(57)【要約】【課題】  大型化やコストアップを招くことなく、被測定物が遠ざかるにつれて距離の測定精度が低下することを防止できる光学式測距センサを提供すること。【解決手段】  ＬＥＤ１から出射した近赤外波長の光を発光側レンズ３で平行光にして、被測定物１０に投射する。被測定物１０による反射光が、受光側レンズ３とプリズム４を介してＰＳＤ５に入射する。プリズム４は、光の入射角が小さい程、入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きい屈折特性を有するので、被測定物１０の位置が変化したとき、被測定物１０が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合との間で、プリズム４からの出射光の出射角度の変化量を略同じにできる。したがって、被測定物１０が遠距離位置にあるときの測定精度を、被測定物１０が近距離位置にある場合と略同じにできる。【選択図】図１
2007010556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光素子と、
上記発光素子からの出射光が透過する発光側レンズと、
上記発光側レンズを透過して被測定物に照射され、この被測定物で反射された反射光が入射する受光側レンズと、
上記受光側レンズで集光された光を受ける受光面を有し、この受光面における受光位置に応じた信号を出力する受光素子と、
上記受光素子からの出力信号に基づいて、上記被測定物に対する距離を算出する距離算出回路とを備え、
上記受光素子は、上記被測定物の位置の変化量に対する出力の変化量の割合が、上記被測定物が上記発光側レンズに近い近距離位置にある場合と、上記被測定物が上記発光側レンズから遠い遠距離位置にある場合との間で、互いに略同じであ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、
上記被測定物が上記近距離位置にある場合と、上記被測定物が上記遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面における受光位置の移動量が、互いに略同じであることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式測距センサにおいて、
上記被測定物が上記近距離位置にある場合と、上記被測定物が上記遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面における受光位置の移動量の割合を互いに略同じにする光学素子を、上記受光側レンズと受光素子との間に備えることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の光学式測距センサにおいて、
上記受光側レンズは、入射する光の入射角が大きい場合と小さい場合とで、上記入射角の変化量に対する上記受光素子の受光面への集光位置の移動量が、互いに略同じであ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、
上記受光素子は、上記受光面の法線が上記発光側レンズの光軸に対して略直角を向くと共に、上記受光面が上記発光素子側を向くように配置されていることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式測距センサにおいて、
上記受光素子を搭載するフレームを備え、
上記フレームの上記受光素子を搭載する部分は、フォーミング金型によって他の部分に対して略直角に屈曲されていることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記受光素子は、上記受光面の単位面積あたりの電気抵抗値が、近距離位置にある被測定物の反射光が入射する位置よりも、遠距離位置にある被測定物の反射光が入射する位置のほうが大きいことを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項８】
請求項２に記載の光学式測距センサにおいて、
上記受光側レンズは、光軸に関して非対称の表面形状を有することを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項９】
請求項２に記載の光学式測距センサにおいて、
上記受光側レンズは、光軸に関して非対称の屈折率分布形状を有することを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記受光素子は、この受光素子の長手方向の寸法よりも大きい寸法の搭載領域を有するフレームに搭載されていることを特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の光学式測距センサを備えた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定可能範囲内の被測定物の存在と、この被測定物までの距離とを検出する光学式測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、三角測量方式の光学式測距センサとしては、光を出射する発光素子と、この発光素子からの出射光を平行にして外部に出射する発光側レンズと、この発光側レンズから出射されて被測定物に照射された光のうち、この被測定物で反射された反射光を集光する受光側レンズと、この受光側レンズで集光された光を検出する受光素子とを備えたものがある（例えば、特開平４−２５６８０７号公報：特許文献１参照）。この受光素子は、受光面における光の照射位置を示す信号を出力するＰＳＤ（Position Sensitive Photo Detector：位置検出素子）であり、このＰＳＤの出力信号に基づいて、三角測量の原理を用いて信号処理回路で演算を行うことにより、被測定物までの距離を算出している。
【０００３】
上記従来の光学式測距センサでは、被測定物に対する距離とＰＳＤの出力値とが反比例になる距離―出力特性を有する。この特性により、被測定物の位置の変化量に対するＰＳＤの出力の変化量の割合が、被測定物までの距離が小さい場合と大きい場合とで異なる。詳しくは、被測定物までの距離が小さい場合は、この被測定物の位置の変化量に対するＰＳＤ出力の変化量の割合が大きく、被測定物までの距離が大きい場合は、この被測定物の位置の変化量に対するＰＳＤ出力の変化量の割合が小さくなる。したがって、被測定物が光学式測距センサから遠ざかるにつれて、距離の測定値の分解能が低くなって、距離の測定精度が低下するという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、光学式測距センサの測定可能範囲を拡大することにより、測定精度が高い範囲を拡大する方法がある。
【０００５】
しかしながら、光学式測距センサの測定可能範囲を拡大するためには、発光側レンズと受光側レンズとの間の距離や、発光素子とＰＳＤとの間の距離や、受光側レンズとＰＳＤとの間の距離を増大する必要がある。また、発光側レンズ及び受光側レンズの大型化や、発光素子の出力の増大や、ＰＳＤの大型化が必要になる。したがって、光学式測距センサの大型化やコストアップを招くという問題がある。
【特許文献１】特開平４−２５６８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、大型化やコストアップを招くことなく、被測定物が遠ざかるにつれて距離の測定精度が低下することを防止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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の光学式測距センサは、光を出射する発光素子と、
上記発光素子からの出射光が透過する発光側レンズと、
上記発光側レンズを透過して被測定物に照射され、この被測定物で反射された反射光が入射する受光側レンズと、
上記受光側レンズで集光された光を受ける受光面を有し、この受光面における受光位置に応じた信号を出力する受光素子と、
上記受光素子からの出力信号に基づいて、上記被測定物に対する距離を算出する距離算出回路とを備え、
上記受光素子は、上記被測定物の位置の変化量に対する出力の変化量の割合が、上記被測定物が上記発光側レンズに近い近距離位置にある場合と、上記被測定物が上記発光側レンズから遠い遠距離位置にある場合との間で、互いに略同じであることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、上記発光素子から出射された出射光が、上記発光側レンズを透過して被測定物に照射され、この被測定物で反射された反射光が上記受光側レンズに入射する。この受光側レンズで集光された光が、上記受光素子の受光面に入射する。この受光素子からの出力に基づいて、上記距離算出回路によって、上記被測定物に対する距離が算出される。上記受光素子は、上記被測定物が上記近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する出力の変化量の割合が略同じである。したがって、上記被測定物が遠距離位置にある場合においても、この被測定物について測定される距離の分解能は、近距離位置にある場合と略同じになる。これにより、上記被測定物が遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで、互いに略同じ測定精度が得られる。その結果、従来のような大型化やコストアップを招くことなく、被測定物が遠ざかるにつれて距離の測定精度が低下することを防止できる。
【０００９】
なお、近距離位置とは、被測定物の測定が可能な測定可能範囲内において、上記発光側レンズに可能な限り近い位置をいい、遠距離位置とは、上記測定可能範囲内において、上記発光側レンズから可能な限り遠い位置をいう。
【００１０】
従来、受光面における受光位置を検出する受光素子からの出力に基づいて、三角測量の原理を用いて被測定物までの距離を算出する光学式測距センサでは、被測定物が遠ざかっても測定精度が低下しないものは無かった。本発明者は、被測定物が遠ざかるにつれて測定精度が低下する原因が、被測定物の位置の変化量に対する受光素子の出力の変化量の割合が、上記被測定物が近距離位置にある場合よりも、上記被測定物が遠距離位置にある場合のほうが小さい点にあることを見出し、これに基づいて本発明に至ったものである。
【００１１】
一実施形態の光学式測距センサは、上記被測定物が上記近距離位置にある場合と、上記被測定物が上記遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面における受光位置の移動量が、互いに略同じである。
【００１２】
上記実施形態によれば、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、この被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面における受光位置の移動量が互いに略同じであることにより、上記被測定物の位置の変化量に対する受光素子からの出力の変化量の割合を互いに略同じにできる。
【００１３】
一実施形態の光学式測距センサは、上記被測定物が上記近距離位置にある場合と、上記被測定物が上記遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面における受光位置の移動量の割合を互いに略同じにする光学素子を、上記受光側レンズと受光素子との間に備える。
【００１４】
上記実施形態によれば、上記光学素子によって、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面における受光位置の移動量の割合が、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、互いに略同じになる。したがって、上記被測定物の位置の変化量に対する受光素子からの出力の変化量の割合を、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで互いに略同じにできる。
【００１５】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光側レンズは、入射する光の入射角が大きい場合と小さい場合とで、上記入射角の変化量に対する上記受光素子の受光面への集光位置の移動量が、互いに略同じである。
【００１６】
上記実施形態によれば、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とに対応して、上記受光側レンズに入射する光の入射角が大きい場合と小さい場合とが生じる。上記受光側レンズは、入射する光の入射角が大きい場合と小さい場合とで、上記入射角の変化量に対する上記受光素子の受光面への集光位置の移動量が、互いに略同じである。したがって、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する受光素子からの出力の変化量の割合を互いに略同じにできる。
【００１７】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光素子は、上記受光面の法線が上記発光側レンズの光軸に対して略直角を向くと共に、上記受光面が上記発光素子側を向くように配置されている。
【００１８】
上記実施形態によれば、上記受光面の法線が上記発光側レンズの光軸に対して略直角を向くと共に、上記受光面が上記発光素子側を向くように上記受光素子が配置されることにより、この受光素子は、上記被測定物が上記測定可能範囲内の近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する出力の変化量の割合を略同じにできる。
【００１９】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光素子を搭載するフレームを備え、
上記フレームの上記受光素子を搭載する部分は、フォーミング金型によって他の部分に対して略直角に屈曲されている。
【００２０】
上記実施形態によれば、電子部品の製造工程で広く用いられているフォーミング金型を用いることにより、簡単かつ安価にフレームを屈曲して、上記受光素子が、受光面の法線が上記発光側レンズの光軸に対して略直角を向くと共に、上記受光面が上記発光素子側を向くように配置可能になる。
【００２１】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光素子は、上記受光面の単位面積あたりの電気抵抗値が、近距離位置にある被測定物の反射光が入射する位置よりも、遠距離位置にある被測定物の反射光が入射する位置のほうが大きい。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記受光素子からの出力の変化量の割合を、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで互いに略同じにできる。
【００２３】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光側レンズは、光軸に関して非対称の表面形状を有する。
【００２４】
上記実施形態によれば、上記光軸に関して非対称の表面形状を有する受光側レンズによって、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面への集光位置の移動量を、互いに略同じにできる。これにより、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する受光素子からの出力の変化量の割合を互いに略同じにできる。
【００２５】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光側レンズは、光軸に関して非対称の屈折率分布形状を有する。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記光軸に関して非対称の屈折率分布形状を有する受光側レンズによって、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する上記受光素子の受光面への集光位置の移動量を、互いに略同じにできる。これにより、上記被測定物が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する受光素子からの出力の変化量の割合を互いに略同じにできる。
【００２７】
一実施形態の光学式測距センサは、上記受光素子は、この受光素子の長手方向の寸法よりも大きい寸法の搭載領域を有するフレームに搭載されている。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記受光素子の上記フレームの搭載位置を、このフレームの搭載領域内で、この受光素子の長手方向の所望の位置に調節できる。したがって、同一のフレーム及び受光素子を用いて、異なる測定可能範囲を有する光学式測距センサを低コストに作製できる。
【００２９】
本発明の機器は、上記光学式測距センサを備える。
【００３０】
上記構成によれば、被測定物が遠ざかるにつれて距離の測定精度が低下することを防止できる光学式測距センサを備えるので、大型化やコストアップを防止しつつ、高精度に動作可能な機器が得られる。
【００３１】
なお、上記被測定物とは、物のみに限られず、人をも意味し、光学式測距センサからの距離を測定すべき対象であれば、いかなるものをも包含する。
【００３２】
また、上記光とは、可視域波長の光に限られず、上記被測定物に照射されて反射するものであれば、例えば赤外域波長や紫外域波長等の他の波長の電磁波をも包含する。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明の光学式測距センサは、被測定物が測定可能範囲内の近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、上記被測定物の位置の変化量に対する出力の変化量の割合が略同じである受光素子を備えるので、上記被測定物が遠距離位置にある場合においても、近距離位置にある場合と略同じ測定精度が得られるから、大型化やコストアップを招くことなく、被測定物が遠ざかるにつれて距離の測定精度が低下することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての光学式測距センサを模式的に示した縦断面図であり、図２は、上記光学式測距センサを模式的に示した平断面図である。
【００３６】
この光学式測距センサは、近赤外波長の光を出射する発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）１と、このＬＥＤ１からの出射光を平行光にする発光側レンズ２と、被測定物からの反射光を集光する受光側レンズ３と、この受光側レンズ３で集光された光を受ける受光素子としてのＰＳＤ（位置検出素子）５を備える。上記受光側レンズ３とＰＳＤ５との間に、光学素子としてのプリズム４を配置している。このプリズム４は、光の入射角が小さい程、この入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きい屈折特性を有する。なお、図２では、発光側及び受光側レンズ２，３とプリズム４は図示していない。
【００３７】
上記ＰＳＤ５は、表面側から厚み方向に順に、半導体のＰ層、Ｉ層及びＮ層を有するシリコンフォトダイオードであり、上記Ｐ層の表面が、平面視において長方形の受光面になっている。この受光面に光が照射され、光電変換によって生成された光電流が、上記受光面の長手方向の両端に設けられた電極から出力されるようになっている。このＰＳＤ５からの電流は、上記ＬＥＤ１とＰＳＤ５との間に配置された測距ＩＣ（集積回路）６に入力され、この測距ＩＣ６によって、上記受光面における照射光の長手方向位置を算出するようになっている。そして、この受光面上の照射光の位置に基づいて、三角測量の原理を用いて被測定物までの距離を算出するようになっている。上記ＰＳＤ５は、長手方向を上記ＬＥＤ１に向けて配置している。
【００３８】
上記ＬＥＤ１、プリズム４、ＰＳＤ５及び測距ＩＣ６は、導電性のケーシング８内に収容しており、上記発光側及び受光側レンズ２，３は、上記ケーシング８の上側面に固定している。
【００３９】
この光学式測距センサは、被測定物の距離の測定が可能な測定可能範囲が、上記発光側レンズ２の近傍から光の出射方向に約６ｍ離れた位置までの間である。
【００４０】
上記構成の光学式測距センサは、以下のように動作する。
【００４１】
まず、上記ＬＥＤ１から出射された近赤外線が、上記発光側レンズ２で平行光にされてケーシング８の外に出射される。この発光側レンズ２からの出射光が被測定物１０に照射され、この照射光のうち被測定物１０で反射された反射光が、上記受光側レンズ３に入射する。この受光側レンズ３に入射した反射光は集光され、上記プリズム４で屈折されて、ＰＳＤ５の受光面上に照射される。このＰＳＤ５から、上記受光面における反射光の照射位置に応じた値の電流が出力される。この電流を受けた測距ＩＣ６は、上記電流値からＰＳＤ５の受光面上の受光位置（反射光の照射位置）を算出し、この受光位置に基づいて、三角測量の原理を用いて上記被測定物１０までの距離を算出する。
【００４２】
上記プリズム４は、光の入射角が小さい程、この入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きい屈折特性を有する。これにより、上記被測定物１０の距離の測定値の精度を、遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じにできる。
【００４３】
詳しくは、図１に示すように、被測定物１０が発光側レンズ２の近傍の近距離位置にある場合、この被測定物１０で反射された反射光Ｂｎ１は、Ｂｎ２で示すように受光側レンズ３で集光されて、Ｂｎ３で示すように大きい入射角でプリズム４に入射する。一方、被測定物１０が測定可能範囲の限界近傍の遠距離位置にある場合、すなわち、発光側レンズ２から約６ｍの距離にある場合、この被測定物１０で反射された反射光Ｂｆ１は、Ｂｆ２で示すように小さい入射角で受光側レンズ３で集光されて、Ｂｆ３で示すように小さい入射角でプリズム４に入射する。
【００４４】
ここで、近距離位置にある被測定物１０の位置と、遠距離位置にある被測定物１０の位置が、上記発光側レンズ２からの光の出射方向に、各々単位長さだけ変化したとする。この場合、上記被測定物１０からの反射光Ｂｆ１，Ｂｎ１は受光側レンズ３への入射角が互いに異なるので、この受光側レンズ３からの出射角の変化量は、上記遠距離位置からの反射光Ｂｎ１の方が近距離位置からの反射光Ｂｆ１よりも小さくなる。したがって、上記プリズム４への入射角の変化量は、遠距離位置にある被測定物１０の反射光Ｂｆ２の方が、近距離位置にある被測定物１０の反射光Ｂｎ２よりも小さくなる。しかしながら、上記プリズム４は、光の入射角が小さい程、この入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きい屈折特性を有するから、上記プリズム４からの出射角の変化量が、遠距離位置からの反射光Ｂｆ３と、近距離位置からの反射光Ｂｎ３との間で略同じに補正される。したがって、上記ＰＳＤ５の受光面における照射光の移動量が、上記被測定物１０が遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じになる。その結果、上記被測定物１０の位置の変化量に対して、上記ＰＳＤ５の出力電流値の変化量が、上記被測定物１０が遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じになる。これにより、上記ＰＳＤ５の出力値から算出される上記被測定物１０の距離の値の分解能を、遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じにできる。したがって、上記被測定物１０の距離の測定値の精度を、遠距離位置にある場合においても、近距離位置にある場合と略同じにできるのである。
【００４５】
ここで、従来の光学式測距センサを説明することにより、本実施形態の光学式測距センサに対する比較を行う。
【００４６】
図３は、従来の光学式測距センサを模式的に示す縦断面図である。図３において、図１の光学式測距センサの構成部分と同一の構成部分には、同一の参照番号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
図３に示すように、従来の光学式測距センサは、ケーシング８内にＬＥＤ１、プリズム４、ＰＳＤ５及び測距ＩＣ６が収容されており、上記ケーシング８の光出射側の天板に、発光側及び受光側レンズ２，３が固定されている。
【００４８】
上記ＰＳＤ５には、上記受光側レンズ３で集光された被測定物１０の反射光が、本実施形態のプリズム４を介さずに直接入射するので、このＰＳＤ５の出力値は、上記被測定物１０の距離に関して反比例の関係を有する。図４は、上記被測定物１０の距離と、上記ＰＳＤ５の出力との関係である距離−出力特性を模式的に示したグラフである。図４において、横軸は、発光側レンズ２から被測定物１０までの距離であり、縦軸は、ＰＳＤ５の出力である。横軸および縦軸のいずれも、最大距離および最大出力で各々規定した無次元量である。
【００４９】
従来の光学式測距センサにおいて、図４のような距離−出力特性となる理由を、図５を用いて説明する。図５は、光学式測距センサにおける三角測量の原理を模式的に示した図である。
【００５０】
図５において、被測定物１０が遠距離位置Ｆにある場合、発光側レンズ２の中心Ｃ２から被測定物１０までの距離Ｌ１９と、受光側レンズ３の中心Ｃ３からＰＳＤ５の受光面上における反射光の照射位置までの距離Ｌ２２とについて、下記の式（１）のような関係が成立する。
Ｌ２２＝α・Ｌ２０・Ｌ２１／Ｌ１９・・・（１）
ここで、αは比例定数であり、Ｌ２０は発光側レンズ２の中心Ｃ２と、受光側レンズ３の中心Ｃ３との間の距離であり、Ｌ２１は受光側レンズ３の焦点距離である。
【００５１】
なお、図５において、Ｌ１８は発光側レンズ２から近距離位置Ｎにある被測定物１０までの距離であり、Ｌ２３は近距離位置Ｎにある被測定物１０について、受光側レンズ３の中心Ｃ３からＰＳＤ５の受光面上における反射光の照射位置までの距離である。
【００５２】
上記式（１）によれば、被測定物１０の距離に対して、ＰＳＤ５の受光面上における照射位置の距離が反比例の関係を有する。ここで、上記ＰＳＤ５からの出力値は、受光面の長手方向の端から照射位置までの距離と比例の関係を有するので、被測定物１０が発光側レンズ２から遠ざかるにつれて、ＰＳＤ５からの出力値の変化量が減少することになる。その結果、被測定物１０が発光側レンズ２から遠ざかるにつれて、測定値の分解能が低下して、測定値の精度が低下する。
【００５３】
これに対して、第１実施形態の光学式測距センサは、受光側レンズ３とＰＳＤ５との間にプリズム４を配置し、このプリズム４は、光の入射角が小さい程、この入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きい屈折特性を有する。これにより、上記ＰＳＤ５の受光面における照射光の移動量を、上記被測定物１０の位置の変化量に対して、この被測定物１０が遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じにできる。その結果、上記被測定物１０の距離の測定値の精度を、遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じにできる。すなわち、上記被測定物１０が発光側レンズ２から遠ざかるにつれて測定精度が低下することを防止できる。
【００５４】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の光学式測距センサが備えるＰＳＤ５と、このＰＳＤ５がダイボンドされたフレーム１５とを示す図である。
【００５５】
第２実施形態の光学式測距センサは、第１実施形態の光学式測距センサに対して、プリズム４を有しない点と、ＰＳＤ５の取付け姿勢が直角をなす点が異なる。第２実施形態の光学式測距センサについて、第１実施形態の光学式測距センサの構成部分と同一の部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００５６】
本実施形態の光学式測距センサは、第１実施形態の光学式測距センサと同様に、ケーシング８内に、ＬＥＤ１、ＰＳＤ５及び測距ＩＣ６を収容すると共に、上記ケーシング８の天板に、発光側レンズ２と受光側レンズ３とを固定している。
【００５７】
上記ＰＳＤ５は、図６に示すようなフレーム１５にダイボンドされており、このフレーム１５は、ＰＳＤ５ダイボンドされたダイボンド部１５ａと、このダイボンド部１５ａに対して直角に屈曲した取付け部１５ｂとを有する。この取付け部１５ｂを、ケーシング８の底板の内側面に固定することにより、上記ダイボンド部１５ａにダイボンドされたＰＳＤ５の受光面の法線を、発光側レンズ２の光軸と直角の方向に向けている。
【００５８】
本実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤ５の受光面の法線が、発光側レンズ２の光軸と直角をなすことにより、被測定物１０が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで、距離の測定精度を互いに略同じにできる。図７は、本実施形態において用いる三角測量の原理を模式的に示した図である。
【００５９】
図７において、被測定物１０が遠距離位置Ｆにある場合の発光側レンズ２の中心Ｃ２から被測定物までの距離Ｌ２５と、受光側レンズ３の中心Ｃ３からＰＳＤ５の受光面上における反射光の照射位置までの距離Ｌ２９とについて、下記の式（２）のような関係が成立する。
Ｌ２９＝β・Ｌ２５・Ｌ２７／Ｌ２６・・・（２）
ここで、βは比例定数であり、Ｌ２６は発光側レンズ２と受光側レンズ３のレンズ中心Ｃ２，Ｃ３の間の距離であり、Ｌ２７は受光側レンズ３とＰＳＤ５の受光面までの距離である。
【００６０】
なお、図７において、Ｌ２４は近距離位置Ｎにある被測定物１０までの距離であり、Ｌ２５は遠距離位置Ｆにある被測定物１０までの距離であり、Ｌ２８は近距離位置Ｎにある被測定物１０について、受光側レンズ３の中心Ｃ３からＰＳＤ５の受光面上における反射光の照射光位置までの距離である。
【００６１】
上記式（２）から明らかなように、被測定物１０の距離に対して、ＰＳＤ５の受光面上における反射光の照射位置の距離が比例の関係を有する。ＰＳＤ５の出力は、受光面の端から照射位置までの距離と比例の関係を有するので、被測定物１０の距離とＰＳＤ５の出力値とは、図８に示すような距離−出力特性を有する。なお、図８において、横軸は、発光側レンズ２から被測定物１０まで距離であり、縦軸は、ＰＳＤ５の出力である。横軸および縦軸のいずれも、最大距離および最大出力で各々規定した無次元量である。
【００６２】
本実施形態の光学式測距センサは、図８に示すような距離−出力特性を有するので、被測定物１０が発光側レンズ２から遠ざかっても、従来のようにＰＳＤ５からの出力値の変化量が減少することがない。その結果、測距ＩＣ６によって算出される被測定物１０までの距離の値は、被測定物１０が遠距離位置にある場合でも、近距離位置にある場合と略同じ分解能を有し、測定精度の低下を防止することができる。
【００６３】
上記フレーム１５は、第１実施形態において用いられるような板状のフレームを、電子部品の製造工程で広く用いられるフォーミング金型で屈曲することにより、簡単安価に作製できる。
【００６４】
（第３実施形態）
第３実施形態の光学式測距センサは、第１実施形態の光学式測距センサに対して、プリズム４を有しない点と、受光側レンズの表面形状が異なる。第３実施形態の光学式測距センサについて、第１実施形態の光学式測距センサの構成部分と同一の部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００６５】
本実施形態の光学式測距センサは、被測定物１０の反射光を集光する受光側レンズが、光軸に関して非対称の表面形状を有する。この受光側レンズの表面形状は、光の入射角が小さい程、この入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きい屈折特性を有する。これにより、遠距離位置にある被測定物１０からの反射光は、近距離位置にある被測定物１０からの反射光よりも入射角が小さいので、遠距離位置と近距離位置との間で、被測定物１０の位置の変化量に対する受光側レンズからの出射角の変化量が略同じになる。その結果、ＰＳＤ５の受光面上における照射光の移動量が互いに略同じになって、遠距離位置と近距離位置との間で距離の測定精度が互いに略同じになる。つまり、被測定物１０が遠ざかるにつれて距離の測定精度が低下することを防止できる。
【００６６】
このように、本実施形態によれば、第１実施形態の軸対象の受光側レンズ３とプリズム４の機能を、受光側レンズのみによって得ることができる。
【００６７】
なお、受光側レンズの表面形状を光軸に関して非対称に形成することに代えて、受光側レンズの屈折率分布を光軸に関して非対称に形成することによって本実施形態の効果を奏することもできる。例えば、受光側レンズを、屈折率が互いに異なる材料によって発光側レンズに近い側の部分と遠い側の部分とを形成し、光の入射角が小さい程、この入射角の変化量に対する出射角の変化量の割合が大きくなる屈折特性を与えてもよい。
【００６８】
（第４実施形態）
第４実施形態の光学式測距センサは、第１実施形態の光学式測距センサに対して、プリズム４が無い点と、ＰＳＤの受光面における電気抵抗値が不均一である点が異なる。
【００６９】
本実施形態において、第１実施形態の光学式測距センサと同一の構成部分には同一の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００７０】
第１実施形態の光学式測距センサのＰＳＤ５は、受光面の単位面積当たりの抵抗値が、いずれの位置においても同じである。これに対して、本実施形態では、受光面の単位面積当たりの抵抗値を、受光面の長手方向の一端から他端に向かって大きくなるように形成している。この単位面積当たりの抵抗値が大きい側の端を、発光側レンズ２側に向けてＰＳＤを配置している。すなわち、発光側レンズ２から遠ざかるにつれて受光面の単位面積当たりの抵抗値が小さくなるように配置している。
【００７１】
本実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤの受光面の単位面積当たりの抵抗値が、発光側レンズ２から遠ざかるにつれて小さいので、上記ＰＳＤからの出力の変化量の割合を、被測定物１０が近距離位置にある場合と遠距離位置にある場合とで互いに略同じにできる。
【００７２】
詳しくは、被測定物１０の位置の変化量に対する受光側レンズ３からの出射角の変化量は、被測定物１０が遠距離位置にある場合よりも近距離位置にある場合の方が大きい。したがって、この受光側レンズ３から出射されてＰＳＤの受光面に照射される照射光の移動量は、上記被測定物１０が遠距離位置にある場合よりも近距離位置にある場合の方が大きい。ここで、上記ＰＳＤの受光面において、遠距離位置にある被測定物１０からの反射光は、発光側レンズ２に近い位置に照射され、上記近距離位置にある被測定物１０からの反射光は、発光側レンズ２から遠い位置に照射される。そして、上記ＰＳＤの受光面の単位面積当たりの抵抗値は、発光側レンズ２から遠ざかるにつれて小さくなるように形成されている。したがって、受光面上において、近距離位置にある被測定物１０からの照射光は、抵抗値が小さい領域で大きく移動し、遠距離位置にある被測定物１０からの照射光は、抵抗値が大きい領域で小さく移動することになる。これにより、上記ＰＳＤからの出力電流値が、上記被測定物１０の位置の変化量に対して変化する割合が、上記被測定物１０が遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合との間で互いに略同じになる。したがって、上記ＰＳＤの出力値から算出される上記被測定物１０の距離の値の分解能を、遠距離位置にある場合と近距離位置にある場合とで略同じにできる。その結果、上記被測定物１０の距離の測定値の精度を、遠距離位置にある場合においても、近距離位置にある場合と略同じにできる。
【００７３】
（第５実施形態）
第５実施形態では、光学式測距センサの測距範囲を変更することにより、測距範囲内の測定精度の差を縮小するものである。
【００７４】
図９Ａ及び９Ｂは、本実施形態の光学式測距センサにおける三角測量の原理を模式的に示した図である。
【００７５】
本実施形態の光学式測距センサは、ＰＳＤ５がダイボンドされるフレーム２５が、ＰＳＤ５の長手方向の寸法よりも大きいダイボンド領域を有する。これにより、同一のフレーム２５を用いてＰＳＤ５のダイボンド位置を調節することにより、異なる測距範囲を有する光学式測距センサが得られる。
【００７６】
図９Ａにおいて、被測定物１０が、発光側レンズ２の中心Ｃ２からＬ４５の距離だけ離れた遠距離位置Ｆにある場合と、発光側レンズ２の中心Ｃ２からＬ４４の距離だけ離れた近距離位置Ｎにある場合との間で、ＰＳＤ５の受光面上における反射光の照射位置の差の距離は、Ｌ４８になる。この照射位置の差の距離Ｌ４８は、発光側レンズ２と受光側レンズ３の中心Ｃ２，Ｃ３の間の距離Ｌ４６と、受光側レンズ３の焦点距離Ｌ４７と、ＰＳＤ５の発光側レンズ２の中心Ｃ２からの距離Ｌ５０によって決まる。
【００７７】
ここで、図９Ｂに示すように、同一のフレーム２５上に、ＰＳＤ５を、図９Ａにおけるよりも発光側レンズ２から遠い位置であって、発光側レンズ２の中心Ｃ２から距離Ｌ５１の位置にダイボンドする。これにより、ＰＳＤ５の受光面上に反射光が照射される距離Ｌ４８を変えないで、測距範囲を変更することができる。この場合、フレーム２５上のＰＳＤ５のダイボンド位置の変更のみでよいので、発光側レンズ２の中心Ｃ２と受光側レンズ３の中心Ｃ３との間の距離Ｌ４６や、受光側レンズ３の焦点距離や、ＰＳＤ５の受光領域の長さＬ４８を変える必要が無いから、ケーシング８や受光側レンズ３やＰＳＤ５の変更によるコスト上昇を防止できる。
【００７８】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態の機器としての自走式掃除機は、第１実施形態の光学式測距センサを備える。この自走式掃除機は、上記光学式測距センサによって、被測定物として室内の壁や、掃除機の周囲に存在する障害物や、人体等に対する距離を、これらの被測定物が測距範囲の限界近傍に位置する場合であっても高精度に計測できる。したがって、上記室内を、障害物や人体等との衝突を正確に回避しながら走行して掃除動作を行うことができる。
【００７９】
また、上記機器は、上記自走式掃除機以外の例えばプロジェクタであってもよい。このプロジェクタは、本発明の光学式測距センサを備えることにより、映像を投射すべきスクリーン等に対する距離を、測距範囲の限界に至るまで高精度に計測することができる。このプロジェクタによれば、上記光学式測距センサからの情報に基づいてオートフォーカス装置を駆動することにより、測距範囲の限界近傍に位置するスクリーンに、高精度に焦点を合わせて映像を投射できる。したがって、高精細の大画面映像をスクリーンに映し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態としての光学式測距センサを模式的に示した縦断面図である。
【図２】第１実施形態の光学式測距センサを模式的に示した平断面図である。
【図３】従来の光学式測距センサを模式的に示す縦断面図である。
【図４】被測定物の距離とＰＳＤの出力との間の距離−出力特性を模式的に示したグラフである。
【図５】光学式測距センサにおける三角測量の原理を模式的に示した図である。
【図６】第２実施形態の光学式測距センサが備えるＰＳＤ及びフレームを示す図である。
【図７】第２実施形態において用いる三角測量の原理を模式的に示した図である。
【図８】第２実施形態の光学式測距センサの距離−出力特性を模式的に示したグラフである。
【図９Ａ】第５実施形態の光学式測距センサにおける三角測量の原理を模式的に示した図である。
【図９Ｂ】第５実施形態の光学式測距センサにおいて、ＰＳＤの位置を変更したときの三角測量の原理を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ＬＥＤ
２  発光側レンズ
３  受光側レンズ
４  プリズム
５  ＰＳＤ
６  測距ＩＣ
８  ケーシング
１０  被測定物
【図１】
2007010556.tif 000003
【図２】
2007010556.tif 000004
【図３】
2007010556.tif 000005
【図４】
2007010556.tif 000006
【図５】
2007010556.tif 000007
【図６】
2007010556.tif 000008
【図７】
2007010556.tif 000009
【図８】
2007010556.tif 000010
【図９Ａ】
2007010556.tif 000011
【図９Ｂ】
2007010556.tif 000012