[发明专利]反射型光电开关以及物体检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及反射型光电开关，特别是检测与物体的距离比规定的基准距离远还是近的反射型光电开关以及物体检测方法。

背景技术

以往，作为反射型光电开关的一种，已知有测定从光电开关到物体的距离比规定的基准距离远还是近的距离设定反射型(Background Suppression，以下简称为BGS)光电开关(例如，参照专利文献1，专利文献2)。根据这样的BGS光电开关，可不检测背景仅检测物体。

另一方面，作为利用激光器发出的光的干涉的距离计，提出一种利用激光器的输出光和测定对象的返回光在半导体激光器内部的干涉(自混合效应)的激光计测器(例如，参考非专利文献1、非专利文献2、非专利文献3)。图14显示FP型(法布里-珀罗型)半导体激光器的复合谐振器模型。在图14中，101为半导体激光器，102为半导体结晶解理面，103为光电二极管，104为测定对象。

设激光的振荡波长为λ，从离测定对象104近的解理面102到测定对象104的距离为L，当满足以下的谐振条件时，来自测定对象的返回光和谐振器101内的激光相互增强，激光输出稍有增加。

L＝qλ/2    ...(1)

在式子(1)中，q为整数。即使测定对象104的散射光非常微弱，但是由于半导体激光器的谐振器101中的所表现的反射率增加，产生放大作用，从而可充分地观测。

由于半导体激光器与注入电流的大小相对应发射出频率不同的激光，在调制振荡频率的时候，不需要外部调制器，可通过注入电流直接调制。图15显示以某一定的比例使半导体激光器的振荡波长变化时的振荡波长和光电二极管103的输出波形之间的关系。当满足式子(1)L＝qλ/2的时候，返回光和谐振器101内的激光的相位差为0°(同相位)，此时返回光和谐振器101内的激光为最大相互增强；若L＝qλ/2+λ/4时，相位差为180°  (逆相位)，此时返回光和谐振器101内的激光为最大相互减弱。因此，如果变化半导体激光器的振荡波长，激光输出为强弱交替反复出现，此时，激光输出由设置在谐振器101的光电二极管103检测，得到如图15所显示的一定周期的阶梯状波形。这样的波形一般称为干涉条纹。

该阶梯状的波形，即各个干涉条纹称为模跳脉冲(下面称为MHP)。MHP是不同于模跳现象的现象。例如，在到测定对象104的距离为L1，MHP的个数为10个时，一半的距离L2中，MHP的个数为5个。即，在某一特定时间内令半导体激光器的振荡波长变化的时候，MHP的个数与测定距离呈比例变化。于是，通过光电二极管103检测MHP，测定MHP的频率，可容易地计测距离。

利用上述的自混合型的激光计测器，可实现BGS光电开关。BGS光电开关只要通过与规定的基准距离相比较，进行物体在近距离还是远距离的ON/OFF判定即可。因此，在自混合型的激光计测器作为BGS光电开关使用时，只要判断测定的MHP的平均周期相对于物体在基准距离的位置时的MHP的已知基准周期是长还是短即可。相对于物体在基准距离的位置时的MHP的已知基准周期，测定到的MHP的平均周期为长的情况下，ON判定为物体在比基准距离更近的位置，又，测定到的MHP的周期为短的情况下，OFF判定为物体在比基准距离更远的位置。

专利文献1 日本特开昭63-102135号公报

专利文献2 日本特开昭63-187237号公报

非专利文献1 上田正，山田谆，紫藤进，《利用半导体激光器的自混合效应的距离计》1994年度电气关系学会东海支部联合大会演讲论文集，1994年

非专利文献2 山田谆，紫藤进，津田纪生，上田正，《关于利用半导体激光的自混合效应的小型距离计的研究》，爱知工业大学研究报告，第31号B，p.35-42，1996年

非专利文献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