JP2005345328A - Optical object discrimination device - Google Patents

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Hideo Wada
秀夫 和田
Tsunehisa Watabe
恒久 渡部
Takayuki Taminaga
隆之 民長
Hajime Kashida
元 樫田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical object discrimination device having a small size and high reliability, capable of detecting accurately the irregularity state of the measuring object. <P>SOLUTION: This optical object discrimination device is equipped with a floodlighting part comprising a collimator lens 2 for irradiating the measuring object 9 with laser light emitted from a semiconductor laser 1 as the first light flux 5, a diaphragm 3, a non-polarized beam splitter 4 and the first condensing lens 8; a light receiving part 12 for receiving a reflected light flux 7 reflected by the measuring object 9; a linear polarizer 13a arranged between the light receiving part 12 and the measuring object 9, for selecting a polarization direction which is the same direction as the polarization direction of the first light flux 5 and allowing the light flux to pass; and a signal processing circuit 12 for processing a signal outputted from the light receiving part 12, and measuring the light intensity in the polarization direction in the reflected light flux 7. The polarization state of the reflected light flux 7 has information of the irregularity state of the reflecting surface of the measuring object 9. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、光学式物体識別装置に関し、例えば、被測定物にレーザ光を照射し、このレーザ光の反射による偏光解消特性を測定することにより、被測定物の種類を識別する光学式物体識別装置に関し、例えば、じゅうたんや板間、畳などの床面の種類を判別する光学式物体識別装置に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical object identification device, for example, an optical object identification for identifying the type of an object to be measured by irradiating the object to be measured with laser light and measuring a depolarization characteristic due to reflection of the laser light. For example, the present invention relates to an optical object identification device that discriminates types of floors such as carpets, inter-board spaces, and tatami mats.

一例として、この発明は、床面の種類を判別し、じゅうたんや畳、板間などの床面の違いによる掃除機の運転状況の最適化を実現するのに好適な光学式物体識別装置に関し、さらに、上記光学式物体識別装置を内蔵した掃除機および自走式の掃除機に関する。   As an example, the present invention relates to an optical object identification device suitable for determining the type of floor surface and realizing optimization of the operation state of the vacuum cleaner due to the difference in floor surface such as carpets, tatami mats, and boards, Furthermore, the present invention relates to a cleaner and a self-propelled cleaner incorporating the optical object identification device.

家庭用の電気掃除機に塔載されている床面判別センサは、機械式、吸引圧力式、超音波式、光学式のセンサに大別できる。   The floor discrimination sensor mounted on a household vacuum cleaner can be roughly classified into a mechanical sensor, a suction pressure sensor, an ultrasonic sensor, and an optical sensor.

機械式の床面判別センサとしては、(1)可動部を床面に押し当てる方式(特許文献1(特開平2−52619号公報))、(2)多角柱あるいは歯車状のローラの回転状態により判別する方式(特許文献2(特開平2−52623号公報)及び特許文献3(特開平3−106325号公報))、(3)床面から受ける押圧により変化する導電性ゴムの抵抗値により判別する方式(特許文献4(特開平5−56888号公報)および特許文献5(特開平5−56889))等のものがある。   As a mechanical floor surface detection sensor, (1) a method of pressing a movable part against the floor surface (Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-52619)), (2) rotational state of a polygonal column or a gear-shaped roller (Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-52623) and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-106325))), (3) Depending on the resistance value of the conductive rubber that changes due to the pressure received from the floor surface There are methods for discriminating (Patent Document 4 (JP-A-5-56888) and Patent Document 5 (JP-A-5-56889)).

また、特許文献6(特開平6−78862号公報)には、吸引圧力式の床面判別センサが記載されている。この吸引圧力式の床面判別センサは、集塵フィルタ前部の圧力を検知して床面の種類を判別する。このセンサでは、床面が絨毯の場合は絨毯が吸込み口に吸着することにより真空度が上昇するのに対し、板間等は吸込み口に吸着しないため真空度が上昇しないことを利用して床面判別する。   Further, Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-78862) describes a suction pressure type floor surface discrimination sensor. This suction pressure type floor surface discrimination sensor detects the pressure of the front part of the dust collecting filter and discriminates the type of the floor surface. This sensor uses the fact that when the floor is a carpet, the degree of vacuum increases due to the carpet adsorbing to the suction port, while the space between the plates does not adsorb to the suction port, so the degree of vacuum does not increase. Identify the face.

また、特許文献7(特開平1−232255号公報)、特許文献8(特開平3−77519号公報及び特許文献9(特開平3−212249号公報)には、超音波式の床面判別センサが記載されている。この超音波式の床面判別センサでは、床面に対向して取り付けられた送波部から発信された超音波パルスが、床面との間でエコーとして複数回反射を繰り返した後、受信部で受信する。この受信信号により床面の種類を判別する。   Patent Document 7 (JP-A-1-232255), Patent Document 8 (JP-A-3-77519, and Patent Document 9 (JP-A-3-212249)) disclose an ultrasonic floor surface discrimination sensor. In this ultrasonic type floor surface discrimination sensor, an ultrasonic pulse transmitted from a transmission unit mounted opposite to the floor surface is reflected multiple times as an echo between the floor surface and the sensor. After the repetition, the signal is received by the receiving unit, and the type of the floor surface is determined based on the received signal.

また、特許文献10(特開平3−123522号公報)及び特許文献11(特開平3−228724号公報)には、光学式の床面判別センサが記載されている。この光学式の床面判別センサは、床面に対して水平な光を受発光する第1の受発光素子と、床面に垂直な光を受発光する第2の受発光素子を有し、これら2組の受発光素子の出力から床面の種類を判別する。   Further, Patent Document 10 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-123522) and Patent Document 11 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-228724) describe an optical floor discrimination sensor. This optical floor discrimination sensor has a first light emitting / receiving element that receives and emits light that is horizontal to the floor, and a second light emitting and receiving element that receives and emits light perpendicular to the floor, The type of the floor surface is discriminated from the outputs of these two sets of light emitting / receiving elements.

ところで、一般的に、機械式の床面判別センサなどの接触部を有する構成、特に、その接触部が接触によって可動する可動部を有する構成の装置においては、その接触部(可動部)の磨耗や機械的信頼性の経年劣化など様々な問題点が多い。   By the way, in general, in a configuration having a contact portion such as a mechanical floor surface discrimination sensor, particularly in an apparatus having a movable portion whose contact portion is movable by contact, wear of the contact portion (movable portion). There are many problems such as aging and deterioration of mechanical reliability.

したがって、非接触で目的の効果を得ることができる光学式の床面判別センサが装置の信頼性上優れている。なお、機械式における上述の(2),(3)の各方式の床面判別センサも、接触部と可動部を有しており、その変位による物理量を測定していることから、光学式の床面判別センサに比べて、信頼性上問題がある。   Therefore, an optical floor discrimination sensor that can obtain a desired effect in a non-contact manner is excellent in the reliability of the apparatus. Note that the floor type discrimination sensor of each of the above methods (2) and (3) in the mechanical type also has a contact part and a movable part, and measures the physical quantity due to the displacement, so that the optical type There is a problem in reliability compared with the floor surface detection sensor.

一方、吸引圧力式の床面判別センサでは、掃除する床面の種類だけでなく、集塵フィルタの目詰まり等の他の要素によっても真空度が変化するので、床面の種類を誤検知する恐れがある。   On the other hand, in the suction pressure type floor surface discrimination sensor, the degree of vacuum changes not only due to the type of floor surface to be cleaned but also due to other factors such as clogging of the dust collecting filter. There is a fear.

また、超音波式の床面判別センサでは、送受信素子とも何らかのホーンが必要となるので、一般の掃除機に取り付けた場合には大型化し、使い勝手が悪くなる。また、耐衝撃性、低コスト化についても考慮が必要である。   In addition, in the ultrasonic floor sensor, the transmission / reception element needs some kind of horn, so when it is attached to a general vacuum cleaner, the size is increased and the usability is deteriorated. In addition, it is necessary to consider impact resistance and cost reduction.

また、光学式の床面判別センサでは、床面に水平に出射した光を絨毯の毛が遮り、受光量が低下することを検知して、床面が絨毯であることを判別しているが、毛足の短い絨毯の場合には上記光を遮ることがないので、床面が絨毯であることを検知するのが困難である。   In addition, the optical floor surface detection sensor determines that the floor surface is a carpet by detecting that the light emitted horizontally on the floor surface is blocked by the carpet hair and the amount of received light is reduced. In the case of a carpet with short hairs, it is difficult to detect that the floor is a carpet because the light is not blocked.

以上のように、床面判別センサとしては、種々の方式が提案されているが、一長一短があるのが現状であり、基本的に絨毯かそれ以外の床面かを区別するもので、日本の一般的な室内環境である畳との識別が可能な装置ではない。
特開平2−52619号公報 特開平2−52623号公報 特開平3−106325号公報 特開平5−56888号公報 特開平5−56889号公報 特開平6−78862号公報 特開平1−232255号公報 特開平3−77519号公報 特開平3−212249号公報 特開平3−123522号公報 特開平3−228724号公報
As described above, various methods have been proposed as floor surface detection sensors, but the current situation is that there are pros and cons, and basically distinguishes between carpets and other floor surfaces. It is not a device that can be distinguished from tatami, which is a general indoor environment.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-52619 JP-A-2-52623 JP-A-3-106325 JP-A-5-56888 JP-A-5-56889 Japanese Patent Laid-Open No. 6-78862 JP-A-1-232255 Japanese Patent Laid-Open No. 3-77519 JP-A-3-212249 Japanese Patent Laid-Open No. 3-123522 JP-A-3-228724

そこで、この発明の課題は、被測定物の凹凸状態を正確に検出でき、高信頼性で小型の光学式物体識別装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable and compact optical object identification device that can accurately detect the uneven state of an object to be measured.

上記課題を解決するため、この発明の光学式物体識別装置は、半導体発光素子から出射した光を被測定物に照射する投光部と、
上記被測定物で反射した反射光を受光する受光部と、
上記受光部と上記被測定物との間に配置されると共に所定の偏光方向の偏光を通過させる偏光状態選択部と、
上記受光部が出力する信号を処理して、上記反射光のうちの上記所定の偏光方向の光の強度を測定する信号処理部とを備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, an optical object identification device of the present invention includes a light projecting unit that irradiates a measurement object with light emitted from a semiconductor light emitting element,
A light receiving unit that receives reflected light reflected by the object to be measured;
A polarization state selection unit that is disposed between the light receiving unit and the object to be measured and transmits polarized light in a predetermined polarization direction;
And a signal processing unit that processes a signal output from the light receiving unit and measures the intensity of the light in the predetermined polarization direction out of the reflected light.

この発明の光学式物体識別装置によれば、上記半導体発光素子が出射した光は、上記投光部から上記被測定物に照射され、上記被測定物の反射面の凹凸状態に応じて、上記光の反射光の偏光状態が変化する。   According to the optical object identification device of the present invention, the light emitted from the semiconductor light emitting element is applied to the object to be measured from the light projecting unit, and the light is emitted according to the uneven state of the reflection surface of the object to be measured. The polarization state of the reflected light changes.

したがって、この反射光の偏光状態は、上記被測定物の反射面の凹凸状態の情報を有している。上記反射光は、上記偏光状態選択部を経由して、上記受光部に入射し、上記信号処理部は、上記受光部が出力する信号を処理することで、上記反射光の上記所定の偏光方向の光強度を測定して、上記被測定物の種類を識別する。   Therefore, the polarization state of the reflected light has information on the uneven state of the reflection surface of the object to be measured. The reflected light is incident on the light receiving unit via the polarization state selecting unit, and the signal processing unit processes a signal output from the light receiving unit, thereby the predetermined polarization direction of the reflected light. Is measured to identify the type of the object to be measured.

この発明では、上記被測定物への入射させる光の偏光状態は既知であり、既知の偏光状態の入射光に対する反射光の偏光情報を測定することによって被測定物の表面の凹凸状態を測定でき、物体識別を行うことができる。   In this invention, the polarization state of the light incident on the object to be measured is known, and the uneven state of the surface of the object to be measured can be measured by measuring the polarization information of the reflected light with respect to the incident light in the known polarization state. Object identification can be performed.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記被測定物に入射させる光の偏光状態が直線偏光である。   In one embodiment of the optical object identification device, the polarization state of the light incident on the object to be measured is linearly polarized light.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記被測定物への入射光を直線偏光としたことにより、この入射光が一方向のみの振動である。このため、上記被測定物での反射によって、上記入射光の偏光状態が解消される偏光解消特性を評価することが容易になる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the incident light to the object to be measured is linearly polarized light, the incident light is vibration in only one direction. For this reason, it becomes easy to evaluate the depolarization characteristic in which the polarization state of the incident light is canceled by reflection on the object to be measured.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記被測定物に入射させる直線偏光が上記被測定物に対してS波である。   In one embodiment, the linearly polarized light incident on the object to be measured is an S wave with respect to the object to be measured.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記被測定物に入射させる入射光束がS波であるので、上記被測定物の入射面が光学的に平滑な面である場合はS波として反射する。したがって、基準方向の偏光方向は、上記平滑な面での反射により保たれる。これにより、上記被測定物の表面の凹凸状態を高精度に評価することが可能となる。なお、逆に、上記被測定物に入射させる入射光束がP波である場合には、一部の偏光方向の成分のみが反射に寄与するので、上記被測定物の表面の凹凸状態を高精度に評価するには不適当である。   In the optical object identification device of this embodiment, since the incident light beam incident on the object to be measured is an S wave, it is reflected as an S wave when the incident surface of the object to be measured is an optically smooth surface. . Therefore, the polarization direction of the reference direction is maintained by reflection on the smooth surface. Thereby, it becomes possible to evaluate the unevenness | corrugation state of the surface of the said to-be-measured object with high precision. On the contrary, when the incident light beam incident on the object to be measured is a P wave, only a part of the polarization direction component contributes to the reflection, so that the uneven state of the surface of the object to be measured can be accurately detected. It is unsuitable for evaluation.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記偏光状態選択部が選択する偏光方向と上記被測定物に入射させる光の偏光方向とが略同方向である。   In one embodiment, the polarization direction selected by the polarization state selection unit and the polarization direction of the light incident on the object to be measured are substantially the same direction.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、受光部に入射する光の偏光方向が入射光の偏光方向と同方向であるため、反射面の凹凸による偏光解消特性をもっとも精度良く測定することができる。   In the optical object identification device of the above embodiment, since the polarization direction of the light incident on the light receiving unit is the same as the polarization direction of the incident light, the depolarization characteristic due to the unevenness of the reflection surface can be measured with the highest accuracy. .

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子から出射した光を第1光束と第2光束とに分割する光分岐素子と、
上記第1光束を上記被測定物上に集光して照射する第1集光手段と、
上記被測定物で反射した光のうち上記第1集光手段を通過した光を集光する第2集光手段と、
上記第2集光手段と上記受光素子との間に配置されたピンホール部とを有する。
Further, in the optical object identification device of one embodiment, a light branching element that splits the light emitted from the semiconductor light emitting element into a first light flux and a second light flux,
First condensing means for condensing and irradiating the first light flux on the object to be measured;
Second light collecting means for collecting light that has passed through the first light collecting means among the light reflected by the object to be measured;
A pinhole portion disposed between the second light collecting unit and the light receiving element;

上記実施形態の光学式物体識別装置では、受光素子と第2集光手段の間にピンホール部が存在し、信号光はピンホール部面上でピンホールを通過するように集光される。このため、ノイズ光をカットすることができ、被測定物で反射した光を効率よく受光できる。   In the optical object identification device of the above embodiment, there is a pinhole part between the light receiving element and the second light condensing means, and the signal light is condensed so as to pass through the pinhole on the pinhole part surface. For this reason, noise light can be cut and the light reflected by the measurement object can be received efficiently.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第2光束およびこの第2光束の反射光の迷光防止手段を有する。   Further, the optical object identification device according to one embodiment includes stray light preventing means for the second light flux and reflected light of the second light flux.

この実施形態の光学式物体識別装置では、信号に寄与しない光がノイズ源とならない。   In the optical object identification device of this embodiment, light that does not contribute to a signal does not become a noise source.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記迷光防止手段が直線偏光子を有し、
上記直線偏光子は、上記第2光束の光軸上に設置されており、上記直線偏光子が通過させる偏光方向は、上記第2光束の偏光方向と直交する方向である。
Further, in the optical object identification device of one embodiment, the stray light prevention means has a linear polarizer,
The linear polarizer is installed on the optical axis of the second light beam, and the polarization direction that the linear polarizer passes is a direction orthogonal to the polarization direction of the second light beam.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第2光束の光軸上に第2光束の偏光方向に対して直交する偏光方向の光を透過する直線偏光子が設置されているので、この直線偏光子により第2光束は吸収されてしまう。このため、第2光束が装置側壁などで反射して受光部にノイズ光として混入することはない。   In the optical object identification device of this embodiment, a linear polarizer that transmits light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the second light beam is installed on the optical axis of the second light beam. The second light flux is absorbed by the child. For this reason, the second light flux is not reflected by the side wall of the apparatus and mixed into the light receiving portion as noise light.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第2集光手段が集光レンズを含み、上記ピンホール部は上記集光レンズの焦点距離の位置に設置された。   Moreover, in the optical object identification device according to one embodiment, the second condensing unit includes a condensing lens, and the pinhole portion is installed at a position of a focal length of the condensing lens.

この実施形態の光学式物体識別装置では、ピンホール部が第2集光レンズの焦点位置に配置されているので、被測定物が第1集光レンズの焦点位置にあるとき、反射光束はピンホール部面上でもっとも集光される。被測定物が第1集光レンズの焦点位置にあるとき、被測定物上で入射光はもっとも集光され、その光密度はもっとも大きくなる。したがって、このときピンホール部を通過する光量は最大となり、S/Nを向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the pinhole portion is disposed at the focal position of the second condenser lens, the reflected light beam is pinned when the object to be measured is at the focal position of the first condenser lens. Most condensed on the surface of the hall. When the object to be measured is at the focal position of the first condenser lens, the incident light is most condensed on the object to be measured, and the light density becomes the largest. Therefore, at this time, the amount of light passing through the pinhole portion is maximized, and the S / N can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記ピンホール部が配置された位置における反射光束の径が、上記ピンホール部の孔径よりも小さい。   In one embodiment, the diameter of the reflected light beam at the position where the pinhole portion is arranged is smaller than the hole diameter of the pinhole portion.

この実施形態の光学式物体識別装置では、ピンホール部の孔径がピンホール部面上でのビーム径よりも大きいので、信号光がピンホール部によりカットされることはない。   In the optical object identification device of this embodiment, since the hole diameter of the pinhole portion is larger than the beam diameter on the surface of the pinhole portion, the signal light is not cut by the pinhole portion.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1光束は上記第1集光手段のほぼ中心に入射する。   In the optical object identification device according to one embodiment, the first light flux is incident on substantially the center of the first light collecting means.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1集光手段のほぼ中心に第1光束が入射するので、偏光状態が保存される正反射光成分を中心とした対称な偏光解消特性の光を受光部で受光できる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the first light beam is incident substantially at the center of the first light collecting means, light having a symmetric depolarization characteristic centered on a specularly reflected light component that preserves the polarization state is emitted. Light can be received by the light receiver.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1光束は上記第1集光手段の端部に入射することを特徴とする。   In the optical object identification device according to an embodiment, the first light beam is incident on an end of the first light collecting unit.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1集光手段の端部に第1光束を入射させるので、反射光束の正反射成分は第1集光手段の端部で集光される。第1光束が入射した付近で集光される反射光束は、より多くの偏光解消特性を示す光束であるので、被測定物をより高精度に識別することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the first light beam is incident on the end of the first light collecting unit, the regular reflection component of the reflected light beam is collected at the end of the first light collecting unit. Since the reflected light beam collected in the vicinity of the incidence of the first light beam is a light beam exhibiting more depolarization characteristics, the object to be measured can be identified with higher accuracy.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子から出射した光を上記被測定物上に集光する第1集光手段を有し、
上記被測定物で反射した光のうち、上記第1集光手段に入射する光束と重なる部分を除き、この重なる部分以外の周辺部の反射光束を上記受光部に向かわせる導光手段を有し、
上記周辺部の反射光束を上記受光部で検出する。
Further, in the optical object identification device according to one embodiment, the optical object identification device includes a first condensing unit that condenses the light emitted from the semiconductor light emitting element on the object to be measured.
The light reflected from the object to be measured has light guiding means for excluding a portion overlapping the light beam incident on the first light collecting means, and directing a reflected light beam in a peripheral portion other than the overlapping portion to the light receiving portion. ,
The reflected light beam at the peripheral part is detected by the light receiving part.

この実施形態の光学式物体識別装置では、半導体発光素子より出射した光束のうち、信号に寄与しない光の量を大幅に低減でき、発光した光の信号光への寄与率を高めることができる。したがって、半導体発光素子の発光量を低減でき、消費電流を低減することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the amount of light that does not contribute to the signal among the light beams emitted from the semiconductor light emitting element can be significantly reduced, and the contribution ratio of the emitted light to the signal light can be increased. Therefore, the light emission amount of the semiconductor light emitting element can be reduced, and the current consumption can be reduced.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記光分岐素子により分割された上記第2光束の進行方向を変更させる光軸変更手段を有し、上記光軸を変更した第2光束と上記第1光束は略平行な光軸を有し、上記第1および第2光束は同一の第1集光手段に入射することを特徴とする。   Further, in the optical object identification device according to an embodiment, the optical object identification device includes an optical axis changing unit that changes a traveling direction of the second light beam divided by the light branching element. The first light flux has a substantially parallel optical axis, and the first and second light fluxes are incident on the same first light collecting means.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、半導体発光素子より出射した光の信号光への寄与率を高めることができ、装置の消費電流を低減できるとともに、特別な加工を必要としない一般的な光学部品で構成できるため、装置の作製が容易となる。   In the optical object identification device of the above-described embodiment, it is possible to increase the contribution ratio of the light emitted from the semiconductor light emitting element to the signal light, reduce the current consumption of the device, and do not require special processing. Since it can be configured with optical components, the device can be easily manufactured.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子から出射した光束を第1および第2光束に分割する第1光分岐素子と、
上記被測定物で反射した光を第1および第2反射光束に分割する第2光分岐素子とを備え、
上記受光部は、
上記第1反射光束を受光する第1受光素子と、
上記第2反射光束を受光する第2受光素子とを有し、
さらに、上記第1受光素子に入射する光の偏光状態を選択する偏光状態選択素子を有し、
上記信号処理部は上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との比を計算する。
In one embodiment of the optical object identification device, a first light branching element that splits a light beam emitted from the semiconductor light emitting element into a first light beam and a second light beam;
A second optical branching element that divides the light reflected by the device under test into first and second reflected light fluxes,
The light receiving unit is
A first light receiving element for receiving the first reflected light beam;
A second light receiving element for receiving the second reflected light beam,
And a polarization state selection element that selects a polarization state of light incident on the first light receiving element,
The signal processing unit calculates a ratio between a signal output from the first light receiving element and a signal output from the second light receiving element.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第2光分岐素子でもって反射光束を第1、第2の反射光束に2分割し、一方の第1の反射光束は偏光状態選択素子(一例として直線偏光子)を介して第1受光素子で受光して偏光解消特性を測定する。また、もう一方の第2の反射光束は直線偏光子を介さずに第2受光素子で受光して全方向の光を受光する。直線偏光子等の偏光状態選択素子を介さずに第2受光素子で受光された信号は、被測定物の反射率の情報を含んでいる。したがって、信号処理部でもって、第1受光素子が出力する信号と第2受光素子が出力する信号との比を計算することによって、被測定物の表面の反射率のばらつきによる被測定物の識別の精度低下を防ぐことができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the reflected light beam is divided into two first and second reflected light beams by the second light branching element, and one of the first reflected light beams is a polarization state selection element (for example, a straight line). The light is received by the first light receiving element via the polarizer) and the depolarization characteristic is measured. Further, the other second reflected light beam is received by the second light receiving element without passing through the linear polarizer, and light in all directions is received. A signal received by the second light receiving element without passing through a polarization state selection element such as a linear polarizer includes information on the reflectance of the object to be measured. Therefore, the signal processing unit calculates the ratio between the signal output from the first light receiving element and the signal output from the second light receiving element, thereby identifying the object to be measured due to variations in the reflectance of the surface of the object to be measured. It is possible to prevent a decrease in accuracy.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子から出射した光束を第1および第2光束に分割する第1光分岐素子と、
上記被測定物で反射した光を第1および第2反射光束に分割する第2光分岐素子とを備え、
上記受光部は、
上記第1反射光束を受光する第1受光素子と、
上記第2反射光束を受光する第2受光素子とを有し、
さらに、上記第1受光素子に入射する光の偏光状態を選択する第1偏光状態選択素子と、
上記第2受光素子に入射する光の偏光状態を選択する第2偏光状態選択素子を有し、
上記第1偏光状態選択素子が選択する偏光方向と第2偏光状態選択素子が選択する偏光方向とが互いに略直交することを特徴とする。
In one embodiment of the optical object identification device, a first light branching element that splits a light beam emitted from the semiconductor light emitting element into a first light beam and a second light beam;
A second optical branching element that divides the light reflected by the device under test into first and second reflected light fluxes,
The light receiving unit is
A first light receiving element for receiving the first reflected light beam;
A second light receiving element for receiving the second reflected light beam,
A first polarization state selection element that selects a polarization state of light incident on the first light receiving element;
A second polarization state selection element that selects a polarization state of light incident on the second light receiving element;
The polarization direction selected by the first polarization state selection element and the polarization direction selected by the second polarization state selection element are substantially orthogonal to each other.

この実施形態の光学式物体識別装置では、反射光束を第1、第2の反射光束に2分割し、第1、第2の反射光束を、選択する偏光方向が直交する第1、第2の偏光状態選択素子(例えば直線偏光子)を介して、それぞれ、第1、第2受光素子で受光する。これにより、両受光素子が出力する信号は偏光解消特性の最も特性の異なる2成分を抽出することになるので、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the reflected light beam is divided into first and second reflected light beams, and the first and second reflected light beams are selected by the first and second polarization directions orthogonal to each other. Light is received by the first and second light receiving elements through a polarization state selection element (for example, a linear polarizer), respectively. As a result, the signals output from the two light receiving elements extract the two components having the most different depolarization characteristics, so that the accuracy of identification of the object to be measured can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1偏光状態選択素子が選択する偏光方向は上記第1光束の偏光方向と略平行であり、
上記第2偏光状態選択素子が選択する偏光方向は上記第1光束の偏光方向と略垂直である。
In one embodiment, the polarization direction selected by the first polarization state selection element is substantially parallel to the polarization direction of the first light flux,
The polarization direction selected by the second polarization state selection element is substantially perpendicular to the polarization direction of the first light flux.

この実施形態の光学式物体識別装置では、反射光束を第1、第2反射光束に2分割し、第1反射光束は、選択偏光方向が第1光束の偏光方向と同方向に配置された第1偏光状態選択素子(直線偏光子)を介して第1受光素子で偏光解消特性を測定する。一方、第2の反射光束は、選択偏光方向が第1光束の偏光方向と直交する方向に配置された第2偏光状態選択素子(直線偏光子)を介して第2受光素子で偏光解消特性を測定する。両受光素子が出力する信号強度は、第1、第2の偏光状態選択素子(直線偏光子)のそれぞれの選択偏光方向が直交していることから、一方の信号強度が大きい時はもう一方は小さくなる。このため、偏光解消特性をより高精度に評価することが可能となる。   In the optical object identification device of this embodiment, the reflected light beam is divided into two first and second reflected light beams, and the first reflected light beam has a first polarization direction arranged in the same direction as the polarization direction of the first light beam. The depolarization characteristic is measured by the first light receiving element through the one polarization state selection element (linear polarizer). On the other hand, the second reflected light beam has a depolarization characteristic at the second light receiving element via a second polarization state selection element (linear polarizer) whose selected polarization direction is arranged in a direction orthogonal to the polarization direction of the first light beam. taking measurement. The signal intensity output from both light receiving elements is that the selected polarization directions of the first and second polarization state selection elements (linear polarizers) are orthogonal to each other. Get smaller. For this reason, it becomes possible to evaluate the depolarization characteristic with higher accuracy.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1および第2偏光状態選択素子が直線偏光子であることを特徴とする。   In one embodiment of the optical object identification device, the first and second polarization state selection elements are linear polarizers.

この実施形態の光学式物体識別装置では、直線偏光子を用いているので、特定の方向に偏光した光を受光するのに好適である。   Since the optical object identification device of this embodiment uses a linear polarizer, it is suitable for receiving light polarized in a specific direction.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第2光分岐素子と上記第1および第2偏光状態選択素子とを偏光ビームスプリッタで構成したことを特徴とする。   The optical object identification device according to one embodiment is characterized in that the second light branching element and the first and second polarization state selection elements are configured by a polarization beam splitter.

この実施形態の光学式物体識別装置では、偏光ビームスプリッタを用いることにより、無偏光ビームスプリッタと直線偏光子を用いた光学系に比べて、部品点数を削減することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the number of components can be reduced by using a polarizing beam splitter, compared to an optical system using a non-polarizing beam splitter and a linear polarizer.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部が上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との比を計算する。   In one embodiment, the signal processing unit calculates a ratio between a signal output from the first light receiving element and a signal output from the second light receiving element.

この実施形態の光学式物体識別装置では、信号処理部で、両受光素子の出力の比を計算することにより、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the signal processing unit can improve the accuracy of identification of the object to be measured by calculating the ratio of the outputs of both light receiving elements.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部が上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との差を計算する。   In the optical object identification device of one embodiment, the signal processing unit calculates a difference between a signal output from the first light receiving element and a signal output from the second light receiving element.

この実施形態の光学式物体識別装置では、両受光素子に対応するそれぞれの偏光状態選択素子(直線偏光子)の選択偏光方向が直交していることにより、両受光素子が出力する信号強度は、一方の信号強度が大きい時はもう一方は小さくなる。このため、両出力信号の差を計算することにより、偏光解消度が小さい被測定物ほど出力信号差は大きくなり、被測定物の識別を精度よく行うことができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the selected polarization directions of the respective polarization state selection elements (linear polarizers) corresponding to both light receiving elements are orthogonal, the signal intensity output by both light receiving elements is When one signal strength is high, the other is small. Therefore, by calculating the difference between the two output signals, the output signal difference increases as the measured object has a smaller degree of depolarization, and the measured object can be identified with high accuracy.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、
上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との差を計算し、
上記差と、上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との和との比、もしくは、
上記差と、上記第1受光素子が出力する信号または上記第2受光素子が出力する信号との比を計算することを特徴としている。
In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit includes:
Calculating the difference between the signal output from the first light receiving element and the signal output from the second light receiving element;
A ratio between the difference and the sum of the signal output from the first light receiving element and the signal output from the second light receiving element; or
A ratio between the difference and the signal output from the first light receiving element or the signal output from the second light receiving element is calculated.

この実施形態の光学式物体識別装置では、信号処理部は、両受光素子の出力信号差と、両受光素子の出力信号の和との比、もしくは、両受光素子の出力信号差と、第1受光素子の出力信号または第2受光素子の出力信号との比を計算する。   In the optical object identification device of this embodiment, the signal processing unit includes a ratio of an output signal difference between both light receiving elements and a sum of output signals from both light receiving elements, or an output signal difference between both light receiving elements, A ratio with the output signal of the light receiving element or the output signal of the second light receiving element is calculated.

これらの比の計算において、たとえば、上記出力信号差を分子とすると、この分子は被測定物の表面状態に起因した偏光解消特性を表し、上記両受光素子の出力信号の和を分母とすると、この分母は被測定物の表面の反射率に起因した受光信号となる。したがって、被測定物の表面の反射率のばらつきによる影響を低減した高精度な被測定物の識別が可能となる。   In the calculation of these ratios, for example, when the output signal difference is a numerator, this numerator represents the depolarization characteristic due to the surface state of the object to be measured, and the sum of the output signals of both light receiving elements is the denominator. This denominator becomes a light reception signal resulting from the reflectance of the surface of the object to be measured. Therefore, it becomes possible to identify the object to be measured with high accuracy while reducing the influence of the variation in the reflectance of the surface of the object to be measured.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子が半導体レーザであることを特徴とする。   In one embodiment of the optical object identification device, the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、半導体発光素子として、半導体レーザを用いたので、被測定物上での光密度を高めることができ、受光信号強度を大きくすることができ、高精度な被測定物の識別が可能となる。   In the optical object identification device of the above embodiment, since a semiconductor laser is used as the semiconductor light emitting element, the light density on the object to be measured can be increased, the received light signal intensity can be increased, and high accuracy can be achieved. The object to be measured can be identified.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記受光素子がフォトダイオードで形成されている。   In one embodiment of the optical object identification device, the light receiving element is formed of a photodiode.

この実施形態の光学式物体識別装置では、受光素子としてフォトダイオードを用いることにより、装置構成を小型化することに適しており、またそのコストを低減することも可能であり、非常に好適である。   In the optical object identification device of this embodiment, the use of a photodiode as a light receiving element is suitable for downsizing the device configuration, and its cost can be reduced, which is very suitable. .

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1受光素子および第2受光素子が同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする。   In one embodiment of the optical object identification device, the first light receiving element and the second light receiving element are formed on the same semiconductor substrate.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、同一半導体基板上に第1受光素子(フォトダイオード)と第2受光素子(フォトダイオード)が形成されているので、部品点数を削減することができる。したがって、製造コストを低減できる。   In the optical object identification device of the above embodiment, since the first light receiving element (photodiode) and the second light receiving element (photodiode) are formed on the same semiconductor substrate, the number of parts can be reduced. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記受光部と上記信号処理部とが同一半導体基板上に形成されている。   In one embodiment, the light receiving unit and the signal processing unit are formed on the same semiconductor substrate.

この実施形態の光学式物体識別装置では、同一半導体基板上に受光部(一例としてフォトダイオード)と信号処理部とが形成されているので、フォトダイオード等で構成される受光部と信号処理部の回路とを結線するワイヤーが不要となり、ノイズレベルを低減できるとともに、部品点数を削減できる。したがって、製造コストを低減できる。   In the optical object identification device of this embodiment, the light receiving unit (photodiode as an example) and the signal processing unit are formed on the same semiconductor substrate. A wire for connecting to the circuit becomes unnecessary, so that the noise level can be reduced and the number of parts can be reduced. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1受光素子、第2受光素子および信号処理部が同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the first light receiving element, the second light receiving element, and the signal processing unit are formed on the same semiconductor substrate.

この実施形態の光学式物体識別装置では、同一半導体基板上に第1および第2受光素子(フォトダイオード)と信号処理部が形成されているので、さらに部品点数が削減できるとともに、ノイズレベルも低減することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the first and second light receiving elements (photodiodes) and the signal processing unit are formed on the same semiconductor substrate, the number of parts can be further reduced and the noise level is also reduced. can do.

また、一実施形態では、上記受光部は、複数の受光素子が整列された受光素子群を有する。   In one embodiment, the light receiving unit includes a light receiving element group in which a plurality of light receiving elements are aligned.

この実施形態の光学式物体識別装置では、反射による偏光解消特性の位置依存性を測定することが可能であり、1つのフォトダイオードを用いる場合に比べて、より高精度に被測定物の識別が可能となる。   In the optical object identification device of this embodiment, it is possible to measure the position dependency of the depolarization characteristic due to reflection, and the object to be measured can be identified with higher accuracy than when one photodiode is used. It becomes possible.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記受光素子群のうちで最大強度を示す受光素子の信号強度によって、上記受光素子群の各受光素子の信号を規格化することを特徴としている。   In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit normalizes the signal of each light receiving element of the light receiving element group according to the signal intensity of the light receiving element having the maximum intensity among the light receiving element groups. It is characterized by doing.

この実施形態の光学式物体識別装置では、偏光解消特性の位置依存性を受光素子の信号強度の最大値で規格化しているので、被測定物の表面の反射率のばらつきによる影響を低減でき、より高精度に被測定物の識別が可能となる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the position dependence of the depolarization characteristic is normalized by the maximum value of the signal intensity of the light receiving element, the influence due to the variation in the reflectance of the surface of the object to be measured can be reduced, The object to be measured can be identified with higher accuracy.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1集光手段が第1集光レンズで構成されており、
この第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させることを特徴としている。
Moreover, in the optical object identification device of one embodiment, the first condensing means is configured by a first condensing lens,
The distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is changed.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1集光レンズの焦点位置と被測定物表面との間の距離を変化させるので、被測定物の表面の凹凸が大きいときでも第1集光レンズの焦点位置に被測定物の表面を位置させることができる。したがって、識別可能な被測定物の範囲を広げることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is changed, the first condenser lens is used even when the surface of the object to be measured is large. The surface of the object to be measured can be positioned at the focal position. Therefore, it is possible to widen the range of objects to be measured that can be identified.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1集光レンズを振動させるレンズ振動機構を有し、
上記レンズ振動機構で上記第1集光レンズのレンズ位置を変化させることによって、上記第1レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させる。
In one embodiment, the optical object identification device has a lens vibration mechanism that vibrates the first condenser lens,
By changing the lens position of the first condenser lens by the lens vibration mechanism, the distance between the focal position of the first lens and the surface of the object to be measured is changed.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1集光レンズを振動させるレンズ振動機構を有するので、第1集光レンズの焦点位置と被測定物表面との間の距離を変化させる手段として好適である。   Since the optical object identification device of this embodiment has a lens vibration mechanism that vibrates the first condenser lens, it is suitable as means for changing the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured. It is.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記レンズ振動機構がカムを有することを特徴とする。   In the optical object identification device according to one embodiment, the lens vibration mechanism has a cam.

この実施形態の光学式物体識別装置では、レンズ振動機構がカムで構成されているので、レンズ振動機構として好適である。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記カムのカム曲線が正弦波カーブであることを特徴とする。
In the optical object identification device of this embodiment, since the lens vibration mechanism is constituted by a cam, it is suitable as a lens vibration mechanism.
In one embodiment, the cam curve of the cam is a sine wave curve.

この実施形態の光学式物体識別装置では、カムのカム曲線が正弦波カーブであるので、レンズの振動状態を簡単な計算で算出でき、任意の時間でのレンズ位置が容易に得られ、適切な反射光信号を信号処理部で処理することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the cam curve of the cam is a sine wave curve, the vibration state of the lens can be calculated by simple calculation, the lens position at an arbitrary time can be easily obtained, and an appropriate The reflected light signal can be processed by the signal processing unit.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記レンズ振動機構がソレノイドコイルを有することを特徴とする。   In the optical object identification device according to one embodiment, the lens vibration mechanism includes a solenoid coil.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、ソレノイドコイルによる吸引力または押出し力とバネを用いたレンズ振動機構を構成できる。   In the optical object identification device of the above-described embodiment, a lens vibration mechanism using a suction force or pushing force by a solenoid coil and a spring can be configured.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記レンズ振動機構が回転運動を直線往復運動に変換するクランク機構を有する。   In one embodiment, the lens vibration mechanism includes a crank mechanism that converts a rotational motion into a linear reciprocating motion.

この実施形態の光学式物体識別装置では、レンズ振動機構としてクランク機構を用いることによりレンズ振動機構の構成を簡便にすることができる。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記レンズ振動機構がアクチュエータを有することを特徴とする。
In the optical object identification device of this embodiment, the configuration of the lens vibration mechanism can be simplified by using a crank mechanism as the lens vibration mechanism.
In one embodiment of the optical object identification device, the lens vibration mechanism has an actuator.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、レンズ振動機構としてアクチュエータを用いることにより装置構成を小型化することができる。   In the optical object identification device of the above embodiment, the device configuration can be reduced in size by using an actuator as the lens vibration mechanism.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記レンズ振動機構は、レンズ保持具に取り付けられた羽根で風を受けてレンズを振動させることを特徴とする。   In the optical object identification device according to an embodiment, the lens vibration mechanism receives a wind with a blade attached to a lens holder to vibrate the lens.

この実施形態の光学式物体識別装置では、レンズ振動機構としてモータなどの駆動力を要する部品が不要であるから、装置構成の製造コストを低減できる。   In the optical object identification device according to this embodiment, the lens vibration mechanism does not require a component such as a motor that requires a driving force, so that the manufacturing cost of the device configuration can be reduced.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1集光レンズが累進レンズからなり、上記第1光束が上記累進レンズに入射する位置を変化させることにより、上記第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させることを特徴とする。   Moreover, in the optical object identification device according to an embodiment, the first condenser lens is a progressive lens, and the position of the first light beam incident on the progressive lens is changed to change the position of the first condenser lens. The distance between the focal position and the surface of the object to be measured is changed.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、累進レンズを用いることにより装置構成を小型化することができる。   In the optical object identification device of the above embodiment, the device configuration can be reduced in size by using a progressive lens.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記累進レンズを上記第1光束と略垂直な平面内で移動させることによって、上記累進レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させる。   In the optical object identification device of one embodiment, the distance between the focal position of the progressive lens and the surface of the object to be measured is moved by moving the progressive lens in a plane substantially perpendicular to the first light beam. To change.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1集光レンズをなす上記累進レンズの振動幅を低減できるので、装置構成を小型化できる。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、液晶を含む光スイッチを上記累進レンズに入射する第1光束の光軸上に配置した。
In the optical object identification device of this embodiment, the vibration width of the progressive lens that forms the first condenser lens can be reduced, so that the device configuration can be reduced in size.
Moreover, in the optical object identification device of one embodiment, the optical switch including the liquid crystal is disposed on the optical axis of the first light beam incident on the progressive lens.

この実施形態の光学式物体識別装置では、液晶を用いた光スイッチを用いることにより、上記装置を構成するどの部品も振動させることなく、第1集光レンズをなす累進レンズの焦点位置と被測定物表面との間の距離を変化させることができる。このため、装置構成の簡便化や小型化、信頼性を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, by using an optical switch using liquid crystal, the focal position of the progressive lens forming the first condenser lens and the measured object are made without vibrating any component constituting the device. The distance between the object surface and the object surface can be changed. For this reason, the simplification, size reduction, and reliability of the apparatus configuration can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離の変化量を、上記被測定物の表面の凹凸レベル差よりも大きくすることを特徴とする。   Further, in the optical object identification device of one embodiment, the amount of change in the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is greater than the unevenness level difference on the surface of the object to be measured. It is characterized by being enlarged.

この実施形態の光学式物体識別装置では、被測定物の表面の凹凸レベル差よりも、第1集光レンズの焦点位置と被測定物表面との間の距離の変化量が大きいので、確実に第1集光レンズの焦点位置からの反射光信号を得ることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the amount of change in the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is larger than the unevenness level difference on the surface of the object to be measured, it is ensured. A reflected light signal from the focal position of the first condenser lens can be obtained.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離の変化量が、5mm乃至15mmである。   In the optical object identification device according to one embodiment, the amount of change in the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is 5 mm to 15 mm.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1集光レンズの焦点位置と被測定物表面との間の距離の変化量を5mm〜15mmとすることにより、識別できる測定対象の大多数をカバーすることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the majority of measurement objects that can be identified are covered by setting the amount of change in the distance between the focal point of the first condenser lens and the surface of the object to be measured to 5 mm to 15 mm. can do.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1光束を上記被測定物上に集光して照射する第1集光手段と、
上記被測定物で反射した光のうち上記第1集光手段を通過した光を集光する第2集光手段とを有し、
上記第2集光手段と上記第1および第2受光素子との間に配置されたピンホール部を有し、
上記第1集光手段が第1集光レンズで構成されており、
この第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させる機構を有し、
上記信号処理部は、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と略等しくなるフォーカス時における上記第1受光素子の出力であるフォーカス信号と、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と異なるデフォーカス時の上記第2受光素子の出力であるデフォーカス信号との比を計算することを特徴としている。
In one embodiment of the optical object identification device, the first light collecting means for condensing and irradiating the first light flux on the object to be measured;
A second condensing unit that condenses light that has passed through the first condensing unit among the light reflected by the object to be measured;
A pinhole portion disposed between the second light collecting means and the first and second light receiving elements;
The first condensing means comprises a first condensing lens;
A mechanism for changing the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured;
The signal processor is
A focus signal that is an output of the first light receiving element at the time of focusing when the distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is approximately equal to the focal length of the first condenser lens;
The ratio between the defocus signal, which is the output of the second light receiving element at the time of defocus, in which the distance between the first condensing lens and the surface of the object to be measured is different from the focal length of the first condensing lens is calculated. It is characterized by doing.

この実施形態の光学式物体識別装置によれば、反射光信号を2つに分割してフォーカス時とデフォーカス時の信号を用いることにより、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   According to the optical object identification device of this embodiment, the accuracy of identification of the object to be measured can be improved by dividing the reflected light signal into two and using the signals at the time of focusing and at the time of defocusing.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1光束を上記被測定物上に集光して照射する第1集光手段と、
上記被測定物で反射した光のうち上記第1集光手段を通過した光を集光する第2集光手段とを有し、
上記第2集光手段と上記第1および第2受光素子との間に配置されたピンホール部を有し、
上記第1集光手段が第1集光レンズで構成されており、
この第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させる機構を有し、
上記信号処理部は、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と略等しくなるフォーカス時における上記第1受光素子の出力であるフォーカス信号と、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と異なるデフォーカス時の上記第2受光素子の出力であるデフォーカス信号とを処理することを特徴としている。
In one embodiment of the optical object identification device, the first light collecting means for condensing and irradiating the first light flux on the object to be measured;
A second condensing unit that condenses light that has passed through the first condensing unit among the light reflected by the object to be measured;
A pinhole portion disposed between the second light collecting means and the first and second light receiving elements;
The first condensing means comprises a first condensing lens;
A mechanism for changing the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured;
The signal processor is
A focus signal that is an output of the first light receiving element at the time of focusing when the distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is approximately equal to the focal length of the first condenser lens;
Processing a defocus signal, which is an output of the second light receiving element at the time of defocus, in which a distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is different from a focal length of the first condenser lens; It is characterized by.

この実施形態の光学式物体識別装置では、反射光を第1、第2反射光束の2つに分割して、それぞれ、第1、第2受光素子で受光し、第1受光素子が出力するフォーカス時のフォーカス信号と第2受光素子が出力するデフォーカス時のデフォーカス信号を直交する偏光成分として測定する。これにより、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the reflected light is divided into two light beams, a first reflected light beam and a second reflected light beam, which are received by the first and second light receiving elements, respectively, and output by the first light receiving element. The focus signal at the time and the defocus signal at the time of defocus output from the second light receiving element are measured as orthogonal polarization components. Thereby, the precision of identification of a to-be-measured object can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号の比を計算する。   In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit calculates a ratio between the focus signal and the defocus signal.

この実施形態の光学式物体識別装置では、直交する偏光成分であるフォーカス信号とデフォーカス信号との比を計算することにより、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the accuracy of identification of the object to be measured can be improved by calculating the ratio between the focus signal and the defocus signal that are orthogonal polarization components.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号との差を計算する。   In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit calculates a difference between the focus signal and the defocus signal.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部が、上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号との差を計算することにより、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device according to this embodiment, the signal processing unit calculates the difference between the focus signal and the defocus signal, thereby improving the accuracy of identification of the object to be measured.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号との差を計算し、上記差と上記フォーカス信号との比を計算することを特徴とする。   In the optical object identification device of one embodiment, the signal processing unit calculates a difference between the focus signal and the defocus signal, and calculates a ratio between the difference and the focus signal. To do.

この実施形態の光学式物体識別装置では、被測定物の表面の反射率のばらつきによる影響を低減できるため、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the influence of the variation in the reflectance of the surface of the object to be measured can be reduced, so that the accuracy of identification of the object to be measured can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子に変調信号を印加することにより光強度変調をかけ、
上記信号処理部は、
上記変調信号がHレベルである時に上記受光部が出力する第1出力信号と上記変調信号がLレベルである時に上記受光部が出力する第2出力信号との差を計算する。
Further, in the optical object identification device of one embodiment, light intensity modulation is applied by applying a modulation signal to the semiconductor light emitting element,
The signal processor is
The difference between the first output signal output from the light receiving unit when the modulation signal is at the H level and the second output signal output from the light receiving unit when the modulation signal is at the L level is calculated.

この実施形態の光学式物体識別装置では、半導体発光素子に強度変調をかけて変調信号のHレベル時とLレベル時の第1出力信号と第2出力信号との差を計算する。これにより、受光部に入射する外乱光ノイズの影響を除去できる。   In the optical object identification device of this embodiment, the semiconductor light emitting element is subjected to intensity modulation to calculate the difference between the first output signal and the second output signal when the modulation signal is at the H level and the L level. Thereby, the influence of the disturbance light noise which injects into a light-receiving part can be removed.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子に印加する変調信号が矩形波であることを特徴とする。   In one embodiment of the optical object identification device, the modulation signal applied to the semiconductor light emitting element is a rectangular wave.

上記実施形態の光学式物体識別装置では、半導体発光素子に印加する変調信号が矩形波であるので、外乱光ノイズの除去効果を向上させることができる。   In the optical object identification device of the above embodiment, since the modulation signal applied to the semiconductor light emitting element is a rectangular wave, the effect of removing ambient light noise can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記Lレベル時の半導体発光素子の発光量が略0Wである。   In the optical object identification device of one embodiment, the light emission amount of the semiconductor light emitting element at the L level is approximately 0 W.

この実施形態の光学式物体識別装置では、Lレベル時の発光量が略0Wであるので、Lレベル時の第2出力信号により外乱光ノイズのみを測定することができる。したがって、外乱光ノイズの除去効果を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the light emission amount at the L level is approximately 0 W, only the disturbance light noise can be measured by the second output signal at the L level. Therefore, the effect of removing ambient light noise can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記光強度変調の上記変調周波数が50kHz以上であることを特徴とする。   Moreover, in the optical object identification device according to one embodiment, the modulation frequency of the light intensity modulation is 50 kHz or more.

この実施形態の光学式物体識別装置では、一般的な外乱光ノイズの周波数帯以上で半導体発光素子を変調しているので、外乱光ノイズの除去効果を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the semiconductor light emitting element is modulated in the general frequency band of ambient light noise, so that the effect of removing ambient light noise can be improved.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記光強度変調の変調周波数が100Hzから10kHzであることを特徴とする。   In one embodiment of the optical object identification device, the modulation frequency of the light intensity modulation is 100 Hz to 10 kHz.

この実施の形態の光学式物体識別装置では、一般的な外乱光ノイズの周波数帯と半導体発光素子の変調周波数がオーバーラップしないので、外乱光ノイズの除去効果を高めることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, since the general disturbance light noise frequency band and the modulation frequency of the semiconductor light emitting element do not overlap, the effect of removing the disturbance light noise can be enhanced.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、
上記変調信号がHレベルのときに、受光部からの第1出力信号をそのまま通過させると共に、上記変調信号がLレベルのときに、上記変調信号がHレベルのときの上記第1出力信号をサンプルホールドする第1サンプルホールド回路と、
上記変調信号がLレベルのときに、受光部からの第2出力信号をそのまま通過させると共に、上記変調信号がHレベルのときに、上記変調信号がLレベルのときの上記第2出力信号をサンプルホールドする第2サンプルホールド回路と、
上記第1サンプルホールド回路が出力する信号と上記第2サンプルホールド回路が出力する信号との差動を取る差動回路とを備えた。
In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit includes:
When the modulation signal is at the H level, the first output signal from the light receiving unit is passed as it is, and when the modulation signal is at the L level, the first output signal when the modulation signal is at the H level is sampled. A first sample and hold circuit for holding;
When the modulation signal is at L level, the second output signal from the light receiving section is passed as it is, and when the modulation signal is at H level, the second output signal when the modulation signal is at L level is sampled. A second sample and hold circuit for holding;
And a differential circuit for taking a difference between a signal output from the first sample hold circuit and a signal output from the second sample hold circuit.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1サンプルホールド回路はHレベル時の第1出力信号をサンプルホールドするとともに、第2サンプルホールド回路はLレベル時の第2出力信号をサンプルホールドする。そして、差動回路は、第1出力信号と第2出力信号との差を計算する。これにより、外乱光ノイズを除去する回路構成を実現することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the first sample and hold circuit samples and holds the first output signal at the H level, and the second sample and hold circuit samples and holds the second output signal at the L level. Then, the differential circuit calculates a difference between the first output signal and the second output signal. Thereby, a circuit configuration that removes disturbance light noise can be realized.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、
上記受光部で検出した信号を増幅する増幅部と、
上記増幅部の増幅度を、上記受光部の信号強度に応じて切り替える増幅度切替部とを有する。
In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit includes:
An amplifying unit for amplifying the signal detected by the light receiving unit;
An amplification degree switching unit that switches the amplification degree of the amplification unit according to the signal intensity of the light receiving unit;

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記増幅度切替部は、
所定の時刻における上記増幅部の信号強度をホールドし、このホールドした値と基準値とを比較することにより、上記増幅部の増幅度を決定する。
In the optical object identification device of one embodiment, the amplification degree switching unit is
The signal intensity of the amplifying unit at a predetermined time is held, and the degree of amplification of the amplifying unit is determined by comparing the held value with a reference value.

この実施形態の光学式物体識別装置では、所定の時刻の信号強度をホールドすることにより、経時変化する信号強度における所望の時刻での信号強度を用いて増幅度を切り替えることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, by holding the signal intensity at a predetermined time, the amplification degree can be switched using the signal intensity at a desired time in the signal intensity changing with time.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、
上記受光部で検出した信号を増幅する増幅部と、
上記増幅部の増幅度を、上記受光部の信号強度に応じて切り替える増幅度切替部とを有し、
上記増幅度切替部は、
所定の時刻における上記増幅部の信号強度をホールドし、このホールドした値と基準値とを比較することにより、上記増幅部の増幅度を決定し、
さらに、上記増幅部は第1増幅器と第2増幅器を有し、上記増幅度切替部は第1増幅度切替器と第2増幅度切替器とピークホールド回路部とサンプルホールド回路部とを有し、
上記信号処理部は、
上記第1受光素子で検出された信号が入力されると共に上記第1増幅器と上記ピークホールド回路と上記第1増幅度切替器とを有する第1信号処理回路と、
上記第2受光素子で検出された信号が入力されると共に上記第2増幅器と上記サンプルホールド回路と上記第2増幅度切替器とを有する第2信号処理回路とを有し、
上記第1増幅度切替器は、上記ピークホールド回路の出力値に基づいて上記第1増幅器の増幅度を決定し、
上記第2増幅度切替器は、上記サンプルホールド回路の出力に基づいて上記第2増幅器の増幅度を決定することを特徴としている。
In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit includes:
An amplifying unit for amplifying the signal detected by the light receiving unit;
An amplification degree switching unit that switches the amplification degree of the amplification unit according to the signal intensity of the light receiving unit;
The amplification degree switching unit is
Hold the signal strength of the amplification unit at a predetermined time, and determine the amplification degree of the amplification unit by comparing the held value and a reference value,
Further, the amplification unit includes a first amplifier and a second amplifier, and the amplification degree switching unit includes a first amplification degree switch, a second amplification degree switch, a peak hold circuit unit, and a sample hold circuit unit. ,
The signal processor is
A first signal processing circuit that receives the signal detected by the first light receiving element and includes the first amplifier, the peak hold circuit, and the first amplification degree switch;
A second signal processing circuit that receives the signal detected by the second light receiving element and has the second amplifier, the sample hold circuit, and the second amplification degree switch;
The first amplification degree switch determines an amplification degree of the first amplifier based on an output value of the peak hold circuit,
The second amplification degree switch determines the amplification degree of the second amplifier based on the output of the sample and hold circuit.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1増幅度切替部は上記ピークホールド回路の出力値に基づいて第1増幅器の増幅度を決定する一方、第2増幅度切替部は上記サンプルホールド回路の出力値に基づいて上記第2増幅器の増幅度を決定する。このように、第1増幅器の増幅度決定に対してピークホールド回路を用い、第2増幅器の増幅度決定に対してサンプルホールド回路を用いるのが好適である。   In the optical object identification device of this embodiment, the first amplification degree switching unit determines the amplification degree of the first amplifier based on the output value of the peak hold circuit, while the second amplification degree switching unit is the sample hold circuit. The amplification factor of the second amplifier is determined on the basis of the output value. Thus, it is preferable to use the peak hold circuit for determining the amplification degree of the first amplifier and to use the sample and hold circuit for determining the amplification degree of the second amplifier.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、
上記増幅部の出力信号をホールドする機能を有し、
上記基準値と比較するために上記増幅部の出力信号をホールドするタイミングを、上記半導体発光素子に印加する変調信号を用いて決定する。
In the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit includes:
Having a function of holding the output signal of the amplifying unit;
The timing for holding the output signal of the amplifying unit for comparison with the reference value is determined using a modulation signal applied to the semiconductor light emitting element.

この実施形態の光学式物体識別装置では、半導体発光素子の変調信号として用いられるパルス信号を用いることで、増幅部の出力信号を必要な時刻にホールドすることが容易に可能となる。   In the optical object identification device of this embodiment, it is possible to easily hold the output signal of the amplifying unit at a required time by using the pulse signal used as the modulation signal of the semiconductor light emitting element.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1信号処理回路は、
上記フォーカス時の上記第1受光素子の出力であるフォーカス信号のピーク値を上記ピークホールド回路がホールドする時刻を基準時刻として検出するピーク位置検出部を有し、
上記第2信号処理回路は、
上記ピーク位置検出部が検出した上記基準時刻と上記半導体発光素子に印加する変調信号とに基づいて、上記デフォーカス時の上記第2受光素子の出力であるデフォーカス信号を上記サンプルホールド回路がサンプルホールドするタイミングを決定するタイミング検出部を有することを特徴とする。
In the optical object identification device of one embodiment, the first signal processing circuit is
A peak position detector for detecting, as a reference time, a time at which the peak hold circuit holds a peak value of the focus signal, which is an output of the first light receiving element during the focus,
The second signal processing circuit includes:
Based on the reference time detected by the peak position detector and the modulation signal applied to the semiconductor light emitting element, the sample hold circuit samples a defocus signal that is an output of the second light receiving element at the time of the defocus. It has a timing detection part which determines the timing to hold.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1信号処理回路のピーク位置検出部によりフォーカス信号のピーク位置が検出された時刻を基準時刻として用いて、第2信号処理回路のサンプルホールド回路でデフォーカス信号をサンプルホールドする時刻を決定する。これにより、容易にかつ精度よくデフォーカス信号をサンプルホールドするタイミングを決定することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the time at which the peak position of the focus signal is detected by the peak position detector of the first signal processing circuit is used as the reference time, and the sample and hold circuit of the second signal processing circuit uses the time. Determine the time to sample and hold the focus signal. As a result, it is possible to easily and accurately determine the timing for sampling and holding the defocus signal.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記増幅度切替部は、
上記増幅部の出力信号レベルが設定された基準値範囲外であるときに、上記増幅部の増幅度を1段階ずつ増加もしくは減少させる。
In the optical object identification device of one embodiment, the amplification degree switching unit is
When the output signal level of the amplification unit is outside the set reference value range, the amplification degree of the amplification unit is increased or decreased by one step.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記増幅度切替器が増幅度を切り替えるとき、1段階ずつ切り替えるようにすることにより、目的の増幅度を選択するための回路機能を有する回路構成を簡単化できる。   In the optical object identification device according to this embodiment, when the amplification degree switch switches the amplification degree, the circuit configuration having a circuit function for selecting a target amplification degree is simplified by switching one step at a time. Can be

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部が有する上記増幅部は、複数の増幅器が直列接続された増幅器群を有することを特徴とする。   In the optical object identification device of one embodiment, the amplification unit included in the signal processing unit includes an amplifier group in which a plurality of amplifiers are connected in series.

この実施形態の光学式物体識別装置では、増幅部の構成を複数の増幅器の直列接続とすることにより、増幅度の大きな回路構成が必要な場合においても、複数の増幅器で増幅度を分割することができるので、回路動作を安定化させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the amplification unit is configured in series so that a plurality of amplifiers are connected in series, so that even when a circuit configuration with a large amplification is required, the amplification is divided by the plurality of amplifiers. Therefore, the circuit operation can be stabilized.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記増幅度切替部は、
上記増幅部を所定の増幅度にするときに、上記増幅器群のうちの所定の増幅器の入力接続抵抗を開放にする。
In the optical object identification device of one embodiment, the amplification degree switching unit is
When the amplification unit has a predetermined amplification degree, an input connection resistance of a predetermined amplifier in the amplifier group is opened.

この実施形態の光学式物体識別装置では、信号を増幅するダイナミックレンジが非常に広い場合においては、上記増幅器群の中では増幅度の小さいものを用いる必要が出てくるが、増幅器の入力抵抗を解放にすることにより、増幅度を1にすることができる。これにより、増幅度のダイナミックレンジが広く、かつ安定した回路動作を実現することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, when the dynamic range for amplifying the signal is very wide, it is necessary to use the amplifier group having a small amplification degree, but the input resistance of the amplifier is reduced. By releasing, the degree of amplification can be made 1. Thereby, the dynamic range of the amplification degree is wide and stable circuit operation can be realized.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1信号処理回路は、上記フォーカス信号を含む第1信号を出力し、
上記第2信号処理回路は、上記デフォーカス信号を含む第2信号を出力し、
上記信号処理部は、
上記第1信号と第2信号をデジタル信号化するA/D変換部を有し、
上記第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号と、上記A/D変換部でデジタル信号化された第1および第2信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算するデジタル信号処理回路を有する。
In one embodiment, the first signal processing circuit outputs a first signal including the focus signal,
The second signal processing circuit outputs a second signal including the defocus signal,
The signal processor is
An A / D converter for converting the first signal and the second signal into a digital signal;
A first amplification signal representing the amplification degree of the first amplifier; a second amplification signal representing the amplification degree of the second amplifier; and the first and second signals converted into digital signals by the A / D converter. Digital signal processing circuit for calculating the ratio of the focus signal and the defocus signal, the difference between the focus signal and the defocus signal, or the ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal Have

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比や差を計算する手段として、第1、第2の各信号処理回路から出力された第1、第2の信号をA/D変換部でA/D変換してデジタル信号処理回路でデジタル処理することにより、簡便に所望の計算を行うことができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the signal processing unit serves as a means for calculating a ratio or difference between the focus signal and the defocus signal, and outputs the first and second signal processing circuits from the first and second signal processing circuits. By performing A / D conversion on the second signal by the A / D converter and digital processing by the digital signal processing circuit, desired calculation can be easily performed.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、
上記デジタル信号化された第1信号および第2信号を蓄積するメモリを有し、
上記メモリは、上記第1信号と第2信号のそれぞれについて、少なくとも上記焦点位置の変動における半周期分の波形データを格納できる記憶容量を有する。
In the optical object identification device of one embodiment, the digital signal processing circuit is
A memory for storing the first and second digital signals,
The memory has a storage capacity capable of storing waveform data corresponding to at least a half cycle in the variation of the focal position for each of the first signal and the second signal.

この実施形態の光学式物体識別装置では、デジタル信号化された第1、第2の各信号の波形データを少なくとも半周期分以上蓄積できるメモリを有することにより、目的とする時刻の信号をメモリから取り出して確実に用いることができる。   The optical object identification device of this embodiment has a memory capable of storing at least half a period or more of the waveform data of each of the first and second signals converted into digital signals, so that a signal at a target time can be stored from the memory. It can be taken out and used reliably.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、
上記デジタル信号化された第1信号および第2信号を蓄積するメモリを有し、
上記メモリは、上記第1信号と第2信号のそれぞれについて、上記焦点位置の変動における1周期分の波形データを保存する。
In the optical object identification device of one embodiment, the digital signal processing circuit is
A memory for storing the first and second digital signals,
The memory stores, for each of the first signal and the second signal, waveform data for one period in the variation of the focal position.

この実施形態の光学式物体識別装置では、デジタル信号化された第1、第2の各信号の波形データを1周期分蓄積することにより、さらに効率良く目的とする時刻の信号を用いることができる。   In the optical object identification device according to this embodiment, the waveform data of each of the first and second signals converted into digital signals is accumulated for one period, so that a signal at a target time can be used more efficiently. .

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1信号処理回路は、
上記フォーカス信号のピーク値を上記ピークホールド回路がホールドする時刻を基準時刻として検出するピーク位置検出部を有し、
上記第2信号処理回路は、
上記ピーク位置検出部が検出した上記基準時刻と上記半導体発光素子に印加する変調信号とに基づいて、上記デフォーカス信号を上記サンプルホールド回路部がサンプルホールドするタイミングを決定するタイミング検出部を有し、
上記A/D変換部は、
上記第1信号処理回路が有する上記ピーク位置検出部が上記基準時刻を検出したことをトリガ信号としてA/D変換を開始し、
上記デジタル信号処理回路がA/D変換したデジタルデータを保存するメモリを備えた。
In the optical object identification device of one embodiment, the first signal processing circuit is
A peak position detector that detects a peak time of the focus signal by the peak hold circuit as a reference time;
The second signal processing circuit includes:
A timing detection unit for determining a timing at which the sample hold circuit unit samples and holds the defocus signal based on the reference time detected by the peak position detection unit and a modulation signal applied to the semiconductor light emitting element; ,
The A / D converter is
A / D conversion is started with a trigger signal that the peak position detection unit of the first signal processing circuit detects the reference time,
The digital signal processing circuit includes a memory for storing digital data that is A / D converted.

この実施形態の光学式物体識別装置では、第1信号処理回路のピーク位置検出部が検出したフォーカス信号のピーク位置に対する基準時刻をトリガ信号として上記A/D変換部によるA/D変換を開始する。そして、上記A/D変換した各信号波形をメモリに蓄積することにより、所望のデータの計算を行う手段を簡便に構成できる。   In the optical object identification device of this embodiment, A / D conversion by the A / D conversion unit is started with a reference time for the peak position of the focus signal detected by the peak position detection unit of the first signal processing circuit as a trigger signal. . Then, by storing each A / D converted signal waveform in a memory, a means for calculating desired data can be simply configured.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記第1信号処理回路が有する上記ピーク位置検出部が検出した上記基準時刻から上記メモリにデジタルデータを蓄積する過程において、
上記基準時刻から上記第2信号処理回路が有する上記タイミング検出部が決定したタイミングで上記サンプルホールド回路部がサンプルホールドを開始する時刻までの間に、上記ピーク位置検出部が新たな基準時刻を検出したときに、この新たな基準時刻までに上記メモリに格納されたデジタルデータをすべてクリアし、
上記A/D変換部は、上記ピーク位置検出部が上記新たな基準時刻を検出したことをトリガ信号として、第1および第2信号のA/D変換を開始し、上記メモリにデジタルデータを保存する。
In one embodiment of the optical object identification device, in the process of storing digital data in the memory from the reference time detected by the peak position detection unit included in the first signal processing circuit,
The peak position detection unit detects a new reference time between the reference time and the time when the sample hold circuit unit starts sample hold at the timing determined by the timing detection unit of the second signal processing circuit. Clear all the digital data stored in the memory by this new reference time,
The A / D conversion unit starts A / D conversion of the first and second signals using the detection of the new reference time by the peak position detection unit as a trigger signal, and stores the digital data in the memory To do.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記構成の第1、第2の信号処理回路により、被測定物の表面の凹凸が大きく、第1信号処理回路でピーク位置が検出されてから第2信号処理回路で所望のサンプルホールドを開始する時刻までに、再度、第1信号処理回路でピーク位置が検出された場合でも、その新たなピーク位置検出の時刻から再度メモリに信号波形のデジタルデータを蓄積し始める。これにより、誤った波形を用いて計算を行うことがなく、被測定物の識別の精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the first and second signal processing circuits having the above-described configuration have a large unevenness on the surface of the object to be measured, and the second position after the peak position is detected by the first signal processing circuit. Even if the peak position is detected again by the first signal processing circuit by the time when the desired sample hold is started by the signal processing circuit, the digital data of the signal waveform is again stored in the memory from the time of the new peak position detection. Start accumulating. Thereby, it is possible to improve the accuracy of identification of an object to be measured without performing calculation using an incorrect waveform.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、
上記ピーク位置検出部が検出した基準時刻に基づいて、上記メモリに保存されたデジタルデータの中から、上記第1信号に含まれる上記基準時刻におけるフォーカス信号を取り出し、かつ、上記第2信号に含まれる所定の時刻におけるデフォーカス信号を取り出し、
上記第1信号処理回路の第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2信号処理回路の第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算する。
In the optical object identification device of one embodiment, the digital signal processing circuit is
Based on the reference time detected by the peak position detector, the focus signal at the reference time included in the first signal is extracted from the digital data stored in the memory and included in the second signal. Take out the defocus signal at a predetermined time,
The focus signal is based on a first amplification signal representing the amplification of the first amplifier of the first signal processing circuit and a second amplification signal representing the amplification of the second amplifier of the second signal processing circuit. And a defocus signal ratio, or a difference between the focus signal and the defocus signal, or a ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、メモリに蓄積された信号波形のデジタルデータの中から上記第1信号による基準時刻のフォーカス信号と、第2信号による所定時刻のデフォーカス信号を取り出して計算する。この信号処理に際し、デジタル信号処理回路は、第1信号処理回路部と第2信号処理回路部の第1信号と第2の信号によるそれぞれ基準時刻と所定の時刻を表す所望のタイミング信号と第1、第2増幅度信号を用いる。これにより、信号処理が簡便化し迅速に計算を行うことができる。   In the optical object identification device of this embodiment, the digital signal processing circuit is configured to select a focus signal at a reference time based on the first signal and a predetermined time based on the second signal from digital data having a signal waveform stored in a memory. Defocus signal is extracted and calculated. In this signal processing, the digital signal processing circuit includes a first signal processing circuit unit, a first signal of the second signal processing circuit unit, a desired timing signal representing a predetermined time, and a first timing signal based on the second signal. The second amplification signal is used. This simplifies signal processing and enables quick calculation.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の上記デジタル信号化された第1信号に基づいて、上記第1信号のピーク位置を検出するデジタル信号演算部を有し、
上記デジタル信号演算部が検出したピーク位置の時刻データを基準時刻とし、この基準時刻におけるフォーカス信号を取り出し、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の上記デジタル信号化された第2信号から、上記基準時刻及び上記変調信号に基づくタイミング検出部で決まる所定の時刻におけるデフォーカス信号を取り出し、
上記第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号との比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号との差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号との差とフォーカス信号との比を計算することを特徴としている。
In the optical object identification device of one embodiment, the digital signal processing circuit is
A digital signal calculation unit for detecting a peak position of the first signal based on the first signal converted into the digital signal in the digital data stored in the memory;
The time data of the peak position detected by the digital signal calculation unit is set as the reference time, and the focus signal at this reference time is taken out,
A defocus signal at a predetermined time determined by a timing detection unit based on the reference time and the modulation signal is extracted from the second digital signal converted from the digital data stored in the memory,
The ratio of the focus signal to the defocus signal or the focus signal based on the first amplification signal representing the amplification degree of the first amplifier and the second amplification signal representing the amplification degree of the second amplifier. And a ratio between the focus signal and the difference between the focus signal and the defocus signal.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、上記デジタル信号演算部を有し、メモリに蓄積された信号波形を表すデジタルデータを用いて、第1信号のピーク位置の時刻データ(基準時刻)や第2信号の所望の時刻のデフォーカス信号をデジタル信号処理する。これにより、第1信号処理回路や第2信号処理回路のタイミング計測用の回路が不要となり、回路構成を簡便化できる。   In the optical object identification device according to this embodiment, the digital signal processing circuit includes the digital signal calculation unit, and the digital signal representing the signal waveform stored in the memory is used to determine the time of the peak position of the first signal. Digital signal processing is performed on the defocus signal at the desired time of the data (reference time) and the second signal. Thereby, a circuit for timing measurement of the first signal processing circuit and the second signal processing circuit is not necessary, and the circuit configuration can be simplified.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、
上記メモリに保存されたデジタルデータの中から上記フォーカス信号および上記デフォーカス信号を取り出す過程において、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の、上記基準時刻の前と後の複数時刻、または上記基準時刻の前の複数時刻、または上記基準時刻の後の複数時刻における複数のフォーカス信号の平均値をフォーカス信号として取り出し、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の、上記基準時刻及び上記変調信号に基づくタイミング検出部で決まる所定の時刻の前と後の複数時刻、または上記基準時刻の前の複数時刻、または上記基準時刻の後の複数時刻における複数のデフォーカス信号の平均値をデフォーカス信号として取り出し、
上記第1信号処理回路の第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2信号処理回路の第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算する。
In the optical object identification device of one embodiment, the digital signal processing circuit is
In the process of extracting the focus signal and the defocus signal from the digital data stored in the memory,
Average value of a plurality of focus signals at a plurality of times before and after the reference time, a plurality of times before the reference time, or a plurality of times after the reference time in the digital data stored in the memory As a focus signal,
Among the digital data stored in the memory, a plurality of times before and after a predetermined time determined by the timing detection unit based on the reference time and the modulation signal, or a plurality of times before the reference time, or the reference The average value of a plurality of defocus signals at a plurality of times after the time is taken out as a defocus signal,
The focus signal is based on a first amplification signal representing the amplification of the first amplifier of the first signal processing circuit and a second amplification signal representing the amplification of the second amplifier of the second signal processing circuit. And a defocus signal ratio, or a difference between the focus signal and the defocus signal, or a ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal.

この実施形態の光学式物体識別装置では、メモリに蓄積された信号波形を表すデジタルデータから所望の時刻でのフォーカス信号およびデフォーカス信号を取り出す際、所望の時刻付近の複数のフォーカス信号およびデフォーカス信号の信号強度の平均値を用いる。これにより、ノイズによる誤差を低減することができる。   In the optical object identification device of this embodiment, when a focus signal and a defocus signal at a desired time are extracted from digital data representing a signal waveform stored in a memory, a plurality of focus signals and defocuses near the desired time are extracted. The average value of the signal strength of the signal is used. Thereby, an error due to noise can be reduced.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記デジタル信号処理回路は、
上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算して、上記被測定物を識別する過程において、
上記計算を複数回行い、この複数回の計算結果の平均を計算して上記被測定物を識別することを特徴としている。
In the optical object identification device of one embodiment, the digital signal processing circuit is
The object to be measured is identified by calculating a ratio between the focus signal and the defocus signal, a difference between the focus signal and the defocus signal, or a ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal. In the process
The calculation is performed a plurality of times, and the measurement object is identified by calculating an average of the calculation results of the plurality of times.

この実施形態の光学式物体識別装置では、フォーカス信号とデフォーカス信号を用いた複数回の計算結果を平均して被測定物の識別を行うことにより、被測定物の識別精度を向上させることができる。   In the optical object identification device of this embodiment, it is possible to improve the identification accuracy of the measurement object by identifying the measurement object by averaging a plurality of calculation results using the focus signal and the defocus signal. it can.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記被測定物との間の距離が所定値より大きいときは、上記半導体発光素子の発光をオフまたは低下させる。   In one embodiment, when the distance to the object to be measured is larger than a predetermined value, the light emission of the semiconductor light emitting element is turned off or reduced.

この実施形態の光学式物体識別装置では、被測定物との距離が所定値以上になったときに半導体発光素子の出力をオフまたは低下させることにより、測定不要時の待機電力を低減でき、さらに出射した光が人体等に危害を加えることを防止できる。   In the optical object identification device of this embodiment, when the distance to the object to be measured exceeds a predetermined value, the output of the semiconductor light emitting element is turned off or reduced, thereby reducing standby power when measurement is not required. The emitted light can be prevented from harming the human body or the like.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記半導体発光素子の発光状態はレーザ製品の安全基準のクラス1を満足する。   In the optical object identification device according to one embodiment, the light emitting state of the semiconductor light emitting element satisfies the safety standard class 1 of the laser product.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記装置からのレーザ光が万一人間の目に直接入射したとしても人体に危害を与えることはない。   In the optical object identification device of this embodiment, even if the laser beam from the device is directly incident on the eyes of one person, there is no harm to the human body.

また、一実施形態の光学式物体識別装置では、筐体の一部に形成された光学窓を有し、上記第1集光レンズと上記光学窓との間の距離は、上記第1集光レンズの焦点距離よりも短い。   In one embodiment, the optical object identification device has an optical window formed in a part of a housing, and the distance between the first condenser lens and the optical window is the first condenser. It is shorter than the focal length of the lens.

この実施形態の光学式物体識別装置では、上記構成とすることにより、第1光束が出射する光学窓に埃など光を散乱させる物体が付着した場合でも、付着物からの反射光は第1集光レンズの焦点距離外にあるので、受光部にはほとんど入射しない。したがって、被測定物の識別時の誤作動を防ぐことができる。   In the optical object identification device of this embodiment, with the above configuration, even when an object that scatters light, such as dust, adheres to the optical window from which the first light flux exits, the reflected light from the attached matter is collected in the first collection. Since it is outside the focal length of the optical lens, it hardly enters the light receiving portion. Accordingly, it is possible to prevent malfunction during identification of the object to be measured.

また、一実施形態の掃除機では、上記光学式物体識別装置を掃除機のヘッド部に搭載した。この掃除機によれば、被測定物となる床面の識別を自動的に行うことができて好適である。   Moreover, in the cleaner of one Embodiment, the said optical object identification device was mounted in the head part of the cleaner. This vacuum cleaner is suitable because it can automatically identify the floor surface to be measured.

また、一実施形態の自走式掃除機では、上記光学式物体識別装置を搭載したことで、自走しつつ床面の種類を自動的に検出することが可能となり最も好適である。   Moreover, in the self-propelled cleaner of one embodiment, it is most preferable that the optical object identification device is installed, so that the type of the floor surface can be automatically detected while self-propelled.

この発明の光学式物体識別装置によれば、被測定物に光を照射し、その反射光の偏光解消特性を評価することにより、表面粗度に対応した受光信号の変化が得られるので、被測定物の種類を識別することができる。   According to the optical object identification device of the present invention, a change in the received light signal corresponding to the surface roughness can be obtained by irradiating the object to be measured and evaluating the depolarization characteristics of the reflected light. The type of the measurement object can be identified.

また、この発明の光学式物体識別装置を掃除機や自走式掃除機に搭載することにより、床面の種類を自動的に判別し掃除機の運転状況を最適化させる機能を持たせることが可能となる。   In addition, by mounting the optical object identification device of the present invention on a vacuum cleaner or a self-propelled cleaner, it is possible to have a function of automatically determining the type of floor and optimizing the operation status of the cleaner. It becomes possible.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
図1は、この発明の第1の実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。図1では光線の軌跡や主要な光学部品を図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。ここで、光源である半導体発光素子としては発光ダイオード(LED(Light Emitting Diode))や半導体レーザ(LD(Laser Diode))などがあり、被測定物9上での光密度が所望の値以上を示せばどちらでもよい。ただし、LEDよりLDの方がコリメート性が高く、ビーム径をより小さく集光することができ、単位面積あたりの光量を高めることができるので、LDの方が好適である。以上より、この発明の実施形態では、半導体発光素子の一例としてLDを示し、以下の実施の形態では、半導体発光素子の一例としてLDを採用した。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical object identification device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the locus of light rays and main optical components are illustrated, and illustrations of components that hold the optical components are omitted. Here, as a semiconductor light emitting element as a light source, there are a light emitting diode (LED (Light Emitting Diode)), a semiconductor laser (LD (Laser Diode)), etc., and the light density on the object to be measured 9 exceeds a desired value. Either is acceptable. However, the LD is more preferable than the LED because the LD has higher collimating properties, the beam diameter can be reduced, and the amount of light per unit area can be increased. As described above, in the embodiment of the present invention, the LD is shown as an example of the semiconductor light emitting element, and in the following embodiments, the LD is adopted as an example of the semiconductor light emitting element.

この第1の実施形態の光学式物体識別装置は、半導体レーザ1と、コリメータレンズ2と、円形開口を有する絞り3と、無偏光ビームスプリッタ4と、第1集光レンズ8とを備える。上記半導体レーザ1、コリメータレンズ2、絞り3、光分岐素子としての無偏光ビームスプリッタ4、第1集光手段としての第1集光レンズ8が投光部をなす。   The optical object identification device according to the first embodiment includes a semiconductor laser 1, a collimator lens 2, a diaphragm 3 having a circular aperture, a non-polarizing beam splitter 4, and a first condenser lens 8. The semiconductor laser 1, the collimator lens 2, the stop 3, the non-polarizing beam splitter 4 as the light branching element, and the first condensing lens 8 as the first condensing means form a light projecting unit.

また、この第1実施形態は、第2集光レンズ10と、ピンホール部11と、偏光状態選択部をなす直線偏光子13aと、フォトダイオード等の受光素子で構成された受光部12と、信号処理部としての信号処理回路14とを備える。   The first embodiment also includes a second condenser lens 10, a pinhole unit 11, a linear polarizer 13a forming a polarization state selection unit, a light receiving unit 12 including a light receiving element such as a photodiode, And a signal processing circuit 14 as a signal processing unit.

半導体レーザ1より出射した光は、コリメータレンズ(CL)2により平行光束に変換され、円形開口の絞り3によりビーム中心付近の光強度がほぼ一様となる部分のみが絞り3を通過して、ビーム断面形状が円形に変形される。その後、無偏光ビームスプリッタ4を通過する第1光束5と、無偏光ビームスプリッタ4で反射し被測定物9の表面と略平行に進行する第2光束6とに分割される。   The light emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel light beam by the collimator lens (CL) 2, and only the portion where the light intensity near the center of the beam is substantially uniform passes through the stop 3 by the stop 3 of the circular aperture. The beam cross-sectional shape is deformed into a circle. Thereafter, the light beam is split into a first light beam 5 that passes through the non-polarizing beam splitter 4 and a second light beam 6 that is reflected by the non-polarizing beam splitter 4 and travels substantially parallel to the surface of the object 9 to be measured.

ここで、無偏光ビームスプリッタ4で反射した第2光束6は光学系から外れる。この第2光束6は、例えば、光学系を囲う筐体側壁(図示せず)などで反射し、ノイズ光として受光部12で検出されてしまうことがある。このノイズ光を除去するために、第2光束6の光軸上に第2光束6の偏光方向と直交するように、迷光防止手段としての直線偏光子13bを設置してある。これにより直線偏光子13bを第2光束6は通過できないため、筐体側壁に照射されることはなく、ノイズ光源となることはない。   Here, the second light beam 6 reflected by the non-polarizing beam splitter 4 deviates from the optical system. The second light beam 6 may be reflected by, for example, a housing side wall (not shown) surrounding the optical system and detected by the light receiving unit 12 as noise light. In order to remove the noise light, a linear polarizer 13b as stray light preventing means is installed on the optical axis of the second light beam 6 so as to be orthogonal to the polarization direction of the second light beam 6. Thereby, since the 2nd light beam 6 cannot pass through the linear polarizer 13b, it does not irradiate to a housing | casing side wall and does not become a noise light source.

無偏光ビームスプリッタ4を通過した第1光束5は、第1集光レンズ8の中心に入射し、第1集光レンズ8により被測定物9上に集光される。ここで、被測定物9は第1集光レンズ8のほぼ焦点距離に配置される。被測定物9で反射した第1光束5は全方位に拡散する。ここで、第1集光レンズ8と被測定物9との間の距離が第1集光レンズ8のほぼ焦点距離であるので、被測定物9で反射した光のうち、第1集光レンズ8を通過した光は、図1に示すように、第1集光レンズ8のレンズ径を有する平行反射光束7を形成する。一方、被測定物9で反射した光のうち、第1集光レンズ8を通過しない光は拡散し以後信号に寄与しない。   The first light beam 5 that has passed through the non-polarizing beam splitter 4 is incident on the center of the first condenser lens 8 and is condensed on the object 9 to be measured by the first condenser lens 8. Here, the object to be measured 9 is disposed at substantially the focal length of the first condenser lens 8. The first light beam 5 reflected by the object to be measured 9 is diffused in all directions. Here, since the distance between the first condenser lens 8 and the object 9 to be measured is substantially the focal length of the first condenser lens 8, the first condenser lens out of the light reflected by the object 9 to be measured. The light passing through 8 forms a parallel reflected light beam 7 having the lens diameter of the first condenser lens 8 as shown in FIG. On the other hand, of the light reflected by the object 9 to be measured, the light that does not pass through the first condenser lens 8 is diffused and does not contribute to the signal thereafter.

また、図1に示す光学式物体識別装置では、上記第1集光レンズ8を通過しない反射光は受光部12に入射しないような遮光手段(図示せず)が設けられている。以上の遮光手段は以後の実施の形態においても同様に設けられているが、説明は省略する。   Further, in the optical object identification device shown in FIG. 1, a light shielding means (not shown) is provided so that the reflected light that does not pass through the first condenser lens 8 does not enter the light receiving unit 12. The light shielding means described above is provided similarly in the following embodiments, but the description thereof is omitted.

反射光束7は第1集光レンズ8で平行光束となった後、無偏光ビームスプリッタ4に再び入射して無偏光ビームスプリッタ4を通過する光束と無偏光ビームスプリッタ4で反射する光束に分割される。ただし、図1では無偏光ビームスプリッタ4を通過する光束は省略している。無偏光ビームスプリッタ4で反射した光束は第2集光レンズ10で集光され、この第2集光レンズ10の焦点距離に配置されたピンホール11を通過した光束は、偏光状態選択部としての直線偏光子13aを経由して受光素子12で検出される。   The reflected light beam 7 is converted into a parallel light beam by the first condenser lens 8, and then split into a light beam that again enters the non-polarizing beam splitter 4 and passes through the non-polarizing beam splitter 4 and a light beam that is reflected by the non-polarizing beam splitter 4. The However, in FIG. 1, the light beam passing through the non-polarizing beam splitter 4 is omitted. The light beam reflected by the non-polarizing beam splitter 4 is condensed by the second condenser lens 10, and the light beam that has passed through the pinhole 11 disposed at the focal length of the second condenser lens 10 is used as a polarization state selection unit. It is detected by the light receiving element 12 via the linear polarizer 13a.

ピンホール部11は第2集光レンズ10の焦点位置に配置されているので、被測定物9が第1集光レンズ8の焦点位置以外にあるときは、第2集光レンズ10で集光された反射光束7はピンホール部11面上でデフォーカス状態となり、ピンホール部11のピンホール11aを通過する光量が大幅に減少する。   Since the pinhole portion 11 is disposed at the focal position of the second condenser lens 10, it is condensed by the second condenser lens 10 when the object 9 to be measured is located outside the focal position of the first condenser lens 8. The reflected reflected light beam 7 is defocused on the surface of the pinhole portion 11, and the amount of light passing through the pinhole 11a of the pinhole portion 11 is greatly reduced.

このように配置することにより、第1集光レンズ8の焦点距離に配置された被測定物9について、受光部12への光信号の信号強度を大きくすることができ、被測定物9上でのビーム径も小さくできる。これにより、反射光束7の光量が大きくなり、被測定物9を高精度に識別することが可能となる。   By arranging in this way, the signal intensity of the optical signal to the light receiving unit 12 can be increased with respect to the measurement object 9 arranged at the focal length of the first condenser lens 8. The beam diameter can be reduced. Thereby, the light quantity of the reflected light beam 7 becomes large, and it becomes possible to identify the measurement object 9 with high accuracy.

受光部12では、入射した光信号を電気信号に変換した後、この電気信号を後段の信号処理回路14に送る。   The light receiving unit 12 converts the incident optical signal into an electrical signal, and then sends the electrical signal to the signal processing circuit 14 at the subsequent stage.

ところで、被測定物9に照射された第1光束5は、被測定物9の表面で反射し散乱する。一般に、光が反射する際、反射表面の形状によって反射光の偏光状態は変化する。たとえば、光学ミラーの表面のように、入射光の波長より十分に小さい面精度をもつ表面での反射では、入射光の偏光状態は保持されるが、入射光の波長に対して反射表面の凹凸のレベル差が大きいときは反射光が多重散乱を起こすので、偏光解消特性を示す。   By the way, the first light beam 5 irradiated on the measurement object 9 is reflected and scattered by the surface of the measurement object 9. Generally, when light is reflected, the polarization state of the reflected light changes depending on the shape of the reflecting surface. For example, in the case of reflection on a surface having surface accuracy sufficiently smaller than the wavelength of the incident light, such as the surface of an optical mirror, the polarization state of the incident light is maintained, but the unevenness of the reflecting surface with respect to the wavelength of the incident light is maintained. When the level difference is large, the reflected light causes multiple scattering, and thus exhibits depolarization characteristics.

言い換えれば、反射光の偏光情報を測定することによって、被測定物9の表面の凹凸状態を知ることができる。この実施の形態では、図1に示すように、受光部12の直前に、偏光状態選択部としての直線偏光子13aが設置されており、受光部12は特定の方向に振動する偏光成分のみを検出するようになっている。   In other words, by measuring the polarization information of the reflected light, the uneven state of the surface of the object to be measured 9 can be known. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a linear polarizer 13a as a polarization state selection unit is installed immediately before the light receiving unit 12, and the light receiving unit 12 receives only a polarized component that vibrates in a specific direction. It comes to detect.

いま、図1において、LD(半導体レーザ)1から出射する光の直線偏光が紙面に垂直な方向であるとすると、直線偏光子13aも紙面に垂直な偏光方向の光を通過させるように配置されている。このように配置することにより、受光部12で反射光束7のうちの上記偏光方向の成分の光強度を測定し、その光強度のレベルを信号処理回路14で検出する。   Now, in FIG. 1, assuming that the linearly polarized light of light emitted from an LD (semiconductor laser) 1 is in a direction perpendicular to the paper surface, the linear polarizer 13a is also arranged to pass light having a polarization direction perpendicular to the paper surface. ing. With this arrangement, the light receiving unit 12 measures the light intensity of the component in the polarization direction of the reflected light beam 7, and the signal processing circuit 14 detects the light intensity level.

ここで、被測定物9の表面の凹凸の程度に応じて、上記反射光束7の偏光の解消度が依存することから、上記信号処理回路14で上記偏光方向の成分の光強度を測定することによって、被測定物9の種類(材質)を判別することができる。特に、既知の複数の異なる材質(表面形状)の被測定物の中から、被測定物9の種類(材質)を識別する場合に、信号処理回路14が有するメモリMに、予め既知の複数の異なる材質の被測定物による偏光解消度の情報を入力し、この既知の情報と測定結果と比較することによって、より効果的に測定対象の被測定物9の種類(表面形状)を判別できる。   Here, since the degree of depolarization of the reflected light beam 7 depends on the degree of unevenness of the surface of the object 9 to be measured, the signal processing circuit 14 measures the light intensity of the component in the polarization direction. Thus, the type (material) of the DUT 9 can be determined. In particular, when identifying the type (material) of the object 9 to be measured from among a plurality of objects having different known materials (surface shapes), the memory M included in the signal processing circuit 14 stores a plurality of known objects in advance. By inputting information on the degree of depolarization by the object to be measured of a different material and comparing this known information with the measurement result, the type (surface shape) of the object 9 to be measured can be more effectively discriminated.

また、第1光束5は、被測定物9にほぼ垂直に入射しており、S波として入射している。ここで、S波について簡単に説明すると、入射光とその正反射光の光軸を含む入射面に対して、入射光の振動方向が垂直であるときに、この入射光はS波となる。一方、上記入射面に対して、入射光の振動方向が平行であるときに、この入射光はP波となる。P波は反射面に対して光の振動方向が垂直になる成分が存在し、この垂直な振動方向は、受光素子12の直前に配置した直線偏光子13aが通過させる光の振動方向とは垂直の関係になる。このため、上記P波が含む上記振動方向が垂直の成分は、反射による偏光の解消度に対してノイズ成分となる。したがって、第1光束5は被測定物9の表面に対して垂直に入射するようにし、S波として入射させるのが好ましい。   The first light beam 5 is incident on the device under test 9 almost perpendicularly and is incident as an S wave. Here, the S wave will be briefly described. When the vibration direction of the incident light is perpendicular to the incident surface including the optical axis of the incident light and its regular reflection light, the incident light becomes an S wave. On the other hand, when the vibration direction of the incident light is parallel to the incident surface, the incident light becomes a P wave. The P wave has a component in which the vibration direction of light is perpendicular to the reflection surface, and this vertical vibration direction is perpendicular to the vibration direction of light that passes through the linear polarizer 13a disposed immediately before the light receiving element 12. It becomes a relationship. For this reason, the component with the perpendicular vibration direction included in the P wave becomes a noise component with respect to the degree of depolarization due to reflection. Therefore, it is preferable that the first light beam 5 is incident on the surface of the DUT 9 perpendicularly and is incident as an S wave.

被測定物9は、第1集光レンズ8の焦点位置に配置されているため、被測定物9で反射、拡散した光は第1集光レンズ8により平行光束となる。また、ピンホール部11は第2集光レンズ10の焦点位置に配置されているため、反射光束7はピンホール部11面上で最も集光される。一般に、理想的に反射光を平行光束であるとしたとき、最も集光された面でのビーム径(ビームウエスト)は使用するレンズにもよるが、数μmから数十μm程度の大きさになる。ピンホール11aの径は上記ビームウエストよりいくらか大きくなっている。   Since the object to be measured 9 is disposed at the focal position of the first condenser lens 8, the light reflected and diffused by the object to be measured 9 becomes a parallel light flux by the first condenser lens 8. Further, since the pinhole portion 11 is disposed at the focal position of the second condenser lens 10, the reflected light beam 7 is most condensed on the surface of the pinhole portion 11. In general, when the reflected light is ideally a parallel light beam, the beam diameter (beam waist) at the most condensed surface depends on the lens used, but it is about several μm to several tens of μm. Become. The diameter of the pinhole 11a is somewhat larger than the beam waist.

このような配置にすることにより、被測定物9が第1集光レンズ8の焦点距離から外れたとき、反射光束は平行光束とはならず、ピンホール部11の表面上で反射光束はデフォーカス状態となり、ほとんどピンホール部11を通過しない。このため、識別に必要な信号として、S/Nの大きい焦点付近に被測定物9があるときの信号を抽出して識別を行うことにより、誤検知を防ぎ、識別精度を向上させることができる。この実施形態の冒頭で説明したように、半導体発光素子としては、上記のようにS/Nを向上させるためにも、被測定物9上でより集光して光密度を上げることができる半導体レーザ(LD)が好適である。   With this arrangement, when the DUT 9 deviates from the focal length of the first condenser lens 8, the reflected light beam does not become a parallel light beam, and the reflected light beam is degenerated on the surface of the pinhole portion 11. The focus state is reached and hardly passes through the pinhole portion 11. For this reason, it is possible to prevent erroneous detection and improve the identification accuracy by extracting and identifying the signal when the object 9 is near the focus having a large S / N as the signal necessary for the identification. . As described at the beginning of this embodiment, as a semiconductor light emitting device, a semiconductor capable of increasing the light density by focusing light on the device under test 9 in order to improve the S / N as described above. A laser (LD) is preferred.

一方、受光部12としては、光信号を電気信号に変換するものであれば、この発明の機能を満足することができるが、特に、フォトダイオードを用いることにより、装置構成を小型化することに適しており、またそのコストを低減することも可能であり、非常に好適である。さらに、フォトダイオードと後段の信号処理回路14とを同一の半導体基板上に作製した場合には、フォトダイオードと信号処理回路14との間を結線するワイヤー等にのってくるノイズを大幅に低減できる。さらに、フォトダイオードと信号処理回路14とを同一基板上に作り込んだ場合には、チップ面積を縮小でき、コスト低減が可能となる。   On the other hand, the light receiving unit 12 can satisfy the functions of the present invention as long as it can convert an optical signal into an electrical signal. In particular, by using a photodiode, the device configuration can be reduced in size. It is suitable, and the cost can be reduced, which is very suitable. Furthermore, when the photodiode and the signal processing circuit 14 in the subsequent stage are manufactured on the same semiconductor substrate, noise on the wire connecting the photodiode and the signal processing circuit 14 is greatly reduced. it can. Further, when the photodiode and the signal processing circuit 14 are formed on the same substrate, the chip area can be reduced and the cost can be reduced.

また、受光部を、複数のフォトダイオードが整列した構造とすることも可能である。例えば、分割型のフォトダイオードを1列に複数個並べた構造やCCD、CMOSイメージャなどの撮像素子を用いることも可能である。   In addition, the light receiving portion may have a structure in which a plurality of photodiodes are aligned. For example, it is also possible to use a structure in which a plurality of divided photodiodes are arranged in a row, or an image sensor such as a CCD or a CMOS imager.

1つのフォトダイオードで受光部を構成した場合には、この1つのフォトダイオードから得られる情報は光強度のみであるが、上述のように複数のフォトダイオードを備えた構造の受光部を用いた場合、複数のフォトダイオードの出力信号によって光強度の分布を測定することができる。これにより、強度のみの測定に比べて、測定対象である被測定物9をより精密に識別することが可能となる。   In the case where the light receiving part is constituted by one photodiode, the information obtained from the one photodiode is only the light intensity, but when the light receiving part having a structure including a plurality of photodiodes is used as described above. The light intensity distribution can be measured by the output signals of a plurality of photodiodes. As a result, it is possible to more accurately identify the object 9 to be measured, which is a measurement object, as compared with the measurement of intensity alone.

図2は、上述のごとく複数のフォトダイオードを備えた受光部12とした場合に、各位置のフォトダイオードが検出した光強度を、上記各位置の光強度のうちの最大値で規格化した値(規格化値)の分布を示す。   FIG. 2 shows a value obtained by normalizing the light intensity detected by the photodiode at each position with the maximum value of the light intensity at each position when the light receiving unit 12 includes a plurality of photodiodes as described above. The distribution of (normalized value) is shown.

被測定物9の表面が平滑である場合は、反射光束7は偏光解消度が低いので、偏光状態選択部としての直線偏光子13aを通過する光は光軸中心近傍が強くなる。したがって、図2に波形(3)で示すように、光軸を中心としたシャープな光強度分布となる。   When the surface of the object to be measured 9 is smooth, the reflected light beam 7 has a low degree of depolarization, so that the light passing through the linear polarizer 13a as the polarization state selection unit becomes strong near the center of the optical axis. Therefore, as shown by the waveform (3) in FIG. 2, the light intensity distribution is sharp with the optical axis as the center.

一方、被測定物9の表面の凹凸が大きく、反射光束7が多重散乱を起こす度合いが大きい場合においては、図2に波形(1)で示すように、光強度分布の形状はその最大値が低く、かつ、ブロードな光強度分布となる。また、図2に示す波形(2)は、被測定物9の表面の凹凸が、図2の波形(1)の場合よりも凹凸が小さいと共に図2の波形(3)の場合よりも凹凸が大きい場合の光強度分布の形状を示している。   On the other hand, when the unevenness of the surface of the object to be measured 9 is large and the reflected light beam 7 has a large degree of multiple scattering, the maximum value of the shape of the light intensity distribution is as shown by the waveform (1) in FIG. The light intensity distribution is low and broad. Further, the waveform (2) shown in FIG. 2 shows that the unevenness of the surface of the object 9 is smaller than that of the waveform (1) of FIG. 2 and more uneven than the waveform (3) of FIG. The shape of the light intensity distribution when it is large is shown.

なお、上述した受光部を複数の受光素子からなる受光素子群で構成したことによる効果は、以後の実施の形態でも当てはまるが、以後の実施形態では説明を省略する。   In addition, although the effect by having comprised the light-receiving part mentioned above by the light receiving element group which consists of a some light receiving element is applicable also in subsequent embodiment, description is abbreviate | omitted in subsequent embodiment.

次に、図3(A)に、上記第1の実施形態の変形例の光学式物体識別装置の概略構成を示す。この変形例では、図3(A)に示すように、構成部品はすべて図1に示す第1実施形態と同じであり、第1集光レンズ8への第1光束5の入射位置が第1実施形態と異なっている。   Next, FIG. 3A shows a schematic configuration of an optical object identification device according to a modification of the first embodiment. In this modification, as shown in FIG. 3A, all the components are the same as those in the first embodiment shown in FIG. 1, and the incident position of the first light beam 5 on the first condenser lens 8 is the first. It is different from the embodiment.

また、この変形例では、第1光束5がS波として被測定物9に入射するので、半導体レーザ1の出射光の偏光方向は紙面に垂直方向であり、これに合わせて直線偏光子13aが通過させる光の偏光方向も紙面に垂直方向に設定されている。   In this modified example, since the first light beam 5 is incident on the DUT 9 as an S wave, the polarization direction of the emitted light from the semiconductor laser 1 is perpendicular to the paper surface. In accordance with this, the linear polarizer 13a is The polarization direction of the light to be transmitted is also set in the direction perpendicular to the paper surface.

この変形例においては、第1光束5が第1集光レンズ8のエッジ部8aに入射しているので、第1光束5は所定の入射角をもって被測定物9に入射する。被測定物9で第1光束5が反射したときに、偏光が保持された成分は正反射方向にもっとも強くなることから、被測定物9への入射光(第1光束5)を斜入射にすることによって、反射、拡散による偏光解消の空間分布が変化する。   In this modification, since the first light beam 5 is incident on the edge portion 8 a of the first condenser lens 8, the first light beam 5 is incident on the object to be measured 9 with a predetermined incident angle. When the first light beam 5 is reflected by the object 9 to be measured, the component in which the polarization is maintained is the strongest in the regular reflection direction, so that the incident light (first light beam 5) to the object 9 is obliquely incident. As a result, the spatial distribution of depolarization due to reflection and diffusion changes.

この変形例では、第1集光レンズ8の中心部に第1光束5を入射させる第1の実施形態に比べて、第1集光レンズ8で集光されて受光部12で検出される所定方向の偏光方向の光強度は変化する。この変形例では、特に、被測定物9で後方散乱する光をより多く受光部12へと導くことができるので、受光部12に向かう反射光束7は偏光解消した光の成分が多くなる。したがって、この変形例では、上述の第1実施形態に比べて、さらに高精度に被測定物9の識別が可能となる。   In this modification, as compared with the first embodiment in which the first light beam 5 is incident on the central portion of the first condenser lens 8, the light is condensed by the first condenser lens 8 and detected by the light receiving portion 12. The light intensity in the direction of polarization changes. In this modification, in particular, more backscattered light from the object to be measured 9 can be guided to the light receiving unit 12, so that the reflected light beam 7 directed to the light receiving unit 12 has a larger amount of depolarized light components. Therefore, in this modified example, it is possible to identify the object 9 to be measured with higher accuracy than in the first embodiment described above.

また、この変形例では、正反射軸に対して光強度が最大となることから、受光部12が上述した複数の受光素子が整列して配置された受光素子群で構成されている場合には、この受光部12が検出する光強度分布のピーク強度位置は受光素子群の中央から端側に移動する。この場合における光強度分布は、図3(B)に示すように、光強度分布におけるテイル(尾部)の形状をより詳細に測定することができ、被測定物9を高精度に識別することが可能となる。   Further, in this modification, the light intensity is maximum with respect to the regular reflection axis. Therefore, when the light receiving unit 12 is configured by the light receiving element group in which the plurality of light receiving elements described above are arranged. The peak intensity position of the light intensity distribution detected by the light receiving unit 12 moves from the center of the light receiving element group to the end side. As shown in FIG. 3B, the light intensity distribution in this case can measure the shape of the tail (tail) in the light intensity distribution in more detail, and can identify the object 9 to be measured with high accuracy. It becomes possible.

(第2の実施形態)
図4に、この発明の第2の実施形態の光学式物体識別装置の概略構成を示す。図4では、光線の軌跡や主要な光学部品を図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、図4において、図1に示した第1の実施形態の構成部と同一構成部には、図1における構成部と同一参照番号を付してあり、説明は省略する。この第2実施形態は、前述の第1実施形態の変形例の無偏光ビームスプリッタ4に替えて、導光手段としてのミラー15を備えた点が、前述の第1実施形態の変形例と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a schematic configuration of an optical object identification device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the locus of light rays and main optical components are illustrated, and illustrations of components that hold the optical components are omitted. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to the same components as those in the first embodiment shown in FIG. This second embodiment differs from the above-described modified example of the first embodiment in that it includes a mirror 15 as a light guide instead of the non-polarizing beam splitter 4 of the modified example of the above-described first embodiment. .

この第2の実施形態では、絞り3を出射した第1光束5は直接第1集光レンズ8のエッジ部8aに入射し、第1集光レンズ8の焦点距離に配置された被測定物9上に集光される。また、第1光束5は被測定物9にS波として入射するので、半導体レーザ1の偏光方向は紙面に垂直方向であり、これに合わせて直線偏光子13が通過させる偏光方向も紙面に垂直方向に設置されている。被測定物9によって、反射、拡散した光は再び第1集光レンズ8によって平行反射光束7となる。   In the second embodiment, the first light beam 5 emitted from the diaphragm 3 is directly incident on the edge 8 a of the first condenser lens 8, and the object to be measured 9 disposed at the focal length of the first condenser lens 8. Focused on top. Further, since the first light beam 5 is incident on the DUT 9 as an S wave, the polarization direction of the semiconductor laser 1 is perpendicular to the paper surface, and the polarization direction transmitted by the linear polarizer 13 is also perpendicular to the paper surface. It is installed in the direction. The light reflected and diffused by the object to be measured 9 becomes the parallel reflected light beam 7 again by the first condenser lens 8.

この第2実施形態は、導光手段としてのミラー15を有し、このミラー15は平行反射光束7の進行方向を変えて受光部12に向ける。このミラー15は、第1光束5と重ならないように配置されている。   This second embodiment has a mirror 15 as a light guide, and this mirror 15 changes the traveling direction of the parallel reflected light beam 7 and directs it toward the light receiving unit 12. The mirror 15 is disposed so as not to overlap the first light beam 5.

このように、ミラー15を配置することによって、第1の実施形態やその変形例において、第2光束6として失われる余分な光を無くすことができる。したがって、半導体レーザ1から出射した光量のうちの信号光として利用できる光量の割合を高めることができる。これにより、半導体レーザ1の発光強度を低減させることができ、装置全体の消費電流を低減することが可能となる。   Thus, by arranging the mirror 15, it is possible to eliminate the extra light lost as the second light beam 6 in the first embodiment or its modification. Therefore, the ratio of the amount of light that can be used as signal light out of the amount of light emitted from the semiconductor laser 1 can be increased. As a result, the emission intensity of the semiconductor laser 1 can be reduced, and the current consumption of the entire apparatus can be reduced.

なお、上記導光手段としては、例えば、第1光束5のビーム径より大きな径の穴が形成されたミラーが最も好適(図示せず)で、このミラーの穴を第1光束5が通過するように配置するのがより好ましい。   As the light guiding means, for example, a mirror in which a hole having a diameter larger than the beam diameter of the first light beam 5 is most suitable (not shown), and the first light beam 5 passes through the hole of this mirror. It is more preferable to arrange them as described above.

(第3の実施形態)
次に、図5に、この発明の第3の実施形態の光学式物体識別装置の概略構成を示す。図5では、光線の軌跡や主要な光学部品を図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、図5において、図1に示した第1の実施形態の構成部と同一構成部には、図1における構成部と同一参照番号を付してあり、説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, FIG. 5 shows a schematic configuration of an optical object identification device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the locus of light rays and main optical components are illustrated, and illustrations of components that hold the optical components are omitted. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 are given to the same components as those in the first embodiment shown in FIG.

この第3実施形態は、直線偏光子13bを有しておらず、無偏光ビームスプリッタ4に隣接して、光軸変更手段としてのミラー15を備えた点が前述の第1実施形態と異なる。   This third embodiment is different from the first embodiment described above in that it does not have the linear polarizer 13b and is provided with a mirror 15 as an optical axis changing means adjacent to the non-polarizing beam splitter 4.

この第3の実施形態では、無偏光ビームスプリッタ4を通過した第1光束5は第1集光レンズ8に入射する一方、無偏光ビームスプリッタ4を反射した第2光束6はミラー15で反射されて進行方向が第1光束5と平行になり、第1光束5と同様に、第1集光レンズ8に入射する。第1集光レンズ8に入射した両光束5,6は、レンズ8の焦点位置に配置されている被測定物9上の同一点に照射される。   In the third embodiment, the first light beam 5 that has passed through the non-polarizing beam splitter 4 enters the first condenser lens 8, while the second light beam 6 that has reflected off the non-polarizing beam splitter 4 is reflected by the mirror 15. Thus, the traveling direction becomes parallel to the first light beam 5 and enters the first condenser lens 8 in the same manner as the first light beam 5. The two light beams 5 and 6 incident on the first condenser lens 8 are applied to the same point on the object 9 to be measured arranged at the focal position of the lens 8.

被測定物9で反射した両光束5,6は、再び、第1集光レンズ8で屈折して平行反射光束7となる。図5に破線で示すように、この反射光束7の一部は、無偏光ビームスプリッタ4により進行方向が変えられ、かつ、反射光束7の別の一部はミラー15により進行方向が変えられる。これにより、反射光束7は受光部12に向かう同一光束となって、第2集光レンズ10に入射する。この第2集光レンズ10に入射後の光束7の処理は第1の実施形態や第2の実施形態と同様である。   The two light beams 5 and 6 reflected by the object to be measured 9 are refracted by the first condenser lens 8 again to become a parallel reflected light beam 7. As indicated by a broken line in FIG. 5, the traveling direction of a part of the reflected light beam 7 is changed by the non-polarizing beam splitter 4, and the traveling direction of another part of the reflected light beam 7 is changed by the mirror 15. As a result, the reflected light beam 7 becomes the same light beam directed toward the light receiving unit 12 and enters the second condenser lens 10. The processing of the light beam 7 after entering the second condenser lens 10 is the same as in the first and second embodiments.

この第3実施形態のような光学系によれば、第1実施形態やその変形例において第2光束6により失われる余分な光を無くすことができるので、前述の第2の実施形態と同様に、半導体レーザ1から出射した全光量のうち信号光として利用できる光量の割合を高めることができる。これにより、半導体レーザ1の発光強度を低減させることができ、装置全体の消費電流を低減することが可能となる。   According to the optical system as in the third embodiment, excess light lost by the second light beam 6 in the first embodiment and its modifications can be eliminated, so that it is the same as in the second embodiment. The ratio of the amount of light that can be used as signal light out of the total amount of light emitted from the semiconductor laser 1 can be increased. As a result, the emission intensity of the semiconductor laser 1 can be reduced, and the current consumption of the entire apparatus can be reduced.

さらに、この第3実施形態では、ビームスプリッタ4とミラー15とを同一ユニットに組み込んだ一般的な光学部品を採用することができるので、第2実施形態で例示したようなミラーへの特別な穴加工を必要とせず、非常に容易に実現することが可能である。   Further, in the third embodiment, since a general optical component in which the beam splitter 4 and the mirror 15 are incorporated in the same unit can be adopted, a special hole for the mirror as exemplified in the second embodiment is adopted. It can be realized very easily without the need for processing.

(第4の実施形態)
次に、図6に、この発明の第4の実施形態の光学式物体識別装置の概略構成を示す。図6では、光線の軌跡や主要な光学部品を図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、図6において、図1に示した第1の実施形態の構成部と同一構成部には、図1における構成部と同一参照番号を付している。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 6 shows a schematic configuration of an optical object identification device according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the locus of light rays and main optical components are illustrated, and illustrations of components that hold the optical components are omitted. Further, in FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to the same components as those in the first embodiment shown in FIG.

この第4実施形態は、第1実施形態における無偏光ビームスプリッタ4と同じ構成の第1光分岐素子としての第1無偏光ビームスプリッタ4aに加えて、第2光分岐素子としての第2無偏光ビームスプリッタ4bを備える。この第2無偏光ビームスプリッタ4bは、ピンホール部11と直線偏光子13aとの間に配置され、ピンホール部11と第2無偏光ビームスプリッタ4bとの間には、第3集光レンズ10bが配置されている。また、第2無偏光ビームスプリッタ4bと直線偏光子13aとの間には、第4集光レンズ10dが配置されている。   In the fourth embodiment, in addition to the first unpolarized beam splitter 4a as the first optical branching element having the same configuration as the unpolarized beam splitter 4 in the first embodiment, the second unpolarized light as the second optical branching element. A beam splitter 4b is provided. The second non-polarizing beam splitter 4b is disposed between the pinhole portion 11 and the linear polarizer 13a, and the third condenser lens 10b is interposed between the pinhole portion 11 and the second non-polarizing beam splitter 4b. Is arranged. A fourth condenser lens 10d is disposed between the second non-polarizing beam splitter 4b and the linear polarizer 13a.

また、上記第2無偏光ビームスプリッタ4bで反射した光を第2の受光素子12aに向けて反射するミラー15と、ミラー15と第2の受光素子12aとの間に配置されたもう1つの第4集光レンズ10cを備える。この第2の受光素子12aと第1の受光素子12bとが受光部を構成している。   In addition, the mirror 15 that reflects the light reflected by the second non-polarizing beam splitter 4b toward the second light receiving element 12a, and another first light disposed between the mirror 15 and the second light receiving element 12a. 4 condenser lens 10c is provided. The second light receiving element 12a and the first light receiving element 12b constitute a light receiving portion.

この第4実施形態では、被測定物9で反射して第1集光レンズ8により平行光束となった反射光束7は、第1無偏光ビームスプリッタ4aと第2集光レンズ10aを経由して、ピンホール部11を通過した後、第3集光レンズ10bに入射する。この第3集光レンズ10bの焦点位置にピンホール部11が配置されている。   In the fourth embodiment, the reflected light beam 7 reflected by the object 9 to be measured and converted into a parallel light beam by the first condenser lens 8 passes through the first non-polarizing beam splitter 4a and the second condenser lens 10a. After passing through the pinhole portion 11, the light enters the third condenser lens 10b. A pinhole portion 11 is disposed at the focal position of the third condenser lens 10b.

したがって、反射光束7は、第3集光レンズ10bによって再び平行光束となり、第2無偏光ビームスプリッタ4bで2分割されて第2反射光束7aと第1反射光束7bとなる。ここで、図6に示すように、第2反射光束7aは第2無偏光ビームスプリッタ4bで上方に反射した光束を表し、第1反射光束7bは第2無偏光ビームスプリッタ4bを通過した光束を表している。第2反射光束7aは、ミラー15によって進行方向が変えられて、第1反射光束7bと平行となる。これにより、進行方向が同方向となった第2,第1の両光束7a,7bは、それぞれ、第4集光レンズ10cおよび10dによって集光され、第2受光素子12aと第1受光素子12bで検出される。ただし、第1受光素子12bと第4集光レンズ10dの間には直線偏光子13aが配置されていて、この直線偏光子13aは透過させる偏光方向が第1光束5の偏光方向と同方向となるように配置されている。   Therefore, the reflected light beam 7 is again converted into a parallel light beam by the third condenser lens 10b, and is divided into two by the second non-polarizing beam splitter 4b to become the second reflected light beam 7a and the first reflected light beam 7b. Here, as shown in FIG. 6, the second reflected light beam 7a represents the light beam reflected upward by the second non-polarized beam splitter 4b, and the first reflected light beam 7b represents the light beam that has passed through the second non-polarized beam splitter 4b. Represents. The traveling direction of the second reflected light beam 7a is changed by the mirror 15 and becomes parallel to the first reflected light beam 7b. As a result, the second and first light beams 7a and 7b whose traveling directions are the same are condensed by the fourth condenser lenses 10c and 10d, respectively, and the second light receiving element 12a and the first light receiving element 12b are collected. Is detected. However, a linear polarizer 13 a is disposed between the first light receiving element 12 b and the fourth condenser lens 10 d, and the polarization direction of the linear polarizer 13 a is the same as the polarization direction of the first light beam 5. It is arranged to be.

この第4実施形態では、第2受光素子12aは、第2無偏光ビームスプリッタ4bで分割された第2反射光束7aのうちの全ての偏光方向の光を受光する。これに対し、第1受光素子12bは、直線偏光子13aを経由して第1反射光束7bを受光するので、この直線偏光子13aが選択する所定の偏光方向の成分の光を受光する。これにより、先述の第1〜第3実施形態で説明した如く、この第1受光素子12bで検出される信号は、被測定物9の表面状態を反映している。   In the fourth embodiment, the second light receiving element 12a receives light in all polarization directions of the second reflected light beam 7a divided by the second non-polarizing beam splitter 4b. On the other hand, since the first light receiving element 12b receives the first reflected light beam 7b via the linear polarizer 13a, the first light receiving element 12b receives light of a component having a predetermined polarization direction selected by the linear polarizer 13a. Thereby, as described in the first to third embodiments, the signal detected by the first light receiving element 12b reflects the surface state of the object 9 to be measured.

ところで、被測定物9は様々な反射率をもっていることから、第1受光素子12bで検出した強度信号の絶対値のみで被測定物9の表面状態を測定した場合には、上記強度信号の絶対値への寄与に関して、被測定物9表面での偏光乱れが支配的なのか、単に被測定物9の反射率の大小が支配的なのかを区別できない。言い換えれば、被測定物9による偏光解消度が大きくても被測定物9表面の反射率が大きい場合は、上記強度信号は在る一定以上の出力強度を示すことがあり、誤検知を引き起こす恐れがある。   By the way, since the device under test 9 has various reflectances, when the surface state of the device under test 9 is measured only with the absolute value of the intensity signal detected by the first light receiving element 12b, the absolute value of the intensity signal is measured. With respect to the contribution to the value, it cannot be distinguished whether the polarization disturbance on the surface of the object 9 to be measured is dominant or whether the reflectance of the object 9 to be measured is dominant. In other words, even if the degree of depolarization by the object to be measured 9 is large, if the reflectance of the surface of the object to be measured 9 is large, the intensity signal may show an output intensity higher than a certain level, which may cause false detection. There is.

これに対し、この第4実施形態では、第2受光素子12aで第2反射光束7aの全ての偏光方向の光を受光するので、第2受光素子12aが出力する信号は被測定物9の反射率を測定していることに等しい。よって、信号処理回路14は、これら第2,第1の両受光素子12a,12bの出力の比を計算する。この計算した出力信号の比でもって、被測定物9の表面状態を測定する。これにより、被測定物9の表面状態を測定するに際して、被測定物9の表面の反射率による信号強度のばらつきの影響を低減することができる。したがって、この第4実施形態によれば、被測定物9の表面状態の高精度な識別が可能となる。   On the other hand, in the fourth embodiment, since the second light receiving element 12a receives the light in all the polarization directions of the second reflected light beam 7a, the signal output from the second light receiving element 12a is reflected by the object 9 to be measured. Equivalent to measuring rate. Therefore, the signal processing circuit 14 calculates the ratio of the outputs of the second and first light receiving elements 12a and 12b. The surface state of the DUT 9 is measured with the calculated output signal ratio. Thereby, when measuring the surface state of the object 9 to be measured, it is possible to reduce the influence of variations in signal intensity due to the reflectance of the surface of the object 9 to be measured. Therefore, according to the fourth embodiment, the surface state of the DUT 9 can be identified with high accuracy.

(第5の実施形態)
次に、図7に、この発明の第5の実施形態の光学式物体識別装置の概略構成を示す。図7では光線の軌跡や主要な光学部品のみを図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、図7において、図6に示した第4の実施形態の構成部と同一構成部には、図6における構成部と同一参照番号を付している。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 7 shows a schematic configuration of an optical object identification device according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7, only the trajectory of light rays and main optical components are shown, and illustrations of components for holding the optical components are omitted. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 6 are assigned to the same components as those in the fourth embodiment shown in FIG.

この第5の実施形態は、第4集光レンズ10cと第2受光素子12aとの間に配置された第2偏光状態選択素子としての第2直線偏光子13cを備えた点が、前述の第4実施形態と異なる。なお、この第5実施形態は、前述の第4実施形態と同じ直線偏光子13aを第1偏光状態選択素子としての第1直線偏光子13aとして備えている。この第5の実施形態では、第2受光素子12aと第4集光レンズ10cの光軸上に第2直線偏光子13cが設置されている。   The fifth embodiment is provided with a second linear polarizer 13c as a second polarization state selection element disposed between the fourth condenser lens 10c and the second light receiving element 12a. Different from the fourth embodiment. In addition, this 5th Embodiment is provided with the same linear polarizer 13a as the above-mentioned 4th Embodiment as the 1st linear polarizer 13a as a 1st polarization state selection element. In the fifth embodiment, the second linear polarizer 13c is installed on the optical axes of the second light receiving element 12a and the fourth condenser lens 10c.

上記第1直線偏光子13aが選択する偏光方向と第2直線偏光子13cが選択する偏光方向とは互いに略直交し、上記第1直線偏光子13aが選択する偏光方向は上記第1光束5の偏光方向と略平行であり、上記第2直線偏光子13cが選択する偏光方向は上記第1光束5の偏光方向と略垂直である。   The polarization direction selected by the first linear polarizer 13a and the polarization direction selected by the second linear polarizer 13c are substantially orthogonal to each other, and the polarization direction selected by the first linear polarizer 13a is that of the first light beam 5. The polarization direction selected by the second linear polarizer 13 c is substantially parallel to the polarization direction, and is substantially perpendicular to the polarization direction of the first light beam 5.

すなわち、この第2直線偏光子13cが選択する偏光方向は、第1直線偏光子13aが選択する偏光方向と直交するように配置されており、半導体レーザ1が出射した第1光束5の偏光方向と直交する方向に配置されている。   That is, the polarization direction selected by the second linear polarizer 13c is arranged to be orthogonal to the polarization direction selected by the first linear polarizer 13a, and the polarization direction of the first light beam 5 emitted from the semiconductor laser 1 It is arranged in a direction orthogonal to.

先述したように、第1光束5が被測定物9で反射した後の反射光束7の偏光状態は、被測定物9の表面状態に起因する。このため、被測定物9の反射表面がより平滑であるほど、反射光束7の偏光方向は入射光束(第1光束5)の偏光方向と同じ成分の割合が高く、入射光束(第1光束5)の偏光方向と直交する偏光方向の割合は低くなる。例えば、反射光束7の光量を2I(任意単位)とすると、反射光束7は、光量Iの第2反射光束7aと光量Iの第1反射光束7bと分割される。これら第1、第2の反射光束7b、7aの光量Iは全ての偏光方向成分を含んだ光量となっている。   As described above, the polarization state of the reflected light beam 7 after the first light beam 5 is reflected by the device under test 9 is caused by the surface state of the device under test 9. For this reason, the smoother the reflecting surface of the DUT 9 is, the higher the proportion of the same component as the polarization direction of the incident light beam (first light beam 5) is in the polarization direction of the reflected light beam 7, and the incident light beam (first light beam 5). The ratio of the polarization direction orthogonal to the polarization direction of) is low. For example, if the amount of light of the reflected light beam 7 is 2I (arbitrary unit), the reflected light beam 7 is divided into a second reflected light beam 7a having a light amount I and a first reflected light beam 7b having a light amount I. The light quantity I of the first and second reflected light beams 7b and 7a is a light quantity including all polarization direction components.

いま、被測定物9の表面状態をある状態に仮定して、第1,第2の反射光束7b,7aにおいて、それぞれ、第1光束5と同一方向に偏光している成分の光量をαI、それと直交している成分をβI、その他の偏光方向の和の成分が(1−α−β)Iとする。このとき、第1の反射光束7bは、第1直線偏光子13aを通過することで、光量αIとなり、第1受光素子12bに入射する一方、第2の反射光束7aは、第2直線偏光子13cを通過することで、光量βIとなり、第2受光素子12aに入射する。   Assuming that the surface state of the object to be measured 9 is in a certain state, the light amounts of the components polarized in the same direction as the first light beam 5 in the first and second reflected light beams 7b and 7a are αI, The component orthogonal to that is βI, and the other component of the sum of the polarization directions is (1−α−β) I. At this time, when the first reflected light beam 7b passes through the first linear polarizer 13a, the first reflected light beam 7b becomes a light amount αI and is incident on the first light receiving element 12b, while the second reflected light beam 7a is incident on the second linear polarizer. By passing through 13c, the light quantity becomes βI and enters the second light receiving element 12a.

したがって、この第5実施形態による測定結果、つまり信号処理回路14が第1受光素子12bからの出力信号と第2受光素子2aからの出力信号との比を計算した結果、αI/βI = α/βという結果が得られる。   Therefore, the measurement result according to the fifth embodiment, that is, the signal processing circuit 14 calculates the ratio between the output signal from the first light receiving element 12b and the output signal from the second light receiving element 2a, and αI / βI = α / A result of β is obtained.

これに対し、第4の実施形態においては、信号処理回路14が第1受光素子12bからの出力信号と第2受光素子2aからの出力信号との比を計算した結果、αI/I = αという結果が得られる。   On the other hand, in the fourth embodiment, the signal processing circuit 14 calculates the ratio between the output signal from the first light receiving element 12b and the output signal from the second light receiving element 2a. As a result, αI / I = α. Results are obtained.

ここで、係数αやβは共に、1以下の値であり、αが大きいほどβは小さくなるので、この第5実施形態で計算した比α/βによれば、第4実施形態で計算した比αに比べて、被測定物9の表面状態による偏光解消の影響をよりよく反映したものとなる。したがって、この第5実施形態によれば、第4実施形態に比べて識別精度が向上する。   Here, both the coefficients α and β are values of 1 or less, and β decreases as α increases. Therefore, according to the ratio α / β calculated in the fifth embodiment, it is calculated in the fourth embodiment. Compared with the ratio α, the influence of depolarization due to the surface state of the DUT 9 is better reflected. Therefore, according to the fifth embodiment, the identification accuracy is improved as compared with the fourth embodiment.

なお、この第5実施形態において、信号処理回路14によって上記比を計算するかわりに、第1受光素子12bからの出力信号と第2受光素子12aからの出力信号との差を計算してもよい。この場合にも、識別精度を向上させることができる。ただし、被測定物9表面の反射率のばらつきによる誤差を低減するために、上記差を計算した後、この差と、両受光素子12a,12bの出力信号の和との比を計算する方が好ましい。つまり、この計算結果は、(α−β)/(α+β)となる。被測定物9における反射表面がより平滑であるほど、αとβの差は大きく、表面が粗いほどαとβの値の差は小さくなるので、より高精度に被測定物9の識別が可能となる。なお、分母(α+β)の値は1を超えない値であり、被測定物9の表面の反射率に起因する計算結果のばらつきを低減している。   In the fifth embodiment, instead of calculating the ratio by the signal processing circuit 14, the difference between the output signal from the first light receiving element 12b and the output signal from the second light receiving element 12a may be calculated. . Also in this case, the identification accuracy can be improved. However, in order to reduce errors due to variations in the reflectance of the surface of the object 9 to be measured, it is preferable to calculate the ratio between the difference and the sum of the output signals of the light receiving elements 12a and 12b after calculating the difference. preferable. That is, the calculation result is (α−β) / (α + β). The smoother the reflective surface of the object 9 to be measured, the larger the difference between α and β, and the rougher the surface, the smaller the difference between the values α and β. Therefore, the object 9 to be measured can be identified with higher accuracy. It becomes. Note that the value of the denominator (α + β) is a value that does not exceed 1, reducing variations in calculation results due to the reflectance of the surface of the DUT 9.

また、この第5実施形態と同様の効果は、図7に示す第2無偏光ビームスプリッタ4bを偏光ビームスプリッタに置き換えて、第1直線偏光子13aと第2直線偏光子13cを除去した構成でも得られる。偏光ビームスプリッタとは、入射する光束を、通過光の偏光方向と反射光の偏光方向とが直交するように分割するものである。この場合、図7に示す構成と全く同様の効果が得られ、部品点数も直線偏光子を有さない分だけ削減できる。   The same effect as that of the fifth embodiment can be obtained by replacing the second non-polarizing beam splitter 4b shown in FIG. 7 with a polarizing beam splitter and removing the first linear polarizer 13a and the second linear polarizer 13c. can get. The polarization beam splitter divides an incident light beam so that the polarization direction of passing light and the polarization direction of reflected light are orthogonal to each other. In this case, the same effect as the configuration shown in FIG. 7 can be obtained, and the number of parts can be reduced by the amount not having the linear polarizer.

また、上記第4および第5の実施形態における光学系を、図8(A)に示すように、光学窓80aを有する筐体80内に収容した構成としてもよい。光学窓80aから第1光束5が出射される。この構成では、無偏光ビームスプリッタ4bとミラー15とをユニット化し、第4集光レンズ10c,10dを同一プレートに作製したレンズ群を用いることにより、第2反射光束7aと第1反射光束7bとの間の距離を縮小することができる。これにより、第2受光素子(フォトダイオード)12aと第1受光素子(フォトダイオード)12bを同一半導体基板上に作製することが可能となり、製造コストを削減することができる。   Further, the optical system in the fourth and fifth embodiments may be housed in a housing 80 having an optical window 80a as shown in FIG. The first light beam 5 is emitted from the optical window 80a. In this configuration, the non-polarizing beam splitter 4b and the mirror 15 are unitized, and the second reflected light beam 7a and the first reflected light beam 7b are obtained by using a lens group in which the fourth condenser lenses 10c and 10d are formed on the same plate. The distance between can be reduced. As a result, the second light receiving element (photodiode) 12a and the first light receiving element (photodiode) 12b can be fabricated on the same semiconductor substrate, and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、図8(C)に示すように、フォトダイオード12a,12b間に信号処理回路14a,14bを作り込むことにより、先述したように大幅なノイズ低減効果があるばかりでなく、大幅なコスト削減を実現することができる。なお、図8(B)は、半導体レーザ1、コリメータレンズ2、絞り3、第1無偏光ビームスプリッタ4a、および第1集光レンズ8を1つの筐体81に収容した場合の投光部を示している。   Further, as shown in FIG. 8C, by forming the signal processing circuits 14a and 14b between the photodiodes 12a and 12b, not only has a significant noise reduction effect as described above, but also a significant cost reduction. Can be realized. 8B shows a light projecting unit when the semiconductor laser 1, the collimator lens 2, the diaphragm 3, the first non-polarizing beam splitter 4a, and the first condenser lens 8 are accommodated in one casing 81. FIG. Show.

(第6の実施形態)
次に、この発明の光学式物体識別装置の第6実施形態を説明する。上述のように、第1から第5の実施形態の各光学式物体識別装置では、第2集光レンズ10の焦点位置にピンホール部11が配置されているので、被測定物9が第1集光レンズ8の焦点位置にある時に強い信号を得ることができる。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the optical object identification device of the present invention will be described. As described above, in each of the optical object identification devices according to the first to fifth embodiments, since the pinhole portion 11 is disposed at the focal position of the second condenser lens 10, the object 9 to be measured is the first object. A strong signal can be obtained when the condenser lens 8 is at the focal position.

しかし、実際には被測定物9の表面の高低差の大きさは多様であり、識別したい物体によっては、第1集光レンズ8の焦点位置に被測定物9表面がほとんど位置しないことが懸念される。   However, actually, the magnitude of the height difference of the surface of the object to be measured 9 is various, and depending on the object to be identified, there is a concern that the surface of the object to be measured 9 is hardly located at the focal position of the first condenser lens 8. Is done.

この第6実施形態は、このような被測定物9の表面の高低差が大きく、第1集光レンズ8の焦点位置に被測定物9が位置する確率が低い場合であっても適用可能な光学式物体識別装置を提供するものである。   The sixth embodiment can be applied even when the surface height of the object 9 is large and the probability that the object 9 is located at the focal position of the first condenser lens 8 is low. An optical object identification device is provided.

図9Aには、被測定物9の表面に高低差がある場合に対応する光学式物体識別装置の一部の構成を模式的に示す。図9Aに示すように、第1集光レンズ8が、被測定物9の表面に対して領域Aに位置しているときは、第1集光レンズ8の焦点距離fの位置に被測定物9の表面が存在している。この場合は、強い受光信号が得られ、被測定物9の識別を精度良く行うことが可能である。   FIG. 9A schematically shows a configuration of a part of the optical object identification device corresponding to a case where the surface of the DUT 9 has a height difference. As shown in FIG. 9A, when the first condenser lens 8 is located in the region A with respect to the surface of the object 9 to be measured, the object to be measured is positioned at the focal length f of the first condenser lens 8. There are 9 surfaces. In this case, a strong light reception signal can be obtained, and the object to be measured 9 can be identified with high accuracy.

しかし、図9Aにおいて、第1集光レンズ8が領域Bに位置しているときは、この第1集光レンズ8の焦点位置と被測定物9の表面とが離隔して、被測定物9の表面が第1集光レンズ8の焦点位置に位置しなくなる。   However, in FIG. 9A, when the first condenser lens 8 is located in the region B, the focal position of the first condenser lens 8 is separated from the surface of the object 9 to be measured. Is not positioned at the focal position of the first condenser lens 8.

そこで、第1集光レンズ8を、被測定物9との間の距離が変化するように、図9Aに矢印Gで示す方向に振動させる。この振動により、第1集光レンズ8の焦点位置を、図9Aに破線で示すように、被測定物9の表面に位置させることが可能となる。   Therefore, the first condenser lens 8 is vibrated in the direction indicated by the arrow G in FIG. 9A so that the distance from the object 9 to be measured changes. Due to this vibration, the focal position of the first condenser lens 8 can be positioned on the surface of the DUT 9 as indicated by a broken line in FIG. 9A.

なお、この第1集光レンズ8を振動させるレンズ振動系はアクチュエータで構成されてもよい。しかし、アクチュエータは駆動範囲が小さいので、表面の高低差の大きい被測定物9に対して、第1集光レンズ8の焦点位置を被測定物9の表面に位置させることは非常に困難である。   The lens vibration system that vibrates the first condenser lens 8 may be composed of an actuator. However, since the actuator has a small driving range, it is very difficult to position the focal point of the first condenser lens 8 on the surface of the measurement object 9 with respect to the measurement object 9 having a large surface height difference. .

次に、図9Bに、第6の実施形態の具体的な構成例1の概略構成を示す。この構成例1は、基本的に、前述の第5実施形態の構成を備えており、第1集光レンズ8を振動させる機構を備えた点が、前述の第5実施形態と異なる。したがって、この構成例1では、前述の第5実施形態と異なる点を重点的に説明する。   Next, FIG. 9B shows a schematic configuration of a specific configuration example 1 of the sixth embodiment. This configuration example 1 basically includes the configuration of the above-described fifth embodiment, and differs from the above-described fifth embodiment in that a mechanism for vibrating the first condenser lens 8 is provided. Therefore, in the configuration example 1, points different from the above-described fifth embodiment will be mainly described.

図9Bに示すように、レンズ振動系はバネ19とソレノイドコイル17から構成することができる。ソレノイドコイル17には、パルス電源16がつながっている。第1集光レンズ8は、レンズホルダ18で保持され、レンズホルダ18には鉄心21が固定されている。また、レンズホルダ18には、鉄心21の反対側にコイルバネ19の一端が連結され、コイルバネ19の他端は固定板20に連結されている。上記鉄心21は、ソレノイドコイル17の略中心軸に沿って部分的に差し込まれている。   As shown in FIG. 9B, the lens vibration system can be composed of a spring 19 and a solenoid coil 17. A pulse power supply 16 is connected to the solenoid coil 17. The first condenser lens 8 is held by a lens holder 18, and an iron core 21 is fixed to the lens holder 18. In addition, one end of a coil spring 19 is connected to the lens holder 18 on the opposite side of the iron core 21, and the other end of the coil spring 19 is connected to a fixed plate 20. The iron core 21 is partially inserted along the substantially central axis of the solenoid coil 17.

上記レンズ振動系の構成によれば、ソレノイドコイル17が鉄心21を吸引する力と、バネ19による復元力でもって、レンズホルダ18を矢印Gの方向へ振動させることで、第1集光レンズ18を矢印Gの方向へ振動させることができる。このソレノイドコイル17には、パルス電源16からのパルス変調された電流が流れている。パルス電源16から出たパルス信号がオンの場合に、ソレノイドコイル17に吸引力が働き、第1集光レンズ18がソレノイド17側に振れる。一方、上記パルス信号がオフの場合は、固定台20に固定されたバネ19による引張り力が働き、第1集光レンズ18が被測定物9側に振れる。   According to the configuration of the lens vibration system, the first condensing lens 18 is vibrated by causing the lens holder 18 to vibrate in the direction of arrow G with the force of the solenoid coil 17 attracting the iron core 21 and the restoring force of the spring 19. Can be vibrated in the direction of arrow G. A current subjected to pulse modulation from the pulse power supply 16 flows through the solenoid coil 17. When the pulse signal output from the pulse power supply 16 is on, an attractive force acts on the solenoid coil 17 and the first condenser lens 18 swings toward the solenoid 17 side. On the other hand, when the pulse signal is off, a tensile force is exerted by the spring 19 fixed to the fixing base 20, and the first condenser lens 18 is swung to the measured object 9 side.

このパルス信号の変調周波数により任意の周波数のレンズ振動が可能である。このソレノイドコイル17を用いた振動系では、可動範囲が大きいので、検出表面の高低差の大きい被測定物9に対しても、第1集光レンズ8の振動範囲のうちのいずれかの位置において、第1集光レンズ8の焦点位置を被測定物9の表面に位置させることが可能となる。   Lens vibration at an arbitrary frequency is possible by the modulation frequency of the pulse signal. In the vibration system using the solenoid coil 17, since the movable range is large, the object to be measured 9 having a large difference in height on the detection surface can be positioned at any position in the vibration range of the first condenser lens 8. The focal position of the first condenser lens 8 can be positioned on the surface of the object 9 to be measured.

次に、図10(A),(B)に、第6の実施形態の構成例2の概略構成を示す。図10(A)は被測定物9の表面の法線を含む所定の平面に向かって上記構成例2を見た様子を示す模式図であり、図10(B)は上記平面に垂直な平面に向かって上記構成例2を見た様子を示す模式図である。   Next, FIGS. 10A and 10B show a schematic configuration of configuration example 2 of the sixth embodiment. FIG. 10A is a schematic diagram showing a state in which the configuration example 2 is viewed toward a predetermined plane including the normal line of the surface of the DUT 9, and FIG. 10B is a plane perpendicular to the plane. It is a schematic diagram which shows a mode that the said structural example 2 was seen toward.

この構成例2では、レンズ振動系をカム28とモータ22とで構成している。モータ22はモータ固定板23に固定され、モータ固定板23はベース31に固定されている。モータ22の回転軸にカム28が直結されている。このモータ固定板23はスプリング24でもって補助板26に接続されている。   In this configuration example 2, the lens vibration system is constituted by the cam 28 and the motor 22. The motor 22 is fixed to the motor fixing plate 23, and the motor fixing plate 23 is fixed to the base 31. A cam 28 is directly connected to the rotating shaft of the motor 22. The motor fixing plate 23 is connected to an auxiliary plate 26 with a spring 24.

上記補助板26の一端部にベアリング27が軸支され、このベアリング27は、上記スプリング24の付勢力でもってカム28に向かって付勢されている。   A bearing 27 is pivotally supported at one end of the auxiliary plate 26, and the bearing 27 is biased toward the cam 28 by the biasing force of the spring 24.

上記補助板26の他端部にレンズホルダ30が固定され、このレンズホルダ30に第1集光レンズ8が装着されている。また、この補助板26の中間部にはガイド25が固定されている。このガイド25は、別の補助板29に案内されて光軸Jに沿って摺接可能になっている。この補助板29は固定台88に固定され、固定台88はベース31に固定されている。   A lens holder 30 is fixed to the other end of the auxiliary plate 26, and the first condenser lens 8 is attached to the lens holder 30. A guide 25 is fixed to an intermediate portion of the auxiliary plate 26. The guide 25 is guided by another auxiliary plate 29 so as to be slidable along the optical axis J. The auxiliary plate 29 is fixed to a fixed base 88, and the fixed base 88 is fixed to the base 31.

ガイド25は光軸Jと同方向の一次元の方向にのみ動くことができる。スプリング24は、カム28が回転したときにベアリング27とカム28との間にすき間ができない程度のばね定数を必要とする。また、モータ22には、カム28を回転させる程度のトルクが必要である。図10(B)に示すように、カム28の回転中心軸の延長線が、光軸Jと交わるように、ベース31からのモータ22の高さを設定している。このカム28の形状を適切に選択することによって、第1集光レンズ8が所望のレンズ振動振幅を有するように設定可能である。このカム28の外周輪郭形状をサインカーブ形状にして、カム28をサインカーブカムとすることによって、任意の時間におけるレンズ位置を計算することができる。この場合、カム28の中心Pから外径までの距離Rを、R=r+asinθ (mm)と書くことができる。例えば、a=5mmとすることにより、振幅5(mm)、つまり振動幅10mmのサインカーブに対応して、第1集光レンズ8が光軸Jに沿って直線状に振動する。   The guide 25 can move only in the same one-dimensional direction as the optical axis J. The spring 24 needs a spring constant such that there is no gap between the bearing 27 and the cam 28 when the cam 28 rotates. Further, the motor 22 needs to have a torque enough to rotate the cam 28. As shown in FIG. 10B, the height of the motor 22 from the base 31 is set so that the extension line of the rotation center axis of the cam 28 intersects the optical axis J. By appropriately selecting the shape of the cam 28, the first condenser lens 8 can be set to have a desired lens vibration amplitude. The lens position at an arbitrary time can be calculated by making the outer peripheral contour shape of the cam 28 a sine curve shape and making the cam 28 a sine curve cam. In this case, the distance R from the center P of the cam 28 to the outer diameter can be written as R = r + asin θ (mm). For example, by setting a = 5 mm, the first condenser lens 8 vibrates linearly along the optical axis J corresponding to a sine curve having an amplitude of 5 (mm), that is, a vibration width of 10 mm.

次に、図11Aに、第6実施形態の構成例3の概略構成を示す。図11Aにおいて、中央にこの構成例3の主断面を模式的に示し、上方に上面形状を模式的に示し、下方に部分横断面を模式的に示し、左方に側方から見た部分断面形状を模式的に示す。この構成例3では、レンズ振動系を、モータ22の回転運動をレンズ振動の往復運動に変換するようなクランク機構をもつ振動系で構成した。   Next, FIG. 11A shows a schematic configuration of configuration example 3 of the sixth embodiment. In FIG. 11A, the main cross section of Configuration Example 3 is schematically shown in the center, the upper surface shape is schematically shown in the upper part, the partial cross section is schematically shown in the lower part, and the partial cross section as viewed from the left side. The shape is schematically shown. In this configuration example 3, the lens vibration system is configured by a vibration system having a crank mechanism that converts the rotational movement of the motor 22 into the reciprocating movement of the lens vibration.

図11Aに示すように、第1集光レンズ8はレンズホルダ30に保持されてスライダ33に固定されている。このスライダ33は、筐体83内で位置固定されたガイド32に沿って、光軸に沿った一次元方向にのみ滑る。スライダ33は円板34の中心からずれた箇所に軸支されて取り付けられている。この円板34は真円である。モータ22は円板34に直結しているので、モータ22が1回転する間に第1集光レンズ8が光軸に沿って1周期だけ往復振動する。円板34の半径がレンズ振動の振幅に相当するので、円板34の半径を被測定物9の表面の高低差以上に設定すればよい。   As shown in FIG. 11A, the first condenser lens 8 is held by the lens holder 30 and fixed to the slider 33. The slider 33 slides only in a one-dimensional direction along the optical axis along the guide 32 whose position is fixed in the housing 83. The slider 33 is pivotally attached to a location shifted from the center of the disc 34. This disk 34 is a perfect circle. Since the motor 22 is directly connected to the disc 34, the first condenser lens 8 reciprocates for one cycle along the optical axis while the motor 22 rotates once. Since the radius of the disc 34 corresponds to the amplitude of the lens vibration, the radius of the disc 34 may be set to be equal to or higher than the height difference of the surface of the object 9 to be measured.

この構成例3の構造ではバネを使わないので、バネが伸びるといった不具合を生じる心配がなく、機械的信頼性も高い。上記構成例2で示したカム28を用いたレンズ振動系においては、バネ24に伸びが生じるとバネ定数が小さくなり、ベアリング27がカム28から離れるようになり、レンズの振動が設計と異なるようになってしまう。これに対して、この構成例3においてはそのような心配もない。   In the structure of the configuration example 3, since no spring is used, there is no fear that the spring is extended, and the mechanical reliability is high. In the lens vibration system using the cam 28 shown in the configuration example 2 above, when the spring 24 is extended, the spring constant decreases, the bearing 27 moves away from the cam 28, and the lens vibration is different from the design. Become. On the other hand, in the configuration example 3, there is no such concern.

次に、図11Bに、上記第6実施形態の構成例4の概略構成を示す。図11Bにおいて中央にこの構成例4の断面を模式的に示し、左方にプロペラ36を回転軸の方向に見た様子を示す。図11Bに示す構成例4では、レンズ振動系は水や風の流れを利用した振動系としている。この図11Bの構成例4では、前述の図11Aの構成例3で用いたモータ22に替えて、回転軸に取り付けられたプロペラ36を有する点が、前述の構成例3と異なる。   Next, FIG. 11B shows a schematic configuration of Configuration Example 4 of the sixth embodiment. In FIG. 11B, the cross section of the configuration example 4 is schematically shown at the center, and the propeller 36 is seen in the direction of the rotation axis on the left side. In the configuration example 4 illustrated in FIG. 11B, the lens vibration system is a vibration system using a flow of water or wind. 11B differs from the above-described configuration example 3 in that the motor 22 used in the configuration example 3 in FIG. 11A described above has a propeller 36 attached to the rotating shaft.

すなわち、この構成例4の光学式物体識別装置を水や風の流路Mに隣接して設置し、流路Mにおける媒質の流れる力を利用してプロペラ36が回転運動を得て、クランク機構により第1集光レンズ8を往復運動させて振動させる。この構成例4では、モータのような動力源を必要としないため、装置の消費電力を大幅に低減できる。   That is, the optical object identification device of Configuration Example 4 is installed adjacent to the water or wind channel M, and the propeller 36 obtains a rotational motion using the force of the medium flowing in the channel M, and the crank mechanism Thus, the first condenser lens 8 is reciprocated to vibrate. In this configuration example 4, since a power source such as a motor is not required, the power consumption of the apparatus can be greatly reduced.

また、この図11Bの構成例4は、第12実施形態で後述する如く、本発明の光学式物体識別装置を掃除機や自走式掃除機に応用したときに特に有効な実施形態となる。つまり、この構成例4は、掃除機の吸気を媒質流れとして利用することにより第1集光レンズ8を振動させることが可能である。この場合、一般的に、被測定物9として識別すべき床面としてはフローリングなどの板面、畳、絨毯などの毛織物が考えられるが、このような測定対象の表面の高低差は、およそ10mm程度でカバーでき、毛足の長いものを含めると焦点位置の振動範囲は、5mmから15mmに設定することが好適である。この振動範囲は、全ての実施の形態について同様に成り立つものであるが、この構成例4のみで説明を加えるに留める。   In addition, the configuration example 4 of FIG. 11B is an embodiment that is particularly effective when the optical object identification device of the present invention is applied to a vacuum cleaner or a self-propelled cleaner, as will be described later in a twelfth embodiment. That is, in this configuration example 4, the first condenser lens 8 can be vibrated by using the intake air of the cleaner as the medium flow. In this case, generally, the floor surface to be identified as the object to be measured 9 may be a board surface such as flooring, or a woolen fabric such as a tatami mat or a carpet. The height difference of the surface of the measurement object is about 10 mm. It is preferable that the vibration range of the focal position is set to 5 mm to 15 mm when covering a thing with a long bristle can be covered. This vibration range is similarly established for all the embodiments, but only the configuration example 4 will be described.

次に、図11Cに、上記第6実施形態の変形例1が第1集光レンズとして備える累進レンズ37を示す。図11Cに示す累進レンズ37は、一枚のレンズの中に焦点距離の異なる複数の領域をもつレンズである。この累進レンズ37は、図11Cに示すように、7つに分割された領域A〜Gを有し、各領域A〜Gはそれぞれ互いに異なる焦点距離FA〜FGを有する。この累進レンズ37では、領域A〜Gのうちで、光の入射位置が変わることによって焦点の位置をFA〜FGに変化させることができる。   Next, FIG. 11C shows a progressive lens 37 included in the first modification of the sixth embodiment as a first condenser lens. The progressive lens 37 shown in FIG. 11C is a lens having a plurality of regions with different focal lengths in one lens. As shown in FIG. 11C, the progressive lens 37 has areas A to G divided into seven, and the areas A to G have mutually different focal lengths FA to FG. In the progressive lens 37, the focal position can be changed from FA to FG by changing the light incident position in the regions A to G.

次に、図11Dに、上記累進レンズ37を備える変形例1の概略構成を示す。この変形例1は、第4,第5の実施形態の一例として図8(A)に示した基本構成を有する。この変形例1では、モータ22の回転軸に連結された円板34と、この円板34に一端が軸支されたスライダ33とを有する。モータ22を駆動することで、円板34が回転し、上記スライダ33は、筐体80内で位置固定されたガイド32に沿って、第1光束5の光軸と直交する方向(白抜きの矢印で示す方向)に往復運動する。これにより、このスライダ33の他端に固定されたレンズホルダに装着された上記累進レンズ37を半径方向に振動させる。これにより、上記累進レンズ37に入射する第1光束5の位置を半径方向に変化させることで、焦点位置を変化させて、表面高低差が大きい被測定物9の識別を可能とする。   Next, FIG. 11D shows a schematic configuration of Modification 1 including the progressive lens 37. This modification 1 has the basic configuration shown in FIG. 8A as an example of the fourth and fifth embodiments. In the first modification, a disk 34 connected to the rotation shaft of the motor 22 and a slider 33 whose one end is pivotally supported by the disk 34 are provided. By driving the motor 22, the disk 34 rotates, and the slider 33 moves along a guide 32 fixed in position within the housing 80 in a direction perpendicular to the optical axis of the first light beam 5 (outlined). Reciprocate in the direction indicated by the arrow. As a result, the progressive lens 37 mounted on the lens holder fixed to the other end of the slider 33 is vibrated in the radial direction. Thereby, by changing the position of the first light beam 5 incident on the progressive lens 37 in the radial direction, the focal position is changed, and the object 9 having a large surface height difference can be identified.

次に、図11(E)に、累進レンズ37と液晶スイッチ38を備えた光学式物体識別装置を、上記第6実施形態の変形例2として示す。この変形例2は、前述の変形例1におけるモータ22,スライダ33,ガイド32,円板34等で構成するクランク機構に替えて、液晶スイッチ38を有する。   Next, FIG. 11E shows an optical object identification device including a progressive lens 37 and a liquid crystal switch 38 as a second modification of the sixth embodiment. This modification 2 has a liquid crystal switch 38 in place of the crank mechanism constituted by the motor 22, the slider 33, the guide 32, the disc 34, etc. in the modification 1.

この変形例2では、累進レンズ37よりも半導体レーザ1側に液晶スイッチ38が配置されている。この液晶スイッチ38は、液晶を、透過する偏光方向が直交した2つの直線偏光子39a,39bで挟み込むことで構成されている。この液晶スイッチ38は、液晶を用いて特定の領域のみ光を透過させることができるようにした光学部品である。液晶は、印加される電気信号をオンあるいはオフとすることにより、入射した光の偏光方向をそのまま出射するか、90°偏向させて出射するかを選択的に機能させることができる。このため、この液晶スイッチ38において、たとえば、領域HA〜HGのうちの領域HEに印加させる電気信号だけをオンにして、入射光5aを偏向させる。これにより、入射光5aのうちの領域HEに入射した光だけが、直線偏光子39bを透過し、入射光5bとして累進レンズ37の領域Eに入射し、この入射光5bは累進レンズ37の入射領域Eに対応する焦点位置FEにて集光される。   In the second modification, a liquid crystal switch 38 is arranged on the semiconductor laser 1 side with respect to the progressive lens 37. The liquid crystal switch 38 is configured by sandwiching liquid crystal between two linear polarizers 39a and 39b whose transmission polarization directions are orthogonal to each other. The liquid crystal switch 38 is an optical component that can transmit light only in a specific region using liquid crystal. The liquid crystal can selectively function by emitting the polarization direction of incident light as it is or by deflecting it by 90 ° by turning on or off the applied electric signal. For this reason, in this liquid crystal switch 38, for example, only the electric signal applied to the region HE among the regions HA to HG is turned on to deflect the incident light 5a. Thereby, only the light incident on the region HE of the incident light 5a is transmitted through the linear polarizer 39b and is incident on the region E of the progressive lens 37 as the incident light 5b. The incident light 5b is incident on the progressive lens 37. The light is condensed at a focal position FE corresponding to the region E.

このように、上記液晶スイッチ38において領域HA〜HGのうちの所望の領域に印加する電気信号のみをオンにすることで、この領域のみが入射光を透過する。したがって、累進レンズ37の領域A〜Gのうちの所望の領域のみに入射光を入射させて、焦点距離FA〜FGのうちの所望の所望の焦点距離に入射光を集光できる。   Thus, by turning on only the electrical signal applied to a desired region among the regions HA to HG in the liquid crystal switch 38, only this region transmits incident light. Therefore, the incident light can be incident on only a desired region among the regions A to G of the progressive lens 37, and the incident light can be condensed at a desired desired focal length among the focal lengths FA to FG.

これにより、表面の高低差の大きい被測定物9の識別が可能となる。この図11Eに示した変形例2の構造では、上述した構成例1〜4および変形例1と異なり、レンズの振動機構が存在しない。このため、レンズを振動させることによる物理的スペースや振動による各部品のズレなど様々な問題を考慮する必要がなく、光学系の設計を容易にすることができる。   As a result, it is possible to identify the object to be measured 9 having a large surface height difference. In the structure of the modification 2 shown in FIG. 11E, unlike the configuration examples 1 to 4 and the modification 1, the lens vibration mechanism does not exist. For this reason, it is not necessary to consider various problems such as physical space caused by vibrating the lens and displacement of each component caused by vibration, and the design of the optical system can be facilitated.

上述した如く、この第6の実施形態の光学式物体識別装置の構成例1〜4および変形例1,2では、第1集光レンズ8の位置を振動させたり、第1集光レンズとしての累進レンズ37への入射位置を変化させるなどして、焦点の位置を被測定物9の表面の高低差より大きく変化させて、被測定物9の表面の高低差が大きい場合に対しても対応できるようになっている。   As described above, in Configuration Examples 1 to 4 and Modifications 1 and 2 of the optical object identification device according to the sixth embodiment, the position of the first condenser lens 8 is vibrated or the first condenser lens is used. It is possible to cope with a case where the height difference of the surface of the object 9 to be measured is changed by changing the incident position on the progressive lens 37 to change the position of the focal point more than the height difference of the surface of the object 9 to be measured. It can be done.

しかし、このように第1集光レンズの焦点位置を変動させることによって、第1,第2受光素子12b,12aからなる受光部12が出力する信号は被測定物9の表面が焦点位置にあるときのフォーカス信号と、被測定物9の表面が焦点位置から外れたときのデフォーカス信号の両者が時間の関数として信号処理回路14へ入力され観測される。   However, by varying the focal position of the first condenser lens in this way, the signal output from the light receiving unit 12 including the first and second light receiving elements 12b and 12a has the surface of the object 9 to be measured at the focal position. Both the focus signal at the time and the defocus signal when the surface of the object 9 to be measured deviates from the focal position are input to the signal processing circuit 14 and observed as a function of time.

先の第5の実施形態において、被測定物の識別の精度を向上させるために、受光信号を分割してそれらの比や差を計算して識別に用いるような構成を説明したが、この第5の実施形態は同じ時刻での信号を扱っており、特に被測定物表面が第1集光レンズ8の焦点位置に来たときの信号を抽出して信号処理するものであった。   In the previous fifth embodiment, in order to improve the accuracy of identification of the object to be measured, the configuration has been described in which the received light signals are divided and their ratio and difference are calculated and used for identification. In the fifth embodiment, signals at the same time are handled, and in particular, a signal when the surface of the object to be measured has reached the focal position of the first condenser lens 8 is extracted and processed.

この第6の実施形態においては、第1集光レンズ8の焦点位置は常に振動しており、上述のフォーカス信号とデフォーカス信号が時間的に連続に観測されるので、比や差を計算するときに、フォーカス信号とデフォーカス信号を用いることも可能である。また、図7の第5実施形態においても、被測定物9の表面の凹凸によりデフォーカス信号が観測されるが、その時間的変化は被測定物9の表面形状にゆだねられる。つまり、第5実施形態では、意図的に焦点位置を変動させる第6実施形態とは相違するので、既知の距離だけデフォーカスしたときの信号を検出することは、非常に困難である。   In the sixth embodiment, the focal position of the first condenser lens 8 is constantly oscillating, and the focus signal and the defocus signal are observed continuously in time, so the ratio and difference are calculated. Sometimes it is also possible to use a focus signal and a defocus signal. Also in the fifth embodiment of FIG. 7, the defocus signal is observed due to the unevenness of the surface of the object 9 to be measured, but the temporal change is left to the surface shape of the object 9 to be measured. That is, since the fifth embodiment is different from the sixth embodiment in which the focal position is intentionally changed, it is very difficult to detect a signal when defocused by a known distance.

これに対して、この第6実施形態の構成では、第1集光レンズ8の焦点位置を、予め計算された時間的変化をさせることが可能であるので、受光部12の出力波形から焦点位置を特定した上で、意図的に焦点位置から特定の距離だけデフォーカスした信号を検出することが可能となる。   On the other hand, in the configuration of the sixth embodiment, since the focal position of the first condenser lens 8 can be changed with time calculated in advance, the focal position is determined from the output waveform of the light receiving unit 12. It is possible to detect a signal deliberately defocused by a specific distance from the focal position.

なお、第5実施形態で説明したように、第1受光素子12bと第2受光素子12aの出力信号を識別信号として用いるのには表面の反射率の影響を低減できるように、規格化をすることが好ましい。このとき、規格化をする分母に相当する信号としてデフォーカス信号を用いることにより、さらに識別信号の信号成分を大きくできる。   As described in the fifth embodiment, in order to use the output signals of the first light receiving element 12b and the second light receiving element 12a as identification signals, normalization is performed so that the influence of the reflectance of the surface can be reduced. It is preferable. At this time, the signal component of the identification signal can be further increased by using the defocus signal as a signal corresponding to the denominator to be normalized.

このことを、上述した第5の実施形態で示した式を用いて説明すると、入射光つまり第1光束5と同じ偏光方向の信号強度は、フォーカス信号を用い、光量αIとして表せる。また、上記第1光束5の偏光方向と直交する偏光方向の成分を光量γIとする。   This will be described using the equation shown in the fifth embodiment described above. The signal intensity in the same polarization direction as that of the incident light, that is, the first light beam 5 can be expressed as a light amount αI using a focus signal. A component in the polarization direction orthogonal to the polarization direction of the first light beam 5 is defined as a light amount γI.

いま、上記係数γは、あるデフォーカス量の時の偏光解消度に関する定数であるとすると、上述の第5実施形態のおける係数β(フォーカス時)に比べると、β≫γが成立する。したがって、(α/β)≪(α/γ)が成り立つ。したがって、信号処理回路14において、フォーカス時における光量αIをデフォーカス時における光量γIで規格化することで、フォーカス時における光量αIをフォーカス時における光量βIで規格化する場合に比べて、信号のレベルが大きくなる。このように、デフォーカス信号を利用することによって、被測定物9を識別する精度をさらに向上させることができる。   Now, assuming that the coefficient γ is a constant related to the degree of depolarization at a certain defocus amount, β >> γ is established as compared with the coefficient β (during focusing) in the fifth embodiment described above. Therefore, (α / β) << (α / γ) holds. Therefore, the signal processing circuit 14 standardizes the light amount αI at the time of focusing with the light amount γI at the time of defocusing, so that the signal level is compared with the case where the light amount αI at the time of focusing is normalized with the light amount βI at the time of focusing. Becomes larger. Thus, by using the defocus signal, it is possible to further improve the accuracy of identifying the object 9 to be measured.

(第7の実施の形態)
次に、この発明の光学式物体識別装置の第7実施形態を説明する。この第7実施形態は、上述の第1実施形態において、半導体レーザ1に変調信号を印加することにより、光強度変調をかける点が、上述の第1実施形態と異なる。したがって、この第7実施形態では、上述の第1実施形態と異なる点を重点的に説明する。なお、この第7実施形態は、上述の第2〜第6実施形態にも適用できる。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the optical object identification device of the present invention will be described. The seventh embodiment is different from the first embodiment described above in that light intensity modulation is performed by applying a modulation signal to the semiconductor laser 1 in the first embodiment described above. Therefore, in the seventh embodiment, points different from the first embodiment will be mainly described. The seventh embodiment can also be applied to the above-described second to sixth embodiments.

光学式センサの場合、外乱光対策は必須である。この第7実施形態では、半導体レーザ1をパルス発光させ、外乱光に起因するノイズを電気的に除去する機能を持たせている。以下、図12Aに示すタイミングチャートを参照して、詳細に説明する。   In the case of an optical sensor, measures against disturbance light are essential. In the seventh embodiment, the semiconductor laser 1 has a function of causing pulsed light emission and electrically removing noise caused by disturbance light. Hereinafter, it will be described in detail with reference to the timing chart shown in FIG. 12A.

図12Aにおいて、符号40はLD(半導体レーザ)変調パルス、41はLD変調パルスを反転したパルスである。また、42は受光部12の出力信号から外乱光ノイズを除いた原信号であり、43は受光部12の出力信号のうちのDC外乱光ノイズである。また、44は受光部12の出力信号のうちのAC外乱光ノイズである。また、45は、信号処理回路14が受光部12の出力信号をLD変調パルス40に同期してサンプルホールドした後の第1処理信号である。また、46は、信号処理回路14が受光部12の出力信号を、LD変調パルスを反転したパルス41に同期してサンプルホールドした後の第2処理信号である。また、47は、上記第1処理信号45から上記第2処理信号を差し引いた(差動を取った)第3処理信号である。   In FIG. 12A, reference numeral 40 denotes an LD (semiconductor laser) modulation pulse, and 41 denotes a pulse obtained by inverting the LD modulation pulse. Further, 42 is an original signal obtained by removing disturbance light noise from the output signal of the light receiving unit 12, and 43 is DC disturbance light noise in the output signal of the light receiving unit 12. Reference numeral 44 denotes AC disturbance light noise in the output signal of the light receiving unit 12. Reference numeral 45 denotes a first processing signal after the signal processing circuit 14 samples and holds the output signal of the light receiving unit 12 in synchronization with the LD modulation pulse 40. Reference numeral 46 denotes a second processing signal after the signal processing circuit 14 samples and holds the output signal of the light receiving unit 12 in synchronization with the pulse 41 obtained by inverting the LD modulation pulse. Reference numeral 47 denotes a third processing signal obtained by subtracting the second processing signal from the first processing signal 45 (taking a differential).

まず、外乱光除去の考え方を説明する。信号処理回路14は、LD変調パルス40がオンの時には、受光部12が出力する出力信号から、LD変調パルス40がオンする直前の受光部12の出力信号を差し引く(差動を取る)。つまり、信号処理回路14は、(原信号42+DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)から(DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)を差し引いて、外乱光によるノイズを除去した原信号42に相当する差動信号47を得る。   First, the concept of disturbance light removal will be described. When the LD modulation pulse 40 is on, the signal processing circuit 14 subtracts the output signal of the light receiving unit 12 immediately before the LD modulation pulse 40 is turned on (takes a differential) from the output signal output from the light receiving unit 12. That is, the signal processing circuit 14 corresponds to the original signal 42 obtained by subtracting (DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) from (original signal 42 + DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) to remove noise due to disturbance light. A differential signal 47 is obtained.

一方、LD変調パルス40がオフの時には、信号処理回路14は、LD変調パルス40がオフする直前の受光部12の出力信号から、LD変調パルス40がオフしている時の受光部12の出力信号を差し引く(差動を取る)。つまり、信号処理回路14は、(原信号42+DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)から、(DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)を差し引いて、外乱光によるノイズを除去した原信号42に対応した差動信号47を得る。   On the other hand, when the LD modulation pulse 40 is off, the signal processing circuit 14 outputs the output of the light receiving unit 12 when the LD modulation pulse 40 is off from the output signal of the light receiving unit 12 immediately before the LD modulation pulse 40 is turned off. Subtract signal (take differential). In other words, the signal processing circuit 14 subtracts (DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) from (original signal 42 + DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) to cope with the original signal 42 from which noise due to disturbance light is removed. The obtained differential signal 47 is obtained.

次に、図12Bを参照して、信号処理回路14が、上述の信号処理を実現する構成を説明する。この信号処理回路14は、第1のサンプルホールド回路SH1と第2のサンプルホールド回路SH2と差動アンプDAを備えている。   Next, a configuration in which the signal processing circuit 14 realizes the above-described signal processing will be described with reference to FIG. 12B. The signal processing circuit 14 includes a first sample hold circuit SH1, a second sample hold circuit SH2, and a differential amplifier DA.

受光部12の出力信号PDは、2つに分かれて、第1のサンプルホールド回路SH1と第2のサンプルホールド回路SH2に入る。この第1のサンプルホールド回路SH1では、LD変調パルス40がオン時の第1波形信号を作成し、第2のサンプルホールド回路SH2では、LD変調パルス40がオフ時の第2波形信号を作成する。   The output signal PD of the light receiving unit 12 is divided into two and enters the first sample hold circuit SH1 and the second sample hold circuit SH2. The first sample and hold circuit SH1 creates a first waveform signal when the LD modulation pulse 40 is on, and the second sample and hold circuit SH2 creates a second waveform signal when the LD modulation pulse 40 is off. .

第1のサンプルホールド回路SH1では、LD変調パルス40がオンの時には、この時の受光部12の出力信号PD(原信号42+DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)をそのまま通過させる。   In the first sample hold circuit SH1, when the LD modulation pulse 40 is on, the output signal PD (original signal 42 + DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) of the light receiving unit 12 at this time is passed as it is.

一方、LD変調パルス40がオフの時には、第1のサンプルホールド回路SH1は、LD変調パルス40がオフする直前の出力信号PD(原信号42+DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)をサンプルホールドする。その結果、第1のサンプルホールド回路SH1は、(原信号42+DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)に相当する第1処理信号45を得る。   On the other hand, when the LD modulation pulse 40 is off, the first sample hold circuit SH1 samples and holds the output signal PD (original signal 42 + DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) immediately before the LD modulation pulse 40 is turned off. As a result, the first sample-and-hold circuit SH1 obtains a first processing signal 45 corresponding to (original signal 42 + DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44).

一方、第2のサンプルホールド回路SH2では、LD変調パルス40がオフの時には、この時の受光部12の出力信号PD(DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)をそのまま通過させる。一方、LD変調パルス40がオンの時には、第2のサンプルホールド回路SH2は、LD変調パルス40がオンする直前の出力信号PD(DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)をサンプルホールドする。その結果、第2のサンプルホールド回路SH2は、(DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)に相当する第2処理信号46を得る。   On the other hand, in the second sample and hold circuit SH2, when the LD modulation pulse 40 is off, the output signal PD (DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) of the light receiving unit 12 at this time is passed as it is. On the other hand, when the LD modulation pulse 40 is on, the second sample and hold circuit SH2 samples and holds the output signal PD (DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) immediately before the LD modulation pulse 40 is turned on. As a result, the second sample-and-hold circuit SH2 obtains a second processing signal 46 corresponding to (DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44).

そして、差動アンプDAは、第1のサンプルホールド回路SH1が出力する第1処理信号45から、第2のサンプルホールド回路SH2が出力する第2処理信号46を差し引く(差動を取る)。すなわち、差動アンプDAは、(原信号42+DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)に相当する第1処理信号45から、(DC外乱光信号43+AC外乱光信号44)に相当する第2処理信号46を差し引き(差動を取り)、受光部12の出力信号PDから外乱光によるノイズを除去した差動信号47を得る。   Then, the differential amplifier DA subtracts the second processing signal 46 output from the second sample hold circuit SH2 from the first processing signal 45 output from the first sample hold circuit SH1 (takes a differential). That is, the differential amplifier DA has a second processing signal 46 corresponding to (DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44) from a first processing signal 45 corresponding to (original signal 42 + DC disturbance light signal 43 + AC disturbance light signal 44). Is subtracted (differential is taken) to obtain a differential signal 47 from which noise due to disturbance light is removed from the output signal PD of the light receiving unit 12.

なお、太陽光のようなDC外乱光および50Hz/60Hzの照明(蛍光灯)あるいは30〜50kHz程度のインバータ蛍光灯のようなAC外乱光を除去するためには、LD変調パルス40をインバータ蛍光灯の周波数より高い50kHz以上の変調周波数とするのがよい。望ましくは、LD変調パルス40をインバータ蛍光灯の周波数より十分高い1MHz程度の変調周波数とするのがよい。あるいは、LD変調パルス40を100〜10kHz程度のLD変調周波数として、インバータ蛍光灯の周波数成分についてはLPF(ローパスフィルタ)で分離してもよい。   In order to remove DC disturbance light such as sunlight and AC disturbance light such as 50 Hz / 60 Hz illumination (fluorescent lamp) or an inverter fluorescent lamp of about 30 to 50 kHz, an LD modulation pulse 40 is used as an inverter fluorescent lamp. The modulation frequency is preferably 50 kHz or higher, which is higher than the above frequency. Desirably, the LD modulation pulse 40 may have a modulation frequency of about 1 MHz, which is sufficiently higher than the frequency of the inverter fluorescent lamp. Alternatively, the LD modulation pulse 40 may be set to an LD modulation frequency of about 100 to 10 kHz, and the frequency component of the inverter fluorescent lamp may be separated by an LPF (low pass filter).

(第8の実施形態)
次に、この発明の第8実施形態の光学式物体識別装置を説明する。この第8実施形態は、信号処理回路14の構成が上述の第6実施形態と異なる。
(Eighth embodiment)
Next explained is an optical object identification apparatus according to the eighth embodiment of the invention. In the eighth embodiment, the configuration of the signal processing circuit 14 is different from that of the sixth embodiment.

上述の第6実施形態の最後に説明した如く、第1集光レンズ8のフォーカス時ばかりではなく、デフォーカス時にも受光部12が出力する信号を信号処理回路14で信号処理することが望ましい。   As described at the end of the sixth embodiment, it is desirable that the signal processing circuit 14 performs signal processing on the signal output from the light receiving unit 12 not only when the first condenser lens 8 is focused but also during defocusing.

ところで、デフォーカス時のデフォーカス信号のレベルとフォーカス時のフォーカス信号のレベルとのダイナミックレンジはある条件では4000倍を越える。このため、被測定物9の種類が変わった場合を含めて1つのレンジで増幅するのは困難となる。   By the way, the dynamic range between the level of the defocus signal at the time of defocusing and the level of the focus signal at the time of focusing exceeds 4000 times under certain conditions. For this reason, it is difficult to amplify in one range including the case where the type of the device under test 9 changes.

したがって、この第8実施形態では、図13Cに示すように、信号処理回路14は、受光部12からの出力信号を増幅する増幅部としてのアンプ部AMPと、上記受光部12からの出力信号のレベルをモニターして、この出力信号のレベルに応じて、アンプ部AMPのゲインを切り換える増幅度切替部GSを備える。この増幅度切替部GSにより、アンプ部AMPで増幅された出力信号が最適なレベルになるようにしている。   Therefore, in the eighth embodiment, as shown in FIG. 13C, the signal processing circuit 14 includes an amplifier unit AMP as an amplification unit that amplifies the output signal from the light receiving unit 12, and the output signal from the light receiving unit 12. An amplification degree switching unit GS that monitors the level and switches the gain of the amplifier unit AMP according to the level of the output signal is provided. By the amplification degree switching unit GS, the output signal amplified by the amplifier unit AMP is set to an optimum level.

以下、図13Aおよび図13Bに示すタイミングチャートを参照して、この第8実施形態の信号処理回路14の動作を詳細に説明する。   Hereinafter, the operation of the signal processing circuit 14 of the eighth embodiment will be described in detail with reference to timing charts shown in FIGS. 13A and 13B.

図13Aには、半導体レーザ1の出射光(LD出射光)と同じ偏光方向の信号を示す。図13Aにおいて、信号14-1は、受光部12の出力信号である。この出力信号14-1は、半導体レーザ1がパルス変調されていることから、半導体レーザ1の所定の周期(例えば13.3μ秒)の発光パルスに応じてオンオフしている。   FIG. 13A shows a signal having the same polarization direction as the emitted light (LD emitted light) of the semiconductor laser 1. In FIG. 13A, a signal 14-1 is an output signal of the light receiving unit 12. Since the semiconductor laser 1 is pulse-modulated, the output signal 14-1 is turned on / off in response to a light emission pulse of a predetermined period (for example, 13.3 μsec) of the semiconductor laser 1.

信号14-2は、半導体レーザ1がオンの時のPD出力信号14-1をサンプルホールドした第1サンプルホールド信号14-2である。また、信号14-3は、半導体レーザ1がオフの時のPD出力信号14-1を第2サンプルホールド信号14-3である。この第2サンプルホールド信号14-3は、外乱光レベルを示す。また、信号14-4は、上記第1サンプルホールド信号14-2から第2サンプルホールド信号14-3を差し引いた(差動を取った)差動信号14-4である。   The signal 14-2 is a first sample hold signal 14-2 obtained by sampling and holding the PD output signal 14-1 when the semiconductor laser 1 is on. The signal 14-3 is the second sample hold signal 14-3, which is the PD output signal 14-1 when the semiconductor laser 1 is off. The second sample and hold signal 14-3 indicates the disturbance light level. The signal 14-4 is a differential signal 14-4 obtained by subtracting the second sample hold signal 14-3 from the first sample hold signal 14-2 (taken differential).

また、信号14-5は、上記差動信号14-1を微分した微分信号14-5である。また、信号14-6は、上記PD出力信号14-1をボトムホールドしたボトムホールド信号14-6である。   The signal 14-5 is a differential signal 14-5 obtained by differentiating the differential signal 14-1. The signal 14-6 is a bottom hold signal 14-6 obtained by bottom holding the PD output signal 14-1.

一方、図13Bには、半導体レーザ1の出射光の偏光方向と直交する偏光方向を有する信号を示す。図13Bにおいて、信号14-7は、受光部12の出力信号である。信号14-8は、半導体レーザ1がオンのときの出力信号14-7のレベルをサンプルホールドした第1サンプルホールド信号14-8である。また、信号14-9は、半導体レーザ1がオフのときの出力信号14-7のレベルをサンプルホールドした第2サンプルホールド信号14-9である。また、信号14-10は、第1サンプルホールド信号14-8から第2サンプルホールド信号14-9を差し引いた(差動を取った)差動信号14-10である。   On the other hand, FIG. 13B shows a signal having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser 1. In FIG. 13B, a signal 14-7 is an output signal of the light receiving unit 12. The signal 14-8 is a first sample hold signal 14-8 obtained by sample holding the level of the output signal 14-7 when the semiconductor laser 1 is on. The signal 14-9 is a second sample hold signal 14-9 obtained by sample holding the level of the output signal 14-7 when the semiconductor laser 1 is off. The signal 14-10 is a differential signal 14-10 obtained by subtracting the second sample hold signal 14-9 from the first sample hold signal 14-8 (taking the differential).

信号14-11は、上記差動信号14-10の微分信号14-11である。また、信号14-12は、第1サンプルホールド信号14-8をサンプルホールドタイミングSTでサンプルホールドした第3サンプルホールド信号14-12である。   The signal 14-11 is a differential signal 14-11 of the differential signal 14-10. The signal 14-12 is a third sample hold signal 14-12 obtained by sampling and holding the first sample hold signal 14-8 at the sample hold timing ST.

次に、半導体レーザ1の出射光と同じ偏光方向の光については、信号処理回路14は、フォーカス時の信号(フォーカス信号)を検出し、半導体レーザ1の出射光の偏光方向と直交する偏光方向の光については、デフォーカス時の信号(フォーカス信号)を検出する場合について説明する。なお、これ以外の場合についても考え方は同様である。   Next, for light having the same polarization direction as the light emitted from the semiconductor laser 1, the signal processing circuit 14 detects a focus signal (focus signal), and a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser 1. With respect to the above light, a case where a signal at the time of defocus (focus signal) is detected will be described. The concept is the same in other cases.

まず、アンプ部AMPのゲイン切換えの基本的な考え方を述べる。増幅度切替部GSは、受光部12の出力信号14-1,14-7を受けて、半導体レーザ1の出射光と同じ偏光方向の光による出力信号14-1については、フォーカス時のレベルをモニターし、このフォーカス時の出力信号14-1のレベルが下限設定レベルを下回る場合にはアンプ部AMPのゲインを1段上げ、逆に、フォーカス時の出力信号14-1のレベルが上限設定レベルを越える場合にはアンプ部AMPのゲインを1段下げる。   First, the basic concept of gain switching of the amplifier unit AMP will be described. The amplification degree switching unit GS receives the output signals 14-1 and 14-7 from the light receiving unit 12, and sets the level at the time of focusing for the output signal 14-1 by light having the same polarization direction as the light emitted from the semiconductor laser 1. When the level of the output signal 14-1 at the time of focusing is lower than the lower limit setting level, the gain of the amplifier AMP is increased by one step, and conversely, the level of the output signal 14-1 at the focusing time is the upper limit setting level If the value exceeds the value, the gain of the amplifier AMP is lowered by one step.

以下詳細に述べる。図13Aに示す出力信号14-1は、上述のごとく、半導体レーザ1の出射光と同じ偏光方向の光による受光部12の出力信号である。この出力信号は、例えば、図9Bに示す第1受光素子12bの出力信号である。なお、図13Aには、半導体レーザ1が周波数75kHzの変調パルスで変調された場合を示している。   Details will be described below. As described above, the output signal 14-1 shown in FIG. 13A is an output signal of the light receiving unit 12 by light having the same polarization direction as the light emitted from the semiconductor laser 1. This output signal is, for example, the output signal of the first light receiving element 12b shown in FIG. 9B. FIG. 13A shows a case where the semiconductor laser 1 is modulated with a modulation pulse having a frequency of 75 kHz.

増幅度切替部GSは、フォーカス時の信号レベルをモニターするために、出力信号14-1をボトムホールドしてボトムホールド信号14-6を生成する。そして、増幅度切替部GSは上記ボトムホールド信号14-6のレベルが下限設定レベルを下回る場合には、アンプ部AMPのゲインを1段上げ、信号14-6のレベルが上限設定レベルを上回る場合にはアンプ部AMPのゲインを1段下げる動作を行う。なお、増幅度切替部GSは、出力信号14-1のボトムホールド信号に替えてサンプルホールド信号を生成し、このサンプルホールド信号と下限および上限設定レベルとを比較するようにしてもよい。この場合、増幅度切替部GSは、上記サンプルホールド信号のレベルが下限設定レベルを下回る場合にはアンプゲインを1段上げ、上限設定レベルを上回る場合にはアンプゲインを1段下げる動作を行う。ここで、増幅度切替部GSがアンプ部AMPのゲインを切換えるタイミングは、差動信号14−4を微分した微分信号14−5がマイナスからプラスに転じる瞬間としている。   The amplification degree switching unit GS generates a bottom hold signal 14-6 by bottom-holding the output signal 14-1 in order to monitor the signal level at the time of focusing. When the level of the bottom hold signal 14-6 falls below the lower limit setting level, the amplification degree switching unit GS increases the gain of the amplifier AMP by one step, and the level of the signal 14-6 exceeds the upper limit setting level. The operation of lowering the gain of the amplifier unit AMP by one step is performed. Note that the amplification degree switching unit GS may generate a sample hold signal instead of the bottom hold signal of the output signal 14-1, and compare the sample hold signal with the lower limit and upper limit setting levels. In this case, the amplification degree switching unit GS performs an operation of increasing the amplifier gain by one step when the level of the sample hold signal is lower than the lower limit setting level, and lowering the amplifier gain by one step when exceeding the upper limit setting level. Here, the timing at which the amplification degree switching unit GS switches the gain of the amplifier unit AMP is the moment when the differential signal 14-5 obtained by differentiating the differential signal 14-4 changes from minus to plus.

一方、図13Bに示す出力信号14-7は、上述のごとく、半導体レーザ1の出射光の偏光方向と直交する偏光方向の光による受光部12の出力信号である。この出力信号は、例えば、図9Bに示す第2受光素子12aの出力信号である。なお、図13Bには、半導体レーザ1が75kHzの変調パルスで変調された場合を示している。   On the other hand, the output signal 14-7 shown in FIG. 13B is an output signal of the light receiving unit 12 by light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser 1 as described above. This output signal is, for example, the output signal of the second light receiving element 12a shown in FIG. 9B. FIG. 13B shows a case where the semiconductor laser 1 is modulated with a 75 kHz modulation pulse.

増幅度切替部GSは、デフォーカス時の信号レベルをモニターするために、第3サンプルホールド信号14-12をモニタする。この第3サンプルホールド信号14-12は、上述のごとく、半導体レーザ1がオンのときの出力信号14-7のレベルをサンプルホールドした第1サンプルホールド信号14-8を、サンプルホールドタイミングSTでサンプルホールドした信号である。   The amplification degree switching unit GS monitors the third sample hold signal 14-12 in order to monitor the signal level at the time of defocusing. As described above, the third sample and hold signal 14-12 samples the first sample and hold signal 14-8 obtained by sampling and holding the level of the output signal 14-7 when the semiconductor laser 1 is turned on at the sample and hold timing ST. This is a held signal.

上記増幅度切替部GSは、上記第3サンプルホールド信号14-12のレベルが下限設定レベルを下回る場合にはアンプ部AMPのゲインを1段上げ、信号14-12のレベルが上限設定レベルを上回る場合にはアンプ部AMPのゲインを1段下げる動作を行う。   The amplification degree switching unit GS increases the gain of the amplifier unit AMP by one when the level of the third sample hold signal 14-12 is lower than the lower limit set level, and the level of the signal 14-12 exceeds the upper limit set level. In this case, an operation of lowering the gain of the amplifier unit AMP by one step is performed.

ここで、サンプルホールドするタイミングSTは、差動信号14−10を微分した微分信号14−11がマイナスからプラスに転じる瞬間を起点としたタイマーがタイムアップした瞬間としている。このタイマーは、発光パルスを設定数カウントする。   Here, the sample and hold timing ST is the moment when the timer starts from the moment when the differential signal 14-11 obtained by differentiating the differential signal 14-10 turns from minus to plus. This timer counts a set number of light emission pulses.

また、上記サンプルホールドの解除タイミングは、差動信号14−10を微分した微分信号14−11がマイナスからプラスに転じる瞬間から所定時間t0だけ経過した瞬間としている。さらに、アンプ部AMPのゲインを切換えるタイミングは、差動信号波形14−10を微分した微分信号14−11がマイナスからプラスに転じる瞬間としている。   Further, the release timing of the sample hold is the moment when a predetermined time t0 has elapsed from the moment when the differential signal 14-11 obtained by differentiating the differential signal 14-10 changes from minus to plus. Furthermore, the timing of switching the gain of the amplifier unit AMP is the moment when the differential signal 14-11 obtained by differentiating the differential signal waveform 14-10 turns from minus to plus.

上記増幅度切替部GSがアンプ部AMPのゲインを切換える構成は、一例として、図14に示す回路構成の多段階ゲイン切り替えアンプ部を採用することで実現できる。すなわち、ゲイン設定抵抗Rを複数本並べ、アナログスイッチ141,142によるスイッチ機能を用いて、アンプ部AMPのゲインを切換えればよい。受光部12の出力信号14-1,出力信号14-7が微小でアンプ部AMPの増幅度を高く設定しなければならない場合、一段で増幅度を大きくしすぎると安定性の問題があるので、図14に例示するように、適切な増幅度のアンプampを複数段接続した構成とする。この場合も、アナログスイッチ141,142でもって、複数のアンプampのゲイン設定抵抗を同時に切換えればよい。   The configuration in which the amplification degree switching unit GS switches the gain of the amplifier unit AMP can be realized by adopting, for example, a multistage gain switching amplifier unit having a circuit configuration shown in FIG. That is, a plurality of gain setting resistors R may be arranged and the gain of the amplifier unit AMP may be switched using a switching function of the analog switches 141 and 142. When the output signal 14-1 and the output signal 14-7 of the light receiving unit 12 are very small and the amplification degree of the amplifier unit AMP must be set high, there is a problem of stability if the amplification degree is increased too much in one stage. As illustrated in FIG. 14, the amplifier amp having an appropriate amplification degree is connected in a plurality of stages. In this case as well, the gain setting resistors of the plurality of amplifiers amp may be switched simultaneously by the analog switches 141 and 142.

また、アンプ部AMPを複数段構成にした場合、各段のアンプampのゲインを均等に設定すると各段の増幅度が1倍をわずかしか上回らないことがある。   Further, when the amplifier unit AMP has a plurality of stages, if the gains of the amplifiers amp of each stage are set evenly, the amplification degree of each stage may slightly exceed one time.

このような場合、図14に例示する適当な段数分のゲイン設定抵抗をオープンとし(この段のゲインは1)、他の段のゲインを大きめに設定するのがよい。その理由は、各段のアンプのゲインを1近くに設定した場合、周波数特性上ピーキングが大きくなるからである。   In such a case, the gain setting resistors corresponding to the appropriate number of stages illustrated in FIG. 14 should be open (the gain of this stage is 1), and the gains of the other stages should be set larger. The reason is that when the gain of the amplifier at each stage is set close to 1, peaking increases in frequency characteristics.

このように、信号処理回路14のアンプ部AMPを、図14に示す構成とすることにより、広いダイナミックレンジを有し、受光部12の出力信号を適切に増幅して信号処理を行うことが可能となる。   As described above, the amplifier unit AMP of the signal processing circuit 14 has the configuration shown in FIG. 14, so that it has a wide dynamic range and can appropriately amplify the output signal of the light receiving unit 12 to perform signal processing. It becomes.

(第9の実施形態)
次に、図15Aのブロック図に、この発明の光学式物体識別装置の第9実施形態が備える信号処理部の構成を示す。なお、このブロック図には、第1,第2の受光素子12b,12a、および半導体レーザ1と、この半導体レーザ1をパルス変調で駆動するための発振分周回路54,LD変調信号部56を示している。図15Aにおいて、多段階ゲイン切替アンプ部48とゲイン切替制御部50とノイズ除去部52が第1信号処理回路を構成し、多段階ゲイン切替アンプ部49とゲイン切替制御部51とノイズ除去部53が第2信号処理回路を構成している。また、上記第1および第2信号処理回路と、A/D変換器55と、信号処理器57が信号処理部を構成している。
(Ninth embodiment)
Next, the block diagram of FIG. 15A shows the configuration of the signal processing unit included in the ninth embodiment of the optical object identification device of the present invention. In this block diagram, the first and second light receiving elements 12b and 12a, the semiconductor laser 1, the oscillation frequency dividing circuit 54 for driving the semiconductor laser 1 by pulse modulation, and the LD modulation signal unit 56 are shown. Show. In FIG. 15A, a multistage gain switching amplifier section 48, a gain switching control section 50, and a noise removing section 52 constitute a first signal processing circuit, and a multistage gain switching amplifier section 49, a gain switching control section 51, and a noise removing section 53. Constitutes a second signal processing circuit. The first and second signal processing circuits, the A / D converter 55, and the signal processor 57 constitute a signal processing unit.

この第9実施形態の上記信号処理部は、上述の第5、第6、第7、第8の実施形態が備える信号処理回路14に適用できる。   The signal processing unit of the ninth embodiment can be applied to the signal processing circuit 14 included in the fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments described above.

さらに説明を加えると、この第9実施形態は、図7に示す第5実施形態の光学系を有し、図9Aから図11Eに示す焦点位置変動機構のうちのいずれかの焦点位置変動機構を有する。また、この第9実施形態の光学式物体識別装置は、図12Bに示した外乱光ノイズ除去回路を有し、図13C,図14に示す増幅度切り替え回路を有する。   In further description, the ninth embodiment has the optical system of the fifth embodiment shown in FIG. 7 and includes any one of the focal position fluctuation mechanisms of the focal position fluctuation mechanisms shown in FIGS. 9A to 11E. Have. Further, the optical object identification device of the ninth embodiment has the disturbance light noise removal circuit shown in FIG. 12B and the amplification degree switching circuit shown in FIGS. 13C and 14.

この第9実施形態では、信号処理機能について説明する。この第9実施形態では、図15Aに示す第1の受光素子12bは、図7に例示した第1直線偏光子13aを経由して第1の反射光束7bを受光し、図15Aに示す第2の受光素子12aは、図7に例示した第2直線偏光子13cを経由して第2の反射光束7aを受光する。第1直線偏光子13aと第2直線偏光子13bとは、透過させる光の偏光方向が互いに直交する。   In the ninth embodiment, a signal processing function will be described. In the ninth embodiment, the first light receiving element 12b illustrated in FIG. 15A receives the first reflected light beam 7b via the first linear polarizer 13a illustrated in FIG. 7, and the second light illustrated in FIG. 15A. The light receiving element 12a receives the second reflected light beam 7a via the second linear polarizer 13c illustrated in FIG. The first linear polarizer 13a and the second linear polarizer 13b are perpendicular to each other in the polarization direction of the transmitted light.

ここで、各直線偏光子13a,13bの直交する偏光方向の向きの記述の仕方について定義する。すなわち、半導体レーザ1の出射光の偏光方向と同じ方向の偏光成分を「//偏光成分」と記述し、この//偏光成分と直交する方向の偏光成分を「⊥偏光成分」と記述する。第2受光素子12aが出力する信号と第1受光素子12bが出力する信号は、A/D変換器55へ入力されるまでは、実質的に同様の流れとなる。   Here, how to describe the directions of the orthogonal polarization directions of the linear polarizers 13a and 13b is defined. That is, the polarization component in the same direction as the polarization direction of the emitted light of the semiconductor laser 1 is described as “// polarization component”, and the polarization component in the direction orthogonal to the // polarization component is described as “⊥-polarization component”. The signal output from the second light receiving element 12 a and the signal output from the first light receiving element 12 b have substantially the same flow until they are input to the A / D converter 55.

第1受光素子12bが出力する//偏光成分信号について説明する。第1受光素子12bが//偏光成分を検出することで、出力する//偏光成分信号は、図14に示す構成の多段階ゲイン切り替えアンプ部48で増幅される。このアンプ部48の出力は、//偏光成分側ゲイン切替制御部50へ送られ、この制御部50でゲインの切り上げ、固定、切り下げを判断し、適切な信号レベルになるまでこのルーチンを繰り返す。適切な信号レベルになった//偏光成分信号は、//偏光成分側ノイズ除去部52に送られる。このノイズ除去部52では、図12A,12Bを参照して説明したように、外乱光ノイズ除去を行い、//偏光成分信号として、A/D変換器55へ送られる。このとき、ゲイン切り替え制御部50で決定した増幅度を表す//偏光成分側ゲインコントロール信号(アンプ増幅度信号)も同時にA/D変換器55に送られる。   The // polarized component signal output from the first light receiving element 12b will be described. When the first light receiving element 12b detects the // polarized light component, the output // polarized light component signal is amplified by the multistage gain switching amplifier unit 48 having the configuration shown in FIG. The output of the amplifier unit 48 is sent to the // polarization component side gain switching control unit 50, which determines whether the gain is rounded up, fixed, or rounded down, and repeats this routine until an appropriate signal level is reached. The // polarized component signal having an appropriate signal level is sent to the // polarized component side noise removing unit 52. In the noise removing unit 52, as described with reference to FIGS. 12A and 12B, disturbance light noise is removed and sent to the A / D converter 55 as a // polarized component signal. At this time, a polarization component side gain control signal (amplifier amplification degree signal) representing the amplification degree determined by the gain switching control unit 50 is also sent to the A / D converter 55 at the same time.

一方、第2受光素子12aが⊥偏光成分を検出することで出力する⊥偏光成分信号は、図14に示す構成の多段階ゲイン切替アンプ部49で増幅される。このアンプ部49の出力は、⊥偏光成分側ゲイン切り替え制御部51へ送られ、この制御部51でゲインの切り上げ、固定、切り下げを判断し、適切な信号レベルになるまでこのルーチンを繰り返す。適切な信号レベルになった⊥偏光成分信号は、⊥偏光成分側ノイズ除去部53に送られる。このノイズ除去部53では、図12A,12Bを参照して説明したように、外乱光ノイズ除去を行い、⊥偏光成分信号として、A/D変換器55へ送られる。このとき、ゲイン切り替え制御部51で決定した増幅度を表す⊥偏光成分側ゲインコントロール信号(アンプ増幅度信号)も同時にA/D変換器55に送られる。   On the other hand, the second polarized light component signal output by detecting the second polarized light component by the second light receiving element 12a is amplified by the multistage gain switching amplifier 49 having the configuration shown in FIG. The output of the amplifier unit 49 is sent to the polarization component side gain switching control unit 51, which determines whether the gain is rounded up, fixed, or rounded down, and repeats this routine until an appropriate signal level is reached. The ⊥ polarization component signal having an appropriate signal level is sent to the ⊥ polarization component side noise removal unit 53. In the noise removing unit 53, as described with reference to FIGS. 12A and 12B, disturbance light noise removal is performed and sent to the A / D converter 55 as a polarization component signal. At this time, the polarization component side gain control signal (amplifier amplification degree signal) indicating the amplification degree determined by the gain switching control unit 51 is also sent to the A / D converter 55 at the same time.

このA/D変換器55では、上記//偏光成分信号と、//偏光成分側アンプ増幅度信号と、⊥偏光成分光信号と、⊥偏光成分側アンプ増幅度信号との合計4chの信号を同時サンプリングする方式になっている。   In this A / D converter 55, a total of 4 channels of the above-mentioned // polarized component signal, // polarized component side amplifier amplification signal, ⊥polarized component optical signal, and ⊥polarized component side amplifier amplification signal are received. Simultaneous sampling is used.

図15Bに、このA/D変換器55と信号処理器57との間のデータ処理を表すフローチャートを示す。   FIG. 15B shows a flowchart representing data processing between the A / D converter 55 and the signal processor 57.

まず、A/D変換器55は、レンズ振動一周期分の信号データを取り込む(レンズ振動系を有する場合)。また、このA/D変換器55によるA/D変換のトリガは即トリガとする(ステップAD1-ST1)。   First, the A / D converter 55 takes in signal data for one period of lens vibration (when a lens vibration system is provided). The trigger of A / D conversion by the A / D converter 55 is immediately triggered (step AD1-ST1).

次に、A/D変換器55は、A/D変換を行い、上記レンズ振動一周期分の信号データを、信号処理器57が有するメモリMに取り込む(ステップAD1-ST2)。この信号データのサンプリング周期は、レンズ1周期分で数千点程度の信号データを取得する時間間隔であることが好適である。   Next, the A / D converter 55 performs A / D conversion, and takes the signal data for one period of the lens vibration into the memory M included in the signal processor 57 (step AD1-ST2). The sampling period of this signal data is preferably a time interval for acquiring about several thousand signal data for one lens period.

フォーカス時の//偏光成分信号の信号強度は、A/D変換器55がA/D変換してメモリMに格納した//偏光成分信号の強度を表す信号データ列において、フォーカス時の信号データを基準にした複数点の信号データの平均値とすることが望ましい。これはノイズの影響を低減し、被測定物9の判別の精度を向上させるためである。また、A/D変換された//偏光成分信号の増幅度を表す信号データ列に基づいて、フォーカス時刻におけるアンプ部48の増幅率αが決定される(ステップAD1-ST4)。   The signal intensity of the // polarized component signal at the time of focusing is the signal data at the time of focusing in the signal data string representing the intensity of the // polarized component signal that is A / D converted by the A / D converter 55 and stored in the memory M. It is desirable to use an average value of signal data at a plurality of points with reference to. This is to reduce the influence of noise and improve the accuracy of discrimination of the object 9 to be measured. Further, the amplification factor α of the amplifier unit 48 at the focus time is determined based on the signal data string indicating the amplification degree of the A / D converted // polarized component signal (step AD1-ST4).

また、デフォーカス時の時刻は、フォーカス時の時刻を基準として決定する。レンズ振動の時間に対する位置を数式で与えるために、レンズ駆動系において、一例として、図10に示したようなサインカーブカム28を使用している。   Also, the defocus time is determined based on the focus time. In order to give the position of the lens vibration with respect to time as a mathematical expression, a sine curve cam 28 as shown in FIG. 10 is used as an example in the lens driving system.

これにより、第1集光レンズ8の焦点位置からのずれXが、X=a・sinωt(mm)で与えられて、レンズ振動の振動数ωと振幅aが既知であり、所望のデフォーカスの位置Xを与えれば、デフォーカスの位置Xにおける時刻tを算出できる。レンズ駆動用のモータ22に流れる電流を一定にすることにより、レンズ振動の振動数ωを一定にすることができる。上記算出により得られた時刻tを、デフォーカス時の時刻とする(ステップAD1-ST5)。   Thereby, the deviation X from the focal position of the first condenser lens 8 is given by X = a · sin ωt (mm), the frequency ω and the amplitude a of the lens vibration are known, and the desired defocusing is achieved. If the position X is given, the time t at the defocus position X can be calculated. By making the current flowing through the lens driving motor 22 constant, the lens vibration frequency ω can be made constant. The time t obtained by the above calculation is set as the time at the time of defocusing (step AD1-ST5).

このデフォーカス時の信号強度は、⊥偏光成分信号の強度を表す信号データ列において、デフォーカス時刻における複数点の信号データを平均化した強度とする。この平均化は、//偏光成分信号での説明と同様、ノイズの影響を低減するためである。また、A/D変換された⊥偏光成分信号の増幅度を表す信号データ列に基づいて、デフォーカス時刻におけるアンプ部49の増幅率βが決定される(ステップAD1-ST6)。   The signal intensity at the time of defocus is an intensity obtained by averaging signal data at a plurality of points at the defocus time in a signal data string representing the intensity of the high polarization component signal. This averaging is to reduce the influence of noise, similar to the explanation with the // polarized component signal. Further, the amplification factor β of the amplifier unit 49 at the defocus time is determined based on the signal data string indicating the amplification degree of the A / D converted ⊥ polarization component signal (step AD1-ST6).

上述の信号増幅率αで、上記フォーカス時の信号強度S//を除算することにより、アンプ部48を通過する前のフォーカス時の// 偏光成分信号の強度(S///α)を算出する(ステップAD1-ST7)。また、上述の信号増幅率βで、上記デフォーカス時の信号強度Sを除算することにより、アンプ部49を通過する前のデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)を算出する(ステップAD1-ST8)。 By dividing the signal intensity S // at the time of focusing by the signal amplification factor α described above, the intensity of the polarization component signal (S // / α) at the time of focusing before passing through the amplifier unit 48 is calculated. (Step AD1-ST7). Further, the signal amplification factor of the aforementioned beta, by dividing the signal intensity S at the defocus, the intensity of the ⊥-polarization component signal during the previous defocus passing through the amplifier section 49 (S / beta) Calculate (step AD1-ST8).

次に、このフォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)との比(S///α)/(S/β)を算出する。 Next, the ratio (S // / α) / () of the intensity of the polarization component signal (S // / α) at the time of focusing and the intensity of the polarization component signal at the time of defocus (S / β) to calculate the S / β).

なお、前述の第5,第6実施形態で説明したように、フォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)との差((S///α)−(S/β))を算出してもよい。さらには、この差((S///α)−(S/β))と、フォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)との比を算出してもよい(ステップAD1-ST9)。 As described in the fifth and sixth embodiments, the intensity of the // polarized component signal at the time of focusing (S /// α) and the intensity of the negatively polarized component signal at the time of defocusing (S / β ) ((S // / α) − (S / β)). Furthermore, this difference - and ((S // / α) ( S ⊥ / β)), may be calculated the ratio of the intensity of the focus when // polarized component signal (S // / α) ( Step AD1-ST9).

このステップAD1-ST9において算出した比あるいは差の値を、メモリMに予めインプットされている既知の被測定物についての統計データと比較して、被測定物9の種類を識別する(ステップAD1-ST10)。すなわち、複数の異なる種類の材質の被測定物について、予め上述のように測定して算出した値をメモリMに既知データとして予めインプットしておくとよい。   The ratio or difference value calculated in step AD1-ST9 is compared with the statistical data of the known measured object inputted in advance in the memory M to identify the type of measured object 9 (step AD1- ST10). That is, it is preferable to previously input the values calculated by measuring in advance as described above to the memory M as known data for a plurality of objects of different types.

こうして、被測定物9の種類を識別し、この識別の結果を識別結果表示器58に出力した後、すぐに、再び、ステップAD1-ST1の処理に戻り、A/D変換がスタートする。より確実な結果を得るために、ステップAD1-ST1からステップAD1-ST9までの処理の結果である(フォーカス時の//偏光成分信号強度)/(デフォーカス時の⊥偏光成分信号強度)比を算出する。この処理を複数回繰り返し、この複数回の処理で得た複数の信号比の平均値を算出し、この算出した平均値でもって、被測定物9の種類を識別することも考えられる。なお、図示しない制御部は、ステップAD1-ST1からステップAD1-ST10までの信号処理を、作業者から測定終了の通知がなされるまで継続させる。   Thus, after identifying the type of the object 9 to be measured and outputting the identification result to the identification result display 58, the process immediately returns to the process of step AD1-ST1, and A / D conversion starts. In order to obtain a more reliable result, a ratio of (// polarization component signal intensity at the time of focusing) / ((polarization component signal intensity at the time of defocusing)), which is a result of the processing from step AD1-ST1 to step AD1-ST9, is set. calculate. It is also conceivable that this process is repeated a plurality of times, an average value of a plurality of signal ratios obtained by the plurality of processes is calculated, and the type of the device under test 9 is identified by the calculated average value. Note that a control unit (not shown) continues the signal processing from step AD1-ST1 to step AD1-ST10 until the operator notifies the end of measurement.

(第9実施形態の変形例1)
次に、図15Cに示すフローチャートを参照して、上記第9実施形態の変形例1を説明する。
(Modification 1 of 9th Embodiment)
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 15C, Modification 1 of the ninth embodiment will be described.

この変形例1では、図15Cのフローチャートに示すように、フォーカス時の//偏光成分信号のピーク位置(時刻)の検出を行う。   In the first modification, as shown in the flowchart of FIG. 15C, the peak position (time) of the // polarized component signal at the time of focusing is detected.

まず、図15Aにおける上記信号処理部(信号処理回路14)は、第1受光素子12bが出力する//偏光成分信号をモニタリングしている(ステップAD2-ST1)。   First, the signal processing unit (signal processing circuit 14) in FIG. 15A monitors the // polarized component signal output from the first light receiving element 12b (step AD2-ST1).

次に、上記信号処理部が備える極値判定回路ZCは、上記//偏光成分信号が極小値をとったと判断すると、A/D変換器55によるA/D変換スタートのトリガを発生する(ステップAD2-ST2)。この極値判定回路ZCは、微分回路とゼロクロス判定回路などから構成される。   Next, when the extreme value determination circuit ZC included in the signal processing unit determines that the // polarized component signal has taken the minimum value, the A / D converter 55 generates a trigger for starting A / D conversion (Step S1). AD2-ST2). The extreme value determination circuit ZC includes a differentiation circuit and a zero cross determination circuit.

A/D変換器55は、上記トリガにより、//偏光成分信号と⊥偏光成分信号の2ch同時A/D変換をスタートする(ステップAD2-ST3)。   The A / D converter 55 starts 2-channel simultaneous A / D conversion of the // polarized component signal and the negatively polarized component signal by the trigger (step AD2-ST3).

このA/D変換がスタートしたと同時に、信号処理器57はA/D変換器55から、//偏光成分信号のアンプ増幅率αと⊥偏光成分信号のアンプ増幅率βを取り込む(ステップAD2-ST4)。   Simultaneously with the start of the A / D conversion, the signal processor 57 takes in the amplification factor α of the polarization component signal and the amplification factor β of the polarization component signal from the A / D converter 55 (step AD2- ST4).

上記A/D変換がスタートした後も、極値判定回路ZCは、//偏光成分信号をモニタリングしておき、極値判定回路ZCは、上記//偏光成分信号が極小値を取ったと判定したときに、このときまでに、A/D変換器55がA/D変換で獲得したデータをクリアし、A/D変換器55はA/D変換をやりなおす。   Even after the A / D conversion is started, the extreme value determination circuit ZC monitors the // polarization component signal, and the extreme value determination circuit ZC determines that the // polarization component signal has taken the minimum value. Sometimes, by this time, the A / D converter 55 clears the data acquired by the A / D conversion, and the A / D converter 55 redoes the A / D conversion.

通常、第1集光レンズ8の振動の半周期の期間内に、1つのピークをもつ//偏光成分信号の波形が得られるが、被測定物9の表面の高低差が大きい場合などは、第1集光レンズ8の振動の半周期の期間内に、上記//偏光成分信号が2つ以上のピークを持つ波形になることがある。この//偏光成分信号が複数のピーク波形を有する場合に対応するために、//偏光成分信号の波形が2つ以上のピークを持つ場合には、振動の半周期において最も時間の遅いピークを真のピークとみなす(ステップAD2-ST5)。   Usually, a waveform of a polarization component signal having one peak is obtained within a period of a half cycle of vibration of the first condenser lens 8, but when the height difference of the surface of the object to be measured 9 is large, The // polarized component signal may have a waveform having two or more peaks within a half period of vibration of the first condenser lens 8. In order to cope with the case where the // polarization component signal has a plurality of peak waveforms, if the waveform of the // polarization component signal has two or more peaks, the peak with the slowest time in the half cycle of vibration is obtained. Considered as a true peak (step AD2-ST5).

上記A/D変換はレンズ振動周期の1/4周期分のデータを取得して終了する。これにより表面判別に使用するデータのみを取得できるので、上述の図15Bのフローチャートで説明したレンズ振動1周期分の信号データを信号処理器57に取り込む場合に比べて、A/D変換にかかる時間を大幅に削減できる(ステップAD2-ST6)。   The A / D conversion is completed after acquiring data corresponding to a quarter of the lens vibration period. As a result, only the data used for surface discrimination can be acquired, so the time required for A / D conversion compared to the case where the signal data for one period of lens vibration described in the flowchart of FIG. Can be significantly reduced (step AD2-ST6).

しかし、A/D変換により取り込むデータ量は、レンズ振動周期の1/4周期分に限定したものではなく、第9の実施形態と同様に、レンズ振動周期の1周期分を取り込んでもよい。上記レンズ振動におけるフォーカス時の時刻は、トリガが発生した時刻(A/D変換がスタートした時刻)とする。また、フォーカス信号は、フォーカスした時刻より後の複数点の平均値とする。これにより、ノイズなどの影響を低減することができる(ステップAD2-ST7)。   However, the amount of data captured by A / D conversion is not limited to a quarter of the lens vibration cycle, and may be a portion of the lens vibration cycle as in the ninth embodiment. The time at the time of focusing in the lens vibration is the time when the trigger is generated (the time when A / D conversion is started). The focus signal is an average value of a plurality of points after the focused time. As a result, the influence of noise or the like can be reduced (step AD2-ST7).

また、デフォーカス時の時刻は、上記トリガが発生した時刻を基準として求める。レンズ振動の時間に対する位置を数式で与えるために、レンズ駆動系において、一例として、サイン・カーブ・カムを使用している。これにより、第1集光レンズ8の焦点位置からのずれxが、x=a・sinωt(mm)で与えられて、レンズ振動の振動数ωと振動幅aが既知であり、所望のデフォーカスの位置xを与えれば、時刻tが算出できる。第1集光レンズ8を駆動するモータに流れる電流を一定にすることにより、レンズ振動の振動数ωを一定にすることができる。このように、トリガが発生した時刻から時間t経過した時刻がデフォーカス時の時刻となる(ステップAD2-ST8)。   Further, the time at the time of defocusing is obtained based on the time when the trigger is generated. In order to give the position of the lens vibration with respect to time by a mathematical expression, a sine curve cam is used as an example in the lens driving system. Thereby, the deviation x from the focal position of the first condenser lens 8 is given by x = a · sin ωt (mm), the frequency ω and the vibration width a of the lens vibration are known, and a desired defocus is achieved. If the position x is given, the time t can be calculated. By making the current flowing through the motor that drives the first condenser lens 8 constant, the frequency ω of the lens vibration can be made constant. As described above, the time when the time t has elapsed from the time when the trigger is generated becomes the time at the time of defocusing (step AD2-ST8).

デフォーカス時の信号強度は、⊥偏光成分信号の強度を表す信号データ列において、デフォーカス時刻における複数点の信号データを平均化した強度とする(ステップAD2-ST9)。   The signal intensity at the time of defocusing is the intensity obtained by averaging the signal data at a plurality of points at the defocusing time in the signal data string representing the intensity of the high polarization component signal (step AD2-ST9).

次に、図15Bのフローチャートによる場合と同様に、信号増幅率αを用いて、アンプ部48を通過する前のフォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)を算出し(ステップAD2-ST10)、信号増幅率βを用いて、アンプ部49を通過する前のデフォーカス⊥偏光成分信号の強度(S/β)を算出する(ステップAD2-ST11)。 Next, as in the case of the flowchart of FIG. 15B, the intensity (S // / α) of // polarization component signal at the time of focusing before passing through the amplifier unit 48 is calculated using the signal amplification factor α ( Step AD2-ST10), using the signal amplification factor β, the intensity (S / β) of the defocused ⊥ polarization component signal before passing through the amplifier unit 49 is calculated (Step AD2-ST11).

次に、フォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)との比(S///α)/(S/β)を算出する。なお、前述の第5,第6の実施形態で説明したように、上記比に替えて、フォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)との差、あるいは、この差とフォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)との比等を算出してもかまわない(ステップAD2-ST12)。 Then, the ratio of the intensity of the // polarized component signal when the focus (S // / alpha) and intensity of the ⊥-polarization component signals defocus (S ⊥ / β) (S // / α) / (S / β) is calculated. As described in the fifth and sixth embodiments, instead of the above ratio, the intensity of the // polarized component signal during focusing (S /// α) and the negative polarized component signal during defocusing the difference between the intensity (S / β) of the or, may be calculated the ratio or the like of the intensity of the // polarized component signal during this difference and the focus (S // / α) (step AD2-ST12 ).

このステップAD2-ST12で算出した値を、メモリMに予めインプットされている既知の材質の被測定物の表面についての算出値の統計データと比較して、検出対象の被測定物9の表面状態を判別する(ステップAD2-ST13)。すなわち、複数の異なる種類の材質の被測定物について、予め上述のように測定して算出した値をメモリMに既知データとして予めインプットしておくとよい。   The value calculated in step AD2-ST12 is compared with the statistical data of the calculated value for the surface of the measured object of a known material input in advance in the memory M, and the surface state of the measured object 9 to be detected Is discriminated (step AD2-ST13). That is, it is preferable to previously input the values calculated by measuring in advance as described above to the memory M as known data for a plurality of objects of different types.

こうして、被測定物9の表面を判別し、判別した結果を識別結果表示器58に出力した後、すぐにまた、ステップAD2-ST1の処理に戻り、//偏光成分信号をモニタリングし、極値判定回路ZCのトリガ発生を待つ。   Thus, after the surface of the object to be measured 9 is discriminated and the discriminated result is output to the discrimination result display 58, the process immediately returns to the processing of step AD2-ST1, and the // polarization component signal is monitored, and the extreme value is obtained. It waits for the trigger of the determination circuit ZC.

以上の処理を複数回行なうことにより、複数個の(フォーカス//偏光成分受光信号)/(デフォーカス⊥偏光成分受光信号)比の平均化を行い、複数個の平均値によって、より精度の高い表面判別を行なうことが可能となる。   By performing the above processing multiple times, the ratio of multiple (focus // polarized component received signal) / (defocus⊥polarized component received signal) ratios is averaged, and multiple average values provide higher accuracy. Surface discrimination can be performed.

(第9の実施形態の変形例2)
次に、図16Aのブロック図に、上記第9実施形態の変形例2が備える信号処理部の構成を示す。図16Aに示すように、この信号処理部は、図15Aにおけるアンプ部48および49以降の処理をデジタル信号処理で行なう方式である。//偏光成分側の第1受光素子12bは、第1の反射光束7bを受光し、光信号から電気信号に変換する。半導体レーザ1が出射する出射光はパルス変調されているので、このパルス変調の周波数に追従できる応答速度を備えた受光素子12bが望ましい。
(Modification 2 of the ninth embodiment)
Next, the block diagram of FIG. 16A shows the configuration of the signal processing unit provided in the second modification of the ninth embodiment. As shown in FIG. 16A, this signal processing unit is a system that performs processing after amplifier units 48 and 49 in FIG. 15A by digital signal processing. // The first light receiving element 12b on the polarization component side receives the first reflected light beam 7b and converts it from an optical signal to an electric signal. Since the emitted light emitted from the semiconductor laser 1 is pulse modulated, the light receiving element 12b having a response speed capable of following the frequency of the pulse modulation is desirable.

//偏光成分側の第1受光素子12bで電気信号に変換された//偏光成分信号は、アンプ部48により増幅される。このアンプ部48は、ゲインを多段階に切り替えることができる。このゲイン切替のコントロール信号は、信号処理器57から、アンプ部48に出力される。   // The polarization component signal converted into an electrical signal by the first light receiving element 12b on the polarization component side is amplified by the amplifier unit 48. The amplifier unit 48 can switch the gain in multiple stages. The gain switching control signal is output from the signal processor 57 to the amplifier unit 48.

また、⊥偏光成分側の第2受光素子12aは、第2の反射光束7aを受光し、光信号から電気信号に変換する。⊥偏光成分側の第1受光素子12bで電気信号に変換された⊥偏光成分信号は、アンプ部49により増幅される。このアンプ部49は、ゲインを多段階に切り替えることができる。このゲイン切替のコントロール信号は、信号処理器57から、アンプ部49に出力される。   Further, the second light receiving element 12a on the side of the polarized light component receives the second reflected light beam 7a and converts it from an optical signal to an electric signal. The ⊥ polarization component signal converted into an electrical signal by the first light receiving element 12 b on the ⊥ polarization component side is amplified by the amplifier unit 49. The amplifier unit 49 can switch the gain in multiple stages. The gain switching control signal is output from the signal processor 57 to the amplifier unit 49.

発振分周回路54からは半導体レーザ1のパルス変調に使われるベースバンド信号が出力されている。このベースバンド信号は、クロック信号として、A/D変換器55にも入力される。このA/D変換器55でA/D変換された各データを用いて、被測定物9の識別が行なわれる。また、信号処理器57では、入力信号強度によってゲインコントロール信号が決定され、アンプ部48およびアンプ部49のゲインが最適なものに切り替えられ、次回のA/D変換のためのデータ取得時に反映される。   A baseband signal used for pulse modulation of the semiconductor laser 1 is output from the oscillation frequency dividing circuit 54. This baseband signal is also input to the A / D converter 55 as a clock signal. Using the data A / D converted by the A / D converter 55, the DUT 9 is identified. In the signal processor 57, the gain control signal is determined based on the input signal strength, and the gains of the amplifier unit 48 and the amplifier unit 49 are switched to the optimum ones and reflected at the time of data acquisition for the next A / D conversion. The

次に、図16Bに示すフローチャートを参照して、図16Aに示すA/D変換器55および信号処理器57の中での処理を説明する。   Next, processing in the A / D converter 55 and the signal processor 57 shown in FIG. 16A will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 16B.

まず、A/D変換器55は、//偏光成分信号と⊥偏光成分信号とを同時にサンプリングする。A/D変換器55によるA/D変換のトリガは即トリガとする(ステップAD3-ST1)。   First, the A / D converter 55 samples the // polarization component signal and the negative polarization component signal simultaneously. The A / D conversion trigger by the A / D converter 55 is immediately triggered (step AD3-ST1).

次に、A/D変換器55によるA/D変換によって、レンズ振動周期の一周期分の波形の信号データを、信号処理器57が有するメモリMに取り込み、A/D変換をストップさせる(ステップAD3-ST2)。   Next, by A / D conversion by the A / D converter 55, signal data having a waveform corresponding to one period of the lens vibration period is taken into the memory M included in the signal processor 57, and the A / D conversion is stopped (step). AD3-ST2).

次に、信号処理器57は、//偏光成分信号と⊥偏光成分信号の両方において、LDパルス変調用のクロック信号を基準として、差動演算を行なう。つまり、前述の第8実施形態において図13Aと図13Bを参照して説明した如く、//偏光成分信号について、クロック信号の”1”の時刻における信号とクロック信号の”0”の時刻における信号との差動演算を行う。また、図13Bを参照して説明した如く、⊥偏光成分信号について、クロック信号の”1”の時刻における信号とクロック信号の”0”の時刻における信号との差動演算を行う。この差動演算によって、外乱光ノイズの影響を低減する(ステップAD3-ST3)。   Next, the signal processor 57 performs a differential operation on both the // polarization component signal and the ⊥ polarization component signal with reference to the clock signal for LD pulse modulation. That is, as described with reference to FIGS. 13A and 13B in the eighth embodiment, for the // polarized component signal, the signal at the time “1” of the clock signal and the signal at the time “0” of the clock signal. The differential operation is performed. Further, as described with reference to FIG. 13B, the differential calculation of the signal at the time “1” of the clock signal and the signal at the time “0” of the clock signal is performed on the high polarization component signal. By this differential operation, the influence of disturbance light noise is reduced (step AD3-ST3).

次に、//偏光成分信号についてピークサーチをして、//偏光成分信号のピークの時刻をレンズ振動のフォーカス時の時刻とする(ステップAD3-ST4)。   Next, a peak search is performed on the // polarized component signal, and the peak time of the // polarized component signal is set as the time at the time of focusing of the lens vibration (step AD3-ST4).

このフォーカス時の//偏光成分信号の強度は、A/D変換器55のA/D変換によって、メモリMに格納された//偏光成分信号の強度データ列において、フォーカス時の信号の強度データを基準にした複数点の強度データの平均強度とする。これは、スパイクノイズの影響を低減し、被測定物の識別の精度を向上させるためである。このフォーカス時の//偏光成分信号の強度を参考に、信号処理器57は、次回の//偏光成分側アンプ部48のゲイン切替コントロール信号を決定する。つまり、信号処理器57は、//偏光成分の光強度が弱いと、アンプ部48のゲインを上げる方向にゲイン切替コントロール信号を変更する。逆に、//偏光成分の光強度が強いと、信号処理器57は、アンプ部48のゲインを下げる方向に、ゲイン切替コントロール信号を変更する。また、光強度が調度良いと信号処理器57は、ゲイン切替コントロール信号を変更せず、アンプ部48のゲインをそのままに持続する(ステップAD3-ST5)。   The intensity of the // polarization component signal at the time of focusing is the intensity data of the signal at the time of focusing in the intensity data string of the // polarization component signal stored in the memory M by the A / D conversion of the A / D converter 55. The average intensity of the intensity data at a plurality of points with reference to. This is to reduce the influence of spike noise and improve the accuracy of identification of the object to be measured. With reference to the intensity of the // polarized component signal at the time of focusing, the signal processor 57 determines the gain switching control signal of the next // polarized component side amplifier unit 48. That is, the signal processor 57 changes the gain switching control signal in a direction to increase the gain of the amplifier unit 48 when the light intensity of the // polarized component is weak. Conversely, when the light intensity of the // polarized component is strong, the signal processor 57 changes the gain switching control signal in a direction to lower the gain of the amplifier unit 48. If the light intensity is good, the signal processor 57 does not change the gain switching control signal and maintains the gain of the amplifier unit 48 as it is (step AD3-ST5).

一方、デフォーカス時の時刻は、フォーカス時の時刻を基準として決定する。レンズ振動の時間に対する位置を数式で与えるために、レンズ駆動系において、一例として、サイン・カーブ・カムを使用している。これにより、第1集光レンズ8の焦点位置からのずれxが、x=a・sinωt(mm)で与えられて、レンズ振動の振動数ωと振動幅aが既知であり、所望のデフォーカスの位置xを与えれば、時刻tが算出できる。第1集光レンズ8を駆動するモータに流れる電流を一定にすることにより、レンズ振動の振動数ωを一定にすることができる。このように与えられた時刻tをデフォーカス時の時刻とする(ステップAD3-ST6)。   On the other hand, the defocus time is determined based on the focus time. In order to give the position of the lens vibration with respect to time by a mathematical expression, a sine curve cam is used as an example in the lens driving system. Thereby, the deviation x from the focal position of the first condenser lens 8 is given by x = a · sin ωt (mm), the frequency ω and the vibration width a of the lens vibration are known, and a desired defocus is achieved. If the position x is given, the time t can be calculated. By making the current flowing through the motor that drives the first condenser lens 8 constant, the frequency ω of the lens vibration can be made constant. The time t thus given is set as the time at the time of defocusing (step AD3-ST6).

デフォーカス時の信号強度は、⊥偏光成分信号の強度を表す信号データ列において、デフォーカス時刻における複数点の信号データを平均化した強度とする。この平均化は、//偏光成分信号の場合と同様に、ノイズの影響を低減するためである。また、⊥偏光成分側のアンプ部49のゲイン切替コントロール信号は、//偏光成分側のアンプ部48のゲイン切替コントロール信号と同様のやり方で決定される(ステップAD3-ST7)。   The signal intensity at the time of defocusing is an intensity obtained by averaging signal data at a plurality of points at the defocus time in a signal data string representing the intensity of the high polarization component signal. This averaging is to reduce the influence of noise as in the case of the // polarized component signal. Further, the gain switching control signal of the amplifying unit 49 on the polarization component side is determined in the same manner as the gain switching control signal of the amplifying unit 48 on the polarization component side (step AD3-ST7).

ここで、前回A/D変換されたときの//偏光成分信号についてのアンプ部48に対するゲイン切替コントロール信号を信号処理器57のメモリMに残しておく。このことで、今回のフォーカス時刻におけるアンプ部48の増幅率αが決定される。また、フォーカス位置における//偏光成分信号の強度をαで除算することにより、//偏光成分側の受光素子12bで受光された光による//偏光成分信号の強度(S///α)を算出することができる(ステップAD3-ST8)。 Here, the gain switching control signal for the amplifier unit 48 for the // polarized component signal when A / D conversion was performed last time is left in the memory M of the signal processor 57. Thus, the amplification factor α of the amplifier unit 48 at the current focus time is determined. Also, by dividing the intensity of the // polarized component signal at the focus position by α, the intensity of the // polarized component signal (S /// α) by the light received by the light receiving element 12b on the // polarized component side is obtained. It can be calculated (step AD3-ST8).

また、⊥偏光成分信号も同様に、前回のアンプ部49に対するゲイン切替コントロール信号を信号処理器57のメモリMに残しておくことで、今回のデフォーカス時刻における⊥偏光成分側アンプ部49の増幅率βが決定される。⊥偏光成分信号のデフォーカス位置における信号強度を増幅率βで除算することによって、⊥偏光成分側の受光素子12aで受光された光による⊥偏光成分信号の強度(S/β)を算出することができる(ステップAD3-ST9)。 Similarly, by leaving the gain switching control signal for the previous amplifier unit 49 in the memory M of the signal processor 57, the polarization component signal is also amplified by the polarization component side amplifier unit 49 at the current defocus time. The rate β is determined. The intensity (S / β) of the ⊥ polarization component signal by the light received by the light receiving element 12a on the ⊥ polarization component side is calculated by dividing the signal intensity at the defocus position of the ⊥ polarization component signal by the amplification factor β. (Step AD3-ST9).

このステップAD3-ST8とステップAD3-ST9とで計算されたフォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)との比((S///α)/(S/β))を算出する(ステップAD3-ST10)。 The intensity of the // polarized component signal at the time of focus (S /// α) calculated in step AD3-ST8 and step AD3-ST9 and the intensity of the ⊥-polarized component signal at the time of defocus (S ST / β) Ratio ((S // / α) / (S / β)) is calculated (step AD3-ST10).

また、フォーカス時の//偏光成分信号とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の計算方法は、第5や第6の実施形態で説明したように、両者の差や、両者の差とフォーカス時の//偏光成分信号との比等でもかまわない。   In addition, as described in the fifth and sixth embodiments, the calculation method of the polarization component signal at the time of focusing and the polarization component signal at the time of defocusing is the difference between the two, the difference between the two, // A ratio with the polarization component signal may be used.

次に、ステップAD3-ST10で算出した値を、メモリMに予めインプットされている既知の被測定物についての統計データと比較して、被測定物を識別する(ステップAD3-ST11)。   Next, the value calculated in step AD3-ST10 is compared with the statistical data about the known measured object input in advance in the memory M to identify the measured object (step AD3-ST11).

次に、信号処理器57は、上記被測定物の識別結果を表面判別結果表示器58に出力し、//偏光成分側アンプ部48と⊥偏光成分側アンプ部49に対してゲイン切替コントロール信号を出力する(ステップAD3-ST12)。   Next, the signal processor 57 outputs the result of identification of the object to be measured to the surface discrimination result display 58, and provides a gain switching control signal to the polarization component side amplifier unit 48 and the polarization component side amplifier unit 49. Is output (step AD3-ST12).

このステップAD3-ST12において、信号処理器57が信号処理結果を出力した後すぐに、再び、ステップAD3-ST1の処理に戻り、A/D変換がスタートする。   In step AD3-ST12, immediately after the signal processor 57 outputs the signal processing result, the process returns to step AD3-ST1, and A / D conversion starts.

なお、より確実な結果を得るためには、ステップ(AD3-ST1)からステップ(AD3-ST12)までの処理の結果として、フォーカス時の//偏光成分信号の強度(S///α)とデフォーカス時の⊥偏光成分信号の強度(S/β)との比((S///α)/(S/β))を算出し、この比((S///α)/(S/β))をメモリに格納するという処理を複数回繰り返す。そして、この比の複数回の平均値を算出し、この平均値によって、被測定物を識別するようにしてもよい。この場合、信号処理器57は、作業者から測定終了の通知操作をがなされるまで、ステップ(AD3-ST1)からステップ(AD3-ST12)までの処理を継続する。 In order to obtain a more reliable result, as a result of the processing from step (AD3-ST1) to step (AD3-ST12), the intensity of the polarization component signal (S // / α) at the time of focusing and A ratio ((S // / α) / (S / β)) to the intensity (S / β) of the ⊥ polarization component signal at the time of defocusing is calculated, and this ratio ((S // / α) / The process of storing ( S⊥ / β)) in the memory is repeated a plurality of times. Then, a plurality of average values of this ratio may be calculated, and the object to be measured may be identified based on this average value. In this case, the signal processor 57 continues the processing from step (AD3-ST1) to step (AD3-ST12) until the measurement end notification operation is performed by the operator.

(第10の実施形態)
次に、この発明の光学式物体識別装置の第10実施形態について説明する。この第10実施形態は、前述の第1〜第9実施形態に対して適用可能な実施形態である。
(Tenth embodiment)
Next, a description will be given of a tenth embodiment of the optical object identification device of the present invention. The tenth embodiment is an embodiment applicable to the first to ninth embodiments described above.

光源として半導体レーザ1を使う場合、アイセーフを考慮することが必要である。特に、電気掃除機等の家電製品に塔載する場合には、クラス1を満足することが望ましい。   When using the semiconductor laser 1 as a light source, it is necessary to consider eye-safety. In particular, it is desirable to satisfy Class 1 when mounted on home appliances such as a vacuum cleaner.

電気掃除機に塔載する場合には、基本的なこととして、掃除機が床面に設置されている時以外は、半導体レーザ1がオンしない仕掛けが必要である。この発明の光学式物体識別装置として床面判別センサを搭載している電気掃除機の場合、アイセーフのクラス1を満足するレベルの半導体レーザ1の発光によって、床面からの反射の有無を検出することで、床面の判定が可能である。もちろん、別のセンサにて追加的に検出してもよい。   When mounting on an electric vacuum cleaner, as a basic matter, a device that does not turn on the semiconductor laser 1 is necessary except when the vacuum cleaner is installed on the floor surface. In the case of a vacuum cleaner equipped with a floor surface discrimination sensor as the optical object identification device of the present invention, the presence or absence of reflection from the floor surface is detected by the light emission of the semiconductor laser 1 at a level satisfying the eye safe class 1. Thus, the floor surface can be determined. Of course, it may be additionally detected by another sensor.

また、この床面判別センサが備える半導体発光素子としての半導体レーザ1をパルス変調する動作条件として、例えば、図17(A)に示すパルス波形または図17(B)に示すパルス波形の信号でもって、半導体レーザ1を駆動することによって、アイセーフのクラス1を満足することができる。   In addition, as an operation condition for pulse-modulating the semiconductor laser 1 as a semiconductor light emitting element provided in the floor surface discrimination sensor, for example, with a pulse waveform shown in FIG. 17A or a pulse waveform signal shown in FIG. By driving the semiconductor laser 1, the eye-safe class 1 can be satisfied.

(第11の実施形態)
次に、この発明の光学式物体識別装置の第11実施形態を説明する。この第11実施形態は、レンズ振動機構の一例としてクランク機構を備えた図11Aに示す第6実施形態の構成例3の構成を有する。図11Aに示すように、光学系と信号処理回路14をなす集積回路(IC)を納めている筐体83に取り付けられた光学窓35から第1光束5が出射し、被測定物9で反射した反射光束7は光学窓35を透過して、筐体83内に入射する。光学窓35は第1集光レンズ8がレンズ振動する範囲内のどの位置にあるときにも、第1集光レンズ8の焦点位置以内になるように設置されている。
(Eleventh embodiment)
Next, an eleventh embodiment of the optical object identification device of the present invention will be described. This eleventh embodiment has the configuration of configuration example 3 of the sixth embodiment shown in FIG. 11A provided with a crank mechanism as an example of a lens vibration mechanism. As shown in FIG. 11A, the first light beam 5 is emitted from the optical window 35 attached to the housing 83 that houses the integrated circuit (IC) that forms the optical system and the signal processing circuit 14, and is reflected by the object 9 to be measured. The reflected reflected light beam 7 passes through the optical window 35 and enters the housing 83. The optical window 35 is installed so as to be within the focal position of the first condenser lens 8 at any position within the range where the first condenser lens 8 vibrates.

先述のように、被測定物9での反射光束の偏光乱れによって、被測定物9を識別するので、光学窓35に埃などの光の散乱体が付着すると、光の偏光状態を乱すノイズ源となってしまう。   As described above, since the object to be measured 9 is identified by the polarization disturbance of the reflected light beam from the object to be measured 9, if a light scatterer such as dust adheres to the optical window 35, the noise source disturbs the polarization state of the light. End up.

しかし、この第11実施形態では、ピンホール部11が第4集光レンズ10aおよび10bの焦点位置に配置されているので、第1集光レンズ8の焦点位置以外からの光は、受光素子12aおよび12bはほとんど受光することはない。このため、第1集光レンズ8のいかなる振動状態においても、この第1集光レンズ8の焦点距離以内に光学窓35を配置する構成によって、光学窓35に埃が付着したとしても、この埃に第1光束がフォーカスすることはなく、この埃がノイズ要因となることはなく、被測定物9の識別に際し、埃や汚れなどによる影響を除去することができる。   However, in the eleventh embodiment, since the pinhole portion 11 is disposed at the focal position of the fourth condenser lenses 10a and 10b, light from other than the focal position of the first condenser lens 8 is received by the light receiving element 12a. And 12b receive little light. Therefore, in any vibration state of the first condenser lens 8, even if dust adheres to the optical window 35 due to the configuration in which the optical window 35 is disposed within the focal length of the first condenser lens 8, In this case, the first light beam is not focused on, and the dust does not become a noise factor, so that the influence of dust or dirt can be removed when the object to be measured 9 is identified.

(第12の実施形態)
図18(A)は、この発明の上記実施の形態のいずれかで示した光学式物体識別装置を掃除機に適用した概略構成図を示している。図18(A)において上方に掃除機Aの全体的な概略を示し、図18(A)において下方に、掃除機Aのヘッド部Eを拡大して示す。ヘッド部Eは車輪Cを備えており、ヘッド部Eの内部に上記光学式物体識別装置Bが組み込まれている。ヘッド部Eの下面に光学窓(図示せず)が形成されており、この光学窓から第1光束5が出射している。
(Twelfth embodiment)
FIG. 18A shows a schematic configuration diagram in which the optical object identification device shown in any of the above embodiments of the present invention is applied to a vacuum cleaner. 18A shows an overall outline of the cleaner A on the upper side, and FIG. 18A shows an enlarged head portion E of the cleaner A on the lower side. The head part E includes wheels C, and the optical object identification device B is incorporated in the head part E. An optical window (not shown) is formed on the lower surface of the head portion E, and the first light beam 5 is emitted from the optical window.

また、図18(B)には、この発明の各上記実施の形態のいずれかで示した光学式物体識別装置を自走式の掃除機A2に適用した概略構成を示している。自走式掃除機本体の下面に光学窓(図示せず)が形成されており、図18(A)の掃除機Aと同様、上記光学窓から第1光束5が出射している。なお、Cは車輪であり、Dは本体下面の外縁に取り付けられたガイド部材である。   FIG. 18B shows a schematic configuration in which the optical object identification device shown in any of the above embodiments of the present invention is applied to a self-propelled cleaner A2. An optical window (not shown) is formed on the lower surface of the self-propelled cleaner main body, and the first light beam 5 is emitted from the optical window as in the cleaner A of FIG. In addition, C is a wheel, D is a guide member attached to the outer edge of the main body lower surface.

一般に、掃除機で清掃を行う床面の種類としては、フローリングなどの板間、畳、じゅうたんなどの毛織物があり、現在、一般に普及している掃除機では床面の種類に応じてその運転状態を掃除機の操作者が手動で切り替える必要があり、非常に面倒である。   In general, floor types to be cleaned with vacuum cleaners include flooring and other boards, and woven fabrics such as tatami mats and carpets. Currently, vacuum cleaners that are in widespread use depend on the floor type. The operator of the vacuum cleaner needs to switch manually, which is very troublesome.

さらに、自動的に移動し清掃を行う自走式の掃除機においては、操作者が運転状態を切り替えることができず、床面の種類を判別するセンサーが必要不可欠である。このような掃除機において、本発明による上記実施形態の光学式物体識別装置を備えることで、精度よく床面の種類を判別することができる。すなわち、上記実施形態で説明したように、あらかじめ既知の床面(板、畳、じゅうたんなど)による光の反射による偏光解消情報を信号処理回路14のメモリに入力しておき、既知の偏光解消情報と測定対象物の測定結果とを比較することにより、精度よく床面の種類を判別することができる。また、第7実施形態の光学式物体識別装置では、太陽光や蛍光灯などの外乱光を除去する機能も持っているので、照明下の屋内など明るい環境においても使用可能であり、掃除機、特に自走式掃除機に対して非常に有効である。   Furthermore, in a self-propelled cleaner that automatically moves and performs cleaning, an operator cannot switch the driving state, and a sensor that determines the type of the floor surface is indispensable. In such a vacuum cleaner, by including the optical object identification device of the above-described embodiment according to the present invention, it is possible to accurately determine the type of the floor surface. That is, as described in the above embodiment, the depolarization information based on the reflection of light from a known floor surface (plate, tatami mat, carpet, etc.) is input to the memory of the signal processing circuit 14 in advance, and the known depolarization information is input. And the measurement result of the measurement object can be compared to accurately determine the type of the floor surface. In addition, the optical object identification device of the seventh embodiment also has a function of removing ambient light such as sunlight and fluorescent lamps, so that it can be used in a bright environment such as indoors under illumination. This is particularly effective for self-propelled cleaners.

この発明の光学式物体識別装置の第1実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the optical object identification device of this invention. 上記第1実施形態において受光素子群を有する受光部を備えた場合の受光強度分布を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the light reception intensity distribution at the time of providing the light-receiving part which has a light-receiving element group in the said 1st Embodiment. 図3(A)は上記第1実施形態の変形例の構成を示す図であり、図3(B)は上記変形例における光強度分布を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a configuration of a modification of the first embodiment, and FIG. 3B is a diagram showing a light intensity distribution in the modification. この発明の第2実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 4th Embodiment of this invention. この発明の第5実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 5th Embodiment of this invention. 図8(A)は上記第5実施形態において光学系を筐体80内に収容した構成を示す図であり、図8(B)は投光部を筐体内に収容した一例を示す図であり、図8(C)はフォトダイオードを信号処理回路を同一の半導体基板に形成した一例を示す図である。FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration in which the optical system is accommodated in the casing 80 in the fifth embodiment, and FIG. 8B is a diagram illustrating an example in which the light projecting unit is accommodated in the casing. FIG. 8C shows an example in which a photodiode is formed with a signal processing circuit on the same semiconductor substrate. この発明の第6実施形態の光学式物体識別装置の概念を説明するための図であり、表面の高低差がある被測定物と第1集光レンズとの位置関係を示す模式図である。It is a figure for demonstrating the concept of the optical object identification device of 6th Embodiment of this invention, and is a schematic diagram which shows the positional relationship of the to-be-measured object with a height difference of a surface, and a 1st condensing lens. 上記第6実施形態の構成例1を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example 1 of the said 6th Embodiment. 図10(A)は上記第6実施形態の構成例2の1つの側面図であり、図10(B)は上記構成例2の別の側面図である。FIG. 10A is one side view of Configuration Example 2 of the sixth embodiment, and FIG. 10B is another side view of Configuration Example 2. 上記第6実施形態の構成例3を示す図である。It is a figure which shows the structural example 3 of the said 6th Embodiment. 上記第6実施形態の構成例4を示す図である。It is a figure which shows the structural example 4 of the said 6th Embodiment. 上記第6実施形態の変形例1が備える累進レンズを示す図である。It is a figure which shows the progressive lens with which the modification 1 of the said 6th Embodiment is provided. 上記第6実施形態の変形例1の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the modification 1 of the said 6th Embodiment. 上記第6実施形態の変形例2の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the modification 2 of the said 6th Embodiment. この発明の第7実施形態の信号処理動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the signal processing operation of 7th Embodiment of this invention. 上記第7実施形態が備える信号処理回路が有する回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit which the signal processing circuit with which the said 7th Embodiment is provided has. この発明の第8実施形態の光学式物体識別装置の信号処理動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the signal processing operation | movement of the optical object identification device of 8th Embodiment of this invention. この発明の第8実施形態の光学式物体識別装置の信号処理動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the signal processing operation | movement of the optical object identification device of 8th Embodiment of this invention. 上記第8実施形態の信号処理回路が有する回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit which the signal processing circuit of the said 8th Embodiment has. 上記第8実施形態の信号処理回路が有するより具体的な回路構成を示す図である。It is a figure which shows the more concrete circuit structure which the signal processing circuit of the said 8th Embodiment has. この発明の第9実施形態の信号処理系の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the signal processing system of 9th Embodiment of this invention. 上記第9実施形態における信号処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal processing operation in the said 9th Embodiment. 上記第9実施形態の変形例1における信号処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal processing operation in the modification 1 of the said 9th Embodiment. 上記第9実施形態の変形例2の信号処理系の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the signal processing system of the modification 2 of the said 9th Embodiment. 上記第9実施形態の変形例2の信号処理系の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the signal processing system of the modification 2 of the said 9th Embodiment. 図17(A),(B)はこの発明の第10実施形態の光学式物体識別装置を実現するための半導体レーザの発光パルス波形の一例を示す波形図である。17A and 17B are waveform diagrams showing an example of the emission pulse waveform of the semiconductor laser for realizing the optical object identification device according to the tenth embodiment of the present invention. 図18(A)はこの発明の第12実施形態としての掃除機の構成を示す模式図であり、図18(B)はこの発明の実施形態としての自走式掃除機の構成を示す模式図である。FIG. 18 (A) is a schematic diagram showing the configuration of a cleaner as a twelfth embodiment of the present invention, and FIG. 18 (B) is a schematic diagram showing the configuration of a self-propelled cleaner as an embodiment of the present invention. It is.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体レーザ
2 コリメータレンズ
3 絞り
4 ビームスプリッタ
5 第1光束
6 第2光束
7 反射光束
8 第1集光レンズ
9 被測定物
10 第2集光レンズ
11 ピンホール部
12 受光部
12a 第2受光素子
12b 第1受光素子
13a,13b,13c 直線偏光子
14 信号処理回路
15 ミラー
16 パルス電源
17 ソレノイドコイル
18 レンズホルダ
19 バネ
20 固定板
21 鉄芯
22 モータ
23 モータ固定板
24 スプリング
25 ガイド
26 補助板
27 ベアリング
28 固定台
29 補助板
30 レンズホルダ
31 ベース
32 ガイド
33 スライダ
34 円板
35 窓
36 プロペラ
37 累進レンズ
38 液晶スイッチ
39a,39b 直線偏光子
40 LD変調パルス
41 反転パルス
42 原信号
43 DC外乱光信号
44 AC外乱光信号
45 第1処理信号
46 第2処理信号
47 差動信号
48 //偏光成分側多段階ゲイン切替アンプ部
49 ⊥偏光成分側多段階ゲイン切替アンプ部
50 //偏光成分側ゲイン切替制御部
51 ⊥偏光成分側ゲイン切替制御部
52 //偏光成分側ノイズ除去部
53 ⊥偏光成分側ノイズ除去部
54 発振分周回路
55 A/D変換器
56 LD変調信号部
57 信号処理器
58 識別結果表示器


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 2 Collimator lens 3 Aperture 4 Beam splitter 5 1st light beam 6 2nd light beam 7 Reflected light beam 8 1st condensing lens 9 Measured object 10 2nd condensing lens 11 Pinhole part 12 Light receiving part 12a 2nd light receiving element 12b 1st light receiving element 13a, 13b, 13c Linear polarizer 14 Signal processing circuit 15 Mirror 16 Pulse power supply 17 Solenoid coil 18 Lens holder 19 Spring 20 Fixing plate 21 Iron core 22 Motor 23 Motor fixing plate 24 Spring 25 Guide 26 Auxiliary plate 27 Bearing 28 Fixed base 29 Auxiliary plate 30 Lens holder 31 Base 32 Guide 33 Slider 34 Disk 35 Window 36 Propeller 37 Progressive lens 38 Liquid crystal switch 39a, 39b Linear polarizer 40 LD modulation pulse 41 Inversion pulse 42 Original signal 43 DC disturbance light signal 4 AC disturbance light signal 45 First processing signal 46 Second processing signal 47 Differential signal 48 // Polarization component side multistage gain switching amplifier section 49 ⊥Polarization component side multistage gain switching amplifier section 50 // Polarization component side gain switching control Unit 51 ⊥ Polarization component side gain switching control unit 52 // Polarization component side noise removal unit 53 ⊥ Polarization component side noise removal unit 54 Oscillation frequency divider 55 A / D converter 56 LD modulation signal unit 57 Signal processor 58 Identification result display


Claims (74)

半導体発光素子から出射した光を被測定物に照射する投光部と、
上記被測定物で反射した反射光を受光する受光部と、
上記受光部と上記被測定物との間に配置されると共に所定の偏光方向の偏光を通過させる偏光状態選択部と、
上記受光部が出力する信号を処理して、上記反射光のうちの上記所定の偏光方向の光の強度を測定する信号処理部とを備えたことを特徴とする光学式物体識別装置。
A light projecting unit that irradiates the object to be measured with light emitted from the semiconductor light emitting element;
A light receiving unit that receives reflected light reflected by the object to be measured;
A polarization state selection unit that is disposed between the light receiving unit and the object to be measured and transmits polarized light in a predetermined polarization direction;
An optical object identification apparatus comprising: a signal processing unit that processes a signal output from the light receiving unit and measures the intensity of the light in the predetermined polarization direction out of the reflected light.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記被測定物に入射させる光の偏光状態が直線偏光であることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
An optical object identification device, wherein a polarization state of light incident on the object to be measured is linearly polarized light.
請求項2に記載の光学式物体識別装置において、
上記被測定物に入射させる直線偏光が上記被測定物に対してS波であることを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 2,
An optical object identification device, wherein linearly polarized light incident on the object to be measured is an S wave with respect to the object to be measured.
請求項2に記載の光学式物体識別装置において、
上記偏光状態選択部が選択する偏光方向と上記被測定物に入射させる光の偏光方向とが略同方向であることを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 2,
An optical object identification device, wherein a polarization direction selected by the polarization state selection unit and a polarization direction of light incident on the object to be measured are substantially the same direction.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子から出射した光を第1光束と第2光束とに分割する光分岐素子と、
上記第1光束を上記被測定物上に集光して照射する第1集光手段と、
上記被測定物で反射した光のうち上記第1集光手段を通過した光を集光する第2集光手段と、
上記第2集光手段と上記受光素子との間に配置されたピンホール部とを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
A light branching element that splits light emitted from the semiconductor light emitting element into a first light flux and a second light flux;
First condensing means for condensing and irradiating the first light flux on the object to be measured;
Second light collecting means for collecting light that has passed through the first light collecting means among the light reflected by the object to be measured;
An optical object identification device comprising: a pinhole portion disposed between the second light collecting means and the light receiving element.
請求項5に記載の光学式物体識別装置において、
上記第2光束およびこの第2光束の反射光の迷光防止手段を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 5,
An optical object identification device comprising: stray light preventing means for the second light beam and reflected light of the second light beam.
請求項6に記載の光学式物体識別装置において、
上記迷光防止手段が直線偏光子を有し、
上記直線偏光子は、上記第2光束の光軸上に設置されており、上記直線偏光子が通過させる偏光方向は、上記第2光束の偏光方向と直交する方向であることを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 6,
The stray light prevention means has a linear polarizer,
The linear polarizer is installed on the optical axis of the second light beam, and the polarization direction that the linear polarizer passes is a direction orthogonal to the polarization direction of the second light beam. Type object identification device.
請求項5に記載の光学式物体識別装置において、
上記第2集光手段が集光レンズを含み、
上記ピンホール部が上記集光レンズの焦点距離の位置に設置されたことを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 5,
The second condensing means includes a condensing lens;
An optical object identification device, wherein the pinhole portion is installed at a focal length position of the condenser lens.
請求項5に記載の光学式物体識別装置において、
上記ピンホール部が配置された位置における反射光束の径が、上記ピンホール部の孔径よりも小さいことを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 5,
An optical object identification device, wherein a diameter of a reflected light beam at a position where the pinhole portion is disposed is smaller than a hole diameter of the pinhole portion.
請求項5に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1光束は上記第1集光手段の略中心に入射することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 5,
The optical object identification device, wherein the first light beam is incident on a substantial center of the first light collecting means.
請求項5に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1光束は上記第1集光手段の端部に入射することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 5,
The optical object identification device, wherein the first light beam is incident on an end of the first light collecting means.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子から出射した光を上記被測定物上に集光する第1集光手段を有し、
上記被測定物で反射した光のうち、上記第1集光手段に入射する光束と重なる部分を除き、この重なる部分以外の周辺部の反射光束を上記受光部に向かわせる導光手段を有し、
上記周辺部の反射光束を上記受光部で検出することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
A first condensing means for condensing the light emitted from the semiconductor light emitting element on the object to be measured;
The light reflected from the object to be measured has light guiding means for excluding a portion overlapping the light beam incident on the first light collecting means, and directing a reflected light beam in a peripheral portion other than the overlapping portion to the light receiving portion. ,
An optical object identification device, wherein the reflected light beam of the peripheral portion is detected by the light receiving portion.
請求項5に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分岐素子により分割された上記第2光束の進行方向を変更させる光軸変更手段を有し、
上記光軸を変更した第2光束と上記第1光束とは略平行な光軸を有し、
上記第1および第2光束は同一の第1集光手段に入射することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to claim 5,
An optical axis changing means for changing a traveling direction of the second light beam divided by the light branching element;
The second light flux with the changed optical axis and the first light flux have a substantially parallel optical axis,
The optical object identification device, wherein the first and second light beams are incident on the same first light collecting means.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子から出射した光束を第1および第2光束に分割する第1光分岐素子と、
上記被測定物で反射した光を第1および第2反射光束に分割する第2光分岐素子とを備え、
上記受光部は、
上記第1反射光束を受光する第1受光素子と、
上記第2反射光束を受光する第2受光素子とを有し、
さらに、上記第1受光素子に入射する光の偏光状態を選択する偏光状態選択素子を有し、
上記信号処理部は上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
A first light branching element that splits a light beam emitted from the semiconductor light emitting element into a first light beam and a second light beam;
A second optical branching element that divides the light reflected by the device under test into first and second reflected light fluxes,
The light receiving unit is
A first light receiving element for receiving the first reflected light beam;
A second light receiving element for receiving the second reflected light beam,
And a polarization state selection element that selects a polarization state of light incident on the first light receiving element,
The optical object identification device, wherein the signal processing unit calculates a ratio between a signal output from the first light receiving element and a signal output from the second light receiving element.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子から出射した光束を第1および第2光束に分割する第1光分岐素子と、
上記被測定物で反射した光を第1および第2反射光束に分割する第2光分岐素子とを備え、
上記受光部は、
上記第1反射光束を受光する第1受光素子と、
上記第2反射光束を受光する第2受光素子とを有し、
さらに、上記第1受光素子に入射する光の偏光状態を選択する第1偏光状態選択素子と、
上記第2受光素子に入射する光の偏光状態を選択する第2偏光状態選択素子を有し、
上記第1偏光状態選択素子が選択する偏光方向と第2偏光状態選択素子が選択する偏光方向とが互いに略直交することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
A first light branching element that splits a light beam emitted from the semiconductor light emitting element into a first light beam and a second light beam;
A second optical branching element that divides the light reflected by the device under test into first and second reflected light fluxes,
The light receiving part is
A first light receiving element for receiving the first reflected light beam;
A second light receiving element for receiving the second reflected light beam,
A first polarization state selection element that selects a polarization state of light incident on the first light receiving element;
A second polarization state selection element that selects a polarization state of light incident on the second light receiving element;
An optical object identification device, wherein a polarization direction selected by the first polarization state selection element and a polarization direction selected by the second polarization state selection element are substantially orthogonal to each other.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1偏光状態選択素子が選択する偏光方向は上記第1光束の偏光方向と略平行であり、
上記第2偏光状態選択素子が選択する偏光方向は上記第1光束の偏光方向と略垂直であることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
The polarization direction selected by the first polarization state selection element is substantially parallel to the polarization direction of the first light flux,
The optical object identification device, wherein the polarization direction selected by the second polarization state selection element is substantially perpendicular to the polarization direction of the first light beam.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1および第2偏光状態選択素子が直線偏光子であることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
The optical object identification device, wherein the first and second polarization state selection elements are linear polarizers.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記第2光分岐素子と上記第1、第2偏光状態選択素子とを、偏光ビームスプリッタで構成したことを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
An optical object identification device, wherein the second light branching element and the first and second polarization state selection elements are configured by a polarization beam splitter.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部が上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
The optical object identification device, wherein the signal processing unit calculates a ratio between a signal output from the first light receiving element and a signal output from the second light receiving element.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部が、上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との差を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
The optical object identification device, wherein the signal processing unit calculates a difference between a signal output from the first light receiving element and a signal output from the second light receiving element.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との差を計算し、
上記差と、上記第1受光素子が出力する信号と上記第2受光素子が出力する信号との和との比、もしくは、
上記差と、上記第1受光素子が出力する信号または上記第2受光素子が出力する信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
The signal processor is
Calculating the difference between the signal output from the first light receiving element and the signal output from the second light receiving element;
A ratio between the difference and the sum of the signal output from the first light receiving element and the signal output from the second light receiving element; or
A ratio between the difference and a signal output from the first light receiving element or a signal output from the second light receiving element is calculated.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子が半導体レーザであることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
An optical object identification device, wherein the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記受光部がフォトダイオードを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
An optical object identification device, wherein the light receiving unit includes a photodiode.
請求項14乃至21のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記第1受光素子および第2受光素子が同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to any one of claims 14 to 21,
An optical object identification device, wherein the first light receiving element and the second light receiving element are formed on the same semiconductor substrate.
請求項23に記載の光学式物体識別装置において、
上記受光部と上記信号処理部とが同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 23,
An optical object identification device, wherein the light receiving unit and the signal processing unit are formed on the same semiconductor substrate.
請求項24に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1受光素子、第2受光素子および上記信号処理部が同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
25. The optical object identification device according to claim 24.
An optical object identification device, wherein the first light receiving element, the second light receiving element, and the signal processing unit are formed on the same semiconductor substrate.
請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
上記受光部は、複数の受光素子が整列された受光素子群を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 1,
The optical object identification device, wherein the light receiving unit includes a light receiving element group in which a plurality of light receiving elements are arranged.
請求項27に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記受光素子群のうちで最大強度を示す受光素子の信号強度によって、上記受光素子群の各受光素子の信号を規格化することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 27,
The optical object identification device, wherein the signal processing unit normalizes a signal of each light receiving element of the light receiving element group based on a signal intensity of the light receiving element having the maximum intensity among the light receiving element groups.
請求項1乃至28のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記第1集光手段が第1集光レンズで構成されており、
この第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to any one of claims 1 to 28,
The first condensing means comprises a first condensing lens;
An optical object identification apparatus, wherein a distance between a focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is changed.
請求項29に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1集光レンズを振動させるレンズ振動機構を有し、
上記レンズ振動機構で上記第1集光レンズのレンズ位置を変化させることによって、上記第1レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 29.
A lens vibration mechanism for vibrating the first condenser lens;
An optical object identification characterized in that the distance between the focal position of the first lens and the surface of the object to be measured is changed by changing the lens position of the first condenser lens by the lens vibration mechanism. apparatus.
請求項30に記載の光学式物体識別装置において、
上記レンズ振動機構がカムを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 30,
An optical object identification device, wherein the lens vibration mechanism has a cam.
請求項31に記載の光学式物体識別装置において、
上記カムのカム曲線が正弦波カーブであることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 31,
An optical object identification device, wherein the cam curve of the cam is a sine wave curve.
請求項30に記載の光学式物体識別装置において、
上記レンズ振動機構がソレノイドコイルを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 30,
An optical object identification device, wherein the lens vibration mechanism has a solenoid coil.
請求項30に記載の光学式物体識別装置において、
上記レンズ振動機構が回転運動を直線往復運動に変換するクランク機構を有すること特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 30,
An optical object identification device, wherein the lens vibration mechanism has a crank mechanism for converting rotational motion into linear reciprocating motion.
請求項30に記載の光学式物体識別装置において、
上記レンズ振動機構がアクチュエータを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 30,
An optical object identification device, wherein the lens vibration mechanism has an actuator.
請求項30に記載の光学式物体識別装置において、
上記レンズ振動機構は、レンズ保持具に取り付けられた羽根で風を受けて
レンズを振動させることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 30,
The lens vibration mechanism is an optical object identification device that vibrates a lens by receiving wind with a blade attached to a lens holder.
請求項29に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1集光レンズが累進レンズからなり、
上記第1光束が上記累進レンズに入射する位置を変化させることにより、上記第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 29.
The first condenser lens is a progressive lens;
An optical object identification characterized in that the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is changed by changing the position at which the first light beam is incident on the progressive lens. apparatus.
請求項37に記載の光学式物体識別装置において、
上記累進レンズを上記第1光束と略垂直な平面内で移動させることによって、上記累進レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 37,
An optical object identification device characterized in that the distance between the focal position of the progressive lens and the surface of the object to be measured is changed by moving the progressive lens in a plane substantially perpendicular to the first light beam. .
請求項37に記載の光学式物体識別装置において、
液晶を含む光スイッチを上記累進レンズに入射する第1光束の光軸上に配置したことを特徴する光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 37,
An optical object identification device, wherein an optical switch including a liquid crystal is disposed on an optical axis of a first light beam incident on the progressive lens.
請求項29乃至39のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離の変化量を、上記被測定物の表面の凹凸のレベル差よりも大きくすることを特徴とする光学式物体識別装置。
40. The optical object identification device according to any one of claims 29 to 39,
An optical object identification device characterized in that the amount of change in the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is larger than the level difference of the irregularities on the surface of the object to be measured. .
請求項40に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離の変化量が、5mm乃至15mmであることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 40,
An optical object identification device characterized in that the amount of change in the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured is 5 mm to 15 mm.
請求項14に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1光束を上記被測定物上に集光して照射する第1集光手段と、
上記被測定物で反射した光のうち上記第1集光手段を通過した光を集光する第2集光手段とを有し、
上記第2集光手段と上記第1および第2受光素子との間に配置されたピンホール部を有し、
上記第1集光手段が第1集光レンズで構成されており、
この第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させる機構を有し、
上記信号処理部は、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と略等しくなるフォーカス時における上記第1受光素子の出力であるフォーカス信号と、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と異なるデフォーカス時の上記第2受光素子の出力であるデフォーカス信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 14,
First condensing means for condensing and irradiating the first light flux on the object to be measured;
A second condensing unit that condenses light that has passed through the first condensing unit among the light reflected by the object to be measured;
A pinhole portion disposed between the second light collecting means and the first and second light receiving elements;
The first condensing means comprises a first condensing lens;
A mechanism for changing the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured;
The signal processor is
A focus signal that is an output of the first light receiving element at the time of focusing when the distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is approximately equal to the focal length of the first condenser lens;
The ratio between the defocus signal, which is the output of the second light receiving element at the time of defocus, in which the distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is different from the focal length of the first condenser lens An optical object identification device.
請求項15に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1光束を上記被測定物上に集光して照射する第1集光手段と、
上記被測定物で反射した光のうち上記第1集光手段を通過した光を集光する第2集光手段とを有し、
上記第2集光手段と上記第1および第2受光素子との間に配置されたピンホール部を有し、
上記第1集光手段が第1集光レンズで構成されており、
この第1集光レンズの焦点位置と上記被測定物表面との間の距離を変化させる機構を有し、
上記信号処理部は、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と略等しくなるフォーカス時における上記第1受光素子の出力であるフォーカス信号と、
上記第1集光レンズと上記被測定物表面との間の距離が上記第1集光レンズの焦点距離と異なるデフォーカス時の上記第2受光素子の出力であるデフォーカス信号とを処理することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 15,
First condensing means for condensing and irradiating the first light flux on the object to be measured;
A second condensing unit that condenses light that has passed through the first condensing unit among the light reflected by the object to be measured;
A pinhole portion disposed between the second light collecting means and the first and second light receiving elements;
The first condensing means comprises a first condensing lens;
A mechanism for changing the distance between the focal position of the first condenser lens and the surface of the object to be measured;
The signal processor is
A focus signal that is an output of the first light receiving element at the time of focusing when the distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is approximately equal to the focal length of the first condenser lens;
Processing a defocus signal, which is an output of the second light receiving element at the time of defocus, in which a distance between the first condenser lens and the surface of the object to be measured is different from a focal length of the first condenser lens; An optical object identification device.
請求項43に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 43,
The signal processor is
An optical object identification device for calculating a ratio between the focus signal and the defocus signal.
請求項43に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号との差を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 43,
The signal processor is
An optical object identification device for calculating a difference between the focus signal and the defocus signal.
請求項43に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記フォーカス信号と上記デフォーカス信号との差を計算し、
上記差と、上記フォーカス信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 43,
The signal processor is
Calculate the difference between the focus signal and the defocus signal,
An optical object identification device that calculates a ratio between the difference and the focus signal.
請求項1乃至46のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子に変調信号を印加することにより光強度変調をかけ、
上記信号処理部は、
上記変調信号がHレベルである時に上記受光部が出力する第1出力信号と上記変調信号がLレベルである時に上記受光部が出力する第2出力信号との差を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to any one of claims 1 to 46,
By applying a modulation signal to the semiconductor light emitting element, light intensity modulation is applied,
The signal processor is
A difference between a first output signal output from the light receiving unit when the modulation signal is at an H level and a second output signal output from the light receiving unit when the modulation signal is at an L level is calculated. Optical object identification device.
請求項47に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子に印加する変調信号が矩形波であることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 47,
An optical object identification device, wherein the modulation signal applied to the semiconductor light emitting element is a rectangular wave.
請求項47に記載の光学式物体識別装置において、
上記Lレベル時の上記半導体発光素子の発光量が略0Wであることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 47,
An optical object identification device, wherein the light emission amount of the semiconductor light emitting element at the L level is approximately 0 W.
請求項47に記載の光学式物体識別装置において、
上記光強度変調の変調周波数が50kHz以上であることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 47,
An optical object identification device, wherein a modulation frequency of the light intensity modulation is 50 kHz or more.
請求項47に記載の光学式物体識別装置において、
上記光強度変調の変調周波数が100Hz乃至10kHzであることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 47,
An optical object identification device, wherein a modulation frequency of the light intensity modulation is 100 Hz to 10 kHz.
請求項47に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記変調信号がHレベルのときに、受光部からの第1出力信号をそのまま通過させると共に、上記変調信号がLレベルのときに、上記変調信号がHレベルのときの上記第1出力信号をサンプルホールドする第1サンプルホールド回路と、
上記変調信号がLレベルのときに、受光部からの第2出力信号をそのまま通過させると共に、上記変調信号がHレベルのときに、上記変調信号がLレベルのときの上記第2出力信号をサンプルホールドする第2サンプルホールド回路と、
上記第1サンプルホールド回路が出力する信号と上記第2サンプルホールド回路が出力する信号との差動を取る差動回路とを備えたことを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 47,
The signal processor is
When the modulation signal is at the H level, the first output signal from the light receiving unit is passed as it is, and when the modulation signal is at the L level, the first output signal when the modulation signal is at the H level is sampled. A first sample and hold circuit for holding;
When the modulation signal is at L level, the second output signal from the light receiving section is passed as it is, and when the modulation signal is at H level, the second output signal when the modulation signal is at L level is sampled. A second sample and hold circuit for holding;
An optical object identification device comprising: a differential circuit that takes a difference between a signal output from the first sample hold circuit and a signal output from the second sample hold circuit.
請求項1乃至52のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記受光部で検出した信号を増幅する増幅部と、
上記増幅部の増幅度を、上記受光部の信号強度に応じて切り替える増幅度切替部とを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to any one of claims 1 to 52,
The signal processor is
An amplifying unit for amplifying the signal detected by the light receiving unit;
An optical object identification device comprising: an amplification degree switching unit that switches the amplification degree of the amplification unit according to the signal intensity of the light receiving unit.
請求項53に記載の光学式物体識別装置において、
上記増幅度切替部は、
所定の時刻における上記増幅部の信号強度をホールドし、このホールドした値と基準値とを比較することにより、上記増幅部の増幅度を決定することを特徴とする光学式物体識別装置。
54. The optical object identification device of claim 53.
The amplification degree switching unit is
An optical object identification device that holds the signal intensity of the amplifying unit at a predetermined time and determines the amplification degree of the amplifying unit by comparing the held value with a reference value.
請求項42または43に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記受光部で検出した信号を増幅する増幅部と、
上記増幅部の増幅度を、上記受光部の信号強度に応じて切り替える増幅度切替部とを有し、
上記増幅度切替部は、
所定の時刻における上記増幅部の信号強度をホールドし、このホールドした値と基準値とを比較することにより、上記増幅部の増幅度を決定し、
さらに、上記増幅部は第1増幅器と第2増幅器を有し、上記増幅度切替部は第1増幅度切替器と第2増幅度切替器とピークホールド回路部とサンプルホールド回路部とを有し、
上記信号処理部は、
上記第1受光素子で検出された信号が入力されると共に上記第1増幅器と上記ピークホールド回路と上記第1増幅度切替器とを有する第1信号処理回路と、
上記第2受光素子で検出された信号が入力されると共に上記第2増幅器と上記サンプルホールド回路と上記第2増幅度切替器とを有する第2信号処理回路とを有し、
上記第1増幅度切替器は、上記ピークホールド回路の出力値に基づいて上記第1増幅器の増幅度を決定し、
上記第2増幅度切替器は、上記サンプルホールド回路の出力に基づいて上記第2増幅器の増幅度を決定することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 42 or 43,
The signal processor is
An amplifying unit for amplifying the signal detected by the light receiving unit;
An amplification degree switching unit that switches the amplification degree of the amplification unit according to the signal intensity of the light receiving unit;
The amplification degree switching unit is
Hold the signal strength of the amplification unit at a predetermined time, and determine the amplification degree of the amplification unit by comparing the held value and a reference value,
Further, the amplification unit includes a first amplifier and a second amplifier, and the amplification degree switching unit includes a first amplification degree switch, a second amplification degree switch, a peak hold circuit unit, and a sample hold circuit unit. ,
The signal processor is
A first signal processing circuit that receives the signal detected by the first light receiving element and includes the first amplifier, the peak hold circuit, and the first amplification degree switch;
A second signal processing circuit that receives the signal detected by the second light receiving element and has the second amplifier, the sample hold circuit, and the second amplification degree switch;
The first amplification degree switch determines an amplification degree of the first amplifier based on an output value of the peak hold circuit,
The optical object identification device, wherein the second amplification degree switch determines an amplification degree of the second amplifier based on an output of the sample and hold circuit.
請求項54に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、
上記増幅部の出力信号をホールドする機能を有し、
上記基準値と比較するために上記増幅部の出力信号をホールドするタイミングを、上記半導体発光素子に印加する変調信号を用いて決定することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 54,
The signal processor is
Having a function of holding the output signal of the amplifying unit;
An optical object identification device, wherein a timing for holding an output signal of the amplifying unit for comparison with the reference value is determined using a modulation signal applied to the semiconductor light emitting element.
請求項55に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1信号処理回路は、
上記フォーカス時の上記第1受光素子の出力であるフォーカス信号のピーク値を上記ピークホールド回路がホールドする時刻を基準時刻として検出するピーク位置検出部を有し、
上記第2信号処理回路は、
上記ピーク位置検出部が検出した上記基準時刻と上記半導体発光素子に印加する変調信号とに基づいて、上記デフォーカス時の上記第2受光素子の出力であるデフォーカス信号を上記サンプルホールド回路がサンプルホールドするタイミングを決定するタイミング検出部を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
56. The optical object identification device of claim 55.
The first signal processing circuit includes:
A peak position detector for detecting, as a reference time, a time at which the peak hold circuit holds a peak value of the focus signal, which is an output of the first light receiving element during the focus,
The second signal processing circuit includes:
Based on the reference time detected by the peak position detector and the modulation signal applied to the semiconductor light emitting element, the sample hold circuit samples a defocus signal that is an output of the second light receiving element at the time of the defocus. An optical object identification device comprising a timing detection unit for determining a holding timing.
請求項53に記載の光学式物体識別装置において、
上記増幅度切替部は、
上記増幅部の出力信号レベルが設定された基準値範囲外であるときに、上記増幅部の増幅度を1段階ずつ増加もしくは減少させることを特徴とする光学式物体識別装置。
54. The optical object identification device of claim 53.
The amplification degree switching unit is
An optical object identification device, wherein when the output signal level of the amplification unit is outside a set reference value range, the amplification degree of the amplification unit is increased or decreased by one step.
請求項53に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部が有する上記増幅部は、
複数の増幅器が直列接続された増幅器群を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
54. The optical object identification device of claim 53.
The amplification unit included in the signal processing unit includes:
An optical object identification device comprising an amplifier group in which a plurality of amplifiers are connected in series.
請求項59に記載の光学式物体識別装置において、
上記増幅度切替部は、
上記増幅部を所定の増幅度にするときに、上記増幅器群のうちの所定の増幅器の入力接続抵抗を開放にすることを特徴とする光学式物体識別装置。
60. The optical object identification device of claim 59.
The amplification degree switching unit is
An optical object identification device, wherein an input connection resistance of a predetermined amplifier in the amplifier group is opened when the amplification unit has a predetermined amplification degree.
請求項55に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1信号処理回路は、上記フォーカス信号を含む第1信号を出力し、
上記第2信号処理回路は、上記デフォーカス信号を含む第2信号を出力し、
上記信号処理部は、
上記第1信号と第2信号をデジタル信号化するA/D変換部を有し、
上記第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号と、上記A/D変換部でデジタル信号化された第1および第2信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算するデジタル信号処理回路を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
56. The optical object identification device of claim 55.
The first signal processing circuit outputs a first signal including the focus signal,
The second signal processing circuit outputs a second signal including the defocus signal,
The signal processor is
An A / D converter for converting the first signal and the second signal into a digital signal;
A first amplification signal representing the amplification degree of the first amplifier; a second amplification signal representing the amplification degree of the second amplifier; and the first and second signals converted into digital signals by the A / D converter. Digital signal processing circuit for calculating the ratio of the focus signal and the defocus signal, the difference between the focus signal and the defocus signal, or the ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal An optical object identification device comprising:
請求項61に記載の光学式物体識別装置において、
上記デジタル信号処理回路は、
上記デジタル信号化された第1信号および第2信号を蓄積するメモリを有し、
上記メモリは、上記第1信号と第2信号のそれぞれについて、上記焦点位置の変動における少なくとも半周期分の波形データを格納できる記憶容量を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 61,
The digital signal processing circuit is
A memory for storing the first and second digital signals,
The optical object identification device, wherein the memory has a storage capacity capable of storing waveform data for at least a half cycle of the variation in the focal position for each of the first signal and the second signal.
請求項61に記載の光学式物体識別装置において、
上記デジタル信号処理回路は、
上記デジタル信号化された第1信号および第2信号を蓄積するメモリを有し、
上記メモリは、上記第1信号と第2信号のそれぞれについて、上記焦点位置の変動における1周期分の波形データを保存することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 61,
The digital signal processing circuit is
A memory for storing the first and second digital signals,
The optical object identification device, wherein the memory stores waveform data for one cycle in the variation of the focal position for each of the first signal and the second signal.
請求項61に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1信号処理回路は、
上記フォーカス信号のピーク値を上記ピークホールド回路がホールドする時刻を基準時刻として検出するピーク位置検出部を有し、
上記第2信号処理回路は、
上記ピーク位置検出部が検出した上記基準時刻と上記半導体発光素子に印加する変調信号とに基づいて、上記デフォーカス信号を上記サンプルホールド回路部がサンプルホールドするタイミングを決定するタイミング検出部を有し、
上記A/D変換部は、
上記第1信号処理回路が有する上記ピーク位置検出部が上記基準時刻を検出したことをトリガ信号としてA/D変換を開始し、
上記デジタル信号処理回路がA/D変換したデジタルデータを保存するメモリを備えたことを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 61,
The first signal processing circuit includes:
A peak position detector that detects a peak time of the focus signal by the peak hold circuit as a reference time;
The second signal processing circuit includes:
A timing detection unit for determining a timing at which the sample hold circuit unit samples and holds the defocus signal based on the reference time detected by the peak position detection unit and a modulation signal applied to the semiconductor light emitting element; ,
The A / D converter is
A / D conversion is started with a trigger signal that the peak position detection unit of the first signal processing circuit detects the reference time,
An optical object identification device, wherein the digital signal processing circuit includes a memory for storing A / D converted digital data.
請求項64に記載の光学式物体識別装置において、
上記第1信号処理回路が有する上記ピーク位置検出部が検出した上記基準時刻から上記メモリにデジタルデータを蓄積する過程において、
上記基準時刻から上記第2信号処理回路が有する上記タイミング検出部が決定したタイミングで上記サンプルホールド回路部がサンプルホールドを開始する時刻までの間に、上記ピーク位置検出部が新たな基準時刻を検出したときに、この新たな基準時刻までに上記メモリに格納されたデジタルデータをすべてクリアし、
上記A/D変換部は、上記ピーク位置検出部が上記新たな基準時刻を検出したことをトリガ信号として、第1および第2信号のA/D変換を開始し、上記メモリにデジタルデータを保存することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 64,
In the process of storing digital data in the memory from the reference time detected by the peak position detector included in the first signal processing circuit,
The peak position detection unit detects a new reference time between the reference time and the time when the sample hold circuit unit starts sample hold at the timing determined by the timing detection unit of the second signal processing circuit. Clear all the digital data stored in the memory by this new reference time,
The A / D conversion unit starts A / D conversion of the first and second signals using the detection of the new reference time by the peak position detection unit as a trigger signal, and stores the digital data in the memory An optical object identification device.
請求項61に記載の光学式物体識別装置において、
上記デジタル信号処理回路は、
上記ピーク位置検出部が検出した基準時刻に基づいて、上記メモリに保存されたデジタルデータの中から、上記第1信号に含まれる上記基準時刻におけるフォーカス信号を取り出し、かつ、上記第2信号に含まれる所定の時刻におけるデフォーカス信号を取り出し、
上記第1信号処理回路の第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2信号処理回路の第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 61,
The digital signal processing circuit is
Based on the reference time detected by the peak position detector, the focus signal at the reference time included in the first signal is extracted from the digital data stored in the memory and included in the second signal. Take out the defocus signal at a predetermined time,
The focus signal is based on a first amplification signal representing the amplification of the first amplifier of the first signal processing circuit and a second amplification signal representing the amplification of the second amplifier of the second signal processing circuit. A defocus signal ratio, a difference between the focus signal and the defocus signal, or a ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal is calculated.
請求項61に記載の光学式物体識別装置において、
上記デジタル信号処理回路は、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の上記デジタル信号化された第1信号に基づいて、上記第1信号のピーク位置を検出するデジタル信号演算部を有し、
上記デジタル信号演算部が検出したピーク位置の時刻データを基準時刻とし、この基準時刻におけるフォーカス信号を取り出し、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の上記デジタル信号化された第2信号から、上記基準時刻及び上記変調信号に基づくタイミング検出部で決まる所定の時刻におけるデフォーカス信号を取り出し、
上記第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号との比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号との差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号との差とフォーカス信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 61,
The digital signal processing circuit is
A digital signal calculation unit for detecting a peak position of the first signal based on the first signal converted into the digital signal in the digital data stored in the memory;
The time data of the peak position detected by the digital signal calculation unit is set as the reference time, and the focus signal at this reference time is taken out,
A defocus signal at a predetermined time determined by a timing detection unit based on the reference time and the modulation signal is extracted from the second digital signal converted from the digital data stored in the memory,
The ratio of the focus signal to the defocus signal or the focus signal based on the first amplification signal representing the amplification degree of the first amplifier and the second amplification signal representing the amplification degree of the second amplifier. An optical object identification device that calculates a difference between a focus signal and a defocus signal or a ratio between the focus signal and the defocus signal and a focus signal.
請求項66または67に記載の光学式物体識別装置において、
上記デジタル信号処理回路は、
上記メモリに保存されたデジタルデータの中から上記フォーカス信号および上記デフォーカス信号を取り出す過程において、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の、上記基準時刻の前と後の複数時刻、または上記基準時刻の前の複数時刻、または上記基準時刻の後の複数時刻における複数のフォーカス信号の平均値をフォーカス信号として取り出し、
上記メモリに保存されたデジタルデータの内の、上記基準時刻及び上記変調信号に基づくタイミング検出部で決まる所定の時刻の前と後の複数時刻、または上記基準時刻の前の複数時刻、または上記基準時刻の後の複数時刻における複数のデフォーカス信号の平均値をデフォーカス信号として取り出し、
上記第1信号処理回路の第1増幅器の増幅度を表す第1増幅度信号と、上記第2信号処理回路の第2増幅器の増幅度を表す第2増幅度信号とに基づいて、上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to claim 66 or 67,
The digital signal processing circuit is
In the process of extracting the focus signal and the defocus signal from the digital data stored in the memory,
Average value of a plurality of focus signals at a plurality of times before and after the reference time, a plurality of times before the reference time, or a plurality of times after the reference time in the digital data stored in the memory As a focus signal,
Among the digital data stored in the memory, a plurality of times before and after a predetermined time determined by the timing detection unit based on the reference time and the modulation signal, or a plurality of times before the reference time, or the reference The average value of a plurality of defocus signals at a plurality of times after the time is taken out as a defocus signal,
The focus signal is based on a first amplification signal representing the amplification of the first amplifier of the first signal processing circuit and a second amplification signal representing the amplification of the second amplifier of the second signal processing circuit. A defocus signal ratio, a difference between the focus signal and the defocus signal, or a ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal is calculated.
請求項61に記載の光学式物体識別装置において、
上記デジタル信号処理回路は、
上記フォーカス信号とデフォーカス信号の比、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差、または上記フォーカス信号とデフォーカス信号の差と上記フォーカス信号との比を計算して、上記被測定物を識別する過程において、
上記計算を複数回行い、この複数回の計算結果の平均を計算して上記被測定物を識別することを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device of claim 61,
The digital signal processing circuit is
The object to be measured is identified by calculating a ratio between the focus signal and the defocus signal, a difference between the focus signal and the defocus signal, or a ratio between the focus signal and the defocus signal and the focus signal. In the process
An optical object identification device characterized in that the calculation is performed a plurality of times, and an average of the calculation results of the plurality of times is calculated to identify the object to be measured.
請求項1乃至69のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記被測定物との間の距離が所定値より大きいときは、上記半導体発光素子の発光をオフまたは低下させることを特徴とする光学式物体識別装置。
The optical object identification device according to any one of claims 1 to 69,
The optical object identification device characterized in that the light emission of the semiconductor light emitting element is turned off or reduced when the distance to the object to be measured is larger than a predetermined value.
請求項1乃至70のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子の発光状態はレーザ製品の安全基準のクラス1を満足することを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to any one of claims 1 to 70,
An optical object identification device characterized in that a light emitting state of the semiconductor light emitting element satisfies a safety standard class 1 of a laser product.
請求項1乃至71のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置において、
筐体の一部に形成された光学窓を有し、
上記第1集光レンズと上記光学窓との間の距離は、上記第1集光レンズの焦点距離よりも短いことを特徴とする光学式物体識別装置。
In the optical object identification device according to any one of claims 1 to 71,
Having an optical window formed in part of the housing;
The optical object identification device, wherein a distance between the first condenser lens and the optical window is shorter than a focal length of the first condenser lens.
請求項1乃至72のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置をヘッド部に搭載したことを特徴とする掃除機。   A vacuum cleaner comprising the optical object identification device according to any one of claims 1 to 72 mounted on a head portion. 請求項1乃至72のいずれか1つに記載の光学式物体識別装置を搭載したことを特徴とする自走式掃除機。

A self-propelled cleaner equipped with the optical object identification device according to any one of claims 1 to 72.

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