JPH0445416A - 光走査装置、光検出装置及び光走査検出装置 - 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〕 この発明は、光源からの光を被測定物に照射する光走査
装置、被測定物からの光を受光して検出する光検出装置
及び光源からの光を被測定物に照射し、この被測定物か
らの光を受光して検出する光走査検出装置に関する。

〔従来技術〕

従来の光走査検出装置として、ガルバノメータ型走査器
と光音響偏向器を使用する技術が知られている。ガルバ
ノメータ型走査器はガルバノメータにミラーを取付け、
ガルバノメータの回転運動を利用してビームを走査する
ものである。また、光音響偏向器は透明媒質中の音波（
弾性波）によって生じる屈折率の空間的周期変化により
入射ビームを偏向するものである。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、ガルバノメータ型走査器を使用する技術
は、ミラーの運動が回転運動であることから無駄か多く
、その回転速度も一定ではないという問題があった。

また、光音響偏向器を使用する技術は、偏向角か大きく
取れないこと、耐環境性上の難点があること及び受光系
が複雑になること、等の問題かあった。

そこで本発明は上記問題を解決することを目的とする 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を達成する為、本発明に係る光走査装置は光源
、光伝播回転体および光伝送部材とを備えて構成されて
いる。ここで、光伝播回転体は上記光源からの光を入射
して当該入射光軸に対し平行に光を出射すると共に、上
記入射光軸と合致する軸を中心として回転する。また、
光伝送部材は複数の光ファイバを束ねて構成され、当該
複数の光ファイバのそれぞれの一端部が上記光伝播回転
体から出射される光が描く回転光軸に合わせて円環状に
配列されると共に当該複数の光ファイバのそれぞれの他
端部が上記一端部の配列順を保ちながら直線状に配列さ
れ、上記光伝播回転体からの光を上記一端部から入射す
る。

また、本発明に係る光検出装置は光伝送部材、光伝播回
転体及び受光素子とを備えて構成されている。ここで、
光伝送部材は複数の光ファイバを束ねて構成され、当該
複数の光ファイバのそれぞれの一端部が直線状に配列さ
れると共に当該複数の光ファイバのそれぞれの他端部か
上記一端部の配列順を保ちながら円環状に配列され、上
記被測定物からの光を上記一端部から入射する。また、
光伝播回転体は上記他端部からの光を入射して当該入射
光軸に対し平行に光を出射すると共に、当該出射光軸と
合致する軸を中心として回転する。

さらに、受光素子は上記光伝播回転体からの光を受光す
る。

さらに、本発明に係る光走査検出装置は上記光走査装置
と上記光検出装置を組み合わせて構成され、それぞれの
光伝播回転体を互いに同期させている。

〔作用〕

本発明に係る光走査装置によると、光伝播回転体の一端
部に入射した光は当該一端部より離れて位置する他端部
から出射され、その他端部の回転軌跡に沿って円環状に
配列された光伝送部材の一端部の一つに入射する。さら
に、光伝送部材の一端部に入射した光は直線状に配列さ
れた他端部の一つから被測定物に向けて出射される。従
って、光伝播回転体の回転に伴い、光源からの光は順番
に光伝送部材の他端部から直線状に出射され、被測定物
上を直線状に走査する。

また、本発明に係る光検査装置によると、直線状に移動
する被測定物からの光は、−列に配列された光伝送部材
の一端部から入射され、円環状に配列された他端部から
出射される。この他端部から出射された光は、一端部が
この円環状に沿って回転する光伝播回転体の当該一端部
に入射し、この入射位置より離れた他端部から受光素子
に向けて出射される。従って、光伝播回転体の回転に伴
い、直線状を移動する被測定物からの光は、すべて光伝
播回転体の他端部に集められ、受光素子に受光される。

さらに、本発明に係る光走査検査装置によると、光源か
らの光は一定速度で回転する第１光伝播回転体の端部か
ら円環状に順番に出射され、第１光伝送部材の端部から
直線状に被測定物に向けて出射される。また、被測定物
からの光はすべて一列に配列された第２光伝送部材の一
端部に入射し、第２光伝送部材の他端部が配列された円
環状に沿って上記第１光伝播回転体と同期回転する第２
光伝播回転体に入射する。第２光伝播回転体に入射した
光は、この入射位置より離れた他端部に伝播され受光素
子に入射する。従って、第１光伝播回転体および第２光
伝播回転体の同期回転により、光源からの光は第１光伝
播回転体からの円環状出射、第１光伝送部材からの直線
状出射、第２光伝送部材への直線状入射、第２光伝播回
転体への円環状入射を経て、第１光伝播回転体がら出射
された順番で受光素子に受光される。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光走査装置および光検出装置を添附
図面に基づき説明する。なお、説明において同一要素に
は同一符号を使用し、重複する説明は省略する。

ます、第１図に基づき、本発明に係る光走査装置および
光検出装置を含む光走査検出装置の第１実施例を説明す
る。この光走査検出装置は、投光ビーム走査部（光走査
装置）Ａ及び受光ビーム走査部（光検出装置）Ｂを偏え
ている。

投光ビーム走査部Ａは、レーザダイオード］、結像レン
ズ２、プリズム３、回転板４、光ファイバ束５、ファイ
バホルダ６及び投光レンズ７を含んで構成されている。

レーザダイオード１の前方には結像レンズ２を介してプ
リズム３が配置されている。プリズム３は、断面が平行
四辺形になっており、この平行四辺形を構成する一方の
長辺を含む面に対して直交する方向から入射した光は、
当該平行四辺形を構成する短辺を含む面でそれぞれ反射
され、他方の長辺を含む面に対して直交する方向から出
射される。従って、入射方向と出射方向は常に平行にな
る。このプリズム３は、前述した結像レンズ２の光軸と
合致する回転軸を有する回転板４の半径方向に固定され
ており、その−端部は回転板４の回転中心付近に位置し
、その他端部は回転板４の外縁部に位置している。さら
に、回転板４がプリズム３の出射端面と接する部分には
光透過孔（図示せず）が形成されているので、プリズム
３からの出射光は回転板４を貫通することかできる。投
光ビーム走査部Ａでは、回転板４に固定されたプリズム
３が光伝播回転体として機能する。

回転板４の裏側には、前述した光透過孔がら出射される
光の回転光軸に沿って先ファイバ束５の入射端面が円環
状に配置されており、これらの入射端面の配列順を保ち
ながら出射端面が直線状にファイバホルダ６て固定され
ている。例えば、７２本の光ファイバにより光ファイバ
束５が構成されており、円環状に配列された円環配列端
部の所定位置に入射端面を有し直線状に配列された直線
配列端部の左端に配置された光ファイバ（以下、「第１
番目の光ファイバ」という。」）を想定すると、円環配
列端部において第１番目の光ファイバの右隣に位置する
光ファイバ（以下、「第２番目の光ファイバ」という。

」）の出射端面は直線配列端部において左端から２番目
に位置する。また、円環配列端部において第２番目の光
ファイバの右隣に位置する光ファイバの出射端面は、直
線配列端部において左端から３番目に位置する。同様に
、入射端面の配列順を保ちながら直線状に配列され、円
環配列端部において７２番目の光ファイバの出射端面は
直線配列端部において右端に位置する。その為、プリズ
ム３から出射された光は、必ず光ファイバ束５の内のい
ずれかの入射端面に入射する。

ファイバホルダ６と被測定物（図示せず）との間には投
光レンズ７か配置されている。この投光レンズ７の入射
瞳に向かう角度で、光ファイバ束５の出射端面がファイ
バホルダ６により固定されている。その為、光ファイバ
束５から出射された光は、投光レンズ７を透過して被測
定物に照射される。

受光ビーム走査部Ｂは、受光レンズ８、ファイバホルダ
９、光ファイバ束１０、プリズム１１、回転板１２、結
像レンズ１３および受光素子１４を含んで構成されてい
る。被測定物からの光は受光レンズ８を透過し、この受
光レンズ８の焦点位置に配置されている光ファイバ束１
０の入射端面に入射する。

光ファイバ束１０の入射端面は受光レンズ８の射出瞳に
向かう角度に沿ってファイバホルダ９により直線状に固
定されており、これらの出射端面は上記入射端面の配列
順を保ちながら円環状に配列されている。例えば、７２
本の光ファイバにより光ファイバ束１０が構成されてお
り、直線状に配列された直線配列端部の一端に入射端面
を有し円環状に配列された円環配列端部のある位置に出
射端面を有するする光ファイバ（以下、１第１番目の光
ファイバ」という。」）を想定すると、直線配列端部に
おいて第１番目の光ファイバの隣に入射端面を有する光
ファイバ（以下、「第２番目の光ファイバ」という。」
）の出射端面は円環配列端部において第１番目の光ファ
イバの出射端面の例えば右隣に位置する。また、直線配
列端部において第２番目の光ファイバの隣に入射端面を
有する光ファイバの出射端面は、円環配列端部において
第２番目の光ファイバの出射端面の右隣に位置する。同
様に、入射端面の配列順を保ちながら出射端面が円環状
に配列されるので、直線配列端部において他端に入射端
面が配置された第７２番目の光ファイバの出射端面は、
円環配列端部において第１番目の光ファイバの左隣に位
置する。

光ファイバ束１０の後方には、前述した円環配列端部の
中心軸と合致した回転軸を有する回転板１２が配置され
ている。この回転板１２には、光ファイバ束１０の出射
端面から出射された光が回転板１２を貫通できるように
、光透過孔（図示せず）が形成されている。回転板１２
の表面には、一端部か上記光透過孔に位置し他端部か回
転中心部に位置するプリズム１１が当該回転板１２の半
径方向に固定されている。プリズム１１は回転板１２の
回転軸及び当該半径方向で切断した断面が平行四辺形に
なっている。従って、この平行四辺形を構成する−の長
辺を含む面に対して直交する方向から入射した光は、当
該平行四辺形を構成する短辺を含む面でそれぞれ反射さ
れ、他の長辺を含む面に対して直交する方向から出射さ
れる。その為、入射方向と出射方向は常に平行になる。

プリズム１１の他端部の前方には光軸か回転板１２の回
転軸と合致する結像レンス１３か配置されており、この
他端部から出射された光は結像レンズ１３を透過して受
光素子１４に受光される。

ところで、回転板１２及び回転板４は同一歯数を有する
一種の平歯車になっており、外周部に・は複数の歯か一
定のピッチ間隔て形成されている。

また、回転板１２は駆動歯車１７を介してモータ１５に
接続されており、回転板１２はアイドル歯車１６を介し
て回転板４と接続している。その為、回転板１２と回転
板４の回転は互いに同期しておリ、例えば回転板４の回
転軸に対して０度方向に位置する光ファイバから入射し
た光は、被測定物を一次元走査した後、回転板１２の回
転軸に対して０度方向に位置する光ファイバから出射さ
れる。

次に、上記光走査検出装置の作用を説明する。

レーザダイオード１からの出射光はプリズム３に入射さ
れ、回転板４の半径外方向に伝播された後、円環状に配
列された光ファイバ束５の入射端面の一つに入射する。

光ファイバ束５の出射端面は入射端面の配列順を保ちな
がら直線状に配列されているので、プリズム３か回転す
わば被測定物に照射される光は直線状に移動する。従っ
て、単一光源から出射された光は、プリズム３を固定し
た回転板４を回転させることにより、ファイバホルダ６
上の光フアイバ取付は高さで決められる画角内で一次元
上の走査を行い被測定物を照射する。

また、被測定物からの光（反射光、透過光）は−列上に
配列された光ファイバ束１０の入射端面から入射した後
、円環状に配列された光ファイバ束１０の出射端面から
プリズム１１の入射端部に向けて出射される。プリズム
１１の入射端部に入射した光は回転板１２の半径内方向
に伝播され、回転中心付近に位置する出射端部から出射
される。

また、プリズム１１からの光は結像レンズ１３で集光さ
れ、受光素子１４に入射する。

このように、投光ビーム走査部Ａにより円環状に出射さ
れる光の全てが一次元走査光に変わり、受光ビーム走査
部Ｂにより直線状に移動する光の全てが単一の受光素子
に受光されるので、動作に無駄が無く、高速走査および
高速検出が可能になる。

また、上記実施例において投光ビーム走査部Ａと受光ビ
ーム走査部Ｂを同期走査することにより、受光素子１４
の単一受光面積を小さくすることができる。従って、Ｓ
／Ｎ比を向上させることができると共に、応答速度の高
速化を図ることができる。

さらに、この同期走査により受光効率を向上させること
ができる。

なお、上記実施例ではファイバホルダ６．９により光フ
ァイバ束５の出射端面又は先ファイバ束１０の入射端面
か直線状に一列で配列されているが、−列に限定される
ものではない。

第２図は、複数の光ファイバを数段の列で配置した光伝
送部材の２次元配列例を示すものである。

例えば、この２次元配列か１２行６列で形成されている
場合、円環状配列のある位置に一端部を有する光ファイ
バ（以下、「第１番目の光ファイバ」という。）の他端
は第１行第１列に配置され、この第１番目の光ファイバ
の隣に配置された第２番目の光ファイバは２次元配列の
第１列第２行に配置される。同様に、円環状配列の第１
２番目の光ファイバは２次元配列の第１列第１２行に配
置され、第１３番目の光ファイバは２次元配列の第２列
第１行に配置される。従って、円環状に配列された複数
の光ファイバの一端部から入射した光は、まず第１列左
端の光ファイバから右端の光ファイバへと順番に出射さ
れる。次に、第２列左端の光ファイバから右端の光ファ
イバへと出射され、その後、第ｎ列まで順番に２次元走
査がなされる。

次に、第３図に基づき、本発明に係る光走査装置および
光検出装置を含む第２実施例に係る光走査検出装置を説
明する。

この第２実施例に係る光走査検出装置は、レーザダイオ
ード２１の光照射方向の前方には回転板２４か配置され
ている。この回転板２４には台形の断面形状を有するプ
リズム２３がその直径方向に固定されている。プリズム
２３の中央部には回転板２４の板面に対してほぼ４５度
の角度で傾斜して設けられた全反射面２３ａか形成され
ている。

また、プリズム２３の両端部２３ｂ、２３Ｃは回転中心
側に４５度の角度で傾斜して形成されている。回転板２
４におけるプリズム２３の両端及び中心付近には、光透
過孔（図示せず）が形成されており、プリズム２３から
の光の出射および光の入射を可能にしている。

回転板２４の裏側には、円環状に配列された端部を有す
る複数の光ファイバ束２５．３０が配置されている。こ
れらの光ファイバ束２５と光ファイバ束３０の端部は交
互に配置され、全体とじて円環状が形成されている。こ
れらの光ファイバの他端部は交互に左右に振り分けられ
、それぞれファイバホルダ２６．２９により固定される
。左側に振り分けられた複数の光ファイバ束２５の他端
部は投光レンズ２７の入射瞳に向かう角度で配列順を保
ちながら直線状に配列されており、右側に振り分けられ
た複数の光ファイバ束３０の他端部は受光レンズ２８の
射出瞳に向かう角度で配列順を保ちながら直線状に配列
されている。例えば、７０本の光ファイバにより円環状
配列が構成されており、円環状配列のある光ファイバ（
以下、「第１番目の光ファイバ」という。」）から一定
方向（例えば反時計方向）に数えて第７０番目の光ファ
イバまでを考慮すると、ファイバホルダ２６には端部（
例えば左端部）から第１番目、第３番目、第５番目、・
・・、第６９番目の奇数番の光ファイバかその順番で直
線状に固定される。一方、ファイバホルダ２９には端部
（例えば左端部）から第３６番目、第３８番目、・・・
、第７０番目、第２番目、第４番目、・・・、第３４番
目の偶数番の光ファイバがその順番で直線状に固定され
る。このように、円環状に配列された光ファイバ束２５
．３０の出射端面は、入射端面の配列順を保ちながら両
側のファイバホルダ２６．２９に振り分けられる。

また、ファイバホルダ２６と被測定物（図示せず）との
間には、焦点位置が光ファイバ束２５の出射端面の位置
と合致するように投光レンズ２７が配置されており、フ
ァイバホルダ２９と被測定物との間には焦点位置が光フ
ァイバ束３０の入射端面の位置と合致するように受光レ
ンズ２８が配置されている。

さらに、回転板２４の裏面中央部には、回転板２４の回
転軸に沿って、集光レンズ３１を挾んで受光素子３２が
配置されている。また、回転板２４は駆動歯車を介して
モータ３３に接続されている。

次に、第４図に基づき、上記実施例に係る光走査検出装
置の作用を説明する。

レーザダイオード２１からのレーザ光は、プリズム２３
内を回転板２４の半径外方向に向けて伝播され、光ファ
イバ束２５に向けて出射される。

その為、回転板２４が回転すれば、その出射光軸は円環
状になる。前述した円環状に沿って配列された光ファイ
バ束２５の出射端部は直線状に配列されているので、光
ファイバ束２５からの出射光は回転板２４の回転に伴い
直線状を移動する。

方、被測定物からの一次元情報を有した光（反射光、透
過光）は、−列に配列された光ファイバ束３０の入射端
面に入射し、円環状に配列された光ファイバ束３０の出
射端面から出射される。この円環状に沿ってプリズム２
３の入射端部２３ｃか回転しているので、光ファイバ束
３０から出射された光は必ずプリズム２３に入射し、入
射した光は回転板２４の中心部から回転板２４の裏面側
に出射され、結像レンズ３１を透過して受光素子３２に
入射する。

このように、第２実施例に係る光走査検出装置では、第
１実施例において投光ビーム走査部及び受光ビーム走査
部として別々に使用していたプリズムと光ファイバを一
体化しているので、プリズム回転軸が１軸になり、機械
的な位相ズレが解消される。

また、プリズム２３か１回転することにより被測定物の
１回の一次元走査かなされ、被測定物からの一次元光情
報は全て受光素子３２に取り込まれる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。上記実施例では光伝播回転体として回転板に固定され
たプリズムを使用したか、光伝播部材はプリズムに限定
されるものではない。

第５図は、本発明に使用できる光伝播回転体の一例を示
すものである。同図（ａ）は光ファイバ３５を用いた光
伝播回転体を示すものである。先ファイバの両端には受
光レンズ３５ａ及び投光レンズ３５ｂが装着されている
。受光レンズ３５ａから入射した光は光ファイバ３５の
入射端面に集光され、光ファイバ３５からの出射光は投
光レンズ３５ｂにより平行光になり回転板３４の中心付
近から照射される。

同図（ｂ）は一対の反射鏡３６．３７を用いた光伝播回
転体を示すものである。回転板３８の外縁部付近には光
透過孔３８ａを設けられており、この光透過孔３８ａ付
近には反射鏡３６が回転板３８に対し４５度の角度で傾
斜して配置されている。さらに、回転板３４の中心付近
には反射鏡３７が反射鏡３６に対し平行に配置されてい
る。

従って、光透過孔３８ａを通過して反射鏡３６に入射し
た光は半径内方向に伝播され、反射鏡３７から回転板３
８に対して直交する方向に照射される。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、光
伝播回転体の回転速度を一定にすれば走査速度を一定に
することができる。

また、光伝播回転体を機械的に回転させる構造なので耐
環境性に優れ、単一の受光素子に検査光を受光する構造
なので、受光系を簡単化することかできる。

さらに、光伝送部材の直線配列における個々の光ファイ
バのピッチ間隔を変えることにより、光音響偏向器より
も大きな偏向角を簡単に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る光走査検出装置を示
す斜視図、第２図は第１実施例に係る光走査検出装置に
使用できる光伝送部材の２次元配列例を示す斜視図、第
３図は本発明の第２実施例に係る光走査検出装置を示す
斜視図、第４図は第２実施例に係る光走査検出装置にお
ける光の流れを示す側面図、第５図は本発明に使用でき
る光伝播回転体の一例を示す回転板の回転軸に沿って切
断した断面図である。 Ａ・・・投光ビーム走査部、Ｂ・・・受光ビーム走査部
、１．２１・・・レーザダイオード、２．１３．２２．
３１・・・結像レンズ、３．１１．２３・・・プリズム
、４．１２．２４．３４．３８・・・回転板、５．１０
．２５．３０・・・光ファイバ、６．９．２６．２９・
・・ファイバホルダ、７．２７・・・投光レンズ、８、
受光レンズ、 １４、 ２・・・受光素子、 １５、 ・・モータ、 ・光フ ィバ、 ３６、 ７　・・・ 反射鏡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光を被測定物に照射する光走査装置であ
   って、 前記光源からの光を入射して当該入射光軸に対し平行に
   光を出射すると共に、前記入射光軸と合致する軸を中心
   として回転する光伝播回転体と、複数の光ファイバを束
   ねて構成され、当該複数の光ファイバのそれぞれの一端
   部が前記光伝播回転体から出射される光が描く回転光軸
   に合わせて円環状に配列されると共に当該複数の光ファ
   イバのそれぞれの他端部が前記一端部の配列順を保ちな
   がら直線状に配列され、前記光伝播回転体からの光を前
   記一端部から入射する光伝送部材とを備えて構成されて
   いることを特徴とする光走査装置。 ２、被測定物からの光を受光して検出する光検出装置で
   あって、 複数の光ファイバを束ねて構成され、当該複数の光ファ
   イバのそれぞれの一端部が直線状に配列されると共に当
   該複数の光ファイバのそれぞれの他端部が前記一端部の
   配列順を保ちながら円環状に配列され、前記被測定物か
   らの光を前記一端部から入射する光伝送部材と、 前記他端部からの光を入射して当該入射光軸に対し平行
   に光を出射すると共に、当該出射光軸と合致する軸を中
   心として回転する光伝播回転体と、前記光伝播回転体か
   らの光を受光する受光素子とを備えて構成されているこ
   とを特徴とする光検出装置。 ３、光源からの光を被測定物に照射し、前記被測定物か
   らの光を受光して検出する光走査検出装置であって、 前記光源からの光を入射して当該入射光軸に対し平行に
   光を出射すると共に、前記入射光軸と合致する軸を中心
   として回転する第１光伝播回転体複数の光ファイバを束
   ねて構成され、当該複数の光ファイバのそれぞれの一端
   部が前記第１光伝播回転体から出射される光が描く回転
   光軸に合わせて円環状に配列されると共に当該複数の光
   ファイバのそれぞれの他端部が前記一端部の配列順を保
   ちながら直線状に配列され、前記第１光伝播回転体から
   の光を前記一端部から入射する第１光伝送部材と、 複数の光ファイバを束ねて構成され、当該複数の光ファ
   イバのそれぞれの一端部が直線状に配列されると共に当
   該複数の光ファイバのそれぞれの他端部が前記一端部の
   配列順を保ちながら円環状に配列され、前記被測定物か
   らの光を当該一端部から入射する第２光伝送部材と、 前記第２光伝送部材の他端部からの光を入射して当該入
   射光軸に対し平行に光を出射すると共に、当該出射光軸
   と合致する軸を中心として前記第１光伝播回転体と同期
   して回転する第２光伝播回転体と、 素子とを備えて構成されていることを特徴とする光走査
   検出装置。