JPH074909A - Laser sensor apparatus - Google Patents

Laser sensor apparatus

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JPH074909A
JPH074909A JP16752693A JP16752693A JPH074909A JP H074909 A JPH074909 A JP H074909A JP 16752693 A JP16752693 A JP 16752693A JP 16752693 A JP16752693 A JP 16752693A JP H074909 A JPH074909 A JP H074909A
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JP
Japan
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laser
light
light source
laser sensor
sensors
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JP16752693A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Kondo
豊 近藤
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To use a plurality of laser sensors continuously at the same time at a close position by making the wavelengths of the emitted lights from laser light source elements deffer from each other, and providing spectroscopic filters having the function for shielding the light having the wavelength emitted from the other laser light source element in the incident light source of a photodetector. CONSTITUTION:The diameter of a laser beam 11 emitted from a laser light source element 1 of a laser sensor 10 is narrowed by a projecting lens 3. Then, the light is projected on a surface to be inspected 30 as the spot light. The image of the light is focused on the detecting surface of a position-detecting type detector 6 through an interference filter FL1 and a condenser lens 5. Meanwhile, the diameter of a laser beam 21 emitted from a semiconductor laser 1' of a laser sensor 20 is narrowed by a projected lens 3'. The light is projected on a surface to be inspected 40 as the spot light. The image of the light is focused on the detecting surface of a detector 6' through a filter FL2 and a condenser lens 5'. A step difference D or fluctuation is detected based on the difference output of the signals of the surfaces 30 and 40 generated in the sensors 10 and 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願発明は、レーザ光源を備えた
光学式センサ装置から対象物に向けて2本またはそれ以
上のレーザ光を照射し、各反射光を位置検出型の検出器
(PSD)等の光検出手段によって検出することによっ
て、対象物表面とセンサとの間の位置関係を表わすデー
タを非接触で獲得する型の光学式センサ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention irradiates an object with two or more laser beams from an optical sensor device having a laser light source, and detects each reflected light by a position detection type detector (PSD). ) Or the like, the present invention relates to an optical sensor device of a type that obtains data representing a positional relationship between a surface of an object and a sensor in a non-contact manner by detecting it with a light detecting means.

【0002】本願発明の光学式センサ装置が利用される
技術分野としては、各種ワーク等の対象物の変位測定、
表面形状センシング、板状物体(特に、透光性を有する
対象物)の厚み測定、等がある。
The technical fields in which the optical sensor device according to the present invention is used are displacement measurement of objects such as various works,
There are surface shape sensing, thickness measurement of a plate-like object (particularly, a transparent object), and the like.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、レーザ・ダイオード(以下、LD
と言う。)等のレーザ光源からの光を対象物に投射し、
その反射光を光検出装置によって検出し、その検出結果
に基づいて対象物の位置、表面形状、厚みあるいはそれ
らの変化を算出する光学式変位測定装置が、工場の生産
ラインの自動化、自動機械の動作制御、各種対象物の状
態監視等の極めて多岐にわたる分野において利用されて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, laser diodes (hereinafter referred to as LD
Say ) Projects light from a laser light source such as
An optical displacement measuring device that detects the reflected light with a light detection device and calculates the position, surface shape, thickness of the object or changes in them based on the detection result is used for automation of factory production lines, automatic machine It is used in a wide variety of fields such as operation control and condition monitoring of various objects.

【0004】図1は、従来用いられているレーザセンサ
装置の概略構成図である。これを説明すると、LD1か
らの光は、必要に応じて設けられたコリメータレンズ2
によって平行化され、投射レンズ3によりビーム径が絞
られて、被検対象物4上にスポット光となって投射され
る。この投射スポット光像を集光レンズ5を介して位置
検出型光検出器(以下、PSDと言う。)6の検出面上
に検出スポット像として入射させる。被検対象物4の位
置が入射光の光軸に沿って変位(P→P’)すると、検
出スポット像もPSD上で移動する(Q→Q’)。
FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional laser sensor device. To explain this, the light from the LD 1 is generated by the collimator lens 2 provided as necessary.
Are collimated by the projection lens 3, the beam diameter is narrowed by the projection lens 3, and projected onto the object 4 to be inspected as spot light. This projection spot light image is made incident on the detection surface of a position detection type photodetector (hereinafter referred to as PSD) 6 as a detection spot image via a condenser lens 5. When the position of the test object 4 is displaced along the optical axis of the incident light (P → P ′), the detection spot image also moves on the PSD (Q → Q ′).

【0005】位置検出機能を有するPSD6は、スポッ
ト光の入射位置に応じて2つの電流出力I1 、I2 のを
生成するもので、I12=(I1 ―I2 )/(I1 +I2
)がPSD上での入射位置を表している。従って、各
電流出力I1 、I2 を電流電圧変換回路7で電圧V1 、
V2 に変換し、演算器9により演算Δ12=(V1 ―V
2)/(V1 +V2 )を行えば、検出スポット光の位置
が判り、それに基づいて被検対象物4の位置(投射スポ
ット光の位置)を求めることが出来る。図中、被検対象
物4の位置変位は並進移動(実線→破線)で示されてい
るが、被検対象物の姿勢変化による位置変位(スポット
光入射位置)を測定する場合もある。
The PSD 6 having a position detecting function generates two current outputs I1 and I2 according to the incident position of the spot light, and I12 = (I1−I2) / (I1 + I2
) Represents the incident position on the PSD. Therefore, the respective current outputs I1 and I2 are converted into voltage V1 and
Converted to V2 and calculated by calculator 9 Δ12 = (V1-V
By performing 2) / (V1 + V2), the position of the detected spot light can be known, and the position of the object 4 to be inspected (the position of the projected spot light) can be obtained based on it. In the figure, the positional displacement of the object 4 to be inspected is shown by translational movement (solid line → broken line), but the positional displacement (spot light incident position) due to the posture change of the object to be inspected may be measured.

【0006】また、このような光学式位置変位測定装置
に通常用いられるLD等のレーザ光源素子には、光源の
出力光強度をモニタする為のモニタ光検出器9が内蔵乃
至付属装備されており、このモニタ光検出器9の出力に
基づき、コントローラCTLを介して光源駆動回路LD
Dを制御して光源素子(LD)1の出力光強度を一定に
保つ制御が行われる。対象物4からLD素子1への戻り
光の影響を回避する為に、LD1と対象物4との間にビ
ームスピリッタを配置し、その側方でLD1からの出射
光をモニタする方式を採用する場合もある。
Further, a laser light source element such as an LD usually used in such an optical position displacement measuring apparatus has a monitor light detector 9 for monitoring output light intensity of the light source built-in or attached. , The light source drive circuit LD via the controller CTL based on the output of the monitor photodetector 9.
Control of D is performed to keep the output light intensity of the light source element (LD) 1 constant. In order to avoid the influence of the return light from the object 4 to the LD element 1, a beam splitter is arranged between the LD 1 and the object 4 and the light emitted from the LD 1 is monitored on the side of the beam splitter. In some cases.

【0007】このようなレーザセンサは、単独あるいは
相互に十分離隔した位置で各センサを使用する場合と、
相互に近接した位置で2台以上のセンサを同時使用する
場合とがある。後者の使用法をとる例としては、(1)
段差、面方向等の表面形状関連量あるいはその変化量の
検出(2)板状乃至ウェブ状物体の厚みの検出、(3)
近接する複数物体の同時位置検出等が考えられる。図2
(a)、(b)及び図3(a)、(b)は、これらケー
スにおけるレーザセンサ、レーザビーム及び被検対象物
の関係を例示したものである。
Such a laser sensor uses each sensor individually or at a position sufficiently separated from each other,
There is a case where two or more sensors are used simultaneously at positions close to each other. An example of the latter usage is (1)
Detection of surface shape-related amount such as step and surface direction or its change amount (2) Detection of thickness of plate-shaped or web-shaped object, (3)
Simultaneous position detection of a plurality of close objects can be considered. Figure 2
FIGS. 3A and 3B and FIGS. 3A and 3B exemplify the relationship between the laser sensor, the laser beam, and the test object in these cases.

【0008】図2(a)では、レーザセンサ10及び2
0からのレーザビーム11、21は面30、40上に位
置12、22で入射し、各入射位置12、22のZ方向
位置データから面30と40の段差Dが計測される。図
2(b)では、3角形状尾根部50の突端部近傍に各セ
ンサ10、20からのレーザビームを入射させ、尾根部
50の角度θを計測するものである。また、図3(a)
においては、板状物体60の両側から各センサ10、2
0からのレーザビーム11、21を表裏対応点12及び
22に入射させ、該板状物体60の厚みを計測する配置
が示されている。更に、図3(b)では同一平面G上の
接近した位置にある2つの円柱状物体70及び80の高
さh1 、h2 を同様の配置によって計測する例が示され
ている。この他にも、種々の場面において2台以上のレ
ーザセンサを近接配置状態で使用するケースが考えられ
る。
In FIG. 2A, laser sensors 10 and 2 are shown.
The laser beams 11 and 21 from 0 are incident on the surfaces 30 and 40 at the positions 12 and 22, and the step D between the surfaces 30 and 40 is measured from the Z direction position data of the respective incident positions 12 and 22. In FIG. 2B, the laser beam from each of the sensors 10 and 20 is incident on the vicinity of the tip of the triangular ridge portion 50, and the angle θ of the ridge portion 50 is measured. In addition, FIG.
, The sensors 10, 2, from both sides of the plate-like object 60.
An arrangement is shown in which laser beams 11 and 21 from 0 are incident on the front and back corresponding points 12 and 22 and the thickness of the plate-like object 60 is measured. Further, FIG. 3B shows an example in which the heights h1 and h2 of two columnar objects 70 and 80 located close to each other on the same plane G are measured by the same arrangement. In addition to this, there may be a case where two or more laser sensors are used in close proximity in various situations.

【0009】2台以上のレーザセンサをこのような状態
で使用した場合、各レーザビームの入射位置が接近して
いる為に、他のレーザセンサから発せられたレーザビー
ムによって形成された照射スポットからの光あるいはそ
れが周辺部分で多重反射した光が外乱光となって、隣接
したセンサの光検出部に設けられた集光レンズを介して
光検出器(PSD)に入射することが現象が生じてい
た。図3(a)に示した厚み測定においては、特に、板
状あるいはウェブ状の物体60に透光性がある場合にこ
の現象が発生する。
When two or more laser sensors are used in such a state, since the incident positions of the laser beams are close to each other, an irradiation spot formed by a laser beam emitted from another laser sensor is detected. Phenomenon or the light that is multiple-reflected in the peripheral part becomes ambient light and enters the photodetector (PSD) through the condenser lens provided in the photodetection section of the adjacent sensor. Was there. In the thickness measurement shown in FIG. 3A, this phenomenon occurs especially when the plate-shaped or web-shaped object 60 has a light-transmitting property.

【0010】このようなセンサ間の干渉現象が発生する
と、当然、センサの位置検出型検出器の出力にノイズが
乗って測定精度が著しく低下する。場合によっては、実
質的に計測不能となることも珍しくない。図4は、干渉
現象が生じた場合の検出出力の実測例を示した図であ
る。図4において、横軸tは時間、縦軸ZはPSD上の
スポット光結像位置を各々表わす軸である。縦軸1目盛
りは、10μmに相当しており、780nmのレーザ光
源素子(GaAlAs半導体レーザ)を有するレーザセ
ンサの光検出部に、近接した別のレーザセンサに使用さ
れる830nmのレーザ光源素子(GaAlAs半導体
レーザ)からの光が外乱光として入射した場合に起こる
干渉現象が描かれている。
When such an interference phenomenon occurs between the sensors, of course, noise accompanies the output of the position detection type detector of the sensor, and the measurement accuracy is remarkably lowered. In some cases, it is practically impossible to measure. FIG. 4 is a diagram showing an example of actual measurement of the detection output when the interference phenomenon occurs. In FIG. 4, the horizontal axis t is the time, and the vertical axis Z is the axis representing the spot light image forming position on the PSD. The vertical scale 1 scale corresponds to 10 μm, and the 830 nm laser light source element (GaAlAs) used for another laser sensor in proximity to the photodetection part of the laser sensor having the 780 nm laser light source element (GaAlAs semiconductor laser). The interference phenomenon that occurs when light from a semiconductor laser) enters as disturbance light is illustrated.

【0011】即ち、被対象物に変位が無い状態で、干渉
が無い理想的な測定が行なわれた場合には、検出出力
は、Z=Z0 (一定値)の幅の無い直線のグラフを与え
る筈である(後述、実施例参照)。ところが、図4に示
した例では、測定値を確定し得ない程の幅(数100μ
m)を有した脈動性の検出出力が生成されてることが判
る。
That is, when an ideal measurement without interference is performed in a state where the object is not displaced, the detection output gives a straight line graph of Z = Z0 (constant value). This should be the case (see Examples below). However, in the example shown in FIG. 4, the width (several hundred μ
It can be seen that a pulsatile detection output with m) is produced.

【0012】従来、このような干渉現象を回避する為の
方策として採用されてきた方式は、ある1台のセンサが
計測中の期間にあっては、これに近接したレーザセンサ
のLD光源を消光状態乃至微弱発光状態とするものであ
る。ところが、一旦LD光源を消光状態乃至微弱発光状
態とすると、再び安定した計測可能な状態に復帰させる
のにある程度の時間(例えば、数ms)がかかるので、
1kHz以上の繰り返し頻度で各レーザセンサから測定
出力を得ることが困難となる。また、複数のレーザ光源
素子の発光フェイズを正確にずらせる為の制御回路手段
や発光フェイズ中の検出出力を抽出する為の回路手段等
が必要となる等の点から考えても、この従来の方式が満
足すべきものであったと言うことは出来ない。
Conventionally, the method that has been adopted as a measure for avoiding such an interference phenomenon is to turn off the LD light source of the laser sensor in the vicinity of a certain sensor during the measurement period. The state is set to a weak light emission state. However, once the LD light source is put into the extinction state or the faint light emission state, it takes some time (for example, several ms) to return to the stable measurable state again.
It becomes difficult to obtain a measurement output from each laser sensor at a repetition frequency of 1 kHz or higher. Further, from the point of view that the control circuit means for accurately shifting the light emission phase of the plurality of laser light source elements, the circuit means for extracting the detection output during the light emission phase, etc. are required, this conventional It cannot be said that the method was satisfactory.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本願発明の目
的は、複数台のレーザセンサ手段間の相互干渉を防止出
来るレーザセンサ装置を提供することにある。即ち、本
願発明は、複数のレーザセンサ手段を使用するレーザセ
ンサ装置において、他のレーザセンサ手段のレーザ光源
に由来した外乱光を遮断することによって、1つのレー
ザセンサ手段による計測実行中に他のレーザセンサ手段
のレーザ光源を消光状態あるいは微発光状態とする必要
を無くしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser sensor device capable of preventing mutual interference between a plurality of laser sensor means. That is, according to the present invention, in a laser sensor device using a plurality of laser sensor means, by interrupting the disturbance light originating from the laser light source of another laser sensor means, another laser sensor means can perform another measurement while performing measurement. This eliminates the need to set the laser light source of the laser sensor means to the extinction state or the slight light emission state.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本願発明は、レーザ光源
素子と、該レーザ光源素子の出力光を被検対象物に入射
させる光学系と、位置検出型の光検出器と、該位置検出
型光検出器に前記被検対象物からの反射光を入射させる
光学系とを有する複数のレーザセンサ手段を備えたレー
ザセンサ装置において、前記複数のレーザセンサ手段の
各々に所属する前記レーザ光源素子の発光波長特性を互
いに異なるものとし、各レーザセンサ手段の光検出器へ
の入射光路中に、他のレーザセンサ手段に所属するレー
ザ光源の発光波長の光を遮断する機能を有する分光フィ
ルタ手段を配置することによって、相互干渉のないレー
ザセンサ装置を実現したものである。
The present invention is directed to a laser light source element, an optical system for making the output light of the laser light source element incident on an object to be inspected, a position detection type photodetector, and the position detection type. In a laser sensor device comprising a plurality of laser sensor means having an optical system for making reflected light from the object to be detected incident on a photodetector, in the laser light source element belonging to each of the plurality of laser sensor means. The emission wavelength characteristics are made different from each other, and the spectral filter means having a function of blocking the light of the emission wavelength of the laser light source belonging to another laser sensor means is arranged in the optical path of incidence to the photodetector of each laser sensor means. By doing so, a laser sensor device without mutual interference is realized.

【0015】[0015]

【作用】本願発明のレーザセンサ装置においては、各レ
ーザセンサ手段に所属するレーザ光源素子の発光波長特
性が異なるものとした上で、各レーザセンサ手段の光検
出器(PSD)の入射光路中に、他のレーザセンサに所
属したレーザ光源素子から発せられた波長の光を有効に
遮断する機能を有する分光フィルタ手段が配置されてい
るので、2個以上のレーザセンサを同時使用しても、他
のレーザセンサに所属するレーザ光源素子から発せられ
た光が対象物あるいは周辺物体を経由して自身の光検出
器(PSD)に入射することが回避される。従って、従
来のように、外乱光入射によってもたらされる計測精度
の低下あるいは計測不能状態の恐れなく、2台以上のレ
ーザセンサを近接した位置で連続的に同時使用すること
が可能となる。
In the laser sensor device of the present invention, the emission wavelength characteristics of the laser light source elements belonging to the respective laser sensor means are made different, and then the laser light source element in each laser sensor means is provided in the incident optical path of the photodetector (PSD). Since spectral filter means having a function of effectively blocking light of a wavelength emitted from a laser light source element belonging to another laser sensor is arranged, even if two or more laser sensors are used at the same time, It is possible to prevent the light emitted from the laser light source element belonging to the laser sensor of (1) from entering the photodetector (PSD) of itself via the target object or the peripheral object. Therefore, as in the conventional case, it is possible to continuously use two or more laser sensors at a close position simultaneously without fear of deterioration of measurement accuracy or unmeasurable state caused by incidence of ambient light.

【0016】また、その際、各レーザセンサの使用中
(レーザ発光中)に他のレーザセンサに所属するレーザ
光源素子の発光を停止したり微弱発光状態に落とす必要
もなくすことが出来る。従って、複数台のレーザセンサ
のレーザ光源素子や光検出器、光検出器出力処理回路等
を交番的に同期作動させる為の制御手段も不要となる。
Further, at that time, it is not necessary to stop the light emission of the laser light source element belonging to another laser sensor or reduce the light emission state to a weak light emission state during the use of each laser sensor (during laser emission). Therefore, there is no need for a control means for alternately synchronizing the laser light source elements of the plurality of laser sensors, the photodetectors, the photodetector output processing circuits, and the like.

【0017】[0017]

【実施例】図5は、本願発明のレーザセンサ装置を図2
(a)に示した段差計測に使用した場合について、全体
配置及び各レーザセンサの概略構成の1例を模式的に示
した図である。図中、図1、図2(a)と共通した要素
については、一部同じ番号が付されている。
FIG. 5 shows a laser sensor device according to the present invention.
It is the figure which showed typically one example of the whole arrangement | positioning and the schematic structure of each laser sensor about the case used for the level | step difference measurement shown to (a). In the figure, some of the elements common to FIG. 1 and FIG. 2A are given the same numbers.

【0018】図5において、レーザセンサ装置は近接配
置された2台のレーザセンサ10及び20から構成され
ている。レーザセンサ10、20は各々レーザ光源素子
1、1’(必要に応じてコリメータレンズを内蔵)、投
射レンズ3、3’、集光レンズ5、5’及び位置検出型
検出器(PSD)6、6’を備えている。これらの構成
要素自体は、図1に示した従来構成のレーザセンサと基
本的に共通したものであるが、本願発明の特徴に従った
構成として、各レーザセンサ10、20のレーザ光源素
子1、1’として、互いに発光波長の異なるものが使用
されると共に、各受光側光路中に各々分光フィルタ手段
FL1及びFL2が配置されている。
In FIG. 5, the laser sensor device is composed of two laser sensors 10 and 20 arranged in close proximity to each other. The laser sensors 10 and 20 are laser light source elements 1 and 1 '(built-in collimator lenses if necessary), projection lenses 3 and 3', condenser lenses 5 and 5 ', and position detection type detector (PSD) 6, It has 6 '. These constituent elements themselves are basically the same as those of the conventional laser sensor shown in FIG. 1, but the laser light source element 1 of each of the laser sensors 10 and 20 has a configuration according to the features of the present invention. As 1 ', those having emission wavelengths different from each other are used, and spectral filter means FL1 and FL2 are arranged in each light receiving side optical path.

【0019】レーザセンサ10のフィルタ手段FL1に
は、レーザセンサ20のレーザ光源1’の発光波長を遮
断する分光特性を有したものが選ばれ、レーザセンサ2
0のフィルタ手段FL2には、レーザセンサ10のレー
ザ光源1の発光波長を遮断する分光特性を有したものが
選ばれる。
The filter means FL1 of the laser sensor 10 is selected to have a spectral characteristic that cuts off the emission wavelength of the laser light source 1'of the laser sensor 20.
As the filter means FL2 of 0, one having a spectral characteristic of cutting off the emission wavelength of the laser light source 1 of the laser sensor 10 is selected.

【0020】例えば、レーザ光源1として発光波長78
0nmのGaAlAs半導体レーザを用い、同じくレー
ザ光源1’として発光波長830nmのGaAlAs半
導体レーザを用いた場合、フィルタ手段FL1、FL2
として図6に示したような分光透過特性を有する干渉フ
ィルタ(NDフィルタとも呼ばれる。)が選択使用され
る。
For example, the laser light source 1 has an emission wavelength of 78.
When the GaAlAs semiconductor laser of 0 nm is used and the GaAlAs semiconductor laser of the emission wavelength 830 nm is also used as the laser light source 1 ′, the filter means FL1 and FL2 are used.
An interference filter (also called an ND filter) having a spectral transmission characteristic as shown in FIG. 6 is selectively used.

【0021】即ち、フィルタ手段FL1としては、図中
η1 (λ)で示されているように780nm前後の波長
帯域の光は大半透過するが、830nm付近から長波長
側の光は殆ど遮断するような分光透過率ηの推移を示す
干渉フィルタを用いる一方、フィルタ手段FL2として
は、η2 (λ)で示されているように、830nm前後
の波長帯域の光は大半透過するが、780nm付近から
短波長側の光は殆ど遮断するような分光透過率ηの推移
を示す干渉フィルタを用いる。
That is, as the filter means FL1, as shown by η 1 (λ) in the figure, most of the light in the wavelength band around 780 nm is transmitted, but the light on the long wavelength side from around 830 nm is almost blocked. While an interference filter showing a transition of the spectral transmittance η is used, as the filter means FL2, as shown by η2 (λ), most of the light in the wavelength band around 830 nm is transmitted, but the wavelength from around 780 nm is short. An interference filter that changes the spectral transmittance η so as to block most of the light on the wavelength side is used.

【0022】以下、このような構成を各部に採用した場
合のレーザセンサ装置の動作を説明する。レーザセンサ
10のレーザ光源素子(半導体レーザ)から発せられた
波長780nmのレーザビーム11は、必要に応じて内
蔵されたコリメータレンズ(図示省略)によって平行化
され、投射レンズ3によりビーム径が絞られた後、被検
面30上にスポット光として投射される。この投射スポ
ット光像は、η1 (λ)で表わされる分光透過特性を有
する干渉フィルタFL1と集光レンズ5を介して位置検
出型光検出器(PSD)6の検出面上に検出スポット像
として結像される。
The operation of the laser sensor device when such a configuration is adopted in each section will be described below. The laser beam 11 having a wavelength of 780 nm emitted from the laser light source element (semiconductor laser) of the laser sensor 10 is collimated by a built-in collimator lens (not shown) as necessary, and the beam diameter is narrowed by the projection lens 3. Then, it is projected as spot light on the surface 30 to be inspected. This projected spot light image is formed as a detection spot image on the detection surface of the position detection type photodetector (PSD) 6 via the interference filter FL1 having a spectral transmission characteristic represented by η 1 (λ) and the condenser lens 5. To be imaged.

【0023】位置検出機能を有する検出器(PSD)6
の検出信号は、図1の関連説明部分で述べた態様で処理
され、面30の図中上下方向位置あるいはその変位を表
わす信号が生成される。
Detector (PSD) 6 having a position detecting function
1 is processed in the manner described in the related description part of FIG. 1 to generate a signal representing the vertical position of the surface 30 in the figure or its displacement.

【0024】一方、レーザセンサ20のレーザ光源素子
を構成する半導体レーザ1’から発せられた波長830
nmのレーザビーム21は、必要に応じて内蔵されたコ
リメータレンズ(図示省略)によって平行化された後、
投射レンズ3’によりビーム径が絞られ、被検面40上
にスポット光として投射される。この投射スポット光像
は、η2 (λ)で表わされる分光透過特性を有する干渉
フィルタFL2と集光レンズ5’を介して位置検出型光
検出器(PSD)6’の検出面上に検出スポット像とし
て結像される。位置検出型検出器(PSD)6’の検出
信号は、位置検出型検出器6の検出信号と同様の態様で
処理され、面40の図中上下方向位置あるいはその変位
を表わす信号が生成される。そして、両レーザセンサ1
0、20によって生成された各面30、40の位置乃至
変位を表わす信号の差出力から面30、40の段差Dあ
るいはその変動が検出される。
On the other hand, the wavelength 830 emitted from the semiconductor laser 1'constituting the laser light source element of the laser sensor 20.
The laser beam 21 of nm is collimated by a built-in collimator lens (not shown) if necessary,
The beam diameter is narrowed down by the projection lens 3 ′ and projected onto the surface 40 to be inspected as spot light. This projection spot light image is detected on the detection surface of the position detection type photodetector (PSD) 6'through an interference filter FL2 having a spectral transmission characteristic represented by η2 (λ) and a condenser lens 5 '. Is imaged as. The detection signal of the position detection type detector (PSD) 6'is processed in the same manner as the detection signal of the position detection type detection device 6 to generate a signal indicating the vertical position in the figure of the surface 40 or its displacement. . And both laser sensors 1
The level difference D of the surfaces 30 and 40 or its variation is detected from the difference output of the signals representing the positions or displacements of the surfaces 30 and 40 generated by 0 and 20.

【0025】ところで、2台のレーザセンサ10、20
は近接配置されているので、各レーザセンサ10、20
の位置検出型検出器6、6’の入射光路中には、種々の
経路で他方のレーザ光が紛れ込んでくる。例えば、図5
中に波線AM1で示したように、レーザセンサ20の光
源1’によるスポット像からの光の一部が、位置22か
ら直接レーザセンサ10の光検出部に向かって入射して
来る。また、波線AM2で示したように、レーザセンサ
10の光源1によるスポット像からの光の一部が、位置
12からレーザセンサ10壁面上の位置P1 、被検面4
0上の位置P2で反射した後、レーザセンサ20の光検
出部に迷光の形で侵入することも有り得る。
By the way, the two laser sensors 10 and 20
Are arranged close to each other, each laser sensor 10, 20
In the incident optical paths of the position detection type detectors 6 and 6 ', the other laser light is scattered along various paths. For example, in FIG.
As indicated by a wavy line AM <b> 1, a part of the light from the spot image by the light source 1 ′ of the laser sensor 20 directly enters from the position 22 toward the light detection unit of the laser sensor 10. Further, as indicated by a wavy line AM2, a part of the light from the spot image by the light source 1 of the laser sensor 10 is partially moved from the position 12 to the position P1 on the wall surface of the laser sensor 10 and the surface 4 to be measured.
After being reflected at the position P2 above 0, it is possible for the light to enter the light detecting portion of the laser sensor 20 in the form of stray light.

【0026】しかし、従来技術の場合とは異なり、各位
置検出型光検出器(PSD)6及び6’の入射光路中に
は各々、η1 (λ)、η2 (λ)で表わされる分光透過
特性を有する干渉フィルタFL1、FL2が配置されて
おり、これに対応してレーザ光源1として発光波長78
0nmのGaAlAs半導体レーザ、同じくレーザ光源
1’として発光波長830nmのGaAlAs半導体レ
ーザが使用されているので、位置検出型光検出器(PS
D)6及び6’のいずれにも、他方のレーザビームに由
来した光が到達することがない。
However, unlike the case of the prior art, the spectral transmission characteristics represented by η 1 (λ) and η 2 (λ) are respectively present in the incident optical paths of the position detection type photodetectors (PSD) 6 and 6 ′. The interference filters FL1 and FL2 having a wavelength of 78 are arranged.
Since a 0 nm GaAlAs semiconductor laser and a GaAlAs semiconductor laser with an emission wavelength of 830 nm are used as the laser light source 1 ′, a position detection type photodetector (PS
D) Light derived from the other laser beam does not reach either 6 or 6 '.

【0027】即ち、AM1あるいはAM2のような経路
で他方レーザセンサ側に外乱光が入り込んだとしても、
フィルタFL1、FL2によって位置検出型光検出器
(PSD)6及び6’への到達が実質的に阻止される。
That is, even if ambient light enters the other laser sensor side through a path such as AM1 or AM2,
The filters FL1, FL2 substantially prevent the position sensitive photodetectors (PSDs) 6 and 6 ′ from reaching.

【0028】図7及び図8は、上述した構造を有するレ
ーザセンサ装置を用いた場合のレーザセンサ間の干渉の
発生状況を検証する為に、フィルタFL1として中心波
長780nm、半値幅が各々70nm(図7)、及び1
4nm(図8)の干渉フィルタ(日本真空光学製、DI
F−BPF−4型及びDIF−BPF−1型)を使用
し、図4に示したケース(干渉フィルタ使用せず。)と
同じ条件下で実測された検出出力を、図4と同様の態様
で表わした示したものである。
FIGS. 7 and 8 show a filter FL1 having a central wavelength of 780 nm and a half-value width of 70 nm for verifying the occurrence of interference between laser sensors when the laser sensor device having the above-described structure is used. 7), and 1
4 nm (Fig. 8) interference filter (Nippon Vacuum Optical, DI
F-BPF-4 type and DIF-BPF-1 type) are used, and the detection output measured under the same conditions as the case shown in FIG. 4 (without using the interference filter) is the same as that of FIG. It is shown by.

【0029】図7においては、干渉フィルタFL1の半
値幅が70nmとやや広めにとってあるので、位置検出
型光検出器(PSD)6全体の受光量が比較的大きくな
っているが、僅かに発生している干渉現象によるものと
思われるノイズが、図示したδ1 (ピーク・ツー・ピー
ク;PEAK-TO-PEAK)の程度の大きさで重畳している。
In FIG. 7, the half value width of the interference filter FL1 is 70 nm, which is rather wide, so that the total amount of light received by the position detection type photodetector (PSD) 6 is relatively large, but it slightly occurs. The noise, which is considered to be due to the interference phenomenon, is superimposed in the magnitude of δ1 (peak-to-peak; PEAK-TO-PEAK) shown in the figure.

【0030】これに対して、図8では、干渉フィルタF
L1の半値幅を14nmに絞られている為に、位置検出
型光検出器(PSD)6全体の受光量は小さくなってい
るものの、ノイズレベルは、図示したδ2 (ピーク・ツ
ー・ピーク;PEAK-TO-PEAK)の程度に低下しており、干
渉現象がほぼ完全に抑えられたことが読み取れる。
On the other hand, in FIG. 8, the interference filter F
Since the half-value width of L1 is narrowed down to 14 nm, the amount of light received by the position detection type photodetector (PSD) 6 as a whole is small, but the noise level is δ2 (peak-to-peak; PEAK) shown in the figure. -TO-PEAK), and it can be read that the interference phenomenon was almost completely suppressed.

【0031】このように、図7、図8のいずれの場合に
おいても、図4のフィルタ無使用の場合と比較して、格
段のノイズリダクションが実現していることに疑いはな
い。
As described above, in both cases of FIGS. 7 and 8, there is no doubt that remarkable noise reduction is realized as compared with the case of not using the filter of FIG.

【0032】即ち、本願発明の技術思想に従った上記実
施例の構成により、著しい干渉防止効果が発揮されるこ
とが確かめられたことになる。半導体レーザの発光波
長、発光強度及び干渉フィルタの分光特性について、昨
今極めて多様なもの入手可能であるから、位置検出型光
検出器(PSD)の感度等も考慮に入れて、使用条件に
適合した半導体レーザと干渉フィルタを組み合わせて用
いることが好ましいことは、言うまでもない。
That is, it has been confirmed that the structure of the above-described embodiment according to the technical idea of the present invention exerts a remarkable interference preventing effect. With regard to the emission wavelength, emission intensity of the semiconductor laser and the spectral characteristics of the interference filter, a wide variety of them are available these days. Therefore, the sensitivity of the position detection type photodetector (PSD) is taken into consideration, and it is suitable for the usage conditions. It goes without saying that it is preferable to use the semiconductor laser and the interference filter in combination.

【0033】また、所望の分光透過特性を得る為に2枚
以上のフィルタを重ねて使用しても良く、また、フィル
タを集光レンズ周辺、位置検出型光検出器(PSD)直
前等に固定配置するのではなく、1種類あるいは2種類
以上のフィルタを選択的に挿脱し得るように配置するこ
とも可能である。このような配置によれば、1台のレー
ザセンサの単独使用時等、干渉現象の発生の恐れがない
場合には、フィルタ無使用としてより十分な受光光量を
確保したり、あるいは発光波長の異なる半導体レーザを
使用する場合に、光路中に挿入されるフィルタの入れ換
えで対応すること等が可能となる。
Further, two or more filters may be overlapped and used in order to obtain a desired spectral transmission characteristic, and the filters are fixed around the condenser lens, immediately before the position detection type photodetector (PSD) or the like. Instead of arranging them, it is also possible to arrange them so that one kind or two or more kinds of filters can be selectively inserted and removed. According to such an arrangement, when there is no fear of occurrence of an interference phenomenon such as when one laser sensor is used alone, a filter is not used to secure a sufficient amount of received light, or a different emission wavelength is used. When a semiconductor laser is used, it is possible to deal with it by replacing the filter inserted in the optical path.

【0034】更に、上記実施例では近接位置で同時使用
されるレーザセンサの台数を2台としたが、使用するレ
ーザ光源素子の発光波長とフィルタの分光透過特性の組
合せを工夫することにより、3台以上のレーザセンサを
近接位置で同時使用する場合についても、本願発明の技
術思想を適用したレーザセンサ装置を構成することが可
能なことは、これまでの説明から明らかであろう。
Further, in the above embodiment, the number of laser sensors used simultaneously at the close position is two, but by devising the combination of the emission wavelength of the laser light source element to be used and the spectral transmission characteristics of the filter, it is possible to reduce the number of laser sensors to three. It will be apparent from the above description that a laser sensor device to which the technical idea of the present invention is applied can be configured even when two or more laser sensors are simultaneously used at close positions.

【0035】[0035]

【発明の効果】本願発明のレーザセンサ装置において
は、各レーザセンサ手段に所属するレーザ光源素子の発
光波長が互いに異なると共に、各レーザセンサ手段の光
検出器(PSD)の入射光路中に、他のレーザセンサに
所属したレーザ光源素子から発せられた波長の光を有効
に遮断する機能を有する分光フィルタ手段が配置されて
いるので、2個以上のレーザセンサを近接位置で同時使
用しても、他のレーザセンサに所属するレーザ光源素子
から発せられた光が対象物あるいは周辺物体を経由して
自身の光検出器(PSD)に入射することが回避され
る。
In the laser sensor device of the present invention, the light emission wavelengths of the laser light source elements belonging to the respective laser sensor means are different from each other, and other laser light sources are included in the incident light path of the photodetector (PSD) of each laser sensor means. Since the spectral filter means having the function of effectively blocking the light of the wavelength emitted from the laser light source element belonging to the laser sensor of No. 2 is arranged, even if two or more laser sensors are used at the close positions at the same time, Light emitted from a laser light source element belonging to another laser sensor is prevented from being incident on its own photodetector (PSD) via an object or a peripheral object.

【0036】従って、従来のように、外乱光入射によっ
てもたらされる計測精度の低下あるいは計測不能状態の
恐れなく、2台以上のレーザセンサを近接した位置で連
続的に同時使用することが可能となる。また、その際、
各レーザセンサの使用中(レーザ発光中)に他のレーザ
センサに所属するレーザ光源素子の発光を停止したり微
弱発光状態に落とす必要もなくなるので、複数台のレー
ザセンサのレーザ光源素子や光検出器、光検出器出力処
理回路等を交番的に同期作動させる為の制御手段も不要
となり、レーザセンサ装置を使用するシステム全体の構
成が簡素化される利点がある。
Therefore, as in the conventional case, it is possible to continuously use two or more laser sensors simultaneously at a close position without fear of deterioration of measurement accuracy or unmeasurable state caused by incidence of ambient light. . Also, at that time,
It is not necessary to stop the emission of the laser light source elements belonging to other laser sensors or reduce the light emission state to weak light emission while using each laser sensor (during laser emission). There is no need for a control means for alternately and synchronously operating the detector, the photodetector output processing circuit, and the like, and there is an advantage that the configuration of the entire system using the laser sensor device is simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来用いられているレーザセンサ装置の概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional laser sensor device.

【図2】相互に近接した位置で2台以上のレーザセンサ
を同時使用する事例を示した模式図で、(a)は段差の
計測、(b)は、3角状尾根部の角度θの計測に用いら
れる配置を例示したものである。
2A and 2B are schematic diagrams showing an example in which two or more laser sensors are simultaneously used at positions close to each other, in which FIG. 2A is a step measurement, and FIG. 2B is a triangle ridge angle θ. It is an example of an arrangement used for measurement.

【図3】相互に近接した位置で2台以上のレーザセンサ
を同時使用する他の事例を示した模式図で、(a)は、
板状物体の厚みを計測する配置、(b)では同一平面上
の接近した位置にある2つの円柱状物体高さを計測する
配置を例示したものである。
FIG. 3 is a schematic diagram showing another example in which two or more laser sensors are simultaneously used at positions close to each other, and (a) is
An example is shown of an arrangement for measuring the thickness of a plate-like object, and an arrangement for measuring the heights of two columnar objects located close to each other on the same plane.

【図4】2台のレーザセンサに、干渉現象が生じた場合
の検出出力の1例を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of detection output when an interference phenomenon occurs in two laser sensors.

【図5】本願発明のレーザセンサ装置を図2(a)に示
した段差計測に使用した場合について、全体配置及び各
レーザセンサの概略構成の1例を模式的に示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the overall arrangement and the schematic configuration of each laser sensor when the laser sensor device of the present invention is used for the step measurement shown in FIG. 2 (a).

【図6】図5に示されたレーザセンサ装置に使用可能な
干渉フィルタの分光透過特性を例示したグラフである。
6 is a graph illustrating the spectral transmission characteristics of an interference filter that can be used in the laser sensor device shown in FIG.

【図7】図5に示されたレーザセンサ装置の一方のレー
ザセンサのフィルタFL1として、中心波長780n
m、半値幅が70nmのものを使用した場合に観測され
た検出出力を例示したものである。
FIG. 7 shows a center wavelength of 780n as a filter FL1 of one laser sensor of the laser sensor device shown in FIG.
It is an example of the detection output observed when m and a half value width of 70 nm are used.

【図8】図5に示されたレーザセンサ装置の一方のレー
ザセンサのフィルタFL1として、中心波長780n
m、半値幅が14nmのものを使用した場合に観測され
た検出出力を例示したものである。
8 is a center wavelength of 780n as a filter FL1 of one laser sensor of the laser sensor device shown in FIG.
This is an example of the detection output observed when m and the half width of 14 nm are used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源素子(半導体レーザ乃至LD) 2 コリメータレンズ 3 投射レンズ 4 被検対象物 5 集光レンズ 6 位置検出型検出器(PSD) 7 電流電圧変換回路 8 演算回路 9 モニタ光検出器 10、20 レーザセンサ 11、21 レーザビーム 12、22 レーザビーム入射点 30、40 段差面 50 3角形状尾根部 60 板状乃至ウェブ状物体 70、80 円柱状物体 CTL コントローラ LDD 光源素子駆動回路 η1 (λ)、η2 (λ) フィルタFL1、FL2の分
光透過率曲線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source element (semiconductor laser or LD) 2 Collimator lens 3 Projection lens 4 Object to be inspected 5 Condensing lens 6 Position detection type detector (PSD) 7 Current-voltage conversion circuit 8 Arithmetic circuit 9 Monitor photodetector 10, 20 Laser sensor 11, 21 Laser beam 12, 22 Laser beam incident point 30, 40 Step surface 50 Triangular ridge 60 Plate-like or web-like object 70, 80 Cylindrical object CTL controller LDD Light source element drive circuit η1 (λ), η 2 (λ) Spectral transmittance curves of filters FL1 and FL2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光源素子と、該レーザ光源素子の
出力光を被検対象物に入射させる光学系と、位置検出型
の光検出器と、該位置検出型光検出器に前記被検対象物
からの反射光を入射させる光学系とを有する複数のレー
ザセンサ手段を備えたレーザセンサ装置において、前記
複数のレーザセンサ手段の各々に所属する前記レーザ光
源素子が互いに異なる発光波長特性を有し、前記複数の
レーザセンサ手段の各々の前記光検出器への入射光路中
に、他のレーザセンサ手段に所属するレーザ光源の発光
波長の光を遮断する機能を有する分光フィルタ手段が配
置されていることを特徴とする前記レーザセンサ装置。
1. A laser light source element, an optical system for making output light of the laser light source element incident on an object to be inspected, a position detection type photodetector, and the position detection type photodetector to be inspected. In a laser sensor device provided with a plurality of laser sensor means having an optical system for allowing reflected light from an object to enter, the laser light source elements belonging to each of the plurality of laser sensor means have emission wavelength characteristics different from each other. , A spectral filter means having a function of blocking light of an emission wavelength of a laser light source belonging to another laser sensor means is disposed in an incident optical path to the photodetector of each of the plurality of laser sensor means. The laser sensor device described above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007248168A (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Canon Inc Atomic force microscope
JP2016014665A (en) * 2014-07-03 2016-01-28 アドヴァンスド サイエンティフィック コンセプツ,イン Ladar sensor for dense environment
JP2019023593A (en) * 2017-07-25 2019-02-14 株式会社日立製作所 Laser displacement meter and laser ultrasonic inspection device using the same

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