JP2009068897A - 光学式測距センサおよびそれを備えた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを回避できる三角測距方式の光学式測距センサを提供する。
【解決手段】この光学式測距センサは、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に形成されている光学フィルタ２２が、所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物１８で投光ビームの周辺光が反射した反射光が受光レンズ１４を経由して受光素子１２の受光面１２ａに入射する入射光の光量を低減させる。これにより、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物１８を誤測距または誤検知することを防止できる。
【選択図】図１Ａ

Description

この発明は、光学式測距センサおよび光学式測距センサを搭載した機器に関する。

従来、光学式測距センサとしては、測距対象物に光を投射すると共に上記測距対象物からの反射光を受光することにより上記測距対象物までの距離を測る三角測距方式のものが提案されている(特開２００３−１５６３２８号公報(特許文献１)参照)。

図６に示すように、この光学式測距センサ１００は、測距対象物に光を投射するための発光素子１０１と、投射する光を集光する投光レンズ１０３と、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反射光を受光する受光素子１０２を備える。

上記発光素子１０１は、発光ダイオードなどの光源であり、発光素子１０１から出射された光束は、出射部前方の光路に配設された投光レンズ１０３により絞られ、上記測距対象物に対して投光される。一方、上記受光素子１０２は、ＰＳＤ(Ｐosition Ｓensitive Ｄevice：位置検出素子)であり、上記測距対象物で拡散反射した反射光は、受光面１０２ａの前方に配設された受光レンズ１０４により絞られ、受光面１０２ａに導かれる。

上記構成の光学式測距センサ１００において、発光素子１０１から出射された光は、投光レンズ１０３を通過して、上記測距対象物に投光され、この測距対象物で拡散反射した一部の光は、受光レンズ１０４を通過して絞られた光スポットとして受光面１０２ａに入射する。この入射光が受光面１０２ａに入射する位置は、上記測距対象物と光学式測距センサ１００との間の距離によって変化する。上記受光素子１０２の受光面１０２ａに入射する光スポットの入射位置が基準位置から変化すると、この変化量に応じて受光素子１０２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２が変化する。上記受光素子１０２から出力される信号電流は、制御部(図示しない)の信号処理回路により、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、
Ｉ１＝(ｄ＋２ｘ)・Ｉ０/(２ｄ) … (３)
Ｉ２＝(ｄ−２ｘ)・Ｉ０/(２ｄ) … (４)

ただし、式(３)、式(４)において、ｄ、Ｉ０、ｘは、次の通りである。
ｄ： 受光素子１０２の受光面１０２ａ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)１０２の中心から光スポットの入射位置までの距離
また、三角測距の原理により、次式(５)が成り立つ。
Ｘ＝(Ａ・ｆ)／Ｌ … (５)

ただし、式(５)において、Ｘ、Ａ、ｆ、Ｌは、次の通りである。
Ｘ：受光レンズ１０４の光軸から受光素子１０２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：測距可能距離

この式(５)と式(１)、式(２)により、出力信号Ｓ１、Ｓ２は次式(６),(７)で表される。
Ｓ１＝(２ｘ＋ｄ)/(２ｄ)
＝［｛(Ａ・ｆ/Ｌ)−Ｂ｝/ｄ］＋１/２ … (６)
Ｓ２＝２ｘ／ｄ
＝２｛(Ａ・ｆ/Ｌ)−Ｂ｝/ｄ … (７)

ただし、式(６),式(７)において、Ｂは、受光レンズ１０４の光軸から受光素子１０２の中心までの距離である。また、このＢと、上記Ｘ,ｘとは、次式(８)の関係を有する。
Ｘ＝Ｂ＋ｘ … (８)

次に、図７Ａに、上記光学式測距センサ１００において、測距対象物までの距離Ｄに対する出力信号Ｓの変化を示す。図７Ａに示すように、光学式測距センサ１００の出力信号Ｓの変動は、基本的に上記出力信号Ｓ１、Ｓ２を示す式(６)、(７)に基づいて、測距対象物までの距離Ｄに反比例する。つまり、測距対象物までの距離Ｄが長くなるにつれて、受光素子１０２の受光面１０２ａ上の光スポットの位置変化が少なくなる。これに伴い、図７Ａの出力信号Ｓの変動量(減少量)も小さくなっていく。

一方、光学式測距センサ１００から測距対象物までの距離Ｄが短くなるに従って、受光素子１０２の受光面１０２ａ上における光スポットの位置が図７Ａ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、上記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１０２ａの縁を越えて、受光面１０２ａの外側に移動して、受光素子１０２が受光する光量が急速に減少する。これに伴って、図７Ａ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１０２ａ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。

ところで、上記従来の光学式測距センサ１００では、以下のような課題がある。すなわち、図６に示すように、測距対象物に投光ビームを照射する投光レンズ１０３では、一般に発光素子１０１から出射された光をコリメートしているが、完全な平行光にはならず、投光ビームは指向角の広い周辺光を持っている。そして、この投光ビームの光軸上に検知する測距対象物が無い状態で、光上記軸外に非測距対象物(検知対象外の物、または障害物)がある場合、この非測距対象物を誤測距または誤検知する場合がある。

そこで、特許文献２(特開２０００−３１０５０８号公報)に記載の光学式測距センサでは、発光側レンズまたは受光側レンズの周辺部に遮光部材を配置することで、非測距対象物による誤検知の防止を図っている。一方、特許文献３(特開２００６−１５３７３０号公報)では、発光素子と発光側レンズとの間に遮光部材を配設することによって、非測距対象物による誤検知の防止を図っている。これら特許文献２、３に開示されている測距センサでは、投光ビームの周辺光を遮光することによって、非測距対象物による誤測距または誤検知を防止している。

ところが、上記周辺光を遮光することは、投光ビーム全体としての光量を低下させることになる。このため、特に、測距対象物の反射率が低い場合には、結果的に、測距のための信号処理においてＳ/Ｎの低下を招かないように遮光部材の形状を設計することが必要となる。しかし、この遮光部材の設計作業と形状の精度管理は非常に困難であるという問題がある。

一方、特許文献４(特開平９−３１８３１５号公報)の光学式測距センサでは、位置検出センサの前に遮光体を設けて、非測距対象物による誤検知を防止している。

ところが、この特許文献４の測距センサでは、位置検出センサの前に設けている遮光体が、測距対象物が至近距離にある場合にこの測距対象物による反射光が受光素子上に入射する光スポットを遮光することになって、測距対象物が至近距離にある場合の測距性能(一般には検知性能)を悪化させてしまう。
特開２００３−１５６３２８号公報 特開２０００−３１０５０８号公報 特開２００６−１５３７３０号公報 特開平９−３１８３１５号公報

そこで、この発明の課題は、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを回避できる三角測距方式の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、この発明の三角測距方式の光学式測距センサは、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投光ビームを測距対象物に照射する投光側集光部と、
上記測距対象物からの反射光を集光する受光側集光部と、
上記受光側集光部からの入射光に応じて受光信号を出力する受光素子と、
上記受光素子から上記受光信号が入力されると共に上記受光信号に対して所定の演算処理を行って上記測距対象物までの距離に対応する出力信号を出力する信号処理部と、
所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子の受光面に入射する入射光の光量、もしくは、上記入射光に応じて上記受光素子で生成される受光信号の強度を低減させて、上記非測距対象物が検知されないようする受光強度低減構造とを備えることを特徴としている。

この発明の光学式測距センサによれば、上記受光信号強度低減構造は、所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で投光ビームの周辺光が反射した反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子の受光面に入射する入射光の光量、もしくは、上記入射光に応じて上記受光素子で生成される受光信号の強度を低減させる。これにより、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

なお、上記所定の測距距離以内または至近距離にある測距対象物から受光面に入射する光スポットの光量は、上記非測距対象物から受光面に入射する光スポットの光量に比べて多いので、上記受光信号強度低減構造でもって受光信号の強度が低減されても、検知可能である。

また、一実施形態の三角測距方式の光学式測距センサでは、上記受光信号強度低減構造は、上記受光素子の受光面に形成されて上記非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子に入射する入射光の光量を低減させる光学フィルタである。

この実施形態の三角測距方式の光学式測距センサによれば、上記受光素子の受光面に形成されている光学フィルタが上記受光信号強度低減構造をなす。この光学フィルタは、所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で投光ビームの周辺光が反射した反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子の受光面に入射する入射光の光量を低減させる。これにより、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

また、一実施形態の三角測距方式の光学式測距センサでは、上記受光素子の受光面に形成された反射防止膜を備え、上記光学フィルタは、上記反射防止膜と同じ材料で作製されていると共に上記反射防止膜とは厚さが異なる干渉膜である。

この実施形態の三角測距方式の光学式測距センサによれば、上記光学フィルタをなす干渉膜を、上記反射防止膜とは厚さが異なると共に上記反射防止膜と同じ材質でもって簡単に作製できる。

また、一実施形態の三角測距方式の光学式測距センサでは、上記受光信号強度低減構造は、上記受光側集光部と上記受光素子との間に配置されて上記非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子に入射する入射光の光量を低減させる光学フィルタである。

この実施形態の光学式測距センサによれば、上記受光側集光部と上記受光素子との間に配置された光学フィルタが上記受光信号強度低減構造をなす。この光学フィルタでもって、上記非測距対象物から上記受光素子の受光面に入射する光量を減少させるので、非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

また、一実施形態の三角測距方式の光学式測距センサでは、上記受光信号強度低減構造は、上記受光側集光部と上記受光素子との間に配置された回折格子である。

この実施形態の光学式測距センサによれば、上記受光側集光部と上記受光素子との間に配置された回折格子を受光信号強度低減構造とした。この回折格子でもって、回折後の０次光の光量を低減させると共に、不要な高次回折光の回折方向を受光素子の受光面の外に向けることが可能である。

また、一実施形態の三角測距方式の光学式測距センサでは、所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して第１の入射角で上記受光素子に入射する光スポットに対する第１の受光面部の受光面積を、上記受光側集光部を経由して上記第１の入射角よりも小さな第２の入射角で上記受光素子に入射する光スポットに対する第２の受光面部の受光面積よりも小さくした構造を、上記受光信号強度低減構造とした。

この実施形態の光学式測距センサによれば、上記第１の受光面部の受光面積を上記第２の受光面部の受光面積よりも小さくしたので、上記非測距対象物から上記受光素子の受光面に入射する入射光の光量を低減でき、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

また、一実施形態の三角測距方式の光学式測距センサでは、上記受光素子は、所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して入射する第１の領域と、上記第１の領域に隣接する第２の領域とを含む位置検出素子であり、
上記投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記第１の領域に入射する第１の入射角が、上記受光側集光部を経由して上記第２の領域に入射する入射光の第２の入射角よりも大きく、かつ、上記第１の領域の抵抗変化率が上記第２の領域の抵抗変化率よりも小さく、
上記位置検出素子の上記第１の領域と第２の領域が上記受光信号強度低減構造を構成している。

この実施形態の光学式測距センサによれば、上記位置検出素子は、上記第１の領域の抵抗変化率が上記第２の領域の抵抗変化率よりも小さいので、上記第１の領域に入射する光スポットの位置変化に伴う受光信号の変化は、上記第２の領域に入射する光スポットの位置変化に伴う受光信号の変化よりも小さくなる。したがって、上記第１の領域に入射する入射光による受光信号の強度を、上記第２の領域に入射する入射光による受光信号の強度よりも低減できる。これにより、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

また、一実施形態の機器は、上記三角測距方式の光学式測距センサを備えた。

この実施形態の機器によれば、上記三角測距方式の光学式測距センサでもって、非測距対象物を誤測距または誤検知することを回避でき、測距対象物までの距離を正確に測距でき、正確な距離の計測に基づく安定した動作を行うことができる。

この発明の光学式測距センサによれば、上記受光信号強度低減構造は、所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で投光ビームの周辺光が反射した反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子の受光面に入射する入射光の光量、もしくは、上記入射光に応じて上記受光素子で生成される受光信号の強度を低減させる。これにより、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

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の実施の形態)
図１Ａに、この発明の三角測距方式の光学式測距センサの第１実施形態の構成を模式的に示す。この第１実施形態の光学式測距センサ１０は、図１Ａに示すように、光を出射する発光素子１１と、上記発光素子１１から出射された光を集光して測距対象物１７に照射する投光側集光部である投光レンズ１３と、上記測距対象物１７からの反射光を集光する受光側集光部である受光レンズ１４と、上記受光レンズ１４により集光された反射光を受光する受光素子１２とを備えている。また、図１Ｂは、上記受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。

上記発光素子１１は、発光ダイオードなどの光源で構成されており、パッケージに収納されている。この発光素子１１から出射された光は、出射部前方の光路に配設された投光レンズ１３により絞られ、測距対象物１７に投光される。また、上記受光素子１２は、ＰＳＤ(Ｐosition Ｓensitive Ｄevice：位置検出素子)であり、上記発光素子１１とは別のパッケージに収納されている。なお、このパッケージには、受光素子１２から出力される受光信号としての信号電流を処理する信号処理回路３３(図１Ｃ参照)も収納することが可能である。

上記測距対象物１７で拡散し反射した反射光は、受光面１２ａの前方に配設された受光レンズ１４により絞られ、受光面１２ａに導かれる。この受光素子１２の受光面１２ａには、発光素子１１の発光波長に合わせた反射防止膜１９が形成されている。

この実施形態では、図１Ａに示した測距対象物１７の位置よりも矢印Ｒ２の方向(光軸Ｊ１の方向)に離れた範囲を非検知範囲Ｚ２とし、図１Ａに示した測距対象物１７の位置から矢印Ｒ１の方向(矢印Ｒ２とは逆の方向)の範囲を検知範囲Ｚ１としている。

図１Ａに示す非測距対象物１８は、光軸Ｊ１から離隔していると共に上記非検知範囲Ｚ２に存在している。したがって、投光ビームの光軸Ｊ１から離れた位置にある非測距対象物１８で反射して、光学式測距センサ１０に戻って来る反射光は、検知範囲Ｚ１より遠い位置からの光であり、場合によっては検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７を測距する距離の２倍以上程度離れた遠い位置からの光である。その上、上記非測距対象物１８からの反射光は、光軸Ｊ１から離れた位置にある非測距対象物１８の一部に当たった投光ビームの反射光である。したがって、この非測距対象物１８からの反射光は、上記測距対象物１７からの投光ビームの反射光に比べて微弱なものである。なお、上記測距対象物１７を測距する距離とは、光学式測距センサ１０から測距対象物１７までの距離である。

受光素子１２の受光面１２ａの法線方向から見た様子を示す平面図である図１Ｂに示すように、この実施形態では、上記非測距対象物１８からの反射光による光スポットが入射する受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に光学フィルタ２２を形成した。

図１Ｂでは、上記非測距対象物１８からの反射光による光スポットの一例として光スポットＱ１,Ｑ２,Ｑ３を示している。光スポットＱ３は、非測距対象物１８の端部１８Ａが図１Ａに示す範囲Ｙのうちで最も光軸Ｊ１に接近した場合での端部１８Ａからの光軸Ｌ２を有する反射光による光スポットである。また、光スポットＱ２は、非測距対象物１８の端部１８Ａが図１Ａに示す範囲Ｙのうちで最も光軸Ｊ１から離れた場合での端部１８Ａからの光軸Ｌ１を有する反射光による光スポットである。また、光スポットＱ１は、非測距対象物１８の端部１８Ａが範囲Ｙよりもさらに光軸Ｊ１から離隔した場合での端部１８Ａからの反射光による光スポットである。この光スポットＱ１は、受光面１２ａの外に形成される。

この光学フィルタ２２は、受光面１２ａの検知領域Ｕ１への入射光の透過率を低減させる。一方、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に隣接する非検知領域Ｕ２には光学フィルタ２２を形成していない。

この受光面１２ａの検知領域Ｕ１には、上記検知範囲Ｚ１内に位置する測距対象物１７からの上記投光ビームの反射光が受光レンズ１４を経由して入射する。

一方、図１Ａの非検知範囲Ｚ２に位置する物体４７からの上記投光ビームの反射光が受光レンズ１４を経由して上記受光面１２ａの非検知領域Ｕ２に入射する。

図１Ａに示す測距対象物１７が図１Ａに示す位置から矢印Ｒ１の方向へ接近して来るにつれて、上記投光ビームの測距対象物１７での反射光が受光レンズ１４を経由して受光面１２ａに入射する入射角が大きくなる。そして、上記測距対象物１７の接近につれて、上記投光ビームの測距対象物１７での反射光が受光レンズ１４を経由して受光面１２ａに入射する光スポットは、図１Ｂに示す受光素子１２を構成する位置検出素子の受光面１２ａにおいて矢印Ｗ１方向の端１２ａ−１と矢印Ｗ２方向の端１２ａ−２との間の略中央の位置Ｐ１から矢印Ｗ２の方向へ移動する。すると、上記受光素子１２の両端から取り出される信号電流Ｉ１とＩ２が変化する。この受光素子１２から出力される信号電流Ｉ１とＩ２は、信号処理回路３３により、出力信号Ｓに変換される。この変換は、背景技術の欄で式(１)〜式(８)を用いて説明したのと同様に公知の三角測距方式に基づいて行われるので、ここでは、詳細な説明を省略する。

上記信号処理回路３３は、図７Ａに例示されるように、この光学式測距センサ１０から上記測距対象物１７までの距離Ｄに応じた出力信号Ｓを生成する。なお、上記信号処理回路３３は、この出力信号Ｓが入力されるＡＤ変換器を備えて、図７Ｂに示すように、出力信号Ｓの信号強度が所定の閾値Ｔを越えたときに、Ｈレベル信号を出力する一方、上記出力信号Ｓの信号強度が上記閾値Ｔを越えないときに、Ｌレベル信号を出力するようにしてもよい。このＨレベル信号は、上記測距対象物１７が所定の距離範囲内にあることを表す一方、上記Ｌレベル信号は、上記測距対象物１７が上記所定の距離範囲外にあることを表す。

ここで、この実施形態では、図１Ｂに示すように、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に、入射光の透過率を低減させる光学フィルタ２２を形成している。なお、光学フィルタ２２を、検知領域Ｕ１から非検知領域Ｕ２に亘って形成してもよい。

そして、図１Ａに示すように、検知範囲Ｚ１内の所定の測距距離を上回る距離だけ離れている非測距対象物１８の端部１８Ａが範囲Ｙ内に位置している場合に、上記投光ビームは非測距対象物１８で反射して反射光が受光レンズ１４を経由し、光学フィルタ２２で光量が低減されてから、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に入射する。これにより、上記投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物１８を誤測距または誤検知することを防止できる。

これに対して、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７から受光面１２ａに入射する光スポットの光量は、上記非測距対象物１８から受光面１２ａに入射する光スポットの光量に比べて多いので、上記光学フィルタ２２でもって光量が低減されても、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７を検知可能である。すなわち、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７からの反射光については、光学フィルタ２２の存在による実質的な影響を受けない一方、光学フィルタ２２の存在によって、非測距対象物１８による外乱光の影響を除去または大幅に低減できる。

尚、上記光学フィルタ２２は、一例として、非測距対象物１８による反射光の光スポットが反射防止膜１９上に入射する領域に、この反射防止膜１９とは別材料の膜を蒸着または塗布もしくは貼付けを行うことによって形成される。また、上記光学フィルタ２２は、一例として、上記反射防止膜１９と同じ材質で作製されていると共に上記反射防止膜１９とは厚さが異なるように形成された干渉膜とすることもできる。この場合、この干渉膜は、上記反射防止膜１９となる材料膜を上記受光面１２ａに形成した後、非測距対象物１８からの光スポットが入射する領域における材料膜の厚さをエッチング等の手段で調整することによって形成できる。あるいは、上記干渉膜は、上記反射防止膜１９となる材料膜を上記受光面１２ａに形成した後、上記非測距対象物１８からの光スポットが入射する領域以外の領域の上記材料膜の厚さをエッチング等の手段で調整することによって形成できる。よって、上記光学フィルタ２２となる上記干渉膜を安価に製造できる。

(第２の実施の形態)
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、この発明の光学式測距センサの第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、受光信号強度低減構造としての光学フィルタ２２に替えて、光学フィルタ５５を備えた点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

図２Ａ,図２Ｂに示すように、この第２実施形態では、受光レンズ１４と受光素子１２との間に光学フィルタ５５を配置した。図２Ｂは、上記受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。この光学フィルタ５５は、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１を覆うように配置されている。

そして、図２Ａに示すように、検知範囲Ｚ１内の所定の測距距離を上回る距離だけ離れている非測距対象物１８の端部１８Ａが範囲Ｙ内に位置している場合に、発光素子１１から出射されて投光レンズ１３により絞られた上記投光ビームは非測距対象物１８で反射し、上記投光ビームの反射光が受光レンズ１４を経由し、光学フィルタ５５で光量が低減されてから、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に入射する。これにより、上記投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物１８を誤測距または誤検知することを防止できる。

なお、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７から受光面１２ａに入射する光スポットの光量は、上記非測距対象物１８から受光面１２ａに入射する光スポットの光量に比べて多いので、上記光学フィルタ５５でもって光量が低減されても、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７を検知可能である。すなわち、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７からの反射光については、光学フィルタ５５の存在による実質的な影響を受けない一方、光学フィルタ５５の存在によって、非測距対象物１８による外乱光の影響を除去または大幅に低減できる。

(第３の実施の形態)
次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、この発明の光学式測距センサの第３実施形態を説明する。この第３実施形態は、受光信号強度低減構造として、光学フィルタ２２に替えて、回折格子６１を備えた点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

図３Ａ,図３Ｂに示すように、この第３実施形態では、受光レンズ１４と受光素子１２との間に回折格子６１を配置した。図３Ｂは、上記受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。この回折格子６１は、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１を覆うように配置されている。

そして、図３Ａに示すように、検知範囲Ｚ１内の所定の測距距離を上回る距離だけ離れている非測距対象物１８の端部１８Ａが範囲Ｙ内に位置している場合に、発光素子１１から出射されて投光レンズ１３により絞られた上記投光ビームは非測距対象物１８で反射し、上記投光ビームの反射光が受光レンズ１４を経由し、回折格子６１に入射する。この回折格子６１では、入射した光が回折した後の０次光の光量を低減させると共に、不要な高次回折光の回折方向を受光素子１２の受光面１２ａの外に向けることが可能である。これにより、上記投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物１８を誤測距または誤検知することを防止できる。

なお、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７から受光面１２ａに入射する光スポットの光量は、上記非測距対象物１８から受光面１２ａに入射する光スポットの光量に比べて多いので、上記回折格子６１でもって光量が低減されても、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７を検知可能である。すなわち、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７からの反射光については、回折格子６１の存在による実質的な影響を受けない一方、回折格子６１の存在によって、非測距対象物１８による外乱光の影響を除去または大幅に低減できる。

(第４の実施の形態)
次に、図４を参照して、この発明の光学式測距センサの第４実施形態を説明する。この第４実施形態は、受光信号強度低減構造として、光学フィルタ２２に替えて、入射光を遮光する金属膜７１,７２を備えた点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

図４は、受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。この第４実施形態では、受光素子１２の受光面１２ａの検知領域Ｕ１に２枚の金属膜７１,７２が配置されている。

ここで、受光レンズ１４は、測距対象物１７が検知範囲Ｚ１内にある場合を想定して設計している。このため、受光レンズ１４は、上記検知範囲Ｚ１よりも遠方にある非測距対象物１８から反射されて戻ってくる反射光を充分に集光できず、この反射光の光スポットは、通常の測距対象物１７の光スポットに比べて大きい。したがって、図４に示すように、光スポットが入射する検知領域Ｕ１における受光面１２ａの受光面積を非検知領域Ｕ２における受光面１２ａの受光面積よりも小さくすることによって、非測距対象物１８による外乱光の影響を除去、または大幅に低減できる。

また、図４に示すように、金属膜７１,７２は台形状であり、この台形状の金属膜７１,７２で受光面１２ａを部分的に覆っている。これにより、受光面１２ａの検知領域Ｕ１に、中央位置Ｐ１から矢印Ｗ２方向の端１２ａ−２に向かって先細の第２の受光面部７５とこの第２の受光面部７５から端１２ａ−２に向かって延在している第１の受光面部７６とが形成されている。この第１の受光面部７６の受光面積は、上記第２の受光面部７５の受光面積よりも小さい。受光レンズ１４を経由して第２の受光面部７５に入射する光スポット(例えば光スポットＱ３)の第２の入射角θ２は、受光レンズ１４を経由して第１の受光面部７６に入射する光スポット(例えば光スポットＱ２)の第１の入射角θ１よりも小さい。

この第４実施形態によれば、上記第１の受光面部７６の受光面積を上記第２の受光面部７５の受光面積よりも小さくしたので、上記非測距対象物１８が光軸Ｊ１から離れている程、上記非測距対象物１８から上記受光素子１２の受光面１２ａに入射する入射光の光量を低減でき、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物を誤測距または誤検知することを防止できる。

なお、上記金属膜７１,７２の形状は台形に限らないのは勿論であり、第１受光面部７６と第２受光面部７５との境の角が湾曲している形状でもよく、上記境の角の両側の２辺を連続的に湾曲させた形状でもよく、さらには、幅寸法が矢印Ｗ１,Ｗ２の方向に一様な長方形状であってもよい。

また、この第４実施形態においても、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７から受光面１２ａに入射する光スポットの光量は、上記非測距対象物１８から受光面１２ａに入射する光スポットの光量に比べて多いので、上記金属膜７１,７２でもって光量が低減されても、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７を検知可能である。すなわち、上記検知範囲Ｚ１にある測距対象物１７からの反射光については、上記金属膜７１,７２の存在による実質的な影響を受けない一方、上記金属膜７１,７２の存在によって、非測距対象物１８による外乱光の影響を除去または大幅に低減できる。

(第５の実施の形態)
次に、図５Ａ,図５Ｂを参照して、この発明の光学式測距センサの第５実施形態を説明する。この第５実施形態は、受光信号強度低減構造として、光学フィルタ２２を有しておらず、かつ、受光素子１２に替えて受光信号強度低減構造を含んでいる受光素子８１を備えた点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

この第５実施形態が備える受光素子８１は、位置検出素子で構成されている点は、前述の第１実施形態が備える受光素子１２と同様である。一方、この受光素子８１は、抵抗変化率が異なる第１の領域８２と第２の領域８３とを有する。図５Ｃに示すように、この第１の領域８２の抵抗変化率(特性Ｋ１の傾き)は、上記第２の領域８３の抵抗変化率(特性Ｋ２の傾き)よりも小さい。

そして、上記第２の領域８３は、受光面８１ａの矢印Ｗ１方向の端８１ａ−１から、端８１ａ−１と端８１ａ−２との略中央位置Ｐ１１を超えた所定位置までの非検知領域Ｕ１２を含んだ領域であり、上記第１の領域８２は、上記第２の領域８３に隣接していて上記端８１ａ−２までの領域である。上記第１の領域８２と第２の領域８３とが受光信号強度低減構造を構成している。

これに対し、一般的な位置検出素子では、この位置検出素子の両端の電極間の抵抗は受光面内で均一な変化率(例えば図５Ｃの特性Ｋ３の傾き)を持っていて、受光面における光スポットの位置変動は両端の電極から取り出される信号電流の変化に置き換わる。したがって、抵抗の変化率が小さくなれば、光スポットの位置変動に伴う信号電流の変化も小さくなる。特に、入射する光スポットの光量が低い場合、信号電流自体が元々小さいので、光スポットの位置変動は更に信号電流の変化に現れ難くなる。

この第５実施形態では、上記位置検出素子からなる受光素子８１は、上記第１の領域８２の抵抗変化率が上記第２の領域８３の抵抗変化率よりも小さいので、上記第１の領域８２に入射する光スポットの位置変化に伴う受光信号の変化は、上記第２の領域８３に入射する光スポットの位置変化に伴う受光信号の変化よりも小さくなる。したがって、上記第１の領域８２に入射する入射光による受光信号の強度を、上記第２の領域８３に入射する入射光による受光信号の強度よりも低減できる。これにより、測距センサの投光ビームの周辺光に起因して非測距対象物１８を誤測距または誤検知することを防止できる。

また、上述の実施形態の光学式測距センサを搭載した機器によれば、非測距対象物を誤測距または誤検知することを回避でき、測距対象物までの距離を正確に測距でき、正確な距離の計測に基づく安定した動作を行うことができる。

尚、上記実施形態の光学式測距センサを搭載した機器の具体例としては、温水洗浄便座や、ＡＴＭ(現金自動預け払い機)、自動扉等があるが、これらに限定されるものではない。

この発明の三角測距方式の光学式測距センサの第１実施形態の構成を模式的に示す模式図である。 上記第１実施形態が備える受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。 上記第１実施形態が備える信号処理回路３３を示す図である。 この発明の三角測距方式の光学式測距センサの第２実施形態の構成を模式的に示す模式図である。 上記第２実施形態が備える受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。 この発明の三角測距方式の光学式測距センサの第３実施形態の構成を模式的に示す模式図である。 上記第３実施形態が備える受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。 この発明の三角測距方式の光学式測距センサの第４実施形態が備える受光素子１２の受光面１２ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。の構成を模式的に示す模式図である。 この発明の三角測距方式の光学式測距センサの第５実施形態の構成を模式的に示す模式図である。 上記第５実施形態が備える受光素子８１の受光面８１ａを受光レンズ１４側から見た様子を示す平面図である。 上記第５実施形態が備える受光素子８１の抵抗変化率特性を示す図である。 従来の光学式測距センサ１００の構成を模式的に示す模式図である。 光学式測距センサにおいて、測距対象物までの距離Ｄに対する出力信号Ｓの変化の一例を示す特性図である。 光学式測距センサにおいて、信号処理回路のＡＤ変換器が出力するデジタル出力の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 光学式測距センサ
１１ 発光素子
１２、８１ 受光素子
１２ａ、８１ａ 受光面
１３ 投光レンズ
１４ 受光レンズ
１７ 測距対象物
１８ 非測距対象物
１９ 反射防止膜
２２、５５ 光学フィルタ
３３ 信号処理回路
６１ 回折格子
７１、７２ 金属膜
７５ 第２の受光面部
７６ 第１の受光面部
８２ 第１の領域
８３ 第２の領域
Ｊ１、Ｌ１、Ｌ２ 光軸
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ 光スポット
Ｕ１、Ｕ１１ 検知領域
Ｕ２、Ｕ１２ 非検知領域
Ｚ１ 検知範囲
Ｚ２ 非検知範囲

Claims (8)

1. 発光素子と、
   上記発光素子から出射された光を集光して投光ビームを測距対象物に照射する投光側集光部と、
   上記測距対象物からの反射光を集光する受光側集光部と、
   上記受光側集光部からの入射光に応じて受光信号を出力する受光素子と、
   上記受光素子から上記受光信号が入力されると共に上記受光信号に対して所定の演算処理を行って上記測距対象物までの距離に対応する出力信号を出力する信号処理部と、
   所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で反射した上記投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子の受光面に入射する入射光の光量、もしくは上記入射光に応じて上記受光素子で生成される受光信号の強度を低減させて、上記非測距対象物が検知されないようする受光強度低減構造とを
   備えることを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
2. 請求項１に記載の三角測距方式の光学式測距センサにおいて、
   上記受光信号強度低減構造は、
   上記受光素子の受光面に形成されて上記非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子に入射する入射光の光量を低減させる光学フィルタであることを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
3. 請求項２に記載の三角測距方式の光学式測距センサにおいて、
   上記受光素子の受光面に形成された反射防止膜を備え、
   上記光学フィルタは、上記反射防止膜と同じ材料で作製されていると共に上記反射防止膜とは厚さが異なる干渉膜であることを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
4. 請求項１に記載の三角測距方式の光学式測距センサにおいて、
   上記受光信号強度低減構造は、
   上記受光側集光部と上記受光素子との間に配置されて上記非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記受光素子に入射する入射光の光量を低減させる光学フィルタであることを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
5. 請求項１に記載の三角測距方式の光学式測距センサにおいて、
   上記受光信号強度低減構造は、
   上記受光側集光部と上記受光素子との間に配置された回折格子であることを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
6. 請求項１に記載の三角測距方式の光学式測距センサにおいて、
   所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して第１の入射角で上記受光素子に入射する光スポットに対する第１の受光面部の受光面積を、上記受光側集光部を経由して上記第１の入射角よりも小さな第２の入射角で上記受光素子に入射する光スポットに対する第２の受光面部の受光面積よりも小さくした構造を、上記受光信号強度低減構造としたことを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
7. 請求項１に記載の三角測距方式の光学式測距センサにおいて、
   上記受光素子は、
   所定の測距距離を上回る距離だけ離れた非測距対象物で反射した投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して入射する第１の領域と、上記第１の領域に隣接する第２の領域とを含む位置検出素子であり、
   上記投光ビームの反射光が上記受光側集光部を経由して上記第１の領域に入射する第１の入射角が、上記受光側集光部を経由して上記第２の領域に入射する入射光の第２の入射角よりも大きく、かつ、上記第１の領域の抵抗変化率が上記第２の領域の抵抗変化率よりも小さく、
   上記位置検出素子の上記第１の領域と第２の領域が上記受光信号強度低減構造を構成していることを特徴とする三角測距方式の光学式測距センサ。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一つの請求項に記載の三角測距方式の光学式測距センサを備えた機器。

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