JPS6235211A - レ−ザ走査型外径測定器 - 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〕 本発明は、例えば光ファイ・クー、ｔａ、ケーブル等の
測定物の外径をレーザ走査によ）測定する弁参呑衾→レ
ーザ走査型外径測定器に関しｊ、。

特に装置構造の簡略化手段に関する。

〔従来の技術〕

レーザ走査型外径測定器は、非接触状態で外径寸法を迅
速かつ高精度に測定できることから、極めて幅広い産業
分野での生産工程や検査工程等に導入されておシ、工程
の自動化に大きく貢献している。

レーザ走査型外径測定器における測定原理は、一定の速
さで走査を繰返すレーザ光束の中に測定物を置き、測定
物によって生じる影の長さを受光器で検出することによ
って、外径測定を行なうものである。

第９図は従来のレーザ走査型外径測定器の構成を示す図
である。レーザＩから出射したレーザ光はミラー２　ａ
　ｒ　２　ｂおよびコリメートレンズ３を通シ、ポリゴ
ンミラー４に入射する。ポリゴンミラー４は発振器５の
出力信号に応動するモータドライバ６によって駆動され
るモータ７に連結されている。ポリゴンミラー４からの
反射光は、コリメートレンズ３により平行光束化された
のち、第１の窓８および第２の窓９を通過して集光レン
ズ１０により集光され、光検出器１１に入射する。この
とき第１、第２の窓８．９間の平行光束移動領域内に置
かれた測定物Ｉ２により平行光束の一部が遮られるので
、光検出器１１の出力信号にはエツジ部が生じる。

このエツジ部はエツジ検出器１３にて検出される。そし
てこのエツジ検出信号に基いたｆ−）信号がダート回路
１４により形成され、カウンタ１５に与えられる。カウ
ンタｚ５はそのダート時間に対応する期間中に発振器５
から到来するパルス列を計数し、これをディジタル表示
器Ｚ６に供給する。かくして測定物Ｚ２の外径が表示さ
れ、測定されることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに上記従来のレーザ走査型外径測定器においては
、光学的に極めて高精度なボＩＪ　コンミラー４を必要
とし、構成が複雑でコスト高となる上、ポリがンミラー
４を回転駆動するモータ７、ドライバ６等を必要とする
ので、極めて大型で重量の重いものとなるという問題が
あった。

そこで本発明は、構成が簡単で低コストで製作可能であ
る上、小型軽量なレーザ走査型外径測定器を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じたことを特徴としている。すなわち
、出射光の偏向機能を有する半導体レーザを設け、この
半導体レーザからの出射光を平行光束化するようにコリ
メートレンズを設け、このコリメートレンズにより平行
光束化された光を集光する如く集光レンズを設け、この
集光レンズにより集光された光を受光し前記コリメート
レンズと集光レンズとの間の平行光束移動領域内に置か
れた測定物の外径情報を検出する如く検出手段を設ける
。

〔作用〕

光源として出射光を偏向させ得る機能をもった半導体レ
ーザを用いているので、メカニカルな回転式偏向機構で
あるポリゴンミラー等を用いずに外径測定することが可
能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例ν全体的構成を示す図で
ある。第１図において２０は出射光を偏向させ得る機能
をもった半導体レーザ即ちビームスキャニングレーザ（
以下ＢＳＬと略称スる）である。このＢＳＬ　２０から
の出射光はコリメートレンズ３により平行光束化され、
集光レンズ１０により集光されて光検出器ｚ１に入射す
る。ＢＳＬ　２０の出射光が矢印Ｘ方向に偏向制御され
ると、レンズ３．１０間の平行光束は矢印Ｙ方向に平行
移動し、集光レンズ１０を通過後の光は矢印２方向に移
動する。したがってコリメートレンズ３と集光レンズ１
０との間の平行光束移動領域内に、例えばファイバー、
電線、ケーブルなどの測定物Ｉ２を置き、この測定物１
２による遮光時間を光検出器以下の計測系にて計測する
ことにより、その外径を測定することができる。ただし
平行光束が一定速度で移動するようにＢＳＬ　２０のビ
ームスキャニング速度を制御する必要がある。そこで以
下ＢＳＬ　２０について説明する。

半導体レーザ夜は、一般にその導波機構に応じて、屈折
率導波型と利得導波型との二つに分けられる。前者は、
半導体レーザの活性層の接合面に対し、垂直方向および
平行方向ともに屈折率によって光が導波される機構をも
ったものであるのに対し、稜者は活性層に注入されるキ
ャリア密度に依存する利得の高いところに沿って光が導
波されるという性質に基いた機構を有するものである。

ＢＳＬ　２０は、この利得導波機構を積極的に活用した
ものである。すなわち、通常の利得導波型半導体レーザ
の活性層内の利得分布は、活性層上に電流注入電極が一
様に形成されているので、活性層中心に対して対称に分
布する。一方、ＢＳＬ　２０の場合には、活性層上に２
つに分割した電極が形成されておシ、しかもこの一対の
電極には独立に電流を注入することができるので、活性
層内の利得分布を非対称にすることができる。

第２図はＢＳＬ　２０の構造例を示す斜視図であシ、文
献ｒ　Ｄ、　Ｒ，５ｃｉｆｒｅａ　Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ
　Ｌｅｔｔ　３３（８）、７０２．１９７８Ｊに示され
ているものである。

第２図に示すようにｎ型ＧａＡ１基板２１上に、ｎ型Ｇ
ａ　０．５　ＡｔＯ，５Ａｓクラッド層２２、ｐ型Ｇａ
Ｏ，９５ＡＬ　Ｏ，０５Ａｍ活性層２３、ｐ型Ｇａ　Ｏ
，５Ａ／＝０．５Ａｓり５ラド層２４及びｎ型ＧａＡｓ
キａｒｙプ二分割された電極２７ｈ　、２７ｂが設けで
ある。

すなわちこの電極２７ａ　、２７ｂは、電極分割部分２
８において分離されておシ、一対のＩＪ−ド線２９＊、
２９ｂを介してそれぞれ独立に電流１１＋１．を注入可
能になっている。また前記キャッゾ層２５の電極２７＊
　、２７ｂと接している部分には、それぞれＺｎ拡散領
域３０ｈ　。

３０ｂが設けてあシ、電極２７ａ、２７ｂから注入され
る電流励起領域を制限するようになっている。

活性層２３７の活性領域３ノにおける非対称利）得分布
は、上述した注入電流工１１１２の比を−変えることに
より行う。

すなわち、注入電流を非対称（Ｉｌ−ＩＩ−Ｉ２　）に
すると、活性層２３内忙注入されるキャリアの密度は注
入電流の大きい電極側が高くなる。

例えばｒ、）ｒ、の場合には、電極２７ａ側からキャリ
アが多く注入され、活性領域３１内での利得はＩｌ側が
高くなる。従って、利得分布のピークが２７１Ｌ側に偏
った第３図（、）に示すような分布を示す。逆にＩｆ＜
Ｉｌ　とすると、活性領域３１内での利得は工２側が高
くなシ、利得分布のピークが２７ｂ側に偏った第３図（
ｂ）に示すような分布を示す。第３図（ａ）　、　（ｂ
）に示す利得分布を形成した場合の活性層２３の光モー
ドの波面の位相は、第４図（ａ）　、　（ｂ）に示すよ
うに傾斜した波面となることがわかる。波面の傾斜のと
平行な方向を示す。

レーザ出射光の方向は、活性層２３内の光のして所定角
度偏向された方向にピークを有している。

この出射光ピーク位置は、活性層２３への注ＢＳＬｌｌ
の光源としての動作の特徴は、第６図（、）に示すよう
に、出射光の強度分布のピークｐを注入電流比ＩＩ／Ｉ
２の可変操作により矢印で示すように連続的に偏向させ
ることができる点である。

従って、第６図（ｂ）　Ｋ示すように、ＢＳＩ、　２０
りｉ４の出射端面をレンズの焦点（ｆは焦点距離）上に
置くことにより、レーザビームの矢印Ｘの゛ようなヒー
ム偏向動作に応じて、レンズ３通過後の平行光束を矢印
Ｙのように平行移動することが可能になる。

つ１シ、ＢＳＬ　２０とコリメートレンズ３との組合わ
せにより、光源であるＢＳＬ　２０のビームスキャニン
グ動作を行なうのみで、ポリコ９ノミラーなどのメカニ
カルな回転式偏向機構を用いずに平行光束の平行移動を
容易かつ精度よく行なえる。

第７図は本発明の第２の実施例の主要部を示す図である
。この実施例が前記第１の実施例と異なる点は、コリメ
ートレンズ３と集光レンズ１０との間の平行光束移動領
域内に、偏向方向を同一方向に揃えた一対の偏向板４１
．４２を挿入した点である。すなわち半導体レーザの発
振モードはＴＥモードであり、接合面に平行な方向に電
界が振動するので、偏向板４１．４２の偏向方向を半導
体レーザすなわちＢＳＬ　２０の接合方向に揃えて設置
する。

このように構成された第２の実施例によれば、測定物１
２０表面での反射に起因する偏向方向の回転による誤差
を除去することができる。その結果、光検出感度を高め
得る利点がある。

第８図は本発明の第３の実施例の主要部を示す図である
。この実施例が前記第１の実施例と異なる点は、光検出
器として測定物Ｉ２の投影像を受光検出可能な二次元ア
レイ状の光検出器４３を用いた点である。すなわちこの
実施例は、測定物１２によって生じた影を、二次元アレ
イ状の光検出器４３上に投影し、その投影像の長さから
直接的に測定物の１２の外径を測定するようにした例で
ある。

この第３の実施例によれば、計測系の信号処理回路の構
成が簡略化する利点がある。

なお本発明は前記各実施例に限定されるものではない。

例えばＢＳＬ　２０とコリメートレンズ３との間に、Ｂ
ＳＬ　２０の出射光を真円化するための整形フプリズム
などを挿入するようにしてもよい。このほか本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光源として出射光を偏向させ得る機能
をもった半導体レーザを用いているので、メカニカルな
回転式偏向機洛であるポリゴンミラー等を用いずに外径
測定することが可能となる。その結果、構成が簡単で低
コストで製作可能である上、小型＠量なレーザ走査型外
径測定器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の全体的檜成を示す図、
閉２図は同実施例のＢＳＬを示す斜視図、第３図（ａ）
　、　（ｂ）　〜第５図（ａ）　、　（ｂ）は同ＢＳＬ
、の特性を示す図、第６図（ａ）　、　（ｂ）は同ＢＳ
Ｌの作用を示す図、第７図は本発明の第２の実施例の主
要部を示す図、第８図は本発明の第３の実施例の主要部
を示す図である。第９図は従来例の構成を示す図である
。 ３・・・コリメートレンズ、１０・・・集光レンズ、Ｉ
Ｉ・・・光検出器、２０・・・ＢＳＬ　（ビームスキャ
ニングレーザ）。 出ト人代理人　　弁理士　坪　井　　　浮筒１図 第２因 （ａ　）　　　　　　　　　　　　　（ｂ　）第３図 第４図 第６図 第８図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）出射光の偏光機能を有する半導体レーザと、この
   半導体レーザからの出射光を平行光束化するように設け
   られたコリメートレンズと、このコリメートレンズによ
   り平行光束化された光を集光する集光レンズと、この集
   光レンズにより集光された光を受光し前記コリメートレ
   ンズと集光レンズとの間の平行光束移動領域内に置かれ
   た測定物の外径情報を検出する検出手段とを具備したこ
   とを特徴とするレーザ走査型外径測定器。
2. （２）コリメートレンズと集光レンズとの間の平行光束
   移動領域は、偏向方向の異なる光を除去する偏向板を備
   えたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のレーザ走査型外径測定器。
3. （３）検出手段は、測定物の投影像を受光する二次元ア
   レイ状の光検出器であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のレーザ走査型外径測定器。