(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、
この半導体レーザを動作させるレーザドライバと、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記半導体レーザの前方に存在する物体から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測定する周期測定手段と、
前記物体が基準距離の位置にあるときの前記干渉波形の周期を基準周期としたときに、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、前記基準周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記基準周期の第１の所定数倍以上かつ基準周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記基準周期以上かつ基準周期の第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、前記基準周期の第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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定する判定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、
さらに、前記度数Ｎ２の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２−Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、
前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定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、前記度数Ｎ３の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３＋Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、
前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定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記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記レーザドライバは、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前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手段が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間と第２の発振期間の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める正規化手段と、
前記度数Ｎ２”の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２”−Ｎ１”により算出する度数補正手段とを備え、
前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３”の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定す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記載の反射型光電スイッチにおいて、
前記レーザドライバは、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前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手段が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間と第２の発振期間の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める正規化手段と、
前記度数Ｎ３”の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３”＋Ｎ１”により算出する度数補正手段とを備え、
前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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”と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定す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、
前記第１の所定数は０．５であり、前記第２の所定数は１．５であることを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項７】
物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを検出する物体検出方法において、
駆動電流を半導体レーザに供給して前記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前記半導体レーザの前方に存在する物体から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測定する周期測定手順と、
前記物体が前記基準距離の位置にあるときの前記干渉波形の周期を基準周期としたときに、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、前記基準周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記基準周期の第１の所定数倍以上かつ基準周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記基準周期以上かつ基準周期の第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、前記基準周期の第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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定する判定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、
さらに、前記度数Ｎ２の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２−Ｎ１により算出する度数補正手順を備え、
前記判定手順は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に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９】
請求項７記載の物体検出方法において、
さらに、前記度数Ｎ３の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３＋Ｎ１により算出する度数補正手順を備え、
前記判定手順は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に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１０】
請求項７記載の物体検出方法において、
前記発振手順は、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前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手順で得られた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間と第２の発振期間の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める正規化手順と、
前記度数Ｎ２”の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２”−Ｎ１”により算出する度数補正手順とを備え、
前記判定手順は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３”の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に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１１】
請求項７記載の物体検出方法において、
前記発振手順は、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前記半導体レーザを動作させるものであり、
さらに、前記計数手順で得られた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間と第２の発振期間の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める正規化手順と、
前記度数Ｎ３”の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３”＋Ｎ１”により算出する度数補正手順とを備え、
前記判定手順は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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”と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に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、
前記第１の所定数は０．５であり、前記第２の所定数は１．５であ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基準距離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基準距離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１２に示す。図１２において、１０１は半導体レーザ、１０２は半導体結晶の壁開面、１０３はフォトダイオード、１０４は測定対象である。
【０００４】
レーザの発振波長をλ、測定対象１０４に近い方の壁開面１０２から測定対象１０４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１０４からの戻り光と共振器１０１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１０４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１０１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１３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１０３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１０１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１０１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１０１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１０１に設けられたフォトダイオード１０３で検出すると、図１３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１０４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１０３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、所定の基準距離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、物体が基準距離の位置にあるときのＭＨＰの既知の基準周期に対して、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。物体が基準距離の位置にあるときのＭＨＰの既知の基準周期に対して、測定したＭＨＰの平均周期が長い場合には、物体が基準距離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、物体が基準距離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、ＭＨＰの平均周期を単純に求めて基準周期と比較するだけでは判定精度が悪くなる。そこで、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までの距離を算出し、この算出した距離を基準距離と比較すれば、判定精度を向上させることができる。しかしながら、このような方法では、メモリおよびコンピュータが必要になり、ＢＧＳ光電スイッチのコストが上昇するという問題点があった。
【００１０】
また、基準距離よりも近いところに物体が存在する場合、ＭＨＰの周期の分布は図１４の分布４０のように、基準周期Ｔｈよりも長い方にシフトする。反対に、基準距離よりも遠いところに物体が存在する場合、ＭＨＰの周期の分布は図１４の分布４１のように、基準周期Ｔｈよりも短い方にシフトする。そこで、基準周期Ｔｈよりも周期が長いＭＨＰの数Ｎｌｏｎｇと基準周期Ｔｈよりも周期が短いＭＨＰの数Ｎｓｈｏｒｔとを比較すれば、簡単かつ安価な構成で物体の遠近を判定することができる。この判定方法では、Ｎｌｏｎｇ＞Ｎｓｈｏｒｔが成立する場合、物体が基準距離よりも近距離に存在すると判定し、Ｎｌｏｎｇ＜Ｎｓｈｏｒｔが成立する場合、物体が基準距離よりも遠距離に存在すると判定すればよい。
【００１１】
しかしながら、基準周期Ｔｈよりも周期が長いＭＨＰの数Ｎｌｏｎｇと基準周期Ｔｈよりも周期が短いＭＨＰの数Ｎｓｈｏｒｔとを比較する判定方法では、例えば外乱光などのノイズをＭＨＰとして数えたり、信号の歯抜けのために数えられないＭＨＰがあったりして、測定するＭＨＰの周期に誤差が生じることがあるので、物体が基準距離近傍の位置にあるときに判定を誤る可能性があった。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、自己結合型のレーザ計測器を利用して、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を目的とする。
また、本発明は、周期の測定誤差を補正し、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を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、この半導体レーザを動作させるレーザドライバと、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記半導体レーザの前方に存在する物体から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測定する周期測定手段と、前記物体が基準距離の位置にあるときの前記干渉波形の周期を基準周期としたときに、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、前記基準周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記基準周期の第１の所定数倍以上かつ基準周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記基準周期以上かつ基準周期の第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、前記基準周期の第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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例は、さらに、さらに、前記度数Ｎ２の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２−Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定するものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例は、さらに、前記度数Ｎ３の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３＋Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定するものである。
【００１５】
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記レーザドライバは、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前記半導体レーザを動作させるものであり、さらに、前記計数手段が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間と第２の発振期間の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める正規化手段と、前記度数Ｎ２”の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２”−Ｎ１”により算出する度数補正手段とを備え、前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３”の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定するものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記レーザドライバは、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前記半導体レーザを動作させるものであり、さらに、前記計数手段が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間と第２の発振期間の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める正規化手段と、前記度数Ｎ３”の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３”＋Ｎ１”により算出する度数補正手段とを備え、前記判定手段は、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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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”と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２”が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定するものである。
また、本発明の反射型光電スイッチの１構成例において、前記第１の所定数は０．５であり、前記第２の所定数は１．５である。
【００１６】
また、本発明の物体検出方法は、駆動電流を半導体レーザに供給して前記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前記半導体レーザの前方に存在する物体から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測定する周期測定手順と、前記物体が前記基準距離の位置にあるときの前記干渉波形の周期を基準周期としたときに、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、前記基準周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記基準周期の第１の所定数倍以上かつ基準周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記基準周期以上かつ基準周期の第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、前記基準周期の第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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離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、前記物体が前記基準距離よりも近距離に存在すると判定する判定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】
【００１７】
本発明によれば、周期測定時のモードホップパルス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基準距離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。
【００１８】
また、本発明では、度数補正手段を設けることにより、周期測定時の過剰なノイズ検出の影響をより効果的に除去することができ、物体の遠近の判定精度をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［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、物体１０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の周期の度数を基準周期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１０が所定の基準距離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とを有する。
【００２０】
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。
【００２１】
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、Ｔｔ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。
【００２２】
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、物体１０に入射する。物体１０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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１０が所定の基準距離の位置にあるときのＭＨＰの既知の周期（以下、基準周期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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、基準周期Ｔｈの０．５倍未満（０．５Ｔｈ＞Ｔ）の周期の度数Ｎ１と、基準周期Ｔｈの０．５倍以上かつ基準周期Ｔｈ未満（０．５Ｔｈ≦Ｔ＜Ｔｈ）の周期の度数Ｎ２と、基準周期Ｔｈ以上かつ基準周期Ｔｈの１．５倍未満（Ｔｈ≦Ｔ＜１．５Ｔｈ）の周期の度数Ｎ３と、基準周期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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、判定部８は、周期分別部７の測定結果から物体１０が基準距離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１０が基準距離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１０が基準距離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１０が基準距離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１０が基準距離よりも近距離に存在すると判定する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）。
【００３３】
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、基準周期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１０が基準距離よりも遠距離に存在すると判定する。また、基準周期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１０が基準距離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１０の遠近を判断できない場合は、度数Ｎ１とＮ４を無視して、基準周期Ｔｈの０．５倍以上かつ基準周期Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２と基準周期Ｔｈ以上かつ基準周期Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３の大小比較で、物体１０の遠近を判定する。
【００３４】
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１０までの距離（より正確には半導体レーザ１から物体１０までの距離）が基準距離より遠いか近いかを正しく判定することができる。
周期分別部７と判定部８とは、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、記憶装置に格納されたプログラムとによって実現してもよいし、ハードウェアで実現してもよい。本実施の形態では、ＭＨＰの周期の測定と周期の分別と度数の大小比較だけで済むので、周期分別部７と判定部８を簡単な構成で実現することができる。
【００３５】
［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。本実施の形態においても、ＢＧＳ光電スイッチ全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
図８は本発明の第２の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチの周期分別部７の構成を示すブロック図である。本実施の形態の周期分別部７は、第１の実施の形態の構成に対して、度数補正部７４を追加したものである。周期測定部７０と計数部７１の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００３６】
度数補正部７４は、基準周期Ｔｈの０．５倍以上かつ基準周期Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２の補正値Ｎ２’と、基準周期Ｔｈ以上かつ基準周期Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３の補正値Ｎ３’を以下のように算出する。
Ｎ２’＝Ｎ２−Ｎ１                                              ・・・（２）
Ｎ３’＝Ｎ３＋Ｎ１                                              ・・・（３）
【００３７】
そして、度数補正部７４は、計数部７１が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４と自身が求めた補正値Ｎ２’，Ｎ３’とを判定部８に通知する。第１の実施の形態と同様に、周期分別部７は、測定期間ごとにＭＨＰの周期の度数を分別し、度数の補正値を算出する。なお、度数補正部７４は、補正値Ｎ２’とＮ３’のどちらか一方を算出すればよい。
【００３８】
次に、本実施の形態の判定部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１０が基準距離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１０が基準距離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、度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、度数Ｎ３よりも補正値Ｎ２’が大きい場合、物体１０が基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、補正値Ｎ２’よりも度数Ｎ３が大きい場合、物体１０が基準距離よりも近距離に存在すると判定する。判定部８は、このような判定を測定期間ごとに行う。
【００３９】
また、度数補正部７４が補正値Ｎ３’を算出する場合には判定部８は以下のような判定を行う。すなわち、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１０が基準距離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１０が基準距離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と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、度数の補正値Ｎ３’よりも度数Ｎ２が大きい場合、物体１０が基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、度数Ｎ２よりも度数の補正値Ｎ３’が大きい場合、物体１０が基準距離よりも近距離に存在すると判定する。
ＢＧＳ光電スイッチのその他の構成は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００４０】
周期の測定時に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ｃは、図７に示すように、ＭＨＰの本来の周期の度数分布ａに重なることが多い。そこで、本実施の形態では、基準周期Ｔｈの０．５倍以上かつ基準周期Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２を式（２）のように補正し、基準周期Ｔｈ以上かつ基準周期Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３を式（３）のように補正する。
【００４１】
こうして、本実施の形態では、周期測定時の過剰なノイズ検出の影響をより効果的に除去することができ、第１の実施の形態に比べて物体１０の遠近の判定精度をさらに向上させることができる。
【００４２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。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の符号を用いて説明する。
周期分別部７の周期測定部７０の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００４３】
本実施の形態の計数部７１は、第１の実施の形態と同様に、周期測定部７０によって測定されたＭＨＰの周期Ｔの度数を、基準周期Ｔｈの０．５倍未満（０．５Ｔｈ＞Ｔ）の周期の度数Ｎ１と、基準周期Ｔｈの０．５倍以上かつ基準周期Ｔｈ未満（０．５Ｔｈ≦Ｔ＜Ｔｈ）の周期の度数Ｎ２と、基準周期Ｔｈ以上かつ基準周期Ｔｈの１．５倍未満（Ｔｈ≦Ｔ＜１．５Ｔｈ）の周期の度数Ｎ３と、基準周期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。
【００４４】
第１の実施の形態と同様に、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１０が基準距離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１０が基準距離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、基準周期Ｔｈの整数倍の周期ｎＴｈ（ｎは２以上の整数）を基準として、周期ｎＴｈの近傍であってかつ周期ｎＴｈ未満である周期Ｔの度数を度数Ｎ２に加え、周期ｎＴｈの近傍であってかつ周期ｎＴｈ以上である周期Ｔの度数を度数Ｎ３に加える。例えば判定部８は、基準周期Ｔｈの１．５倍以上２倍未満の周期の度数を度数Ｎ２に加え、基準周期Ｔｈの２倍以上２．５倍未満の周期の度数を度数Ｎ３に加える。そして、判定部８は、この加算後の度数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１０が基準距離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１０が基準距離よりも近距離に存在すると判定する。
ＢＧＳ光電スイッチのその他の構成は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００４５】
本実施の形態は、ＭＨＰの周期の測定時にＭＨＰの欠落が発生する場合の補正方法を示すものであり、周期測定部７０の測定結果においてＮ３＜Ｎ２＜（Ｎ３＋Ｎ４）が成立するときに有効である。
なお、本実施の形態を第２の実施の形態と併用する場合には、補正値Ｎ２’を使う必要がある。この補正値Ｎ２’と度数Ｎ３に対して前記加算を行う。
【００４６】
［第４の実施の形態］
第１〜第３の実施の形態では、物体１０が静止していないと判定を誤る可能性がある。その理由は、半導体レーザの前方に存在する物体１０が発振期間中にＢＧＳ光電スイッチに接近する方向に動いていると、第１の発振期間Ｐ１ではＭＨＰの数が増加する（ＭＨＰの周期が短くなる）と共に、第２の発振期間Ｐ２ではＭＨＰの数が減少する（ＭＨＰの周期が長くなる）からである。
【００４７】
図９に、ノイズによるＭＨＰの周期の分割や波形の欠落があり、かつ物体１０が静止していない場合のＭＨＰの周期の度数分布を示す。ノイズによるＭＨＰの周期の分割や波形の欠落の頻度割合が第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２とでほぼ同じと仮定すると、度数を正規化した上で、判定することにより、物体１０が移動したとしても、ＢＧＳ光電スイッチから物体１０までの距離（より正確には半導体レーザ１から物体１０までの距離）が基準距離より遠いか近いかを正しく判定することができる。
【００４８】
本実施の形態においても、ＢＧＳ光電スイッチ全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
図１０は本発明の第４の実施の形態に係るＢＧＳ光電スイッチの周期分別部７の構成を示すブロック図である。本実施の形態の周期分別部７は、第１の実施の形態の構成に対して、正規化部７５と、度数補正部７６とを追加したものである。周期測定部７０と計数部７１の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００４９】
本実施の形態では、第１の発振期間Ｐ１において計数部７１が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４をそれぞれＮ１（Ｐ１），Ｎ２（Ｐ１），Ｎ３（Ｐ１），Ｎ４（Ｐ１）とし、第２の発振期間Ｐ２において計数部７１が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４をそれぞれＮ１（Ｐ２），Ｎ２（Ｐ２），Ｎ３（Ｐ２），Ｎ４（Ｐ２）とする。
【００５０】
正規化部７５は、以下の式のように、度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を発振期間別に各発振期間の度数で正規化した後、正規化した度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４毎に第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の度数の和Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”を求める。
Ｎ１”＝｛Ｎ１（Ｐ１）
／（Ｎ１（Ｐ１）＋Ｎ２（Ｐ１）＋Ｎ３（Ｐ１）＋Ｎ４（Ｐ１））｝
＋｛Ｎ１（Ｐ２）
／（Ｎ１（Ｐ２）＋Ｎ２（Ｐ２）＋Ｎ３（Ｐ２）＋Ｎ４（Ｐ２））｝
・・・（４）
Ｎ２”＝｛Ｎ２（Ｐ１）
／（Ｎ１（Ｐ１）＋Ｎ２（Ｐ１）＋Ｎ３（Ｐ１）＋Ｎ４（Ｐ１））｝
＋｛Ｎ２（Ｐ２）
／（Ｎ１（Ｐ２）＋Ｎ２（Ｐ２）＋Ｎ３（Ｐ２）＋Ｎ４（Ｐ２））｝
・・・（５）
Ｎ３”＝｛Ｎ３（Ｐ１）
／（Ｎ１（Ｐ１）＋Ｎ２（Ｐ１）＋Ｎ３（Ｐ１）＋Ｎ４（Ｐ１））｝
＋｛Ｎ３（Ｐ２）
／（Ｎ１（Ｐ２）＋Ｎ２（Ｐ２）＋Ｎ３（Ｐ２）＋Ｎ４（Ｐ２））｝
・・・（６）
Ｎ４”＝｛Ｎ４（Ｐ１）
／（Ｎ１（Ｐ１）＋Ｎ２（Ｐ１）＋Ｎ３（Ｐ１）＋Ｎ４（Ｐ１））｝
＋｛Ｎ４（Ｐ２）
／（Ｎ１（Ｐ２）＋Ｎ２（Ｐ２）＋Ｎ３（Ｐ２）＋Ｎ４（Ｐ２））｝
・・・（７）
【００５１】
度数補正部７６は、度数Ｎ２”の補正値Ｎ２’と、度数Ｎ３”の補正値Ｎ３’を以下のように算出する。
Ｎ２’＝Ｎ２”−Ｎ１”                                          ・・・（８）
Ｎ３’＝Ｎ３”＋Ｎ１”                                          ・・・（９）
【００５２】
そして、度数補正部７６は、正規化部７５が求めた度数Ｎ１”，Ｎ２”，Ｎ３”，Ｎ４”と自身が求めた補正値Ｎ２’，Ｎ３’とを判定部８に通知する。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の和を求めるため、周期分別部７は、発振周期（三角波の周期）ごとに動作する。なお、度数補正部７６は、補正値Ｎ２’とＮ３’のどちらか一方を算出すればよい。
【００５３】
次に、本実施の形態の判定部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１０が基準距離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１０が基準距離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、度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３”の大小を比較し、度数Ｎ３”よりも補正値Ｎ２’が大きい場合、物体１０が基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、補正値Ｎ２’よりも度数Ｎ３”が大きい場合、物体１０が基準距離よりも近距離に存在すると判定する。判定部８は、このような判定を発振周期（三角波の周期）ごとに行う。
【００５４】
また、度数補正部７６が補正値Ｎ３’を算出する場合には判定部８は以下のような判定を行う。すなわち、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１０が基準距離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１０が基準距離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”と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、度数の補正値Ｎ３’よりも度数Ｎ２”が大きい場合、物体１０が基準距離よりも遠距離に存在すると判定し、度数Ｎ２”よりも度数の補正値Ｎ３’が大きい場合、物体１０が基準距離よりも近距離に存在すると判定する。
ＢＧＳ光電スイッチのその他の構成は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００５５】
本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、周期測定時の過剰なノイズ検出の影響を効果的に除去することができ、また物体１０が移動したとしても、物体１０の遠近を正しく判定することができる。
【００５６】
［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１１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１１を用いるものである。
【００５７】
電圧検出部１１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１０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。
【００５８】
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１１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および表示部９の動作は、第１〜第４の実施の形態と同じである。
【００５９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
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】
【００６１】
【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２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９】ノイズによるモードホップパルスの周期の分割や波形の欠落があり、かつ物体が静止していない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１０】本発明の第４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１１】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１２】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１３】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。
【図１４】物体の距離とモードポップパルスの周期の度数分布との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
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…物体、１１…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、７４…度数補正部、７５…正規化部、７６…度数補正部。
【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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