JPH03190418A - レーザ式光電スイッチおよび測距装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光応用センサとして知られているレーザ式光
電スイッチ、およびレーザ式測距装置に関する。

〔従来の技術〕

光を媒体として非接触式に物体の検出を行う光電スイッ
チ、および非接触式に被測定物体までの距離、ないしそ
の変位を測定する光電測距装置が周知である。

ここで、対向透過形を例とした光電スイッチは、投光素
子を備えた投光部と受光素子を備えた受光器とを光軸を
合わせて向かい合わせに配備し、投光器から受光器へ向
けて投光した光線の導光、遮光状態から光路上の物体有
無を検出するものであり、検出方式により反射形光電ス
イッチもある。

一方、光電測距装置は、投光素子を備えた投光部と、一
次元位置検出素子を受光素子とする受光部と、信号処理
部とからなり、投光部から被測定物体に照射した光スポ
ットの反射光を受光素子の受光面上に結像させ、その結
像位置に対応して受光素子から出力する信号を検出、演
算処理して被測定物体までの距離、ないしその変位を測
定するものであり、その測定原理は例えば特開昭５５Ｌ
　１９００６号公報などに開示されて公知である。

そして、前記した光電スイッチ、測距装置では指向性に
優れたレーザ光を媒体とするために、投光素子として小
形で高能率、直接変調が可能な半導体レーザが一般に使
用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した充電スイッチ、測距装置の投光素子
として使用されている半導体レーザについては、特殊な
ものを除き光応用センサ用として通常使用される半導体
レーザの発振波長は近赤外領域（７Ｂ０ｎｍ程度）であ
り、この波長領域の光線は肉眼では殆ど目視し難い難視
光線である。

このために、投光素子として半導体レーザを組み込んだ
レーザ式光電スイッチ、レーザ式測距装置では、使用現
場での据付は調整、ないし測定時における位置決めの面
で次記のような問題点がある。すなわち、 （１）対向透過形光電スイッチを使用現場に据付ける際
には、投光器と受光器との間の光軸を正しく合わせる調
整作業が必要である。この場合に、前記のレーザ式光電
スイッチでは半導体レーザから出射するレーザ光が難視
光線であるために、受光面には可視光スポットが形成さ
れず、作業員が直接目視して光軸合わせを行うことが極
めて困難である。そこで、従来では赤外線カメラとデイ
スプレィを用いるなどしてレーザ光を可視化させた上で
光軸合わせの調整作業を進めるようにしているが、この
ような方法では特別な機材が必要であり、かつ光軸ｍ整
の作業に手間がかかる。

また、光電スイッチの使用状態で物体の検出動作を実際
に確認するためには、光路上に置かれた物体にレーザ光
が当たるか否かをチエツクする必要があるが、この場合
でもレーザ光が難視光であるために肉眼によってレーザ
光の照射状態を目視！！認することが掻めて困難である
。

（２）一方、測距装置においては、測定時に被測定物体
に向けてレーザ光を照射した状態でレーザ光が測定しよ
うとする位置に正しく照射されているか否かをチエツク
して被測定物体の位置決めを行う必要があるが、この場
合でもレーザ光が難視光線であるために被測定物体に照
射した光スポットを肉眼で直接目視確認することが極め
て困難である。そこで、従来ではレーザ式光電スイッチ
の場合と同様に赤外線カメラなどを用い、光スポットを
可視化した上で目視ｉ１認するようにしているが、この
方法では特別な機材を要する他に測定位置決めに手間が
かかる。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、光電
スイッチの投光器、測距装置の投光部に簡単な手段を追
加装備することにより、赤外線カメラなどの特別な機材
を用いることなくレーザ光の導光を可視化し、光軸合わ
せ、ないし測定位置決めなどの！１４整を直接目視によ
り確認して容品に行えるようにしたレーザ式光電スイッ
チ、および測距装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明は、 レーザ式光電スイッチについては、半導体レーザより出
射するＬ・−導光の光軸に沿い可視光を受光器−・向け
て投光する可視発光素子を投光器内に組み込んで構成す
るものとする。

また、レーザ式測距装置については、投光部内に半導体
レーザより出射するレーザ光の光軸に沿い可視光を被測
定物体に向けて投光する可視発光素子を備え、かつ半導
体レーザと可視発光素子の駆動周期を時分割して半導体
レーザと可視発光素子とを交互に発光させるとともに、
半導体レーザの駆動周期に同期して受光素子より出力す
るレー導光の検出信号をサンプリングして演算処理する
よう構成するものとする。

〔作用〕

上記の構成により、可視発光素子より出射する可視光は
半導体レーザより出射するレーザ光と同じ光軸上に沿っ
て投光されるので、レーザ光の導光路を可視化して肉眼
により目視確認できる。なお、実施に際しては可視発光
素子にハーフミラ−ビームスプリンタなどの光学部品を
組合せることにより、可視発光素子より出射する可視光
を半導体レーザの側方よりレーザ光の光軸上に沿って投
光できる。

そして、レーザ式光電スイッチの現場据付けに際して投
光器と受光器との間で光軸合わせを行う場合には、可視
発光素子を出射した可視光を投光器側から受光器に向け
て投光することにより、可視光が受光器に当たって肉眼
で見える光スポットが形成される。したがってこの可視
光スポットを目視しながら投光器と受光器との相対位置
を調整することで容易に光軸合わせが行える。

なお、光電スイッチを据付けた状態での物体検出時に、
半導体レーザと可視発光素子とを同時に発光してレーザ
光と可視光を重畳したまま検出を行うと可視光の干渉で
光電スイッチの検出精度が低下するおそれがある。した
がってこの場合には、物体の検出時に可視発光素子の発
光を停止させるか、あるいは８半導体レーザと可視発光
素子の駆動信号周期を時分割して相互にタイミングをず
らして発光させ、かつ受光器側では半導体レーザの駆動
周期に同期したタイミングで物体検出を行うよう受光素
子の検出信号をサンプリングすることで可視光の不当な
干渉を回避できる。

一方、レーザ式測距装置においては、レーザ光の光軸に
沿って可視発光素子より出射した可視光を被測定物体に
照射するれば、レーザ光と一致した被測定物体の測定位
置に肉眼で見える可視光の光スポットが形成れる。した
がってこの光スポットを目視確認することで、被測定物
体の測定位置決め調整が容易に行える。

また半導体レーザと可視発光素子とが時分割方式で駆動
されるので同時に発光せず、被測定物体に照射したレー
ザ光、可視光の光スポットの反射光は同時に受光素子の
受光面上に入射しない、したがって半導体レーザの駆動
周期に同期して受光素子から出力する検出信号をサンプ
リングして演算処理することで可視光線の影響を受けて
測定精度が悪化することもない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は対向透過形レーザ式光電スイッチを例とする実
施例を示すものであり、図において、１は投光器、２は
受光器、３が投光器１と受光器２との間の光路に置かれ
た被検出物体である。また、投光器１には半導体レーザ
（ＬＤ）４．投光レンズ５の他に、本発明により新たに
追加した可視発光ダイオード（ＬＥＤ）としての可視発
光素子６゜およびハーフミラ−７が組み込まれている。

また、８は半導体レーザ４から出射したレーザ光、９は
可視発光素子６から出射した可視光を示し、レーザ光８
と可視光９とが同じ光軸に沿い受光器２へ導光されるよ
うに、半導体レーザ４に対する可視発光素子６．ハーフ
ミラ−７の位置があらかじめ調整されている。なお、１
ｏは受光器２に備えた受光レンズ、１１はフォトダイオ
ード（ＰＤ）としての受光素子である。

かかる構成で、半導体レーザ４．可視光発光素子６を発
光させると、レーザ光８はハーフミラ−７を透過した後
に投光レンズ５で集光されて受光器２へ投光する。一方
、可視光９はハーフミラ−７で反射し直角方向に偏向し
た後に投光レンズ５で集光され、レーザ光８と重畳する
形で同じ光軸に沿い受光器２へ向けて投光される。

したがって、光電スイッチを使用場所への据付けるに当
たり、投光器１と受光器２との間で光軸合わせを行う際
に半導体レーザ４とともに可視発光素子６を発光させる
と、レーザ光８と重なって可視光９が受光器２の受光レ
ンズ面に照射して光スポットを形成する。しかも可視光
９の光スポットは肉眼で見えるので、この光スポットが
受光しンズ１０の中・心に来るように投光器１．受光器
２の相対位置を調整すれば、同時にレーザ光８に対する
光軸合わせの調整ができる。なお、レーザ光８は検出分
解能を高めるためにビーム径を細く絞り、可視光９は目
視し易くするためにビーム径をレーザ光８のビーム径よ
りも大に調整しておくのがよい 一方、実際の物体検出時にも可視発光素子６を発光させ
ることにより、可視光９が被検出物体３に照射して可視
光スポットを形成するので、被検出物体が正しい検出位
置にあるか否かを目視確認できる。しかして、この場合
に半導体レーザ４と可視発光素子６を仮に同じタンミン
グで駆動すると、受光器２の受光素子１１にはレーザ光
８と可視光９とが同時に入射するために、被検出物体３
が図示のような状態に置かれた場合にはレーザ光９が物
体で遮光されているにもかかわらず可視光８の一部が漏
れて受光素子１１に入射するために検出誤認の生じるお
それがある。

そこで、前記のような検出誤認を避けるためにには、半
導体レーザ４の駆動信号の周期と可視発光素子６の駆動
信号の周期を時分割して互いにタイミングをずらして交
互に発光させるようにし、さらに受光器側では半導体レ
ーザ４の駆動信号に同期したタイミングで受光素子１１
より出力する検出信号をサンプリングして検出する制御
方式をとることで、可視光９が検出動作に影響するのを
回避できる。第２図はこのような時分割方式による検出
動作のタイムチャートを表したものである。

なお、図示実施例は対向透過形のレーザ式光電スイッチ
の場合を示したが、反射形のレーザ式光電スイッチでの
光軸調整にも同様に通用実施することができるのは勿論
である。

次に第３図、第４図にレーザ式測距装置の実施例を示す
、まず第３図により測距装置全体の構成を説明すると、
１２は投光部、１３は受光部、１４は信号処理部、１５
は被測定物体であり、投光部Ｉ２は半導体レーザ（ＬＤ
）１６．投光レンズ１７の他に、この発明により新たに
測定位置確認用投光系として可視発光素子（ＬＥＤ）１
８．投光レンズ１９．およびビームスプリッタ２０が追
加して組み込まれている。ここで、可視発光素子１８よ
り出射した可視光２１はビームスプリッタ２０の半透鏡
で反射した後に、半導体レーザ１６より出射したレーザ
光２２と同じ光軸上に投光して被検出物体１５に照射さ
れるよに光学系が構成されている。なお、測定光である
レーザ光２２は測定分解能を高めるためにビーム径が０
．２１程度に調整されているのに対し、測定位置確認光
である可視光２１は肉眼で容易に目視できるようにビー
ム径がＩｍ−程度に調整されている。

一方、受光部１３において、２３は受光レンズ、２４は
一次元位置検出素子（ＰＳＤ）としての受光素子、２５
は受光素子２４に接続した位置検出器である。

また、信号処理部１４において、２６．２７はそれぞれ
半導体レーザ１６．可視発光素子１９のドライバ、２８
は検出器２５からの出力信号を所定の式で演算処理して
測定信号を求める演算器、２９はドライバ２６゜２７お
よび演算器２８にクロック信号を与える発振器である。

なお、受光部１３と投光部１２との間では光学系がシャ
インプルーグ条件を満足するように調整されている。

かかる構成で、被測定物体１５を図示のように投光部１
２の前方に置き、この状態で半導体レーザ１６を駆動す
ると、半導体レーザ１６より出射したレーザ光２２は投
光レンズ１７．ビームスプリッタ２０を透過して被測定
物体１５の表面に照射され、ここに光スポットを形成す
るとともに、その反射光は受光部１３の受光素子２４に
入射し、その受光面上で被測定物体１５までの距離、変
位に対応した位置に結像する。また、受光素子２４は結
像点の位置に応じた位置信号を出力し、この位置信号を
位置検出器２５で検出し、さらに後段の演算器２８で信
号処理することにより被測定物体１５との間の距離、変
位に相応した測定信号が出力される。

また、前記の測定時には半導体レーザ１６と合わせて可
視発光素子１８が駆動される。これにより可視発光素子
より出射した可視光２１はビームスプリッタ２０の半透
鏡で反射された後にレーザ光２２と同じ光軸に沿って被
測定物体１５の表面に照射され、レーザ光と同じ位置に
可視光の光スポットを形成する、この場合にレーザ光２
２の光スポットは肉眼では目視できないが、可視光２１
の光スポットは肉眼で目視でき、これにより被測定物体
１５が所定の測定位置に正しくセットされているか否か
を直ちに目視確認できる。

ところで、前記のように被測定物体１５に照射された可
視光２１の光スポットの反射光はレーザ光２１と同様に
受光素子２４の受光面上に結像して検出される。しかし
て可視光２１による検出信号はレーザ光２２による検出
信号と比べて光量が小さく、かつビーム径も大であるた
めに外乱光と同様に振る舞う、したがって仮に可視光に
よる検出信号をレーザ光の検出信号と一緒に検出して演
算処理したのでは、演算結果に可視光の信号分が影響し
て測定精度が低下する。

そこで、本発明では第４図のタイムチャートで表すよう
に、半導体レーザ（ＬＤ）と可視発光素子（ＬＥＤ）と
の駆動周期を時分割し、互いに発光のタイミングをずら
して発光させるとともに、受光素子の検出信号を半導体
レーザの駆動周期に同期したタイミングでサンプリング
し、レーザ光による検出信号のみを取り出して演算処理
するよう制御している。なお、このような駆動周期の時
分割制御は、第３図における信号処理部１４において発
振器２９よりドライバ２６．２７および演算器２８に与
えるクロック信号で制御される。

これにより、測定動作中に半導体レーザ１６と可視発光
素子１９とが同時に発光することがな（、かつ受光素子
２４より出力する検出信号のうち可視光子２１よる検出
信号は測定の演算処理へ加わらないように除去されるの
で測定精度に悪影響を及ぼすことがなく、レーザ光２２
による正確な測定信号が得られる。しかも、前記したク
ロック信号の周波数を例えば１０ＫＨ２程度にすれば、
被測定物体１５に照射、形成された可視光２１の光スポ
ットが肉眼では連続して見えるので、実用上では支障な
く被測定物体の測定位置を容易に目視確認できる。

〔発明の効果〕

本発明によるレーザ式光電スイッチ、測距装置は以上説
明したように構成されているので、次記の効果を奏する
。

（１）レーザ式光電スイッチについては、可視発光素子
より出射する可視光によって難視光であるレーザ光の導
光が可視化でき、これにより光電スイッチの据付は時に
行う投光器と受光器との間の光軸合わせ、ないし検出物
体の位置確認に際して赤外線カメラなどの特別な機材を
使用することなく、肉眼により直接目視確認できる。

（２）レーザ式測距装置については、測定時に可視発光
素子より出射する可視光をレーザ光とともに被測定物体
に照射することにより、被測定物体にはレーザ光の照射
位置に一致した可視光の光スポットが形成されて測定位
置が可視化される。したがってこの光スポットを肉眼で
目視することで測定位置調整などの測定時に行う操作性
が向上する。

しかも、測定光であるレーザ光と測定位置確認用の可視
光とはタイミングをずらして発光し、かつ受光素子より
出力する検出信号から可視光による信号分を除き、レー
ザ光による検出信号のみを取り出して演算処理するよう
にしたので測定精度が悪化するおそれもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は対向透過形レーザ式光電スイッチに対する本発
明実施例の構成図、第２図は第１図の時分割制御動作を
表したタイムチャート図、第３図はレーザ式測距装置に
対する本発明実施例の構成図、第４図は第３図の時分割
制御動作を表したタイムチャート図である０図において
、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体レーザを投光素子とする投光器と、受光素子
   を備えた受光器とを光軸を合わせて対向配備し、投光器
   より受光器へレーザ光を投光してその光路上の物体を検
   出するレーザ式光電スイッチにおいて、半導体レーザよ
   り出射するレーザ光の光軸に沿い可視光を受光器へ向け
   て投光する可視発光素子を投光器内に組み込んだことを
   特徴とするレーザ式光電スイッチ。 ２）半導体レーザを投光素子とする投光部と、一次元位
   置検出素子を受光素子とする受光部と、信号処理部とを
   備え、投光部から被測定物体に照射したレーザ光スポッ
   トの反射光を受光素子の受光面上に結像させ、その結像
   位置に対応して受光素子から出力する信号を検出、演算
   処理して被測定物体までの距離、ないしその変位を測定
   するレーザ式測距装置において、投光部内に半導体レー
   ザより出射するレーザ光の光軸に沿い可視光を被測定物
   体に向けて投光する可視発光素子を備え、かつ半導体レ
   ーザと可視発光素子の駆動周期を時分割して半導体レー
   ザと可視発光素子とを交互に発光させるとともに、半導
   体レーザの駆動周期に同期して受光素子より出力するレ
   ーザ光の検出信号をサンプリングして演算処理するよう
   にしたことを特徴とするレーザ式測距装置。