JPH0377012A - 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、レーザ変位計などとして知られている光学式
の測距装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の測距装置として、半導体レーザを光源とする投
光部より被検出物体に照射した光ビームの反射光を集光
レンズを通して一次元位置検出素子（ＰＳＤ）に結像さ
せ、被検出物体の変位を位置検出素子上でのスポット位
置変化として検出した上で、その位置検出素子の出力信
号を後段の演算処理部で処理して被検出物体の変位量を
測定するものがレーザ変位計として公知であり、その構
成、原理は例えば特開昭５５−１１９００６号公報、特
開昭５７−６７８１５号公報などに開示されている。

第３図はかかる測距装置の原理図であり、図において、
１はセンサ部、２はコントローラ部であり、センサ部ｌ
は半導体レーザ３を光源として投光レンズ４と組合せた
投光部５、および受光素子としての一次元位置検出素子
６と受光レンズ７を組合せた受光部８との組立体からな
る。また、コントローラ部２は位置検出素子６の出力信
号を処理する演算処理回路、リニア補正ｌｉＩｍ、光源
の駆動回路などを゛有し、かつ演算処理回路は、位置検
出素子４の両極から出力する出力信号（電流り。

ｒｉ）の加算器、減算器、除算器などで構成されている
。

かかるｆＩＩｒｌｉで、投光部５の半導体レーザ３より
出射した光ビーム９を投光レンズ４を介して被検出物体
１０に向けて照射すると、被検出物体１０の表面で反射
した光ビーム９の乱反射光の一部は受光レンズ７を通じ
て一次元位置検出素子６の受光面上に光スポットとして
結像する。そして、被検出物体１０が図示の実線位置か
ら点線位置に変位（変位量Ｌ）すると、この変位量りに
対応して位置検出素子６の受光面上で受光スポットの位
置が移動する（移動量ｉ＞ことになる、ここで、被検出
物体９の変位量りと受光スポットの移動量ｌとは一定の
関係（Ｌ−ｆ（１））にあり、かつ受光スポットの移動
量ｌは電気信号（電流り、Ｉ−として位置検出素子６の
両極より出力される。また、位置検出素子６の出力信号
はコントローラ部２に入力され、下記に表す演算式（１
）により演算処理され、さらにリニア補正した上でディ
ジタル、ないしアナログ変位量として出力される。

１＋　　　１ｇ １、＋Ｉ。

但し、ｌ：位置検出素子上での点像の移動量１、、　■
１：位置検出素子の出力電流Ｋｏ：定数 一方、前記した半導体レーザ３の一般構造は第４図〜第
６図に示すごとくである。レーザチップ３１はヒートシ
ンク３２の板上に偏倚して一体形成された台形状のステ
ム３２の内側端面にマウントされており、かつ光ビーム
の出射窓３４を開口したキャップ３５で覆われている。

なお、３６は電極である。

そして、レーザチップ３１にｉｔ流を流すとレーザ発振
が生じ、レーザチップ３１のへき開端面からコヒーレン
トなレーザ光ビーム９が出射窓４３を通じて出射する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した半導体レーザ３は周囲温度あるいは
通電に伴う発熱により温度が変化すると、レーザチップ
３１より出射する光ビームの出射方向が初期の光軸に対
して微小であるが偏向する。すなわち、半導体レーザ３
の温度が変化すると、ヒートシンク３２とステム３３と
の熟膨張差から第７図で示すようにステム３３が変形し
　（図は締張して描いである）、このためにステム３３
にマウントされているレーザチップ３１のマウント姿勢
が傾くようになる。ここで、半導体レーザ３に対し第４
図に表したようにｘ−ｙ−ｚ軸の直角座標系（Ｘ輪はレ
ーザ光の光軸方向、ｙ軸はステム３３のマウント面と平
行な方向、ｚ軸はステム３３の長手方向）を定義すると
、ステム３３にマウントされているレーザチップ３１は
ｙ軸との平行度を保ったまま２軸方向に若干傾＜、この
ためにレーザチップ３１から出射する光ビーム９は、ｙ
軸方向への変化はないが、を輪に対してｙ軸方向に振れ
て偏向（偏向角θ）するようになる。

一方、第８図に示す測距装置の光学系に対してｘ−ｙ−
ｚ軸の直角座標系（ｙ軸は半導体レーザ３の光軸方向、
Ｙ軸は一次元位置検出素子６の受光面の長平方向（位置
検出方向に一致する）と平行な方向、ｚ軸は位置検出素
子６の受光面の長手方向と直角方向）を定義し、ここで
測距装置のセンサ部を組立てる際に、半導体レーザ３が
第９図で示すような向き（ｙ軸とＸ輪、ｙ軸と２軸、２
軸とＹ軸が一致）にセットされると次記のような不具合
が生じる。なお、第９図で１１は半導体レーザ３を収容
した円筒形のホルダ、１２は半導体レーザ３をホルダ１
１に固定するセットビスである。

すなわち、半導体レーザ３が第９図のような向きにセン
トされているとして、第８図の光学系に対し、周囲温度
ないしは通電に伴う温度変化により半導体レーザ３から
出射する光ビーム９が第７図で説明したように２柚方向
、つまり第８図で定義したＹ軸方向に振れると（偏向角
θ）、一次元位置検出素子６の受光面上に結像する光ビ
ーム９の受光スポットは、位置検出素子６の受光面に対
してその長手方向、つまり位置検出方向に移動する。そ
して受光スポットの移動に伴って位置検出素子６の両極
から出力する電流Ｉｔ、　Ｉｇの値が変化する。

この結果、被検出物体１０の位置が不変であっても出力
電流Ｔ＋、　Ｉｔの値が変化するために、この出力電流
の変化がそのまま測距出力に誤差となって現れる。

しかも従来では、測距装置のセンサ部１を組立てる際に
、半導体レーザ３の光軸を所定の向きに合わせる調整は
行うが、光軸の回りでの向き、つまり同しセンサ部１に
組み込まれている一次元位置検出素子６に対する相対的
な向きについては特に配慮せずに組立てているのが現状
である。このために、半導体レーザ３の組み込み姿勢に
よっては、前記のように温度変化の影響を受けて測距値
に誤差が生じることになる。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、温度
変化に起因して生じる半導体レーザの出射光ビームの偏
向が測距値に直接影響を及ぼすことがないようにし測定
精度の安定化を図った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！！題を解決するために、本発明は、半導体レーザ
の温度変化に起因して出射角が偏向する光ビームの受光
スポットが、一次元位置検出素子の受光面に対してその
位置検出方向と直角方向に変位するように半導体レーザ
の向きを設定するものとする。

〔作用〕

上記の構成により、測定時に周囲温度ないしは通電に伴
う温度変化で半導体レーザから出射する光ビームが初期
設定の光軸方向に対して偏向したとしても、受光素子面
上に結像する光スポットは、一次元位置検出素子の受光
面上で位置検出方向と直角方向に移動するだけであり、
これによって位置検出素子の両極からの出力電流は何等
変化しない、したがって温度変化に伴う光ビームの偏向
が原因で測距値に誤差が生じるのを防止できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例による測距ｉ置の光学系図、第
２図は第１図における半導体レーザの取付は姿勢図であ
り、第８図、第９図に対応する同一部材には同じ符号が
付しである。

第１図、第２図において、測距装置のセンサ部を組立て
る際に、半導体レーザ３は先述の第４図で定義したｘ−
ｙ−２軸の直角座標系と第８図で定義したｘ−ｙ−ｚ軸
の直角座標系との間でＸ軸とＸ軸、Ｙ軸とｙ紬、２＠と
ｚ軸とがそれぞれ一致するような向きに調整してホルダ
１１にビス１２を介して固定されている。

次に、半導体レーザ３をホルダ１１に対して第２図のよ
うな向きにセットした状態で、周囲温度。

ないし通電に伴う温度変化が作用した際の挙動について
述べる。

すなわち、温度変化が原因で半導体レーザ３のレーザチ
ップ３１より出射する光ビーム９が第７図で述べたよう
にＸ軸に対してｔ軸方向に振れて偏向（偏向角θ）した
としても、一次元位置検出素子６の受光面上に結像する
受光スポットは受光面に対してその長手方向と直角方向
（Ｚ軸方向）に移動するだけで、位置検出方向（Ｙ軸方
向）への移動は生じない、したがって、被検出物体１０
の位置が不変である限りは光ビーム９が偏向しても、位
置検出素子６の両極から出力する電流１＋、　Ｉｓの変
化はない、これにより、温度変化に伴う光ビームの偏向
が直接測距値に影響を及ぼすことがなく、第８図で述べ
たような測定誤差の発生を未然に防止できる。

なお、第２図において、半導体レーザ３はホルダ１１に
対して実線で示す位置から１８０回転して鎖線で示す位
置にセントしても同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の測距装置では、半導体レーザ
の温度変化に起因して出射角が偏向する光ビームの受光
スポットが、一次元位置検出素子の受光面に対してその
位置検出方向と直角方向に変位するように半導体レーザ
の向きを設定したことにより、周囲温度ないしは通電に
伴う温度変化が半導体レーザに作用し、これに伴って半
導体レーザより出射する光ビームの方向が偏向しても、
光ビームの偏向が測距出力に直接影響を及ぼすことがな
く、これにより測距値が安定して測距装置の信頼性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例による測距装置の光学系図、第２
図は第１図における半導体レーザの取付は姿勢図、第３
図は測距装置の原理図、第４図は半導体レーザの構造を
示す一部切欠斜視図、第５図、第６図は第４図の半導体
レーザを異なる方向から見た側面図、第７図は温度変化
に伴う出射光ビームの偏向発生の説明図、第８図は従来
における測距装置の光学系図、第９図は第８図における
半導体レーザの取付は姿勢図である０図において、３＋
半導体レーザ、３１４レーザチツプ、３２：ヒートシン
ク、３３：ステム、４：投光レンズ、６：一次元位置検
出素子、７：受光レンズ、９：光ビ第３図 第２図 第・７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）半導体レーザを光源として被検出物体に向けて光ビ
   ームを照射する投光部と、一次元位置検出素子を受光素
   子として被検出物体からの反射光を受光する受光部とを
   組合せ、被検出物体の変位を位置検出素子上での受光ス
   ポットの位置変化として検出するようにした測距装置に
   おいて、半導体レーザの温度変化に起因して出射角が偏
   向する光ビームの受光スポットが、一次元位置検出素子
   の受光面に対してその位置検出方向と直角方向に変位す
   るように半導体レーザの向きを設定したことを特徴とす
   る測距装置。