JP7214195B2 - 物体捕捉装置、捕捉対象物及び物体捕捉システム - Google Patents

Description

本発明は、測定対象空間に存在する物体のうち特定の物体を捕捉する物体捕捉装置、捕捉対象物及び物体捕捉システムに関する。

半導体デバイスの製造設備では、複数枚の半導体ウェハが収容されたウェハキャリア装置を一つの製造装置のロードポートから他の製造装置のロードポートに搬送するために搬送台車が用いられている。このような搬送台車は、天井走行式無人搬送車と称され、ＯＨＴ（Overhead Hoist Transfer）と略記される。

該搬送台車と人や機械などの障害物との接触を回避するため、各製造装置の上部空間に設置された走行レール、つまり軌道に沿って自走する走行部と、該走行部に支持される物品収容部を備えて該搬送台車が構成され、物品収容部には搬送対象物であるウェハキャリア装置を掴むチャック機構を備えた昇降体を所定の昇降経路に沿って昇降させる昇降機構が組み込まれている。

各製造装置のレイアウトに従ってウェハキャリア装置を搬送するために、該軌道は単純な直線部のみならず、カーブ、分岐部、合流部などを備えた複雑な形状となり、該製造設備は、同一の軌道を複数の搬送台車が間隔を隔てて走行するように構成されている。

該製造設備では、ウェハキャリア装置の搬送効率を上げるために、多数の搬送台車が軌道を高速走行することが要求されており、搬送台車間の車間距離が短くなる傾向にあるため、万が一の追突事故の発生を防止する機構を備える必要がある。

特許文献１には、搬送台車の追突を回避するために、搬送台車にレーザ距離計などの車間距離センサを備え、車間距離センサで計測された車間距離に基づいて前方の搬送台車との相対速度を算出し、相対速度に基づいて自車の走行速度を制御することにより、追突を回避する技術が開示されている。

しかし、前方の搬送台車が軌道のカーブを走行するような場合に、レーザ距離計から出力される測定光の走査範囲から前方の搬送台車が逸脱するために、前方の搬送台車を検知できなくなるばかりか、各製造装置などの外装パネルや他の走行台車などからの反射光を、前方を走行する搬送台車からの反射光と誤検知する虞があった。

そこで、特許文献２には、軌道に沿って走行する搬送台車の前部に、変調された測定光を平面状に走査する走査部と、走査部で走査された測定光と検出物からの反射光との時間遅れから検出物までの距離を算出する距離演算部とからなる測距装置を配置し、該測距装置により前方を走行する搬送台車の後部に配置された再帰性反射部材からの反射光に基づいて搬送台車間の車間距離を検知する距離測定装置が提案されている。

該距離測定装置は、走査部により走査された測定光の複数の走査角度と、距離演算部により算出された各走査角度に対応する距離と、各走査角度に対応する反射光の強度のうち、少なくとも何れか二つの相関関係に基づいて、再帰性反射部材からの反射光であるか否かを識別する識別部を備えている。

特開２００７－２５７４５号公報 特開２０１１－６９６７１号公報

しかし、特許文献２に記載された距離測定装置でも、製造装置などの壁面からの反射光を搬送台車に備えた再帰性反射部材からの反射光であると、識別部で誤って判断される場合が完全に排除できなかった。

距離測定装置と測定光が照射される壁面との離隔距離によっては、測定光が照射される壁面の反射特性が搬送台車の後部に配置された再帰性反射部材の反射特性と近似する場合があるためである。例えば壁面がアルミなどの金属板で構成され、測定光が略垂直方向から壁面に入射する場合や、例えば壁面がしぼ加工された白色塗装面などで構成されている場合である。

そのような場合には、誤判断を回避するために製造設備毎に判断基準となる相関関係を個別に調整しなければならず、非常に煩雑な作業が必要になっていた。

同様の問題は、上述した天井走行式無人搬送車ＯＨＴに限るものではなく、走行経路に沿って配された複数のランドマークに誘導されて、走行経路を外れることなく目的地まで無人走行する搬送台車でも生じる。このような搬送台車はＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）と略記される。

ＡＧＶには、経路に沿って配されたランドマークに向けて測定光を走査出力する距離測定装置が搭載され、距離測定装置によって各ランドマークを構成する再帰性反射部材からの反射光を検知することにより位置確認し、或いは走行経路に存在する人や物などの障害物を検知するように構成されている。

しかし、製造装置などの壁面からの反射光をランドマークからの反射光であると誤って判断すると、走行経路を外れる虞があった。

本発明の目的は、上述の問題に鑑み、物体が捕捉対象物であるか否かを判別可能な物体捕捉装置、捕捉対象物及び物体捕捉システムを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による物体捕捉装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、測定対象空間に存在する物体を捕捉する物体捕捉装置であって、発光部と、受光部と、前記発光部から出射された所定波長の測定光を所定の軸心周りに回転走査することで測定対象空間に向けて照射し、前記測定光に対する前記物体からの反射光を前記受光部に導く光走査部と、前記測定光に対する前記反射光の位相差または遅延時間に基づいて前記物体までの距離を前記光走査部の走査角度に対応付けて算出する距離演算部と、前記距離演算部で算出された隣接する走査角度での各距離の差分が所定の閾値以下となる走査角度範囲が、各距離を代表する基準距離に対応する捕捉対象物の基準走査角度範囲に対応するか否か、及び、当該走査角度範囲での反射光の強度分布が、前記捕捉対象物の反射面にのみ設定され、前記測定対象空間で誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる反射特性であって、前記測定光の走査方向に沿って周期的、段階的または連続的に変化するように設定された固有の反射特性に基づく反射光の基準強度分布に対応するか否かに基づいて、前記物体が前記捕捉対象物であるか否かを判別する物体判別部と、を備えている点にある。

発光部から出射された所定波長の測定光が、光走査部によって所定の軸心周りに回転走査されて測定対象空間に向けて照射され、測定光に対する物体からの反射光が受光部に導かれる。距離演算部によって算出されたある走査角度における距離と、その走査角度に隣接する走査角度における距離が所定の閾値以下となる場合に、当該距離に対応する物体が同一物体であると判断される。走査方向に沿った当該物体のサイズに相当する走査角度範囲が、各距離を代表する基準距離に対応する捕捉対象物の基準走査角度範囲に対応すれば、検出された物体が捕捉対象物であると同定可能になる。基準距離として例えば物体捕捉装置から物体までの最小距離、最大距離、中央値、平均値など何れを採用してもよい。さらに、当該走査角度範囲で検出される反射光の強度分布が、捕捉対象物からの反射光の基準強度分布、即ち測定対象空間で誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる固有の反射特性に対応すれば、検出された物体が捕捉対象物であると同定可能になる。つまり、捕捉対象物の走査方向サイズ及び反射光強度分布が、他の物体と異なるように、例えば周期的、段階的または連続的に変化するような固有の反射特性に設定されていれば、確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記基準強度分布は、前記物体までの距離を指標にして定められている点にある。

光の強度は光源からの距離の二乗に反比例するため、物体までの距離が短くなれば反射光の強度が大きくなり、物体までの距離が長くなれば反射光の強度が小さくなる。従って、物体までの距離に応じて基準強度分布が定められることにより、捕捉対象物であるか否かを正確に識別できるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記基準走査角度範囲及び前記基準強度分布は、前記測定光の走査基準位置に対する前記走査角度範囲の偏りの程度を指標にして定められている点にある。

測定光の走査範囲で捕捉対象物が位置する角度が変れば、基準距離が同じであっても捕捉対象物の走査角度範囲及び反射光強度分布が変化する。そのような場合でも測定光の走査基準位置に対する走査角度範囲の偏りの程度を指標にして基準走査角度範囲及び基準強度分布を定めることにより、より確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。測定光の走査基準位置として、例えば走査始点角度、走査終点角度、走査範囲の中央となる走査角度など任意に選択すればよく、走査角度範囲の偏りの程度として例えば走査角度範囲の始点角度、終点角度または中心角度など任意に選択すればよい。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記基準走査角度範囲及び前記基準強度分布は、前記走査角度範囲の各距離に基づいて定まる前記測定光の光軸に対する前記捕捉対象物の反射面の傾斜角度を指標にして定められている点にある。

測定光の光軸と捕捉対象物の反射面の傾斜角度によって基準距離が同じであっても捕捉対象物の走査角度範囲及び反射光強度分布が変化する。そのような場合でも走査角度範囲で算出された各距離に基づいて測定光の光軸に対する捕捉対象物の反射面の傾斜角度が求められ、求められた反射面の傾斜角度を指標にして基準走査角度範囲及び基準強度分布を定めることにより、より確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記発光部は波長が異なる複数の光源を備えて構成され、前記基準強度分布は各光源の波長に対応してそれぞれ定められている点にある。

波長が異なる複数の光源を備え、各波長に対して捕捉対象物の反射面の分光反射特性を設定しておき、各波長に対応した基準強度分布を設定することにより、さらに確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記測定光の光路に第１方向へ振動する光のみを透過する偏光子と、前記反射光の光路に前記第１方向と直交する第２方向へ振動する光のみを透過する検光子と、が光走査部に設けられている点にある。

発光部から出射された測定光のうち第１方向へ振動する直線偏光のみが偏光子を透過して測定対象空間に走査され、物体からの反射光のうち第１方向と直交する第２方向へ振動する直線偏光のみが検光子を透過して受光部に導かれる。光走査部に偏光子と検光子を備えているので、走査に伴って測定光の偏光方向が変化することがなく、また反射光の偏光方向が変化することもない。捕捉対象物の反射面の反射特性が測定光の偏光方向を９０度回転させるような反射特性を備えていれば、確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。そのような反射特性を備えた光学素子として１／２波長板や３面体キューブコーナー素子（マイクロプリズムともいう）などがあり、例えば３面体キューブコーナー素子が配列された反射シートなどを用いることができる。

本発明による捕捉対象物の第一の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成を備えた物体捕捉装置により捕捉される捕捉対象物であって、前記光走査部により走査される前記測定光の走査方向に沿った反射光の反射特性が、前記測定対象空間で誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる反射特性であって、前記反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化する固有の反射特性に設定された反射面を備えている点にある。

光走査部により走査される測定光の走査方向に沿って反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化するように、捕捉対象物の反射面の反射特性を、測定対象空間で誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる固有の反射特性に設定することにより、そのような特性を備えていない他の物体との精度の高い識別が可能になる。

同第二の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記反射面は、前記測定光の走査方向に沿って前記測定光の波長に対する分光反射特性が変化するように構成されることにより、前記反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化する固有の反射特性に設定されている点にある。

測定光の走査方向に沿って測定光の波長に対する分光反射特性を異ならせた反射面とすることによって、測定光の走査方向に沿って反射光量を連続的または段階的に変化させることができる。

同第三の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記反射面は、前記測定光の入射方向に向って前記測定光を反射する再帰性反射部材を備えることにより、前記反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化する固有の反射特性に設定されている点にある。

捕捉対象物の反射面に再帰性反射部材を備えることによって、測定光の走査方向に沿って反射光量を連続的または段階的に変化させることができる。例えば、反射面の一部に再帰性反射部材を備えると、再帰性反射部材を備えた領域とそれ以外の領域とで反射光量が変化する。例えば、反射面の全面に再帰性反射部材を備え、測定光の走査方向に沿って光源の波長に対する分光反射率を異ならせることによって、測定光の走査方向に沿って反射光量を連続的または段階的に変化させることができる。

本発明による物体捕捉システムの特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成を備えた物体捕捉装置と、上述の第一から第三の何れかの特徴構成を備えた反射面を備えた捕捉対象物とを含む点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、物体が捕捉対象物であるか否かを判別可能な物体捕捉装置、捕捉対象物及び物体捕捉システムを提供することができるようになった。

図１は半導体デバイスの製造設備及び走行レールに沿って移動する搬送台車の説明図である。 図２は搬送台車と製造装置間で行われるウェハキャリアの受渡し処理の説明図である。 図３は搬送台車の斜視図である。 図４は搬送台車に搭載された搬送制御部の機能ブロック説明図である。 図５は（ａ），（ｂ），（ｃ）は、走行レールに沿って移動する２台の搬送台車の位置関係の説明図である。 図６は物体捕捉装置の外観説明図である。 図７は物体捕捉装置の内部構造説明図である。 図８は物体捕捉装置に組み込まれた制御部の機能ブロック説明図である。 図９は（ａ），（ｂ），（ｃ）は、距離と走査角度範囲の相関関係の説明図である。 図１０は（ａ），（ｂ），（ｃ）は、距離と反射光強度分布の相関関係の説明図である。 図１１は（ａ），（ｂ），（ｃ）は、反射シートの反射特性と反射光強度分布の相関関係の説明図である。 図１２は物体判別部の動作を説明するフローチャートである。 図１３は別実施形態を示す物体捕捉装置の内部構造説明図である。 図１４は（ａ），（ｂ）は反射シートとして用いる再帰性反射部材の説明図である。 図１５は別実施形態を示す物体捕捉装置の内部構造説明図である。 図１６は別実施形態を示す物体捕捉装置の内部構造説明図である。 図１７は別実施形態を示す物体捕捉装置の内部構造説明図である。 図１８は（ａ）は複数の反射部材に対する反射光の検出特性図、（ｂ）は反射板の角度変化に対する反射光の検出特性図、（ｃ）は走査方向に対する反射光の検出特性図、（ｄ）は反射板の角度を変化させた場合の走査方向に対する反射光の検出特性図である。 図１９は反射板（反射部材）の素材の説明図である。 図２０は（ａ），（ｂ）は反射シートの反射特性の説明図である。

以下、本発明による物体捕捉装置が組み込まれた物体捕捉システムを、半導体デバイスの製造設備に備えられた無人の搬送台車に適用した実施形態を説明する。

図１に示すように、半導体デバイスの製造設備１００は、所定の通路に沿って配置され半導体ウェハに順次所定の処理を施すための各種の製造装置１（１ａ～１ｌ）と、各製造装置１に沿うように天井に吊設された走行レール５と、走行レール５に沿って走行し製造装置１（１ａ～１ｌ）間で半導体ウェハＷを自動搬送する複数の搬送台車（ＯＨＴ）１０とを備えている。各製造装置１（１ａ～１ｌ）は一連の纏まりのある製造工程毎にベイ６，７に分けられて設置されている。ウェハキャリア３には複数枚の半導体ウェハＷが収容されている。

走行レール５は、単純な直線部のみならず、カーブ、分岐部、合流部などを備えて構成されている。例えば、各ベイ６，７間を結ぶ工程間レール５ａ、各ベイ６，７に設置された製造装置１間を結ぶ工程内レール５ｂ、工程間レール５ａと工程内レール５ｂを結ぶ分岐レール５ｃ、工程内レール５ｂ内を走行する搬送台車１０を一時退避させる退避レール５ｄ、搬送台車１０がストッカＳＴへウェハキャリア３を積降するためのバイパスレール５ｅなどで構成されている。

分岐レール５ｃは、工程間レール５ａと工程内レール５ｂとを接続するレールであり、走行する搬送台車１０は、分岐レール５ｃに沿って走行することで、工程間レール５ａと工程内レール５ｂを互いに往来する。

退避レール５ｄは、工程内レール５ｂから分岐して設けられ、例えば、搬送台車１０のメンテナンスなどのために、工程内レール５ｂから搬送台車１０を一時退避させる場合に用いられる。

バイパスレール５ｅは、工程間レール５ａから分岐し、工程間レール５ａを走行する搬送台車１０に掴持されたウェハキャリア３をストッカＳＴに一時保管する場合などに用いられる。

図２及び図３に示すように、走行レール５は、支持部材１１によって適当な間隔で天井から吊設され、下壁に長手方向に沿うスリット状の開口５Ａが形成された断面矩形の管状体で構成されている。搬送台車１０は、当該開口５Ａを挟んで管状体の下壁の内側上面５Ｂに沿って走行する走行部１０Ａと、走行部１０Ａと連結具１０Ｄを介して連結され、管状体の下壁の下方に位置する把持部１０Ｂとで構成されている。

走行部１０Ａは、走行基台と走行基台に取り付けられた前後一対の車輪とを備えて構成され、車輪を駆動する走行モータ及び後述の昇降機構１０Ｅを制御して、ウェハキャリア３を目的の製造装置１まで搬送する搬送制御部などが搭載されている。

図４には、各搬送台車１０に搭載された搬送制御部７０の機能ブロック構成が示されている。搬送制御部７０は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路で構成される走行制御部７１と、走行制御部７１に接続されたチャック機構制御部７２、ホスト通信部７３、光通信部１０Ｆなどを備えている。

搬送制御部７０は、システムコントローラＨ（図１参照）からの指令に基づいて、各製造装置１（１ａ～１ｌ）のロードポート２上に載置されたウェハキャリア３を掴持して、各製造装置１間、或いはウェハキャリア３を一時的に保管しておくストッカＳＴ間を走行して、搬送先のロードポート２上にウェハキャリア３を載置するように制御する。

把持部１０Ｂには、ウェハキャリア３を掴持するためのチャック機構１０Ｃを備えた昇降体１０Ｄと、昇降体１０Ｄを所定の昇降経路に沿って昇降させるベルト及び巻上モータを備えた昇降機構１０Ｅが組み込まれている。

また、把持部１０Ｂの底面側には、各製造装置１に備えた光通信部２Ｃとローカル通信する光通信部１０Ｆが組み込まれている。走行制御部７１は、システムコントローラＨからの指令に基づいて目的とする製造装置１の近傍に到達し、光通信部２Ｃ，１０Ｆ間で光通信が確立したことを認識すると、走行モータを停止制御する。なお、ローカル通信のための信号伝送媒体は無線通信媒体であればよく、光に限らず電波などを用いてもよい。つまり、光通信部に代えて無線通信部で構成してもよい。

さらに、巻上モータを制御して昇降機構１０Ｅを降下させ、チャック機構制御部７２を介して駆動される把持モータによりウェハキャリア３を保持すると、巻上モータを制御して昇降機構１０Ｅを上昇させ、ウェハキャリア３を搬送先の製造装置１などに向けて搬送する。

図３に示されているように、把持部１０Ｂのうち各搬送台車１０の走行方向前面側に物体捕捉装置２０が組み込まれ、走行方向後面側に所定サイズの反射シート４０が貼付されている。

図５（ａ）から（ｃ）に示すように、物体捕捉装置２０は進行方向前方に向けて測定光を走査し、前方を走行する他の搬送台車１０ｆに貼付された反射シート４０ｆからの反射光を検出することにより他の搬送台車１０ｆとの車間距離を算出して搬送制御部７０（走行制御部７１）に出力するように構成されている。搬送制御部７０は、物体捕捉装置２０から入力された車間距離が許容値より短くなると判断すると、衝突回避のために搬送台車１０を減速または停止制御する。なお、衝突回避のための制御部を物体捕捉装置２０に設け、物体捕捉装置から搬送台車１０を減速又は停止制御するための制御信号を出力するように構成してもよい。

前方で走行している他の搬送台車が、図５（ａ）に示すような直線状の走行レールから、図５（ｂ）のようなカーブ状の走行レールに進入して走行する際に、図５（ｃ）のようなカーブ直前の走行レール５の延長上に設置されている製造装置１のパネルなどからの反射光を、前方を走行中の搬送台車１０ｆに添付された反射シート４０ｆからの反射光であると誤検出して、搬送台車１０が減速または停止すると、当該搬送台車１０は停止状態から再度走行することが困難になる。そこで、当該物体捕捉装置２０には検出された反射光が前方で走行している他の搬送台車に貼付された反射シート４０ｆからの反射光であるか否かを判別する物体判別部が設けられている。

以下、物体捕捉装置２０について詳述する。
〔物体捕捉装置の第１の実施形態〕
図６には物体捕捉装置２０の外観が示され、図７には物体捕捉装置２０の内部構造が示されている。図６に示すように、物体捕捉装置２０は、略直方体形状の下部ケーシング２０Ａと、略円筒形状の光学窓２０Ｃを備えた上部ケーシング２０Ｂを備えている。下部ケーシング２０Ａには信号接続部ＣＮと表示部２０Ｄが設けられている。

図７に示すように、物体捕捉装置２０のケーシング２０Ａ，２０Ｂの内部には、発光部２１と、受光部２２と、光走査部２３と、投光レンズ２４と、受光レンズ２５と、信号処理基板３０，３１が収容されている。

上部ケーシング２０Ｂの上面内壁に設置されたモータ５０と、モータ５０の回転軸５１に回転軸５１と一体回転可能に固定された偏向ミラー５２によって光走査部２３が構成されている。偏向ミラー５２は回転軸５１に対して４５度の傾斜角度に設定され、さらに回転軸５１にはモータ５０の回転速度を計測するエンコーダ５３が設けられている。当該エンコーダ５３が測定光の走査角度検出部として機能する。

鉛直姿勢に配された回転軸５１と同軸心となる光軸Ｐ上で、偏向ミラー５２を挟んでモータ５０とは反対側には、受光レンズ２５と受光部２２が上下方向に位置を異ならせて配置されている。受光レンズ２５の中央部に筒状に切り欠かれた開孔部が形成され、開孔部の下端に発光部２１が配置され、その上方に投光レンズ２４が配置されている。

偏向ミラー５２と一体に回転し偏向ミラー５２で偏向された測定光を測定対象空間に案内する測定光光路Ｌ１と反射光を偏向ミラー５２で偏向して受光部２２に導く反射光光路Ｌ２とを区画する光ガイド部５４が偏向ミラー５２と一体に回転するように偏向ミラー５２に固定されている。

発光部２１は、片持ち状に支持された基板にマウントされた赤外域の波長のレーザダイオードで構成されている。レーザダイオードから出射されたコヒーレントな測定光が投光レンズ２４により平行光に成形され、光軸Ｐに沿って偏向ミラー５２に入射し、９０度偏向された後に光軸Ｐ１に沿った光ガイド部５４で区画された内側領域の測定光光路Ｌ１を経由して光学窓２０Ｃから測定対象空間に照射される。

測定対象空間に存在する物体の表面に測定光が照射され、その反射光の一部が光軸Ｐ１に沿って光学窓２０Ｃから光ガイド部５４で区画された外側領域の反射光光路Ｌ２を経由して偏向ミラー５２に入射し、偏向ミラー５２によって９０度偏向された後に受光レンズ２５で集光されて受光部２２に入射する。

受光レンズ２５は、その周部に形成されたフランジ部がレンズホルダー２６で支持され、当該レンズホルダー２６に発光部２１を構成する基板が支持されている。さらに、受光部２２がマウントされた基板や信号処理基板３０，３１がレンズホルダー２６を支持する複数の脚部２７に支持されている。

信号処理基板３０には、物体捕捉装置２０を制御する制御部８０が設けられ、信号処理基板３１には、表示部２０Ｄに各種の情報を表示するためのＬＥＤや液晶表示素子がマウントされている。信号処理基板３０と発光部２１と受光部２２は信号線で互いに接続され、信号処理基板３０から下部ケーシング２０Ａに備えた信号接続部ＣＮを介して外部機器との間で信号を遣り取りする信号ケーブルが延伸されている。

図８には、制御部８０の機能ブロック構成が示されている。制御部８０は、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサなどを備えて構成され、これらにより、発光部２１の発光タイミングを制御する発光制御部８４と、光走査部２３で走査された測定光と物体からの反射光との時間差または位相差から当該検出物までの距離を算出する距離演算部８１と、距離演算部８１で算出された距離を補正する補正演算部８３と、物体判別部８２を備えている。

測定光と反射光との時間差に基づき距離を算出する方式をＴＯＦ方式といい、以下の数式１により距離ｄが算出される。ここに、Ｃは光速、ΔＴは時間差である。
〔数１〕
ｄ＝（１／２）×Ｃ×ΔＴ

光源を所定の変調周波数でＡＭ変調した測定光と反射光との位相差に基づき距離を算出する方式をＡＭ方式といい、以下の数式２により距離ｄが算出される。ここに、φは計測された位相差、Ｃは光速、Ｆは光源の変調周波数である。
〔数２〕
ｄ＝（１／２）×（φ／２π）×Ｃ／Ｆ

補正演算部８３は物体捕捉装置２０の部品ばらつきなどに起因する誤差を補正するブロックで、上部ケーシング２０Ｂの内壁の一部に設けられた基準反射板５５からの反射光に基づき算出される距離が所定距離となるように補正係数を求める機能ブロックである。

以下では、ＴＯＦ方式が採用された場合を例に説明を続ける。なお、ＡＭ方式が採用された場合も同様である。
物体判別部８２は、走査角度検出部５３で検出された走査角度と、当該走査角度に対応して距離演算部８１で算出された距離を補正演算部８３で算出される補正係数で補正した後の距離（以下では、単に「距離演算部８１で算出された距離」と記す。）とから、測定光の反射位置つまり物体捕捉装置２０から反射位置までの距離と方向を認識し、認識した距離と方向で定まる複数の反射位置に基づいて、検出した物体が捕捉対象物であるか否かを判別するとともに、捕捉対象物である場合にその距離及び／または方向を搬送台車１０の走行制御部７１に出力するように構成されている。

本実施形態で説明する物体捕捉装置２０の仕様値は、検出距離５０ｍｍ～７０００ｍｍ、走査角度範囲２７０度、走査時間２５ｍｓ、角度分解能０．２５度であり、反射シート４０のサイズは横３００ｍｍ、縦２７０ｍｍである。なお、これらの仕様値は一例に過ぎず、本発明がこれら仕様値に限定されることを意図するものではない。

物体判別部８２は、距離演算部８１で算出されたある走査角度とその走査角度に隣接する走査角度での各距離の差分が所定の閾値以下となると判断される連続した走査角度範囲が物体の走査方向に沿ったサイズと認識し、当該走査角度範囲が捕捉対象物の基準走査角度範囲に対応するか否か、及び、当該走査角度範囲での反射光の強度分布が、捕捉対象物からの反射光の基準強度分布に対応するか否かに基づいて、物体が捕捉対象物であるか否かを判別するように構成されている。

捕捉対象物の基準走査角度範囲とは、走査角度範囲で算出された各距離を代表する基準距離に対応する走査角度範囲をいう。基準距離として物体捕捉装置２０から物体までの最小距離、最大距離、中央値、平均値などを用いることができ、本実施形態では平均値を用いている。

図９（ａ）に示すように、距離演算部８１によってある走査角度θで算出された距離ｄと、その走査角度θに隣接する走査角度θ±Δθｐ（Δθｐ＝０．２５度）で算出された距離が所定の閾値Δｄ以下となる場合に、当該距離ｄに対応する物体が同一物体であると判断される。

走査方向に沿った当該物体のサイズに相当する走査角度範囲±Δθが、当該走査角度範囲±Δθ内の各距離ｄを代表する基準距離ｄ_ｒｅｆに基づいて設定される捕捉対象物の基準走査角度範囲θ_ｒｅｆに対応すれば、検出された物体が捕捉対象物であると同定可能になる。

つまり、物体捕捉装置２０から基準距離ｄ_ｒｅｆ離隔した位置に反射シート４０が位置する場合に、走査方向サイズとなる反射シート４０の横方向長さ３００ｍｍに対応する走査角度が基準走査角度範囲θ_ｒｅｆとなる。

従って、図９（ｂ）に示すように、基準走査角度範囲θ_ｒｅｆは基準距離ｄ_ｒｅｆを変数とする以下のような関数によって定めることができる。
θ_ｒｅｆ＝２・ｔａｎ^－１（Ｗ／２・ｄ_ｒｅｆ）
ここで、Ｗは測定光の走査方向に沿った反射シート４０の横幅である。上述したように本実施形態では、基準距離ｄ_ｒｅｆとして物体捕捉装置２０から物体までの距離の平均値を用いている。

さらに、図１０（ａ）に示すように、走査方向に沿った当該物体のサイズに相当する走査角度範囲±Δθで検出される反射光の強度分布Ｉが、捕捉対象物からの反射光の基準強度分布Ｉ_ｒｅｆに対応すれば、検出された物体が捕捉対象物であると同定可能になる。つまり、捕捉対象物の走査方向サイズ及び反射光強度分布が、他の物体と異なるように設定されていれば、確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

図１０（ｂ）に示すように、基準強度分布Ｉ_ｒｅｆは、物体捕捉装置２０から反射シート４０までの距離ｄを変数とする関数で求めることができる。一般的には、距離ｄと反射光の強度Ｉは距離ｄの二乗に反比例するため、反射シート４０までの距離ｄが短くなれば反射光の強度Ｉが大きくなり、反射シート４０までの距離ｄが長くなれば反射光の強度Ｉが小さくなる。即ち、基準強度分布は、物体までの距離を指標にして定められる。

そして、上述した基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆは、測定光の走査基準位置に対する走査角度範囲の偏りの程度を指標にして定められていることが好ましい。

測定光の走査範囲で捕捉対象物が位置する角度が変れば、基準距離が同じであっても捕捉対象物の走査方向サイズ及び反射光強度分布が変化する。そのような場合でも測定光の走査基準位置に対する走査角度範囲の偏りの程度を指標にして基準走査角度範囲及び基準強度分布を定めることにより、より確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

測定光の走査基準位置として、走査始点角度（図９（ａ）のθ＝０度の位置）、走査終点角度（図９（ａ）のθ＝２７０度の位置）、走査範囲の中央となる走査角度（図９（ａ）のθ＝１３５度の位置）など任意に選択すればよく、走査角度範囲の偏りの程度として、例えば走査角度範囲の始点角度（図９（ａ）のθ＝１３５度－Δθの位置）、終点角度（図９（ａ）のθ＝１３５度＋Δθの位置）または中心角度（図９（ａ）のθ＝１３５度の位置）など任意に選択した角度と、上述した走査基準位置との角度差で表し、当該角度差を変数にした関数に基づいて、基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆをそれぞれ定めればよい。

さらに、基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆは、走査角度範囲の各距離に基づいて定まる測定光の光軸に対する捕捉対象物（反射シート４０）の傾斜角度を指標にして定められていることが好ましい。

測定光の光軸と捕捉対象物（反射シート４０）の傾斜角度によって基準距離ｄ_ｒｅｆが同じであっても捕捉対象物の走査方向サイズ及び反射光強度分布が変化する。そのような場合でも走査角度範囲の各距離に基づいて測定光の光軸に対する捕捉対象物（反射シート４０）の傾きが求められ、求められた捕捉対象物（反射シート４０）の傾斜角度を指標にして基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆを定めることにより、より確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

図９（ｃ）には、捕捉対象物の反射面が測定光の光軸に対して角度φ傾斜した場合に求まる走査角度範囲内の各距離が示されている。捕捉対象物の走査角度範囲に存在する反射面の走査方向に沿った両端部の距離に基づいて幾何学的に傾斜角度φを求めることができ、走査角度範囲内の各距離の平均値を基準距離ｄ１、ｄ２、ｄ３として算出することができる。例えば、以下の数式のように、求めた基準距離ｄ_ｒｅｆと傾斜角度φを変数とする関数により走査角度範囲θ_ｒｅｆを求めることができる。
θ_ｒｅｆ＝２・ｔａｎ^－１（Ｗ・ｃｏｓθ／４・ｄ_ｒｅｆ）

図１０（ｃ）には、捕捉対象物の反射面が測定光の光軸に対して角度φ傾斜した場合に求まる走査角度範囲内の各反射光の強度Ｉが示されている。図９（ｃ）と同様に、求めた基準距離ｄ_ｒｅｆと傾斜角度φを変数とする関数により基準強度分布θ_ｒｅｆを求めることができる。

上述した基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆは、物体判別部８２によって上述した関数演算により算出されるように構成してもよいし、基準距離ｄ_ｒｅｆや傾斜角度φを複数の区分に分割して、各区分に対応する基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆをメモリに基準データとして記憶しておいてもよい。

図１１（ａ）には、入射角度０度（垂直入射）±４５度の走査角度範囲で、反射シート４０の反射特性によって基準強度分布Ｉ_ｒｅｆが異なる例が示されている。反射シート４０が白色紙のような散乱体であれば、受光部２２によって検出される反射光の強度分布は、測定光の走査角度が変化してもほぼフラットな特性となる。

これに対して、反射シート４０が例えばアルミの金属板のような鏡面であれば、測定光が鏡面反射されるために、測定光が略垂直方向から金属板に入射する際に受光部２２によって検出される反射光の強度は大きくなり、測定光の入射角度が垂直方向からずれると反射光の強度は極端に小さくなる。そのため反射光の強度分布は、測定光が垂直入射する中央部でピークとなり、その前後で次第に低くなる特性を示す。

反射シート４０として再帰性反射部材を採用すると、白色紙のような散乱体からの反射光と同様に全域でフラットでありながらも十分に大きな強度の強度分布が得られる。再帰性反射部材として例えば３面体キューブコーナー素子が配列された反射シートが好適に用いられる。

図１１（ｂ）には、走査角度１３５度における測定光の光軸にほぼ垂直な姿勢に配置された反射シートからの反射光強度分布が示されている。距離ｄが一定であっても、反射シートの反射面が散乱面である場合には比較的平坦な反射光強度Ｉｐとなり、反射シートの反射面が鏡面である場合には垂直入射する中央部で極端に大きく辺部で小さな反射光強度Ｉｍとなり、反射シートの反射面が再帰性反射部材で構成されている場合には、比較的平坦で前二者よりも大きな反射光強度Ｉｓとなる。

図１１（ｃ）には、測定光の光軸に対して垂直な姿勢から僅かに傾斜した反射シートからの反射光強度分布が示されている。反射シートの反射面が散乱面である場合、及び反射面が再帰性反射部材で構成されている場合の強度分布は、図１１（ｂ）に比べてそれほど変化しないが、反射面が鏡面である場合には強度分布が入射角度に依存して大きく変化する。

従って、誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる反射特性の反射シート４０を採用することにより捕捉対象物を適正に判別することができ、しかも反射シート４０の特性を反映した基準走査角度範囲θ_ｒｅｆ及び基準強度分布Ｉ_ｒｅｆに基づいて捕捉対象物であるか否かを判別することにより、測定光の走査範囲で捕捉対象物がどのような位置にあっても適切に捕捉できるようになる。

図１２には、物体判別部８２により実行される物体捕捉手順のフローが示されている。
物体判別部８２は、測定光の１走査ごとに距離演算部８１で算出され、補正演算部８３で補正された距離及び対応する走査角度で表される位置データを取得すると（Ｓ１）、それら複数の位置データに基づいて、ある走査角度とその走査角度に隣接する走査角度での各距離の差分が所定の閾値以下となると判断される連続した走査角度範囲が所定の閾値以上である場合に、捕捉対象物の候補であると認識する物体判別処理を行なう（Ｓ２）。

抽出された物体毎に基準距離を算出し（Ｓ３）、上述した関数を用いて基準走査角度範囲を導出するとともに（Ｓ４）、上述した関数を用いて基準強度分布を導出する（Ｓ５）。なお、基準走査角度範囲及び基準強度分布は、基準距離及び基準距離に対応する走査角度つまり基準走査角度からの偏りの程度に応じて、予め定められ、メモリに記憶されたデータを読み出すように構成してもよい。

各物体の走査角度範囲と基準走査角度範囲の差分を求め、当該差分が所定の閾値以下であれば捕捉対象物の可能性があると判定し、当該差分が所定の閾値以上であれば捕捉対象物ではないと判断する（Ｓ６，ＯＫ）。

次に、ステップＳ６で捕捉対象物の可能性があると判定した物体に対して、反射光強度分布と基準強度分布の差分を求め、当該差分が所定の閾値以下であれば捕捉対象物であると判定する（Ｓ７，ＯＫ）。

捕捉対象物であると判定した物体の基準距離が予め定めた近接閾値以下であれば（Ｓ８，Ｙ）、走行制御部７０（図８参照）に、減速または停止警告信号を出力する。なお、近接閾値を大小２段階設定し、大きい方の閾値以下のときに減速警告信号を出力し、小さい方の閾値以下のときに停止警告信号を出力するように構成してもよい。

また、ステップＳ８で捕捉対象物の基準距離が予め定めた近接閾値より大きく、過去に減速または停止警告信号を出力している場合には、当該信号を解除する。上述したステップＳ１からステップＳ９の処理が測定光の単位走査ごとに繰り返される。

〔物体捕捉装置の第２の実施形態〕
上述した物体捕捉装置２０では、発光部２１が赤外域の波長のレーザダイオードで構成されているが、波長は特に制限されない。また、発光部は波長が異なる複数の光源を備えて構成され、上述した基準強度分布Ｉ_ｒｅｆが各光源の波長に対応してそれぞれ定められていてもよい。光源の数や波長については特に制限されるものではなく、適宜設定すればよい。基準走査角度範囲θ_ｒｅｆについては上述と同様である。

例えば、発光部が、赤色のレーザーダイオードチップと、緑色のレーザーダイオードチップの二つの光源で構成され、捕捉対象物の反射面以外の物体の表面の分光反射特性と異なるように、捕捉対象物の反射面となる反射シートの分光反射特性に対応した基準強度分布が光源の波長ごとに設定されていれば、さらに確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

例えば、赤色と緑色に対する基準強度分布が同じ特性となるように反射シートの分光反射特性を設定し、或いは赤色と緑色に対する基準強度分布が異なる特性となるように反射シートの分光反射特性を設定すればよい。また、測定光の走査方向に沿って各色に対する分光反射特性が連続的に、或いは段階的に異なるように設定することも可能である。

この場合、発光制御部８４（図８参照）は、光走査部２３の単位走査周期で二つの光源を交互に切り替えて駆動すればよい。捕捉対象物の移動速度が光走査部２３の単位走査周期よりも十分に遅い場合には、単位走査周期毎に光源を切り替えて駆動することも可能である。

一つの物体捕捉装置２０の発光部２１に波長が異なる複数の光源を備える構成に代えて、一つの光源でなる発光部を備えた物体捕捉装置２０を複数台準備し、各物体捕捉装置２０の発光部の光源の波長をそれぞれ異ならせてもよい。

〔物体捕捉装置の第３の実施形態〕
上述した実施形態に加えて、物体捕捉装置２０の光走査部２３に、測定光の光路に第１方向へ振動する光のみを透過する偏光子と、反射光の光路に第１方向と直交する第２方向へ振動する光のみを透過する検光子とが設けられていてもよい。

図１３に示すように、光走査部２３に組み込まれた光ガイド部５４のうち、光学窓２０Ｃと対向する位置で、測定光光路Ｌ１の出口端部に上述の偏光子ＰＬが配され、反射光光路Ｌ２の入口端部に上述の検光子ＡＮが配されている。つまり、偏光子ＰＬが光ガイド部５４の内側に配され、検光子ＡＮが光ガイド部５４の外側に配されている。また、光の出射方向に沿って投光レンズ２４の直後の位置に円偏光板の一例である１／４波長板２８が配置されている。

発光部２１のレーザダイオードから出射され、所定方向に直線偏光する測定光が、１／４波長板２８を通過することにより円偏光に変化し、さらに偏光子ＰＬを通過することにより、例えば走査方向に対して直交する方向の直線偏光に変化する。

偏光子ＰＬや検光子ＡＮとしてガラスの表面上に微細な金属のグリッドを形成したワイヤーグリッドや、材料自体の持つ複屈折現象を利用して偏光成分を調節する結晶性材料などを用いることができる。

捕捉対象物の反射面に偏光方向を９０度回転させるような光学部材を配置することにより、測定光の偏光方向に対して反射光の偏光方向が９０度回転するようになる。この様な光学部材として、先に説明した３面体キューブコーナー素子が配列された再帰性反射シートや１／２波長板が好適に用いられる。

図１４（ａ）には、３面体キューブコーナー素子（マイクロプリズムともいう。）が示されている。互いに直交する３枚の反射ミラー４１，４２，４３で単位素子が構成されている。この様な３面体キューブコーナー素子に入射した光は、入射方向に向けて反射されるようになる。

図１４（ｂ）に示すように、偏光子ＰＬを通過して縦方向に直線偏光する測定光が、３面体キューブコーナー素子の３面で反射されることにより９０度偏光方向が変化した直線偏光となり、検光子ＡＮを通過するようになる。

偏光子ＰＬを通過した測定光がアルミなどの金属板に反射しても、反射光の偏光方向は変化することがないため、反射光が検光子ＡＮを通過することはない。偏光子ＰＬを通過した測定光が白色散乱板に反射すると、偏光方向が乱されて円偏光や様々な角度方向への直線偏光が重なった反射光となるため、検光子ＡＮを通過する反射光の光量はおよそ半減する。

光走査部２３に備えた偏光子ＰＬと検光子ＡＮが偏向ミラー５２と一体に回転するので、走査に伴って出射する測定光の偏光方向が変化することがなく、また入射した反射光の偏光方向が変化することもない。捕捉対象物の反射面の反射特性が測定光の偏光方向を９０度回転させるような反射特性を備えていれば、確実に捕捉対象物であると識別できるようになる。

光学窓２０Ｃを通過することにより偏光特性が変化することがないように、測定光と反射光の経路となる光学窓２０Ｃを構成する素材として、複屈折率の小さなアクリル系樹脂や光学ガラスなどの測定光を透過させるとともに測定光に対して低偏光特性を有する素材を用いることが好ましい。

図１５には、物体捕捉装置２０の光走査部２３の他の例が示されている。光走査部２３に組み込まれた光ガイド部５４のうち、発光部２１と対向する位置で、測定光光路Ｌ１の入口端部に上述の偏光子ＰＬが配され、偏向ミラー５２によって偏向された反射光光路Ｌ２の出口端部に上述の検光子ＡＮが偏向ミラー５２と一体に回転するように配されている。

図１６には、物体捕捉装置２０の光走査部２３を含めた他の例が示されている。図１３及び図１５の例では、光の出射方向に沿って投光レンズ２４の直後の位置に１／４波長板２８が配置されているが、図１６の例では、発光部２１と１／４波長板２８との間に直線偏光させる偏光子ＰＬ´がさらに配されているという特徴を有する。偏光子ＰＬが第一の偏光子となり、偏光子ＰＬ´が第二の偏光子となる。

入射光の偏光面が１／４波長板２８の高速軸（或いは低速軸）に対して４５度の方位角で入射するように偏光子ＰＬ´を調整することにより直線偏光を真円に近い円偏光に変えることができ、その結果、光走査部２３に備えた偏光子ＰＬにより適切に直線偏光された測定光が得られるようになる。

偏光子ＰＬ´がない場合に、投光レンズ２４にポリカーボネートのような複屈折率の大きな樹脂製レンズを用いると、発光部２１となるレーザダイオードから出射された測定光の偏光状態が変動するため、１／４波長板２８を通過した測定光が楕円に近い円偏光になり、偏光子ＰＬを通過した測定光が楕円偏光となり、反射光の検出精度が低下する虞がある。しかし、偏光子ＰＬ´を備えることによりレーザダイオードから出射された測定光を確実に直線偏光させて１／４波長板２８に導くことにより、偏光子ＰＬを通過した測定光を適切に直線偏光させ、反射光の検出精度を高めることができるようになる。

図１７には、物体捕捉装置２０の光走査部２３を含めた他の例が示されている。光走査部２３に組み込まれた光ガイド部５４の出口側に、偏光子ＰＬと同じ向きの偏光特性を備えた偏光子ＰＬ´´が偏向ミラー５２と同じ傾斜姿勢になるように配されている。

偏光子ＰＬ´´がなく測定光が照射される物体が物体捕捉装置２０の近傍に位置する場合には、光ガイド部５４から出射される測定光の光線束の径が小さく、当該物体からの反射光の光線束の広がりも小さくなり、反射光光路Ｌ２を進む反射光の径が測定光光路Ｌ１を進む測定光の径に近づく結果、受光部２２に導かれる光量が少なくなって正確に距離を検出し難い状況が発生する虞がある。

そのような場合でも、偏光子ＰＬ´´を備えていれば、当該物体からの反射光のうち、測定光の直線偏光と直交する直線偏光が偏光子ＰＬ´´で反射されて受光部２２に導かれるようになる。

従って、当該物体が捕捉対象物であれば、測定光の直線偏光と直交する直線偏光が受光部２２に導かれるようになり、検出精度を高めることができる。そして、当該物体が捕捉対象物でなく、測定光の直線偏光と同じ直線偏光の反射光であれば、偏光子ＰＬ´´を通過するようになり、受光部２２に導かれる反射光量が低下するため、誤検出を回避できるようになる。即ち、偏光子ＰＬ´´は光ガイド部５４に向けて入射する反射光を受光部２２に導くハーフミラーとして機能する。偏光子ＰＬ´´は反射光が受光部２２に導かれる条件であれば、測定光光路Ｌ１内に適宜設けることができる。また一般的なハーフミラーを使用できる場合もある。

〔反射光の受光レベルから捕捉対象物を識別するフィルタリング処理〕
物体判別部８２（図８参照）による捕捉対象物の識別アルゴリズムの改良について説明する。
図１８（ａ）には、図１７に示した構成の物体捕捉装置２０を用いた場合の各種の反射部材に対する距離と反射光の受光レベルの検出特性が示されている。図１９には、図１８（ａ）に示した各反射部材の材質が示されている。図１９に示す「反射板」が、捕捉対象物に付され、上述した光学部材を用いた反射板（例えば、３面体キューブコーナー素子を用いた反射板）となる。

距離が５０～１０００ｍｍの範囲では、上述した反射板の受光レベルがその他の反射部材に比べて十分に大きな値となる。距離が１０００ｍｍを超えると、当該反射板の受光レベルが大きく低下するが、他の反射部材に比べて大きな値となる。

従って、反射光の受光レベルに距離に応じた閾値を設定して、閾値を超えた反射光を真正の捕捉対象物と判断することが可能となる。即ち、検出距離に応じて反射光の受光レベルの閾値を異なる値に設定することにより、捕捉対象物とその他の物体とを識別することができるようになる。

具体的には、近距離からの反射光の受光レベルの閾値を、遠距離からの反射光の受光レベルの閾値よりも大きくなるように設定すればよい。上述の例では、近距離と遠距離の境界が１０００ｍｍ程度となり、１０００ｍｍ以内の近距離で閾値を１０００、１０００ｍｍより遠距離で閾値を７００に設定される。

なお、近距離と遠距離の境界は物体捕捉装置２０の具体的な構成、つまり光源の光量、受光素子の感度、光学系の構成などにより適宜適切な値に定めることができる。また、近距離と中距離と遠距離の各境界で閾値を異なる値に設定するなど、閾値を多段階で切り替えるように構成することも可能である。

そして、物体までの検出距離による反射光の受光レベルの閾値の切替設定は、図１７に示した構成の物体捕捉装置２０に限って効果が奏されるものではなく、図１３、図１５、図１６に示した構成の物体捕捉装置２０であっても有効に適用できる。

図１８（ｂ）には、測定光の光軸と当該反射板の法線とのなす角度θ１を０度±４５度の範囲で異ならせた場合の反射光の検出特性が示されている。角度θ１が０度のときに最大の受光レベルとなり、±４５度付近で最少となる傾向が示される。角度θ１が±４５度付近で受光レベルが近距離の閾値１０００以下となるため、反射板の角度θ１が４５度の近傍で検出不能となる虞がある。

図１８（ｃ）には、各種の反射部材に対して角度θ１が０度に設定されたときの走査方向に沿った反射光の受光レベルが示されている。図１８（ｃ）中、ＳＴＥＰ５４０は、測定光の走査方向が反射部材の法線方向となる場合の受光レベルである。なお、反射部材と物体捕捉装置２０との距離は５００ｍｍである。受光レベルの閾値を１０００に設定すれば、当該反射板とその他の反射部材とを明確に識別できる。

図１８（ｄ）には、当該反射板に対して角度θ１が０度、－４５度、＋４５度に設定されたときの走査方向に沿った反射光の受光レベルが示されている。反射板と物体捕捉装置２０との距離は５００ｍｍである。図１８（ｂ）と同様に、受光レベルの閾値を近距離用の閾値である１０００に設定すれば、角度θ１が±４５度の近傍で検出不能となる虞がある。そのような場合でも、近距離用の閾値よりも小さなレベルの近距離用の第２閾値を設け、例えばその値を７００に設定すると、角度θ１が±４５度の近傍でも確実に検出できるようになる。

しかし、近距離用の第２閾値を７００に設定すると、図１８（ａ）に示したように、角度θ１が０度近傍でアルミ板やＳＵＳ板のような鏡面反射部材を捕捉対象物の反射板であると誤って検出する虞がある。

そのような場合でも、測定光の走査方向に対する反射光の連続検出ステップ数を加味すれば、鏡面反射部材からの反射光と当該反射板（例えば、３面体キューブコーナー素子を用いた反射板）からの反射光を識別することができる。

例えば、図１８（ｃ）に示されたように、角度θ１が０度のときに、近距離用の第２閾値７００で検出される鏡面反射部材からの反射光の連続検出ステップ数より大きな閾値ステップ数を設定し、反射光の受光レベルが閾値ステップ数以上のステップ数で連続して近距離用の第２閾値７００以上となると、当該反射板を備えた捕捉対象物であると識別することができる。

例えば、検出距離が近距離である場合には、反射光の受光レベルが近距離用の閾値以上であるという条件と、反射光の受光レベルが閾値ステップ数以上のステップ数で連続して近距離用の第２閾値以上であるという条件の何れかを具備した場合に捕捉対象物であると識別できる。

また、検出距離が遠距離である場合には、別途遠距離用の閾値よりも小さなレベルの遠距離用の第２閾値を設け、反射光の受光レベルが遠距離用の閾値以上であるという条件、または、反射光の受光レベルが閾値ステップ数以上のステップ数で連続して遠距離用の第２閾値以上であるという条件の何れか一方を具備した場合に捕捉対象物であると識別できる。

〔物体捕捉装置に組み込まれる光走査部の他の実施形態〕
図７に示した物体捕捉装置２０では、上部ケーシング２０Ｂの上面内壁に設置されたモータ５０と、モータ５０の回転軸５１に回転軸５１と一体回転可能に固定された偏向ミラー５２によって光走査部２３が構成された例を説明したが、本発明が適用される物体捕捉装置の光走査部の構成は、上述の構成に限るものではなく他の公知の光走査部の構成を採用することも可能である。

例えば、上述した偏向ミラーに代えて、各側面が鏡面に形成された多角柱を縦軸心周りに回転させる回転多面鏡を用いて、発光部から出射される測定光を測定対象空間に向けて走査し、反射光を受光部に導くように構成してもよい。

また、上述した平坦な偏向ミラーを回転させる走査機構に代えて、揺動走査する揺動機構を採用してもよい。さらに上述した光走査部２３により回転駆動される偏向ミラーを回転軸心と交差する軸心周りに揺動走査する揺動機構を備えて三次元走査可能に構成してもよい。

何れの態様であっても、光走査部は、偏向ミラーと、偏向ミラーで偏向された測定光を測定対象空間に案内する光路と反射光を受光部に導く光路とを区画する光ガイド部と、を備え、偏光子が光ガイド部の測定光光路側に配され、検光子が光ガイド部の反射光光路側に配されていればよい。

このような構成を備えていれば、光ガイド部によって測定光光路と反射光光路に光路が領域区画される。発光部から出射された測定光が測定光光路を進む際に第１方向へ振動する直線偏光のみが偏光子を透過して測定対象空間に走査され、物体からの反射光が反射光光路を進む際に第１方向と直交する第２方向へ振動する直線偏光のみが検光子を透過して受光部で受光されるようになる。

〔他の物体捕捉装置からの干渉光の影響を低減する信号処理〕
物体捕捉装置２０の近隣に位置する他の物体捕捉装置２０からの測定光が干渉光として入射すると、当該物体捕捉装置２０から出射された測定光に対する反射光であると誤って検出される虞がある。双方の物体捕捉装置２０から出射される測定光の周期が同じである場合、同じ周期で干渉光が入射するため、誤検出する可能性が高くなる。

そこで、各物体捕捉装置２０から出射される測定光の平均周期を一定に保持しつつ、平均周期Ｔに対して前後にＴ／２周期の範囲内でランダムに出射時期をずらせるように発光制御部８４（図８参照）を構成することにより、同じ周期で干渉光が入射するような現象を回避することができる。

また、物体捕捉装置２０から出射される１パルスの測定光に対して複数の反射光が検出される場合に、測定光の周期Ｔを複数の時間領域に分割し、検出された反射光が何れの時間領域に属するかをメモリに記憶する処理を、連続する所定数の測定光に対して実行し、検出された反射光の数が最大となる時間領域の反射光を真の反射光として採用するように距離演算部８１（図８参照）を構成することが好ましい。

同様に、物体捕捉装置２０から出射される１パルスの測定光に対して複数の反射光が検出される場合に、距離演算部８１（図８参照）でそれぞれの反射光に対する距離を算出するように構成し、測定光の周期Ｔを複数の時間領域に分割し、検出された距離が何れの時間領域に属するかをメモリに記憶する処理を、連続する所定数の測定光に対して実行し、検出された距離の数が最大となる時間領域の距離を真の反射光に対する距離として採用するように物体判別部８２（図８参照）を構成してもよい。

さらに、物体捕捉装置２０から出射される１パルスの測定光に対して複数の反射光が検出される場合に、測定光の周期Ｔを複数の時間領域に分割し、検出された反射光が何れの時間領域に属するかをメモリに記憶する処理を、所定数の走査周期にわたり実行し、検出された反射光の数が最大となる時間領域の距離を真の反射光に対する距離として採用するように距離演算部８１（図８参照）を構成してもよい。

同様に、物体捕捉装置２０から出射される１パルスの測定光に対して複数の反射光が検出される場合に、距離演算部８１（図８参照）でそれぞれの反射光に対する距離を算出するように構成し、測定光の周期Ｔを複数の時間領域に分割し、検出された距離が何れの時間領域に属するかをメモリに記憶する処理を、所定数の走査周期にわたり実行し、検出された距離の数が最大となる時間領域の距離を真の反射光に対する距離として採用するように物体判別部８２（図８参照）を構成してもよい。

〔捕捉対象物の反射面〕
上述した物体捕捉装置２０により捕捉される捕捉対象物は、光走査部２３により走査される測定光の走査方向に沿って反射光量が段階的に変化する反射特性を備えた反射シート４０を備えていることが好ましい。

光走査部２３により走査される測定光の走査方向に沿って反射光量が段階的にまたは連続的に変化するように、捕捉対象物の反射面の反射特性を設定することにより、そのような特性を備えていない他の物体との精度の高い識別が可能になる。

例えば、図２０（ａ）に示すように、測定光の走査方向に沿って、反射シート４０の表面反射率が両端部及び中央部で高く、両端部と中央部の間で低く設定された反射シート４０であれば、それに伴って受光部２２で検出される反射光量が走査方向に沿って段階的に変化するため、他の物体からの反射光と確実に識別できるようになる。

例えば、図２０（ｂ）に示すように、測定光の走査方向に沿って、反射シート４０の表面反射率が鋸刃状に変化するように設定された反射シート４０であれば、それに伴って受光部２２で検出される反射光量が走査方向に沿って連続的に上昇し或いは連続的に下降するため、他の物体からの反射光と確実に識別できるようになる。

また、測定光の走査方向に沿って測定光の波長に対する分光反射特性が段階的にまたは連続的に変化するような反射特性を備えた反射シート４０を採用してもよい。発光部２１に波長が異なる複数の光源を備える場合には、光源の波長毎に分光反射特性が変化するような反射特性を備えることが好ましい。

何れの場合であっても、反射シート４０として再帰性反射部材、特に３面体キューブコーナー素子が表面に配列された再帰性反射部材を用いることが好ましい。この様な再帰性反射部材を用いる場合には、反射ミラー４１，４２，４３（図１４（ａ）参照。）に所定厚の干渉膜を形成することで分光反射特性を調整することが可能となる。

また、反射シート４０の全域に再帰性反射部材を配するのではなく、測定光の走査方向に沿って反射光量が段階的にまたは連続的に変化するように、再帰性反射部材を配する領域と配さない領域に区分けしてもよい。例えば、再帰性反射部材を配さない領域に散乱反射部材を配したり、吸光部材を配したりしてもよい。

上述した複数の態様の物体捕捉装置２０及び捕捉対象物に備えた反射シート４０を適宜組み合わせることにより、本発明の物体捕捉システムが具現化される。

以上説明した実施形態は何れも本発明の一実施例に過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更することができることは言うまでもない。

１：製造装置
５：走行レール
１０：搬送台車
２０：物体捕捉装置
２１：発光部
２２：受光部
２３：光走査部
２４：投光レンズ
２５：受光レンズ
４０：反射シート
５４：光ガイド部
７０：走行制御部
８０：制御部
８１：距離演算部
８２：物体判別部
１００：製造設備
ＡＮ：検光子
ＰＬ，ＰＬ´，ＰＬ´´：偏光子

Claims (10)

1. 測定対象空間に存在する物体を捕捉する物体捕捉装置であって、
   発光部と、
   受光部と、
   前記発光部から出射された所定波長の測定光を所定の軸心周りに回転走査することで測定対象空間に向けて照射し、前記測定光に対する前記物体からの反射光を前記受光部に導く光走査部と、
   前記測定光に対する前記反射光の位相差または遅延時間に基づいて前記物体までの距離を前記光走査部の走査角度に対応付けて算出する距離演算部と、
   前記距離演算部で算出された隣接する走査角度での各距離の差分が所定の閾値以下となる走査角度範囲が、各距離を代表する基準距離に対応する捕捉対象物の基準走査角度範囲に対応するか否か、及び、当該走査角度範囲での反射光の強度分布が、前記捕捉対象物の反射面にのみ設定され、前記測定対象空間で誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる反射特性であって、前記測定光の走査方向に沿って周期的、段階的または連続的に変化するように設定された固有の反射特性に基づく反射光の基準強度分布に対応するか否かに基づいて、前記物体が前記捕捉対象物であるか否かを判別する物体判別部と、
   を備えている物体捕捉装置。
2. 前記基準強度分布は、前記物体までの距離を指標にして定められている請求項１記載の物体捕捉装置。
3. 前記基準走査角度範囲及び前記基準強度分布は、前記測定光の走査基準位置に対する前記走査角度範囲の偏りの程度を指標にして定められている請求項１または２記載の物体捕捉装置。
4. 前記基準走査角度範囲及び前記基準強度分布は、前記走査角度範囲の各距離に基づいて定まる前記測定光の光軸に対する前記捕捉対象物の反射面の傾斜角度を指標にして定められている請求項１から３の何れかに記載の物体捕捉装置。
5. 前記発光部は波長が異なる複数の光源を備えて構成され、前記基準強度分布は各光源の波長に対応してそれぞれ定められている請求項１から４の何れかに記載の物体捕捉装置。
6. 前記測定光の光路に第１方向へ振動する光のみを透過する偏光子と、前記反射光の光路に前記第１方向と直交する第２方向へ振動する光のみを透過する検光子と、が光走査部に設けられている請求項１から５の何れかに記載の物体捕捉装置。
7. 請求項１から６の何れかに記載の物体捕捉装置により捕捉される捕捉対象物であって、前記光走査部により走査される前記測定光の走査方向に沿った反射光の反射特性が、前記測定対象空間で誤検出する虞がある物体の反射特性と異なる反射特性であって、前記反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化する固有の反射特性に設定された反射面を備えている捕捉対象物。
8. 前記反射面は、前記測定光の走査方向に沿って前記測定光の波長に対する分光反射特性が変化するように構成されることにより、前記反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化する固有の反射特性に設定されている請求項７記載の捕捉対象物。
9. 前記反射面は、前記測定光の入射方向に向って前記測定光を反射する再帰性反射部材を備えることにより、前記反射光の強度分布が周期的、段階的または連続的に変化する固有の反射特性に設定されている請求項７または８記載の捕捉対象物。
10. 請求項１から６の何れかに記載の物体捕捉装置と、請求項７から９の何れかに記載の反射面を備えた捕捉対象物とを含む物体捕捉システム。
    

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