(57)【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を用いた物体検出方法であって、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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動方向を検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項２】
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を用いた物体検出方法であって、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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動速度を検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項３】
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を用いた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光量の変動から、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４】
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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動方向を検出する請求項３に記載された物体検出方法。
【請求項５】
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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動速度を検出する請求項３乃至４に記載された物体検出方法。
【請求項６】
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３乃至５に記載された物体検出方法。
【請求項７】
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６に記載された物体検出方法。
【請求項８】
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７に記載された物体検出方法。
【請求項９】
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請求項１乃至８に記載の物体検出方法。
【請求項１０】
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を用いた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光量の変動に因り、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において、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し、該レンズ及び上記分離手段を一体成形したことを特徴とする物体検出方法。
【請求項１１】
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からの反射光を検出する検出手段とを有する物体検出素子であって、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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動方向、あるいは移動速度を検出することを特徴とする物体検出素子。
【請求項１２】
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１１に記載された物体検出素子。
【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を用いた物体検出方法であって、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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動方向を検出することであり、また、上記被照射物体の移動速度を検出することを特徴とするものである。
また、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光量の変動から、上記被照射物体を検出するものである。
さらに、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を用いた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光量の変動に因り、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において、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し、該レンズ及び上記分離手段を一体成形したことを特徴とする物体検出方法。
さらにまた、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からの反射光を検出する検出手段とを有する物体検出素子であって、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光量の変動に因り、上記被照射物体の移動方向、あるいは移動速度を検出することを特徴とする物体検出素子。
【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光量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１０ｍＷ、一次回折光からの反射光１０ｍＷ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２０ｍＷ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２０ｍＷから１０ｍＷ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、２０ｍＷから１０ｍＷ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
【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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