JP2003035534A

JP2003035534A - 距離センサ、距離センサアレイ

Info

Publication number: JP2003035534A
Application number: JP2001224972A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Takei; 利治武居; Yasuhiro Takemura; 安弘竹村; Kazuhiro Mimura; 一弘味村; Kei Kato; 圭加藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易に検出感度の高い距離センサ及び距離セ
ンサアレイを提供する。【解決手段】照射手段１１と、結像レンズ１７と、位
置検出素子１６とを含んで構成され、照射手段１１によ
り照射された照射ビームに対する対象物２からの反射光
を結像レンズ１７を介して位置検出素子１６により受光
し、対象物２との距離を計測する距離センサ１０におい
て、照射手段１１の光軸と結像レンズ１７の光軸の方向
を保持すると共に、前記両光軸間の距離を実質上離す第
１の光学素子２１、２２と、結像レンズ１７の対象物２
側若しくは位置検出素子１６側に設けられた、対象物２
からの反射光を偏向させる第２の光学素子２３とを備え
る距離センサ１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離センサに関
し、特に既存の距離センサの距離に対する検知感度を高
める改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】既存の距離センサとして、例えば投光型
（アクティブ型）の距離センサは、カメラのオートフォ
ーカスに使用するための仕様になっており、基本的に
は、数１０ｃｍから数１０ｍの範囲をカバーしているも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うな従来の距離センサによれば、検出素子からの出力値
は雑音との関係から電圧値で１０００点以上の分解能と
することが困難である。したがって、１０００点程度の
分解能で、例えば１０ｍをカバーすることになり、１点
の検出感度が１ｃｍ程度となってしまう。このため、距
離の非常に小さな変化に対する出力変化を得ることが難
しく、例えば工場のラインに流れる印刷物等の製品の厚
みのリアルタイムでの計測、検査や、就寝者の呼吸によ
る微小な動きの補足等に使用することが困難であった。
また、距離センサの検出素子は、分解能を高めることに
より検出感度を高められるが、出力値が電圧値であるの
で、電圧値とノイズとの関係から、分解能を１０００点
以上に高めることが困難であった。

【０００４】そこで本発明は、簡易に検出感度の高い距
離センサ及び距離センサアレイを提供することを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による距離センサ１は、例えば
図１に示すように、照射手段１１と、結像レンズ１７
と、位置検出素子１６とを含んで構成され、照射手段１
１により照射された照射ビームに対する対象物２からの
反射光を結像レンズ１７を介して位置検出素子１６によ
り受光し、対象物２との距離を計測する距離センサ１０
において、照射手段１１の光軸と結像レンズ１７の光軸
の方向を保持すると共に、前記両光軸間の距離を実質上
離す第１の光学素子２１、２２と、結像レンズ１７の対
象物２側若しくは位置検出素子１６側に設けられた、対
象物２からの反射光を偏向させる第２の光学素子２３と
を備える。また、距離センサ１では、第２の光学素子２
３はウェッジプリズムであるとよい。

【０００６】このように構成すると、距離センサ１は、
照射手段１１の光軸と結像レンズ１７の光軸の方向を保
持すると共に、前記両光軸間の距離を実質上離す第１の
光学素子２１、２２と、結像レンズ１７の対象物２側若
しくは位置検出素子１６側に設けられた、対象物２から
の反射光を偏向させる第２の光学素子２３とを備えるの
で、例えば既存の距離センサを用いて、簡易に検出感度
の高い距離センサを提供することができる。

【０００７】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の距離センサ１では、第１の光学素子２１、２２
は、２枚の平面ミラーを照射手段の光軸に対して所定の
角度で傾けて対向させて構成されている。

【０００８】上記目的を達成するために、請求項３に係
る発明による距離センサ３０は、例えば図５に示すよう
に、照射手段１１と、結像レンズ１７と、位置検出素子
１６とを含んで構成され、照射手段１１により照射され
た照射ビームに対する対象物２からの反射光を結像レン
ズ１７を介して位置検出素子１６により受光し、対象物
２との距離を計測する距離センサ１０において、対象物
２からの反射光を偏向させる第２の光学素子４１と、第
２の光学素子４１と結像レンズ１７との間に設けられた
結像倍率を拡大する少なくとも１つの凸レンズを含む２
つ以上のレンズ４２を備える。また、距離センサ３０で
は、第２の光学素子４１はウェッジプリズムであるとよ
い。

【０００９】このように構成すると、距離センサ３０
は、対象物２からの反射光を偏向させる第２の光学素子
４１と、第２の光学素子４１と結像レンズ１７との間に
設けられた結像倍率を拡大する少なくとも１つの凸レン
ズを含む２つ以上のレンズ４２を備えるので、例えば既
存の距離センサを用いて、簡易に検出感度の高い距離セ
ンサを提供することができる。

【００１０】また請求項４に記載のように、請求項３に
記載の距離センサ３０では、照射手段１１の対象物２側
に少なくとも１つ以上の凸レンズ４７を配置するとよ
い。

【００１１】上記目的を達成するために、請求項５に係
る発明による距離センサ５０は、例えば図１０に示すよ
うに、照射手段１１と、結像レンズ１７と、位置検出素
子１６とを含んで構成され、照射手段１１により照射さ
れた照射ビームに対する対象物２からの反射光を結像レ
ンズ１７を介して位置検出素子１６により受光し、対象
物２との距離を計測する距離センサ１０において、対象
物２からの反射光を偏向させる第２の光学素子６１、６
２を備え、第２の光学素子６１、６２は、２枚の平面ミ
ラーを対向させて構成されている。

【００１２】このように構成すると、距離センサ５０
は、対象物２からの反射光を偏向させる第２の光学素子
６１、６２を備え、第２の光学素子６１、６２は、２枚
の平面ミラーを対向させて構成されているので、例えば
既存の距離センサを用いて、簡易に検出感度の高い距離
センサを提供することができる。

【００１３】上記目的を達成するために、請求項６に係
る発明による距離センサアレイ７０は、例えば図１１に
示すように、照射手段１１と、結像レンズ１７と、位置
検出素子１６とを含んで構成され、照射手段１１により
照射された照射ビームに対する対象物２からの反射光を
結像レンズ１７を介して位置検出素子１６により受光
し、対象物２との距離を計測する距離センサ１０を複数
配置してなる距離センサアレイ７０において、前記照射
ビームを照射する第１の距離センサ１０ａと、第１の距
離センサ１０ａの基線の延長線上にあり、対象物２から
の反射光を受光する第２の距離センサ１０ｂと、第２の
距離センサ１０ｂにおける結像レンズ１７ｂの対象物２
側若しくは位置検出素子１６ｂ側に設けられた、対象物
２からの反射光を偏向させる第２の光学素子８１とを備
える。また、距離センサアレイ７０では、第２の光学素
子８１はウェッジプリズムであるとよい。

【００１４】このように構成すると、距離センサアレイ
７０は、第１の距離センサ１０ａと、第２の距離センサ
１０ｂと、第２の距離センサ１０ｂにおける結像レンズ
１７ｂの対象物２側若しくは位置検出素子１６ｂ側に設
けられた、対象物２からの反射光を偏向させる第２の光
学素子８１とを備えるので、例えば既存の距離センサア
レイを用いて、簡易に検出感度の高い距離センサアレイ
を提供することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。

【００１６】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある距離センサ１のブロック図である。距離センサ１
は、距離センサ１０と、距離センサ１０の対象物２側に
設けられた光学系２０とを含んで構成されている。距離
センサ１０は、典型的には赤外線照射型距離センサであ
る。赤外線照射型距離センサ１０については図２を参照
してあとで説明する。光学系２０は、照射手段１１の光
軸と結像レンズ１７の光軸の方向を保持すると共に、両
光軸間の距離を実質上離す第１の光学素子としての２枚
の平面ミラー２１、２２と、結像レンズ１７の対象物２
に設けられた、対象物２からの反射光を偏向させる第２
の光学素子としてのウェッジプリズム２３とを備える。
また２枚の平面ミラー２１、２２は、照射手段１１の光
軸に対して所定の角度で傾けて対向させて構成されてい
る。所定の角度は、典型的には４５度である。また、赤
外線照射型距離センサ１０は、既存のもの（例えばオー
トフォーカスカメラに用いられるようなもの）でよい。
また、第２の光学素子２３は、典型的にはウェッジプリ
ズムであるが、光を偏向することができるものであれば
よく、例えばミラーであってもよい。

【００１７】ここで、図２のブロック図を参照して、本
実施の形態で用いる赤外線照射型距離センサ１０（以下
単に距離センサ１０という）について説明する。距離セ
ンサ１０は、いわゆるアクティブ型光学センサであり、
照射手段としての赤外光照射部１１、赤外光受光部１
２、距離センサ１０全体を制御するセンサ制御部１３を
含んで構成されている。

【００１８】赤外光照射部１１には、赤外ＬＥＤ１４と
照射レンズ１５とが備えられており、赤外ＬＥＤ１４か
ら照射された赤外光は照射レンズ１５を介して細い平行
光束のビーム光として対象物２に照射される。赤外光受
光部１２には、１次元の位置検出素子１６（以下ＰＳＤ
という）と結像レンズ１７とが備えられており、赤外光
照射部１１から照射され、対象物２で反射したビーム光
は、結像レンズ１７を介してＰＳＤ１６に結像される。
結像レンズ１７は、照射された波長帯域の光のみを透過
させるコーティングが施されている。従って、外乱光の
影響が少なく位置検出をすることができる。また以上で
はビーム光は細い平行光束としたがある程度拡散した拡
散光束であってもよい。拡散光束の場合は、後述のＰＳ
Ｄ１６による重心位置の補足に差支えない程度の拡散が
あってもよい。

【００１９】ＰＳＤ１６は、結像ビームの重心位置を出
力するので、後述のように、対象物２までの距離を測定
することができる。また、照射されるビーム光は、赤外
線であるので人間には見えず、例えば人物の状態を監視
する装置などの使用した場合に不快感を与えることがな
い。

【００２０】図３の模式図を参照して、距離センサ１０
についてさらに説明する。距離センサ１０のセンサ制御
部１３は、ＰＳＤ１６により結像ビームの重心位置を検
出する際に、外乱光と区別するために、変調を行う。変
調は、例えば周期的にビーム光の発光（照射）停止を繰
り返し行なうような動作である。この場合、ビーム光の
発光停止は、例えば光源を発光停止してもよいし、遮光
板やスリットを回転させることにより、発光停止をする
ようにしてもよい。さらに変調は、上述に加え、外乱光
の強さにより、ビーム光の出力も変化させるようにして
もよい。

【００２１】そしてセンサ制御部１３は、ビーム光を照
射している時のＰＳＤ１６の出力値からビーム光を照射
していない時のＰＳＤ１６の出力値を差し引いた出力値
を算出する。またセンサ制御部１３は、信頼性を確保す
るために、このような動作を複数回行ない、その平均出
力値を重心補足信号（以下測距信号という）とする。セ
ンサ制御部１３は、測距信号の値である測距信号値ｘを
距離情報として例えば距離センサ１０により測定された
距離を利用する不図示の外部装置へ出力する。

【００２２】また、対象とする対象物２までの距離値Ａ
は、この測距信号値ｘに基づいて、次式で算出すること
ができる。Ａ＝ｆ ×ｗ／（ｘ−ｂ） ………（１）ｆは、赤外光受光部１２の結像レンズ１７を単一レンズ
としたときそのレンズの焦点距離、ｗは、赤外ＬＥＤ１
４とＰＳＤ１６との間の距離、言い換えれば、照射レン
ズ１５と結像レンズ１７の光軸間の距離（基線長）、ｂ
はＰＳＤ１６の受光素子の配置に依存するバイアス値を
示す。またここでの焦点距離は、一般に用いられている
組み合わせレンズを使用する場合は、その組み合わせレ
ンズの焦点距離とする。

【００２３】以上で説明した距離センサ１０の場合に
は、距離値Ａの僅かな変化を検出しようとすれば、上述
の式（１）より結像レンズ１７の焦点距離ｆ、または、
基線長ｗを大きくすれば検出できる。即ち距離センサ１
０の感度を向上させることができる。

【００２４】図１に戻って、距離センサ１についてさら
に説明する。照射レンズ１５より照射されたビーム光
は、まず平面ミラー２１で９０度反射され、次に平面ミ
ラー２２でさらに９０度反射される。これによりビーム
光は、元の光軸に対して、水平に距離ｄだけシフトす
る。この結果、距離センサ１０の感度は、実質的に基線
長ｗがｄだけ増加したことにより、向上したことにな
る。この場合、同じ距離にある対象物２からの反射光
は、平面ミラー２１、２２を挿入する以前の状態と比較
して、結像レンズ１７の光軸との角度が大きくなるた
め、ウェッジプリズム２３によりビーム光の角度を偏向
させることにより、ＰＳＤ１６上に結像させることがで
きる。

【００２５】これにより距離センサ１は、距離ｄを調節
することにより感度を調節できる。例えば距離センサ１
０が２．５ｍの範囲を１０００点に分解する能力を有し
ていた場合に、ｄを調節して基線長を距離センサ１０の
５倍にすると、０．５ｍの範囲を１０００点に分解する
能力即ち５倍の感度を有するようにできる。この場合に
距離センサ１は、上記のように検出範囲が狭くなるの
で、検出範囲が対象物２のおよそ存在する範囲になるよ
うに、ウェッジプリズム２３を調節または選定するよう
にするとよい。

【００２６】また図４に示すように、距離センサ１は、
ウェッジプリズム２３を前述のように結像レンズ１７よ
りも対象物２側に配置するのではなく、結像レンズ１７
よりもＰＳＤ１６側に配置してもよい。この場合には、
対象物２で反射したビーム光の結像レンズ１７への入射
角が大きくなる。このため、ＰＳＤ１６に結像された結
像ビームは、像面湾曲等の収差が大きくなり、結像状態
が悪化する。しかしながら、結像状態が多少悪くても、
ＰＳＤ１６は、結像ビームの重心を補足する素子なの
で、大きな影響にはならない。またウェッジプリズム２
３は、結像レンズ１７とＰＳＤ１６の間に挿入すること
になるので、筐体内に収めることが可能となる。これに
より距離センサ１は、小型化をすることができる。

【００２７】以上のように、距離センサ１は、距離セン
サ１０に２枚の平面ミラー２１、２２とウェッジプリズ
ム２３またはウェッジプリズム２３’とを加えるだけな
ので、大型化せずにすむだけでなく、距離センサ１０そ
のものの感度を向上させるよりも簡易でかつ安価であ
る。またこれは、例えば計測範囲が狭くても良いが、僅
かな呼吸による高さ変動を計測する必要性がある就寝者
の呼吸の回数を計測するようなシステムで非常に有効で
ある。

【００２８】次に図５のブロック図を参照して、本発明
による第２の実施の形態による距離センサ３０について
説明する。距離センサ３０は、前述の距離センサ１０
と、距離センサ１０の対象物２側に設けられた光学系４
０とを含んで構成されている。光学系４０は、対象物２
からの反射光を偏向させる第２の光学素子としてのウェ
ッジプリズム４１と、ウェッジプリズム４１と結像レン
ズ１７との間に設けられた結像倍率を拡大する少なくと
も１つの凸レンズを含む２つ以上のレンズとしての拡大
光学系４２とを備える。また、第２の光学素子４１は、
典型的にはウェッジプリズムであるが、光を偏向するこ
とができるものであればよく、例えばミラーであっても
よい。

【００２９】ここで、図６の概念図を参照して、拡大光
学系４２について説明する。拡大光学系４２は、対象物
２側（ウェッジプリズム４１側）に凸レンズ４３、結像
レンズ１７側に凸レンズ４４を配置する。凸レンズ４３
と凸レンズ４４は、基本的には、結像レンズ１７のバッ
クフォーカス位置を変えずにその実効的な焦点距離ｆを
長くするように選定する。具体的には、凸レンズ４３の
焦点距離をｆ１、凸レンズ４４の焦点距離をｆ２とした
場合に、凸レンズ４３と凸レンズ４４とのレンズ間の距
離をｆ１＋ｆ２とし、ｍ１＝ｆ１／ｆ２＞１（ｆ１＞ｆ
２）とすれば、実効上の結像レンズ１７の焦点距離ｆを
ｍ１倍にすることができる。これは、図中破線の交点で
ある位置Ｐ１が凸レンズ４３、凸レンズ４４、結像レン
ズ１７からなる合成レンズの主平面となり、この主平面
が結像レンズ１７より対象物２側にあるためである。

【００３０】このようにすると、距離センサ１０の焦点
距離ｆを２つの凸レンズの焦点距離比で変更することが
でき、検出感度の向上を図ることができる。また距離セ
ンサ３０の検出感度の向上と検出範囲の関係は、第１の
実施の形態で述べた関係となる。

【００３１】また、図７の概略図に示すように、拡大光
学系４０は、凸レンズ４５と凹レンズ４６を用いてもそ
れらの焦点距離比によって、検出感度の向上を図ること
ができる。この場合、凸レンズ４５と凹レンズ４６は、
上述の凸レンズ４３、４４を使用した場合と同様に、結
像レンズ１７のバックフォーカス位置を変えずにその実
効的な焦点距離ｆを長くするように選定する。また同様
に、凸レンズ４５の焦点距離をｆ３、凹レンズ４６の焦
点距離をｆ４とした場合に、凸レンズ４５と凹レンズ４
６とのレンズ間の距離をｆ３−ｆ４とし、ｍ２＝ｆ３／
ｆ４＞１（ｆ３＞ｆ４）とすれば、実効上の結像レンズ
１７の焦点距離ｆをｍ２倍にすることができる。これ
は、図中破線の交点である位置Ｐ２が凸レンズ４５、凹
レンズ４６、結像レンズ１７からなる合成レンズの主平
面となり、この主平面が結像レンズ１７より対象物２側
にあるためである。

【００３２】この場合には、同じ焦点距離比の凸レンズ
を使用した場合に比較して、２つのレンズ間距離を短く
することができるので、光学系のサイズを小さくできる
長所がある。

【００３３】これにより、距離センサ１０の感度は、実
質的に結像レンズ１７の焦点距離ｆを長くしたことで、
実質的に向上することになる。即ち距離センサ３０の感
度が向上したことになる。また距離センサ３０は、第１
の実施の形態の距離センサ１と同様に検出範囲が狭くな
るので、検出範囲が対象物２のおよそ存在する範囲にな
るように、ウェッジプリズム４１を調節または選定する
ようにするとよい

【００３４】図８はＰＳＤ１６上の結像した結像ビーム
を説明する模式図である。距離センサ１０は、拡大光学
系４２により焦点距離ｆを長くしたことで、結像倍率が
大きくなることにより、ＰＳＤ１６上の結像ビームのサ
イズが大きくなり（図中破線で表示）、ＰＳＤ１６によ
る結像ビームの正確な重心位置の検出が困難になる場合
がある。

【００３５】そこで本実施の形態では、距離センサ３０
は、赤外光照射部１１の対象物２側に少なくとも１つ以
上の凸レンズを含む縮小光学系４７を配置するようにす
る。これにより、ＰＳＤ１６上の結像ビームの大きさを
適切なサイズにすることができるので、ＰＳＤ１６によ
る結像ビームの正確な重心位置の検出ができる。具体的
には、結像レンズ１７の焦点距離ｆをｍ倍にしたのであ
れば、結像ビームの大きさを１／ｍ倍になるようにすれ
ば良い。

【００３６】さらに、結像ビームの大きさを１／ｍ倍以
下にした場合には、結像ビームはさらに小さくなるの
で、実質上検出範囲を広くすることもできる。これは、
結像ビームがＰＳＤ１６の有効エリアから外れ始めると
重心位置の検出が正確で無くなるので、結像ビームの大
きさの小さくした程度分だけＰＳＤ１６の有効エリアを
使うことができるからである。またこのような場合に
は、結像ビームの大きさは、ＰＳＤ１６の大きさに対し
てそれほど小さくできないので、結像ビームの重心位置
の検出を良好に行なえる程度とすることが好ましい。

【００３７】また図９の概略図に示すように、縮小光学
系４７は、照射ビームの光束径を縮小光学系４７に入射
したビーム光よりも細くすることができればよい。例え
ば、縮小光学系４７を１つの凸レンズ４７ａとした場合
には、照射ビームは緩やかな集束光束となる（ａ）。ま
た、縮小光学系４７を２つの凸レンズ４７ｂ、４７ｃと
した場合には、照射ビームは、縮小光学系４７に入射し
たビーム光よりも細い平行光束となる（ｂ）。この場
合、具体的には、凸レンズ４７ｂの焦点距離をｆ５、凸
レンズ４７ｃの焦点距離をｆ６とした場合に、凸レンズ
４７ｂと凸レンズ４７ｃとのレンズ間の距離をｆ５＋ｆ
６とし、ｆ５／ｆ６＜１とすればよい。さらに、縮小光
学系４７を凹レンズ４７ｄと凸レンズ４７ｅとした場合
には、（ｂ）と同様に、照射ビームは、縮小光学系４７
に入射したビーム光よりも細い平行光束となる（ｃ）。
この場合、具体的には、凹レンズ４７ｄの焦点距離をｆ
７、凸レンズ４７ｅの焦点距離をｆ８とした場合に、凹
レンズ４７ｄと凸レンズ４７ｅとのレンズ間の距離をｆ
８−ｆ７とし、ｆ７／ｆ８＜１とすればよい。

【００３８】またさらに簡易な手法としては、赤外光照
射部１１側に絞りを入れることで、照射するビーム光の
直径を小さくすることができる。この場合には、結像ビ
ームに寄与する光量が低下するので、信号自体が小さく
なり、Ｓ／Ｎが劣化することにより、データーのばらつ
きが大きくなる場合がある。

【００３９】以上のように、距離センサ３０は、前述の
距離センサ１に比べて、ウェッジプリズム４１と結像レ
ンズ１７との間に拡大光学系４２を備えるので、前述の
距離センサ１に比べて、奥行きは多少大きくなるが、横
幅を押さえることができる。これにより、距離センサ３
０をアレイ化した場合には、横幅を押さえることができ
ることで、システム全体を小型化することに大きく寄与
する。

【００４０】また距離センサ３０は、赤外光照射部１１
側に縮小光学系４７を備えることにより、前述のように
検出範囲を大きくすることができるので、この分をさら
に検出感度の向上に寄与させることにより、同じ検出範
囲でも、より検出感度を向上させることも可能となる。
さらに距離センサ３０は、ＰＳＤ１６を用いているの
で、重心位置の検出がある程度正確であれば良く、収差
が多少あっても問題となるようなことはないので、光学
系４０に使用するレンズはプラスチックの単レンズ程度
のものでも良く、コストアップに寄与することは少な
い。またこれは、例えば計測範囲が狭くても良いが、僅
かな呼吸による高さ変動を計測する必要性がある就寝者
の呼吸の回数を計測するようなシステムで非常に有効で
ある。

【００４１】次に図１０のブロック図を参照して、本発
明による第３の実施の形態による距離センサ５０につい
て説明する。距離センサ５０は、前述の距離センサ１０
と、距離センサ１０の対象物２側に設けられた対象物２
からの反射光を偏向させる第２の光学素子としての光学
系６０とを含んで構成されている。光学系６０は、第２
の光学素子としての２枚の平面ミラー６１、６２を対向
させて構成される。２枚の平面ミラー６１、６２は、結
像レンズ１７の対象物２側に設けられた入射ミラー６１
と、対象物２からの反射光を入射ミラー６１に反射する
反射ミラー６２とで構成される。また平面ミラー６１、
６２は、入射ミラー６１と反射ミラー６２とを結ぶ直線
と、距離センサ１０の基線とが平行になるように設置す
るとよい。

【００４２】光学系６０は、対象物２からの反射光を反
射ミラー６２で入射ミラー６１方向に反射し、さらに反
射ミラー６２からの反射光を入射ミラー６１で反射し
て、結像レンズ１７へ導く。即ち入射ミラー６１と反射
ミラー６２の各々の角度の調整により、ＰＳＤ１６上に
反射光を導くことができる。これは、実質上、光学系６
０が無い時の距離センサ１０の基線の延長上に達する反
射光が入射されたことになるので、この延長線の長さ分
基線長ｗを拡大したことに相当する。これにより、距離
センサ１０の感度は、実質的に基線長ｗが増加したこと
になり、向上したことになる。また距離センサ５０の検
出感度の向上と検出範囲の関係は、第１の実施の形態で
述べた関係となる。

【００４３】またこの場合には、入射ミラー６１と反射
ミラー６２の角度を調整することにより、検出範囲を設
定することができる。また距離センサ５０は、反射ミラ
ー６２の配置する位置即ち距離センサ１０の基線長方向
の位置により検出感度を調整することができる。

【００４４】以上のように、距離センサ５０は、距離セ
ンサ１、距離センサ３０のようにウェッジプリズムを用
いる必要性はなく、２枚の平面ミラーで感度調整と検出
範囲の調整を同時に行うことができるので、簡易に距離
センサ１０の感度を向上させることができるだけでな
く、非常に安価な装置とすることができる。

【００４５】また距離センサ５０は、入射ミラー６１と
反射ミラー６２を設ける他、赤外光照射部１１の光軸と
結像レンズ１７の光軸の方向を保持すると共に、両光軸
間の距離を実質上離す２枚の平面ミラーを備えるように
してもよい。このとき、該２枚の平面ミラーの射出側の
平面ミラーからの照射ビームが、赤外線照射部１１の光
軸と平行になるようにする。このようにすると、距離セ
ンサ５０は、赤外光照射部１１側と赤外光受光部１２と
の両方で、必要な基線長ｗを得ることができるので、横
幅を押さえることができる。またこれは、例えば計測範
囲が狭くても良いが、僅かな呼吸による高さ変動を計測
する必要性がある就寝者の呼吸の回数を計測するような
システムで非常に有効である。

【００４６】次に図１１のブロック図を参照して、本発
明による第４の実施の形態による距離センサアレイ７０
について説明する。距離センサアレイ７０は、照射ビー
ムを照射する第１の距離センサ１０ａと、第１の距離セ
ンサ１０ａの基線の延長線上にあり、対象物２からの反
射光を受光する第２の距離センサ１０ｂと、距離センサ
１０の対象物２側に設けられた光学系８０とを含んで構
成されている。光学系８０は、対象物２からの反射光を
偏向させる第２の光学素子としてのウェッジプリズム８
１で構成される。ウェッジプリズム８１は、赤外光受光
部１２ｂの結像レンズ１７ｂの対象物２側に設ける。ま
たここでは、第１の距離センサ１０ａ、第２の距離セン
サ１０ｂには、前述の距離センサ１０を使用する。ま
た、第２の光学素子８１は、典型的にはウェッジプリズ
ムであるが、光を偏向することができるものであればよ
く、例えばミラーであってもよい。

【００４７】距離センサアレイ７０は、第１の距離セン
サ１０ａの赤外光照射部１１ａからの照射ビーム光が、
対象物２により反射され、ウェッジプリズム８１により
偏向されて第２の距離センサ１０ｂの赤外光受光部１２
ｂに入射することにより、実質的に基線長ｗを延長する
ことができる。距離センサアレイ７０は、ウェッジプリ
ズム８１を備えることにより、反射光を偏向させること
で、ビーム光をＰＳＤ１６ｂ上に結像させることができ
るので、実質的に基線長ｗを延長することができ、感度
の向上を図ることができる。また距離センサアレイ７０
の検出感度の向上と検出範囲の関係は、第１の実施の形
態で述べた関係となる。

【００４８】また第１の実施の形態で図４を参照して説
明したように、距離センサアレイ７０は、ウェッジプリ
ズム８１を結像レンズ１７ｂよりも対象物２側に配置す
るのではなく、結像レンズ１７ｂよりもＰＳＤ１６ｂ側
に配置してもよい。これにより距離センサアレイ７０
は、サイズが大きくなることなく、感度を向上させるこ
とができる。

【００４９】また距離センサアレイ７０は、以上で使用
しなかった第１の距離センサ１０ａの赤外光受光部１２
ａ、第２の距離センサ１０ｂの赤外光照射部１１ｂによ
っても距離の測定を行なうようにしてもよい。この場合
には、ウェッジプリズム８２を赤外光受光部１２ａの結
像レンズ１７ａの対象物２側にも備えるようにする。こ
れにより、基線長ｗは上述の場合より短くなるが感度は
向上させることができるので、第１の距離センサ１０ａ
と第２の距離センサ１０ｂとを有効に使うことができ
る。

【００５０】以上のように、距離センサアレイ７０は、
第１の距離センサ１０ａの基線長の延長方向にある第２
の距離センサ１０ｂを利用して、感度を向上することが
できる。さらに、距離センサアレイ７０は、２つの距離
センサを１つの距離センサとして距離を測定するような
検出方法の変更と、ウェッジプリズム８１の付加をする
だけになるので、単純で非常に安価なシステムとするこ
とができる。

【００５１】また、距離センサアレイ７０は、複数の距
離センサ１０をアレイ化して情報を取得するシステム、
例えば人の挙動を監視するシステムや、就寝者の呼吸の
回数を被接触で計測するようなシステムに用いる場合に
は、システムをそのまま利用して、容易に検出感度を向
上させたシステムとすることができる。またこれは、特
に計測範囲が狭くても良いが、僅かな呼吸による高さ変
動を計測する必要性がある就寝者の呼吸の回数を計測す
るシステムで非常に有効である。

【００５２】以上のように本発明の実施の形態によれ
ば、例えば既存の距離センサに単純な光学系を付加する
ことにより、検出感度の高い距離センサ及び距離センサ
アレイを提供することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、照射手段
と、結像レンズと、位置検出素子とを含んで構成され、
前記照射手段により照射された照射ビームに対する対象
物からの反射光を前記結像レンズを介して前記位置検出
素子により受光し、当該対象物との距離を計測する距離
センサにおいて；前記照射手段の光軸と前記結像レンズ
の光軸の方向を保持すると共に、前記両光軸間の距離を
実質上離す第１の光学素子と；前記結像レンズの対象物
側若しくは前記位置検出素子側に設けられた、前記対象
物からの反射光を偏向させる第２の光学素子とを備える
ことを特徴とするので、簡易に検出感度の高い距離セン
サを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である距離センサの
構成例を示すブロック図である。

【図２】既存の距離センサの構成例を示すブロック図で
ある。

【図３】図２の場合における、対象物の距離を算出する
方法を説明する模式図である。

【図４】図１の場合における、ウェッジプリズムを結像
レンズよりもＰＳＤ側に配置した場合の距離センサの構
成例を示すブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態である距離センサの
構成例を示すブロック図である。

【図６】図５の場合における、凸レンズ２枚を用いた拡
大光学系を説明する概念図である。

【図７】図５の場合における、凸レンズと凹レンズを用
いた拡大光学系を説明する概念図である。

【図８】図５の場合における、ＰＳＤ上の結像ビームを
説明する模式図である。

【図９】図５の場合における、縮小光学系の説明をする
模式図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態である距離センサ
の構成例を示すブロック図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態である距離センサ
アレイの構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１距離センサ２対象物１０既存の距離センサ１１赤外光照射部１２赤外光受光部１６位置検出素子１７結像レンズ２０光学系２１、２２平面ミラー２３ウェッジプリズム３０距離センサ４０光学系４１ウェッジプリズム４２拡大光学系４３、４４、４５凸レンズ４６凹レンズ５０距離センサ６０光学系６１、６２平面ミラー７０距離センサ８０光学系８１、８２ウェッジプリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者味村一弘東京都千代田区六番町６−28 住友大阪セメント株式会社内 (72)発明者加藤圭東京都千代田区六番町６−28 住友大阪セメント株式会社内Ｆターム(参考） 2F112 AA06 BA06 BA07 DA10 DA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射手段と、結像レンズと、位置検出素
子とを含んで構成され、前記照射手段により照射された
照射ビームに対する対象物からの反射光を前記結像レン
ズを介して前記位置検出素子により受光し、当該対象物
との距離を計測する距離センサにおいて；前記照射手段
の光軸と前記結像レンズの光軸の方向を保持すると共
に、前記両光軸間の距離を実質上離す第１の光学素子
と；前記結像レンズの対象物側若しくは前記位置検出素
子側に設けられた、前記対象物からの反射光を偏向させ
る第２の光学素子とを備えることを特徴とする；距離セ
ンサ。
【請求項２】前記第１の光学素子は、２枚の平面ミラ
ーを照射手段の光軸に対して所定の角度で傾けて対向さ
せて構成されることを特徴とする請求項１に記載の距離
センサ。
【請求項３】照射手段と、結像レンズと、位置検出素
子とを含んで構成され、前記照射手段により照射された
照射ビームに対する対象物からの反射光を前記結像レン
ズを介して前記位置検出素子により受光し、当該対象物
との距離を計測する距離センサにおいて；前記対象物か
らの反射光を偏向させる第２の光学素子と；前記第２の
光学素子と前記結像レンズとの間に設けられた結像倍率
を拡大する少なくとも１つの凸レンズを含む２つ以上の
レンズを備えることを特徴とする；距離センサ。
【請求項４】前記照射手段の前記対象物側に少なくと
も１つ以上の凸レンズを配置することを特徴とする請求
項３に記載の距離センサ。
【請求項５】照射手段と、結像レンズと、位置検出素
子とを含んで構成され、前記照射手段により照射された
照射ビームに対する対象物からの反射光を前記結像レン
ズを介して前記位置検出素子により受光し、当該対象物
との距離を計測する距離センサにおいて；前記対象物か
らの反射光を偏向させる第２の光学素子を備え；前記第
２の光学素子は、２枚の平面ミラーを対向させて構成さ
れることを特徴とする；距離センサ。
【請求項６】照射手段と、結像レンズと、位置検出素
子とを含んで構成され、前記照射手段により照射された
照射ビームに対する対象物からの反射光を前記結像レン
ズを介して前記位置検出素子により受光し、当該対象物
との距離を計測する距離センサを複数配置してなる距離
センサアレイにおいて；前記照射ビームを照射する第１
の距離センサと；前記第１の距離センサの基線の延長線
上にあり、前記対象物からの反射光を受光する第２の距
離センサと；前記第２の距離センサにおける前記結像レ
ンズの対象物側若しくは前記位置検出素子側に設けられ
た、前記対象物からの反射光を偏向させる第２の光学素
子とを備えることを特徴とする距離センサアレイ。