JP2006010506A

JP2006010506A - 光学式測距センサおよび自走式掃除機

Info

Publication number: JP2006010506A
Application number: JP2004188091A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Mizuo; 和洋水尾; Akishi Yamaguchi; 陽史山口; Shinya Kawanishi; 信也川西; Atsuo Fujikawa; 淳雄藤川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12
Also published as: US20060050263A1; CN1712998A; CN100344998C; US7119887B2

Abstract

【課題】騒音が無く、長期安定性が比較的良好で、小型化とコスト削減ができ、しかも、測定精度が比較的高い光学式測距センサを提供すること。
【解決手段】複数のＬＥＤ５１〜５５からの出射光を、１つの発光レンズ１で透過して、被検出物３２で反射された反射光を、受光レンズ２を介してＰＳＤ４で受光する。ＬＥＤ５１〜５５からの光出射方向によって被検出物３２の方向を検出すると共に、ＰＳＤ４の受光面における反射光の受光位置に基づいて、被検出物３２に対する距離を検出する。焦電型センサ３０で遠赤外線Ｌ１０を受光することにより、被検出物３２が人体であるか否かを検知する。１つの受光レンズ１によって複数のＬＥＤ５１〜５５の出射光を透過するので、光学式測距センサの小型化とコスト削減を行うことができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、所定範囲に存在する物体を検出すると共に、上記物体が存在する方向と上記物体までの距離とを測定する光学式測距センサに関する。

従来より、人体や物の検出を目的にしたセンサとしては、焦電型センサ、超音波センサ、反射型赤外線センサおよび赤外線方式測距センサなどが使用されており、これらのセンサのうちの複数のセンサを組み合わせたものがある。

この種のセンサとしては、焦電型センサと赤外線センサを備え、上記焦電型センサで人体を検知した後、上記赤外線センサで上記人体が存在する方向を検知すると共に、上記人体までの距離を測定するセンサ装置が提案されている（例えば特許文献１：特開２００２−３５０５５５号公報）。このセンサ装置は、上記赤外線センサの検知範囲が焦電型センサの検知範囲よりも狭いので、上記赤外線センサを機械的に走査させて上記人体に関する方向および距離を検出することが提案されている。また、上記焦電型センサの検知範囲と略同じ範囲をカバーするために、複数個の赤外線センサを用いることが提案されている。

しかしながら、上記赤外線センサを機械的に走査する場合は、走査時の機械的動作により騒音が生じる問題や、機械的に走査を行うので応答性が比較的低いという問題がある。さらに、走査用機械のメンテナンスが必要であるので、長期安定性が比較的悪いという問題がある。

また、上記複数個の赤外線センサを用いた場合は、センサ装置が大型化して、このセンサ装置を搭載する機器が制限されるという問題がある。さらに、部品点数の増大により製造コストが増大するという問題がある。また、複数個の赤外線センサの搭載形態により、迷光の発生の問題や、平行光の出射が困難になるという問題がある。これらの問題は、測定値の精度を低下させる不都合を招く。また、複数の光源からの赤外線の出射を切り換える度に出力不定の期間が生じて、全体の測距動作に時間がかかるという問題がある。さらに、電磁波の影響を受け易くて測定精度が低下し易いという問題がある。
特開２００２−３５０５５５号公報

そこで、本発明の課題は、騒音が無く、長期安定性が比較的良好で、小型化とコスト削減ができ、しかも、測定精度が比較的高い光学式測距センサを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の光学式測距センサは、
光を出射する複数の発光素子と、
上記複数の発光素子からの出射光が透過する１つのレンズと、
上記レンズを透過して被検出物で反射された反射光が入射する受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じた信号を出力する受光素子と、
上記複数の発光素子を駆動する発光駆動部と、
上記受光素子からの信号を受けて、上記被検出物に対する距離を表す距離信号を出力する距離信号出力部と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、上記複数の発光素子からの出射光が、上記１つのレンズを透過して、上記被検出物に導かれる。この被検出物で反射された反射光が、上記受光素子の受光面に入射する。上記距離信号出力部は、上記受光素子からの信号を受けて、上記被検出物に対する距離を表す距離信号を出力する。この光学式測距センサは、上記複数の発光素子からの出射光を上記１つのレンズで透過させるので、上記発光素子の数と同じ数だけレンズを設けるよりも、小型化とコスト削減ができる。

一実施形態の光学式測距センサは、
上記発光素子の数で定められた検出範囲を有する。

上記実施形態によれば、上記発光素子の数を設定することにより、上記検出範囲を所定の広さに設定することができる。

なお、上記検出範囲とは、上記被検出物が位置する範囲であって、この光学式測距センサからの距離および方向が検出可能な範囲をいう。

一実施形態の光学式測距センサは、
上記複数の発光素子の間の距離で定められた視野角を有する。

上記実施形態によれば、上記発光素子の間の距離を設定することにより、上記視野角を所定の大きさに設定することができる。

なお、上記視野角とは、上記レンズから出射光が出射する範囲を表す角度をいう。

一実施形態の光学式測距センサは、
上記発光素子と受光素子との間の距離で定められた検出範囲を有することを特徴としている。

上記実施形態によれば、上記発光素子と受光素子との間の距離を設定することにより、上記検出範囲を所定の広さに設定することができる。例えば、上記レンズの軸方向における上記検出範囲の境界までの距離を、所定の距離に設定することができる。

一実施形態の光学式測距センサは、
上記複数の発光素子を封止する光透過性の第１の封止部と、
上記第１の封止部の表面の部分であって、上記複数の発光素子から上記レンズに至る経路が重なる部分以外の部分を覆う光非透過性の第２の封止部と
を備える。

上記実施形態によれば、上記第１の封止部で封止された上記複数の発光素子からの光のうち、この発光素子から上記レンズに至る経路以外の経路を進む光が、上記第２の封止部で遮られる。これにより、上記発光素子からの出射光のうち、測距動作に寄与しない迷光がレンズに漏れることが、効果的に防止される。

なお、上記第２の封止部によって、上記第１の封止部の表面にスリット状の開口を形成するのが好ましい。

一実施形態の光学式測距センサは、
上記第１の封止部は、上記複数の発光素子からの光が出射する部分が、レンズ形状を有する。

上記実施形態によれば、上記複数の発光素子からの光が、上記第１の封止部の上記レンズ形状の部分によって集光される。したがって、上記１つのレンズに十分な強度の光を入射させることができるので、上記被検出物に関する距離の検出精度を向上できる。

一実施形態の光学式測距センサは、
所定周期を有するタイミング信号を出力するタイミング信号出力部を備え、
上記発光駆動部は、上記タイミング信号と同期して上記発光素子を発光駆動し、
上記距離信号出力部は、上記タイミング信号と同期して上記距離信号を出力する。

上記実施形態によれば、上記タイミング信号出力部からのタイミング信号に同期して、上記発光駆動部が上記発光素子を発光駆動する。また、上記タイミング信号に同期して、上記距離信号出力部が上記距離信号を出力する。これにより、上記距離信号と、この距離信号が得られた反射光の光源である発光素子とを関連づけることができる。したがって、上記発光素子に対応する方向と、上記距離信号から得られる距離とに基づいて、上記被検出物の位置を特定できる。

一実施形態の光学式測距センサは、
上記複数の発光素子の発光を切り換えるタイミングで初期化信号を出力する初期化信号出力部を備え、
上記タイミング信号出力部は、上記初期化信号を受けたとき、上記タイミング信号の出力を初期化し、
上記発光駆動部は、上記初期化信号を受けたとき、上記複数の発光素子のうちの発光駆動すべき発光素子を切り換える。

上記タイミング信号出力部は、上記初期化信号出力部から上記初期化信号を受けたとき、上記タイミング信号の出力を初期化する。これにより、上記初期化信号を受ける前のタイミング信号と異なるタイミングで、タイミング信号を新たに出力する。また、上記発光駆動部は、上記初期化信号を受けたとき、上記複数の発光素子のうちの発光駆動すべき発光素子を切り換える。この切り換えた発光素子は、上記新たに出力されたタイミング信号に同期して、上記発光駆動部によって発光駆動される。したがって、上記切り換えられた発光素子は、迅速に所定周期のタイミング発光を行うことができる。これと共に、上記新たに出力されたタイミング信号に同期して、上記切り換えられた発光素子に対応する距離信号が、上記距離信号出力部から出力される。これにより、上記発光素子の発光駆動が切り換えられてから、この切り換えられた発光素子に対応する距離信号が出力されるまでに生じる出力不定の期間が、従来よりも短縮される。その結果、上記発光素子の切り換えに必要な時間を短縮できて、上記複数の発光素子による測距動作を高速化できる。

一実施形態の光学式測距センサは、
少なくとも上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部を収容すると共に、導電性材料で形成されたケーシングを備える。

上記実施形態によれば、少なくとも上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部が上記ケーシングで収容され、このケーシングは導電性材料で形成されている。したがって、上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部について、外部からの電磁波の影響を低減して、電磁ノイズの発生を防止することができる。その結果、高精度かつ高信頼の光学式測距センサが得られる。

一実施形態の光学式測距センサは、
少なくとも上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部を搭載すると共に設置電極を有する基板を備え、
上記基板の接地電極が、上記ケーシングに電気的に接続されている。

上記実施形態によれば、上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部が搭載された基板に関して、この基板の接地電極を上記ケーシングと同電位にすることができるので、電磁ノイズの発生を効果的に防止できる。

一実施形態の光学式測距センサは、焦電型センサを備える。

上記実施形態によれば、上記焦電型センサで上記被検出物を検出することにより、上記被検出物が人体または物体のいずれであるかを区別できる。

本発明の自走式掃除機は、上記光学式測距センサを備える。

上記構成によれば、上記自走式掃除機は、上記光学式測距センサを備えるので、自走式掃除機の小型化とコスト削減を行うことができる。

以上のように、本発明の光学式測距センサは、光を出射する複数の発光素子と、上記複数の発光素子からの出射光が透過する１つのレンズと、上記レンズを透過して被検出物で反射された反射光が入射する受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じた信号を出力する受光素子と、上記複数の発光素子を駆動する発光駆動部と、上記受光素子からの信号を受けて、上記被検出物に対する距離を表す距離信号を出力する距離信号出力部とを備えるので、上記複数の発光素子と同じ数のレンズが不要であるから、光学式測距センサの小型化とコスト削減を行うことができる。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１Ａは、本発明の光学式測距センサとしてのマルチビーム測距センサを示す模式横断面図である。図１Ｂは、図１Ａのマルチビーム測距センサの模式平断面図である。このマルチビーム測距センサ１０は、赤外線を出射する５つの発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）５１，５２，５３，５４，５５と、受光素子としてのＰＳＤ（位置検出素子）４を備える。上記ＬＥＤ５１〜５５に対向する位置に、上記ＬＥＤ５１〜５５からの光が入射されて平行光を出射する１つの発光レンズ１を備える。この発光レンズ１は真円レンズを用いている。上記ＰＳＤ４に概略対向する位置に、上記ＰＳＤ４に集光する受光レンズ２を備える。この受光レンズ２は、トロイダルレンズを用いている。上記ＬＥＤ５１〜５５およびＰＳＤ４は、ＩＣ（集積回路）３１に電気的に接続されている。

このマルチビーム測距センサ１０は、従来の三角測量方式の光学式測距センサと同様に、ＬＥＤ５１〜５５からの近赤外線ビームＬ１を、発光レンズ１を通して被検出物３２に照射し、この被検出物３２からの反射光Ｌ２を、上記受光レンズ２を通してＰＳＤ４で受光する。上記ＰＳＤ４の受光部における上記反射光の受光位置に基づいて、上記被検出物３２までの距離を測定するようになっている。

図２Ａ，２Ｂおよび２Ｃは、上記被検出物３２に対する距離を測定する原理を説明する模式図である。

上記５つのＬＥＤ５１〜５５は、上記発光レンズ１の中心と受光レンズ２の中心とを結ぶ方向に対して略直角の方向に配列されている。これにより、図２Ａに示すように、上記発光レンズ１の軸方向に加えて、上記発光レンズ１の軸に対して例えばα１のような角度の方向に近赤外線ビームＬ１を出射させることができる。さらに、上記受光レンズ２にトロイダルレンズを用いることにより、この受光レンズ２の正面以外から入射する反射光Ｌ２を、１つのＰＳＤ４の受光部に入射させることができる。

図２Ａにおいて、上記１つの発光レンズ１に対して５つのＬＥＤ５１〜５５を配置したが、このＬＥＤの個数は増減することができる。上記ＬＥＤの個数を所定の個数に設定することにより、上記発光レンズ１の軸方向および軸方向と角度をなす方向に、複数の近赤外線ビームＬ１を出射させることができる。したがって、上記近赤外線ビームＬ１が照射される範囲であって、上記被検出物３２に対する距離および方向が検出可能な範囲である検出範囲を、上記ＬＥＤの個数を調節することにより、所望の広さに設定することができる。

上記発光レンズ１から出射する複数の近赤外線ビームＬ１が互いになす角度α１は、上記ＬＥＤ５１，５２と、上記発光レンズ１との位置関係によって設定することができる。例えば、図２Ａにおいて複数のＬＥＤ５１〜５５の間の距離がｄ１である場合、上記発光レンズ１からの複数の近赤外線ビームＬ１の間の角度はα１である。一方、図２Ｂにおいて複数のＬＥＤ５１〜５５の間の距離を上記ｄ１からｄ２に小さくすることにより、上記複数の近赤外線ビームＬ１の間の角度がα１からα２に小さくできる。したがって、複数のＬＥＤ５１〜５５の間の距離を設定することにより、このマルチビーム測距センサ１０の視野角の大きさを設定することができる。また、上記複数のＬＥＤ５１〜５５の間の複数の距離は、各々別個に設定することができる。

図２Ｃは、ＬＥＤ５１〜５５が並ぶ方向と略直角方向に２つのＰＳＤ４１，４２を配列した例を示す図である。図２Ｃに示すように、発光レンズ１の近くに位置する第１の被検出物３２１の反射光は、ＬＥＤ５１から遠い側のＰＳＤ４２に入射する。上記第１の被検出物３２１よりも発光レンズ１から遠い側に距離Ｄ２だけ離れた第２の被検出物３２２の反射光は、上記ＰＳＤ４２の上記第１の被検出物３２１の反射光が入射する位置よりもＬＥＤ５１に近い位置に入射する。さらに、上記第２の被検出物３２２よりも発光レンズ１から遠い側に距離Ｄ１だけ離れた第３の被検出物３２３の反射光は、上記ＬＥＤ５１に近い側のＰＳＤ４１に入射する。このように、上記ＬＥＤ５１とＰＳＤ４１，４２との間の距離を設定することにより、三角測量の原理によって、検出範囲の発光レンズ１からの距離を設定することができる。なお、上記ＰＳＤ４１，４２のうちのいずれか１つのみによって三角測量を行うことができるのは、言うまでもない。

図３Ａおよび３Ｂは、ＬＥＤ５１〜５５の搭載構造を示す図である。図３Ａは、上記ＬＥＤ５１〜５５の搭載構造を光出射側から見た様子を示す平面図であり、図３Ｂは、上記ＬＥＤ５１〜５５の配列方向における上記搭載構造の断面図である。５つの上記ＬＥＤ５１〜５５は、第１の封止部としての一次モールド２１と、第２の封止部としての二次モールド２２とで覆われている。上記一次モールド２１は、上記ＬＥＤ５１〜５５からの出射光を透過する透光性材料で形成している。上記２次モールド２２は、上記出射光を透過しない非透光性材料で形成している。この非透光性の二次モールド２２で、上記一次モールド２１の上記ＬＥＤ５１〜５５からの出射光が出射する部分以外の部分を覆っている。これにより、上記出射光に対してスリットの効果を奏することにより、図３Ｂに示すように迷光Ｌ４を一次モールド２１内に封じ込めることができる。

図４Ａおよび４Ｂは、ＬＥＤの搭載構造の比較例を示した図である。図４Ａに示すように、一次モールド２１の光出射面を平面に形成すると共に、２次モールドを設けない場合、迷光Ｌ４がＬＥＤの搭載構造の外部に漏れてしまう。

また、図４Ｂに示すように、光出射面が平面に形成された一次モールド２１の上記光出射面以外の部分に２次モールドを設けた場合、図４Ａにおけるよりも迷光４の漏れを抑制できるものの、上記一次モールドからの出射光の指向性が比較的小さいので、レンズ１からのビームＬ６の指向角が比較的大きくなる。

これに対して、図４Ｃに示す本実施形態のマルチビーム測距センサ１０のＬＥＤ搭載構造では、一次モールド２１の光出射部分をレンズ形状６１〜６５に形成すると共に、この一次モールド２１の上記レンズ形状６１〜６５部分以外の表面の略全てを、２次モールド２２で覆っている。これにより、上記ＬＥＤ５１〜５５からの出射光を効率よく集光できて、指向角が比較的小さく、かつ、光量の大きいビームＬ７を発光レンズ１に導くことができる。したがって、上記発光レンズ１から、略平行かつ光量の大きいビームＬ８を出射することができる。なお、図４Ｃにおいて、ビームＬ７，Ｌ８を示す矢印を、光量に比例して幅広の線で描いている。

以上のように、本実施形態のマルチビーム測距センサ１０は、レンズ形状６１〜６５の部分を有する透光性の一次モールド２１と、スリット形状を有する二次モールド２２とを用いることにより、光量が大きくて略平行のビームＬ８を得ることができ、その結果、測距精度を効果的に向上することができる。

図５は、マルチビーム測距センサ１０の電気回路を示すブロック図である。なお、図５には焦電型センサ３０を図示していない。

このマルチビーム測距センサ１０は、ＬＥＤ５１〜５５を駆動する発光駆動部としてのＬＥＤ駆動回路２５と、ＰＳＤ４の出力を処理する距離信号出力部としての信号処理回路２９とを備える。上記ＬＥＤ駆動回路２５および信号処理回路２９は、上記ＩＣ３１で構成されている。上記信号処理回路２９で処理された信号は、出力回路２８を経て出力される。

上記ＬＥＤ駆動回路２５は、各ＬＥＤ５１〜５５に通電するためのスイッチとしての５つのトランジスタに接続されており、このトランジスタは、ＬＥＤ選択信号入力端子７１〜７５から入力される選択信号によってオン・オフされる。上記ＬＥＤ選択信号入力端子７１〜７５は、ケーシング３の外部に位置する制御部４０に接続されており、この制御部４０から上記選択信号が入力されるようになっている。

上記信号処理回路２９、ＰＳＤ４およびＬＥＤ駆動回路２５は、電源端子Ｖｃｃを介して外部から電源が供給されて駆動電力を出力する定電圧回路２６によって、電力が供給されるようになっている。

上記信号処理回路２９およびＬＥＤ駆動回路２５は、タイミング信号出力部としての発振回路２７に接続されており、この発信回路２７が生成する信号に同期して動作するようになっている。

上記ＬＥＤ５１〜５５、ＬＥＤ駆動回路２５、ＰＳＤ４、信号処理回路２９、定電圧回路２６、発振回路２７、出力回路２８およびトランジスタは、導電性材料で形成されたケーシング３内に収容されている。また、上記ＬＥＤ駆動回路２５、信号処理回路２９、定電圧回路２６、発振回路２７および出力回路２８は、各々基板に搭載されており、この基板は、導電性のビスによって上記ケーシング３に固定されている。上記ビスは、上記基板のＧＮＤ電極と接触している。

上記ケーシング３の外側に配置された制御部４０は、上記発振回路２７に初期信号Ｖｉｎを出力すると共に、被検出物３２までの距離を示す距離信号Ｖｏを上記出力回路２８から受け取る。上記制御部４０は、このマルチビーム測距センサ１０を搭載する機器のＣＰＵ（中央演算装置）で構成されている。

また、上記ケーシング３の外側に、人体を検出するための焦電型センサ３０を配置している。

上記構成のマルチビーム測距センサ１０の測距動作を、図６のタイミングチャートを用いて説明する。まず、電源Ｖｃｃ端子を介して外部から電源が供給されると、上記定電圧回路２６による電力供給の開始により、上記ＩＣ３１が動作を開始する。まず、このＩＣ３１内のＬＥＤ駆動回路２５が、上記選択信号により選択されたＬＥＤ５１〜５５のうちの１つのＬＥＤ（図６ではＬＥＤ５２）を発光させて、測距動作を開始する。続いて、他の一つのＬＥＤ（図６ではＬＥＤ５１）を発光させることによって、最初の発光による方向と異なる方向の測距を始める。以後、発光するＬＥＤ５１〜５５を順次切り換えて、各々のＬＥＤ５１〜５５からの出射光により各方向の測距動作を行う。

ここで、上記各ＬＥＤ５１〜５５からの出射光による測距において、これらのＬＥＤ５１〜５５の発光タイミングと、上記ＰＳＤ４からの信号出力のタイミングとを同期させる。これにより、上記ＬＥＤ５１〜５５のうちのいずれの出射光で測距を行っているのかを特定することができる。上記ＬＥＤ５１〜５５のうちの特定されたＬＥＤが光を出射する方向と、上記ＰＳＤ４からの出力とに基づいて、ＩＣ３１で演算を行う。これにより、被検出物３２の位置を、このマルチビーム測距センサ１０からの方向と距離との両方から特定することができる。

より詳しくは、上記発振回路２７が周期的に生成するパルス信号に同期して、上記ＬＥＤ駆動回路２５が、測距を行うＬＥＤ５１〜５５を所定の測距周期でｎ回（ｎは自然数）パルス発光させる。また、上記信号処理回路２９は、上記発振回路２７のパルス信号に同期して、上記ＬＥＤ５１〜５５がパルス発光しているタイミングでＰＳＤ４からの信号を読み取る。また、上記ＬＥＤ５１〜５５が発光しているときの受光信号と、上記ＬＥＤ５１〜５５が発光していないときの受光信号とを比較することにより、上記ＰＳＤ４に入射する外乱光による信号を除去することができる。

上記ＬＥＤ５１〜５５の発光を切り換える際に、上記制御部４０から初期化信号としてのＩＣ制御信号Ｖｉｎの入力を受けることにより、測距ＩＣ３１の動作を初期化する。すなわち、上記ＬＥＤ選択信号入力端子７１〜７５にＬＥＤの選択信号が入力されると共に、上記発振回路２７にＩＣ制御信号Ｖｉｎが入力される。これにより、上記発振回路２７は、切り換え前のパルス信号の発振を終了し、新たなパルス信号の発振を開始する。これに伴って、上記信号処理回路２９は、新たなパルス信号に同期して、ＰＳＤ４からの信号を読み取り、出力する。また、上記ＬＥＤ駆動回路２５は、新たなパルス信号に同期して、切り換えられたＬＥＤ５１〜５５の駆動を開始する。これにより、測距動作に要する時間を短くできる。以上のように、上記制御部４０は、初期化信号出力部としての機能を有する。

図７は、上記ＩＣ制御信号Ｖｉｎを入力しないで測距動作を行った比較例を示すタイミングチャートである。図７に示すように、上記ＩＣ制御信号Ｖｉｎを入力しないでＬＥＤの切り換えを行うと、出力不定の時間が長くなり（図７において２Ａｍｓ）、測距動作に要する時間が長くなる。これに対して、本実施形態では、ＩＣ制御信号Ｖｉｎを入力することによって、図６に示すように、初期化時間Ｂｍｓを含めても出力不定時間を短くでき（２ＡｍｓからＡｍｓに短縮できる）、ＬＥＤ５１〜５５を迅速に切り換えることができる。したがって、測距動作を短時間で行えるようになる。

また、本実施形態のマルチビーム光学式測距センサは、導電性材料で形成されたケーシング３を用いると共に、このケーシング３と上記基板とを導電性のビスで電気的に接続している。これにより、上記基板の電気回路におけるＧＮＤとケーシング３を同電位にできる。その結果、外部からの電磁波の侵入を防止できて、電磁波ノイズの生成を防止することができる。

また、本実施形態のマルチビーム光学式測距センサは、焦電型センサ３０を備えるので、被検出物３２の距離および方向を検出すると共に、上記被検出物３２からの遠赤外線Ｌ１０を検知することができる。これにより、上記被検出物３２が人体であるかまたは物体であるかを、外部からのノイズの影響を受けずに高精度に識別することができる。

図８は、上記マルチビーム測距センサ１０を搭載した自走式掃除機３３を示す図である。この自走式掃除機３３は、上記マルチビーム測距センサ１０によって、掃除を行う室内の形状や、掃除機の周囲に存在する障害物の位置および方向や、人体の有無等を、ノイズの影響が少ない状態で高精度に検出できる。したがって、上記室内を、障害物３２との衝突を効果的に回避しながら走行することができる。また、上記室内の壁や障害物の位置および方向を検出できるので、効率よく掃除を行うことができる。

本発明の実施形態の光学式測距センサとしてのマルチビーム測距センサを示す模式横断面図である。図１Ａのマルチビーム測距センサの模式平断面図である。被検出物に対する距離を測定する原理を説明する模式図である。被検出物に対する距離を測定する原理を説明する模式図である。被検出物に対する距離を測定する原理を説明する模式図である。複数のＬＥＤの搭載構造を示す平面図である。複数のＬＥＤの搭載構造を示す断面図である。ＬＥＤの搭載構造の比較例を示す図である。ＬＥＤの搭載構造の比較例を示す図である。本実施形態のＬＥＤの搭載構造を示す図である。マルチビーム測距センサの電気回路を示すブロック図である。マルチビーム測距センサの測距動作を示すタイミングチャートである。比較例の測距動作を示すタイミングチャートである。マルチビーム測距センサを搭載した自走式掃除機を示す図である。

符号の説明

１発光レンズ
２受光レンズ
３ケーシング
４ＰＳＤ
１０マルチビーム測距センサ
３０焦電型センサ
３１ＩＣ
３２被検出物
Ｌ１近赤外線ビーム
Ｌ２反射光
Ｌ１０遠赤外線

Claims

光を出射する複数の発光素子と、
上記複数の発光素子からの出射光が透過する１つのレンズと、
上記レンズを透過して被検出物で反射された反射光が入射する受光面を有し、この受光面内の入射光の位置に応じた信号を出力する受光素子と、
上記複数の発光素子を駆動する発光駆動部と、
上記受光素子からの信号を受けて、上記被検出物に対する距離を表す距離信号を出力する距離信号出力部と
を備えることを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記発光素子の数で定められた検出範囲を有することを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記複数の発光素子の間の距離で定められた視野角を有することを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記発光素子と受光素子との間の距離で定められた検出範囲を有することを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
上記複数の発光素子を封止する光透過性の第１の封止部と、
上記第１の封止部の表面の部分であって、上記複数の発光素子から上記レンズに至る経路が重なる部分以外の部分を覆う光非透過性の第２の封止部と
を備えることを特徴とする光学式測距センサ。
請求項５に記載の光学式測距センサにおいて、
上記第１の封止部は、上記複数の発光素子からの光が出射する部分が、レンズ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１に記載の光学式測距センサにおいて、
所定周期を有するタイミング信号を出力するタイミング信号出力部を備え、
上記発光駆動部は、上記タイミング信号に同期して上記発光素子を発光駆動し、
上記距離信号出力部は、上記タイミング信号に同期して上記距離信号を出力することを特徴とする光学式測距センサ。
請求項７に記載の光学式測距センサにおいて、
上記複数の発光素子の発光を切り換えるタイミングで初期化信号を出力する初期化信号出力部を備え、
上記タイミング信号出力部は、上記初期化信号を受けたとき、上記タイミング信号の出力を初期化し、
上記発光駆動部は、上記初期化信号を受けたとき、上記複数の発光素子のうちの発光駆動すべき発光素子を切り換えることを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
少なくとも上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部を収容すると共に、導電性材料で形成されたケーシングを備えることを特徴とする光学式測距センサ。
請求項９に記載の光学式測距センサにおいて、
少なくとも上記発光素子、受光素子、発光駆動部および距離信号出力部を搭載すると共に接地電極を有する基板を備え、
上記基板の接地電極が、上記ケーシングに電気的に接続されていることを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
焦電型センサを備えることを特徴とする光学式測距センサ。
請求項１に記載の光学式測距センサを備える自走式掃除機。