(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域を挟んで互いに対面する第１及び第２のユニットを備え、
前記第１及び第２のユニットは、
光ビーム発生手段と、
該光ビーム発生手段で発生した光ビームを、前記検出領域を含む領域を走査するように反射する光ビーム走査手段と、
該光ビーム走査手段から前記検出領域を介して入射する走査ビームを略１８０度折り返して反射する光ビーム反射手段と、
前記光ビーム走査手段の近傍に配置され光ビーム反射手段からの反射ビームを受光する受光手段と、
該受光手段の出力信号の欠落の有無を検出して欠落無しの時に物体不在の通報出力を発生する信号欠落検出手段と、をそれぞれ備え、
前記第１のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段と第２のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段を、前記検出領域を挟んで略対角位置に配置し、前記第１及び第２のユニットの各光ビーム反射手段を、それぞれ複数の反射器からなる反射器アレイとし、第１のユニットの反射器間のピッチと第２のユニットの反射器間のピッチを異ならせる構成としたことを特徴とする光バリア装置。
【請求項２】
検出領域を挟んで互いに対面する第１及び第２のユニットを備え、
前記第１及び第２のユニットは、
光ビーム発生手段と、
該光ビーム発生手段で発生した光ビームを、前記検出領域を含む領域を走査するように反射する光ビーム走査手段と、
該光ビーム走査手段から前記検出領域を介して入射する走査ビームを略１８０度折り返して反射する光ビーム反射手段と、
前記光ビーム走査手段の近傍に配置され光ビーム反射手段からの反射ビームを受光する受光手段と、
該受光手段の出力信号の欠落の有無を検出して欠落無しの時に物体不在の通報出力を発生する信号欠落検出手段と、をそれぞれ備え、
前記第１のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段と第２のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段を、前記検出領域を挟んで略対角位置に配置し、前記第１及び第２のユニットの各光ビーム反射手段を、それぞれ１個の反射器上に間隔を設けてマスクを配置して分割された複数の反射部を備える構成とし、第１のユニットの前記マスクの幅と第２のユニットの前記マスクの幅を異ならせる構成としたことを特徴とする光バリア装置。
【請求項３】
前記第１のユニット側の走査ビーム方向が対角方向の時に前記第２のユニット側の走査ビーム方向も対角方向となるよう、第１及び第２のユニットの両光ビーム走査手段を互いに同期させる同期駆動手段を備える請求項１又は２に記載の光バリア装置。
【請求項４】
前記第１のユニットと第２のユニットの物体検出動作が重複しないように、前記第１及び第２のユニットを選択駆動する選択駆動手段を備える請求項１又は２に記載の光バリア装置。
【請求項５】
前記選択駆動手段から互いに相補の関係の第１及び第２選択信号を前記第１及び第２のユニットの光ビーム発生手段に出力して選択駆動する構成とすると共に、前記第１選択信号で第１のユニットの光ビーム発生手段が選択駆動されている時に第１のユニットの信号欠落検出手段の出力を有効とし、前記第２選択信号で第２のユニットの光ビーム発生手段が選択駆動されている時に第２のユニットの信号欠落検出手段の出力を有効とする信号選択手段を備える請求項４に記載の光バリア装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のユニットの各信号欠落検出手段は、前記受光手段の出力信号から自ユニットの光ビーム信号成分のみを抽出する信号抽出手段を備える構成である請求項１〜５のいずれか１つに記載の光バリア装置。
【請求項７】
前記各信号欠落検出手段は、前記受光手段の受光出力が前記光ビーム反射手段からの反射ビームに基づくものであることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成である請求項１〜６のいずれか１つに記載の光バリア装置。
【請求項８】
前記信号欠落検出手段は、予め定めた少なくとも１つの特定の反射器からの反射ビームが周期的に受信されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成である請求項７に記載の光バリア装置。
【請求項９】
前記特定の反射器は、走査ビームを前記受光手段の方向に反射する位置と、走査ビームを前記受光手段の方向に反射しない位置とに当該反射器を周期的に駆動して反射ビームを変調する変調手段を備え、前記信号欠落検出手段は、前記受光手段から特定の反射器の前記駆動周波数に応じた交流信号が出力されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成である請求項８に記載の光バリア装置。
【請求項１０】
前記光ビーム反射手段が、複数の反射部に分割構成される時、前記信号欠落検出手段は、走査１周期当たりの前記受光手段の受光出力のパルス数を計数し、計数値が前記光ビーム反射手段の反射部の数と一致した時に物体不在の通報出力を発生する構成である請求項７に記載の光バリア装置。
【請求項１１】
前記信号欠落検出手段は、自ユニット以外の光ビームが前記検出領域を介して周期的に受光されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成である請求項１又は２に記載の光バリア装置。
【請求項１２】
他方のユニットの走査ビームを、前記検出領域を介して自ユニットの受光手段で受光されるように反射する反射器を別途設ける構成とし、前記信号欠落検出手段は、前記他方のユニットの走査ビームが前記反射器に入射する走査タイミングで受光されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成である請求項１１に記載の光バリア装置。
【請求項１３】
前記走査ビームが前記検出領域を含む領域の範囲内で走査されていることを確認する走査確認手段を設けた請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光バリア装置。
【請求項１４】
前記走査確認手段は、前記検出領域外に配置した１対の走査確認用受光素子と、これら１対の走査確認用受光素子の出力信号の欠落の有無を検出し欠落無しの時に走査正常の出力を発生する走査確認用信号欠落検出手段とを備えた請求項１３に記載の光バリア装置。
【請求項１５】
前記光ビーム反射手段にレトロリフレクタを用いた請求項１〜１４のいずれか１つに記載の光バリア装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械用安全装置等に用いられる光バリア装置に関し、特に、検出領域を光ビームで走査し、その反射ビームが受光される時を物体不在と判定し、受光されない時を物体存在と判定する光バリア装置（光バリアセンサとも呼ばれる）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光ビ一ム走査型光バリア装置としては、例えば国際公開Ｗ０９７／３３１８６等で開示されたものがあり、これについて簡単に説明する。
【０００３】
国際公開Ｗ０９７／３３１８６の図２では、検出領域を挟んで一側にレーザビーム発生手段とレーザ走査手段を配置し、他側に受光素子アレイを配置したものが示されている。このものは、レーザビーム発生手段で発生したレーザビームをレーザ走査手段に投光し、レーザ走査手段は、検出領域を含む領域を走査するようにレーザビームを反射する。検出領域内に物体が存在しなければ、レーザビームは受光素子アレイで受光される。検出領域内に物体が存在すると、レーザビームは物体で遮断されて受光素子アレイ中の物体の影に位置する受光素子ではレーザビームは受光されない。この時に生じる受光素子アレイの受光出力信号の欠落を信号欠落検出手段で検出して物体の存在を通報する。
【０００４】
また、国際公開Ｗ０９７／３３１８６の図３及び図６には反射鏡を利用した構成が示されている。
図３では、レーザビーム発生手段、レーザ走査手段及び受光素子アレイを同じ側に配置し、他側に凹面反射鏡を配置する構成である。レーザビーム発生手段で発生されたレーザビームは、レーザ走査手段により所定の拡がり角で走査され、他側に配置された凹面反射鏡に投光される。凹面反射鏡で反射されたレーザビームは、互いに平行光として検出領域を通過して受光素子アレイに向かう。また、図６では、図３の受光素子アレイを単一の受光素子に置き換えた構成であり、凹面反射鏡の反射光が単一の受光素子に集光するよう、レーザ走査手段の配置、凹面反射鏡の形状及び配置は調整される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の光ビ一ム走査型光バリア装置では、図２や図３の構成では、受光素子アレイを用いているため、受光素子アレイの受光指向特性を各々の素子に対して調整しなければならない。また、各受光素子毎に受光回路を必要とするので、コスト低減が難しいという問題がある。
【０００６】
また、図６の構成では、受光素子が１つで図２や図３に比較してコストを低減できるが、物体検出ができない領域が生じて検出領域が狭くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、検出領域を狭めることなくコスト低減を可能とした光バリア装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明の光バリア装置では、検出領域を挟んで互いに対面する第１及び第２のユニットを備え、前記第１及び第２のユニットは、光ビーム発生手段と、該光ビーム発生手段で発生した光ビームを、前記検出領域を含む領域を走査するように反射する光ビーム走査手段と、該光ビーム走査手段から前記検出領域を介して入射する走査ビームを略１８０度折り返して反射する光ビーム反射手段と、前記光ビーム走査手段の近傍に配置され光ビーム反射手段からの反射ビームを受光する受光手段と、該受光手段の出力信号の欠落の有無を検出して欠落無しの時に物体不在の通報出力を発生する信号欠落検出手段とをそれぞれ備え、前記第１のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段と第２のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段を、前記検出領域を挟んで略対角位置に配置し、前記第１及び第２のユニットの各光ビーム反射手段を、それぞれ複数の反射器からなる反射器アレイとし、第１のユニットの反射器間のピッチと第２のユニットの反射器間のピッチを異ならせる構成とした。
【０００９】
かかる構成では、光ビーム発生手段から発生した光ビームを光ビーム走査手段で反射走査する。検出領域に物体が存在すれば、走査ビームは光ビーム反射手段に到達せず受光手段に所定レベル以上の光ビームが受光されない。検出領域に物体が存在しなければ、走査ビームは光ビーム反射手段で反射されて受光手段で所定レベル以上の光ビームが受光される。信号欠落検出手段は、受光手段の出力レベルが所定レベル以上であれば物体不在の通報出力を発生する。このような物体検出を第１のユニットと第２のユニットでそれぞれ実行する。そして、第１のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段と第２のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段を、前記検出領域を挟んで略対角位置に配置するので、物体検出可能な領域は四角形状となる。更に、第１及び第２のユニットの各光ビーム反射手段の反射器間のピッチを異ならせて、第１のユニットと第２のユニットの各光ビーム反射手段からそれぞれ反射する反射ビームの明滅周波数を互いに異ならせて、他方のユニットの走査ビームの受光に起因する誤通報を防止するようにした。
【００１０】
請求項２の発明の光バリア装置では、検出領域を挟んで互いに対面する第１及び第２のユニットを備え、前記第１及び第２のユニットは、光ビーム発生手段と、該光ビーム発生手段で発生した光ビームを、前記検出領域を含む領域を走査するように反射する光ビーム走査手段と、該光ビーム走査手段から前記検出領域を介して入射する走査ビームを略１８０度折り返して反射する光ビーム反射手段と、前記光ビーム走査手段の近傍に配置され光ビーム反射手段からの反射ビームを受光する受光手段と、該受光手段の出力信号の欠落の有無を検出して欠落無しの時に物体不在の通報出力を発生する信号欠落検出手段と、をそれぞれ備え、前記第１のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段と第２のユニットの光ビーム走査手段及び受光手段を、前記検出領域を挟んで略対角位置に配置し、前記第１及び第２のユニットの各光ビーム反射手段を、それぞれ１個の反射器上に間隔を設けてマスクを配置して分割された複数の反射部を備える構成とし、第１のユニットの前記マスクの幅と第２のユニットの前記マスクの幅を異ならせる構成とした。
請求項３のように、前記第１のユニット側の走査ビーム方向が対角方向の時に前記第２のユニット側の走査ビーム方向も対角方向となるよう、第１及び第２のユニットの両光ビーム走査手段を互いに同期させる同期駆動手段を備える構成とすれば、他方のユニットの光ビームが誤って受光され易い、走査ビーム方向が対角方向の時は、ビームの光軸上に物体が存在すれば走査ビームは物体で遮断されて他方の走査ビームの受光に起因する誤通報を防止できる。
【００１１】
請求項４のように、前記第１のユニットと第２のユニットの物体検出動作が重複しないように、前記第１及び第２のユニットを選択駆動する選択駆動手段を備える構成とすれば、一方のユニットが駆動している時は他方のユニットは停止しているので、他方の走査ビームの受光に起因する誤通報を防止できる。
【００１２】
請求項５のように、前記選択駆動手段から互いに相補の関係の第１及び第２選択信号を前記第１及び第２のユニットの光ビーム発生手段に出力して選択駆動する構成とすると共に、前記第１選択信号で第１のユニットの光ビーム発生手段が選択駆動されている時に第１のユニットの信号欠落検出手段の出力を有効とし、前記第２選択信号で第２のユニットの光ビーム発生手段が選択駆動されている時に第２のユニットの信号欠落検出手段の出力を有効とする信号選択手段を備える構成としても、第１のユニットと第２のユニットの動作は重複しないので、他方の走査ビームの受光に起因する誤通報を防止できる。
【００１５】
請求項６の発明では、前記第１及び第２のユニットの各信号欠落検出手段は、前記受光手段の出力信号から自ユニットの光ビーム信号成分のみを抽出する信号抽出手段を備える構成とした。
【００１６】
請求項７の発明では、前記各信号欠落検出手段は、前記受光手段の受光出力が前記光ビーム反射手段からの反射ビームに基づくものであることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成とした。
【００１７】
具体的には、請求項８のように、前記信号欠落検出手段は、予め定めた少なくとも１つの特定の反射器からの反射ビームが周期的に受信されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成とすればよい。この場合、請求項９のように、前記特定の反射器は、走査ビームを前記受光手段の方向に反射する位置と、走査ビームを前記受光手段の方向に反射しない位置とに当該反射器を周期的に駆動して反射ビームを変調する変調手段を備え、前記信号欠落検出手段は、前記受光手段から特定の反射器の前記駆動周波数に応じた交流信号が出力されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成とすればよい。
【００１８】
かかる構成では、光ビーム反射手段からの反射光と物体で反射した光とを識別できるようになるので、物体の反射率が高く物体からの反射光の受光レベルが所定レベル以上である場合や、物体が受光手段の近傍で物体からの乱反射光の受光レベルが所定レベル以上である場合でも、誤通報を防止できる。
【００１９】
請求項１０の発明では、前記光ビーム反射手段が、複数の反射部に分割構成される時、前記信号欠落検出手段は、走査１周期当たりの前記受光手段の受光出力のパルス数を計数し、計数値が前記光ビーム反射手段の反射部の数と一致した時に物体不在の通報出力を発生する構成とした。
【００２０】
かかる構成では、物体が存在すれば、光ビーム反射手段からの反射光の数が減少するので、光ビーム反射手段からの反射光と物体で反射した光とを識別できるようになる。
【００２１】
請求項１１の発明では、前記信号欠落検出手段は、自ユニット以外の光ビームが前記検出領域を介して周期的に受光されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成とした。
【００２２】
かかる構成では、受光手段近傍に物体が存在する場合には、自ユニット以外の光ビームは物体で遮断されて受光手段に入射しないようになる。
具体的には、請求項１２のように、他方のユニットの走査ビームを、前記検出領域を介して自ユニットの受光手段で受光されるように反射する反射器を別途設ける構成とし、前記信号欠落検出手段は、前記他方のユニットの走査ビームが前記反射器に入射する走査タイミングで受光されていることを確認して物体不在の通報出力を発生する構成とすればよい。
【００２３】
請求項１３の発明では、前記走査ビームが前記検出領域を含む領域の範囲内で走査されていることを確認する走査確認手段を設ける構成とした。
かかる構成では、走査確認手段で、走査ビームが検出領域を走査していることが確認できるようになる。
【００２４】
具体的には、請求項１４のように、前記走査確認手段は、前記検出領域外に配置した１対の走査確認用受光素子と、これら１対の走査確認用受光素子の出力信号の欠落の有無を検出し欠落無しの時に走査正常の出力を発生する走査確認用信号欠落検出手段とを備える構成とした。
【００２５】
請求項１５のように、前記光ビーム反射手段にレトロリフレクタを用いれば、第１のユニットと第２のユニット間の距離が変化しても、入射ビームは常に１８０度折り返し反射されるのでユニット間の調整が不要になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、光バリア装置の第１参考例の概略構成を示す。
【００２７】
図１において、本参考例の光バリア装置は、検出領域１を挟んで互いに対面する第１及び第２のユニット１０，２０からなる。
各ユニット１０，２０は、光ビーム発生手段としての光ビーム発生回路１１，２１（図２に示す）と、光ビーム発生回路１１，２１から発生された光ビームを所定の拡がり角で検出領域１を走査するように反射して走査ビームＢＭ１，ＢＭ２を生成するスキャンミラー１２、２２と、検出領域１の上下方向に配置された多数の反射器１３−１〜１３−ｎ，２３−１〜２３−ｎを有し検出領域１を介して入射する走査ビームＢＭ１，ＢＭ２を略１８０度折り返して反射する光ビーム反射手段としての反射器アレイ１３，２３と、前記スキャンミラー１２、２２の近傍に配置されて反射器アレイ１３，２３で反射されて検出領域１を介して入射する反射ビームを受光する受光手段としての受光素子１４，２４と、この受光素子１４，２４の出力信号の欠落の有無を検出して欠落無しの時に物体不在の通報出力を発生する信号欠落検出手段としての信号欠落検出回路１５，２５（図２に示す）とを備えて構成される。
【００２８】
本参考例の光バリア装置の１つのユニットによる検出領域は、第１のユニット１０（第２のユニット２０）側のスキャンミラー１２（スキャンミラー２２）と対向する第２のユニット２０（第１のユニット１０）側の両端反射器２３−１と２３−ｎ（反射器１３−１と１３−ｎ）を頂点とする略３角形状になる。そして、本参考例の光バリア装置では、前記第１のユニット１０のスキャンミラー１２及び受光素子１４と前記第２のユニット２０のスキャンミラー２２及び受光素子２４とを、検出領域１を挟んで図１に示すように対角状に配置するので、本参考例の光バリア装置では図１のように略四角形状の検知領域１が得られる。
【００２９】
尚、使用する光ビームは、狭指向性であればよく、例えばレーザビームが好ましいが、発光素子としてＬＥＤ等を用いて発生した光線をレンズ光学系等で狭指向性とした光ビームを使用することもできる。
【００３０】
図２に、第１のユニット１０の構成を詳述する。
図２において、前記光ビーム発生回路１１は、発光素子駆動回路１１Ａにより発光素子１１Ｂから光ビームを発生させる。光ビームを高周波パルス発光とすることで、太陽光等の外乱光の影響を効果的に抑制することができる。例えば、発光素子駆動回路１１Ａを無安定マルチバイブレータ等を用いた発振回路とし、その発振出力で発光素子１１Ｂを明滅させるようにする。
【００３１】
スキャンミラー１２は、発光素子１１Ｂから入射する光ビームを所定の拡がり角の範囲内で走査するように反射する。スキャンミラー駆動回路１６により他方のユニット２０の各反射器２３−１〜２３−ｎに走査ビームＢＭ１が到達するように回動軸１２ａ回りに所定周期で図中矢印のように回動する。スキャンミラー１２とスキャンミラー駆動回路１６で光ビーム走査手段を構成する。
【００３２】
信号欠落検出回路１５は、受光回路１７と、コンパレータ１８と、パルス欠落検出回路１９を備える。受光回路１７は、受光素子１４からの受光信号を増幅する。コンパレータ１８は、受光回路１７の出力信号Ｓａの包絡線検波を行う整流回路１８Ａ及び整流回路１８Ａの整流出力Ｓ１を閾値演算する閾値演算回路１８Ｂを備え、信号Ｓａの整流出力Ｓ１のレベルが閾値Ｖｔ１以上の時にＳｂ＝１（論理値１）を出力し、整流出力Ｓ１のレベルが閾値Ｖｔ１未満の時にＳｂ＝０（論理値０）となる。パルス欠落検出回路１９は、コンデンサＣ、ダイオードＤ及び閾値Ｖｔ２を有する閾値演算回路１９ａを備えて信号Ｓｂの立下りを所定のオフ・ディレー時間Ｔｏｆ遅延させるオフ・ディレー回路１９Ａと、オフ・ディレー回路１９Ａの出力Ｓ２の立上りを所定のオン・ディレー時間Ｔｏｎ遅延させるオン・ディレー回路１９Ｂを備える。
【００３３】
尚、第２のユニット２０も第１のユニット１０と同一の構成である。
次に、図３のタイムチャートに基づいて本参考例の物体検出動作を説明する。
【００３４】
発光素子駆動回路１１Ａの発振出力で発光素子１１Ｂから高周波光ビームが発生する。光ビームは、スキャンミラー１２で反射されて検出領域１を横切って走査ビームＢＭ１として第２のユニット２０側に入射する。スキャンミラー１２は、スキャンミラー駆動回路１６により所定周期で回動しており、検出領域１を走査する走査ビームＢＭ１の投光方向は刻々変化し、検出領域１は走査ビームＢＭ１で走査される。走査ビームＢＭ１は、物体３０（図２に示す）が存在していなければ検出領域１を通過して順次第２のユニット２０の反射器２３−１〜２３−ｎに入射し、略１８０度折り返されるように反射され（説明の都合上、図ではスキャンミラー１２と受光素子１４を離し走査ビームＢＭ１と反射ビームＢＭ１′に角度を付けて表してある）、走査ビームＢＭ１と略同経路を辿って反射ビームＢＭ１′が受光素子１４で受光される。
受光素子１４の受光出力は、受光回路１７で増幅され、信号Ｓａとしてコンパレータ１８に入力される。コンパレータ１８に入力した信号Ｓａは、整流回路１８Ａで包絡線検波されて信号Ｓ１として閾値演算回路１８Ｂに入力する。閾値演算回路１８Ｂは、入力閾値Ｖｔ１と信号Ｓ１のレベルを比較し、信号Ｓ１がＶｔ１以上であればＳｂ＝１（論理値１）を生成し、信号Ｓ１がＶｔ１よりも低レベルであればＳｂ＝０（論理値０）となる。コンパレータ１８の出力信号Ｓｂは、パルス欠落検出回路１９内のオフ・ディレー回路１９Ａへ入力される。オフ・ディレー回路１９Ａは、信号Ｓｂの立上り（０→１）に即応して信号Ｓ２＝１を出力し、Ｓｂの立下り（１→０）には即応せずＳ２＝１をオフ・ディレ一時間Ｔｏｆだけ継続する。オフ・ディレー時間Ｔｏｆは、正常時に生じる反射ビームＢＭ１′の受光されない期間よりも長く設定されているので、正常時に物体３０が存在しなければ図３に示されるように信号Ｓ２＝１は継統する。この継続時間がオン・ディレー回路１９Ｂのオン・ディレー時間Ｔｏｎ以上になると、オン・ディレー回路１９ＢからＺ１＝１が生成されて物体３０の不在を通報する。
【００３５】
図２に示すように、検出領域１内に物体３０が存在する場合、走査ビームＢＭ１は物体３０で遮断され、物体３０の影になる位置にある反射器からの反射ビームＢＭ１′はなくなる。この場合、物体３０で乱反射した光が受光素子１４で受光されてもその受光レベルは小さい。従って、信号Ｓ１のレベルが閾値演算回路１８Ｂの閾値Ｖｔ１より低レベルとなり、信号Ｓｂ＝０の状態がオフ・ディレー時間Ｔｏｆ以上継続して信号Ｓ２＝０となり、オン・ディレー回路１９Ｂの出力がＺ１＝０となり物体３０の存在を通報する。
【００３６】
オン・ディレー回路１９Ｂのオン・ディレー時間Ｔｏｎは、走査ビームＢＭ１の１走査周期よりも長く設定されるので、一度、信号欠落検出回路１５から生じたＺ１＝０は、その後少なくとも走査ビームＢＭ１の１走査周期以上保持され、次回の走査周期以降もＳ２＝０が継続する限りはＺ１＝０が継続される。
【００３７】
第２のユニット２０においても上述と同様の動作が行われ、第１のユニット１０の通報出力をＺ１、第２のユニット２０の通報出力をＺ２とし、両ユニット１０，２０の出力Ｚ１，Ｚ２を論理積演算回路に入力しその論理積演算結果を、光バリア装置の最終的な通報出力Ｚとする。これにより、第１のユニット１０で図１の検出領域１の下側三角領域を監視し、第２のユニット２０で検出領域１の上側三角領域を監視し、全体として四角形状の検出領域１を監視できる。
【００３８】
尚、上記参考例では、各反射器１３−１〜１３〜ｎ，２３−１〜２３〜ｎを間隔を設けて配置した構成としたので、反射ビームＢＭ１′は間欠的となりコンパレータ１８の出力信号Ｓｂがパルス信号になる。反射器１３−１〜１３〜ｎ，２３−１〜２３〜ｎを切れ目無く連続的に配置した場合、信号Ｓｂはパルス信号ではなく連続信号になるが、この場合も図２の信号欠落検出回路を適用して物体の存在／不在を監視できる。また、光ビームに高周波パルスではなく直流光を使用しても、コンパレータ１８の整流回路１８Ａが不要になるだけで他はそのまま適用できる。
【００３９】
かかる構成の光バリア装置によれば、受光素子は各ユニット１０，２０で１つ設ければよく、受光素子及び受光回路の数を大幅に削減できコストを低減できる。しかも、ユニット１０,２０間の領域を四角形状で監視できる。
【００４０】
尚、各反射器１３−１〜１３〜ｎ，２３−１〜２３〜ｎが平板状の場合、ユニット１０,２０間の距離（即ち、スキャンミラー１２，２２と反射器アレイ２３，１３の距離）が変わると反射ビームの到達位置等のずれが生じるので、ユニット１０,２０間の距離を変える場合には、その都度、各反射器２３−１〜２３〜ｎ，１３−１〜１３〜ｎの角度調整を要する。しかし、各反射器アレイ１３，２３の反射器として図４に示すレトロリフレクタを用いれば、走査ビームを１８０度折り返して反射することができるので、ユニット１０,２０間の距離を変えても反射器の角度調整が不要となる利点がある。
【００４１】
ところで、図１のように２つのユニット１０，２０を組み合わせた本発明の光バリア装置の場合、一方のユニットの走査ビームが他方のユニットの受光素子で受光されないよう走査ビームの走査範囲を予め調整するが、環境の変化等により、本来受光されるべきでない他方の走査ビームが受光される事態が起こり得る。例えば、第１のユニット１０の受光素子１４に第２のユニット２０のスキャンミラー２２からの走査ビームＢＭ２が誤って直接受光される場合等である。
【００４２】
このような場合、次のような問題を生じる。
即ち、図５（Ａ）のように物体３０があるとする。この場合、前述のように第１のユニット１０側の走査ビームＢＭ１が遮断されて物体３０の影に位置する反射器からの反射ビームが受光素子１４で受光されず、同図（Ｂ）で点線で示すように走査ビームＢＭ１による受光出力にパルスの欠落を生じる。このパルス欠落を埋めるようなタイミングで、第２のユニット２０側のスキャンミラー２２からの走査ビームＢＭ２が受光素子１４で直接受光されて受光パルスが発生すると、受光素子１４の実際の受光出力は同図（Ｂ）に示すように正常時と同様のパルス欠落のない信号となり、物体３０が存在するにも拘わらず物体３０の不在が通報されてしまう。
【００４３】
このような問題を解消するための参考例や本発明の実施形態を以下に示す。
図６に示す第２参考例は、第１及び第２のユニット１０，２０のスキャンミラー駆動回路１６，２６を、同期駆動手段である同期信号発生回路４０からの同期信号で同期させる構成である。即ち、図７に示すように、第１のユニット１０側の走査ビームＢＭ１の方向が対角方向の時に、第２のユニット２０側の走査ビームＢＭ２の方向も対角方向となるよう、スキャンミラー１２，２２の回動動作を互いに同期させる構成である。尚、図６において、その他の構成は図２と同一であるので図示は省略する。
【００４４】
第２参考例の動作を説明する。
第１のユニット１０側の走査ビームＢＭ１が反射器２３−１に向かう時に、第２のユニット２０側の走査ビームＢＭ２は反射器１３−ｎに向かう。この時、物体３０が光軸上に存在しなければ、第１のユニット側１０の受光素子１４で走査ビームＢＭ２を、第２のユニット２０側の受光素子２４で走査ビームＢＭ１を受光する可能性がある。しかし、物体不在で走査ビームを受光することは安全上問題はない。
【００４５】
一方、もし図中点線で示すように光軸上に物体３０が存在していれば、走査ビームＢＭ１,ＢＭ２はそれぞれ物体３０で遮断されて受光素子２４，１４へは到達しない。また、物体３０の存在で走査ビームＢＭ１，ＢＭ２は反射器２３−１,１３−ｎへそれぞれ到達しないので、反射ビームも受光することはない。従って、受光素子１４，２４のいずれも受光出力を発生せず物体３０の存在が検知されるので、物体３０の存在を誤りなく検知できる。
【００４６】
図８に、別の構成例である第３参考例を示す。
本参考例は、第１及び第２のユニット１０，２０が互いに重複して物体検出動作を行わないように時分割で交互に動作させる構成である。このようにすれば、一方のユニットにおいて走査ビームを発生して物体検出を行っている間は、他方のユニットの走査ビームは発生していないので、図５で説明した誤受光を起こすことはない。
【００４７】
図８において、本参考例では、駆動するユニットを選択するための選択信号Ｅ１，Ｅ２を発生する選択駆動手段としての選択回路５０と、受光出力を処理する信号選択手段としての信号処理回路５１を付加して構成される。
【００４８】
選択回路５０は、同時に論理値１になることはない互いに相補の選択信号Ｅ１，Ｅ２を発生し、選択信号Ｅ１を第１のユニット１０の光ビーム発生回路１１の発光素子駆動回路１１Ａへ、選択信号Ｅ２を第２のユニット２０の光ビーム発生回路２１の発光素子駆動回路２１Ａへ、それぞれ供給する。
【００４９】
信号処理回路５１は、第１のユニット１０の信号欠落検出回路１５の出力と選択信号Ｅ１を論理積演算する第１論理積演算回路５２、第２のユニット２０の信号欠落検出回路２５の出力と選択信号Ｅ２を論理積演算する第２論理積演算回路５３、及び両論理積演算回路５２，５３の出力を論理和演算する論理和回路５４を備え、論理和演算回路５４の出力を物体検出出力Ｚとする構成である。
【００５０】
動作を説明する。
選択回路５０の選択信号Ｅ１が論理値１の時に第１のユニット１０の発光素子１１Ｂから光ビームが発生し、この時、選択信号Ｅ２は論理値０であり、第２のユニット２０の検出動作は停止している。一方、選択信号Ｅ２が論理値１の時は第２のユニット２０の発光素子２１Ｂから光ビームを発生し、この時、選択信号Ｅ１は論理値０であり、第１のユニット１０の検出動作は停止している。選択信号Ｅ１，Ｅ２は同時に論理値１になることはないので、走査ビームＢＭ１,ＢＭ２が同時に生じることはない。
【００５１】
信号処理回路５１は、選択信号Ｅ１が論理値１の時、即ち、走査ビームＢＭ１が発生している時のみ、信号欠落検出回路１５の出力Ｚ１を論理積演算回路５２の出力として論理和演算回路５４に伝達して有効出力とし、選択信号Ｅ２が論理値１の時、即ち、走査ビームＢＭ２が発生している時のみ、信号欠落検出回路２５の出力Ｚ２を論理積演算回路５３の出力として論理和演算回路５４に伝達して有効出力とする。
【００５２】
かかる構成によれば、万が一第１のユニット１０側の走査ビームＢＭ１が第２のユニット２０側の受光素子２４に、第２のユニット２０側の走査ビームＢＭ２が第１のユニット１０側の受光素子１４に、直接受光されたとしても、論理積演算回路５２，５３の出力が論理値１になることはなく、他のユニット側の走査ビーム誤受光により物体が存在している時に誤って物体不在の出力が発生することはない。
【００５３】
尚、走査ビームＢＭ１,ＢＭ２が他方のユニット側の受光素子２４、１４で受光されないように処置されていれば、走査ビームＢＭ１が発生している期間では信号欠落検出回路２５の出力はＺ２＝０となり、走査ビームＢＭ２が発生している期間では信号欠落検出回路１５の出力はＺ１＝０になるので、信号処理回路５１は両論理積回路５２，５３を省略して論理和演算回路５４のみでよく、選択信号Ｅ１，Ｅ２を供給する必要もない。
【００５４】
図９（Ａ）、（Ｂ）に、更に別の構成例である第４参考例を示す。
図９に示す第４参考例は、第１のユニット１０側の発光素子１１Ｂで発生する光ビームの発光周波数と第２のユニット２０側の発光素子２１Ｂで発生する光ビームの発光周波数を異ならせる構成である。
【００５５】
図９（Ａ）のように、本参考例では、発光素子１１Ｂの光ビーム発光周波数をｆ１とし、発光素子２１Ｂの光ビーム発光周波数をｆ２とする（ｆ１≠ｆ２）。
【００５６】
図９（Ｂ）に、本参考例の信号欠落検出回路の構成を示す。
図において、本参考例の信号欠落検出回路１５の受光回路１７′は、増幅回路６１と、自身のユニットの走査ビーム信号成分のみを抽出する信号抽出手段として中心周波数ｆ１の帯域通過フィルタ６２を有する。尚、第２のユニット２０の信号欠落検出回路２５は、受光回路内の帯域通過フィルタの中心周波数がｆ２であることを除いては第１のユニット１０側と同様であるので、図示を省略する。その他の構成は図２に示す第１参考例と同様である。
【００５７】
図１０のタイムチャートを参照して第１のユニット１０側の動作を説明する。
受光素子１４が反射ビームを受光すると、受光回路１７′は、受光素子１４の出力信号を増幅回路６１で増幅し、受光信号Ｓ３を生成する。信号Ｓ３は、帯域通過フィルタ６２に入力されて周波数検定される。帯域通過フィルタ６２は、受光素子１４で本来受光されるべき発光周波数ｆ１の光ビームをほとんど減衰せずに出力する。この場合、フィルタ６２の入力信号Ｓ３と出力信号ＳａのレベルはＳａ≒Ｓ３である。信号Ｓａは、コンパレータ１８に入力されて図２の第１参考例の場合と同様にレベル検定される。信号Ｓａの整流出力Ｓ１レベルが閾値Ｖｔ１以上であればＳｂ＝１を生成し、信号Ｓ１レベルがＶｔ１よりも低レベルであればＳｂ＝０となる。
【００５８】
コンパレータ１８の出力信号Ｓｂは、パルス欠落検出回路１９内のオフ・ディレー回路１９Ａへ入力され、正常に周波数ｆ１の反射ビームＢＭ１′が受光されていれば、信号Ｓ２＝１が継統し、この継続時間がオン・ディレー回路１９Ｂのオン・ディレー時間Ｔｏｎ以上になると、オン・ディレー回路１９ＢからＺ１＝１が生成されて物体の不在が通報される。検出領域１内に物体３０があれば、図１０に点線で示すようなパルス欠落が生じ、信号Ｓｂ＝０がオフ・ディレー時間Ｔｏｆ以上継続すれば信号Ｓ２＝０が生じ、オン・ディレー回路１９Ｂの出力Ｚ１はＺ１＝０となり、物体の存在が通報される。
【００５９】
一方、本来受光されるべきでない第２のユニット２０側の周波数ｆ２の光ビームＢＭ２が受光素子１４で受光されて信号Ｓ３が発生しても、帯域通過フィルタ６２で周波数検定されて排除される。即ち、発光周波数ｆ２の光ビームＢＭ２の受光により信号Ｓ３が最大レベルになっても、図示のように信号Ｓ１レベルは閾値Ｖｔ１より低いレベルとなるように帯域通過フィルタ６２の減衰特性は設定されている。これにより、信号Ｓｂ＝１は発生せず、他のユニットからの走査ビームの誤受光による問題を避けることができる。
【００６０】
図１１（Ａ）に、本発明の第１実施形態の要部を示し、第１のユニット１０の反射器アレイ１３と第２のユニット２０の反射器アレイ２３における反射器１３−１〜１３−ｎと２３−１〜２３−ｍのピッチＬ１，Ｌ２を異ならせる構成である。この場合は、同図（Ｂ）に示すように、走査１周期における受光素子１４と２４の各受光信号の包絡線検波信号の周波数、即ち、反射ビームの明滅周波数が異なることになる。本実施形態の信号欠落検出回路は図９（Ｂ）の回路と同様である。ただし、帯域通過フィルタ６２の中心周波数ｆ１，ｆ２は、反射ビームの明滅周波数となる。
【００６１】
図１２に、本発明の第２実施形態の要部を示し、１枚の反射板１３Ａ，２３Ａ上に幅Ｌ１，Ｌ２のマスク１３ａ，２３ａを所定間隔で貼り付け、実質的に複数の反射部（図中では反射器１３−１〜１３−ｎ、２３−１〜２３−ｍとして示す）を設けた反射器アレイ１３，２３とする構成である。この場合も、図１１と同様の作用、効果を得ることができる。
【００６２】
尚、両ユニット１０，２０の反射器（又は反射部）を同数配置し、スキャンミラー１２，２２の走査速度を異ならせても、両ユニット１０，２０の走査１周期の受光出力の明滅周波数は異なるので、図１１及び図１２の場合と同様の作用、効果が得られる。図１１及び図１２の場合には、走査ビームＢＭ１，ＢＭ２に直流光を使用しても太陽光等の外乱光の影響を抑制することができる。
【００６３】
図１１及び図１２に示す第１及び第２実施形態の構成によれば、後述する物体からの乱反射光の受光強度大で恰も反射器（又は反射部）からの受光と見なすような誤りも防ぐことができる。
【００６４】
即ち、第１及び第２実施形態では、反射器アレイ１３，２３からの反射ビームは、それぞれ走査１周期において所定の周波数ｆ１，ｆ２の明滅光になる。一方、物体からの乱反射を受光した時はそのような明滅光にならない。従って、反射器アレイからの光と乱反射光とを区別でき、乱反射光が存在すれば信号欠落検出回路１５の出力Ｚ１は論理値０となる。
【００６５】
尚、走査ビームＢＭ１とＢＭ２を区別する方法として、走査ビームＢＭ１とＢＭ２の波長を異ならせてもよい。この場合には、各ユニット１０，２０のそれぞれの受光素子１４，２４の受光面に、それぞれ本来受光すべき波長の走査ビームＢＭ１，ＢＭ２のみ透過し、受光すべきでない波長の走査ビームＢＭ２，ＢＭ１を強度減衰若しくは遮断する波長フィルタを設ければよい。こうすることで、受光すべきでない走査ビームの誤受光を防ぐことができる。尚、受光側の信号欠落検出回路１５，２５には、図２の構成を用いればよい。
【００６６】
尚、各ユニットにおける略三角形状の検出領域の幾何学的配置を工夫することで、他のユニットからの走査ビーム誤受光の問題を解決することができる。一般的には、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１のユニット１０の三角形状の検出領域１Ａの面と、第２のユニット２０の三角形状の検出領域１Ｂの面が同一平面とならないようにユニット１０，２０の各スキャンミラー及び受光素子を配置すればよい。このように配置することで、他のユニットの走査ビームを直接受光するのを防止できる。図１３の（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。
【００６７】
ところで、反射率のよい物体（例えば鏡等）の場合、検出領域１内の存在位置によっては物体で走査ビームが拡散されずに略１８０度折り返し反射されて十分な強度の光が受光素子で受信されることが起こり得る。また、物体がスキャンミラー及び受光素子の近傍に在る場合には、走査ビームが物体で拡散反射されても、その乱反射光が物体不在を誤って示す程度の強度で受光素子で受信される可能性がある。
【００６８】
このような問題を解決するための実施形態を以下に示す。
図１４に示す第３実施形態は、受光素子で受光される反射ビームが、反射器で反射したものであることを確認する機能を設ける構成である。尚、図１４の基本的な構成は、特開平１０−３８１９４号公報等で公知である。
【００６９】
図１４において、本実施形態では、反射器アレイ１３の少なくともいずれか１つを特定の反射器１３−Ｐ（Ｐ＝１〜ｎ）とし、反射器１３−Ｐは、その一端が支軸７１で回動自由に軸支されている。他端には、変調手段としての電歪素子７２が取り付けられている。電歪素子７２は、図示しない駆動回路で周波数ｆ３で交流駆動される。一方、信号欠落検出回路１５は、図２の構成に、包絡線検波回路７３、パルス欠落検出回路７４及び論理積演算回路７５を新たに付加する。包絡線検波回路７３は、コンパレータ１８の出力Ｓｂを包絡線検波し、入力信号周波数がｆ３以上の高周波信号のみＳｃ＝１を出力する整流回路である。パルス欠落検出回路７４は、オフ・ディレー回路とオン・ディレー回路を備え、包絡線検波回路７３の出力Ｓｃのパルス欠落を検出する。ただし、パルス欠落検出回路７４のオフ・ディレー回路のオフ・ディレー時間Ｔｏｆ１は、正常時に生じる包絡線検波回路７３の出力Ｓｃ＝０期間より長くＳｃ＝１生成の２周期より短い。また、オン・ディレー回路のオン・ディレー時間は、少なくともＳｃ＝１生成周期よりも長く設定される。尚、第２のユニット２０側も同様の構成である。
【００７０】
以下に、図１５のタイムチャートを参照して動作を説明する。
監視動作時に、反射器１３−Ｐは電歪素子７２で周波数ｆ３で交流駆動される。反射器１３−Ｐは、電圧が印加されない時は図１４の実線で示す状態となり、この状態では走査ビームＢＭ１は受光素子１４の方向に反射されて受光される。電圧が印加された時は図１４の点線で示す状態になり、この状態では走査ビームＢＭ１は受光素子１４の方向へは反射されず受光されない。従って、電歪素子７２の駆動周波数がｆ３であれば、反射器１３−Ｐからの反射ビーム受光に基づく受光素子１４の受光出力は周波数ｆ３で交互に受光あり／なしを繰り返す。これにより、受光回路１７の出力信号Ｓａは、図１５に示すように周波数ｆ１の信号が周波数ｆ３で振幅変調された波形になる。尚、（反射器１３−Ｐからの反射光ビーム受信時間）＞１／ｆ３＞１／ｆ１の関係にある。
【００７１】
走査ビームＢＭ１は所定の周期で走査されるので、正常時は反射器１３−Ｐによる変調信号も図１５のように周期的に生じる。コンパレータ１８の出力Ｓｂのうち、周波数ｆ３の信号は包絡線検波回路７３で検波されてＳｃ＝１として出力される。Ｓｃ＝１が周期的に生じていればパルス欠落検出回路７４は出力Ｙ１＝１を継続して生成する。もしも、反射器１３−Ｐからの反射ビームが受光されない場合には、信号Ｓｂに周波数ｆ３の信号が生じないので、包絡線検波回路７３の出力はＳｃ＝０となり図１５の点線で示すようにパルスの欠落が生じる。これにより、パルス欠落検出回路７４の出力はＹ１＝０となる。この信号Ｙ１とパルス欠落検出回路１９の出力Ｚ１を論理積演算回路７５で論理積演算し、その結果の出力ＺＹを、第１のユニット１０側の物体存在／不在を示す信号とする。
【００７２】
尚、反射器アレイの複数の反射器に上述の電歪素子等の変調手段を取り付けた場合でも、図１４の回路構成を用いることができる。また、全ての反射器に変調手段を取り付けて同一周波数ｆ３で走査ビームを変調する構成とすれば、光ビームを直流光としても受光時には周波数ｆ３の交流光になっているので、発光周波数ｆ１とする必要はない。また、第２のユニット２０側の全反射器に変調手段を取り付けて走査ビームＢＭ１を周波数ｆ３で変調し、第１のユニット１０側も同様にして走査ビームＢＭ２をｆ３と異なる周波数で変調すれば、他のユニット側の走査ビームの誤受光による問題も解消できる。その場合、信号欠落検出回路の受光回路に、図９（Ｂ）の回路を用いればよい。
【００７３】
次に、別の構成例である本発明の第４実施形態を図１６に示し説明する。尚、本実施形態は、光ビーム反射手段が、複数に分割された反射領域で構成されている、即ち、反射部と不反射部が複数交互に配置されて場合に適用する。例えば、複数の反射器で構成されている場合や、図１１，１２に示したような複数のマスクを設けた場合である。ここでは、反射器アレイが複数の反射器で構成されている場合として説明する。
【００７４】
図１６において、図２の信号欠落検出回路１５のコンパレータ１８の出力Ｓｂとスキャンミラー駆動回路１６の駆動信号ＳＤ１とを入力し、スキャンミラー１２の走査１周期当たりの信号Ｓｂの発生数をカウントする計数回路９０を設け、計数回路９０の出力Ｚｃと信号欠落検出回路１５の出力Ｚ１（パルス欠落検出回路１９の出力）とを論理積演算回路９１で演算し、論理積演算回路９１の出力を物体存在／不在の検出信号Ｚとする構成である。
【００７５】
図１で示されるように反射器アレイ１３，２３が複数の分割された反射器１３−１〜１３−ｎ，２３−１〜２３−ｎで構成されている場合、走査ビームの走査一周期で受光される反射ビームのパルス数は反射器アレイ１３，２３の反射器数に等しい。物体が存在すれば、少なくとも１個以上の反射ビームが受光されないので反射ビームのパルス数が減少する。また、物体からの乱反射光の受光強度大で受光有りと見なす誤りも防止するには、検出対象の最小物体からの乱反射光が少なくとも反射器２個分以上継続するよう隣接する反射器の間隔を狭く設定すれば、反射パルス数は減少する。
【００７６】
動作は、計数回路９０が、信号ＳＤ１に基づいてスキャンミラー１２の走査１周期当たり入力する信号Ｓｂの数をカウントし、このカウント値と予め反射器の数に対応する設定値とを比較し、カウント値が設定値と一致すれば計数回路９０はＺｃ＝１を出力する。カウント値が設定値と不一致であればＺｃ＝０となる。このパルス数の確認信号Ｚｃとパルス欠落検出回路１９の出力Ｚ１を論理積演算回路９１へ入力し、その結果出力Ｚを物体存在／不在の検出信号とする。
【００７７】
尚、本実施形態で用いた計数回路は、スキャンミラーの走査１周期当たりのパルス数を計数することからパルス欠落検出回路１９と同等の機能を有するので、前述した各実施形態におけるパルス欠落検出回路１９を計数回路９０で置き換えることが可能である。
【００７８】
また、信号Ｓｂとして生じるパルス信号の周波数を検定する方法も取り得る。前述の第１、２実施形態の説明でも述べたように、物体不在で受光される周波数ｆ１の反射パルス光は、物体が存在するとその物体を走査ビームで走査している間は生じない。即ち、物体存在で、反射光の周波数はｆ１以外となるので、受光信号の周波数検定を行うことで、物体の存在／不在を検出できる。
【００７９】
周波数検定は、例えば、図１６において帯域通過フィルタ（中心周波数ｆ１）を設けて信号Ｓｂを入力し、その出力を別途設けたコンパレータに入力して閾値演算し、その出力をパルス欠落検出回路１９へ入力する構成とすればよい（この場合計数回路は当然省くことができる）。
【００８０】
物体存在で信号Ｓｂの周波数がｆ１以外になると、図１０と同様にフィルタ出力レベルが低下してコンパレータの閾値より低くなりパルス欠落が生じて物体有りが検出できる。或いは、発光ビームを直流光として図９（Ｂ）の回路を用いて反射ビームの周波数を検定してもよい。
【００８１】
図１７（Ａ）、（Ｂ）に、更に別の構成例である本発明の第５実施形態を示す。
図１７において、本実施形態では、同図（Ａ）に示すように、自身のユニット以外の光ビーム、例えば第２のユニット２０側の走査ビームＢＭ２が所定方向に投光された時に、この走査ビームＢＭ２を第１のユニット１０側の受光素子１４で受光されるように反射する反射器Ｔｐ１，Ｔｐ２を別途設ける構成である。このため、同図（Ｂ）に示すように、受光側に、図９（Ｂ）の構成の信号欠落検出回路１５の他に、受光素子１４で所定の周期で周波数ｆ２の走査ビームＢＭ２が受光されていることを確認する他ビーム受光確認回路８０を備えて構成される。
【００８２】
他ビーム受光確認回路８０は、中心周波数ｆ２の帯域通過フィルタ８１と、コンパレータ８２と、第２のユニット２０側のスキャンミラー駆動信号ＳＤ２の入力でタイミング信号ＴＭを出力するタイミング信号発生回路８３と、論理積演算回路８４と、パルス欠落検出回路８５を備え、所定タイミングで走査ビームＢＭ２が正常に受光素子１４で受光されている時、出力Ｖ１＝１を発生する。
【００８３】
かかる第５実施形態の動作を図１８のタイムチャートを参照して説明する。
反射ビームの受光で受光素子１４から受光出力が発生すると、増幅回路６１で増幅された受光信号Ｓ１が帯域通過フィルタ６２，８１にそれぞれ入力する。図９の第４参考例で説明したように、周波数ｆ１以外の信号は、帯域通過フィルタ６２で減衰されて信号Ｓａとしてコンパレータ１８へ出力され、パルス欠落検出回路１９でレベル検定される。一方、他ビーム受光確認回路８０の帯域通過フィルタ８１は、周波数ｆ２以外の信号を減衰してコンパレータ８２に信号Ｓａ′として出力する。尚、本実施例では、受光素子１４で両走査ビームＢＭ１，ＢＭ２が同時に受光されても、受光素子１４及び増幅回路６１は飽和しないものとする。
【００８４】
他ビーム受光確認回路８０のタイミング信号発生回路８３は、走査ビームＢＭ２が図１７（Ａ）で示した反射器Ｔｐ１、Ｔｐ２、受光素子１４の経路となるような走査位置に第２のユニット２０側のスキャンミラー２２が駆動されたことを示す駆動信号ＳＤ２の入力でタイミング信号ＴＭを出力する。このタイミングで正常に走査ビームＢＭ２が反射器Ｔｐ１，Ｔｐ２で反射されて受光素子１４で受光されていれば、図１８に示すように帯域通過フィルタ８１からＳａ′＝１が発生し、コンパレータ８２からＳｂ′＝１が発生し、論理積演算回路８４からＳｆ＝１が発生する。タイミング信号ＴＭ＝１は周期的に生じ、その時にＳｂ′＝１が発生すれば、論理積演算回路８４からＳｆ＝１が周期的に生じる。パルス欠落検出回路８５は、Ｓｆ＝１が所定の周期で生じている時にＶ１＝１を生成する。ここで、パルス欠落検出回路８５のオフ・ディレー回路のオフ・ディレー時間Ｔｏｆ２は、正常時に生じる論理積演算回路８４の出力Ｓｆ＝０期間より長くＳｆ＝１生成の２周期より短い。また、オン・ディレー回路のオン・ディレー時間は、少なくともＳｆ＝１生成周期よりも長く設定される。
【００８５】
一方、走査ビームＢＭ２が、図１８の点線で示す本来受光されるべきタイミング信号ＴＭ＝１の発生時に受光されなければ、論理積演算回路８４からＳｆ＝１が生成されずパルスに欠落が生じ、パルス欠落検出回路８５の出力はＶ１＝０となる。この信号Ｖ１と信号欠落検出回路１５の出力Ｚ１を論理積演算回路８６で論理積演算し、その結果の出力ＺＶを、第１のユニット１０側の物体の存在／不在を示す信号とする。
【００８６】
かかる構成によれば、物体が前記光路上に存在して走査ビームＢＭ２が遮断されればＶ１＝０となり、論理積演算回路８６の出力は物体の存在を示すＺＶ＝０となる。また、このような光路を設ける構成では、両ユニット１０，２０の位置が正規の位置からずれると、走査ビームＢＭ２が正確に受光素子１４に入射せず受光されないので、両ユニット１０，２０の位置合わせにも適用できる。
【００８７】
尚、図１７では一光路の場合を示したが反射器を追加して複数の光路を設けてもよく、その場合には受光されるべきタイミング毎にタイミング信号ＴＭ＝１を生成し、スキャンミラー２２の走査一周期中にＴＭ＝１を複数回発生させることになる。また、走査ビームＢＭ２を用いずに走査ビームＢＭ１，ＢＭ２とは異なる周波数を有する光ビームを発生する専用の発光素子を設けて光路を形成するようにしてもよい。
【００８９】
次に、本発明の光バリア装置を機械の安全確保設備として用いるのに好適な実施形態について説明する。
機械の安全確保設備として用いるためには、検出領域１を走査ビームＢＭ１，ＢＭ２が確かに走査していることを確認することが望ましい。
【００９０】
図１９〜図２１に、このような確認を行うための走査確認手段としての走査確認部の構成例を示す。この走査確認部は、スキャンミラーが所定の拡がり角の範囲内で光ビームを走査していることを確認するものである。
【００９１】
図１９は走査確認部の構成例を示し、図２０は走査確認部のブロック図を示し、図２１は走査確認部の動作タイムチャートを示す。この走査確認部の構成は国際公開Ｗ０９７／３３１８６で既に公知であり、ここでは簡単に説明する。
【００９２】
図１９において、１０１，１０２は一対の走査確認用受光素子で、検出領域外に配置され、スキャンミラー１０３により検出領域外へ反射される光ビーム１０４，１０５を受光する。１０６は走査確認用信号欠落検出手段である走査確認信号処理回路で、その入力側に走査確認用受光素子１０１，１０２の出力が供給されている。走査確認信号処理回路１０６は、図２０に示すように図２の信号欠落検出回路１５と同様の回路で構成されており、受光回路１０６Ａ，１０６Ｂと、コンパレータ１０６Ｃと、パルス欠落検出回路１０６Ｄを備え、受光素子１０１，１０２からの信号のパルス欠落により光ビームによる走査の異常を検出している。
【００９３】
図２１に動作タイムチャートを示す。
スキャンミラー１０３での光ビームの反射が無かったり、スキャンミラー１０３が回動しなかったり、或いは回動角度が減少する等の故障が発生した場合、受光素子１０１，１０２の少なくとも一方の出力が無くなり、図中点線で示すようにパルスの欠落が生じる。パルス欠落検出回路１０６Ｄ内のオフ・ディレー回路のオフ・ディレー時間Ｔｏｆ′は、受光出力の発生周期より多少長く設定されているので、パルス欠落が発生すると、パルス欠落検出回路１０６Ｄの出力はＨ＝１からＨ＝０になり、前述のような故障が継続しパルス欠落が周期的に生じる間はＨ＝０に維持され、光ビームの走査異常が通報される。尚、一度でも異常が生じた後、異常が検出されなくなってからも自動的な正常通報を阻止するためには、例えば、信号Ｈをフリップフロップに入力してＨ＝０を記憶するようにすればよい。
【００９４】
このような走査確認部を本発明の光バリア装置に適用する場合は、前記走査確認部を各ユニット１０，２０にそれぞれ設け、図２２に示すように、各走査確認部の出力Ｈ１，Ｈ２と各ユニット１０，２０の物体存在／不在を示す信号Ｚ１，Ｚ２を、それぞれ論理積演算回路１１１，１１２で論理積演算し、これら演算結果の各出力を論理積演算回路１１３で論理積演算し、光バリア装置の最終的な出力とする。この際に、走査確認用受光素子１０１，１０２を各ユニット１０，２０の反射器アレイ１３、２３両端部にそれぞれ取り付ける構成とすれば、反射器アレイ１３，２３の位置で光ビームが正常に走査されていることを確認できる利点がある。
【００９５】
以上の各実施形態で使用するスキャンミラーとしては、例えば市販のガルバノミラーを用いることができる。また、半導体ガルバノミラーを用いれば、スキャンミラーを小型にでき、延いては、光バリア装置の小型化を図ることができる。
【００９６】
半導体ガルバノミラーとしては、後述する電磁型ガルバノミラーの外に静電型ガルバノミラーや圧電型ガルバノミラーがある。
静電型ガルバノミラーは、半導体素子製造プロセスで製造された素子で、ミラーを形成した可動板を静電気力で駆動するものであり、例えば特開平５−６０９９３号公報等に開示されている。また、圧電型ガルバノミラーは、ミラーを形成した可動板を圧電共振で駆動するものであり、例えば、SPIE-The International Society for Optical Engineering１９９１年７月発行の「Reprinted from Miniature and Micro-Optics; Fabrication and System Applications Volume 1554」に開示されている。
【００９７】
ここでは、スキャンミラーとして好適な電磁型ガルバノミラーについて詳述する。尚、ここで説明する電磁型ガルバノミラーは、本出願人の出願にかかる特開平８−２２０４５３号公報等で公知である。
【００９８】
図２３は電磁型半導体ガルバノミラーの分解斜視図である。尚、判り易くするため、大きさを誇張して示している。
図２３において、絶縁基板上に載置するシリコン基板の内側に、シリコン基板に一体形成したトーションバー及びこのトーションバーにより支持された可動板を設ける。可動板上の周辺には平面コイルを設け、中央部にミラーを設ける。シリコン基板の対向する側面には、永久磁石を配置する。永久磁石の極性は、一方の側面では上がＮで下がＳ、他方の側面では下がＮで上がＳとなっている。
【００９９】
その動作は、電極端子から平面コイルに電流を流すと、永久磁石による静磁界を横切って電流が流れ、可動板の両端にフレミングの左手の法則に従って力が働き、可動板は回動する。平面コイルに交流電流を流すと、可動板は周期的に回動し、ミラーに入射する光ビームを反射走査することができる。可動板は一定の周波数で共振し、振幅のピ−クを示す。従って、共振時には小さい入力で大きい変位角か得られるので、共振状態で用いるのが好ましい。
【０１００】
尚、上述した本発明の光バリア装置の各実施形態では、発光素子からの光ビームをスキャンミラーで反射する構成で検出領域を監視しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スキャンミラーの位置に発光素子を載置した半導体ガルバノミラータイプの走査素子を設け、発光素子を回動させて検出領域を発光素子からの光ビームで走査する構成でもよい。
【０１０１】
上述の各本実施形態の光バリア装置を高い安全性で実現するには、信号欠落検出回路や走査確認部をフェールセーフに構成すればよい。各回路で用いられた閾値演算回路や論理積演算回路をフェールセーフに構成する場合は、米国特許第５,３４５,１３８号明細書、同４,６６１,８８０号明細書、同５,０２７,１１４号明細書等で開示されているフェールセーフ・ウィンドウコンパレータ／ＡＮＤゲートを用いることが出来る。この回路と動作及びフェールセーフ特性に関しては、電気学会論文誌(TRAN.IEE of JAPAN）Vol.109-C,No.9,Sep.1989（窓特性を持つフェールセーフ論理素子を使ったインタロックシステムの一構成法）や、“Application of Window Comparator to Majority Operation" Proc.of 19th International Symp. On Multiple-Valued Logic,IEEE Computer Society(May 1989)等の文献で示した。オン・ディレー回路は、国際公開ＷＯ９４／２３３０３、国際公開ＷＯ９４／２３４９６、特公平１−２３００６号公報、特開平９−１６２７１４号公報等で公知のフェールセーフなオン・ディレー回路を用いることが出来る。整流回路や増幅回路のフェールセーフ構成はＰＣＴ／ＪＰ９３／００４１１等で公知である。また、故障時に減衰量が低下することのないフェールセーフな帯域通過フィルタの構成は、電気学会産業計測制御研究会資料、IIＣ−９４−２３，（９４−７）等の文献で示されている。これらを用いることで、光バリア装置を、故障時に誤って物体なしを通報することのないフェールセーフな安全装置として構成できる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、検出領域を走査する走査ビームを反射して１つの受光手段で受光させ、この受光出力の有無により物体の存在／不在を検出する構成としたので、受光素子アレイが不要で受光素子及び受光回路の数を削減できコストを低減できる。また、対面する各ユニットが互いに対角状に走査するので、検出領域が四角形状となり検出領域を広くとれる。更には、他方のユニットの光ビームの受光に起因する誤通報を防止できる。
【０１０３】
請求項７〜１２の発明によれば、光ビーム反射手段からの反射光と物体で反射した光とを識別できるようになるので、物体の反射率が高く物体からの反射光の受光レベルが所定レベル以上である場合や、物体が受光手段の近傍で物体からの乱反射光の受光レベルが所定レベル以上である場合に、これらの誤った受光出力に起因する誤通報を防止できる。
【０１０４】
請求項１３、１４の発明によれば、走査ビームが検出領域を正常に走査していることを確認できるので、機械の安全確保設備として用いる場合に光バリア装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光バリア装置の第１参考例の概略構成図
【図２】同上第１参考例のユニットの構成図
【図３】同上第１参考例の動作タイムチャート
【図４】レトロリフレクタの図
【図５】本発明の光バリア装置の問題点の説明図
【図６】本発明の第２参考例の要部構成図
【図７】同上第２参考例の動作説明図
【図８】本発明の第３参考例の要部構成図
【図９】本発明の第４参考例の要部構成図
【図１０】同上第４参考例の動作タイムチャート
【図１１】本発明の第１実施形態の要部構成図
【図１２】本発明の第２実施形態の要部構成図
【図１３】他ユニットのビーム直接受光を防止する他の方法の例示図
【図１４】本発明の第３実施形態の要部構成図
【図１５】同上第３実施形態の動作タイムチャート
【図１６】本発明の第４実施形態の要部構成図
【図１７】本発明の第５実施形態の要部構成図
【図１８】同上第５実施形態の動作タイムチャート
【図１９】走査確認部の構成図
【図２０】同上走査確認部のブロック図
【図２１】同上走査確認部の動作タイムチャート
【図２２】走査確認部を本発明の光バリア装置に適用する場合の要部構成図
【図２３】半導体ガルバノミラーの斜視図
【符号の説明】
１    検出領域
１０    第１のユニット
１１、２１    光ビーム発生回路
１２、２２    スキャンミラー
１３、２３    反射器アレイ
１３Ａ、２３Ａ    反射器
１３ａ、２３ａ    マスク
１４、２４    受光素子
１５、２５    信号欠落検出回路
２０    第２のユニット
３０    物体
４０    同期信号発生回路
５０    選択回路
５１    信号処理回路
６２    帯域通過フィルタ
７２    電歪素子
８０    他ビーム受光確認回路
９０    計数回路
１０１、１０２    走査確認用受光素子
１０６    走査確認手段処理回路
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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