(57)【要約】【課題】自己結合型のセンサの誤動作を防ぎ、かつレーザ光の照射位置の確認を容易にする。【解決手段】照射位置確認器具２０は、半導体レーザが収容されたセンサモジュール１０の凸状のレーザ光照射先端部１２に対応する凹部を有し、この凹部がレーザ光照射先端部１２と嵌合するように成形されたキャップ２１と、凹部と反対側のキャップ２１の面上に固定された可視光ＬＥＤ２２とを備える。可視光ＬＥＤ２２は、レーザ光照射先端部１２にキャップ２１を嵌めたときに可視光ＬＥＤ２２から照射される可視光の光軸が、キャップ２１を嵌めていないときにレーザ光照射先端部１２から照射されるレーザ光の光軸と略一致するように、凹部２３と反対側のキャップ２１の面に固定される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから放射したレーザ光と物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報に基づいて物理量の測定または物体検知を行う物理量センサまたは反射型光電スイッチのレーザ光照射位置を確認するための照射位置確認器具であって、
前記半導体レーザが収容されたセンサモジュールの凸状のレーザ光照射先端部に対応する凹部を有し、この凹部が前記レーザ光照射先端部と嵌合するように成形されたキャップと、
前記凹部と反対側のキャップの面上に固定された可視光源とを備え、
前記可視光源は、前記レーザ光照射先端部に前記キャップを嵌めたときに前記可視光源から照射される可視光の光軸が、前記キャップを嵌めていないときに前記レーザ光照射先端部から照射されるレーザ光の光軸と略一致するように、前記凹部と反対側のキャップの面に固定されることを特徴とする照射位置確認器具。
【請求項２】
請求項１記載の照射位置確認器具において、
前記レーザ光照射先端部と前記凹部とは、共に平面視円形の形状であり、前記レーザ光照射先端部に前記キャップを嵌めたまま、前記キャップを前記レーザ光の光軸と略一致する軸を中心に回転させることが可能であることを特徴とする照射位置確認器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザから放射したレーザ光と物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報に基づいて物理量の測定または物体検知を行う物理量センサまたは反射型光電スイッチのレーザ光照射位置を確認するための照射位置確認器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紙、フィルム、セロファン、金属箔、ゴムなどのロール状に巻き取った物体（以下、ウェブと呼ぶ）を送出部から繰り出して、ウェブに対して所定の処理を行い、処理後のウェブを受取部によって巻き取るウェブ搬送装置において、ウェブの表面速度を計測する速度計測装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されたような半導体レーザの自己結合効果を用いるセンサでは、半導体レーザとして低コストで入手可能な赤外半導体レーザを用いるのが一般的である。しかし、赤外半導体レーザには、半導体レーザからのレーザ光が測定対象のどの位置に当たっているのかが分かり難いという問題点があった。自己結合型のセンサでは、シングルモード性が最も重要なレーザの性能であるが、シングルモード性を満足するには、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）やＤＦＢ（Distributed FeedBack）などの構造である必要がある。可視光半導体レーザを使用すれば、半導体レーザからのレーザ光が測定対象のどの位置に当たっているのかが分かり難いという問題を解決できるが、シングルモードで市販化されている可視光のＶＣＳＥＬは温度特性や寿命など課題があり、自己結合型のセンサに可視光半導体レーザを採用することは困難である。
【０００４】
従来、光源からの光がどこに当たっているのかを確認する技術として、特許文献２に開示されたような技術が提案されている。この技術は、赤外半導体レーザの投光軸と平行の光軸になるように可視光ＬＥＤを設け、可視光ＬＥＤからの可視光を、赤外半導体レーザからのレーザ光と略同一位置に導くようにしたものである。この特許文献２に開示された技術によれば、レーザ光と同時に可視光を投光することにより、レーザ光がどこに当たっているのかを確認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４１１２８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、特許文献２に開示された技術では、装置の動作中に赤外レーザ光と可視光とを同時に投光する。この特許文献２に開示された技術では、可視光と赤外レーザ光とを同軸にするための光学素子（ハーフミラーなど）を設ける必要があるので、この光学素子の表面で赤外レーザ光の反射が生じることになる。特許文献１に開示された自己結合型のセンサでは、半導体レーザから放射したレーザ光と物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報に基づいて、物体の速度等の物理量を測定したり物体を検知したりするため、特許文献２に開示された技術を自己結合型のセンサに適用した場合、光学素子で反射した赤外レーザ光が半導体レーザに入射して、この反射光とレーザ光との間で自己結合効果が生じてしまい、物理量の測定や物体検知に誤りが生じる可能性があった。したがって、特許文献２に開示された技術を自己結合型のセンサに適用することは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、自己結合型のセンサの誤動作を防ぐことができ、かつレーザ光の照射位置を容易に確認することができる照射位置確認器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体レーザから放射したレーザ光と物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報に基づいて物理量の測定または物体検知を行う物理量センサまたは反射型光電スイッチのレーザ光照射位置を確認するための照射位置確認器具であって、前記半導体レーザが収容されたセンサモジュールの凸状のレーザ光照射先端部に対応する凹部を有し、この凹部が前記レーザ光照射先端部と嵌合するように成形されたキャップと、前記凹部と反対側のキャップの面上に固定された可視光源とを備え、前記可視光源は、前記レーザ光照射先端部に前記キャップを嵌めたときに前記可視光源から照射される可視光の光軸が、前記キャップを嵌めていないときに前記レーザ光照射先端部から照射されるレーザ光の光軸と略一致するように、前記凹部と反対側のキャップの面に固定されることを特徴とするものである。
また、本発明の照射位置確認器具の１構成例において、前記レーザ光照射先端部と前記凹部とは、共に平面視円形の形状であり、前記レーザ光照射先端部に前記キャップを嵌めたまま、前記キャップを前記レーザ光の光軸と略一致する軸を中心に回転させることが可能であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、物理量センサまたは反射型光電スイッチの調整時に物体上で光る可視光の光点によりレーザ光の照射位置を確認することができる。本発明では、物理量センサまたは反射型光電スイッチの調整時にはセンサモジュールのレーザ光照射先端部をキャップで塞ぐことで、レーザ光が出射しないようにすることができるので、レーザ光が人の目に入射することはなく、安全性を高めることができる。本発明では、物理量センサを使用して物理量を測定するときや、反射型光電スイッチを使用して物体検知を行うときには、照射位置確認器具を外せばよく、物理量の測定や物体検知に誤りが生じることはない。
【００１０】
また、本発明では、レーザ光照射先端部にキャップを嵌めたまま、キャップを回転させることにより、物体上での可視光の光点の軌跡が円を描くので、その円の中心がレーザ光の正しい照射位置と判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る照射位置確認器具の適用対象となる物理量センサの構成を示すブロック図である。
【図２】測定対象にレーザ光を照射する様子を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る照射位置確認器具の構成を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態においてセンサモジュールに照射位置確認器具を装着する様子を説明する側面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る照射位置確認器具の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る照射位置確認器具の適用対象となる物理量センサ（速度計測装置）の構成を示すブロック図である。図１の物理量センサは、測定対象のウェブ１１にレーザ光を照射する赤外半導体レーザ１と、赤外半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、赤外半導体レーザ１からの光を集光して照射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して赤外半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として赤外半導体レーザ１に供給することにより、赤外半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波（三角波）を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス（以下、ＭＨＰ）の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の表面速度Ｖを算出する演算部８と、演算部８の計測結果を表示する表示部９とを有する。
【００１３】
赤外半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とは、センサモジュール１０に内蔵されている。センサモジュール１０は、後述するレーザ光照射先端部から赤外半導体レーザ１の赤外レーザ光を放射する。
【００１４】
図２は測定対象のウェブ１１にレーザ光を照射する様子を説明する図である。図２において、１００は送出側ガイド軸、１０１は受取側ガイド軸、１０２は送出側ガイド軸１００に装着される送出側ロール、１０３は受取側ガイド軸１０１に装着される受取側ロールである。送出側ロール１０２を回転させると、送出側ロール１０２に巻かれたウェブ１１が繰り出される。受取側では、受取側ロール１０３を回転させることにより、受取側ロール１０３がウェブ１１を巻き取る。センサモジュール１０は、図２に示すように送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間のウェブ１１上に配置され、ウェブ１１に対してレーザ光を斜方照射する。
【００１５】
以上のような物理量センサにおいて、赤外半導体レーザ１の自己結合効果によって生じる干渉の情報（ＭＨＰ）に基づいてウェブ１１の表面速度Ｖを算出する動作は特許文献１に開示されており、既知の技術なので、詳細な説明は省略する。
【００１６】
次に、本実施の形態の照射位置確認器具について説明する。図３は照射位置確認器具の構成を示す側面図である。照射位置確認器具２０は、センサモジュール１０の凸状のレーザ光照射先端部１２（レンズ３が収められた鏡筒）に対応する凹部２３を有し、この凹部２３がレーザ光照射先端部１２と嵌合するように成形された例えば樹脂製のキャップ２１と、凹部２３と反対側のキャップ２１の面上に固定された可視光源である可視光ＬＥＤ２２とから構成される。
【００１７】
レーザ光の照射位置を確認する調整時には、図４に示すようにセンサモジュール１０の凸状のレーザ光照射先端部１２にキャップ２１の凹部２３を嵌め合わせるようにする。可視光ＬＥＤ２２は、センサモジュール１０のレーザ光照射先端部１２にキャップ２１を嵌めたときに可視光ＬＥＤ２２から照射される可視光の光軸が、キャップ２１を嵌めていないときにレーザ光照射先端部１２から照射される赤外レーザ光の光軸と略一致するように、凹部２３と反対側のキャップ２１の面に固定されている。したがって、可視光ＬＥＤ２２からの可視光は、キャップ２１を嵌めていないときにレーザ光照射先端部１２から照射される赤外レーザ光と略同一位置に照射される。なお、レーザ光照射先端部１２から照射される赤外レーザ光の光軸と平面視円形のレーザ光照射先端部１２の軸とが略一致するようにセンサモジュール１０の加工精度が保証されていることが望ましい。可視光の光軸と赤外レーザ光の光軸との一致精度は、センサモジュール１０の加工精度、キャップ２１の加工精度、キャップ２１への可視光ＬＥＤ２２の取り付け精度、レーザ光照射先端部１２とキャップ２１の凹部２３との間の機械的ゆとり等によって決まる。
【００１８】
可視光ＬＥＤ２２への電力は、キャップ２１上に設ける図示しない電源（バッテリ）から供給するようにしてもよいし、図示しないワイヤを介して外部の電源から供給するようにしてもよい。
【００１９】
こうして、本実施の形態では、物理量センサの調整時にウェブ１１上で光る可視光の光点により赤外レーザ光の照射位置を確認することができる。本実施の形態では、物理量センサの調整時にはセンサモジュール１０のレーザ光照射先端部１２をキャップ２１で塞ぐことで、赤外レーザ光が出射しないようにすることができるので、赤外レーザ光が人の目に入射することはなく、安全性を高めることができる。
【００２０】
物理量センサを使用して物理量を測定するときには照射位置確認器具２０を外せばよい。この場合にはセンサモジュール１０からの赤外レーザ光のみがウェブ１１で反射してセンサモジュール１０に戻るので、可視光ＬＥＤ２２の可視光がウェブ１１で反射してセンサモジュール１０に戻ることはなく、物理量の測定に誤りが生じることはない。
【００２１】
なお、可視光（赤外レーザ光）の光軸と垂直な平面内でのレーザ光照射先端部１２と凹部２３の平面形状、すなわちウェブ１１側から見たときのレーザ光照射先端部１２と凹部２３の平面形状は、共に円形である。したがって、図５に示すように、レーザ光照射先端部１２にキャップ２１を嵌めたまま、キャップ２１を回転させることが可能である。
【００２２】
上記のとおり、可視光ＬＥＤ２２はその光軸が赤外レーザ光の光軸と略一致するように固定位置が設計されているが、若干の誤差が発生することが予想される。しかし、図５のようにキャップ２１を回転させると、ウェブ１１上での可視光の光点の軌跡が円（図４のように可視光を斜方照射する場合は長円）を描くので、その円の中心が赤外レーザ光の正しい照射位置と判断することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、照射位置確認器具２０に設ける可視光源として可視光ＬＥＤを用いているが、可視光半導体レーザを用いてもよい。
また、本実施の形態では、物理量センサが算出する物理量としてウェブ１１の速度を例に挙げて説明しているが、物理量センサが算出する物理量はこれに限るものではない。ＭＨＰの数から物体との距離および物体の速度を算出する方法については、例えば特開２００６−３１３０８０号公報に開示されている。ＭＨＰの周期から物体の変位や速度を算出する方法については、例えば特開２０１０−１０１６４２号公報に開示されている。ＭＨＰの数から物体の振動周波数を算出する方法については、例えば特開２０１０−７１９２３号公報に開示されている。ＭＨＰの数から物体の振動振幅を算出する方法については、例えば特開２０１０−７８３９３号公報に開示されている。ＭＨＰの周期から物体の速度および張力を算出する方法については、例えば特開２０１０−２１０３８２号公報に開示されている。このように、本実施の形態の照射位置確認器具２０は、自己結合型の様々な物理量センサに適用することができる。
【００２４】
また、本実施の形態の照射位置確認器具２０は、物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを検出して物体検知を行う自己結合型の反射型光電スイッチにも適用することができる。このような反射型光電スイッチは、例えば特開２００９−２４４２１８号公報に開示されている。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、自己結合型の物理量センサまたは反射型光電スイッチに適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０…センサモジュール、１１…ウェブ、１２…レーザ光照射先端部、２０…照射位置確認器具、２１…キャップ、２２…可視光ＬＥＤ、２３…凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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