光位相差検出式の侵入物検知センサ
【課題】検知領域内に様々な距離が存在するような場合でも、正確に侵入物の有無を検知することができる光位相差検出式の侵入物検知センサを提供する。
【解決手段】第1〜第nの検知小領域DA1〜に夫々向かう第1〜第nの検出光DL1〜を、第1周期毎の第1〜第nの投光信号51〜に基づいて夫々投光する投光部33a〜,36と、検出光DL1〜の検知小領域DA1〜からの第1〜第nの反射光R1〜を夫々受光し、第1〜第nの受光信号71〜を夫々生成する受光部35a〜,37と、第1周期の自然数倍からなる第2周期毎に、投光信号51〜と受光信号71〜との第1〜第nの位相差PA1〜を夫々測定する位相差測定手段15,16,18bと、第1〜第nの位相差参照値PR1〜を夫々予め記憶した位相差参照値記憶手段18dと、位相差PA1〜と位相差参照値PR1〜との各差の何れかが所定範囲外にある場合、検知領域DA内に侵入物が有ると判定する判定手段18eと、を含む侵入物検知センサ1とした。
【解決手段】第1〜第nの検知小領域DA1〜に夫々向かう第1〜第nの検出光DL1〜を、第1周期毎の第1〜第nの投光信号51〜に基づいて夫々投光する投光部33a〜,36と、検出光DL1〜の検知小領域DA1〜からの第1〜第nの反射光R1〜を夫々受光し、第1〜第nの受光信号71〜を夫々生成する受光部35a〜,37と、第1周期の自然数倍からなる第2周期毎に、投光信号51〜と受光信号71〜との第1〜第nの位相差PA1〜を夫々測定する位相差測定手段15,16,18bと、第1〜第nの位相差参照値PR1〜を夫々予め記憶した位相差参照値記憶手段18dと、位相差PA1〜と位相差参照値PR1〜との各差の何れかが所定範囲外にある場合、検知領域DA内に侵入物が有ると判定する判定手段18eと、を含む侵入物検知センサ1とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知領域への侵入物の有無を検知する光位相差検出式の侵入物検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
領域内への人体や車両などの侵入物の有無を検知するセンサとしては、超音波を利用して反射波の時間を測定する超音波式センサ、光を利用した三角測量式センサ、光の反射光量を測定する光量検出式センサおよび光位相差検出式センサなどが挙げられる。
【０００３】
超音波式センサでは、被検知体の角度変化による影響が大きいといった問題や、周囲の温度変化や風の影響に弱いといった問題がある。
【０００４】
光量検出式センサでは、反射光量を検出するため、被検知体の色の変化に弱いという問題がある。
【０００５】
三角測量式センサでは、正確に測定するために光のビーム径を小さく絞る必要があり、精密な光学系が必要となる。また、検知領域が小さいため、被検知体の角度や凸凹の影響を受け易い。
【０００６】
光位相差検出式センサ（例えば、特許文献１参照）は、投光波と受光波の位相差を検出して被検知体までの距離を測定し、測定距離の変化をとらえることによって侵入物の有無を検知している。これは、上記位相差が被検知体との距離に比例することを利用したものである。それゆえ、光位相差検出式センサは、原理的に温度等の影響に強く、被検知体の色の変化にも強い。
【特許文献１】特開２００５−３２５５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光位相差検出式センサを用いて比較的広範な検知領域内への侵入物の有無を検知しようとする場合、例えば図１１に示す如く、検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在し得る（図１１中のＦは固定物）。この場合、侵入物検知センサ１’は距離Ｄ１〜Ｄ３の合成距離を検出することになるため、測定精度が悪化していた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検知領域内に様々な距離が存在するような場合でも、正確に侵入物の有無を検知することができる光位相差検出式の侵入物検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、（１）検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かう第１〜第ｎの検出光を、当該各検出光のためにそれぞれ生成される第１周期ごとの第１〜第ｎの投光信号に基づいてそれぞれ投光する投光部と、前記第１〜第ｎの検出光の前記第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記第１〜第ｎの投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１０】
また本発明は、上記構成において、（２）前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、前記第１〜第ｎの投光素子は、前記第１〜第ｎの検出光を前記投光レンズに向けてそれぞれ投光し、前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記第１〜第ｎの検出光を受けて、当該第１〜第ｎの検出光を前記第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かわせるようになっていることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１１】
また本発明は、上記構成のいずれかにおいて、（３）前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの検出光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１２】
また本発明は、（４）検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、前記検知領域に向かう検出光を、当該検出光のために生成される第１周期ごとの投光信号に基づいて投光する投光部と、前記検出光の前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１３】
また本発明は、上記構成（４）において、（５）前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、前記第１〜第ｎの投光素子は、前記検出光を前記投光レンズに向けて投光し、前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記検出光を受けて、当該検出光を前記検知領域に向かわせるようになっていることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１４】
また本発明は、上記構成（４）または（５）において、（６）前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成された本発明の侵入物検知センサによれば、検知領域を分割してなるｎ個の検知小領域ごとに、位相差が測定される。つまり、例えば図１１に示す如く検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在する場合であっても、それらの合成距離が検出されるのではなく、各距離Ｄ１〜Ｄ３がそれぞれ検出され得る。それゆえ、本発明の侵入物検知センサによれば、検知領域内に様々な距離が存在する場合であっても、侵入物の有無を精度良く検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好ましい一実施形態につき説明する。
図１は本発明にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサの一例を示す側面図、図２は図１の侵入物検知センサの本体部を示す側断面図である。図３は図１の侵入物検知センサにおける光学素子および光学レンズの配置を示す底面図であり、図４は図１の侵入物検知センサからの検出光およびその反射光を示す概略斜視図である。図５は図１の侵入物検知センサの回路構成を説明するためのブロック図であり、図６は図１の侵入物検知センサにおいて生成される投光信号のタイムチャートである。図７は図１の侵入物検知センサにおいて生成される位相差信号を示すための図である。
【００１７】
［全体構成］
図１に示すように、本実施形態にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサ１は、侵入物の有無を検知すべき領域の一端に取り付けられるベース部２と、ベース部２に取り付けられた本体部３と、本体部３を覆う透光性のカバー４と、から構成されている。
【００１８】
本体部３は主に、図２に示す如く、フレーム３１と、フレーム３１の一方側に取り付けられた基板３２と、基板３２の回路上に接続された投光素子群３３および受光素子群３５と、フレーム３１の他方側に保持された投光レンズ３６および受光レンズ３７と、からなっている。
【００１９】
フレーム３１は、周壁３１ａと中央壁３１ｂとを有している。周壁３１ａおよび中央壁３１ｂは、投光素子群３３が配置される投光室３１ｃと、受光素子群３５が配置される受光室３１ｄとを形成する。
【００２０】
基板３２は、投光室３１ｃおよび受光室３１ｄの一方側（図２では上側）を閉じるように配置される。基板３２の回路上には、投光素子群３３が、投光室３１ｃ内に収容されるように接続される。投光素子群３３は、図３に示す如く、投光素子３３ｇ（第７の投光素子）を中心にしてその周囲に配置された６つの投光素子３３ａ〜３３ｆ（第１〜第６の投光素子）によって構成されている。投光素子３３ａ〜３３ｇは、図４に示す如く、投光レンズ３６を介して、検知領域ＤＡを７個に分割してなる検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７（第１〜第７の検知小領域）に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７（第１〜第７の検出光）をそれぞれ投光する。
【００２１】
また、基板３２の回路上には、受光素子群３５が、受光室３１ｄ内に収容されるように接続される。受光素子群３５は、図３に示す如く、投光素子３３ａ〜３３ｇにそれぞれ対応するように、受光素子３５ｇ（第７の受光素子）を中心にしてその周囲に配置された６つの受光素子３５ａ〜３５ｆ（第１〜第６の受光素子）によって構成されている。受光素子３５ａ〜３５ｇは、図４に示す如く、投光素子３３ａ〜３３ｇから投光された各検出光ＤＬ１〜ＤＬ７の、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７からの各反射光Ｒ１〜Ｒ７（第１〜第７の反射光）をそれぞれ受光し、それらに応じて後述する受光信号７１〜７７（第１〜第７の受光信号）をそれぞれ生成する。
【００２２】
投光レンズ３６は、投光室３１ｃの他方側（図２では下側）を閉じるように配置される。投光レンズ３６は、投光素子３３ａ〜３３ｇから投光された光を受けて、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を生成するように構成されている。
【００２３】
受光レンズ３７は、受光室３１ｄの他方側（図２では下側）を閉じるように配置される。受光レンズ３７は、検出光ＤＬ１〜ＤＬ７の各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７からの各反射光Ｒ１〜Ｒ７を、受光素子３５ａ〜３５ｇにそれぞれ向かわせるように構成されている。
【００２４】
［回路構成］
次に、各投光信号を生成すると共に受光信号を処理して、検知領域への侵入物の有無を検知するための検知回路の構成について説明する。なお、図１〜図３には図示されていないが、検知回路は基板３２上に構成されている。
【００２５】
検知回路は、図５に示す如く、投光素子３３ａ〜３３ｇに検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を投光させるための投光信号５１〜５７（第１〜第７の投光信号）を生成する投光信号生成回路５と、投光信号生成回路５によって生成された投光信号５１〜５７に基づいて、投光素子３３ａ〜３３ｇに検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を投光させる駆動回路６と、を有している。
【００２６】
投光信号生成回路５は、図６に示す如く、周期Ｔ１（第１周期）ごとに、投光素子３３ａ〜３３ｇに対する所定数の投光パルスを含む投光信号５１〜５７をそれぞれ生成する。投光信号５１〜５７は、タイミングがそれぞれ重ならないように順次生成される。駆動回路６は、投光信号５１〜５７に基づいて周期Ｔ１ごとに、各投光素子３３ａ〜３３ｇに検出光ＤＬ１〜ＤＬ７をそれぞれ所定数回投光させる。
【００２７】
また、検知回路は、図５に示す如く、受光素子３５ａ〜３５ｇが検出光ＤＬ１〜ＤＬ７の反射光Ｒ１〜Ｒ７を受けて生成した受光信号７１〜７７を電圧による信号に変換し、増幅するＩＶ変換回路７ａ〜７ｇを有している。
【００２８】
また、検知回路は、ＩＶ変換回路７ａ〜７ｇによって変換された後の受光信号７１〜７７を受けるとともに、ミキシング回路１０へ送る受光信号を順次切り替える切替スイッチ１９を有している。切替スイッチ１９は、そのときの反射光に対応する受光信号（例えば、投光素子３３ａによる検出光ＤＬ１の反射光Ｒ１が発生している場合であれば受光素子３５ａによる受光信号７１）のみを、ミキシング回路１０に送るようになっている。切替スイッチ１９における上記切替えのタイミングは、投光信号５１〜５７の生成タイミングに基づいて予め設定されている。
【００２９】
また、検知回路は、ビートダウンを行うべく、ローカル信号を生成するローカル信号生成回路８と、各投光信号５１〜５７をローカル信号とミキシングするミキシング回路９と、ＩＶ変換後の受光信号７１〜７７をローカル信号とミキシングするミキシング回路１０と、を有している。また、検知回路は、ミキシング回路９によって得られた信号の低周波数成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１と、ミキシング回路１０によって得られた信号の低周波数成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２と、を有している。
【００３０】
また、検知回路は、ＬＰＦ１１を通過した投光信号５１ａ〜５７ａのタイミングを調整するタイミング調整回路１３と、ＬＰＦ１２を通過した受光信号７１ａ〜７７ａを矩形波にするコンパレータ１４とを有している。
【００３１】
ローカル信号生成回路８は、投光信号５１〜５７よりも少し短い周期（換言すれば投光信号５１〜５７の周波数よりも少し高い周波数）のローカル信号（不図示）を生成する。各投光信号５１〜５７は、ミキシング回路９によってローカル信号とミキシングされたのち、ＬＰＦ１１を通過することで、投光信号５１ａ〜５７ａとされる。投光信号５１ａ〜５７ａはさらに、タイミング調整回路１３を通過することで、図７に示す投光信号５１ｂ〜５７ｂとされる。同様に、ＩＶ変換後の受光信号７１〜７７は、ミキシング回路１０によってローカル信号とミキシングされたのち、ＬＰＦ１２を通過することで、受光信号７１ａ〜７７ａとされる。受光信号７１ａ〜７７ａはさらに、コンパレータ１４を通過することで、図７に示す受光信号７１ｂ〜７７ｂとされる。
【００３２】
また、検知回路は、投光信号５１ｂ〜５７ｂと受光信号７１ｂ〜７７ｂとをそれぞれ比較し、それらの位相差に関する位相差パルス信号φ１〜φ７を得る位相比較器１５と、位相比較器１５からの位相差パルス信号φ１〜φ７を積分して位相差信号ｐｐ１〜ｐｐ７および位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７を得る積分回路１６とを有している。
【００３３】
位相比較器１５は、図７に示す如く、投光信号５１ｂ〜５７ｂと受光信号７１ｂ〜７７ｂとをそれぞれ比較し、各位相差に関する位相差パルス信号φ１〜φ７を周期Ｔ１ごとに生成する。
【００３４】
積分回路１６は、図７に示す如く、周期Ｔ１ごとに、位相差パルス信号φ１〜φ７を積分して位相差信号ｐｐ１〜ｐｐ７をそれぞれ生成し、各位相差信号ｐｐ１〜ｐｐ７の最大電圧値である位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７をそれぞれ得る。
【００３５】
検知回路はさらに、積分回路１６からの位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７が入力されるＣＰＵ１８を有している。ＣＰＵ１８は、図５Ｂに示す如く、各位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７に基づいて、投光信号５１ｂ〜５７ｂと受光信号７１ｂ〜７７ｂとの位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７（第１〜第７の位相差）をそれぞれ算出する位相差平均値算出手段１８ｂを有している（なお、この位相差平均値算出手段１８ｂと、位相比較器１５と、積分回路１６とが、特許請求の範囲における「位相差測定手段」に該当する）。
【００３６】
位相差平均値算出手段１８ｂは、周期Ｔ１の自然数倍からなる周期Ｔ２（第２周期）ごとに、位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７の平均値ＰＡ１〜ＰＡ７をそれぞれ算出する。
【００３７】
ＣＰＵ１８はさらに、検知領域（全検知小領域）内に侵入物が無い場合に位相差平均値算出手段１８ｂによって算出されるはずの上記平均値ＰＡ１〜ＰＡ７を、位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７（第１〜第７の位相差参照値）として予め記憶した位相差参照値記憶手段１８ｄを有している。
【００３８】
また、ＣＰＵ１８は、位相差参照値記憶手段１８ｄに記憶された位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７と、位相差平均値算出手段１８ｂによって算出された平均値ＰＡ１〜ＰＡ７とに基づいて、検知領域内における侵入物の有無を判定し、判定信号を出力する判定手段１８ｅを有している。
【００３９】
判定手段１８ｅは、位相差平均値算出手段１８ｂによって算出された位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７と位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７との差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれかが所定範囲外にある場合、検知領域内に侵入物が有ると判定する。反対に、位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７と位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７との差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれもが所定範囲内である場合、判定手段１８ｅは検知領域内に侵入物は無いと判定する。
【００４０】
［動作］
以上のように構成された侵入物検知センサ１は、次のように動作する。
まず、投光信号生成回路５によって投光信号５１が生成される。この投光信号５１に基づいて、駆動回路６が投光素子３３ａに検出光ＤＬ１を投光させる。投光素子３３ａからの検出光ＤＬ１は、投光レンズ３６を通過することによって、検知小領域ＤＡ１に向かう。
【００４１】
検知小領域ＤＡ１からの反射光Ｒ１は、受光レンズ３７に入射する。反射光Ｒ１は、受光レンズ３７を通過することによって、受光素子３５ａに向かう。受光素子３５ａは、反射光Ｒ１を受光し、受光信号７１を生成する。
【００４２】
受光信号７１は、ＩＶ変換回路７ａによって、電圧による信号に変換される。変換された後の受光信号７１は、切替スイッチ１９に入力される。切替スイッチ１９は、そのときの反射光に対応する受光信号のみを、ミキシング回路１０に送る。つまり、この段階では、投光素子３３ａによる検出光ＤＬ１の反射光Ｒ１が発生しているので、切替スイッチ１９は、受光素子３５ａによる受光信号７１のみをミキシング回路１０に送る。
【００４３】
ミキシング回路１０は、切替スイッチ１９からの受光信号７１を、ローカル信号生成回路８によって生成されたローカル信号とミキシングする。ローカル信号とミキシングされた受光信号７１は、ＬＰＦ１２およびコンパレータ１４を通過することで、受光信号７１ｂとされる。受光信号７１ｂは、位相比較器１５に入力される。
【００４４】
一方、投光信号５１は、ミキシング回路９において、ローカル信号生成回路８によって生成された上記ローカル信号とミキシングされる。ローカル信号とミキシングされた投光信号５１は、ＬＰＦ１１およびタイミング調整回路１３を通過することで、投光信号５１ｂとされる。投光信号５１ｂは位相比較器１５に入力される。
【００４５】
位相比較器１５は、投光信号５１ｂと受光信号７１ｂとを比較し、位相差に関する位相差パルス信号φ１を生成する。位相差パルス信号φ１は、積分回路１６に入力される。
【００４６】
積分回路１６は、位相差パルス信号φ１を積分して位相差信号ｐｐ１を生成し、位相差電圧値Ｐ１を得る。位相差電圧値Ｐ１は、ＣＰＵ１８内の位相差平均値算出手段１８ｂに入力される。
【００４７】
周期Ｔ１内において、以上の動作が投光信号５２〜５７に対してそれぞれ行なわれ、位相差電圧値Ｐ２〜Ｐ７がＣＰＵ１８内の位相差平均値算出手段１８ｂにそれぞれ入力される。入力された位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７は、位相差平均値算出手段１８ｂによってそれぞれ独立して保持される。
【００４８】
そして、位相差平均値算出手段１８ｂは、周期Ｔ１ごとに入力された位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７につき、周期Ｔ１の自然数倍からなる周期Ｔ２における平均値ＰＡ１〜ＰＡ７をそれぞれ算出する。各平均値ＰＡ１〜ＰＡ７は、判定手段１８ｅに入力される。
【００４９】
判定手段１８ｅは、入力された位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７と、位相差参照値記憶手段１８ｄに記憶された位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７との差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７を算出する。算出された差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれかが所定範囲外にある場合、判定手段１８ｅは検知領域内に侵入物が有ると判定し、その旨の判定信号を出力する。反対に、算出された差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれもが所定範囲内である場合、判定手段１８ｅは検知領域内に侵入物は無いと判定する。
【００５０】
以上の動作が繰り返され、周期Ｔ２ごとに検知領域内の侵入物の有無が判定される。
【００５１】
［作用・効果］
以上のように構成された侵入物検知センサ１によれば、検知領域ＤＡを７個に分割してなる検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７ごとに、位相差が測定される。つまり、例えば図１１に示す如く検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在する場合であっても、それらの合成距離が検出されるのではなく、各距離Ｄ１〜Ｄ３がそれぞれ検出され得る。それゆえ、侵入物検知センサ１によれば、検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在する場合であっても、侵入物の有無を精度良く検知することができる。
【００５２】
したがって、侵入物検知センサ１によれば、例えば図８Ａに示す如く検知領域ＤＡ内にトイレ（固定物）Ｔが存在する場合であっても、精度良く侵入物検知をすることができ、例えばトイレＴよりも低い位置に人が倒れているような場合であっても、検出光ＤＬ１，ＤＬ４によってそれを正確に検知することができる。
【００５３】
また、侵入物検知センサ１によれば、例えば図８Ｂに示す如く検知領域ＤＡ内に車両Ｃが侵入し、フロントガラスＧの傾斜によって検出光ＤＬ７の反射光Ｒ７を受光できない場合であっても、検出光ＤＬ１，ＤＬ４によって車両Ｃの侵入を検知することができる。
【００５４】
また、侵入物検知センサ１によれば、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７は、複数の投光素子３３ａ〜３３ｇに対して投光レンズ３６を配置することによって生成されている。それゆえ、侵入物検知センサ１は、可動機構等の複雑な機構を要することなく、シンプルかつ低コストに構成され得る。
【００５５】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は次のように変形して実施することができる。
【００５６】
例えば、図９Ａに示す如く、切替スイッチ１９を省略することができる。この場合、複数の受光素子３５ａ〜３５ｇが１つの大きな受光素子として機能するかたちになる。この場合であっても、検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を順次投光すれば対応する受光信号７１〜７７も順次生成されることになり、各受光信号７１〜７７はそれぞれ区別され得る。よって、切替スイッチ１９を省略した侵入物検知センサ１０１でも、侵入物検知センサ１と同様に侵入物有無を正確に検知することができる。
【００５７】
また、侵入物検知センサ１では受光素子を複数使用したが、単数であってもよい。受光素子が単数であっても、上述したように、検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を順次投光すれば、受光信号７１〜７７も順次生成されることになり、各受光信号７１〜７７はそれぞれ区別され得るからである。
【００５８】
また、侵入物検知センサ１では投光素子を複数使用したが、図９Ｂに示す如く１つの投光素子３３ｈを使用して、検知領域ＤＡ全体に向かう１つの検出光ＤＬを投光するようにしてもよい。ただしこの場合、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に対して受光素子３５ａ〜３５ｇがそれぞれ設けられ、各受光素子３５ａ〜３５ｇは対応する検知小領域からの反射光のみを受光する。各受光素子３５ａ〜３５ｇによって生成された各受光信号７１〜７７はそれぞれ区別されて、投光信号との位相差がそれぞれ求められる。
【００５９】
また、侵入物検知センサ１では複数の投光素子のうちの１個に対して１個の受光素子を対応させていたが、これに限定されるものではない。例えば、複数の投光素子のうちの１個に対して受光素子を複数個対応させてもよく、複数の受光素子のうちの１個に対して投光素子を複数個対応させてもよい。
【００６０】
また、侵入物検知センサ１では、複数の検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を投光レンズ３６によって生成したが、これに限定されない。例えば、投光レンズ３６を用いずに複数の投光素子を使用し、各投光素子を各検知小領域に向くようにそれぞれ配置することによって、複数の検知小領域に向かう検出光をそれぞれ生成してもよい。
【００６１】
また、侵入物検知センサ１では検知小領域の数は７個であったが、これに限定されるものではなく、その数は適宜選択され得る。さらに、侵入物検知センサ１では、検知小領域ＤＡ７のまわりに検知小領域ＤＡ２〜ＤＡ７を配置していたが、これらの配置は用途に応じて任意に選択することができ、例えば図１０に示す如く、検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ５をライン状に配置することもできる。
【００６２】
また、侵入物検知センサ１によれば、周期Ｔ１の自然数倍からなる周期Ｔ２ごとに位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７の平均値ＰＡ１〜ＰＡ７をそれぞれ算出し、この平均値を用いて侵入物有無を判定したが、平均値をとらずに電圧値Ｐ１〜Ｐ７を直接用いて侵入物有無を判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサの一例を示す側面図である。
【図２】図１の侵入物検知センサの本体部を示す側断面図である。
【図３】図１の侵入物検知センサにおける光学素子および光学レンズの配置を示す底面図である。
【図４】図１の侵入物検知センサからの検出光およびその反射光を示す概略斜視図である。
【図５】図１の侵入物検知センサの回路構成を説明するためのブロック図である。
【図６】図１の侵入物検知センサにおいて生成される投光信号のタイムチャートである。
【図７】図１の侵入物検知センサにおいて生成される位相差信号を示すための図である。
【図８】図１の侵入物検知センサの効果を説明するための図である。
【図９】変形例にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサの構成を説明するためのブロック図である。
【図１０】変形例にかかる検知小領域を示す概略斜視図である。
【図１１】従来の光位相差検出式の侵入物検知センサの欠点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
ＤＡ 検知領域
ＤＬ１〜ＤＬ７ 検出光
ＰＡ１〜ＰＡ７ 位相差
ＰＲ１〜ＰＲ７ 位相差参照値
Ｒ１〜Ｒ７ 反射光
１ 侵入物検知センサ
１８ｂ 位相差平均値算出部
１８ｄ 位相差参照値記憶手段
１８ｅ 判定手段
３３ａ〜３３ｇ 投光素子
３５ａ〜３５ｇ 受光素子
３６ 投光レンズ
３７ 受光レンズ
５１〜５７ 投光信号
７１〜７７ 受光信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知領域への侵入物の有無を検知する光位相差検出式の侵入物検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
領域内への人体や車両などの侵入物の有無を検知するセンサとしては、超音波を利用して反射波の時間を測定する超音波式センサ、光を利用した三角測量式センサ、光の反射光量を測定する光量検出式センサおよび光位相差検出式センサなどが挙げられる。
【０００３】
超音波式センサでは、被検知体の角度変化による影響が大きいといった問題や、周囲の温度変化や風の影響に弱いといった問題がある。
【０００４】
光量検出式センサでは、反射光量を検出するため、被検知体の色の変化に弱いという問題がある。
【０００５】
三角測量式センサでは、正確に測定するために光のビーム径を小さく絞る必要があり、精密な光学系が必要となる。また、検知領域が小さいため、被検知体の角度や凸凹の影響を受け易い。
【０００６】
光位相差検出式センサ（例えば、特許文献１参照）は、投光波と受光波の位相差を検出して被検知体までの距離を測定し、測定距離の変化をとらえることによって侵入物の有無を検知している。これは、上記位相差が被検知体との距離に比例することを利用したものである。それゆえ、光位相差検出式センサは、原理的に温度等の影響に強く、被検知体の色の変化にも強い。
【特許文献１】特開２００５−３２５５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光位相差検出式センサを用いて比較的広範な検知領域内への侵入物の有無を検知しようとする場合、例えば図１１に示す如く、検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在し得る（図１１中のＦは固定物）。この場合、侵入物検知センサ１’は距離Ｄ１〜Ｄ３の合成距離を検出することになるため、測定精度が悪化していた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検知領域内に様々な距離が存在するような場合でも、正確に侵入物の有無を検知することができる光位相差検出式の侵入物検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、（１）検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かう第１〜第ｎの検出光を、当該各検出光のためにそれぞれ生成される第１周期ごとの第１〜第ｎの投光信号に基づいてそれぞれ投光する投光部と、前記第１〜第ｎの検出光の前記第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記第１〜第ｎの投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１０】
また本発明は、上記構成において、（２）前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、前記第１〜第ｎの投光素子は、前記第１〜第ｎの検出光を前記投光レンズに向けてそれぞれ投光し、前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記第１〜第ｎの検出光を受けて、当該第１〜第ｎの検出光を前記第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かわせるようになっていることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１１】
また本発明は、上記構成のいずれかにおいて、（３）前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの検出光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１２】
また本発明は、（４）検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、前記検知領域に向かう検出光を、当該検出光のために生成される第１周期ごとの投光信号に基づいて投光する投光部と、前記検出光の前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１３】
また本発明は、上記構成（４）において、（５）前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、前記第１〜第ｎの投光素子は、前記検出光を前記投光レンズに向けて投光し、前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記検出光を受けて、当該検出光を前記検知領域に向かわせるようになっていることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【００１４】
また本発明は、上記構成（４）または（５）において、（６）前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサを提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成された本発明の侵入物検知センサによれば、検知領域を分割してなるｎ個の検知小領域ごとに、位相差が測定される。つまり、例えば図１１に示す如く検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在する場合であっても、それらの合成距離が検出されるのではなく、各距離Ｄ１〜Ｄ３がそれぞれ検出され得る。それゆえ、本発明の侵入物検知センサによれば、検知領域内に様々な距離が存在する場合であっても、侵入物の有無を精度良く検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好ましい一実施形態につき説明する。
図１は本発明にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサの一例を示す側面図、図２は図１の侵入物検知センサの本体部を示す側断面図である。図３は図１の侵入物検知センサにおける光学素子および光学レンズの配置を示す底面図であり、図４は図１の侵入物検知センサからの検出光およびその反射光を示す概略斜視図である。図５は図１の侵入物検知センサの回路構成を説明するためのブロック図であり、図６は図１の侵入物検知センサにおいて生成される投光信号のタイムチャートである。図７は図１の侵入物検知センサにおいて生成される位相差信号を示すための図である。
【００１７】
［全体構成］
図１に示すように、本実施形態にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサ１は、侵入物の有無を検知すべき領域の一端に取り付けられるベース部２と、ベース部２に取り付けられた本体部３と、本体部３を覆う透光性のカバー４と、から構成されている。
【００１８】
本体部３は主に、図２に示す如く、フレーム３１と、フレーム３１の一方側に取り付けられた基板３２と、基板３２の回路上に接続された投光素子群３３および受光素子群３５と、フレーム３１の他方側に保持された投光レンズ３６および受光レンズ３７と、からなっている。
【００１９】
フレーム３１は、周壁３１ａと中央壁３１ｂとを有している。周壁３１ａおよび中央壁３１ｂは、投光素子群３３が配置される投光室３１ｃと、受光素子群３５が配置される受光室３１ｄとを形成する。
【００２０】
基板３２は、投光室３１ｃおよび受光室３１ｄの一方側（図２では上側）を閉じるように配置される。基板３２の回路上には、投光素子群３３が、投光室３１ｃ内に収容されるように接続される。投光素子群３３は、図３に示す如く、投光素子３３ｇ（第７の投光素子）を中心にしてその周囲に配置された６つの投光素子３３ａ〜３３ｆ（第１〜第６の投光素子）によって構成されている。投光素子３３ａ〜３３ｇは、図４に示す如く、投光レンズ３６を介して、検知領域ＤＡを７個に分割してなる検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７（第１〜第７の検知小領域）に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７（第１〜第７の検出光）をそれぞれ投光する。
【００２１】
また、基板３２の回路上には、受光素子群３５が、受光室３１ｄ内に収容されるように接続される。受光素子群３５は、図３に示す如く、投光素子３３ａ〜３３ｇにそれぞれ対応するように、受光素子３５ｇ（第７の受光素子）を中心にしてその周囲に配置された６つの受光素子３５ａ〜３５ｆ（第１〜第６の受光素子）によって構成されている。受光素子３５ａ〜３５ｇは、図４に示す如く、投光素子３３ａ〜３３ｇから投光された各検出光ＤＬ１〜ＤＬ７の、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７からの各反射光Ｒ１〜Ｒ７（第１〜第７の反射光）をそれぞれ受光し、それらに応じて後述する受光信号７１〜７７（第１〜第７の受光信号）をそれぞれ生成する。
【００２２】
投光レンズ３６は、投光室３１ｃの他方側（図２では下側）を閉じるように配置される。投光レンズ３６は、投光素子３３ａ〜３３ｇから投光された光を受けて、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を生成するように構成されている。
【００２３】
受光レンズ３７は、受光室３１ｄの他方側（図２では下側）を閉じるように配置される。受光レンズ３７は、検出光ＤＬ１〜ＤＬ７の各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７からの各反射光Ｒ１〜Ｒ７を、受光素子３５ａ〜３５ｇにそれぞれ向かわせるように構成されている。
【００２４】
［回路構成］
次に、各投光信号を生成すると共に受光信号を処理して、検知領域への侵入物の有無を検知するための検知回路の構成について説明する。なお、図１〜図３には図示されていないが、検知回路は基板３２上に構成されている。
【００２５】
検知回路は、図５に示す如く、投光素子３３ａ〜３３ｇに検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を投光させるための投光信号５１〜５７（第１〜第７の投光信号）を生成する投光信号生成回路５と、投光信号生成回路５によって生成された投光信号５１〜５７に基づいて、投光素子３３ａ〜３３ｇに検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を投光させる駆動回路６と、を有している。
【００２６】
投光信号生成回路５は、図６に示す如く、周期Ｔ１（第１周期）ごとに、投光素子３３ａ〜３３ｇに対する所定数の投光パルスを含む投光信号５１〜５７をそれぞれ生成する。投光信号５１〜５７は、タイミングがそれぞれ重ならないように順次生成される。駆動回路６は、投光信号５１〜５７に基づいて周期Ｔ１ごとに、各投光素子３３ａ〜３３ｇに検出光ＤＬ１〜ＤＬ７をそれぞれ所定数回投光させる。
【００２７】
また、検知回路は、図５に示す如く、受光素子３５ａ〜３５ｇが検出光ＤＬ１〜ＤＬ７の反射光Ｒ１〜Ｒ７を受けて生成した受光信号７１〜７７を電圧による信号に変換し、増幅するＩＶ変換回路７ａ〜７ｇを有している。
【００２８】
また、検知回路は、ＩＶ変換回路７ａ〜７ｇによって変換された後の受光信号７１〜７７を受けるとともに、ミキシング回路１０へ送る受光信号を順次切り替える切替スイッチ１９を有している。切替スイッチ１９は、そのときの反射光に対応する受光信号（例えば、投光素子３３ａによる検出光ＤＬ１の反射光Ｒ１が発生している場合であれば受光素子３５ａによる受光信号７１）のみを、ミキシング回路１０に送るようになっている。切替スイッチ１９における上記切替えのタイミングは、投光信号５１〜５７の生成タイミングに基づいて予め設定されている。
【００２９】
また、検知回路は、ビートダウンを行うべく、ローカル信号を生成するローカル信号生成回路８と、各投光信号５１〜５７をローカル信号とミキシングするミキシング回路９と、ＩＶ変換後の受光信号７１〜７７をローカル信号とミキシングするミキシング回路１０と、を有している。また、検知回路は、ミキシング回路９によって得られた信号の低周波数成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１と、ミキシング回路１０によって得られた信号の低周波数成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２と、を有している。
【００３０】
また、検知回路は、ＬＰＦ１１を通過した投光信号５１ａ〜５７ａのタイミングを調整するタイミング調整回路１３と、ＬＰＦ１２を通過した受光信号７１ａ〜７７ａを矩形波にするコンパレータ１４とを有している。
【００３１】
ローカル信号生成回路８は、投光信号５１〜５７よりも少し短い周期（換言すれば投光信号５１〜５７の周波数よりも少し高い周波数）のローカル信号（不図示）を生成する。各投光信号５１〜５７は、ミキシング回路９によってローカル信号とミキシングされたのち、ＬＰＦ１１を通過することで、投光信号５１ａ〜５７ａとされる。投光信号５１ａ〜５７ａはさらに、タイミング調整回路１３を通過することで、図７に示す投光信号５１ｂ〜５７ｂとされる。同様に、ＩＶ変換後の受光信号７１〜７７は、ミキシング回路１０によってローカル信号とミキシングされたのち、ＬＰＦ１２を通過することで、受光信号７１ａ〜７７ａとされる。受光信号７１ａ〜７７ａはさらに、コンパレータ１４を通過することで、図７に示す受光信号７１ｂ〜７７ｂとされる。
【００３２】
また、検知回路は、投光信号５１ｂ〜５７ｂと受光信号７１ｂ〜７７ｂとをそれぞれ比較し、それらの位相差に関する位相差パルス信号φ１〜φ７を得る位相比較器１５と、位相比較器１５からの位相差パルス信号φ１〜φ７を積分して位相差信号ｐｐ１〜ｐｐ７および位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７を得る積分回路１６とを有している。
【００３３】
位相比較器１５は、図７に示す如く、投光信号５１ｂ〜５７ｂと受光信号７１ｂ〜７７ｂとをそれぞれ比較し、各位相差に関する位相差パルス信号φ１〜φ７を周期Ｔ１ごとに生成する。
【００３４】
積分回路１６は、図７に示す如く、周期Ｔ１ごとに、位相差パルス信号φ１〜φ７を積分して位相差信号ｐｐ１〜ｐｐ７をそれぞれ生成し、各位相差信号ｐｐ１〜ｐｐ７の最大電圧値である位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７をそれぞれ得る。
【００３５】
検知回路はさらに、積分回路１６からの位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７が入力されるＣＰＵ１８を有している。ＣＰＵ１８は、図５Ｂに示す如く、各位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７に基づいて、投光信号５１ｂ〜５７ｂと受光信号７１ｂ〜７７ｂとの位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７（第１〜第７の位相差）をそれぞれ算出する位相差平均値算出手段１８ｂを有している（なお、この位相差平均値算出手段１８ｂと、位相比較器１５と、積分回路１６とが、特許請求の範囲における「位相差測定手段」に該当する）。
【００３６】
位相差平均値算出手段１８ｂは、周期Ｔ１の自然数倍からなる周期Ｔ２（第２周期）ごとに、位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７の平均値ＰＡ１〜ＰＡ７をそれぞれ算出する。
【００３７】
ＣＰＵ１８はさらに、検知領域（全検知小領域）内に侵入物が無い場合に位相差平均値算出手段１８ｂによって算出されるはずの上記平均値ＰＡ１〜ＰＡ７を、位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７（第１〜第７の位相差参照値）として予め記憶した位相差参照値記憶手段１８ｄを有している。
【００３８】
また、ＣＰＵ１８は、位相差参照値記憶手段１８ｄに記憶された位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７と、位相差平均値算出手段１８ｂによって算出された平均値ＰＡ１〜ＰＡ７とに基づいて、検知領域内における侵入物の有無を判定し、判定信号を出力する判定手段１８ｅを有している。
【００３９】
判定手段１８ｅは、位相差平均値算出手段１８ｂによって算出された位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７と位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７との差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれかが所定範囲外にある場合、検知領域内に侵入物が有ると判定する。反対に、位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７と位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７との差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれもが所定範囲内である場合、判定手段１８ｅは検知領域内に侵入物は無いと判定する。
【００４０】
［動作］
以上のように構成された侵入物検知センサ１は、次のように動作する。
まず、投光信号生成回路５によって投光信号５１が生成される。この投光信号５１に基づいて、駆動回路６が投光素子３３ａに検出光ＤＬ１を投光させる。投光素子３３ａからの検出光ＤＬ１は、投光レンズ３６を通過することによって、検知小領域ＤＡ１に向かう。
【００４１】
検知小領域ＤＡ１からの反射光Ｒ１は、受光レンズ３７に入射する。反射光Ｒ１は、受光レンズ３７を通過することによって、受光素子３５ａに向かう。受光素子３５ａは、反射光Ｒ１を受光し、受光信号７１を生成する。
【００４２】
受光信号７１は、ＩＶ変換回路７ａによって、電圧による信号に変換される。変換された後の受光信号７１は、切替スイッチ１９に入力される。切替スイッチ１９は、そのときの反射光に対応する受光信号のみを、ミキシング回路１０に送る。つまり、この段階では、投光素子３３ａによる検出光ＤＬ１の反射光Ｒ１が発生しているので、切替スイッチ１９は、受光素子３５ａによる受光信号７１のみをミキシング回路１０に送る。
【００４３】
ミキシング回路１０は、切替スイッチ１９からの受光信号７１を、ローカル信号生成回路８によって生成されたローカル信号とミキシングする。ローカル信号とミキシングされた受光信号７１は、ＬＰＦ１２およびコンパレータ１４を通過することで、受光信号７１ｂとされる。受光信号７１ｂは、位相比較器１５に入力される。
【００４４】
一方、投光信号５１は、ミキシング回路９において、ローカル信号生成回路８によって生成された上記ローカル信号とミキシングされる。ローカル信号とミキシングされた投光信号５１は、ＬＰＦ１１およびタイミング調整回路１３を通過することで、投光信号５１ｂとされる。投光信号５１ｂは位相比較器１５に入力される。
【００４５】
位相比較器１５は、投光信号５１ｂと受光信号７１ｂとを比較し、位相差に関する位相差パルス信号φ１を生成する。位相差パルス信号φ１は、積分回路１６に入力される。
【００４６】
積分回路１６は、位相差パルス信号φ１を積分して位相差信号ｐｐ１を生成し、位相差電圧値Ｐ１を得る。位相差電圧値Ｐ１は、ＣＰＵ１８内の位相差平均値算出手段１８ｂに入力される。
【００４７】
周期Ｔ１内において、以上の動作が投光信号５２〜５７に対してそれぞれ行なわれ、位相差電圧値Ｐ２〜Ｐ７がＣＰＵ１８内の位相差平均値算出手段１８ｂにそれぞれ入力される。入力された位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７は、位相差平均値算出手段１８ｂによってそれぞれ独立して保持される。
【００４８】
そして、位相差平均値算出手段１８ｂは、周期Ｔ１ごとに入力された位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７につき、周期Ｔ１の自然数倍からなる周期Ｔ２における平均値ＰＡ１〜ＰＡ７をそれぞれ算出する。各平均値ＰＡ１〜ＰＡ７は、判定手段１８ｅに入力される。
【００４９】
判定手段１８ｅは、入力された位相差に関する平均値ＰＡ１〜ＰＡ７と、位相差参照値記憶手段１８ｄに記憶された位相差参照値ＰＲ１〜ＰＲ７との差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７を算出する。算出された差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれかが所定範囲外にある場合、判定手段１８ｅは検知領域内に侵入物が有ると判定し、その旨の判定信号を出力する。反対に、算出された差ＰＡ１−ＰＲ１，ＰＡ２−ＰＲ２，・・・，ＰＡ７−ＰＲ７のいずれもが所定範囲内である場合、判定手段１８ｅは検知領域内に侵入物は無いと判定する。
【００５０】
以上の動作が繰り返され、周期Ｔ２ごとに検知領域内の侵入物の有無が判定される。
【００５１】
［作用・効果］
以上のように構成された侵入物検知センサ１によれば、検知領域ＤＡを７個に分割してなる検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７ごとに、位相差が測定される。つまり、例えば図１１に示す如く検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在する場合であっても、それらの合成距離が検出されるのではなく、各距離Ｄ１〜Ｄ３がそれぞれ検出され得る。それゆえ、侵入物検知センサ１によれば、検知領域ＤＡ内に様々な距離Ｄ１〜Ｄ３が存在する場合であっても、侵入物の有無を精度良く検知することができる。
【００５２】
したがって、侵入物検知センサ１によれば、例えば図８Ａに示す如く検知領域ＤＡ内にトイレ（固定物）Ｔが存在する場合であっても、精度良く侵入物検知をすることができ、例えばトイレＴよりも低い位置に人が倒れているような場合であっても、検出光ＤＬ１，ＤＬ４によってそれを正確に検知することができる。
【００５３】
また、侵入物検知センサ１によれば、例えば図８Ｂに示す如く検知領域ＤＡ内に車両Ｃが侵入し、フロントガラスＧの傾斜によって検出光ＤＬ７の反射光Ｒ７を受光できない場合であっても、検出光ＤＬ１，ＤＬ４によって車両Ｃの侵入を検知することができる。
【００５４】
また、侵入物検知センサ１によれば、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７は、複数の投光素子３３ａ〜３３ｇに対して投光レンズ３６を配置することによって生成されている。それゆえ、侵入物検知センサ１は、可動機構等の複雑な機構を要することなく、シンプルかつ低コストに構成され得る。
【００５５】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は次のように変形して実施することができる。
【００５６】
例えば、図９Ａに示す如く、切替スイッチ１９を省略することができる。この場合、複数の受光素子３５ａ〜３５ｇが１つの大きな受光素子として機能するかたちになる。この場合であっても、検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を順次投光すれば対応する受光信号７１〜７７も順次生成されることになり、各受光信号７１〜７７はそれぞれ区別され得る。よって、切替スイッチ１９を省略した侵入物検知センサ１０１でも、侵入物検知センサ１と同様に侵入物有無を正確に検知することができる。
【００５７】
また、侵入物検知センサ１では受光素子を複数使用したが、単数であってもよい。受光素子が単数であっても、上述したように、検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を順次投光すれば、受光信号７１〜７７も順次生成されることになり、各受光信号７１〜７７はそれぞれ区別され得るからである。
【００５８】
また、侵入物検知センサ１では投光素子を複数使用したが、図９Ｂに示す如く１つの投光素子３３ｈを使用して、検知領域ＤＡ全体に向かう１つの検出光ＤＬを投光するようにしてもよい。ただしこの場合、各検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に対して受光素子３５ａ〜３５ｇがそれぞれ設けられ、各受光素子３５ａ〜３５ｇは対応する検知小領域からの反射光のみを受光する。各受光素子３５ａ〜３５ｇによって生成された各受光信号７１〜７７はそれぞれ区別されて、投光信号との位相差がそれぞれ求められる。
【００５９】
また、侵入物検知センサ１では複数の投光素子のうちの１個に対して１個の受光素子を対応させていたが、これに限定されるものではない。例えば、複数の投光素子のうちの１個に対して受光素子を複数個対応させてもよく、複数の受光素子のうちの１個に対して投光素子を複数個対応させてもよい。
【００６０】
また、侵入物検知センサ１では、複数の検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ７に向かう検出光ＤＬ１〜ＤＬ７を投光レンズ３６によって生成したが、これに限定されない。例えば、投光レンズ３６を用いずに複数の投光素子を使用し、各投光素子を各検知小領域に向くようにそれぞれ配置することによって、複数の検知小領域に向かう検出光をそれぞれ生成してもよい。
【００６１】
また、侵入物検知センサ１では検知小領域の数は７個であったが、これに限定されるものではなく、その数は適宜選択され得る。さらに、侵入物検知センサ１では、検知小領域ＤＡ７のまわりに検知小領域ＤＡ２〜ＤＡ７を配置していたが、これらの配置は用途に応じて任意に選択することができ、例えば図１０に示す如く、検知小領域ＤＡ１〜ＤＡ５をライン状に配置することもできる。
【００６２】
また、侵入物検知センサ１によれば、周期Ｔ１の自然数倍からなる周期Ｔ２ごとに位相差電圧値Ｐ１〜Ｐ７の平均値ＰＡ１〜ＰＡ７をそれぞれ算出し、この平均値を用いて侵入物有無を判定したが、平均値をとらずに電圧値Ｐ１〜Ｐ７を直接用いて侵入物有無を判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサの一例を示す側面図である。
【図２】図１の侵入物検知センサの本体部を示す側断面図である。
【図３】図１の侵入物検知センサにおける光学素子および光学レンズの配置を示す底面図である。
【図４】図１の侵入物検知センサからの検出光およびその反射光を示す概略斜視図である。
【図５】図１の侵入物検知センサの回路構成を説明するためのブロック図である。
【図６】図１の侵入物検知センサにおいて生成される投光信号のタイムチャートである。
【図７】図１の侵入物検知センサにおいて生成される位相差信号を示すための図である。
【図８】図１の侵入物検知センサの効果を説明するための図である。
【図９】変形例にかかる光位相差検出式の侵入物検知センサの構成を説明するためのブロック図である。
【図１０】変形例にかかる検知小領域を示す概略斜視図である。
【図１１】従来の光位相差検出式の侵入物検知センサの欠点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
ＤＡ 検知領域
ＤＬ１〜ＤＬ７ 検出光
ＰＡ１〜ＰＡ７ 位相差
ＰＲ１〜ＰＲ７ 位相差参照値
Ｒ１〜Ｒ７ 反射光
１ 侵入物検知センサ
１８ｂ 位相差平均値算出部
１８ｄ 位相差参照値記憶手段
１８ｅ 判定手段
３３ａ〜３３ｇ 投光素子
３５ａ〜３５ｇ 受光素子
３６ 投光レンズ
３７ 受光レンズ
５１〜５７ 投光信号
７１〜７７ 受光信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、
前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かう第１〜第ｎの検出光を、当該各検出光のためにそれぞれ生成される第１周期ごとの第１〜第ｎの投光信号に基づいてそれぞれ投光する投光部と、
前記第１〜第ｎの検出光の前記第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、
前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記第１〜第ｎの投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、
前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、
前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、
を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項２】
前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、
前記第１〜第ｎの投光素子は、前記第１〜第ｎの検出光を前記投光レンズに向けてそれぞれ投光し、
前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記第１〜第ｎの検出光を受けて、当該第１〜第ｎの検出光を前記第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かわせるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項３】
前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、
前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、
前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの検出光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする請求項１または２に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項４】
検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、
前記検知領域に向かう検出光を、当該検出光のために生成される第１周期ごとの投光信号に基づいて投光する投光部と、
前記検出光の前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、
前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、
前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、
前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、
を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項５】
前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、
前記第１〜第ｎの投光素子は、前記検出光を前記投光レンズに向けて投光し、
前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記検出光を受けて、当該検出光を前記検知領域に向かわせるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項６】
前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、
前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、
前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする請求項４または５に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項１】
検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、
前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かう第１〜第ｎの検出光を、当該各検出光のためにそれぞれ生成される第１周期ごとの第１〜第ｎの投光信号に基づいてそれぞれ投光する投光部と、
前記第１〜第ｎの検出光の前記第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、
前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記第１〜第ｎの投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、
前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、
前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、
を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項２】
前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、
前記第１〜第ｎの投光素子は、前記第１〜第ｎの検出光を前記投光レンズに向けてそれぞれ投光し、
前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記第１〜第ｎの検出光を受けて、当該第１〜第ｎの検出光を前記第１〜第ｎの検知小領域にそれぞれ向かわせるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項３】
前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、
前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、
前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの検出光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする請求項１または２に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項４】
検知領域への侵入物の有無を検知するセンサであって、
前記検知領域に向かう検出光を、当該検出光のために生成される第１周期ごとの投光信号に基づいて投光する投光部と、
前記検出光の前記検知領域をｎ個に分割してなる第１〜第ｎの検知小領域からの第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成する受光部と、
前記第１周期の自然数倍からなる第２周期ごとに、前記投光信号と前記第１〜第ｎの受光信号との第１〜第ｎの位相差をそれぞれ測定する位相差測定手段と、
前記検知領域内に侵入物が無い場合に前記位相差測定手段によって測定されるべき前記第１〜第ｎの位相差を、第１〜第ｎの位相差参照値としてそれぞれ予め記憶した位相差参照値記憶手段と、
前記位相差測定手段によって測定された前記第１〜第ｎの位相差と、前記位相差参照値記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎの位相差参照値との各差のいずれかが所定範囲外にある場合、前記検知領域内に侵入物が有ると判定する判定手段と、
を含んでなることを特徴とする光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項５】
前記投光部は、第１〜第ｎの投光素子と、当該第１〜第ｎの投光素子の投光側に配置された投光レンズとを含み、
前記第１〜第ｎの投光素子は、前記検出光を前記投光レンズに向けて投光し、
前記投光レンズは、前記第１〜第ｎの投光素子による前記検出光を受けて、当該検出光を前記検知領域に向かわせるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【請求項６】
前記受光部は、第１〜第ｎの受光素子と、当該第１〜第ｎの受光素子の受光側に配置された受光レンズとを含み、
前記受光レンズは、前記第１〜第ｎの反射光を受けて、当該第１〜第ｎの反射光を前記第１〜第ｎの受光素子にそれぞれ向かわせるようになっており、
前記第１〜第ｎの受光素子は、前記受光レンズからの前記第１〜第ｎの反射光をそれぞれ受光し、前記第１〜第ｎの受光信号をそれぞれ生成することを特徴とする請求項４または５に記載の光位相差検出式の侵入物検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２７６２８３（Ｐ２００９−２７６２８３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２９６８８（Ｐ２００８−１２９６８８）
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（０００２１０４２５）竹中電子工業株式会社 (11)
【出願人】（０００１０１３１８）株式会社タケックス研究所 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（０００２１０４２５）竹中電子工業株式会社 (11)
【出願人】（０００１０１３１８）株式会社タケックス研究所 (9)
【Ｆターム（参考）】
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