(57)【要約】【課題】極微小な散乱戻り光によるレーザ光源の反応を利用して、きわめて簡単な構成かつ高精度な物体検知を行うこと。【解決手段】本発明は、レーザ光を出射する光源１０と、光源１０から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による光源１０の出力変化を検出する光検出器２０と、光検出器２０による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知器３０とを備える物体検知装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による前記光源の出力変化を検出する受光手段と、
前記受光手段による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知手段と
を備えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記光源から出射したレーザ光を集光するレンズと、
前記レンズの焦点位置を調整する駆動手段と、
前記駆動手段によって前記レンズの焦点位置を調整し、前記受光手段による検出値が最大となるよう制御する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記制御手段によって前記受光手段による検出値が最大となる制御を行った場合の前記レンズの焦点距離に基づき前記物体までの距離を検知する
ことを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記光源は、マルチモードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記光源は、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記光源は、マルチモードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
【請求項７】
前記光源は、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射するものである
ことを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
【請求項８】
前記光源から出射したレーザ光を反射させる反射手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項９】
前記光源から出射したレーザ光を分岐する分岐手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項１０】
レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射するレーザ光の出力変化を検知する受光手段とを備えるレーザ光出射装置を用いる物体検知方法において、
前記光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による前記光源の出力変化を前記受光手段で検出し、その検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する
ことを特徴とする物体検知方法。
【請求項１１】
前記光源から出射したレーザ光を集光するレンズの焦点距離を調整し、前記受光手段による検出値が最大となるよう制御する
ことを特徴とする請求項１０記載の物体検知方法。
【請求項１２】
前記受光手段による検出値が最大となる制御を行った場合の前記レンズの焦点距離に基づき前記物体までの距離を検知する
ことを特徴とする請求項１１記載の物体検知方法。
【請求項１３】
前記光源からマルチモードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１０記載の物体検知方法。
【請求項１４】
前記光源から出射するレーザ光として、そのレーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１０記載の物体検知方法。
【請求項１５】
前記光源からマルチモードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１１記載の物体検知方法。
【請求項１６】
前記光源から出射するレーザ光として、そのレーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を出射する
ことを特徴とする請求項１１記載の物体検知方法。
【請求項１７】
前記光源から出射したレーザ光を反射手段によって反射させ、その反射による経路を含む光路上の物体の検知を行う
ことを特徴とする請求項１０記載の物体検知方法。
【請求項１８】
前記光源から出射したレーザ光を分岐手段によって分岐させ、その分岐による複数の光路上の物体の検知を行う
ことを特徴とする請求項１０記載の物体検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の光路上にある物体の検知を行う物体検知装置および物体検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型のレーザ物体センサは、光源から出射されるレーザ光をある物体が遮るか、反射もしくは強く散乱することを利用し、状態の変化を捉えることで行っている。この方法では、光検出器に被測定物からの信号（状態変化による情報）が充分に達しないと実用レベルにならないことから、高精度かつ安定した光軸合わせ、被測定物への焦点制御や位置制御、被測定物への強い輝度光線の照射などが必要とされ、複雑なサーボ構成が必要となる。
【０００３】
また、光検出器の位置は透過光の有無を見る場合、一般的に光源からかなり離れた場所に設置する必要があり、反射光を見る場合においても反射器を光源から離れた位置に設置し、かつ検出器の位置を精度良く管理する必要がある。
【０００４】
ここで、特許文献１には、レーザ光を対象物に照射してドップラビート波を検出する半導体レーザデジタル振動変位計測装置が開示されている。また、特許文献２には、レーザへの戻り光を利用したセンシング技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２８２７４６号明細書
【特許文献２】特開昭５１−１２６８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザドップラ速度計のように強い散乱光を検出する場合は、被測定物体を光源や検出器からあまり遠くない位置に設置して測定感度を上げる必要があり、その適用範囲は非常に制限を受けることになる。また、レーザへの戻り光を利用したセンシングでは、戻り光率が０．０１％を超える比較的高めの領域を用いるものであったため、いわゆる戻り光ノイズの発生が大きくかつ不安定で実用的ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による光源の出力変化を検出する受光手段と、受光手段による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知手段とを備える物体検知装置である。
【０００８】
このような本発明では、光源から出射されたレーザ光が物体に当たり、その際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光が光源の出力に与える影響を受光手段で検出することから、光源のコヒーレンス長より離れた物体であっても極微小な散乱戻り光（インコヒーレントな光）を利用して検知を行うことができるようになる。
【０００９】
また、本発明は、上記の構成に加え、光源から出射したレーザ光を集光するレンズと、レンズの焦点位置を調整する駆動手段と、駆動手段によってレンズの焦点位置を調整し、受光手段による検出値が最大となるよう制御する制御手段とを備える物体検知装置でもある。
【００１０】
このような本発明では、レーザ光を集光するレンズの焦点位置に物体がある場合の散乱戻り光が最も強くなることを利用し、受光手段による検出値が最大となるようレンズの焦点位置を調整することで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。また、本発明では、受光手段による検出値が最大となるときの焦点位置に基づき物体までの距離を検知できるようになる。
【００１１】
また、光源から出射するレーザ光として、マルチモードのレーザ光を用いたり、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を用いたりすることで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。
【００１２】
また、本発明では、光源から出射するレーザ光の光路上にある物体を検知できるため、反射手段によってレーザ光を反射させたり、分岐手段によってレーザ光を分岐させたりすることで、所望の光路を設定して物体の検知範囲を拡げることができるようになる。
【００１３】
また、本発明は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射するレーザ光の出力変化を検知する受光手段とを備えるレーザ光出射装置を用いる物体検知方法であり、光源から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による光源の出力変化を受光手段で検出し、その検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する物体検知方法である。
【００１４】
このような本発明では、光源から出射されたレーザ光が物体に当たり、その際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光が光源の出力に与える影響を受光手段で検出することから、光源のコヒーレンス長より離れた物体であっても極微小な散乱戻り光（インコヒーレントな光）を利用して検知を行うことができるようになる。
【００１５】
また、本発明は、光源から出射したレーザ光を集光するレンズの焦点距離を調整し、受光手段による検出値が最大となるよう制御する物体検知方法でもある。
【００１６】
このような本発明では、レーザ光を集光するレンズの焦点位置に物体がある場合の散乱戻り光が最も強くなることを利用し、受光手段による検出値が最大となるようレンズの焦点位置を調整することで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。また、本発明では、受光手段による検出値が最大となるときの焦点位置に基づき物体までの距離を検知できるようになる。
【００１７】
また、本発明の物体検知方法では、光源から出射するレーザ光として、マルチモードのレーザ光を用いたり、レーザ光の発振閾値に最も近い発振モードからモードホップした発振モードのレーザ光を用いたりすることで、極微小な散乱戻り光であっても精度良く検出できるようになる。
【００１８】
また、本発明の物体検知方法では、光源から出射するレーザ光の光路上にある物体を検知できるため、反射手段によってレーザ光を反射させたり、分岐手段によってレーザ光を分岐させたりすることで、所望の光路を設定して物体の検知範囲を拡げることができるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
したがって、本発明によれば、極微小な散乱戻り光によるレーザ光源の反応を利用して、きわめて簡単な構成かつ高精度な物体検知を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る物体検知装置および物体検知方法は、レーザ光の光路上に検知対象となる物体が存在するか否かを検知する構成を備えており、この構成を基本として物体までの距離を検出できるものでもある。
【００２１】
特に、本実施形態では、従来型光センサに比べて装置構成の簡素化、設置の制限の緩和といったメリットがあることから、固定してのセンシングのほか、移動体でのセンシングにも適したものとなる。
【００２２】
すなわち、図８に示す従来型光センサでは、左側にあるレーザ光源から出た光が右側にある光センサに入る設定となっている。この時、この光路中に遮蔽物が入ると光が途切れるため、光センサがこれを感知し、侵入者（物）の存在を知らせるかもしくは記録する装置に信号を送ることができる。
【００２３】
したがって、このような設定の場合、光源と光センサとはある程度距離を離して設置する必要がある。両者の設置を近づけたい場合は反射鏡を使えば可能であるが、その場合もミラーはやはり光源や光センサから離れた設置を必要とし、さらに光センサの位置はミラー反射光をうまく受けられるように精度よく設置させる必要がある。
【００２４】
このため、例えば、車間に物体が入ったことを検知する場合、隣の車に鏡を設置させることは困難であるとともに、その反射光をうまく受光する光センサ位置を設定することも容易ではない。このように、従来方法による光センシングでは、その設置に制限が多く、メンテナンスも必要な上、移動体でのセンシングには適さない。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態を説明する模式図である。すなわち、第１実施形態に係る物体検知装置は、レーザ光を出射する光源（例えば、半導体レーザ）１０と、光源１０から出射されるレーザ光の出力を検出する光検出器（例えば、フォトダイオード）２０と、光検知器２０による検出結果に基づき検知対象となる物体の有無を検知する検知器３０とを備えたもので、この光検出器２０において、光源１０から出射されたレーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光（戻り光）による光源１０の出力変化を検出し、この検出結果から検知対象となる物体の有無を判断している。
【００２６】
具体的には、光源１０から出射されるレーザ光をコリメートするレンズ１１を備えており、レンズ１１の後段にレーザ光を分岐するビームスプリッタ１２が配置されている。ビームスプリッタ１２で分岐されたレーザ光の一方はそのまま直進して物体検知用の光路となる。また、ビームスプリッタ１２で分岐されたレーザ光の他方は直角に反射して光検出器２０に入射する。光検知器２０では、入射された光の量に応じた電気信号を出力する。これにより、光源１０から出射されるレーザ光の出力をモニタできることになる。
【００２７】
光検出器２０の後段には出力信号を増幅する増幅器２１、その後段に所定の周波数帯域のみを通過させるフィルタ２２が設けられ、このフィルタ２２を通過した信号が検知器３０に送られるようになっている。
【００２８】
次に、本実施形態に係る物体検知装置の動作（物体検知方法）を説明する。先ず、光源１０から出射されたレーザ光はレンズ１１によって平行光にコリメートされ、遠方に出射される。この際、レンズ１１の後段に配置されたビームスプリッタ１２によって光路が２つに分けられ、一方を表面散乱の無い光検出器２０に入れる（ＰＤ光路）。そして、光検出器２０からの電気信号を増幅器２１で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。
【００２９】
この際、ある振動散乱体（例えば、鏡面ではない紙など）がビームスプリッタ１２で分岐されたもう一つの光路（検知光路）にあると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源１０に戻ってくることになる。このインコヒーレントな散乱光の一部は出射したレーザ光のうち０．０１％以下程度の極微小強度であるにも関わらず光源１０である半導体レーザに戻り、戻り光反応信号を発生させる。
【００３０】
この発生信号はレーザ光の時間コヒーレンス度が残っている限り１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ帯の音響信号帯において確実に発生し、その信号を音響アンプ（増幅器２１）でモニタするとＳ／Ｎ良く検知され、検知対象となる物体の振動状態に対応し、出力される音の周波数を変化させる。この音は、あたかも鳥がピヨピヨとさえずる音に聴こえる。なお、戻り光反応信号は必ずしも音として出力しなくてもよく、周波数の変化する電気信号のまま後段で取り扱うようにしてもよい。以下の説明では、この戻り光反応信号をPeep Signal（ＰＳ）と呼ぶことにする。
【００３１】
検知器３０は、このＰＳを検知し、予め設定された閾値（信号の絶対値や周波数変化の閾値）を超えるＰＳが入力されると検知光路上に検知対象となる物体が存在していると判断する。
【００３２】
本実施形態による物体の検知可能距離は、光源１０である半導体レーザのコヒーレンス長に依存して変化する。例えば、汎用のＤＶＤ用赤色レーザ（シングルモード）で数ｍＷ出力なら、コヒーレンス長が約２０ｃｍであり、これに対して検知可能距離が約５ｍ〜７ｍとなる。
【００３３】
また、よりコヒーレンス長の長いＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザやＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いるとさらに長い距離の検出も可能である。しかも、本実施形態では、レーザ光が物体に当たった際に生じる散乱光のうちインコヒーレントな光による戻り光による光源１０の出力変化を検知することから、光源１０から出射されるレーザ光のコヒーレンス長より離れた物体であっても検知することが可能である。
【００３４】
また、散乱光のような非常に弱い信号であっても、また散乱面が必ずしも光路に垂直に入らなくても充分その検出は可能である。また、黒い紙や布であっても散乱光が出る限り検出は可能である。この際、光源１０から出射するレーザ光の光量は、数ｍＷかそれ以下（例えば、１ｍＷ）でも感知することができる。
【００３５】
また、検知光路をミラーで折り曲げ、その折り曲げた曲げた光路上にある物体の散乱体であっても問題なくＰＳは発生する。つまり、レーザ光のコヒーレンス長に依存する検知可能距離であれば、いかに曲げようと、いかに枝分かれさせようと、ある検知光路を散乱体で遮ると、ＰＳが発生することになる（レーザ光の折り曲げ、分岐については後述する。）。
【００３６】
本実施形態の構成による現象を利用すると、簡便で、設置が容易な光センシングが可能となる。光検出器２０からの信号は増幅されＰＳに対応するある特性の周波数（例えば、１ｋＨzあたり）フィルタに入れて、その信号を検知していればその信号に対応した振動を特徴とする散乱体（物体）の検出が可能となる。もちろんフィルタを用いないなら、あらゆる振動に対する散乱体（物体）に活用できる。
【００３７】
また、ＰＳ信号は、例えば声紋スペクトル分析器を用いるとより定量的に分析することができ、散乱体（物体）の持つ固有の振動を「個性」として分析、同定することが可能になる。つまりこのような特徴抽出器を検知器３０として構成することで、被測定物質（生物）の同定や認識をすることが可能となり、指紋や声紋に似た個人認証にも応用することが可能になる。
【００３８】
例えば、人間は各自特有の「振動状態」を有していると考えられる。ある散乱光カードを指で持ちレーザ光路（検知光路）上にかざすと、その人の持つ固有の振動を検知できる。これによって本人かどうかの判断にある程度用いることが可能である。もちろん病気や疲れなどで振動状態が変化している場合もあるが、それはそれで健康状態の判定に使うことも可能となる。
【００３９】
さらに、この手法を用いて、レーザ光線を隔離された患者の非接触診断に用いることも可能となる。最近は感染型の新たな病気の発生が知られていて（サーズなど）、体温計や聴診器等の接触型の診断が困難な状況が増えてきている。本実施形態によれば、構成がシンプルなため、隔離室にいる患者の胸やのどなどに短時間照射し散乱光を検知することで、循環器の状態や音声などを調べることも期待できる。
【００４０】
また、本実施形態の物体検知装置は、設置に関しても汎用性を持っていて使いやすい。設置はレーザ光を出射させてさえおけば、その光路を遮る散乱体が入ったときにＰＳが出て、検知を行うことができる。光源１０と光検出器２０、そして検知器３０と電源（図示せず）を同じ側の一つの筐体に収容することができ、商品として１体ものにクローズすることができる。
【００４１】
また、設置も容易で複雑な光路調整も不要である。また、本実施形態の物体検知装置を移動体につけておけば、散乱体が検知光路に入りさえすれば検知できるため、光による非破壊非接触な触覚とすることが可能で、例えば自動車の衝突防止やロボットの光センサに使うことが可能となる。
【００４２】
さらに、図１に示す本実施形態の物体検知装置において、光源１０の後段にあるレンズ１１を、レーザ光をコリメートするのではなく集光光線にしてもよい。この場合、集光ポイントに検知対象の物体が存在すると、ＰＳの信号レベルはコリメート光の場合に比べて飛躍的に増大する。例えば、レーザ光をコリメート光にする場合と比べ、集光光線にすると約１０倍以上のＰＳレベルを得ることができる。
【００４３】
レンズ１１を集光型にする場合、レンズ１１の焦点位置を手動で調整できるようにする、もしくはレンズ設計によって予め特定の焦点位置に設定しておくことで、この焦点位置のところに存在する物体を高感度に検知することが可能となる。これは、ある程度検知範囲が決まっている場合や、特定の範囲で精度良く物体検知を行いたい場合に適しており、検知器３０での検知精度（物体検知のための閾値）との兼ね合いで、特定の範囲以外での誤検知を防止することも可能となる。
【００４４】
また、集光光線にするレンズ１１の焦点位置を調整可能な構成にしてもよい。図２は、レンズの焦点位置を調整可能な構成を備えた例を示す模式図である。すなわち、この物体検知装置では、光源１０、ビームスプリッタ１２、光検出器２０、増幅器２１、フィルタ２２、検知器３０を備える構成に加え、レンズ１１によってレーザ光を集光するとともに、この集光における焦点位置を調整するレンズ駆動手段１１０およびレンズ駆動手段１１０によってレンズ１１の焦点位置を調整し、光検出器２０による検出値が最大となるようフィードバック制御する制御部１１１を備えている。
【００４５】
この構成により、制御部１１１は、レンズ１１の焦点位置を制御することで変化させ、フォーカスサーボをかけて光検出器２０の検出値が最大となるよう調整する。なお、制御部１１１は、通常時はレンズ１１１の焦点位置を無限大にしておき、ＰＳを検知した段階でフォーカスサーボをかけるようにする。これにより、検知光路上の物体について高精度に検出することが可能となる。
【００４６】
また、検知部３０は、制御部１１１によってフォーカスサーボをかけて光検出器２０の検出値が最大となった場合、この時のレンズ駆動手段１１０に与える信号を受けてレンズ１１の焦点位置を算出し、その焦点位置からある距離範囲における物体までの距離を把握しながら検知することが可能となる。さらに、集光距離の異なるレーザアレイにより本構成をすると、瞬時（同時）に距離認識が可能となる。また、この構成はマイクロフォンや特定部の振動センサとすることが可能である。
【００４７】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、検知光路を終端して安全上の工夫を施した点に特徴がある。すなわち、第２実施形態に係る物体検知装置は、光源１０、レンズ１１、ビームスプリッタ１２、光検出器２０、増幅器２１、フィルタ２２および検知器３０を備える点で第１実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ１２を通過する検知光路の終端に光の散乱を誘発する物質を配置している点で相違する。
【００４８】
これにより、検知光路に出射されたレーザ光が無限遠に放射されてしまうことを防止することができる。特に、光源１０としてコヒーレンス長の長いＤＦＢレーザなどを用いると、遠方の散乱体からの信号をノイズとして検知してしまう可能性もある。そこで、本実施形態のように、検知光路の終端をさせることでこれを回避することができる。
【００４９】
ここで、光の散乱を誘発する物質で終端させるとそれによるＰＳが発生してしまうため、使えるのは黒体的な反射も散乱も無いものとなる。例えば、反射光のない吸収型のＮＤフィルタ１３などが適切である。そのほかにBeam TrpやBeam Blockと呼ばれる、非散乱型の光線終端装置が利用できる。
【００５０】
第２実施形態に係る物体検知装置の動作（物体検知方法）は、第１実施形態と同様である。すなわち、光源１０から出射されたレーザ光をレンズ１１によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、レンズ１１の後段に配置されたビームスプリッタ１２によって光路を２つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器２０に入れる（ＰＤ光路）。そして、光検出器２０からの電気信号を増幅器２１で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。
【００５１】
この際、ビームスプリッタ１２で分岐されたもう一つの光路（検知光路）もある振動散乱体（例えば鏡面ではない紙など）があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源１０に戻ってくる。そして、この戻り光による光源１０の影響を光検出器２０でとらえ、ＰＳを発生させて検知器３０によって物体の有無を判断する。
【００５２】
また、図示しないが、第２実施形態の物体検知装置でも、第１実施形態と同様に、レンズ１１を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ１１の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器２０の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ１１の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。
【００５３】
＜第３実施形態＞
図４に、本発明の第３実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、検知光路をミラーで何度も折り返し、センシング範囲を面的にした点に特徴がある。すなわち、第３実施形態に係る物体検知装置は、光源１０、レンズ１１、ビームスプリッタ１２、光検出器２０、増幅器２１、フィルタ２２および検知器３０を備える点で第１実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ１２を通過する検知光路を複数のミラー１２０で反射させ、折り返しの光路を設定し、終端している点で相違する。
【００５４】
このように、検知光路を複数のミラー１２０で折り返しても光源１０のコヒーレンス長に依存する検出可能距離に収まれば、感知光のどこかを散乱体（物体）が遮れば検知できることになり、検知範囲（面積）を拡げることが可能となる。
【００５５】
第３実施形態に係る物体検知装置の動作（物体検知方法）は、第１実施形態と同様である。すなわち、光源１０から出射されたレーザ光をレンズ１１によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、レンズ１１の後段に配置されたビームスプリッタ１２によって光路を２つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器２０に入れる（ＰＤ光路）。そして、光検出器２０からの電気信号を増幅器２１で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。
【００５６】
この際、ビームスプリッタ１２によって分岐された検知光路もしくは複数のミラー１２０によって折り返された検知光路に振動散乱体（例えば鏡面ではない紙など）があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源１０に戻ってくる。そして、この戻り光による光源１０の影響を光検出器２０でとらえ、ＰＳを発生させて検知器３０によって物体の有無を判断する。
【００５７】
また、図示しないが、第３実施形態の物体検知装置でも、第１実施形態と同様に、レンズ１１を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ１１の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器２０の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ１１の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。
【００５８】
なお、本実施形態では、検知光路をミラー１２０で折り返す構成のほか、回転式のガルバノミラーで光線をスキャンし広範囲な検知を行うことも可能であり、この場合、ミラー１２０は不要となる。
【００５９】
＜第４実施形態＞
図５は、本実施形態の第４実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、検知光路を複数のビームスプリッタ１２１で枝分かれさせ、センシング範囲を広げた点に特徴がある。すなわち、第４実施形態に係る物体検知装置は、光源１０、レンズ１１、ビームスプリッタ１２、光検出器２０、増幅器２１、フィルタ２２および検知器３０を備える点で第１実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ１２を通過する検知光路を複数のビームスプリッタ１２１で分岐させ、検知光路を複数の枝に分けて設定している点で相違する。
【００６０】
このように、検知光路を複数のビームスプリッタ１２１で枝分かれさせても、どれかの枝光路で散乱体が光を遮断すると検知できるため、広範囲にわたって進入体を検知することが可能となる。
【００６１】
本実施形態のメリットは、進入体が例えば黒体を検知光路に置いた場合、検知が困難になるが、幹となる主流検知光路の判断を困難になるような光路構成にすることで、そのような妨害を減少させることができる点にある。また、このような物体検知装置を複数システム設置することで、黒体挿入の行為を検知することも可能となるため、セキュリティ上の問題がクリアできる。また、光ファイバを検知光路の一部に用いてもコヒーレンスが維持できているなら、光ファイバから出射した後の検知光路上での進入体による光散乱も検知可能となる。
【００６２】
第４実施形態に係る物体検知装置の動作（物体検知方法）は、第１実施形態と同様である。すなわち、光源１０から出射されたレーザ光をレンズ１１によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、レンズ１１の後段に配置されたビームスプリッタ１２によって光路を２つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器２０に入れる（ＰＤ光路）。そして、光検出器２０からの電気信号を増幅器２１で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。
【００６３】
この際、ビームスプリッタ１２によって分岐された検知光路もしくは複数のビームスプリッタ１２１によって枝分かれした検知光路に振動散乱体（例えば鏡面ではない紙など）があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源１０に戻ってくる。そして、この戻り光による光源１０の影響を光検出器２０でとらえ、ＰＳを発生させて検知器３０によって物体の有無を判断する。
【００６４】
また、図示しないが、第４実施形態の物体検知装置でも、第１実施形態と同様に、レンズ１１を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ１１の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器２０の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ１１の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。
【００６５】
＜第５実施形態＞
図６は、本実施形態の第５実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、光検出器２０として、通常、光源（半導体レーザ）１０のパッケージに設けられているリアモニタ用フォトダイオードを用いる点に特徴がある。なお、図６では、光源１０、光検出器２０およびレンズ１１のみ示しているが、その他の構成は図１に示す構成と同様である。
【００６６】
このように、光源１０のパッケージに設けられているリアモニタ用フォトダイオードを光検出器２０として利用することにより、図１に示すような第１実施形態の構成で必要となるビームスプリッタ１２が不要となるとともに、光検出器２０を別途用意して光軸合わせを行う必要もなくなる。したがって、物体検知装置の構成を非常に簡素化することが可能となる。
【００６７】
第５実施形態に係る物体検知装置の動作（物体検知方法）は、第１実施形態と同様である。すなわち、光源１０から出射されたレーザ光をレンズ１１によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。一方、光源１０のパッケージに設けられたリアモニタ用フォトダイオードを光検出器２０として光源１０から出射されるレーザ光の光量を検出する。そして、光検出器２０からの電気信号を増幅器で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。
【００６８】
この際、光源１０から出射されたレーザ光の光路（検知光路）に振動散乱体（例えば鏡面ではない紙など）があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源１０に戻ってくる。そして、この戻り光による光源１０の影響をリアモニタ用フォトダイオードである光検出器２０でとらえ、ＰＳを発生させて検知器３０によって物体の有無を判断する。
【００６９】
また、図示しないが、第５実施形態の物体検知装置でも、第１実施形態と同様に、レンズ１１を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ１１の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器２０の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ１１の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。
【００７０】
＜第６実施形態＞
図７は、本実施形態の第６実施形態を説明する模式図である。この物体検知装置は、光検出器２０の光取り込み面にハーフミラーから成るビームスプリッタ１２が一体に取り付けられている点に特徴がある。なお、図７では、光源１０、レンズ１１および光検出器２０（一体に取り付けられたビームスプリッタ１２を含む）のみ示しているが、その他の構成は図１に示す構成と同様である。
【００７１】
このように、光検出器２０にビームスプリッタ１２が一体に取り付けられていることで、光検出器２０とビームスプリッタ１２とを別個に用意して光軸合わせする必要がなく、装置の簡素化およびコストダウンを図ることが可能となる。また、光検出器２０の取り付け角度を変更するだけで検知光路を自在に設定できるメリットもある。
【００７２】
第６実施形態に係る物体検知装置の動作（物体検知方法）は、第１実施形態と同様である。すなわち、光源１０から出射されたレーザ光をレンズ１１によって平行光にコリメートし、遠方に出射する。この際、光検出器２０に一体に設けられたビームスプリッタ１２によって光路を２つに分岐し、一方を表面散乱の無い光検出器２０に入れる（ＰＤ光路）。そして、光検出器２０からの電気信号を増幅器で増幅しその信号を例えば音響装置で音としてモニタする。
【００７３】
この際、ビームスプリッタ１２によって分岐された検知光路に振動散乱体（例えば鏡面ではない紙など）があると、その散乱体のうちインコヒーレントな光が戻り光として光源１０に戻ってくる。そして、この戻り光による光源１０の影響を光検出器２０でとらえ、ＰＳを発生させて検知器によって物体の有無を判断する。
【００７４】
また、図示しないが、第６実施形態の物体検知装置でも、第１実施形態と同様に、レンズ１１を集光型にして特定距離のところにある物体の検知を高感度に行うようにしたり、レンズ１１の焦点位置をレンズ駆動手段によって調整可能な構成にしたりしてもよい。また、この焦点位置の調整を制御部によってフィードバック制御して、光検出器２０の検出値が最大となるよう制御してもよく、また、フィードバック制御の信号からレンズ１１の焦点位置を算出し、物体までの距離を検知するようにしてもよい。
【００７５】
上記説明した各実施形態に係る物体検知装置では、光源１０として半導体レーザを用いているが、この半導体レーザはシングルモードのレーザ光を出射するもののほか、マルチモードのレーザ光を出射するものであっても適用可能である。また、半導体レーザを光源１０として用いる場合、モードホップ状態で用いると、物体からの戻り光によるＰＳが、モードホップしていない場合より強くなり、より精度良く物体の検知を行うことが可能となる。ここで、モードホップ状態とは、光源１０である半導体レーザのレーザ光発振閾値に最も近い発振モード（モードホップしていな状態）に対してモードホップした状態であり、半導体レーザへの供給電流量等によってモードホップ状態にすることが可能である。
【００７６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態に係る物体検知装置および物体検知方法では、きわめて弱い遠方からの散乱光レベルの戻り光（戻り光レベルは０．０１％以下）による検知が可能であり、光源１０である半導体レーザがこのように非常に弱い戻り光レベルにも明瞭に反応することを利用して、高精度に物体検知を行うことが可能となる。これは、従来０．０１％を超えるレベルで課題になっていた戻り光ノイズとは現象が質的に異なる。発生する「ノイズ」は音響周波数領域（数ｋＨｚ）であり、信号（ＰＳ）は明瞭であることから、物体の検知は簡単な構成かつ低コストで行うことが可能となる。
【００７７】
また、装置構成も非常に簡単にできるため次のような利点を有する。
（１）光源側に受光器を構成できるため、１ボックスセットとした製品化が可能となる。
（２）設置が光路に鈍感にできるため、特別な精度を要求しない。
（３）ミラーやビームスプリッタを適宜配置することで広範囲な領域でのセンシングが可能になり、これまでの光検出では適用されにくかった領域、分野にも応用することが可能となる。
（４）本実施形態の物体検知装置を移動体に設置することで、対象物体の存在を検知することが可能となる。このため、車の衝突防止やロボットのセンサなどとして利用することが可能となる。
（５）光出力を１ｍＷ以下でも使うことが可能なため、レーザ安全基準的に非常に楽な領域で利用できる。
（６）光源としてＶＣＳＥＬなどを用いれば低電力、超寿命で利用でき、常時監視が可能となる。
（７）声紋のような振動の特徴抽出を行うことで、個人認証などにつなげることができる。
（８）すりガラスやカーテンなどに散乱させることで音声の取り込みが可能となる。
（９）人体に当てることで、健康診断などに利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する模式図である。
【図２】レンズの焦点位置を調整可能な構成を備えた例を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態を説明する模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態を説明する模式図である。
【図５】本実施形態の第４実施形態を説明する模式図である。
【図６】本実施形態の第５実施形態を説明する模式図である。
【図７】本実施形態の第６実施形態を説明する模式図である。
【図８】従来型光センサを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０…光源、１１…レンズ、１２…ビームスプリッタ、１３…ＮＤフィルタ、２０…光検出器、２１…増幅器、２２…フィルタ、３０…検知器、１２０…ミラー、１２１…ビームスプリッタ
【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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