JPS58143252A - 物体の検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学的に物体を検出する方法および装置に関
する。

成る先行技術は第１図に示されている。透光性を何する
ガラス１の一境界１川上には、一対のプリズム２．３が
配置される。ガラスｌの他力の境界面付近には、散体や
気体などの検出されるべき被便出物捧４か存在する。ガ
ラス１の両現界曲は平行である。入射光５は、プリズム
２によって反射され、その一部の光６がガラスｌにより
反射され、残存の光７はガラスｌ内に侵入される。この
光７のうちの一部８は、被検出物体４内に侵入し、伐与
の党９は反射され、一部の光１１は多重反射され、その
他の光はプリズム３から参照符１　（ｌで示されるよう
に外部に導出される。この検出光ＩＯの強度をｒｌｉｌ
定することによって、物体３の存否および物体４の物理
的性質を知ることができる。このような先行技術では、
反射光６はプリズム２によって反射されるので、検出光
１０側には進まないという利点があるけれども、多重反
別光１１によって検出光ｌＯのレベルが減少される。ま
た入射光５は、プリズム２の入射向１２の範囲内に入射
されなければならず、入射光５の経路が制限される。

他の先行技術は、第２図に示されている。入射光９９は
、反射鏡１３によって反射され、透光性のガラス１４内
に進み、その反射光１５の一部は反射鏡１６によって反
射され、スリット１７から検出光１８として進む。この
検出光１８の強度を測定することによって、ガラス１４
付近に存在している物体１９の存否および物理的性質を
知ることができる。このような先行技術では、スリット
１７の働きによって、ガラス１４の表向における入射光
９９０反射光２０は、反牙１鋭１６によって反射され、
参照符２１で示すように進むけれども、スリンｉ・１７
によって遮断される。これによってスリット１７の反射
鏡１６とは反対側では、検出光１８のみが検出されるこ
とになる。このような先行技術では、ガラス１４が薄い
ときには検出光１８と反則光２１との間隔ｄが小さく々
す、両者１８．２１をスリン）１７によって確実に区分
することが困難になる。またこの先行技術では、反射光
１５の一部は、ガラス１４内で参照符２２で示されるよ
うに多重反射し、これによって検出光１８のレベルか低
減される。

本発明の目的は、充分なレベルを有する検出光を得るこ
とができる物体の検出方法および装置を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、倹１：ｌ−１光が他の不所望なツ
Ｃから確実に識別して検出されることかｌ：＋Ｊ′能で
ある物体の検出方法および装置を提供することである。

本発明のさらに能の目的は、光源とその光源からの光が
入射される透光性物体との相互の位置関係を比較的自由
に選択することができるようにした物体の検出方法およ
び装置を提供することである。

本発明に従えば、透光性物体の一方の表面に向けて、少
なくとも電界ベクトルが入射向に平行な成分を旬する光
をブリュースタ角で入射し、他方の表面には被検出物体
を接触させ、前記一方表向側で反射光の電界ベクトルが
入射面に平行である成分が検出される。入射光はブリュ
ースタ角で透光性物体に入射されるので、前記反射光が
充分なレベルを何することかでき、透光性物体枠内での
多重反射がない１寸た反射光の電界ベクトルが入射面に
平行な成分が検出されるので、他の不所望な光によって
誤検出をするおそれがなく、被検出物体を高精度で検出
することができる。−！た入射光は一ヒ述のようにブリ
ュースタ角で透光性物体内に専かれればよく、この条件
を満たすように光源と透光性物体との相互の位ｉＩ！ｉ
関係が決定されればよく、シたがって光源と透光性物体
との配置を比較的自由に選ぶことができる。入射光とし
ては、（ａ）電界ベクトルが入射向に平行な成分から成
る直線偏光を用い、前記反射光を検出するようにしても
よく、捷たは（ｂ）偏光されていない光を入射光として
用い、反射光のうち電界ベクトルが入射向に平行な成分
のみを検出するようにしてもよい。

”また本発明に従えば、透光性物体によって構成された
容器内の物体を検出するために、容器の外方から少なく
とも電界ベクトルが入射面に平行な成分を有する光をブ
リュースタ角で入射し、この容器の外方で反射光の電界
ベクトルが入射面に平行な成分を検出することによって
、′８器内に物体があるかないかを検出することができ
る。さらに自動車の車室内から少なくとも電界ベクトル
が入耐曲に半行な成分を有する光をブリュースタ角で入
射し、この反射光の電界ベクトルが大引面に平行な成分
を検出して、窓ガラスの外側に雨などが行右したかｒｆ
かを判断し、適時ワイパを自動的に前作させ運転手の視
界を常にｌ：ｉＩ］瞭に保ちこれによって安全な運転を
行なうことかできるようになる。

・′８３図は、本光用の原理を説明するだめの断面図で
ある。光源３０からの入射光３１は、空気３２中から透
光性ガラス３３の一方の境界ｒｍ＋　３４側から入射さ
れる。ガラス３３の他方の境界向３５には、液体、気体
または固体などの検出されるべき被検出物体３６が存在
している。ガラス３３の境界向３４．３５は、平行であ
る。第４図では、ガラス３３の境界向３５が空気に接触
している状恣が示される。このような第３図および第４
図において、入射光３１はその電界ベクトルが入射面に
垂直な成分と平行な成分とを有するものとすると、フレ
ネルの反射屈折に関する法則として知られているエネル
ギ反射率は、第１式および第２式で与えられる。

ここでＲ上は、入射光の電界ベクトルが入射面に半直な
成分のエネルギ反則率全示し、Ｒ／／は′電界ベクトル
が入射…ｊに平行な成分のエネルギ反射率を示す。

θｉ＋θｔ−一　　　　　　　　　　　　・・（３）の
とき、 Ｒ／／／−０・・（４） になる。

空気３２、ガラス３３および物体３６の用折率をｎｌ、
ｎ２．ｎ、３とすると、スネルの法則から、第５式に第
３式を代入して第６式が得られる。

弔６式を７両足する入射角ｖ１は、ブリュースタ角θＢ
として一部に知られている。ずなわら第７式を満足する
ブリュースタ角θＢで入射光３１をガラス３３に向けて
投光すると、第２式から明らかなように、入射面に平行
な成分の反射率Ｒ１は零となる。このとき、第１式で示
されるように、電界ベクトルが入射面に垂直な成分は依
然として存在する。

第４図を参照して、光源３０から電界ベクトルが入射面
に平行な成分だけを何する光を入射した場合を想定する
。この光３１をブリュースタ角θＢで入射すると、ガラ
ス３３の境界向３４では参照符３９．４２で示す光の反
射が生じることはなく、したがってガラス３３の境界向
３５における反射光４０は１すｙ出光４１としてすべて
ガラス３３内を透過して検出）射４３によって検出され
る。このときにおけるエネルギ反射４’　Ｒ’ｒｉ　、
’ｍ％　８式で示される。

第３図におけるガラス３３の境界向３５では、ｎｌ〜ｎ
３のとき前述の第６式で示されるブリュースタの条件は
成立せず、入射光３１がガラス３３内に透過した光４３
の一部は、Ｕ述の反射光４０となって反射する結果とな
る。

第４図において、光椋３０から′電界ベクトルが入射面
に平行な成分だけを入射１７た場合にｔよ、ガラス３３
の境界向３４．３５において９？Ｊ６式で示されるブリ
ュースタの条件が成立し、反射光３７゜３８は生じない
。

このようにしてガラス３３の境界向３５側に物体３６が
存在するときには、検出光４１として電界ベクトルが入
射面に平行な成分かＣｔられることになる。このように
して物体３６の存否を恢出することができる。入射光３
１としては（ＩＭｊ光されていない光を用い、検出器４
３において検出光４１のうち電界ベクトルが入射量に平
行な成分たけを検出するようにしても、前述と同様に物
体゛３６の存否を検出することができる。このようにし
て本発明によれば、ガラス３３の境界面３４における入
射光３１の直接反射光３７．３９が生じず、捷だ多重反
射光３８．４２も生じることはなく、これによって検出
光４１のみを良好なＳＮ比で検出することができる。ま
た検出光４１は、ガラス３３の厚みに無関係に検出する
ことができ、広範囲な用途が０１能となる。

以下に本発明者による実験結果を述べる。光源３０とし
てＨｅ−Ｎｅレーザー装置を用い、２ｍｍ−のレーデ光
をガラス３３に向けて照射する。検出器４３は、電荷結
合菓子を用いたラインイメージセンサを使っている。ガ
ラス３３の厚みが６．３ｍｍであり、被検出物体３６と
して水を用いた場合、光源３０から偏光されないレーザ
光が発射されたとき第５図（１）で示されるようにピー
ク５０．５１が得られた。ピーク５０は、第３図におけ
る光３９の侠出粘果であり、ピーク５１は検出光４１に
対応する。このようにして入射光３１として偏光されな
いレーザ光が用いられるときＫｔよ、２つのピーク５０
．５１が得られ。。来光１１に従い光源３０から電界ベ
クトルが入射面に平行な成分のみを有するレーデ光を発
射することによって、第５図（２）で示されるピーク５
２のみが得られる。このピーク５２は検出光４１に対応
している。

ガラス３３の厚みが１．９ｍｍであり、被検出物体３６
（！：して水を用いた場合において、入射光３１が偏光
されていないレーザ光であるとき、第６図（１）に示さ
れるようにピーク５３．５４が得られる。

このピータ５３は、前述と同様に反射光３９に対応して
おり、ピーク５４は検出光４１に対応している。本発明
に従い入射光３１を入射面に平行な電界ベクトルを有す
る成分のみとしたとき、第６図（２）におけるピーク５
５のみが得られる。このように特にガラス３３の厚みが
薄いときにおいても被検出物体３６としての水を明確に
検出することかできる。

また第４図示のように、ガラス３３の境界１川３５に水
などの被検出物体３６を全く付着せず、上述の実験と同
様な実験を行なった場合、入射光３１が偏光されていな
いレーザ光であるときには第７図（１）で示されるよう
に反射光３７．３８にそれぞれ対応するピーク５６．５
７がそれぞれ得られた。本発明に従い入射光３１として
電界ベクトルが入射面に半行な成分のみを用いたときに
は、第７図（２）で不されるように反射光３７．３８が
検出されない。

これらの実験結果から、本発明に従えば、ガラス３３の
厚みにかかわらず被検出物体を正確に検出することがで
きることがわかる。

第８図は、本発明の一実施例の斜視図である。

ガラスなどの透光性物体から成る複数の容器６０はベル
トコンベア６１によって矢符６２の方向に順次搬送され
ている。このコンベア６１の付近において、容器６０を
検出する検出スイッチ６３が配置される。この検出スイ
ッチ６３は、マイクロスイッチによって実現され、その
アクチュエータ６４が容器６０の外周面に接触し、これ
によって容器６０が検出される。検出スイッチ６３に対
暦して検出ユニット６５が配置される。

第９図は、横用ユニット６５の闇路化した断面図である
。この検出ユニット６５は、′８ｉ６０の外周面に向け
て入射光３１を発射する光１Ｑ３０と、検出光４１を検
出する検出器４３とを含む。（ａ）光源３０は偏向され
ない光を発射し、検出器４３は電界ベクトルが入射面に
半行な成分のみを検ｔｔｒするように構成されてもよく
、または（ｂ）光源３０は電界ベクトルが入射面に平行
な成分のみを有する光を発射し、検出器４３は受光され
る光を検出するように構成されてもよい。入射光３１と
して電界ベクトルが入射量に平行な成分のみを用いる場
合には、偏光されない光を発射する光源３０の前方位置
に偏光子６６が第９図のように配置される。

検出スイッチ６３は、容器６０内に液体などの被検出物
体が収納されている場合、検出器４３によって検出光４
１が検出される位置に容器６０が存在するとさ、その容
器６０にアクチュエータ６４が接触するように配置され
る。

弔１０図は、第８図および吊９図に示された実施例のブ
ロック図である。光＃Ａ３０は１駆動回ｌＩ！１１５６
７によって点灯される。検出器４３からの出力は増幅回
路６８によって増幅され、比較回路６９によって波形整
形されて不良ヤｊ定回路７０の一方の入力に与えられる
。不良判定回路７０の他方の人力Ｋｕ、検出スイッチ６
３からの出力が与えられる。

第１１図（υは演出：蛋４３からの出力波形を示し、第
１１図（２〕は比較回路６９からの波形整形された出力
波形が示される。検出スイッチ６３からの出力は第１１
図（３）に示されている。′、８ｇ１６０が検出スイッ
チ６３によって検出されたにもかかわらず、比較回路６
９からの出力が第１１図（２）で示されるようにローレ
ベルのままであるときには、不良判定回路７０ｒま、’
９３１１図（４）で示されるように不良状感を表わすロ
ーレベルの（、（’Ｅｊを出力端子７２に萼出する。こ
のようにして容器６０内に成体などの被検出物体が充填
されているか否かを、外部から検出することができる。

たとえば光源３０としては発光ダイオードやレーザダイ
オードなどを用いることができ　；Ｉ（＆出器４３とし
てはホトトランジスタ、ホトダイオードなどを用いるこ
とができる。

第１２図は、本発明の１１Ｏ１の実施例の一部の正聞図
である。自動中８０のフロントガラスなどの窓ガラス８
１には、単室の外側から、その窓ガラス８１の払拭する
ワイパ８２が収付けられる。このワイパ８２は、駆−１
装置８３によって払拭領域８４を払拭して雨滴を除去し
、車室内からの視界を明瞭にする。

第１３図は、窓ガラス８１の近傍に設けられている検出
ユニット８５の断面を示す。この検出ユニット８５には
、光卿８６と検出器８７とが収納されており、光源８６
から発射される＋ｉ＋ｉｌ光されない光は偏光子８８に
よって窓ガラス８１の入射向に平行な電界ベクトルを有
する成分のみが入射光８９として憇ガラス８１の車室内
面に発射される。

光源８６は、単色光を発射する。検出器８７は、この中
色光の波促成分だけを干渉フィルタ９（）を介して受光
する。

第１４図は、・捲１２図および第１３図に開運する哨気
回１浴のブロック図である。光源８６は裾前回路９１に
よってパルス変調された光を発生する。

検出器８７からの出力は増１陥回路９２によって増幅さ
ｎ１フイルタ９３によって変調成分だけが４出され、こ
の変調成分は検波ｌ！−！回路９４によって検波される
。検波回路９４からの出力は比較回路９５によってレベ
ル弁別され、この比較回路９５からの出力は、ワイパ駆
動装置８３に与えられる。

小雨か降り出した吉き、雨ｍ９６（ｗＪ１３図参照）ノ
窓ガラス８１への付着量が増大していく。

これによってフィルタ９３からの出力の振幅は、第１５
図（１）で示されるように増大する。検波回１洛９４の
出力は、第１５図（２）で示されるように上昇していき
、時刻ｔｌにおいて弁別レベルｖｌｅＪＭえる。レベル
弁別回路９５は、時刻ｔ１において′ハイレベルの信号
を第１５メ１（３）で示すように尋ｎ」する。このため
駆ｍｔ装置８３は第１５図（４ンで示すようにフィバ８
２を駆動する。ワイパ８２が巾紬９６を払拭することに
よって窓ガラス８１０表向に付着している由滴９６の大
部分が除去されるＣ５これによって時刻ｔ２において、
検波回路９４の出力は弁別レベル■１以下となる。こう
して駆動装−８３は、時刻ｔ３においてワイパ８２をも
との休止位置に戻す。このようにして降ｍ時にはワイパ
８２によって窓ガラス８１を自動的に払拭することがで
きる。

本発明の池の実施例として、第１３図において偏光子８
８を省き、検出器８７は電界ベクトルが入射向に平行な
成分のみの光を検出するようにしてもよい。

以上のように本発明によれば、透光性物体の一方の境界
部に回けて少なくとも電界ベクトルが入射向に平行な成
分を有する光をブリュースタ角で入射し、他方の晩ｗｉ
ｔｒｉ付近に被検出物体が存在し、前記一方の境界面側
で反射光の′電界ベクトルが入射面に平行な成分を検出
するようにしたので、入痢尤が透光性物体の＋ｉｉ前記
一方境方塊に反射することかなく、また透光１１生物体
内での多重反射がなく、これによって検出光の８．Ｎ比
が向上される。′また巧元性物座の厚みにかかわらず、
正確な検出を行なうことかでさる。しかも入射光は透光
性物体にブリュースタ角で入射するという条件を満たす
ように光諒と透光性物体とを配置ｄすればよく、したが
ってＬ源と透光性物体との相互の配置を比軟的自由に選
ぶこさができる。捷た本発明に従えば、透光性物体によ
って構＋ｉ化された容器の内周１川に存在している液検
出物体を外部から非接触検出することができる。さらに
本ｆ６　’：！’４によれば、自ｄｊｌ車の窓ガラスが
＋：＋ｉ　編などによって汚損したときなどにおいて、
目動的にトＩＪ滴などを払拭して視界をす１瞭ＶＣする
ことがｏｆ能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は谷先行技轡をそれぞれ示す萌囲図
、第３図は本発明の原理を説明するための析ＬＩＴＩ凶
、第４区は木兄りＪの原理を説明するための能のりｆ曲
回、弔５１閃〜第７図は本件狛１月者の夫凱結果を示す
グラフ、第８図は本発明の一実施例の斜視図、第９図は
第８因に示された夫加ろ例に召゛まれている検出ユニッ
ト６５０閘田１図、弔１（）図は第８図および第９図示
の犬施例に関連する′電気回路を示すブロック図、第１
１図ば′第１０図に示された電気回路の制作を説明する
だめの波形図、第１２図は本発明のさらに池の夫施例の
一部の止血図、第１３図は検出ユニット８５とその付近
の断面図、第１４図は第１２図および第１３図に関連す
る電気回路のブロック図、第１５図は弔１４図に示され
た電気回路の＋１νＪｆＩ’を説り］するだめの波形図
である。 ３０　、８６・・光諒、３１　・入射光、３２　空気、
３３　ガラス、３６　被険出物体、４１−検出光、４３
．８７・・・検出器、６０・・容器、６５．８５検出ユ
ニツｌ−１６６，８８・−偏光子、８１・・窓ガラス、
８２−ワイパ 代理人　　　弁理士　四教圭一部 第１図 第３図 第６図 検出器４３０撞出イ’ｆｌＪ 検出器４３の検出イ立１ 第７図 検出８４３の検出イｔ１．１ 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性物体の一方の境界面に向けて少なくとも電
   界ベクトルが入射面に平行な成分をイ］する光をブリュ
   ースタ角付近で人則し、前記一方塊界面側で反射光の電
   界ベクトルが入射面に平行である成分を検出し、能力の
   境界面付近に存在する物体を検出することを特徴とする
   物体の検出方法。
2. （２）透光性物体によって構成された容器の外方から、
   少なくとも電界ベクトルが入射面に平行な成分を有する
   光をブリュースタ角付近で入射する発光手段と、 容器の外方で反射光の電界ベクトルが入射面に平行な成
   分を検出する光検出手段と、 谷器内曲に容器の外とは異なる被検出物体が存在してい
   るときに光検出手段によって反則光の前記平行成分を検
   出することができる位置に容器が存在することを検出す
   る容器検出手段と、各器検田手段によって容器が検出さ
   れている場合において光検出手段によって反射光の前記
   平行成分が検出されていないときに被検出物体が容器内
   に存在しないことを表わす信号を導出する手段とを含む
   ことを特徴とする容器内の物体検出装置。
3. （３）自動車の急ガラスに車室内から少なくとも電界ベ
   クトルが入射面に平行な成分を有する光をブリュースタ
   角付近で入射する発光手段と、前記車室内で反射光の電
   界ベクトルが入射面に平行な成分を検出する光検出手段
   と、 窓カラスを外側から払拭する手段と、 光検出手段からの出力に応答して払拭手段を能＋１υＪ
   化する手段とを含むことを特徴とする自動車の窓ガラス
   払拭装置。