JPH0896262A

JPH0896262A - 物体検出方法及びこれを用いた物体検出素子

Info

Publication number: JPH0896262A
Application number: JP22820394A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shibata; 賢一柴田; Kosuke Takeuchi; 孝介竹内; Kazushi Mori; 和思森; Kazuhiko Kuroki; 和彦黒木; Shoichi Nakano; 昭一中野; Yukinori Kuwano; 幸徳桑野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP3609460B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光の分岐、集光が小型で、且つ複数の走行路
を持つ光を用いる物体検出方法及びそれを用いた素子を
提供することにある。【構成】光源(1)と、該光源(1)から出射された光を複
数の走行路に分離する分離手段(2)と、それら光が照射
される被照射物体(4)と、該被照射物体からの反射光を
検出する検出手段(6)と、から成っており、上記被照射
物体に上記複数に分離された光の少なくとも１つを照射
し、その被照射物体からの反射光の変動に因り、上記被
照射物体を検出する検出方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、侵入警報器や物体検
出を行うための物体検出方法及びその素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の製造機器の自動化に伴い、多種の
センサが開発され、またそれらの精度も非常に向上した
ものとなっている。この様な自動化の中でも不可欠なも
のとして、物体を検出する物体検出素子がある。

【０００３】この素子は、工場などの製造工程における
各種物体の位置、或いは移動状態を把握する上で重要な
デバイスであると共に、それ単体での利用方法として
は、人などの侵入警報器のセンシング素子としての利用
もある。

【０００４】この種の物体検出素子としては、大別し
て、素子自らは何ら光を発することなく、被検出物体自
体が発する光を検知することで、その物体の有無を判断
するパッシブ型と、素子自体からある特定の光を発し、
その光が被検出物体から反射されたことに因る光を捉え
ることによって検知したり、或いは特定の光が、その走
行路上に設けられた光検出器に入射するような光学系を
作り、被検出物体がその光を遮ることによって、その被
検出物体の有無を判断するアクティブ型との２種類があ
る。

【０００５】パッシブ型の例としては、人間から発する
体温に基づく光、具体的には赤外線を検知することで、
人の有無を捉える赤外線センサがあり、アクティブ型の
ものとしては、光源として近赤外線ＬＥＤから出射した
赤外線がフォトダイオードに入射するように構成し、そ
の赤外線が物体で遮られることでその物体の有無を捉え
るものなどがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これら物体検出素子
は、幾つかの長所を備える一方で、短所がある。例えば
パッシブ型のものにあっては、そもそも被検出物体から
放射される微弱な光を検出する必要があることから、集
光のための大がかりな光学系を使用する必要があり、そ
の結果いきおい素子全体のサイズが大型なものとなって
しまう。

【０００７】更には、通常被検出物体からの光はその物
体固有の光であることが多く、そのため被検出物体から
得られる情報も単純なものとなってしまう。

【０００８】一方、アクティブ型にあっては、原理的に
被検出物体を照射するための光（照射光）とその物体か
らの反射する光（反射光）を分離する必要があることか
ら、光の分岐、集光の小型化が問題となる。また、被照
射物体のへの光の照射は通常一種類の光を用いることか
ら、得られる情報は単純なものとなり、単体の素子では
例えば被検出物体の移動方向などの情報を簡易に知るこ
とはできない。

【０００９】そこで、本願は、光の分岐、集光が小型
で、且つ複数の走行路を持つ光を用いる物体検出方法及
びそれを用いた素子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明物体検出方法の
特徴とするところは、光源と、該光源から出射された光
を複数の走行路に分離する分離手段と、それら光が照射
される被照射物体と、該被照射物体からの反射光を検出
する検出手段と、から成る物体検出方法であって、上記
被照射物体に上記複数に分離された光の少なくとも１つ
を照射し、その被照射物体からの反射光の変動に因り、
上記被照射物体を検出することであり、また、光源と、
該光源より出射された光を複数の走行路に分離する分離
手段と、それら光が照射される反射板と、上記分離手段
と上記反射板との間に位置する被照射物体と、前記反射
板の反射光を検出する検出手段と、から成る物体検出方
法であって、上記反射板に上記複数に分離された光の少
なくとも１つを照射し、上記被照射物体がその光を遮る
ことに因る反射光の変動から、上記被照射物体を検出す
ることであり、更には、これら物体検出方法で複数の光
が被照射物体に照射され、各々の光に基づく反射光の変
動に因り、その被照射物体の移動方向又は速度を検出す
るものであり、また、分離手段がその光源より出射され
た光の反射光をも複数の走行路に分離するものであり、
或いは上記物体検出方法を用いた物体検出素子である。

【００１１】

【作用】本願発明によれば、光源から出射された光を複
数の走行路に分離することから、広い範囲で被照射物体
を検出することが可能となり、また被照射物体から反射
した光の変動量を検出することで、被照射物体の移動、
その速度等を検出することができることとなる。

【００１２】また、分離手段が、出射される光だけでな
く、反射光に対しても、その走行路を分離することか
ら、光源の近傍に斯る反射光を検出するための検出手段
を配置することができることとなり、検出素子としての
小型化が図れる。

【００１３】更には、本願発明によれば、反射板を分離
された光の走行路上に配置することで、反射光の検出感
度を向上させることができる。また、検出感度の向上と
しては、検出手段の光入射側にレンズを設けることで、
反射光を効率よく集光でき検出感度の向上を図ることが
可能となる。

【００１４】加えて、分離手段を可動可能とすること
で、光の出射方向を容易に替えることが可能となる。

【００１５】また、光源として、レーザ光を使用する
と、例えば分離手段として回折格子を使用することで、
非回折光と回折光という２種類の光を用いることがで
き、検出された信号から得られる情報量も大きなものと
し得る。

【００１６】更に、分離手段と集光のためのレンズを一
体成形とすることで、光の走行路を安定して確保するこ
とができるため、光の集光効率が向上し、感度の向上が
果たすことができる。

【００１７】

【実施例】本願発明物体検出素子の第１の実施例として
その基本構成を図１に従って説明する。図１の(1)は、
光を出射する光源であって、本例ではレーザ源を用いて
いる。(2)は、光源(1)より出射されたレーザ光を複数に
分離する分離手段、(3a)(3b)(3c)は、複数に分離された
レーザ光、(4)はこれらレーザ光のうち少なくとも１つ
が照射される被照射物体、(5)は被照射物体からの反射
光、(6)は反射光を検出する検出手段、(7)は半導体レー
ザを駆動するレーザ駆動回路、(8)は検出手段(6)である
ロックインアンプ等からなる処理回路である。

【００１８】本実施例では、分離手段(2)として回折格
子を使用した。そのため、分離されたレーザ光(3a)(3c)
は基本光(3b)に対して、回折した光となる。

【００１９】本実施例素子は、以下のように動作する。
つまり、光源(1)から出射された光は分離手段(2)によっ
て複数のそれぞれ異なる方向に分離され、外部に出射さ
れる。外部に出射されたレーザ光(3a)(3b)(3c)は被照射
物体(4)を照射し、その一部は反射光(5)となって、再び
この素子に入射することとなる。この反射光(5)は検出
手段(6)によって検出され、これにより被照射物体を検
出することができることとなる。このとき反射光は、回
折格子からなる分離手段(2)により、複数の走行路に分
離され、その１つの光が検出手段に検出されることとな
る。

【００２０】本発明によれば、光源から出射する光の、
被照射物体からの反射光を検出することに加えて、複数
に分離された各反射光による情報を解析することで、物
体の位置、移動方向等を検出できることとなる。

【００２１】本実施例の代表的な条件としては、半導体
レーザとして波長が７９０ｎｍ、出力が０．５ｍＷ，回
折格子の光分離能力が、非回折光：回折光（１次）＝
２：１とした。また、回折格子の前面には図示しないが
集光のためのレンズを設け、素子から５ｍ以内の被照射
物体を検知するように設定した。これによれば被照射物
体からの反射光による出力としては、０．５μＷが得ら
れた。

【００２２】特に、本実施例素子によれば、複数に分離
されたレーザ光毎の反射光についてそれぞれ個別の検出
手段を設けることによって、各反射光毎の変動状態が把
握できこれにより、被照射物体をより正確に把握するこ
とができることとなる。即ち、レーザ光(3a)(3b)(3c)の
各反射光毎の検出手段を設けることで、被照射物体のよ
り正確な検知を行うことができる。

【００２３】但し、ここで注意すべきことは、上記回折
格子を使用した場合にあっては、上記反射光に対しても
回折するようにこの回折格子は作用することから、例え
ば図１における非回折光からの反射光(5)に対しても、
上述した非回折光：回折光（１次）＝２：１の関係を満
たすような回折が働くことから、その検出手段(6)には
この反射光(5)の１／４の回折光が検出されることにな
る。このことは、他のレーザ光(3a)(3c)に基づく反射光
に対してもその関係は同様に機能することとなる。

【００２４】従って、以下で説明する実施例における反
射光の検出値は、この反射光におけり回折も考慮したも
のである。

【００２５】また、本実施例の第２の実施例として、図
２に示す如く、光源から出射された光の被照射物体に基
づく変動量を効率よく検出させるため、金属などの低散
乱の反射板を素子から出射された光の走行路に対して略
垂直となるように配置した構成がある。斯る場合、反射
板と素子との間を被照射物体がその光を遮ることによる
反射光の変動量を検出することで、物体検出を行うこと
となる。斯る方法にあっては、第１の実施例と同じ半導
体レーザ及び回折格子を用いた場合、被照射物体が無い
時では０．０６２５ｍＷと大きな信号となる。

【００２６】従って、反射板を使用する場合にあって
は、本発明実施例では、この反射板からの反射光の減少
の有無、つまり変動が被照射物体の有無を判断する目安
となる。尚、この光源となる半導体レーザの駆動方式と
しては、直流駆動としてもよく、また感度向上を目的と
して、ＯＮ−ＯＦＦ変調としてもよい。

【００２７】図３は、第２の実施例の場合の、反射板と
素子との距離に対する出力の関係を示す特性図であり、
反射板としては金属板とプラスチックの２種類について
併せて示している。同図から分かるように、プラスチッ
クに比べて金属板を反射板することの方が格段に感度向
上が図れることが分かる。

【００２８】次に、本願発明の第３の実施例について図
４に従って説明する。図中の符号については、図１と同
一の構成材料とするものについては同一の符号を付して
いる。以下で示す図も同様である。第１の実施例と本例
との相違は、光源(1)から出射された非回折光と１次回
折光とを、異なる複数の反射板(9a)(9b)にそれぞれ照射
させる点にある。

【００２９】斯る構成によれば、１つの物体検出素子で
複数の検知領域をモニターすることができることとな
る。即ち、それぞれの反射板(9a)(9b)と分離手段(2)と
の間に被照射物体が位置した場合、これら被照射物体は
各レーザ光(3a)(3b)を遮断することとなり、素子に戻る
反射光(5)量が変動し被照射物体の検出が可能となる。
本実施例では、前記第１実施例と同等なレーザ光を使用
した場合にあっては、被照射物体が無い場合での非回折
光からの反射光が１０ｍＶ、一次回折光からの反射光１
０ｍＶであり、その結果、被照射物体がいずれのレーザ
光をも遮らない位置にある場合、素子の出力は非回折光
と回折光との信号の和となり２０ｍＶとなる。次に、被
照射物体が回折光(3a)を完全に遮ると素子の出力は非回
折光のみによる信号となり１０ｍＷとなる。そして、被
照射物体が回折光(3a)を遮る位置から、非回折光(3b)を
遮る位置に移動したとすると、素子の出力は回折光(3a)
による反射のみとなり、１０ｍＷに低下することとな
る。

【００３０】従って、素子の出力の変化をモニターする
ことにより、被照射物体の移動を検出することができる
こととなる。また、この時の出力の変動を時間と共に検
出することで、被照射物体の移動速度を知ることもでき
る。

【００３１】次に、本願発明第４の実施例を図５を用い
て説明する。同図は、上述した第３の実施例の応用であ
って、その特徴とするところは非回折光と１つの回折光
とを用いることで２つの検知領域をモニターするもので
ある。

【００３２】これによれば、例えば実施例素子(10)から
出射したレーザ光を被照射物体である人体(11)が、図の
右から左に横切た場合にあっては、その物体の移動と共
に、素子に反射する光の量、即ち素子の出力が変動する
こととなる。

【００３３】具体的には、第３の実施例と同様のレーザ
出力を備えた半導体レーザを使用した場合にあっては、
その出力は人体がレーザ光(3a)を遮ることで２０ｍＶか
ら１０ｍＶに減少し、次に人体が非回折光であるレーザ
光(3b)を遮ることによっても、２０ｍＶから１０ｍＶに
更に低下する。

【００３４】以上の如く、斯る出力の変動をモニターす
ることによって、被照射物体の位置検出、更には移動の
速度を検出することが可能となる。

【００３５】次に、本願発明の第５の実施例について図
６を用いて説明する。本実施例素子の第４の実施例と異
なるところは、素子から出射された非回折光及び回折光
に基づく反射光を、各光毎に検知する検出手段を設けた
ことにあり、本例では２つの受光素子を設けている。

【００３６】本例によれば、各光の反射光の変動を光毎
に正確に把握することができることとなることから、第
４の実施例で説明したような、被照射物体の移動に基づ
く出力の変動を、変動をもたらせた反射光を特定するこ
ととなり、移動の状態等を更に正確に把握することがで
きることとなる。更には、移動の速度もより正確に検出
することが可能となる。

【００３７】以上で説明した実施例では、この第５の実
施例のように素子から出射されたレーザ光が素子に向か
って直接反射するように各反射板を配置していたが、図
７及び図８に示すように複数の反射板を互いに光の走行
路途上に配置すると共に、レーザ光の走行路が面状或い
は交錯するように配置してもよい。斯る場合にあって
は、１つの素子で広い範囲の検出が行えることとなり、
また、反射光が床に垂直になるように物体検出素子を設
置することで、より正確な検出が行える。

【００３８】次に、本願発明第６の実施例について図９
を用いて説明する。本実施例は第１の実施例と比較し
て、分離手段(2)と検出手段(6)との間に、反射光を集光
するためのレンズ(12)を設けたことを異にしている。レ
ンズとしては、フレネルレンズ等を使用することがよ
く、これにより微弱な反射光を集光することとなり感度
の向上が図れることとなる。

【００３９】図１０は、本願発明の第７の実施例であっ
て、本例は光を分離する分離手段(2)として回折格子を
使用するものの、その光透過面の周囲にフレネルレンズ
(13)を設け、光の集光をも兼ねた機能を持たせたもので
あり、これにより素子の小型化、高性能化を図ることが
できる。また、本実施例の如く、分離手段と集光のため
のレンズを一体成形することで、光の走行路を安定して
確保することができるため、光の集光効率が向上し、感
度を向上させることが可能となる。

【００４０】実施例では、分離手段として、回折格子を
使用したが、本願発明はこれに限られるものではなく、
プリズムやハーフミラーによって、光を分離しても同様
の効果を得ることができる。また、光源としては、レー
ザ光を使用したがこれ以外にフォトダイオード、電界発
光素子を使用してもよい。特に、本実施例では光源とし
て、コヒーレントなレーザ光を使用したために回折格子
を使用したが、斯る関係がなければ本願発明の効果を成
し得ないというものではない。

【００４１】

【発明の効果】本願発明によれば、光源から出射された
光を複数の走行路に分離することから、広い範囲で被照
射物体を検知することが可能となり、また被照射物体か
ら反射した光の変動量を検知することで、被照射物体の
移動、その速度等を検知することができることとなる。

【００４２】また、分離手段が、出射される光だけでな
く、反射光に対しても、その走行路を分離することか
ら、光源の近傍に斯る反射光を検出するための検出手段
を配置することができることとなり、検出素子としての
小型化が図れる。

【００４３】更には、本願発明によれば、反射板を分離
された光の走行路上に配置することで、反射光の検出感
度を向上させることができる。また、検出感度の高向上
としては、検出手段の光入射側にレンズを設けること
で、反射光を集光でき検出感度の向上を図ることが可能
となる。

【００４４】加えて、分離手段を可動可能とすること
で、光の出射方向を容易に替えることが可能となる。

【００４５】また、光源として、レーザ光を使用する
と、例えば分離手段として回折格子を使用することで、
非回折光と回折光という２種類の光を用いることがで
き、検出された信号から得られる情報量も大きなものと
し得る。

【００４６】更に、分離手段と集光のためのレンズを一
体成形とすることで、光の走行路を安定して確保するこ
とができるため、光の集光効率が向上し、感度の向上が
果たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１の実施例の基本構成図である。

【図２】本願発明の第２の実施例の基本構成図である。

【図３】本願発明の第２の実施例における特性図であ
る。

【図４】本願発明の第３の実施例の基本構成図である。

【図５】本願発明の第４の実施例の基本構成図である。

【図６】本願発明の第５の実施例の基本構成図である。

【図７】本願発明で使用する反射板の配置図である。

【図８】本願発明で使用する反射板の配置図である。

【図９】本願発明の第６の実施例の基本構成図である。

【図１０】本願発明の第７の実施例の基本構成図であ
る。

【符号の説明】

(1)…光源 (2)…分離手段 (4)…被照射物体 (5)…反射光 (6)…検出手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｖ 8/10 8/12 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 7735−4Ｍ (72)発明者黒木和彦大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者中野昭一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者桑野幸徳大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源から出射された光を複数
の走行路に分離する分離手段と、それら光が照射される
被照射物体と、該被照射物体からの反射光を検出する検
出手段と、から成る物体検出方法であって、上記被照射
物体に上記複数に分離された光の少なくとも１つを照射
し、その被照射物体からの反射光の変動に因り、上記被
照射物体を検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項２】上記複数に分離された光が上記被照射物
体に照射され、各々の光に基づく上記反射光の変動に因
り、上記被照射物体の移動方向を検出する請求項１に記
載された物体検出方法。
【請求項３】上記複数に分離された光が上記被照射物
体に照射され、各々の光に基づく上記反射光の変動に因
り、上記被照射物体の移動速度を検出する請求項１乃至
２に記載された物体検出方法。
【請求項４】上記分離手段が上記光源から出射された
光の上記反射光をも複数の走行路に分離することを特徴
とする請求項１乃至３に記載された物体検出方法。
【請求項５】光源と、該光源より出射された光を複数
の走行路に分離する分離手段と、それら光が照射される
反射板と、上記分離手段と上記反射板との間に位置する
被照射物体と、前記反射板の反射光を検出する検出手段
と、から成る物体検出方法であって、上記反射板に上記
複数に分離された光の少なくとも１つを照射し、上記被
照射物体がその光を遮ることに因る反射光の変動から、
上記被照射物体を検出することを特徴とする物体検出方
法。
【請求項６】上記複数に分離された光が上記被照射物
体に照射され、各々の光に基づく上記反射光の変動に因
り、上記被照射物体の移動方向を検出する請求項５に記
載された物体検出方法。
【請求項７】上記複数に分離された光が上記被照射物
体に照射され、各々の光に基づく上記反射光の変動に因
り、上記被照射物体の移動速度を検出する請求項５乃至
６に記載された物体検出方法。
【請求項８】上記分離手段が上記光源より出射された
光の上記反射光をも複数の走行路に分離することを特徴
とする請求項５乃至７に記載された物体検出方法。
【請求項９】上記光源がレーザ源であることを特徴と
する請求項１乃至８に記載された物体検出方法。
【請求項１０】上記分離手段が回折格子から成ること
を特徴とする請求項１乃至９に記載された物体検出方
法。
【請求項１１】上記反射光を集光するためのレンズを
上記検出手段の光入射側に配置されたことを特徴とする
物体検出方法。
【請求項１２】上記分離手段及び上記集光するための
レンズを一体成形したことを特徴とする請求項１１に記
載された物体検出方法。
【請求項１３】請求項１乃至１２の物体検出方法を用
いた物体検出素子。
【請求項１４】上記分離手段を可動とすることで、上
記複数に分離された光の走行路を可変とすることを特徴
とする請求項１３に記載された物体検出素子