(57)【要約】【課題】環境温度が変化した場合でも、物体の遠近を精度良く判定する。【解決手段】反射型光電スイッチは、半導体レーザ１と、レーザ１から放射されたレーザ光と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フォトダイオード２および電流−電圧変換増幅部５と、干渉波形から物体１２までの距離が距離しきい値より遠いか近いかを判定する周期分別部７および判定部８と、干渉波形の周期の度数分布を作成し、反射壁面１１との距離に対応する干渉波形の周期の規定値をＴｂとしたとき、度数分布から規定値Ｔｂ以下の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎａと規定値Ｔｂ以上の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎｂを求め、ＮａとＮｂが等しくなるようにレーザ１の発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する調整部１０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放射する半導体レーザと、
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発振波長変調手段と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光とこのレーザ光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情報から、前記レーザ光の放射方向に存在する物体までの距離が所定の距離しきい値より遠いか近いかを判定する距離判定処理手段と、
前記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、
この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を作成する度数分布作成手段と、
静止している基準面との距離に対応する前記干渉波形の周期の規定値をＴｂとしたとき、前記度数分布から、規定値Ｔｂ以下の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎａと規定値Ｔｂ以上の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎｂとを求める度数計数手段と、
前記度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、前記半導体レーザの発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する搬送波調整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２】
請求項１記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記搬送波調整手段は、初期設定時に、前記搬送波の振幅または周波数を調整することを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項３】
請求項１記載の反射型光電スイッチにおいて、
さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の情報に基づいて、前記レーザ光の放射方向に物体が存在するか否かを判定する物体検知手段を備え、
前記搬送波調整手段は、前記物体検知手段で物体が検知されていないときに、前記搬送波の振幅または周波数を調整することを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記基準面は、前記物体が侵入する予定の空間を挟んで前記半導体レーザと向かい合う反射壁面であることを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記基準面は、前記半導体レーザを保護する透明カバーの内面と外面のうち無反射防止処理が施されていない何れか１つの面であることを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項６】
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、
前記距離判定処理手段は、
前記物体が前記距離しきい値の位置にあるときの前記干渉波形の周期を周期しきい値としたときに、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、前記周期しきい値の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記周期しきい値の第１の所定数倍以上かつ周期しきい値未満の周期の度数Ｎ２と、前記周期しきい値以上かつ周期しきい値の第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、前記周期しきい値の第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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値よりも近距離に存在すると判定する判定手段とからなることを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項７】
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このレーザ光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情報から、前記レーザ光の放射方向に存在する物体までの距離が所定の距離しきい値より遠いか近いかを判定する距離判定処理手順と、
前記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、
この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を作成する度数分布作成手順と、
静止している基準面との距離に対応する前記干渉波形の周期の規定値をＴｂとしたとき、前記度数分布から、規定値Ｔｂ以下の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎａと規定値Ｔｂ以上の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎｂとを求める度数計数手順と、
前記度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、前記半導体レーザの発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する搬送波調整手順とを備えることを特徴とする物体検出方法。
【請求項８】
請求項７記載の物体検出方法において、
前記搬送波調整手順は、初期設定時に、前記搬送波の振幅または周波数を調整することを特徴とする物体検出方法。
【請求項９】
請求項７記載の物体検出方法において、
さらに、前記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情報に基づいて、前記レーザ光の放射方向に物体が存在するか否かを判定する物体検知手順を備え、
前記搬送波調整手順は、前記物体検知手順で物体が検知されていないときに、前記搬送波の振幅または周波数を調整することを特徴とする物体検出方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の物体検出方法において、
前記基準面は、前記物体が侵入する予定の空間を挟んで前記半導体レーザと向かい合う反射壁面であることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の物体検出方法において、
前記基準面は、前記半導体レーザを保護する透明カバーの内面と外面のうち無反射防止処理が施されていない何れか１つの面であることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１２】
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、
前記距離判定処理手順は、
前記物体が前記距離しきい値の位置にあるときの前記干渉波形の周期を周期しきい値としたときに、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、前記周期しきい値の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記周期しきい値の第１の所定数倍以上かつ周期しきい値未満の周期の度数Ｎ２と、前記周期しきい値以上かつ周期しきい値の第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、前記周期しきい値の第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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値よりも近距離に存在すると判定する判定手順とからなることを特徴とする物体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型光電スイッチに係り、特に物体までの距離が所定の距離しきい値より遠いか近いかを検出する反射型光電スイッチおよび物体検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、反射型光電スイッチの１つとして、光電スイッチから物体までの距離が所定の距離しきい値より遠いか近いかを検知する距離設定反射型（Background Suppression、以下、ＢＧＳと略する）光電スイッチが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このようなＢＧＳ光電スイッチによれば、背景を検出せずに物体のみを検出することができる。
【０００３】
一方、レーザによる光の干渉を利用した距離計として、レーザの出力光と測定対象からの戻り光との半導体レーザ内部での干渉（自己結合効果）を利用したレーザ計測器が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。ＦＰ型（ファブリペロー型）半導体レーザの複合共振器モデルを図１９に示す。図１９において、１００１は半導体レーザ、１００２は半導体結晶の壁開面、１００３はフォトダイオード、１００４は測定対象である。
【０００４】
レーザの発振波長をλ、測定対象１００４に近い方の壁開面１００２から測定対象１００４までの距離をＬとすると、以下の共振条件を満足するとき、測定対象１００４からの戻り光と共振器１００１内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
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１００４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１００１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。
【０００５】
半導体レーザは、注入電流の大きさに応じて周波数の異なるレーザ光を放射するので、発振周波数を変調する際に、外部変調器を必要とせず、注入電流によって直接変調が可能である。図２０は、半導体レーザの発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード１００３の出力波形との関係を示す図である。式（１）に示したＬ＝ｑλ／２を満足したときに、戻り光と共振器１００１内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と共振器１００１内のレーザ光とが最も強め合い、Ｌ＝ｑλ／２＋λ／４のときに、位相差が１８０°（逆位相）になって、戻り光と共振器１００１内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザの発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力を共振器１００１に設けられたフォトダイオード１００３で検出すると、図２０に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。
【０００６】
この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つをモードポップパルス（以下、ＭＨＰ）と呼ぶ。ＭＨＰはモードホッピング現象とは異なる現象である。例えば、測定対象１００４までの距離がＬ１のとき、ＭＨＰの数が１０個であったとすれば、半分の距離Ｌ２では、ＭＨＰの数は５個になる。すなわち、ある一定時間において半導体レーザの発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変わる。したがって、ＭＨＰをフォトダイオード１００３で検出し、ＭＨＰの周波数を測定すれば、容易に距離計測が可能となる。
【０００７】
以上のような自己結合型のレーザ計測器を利用すれば、ＢＧＳ光電スイッチを実現することができる。ＢＧＳ光電スイッチは、所定の距離しきい値と比較して物体が近距離にあるか遠距離にあるかでオン／オフ判定すればよい。そこで、自己結合型のレーザ計測器をＢＧＳ光電スイッチとして用いる場合には、物体が距離しきい値の位置にあるときのＭＨＰの既知の周期しきい値に対して、測定したＭＨＰの平均周期が長いか短いかを判断すればよい。物体が距離しきい値の位置にあるときのＭＨＰの既知の周期しきい値に対して、測定したＭＨＰの平均周期が長い場合には、物体が距離しきい値よりも近距離に存在するとしてオン判定とし、また測定したＭＨＰの周期が短い場合には、物体が距離しきい値よりも遠距離に存在するとしてオフ判定とする。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−１０２１３５号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８７２３７号公報
【非特許文献１】上田正，山田諄，紫藤進，「半導体レーザの自己結合効果を利用した距離計」，１９９４年度電気関係学会東海支部連合大会講演論文集，１９９４年
【非特許文献２】山田諄，紫藤進，津田紀生，上田正，「半導体レーザの自己結合効果を利用した小型距離計に関する研究」，愛知工業大学研究報告，第３１号Ｂ，ｐ．３５−４２，１９９６年
【非特許文献３】Guido Giuliani，Michele Norgia，Silvano Donati and Thierry Bosch，「Laser diode self-mixing technique for sensing applications」，JOURNAL OF OPTICS A:PURE AND APPLIED OPTICS，ｐ．２８３−２９４，２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、自己結合型のレーザ計測器を利用すれば、ＢＧＳ光電スイッチを実現することができる。ただし、自己結合型のレーザ計測器を利用したＢＧＳ光電スイッチの場合、環境温度の変化などによって距離とＭＨＰの周波数との関係が変化すると、ＭＨＰの周期しきい値（距離しきい値）が規定値からずれてしまう。例えば周期しきい値が規定値よりも長い方にシフトしていた場合、規定値が示す距離は本来の距離しきい値よりも遠くを示す。反対に、周期しきい値が規定値よりも短い方にシフトしていた場合、規定値が示す距離は本来の距離しきい値よりも近くを示す。このため、ＭＨＰの周期しきい値（距離しきい値）が規定値からずれている状態で、測定したＭＨＰの周期を規定値と比較すると、誤った判定をすることになるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、環境温度が変化したとしても、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および物体検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の反射型光電スイッチは、レーザ光を放射する半導体レーザと、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発振波長変調手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光とこのレーザ光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情報から、前記レーザ光の放射方向に存在する物体までの距離が所定の距離しきい値より遠いか近いかを判定する距離判定処理手段と、前記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、この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を作成する度数分布作成手段と、静止している基準面との距離に対応する前記干渉波形の周期の規定値をＴｂとしたとき、前記度数分布から、規定値Ｔｂ以下の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎａと規定値Ｔｂ以上の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎｂとを求める度数計数手段と、前記度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、前記半導体レーザの発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する搬送波調整手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記搬送波調整手段は、初期設定時に、前記搬送波の振幅または周波数を調整することを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例は、さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の情報に基づいて、前記レーザ光の放射方向に物体が存在するか否かを判定する物体検知手段を備え、前記搬送波調整手段は、前記物体検知手段で物体が検知されていないときに、前記搬送波の振幅または周波数を調整することを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記基準面は、前記物体が侵入する予定の空間を挟んで前記半導体レーザと向かい合う反射壁面である。
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記基準面は、前記半導体レーザを保護する透明カバーの内面と外面のうち無反射防止処理が施されていない何れか１つの面である。
【００１３】
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記距離判定処理手段は、前記物体が前記距離しきい値の位置にあるときの前記干渉波形の周期を周期しきい値としたときに、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、前記周期しきい値の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記周期しきい値の第１の所定数倍以上かつ周期しきい値未満の周期の度数Ｎ２と、前記周期しきい値以上かつ周期しきい値の第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、前記周期しきい値の第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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値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、前記物体が前記距離しきい値よりも近距離に存在すると判定する判定手段とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の物体検出方法は、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このレーザ光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情報から、前記レーザ光の放射方向に存在する物体までの距離が所定の距離しきい値より遠いか近いかを判定する距離判定処理手順と、前記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、この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を作成する度数分布作成手順と、静止している基準面との距離に対応する前記干渉波形の周期の規定値をＴｂとしたとき、前記度数分布から、規定値Ｔｂ以下の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎａと規定値Ｔｂ以上の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎｂとを求める度数計数手順と、前記度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、前記半導体レーザの発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する搬送波調整手順とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体レーザから放射したレーザ光とこのレーザ光の戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周期を測定し、干渉波形の周期の度数分布を作成し、静止している基準面との距離に対応する周期の規定値Ｔｂ以下の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎａと規定値Ｔｂ以上の所定の範囲にある周期の度数の総和Ｎｂとを求め、度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、半導体レーザの発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整することにより、距離と干渉波形の周波数とが常に一定の関係になるように補正することができるので、環境温度が変化したとしても、物体の遠近を精度良く判定することができる。
【００１６】
また、本発明では、レーザ光の放射方向に物体が存在するか否かを判定する物体検知手段を設け、物体検知手段で物体が検知されていないときに、搬送波の振幅または周波数を調整することにより、反射型光電スイッチの動作中であっても、レーザ光の放射方向に物体が存在しないときであれば、調整を行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、干渉波形の周期を測定し、周期の度数を周期しきい値に基づく値でＮ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４の４つに分別することにより、周期測定時の干渉波形の欠落や過剰なノイズ検出の影響を除去し、反射型光電スイッチから物体までの距離が距離しきい値より遠いか近いかを正しく判定することができる。また、本発明では、周期測定手段と計数手段と判定手段とを簡単な構成で実現することができ、簡単かつ安価な構成で精度の良い反射型光電スイッチを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１の実施の形態］
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（反射型光電スイッチ）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、反射壁面１１又は物体１２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を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ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の周期の度数を周期しきい値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１２が所定の距離しきい値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、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する調整部１０とを有する。
【００１９】
フォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とは検出手段を構成し、周期分別部７と判定部８とは距離判定処理手段を構成している。以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
【００２０】
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図２は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図２において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、ＷＴは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂおよび発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００２１】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない場合は反射壁面１１に入射し、物体１２が存在する場合は物体１２に入射する。反射壁面１１又は物体１２で反射された光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、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。
【００２２】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図３（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図３（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図３（Ａ）の波形（変調波）から、図２の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図３（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。
【００２３】
周期分別部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの周期を測定し、物体１２が所定の距離しきい値の位置にあるときのＭＨＰの既知の周期（以下、周期しきい値Ｔｈと呼ぶ）に基づく値によりＭＨＰの周期の度数を分別する。
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。
【００２４】
図５は周期測定部７０の動作を説明するための図であり、フィルタ部６の出力電圧波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図である。図５において、Ｈ１はＭＨＰの立ち上がりを検出するためのしきい値である。
【００２５】
立ち上がり検出部７２は、フィルタ部６の出力電圧をしきい値Ｈ１と比較することにより、ＭＨＰの立ち上がりを検出する。時間測定部７３は、立ち上がり検出部７２の検出結果に基づいて、ＭＨＰの立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｕｕ（すなわち、ＭＨＰの周期）を測定する。時間測定部７２は、このような測定をＭＨＰの立ち上がりが検出される度に行う。
【００２６】
計数部７１は、周期測定部７０によって測定されたＭＨＰの周期Ｔの度数を、周期しきい値Ｔｈの０．５倍未満（０．５Ｔｈ＞Ｔ）の周期の度数Ｎ１と、周期しきい値Ｔｈの０．５倍以上かつ周期しきい値Ｔｈ未満（０．５Ｔｈ≦Ｔ＜Ｔｈ）の周期の度数Ｎ２と、周期しきい値Ｔｈ以上かつ周期しきい値Ｔｈの１．５倍未満（Ｔｈ≦Ｔ＜１．５Ｔｈ）の周期の度数Ｎ３と、周期しきい値Ｔｈの１．５倍以上（１．５Ｔｈ≦Ｔ）の周期の度数Ｎ４の４つに分別する。
【００２７】
以上のようにして、周期分別部７は、ＭＨＰの周期の度数を分別する。周期分別部７は、測定期間（本実施の形態では、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々）ごとにＭＨＰの周期を測定し、周期の度数を分別する。
【００２８】
次に、判定部８は、周期分別部７の測定結果から物体１２が距離しきい値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は、ＭＨＰの周期の度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）との大小を比較し、度数Ｎ１が最も大きい場合、物体１２が距離しきい値よりも遠距離に存在すると判定し、度数Ｎ４が最も大きい場合、物体１２が距離しきい値よりも近距離に存在すると判定する。また、判定部８は、度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合、度数Ｎ２とＮ３の大小を比較し、度数Ｎ３よりも度数Ｎ２が大きい場合、物体１２が距離しきい値よりも遠距離に存在すると判定し、度数Ｎ２よりも度数Ｎ３が大きい場合、物体１２が距離しきい値よりも近距離に存在すると判定する。
【００２９】
判定部８は、このような判定を、周期分別部７がＭＨＰの周期を測定して分別する測定期間（本実施の形態では第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々）ごとに行う。
表示部９は、判定部８の判定結果を表示する。
【００３０】
図６、図７は本実施の形態の判定原理を説明するための図であり、図６は波形に欠落が生じた場合のＭＨＰの周期の度数分布を示す図、図７はノイズによって周期が２分割された場合のＭＨＰの周期の度数分布を示す図である。図６、図７において、Ｔ０は半導体レーザ１と物体１２との距離に対応するＭＨＰの本来の周期の度数分布ａの代表値（中央値または最頻値等）である。
【００３１】
例えばＭＨＰの強度が小さいために周期の測定時にＭＨＰの欠落（検出漏れ）が発生すると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期は、本来の周期のおよそ２倍になり、この欠落によって生じたＭＨＰの周期の度数分布は、２Ｔ０を中心とした正規分布（図６のｂ）になる。この度数分布ｂは、ＭＨＰの本来の周期の度数分布ａの相似形である。
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）。
【００３２】
本実施の形態では、上記のとおりＭＨＰの周期の度数を４つに分け、周期しきい値Ｔｈの０．５倍未満の周期の度数Ｎ１が最も大きい場合は、この度数Ｎ１がノイズによるものではなく、ＭＨＰの本来の周期であると見なして、物体１２が距離しきい値よりも遠距離に存在すると判定する。また、周期しきい値Ｔｈの１．５倍以上の周期の度数Ｎ４が最も大きい場合は、この度数Ｎ４がＭＨＰの欠落によるものではなく、ＭＨＰの本来の周期であると見なして、物体１２が距離しきい値よりも近距離に存在すると判定する。また、度数Ｎ１またはＮ４で物体１２の遠近を判断できない場合は、度数Ｎ１とＮ４を無視して、周期しきい値Ｔｈの０．５倍以上かつ周期しきい値Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２と周期しきい値Ｔｈ以上かつ周期しきい値Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３の大小比較で、物体１２の遠近を判定する。
【００３３】
こうして、本実施の形態では、周期測定時のＭＨＰの欠落や過剰なノイズ検出の影響を除去し、ＢＧＳ光電スイッチから物体１２までの距離（より正確には半導体レーザ１から物体１２までの距離）が距離しきい値より遠いか近いかを正しく判定することができる。
ただし、前述のように環境温度の変化などによって距離とＭＨＰの周波数との関係が変化すると、ＭＨＰの周期しきい値（距離しきい値）が規定値Ｔｈからずれるため、誤った判定をしてしまう。そこで、本実施の形態では、調整部１０により、規定値Ｔｈが示す周期（距離）が本来の周期しきい値（距離しきい値）と常に一致するように調整する。
【００３４】
図８は調整部１０の構成を示すブロック図である。調整部１０は、記憶部１００と、度数分布作成部１０１と、度数計数部１０２と、搬送波調整部１０３とから構成される。
記憶部１００は、周期分別部７の周期測定部７０の測定結果を記憶する。度数分布作成部１０１は、周期測定部７０によって測定されたＭＨＰの周期Ｔの度数分布を作成する。図９は度数分布作成部１０１によって作成される周期Ｔの度数分布の例を示す図である。
【００３５】
半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない場合、反射壁面１１からの戻り光が半導体レーザ１に入射するため、周期測定部７０によって測定されるＭＨＰの周期Ｔは、半導体レーザ１と反射壁面１１との距離（以下、基準距離と呼ぶ）に応じた値となる。このときに得られるＭＨＰの周期の度数分布が図９のｅである。Ｔｂは基準距離に対応するＭＨＰの既知の周期（以下、基準周期と呼ぶ）である。一方、図６で説明したように、物体１２が存在する場合には、度数分布ａが現れる。反射壁面１１は物体１２よりも遠い所にあるので、Ｔｂ＜Ｔ０となる。度数分布作成部１０１が作成した度数分布は、記憶部１００に格納される。度数分布作成部１０１は、以上のような度数分布の作成を測定期間（本実施の形態では、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々）ごとに行う。
【００３６】
次に、度数計数部１０２は、度数分布作成部１０１が作成した度数分布から、Ｔｂ−Ｒ≦Ｔ＜ＴｂまたはＴｂ−Ｒ≦Ｔ≦Ｔｂ（Ｒは所定値）の範囲にある周期Ｔの度数の総和Ｎａと、Ｔｂ＜Ｔ≦Ｔｂ＋ＲまたはＴｂ≦Ｔ≦Ｔｂ＋Ｒの範囲にある周期Ｔの度数の総和Ｎｂとを求める。所定値Ｒは、例えば基準周期の規定値Ｔｂの数％の値に設定すればよい。度数の総和Ｎａ，Ｎｂの値は記憶部１００に格納される。度数計数部１０２は、このような度数の総和Ｎａ，Ｎｂの導出を測定期間ごとに行う。
【００３７】
搬送波調整部１０３は、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない初期設定時に、度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、レーザドライバ４を通じて三角波駆動電流の振幅を調整する。図１０はレーザドライバ４から半導体レーザ１に供給される三角波駆動電流の振幅の調整方法を説明するための図である。搬送波調整部１０３からの指示に応じて、レーザドライバ４は、駆動電流の最大値を一定値（図１０の例では半導体レーザ１によって規定される駆動電流の上限値ＣＬ）に固定したまま、駆動電流の最小値を大きくするか或いは小さくすることで、駆動電流の振幅ＡＭＰを調整する。こうして、駆動電流の振幅を調整することができる。搬送波調整部１０３は、このような三角波駆動電流の振幅の調整を測定期間ごとに行う。
なお、搬送波調整部１０３は、度数の総和ＮａとＮｂとが等しくなるように、レーザドライバ４を通じて三角波駆動電流の周波数を調整してもよい。
【００３８】
周期しきい値Ｔｈの場合と同様に、環境温度の変化などによって距離とＭＨＰの周波数との関係が変化すると、ＭＨＰの基準周期が規定値Ｔｂからずれる。本実施の形態では、半導体レーザ１の三角波駆動電流の振幅または周波数を調整する（すなわち、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波の振幅または周波数を調整する）ことにより、規定値Ｔｂが示す周期（距離）が本来の基準周期（基準距離）と常に一致するように補正することができる。結果として、本実施の形態では、距離とＭＨＰの周波数とが常に一定の関係になるように補正することができ、規定値Ｔｈが示す周期（距離）が本来の周期しきい値（距離しきい値）と常に一致するように補正することができるので、環境温度が変化したとしても、物体の遠近を精度良く判定することができる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、調整部１０が初期設定時に三角波駆動電流の振幅または周波数を調整するようになっているが、ＢＧＳ光電スイッチの動作中であっても、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しないときであれば調整が可能である。
本実施の形態においても調整部１０を除くＢＧＳ光電スイッチの構成および動作は第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。
【００４０】
図１１は本実施の形態の調整部１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態の調整部１０は、記憶部１００と、度数分布作成部１０１と、度数計数部１０２と、搬送波調整部１０３ａと、物体検知部１０４とから構成される。
図１２は物体検知部１０４の構成を示すブロック図である。物体検知部１０４は、代表値算出部１０４０と、個数導出部１０４１と、物体判定部１０４２とから構成される。
【００４１】
代表値算出部１０４０は、度数分布作成部１０１が作成した度数分布から、ＭＨＰの周期の中央値（メジアン）Ｔ０’を算出する。記憶部１００は、ＭＨＰの周期の中央値Ｔ０’を記憶する。なお、Ｔ０’として中央値の代わりに、ＭＨＰの周期の最頻値を用いてもよい。
【００４２】
個数導出部１０４１は、記憶部１００を参照し、現在より１三角波周期ＷＴ前の測定期間において算出されたＭＨＰの周期の中央値または最頻値Ｔ０’に対して、現在の測定期間中の任意の検知期間ｄにおいて周期Ｔが次式を満たすＭＨＰの個数Ｎを求める。
２Ｔ０’＜Ｔ                                                    ・・・（２）
また、個数導出部１０４１は、周期測定部７０によって上記検知期間ｄ中に周期が測定されたＭＨＰの全個数Ｎａｌｌを求める。
【００４３】
図１３はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図であり、測定期間（第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々）と検知期間ｄとの関係を説明するための図である。検知期間ｄは、一定時間ｔｄ（ｔｄ＜ＷＴ／２）の時間幅を有する。図１３に示すように、検知期間ｄは、測定期間中に複数個設定することができる。
【００４４】
物体判定部１０４２は、検知期間ｄ中に周期が測定されたＭＨＰの全個数Ｎａｌｌに対する個数Ｎの割合Ｎ／Ｎａｌｌが所定のしきい値（例えば６０％）以上の場合、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在すると判定し、物体１２を検知したことを示す物体検知信号を出力する。物体検知部１０４は、以上のような物体検知処理を測定期間毎および検知期間毎に行う。
【００４５】
図１４はＭＨＰの周期の度数分布を示す図であり、物体検知部１０４による物体検知の原理を説明するための図である。半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない場合、反射壁面１１からの光が半導体レーザ１に戻ることになる。この場合、ＭＨＰは同じ周期で出現し、ＭＨＰの周期は中央値または最頻値Ｔ０’を中心にして正規分布する。
【００４６】
一方、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在する場合、この物体１２は半導体レーザ１と反射壁面１１との間に存在するのであるから、物体１２が存在しない場合よりも低い周波数のＭＨＰが出現する。つまり、ＭＨＰの周期の度数分布で考えると、物体１２が存在しない場合のＭＨＰの周期の中央値または最頻値Ｔ０’よりも長い周期の分布が出現する。
【００４７】
ここで、ＭＨＰの波形には、ノイズのために、欠落が生じたり信号として数えるべきでない波形が生じたりすることがある。特に、本実施の形態の場合、物体１２が存在しない場合の戻り光は反射壁面１１からの光なので、ＭＨＰの強度が小さく、信号の欠落が生じる可能性がある。信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期は、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、ＭＨＰの強度が小さいために計数時に欠落が生じたＭＨＰの周期は、本来のＭＨＰの周期がＴ０’を中心とした正規分布であるために、平均値が２Ｔ０’、標準偏差２σの正規分布になる。
【００４８】
したがって、このような信号の欠落の影響を除くために式（２）に基づく判定を行い、２Ｔ０’よりも長い周期のＭＨＰが出現したときに、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在すると判定する。
なお、物体判定部１０４２が判定に用いるしきい値は、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない初期状態において求めた割合Ｎ／Ｎａｌｌから予め定められた値である。例えば、初期状態の検知期間ｄにおいて、Ｎａｌｌが１００、Ｎが５とすると、Ｎ／Ｎａｌｌ＝５％となる。例えばその２倍の値１０％をしきい値とすると、Ｎ／Ｎａｌｌが１０％以上の場合、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在すると判定する。
【００４９】
本実施の形態の搬送波調整部１０３ａは、物体検知部１０４から物体検知信号が出力されていない場合、物体１２が存在しないと判断し、第１の実施の形態の搬送波調整部１０３と同様に三角波駆動電流の振幅または周波数を調整する。この調整時における記憶部１００、度数分布作成部１０１、度数計数部１０２の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００５０】
こうして、本実施の形態では、ＢＧＳ光電スイッチの動作中であっても、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しないときであれば、三角波駆動電流の振幅または周波数を調整することができ、第１の実施の形態で説明した効果を得ることができる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
第１の実施の形態では、反射壁面１１を三角波駆動電流の振幅または周波数の調整の基準面として用いたが、半導体レーザ１からのレーザ光の入出射部を形成する透明体の片面にだけ無反射防止処理を施し、透明体の無反射防止処理を施していない面を基準面としてもよい。
【００５２】
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、図８の符号を用いて説明する。本実施の形態と第１の実施の形態との大きな違いは、反射壁面１１がないことである。
図１５は本実施の形態に係る半導体レーザの入出射部の要部概略構成を示す図である。図１５において、１３０は半導体レーザ１を収納する密閉ケース、１３１は半導体レーザ１の前面に設けられて半導体レーザ１を保護するガラス等の透明カバー（透明体）、１３２は透明カバー１３１の表面に設けられた反射防止膜（ＡＲコート）である。
【００５３】
透明カバー１３１は、密閉ケース１３０の窓部に嵌め込んで設けられる。そして、半導体レーザ１は、その前面であるレーザ光入出射面を透明カバー１３１に対峙させて密閉ケース１３０内に組み込まれる。
【００５４】
ガラス等の透明体を通してレーザ光を入出力する場合、透明体と空気との界面で僅かではあるがレーザ光の反射が生じる。このような反射を防ぐ場合、専ら、低屈折率材料を分散させたフィラーを透明体の表面にコーティングして反射防止膜を形成することが行われる。本実施の形態においても、レーザ光の入出射面となる透明カバー１３１での不要な反射を抑えるべく、透明カバー１３１の表面に反射防止膜１３２を設けるが、この際、透明カバー１３１の内面にだけ反射防止膜１３２を設け、その外面には反射防止膜を形成しないことで、敢えて透明カバー１３１の外面においてレーザ光の反射が生じるようにしている。そして、半導体レーザ１から出力されたレーザ光の一部が透明カバー１３１の外面にて反射して半導体レーザ１に戻るようにしている。
【００５５】
なお、透明カバー１３１の外面については、無反射防止処理を施さないことは勿論のことではあるが、敢えて半導体レーザ１において自己結合効果が生じる強度の反射光を得るに必要な処理を施すようにしても良い。具体的には透明カバー１３１の外面を鏡面研磨したり、或る程度の反射率を有する光学膜を被覆形成することも可能である。
【００５６】
図１５に示した構成によれば、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない場合、半導体レーザ１から出射したレーザ光は、その一部が透明カバー１３１の外面によって反射されて半導体レーザ１に戻ることになる。この結果、半導体レーザ１においては、出力光と透明カバー１３１からの反射光との自己結合効果による干渉が生じる。
【００５７】
図１６は本実施の形態において度数分布作成部１０１によって作成される周期Ｔの度数分布の例を示す図である。半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない場合、無反射防止処理が施されていない透明カバー１３１の外面からの光が半導体レーザ１に入射するため、周期測定部７０によって測定されるＭＨＰの周期Ｔは、半導体レーザ１と透明カバー１３１の外面との距離（基準距離）に応じた値となる。このときに得られるＭＨＰの周期の度数分布が図１６のｅである。Ｔｂは基準距離に対応するＭＨＰの既知の周期（基準周期）である。一方、図６で説明したように、物体１２が存在する場合には、度数分布ａが現れる。本実施の形態では、透明カバー１３１の外面が物体１２よりも近い所にあるので、Ｔｂ＞Ｔ０となる。
【００５８】
本実施の形態においても、フォトダイオード２、レーザドライバ４、電流−電圧変換増幅部５、フィルタ部６、周期分別部７、判定部８、表示部９および調整部１０の動作は第１の実施の形態と同じなので、説明は省略する。
こうして、透明カバー１３１の一方の面を調整の基準面とする場合でも本発明を適用することができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
［第４の実施の形態］
第２の実施の形態では、反射壁面１１を物体検知の基準面として用いたが、第３の実施の形態と同様に透明カバー１３１の無反射防止処理を施していない面を基準面としてもよい。
本実施の形態においても半導体レーザ１の入出射部を除くＢＧＳ光電スイッチの構成および動作は第２の実施の形態と同様であり、半導体レーザ１の入出射部の構成は第３の実施の形態と同様であるので、図１、図４、図１１、図１５の符号を用いて説明する。本実施の形態と第２の実施の形態との大きな違いは、反射壁面１１がないことである。
【００６０】
調整部１０の記憶部１００、度数分布作成部１０１、度数計数部１０２、搬送波調整部１０３ａ、および物体検知部１０４の代表値算出部１０４０の動作は第２の実施の形態と同じである。
【００６１】
物体検知部１０４の個数導出部１０４１は、記憶部１００を参照し、現在より１三角波周期ＷＴ前の測定期間において算出されたＭＨＰの周期の中央値または最頻値Ｔ０’に対して、現在の測定期間中の任意の検知期間ｄにおいて周期Ｔが次式を満たすＭＨＰの個数Ｎを求める。
０．５Ｔ０’＞Ｔ                                                ・・・（３）
検知期間ｄについては第２の実施の形態で説明したとおりである。また、個数導出部１０４１は、周期測定部１１０によって上記検知期間ｄ中に周期が測定されたＭＨＰの全個数Ｎａｌｌを求める。
【００６２】
物体判定部１０４２は、検知期間ｄ中に周期が測定されたＭＨＰの全個数Ｎａｌｌに対する個数Ｎの割合Ｎ／Ｎａｌｌが所定のしきい値（例えば６０％）以上の場合、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在すると判定し、物体１２を検知したことを示す物体検知信号を出力する。物体検知部１０４は、以上のような物体検知処理を測定期間毎および検知期間毎に行う。
【００６３】
図１７はＭＨＰの周期の度数分布を示す図であり、物体検知部１０４による物体検知の原理を説明するための図である。半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在しない場合、無反射防止処理が施されていない透明カバー１３１の外面からの光が半導体レーザ１に戻ることになる。この場合、ＭＨＰは同じ周期で出現し、ＭＨＰの周期は中央値または最頻値Ｔ０’を中心にして正規分布する。
第２の実施の形態と異なるのは、半導体レーザ１から透明カバー１３１の外面までの距離が半導体レーザ１から反射壁面１１までの距離よりも短いために、ＭＨＰの周波数が低く、周期の中央値または最頻値Ｔ０’が大きくなることである。
【００６４】
一方、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在する場合、この物体１２は透明カバー１３１よりも遠くに存在するのであるから、物体１２が存在しない場合よりも高い周波数のＭＨＰが出現する。つまり、ＭＨＰの周期の度数分布で考えると、物体１２が存在しない場合のＭＨＰの周期の中央値または最頻値Ｔ０’よりも短い周期の分布が出現する。
【００６５】
ここで、ＭＨＰの波形には、ノイズのために信号として数えるべきでない波形が生じたりすることがある。ノイズを過剰に数えた結果として２分割されたＭＨＰの周期は、分割される前の周期がＴ０’を中心とした正規分布であるために、０．５Ｔ０’に対して対称な度数分布になる。
【００６６】
したがって、このようなノイズのカウントの影響を除くために式（３）に基づく判定を行い、０．５Ｔ０’よりも短い周期のＭＨＰが出現したときに、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在すると判定する。
その他の動作は、第２の実施の形態で説明したとおりである。以上のように、本実施の形態によれば、透明カバー１３１の一方の面を物体検知の基準面とする場合でも物体検知を行うことができ、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
［第５の実施の形態］
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１８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１３を用いるものである。
【００６８】
電圧検出部１３は、半導体レーザ１の端子間電圧、すなわちアノード−カソード間電圧を検出して増幅する。半導体レーザ１から放射されたレーザ光と物体１２からの戻り光とによって干渉が生じるとき、半導体レーザ１の端子間電圧には、ＭＨＰ波形が現れる。したがって、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰ波形を抽出することが可能である。
【００６９】
フィルタ部６は、第１〜第４の実施の形態と同様に、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものであり、電圧検出部１３の出力電圧からＭＨＰ波形を抽出する。
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、表示部９、調整部１０の動作は、第１〜第４の実施の形態と同じである。
【００７０】
こうして、本実施の形態では、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ができ、第１〜第４の実施の形態と比較してＢＧＳ光電スイッチの部品を削減することができ、ＢＧＳ光電スイッチのコストを低減することができる。
【００７１】
なお、第１〜第５の実施の形態において少なくとも周期分別部７と判定部８と調整部１０とは、例えば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これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第５の実施の形態で説明した処理を実行する。
【００７２】
また、第１〜第４の実施の形態では、周期分別部７がＭＨＰの周期を測定し、ＭＨＰの周期の度数を周期しきい値に基づく値で分別することにより、物体１２までの距離が距離しきい値より遠いか近いかを判定しているが、これに限るものではなく、別の判定方法で判定するようにしてもよい。
【００７３】
別の判定方法としては、ＭＨＰの数を計測し、半導体レーザ１と物体１２との距離を算出して距離しきい値と比較する方法がある。この場合、距離判定処理手段は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数え、計測したＭＨＰの数に基づいて半導体レーザ１１と戻り光の反射点との距離を求め、戻り光の反射点が所定の距離しきい値よりも近距離にあるか遠距離にあるかを判定する。一定期間におけるＭＨＰの数は測定距離に比例する。そこで、一定の測定期間（本実施の形態では第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々）におけるＭＨＰの数と距離との関係を予め求めてデータベースに登録しておけば、距離判定処理手段は、計測したＭＨＰの数に対応する距離の値をデータベースから取得することにより、戻り光の反射点との距離を求めることができる。あるいは、測定期間におけるＭＨＰの数と距離との関係を示す数式を予め求めて設定しておけば、距離判定処理手段は、計測したＭＨＰの数を数式に代入することにより、戻り光の反射点との距離を算出することができる。
【００７４】
そして、距離判定処理手段は、半導体レーザ１１と戻り光の反射点との距離が所定の距離しきい値よりも近い場合はオン（物体有り）と判定し、距離しきい値よりも遠い場合はオフ（物体無し）と判定すればよい。
また、発明者が特願２００７−０１５０２０号で提案した手法を用い、ＭＨＰの周期の度数分布を求めて、中央値または最頻値等の分布の代表値を求め、この周期の分布の代表値と周期の度数分布に基づいて物体１２までの距離を算出し、この算出した距離を距離しきい値と比較する判定方法もある。
【００７５】
また、第２、第４の実施の形態で説明した物体検知と異なる方法で物体１２を検知することも可能である。この場合、物体検知部１０４は、上記の方法で半導体レーザ１と戻り光の反射点との距離を計測し、基準面との距離（基準距離）と異なる距離が算出されたときに、半導体レーザ１の放射方向に物体１２が存在すると判定することができる。第２、第４の実施の形態では、物体１２が基準面（第２の実施の形態の場合は反射壁面１１、第４の実施の形態の場合は透明カバー１３１の無反射防止処理を施していない面）付近に出現した場合、Ｎ／Ｎａｌｌをしきい値と比較しても、物体１２を検知できない場合があるが、半導体レーザ１と戻り光の反射点との距離を計測すれば、物体１２が基準面付近に出現した場合でも、物体１２が存在するか否かを正しく判定することができる。ただし、この方法では、距離の算出が測定期間毎になるため、第２、第４の実施の形態に比べて物体の検知に時間がかかる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、反射型光電スイッチに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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２】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチの周期分別部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチのフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態において波形に欠落が生じた場合のモードポップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態においてノイズによって周期が２分割された場合のモードポップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチの調整部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態において度数分布作成部によって作成される周期の度数分布の例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態においてレーザドライバから半導体レーザに供給される三角波駆動電流の振幅の調整方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチの調整部の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチの物体検知部の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における測定期間と検知期間との関係を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る物体検知部による物体検知の原理を説明するための図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの入出射部の要部概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態において度数分布作成部によって作成される周期の度数分布の例を示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る物体検知部による物体検知の原理を説明するための図である。
【図１８】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る。
【図１９】従来のレーザ計測器における半導体レーザの複合共振器モデルを示す図である。
【図２０】半導体レーザの発振波長と内蔵フォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７…周期分別部、８…判定部、９…表示部、１０…調整部、１１…反射壁面、１２…物体、１３…電圧検出部、７０…周期測定部、７１…計数部、７２…立ち上がり検出部、７３…時間測定部、１００…記憶部、１０１…度数分布作成部、１０２…度数計数部、１０３，１０３ａ…搬送波調整部、１０４…物体検知部、１３０…密閉ケース、１３１…透明カバー、１３２…反射防止膜、１０４０…代表値算出部、１０４１…個数導出部、１０４２…物体判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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