JP7461787B2

JP7461787B2 - レーザ光電センサ

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Publication number: JP7461787B2
Application number: JP2020071364A
Authority: JP
Inventors: 伸一槻木; 哲庸呉
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2040-04-10
Also published as: JP2021167773A

Description

本発明は、レーザ光を投光するレーザ光電センサに関する。

レーザ光を検出領域に投光するレーザ光電センサが知られている（特許文献１、２）。この種の光電センサは一般的に投光素子として半導体レーザが用いられている。半導体レーザが発するレーザ光はワーク上にスポットを形成し易いことから高い検出精度を得ることができるという利点がある。

光電センサに含まれる受光素子つまり撮像素子は、一般的に、長波長つまり赤外や赤色の波長領域で感度が高いという特性を有し、ノイズの影響が相対的に低くなる。このことから、従来のレーザ光電センサにおいては、赤色のレーザ光を発する半導体レーザが採用されている。

特開２００８－１４５１６０号公報特開２０１３－１２７９４３号公報

レーザ光電センサは、スポットの像を撮像素子に投影してスポットの像の位置を決定することから、スポットの状態が判定精度に影響を及ぼす一因となっている。この観点に立脚すれば、ワーク上のスポットを小さくするのが良く、この目的の下では短波長のレーザ光が適している。すなわち、青色のように短波長のレーザ光を採用することで小さなスポットをワーク表面上に形成することができる。

一般的に、光電センサの設置において、光軸の向きの調整やしきい値を設定する際に、ユーザが目視でスポットの位置を確認できるのが望ましく、スポットが小さい程、目視でスポットの適正位置を確認し易くなる。しかし、裸眼での確認において、短波長のレーザ光は光子エネルギが大きいということが障害となる。これを回避するのに、ユーザに保護メガネの着用を求めるのが有効であるが、保護メガネの着用はユーザにとって煩わしい。

本発明の目的は、ワーク表面上に小さなスポットを形成して優れた検出精度を確保しつつ、その位置をユーザが裸眼で確認することができるレーザ光電センサを提供することにある。

人間の眼は可視領域の中央（波長555nm）に感度のピークがある。いわゆる比視感度は、500nm～555nmの波長帯域の色すなわち緑色が他の色よりも優れている。本願発明者は、この点に着目して本発明を案出するに至ったものである。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
検出領域に向けて緑色レーザ光を測定光として投光する半導体レーザ光源と、
該半導体レーザ光源の投光タイミングを制御するタイミング制御部と、
前記半導体レーザ光源からの前記緑色レーザ光を受光して、受光量に応じた受光信号を生成するモニタ受光素子と、
前記モニタ受光素子により生成された受光信号に基づいて前記半導体レーザ光源が投光するレーザ光の光強度を制御する光強度制御部と、
前記検出領域からの前記測定光を撮像して、露光期間における受光量に応じた受光信号を生成する撮像素子と、
該撮像素子により生成された受光信号に基づいて前記検出領域に存在する対象物を測定する測定部と、
前記半導体レーザ光源の状態を監視して、検出領域に向けて投光される緑色レーザ光の光パワーを所定の範囲で制御する光源制御部と、
前記半導体レーザ光源と前記撮像素子とを収容する金属筐体と、を備え、
前記半導体レーザ光源は前記撮像素子よりも高い電圧で駆動されることを特徴とするレーザ光電センサを提供することにより達成される。

光源制御部での光パワー制御において、広く知られている安全規格を参考にするのがよい。安全規格はクラス１から４に区分して規定され、クラス４に近づくほど眼に対する影響が大きくなる。本発明の実施において、光源制御部での制御における所定の範囲は安全規格のクラス１、２を参照して決定するのがよい。クラス１は高い安全性の担保を求め、クラス２は短時間での凝視における安全性を担保することを求めている。

緑色レーザ光を採用した本発明によれば、緑色レーザ光は従来の赤色レーザ光よりも短波長であり、赤色レーザ光よりも小さなスポットを形成することができるため、赤色レーザ光よりも優れた検出精度を実現できる。また、光源制御部によって緑色レーザ光の光パワーを所定の範囲、具体的には、好ましくはユーザの設定より、安全規格のクラス１又はクラス２を実現できる光パワーに制限することでワーク上のスポットを裸眼で確認しても安全性を確保することができる。また、緑色は、比視感度が優れていることから、光パワーを制限したとしても視認性を確保することができる。

本発明の作用効果及び他の目的は以下の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。

実施例の光学式三角測距センサを説明するための図である。実施例の光学式三角測距センサの一部を構成する本体部を所望の位置に固定できることを説明するための図であり、本体部はＯＥＬＤを含む。実施例の光学式三角測距センサの一部を構成するヘッド部が内蔵する構成要素を説明するための図である。ヘッド部の制御系の一部を説明するためのブロック図である。ヘッド部の制御系の他の部分を説明するためのブロック図である。ヘッド部の制御系の残部を説明するためのブロック図である。本体部の制御系を説明するためのブロック図である。ヘッド部、本体部に含まれる電源回路を説明するための図である。ヘッド部が出射する緑色のレーザ光の強度及びパワーを制限する制御を説明するためのフローチャートである。ヘッド部の分解斜視図である。図８に対応したヘッド部の縦断面図である。投光用の第１ホルダ部材を斜め上から見た斜視図である。受光用の第２ホルダ部材を斜め上から見た斜視図である。投光用の第１ホルダ部材を斜め下から見た斜視図である。第１ホルダ部材及び第２ホルダ部材を搭載装置のフィンガを使って位置決めし且つ位置決めした後に第１、第２のホルダ部材と蓋部材とを接着する接着剤が硬化するまで保持することを説明するための図である。第１、第２のホルダ部材の下面にテープを設けない場合の問題点を説明するための図であり、(I)は第１、第２のホルダ部材が均等に分布する接着剤によって蓋部材に接着された状態を示し、(II)は第１、第２のホルダ部材が不均等に分布する接着剤によって蓋部材に接着された状態を示す。第１、第２のホルダ部材に接着したテープがスペーサとして機能して第１、第２のホルダ部材を一意の姿勢で蓋部材に接着できることを説明するための図である。投光の光量を調整する必要性を説明するための図であり、(I)は光量が多すぎる場合の問題点を示し、(II)は光量が少なすぎる場合の問題点を示し、(III)投光の光量を調整することによりピーク位置を正確に把握できることを説明する図である。撮像素子の露光時間、投光パルス幅の設定を変更することによりレーザ光の強度を制御する処理の一例を示すフローチャートである。光強度制御処理の一例を示すフローチャートである。過電流検知処理の一例を示すフローチャートである。 (I)ワーク位置の遠近に伴って撮像素子におけるスポットの像の位置が変化することを説明するための図であり、(II)は画素の配列を不等間隔にした画像素子のイメージを説明するための図である。画素の配列が等間隔の画像素子における問題点を説明するための図である。不等間隔画像素子における画素の幅の設定を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、実施例の変位センサを示し、より具体的には光学式三角測距センサ１００を示す。三角測距センサ１００はヘッド部２と本体部４に分けて構成され、ヘッド部２と本体部４とは中継ケーブル６によって接続されている。中継ケーブル６は、好ましくは、コネクタを介在させることなくヘッド部２と本体部４とに半田付けされるのがよい。

一般的な三角測距センサに含まれる構成要素のうち、三角測距に必要とされる光学部品及びこれに関連した素子、電源基板などの構成要素群はヘッド部２に収容され、それ以外のドットマトリックスディスプレイ、例えば有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ）や操作ボタンなどの構成要素群が本体部４に設けられている。これにより、ヘッド部２を小型化することができる。

図２は本体部４を示す。本体部４は、幾分扁平な断面略矩形の細長い外形形状を有し、その長手方向一端に位置するヘッド側端４aと、長手方向他端部に位置する出力側端４ｂとを有している。また、本体部４の４つの面で構成される側面は、比較的幅広の第１側面４cと、この第１側面４cに隣接した幅狭の第２側面４dを含んでいる。

本体部４には出力ケーブル８が接続され、本体部４から出力ケーブル８を通じて判定信号つまりＯＮ/ＯＦＦ信号がＰＬＣなどの制御機器１０(図１)に向けて出力される。中継ケーブル６及び出力ケーブル８は共に屈曲可能な可撓性を備え、図１に示すように中継ケーブル６を折り返して束ねることにより、ヘッド部２と本体部４との距離を任意に調整することができる。図２を参照して、本体部４は、ヘッド側端４a及び出力側端４ｂから夫々長手方向に突出した周方向に延びる溝状の首部Ｎを有し、この首部Ｎの周面は好ましくは円形である。首部Ｎに結束バンドＢを掛け渡すことで、ヘッド部２に近い、例えば３０cm程度離れた任意の設置場所ＩＬに固定することができる。

首部Ｎの配置位置に関する変形例として、首部Ｎの代わりに、ヘッド側端４a及び出力側端４ｂの近傍に結束バンドＢを受け入れる溝を本体部４に設けてもよい。幅広の第１側面４cにはＯＥＬＤ１２が配設されている。また、この第１側面４cには、ＯＥＬＤ１２を挟んで一端側に本体部動作表示灯１４が配設され、他端側にＳＥＴボタン１６が配設されている。本体部動作表示灯１４は、後に説明するヘッド部２の前面動作表示灯７０及び出力部動作表示灯７６と同じ色で同期して点灯又は点滅する。

本体部動作表示灯１４は緑色ＬＥＤを含み、この緑色は、レーザ光の緑色と同じという点で共通であり、緑は比視感度に優れている。ＳＥＴボタン１６は例えばしきい値の自動設定（チューニングモード）など動作モードを選択するのに用いられる。幅狭の第２側面４dには、ＵＰボタン１８とＤＯＷＮボタン２０とが隣接して配置され、また、モードボタン２２が配設されている。ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０は例えばしきい値を調整したりメニューを選択したりするのに用いられる。モードボタン２２は三角測距センサ１００の動作モードを切り替えるのに用いられる。上述したＳＥＴボタン１６を第１側面４cではなくて、幅狭の第２側面４dに配置してもよい。

変形例として、本体部４からＯＥＬＤ１２を省いてもよい。次に説明するように、ヘッド部２は緑色レーザ光を投光する。緑色レーザ光を採用する場合、赤色レーザ光源に比べて大きな電圧が必要とされる緑色レーザ光源に対して駆動電源を供給するための電源回路が必要になる等、緑色レーザ光を採用することに伴ってヘッド部２は複数の電源回路が必要となる。ヘッド部２に必要とされる複数の電源回路の一部を、ヘッド部２とは別体の本体部４に配置することで、ヘッド部２を小型化することができる。

図３は、ヘッド部２の内部に配設される要素を説明するための図である。ヘッド部２は、このヘッド部２の設置姿勢の変化を検出するためのモーションセンサ５０を含んでいる。モーションセンサ５０の代表例がジャイロセンサであり、他の例として加速度センサ、地磁気センサを挙げることができる。モーションセンサ５０はヘッド部２と一体的に設置されている。具体的には、モーションセンサ５０はヘッド部２との関係で相対変位しないようにヘッド部２に組み付けられている。これにより、ヘッド部２が外力を受けてヘッド部２の設置姿勢が変化し、光軸変位が発生したことをモーションセンサ５０によって敏感に検知することができ、これにより光軸変位アラームを報知することができる。

ヘッド部２は、投光部５２、投光レンズ５４、受光レンズ５６、ミラー５８、撮像素子６０を有し、これらの要素で三角測距のための光路が形成されている。投光レンズ５４はコリメータレンズで構成されるのが好ましいが、より好ましくはコリメータレンズとシリンドリカルレンズとの組み合わせを採用するのがよい。撮像素子６０はＣＭＯＳリニアイメージセンサで構成され、撮像素子６０には電荷蓄積素子が含まれる。この撮像素子６０と受光回路６２とで受光部６４が構成されている。

シリンドリカルレンズは幅方向に帯状の光ビームを生成するという特性を有している。コリメータレンズとシリンドリカルレンズとの組み合わせによって、幅方向に帯状の投光ビームを生成し、矩形の受光素子６０の各画素６０aと整合させることにより、実質的に、検出光の反射光の殆どを受光素子６０で受光することができる。したがって、コリメータレンズとシリンドリカルレンズとの組み合わせによって測定精度を向上できる。

投光部５２は緑色レーザ光を発する半導体レーザ光源（InGaN／GaNの窒化ガリウム系）で構成される。ヘッド部２は、検出対象の検出領域に向けて緑色レーザ光を投光する。ワーク表面上のスポットの状態は検出精度に影響する。集光した小さなスポットであるほど検出精度が良い。緑色のレーザ光は赤色よりもスポットの状態が優れている。既知のように緑色は比視感度に優れている。この特性を利用して、緑色レーザ光の強度、パワーを制限してもスポットの視認性を確保することができる。ワークの所望の位置に投光ビームが照射されていることをユーザが裸眼で確認できることは、光軸調整やしきい値設定、ひいては検出を適正に実行する上で望ましい。

緑色の波長領域では、明比視感度と暗比視感度の双方が高いということが知られている。従って、緑色の光源を用いることはユーザにとって視認性が向上する。緑色の波長領域において小さなスポットを形成するのに、極力、波長が短い方が望ましい。この観点から、投光の光源として後に説明する緑色ＬＤ５２０が出射する緑色レーザ光の波長は、500nm以上555nm以下、好ましくは、500nm以上532nm以下であるのがよい

投光部５２が出射した緑色レーザ光は投光レンズ５４、投光窓６６を通じてワークに達する。ワークの表面で反射した反射光は、受光窓６８、受光レンズ５６を通り、ミラー５８で屈折されて受光部６４で受け取られる。すなわち、受光部６４は、ワークの検出領域から反射した緑色レーザ光を受光し、これを光電変換して受光情報を生成する。投光部５２、受光部６４は、ヘッド部２に内蔵されたプロセッサ６８によって制御される。

図３から分かるように、ヘッド部２は、比較的薄い略直方体の形状を有し、幅狭の投受光面２aに上記の投光窓６６、受光窓６７が配置されている。投光窓６６と受光窓６７の間には例えば赤色、緑色の２色のＬＥＤで構成された前面動作表示灯７０が配設されている。前面動作表示灯７０は、赤色、緑色、赤と緑の混色である黄色で点灯又は点滅することができる。

ヘッド部２の長手方向の第１、第２の端２b、２cのうち、投光窓６６から離れた第２の端２cと、投受光面２aと対抗する背面２dとの間の角部２eは切り欠かれた形状を有し、この角部２eは好ましくは４５°の傾斜面で構成されている。この角部２eに中継ケーブル６が通過する孔が形成され、孔は止水部材７２で水の侵入が阻止される。止水部材７２に直に隣接してヘッド部２の内部には前面動作表示灯７０と同じ色の２色のＬＥＤ７４が配置されている。止水部材７２は光を透過する導光部材で構成され、ＬＥＤ７４と導光止水部材７２によって出力部動作表示灯７６が構成されている。前面動作表示灯７０及び出力部動作表示灯７６は、ＯＮ/ＯＦＦ判定信号に同期して黄色又は緑色で点灯され、また、例えば赤色の点滅によってエラー表示される。前面動作表示灯７０、出力部動作表示灯７６及び本体部動作表示灯１４の点灯色つまり緑は、レーザ光の緑と同じという点で共通であり、緑は比視感度に優れている。

ヘッド部２の設置において、投受光窓６６、６８が位置する投受光面２a及び中継ケーブル６が位置する角部２eは露出した状態に置かれるのが通常である。実際の運用において、露出した状態に置かれる投受光面２a及び角部２eに動作表示灯７０、７６を配置することで前面動作表示灯７０、出力部動作表示灯７６をヘッド部２の外形輪郭から突出させる必要はない。換言すれば、ヘッド部２の外形輪郭の小型化を阻害する前面動作表示灯７０、出力部動作表示灯７６を突出した形態にする必要無しに、ユーザに前面動作表示灯７０、出力部動作表示灯７６の点灯、点滅を認識させることができる。

上述したように、好ましくは４５°の傾斜面で構成された角部２eに中継ケーブル６が接続されている。また、導光止水部材７２によって第２動作表示灯７６が構成されている。したがって、角部２eに配置した第２表示灯７６は、ヘッド部２の外形輪郭を規定する第２の端２c、第２の側面２dの延長線Ｌ１、Ｌ２の内側に位置している(図３)。換言すれば、出力部動作表示灯７６は、延長線Ｌ１、Ｌ２から外部に突出していない。これにより、出力部動作表示灯７６の存在によって小型化したヘッド部２の外形寸法は拡大しない。小型化を企図しないのであれば、動作表示灯７０、７６はヘッド部２の外形輪郭から突出した形態であってもよい。

図２を参照して前述したように、本体部４の溝状の首部Ｎに結束バンドＢを掛け渡すことで、本体部４をヘッド部２に近い任意の場所ＩＬに固定することができる。本体部４は長方形の断面形状を有している。ＯＥＬＤ１２を設置した第１側面４cと、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０等を設置した幅狭の第２側面４dとは互いに直角に交わっている。第１側面と対抗する第３側面、第２側面と対抗する第４側面は平らな面で構成され、この第３側面、第４側面は設置面を構成している。この第３側面及び／又は第４側面を設置場所に当接させた状態で、ヘッド部２の近傍であって比較的平らな任意の場所ＩＬ(例えば柱)に上記結束バンドＢを使って固定することがきる。

図２を参照して、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０等を設置した幅狭の第２側面４dには、その長手方向の一端に第１の隆起部Ｓm(1)が設けられ、他端に第２の隆起部Ｓm(2)が設けられている。そして、この第１、第２の隆起部Ｓm(1)、Ｓm(2)で挟まれた相対的に低位の領域にＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、モードボタン２０が配置され、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、モードボタン２０の操作面つまり頂面は第１、第２の隆起部Ｓm(1)、Ｓm(2)よりも低い位置に位置している。第２側面４dのこの構成により、本体２に何らかの物体が衝突したとしても、この物体は第１、第２の隆起部Ｓm(1)、Ｓm(2)によって受け止められるため、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、モードボタン２０の予期しない操作を阻止することができる。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、ヘッド部２の制御系を説明するためのブロック図である。図４Ａを参照して、投光部５２を構成する緑色レーザダイオード（ＬＤ）５２０が発する緑色レーザ光（波長：500nm～555nm、好ましくは500nm～532nm）はフォトダイオード（モニタＰＤ）５２２で監視され、このモニタＰＤ５２２の出力電流はI/V変換回路５２４、A/D変換回路５５２６を経て投光制御部６８０（図４Ｂ）にフィードバックされる。緑色ＬＤ５２０はＬＤ駆動回路５３０によって制御され(図４Ａ)、このＬＤ駆動回路５３０は投光制御部６８０（図４Ｂ）によって制御される。図４Ａを参照して、ＬＤ駆動回路５３０は電流制御回路５３２、投光スイッチ回路５３４を含む。投光制御部６８０（図４Ｂ）からD/A変換回路５３６を経て制御信号が電流制御回路５３２(図４Ａ)に入力され、また、投光制御部６８０（図４Ｂ）から投光スイッチ回路５３４に制御信号が入力される。これにより、緑色ＬＤ５２０は所定の周期で且つ所定のパワーでレーザ光を投光する。

図４Ａを参照して、ＬＤ駆動回路５３０を流れる電流は過電流検知回路５３８によって監視される。過電流検知回路５３８は電流検知回路１００２と、比較器１００４とを含み、ＬＤ駆動回路５３０を流れる電流が予め設定された所定値よりも大きいと、比較器１００４から投光制御部６８０（図４Ｂ）に過電流検知信号が供給される。具体的には、緑色ＬＤ５２０に電流を電圧に変換して過電流検知用基準電圧と比較し、緑色ＬＤ５２０緑色に電流に基づく電圧が過電流検知用の基準電圧以内であるか否かの判定が比較器１００４によって行われる。過電流を検知すると、投光制御部６８０（図４Ｂ）は、投光を停止する又は過電流を抑制する制御が実行される。

撮像素子６０（図４Ａ）からの受光信号に基づいて、撮像素子６０における投光スポットの像の位置が特定され、そして、特定した投光スポットの位置に基づいてワークの変位が測定される。受光部６４（図４Ａ）を構成する受光回路６２は、ＣＯＭＳ制御回路１０１０、増幅回路１０１２、ローパスフィルタ１０１４で構成され、撮像素子６０から出力される受光信号は増幅回路１０１２で増幅される。受光部６４が出力する受光情報はA/D変換回路６４０を経てプロセッサ６８（図４Ｂ）に入力される。プロセッサ６８は、ピーク受光量検出部６８２、ピーク位置検出部６８４、距離算出部６８６、距離判定部６８８、出力部６９０を含む。ピーク受光量検出部６８２は受光量のピーク値を検出し、このピーク値は投光制御部６８０に入力されて投光制御に反映される。受光部６４（図４Ａ）が生成した受光情報に基づいて受光量のピーク位置がピーク位置検出部６８４（図４Ｂ）で検出される。すなわち、ピーク位置検出部６８４は、受光情報に基づいて受光量のピーク位置を測定して、このピーク位置情報は距離算出部６８６に供給される。距離算出部６８６は、ピーク位置と距離との対応関係を示すテーブル６９２を参照して、ワークまでの距離を算出する。距離算出部６８６で求められたワークまでの距離は距離判定部６８８に供給され、距離判定部６８８は、メモリに保存されている判定しきい値６９４との対比で判定する。ＯＮ/ＯＦＦに２値化した判定信号は出力部６９０、通信部８０を通じて本体部４に供給される。後に説明するように、本体部４では、ユーザが設定した出力論理に基づいて論理ＯＮ/ＯＦＦ判定信号が生成され、この論理ＯＮ/ＯＦＦ判定信号が本体部４から外部に出力される。変形例として、本体部４で判定信号を生成してもよい。また、距離算出部６８で求められたワークまでの距離は出力部６９０、通信部８０を通じて本体部４に供給される。

受光部６４が出力する受光情報は、撮像素子６０の露光期間の制御及び投光パルス幅の制御に用いられ、これによりユーザが設定した安全規格のクラス１又は２に合致したレーザ光パワーを投光するように制御される。図４Ｂを参照して、受光部６４が出力する受光情報はピーク受光量検出部６８６に入力され、ピーク受光量検出部６８２でピーク受光量が検出される。この実ピーク受光量は比較部１０２０に入力される。比較部１０２０において、実ピーク受光量は、メモリに保存されているピーク受光量の高さ方向の所定の目標領域１０２２と比較され、この比較に基づいて露光期間調整部１０２４は露光期間を調整し、この情報は露光信号生成部１０２６に供給され、露光信号生成部１０２６は露光期間情報を生成してＣＭＯＳ制御回路１０１０（図４Ａ）に供給する。ＣＭＯＳ制御回路１０１０は露光期間調整部１０２４で決定した露光期間に基づいて撮像素子６０を駆動する。

図４Ｂを参照して、比較部１０２０が生成した比較情報は投光パルス幅調整部１０３０に供給される。投光パルス幅調整部１０３０は、比較情報に基づいて投光パルス幅を調整し、この情報は投光パルス生成部１０４０に供給され、投光パルス生成部１０４０は投光パルス幅を決定し、この投光パルス幅及び予め定められた投光周期に基づいて投光スイッチ回路５３４（図４Ａ）が制御される。投光パルス幅調整部１０３０及び露光期間調整部１０２４はピーク受光量のフィードバック制御部１０３２（図４Ｂ）を構成する。フィードバック制御部１０３２は、受光部６４が出力する受光情報に基づいて露光期間、投光パルス幅、投光電流量の制御にフィードバックされる。

上記の説明から分かるように、投光パルス幅調整部１０３０は、撮像素子６０の受光量の適正化のために緑色レーザ光の光強度の設定を変更する光強度設定変更部を実質的に構成する。また、露光期間調整部１０２４は、撮像素子６０の受光量の適正化のために撮像素子６０の露光期間の設定を変更する露光期間設定変更部を実質的に構成する。

すなわち、投光パルス幅調整部１０３０で調整された投光パルス幅は、モニタＰＤ５２２（図４Ａ）の受光量目標値１０４２（図４Ｂ）に反映されることにより、緑色ＬＤ５２０に供給する電流量の制御に対するフィードバック制御に用いられる。すなわち、モニタ受光量フィードバック制御部１０５０は、モニタＰＤ５２２（図４Ａ）の実モニタ受光量と、モニタ受光量目標値１０４２とを比較する比較部１０５２を有し、比較部１０５２による比較情報は、投光電流量制御部１０５４に供給される。投光電流量制御部１０５４は、実モニタ受光量が目標値１０４２よりも多いときには投光電流量を少なくし、実モニタ受光量が目標値１０４２よりも少ないときには投光電流量を多くする電流量制御信号を生成し、この電流量制御信号は電流制御回路５３２（図４Ａ）に供給される。前述した過電流信号はリミッタ１０５６に供給され、リミッタ１０５６は過電流信号を受けると、投光電流を遮断する又は投光パルス生成部１０４０及び投光電流量制御部１０５４を規制して過電流を抑制する。

図４Ｃを参照して、前述したモーションセンサ５０を構成するジャイロセンサの出力は光軸変位検知部６９６に入力される。光軸変位検知部６９６は、メモリ参照部６９８からしきい値を読み込み、ジャイロセンサ（モーションセンサ５０）の出力がしきい値以上のときに、光軸変位検知情報を出力部６９０に供給する。この光軸変位検知情報は通信部８０を通じて本体部４に供給される。

光軸変位検知部６９６は、光軸変位演算部１０６０、光軸変位判定部１０６２、光軸変位判定部１０６２、光軸変位検知信号送信部１０６４を含む。モーションセンサ５０（ジャイロセンサ）の出力は光軸変位演算部１０６０に入力される。光軸変位演算部１０６０は、モーションセンサ５０（ジャイロセンサ）の出力と、前回の演算値１０７０との対比で現在の光軸変位を演算し、求めた実光軸変位を光軸変位判定値１０６２として光軸変位信号送信生成部１０６４に供給する。光軸変位信号送信生成部１０６４は光軸変位判定値１０６２と光軸変位しきい値１７２とを比較して、実光軸変位がしきい値１０７２よりも大きいときに光軸変位検知信号を生成して出力部６９０に供給する。出力部６９０は光軸変位検知信号及び光軸変位量を通信部８０を通じて本体部４に供給する。

ヘッド部２は故障検知部１０８０を有し、ヘッド部２の動作に異常が発生したときには表示灯制御部１０８２を通じて前面動作表示灯７０、出力部動作表示灯７６を駆動し、前面動作表示灯７０、出力部動作表示灯７６は赤色で点滅する。また、表示灯制御部１０８２は通信部８０を通じて本体部４に異常発生信号を供給し、本体部動作表示灯１４は赤色で点滅する。

図５は、本体部４の制御系を説明するためのブロック図である。本体部４は、プロセッサ２４、入力回路２６、出力回路２８、電源回路３０、メモリ３２、通信部３４を含んでいる。図示の操作部４０２は、ＳＥＴボタン１６、ＵＰボタン１８、ＤＯＷＮボタン２０、モードボタン２２を意味している。ユーザは操作部４０２を操作することにより、チューニング設定、マスク設定、ジャイロセンサ(モーションセンサ５０)のしきい値設定、本体部４の出力論理の設定、クリア入力などを行うことができる。モーションセンサ５０の信号に基づいて光軸変位が検出されるとアラーム信号が生成され、このアラーム信号はクリア指示があるまで保持される。ユーザが操作部４０２を操作すると操作受付部２４０でこの操作が受け付けられ、ユーザが例えば光軸変位しきい値や距離判定しきい値を変更する操作を行うとメモリ３２に保存されている光軸変位しきい値、距離判定しきい値が更新される。

通信部３４を通じてヘッド部２から受け取った受光情報は、送受信部３４０を通じて光軸変位制御部２４２、表示画面生成部２４４、出力生成部２４６に供給される。ヘッド部２から受け取った距離判定データは、ユーザが設定可能な出力論理２４８に基づいて出力生成部２４６により出力情報が生成され、この出力情報は出力回路２８を通じて出力ケーブル８を通じて外部機器に供給される。

出力情報つまり判定ＯＮ/ＯＦＦ信号は、上述したようにヘッド部２で生成してもよいし、本体部４で生成してもよい。ヘッド部２と本体部４とを連結する中継ケーブル６の存在によってノイズの影響を受け易い。ヘッド部２で判定ＯＮ/ＯＦＦ信号を生成した場合において、中継ケーブル６を通じて本体部４に供給される判定ＯＮ/ＯＦＦ信号は二値化された信号であるためノイズの影響は受け難い。他方、本体部４で判定ＯＮ/ＯＦＦ信号を生成した場合には、この判定ＯＮ/ＯＦＦ信号をヘッド部で生成する必要がないためヘッド部２の回路基板が複雑になることを回避でき、ヘッド部２を小型化できる。

送受信部３４０を通じてヘッド部２から受け取った受光情報、光軸変位検知信号は出力生成部２４６に供給される。出力生成部２４６は、ヘッド部２から受け取った受光情報に含まれる判定情報に基づいて、上述したように、ユーザが設定可能な出力論理２４８に従って出力情報を生成する。この出力情報は出力回路２８を通じて出力ケーブル８を通じて外部機器に供給される。また、出力回路２８は光軸変位検知信号を受け取ったときには、警報信号を外部に供給する。

送受信部３４０を通じてヘッド部２から受け取った光軸変位検知信号は光軸変位制御部２４２に供給される。光軸変位制御部２４２が光軸変位検知信号を受け取ったときには、光軸変位検知信号を表示画面生成部２４４に供給する。表示画面生成部２４４は光軸変位検知信号を受け取ると、直ちにＯＥＬＤ１２に表示する表示画面を生成する。表示画面生成部２４４で生成した表示画面はディスプレイ制御部２５０に供給され、ディスプレイ制御部２５０は表示画面生成部２４４で生成した表示画面に基づいてＯＥＬＤ１２のアラーム表示の描画を制御する。

ヘッド部２から受け取った受光情報（判定しきい値を含む）は表示画面生成部２４４によって受け取られる。表示画面生成部２４４は受光情報に基づいてＯＥＬＤ１２に表示する表示画面を生成する。表示画面生成部２４４で生成した表示画面はディスプレイ制御部２５０に供給され、ディスプレイ制御部２５０は表示画面生成部２４４で生成した表示画面に基づいてＯＥＬＤ１２の現在値表示などの描画を制御する。

図６は、ヘッド部２、本体部４に含まれる電源回路を説明するための図である。本体部４は電源回路３０を内蔵している。電源回路３０は、２つの電源回路３０Ａ、３０Ｂを含む。一方の電源回路３０Ａは外部から受け取った電源の電圧を調整して、調整した電圧を他方の電源回路３０Ｂとヘッド部２に供給する。この他方の電源回路３０Ｂは電圧を調整してプロセッサ２４及びヘッド部２に供給する。ヘッド部２において、本体部４から受け取った電源によってモーションセンサ(ジャイロセンサ)５０及びプロセッサ６８が駆動され、また、緑色ＬＤ５２０が駆動される。ヘッド部２の第２電源回路７８は電圧を調整し、調整後の電圧はリニアレギュレータ８２によって安定化された後に、撮像素子６０、受光回路６２に供給される。

図７は、緑色レーザ光を発するＬＤ５２０(図４)の強度及びパワーを制限する制御を説明するためのフローチャートである。図７を参照して、ステップＳ１で投光信号を生成する。この投光信号は予め定められた投光周期を有している。次のステップＳ２において、予め設定された電流量及びパルス幅で緑色ＬＤ５２０を駆動する。次のステップＳ３において、モニタＰＤ５２２が受け取ったモニタ受光量が予め規定した範囲内であるか否かをプロセッサ６８の投光制御部６８０内のモニタ受光量フィードバック制御部１０５０が判別しＹＥＳであればステップＳ１に戻る。ステップＳ３において、ＮＯつまりモニタ受光量が規定の範囲を逸脱しているときには、ステップＳ４に移行してこの逸脱が所定回数以上連続しているか否かを判別する。このステップＳ４においてＹＥＳつまり逸脱が所定回数以上連続しているときには何らかの故障が発生しているとして緑色ＬＤ５２０の投光を停止する（Ｓ５）。ステップＳ４において、ＮＯのときには、ステップＳ６に進んで緑色ＬＤ５２０を制御する電流量及びパルス幅を調整してステップＳ２に戻る。ステップＳ３、Ｓ５で説明したように、複数の箇所でモニタ発光量を監視していることによって、仮に一箇所が故障したとしても所定の安全性を確保できるレーザクラスに基づく運用を担保することができる。

上記ステップＳ３ないしＳ６は、緑色レーザ光の強度及びパワーを制限する実質的なリミッタを構成している。投光部５２が発する緑色レーザ光の強度及びパワーは、ワークに当たった緑色レーザ光のスポットの位置をユーザが裸眼で確認してもユーザに影響を及ぼさないレベルに制限される。この制限は安全規格の「クラス１」又は「クラス２」を念頭に置いて設定すればよい。緑色は波長が500nm～555nmであり、比視感度（明比視感度及び暗比視感度）が他の色よりも優れている。したがって、緑色レーザ光の強度及びパワーを上記のレベルに制限してもスポットの視認性を確保できる。

緑色ＬＤ５２０の動作モードを２つ用意し、クラス１で動作する第１モードと、クラス２で動作する第２モードを選択的に使い分けるようにしてもよい。第１モードは例えば光軸調整時及び／又は点検時に選択し、第２モードはチューニングの時や運用時に選択できるようにするのが好ましい。また、投光パルス幅を一定の制限の下でユーザが設定できるようにしてもよい。

図８はヘッド部２の分解斜視図である。なお、この図８は、光学系部品及びこれに関連したホルダを説明するための図であることから、それ以外の部品や要素は図示が省かれている。ヘッド部２の筐体２０２は主筐体２０４と蓋部材２０６とで構成され、主筐体２０４と蓋部材２０６は共に金属材料で作られた精密成型品である。金属材料は典型的にはステンレス鋼である。図９は、図８に対応したヘッド部２の縦断面図である。

主筐体２０４は、その２つの側面のうち一方の側面が蓋部材２０６によって形成されている。すなわち、主筐体２０４は、図８に参照符号２fで示す平らな側面と対抗する側が側方に向けて開放したボックス状の形状を有し、この側方に開放した開口を密閉するようにして蓋部材２０６が主筐体２０４に溶接により固定される。この蓋部材２０６によって、主筐体２０４の側面２ｆと対抗する他方の平らな側面が形成される。

蓋部材２０６は光学系部品を搭載する光学ベースつまりフレームを構成し、蓋部材２０６には光学系部品が搭載されて蓋部材２０６それ自体がモジュール化される。そして、光学系部品を含むモジュール化された蓋部材２０６を主筐体２０４に組み付け、その後、蓋部材２０６を主筐体２０４に溶接することによりヘッド部２が組み立てられる。図８において、参照符号２０４aは、主筐体２０４の前面開口を示す。この前面開口２０４aには保護カバー（図示せず）がシール材を介して接着され、この保護カバーによってヘッド部２の投受光窓が形成される。

図９において、前面動作信号灯７０を構成する信号灯ユニットＡは２色のＬＥＤ７０aが実装されたＬＥＤ基板を含む。図９を参照すると分かるように、信号灯ユニットＡは、投光レンズ５４と受光レンズ５６との間のデッドスペースに配置されていることが分かる。この配置により、ヘッド部２の小型化が実現されている。前述した角部２に出力部動作表示灯７６を配置させていることもヘッド部２の小型化効果があるが、出力部動作表示灯７６を構成する２色のＬＥＤ７４を実装したＬＥＤ基板２１０がヘッド部２の側面に対して鉛直に配置されていることもヘッド部２の小型化効果がある。

緑色ＬＤ５２０は、赤色ＬＤや青色ＬＤと比して流通性が低く、輝度の高い窒化ガリウム系の場合、赤色ＬＤよりも高く５Ｖ以上もしくは６Ｖ以上の動作電圧が必要である。また、緑色ＬＤ５２０の動作電圧は、駆動電流、周囲温度、固体バラツキ等で変動するため、動作電圧の変動を考慮すると緑色ＬＤ５２０を駆動するための電源回路としては１０Ｖ以上の電源電圧を供給するものが適している。ヘッド部２に緑色ＬＤ５２０を駆動するための電源回路を設けたときにはヘッド部２が大型化する。実施例の三角測距センサ１００は、ヘッド部２と、中継ケーブル８でヘッド部２と一体化された本体部４とで構成し、本体部４に緑色ＬＤ５２０を駆動するための電源回路３０Ａを設ける構成が採用されている。この構成により緑色ＬＤ５２０を含むヘッド部２を小型化することができる。実施例では、本体部４に表示部つまりＯＥＬＤ１２が設けられており、また、操作部１４が設けられているが、表示部１２や操作部１４を本体部４から省いてもよい。

一般的に、撮像素子６０の駆動電圧やプロセッサ６８の駆動電圧は、緑色ＬＤ５２０の駆動電圧よりも低い。このことから相対的に高電圧で駆動される緑色ＬＤ５２０のための電源回路を別途用意する必要がある。この緑色ＬＤ５２０を駆動するための電源回路を本体部４に配置することでヘッド部２を小型化することができる。

上記の構成により小型化が可能なヘッド部２は、更に蓋部材２０６を金属ベースとして利用する設計が加えられ、この金属ベースに対して光学系部品を電気的に絶縁した状態で搭載することで、光学系部品を組み込んだ蓋部材２０６をモジュール化する構成を採用することで究極の小型化の実現に成功している。

図９の参照符号２０８は例えば黒に着色したスポンジなどの可撓性の遮光・吸光部材を示す。可撓性遮光・吸光部材２０８は、投光部５２、投光レンズ５４、受光レンズ５６などの光学系部品を蓋部材２０６に搭載した後に投光部５２と投光レンズ５４との間に設置されて実質的な鏡筒を構成する。図９は、光学系部品だけを抽出して図示した図である。実際は、基板などで密な状態であると理解されたい。このことから投光部５２のレーザ光の迷光が内蔵部品によって遮光されることから、迷光がミラー５８、撮像素子６０に達する可能性は低い。この可能性を無くすために、投光部５２と投光窓６６（図６）との隙間に筒状の遮光・吸光部材２０８を設けるのがよい。図９に基づいて説明すれば、投光部５２は上方の角部に位置し、角部２eの出力部動作表示灯７６は下方に位置して互いに大きく離れているため、投光部５２が発する光の迷光が出力部動作表示灯７６に達する可能性は低いものの、投光部５２と投光レンズ５４との間に遮光・吸光部材２０８を設置することで、この可能性を無くすことができる。

前述したように蓋部材２０６は金属の精密成型品である。図８、図９を参照して、蓋部材２０６の裏面には、投光レンズ５４、受光レンズ５６の配置部位に起立する３つのホルダ部２１２、２１４、２１６が一体成形されている。第１、第２のホルダ部２１２、２１４には、夫々、光を通過させる開口２１２a、２１４aが形成されている。第１のホルダ部２１２には投光レンズ５４が接着剤Ａd（図９）により固定される。第２のホルダ部２１４には受光レンズ５６が接着剤Ａdにより固定される。第３のホルダ部２１６（図９）にはミラー５８が接着により固定される。変形例として、３つのホルダ部２１２、２１４、２１６の全て又はその一部は、別途成形した成型品のホルダ部材で構成し、このホルダ部材を蓋部材２０６に接着する構成を採用してもよい。

図１０は、投光部５２を位置決め固定するための第１ホルダ部材２２０を斜め上から見た斜視図である。第１ホルダ部材２２０は、ベース部分２２０aと、ベース部分２２０aから鉛直に起立する縦壁２２０bとを有する成型品である。投光部５２は縦壁２２０bに接着により固定される。

図１１は撮像素子６０と受光回路６２を位置決め固定するための第２ホルダ部材２３０を斜め上から見た斜視図である。第２ホルダ部材２３０は、ベース部分２３０aと、ベース部分２３０aから鉛直に起立する２本の支柱２３０bとを有する成型品である。撮像素子６０と受光回路６２は２本の支柱２３０ｂに接着により固定される。

図１１から分かるように、第２ホルダ部材２３０のベース部分２３０aは間隔を隔てた部位に少なくとも２つの２３２を有する。図１０を参照して第１ホルダ部材２２０は、ベース部分２２０aに第１作業孔２２２を有し、縦壁２２０bの上端面に形成された切欠き形状を備えた半円状の第２作業凹所２２２aを有している。

第１、第２のホルダ部材２２０、２３０は蓋部材２０６に接着剤Ａd（図１５）により固定される。図１２は、投光用の第１ホルダ部材２２０を斜め下から見た斜視図である。第１ホルダ部材２２０を蓋部材２０６に接着する際には、その準備工程として、第１ホルダ部材２２０のベース部分２２０aの底面に、間隔を隔てて少なくとも２つの帯状のテープ２４０が接着される。滑り性に優れたテープ２４０は蓋部材２０６に接着されない。投光部５２を組み込んだ第１ホルダ部材２２０は搭載装置２５０（図１３）によって蓋部材２０６に位置決めされ、位置決めした後に２つのテープ２４０の間の空間Ｓに液状の接着剤が充填される。すなわち、２つのテープ２４０によって形成される空間Ｓは接着剤を充填する領域であり、２つのテープ２４０によって接着剤充填領域が規定される。

第１、第２のホルダ部材２２０、２３０のベース部分２２０a、２３０aの各々に貼着する２つのテープ２４０を互いに大きく離間させて、接着剤充填領域Ｓの面積を大きくするのが好ましい。換言すれば、ベース部分２２０a、２３０aの各々の両側縁部にテープ２４０を配置するのが好ましい。換言すれば、ベース部分２２０a、２３０aの各々の中央部分に２つのテープ２４０を貼着したときには、十分な面積の接着剤充填領域Ｓを確保することができないだけでなく、接着剤Ａdが硬化する過程で第１、第２のホルダ部材２２０、２３０が正規位置から変位して、その結果、三角測距センサ１００の精度が低下してしまう虞がある。

第１、第２のホルダ部材２２０、２３０のベース部分２２０a、２３０aの作業孔２２２、２３２をテープ２４０で塞ぐのがよい。作業孔２２２、２３２は上述したように極力離れた位置に配置するのがよい。このことからベース部分２２０a、２３０aの縁部にテープ２４０を配置することで作業孔２２２、２３２を塞ぐことができる。作業孔２２２、２３２をテープ２４０で塞ぐことにより、接着剤充填領域Ｓに充填した接着剤Ａdが作業孔２２２、２３２に侵入するのを防止できる。ちなみに、作業孔２２２、２３２に接着剤Ａdが侵入したときには、接着剤充填領域Ｓに存在する接着剤Ａdの量が不定となり、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０の蓋部材２０６に対する接着強度を一定にすることができない。

この２つのテープ２４０はスペーサとしての機能を有している。図１４は、テープ２４０を設けない場合の問題点を説明するための図である。第１、第２のホルダ部材２２０、２３０と蓋部材２０６との間に均等に接着剤Ａdが存在するのが理想であり、これにより、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０を正規の姿勢で蓋部材２０６に固定できる（図１４の(I)）。しかし、接着剤Ａdが不均一な場合には、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０に傾きが発生する（図１４の(II)）。そして、この傾きは不確定要素である。図１５は、テープ２４０を設けた場合を説明するための図である。第１、第２のホルダ部材２２０、２３０と蓋部材２０６との間に位置する２つのテープ２４０はスペーサとして機能し、蓋部材２０６に対する第１、第２のホルダ部材２２０、２３０の姿勢を一意に規定することができる。

図１３を参照して、搭載装置２５０は２本のフィンガ２５０aを有し、この２本のフィンガ２５０aは例えば受光用の第２ホルダ２３０の作業孔２２２に挿入され、そして、第２ホルダ２３０を所定の位置に位置決めすると共に、この位置決め状態を２つのテープ２４０の間の空間Ｓに充填した接着剤が硬化するまで維持する。投光用の第１ホルダ２２０についても同様である。蓋部材２０６には先ず光学部品が搭載される。図１３を参照して、投光用の第１ホルダ２２０の周囲及び受光用の第２ホルダ２３０の周囲が開放されている。これにより、搭載装置２５０による第１、第２のホルダ２２０、第２ホルダ２３０の位置決めの際の調整クリアランスが確保されている。

搭載装置２４によって第１、第２のホルダ２２０、２３０の位置決めを行うため、第１、第２のホルダ２２０、２３０の許容される成型誤差は、蓋部材２０６に第１、第２のホルダ２２０、２３０を実装する際に搭載装置２４によって吸収することができる。

第１、第２のホルダ部材２２０、２３０は、例えばアルミナからなるセラミック成形品である。この成型品は電気絶縁性、成形性、低熱膨張係数、熱伝導性に優れている。したがってセラミック成型品の第１、第２のホルダ部材２２０、２３０は雰囲気温度の変動に対して形状安定性及び寸法安定性に優れ、また、電気的な絶縁性に優れている。

第１、第２のホルダ部材２２０、２３０の変形例として、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０は、電気的な絶縁性を備えたセラミック材料を含有した樹脂成型品であってもよい。

第１、第２のホルダ部材２２０、２３０の他の変形例として、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０の接着面及び／又は蓋部材２０６の該当箇所に電気的な絶縁性を備えた材料をコーティングしてもよい。このコーティング材料も電気的な絶縁性に加えて伝熱性に優れた材料であるのが好ましい。この他の変形例によれば、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０はセラミック成型品に限定されず、例えば金属製の成型品を採用することができる。

搭載装置２４によって第１、第２のホルダ部材２２０、２３０を位置決めする工程において、滑り性に優れたテープ２４０によって、フィンガ２５０aの微妙な動きで第１、第２のホルダ部材２２０、２３０を円滑に位置決めすることができる。テープ２４０は上述したようにスペーサとして機能し、接着剤充填領域Ｓに充填する接着剤Ａdの適切な量を規定することができる。上述したように緑色ＬＤ５２０として窒化ガリウム系の半導体レーザ素子を採用した場合、動作電圧が赤色ＬＤに比べて高く、供給する電源電圧を高くする必要があり、換言すれば、同じ駆動電流であっても緑色ＬＤ５２０において発生する熱の発熱量は赤色ＬＤに比べて多い。第１、第２のホルダ部材２２０、２３０をセラミック材料で作った場合、伝熱性に優れた材料であるため緑色ＬＤ５２０の温度上昇を抑制し、小型化することができる。また、セラミック材料からなるホルダ部材２２０、２３０は熱変形し難いため、熱変形に起因する光軸ずれや測定誤差を低減することができる。

また、搭載装置２４の２本のフィンガ２５０の離間距離が大きくなるように作業孔２２２、２３２を配置することで、搭載装置２４による第１、第２のホルダ部材２２０、２３０の組み付け精度を高めることができる。そして、滑り性の良いテープ２４０をスペーサとして用いると共に２つのテープ２４０で接着剤充填領域Ｓを規定することで、接着剤充填領域Ｓの全体に均一に接着剤Ａdを充填することができる。これにより、第１、第２のホルダ部材２２０、２３０を精度良く蓋部材２０６に固定することができる。

接着剤充填領域Ｓに均一に接着剤Ａdが充填されていることで、雰囲気温度の変動などにより接着剤が熱膨張したとしても、投光素子と投光レンズ、受光素子と受光レンズの相対的な位置関係が変動しない固定状態を維持できる。つまり、雰囲気温度の変動に伴う影響を抑えることができる。このことは三角測距センサ１００の精度を高めることに貢献している。

以上の相乗効果によって、発熱量が多い緑色ＬＤ５２０を搭載したヘッド部２を究極的に小型化しているにも関わらず、雰囲気温度の変動に影響を受けることなく三角測距センサ１００の精度を高いレベルで実現することができる。

三角測距センサ１００において、受光信号から正しく距離を算出するのに、受光信号を適切な信号強度に収める制御が実行される。図１６は、受光量が多すぎる場合の問題と少なすぎる場合の問題を説明するための図である。図１６の(I)は受光量が多すぎる場合を示す。受光量が飽和点を超えてしまうと、受光波形の山のピークの部分が消失してしまうことからピークの位置を正確に把握できない。図１６の(II)は受光量が少なすぎる場合を示す。受光量が少ないと、受光波形の山が全体的に低くなってしまうためピーク位置を正確に把握できない。図１６の(III)を参照して、撮像素子６０の露光時間は図示を省略した電子シャッタによって制御される。実施例では、受光信号のピーク光量に基づいて露光時間を変化させることにより、受光量が多すぎるときには露光時間を短くして受光量を小さくすることで受光波形の山を低くし、受光量が多すぎるときには露光時間を長くして受光量を多くすることで受光波形の山を高くする制御が実行される。

受光波形の山の適正化のために行う受光量の制御に関し、上述した露光時間の他に、受光信号を増幅する回路の受光ゲイン、緑色ＬＤ５２０の発光パワーを変化させて発光信号の強度を制御するようにしてもよい。外乱光による信号と区別するのに、緑色ＬＤ５２０の発光パワーを強めるのが好ましい。ここで、発光パワーは、発光強度の時間積分を時間平均したものと定義でき、緑色ＬＤ５２０がパルス発光する場合は、発光強度と投光パルスの発光時間である投光パルス幅との積を、投光パルスの発光タイミングから次の投光パルスの発光タイミングまでの時間間隔である投光パルス周期を除すことで定義することができる。外乱光による信号との区別を前提とすると、撮像素子６０の露光時間、受光ゲインによって受光波形の山を適正にする制御を行うのがよい。撮像素子６０の露光時間による制御は比較的導入し易いという利点があるが、調整できるダイナミックレンジを拡大するために、受光ゲイン又は発光パワーと露光時間との組み合わせを採用するのがよい。

前述したように緑色レーザ光は比視感度が高く、反射率が低いワークに関して視認性が良いという利点がある。しかし、反射率が高い例えば白色のワーク、金属のワークでは、スポットが眩し過ぎるとユーザが感じてしまう可能性がある。眩しく感じるスポットは光軸調整などの妨げとなる。この観点からワークの表面性状に応じて発光パワーを変更する制御を行うのが好ましい。その具体例として、露光時間の変更に加えて投光のパルス幅を変更する制御の一例が図１７に示すフローチャートである。投光パルス幅に代えて電流値を変更するようにしてもよい。投光パルス幅が撮像素子６０の露光時間以上であれば、受光波形の山の適正化のために行う受光量の制御に用いられる発光パワーは、発光強度と撮像素子６０の露光時間との積を、露光期間の開始タイミングから次の露光期間の開始タイミングまでの時間間隔である露光周期を除すことで定義することができ、投光パルス幅の制御は、受光波形の山の適正化のために行う受光量の制御に実質的に寄与しないものとなるが、スポットの眩しさを抑制には寄与するため、投光パルス幅が撮像素子６０の露光期間と同期して、かつ、投光パルス幅が撮像素子６０の露光時間よりもやや長いこと好ましい。

図１７を参照して、ステップＳ１１において光強度制御処理が実行される。図１８は光強度制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１８を参照して、図１８のステップＳ１１１において、投光パルス生成部１０４０（図４Ｂ）により、予め定められた投光周期で投光信号が生成される。次のステップＳ１１２において、設定された電流量、投光パルス幅で投光部５２が制御される。ステップＳ１１３において、投光量のフィードバック制御に用いられるモニタＰＤ５２２で受光される受光量が規定範囲内であるか否かの判定が行われＮＯであれば、ステップＳ１１４に進んで、規定範囲を逸脱した回数が所定回数内であるか否かの判定が行われる。この所定回数はユーザが設定したレーザクラスの規定に依存し、レーザクラスの規定を担保できなくなるときには投光パルスを停止する信号を生成する（Ｓ１１５）。ステップＳ１１４において、規定範囲を逸脱した回数が所定回数内であれば、ＹＥＳということでステップＳ１１６に進んで、発光を制御する電流量を設定する。

図１７に戻って、ステップＳ１２において、投光パルスを停止する信号が有るか否かの判定が行われ、停止信号があればステップＳ１３に進んで投光を停止する。ステップＳ１２において投光パルスを停止する信号が無ければ、ステップＳ１４に進んで過電流検知処理が実行される。

図１９は過電流検知処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１９のステップＳ１４１において、緑色ＬＤ５２０緑色に電流を電圧に変換して過電流検知用基準電圧と比較し、緑色ＬＤ５２０緑色に電流に基づく電圧が過電流検知用基準電圧以内であるか否かの判定が行われる。緑色ＬＤ５２０緑色に電流に基づく電圧が過電流検知用基準電圧よりも高いときには、ＮＯということでステップＳ１４３に進んで過電流検知信号を生成し、また、投光パルスを停止する信号（投光電流を遮断する信号）を生成する（Ｓ１４４）。

図１７に戻って、ステップ１５において、投光パルス停止信号が有るか否かの判定が行われる。投光パルス停止信号が有ればステップＳ１３に進んで投光を停止する。投光パルス停止信号が無ければステップＳ１６に進んで、設定されたタイミング且つ露光期間で撮像素子６０を駆動し、露光期間における受光量に応じて受光信号を取得する（Ｓ１７）。そして、次のステップＳ１８において、この受光信号の最大値が目標範囲内であるか否かを判定し、受光信号の最大値が目標範囲内であればＹＥＳということでステップＳ１９に進んで各受光画素に受光量を積算して受光波形を生成する。次のステップＳ２０において受光波形のピークの位置を算出し、このピーク位置からワークの変位(位置)を算出し、この算出したワークの変位に基づく情報を出力（Ｓ２２）して、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ２２における出力は、ワークの変位を出力する場合と、しきい値と比較して判定ＯＮ/ＯＦＦ信号を生成する場合とがある。

ステップＳ２０において受光波形のピーク位置算出は次のようにして行われる。
(1)受光波形からピーク位置が取得できる場合は、取得したピーク位置として決定する。
(2)受光量が過度に多く、飽和しているときには、取得した受光波形からピーク位置を推定する。
(3)受光量が少なすぎて目標範囲に入らないときにおいて、ピーク位置が取得できる場合は、取得したピーク位置として決定する。
(4)受光量が少なすぎてピーク位置を検出できないときには、ワーク位置が予め設定された最も遠い又は最も近い位置に存在しているとみなす。

上記ステップＳ１８において受光信号の最大値が目標範囲でなければ、ステップＳ２４に進んで、露光時間調整部は受光量を適正化するために露光時間及び投光パルス幅の設定を変更し、上記のステップＳ１９に進み、設定された半導体レーザのパルス幅と撮像素子の露光期間とが同期されて制御される。

上記ステップＳ１８において受光信号の最大値が目標範囲でなければ、ステップＳ２４に進んで、露光期間調整部１０２４は受光量を適正化するために露光時間及び投光パルス幅の設定を変更し、この変更はステップＳ１１の光強度制御処理に反映される。この際、設定された半導体レーザのパルス幅と撮像素子の露光期間とが同期されて制御される。

三角測距センサ１００によれば、緑色レーザダイオード（ＬＤ）５２０によって緑色レーザ光が投光される。緑色レーザ光は、従来の赤色レーザ光よりも短波長であり、赤色レーザ光よりも小さなスポットを形成することができるため、赤色レーザ光よりも優れた検出精度を実現できる。また、緑色レーザ光のパワーを安全規格のクラス１又はクラス２を実現できる光パワーに制限しても、緑色は比視感度が優れていることから視認性を確保することができる。

典型的には安全規格のクラス１又はクラス２を実現できるように緑色ＬＤ５２０の光パワーを制限して例えば投光時の電流量を小さくすると投光強度が小さくなることを意味している。緑色は比視感度に優れていることからスポット光の視認性を確保できるものの、撮像素子（ＣＭＯＳ）６０の撮像効率が低下する。このことは検出精度の低下を招く。この問題に対して、実施例の三角測距センサ１００において露光時間や投光パルスの調整を行うことで、撮像素子６０の撮像効率の低下を補って高いレベルの検出精度を確保している。

図２０の(I)は、例えばＣＭＯＳからなる矩形の撮像素子６０において、ワークの遠近によって反射光を受ける部位が異なることを説明するための図である。図示の例では、ワークが近距離に位置する場合には撮像素子６０の下方部位にスポットの像が結像する(図２０の(II))。そして、次に説明するようにスポットの像は相対的に大きい。他方、ワークが遠距離に位置する場合には撮像素子６０の上方部位にスポットの像が結像する。そして、スポットの像は相対的に小さい。後に説明するように、撮像素子６０の画素６０aの群は、好ましくは、ワークが遠距離に位置するときに受光する部位からワークが近距離に位置するときに受光する部位に向かうに従って画素６０aの幅が大きくなるように撮像素子６０が設計されている。ここに画素６０aの幅は、隣接する２つの画素６０aにおいて、第１の画素の中心と第２の画素の中心との間の距離を実質的に意味している。

図２１は、複数の画素６０aで構成される撮像素子６０において、ワークの遠近によってスポットの像ＳＰを受ける部位が異なり、またスポットの像ＳＰの大きさが変化することを説明するための図である。図２１の(I)は、ワークが近距離に位置するときに撮像素子６０の画素６０aの群の一端部にスポットが結像することを示す。図２１の(II)は、ワークが中間位置に位置するときに撮像素子６０の画素６０aの群の中間部にスポットが結像することを示す。図２１の(III)は、ワークが遠距離に位置するときに撮像素子６０の画素６０の群の他端部にスポットが結像することを示す。

図２１の(I)から分かるようにワークが近距離に位置するときにはスポットの像ＳＰは大きく、ワークが遠距離に位置するときにはスポットの像ＳＰは小さい(図２１の(III))。矩形の撮像素子６０の画素６０aが等間隔に配列している場合、図示の例では、ワークが近いときには、７つの画素６０aで受光されている。これに対して、ワークが遠いときには１つの画素６０aで受光されている。

ワークが近くに位置し、スポットの像ＳＰが複数の画素６０aで受光されるときには(図２１の(I))、受光する画素６０aの数が多く、複数の画素６０aの受光データに基づいて受光波形を曲線的に近似できるため受光量のピークの位置を推定する精度が高くなる。他方、ワークが遠くに位置し、スポットの像ＳＰが例えば１つ画素６０aで受光されるときには(図２１の(III))、受光波形を曲線的に近似できないため受光量のピーク位置を推定できない。ワークが遠い場合にも受光波形を曲線的に近似するためには、受光画素の幅を小さくすることが望ましい。一方で、受光画素の幅を小さくした場合は、撮像素子全体の画素数が多くなり、処理負荷が大きくなる。

この問題に対して、ヘッド部２に搭載する矩形の撮像素子６０は画素６０aの幅がワークの遠近に対応して異なるように設計するのが好ましい。図２２は、撮像素子６０が近距離側から遠距離側に向けて徐々に画素６０aの幅が小さくなるように設計された例を説明するための概念図である。図２２は不等間隔の画素６０aを備えた撮像素子６０のイメージ図である。撮像素子６０で結像するスポットの像ＳＰは、ヘッド部２の検出範囲に対応して、そのサイズが決まる。図２２の(I)は、ワークが近距離に位置しているときのスポットの結像位置及びスポットの像ＳＰを示す。図２２の(II)は、ワークが中間距離に位置しているときのスポットの結像位置及びスポットの像ＳＰを示す。図２２の(III)は、ワークが遠距離に位置しているときのスポットの結像位置及びスポットの像ＳＰを示す。図示の例では、ワークの遠近に関わりなく３つの画素６０aでスポットの像ＳＰを受光するように画素６０aの幅が規定されている。これにより、ワークの遠近に関わりなくスポットの像ＳＰを受光した３つの画素６０aの受光量を曲線近似してピーク位置を推定できる。加えて、撮像素子全体の画素数を減らすこともでき、また、多くの画素６０aで受光していないことから処理負担も軽減できる。これによりピーク位置の検出精度と処理負担軽減を両立することができる。図示の例では、３つの画素６０aでスポットの像ＳＰを受光する。これは、受光波形を曲線的に近似するために、少なくとの３つの画素６０aでスポットの像ＳＰを受光するのがよいという理由に基づいている。

なお、図２０では、スポットの像ＳＰを円又は楕円で表現してあるが、スポットの像ＳＰの形状は円又は楕円に限らず、矩形であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施例及び変形例を説明したが、本発明は、ヘッド部２と本体部４を一つの筐体に組み込んだ形状のレーザ光電センサであってもよい。また、本発明は、本体部４を所定位置、例えばＤＩＮレールに固定する分離型の光電センサに対しても適用可能である。本発明は、また、光量型の光電センサにも本発明を適用可能である。

１００光学式三角測距センサ
２三角測距センサのヘッド部
４三角測距センサの本体部
６中継ケーブル
５２投光部
５４投光レンズ
５６受光レンズ
６０撮像素子
６４受光部
７０ヘッド部の前面動作表示灯
７６ヘッド部の角部に設けられた出力部動作表示灯
２０２ヘッド部の筐体
２０４ヘッド部の一側面を開放したボックス状の主筐体
２０６ヘッド部の主筐体の開口を塞ぐ蓋部材
２２０投光用セラミックホルダ部材（第１ホルダ部材）
２３０受光用セラミックホルダ部材（第２ホルダ部材）
５２０緑色レーザダイオード（緑色ＬＤ）
５２２モニタＰＤ
６０撮像素子
６４受光部

Claims

検出領域に向けて緑色レーザ光を測定光として投光する半導体レーザ光源と、
該半導体レーザ光源の投光タイミングを制御するタイミング制御部と、
前記半導体レーザ光源からの前記緑色レーザ光を受光して、受光量に応じた受光信号を生成するモニタ受光素子と、
前記モニタ受光素子により生成された受光信号に基づいて前記半導体レーザ光源が投光するレーザ光の光強度を制御する光強度制御部と、
前記検出領域からの前記測定光を撮像して、露光期間における受光量に応じた受光信号を生成する撮像素子と、
該撮像素子により生成された受光信号に基づいて前記検出領域に存在する対象物を測定する測定部と、
前記半導体レーザ光源の状態を監視して、検出領域に向けて投光される緑色レーザ光の光パワーを所定の範囲で制御する光源制御部と、
前記半導体レーザ光源と前記撮像素子とを収容する金属筐体と、を備え、
前記半導体レーザ光源は前記撮像素子よりも高い電圧で駆動されることを特徴とするレーザ光電センサ。
前記半導体レーザ光源は、窒化ガリウム系の半導体レーザ素子であり、前記緑色レーザ光の波長が500nm以上555nm以下である、請求項１に記載のレーザ光電センサ。
前記半導体レーザ光源を保持するセラミック製の投光用ホルダ部材を更に有し、
前記投光用ホルダ部材が金属製の筐体に固定されている、請求項１又は２に記載のレーザ光電センサ。
前記緑色レーザ光の強度及びパワーを安全規格のクラス１又は２に適合するように制限するリミッタ部を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ光電センサ。
前記撮像素子により生成された受光信号に基づいて、前記撮像素子により新たに生成する受光信号の受光量を適正化するために前記撮像素子の露光期間を変更する露光期間変更部を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ光電センサ。
前記撮像素子により生成された受光信号に基づいて、前記検出領域における前記緑色レーザ光の眩しさを低減するために前記緑色レーザ光の投光パルス幅を、前記露光期間に同期して、かつ、前記露光期間よりも長くなるよう変更する光パワー変更部、請求項５に記載のレーザ光電センサ。
前記撮像素子により生成された受光信号に基づいて、前記撮像素子により新たに生成する受光信号の受光量を適正化するために前記緑色レーザ光の光パワーを変更する光パワー変更部を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ光電センサ。
前記レーザ光電センサで生成した信号を出力する出力ケーブルの近傍に出力部動作表示灯を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザ光電センサ。
前記出力部動作表示灯が緑色の光源を有する、請求項８に記載のレーザ光電センサ。
前記レーザ光電センサの投光窓と受光窓との間に前面動作表示灯を有する、請求項８又は９に記載のレーザ光電センサ。
前記前面動作表示灯が緑色の光源を有する、請求項１０に記載のレーザ光電センサ。