JPH01150878A - レーザ応用機器における安全装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 レーザ光が人体に及ぼす悪影響を機器自体に自動的に判
断させ、安全な出力レベルまでパワーを落とすことによ
り、不便な種々の外付は安全対策を行うことなくレーザ
応用機器を使用できる安全装置。

発明の背景 この発明はレーザ光源から出射されるレーザ光を利用し
たレーザ応用機器における安全装置に関する。

レーザ光は指向性が強く、エネルギが高いので、レーザ
応用機器から外部に出射されるレーザ光が、場合によっ
ては作業員等の人体に悪影響を及ぼすことがある。エネ
ルギの“高いレーザ光に対しては、光路の遮蔽、終端等
の安全対策を施す必要がある。しかしながら状況によっ
ては安全対策を施すとレーザ応用機器が作動しなくなる
場合もあり、レーザ応用機器の使用が制限されていた。

たとえば先行車両に対して後続車両からレーザ光を投射
し、先行車両からのその反射光を後続車両で受光し、こ
の受光信号に基づいて後続車両の先行車両に対する追従
制御において、投射レーザ光が先行車両から反射して戻
ってきているときにはこのレーザ光の光路の遮蔽、終端
が行なわれていると考えてよい。しかしながら先行車両
がカーブを曲るなどにより後続車両の前方に存在しなく
なってしまったような場合には、後続車両から投射され
たレーザ光は遮蔽、終端されることなくそのまま前方に
進んでいく。この前方につき進むレーザ光の前方に安全
対策のために何らかの遮蔽物等を置いたとすると、その
遮蔽物からの反射光を後続車両が受けたときに先行車両
が存在すると誤測定してしまうし、また遮蔽物は車両の
進行の邪魔になる。

発明の概要 この発明は、遮蔽物、終端物を必ずしも必要としない、
またレーザ応用機器を動作不能としない安全装置を提供
することを目的とする。

この発明による安全装置は、対象物に向けて投射するレ
ーザ光を発生するレーザ光源、および対象物からの反射
光を受光する受光素子を備え、受光した反射光信号に基
づいて対象物に関するデータを得るレーザ応用機器にお
いて、」二記受光素子から出力される反射光の受光信号
のレベルを所定レベルによって弁別するレベル弁別回路
、および上記レベル弁別回路の出力信号に応答して、受
光信号のレベルが上記所定レベル以下になったときに上
記レーザ光源をパルス状発振に切替え、受光信号のレベ
ルが上記所定レベルを超えたときに上記レーザ光源を連
続的発振に切替える切替回路を備えていることを特徴と
する。

反射光の受光信号のレベルが所定レベル以上のときには
投射レーザ光の前方に対象物が存在するので、この対象
物が安全対策物として働くとともに、対象物からの反射
光に基づいて対象物に関するデータを得るというレーザ
応用機器の動作が達成できる。反射光のレベルが所定レ
ベル以下になったことは、たとえば対象物が存在しなく
なったり１人体の、ような強散乱体が投射光を横切った
ことを意味する。この場合にはレーザ光源はパルス状発
振に切換えられ、出力レーザ光のエネルギが小さくなる
。エネルギの小さいレーザ光は危険性が少ない。レーザ
光源がパルス状発振をしているので、その反射光のレベ
ルを監視することにより対象物が再び現われるかまたは
散乱体が存在しなくなったことが検知される。反射光の
レベルが所定レベル以上になるとレーザ光源は連続的発
振状態に戻り、レーザ応用機器の動作が再開される。

以上のようにしてこの発明によると、特別な遮蔽物、終
端物を設けることなくレーザ応用機器の安全を図ること
ができるとともに、レーザ応用機器の動作に支障をきた
すことがない。

実施例の説明 以下、この発明をレーザ光を用いた強度変調方式（位相
差法）の距離計（距離測定装置）に適用した実施例につ
いて詳述する。

まず強度変調方式の距離計の動作原理を簡単に説明して
おく。

一定周波数ｆ　で発振している発振回路の発振出力を用
いてレーザ・ダイオード（ＬＤ）（レーザ光源）が駆動
されることにより、ＬＤから強度変調されたレーザ光が
出射される。このレーザ光は投光光学系を経て対象物に
向けて投射される。

対象物からの反射光は受光光学系を経てフォトダイオー
ド（ＰＤ）（受光素子）で受光される。

ＬＤの変調信号（上記発振回路の発振出力）とＰＤの受
光信号の位相差φが位相差検出回路で検出され、この検
出位相差φを用いて次式により対象物までの距ｉ４Ｒが
決定される。

Ｒ−（Ｃ／２ｎｆ　　）（φ／２π） ■ −（λ　／２）（φ／２π） ここでＣは光速、ｎは大気の屈折率、λ　は変調波の波
長である。

対象物に再帰性反射材を取付け、この反射材に投射レー
ザ光を照射することが好ましい。再帰性反射材とは９反
射材表面に対する入射光の入射角にかかわらず（もちろ
ん一定の範囲内で）、入射光の方向に光を反射させるも
ので、一般に強い指向性をもっている。このような再帰
性反射材を用いた場合には上記投光光学系と受光光学系
の光軸が一致した光学系の配置としておく。再帰性反射
材は投射レーザ光をその光源の方向に向けて反射するも
のであるから、レーザ光源以外の方向に光を殆んど反射
または散乱させないという意味で。

良好な遮蔽物ないしは終端物になる。再帰性反射材を用
いた距離計は２本願と同一出願人、同一代理人による同
口出願の実用新案登録願「距離測定装置」に詳述されて
いる。

第１図は上記の距離計の動作状態を示すものである。

ＰＤが所定のしきい値レベル以上の反射光を受光してい
るときはシステムは距離計として動作している。このと
き、ＬＤは右下のグラフのように連続的に発振している
。実際には第２図（Ｂ）に時間軸を拡大して示すように
上記の周波数ｆ　の■ 変調信号によってその経度が正弦波状に変調されている
。このような強度変調発振も連続的発振の概念に含まれ
る。連続的発振をしているときのＬＤの出力レーザのエ
ネルギ（パワー）は安全対策が要求される程度に高い。

この場合には上述のように対象物が遮蔽物ないし障害物
として働く。

また、距離計としての動作が行なわれているのであるか
ら、対象物からの反射光の受光信号と変調信号との位相
差が検出され、対象物までの距離が測定されている。

ＰＤの受光信号のレベルが上記しきい値（上記とは別の
しきい値でもよい）以下になったとき。

たとえば対象物がなくなったり２人体のような強散乱体
が光線を横切ったときには、ＬＤは第１図右上のグラフ
に示すようにデユーティ比の大きいパルス発振動作に切
り変る。実際には第２図（Ａ）に時間軸を拡大して示す
ようにこのときにもＬＤの発振は強度変調されている。

この状態ではＬＤの出力レーザ光の平均強度（エネルギ
、パワー）は非常に小さく、安全対策は特に必要でなく
なる。システムはこのとき、光電スイッチ的動作を行な
う。すなわち、パルス状レーザ光の反射光をＰＤで受光
し、その受光信号が上記しきい値以上になったかどうか
をチエツクしている。

ＰＤの受光信号のレベルが上記しきい値レベル以上にな
ると再び距離計としての動作に戻る。

この発明は、レーザ・ビームを対象物に照射し、その反
射光を信号として用いるシステムにおいて、対象物から
の反射光信号のレベルが人体等からの反射光信号のレベ
ルよりも大きいレーザ応用機器すべてに適用が可能であ
る。

次に第３図および第４図を参照して、距離計としての動
作と光電スイッチ的動作との間の切換えを制御する具体
例について説明する。第３図において１位相差を検出し
て距離を算出する回路の図示が省略されている。また煩
雑さを避けるために第４図において２周波数ｆ　で変調
された信号（信号ＢおよびＧ）はその包路線で表わされ
ている。

ＬＤｌは上記の変調信号の発振回路を含む駆動回路２に
よって駆動される（駆動信号Ｇ）。駆動回路２はＡＮＤ
回路１１の出力信号Ｆによって制御され、信号ＦがＬレ
ベルのときにＬＤｌが発振し、Ｈレベルのときに停止す
る。

対象物等からの反射信号はＰＤ３で受光され。

バッファ増巾器４を経て（信号Ｂ）９時定数のそれぞれ
異なる振巾検出（包路線検波）回路５，６に人力する。

振１１検出回路５，６の出力信号は。

同じしきい値をもつコンパレータ７．８においてレベル
弁別される。コンパレータ７．８は信号Ｂの包絡線のレ
ベルがしきい値以下になったときにＨレベルの信号Ｃ，
Ｄを出力し、しきい値を超えたときにこれらの信号Ｃ，
ＤをＬレベルに反転する。

信号Ｂのレベルがしきい値以下になると（すなわち反射
光強度が小さくなると）、上述のようにコンハレータフ
、８の出力信号Ｃ，ＤはＨレベルになるが、振巾検出回
路５，６の時定数のちがいによってＨレベルに反転する
時点に時間差が生じる。これらの信号Ｃ，ＤはＡＮＤ回
路９に入力するので、ＡＮＤｌｆｆｉ路９の出力Ｅは信
号Ｃ，Ｄのうち立上りが遅い方にあわせてＨレベルにな
る。信号ＥはＡＮＤ回路１１の一方の入力となる。

ＡＮＤ回路１１の他方の入力端子にはパルス発生回路ｌ
Ｏの出力信号Ａが与えられている。このパルス発生回路
１０は、上述した光電スイッチ的動作におけるパルス状
発振のためのパルス信号を発生するもので、デユーティ
比の大きいＬレベルのパルス信号Ａを発生している。し
たがって、信号ＥがＨレベルになったときにこのパルス
信号ＡがＡＮＤ回路１１を通過して制御信号Ｆとして駆
動回路２に与えられるので、ＬＤＩはパルス状発振動作
を行なう。

ＰＤ３の受光信号Ｂが上記しきい値を超えると、コンパ
レータ７．８の出力信号Ｃ，ＤがＬレベルに反転する。

これまではＬＤＩはパルス状発振を行なっていたので、
コンパレータ７．８は受光信号Ｂがしきい値を超えたの
ちの最初のパルス発振時に応答して動作する。振巾検出
回路５，６の時定数が異なるためにコンパレータ７．８
の出力信号Ｃ，ＤのＬレベル反転時点にも時間差が生じ
るが、ＡＮＤ回路９の出力信号Ｅは早い方の立下りに応
答して立下る。これによってＡＮＤ回路１１の出力信号
ＦはＬレベルに保持され、ＬＤＩは連続的発振状態に戻
る。

ＰＤ３の受光信号は実際には周波数ｆ　で強度変調され
た信号であり、これを時定数の小さい振巾検出回路５を
通してコンパレータ７に与えると、コンパレータ７の出
力Ｃがチャタリングを生じるおそれがある。そこでこれ
を防ぐために。

時定数の比較的大きな振巾検出回路６を設け。

その出力をコンパレータ８に与え１両コンパレータ７．
８の出力信号Ｃ，ＤのＡＮＤ論理論理信号上ってＡＮＤ
ゲート１１を制御している。時定数の大きい振巾検出回
路６のみを設けてもチャタリングを防止することができ
るが１時定数が大きいと応答速度が遅くなる。時定数の
小さい振巾検出回路５とコンパレータ７は信号Ｅの立下
りの応答を速くする働きをしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は距離計の動作状態の変化を概念的に示すもので
あり、第２図（Ａ）’（Ｂ）はレーザ光源の発振レーザ
光の実際の強度変化を示す波形図。 第３図は距離計の構成を示すブロック図、第４図はその
動作を示すタイム番チャートである。 １・・・レーザーダイオード。 ２・・・駆動回路。 ３・・・フォトダイオード。 ７．８・・・コンパレータ。 ９．１１・・・ＡＮＤ回路。 ｌＯ・・・パルス発生回路。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　　弁理士　牛　久　健　司（外１名） 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対象物に向けて投射するレーザ光を発生するレーザ光源
   、および対象物からの反射光を受光する受光素子を備え
   、受光した反射光信号に基づいて対象物に関するデータ
   を得るレーザ応用機器において、 上記受光素子から出力される反射光の受光信号のレベル
   を所定レベルによって弁別するレベル弁別回路、および 上記レベル弁別回路の出力信号に応答して、受光信号の
   レベルが上記所定レベル以下になったときに上記レーザ
   光源をパルス状発振に切替え、受光信号のレベルが上記
   所定レベルを超えたときに上記レーザ光源を連続的発振
   に切替える切替回路、 を備えていることを特徴とするレーザ応用機器における
   安全装置。