(57)【要約】【課題】簡便な動作でアクティブに角度検出が可能な光学式角度検出装置を提供する。【解決手段】、光学測距ユニット１は、光軸方向に光束を投光する投光部２と、光軸と対象物２０の平面部が交差する測定部位から反射した光束を受光して測定部位までの距離を表す測距用信号を出力する受光部３とを有する。又光軸偏向部を具備しており、光軸を第１の方位と第２の方位との間で偏向し、これにより第１の測定部位Ａと第２の測定部位Ｂとの間で切り替え、以って光学測距ユニット１から、第１の測定部位Ａに対応した第１の測距用信号と第２の測定部位Ｂに対応した第２の測距信号とを出力させる。制御部は、第１及び第２の測距用信号に基づき、第１の測定部位Ａ及び第２の測定部位Ｂまでの距離を求め、これに基づいて平面部の傾斜角を算出する。【選択図】図１
2006242833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部を有する対象物に対向配置された一個の光学測距ユニットと、該光学測距ユニットから該対象物の平面部に指向する光軸を第１の方位と第２の方位とで偏向可能な光軸偏向部と、該光学測距ユニット及び該光軸偏向部を制御して該対象物の平面部の傾斜角を測定する制御部とを備えた光学式角度検出装置であって、
前記光学測距ユニットは、光軸方向に光束を投光する投光部と、該光軸と該平面部が交差する測定部位から反射した光束を受光して該測定部位までの距離を表す測距用信号を出力する受光部とを有し、
前記光軸偏向部は、該光軸を第１の方位と第２の方位との間で偏向し、これにより該測定部位を第１の測定部位と第２の測定部位との間で切り替え、以って該光学測距ユニットから、該第１の測定部位に対応した第１の測距用信号と第２の測定部位に対応した第２の測距信号とを出力させ、
前記制御部は、該第１及び第２の測距用信号に基づき、第１の測定部位及び第２の測定部位までの距離を求め、これに基づいて該平面部の傾斜角を算出することを特徴とする光学式角度検出装置。
【請求項２】
前記光軸偏向部は回動可能に搭載されたミラー部材を含み、前記ミラー部材は固定された該投光部が投光する光束の光路及び同じく固定された該受光部が受光する光束の光路に配され、該制御部の制御に応じて回動することで該光軸を第１の方位と第２の方位に偏向することを特徴とする請求項１記載の光学式角度検出装置。
【請求項３】
前記光学測距ユニットの受光部は、該対象物から反射した光束のスポットを受光するため、該光軸に直交する基線方向に配された受光面を有し、該受光面上における光スポットの位置に応じた測距用信号を出力することを特徴とする請求項１記載の光学式角度検出装置。
【請求項４】
前記光学測距ユニットはプロジェクタに組み込まれており、前記制御部は該プロジェクタが画面を投影するスクリーンを対象物としその平面部の傾斜角を測定することを特徴とする請求項１記載の光学式角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の平面部の傾斜角を光学的に測定する光学式角度検出装置に関する。係る光学式角度検出装置は、例えば液晶プロジェクタのスクリーンの傾きを検出して、投影画面の台形歪を補正する為に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
一般に液晶プロジェクタなどで拡大投射する場合、スクリーンの正面、すなわちスクリーン面の法線方向から投射した時は、投影画面は歪もなく表示される。一方、スクリーン面の法線方向からずれて投射した時は、画面が歪んで表示される。この様な歪を一般的に台形歪と呼ぶ。この台形歪を映像信号処理により補正する方式が知られている。すなわち、映像信号のデジタル処理を行ない、映像自体に逆の歪を持たせることで台形歪を打ち消す方式である。その際、スクリーンの傾斜角を検出し、これに基づいて台形歪の補正を自動的に行なう方式が報告されており、例えば以下の特許文献１〜４に記載がある。
【特許文献１】特開２００３−２８００８９
【特許文献２】特開２００３−２８３９６３
【特許文献３】特開２００４−０９３２７５
【特許文献４】特開２００４−１３４９０８
【０００３】
引用文献３に開示された角度検出装置は、ライン型パッシブ測距ユニットを用いてプロジェクタ用スクリーンの傾斜角を検出している。ライン型パッシブ測距ユニットを用いて複数方向の測距演算を行なうことにより、測定精度を高めている。例えば、５つの方向で測距するライン型パッシブ測距ユニットの測距結果に基づき、スクリーンとプロジェクタとの相対的な水平方向の傾斜角を４つ算出してその平均値を求めている。
【０００４】
特許文献４に開示された角度検出装置を図１６〜図１９に基づき簡単に説明する。この従来の角度検出装置は超音波センサ１００を用いており、図１６にその反射特性を示す。図１６の（１）は、超音波センサ１００がスクリーン２０に対し垂直方向（法線方向）に向いている場合を示す。この時、超音波センサ１００より送信される超音波はスクリーン２０に対し垂直に反射して戻って来る。図１６の（２）は超音波センサ１００がスクリーン２０に対し若干角度を持っている場合を示す。この時、超音波センサ１００より送信される超音波はスクリーン２０に対して入射角が若干ある為、超音波センサ１００に戻って来る反射波の量は減ってくる。図１６の（３）も（２）と同様で、（２）より更に角度が付く為、超音波センサ１００に戻って来る超音波の量も更に減る。
【０００５】
これらの関係を示したのが図１７である。図１７の横軸は超音波センサ１００の回転角度を表し、縦軸は超音波反射波レベルを表している。超音波センサ１００がスクリーン２０に対し垂直方向に向いている時の回転角度を０度として基準にすると、図１７の様に超音波反射波レベルは回転角度０度を中心に放物線状の曲線となる。この図から分かる様に超音波センサ１００がスクリーン２０に対し垂直な場合が最も超音波反射波レベルが大きくなる。
【０００６】
この特性を応用して、プロジェクタ１０とスクリーン２０の相対的な角度を検出しており、図１８にその概要を示す。図示する様に、プロジェクタ１０とスクリーン２０が相対的に角度θだけ傾斜していると、超音波センサ１００がプロジェクタ１０に対し角度θだけ回転した際に、超音波センサ１００はスクリーン２０に対して垂直方向に向いていることになる。
【０００７】
その際の超音波センサ１００の回転角度と超音波反射波レベルの関係は図１９の様になり、超音波センサ１００の回転角度がθの時に超音波反射波レベルが最大になる。このことから、超音波センサ１００の超音波反射波レベルが最大になる回転角度を求めることで、プロジェクタ１０とスクリーン２０の相対的な角度を検出することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に開示されたライン型パッシブ測距ユニットを用いる方式は、回路構成や演算内容が複雑になり、コスト高になるという問題がある。又、パッシブ型の測距ユニットを用いると、測定対象物が明るく且つコントラストがなければ、測距ができない。スクリーンの傾斜角を測定する場合、プロジェクタの光源ランプが点灯してからでないと、角度検出ができないことになり、使い勝手の上で問題となる。
【０００９】
又特許文献４に記載された方式は、反射波のピークを検出する為、超音波センサを回転中常に演算制御部を動作状態に置かなければならない。特許文献４の方式では、センサの回転中に検出される反射波レベルを全て取り込み、その最大値を演算するなど、極めて複雑且つ高精度な動作が必要となり、問題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は簡便な動作でアクティブに角度検出が可能な光学式角度検出装置を提供することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明は、平面部を有する対象物に対向配置された一個の光学測距ユニットと、該光学測距ユニットから該対象物の平面部に指向する光軸を第１の方位と第２の方位とで偏向可能な光軸偏向部と、該光学測距ユニット及び該光軸偏向部を制御して該対象物の平面部の傾斜角を測定する制御部とを備えた光学式角度検出装置であって、前記光学測距ユニットは、光軸方向に光束を投光する投光部と、該光軸と該平面部が交差する測定部位から反射した光束を受光して該測定部位までの距離を表す測距用信号を出力する受光部とを有し、前記光軸偏向部は、該光軸を第１の方位と第２の方位との間で偏向し、これにより該測定部位を第１の測定部位と第２の測定部位との間で切り替え、以って該光学測距ユニットから、該第１の測定部位に対応した第１の測距用信号と第２の測定部位に対応した第２の測距信号とを出力させ、  前記制御部は、該第１及び第２の測距用信号に基づき、第１の測定部位及び第２の測定部位までの距離を求め、これに基づいて該平面部の傾斜角を算出することを特徴とする。
【００１１】
好ましくは前記光軸偏向部は回動可能に搭載されたミラー部材を含み、前記ミラー部材は固定された該投光部が投光する光束の光路及び同じく固定された該受光部が受光する光束の光路に配され、該制御部の制御に応じて回動することで該光軸を第１の方位と第２の方位に偏向する。又前記光学測距ユニットの受光部は、該対象物から反射した光束のスポットを受光するため、該光軸に直交する基線方向に配された受光面を有し、該受光面上における光スポットの位置に応じた測距用信号を出力する。更に前記光学測距ユニットはプロジェクタに組み込まれており、前記制御部は該プロジェクタが画面を投影するスクリーンを対象物としその平面部の傾斜角を測定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学式角度検出装置は投光部と受光部とを備えたアクティブ光学測距ユニットを用いている。この光学測距ユニットは測定部位から反射した光束を受光して測距部位までの距離を表わす測距信号を出力する。本発明は光学測距ユニットの光軸を切り替える為の光軸偏向部を備えており、測定部位を二箇所で切り替えている。二箇所の測定部位でそれぞれ得られた測距用信号に基づき、対象物の平面部の傾斜角を算出している。この様に投光部を備えたアクティブ測距ユニットを用いるので、例えばプロジェクタに組み込んだ場合など、いつでも必要に応じてスクリーンの傾斜角を測定できる。パッシブ測距ユニットを用いた場合は、光源ランプを点灯してスクリーンに照明を当てた後でないと傾斜角の測定を行なうことができず、時間的な制限がある。又本発明によれば、測距ユニットを連続的に回転させる必要はなく、単に光軸を二箇所切り替えるだけで傾斜角を測定できる。従来の様に、測距ユニットを角度的に掃引しながら反射波のレベルをモニタする必要がなく、構造並びに動作が単純化されている。それにも関わらず、測距ユニットを角度的に掃引して反射波ピークを算出する場合に比べ、寧ろ光軸方位を単純に切り替えて測距を行なった方が高精度の角度検出を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る光学式角度検出装置の基本的な構成を示す斜視図である。本発明の光学式角度検出装置は、基本的に光学測距ユニット１と光軸偏向部と制御部とで構成されている。係る構成の光学式角度検出装置は、例えばプロジェクタ１０に組み込まれる。図示の例では、光学測距ユニット１のみがプロジェクタ１０の正面部に現われており、残りの光軸偏向部と制御部はプロジェクタ１０のケース内に格納されている。
【００１４】
光学測距ユニット１は１個だけ使われており、平面部を有する対象物に対向配置されている。図示の例では、対象物はスクリーン２０である。このスクリーン２０はプロジェクタ１０に対向配置されており、投影レンズ１１から投影される画面がスクリーン２０上に映し出される。光軸偏向部は、光学測距ユニット１からスクリーン２０に指向する光軸を第１の方位と第２の方位とで偏向可能に切り替える。制御部は、光学測距ユニット１及び光軸偏向部を制御してスクリーン２０の傾斜角を測定する。この様にして測定されたスクリーン２０の傾斜角は、例えばプロジェクタに入力した映像信号の台形歪補正に用いられる。
【００１５】
光学測距ユニット１は、光軸方向に光束を投光する投光部２と、光軸とスクリーン２０が交差する測定部位から反射した光束を受光して測定部位までの距離を表わす測距用信号を出力する受光部３とを有する。前述した光軸偏向部は、光軸を第１の方位と第２の方位との間で偏向し、これにより測定部位を第１の測定部位Ａと第２の測定部位Ｂとの間で切り替え、以って光学測距ユニット１から第１の測定部位Ａに対応した第１の測距用信号と第２の測定部位Ｂに対応した第２の測距信号とを出力させる。前述した制御部は、第１及び第２の測距用信号に基づき、第１の測定部位Ａ及び第２の測定部位Ｂまでの距離を各々求め、更に求めた距離の相違に基づいてスクリーン２０の傾斜角を算出する。
【００１６】
光学測距ユニット１を原点Ｏとして三角形ＯＡＢを考えると、上述した測距動作によって辺ＯＡ及びＯＢの長さが求まる。又、頂角ＡＯＢは、第１の光軸方位と第２の光軸方位との間の偏向角であり、制御部において既知である。従って、辺ＡＯ，辺ＢＯ及び頂角ＡＯＢのデータにより、三角形ＡＯＢが確定する。これにより、辺ＡＢと辺ＡＯとの成す角が単純な幾何学的計算により求まる。第１の光軸方位ＡＯは制御部において既知であるので、これと角度ＯＡＢで交差する辺ＡＢの方位が算出できる。辺ＡＢの方位がすなわちスクリーン２０の傾斜角である。図示の例では、辺ＡＢは水平線になっており、スクリーン２０の水平方向の傾斜角を検出している。
【００１７】
図２は、参考例に係る光学式角度検出装置を表わす模式図である。理解を容易にする為、図１に示した本発明の構成と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、一対の光学測距ユニット１Ａ，１Ｂをプロジェクタ１０の正面フレームの両側に設けていることである。一方の光学測距ユニット１Ａで測定部位Ａまでの距離を求め、他方の光学測距ユニット１Ｂで測定部位Ｂまでの距離を求めている。この参考例は、第１の光軸方位と第２の光軸方位が共に固定されており、両者の間で切り替える必要はない。しかしながら、一対の光学測距ユニット１Ａ，１Ｂを用いると、両者の特性が一致していない場合、安定した角度検出を行なうことが困難である。一般に、光学測距ユニットは温度依存性があり、周囲温度によって測距結果に変動が生じる。例えば、一方の光学測距ユニット１Ａの温度特性が正の傾きを有し、他方の光学測距ユニット１Ｂの温度特性に負の傾きがある場合、測距誤差が拡大し、安定した角度検出を行なうことができない。この場合、一対の光学測距ユニット１Ａ，１Ｂの温度特性を考慮した補正演算を行なうことになるが、必ずしも実用的な測定精度を得ることは難しい。これに対し、図１に示した本発明の構成では、単独の光学測距ユニット１の光軸方位を切り替えて測距を行なう為、周囲温度に依存する特性変化の影響は実質的にない。温度特性の影響は複数の測定点で同様に現われることから、演算過程で両者はキャンセルされ結果的に高精度の角度検出を行なうことができる。
【００１８】
図３は、本発明に係る光学式角度検出装置の実施形態を示す模式的な側面図である。前述した様に、光学式角度検出装置は１個の光学測距ユニットと光軸偏向部５と制御部とで構成されている。光学測距ユニットは投光部２と受光部３とからなり、上下に離間して取付地板５４に取り付けられている。投光部２は光束を放射する発光素子２１と光束をスクリーン２０に指向する投光レンズ２２とで構成されている。受光部３はスクリーン２０から反射した投光を集光する集光レンズ３２と、集光された光束を受光して対応する測距用信号を出力する受光素子３１とで構成されている。
【００１９】
投光部２及び受光部３を搭載した取付地板５４は回動地板５２に固定されている。この回動地板５２は支持柱５１を回転軸５３として水平方向に回転可能である。支持柱５１にはモーター５５が取り付けられており、その駆動ピン５６が回動地板５２に形成された開口５７に挿通している。以上に説明した取付地板５４、回動地板５２、モーター５５などで光軸偏向部５が構成されている。
【００２０】
図４は、図３に示した光軸偏向部５の動作説明に供する平面図である。図示する様に、回動地板５２は回転軸５３を中心として左右に回動可能である。これに伴い、取付地板５４に搭載された光学測距ユニットの光軸方位は、第１方位と第２方位との間で切り替わり、これに応じて測定部位がＡ点とＢ点との間で移動する。モーター５５に対する通電で駆動ピン５６が時計方向に回転した時、これと連動して回動地板５２が時計方向に回動し、回転ストッパ５８Ｂに当接して、第２光軸方位が正確に位置出しされる。モーター５５に対する通電を逆方向に切り替えると、駆動ピン５６が反時計方向に回転し、開口５７を介して回動地板５２が反時計方向に回動する。回転ストッパ５８Ａに当接したところで回転が停止し、測定部位Ａに指向する第１光軸方位が正確に位置出し固定される。
【００２１】
図５は、図４に示した光軸偏向部５の動作説明に供するタイミングチャートである。上段にモーター駆動波形を示し、下段に測距制御信号を表わしてある。光軸方位を左側にセットする場合、モーターに正極性の駆動波形を印加し、対応する回転ストッパ５８Ａに当接した時点で、駆動波形のレベルを下げる。これにより、左側の光軸方位が保持固定される。場合によっては、保持固定用にバネ部材を用いることで、モーターに対する保持通電を省くことができる。逆に光軸方位を右側に切り替える場合、モーターに負極性の駆動波形を印加する。対応する回転ストッパ５８Ｂに当接した時点で、駆動波形のレベルを下げる。この様にして、モーターに印加する駆動波形の極性を切り替えることで、光学測距ユニットの光軸方位を左右で切り替えることが可能である。光軸方位が左側もしくは右側に保持固定されている状態で、光学測距ユニットに測距制御信号を供給し、測距動作を実行する。これにより、プロジェクタからスクリーン２０上の測定部位Ａ及び測定部位Ｂまでの距離を正確に求めることができる。
【００２２】
図６は、本発明に係る光学式角度検出装置の他の実施形態を示す模式的なブロック図である。図３及び図４に示した先の実施形態は、測距ユニット自体を回動することで、光軸方位を切り替えていた。これに対し、図６に示した本実施形態は、測距ユニット自体を固定とする一方、ミラー部材を用いて光軸方位を切り替える様にしている。この方式は、より正確に光軸方位を切り替えることが可能である。図示する様に、光軸偏向部６は回動可能に搭載されたミラー部材６１を備えている。このミラー部材６１は固定された投光部２が投光する光束の光路及び同じく固定された受光部３が受光する光束の光路に配され、制御部を構成するマイクロコンピュータ７の制御に応じて回動することで光軸を第１の方位と第２の方位に偏向する。以下、図６を参照して係る構成を有する光学式角度検出装置を具体的に説明する。
【００２３】
光学測距ユニットは投光部２及び受光部３からなり、測距部４を介してマイクロコンピュータ７に接続されている。一方光軸偏向部６はミラー部材６１、ギヤー機構６３、モーター６５及びドライバ６６で構成されている。ドライバ６６はマイクロコンピュータ７の制御に基づきモーター６５を時計方向と反時計方向とで双方向回転する。モーター６５の回転トルクはギヤー機構６３を介してミラー部材６１に伝達され、測距ユニットの光軸方位を左右二方向に切り替える。又、ミラー部材６１の切り替えを制御する為、一対のフォトインタラプタＰＩ１，ＰＩ２が用いられており、マイクロコンピュータ７に接続されている。
【００２４】
図７は、図６に示した光学測距ユニット及び光軸偏向部の具体的な構成例を示しており、正面図と側面図を並べて描いてある。図示する様に、一対の投光部２及び受光部３からなる光学測距ユニットは、樹脂成形品からなる直方体形のユニットフレーム１ｆに格納されている。このユニットフレーム１ｆを利用して光軸偏向部が組み込まれている。具体的には、ミラー部材６１がユニットフレーム１ｆの長手方向に沿って配されており、回動自在に組み付けられている。ユニットフレーム１ｆにはモーター６５とギヤー機構６３も組み付けられている。又、ミラー部材６１の位置を検出するフォトインタラプタＰＩ１，ＰＩ２もユニットフレーム１ｆに組み込まれている。尚、投光部２及び受光部３の光軸はミラー部材６１の反射面に斜行する様に組み付けられている。これは、ミラー部材６１によって切り替えられる光軸方位に所定の仰角を付ける為である。
【００２５】
図８は、ミラー部材６１の切替シーケンスを示すタイミングチャートである。時間軸に沿って、一対のフォトインタラプタＰＩ１，ＰＩ２の出力レベル、モーターの回転状態（ＣＷ，ＣＣＷ）及びミラーの回転位置（左右）の変化を表わしてある。尚ＣＷはモーターの時計方向回転を表わし、ＣＣＷは同じくモーターの反時計方向回転を表わしている。タイミングＴ０で初期セット状態にある。この時通常なら、ミラーは右回転位置にあり、フォトインタラプタＰＩ１はハイレベルにある一方、フォトインタラプタＰＩ２はローレベルである。
【００２６】
タイミングＴ１でモーターが起動し反時計方向ＣＣＷに回転する。これによりミラーは左回転を始め、タイミングＴ２でＰＩ２の出力がローレベルからハイレベルに切り替わる。更に左回転が進みミラーがストッパに度当たりするとタイミングＴ３でフォトインタラプタＰＩ１の出力がローレベルに切り替わる。これに応答してモーターに制動（ブレーキ）が掛かる。この様にして、ミラーが右から左に切り替わると、ＰＩ１の出力がローレベルになるとともにＰＩ２の出力がハイレベルになる。
【００２７】
この後タイミングＴ４でブレーキを解除した後モーターを時計方向ＣＷに回転する。これに合わせタイミングＴ５でフォトインタラプタＰＩ１の出力がローレベルからハイレベルに切り替わり、更にモーターの時計方向回転が進むとミラーの右回転が進行し、タイミングＴ６でストッパに度当たりする。これに応じてモーターにブレーキが掛かる。この結果、タイミングＴ７ではミラーが初期セット状態に戻る。そしてフォトインタラプタＰＩ１のレベルはハイレベルになる一方ＰＩ２の出力はローレベルとなって、初期セット状態と同じになる。
【００２８】
図９は、図６及び図７に示した実施形態の動作説明に供するフローチャートである。尚本実施形態は受光素子としてＰＳＤとＳＰＤを併用している。更にＳＰＤは距離に応じてＳＰＤ−ＬとＳＰＤ−Ｒを使い分けている。（１）のメインルーチンに示す様に、まずステップＳ１でミラーを初期セットする。次にステップＳ２でフォトインタラプタＰＩ１の出力がハイレベル（Ｈ）であるかどうかを判断する。判定結果が否定的（Ｎ）である場合には、直ぐにステップＳ５に進みＰＳＤで測距を行なう。逆にステップＳ２の判定結果が肯定的（Ｙ）である時は、次のステップＳ３に進みフォトインタラプタＰＩ２の出力がハイレベル（Ｈ）であるかどうかを判定する。判定結果がＮの場合にはそのままステップＳ５に進みＰＳＤ測距を行なう。逆に判定結果がＹの場合には、ステップＳ４に分岐しモーターＣＣＷのサブルーチンを起動して、ミラーを左側にセットする。以上の結果、ステップＳ２でＮの場合及びステップＳ３でＹの場合、ミラーは左側にセットされる。逆にステップＳ３でＮの場合、ミラーは右側にセットされた状態にある。
【００２９】
この後ステップＳ５でＰＳＤを用いた測距を行ない、対象物上の一方の測定点までの距離を求める。ステップＳ５の測距は予備的なものであり、この為に測距レンジの広いＰＳＤを用いている。続いてステップＳ６で測距結果が１ｍ未満であるか否かを判定する。判定結果がＹの場合にはステップＳ７で至近距離の為測距不可として、その旨のフラグを立てた上でメインルーチンを終了する。一方ステップＳ６の判定結果がＮの場合には、ステップＳ８に進みＰＳＤ測距結果が２ｍ未満であるか否かを判定する。判定結果がＹの場合にはＳＰＤ−Ｌを用いて本測距を行なう。尚ＳＰＤ−Ｌは１ｍ〜２ｍの間に調整された測距レンジを持っている。逆にステップＳ８の判定結果がＮの場合にはステップＳ１０に進みＳＰＤ−Ｒを用いて本測距を行なう。このＳＰＤ−Ｒは測距レンジが２ｍ〜３ｍに設定されている。この後ステップＳ１１に進みＳＰＤ−Ｒの測定結果が３ｍ未満か否かを判定する。測定結果がＮの場合には３ｍを超えているのでステップＳ１２に進み測定結果が遠距離である旨のフラグを立ててメインルーチンに戻る。逆にステップＳ１１の判定結果がＹの場合には適切なレンジでＳＰＤ−Ｒ測距が行なわれたので、次のステップに進む。
【００３０】
ステップＳ１３で一対のフォトインタラプタＰＩ１及びＰＩ２の出力レベルを読み込み、ミラーが右位置にあるか否かを判定する。判定結果がＹの場合にはステップＳ１４に進みモーターＣＣＷのサブルーチンを起動してミラーを左側に切り替える。逆にステップＳ１３の判定結果がＮの場合にはステップＳ１５に進みモーターＣＷのサブルーチンを起動して、ミラーを右側にセットする。この様にしてミラーを切り替えた後、ステップＳ１６で距離が２ｍ未満か否かを再びチェックする。判定結果がＹの場合にはステップＳ１７に進みＳＰＤ−Ｌを用いて測距を行なう。逆に判定結果がＮの場合にはステップＳ１８に進みＳＰＤ−Ｒを用いて測距を行なう。この様にしてミラーを左右に切り替え且つ適切なＳＰＤを選択して測距を行ないメインルーチンを終了する。
【００３１】
フローチャート（２）はモーターＣＣＷのサブルーチンである。ステップＳ２１でモーターをＣＣＷ方向に起動した後、ステップＳ２２でＰＩ１の出力がローレベル（Ｌ）であるか否かを判定する。判定結果がＮの場合にはステップＳ２３でモーター起動後３００ｍｓ経過したか否かを判定する。判定結果がＮの場合にはステップＳ２２に戻りこのループを繰り返す。再びステップＳ２３で時間が３００ｍｓ経過し判定結果がＹとなった時にはステップＳ２４でエラー処理を行ないステップＳ２５でモーターをオフする。
【００３２】
逆にステップＳ２２の判定結果がＹの場合にはステップＳ２６に進みショートブレーキを掛ける。更にステップＳ２７で１００ｍｓ待機した後ステップＳ２８でモーターをオフする。これによりステップＳ２９に示す様にミラーは左にセットされ、このサブルーチンからメインルーチンにリターンする。
【００３３】
フローチャート（３）はモーターＣＷのサブルーチンを表わしている。ステップＳ３１でモーターをＣＷ方向に起動し、ステップＳ３２でＰＩ２の出力がＬか否かを判定する。以下ステップＳ３６〜ステップＳ３８を経てステップＳ３９でミラーを右側にセットし、本サブルーチンをリターンする。モーターＣＷのサブルーチンは基本的にモータＣＣＷのサブルーチンと流れが同じなので、詳細な説明を省略する。
【００３４】
図１０は、図６に示した受光部の具体的な構成例を示す模式図である。受光部３は、（Ａ）に示す様に、対象物から反射した光スポットを受光する為、光軸に直交する基線方向（図面上では左右方向）に配された受光面３Ａを構成し、受光面上における光スポットの受光位置に応じた電気信号をパッド３Ｐから出力する。制御部はパッド３Ｐに接続されており、受光部３を制御すると共に電気信号を処理して対象物の距離を求める。受光部３は、基線方向に沿って受光面３Ａを多分割する様に配された複数の受光体（受光セル）３Ｄと、この複数の受光体３Ｄを相互に接続する態様を切り換え可能なスイッチ群や抵抗を含むスイッチ回路３Ｋとを有する。制御部はパッド３Ｐを介してスイッチ群を制御し、所定の境界で複数の受光体３Ｄの少なくとも一部を二群に分けて、各群に属する受光体３Ｄを合体して疑似的な二分割受光面を構成する。更に制御部は、スイッチ群を制御して光スポットの受光位置に対応する様に境界を一個分又は二個分以上の受光体単位でシフト調整する。
【００３５】
受光部３はワンチップＩＣからなり、上述した様に受光面３Ａ、スイッチ回路３Ｋ、パッド３Ｐなどを備えている。受光面３Ａに形成された個々の受光体（セル）３Ｄは、シリコンなどからなるＮバルク領域にＰ拡散領域を形成して得られたものであり、ＳＰＤ素子と呼ばれる。個々の受光体３Ｄの長さ寸法は０．８ｍｍで幅寸法は０．０３３ｍｍとなっている。この寸法の受光体３Ｄを基線方向に沿って例えば３０個並べることにより、多分割受光面３Ａを構成する。基線方向に沿った受光面３Ａの全長は１ｍｍとなる。但し、図示の寸法は例示に過ぎず、本発明はこれらの寸法に限定されるものではない。
【００３６】
（Ｂ）に示す様に、受光部３の受光面３Ａは基線Ｘに沿って３０等分されており、個々の受光体はセル番号１乃至３０で表わされている。一方、受光スポットＳＰＴは対象物の距離に応じて、基線Ｘ方向に移動する。ここで受光スポットＳＰＴの受光位置はその中心位置で表わされる。図示の例では、対象物の距離が近くなる程、受光スポットＳＰＴの受光位置は基線Ｘに沿って右から左に移動する。本発明では、多分割したセル間を抵抗で接続して等価的にＰＳＤとして動作させる場合と、二分割ＳＰＤとして動作させる二種類の接続態様を選択的に切り換え可能とする。特に、二分割ＳＰＤ接続では、光スポットＳＰＴの受光位置に対応する様に分割境界をシフト調整する。
【００３７】
多分割ＰＳＤはセル番号１乃至３０の全受光体で構成され、受光面３Ａの全長は０．０３３ｍｍ×３０＝１ｍｍとなる。この多分割受光面により、例えばＮの位置にある光スポットＳＰＴを受光する。
【００３８】
これに対し、セル番号３〜セル番号１６の受光体により二分割ＳＰＤ−Ｌが構成される。これにより、例えば１ｍ〜２ｍの対象物から戻ってきた受光スポットＬを測距することができる。又、受光体の組み合わせを変えることで、セル番号が５〜１８の受光体により、別の二分割ＳＰＤ−Ｒを構成する。この二分割ＳＰＤ−Ｒにより２ｍ〜３ｍの位置にある対象物から戻ってきた受光スポットＲを受光する。尚、ＳＰＤ−Ｌの場合、中央の分割線はセル番号９と１０の間にある。ＳＰＤ−Ｒの場合、中央の分割線はセル番号１１と１２の間にくる。この様に、測距レンジに応じて分割線を切り替えることで、ＳＰＤ−ＬとＳＰＤ−Ｒを適宜選択可能である。
【００３９】
本光学式角度検出装置では、予備測距と本測距で多分割受光面を切り替え制御し、ＰＳＤとＳＰＤを使い分けている。予備測距の場合、測定レンジの広いＰＳＤを使う。本測距ではＰＳＤに比べ精度の高いＳＰＤを使う。但しＳＰＤは測定レンジが比較的狭いので、ＳＰＤ−ＬとＳＰＤ−Ｒを使い分けている。この様にして、精度の高い角度検出を行なうことができる。
【００４０】
図１１は、図１０に示した受光部の具体的な構成を示す回路図である。図示する様に、受光部は受光面３Ａとスイッチ回路３Ｋを含んでいる。受光面３Ａには受光体３Ｄが３０個形成されている。各受光体３Ｄはシリコンフォトダイオードからなり、カソードＫは共通接続されている一方、アノードＡはスイッチ回路３Ｋ側に接続されている。スイッチ回路３Ｋは抵抗Ｒ１乃至Ｒ２９やＭＯＳトランジスタなどからなるスイッチング素子ＱＮを含んでいる。尚、抵抗Ｒ１乃至Ｒ２９は例えば１０ＫΩである。スイッチ回路３Ｋは出力端子ＯＵＴ１及びＯＵＴ２を介してＣＰＵなどを含む制御部４に接続されている。又、スイッチ回路３Ｋはデコーダ３Ｇを介して制御部４の入力端子ＩＮ１及びＩＮ２に接続している。デコーダ３Ｇは制御部４からＩＮ１及びＩＮ２を介して入力されるビット信号をデコードし、スイッチ回路３Ｋに対して制御信号ＣＮＴ０乃至ＣＮＴ２を供給する。多分割ＰＳＤ接続時は、ＣＮＴ０がアクティブとなり、スイッチング素子Ｑ１乃至Ｑ２９及びＱ１０１乃至Ｑ１０２がオンする。これにより、抵抗Ｒ１乃至Ｒ２９を介して３０個の受光体３Ｄが接続され、等価的なＰＳＤとして動作することになる。一方、二分割ＳＰＤ接続時は、ＣＮＴ０がノンアクティブとなり、ＣＮＴ１又はＣＮＴ２のいずれか一つが選択的にアクティブとなり、対応するスイッチング素子Ｑ２０１乃至Ｑ２１４、Ｑ４０１乃至Ｑ４１４のいずれか一群がオンになる。これらの二分割ＳＰＤ動作では、受光体を二群に分け各群に属する受光体を直接接続することで、二分割ＳＰＤ受光面を疑似的に構成している。即ち、ＣＮＴ１がアクティブになるとＳＰＤ−Ｌが選択され、ＣＮＴ２がアクティブになるとＳＰＤ−Ｒが選択される。
【００４１】
図１２は、本発明に係る光学測距ユニットの全体的な光学構成を示す模式図である。なお便宜上図１０と反対に、対象物の距離が近くなる程、受光スポットの受光位置は基線Ｘに沿って左から右に移動する様描いてある。図示する様に、本測距ユニットは受光部３と投光部２とを備えている。投光部２は例えばＩＲＤからなり、光軸Ｙに沿って対象物に光スポットを投光する。この為に投光レンズ２２を用いている。受光部３は対象物から反射した光スポットを受光する為、光軸Ｙに直交する基線Ｘ方向に配された受光面を構成し、受光面上における光スポットの受光位置に応じた電気信号を出力する。尚、対象物から反射した光スポットは受光レンズ３２により、受光面上に結像される。ここでＢは基線長を示し、ｆ１は投光レンズ２２の焦点距離を示し、ｆ２は受光レンズ３２の焦点距離を示し、ｌｐは受光面の全長を示し、Ｌは対象物までの距離を示し、ｘは受光面の左端を基準にした光スポットの受光位置を示し、ｘ０は対象物の距離Ｌが無限遠の時に対応する受光位置を示し、Δｘはｘとｘ０との差分を表わしている。ここで、周知の三角測量の原理により、Δｘ＝Ｂ・ｆ２／Ｌとなる。即ち、無限遠に対応した受光位置ｘ０を基準とする実際の光スポット受光位置Δｘは、対象物の距離Ｌに反比例している。換言すると、Δｘを受光部３で検出することにより、対象物までの距離Ｌを求めることができる。尚、図１２に示した光学設定例は、基線長Ｂが２５ｍｍで、受光レンズの焦点距離ｆ２が１０ｍｍの場合である。
【００４２】
図１３は、ＰＳＤ接続時における本測距ユニットの動作説明に供する等価回路図である。ここで、ｌｐは前述した様に受光部３の受光面の全長を示し、ｘは受光面左端からの受光位置を表わし、ＲはＰＳＤ抵抗であり、Ｒ＝ｒ１＋ｒ２で表わされる。ここで、ｒ１は受光位置と出力端子ＯＵＴ１の間に生ずる抵抗を表わし、ｒ２は受光位置と出力端子ＯＵＴ２の間に生ずる抵抗を表わしている。ｒｉは各出力端子に接続されるアンプの入力インピーダンスを表わし、ｉ０は受光部３に生ずる光電流を表わしており、ｉ０＝ｉ１＋ｉ２である。ここで、ｉ１は出力端子ＯＵＴ１から取り出される電流を表わし、ｉ２は出力端子ＯＵＴ２から取り出される電流を表わしている。この場合、測距出力ＡＦＯは、以下の数式１で表わす様に、ｉ１とｉ２の電流比として出力される。但し、数式１はｘ大で測距出力大となる方向に各出力電流を設定した場合である。
【数１】
2006242833.tif 000003
ｉ１とｉ２の関係は受光位置と入力インピーダンスｒｉに反比例し、又抵抗ｒ１は受光位置ｘに比例すると仮定すると、以下の数式２が得られる。
【数２】
2006242833.tif 000004
今、Ｒがｒｉに比べてはるかに大きいとすると、以下の数式３が得られ、結局測距出力ＡＦＯは１／ｌｐの傾きを持つことになる。
【数３】
2006242833.tif 000005
【００４３】
ここで、光学系との関係について表わすと、以下の数式４及び数式５が与えられる。
【数４】
2006242833.tif 000006
【数５】
2006242833.tif 000007
尚、前述した様に、ｘ０は無限遠に対応する受光位置を表わし、Δｘはｘ０を基準とした場合の受光位置ｘの移動量を表わし、Ｂは基線長を表わし、ｆ２は受光レンズの焦点距離を表わし、Ｌは対象物までの距離を表わしている。
【００４４】
ここで、数式４及び数式５を数式３に代入すると、以下の数式６が得られる。
【数６】
2006242833.tif 000008
数式６から明らかな様に、測距出力ＡＦＯはｘ０を設定点とし、傾きＢ・ｆ２／ｌｐで、１／Ｌに比例することとなる。尚、数式６で受光位置ｘは受光スポットの重心を示している。実際の測距では受光スポットが受光面上にあることが条件であり、この為ｘが取り得る値は受光面の両端より受光スポットの半径分だけ内側にあることになる。
【００４５】
図１４は、本光学式測距ユニットを二分割ＳＰＤとして動作させる場合の説明に供する模式図である。ここで受光スポットＳＰＴは矩形で均一な光強度分布を有していると仮定する。そのスポット幅をＰで表わす。二分割ＳＰＤの中央境界より左側の部分のスポット幅をｐ１で表わし、右側の部分の幅をｐ２で表わす。従ってＰ＝ｐ１＋ｐ２である。受光部３に形成された二分割ＳＰＤの一方からは出力端子ＯＵＴ１を介して受光量に応じた光電流ｉ１が出力される。同様に、二分割ＳＰＤの他方からは出力端子ＯＵＴ２を介して受光量に応じた光電流ｉ２が出力される。尚、一般に受光スポットＳＰＴのプロファイルは円形であることが多いが、以下の理由により、便宜上矩形として取り扱うことにする。即ち、二分割ＳＰＤ接続時、受光位置の移動範囲をＳＰＤ分割境界の近傍の比較的狭い範囲に設定した時、円形プロファイルの出力特性の直線相当部分は、矩形プロファイルの出力特性にほぼ近似させることができるからである。この時、円形プロファイルの直径寸法は対応する矩形プロファイルの幅寸法Ｐよりも大きくなる。
さて、二分割ＳＰＤ接続時における測距出力ＡＦＯは以下の数式７によって与えられる。
【数７】
2006242833.tif 000009
数式７から明らかな様に、ＡＦＯは受光スポット位置ｘに対し１／Ｐの傾きを以て変化する。
【００４６】
図１５は、図１４に示した二分割ＳＰＤを測距装置の設定光学系に組み入れた時の位置関係を表わす。図中、ｘＮは、受光部３の受光面左端から測った分割境界までの距離を表わしている。その他の記号ｘ０、ｘ、Δｘ、ｉ１、ｉ２、Ｐは先に定義した通りである。この場合、ｉ１、ｉ２、ｘ及びΔｘは、以下の数式８によって表わされる。
【数８】
2006242833.tif 000010
更に数式８を数式７に代入すると、以下の数式９が得られる。
【数９】
2006242833.tif 000011
数式９から明らかな様に、二分割ＳＰＤ接続の場合、測距出力ＡＦＯはｘＮ及びｘ０を設定点とし、傾きＢ・ｆ２／Ｐで１／Ｌに比例する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る光学式角度検出装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】参考例に係る光学式角度検出装置を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る光学式角度検出装置の実施形態を示す側面図である。
【図４】本発明に係る光学式角度検出装置の実施形態を示す平面図である。
【図５】図３及び図４に示した実施形態の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図６】本発明に係る光学式角度検出装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図７】図６に示した実施形態の具体的な構成例を示す正面図及び側面図である。
【図８】図６に示した実施形態の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図９】図６に示した実施形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図１０】図６に示した実施形態に組み込まれる光学測距ユニットの構成例を示す模式図である。
【図１１】図１０に示した光学測距ユニットの回路図である。
【図１２】図１０に示した光学測距ユニットの光学構成を示す幾何光学図である。
【図１３】光学測距ユニットの動作説明に供する回路図である。
【図１４】光学測距ユニットの動作説明に供する模式図である。
【図１５】光学測距ユニットの動作説明に供する模式図である。
【図１６】従来の角度検出装置の一例を示す模式図である。
【図１７】図１６に示した角度検出装置の動作説明に供するグラフである。
【図１８】図１６に示した角度検出装置の動作説明に供する模式図である。
【図１９】図１６に示した角度検出装置の動作説明に供するグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・光学測距ユニット、２・・・投光部、３・・・受光部、５・・・光軸偏向部、６・・・光軸偏向部、１０・・・プロジェクタ、１１・・・投影レンズ、２０・・・スクリーン
【図１】
2006242833.tif 000012
【図２】
2006242833.tif 000013
【図３】
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【図４】
2006242833.tif 000015
【図５】
2006242833.tif 000016
【図６】
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【図７】
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【図８】
2006242833.tif 000019
【図９】
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【図１０】
2006242833.tif 000021
【図１１】
2006242833.tif 000022
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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