JPS6350859Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は寸法測定や位置の検出を行なうため
の投光器と受光器を組合せたものゝうち、投光器
側における半導体レーザーによる計測用平行線装
置に関する。

従来の投光器は白熱電球などの発光面積の広い
ものを光源としていたゝめに、該光源を集光レン
ズの焦点距離上の位置に置いて平行光線束を得る
ようにしても、光軸から離れた位置での発光部の
光は非点収差の影響により平行光線にすることが
技術的に困難であつた。このため測定物により遮
断された部分の光を受光器の受光素子で受けると
きにも、測定物のサイズと画像サイズが１：１の
割合で対応して検出されず、測定物の寸法や位置
を高精度に測定し得ないという不都合な点があつ
た。

本考案者は上記の点に鑑み、従来の発光面積の
大きな光源の採用を止め、点光源の作用をする半
導体レーザーを光源として採用し、これを集光レ
ンズと組合せ、かつ光量を常時一定にさせた状態
で発散し得る平行光線装置を案出したものであ
る。すなわち半導体レーザーは発光面積が数ミク
ロンないし数十ミクロンという微小面積であるた
めに、点光源として作用し、これが一定の角度を
もつて発散し、集光レンズにより平行光線とな
る。一方、半導体レーザーは二方向に発散させる
ことができるので、後方の発散光の光量を検出し
て前方の発散光の光量が常に一定になる如く補償
回路を設けて高精度の寸法測定や位置検出を可能
とするものである。

しかしてこの考案の目的は被測定物に投光する
光束が完全な平行光線を作ることゝ、該平行光線
の光量を増減変更させて投光器と受光器間の距離
が変ろうとも常に一定にすることにより、温度変
化、電圧変化に何ら影響されることなく高精度な
寸法測定や位置の検出ができる半導体レーザーに
よる平行光線装置を一般に提供することにある。

以下、この考案の一実施例を図面により説明す
る。

１は前方と後方の２方向に例えば50゜の発散角
をもつて光を発散させる半導体レーザーで、前方
と後方の各光量は相互に比例関係にあり、GaAs
基体の上下にGa_xAl_1-xAsの混合体を接合して得
られる。２はレンズ単独もしくは組合せレンズか
らなる集光レンズで、半導体レーザー１の前方に
光軸を共通にして設置する。また集光レンズ２は
合成樹脂やゴム等の材料からなるチユーブ等の製
品の寸法や該製品の位置を測定するために、該製
品の外形寸法よりも大きな平行光線束が得られる
ような口径のレンズを使用する。

そしてこの集光レンズ２は半導体レーザー１の
前方発光面から集光レンズ２の焦点距離だけ離れ
た位置に置かれ、その前後に僅かながら移動し得
るようにして微調整可能とし、さらにレーザー光
線とレンズの光軸を一致させるため、レンズを上
下方向に微動し得るようにしたものである。な
お、レンズを固定して半導体レーザーを可動し得
るようにしてもよこと勿論である。しかして半導
体レーザー１の前方からの発散光線束は集光レン
ズ２を透過後は平行光線束となる。３は半導体レ
ーザー１の後方に発散する光線束の光量を検出し
て前方の発散光の光量が常に一定になる如く設け
た補償回路である。これを第２図に示すブロツク
図で説明する。図中、１は半導体レーザーで、該
レーザーの後方に発散した光線束の光量の一部を
フオトダイオード４で検出し、該検出光量を電圧
に変換し、この電圧値を比較回路５の入力側に検
出電圧信号として取り出す。一方、出力調整用可
変抵抗器６からの出力電圧を予め設定し、これを
設定電圧信号として前記比較回路５の入力側に入
れる。かくして設定電圧値と検出電圧値とを比較
回路５で比較し、これを比較出力信号として取出
し、この比較値を出力トランジスター７で矯正し
て半導体レーザー１の前方に発散する光量を一定
にするものである。従つてフオトダイオード４で
検出した光量により得た検出電圧が設定電圧値よ
りも減ずると、比較回路でその減少電圧差を比較
出力信号として取出し、この信号が出力トランジ
スター７に送られ、出力トランジスター７におい
て半導体レーザー１に電流を多く流すように動作
し、半導体レーザー１は出力設定電圧値に矯正さ
れる。またこれとは逆に検出電圧信号が設定電圧
値よりも増加すると、比較回路でその増加電圧差
を比較出力信号として取出し、この信号が出力ト
ランジスター７に送られ、出力トランジスター７
において半導体レーザー１に電流を少く流すよう
に動作し、半導体レーザー１は出力設定電圧値に
矯正される。さらにこれを第３図に示す回路図で
詳述すると次の通りである。アースライン８と−
5V電源ライン９間に、アースライン側を入力側
とした半導体レーザー１と該レーザーの出力側を
出力トランジスター７の構成要素であるパワート
ランジスター１０のコレクター側に接続し、該パ
ワートランジスタ１０のエミツター側に抵抗値が
それぞれ2.2Ωである抵抗器１１，１２を接続す
る。１３，１４は両抵抗器１１，１２間とアース
ライン８間に並列接続したダイオードおよび
100μFのコンデンサーである。４は半導体レーザ
ー１の後方に向けて発散する光線束の一部の光を
検出するフオトダイオードで、−5V電源ライン９
側に向けて整流するとゝもに、これの安定化を図
るコンデンサー１５を並列接続する。フオトダイ
オード４の出力側とパワートランジスター１０の
エミツター側は30KΩの抵抗器１６で接続する。
１７はアースライン８側と−5V電源ライン９側
のそれぞれに100Ωの抵抗器１８とこれと並列接
続した0.1μFのコンデンサー１９を介して接続し
た比較回路５に相当するリニア増巾器で、入力側
の一つはフオトダイオード４と抵抗器１６間に接
続し、入力側の他の一つは出力調整用可変抵抗器
６に接続する。一方、リニア増巾器１７の出力側
は出力トランジスター７の構成要素であるトラン
ジスター２０のベース側に接続する。このトラン
ジスター２０のエミツター側はパワートランジス
ター１０のベース側に接続するとゝもに、100Ω
の抵抗器２２を介して−5V電源ライン９側に接
続する。またトランジスター２０のコレクター側
はアースライン側に接続する。図中、２３は470
Ωの抵抗器、２４は電圧値を一定にするツエナー
ダイオード、２５は安定化を図る0.01μFのコンデ
ンサーをそれぞれ示す。

次に第４図により、アースライン８および電源
ライン９間に定電圧を与えるための電源電圧のブ
ロツク図を示す。すなわち、AC100V電源２６を
トランス２７で所望電圧AC12Vに降下させ、こ
れを整流器２８および平滑回路２９により直流の
−5V負電圧に変換し、さらにレギユレーター定
電圧回路３０に接続して安定した出力電圧を得る
ようにして前記各回路に安定化出力電圧を供給す
るものである。

この考案は上記の説明から判るように、二方向
に発散する半導体レーザー光線束の一方の発散光
線束の前方に、被測定物の外形寸法より大きな口
径の集光レンズを設けて平行光線束を得るとゝも
に、他方の発散光線束の光量を検出するフオトダ
イオードを比較回路の入力側に接続し、かつ該比
較回路の入力側を、出力電圧を任意に設定可能な
出力調整用可変抵抗器に接続し、さらに前記比較
回路の出力側を出力トランジスターの入力側に接
続し、該出力トランジスターの出力側を半導体レ
ーザーに接続してなるものであるから、次のよう
な特有の効果を奏する。

（） 半導体レーザー光線束の一方の発散光線
束の前方に設けた集光レンズによつて、被測定
物の外形寸法より大きな平行光線束が得られる
ために、該平行光線束中に丸棒、丸管、断面矩
形の棒体あるいは異形体等の被測定物を投入す
れば被測定物の後方に位置する受光器側で被測
定物の輪郭を境として明暗のはつきりした画像
が得られ、その影（暗）の部分だけを寸法値と
して取出すことができ、該画像と前記被測定物
の各サイズが１：１の割合の下に受光器側で高
精度に、簡単かつ迅速に測定できるという優れ
た効果を奏する。特に被測定物のサイズと同一
寸法の画像サイズが得られるため、画像サイズ
を何ら換算修正するための装置を用いることな
く、そのまゝ表示された通りに読むことがで
き、寸法測定手段もきわめて簡単である。

（） また他方の発散光線束の光量を検出する
フオトダイオードを比較回路の入力側に接続
し、該比較回路の入力側を、出力電圧を任意に
設定可能な出力調整用可変抵抗器に接続し、さ
らに前記比較回路の出力側を出力トランジスタ
ーの入力側に接続し、該出力トランジスターの
出力側を半導体レーザーに接続するようにし
たゝめに、被測定物の寸法や位置の測定を行う
投光器と受光器よりなる計測装置を例えば合成
樹脂やゴム製品などの押出機や所定の設備等に
設置して連続して押出される製品の寸法等を測
定しようとする場合、温度条件や機械設備等の
関係上、どうしても該計測装置を被測定物の近
くに置くことが困難な状況下において、投、受
光器間距離を変化させなければならないような
ときであろうとも、設定出力電圧を受光器側で
反応するレベルまで適宜増減調整させることが
可能となり、被測定物に対応して常に正確な寸
法、位置の検出をすることが可能となる。

さらにまた、半導体レーザー素子の経年変化
や測定する室内温度条件が高くなる夏場になる
と、光量出力が低下することゝなるが、このよ
うな場合でも適宜設定出力電圧を高めることに
より、常に受光器側において被測定物の明暗の
はつきりした画像サイズが得られることゝな
り、この種サイズ測定装置分野における利用価
値は極めて高いものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す半導体レー
ザーと集光レンズの関係を示す概略説明図、第２
図は補償回路のブロツク図、第３図はその回路
図、第４図は電源電圧のブロツク図である。 １……半導体レーザー、２……集光レンズ、３
……補償回路、４……フオトダイオード。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 二方向にレーザー光線束を発散する半導体レー
   ザーの前部発光面前方に、レーザ光線束と光軸を
   共通とし、かつレンズの焦点距離だけ間隔をあけ
   て配置した集光レンズを前後並びに上下方向に微
   動させ得るように設けて受光器側へ被測定物の外
   径寸法より大きな平行光線束を得るように構成す
   ると共に、半導体レーザーにはリニヤ増幅器を用
   いた比較回路にフオトダイオードと可変抵抗器及
   び出力トランジスタをそれぞれ接続させた補償回
   路を接続し、前記フオトダイオードは半導体レー
   ザーの後部発光面前に、又出力トランジスタのパ
   ワートランジスタのコレクタ側を半導体レーザー
   のカソード側に接続し、前記半導体レーザーのア
   ノード側をアースラインに、パワートランジスタ
   のエミツタ側を2.2Ωの抵抗器を介して−5V電源
   ラインに接続し、前記フオトダイオードのカソー
   ド側をアースラインに、アノード側をパワートラ
   ンジスタのエミツタ側に30Ωの抵抗器を介在させ
   て接続し、出力トランジスタを構成する他のトラ
   ンジスタは、コレクタ側をアースラインに、エミ
   ツタ側を100Ωの抵抗器を介して−5V電源ライン
   に接続すると共に、該エミツタをパワートランジ
   スタのベースに接続し、かつベースは前記リニヤ
   増幅器の出力側へ接続し、前記リニヤ増幅器はア
   ースラインと−5V電源ラインにそれぞれ100Ωの
   抵抗器とこれに並列して設けた0.1μFのコンデン
   サを介して接続され、負の入力側を前記フオトダ
   イオードのアノード側に正の入力側を前記可変抵
   抗器にそれぞれ接続し、前記可変抵抗器の一端を
   接続した回線の負側は470Ωの抵抗器を介在させ
   てアースラインに、正側は−5V電源ラインに接
   続されたツエナーダイオードのカソード側にそれ
   ぞれ接続し、前記アースライン並びに−5V電源
   ラインには、AC100V電源をトランスでAC12V
   に降下させ、これを整流器並び平滑回路により直
   流の−5V負電圧に変換し、レギユレータ定電圧
   回路を介して安定化出力電圧を供給するよう構成
   したことを特徴とする計測用半導体レーザーによ
   る平行光線装置。