WO2019239845A1 - 物体検出装置および光検出器 - Google Patents

物体検出装置および光検出器 Download PDF

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WO2019239845A1
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reflected
sensor
mirror
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加納　康行
健一郎 川渕
荒井　昭浩
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
    • G02B7/1827—Motorised alignment

Definitions

  • the present invention relates to an object detection device for detecting an object using light and a photodetector suitable for use in the object detection device.
  • an object detection device that detects an object using light has been developed in various fields.
  • this type of object detection device light is projected in a predetermined projection direction, and whether or not an object exists in the projection direction is determined based on the presence or absence of the reflected light. Further, the distance to the object is measured based on the light projection timing and the light reception timing of the reflected light.
  • Patent Document 1 includes a plurality of light irradiation optical systems and a plurality of detection optical systems that respectively detect return light that is reflected by an object and returned from the light irradiated by these light irradiation optical systems.
  • a distance measuring device is described. In this apparatus, by rotating the holder that holds the optical system, the distance to an object located in the peripheral space is measured while changing the light irradiation direction.
  • the object detection capability can be enhanced.
  • a set of a light irradiation optical system and a detection optical system is arranged for each projection direction, an increase in the number of parts and an increase in cost are caused.
  • the present invention provides an object detection device capable of detecting an object with a plurality of lights having different projection directions with a simple configuration, and a photodetector suitable for use in the object detection device. With the goal.
  • An object detection apparatus includes a light source that emits light, a branch element that branches the light emitted from the light source into a plurality of parts, a mirror that reflects light branched by the branch element, and the branch element And a holder that integrally holds the mirror, a drive unit that rotates the holder, a photodetector that receives the reflected light of each light reflected from an object, and the light detection of the reflected light of each light A condensing lens for condensing the light.
  • the light branched by the branch element is projected, and the reflected light of each branched light is received by the photodetector, so that the light is individually opticalized for each projection direction. It is not necessary to provide a system, and an object can be detected by a plurality of lights having different projection directions with a very simple configuration.
  • the second aspect of the present invention relates to a photodetector.
  • the photodetector according to this aspect includes a first sensor and a second sensor arranged in an arc around the first sensor.
  • the branching element of the object detection apparatus is a diffraction grating
  • the optical system is configured such that the 0th-order diffracted light follows the rotation center axis of the mirror, the order different from the 0th-order diffracted light.
  • the reflected light of the other diffracted light rotates around the incident position of the 0th-order diffracted light with the rotation of the mirror on the light receiving surface of the photodetector.
  • the second sensor is arranged in an arc shape around the first sensor.
  • the first sensor receives the reflected light of the 0th-order diffracted light and rotates the mirror. Accordingly, the movement trajectory of the reflected light of other orders of the diffracted light rotating can be made to follow the arc-shaped second sensor.
  • the photodetector according to the second aspect can smoothly receive the reflected light of the 0th-order diffracted light and the reflected light of other orders of diffracted light, and generate a detection signal for each reflected light.
  • an object detection device capable of detecting an object with a plurality of lights having different projection directions and a photodetector suitable for use with the simple configuration.
  • FIGS. 1A to 1C are perspective views showing the configuration of the object detection apparatus according to the embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing the configuration of the object detection apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing an emission locus of laser light in the object detection apparatus according to the embodiment.
  • 4A to 4C are diagrams schematically showing the configuration of the photodetector and the movement state of the reflected light of each diffracted light on the photodetector, according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the object detection device according to the embodiment.
  • FIGS. 6A to 6F are diagrams schematically illustrating the configuration of the photodetector and the movement state of the reflected light of each diffracted light on the photodetector, according to the first modification.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the object detection device according to the first modification.
  • 8A and 8B are cross-sectional views illustrating the configuration of the object detection device according to the second modification.
  • FIGS. 9A to 9C are diagrams schematically illustrating the configuration of the photodetector and the movement state of the reflected light of each diffracted light on the photodetector, according to the modification example 2, respectively.
  • FIGS. 10A to 10D are diagrams schematically illustrating the configuration of the photodetector and the movement state of the reflected light of each diffracted light on the photodetector, according to Modification 3.
  • FIG. 10E is a perspective view illustrating a configuration of the object detection device according to the fourth modification.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating the configuration of the object detection device according to the fifth modification.
  • FIG. 11B is a plan view schematically showing the configuration of the optical path switching mirror according to the fifth modification.
  • the Z-axis direction is the height direction of the object detection device
  • the X-axis positive direction is the front direction of the object detection device.
  • FIGS. 1A to 1C are perspective views showing the configuration of the object detection apparatus 10.
  • FIGS. 1A to 1C show the state of the object detection apparatus 10 when the mirror 105 is in the neutral position.
  • the “neutral position” is a position where the mirror 105 is inclined 45 degrees in a direction parallel to the ZX plane from a state perpendicular to the X axis. In this state, the projection direction of the laser light is the front direction (X-axis positive direction).
  • the filter 106 is omitted from the configuration shown in FIG. 1A in FIG. 1B, and the cylinder 110 is further omitted in FIG. 1C.
  • the object detection apparatus 10 shown in FIG. 1A is a complete body.
  • an object detection apparatus 10 includes a light source 101, a collimator lens 102, a bending mirror 103, a diffraction grating 104, a mirror 105, a filter 106, and a condenser lens. 107 and a photodetector 108.
  • the light source 101 emits infrared laser light.
  • the light source 101 is, for example, a semiconductor laser that emits 905 nm laser light.
  • the light source 101 is arranged so that the outgoing optical axis is parallel to the X axis.
  • the collimator lens 102 converts the laser light emitted from the light source 101 into parallel light.
  • the light source 101 and the collimator lens 102 are arranged so as to be aligned in the X-axis direction. More specifically, the light source 101 and the collimator lens 102 are arranged so that the emission optical axis of the light source 101 and the optical axis of the collimator lens 102 coincide with each other.
  • the light source 101 is arranged so that the outgoing optical axis is orthogonal to the rotation center axis R10 of the mirror 105 (see FIGS. 2A and 2B).
  • the laser light emitted from the light source 101 is converted into parallel light by the collimator lens 102 and then reflected by the bending mirror 103 in the negative Z-axis direction.
  • the collimator lens 102 and the bending mirror 103 are attached to the cylindrical body 110.
  • the cylindrical body 110 has a shape in which a hollow cylindrical portion 110a whose central axis is parallel to the X axis and a hollow cylindrical portion 110b whose central axis is parallel to the Z axis are integrally connected.
  • the connecting portions of the cylindrical portions 110a and 110b are opened, and the bending mirror 103 is attached to the connecting portions so that the reflection surface is located inside the cylindrical body 110.
  • the bending mirror 103 is attached to the cylinder 110 in a state where it is inclined 45 degrees in a direction parallel to the ZX plane from a state perpendicular to the Z axis.
  • a collimator lens 102 is attached to the opening of the cylindrical body 110 on the light source 101 side.
  • the laser light that has been collimated by the collimator lens 102 enters the bending mirror 103 through the inside of the cylindrical body 110 (cylindrical portion 110a). Thereafter, the laser light is reflected in the negative Z-axis direction by the bending mirror 103 and passes through the opening on the diffraction grating 104 side of the cylindrical body 110. In this way, the laser light is incident on the diffraction grating 104. The laser light is incident on the diffraction grating 104 along the rotation center axis R10 of the mirror 105 (see FIGS. 2A and 2B).
  • the diffraction grating 104 divides the incident laser beam by diffraction as described above.
  • the diffraction direction of the diffraction grating 104 is parallel to the laser beam projection direction (X-axis direction) by the mirror 105.
  • the diffraction grating 104 is configured so that the laser beam branched by diffraction is incident on the mirror 105 in a direction parallel to the rotation center axis R10 of the mirror 105 (see FIGS. 2A and 2B).
  • the laser beam from 101 is branched.
  • the diffraction grating 104 is configured so that the diffraction efficiencies of the 0th-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light are high, and the diffraction efficiencies of other orders of diffracted light are substantially zero.
  • the diffraction efficiencies of the 0th-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light are set to be approximately equal.
  • the diffraction grating 104 is configured by, for example, a step type diffraction grating.
  • the diffraction grating 104 may be a blazed diffraction grating.
  • the mirror 105 reflects the laser light (0th order diffracted light and ⁇ 1st order diffracted light) branched by the diffraction grating 104 in the projection direction. In the neutral position, the mirror 105 is inclined 45 degrees from the state perpendicular to the X axis to the direction parallel to the ZX plane. As described above, since the laser light is incident on the diffraction grating 104 along the rotation center axis R10 (see FIGS. 2A and 2B) of the mirror 105, the laser light is transmitted through the diffraction grating 104 without being diffracted. The next diffracted light is incident on the mirror 105 along the rotation center axis R10.
  • the diffraction grating 104 and the mirror 105 are held by a holder 120.
  • the holder 120 is a cylindrical frame-shaped member whose upper surface and side surfaces are open.
  • a beam portion 121 extending in the X-axis direction at the neutral position is formed on the upper surface of the holder 120, and the diffraction grating 104 is mounted at the center thereof.
  • the beam portion 121 is disposed at the center position in the Y-axis direction on the upper surface of the holder 120.
  • Openings 122 are provided on both sides of the beam portion 121 in the Y-axis direction.
  • Laser light (0th order diffracted light and ⁇ 1st order diffracted light) reflected by the mirror 105 is projected in the positive direction of the X axis from the opening on the side surface of the holder 120.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing the configuration of the object detection apparatus 10, respectively.
  • FIG. 2A and 2 (b) show a cross section of the configuration of FIG. 1 (a) cut at a plane parallel to the XZ plane at an intermediate position in the Y-axis direction.
  • FIG. 2A shows laser beams (diffracted beams) L0 to L2 projected on the target area, and FIG. 2A shows the reflection of each laser beam reflected by an object existing in the target area.
  • Lights R0-R2 are shown.
  • L0, L1, and L2 are 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light, and ⁇ 1st-order diffracted light generated by the diffraction grating 104, respectively.
  • R0, R1, and R2 are reflected lights of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the -1st-order diffracted light L2 that are reflected by the object, respectively.
  • the laser light emitted from the light source 101 is branched into 0th-order diffracted light L0, + 1st-order diffracted light L1, and ⁇ 1st-order diffracted light L2 by the diffraction grating 104.
  • the 0th-order diffracted light L0 is incident on the mirror 105 in parallel with the Z-axis, and is reflected by the mirror 105 in the X-axis direction (horizontal direction).
  • the + 1st order diffracted light L1 and the ⁇ 1st order diffracted light L2 are incident on the mirror 105 at a predetermined diffraction angle in a direction parallel to the XZ plane from a state parallel to the Z axis. Therefore, the + 1st order diffracted light L1 and the ⁇ 1st order diffracted light L2 are respectively reflected by the mirror 105 in a direction inclined from the X axis direction to the Z axis positive / negative direction.
  • the holder 120 has a circular hole 123 formed at the center position on the XY plane, and the rotation shaft 131 of the motor 130 is fitted into and connected to the hole 123. Yes.
  • the motor 130 is driven, the holder 120 rotates around the rotation center axis R10, and the mirror 105 and the diffraction grating 104 rotate accordingly.
  • the relative positional relationship of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 with respect to the mirror 105 is the same even if the mirror 105 is rotated. Is unchanged. Therefore, the angles formed by the projection directions of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 with respect to the horizontal plane (XY plane) are unchanged even when the mirror 105 rotates.
  • FIG. 3 is a graph showing an emission locus of laser light (0th-order diffracted light L0, + 1st-order diffracted light L1, -1st-order diffracted light L2) in the object detection apparatus 10.
  • the horizontal axis indicates the horizontal projection direction as an angle with respect to the front direction
  • the vertical axis indicates the vertical projection direction as an angle with respect to the horizontal plane.
  • the angles formed by the projection directions of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the -1st-order diffracted light L2 with respect to the horizontal plane (XY plane) are set to 0 degrees, +5 degrees, and -5 degrees, respectively. . That is, the diffraction angles of the + 1st order diffracted light L1 and the ⁇ 1st order diffracted light L2 in the diffraction grating 104 are each 5 degrees.
  • three laser beams (0th-order diffracted light L0, + 1st-order diffracted light L1, and ⁇ 1st-order diffracted light L2) separated in the vertical direction (Z-axis direction) are converted into a rotation center axis R10.
  • the range of ⁇ 135 degrees to +135 degrees is shown as the range of the horizontal axis, but this is an example, and the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2
  • the rotation range is not limited to this.
  • the rotation ranges of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 may be set to a range wider than ⁇ 135 degrees to +135 degrees.
  • reflected light R0, R1, and R2 of each diffracted light reflected by the object is The projection light path travels backward and enters the mirror 105.
  • the two straight lines labeled with the reflected light R0 indicate the outermost rays of the reflected light that can be captured by the condenser lens 107.
  • the reflected lights R0, R1, and R2 are shown as parallel lights having a predetermined beam diameter.
  • the incident directions of the reflected lights R0, R1, and R2 incident on the mirror 105 are also different. Different from each other. That is, since the 0th-order diffracted light L0 is projected in the horizontal direction, the reflected light R0 of the 0th-order diffracted light L0 travels backward from the target area in the horizontal direction and enters the mirror 105.
  • the + 1st order diffracted light L1 is projected in a direction inclined by a predetermined angle in the vertical upward direction (Z-axis positive direction) with respect to the horizontal direction, the reflected light R1 of the + 1st order diffracted light L1 is The light then enters the mirror 105 backward from the target area in a direction inclined by a predetermined angle in the vertically downward direction (Z-axis negative direction).
  • the ⁇ 1st order diffracted light L2 is projected in a direction inclined by a predetermined angle in the vertical downward direction (Z-axis negative direction) with respect to the horizontal direction, the reflected light R2 of the ⁇ 1st order diffracted light L2 is reflected in the horizontal direction.
  • the light then enters the mirror 105 backward from the target area in a direction inclined by a predetermined angle in the vertically upward direction (Z-axis raw direction).
  • the reflected lights R1, R2, and R3 are reflected by the mirror 105 and travel toward the upper surface of the holder 120. Then, most of the reflected light R1, R2, R3 passes through the opening 122 (see FIG. 1A) on the upper surface of the holder 120, enters the filter 106, and further passes through the filter 106 to be collected. The light enters the optical lens 107.
  • the filter 106 is a band-pass filter that transmits light in the wavelength band of the laser light emitted from the light source 101 and blocks light in other wavelength bands. Therefore, the reflected lights R1, R2, and R3 incident on the filter 106 pass through the filter 106 and enter the condenser lens 107 as they are. The condenser lens 107 converges the incident reflected lights R1, R2, and R3 on the light receiving surface of the photodetector 108.
  • the reflected light R1, R2, and R3 are incident on the mirror 105 at different angles as described above, they are also incident on the condenser lens 107 at different angles.
  • the optical axis of the condenser lens 107 coincides with the rotation center axis R10. Therefore, the reflected light R0 of the 0th-order diffracted light L0 enters the condenser lens 107 in parallel with the optical axis of the condenser lens 107.
  • the reflected light R1 of the + 1st order diffracted light L1 enters the condenser lens 107 so as to be inclined in the positive direction of the X axis from a state parallel to the optical axis of the condenser lens 107.
  • the reflected light R2 of the ⁇ 1st order diffracted light L2 enters the condenser lens 107 so as to be inclined in the negative direction of the X axis from a state parallel to the optical axis of the condenser lens 107.
  • the convergence positions of the reflected lights R0, R1, and R2 are shifted in the X-axis direction on the light receiving surface of the photodetector 108. It becomes like this.
  • the convergence position of the reflected light R0 is fixed even when the mirror 105 rotates, but the convergence positions of the reflected lights R1 and R2 rotate as the mirror 105 rotates.
  • the photodetector 108 is configured to receive the reflected lights R0, R1, and R2 whose converging positions are shifted from each other and rotate as described above.
  • 4A to 4C are diagrams schematically showing the configuration of the photodetector 108 and the movement state of the reflected light of each diffracted light on the photodetector 108, respectively.
  • the photodetector 108 receives the reflected light R0 from the object of the 0th-order diffracted light L0, and the reflected lights R1 and R2 from the objects of the + 1st-order diffracted light L1 and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 arranged around the sensor S1.
  • Sensors S2 and S3 receive the reflected light R0 of the 0th-order diffracted light L0 along the movement trajectories of the reflected lights R1 and R2 of the + 1st-order diffracted light L1 and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 that rotate as the mirror 105 rotates. It is arranged in an arc around S1.
  • the sensors S2 and S3 are divided into two in the moving direction of the reflected light R1 and R2.
  • a detection signal for the reflected light R0 is output from the sensor S1.
  • a detection signal for the reflected light R1 is output from one of the sensors S2 and S3
  • a detection signal for the reflected light R2 is output from the other of the sensors S2 and S3.
  • the detection signal for the reflected light R1 is output from the sensor S2, and the detection signal for the reflected light R2 is the sensor S3. Is output from.
  • FIG. 4B when the reflected lights R1 and R2 rotate clockwise and are equally applied to the boundaries of the sensors S2 and S3, the output of the detection signals to the reflected lights R1 and R2 stops.
  • FIG. 4C when the reflected lights R1 and R2 rotate clockwise and the reflected lights R1 and R2 enter the photodetector 108 as shown in FIG. 4C, a detection signal for the reflected light R1 is output from the sensor S3.
  • the detection signal for the reflected light R2 is output from the sensor S2.
  • the detection signal for the reflected light R0 is acquired from the sensor S1
  • the detection signals for the reflected light R1 and R2 are selectively acquired from the sensors S2 and S3, respectively.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the object detection apparatus 10.
  • the object detection apparatus 10 includes a controller 201, a laser drive circuit 202, a mirror drive circuit 203, and a timing detection circuit 204 as a circuit unit configuration.
  • the controller 201 includes a microcomputer and a memory, and controls each unit according to a program held in the memory.
  • the laser drive circuit 202 drives the light source 101 according to a control signal from the controller 201.
  • the mirror drive circuit 203 drives the motor 130 by the control signal from the controller 201 to rotate the mirror 105.
  • the timing detection circuit 204 detects the timing at which the sensors S1 to S3 receive the reflected lights R0 to R2, respectively, based on the detection signals of the sensors S1 to S3 of the photodetector 108.
  • the timing detection circuit 204 outputs detection pulses of the reflected lights R0 to R2 to the controller 201 at the timing when the sensors S1 to S3 receive the reflected lights R0 to R2, respectively.
  • the controller 201 controls the mirror drive circuit 203 to rotate the mirror 105 in the horizontal direction. Further, the controller 201 controls the laser driving circuit 202 to cause the light source 101 to emit pulsed laser light at every predetermined rotation angle in the horizontal direction. The controller 201 then reflects the reflected lights R0 to R2 of the laser light (0th order diffracted light L0, + 1st order diffracted light L1, and ⁇ 1st order diffracted light L2) emitted from the light source 101 at each rotation angle of the mirror 105. Whether or not the light is received is determined based on a signal from the timing detection circuit 204.
  • the controller 201 When the reflected lights R0 to R2 are received by the photodetector 108 at each rotation angle of the mirror 105, the controller 201 causes the vertical angles of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 at each rotation angle. It is determined that an object is present in the direction. Further, the controller 201 determines the 0th-order diffracted light L0 and the + 1st-order diffracted light based on the time difference between the timing at which the laser light is emitted from the light source 101 and the light reception timing of the reflected lights R0 to R2 detected by the timing detection circuit 204. The distance to the object in the projection direction of L1 and ⁇ 1st order diffracted light L2 is measured. Thus, the object detection operation in each projection direction is performed.
  • the controller 201 acquires the detection signal of the reflected lights R1 and R2 along with the movement of the reflected lights R1 and R2. , S3 is selectively switched.
  • the controller 201 is output from the timing detection circuit 204 so as to acquire a timing detection signal corresponding to the sensor to which the reflected lights R1 and R2 are incident, of the sensors S2 and S3, according to the rotational position of the mirror 105.
  • Each timing detection signal is selectively assigned as a timing detection signal for the reflected lights R1 and R2.
  • the controller 201 appropriately acquires the timing detection signals of the reflected lights R1 and R2 that rotate with the rotation of the mirror 105 by the two sensors S2 and S3 shown in FIGS. be able to.
  • Laser beams (0th-order diffracted light L0, + 1st-order diffracted light L1, and ⁇ 1st-order diffracted light L2) branched by the diffraction grating 104 (branching element) are projected onto the target area, and each branched laser light (0th-order diffracted light) Since reflected light R0, R1, and R2 of L0, + 1st order diffracted light L1, and ⁇ 1st order diffracted light L2) is received by the photodetector 108, it is not necessary to provide an optical system separately for each projection direction, and an extremely simple configuration Thus, an object can be detected by a plurality of laser beams having different projection directions.
  • the photodetector 108 includes a sensor S1 that receives the reflected light R0 from the object of the 0th-order diffracted light L0, and is arranged around the sensor S1 ⁇ 1 next time. Sensors S2 and S3 that receive the reflected lights R1 and R2 from the objects of the folded lights L1 and L2. As described above, by arranging the sensors S2 and S3 around the sensor S1, the reflected light R1 and R2 rotating with the rotation of the mirror 105 can be received by the sensors S2 and S3.
  • the sensors S2 and S3 follow the movement trajectories of the reflected lights R1 and R2 of the ⁇ first-order diffracted lights L1 and L2 that rotate as the mirror 105 rotates.
  • the sensor S1 that receives the reflected light R0 of the 0th-order diffracted light L0 is arranged in an arc shape.
  • the area of the sensors S2 and S3 can be limited to the area corresponding to the movement trajectory of the reflected light R1 and R2. Thereby, it can suppress that sensor S2, S3 receives unnecessary light, such as a stray light, and can improve the detection accuracy of reflected light R1, R2.
  • the controller 201 obtains the detection signals of the reflected lights R1 and R2 in accordance with the rotational movement of the reflected lights R1 and R2. S3 is selectively switched. Accordingly, the controller 201 appropriately acquires detection signals of the reflected lights R1 and R2 that rotate with the rotation of the mirror 105 by the two sensors S2 and S3 illustrated in FIGS. 4A to 4C. Can do.
  • the diffraction grating 104 (branching element) is configured such that the branched laser light (0th-order diffracted light L0, + 1st-order diffracted light L1, -1st-order diffracted light L2) is the rotation center axis R10 of the mirror 105.
  • the laser light from the light source 101 is branched so that it is incident on the mirror 105 in a direction parallel to the mirror 105.
  • a plurality of branched laser beams (0th-order diffracted light L0, + 1st-order diffracted light L1, and ⁇ 1st-order diffracted light L2) can be projected in different projection directions in the vertical direction. Therefore, the detection range can be expanded in the vertical direction.
  • a cylindrical body 110 is provided.
  • the reflected light of the laser beam reflected by the incident surface of the diffraction grating 104 or the scattered light of the laser beam generated by the exit surface of the bending mirror 103 or the collimator lens 102 enters the condenser lens 107.
  • the light can be prevented from being focused on the photodetector 108. Therefore, the detection accuracy of the object can be increased by using the cylindrical body 110.
  • FIGS. 6A to 6F are diagrams schematically showing the configuration of the photodetector 108 and the movement states of the reflected lights R0 to R2 of the diffracted lights on the photodetector 108 according to the modification example 1, respectively. It is.
  • the first modification four sensors S12 to S15 are arranged around the sensor S11 that receives the reflected light R0. That is, in the modified example 1, the number of divisions of the sensor for receiving the reflected lights R1 and R2 is larger than that in the above embodiment.
  • the sensors S12 to S15 are arranged in an arc around the sensor S11 so as to follow the movement trajectories of the reflected lights R1 and R2.
  • the configuration other than the photodetector 108 is the same as that shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B shown in the first embodiment.
  • the hatched sensor is a sensor used for detection of the reflected light R1
  • the dot hatched sensor is It is a sensor used for detection of reflected light R2. That is, in the state of FIG. 6A, the sensors S12 and S13 are used for receiving the reflected light R1, and the sensors S14 and S15 are used for detecting the reflected light R2.
  • the sensor S13 is used to receive the reflected light R1, and the sensor S15 is used to detect the reflected light R2.
  • the sensors S13 and S14 are used for receiving the reflected light R1, and the sensors S15 and S12 are used for detecting the reflected light R2.
  • the sensor S14 is used for receiving the reflected light R1, and the sensor S12 is used for detecting the reflected light R2.
  • the sensors S12 and S13 are used for receiving the reflected light R2, and the sensors S14 and S15 are used for detecting the reflected light R1.
  • the sensor S13 is used for receiving the reflected light R2, and the sensor S15 is used for detecting the reflected light R1.
  • the sensor used for detecting the reflected lights R1 and R2 is selectively switched from the sensors S12 to S15.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the object detection apparatus 10 according to the first modification.
  • a selector 205 is added compared to the configuration of FIG.
  • Other configurations are the same as those in FIG.
  • the selector 205 selects a predetermined detection signal from the detection signals output from the sensors S12 to S15 under the control of the controller 201, and generates a detection signal for the reflected light R1 and a detection signal for the reflected light R2. Specifically, the controller 201 causes the selector 205 to select the detection signals from the sensors to which the reflected lights R1 and R2 are incident, among the detection signals output from the sensors S12 to S15, and the reflected lights R1 and R2 The detection signal is generated.
  • the controller 201 causes the selector 205 to select the detection signals from the sensors S12 and S13, and generates the detection signal of the reflected light R1.
  • the selector 205 adds the detection signals from the sensors S 12 and S 13 to generate a detection signal of the reflected light R 1, and outputs the generated detection signal to the timing detection circuit 204.
  • the controller 201 causes the selector 205 to select the detection signal from the sensor S13 to generate the detection signal of the reflected light R1. In this case, the selector 205 outputs the detection signal from the sensor S13 as it is to the timing detection circuit 204 as the detection signal of the reflected light R1.
  • the controller 201 determines, for example, which of the sensors S12 to S15 the reflected lights R1 and R2 are incident on, based on the rotational position of the mirror 105, for example. Further, it may be determined which of the sensors S12 to S15 the reflected lights R1 and R2 are incident on, considering which of the sensors S12 to S15 outputs the detection signal. Then, the controller 201 controls the selector 205 as described above based on the determination result, and causes the timing detection circuit 204 to output detection signals corresponding to the reflected lights R1 and R2. The selector 205 outputs the detection signal of the sensor S11 as it is to the timing detection circuit 204 as the detection signal of the reflected light R0.
  • the timing detection circuit 204 detects the light reception timing of the reflected lights R0, R1, and R2 based on the detection signal input from the selector 205. Then, the timing detection circuit 204 outputs detection pulses of the reflected lights R0 to R2 to the controller 201 at the light reception timing of the detected reflected lights R0 to R2.
  • the controller 201 causes the laser beam to be emitted from the light source 101 at every predetermined rotation angle in the horizontal direction while rotating the mirror 105 in the horizontal direction, as in the above embodiment. Then, the controller 201 determines, based on the signal from the timing detection circuit 204, whether or not the reflected lights R0 to R2 are received by the photodetector 108 at each rotation angle of the mirror 105. When the reflected lights R0 to R2 are received, the controller 201 determines that an object exists in the projection direction of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2.
  • the controller 201 determines the 0th-order diffracted light L0 and the + 1st-order diffracted light based on the time difference between the timing at which the laser light is emitted from the light source 101 and the light reception timing of the reflected lights R0 to R2 detected by the timing detection circuit 204. The distance to the object in the projection direction of L1 and ⁇ 1st order diffracted light L2 is measured.
  • the same effect as in the above embodiment can be obtained.
  • the modified example 1 as described above, even when the reflected lights R1 and R2 are incident on the boundary position of the sensor, the detection signal loss and the crosstalk are not generated, and the reflected light is stably generated.
  • the detection signals of R1 and R2 can be acquired. Further, since the areas of the sensors S12 to S15 are smaller than those of the sensors S2 and S3 shown in FIGS. 4A to 4C, the influence of unnecessary light such as stray light on the detection signals of the reflected lights R1 and R2 can be suppressed. The object detection accuracy can be increased.
  • the signal switching by the selector 205 is preferably performed at a timing other than the object detection period, that is, at a timing other than the period from when the light source 101 is pulsed to when the received light signal is processed.
  • the signal switching by the selector 205 is preferably performed immediately before the light source 101 emits pulses. In this way, it is possible to prevent noise at the time of signal switching from affecting the detection signal.
  • 8A and 8B are cross-sectional views showing the configuration of the object detection apparatus 10 according to the second modification. 8A and 8B show cross sections similar to those in FIGS. 2A and 2B.
  • the diffraction grating 104 is configured such that the diffraction efficiencies of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L3, and the + 2nd-order diffracted light L4 are high, and the diffraction efficiency of other orders of diffracted light is substantially zero.
  • the diffraction grating 104 is constituted by, for example, a blazed diffraction grating.
  • the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L3, and the + 2nd-order diffracted light L4 are used for object detection.
  • the combination of diffracted light used for object detection is not limited to this.
  • 0th order diffracted light, + 2nd order diffracted light, and + 4th order diffracted light may be used for object detection
  • 0th order diffracted light, + 1st order diffracted light, and ⁇ 2nd order diffracted light may be used for object detection.
  • the reflected lights R0, R3, R4 based on the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L3, and the + 2nd-order diffracted light L4 enter the mirror 105.
  • the convergence positions of the reflected lights R3 and R4 on the light receiving surface of the photodetector 108 are shifted in one direction with respect to the convergence position of the reflected light R0. Therefore, in the modified example 2, the photodetector 108 is configured to be able to appropriately receive the reflected lights R0, R3, and R4.
  • FIGS. 9A to 9C schematically illustrate the configuration of the photodetector 108 and the movement states of the reflected lights R0, R3, and R4 of each diffracted light on the photodetector 108 according to the modification example 2, respectively.
  • FIG. 9A to 9C schematically illustrate the configuration of the photodetector 108 and the movement states of the reflected lights R0, R3, and R4 of each diffracted light on the photodetector 108 according to the modification example 2, respectively.
  • a sensor S22 for receiving the reflected light R3 is arranged in an arc around the sensor S21 that receives the reflected light R0, and further, the reflected light R4 is received around the sensor S22.
  • the sensors S23 are arranged in an arc shape. The sensors S22 and S23 are formed along the movement trajectories of the reflected lights R3 and R4, respectively.
  • the controller 201 needs to perform control such as switching the detection signals of the sensors S22 and S23 in accordance with the rotational position of the reflected light R3 and R4, that is, the rotational position of the mirror 105. There is no. Therefore, simplification of control can be achieved.
  • the sensors S22 and S23 may be divided into a plurality in the circumferential direction as in FIGS. 6 (a) to 6 (f).
  • a selector 205 is provided in the circuit unit as shown in FIG. Then, in accordance with the positions of the reflected lights R3 and R4, the detection signal from the divided sensors S22 and S23 is selected by the selector 205, and the detection signals of the reflected lights R3 and R4 are generated.
  • the area of each divided sensor is reduced, the influence of unnecessary light such as stray light on the detection signals of the reflected light R3 and R4 is reduced compared to the configurations of FIGS. 9A to 9C. Can be suppressed. Therefore, the object detection accuracy can be increased.
  • the number of divisions in the circumferential direction of the sensor that receives the reflected lights R1 and R2 is four.
  • the number of divisions in the circumferential direction of the sensor that receives the reflected lights R1 and R2 is three or five. There may be more than one.
  • the photodetector 108 is divided into 12 in the circumferential direction as a sensor S31 that receives the reflected light R0 and a sensor that receives the reflected lights R1 and R2.
  • the sensors S32 to S43 may be provided.
  • the detection signals of the reflected lights R1 and R2 are acquired by detection signals from one sensor or two adjacent sensors, respectively.
  • the hatched sensor is a sensor for acquiring the detection signal of the reflected light R1
  • the sensor hatched with the dot is the sensor of the reflected light R2. It is a sensor for acquiring a detection signal. Selection and generation of the detection signal are performed by the selector 205 under the control of the controller 201 as in the first modification.
  • the configuration of the modification example 3 since the areas of the sensors S32 to S43 can be further reduced as compared with the modification example 1, the influence of unnecessary light such as stray light on the detection signals of the reflected lights R3 and R4 can be further suppressed. Therefore, the object detection accuracy can be further increased.
  • FIG. 10E is a perspective view illustrating a configuration of the object detection device 10 according to the fourth modification.
  • the filter 106 in the above embodiment is omitted, and the filter 141 is mounted on the upper surface of the holder 120 instead.
  • the filter 141 is a bandpass filter that transmits light in the emission wavelength band of the light source 101 and blocks light of other wavelength bodies.
  • a rectangular opening is formed in the center of the filter 141, and the diffraction grating 104 is attached to this opening. That is, in the modification example 4, the filter 141 also serves as a support member for the diffraction grating 104.
  • Other configurations are the same as those in the above embodiment.
  • the portions of the reflected lights R0, R1, and R2 that are shielded by the beam portion 121 in the above embodiment. Can be directed to the photodetector 108. Therefore, more reflected light R0, R1, and R2 can be condensed on the photodetector 108.
  • the diffraction grating 104 may not be rectangular in a plan view but may be circular.
  • an opening provided in the filter 141 for mounting the diffraction grating 104 is also adjusted to be circular. As a result, more reflected light R0, R1, and R2 can be collected on the photodetector 108.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a configuration of the object detection device 10 according to the fifth modification.
  • FIG. 11B is a plan view schematically illustrating the configuration of the optical path switching mirror 151 according to the fifth modification.
  • the optical system composed of the light source 101 and the collimator lens 102 and the optical system composed of the filter 106, the condensing lens 107, and the photodetector 108 are interchanged.
  • an optical path switching mirror 151 for switching the optical path is disposed between both optical systems.
  • the light source 101 is disposed so that the outgoing optical axis is aligned with the rotation center axis R10.
  • the optical path switching mirror 151 is provided with a hole 151a in the center.
  • the laser beam converted into parallel light by the collimator lens 102 enters the diffraction grating 104 through the hole 151a.
  • the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1, and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 are generated as in the above embodiment.
  • the reflected light of the 0th-order diffracted light L0, the + 1st-order diffracted light L1 and the ⁇ 1st-order diffracted light L2 reflected from the target region is reflected by the mirror 105 and then the part other than the hole 151a of the optical path switching mirror 151, as in the above embodiment.
  • the light is reflected in the negative X-axis direction.
  • the reflected light enters the condenser lens 107 through the filter 106 and is converged on the light receiving surface of the photodetector 108 by the condenser lens 107.
  • the convergence position of each reflected light is shifted in the Z-axis direction on the light receiving surface.
  • Each reflected light is received by, for example, sensors S1, S2, and S3 having the configuration shown in FIGS. 4 (a) to (c).
  • a cylinder may be provided between the hole 151a and the diffraction grating 104. As a result, it is possible to prevent the laser beam reflected by the incident surface of the diffraction grating 104 from being collected on the photodetector 108 as it is.
  • ⁇ 1st order diffracted lights L1 and L2 are used for object detection as diffracted light other than 0th order diffracted light L0, but the diffracted light used for object detection is not limited to this.
  • ⁇ 2nd order diffracted light may be used for object detection as diffracted light other than 0th order diffracted light, and only + 1st order diffracted light may be used for object detection.
  • the number of diffracted lights used for object detection is not limited to three.
  • the diffraction direction by the diffraction grating 104 is parallel to the XZ plane at the neutral position shown in FIG. 2A.
  • the diffraction direction by the diffraction grating 104 is not limited to this. It is not something that can be done.
  • the diffraction direction by the diffraction grating 104 may be inclined by a predetermined angle with respect to the XZ plane at the neutral position shown in FIG.
  • the diffraction grating 104 uses the laser beam from the light source 101 so that the branched laser beam is incident on the mirror 105 in a direction parallel to the rotation center axis R10. It is preferable to make it branch.
  • the sensor disposed around the sensor S1 that receives the reflected light R0 of the 0th-order diffracted light L0 does not necessarily have an arc shape, and receives the reflected light R1 and R2 even when the reflected light R1 and R2 move. Other shapes are possible as long as possible.
  • the area of the sensor can be limited to an area according to the movement locus of the reflected light, and unnecessary light such as stray light is incident on the sensor. This can be suppressed. Therefore, the detection accuracy of the reflected light from the object can be increased.
  • the photodetector 108 does not necessarily have a configuration having a predetermined sensor pattern, and may be an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a two-dimensional PSD (Position Sensitive Detector).
  • a CCD Charge Coupled Device
  • PSD Position Sensitive Detector
  • the holder 120 and the mirror 105 may be integrally formed.
  • the mirror 105 may be formed by mirror-finishing the inclined surface of the holder 120.
  • the branch element for branching light is not limited to the diffraction grating, and may be other elements as long as the light from the light source can be branched.
  • the light source 101 can use an LED (light emitting diode) in addition to the laser light source.
  • the distance to the object is measured together with the presence or absence of the object in the projection direction.
  • the object detection device 10 may be configured to detect only the presence or absence of the object in the projection direction.

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Abstract

物体検出装置１０は、レーザ光を出射する光源１０１と、光源１０１から出射されたレーザ光を複数に分岐させる回折格子１０４と、回折格子１０４により分岐されたレーザ光（０次回折光Ｌ０、±１次回折光Ｌ１、Ｌ２）を反射させるミラー１０５と、回折格子１０４およびミラー１０５を一体的に保持するホルダ１２０と、ホルダ１２０を回転させるモータ１３０と、物体から反射された各レーザ光の反射光（Ｒ０～Ｒ２）を受光する光検出器１０８と、各レーザ光の反射光を光検出器１０８に集光させる集光レンズ１０７と、を備える。

Description

物体検出装置および光検出器
　本発明は、光を用いて物体を検出する物体検出装置および当該物体検出装置に用いて好適な光検出器に関する。
　従来、光を用いて物体を検出する物体検出装置が種々の分野で開発されている。この種の物体検出装置では、所定の投射方向に光が投射され、その反射光の有無に基づいて、当該投射方向に物体が存在するか否かが判別される。また、光の投射タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて、物体までの距離が計測される。
　以下の特許文献１には、複数の光照射光学系と、これら光照射光学系が照射した光が物体で反射して戻ってきた戻り光を夫々検出する複数の検出光学系と、を備えた距離測定装置が記載されている。この装置では、上記光学系を保持するホルダーを回転させることによって、光の照射方向を変えながら、周辺空間に位置する物体までの距離が測定される。
米国特許出願公開第２０１０／００２０３０６号明細書
　上記構成の装置では、投射方向が異なる３つの光によって装置の周辺が走査されるため、物体の検出能力を高めることができる。しかしながら、投射方向ごとに光照射光学系と検出光学系の組が配置されるため、部品点数の増加とコストの上昇を招いてしまう。
　かかる課題に鑑み、本発明は、簡素な構成により、投射方向が異なる複数の光により物体を検出することが可能な物体検出装置および当該物体検出装置に用いて好適な光検出器を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、光を用いて物体を検出する物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を複数に分岐させる分岐素子と、前記分岐素子により分岐された光を反射させるミラーと、前記分岐素子および前記ミラーを一体的に保持するホルダと、前記ホルダを回転させる駆動部と、物体から反射された前記各光の反射光を受光する光検出器と、前記各光の反射光を前記光検出器に集光させる集光レンズと、を備える。
　本態様に係る物体検出装置によれば、分岐素子によって分岐された光が投射されるとともに、分岐されたそれぞれの光の反射光が光検出器で受光されるため、投射方向ごとに個別に光学系を設ける必要がなく、極めて簡素な構成により、投射方向が異なる複数の光によって物体を検出することができる。
　本発明の第２の態様は、光検出器に関する。この態様に係る光検出器は、第１のセンサと、前記第１のセンサの周囲に円弧状に配置された第２のセンサと、を備える。
　たとえば、上記第１の態様に係る物体検出装置の分岐素子が回折格子である場合、０次回折光がミラーの回転中心軸に沿うように光学系が構成されると、０次回折光とは異なる次数の他の回折光の反射光は、光検出器の受光面上において、ミラーの回転に伴い０次回折光の入射位置の周りを回転する。その一方で、第２の態様に係る光検出器は、第１のセンサの周囲に円弧状に第２のセンサが配置されている。したがって、第２の態様の光検出器を上記第１の態様に係る物体検出装置の光検出器として用いることにより、第１のセンサで０次回折光の反射光を受光しつつ、ミラーの回転にともない回転する他の次数の回折光の反射光の移動軌跡を、円弧状の第２のセンサに沿わせることができる。よって、第２の態様に係る光検出器により、０次回折光の反射光と他の次数の回折光の反射光をそれぞれ円滑に受光して、各反射光の検出信号を生成することができる。
　以上のとおり、本発明によれば、簡素な構成により、投射方向が異なる複数の光により物体を検出することが可能な物体検出装置およびそれに用いて好適な光検出器を提供することができる。
　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図１（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す斜視図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係る物体検出装置におけるレーザ光の出射軌跡を示すグラフである。 図４（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施の形態に係る、光検出器の構成および光検出器上における各回折光の反射光の移動状態を模式的に示す図である。 図５は、実施の形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。 図６（ａ）～（ｆ）は、それぞれ、変更例１に係る、光検出器の構成および光検出器上における各回折光の反射光の移動状態を模式的に示す図である。 図７は、変更例１に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例２に係る物体検出装置の構成を示す断面図である。 図９（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、変更例２に係る、光検出器の構成および光検出器上における各回折光の反射光の移動状態を模式的に示す図である。 図１０（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、変更例３に係る、光検出器の構成および光検出器上における各回折光の反射光の移動状態を模式的に示す図である。図１０（ｅ）は、変更例４に係る物体検出装置の構成を示す斜視図である。 図１１（ａ）は、変更例５に係る物体検出装置の構成を示す断面図である。図１１（ｂ）は、変更例５に係る光路切替ミラーの構成を模式的に示す平面図である。
　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
　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。図面には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、物体検出装置の高さ方向であり、Ｘ軸正方向は、物体検出装置の正面方向である。
　図１（ａ）～（ｃ）は、物体検出装置１０の構成を示す斜視図である。図１（ａ）～（ｃ）には、ミラー１０５が中立位置にある場合の物体検出装置１０の状態が示されている。ここで、「中立位置」とは、ミラー１０５がＸ軸に垂直な状態からＺ－Ｘ平面に平行な方向に４５度傾いた位置のことである。この状態において、レーザ光の投射方向は、正面方向（Ｘ軸正方向）となる。
　便宜上、図１（ｂ）では、図１（ａ）に示す構成からフィルタ１０６が省略され、図１（ｃ）では、さらに筒体１１０が省略されている。図１（ａ）に示す物体検出装置１０が、完成体である。
　図１（ａ）～（ｃ）を参照して、物体検出装置１０は、光源１０１と、コリメータレンズ１０２と、折り曲げミラー１０３と、回折格子１０４と、ミラー１０５と、フィルタ１０６と、集光レンズ１０７と、光検出器１０８とを備える。
　光源１０１は、赤外のレーザ光を出射する。光源１０１は、たとえば、９０５ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザである。光源１０１は、出射光軸がＸ軸に平行となるように配置されている。コリメータレンズ１０２は、光源１０１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。
　光源１０１とコリメータレンズ１０２は、それぞれ、Ｘ軸方向に並ぶように配置されている。より詳細には、光源１０１の出射光軸とコリメータレンズ１０２光軸が互いに一致するように、光源１０１とコリメータレンズ１０２が配置されている。また、光源１０１は、出射光軸がミラー１０５の回転中心軸Ｒ１０（図２（ａ）、（ｂ）参照）に直交するように配置されている。光源１０１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１０２によって平行光に変換された後、折り曲げミラー１０３でＺ軸負方向に反射される。
　コリメータレンズ１０２と折り曲げミラー１０３は、筒体１１０に装着されている。筒体１１０は、中心軸がＸ軸に平行な中空の円筒部１１０ａと、中心軸がＺ軸に平行な中空の円筒部１１０ｂとが一体的に連結された形状を有する。円筒部１１０ａ、１１０ｂの連結部が開放され、この連結部に、反射面が筒体１１０の内部に位置するようにして、折り曲げミラー１０３が装着されている。折り曲げミラー１０３は、Ｚ軸に垂直な状態からＺ－Ｘ平面に平行な方向に４５度傾いた状態で筒体１１０に装着されている。筒体１１０の光源１０１側の開口に、コリメータレンズ１０２が装着されている。
　コリメータレンズ１０２で平行光化されたレーザ光は、筒体１１０（円筒部１１０ａ）内部を通って折り曲げミラー１０３に入射する。その後、レーザ光は、折り曲げミラー１０３によってＺ軸負方向に反射され、筒体１１０の回折格子１０４側の開口を通る。こうして、レーザ光が、回折格子１０４に入射する。レーザ光は、ミラー１０５の回転中心軸Ｒ１０（図２（ａ）、（ｂ）参照）に沿って、回折格子１０４に入射する。
　回折格子１０４は、上記のように入射されたレーザ光を回折により分岐させる。回折格子１０４の回折方向は、ミラー１０５によるレーザ光の投射方向（Ｘ軸方向）に平行である。すなわち、回折格子１０４は、回折により分岐されたレーザ光がミラー１０５の回転中心軸Ｒ１０（図２（ａ）、（ｂ）参照）に平行な方向に離れてミラー１０５に入射するように、光源１０１からのレーザ光を分岐させる。
　本実施形態では、０次回折光および±１次回折光の回折効率が高く、その他の次数の回折光の回折効率が略ゼロになるように、回折格子１０４が構成されている。ここで、０次回折光および±１次回折光の回折効率は、略等しく設定される。回折格子１０４は、たとえば、ステップ型の回折格子により構成される。回折格子１０４が、ブレーズ型の回折格子であってもよい。
　ミラー１０５は、回折格子１０４により分岐されたレーザ光（０次回折光および±１次回折光）を投射方向に反射させる。ミラー１０５は、中立位置において、Ｘ軸に垂直な状態からＺ－Ｘ平面に平行な方向に４５度傾いている。上記のように、レーザ光は、ミラー１０５の回転中心軸Ｒ１０（図２（ａ）、（ｂ）参照）に沿って回折格子１０４に入射するため、回折格子１０４を回折されずに透過する０次回折光は、回転中心軸Ｒ１０に沿ってミラー１０５に入射する。
　回折格子１０４とミラー１０５は、ホルダ１２０に保持されている。ホルダ１２０は、上面および側面が開放された円筒枠状の部材である。ホルダ１２０の上面に、中立位置においてＸ軸方向に延びる梁部１２１が形成され、その中央に、回折格子１０４が装着されている。梁部１２１は、ホルダ１２０上面のＹ軸方向の中央位置に配置されている。梁部１２１のＹ軸方向の両側は、それぞれ、開口１２２となっている。ミラー１０５によって反射されたレーザ光（０次回折光および±１次回折光）は、ホルダ１２０側面の開口からＸ軸正方向に投射される。
　図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、物体検出装置１０の構成を示す断面図である。
　図２（ａ）、（ｂ）には、図１（ａ）の構成を、Ｙ軸方向の中間位置において、Ｘ－Ｚ平面に平行な平面で切断した断面が示されている。図２（ａ）には、目標領域に投射されるレーザ光（回折光）Ｌ０～Ｌ２が図示され、図２（ａ）には、目標領域に存在する物体により反射された各レーザ光の反射光Ｒ０～Ｒ２が図示されている。Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ、回折格子１０４によって生成された０次回折光、＋１次回折光および－１次回折光である。また、Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、物体で反射された０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の反射光である。
　図２（ａ）に示すように、光源１０１から出射されたレーザ光は、回折格子１０４によって、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２に分岐される。このうち、０次回折光Ｌ０は、Ｚ軸に平行にミラー１０５に入射するため、ミラー１０５によってＸ軸方向（水平方向）に反射される。これに対し、＋１次回折光Ｌ１と－１次回折光Ｌ２は、Ｚ軸に平行な状態からＸ－Ｚ平面に平行な方向に所定の回折角だけ傾いてミラー１０５に入射する。このため、＋１次回折光Ｌ１と－１次回折光Ｌ２は、それぞれ、ミラー１０５によって、Ｘ軸方向からＺ軸正負の方向に傾く方向に反射される。
　こうして、目標領域には、鉛直方向（Ｚ軸方向）に分離された３つのレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）が投射される。
　図２（ａ）に示すように、ホルダ１２０は、Ｘ－Ｙ平面上の中央位置に円形の穴１２３が形成されており、この穴１２３にモータ１３０の回転軸１３１は嵌め込まれて連結されている。モータ１３０が駆動されると、回転中心軸Ｒ１０を中心にホルダ１２０が回転し、これに伴い、ミラー１０５と回折格子１０４が回転する。
　ここで、ミラー１０５と回折格子１０４は一体的に回転するため、ミラー１０５に対する０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の相対的な位置関係は、ミラー１０５が回転しても不変である。したがって、水平面（Ｘ－Ｙ平面）に対する０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向のなす角は、ミラー１０５が回転しても不変である。
　図３は、物体検出装置１０におけるレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）の出射軌跡を示すグラフである。
　図３において、横軸は、水平方向の投射方向を正面方向に対する角度で示したものであり、縦軸は、鉛直方向の投射方向を水平面に対する角度で示したものである。ここでは、水平面（Ｘ－Ｙ平面）に対する０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向のなす角が、それぞれ、０度、＋５度、－５度に設定されている。すなわち、回折格子１０４における＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の回折角は、それぞれ、５度である。
　図３に示すように、本実施形態では、鉛直方向（Ｚ軸方向）に分離された３つのレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）を、回転中心軸Ｒ１０の周りに回転させながら投射することができる。なお、図３では、横軸の範囲として、－１３５度～＋１３５度の範囲が示されているが、これは一例であって、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２の回転範囲は、これに限られるものではない。たとえば、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の回転範囲が、－１３５度～＋１３５度よりも広い範囲に設定されてもよい。
　図２（ｂ）に戻り、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向に物体が存在する場合、物体により反射された各回折光の反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２が、投射光路を逆行してミラー１０５に入射する。図２（ｂ）において、反射光Ｒ０の表記が付された２つの直線は、集光レンズ１０７で取り込まれ得る反射光の最も外側の光線を示している。反射光Ｒ１、Ｒ２の表記が付された直線も同様である。ここでは、物体までの距離が長いため、反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２が所定ビーム径の平行光で示されている。
　上記のように、目標領域に投射される０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向が互いに異なるため、ミラー１０５に入射する反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の入射方向も互いに異なる。すなわち、０次回折光Ｌ０は、水平方向に投射されるため、０次回折光Ｌ０の反射光Ｒ０は、水平方向に目標領域から逆行してミラー１０５に入射する。
　これに対し、＋１次回折光Ｌ１は、水平方向に対して鉛直上向き方向（Ｚ軸正方向）に所定角度だけ傾く方向に投射されるため、＋１次回折光Ｌ１の反射光Ｒ１は、水平方向に対して鉛直下向き方向（Ｚ軸負方向）に所定角度だけ傾く方向に目標領域から逆行してミラー１０５に入射する。
　また、－１次回折光Ｌ２は、水平方向に対して鉛直下向き方向（Ｚ軸負方向）に所定角度だけ傾く方向に投射されるため、－１次回折光Ｌ２の反射光Ｒ２は、水平方向に対して鉛直上向き方向（Ｚ軸生方向）に所定角度だけ傾く方向に目標領域から逆行してミラー１０５に入射する。
　その後、反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれ、ミラー１０５で反射されて、ホルダ１２０の上面へと向かう。そして、反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、大部分が、ホルダ１２０上面の開口１２２（図１（ａ）参照）を通過して、フィルタ１０６へと入射し、さらに、フィルタ１０６を透過して集光レンズ１０７に入射する。
　フィルタ１０６は、光源１０１から出射されるレーザ光の波長帯の光を透過し、その他の波長帯の光を遮断するバンドパスフィルタである。したがって、フィルタ１０６に入射した反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、そのまま、フィルタ１０６を透過して、集光レンズ１０７に入射する。集光レンズ１０７は、入射した反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を、光検出器１０８の受光面に収束させる。
　ここで、反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、上記のように、ミラー１０５に入射する角度が互いに異なるため、集光レンズ１０７に対しても、互いに異なる角度で入射する。集光レンズ１０７の光軸は、回転中心軸Ｒ１０に一致している。したがって、０次回折光Ｌ０の反射光Ｒ０は、集光レンズ１０７の光軸に平行に集光レンズ１０７に入射する。これに対し、＋１次回折光Ｌ１の反射光Ｒ１は、集光レンズ１０７の光軸に平行な状態からＸ軸正方向に傾くように集光レンズ１０７に入射する。－１次回折光Ｌ２の反射光Ｒ２は、集光レンズ１０７の光軸に平行な状態からＸ軸負方向に傾くように集光レンズ１０７に入射する。
　このように、集光レンズ１０７に対する反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の入射方向が互いに異なるため、反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の収束位置は、光検出器１０８の受光面において、Ｘ軸方向にずれるようになる。また、反射光Ｒ０の収束位置は、ミラー１０５が回転しても固定であるが、反射光Ｒ１、Ｒ２の収束位置は、ミラー１０５の回転に伴い回転する。光検出器１０８は、このように互いに収束位置がずれ且つ回転する反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を受光可能に構成されている。
　図４（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、光検出器１０８の構成および光検出器１０８上における各回折光の反射光の移動状態を模式的に示す図である。
　光検出器１０８は、０次回折光Ｌ０の物体からの反射光Ｒ０を受光するセンサＳ１と、センサＳ１の周囲に配置され＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の物体からの反射光Ｒ１、Ｒ２を受光するセンサＳ２、Ｓ３とを備える。センサＳ２、Ｓ３は、ミラー１０５の回転に伴い回転する＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の反射光Ｒ１、Ｒ２の移動軌跡に沿うように、０次回折光Ｌ０の反射光Ｒ０を受光するセンサＳ１の周囲に円弧状に配置されている。また、センサＳ２、Ｓ３は、反射光Ｒ１、Ｒ２の移動方向において２つに分割されている。
　この構成において、反射光Ｒ０に対する検出信号は、センサＳ１から出力される。これに対し、反射光Ｒ１に対する検出信号は、センサＳ２、Ｓ３の一方から出力され、反射光Ｒ２に対する検出信号は、センサＳ２、Ｓ３の他方から出力される。
　たとえば、図４（ａ）に示すように反射光Ｒ１、Ｒ２が光検出器１０８に入射する場合、反射光Ｒ１に対する検出信号は、センサＳ２から出力され、反射光Ｒ２に対する検出信号は、センサＳ３から出力される。その後、図４（ｂ）に示すように反射光Ｒ１、Ｒ２が時計方向に回転してセンサＳ２、Ｓ３の境界に等しく掛かると、反射光Ｒ１、Ｒ２に対する検出信号の出力が停止する。さらに、反射光Ｒ１、Ｒ２が時計方向に回転し、図４（ｃ）に示すように反射光Ｒ１、Ｒ２が光検出器１０８に入射すると、反射光Ｒ１に対する検出信号は、センサＳ３から出力され、反射光Ｒ２に対する検出信号は、センサＳ２から出力される。
　このように、反射光Ｒ０に対する検出信号は、センサＳ１から取得され、反射光Ｒ１、Ｒ２に対する検出信号は、それぞれ、センサＳ２、Ｓ３から選択的に取得される。
　図５は、物体検出装置１０の構成を示すブロック図である。
　物体検出装置１０は、回路部の構成として、コントローラ２０１と、レーザ駆動回路２０２と、ミラー駆動回路２０３と、タイミング検出回路２０４とを備える。
　コントローラ２０１は、マイクロコンピュータとメモリを備え、メモリに保持されたプログラムに従って各部を制御する。レーザ駆動回路２０２は、コントローラ２０１からの制御信号により、光源１０１を駆動する。ミラー駆動回路２０３は、コントローラ２０１からの制御信号により、モータ１３０を駆動して、ミラー１０５を回転させる。
　タイミング検出回路２０４は、光検出器１０８のセンサＳ１～Ｓ３の検出信号に基づいて、これらセンサＳ１～Ｓ３がそれぞれ反射光Ｒ０～Ｒ２を受光したタイミングを検出する。タイミング検出回路２０４は、センサＳ１～Ｓ３がそれぞれ反射光Ｒ０～Ｒ２を受光したタイミングにおいて、反射光Ｒ０～Ｒ２の検出パルスをコントローラ２０１に出力する。
　物体検出動作時において、コントローラ２０１は、ミラー駆動回路２０３を制御して、ミラー１０５を、水平方向に回転させる。さらに、コントローラ２０１は、レーザ駆動回路２０２を制御して、水平方向の所定の回転角ごとに光源１０１からレーザ光をパルス発光させる。そして、コントローラ２０１は、ミラー１０５の各回転角において、光源１０１から出射されたレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）の反射光Ｒ０～Ｒ２が光検出器１０８により受光されたか否かを、タイミング検出回路２０４からの信号に基づいて判定する。
　ミラー１０５の各回転角において、反射光Ｒ０～Ｒ２が光検出器１０８により受光された場合、コントローラ２０１は、各回転角における０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の鉛直角方向に、物体が存在すると判定する。さらに、コントローラ２０１は、光源１０１からレーザ光が出射されたタイミングと、タイミング検出回路２０４により検出された反射光Ｒ０～Ｒ２の受光タイミングとの時間差をもとに、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向における物体までの距離を測定する。こうして、各投射方向における物体検出動作が行われる。
　なお、コントローラ２０１は、図４（ａ）～（ｃ）を参照して説明したように、反射光Ｒ１、Ｒ２の移動に伴い、これら反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号を取得するためのセンサＳ２、Ｓ３を選択的に切り替える。
　すなわち、コントローラ２０１は、ミラー１０５の回転位置に応じて、センサＳ２、Ｓ３のうち反射光Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ入射するセンサに対応するタイミング検出信号を取得するように、タイミング検出回路２０４から出力される各タイミング検出信号を、反射光Ｒ１、Ｒ２のタイミング検出信号として選択的に割り当てる。これにより、コントローラ２０１は、図４（ａ）～（ｃ）に示した２つのセンサＳ２、Ｓ３によって、ミラー１０５の回転に伴い回転する反射光Ｒ１、Ｒ２のタイミング検出信号を、適切に取得することができる。
　＜実施形態の効果＞
　上記実施の形態によれば、以下の効果が奏され得る。
　回折格子１０４（分岐素子）によって分岐されたレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）が目標領域に投射されるとともに、分岐されたそれぞれのレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）の反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２が光検出器１０８で受光されるため、投射方向ごとに個別に光学系を設ける必要がなく、極めて簡素な構成により、投射方向が異なる複数のレーザ光によって物体を検出することができる。
　図４（ａ）～（ｃ）に示したように、光検出器１０８は、０次回折光Ｌ０の物体からの反射光Ｒ０を受光するセンサＳ１と、このセンサＳ１の周囲に配置され±１次回折光Ｌ１、Ｌ２の物体からの反射光Ｒ１、Ｒ２を受光するセンサＳ２、Ｓ３とを備える。このように、センサＳ１の周囲にセンサＳ２、Ｓ３を配することにより、ミラー１０５の回転に伴い回転する反射光Ｒ１、Ｒ２を、センサＳ２、Ｓ３により受光することができる。
　ここで、センサＳ２、Ｓ３は、図４（ａ）～（ｃ）に示したように、ミラー１０５の回転に伴い回転する±１次回折光Ｌ１、Ｌ２の反射光Ｒ１、Ｒ２の移動軌跡に沿うように、０次回折光Ｌ０の反射光Ｒ０を受光するセンサＳ１の周囲に円弧状に配置されている。このように、センサＳ２、Ｓ３を円弧状に形成することにより、センサＳ２、Ｓ３の面積を反射光Ｒ１、Ｒ２の移動軌跡に応じた面積に制限できる。これにより、センサＳ２、Ｓ３が迷光等の不要な光を受光することを抑制でき、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出精度を高めることができる。
　図４（ａ）～（ｃ）を参照して説明したように、コントローラ２０１は、反射光Ｒ１、Ｒ２の回転移動に伴い、各反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号を取得するためのセンサＳ２、Ｓ３を選択的に切り替える。これにより、コントローラ２０１は、図４（ａ）～（ｃ）に示した２つのセンサＳ２、Ｓ３によって、ミラー１０５の回転に伴い回転する反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号を、適切に取得することができる。
　図２（ａ）に示したように、回折格子１０４（分岐素子）は、分岐されたレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）がミラー１０５の回転中心軸Ｒ１０に平行な方向に離れてミラー１０５に入射するように、光源１０１からのレーザ光を分岐させる。これにより、図３に示したように、鉛直方向に異なる投射方向に、分岐された複数のレーザ光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１、－１次回折光Ｌ２）を投射できる。よって、検出範囲を鉛直方向に広げることができる。
　この他、本実施形態では、図１（ａ）～図２（ｂ）に示したように、筒体１１０が設けられている。このため、たとえば、回折格子１０４の入射面で反射されたレーザ光の反射光や、折り曲げミラー１０３やコリメータレンズ１０２の出射面で生じたレーザ光の散乱光等が、集光レンズ１０７に入射して、光検出器１０８に集光されることを防ぐことができる。よって、筒体１１０を用いることにより、物体の検出精度を高めることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
　＜変更例１＞
　図６（ａ）～（ｆ）は、それぞれ、変更例１に係る、光検出器１０８の構成および光検出器１０８上における各回折光の反射光Ｒ０～Ｒ２の移動状態を模式的に示す図である。
　変更例１では、反射光Ｒ０を受光するセンサＳ１１の周囲に４つのセンサＳ１２～Ｓ１５が配置されている。すなわち、変更例１では、上記実施形態に比べて、反射光Ｒ１、Ｒ２を受光するためのセンサの分割数が多くなっている。センサＳ１２～Ｓ１５は、それぞれ、反射光Ｒ１、Ｒ２の移動軌跡に沿うように、センサＳ１１の周囲に円弧状に配置されている。光検出器１０８以外の構成は、上記実施形態１で示した図１（ａ）～（ｃ）および図２（ａ）、（ｂ）の構成と同一である。
　図６（ａ）～（ｆ）において、センサＳ１２～Ｓ１５のうち、斜線のハッチングが付されたセンサは、反射光Ｒ１の検出に用いられるセンサであり、ドットのハッチングが付されたセンサは、反射光Ｒ２の検出に用いられるセンサである。すなわち、図６（ａ）の状態では、センサＳ１２、Ｓ１３が反射光Ｒ１の受光に用いられ、センサＳ１４、Ｓ１５が反射光Ｒ２の検出に用いられる。
　また、図６（ｂ）の状態では、センサＳ１３が反射光Ｒ１の受光に用いられ、センサＳ１５が反射光Ｒ２の検出に用いられる。図６（ｃ）の状態では、センサＳ１３、Ｓ１４が反射光Ｒ１の受光に用いられ、センサＳ１５、Ｓ１２が反射光Ｒ２の検出に用いられる。図６（ｄ）の状態では、センサＳ１４が反射光Ｒ１の受光に用いられ、センサＳ１２が反射光Ｒ２の検出に用いられる。図６（ｅ）の状態では、センサＳ１２、Ｓ１３が反射光Ｒ２の受光に用いられ、センサＳ１４、Ｓ１５が反射光Ｒ１の検出に用いられる。図６（ｆ）の状態では、センサＳ１３が反射光Ｒ２の受光に用いられ、センサＳ１５が反射光Ｒ１の検出に用いられる。
　このように、変更例２では、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出に用いられるセンサが、センサＳ１２～Ｓ１５の中から選択的に切り替えられる。
　ここで、変更例２の構成では、図６（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示すように、反射光Ｒ１、Ｒ２がセンサ間の境界位置にある場合も、反射光Ｒ１、Ｒ２に対する検出信号を取得することができる。この点が、上記実施形態における図４（ａ）～（ｃ）の構成と異なる点である。すなわち、変更例２の構成によれば、センサの境界位置に反射光Ｒ１、Ｒ２が入射した場合も、検出信号のロスやクロストークが生じることがなく、安定的に、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号を取得できる。また、センサＳ１２～Ｓ１５の面積が、図４（ａ）～（ｃ）に示したセンサＳ２、Ｓ３よりも小さいため、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号に対する迷光等の不要光の影響を抑制できる。
　図７は、変更例１に係る物体検出装置１０の構成を示すブロック図である。
　ここでは、図５の構成に比べて、セレクタ２０５が追加されている。その他の構成は、図５と同様である。
　セレクタ２０５は、コントローラ２０１からの制御により、センサＳ１２～Ｓ１５からそれぞれ出力される検出信号のうち所定の検出信号を選択して、反射光Ｒ１の検出信号と反射光Ｒ２の検出信号を生成する。具体的には、コントローラ２０１は、センサＳ１２～Ｓ１５からそれぞれ出力される検出信号のうち、反射光Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ入射するセンサからの検出信号をセレクタ２０５に選択させて、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号を生成させる。
　たとえば、図６（ａ）のタイミングにおいて、コントローラ２０１は、センサＳ１２、Ｓ１３からの検出信号をセレクタ２０５に選択させて、反射光Ｒ１の検出信号を生成させる。この場合、セレクタ２０５は、センサＳ１２、Ｓ１３からの検出信号を加算して、反射光Ｒ１の検出信号を生成し、生成した検出信号をタイミング検出回路２０４に出力する。また、図６（ｂ）のタイミングにおいて、コントローラ２０１は、センサＳ１３からの検出信号をセレクタ２０５に選択させて、反射光Ｒ１の検出信号を生成させる。この場合、セレクタ２０５は、センサＳ１３からの検出信号をそのまま反射光Ｒ１の検出信号として、タイミング検出回路２０４に出力する。
　コントローラ２０１は、たとえば、ミラー１０５の回転位置に基づいて、反射光Ｒ１、Ｒ２がそれぞれセンサＳ１２～Ｓ１５の何れに入射しているかを判別する。さらに、センサＳ１２～Ｓ１５の何れから検出信号が出力されているかを加味して、反射光Ｒ１、Ｒ２がそれぞれセンサＳ１２～Ｓ１５の何れに入射しているかを判別してもよい。そして、コントローラ２０１は、この判別結果に基づいて、上記のようにセレクタ２０５を制御し、反射光Ｒ１、Ｒ２に対応する検出信号をタイミング検出回路２０４に出力させる。なお、セレクタ２０５は、センサＳ１１の検出信号をそのまま反射光Ｒ０の検出信号としてタイミング検出回路２０４に出力する。
　タイミング検出回路２０４は、セレクタ２０５から入力された検出信号に基づいて、反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の受光タイミングを検出する。そして、タイミング検出回路２０４は、検出した反射光Ｒ０～Ｒ２の受光タイミングにおいて、反射光Ｒ０～Ｒ２の検出パルスをコントローラ２０１に出力する。
　物体検出動作時において、コントローラ２０１は、上記実施形態と同様、ミラー１０５を、水平方向に回転させつつ、水平方向の所定の回転角ごとに光源１０１からレーザ光をパルス発光させる。そして、コントローラ２０１は、ミラー１０５の各回転角において、反射光Ｒ０～Ｒ２が光検出器１０８により受光されたか否かを、タイミング検出回路２０４からの信号に基づいて判定する。反射光Ｒ０～Ｒ２が受光された場合、コントローラ２０１は、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向に物体が存在すると判定する。
　さらに、コントローラ２０１は、光源１０１からレーザ光が出射されたタイミングと、タイミング検出回路２０４により検出された反射光Ｒ０～Ｒ２の受光タイミングとの時間差をもとに、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の投射方向における物体までの距離を測定する。
　本変更例１においても、上記実施形態と同様の効果が奏され得る。加えて、変更例１によれば、上記のように、センサの境界位置に反射光Ｒ１、Ｒ２が入射した場合も、検出信号のロスやクロストークが生じることがなく、安定的に、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号を取得できる。また、センサＳ１２～Ｓ１５の面積が、図４（ａ）～（ｃ）に示したセンサＳ２、Ｓ３よりも小さいため、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号に対する迷光等の不要光の影響を抑制でき、物体の検出精度を高めることができる。
　なお、変更例１において、セレクタ２０５による信号の切り替えは、物体検出の期間以外のタイミング、すなわち、光源１０１をパルス発光させてから受光信号を処理するまでの期間以外のタイミングにおいて行われることが好ましい。たとえば、セレクタ２０５による信号の切り替えは、光源１０１をパルス発光させる直前に行うことが好ましい。こうすると、信号切り替え時のノイズが検出信号に影響することを防ぐことができる。
　＜変更例２＞
　上記実施形態および変更例１では、回折格子１０４で分岐された０次回折光Ｌ０および±１次回折光Ｌ１、Ｌ２が目標領域に投射されたが、変更例２では、投射に用いる回折光が変更されている。
　図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例２に係る物体検出装置１０の構成を示す断面図である。図８（ａ）、（ｂ）には、図２（ａ）、（ｂ）と同様の断面が示されている。
　図８（ａ）に示すように、変更例２では、０次回折光に対して回折角が互いに異なる２つの次数の回折光が回折格子１０４により生成されてミラー１０５に導かれる。たとえば、回折格子１０４は、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ３および＋２次回折光Ｌ４の回折効率が高く、その他の次数の回折光の回折効率が略ゼロになるように構成されている。ここで、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ３および＋２次回折光Ｌ４の回折効率は、略等しく設定される。回折格子１０４は、たとえば、ブレーズ型の回折格子により構成される。
　この場合、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ３および＋２次回折光Ｌ４が、物体検出に用いられる。ただし、物体検出に用いる回折光の組み合わせはこれに限られるものではない。たとえば、０次回折光、＋２次回折光および＋４次回折光が、物体検出に用いられてもよく、０次回折光、＋１次回折光および－２次回折光が、物体検出に用いられてもよい。
　図８（ｂ）に示すように、変更例２では、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ３および＋２次回折光Ｌ４に基づく反射光Ｒ０、Ｒ３、Ｒ４が、ミラー１０５に入射する。この場合、ミラー１０５に対する反射光Ｒ３、Ｒ４の入射角に応じて、光検出器１０８の受光面における反射光Ｒ３、Ｒ４の収束位置が、反射光Ｒ０の収束位置に対して一方向にずれる。したがって、変更例２では、光検出器１０８が、これら反射光Ｒ０、Ｒ３、Ｒ４を適切に受光可能に構成される。
　図９（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、変更例２に係る、光検出器１０８の構成および光検出器１０８上における各回折光の反射光Ｒ０、Ｒ３、Ｒ４の移動状態を模式的に示す図である。
　変更例２では、反射光Ｒ０を受光するセンサＳ２１の周囲に、反射光Ｒ３を受光するためのセンサＳ２２が円弧状に配置され、さらに、このセンサＳ２２の周囲に、反射光Ｒ４を受光するためのセンサＳ２３が円弧状に配置される。センサＳ２２、Ｓ２３は、それぞれ、反射光Ｒ３、Ｒ４の移動軌跡に沿うように形成されている。
　この構成では、反射光Ｒ３、Ｒ４ごとに個別にセンサＳ２２、Ｓ２３が配置されているため、反射光Ｒ３、Ｒ４の周方向の回転位置が変化しても、センサＳ２２、Ｓ２３の検出信号をそのまま反射光Ｒ３、Ｒ４の検出信号として用いることができる。このため、図５に示した構成において、コントローラ２０１は、反射光Ｒ３、Ｒ４の回転位置、すなわち、ミラー１０５の回転位置に応じて、センサＳ２２、Ｓ２３の検出信号を切り替える等の制御を行う必要がない。よって、制御の簡素化を図ることができる。
　なお、本変更例２においても、たとえば、図６（ａ）～（ｆ）と同様、センサＳ２２、Ｓ２３が周方向に複数に分割されてもよい。この場合、図７に示したように、回路部にセレクタ２０５が設けられる。そして、反射光Ｒ３、Ｒ４の位置に応じて、セレクタ２０５により、分割されたセンサＳ２２、Ｓ２３からの検出信号が選択されて、反射光Ｒ３、Ｒ４の検出信号が生成される。この構成によれば、分割された各センサの面積が減少するため、図９（ａ）～（ｃ）の構成に比べて、反射光Ｒ３、Ｒ４の検出信号に対する迷光等の不要光の影響を抑制できる。よって、物体の検出精度を高めることができる。
　また、図８（ａ）、（ｂ）の構成では、０次回折光Ｌ０以外の回折光が２つであったが、０次回折光Ｌ０以外の回折光が１つまたは３つ以上であってもよい。０次回折光Ｌ０以外の回折光が３つである場合、図９（ａ）～（ｃ）に示したセンサＳ２３の外側にもう一つ、円弧状のセンサが配置される。このように、０次回折光Ｌ０以外の回折光の数に応じて、センサＳ２１の外側に配置されるセンサの数が設定される。
　＜変更例３＞
　上記変更例１では、反射光Ｒ１、Ｒ２を受光するセンサの周方向の分割数が４つであったが、反射光Ｒ１、Ｒ２を受光するセンサの周方向の分割数は、３つまたは５つ以上であってもよい。たとえば、図１０（ａ）～（ｄ）に示すように、光検出器１０８が、反射光Ｒ０を受光するセンサＳ３１と、反射光Ｒ１、Ｒ２を受光するセンサとして、周方向に１２に分割されたセンサＳ３２～Ｓ４３を備えていてもよい。
　この場合、反射光Ｒ１、Ｒ２の検出信号は、それぞれ、１つのセンサまたは隣り合う２つのセンサからの検出信号によって取得される。図１０（ａ）～（ｄ）において、斜線のハッチングが付されたセンサは、反射光Ｒ１の検出信号を取得するためのセンサであり、ドットのハッチングが付されたセンサは、反射光Ｒ２の検出信号を取得するためのセンサである。検出信号の選択および生成は、上記変更例１と同様、コントローラ２０１の制御のもと、セレクタ２０５によって行われる。
　変更例３の構成によれば、変更例１に比べて、センサＳ３２～Ｓ４３の面積をさらに小さくできるため、反射光Ｒ３、Ｒ４の検出信号に対する迷光等の不要光の影響をさらに抑制できる。よって、物体の検出精度をさらに高めることができる。
　＜変更例４＞
　図１０（ｅ）は、変更例４に係る物体検出装置１０の構成を示す斜視図である。
　変更例４では、上記実施形態におけるフィルタ１０６が省略され、代わりに、フィルタ１４１が、ホルダ１２０の上面に装着されている。フィルタ１４１は、上記フィルタ１０６と同様、光源１０１の出射波長帯の光を透過し、その他の波長体の光を遮断するバンドパスフィルタである。フィルタ１４１の中央に矩形の開口が形成され、この開口に回折格子１０４が装着されている。すなわち、変更例４では、フィルタ１４１が、回折格子１０４の支持部材を兼ねている。その他の構成は、上記実施形態と同様である。
　変更例４の構成によれば、図１（ａ）～（ｃ）に示した梁部１２１を省略できるため、上記実施形態において梁部１２１により遮光されていた反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の部分を、光検出器１０８に導くことができる。よって、より多くの反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を光検出器１０８に集光させることができる。
　なお、回折格子１０４は、平面視において矩形でなくてもよく、円形でもよい。回折格子１０４が円形の場合、回折格子１０４を装着するためにフィルタ１４１に設けられる開口も、円形に調整される。これにより、さらに多くの反射光Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を光検出器１０８に集光させることができる。
　＜変更例５＞
　図１１（ａ）は、変更例５に係る物体検出装置１０の構成を示す断面図である。図１１（ｂ）は、変更例５に係る光路切替ミラー１５１の構成を模式的に示す平面図である。
　変更例５では、光源１０１およびコリメータレンズ１０２からなる光学系と、フィルタ１０６、集光レンズ１０７および光検出器１０８からなる光学系とが、互いに入れ替えられている。また、両光学系の間に、光路を切り替えるための光路切替ミラー１５１が配置されている。光源１０１は、出射光軸が回転中心軸Ｒ１０に整合するように配置されている。光路切替ミラー１５１には、中央に孔１５１ａが設けられている。コリメータレンズ１０２によって平行光化されたレーザ光は、孔１５１ａを通って、回折格子１０４に入射する。こうして、上記実施形態と同様、０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２が生成される。
　目標領域から反射された０次回折光Ｌ０、＋１次回折光Ｌ１および－１次回折光Ｌ２の反射光は、上記実施形態と同様、ミラー１０５で反射された後、光路切替ミラー１５１の孔１５１ａ以外の部分で、Ｘ軸負方向に反射される。その後、これらの反射光は、フィルタ１０６を介して集光レンズ１０７に入射し、集光レンズ１０７によって光検出器１０８の受光面に収束される。この場合も、各反射光の収束位置は、受光面上においてＺ軸方向にずれる。各反射光は、たとえば、図４（ａ）～（ｃ）に示した構成のセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３によって受光される。
　本変更例５においても、上記実施形態と同様の効果が奏され得る。なお、本変更例５においても、孔１５１ａと回折格子１０４との間に、筒体が設けられてもよい。これにより、回折格子１０４の入射面で反射されたレーザ光がそのまま光検出器１０８に集光されることを防ぐことができる。
　＜その他の変更例＞
　上記実施形態では、０次回折光Ｌ０以外の回折光として±１次回折光Ｌ１、Ｌ２が物体検出に用いられたが、物体検出に用いる回折光はこれに限られるものではない。たとえば、０次回折光以外の回折光として、±２次回折光が物体検出に用いられてもよく、＋１次回折光のみが物体検出に用いられてもよい。物体検出に用いる回折光の数も３つに限られるものではない。
　また、上記実施形態では、回折格子１０４による回折方向が、図２（ａ）に示した中立位置において、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向であったが、回折格子１０４による回折方向はこれに限られるものではない。たとえば、回折格子１０４による回折方向が、図２（ａ）に示した中立位置において、Ｘ－Ｚ平面に対して所定角度だけ傾いていてもよい。物体の検出範囲を鉛直方向に広げるためには、回折格子１０４は、分岐されたレーザ光が回転中心軸Ｒ１０に平行な方向に離れてミラー１０５に入射するように、光源１０１からのレーザ光を分岐させることが好ましい。
　また、０次回折光Ｌ０の反射光Ｒ０を受光するセンサＳ１の周囲に配置されるセンサは、必ずしも円弧形状でなくてもよく、反射光Ｒ１、Ｒ２が移動した場合も反射光Ｒ１、Ｒ２を受光できる限りにおいて、他の形状であってもよい。ただし、センサＳ１の周囲に配置されるセンサを円弧状に形成することにより、このセンサの面積を反射光の移動軌跡に応じた面積に制限でき、このセンサに迷光等の不要な光が入射することを抑制できる。よって、物体からの反射光の検出精度を高めることができる。
　また、光検出器１０８は、必ずしも、所定のセンサパターンを有する構成でなくてもよく、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子や、２次元ＰＳＤ（PositionSensitive Detector）であってもよい。ただし、上記のように、所定のセンサパターンを有する構成の光検出器１０８を用いることにより、構成および制御の簡素化とコストの低減を図ることができる。
　また、ホルダ１２０とミラー１０５とが一体形成されていてもよい。たとえば、ホルダ１２０が金属材料から構成される場合は、ホルダ１２０の傾斜面が鏡面仕上げされることによりミラー１０５が構成されてもよい。
　また、光を分岐させる分岐素子は、回折格子に限られるものではなく、光源からの光を分岐させ得る限りにおいて、他の素子であってもよい。さらに、光源１０１は、レーザ光源以外にＬＥＤ（light emitting diode）を用いることもできる。
　また上記実施形態および変更例では、投射方向における物体の有無とともに物体までの距離が測定されたが、物体検出装置１０は、投射方向における物体の有無のみを検出する構成であってもよい。
　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
　１０　…　物体検出装置
　１０４　…　回折格子（分岐素子）
　１０５　…　ミラー
　１０７　…　集光レンズ
　１０８　…　光検出器
　１２０　…　ホルダ
　１３０　…　モータ（駆動部）
　２０１　…　コントローラ
　Ｓ１～Ｓ３　…　センサ
　Ｓ１１～Ｓ１５　…　センサ
　Ｓ２１～Ｓ２３　…　センサ
　Ｓ３１～Ｓ４３　…　センサ

Claims (13)

  1. 　光を用いて物体を検出する物体検出装置であって、
    　光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された前記光を複数に分岐させる分岐素子と、
    　前記分岐素子により分岐された光を反射させるミラーと、
    　前記分岐素子および前記ミラーを一体的に保持するホルダと、
    　前記ホルダを回転させる駆動部と、
    　物体から反射された前記各光の反射光を受光する光検出器と、
    　前記各光の反射光を前記光検出器に集光させる集光レンズと、を備える、
    物体検出装置。
     
  2. 　請求項１に記載の物体検出装置において、
    　前記分岐素子は、回折格子である、
    物体検出装置。
     
  3. 　請求項２に記載の物体検出装置において、
    　前記光源からの前記光が前記ミラーの回転中心軸に沿って前記回折格子に入射し、
    　前記回折格子により生成される０次回折光と少なくとも１つの他の次数の回折光が、前記ミラーで反射されて投射され、
    　前記光検出器は、前記０次回折光の前記物体からの反射光を受光するセンサと、前記センサの周囲に配置され前記他の次数の回折光の前記物体からの反射光を受光する少なくとも１つの他のセンサとを備える、
    物体検出装置。
     
  4. 　請求項３に記載の物体検出装置において、
    　前記他のセンサは、前記ミラーの回転に伴い回転する前記他の次数の回折光の前記反射光の移動軌跡に沿うように、前記０次回折光の前記反射光を受光する前記センサの周囲に円弧状に配置されている、
    物体検出装置。
     
  5. 　請求項３または４に記載の物体検出装置において、
    　前記回折格子は、複数の前記他の次数の回折光を生成して前記ミラーに導き、
    　前記光検出器は、前記複数の他の次数の回折光の前記反射光を受光する前記他のセンサを備える、
    物体検出装置。
     
  6. 　請求項５に記載の物体検出装置において、
    　前記回折格子は、±ｎ次（ｎは正の整数）の回折光を生成して前記ミラーに導き、
    　前記±ｎ次数の回折光の前記反射光を受光する前記他のセンサは、前記反射光の移動方向において少なくとも２つに分割されている、
    物体検出装置。
     
  7. 　請求項５に記載の物体検出装置において、
    　前記回折格子は、前記０次回折光に対して回折角が互いに異なる所定次数の複数の回折光を生成して前記ミラーに導き、
    　前記他のセンサは、前記ミラーの回転に伴い回転する前記所定次数の各回折光の前記反射光ごとに個別に配置されている、
    物体検出装置。
     
  8. 　請求項７に記載の物体検出装置において、
    　前記所定次数の各回折光の前記反射光ごとに個別に配置された前記他のセンサは、周方向において少なくとも２つに分割されている、
    物体検出装置。
     
  9. 　請求項６または８に記載の物体検出装置において、
    　前記反射光の移動に伴い、前記各反射光の検出信号を取得するための前記他のセンサを選択的に切り替えるコントローラを備える、
    物体検出装置。
     
  10. 　請求項１から９の何れか一項に記載の物体検出装置において、
    　前記分岐素子は、分岐された光が前記ミラーの回転中心軸に平行な方向に離れて前記ミラーに入射するように、前記光源からの前記光を分岐させる、
    物体検出装置。
     
  11. 　第１のセンサと、
    　前記第１のセンサの周囲に円弧状に配置された第２のセンサと、を備える、
    光検出器。
     
  12. 　請求項１１に記載の光検出器において、
    　前記第２のセンサの周囲に円弧状に配置された第３のセンサをさらに備える、
    光検出器。
     
  13. 　請求項１１または１２に記載の光検出器において、
    　前記第１のセンサ以外の前記センサは、前記第１のセンサの周りの周方向において少なくとも２つに分割されている、
    光検出器。
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