JP2009128026A - Apparatus and method for detecting object - Google Patents

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Shoji Hirata
照二 平田
Kazutoshi Nomoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately detect objects by an extremely simple constitution through the use of the reaction of a laser light source caused by an extremely small scattered return light. <P>SOLUTION: An object detection apparatus is provided with the light source 10 for emitting a laser beam; a photo-detector 20 for detecting output changes of the light source 10 caused by incoherent light among scattered light generated when a laser beam emitted from the light source 10 hits an object; and a detector 30 for detecting the presence or absence of an object to be detected on the basis of detection results by the photo-detector 20. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光の光路上にある物体の検知を行う物体検知装置および物体検知方法に関する。   The present invention relates to an object detection apparatus and an object detection method for detecting an object on an optical path of a laser beam.

従来型のレーザ物体センサは、光源から出射されるレーザ光をある物体が遮るか、反射もしくは強く散乱することを利用し、状態の変化を捉えることで行っている。この方法では、光検出器に被測定物からの信号(状態変化による情報)が充分に達しないと実用レベルにならないことから、高精度かつ安定した光軸合わせ、被測定物への焦点制御や位置制御、被測定物への強い輝度光線の照射などが必要とされ、複雑なサーボ構成が必要となる。   The conventional type laser object sensor uses a laser beam emitted from a light source to capture a change in state by blocking, reflecting, or strongly scattering a certain object. In this method, if the signal from the object to be measured (information due to state change) does not reach the photodetector, it will not be at a practical level. Therefore, highly accurate and stable optical axis alignment, focus control on the object to be measured, Position control, irradiation of a strong luminance beam to the object to be measured, and the like are required, and a complicated servo configuration is required.

また、光検出器の位置は透過光の有無を見る場合、一般的に光源からかなり離れた場所に設置する必要があり、反射光を見る場合においても反射器を光源から離れた位置に設置し、かつ検出器の位置を精度良く管理する必要がある。   In addition, when the presence of transmitted light is observed, the position of the light detector generally needs to be installed at a location far away from the light source. When viewing reflected light, the reflector is installed at a location away from the light source. In addition, it is necessary to manage the position of the detector with high accuracy.

ここで、特許文献1には、レーザ光を対象物に照射してドップラビート波を検出する半導体レーザデジタル振動変位計測装置が開示されている。また、特許文献2には、レーザへの戻り光を利用したセンシング技術が開示されている。   Here, Patent Document 1 discloses a semiconductor laser digital vibration displacement measuring apparatus that detects Doppler beat waves by irradiating an object with laser light. Further, Patent Document 2 discloses a sensing technique using return light to a laser.

特許第3282746号明細書Japanese Patent No. 3282746 特開昭51−126846号公報Japanese Patent Laid-Open No. 51-126646

しかしながら、レーザドップラ速度計のように強い散乱光を検出する場合は、被測定物体を光源や検出器からあまり遠くない位置に設置して測定感度を上げる必要があり、その適用範囲は非常に制限を受けることになる。また、レーザへの戻り光を利用したセンシングでは、戻り光率が0.01%を超える比較的高めの領域を用いるものであったため、いわゆる戻り光ノイズの発生が大きくかつ不安定で実用的ではない。   However, when detecting strong scattered light such as a laser Doppler velocimeter, it is necessary to increase the measurement sensitivity by placing the object to be measured not far from the light source or detector, and its application range is extremely limited. Will receive. Also, since sensing using the return light to the laser uses a relatively high region where the return light rate exceeds 0.01%, so-called return light noise is large and unstable and practical. Absent.

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による光源の出力変化を検出する受光手段と、受光手段による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知手段とを備える物体検知装置である。   The present invention has been made to solve such problems. That is, the present invention includes a light source that emits laser light, a light receiving unit that detects an output change of the light source due to incoherent light among scattered light generated when the laser light emitted from the light source strikes an object, It is an object detection apparatus provided with the detection means which detects the presence or absence of the object used as a detection target based on the detection result by a means.

このような本発明では、光源から出射されたレーザ光が物体に当たり、その際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光が光源の出力に与える影響を受光手段で検出することから、光源のコヒーレンス長より離れた物体であっても極微小な散乱戻り光(インコヒーレントな光)を利用して検知を行うことができるようになる。   In the present invention, since the laser beam emitted from the light source hits the object and the influence of the incoherent light on the output of the light source among the scattered light generated at that time is detected by the light receiving means, the coherence length of the light source Even a distant object can be detected using extremely small scattered return light (incoherent light).

また、本発明は、上記の構成に加え、光源から出射したレーザ光を集光するレンズと、レンズの焦点位置を調整する駆動手段と、駆動手段によってレンズの焦点位置を調整し、受光手段による検出値が最大となるよう制御する制御手段とを備える物体検知装置でもある。   According to the present invention, in addition to the above-described configuration, the lens for condensing the laser light emitted from the light source, the driving means for adjusting the focal position of the lens, the focal position of the lens is adjusted by the driving means, and the light receiving means It is also an object detection apparatus provided with the control means which controls so that a detection value may become the maximum.

このような本発明では、レーザ光を集光するレンズの焦点位置に物体がある場合の散乱戻り光が最も強くなることを利用し、受光手段による検出値が最大となるようレンズの焦点位置を調整することで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。また、本発明では、受光手段による検出値が最大となるときの焦点位置に基づき物体までの距離を検知できるようになる。   In the present invention, the focal position of the lens is adjusted so that the detection value by the light receiving means is maximized by utilizing the fact that the scattered return light is strongest when the object is at the focal position of the lens that collects the laser light. By adjusting, even a very small scattered return light can be detected with high accuracy. Further, according to the present invention, the distance to the object can be detected based on the focal position when the detection value by the light receiving means is maximized.

また、光源から出射するレーザ光として、マルチモードのレーザ光を用いたり、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を用いたりすることで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。   In addition, by using multimode laser light as the laser light emitted from the light source, or using laser light in an oscillation mode that is mode-hopped from the oscillation mode closest to the laser light oscillation threshold, extremely small scattering return Even light can be detected with high accuracy.

また、本発明では、光源から出射するレーザ光の光路上にある物体を検知できるため、反射手段によってレーザ光を反射させたり、分岐手段によってレーザ光を分岐させたりすることで、所望の光路を設定して物体の検知範囲を拡げることができるようになる。   In the present invention, since an object on the optical path of the laser light emitted from the light source can be detected, the laser light is reflected by the reflecting means or the laser light is branched by the branching means. It can be set to expand the object detection range.

また、本発明は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射するレーザ光の出力変化を検知する受光手段とを備えるレーザ光出射装置を用いる物体検知方法であり、光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による光源の出力変化を受光手段で検出し、その検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する物体検知方法である。   In addition, the present invention is an object detection method using a laser light emitting device including a light source that emits laser light and a light receiving unit that detects an output change of the laser light emitted from the light source, and the laser light emitted from the light source. Is an object detection method in which the light receiving means detects the output change of the light source due to incoherent light among the scattered light generated when the light hits the object, and detects the presence or absence of the object to be detected based on the detection result.

このような本発明では、光源から出射されたレーザ光が物体に当たり、その際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光が光源の出力に与える影響を受光手段で検出することから、光源のコヒーレンス長より離れた物体であっても極微小な散乱戻り光(インコヒーレントな光)を利用して検知を行うことができるようになる。   In the present invention, since the laser beam emitted from the light source hits the object and the influence of the incoherent light on the output of the light source among the scattered light generated at that time is detected by the light receiving means, the coherence length of the light source Even a distant object can be detected using extremely small scattered return light (incoherent light).

また、本発明は、光源から出射したレーザ光を集光するレンズの焦点距離を調整し、受光手段による検出値が最大となるよう制御する物体検知方法でもある。   The present invention is also an object detection method in which the focal length of a lens that collects laser light emitted from a light source is adjusted, and control is performed so that the detection value by the light receiving means is maximized.

このような本発明では、レーザ光を集光するレンズの焦点位置に物体がある場合の散乱戻り光が最も強くなることを利用し、受光手段による検出値が最大となるようレンズの焦点位置を調整することで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。また、本発明では、受光手段による検出値が最大となるときの焦点位置に基づき物体までの距離を検知できるようになる。   In the present invention, the focal position of the lens is adjusted so that the detection value by the light receiving means is maximized by utilizing the fact that the scattered return light is strongest when the object is at the focal position of the lens that collects the laser light. By adjusting, even a very small scattered return light can be detected with high accuracy. Further, according to the present invention, the distance to the object can be detected based on the focal position when the detection value by the light receiving means is maximized.

また、本発明の物体検知方法では、光源から出射するレーザ光として、マルチモードのレーザ光を用いたり、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を用いたりすることで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。   In the object detection method of the present invention, multimode laser light is used as laser light emitted from the light source, or laser light in an oscillation mode that is mode-hopped from the oscillation mode closest to the laser light oscillation threshold is used. Thus, even a very small amount of scattered return light can be detected with high accuracy.

また、本発明の物体検知方法では、光源から出射するレーザ光の光路上にある物体を検知できるため、反射手段によってレーザ光を反射させたり、分岐手段によってレーザ光を分岐させたりすることで、所望の光路を設定して物体の検知範囲を拡げることができるようになる。   Further, in the object detection method of the present invention, since an object on the optical path of the laser light emitted from the light source can be detected, the laser light is reflected by the reflecting means, or the laser light is branched by the branching means, An object detection range can be expanded by setting a desired optical path.

したがって、本発明によれば、極微小な散乱戻り光によるレーザ光源の反応を利用して、きわめて簡単な構成かつ高精度な物体検知を行うことが可能となる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to detect an object with a very simple configuration and high accuracy by utilizing a reaction of a laser light source by extremely small scattered return light.

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る物体検知装置および物体検知方法は、レーザ光の光路上に検知対象となる物体が存在するか否かを検知する構成を備えており、この構成を基本として物体までの距離を検出できるものでもある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The object detection device and the object detection method according to the present embodiment have a configuration for detecting whether or not an object to be detected exists on the optical path of the laser light, and based on this configuration, the distance to the object is determined. It can also be detected.

特に、本実施形態では、従来型光センサに比べて装置構成の簡素化、設置の制限の緩和といったメリットがあることから、固定してのセンシングのほか、移動体でのセンシングにも適したものとなる。   In particular, this embodiment has advantages such as simplified device configuration and relaxed installation restrictions compared to conventional photosensors, so it is suitable for sensing with a mobile object in addition to fixed sensing. It becomes.

すなわち、図8に示す従来型光センサでは、左側にあるレーザ光源から出た光が右側にある光センサに入る設定となっている。この時、この光路中に遮蔽物が入ると光が途切れるため、光センサがこれを感知し、侵入者(物)の存在を知らせるかもしくは記録する装置に信号を送ることができる。   That is, in the conventional photosensor shown in FIG. 8, the light emitted from the laser light source on the left side is set to enter the photosensor on the right side. At this time, if a blocking object enters the optical path, the light is interrupted, so that the optical sensor can detect this and send a signal to a device that notifies or records the presence of an intruder (object).

したがって、このような設定の場合、光源と光センサとはある程度距離を離して設置する必要がある。両者の設置を近づけたい場合は反射鏡を使えば可能であるが、その場合もミラーはやはり光源や光センサから離れた設置を必要とし、さらに光センサの位置はミラー反射光をうまく受けられるように精度よく設置させる必要がある。   Therefore, in such a setting, it is necessary to install the light source and the optical sensor at a certain distance. If you want to make both installations closer, you can use a reflector, but in that case the mirror still needs to be installed away from the light source and the light sensor, and the position of the light sensor can receive the mirror reflected light well. Must be installed accurately.

このため、例えば、車間に物体が入ったことを検知する場合、隣の車に鏡を設置させることは困難であるとともに、その反射光をうまく受光する光センサ位置を設定することも容易ではない。このように、従来方法による光センシングでは、その設置に制限が多く、メンテナンスも必要な上、移動体でのセンシングには適さない。   For this reason, for example, when detecting that an object has entered the vehicle, it is difficult to install a mirror in the adjacent car, and it is not easy to set the position of the optical sensor that receives the reflected light well. . As described above, the optical sensing according to the conventional method has many restrictions on installation, requires maintenance, and is not suitable for sensing with a moving body.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態を説明する模式図である。すなわち、第1実施形態に係る物体検知装置は、レーザ光を出射する光源(例えば、半導体レーザ)10と、光源10から出射されるレーザ光の出力を検出する光検出器(例えば、フォトダイオード)20と、光検知器20による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知器30とを備えたもので、この光検出器20において、光源10から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光(戻り光)による光源10の出力変化を検出し、この検出結果から検知対象となる物体の有無を判断している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of the present invention. That is, the object detection apparatus according to the first embodiment includes a light source (for example, a semiconductor laser) 10 that emits laser light, and a photodetector (for example, a photodiode) that detects an output of the laser light emitted from the light source 10. 20 and a detector 30 that detects the presence or absence of an object to be detected based on the detection result of the light detector 20. In this light detector 20, the laser light emitted from the light source 10 is applied to the object. A change in the output of the light source 10 due to incoherent light (return light) among the scattered light generated upon hitting is detected, and the presence or absence of an object to be detected is determined from this detection result.

具体的には、光源10から出射されるレーザ光をコリメートするレンズ11を備えており、レンズ11の後段にレーザ光を分岐するビームスプリッタ12が配置されている。ビームスプリッタ12で分岐されたレーザ光の一方はそのまま直進して物体検知用の光路となる。また、ビームスプリッタ12で分岐されたレーザ光の他方は直角に反射して光検出器20に入射する。光検知器20では、入射された光の量に応じた電気信号を出力する。これにより、光源10から出射されるレーザ光の出力をモニタできることになる。   Specifically, a lens 11 for collimating the laser light emitted from the light source 10 is provided, and a beam splitter 12 for branching the laser light is disposed at the subsequent stage of the lens 11. One of the laser beams branched by the beam splitter 12 goes straight as it is and becomes an optical path for object detection. The other of the laser beams branched by the beam splitter 12 is reflected at a right angle and enters the photodetector 20. The photodetector 20 outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light. As a result, the output of the laser light emitted from the light source 10 can be monitored.

光検出器20の後段には出力信号を増幅する増幅器21、その後段に所定の周波数帯域のみを通過させるフィルタ22が設けられ、このフィルタ22を通過した信号が検知器30に送られるようになっている。   An amplifier 21 that amplifies the output signal is provided at the subsequent stage of the photodetector 20, and a filter 22 that passes only a predetermined frequency band is provided at the subsequent stage, and a signal that has passed through the filter 22 is sent to the detector 30. ing.

次に、本実施形態に係る物体検知装置の動作(物体検知方法)を説明する。先ず、光源10から出射されたレーザ光はレンズ11によって平行光にコリメートされ、遠方に出射される。この際、レンズ11の後段に配置されたビームスプリッタ12によって光路が2つに分けられ、一方を表面散乱の無い光検出器20に入れる(PD光路)。そして、光検出器20からの電気信号を増幅器21で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。   Next, the operation (object detection method) of the object detection apparatus according to the present embodiment will be described. First, the laser light emitted from the light source 10 is collimated into parallel light by the lens 11 and emitted far away. At this time, the optical path is divided into two by the beam splitter 12 arranged at the rear stage of the lens 11, and one of them is put into the photodetector 20 without surface scattering (PD optical path). Then, the electric signal from the photodetector 20 is amplified by the amplifier 21, and the signal is monitored as sound by an acoustic device, for example.

この際、ある振動散乱体(例えば、鏡面ではない紙など)がビームスプリッタ12で分岐されたもう一つの光路(検知光路)にあると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源10に戻ってくることになる。このインコヒーレントな散乱光の一部は出射したレーザ光のうち0.01%以下程度の極微小強度であるにも関わらず光源10である半導体レーザに戻り、戻り光反応信号を発生させる。   At this time, if a certain vibration scatterer (for example, paper that is not a mirror surface) is in another optical path (detection optical path) branched by the beam splitter 12, incoherent light of the scatterer is returned as a light source. Will come back to 10. A part of the incoherent scattered light returns to the semiconductor laser as the light source 10 in spite of the extremely small intensity of about 0.01% or less of the emitted laser light, and generates a return light reaction signal.

この発生信号はレーザ光の時間コヒーレンス度が残っている限り1Hz〜100kHz帯の音響信号帯において確実に発生し、その信号を音響アンプ(増幅器21)でモニタするとS/N良く検知され、検知対象となる物体の振動状態に対応し、出力される音の周波数を変化させる。この音は、あたかも鳥がピヨピヨとさえずる音に聴こえる。なお、戻り光反応信号は必ずしも音として出力しなくてもよく、周波数の変化する電気信号のまま後段で取り扱うようにしてもよい。以下の説明では、この戻り光反応信号をPeep Signal(PS)と呼ぶことにする。   This generated signal is reliably generated in an acoustic signal band of 1 Hz to 100 kHz as long as the degree of temporal coherence of the laser beam remains, and when this signal is monitored by an acoustic amplifier (amplifier 21), it is detected with good S / N and is a detection target. The frequency of the output sound is changed in response to the vibration state of the object. This sound can be heard as if a bird screams. Note that the return light reaction signal does not necessarily have to be output as a sound, and may be handled later in the form of an electrical signal whose frequency changes. In the following description, this return light reaction signal will be referred to as Peep Signal (PS).

検知器30は、このPSを検知し、予め設定された閾値(信号の絶対値や周波数変化の閾値)を超えるPSが入力されると検知光路上に検知対象となる物体が存在していると判断する。   The detector 30 detects this PS, and if a PS exceeding a preset threshold (a signal absolute value or a frequency change threshold) is input, an object to be detected exists on the detection optical path. to decide.

本実施形態による物体の検知可能距離は、光源10である半導体レーザのコヒーレンス長に依存して変化する。例えば、汎用のDVD用赤色レーザ(シングルモード)で数mW出力なら、コヒーレンス長が約20cmであり、これに対して検知可能距離が約5m〜7mとなる。   The detectable distance of the object according to the present embodiment varies depending on the coherence length of the semiconductor laser that is the light source 10. For example, if a general-purpose red laser for DVD (single mode) outputs several mW, the coherence length is about 20 cm, and the detectable distance is about 5 m to 7 m.

また、よりコヒーレンス長の長いDFB(Distributed Feedback)レーザやVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)を用いるとさらに長い距離の検出も可能である。しかも、本実施形態では、レーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による戻り光による光源10の出力変化を検知することから、光源10から出射されるレーザ光のコヒーレンス長より離れた物体であっても検知することが可能である。   Further, if a DFB (Distributed Feedback) laser having a longer coherence length or a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is used, a longer distance can be detected. In addition, in the present embodiment, since the output change of the light source 10 due to the return light due to the incoherent light among the scattered light generated when the laser light hits the object is detected, the coherence of the laser light emitted from the light source 10 is detected. It is possible to detect even an object that is more distant than the length.

また、散乱光のような非常に弱い信号であっても、また散乱面が必ずしも光路に垂直に入らなくても充分その検出は可能である。また、黒い紙や布であっても散乱光が出る限り検出は可能である。この際、光源10から出射するレーザ光の光量は、数mWかそれ以下(例えば、1mW)でも感知することができる。   Further, even a very weak signal such as scattered light can be detected sufficiently even if the scattering surface does not necessarily enter the optical path perpendicularly. Further, even black paper or cloth can be detected as long as scattered light is emitted. At this time, the amount of laser light emitted from the light source 10 can be sensed even at several mW or less (for example, 1 mW).

また、検知光路をミラーで折り曲げ、その折り曲げた曲げた光路上にある物体の散乱体であっても問題なくPSは発生する。つまり、レーザ光のコヒーレンス長に依存する検知可能距離であれば、いかに曲げようと、いかに枝分かれさせようと、ある検知光路を散乱体で遮ると、PSが発生することになる(レーザ光の折り曲げ、分岐については後述する。)。   Further, PS is generated without any problem even if the detection optical path is bent by a mirror and the object is a scatterer on the bent optical path. In other words, if the detectable distance depends on the coherence length of the laser beam, PS will be generated if a detection light path is blocked by a scatterer regardless of how it bends or how it branches. The branching will be described later.)

本実施形態の構成による現象を利用すると、簡便で、設置が容易な光センシングが可能となる。光検出器20からの信号は増幅されPSに対応するある特性の周波数(例えば、1kHzあたり)フィルタに入れて、その信号を検知していればその信号に対応した振動を特徴とする散乱体(物体)の検出が可能となる。もちろんフィルタを用いないなら、あらゆる振動に対する散乱体(物体)に活用できる。   If the phenomenon by the structure of this embodiment is utilized, the optical sensing which is simple and easy to install will be possible. The signal from the optical detector 20 is amplified and put in a filter having a certain characteristic frequency (for example, per 1 kHz) corresponding to PS, and if the signal is detected, a scatterer characterized by vibration corresponding to the signal ( (Object) can be detected. Of course, if a filter is not used, it can be used as a scatterer (object) against any vibration.

また、PS信号は、例えば声紋スペクトル分析器を用いるとより定量的に分析することができ、散乱体(物体)の持つ固有の振動を「個性」として分析、同定することが可能になる。つまりこのような特徴抽出器を検知器30として構成することで、被測定物質(生物)の同定や認識をすることが可能となり、指紋や声紋に似た個人認証にも応用することが可能になる。   Further, the PS signal can be analyzed more quantitatively by using, for example, a voiceprint spectrum analyzer, and the inherent vibration of the scatterer (object) can be analyzed and identified as “individuality”. In other words, by configuring such a feature extractor as the detector 30, it becomes possible to identify and recognize the substance to be measured (living organism), and it can be applied to personal authentication similar to a fingerprint or a voiceprint. Become.

例えば、人間は各自特有の「振動状態」を有していると考えられる。ある散乱光カードを指で持ちレーザ光路(検知光路)上にかざすと、その人の持つ固有の振動を検知できる。これによって本人かどうかの判断にある程度用いることが可能である。もちろん病気や疲れなどで振動状態が変化している場合もあるが、それはそれで健康状態の判定に使うことも可能となる。   For example, each human is considered to have a unique “vibration state”. If you hold a scattered light card with your finger and hold it over the laser beam path (detection beam path), you can detect the inherent vibration of that person. As a result, it can be used to some extent to determine whether or not the person is the person. Of course, the vibration state may change due to illness or fatigue, but it can also be used to determine the health condition.

さらに、この手法を用いて、レーザ光線を隔離された患者の非接触診断に用いることも可能となる。最近は感染型の新たな病気の発生が知られていて(サーズなど)、体温計や聴診器等の接触型の診断が困難な状況が増えてきている。本実施形態によれば、構成がシンプルなため、隔離室にいる患者の胸やのどなどに短時間照射し散乱光を検知することで、循環器の状態や音声などを調べることも期待できる。   Furthermore, using this technique, the laser beam can be used for non-contact diagnosis of an isolated patient. Recently, the occurrence of new infectious diseases is known (Thurs, etc.), and the situation in which contact-type diagnosis such as thermometers and stethoscopes is difficult is increasing. According to the present embodiment, since the configuration is simple, it can be expected to check the state of the circulatory organ and sound by irradiating the chest and throat of the patient in the isolation room for a short time and detecting the scattered light.

また、本実施形態の物体検知装置は、設置に関しても汎用性を持っていて使いやすい。設置はレーザ光を出射させてさえおけば、その光路を遮る散乱体が入ったときにPSが出て、検知を行うことができる。光源10と光検出器20、そして検知器30と電源(図示せず)を同じ側の一つの筐体に収容することができ、商品として1体ものにクローズすることができる。   Moreover, the object detection apparatus of this embodiment has versatility in terms of installation and is easy to use. As long as the laser beam is emitted, PS can be detected when a scatterer that blocks the optical path enters, and can be detected. The light source 10, the photodetector 20, and the detector 30 and a power source (not shown) can be accommodated in one casing on the same side, and can be closed as a single product.

また、設置も容易で複雑な光路調整も不要である。また、本実施形態の物体検知装置を移動体につけておけば、散乱体が検知光路に入りさえすれば検知できるため、光による非破壊非接触な触覚とすることが可能で、例えば自動車の衝突防止やロボットの光センサに使うことが可能となる。   Further, installation is easy and complicated optical path adjustment is unnecessary. In addition, if the object detection device of the present embodiment is attached to a moving body, it can be detected as long as the scatterer enters the detection optical path. It is possible to use it for prevention and optical sensors of robots.

さらに、図1に示す本実施形態の物体検知装置において、光源10の後段にあるレンズ11を、レーザ光をコリメートするのではなく集光光線にしてもよい。この場合、集光ポイントに検知対象の物体が存在すると、PSの信号レベルはコリメート光の場合に比べて飛躍的に増大する。例えば、レーザ光をコリメート光にする場合と比べ、集光光線にすると約10倍以上のPSレベルを得ることができる。   Furthermore, in the object detection apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1, the lens 11 at the rear stage of the light source 10 may be a condensed light beam instead of collimating the laser light. In this case, if there is an object to be detected at the condensing point, the signal level of PS increases dramatically compared to the case of collimated light. For example, compared to the case where laser light is used as collimated light, a PS level of about 10 times or more can be obtained when the condensed light is used.

レンズ11を集光型にする場合、レンズ11の焦点位置を手動で調整できるようにする、もしくはレンズ設計によって予め特定の焦点位置に設定しておくことで、この焦点位置のところに存在する物体を高感度に検知することが可能となる。これは、ある程度検知範囲が決まっている場合や、特定の範囲で精度良く物体検知を行いたい場合に適しており、検知器30での検知精度(物体検知のための閾値)との兼ね合いで、特定の範囲以外での誤検知を防止することも可能となる。   When the lens 11 is a condensing type, an object existing at the focal position can be adjusted manually or by setting a specific focal position in advance by lens design. Can be detected with high sensitivity. This is suitable when the detection range is determined to some extent or when it is desired to accurately detect an object within a specific range, in consideration of the detection accuracy (threshold for object detection) at the detector 30. It is also possible to prevent false detection outside a specific range.

また、集光光線にするレンズ11の焦点位置を調整可能な構成にしてもよい。図2は、レンズの焦点位置を調整可能な構成を備えた例を示す模式図である。すなわち、この物体検知装置では、光源10、ビームスプリッタ12、光検出器20、増幅器21、フィルタ22、検知器30を備える構成に加え、レンズ11によってレーザ光を集光するとともに、この集光における焦点位置を調整するレンズ駆動手段110およびレンズ駆動手段110によってレンズ11の焦点位置を調整し、光検出器20による検出値が最大となるようフィードバック制御する制御部111を備えている。   Moreover, you may make it the structure which can adjust the focus position of the lens 11 used as a condensed light ray. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example provided with a configuration capable of adjusting the focal position of a lens. That is, in this object detection device, in addition to the configuration including the light source 10, the beam splitter 12, the photodetector 20, the amplifier 21, the filter 22, and the detector 30, the laser beam is condensed by the lens 11, A lens driving unit 110 that adjusts the focal position and a control unit 111 that adjusts the focal position of the lens 11 by the lens driving unit 110 and performs feedback control so that the detection value by the photodetector 20 is maximized.

この構成により、制御部111は、レンズ11の焦点位置を制御することで変化させ、フォーカスサーボをかけて光検出器20の検出値が最大となるよう調整する。なお、制御部111は、通常時はレンズ111の焦点位置を無限大にしておき、PSを検知した段階でフォーカスサーボをかけるようにする。これにより、検知光路上の物体について高精度に検出することが可能となる。   With this configuration, the control unit 111 changes the focus position of the lens 11 by controlling the focus position, and adjusts the detection value of the photodetector 20 to be maximized by applying focus servo. Note that the control unit 111 normally sets the focal position of the lens 111 to infinity, and applies focus servo when the PS is detected. This makes it possible to detect an object on the detection optical path with high accuracy.

また、検知部30は、制御部111によってフォーカスサーボをかけて光検出器20の検出値が最大となった場合、この時のレンズ駆動手段110に与える信号を受けてレンズ11の焦点位置を算出し、その焦点位置からある距離範囲における物体までの距離を把握しながら検知することが可能となる。さらに、集光距離の異なるレーザアレイにより本構成をすると、瞬時(同時)に距離認識が可能となる。また、この構成はマイクロフォンや特定部の振動センサとすることが可能である。   In addition, when the control unit 111 applies focus servo and the detection value of the light detector 20 becomes maximum, the detection unit 30 receives a signal given to the lens driving unit 110 at this time and calculates the focal position of the lens 11. Then, it is possible to detect the distance from the focal position to the object in a certain distance range. Furthermore, when this configuration is made with laser arrays having different condensing distances, distance recognition can be performed instantaneously (simultaneously). Further, this configuration can be a microphone or a vibration sensor of a specific part.

<第2実施形態>
図3は、本発明の第2実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、検知光路を終端して安全上の工夫を施した点に特徴がある。すなわち、第2実施形態に係る物体検知装置は、光源10、レンズ11、ビームスプリッタ12、光検出器20、増幅器21、フィルタ22および検知器30を備える点で第1実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ12を通過する検知光路の終端に光の散乱を誘発する物質を配置している点で相違する。
Second Embodiment
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a second embodiment of the present invention. This object detection device is characterized in that the detection optical path is terminated and safety measures are applied. That is, the object detection apparatus according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment in that it includes a light source 10, a lens 11, a beam splitter 12, a photodetector 20, an amplifier 21, a filter 22, and a detector 30. The difference is that a substance that induces light scattering is disposed at the end of the detection optical path that passes through the beam splitter 12.

これにより、検知光路に出射されたレーザ光が無限遠に放射されてしまうことを防止することができる。特に、光源10としてコヒーレンス長の長いDFBレーザなどを用いると、遠方の散乱体からの信号をノイズとして検知してしまう可能性もある。そこで、本実施形態のように、検知光路の終端をさせることでこれを回避することができる。   Thereby, it can prevent that the laser beam radiate | emitted to the detection optical path is radiated | emitted to infinity. In particular, when a DFB laser having a long coherence length is used as the light source 10, a signal from a distant scatterer may be detected as noise. Therefore, this can be avoided by terminating the detection optical path as in the present embodiment.

ここで、光の散乱を誘発する物質で終端させるとそれによるPSが発生してしまうため、使えるのは黒体的な反射も散乱も無いものとなる。例えば、反射光のない吸収型のNDフィルタ13などが適切である。そのほかにBeam TrpやBeam Blockと呼ばれる、非散乱型の光線終端装置が利用できる。   Here, when terminated with a substance that induces light scattering, PS is generated, so that it can be used without blackbody reflection or scattering. For example, an absorption type ND filter 13 having no reflected light is suitable. In addition, a non-scattering type beam termination device called Beam Trp or Beam Block can be used.

第2実施形態に係る物体検知装置の動作(物体検知方法)は、第1実施形態と同様である。すなわち、光源10から出射されたレーザ光をレンズ11によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、レンズ11の後段に配置されたビームスプリッタ12によって光路を2つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器20に入れる(PD光路)。そして、光検出器20からの電気信号を増幅器21で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。   The operation (object detection method) of the object detection apparatus according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, the laser light emitted from the light source 10 is collimated into parallel light by the lens 11 and emitted far away. At this time, the optical path is branched into two by the beam splitter 12 arranged at the rear stage of the lens 11, and one of the optical paths is put into the photodetector 20 having no surface scattering (PD optical path). Then, the electric signal from the photodetector 20 is amplified by the amplifier 21, and the signal is monitored as sound by an acoustic device, for example.

この際、ビームスプリッタ12で分岐されたもう一つの光路(検知光路)もある振動散乱体(例えば鏡面ではない紙など)があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源10に戻ってくる。そして、この戻り光による光源10の影響を光検出器20でとらえ、PSを発生させて検知器30によって物体の有無を判断する。   At this time, if there is a vibration scatterer having another optical path (detection optical path) branched by the beam splitter 12 (for example, paper that is not a mirror surface), incoherent light of the scatterer is returned as the light source 10. Come back to. Then, the influence of the light source 10 due to the return light is captured by the photodetector 20, PS is generated, and the presence or absence of an object is determined by the detector 30.

また、図示しないが、第2実施形態の物体検知装置でも、第1実施形態と同様に、レンズ11を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ11の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器20の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ11の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。   Although not shown, in the object detection device of the second embodiment, similarly to the first embodiment, the lens 11 is a condensing type so that an object at a specific distance can be detected with high sensitivity. The focal position of the lens 11 may be adjusted by a lens driving unit. Further, the adjustment of the focal position may be feedback-controlled by the control unit so that the detection value of the photodetector 20 is maximized, or the focal position of the lens 11 is calculated from the feedback control signal, You may make it detect the distance to an object.

<第3実施形態>
図4に、本発明の第3実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、検知光路をミラーで何度も折り返し、センシング範囲を面的にした点に特徴がある。すなわち、第3実施形態に係る物体検知装置は、光源10、レンズ11、ビームスプリッタ12、光検出器20、増幅器21、フィルタ22および検知器30を備える点で第1実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ12を通過する検知光路を複数のミラー120で反射させ、折り返しの光路を設定し、終端している点で相違する。
<Third Embodiment>
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a third embodiment of the present invention. This object detection device is characterized in that the detection optical path is folded back many times by a mirror to make the sensing range planar. That is, the object detection apparatus according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment in that it includes the light source 10, the lens 11, the beam splitter 12, the photodetector 20, the amplifier 21, the filter 22, and the detector 30. The difference is that the detection optical path passing through the beam splitter 12 is reflected by a plurality of mirrors 120, a return optical path is set, and the optical path is terminated.

このように、検知光路を複数のミラー120で折り返しても光源10のコヒーレンス長に依存する検出可能距離に収まれば、感知光のどこかを散乱体(物体)が遮れば検知できることになり、検知範囲(面積)を拡げることが可能となる。   In this way, even if the detection optical path is folded back by a plurality of mirrors 120, if it falls within the detectable distance depending on the coherence length of the light source 10, it can be detected if the scatterer (object) blocks somewhere in the sensed light, The detection range (area) can be expanded.

第3実施形態に係る物体検知装置の動作(物体検知方法)は、第1実施形態と同様である。すなわち、光源10から出射されたレーザ光をレンズ11によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、レンズ11の後段に配置されたビームスプリッタ12によって光路を2つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器20に入れる(PD光路)。そして、光検出器20からの電気信号を増幅器21で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。   The operation (object detection method) of the object detection apparatus according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, the laser light emitted from the light source 10 is collimated into parallel light by the lens 11 and emitted far away. At this time, the optical path is branched into two by the beam splitter 12 arranged at the rear stage of the lens 11, and one of the optical paths is put into the photodetector 20 having no surface scattering (PD optical path). Then, the electric signal from the photodetector 20 is amplified by the amplifier 21, and the signal is monitored as sound by an acoustic device, for example.

この際、ビームスプリッタ12によって分岐された検知光路もしくは複数のミラー120によって折り返された検知光路に振動散乱体(例えば鏡面ではない紙など)があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源10に戻ってくる。そして、この戻り光による光源10の影響を光検出器20でとらえ、PSを発生させて検知器30によって物体の有無を判断する。   At this time, if there is a vibration scatterer (for example, paper that is not a mirror surface) in the detection light path branched by the beam splitter 12 or the detection light path folded by the plurality of mirrors 120, incoherent light of the scatterer returns. It returns to the light source 10 as light. Then, the influence of the light source 10 due to the return light is captured by the photodetector 20, PS is generated, and the presence or absence of an object is determined by the detector 30.

また、図示しないが、第3実施形態の物体検知装置でも、第1実施形態と同様に、レンズ11を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ11の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器20の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ11の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。   Although not shown, in the object detection device of the third embodiment, similarly to the first embodiment, the lens 11 is a condensing type so that an object at a specific distance can be detected with high sensitivity. The focal position of the lens 11 may be adjusted by a lens driving unit. Further, the adjustment of the focal position may be feedback-controlled by the control unit so that the detection value of the photodetector 20 is maximized, or the focal position of the lens 11 is calculated from the feedback control signal, You may make it detect the distance to an object.

なお、本実施形態では、検知光路をミラー120で折り返す構成のほか、回転式のガルバノミラーで光線をスキャンし広範囲な検知を行うことも可能であり、この場合、ミラー120は不要となる。   In this embodiment, in addition to the configuration in which the detection optical path is folded back by the mirror 120, it is possible to scan a light beam with a rotating galvanometer mirror to perform a wide range of detection. In this case, the mirror 120 is unnecessary.

<第4実施形態>
図5は、本実施形態の第4実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、検知光路を複数のビームスプリッタ121で枝分かれさせ、センシング範囲を広げた点に特徴がある。すなわち、第4実施形態に係る物体検知装置は、光源10、レンズ11、ビームスプリッタ12、光検出器20、増幅器21、フィルタ22および検知器30を備える点で第1実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ12を通過する検知光路を複数のビームスプリッタ121で分岐させ、検知光路を複数の枝に分けて設定している点で相違する。
<Fourth embodiment>
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the fourth embodiment of the present embodiment. This object detection device is characterized in that the detection optical path is branched by a plurality of beam splitters 121 to widen the sensing range. That is, the object detection apparatus according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment in that it includes a light source 10, a lens 11, a beam splitter 12, a photodetector 20, an amplifier 21, a filter 22, and a detector 30. The difference is that the detection optical path passing through the beam splitter 12 is branched by a plurality of beam splitters 121, and the detection optical path is divided into a plurality of branches.

このように、検知光路を複数のビームスプリッタ121で枝分かれさせても、どれかの枝光路で散乱体が光を遮断すると検知できるため、広範囲にわたって進入体を検知することが可能となる。   As described above, even if the detection optical path is branched by the plurality of beam splitters 121, since it can be detected that the scatterer blocks light in any of the branch optical paths, it is possible to detect the entering body over a wide range.

本実施形態のメリットは、進入体が例えば黒体を検知光路に置いた場合、検知が困難になるが、幹となる主流検知光路の判断を困難になるような光路構成にすることで、そのような妨害を減少させることができる点にある。また、このような物体検知装置を複数システム設置することで、黒体挿入の行為を検知することも可能となるため、セキュリティ上の問題がクリアできる。また、光ファイバを検知光路の一部に用いてもコヒーレンスが維持できているなら、光ファイバから出射した後の検知光路上での進入体による光散乱も検知可能となる。   The merit of the present embodiment is that, when the approaching body places, for example, a black body in the detection optical path, the detection becomes difficult, but by making the optical path configuration that makes it difficult to determine the mainstream detection optical path, Such interference can be reduced. Also, by installing a plurality of such object detection devices, it becomes possible to detect the act of inserting a black body, thereby clearing the security problem. Further, if the coherence can be maintained even if the optical fiber is used as a part of the detection optical path, light scattering by the entry body on the detection optical path after being emitted from the optical fiber can be detected.

第4実施形態に係る物体検知装置の動作(物体検知方法)は、第1実施形態と同様である。すなわち、光源10から出射されたレーザ光をレンズ11によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、レンズ11の後段に配置されたビームスプリッタ12によって光路を2つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器20に入れる(PD光路)。そして、光検出器20からの電気信号を増幅器21で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。   The operation (object detection method) of the object detection apparatus according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, the laser light emitted from the light source 10 is collimated into parallel light by the lens 11 and emitted far away. At this time, the optical path is branched into two by the beam splitter 12 arranged at the rear stage of the lens 11, and one of the optical paths is put into the photodetector 20 having no surface scattering (PD optical path). Then, the electric signal from the photodetector 20 is amplified by the amplifier 21, and the signal is monitored as sound by an acoustic device, for example.

この際、ビームスプリッタ12によって分岐された検知光路もしくは複数のビームスプリッタ121によって枝分かれした検知光路に振動散乱体(例えば鏡面ではない紙など)があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源10に戻ってくる。そして、この戻り光による光源10の影響を光検出器20でとらえ、PSを発生させて検知器30によって物体の有無を判断する。   At this time, if there is a vibration scatterer (for example, non-specular paper) in the detection optical path branched by the beam splitter 12 or the detection optical path branched by the plurality of beam splitters 121, incoherent light of the scatterer returns. It returns to the light source 10 as light. Then, the influence of the light source 10 due to the return light is captured by the photodetector 20, PS is generated, and the presence or absence of an object is determined by the detector 30.

また、図示しないが、第4実施形態の物体検知装置でも、第1実施形態と同様に、レンズ11を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ11の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器20の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ11の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。   Although not shown, in the object detection device of the fourth embodiment, as in the first embodiment, the lens 11 is a condensing type so that an object at a specific distance can be detected with high sensitivity. The focal position of the lens 11 may be adjusted by a lens driving unit. Further, the adjustment of the focal position may be feedback-controlled by the control unit so that the detection value of the photodetector 20 is maximized, or the focal position of the lens 11 is calculated from the feedback control signal, You may make it detect the distance to an object.

<第5実施形態>
図6は、本実施形態の第5実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、光検出器20として、通常、光源(半導体レーザ)10のパッケージに設けられているリアモニタ用フォトダイオードを用いる点に特徴がある。なお、図6では、光源10、光検出器20およびレンズ11のみ示しているが、その他の構成は図1に示す構成と同様である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the fifth embodiment of the present embodiment. This object detection apparatus is characterized in that a rear monitor photodiode provided in a package of a light source (semiconductor laser) 10 is usually used as the photodetector 20. In FIG. 6, only the light source 10, the photodetector 20, and the lens 11 are shown, but the other configurations are the same as those shown in FIG.

このように、光源10のパッケージに設けられているリアモニタ用フォトダイオードを光検出器20として利用することにより、図1に示すような第1実施形態の構成で必要となるビームスプリッタ12が不要となるとともに、光検出器20を別途用意して光軸合わせを行う必要もなくなる。したがって、物体検知装置の構成を非常に簡素化することが可能となる。   Thus, by using the rear monitor photodiode provided in the package of the light source 10 as the photodetector 20, the beam splitter 12 required in the configuration of the first embodiment as shown in FIG. In addition, it is not necessary to prepare the photodetector 20 separately and perform optical axis alignment. Therefore, it is possible to greatly simplify the configuration of the object detection device.

第5実施形態に係る物体検知装置の動作(物体検知方法)は、第1実施形態と同様である。すなわち、光源10から出射されたレーザ光をレンズ11によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。一方、光源10のパッケージに設けられたリアモニタ用フォトダイオードを光検出器20として光源10から出射されるレーザ光の光量を検出する。そして、光検出器20からの電気信号を増幅器で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。   The operation (object detection method) of the object detection apparatus according to the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, the laser light emitted from the light source 10 is collimated into parallel light by the lens 11 and emitted far away. On the other hand, the rear monitor photodiode provided in the package of the light source 10 is used as the light detector 20 to detect the amount of laser light emitted from the light source 10. Then, the electric signal from the photodetector 20 is amplified by an amplifier, and the signal is monitored as sound by an acoustic device, for example.

この際、光源10から出射されたレーザ光の光路(検知光路)に振動散乱体(例えば鏡面ではない紙など)があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源10に戻ってくる。そして、この戻り光による光源10の影響をリアモニタ用フォトダイオードである光検出器20でとらえ、PSを発生させて検知器30によって物体の有無を判断する。   At this time, if there is a vibration scatterer (for example, paper that is not a mirror surface) in the optical path (detection optical path) of the laser light emitted from the light source 10, incoherent light of the scatterer returns to the light source 10 as return light. Come. Then, the influence of the light source 10 due to the return light is captured by the photodetector 20 which is a photodiode for rear monitoring, PS is generated, and the detector 30 determines the presence or absence of an object.

また、図示しないが、第5実施形態の物体検知装置でも、第1実施形態と同様に、レンズ11を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ11の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器20の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ11の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。   Although not shown, in the object detection device of the fifth embodiment, as in the first embodiment, the lens 11 is a condensing type so that an object at a specific distance can be detected with high sensitivity. The focal position of the lens 11 may be adjusted by a lens driving unit. Further, the adjustment of the focal position may be feedback-controlled by the control unit so that the detection value of the photodetector 20 is maximized, or the focal position of the lens 11 is calculated from the feedback control signal, You may make it detect the distance to an object.

<第6実施形態>
図7は、本実施形態の第6実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、光検出器20の光取り込み面にハーフミラーから成るビームスプリッタ12が一体に取り付けられている点に特徴がある。なお、図7では、光源10、レンズ11および光検出器20(一体に取り付けられたビームスプリッタ12を含む)のみ示しているが、その他の構成は図1に示す構成と同様である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the sixth embodiment of the present embodiment. This object detection device is characterized in that a beam splitter 12 composed of a half mirror is integrally attached to the light capturing surface of the photodetector 20. In FIG. 7, only the light source 10, the lens 11, and the photodetector 20 (including the beam splitter 12 attached integrally) are shown, but the other configurations are the same as those shown in FIG. 1.

このように、光検出器20にビームスプリッタ12が一体に取り付けられていることで、光検出器20とビームスプリッタ12とを別個に用意して光軸合わせする必要がなく、装置の簡素化およびコストダウンを図ることが可能となる。また、光検出器20の取り付け角度を変更するだけで検知光路を自在に設定できるメリットもある。   As described above, since the beam splitter 12 is integrally attached to the photodetector 20, it is not necessary to prepare the photodetector 20 and the beam splitter 12 separately and align the optical axes, thereby simplifying the apparatus and Cost can be reduced. In addition, there is an advantage that the detection optical path can be freely set only by changing the mounting angle of the photodetector 20.

第6実施形態に係る物体検知装置の動作(物体検知方法)は、第1実施形態と同様である。すなわち、光源10から出射されたレーザ光をレンズ11によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、光検出器20に一体に設けられたビームスプリッタ12によって光路を2つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器20に入れる(PD光路)。そして、光検出器20からの電気信号を増幅器で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。   The operation (object detection method) of the object detection apparatus according to the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, the laser light emitted from the light source 10 is collimated into parallel light by the lens 11 and emitted far away. At this time, the optical path is branched into two by the beam splitter 12 provided integrally with the optical detector 20, and one is put into the optical detector 20 without surface scattering (PD optical path). Then, the electric signal from the photodetector 20 is amplified by an amplifier, and the signal is monitored as sound by an acoustic device, for example.

この際、ビームスプリッタ12によって分岐された検知光路に振動散乱体(例えば鏡面ではない紙など)があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源10に戻ってくる。そして、この戻り光による光源10の影響を光検出器20でとらえ、PSを発生させて検知器によって物体の有無を判断する。   At this time, if there is a vibration scatterer (for example, paper that is not a mirror surface) in the detection optical path branched by the beam splitter 12, incoherent light of the scatterer returns to the light source 10 as return light. Then, the influence of the light source 10 due to the return light is captured by the photodetector 20, PS is generated, and the presence or absence of an object is determined by the detector.

また、図示しないが、第6実施形態の物体検知装置でも、第1実施形態と同様に、レンズ11を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ11の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器20の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ11の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。   Although not shown, in the object detection device of the sixth embodiment, as in the first embodiment, the lens 11 is a condensing type so that an object at a specific distance can be detected with high sensitivity. The focal position of the lens 11 may be adjusted by a lens driving unit. Further, the adjustment of the focal position may be feedback-controlled by the control unit so that the detection value of the photodetector 20 is maximized, or the focal position of the lens 11 is calculated from the feedback control signal, You may make it detect the distance to an object.

上記説明した各実施形態に係る物体検知装置では、光源10として半導体レーザを用いているが、この半導体レーザはシングルモードのレーザ光を出射するもののほか、マルチモードのレーザ光を出射するものであっても適用可能である。また、半導体レーザを光源10として用いる場合、モードホップ状態で用いると、物体からの戻り光によるPSが、モードホップしていない場合より強くなり、より精度良く物体の検知を行うことが可能となる。ここで、モードホップ状態とは、光源10である半導体レーザのレーザ光発振閾値に最も近い発振モード(モードホップしていな状態)に対してモードホップした状態であり、半導体レーザへの供給電流量等によってモードホップ状態にすることが可能である。   In the object detection apparatus according to each of the embodiments described above, a semiconductor laser is used as the light source 10, and this semiconductor laser emits a multimode laser beam in addition to a single mode laser beam. Is applicable. Further, when the semiconductor laser is used as the light source 10, when used in the mode hop state, the PS due to the return light from the object becomes stronger than when the mode hop is not performed, and the object can be detected with higher accuracy. . Here, the mode hop state is a state in which mode hopping is performed with respect to the oscillation mode (state in which mode hopping is not performed) that is closest to the laser light oscillation threshold of the semiconductor laser that is the light source 10, and the amount of current supplied to the semiconductor laser. It is possible to enter a mode hop state by, for example.

<実施形態の効果>
本実施形態に係る物体検知装置および物体検知方法では、きわめて弱い遠方からの散乱光レベルの戻り光(戻り光レベルは0.01%以下)による検知が可能であり、光源10である半導体レーザがこのように非常に弱い戻り光レベルにも明瞭に反応することを利用して、高精度に物体検知を行うことが可能となる。これは、従来0.01%を超えるレベルで課題になっていた戻り光ノイズとは現象が質的に異なる。発生する「ノイズ」は音響周波数領域(数kHz)であり、信号(PS)は明瞭であることから、物体の検知は簡単な構成かつ低コストで行うことが可能となる。
<Effect of embodiment>
In the object detection apparatus and the object detection method according to the present embodiment, it is possible to detect the return light with a scattered light level from a very weak distance (the return light level is 0.01% or less). Thus, it becomes possible to detect an object with high precision by utilizing the clear reaction to a very weak return light level. This phenomenon is qualitatively different from return light noise, which has been a problem at a level exceeding 0.01%. The generated “noise” is in the acoustic frequency range (several kHz) and the signal (PS) is clear, so that the object can be detected with a simple configuration and at low cost.

また、装置構成も非常に簡単にできるため次のような利点を有する。
(1)光源側に受光器を構成できるため、1ボックスセットとした製品化が可能となる。
(2)設置が光路に鈍感にできるため、特別な精度を要求しない。
(3)ミラーやビームスプリッタを適宜配置することで広範囲な領域でのセンシングが可能になり、これまでの光検出では適用されにくかった領域、分野にも応用することが可能となる。
(4)本実施形態の物体検知装置を移動体に設置することで、対象物体の存在を検知することが可能となる。このため、車の衝突防止やロボットのセンサなどとして利用することが可能となる。
(5)光出力を1mW以下でも使うことが可能なため、レーザ安全基準的に非常に楽な領域で利用できる。
(6)光源としてVCSELなどを用いれば低電力、超寿命で利用でき、常時監視が可能となる。
(7)声紋のような振動の特徴抽出を行うことで、個人認証などにつなげることができる。
(8)すりガラスやカーテンなどに散乱させることで音声の取り込みが可能となる。
(9)人体に当てることで、健康診断などに利用することが可能となる。
Further, since the apparatus configuration can be made very simple, the following advantages are obtained.
(1) Since a light receiver can be configured on the light source side, it is possible to commercialize a single box set.
(2) Since installation can be insensitive to the optical path, no special accuracy is required.
(3) By appropriately arranging mirrors and beam splitters, sensing in a wide range is possible, and it is possible to apply to regions and fields that have been difficult to apply in conventional light detection.
(4) The presence of the target object can be detected by installing the object detection device of the present embodiment on the moving body. For this reason, it can be used as a vehicle collision prevention or robot sensor.
(5) Since the optical output can be used even at 1 mW or less, it can be used in a very easy area in terms of laser safety standards.
(6) If a VCSEL or the like is used as the light source, it can be used with low power and long life, and can be constantly monitored.
(7) By extracting vibration features such as voiceprints, it is possible to connect to personal authentication and the like.
(8) Audio can be captured by scattering on ground glass or curtains.
(9) By hitting the human body, it can be used for medical examinations.

本発明の第1実施形態を説明する模式図である。It is a mimetic diagram explaining a 1st embodiment of the present invention. レンズの焦点位置を調整可能な構成を備えた例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example provided with the structure which can adjust the focus position of a lens. 本発明の第2実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining 3rd Embodiment of this invention. 本実施形態の第4実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining 4th Embodiment of this embodiment. 本実施形態の第5実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining 5th Embodiment of this embodiment. 本実施形態の第6実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining 6th Embodiment of this embodiment. 従来型光センサを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining a conventional optical sensor.

符号の説明Explanation of symbols

10…光源、11…レンズ、12…ビームスプリッタ、13…NDフィルタ、20…光検出器、21…増幅器、22…フィルタ、30…検知器、120…ミラー、121…ビームスプリッタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light source, 11 ... Lens, 12 ... Beam splitter, 13 ... ND filter, 20 ... Photo detector, 21 ... Amplifier, 22 ... Filter, 30 ... Detector, 120 ... Mirror, 121 ... Beam splitter

Claims (18)

レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による前記光源の出力変化を検出する受光手段と、
前記受光手段による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知手段と
を備えることを特徴とする物体検知装置。
A light source that emits laser light;
A light receiving means for detecting an output change of the light source due to incoherent light among scattered light generated when the laser light emitted from the light source hits an object;
An object detection apparatus comprising: detection means for detecting the presence or absence of an object to be detected based on a detection result by the light receiving means.
前記光源から出射したレーザ光を集光するレンズと、
前記レンズの焦点位置を調整する駆動手段と、
前記駆動手段によって前記レンズの焦点位置を調整し、前記受光手段による検出値が最大となるよう制御する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項1記載の物体検知装置。
A lens for condensing laser light emitted from the light source;
Driving means for adjusting the focal position of the lens;
The object detection apparatus according to claim 1, further comprising: a control unit that adjusts a focal position of the lens by the driving unit and controls so that a detection value by the light receiving unit is maximized.
前記検知手段は、前記制御手段によって前記受光手段による検出値が最大となる制御を行った場合の前記レンズの焦点距離に基づき前記物体までの距離を検知する
ことを特徴とする請求項2記載の物体検知装置。
The said detection means detects the distance to the said object based on the focal distance of the said lens at the time of control which the detection value by the said light-receiving means performed by the said control means becomes the maximum. Object detection device.
前記光源は、マルチモードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項1記載の物体検知装置。
The object detection apparatus according to claim 1, wherein the light source emits multimode laser light.
前記光源は、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項1記載の物体検知装置。
The object detection apparatus according to claim 1, wherein the light source emits laser light in an oscillation mode that is mode-hopped from an oscillation mode that is closest to an oscillation threshold value of the laser light.
前記光源は、マルチモードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項2記載の物体検知装置。
The object detection apparatus according to claim 2, wherein the light source emits multimode laser light.
前記光源は、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項2記載の物体検知装置。
The object detection device according to claim 2, wherein the light source emits laser light in an oscillation mode that is mode-hopped from an oscillation mode that is closest to an oscillation threshold value of laser light.
前記光源から出射したレーザ光を反射させる反射手段を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の物体検知装置。
The object detection apparatus according to claim 1, further comprising a reflection unit configured to reflect laser light emitted from the light source.
前記光源から出射したレーザ光を分岐する分岐手段を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の物体検知装置。
The object detection apparatus according to claim 1, further comprising a branching unit that branches the laser light emitted from the light source.
レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射するレーザ光の出力変化を検知する受光手段とを備えるレーザ光出射装置を用いる物体検知方法において、
前記光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による前記光源の出力変化を前記受光手段で検出し、その検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する
ことを特徴とする物体検知方法。
In an object detection method using a laser light emitting device comprising: a light source that emits laser light; and a light receiving unit that detects an output change of the laser light emitted from the light source.
The light receiving means detects an output change of the light source due to incoherent light among scattered light generated when the laser light emitted from the light source strikes an object, and the presence or absence of an object to be detected based on the detection result The object detection method characterized by detecting.
前記光源から出射したレーザ光を集光するレンズの焦点距離を調整し、前記受光手段による検出値が最大となるよう制御する
ことを特徴とする請求項10記載の物体検知方法。
11. The object detection method according to claim 10, wherein a focal length of a lens that collects laser light emitted from the light source is adjusted, and control is performed so that a detection value by the light receiving unit is maximized.
前記受光手段による検出値が最大となる制御を行った場合の前記レンズの焦点距離に基づき前記物体までの距離を検知する
ことを特徴とする請求項11記載の物体検知方法。
The object detection method according to claim 11, wherein a distance to the object is detected based on a focal length of the lens when control is performed so that a detection value by the light receiving unit is maximized.
前記光源からマルチモードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項10記載の物体検知方法。
The object detection method according to claim 10, wherein multimode laser light is emitted from the light source.
前記光源から出射するレーザ光として、そのレーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項10記載の物体検知方法。
11. The object detection method according to claim 10, wherein the laser light emitted from the light source is emitted in an oscillation mode that is mode-hopped from an oscillation mode closest to an oscillation threshold of the laser light.
前記光源からマルチモードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項11記載の物体検知方法。
The object detection method according to claim 11, wherein multimode laser light is emitted from the light source.
前記光源から出射するレーザ光として、そのレーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項11記載の物体検知方法。
The object detection method according to claim 11, wherein the laser beam emitted from the light source is emitted in an oscillation mode that is mode-hopped from an oscillation mode closest to an oscillation threshold of the laser beam.
前記光源から出射したレーザ光を反射手段によって反射させ、その反射による経路を含む光路上の物体の検知を行う
ことを特徴とする請求項10記載の物体検知方法。
The object detection method according to claim 10, wherein the laser beam emitted from the light source is reflected by a reflection unit, and an object on an optical path including a path due to the reflection is detected.
前記光源から出射したレーザ光を分岐手段によって分岐させ、その分岐による複数の光路上の物体の検知を行う
ことを特徴とする請求項10記載の物体検知方法。
The object detection method according to claim 10, wherein the laser light emitted from the light source is branched by a branching unit, and objects on a plurality of optical paths are detected by the branching.
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