JP7484380B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、特定の観察範囲内における状態の変化を検出する検出装置に関するものである。

観察範囲内における状態の変化を検出する検出装置は、従来から広く用いられている。例えば、工場の所定範囲を撮影して、液漏れや、人物の侵入等を自動的に検出したり、製造工程において各種異常状態を検出したりすることが行われている。
特許文献１には、マシンビジョンシステムの画像センサによって画像取り込みを行い、データ処理装置によって解析を行う方法が開示されている。

しかし、従来の検出装置では、撮像素子を用いて撮影された画像データを用いていることから、扱うデータ量が多く、また、判定処理も複雑であることから、その演算処理の負荷も大きかった。また、撮像素子も高価であり、処理装置も高価なものであった。

特開２０１９－５１７１９３号公報

本発明の課題は、撮像素子を使うことなく、簡単な構成、かつ、簡単な処理によって状態の変化を検出できる検出装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

第１の発明は、発光状態と非発光状態とを独立して切り替え可能な複数の光源部（１１）と、前記複数の光源部（１１）のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記光源部（１１）が発光する光の照射範囲を特定の範囲に設定する照射範囲設定部（１２、１３）と、前記複数の光源部（１１）が発光した光を受光する１つの受光部（２０）と、を備え、前記複数の光源部（１１）毎に異なる前記照射範囲（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７）は、切れ目なく連続して配列されて全体としてより大きな全体照射範囲（Ａ）を構成しており、前記受光部（２０）は、受光面に複数の素子を備えず単一の光電変換素子を備える検出装置（１、１Ｂ）である。

第２の発明は、第１の発明に記載の検出装置（１、１Ｂ）において、前記複数の光源部（１１）を順次発光させ、かつ、前記受光部（２０）による受光量の検出時期を前記複数の光源部（１１）の発光と同期させて、前記光源部（１１）の発光毎に受光量の検出を行い検出時データの取得を行わせる制御部（５０）と、正常時の環境下において前記光源部（１１）の発光毎に受光量の検出を行った正常時データと前記検出時データとの比較結果によって、前記受光部（２０）の受光範囲内における状態の変化を判定する判定部（６０）と、を備えること、を特徴とする検出装置（１、１Ｂ）である。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に記載の検出装置（１Ｂ）において、前記複数の光源部（１１）毎に異なる前記照射範囲からなる前記全体照射範囲を構成する前記複数の光源部（１１）をまとめた照射部（１００Ｉ、１００Ｊ）を複数有しており、前記複数の照射部（１００Ｉ、１００Ｊ）は、所定の間隔を空けて配置されていること、を特徴とする検出装置（１Ｂ）である。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明までのいずれかに記載の検出装置（１、１Ｂ）において、前記照射範囲設定部（１２、１３）は、回折光学素子（１２）を含むこと、を特徴とする検出装置（１、１Ｂ）である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明までのいずれかに記載の検出装置（１、１Ｂ）において、前記照射範囲設定部（１２、１３）は、光の通過を制限するマスク（１３）を含むこと、を特徴とする検出装置（１、１Ｂ）である。

第６の発明は、第４の発明に記載の検出装置（１、１Ｂ）において、前記複数の光源部（１１）と、前記回折光学素子（１２）とを一体化して固定する筐体（１５）を備えること、を特徴とする検出装置（１、１Ｂ）である。

第７の発明は、第６の発明に記載の検出装置（１、１Ｂ）において、前記筐体は、前記回折光学素子（１２）を交換可能に構成されていること、を特徴とする検出装置（１、１Ｂ）である。

本発明によれば、撮像素子を使うことなく、簡単な構成、かつ、簡単な処理によって状態の変化を検出できる検出装置を提供することができる。

本発明による検出装置１の第１実施形態の概要を示す図である。 光源ユニット１０を分解して示す斜視図である。 マスク１３の作用を説明する図である。 ３つの光源ユニットを一体化して固定する筐体１５を例示する図である。 図４に示した３つの光源ユニット１０を一体化して固定する筐体１５を重ねて配置した例である。 照射部１００が光を照射する照射範囲を説明する図である。 ７つの光源ユニット１０の照射範囲の分割形態を示す図である。 ７つの光源ユニット１０の照射範囲の分割形態の他の例を示す図である。 ６つの光源ユニット１０の照射範囲の分割形態のさらに他の例を示す図である。 本実施形態の検出装置１の構成を示すブロック図である。 正常時データをグラフ化して示した図である。 新たな物体Ｏが照射範囲内に追加された場合に光が順次照射される状況を示す図である。 新たな物体Ｏが照射範囲内に追加された場合の検出時データを図１１と同様にグラフ化して示した図である。 図１３の検出時データから図１１の正常時データを差し引いた差分値をグラフ化して示した図である。 本発明による検出装置１Ｂの第２実施形態の概要を示す図である。 照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊの照射方向を示す図である。 照射部１００Ｉの照射範囲を示す図である。 照射部１００Ｊの照射範囲を示す図である。 第２実施形態の検出装置１Ｂにおける物体検出方法を説明する図である。 第２実施形態の検出装置１Ｂにおける物体検出動作の流れを示すフローチャートである。 制御部５０における物体までの距離の導出方法を説明する図である。 物体の配置例を説明する図である。 図２２の物体の配置例において照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊの各光源部１１が検出光を照射した状態を示す図である。 本実施形態の検出装置１Ｂによって検出可能な物品の位置をまとめた図である。 図２４の３４通りの位置をｘ、ｙ座標にプロットした図である。 図２２及び図２３に示した位置にある物体Ａと物体Ｂと物体Ｃの検出結果から得られる情報をまとめた図である。 図２６のように得られた各物体の位置ｘ、ｙ座標にをプロットした図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による検出装置１の第１実施形態の概要を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張したり、省略したりして示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
本明細書において、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
また、本発明において透明とは、少なくとも利用する波長の光を透過するものをいう。例えば、仮に可視光を透過しないものであっても、赤外線を透過するものであれば、赤外線用途に用いる場合においては、透明として取り扱うものとする。

本実施形態の検出装置１は、照射部１００と、１つの受光部２０とを備えている。照射部１００は、７つの光源ユニット１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｇを有している。なお、以下の説明では、複数の光源ユニット１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｇを区別せずに単に光源ユニット１０とも呼ぶこととする。
図２は、光源ユニット１０を分解して示す斜視図である。
なお、７つの光源ユニット１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｇは、回折光学素子の回折特性（配光特性）を除き、いずれも同様な構成であるので、光源ユニット１０ａを例にして説明する。
光源ユニット１０ａは、光源部１１と、回折光学素子１２と、マスク１３とを備え、筐体１５にこれらが固定されている。

光源部１１は、検出光として用いる光を発行するレーザ光源であり、例えば、波長９４０ｎｍのレーザ光を発光する。波長９４０ｎｍのレーザ光は、例えば、顔認識等に利用されている一般的な半導体レーザを光源部１１として用いることにより実現可能である。光源部１１にレーザ光源を用いることにより、照射される検出光の波長帯域が非常に狭いので、後述する回折光学素子によって回折した検出光を所望の照射範囲へ正確に照射することができる。また、光源部１１は、コリメートされたレーザ光を出射する。コリメートされたレーザ光を出射するために、光源部１１は、例えば、半導体レーザ（Laser Diode)とコリメート用レンズとを組み合わせたレーザモジュールとして構成されていてもよい。

回折光学素子１２は、回折現象により光の進行方向を制御して光を整形するＤＯＥと呼ばれる素子であり、板状、シート状、又は、フィルム状に形成されている。
なお、「光を整形する」とは、光の進行方向を制御することにより、対象物又は対象領域に投影された光の形状（照射パターン）が任意の形状となるようにしたり、照射パターン内の強度分布を平坦化したり、全体的に又は部分的に任意の強度分布になるようにしたりすることをいう。本実施形態では、後述するように平面に照射したときに略長方形の照射領域となるように光を成形する。
回折光学素子１２は、例えば、ガラス基板上に紫外線硬化樹脂等により微細な凹凸形状を賦型して回折格子を備える構成することができるが、凹凸形状を備えた回折光学素子に限らず、ホログラムを用いてもよい。また、回折光学素子１２は、光源部１１の光に対して透明である。
本実施形態の回折光学素子１２は、凸部と凹部との２レベルの凹凸形状を備えた回折格子とした。

マスク１３は、回折光学素子１２よりも光の出射方向の下流側に配置されており、回折光学素子１２から出射される回折光の一部を遮蔽する。マスク１３は、板状、シート状、又は、フィルム状に構成されている。
図３は、マスク１３の作用を説明する図である。
上述したように、本実施形態の回折光学素子１２は、凹凸形状を備えた２レベルの回折格子としたので、回折光学素子１２から出射される光は、回折されずに出射する０次光の他に、回折された１次回折光が対象に２方向に出射され（図３（ｂ）中の光束Ｌ１と光束Ｌ２）、スクリーンＳに投影されると照射範囲Ｓ１とＳ２との２領域に照射範囲が形成される。本実施形態では、この１次回折光のうちの一方のみを利用し、他方は不要な光であるので遮断して光源ユニット１０から出射しないようにする。具体的には、図３の例では、マスク１３は、光束Ｌ１のみを透過させて照射範囲Ｓ１のみに照射範囲を設定し、光束Ｌ２については遮光するように、透過領域１３１と遮光領域１３２とを備えて構成されている。マスク１３は、例えば透明なガラス板により構成されており、遮光領域についてのみ遮光塗料を塗布したり、遮光シート等を張り合わせたりして構成される。

また、マスク１３の取り付けの向きを反対にすれば、回折光学素子１２を変更することなく、別方向へ光を出射させることができる。図３の例では、マスク１３が光束Ｌ１を遮光する向きに取り付けられれば、光束Ｌ２のみを透過させて照射範囲Ｓ２のみに照射範囲を設定することが可能である。

このように、本実施形態では、回折光学素子１２とマスク１３との組み合わせによって、光源部１１が発光する光の照射範囲を特定の範囲に設定する照射範囲設定部を構成している。なお、回折光学素子として４レベルや８レベル等の高レベルの段差を有する回折格子やホログラム等を利用する場合には、一方向のみに回折光を出射させることが可能である。そのような場合には、マスク１３は、省略してもよい。

筐体１５は、複数の光源ユニット１０を一体化して固定する剛体として構成された保持部材である。筐体１５は、光源保持部１５１と、回折光学素子保持部１５２と、マスク保持部１５３とを備えている。

光源保持部１５１は、光源部１１を保持する部位であり、例えば、図示するように光源部１１の外形形状に沿った支持形状とすることができる。

回折光学素子保持部１５２は、回折光学素子１２を保持する部位であり、例えば、図示するように溝状の形状とすることができる。
マスク保持部１５３は、マスク１３を保持する部位であり、例えば、図示するように溝状の形状とすることができる。

なお、回折光学素子保持部１５２及びマスク保持部１５３は、溝状の形状であることから、接着剤等を使用しなければ、回折光学素子１２及びマスク１３を簡単に交換可能である。よって、回折光学素子１２及びマスク１３の少なくとも一方を交換すれば、照射範囲を簡単に変更可能であり、様々な環境で利用することが可能となる。

図４は、３つの光源ユニットを一体化して固定する筐体１５を例示する図である。
図４に例示する筐体１５は、光源部１１と、回折光学素子１２と、マスク１３とからなる光源ユニットを３つまとめて一体化して固定する。
図５は、図４に示した３つの光源ユニット１０を一体化して固定する筐体１５を重ねて配置した例である。
図５に示すように、複数の光源ユニット１０を一体化した筐体１５は、光源ユニット１０が配列される方向と交差する方向に重ねて配置してもよい。

なお、本実施形態では、７つの光源ユニット１０を配列しているので、例えば、図４に示した３つの光源ユニット１０を一体化して固定する筐体１５を２段重ねて、さらに、もう１段、１つの光源ユニット１０のみを一体化して固定する筐体１５を重ねる構成とすることができる。また、３つの光源ユニット１０を一体化して固定する筐体を用いてもよいし、７つの光源ユニット１０を並べて一体化して固定する筐体を用いてもよい。

図６は、照射部１００が光を照射する照射範囲を説明する図である。
本実施形態の照射部１００は、水平方向の照射角ＦＯＶ_ｘ＝３０°、垂直方向の照射角ＦＯＶ_ｙ＝１０°の範囲に光を照射する。よって、図６に示す距離ｄ＝５ｍ離れた位置にある垂直な照射面に照射した場合、照射範囲Ａの水平方向幅＝２．６８ｍ、垂直方向高さ＝０．８７ｍとなる。この長方形の照射範囲Ａに照射される光は、上述した７つの光源ユニット１０（１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｇ）によって照射されるが、それぞれの光源ユニット１０（１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｇ）は、互いに異なる範囲へ光を照射することにより、全体として上記照射範囲Ａを隙間なく照射する。

図７は、７つの光源ユニット１０の照射範囲の分割形態を示す図である。
本実施形態では、図７に示すように、長方形の全体照射範囲Ａを、７つの縦長の長方形の照射範囲Ａ１、Ａ２、・・・、Ａ７に分けて照射を行う。すなわち光源ユニット１０ａは、照射範囲Ａ１を照射し、光源ユニット１０ｂは、照射範囲Ａ２を照射し、光源ユニット１０ｃは、照射範囲Ａ３を照射し、光源ユニット１０ｄは、照射範囲Ａ４を照射し、光源ユニット１０ｅは、照射範囲Ａ５を照射し、光源ユニット１０ｆは、照射範囲Ａ６を照射し、光源ユニット１０ｇは、照射範囲Ａ７を照射する。また、これら７つの照射範囲Ａ１、Ａ２、・・・、Ａ７は、隙間が無く、すなわち、光が照射されない範囲が生じないように配置されている。この様に、それぞれの照射範囲Ａ１から照射範囲Ａ７は、切れ目なく連続して配列されて全体としてより大きな全体照射範囲Ａを構成している。

なお、照射範囲を分割する形態は、図７に示す形態に限らず、適宜変更可能である。
図８は、７つの光源ユニット１０の照射範囲の分割形態の他の例を示す図である。
図９は、６つの光源ユニット１０の照射範囲の分割形態のさらに他の例を示す図である。
図８及び図９に例示するように、照射範囲の分割形態は、適宜変更可能である。また、照射範囲は、上述した四角形に分割する形態に限らず、三角形、五角形、六角形等、他の多角形形状に分割してもよいし、隙間なく照射範囲を設定できれば、多角形形状に限らない。
また、隙間なく照射範囲を設定するために、隣り合う照射範囲は、部分的に重なる範囲があってもよい。

図１に戻って、受光部２０は、複数の光源部１１が発光した光を受光し、受光量に応じた電圧情報に変換して出力を行う。受光部２０は、受光面に複数の素子を備えず単一の光電変換素子、例えば、単一のフォトダイオードを備えて構成されている。言い換えると、受光部２０は、撮像素子のような複数のフォトダイオードを備えたものではなく、単に受光した光の強弱に応じて変化する単一の電気信号を出力する構成となっている。
本実施形態では、受光部２０の受光範囲は、照射部１００の照射範囲と一致している。なお、受光部２０の受光範囲は、照射部１００の照射範囲と一致していることが望ましいが、多少であれば両者の範囲が異なっていてもよい。

図１０は、本実施形態の検出装置１の構成を示すブロック図である。
上述した構成の他に、検出装置１は、制御部５０と、判定部６０とを備えている。
制御部５０は、７つの光源部１１と、受光部２０の制御を行う。制御部５０は、複数の光源部１１を順次発光させ、かつ、受光部２０による受光量の検出時期を複数の光源部１１の発光と同期させて、光源部１１の発光毎に受光量の検出を行わせる。すなわち、７つの光源ユニット１０それぞれの照射範囲への光の照射は、同時には行われず、僅かに時間をずらして順次行われる。そして、受光部２０による受光量の検出は、光源部１１の発光毎にそれぞれ個別のデータとして取得され、この個別のデータを７つまとめて検出時データとする。
このような制御部５０は、例えば、カウンタとクロックを用いた従来公知の順次発光回路を利用することができ、簡単な構成で実現可能である。なお、図１中では、制御部５０によって光源部１１が発光と非発光とを独立して切り替え可能であることを、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷ７によって示している。

判定部６０は、受光範囲内における状態変化の判定を行う。具体的には、判定部６０は、正常時の環境下において時間をずらして順次発光させられる光源部１１の発光毎に受光量の検出を行った正常時データを予め取得しておく。そして、検出動作時に取得した上記検出時データとの比較結果によって、受光部２０の受光範囲内における状態の変化を判定する。

図１１は、正常時データをグラフ化して示した図である。
図１１において横軸は時間軸を示し、縦軸は受光部２０で得られる受光量に応じた電圧値であり、検出された電流値を矢印の長さで示している。また、ｔ１は、図７における照射範囲Ａ１の照射に対応し、ｔ２は、図７における照射範囲Ａ２の照射に対応し、ｔ３は、図７における照射範囲Ａ３の照射に対応し、ｔ４は、図７における照射範囲Ａ４の照射に対応し、ｔ５は、図７における照射範囲Ａ５の照射に対応し、ｔ６は、図７における照射範囲Ａ６の照射に対応し、ｔ７は、図７における照射範囲Ａ７の照射に対応している。

図１１に示すように、正常時データは、時間をｔ１からｔ７まで７つの時間にずらして、７つの光源部１１を順次発光させて取得される。光が照射される空間における、光を反射する物体の存在状況によって正常時データは異なるが、それらの物体が移動したり新たな物体が照射範囲内（受光範囲内）に追加されたりしなければ、正常時データに変化はない。したがって、物体が移動したり新たな物体が照射範囲内（受光範囲内）に追加されたりしなければ、検出時データについても、正常時データと略同じデータが得られる。

図１２は、新たな物体Ｏが照射範囲内に追加された場合に光が順次照射される状況を示す図である。
図１３は、新たな物体Ｏが照射範囲内に追加された場合の検出時データを図１１と同様にグラフ化して示した図である。図１３では、説明のため正常時データを検出時データと重ねて示している。
図１２及び図１３の例では、照射範囲内に物体Ｏが追加されたことにより、物体Ｏによって反射されて受光部２０へ届く光が増加する分、正常時データよりも受光部２０が受光する光量が増加し、電圧値も上昇している。

図１４は、図１３の検出時データから図１１の正常時データを差し引いた差分値をグラフ化して示した図である。
図１４に示すように、検出時データから正常時データを差し引いた差分値は、中央付近、すなわちｔ４あたりにピークを持っている。上述したようにｔ４は、照射範囲Ａ４に対応しているので、照射範囲Ａ４の付近を中心として反射光量が最も増大する変化があったことが判る。
この様に本実施形態の判定部６０は、検出時データから正常時データを差し引いた差分値を求め、この差分値が所定値以上の値である場合に、検出範囲（照射範囲、受光範囲）に何らかの変化が生じたと判定する。このようなデータ数の少ない差分値を求める構成についても、従来公知の回路によって簡単に構成可能である。
なお、判定部６０が検出範囲に何らかの変化が生じたと判定した場合には、例えば警告を行ったり、記録を残したりする等、予め決めた動作を行うとよい。

以上説明したように、本実施形態の検出装置１は、複数の光源部１１と単一の光電変換素子により構成された受光部２０という簡単な構成であり、かつ、演算処理負荷が軽いことから簡単な制御回路で構成可能である。本実施形態の検出装置１は、この簡単な構成によって、判定部６０が、検出範囲に何らかの変化が生じたこと、及び、その位置を判定することができる。すなわち、検出範囲の変化を、その位置や数も併せて特定できる検出装置を撮像素子を使うことなく非常に簡単な構成で実現できる。また、いわゆるスキャナのように光源部等を機械的に移動したり駆動したりするような構成を必要としないことから、故障が心配される部位も少なくなり信頼性を高くできる。

なお、本実施形態の検出装置１は、光源部１１を複数設けることから、その点で価格的に不利であるといった誤解が生じるかもしれない。しかし、近年では、レーザ光源の低価格化が進んでおり、撮像素子と処理性能の高いプロセッサ等により構成する場合よりも、価格の観点でも十分に有益である。

また、本実施形態の検出装置は、従来のマシンビジョンが利用されていた用途に好適に用いることができる。例えば、本実施形態の検出装置は、工場等における液漏れの監視、進入禁止区域への人物や動物等の立ち入りの監視等に好適に用いることができる。また、受光部２０における受光量の変化が生じる監視（検出）であれば、様々な用途に適用可能である。例えば、上述した物体等の検出の他、火災発生時には、炎や煙によって受光部２０における受光量の変化が生じるので、火災の発生も検出が可能である。

（第２施形態）
図１５は、本発明による検出装置１Ｂの第２実施形態の概要を示す図である。
第２実施形態の検出装置１Ｂは、２つの照射部（１００Ｉ、１００Ｊ）と、１つの受光部２０とを備えている。なお、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

第２実施形態の照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊは、受光部２０を間に挟んで間隔ｄを空けて配置されている。第２実施形態の照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊは、基本的な構成は、第１実施形態の照射部１００と同様であるが、照射範囲の設定が異なっている。照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊは、それぞれが複数の光源部１１をまとめた光源部の集合体である光源群としてみることができる。なお、間隔ｄは、照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊそれぞれの中央の間隔としている。照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊは、複数の光源部１１を有しているが、巨視的に見れば、照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊは、点光源として捉えることができるからである。

図１６は、照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊの照射方向を示す図である。
図１６及び後述する図１７と図１８とは、照射範囲を上方から見て示しており、ここでは、照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊの発光点位置（点光源として捉えたときの発光点）を結んだ直線に直交する向きを０°方向と定義し、それよりも図中の上向き（照射部１００Ｊから照射部１００Ｉに向かう向き）の角度方向を＋とし、その逆の角度方向を－として説明する。

第２実施形態の照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊは、それぞれ、７つの光源部１１を有している。照射部１００Ｉの７つの光源部１１は、それぞれ、ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４、ｉ５、ｉ６、ｉ７の７つの光束を出射する。これと同様に、照射部１００Ｊの７つの光源部１１は、それぞれ、ｊ１、ｊ２、ｊ３、ｊ４、ｊ５、ｊ６、ｊ７の７つの光束を出射する。また、照射部１００Ｉ及び照射部１００Ｊが出射する光束は、両者が交差する範囲を多くするために、それぞれが受光部２０側に寄った向きに配光されている。

図１７は、照射部１００Ｉの照射範囲を示す図である。
照射部１００Ｉが出射する光束は、ｉ１が２０°方向、ｉ２が１０°方向、ｉ３が０°方向、ｉ４が－１０°方向、ｉ５が－２０°方向、ｉ６が－３０°方向、ｉ７が－４０°方向に、それぞれ向いて出射する。すなわち、照射部１００Ｉが出射する全光束の中心が向く方向、すなわち、ｉ４が出射する方向が、１０°受光部２０側に寄った向きに配光されている。また、各光束ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４、ｉ５、ｉ６、ｉ７の広がり角θｉは、いずれも１０°であり、切れ目なく連続して配列されて全体としてより大きな全体照射範囲を構成している。

図１８は、照射部１００Ｊの照射範囲を示す図である。
照射部１００Ｊ出射する光束は、ｊ１が４０°方向、ｊ２が３０°方向、ｊ３が２０°方向、ｊ４が１０°方向、ｊ５が０°方向、ｊ６が－１０°方向、ｊ７が－２０°方向に、それぞれ向いて出射する。すなわち、照射部１００Ｊが出射する全光束の中心が向く方向、すなわち、ｊ４が出射する方向が、１０°受光部２０側に寄った向きに配光されている。また、各光束ｊ１、ｊ２、ｊ３、ｊ４、ｊ５、ｊ６、ｊ７の広がり角θｊは、いずれも１０°であり、切れ目なく連続して配列されて全体としてより大きな全体照射範囲を構成している。

図１９は、第２実施形態の検出装置１Ｂにおける物体検出方法を説明する図である。
光検出強度が高くなっている検出「有」の部分には、物体が存在していると考えられる。この図１９の例では、照射部１００Ｉでは、光束ｉ１と、光束ｉ４と、光束ｉ６と、光束７とが検出「有」であって、照射部１００Ｊは、光束ｊ２と、光束ｊ４と、光束ｊ６とが検出「有」である。ここで、配光番号１と２の位置、及び、配光番号６と７の位置は、隣り合っていることから、これらに跨って物体が存在していると考えられる。よって、このれでは、物体数３と検出（推定）される。

図２０は、第２実施形態の検出装置１Ｂにおける物体検出動作の流れを示すフローチャートである。
ステップ（以下、単にＳとする）１０では、制御部５０は、変数ｘ＝０とする。
Ｓ２０では、制御部５０は、照射部１００Ｉを制御して、光束ｉｘのみを照射する。
Ｓ３０では、制御部５０は、受光部２０で受光した光の強度を計測し、保存する。
Ｓ４０では、制御部５０は、ｘ＜７であるか否かを判断する。ｘ＜７である場合には、Ｓ５０へ進み、ｘ＜７でない場合には、Ｓ６０へ進む。
Ｓ５０では、制御部５０は、ｘ＝ｘ＋１として、Ｓ１０へ戻る。

Ｓ６０では、制御部５０は、変数ｙ＝０とする。
Ｓ７０では、制御部５０は、照射部１００Ｊを制御して、光束ｊｙのみを照射する。
Ｓ８０では、制御部５０は、受光部２０で受光した光の強度を計測し、保存する。
Ｓ９０では、制御部５０は、ｙ＜７であるか否かを判断する。ｙ＜７である場合には、Ｓ１００へ進み、ｘ＜７でない場合には、Ｓ１１０へ進む。
Ｓ１００では、制御部５０は、ｙ＝ｙ＋１として、Ｓ６０へ戻る。

Ｓ１１０では、制御部５０は、保存された受光強度から物体数を導出する。
Ｓ１２０では、制御部５０は、保存された受光強度から物体までの距離を導出する。
Ｓ１３０では、制御部５０は、終了するか否かの判断を行う。終了する場合には、検出動作を終了し、終了しない場合には、Ｓ１０へ戻る。なお、この判断は、例えば、使用者による手動での入力に基づいてもよいし、時間に基づいてもよい。

図２１は、制御部５０における物体までの距離の導出方法を説明する図である。
対象物が、照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊにより識別された後、個々の物体について距離を導出する。
対象物が存在し、照射部１００Ｉの角度ｔの配光と、照射部１００Ｊの角度ｕの配光で反射が検出されたとする。この場合、以下の関係により、図２１中のＬとｓとを求めることができる。
Ｌ×ｔａｎ（ｔ）＝ｓ
Ｌ×ｔａｎ（ｕ）＝ｓ＋ｄ
具体的な一例を以下に示す。
ｄ＝３０．０、ｔ＝１５°、ｕ＝３０°とすると、
ｓ＝２６．０、Ｌ＝９７．０と導出することができる。

より具体的に第２実施形態の検出装置１Ｂにおける物体検出の方法を説明する。
図２２は、物体の配置例を説明する図である。
図２３は、図２２の物体の配置例において照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊの各光源部１１が検出光を照射した状態を示す図である。
なお、図２２及び図２３では、検出光をわかりやすく示すために、図示した検出光の幅は、実際の検出光の幅よりも狭くして示している。
ここでは、一例として、図２２及び図２３に示すように、物体Ａ、Ｂ、Ｃの３つの物体が検出範囲内にある状態を説明する。
本実施形態の検出装置１Ｂでは、図２２及び図２３に示すように、照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊの各光源部１１が検出光を照射したときに物体によって反射されて戻された検出光の有無で、物体の有無を検出している。また、照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊの双方からの検出光が得られない場合、すなわち、一方の照射部の検出光のみからしか反射光が得られない位置にある物体については、検出範囲外としている。したがって、本実施形態の検出装置１Ｂによって検出可能な物品の位置は、照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊの双方からの検出光が得られる位置に限られる。

図２４は、本実施形態の検出装置１Ｂによって検出可能な物品の位置をまとめた図である。
図２４に示すように、照射部１００Ｉ、及び、照射部１００Ｊの双方からの検出光が得られる組み合わせは、３４通りである。これら３４通りの組み合わせのそれぞれについて、Ｌ、ｓを止め、また、図２１中の受光部２０の位置を原点としたｘ、ｙ座標値として換算に換算した結果を図２４に併記した。
図２５は、図２４の３４通りの位置をｘ、ｙ座標にプロットした図である。
本実施形態の検出装置１Ｂの検出範囲内では、図２５に示す３４カ所の位置が検出可能な位置である。よって、先に示した演算式によって位置検出を行ってもよいが、これら３４通りの位置を数値テーブルとして記憶しておくこととしてもよい。

図２６は、図２２及び図２３に示した位置にある物体Ａと物体Ｂと物体Ｃの検出結果から得られる情報をまとめた図である。
図２７は、図２６のように得られた各物体の位置ｘ、ｙ座標にをプロットした図である。
物体Ａは、Ｎｏ．２の位置にあり、物体Ｂは、Ｎｏ．１３の位置にあり、物体Ｃは、Ｎｏ．２６の位置とＮｏ．３３との位置にあることが検出される。

以上説明したように、第２実施形態によれば、簡単な構成、かつ、簡単な処理によって、状態の変化と、物体等の位置検出を簡易的に行うことができる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。

（１）実施形態において、光源部としてレーザ光源を用いる例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、ＬＥＤを光源として用いてもよく、検出光の種類はどのようなものであってもよい。

（２）実施形態において、回折光学素子とマスクとを組み合わせて照射範囲設定部に用いる例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、光路を制限するアパーチャ等を照射範囲設定部に用いてもよく、検出光の照射範囲を特定の範囲に設定できれば照射範囲設定部の具体的な構成は、どのようなものであってもよい。

（３）実施形態において、光源部１１を７つ設ける例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、より多くの光源部を配置してもよく、光源部の数は適宜変更可能である。

なお、各実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１、１Ｂ 検出装置
１０ 光源ユニット
１１ 光源部
１２ 回折光学素子
１３ マスク
１５ 筐体
２０ 受光部
５０ 制御部
６０ 判定部
１００ 照射部
１００Ｉ 照射部
１００Ｊ 照射部
１３１ 透過領域
１３２ 遮光領域
１５１ 光源保持部
１５２ 回折光学素子保持部
１５３ マスク保持部

Claims (5)

1. 発光状態と非発光状態とを独立して切り替え可能な複数の光源部と、
   前記複数の光源部のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記光源部が発光する光の照射範囲を特定の範囲に設定する照射範囲設定部と、
   前記複数の光源部が発光した光を受光する１つの受光部と、
   を備え、
   前記照射範囲設定部は、回折光学素子と、光の通過を制限するマスクとを含み、
   前記回折光学素子は、凹凸形状を備えた２レベルの回折格子であって、
   前記複数の光源部毎に異なる前記照射範囲は、切れ目なく連続して配列されて全体としてより大きな全体照射範囲を構成しており、
   前記受光部は、受光面に複数の素子を備えず単一の光電変換素子を備える検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記複数の光源部を順次発光させ、かつ、前記受光部による受光量の検出時期を前記複数の光源部の発光と同期させて、前記光源部の発光毎に受光量の検出を行い検出時データの取得を行わせる制御部と、
   正常時の環境下において前記光源部の発光毎に受光量の検出を行った正常時データと前記検出時データとの比較結果によって、前記受光部の受光範囲内における状態の変化を判定する判定部と、
   を備えること、
   を特徴とする検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の検出装置において、
   前記複数の光源部毎に異なる前記照射範囲からなる前記全体照射範囲を構成する前記複数の光源部をまとめた照射部を複数有しており、
   前記複数の照射部は、所定の間隔を空けて配置されていること、
   を特徴とする検出装置。
4. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記複数の光源部と、前記回折光学素子とを一体化して固定する筐体を備えること、
   を特徴とする検出装置。
5. 請求項４に記載の検出装置において、
   前記筐体は、前記回折光学素子を交換可能に構成されていること、
   を特徴とする検出装置。

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