反射型光電傳感器及物體檢測方法
2023-07-20 13:44:06 1
專利名稱：反射型光電傳感器及物體檢測方法
技術領域：
本發明涉及通過來自物體的反射光檢測物體的有無的反射型光電傳感器和物體檢測 方法。
背景技術：
已有的反射型光電傳感器中，根據由物體的反射產生的返回光量的變化，檢測物體的 有無。因此，比較物體和背景的反射率時，在背景的反射率大、物體的反射率小的情況下， 有時會發生將背景作為物體檢測出。
作為難以受到背景影響的反射型光電傳感器，己知有偏振型光電傳感器(例如參見專 利文獻1)和距離設定反射型(Background Suppression下面簡稱為BGS)光電傳感器(例 如，參照專利文獻2、專利文獻3)。
在偏振型光電傳感器中，投受光器和來複式反射器(y7P:y夕7y7k夕夕)相對 配置，進一步的，具有規定的偏振光面並出射偏振光的偏光濾光片設置在投光器的前面， 同時，具有與投光器側正交的偏振光面的接收偏振光的偏光濾光片設置在受光器的前面。 反射式反射器為三面直角稜鏡的集合體，入射光在三次全反射之後，被反射到與入射光相 同方向。
從投光器照射出的光通過經過投光器側的偏光濾光片，成為直線偏振光。該直線偏振 光入射到反射式反射體後，其反射光成為橢圓偏振光，並產生與入射光正交的偏振光成分。 從而，該偏振光成分通過受光器側的偏光濾光片入射到受光器。另一方面，如果物體進入 到投受光器和反射式反射體之間，則反射出與入射光同一方向的直線偏振光。該直線偏振 光無法通過受光器側的偏光濾光片，因此無法入射到受光器。這樣，在偏振型光電傳感器 中，可根據對受光器的入射有無來檢測物體的有無。
BGS光電傳感器對與物體的距離進行光學測定，檢測出與物體的距離比基準距離近還 是遠。
另一方面，作為利用雷射器發出的光的幹涉的距離計，提出一種利用雷射器的輸出光 和測定對象的返回光在半導體雷射器內部的幹涉(自混合效應)的雷射計測器(例如，參 考非專利文獻l、非專利文獻2、非專利文獻3)。圖8顯示FP型(法布裡-珀羅型)半導體雷射器的複合諧振器模型。在圖8中，101為半導體雷射器的諧振器，102為半導體結 晶解理面，103為光電二極體，104為測定對象。
設雷射的振蕩波長為入，從離測定對象104近的解理面102到測定對象104的距離為 L，當滿足以下的諧振條件時，來自測定對象104的返回光和諧振器101內的雷射相互增 強，雷射輸出稍有增加。
L=q"2 (1)
在式子(1)中，q為整數。即使測定對象104的散射光非常微弱，但是由於半導體激 光器的諧振器IOI中的所表現的反射率增加，產生放大作用，從而可充分地觀測該現象。
由於半導體雷射器與注入電流的大小相對應發射出頻率不同的雷射，在調製振蕩頻率 的時候，不需要外部調製器，可通過注入電流直接調製。圖9顯示以某一定的比例使半導 體雷射器的振蕩波長變化時的振蕩波長和光電二極體103的輸出波形之間的關係。當滿足 式子(1) L-qX/2的時候，返回光和諧振器IOI內的雷射的相位差為O。(同相位)，此 時返回光和諧振器101內的雷射為最大相互增強；若L-q入/2+入/4時，相位差為180° (逆相位)，此時返回光和諧振器101內的雷射為最大相互減弱。因此，如果變化半導體 雷射器的振蕩波長，雷射輸出為強弱交替反覆出現，此時，雷射輸出由設置在諧振器101 的光電二極體103測定，得到如圖9所顯示的一定周期的階梯狀波形。這樣的波形一般稱 為幹涉條紋。
該階梯狀的波形，即各個幹涉條紋稱為模跳脈衝(下面稱為MHP)。 MHP是不同於模 跳現象的現象。例如，在到測定對象104的距離為L1， MHP的個數為10個時， 一半的距 離L2中，MHP的個數為5個。S卩，在某一特定時間內令半導體雷射器的振蕩波長變化的 時候，MHP的個數與測定距離呈比例變化。於是，通過光電二極體103檢測MHP，測定 MHP的頻率的話，可容易地計測距離。
利用上述的自混合型的雷射計測器，可實現BGS光電開關。BGS光電開關只要通過 與規定的基準距離相比較進行物體在近距離還是遠距離的ON/OFF判定即可。因此，在自 混合型的雷射計測器作為BGS光電開關使用時，只要判斷測定的MHP的平均周期相對於 物體在基準距離的位置時的MHP的已知基準周期是長還是短即可。相對於物體在基準距 離的位置時的MHP的已知基準周期，測定到的MHP的平均周期為長的情況下，ON判定 為物體在比基準距離更近的距離，又，測定到的MHP的周期為短的情況下，OFF判定為 物體在比基準距離更遠的距離。
專利文獻1日本特開平6-111693號公報專利文獻2 日本實開昭63-102135號公報專利文獻3日本實開昭63-187237號公報
非專利文獻1上田正，山田諄，紫藤進，《利用半導體雷射器的自混合效應的距離計》1994年度電氣關係學會東海支部聯合大會演講論文集，1994年
非專利文獻2 山田諄，紫藤進，津田紀生，上田正，《關於利用半導體雷射的自混合效應的小型距離計的研究》，愛知工業大學研究報告，第31號B, p.35-42， 1996年
非專禾U文獻3 Guido Giuliani, Michele Norgia, Silvano Donati and Thierry Bosch,[Laser diode self-mixing technique for sensing applications], JOURNAL OF OPTICS A: PUREAND APPLIED OPTICS, p.283-294， 2002年
發明所要解決的問題
如上所述，在基於返回光量檢測物體有無的反射型光電傳感器中，有容易受到背景影響的問題。
又，由於偏振型光電傳感器是積極檢測背景(反射式反射體)的傳感器，雖然不會受到背景的影響，但在具有擾亂偏振光這樣特性的物體的情況下，可能無法檢測出該物體。
又，雖然BGS光電傳感器較難受到比基準距離遠的背景的影響，但是當背景具有鏡面體或與鏡面體相近的物體時，則BGS光電傳感器的工作可能會由於來自鏡面體的反射光而變得不穩定。
又，在利用自混合型的雷射計測器的BGS光電傳感器中，傳感器和背景的距離較近時，來自背景的返回光量變大，但是如果返回的光量過大，在雷射器內生成的噪聲急劇增大，導致雷射器動作不穩定的相干猝滅(3匕一ky卜3，、;/:/7)現象發生。由於相干猝滅現象的噪聲導致MHP的計測產生誤差，從而產生距離計測的誤差，結果可能產生誤判定。
又，在利用自混合型的雷射計測器的BGS光電傳感器中，即便當背景在不產生由自混合效應導致的MHP的遠處時，或者在無法獲得檢測MHP的充分的信號強度的情況下，也可能會因來自背景的微小的返回光而產生光混亂等噪聲，從而有可能導致誤判定的發生。
發明內容
本發明是為了解決上述課題而作成的，其目的在於提供一種能減低誤判定的可能性、並能穩定地檢測物體的反射型光電傳感器以及物體檢測方法。解決問題的手段
本發明的反射型光電傳感器，其特徵在於，包括發射光的投光單元；接受從該投光
單元發射的光的返回光的受光單元；根據所述返回光判定在所述投光單元的光發射方向上是否有物體存在的判定單元；設置在從所述投光單元發射的光的光路上的位置、且設置在 比設想所述物體出現的地點遠的位置的蛾眼結構的防反射板。
又，在本發明的反射型光電傳感器的一構成例中，所述判定單元根據返回光量判定在 所述光發射方向是否有物體存在。
又，在本發明的反射型光電傳感器的一構成例中，所述判定單元根據所述返回光求得 與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近時，判定在所述光發射方向 有物體存在。
又，本發明的反射型光電傳感器，其特徵在於，包括發射雷射的半導體雷射器；驅 動該半導體雷射器的雷射驅動器；將所述半導體雷射器發射的雷射和該雷射的返回光變換
為電信號的受光單元；距離判定處理單元，所述距離判定處理單元根據包括在所述受光單 元的輸出信號中的、由所述雷射和所述返回光產生的幹涉波形的信息，求得與返回光的反 射點之間的距離，當該距離比規定的基準距離近時，則判定在所述雷射的發射方向有物體 存在；蛾眼結構的防反射板，所述防反射板設置在從所述半導體雷射器發射的雷射的光路 上的位置，且設置在比設想所述物體出現的地點遠的位置。
又，本發明的反射型光電傳感器，其特徵在於，包括發射雷射的半導體雷射器；驅 動該半導體雷射器的雷射驅動器；檢測包含幹涉波形的電信號的檢測單元，所述幹涉波形 由於從所述半導體雷射器發射出的雷射和該雷射的返回光的自混合效應所產生；距離判定 處理單元，所述距離判定處理單元根據包括在所述受光單元的輸出信號中的所述幹涉波形 的信息，求得與返回光的反射點之間的距離，當該距離比規定的基準距離近時，則判定在 所述雷射的發射方向有物體存在；蛾眼結構的防反射板，所述防反射板設置在從所述半導 體雷射器發射的雷射的光路上的位置，且設置在比設想所述物體出現的地點遠的位置。
又，在本發明的反射型光電傳感器的一構成例中，設由所述半導體雷射器自身的諧振 器模式和外部諧振器模式的模式競爭所產生的返回光量的臨界點為r c，相干猝滅所造成的 返回光量的臨界點為fextc時，設置所述防反射板使得在所述物體不存在時來自所述防反 射板的返回光量在臨界點r c以上、臨界點fextc以下。
又，在本發明的反射型光電傳感器的一構成例中，所述雷射驅動器使所述半導體雷射 器動作，並使得至少包含振蕩波長連續單調增加的期間的第一振蕩期間和至少包含振蕩波 長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在；所述距離判定處理單元包括對所述第一 振蕩期間和所述第二振蕩期間的所述幹涉波形的個數分別進行計數的計數單元，和根據所 述計數單元的計數結果求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近
9時，判定在所述雷射的發射方向有物體存在的判定單元。
又，本發明的物體檢測方法，其特徵在於，包括發射光的投光步驟；接受從該投光 單元發射的光的返回光的受光步驟；根據所述返回光判定在所述投光單元的光發射方向上 是否有物體存在的判定步驟；在從所述投光單元發射的光的光路上的位置，且在比設想所
述物體出現的地點遠的位置設置蛾眼結構的防反射板。
又，在本發明的物體檢測方法的一構成例中，所述判定步驟根據返回光量判定在所述 光發射方向是否有物體存在。
又，在本發明的物體檢測方法的一構成例中，所述判定步驟根據所述返回光求得與返 回光的反射點之間的距離，當該距離比規定的基準距離近時，判定在所述光發射方向有物 體存在。
又，本發明的物體檢測方法，其特徵在於，包括將驅動電流提供給半導體雷射器使 所述半導體雷射器動作的振蕩步驟；將所述半導體雷射器所發射的雷射和該雷射的返回光 變換為電信號的受光步驟；根據包括於在該所述受光步驟得到的輸出信號中的、由所述激 光和所述返回光產生的幹涉波形的信息，求得與返回光的反射點之間的距離，當該距離比 規定的基準距離近時，則判定在所述雷射的發射方向有物體存在的距離判定處理步驟；在 從所述半導體雷射器發射的雷射的光路上的位置，且在比設想所述物體出現的地點遠的位 置設置蛾眼結構的防反射板。
又，本發明的物體檢測方法，其特徵在於，包括將驅動電流提供給半導體雷射器使 所述半導體雷射器動作的振蕩步驟；檢測包含幹涉波形的電信號的檢測步驟，所述幹涉波 形由於從所述半導體雷射器發射出的雷射和該雷射的返回光的自混合效應而產生；根據包 括於在所述檢測步驟得到的輸出信號中的所述幹涉波形的信息，求得與返回光的反射點之 間的距離，當該距離比規定的基準距離近時，則判定在所述雷射的發射方向有物體存在的 距離判定處理步驟；在從所述半導體雷射器發射的雷射的光路上的位置，且在比設想所述 物體出現的地點遠的位置設置蛾眼結構的防反射板。
又，在本發明的物體檢測方法的一構成例中，在設由所述半導體雷射器自身的諧振器 模式和外部諧振器模式的模式競爭所產生的返回光量的臨界點為r c，相干猝滅所造成的返 回光量的臨界點為fextc時，設置所述防反射板使得在所述物體不存在時來自所述防反射 板的返回光量在臨界點r c以上、臨界點fextc以下。
又，在本發明的物體檢測方法的一構成例中，所述振蕩步驟使所述半導體雷射器動作， 並使得至少包含振蕩波長連續單調增加的期間的第一振蕩期間和至少包含振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在；所述距離判定處理步驟包括在所述第一振蕩期 間和所述第二振蕩期間分別對所述幹涉波形的個數進行計數的計數步驟，和根據所述計數 步驟的計數結果求得與返回光的反射點之間的距離，當該距離比規定的基準距離近時，則 判定在所述雷射的發射方向有物體存在的判定步驟。 發明的效果
根據本發明，通過設置蛾眼結構的防反射板，可降低誤判定的可能性，能穩定地檢測 物體。又，採用蛾眼結構的防反射板，可抑制防反射功能的下降，因此即使在暴露於空氣 的環境中，也可防止附著於防反射板上的附著物所造成的誤檢測。
圖1是顯示本發明第一實施例涉及的反射型光電傳感器的結構的框圖。
圖2是顯示本發明第一實施例中防反射板的一構成例的截面圖。
圖3是顯示本發明第三實施例涉及的反射型傳感器的結構的框圖。
圖4是顯示本發明第三實施例中半導體雷射器的振蕩波長的時間變化的一例的示意圖。
圖5是顯示本發明第三實施例中電流一電壓變換放大部的輸出電壓波形和過濾器部的 輸出電壓波形的示意性波形圖。
圖6是顯示對於返回光量的相對強度雜音的變化的示意圖。
圖7是顯示本發明第四實施例涉及的反射型光電傳感器的結構的框圖。
圖8是顯示現有的雷射計測器中半導體雷射器的複合諧振器模型的示意圖。
圖9是顯示半導體雷射器的振蕩波長和內置光電二極體的輸出波形的關係的示意圖。
符號說明
l-投光器；2-受光器；3、 18-判定部；4、 19-顯示部；5、 20-防反射板；6-投光元件；
7-投光電路；8-受光元件；9-受光電路；10-物體；ll-半導體雷射器；12-光電二極體；13-
透鏡；14-光碟機動器；15-電流-電壓變換放大部；16-過濾部；17-計數部；21-電壓檢測部
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的實施例進行說明。圖1是顯示本發明第一實施例涉及的反 射型光電傳感器的結構的框圖。本實施例的反射型光電傳感器具有發射光的投光器1、接受返回光的受光器2、根 據返回光量判定在投光器1的光發射方向是否存在物體的判定部3、顯示判定部3的判定 結果的顯示部4、設置在投光器1所發射的光的光路上的位置且設置在比設想物體出現的 地方遠的位置上的蛾眼(moth-eye)結構的防反射板5。
投光器1具有LED等投光元件6、驅動投光元件6的投光電路7。 受光器2具有光電二極體等受光元件8、和將受光元件8的輸出電流變換為電壓並放 大的受光電路9。
投光器1發射檢測物體用的光。在投光器1和防反射板5之間沒有物體存在的情況下， 從投光器1出射的光入射到防反射板5。
圖2是顯示防反射板5的一構成例的截面圖。如圖2所示，防反射板5具有蛾眼結構， 即，在投光器側的表面配置有多個在可視光波長以下大小的突起50。突起50以例如100nm 的間隔規則地配置。該蛾眼結構例如可以通過樹脂形成。
由於蛾眼結構在厚度方向的折射率連續變化，因此幾乎不反射入射光，光的反射率在 例如0.1 %以下。該反射率相比現有的防反射膜是非常小的。因此，即使來自投光器1的 光入射到防反射板5，從防反射板5返回的返回光量仍然非常少。對於這樣的蛾眼結構， 例如，特表2001-517319號公報已有所揭示。
另一方面，如圖l的虛線所示的，如果投光器1和防反射板5之間存在有物體10，那 麼從物體10返回的返回光入射到受光器2。
判定部3根據受光器2的受光電路9所輸出的電信號檢測返回光量。在投光器1和防 反射板5之間不存在物體10的情況下，如前所述的，返回光量非常少，為規定的閾值以 下。相對於此，如果投光器1和防反射板5之間存在物體10,則返回光量超過閾值。判定 部3在返回光量超過閾值的情況下，判定投光器1和防反射板5之間存在有物體10。顯示 部4將判定部3的判定結果顯示出來。
如上所述的，在本實施例中，通過設置蛾眼結構的防反射板5，能夠將背景的防反射 率設定得非常小，因此不會發生將背景作為物體檢測的情況，從而可以使得其難以受到背 景的影響。在本實施例中，由於可充分確保物體和防反射板5的反射率的差，即便在物體 的反射率小的情況下，也能夠檢測物體。
又，在使用現有的防反射膜作為防反射板的情況下，如果表面粘上髒物，防反射的功 能會降低，而在使用蛾眼結構的防反射板5的情況下，由於其具有疏水效應，可防止髒物 粘附於表面，從而能夠抑制防反射功能的下降，即使在暴露於空氣的環境中，也可防止附著於防反射板5的附著物所引起的誤檢測。 [第二實施例]
在第一實施例中，將本發明適用於擴散反射型光電傳感器中，但是本發明也可適用於 BGS光電傳感器。在BGS光電傳感器的整體構成與第一實施例的相同，具體結構在專利 文獻2和專利文獻3中有所揭示，因此省略對其詳細的說明，並用附圖l的標號對其進行 簡單說明。
在BGS光電傳感器中，使用投光器1和受光器2，光學測定與物體的距離。在距離的 光學測定方法中，有多種原理，此處對利用三角測距的原理的情況進行說明。在此情況下， 使用二象限光電二極體或位置檢測元件作為受光元件8。由物體10反射的返回光在受光元 件8上成像。該成像位置隨著受光元件8和物體10的距離不同而不同。據此，可求得與 物體10的距離。
根據上述原理，判定部3根據受光器2的受光電路9的輸出信號，求得受光元件8和 返回光的反射點之間的距離，當該距離比規定的基準距離近時，判定為ON(有物體)，在 該距離比基準距離遠時，判定為OFF (沒有物體)。
在這樣的BGS光電傳感器中，如果使用在第一實施例中所述的防反射板5，可使得光 電傳感器的工作穩定。
又，第一、第二實施例中的判定部3能夠由具有例如CPU、存儲裝置和接口的計算機 來實現。CPU根據存儲在存儲裝置中的程序執行第一實施例和第二實施例中所說明的處 理。
接著，對本發明第三實施例進行說明。圖3是顯示本發明的第三實施例涉及的反射型 光電傳感器的結構的框圖。本實施例是利用自混合型雷射計測器的BGS光電傳感器。
圖3的反射型光電傳感器具有發射雷射的半導體雷射器11;將半導體雷射器11的 光輸出變換為電信號的光電二極體12;透鏡13，其對半導體雷射器ll發出的光進行集光
並發射，並將物體的返回光進行集光併入射到半導體雷射器11;驅動半導體雷射器ll的 雷射驅動器1;將光電二極體12的輸出電流變換為電壓並放大的電流-電壓變換放大部15; 從電流-電壓變換放大部15的輸出電壓中去除載波的過濾部16;對包含在過濾部16的輸 出電壓中的MHP的個數進行計數的計數部17;根據計數部17的計數結果判定物體比規定 的基準距離近還是比基準距離遠的判定部18;顯示判定部18的判定結果的顯示部19;和 防反射板20。光電二極體12和電流-電壓變換放大部15構成檢測單元，過濾部16和計數部17和判 定部18構成距離判定處理單元。下面，為了便於說明，假定半導體雷射器ll採用的是沒 有模跳現象的類型(VCSEL型、DFB雷射型)。
雷射驅動器14將隨著時間以一定變化率反覆增減的三角波驅動電流作為注入電流提 供給半導體雷射器ll。這樣，半導體雷射器11被驅動為，與注入電流的大小成比例地使 振蕩波長以一定變化率連續增加的第一振蕩期間和振蕩波長以一定變化率連續減少的第 二振蕩期間交替反覆。圖4是顯示半導體雷射器11的振蕩波長的時間變化的示意圖。在圖 4中，Pl為第一振蕩期間，P2為第二振蕩期間，Aa為各期間振蕩波長的最小值，入b為 各期間振蕩波長的最大值，T為三角波的周期。在本實施例中，振蕩波長的最大值入b和 振蕩波長的最小值入a通常分別是一定的，它們的差入b-入a也通常是一定的。
半導體雷射器11發射的雷射通過透鏡13集光並發射。在半導體雷射器11和防反射板 20之間存在物體10的情況下，物體10所反射的光通過透鏡13集光，併入射到半導體激 光器11。但是，透鏡13的集光不是必須的。光電二極體12配置在半導體雷射器11的內 部或其附近，並將半導體雷射器ll的光輸出變換為電流。電流-電壓變換放大部15將光電 二極體12的輸出電流變換為電壓並放大。
過濾部16具有從調製波中抽取重疊信號的功能。圖5 (A)是顯示電流-電壓變換放大 部15的輸出電壓波形的示意圖，圖5 (B)是顯示過濾部16的輸出電壓波形的示意圖。這 些圖顯示了從相當於光電二極體12的輸出的圖5 (A)的波形(調製波)中，去除圖4的 半導體雷射器ll的振蕩波形(載波)，抽取圖5 (B)的MHP波形(幹涉波形)的過程。
計數部17分別在第一振蕩期間Pl和第二振蕩期間P2對過濾部16的輸出電壓所包含 的MHP的個數進行計數。計數部17可以採用邏輯門所構成的計數器，也可是利用FFT(Fast Fourier Transform快速傅立葉變換)對MHP的頻率數(即單位時間的MHP的個數)進行 計測。
接著，判定部18基於計數部17所計測的MHP的個數求得半導體雷射器11和返回光 的反射點之間的距離，並判定返回光的反射點比所定的基準距離近還是比所定的基準距離 遠。 一定期間內的MHP的個數與測定距離成比例。因此，預先求得一定的計數期間(本 實施例中分別為在第一振蕩期間Pl和第二振蕩期間P2)的MHP的個數與距離的關係， 並存儲在判定部18的資料庫(圖未示)中的話，判定部18可通過從資料庫中獲取與由計 數部17計測到的MHP的個數相對應的距離的值，求得與返回光的反射點之間的距離。
或者，如果預先求出並設定表示計數期間的MHP的個數和距離的關係的數式，則判
14定部18能通過將計數部17計測到的MHP的個數代入該數式，求得與返回光的反射點之 間的距離。
判定部18在半導體雷射器11與返回光的反射點之間的距離比所定基準距離近的情況 下判定為ON (有物體)，在比基準距離遠的情況下判定為OFF (沒有物體)。判定部18在 每個第一振蕩期間Pl和第二振蕩期間P2分別進行上述處理。
顯示部19顯示判定部18的判定結果。
此處，在半導體雷射器11和防反射板20之間沒有物體10存在的情況下，從半導體激 光器11出射的光入射到防反射板20。防反射板20的構成和第一實施例中說明的防反射板 5相同。從而即使來自半導體雷射器ll的光入射到防反射板20，從防反射板20返回的返 回光量也非常少。
如前所述，在採用自混合型雷射計測器的BGS光電傳感器中，返回光量過大的話，會 產生相干猝滅現象。又，即使在背景處於無法由自混合效應產生MHP的遠處的情況下， 或者在無法得到檢測MHP的充分的信號強度的情況下，也有因來自背景的微小的返回光 而產生光混亂等噪音的可能性。在本實施例中，通過設置蛾眼結構的防反射板20，可消除 這樣的問題。
接著，在本實施例中，說明防反射板20所要求的條件。如圖6所示，半導體雷射器 11內生成的相對強度雜音隨著返回光量的增大而增大，主要有兩個臨界點。 一個是半導體 雷射器ll自身諧振器模式和外部諧振器模式的模式競爭所產生的臨界點rc。另一個是由 相干猝滅所導致的臨界點(臨界返回光量)fextc。隨著返回光量的增大，若超過臨界點r c，則開始產生返回光幹涉現象即自混合效應，如果超過臨界點fextc，則相對強度雜音急 劇增大。為了避免由光混亂等導致的噪音和由相干猝滅現象所導致的MHP的計測錯誤， 從而穩定地計測外部諧振器模式下的MHP，最好是至半導體雷射器ll的返回光量在臨界 點rc以上、臨界點fextc以下。從而，只要設置防反射板20並使得即使在不存在物體10 的情況下返回光量也在臨界點r c以上、臨界點fextc以下即可。
根據文獻[山田實，須原理彥，"半導體雷射器中返回光引起的雜音的分析"，金澤大學 工學部研究報告，OQE89-50， p.85-90， 1989年]，臨界點rc如下式所示。
r c= 22R2 , [nr 1 / {L(l-R2)}〗2 (2)
nr為活性區域的折射率，1為雷射諧振器長，L為半導體雷射器的出射側的端面和返
回光的反射點之間的距離，R2為半導體雷射器的出射側的端面的電力反射率。
另一方面，根據日本特開2005-252032號公報，臨界點fextc如下式所示。fextc = (tJ / 161 Ce I(K fr<fl/te) < ( (1+ a勺/ a 4) (3)
k為雷射諧振器的光封入時間，Ce為在雷射出射端與返回光的混合效率，K為K因 子，fr為衰減振動頻率，Te為電子壽命，a為譜線幅度增大係數。
另外，本實施例的計數部17和判定部18可由具有例如CPU、存儲裝置和接口的計算 機實現。CPU根據存儲在存儲裝置中的程序執行本實施例中說明的處理。
又，在將本實施例應用在自混合型以外的外部幹涉器型雷射傳感器的情況下，從半導 體雷射器11發射出的雷射和返回光通過例如光束分離器等分離，返回光通過光電二極體 12檢出即可。這樣，即使在自混合型以外的外部幹涉器型雷射傳感器中，也可獲得與本實 施例相同的效果。
在第三實施例中，從作為受光器的光電二極體的輸出信號中抽取MHP波形，但是也 可以不使用光電二極體抽取MHP波形。圖7是顯示本發明的第四實施例涉及的反射型光 電傳感器的結構的框圖，其中和圖3相同的結構標註相同的標號。本實施例的反射型光電 傳感器中，使用電壓檢測部21替代第三實施例中的光電二極體12和電流-電壓變換放大部 15。
電壓檢測部21檢測出半導體雷射器11的端子間的電壓，即陽極-陰極間電壓並對其放 大。在由半導體雷射器11發射的雷射和物體10的返回光產生幹涉的情況下，在半導體激 光器ll的端子間的電壓中出現MHP波形。從而，可從半導體雷射器ll的端子間電壓中 抽取MHP波形。
過濾部6與第三實施例中的相同，具有從調製波充抽取重疊信號的功能，並從電壓檢 測部21的輸出電壓中抽取MHP波形。
半導體雷射器ll、雷射驅動器14、計數部17、判定部18和顯示部19的動作與第三 實施例相同。
這樣，在本實施例中，不使用光電二極體也可抽取MHP波形，與第三實施例相比， 可減少反射型光電傳感器的部件數，從而可降低反射型光電傳感器的成本。
又，本發明不限於第一 第四實施例，也可將本發明適用於其他的反射型光電傳感器。
工業上的可利用性
本發明能適用於反射型傳感器。
權利要求
1.一種反射型光電傳感器，其特徵在於，包括發射光的投光單元；接受從該投光單元發射的光的返回光的受光單元；根據所述返回光判定在所述投光單元的光發射方向上是否有物體存在的判定單元；設置在從所述投光單元發射的光的光路上的位置，且設置在比設想所述物體出現的地點遠的位置的蛾眼結構的防反射板。
2. 如權利要求1所述的反射型光電傳感器，其特徵在於，所述判定單元根據返回光 量判定在所述光發射方向是否有物體存在。
3. 如權利要求1所述的反射型光電傳感器，其特徵在於，所述判定單元根據所述返 回光求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近時，判定在所述光 發射方向有物體存在。
4. 一種反射型光電傳感器，其特徵在於，包括 發射雷射的半導體雷射器； 驅動該半導體雷射器的雷射驅動器；將所述半導體雷射器發射的雷射和該雷射的返回光變換為電信號的受光單元； 距離判定處理單元，所述距離判定處理單元根據包括在所述受光單元的輸出信號中 的、由所述雷射和所述返回光產生的幹涉波形的信息，求得與返回光的反射點之間的距離， 在該距離比規定的基準距離近時，判定在所述雷射的發射方向有物體存在；蛾眼結構的防反射板，所述防反射板設置在從所述半導體雷射器發射的雷射的光路上 的位置，且設置在比設想所述物體出現的地點遠的位置。
5. —種反射型光電傳感器，其特徵在於，包括 發射雷射的半導體雷射器； 驅動該半導體雷射器的雷射驅動器；檢測包含幹涉波形的電信號的檢測單元，所述幹涉波形由於從所述半導體雷射器發射 出的雷射和該雷射的返回光的自混合效應而產生；距離判定處理單元，所述距離判定處理單元根據包括布所述檢測單元的輸出信號中的 所述千涉波形的信息，求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近 時，判定在所述雷射的發射方向有物體存在；蛾眼結構的防反射板，所述防反射板設置在從所述半導體雷射器發射的雷射的光路上 的位置，且設置在比設想所述物體出現的地點遠的位置。
6. 如權利要求5所述的反射型光電傳感器，其特徵在於，在設由所述半導體雷射器自身的諧振器模式和外部諧振器模式的模式競爭所產生的 返回光量的臨界點為rc，相干猝滅所造成的返回光量的臨界點為fextc時，設置所述防反 射板使得在所述物體不存在時來自所述防反射板的返回光量在臨界點rc以上、臨界點 fextc以下。
7. 如權利要求4或5所述的反射型光電傳感器，其特徵在於，所述雷射驅動器使所述半導體雷射器動作，並使得至少包含振蕩波長連續單調增加的 期間的第一振蕩期間和至少包含振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在； 所述距離判定處理單元包括對所述第一振蕩期間和所述第二振蕩期間的所述幹涉波形的個數分別進行計數的計 數單元，和根據所述計數單元的計數結果求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的 基準距離近時，判定在所述雷射的發射方向有物體存在的判定單元。
8. —種物體檢測方法，其特徵在於，包括 發射光的投光步驟；接受從該投光單元發射的光的返回光的受光步驟；根據所述返回光判定在所述投光單元的光發射方向上是否有物體存在的判定步驟； 在由所述投光步驟發射的光的光路上的位置，且在比設想所述物體出現的地點遠的位 置設置蛾眼結構的防反射板。
9，如權利要求8所述的物體檢測方法，其特徵在於，所述判定步驟根據返回光量判 定在所述光發射方向是否有物體存在。
10. 如權利要求8所述的物體檢測方法，其特徵在於，所述判定步驟根據所述返回光 求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近時，判定在所述光發射 方向有物體存在。
11. 一種物體檢測方法，其特徵在於，包括將驅動電流提供給半導體雷射器使所述半導體雷射器動作的振蕩步驟； 將所述半導體雷射器發射的雷射和該雷射的返回光變換為電信號的受光步驟； 根據包括在由該受光步驟得到的輸出信號中的、由所述雷射和所述返回光產生的幹涉波形的信息，求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近時，判定在所述雷射的發射方向有物體存在的距離判定處理步驟；在從所述半導體雷射器發射的雷射的光路上的位置，且在比設想所述物體出現的地點遠的位置設置蛾眼結構的防反射板。
12. —種物體檢測方法，其特徵在於，包括-將驅動電流提供給半導體雷射器使所述半導體雷射器動作的振蕩步驟；檢測包含幹涉波形的電信號的檢測步驟，所述幹涉波形由於從所述半導體雷射器發射 出的雷射和該雷射的返回光的自混合效應而產生；根據包括在由該檢測步驟得到的輸出信號中的所述幹涉波形的信息，求得與返回光的 反射點之間的距離，在該距離比規定的基準距離近時，判定在所述雷射的發射方向有物體 存在的距離判定處理步驟；在從所述半導體雷射器發射的雷射的光路上的位置，且在比設想所述物體出現的地點 遠的位置設置蛾眼結構的防反射板。
13. 如權利要求12所述的物體檢測方法，其特徵在於，在設由所述半導體雷射器自身的諧振器模式和外部諧振器模式的模式競爭所產生的 返回光量的臨界點為rc，相干猝滅所造成的返回光量的臨界點為fextc時，設置所述防反 射板使得在所述物體不存在時來自所述防反射板的返回光量在臨界點rc以上、臨界點 fextc以下。
14. 如權利要求11或12所述的物體檢測方法，其特徵在於，所述振蕩步驟使所述半導體雷射器動作，並使得至少包含振蕩波長連續單調增加的期間的第一振蕩期間和至少包含振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在； 所述距離判定處理步驟包括在所述第一振蕩期間和所述第二振蕩期間分別對所述幹涉波形的個數進行計數的計 數步驟，和根據該計數步驟的計數結果求得與返回光的反射點之間的距離，在該距離比規定的基 準距離近時，判定在所述雷射的發射方向有物體存在的判定步驟。
全文摘要
為了減少誤判定的可能性，穩定地檢測出物體，本發明提供一種反射型光電傳感器，其包括發射光的投光器(1)，接受從投光器(1)發射的光的返回光的受光器(2)，根據返回光判定在投光器(1)的光反射方向是否有物體存在的判定部(3)，設置在從投光器(1)發射的光的光路上的位置，且設置比設想物體出現的地方遠的位置的蛾眼結構的防反射板(5)。
文檔編號G01S17/02GK101685161SQ20091016876
公開日2010年3月31日 申請日期2009年9月2日 優先權日2008年9月22日
發明者上野達也 申請人:株式會社山武