JP2003086830A - レーザセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ケースから放射されるレーザ光の出力を抑えつ
つＡＰＣ回路を安定して動作させることができるレーザ
センサを提供することを目的とする。 【解決手段】ケース１１内の半導体レーザ素子１４とレ
ンズ１７との間にＮＤフィルター１９を内側壁に向けて
傾斜させ、内側壁の反射光が照射される部分には反射光
吸収部材２０を取り付ける。レーザダイオード１４Ａか
らの出力レーザ光はＮＤフィルター１９によって所定割
合のレーザ光が減衰し、または、反射光吸収部材２０の
方向に反射して吸収されてケース１１外部へのレーザ光
出力が抑制される。また、フォトダイオード１４Ｂには
レーザダイオード１４Ａからのレーザ光が減衰されるこ
となく入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光源を備え
たレーザセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、透過型のレーザセンサは、投光
素子と受光素子とを対向して配置し、光路に被検出物体
が入るとその受光量の変化から被検出物体の変位を検出
するようにした構成である。一般にレーザセンサの投光
素子にはモニタ用受光素子を一体に備えたレーザダイオ
ードが用いられており、ＡＰＣ（Auto Power Contro
l）制御によってレーザダイオードからのレーザ光出力
を一定に保つようにしている。具体的には、レーザダイ
オードから出射したレーザ光の一部がこれに一体に備え
られたモニタ用受光素子に入射して、ここで光電変換に
よっ入射光量に応じた電気信号が出力される。増幅回路
で所定の振幅に増幅された後、比較回路で内部の基準信
号と増幅回路からの出力信号とが比較される。そして、
レーザダイオードの駆動回路は比較回路からの出力信号
に基づいてレーザダイオードへ供給する駆動電流を調整
することによってレーザダイオードのレーザ光出力が一
定に保たれる。

【０００３】ところで、レーザ光を扱う製品には、ＪＩ
Ｓ（日本工業規格）に規定されている「レーザ製品の放
射安全基準」に基づいてレーザ製品のレーザ光出力に応
じてクラス分けされており、各クラス毎に必要とする安
全対策が規定されている。高クラスになるほど安全装置
のコストがかさむと共に、使用者にとっても操作上様々
な安全管理を強いられることからなるべく低クラスに適
合させたほうがよい。このため、前記レーザセンサにお
いても、レーザダイオードの光出力を絞って低クラスに
適合するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成で
は、レーザダイオードのレーザ光出力を低下させること
によって受光素子に入射する光量も減少して信号レベル
が低下してしまう。一方、モニタ用受光素子にはレーザ
ダイオードからの出射光に限らず、レンズを介して外乱
光も入射し、電気的ノイズも発生する。このため、モニ
タ用受光素子での光電変換後の電気信号のＳ/Ｎ比は劣
化し、比較回路の出力が不安定になってレーザダイオー
ドの駆動回路の動作が不安定になるという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上記のような事情に基づいて完成
されたものであって、低出力時にも安定して動作させる
ことができるレーザセンサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの手段として、請求項１の発明は、レーザ光を放射す
るためのレーザ光源と、このレーザ光源を出力調整可能
に駆動するレーザ光源駆動手段と、前記レーザ光源から
放射される前記レーザ光の一部を受光し、受光信号を出
力するモニタ用受光素子と、前記受光素子からの受光信
号を受けて前記レーザ光源の出力強度が一定となる様に
前記レーザ光源駆動手段を制御する制御手段を備え、外
部へ放射される前記レーザ光を減衰させる減衰手段を有
するところに特徴を有する。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の発明
において、前記減衰手段は減衰フィルター板であって、
そのレーザ光源側の面が光軸に対して傾斜しているとこ
ろに特徴を有する。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２に記載の発明
であって、前記レーザ光源及び減衰フィルター板は開口
部を蓋によって開放可能なケース内に収納され、前記減
衰フィルター板はレーザ光源側の面が前記開口部とは異
なる方向を向いて傾斜しているところに特徴を有する。

【０００９】請求項４の発明は、請求項２又は請求項３
に記載の発明において、減衰フィルター板により反射さ
れて、レーザ光が照射される部分に反射光吸収部材が設
けられているところに特徴を有する。

【００１０】

【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞レーザ光源
駆動手段によって出力調整可能に駆動するレーザ光源か
ら放射されるレーザ光のうち外部へ放射されるレーザ光
は減衰手段によって減衰される。モニタ用受光素子はレ
ーザ光源から放射されるレーザ光の一部を受光して、受
光信号を出力する。受光信号を受けた制御手段は、レー
ザ光源の出力強度が一定となる様にレーザ光源駆動手段
を制御する。これによって、レーザセンサから外部に放
射されるレーザ光出力を抑えることができ、なおかつ、
モニタ用受光素子には減衰されていない高強度のレーザ
光が入射するからＳ/Ｎの劣化がなく制御手段を安定し
て動作させられる。

【００１１】＜請求項２の発明＞レーザ光源からのレー
ザ光は減衰フィルター板を通ると減衰し、一部は減衰フ
ィルター板から反射することが有る。減衰フィルター板
のレーザ光源側が光軸に対して傾斜しているので、反射
してもレーザ光源に戻ることがないからレーザ光源の性
能劣化を防止することができる。

【００１２】＜請求項３の発明＞開閉可能なケース内に
収納された減衰フィルター板のレーザ光源側の面は開口
部とは異なる方向を向いて傾斜しているから、メンテナ
ンス時等のケースを開放しながらレーザダイオードを駆
動させる場合には、ケース開口部に反射光が直接放射さ
れることがなく安全である。

【００１３】＜請求項４の発明＞減衰フィルター板で反
射したレーザ光源からのレーザ光は、反射光吸収部材に
よって吸収されるので、反射光が散乱することやレーザ
光源へ戻ることを効果的に防止できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞本実施形態につ
いて図１から図４を参照しながら説明する。本実施形態
のレーザセンサは、例えば、図１に示すように錠剤Ａが
並べられたベルトコンベアＢの両脇に、投光器１及び受
光器２を対向状態に設置して、錠剤Ａの浮きを判別する
ためのものである。

【００１５】図２には、投光器１の側断面図を示す。ケ
ース１１は前後方向に長い矩形容器であって、その上面
に形成された開口部１１Ａは蓋１２によって閉じられて
おり、蓋１２を外すことによってケース１１は開放可能
とされている。ケース１１内後部には回路基板１３が実
装されており、レーザダイオード１４Ａを備えた半導体
レーザ素子１４が一体に取り付けられている。実装基板
１３にはレーザ光源駆動手段に相当するレーザ光源駆動
回路１５が配置され、レーザダイオード１４Ａのレーザ
光出力に必要な駆動電流を供給している。半導体レーザ
素子１４にはレーザダイオードからのレーザ光が入射す
るモニタ用受光素子に相当するフォトダイオード１４Ｂ
が備えられている。実装基板１３に配置されたＡＰＣ回
路１６はフォトダイオード１４Ｂの入射したレーザ光に
応じてレーザダイオード１４Ａのレーザ光出力を一定に
保つための自動出力制御を行なっている。

【００１６】図３を参照して自動出力制御動作を具体的
に説明する。レーザダイオード１４Ａからのレーザ光の
一部はフォトダイオード１４Ｂに入射する。フォトダイ
オード１４Ｂでは光電変換によって、入射した光量に応
じた電流が出力される。出力された電流はＡＰＣ回路１
６の入力に当る電流電圧変換回路１６Ａに入力され、入
力された電流値に比例した電圧値が出力される。電流電
圧変換回路１６Ａの出力端子は誤差増幅回路１６Ｂの反
転入力端子に接続され、非反転入力端子には基準電圧源
が接続されて両者の差に応じた信号を出力する。入力電
圧が上昇傾向となると信号出力が低下し、逆に、入力電
圧が減少傾向となると信号出力が増加する。この差動増
幅回路１６Ｂからの出力信号はＡＰＣ回路１６の出力に
相当し、この差動増幅回路１６Ｂからの出力信号がレー
ザ光源駆動回路１５に入力される。レーザ光源駆動回路
１５は前記出力信号に比例した駆動電流をレーザダイオ
ード１５へ供給する。これによって、レーザダイオード
１４Ａのレーザ光出力が一定に保たれる。

【００１７】図４に示すように、レーザダイオード１４
Ａから出射したレーザ光は拡散しながら進行し、ケース
１１内の前部に設けられたレンズ１７で収束され、ケー
ス１１前面に形成された矩形状の出射口１８から外部へ
放射される。

【００１８】ケース１１内の中央部には半導体レーザ素
子１４とレンズ１７との間にあって、レーザダイオード
１４Ａからレンズ１７へ向かうレーザ光を減衰させる減
衰フィルター板に相当する矩形薄板状のＮＤ（Neutral
Density）フィルター１９が配設されている。ＮＤフィ
ルタ１９の半導体レーザ素子１４側の面は光軸に対して
４５°の角度で傾斜しており、この面で反射したレーザ
光がケース１１の左側壁１１Ｂ（図４において下側）に
向かって反射するようになっている。レーザダイオード
１４Ａからのレーザ光がＮＤフィルター１９で反射した
場合には左側壁１１Ｂにレーザ光が照射される。左側壁
１１Ｂのレーザ光照射部分はケース１１内側に隆起して
肉厚となっており、その凸面にレーザ光を吸収する板状
の反射光吸収部材２０が取付けられている。尚、前記Ｎ
Ｄフィルター１９の光の減衰率は５０％であり、また、
レーザダイオード１４Ａからレンズ１７までの結合効率
は５０％とされている。

【００１９】次に、本実施形態の作用について図４を参
照して説明する。投光器１及び受光器２を所定位置に設
置して検出動作を開始する。すると、レーザ光源駆動回
路１５からレーザダイオード１４Ａへ駆動電流が供給さ
れ、例えば、出力１．２ｍＷのレーザ光が出射される。
出射したレーザ光はＮＤフィルター１９によって全出力
の５０％のレーザ光が減衰される。また、ＮＤフィルタ
ー１９でレーザ光が反射した場合には反射光吸収部材２
０に照射して吸収される。残り５０％の出力のレーザ光
は序々に拡散しながらレンズ１７に入射し、ここで、平
行光とされて出射口１８から放射される。尚、光学部品
全体の結合効率は５０％とされていることから当初の出
力の２５％に相当する０．３ｍＷのレーザ光が放射され
る。

【００２０】そして、レーザダイオード１４Ａから出射
されたレーザ光の一部がフォトダイオード１４Ｂに入射
すると共に、レンズ１７を介してケース１１外部からの
外乱光もフォトダイオード１４Ｂに入射する。フォトダ
イオード１４Ｂに入射するレーザ光は減衰されておらず
高い光強度が保たれているから、Ｓ/Ｎ比の劣化はほと
んどなく、結局、ＡＰＣ回路１６はレーザダイオード１
４Ａの出射レーザ光強度に基づいて忠実に動作する。

【００２１】本実施形態によれば、ケース１１外部へ出
射するレーザ光のみをＮＤフィルター１９を用いて減衰
させて、フォトダイオード１４Ｂへはレーザダイオード
１４Ａのレーザ光を直接入射させるようにしている。こ
のようにすると、ケース１１から外部へ放射されるレー
ザ光の出力を抑えてＪＩＳに規定される「レーザ製品の
放射安全基準」の低クラスに適合させることができる。
これより、フォトダイオードに入射するレーザ光の強度
を高く保って信号レベルを高めることができるからＳ/
Ｎ比を大きくしてＡＰＣ回路１６の動作を安定させるこ
とができる。

【００２２】レーザ光がＮＤフィルター１９を通過する
ときに反射する場合があるが、光軸に対して傾斜してい
るので、反射光が半導体レーザ素子１４に戻ることがな
くレーザ光入射によるレーザダイオード１４Ａの性能劣
化を防止できる。しかしながら、メンテナンス時等には
ケース１１を開放したままレーザダイオード１４Ａを駆
動させなければならないことがあり、反射光がケース１
１の開口部１１Ａに進行するのでは危険であるから、Ｎ
Ｄフィルター１９をケース側壁に向けて傾斜させること
によって反射光が直接開口部１１Ａに進行することを防
止している。さらに、反射光を反射光吸収部材２０で吸
収させることによってＮＤフィルター１９で反射したレ
ーザ光が開口部１１Ａから出射される危険を大幅に低減
できる。

【００２３】本発明は上記記述及び図面によって説明し
た実施形態に限定されるものではなく、例えば次のよう
な実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下
記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施
することができる。 （１）本実施形態では減衰手段としてＮＤフィルター１
９を用いてケース１１外部に出力されるレーザ光の出力
を減少させていたが、例えば、レンズ１７をより透過率
の低いレンズに交換してレーザ光を減衰させるようなも
のであってもよい。

【００２４】（２）反射光吸収部材２０によってＮＤフ
ィルタ−１９からの反射光を吸収していたが、これに代
わって、光が乱反射する形状の部材を設置して反射光の
光強度を分散させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るレーザセンサの斜視図

【図２】投光器の側断面図

【図３】投光器内の信号の流れを表したブロック図

【図４】投光器のＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

１…投光器 １１…ケース １４…半導体レーザ素子 １６…ＡＰＣ回路 １９…ＮＤフィルター ２０…反射光吸収部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を放射するためのレーザ光源
   と、このレーザ光源を出力調整可能に駆動するレーザ光
   源駆動手段と、前記レーザ光源から放射される前記レー
   ザ光の一部を受光し、受光信号を出力するモニタ用受光
   素子と、前記受光素子からの受光信号を受けて前記レー
   ザ光源の出力強度が一定となるように前記レーザ光源駆
   動手段を制御する制御手段を備え、外部へ放射される前
   記レーザ光を減衰させる減衰手段を有することを特徴と
   するレーザセンサ。
2. 【請求項２】 前記減衰手段は減衰フィルター板であっ
   て、そのレーザ光源側の面が光軸に対して傾斜している
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザセンサ。
3. 【請求項３】 前記レーザ光源及び減衰フィルター板は
   開口部を蓋によって開放可能なケース内に収納され、前
   記減衰フィルター板はレーザ光源側の面が前記開口部と
   は異なる方向を向いて傾斜していることを特徴とする請
   求項２記載のレーザセンサ。
4. 【請求項４】 前記減衰フィルター板により反射され
   て、レーザ光が照射される部分に反射光吸収部材が設け
   られていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載
   のレーザセンサ。