JP5663130B2 - 反射型光電スイッチおよび物体検出方法 - Google Patents
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Description
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。
また、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情報から、前記物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを判定する距離判定処理手段とを備え、前記距離判定処理手段は、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半周期を基準半周期としたときに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数と前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数に分けて数える計数手段と、前記半周期が長い干渉波形の数が前記半周期が短い干渉波形の数よりも多い場合に、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、前記半周期が短い干渉波形の数が前記半周期が長い干渉波形の数よりも多い場合に、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する判定手段とからなり、前記計数手段は、前記干渉波形の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手段と、前記干渉波形の立ち下がりを検出する立ち下がり検出手段と、前記干渉波形の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第1の時間を測定する第1の時間測定手段と、前記干渉波形の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第2の時間を測定する第2の時間測定手段と、前記第1の時間が前記基準半周期よりも長い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも長い場合は、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数を増やし、前記第1の時間が前記基準半周期よりも短い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも短い場合は、前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数を増やす比較手段とからなることを特徴とするものである。
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情報から、前記物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを判定する距離判定処理手順とを含み、前記距離判定処理手順は、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半周期を基準半周期としたときに、前記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数を、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数と前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数に分けて数える計数手順と、前記半周期が長い干渉波形の数が前記半周期が短い干渉波形の数よりも多い場合に、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、前記半周期が短い干渉波形の数が前記半周期が長い干渉波形の数よりも多い場合に、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する判定手順とからなり、前記計数手順は、前記干渉波形の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手順と、前記干渉波形の立ち下がりを検出する立ち下がり検出手順と、前記干渉波形の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第1の時間を測定する第1の時間測定手順と、前記干渉波形の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第2の時間を測定する第2の時間測定手順と、前記第1の時間が前記基準半周期よりも長い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも長い場合は、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数を増やし、前記第1の時間が前記基準半周期よりも短い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも短い場合は、前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数を増やす比較手順とからなることを特徴とするものである。
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の数を数える計数部7と、計数部7の計数結果から物体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。
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。
表示部9は、判定部8の判定結果を表示する。
また、本実施の形態では、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とを比較しているが、基準周期の半周期Th/2(以下、基準半周期Th/2とする)よりも半周期が長いMHPの数と基準半周期Th/2よりも半周期が短いMHPの数とを比較してもよい。基準半周期Th/2を用いる場合については後述する。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態の計数部7をより具体的に説明するものである。図5は本発明の第2の実施の形態に係るBGS光電スイッチの計数部の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の計数部7は、立ち上がり検出部70と、立ち下がり検出部71と、時間測定部72,73と、比較部74とから構成される。
立ち上がり検出部70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72は、立ち上がり検出部70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。
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。
ただし、本実施の形態では、以下のような問題がある。その問題とは、BGS光電スイッチとして用いる自己結合型のレーザ計測器の場合、半導体レーザ1の発振波長を三角波状に変化させているため、三角波の頂点の過渡応答の影響を完全に除くことはできず、MHPの周期が実際よりも長めもしくは短めに計測される可能性があるので、計数結果に誤差が生じ、結果として物体10の遠近の判定に誤りが生じる可能性があることである。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態のBGS光電スイッチにおいて基準半周期Th/2を用いる場合を説明するものである。図8は本発明の第3の実施の形態に係るBGS光電スイッチの計数部の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の計数部7は、立ち上がり検出部70と、立ち下がり検出部71と、時間測定部75,76と、比較部77とから構成される。
立ち上がり検出部70と立ち下がり検出部71の動作は、第2の実施の形態と同じである。
一方、時間測定部76は、立ち上がり検出部70と立ち下がり検出部71の検出結果に基づいて、MHPの立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間tduを測定する。時間測定部76は、このような測定をMHPの立ち下がりと立ち上がりが検出される度に行う。
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。
ただし、本実施の形態では、以下のような問題がある。その問題とは、MHPにDCバイアスが存在する場合、物体10の遠近の判定が困難になることである。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態の計数部7をより具体的に説明するものである。本実施の形態の計数部7の構成は、第2の実施の形態と同様であるので、図5の符号を用いて説明する。
立ち上がり検出部70と立ち下がり検出部71と時間測定部72,73の動作は、第2の実施の形態と同じである。
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。
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13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。
半導体レーザ1、レーザドライバ4、計数部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。
Claims (4)
- レーザ光を放射する半導体レーザと、
この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情報から、前記物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを判定する距離判定処理手段とを備え、
前記距離判定処理手段は、
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、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記基準周期よりも周期が長い干渉波形の数と前記基準周期よりも周期が短い干渉波形の数に分けて数える計数手段と、
前記周期が長い干渉波形の数が前記周期が短い干渉波形の数よりも多い場合に、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、前記周期が短い干渉波形の数が前記周期が長い干渉波形の数よりも多い場合に、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する判定手段とからなり、
前記計数手段は、
前記干渉波形の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手段と、
前記干渉波形の立ち下がりを検出する立ち下がり検出手段と、
前記干渉波形の立ち上がりから次の立ち上がりまでの第1の時間を測定する第1の時間測定手段と、
前記干渉波形の立ち下がりから次の立ち下がりまでの第2の時間を測定する第2の時間測定手段と、
前記第1の時間が前記基準周期よりも長い場合または前記第2の時間が前記基準周期よりも長い場合は、前記基準周期よりも周期が長い干渉波形の数を増やし、前記第1の時間が前記基準周期よりも短い場合または前記第2の時間が前記基準周期よりも短い場合は、前記基準周期よりも周期が短い干渉波形の数を増やす比較手段とからなることを特徴とする反射型光電スイッチ。 - レーザ光を放射する半導体レーザと、
この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情報から、前記物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを判定する距離判定処理手段とを備え、
前記距離判定処理手段は、
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半周期を基準半周期としたときに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数と前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数に分けて数える計数手段と、
前記半周期が長い干渉波形の数が前記半周期が短い干渉波形の数よりも多い場合に、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、前記半周期が短い干渉波形の数が前記半周期が長い干渉波形の数よりも多い場合に、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する判定手段とからなり、
前記計数手段は、
前記干渉波形の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手段と、
前記干渉波形の立ち下がりを検出する立ち下がり検出手段と、
前記干渉波形の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第1の時間を測定する第1の時間測定手段と、
前記干渉波形の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第2の時間を測定する第2の時間測定手段と、
前記第1の時間が前記基準半周期よりも長い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも長い場合は、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数を増やし、前記第1の時間が前記基準半周期よりも短い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも短い場合は、前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数を増やす比較手段とからなることを特徴とする反射型光電スイッチ。 - 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情報から、前記物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを判定する距離判定処理手順とを含み、
前記距離判定処理手順は、
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数を、前記基準周期よりも周期が長い干渉波形の数と前記基準周期よりも周期が短い干渉波形の数に分けて数える計数手順と、
前記周期が長い干渉波形の数が前記周期が短い干渉波形の数よりも多い場合に、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、前記周期が短い干渉波形の数が前記周期が長い干渉波形の数よりも多い場合に、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する判定手順とからなり、
前記計数手順は、
前記干渉波形の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手順と、
前記干渉波形の立ち下がりを検出する立ち下がり検出手順と、
前記干渉波形の立ち上がりから次の立ち上がりまでの第1の時間を測定する第1の時間測定手順と、
前記干渉波形の立ち下がりから次の立ち下がりまでの第2の時間を測定する第2の時間測定手順と、
前記第1の時間が前記基準周期よりも長い場合または前記第2の時間が前記基準周期よりも長い場合は、前記基準周期よりも周期が長い干渉波形の数を増やし、前記第1の時間が前記基準周期よりも短い場合または前記第2の時間が前記基準周期よりも短い場合は、前記基準周期よりも周期が短い干渉波形の数を増やす比較手順とからなることを特徴とする物体検出方法。 - 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情報から、前記物体までの距離が所定の基準距離より遠いか近いかを判定する距離判定処理手順とを含み、
前記距離判定処理手順は、
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半周期を基準半周期としたときに、前記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数を、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数と前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数に分けて数える計数手順と、
前記半周期が長い干渉波形の数が前記半周期が短い干渉波形の数よりも多い場合に、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、前記半周期が短い干渉波形の数が前記半周期が長い干渉波形の数よりも多い場合に、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する判定手順とからなり、
前記計数手順は、
前記干渉波形の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手順と、
前記干渉波形の立ち下がりを検出する立ち下がり検出手順と、
前記干渉波形の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第1の時間を測定する第1の時間測定手順と、
前記干渉波形の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第2の時間を測定する第2の時間測定手順と、
前記第1の時間が前記基準半周期よりも長い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも長い場合は、前記基準半周期よりも半周期が長い干渉波形の数を増やし、前記第1の時間が前記基準半周期よりも短い場合または前記第2の時間が前記基準半周期よりも短い場合は、前記基準半周期よりも半周期が短い干渉波形の数を増やす比較手順とからなることを特徴とする物体検出方法。
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