JPS612010A - 非接触変位検出装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば変形しゃ丁い工芸製品、生体、文化財
等の物体の形状測定や、生産ラインでの物体の厚さ測定
、あるいは物体に生じた傷等の大きさや位置の測定など
に用いられるレーザ利用の非接触変位検出装置に関し、
特に可視レーザ光を用いて測定点の目視を可能にした非
接触変位検出装置に関する。

〔従来技術〕

従来よりレーザ光を被検出物に照射し、被検出物で反射
・散乱された光合検出してその位置や強度の変化から非
検出物の変位全検出する各種の装置が用いら７１ている
が、その場合、照射点つまり測定点を目視で容易に確認
できることが、操作上りるいは危険防止の観点力）ら要
求寧九ることがめジ、そのために、例えば波長６３２．
８ｎｍの可視光全発するＨｅ−Ｎｅガスレーザ等が用い
られている。

ここで、上記レーザ光の被検出物における反射・散乱光
、′ｊなわちイを号元と背景光による雑音とのＳＡ比全
全向上せるため、予めレーザ光を強度変調して照射する
とともに、反射・散乱光による信号を光の変調信号に同
期して検出するなどの工夫が従来性なわれている。

しかしながら、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザは測定範囲を拡大
するために高出力にすると寸法・重量が増大するととも
に発熱量が増大し、光検出器がその影響を受けて検出精
度が低下する要因となる。

特に、レーザ光の変調に音響光学変調器を用いた場合に
は、熱の影響で回折角が変化し、測定点が変動する。の
みならず、例えば溶鉱炉、ガラス溶融炉、溶接現場等の
周囲の背景光の強度がきわめて強い環境では、光検出器
を構成する光電変換素子の出力がその背景光のみでほぼ
飽和点に達してしまい、上述したような変調を行なって
検出州党全照射し検出する方法によっても十分なＳ／Ｎ
比が取れず、検出精度か劣化する欠点がめった。

し発明の目的および構成〕 本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、高出力にかかわらず小形・軽量・低発熱で高い
検出精度が得られ、特に検出用元に対して雑音ｙａが強
い環境るるいは被検出物においても安定確実に高精度の
検出か行なえる非接触変位検出装置′ｔｌ−提供するこ
とにるる。

このような目的を達成するために、本発明は、レーザ光
源を検出用光源と目視用光源とに分離して前者を山形・
軽量・低発熱で高出力が得られる半導体レーザとすると
ともに、被測定物からの反射・散乱光全検出する検出手
段の前段に上記半導体レーザの出力光の波長を含む所定
波長帯の光のみ透過するフィルタ全挿入したものである
。以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

図は、本発明の一実施例を示す構成図である。

同図において、本装置は第１の装置１０、これと空間的
に分離された第２の装置２０および両者を結ぶ光伝送路
としての約３ｍの石英系元ファイバ（ＧＩ−５０）３０
を備え、このうち第１の装置１０は、目視用の可視光を
発する低出力のＨｅ　−Ｎｅガスレーザ（波長６３２．
８ｎｍ、出力１ｍＷ）１１、集光レンズ１２、後述する
半導体レーザ全安定化駆動・変調する変調駆動回路１３
および演算回路１４を含んでいる。一方、第２の装置２
０は、検出月光奮発する半導体レーザ（波長８３０ｎｍ
％出力５ｍＷ）２１、コリメート用レンズ２２　、２３
、ビームスプリッタ２４、被検出物４０力・らの反射・
散乱光と背景光の一部４１を集光するレンズ２５および
一次元位置検出用ＰＳＤ−８１３５２（浜松ホトニクス
製、有効受光面積３４×２、５　ｍｍ　）からなる光半
導体装置検出器２６を備えるが、さらに、集光レンズ２
５の前面に半導体レーザ２１の出力光と同一波長帯の光
のみを透過するフィルタ２７を有している。このような
フィルタとして、本実施例では中心波長か８３０　ｎｒ
ｎで帯域幅が５０　ｎｍの通過帯域を有し、通過帯域内
の波長の光に９５％以上透過し、当該帯域外の波長の光
は５％以下しか透過しないバンドパスフィルタを用いた
が、雑音光の分光強度特性および光半導体装置検出器２
εの分光感度特性等に応じて適宜選定ｊｆ１ばよく、場
合によってはバンドパスフィルタに限らず、例えば上記
半導体レーザの出力光の波長帯υ、上の波長光全透過す
るバイパスフィルタ、あるいに逆に当該波長帯ｖ下の波
長光を透過するローパスフィルタを用いること（、でき
る。

なお、このフィルタ２７は、集光ルンズ２５の後面に挿
入してもよい。

上記構成において、Ｈｅ　−Ｎｅ　ガスレーザ１１から
出射した光１５は集光用レンズ１２によって元ファイバ
３０の一端に結合され伝搬する。そしてこの元ファイバ
の第２の装姉゛２０内の他端η・らｔｉｅ射し１こ光２
８は、コリメート用レンズ２３によってほぼ平行光とさ
れ、ビームスプリンタ２４を透過して外部へ出射されて
、被検出物４０の光照射点４０ａ　に照射される。一方
、半導体レーザ２１から変調周波数２ＫＨｚ　″′Ｃ変
調もれて出射した１）−ザ元２９＆よ、コリメータ用し
ンス２２によってほぼ平行光とされ、ビームスプリッタ
２４によって上記レーザ光２８と同−九ＮＧｌ＋上にの
せられ、同様に被検出物４０の光照射点４０ａ　に照射
づれる。

そして、ここで反射・散乱した光と背景光の一部４１は
、集光レンズ２５に工つで′ｆ、牛尋体位置検出器２６
の受光面上の集光点２６ａに集光され、光半導体装置検
出器２６はこの集光点２６ａの位を全電気信号として出
力するか、このとき、被検出物からの反射・散乱光と背
景ｙ０の一部４１のうち、半導体レーザ２１からの照射
光による反射・散乱光およびそれにほぼ等しい波長を有
する背景光のみは、大部分がフィルタ２７を透過して実
際に上記光半導体装置検出器２６の受光面に達するが、
その他の波長の光についてはそのほとんどが上記フィル
タによって除去されてしまう。したがって、雑音光が強
い場合でも、それによって光半導体装置検出器２６の出
力が飽和してしまう事態を回避することかできる。そこ
で、演算回路１４は、光半導体位置検出器２６からの出
力信号を、半導体レーザ２１の変調信号と同期して検出
し、その検出結果から被検出物１０党位置を算出してプ
ロッタやＣＲＴなどの表示部５０に表示源せる。

このとき、Ｈｅ　−Ｎｅ　ガスレーザ元は無変調であり
かつ波長がフィルタ２７の透過帯域からずれているため
、雑音光として扱われ、その意味で被検出物の変位検出
に直接寄与しないが、これにより測定点を目視すること
ができる。すなわち、半導体レーザ２１のみでは波長の
関係から目視が困難でめるが、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ１
１を使用することにより容易に測定点の確認が行なえ、
また検出動作中であることがわかるため危険の防止にも
なる。また、このような目視用としての機能が得られる
範囲でＨｅ　’　−Ｎ　ｅ力ヌレーザ１１は小形・低出
力のものでよく、−力半導体レーザ２１はきわめて小形
・軽量で高出力が得られ、発熱もほとんどないのみなら
ず、容易に直接変調できること力・ら音響光学変調器を
用いる必要もない。

なお、上述した実施例では装置を第１の装置と第２の装
置とに分離したことＶこ、ｒ、夕、測定時における移動
が容易となる利点を有し、し力・も集光レンス２５や光
半導体位置検出器２６をＨｅ　−Ｎｅガスレーザ１１７
１・ら離したことに、１．ジ、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザの
熱で上記検出系に誤差か生ずることを無くづ−ことカニ
できる。また、半導体レーザ２１を第２の装置２０側に
設けたことて、元ファイバ３０に加わる振動・曲げ等に
より被検出物４ｏに照射される検出用光強度が変動する
の全防ぐことができる。しかし、本発明に必ずしもこの
ような構成に限定されるものではなく、例えば第１．第
２の装置に分離することなく一体として構成してもよい
。この場合には移動の容易性の点では上述した実施例に
及ばないとしても、光ファイバ３０が不要となり構成は
簡単となる。また、第１．第２の装＠に分離した場合で
も、半導体レーザ２１をＨｅ−Ｎｅガスレーザ１１と同
様第１の装置１゜側に配置すれは、例えは被測定物４ｏ
が都“磁雑音全発生するような場合でちっても、検出系
ケ有する第２の装置２０側のみ当核被検出物４ｏに近付
け、第１の製置１０は遠ざけでおくことにより、半導体
レーザか上記雑音の影響に受けることを回避できる。こ
れら（１，￥、先の使用の目的、１なわち被検出物の性
質やその周囲環境によって適当な構成を選択して用いｎ
、ばよい。

また、上述した実施例では２本のレーザ光を同−元軸上
にのせる手段としてビームスプリッタ２４を用いたが、
節単にハーフミラ−を用いてもよい。

もちろん、例えば波長６３２．８ｎｍの光は９０％以上
透過し波長８３０ｎｍ侘の光は９０％以上反射するよう
なグイクロイックミラーを用いれば、エネルギー損失が
小さい点で好ましいことは言うまでもない。

また、上述した実施例では光半導体位置検出器２６の分
光感度特性から検出用半導体レーザ光として波長が８３
０ｎｍのものを用いたが、本発明はこｔｌに限定さｊ、
るものではなく、例えば７８０ｎｍなと、使用する光半
導体装置検出器２６との関係で、適宜選択すればよい。

なお、上記光半導体位置検出器もＰＳＤに限らず、ＣＣ
ＤやＭＯ８素子を用いたイメージセンサなと照射された
光の位置を検出できるものでろればよい。

以上、レーザ照射光軸上の被検出物の変位を反射・散乱
光の光半導体装置検出器上での照射点の変位として検出
する方式金側に説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、レーザ光全被検出物に照射し、その反射
・散乱光を検出して被検出物の変位を検出するものでろ
れは、他の方式、例えば焦点利用法等を用いた装置にも
同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、検出用光源とし
て半導体レーザを用いるとともに、これに目視用の可視
レーザ光源を併用したことにより、小形・軽量・低発熱
で高出力・高精度、力・り測定点の目視による確認が行
カえる測定が可能となり、しη・も、フィルタで設けて
上記検出用元に対応する波長帯以外の光量？適宜除去す
るようにしたことにより、雑音光である周囲の背景光や
、目視用の可視レーザ光による被検出物２′）１らの反
射・散乱光の強度か高い環境あるいは被検出物の条件下
においても、光検出器が飽和することなく、十分なＳ　
、／Ｎ比がとれ高い検出精度が得られる利点がろる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す構成図でろる。 １１・・・・目視用Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ、１４・・・
・演算回路、２１・・・・半導体レーザ、２２．２３・
・・・コリメート用レンズ、２４＆・・・ビームスプリ
ッタ、２５＠・・・集光レンズ、２６・・・・光半導体
位ガ検出器、２γ・・・・フィルタ、３０−　・＃滲光
ファイバ、４０−・・・被検出物。 特許出願人　　株式会社保谷硝子 手続補正書（自発） １、事件の表示 昭和５９年　特　許願第１２１９５３号２、発明の名称 非接触変位検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特　　許　　出願人名称（氏名
）株式会社保谷硝子 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 手続補正書（睦） 昭和　　　年　　　月　　　日 特許庁長官殿　　　　　　　　　　　６０．１，１０１
、事件の表示 昭和５９年　特　許　願第１２１９５３号２、発明の名
称 非接触変位検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特　　許　　出願人名称（氏名）
　　ホーヤ株式会社 ６、補正の内容 （１）明細書第４頁第３行の「以下」を次の通シ補正す
る。 「なお、ここで所定波長帯とは、上下限を規定された一
定の帯域幅を有するものに限らず、上限のみ、あるいは
下限のみを有するものも含む。 以下」 （２）同書第５頁第１１行の１一応じて」を「応じて、
フィルタの透過波長帯は」と補正する。 （３）同省同頁第１３行の「限らず、」を「限らない。 すなわち、」と補正する。 （４）四書同頁第１４〜１６行の［以上の波長光・・・
こともできる。］を次の通り補正する。 ［より長波長域の光が特に邪魔になっており、これをカ
ットするのみで十分なＳ／Ｎ比が得られるような場合に
は、当該長波長域の光をカットシ、よシ短波長の光をす
べて透過するフィルタを用いればよいし、逆に上記半導
体レーザの出力光の波長帯よシ短波長域の光が専ら問題
となっているのであれば、当該短波長域の光はカットす
るが、より長波長の光はすべて透過する（５）回書同頁
第２０行の「集光用レンズ」を「集光レンズ」と補正す
る。 （６）同書第６頁第７行のｒ　ＫＨｚ　Ｊをｒ　ｋＨｚ
　Ｊと補正する。 （力　回書同頁第８行の「コリメータ」を「コリメート
」と補正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目視用の可視光を発するレーザと、検出用光を発する半
   導体レーザと、この半導体レーザの出力光と上記目視用
   可視光とを同一光軸上にのせて被検出物に照射する手段
   と、被検出物で反射・散乱された光のうち半導体レーザ
   の出力光の波長を含む所定波長帯の光のみ透過するフィ
   ルタと、フィルタの透過光を検出する検出手段とを備え
   たことを特徴とする非接触変位検出装置。