反射型光電開關以及物體測定方法

2024-01-19 05:49:15

專利名稱：反射型光電開關以及物體測定方法
技術領域：
本發明涉及反射型光電開關，特別是測定到物體的距離比規定的基準距離遠還是 近的反射型光電開關以及物體測定方法。
背景技術：
以往，作為反射型光電開關的一種，已知有測定從光電開關到物體的距離比規定 的基準距離遠還是近的距離設定反射型(Background Suppression，以下簡稱為BGS)光電 開關(例如，參照專利文獻1，專利文獻2)。根據這樣的BGS光電開關，可不測定背景僅測 定物體。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1、非專利文獻2、非專利文獻3)。圖12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12中，101為半導體雷射器，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λ，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 = qA /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 雷射器的諧振器101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。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13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(I)L = qX/2的時候，返回光和諧振器101內的雷射的相位差為0° (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 λ /2+ λ /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13所顯示的一定周期的階梯狀波形。這樣的波形一般稱 為幹涉波紋。該階梯狀的波形，即各個幹涉波紋稱為模跳脈衝(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11朋，測定11朋的頻率， 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0N/0FF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日本特開昭63-102135號公報專利文獻2日本特開昭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年非專利文獻 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，利用自混合型的雷射計測器，可實現BGS光電開關。但是，僅求得 MHP的平均周期與基準周期進行比較的話，判定精度會變差。因此，發明人利用專利申請 2007-015020號提出的方法，求出MHP的周期的次數分布，求出中央值或最頻值等的分布的 代表值，根據該周期的分布的代表值和周期的次數分布計算到物體的距離，將算出的距離 和基準距離進行比較，可提高判定精度。然後，這樣的方法中，需要存儲器和計算機，從而導 致BGS光電開關的造價升高的問題。又，當物體位於比基準距離近的地方的情況下，MHP的周期分布如圖14的分布40 那樣，朝向比基準周期Th長的方向偏移。相反的，當物體在比基準距離遠的地方的情況下， MHP的周期分布如圖14的分布41所示，朝向比基準周期Th短的方向偏移。這樣，通過比較 周期比基準周期Th長的MHP的個數Nlong和周期比基準周期Th短的MHP的個數Nshort， 可通過簡單且便宜的結構判定物體的遠近。在該判定方法中，如果Nlong > Nshort成立， 則判定物體在比基準距離近的地方，如果Nlong < Nshort成立，則判定物體在比基準距離 遠的地方。但是，在對周期比基準周期Th長的MHP的個數Nlong和周期比基準周期Th短的 MHP的個數Nshort進行比較的判定方法中，例如將外部散亂光等幹擾也作為MHP計數，或者 信號的跳變導致有無法被計數的MHP，從而測定的MHP的周期有時會產生誤差，因此，有可 能在物體在基準距離附近的位置時有判定的誤差。

發明內容
本發明是為了解決上述課題而作成的，其目的在於利用自混合型的雷射計測器， 以簡單且便宜的構造來實現精度良好的反射型光電開關。又，本發明的目的還在於實現能夠校正周期的測定誤差並能高精度地判定物體遠 近的反射型光電開關。解決問題用的手段
本發明提供一種反射型光電開關，包含發射雷射的半導體雷射器；使該半導體雷射器動作的雷射驅動器；檢測含有幹涉波形的電氣信號的檢測單元，所述幹涉波形由於 從該半導體雷射器發射出的雷射和位於所述半導體雷射器前方的物體的返回光的自混合 效應而產生；每次輸入幹涉波形時都測定包含在所述檢測單元的輸出信號中的所述幹涉波 形的周期的周期測定單元；計數單元，在將所述物體在基準距離的位置時的所述幹涉波形 的周期作為基準周期時，所述計數單元將由所述周期測定單元測定的幹涉波形的周期的次 數區分為以下四種小於所述基準周期的第一規定倍數的周期的次數Ni，大於等於所述基 準周期的第一規定倍數且小於基準周期的周期的次數N2，大於等於所述基準周期且小於基 準周期的第二規定倍數的周期的次數N3，和大於等於所述基準周期的第二規定倍數的周期 的次數N4，其中第一規定倍數小於第二規定倍數；判定單元，該判定單元比較所述次數m、 N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所述次數m為最大時，判定所述物體在比所述基準距離 遠的位置，當次數N4為最大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之 和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數N2和N3的大小，當所述次數N2大時，判定所述物體 在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N3大時，則判定所述物體在比所述基準距離近的 位置。又本發明的一構成例進一步包括通過N2，= N2-N1算出所述次數N2的校正值 N2，的次數校正單元，所述判定單元比較所述次數m、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所 述次數W為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4為最大時， 判定所述物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所 述次數的校正值N2』和次數N3的大小，當所述校正值N2』大時，判定所述物體在比所述基 準距離遠的位置，當所述次數N3大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。又本發明的一構成例進一步包括通過N3，= N3+N1算出所述次數N3的校正值 N3，的次數校正單元，所述判定單元比較所述次數m、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所 述次數W為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4為最大時， 判定所述物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所 述次數N2和次數的校正值N3』的大小，當所述次數N2大時，判定所述物體在比所述基準距 離遠的位置，當所述校正值N3』大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。又，在本發明的反射型光電開關的一構成例中，所述雷射驅動器驅動所述半導體 雷射器，使得至少包括振蕩波長連續單調增加的期間的第一振蕩期間和至少包括振蕩波長 連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在；並進一步包括歸一化單元，所述歸一化 單元在分別按各振蕩期間以各振蕩期間的次數對所述計數單元求得的次數Ni、N2、N3、N4 進行歸一化之後，對各歸一化後的次數N1、N2、N3、N4，分別求得第一振蕩期間和第二振蕩期 間的次數的和附，，、N2，，、N3，，、N4」 ；和通過N2，= N2，，-Nl，，計算所述次數N2，，的校正值N2， 的次數校正單元；所述判定單元比較所述次數m」、N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，當 所述次數Ni」為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4」為最大 時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2」+N3」)為最大時，則比 較所述次數的校正值N2』和次數N3」的大小，當所述校正值N2』大時，判定所述物體在比所 述基準距離遠的位置，當所述次數N3」大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。又在本發明的反射型光電開關的一構成例中，所述雷射驅動器驅動所述半導體雷射器，使得至少包括振蕩波長連續單調增加的期間的第一振蕩期間和至少包括振蕩波長連 續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在；並進一步包括歸一化單元，所述歸一化單 元在分別按各振蕩期間以各振蕩期間的次數對所述計數單元求得的次數m、N2、N3、N4進 行歸一化之後，對於各歸一化後的次數N1、N2、N3、N4，分別求得第一振蕩期間和第二振蕩期 間的次數的和附」、N2」、N3」、N4」 ；和通過N3，= N3」 +Ni」計算所述次數N3」的校正值N3， 的次數校正單元；所述判定單元比較所述次數m」、N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，當 所述次數Ni」為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4」為最大 時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2」+N3」)為最大時，則比 較所述次數N2」和次數的校正值N3』的大小，當所述次數N2」大時，判定所述物體在比所述 基準距離遠的位置，當所述校正值N3』大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
又本發明的反射型光電開關的一構成例中，所述第一規定倍數為0. 5，所述第二規 定倍數為1.5。又本發明提供一種物體檢測方法，其包含將驅動電流提供給半導體雷射器，驅動 所述半導體雷射器動作的振蕩步驟；檢測含有幹涉波形的電信號的檢測步驟，所述幹涉波 形由於從該半導體雷射器發射出的雷射和位於所述半導體雷射器前方的物體的返回光的 自混合效應而產生；每次輸入幹涉波形時都測定包含在由所述檢測步驟得到的輸出信號中 的所述幹涉波形的周期的周期測定步驟；計數步驟，在將所述物體在所述基準距離的位置 時的所述幹涉波形的周期作為基準周期時，將由所述周期測定步驟測定的幹涉波形的周期 的次數區分為以下四種小於所述基準周期的第一規定倍數的周期的次數Ni，大於等於所 述基準周期的第一規定倍數且小於基準周期的周期的次數N2，大於等於所述基準周期且小 於基準周期的第二規定倍數的周期的次數N3，和大於等於所述基準周期的第二規定倍數的 周期的次數N4，其中第一規定倍數小於第二規定倍數；判定步驟，比較所述次數Ni、N4和 次數之和(N2+N3)的大小，當所述次數m為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的 位置，當所述次數N4為最大時，判定所述物體在比所述準距離近的位置，當所述次數之和 (N2+N3)為最大時，則比較所述次數N2和N3的大小，當所述次數N2大時，判定所述物體 在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N3大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位 置。發明效果根據本發明，可消除周期測定時的模跳脈衝的欠缺和過多的幹擾檢測的影響，能 正確地判定從反射型光電開關到物體的距離比基準距離近還是遠。又，在本發明中，周期測 定單元和計數單元和判定單元能通過簡單的結構實現，從而能以簡單且便宜的結構實現精 確度好的反射型光電開關。 又，在本發明中，通過設置次數校正單元，可更加有效地消除周期測定時過多的幹 擾檢測的影響，從而提高對物體遠近的判定精度。


圖1是顯示本發明第一實施方式的BGS光電開關的構成的框圖。圖2是顯示本發明第一實施方式的半導體雷射器的振蕩波長的時間變化的一個 實例的示意圖。
圖3是示意性顯示本發明第一實施方式的電流-電壓變換放大部的輸出電壓波形 以及過濾部輸出電壓波形的波形圖。圖4是顯示本發明第一實施方式的BGS光電開關的周期區別部的構成的框圖。圖5是示意性顯示本發明第一實施方式的BGS光電開關的過濾部的輸出電壓波形 的波形圖 。圖6是顯示本發明第一實施方式中發生波形欠缺時的模跳脈衝的周期的次數分 布的示意圖。圖7是顯示本發明第一實施方式中周期根據噪聲一分為二時的模跳脈衝的周期 的次數分布的示意圖。圖8是顯示本發明第二實施方式中BGS光電開關的周期區別部的構成的框圖。圖9是顯示噪聲導致模跳脈衝周期分割和波形欠缺、且顯示物體沒有靜止時的模 跳脈衝周期的次數分布的示意圖。圖10是顯示本發明第四實施方式的BGS光電開關的周期區別部的構成的框圖。圖11是顯示本發明第五實施方式的BGS光電開關的構成的框圖。圖12是顯示現有的雷射計測器中的半導體雷射器的複合諧振器模型的示意圖。圖13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。圖14是顯示物體距離和模跳脈衝周期的次數分布的關係的示意圖。
具體實施例方式[第一實施方式]下面，參考

本發明的實施方式。圖1是顯示涉及本發明第一實施方式的 BGS光電開關的構造的框圖。圖1的BGS光電開關具有發射雷射的半導體雷射器1，將半導體雷射器1的光輸 出變換為電信號的光電二極體2，對半導體雷射器1發出的光進行集光發射、並對物體10的 返回光進行集光入射到半導體雷射器1的透鏡3，驅動半導體雷射器1的雷射驅動器4，將 光電二極體2的輸出電流變換為電壓並放大的電流-電壓變換放大部5，從電流-電壓變換 放大部5的輸出電壓中除去載波的過濾部6，測定過濾部6的輸出電壓中包含的MHP的周 期，並根據基於基準周期的值對MHP的周期的次數進行區別的周期區別部7，根據周期區別 部7的區別結果判定物體10是在比基準距離近的距離還是遠的距離的判定部8，顯示判定 部8的判定結果的顯示部9。光電二極體2和電流_電壓變換放大部5構成測定單元。下面，為了便於說明，假 設半導體雷射器1使用沒有模跳現象型(VCSEL型、DFB雷射型)的。雷射驅動器4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1。這樣，半導體雷射器1被驅動為，與注入電流的大小成比例的，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 二振蕩期間交互反覆出現。圖2是顯示半導體雷射器1的振蕩波長的時間變化的圖。在圖 2中，Pl為第一振蕩期間，P2為第二振蕩期間，λ a為各期間振蕩波長的最小值，λ b為各期 間振蕩波長的最大值，Tt為三角波的周期。在本實施方式中，振蕩波長的最大值Xb和振蕩波長的最小值λ a通常分別為一定的值，它們的差Xb-λ a也通常為一定的值。半導體雷射器1發出的雷射通過透鏡3集光，入射到物體10。由物體10反射的光 通過透鏡3集光，入射到半導體雷射器1。但是，透鏡3的集光不是必須的。光電二極體2 設置在半導體雷射器1的內部或是其附近，半導體雷射器1的光輸出變換為電流。電流-電 壓變換放大部5將光電二極體2的輸出電流變換為電壓並放大。
過濾部6具有從調製波中抽取重疊信號的功能。圖3(A)是顯示電流-電壓變換 放大部5的輸出電壓波形的示意圖，圖3 (B)是顯示過濾部6的輸出電壓波形的示意圖。這 些附圖表示了從相當於光電二極體2的輸出的圖3(A)的波形(調製波)，去除圖2的半導 體雷射器1的振蕩波形(載波)來抽取圖3 (B)的MHP波形(幹涉波形)的過程。周期區別部7測定包含在過濾部6的輸出電壓中的MHP的周期，根據基於物體10 在規定的基準距離位置時的MHP的已知周期(以下，稱為基準周期Th)的值對MHP的周期 的次數進行區別。圖4為顯示周期區別部7的構成的框圖。周期區別部7包括周期測定部70和計 數部71。周期測定部70包括上升檢測部72和時間測定部73。圖5為說明周期測定部70的動作的圖，且是顯示過濾部6的輸出電壓波形即MHP 的波形的示意圖。在圖5中，Hl為用來檢測MHP的上升的閾值。上升檢測部72通過比較過濾部6的輸出電壓和閾值H1，來檢測MHP的上升。時間 測定部73基於上升檢測部72的檢測結果，測定從MHP的上升到下次上升的時間tuu(即， MHP的周期)。時間測定部73在每次對MHP的上升進行檢測時進行上述測定。計數部71將由周期測定部70測定的MHP的周期T的次數區別為以下四種小於基 準周期Th的0. 5倍(0. 5Th > Τ)的周期的次數m，大於等於基準周期Th的0. 5倍且小於基 準周期Th (0. 5Th ^ T < Th)的周期的次數N2，大於等於基準周期Th且小於基準周期Th的 1. 5倍(Th彡T Τ)的次數Ni，大於等 於基準周期Th的0. 5倍且小於基準周期Th(0. 5Th彡T < Th)的周期的次數N2，大於等於 基準周期Th且小於基準周期Th的1. 5倍(Th < T < 1. 5Th)的周期的次數N3，和大於等於 基準周期Th的1. 5倍(1. 5Th彡T)的周期的次數N4。與第一實施方式相同，判定部8比較MHP的周期的次數m、N4和次數之和(N2+N3) 的大小，如果次數m為最大，那麼判定物體10在比基準距離遠的位置，如果次數N4為最 大，那麼判定物體10在比基準距離近的位置。如果次數之和(N2+N3)為最大，則判定部8 以基準周期Th的整數倍周期nTh (η為2以上的整數)為基準，將周期nTh附近且小於周期 nTh的周期T的次數加到次數N2上，將周期nTh的附近且大於等於周期nTh的周期T的次 數加到N3上。然後，判定部8比較加算後的次數N2和N3的大小，如果次數N2大於次數 N3，判定物體10在比基準距離遠的地方，如果次數N3比次數N2大，判定物體10在比基準 距離近的地方。BGS光電開關的其他構成與第一實施方式所說明的相同。本實施方式說明了在測定MHP的周期時發生MHP欠缺的情況下的校正方法，周期 測定部70的測定結果在N3 < N2 < (N3+N4)成立時有效。又，在並用本實施方式和第二實施方式的情況下，需要使用校正值N2』。對該校正值N2』和次數N3進行上述加算。[第四實施方式] 在第一 第三實施方式中，如果物體10沒有靜止則有誤判的可能性。這是因為， 如果位於半導體雷射器前方的物體10在振蕩期間向接近BGS光電開關的方向移動，則在第 一振蕩期間Pl中MHP的個數增加(MHP的周期變短)，同時在第二振蕩期間P2中MHP的個 數減少(MHP的周期變長)。圖9顯示了噪聲造成MHP的周期分割和波形欠缺，且顯示了物體10沒有靜止的情 況下的MHP的周期的次數分布。如果假設噪聲導致的MHP周期的分割和波形欠缺的頻率比 例在第一振蕩期間Pl和第二振蕩期間P2大致相同，由於在次數歸一化後進行判定，因此即 使物體10移動，也可正確地判定從BGS光電開關到物體10為止的距離(更正確地說是從 半導體雷射器1到物體10為止的距離)比基準距離遠還是近。在本實施方式中，BGS光電開關的整體構成和第一實施方式的相同，採用圖1的符 號進行說明。圖10為本發明第四實施方式的BGS光電開關的周期區別部7的構成的框圖。本實 施方式的周期區別部7與第一實施方式的構成相比，增加了歸一化部75和次數校正部76。 周期測定部70和計數部71的動作和第一實施方式的相同。在本實施方式中，在第一振蕩期間Pl中計數部71求得的次數N1、N2、N3、N4分別 作為Nl (Pl)、N2 (Pl)、N3 (Pl)、N4 (Pl)，在第二振蕩期間P2中計數部71求得的次數N1、N2、 N3、N4 分別作為 Nl (P2)、N2 (P2)、N3 (P2)、N4 (P2)。如下列式子那樣，歸一化部75在各振蕩期間以各振蕩期間的次數對次數Ni、N2、 N3、N4進行歸一化之後，對於歸一化後的次數N1、N2、N3、N4分別求出第一振蕩期間Pl和第 二振蕩期間P2的次數之和附」、N2」、N3」、N4」。Ni」 = (Nl(Pl)/ (Ni (Pl) +N2 (Pl) +N3 (Pl) +N4 (Pl))}+{N1(P2)/ (Ni (P2) +N2 (P2) +N3 (P2) +N4 (P2))}(4)N2」= {N2 (Pl)/ (Ni (Pl) +N2 (Pl) +N3 (Pl) +N4 (Pl))}+ {N2 (P2)/ (Ni (P2) +N2 (P2) +N3 (P2) +N4 (P2))}(5)N3」= {N3 (Pl)/ (Ni (Pl) +N2 (Pl) +N3 (Pl) +N4 (Pl))}+ {N3(P2)/ (Ni (P2) +N2 (P2) +N3 (P2) +N4 (P2))}(6)N4，，= {N4 (Pl)/ (Ni (Pl) +N2 (Pl) +N3 (Pl) +N4 (Pl))}+ {N4 (P2)/ (Ni (P2) +N2 (P2) +N3 (P2) +N4 (P2))}(7)次數校正部76如下那樣計算出次數N2 」的校正值N2 』，和次數N3 」的校正值N3 』。
N2，=N2」-N1」(8)N3，=N3」+N1」(9)接著，次數校正部76將歸一化部75求得的次數m」、N2」、N3」、N4」和自身求得的 校正值N2』和N3』通知給判定部8。在本實施方式中，由於求得第一振蕩期間P1和第二振 蕩期間P2的和，周期區別部7在各振蕩周期(三角波周期)動作。又，次數校正部76計算 出校正值N2』、N3』中的某一個即可。接著，本實施方式的判定部8比較MHP的周期的次數附」和N4」和次數之和 (N2」+N3」)的大小，如果次數N1」為最大，則判定物體10在比基準距離遠的地方，如果次數 N4」為最大，則判定物體10在比基準距離近的地方。又，在次數之和(N2」+N3」)為最大的 情況下，判定部8比較次數校正值N2』和次數N3」的大小，當校正值N2』比次數N3」大的時 候，判定物體10在比基準距離遠的地方，當次數N3」比校正值N2』大的時候，判定物體10 在比基準距離近的地方。判定部8在各振蕩周期(三角波周期)進行上述判定。又，在次數校正部76計算校正值N3』的時候，判定部8進行下列的判定。即，判定 部8比較MHP的周期的次數附」和N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，如果次數N1 」為最 大，則判定物體10在比基準距離遠的地方，如果次數N4」為最大，則判定物體10在比基準 距離近的地方。又，判定部8在次數之和(N2」+N3」)為最大的情況下，比較次數N2」和次 數的校正值N3』的大小，當次數N2」比次數的校正值N3』大的時候，判定物體10在比基準 距離遠的地方，當次數的校正值N3』比次數N2」大的時候，則判定物體10在比基準距離近 的地方。BGS光電開關的其他構成與第一實施方式所說明的相同。在本實施方式中，與第二實施方式相同，可有效去除周期測定時過剩的噪聲檢測 的影響，即使物體10移動了，也可正確判定物體10的遠近。[第五實施例]在第一 第四實施例中，從作為受光器的光電二極體的輸出信號中抽出MHP波 形，但是也能夠不使用光電二極體抽出MHP波形。圖11是本發明第五實施方式的BGS光電 開關的構成的框圖，與圖1同樣的構成採用相同的符號。本實施方式的BGS光電開關中，使 用電壓檢測部11替代第一 第四實施方式中的光電二極體2和電流-電壓變換放大部5。電壓檢測部11檢測並放大半導體雷射器1的端子間電壓，即檢測陽極-陰極間的 電壓。由半導體雷射器1發射的雷射和物體10返回的光而產生幹涉時，在半導體雷射器1 的端子間電壓出現MHP波形。從而，可從半導體雷射器1的端子間電壓抽出MHP波形。過濾部6，與第一 第四實施方式中的一樣，具有從調製波中抽出重疊信號的功 能，其從電壓檢測部11的輸出電壓抽出MHP波形。半導體雷射器1、雷射驅動器4、周期區別部7、判定部8和顯示部9的動作和第 一 第四實施方式的相同。這樣，在本實施方式中，可不使用光電二極體抽出MHP波形，與第一 第四實施方 式相比，能夠減少BGS光電開關的部件數量，能夠降低製造BGS光電開關的成本。本發明適用於反射型光電開關。
權利要求
一種反射型光電開關，其特徵在於，包含發射雷射的半導體雷射器；使該半導體雷射器動作的雷射驅動器；檢測含有幹涉波形的電氣信號的檢測單元，所述幹涉波形由於從該半導體雷射器發射出的雷射和位於所述半導體雷射器前方的物體的返回光的自混合效應而產生；每次輸入幹涉波形時都測定包含在所述檢測單元的輸出信號中的所述幹涉波形的周期的周期測定單元；計數單元，在將所述物體在基準距離的位置時的所述幹涉波形的周期作為基準周期時，所述計數單元將由所述周期測定單元測定的幹涉波形的周期的次數區分為以下四種小於所述基準周期的第一規定倍數的周期的次數N1，大於等於所述基準周期的第一規定倍數且小於基準周期的周期的次數N2，大於等於所述基準周期且小於基準周期的第二規定倍數的周期的次數N3，和大於等於所述基準周期的第二規定倍數的周期的次數N4，其中第一規定倍數小於第二規定倍數；判定單元，該判定單元比較所述次數N1、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所述次數N1為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當次數N4為最大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數N2和N3的大小，當所述次數N2大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N3大時，則判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
2.如權利要求1所述的反射型光電開關，其特徵在於，其進一步包括通過N2』 = N2-N1算出所述次數N2的校正值N2』的次數校正單元，所述判定單元比較所述次數m、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所述次數m為最大 時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4為最大時，判定所述物體在 比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數的校正值 N2』和次數N3的大小，當所述校正值N2』大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置， 當所述次數N3大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
3.如權利要求1所述的反射型光電開關，其特徵在於，其進一步包括通過N3』 = N3+N1算出所述次數N3的校正值N3』的次數校正單元，所述判定單元比較所述次數m、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所述次數m為最大 時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4為最大時，判定所述物體在 比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數N2和次數 的校正值N3』的大小，當所述次數N2大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所 述校正值N3』大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
4.如權利要求1所述的反射型光電開關，其特徵在於，所述雷射驅動器驅動所述半導體雷射器，使得至少包括振蕩波長連續單調增加的期間 的第一振蕩期間和至少包括振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在；並進一步包括歸一化單元，所述歸一化單元在分別按各振蕩期間以各振蕩期間的次數對所述計數單 元求得的次數附、N2、N3、N4進行歸一化之後，對各歸一化後的次數附、N2、N3、N4,分別求 得第一振蕩期間和第二振蕩期間的次數的和W」、N2」、N3」、N4」 ；和通過N2』 =擬」-附」計算所述次數擬」的校正值擬』的次數校正單元； 所述判定單元比較所述次數m」、N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，當所述次數m」 為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4」為最大時，判定所述 物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2」+N3」)為最大時，則比較所述次數 的校正值N2』和次數N3」的大小，當所述校正值N2』大時，判定所述物體在比所述基準距離 遠的位置，當所述次數N3」大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
5.如權利要求1所述的反射型光電開關，其特徵在於，所述雷射驅動器驅動所述半導體雷射器，使得至少包括振蕩波長連續單調增加的期間 的第一振蕩期間和至少包括振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在； 並進一步包括歸一化單元，所述歸一化單元在分別按各振蕩 期間以各振蕩期間的次數對所述計數單 元求得的次數Ni、N2、N3、N4進行歸一化之後，對於各歸一化後的次數m、N2、N3、N4,分別 求得第一振蕩期間和第二振蕩期間的次數的和m」、N2」、N3」、N4」 ；和通過N3』 =吧」+附」計算所述次數吧」的校正值吧』的次數校正單元； 所述判定單元比較所述次數m」、N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，當所述次數m」 為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4」為最大時，判定所述 物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2」+N3」)為最大時，則比較所述次數 N2」和次數的校正值N3』的大小，當所述次數N2」大時，判定所述物體在比所述基準距離遠 的位置，當所述校正值N3』大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
6.如權利要求1 5中任一項所述的反射型光電開關，其特徵在於，所述第一規定倍數 為0. 5，所述第二規定倍數為1. 5。
7.一種物體檢測方法，其檢測到物體的距離比規定的基準距離遠還是近，其特徵在於， 包含將驅動電流提供給半導體雷射器，驅動所述半導體雷射器動作的振蕩步驟； 檢測含有幹涉波形的電信號的檢測步驟，所述幹涉波形由於從該半導體雷射器發射出 的雷射和位於所述半導體雷射器前方的物體的返回光的自混合效應而產生；每次輸入幹涉波形時都測定包含在由所述檢測步驟得到的輸出信號中的所述幹涉波 形的周期的周期測定步驟；計數步驟，在將所述物體在所述基準距離的位置時的所述幹涉波形的周期作為基準周 期時，將由所述周期測定步驟測定的幹涉波形的周期的次數區分為以下四種小於所述基 準周期的第一規定倍數的周期的次數Ni，大於等於所述基準周期的第一規定倍數且小於基 準周期的周期的次數N2，大於等於所述基準周期且小於基準周期的第二規定倍數的周期的 次數N3，和大於等於所述基準周期的第二規定倍數的周期的次數N4，其中第一規定倍數小 於第二規定倍數；判定步驟，比較所述次數m、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當所述次數m為最大時， 判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4為最大時，判定所述物體在比所 述準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數N2和N3的大小， 當所述次數N2大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N3大時，判定 所述物體在比所述基準距離近的位置。
8.如權利要求7所述的物體檢測方法，其特徵在於，其進一步包括 通過N2』 = N2-N1算出所述次數N2的校正值N2』的次數校正步驟；所述判定步驟比較所述次數Ni、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當次數m為最大時， 判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當次數N4為最大時，判定所述物體在比所述基 準距離近的位置，當次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數的校正值N2』和次數N3 的大小，當所述校正值N2』大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N3 大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
9.如權利要求7所述的物體檢測方法，其特徵在於，其進一步包括 通過N3』 = N3+N1算出所述次數N3的校正值N3』的次數校正步驟，所述判定步驟比較所述次數Ni、N4和次數之和(N2+N3)的大小，當次數m為最大時， 判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4為最大時，判定所述物體在比所 述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2+N3)為最大時，則比較所述次數N2和次數的校 正值N3』的大小，當所述次數N2大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述校 正值N3』大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
10.如權利要求7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以使得至少包括振蕩波長連續單調增加的期 間的第一振蕩期間和至少包括振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在； 並進一步包括歸一化步驟，在分別按各振蕩期間以各振蕩期間的次數對由所述計數步驟得到的次數 N1、N2、N3、N4進行歸一化之後，對於各歸一化後的次數N1、N2、N3、N4，分別求得第一振蕩期 間和第二振蕩期間的次數的和附」、N2」、N3」、N4」 ；和通過N2』 =擬」-附」計算所述次數擬」的校正值擬』的次數校正步驟； 所述判定步驟比較所述次數m」、N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，當次數Ni」為最 大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4」為最大時，判定所述物體 在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2」+N3」)為最大時，則比較所述次數的校 正值N2』和次數N3」的大小，當所述校正值N2』大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的 位置，當所述次數N3」大時，判定所述物體在所述比基準距離近的位置。
11.如權利要求7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以使得至少包括振蕩波長連續單調增加的期 間的第一振蕩期間和至少包括振蕩波長連續單調減少的期間的第二振蕩期間交互存在； 並進一步包括歸一化步驟，在分別按各振蕩期間以各振蕩期間的次數對由所述計數步驟得到的次數 N1、N2、N3、N4進行歸一化之後，對於各歸一化後的次數N1、N2、N3、N4，分別求得第一振蕩期 間和第二振蕩期間的次數的和附」、N2」、N3」、N4」 ；和通過N3』 =吧」+附」計算所述次數吧」的校正值吧』的次數校正步驟； 所述判定步驟比較所述次數m」、N4」和次數之和(N2」+N3」)的大小，當所述次數m」 為最大時，判定所述物體在比所述基準距離遠的位置，當所述次數N4」為最大時，判定所述 物體在比所述基準距離近的位置，當所述次數之和(N2」+N3」)為最大時，則比較所述次數 N2」和次數的校正值N3』的大小，當所述次數N2」大時，判定所述物體在比基準距離遠的位置，當所述校正值N3』大時，判定所述物體在比所述基準距離近的位置。
12.如權利要求7 11中任一項所述的物體檢測方法，其特徵在於，所述第一規定倍數 為0. 5，所述第二規定倍數為1. 5。
全文摘要
本發明利用自混合型雷射計測器，以簡單且便宜的結構實現精度良好的反射型光電開關。該反射型觀點開關包括半導體雷射器(1)，檢測包含由半導體雷射器(1)發射的雷射和物體(10)返回的光的自混合效應所產生的幹涉波形的電信號的檢測單元(光電二極體(2)、電流-電壓變換放大部(5))，以基於基準周期的值對幹涉波形的周期的次數進行區別的周期區別部(7)，根據周期區別部(7)的測定結果判定物體(10)比基準距離近還是遠的判定部(8)。
文檔編號H03K17/968GK101888230SQ20091014102
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月11日 優先權日2009年5月11日
發明者上野達也 申請人:株式會社山武