JP2006126021A - 測距センサおよびそれを搭載した機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境温度の変化による出力変動を確実に補正する。
【解決手段】 リードフレーム上に受光素子と共にマウントされた信号処理ＩＣ４に搭載された信号処理回路１５の出力端子１６と接地部との間に、温度補正抵抗２１を介設している。したがって、環境温度の変化によって信号処理回路１５の出力レベルが変動した場合には、上記出力レベルの変動を打ち消すように温度補正抵抗２１の抵抗値を調整することによって、環境温度の変化による信号処理回路１５の出力変動を確実に補正することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、人体を検出する場合等に使用される測距センサおよびそれを搭載した機器に関する。

従来、光を用いて対象物までの距離を計測する測距センサとして特開平５‐３１２９４８号公報(特許文献１)に開示されたものがある。この測距センサでは、放射光を発生する発光素子と、この発光素子からの放射光を所定の方向に向けて投光する発光側レンズとを含む発光部、および、上記発光側レンズから投光された光が測距の対象物によって反射された反射光を集光する受光側レンズと、この受光側レンズによって集光された光を受光する受光素子とを含む受光部を、備えている。そして、上記受光素子からの出力信号に基づいて、三角測距原理に従って、上記対象物までの距離あるいは所定範囲内における上記対象物の有無を検出するようにしている。

このような測距センサにおいては、周囲温度の変化によって上記受光側レンズおよび発光側レンズを保持するレンズケースが熱収縮膨張を起こす場合がある。その場合には、上記発光側レンズと発光素子との位置関係および上記受光側レンズと受光素子との位置関係が変化するために、受光素子への入射光位置が変化することになり、出力の変動が発生する。

そこで、上記特許文献１に開示された測距センサにおいては、ＰＷＢ(プリント配線基板)と同膨張係数を有するレンズケースを備え、上記ＰＷＢ上に、上記発光素子としてのＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)と、受光素子としてのＰＳＤ(Position Sensitive Photodetector：半導体位置検出素子)とを設置している。こうすることによって、周囲温度の変化によって上記レンズケースが膨張収縮する場合に、上記ＬＥＤおよびＰＳＤが設置された上記ＰＷＢも上記レンズケースと同様の膨張率で膨張収縮することになる。したがって、周囲温度の変化によって上記ＰＳＤに入射するスポット位置が変化する量が少なくなり、その結果出力変化が少なくなるのである。

このように、上記特許文献１に開示された従来の測距センサにおいては、周囲温度の変化によって上記ＰＳＤに入射するスポット位置が変化する量が少なくなり、ＰＳＤからの出力変化も少なくなる。しかしながら、上記ＬＥＤおよびＰＳＤと、このＰＳＤからの出力信号に基づいて上記ＰＳＤへの入射位置を表す信号を生成する信号処理回路とを一体のデバイスで構成する測距センサにおいては、上記ＰＷＢ,封止用樹脂およびレンズケース等の総ての膨張係数を同じにすることは困難であり、周囲温度の変化による入射スポット位置の変化を吸収しきれないという問題がある。
特開平５‐３１２９４８号公報

そこで、この発明の課題は、環境温度の変化による出力変動を確実に補正することができる測距センサおよびそれを搭載した機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の測距センサは、
光を放射する発光素子と、この発光素子からの放射光を集光して所定方向に投光する発光側レンズとを含む発光部と、
上記発光側レンズからの放射光が測距の対象物で反射された反射光を集光する受光側レンズと、この受光側レンズによって集光された上記反射光を受光する受光素子とを含む受光部と、
上記受光素子からの出力信号に基づいて、上記受光素子における上記反射光の受光位置を表す信号を生成する信号処理回路と、
環境温度の変化に伴う上記信号処理回路の出力レベルの変動を補正する温度補正抵抗と
を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、上記温度補正抵抗の抵抗値を調整することによって、環境温度の変化に伴う上記信号処理回路の出力レベルの変動を補正することができる。したがって、上記補正された上記信号処理回路の出力信号に基づいて、上記受光素子における上記対象物からの反射光の受光位置を正確に得ることができ、環境温度が変化しても上記対象物までの距離を正確に得ることが可能になる。

また、１実施の形態の測距センサでは、
上記温度補正抵抗は、上記信号処理回路の出力端子に一端が接続される一方、他端は定電位部に接続されており、上記信号処理回路の出力信号の基準レベルを調整するための調整抵抗を兼ねている。

この実施の形態によれば、上記温度補正抵抗を上記調整抵抗として機能させることによって、上記信号処理回路の出力信号の基準レベルを調整して、各測距センサ間の出力レベルのバラツキを無くすことができる。そうした後、上記温度補正抵抗を本来の温度補正抵抗として機能させることによって、環境温度の変化に伴う上記信号処理回路の出力レベルの変動を補正することができる。こうして、上記調整抵抗と上記温度補正抵抗とを１つの抵抗で構成することによって、コストダウンを図ることができる。

また、１実施の形態の測距センサでは、
上記信号処理回路は、上記信号処理回路の出力信号の基準レベルを調整するための調整抵抗と直列に接続されると共に、上記調整抵抗と共に上記信号処理回路の出力端子と定電位部との間に介設されている。

この実施の形態によれば、上記信号処理回路の出力信号における基準レベルの調整と、環境温度の変化に伴う上記信号処理回路の出力レベルの変動補正とを、個別に行うことが可能になる。

また、この発明の機器は、
請求項１に記載の測距センサを搭載したことを特徴としている。

上記構成によれば、上記測距センサによって、環境温度の変化に伴う上記信号処理回路の出力レベルの変動を補正することができ、環境温度が変化しても上記対象物までの距離を正確に得ることができる。したがって、正確に計測された上記対象物までの距離に従って安定した動作を行うことが可能になる。

以上より明らかなように、この発明の測距センサは、温度補正抵抗の抵抗値を調整することによって、環境温度の変化に伴う信号処理回路の出力レベルの変動を補正することができるので、上記補正された上記信号処理回路の出力信号に基づいて、受光素子における測距の対象物からの反射光の受光位置を正確に得ることができる。したがって、環境温度が変化しても上記対象物までの距離を正確に得ることが可能になる。

また、この発明の機器は、上記測距センサを搭載しているので、環境温度が変化しても上記対象物までの距離を正確に得ることができる。したがって、正確に計測された上記対象物までの距離に従って安定した動作を行うことが可能になる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の測距センサにおける概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、本測距センサは、リードフレーム１上に発光素子２と受光素子３と信号処理ＩＣ(集積回路)４をマウントし、このリードフレーム１と各素子２,３と信号処理ＩＣ４とを、赤外透過樹脂または透明樹脂５によって封止する。その際に、発光素子２を含む発光部と受光素子３および信号処理ＩＣ４を含む受光部とを個別に封止する。さらに、赤外透過樹脂または透明樹脂５によって封止された発光部と受光部とを、並設された状態で一体に包み込むように遮光樹脂６で封止する。こうして、遮光樹脂６によって、上記受光部と上記発光部との間における光の遮断と外乱光の遮断とを行うのである。但し、遮光樹脂６における発光素子２との対向部に窓７を設ける一方、受光素子３との対向部に窓８を設けて、放射光および反射光の光路を確保するようにしている。こうすることによって、受発光を支障無く行えるのである。

さらに、上記遮光樹脂６の側面と前方とを、遮光材で成型されたレンズケース１１で覆い、このレンズケース１１における遮光樹脂６の窓７との対向部には発光側レンズ９を配置する一方、窓８との対向部内側には受光側レンズ１０を配置している。さらに、レンズケース１１における発光側レンズ９と受光側レンズ１０との間と遮光樹脂６の前面との間には、レンズケース１１から遮光樹脂６にかけて延在して、上記発光部と受光部とを分離すると共に、発光部から受光部への光を遮光する遮光板１２を配置している。

上記構成を有する測距センサは、上記信号処理ＩＣ４に搭載された信号処理回路を有しており、ＰＳＤ等で構成される受光素子３からの出力信号に基づいて、受光素子３に入射される測距の対象物(以下、単に対象物と言う)１３からの反射光の入射位置を表す信号を生成するようになっている。したがって、例えば、マイクロコンピュータ等によって、上記信号処理回路からの上記入射位置を表す信号に基づいて、三角測距の原理を用いて対象物１３までの測距を検出することができるのである。

上述のような測距センサの構造において、環境温度(周囲温度)の変化によって発光側レンズ９および受光側レンズ１０を保持するレンズケース１１が熱膨張収縮を起こした場合に、レンズケース１１の熱膨張収縮量に対して発光素子２と受光素子３とをマウントしているリードフレーム１の熱膨張収縮量が異なり、例えば温度が上昇するとレンズケース１１の前部がリードフレーム１に対して相対的に発光側レンズ９および受光側レンズ１０の配列方向に膨張する。その場合には、発光側レンズ９は矢印(Ａ)で示すごとく反受光素子３側に移動する一方、受光側レンズ１０は矢印(Ｂ)で示すごとく反発光素子２側に移動する。その結果、発光素子２と発光側レンズ９との位置関係および受光素子３と受光側レンズ１０との位置関係が変化するため、破線で示すように対象物１３からの反射光の受光素子３への入射光位置が変化(図１の場合には反発光素子３側への変化)することになり、誤測距(図１の場合には対象物１３までの距離が実際よりも近いと判定)となる。

但し、環境温度の変化によるレンズケース１１の熱膨張収縮量は材料によって決まっており、環境温度が高くなれば受光素子３からの出力値は大きくなる方向にシフトする。

ここで、図２に示すように、上記信号処理ＩＣ４に搭載された信号処理回路１５の出力端子１６に一端が接続されると共に他端が接地されて、信号処理回路１５の出力信号の基準レベルをシフトして各測距センサ毎のバラツキが無くなるように調整するための調整抵抗１７が設けられている。この調整抵抗１７は、抵抗値が大きくなるように調整すれば、図３において荒い破線１８で示すように、上記対象物までの距離が同じであっても出力値は小さくなる一方、抵抗値が小さくなるように調整すれば、図３において細かい破線１９で示すように、同じ距離であっても出力値は大きくなるようになっている。したがって、調整抵抗１７の抵抗値を調整することによって、環境温度の変化に起因する信号処理回路１５からの出力値のシフトを補正することが可能になる。

そこで、本実施の形態においては、図４に示すように、上記信号処理回路１５の出力レベルにおける各測距センサ毎のバラツキを補正するための調整抵抗１７を、温度補正抵抗２１として使用するのである。あるいは、図５に示すように、各測距センサ毎の信号処理回路１５の出力レベルのバラツキを補正するための調整抵抗１７に一端が接続されると共に他端が接地された温度補正抵抗２２を、新たに設けるのである。

この場合、図４に示すように、上記温度補正抵抗２１を、調整抵抗１７を兼ねるように構成することによって、上記調整抵抗と上記温度補正抵抗とを１つの抵抗で構成することができ、コストダウンを図ることができる。また、図５に示すように、調整抵抗１７と温度補正抵抗２２とを個別に設けることによって、各測距センサ毎の信号処理回路１５の出力値のバラツキと、上記環境温度の変化による上記出力値のシフトの補正とを、個別に行うことが可能になる。

ところで、上記信号処理ＩＣ４における信号処理回路１５の出力値の環境温度変化に対する特性は、図６において細かい破線２３で示すように、上記環境温度が高くなれば信号処理回路１５からの出力値は大きくなる方向にシフトする。そこで、上述したように、温度補正抵抗２１あるいは温度補正抵抗２２を設けることによって、温度補正抵抗２１あるいは温度補正抵抗２２の抵抗値を大きくなるように調整して、図７において荒い破線２４で示すように、信号処理回路１５からの出力値を環境温度の上昇による変動分だけ小さくする方向にシフトすることによって、環境温度の影響を緩和することができるのである。

以上のごとく、本実施の形態においては、上記信号処理回路１５の出力端子１６と接地部との間に、温度補正抵抗２１、または、各測距センサ毎の出力信号の基準レベルのバラツキを補正するための調整抵抗１７と温度補正抵抗２２とを介設している。したがって、環境温度の変化によって信号処理回路１５の出力レベルが変動した場合には、上記出力レベルの変動を打ち消すように温度補正抵抗２１あるいは温度補正抵抗２２を調整することによって、環境温度の変化による信号処理ＩＣ４の出力変動を確実に補正することができるのである。

尚、上記温度補正抵抗２１あるいは温度補正抵抗２２の調整方法については、特に限定するものではない。例えば、予め、環境温度と信号処理回路１５の出力変動との関係、および、温度補正抵抗２１,２２の調整量と上記出力変動と関係を調べておき、測距センサ周囲の温度を測定し、その測定結果に応じて自動的に温度補正抵抗２１,２２の抵抗値を調整することが可能である。勿論、温度補正抵抗２１,２２の調整は、人為的に行っても構わない。

また、上記第１実施の形態においては、上記温度補正抵抗２１の一端、および、直列に接続された調整抵抗１７と温度補正抵抗２２との一端は接地されている。しかしながら、この発明では、必ずしも接地する必要はなく、所定の電位を有する箇所である定電位部に接続していればよい。

また、上記温度補正抵抗２１,２２と信号処理回路１５との接続は、図４および図５に限定されるものではない。温度補正抵抗の抵抗値を調整することによって信号処理回路１５の出力レベルを変更できる回路構成であれば、どのような回路構成であっても差し支えない。

・第２実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における測距センサが搭載された機器に関する。上記第１実施の形態における測距センサが搭載される具体的な機器としては、例えば、前に立った人体を測距センサで検出して便蓋の開閉を自動的に行うような洋式便座、前に立った人体を測距センサで検出して利用者に対する指示の出力等を行うＡＴＭ(自動現金受け払い機)等がある。このような測距センサ搭載機器おいては、季節の変化による測距センサ周囲の温度変化によって、測距センサのレンズケース材等の熱膨張収縮が発生し、測距特性が変化する場合がある。しかしながら、上記測距センサとして、上記第１実施の形態における温度補正抵抗２１,２２を設けた測距センサを搭載することによって、環境温度の変化による人体までの距離の誤測を電気的に補正し、環境温度の影響を緩和することができるのである。

したがって、この実施の形態によれば、環境温度の変化に起因する誤動作を無くして、四季を通じて安定した動作を行うことが可能な洋式便座やＡＴＭ等の機器を提供することができる。

この発明の測距センサにおける概略構成を示す縦断面図である。 図１における信号処理ＩＣに搭載された信号処理回路の出力レベルの各測距センサ毎のバラツキを調整する調整抵抗の説明図である。 図２における調整抵抗の調整による出力値のレベル変化の説明図である。 図２における調整抵抗を温度補正抵抗として使用する例を示す図である。 図２における調整抵抗に加えて温度補正抵抗を新たに設けた例を示す図である。 環境温度が高くなった場合における信号処理回路からの出力値の変化を示す図である。 温度補正抵抗の抵抗値を小さくすることによる信号処理回路の出力値の変動補正の説明図である。

符号の説明

１…リードフレーム、
２…発光素子、
３…受光素子、
４…信号処理ＩＣ、
５…赤外透過樹脂または透明樹脂、
６…遮光樹脂、
７,８…窓、
９…発光側レンズ、
１０…受光側レンズ、
１１…レンズケース、
１３…対象物、
１５…信号処理回路、
１６…出力端子、
１７…調整抵抗、
２１,２２…温度補正抵抗。

Claims (4)

1. 光を放射する発光素子と、この発光素子からの放射光を集光して所定方向に投光する発光側レンズとを含む発光部と、
   上記発光側レンズからの放射光が測距の対象物で反射された反射光を集光する受光側レンズと、この受光側レンズによって集光された上記反射光を受光する受光素子とを含む受光部と、
   上記受光素子からの出力信号に基づいて、上記受光素子における上記反射光の受光位置を表す信号を生成する信号処理回路と、
   環境温度の変化に伴う上記信号処理回路の出力レベルの変動を補正する温度補正抵抗と
   を備えたことを特徴とする測距センサ。
2. 請求項１に記載の測距センサにおいて、
   上記温度補正抵抗は、上記信号処理回路の出力端子に一端が接続される一方、他端は定電位部に接続されており、上記信号処理回路の出力信号の基準レベルを調整するための調整抵抗を兼ねていることを特徴とする測距センサ。
3. 請求項１に記載の測距センサにおいて、
   上記信号処理回路は、上記信号処理回路の出力信号の基準レベルを調整するための調整抵抗と直列に接続されると共に、上記調整抵抗と共に上記信号処理回路の出力端子と定電位部との間に介設されていることを特徴とする測距センサ。
4. 請求項１に記載の測距センサを搭載したことを特徴とする機器。
   

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