JP2000213931A

JP2000213931A - 測距モジュ―ル

Info

Publication number: JP2000213931A
Application number: JP11013220A
Authority: JP
Inventors: Izumi Adachi; 泉安達
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】至近距離から遠距離までの広い距離レンジに
ある被測定物体の距離を測定可能な測距モジュールを提
供する。【解決手段】本モジュールは、遠距離測定用のスポッ
ト光源２Ａ、２Ｃと、至近距離測定用の拡散光源３Ａと
を備え、スポット光源２Ａ、２Ｃと、拡散光源３Ａとを
切り替えて発光させ、拡散光源３Ａの発光時の半導体位
置検出素子１の受光強度に応じてスポット光源２Ａ、２
Ｃの発光強度を制御することにより、至近距離から遠距
離まで精度の高い距離測定を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体位置検出器
を利用した光による測距モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体位置検出器（Position Sensitive
Photodetector；ＰＳＤ）は、ホトダイオードを応用し
た入射スポット光の受光位置を検出するセンサであり、
その位置検出特性を利用して、光により物体との距離を
検出する測距センサに広く利用されている。

【０００３】この種の測距センサは、ＰＳＤを用いて三
角測量方式で対象物との距離を算出するため、被測定物
との距離が近い至近距離での測定を行なう場合に、被測
定物からの反射光がＰＳＤの受光面からそれてしまうた
め、検出できず、物体が存在しないか、反射光強度が小
さくなる無限遠に被測定物が存在すると誤判断してしま
うことがあった。

【０００４】こうした至近距離の測定を可能にする技術
としては、特開昭６２−２３５５１８号公報（以下、従
来技術１と呼ぶ）、特公平７−３８０４８号公報（以
下、従来技術２と呼ぶ）、特開平４−３７０７１０号公
報（以下、従来技術３と呼ぶ）にそれぞれ開示されてい
る技術がある。

【０００５】従来技術１は、通常検出用のＰＳＤとは別
に近距離検出用のＰＳＤを並べて配置したものである。
従来技術２は、遠距離用の発光素子と近距離用の発光素
子を基線長方向の異なる位置に配置して、選択発光させ
ることで、近距離側の測定を可能としたものである。さ
らに、従来技術３は、通常のＰＳＤによる三角測量で用
いられるスポット光源とは別に、拡散光源を設け、この
拡散光の反射光を利用して近距離側の測定を行なうもの
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術では、それぞれ以下に挙げるような問題点が
あった。従来技術１においては、近距離側にＰＳＤを延
ばしているだけであり、設置スペースの問題から引き延
ばす長さにも限界があるため、実際には距離制限を短く
するだけで、ゼロ距離付近の被測定物体を検出すること
は不可能である。

【０００７】従来技術２においても、第２の発光素子と
ＰＳＤによる三角測量系は、第１の発光素子とＰＳＤに
よる三角測量系より近距離側にシフトしているだけであ
り、従来技術１と同様に、距離制限を短くしているだけ
で、ゼロ距離付近の被測定物体を検出することは不可能
である。

【０００８】従来技術３では、近距離に被測定物が存在
する場合、スポット光源と拡散光源からの光の反射が同
時にＰＳＤに入射するため、受光光量が増大し、受光素
子が飽和する虞がある。この対策として、光源の発光光
量を小さくすると、被測定物が遠距離に位置する場合
に、反射光が小さくなり過ぎて、検出できない虞があ
る。

【０００９】以上の問題点に鑑みて、本発明は、至近距
離から遠距離までの広い距離レンジにある被測定物体の
距離を測定可能な測距モジュールを提供することを課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の測距モジュールは、光を被測定物体に投射
して、被測定物体との距離を測定する測距モジュールに
おいて、（１）被測定物体表面に向けて小径のスポット
光を照射する第１の発光素子と、（２）近接域の広い角
度範囲に対して光を照射する第２の発光素子と、（３）
第１の発光素子の光路上に配置された投光レンズと、
（４）第１の発光素子の光軸と垂直に配置される受光面
を有し、各発光素子の照射光の被測定物体表面からの反
射光を受光し、その光量に応じた電気信号を発生すると
ともに、入射光の受光面上での入射位置に応じた電気信
号をあわせて出力する半導体位置検出素子（ＰＳＤ）
と、（５）ＰＳＤと被測定物体の間に配置され、被測定
物体の反射光をＰＳＤの受光面に集光する受光レンズ
と、（６）第１の発光素子の発光時におけるＰＳＤの受
光面での入射光の入射位置に応じた第１の出力電気信号
と、第２の発光素子の発光時におけるＰＳＤの受光面へ
の受光光量に応じた第２の出力電気信号に基づいて、被
測定物体までの距離を検出する演算回路と、（７）第１
及び第２の発光素子の発光動作を切り替え制御するとと
もに、第１の発光素子の発光強度を、第２の出力電気信
号の強度に基づいて制御する発光制御回路と、を備える
ことを特徴とする。

【００１１】これによれば、第１の発光素子から投射さ
れた光は、投光レンズを経て被測定物体に照射され、そ
の反射光が受光レンズを経て、ＰＳＤの受光面に入射さ
れる。第１の発光素子から投射される光は小径のスポッ
ト光であるので、ＰＳＤに入射する光もスポット光とな
る。ＰＳＤからは、その受光位置を示す第１の出力電気
信号が出力される。この受光位置は、被測定物体との距
離に応じて変化するから、この第１の出力電気信号から
被測定物体までの距離を算出することができる。

【００１２】また、第２の発光素子からは、被測定物体
に広角度で光が照射されている。このため、被測定物体
が近距離にある場合には、この第２の発光素子から照射
された光の被測定物体における反射光の一部が受光レン
ズを経てＰＳＤに入射することになる。この場合、ＰＳ
Ｄの受光面の広い範囲に反射光が入射するため、受光位
置に応じた電気信号を利用することは困難だが、受光面
への入射光量に応じた第２の出力電気信号が発生する。
一方、被測定物体が存在しないとき、あるいは被測定物
体が遠距離にあるときには、第２の発光素子からの反射
光が存在しないか、ＰＳＤに到達する反射光量は微弱な
ものとなるので、入射光量に応じた電気信号は微弱なも
のとなる。したがって、この電気信号の強弱を基にして
至近距離域での被測定物体までの距離を検出することが
できる。

【００１３】そして、第１の発光素子の発光光量を第２
の発光素子の受光光量に応じて制御することで、被測定
物が近距離にある場合は、第１の発光素子の発光光量を
弱く、被測定物が遠距離にある場合は、第１の発光素子
の発光光量を強くすることで、至近距離域内に被測定物
が存在している場合であっても、ＰＳＤからの出力電気
信号を処理する回路の出力が飽和するのを防止し、逆に
遠距離域に被測定物が存在している場合であっても、受
光光量が不足するのを防止していずれも正確な距離検出
を行なうことができる。

【００１４】この発光制御回路は、第１及び第２の発光
素子を所定の間隔で交互にパルス点灯させる制御を行う
ことが好ましい。これによれば、演算回路による演算処
理が容易になる。

【００１５】第１及び／または第２の発光素子の近傍に
対応する発光素子の発光量を検出するモニター素子をさ
らに備え、演算回路は、モニター素子からの出力が所定
以上の場合のみに被測定物体までの距離算出を行うこと
が好ましい。

【００１６】これによれば、第１または第２の発光素子
のいずれかあるいは両方が点灯しないかあるいは光量が
著しく劣化した場合には、対応するモニター素子からの
出力が低下する。これらの場合には、被測定物体が存在
していても被測定物体への投射光量が十分ではなく、精
度の高い測定ができないが、本発明によれば、このよう
な場合には、発光素子側の不調と判定することにより、
誤った測定を回避できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、説明を簡略化するた
め、各図面において同一の要素に対しては、可能な限
り、同一の参照番号を使用し、重複する説明は省略し
た。なお、図面中の寸法は、必ずしも実際の寸法とは一
致しない。

【００１８】図１は、本発明に係る測距モジュールの実
施形態の基本構成を示す概略斜視図である。本モジュー
ルは、ハウジングＨＳ内に配置された半導体位置検出器
（ＰＳＤ）１を備えている。ＰＳＤ１は、ｎ型Ｓｉから
なる半導体基板１ｃと、半導体基板１ｃの長手方向に沿
って半導体基板１ｃの表面に形成されたｐ型Ｓｉからな
る高抵抗基幹導電層１ｆと、基幹導電層１ｆから半導体
基板１ｃの幅方向に沿い基幹導電層１ｆを横切って延び
たｐ型Ｓｉからなる複数の低抵抗分枝導電層１ｅと、半
導体基板１ｃの表面の基幹導電層１ｆを覆うとともに分
枝導電層１ｅを含む受光領域に光が入射可能なように半
導体基板１ｃの長手方向に沿って延びた２つの開口を有
する遮光膜１ｄと、半導体基板１ｃの裏面に高濃度ｎ型
Ｓｉからなるコンタクト層１ｂを介して形成された裏面
電極１ａと、基幹導電層１ｆの両端部に形成された一対
の位置信号電極１Ｂ、１Ｃとを備える。

【００１９】本モジュールは、ＰＳＤ１の長手方向に直
交する線分に平行に隣接し、ハウジングＨＳ内に配置さ
れた遠距離測定用発光ダイオード（第１発光素子）２
Ａ、２Ｃと、その近傍に配置された第１発光素子２Ａ、
２Ｃの出力モニター用のホトダイオード（受光素子）２
Ｂと、第１発光素子２Ａ、２Ｃから出力された光の通過
経路上に配置されて通過光を平行光束とするようにハウ
ジングＨＳに固定された投光レンズ５と、ＰＳＤ１の受
光面に対向する位置に設けられハウジングＨＳに固定さ
れた受光レンズ４及び外乱光をカットする光学フィルタ
６とを備える。また、受光レンズ４と投光レンズ５の光
軸は平行であり、ＰＳＤ１と第１発光素子２Ａ、２Ｃの
表面がこれらの光軸と垂直に設定されている。

【００２０】本モジュールは、投光レンズ５を出射し被
測定物に照射される光よりも指向性が低い拡散光を出射
する発光ダイオード（第２発光素子）３Ａと、その近傍
に配置された第２発光素子３Ａの出力モニター用のホト
ダイオード（受光素子）３Ｂとを備えている。ここで、
第１発光素子２Ａ、２Ｃは小径のスポット光を、第２発
光素子３Ａは広角度（例えば±４０°）の拡散光を被測
定物にそれぞれ投射するが、それぞれの素子は別種のも
のでなくてもよい。また、本実施形態では、第１発光素
子を２個用いた例で説明している。これは、第１発光素
子がスポット光の為、目的とする被測定物によって投光
スポット光が反射して戻ってくる領域が異なることがあ
り、それを考慮して２ｃｈ化したものであり、もちろん
第１発光素子は１個であってもかまわない。

【００２１】本モジュールは、発光素子２Ａ、２Ｃ、３
Ａを順次異なる時間に発光させてその発光タイミングを
制御し、また、その強度を制御し、受光素子２Ｂ、３Ｂ
の出力をモニターし、入力されるＰＳＤ１の位置信号電
極１Ｂ、１Ｃから出力される２つの電流Ｉ_A及びＩ_Bに応
じてコンピュータ４２で被測定物までの距離を演算する
ことができる信号を出力するアナログ制御回路１１を備
えている。

【００２２】次に、この装置の動作原理を図２を用いて
説明する。

【００２３】まず、遠距離側の測定について説明する。
遠距離側の距離測定は、三角測量方式による。まず、被
測定物１５が遠距離域に存在する場合は、第２発光素子
３Ａから出射した光が拡散光であるため、被測定物１５
へと到達する光量も少なく、その反射光はほとんどがＰ
ＳＤ１へは到達しない。第２発光素子３Ａの発光は、モ
ニター受光素子３Ｂにより監視されているから、第２発
光素子３Ａの発光に対して、ＰＳＤ１からの出力が微弱
である場合は、被測定物１５は遠距離側に位置している
と判定する。この後で第１発光素子２Ａあるいは２Ｃを
発光させて三角測量方式による測定を行なうが、この際
の発光素子２Ａあるいは２Ｃの発光光量を第２発光素子
３Ａの発光時の受光光量に応じて制御する。第２発光素
子３Ａから被測定物１５に照射される光は拡散光である
ため、反射光量はスポット光の場合に比べて小さくなる
が、被測定物１５が近いほど受光光量は大きくなる。こ
のため、第２発光素子３Ａの発光時の受光光量から、第
１発光素子２Ａ及び２Ｃの最大の発光光量を求めること
ができる。

【００２４】こうして求めた発光光量となるよう制御し
て第１発光素子２Ａ又は２Ｃを発光させる。第１発光素
子２Ａ又は２Ｃから出射した光は、投光レンズ５により
小径のスポット光に集光されて、被測定物１５に照射さ
れる。このスポット光の径は、投光レンズ５から７０ｃ
ｍの距離で約４ｃｍである。被測定物１５に照射された
光は、表面で一般に乱反射され、その一部が集光レンズ
４を経て、干渉フィルター６を経由して、ＰＳＤ１の受
光面１Ａに到達し、光電流を発生させ、ＰＳＤ１の両電
極１Ｂ、１Ｃからその位置に応じた電流Ｉ_A、Ｉ_Bがそれ
ぞれ出力される。このとき、受光レンズ４と受光面１Ａ
の距離をｆ、基線長をＢ、受光位置の受光レンズ４の光
軸中心からの距離をｘ₁とすると、物体１５表面と受光
レンズ４の距離Ｌは、以下の式で表される。Ｌ＝Ｂｆ／ｘ₁ …（１）また、電極１Ｂ、１Ｃ間距離をＣとすると、（Ｉ_B−Ｉ_A）／（Ｉ_A＋Ｉ_B）＝２ｘ₁／Ｃ−１ …（２）が成立するから、制御回路１１は両電極の電流出力
Ｉ_A、Ｉ_BからＩ_B−Ｉ_A及びＩ _A＋Ｉ_Bを演算し、コンピュ
ータ４２が演算結果に基づいて式（２）から受光面上の
入射位置ｘ₁を演算し、上式に基づいて距離Ｌを演算し
て距離データを出力する。このとき、電流の和Ｉ_A＋Ｉ_B
は、受光光量に比例する。ここで、本実施形態では、第
１発光素子２Ａの発光光量を制御しているので、被測定
物１５が近距離にある場合でも正確な測定を行なうこと
ができる。一方、被測定物１５が遠距離にある場合は、
第１発光素子２Ａの発光光量が強くなるよう制御される
ので、ＰＳＤ１には十分な受光光量が得られ、この場合
も正確な距離測定を行なうことができる。

【００２５】しかし、この三角測量方式では、至近距離
に被測定物体１５”が存在するときは、ｘ₁が大きくな
り、反射スポット光は、ＰＳＤ１の受光面１Ａからはみ
出してしまうので、距離検出が不能となる。距離測定の
限界となる被測定物体１５’の位置Ｌ_cは、本基本形態
でこのＬ_cは約２０ｃｍである。

【００２６】次に、至近距離に被測定物体１５”が存在
する場合について説明する。第２発光素子３Ａは、広角
度（例えば±４０°）の角度範囲で光を照射している。
したがって、被測定物体１５”の広い範囲に光が照射さ
れていることになる。被測定物体１５”からの第２発光
素子３Ａからの投射光の反射光には、前述の第１発光素
子２Ａ又は２Ｃからの投射光の反射光に比べて受光レン
ズ４への入射角（いいかえれば、受光レンズ４の光軸と
なす角度）が小さい成分が含まれるため、その一部がＰ
ＳＤ１の受光面１Ａに入射する。このとき、受光面１Ａ
の比較的広い位置に光が入射するため、ＰＳＤ１の両電
極１Ｂ、１Ｃから発生する電流Ｉ_A、Ｉ_Bから一義的に受
光位置を求めることは困難になるが、その和Ｉ_A＋Ｉ
_Bは、受光面に入射した光の光量の総和に応じたものと
なる。被測定物体１５が近距離にあるほど、その反射特
性が同一の場合は、受光面１Ａに入射する光量が多くな
るので、出力電流の和も大きくなる。したがって、第２
発光素子３Ａの発光時の受光信号から被測定物体１５が
至近距離にあるか否かを検知することができる。

【００２７】続いて、測距モジュールの制御回路１１及
びコンピュータ４２の実施形態のいくつかとそれらの動
作について具体的に説明する。

【００２８】（第１の実施形態）図３は、この第１の実
施形態における測距モジュールの制御回路１１及びコン
ピュータ４２を中心としたシステム構成図であり、図４
は、この装置の動作タイミングを示す図である。

【００２９】まずタイミング発生回路２１は、外部から
供給されるパルスクロック信号ＣＬＫを分周することに
より、３つの発光素子２Ａ、２Ｃ、３Ａのそれぞれの発
光を制御するドライブパルス信号ＬＥＤ１〜３を生成す
る。本実施形態では、図４に示されるように、ＣＬＫ信
号パルス１６個ごとにＬＥＤ１、２、３のそれぞれのパ
ルス信号を切り換えて出力している。また、タイミング
発生回路２１は、各ＬＥＤ信号のパルスの立ち上がり前
にサンプルホールド制御用のＳ／Ｈ＿Ａ信号をパルス出
力し、各ＬＥＤ信号のパルス信号の終了前に同じくサン
プルホールド制御用のＳ／Ｈ＿Ｂ信号をパルス出力し、
各ＬＥＤ信号終了後の所定時間後にサンプルホールド終
了を示すＶＡＬＩＤ信号を出力している。また、ＬＥＤ
１に対応したパルス信号をＳＹＮＣ信号として外部に出
力している。

【００３０】このドライブパルス信号ＬＥＤ１〜３によ
りドライブ回路２２は、発光素子２Ａ、２Ｃ、３Ａを時
分割的にパルス点灯させる。このとき、光量制御回路５
０は、ドライブ回路２２を制御して発光素子２Ａ、２
Ｃ、３Ａのそれぞれの光量を制御する。各ＬＥＤから発
せられた光は、被測定物１５によって反射されて、遮光
膜１ｄの開口によって規定されるＰＳＤ１の各領域ＰＳ
Ｄ１Ｄ、１Ｅに入射して、光電流を生成する。それぞれ
のＰＳＤで発生した光電流は、その２つの電極から分流
されて出力されるが、それぞれのＰＳＤが並列接続され
ているので、対応する電極の出力電流の合成電流が後続
の回路に送られる。

【００３１】通常の使用状況においては、背景光による
光電流にこれらの合成電流のパルスが加わる。背景光に
よる光電流成分は、ＤＣフィードバックや容量結合を用
いて（図示していない）除去される。本説明において、
「ＰＳＤからの光電流」とは、この背景光による光電流
成分は含まず、ＬＥＤから被測定物体に投射されて反射
された光によるＰＳＤの出力光電流を意味している。背
景光による光電流が除去された後、電流−電圧変換器２
４、２５により電圧信号に変換されて、加算回路２８、
減算回路２９にそれぞれ転送される。

【００３２】こうして得られた加算出力信号と減算出力
信号は、後続のサンプルホールド回路３０〜３３に送ら
れる。それぞれのサンプルホールド回路のうち回路３
０、３２では、ＬＥＤのタイミング回路２１から送られ
てきたサンプルホールド制御信号Ｓ／Ｈ＿Ａに基づいて
ＬＥＤ発光直前の信号レベルが、回路３１、３３では、
サンプルホールド制御信号Ｓ／Ｈ＿Ｂに基づいてＬＥＤ
発光時の信号レベルがそれぞれ保持される。

【００３３】こうしてサンプルホールドされた信号レベ
ルは、ＶＡＬＩＤ信号がオンになると次段の減算回路３
４、３５に送られて、ＬＥＤ発光時とＬＥＤ発光直前と
の信号レベルの差がとられることにより、ノイズが除去
された加算信号出力Σ_out（Ｉ_A＋Ｉ_Bに相当）と、減算
信号出力Δ_out（Ｉ_A−Ｉ_Bに相当）が得られる。

【００３４】ここで、モニター素子２Ｂ、３Ｂの出力
は、電流−電圧変換器３８で電圧信号に変換された後、
サンプルホールド回路４０によりサンプルホールドされ
た後、一定値の信号ＬＥＤ_monとして出力される。Ｖref
信号はＬＥＤ非点灯時の基準信号である。両者の差が所
定レベル以下であれば、ＬＥＤが点灯していないとみな
せるので、エラー出力を生成することにより、誤作動を
防止することができる。

【００３５】これらの加算信号出力信号Σ_outと、減算
信号出力Δ_outがコンピュータ４２に送られる。遠距離
域にある被測定物１５を測定する際は、これらの信号か
ら式（２）に基づいて被測定物１５までの距離Ｌを演算
する。ここで、前述したように、遠距離域の測定の際に
は、ＬＥＤ３Ａ発光時に検出されるΣ_outが小さくな
る。このため、この数値に応じてＬＥＤ２Ａ、２Ｃ発光
時に検出されるΣ_outが十分な値となるよう光量制御回
路５０の制御により、ＬＥＤ２Ａ、２Ｃの発光量を調整
する。

【００３６】一方、近距離域にある被測定物１５を測定
する際は、前述したようにＬＥＤ３Ａ発光時に検出され
るΣ_outは、被測定物１５の反射特性が一定であれば、
被測定物１５が近くにあるほど大きな値を示す。そこ
で、被測定物１５との距離とその際に検出されるΣ_out
との対応を所定の被測定物１５に対して予め求めてお
き、この対応から被測定物１５との距離を算出すること
が可能である。

【００３７】これらの信号を１サイクルごとに直接処理
しても複数周期の出力をもとにして演算処理してその平
均を求めて最終的な距離出力としてもいずれでもよい。

【００３８】(第２の実施形態）図５は、第２の実施形
態の測距モジュールの制御回路１１及びコンピュータ４
２を含むシステム構成図である。なお、この第２の実施
形態の装置の動作タイミングも第1の実施形態と同様に
図４のタイミングチャートに基づく。

【００３９】この第２の実施形態でＰＳＤ１により反射
光を受光し、パルス電流が出力され、電流−電圧変換器
２４、２５により電圧信号に変換されるまでの動作は、
第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略す
る。変換された電圧信号は、利得調整可能な増幅器２
６、２７でそれぞれ出力飽和がしない程度に増幅され、
加算回路２８、減算回路２９にそれぞれ転送され、後続
の回路で第１の実施形態と同様に処理され、コンピュー
タ４２へと送られる。

【００４０】コンピュータ４２は、デジタル出力（ｇａ
ｉｎＸ、Ｙ）をデコーダ４１に出力する。デコーダ４
１から出力されたアナログ制御信号は、ＰＳＤ１の出力
の増幅率を制御する増幅器２６、２７、３６、３７及び
発光素子に供給される駆動電流の供給電流を制御する切
換器２３に入力され、それぞれの出力が飽和しないよう
制御を行なう。

【００４１】本実施形態においては、さらに、近距離域
における距離測定の際に、反射率の異なる被測定物に対
して、ダイナミックレンジが飽和してしまうのを防ぐた
めに、コンピュータ４２は、それぞれの発光素子２Ａ、
２Ｃ、３Ａの発光時の制御回路１１の出力を１回測定し
て記憶し、出力飽和が起こらないように共通のダイナミ
ックレンジを決定し、デコーダ４１の指定するゲイン切
換の増幅率を固定する（例えば５Ｖ定電源を用いる場
合、０．１Ｖ〜４Ｖにコントロールする）。ゲイン切換
の増幅率が決まり、ダイナミックレンジが決まったら、
ｎ回の測距を行い、第１発光素子２Ａ又は２Ｃ点灯時の
ＰＳＤ１の差信号（ＰＳＤΔ＝Ｉ_B−Ｉ_A）、第１発光素
子２Ａ又は２Ｃ点灯時のＰＳＤ１の和信号（ＰＳＤΣ＝
Ｉ_A＋Ｉ_B）、第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の和信
号（近接Σ）から発光素子非点灯時の基準信号分のリフ
ァレンス電圧１Ｖ引いた信号出力をコンピュータ４２に
記憶し、ｎ回の平均値を求めこのｎ回平均値を基に測距
演算を行う。なお、この得られたｎ回の平均値の出力結
果をそれぞれＰＳＤΔ⁺、ＰＳＤΣ⁺、近接Σ⁺とし、こ
れら及びＰＳＤΔ⁺／ＰＳＤΣ⁺の距離依存性を図６に示
す。

【００４２】図から明らかなように、近距離域（距離２
０ｃｍ以内）に限れば、それぞれの出力と被測定対象物
の距離とは１対１に対応している。したがって、近距離
域まで正確な測距を行なう事が可能となる。

【００４３】具体的な演算は、近接Σ⁺に、ＰＳＤの和
信号ＰＳＤΣ⁺を加算する。すなわち、近接Σ⁺＋ＰＳＤ
Σ⁺＝Ｑを演算する。ここで、ＰＳＤの受光面に入射す
るスポット光が欠けを生じる距離を示す時のＱの値をａ
とする。

【００４４】Ｑ＞ａとなる至近距離の場合は、Ｑ値を基
に測距を行う。被測定物までの距離とＱ値の関係を図７
に示す。第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の出力は、
被測定物がモジュールに近づくに従い距離の２乗に反比
例して受光強度が増え、第１発光素子２Ａ、２Ｃ点灯時
のＰＳＤ１の出力はＰＳＤ受光面に当たるスポット光が
欠ける前まで被測定物がモジュールに近づくに従い増え
る。しかしながら、ＰＳＤの受光面に当たるスポット光
が欠け始めると被測定物がモジュールに近づくに従い、
受光強度が減少していく。このＰＳＤ受光強度の減少率
が第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の出力の増加率に
比べ小さいためにＱ値は、左上がりの傾向を示すグラフ
となる。従って、Ｑ値からＰＳＤの受光面に入射するス
ポット光が欠けを生じる距離から距離ほぼ零の範囲にお
いて測距する事が可能となる。

【００４５】また、ＰＳＤΣ⁺＝近接Σ⁺となる時の測距
データをｂとすると、ＰＳＤΣ⁺＞近接Σ⁺の時、被測定
物は距離ｂより離れており、ＰＳＤΣ⁺＝近接Σ⁺の時、
被測定物は距離ｂにあり、ＰＳＤΣ⁺＜近接Σ⁺の時、被
測定物は距離ｂよりも近くにあることが、図７のグラフ
から明らかである。そこで、コンピュータ４２は、ＰＳ
ＤΣ⁺と近接Σ⁺との大小を比較することによって、被測
定物の存在位置に応じた信号を出力することができる。

【００４６】さらに、距離ａ又はｂよりも被測定物が測
距モジュール側にあると判別された場合には、コンピュ
ータ４２はＳ＝ＰＳＤΣ⁺／近接Σ⁺、Ｓ’＝近接Σ⁺／
ＰＳＤΣ⁺を演算し、図８に示す被測定物の距離と出力
比Ｓ又はＳ’との関係を示すグラフを用いて、距離ａ又
はｂ以下の距離にある被測定物の距離を算出し、被測定
物の距離データを出力する。

【００４７】あるいは、コンピュータ４２は、以下の演
算を行なう。

【００４８】近接Σ⁺に、ＰＳＤの差信号ＰＳＤΔ⁺とＰ
ＳＤの和信号ＰＳＤΣ⁺をそれぞれ加算し、近接Σ⁺及び
ＰＳＤΔ⁺の和と、近接Σ⁺及びＰＳＤΣ⁺の和との比を
取る。すなわち、（近接Σ⁺＋ＰＳＤΔ⁺）／（近接Σ⁺
＋ＰＳＤΣ⁺）＝Ｒを演算する。ここで、ＰＳＤの受光
面に入射するスポット光が欠けを生じる距離を示す時の
Ｒの値をａとする。

【００４９】Ｒ＞ａとなる至近距離の場合は、このＲ値
を基に測距を行う。被測定物までの距離とＲ値の関係を
図９に示す。第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の出力
は、被測定物がモジュールに近づくに従い距離の２乗に
反比例して受光強度が増え、第１発光素子２Ａ、２Ｃ点
灯時のＰＳＤ１の出力はＰＳＤ受光面に当たるスポット
光が欠ける前まで被測定物がモジュールに近づくに従い
増える。しかしながら、ＰＳＤの受光面に当たるスポッ
ト光が欠け始めると被測定物がモジュールに近づくに従
い、受光強度が減少していく。このＰＳＤ受光強度の減
少率が発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の出力の増加率に
比べ小さいためにＲ値は、測定物が近いほど大きくな
る。従って、Ｒ値からＰＳＤの受光面に入射するスポッ
ト光が欠けを生じる距離から距離ほぼ零の範囲において
測距する事が可能となる。

【００５０】図１０は、被測定物として白紙及び黒紙を
用いたときの測定距離とＰＳＤ出力比Ｒとの関係を示す
グラフである。本グラフから、本モジュールにおいて
は、被測定物の反射率に拘らず、至近距離にある被測定
物の距離測定を行うことができることが分かる。ここ
で、ＰＳＤ△を２倍に増幅している。このため、出力比
の範囲が０〜２になっている。

【００５１】このように、本実施形態によれば、被測定
物の反射特性によらずに正確な距離測定を行なうことが
できる。

【００５２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
半導体位置検出器を利用した三角測量方式で被測定物体
の位置を検出する測距モジュールにおいて、遠方測定用
のスポット光源と、至近測定用の拡散光源とを配し、拡
散光源による反射光強度に基づいてスポット光源の照射
光量を調整するので、遠距離測定時には十分な受光光量
が得られると同時に、至近距離測定時に受光光量が強く
なりすぎて半導体位置検出器からの出力電気信号を処理
する回路の出力が飽和することがなく、至近距離から遠
距離まで安定した測定が可能となる。

【００５３】さらに、遠距離用の発光素子と、近距離用
の発光素子を交互にパルス点灯させることで、複雑な演
算処理が不要となり、確実な測定が可能となる。

【００５４】また、発光素子の発光量を検出するモニタ
ー素子をさらに備えることで、発光素子が点灯していな
い場合に、従来の装置においては測定不可能であるにも
かかわらず、無限遠あるいは物体の非存在として感知
し、誤動作するおそれがあったが、本装置ではこのよう
な場合に発光素子の不調を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の基本構成の概略構成図であ
る。

【図２】図１の装置の測定原理を示す説明図である。

【図３】本発明に係る測距モジュールの第１の実施形態
のシステム構成図である。

【図４】図３のシステムのタイミングチャートである。

【図５】本発明に係る測距モジュールの第２の実施形態
のシステム構成図である。

【図６】ＰＳＤΔ⁺、ＰＳＤΣ⁺、近接Σ⁺及びＰＳＤΔ⁺
／ＰＳＤΣ⁺の距離依存性を示すグラフである。

【図７】ＰＳＤΣ⁺、近接Σ⁺及び近接Σ⁺＋ＰＳＤΣ⁺の
距離依存性を示すグラフである。

【図８】近接Σ⁺／ＰＳＤΣ⁺及びＰＳＤΣ⁺／近接Σ⁺の
距離依存性を示すグラフである。

【図９】ＰＳＤΔ⁺／ＰＳＤΣ⁺と（近接Σ⁺＋ＰＳＤ
Δ⁺）／（近接Σ⁺＋ＰＳＤΣ⁺）の距離依存性を示すグ
ラフである。

【図１０】反射特性の異なる被測定物に対するＲ値の距
離依存性を示すグラフである。

【符号の説明】

ＨＳ…ハウジング、１…ＰＳＤ１、１５…被測定物、２
Ａ…第１発光素子、３Ａ…第２発光素子、４…レンズ、
１１…制御回路、４２…コンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 AA06 DD03 EE03 FF09 FF23 FF65 GG07 GG12 HH04 HH13 JJ16 JJ18 KK02 LL04 LL22 LL26 NN01 NN16 PP22 QQ01 QQ25 QQ27 QQ28 QQ42 UU00 UU01 UU02 2F112 AA06 BA03 BA06 CA06 CA12 DA02 DA19 DA26 DA28 EA09 FA01 FA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を被測定物体に投射して、被測定物体
との距離を測定する測距モジュールにおいて、被測定物体表面に向けて小径のスポット光を照射する第
１の発光素子と、近接域の広い角度範囲に対して光を照射する第２の発光
素子と、前記第１の発光素子の光路上に配置された投光レンズ
と、前記第１の発光素子の光軸と垂直に配置される受光面を
有し、前記各発光素子の照射光の前記被測定物体表面か
らの反射光を受光し、その光量に応じた電気信号を発生
するとともに、入射光の受光面上での入射位置に応じた
電気信号をあわせて出力する半導体位置検出素子と、前記半導体位置検出素子と被測定物体の間に配置され、
被測定物体の反射光を前記半導体位置検出素子の受光面
に集光する受光レンズと、前記第１の発光素子の発光時における前記半導体位置検
出素子の受光面での入射光の入射位置に応じた第１の出
力電気信号と、前記第２の発光素子の発光時における前
記半導体位置検出素子の受光面への受光光量に応じた第
２の出力電気信号に基づいて、前記被測定物体までの距
離を検出する演算回路と、前記第１及び第２の発光素子の発光動作を切り替え制御
するとともに、前記第１の発光素子の発光強度を、前記
第２の出力電気信号の強度に基づいて制御する発光制御
回路と、を備える測距モジュール。
【請求項２】前記発光制御回路は、前記第１及び第２
の発光素子を所定の間隔で交互にパルス点灯させる制御
を行うことを特徴とする請求項１記載の測距モジュー
ル。
【請求項３】前記第１及び／または第２の発光素子の
近傍に対応する発光素子の発光量を検出するモニター素
子をさらに備え、前記演算回路は、前記モニター素子か
らの出力が所定以上の場合のみに前記被測定物体までの
距離算出を行うことを特徴とする請求項１記載の測距モ
ジュール。