(57)【要約】【課題】簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力信号を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる光学式測距センサを提供する。【解決手段】受光用集光手段１４により集光された反射光を受光する受光素子１２は、発光素子１１と受光素子を結ぶ基線に沿って所定の間隔をあけて受光面に設けられた２つの第１,第２電極１５,１６と、２つの電極間に設けられた抵抗領域２１とを有する。上記受光素子１２の受光面に入射した光の入射位置において発生した電荷が光電流となって抵抗領域２１を介して第１,第２電極１５,１６より夫々出力される。上記受光素子１２の抵抗領域２１の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式の三角測距方式の光学式測距センサであって、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光手段と、
上記測距対象物からの反射光を集光する受光用集光手段と、
上記発光素子から出射された光の光軸に対して受光面が垂直になるように配置され、上記受光用集光手段により集光された上記反射光を受光する受光素子とを備え、
上記受光素子は、上記発光素子と上記受光素子を結ぶ基線に沿って上記受光面上に所定の間隔をあけて設けられた２つの電極と、上記２つの電極間に設けられた抵抗領域とを有し、
上記受光素子の上記受光面に入射した光の入射位置で発生した電荷が光電流となって上記抵抗領域を介して上記２つの電極から出力されると共に、
上記受光素子の上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記抵抗領域は、線幅と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の振幅長を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記抵抗領域は、振幅長と線幅が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の折返しのピッチ間隔を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記抵抗領域は、振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の線幅を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記抵抗領域は、線幅と振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状の半導体層であって、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の半導体層の不純物濃度を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする光学式測距センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学式測距センサに関し、詳しくは、光を投光してその反射光を受光することにより測距対象物までの距離を検知する光学式測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体までの距離を検知する光学式測距センサとしては、図９に示すように、発光体から光を物体に投光して、その乱反射光をスポット光として受光素子１０２で受光し、そのスポット光の位置に基づいて物体までの距離を検出するものがある(特開２００３−１５６３２８号公報(特許文献１)参照)。
【０００３】
この光学式測距センサ１００は、図９に示すように、測距対象物に光を投射するための発光素子１０１と、投射する光を集光する投光用集光手段１０３と、測距対象物で反射した反射光を集光する受光用集光手段１０４と、受光用集光手段１０４によって集光された反射光を受光する受光素子１０２を備える。
【０００４】
上記発光素子１０１は、発光ダイオードなどの光源であり、発光素子１０１から出射された光束は、出射部前方の光路に配設された投光用集光手段１０３により絞られ、測距対象物に対して投光される。
【０００５】
上記受光素子１０２は、ＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)であり、測距対象物で拡散反射した反射光は、受光面１０２aの前方に配設された受光用集光手段１０４により絞られ、受光面１０２aに導かれる。
【０００６】
上記ＰＳＤは、平板シリコンの表面に高比抵抗のｐ-層、裏面にｎ+層、そしてその中間にあるｉ層の３層から構成されており、ＰＳＤの表面に光スポットを照射したとき、生成された電荷(キャリア)は、抵抗層(ｐ-層)で光の入射位置と取出電極１１５,１１６までの距離に逆比例して分割され、各々の電極１１５,１１６から電流として取り出される。
【０００７】
また、上記ＰＳＤは、図１０に示すように、表面抵抗層(ｐ-層)の比抵抗の分布が一様となるように、取付電極１１５,１１６間の抵抗領域(ｐ-層)は、図１１の１２０に示すようなジグザク状のパターンをしている。
【０００８】
上記構成の光学式測距センサ１００において、発光素子１０１から出射された光は、投光用集光手段１０３を通過して、測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射した一部の光は、受光用集光手段１０４を通過して絞られた光スポットとして受光面１０２aに入射する。この入射光が受光面１０２aに入射する位置は、測距対象物と光学式測距センサ１００との距離によって変化する。上記受光素子１０２の受光面１０２aに入射する光スポットの入射位置が基準位置から変化すると、この変化量に応じて受光素子１０２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２が変化する。上記受光素子１０２から出力される信号電流は、制御部(図示しない)の信号処理回路により、出力信号Ｓ１,Ｓ２に変換される。
Ｓ１＝Ｉ１／(Ｉ１＋Ｉ２)
Ｓ２＝(Ｉ１−Ｉ２)／(Ｉ１＋Ｉ２)
ここで、Ｉ１、Ｉ２は、
Ｉ１＝(ｄ＋２ｘ)・Ｉ０／２ｄ
Ｉ２＝(ｄ−２ｘ)・Ｉ０／２ｄ
ただし、ｄ：ＰＳＤ(１０２)の受光面の光スポットの移動範囲
Ｉ０：全光電流(Ｉ１＋Ｉ２)
ｘ：ＰＳＤ(１０２)の中心から光スポットの入射位置までの距離
で表される。
【０００９】
また、三角測距の原理となる次式により、
ｘ＝(Ａ・ｆ)／Ｄ
ただし、Ａ：投光用集光手段１０３の光軸と受光用集光手段１０４の光軸との距離(基線長)
ｆ：受光用集光手段１０４の焦点距離
Ｄ：測距可能範囲Ｌの中心からの測距対象物の位置までの距離
出力信号Ｓ１またはＳ２は次のようになる。
Ｓ１＝(２ｘ＋ｄ)／２ｄ
＝［｛(Ａ・ｆ／Ｄ)−Ｂ｝／ｄ］＋１／２
Ｓ２＝２ｘ／ｄ
＝２｛(Ａ・ｆ／Ｄ)−Ｂ｝／ｄ
ただし、Ｂは受光用集光手段１０４の光軸からＰＳＤ(１０２)の中心までの距離を表し、Ｘを受光用集光手段１０４の光軸からＰＳＤ(１０２)上の光スポットの入射位置までの距離とすると、Ｘ＝Ｂ＋ｘの関係を有する。
【００１０】
図１２に上記光学式測距センサ１００における測距対象物までの距離に対する出力信号の変化の一例を示している。図１２に示すように、光学式測距センサ１００の出力信号の変動は、基本的に上記出力信号Ｓ１または出力信号Ｓ２の式に基づき、測距対象物までの距離に反比例する。つまり、基本的には測距対象物までの距離が遠くなるにつれて、受光素子１０２の受光面１０２a上の光スポットの位置変化が少なくなるため、それに伴い出力の変動も少なくなっていく。一方、測距対象物までの距離が近距離にある場合、反射光の光スポットが受光面から外れていくため、受光する光量が急速に減少し、それに伴いセンサの出力も急速に減少する。一般に、光学式測距センサでは、反射光の光スポットが受光面にある領域、すなわち出力信号が測距対象物までの距離に反比例する領域を測距範囲として使用する。
【００１１】
上記従来の光学式測距センサ１００では、出力信号が測距対象物までの距離に反比例するため、測距対象物までの距離が遠距離になるほど出力信号Ｓ１,Ｓ２の変化量が小さくなり、測距精度が低くなる課題があった。このため、遠距離で測距精度が必要な用途では、光学式測距センサが検出可能な測距範囲全域を利用することができず、測距範囲を限定する必要があった。
【００１２】
そこで、特開２００３−１５６３２８号公報(特許文献１)では、図１３に示すように２つの発光素子と、１つの受光素子によって、２つの測距可能距離を有する光学式測距センサ２００が提案されている。図１３において、２１１,２１２は発光素子、２１３は受光素子、２１３aは受光面、２１４は投光用集光手段、２１５は受光用集光手段、２１６は受光用集光手段である。この光学式測距センサ２００では、近位側の測距可能距離をＬ１、遠位側の測距可能距離をＬ２、受光素子２１３と発光素子２１２の基線長をＡ１、受光素子２１３と発光素子２１１の基線長をＡ２とすると、
Ｌ１＝(Ａ１・ｆ)／ｘ
Ｌ２＝(Ａ２・ｆ)／ｘ
より、
Ｌ１：Ｌ２＝Ａ１／ｘ：Ａ２／ｘ
が得られる。これにより、近位側と遠位側の両方の測距範囲で物体までの距離を検出する。
【００１３】
しかしながら、上記光学式測距センサ２００は、２つの発光素子２１１,２１２と投光用集光手段２１４を必要とし、従来の光学式測距センサ１００と比べて構造が複雑で寸法が大きくなるという問題がある。また、上記光学式測距センサ２００は、近位側と遠位側の中間の測距範囲の測距精度が低下するという問題がある。
【００１４】
また、特開平５−５６１９号公報(特許文献２)では、図１４に示すように、ＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)の抵抗値の分布がＰＳＤの一端からの距離に比例するようにしたものが提案されている。例えば図１５の２２０に示すように、ＰＳＤの受光面の抵抗領域(ｐ-層)とし、電極２１５,２１６から出力される電流Ｉ１,Ｉ２を対数変換し、その差をとる方法によって、測定対象物までの距離の２乗に比例した出力信号を得ることができ、測定のダイナミックレンジを広くすることができる。
【００１５】
しかしながら、上記ＰＳＤでは、近位側と遠位側の測距精度が一定ではないという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１５６３２８号公報
【特許文献２】特開平５−５６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、この発明の課題は、従来の光学式測距センサと比べて寸法を変えることなく、簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力信号を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる光学式測距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】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の光学式測距センサは、
光学式の三角測距方式の光学式測距センサであって、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光手段と、
上記測距対象物からの反射光を集光する受光用集光手段と、
上記発光素子から出射された光の光軸に対して受光面が垂直になるように配置され、上記受光用集光手段により集光された上記反射光を受光する受光素子とを備え、
上記受光素子は、上記発光素子と上記受光素子を結ぶ基線に沿って上記受光面上に所定の間隔をあけて設けられた２つの電極と、上記２つの電極間に設けられた抵抗領域とを有し、
上記受光素子の上記受光面に入射した光の入射位置で発生した電荷が光電流となって上記抵抗領域を介して上記２つの電極から出力されると共に、
上記受光素子の上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の光学式測距センサによれば、上記発光素子から出射された光は、投光用集光手段を通過して測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射し、その反射光の一部は、受光用集光手段により集光されて、発光素子の受光面に入射して光スポットを形成する。この受光素子の受光面上の光スポットの位置は、測距対象物とこの光学式測距センサとの距離によって変化する。上記受光素子の受光面に入射した光の入射位置で発生した電荷が光電流となって上記抵抗領域を介して上記２つの電極から出力される。それによって、広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例した光電流が得られる。したがって、従来の光学式測距センサと比べて寸法を変えることなく、簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力信号を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる光学式測距センサを実現できる。
【００１９】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、線幅と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の振幅長を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２０】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記受光素子の抵抗領域が、線幅と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状で、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線の振幅長を変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【００２１】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、振幅長と線幅が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の折返しのピッチ間隔を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２２】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記抵抗領域は、振幅長と線幅が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状で、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線の折返しのピッチ間隔を変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【００２３】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の線幅を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２４】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記抵抗領域は、振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状で、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線の線幅を変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【００２５】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、線幅と振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状の半導体層であって、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の半導体層の不純物濃度を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２６】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記抵抗領域は、線幅と振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状形状の半導体層の不純物濃度を、上記２つの電極の一方から他方に向かって変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【発明の効果】
【００２７】
以上より明らかなように、この発明の光学式測距センサによれば、従来の光学式測距センサの寸法を変えることなく、簡単な構成で近距離から遠距離まで測距精度を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の光学式測距センサを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態の光学式測距センサの基本的な構成を示す模式図である。
【００３０】
この第１実施形態の光学式測距センサ１０は、図１に示すように、光を出射する発光素子１１と、上記発光素子１１から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光手段１３と、上記測距対象物(図示せず)からの反射光を集光する受光用集光手段１４と、上記発光素子１１から出射された光の光軸に対して受光面が垂直になるように配置され、受光用集光手段１４により集光された反射光を受光する受光素子１２とを備えている。
【００３１】
上記発光素子１１は、発光ダイオードなどの光源であり、発光素子１１から出射された光は、出射部前方の光路に配設された投光用集光手段１３により絞られ、測距対象物に投光される。
【００３２】
上記受光素子１２は、ＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)であり、測距対象物で拡散反射した反射光は、受光面１２aの前方に配設された受光用集光手段１４により絞られ、受光面１２aに導かれる。
【００３３】
上記発光素子１１から出射された光は、投光用集光手段１３を通過して、測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射した一部の光は、受光用集光手段１４を通過して絞られた光スポットとして受光面１２aに入射する。この入射光が受光面１２aに入射する位置は、測距対象物と光学式測距センサ１０との距離によって変化する。受光面１２aに入射する光スポットの入射位置が基準位置(受光面１２aの中心)から変化すると、この変化量に応じて受光素子１２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２が変化する。そして、上記受光素子１２から出力される信号電流は、制御部(図示しない)の信号処理回路により、出力信号に変換される。
【００３４】
図２は上記第１実施形態の光学式測距センサの受光素子１２として用いられるＰＳＤの受光面を示している。
【００３５】
図２に示すように、このＰＳＤは、シリコンフォトダイオードを応用した光スポットの位置検出用センサであり、連続した電気信号が得られる。
【００３６】
上記第１実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、図７の断面図に示すように、シリコン基板表面にｎ+層３１,i層３２を順に拡散成長させた後、i層３２上に所定のパターンのｐ-層３３を形成し、ｎ+層３１の裏面側に裏面電極３０を形成している。さらに、i層３２上に第１,第２電極１５,１６を所定の間隔をあけて形成している。上記第１,第２電極１５,１６間をｐ-層３３で接続している。
【００３７】
図２に示すように、上記抵抗層(ｐ-層３３)からなる抵抗領域２１は、第１電極１５と第２電極１６との間において、図８の如く、受光用集光手段１４の光軸から受光面１２aの光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が反比例するように設定されている。
【００３８】
上記抵抗領域２１は、一般的な半導体シリコンプロセスのフォトリソグラフィ工程にてパターンニングにより形成される。
【００３９】
上記構成の光学式測距センサのＰＳＤにおいて、ＰＳＤの受光面１２aに光スポットが入射すると、光スポットが入射した位置に光電変換により光エネルギーに比例した電荷が発生する。そして、発生した電荷は、光電流として抵抗層(ｐ-層３３)を介して第１,第２電極１５,１６から分割して出力される。
【００４０】
このとき、表面の抵抗層(ｐ-層３３)の抵抗値が、第１,第２電極１５,１６間において受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定しているため、各第１,第２電極１５,１６から出力される光電流Ｉ１,Ｉ２と、受光用集光手段１４の光軸からＰＳＤ(１２)上の光スポットの入射位置までの距離Ｘ(図１参照)との関係は、次の式で計算される。
第１,第２電極１５,１６間の抵抗値をＲとする。受光用集光手段１４の光軸から受光面１２aの光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が反比例するように設定されているため、受光用集光手段１４の光軸と受光面１２aの光スポットの入射位置間の抵抗値をＲ１、受光面１２aの光スポットの入射位置と第２電極１６との間の抵抗値をＲ２とすると、
Ｒ１＝α／Ｘ
Ｒ２＝Ｒ−Ｒ１＝Ｒ−α／Ｘ
となる。ここでαは任意の定数である。
光電流Ｉ１が抵抗Ｒ１に流れるときに発生する電位差と、光電流Ｉ２が抵抗Ｒ２を流れるときに発生する電位差は等しいので、
Ｉ１・Ｒ１＝Ｉ２・Ｒ２
Ｉ１・α／Ｘ＝Ｉ２・(Ｒ−α／Ｘ)
となる。
Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉの関係を用いて上記式を整理すると、
Ｉ１＝(１−α／(Ｒ・Ｘ))・Ｉ
Ｉ２＝α・Ｉ／（Ｒ・Ｘ）
となり、第１,第２電極１５,１６へ流れる電流Ｉ１,Ｉ２はそれぞれ距離Ｘに対して反比例の関係となる。
【００４１】
受光用集光手段１４の光軸からＰＳＤ(１２)上の光スポットの入射位置までの距離Ｘは、三角測距の原理により、測距対象物の位置までの距離Ｌと、次の式に示される通り反比例の関係がある。
Ｘ＝(Ａ・ｆ)／Ｌ
Ａ：投光用集光手段１３の光軸と受光用集光手段１４の光軸との距離(基線長)
ｆ：受光用集光手段１４の焦点距離
Ｌ：測距対象物の位置までの距離
【００４２】
上記２つの式より、光電流Ｉは、次の式で示される通り、測距対象物の位置までの距離Ｌと正比例の関係となる。
2007225565.tif 000003
【００４３】
第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が上記のように受光用集光手段１４の光軸からの距離Ｘに対して反比例の関係となるように形成されることで、光学式測距センサから出力される光信号Ｉは、図１６に示されたようにＰＳＤの入射スポット位置に対して比例した値となる。
【００４４】
このように、測距対象物の位置までの距離が短い場合と遠い場合のどちらにおいても一定の割合で変化する出力を得られるため、広い距離範囲で精度の高い光学式測距センサを実現することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
図３はこの発明の第２実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第２実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００４６】
図３に示すように、この第２実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２２をｐ-層で形成している。この抵抗領域２２は、折れ線の線幅,折返しのピッチ間隔を一定とし、振幅長を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設計されている。
【００４７】
上記第１電極１５から第２電極１６に向かって抵抗領域２２の抵抗値が大きくなっていることによって、ＰＳＤの受光面の第１電極１５側(抵抗領域２２の抵抗値が小さい側)において、測距対象物の変化量により生じる光スポットの移動量に対して出力電流の変化量を大きくすることができるので、測距対象物の位置が遠距離にある場合の測距精度を高めることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
図４はこの発明の第３実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第３実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００４９】
図４に示すように、この第３実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２３をｐ-層で形成している。この抵抗領域２３は、折れ線の線幅,振幅長を一定とし、折返しのピッチ間隔を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定されている。
【００５０】
上記光学式測距センサのＰＳＤにおいて、光電流を効率よく取り出すためには、抵抗領域２３近傍に光スポットが入射されることが望ましい。
【００５１】
図３に示された第２実施形態の光学式測距センサによると、受光用集光手段１４に用いられる光学レンズを調整し、光スポットのサイズを小さく絞ることで、出力精度が得られるが、組み立て時に光スポットの位置調整が必要となる。
【００５２】
これに対して、図４に示された第３実施形態の光学式測距センサによると、光スポットのサイズを小さく絞る必要がなく、組み立て時の調整が不要となり、より簡易に精度の高い光学式測距センサを提供できる。
【００５３】
（第４実施形態）
図５はこの発明の第４実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第４実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、この第４実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２４をｐ-層で形成している。この抵抗領域２４は、折れ線の振幅長と折返しのピッチ間隔を一定とし、線幅を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定されている。
【００５５】
上記光学式測距センサのＰＳＤにおいて、光電流を効率よく取り出すためには、抵抗領域近傍に光スポットが入射されることが望ましい。
【００５６】
図４に示された第３実施形態の光学式測距センサによると、折れ線形状に形成される抵抗領域２３の反復間隔が、第２電極１６側が広いため、光電流を取り出す効率が不均一となり、測距精度が低下する。
【００５７】
これに対して、図５に示された第４実施形態の光学式測距センサによると、抵抗領域２４の反復の間隔が一定のため、第１,第２電極１５,１６間で光電流を均一に取り出すことができ、測距精度が均一な光学式測距センサを提供できる。
【００５８】
（第５実施形態）
図６はこの発明の第５実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第５実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００５９】
図６に示すように、この第５実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２５をｐ-層で形成している。この抵抗領域２５は、折れ線の振幅長と、折返しのピッチ間隔と、線幅を一定とし、抵抗領域２４(ｐ-層)の不純物濃度を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定されている。
【００６０】
上記光学式測距センサのＰＳＤにおいて、光電流を効率よく取り出すためには、抵抗領域２５近傍に光スポットが入射されることが望ましい。
【００６１】
図５に示された第４実施形態の光学式測距センサによると、折れ線形状に形成される抵抗領域２４の線幅が、第２電極１６側が太いため、光電流を取り出す効率が不均一となり、測距精度が低下する。
【００６２】
これに対して、図６に示された第５実施形態の光学式測距センサによると、抵抗領域２５の線幅が一定のため、第１,第２電極１５,１６間で光電流を均一に取り出すことができ、測距精度が均一な光学式測距センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の光学式測距センサの構造を示す図である。
【図２】図２は上記光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図３】図３はこの発明の第２実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図４】図４はこの発明の第３実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図５】図５はこの発明の第４実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図６】図６はこの発明の第５実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図７】図７は上記第１実施形態の光学式測距センサに用いられるＰＳＤの構造を示す断面図である。
【図８】図８は上記第１実施形態の光学式測距センサに用いられるＰＳＤの抵抗領域の比抵抗分布を示す図である。
【図９】図９は従来の光学式測距センサの構造を示す図である。
【図１０】図１０は従来のＰＳＤの抵抗領域の比抵抗分布を示す図である。
【図１１】図１１は従来のＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図１２】図１２は従来の光学式測距センサの距離と出力信号との関係を示す図である。
【図１３】図１３は従来の複数の発光素子を有する光学式測距センサの構造を示す図である。
【図１４】図１４は従来のＰＳＤの抵抗領域の比抵抗分布を示す図である。
【図１５】図１５は従来のＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図１６】図１６は本発明に係る光学式測距センサの距離と出力信号との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…光学式測距センサ
１１…発光素子
１２…受光素子
１３…投光用集光手段
１４…受光用集光手段
１５…第１電極
１６…第２電極
２１〜２５…抵抗領域
【図１】
2007225565.tif 000004
【図３】
2007225565.tif 000005
【図４】
2007225565.tif 000006
【図５】
2007225565.tif 000007
【図７】
2007225565.tif 000008
【図８】
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【図９】
2007225565.tif 000010
【図１０】
2007225565.tif 000011
【図１１】
2007225565.tif 000012
【図１２】
2007225565.tif 000013
【図１３】
2007225565.tif 000014
【図１４】
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【図１６】
2007225565.tif 000016
【図２】
2007225565.tif 000017
【図６】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学式測距センサに関し、詳しくは、光を投光してその反射光を受光することにより測距対象物までの距離を検知する光学式測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体までの距離を検知する光学式測距センサとしては、図９に示すように、発光体から光を物体に投光して、その乱反射光をスポット光として受光素子１０２で受光し、そのスポット光の位置に基づいて物体までの距離を検出するものがある(特開２００３−１５６３２８号公報(特許文献１)参照)。
【０００３】
この光学式測距センサ１００は、図９に示すように、測距対象物に光を投射するための発光素子１０１と、投射する光を集光する投光用集光手段１０３と、測距対象物で反射した反射光を集光する受光用集光手段１０４と、受光用集光手段１０４によって集光された反射光を受光する受光素子１０２を備える。
【０００４】
上記発光素子１０１は、発光ダイオードなどの光源であり、発光素子１０１から出射された光束は、出射部前方の光路に配設された投光用集光手段１０３により絞られ、測距対象物に対して投光される。
【０００５】
上記受光素子１０２は、ＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)であり、測距対象物で拡散反射した反射光は、受光面１０２aの前方に配設された受光用集光手段１０４により絞られ、受光面１０２aに導かれる。
【０００６】
上記ＰＳＤは、平板シリコンの表面に高比抵抗のｐ-層、裏面にｎ+層、そしてその中間にあるｉ層の３層から構成されており、ＰＳＤの表面に光スポットを照射したとき、生成された電荷(キャリア)は、抵抗層(ｐ-層)で光の入射位置と取出電極１１５,１１６までの距離に逆比例して分割され、各々の電極１１５,１１６から電流として取り出される。
【０００７】
また、上記ＰＳＤは、図１０に示すように、表面抵抗層(ｐ-層)の比抵抗の分布が一様となるように、取付電極１１５,１１６間の抵抗領域(ｐ-層)は、図１１の１２０に示すようなジグザク状のパターンをしている。
【０００８】
上記構成の光学式測距センサ１００において、発光素子１０１から出射された光は、投光用集光手段１０３を通過して、測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射した一部の光は、受光用集光手段１０４を通過して絞られた光スポットとして受光面１０２aに入射する。この入射光が受光面１０２aに入射する位置は、測距対象物と光学式測距センサ１００との距離によって変化する。上記受光素子１０２の受光面１０２aに入射する光スポットの入射位置が基準位置から変化すると、この変化量に応じて受光素子１０２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２が変化する。上記受光素子１０２から出力される信号電流は、制御部(図示しない)の信号処理回路により、出力信号Ｓ１,Ｓ２に変換される。
Ｓ１＝Ｉ１／(Ｉ１＋Ｉ２)
Ｓ２＝(Ｉ１−Ｉ２)／(Ｉ１＋Ｉ２)
ここで、Ｉ１、Ｉ２は、
Ｉ１＝(ｄ＋２ｘ)・Ｉ０／２ｄ
Ｉ２＝(ｄ−２ｘ)・Ｉ０／２ｄ
ただし、ｄ：ＰＳＤ(１０２)の受光面の光スポットの移動範囲
Ｉ０：全光電流(Ｉ１＋Ｉ２)
ｘ：ＰＳＤ(１０２)の中心から光スポットの入射位置までの距離
で表される。
【０００９】
また、三角測距の原理となる次式により、
ｘ＝(Ａ・ｆ)／Ｄ
ただし、Ａ：投光用集光手段１０３の光軸と受光用集光手段１０４の光軸との距離(基線長)
ｆ：受光用集光手段１０４の焦点距離
Ｄ：測距可能範囲Ｌの中心からの測距対象物の位置までの距離
出力信号Ｓ１またはＳ２は次のようになる。
Ｓ１＝(２ｘ＋ｄ)／２ｄ
＝［｛(Ａ・ｆ／Ｄ)−Ｂ｝／ｄ］＋１／２
Ｓ２＝２ｘ／ｄ
＝２｛(Ａ・ｆ／Ｄ)−Ｂ｝／ｄ
ただし、Ｂは受光用集光手段１０４の光軸からＰＳＤ(１０２)の中心までの距離を表し、Ｘを受光用集光手段１０４の光軸からＰＳＤ(１０２)上の光スポットの入射位置までの距離とすると、Ｘ＝Ｂ＋ｘの関係を有する。
【００１０】
図１２に上記光学式測距センサ１００における測距対象物までの距離に対する出力信号の変化の一例を示している。図１２に示すように、光学式測距センサ１００の出力信号の変動は、基本的に上記出力信号Ｓ１または出力信号Ｓ２の式に基づき、測距対象物までの距離に反比例する。つまり、基本的には測距対象物までの距離が遠くなるにつれて、受光素子１０２の受光面１０２a上の光スポットの位置変化が少なくなるため、それに伴い出力の変動も少なくなっていく。一方、測距対象物までの距離が近距離にある場合、反射光の光スポットが受光面から外れていくため、受光する光量が急速に減少し、それに伴いセンサの出力も急速に減少する。一般に、光学式測距センサでは、反射光の光スポットが受光面にある領域、すなわち出力信号が測距対象物までの距離に反比例する領域を測距範囲として使用する。
【００１１】
上記従来の光学式測距センサ１００では、出力信号が測距対象物までの距離に反比例するため、測距対象物までの距離が遠距離になるほど出力信号Ｓ１,Ｓ２の変化量が小さくなり、測距精度が低くなる課題があった。このため、遠距離で測距精度が必要な用途では、光学式測距センサが検出可能な測距範囲全域を利用することができず、測距範囲を限定する必要があった。
【００１２】
そこで、特開２００３−１５６３２８号公報(特許文献１)では、図１３に示すように２つの発光素子と、１つの受光素子によって、２つの測距可能距離を有する光学式測距センサ２００が提案されている。図１３において、２１１,２１２は発光素子、２１３は受光素子、２１３aは受光面、２１４は投光用集光手段、２１５は投光用集光手段、２１６は受光用集光手段である。この光学式測距センサ２００では、近位側の測距可能距離をＬ１、遠位側の測距可能距離をＬ２、受光素子２１３と発光素子２１２の基線長をＡ１、受光素子２１３と発光素子２１１の基線長をＡ２とすると、
Ｌ１＝(Ａ１・ｆ)／ｘ
Ｌ２＝(Ａ２・ｆ)／ｘ
より、
Ｌ１：Ｌ２＝Ａ１／ｘ：Ａ２／ｘ
が得られる。これにより、近位側と遠位側の両方の測距範囲で物体までの距離を検出する。
【００１３】
しかしながら、上記光学式測距センサ２００は、２つの発光素子２１１,２１２と投光用集光手段２１４,２１５を必要とし、従来の光学式測距センサ１００と比べて構造が複雑で寸法が大きくなるという問題がある。また、上記光学式測距センサ２００は、近位側と遠位側の中間の測距範囲の測距精度が低下するという問題がある。
【００１４】
また、特開平５−５６１９号公報(特許文献２)では、図１４に示すように、ＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)の抵抗値の分布がＰＳＤの一端からの距離に比例するようにしたものが提案されている。例えば図１５の２２０に示すように、ＰＳＤの受光面の抵抗領域(ｐ-層)とし、電極２１５,２１６から出力される電流Ｉ１,Ｉ２を対数変換し、その差をとる方法によって、測定対象物までの距離の２乗に比例した出力信号を得ることができ、測定のダイナミックレンジを広くすることができる。
【００１５】
しかしながら、上記ＰＳＤでは、近位側と遠位側の測距精度が一定ではないという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１５６３２８号公報
【特許文献２】特開平５−５６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、この発明の課題は、従来の光学式測距センサと比べて寸法を変えることなく、簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力信号を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる光学式測距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】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の光学式測距センサは、
光学式の三角測距方式の光学式測距センサであって、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光手段と、
上記測距対象物からの反射光を集光する受光用集光手段と、
上記発光素子から出射された光の光軸に対して受光面が垂直になるように配置され、上記受光用集光手段により集光された上記反射光を受光する受光素子とを備え、
上記受光素子は、上記発光素子と上記受光素子を結ぶ基線に沿って上記受光面上に所定の間隔をあけて設けられた２つの電極と、上記２つの電極間に設けられた抵抗領域とを有し、
上記受光素子の上記受光面に入射した光の入射位置で発生した電荷が光電流となって上記抵抗領域を介して上記２つの電極から出力されると共に、
上記受光素子の上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布していることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の光学式測距センサによれば、上記発光素子から出射された光は、投光用集光手段を通過して測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射し、その反射光の一部は、受光用集光手段により集光されて、発光素子の受光面に入射して光スポットを形成する。この受光素子の受光面上の光スポットの位置は、測距対象物とこの光学式測距センサとの距離によって変化する。上記受光素子の受光面に入射した光の入射位置で発生した電荷が光電流となって上記抵抗領域を介して上記２つの電極から出力される。それによって、広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例した光電流が得られる。したがって、従来の光学式測距センサと比べて寸法を変えることなく、簡単な構成で広い測距範囲において測距対象物までの距離に比例する出力信号を正確に得ることができ、広い測距範囲全域で測距精度を均一にできる光学式測距センサを実現できる。
【００１９】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、線幅と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の振幅長を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２０】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記受光素子の抵抗領域が、線幅と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状で、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線の振幅長を変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【００２１】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、振幅長と線幅が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の折返しのピッチ間隔を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２２】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記抵抗領域は、振幅長と線幅が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状で、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線の折返しのピッチ間隔を変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【００２３】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状をしており、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の線幅を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２４】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記抵抗領域は、振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状で、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線の線幅を変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【００２５】
また、一実施形態の光学式測距センサは、上記抵抗領域は、線幅と振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状の半導体層であって、上記２つの電極の一方から他方に向かって上記折れ線形状の半導体層の不純物濃度を変化させて、上記抵抗領域の抵抗値が、上記受光用集光手段の光軸から上記受光面の光スポットの入射位置までの距離に略反比例するように分布している。
【００２６】
上記実施形態の光学式測距センサによれば、上記抵抗領域は、線幅と振幅長と折返しのピッチ間隔が略同一のジグザクに折れ曲がった折れ線形状形状の半導体層の不純物濃度を、上記２つの電極の一方から他方に向かって変化させることによって、受光用集光手段の光軸から受光面の光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が略反比例する抵抗領域を容易に形成できる。
【発明の効果】
【００２７】
以上より明らかなように、この発明の光学式測距センサによれば、従来の光学式測距センサの寸法を変えることなく、簡単な構成で近距離から遠距離まで測距精度を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の光学式測距センサを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態の光学式測距センサの基本的な構成を示す模式図である。
【００３０】
この第１実施形態の光学式測距センサ１０は、図１に示すように、光を出射する発光素子１１と、上記発光素子１１から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光手段１３と、上記測距対象物(図示せず)からの反射光を集光する受光用集光手段１４と、上記発光素子１１から出射された光の光軸に対して受光面が垂直になるように配置され、受光用集光手段１４により集光された反射光を受光する受光素子１２とを備えている。
【００３１】
上記発光素子１１は、発光ダイオードなどの光源であり、発光素子１１から出射された光は、出射部前方の光路に配設された投光用集光手段１３により絞られ、測距対象物に投光される。
【００３２】
上記受光素子１２は、ＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)であり、測距対象物で拡散反射した反射光は、受光面１２aの前方に配設された受光用集光手段１４により絞られ、受光面１２aに導かれる。
【００３３】
上記発光素子１１から出射された光は、投光用集光手段１３を通過して、測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射した一部の光は、受光用集光手段１４を通過して絞られた光スポットとして受光面１２aに入射する。この入射光が受光面１２aに入射する位置は、測距対象物と光学式測距センサ１０との距離によって変化する。受光面１２aに入射する光スポットの入射位置が基準位置(受光面１２aの中心)から変化すると、この変化量に応じて受光素子１２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２が変化する。そして、上記受光素子１２から出力される信号電流は、制御部(図示しない)の信号処理回路により、出力信号に変換される。
【００３４】
図２は上記第１実施形態の光学式測距センサの受光素子１２として用いられるＰＳＤの受光面を示している。
【００３５】
図２に示すように、このＰＳＤは、シリコンフォトダイオードを応用した光スポットの位置検出用センサであり、連続した電気信号が得られる。
【００３６】
上記第１実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、図７の断面図に示すように、シリコン基板表面にｎ+層３１,i層３２を順に拡散成長させた後、i層３２上に所定のパターンのｐ-層３３を形成し、ｎ+層３１の裏面側に裏面電極３０を形成している。さらに、i層３２上に第１,第２電極１５,１６を所定の間隔をあけて形成している。上記第１,第２電極１５,１６間をｐ-層３３で接続している。
【００３７】
図２に示すように、上記抵抗層(ｐ-層３３)からなる抵抗領域２１は、第１電極１５と第２電極１６との間において、図８の如く、受光用集光手段１４の光軸から受光面１２aの光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が反比例するように設定されている。
【００３８】
上記抵抗領域２１は、一般的な半導体シリコンプロセスのフォトリソグラフィ工程にてパターンニングにより形成される。
【００３９】
上記構成の光学式測距センサのＰＳＤにおいて、ＰＳＤの受光面１２aに光スポットが入射すると、光スポットが入射した位置に光電変換により光エネルギーに比例した電荷が発生する。そして、発生した電荷は、光電流として抵抗層(ｐ-層３３)を介して第１,第２電極１５,１６から分割して出力される。
【００４０】
このとき、表面の抵抗層(ｐ-層３３)の抵抗値が、第１,第２電極１５,１６間において受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定しているため、各第１,第２電極１５,１６から出力される光電流Ｉ１,Ｉ２と、受光用集光手段１４の光軸からＰＳＤ(１２)上の光スポットの入射位置までの距離Ｘ(図１参照)との関係は、次の式で計算される。
第１,第２電極１５,１６間の抵抗値をＲとする。受光用集光手段１４の光軸から受光面１２aの光スポットの入射位置までの距離に抵抗値が反比例するように設定されているため、受光用集光手段１４の光軸と受光面１２aの光スポットの入射位置間の抵抗値をＲ１、受光面１２aの光スポットの入射位置と第２電極１６との間の抵抗値をＲ２とすると、
Ｒ１＝α／Ｘ
Ｒ２＝Ｒ−Ｒ１＝Ｒ−α／Ｘ
となる。ここでαは任意の定数である。
光電流Ｉ１が抵抗Ｒ１に流れるときに発生する電位差と、光電流Ｉ２が抵抗Ｒ２を流れるときに発生する電位差は等しいので、
Ｉ１・Ｒ１＝Ｉ２・Ｒ２
Ｉ１・α／Ｘ＝Ｉ２・(Ｒ−α／Ｘ)
となる。
Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉの関係を用いて上記式を整理すると、
Ｉ１＝(１−α／(Ｒ・Ｘ))・Ｉ
Ｉ２＝α・Ｉ／（Ｒ・Ｘ）
となり、第１,第２電極１５,１６へ流れる電流Ｉ１,Ｉ２はそれぞれ距離Ｘに対して反比例の関係となる。
【００４１】
受光用集光手段１４の光軸からＰＳＤ(１２)上の光スポットの入射位置までの距離Ｘは、三角測距の原理により、測距対象物の位置までの距離Ｌと、次の式に示される通り反比例の関係がある。
Ｘ＝(Ａ・ｆ)／Ｌ
Ａ：投光用集光手段１３の光軸と受光用集光手段１４の光軸との距離(基線長)
ｆ：受光用集光手段１４の焦点距離
Ｌ：測距対象物の位置までの距離
【００４２】
上記２つの式より、光電流Ｉは、次の式で示される通り、測距対象物の位置までの距離Ｌと正比例の関係となる。
2007225565.tif 000020
【００４３】
第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が上記のように受光用集光手段１４の光軸からの距離Ｘに対して反比例の関係となるように形成されることで、光学式測距センサから出力される光信号Ｉは、図１６に示されたようにＰＳＤの入射スポット位置に対して比例した値となる。
【００４４】
このように、測距対象物の位置までの距離が短い場合と遠い場合のどちらにおいても一定の割合で変化する出力を得られるため、広い距離範囲で精度の高い光学式測距センサを実現することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
図３はこの発明の第２実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第２実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００４６】
図３に示すように、この第２実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２２をｐ-層で形成している。この抵抗領域２２は、折れ線の線幅,折返しのピッチ間隔を一定とし、振幅長を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設計されている。
【００４７】
上記第１電極１５から第２電極１６に向かって抵抗領域２２の抵抗値が小さくなっていることによって、ＰＳＤの受光面の第１電極１５側(抵抗領域２２の抵抗値が大きい側)において、測距対象物の変化量により生じる光スポットの移動量に対して出力電流の変化量を大きくすることができるので、測距対象物の位置が遠距離にある場合の測距精度を高めることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
図４はこの発明の第３実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第３実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００４９】
図４に示すように、この第３実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２３をｐ-層で形成している。この抵抗領域２３は、折れ線の線幅,振幅長を一定とし、折返しのピッチ間隔を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定されている。
【００５０】
上記光学式測距センサのＰＳＤにおいて、光電流を効率よく取り出すためには、抵抗領域２３近傍に光スポットが入射されることが望ましい。
【００５１】
図３に示された第２実施形態の光学式測距センサによると、受光用集光手段１４に用いられる光学レンズを調整し、光スポットのサイズを小さく絞ることで、出力精度が得られるが、組み立て時に光スポットの位置調整が必要となる。
【００５２】
これに対して、図４に示された第３実施形態の光学式測距センサによると、光スポットのサイズを小さく絞る必要がなく、組み立て時の調整が不要となり、より簡易に精度の高い光学式測距センサを提供できる。
【００５３】
（第４実施形態）
図５はこの発明の第４実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第４実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、この第４実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２４をｐ-層で形成している。この抵抗領域２４は、折れ線の振幅長と折返しのピッチ間隔を一定とし、線幅を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定されている。
【００５５】
上記光学式測距センサのＰＳＤにおいて、光電流を効率よく取り出すためには、抵抗領域近傍に光スポットが入射されることが望ましい。
【００５６】
図４に示された第３実施形態の光学式測距センサによると、折れ線形状に形成される抵抗領域２３の反復間隔が、第２電極１６側が広いため、光電流を取り出す効率が不均一となり、測距精度が低下する。
【００５７】
これに対して、図５に示された第４実施形態の光学式測距センサによると、抵抗領域２４の反復の間隔が一定のため、第１,第２電極１５,１６間で光電流を均一に取り出すことができ、測距精度が均一な光学式測距センサを提供できる。
【００５８】
（第５実施形態）
図６はこの発明の第５実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの受光面を示している。なお、この第５実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤを除いて第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成をしており、図１を援用して説明を省略する。
【００５９】
図６に示すように、この第５実施形態の光学式測距センサのＰＳＤは、ジグザクに折れ曲がった折れ線形状の抵抗領域２５をｐ-層で形成している。この抵抗領域２５は、折れ線の振幅長と、折返しのピッチ間隔と、線幅を一定とし、抵抗領域２５(ｐ-層)の不純物濃度を変化させて、第１,第２電極１５,１６間の抵抗値が、受光用集光手段１４の光軸からの距離に反比例するように設定されている。
【００６０】
上記光学式測距センサのＰＳＤにおいて、光電流を効率よく取り出すためには、抵抗領域２５近傍に光スポットが入射されることが望ましい。
【００６１】
図５に示された第４実施形態の光学式測距センサによると、折れ線形状に形成される抵抗領域２４の線幅が、第２電極１６側が太いため、光電流を取り出す効率が不均一となり、測距精度が低下する。
【００６２】
これに対して、図６に示された第５実施形態の光学式測距センサによると、抵抗領域２５の線幅が一定のため、第１,第２電極１５,１６間で光電流を均一に取り出すことができ、測距精度が均一な光学式測距センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の光学式測距センサの構造を示す図である。
【図２】図２は上記光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図３】図３はこの発明の第２実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図４】図４はこの発明の第３実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図５】図５はこの発明の第４実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図６】図６はこの発明の第５実施形態の光学式測距センサの受光素子として用いられるＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図７】図７は上記第１実施形態の光学式測距センサに用いられるＰＳＤの構造を示す断面図である。
【図８】図８は上記第１実施形態の光学式測距センサに用いられるＰＳＤの抵抗領域の比抵抗分布を示す図である。
【図９】図９は従来の光学式測距センサの構造を示す図である。
【図１０】図１０は従来のＰＳＤの抵抗領域の比抵抗分布を示す図である。
【図１１】図１１は従来のＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図１２】図１２は従来の光学式測距センサの距離と出力信号との関係を示す図である。
【図１３】図１３は従来の複数の発光素子を有する光学式測距センサの構造を示す図である。
【図１４】図１４は従来のＰＳＤの抵抗領域の比抵抗分布を示す図である。
【図１５】図１５は従来のＰＳＤの抵抗領域(ｐ-層)のパターンの形状を示す図である。
【図１６】図１６は本発明に係る光学式測距センサの距離と出力信号との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…光学式測距センサ
１１…発光素子
１２…受光素子
１３…投光用集光手段
１４…受光用集光手段
１５…第１電極
１６…第２電極
２１〜２５…抵抗領域
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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