JP5547531B2 - 物体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出物の存在を検出する物体検出装置に関し、特に、検出物までの距離、位置を検出するものに関する。

従来の物体検出装置である自動ドア装置の光センサシステムについて図１７を用いて説明する。自動ドア装置は、左右１対の引き戸式ドア１を有する両開き式であり、その無目１Ａの中央両側に取り付けられた第１光センサ４および第２光センサ５と、これらの光センサ４，５から出力される物体検出信号に基づいて図示しないドア駆動手段を制御する制御手段（ＣＰＵ）６とを備えている。

ドア１は玄関ドアで、第１光センサ４は無目１Ａの室内側に設置され、そのドア近傍の床面ＦＩを例えば５列の監視列ＬＡ１〜ＬＡ５によって監視する。第２光センサ５は無目１Ａの室外側に設置され、そのドア近傍の床面ＦＯを同じく５列の監視列ＬＢ１〜ＬＢ５によって監視する。

各監視列ＬＡ１〜ＬＡ５；ＬＢ１〜ＬＢ５はドア１の移動方向に対して平行であり、ドア１から離れる方向に所定の間隔で配列されている。この実施形態において、各監視列ＬＡ１〜ＬＡ５；ＬＢ１〜ＬＢ５には、等間隔で１列配置とされた８つのスポット光ＳＰ１〜ＳＰ８がそれぞれ含まれている。

第１光センサ４および第２光センサ５の各々は、素子配列がほぼ同一で、左右一対として対称に配置される発光部１０と受光部２０とを備えている。

発光部１０のレンズ系は分割レンズではなく単眼レンズ１１であり、この単眼レンズ１１に対して、例えば発光ダイオードからなる複数の発光素子を有する発光素子群１２が設けられている。

図１８（ｂ）の側面図に示すように、発光素子群１２はＬ１〜Ｌ５の５列構成であり、その各列には、図１８（ａ）の正面図に示すように、それぞれ８つの発光素子１２０（１２１〜１２８）が含まれている。すなわち、一つの単眼レンズ１１に対して４０個の発光素子１２０がマトリクス状に配置されている。

各発光素子１２０から出射される光は、単眼レンズ１１の中心を通って、図１７に示すように、床面ＦＩ，ＦＯ上にスポット状に照射される。なお、発光素子群１２の列番Ｌ１〜Ｌ５は、床面ＦＩ，ＦＯ上に設定される監視列ＬＡ１〜ＬＡ５；ＬＢ１〜ＬＢ５に対応し、その各監視列に含まれるスポット光ＳＰ１〜ＳＰ８は、８つの発光素子１２１〜１２８に対応している。

すなわち、各監視列ＬＡ１〜ＬＡ５；ＬＢ１〜ＬＢ５において、例えばスポット光ＳＰ１は発光素子１２１からのもので、スポット光ＳＰ２は発光素子１２２からのものである。以下、同様にスポット光ＳＰ３と発光素子１２３、スポット光ＳＰ４と発光素子１２４、スポット光ＳＰ５と発光素子１２５、スポット光ＳＰ６と発光素子１２６、スポット光ＳＰ７と発光素子１２７、スポット光ＳＰ８と発光素子１２８とがそれぞれ対応している。

受光部２０も発光部１０と同様に、そのレンズ系として単眼レンズ２１を備え、この単眼レンズ２１に対して、例えばフォトダイオードからなる複数の受光素子を有する受光素子群２２が上記発光素子群１２と同一の配列をもって設けられている。
すなわち、図１９（ｂ）の側面図に示すように、受光素子群２２もＬ１〜Ｌ５の５列構成であり、その各列には図１９（ａ）に示すように、それぞれ８つの発光素子２２０（２２１〜２２８）が含まれている。すなわち、一つの単眼レンズ２１に対して４０個の受光素子２２０がマトリクス状に配置されており、各受光素子２２０の検出信号が自動ドア制御手段であるＣＰＵ６に与えられる。

発光部１０と受光部２０とは左右対称に配置されており、したがって、例えば受光素子２２１は発光素子１２１から照射されるスポット光ＳＰ１の反射光を受光し、受光素子２２２は発光素子１２２から照射されるスポット光ＳＰ２の反射光を受光する。

以下、同様に受光素子２２３は発光素子１２３と、受光素子２２４は発光素子１２４と、受光素子２２５は発光素子１２５と、受光素子２２６は発光素子１２６と、受光素子２２７は発光素子１２７と、そして受光素子２２８は発光素子１２８とそれぞれ１対１の関係で対応しており、監視列単位よりもさらに細かなスポット光単位での物体検知を可能としている。

各直近監視列ＬＡ１，ＬＢ１には、それぞれ８個のスポット光ＳＰ１〜ＳＰ８が含まれているが、説明の便宜上、ここでは室内側の各スポット光を〇印、室外側の各スポット光を△印で表している。

特開２００２−３４９１３８号公報

前述の自動ドア装置の光センサシステムには、以下に示すような改善すべき点がある。自動ドア装置の光センサシステムでは、発光素子１２０及び受光素子２２０をマトリクス状に配置されている。各発光素子１２０から出射される光は、床面ＦＩ、ＦＯ上にスポット状に照射され、スポット光単位での物体検知を可能としている。このように、前述の自動ドア装置の光センサシステムは、床面ＦＩ、ＦＯという平面内において、物体を検出するものである。つまり、前述の自動ドア装置の光センサシステムは、物体の検出の際に、平面での位置関係を検出することは可能である。

しかし、前述の自動ドア装置の光センサシステムは、レンズを通して検出エリアを形成していることから、そのレンズで構成可能な光学エリアに検知範囲が制約され、結果的に検出の死角（抜け）が発生する、という改善すべき点がある。

また、床面を基準として物体の検出を行っているので、空間での位置関係を検出する必要がある場合には背景の影響を受ける、という改善すべき点がある。例えば、産業用ロボットにおいては、単に周囲に人が存在することだけを検知するだけでなく、産業用ロボットと人との空間での位置関係によって、産業用ロボットの動作を変更することが適切な場合がある。また、あらゆる方向から近接する物体を確実に検出する必要がある。

そこで本発明は、死角が無く、検出物までの距離、位置を検出する物体検出装置の提供を目的とする。

本発明における課題を解決するための手段及び発明の効果を以下に示す。

本発明に係る物体検出装置は、所定の配置面に配置される投光手段であって、前記配置面の法線に対して所定の角度を有する投光方向に向かって検知光を投光する投光手段、前記配置面に配置される受光手段であって、前記配置面の法線に対して所定の角度を有する受光方向から向かってくる前記検知光の反射光を受光する受光手段、を有する。

これにより、投光手段及び／又は受光手段を複数配置することによって、検知光を投光した投光手段の投光方向及び反射光を受光した受光手段の受光方向から、検知光を反射した物体の位置を検出することができる。

本発明に係る物体検出装置では、さらに、複数の前記投光手段及び複数の前記受光手段が前記配置面に配置されていること、を特徴とする。

これにより、検知光を投光した投光手段の投光方向及び反射光を受光した受光手段の受光方向から、検知光を反射した物体の位置を検出することができる。

本発明に係る物体検出装置では、さらに、一の前記投光手段と一の前記受光手段とが対をなして、マトリックス状に前記配置面に配置されていること、を特徴とする。

これにより、物体の位置をより正確に二次元で検出することができる。

本発明に係る物体検出装置では、前記配置面は、さらに、変形可能であること、を特徴とする。これにより、設置形状に関係なく、物体検出装置を設置することができる。したがって、複雑な表面形状を有するものであっても、表面状に動作検出装置を設置することができる。

本発明に係る物体検出装置では、前記配置面は、前記マトリックスの行毎又は列毎に分割されていること、を特徴とする。これにより、容易に配置面を変形可能とすることができる。

本発明に係る物体検出装置では、前記配置面は、フレキシブル基板により構成されていること、を特徴とする。これにより、容易に配置面を変形可能とすることができる。

本発明に係る物体検出装置では、前記配置面は、さらに、前記法線を含む面での断面形状が環状であること、を特徴とする。これにより、環状の配置面の全周縁で物体を検出することができる。

本発明に係る物体検出装置では、さらに、前記投光手段から前記検知光を投光する投光時期と、前記受光手段で前記反射光を受光する受光時期とを制御する制御手段、を有し、前記制御手段は、一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して、複数の前記受光手段での前記反射光の受光を行うように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、を特徴とする。これにより、物体までの距離及び物体の位置を容易に三次元で検出できる。

本発明に係る物体検出装置では、前記制御手段は、さらに、一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して、複数の前記受光手段において、同時に、前記反射光を受光するように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、を特徴とする。これにより、物体までの距離及び物体の位置を容易に三次元で検出できる。

本発明に係る物体検出装置では、前記制御手段は、さらに、一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して、複数の前記受光手段において、順次、前記反射光を受光するように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、を特徴とする。これにより、物体までの距離及び物体の位置を容易に検出することができる。

本発明に係る物体検出装置は、所定の配置面に配置される投光手段であって、前記配置面の法線方向である投光方向に向かって検知光を投光する投光手段、前記配置面に配置される受光手段であって、前記配置面の法線方向である受光方向から向かってくる前記検知光の反射光を受光する受光手段、を有する物体検出装置であって、一の前記投光手段と一の前記受光手段とが対をなして、マトリックス状に前記配置面に配置されていること、を特徴とする。これにより、物体の存在及び物体の位置を検出することができる。

本発明に係る物体検出装置において、前記制御手段は、さらに、一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して、複数の前記受光手段において、同時あるいは順次、前記反射光を受光するように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、を特徴とする。

これにより、物体の存在及び物体の位置を容易に検出することができる。

本発明に係る物体検出装置は、さらに、前記配置面に沿って配置されるタッチパッド、を有する。これにより、配置面に対して比較的近い位置又は配置面に接触した物体の存在及び位置も容易に検出することができる。

本発明に係る物体検出装置は、前期配置面に沿って配置される熱感知センサ、を有する。これにより、物体として特に人の存在及び位置を容易に検出することができる。

本発明に係る物体検出装置は、情報を送受信するネットワーク手段を有する。これにより、ネットワークに複数接続された各物体検出装置のうち、どの装置のどの位置で物体を検出したかを判断することができる。

本発明に係る物体検出装置は、前記投光手段又は前記受光手段を配置する被配置物体の所定の外形形状の外形形状情報、及び、前記投光手段及び前記受光手段により検出された物体の検出位置を用いて、前記物体を検出すべき物体か否かを判断する上位制御手段を有する。

これにより、物体検出装置によって検出したものが、検出すべき物体であるか否かを判断し、そのまま被配置物体が動作を継続してよいか、又は停止／回避等の他の動作をさせるか等を、都度、判断することができる。

本発明に係る物体検出装置１の全体構成を示す図である。 物体検出ユニット１１を配置面Ｐの法線方向から見た図である。 光センサユニット１１１の接続図である。 投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥの配置図である。 制御装置１３の回路図である。 光センサユニット１１１による物体検出の概要を示す図である。 物体検出装置３による物体検出の概要を示す図である。 本発明に係る物体検出装置５の全体構成を示す図である。 物体検出ユニット５１を配置面Ｐの法線方向から見た図である。 熱感知センサシートＨＳの構成を示す図である。 光センサユニット７１１の構成図である。 投光素子ＬＥ’及び受光素子ＲＥ’の配置図である。 物体検出装置１を産業用ロボット５０の外表面に用いた状態を示す図である。 物体検出装置１を産業用ロボット５０の外表面に用いた状態を示す図である。 物体検出装置１を自動車のバンパーに用いた状態を示す図である。 物体検出装置１を自動ドアに用いた状態を示す図である。 従来の物体検出装置を示す図である。 従来の物体検出装置を示す図である。 従来の物体検出装置を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明していく。

第１ 構成
本発明に係る物体検出装置１の全体構成について図１を用いて説明する。物体検出装置１は、物体検出ユニット１１と制御装置１３とを備えている。物体検出ユニット１１は、光センサユニット１１１、及びタッチパッド１１３を有している。光センサユニット１１１及びタッチパッド１１３は、制御装置１３に接続されている。

１．光センサユニット１１１
光センサユニット１１１の構成について図２に示す平面図を用いて説明する。光センサユニット１１１は、複数の投光素子ＬＥ及び複数の受光素子ＲＥを有している。図２においては、便宜上、投光素子ＬＥを白色で、受光素子ＲＥを黒色で示している。
投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥは、平面状の配置面Ｐ（図４参照）上に配置されている。また、一の投光素子ＬＥと一の受光素子ＲＥとは対をなして、マトリックスＭを形成するように配置されている。なお、マトリックスＭは、互いに直交するｍ×ｎ本の平行線によって形成されている。

光センサユニット１１１は、ｍ×ｎ個の投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥの対を有している。したがって、光センサユニット１１１は、ｍ×ｎ個の投光素子ＬＥ、及び、ｍ×ｎ個の受光素子ＲＥを有している。なお、以下においては、マトリックスＭに配置されている個別の投光素子ＬＥを特定する場合には、「投光素子ＬＥ（ｍ，ｎ）」（ｍ、ｎは自然数）と表記する。また、個別の投光素子ＬＥを特定しない場合には、単に「投光素子ＬＥ」と表記する。受光素子ＲＥについても同様である。

一対の投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥは、対をなす投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとの中心がマトリックスＭの格子点に位置するように配置されている。なお、図２においては、対をなす投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとの中心を、便宜上、白丸を用いて表示している。

図２においては、各投光素子ＬＥ及び各受光素子ＲＥを接続する接続線については記載を省略している。

各投光素子ＬＥの配線の一例を図３Ａに、各受光素子ＲＥの配線の一例を図３Ｂに、それぞれ示す。マトリックス状に配置されている各投光素子ＬＥ及び各受光素子ＲＥは、それぞれ所望の素子を選択できるように配線されている。

なお、各投光素子ＬＥは、目的に応じて、すべて個別に発光できるように、行／列毎に発光できるように、又は全て同時に発光できるように、配線され、かつ、いずれかを選択できるように配線されている。各受光素子ＲＥについても同様である。

これにより、制御の組み合わせで、図２のマトリックスを構成する投光素子ＬＥ（１，１）、受光素子ＲＥ（１，１）から投光素子ＬＥ（ｍ，ｎ）、受光素子ＲＥ（ｍ，ｎ）まで順番にスキャン可能となり、投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとの対のそれぞれから、個別の受光情報を得ることができる。また、このように、光センサユニット１１１を配線によって接続された投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥによって構成することによって、どのような面にも光センサユニット１１１を配置することができる。

投光素子ＬＥには、近赤外ＬＥＤ等を利用することができる。受光素子ＲＥは、フォトトランジスタやフォトダイオード、増幅回路内蔵受光素子等を利用することができる。なお、フォトダイオードを使用する場合は、増幅回路やフィルター回路を、受光素子ＲＥ毎に個別に、又は、マトリックスの行／列毎に、実装しても良い。さらに、増幅回路やフィルター回路を制御装置１３に実装してもよい。

一対の投光素子ＬＥと受光素子ＲＥを図２の矢印ａ２側からみた図を図４に示す。投光素子ＬＥは、配置面Ｐの法線ｎに対して所定の角度θを有する投光方向ｌに向かって検知光を投光する。受光素子ＲＥは、配置面Ｐの法線ｎに対して所定の角度θを有する受光方向ｒから向かってくる検知光の反射光を受光する。角度θは、目的に応じて設定する。

投光素子ＬＥから投光された検知光は、投光方向ｌに存在する物体によって反射する。検知光が物体によって反射された反射光の進行方向が、受光素子ＲＥの受光方向ｒと一致すれば、対応する受光素子ＲＥによって、反射光が受光される。

２．タッチパッド１１３
図４に示すように、タッチパッド１１３は、配置面Ｐに沿って、配置面Ｐの下に配置される。タッチパッド１１３は、入力面周辺に位置する人の手等の物体によって形成される静電容量の変化によって、人等の物体の存在の有無やその動きを検出する。なお、物体検出装置１におけるタッチパッド１１３では、タッチパッド１１３の入力面から約３ｃｍの領域に物体が存在する場合に、その物体によってもたらされる静電容量の変化を検出する。

３．制御装置１３
制御装置１３の構成について図５を用いて説明する。制御装置１３は、光センサユニット１１１のマトリックス状に配置された各投光素子ＬＥから所定の投光素子ＬＥを選択し、検知光を投光させるための投光素子用デコーダ１３１、マトリックス状に配置されている各受光素子ＲＥから所定の受光素子ＲＥを選択し、反射光を受光させる受光素子用デコーダ１３３、複数の投光素子ＬＥから所望の一の投光素子ＬＥから検知光を投光する時期及び複数の受光素子ＲＥから所望の一の受光素子ＲＥにおいて反射光を検出する時期を調整する調整回路１３５、受光素子ＲＥからの出力信号を取得する信号取得回路１３７、及び、検知光を投光している投光素子ＬＥと反射光を受光した受光素子ＲＥの組み合わせから物体までの距離や物体の位置を算出する解析回路１３９を有している。なお、信号取得回路１３７は、必要に応じて信号増幅回路やフィルター回路を有する。

第２ 物体検出
次に、物体検出装置１による物体の三次元位置検出を可能とする手段を図６を用いて説明する。図４における角度θは、意図する角度とする。まず、投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ）が検知光を投光しているとする。このときに、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ）、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋１）、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋２）、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋３）を、順次、作動させる。

例えば、投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ）が検知光を投光しているときに、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋３）が反射光を受光したとすると、物体が位置ｃ４付近にあると判断できる。投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ）から投光方向ｌ１に向かって投光された検知光が、位置ｃ４付近に存在する物体によって反射され、その反射光が受光方向ｒ４に向かって進行し、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋３）によって受光されたと考えられるからである。

同様に、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ）が反射光を受光したとすると、物体が位置ｃ１付近にあると判断できる。また、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋１）が反射光を受光したとすると、物体が位置ｃ２付近にあると判断できる。さらに、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋２）が反射光を受光したとすると、物体が位置ｃ３付近にあると判断できる。

投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ＋１）が検知光を投光し、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋１）、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋２）、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋３）が反射光を受光した場合、それぞれ、物体が位置ｃ５、ｃ６、ｃ７にあると判断できる。また、投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ＋２）が検知光を投光し、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋２）、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋３）が反射光を受光した場合、それぞれ、物体が位置ｃ８、ｃ９にあると判断できる。さらに、投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ＋３）が検知光を投光し、受光素子ＲＥ（ｓ，ｔ＋３）が反射光を受光した場合、それぞれ、物体が位置ｃ１０にあると判断できる。

ここで、一対の投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとの間隔を２ａ、隣接する投光素子ＬＥと受光素子ＲＥの対との中心間距離を２ｂ、配置面Ｐから投光素子ＬＥが検知光を投光する位置までの距離をｄとすると、配置面Ｐから位置ｃ１までの距離Ｘ１は、（ａ／ｔａｎθ）＋ｄとなる。同様に、配置面Ｐから位置ｃ２までの距離Ｘ２は、（ａ／ｔａｎθ）＋（ｂ／ｔａｎθ）＋ｄとなる。さらに、配置面Ｐから位置ｃ３までの距離Ｘ３は、（ａ／ｔａｎθ）＋２（ｂ／ｔａｎθ）＋ｄとなる。さらに、配置面Ｐから位置ｃ４までの距離Ｘ４は、（ａ／ｔａｎθ）＋３（ｂ／ｔａｎθ）＋ｄとなる。

タッチパッド１３３は、配置面Ｐからｄまでの距離に存在する物体を検知する。また、配置面Ｐ上に物体が存在するか否か、例えば、配置面Ｐに物体が接触したか否かを検知する。

このように、物体検出装置１は、単に物体の存在を検出するだけでなく、物体までの距離及び位置を検出することもできる。図４の角度θは、必要とする距離に合わせて設定出来る。また、異なる検知領域を有する光センサユニット１１１とタッチパッド１３３を組み合わせることによって、光センサユニット１１１による検知ができなくとも、タッチパッド１３３による検知を行うことができるので、物体検出装置１のシステムとしての冗長性を高めることができる。また、光センサユニット１１１によっては検知ができない領域をタッチパッド１３３によって検知するので、より広い検知領域を得ることができる。

前述の実施例１に係る物体検出装置１では、配置面Ｐは平面形状を有していた。本実施例に係る物体検出装置３では、配置面Ｐは断面環状の筒形状を有している。なお、以下の説明においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同じ符号をし、その詳細な説明を省略する。

第１ 構成
本発明に係る物体検出装置３の全体構成は、実施例１と同様である。物体検出装置３は、物体検出ユニット１１及び制御装置１３を有している。物体検出ユニット１１は、光センサユニット１１１及びタッチパッド１１３を有している。光センサユニット１１１及びタッチパッド１１３は、制御装置１３と接続されている。

ただし、光センサユニット１１１は、平面状の配置面Ｐを有するのではなく、平面状の配置面Ｐの両端縁を接続した円筒状の配置面Ｐを有している。このように、円筒状の配置面Ｐを有する場合としては、光センサユニット１１１を円筒状の物体に巻き付けるように配置した場合がある。

物体検出ユニット１１を本実施例のような円筒状を含む３次元曲面にフィットして実装させるためには、基板が変形出来るように、光センサユニットを配置する電子基板を各ユニットあるいは行・列毎に分割してコネクタ接続するか、あるいは柔軟性を有するフレキ基板、リジッドフレキ基板などを用いる。また柔軟性を有する物体検出ユニットを目的とする３次元曲面にフィットさせるべくガイドやケースを組み合わせてもよい。

光センサユニット１１１を所定の円筒状の物体Ｂに巻き付けたときの、配置面Ｐの法線に垂直な面での断面図を図７に示す。図７においては、１２対の投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥを物体Ｂの表面に均等に配置している。なお、図７においては、物体Ｂの断面の記述は省略している。

このとき、投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ）から投光した検知光によって、位置ｃ１１、位置ｃ１２、位置ｃ１３、位置ｃ１４に存在する物体を検出することができる。同様に、投光素子ＬＥ（ｓ，ｔ＋１）から投光した検知光によって、位置ｃ１５、位置ｃ１６、位置ｃ１７、位置ｃ１８に存在する物体を検出することができる。その他の投光素子ＬＥについても同様である。

図３に示すように平面状の配置面Ｐを有する光センサユニット１１１を用いて物体を検出する場合、マトリックスＭの端部の周縁領域ＡＲでは、物体を検出することができない。その一方、図７から明らかなように、平面状の配置面Ｐの両端縁を接続して円筒状の配置面Ｐを形成することによって、円筒状の物体Ｂの全ての周縁に存在する物体を検出することができるようになる。

また、柔軟性を有するタッチパッド１１３を用いて、タッチパッド１１３の両端縁を接続することによって、さらに、タッチパッド１１３に物体が接触した場合等、物体の検知範囲を広げることができる。

前述の実施例１に係る物体検出装置１は、配置面Ｐの下にタッチパッドを有していた。本実施例に係る物体検出装置５は、配置面Ｐの下に熱感知センサを有している。なお、以下の説明においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同じ符号をし、その詳細な説明を省略する。

第１ 構成
本発明に係る物体検出装置５の全体構成について図８を用いて説明する。物体検出装置５は、物体検出ユニット５１及び制御装置１３を有している。物体検出ユニット５１は、光センサユニット１１１及び熱感知センサ３１３を有している。光センサユニット１１１及び熱感知センサ３１３は、制御装置１３と接続されている。図９に示すように、熱感知センサ３１３は、光センサユニット１１１の投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥが配置される位置とは異なる位置に配置される。これにより、投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥによって、熱感知センサ３１３が機能しないことを防止することができる。図９においては、熱感知センサ３１３は、光センサユニット１１１の投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥのが配置される位置に対して中間の位置に配置されている。

熱感知センサ３１３を光センサユニット１１１の配置面Ｐの下に簡単に配置する方法としては、図１０に示すような平面状のシートに熱感知センサ３１３がマトリックス状に配置されている熱感知センサシートＨＳを用いる。あるいは光センサユニット１１１を二次元配置している間のスペースに熱感知センサ３１３を実装する方法でもよく、この場合は光センサユニット１１１のようにシート面から突出するセンサを利用出来る。

熱感知センサＨＳは、赤外線を検知するセンサである。人は発熱体であることから、赤外線を発しているので、熱感知センサＨＳは、人検出センサとして機能する。したがって、例えば、産業用ロボットの表面に物体検出装置５を配置することによって、産業用ロボットの周縁に人がどのくらいの距離でどの位置に存在するのかを検出することができる。よって、産業用ロボットに物体検出装置５を用いることによって、人に対する安全性をより高めることが可能となる。
また光センサユニット１１１をハンド部など先端に設けた場合、人が持っているものかどうかを熱感知センサＨＳで認識することが可能となり、人とロボットの連係動作などの協業を可能にする。別方式のセンサを組み込むことによりシステムとしての冗長性を高めることにもなる。

前述の実施例１に係る物体検出装置１では、投光素子ＬＥは配置面Ｐの法線に対して所定の角度θの投光方向ｌに向かって検知光を投光し、受光素子ＲＥは配置面Ｐの法線に対して所定の角度θの受光方向ｒから向かってくる反射光を受光していた。本実施例に係る物体検出装置７では、投光方向ｌ及び受光方向ｒは、配置面Ｐの法線方向と同じである。なお、以下の説明においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同じ符号をし、その詳細な説明を省略する。

１．光センサユニット７１１
光センサユニット７１１の構成について図１１に示す平面図を用いて説明する。光センサユニット７１１は、複数の投光素子ＬＥ及び複数の受光素子ＲＥを有している。図１１においては、便宜上、投光素子ＬＥを白色で、受光素子ＲＥを黒色で示している。
投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥは、平面状の配置面Ｐ上に配置されている。光センサユニット７１１は、実施例１における光センサユニット１１１と同様に、一の投光素子ＬＥと一の受光素子ＲＥとが対をなして、マトリックスＭを形成するように配置されている。なお、マトリックスＭは、互いに直交するｍ×ｎ本の平行線によって形成されている。

但し、光センサユニット７１１における一対の投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとの間の距離は、光センサユニット１１１における距離よりも近い。光センサユニット７１１では、一対の投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとは、ほぼ隣接するように配置される。

図１１においては、各投光素子ＬＥ及び各受光素子ＲＥを接続する接続線については記載を省略している。

一対の投光素子ＬＥと受光素子ＲＥを図１１の矢印ａ４側からみた図を図１２に示す。投光素子ＬＥは、配置面Ｐの法線ｎと平行な投光方向ｌに向かって検知光を投光する。受光素子ＲＥは、配置面Ｐの法線ｎと平行な受光方向ｒから向かってくる検知光の反射光を受光する。

このように構成した上で、マトリックスを構成する投光素子ＬＥ（１，１）、受光素子ＲＥ（１，１）から順番に投光素子ＬＥ（ｍ，ｎ）、受光素子ＲＥ（ｍ，ｎ）までスキャンする。今、仮に受光素子ＲＥ（１，１）が投光素子ＬＥ（１，１）からの反射光を受光したとすると、物体は（１，１）の位置（左上）にあると判断できる。同様に、ＲＥ（ｍ，ｎ）がＬＥ（ｍ，ｎ）からの反射光を受光したとすると、物体は（ｍ，ｎ）の位置（右下）にあると判断できる。このようにＸＹの２次元マトリックス上で得られた各受光素子ＲＥによる検知情報から、各座標における検出体の有無そして検出体の位置を求めることができる。

また、仮に、受光素子ＲＥ（１，１）が受光し、受光素子ＲＥ（２，１）が受光せず、さらに受光素子ＲＥ（３，１）が受光する場合等、受光した受光素子ＲＥの間に非受光の受光素子ＲＥが存在する場合、つまり独立した複数の受光素子ＲＥで受光した場合は、物体が複数あると判断することができる。

また、仮に、受光素子ＲＥ（１，１）から受光素子ＲＥ（３，３）までの９つの受光素子ＲＥがすべて反射光を受光した場合は、その９つのＸまたはＹ方向のベクトル平均を演算することでマトリクス内における検出体の中心位置、すなわち重心を求めることが出来る。この場合の重心位置は（２，２）となる。

なお、図４におけるθを変化させることによって、投光素子ＬＥと受光素子ＲＥの光軸が変化させた角度分だけずれる。これにより、配置面から、投光素子ＬＥ、受光素子ＲＥのそれぞれの光軸の交点までの距離を調整することができる。よって、特定距離を超えた場所に物体があっても検知しないようにすることもできる。例えば、より遠くに存在する鏡面など極めて反射率が高い物体による誤動作を防止することができる。

このように、光センサユニット７１１では、一の投光素子ＬＥから投光された検知光の反射光を一の受光素子ＲＥによって受光するので、物体の存在を検知すると共に、マトリックスＭのどの位置で検知されたかを判断することによって、物体の２次元上の位置、重心位置、物体の数量などを検知・認識することができる。

物体検出装置１を配置した状態を図１３〜図１６に示す。図１３は、物体検出装置１を産業用ロボットの外表面に配置した状態を示している。産業用ロボット５０は、７軸の可動軸を有するロボットである。産業用ロボット５０は、アームＡＭ１〜ＡＭ７、可動回転ジョイントＪ１〜Ｊ１３、土台Ｂ１、及びハンドＨ１を有している。アームＡＭ１〜ＡＭ７、ハンドＨ１の各外周面を配置面として物体検出装置１が配置されている。また、土台Ｂ１の外周面を配置面として物体検出装置３が配置されている。

アームＡＭ１〜ＡＭ７のように、物体検出装置１は、配置面Ｐの形状にかかわらず、いずれの場所にも配置することができる。物体検出装置１を産業用ロボットの外表面に配置することによって、産業用ロボットの周辺に人等の物体を検出したときに、ロボットを緊急停止させることが可能なる。よって、産業用ロボットの安全性を高めることができる。

また、土台Ｂ１のように、産業用ロボットの面形状によっては、物体検出装置３を配置することもできる。これにより、ロボットの全周縁で人等の物体を検出することができるので、産業用ロボットの安全性を高めることができる。

また、産業用ロボット５０の外表面に物体検出装置１を配置する場合、産業用ロボットの形状を示す位置情報を算出し、動的に不感帯エリアを設定する上位制御装置を物体検出装置１に配置するようにしてもよい。不感帯エリアとは、物体検出装置１の物体を検出できる領域のうち、意図的に物体を検出しない領域、又は、物体を検出したとしても、検出していないように扱う領域をいう。

不感帯エリアについて、図１３におけるアームＡＭ５に配置されている物体検出装置１を例に図１４を用いて説明する。アームＡＭ５とアームＡＭ３とが形成する角度が所定の角度より小さくなると、アームＡＭ５の外周面Ｐ１を配置面とする物体検出装置１が物体を検出できる領域ＳＲ１の一部が、アーム３の一部と重なることとなる。このように、物体検出装置１が物体を検出できる領域ＳＲ１のうちアーム３の一部と重なる領域を不感帯エリアとする。

上位制御装置は、土台Ｂ１、アームＡＭ１〜ＡＭ９、ハンドＨ１等の形状の基準位置における３次元データを基準位置情報として有している。また、上位制御装置は、ジョイントＪ１〜Ｊ１１に配置されている角度センサから、アームＡＭ１〜ＡＭ９等の回転角等を回転角度情報として取得する。そして、上位制御装置は、基準位置情報及び回転角度情報から、土台Ｂ１、アームＡＭ１〜ＡＭ９、ハンドＨ１等の形状の回転後の位置における３次元データを算出する。さらに、上位制御装置は、土台Ｂ１、アームＡＭ１〜ＡＭ９、ハンドＨ１等の形状の回転後の位置における３次元データから、所定の物体検出装置における物体を検出できる領域の回転後の３次元データを算出する。なお、上位制御装置は、予め、所定の物体検出装置における物体を検出できる領域の基準位置の３次元データを有している。上位制御装置は、アームＡＭ１〜ＡＭ９、ハンドＨ１等の形状の回転後の位置における３次元データ、及び、所定の物体検出装置における物体を検出できる領域の回転後の３次元データから、互いに重なる領域を算出し、不感帯エリアとして設定する。上位制御装置は、設定した不感帯エリアにおいて物体が検出されたとしても、検出すべき物体とは判断しない。これにより、物体検出装置によって検出したものが、産業ロボット５０のアームＡＭ１〜ＡＭ９なのか、あるいは検出すべき近接物体なのかをリアルタイムで正しく認識し、そのまま動作を継続してよいか、又は停止／回避のための処理をさせるか等の動作を、都度、判断することが可能となる。

また、産業用ロボット５０に配置する各物体検出装置１または物体検出装置３を、ＣＡＮやイーサネット（登録商標）等の有線ネットワーク、又は所定の無線ネットワークによって接続するようにしてもよい。各アームに配置した物体検出装置１又は物体検出装置３での検知情報を統合することよって、複雑に変化する産業用ロボット５０のアームＡＭ１〜ＡＭ９においてもどの位置で近接物体を検出したかを判断することが可能となる。

また、図１５は、物体検出装置１を自動車のバンパーに配置した状態を示している。自動車のバンパーの前面に物体検出装置１を配置することによって、自動車の安全性を高めることができる。

さらに、図１６は、物体検出装置１を左右に開閉する自動ドアの対向する端面に配置した状態を示している。これにより、自動ドアの開閉の際に、通過しようとする人等の物体を検出することができるので、自動ドアの安全性を高めることができる。

［その他の実施例］
（１）投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥの配置位置 ： 前述の実施例１においては、投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥは、対を形成して、マトリックスＭの各交点に配置されるとしたが、投光素子ＬＥが投光した検知光の反射光を受光できる受光素子ＲＥの位置であれば例示のものに限定されない。例えば、所定の領域については、投光素子ＬＥのみを配置したり、受光素子ＲＥのみを配置するようにしてもよい。

（２）投光素子ＬＥと受光素子ＲＥとの対 ： 前述の実施例１においては、一の投光素子ＬＥと一の受光素子ＲＥとが対を形成するとしたが、一の投光素子ＬＥと複数の受光素子ＲＥとによって対を形成するようにしてもよい。

（３）投光素子ＬＥの投光時期と受光素子ＲＥとの受光時期 ： 前述の実施例１においては、一の投光手段ＬＥからの検知光の投光に対して、複数の受光手段ＲＥにおいて、順次、反射光を受光するように、投光時期と受光時期とを制御しているが、例示のものに限定されない。例えば、一の投光手段ＬＥからの検知光の投光に対して、所定の複数の受光手段ＲＥにおいて、同時に、反射光を受光するように、投光時期と受光時期とを制御するようにしてもよい。

（４）投光方向ｌ、受光方向ｒ ： 前述の実施例１においては、投光方向ｌと受光方向ｒとは、共に配置面Ｐの法線ｎに対して角度θを有するとしたが、配置面Ｐの法線ｎに対して互いにことなる角度α、βを有するようにしてもよい。

（５）タッチパッド１１３ ： 前述の実施例１においてはタッチパッド１１３は指と所定の電極との間に形成される静電容量の変化によって、物体を検出するとしたが、タッチパッド１１３の入力面にかかる圧力によって、物体を検出するようにしてもよい。

また、タッチパッド１１３を設けないようにしてもよい。

（６）熱感知センサ３１３ ： 前述の実施例３においては、熱感知センサ３１３は熱感知センサシートＨＳを用いて配置することとしたが、熱感知センサ３１３を配置できる方法であれば例示のものに限定されない。例えば、熱感知センサ３１３を直接所定の位置に配置するようにしてもよい。

（７）金属検知センサ ： 前述の実施例３においては、物体検出ユニット５１は、光センサユニット１１１及び熱感知センサ３１３を有しているとしたが、熱感知センサ３１３に代えて、金属検知センサを有するようにしてもよい。これにより、センサを取り付けたロボットや移動体に近接する物体が金属か否かを判別することができる。よって、ロボットハンドが物体に近づいた時に、それが金属物体か否かで操作対象物か否かを判断するような処理を行わせることが可能となる。

（８）物体検出ユニット１１ ： 平面のみ使用する場合は平面の電子基板に各ユニットを配置するように構成してもよい。また前述の実施例２においても記載したように、円筒状を含む３次元曲面にフィットして実装させるためには基板が変形出来るように、光センサユニットを配置する電子基板を各ユニットあるいは行・列毎に分割してコネクタ接続するか、あるいは柔軟性を有するフレキ基板、リジッドフレキ基板などを用いてもよい。また、柔軟性を有する物体検出ユニットを目的とする３次元曲面にフィットさせるべくガイドやケースを組み合わせてもよい。

（９）投光素子ＬＥ及び受光素子ＲＥ ： 各素子は様々な光学的な方法を選択出来る。一般的な砲弾型のパッケージ品、あるいは表面実装品、あるいはホトリフレクターの様な投光素子と受光素子を組み合わせたものを基板に実装してそのままセンサとして使用することも出来る。また、必要に応じてレンズなどの光学部品を組み合わせて指向角や検出距離の調整を行う事も出来る。さらに、反射型ＬＥＤのように素子そのものが強い指向角を有しているものを使用してもよい。距離が必要な場合は投光素子として半導体レーザー素子を使用してもよい。さらに、導光板などの導光用光学素子を組み合わせて、１つの素子から複数の発光部あるいは受光部を構成してもよい。

（１０）制御装置１３ ： 前述の実施例１においては、ＸＹマトリクスで得られた検知情報から、各座標における検出体の有無や、複数体の検出、マトリクス内における検知ポイントの平均値演算や重心を求めることとした。さらに、時系列の情報を組み合わせることでマトリクス内での移動方向や移動速度・加速度を算出することもできる。これにより、ロボットに近接する物体の方向や速度を求め、ロボットが避ける方向等をより正確に求めることが可能になる。

本発明に係る物体検出装置は、例えば、産業用ロボットの可動範囲内における人の有無を検出し、可動範囲内に人が存在することを検知すると動作の緊急停止を行う安全センサとして利用できる。

１・・・・・物体検出装置
１１・・・・・物体検出ユニット
１３・・・・・制御装置
１１１・・・・・光センサユニット
ＬＥ・・・・・投光素子
ＲＥ・・・・・受光素子
Ｐ・・・・・配置面
１１３・・・・・タッチパッド
３・・・・・物体検出装置
３１３・・・・・熱感知センサ
５・・・・・物体検出装置
５１・・・・・物体検出ユニット
７・・・・・物体検出装置
７１・・・・・物体検出ユニット
７１１・・・・・光センサユニット

Claims (13)

1. 所定の配置面に配置される投光手段であって、前記配置面の法線に対して前記法線に対して平行となる角度を除く所定の角度を有する投光方向に向かって検知光を投光し、マトリックス状に前記配置面に複数配置されている投光手段、
   前記配置面に配置される受光手段であって、前記配置面の法線に対して前記法線に対して平行となる角度を除く所定の角度を有する受光方向から向かってくる前記検知光の反射光を受光し、一の前記投光手段と対をなして、マトリックス状に前記配置面に複数配置されている受光手段、
   どの前記投光手段が発光した前記検知光を、どの前記受光手段が受光したのかを識別する検知情報を生成する投光スキャン手段あるいは／かつ受光スキャン手段、
   得られた前記検知情報から物体の位置情報や重心位置情報、あるいは／かつ、数量情報を求める演算手段、
   を有する物体検出装置。
2. 請求項１に係る物体検出装置のいずれかにおいて、
   前記配置面は、さらに、
   変形可能であること、
   を特徴とする物体検出装置。
3. 請求項２に係る物体検出装置において、
   前記配置面は、
   前記マトリックスの行毎又は列毎に分割されていること、
   を特徴とする物体検出装置。
4. 請求項２に係る物体検出装置において、
   前記配置面は、
   フレキシブル基板により構成されていること、
   を特徴とする物体検出装置。
5. 請求項１〜請求項４に係る物体検出装置のいずれかにおいて、
   前記配置面は、さらに、
   前記法線方向の断面が環状であること、
   を特徴とする物体検出装置。
6. 請求項１〜請求項５に係る物体検出装置のいずれかにおいて、さらに、
   前記投光手段から前記検知光を投光する投光時期と、前記受光手段で前記反射光を受光する受光時期とを制御する制御手段、
   を有し、
   前記制御手段は、
   一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して複数の前記受光手段での前記反射光の受光を行うように、又は、複数の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して一の前記受光手段での前記反射光の受光を行うように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、
   を特徴とする物体検出装置。
7. 請求項６に係る物体検出装置において、
   前記制御手段は、さらに、
   一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して複数の前記受光手段において同時に前記反射光を受光するように、又は、複数の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して同時に一の前記受光手段での前記反射光の受光を行うように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、
   を特徴とする物体検出装置。
8. 請求項６に係る物体検出装置において、
   前記制御手段は、さらに、
   一の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して複数の前記受光手段において順次前記反射光を受光するように、又は、複数の前記投光手段からの前記検知光の投光に対して順次一の前記受光手段での前記反射光の受光を行うように、前記投光時期と前記受光時期とを制御すること、
   を特徴とする物体検出装置。
9. 請求項１〜請求項８に係る物体検出装置のいずれかにおいて、さらに、
   前記配置面に沿って配置されるタッチパッド、
   を有する物体検出装置。
10. 請求項１〜請求項８に係る物体検出装置のいずれかにおいて、
    前記配置面に沿って配置される熱感知センサ、
    を有する物体検出装置。
11. 請求項１〜請求項８に係る物体検出装置のいずれかにおいて、
    前記配置面に沿って配置される金属検知センサ、
    を有する物体検出装置。
12. 請求項１〜請求項１１に係る物体検出装置のいずれかにおいて、
    情報を送受信するネットワーク手段、
    を有する物体検出装置。
13. 請求項１〜請求項１２に係る物体検出装置のいずれかにおいて、
    前記投光手段又は前記受光手段を配置する被配置物体の所定の外形形状の基準位置での基準外形形状情報、前記被配置物体の前記所定の外形の移動後の移動後外形径情報、及び、前記投光手段及び前記受光手段により検出された物体の検出位置を用いて、前記物体を検出すべき物体か否かを判断する上位制御手段、
    を有する物体検出装置。

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