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ビームポジション測定の原理-1
入射ビームの位置を検知し記録するビームポジション検出ディテクター（PSD ）は、光源の解析、
産業分野の機械のアライメント、またレーザーを使用する際のターゲットとして用いられています。
光軸に直交するX- Y 軸に対するビームの重心位置を検知するディテクタには、
4 分円ディテクタ、2 軸ラテラルエフェクトディテクタ、そしてカメラベースのディテクタ
（CCD またはCMOS ）の3 種類があります。
4 分円およびラテラルエフェクトディテクタの場合、大口径のシリコンセンサーに4 つの電極が繋がれ、
X- Y 軸上の位置を得るために光吸収により発生した電流を適切な演算方法で処理します。
カメラベースのシステムでは、各々のピクセルでの光強度を測定することによりビーム位置を得ています。
4 分円とラテラルエフェクトディテクタについては、次の項目で詳細に述べていきます。
カメラベースのディテクタについては、1/2 インチのCCD または1/3 インチのCMOSをご用意しています。
4 分円ディテクタ
4 分円ディテクタは、表面に10 μm 幅の直交する隙間を持つシリコンの均質なディスクです。
従って、センサー面には4 つの独立した感度の等しいフォトディテクタが備わっている事になります。
センサー上で交差する2 本の隙間は時間的、温度的に変化しないため、ディテクタの中心は正確に認識されています。
対称形のレーザーがディテクタの中心に位置決めされた場合、4 つの領域からは各々等しい電流が発生します。
ディテクタの中心からビームが移動した場合、4 つの領域からの電流は変化し、
X- Y 軸上における中心からの距離が算出されます。
図11 は、4 分円とラテラルエフェクトディテクタの構造を示しています。
図11 4 分円とラテラルエフェクトディテクタの構造
X- Y 軸上のビーム位置は、以下の式により表されます。
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（式15 ） |
ここでa 、b 、c 、d は4 つの領域から各々発生する電流の値です。
4 分円ディテクタを使用する場合には、ビームの移動に関する2 つの制約があります。
第一に、X- Y 軸上のデータを得るためにはビームの一部が常に4 つの領域に入射されている必要がある点です。
第二に、ビームの移動量が小さな範囲に限られるという点です。
図12 は、φ8 mm の有効径を持つ4 分円ディテクタにおけるビーム径と位置測定範囲との関係を示しています。
図12 4 分円ディテクタにおけるビーム径に対する位置測定の
ほとんどのレーザービームは円形でガウシアン強度分布であるため、
フォト電流はビーム半径の10 ％程度の移動については非線形となります。
X- Y 座標の絶対値は、図12 に示す測定範囲のリミットよりも大きなビームの移動量に関しては、
信頼性が低くなります。
4 分円ディテクタはこれら2 つの制約のため、ビームが光軸に対してアライメントされていなければならないシステムに有用です。
特に、長時間にわたって微小な変動をモニタする必要がある場合に威力を発揮します。
フィードバックシステムにおいては、4 分円センサーからの移動量の情報はレーザービームの再調整に用いられています。
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