JP2009244218A - 反射型光電スイッチおよび物体検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反射型光電スイッチは、半導体レーザ1と、半導体レーザ1から放射されたレーザ光と物体10からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段(フォトダイオード2、電流−電圧変換増幅部5)と、物体10が基準距離の位置にあるときの干渉波形の周期を基準周期としたときに、干渉波形の周期の度数を基準周期に基づく値で分別する周期分別部7と、周期分別部7の測定結果から物体10が基準距離よりも近距離にあるか遠距離にあるかを判定する判定部8とを有する。
【選択図】 図1
Description
L=qλ/2 ・・・(1)
式(1)において、qは整数である。この現象は、測定対象104からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザの共振器101内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。
また、本発明は、周期の測定誤差を補正し、物体の遠近を精度良く判定することができる反射型光電スイッチを実現することを目的とする。
また、本発明の反射型光電スイッチの1構成例は、さらに、前記度数N3の補正値N3’をN3’=N3+N1により算出する度数補正手段を備え、前記判定手段は、前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数N2と度数の補正値N3’の大小を比較し、前記度数N2が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値N3’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定するものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの1構成例において、前記レーザドライバは、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるものであり、さらに、前記計数手段が求めた度数N1,N2,N3,N4を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数N1,N2,N3,N4毎に第1の発振期間と第2の発振期間の度数の和N1”,N2”,N3”,N4”を求める正規化手段と、前記度数N3”の補正値N3’をN3’=N3”+N1”により算出する度数補正手段とを備え、前記判定手段は、前記度数N1”とN4”と度数の和(N2”+N3”)の大小を比較し、前記度数N1”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2”+N3”)が最も大きい場合は、前記度数N2”と度数の補正値N3’の大小を比較し、前記度数N2”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値N3’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定するものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの1構成例において、前記第1の所定数は0.5であり、前記第2の所定数は1.5である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係るBGS光電スイッチの構成を示すブロック図である。
図1のBGS光電スイッチは、レーザ光を放射する半導体レーザ1と、半導体レーザ1の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード2と、半導体レーザ1からの光を集光して放射すると共に、物体10からの戻り光を集光して半導体レーザ1に入射させるレンズ3と、半導体レーザ1を駆動するレーザドライバ4と、フォトダイオード2の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部5と、電流−電圧変換増幅部5の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部6と、フィルタ部6の出力電圧に含まれるMHPの周期を測定し、MHPの周期の度数を基準周期に基づく値で分別する周期分別部7と、周期分別部7の分別結果から物体10が所定の基準距離よりも近距離にあるか遠距離にあるかを判定する判定部8と、判定部8の判定結果を表示する表示部9とを有する。
図4は周期分別部7の構成を示すブロック図である。周期分別部7は、周期測定部70と、計数部71とから構成される。周期測定部70は、立ち上がり検出部72と、時間測定部73とから構成される。
表示部9は、判定部8の判定結果を表示する。
一方、周期の測定時にノイズをMHPとして誤って検出してしまうと、MHPの周期はランダムな割合で2分割される。このとき、ノイズを過剰に数えた結果として2分割されたMHPの周期の度数分布は、0.5T0に対して対称な分布になる(図7のc)。
周期分別部7と判定部8とは、CPU、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、記憶装置に格納されたプログラムとによって実現してもよいし、ハードウェアで実現してもよい。本実施の形態では、MHPの周期の測定と周期の分別と度数の大小比較だけで済むので、周期分別部7と判定部8を簡単な構成で実現することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、BGS光電スイッチ全体の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。
図8は本発明の第2の実施の形態に係るBGS光電スイッチの周期分別部7の構成を示すブロック図である。本実施の形態の周期分別部7は、第1の実施の形態の構成に対して、度数補正部74を追加したものである。周期測定部70と計数部71の動作は、第1の実施の形態と同じである。
N2’=N2−N1 ・・・(2)
N3’=N3+N1 ・・・(3)
BGS光電スイッチのその他の構成は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、BGS光電スイッチの構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図4の符号を用いて説明する。
周期分別部7の周期測定部70の動作は、第1の実施の形態と同じである。
BGS光電スイッチのその他の構成は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
なお、本実施の形態を第2の実施の形態と併用する場合には、補正値N2’を使う必要がある。この補正値N2’と度数N3に対して前記加算を行う。
第1〜第3の実施の形態では、物体10が静止していないと判定を誤る可能性がある。その理由は、半導体レーザの前方に存在する物体10が発振期間中にBGS光電スイッチに接近する方向に動いていると、第1の発振期間P1ではMHPの数が増加する(MHPの周期が短くなる)と共に、第2の発振期間P2ではMHPの数が減少する(MHPの周期が長くなる)からである。
図10は本発明の第4の実施の形態に係るBGS光電スイッチの周期分別部7の構成を示すブロック図である。本実施の形態の周期分別部7は、第1の実施の形態の構成に対して、正規化部75と、度数補正部76とを追加したものである。周期測定部70と計数部71の動作は、第1の実施の形態と同じである。
N1”={N1(P1)
/(N1(P1)+N2(P1)+N3(P1)+N4(P1))}
+{N1(P2)
/(N1(P2)+N2(P2)+N3(P2)+N4(P2))}
・・・(4)
N2”={N2(P1)
/(N1(P1)+N2(P1)+N3(P1)+N4(P1))}
+{N2(P2)
/(N1(P2)+N2(P2)+N3(P2)+N4(P2))}
・・・(5)
N3”={N3(P1)
/(N1(P1)+N2(P1)+N3(P1)+N4(P1))}
+{N3(P2)
/(N1(P2)+N2(P2)+N3(P2)+N4(P2))}
・・・(6)
N4”={N4(P1)
/(N1(P1)+N2(P1)+N3(P1)+N4(P1))}
+{N4(P2)
/(N1(P2)+N2(P2)+N3(P2)+N4(P2))}
・・・(7)
N2’=N2”−N1” ・・・(8)
N3’=N3”+N1” ・・・(9)
BGS光電スイッチのその他の構成は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
第1〜第4の実施の形態では、受光器であるフォトダイオードの出力信号からMHP波形を抽出していたが、フォトダイオードを使用することなくMHP波形を抽出することも可能である。図11は本発明の第5の実施の形態に係るBGS光電スイッチの構成を示すブロック図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のBGS光電スイッチは、第1〜第4の実施の形態のフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅部5の代わりに、電圧検出部11を用いるものである。
半導体レーザ1、レーザドライバ4、周期分別部7、判定部8および表示部9の動作は、第1〜第4の実施の形態と同じである。
Claims (12)
- レーザ光を放射する半導体レーザと、
この半導体レーザを動作させるレーザドライバと、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記半導体レーザの前方に存在する物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
前記物体が基準距離の位置にあるときの前記干渉波形の周期を基準周期としたときに、前記周期測定手段によって測定された干渉波形の周期の度数を、前記基準周期の第1の所定数倍未満の周期の度数N1と、前記基準周期の第1の所定数倍以上かつ基準周期未満の周期の度数N2と、前記基準周期以上かつ基準周期の第2の所定数倍未満(第1の所定数<第2の所定数)の周期の度数N3と、前記基準周期の第2の所定数倍以上の周期の度数N4の4つに分別する計数手段と、
前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数N2とN3の大小を比較し、前記度数N2が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N3が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定する判定手段とを備えることを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 請求項1記載の反射型光電スイッチにおいて、
さらに、前記度数N2の補正値N2’をN2’=N2−N1により算出する度数補正手段を備え、
前記判定手段は、前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数の補正値N2’と度数N3の大小を比較し、前記補正値N2’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N3が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 請求項1記載の反射型光電スイッチにおいて、
さらに、前記度数N3の補正値N3’をN3’=N3+N1により算出する度数補正手段を備え、
前記判定手段は、前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数N2と度数の補正値N3’の大小を比較し、前記度数N2が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値N3’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 請求項1記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記レーザドライバは、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手段が求めた度数N1,N2,N3,N4を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数N1,N2,N3,N4毎に第1の発振期間と第2の発振期間の度数の和N1”,N2”,N3”,N4”を求める正規化手段と、
前記度数N2”の補正値N2’をN2’=N2”−N1”により算出する度数補正手段とを備え、
前記判定手段は、前記度数N1”とN4”と度数の和(N2”+N3”)の大小を比較し、前記度数N1”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2”+N3”)が最も大きい場合は、前記度数の補正値N2’と度数N3”の大小を比較し、前記補正値N2’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N3”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 請求項1記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記レーザドライバは、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手段が求めた度数N1,N2,N3,N4を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数N1,N2,N3,N4毎に第1の発振期間と第2の発振期間の度数の和N1”,N2”,N3”,N4”を求める正規化手段と、
前記度数N3”の補正値N3’をN3’=N3”+N1”により算出する度数補正手段とを備え、
前記判定手段は、前記度数N1”とN4”と度数の和(N2”+N3”)の大小を比較し、前記度数N1”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2”+N3”)が最も大きい場合は、前記度数N2”と度数の補正値N3’の大小を比較し、前記度数N2”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値N3’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記第1の所定数は0.5であり、前記第2の所定数は1.5であることを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを検出する物体検出方法において、
駆動電流を半導体レーザに供給して前記半導体レーザを動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記半導体レーザの前方に存在する物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
前記物体が前記基準距離の位置にあるときの前記干渉波形の周期を基準周期としたときに、前記周期測定手順によって測定された干渉波形の周期の度数を、前記基準周期の第1の所定数倍未満の周期の度数N1と、前記基準周期の第1の所定数倍以上かつ基準周期未満の周期の度数N2と、前記基準周期以上かつ基準周期の第2の所定数倍未満(第1の所定数<第2の所定数)の周期の度数N3と、前記基準周期の第2の所定数倍以上の周期の度数N4の4つに分別する計数手順と、
前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数N2とN3の大小を比較し、前記度数N2が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N3が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定する判定手順とを備えることを特徴とする物体検出方法。 - 請求項7記載の物体検出方法において、
さらに、前記度数N2の補正値N2’をN2’=N2−N1により算出する度数補正手順を備え、
前記判定手順は、前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数の補正値N2’と度数N3の大小を比較し、前記補正値N2’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N3が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする物体検出方法。 - 請求項7記載の物体検出方法において、
さらに、前記度数N3の補正値N3’をN3’=N3+N1により算出する度数補正手順を備え、
前記判定手順は、前記度数N1とN4と度数の和(N2+N3)の大小を比較し、前記度数N1が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2+N3)が最も大きい場合は、前記度数N2と度数の補正値N3’の大小を比較し、前記度数N2が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値N3’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする物体検出方法。 - 請求項7記載の物体検出方法において、
前記発振手順は、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手順で得られた度数N1,N2,N3,N4を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数N1,N2,N3,N4毎に第1の発振期間と第2の発振期間の度数の和N1”,N2”,N3”,N4”を求める正規化手順と、
前記度数N2”の補正値N2’をN2’=N2”−N1”により算出する度数補正手順とを備え、
前記判定手順は、前記度数N1”とN4”と度数の和(N2”+N3”)の大小を比較し、前記度数N1”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2”+N3”)が最も大きい場合は、前記度数の補正値N2’と度数N3”の大小を比較し、前記補正値N2’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N3”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする物体検出方法。 - 請求項7記載の物体検出方法において、
前記発振手順は、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手順で得られた度数N1,N2,N3,N4を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数N1,N2,N3,N4毎に第1の発振期間と第2の発振期間の度数の和N1”,N2”,N3”,N4”を求める正規化手順と、
前記度数N3”の補正値N3’をN3’=N3”+N1”により算出する度数補正手順とを備え、
前記判定手順は、前記度数N1”とN4”と度数の和(N2”+N3”)の大小を比較し、前記度数N1”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記度数N4”が最も大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定し、前記度数の和(N2”+N3”)が最も大きい場合は、前記度数N2”と度数の補正値N3’の大小を比較し、前記度数N2”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値N3’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定することを特徴とする物体検出方法。 - 請求項7乃至11のいずれか1項に記載の物体検出方法において、
前記第1の所定数は0.5であり、前記第2の所定数は1.5であることを特徴とする物体検出方法。
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