(57)【要約】【課題】  被識別物の種類を正確に検出できて高信頼性であり、しかも、構成が比較的簡易で小型化が容易な光学式物体識別装置を提供すること。【解決手段】  レーザダイオード１からの出射光をコリメータレンズ２で平行光に変換し、絞り３で所定径の光束５にして、被識別物８の表面に照射する。光束５の正反射光である反射光束７を、第１および第２レンズ９，１０で集光し、無偏光ビームスプリッタ４で第１反射光束１３と第２反射光束１４とに分割して、互いに直交方向の偏光成分を取り出す２つの直線偏光子１１ａ，１１ｂを各々通過させる。直線偏光子１１ａは、レーザダイオード１と偏光方向が略平行の偏光を通過させる一方、直線偏光子１１ｂは、レーザダイオード１と偏光方向が略直角の偏光を通過させる。各偏光を受光素子１５，１６で受光して、被識別物８による偏光の変化特性を測定することにより、被識別物８の表面の種類を識別する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
上記半導体発光素子から出射された光をコリメートすると共に、被識別物に向かって照射する照射部と、
上記照射部から照射されて上記被識別物で反射された光を集める集光部と、
上記集光部からの光を複数の分割光に分割する光分割部と、
上記複数の分割光について、互いに異なる偏光方向の光を各々選択する偏光選択部と、
上記偏光選択部で選択された複数の光を受ける受光素子と、
上記受光素子からの信号を処理する信号処理部と
を備えることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記偏光選択部で選択された複数の光の偏光方向は、互いに直交していることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記偏光選択部で選択された複数の光のうちの少なくとも１つは、上記半導体発光素子から出射された光に対して、偏光方向が略平行であることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記照射部の光軸と上記被識別物とのなす角と、上記集光部の光軸と上記被識別物とのなす角とが、略等しいことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記照射部と上記被識別物との間に配置されていると共に、上記照射部からの光を複数の光に分岐する光分岐部を備え、
上記光分岐部で分岐された複数の光のうちの少なくとも１つは、上記被識別物に略零度の入射角で入射することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分岐部で分岐された複数の光のうち、上記被識別物に略零度の入射角で入射する光以外の光を減衰させる直線偏光子を備えることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学式物体識別装置において、
上記直線偏光子によって偏光された光の偏光方向は、上記半導体発光素子からの出射光の偏光方向と略直交することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分岐部で分岐された複数の光のうち、上記被識別物に略零度の入射角で入射する光以外の光の上記直線偏光子への入射角は、その正反射光が上記受光素子に入射しない角度に設定されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項９】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記集光部は、複数のレンズで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１０】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記集光部は、１つのレンズで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の光学式物体識別装置において、
上記集光部の上記被識別物に最も近いレンズは、このレンズの焦点が上記被識別物上に位置するように形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分岐部は、キューブ型のビームスプリッタで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学式物体検出装置において、
上記キューブ型のビームスプリッタの１辺の長さは、下記の式（１）によって表される条件を満たすことを特徴とする光学式物体識別装置。
α≧（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（１）
ここで、αはビームスプリッタの１辺の長さであり、ａは照射部からの光が被識別物に照射されたときのスポットの直径であり、Ｌは集光部が有する被識別物に最も近いレンズの直径であり、ｆは上記レンズの焦点距離であり、ｄは、被識別物の上記光の照射面から、ビームスプリッタの上記被識別物に近い側の面までの光軸に沿った距離である。
【請求項１４】
請求項５に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分岐部は、ハーフミラーで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１５】
請求項５に記載の光学式物体識別装置において、
上記ハーフミラーの２辺の長さは、下記の式（２）および（３）によって表される条件を満たすことを特徴とする光学式物体識別装置。
α≧（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（２）
β≧√２（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（３）
ここで、αはハーフミラーの一方の辺の長さであり、βはハーフミラーの他方の辺の長さであり、ａは照射部からの光が被識別物に照射されたときのスポットの直径であり、Ｌは集光部が有する被識別物に最も近いレンズの直径であり、ｆは上記レンズの焦点距離であり、ｄは、被識別物の光の照射面から、ビームスプリッタの上記被識別物に近い側の面までの光軸に沿った距離である。
【請求項１６】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分割部は、ビームスプリッタで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１７】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分割部は、回折格子で形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光学式物体識別装置において、
上記回折格子で回折された光のうち、＋１次回折光と−１次回折光を上記偏光子で偏光することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分割部を形成する回折格子は、０次回折光の光量を略零にする格子溝深さを有することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分割部を形成する回折格子は、ブレーズド型であることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光学式物体識別装置において、
上記ブレーズド型の回折格子で回折された光のうち、０次回折光と１次回折光を上記偏光子で偏光することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２２】
上記ブレーズド型の回折格子で回折された０次回折光と１次回折光は、光量が互いに略等しいことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２３】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記偏光選択部は、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光子で形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２４】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記光分割部と偏光選択部は、偏光ビームスプリッタによって一体に形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２５】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記受光素子は、２つのフォトダイオードで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２６】
請求項１または５に記載の光学式物体識別装置において、
上記受光素子は、複数の受光領域を有する分割型フォトダイオードで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２７】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２８】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記半導体発光素子は、直線偏光素子が設けられたＬＥＤで形成されていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２９】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記被識別物に照射される光は、直線偏光であることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３０】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記被識別物に照射された光のスポットは、直径が１ｍｍ以上であることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３１】
請求項１に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、直列接続された複数の増幅器を有することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３２】
請求項２５に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記２つのフォトダイオードからの２つの信号の比を算出することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３３】
請求項２６に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記分割型フォトダイオードからの複数の信号の比を算出することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３４】
請求項２５に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記２つのフォトダイオードからの２つの信号の和と、上記２つの信号の差との比を算出することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３５】
請求項２６に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記分割型フォトダイオードからの複数の信号の和と、上記複数の信号の差との比を算出することを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３６】
請求項１に記載の光学式物体識別装置を備える自走式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式物体識別装置に関し、特に、被識別物の反射光の偏光特性を観測することにより、例えばじゅうたん、板間あるいは畳等の被識別物の種類を識別する光学式物体識別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の電気掃除機に塔載されている床面判別センサは、機械式、吸引圧力式、超音波式、光学式のセンサに大別できる。
【０００３】
機械式の床面判別センサとしては、(1)可動部を床面に押し当てる方式(特許文献１(特開平２−５２６１９号公報))、(2)多角柱あるいは歯車状のローラの回転状態により判別する方式(特許文献２(特開平２−５２６２３号公報)及び特許文献３(特開平３−１０６３２５号公報))、(3)床面から受ける押圧により変化する導電性ゴムの抵抗値により判別する方式(特許文献４(特開平５−５６８８８号公報)および特許文献５(特開平５−５６８８９))等のものがある。
【０００４】
また、特許文献６(特開平６−７８８６２号公報)には、吸引圧力式の床面判別センサが記載されている。この吸引圧力式の床面判別センサは、集塵フィルタ前部の圧力を検知して床面の種類を判別する。このセンサでは、床面が絨毯の場合は絨毯が吸込み口に吸着することにより真空度が上昇するのに対し、板間等は吸込み口に吸着しないため真空度が上昇しないことを利用して床面判別する。
【０００５】
また、特許文献７(特開平１−２３２２５５号公報)、特許文献８(特開平３−７７５１９号公報及び特許文献９(特開平３−２１２２４９号公報)には、超音波式の床面判別センサが記載されている。この超音波式の床面判別センサでは、床面に対向して取り付けられた送波部から発信された超音波パルスが、床面との間でエコーとして複数回反射を繰り返した後、受信部で受信する。この受信信号により床面の種類を判別する。
【０００６】
また、特許文献１０(特開平３−１２３５２２号公報)及び特許文献１１(特開平３−２２８７２４号公報)には、光学式の床面判別センサが記載されている。この光学式の床面判別センサは、床面に対して水平な光を受発光する第１の受発光素子と、床面に垂直な光を受発光する第２の受発光素子を有し、これら２組の受発光素子の出力から床面の種類を判別する。
【０００７】
ところで、一般的に、機械式の床面判別センサなどの接触部を有する構成、特に、その接触部が接触によって可動する可動部を有する構成の装置においては、その接触部(可動部)の磨耗や機械的信頼性の経年劣化など様々な問題点が多い。
【０００８】
したがって、非接触で目的の効果を得ることができる光学式の床面判別センサが装置の信頼性上優れている。なお、機械式における上述の(2),(3)の各方式の床面判別センサも、接触部と可動部を有しており、その変位による物理量を測定していることから、光学式の床面判別センサに比べて、信頼性上問題がある。
【０００９】
一方、吸引圧力式の床面判別センサでは、掃除する床面の種類だけでなく、集塵フィルタの目詰まり等の他の要素によっても真空度が変化するので、床面の種類を誤検知する恐れがある。
【００１０】
また、超音波式の床面判別センサでは、送受信素子とも何らかのホーンが必要となるので、一般の掃除機に取り付けた場合には大型化し、使い勝手が悪くなる。また、耐衝撃性、低コスト化についても考慮が必要である。
【００１１】
また、光学式の床面判別センサでは、床面に水平に出射した光を絨毯の毛が遮り、受光量が低下することを検知して、床面が絨毯であることを判別しているが、毛足の短い絨毯の場合には上記光を遮ることがないので、床面が絨毯であることを検知するのが困難である。
【００１２】
以上のように、床面判別センサとしては、種々の方式が提案されているが、一長一短があるのが現状であり、基本的に絨毯かそれ以外の床面かを区別するもので、日本の一般的な室内環境である畳との識別が可能な装置ではない。
【特許文献１】特開平２−５２６１９号公報
【特許文献２】特開平２−５２６２３号公報
【特許文献３】特開平３−１０６３２５号公報
【特許文献４】特開平５−５６８８８号公報
【特許文献５】特開平５−５６８８９号公報
【特許文献６】特開平６−７８８６２号公報
【特許文献７】特開平１−２３２２５５号公報
【特許文献８】特開平３−７７５１９号公報
【特許文献９】特開平３−２１２２４９号公報
【特許文献１０】特開平３−１２３５２２号公報
【特許文献１１】特開平３−２２８７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の課題は、被識別物の種類を正確に検出できて高信頼性であり、しかも、構成が比較的簡易で小型化が容易な光学式物体識別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の光学式物体識別装置は、
半導体発光素子と、
上記半導体発光素子から出射された光をコリメートすると共に、被識別物に向かって照射する照射部と、
上記照射部から照射されて上記被識別物で反射された光を集める集光部と、
上記集光部からの光を複数の分割光に分割する光分割部と、
上記複数の分割光について、互いに異なる偏光方向の光を各々選択する偏光選択部と、
上記偏光選択部で選択された複数の光を受ける受光素子と、
上記受光素子からの信号を処理する信号処理部と
を備えることを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、上記半導体発光素子から出射された光が、上記照射部でコリメートされると共に、被識別物に照射される。この被識別物で反射した光が上記集光部で集光され、この集光された光は上記光分割部で複数の分割光に分割される。この複数の分割光について、上記偏光選択部によって、互いに異なる偏光方向の光が選択され、この偏光選択部で選択された光が受光素子で受光され、この受光素子からの信号が上記信号処理部で処理される。上記被識別物の表面の状態に応じて、この表面で反射された反射光の偏光状態が変化するので、上記受光素子が受ける複数の偏光方向の光の強度に基づいて、上記被識別物の種類が識別される。
【００１６】
また、上記照射部は、上記半導体発光素子からの出射光をコリメートして、被識別物に向かって出射するので、例えば集光レンズや、この集光レンズの焦点を被識別物に合わせるための駆動系等が不要である。したがって、被識別物に光を照射する光学系および機構を比較的簡単にできて、コストダウンと小型化を図ることができる。
【００１７】
なお、上記照射部は、実質的にコリメート光として扱うことができる光を生成すればよく、完全なコリメート光を生成しなくてもよい。
【００１８】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記偏光選択部で選択された複数の光の偏光方向は、互いに直交している。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記複数の光の偏光方向が互いに直交するので、受光素子に入射する上記複数の光の強度の比を大きくでき、その結果、識別精度を向上することができる。
【００２０】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記偏光選択部で選択された複数の光のうちの少なくとも１つは、上記半導体発光素子から出射された光に対して、偏光方向が略平行である。
【００２１】
上記実施形態によれば、受光素子に入射する上記複数の光の強度の比を最大にできるので、効果的に識別精度を向上できる。
【００２２】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記照射部の光軸と上記被識別物とのなす角と、上記集光部の光軸と上記被識別物とのなす角とが、略等しい。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記照射部から照射された光の正反射成分を、上記集光部で集めることができるので、この集光部から光分割部および偏光選択部を経て受光素子で受ける光の量を、比較的多くできる。したがって、識別精度を向上することができる。
【００２４】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記照射部と上記被識別物との間に配置されていると共に、上記照射部からの光を複数の光に分岐する光分岐部を備え、
上記光分岐部で分岐された複数の光のうちの少なくとも１つは、上記被識別物に略零度の入射角で入射する。
【００２５】
上記実施形態によれば、上記被識別物の表面の位置が、上記照射部および集光部に対して、上記被検出部の表面の垂直方向に変動しても、上記集光部が集める光の量の変化が比較的少ない。したがって、被識別物の表面位置の変動に起因する識別精度の低下を防止することができる。
【００２６】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分岐部で分岐された複数の光のうち、上記被識別物に略零度の入射角で入射する光以外の光を減衰させる直線偏光子を備える。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記光分岐部により分岐された複数の光のうち、上記被識別物に略零度の入射角で入射する光以外の光であって、被識別物の識別に寄与しない光について、上記直線偏光子で所定の成分を吸収することで減衰させる。したがって、上記光が例えば筐体によって反射して、受光素子に入射して迷光となる等の不都合を防止して、識別精度を向上することができる。
【００２８】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記直線偏光子によって偏光された光の偏光方向は、上記半導体発光素子からの出射光の偏光方向と略直交する。
【００２９】
上記実施形態によれば、被識別物の識別に寄与しない光の強度を、最も効率的に減衰することができるので、受光素子に入射する迷光を効果的に低減して、識別精度を効果的に向上することができる。
【００３０】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分岐部で分岐された複数の光のうち、上記被識別物に略零度の入射角で入射する光以外の光の上記直線偏光子への入射角は、その正反射光が上記受光素子に入射しない角度に設定されている。
【００３１】
上記実施形態によれば、被識別物の識別に寄与しない光の反射光を、受光素子に入射しないようにできるので、被識別物の識別精度を向上できる。
【００３２】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記集光部は、複数のレンズで形成されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、上記集光部によって、上記被識別物で反射した光を効率良く集光することができる。
【００３４】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記集光部は、１つのレンズで形成されている。
【００３５】
上記実施形態によれば、上記集光部の光学系を小型かつ安価にできて、光学式物体識別装置のコストダウンを図ることができる。
【００３６】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記集光部の上記被識別物に最も近いレンズは、このレンズの焦点が上記被識別物上に位置するように形成されている。
【００３７】
上記実施形態によれば、上記集光部において、上記被識別物に最も近いレンズを通過した光がコリメート光になるので、この集光部は被識別物による反射光を効率良く集光することができる。
【００３８】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分岐部は、キューブ型のビームスプリッタで形成されている。
【００３９】
上記実施形態によれば、光分岐部での光量損失を抑えて測定効率を向上できると共に、１つのビームスプリッタで、被識別物に光を入射させると共に反射光を導くことができるので、光学系を簡単かつ安価にできる。
【００４０】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記キューブ型のビームスプリッタの１辺の長さは、下記の式（１）によって表される条件を満たす。
α≧（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（１）
ここで、αはビームスプリッタの１辺の長さであり、ａは照射部からの光が被識別物に照射されたときのスポットの直径であり、Ｌは集光部が有する被識別物に最も近いレンズの直径であり、ｆは上記レンズの焦点距離であり、ｄは、被識別物の上記光の照射面から、ビームスプリッタの上記被識別物に近い側の面までの光軸に沿った距離である。
【００４１】
上記実施形態によれば、上記ビームスプリッタの寸法を、光の損失が殆ど無い大きさにできるので、光量損失を抑制して識別効率の低下を防止できる。
【００４２】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分岐部は、ハーフミラーで形成されている。
【００４３】
上記実施形態によれば、上記照射部からの光の進行方向に対してハーフミラーを傾斜させることにより、上記受光素子への迷光の入射を効率良く防止することができる。
【００４４】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記ハーフミラーの２辺の長さは、下記の式（２）および（３）によって表される条件を満たす。
α≧（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（２）
β≧√２（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（３）
ここで、αはハーフミラーの一方の辺の長さであり、βはハーフミラーの他方の辺の長さであり、ａは照射部からの光が被識別物に照射されたときのスポットの直径であり、Ｌは集光部が有する被識別物に最も近いレンズの直径であり、ｆは上記レンズの焦点距離であり、ｄは、被識別物の光の照射面から、ビームスプリッタの上記被識別物に近い側の面までの光軸に沿った距離である。
【００４５】
上記実施形態によれば、上記ハーフミラーの寸法を、光の損失が殆ど無い大きさにできるので、光量損失を抑制して識別効率の低下を防止できる。
【００４６】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分割部は、ビームスプリッタで形成されている。
【００４７】
上記実施形態によれば、集光部で集光された反射光をビームスプリッタで分割するので、光量損失を抑制して識別効率の低下を防止できる。
【００４８】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分割部は、回折格子で形成されている。
【００４９】
上記実施形態によれば、上記光分割部を回折格子で形成するので、集光部で集光された反射光を、簡単かつ安価に分割することができる。
【００５０】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記回折格子で回折された光のうち、＋１次回折光と−１次回折光を上記偏光子で偏光する。
【００５１】
上記実施形態によれば、上記＋１次回折光と−１次回折光は光量が略等しいので、この＋１次回折光と−１次回折光を用いて識別処理を行うことにより、被識別物の識別精度を向上することができる。
【００５２】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分割部を形成する回折格子は、０次回折光の光量を略零にする格子溝深さを有する。
【００５３】
上記実施形態によれば、上記回折格子による０次回折光の光量を略零にすることによって、識別に寄与しない次数の光量を殆ど無くすることができるので、受光素子が受ける光量を増大できて、被識別物の識別精度を増大できる。
【００５４】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分割部を形成する回折格子は、ブレーズド型である。
【００５５】
上記実施形態によれば、ブレーズド型の回折格子を用いることにより、所定次数の回折光の回折効率を増大することができるため、識別精度を向上できる。
【００５６】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記ブレーズド型の回折格子で回折された光のうち、０次回折光と１次回折光を上記偏光子で偏光する。
【００５７】
上記実施形態によれば、上記０次回折光と１次回折光は、他の回折光よりも光量が大きいので、光の利用効率を高めて識別効率を高めることができる。
【００５８】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記ブレーズド型の回折格子で回折された０次回折光と１次回折光は、光量が互いに略等しい。
【００５９】
上記実施形態によれば、互いに略等しい０次回折光と１次回折光に基づいて、被識別物の識別を行うので、識別精度を向上することができる。
【００６０】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記偏光選択部は、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光子で形成されている。
【００６１】
上記実施形態によれば、被識別物での反射光に含まれる偏光成分を高精度に分析することができるので、上記被識別物の反射による偏光特性の変化を効果的に分析できて、上記被識別物の識別精度を向上することができる。
【００６２】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記光分割部と偏光選択部は、偏光ビームスプリッタによって一体に形成されている。
【００６３】
上記実施形態によれば、光分割部と偏光選択部を一つの偏光ビームスプリッタで形成できるので、部品点数を削減できて、コストダウンと小型化を図ることができる。
【００６４】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記受光素子は、２つのフォトダイオードで形成されている。
【００６５】
上記実施形態によれば、上記受光素子を２つのフォトダイオードで形成するので、識別精度を比較的高精度にできると共に、簡単で安価に光学系を構成できる。
【００６６】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記受光素子は、複数の受光領域を有する分割型フォトダイオードで形成されている。
【００６７】
上記実施形態によれば、１つの上記分割型フォトダイオードによって、複数の光を受光できるので、受光素子の配置スペースを削減して、小型の光学式物体識別装置が得られる。
【００６８】
なお、分割型フォトダイオードとは、１つのチップに複数の受光領域が形成されたフォトダイオードを言う。
【００６９】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記半導体発光素子は、レーザダイオードである。
【００７０】
上記実施形態によれば、上記レーザダイオードは、出射光の偏光方向が略単一であるので、例えば偏光子等を用いることなく、被識別物に照射する光を得ることができる。
【００７１】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記半導体発光素子は、直線偏光素子が設けられたＬＥＤで形成されている。
【００７２】
上記実施形態によれば、上記ＬＥＤと直線偏光素子を組み合わせることにより、偏光方向が略単一の光を比較的安価に得ることができる。
【００７３】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記被識別物に照射される光は、直線偏光である。
【００７４】
上記実施形態によれば、上記被識別物に直線偏光を照射するので、この被識別物の種類に応じた偏光の変化を精度良く検出できるので、上記被識別物を高精度に識別できる。
【００７５】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記被識別物に照射された光のスポットは、直径が１ｍｍ以上である。
【００７６】
上記実施形態によれば、上記被識別物の照射面での散乱の影響が比較的小さいので、識別精度の低下を防止することができる。
【００７７】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記信号処理部は、直列接続された複数の増幅器を有する。
【００７８】
上記実施形態によれば、被識別物の反射率が低くて受光素子が受ける光が弱くて、上記受光素子からの信号が微弱なときでも、この受光信号を所定のレベルまで増幅することができる。
【００７９】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記信号処理部は、上記２つのフォトダイオードからの２つの信号の比を算出する。
【００８０】
上記実施形態によれば、被識別物で反射した光の偏光特性を精度良く検出できるので、上記被識別物の識別精度を向上させることができる。
【００８１】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記信号処理部は、上記分割型フォトダイオードからの複数の信号の比を算出する。
【００８２】
上記実施形態によれば、被識別物で反射した光の偏光特性を精度良く検出できるので、上記被識別物の識別精度を向上させることができる。
【００８３】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記信号処理部は、上記２つのフォトダイオードからの２つの信号の和と、上記２つの信号の差との比を算出する。
【００８４】
上記実施形態によれば、上記２つの信号の差によって、被識別物の表面の状態に起因する偏光の変化特性が得られる一方、上記２つの信号の和によって、上記被識別物の表面での反射光量が得られる。被識別物の表面の反射率にばらつきが有る場合であっても、上記比を算出することにより、上記反射率のばらつきの影響を低減できるので、高精度な識別が可能になる。
【００８５】
一実施形態の光学式物体識別装置は、上記信号処理部は、上記分割型フォトダイオードからの複数の信号の和と、上記複数の信号の差との比を算出する。
【００８６】
上記実施形態によれば、上記２つの信号の差によって、被識別物の表面の状態に起因する偏光の変化特性が得られる一方、上記２つの信号の和によって、上記被識別物の表面での反射光量が得られる。被識別物の表面の反射率にばらつきが有る場合であっても、上記比を算出することにより、上記反射率のばらつきの影響を低減できるので、高精度な識別が可能になる。
【００８７】
本発明の自走式掃除機は、上記光学式物体識別装置を備える。
【００８８】
上記実施形態によれば、上記光学式物体識別装置を備えるので、自走しつつ床面の種類を高精度に検出して、この種類に応じて適切に掃除を行うことが可能な自走式掃除機が得られる。
【発明の効果】
【００８９】
以上のように、本発明の光学式物体識別装置は、半導体発光素子と、上記半導体発光素子から出射された光をコリメートすると共に、被識別物に向かって照射する照射部と、上記照射部から照射されて上記被識別物で反射された光を集める集光部と、上記集光部からの光を複数の分割光に分割する光分割部と、上記複数の分割光について、互いに異なる偏光方向の光を各々選択する偏光選択部と、上記偏光選択部で選択された複数の光を受ける受光素子と、上記受光素子からの信号を処理する信号処理部とを備えるので、被識別物での反射光の偏光状態の変化を測定することにより、上記被識別物の種類を比較的高精度に識別できる。また、コリメート光を被識別物に照射するので、光学系を簡単にできて、光学式物体識別装置のコストダウンと小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００９１】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。図１Ａでは光線の軌跡や光学部品の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。ここで、光源としては発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）という）や半導体レーザ（以下、ＬＤ（Laser Diode）という）等を用いることができるが、被識別物上で所定の値以上の光密度が得られれば、いずれでもよい。ただし、ＬＥＤを用いる場合は、出射した光束のうち、特定方向の偏光を被識別物に入射させるために、ＬＥＤの出射光を直線偏光子に通過させる必要がある。一方、ＬＤを用いる場合は、出射した光束は偏光しているので、直線偏光子は不要である。本実施形態ではＬＤを用いることとし、他の全ての実施形態においても同様である。
【００９２】
ＬＤ１より出射した光は、コリメータレンズ（以下、ＣＬという）２によりコリメート光束に変換され、円形開口の絞り３により所定の径を有する円形の光束５に変形される。上記ＣＬ２および絞り３によって、照射部を構成している。この照射部より照射された光束５は、被識別物８で反射（散乱）される。この反射光の一部が、反射光束７として、２つのレンズ９，１０で構成される集光部によって集光される。上記２つのレンズ９，１０は、図１Ａに示すように、光軸が一致して配置された第１レンズ９と第２レンズ１０で構成されている。第１レンズ９は、その焦点が、被識別物８上に照射された光束５のスポットと一致するように配置されていると共に、第２レンズ１０は、その焦点が、後述する受光素子１５、１６の受光部と一致するように配置される。このような光学系の配置により、被識別物８の表面で反射した反射光束７は、第１レンズ９によって略平行の光束に変換され、第２レンズ１０によって集光されて、受光素子１５、１６の受光面上に集光されて検出される。ここで、第１レンズ９および第２レンズ１０は、被識別物８からの正反射光を受光できるように、両レンズの光軸と被識別物８の表面の法線とがなす角（θ２）と、光源からの光束５の光軸と被識別物８の表面の法線とがなす角（θ１）とが等しくなるように配置している。このように、被識別物８に入射する光束５について、正反射光の光軸上に受光系を配置することにより、反射光束７を、その光強度が最も大きい状態で検出することができる。光強度が大きくなることでＳ／Ｎ（信号／ノイズ）比が向上し、被識別物を精度良く識別することが可能となる。
【００９３】
また、第２レンズ１０により集光された反射光束７は、光分割部としての無偏光ビームスプリッタ（以下、無偏光ＢＳという）４により、この無偏光ＢＳ４で反射される第１反射光束１３と、この無偏光ＢＳ４を通過する第２反射光束１４とに２分割される。これらの第１反射光束１３および第２反射光束１４は、無偏光ＢＳ４で分割されているため、同じ光強度を有している。その後、両光束は、偏光選択部としての直線偏光子１１ａおよび１１ｂを介して、互いに直交する方向の偏光成分のみがそれぞれ選択されて、第１受光素子１５および第２受光素子１６にて検出される。すなわち、上記直線偏光子１１ａおよび１１ｂは、通過させる光の偏光方向が互いに直交するように配置されている。さらに、上記直線偏光子１１ａ，１１ｂのいずれか一方は、ＬＤ１から出射する光の偏光方向と平行の光を透過するように配置されている。
【００９４】
ここで、上記第１および第２受光素子１５，１６は、光信号を電気信号に変換するものであれば、本発明の機能を満足することができるが、特にフォトダイオード（以下、ＰＤ（Photo Diode）という）を用いるのが、装置構成を小型化することができ、また、そのコストを低減することが可能である点で好ましい。さらに、ＰＤと後段の信号処理部１７を同一半導体基板上に形成するのが、上記ＰＤと信号処理部１７との間を結線するワイヤー等に混入するノイズを大幅に低減できる点で好ましい。
【００９５】
一般に、光が反射面で反射する際、その反射面の形状に応じて反射光の偏光状態が変化する。例えば、光学ミラーのように凹凸が入射光の波長より十分小さい反射面による反射では、反射光の偏光状態は保持される。一方、光源の波長に対して被識別物の表面の凹凸が大きいときは、その表面での反射光が多重散乱を起こすため、光源と異なる偏光成分が生じる。そこで、本実施形態では、ＬＤ１から直線偏光を出射し、この直線偏光が被識別物８の表面で反射した反射光束７について、ＬＤ１からの直線偏光と偏光方向が平行な光の強度と、ＬＤ１からの直線偏光と偏光方向が直角な光の強度とを測定する。これらの光強度に基づいて、被識別物による偏光の変化特性を検出することにより、被識別物の表面の凹凸状態を知ることができる。
【００９６】
上記ＬＤ１から出射される光束５の偏光方向は、図１Ａに示す光学系では紙面に垂直方向（Ｓ波）であることが好ましい。これは、仮に光束５の偏光方向が紙面に平行方向（Ｐ波）であるとすると、反射後の偏光方向が反射光束７の光軸と平行になってしまい、光は縦波としては存在できないため、反射率が低下してしまうからである。
【００９７】
被識別物８で反射し、上述のように被識別物８表面の情報を含んだ反射光束７は、無偏光ＢＳ４で２分割され、それぞれ直交する直線偏光子１１ａ，１１ｂを介して、ＬＤ１の出射光束５と同じ偏光方向の光成分が第１受光素子１５で検出され、ＬＤ１の出射光束５と偏光方向が垂直の光成分が第２受光素子１６で検出される。被識別物８の表面が平坦であるほど、反射による光の偏光状態は保持されるため、第１受光素子１５の出力が第２受光素子１６の出力に比べて大きくなる。
【００９８】
この特性を用いて被識別物８の種類を識別する信号処理法を述べる。被識別物８の反射率は、その材質や形状によって異なるので、反射光束７の光強度を幅広い範囲に亘って検出する必要がある。一般に、被識別物８の表面が黒色系で、表面の凹凸が非常に大きい場合、この表面に入射する光束５の散乱が非常に強く、反射光束７は微弱光となる。この微弱光を増幅する場合、一段の増幅器で増幅率を大きくして増幅を行うと、回路動作が不安定になるので好ましくない。したがって、信号処理部１７に、複数の増幅器が直列接続された増幅器群を有している。この増幅器群で適当なレベルに増幅された信号は、演算部に送られる。演算部では、第１受光素子１５および第２受光素子１６で検出され、それぞれ増幅器群で増幅された信号について、除算を行う。つまり、
［信号処理部の出力］＝［受光素子１５の出力］／［受光素子１６の出力］・・・（４）
の式で表される演算を行う。被識別物８の表面の凹凸が大きい場合、光束５の偏光は反射により解消されるため、式（４）の演算結果は「１」に近づく一方、被識別物８の表面の凹凸が小さい場合は、光束５の偏光は殆ど維持されるため、式（４）の演算結果は無限大に近似される値となる。したがって、検出すべき被識別物の演算結果のレベルに対応して、表面の状態を予め設定しておくことにより、上記演算結果に基づいて被識別物８の種類を識別することが可能となる。
【００９９】
また、信号処理部１７の演算部は、式（４）に代えて、以下のように、第１受光素子１５の出力と第２受光素子１６の出力について、その差と和の比を演算してもよい。
［信号処理部の出力］＝［両受光素子の出力差］／［両受光素子の出力和］・・・（５）
この場合、被識別物８の表面の凹凸が大きい場合は、光束５の偏光の解消により両受光素子１５，１６の出力がほぼ等しくなるため、式（５）の値は「０」に近づく。一方、被識別物８の表面の凹凸が小さい場合は、反射光７は光束５の偏光が保持されるので、第２受光素子１６の出力値は第１受光素子１５の出力値よりも大幅に小さくなって、式（５）の値は「１」に近づく。このように、式（４）に比べて式（５）は演算結果の出力信号のレベルが狭いため、信号処理部１７の構成を簡素化することができる。
【０１００】
また、図１Ｂに示すように、無偏光ＢＳ４と直線偏光子１１ａ，１１ｂの３つの光学部品を、１つの偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）１２で構成しても全く同様の効果を得ることができる。ＰＢＳ１２は、通過する光成分の偏光方向と、反射する光成分の偏光方向とが直交するものであり、このＰＢＳ１２を用いることによって部品点数を少なくすることができる。以下の実施形態において、反射光束７を分割・偏光する光学部品として、無偏光ＢＳ４および直線偏光子１１ａ，１１ｂの組み合わせと、ＰＢＳ１２とのいずれを用いてもよい。
【０１０１】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。図２では光線の軌跡や光学部品の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、第２実施形態において、第１実施形態の構成部と同一構成部には、第１実施形態において用いた参照番号と同一の参照番号を用いて、詳細な説明を省略する。
【０１０２】
図２に示すように、照射部から照射されたコリメート光束５は、無偏光ＢＳ４により、透過光束と反射光束に分割される。ここで、無偏光ＢＳ４を透過する光束を第１光束５、無偏光ＢＳ４で反射する光束を第２光束６とする。上記第１光束５は、被識別物８の表面に垂直に入射する。この被識別物８の表面で反射された反射光束７は、再び無偏光ＢＳ４に入射し、この無偏光ＢＳ４で反射される。無偏光ＢＳ４から出射した光束は、第１レンズ９によってＰＢＳ１２に導かれる。この第１レンズ９は、その焦点が、被識別物８の表面における光束５のスポットと一致するように配置されているので、上記無偏光ＢＳ４から出射した反射光束７は、第１レンズ９によってほぼ平行の光束となる。この光束は、ＰＢＳ１２によって、ＬＤ１からの出射光に対して偏光方向が平行な光束１３と、上記ＬＤ１からの出射光に対して偏光方向が垂直な光束１４とに分割される。分割された光束１３、１４は、集光レンズ１０ａ，１０ｂによって集光され、それぞれ受光素子１５、１６で受光される。第１実施形態の光学式物体識別装置では、照射部で形成される照射光軸と、レンズ９，１０で構成される反射光軸との交点上に、被識別物８がしないと、この被識別物８での正反射成分は、受光素子１５、１６に入射しない。このような状態は、例えば被識別物８の表面に比較的大きい段差の凹凸が存在する場合に起こり得る。これに対して、第２実施形態の光学式物体識別装置では、被識別物８での反射光の光軸を、無偏光ＢＳ４で変更するので、照射部３による照射光軸と、反射光軸とを一致させることができる。したがって、被識別物８の表面に凹凸が存在する場合であっても、上記被識別物８による正反射成分を、受光素子１５、１６に確実に導くことができる。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と比較して、被識別物８の表面の凹凸による反射光軸への影響を実質的に解消することができる。
【０１０３】
図３は、無偏光ＢＳ４の一辺を規定する様子を示した模式図であり、被識別物８と、無偏光ＢＳ４の被識別物８に近い面と、集光部のレンズ９との位置関係を模式的に示している。なお、無偏光ＢＳ４の被識別物８に近い面は、この面の近傍を仮に切り取って示した入射面部分４０で示している。図３において、Ｘ軸は図２における反射光軸の進行方向であり、Ｙ軸は図２の紙面に垂直な方向である。図２では、被識別物８で反射された光束は、無偏光ＢＳ４で反射されて進行方向が変更されており、反射直後の進行方向に対して略直角方向にレンズ９が配置されている。しかしながら、反射光をＢＳで反射しないで進行方向を変更しない図３の場合でも、被識別物８とＢＳ４の入射面部分４０とレンズ９との間の距離と、上記入射面部分４０の寸法の関係は、図２の場合と等価である。つまり、図３では、ＢＳ４による進行方向の変更を考慮しないで、被識別物からレンズ９に至るまでの反射光軸を一直線で示している。
【０１０４】
図３に示すように、光束５の被識別物８上でのビーム直径をａ、第１レンズ９の直径をＬ、焦点距離をｆ、被識別物８から無偏光ＢＳ４の入射面までの距離をｄとすると、信号処理部１７におけるＳ／Ｎ比を向上させるためには、第１レンズ９で集光する光束を可能な限り多くする必要がある。したがって、上記キューブ型無偏光ＢＳ４の入射面の中心において、光束のスポット径よりも、ＢＳ４の入射面部分４０の一辺αのほうが大きい必要がある。したがって、比例計算によれば、下記の式（１）の条件を満足する必要がある。
α≧（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（１）
なお、このキューブ型無偏光ＢＳ４は、入射面の２つの辺の長さα，βが互いに等しい。
【０１０５】
図２において、照射部３から無偏光ＢＳ４に入射して反射された第２光束６は、受光素子１５，１６に至る光学系から外れる。この第２光束６は、光学系を囲う例えば筐体側壁（図示せず）などで反射し、ノイズ光として受光素子１５、１６で検出され、被識別物の識別精度を低下させてしまうことがある。このノイズ光を除去するために、第２光束６の光軸上に、その偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光子１１を設置してある。したがって、第２光束６は、直線偏光子１１を殆ど通過できない。また、この直線偏光子１１は、第１レンズ９や第２レンズ１０ａ，１０ｂの光軸に対して、以下の角度で配置する必要がある。すなわち、直線偏光子１１の表面で反射される光束を受光素子１５、１６に入射させないために、上記直線偏光子１１は、第１レンズ９や第２レンズ１０ａ，１０ｂの光軸に対して正対しないように配置する。これにより、第２光束６の迷光による被識別物８の識別精度の低下を防ぐことができる。
【０１０６】
図４は、第２実施形態の光学式物体識別装置の変形例を示す概略構成図である。図４では、光線の軌跡や光学部品の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、図４において、図２に示した光学式物体識別装置の構成部と同一の構成部には、図２で付した参照番号と同一の参照番号を付して、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
図４の光学式物体識別装置では、被識別物での反射光束７が無偏光ＢＳ４で反射され、第１レンズ９により、略コリメート光束になる。このコリメート光束に変換された反射光束７は第２レンズ１０により、受光素子１５、１６に集光される。ここで、第２レンズ１０を通過した反射光束７は、ＰＢＳ１２により、ＬＤ１からの出射光と偏光方向が略平行な光束１３と、上記出射光と偏光方向が略垂直の光束１４に分割される。
【０１０８】
図５Ａ，Ｂは、図４の光学式物体識別装置を用いて、物体の識別実験を行なったときの実験結果を示す図である。この実験では、被識別物として、２種類のフローリング（図５Ａ，Ｂにおいて「板１」および「板２」と示す）と、１種類の畳と、２種類のじゅうたんとを用いて、互いに異なる７０ヶ所の識別位置において受光量を測定した。図５Ａは、上述の式（４）の信号処理を行った場合の実験結果であり、図５Ｂは、上述の式（５）の信号処理を行った場合の実験結果である。それぞれの式の演算結果について、フローリング、畳およびじゅうたん等の材料に対応した閾値を設定し、この閾値と比較を行うことにより、被識別物を識別できることが分かる。式（４）の演算結果の値は、そのダイナミックレンジが大きく、１〜無限大の間となるのに対し、式（５）の演算結果の値は、そのダイナミックレンジが０〜１の間である。したがって、例えば信号処理部１７をアナログ回路で構成する場合は、式（５）の演算を行うことによって、この式（５）の演算結果は通常のアンプ構成で表現できる電圧範囲であるので、回路構成を簡略化することができる。
【０１０９】
図６は、第２実施形態の光学式物体識別装置の他の変形例を示す概略構成図である。図６では、光線の軌跡や光学部品の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。また、図６において、図４に示した光学式物体識別装置の構成部と同一の構成部には、図４の参照番号と同一の参照番号を付して、詳細な説明は省略する。
【０１１０】
図６の光学式物体識別装置において、照射部より出射された光束は、ハーフミラー（以下、ＨＭという。）２０を透過する第１光束５と、このＨＭ２０で反射される第２光束４とに分割される。上記第１光束５は、被識別物８に入射する。この被識別物８からの反射光束７は、ＨＭ２０によって反射され、第１レンズ９によって集光される。このように、変形例では、光分岐部として、図４の無偏光ＢＳ４に代えて、ＨＭ２０を用いている。
【０１１１】
図４のように光分岐部としてキューブ型無偏光ＢＳ４を使用した場合、ＢＳ４の側面には反射防止のコーティングが通常施してあるものの、この側面で反射光束が僅かに反射する。上記ＢＳ４の側面は、このＢＳ４から受光素子１５，１６に至る光軸に対して垂直であるので、このＢＳ４の側面で反射された僅かな光束は、受光素子１５、１６に入射してノイズとなる。このノイズ除去するためには、信号処理部１７において、予めノイズ相当の光量を記憶させ、その光量に相当する信号を受光信号から差し引く必要がある。このノイズ相当の光量は、ＬＤ１の光量に比例するので、例えばＬＤ１の経年変化などによって時間的に変化する可能性があり、ノイズを完全に除去するのは困難である。
【０１１２】
これに対して、ＨＭ２０を用いた場合、ＨＭ２０の表面は、受光素子１５，１６に至る光軸に対して垂直でないので、このＨＭ２０面からの反射光束は原理的に受光素子１５、１６に入射することはない。したがって、信号処理部１７でのノイズ信号を除去する処理も不要である。
【０１１３】
上記ＨＭ２０の寸法が満たすべき条件が、図３を用いて求められる。すなわち、図３において、照射部から照射された光束５の被識別物８上でのビーム直径がａであり、第１レンズ９の直径がＬであり、焦点距離がｆであり、被識別物８からＨＭ２０までの距離がｄであるとする。なお、図３の入射面部分４０をＨＭ２０に置き換えて考える。この場合、信号処理部１７におけるＳ／Ｎ比を向上させようとすると、第１レンズ９が集光可能な光束の全てをＨＭ２０に入射させる必要がある。したがって、ＨＭ２０の中心における光束のスポット径よりも、ＨＭ２０の辺が大きい必要がある。したがって、ＨＭ２０の一方の辺の値αは、比例計算より、下記の式（２）を満たす必要がある。さらに、ＨＭ２０の他方の辺の値βは、下記の式（３）を満たす必要がある。
α≧（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（２）
β≧√２（ａ＋Ｌ）×ｄ／ｆ・・・（３）
また、図６は、第１レンズ９の１つのレンズのみで、ＨＭ２０とＰＢＳ１２との間の光学系を構成しているので、光学部品点数を少なくすることができ、光学系を安価にすることができる。
【０１１４】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。図７では、光線の軌跡や光学部品の主要な部品のみを図示し、光学部品を保持する部品などの図示は省略している。図７の光学式物体識別装置において、図１に光学式物体識別装置の構成部と同一の構成部には、図１に付した参照番号と同一の参照番号を付して、詳細な説明は省略する。
【０１１５】
第３実施形態の光学式物体識別装置では、被識別物８での反射光束７は、無偏光ＢＳ４で反射され、第１レンズ９により集光される。第１レンズ９により集光された反射光束７は回折格子１８により分割される。回折格子１８により回折された光束は、ＬＤ１からの出射光と偏光方向が平行な光を透過する直線偏光子１１ａと、上記ＬＤ１からの出射光と偏光方向が直角な光を透過する直線偏光子１１ｂとを通過する。これにより、上記ＬＤ１からの出射光と偏光方向が平行の光束１３と、上記ＬＤ１からの出射光と偏光方向が直角の光束１４とが抽出される。分割型ＰＤ１９で、上記各偏光成分の光束１３，１４が受光されて、これらの光束１３，１４の光強度に比例した電気信号に変換される。
【０１１６】
ここで、上記回折格子１８は、＋１次回折光と−１次回折光とを抽出してもよい。上記回折格子１８で＋１次回折光と−１次回折光を抽出することにより、抽出された光束１３、１４は略等しい光量となり、分割型ＰＤ１９での受光精度を向上させることができる。あるいは、回折格子１８は、０次回折光の光量を略０にするのが好ましい。被識別物の識別に使用しない０次回折光を略０にすることにより、回折格子での光損失を抑えることができ、受光素子でのＳ／Ｎ比を向上することができる。
【０１１７】
さらに、回折格子１８はブレーズド型でもよい。ブレーズド型回折格子を用いることにより、所望の次数の光量を調節することができる。したがって、光学式物体識別装置の設計の自由度が広がり、より効率的な設計が可能である。ブレーズド型回折格子では、０次回折光と１次回折光に最も強く光が回折されるため、光の利用効率を高めることができる。
【０１１８】
本実施の形態の最も好適な実施例では、受光素子に分割型ＰＤを用いると共に、回折格子にブレーズド型回折格子を使用し、０次回折光と１次回折光が略等しい光量になるように設計する。これにより、回折格子での損失を最小限に抑え、さらに、受光素子での光量の測定精度を最大にすることができ、ひいては、被識別物の識別精度を向上することができる。また、分割型ＰＤを使用することにより、安価で小型化が容易な受光系を構成することができる。
【０１１９】
（第４実施形態）
図８は、本発明の自走式掃除機の概略構成図である。この自走式掃除機２２は、底部に本発明の光学式物体装置２１が取り付けられており、底面に設けられた光学窓（図示せず）を介して、第１光束５を床面８に向かって出射している。
【０１２０】
一般に、掃除機で清掃を行う床面の種類としては、フローリング、畳あるいはじゅうたん等があり、従来、一般に普及している掃除機では床面の種類に応じて運転状態を操作者が手動で切り替える必要があり、非常に面倒であるという問題がある。そこで、自動的に移動して清掃を行う自走式の掃除機の開発が進みつつあり、この自走式掃除機では、運転状態の切り替えを自動的に行うために、床面の種類を判別するセンサが必要不可欠である。そこで、このような自走式掃除機に、第１乃至第３実施形態の光学式物体識別装置を用いることができる。すなわち、所定の床面（フローリング、畳、じゅうたん等）による光の反射時の偏光解消（変化）情報を、光学式物体識別装置の信号処理部１７の記憶部に予め記憶させておき、その情報と受光素子による測定結果とを比較することにより、掃除を行う床面８の種類を高精度に識別することができる。したがって、正確かつ効率良く掃除動作を行うことができる自走式掃除機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１Ａ】第１実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。
【図１Ｂ】第１実施形態の光学式物体識別装置の変形例を示す概略図である。
【図２】第２実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。
【図３】、無偏光ＢＳの一辺を規定する様子を示した模式図である。
【図４】第２実施形態の光学式物体識別装置の変形例を示す概略図である。
【図５Ａ】光学式物体識別装置による物体の識別実験を行なった結果を示す図である。
【図５Ｂ】光学式物体識別装置による物体の識別実験を行なった結果を示す図である。
【図６】第２実施形態の光学式物体識別装置の他の変形例を示す概略図である。
【図７】第３実施形態の光学式物体識別装置の概略構成図である。
【図８】本発明の自走式掃除機の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  レーザダイオード
２  コリメータレンズ
３  絞り
４  無偏光ビームスプリッタ
５  照射部から照射された光束
７  被識別物で反射された光束
８  被識別物
９  第１のレンズ
１０  第２のレンズ
１１ａ，１１ｂ  直線偏光子
１３  第１反射光束
１４  第２反射光束
１５  第１受光素子
１６  第２受光素子
１７  信号処理部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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