(57)【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第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手段と、
この信号抽出手段の計測結果を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値と前記注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値とを算出する代表値算出手段と、
前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と２つの前記代表値の双方とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手段と、
前記代表値算出手段が算出した２つの代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手段とを備え、
前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、
前記周期補正手段は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとすることを特徴とする物体検出センサ。
【請求項２】
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第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手段と、
この信号抽出手段の計測結果を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、
前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と、前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手段が算出した代表値とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手段と、
前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手段が算出した代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手段とを備え、
前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、
前記周期補正手段は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとすることを特徴とする物体検出センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の物体検出センサにおいて、
前記物体判定手段は、前記代表値Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする物体検出センサ。
【請求項４】
請求項１または２記載の物体検出センサにおいて、
前記物体判定手段は、前記レーザ光の放射方向に物体が静止している場合を初期状態とし、前記代表値Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に存在する物体が動いていないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に存在する物体が動いたと判定することを特徴とする物体検出センサ。
【請求項５】
請求項３または４記載の物体検出センサにおいて、
さらに、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝ａＴ１、Ｔｈ２＝ｂＴ１（０．５≦ａ＜１、１＜ｂ≦１．５）と設定するしきい値設定手段を備えることを特徴とする物体検出センサ。
【請求項６】
請求項３または４記載の物体検出センサにおいて、
さらに、前記周期補正手段によって補正された干渉波形の周期のうち最小値をＴｍｉｎ、最大値をＴｍａｘとしたとき、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝Ｔ１−Ｔｍｉｎ、Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ｔｍａｘと設定するしきい値設定手段を備えることを特徴とする物体検出センサ。
【請求項７】
請求項３または４記載の物体検出センサにおいて、
さらに、前記周期補正手段によって補正された干渉波形の周期の分散値をσ2としたとき、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝Ｔ１−Ａσ2、Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ａσ2（Ａは正の実数）と設定するしきい値設定手段を備えることを特徴とする物体検出センサ。
【請求項８】
請求項３記載の物体検出センサにおいて、
前記物体判定手段は、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を基準面として、この基準面と前記半導体レーザとの間に物体が存在するかどうかを検出するとき、Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在しないと判定し、Ｔ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする物体検出センサ。
【請求項９】
請求項３記載の物体検出センサにおいて、
前記物体判定手段は、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つの面を基準面として、この基準面の前方に物体が存在するかどうかを検出するとき、Ｔｈ１≦Ｔ２が成立する場合、前記基準面の前方に物体が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２が成立する場合、前記基準面の前方に物体が存在すると判定することを特徴とする物体検出センサ。
【請求項１０】
発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手順と、
この信号抽出手順の計測結果を記憶手段に記憶させる記憶手順と、
前記記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値と前記注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値とを算出する代表値算出手順と、
前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と２つの前記代表値の双方とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手順と、
前記代表値算出手順で算出した２つの代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手順とを備え、
前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、
前記周期補正手順は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとすることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１１】
発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手順と、
この信号抽出手順の計測結果を記憶手段に記憶させる記憶手順と、
前記記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手順と、
前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と、前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手順で算出した代表値とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手順と、
前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手順で算出した代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手順とを備え、
前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、
前記周期補正手順は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとすることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の物体検出方法において、
前記物体判定手順は、前記代表値Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする物体検出方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１記載の物体検出方法において、
前記物体判定手順は、前記レーザ光の放射方向に物体が静止している場合を初期状態とし、前記代表値Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に存在する物体が動いていないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に存在する物体が動いたと判定することを特徴とする物体検出方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の物体検出方法において、
さらに、前記物体判定手順の前に、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝ａＴ１、Ｔｈ２＝ｂＴ１（０．５≦ａ＜１、１＜ｂ≦１．５）と設定するしきい値設定手順を備えることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１５】
請求項１２または１３記載の物体検出方法において、
さらに、前記物体判定手順の前に、前記周期補正手順で補正した干渉波形の周期のうち最小値をＴｍｉｎ、最大値をＴｍａｘとしたとき、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝Ｔ１−Ｔｍｉｎ、Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ｔｍａｘと設定するしきい値設定手順を備えることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１６】
請求項１２または１３記載の物体検出方法において、
さらに、前記物体判定手順の前に、前記周期補正手順で補正した干渉波形の周期の分散値をσ2としたとき、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝Ｔ１−Ａσ2、Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ａσ2（Ａは正の実数）と設定するしきい値設定手順を備えることを特徴とする物体検出方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の物体検出方法において、
前記物体判定手順は、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を基準面として、この基準面と前記半導体レーザとの間に物体が存在するかどうかを検出するとき、Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在しないと判定し、Ｔ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする物体検出方法。
【請求項１８】
請求項１２記載の物体検出方法において、
前記物体判定手順は、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つの面を基準面として、この基準面の前方に物体が存在するかどうかを検出するとき、Ｔｈ１≦Ｔ２が成立する場合、前記基準面の前方に物体が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２が成立する場合、前記基準面の前方に物体が存在すると判定す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、半導体レーザから放射したレーザ光とその戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報から、レーザ光の放射方向の物体の有無や物体の運動の変化を検出する物体検出センサ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、レーザ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）を利用した自己結合型のレーザ計測器では、物体の検出に時間がかかるという問題点があった。そこで、発明者は、物体の高速検出が可能な物体検出センサを提案した（特許文献１参照）。図１８は特許文献１に開示された物体検出センサの構成を示すブロック図である。
【０００３】
図１８の物体検出センサは、レーザ光を放射する半導体レーザ２０１と、半導体レーザ２０１の光出力を電気信号に変換する受光器であるフォトダイオード２０２と、半導体レーザ２０１からの光を集光して放射すると共に、物体２１２からの戻り光を集光して半導体レーザ２０１に入射させるレンズ２０３と、半導体レーザ２０１を駆動するレーザドライバ２０４と、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅器２０５と、電流−電圧変換増幅器２０５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ回路２０６と、フィルタ回路２０６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス（以下、ＭＨＰ）の数を数える計数装置２０７と、ＭＨＰの数に基づいて物体２１２との距離及び物体２１２の速度を算出する演算装置２０８と、演算装置２０８の算出結果を表示する表示装置２０９と、半導体レーザ２０１の放射方向に物体２１２が存在するかどうかを検出する物体検出装置２１１とを有する。
【０００４】
物体検出装置２１１は、ＭＨＰの周期を検出し、静止している反射壁面２１０によるＭＨＰの周期と異なる周期のＭＨＰが所定の条件を満たすときに、レーザ光の放射方向に物体２１２が存在すると判定する。より具体的には、物体検出装置２１１は、ＭＨＰの数を数える計数期間中のＭＨＰの周期をＭＨＰが入力される度に測定し、この周期の測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成し、度数分布からＭＨＰの周期の分布の代表値Ｔ０を算出し、レーザ光の１周期前の計数期間において算出された代表値Ｔ０に対して、現在の計数期間中の検出期間において周期がこの代表値Ｔ０の所定数倍よりも長いＭＨＰの個数Ｎを求め、検出期間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が所定の閾値以上のときに、レーザ光の放射方向に物体２１２が存在すると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０９２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された物体検出センサによれば、自己結合型のレーザ計測器よりも高速に物体を検出することができる。しかしながら、特許文献１に開示された物体検出センサでは、ＭＨＰの周期に誤差があるため、物体検出の精度が低いという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、物体検出の精度を向上させることができる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】
【０００８】
本発明の物体検出センサは、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第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手段と、この信号抽出手段の計測結果を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値と前記注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値とを算出する代表値算出手段と、前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と２つの前記代表値の双方とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手段と、前記代表値算出手段が算出した２つの代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手段とを備え、前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、前記周期補正手段は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとすることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の物体検出センサは、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第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手段と、この信号抽出手段の計測結果を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と、前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手段が算出した代表値とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手段と、前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手段が算出した代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手段とを備え、前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、前記周期補正手段は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとすることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の物体検出センサの１構成例において、前記物体判定手段は、前記代表値Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の物体検出センサの１構成例において、前記物体判定手段は、前記レーザ光の放射方向に物体が静止している場合を初期状態とし、前記代表値Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に存在する物体が動いていないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に存在する物体が動いたと判定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の物体検出センサの１構成例は、さらに、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝ａＴ１、Ｔｈ２＝ｂＴ１（０．５≦ａ＜１、１＜ｂ≦１．５）と設定するしきい値設定手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物体検出センサの１構成例は、さらに、前記周期補正手段によって補正された干渉波形の周期のうち最小値をＴｍｉｎ、最大値をＴｍａｘとしたとき、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝Ｔ１−Ｔｍｉｎ、Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ｔｍａｘと設定するしきい値設定手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物体検出センサの１構成例は、さらに、前記周期補正手段によって補正された干渉波形の周期の分散値をσ2としたとき、前記しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を、Ｔｈ１＝Ｔ１−Ａσ2、Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ａσ2（Ａは正の実数）と設定するしきい値設定手段を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の物体検出センサの１構成例において、前記物体判定手段は、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を基準面として、この基準面と前記半導体レーザとの間に物体が存在するかどうかを検出するとき、Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在しないと判定し、Ｔ２＞Ｔｈ２が成立する場合、前記レーザ光の放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の物体検出センサの１構成例において、前記物体判定手段は、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つの面を基準面として、この基準面の前方に物体が存在するかどうかを検出するとき、Ｔｈ１≦Ｔ２が成立する場合、前記基準面の前方に物体が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２が成立する場合、前記基準面の前方に物体が存在すると判定することを特徴とするものである。
【００１３】
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第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手順と、この信号抽出手順の計測結果を記憶手段に記憶させる記憶手順と、前記記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値と前記注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値とを算出する代表値算出手順と、前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と２つの前記代表値の双方とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手順と、前記代表値算出手順で算出した２つの代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手順とを備え、前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、前記周期補正手順は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとす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第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し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そ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周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手順と、この信号抽出手順の計測結果を記憶手段に記憶させる記憶手順と、前記記憶手段に記憶された１つの干渉波形の周期を注目周期としたとき、この注目周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された複数の干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手順と、前記注目周期を補正対象の干渉波形の周期とし、この補正対象の干渉波形の周期と、前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手順で算出した代表値とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する周期補正手順と、前記代表値の予め規定された初期値および前記代表値算出手順で算出した代表値のうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２としたとき、代表値Ｔ１に基づくしきい値と代表値Ｔ２とを比較することにより、前記レーザ光の放射方向に出現した物体の存在を検出するか、あるいは初期状態から前記レーザ光の放射方向に存在する物体の運動の変化を検出する物体判定手順とを備え、前記干渉波形の周期の分布の代表値は、移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは前記干渉波形の周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値のいずれかであり、前記周期補正手順は、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの所定数ｋ倍未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を１つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Ｔｘの（ｍ−０．５）倍以上で且つ前記Ｔｘの（ｍ＋０．５）倍未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、前記補正対象の干渉波形の周期をｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとす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、干渉波形の周期の誤差を補正するので、物体検出の精度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明では、半導体レーザとの距離の初期値から一方の干渉波形の周期の分布の代表値を予め規定しておくことにより、代表値を２つ算出する必要がなくなり、代表値を１つ算出すればよいので、従来の物体検出センサよりも短時間で物体検出または物体の運動変化の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る物体検出センサ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】モードホップパルスについて説明するための図である。
【図５】半導体レーザの発振波長とフォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における信号抽出部の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における物体検出部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における周期補正部の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における信号抽出部の計測結果の補正原理を説明するための図である。
【図１０】モードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図１１】物体が等速運動している場合の物体との距離の変化を示す図である。
【図１２】物体が等速運動している場合のモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図１３】物体の速度が変化している場合の物体との距離の変化および物体の速度の変化を示す図である。
【図１４】物体の速度が変化している場合のモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【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４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例を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る物体検出センサの構成を示すブロック図である。
【図１８】従来の物体検出センサの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【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物体検出センサの構成を示すブロック図である。図１の物体検出センサは、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１０又は物体１１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自己結合信号であるＭＨＰの周期を計測する信号抽出部７と、レーザ光の放射方向に出現した物体１１の存在を検出するか、あるいは初期状態からレーザ光の放射方向に存在する物体１１の運動の変化を検出する物体検出部８と、物体検出部８の検出結果を表示する表示部９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、Ｔｃａｒは三角波の周期である。本実施の形態では、半導体レーザ１の発振波長の変化速度が一定であることが必要である。
【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、レーザ光の放射方向に物体１１が存在しない場合は反射壁面１０に入射し、物体１１が存在する場合は物体１１に入射する。反射壁面１０又は物体１１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−電圧変換増幅器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】
次に、信号抽出部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの周期をＭＨＰが発生する度に計測する。ここで、自己結合信号であるＭＨＰについて説明する。図４に示すように、ミラー層１０１３から物体１１までの距離をＬ、レーザの発振波長をλとすると、以下の共振条件を満足するとき、物体１１からの戻り光と半導体レーザ１の光共振器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、物体１１からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ１の共振器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。なお、図４において、１０１９はミラーとなる誘電体多層膜である。
【００２４】
図５は、半導体レーザ１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２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、戻り光と光共振器内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と光共振器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、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザ１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フォトダイオード２で検出すると、図５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。この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つがＭＨＰである。前記のとおり、ある一定時間において半導体レーザ１の発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変化する。
【００２５】
図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は信号抽出部７の動作を説明するための図であり、図６（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図６（Ｂ）はＭＨＰを２値化した波形を示す図、図６（Ｃ）は信号抽出部７に入力されるサンプリングクロックを示す図、図６（Ｄ）は図６（Ｂ）に対応する信号抽出部７の測定結果を示す図である。
【００２６】
まず、信号抽出部７は、図６（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する。そして、信号抽出部７は、２値化したＭＨＰの立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）を立ち上がりエッジが発生する度に測定する。このとき、信号抽出部７は、図６（Ｃ）に示すサンプリングクロックの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。図６（Ｄ）の例では、信号抽出部７は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図６（Ｃ）、図６（Ｄ）から明らかなように、周期Ｔα，Ｔβ，Ｔγの大きさは、それぞれ５［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］、４［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］、２［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］である。サンプリングクロックの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
【００２７】
次に、物体検出部８は、信号抽出部７の計測結果に基づいてレーザ光の放射方向に物体１１が存在するかどうかを検出する。図７は物体検出部８の構成を示すブロック図である。物体検出部８は、記憶部８０と、代表値算出部８１と、周期補正部８２と、物体判定部８３と、しきい値設定部８４とから構成される。なお、本実施の形態では、ＭＨＰの周期の分布の代表値として移動平均値を用いる場合について説明するが、これに限るものではない。移動平均値以外の代表値を用いる場合については後述する。
【００２８】
記憶部８０は、信号抽出部７の計測結果を記憶する。代表値算出部８１は、記憶部８０に記憶された、現時刻より前の時刻に計測されたＭＨＰの周期を注目周期としたとき、この注目周期の直前に計測された所定数のＭＨＰの周期の移動平均値ＴＡと注目周期の直後に計測された所定数のＭＨＰの周期の移動平均値ＴＢとを算出する。代表値算出部８１は、信号抽出部７から新たな計測結果が出力され記憶部８０に格納される度に、移動平均値算出済みの現在の注目周期よりも１回新しい計測結果を新たな注目周期として、移動平均値ＴＡ，ＴＢの算出処理を行う。代表値算出部８１の算出結果は、記憶部８０に格納される。
【００２９】
周期補正部８２は、前記注目周期を補正対象のＭＨＰの周期とし、代表値算出部８１が算出した移動平均値ＴＡ，ＴＢと補正対象のＭＨＰの周期とを比較することにより、補正対象のＭＨＰの周期を補正する。周期補正部８２は、この補正を信号抽出部７から新たな計測結果が出力され記憶部８０に格納される度に行う。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は周期補正部８２の動作を説明するための図である。
【００３０】
周期補正部８２は、代表値算出部８１が算出した２つの移動平均値ＴＡ，ＴＢのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２とし、Ｔｘ＝Ｔ１＋α・（Ｔ２−Ｔ１）としたとき（０≦α≦１）、図８（Ａ）に示すように補正対象のＭＨＰの周期Ｔがｋ・Ｔｘ未満の場合は（ｋは１未満の正の値）、図８（Ｂ）に示すように補正対象のＭＨＰの周期Ｔと次に計測されたＭＨＰの周期Ｔｎｅｘｔとを合わせた周期を補正後のＭＨＰの周期Ｔ’とし、周期を合わせた波形を１つの波形とする。
【００３１】
また、周期補正部８２は、補正対象のＭＨＰの周期Ｔが（ｍ−０．５）・Ｔｘ以上で（ｍ＋０．５）・Ｔｘ未満の場合は（ｍは２以上の自然数）、補正対象のＭＨＰの周期Ｔをｍ等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がｍ個あるものとする。図８（Ｃ）の例は、ｍ＝２で補正対象のＭＨＰの周期Ｔが１．５Ｔｘ以上２．５Ｔｘ未満の場合であり、この場合、図８（Ｄ）に示すように補正対象のＭＨＰの周期ＴがＴｄｉｖ１，Ｔｄｉｖ２に２等分される。
【００３２】
周期補正部８２は、記憶部８０に記憶されている信号抽出部７の計測結果を、補正結果に従って更新する。したがって、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示した例の場合には、信号抽出部７の２つの計測結果が１つに合成されることになり、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）に示した例の場合には、信号抽出部７の１つの計測結果が２つに分割されることになる。また、補正対象のＭＨＰの周期よりも前に計測されたＭＨＰの周期は、周期補正部８２によって既に補正されていることになる。つまり、代表値算出部８１が算出する移動平均値ＴＡは、補正済みの計測結果から算出されることになる。周期補正部８２は、以上のような補正処理を信号抽出部７から新たな計測結果が出力され記憶部８０に格納される度に行う。
【００３３】
図９は信号抽出部７の計測結果の補正原理を説明するための図であり、フィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図である。ただし、説明を簡単にするため、ここでの原理は物体１１が静止している場合もしくは物体１１の振動の中心が変化しない場合を説明しており、補正対象のＭＨＰの周期の比較対象として移動平均値Ｔ１，Ｔ２の代わりに、基準周期Ｔ０を用いている。基準周期Ｔ０は、物体１１が静止していたときのＭＨＰの周期、算出された距離におけるＭＨＰの周期、もしくは周期補正部８２による周期補正の直前に計測された一定数のＭＨＰの周期の移動平均値のいずれかである。物体１１が動く場合の周期補正の原理については後述する。
【００３４】
ＭＨＰの周期は物体１１との距離によって異なるが、物体１１との距離が不変であれば、ＭＨＰは同じ周期で出現する。しかし、ノイズのために、ＭＨＰの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、ＭＨＰの周期に誤差が生じる。
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期Ｔｗは、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が基準周期Ｔ０のおよそ２倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Ｔｗを２等分することで、信号の欠落を補正することができる。
【００３５】
また、ノイズをカウントした箇所でのＭＨＰの周期Ｔｓは、本来の周期のおよそ０．５倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が基準周期Ｔ０のおよそ０．５倍未満の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ｔｓと次に計測される周期Ｔｎｅｘｔとを加算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。
【００３６】
以上が、ＭＨＰの周期補正の基本原理である。信号に欠落が生じたと見なす周期Ｔｗを決めるためのしきい値を基準周期Ｔ０の２倍の値とせずに、１．５倍（本実施の形態で実際に用いるのは（ｍ−０．５）倍であり、ｍ＝２の場合に１．５倍となる）とする理由は、特開２００９−４７６７６号公報に開示されている。特開２００９−４７６７６号公報に記載された原理はＭＨＰの計測結果を補正する原理であるが、ＭＨＰの周期Ｔと計数結果Ｎとは、三角波の半周期あたりのサンプリングクロック数をＭとすると、Ｔ＝Ｍ／Ｎの関係にあり、Ｍは一定値であるから、信号に欠落が生じたと見なす周期Ｔｗを決めるためのしきい値は、計数結果Ｎを補正する場合と同様に、基準周期Ｔ０の１．５倍とすればよいことが分かる。
【００３７】
次に、物体１１が動く場合の周期補正の原理について説明する。ＭＨＰの周波数は、物体１１との距離に比例した周波数（このときの周期が基準周期Ｔ０）と物体１１の速度に比例する周波数との和で表すことができる。物体１１がある状態でＭＨＰの周期がＴの場合、個々のＭＨＰの周期の確率分布はノイズなどによってばらつきが生じ、Ｔを中心とした概ね正規分布になる。よって、物体１１が静止している場合、個々のＭＨＰの周期の確率分布も基準周期Ｔ０を中心とした正規分布になり、静止している期間のＭＨＰの周期の度数分布は、図１０に示したように基準周期Ｔ０を中心とした正規分布になる。
【００３８】
ここで、図１１に示すように物体１１が等速運動している場合を考える。自己結合型のレーザセンサでは、物体１１の速度の変化によるＭＨＰの周波数の変化割合と比較すると、物体１１との距離の変化によるＭＨＰの周期の変化は非常に小さい。このため、個々のＭＨＰの周期の確率分布は、図１１のＡ点でもＢ点でも、物体１１との平均距離に相当するＴ０から速度の大きさの分だけ周期が変化した値Ｔを中心とした正規分布になるため、Ａ点からＢ点の期間のＭＨＰの周期の度数分布も、Ｔを中心とした正規分布になる（図１２）。
【００３９】
次に、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように物体１１の速度が変化している場合を考える。ここでは、簡略化するために、折れ線運動を考える。すなわち、物体１１との距離Ｌを期間Ａにおける距離ＬＡと期間Ｂにおける距離ＬＢに簡略化し、同様に物体１１の速度Ｖを期間Ａにおける速度ＶＡと期間Ｂにおける速度ＶＢに簡略化する。このように物体１１の運動を簡略化すると、ＭＨＰの周期の度数分布は図１４のようになる。図１４においてＴＡは期間Ａにおける物体１１の平均速度に対応するＭＨＰの周期、ＴＢは期間Ｂにおける物体１１の平均速度に対応するＭＨＰの周期である。
【００４０】
物体１１の速度変化がなだらかに変化しているとしたら、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）の時刻ｔでの物体１１の速度は速度ＶＡとＶＢとの間にあるので、ＭＨＰの周期も周期ＴＡとＴＢとの間にある。このときのＭＨＰの周期をＴＸとすると、信号に欠落が生じて２つのＭＨＰが１つになった場合のＭＨＰの周期の確率分布は、２ＴＸを中心とした正規分布になると考えられる。また、周期ＴＸのＭＨＰがノイズで２分割された場合のＭＨＰの２つの確率分布は、０．５ＴＸを軸にした対称の形になる。したがって、ＴＡからＴＢの間の値と考えられるＴＸの周期補正を考える場合、基準周期Ｔ０の代わりに、ＴＡとＴＢの移動平均値を基準として周期補正を行うことが妥当である。以上が、物体１１が動く場合のＭＨＰの周期補正の原理である。
【００４１】
次に、物体判定部８３は、代表値算出部８１が算出した２つの移動平均値ＴＡ，ＴＢのうち小さい方をＴ１、大きい方をＴ２とし、Ｔ１に基づくしきい値をＴｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）としたとき、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、レーザ光の放射方向に物体１１が存在しないと判定する。また、物体判定部８３は、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、初期状態では存在しなかった物体１１がレーザ光の放射方向に存在すると判定する。ただし、この判定は静止した反射壁面１０と半導体レーザ１との間に物体１１が存在しない場合を初期状態とし、反射壁面１０と半導体レーザ１との間の空間に物体１１が侵入する場合を想定している。
【００４２】
しきい値設定部８４は、物体判定部８３による判定処理の前に、しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を次式のように設定する。
Ｔｈ１＝ａＴ１                                                  ・・・（２）
Ｔｈ２＝ｂＴ１                                                  ・・・（３）
係数ａ，ｂは所定の定数で、０．５≦ａ＜１、１＜ｂ≦１．５を満たす。しきい値設定部８４は、このようなしきい値設定処理を代表値算出部８１によって移動平均値が算出される度に行う。
【００４３】
レーザ光の放射方向に物体１１が静止している場合を初期状態とするときには、物体判定部８３の判定は以下のようになる。すなわち、物体判定部８３は、Ｔｈ１≦Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、初期状態からレーザ光の放射方向に存在する物体１１が動いていないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２またはＴ２＞Ｔｈ２が成立する場合、物体１１が動いたと判定する。
物体判定部８３は、以上のような判定処理を信号抽出部７から計測結果が出力される度に行う。表示部９は、物体判定部８３の判定結果を表示する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では、特許文献１に開示された物体検出センサのようにＭＨＰの周期の度数分布を作成する必要がないので、特許文献１に開示された物体検出センサのメモリよりも記憶容量の少ないメモリで物体検出または物体の運動変化の検出を実現することができる。また、２つの移動平均値ＴＡ，ＴＢは、ＭＨＰの周期の度数分布を作成するのに要する時間よりも短時間で算出することができる。したがって、本実施の形態では、特許文献１に開示された物体検出センサよりも短時間で物体検出または物体の運動変化の検出を行うことができる。また、本実施の形態では、ＭＨＰの周期の誤差を補正するので、物体検出の精度を向上させることができる。
【００４５】
なお、反射壁面１０を物体検出の基準面として、反射壁面１０と半導体レーザ１との間に物体１１が存在するかどうかを検出する場合には、しきい値Ｔｈ２のみを用いて判定を行えばよい。すなわち、物体判定部８３は、Ｔ２≦Ｔｈ２が成立する場合、レーザ光の放射方向に物体１１が存在しないと判定し、Ｔ２＞Ｔｈ２が成立する場合、レーザ光の放射方向に物体１１が存在すると判定する。
【００４６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、物体検出のためのしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２の別の設定方法を説明するものである。本実施の形態においても、物体検出センサの構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００４７】
本実施の形態のしきい値設定部８４は、周期補正部８２によって補正された信号抽出部７の計測結果のうち最小値をＴｍｉｎ、補正された計測結果のうち最大値をＴｍａｘとしたとき、しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を次式のように設定する。
Ｔｈ１＝Ｔ１−Ｔｍｉｎ                                          ・・・（４）
Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ｔｍａｘ                                          ・・・（５）
しきい値設定部８４は、以上のようなしきい値設定処理を周期補正部８２によって信号抽出部７の計測結果が補正される度に行う。
【００４８】
あるいは、しきい値設定部８４は、周期補正部８２によって補正された信号抽出部７の計測結果の分散値をσ2としたとき、しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を次式のように設定してもよい。
Ｔｈ１＝Ｔ１−Ａσ2                                             ・・・（６）
Ｔｈ２＝Ｔ１＋Ａσ2                                             ・・・（７）
式（６）、式（７）において、Ａは予め定められた正の実数であり、例えば３である。
【００４９】
物体判定部８３は、しきい値設定部８４によって設定されたしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を用いて第１の実施の形態で説明したような判定処理を行う。
物体検出センサの他の構成は、第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、物体検出のためのしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２を自動的に適切な値に設定することができる。
【００５０】
［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、反射壁面１０を物体検出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物体検出の基準面としてもよい。図１５は本発明の第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り、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態と第１の実施の形態との大きな違いは、反射壁面がないことと、物体検出部８の物体検出処理が違うことである。
【００５１】
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。
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図１５に示した構成によれば、レーザ光の放射方向に物体１１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。
【００５５】
物体検出部８の物体判定部８３は、本実施の形態のように透明カバー１３１の一方の面を物体検出の基準面とする場合、しきい値Ｔｈ１のみを用いて判定を行えばよい。すなわち、物体判定部８３は、Ｔｈ１≦Ｔ２が成立する場合、レーザ光の放射方向に物体１１が存在しないと判定し、Ｔｈ１＞Ｔ２が成立する場合、レーザ光の放射方向に物体１１が存在すると判定する。
物体検出センサの他の構成は、第１、第２の実施の形態で説明したとおりである。
【００５６】
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出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、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。第１〜第３の実施の形態では、半導体レーザ１を三角波状に発振させていたが、これに限るものではなく、図１６に示すように半導体レーザ１を鋸波状に発振させてもよい。すなわち、本実施の形態では、第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２のいずれか一方が繰り返し存在するように半導体レーザ１を動作させればよい。本実施の形態のように半導体レーザ１を鋸波状に発振させる場合においても、半導体レーザ１の発振波長の変化速度が一定であることが必要である。第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２における動作は、三角波発振の場合と同様である。
【００５８】
なお、第１〜第４の実施の形態では、ＭＨＰの周期の分布の代表値として移動平均値を用いたが、これに限るものではなく、移動平均値の代わりに、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいはＭＨＰの周期の度数分布から得られる、階級値と度数との積が最大となる階級値（以下、最大占有値と呼ぶ）のいずれかの代表値を用いてもよい。
【００５９】
すなわち、第１〜第４の実施の形態において、代表値算出部８１は、記憶部８０に記憶された、現時刻より前の時刻に計測されたＭＨＰの周期を注目周期としたとき、この注目周期の直前に計測された所定数のＭＨＰの周期の平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは最大占有値と、注目周期の直後に計測された所定数のＭＨＰの周期の平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは最大占有値とを算出すればよい。物体検出部８の他の構成は、移動平均値の代わりに、代表値算出部８１が算出した代表値を用いて第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行すればよい。なお、代表値算出部８１が算出する２つの代表値は同じ種類の代表値にする必要がある。
【００６０】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。第１〜第４の実施の形態では、代表値算出部８１が２つの代表値を算出しているが、一方の代表値として固定値を用いてもよい。本実施の形態においても、物体検出センサの構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００６１】
本実施の形態では、例えば反射壁面１０を物体検出の基準面として、反射壁面１０と半導体レーザ１との距離を距離の初期値とする。図５で説明したとおり、ＭＨＰの数は測定距離に比例するので、距離の初期値を定めると、この距離の初期値に対応するＭＨＰの数を求めることができる。そして、時間当たりのＭＨＰの数から、ＭＨＰの周期を求めることができる。このＭＨＰの周期を代表値の初期値とすればよい。
【００６２】
本実施の形態の代表値算出部８１は、記憶部８０に記憶された、現時刻より前の時刻に計測されたＭＨＰの周期を注目周期としたとき、この注目周期の直後に計測された所定数のＭＨＰの周期の移動平均値、平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値、あるいは最大占有値を算出すればよい。そして、物体検出部８の他の構成は、距離の初期値から予め規定された代表値の初期値と代表値算出部８１が算出した代表値とを用いて第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行すればよい。
こうして、本実施の形態においても、第１〜第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。第１〜第５の実施の形態では、ＭＨＰ波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とを用いたが、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１７は本発明の第６の実施の形態に係る物体検出センサ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。本実施の形態の物体検出センサは、第１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、検出手段として電圧検出部１２を用いるものである。
【００６４】
電圧検出部１２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１１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。
【００６５】
フィルタ部６は、電圧検出部１２の出力電圧から搬送波を除去する。物体検出センサのその他の構成は、第１〜第５の実施の形態と同じである。
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の実施の形態と比較して物体検出センサの部品を削減することができ、物体検出センサのコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。
【００６６】
なお、第１〜第６の実施の形態において少なくとも信号抽出部７と物体検出部８とは、例えばＣＰＵ、メモリ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、メモリに格納されたプログラムに従って第１〜第６の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、半導体レーザから放射したレーザ光とその戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報から、レーザ光の放射方向の物体の有無や物体の運動の変化を検出する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
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…信号抽出部、８…物体検出部、９…表示部、１０…反射壁面、１１…物体、１２…電圧検出部、８０…記憶部、８１…代表値算出部、８２…周期補正部、８３…物体判定部、８４…しきい値設定部、１３０…密閉ケース、１３１…透明カバー、１３２…反射防止膜。
【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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