の一部分として種々の形態で容易に入手
可能である。

ＣＯ□レーザは、１０．６ミクロンの光を放出する。

銅は熱エネルギーの良好な伝導体であるが、ＣＯ□レー
ザによって発生される１０．６ミクロンの放射に対して
は非常に良好な反射体となる。従って、熱伝導層１２と
して銅を用いると、該熱伝導［１２の前面１４に入射す
るレーザエネルギーの相当部分は反射によって損失され
、それにより感度も相応に低くなり得る１種々の吸収性
コーティングを付着することにより表面１４の吸収率を
高める（反射率を減少する）べく試みたが、レーザビー
ムの強度が低下する傾向があるため、銅の吸収率に満足
な上昇は得られなかった。従って、このようなコーティ
ングは有効でないことが判明した。

本発明においては、前面１４の吸収性もしくは吸収率は
、熱伝導Ｊｌ！１１２にＶ字形の？１１Ｇを設けること
により改良されることが判明した。第４Ａ図〜第４Ｂ図
は、種々の溝の形態例を示す図である。溝Ｇは、以下に
述べるように、例として示す異なった夾角で傾いている
壁Ｗを有する。即ち第４八図の例においては、Ａ＝７０
”、第４Ｂ図の例においては、Ａ＝６０°、第４Ｃ図の
例においては、Ａ＝４０”、そして第４Ｄ図の例ではＡ
＝３０°である。入射レーザビームＢ、は、各消と相互
作用して壁Ｗから、ｎ回、レーザビームＢｒｌ　　Ｂｒ
ｎとして反射される。明らかなように、入射レーザビー
ムＢ、が、ｎ番目の反射ビームＢｒｅとして前面１４か
ら反射される前に反射される回数ｎは、？ｌＩＧの壁Ｗ
間の夾角Ａが減少するに伴い増加する。このような各反
射毎に、レーザエネルギーの幾分かが吸収される。ｎが
増加すると、前面１４の吸収率、従って検出器の感度は
増加する。

従って、溝Ｇの角度Ａを小さくするのが望ましい。

本発明によれば、熱伝導層１２の前面１４に容易に研削
加工することができる溝には、実際上、限界が存在する
と考えられる。実際に試験した装置においては、約３０
°の夾角Ａを用いた（第４Ｄ図参照）。

この溝Ｇの幅れは約０．０２ｉｎ（約０．５１ｍｍ）で
あり、また、深さＤｌは約０．００４ｉｎ（約０．１０
１６１１Ｎ）である。溝Ｇは、熱伝導層１２の前面１４
上に蓄音機レコードの形態に類似する螺旋状パターンで
研削されている（第６Ｂ図参照〉０本発明の範囲内で他
の渭パターンを採用することも可能である１本明細書の
末尾に添付された参考写真は、例示的な検出器の前面に
おけるｆｉＧを示すｍ微鏡写真を示している。

第５八図〜第５Ｃ図には、本発明の検出器６０の別の実
施例が示しである。尚、第１図に示したものと対応の要
素を表す参照数字は、第１図に用いられている参照数字
と同じである。第５＾図〜第５Ｃ図に示した検出器６０
は、印刷回路（ＰＣ）板材料から形成されている。検出
器６０は、基板１６と、該基板１６に接着された銅から
なる第１の層もしくは下層１２ａ及び該下層１２ａにろ
う付けされた銅からなる第２の層もしくは上層１２ｔか
ら形成されている積層伝導層１２を備えている。上層１
２ｔは、伝導層１２内の熱伝達を改良する。銅からなる
第２の層もしくは背Ｎ１５が、周知の仕方で基板１６の
背面１６゛に付着されている。上層１２ｔは、その露出
面もしくは前面に形成された３０’の溝Ｇを有する（第
４Ｄ図）。伝導層１２には直交スロット１８が形成され
ていて、それにより４つの個別のセクタＳが画成されて
いる。

背層１５は、直径方向に延びるスロット６４と円形のス
ロット６６とにより８つの内側のセクタ６２ｉ及び８つ
の外側のセクタ６２ｏに分割されている。背側１７から
背層１５を貫通し且つ基板１６を貫通して穿孔された孔
２０は、第５Ｂ図に示すように、下層１２ｕの背側面１
２ｕ′に当接する平坦な底部２４で終端している。細い
出力リード！６８を有する感熱デバイス、例えば、サー
ミスタ２６は、熱伝導層１２と熱伝達接触関係で各孔２
０内に配設されている。サーミスタ２６は、第５八図〜
第５Ｃ図には示されていない検出回路に接続されている
（第８図参照）６サーミスタ２６からの細いリード線は
、第５Ｂ図〜第５Ｃ図に示すように、それぞれ１つずつ
隣接の内側セクタ６２ｉにろう付けされている。出力リ
ード線７０は、第５Ｃ図示すように、内側のセクタ６２
ｉにろう付けすることによりサーミスタのリード線６８
に選択的に接続れる。このようにして、内側セクタ６２
ｉは、サーミスタ２６を外部回路に取り付けるための歪
み発生防止接触点としての働きをする。他のセクタ６２
０も、所望ならば同じ目的に使用することができよう。

第６図は、周囲温度補償サーミスタ７２（１つだけ示す
）が設けられている点を除いて、第５八図〜第５Ｃ図に
示した検出器６０と同じ構造の検出器６０″示す、この
検出器６０”（第６図）においては、サーミスタ２６は
、該検出器６０′の個々のセクタＳの温度変化を監視す
る。各サーミスタ２６は、上述のように基板材料に穿孔
された孔２０内に埋設されている。各サーミスタ２６は
、レーザビームの吸収によって生ずる対応のセクタＳに
おける温度変化を検出するばかりではなく、更に、周囲
温度における変動に対しても感度を有する。周囲温度に
対するこの感度は望ましくない、と言うのは、各サーミ
スタ２６の抵抗値レベルに殆ど連続的な変動が生じ、入
射レーザビームにより誘起される温度信号の解読を困難
にするからである。この問題を克服するために、周囲温
度補償サーミスタ７２（以下、補償サーミスタ７２と称
する）が各セクタＳ毎に設けられている（第６図参照）
、尚、第６図には、１つの補償サーミスタと１つのセク
タＳだけを示すに留とめた。補償サーミスタ７２は、例
えば、各対応のセクタＳの背側で、検出器６０′の背層
１５に形成されている１つの外側セクタ６２ｏと接触関
係で各セフタＳに１つずつ設けられる。このようにして
、各補償サーミスタ、７２は、それぞれの各セクタＳの
周囲温度の変化に個別に応答する。適当な検出回路（第
８図参照）に接続することにより、周囲温度変化の作用
を無視することができる。周囲温度の変動が、検出器６
０゛の出力に対して殆ど或は全く影響を有しないので、
長期間に亙り検出器６０°の安定した動作を達成するこ
とができる。

本発明の教示に従って製造された検出器の各セクタＳに
２つ以上の感熱デバイス２６を使用するのが有用もしく
は望ましいような用途例があり得る。

この種の事例においては、既述のように、基板１６に形
成された適当に設けられている開口或は孔２０内に複数
個の並列に接続した感熱デバイス２６を配設することが
可能である。このような多重感熱デバイス２６の配役は
、セクタＳの中心Ｃ１の回りに対称的に設けることもで
きるし、或は、例えば開口４２（第３図）の周縁近傍に
設けることもできよう。

従って、上述のように個々のセクタＳに対し複数個の感
熱デバイス２６を設けることも、本発明の教示するとこ
ろである。

第７図の展開斜視図には、円板型検出器６０°を保持す
るためのプラスチック製ハウジング８０の一例が示しで
ある。該ハウジング８０は、検出器６０゛の上部外縁８
６に係合するように設計された内孔８４を有する保持リ
ング８２を備えている。ハウジング８２の本体部分８８
は、検出器６０′の前面１４が本体部分８日の前面９２
と同面関係になるように検出器６０゜を受けるために、
前面９２に形成された段状開口もしくは座部９０を有し
ている。本体部分８８には出力導体７０及びコネクタも
しくは多重配線プラグ９８を収容するための内部室９４
が形成されている。プラグ９８は本体部分８８に設けら
れている側部開口１００内に嵌着することができる。プ
ラグ９８と接続するプラグ１０４　のリード線１０２　
は、検出器６０’を回路手段（第７図には図示せず）に
接続する。内部室９４は背部カバー１０６により閉ざさ
れる。保持リング８４及び背部カバー１０６　　は、図
示のようにねじ１０８により本体部分８８に固定されて
いる。

本発明による検出器の種々の実施例にとって有用である
回路手段もしくは電気制御回路を構成するのには種々の
態様がある。使用される特定の回路手段は、用いられる
検出器の形式と該検出器が遂行すべき機能とに依存する
。しかし、このような回路は、電子設計技術分野におけ
る専門家には良く知られている回路である。本明細書に
開示した構成、特に、第６図に示した周囲温度補償検出
器６０°と共に使用するのに有用である回路１１０　　
の−例が第８図に簡略なブロック形態で示しである。

この回路１１０は、それぞれ、検出器６０の１つの対応
のセクタＳに応答する４つのブリッジ回路１１２を備え
ている。各ブリッジ回路１１２は、２つの固定基準イン
ピーダンス１１４と可変インピーダンス１１６及び１１
８とを有する。

可変インピーダンス１１６は、（抵抗を表す記号を取り
巻く点線で示しである）サーミスタ２６の可変抵抗を表
す、各サーミスタ２６は、個別に、それぞれ対応のセフ
、りＳの熱伝導層１２における温度変化を検知する、ま
た、可変インピーダンス１１８は、（抵抗を表す記号を
取囲む点線で表されてる）補償サーミスタ７２のインピ
ーダンスを表す、各補償サーミスタ７２は、それぞれ対
応のセクタＳの周囲温度を検知する。

各ブリッジ１１２には、入力電圧ｖｌが供給されて、各
ブリッジ１１２　　は、可変インピーダンス１１６及び
１１８の値における変化もしくは変動に応答して対応の
出力電圧Ｖｏ、−Ｖｏａを発生する１周囲もしくは環境
条件下で、可変インピーダンス１１６．１１８の抵抗値
は、互いに、周囲温度の変化に追従する。レーザビーム
が１つ又は２つ以上のセクタＳに入射すると、対応のサ
ーミスタ２６の可変インピーダンス１１６は、対応の補
償サーミスタ７２の可変インピーダンス１１８とは異な
った速度で変化し、それにより、対応のブリッジ１１２
は不平衡になり、対応の出力Ｖｏ、ＶＯａを変化せしめ
る。しかし、サーミスタ２６及び補償サーミスタ７２は
双方共に周囲温度に対して感度を有するので、対応のセ
クタＳの温度変化によって生ぜしめられるブリッジ１１
２の不平衡状態は、周囲温度における変動により影響を
受けない。従って、出力電圧Ｖｏ、−Ｖｏａの変化の大
きさは、特定のセクタＳに入射するレーザビーム量だけ
を表す尺度となり、レーザビームＢの相対的不整列の測
定量となる。レーザビームＢが整列している時には、出
力信号Ｖｏｗ−Ｖｏａにおける相対的変化は、各ブリッ
ジ１１２に対して同一である。

各ブリッジ１１２の出力端は、インピーダンス整合回路
及び増幅回路（図示を省略しているが当業者には周知の
回路である）を備えている調整回路（ＣＲ）１２０に接
続されている。該調整回路１２０は、それぞれの調整さ
れた出力Ｖ、−Ｖ、を発生し、これ等の出力は、例えば
、コンピュータ制御部（ＣＰＵ）１２２、ディジタル電
圧計（ＤＶｔ４）　１２４及び光学的バー表示袋Ｍ１２
６を含む種々の出力装置の１つ又は２つ以上の装置に供
給することができる。更に、各セクタの温度の最大変化
を検出し監視することができるように、各調整出力Ｖｏ
＊−Ｖｏａのピーク値（波高値）を検出し保持するため
のピーク検出器（ＰＤ）　１２８を各調整回路１２０毎
に設けることができる。ピーク検出回路１２８の出力は
、スイッチ（図示せず）によりコンピュータ制御部１２
２、ディジタル電圧計１２４及び光学的バー表示装置１
２６と回路を形成するように接続することができる。こ
れにより、システムを運転している観察者は、各セクタ
Ｓのピーク温度値を観察し、それによりレーザビームの
整列状態を相応に調整することができる。自動制御が望
まれる場合には、コンピュータ１２２の出力１３０を用
いて自動調整装置（図示せず）を駆動することが可能で
あろう。

また、第３図に示しであるドリフト検出器４０を設けて
、時間の関数としてレーザビームＢの位置を監視するた
めに、第８図と関連して説明した回路に入力Ｖ、を供給
することができる。第８図に示した回路１１０にはリセ
ット、零点復帰及び校正回路を設けることができる。そ
のための手段は、当業者には良く知られているところで
あるのでここでは詳述しない。

上述のピーク検出回路１２８は、その種々の実施形態に
おいて、本発明の検出器が、入射レーザビームの存在或
は不存在に対して迅速に応答し、それにより、各検出セ
クタの信号出力は最初に最大値に上昇し、次いでレーザ
パルスの終末で迅速に減衰する。各セクタの温度が周囲
温度に戻ると、対応のピーク検出回路１２８は、各セク
タ毎に対応の出力Ｖ、−Ｖ、の最大値を保持する。それ
により、取扱者は、ディジタル電圧計１２４又は光学的
バー表示装置１２６における読み量を観察することによ
り各セクタの温度の最大変化を認識してビーム整列状態
を調整することができる。また、各セクタＳ゛の出力の
瞬時記録を観察し、所望ならば、適当な手段（図示せず
、例えばペン記録装置）により記録することができよう
。

本発明の検出器の内の任意の検出器の中心に対するレー
ザビームＢの再位置付けもしくは再整列に必要とする情
報を取扱者に与えるのに、各セクタＳ毎の出力Ｖ、−Ｖ
、を相関するのに有用である数学的解決は種々ある。第
９図は、Ｘ軸を表す水平線が第１図に示すスロット１８
のような水平のスロットに対応し、Ｙ軸又は垂直線が第
１図に示す垂直スロット１８を表し、検出器１０をそれ
ぞれＱ、、Ｑ２、Ｑ、及びｑ、で示した４つのセクタＳ
に分割した直角座標系が示しである。各セクタＳは、そ
れと熱伝達接触関係で対応の感熱デバイス２６を備えて
おり、各感熱デバイス２６の出力は第８図に示しである
回路によって検出されて、各″Ａ整回路１２０がら出力
Ｖ、〜ｖ６として発生されるものと仮定する。Ｑｌで示
したセクタＳは、出力ｖ１に関連する。同様にして、Ｑ
２で示したセクタＳから出力ｖｂが得られ、Ｑ、で示し
たセクタＳから出力Ｖ、が得られ、そしてＱ４で示した
セクタＳから出力ｖ６が得られる。Ｂ１で示したレーザ
ビームが中心Ｃ６に正確に心出しされた位置にある時に
は、出力■、〜ｖ６は互いに相等しい。レーザビームの
Ｘ軸セントロイド（Ｘ軸中心）は、次式により求めるこ
とができる。

第９図においては、上式はビームＢ１に対しＸ−０にな
る。

Ｙ軸中心もしくはセントロイドは、次式により求めるこ
とができる６ レーザビームが８．で示した位置にある時には、上式は
Ｙ＝Ｏとなる。レーザビームが、Ｂ、で示した位置、即
ち全体的にＹ軸の右側に位置する場合には、Ｘは、０よ
り大きい値を有し、Ｙは値０をとる。この場合、式（１
）及び（２）を用いてレーザビームＢ２のセントロイド
〈図心）は、Ｘ＝１及びＹ＝０に分解される０位置Ｂ３
では、セントロイドはＸ＝−１及びＹ＝Ｏで表される。

レーザビームが位置Ｂ、にある時には、Ｘ＝Ｏ且つＹ＝
Ｏで、位置Ｂ。

においては、Ｘ＝０及びＹ−−１である。同様にして、
レーザビームが位置Ｂ、にある時には、セントロイドは
Ｘ＝１及びＹ＝１で表される。レーザビームが位置Ｂ？
に在る時には、そのセントロイドはＸ＝−１、Ｙ＝−１
に位置する。他の位置に対しても、式（１）及び（２）
を用いてレーザビームの位置を求めることが可能である
。このようなセントロイドに関する情報をＣＰＵ　　１
２２又は取扱者が判断してレーザビームを比較的容易に
再位置付けもしくは位置調整することができる。また、
Ｘ及びＹセントロイドの少数値を求めることも可能であ
る０例えば、位置Ｂ、におけるビームは、単なる例では
あるが、値Ｘ＝−，９、Ｙ＝＋、７５を有し得る。

何れにせよ、ＣＰｔ１　１２２のソフトウェアで比較的
単純なアルゴリズムを用いてセントロイドの情報を得る
ことができ、それにより、レーザビームＢの再位置付け
もしくは位置調整を容易にすることが可能である。更に
別法として、加算及び割り算を行うハードウェア回路を
用いてアナログ電圧の形態で必要な情報を発生し、この
情報を判断してレーザビームの再位置付けに利用するこ
とができる。

尚、このような構成は当該技術分野の専門家には知られ
ているところである。

市販品として入手可能な印刷回路（ｐｃ）板材料は、種
々の形態で本発明の検出器を製造する上で使用するのに
理想的に適している。このような材料としては、種々の
厚さの金属箔、典型的には銅箔及び種々の厚さの基板材
料のものが入手可能であろう。０．０５７ｉｎ（約１．
４４８＋＋＋ｍ）の絶縁基板に結合された０、００３ｉ
ｎ（約０．０７６ｍ５）厚さの前面及び背面熱伝導銅層
を有するＰＣ板材料を用いて直径が約１　ｉｎ　（２，
５４ｃｌｌ＋）の実験用検出器を製造した。しかる後、
前面層に０．０１０ｉｎ（０，２５４１１１ｍ）の銅箔
の上層をろう付けした。本明細書に開示した各種デバイ
スの動作は製造に用いられる材料に厳密に依存するもの
ではなく、また、このようなデバイスの動作も、用いら
れる各種材料の特定の寸法に厳密に依存するものではな
い、従って、本発明の範囲には広範囲の材料及び寸法が
含まれる。

上述の構成において、個々の感熱デバイス２６のための
孔２０は、機械的に安定で種々な形態で入手可・能な印
刷回路（ＰＣ）板材料に直接機械加工することができよ
う、検出器が製造される精度は、主に、ＰＣ板材料の機
械加工もしくは研削に依存する。検出器の幾何学的形態
及び多数の検知要素は、種々の用途の必要性に適合する
ように容易に変更可能である。

第８図に示した回路１１０は、検出器とは別個に収容す
ることができ、第７図に示しである扁平ワイヤケーブル
１０２のようなケーブルにより検出器に接続することが
できる。しかし、本発明の検出器の各種実施例は、部分
的に、上述のＰＣ板材料から形成することができるよう
に企図されているので、回路１１０の総てもしくは一部
分を直接、検出器と一体のＰＣ板材料に取り付けること
が可能である。この構成においては、回路素子は、補償
サーミスタ７２が検出器６０’の伝導層１５に取り付け
られる構成に類似の仕方で背側部１７に取り付けること
ができよう、尚、図示は省略しであるが、回路素子を支
持するための縁部又は枠領域を有する一体の検出器を収
容するのに充分な面積を有するＰＣ板を用いることも可
能である。このような構成は、当該技術分野の専門家に
は容易に理解し得るところであり、本発明の教示に包摂
されるものであると理解されたい。

以上、明らかなように、高出力レーザと共に用いられる
光学系のアラインメントもしくは位置合わせに使用する
のに適している検出器が提案された。この検出器は、レ
ーザビームが入射する際に吸収されるエネルギーによっ
て生ぜしめられる素子のアレイにおける温度上昇を監視
する感熱デバイスである。検出装置は、標準のＰＣ（印
刷回路）板材料及び該ＰＣ板材料に取り付けられている
市販品として入手可能なサーミスタを含め、容易に入手
可能な構成要素を用いて比較的簡単に実現することがで
きる。検出器は、レーザビーム及び該レーザビームのド
リフトを検出するための開口付き検出器を整列するため
、円板形状のデバイスを含め種々な必要性もしくは要件
に適するように広範に亙る各種寸法及び形状で製作する
ことができよう。

以上、本発明をその特定の実施例と関連して説明したが
、本発明においては更に他の変更が可能であることは理
解されるであろう０本発明は、当該技術分野の公知並び
に通常行われている慣行に該当する限りにおいてここに
開示した内容から逸脱する構成を含め、一般に本発明の
原理に従う変形例、使用或は適応例を包含することを意
図するものであると理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１つの様相に従いレーザビームを整
列するのに適した円板型検出器を一部切除して拡大して
簡略に示す前部斜視図、第２図は、第１図に示した検出
器の略背部斜視図、第３図は、本発明の他の様相に従い
所望光路からのレーザビームのドリフトを検知するのに
適しているリング型の検出器を一部切除して示す略前部
斜視図、第４Ａ図〜第４Ｄ図は、レーザビームを捕捉す
るのに適した種々な角度で配置されている壁を有する検
出器の前面の一部分に形成されている類似形層の講を示
す図、第５八図は、本発明の他の実施例による検出器の
頂面図、第５Ｂ図は、第５八図のＶＢ−ＶＢ線に沿う検
出器の拡大部分側断面図、第５Ｃ図は、第５八図及び第
５Ｂ図に示した検出器の底面図、第６図は、第５八図〜
第５Ｃ図に示した検出器の変形例の部分断面図、第７図
は、検出器及び該検出器のハウジングの展開斜視図、第
８図は、第７図の検出器の出力を検知するための電気回
路例を簡略に示す回路図、第９図は、検出器の中心に対
するレーザビームの位置を記述するための座標系の一例
を示す図である。 Ｂ・・・レーザビーム Ａ−Ａ’・・・レーザビームの所望ビーム路Ｓ、６２ｉ
、６２　ｏ−・セクタ １０．４０．６０．６０′・・・検出器２６・・・感熱
手段（感熱デバイス） ７２・・・感熱手段（周囲温度補償サーミスタ）出願人
　　ウェスチングハウス・エレクＦＩＧ、　４Ａ　　　
ＬＢｉ ＦＩＧ、　５Ｃ ＩＶコ　　Ｉ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザビームの所望ビーム路に対する該レーザビームの
   位置を検知するための検出器であって、入射するレーザ
   エネルギーを吸収して、該レーザエネルギーの一部分を
   熱に変換すべく、前記検出器の中心に対し対称的に配設
   された、複数の熱的に分離されたセクタと、 前記セクタの各々に入射して吸収されたレーザエネルギ
   ーの熱を検知するために、各セクタと熱的接触関係で各
   セクタ毎に設けられた複数の感熱手段であって、該感熱
   手段の各々は、その対応のセクタに入射するレーザエネ
   ルギーの量を表す応答信号を発生し、各セクタに入射す
   るレーザエネルギーの量に対する前記感熱手段の応答信
   号の相対的な差で、前記所望ビーム路に対するレーザビ
   ームの相対的不整列を表す、前記感熱手段と、を備える
   レーザビームの位置検出器。