JP2007101238A - 光学式測距センサ及び電気機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 測距対象物が至近距離範囲内に存在するにもかかわらず、通常の測距範囲内に存在するとの誤った検知が行われる不都合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】 光学式測距センサ1は、発光ダイオード2と、発光ダイオード2からの光を集光して測距対象物に照射する投光レンズ3と、測距対象物からの反射光を集光する受光レンズ4と、受光レンズ4によって集光された光を受ける受光素子5とを備える。受光素子5から2つの信号電流I1、I2を受けた信号処理回路7は、測距対象物までの距離Dを表す出力信号Sと、測距対象物が至近距離範囲内に有るか否かを示す至近距離信号Nとを出力する。出力信号Sのうちの所定の閾値Tに対応する距離Dが、至近距離範囲内と測距範囲L内との両方に存在する場合においても、至近距離信号Nを参照することにより、測距対象物の距離Dを正確に検知できる。
【選択図】図1
【解決手段】 光学式測距センサ1は、発光ダイオード2と、発光ダイオード2からの光を集光して測距対象物に照射する投光レンズ3と、測距対象物からの反射光を集光する受光レンズ4と、受光レンズ4によって集光された光を受ける受光素子5とを備える。受光素子5から2つの信号電流I1、I2を受けた信号処理回路7は、測距対象物までの距離Dを表す出力信号Sと、測距対象物が至近距離範囲内に有るか否かを示す至近距離信号Nとを出力する。出力信号Sのうちの所定の閾値Tに対応する距離Dが、至近距離範囲内と測距範囲L内との両方に存在する場合においても、至近距離信号Nを参照することにより、測距対象物の距離Dを正確に検知できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、光を測距対象物に投射して反射光を受光することによって、上記測距対象物までの距離を測定する三角測距方式の光学式測距センサに関する。
従来、光学式測距センサとしては、図8に示すように、光を投射してその反射光を受光することにより、三角測距方式によって測距対象物までの距離を検知する測距センサがある(特開2003‐156328号公報(特許文献1))。この測距センサ100は、測距対象物(図示せず)に光を投射するための発光ダイオード102と、投射する光を集光する投光レンズ103と、上記測距対象物で反射した反射光を集光する受光レンズ104と、この受光レンズ104によって集光された光を受光する受光素子105とで、概略構成されている。
上記受光素子105はPSD(Position Sensitive Device:位置検出素子)で構成されており、上記測距対象物で拡散反射された反射光は、受光素子105における受光面105aの前方に配設された受光レンズ104によって絞られて受光面105aに導かれる。
上記構成を有する測距センサ100において、上記測距対象物によって拡散反射された一部の光は、受光レンズ104によって絞られて光スポットとして受光面105aに入射される。この入射光の受光面105aにおける入射位置は、上記測距対象物と測距センサ1との距離によって変化する。そして、受光面105a上における光スポットの位置が基準位置から変化すると、その変化量に応じて受光素子105の両端から取り出される信号電流I1,I2が変化する。この受光素子105からの信号電流I1,I2は、制御部(図示せず)における信号処理回路によって、下記の式(1)及び(2)で表される出力信号S1,S2に変換される。
S1=I1/(I1+I2)・・・(1)
S2=(I1−I2)/(I1+I2)・・・(2)
ここで、信号電流I1,I2は、下記の式(3)及び(4)のように表される。
S2=(I1−I2)/(I1+I2)・・・(2)
ここで、信号電流I1,I2は、下記の式(3)及び(4)のように表される。
I1={(d+2x)・I0}/(2d)・・・(3)
I2={(d−2x)・I0}/(2d)・・・(4)
但し、d:受光面105a上における光スポットの移動範囲
I0:全光電流(I1+I2)
x:受光素子(PSD)105の中心から光スポットの位置までの距離
I2={(d−2x)・I0}/(2d)・・・(4)
但し、d:受光面105a上における光スポットの移動範囲
I0:全光電流(I1+I2)
x:受光素子(PSD)105の中心から光スポットの位置までの距離
また、上記三角測距の原理から、下記の式(5)のような関係が成り立つ。
X=(A・f)/L・・・(5)
但し、X:受光レンズ104の光軸から受光素子(PSD)105上の光スポットの位置までの距離
A:投光レンズ103の光軸と受光レンズ104の光軸との距離(基線長)
f:受光レンズ104の焦点距離
L:測距可能範囲
X=(A・f)/L・・・(5)
但し、X:受光レンズ104の光軸から受光素子(PSD)105上の光スポットの位置までの距離
A:投光レンズ103の光軸と受光レンズ104の光軸との距離(基線長)
f:受光レンズ104の焦点距離
L:測距可能範囲
上記式(5)を式(1)乃至(4)に代入すると、
出力信号S1,S2は、次のように表すことができる。
S1=(2x+d)/(2d)
=[{(A・f/L)−B}/d]+1/2・・・(6)
S2=2x/d
=2{(A・f/L)−B}/d・・・(7)
但し、B:受光用集光手段4の光軸から受光素子(PSD)5の中心までの距離
なお、X=B+xの関係を有する。
出力信号S1,S2は、次のように表すことができる。
S1=(2x+d)/(2d)
=[{(A・f/L)−B}/d]+1/2・・・(6)
S2=2x/d
=2{(A・f/L)−B}/d・・・(7)
但し、B:受光用集光手段4の光軸から受光素子(PSD)5の中心までの距離
なお、X=B+xの関係を有する。
図9は、測距対象物までの距離の変化に対する測距センサ100の出力信号Sの変化を示す図である。図9から分かるように、測距センサ100の出力信号Sの変動は、基本的に出力信号S1,S2を示す式(6),(7)に基づいて、上記測距対象物までの距離Dに反比例する。つまり、光学式測距センサから測距対象物までの距離Dが大きくなるに連れて、受光素子105の受光面105a上における光スポットの位置が図8の左側に移動すると共に、この光スポットの移動量が小さくなる。これに伴って、図9の出力信号Sの変動量(減少量)が小さくなる。一方、光学式測距センサから測距対象物までの距離Dが小さくなるに連れて、受光素子105の受光面105a上における光スポットの位置が図8の右側に移動すると共に、光スポットの移動量(増大量)が大きくなる。そして、測距対象物までの距離Dが所定の至近距離よりも小さくなって、測距対象物が至近距離範囲内に入ると、光スポットの位置が受光面105aの縁を越えて、受光面105aの外側に移動して、受光素子105が受光する光量が急速に減少する。これに伴って、図9の出力信号Sが急速に減少する。そこで、一般に、光学式測距センサでは、反射光の光スポットが受光面105a内にある領域、すなわち出力信号Sが上記測距対象物までの距離Dに反比例する領域を測距範囲Lとして使用している。
しかしながら、上記従来の測距センサ100においては、以下のような問題がある。すなわち、図9に示すように、出力信号Sに対して閾値Tを設けて測距対象物までの距離を判断する場合、出力信号Sの閾値Tは、測距対象物が至近距離範囲内に存在する場合と、測距範囲L内に存在する場合との両方で互いに同じ値を取りうる。したがって、出力信号Sのみに基づいて測距対象物の距離を検知すると、測距対象物が至近距離範囲内に存在するにもかかわらず、通常の測距範囲内に存在するとの誤った検知が行われる不都合がある。
特開2003‐156328号公報
そこで、本発明の課題は、測距対象物が至近距離範囲内に存在するにもかかわらず、通常の測距範囲内に存在するとの誤った検知が行われる不都合を防止できる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、三角形測距方式の光学式測距センサであって、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光部と、
上記測距対象物に照射されて反射された反射光を集光する受光用集光部と、
上記受光用集光部で集光された光を受けて、上記測距対象物までの距離に応じた距離信号を出力する第1受光素子と、
上記測距対象物が所定の至近距離範囲内に有るか否かを検知する至近距離検知回路とを備えることを特徴としている。
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光部と、
上記測距対象物に照射されて反射された反射光を集光する受光用集光部と、
上記受光用集光部で集光された光を受けて、上記測距対象物までの距離に応じた距離信号を出力する第1受光素子と、
上記測距対象物が所定の至近距離範囲内に有るか否かを検知する至近距離検知回路とを備えることを特徴としている。
上記構成の光学式測距センサによれば、上記発光素子から出射された光は、投光用集光部を通過して測距対象物に投光され、測距対象物で拡散反射し、その反射光の一部は、受光用集光部により集光されて、第1受光素子に入射する。この光を受けた第1受光素子から、上記測距対象物までの距離に応じた距離信号が出力される。また、上記至近距離検知回路によって、上記測距対象物が所定の至近距離範囲内に有るか否かが検知される。したがって、至近距離範囲内に有る測距対象物について、上記距離信号に基づいて通常の測距範囲内に有るとの誤った検知が行われる不都合を防止できる。
なお、上記第1受光素子は、光を受ける受光面と、この受光面における受光位置に応じた比の値の信号を出力する少なくとも2つの電極とを有するものが好ましい。また、上記至近距離とは、測距対象物が光学式測距センサに近づいたことにより、第1受光素子に入射する光が受光面から外れることとなった距離をいう。
一実施形態の光学式測距センサは、上記至近距離検知回路の検知結果に基づいて、上記測距対象物の上記至近距離範囲内の有無を意味する至近距離信号を出力する至近距離信号出力部を備える。
上記実施形態によれば、上記至近距離信号出力部から出力された至近距離信号と、上記第1受光素子から出力された距離信号とに基づいて、上記測距対象物までの距離を正確に検知することができる。
一実施形態の光学式測距センサは、上記至近距離検知回路が、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に無いことを検知したとき、上記第1受光素子からの距離信号を外部に出力する一方、
上記至近距離検知回路が、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に有ることを検知したとき、上記至近距離信号出力部からの至近距離信号を外部に出力する出力制御部を備える。
上記至近距離検知回路が、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に有ることを検知したとき、上記至近距離信号出力部からの至近距離信号を外部に出力する出力制御部を備える。
上記実施形態によれば、この光学式測距センサから、上記出力制御部によって、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に無いときは上記距離信号が出力される一方、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に有るときは上記至近距離信号が出力される。したがって、上記測距対象物が至近距離範囲内に有るにもかかわらず、至近距離範囲外の距離を示す信号が出力される不都合が、効果的に防止される。
一実施形態の光学式測距センサは、第2受光素子を備え、この第2受光素子は、上記発光素子からの光が、上記至近距離範囲内に有る上記測距対象物で反射された反射光を受ける。
上記実施形態によれば、上記測距対象物が至近距離範囲内に有る場合、上記発光素子からの出射光が測距対象物で反射された反射光を、上記第2受光素子が受ける。この第2受光素子からの信号に基づいて、上記測距対象物が至近距離範囲内に存在することが、確実に検知される。
一実施形態の光学式測距センサは、上記第1受光素子と第2受光素子は、互いに同一の基板に形成されている。
上記実施形態によれば、同一の基板に第1受光素子と第2受光素子を形成することにより、互いの位置を高精度に決定できるので、測距対象物が至近距離範囲内に存在するか否かを高精度に検知できる。また、光学式測距センサの小型化を図ることができる。
一実施形態の光学式測距センサは、上記第1受光素子と、上記至近距離検知回路とが、互いに同一の基板に形成されている。
上記実施形態によれば、出力電力が比較的小さい第1受光素子を、上記至近距離検出回路と共通の基板に形成することにより、ノイズの影響を低減できて、測距精度や至近距離の検知精度を向上できる。また、光学式測距センサの小型化を図ることができる。
一実施形態の光学式測距センサは、上記第1受光素子から出力された距離信号と、外部から入力されて所定の基準距離を示す基準信号とに基づいて、上記測距対象物が上記基準距離よりも遠いか否かを判定して出力する判定出力回路を備える。
上記実施形態によれば、上記判定出力回路によって、上記測距対象物が上記基準距離よりも遠いか否かを判定して出力することにより、上記測距対象物の位置を2値情報で出力することができる。
一実施形態の光学式測距センサは、上記第1受光素子から出力された距離信号と、外部から入力されて各々所定の基準距離を示す複数の基準信号とに基づいて、上記基準距離で定義される複数の距離の範囲のうちの上記測距対象物が存在する範囲を特定して出力する距離範囲検知出力回路を備える。
上記実施形態によれば、上記距離範囲検知出力回路によって、上記複数の距離の範囲のうち、上記測距対象物が存在する範囲を特定して出力することにより、上記測距対象物の位置を3値以上の情報で出力することができる。
本発明の電気機器は、上記光学式測距センサを備える。
上記構成の電気機器は、上記光学式測距センサによって測距対象物が至近距離に有ることが正確に検知されるので、この検知結果に基づいて、正確に動作することができる。上記電気機器としては、例えば、自動水栓装置、自動乾燥装置、自動洗浄便座装置、自動開閉弁座装置及び自動電気掃除機等がある。
以上のように、本発明の光学式測距センサは、至近距離検知回路によって、測距対象物が所定の至近距離範囲内に存在するか否かが検知されるので、至近距離範囲内に存在する測距対象物について、第1受光素子からの距離信号に基づいて測距対象物が通常の測距範囲内に存在するとの誤った検知が行われる不都合を防止できる。
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の実施形態の光学式測距センサの構成を示す模式図である。
図1は、本発明の実施形態の光学式測距センサの構成を示す模式図である。
この光学式測距センサ1は、光を出射する発光素子としての発光ダイオード2と、発光ダイオード2から出射された光を集光して測距対象物(図示せず)に照射する投光用集光部としての投光レンズ3と、上記測距対象物からの反射光を集光する受光用集光部としての受光レンズ4と、この受光レンズ4によって集光された光を受ける第1受光素子としての受光素子5と、この受光素子5からの信号が入力される信号処理回路7とを備える。
上記受光素子5はPSDで構成されている。上記測距対象物によって拡散反射された反射光は、受光素子5が有する受光面5aの前方に配設された上記受光レンズ4によって絞られて、上記受光面5aにスポット状に入射する。
図2は、上記光学式測距センサ1の受光レンズ4と受光素子5を示す図である。受光素子5は、pinフォトダイオードで形成され、上記投光レンズ3と受光レンズ4とを結ぶ線と略並行に延びる細長矩形状の受光面を有する。この細長矩形状の受光面の両端に、第1電極と第2電極とが形成されており、この第1電極と第2電極から、上記受光面における光スポットの照射位置に対応した信号電流I1,I2が出力される。
上記信号処理回路7は、上記受光素子5から出力される信号電流I1,I2と、従来技術の式(1)乃至(7)とを用いて、三角測距方式により、測距対象物までの距離を示す出力信号を出力する。図3は、測距対象物の光学式測距センサからの距離Dの変化に対応して、上記信号処理回路7が出力する出力信号Sの変化を示したグラフである。図3において、縦軸は信号Sの値の大きさであり、横軸は測距対象物までの距離Dである。図3のグラフに示すような関係から、出力信号Sと、外部から入力された基準信号としての閾値Tとの比較を行って、この閾値Tに対応する距離よりも測距対象物が遠いか否かを判定する。あるいは、出力信号Sの値から、測距対象物までの距離Dを特定する。
さらに、本実施形態の信号処理回路7は、上記受光素子5からの信号電流I1,I2に基づいて、上記測距対象物が所定の至近距離範囲内に存在するか否かを判定して、その判定結果を示す至近距離信号Nを出力する。測距対象物が所定の至近距離範囲内に存在するか否かの判定は、以下のようにして行う。
測距対象物が測距範囲L内にある場合、受光素子5からの信号電流I1とI2の関係は、以下の式(8)のように表される。
I1=α・I2・・・(8)
ここで、αは、受光面上の光スポットの位置に対応した係数である。
I1=α・I2・・・(8)
ここで、αは、受光面上の光スポットの位置に対応した係数である。
一方、測距対象物が測距範囲Lよりも投光レンズ3に近い至近距離範囲内にある場合、受光素子の光スポットが受光面の縁を越えて、図2において受光素子5の右側端近傍に位置する。したがって、信号電流I2の値は殆ど無くなって、I1≫I2となる。そこで、上記信号処理回路7は、上記受光素子5からの信号電流I1,I2を用いて、以下の式(9)で表される比Rを演算する。
R=I2/I1・・・(9)
この比Rの値が所定の基準値より小さい場合、測距対象物が至近距離範囲内に存在すると判定する。なお、上記基準値は、図3において、出力信号Sのピークに対応する電流I2,I1から求められる値である。
R=I2/I1・・・(9)
この比Rの値が所定の基準値より小さい場合、測距対象物が至近距離範囲内に存在すると判定する。なお、上記基準値は、図3において、出力信号Sのピークに対応する電流I2,I1から求められる値である。
上記信号処理回路7は、上記式(9)から測距対象物が至近距離範囲内に存在すると判定した場合、図3に示すように、H(ハイ)の至近距離信号Nを出力する。一方、測距対象物が至近距離範囲内に存在しないと判定した場合、L(ロー)の至近距離信号Nを出力する。このように、上記信号処理回路7は、本発明の至近距離検知回路及び至近距離信号出力部として機能する。
本実施形態の光学式測距センサによれば、信号処理回路7が、測距対象物までの距離を示す出力信号Sを出力すると共に、上記測距対象物が至近距離範囲内に存在するか否かを示す至近距離信号Nを出力する。したがって、図3に示すように、出力信号Sのうちの所定の閾値Tに対応する距離Dが、至近距離範囲内と測距範囲L内との両方に存在する場合においても、至近距離信号Nを参照することにより、測距対象物の距離Dを正確に検知できる。つまり、至近距離信号NがLの場合は、測距範囲L内の出力信号Sに対応する距離Dに存在し、至近距離信号NがHの場合は、至近距離範囲に存在することが検知できる。
なお、本実施形態において、信号処理回路7は、出力信号Sと別個に至近距離信号Nを出力したが、出力信号Sと至近距離信号Nとを組み合わせた信号を出力してもよい。すなわち、式(9)で求められた比Rが基準値よりも大きくて測距対象物が至近距離範囲内に無いと判定した場合(すなわち、測距対象物が測距範囲L内に有ると判定した場合)、図4に示すように、受光素子5からの信号電流I1,I2に基づいた信号S1を出力する。一方、測距対象物が至近距離範囲内に有ると判定した場合、測距対象物が至近距離範囲に有ることを示す信号N1を出力する。上記信号N1の値を、上記信号S1の最大値よりも大きくすることにより、信号N1と信号S1とを区別可能にして、単一の出力信号S’によって、測距対象物の距離と至近距離範囲内の有無とを出力することができる。
また、上記受光素子5と信号処理回路7は、互いに同じ基板上に形成して1チップ化することができる。受光素子5から出力される信号電流はnA(ナノアンペア)以下の微小電流であるため、信号処理回路7と同一の基板上に形成することにより、ノイズの影響を低減できる。その結果、測距対象物の距離を示す出力信号Sの演算と、測距対象物の至近距離範囲内の有無判定とを、さらに正確に行うことができる。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態の光学式測距センサが備える受光素子を示す模式図である。本実施形態の光学式測距センサは、第1実施形態の受光素子5と同様の第1受光素子51と、この第1受光素子51に隣接する第2受光素子52とを備える。上記第2受光素子52は、受光の有無を示す単一の出力電流I3を出力する。上記第2受光素子52は、第1受光素子51の受光面と略同一の平面に含まれる受光面を有する。上記第2受光素子52は、第1受光素子51に対して、発光ダイオード2から遠い側に配置されている。第2実施形態の光学式測距センサは、第2発光素子52を備える以外は、第1実施形態の光学式測距センサと同様の構成を有する。第2実施形態において、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
図5は、第2実施形態の光学式測距センサが備える受光素子を示す模式図である。本実施形態の光学式測距センサは、第1実施形態の受光素子5と同様の第1受光素子51と、この第1受光素子51に隣接する第2受光素子52とを備える。上記第2受光素子52は、受光の有無を示す単一の出力電流I3を出力する。上記第2受光素子52は、第1受光素子51の受光面と略同一の平面に含まれる受光面を有する。上記第2受光素子52は、第1受光素子51に対して、発光ダイオード2から遠い側に配置されている。第2実施形態の光学式測距センサは、第2発光素子52を備える以外は、第1実施形態の光学式測距センサと同様の構成を有する。第2実施形態において、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
第2実施形態の光学式測距センサでは、測距対象物が測距範囲L内に有る場合、測距対象物からの反射光は第1受光素子51に入射する一方、測距対象物が至近距離範囲内に有る場合、測距対象物からの反射光は第2受光素子52に入射する。これにより、測距対象物が測距範囲L内に有る場合、第1受光素子51からの信号電流I1,I2に基づいて測距対象物までの距離を検知する一方、測距対象物が至近距離範囲内に有る場合、第2受光素子52からの信号に基づいて測距対象物が至近距離範囲内に有ることが検知できる。この至近距離範囲内の有無の判定は、例えば、第2受光素子52からの信号電流I3が所定の閾値Iaを越えた場合、測距対象物が至近距離内に有ると判定する。
なお、本実施形態の光学式測距センサにおいて、第1受光素子51と第2受光素子52とを互いに同じ基板上に形成して、1チップ化してもよい。第1受光素子51と第2受光素子52とを1チップ化することにより、互いの配置位置を正確に設定できるので、測距対象物の正確な至近距離範囲内の有無判定が可能になる。
また、上記第1受光素子51、第2受光素子52及び信号処理回路7を、互いに同じ基板上に形成して1チップ化してもよい。これにより、測距対象物の距離を示す出力信号Sの演算と、測距対象物の至近距離範囲内の有無の判定とを、さらに正確に行うことができる。
(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1と実質的に同じ構成を有し、信号処理回路7から出力される信号のみが異なる。本実施形態において、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
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1と実質的に同じ構成を有し、信号処理回路7から出力される信号のみが異なる。本実施形態において、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
図6は、本実施形態の光学式測距センサの信号処理回路7から出力される各信号を示した図である。本実施形態の信号処理回路7は、受光素子5からの信号電流I1,I2に基づいた出力信号Sと、外部から入力された基準信号としての閾値Tとの比較を行う。出力信号Sが閾値Tよりも小さい場合、図6に示すように、上記閾値Tに対応する基準距離DTよりも測距対象物が遠いとして、L(ロー)の遠近判定信号Fを出力する。一方、出力信号Sが閾値Tよりも大きい場合、上記基準距離DTよりも測距対象物が近いとして、H(ハイ)の遠近判定信号Fを出力する。これにより、2値(H/L出力)によって、測距対象物の距離Dに関する情報を出力することができる。
なお、測距対象物が至近距離範囲内に存在しないと判定した場合、L(ロー)の至近距離信号Nを出力する一方、測距対象物が至近距離範囲内に存在すると判定した場合、H(ハイ)の至近距離信号Nを出力してもよい。これにより、測距対象物が基準距離DTよりも近いか否かに加えて、測距対象物が至近距離範囲内に有るか否かを明らかにすることができる。
なお、本実施形態において、第2実施形態と同様に、第1受光素子51と第2受光素子52とを備え、第1受光素子51からの信号電流I1,I2に基づいて出力信号Sを得ると共に、第2受光素子52からの信号電流I3に基づいて至近距離範囲内の存在を判定してもよい。
(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1と実質的に同じ構成を有し、信号処理回路7から出力される信号のみが異なる。本実施形態において、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
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1と実質的に同じ構成を有し、信号処理回路7から出力される信号のみが異なる。本実施形態において、第1実施形態と同じ部分については第1実施形態の参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
図7は、本実施形態の光学式測距センサの信号処理回路7から出力される各信号を示した図である。図7に示すように、本実施形態では、受光素子5からの信号電流I1,I2に基づいた出力信号Sと、外部から入力された複数の基準信号としての閾値T1,T2との比較を行う。出力信号Sが閾値T2よりも小さい場合、図7に示すように、測距対象物が上記閾値T2に対応する基準距離DT2よりも遠いとして、値が「11」の2ビット遠近判定信号F2を出力する。一方、出力信号Sが、閾値T2よりも大きく、かつ、閾値T1よりも小さい場合、測距対象物が、上記基準距離DT2よりも近く、かつ、閾値T1に対応する基準距離DT1よりも遠いとして、値が「10」の2ビット遠近判定信号F2を出力する。一方、出力信号Sが閾値T1よりも大きい場合、測距対象物が上記基準距離DT1よりも近いとして、値が「00」の2ビット遠近判定信号F2を出力する。このようにして、2ビット値により、測距対象物が、基準距離DT1,DT2で定義される距離の範囲のうちのいずれの範囲に存在するのかを出力することができる。
なお、測距対象物が至近距離範囲内に存在すると判定した場合、H(ハイ)の至近距離信号Nを出力する一方、測距対象物が至近距離範囲内に存在しないと判定した場合、L(ロー)の至近距離信号Nを出力してもよい。これにより、測距対象物が、基準距離DT1,DT2で定義される距離の範囲のうちのいずれに存在するのかに加えて、測距対象物が至近距離範囲内に存在するのか否かを出力することができる。
なお、本実施形態において、第2実施形態と同様に、第1受光素子51と第2受光素子52とを備え、第1受光素子51からの信号電流I1,I2に基づいて出力信号Sを得ると共に、第2受光素子52からの信号電流I3に基づいて至近距離範囲内の存在を判定してもよい。
上記各実施形態の光学式測距センサは、種々の電気機器に用いることができる。電気機器としては、自動水栓装置、自動乾燥装置、自動洗浄便座装置、自動開閉弁座装置及び自動電気掃除機等がある。上記各実施形態の光学式測距センサを用いることにより、測距対象物が至近距離範囲内に有るか否かを正確に検知して、上記電気機器の誤動作を防止することができる。
上記各実施形態において、受光素子5,51,52はpinフォトダイオードで形成したが、これに限られず、例えばpnダイオード等の他のもので形成してもよい。要は、測距対象物が測距範囲よりも受光素子に近づくと、出力が急激に変化する出力特性を有する受光素子であれば、広く適用することができる。また、受光面の形状は、細長矩形状に限定されない。
1 光学式測距センサ
2 発光ダイオード
3 投光レンズ
4 受光レンズ
5 受光素子
5a 受光素子の受光面
7 信号処理回路
2 発光ダイオード
3 投光レンズ
4 受光レンズ
5 受光素子
5a 受光素子の受光面
7 信号処理回路
Claims (9)
- 三角形測距方式の光学式測距センサであって、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して測距対象物に照射する投光用集光部と、
上記測距対象物に照射されて反射された反射光を集光する受光用集光部と、
上記受光用集光部で集光された光を受けて、上記測距対象物までの距離に応じた距離信号を出力する第1受光素子と、
上記測距対象物が所定の至近距離範囲内に有るか否かを検知する至近距離検知回路と
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、
上記至近距離検知回路の検知結果に基づいて、上記測距対象物の上記至近距離範囲内の有無を意味する至近距離信号を出力する至近距離信号出力部を備えることを特徴とする光学式測距センサ。 - 請求項2に記載の光学式測距センサにおいて、
上記至近距離検知回路が、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に無いことを検知したとき、上記第1受光素子からの距離信号を外部に出力する一方、
上記至近距離検知回路が、上記測距対象物が上記至近距離範囲内に有ることを検知したとき、上記至近距離信号出力部からの至近距離信号を外部に出力する出力制御部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、
第2受光素子を備え、
この第2受光素子は、上記発光素子からの光が、上記至近距離範囲内に有る上記測距対象物で反射された反射光を受けることを特徴とする光学式測距センサ。 - 請求項4に記載の光学式測距センサにおいて、
上記第1受光素子と第2受光素子は、互いに同一の基板に形成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、
上記第1受光素子と、上記至近距離検知回路とが、互いに同一の基板に形成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又は2に記載の光学式測距センサにおいて、
上記第1受光素子から出力された距離信号と、外部から入力されて所定の基準距離を示す基準信号とに基づいて、上記測距対象物が上記基準距離よりも遠いか否かを判定して出力する判定出力回路を備えることを特徴とする光学式測距センサ。 - 請求項1又は2に記載の光学式測距センサにおいて、
上記第1受光素子から出力された距離信号と、外部から入力されて各々所定の基準距離を示す複数の基準信号とに基づいて、上記基準距離で定義される複数の距離の範囲のうちの上記測距対象物が存在する範囲を特定して出力する距離範囲検知出力回路を備えることを特徴とする光学式測距センサ。 - 請求項1乃至8のいずれか1つに記載の光学式測距センサを備えた電気機器。
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