JP2018169196A - Measurement device, printer, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測装置、プリンター、および電子機器に関する。 The present invention relates to a measurement device, a printer, and an electronic device.
レーザー光を用いて測定対象との距離や、測定対象の速度を非接触で測定する計測装置として、自己結合効果を用いたものが知られている。自己結合効果とは、光源から測定対象に照射されたレーザー光が散乱して光源に戻ってきた戻り光と光源の出力光との干渉により光源の出力が増減する現象である。 2. Description of the Related Art As a measuring device that measures the distance to a measurement target and the speed of the measurement target using laser light in a non-contact manner, a device using a self-coupling effect is known. The self-coupling effect is a phenomenon in which the output of the light source increases or decreases due to the interference between the return light returned from the light source scattered by the laser light irradiated to the measurement target from the light source and the output light of the light source.
例えば、特許文献1には、光源として、測定対象に第1のレーザー光を放射する第1の半導体レーザーと、測定対象に第1のレーザー光と平行に第2のレーザー光を放射する第2の半導体レーザーと、を備えた計測装置が開示されている。 For example, in Patent Document 1, as a light source, a first semiconductor laser that emits a first laser beam to a measurement target and a second laser beam that emits a second laser beam to the measurement target in parallel with the first laser beam are disclosed. A semiconductor laser is disclosed.
ここで、半導体レーザーのデバイス特性は、使用環境や経時変化により変動する。また、半導体レーザーのデバイス特性は、製造工程に起因するばらつき(製造ばらつき)などで異なる場合がある。 Here, the device characteristics of the semiconductor laser vary depending on the use environment and changes with time. In addition, the device characteristics of the semiconductor laser may differ due to variations (manufacturing variations) caused by the manufacturing process.
特許文献1の計測装置において、光源として用いられる第1の半導体レーザーと第2の半導体レーザーとのデバイス特性の差が大きい場合、自己結合効果による信号から距離や速度を求める際に誤差が含まれることとなり、高い精度で測定を行うことができない。 In the measurement apparatus of Patent Document 1, when the difference in device characteristics between the first semiconductor laser and the second semiconductor laser used as the light source is large, an error is included in obtaining the distance and speed from the signal due to the self-coupling effect. As a result, measurement cannot be performed with high accuracy.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、精度の高い測定が可能な計測装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記計測装置を含むプリンターおよび電子機器を提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a measuring apparatus capable of measuring with high accuracy. Another object of some aspects of the present invention is to provide a printer and an electronic apparatus including the measuring device.
本発明に係る計測装置は、
測定対象に照射される第1レーザー光を射出する第1半導体レーザーと、
前記測定対象に照射される第2レーザー光を射出する第2半導体レーザーと、
前記第1レーザー光の波長が連続的に単調増加する期間と、前記第1レーザー光の波長が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在するように、前記第1半導体レーザーを動作させる第1駆動部と、
前記第2レーザー光の波長の変動の位相と前記第1レーザー光の波長の変動の位相とが、逆位相となるように、前記第2半導体レーザーを動作させる第2駆動部と、
前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光と、前記第1レーザー光の前記測定対象からの戻り光と、による自己結合効果によって生じる干渉光に応じた第1ビート信号を含む第1信号を出力する第1検出部と、
前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光と、前記第2レーザー光の前記測定対象からの戻り光と、による自己結合効果によって生じる干渉光に応じた第2ビート信号を含む第2信号を出力する第2検出部と、
前記第1信号および前記第2信号に基づいて、前記測定対象との距離および前記測定対
象の速度の少なくとも一方を求める演算部と、
を含み、
前記第1半導体レーザーおよび前記第2半導体レーザーは、同一基板に設けられている。
The measuring device according to the present invention is
A first semiconductor laser that emits a first laser beam irradiated to a measurement object;
A second semiconductor laser that emits a second laser beam applied to the measurement object;
The first semiconductor laser is operated such that a period in which the wavelength of the first laser light continuously increases monotonously and a period in which the wavelength of the first laser light continuously decreases monotonously exists. One drive unit;
A second driving unit that operates the second semiconductor laser such that the phase of fluctuation of the wavelength of the second laser light and the phase of fluctuation of the wavelength of the first laser light are opposite to each other;
A first beat signal corresponding to interference light generated by a self-coupling effect caused by the first laser light emitted from the first semiconductor laser and the return light of the first laser light from the measurement target; A first detector for outputting a signal;
A second beat signal corresponding to interference light generated by a self-coupling effect caused by the second laser light emitted from the second semiconductor laser and the return light of the second laser light from the measurement target; A second detector for outputting a signal;
A calculation unit that obtains at least one of a distance to the measurement object and a speed of the measurement object based on the first signal and the second signal;
Including
The first semiconductor laser and the second semiconductor laser are provided on the same substrate.
このような計測装置では、第1半導体レーザーと第2半導体レーザーのデバイス特性の差を小さくすることができる。そのため、このような計測装置では、高い精度で測定を行うことができる。 In such a measuring apparatus, the difference in device characteristics between the first semiconductor laser and the second semiconductor laser can be reduced. Therefore, such a measuring apparatus can perform measurement with high accuracy.
本発明に係る計測装置において、
前記第1検出部は、第1フォトダイオードを有し、
前記第2検出部は、第2フォトダイオードを有し、
前記第1半導体レーザー、前記第2半導体レーザー、前記第1フォトダイオード、および前記第2フォトダイオードは、同一基板に設けられてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The first detection unit includes a first photodiode,
The second detection unit includes a second photodiode,
The first semiconductor laser, the second semiconductor laser, the first photodiode, and the second photodiode may be provided on the same substrate.
このような計測装置では、装置の小型化を図ることができる。 In such a measuring apparatus, the apparatus can be reduced in size.
本発明に係る計測装置において、
前記第1検出部および前記第2検出部は、共通のフォトダイオードを有し、
前記第1半導体レーザー、前記第2半導体レーザー、および前記共通のフォトダイオードは、同一基板に設けられてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The first detection unit and the second detection unit have a common photodiode,
The first semiconductor laser, the second semiconductor laser, and the common photodiode may be provided on the same substrate.
このような計測装置では、装置の構成を簡略化できる。さらに、このような計測装置では、装置の小型化を図ることができる。 In such a measuring device, the configuration of the device can be simplified. Furthermore, in such a measuring apparatus, the apparatus can be reduced in size.
本発明に係る計測装置において、
前記第1レーザー光および前記第2レーザー光が入射する集光レンズを含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
A condensing lens on which the first laser light and the second laser light are incident may be included.
このような計測装置では、第1レーザー光および第2レーザー光が入射する集光レンズを有しているため、第1半導体レーザーおよび第2半導体レーザーに対してそれぞれ集光レンズを設ける場合と比べて、集光レンズの口径を大きくすることができる。したがって、測定対象で散乱されたレーザー光を効率よく捕捉でき、第1半導体レーザーに入射する戻り光の光量および第2半導体レーザーに入射する戻り光の光量を増やすことができる。 Since such a measuring apparatus has a condensing lens on which the first laser light and the second laser light are incident, compared with a case where a condensing lens is provided for each of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser. Thus, the aperture of the condenser lens can be increased. Therefore, the laser light scattered by the measurement target can be efficiently captured, and the amount of return light incident on the first semiconductor laser and the amount of return light incident on the second semiconductor laser can be increased.
本発明に係る計測装置において、
前記第1レーザー光の主光線に沿った、前記第1半導体レーザーと前記測定対象との間の距離と、前記第2レーザー光の主光線に沿った、前記第2半導体レーザーと前記測定対象との間の距離とは、等しくてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
A distance between the first semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the first laser light; and the second semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the second laser light. The distance between may be equal.
このような計測装置では、測定対象との距離や測定対象の速度を求めるための処理を容易化できる。 In such a measuring apparatus, the process for obtaining the distance to the measurement object and the speed of the measurement object can be facilitated.
本発明に係る計測装置において、
前記第1レーザー光の主光線に沿った、前記第1半導体レーザーと前記測定対象との間の距離と、前記第2レーザー光の主光線に沿った、前記第2半導体レーザーと前記測定対象との間の距離とは、異なっていてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
A distance between the first semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the first laser light; and the second semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the second laser light. The distance between may be different.
このような計測装置では、第1レーザー光の主光線に沿った、第1半導体レーザーと測定対象との間の距離と、第2レーザー光の主光線に沿った、第2半導体レーザーと測定対
象との間の距離とが等しい場合と比べて、集光レンズに対する第1半導体レーザーおよび第2半導体レーザーの配置の自由度が高い。
In such a measuring apparatus, the distance between the first semiconductor laser and the measurement target along the chief ray of the first laser beam, and the second semiconductor laser and the measurement target along the chief ray of the second laser beam. The degree of freedom of arrangement of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser with respect to the condensing lens is higher than that in the case where the distance between them is equal.
本発明に係る計測装置において、
前記第1半導体レーザーと前記集光レンズとの間の前記第1レーザー光の光路上と、前記第2半導体レーザーと前記集光レンズとの間の前記第2レーザー光の光路上と、に跨がるように配置されたビームスプリッターを含み、
前記ビームスプリッターは、前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光の一部を前記第1検出部に向けて反射させ、前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光の一部を前記第2検出部に向けて反射させてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
It straddles the optical path of the first laser light between the first semiconductor laser and the condenser lens and the optical path of the second laser light between the second semiconductor laser and the condenser lens. Including a beam splitter arranged to
The beam splitter reflects a part of the first laser beam emitted from the first semiconductor laser toward the first detection unit, and outputs a part of the second laser beam emitted from the second semiconductor laser. The part may be reflected toward the second detection part.
このようは計測装置では、測定対象に第1レーザー光を照射しつつ第1レーザー光を第1検出部に入射させることができ、かつ、測定対象に第2レーザー光を照射しつつ第2レーザー光を第2検出部に入射させることができる。 In this manner, in the measurement apparatus, the first laser beam can be incident on the first detection unit while irradiating the measurement target with the first laser beam, and the second laser is irradiated while the measurement target is irradiated with the second laser beam. Light can be incident on the second detector.
本発明に係る計測装置において、
前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光が入射する第1集光レンズと、
前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光が入射する第2集光レンズと、
を含んでいてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
A first condenser lens on which the first laser beam emitted from the first semiconductor laser is incident;
A second condenser lens on which the second laser light emitted from the second semiconductor laser is incident;
May be included.
このような計測装置では、高い精度で測定を行うことができる。 Such a measuring apparatus can perform measurement with high accuracy.
本発明に係る計測装置において、
前記第1半導体レーザーと前記第1集光レンズとの間の前記第1レーザー光の光路上と、前記第2半導体レーザーと前記第2集光レンズとの間の前記第2レーザー光の光路上と、に跨がるように配置されたビームスプリッターを含み、
前記ビームスプリッターは、前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光の一部を前記第1検出部に向けて反射させ、前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光の一部を前記第2検出部に向けて反射させてもよい。
In the measuring device according to the present invention,
On the optical path of the first laser light between the first semiconductor laser and the first condensing lens, and on the optical path of the second laser light between the second semiconductor laser and the second condensing lens And a beam splitter arranged to straddle,
The beam splitter reflects a part of the first laser beam emitted from the first semiconductor laser toward the first detection unit, and outputs a part of the second laser beam emitted from the second semiconductor laser. The part may be reflected toward the second detection part.
このようは計測装置では、測定対象に第1レーザー光を照射しつつ第1レーザー光を第1検出部に入射させることができ、かつ、測定対象に第2レーザー光を照射しつつ第2レーザー光を第2検出部に入射させることができる。 In this manner, in the measurement apparatus, the first laser beam can be incident on the first detection unit while irradiating the measurement target with the first laser beam, and the second laser is irradiated while the measurement target is irradiated with the second laser beam. Light can be incident on the second detector.
本発明に係る計測装置において、
前記第1半導体レーザーおよび前記第2半導体レーザーは、面発光レーザーであってもよい。
In the measuring device according to the present invention,
The first semiconductor laser and the second semiconductor laser may be surface emitting lasers.
このような計測装置では、装置の小型化を図りつつ、自己結合効果を生じさせることができる。 In such a measuring device, it is possible to produce a self-coupling effect while reducing the size of the device.
本発明に係るプリンターは、
上記のいずれかの計測装置を含む。
The printer according to the present invention is
Any one of the measurement devices described above is included.
このようなプリンターでは、精度の高い測定が可能な計測装置を含むことができる。 Such a printer can include a measuring device capable of measuring with high accuracy.
本発明に係る電子機器は、
上記のいずれかの計測装置を含む。
The electronic device according to the present invention is
Any one of the measurement devices described above is included.
このような電子機器では、精度の高い測定が可能な計測装置を含むことができる。 Such an electronic device can include a measuring device capable of performing highly accurate measurement.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1. 第1実施形態
1.1. 計測装置の構成
まず、第1実施形態に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る計測装置100の構成を示す図である。
1. 1. First embodiment 1.1. Configuration of Measuring Device First, the measuring device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
計測装置100は、半導体レーザーの自己結合効果を用いて、測定対象Oとの距離Dを測定する距離計として機能する。また、計測装置100は、半導体レーザーの自己結合効果を用いて、測定対象Oの速度を求める速度計としても機能する。なお、計測装置100で測定される測定対象Oの速度は、距離Dが一定の場合の測定対象Oの速度である。計測装置100を用いることで、測定対象Oとの距離Dおよび測定対象Oの速度の少なくとも一方を測定することができる。
The measuring
測定対象Oとしては、レーザー光を反射し得るものであれば特に限定されず、気体、液体、固体のいずれであってもよい。 The measuring object O is not particularly limited as long as it can reflect laser light, and may be any of gas, liquid, and solid.
計測装置100は、図1に示すように、第1半導体レーザー12と、第2半導体レーザー22と、ビームスプリッター30と、第1検出部40と、第2検出部50と、第1駆動
部60と、第2駆動部70と、演算部80と、を含む。計測装置100は、さらに、集光レンズ2を含む。
As shown in FIG. 1, the
第1半導体レーザー12は、面発光レーザーである。第1半導体レーザー12は、例えば、垂直共振器面発光レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser、VCSEL)である。垂直共振器面発光レーザーは、モードホップが起こりづらいため、計測装置100の光源として好ましい。
The
第2半導体レーザー22は、面発光レーザーである。第2半導体レーザー22は、例えば、垂直共振器面発光レーザーである。
The
第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22は、同一基板(基板101)に設けられている。第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22は、例えば、第1半導体レーザー12と測定対象Oとの間の距離(最短距離)と第2半導体レーザー22と測定対象Oとの間の距離(最短距離)とが等しくなるように構成されている。測定対象Oとの距離Dは、第1半導体レーザー12(または第2半導体レーザー22)と、測定対象Oと、の間の距離(最短距離)である。
The
集光レンズ2には、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1および第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2が入射する。すなわち、集光レンズ2は、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22に共通の集光レンズである。
The first laser light L1 emitted from the
集光レンズ2は、第1レーザー光L1および第2レーザー光L2を測定対象Oに集光する。集光レンズ2は、第1レーザー光L1と第2レーザー光L2とを、測定対象Oの互いに異なる位置に集光させる。ここで、光を集光するとは、光を1か所または一方向に集めることをいう。
The condensing
第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22は、集光レンズ2の光軸OA外に配置されている。第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22は、例えば、光軸OAに直交する同一面内に配置されている。第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22は、当該面内において光軸OAに関して対称な位置に配置されている。集光レンズ2から射出される第1レーザー光L1の進行方向および集光レンズ2から射出される第2レーザー光L2の進行方向は、平行ではない。
The
第1レーザー光L1の主光線M1および第2レーザー光L2の主光線M2は、交差している。第1レーザー光L1の主光線M1と第2レーザー光L2の主光線M2とは、集光レンズ2の光軸OAに関して対称である。第1レーザー光L1の主光線M1および第2レーザー光L2の主光線M2は、測定対象Oに対して傾いている。測定対象Oに対する第1レーザー光L1の主光線M1の傾き角の大きさと、測定対象Oに対する第2レーザー光L2の主光線M2の傾き角の大きさとは、等しい。第1レーザー光L1の主光線M1に沿った第1半導体レーザー12と測定対象Oとの間の距離D1と、第2レーザー光L2の主光線M2に沿った第2半導体レーザー22と測定対象Oとの間の距離D2とは、等しい。なお、主光線とは、光軸OA外の点から出て光学系の絞りの中心(集光レンズ2の中心)を通る光線である。
The principal ray M1 of the first laser beam L1 and the principal ray M2 of the second laser beam L2 intersect each other. The principal ray M1 of the first laser light L1 and the principal ray M2 of the second laser light L2 are symmetric with respect to the optical axis OA of the
集光レンズ2は、測定対象Oで散乱された第1レーザー光L1の一部を捕捉して、第1戻り光R1として第1半導体レーザー12に入射させる。集光レンズ2は、同様に、測定対象Oで散乱された第2レーザー光L2の一部を捕捉して、第2戻り光R2として第2半導体レーザー22に入射させる。
The condensing
第1半導体レーザー12内では、第1レーザー光L1と第1戻り光R1とが干渉し、第1レーザー光L1の出力が増減する現象が生じる。この現象を「自己結合効果」と呼ぶ。同様に、第2半導体レーザー22内では、第2レーザー光L2と第2戻り光R2とが干渉し、第2レーザー光L2の出力が増減する現象(自己結合効果)が生じる。
In the
第1駆動部60は、第1半導体レーザー12を動作させる。第1駆動部60は、第1半導体レーザー12を動作させるための駆動信号を出力する。駆動信号は、第1半導体レーザー12に供給される駆動電流である。
The
第1駆動部60は、第1レーザー光L1の波長が連続的に単調増加する期間と、第1レーザー光L1の波長が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在するように、第1半導体レーザー12を動作させる。第1駆動部60は、例えば、波長が単調増加する期間では、波長が時間に関して一定の変化率で増加するように第1半導体レーザー12を動作させる。また、第1駆動部60は、波長が単調減少する期間では、波長が時間に関して一定の変化率で減少するように第1半導体レーザー12を動作させる。第1レーザー光L1の波長が連続的に単調増加する期間の長さと第1レーザー光L1の波長が連続的に単調減少する期間の長さは、等しい。
The
第2駆動部70は、第2半導体レーザー22を動作させる。第2駆動部70は、第2半導体レーザー22を動作させるための駆動信号(駆動電流)を出力する。
The
第2駆動部70は、第2レーザー光L2の波長が連続的に単調増加する期間と、第2レーザー光L2の波長が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在するように、第2半導体レーザー22を動作させる。第2レーザー光L2の波長が連続的に単調増加する期間の長さと第2レーザー光L2の波長が連続的に単調減少する期間の長さは、等しい。第2駆動部70は、第2レーザー光L2の波長の変動の位相と第1レーザー光L1の波長の変動の位相とが、逆位相となるように第2半導体レーザー22を動作させる。すなわち、第2駆動部70は、第2レーザー光L2の波長が連続的に単調増加する期間と、第2レーザー光L2の波長が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在し、かつ、この変動の位相が第1レーザー光L1の波長の変動と逆位相となるように、第2半導体レーザー22を動作させる。
The
ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22と、集光レンズ2と、の間に配置されている。より具体的には、ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12と集光レンズ2との間の第1レーザー光L1の光路上、および第2半導体レーザー22と集光レンズ2との間の第2レーザー光L2の光路上に跨がるように配置されている。なお、2つのビームスプリッターを準備して、第1レーザー光L1の光路上および第2レーザー光L2の光路上にそれぞれビームスプリッターを配置してもよい。
The
ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1の一部を第1検出部40に向けて反射させる。また、ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1の残りを透過させる。同様に、ビームスプリッター30は、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2の一部を第2検出部50に向けて反射させる。また、ビームスプリッター30は、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2の残りを透過させる。
The
第1検出部40は、第1フォトダイオード42を含んで構成されている。第1検出部40は、ビームスプリッター30からの第1レーザー光L1を受光し、その受光強度に応じ
た電流信号を出力する。したがって、第1検出部40は、第1レーザー光L1と第1戻り光R1とによる自己結合効果によって生じる干渉光(すなわち第1レーザー光L1と第1戻り光R1との干渉により強度が増減するビート光である第1レーザー光L1)に応じた波形(第1ビート信号)を含む電流信号(第1信号)を出力する。第1信号の波形は、第1半導体レーザー12の駆動電流(駆動信号)と同様な波形と、自己結合効果による第1ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。
The first detection unit 40 is configured to include a
第2検出部50は、第2フォトダイオード52を含んで構成されている。第2検出部50は、ビームスプリッター30からの第2レーザー光L2を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する。したがって、第2検出部50は、第2レーザー光L2と第2戻り光R2とによる自己結合効果によって生じる干渉光(すなわち第2レーザー光L2と第2戻り光R2との干渉により強度が増減するビート光である第2レーザー光L2)に応じた波形(第2ビート信号)を含む電流信号(第2信号)を出力する。第2信号の波形は、第2半導体レーザー22の駆動電流(駆動信号)と同様な波形と、自己結合効果による第2ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。
The second detection unit 50 includes a
演算部80は、電流電圧変換回路82a,82bと、フィルター回路84a,84bと、計数回路86a,86bと、演算装置88と、を有している。
The
電流電圧変換回路82aは、第1検出部40から出力された電流信号を電圧信号に変換する。これにより、自己結合効果による第1ビート信号を含む電圧信号を得ることができる。この電圧信号は、第1半導体レーザー12の駆動電流と同様な波形と、第1ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。
The current-
フィルター回路84aは、電流電圧変換回路82aから出力された電圧信号から、第1半導体レーザー12の駆動電流と同様な波形成分を除去する。これにより、第1ビート信号を取り出すことができる。
The
計数回路86aは、第1ビート信号のピーク(波)の数を計数する。
The
電流電圧変換回路82bは、第2検出部50から出力された電流信号を電圧信号に変換する。これにより、自己結合効果による第2ビート信号を含む電圧信号を得ることができる。この電圧信号は、第2半導体レーザー22の駆動電流と同様な波形と、第2ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。
The current-
フィルター回路84bは、電流電圧変換回路82bから出力された電圧信号から、第2半導体レーザー22の駆動電流と同様な波形成分を除去する。これにより、第2ビート信号を取り出すことができる。
The
計数回路86bは、第2ビート信号のピーク(波)の数を計数する。
The
演算装置88は、計数回路86aでの計数結果、および計数回路86bでの計数結果に基づいて、距離D1(または距離D2、ただし距離D1=距離D2)を算出し、測定対象Oとの距離Dおよび測定対象Oの速度を算出する。演算装置88は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等により構成され、記憶装置(図示せず)に記憶されている各種プログラムに従って、演算処理を行う。
The
1.2. 計測装置の測定原理
次に、計測装置100の測定原理について説明する。図2は、自己結合効果を説明する
ための図である。
1.2. Next, the measurement principle of the
第1レーザー光L1が測定対象Oで散乱されて第1半導体レーザー12に戻ってきた第1戻り光R1と第1半導体レーザー12の出力光との干渉により第1レーザー光L1の出力が増減する(自己結合効果)。
The output of the first laser light L1 increases or decreases due to the interference between the first return light R1 scattered by the measurement object O and returned to the
第1半導体レーザー12では、駆動電流を増やすことにより温度が高くなり共振器長が伸びるため、波長が大きくなる。この現象を利用して、第1半導体レーザー12の駆動電流の波形を三角波として、第1レーザー光L1の波長を周期的に変化させる。
In the
図3は、第1半導体レーザー12の駆動電流を示すグラフである。図3に示すように、第1半導体レーザー12の駆動電流は、電流が連続的に単調増加する期間と、電流が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在する。電流が単調増加する期間では、電流が時間に関して一定の変化率で増加する。電流が単調減少する期間では、電流が時間に関して一定の変化率で減少する。電流が連続的に単調増加する期間の長さと、電流が連続的に単調減少する期間の長さとは等しい。第1半導体レーザー12の駆動電流は、例えば三角波である。
FIG. 3 is a graph showing the drive current of the
第1半導体レーザー12の駆動電流と第1レーザー光L1の波長との関係が線形である領域において第1半導体レーザー12を動作させる場合、第1レーザー光L1の波長の時間変化の波形は、駆動電流と同様の波形となる。
When the
図4は、第1レーザー光L1の波長の時間変化を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the time change of the wavelength of the first laser beam L1.
第1レーザー光L1の波長の変動は、図3に示す駆動電流の波形と同様に、波長が連続的に単調増加する期間T1と、波長が連続的に単調減少する期間T2と、が繰り返し存在する三角波となる。 Similar to the waveform of the drive current shown in FIG. 3, the fluctuation of the wavelength of the first laser beam L1 has a period T1 in which the wavelength continuously increases monotonously and a period T2 in which the wavelength continuously decreases monotonously. It becomes a triangular wave.
第1レーザー光L1の波長を変動させると、共振条件を満たした場合に、自己結合効果により第1レーザー光L1の出力が増加する。したがって、図4に示すように第1レーザー光L1の波長の変動の波形を三角波とすると、第1レーザー光L1の出力(強度)が周期的に変化する。そのため、第1検出部40の出力信号には、共振によるレーザー光の出力の微小な増減であるビート信号(第1ビート信号)が現れる。 When the wavelength of the first laser beam L1 is varied, the output of the first laser beam L1 increases due to the self-coupling effect when the resonance condition is satisfied. Therefore, if the waveform of the wavelength variation of the first laser beam L1 is a triangular wave as shown in FIG. 4, the output (intensity) of the first laser beam L1 changes periodically. Therefore, a beat signal (first beat signal) that is a minute increase / decrease in the output of the laser beam due to resonance appears in the output signal of the first detection unit 40.
図5は、第1検出部40(第1フォトダイオード42)の出力信号を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing an output signal of the first detection unit 40 (first photodiode 42).
第1検出部40の出力信号は、図5に示すように、第1半導体レーザー12の駆動電流と同様な波形と、第1ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。
As shown in FIG. 5, the output signal of the first detection unit 40 has a waveform in which the waveform similar to the drive current of the
図6は、第1ビート信号を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the first beat signal.
第1ビート信号のピーク(自己結合信号)は、上述したように、共振条件を満たした場合の自己結合効果による第1レーザー光L1の出力の増加により生じる。そのため、第1ビート信号のピーク(自己結合信号)の数は、共振条件を満たした波長の数に対応し、距離D1が大きいほどその数が増加する。したがって、第1ビート信号のピークの数から距離D1の測定が可能となる。 As described above, the peak of the first beat signal (self-coupled signal) occurs due to an increase in the output of the first laser beam L1 due to the self-coupling effect when the resonance condition is satisfied. Therefore, the number of peaks (self-coupled signal) of the first beat signal corresponds to the number of wavelengths that satisfy the resonance condition, and the number increases as the distance D1 increases. Therefore, the distance D1 can be measured from the number of peaks of the first beat signal.
ここで、距離D1を一定とし、第1レーザー光L1と第1戻り光R1との干渉が共振条件を満たすときの第1レーザー光L1の波長を波長λ1および波長λ2とし(図2参照)
、波長λ1から波長λ2へ時間間隔Δtで変化させたときの、ある時刻(瞬間)の第1レーザー光L1の自己結合周波数(ビート周波数)fcは、次式(1)で表される。
Here, the distance D1 is constant, the first laser beam L1 to the wavelength of the first laser beam L1 when interference satisfies the resonance condition of the first return beam R1 to the wavelength lambda 1 and wavelength lambda 2 (see FIG. 2 )
, When the wavelength lambda 1 is changed by the wavelength lambda 2 to the time interval Delta] t, the self-coupling frequency (beat frequency) fc of the first laser beam L1 at a certain time (moment) is represented by the following formula (1) .
fc=4×D1×((1/λ1)−(1/λ2))/Δt・・・(1)
なお、自己結合周波数fcは、ビート信号の周波数である。
fc = 4 × D1 × ((1 / λ 1 ) − (1 / λ 2 )) / Δt (1)
The self-coupling frequency fc is the frequency of the beat signal.
第1半導体レーザー12の駆動電流と発振波長(第1レーザー光L1の波長)との関係を事前に測定してテーブル等を作成しておくことで、時間間隔Δtにおける波長λ1および波長λ2を求めることができる。そのため、自己結合周波数fcを測定することで、上記式(1)から距離D1を算出することができる。
By measuring the relationship between the drive current of the
図7は、自己結合周波数の時間変化を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the time change of the self-coupling frequency.
第1半導体レーザー12を、図3に示す三角波の駆動電流で動作させた場合、自己結合周波数fcは、駆動電流の波形(三角波)にあわせて、わずかに変動する(ゆらぐ)。第1半導体レーザー12の発振波長が駆動電流に対して線形に変化する場合でも、波長λ1の逆数1/λ1(波長λ2の逆数1/λ2)は線形に変化しないため、自己結合周波数fcには駆動電流(発振波長)の時間変化に応じた揺らぎが生じる。自己結合周波数fcがゆらぐと、距離D1の測定精度が悪化してしまう。
When the
このような問題に対して、計測装置100では、第2半導体レーザー22から射出される第2レーザー光L2の波長の変動の位相と、第1レーザー光L1の波長の変動の位相と、が逆位相となるように、第2半導体レーザー22を動作させる。
With respect to such a problem, in the
図8は、第1半導体レーザー12の駆動電流I1と、第2半導体レーザー22の駆動電流I2と、を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the drive current I1 of the
図8に示すように、第2半導体レーザー22の駆動電流I2は、第1半導体レーザー12の駆動電流I1と逆位相とする。これにより、第2レーザー光L2の波長の変動は、第1レーザー光L1の波長の変動と逆位相となる。
As shown in FIG. 8, the drive current I2 of the
図9は、第1レーザー光L1を検出して得られた自己結合周波数f1、第2レーザー光L2を検出して得られた自己結合周波数f2、およびその平均値faを示すグラフである。 FIG. 9 is a graph showing the self-coupling frequency f1 obtained by detecting the first laser light L1, the self-coupling frequency f2 obtained by detecting the second laser light L2, and the average value fa.
図9に示すように、自己結合周波数f2の揺らぎと自己結合周波数f1の揺らぎとは、逆位相となる。そのため、自己結合周波数f2と自己結合周波数f1との平均値fa(=(f1+f2)/2)を計算することで、この揺らぎが低減される。したがって、より精度の高い自己結合周波数が得られる。また、平均値faはどの瞬間でもばらつきが小さいため、任意の時間に測定を行うことが可能となる。 As shown in FIG. 9, the fluctuation of the self-coupling frequency f2 and the fluctuation of the self-coupling frequency f1 are in opposite phases. Therefore, this fluctuation is reduced by calculating the average value fa (= (f1 + f2) / 2) of the self-coupling frequency f2 and the self-coupling frequency f1. Therefore, a more accurate self-coupling frequency can be obtained. In addition, since the average value fa has a small variation at any moment, measurement can be performed at an arbitrary time.
このようにして得られた自己結合周波数から上記式(1)を用いて、距離D1(または距離D2)を計算することができる。そして、距離D1(または距離D2)から、測定対象Oとの距離Dを算出することができる。 The distance D1 (or distance D2) can be calculated from the self-coupling frequency obtained in this manner using the above equation (1). And the distance D with the measuring object O is computable from the distance D1 (or distance D2).
ここで、測定対象Oが動いている場合(ただし距離Dは一定)、測定対象Oからの戻り光の周波数は、ドップラー効果により僅かに変化する(ドップラーシフト)。ドップラーシフトによる周波数の変化は、測定対象Oの速度に比例する。そのため、測定対象Oが静止しているときの自己結合周波数と測定対象Oが動いているときの自己結合周波数との差
を求めることで、測定対象Oの速度を算出することができる。
Here, when the measuring object O is moving (however, the distance D is constant), the frequency of the return light from the measuring object O slightly changes (Doppler shift) due to the Doppler effect. The change in frequency due to the Doppler shift is proportional to the velocity of the measuring object O. Therefore, the speed of the measuring object O can be calculated by obtaining the difference between the self-coupling frequency when the measuring object O is stationary and the self-coupling frequency when the measuring object O is moving.
1.3. 計測装置の動作
次に、計測装置100の動作について説明する。
1.3. Operation of Measuring Device Next, the operation of the measuring
第1駆動部60は、図8に示す駆動電流I1を第1半導体レーザー12に供給して、第1レーザー光L1の波長が連続的に単調増加する期間と、第1レーザー光L1の波長が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在するように、第1半導体レーザー12を動作させる。
The
第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1は、集光レンズ2で集光されて測定対象Oに照射され、測定対象Oで散乱される。散乱された第1レーザー光L1の一部は、第1戻り光R1として、集光レンズ2を介して第1半導体レーザー12に入射する。第1半導体レーザー12内において、第1戻り光R1と第1レーザー光L1とが干渉し、第1レーザー光L1の出力が増減する。第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1の一部は、ビームスプリッター30によって反射されて第1検出部40に入射する。
The first laser light L1 emitted from the
第1検出部40は、第1レーザー光L1を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する(図5参照)。第1検出部40の出力信号は、第1半導体レーザー12の駆動電流と同様な波形と、第1ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。
The first detection unit 40 receives the first laser light L1 and outputs a current signal corresponding to the received light intensity (see FIG. 5). The output signal of the first detection unit 40 has a waveform in which a waveform similar to the drive current of the
第1検出部40から出力された電流信号は、電流電圧変換回路82aで電圧信号に変換される。フィルター回路84aにより、電流電圧変換回路82aから出力された電圧信号から第1半導体レーザー12の駆動電流と同様な波形成分を除去される。これにより、第1ビート信号が得られる(図6参照)。計数回路86aは、時間間隔Δtで、第1ビート信号のピーク(自己結合信号)の数を数える。
The current signal output from the first detection unit 40 is converted into a voltage signal by the current-
第2駆動部70は、図8に示す駆動電流I2を第2半導体レーザー22に供給して、第2レーザー光L2の波長の変動の位相と第1レーザー光L1の波長の変動の位相とが逆位相となるように、第2半導体レーザー22を動作させる。
The
第2検出部50、電流電圧変換回路82b、フィルター回路84b、および計数回路86bの処理は、それぞれ上述した第1検出部40、電流電圧変換回路82a、フィルター回路84a、および計数回路86aの処理と同様に行われる。
The processes of the second detection unit 50, the current-
演算装置88は、計数回路86aでの計数結果に基づく自己結合周波数f1と計数回路86bでの計数結果に基づく自己結合周波数f2との平均値faを算出する(図9参照)。そして、この平均値faに基づき距離D1を算出する。具体的には、演算装置88は、記憶装置(図示せず)から駆動電流と発振波長との関係を示すテーブルを読み出して波長λ1および波長λ2を求める。そして、上記式(1)に自己結合周波数fcとしての平均値fa、波長λ1、波長λ2、時間間隔Δtを代入して、距離D1を算出する。演算装置88は、記憶装置から測定対象Oに対する第1レーザー光L1の主光線M1の傾き角の情報を読み出し、算出された距離D1から距離Dを算出する。
The
また、演算装置88では、測定対象Oが静止しているときの自己結合周波数(平均値fa)と、測定対象Oが動いているときの自己結合周波数(平均値fa)と、を取得する。そして、演算装置88は、測定対象Oが静止しているときの自己結合周波数および測定対象Oが動いているときの自己結合周波数に基づいて、測定対象Oの速度を算出する。
Further, the
1.4. 第1半導体レーザー、第2半導体レーザー、第1検出部、および第2検出部の構成
次に、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第1フォトダイオード42、および第2フォトダイオード52の構成について説明する。図10は、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第1フォトダイオード42、および第2フォトダイオード52を模式的に示す断面図である。
1.4. Configuration of First Semiconductor Laser, Second Semiconductor Laser, First Detection Unit, and Second Detection Unit Next, the
第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第1フォトダイオード42、および第2フォトダイオード52は、図10に示すように、同一基板(基板101)に設けられている。
The
基板101は、例えば、n型のGaAs基板である。なお、基板101は、GaAs基板に限定されず、その他の半導体基板であってもよい。
The
第1半導体レーザー12は、基板101上に設けられている。第1半導体レーザー12は、第1ミラー層102と、活性層103と、第2ミラー層104と、電流狭窄層105と、コンタクト層106と、絶縁層107と、第1電極108と、第2電極109と、を有している。
The
第1ミラー層102は、基板101上に設けられている。第1ミラー層102は、例えば、n型のAl0.12Ga0.88As層とn型のAl0.9Ga0.1As層とを交互に積層した分布ブラッグ反射型(DBR)ミラーである。活性層103は、第1ミラー層102上に設けられている。活性層103は、例えば、i型のIn0.06Ga0.94As層とi型のAl0.3Ga0.7As層とから構成される量子井戸構造を3層重ねた多重量子井戸(MQW)構造を有している。第2ミラー層104は、活性層103上に設けられている。第2ミラー層104は、例えば、p型のAl0.12Ga0.88As層とp型のAl0.9Ga0.1As層とが、交互に積層された分布ブラッグ反射型(DBR)ミラーである。
The
電流狭窄層105は、第1ミラー層102と第2ミラー層104との間に設けられている。電流狭窄層105は、開口部が形成された絶縁層である。
The
コンタクト層106は、第2ミラー層104上に設けられている。コンタクト層106は、例えば、p型のGaAs層である。
The
第1ミラー層102の一部、活性層103、第2ミラー層104、電流狭窄層105、およびコンタクト層106は、柱状部を構成している。柱状部の側面は、絶縁層107で覆われている。絶縁層107は、例えば、ポリイミド樹脂である。
A part of the
第1電極108は、コンタクト層106上に設けられている。第1電極108の形状は、リング状である。第2電極109は、第1ミラー層102上に設けられている。
The
第2ミラー層104、活性層103、および第1ミラー層102は、垂直共振器型のpinダイオードを構成している。第1電極108と第2電極109との間にpinダイオードの順方向の電圧を印加すると、活性層103において電子と正孔との再結合が起こり、発光が生じる。活性層103で発生した光は、第1ミラー層102と第2ミラー層104との間を往復し(多重反射し)、その際に誘導放出が起こって、強度が増幅される。そして、光利得が光損失を上回ると、レーザー発振が起こり、コンタクト層106の上面から、垂直方向に第1レーザー光L1が射出される。すなわち、第1レーザー光L1は、基板101の上面の垂線方向に射出される。
The
第1フォトダイオード42は、基板101上に設けられている。第1フォトダイオード42は、第1コンタクト層110、光吸収層112、第2コンタクト層114、絶縁層115、第3電極116、第4電極118と、を有している。
The
第1コンタクト層110は、基板101上に設けられている。第1コンタクト層110は、例えば、n型のGaAs層である。光吸収層112は、第1コンタクト層110上に設けられている。光吸収層112は、例えば、i型のGaAs層である。第2コンタクト層114は、光吸収層112上に設けられている。第2コンタクト層114は、p型のGaAs層である。
The
第1コンタクト層110の一部、光吸収層112、および第2コンタクト層114は、柱状部を構成している。柱状部の側面は、絶縁層115で覆われている。絶縁層115は、例えば、ポリイミド樹脂である。
A part of the
第3電極116は、第2コンタクト層114上に設けられている。第3電極116の形状は、リング状である。第4電極118は、第1コンタクト層110上に設けられている。
The
第1コンタクト層110、光吸収層112、および第2コンタクト層114は、pinダイオードを構成している。第2コンタクト層114に入射した第1レーザー光L1は、光吸収層112へと入射する。この入射光の一部が光吸収層112にて吸収される結果、光吸収層112において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そのため、電流の大きさは、光吸収層112に入射した光の強度に比例する。すなわち、第1フォトダイオード42に流れる電流の大きさで第1レーザー光L1の強度を知ることができる。
The
第2半導体レーザー22の構成は、上述した第1半導体レーザー12の構成と同じでありその説明を省略する。また、第2フォトダイオード52の構成は、第1フォトダイオード42の構成と同じでありその説明を省略する。
The configuration of the
各素子の間には、素子分離部4が設けられている。図示の例では、素子分離部4は、第1半導体レーザー12と第1フォトダイオード42との間、第1フォトダイオード42と第2半導体レーザー22との間、第2半導体レーザー22と第2フォトダイオード52との間にそれぞれ設けられている。素子分離部4は、各素子を電気的に分離している。素子分離部4は、基板101に設けられた溝である。
An element separation unit 4 is provided between the elements. In the illustrated example, the element isolation unit 4 includes the
計測装置100では、デバイス特性の差が小さい(好ましくはデバイス特性が同じ)第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22と、デバイス特性の差が小さい(好ましくはデバイス特性が同じ)第1フォトダイオード42および第2フォトダイオード52を用いる。これにより、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1を第1フォトダイオード42で検出して得られる信号と、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2を第2フォトダイオード42で検出して得られる信号とのマッチング(整合性)を良くでき、自己結合周波数f1の揺らぎと自己結合周波数f2の揺らぎをキャンセルすることができる。この結果、高い精度で自己結合周波数を得ることができる。
In the measuring
ここで、半導体レーザーのデバイス特性は、使用環境や経時変化により変動する。また、半導体レーザーのデバイス特性は、製造工程に起因するばらつき(製造ばらつき)などで異なる場合がある。例えば、製造工程において活性層103の厚みにばらつきが生じてしまうと、半導体レーザーのデバイス特性もばらついてしまう。第1半導体レーザー12
および第2半導体レーザー22を同一基板に設けることにより、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22の使用環境や経時変化によるデバイス特性の変動の差を小さくできるとともに、製造ばらつきによるデバイス特性の差を小さくすることができる。
Here, the device characteristics of the semiconductor laser vary depending on the use environment and changes with time. In addition, the device characteristics of the semiconductor laser may differ due to variations (manufacturing variations) caused by the manufacturing process. For example, if the thickness of the
By providing the
例えば、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間で注入電流と発振波長との関係が異なる場合、第1レーザー光L1の波長の変動の位相と第2レーザー光L2の波長の変動の位相とが逆位相となるように第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22を制御することは難しい。そのため、自己結合周波数f1の揺らぎと自己結合周波数f2の揺らぎをキャンセルできずに、高い精度で自己結合周波数を得ることができない場合がある。計測装置100では、上述したように、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22のデバイス特性の差を小さくすることができる。そのため、計測装置100では、容易に第1レーザー光L1の波長の変動の位相と第2レーザー光L2の波長の変動の位相とが逆位相となるように第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22を制御することができ、高い精度で自己結合周波数を得ることができる。
For example, when the relationship between the injection current and the oscillation wavelength differs between the
また、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22とが同一基板に設けられている場合でも、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間の距離が大きい場合、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間の距離が小さい場合と比べて、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22のデバイス特性との差が大きくなる。そのため、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間の距離(最短距離)は、200μm以上300μm以下であることが好ましい。これにより、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22のデバイス特性の差をより小さくできる。
Even when the
なお、図示の例では、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間に第1フォトダイオード42が配置されているが、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22とが隣り合うように配置してもよい。これにより、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間の距離を小さくすることができ、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22のデバイス特性の差をより小さくできる。
In the illustrated example, the
上述した半導体レーザーと同様に、フォトダイオードのデバイス特性は、使用環境や経時変化により変動する。また、フォトダイオードのデバイス特性は、製造工程に起因するばらつき(製造ばらつき)などで異なる場合がある。例えば、製造工程において光吸収層112の厚みにばらつきが生じてしまうと、フォトダイオードのデバイス特性もばらついてしまう。第1フォトダイオード42および第2フォトダイオード52を同一基板に設けることにより、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52の使用環境や経時変化によるデバイス特性の変動の差を小さくできるとともに、製造ばらつきによるデバイス特性の差を小さくすることができる。
Similar to the semiconductor laser described above, the device characteristics of the photodiode vary depending on the usage environment and changes over time. In addition, the device characteristics of the photodiode may differ due to variations (manufacturing variations) caused by the manufacturing process. For example, if the thickness of the
また、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52とが同一基板に設けられている場合でも、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52との間の距離が大きい場合、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52との間の距離が小さい場合と比べて、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52のデバイス特性の差が大きくなる。図示の例では、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52との間に第2半導体レーザー22が配置されているが、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52とが隣り合うように配置してもよい。これにより、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52との間の距離を小さくすることができ、第1フォトダイオード42と第2フォトダイオード52のデバイス特性の差をより小さくできる。
In addition, even when the
1.5. 特徴
計測装置100は、例えば、以下の特徴を有する。
1.5. Features The measuring
計測装置100では、第1半導体レーザー12と、第2半導体レーザー22と、を含み、第2駆動部70は、第2レーザー光L2の波長の変動の位相と、第1レーザー光L1の波長の変動の位相と、が逆位相となるように第2半導体レーザー22を動作させる。そのため、計測装置100では、自己結合周波数f2の揺らぎと自己結合周波数f1の揺らぎとが、逆位相となる。したがって、計測装置100では、自己結合周波数f1の揺らぎおよび自己結合周波数f2の揺らぎを打ち消すことができ、自己結合周波数に生じる揺らぎの影響を低減できる。この結果、計測装置100では、より精度の高い自己結合周波数が得られるため、より精度の高い測定ができる。また、平均値faはどの瞬間でもばらつきが小さいため、任意の時間に測定を行うことが可能となる。
The measuring
計測装置100では、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22が同一基板(基板101)に設けられている。そのため、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22のデバイス特性の差を小さくすることができる。
In the measuring
計測装置100では、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第1フォトダイオード42、および第2フォトダイオード52が同一基板(基板101)に設けられている。そのため、計測装置100では、装置の小型化を図ることができる。
In the measuring
計測装置100では、第1レーザー光L1および第2レーザー光L2が入射する集光レンズ2を有している。そのため、計測装置100では、例えば、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22に対してそれぞれ集光レンズを設ける場合と比べて、集光レンズ2として焦点距離が長く口径が大きいレンズを用いることができる。したがって、測定対象Oで散乱されたレーザー光を効率よく捕捉でき、第1戻り光R1の光量および第2戻り光R2の光量を増やすことができる。この結果、計測装置100では、第1検出部40の出力信号に含まれる第1ビート信号のSN比、および第2検出部50の出力信号に含まれる第2ビート信号のSN比を高めることができる。
The measuring
さらに、計測装置200では、集光レンズ2として焦点距離が長く口径が大きいレンズを用いることができるため、第1半導体レーザー12と集光レンズ2との間の位置合わせおよび第2半導体レーザー22と集光レンズ2との間の位置合わせが容易である。上述したように、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22とは同一基板に設けられるため、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22とは近接している。そのため、例えば、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22に対してそれぞれ集光レンズを設ける場合、集光レンズとして焦点距離が短く口径が小さいレンズを用いなければならない。したがって、第1半導体レーザー12と集光レンズとの間の位置合わせ、および第2半導体レーザー22と集光レンズとの間の位置合わせに高い精度が要求される。
Further, in the measuring
計測装置100では、第1レーザー光L1の主光線M1に沿った、第1半導体レーザー12と測定対象Oとの間の距離D1と、第2レーザー光L2の主光線M2に沿った、第2半導体レーザー22と測定対象Oとの間の距離D2とは、等しい。そのため、計測装置100では、例えば、距離D1と距離D2とが異なる場合と比べて、測定対象Oとの距離Dや測定対象Oの速度を求めるための処理を容易化できる。すなわち、計測装置100では、演算部80の処理を容易化できる。
In the measuring
計測装置100では、第1半導体レーザー12と集光レンズ2との間の第1レーザー光L1の光路上と、第2半導体レーザー22と集光レンズ2との間の第2レーザー光L2の光路上と、に跨がるように配置されたビームスプリッター30を含む。そのため、計測装置100では、測定対象Oに第1レーザー光L1を照射しつつ第1レーザー光L1を第1
検出部40(第1フォトダイオード42)に入射させることができ、かつ、測定対象Oに第2レーザー光L2を照射しつつ第2レーザー光L2を第2検出部50(第2フォトダイオード52)に入射させることができる。
In the
The second laser beam L2 can be incident on the detection unit 40 (first photodiode 42) and the second laser beam L2 is irradiated to the measurement object O while the second laser beam L2 is irradiated to the second detection unit 50 (second photodiode 52). Can be made incident.
計測装置100では、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22は、面発光レーザーである。そのため、計測装置100では、装置の小型化を図りつつ、自己結合効果を生じさせることができる。
In the measuring
2. 第2実施形態
次に、第2実施形態に係る計測装置について、図面を参照しながら説明する。図11は、第2実施形態に係る計測装置200の構成を示す図である。以下、計測装置200において、上述した計測装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2. Second Embodiment Next, a measuring apparatus according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a
上述した計測装置100では、図1に示すように、第1検出部40は第1フォトダイオード42を有し、第2検出部50は第2フォトダイオード52を有していた。
In the
これに対して、計測装置200では、図11に示すように、第1検出部40および第2検出部50は、共通のフォトダイオード210を有している。
On the other hand, in the measuring
計測装置200では、ビームスプリッター30が第1レーザー光L1の一部および第2レーザー光L2の一部をフォトダイオード210に向けて反射させる。フォトダイオード210は、ビームスプリッター30からの第1レーザー光L1および第2レーザー光L2を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する。
In the measuring
第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、およびフォトダイオード210は、同一基板(基板101)に設けられている。そのため、装置を小型化することができる。フォトダイオード210の構成は、上述した第1フォトダイオード42の構成と同様でありその説明を省略する。
The
図12は、フォトダイオード210の出力信号を説明するための図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining an output signal of the photodiode 210.
フォトダイオード210の出力信号は、第1フォトダイオード42(図1参照)の出力信号I42の波形と、第2フォトダイオード52(図1参照)の出力信号I52の波形と、が重畳された波形となる。そのため、第1半導体レーザー12の駆動電流と同様な波形と第2半導体レーザー22の駆動電流と同様な波形は、打ち消し合う。さらに、第1レーザー光L1における自己結合周波数の揺らぎの成分および第2レーザー光L2における自己結合周波数の揺らぎの成分は打ち消し合う。そのため、自己結合周波数に生じる揺らぎの影響を低減でき、より精度の高い自己結合周波数を得ることができる。
The output signal of the photodiode 210 is obtained by superimposing the waveform of the output signal I 42 of the first photodiode 42 (see FIG. 1) and the waveform of the output signal I 52 of the second photodiode 52 (see FIG. 1). It becomes a waveform. Therefore, the waveform similar to the drive current of the
フォトダイオード210の出力信号I210は、第1ビート信号の波形と、第2ビート信号の波形と、が重畳された波形となる。 The output signal I 210 of the photodiode 210 has a waveform in which the waveform of the first beat signal and the waveform of the second beat signal are superimposed.
演算部80は、電流電圧変換回路202と、FFT(Fast Fourier Transform)回路204と、演算装置206と、を有している。
The
電流電圧変換回路202は、フォトダイオード210から出力された電流信号を電圧信号に変換する。これにより、第1ビート信号および第2ビート信号を含む電圧信号を得ることができる。
The current-
FFT回路204は、電流電圧変換回路202から出力された電圧信号から、FFTを利用して第1ビート信号の周波数および第2ビート信号の周波数を測定する。
The
演算装置206は、FFT回路204で測定された第1ビート信号の周波数(自己結合周波数f1)および第2ビート信号の周波数(自己結合周波数f2)に基づいて、距離D1(または距離D2)を計算し、距離Dを算出する。また、演算装置206は、測定対象Oが静止しているときの自己結合周波数および測定対象Oが動いているときの自己結合周波数に基づいて、測定対象Oの速度を算出する。
The
計測装置200によれば、上述した計測装置100と同様の作用効果を奏することができる。さらに、計測装置200によれば、第1検出部40および第2検出部50は、共通のフォトダイオード210を有している。そのため、計測装置200では、装置の構成を簡略化することができる。
According to the
3. 第3実施形態
次に、第3実施形態に係る計測装置について、図面を参照しながら説明する。図13は、第3実施形態に係る計測装置300の構成を示す図である。以下、計測装置300において、上述した計測装置100,200の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Third Embodiment Next, a measuring apparatus according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a
上述した計測装置100では、図1に示すように、第1レーザー光L1の主光線M1に沿った第1半導体レーザー12と測定対象Oとの間の距離D1と、第2レーザー光L2の主光線M2に沿った第2半導体レーザー22と測定対象Oとの間の距離D2とは、等しかった。
In the
これに対して、計測装置300では、図13に示すように、第1レーザー光L1の主光線M1に沿った第1半導体レーザー12と測定対象Oとの間の距離D1と、第2レーザー光L2の主光線M2に沿った第2半導体レーザー22と測定対象Oとの間の距離D2とは、異なっている。
On the other hand, in the measuring
第1レーザー光L1の主光線M1と第2レーザー光L2の主光線M2とは、集光レンズ2の光軸OAに関して対称ではない。測定対象Oに対する第1レーザー光L1の主光線M1の傾き角の大きさと、測定対象Oに対する第2レーザー光L2の主光線M2の傾き角の大きさとは、異なっている。
The principal ray M1 of the first laser light L1 and the principal ray M2 of the second laser light L2 are not symmetrical with respect to the optical axis OA of the
第1フォトダイオード42の出力信号および第2フォトダイオード52の出力信号は、電流電圧変換回路202に入力される。そのため、電流電圧変換回路202に入力される電流信号は、上述した計測装置200と同様に、第1ビート信号の波形と第2ビート信号の波形とが重畳された波形となる(図12参照)。
The output signal of the
計測装置300において、演算部80の構成は、計測装置200と同様である。演算装置206では、距離D1および距離D2をそれぞれ算出し、距離D1および距離D2の少なくとも一方に基づき測定対象Oとの距離Dを算出する。距離Dは、例えば、距離D1から算出される距離Dと距離D2から算出される距離Dとの平均であってよい。また、演算部80は、測定対象Oの速度を算出する。
In the
なお、図示はしないが、計測装置300において、上述した図11に示す計測装置200と同様に、第1検出部40および第2検出部50は共通のフォトダイオード210を有していてもよい。
Although not shown, in the
計測装置300では、上述した計測装置100と同様の作用効果を奏することができる。さらに、計測装置300では、距離D1と距離D2とが異なる。そのため、計測装置300では、例えば、距離D1と距離D2とが等しい場合と比べて、集光レンズ2に対する第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22の配置の自由度が高い。
The measuring
4. 第4実施形態
次に、第4実施形態に係る計測装置について、図面を参照しながら説明する。図14は、第4実施形態に係る計測装置400の構成を示す図である。以下、計測装置400において、上述した計測装置100,200,300の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
4). Fourth Embodiment Next, a measurement apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a
上述した計測装置100では、図1に示すように、2つの半導体レーザー(第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22)を備えていた。
The measuring
これに対して、計測装置400では、図14に示すように、4つの半導体レーザー(第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422)を備えている。
In contrast, the
計測装置400は、図14に示すように、第1半導体レーザー12と、第2半導体レーザー22と、第3半導体レーザー412と、第4半導体レーザー422と、ビームスプリッター30と、第1検出部40と、第2検出部50と、第3検出部440と、第4検出部450と、第1駆動部60と、第2駆動部70と、第3駆動部460と、第4駆動部470と、演算部80と、を含む。
As shown in FIG. 14, the
第3半導体レーザー412および第4半導体レーザー422の構成は、上述した第1半導体レーザー12と同様である。第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2、第3半導体レーザー412から射出された第3レーザー光L3、および第4レーザー光L4から射出された第4レーザー光L4は、集光レンズ2に入射する。すなわち、集光レンズ2は、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422に共通の集光レンズである。
The configurations of the
第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422は、同一基板(基板101)に設けられている。なお、図示の例では、便宜上、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422を一列に並べて図示しているが、計測装置400では、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422は、主光線(図示せず)に沿った半導体レーザーと測定対象Oとの間の距離が互いに等しくなるように配置されているものとする。
The
第3駆動部460は、第3半導体レーザー412を動作させる。第3駆動部460は、第3レーザー光L3の波長の変動の位相と第1レーザー光L1の波長の変動の位相とが、90°ずれるように第3半導体レーザー412を動作させる。
The
第4駆動部470は、第4半導体レーザー422を動作させる。第4駆動部470は、第4レーザー光L4の波長の変動の位相と第1レーザー光L1の波長の変動の位相とが、270°ずれるように第4半導体レーザー422を動作させる。
The
すなわち、計測装置400では、第1半導体レーザー12の波長の変動の位相、第2半導体レーザー22の波長の変動の位相、第3半導体レーザー412の波長の変動の位相、
および第4半導体レーザー422の波長の変動の位相が、互いに90°ずれている。
That is, in the measuring
And the phase of the fluctuation of the wavelength of the
ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1の一部を第1検出部40に向けて反射させ、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2の一部を第2検出部50に向けて反射させる。ビームスプリッター30は、さらに、第3半導体レーザー412から射出された第3レーザー光L3の一部を第3検出部440に向けて反射させ、第4半導体レーザー422から射出された第4レーザー光L4の一部を第4検出部450に向けて反射させる。
The
第3検出部440は、第3フォトダイオード442を含んで構成されている。第3検出部440は、第3レーザー光L3と第3戻り光R3との自己結合効果によって生じる干渉光(すなわち第3レーザー光L3と第3戻り光R3との干渉により強度が増減するビート光である第3レーザー光L3)に応じた波形(第3ビート信号)を含む電流信号(第3信号)を出力する。 The third detection unit 440 includes a third photodiode 442. The third detection unit 440 generates interference light generated by the self-coupling effect between the third laser light L3 and the third return light R3 (that is, beat light whose intensity increases or decreases due to interference between the third laser light L3 and the third return light R3). Current signal (third signal) including a waveform (third beat signal) corresponding to the third laser beam L3).
第4検出部450は、第4フォトダイオード452を含んで構成されている。第4検出部450は、第4レーザー光L4と第4戻り光R4との自己結合効果によって生じる干渉光(すなわち第4レーザー光L4と第4戻り光R4との干渉により強度が増減するビート光である第4レーザー光L4)に応じた波形(第4ビート信号)を含む電流信号(第4信号)を出力する。 The fourth detection unit 450 includes a fourth photodiode 452. The fourth detection unit 450 includes interference light generated by the self-coupling effect between the fourth laser light L4 and the fourth return light R4 (that is, beat light whose intensity increases or decreases due to interference between the fourth laser light L4 and the fourth return light R4). Current signal (fourth signal) including a waveform (fourth beat signal) corresponding to the fourth laser beam L4).
演算部80は、電流電圧変換回路82a,82b,82c,82dと、フィルター回路84a,84b,84c,84dと、計数回路86a,86b,86c,86dと、演算装置88と、を有している。
The
電流電圧変換回路82c、フィルター回路84c、および計数回路86cは、第3検出部440(第3フォトダイオード442)の出力信号に対する処理を行う。電流電圧変換回路82d、フィルター回路84d、および計数回路86dは、第4検出部450(第4フォトダイオード452)の出力信号に対する処理を行う。
The current-
演算装置88は、計数回路86aでの計数結果、計数回路86bでの計数結果、計数回路86cでの計数結果、および計数回路86dでの計数結果に基づいて、自己結合周波数を求め、測定対象Oとの距離Dおよび測定対象Oの速度を算出する。
The
図15は、第1レーザー光L1を検出して得られた自己結合周波数f1、第2レーザー光L2を検出して得られた自己結合周波数f2、第3レーザー光L3を検出して得られた自己結合周波数f3、第4レーザー光L4を検出して得られた自己結合周波数f4、およびこれらの平均値faを示すグラフである。 FIG. 15 is obtained by detecting the self-coupling frequency f1 obtained by detecting the first laser light L1, the self-coupling frequency f2 obtained by detecting the second laser light L2, and the third laser light L3. It is a graph which shows self-coupling frequency f3, self-coupling frequency f4 obtained by detecting the 4th laser beam L4, and these average values fa.
図15に示すように、自己結合周波数f1の揺らぎ、自己結合周波数f2の揺らぎ、自己結合周波数f3の揺らぎ、および自己結合周波数f4の揺らぎは、互いに打ち消し合うため、平均値fa((f1+f2+f3+f4)/4)では、この揺らぎが低減される。したがって、演算装置88で平均値faを算出することで、測定精度をより高めることができる。
As shown in FIG. 15, the fluctuation of the self-coupling frequency f1, the fluctuation of the self-coupling frequency f2, the fluctuation of the self-coupling frequency f3, and the fluctuation of the self-coupling frequency f4 cancel each other, so that the average value fa ((f1 + f2 + f3 + f4) / In 4), this fluctuation is reduced. Therefore, the measurement accuracy can be further increased by calculating the average value fa by the
上記では、計測装置400が4つの半導体レーザー(第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422)を有している例について説明したが、4つ以上の半導体レーザーを有していてもよい。例えば、計測装置400がn個の半導体レーザーを有している場合、各半導体レーザーの波長の変動の位相を2π/nだけずらせばよい。なお、nは、偶数であることが好ましい。nを
偶数にした場合、nを奇数にした場合に比べて、自己結合周波数の揺らぎの低減効果が大きいためである。
In the above description, an example in which the
計測装置400では、上述した計測装置100と同様の作用効果を奏することができる。さらに、計測装置400では、4つの半導体レーザー(第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422)を有するため、2つの半導体レーザー(第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22、図1参照)を有する場合と比べて、測定精度をより高めることができる。
The measuring
なお、図示はしないが、計測装置400において、第1検出部40、第2検出部50、第3検出部440、および第4検出部450が共通のフォトダイオード210(図11参照)を有していてもよい。
Although not shown, in the
また、図示はしないが、計測装置400において、第1半導体レーザー12、第2半導体レーザー22、第3半導体レーザー412、および第4半導体レーザー422が、主光線に沿った半導体レーザーと測定対象Oとの間の距離が互いに異なるように配置されていてもよい。
Although not shown, in the measuring
5. 第5実施形態
次に、第5実施形態に係る計測装置について、図面を参照しながら説明する。図16は、第5実施形態に係る計測装置405の構成を示す図である。以下、計測装置405において、上述した計測装置100,200,300,400の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
5. Fifth Embodiment Next, a measurement apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a
上述した計測装置100は、図1に示すように、第1レーザー光L1および第2レーザー光L2が入射する集光レンズ2を有していた。
The measuring
これに対して、計測装置405は、図16に示すように、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1が入射する第1集光レンズ2aと、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2が入射する第2集光レンズ2bと、を有している。
On the other hand, as shown in FIG. 16, the measuring
第1集光レンズ2aは、第1レーザー光L1を測定対象Oに集光する。第1集光レンズ2aは、第1レーザー光L1を1か所に集束させてもよいし、第1レーザー光L1を平行光としてもよい。第1半導体レーザー12は、第1集光レンズ2aの光軸OA1上に配置されている。
The
第2集光レンズ2bは、第2レーザー光L2を測定対象Oに集光する。第2集光レンズ2bは、第2レーザー光L2を1か所に集束させてもよいし、第2レーザー光L2を平行光としてもよい。第2半導体レーザー22は、第2集光レンズ2bの光軸OA2上に配置されている。
The
第1集光レンズ2aの光軸OA1と第2集光レンズ2bの光軸OA2とは平行である。
The optical axis OA1 of the
第1集光レンズ2aから射出される第1レーザー光L1の進行方向および第2集光レンズ2bから射出される第2レーザー光L2の進行方向は、平行である。第1レーザー光L1の光軸OAに沿った第1半導体レーザー12と測定対象Oとの間の距離D1は、距離Dと等しい。また、第2レーザー光L2の光軸OAに沿った第2半導体レーザー22と測定対象Oとの間の距離D2は、距離Dと等しい。
The traveling direction of the first laser light L1 emitted from the
第1集光レンズ2aは、測定対象Oで散乱された第1レーザー光L1の一部を捕捉して
、第1戻り光R1として第2半導体レーザー22に入射させる。第2集光レンズ2bは、測定対象Oで散乱された第2レーザー光L2の一部を捕捉して、第2戻り光R2として第2半導体レーザー22に入射させる。
The
ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12と第1集光レンズ2aとの間の第1レーザー光L1の光路上と、第2半導体レーザー22と第2集光レンズ2bとの間の第2レーザー光L2の光路上と、に跨がるように配置されている。ビームスプリッター30は、第1半導体レーザー12から射出された第1レーザー光L1の一部を第1検出部40(第1フォトダイオード42)に向けて反射させ、第2半導体レーザー22から射出された第2レーザー光L2の一部を第2検出部50(第2フォトダイオード52)に向けて反射させる。
The
計測装置405において、演算部80の構成は、計測装置100の演算部80の構成と同じである。なお、計測装置405では、距離D1および距離D2と、距離Dが等しいため、演算装置88において、距離D1または距離D2から距離Dを算出する処理が不要である。
In the
計測装置405では、上述した計測装置100と同様の作用効果を奏することができる。
The measuring
さらに、計測装置405では、第1集光レンズ2aと第2集光レンズ2bとを有するため、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22の配置の自由度が高い。例えば、第1半導体レーザー12および第2半導体レーザー22に共通の集光レンズ2を設ける場合(例えば図1参照)、第1半導体レーザー12と第2半導体レーザー22との間の距離は集光レンズ2の大きさによって制限されてしまう。計測装置405では、このような制限がない。
Furthermore, since the measuring
また、計測装置405では、ビームスプリッター30によって、測定対象Oに第1レーザー光L1を照射しつつ第1レーザー光L1を第1検出部40に入射させることができ、かつ、測定対象Oに第2レーザー光L2を照射しつつ第2レーザー光L2を第2検出部50に入射させることができる。
In the
なお、図示はしないが、計測装置405において、上述した図11に示す計測装置200と同様に、第1検出部40および第2検出部50が共通のフォトダイオード210を有していてもよい。
Although not shown, in the
6. 第6実施形態
次に、第6実施形態に係るプリンター(液体吐出装置)について、図面を参照しながら説明する。図17は、第6実施形態に係るプリンター500の内部の概略構成を示す斜視図である。
6). Sixth Embodiment Next, a printer (liquid ejection device) according to a sixth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a perspective view illustrating a schematic configuration inside a
プリンター500は、本発明に係る計測装置を含む。以下では、プリンター500が本発明に係る計測装置として、計測装置100を含む場合について説明する。
The
プリンター500は、外部のホストコンピューターから供給された画像データに応じてインクを吐出させることによって、紙などの印刷媒体にインクドット群を形成し、これにより、当該画像データに応じた画像(文字、図形等を含む)を印刷するインクジェットプリンターである。
The
図17に示すように、プリンター500は、移動部材502を、主走査方向に移動(往
復動)させる移動機構503を備える。
As shown in FIG. 17, the
移動機構503は、移動部材502の駆動源となるキャリッジモーター531と、両端が固定されたキャリッジガイド軸532と、キャリッジガイド軸532とほぼ平行に延在し、キャリッジモーター531により駆動されるタイミングベルト533と、を有している。
The moving
移動部材502のキャリッジ524は、キャリッジガイド軸532に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト533の一部に固定されている。そのため、キャリッジモーター531によりタイミングベルト533を正逆走行させると、移動部材502がキャリッジガイド軸532に案内されて往復動する。
The
また、移動部材502のうち、印刷媒体Pと対向する部分にはヘッドユニット520が設けられる。このヘッドユニット520は、多数のノズルからインク滴(液滴)を吐出させるためのものであり、フレキシブルケーブル590を介して各種の制御信号等が供給される構成となっている。
Further, a
プリンター500は、印刷媒体Pを、副走査方向にプラテン540上で搬送させる搬送機構504を備える。搬送機構504は、駆動源である搬送モーター541と、搬送モーター541により回転して、印刷媒体Pを副走査方向に搬送する搬送ローラー542と、を備える。
The
印刷媒体Pが搬送機構504によって搬送されたタイミングで、ヘッドユニット520が当該印刷媒体Pにインク滴を吐出することによって、印刷媒体Pの表面に画像が形成される。
When the print medium P is conveyed by the
図18は、プリンター500の内部の概略構成を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration inside the
移動部材502のうち、印刷媒体Pと対向する部分には、距離を測定するための距離計として計測装置100が設けられている。計測装置100は、印刷媒体Pとの距離を測定する。計測装置100での測定結果は、プリンター500の制御部(図示せず)に送られ、この測定結果から印刷媒体Pの厚みが算出される。制御部は、印刷媒体Pの厚みの算出結果に基づき、インク滴を吐出するタイミングを制御する。
The measuring
プリンター500の筐体(図示せず)には、印刷媒体Pと対向する位置に、印刷媒体Pの送り速度(副走査方向の速度)を測定するための速度計として計測装置100が設けられている。計測装置100は、印刷媒体Pの送り速度を測定する。計測装置100での測定結果は、制御部に送られる。制御部は、この測定結果に基づいて、インク滴を吐出するタイミングを制御する。
A casing (not shown) of the
7. 第7実施形態
次に、第7実施形態に係るロボットシステムについて、図面を参照しながら説明する。図19は、第7実施形態に係るロボットシステム600を模式的に示す図である。
7). Seventh Embodiment Next, a robot system according to a seventh embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a diagram schematically showing a
ロボットシステム600は、本発明に係る計測装置を含む。以下では、ロボットシステム600が本発明に係る計測装置として、計測装置100を含む場合について説明する。
The
ロボットシステム600は、ロボット602と、ロボット602の作動を制御する制御装置604と、を含んで構成されている。このロボットシステム600は、例えば腕時計や携帯電話のような精密機器やその部品等の「対象物」を製造する製造工程等で用いるこ
とができる。なお、本実施形態では、「対象物」として、平面視で四角形をなす板状の部材である対象物680を用いた場合を例に以下説明する。
The
本実施形態におけるロボット602は、対象物680に対して吐出物690を吐出する作業を行う。
The
ロボット602は、例えば、6軸の垂直多関節ロボットである。ロボット602は、基台610と、可動部620とを有する。可動部620は、基台610に接続されたロボットアーム612と、ロボットアーム612の先端部に設けられた力検出部614と、力検出部614の先端側に設けられたエンドエフェクターとしてのディスペンサー616(吐出部)とを有する。力検出部614は、ディスペンサー616の先端部に加わる力やモーメントを検出する力検出器である。
The
ディスペンサー616には、計測装置100が設けられている。計測装置100は、対象物680までの距離を測定する距離計として機能する。ロボットシステム600では、例えば、ロボット602の作業中に、対象物680に対するディスペンサー616の先端を、計測装置100の測定結果に基づき上下方向に移動させることができる。すなわち、ロボットシステム600では、ロボット602の作業中にリアルタイムでディスペンサー616の先端の対象物680に対する位置のフィードバックを行うことが可能である。これにより、ロボット602は、計測装置100の出力に基づいて、対象物680に対して適切な作業を行うことができる。
The
8. 第8実施形態
次に、第8実施形態に係る電子機器について図面を参照しながら説明する。本発明に係る計測装置は、上述したプリンター500およびロボットシステム600以外の電子機器にも適用可能である。
8). Eighth Embodiment Next, an electronic apparatus according to an eighth embodiment will be described with reference to the drawings. The measuring apparatus according to the present invention can also be applied to electronic devices other than the
図20は、第8実施形態に係る電子機器1000の機能ブロック図である。
FIG. 20 is a functional block diagram of an
電子機器1000は、本発明に係る計測装置を含む。以下では、本発明に係る計測装置として、計測装置100を含む場合について説明する。
The
電子機器1000は、さらに、演算処理装置(CPU)1020、操作部1030、ROM(Read Only Memory)1040、RAM(Random Access Memory)1050、通信部1060、表示部1070を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図20の構成要素(各部)の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
The
演算処理装置1020は、ROM1040等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、演算処理装置1020は、計測装置100の出力信号や、操作部1030からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部1060を制御する処理、表示部1070に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
The
操作部1030は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を演算処理装置1020に出力する。
The
ROM1040は、演算処理装置1020が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
The
RAM1050は、演算処理装置1020の作業領域として用いられ、ROM1040から読み出されたプログラムやデータ、計測装置100から入力されたデータ、操作部1030から入力されたデータ、演算処理装置1020が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
The
通信部1060は、演算処理装置1020と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
The
表示部1070は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成される表示装置であり、演算処理装置1020から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部1070には操作部1030として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
The
このような電子機器1000としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター(例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター)、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等が挙げられる。
Various electronic devices can be considered as such an
図21は、電子機器1000の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。電子機器1000であるスマートフォンは、操作部1030としてボタンを、表示部1070としてLCDを備えている。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the appearance of a smartphone that is an example of the
図22は、電子機器1000の一例である腕装着型の携帯機器(ウェアラブル機器)の外観の一例を示す図である。電子機器1000であるウェアラブル機器は、表示部1070としてLCDを備えている。表示部1070には操作部1030として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of the appearance of an arm-mounted portable device (wearable device) that is an example of the
また、電子機器1000である携帯機器は、例えば、GPS受信機(GPS:Global Positioning System)等の位置センサーを備え、ユーザーの移動距離や移動軌跡を測定することができる。
Moreover, the portable device which is the
9. 第9実施形態
次に、第9実施形態に係る移動体について、図面を参照しながら説明する。図23は、第9実施形態に係る移動体1100として、自動車を模式的に示す上面図である。
9. Ninth Embodiment Next, a moving body according to a ninth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 23 is a top view schematically showing an automobile as the moving
本実施形態に係る移動体は、本発明に係る計測装置を含む。以下では、本発明に係る計測装置として、計測装置100を含む移動体について説明する。
The moving body according to the present embodiment includes the measuring device according to the present invention. Below, the moving body containing the measuring
計測装置100は、例えば、移動体1100の衝突予防装置に組み込まれており、対象物(自動車や障害物など)との距離を測定する距離計として機能する。移動体1100では、移動中に、計測装置100の測定結果に基づき、運転手に警告を与えたり、移動体1100を停止させたりすることができる。
The measuring
本実施形態に係る移動体1100は、さらに、エンジンシステム、ブレーキシステム、
キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー1120、コントローラー1130、コントローラー1140、バッテリー1150およびバックアップ用バッテリー1160を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体1100は、図23に示される構成要素(各部)の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
The
It includes a
このような移動体1100としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車(電気自動車も含む)、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
As such a moving
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、上述した第1実施形態では、図1に示すように、第1検出部40が第1フォトダイオード42を有している場合について説明したが、第1検出部40は第1ビート信号を含む信号(第1信号)を出力することができればフォトダイオードに限定されない。例えば、第1検出部40は、第1半導体レーザー12の電圧変動を測定することで、第1ビート信号を含む信号を出力してもよい。第2検出部50についても同様である。また、上述した第4実施形態における第3検出部440および第4検出部450(図14参照)についても同様である。
For example, in the first embodiment described above, as illustrated in FIG. 1, the case where the first detection unit 40 includes the
また、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。 Further, the above-described embodiments and modifications are examples, and the present invention is not limited to these. For example, each embodiment and each modification can be combined as appropriate.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
2…集光レンズ、4…素子分離部、12…第1半導体レーザー、22…第2半導体レーザー、30…ビームスプリッター、40…第1検出部、42…第1フォトダイオード、50…第2検出部、52…第2フォトダイオード、60…第1駆動部、70…第2駆動部、80…演算部、82a…電流電圧変換回路、82b…電流電圧変換回路、82c…電流電圧変換回路、82d…電流電圧変換回路、84a…フィルター回路、84b…フィルター回路、84c…フィルター回路、84d…フィルター回路、86a…計数回路、86b…計数回路、86c…計数回路、86d…計数回路、88…演算装置、100…計測装置、101…基板、102…第1ミラー層、103…活性層、104…第2ミラー層、105…電流狭窄層、106…コンタクト層、107…絶縁層、108…第1電極、109…第2電極、110…第1コンタクト層、112…光吸収層、114…第2コンタクト層、115…絶縁層、116…第3電極、118…第4電極、200…計測装置、202…電流電圧変換回路、204…FFT回路、206…演算装置、210…フォトダイオード、300…計測装置、400…計測装置、405…計測装置、412…第3半導体レーザー、422…第4半導体レーザー、440…第3検出部、442…第3フォトダイオード、450…第4検出部、452…第4フォトダイオード、460…第3駆動部、470…第4駆動部、500…プリンター、502…移動部材、503…移動機構、504…搬送機構、520…ヘッドユニット、524…キャリッジ、531…キャリッジモーター、532…キャリッジガイド軸、533…タイミングベルト、540…プラテン、541…搬送モー
ター、542…搬送ローラー、590…フレキシブルケーブル、600…ロボットシステム、602…ロボット、604…制御装置、610…基台、612…ロボットアーム、614…力検出部、616…ディスペンサー、620…可動部、680…対象物、690…吐出物、1000…電子機器、1020…演算処理装置、1030…操作部、1040…ROM、1050…RAM、1060…通信部、1070…表示部、1100…移動体、1120…コントローラー、1130…コントローラー、1140…コントローラー、1150…バッテリー、1160…バックアップ用バッテリー
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記測定対象に照射される第2レーザー光を射出する第2半導体レーザーと、
前記第1レーザー光の波長が連続的に単調増加する期間と、前記第1レーザー光の波長が連続的に単調減少する期間と、が繰り返し存在するように、前記第1半導体レーザーを動作させる第1駆動部と、
前記第2レーザー光の波長の変動の位相と前記第1レーザー光の波長の変動の位相とが、逆位相となるように、前記第2半導体レーザーを動作させる第2駆動部と、
前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光と、前記第1レーザー光の前記測定対象からの戻り光と、による自己結合効果によって生じる干渉光に応じた第1ビート信号を含む第1信号を出力する第1検出部と、
前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光と、前記第2レーザー光の前記測定対象からの戻り光と、による自己結合効果によって生じる干渉光に応じた第2ビート信号を含む第2信号を出力する第2検出部と、
前記第1信号および前記第2信号に基づいて、前記測定対象との距離および前記測定対象の速度の少なくとも一方を求める演算部と、
を含み、
前記第1半導体レーザーおよび前記第2半導体レーザーは、同一基板に設けられている、計測装置。 A first semiconductor laser that emits a first laser beam irradiated to a measurement object;
A second semiconductor laser that emits a second laser beam applied to the measurement object;
The first semiconductor laser is operated such that a period in which the wavelength of the first laser light continuously increases monotonously and a period in which the wavelength of the first laser light continuously decreases monotonously exists. One drive unit;
A second driving unit that operates the second semiconductor laser such that the phase of fluctuation of the wavelength of the second laser light and the phase of fluctuation of the wavelength of the first laser light are opposite to each other;
A first beat signal corresponding to interference light generated by a self-coupling effect caused by the first laser light emitted from the first semiconductor laser and the return light of the first laser light from the measurement target; A first detector for outputting a signal;
A second beat signal corresponding to interference light generated by a self-coupling effect caused by the second laser light emitted from the second semiconductor laser and the return light of the second laser light from the measurement target; A second detector for outputting a signal;
A calculation unit that obtains at least one of a distance to the measurement object and a speed of the measurement object based on the first signal and the second signal;
Including
The measuring device, wherein the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are provided on the same substrate.
前記第1検出部は、第1フォトダイオードを有し、
前記第2検出部は、第2フォトダイオードを有し、
前記第1半導体レーザー、前記第2半導体レーザー、前記第1フォトダイオード、および前記第2フォトダイオードは、同一基板に設けられている、計測装置。 In claim 1,
The first detection unit includes a first photodiode,
The second detection unit includes a second photodiode,
The measuring device, wherein the first semiconductor laser, the second semiconductor laser, the first photodiode, and the second photodiode are provided on the same substrate.
前記第1検出部および前記第2検出部は、共通のフォトダイオードを有し、
前記第1半導体レーザー、前記第2半導体レーザー、および前記共通のフォトダイオードは、同一基板に設けられている、計測装置。 In claim 1,
The first detection unit and the second detection unit have a common photodiode,
The measuring device, wherein the first semiconductor laser, the second semiconductor laser, and the common photodiode are provided on the same substrate.
前記第1レーザー光および前記第2レーザー光が入射する集光レンズを含む、計測装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
A measuring apparatus including a condenser lens on which the first laser light and the second laser light are incident.
前記第1レーザー光の主光線に沿った、前記第1半導体レーザーと前記測定対象との間の距離と、前記第2レーザー光の主光線に沿った、前記第2半導体レーザーと前記測定対象との間の距離とは、等しい、計測装置。 In claim 4,
A distance between the first semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the first laser light; and the second semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the second laser light. The distance between is equal to the measuring device.
前記第1レーザー光の主光線に沿った、前記第1半導体レーザーと前記測定対象との間の距離と、前記第2レーザー光の主光線に沿った、前記第2半導体レーザーと前記測定対象との間の距離とは、異なっている、計測装置。 In claim 4,
A distance between the first semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the first laser light; and the second semiconductor laser and the measurement object along the chief ray of the second laser light. The measuring device is different from the distance between.
前記第1半導体レーザーと前記集光レンズとの間の前記第1レーザー光の光路上と、前記第2半導体レーザーと前記集光レンズとの間の前記第2レーザー光の光路上と、に跨がるように配置されたビームスプリッターを含み、
前記ビームスプリッターは、前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光の一部を前記第1検出部に向けて反射させ、前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光の一部を前記第2検出部に向けて反射させる、計測装置。 In any one of Claims 4 thru | or 6,
It straddles the optical path of the first laser light between the first semiconductor laser and the condenser lens and the optical path of the second laser light between the second semiconductor laser and the condenser lens. Including a beam splitter arranged to
The beam splitter reflects a part of the first laser beam emitted from the first semiconductor laser toward the first detection unit, and outputs a part of the second laser beam emitted from the second semiconductor laser. A measurement device that reflects a part toward the second detection unit.
前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光が入射する第1集光レンズと、
前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光が入射する第2集光レンズと、
を含む、計測装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
A first condenser lens on which the first laser beam emitted from the first semiconductor laser is incident;
A second condenser lens on which the second laser light emitted from the second semiconductor laser is incident;
Including a measuring device.
前記第1半導体レーザーと前記第1集光レンズとの間の前記第1レーザー光の光路上と、前記第2半導体レーザーと前記第2集光レンズとの間の前記第2レーザー光の光路上と、に跨がるように配置されたビームスプリッターを含み、
前記ビームスプリッターは、前記第1半導体レーザーから射出された前記第1レーザー光の一部を前記第1検出部に向けて反射させ、前記第2半導体レーザーから射出された前記第2レーザー光の一部を前記第2検出部に向けて反射させる、計測装置。 In claim 8,
On the optical path of the first laser light between the first semiconductor laser and the first condensing lens, and on the optical path of the second laser light between the second semiconductor laser and the second condensing lens And a beam splitter arranged to straddle,
The beam splitter reflects a part of the first laser beam emitted from the first semiconductor laser toward the first detection unit, and outputs a part of the second laser beam emitted from the second semiconductor laser. A measurement device that reflects a part toward the second detection unit.
前記第1半導体レーザーおよび前記第2半導体レーザーは、面発光レーザーである、計測装置。 In any one of Claims 1 thru | or 9,
The measuring device, wherein the first semiconductor laser and the second semiconductor laser are surface emitting lasers.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2020039823A1 (en) | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社Nttドコモ | User terminal and wireless communication method |
KR102119984B1 (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-05 | 주식회사 포스코 | Laser measuring method and laser measuring apparatus |
-
2017
- 2017-03-29 JP JP2017064720A patent/JP2018169196A/en active Pending
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WO2020039823A1 (en) | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社Nttドコモ | User terminal and wireless communication method |
KR102119984B1 (en) * | 2018-12-19 | 2020-06-05 | 주식회사 포스코 | Laser measuring method and laser measuring apparatus |
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