JP2011163901A - 光学式測距センサおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型,高性能,低消費電力,高速応答および安価な光学式測距センサを提供する。
【解決手段】発光素子１２と受光素子１３を同一リードフレーム１１に搭載して、透光性樹脂１４a,１４bと遮光性樹脂１５で一体成形することにより、受光素子１３を発光素子１２と同一平面に形成し、発光素子１２と受光素子１３を同一パッケージに形成し、位置検出受光部,処理回路部および駆動回路部が搭載された受光素子１３を１チップで形成する。こうして、光学式測距センサのサイズを小さくして製造コストを低減する。さらに、上記位置検出受光部の有効受光部のサイズを、光スポットの設計上のサイズ以下に設定する。こうして、受光素子１３のチップを小さくして製造コストの更なる低減を図る。さらに、上記位置検出受光部の無効受光部と無効受光部からの不要な信号とを無くして、応答時間を短縮し、消費電力を低減し、信号処理時のＳ/Ｎを大きくし、性能の向上を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、物体までの距離を検出する光学式測距センサおよびこの光学式測距センサを搭載した電子機器に関する。

従来より、物体までの距離を検出する光学式測距センサとして、レーザダイオード等の発光素子から放射された光を投光レンズで集光し、得られたビーム光を被測定物体に照射し、上記被測定物体の表面で反射された拡散反射光の一部を受光レンズによって集光してＭＯＳ(金属酸化膜半導体)イメージセンサの受光面に受光スポットを形成し、上記受光面上における受光スポットの位置から被測定物体までの距離を検出する光学式変位測定装置(特開２００２‐１９５８０７号公報：特許文献１)および光学式変位計(特開２００６‐３８５７１号公報：特許文献２)がある。

上記特許文献１に開示された光学式変位測定装置および上記特許文献２に開示された光学式変位計における概略構成を図１１に示す。図１１に示すように、受光素子としてのＣＭＯＳ(相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサ１は、発光素子としてのレーザダイオード２と同一平面状になく、ＣＭＯＳイメージセンサ１およびレーザダイオード２夫々のパッケージも別々に形成されている。また、ＣＭＯＳイメージセンサ１から出力された信号を処理する信号処理部３や、レーザダイオード２の駆動回路部(図示せず)は、ＣＭＯＳイメージセンサ１のチップの外部に形成されており、ＣＭＯＳイメージセンサ１,信号処理部３および上記駆動回路部は、全ては１チップ内に設けられてはいない。

図１２は、上記ＣＭＯＳイメージセンサ１の平面図を示す。ＣＭＯＳイメージセンサ１における有効受光部１aのサイズは、有効受光部１a上に形成される光スポット４のサイズおよび位置等の種々のバラツキを考慮して、光スポット４の位置がばらついても有効受光部１a内に収まるように設定する必要がある。ところが、この点については、特許文献１および特許文献２の何れにも記載がなく、被測定物体の移動に伴って移動する光スポット４の移動範囲および光スポット４のサイズからすると、有効受光部１aのサイズはかなり大きなものになっていると推測される。

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の光学式変位測定装置、および、上記特許文献２に開示された従来の光学式変位計には、以下のような問題がある。

すなわち、上述のような従来の光学式測距センサにおいては、受光素子としてＣＭＯＳイメージセンサ１を使用しているが、ＣＭＯＳイメージセンサ１の有効受光部１aは発光素子としてのレーザダイオード２とは同一平面を形成しておらず、ＣＭＯＳイメージセンサ１およびレーザダイオード２夫々のパッケージも別々に形成されており、ＣＭＯＳイメージセンサ１,信号処理部３および上記駆動回路部の全てが１チップに形成されてはいない。したがって、光学式測距センサ全体のサイズが大きくなってしまうため、生産工程が多く、各工程での作業も精度を求めるため複雑になり、製造コストが高くなるという問題がある。

また、上記ＣＭＯＳイメージセンサ１における有効受光部１aのサイズに規定がなく、被測定物体の移動に伴って移動する光スポット４の移動範囲および光スポット４のサイズからすると、有効受光部１aのサイズはかなり大きくなると推測され、ＣＭＯＳイメージセンサ１のチップサイズが大きくなり、高コストになってしまうという問題がある。

さらに、特性面においては、上記有効受光部１aのサイズが大きいため、有効受光部１a上における光スポット４の重心を求める際に不要な部分の受光部データも取り込んで計算することになる。したがって、計算に要する時間が増大して光学式測距センサの応答時間が長くなり、消費電力も増大するという問題がある。さらに、不要な部分の受光部データは光スポット４の重心を求める際のノイズとなるのでＳ/Ｎが小さくなり、求められた重心値の誤差が大きくなる。そのため、光学式測距センサとしての性能が落ちてしまうという問題がある。

特開２００２‐１９５８０７号公報 特開２００６‐３８５７１号公報

そこで、この発明の課題は、測距範囲内における遠距離側にあるため反射光量が少ない被測定物体であっても正確に測距できる小型,高性能,低消費電力,高速応答および安価な光学式測距センサ、および、この光学式測距センサを搭載した電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光学式測距センサは、
被測定物体に光ビームを照射する発光部と、
上記被測定物体による上記光ビームの反射光が入射すると共に、上記反射光の光スポットが形成される受光部と、
上記受光部からの出力信号を処理して、上記被測定物体までの距離を検出する処理回路部と
を備え、
上記受光部は、上記被測定物体が上記発光部の光軸方向に移動する際に上記光スポットの位置が移動する方向である第１方向とこの第１方向に直交する第２方向とに、複数の受光セルがマトリックス状に配置された有効受光部を含んでおり、
上記有効受光部における上記第２方向へのサイズは、上記光スポットの半径以上且つ直径以下である
ことを特徴としている。

上記構成によれば、発光部から照射された光ビームが被測定物体で反射された反射光が入射する受光部には、上記被測定物体が上記発光部の光軸方向に移動する際に第１方向に移動する光スポットが形成される。そして、上記受光部の有効受光部における上記第１方向に直交する第２方向へのサイズは、上記光スポットの半径以上且つ直径以下に設定されている。したがって、上記光スポットの重心を求めるのに充分なサイズを確保しつつ、上記受光部が搭載されるチップを小さくして、本光学式測距センサ全体のサイズを小さくでき、製造コストの低減を図ることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部における上記第２方向へのサイズは、上記光スポットの半径である。

この実施の形態によれば、上記有効受光部における上記第２方向へのサイズを上記光スポットの半径としている。したがって、上記受光部の大きさを、形成された光スポットの重心を求めることが可能な必要最小限の大きさにすることが可能になる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部は、上記受光部の全体で構成されている。

この実施の形態によれば、上記受光部の全体が上記有効受光部になっているので、上記受光部における不要な部分で成る無効受光部を無くすことができる。したがって、上記無効受光部からの不要な信号を無くし、上記処理回路部による処理時間、延いては本光学式測距センサの応答時間を短縮できると共に、消費電力を低減できる。さらに、上記不要な信号を無くすことによって信号処理時のＳ/Ｎを大きくでき、性能の向上を図ることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部は、上記受光部の一部の領域で構成されており、
上記受光部における上記有効受光部以外の領域は、測距用の受光部としては機能しないようになっている。

この実施の形態によれば、上記受光部における上記有効受光部以外の領域は、測距用の受光部としては機能しないようになっているので、上記有効受光部以外の領域からの不要な信号を無くすことができる。したがって、上記処理回路部による処理時間、延いては本光学式測距センサの応答時間を短縮できると共に、消費電力を低減できる。さらに、上記不要な信号を無くすことによって信号処理時のＳ/Ｎを大きくでき、性能の向上を図ることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部は、
上記受光部上に形成された上記光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置を上記第２方向の中心とし、上記光スポットにおける設計上の半径以上且つ直径の範囲から選択された一つの値を上記第２方向の幅とする領域である。

この実施の形態によれば、上記有効受光部を、上記受光部上に実際に形成された上記光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置に基づいて設定できるので、本光学式測距センサの製造工程において上記有効受光部を設定することができる。したがって、上記光スポットにおける設計上の位置に製造工程でバラツキが生じた場合でも、個々の製品毎に実際の光スポットの位置およびサイズに対して最適に上記有効受光部を設定することができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部は、上記第２方向の幅が設定された有効受光部において、
上記被測定物体が最も遠距離に位置している場合に上記受光部上に形成された遠距離側の光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置よりも上記光スポットにおける設計上の半径だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、上記被測定物体が最も近距離に位置している場合に上記受光部上に形成された近距離側の光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置よりも上記光スポットにおける設計上の半径だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、で挟まれた領域である。

この実施の形態によれば、上記第２方向への幅が設定された有効受光部の上記第１方向への長さを規定することができる。したがって、上記光スポットにおける設計上の位置に製造工程でバラツキが生じた場合でも、個々の製品毎に実際の光スポットの位置に対して最適に、且つ、必要最小限の大きさに、上記有効受光部を設定することができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部は、
上記受光部上に形成された上記光スポットの光強度ピークの位置を上記第２方向の中心とし、上記光スポットの光強度分布において上記光強度ピークに対して所定の割合の光強度を呈する領域の上記第２方向へ測った大きさを上記第２方向の幅とする領域である。

この実施の形態によれば、上記有効受光部を、上記受光部上に実際に形成された上記光スポットの光強度ピークの位置と光強度分布とに基づいて設定できるので、本光学式測距センサの製造工程において上記有効受光部を設定することができる。したがって、上記光スポットにおける設計上の位置やサイズに製造工程でバラツキが生じた場合でも、個々の製品毎に実際の光スポットの位置およびサイズに対して精度よく上記有効受光部を設定することができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記有効受光部は、上記第２方向への幅が設定された上記有効受光部において、
上記被測定物体が最も遠距離に位置している場合に上記受光部上に形成された遠距離側の光スポットの光強度ピークの位置よりも当該光強度ピークに対して所定の割合の光強度を呈する領域の上記第１方向へ測った大きさの１/２だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、上記被測定物体が最も近距離に位置している場合に上記受光部上に形成された近距離側の光スポットの光強度ピークの位置よりも当該光強度ピークに対して上記所定の割合の光強度を呈する領域の上記第１方向へ測った大きさの１/２だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、で挟まれた領域である。

この実施の形態によれば、上記第２方向への幅が設定された有効受光部の上記第１方向への長さを規定することができる。したがって、上記光スポットにおける設計上の位置やサイズに製造工程でバラツキが生じた場合でも、個々の製品毎に実際の光スポットの位置およびサイズに対して精度よく、且つ、必要最小限の大きさに、上記有効受光部を設定することができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記光強度ピークに対する所定の割合とは、上記光強度ピークにおける光強度の１０％以上且つ５０％以下の範囲から選択された一つの値である。

この実施の形態によれば、上記有効受光部における上記第２方向への幅が、上記光スポットの光強度分布において上記光強度ピークに対して上記光強度ピークにおける光強度の１０％以上且つ５０％以下の光強度を呈する領域の上記第２方向へ測った大きさに設定されている。したがって、上記有効受光部における上記第２方向へのサイズを、上記光スポットの半径以上且つ直径以下に設定することが可能になる。したがって、上記受光部が搭載されるチップを小さくすることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記処理回路部による信号処理用のプログラムが格納された信号処理ソフトメモリー部と、
上記処理回路部による信号処理で得られたデータを含むデータが格納されたメモリー部と、
所定のタイミングで上記発光部を駆動させる駆動回路部と
をさらに備え、
上記発光部と上記受光部とは、同一平面上に搭載されており、
上記処理回路部,上記信号処理ソフトメモリー部,上記メモリー部および上記駆動回路部は、上記受光部と共に、一つのチップで構成されている。

この実施の形態によれば、上記発光部と上記受光部とは同一平面上に搭載されている。さらに、上記処理回路部,上記信号処理ソフトメモリー部,上記メモリー部および上記駆動回路部は、上記受光部と共に、一つのチップで構成されている。したがって、本光学式測距センサ全体のサイズを小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

また、この発明の電子機器は、
この発明の光学式測距センサを含む
ことを特徴としている。

上記構成によれば、小型,高性能,低消費電力,高速応答および安価な光学式測距センサを含んでいるので、本電子機器が測定の対象とする被測定物体までの距離を精度よく短時間に計測することができる。その際に、上記光学式測距センサを搭載したことによる大型化,消費電力の向上および価格アップを最小限に抑えることができる。

以上より明らかなように、この発明の光学式測距センサは、発光部から照射された光ビームが被測定物体で反射された反射光が入射する受光部の有効受光部において、上記被測定物体が上記発光部の光軸方向に移動する際に上記光スポットの位置が移動する方向である第１方向に直交する第２方向へのサイズが、上記光スポットの半径以上且つ直径以下に設定されている。したがって、上記受光部が搭載されるチップを小さくして、本光学式測距センサ全体のサイズを小さくでき、製造コストの低減を図ることができる。

さらに、上記受光部の全体で上記有効受光部を構成すれば、あるいは、上記受光部における上記有効受光部以外の領域を測距用の受光部として機能しないようにすれば、上記有効受光部以外の領域からの不要な信号を無くすことができる。したがって、処理回路部による処理時間、延いては本光学式測距センサの応答時間を短縮できると共に、消費電力を低減できる。さらに、上記不要な信号を無くすことによって信号処理時のＳ/Ｎを大きくでき、性能の向上を図ることができる。

また、この発明の電子機器は、小型,高性能,低消費電力,高速応答および安価なこの発明の光学式測距センサを搭載しているので、本電子機器が測定の対象とする被測定物体までの距離を精度よく短時間に計測することができる。その際に、上記光学式測距センサを搭載したことによる大型化,消費電力の向上および価格アップを最小限に抑えることができる。

この発明の光学式測距センサにおける概略構成を示す図である。 図１における受光素子の内部構成を示す図である。 図２における位置検出受光部の有効受光部のサイズの説明図である。 図３とは異なる有効受光部のサイズの説明図である。 図４において光スポットの中心と有効受光部の中心とがずれた場合の説明図である。 図２における位置検出受光部に対する図３〜図５とは異なる有効受光部の設定方法の説明図である。 図６とは異なる有効受光部の設定方法の説明図である。 図６および図７とは異なる有効受光部の設定方法の説明図である。 図６〜図８とは異なる有効受光部の設定方法の説明図である。 図６〜図９とは異なる有効受光部の設定方法の説明図である。 従来の光学式測距センサにおける概略構成を示す図である。 図１１におけるＣＭＯＳイメージセンサの平面図である。

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。図１は、本実施の形態の光学式測距センサにおける概略構成を示す図である。尚、図１(a)は平面図であり、図１(b)は図１(a)におけるＡ‐Ａ'矢視断面図である。

図１に示すように、本光学式測距センサにおいては、リードフレーム１１上に、赤外ＬＥＤ(発光ダイオード)あるいは赤外面発光レーザ等でなる一つの発光素子１２と、一つの受光素子１３とが配置されている。ここで、受光素子１３は、図２に示すように、ｍ行×ｎ列(ｍ≧２,ｎ≧２)のＣＭＯＳエリアセンサ,ＣＣＤ(電荷結合素子)エリアセンサあるいはフォトダイオードアレイでなる位置検出受光部１３aと、位置検出受光部１３aから出力される信号を処理する処理回路部１３bと、信号処理用のプログラムを格納する信号処理ソフトメモリー部１３cと、信号処理で得られたデータを格納する信号処理データメモリー部１３dと、フラッシュメモリー(あるいは「e‐fuse」等のメモリー)でなるメモリー部１３e、および、所定のタイミングで発光素子１２を駆動させる駆動回路部１３fを含み、一つのチップで構成されている。

すなわち、本実施の形態においては、上記位置検出受光部１３aによって、上記特許請求の範囲における受光部を構成しているのである。

尚、上記位置検出受光部１３aは、測距の対象となる被測定物体が、発光素子１２の光軸方向に移動した際に、位置検出受光部１３a上を光スポットの位置が移動する方向にはｎ(ｎ≧２)個、光スポットの移動方向の垂直方向にはｍ(ｍ≧２)個の受光セルが、マトリックス状に配列されて構成されている。

上記発光素子１２と受光素子１３との両素子は、リードフレーム１１上に所定の間隔で併置されると共に、夫々トランスファモールドによってエポキシ系の透光性樹脂１４a,１４bで封止されている。さらに、リードフレーム１１と透光性樹脂１４a,１４bとは、透光性樹脂１４a,１４bにおける光が通過する窓部１４c,１４dを除き、インジェクション成形によって遮光性樹脂１５で一体に成形されている。

上記遮光性樹脂１５で一体に成形されたリードフレーム１１と透光性樹脂１４a,１４bとは、発光側レンズ１６および受光側レンズ１７を有するレンズケース１８内に収納されている。このレンズケース１８は、発光側レンズ１６および受光側レンズ１７を可視光カット材からなるアクリル樹脂あるいはポリカーボネート樹脂等で成形し、ケース部をＡＢＳ樹脂あるいはポリカーボネート樹脂等で成形しており、これらは２色成形で一体成形されている。

上記位置検出受光部１３aを構成する上記ＣＭＯＳエリアセンサ,ＣＣＤエリアセンサあるいはフォトダイオードアレイの有効受光部サイズは、以下の理由によって小さい方がよい。第１の理由は、受光素子１３のチップが小さくなり、コストダウンに繋がる。第２の理由は、不要な無効受光部が存在すると、その領域で得られた信号も処理する必要があるため処理時間が増えて本光学式測距センサの応答時間が長くなる。第３の理由は、不要な無効受光部が存在すると、上記無効受光部からの不要な信号を処理するために消費電力が不必要に大きくなる。第４の理由は、不要な無効受光部が存在すると、上記不要な信号を取り込むために信号処理時のＳ/Ｎが小さくなり、光学式測距センサとしての性能が落ちるからである。

そこで、本実施の形態においては、図３に示すように、位置検出受光部１３aの全体で上記有効受光部を構成すると共に、Ｙ方向(上記被測定物体までの距離が変化する場合に光スポット１９が移動するＸ方向に垂直な方向)への上記有効受光部のサイズを、位置検出受光部１３a上に形成される光スポット１９の設計上の直径にする。その理由は、有効受光部の面積は、最大でも光スポット１９全体を受ける面積があれば、光スポット１９の重心を求めるのに充分であるためである。但し、上記有効受光部のサイズの単位は、位置検出受光部１３aを構成する上記ＣＭＯＳエリアセンサ,ＣＣＤエリアセンサあるいはフォトダイオードアレイの画素である。以下の説明においても同様である。

さらに、本実施の形態においては、上記発光素子１２から出射されて、最も遠距離に位置している上記被測定物体で反射され、受光素子１３の位置検出受光部１３aに入射した光の光量が充分足りる場合には、図４のように、有効受光部(位置検出受光部１３a)の上記Ｙ方向へのサイズは、光スポット１９の設計上の直径より小さくても問題はない。例えば、組み立てバラツキ等によって、図５に示すように光スポット１９の中心と上記有効受光部における上記Ｙ方向の中心との位置がずれても、光スポット１９における直径Ｄの半分以上の部分を上記有効受光部がカバーしていれば、つまりｙ≧Ｄ/２であれば、光スポット１９の重心を求めることができるので問題はない。ここで、上記「ｙ」は、上記有効受光部における上記Ｙ方向への幅である。

すなわち、本実施の形態においては、上記有効受光部におけるＹ方向へのサイズを、位置検出受光部１３a上に形成される光スポット１９の設計上の半径以上且つ直径以下にするのである。

ところで、上記有効受光部のサイズを設定する方法として、図３〜図５に示すように光スポット１９の設計上のサイズに基づいて設定する方法とは別に、ｍ行×ｎ列(ｍ≧２,ｎ≧２)の位置検出受光部１３aにおける上記Ｙ方向の幅を、上記光スポットにおける上記Ｙ方向の幅より大きく作製する。そして、位置検出受光部１３a上に形成される光スポットの実際の位置に基づいて、位置検出受光部１３aにおける上記有効受光部のサイズを設定すると共に、上記有効受光部以外の部分を測距用の受光部として機能をさせないようにする方法がある。

すなわち、図６に示すように、上記位置検出受光部１３aを光スポット１９の設計上の直径Ｄよりも大きく作製しておく。そして、本光学式測距センサの製造工程において、上記被測定物体が移動しても光スポット１９が形成されない不要な部分２０a,２０bを設定し、その部分２０a,２０bを測距用の受光部として動作させないようにするのである。こうすることによって、光スポット１９における設計上の位置に製造工程でバラツキが生じた場合でも、個々の製品毎に実際の光スポット１９の位置に対して最適に上記有効受光部を設定することができるのである。

その場合、上記位置検出受光部１３aにおける上記不要な部分２０a,２０bを測距用の受光部として機能をさせないようにする方法は、特に限定するものではない。例えば、上記不要な部分２０a,２０bに配列されている各受光セルからの出力信号を、処理回路部１３bに入力しないようにすればよい。

尚、上記位置検出受光部１３aにおける上記不要な部分２０a,２０bを、測距用以外の受光部として利用しても一向に差し支えない。

その場合における上記不要な部分２０a,２０bの設定方法としては、本光学式測距センサの製造工程において、上記被測定物体が最も遠距離に位置している場合に位置検出受光部１３a上に形成される遠距離側の光スポット１９の実際の重心または光強度ピークの位置Ｇ１と、上記被測定物体が最も近距離に位置している場合に位置検出受光部１３a上に形成される近距離側の光スポット１９の実際の重心または光強度ピークの位置Ｇ２との何れか一方を検出する。そして、この検出された重心または光強度ピークの位置Ｇ１,Ｇ２に対して、上記Ｙ方向両側に、予め求めた設計上の光スポット１９の半径ｒの幅を有する互いに隣接する２つの帯状の領域を設定し、両領域を合わせて上記Ｙ方向への幅が２rの上記有効受光部を設定する。また、上記有効受光部以外の領域を不要な部分２０a,２０bとして設定する方法がある。

より端的に言えば、上記位置検出受光部１３a上に形成された光スポット１９の実際の重心または光強度ピークの位置Ｇ１,Ｇ２を上記Ｙ方向の中心とし、光スポット１９における設計上の直径２ｒ(＝Ｄ)を上記Ｙ方向の幅とする領域を上記有効受光部として設定するのである。

また、図７に示すように、上記位置検出受光部１３aにおける上記不要な部分は、光スポット１９が移動するＸ方向にも生ずる。その場合における上記Ｘ方向への不要な部分の設定方法としては、以下のように行う。

すなわち、図６に示すようにして上記Ｙ方向への上記有効受光部(Ｙ方向有効受光部)および上記Ｙ方向への不要な部分２０a,２０bが設定された位置検出受光部１３aにおいて、本光学式測距センサの製造工程において、上記遠距離側の光スポット１９aの実際の重心または光強度ピークの位置Ｇ１を検出する。さらに、上記近距離側の光スポット１９bの実際の重心または光強度ピークの位置Ｇ２を検出する。そして、上記Ｙ方向有効受光部に関して、位置Ｇ１よりも予め求めた設計上の光スポット１９の半径ｒだけ上記Ｘ方向外側に設定された設定位置と、位置Ｇ２よりも予め求めた設計上の光スポット１９の半径ｒだけ上記Ｘ方向外側に設定された設定位置とで挟まれた領域を、上記有効受光部として設定し、それ以外の領域を不要な部分２１a,２１bとして設定する。

こうすることによって、上記位置検出受光部１３aにおける上記有効受光部を必要最小限の大きさにすることができるのである。

尚、上記不要な部分のＸ方向へのサイズを設定する場合の重心または光強度ピークの位置Ｇ１,Ｇ２は、Ｙ方向へのサイズを設定する場合に検出した位置Ｇ１,Ｇ２を利用しても差し支えない。

さらに、上記有効受光部のＹ方向へのサイズは「２ｒ」に限定されるものではなく、図５の説明で述べたように、「ｒ以上で且つ２ｒ以下」であれば差し支えない。

ところで、上述した実際の光スポットの位置に基づいて上記有効受光部の上記Ｙ方向へのサイズを設定する方法では、説明を簡単にするために、遠距離側の光スポット１９と近距離側の光スポット１９とにおける実際の重心または光強度ピークの上記Ｙ方向の位置Ｇ１,Ｇ２および半径ｒが同じ場合を例示している。しかしながら、現実には、上記被測定物体が発光素子１２の光軸方向に移動する範囲によっては、遠距離側の光スポット１９の上記Ｙ方向の位置Ｇ１および半径ｒ１と、近距離側の光スポット１９の上記Ｙ方向の位置Ｇ２および半径ｒ２とにズレが生ずる。

その場合は、図８に示すように、例えば、ｒ１＜ｒ２の場合には、光スポットの半径が小さい方の遠距離側の光スポット１９aの実際の位置Ｇ１に対して、上記Ｙ方向両側に、予め求めた遠距離側の光スポット１９aの実際の半径ｒ１の幅を有する互いに隣接する２つの帯状の領域を設定し、両領域を合わせて上記Ｙ方向への幅が２×r１の上記有効受光部を設定する。より端的に言えば、遠距離側の光スポット１９aの実際の位置Ｇ１を上記Ｙ方向の中心とし、遠距離側の光スポット１９aの実際の直径２×r１を上記Ｙ方向の幅とする領域を上記有効受光部として設定するのである。その場合、上記位置Ｇ１と上記位置Ｇ２との差および半径ｒ１と半径ｒ２との差は僅かであり、光スポットの半径が小さい方の遠距離側の光スポット１９aの半径ｒ１に基づいて上記有効受光部の上記Ｙ方向のサイズを設定しても、実際の使用において、光スポットの半径が大きい方の近距離側の光スポット１９bの重心を求めることは充分可能である。

この場合、光スポットの半径が大きい方の近距離側の光スポット１９bの位置Ｇ２と半径ｒ２とに基づいて、上記有効受光部の上記Ｙ方向のサイズを設定しても差し支えなく。その場合も、実際の使用において、光スポットの半径が小さい方の遠距離側の光スポット１９aの重心を求めることは勿論可能である。

尚、上述のことはｒ１＞ｒ２の場合も同様である。

また、遠距離側の光スポット１９aの上記Ｙ方向の位置Ｇ１および半径ｒ１と、近距離側の光スポット１９bの上記Ｙ方向の位置Ｇ２および半径ｒ２とが異なる場合における上記有効受光部の上記Ｙ方向へのサイズの設定は、図９に示すようにして設定してもよい。

すなわち、位置Ｇ１と位置Ｇ２との上記Ｙ方向の中間点を求めて基準点とする。この場合、基準点として取り得る位置は、位置検出受光部１３aを構成する上記ＣＭＯＳエリアセンサ,ＣＣＤエリアセンサあるいはフォトダイオードアレイにおける各画素の間の位置である。したがって、図９における上記基準点の位置は、光スポット１９bの位置Ｇ２と同じになっている。

次に、次式によって、半径ｒ１と半径ｒ２との中間の長さｒ３を求める。
ｒ３＝(ｒ１＋ｒ２)/２
そして、上記基準点の位置に対して、上記Ｙ方向両側に、上記求めた長さｒ３の幅を有する互いに隣接する２つの帯状の領域を設定し、両領域を合わせて上記Ｙ方向への幅が２×r３の上記有効受光部を設定する。より端的に言えば、上記基準点の位置を上記Ｙ方向の中心とし、上記求めた長さｒ３の２倍(２×r３)を上記Ｙ方向の幅とする領域を上記有効受光部として設定するのである。その場合、上記位置Ｇ１と上記位置Ｇ２との差および半径ｒ１と半径ｒ２との差は僅かであり、光スポットの半径が小さい方の遠距離側の光スポット１９aの位置Ｇ１と同じ位置を上記基準点の位置の位置として上記有効受光部の上記Ｙ方向のサイズを設定しても、実際の使用において、光スポットの半径が大きい方の近距離側の光スポット１９bの重心を求めることは充分可能である。

尚、図８および図９の場合にも、図７の場合と同様にして、上記Ｘ方向への不要な部分を設定することができる。

また、実際の光スポットに基づいて上記有効受光部を設定する方法として、実際の光スポットの位置を用いる他に、位置と光強度分布とを用いる方法がある。

すなわち、図１０に示すように、上記位置検出受光部１３aを光スポット１９の設計上の直径Ｄよりも大きく作製しておく。そして、本光学式測距センサ製造工程において、上記遠距離側の光スポット１９の実際の光強度ピークの位置Ｐ１と、上記近距離側の光スポット１９の実際の光強度ピークの位置Ｐ２との何れか一方を検出する。さらに、光スポット１９の光強度分布を求め、この光強度分布において光強度ピークにおける光強度の１０％の光強度を呈する領域における上記Ｙ方向へ測った大きさＬを求める。そして、光強度ピークの位置Ｐ１,Ｐ２に対して、上記Ｙ方向両側に、上記求めた大きさＬの略１/２の幅を有する互いに隣接する２つの帯状の領域を設定し、両領域を合わせて上記Ｙ方向への幅がＬの上記有効受光部を設定する。また、上記有効受光部以外の領域を不要な部分とするのである。

より端的に言えば、上記位置検出受光部１３a上に形成された光スポット１９の実際の光強度ピークの位置Ｐ１,Ｐ２を上記Ｙ方向の中心とし、光スポット１９の光強度分布において光強度ピークにおける光強度の１０％の光強度を呈する領域における上記Ｙ方向へ測った大きさＬを上記Ｙ方向の幅とする領域を上記有効受光部として設定するのである。

この方法によれば、光スポット１９における設計上の位置やサイズに製造工程でバラツキが生じた場合でも、個々の製品毎に、実際の光スポット１９の位置およびサイズに応じて、精度よく上記有効受光部を設定できるのである。

その場合、上記有効受光部における上記Ｙ方向への幅を決定するための上記光強度の領域は、光強度ピークにおける光強度の略１０％以上且つ略５０％以下の範囲から選択された一つの値である領域であればよい。光強度ピークにおける光強度の略１０％以上の領域に基づいて設定された上記有効受光部であれば、実際の光スポット１９の略全域を取り込むことができ、精度よく光スポット１９の重心位置を求めることができる。

しかしながら、上述したように、上記有効受光面はできるだけ小さい方が、コスト,応答時間,消費電力および光学式測距センサ性能の面で有利である。しかしながら、いくら光量が十分であっても、光強度ピークにおける光強度の略５０％よりも大きい領域に基づいて設定された上記有効受光部の場合には、その上記Ｙ方向への幅が狭くなり、位置検出受光部１３a上に形成された光スポット１９の重心位置を求める精度が低下するので好ましくない。

したがって、本光学式測距センサ製造工程において、上記有効受光部の幅を決定するための上記光強度の領域は、光強度ピークにおける光強度の略１０％以上且つ略５０％以下である領域が適当である。

尚、詳述はしないが、図１０に示すようにして上記Ｙ方向への幅が設定された上記有効受光部(Ｙ方向有効受光部)の上記Ｘ方向両端を、図７の場合と同様にして、光スポット１９の光強度分布において光強度ピークにおける光強度の１０％以上且つ略５０％以下の所定％の光強度を呈する領域に基づいて狭めることによって、上記位置検出受光部１３aにおける上記有効受光部を必要最小限の大きさに設定しても差し支えない。

また、上記遠距離側の光スポット１９の上記Ｙ方向の位置Ｐ１および半径と、近距離側の光スポット１９の上記Ｙ方向の位置Ｐ２および半径とにズレが生ずる場合には、図８と同様に光スポットの半径が小さい方の遠距離側の光スポット１９aに基づいて、または、光スポットの半径が大きい方の近距離側の光スポット１９bに基づいて、上記有効受光部の上記Ｙ方向の位置とサイズとを設定すればよい。あるいは、図９と同様に遠距離側の光スポット１９aと近距離側の光スポット１９bとに基づいて、上記有効受光部の上記Ｙ方向の位置とサイズとを設定すればよい。

上述したように、本実施の形態においては、上記発光素子１２と受光素子１３とを同一のリードフレーム１１上に搭載すると共に、透光性樹脂１４a,１４bと遮光性樹脂１５とによって一体に成形し、発光側レンズ１６および受光側レンズ１７を有するレンズケース１８内に収納している。すなわち、受光素子１３を構成する位置検出受光部１３aの上記有効受光部は発光素子１２と同一平面を形成しており、発光素子１２と受光素子１３とを同一パッケージに形成しており、位置検出受光部１３a,処理回路部１３b,信号処理ソフトメモリー部１３c,信号処理データメモリー部１３dおよび駆動回路部１３fが搭載された受光素子１３を１チップに形成している。したがって、本光学式測距センサ全体のサイズを小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

さらに、上記位置検出受光部１３aの有効受光部において、上記被測定物体までの距離が変化する場合に光スポット１９が移動するＸ方向に垂直なＹ方向へのサイズを、位置検出受光部１３a上に形成される光スポット１９の設計上の半径以上且つ直径以下に設定している。さらに、位置検出受光部１３aの上記有効受光部以外の不要な部分を測距用の受光部として機能させないようにしている。したがって、受光素子１３のチップを小さくして、本光学式測距センサ全体のサイズをさらに小さくでき、製造コストの更なる低減を図ることができる。さらに、位置検出受光部１３aの上記無効受光部を無くして上記無効受光部からの不要な信号を無くし、処理回路部１３bの処理時間、延いては本光学式測距センサの応答時間を短縮できると共に、消費電力を低減できる。さらに、上記不要な信号を無くすことによって信号処理時のＳ/Ｎを大きくでき、光学式測距センサとしての性能の向上を図ることができる。

さらに、上記位置検出受光部１３aを光スポット１９の設計上の直径Ｄよりも大きく作製し、製造工程において、位置検出受光部１３a上に実際に形成される上記遠距離側および上記近距離側の実際の光スポット１９に基づいて上記有効受光部を設定し、それ以外の領域を不要な部分２０a,２０b,２１a,２１bとして設定する。そして、不要な部分２０a,２０b,２１a,２１bを受光部としての機能をさせないようにすれば、位置検出受光部１３a上に形成される実際の光スポット１９に基づいて上記有効受光部を、必要最小限の大きさに設定することができる。

したがって、上記光スポット１９における設計上の位置やサイズが製造工程によってばらついた場合でも、個々の製品毎に光スポット１９の実際の位置およびサイズに対して最適に上記有効受光部を設定することができるのである。

すなわち、本実施の形態によれば、三角測量方式を利用して、広い測距範囲内の遠距離側にある低反射性の上記被測定物体であっても正確に測距できる小型,高性能,低消費電力,高速応答および安価な光学式測距センサを実現することができるのである。また、組み立てバラツキがあっても精度のよい光学式測距センサを実現することができる。

さらに、上述のごとく小型,高性能,低消費電力,高速応答および安価な光学式測距センサをパソコンに搭載すれば、パソコンの前にいる人を精度よく短時間に検知し、人がいなくなるとパソコンをスリープモードにすることが可能になる。その際に、上記光学式測距センサを搭載したことによる大型化,消費電力の向上および価格アップを最小限に抑え、省エネルギーを効率よく行うことができる。

また、上記光学式測距センサをカメラ付携帯電話に搭載すれば、被写体までの距離を精度よく短時間に計測し、高速でフォーカスを自動的に合わせる(オートフォーカス)機能を実現することができる。その際に、上記光学式測距センサを搭載したことによる大型化,消費電力の向上および価格アップを最小限に抑えることができる。

また、上記光学式測距センサをプロジェクターに搭載すれば、スクリーンまでの距離を精度よく短時間に計測し、高速でフォーカスを自動的に合わせる(オートフォーカス)機能を実現することができる。その際に、上記光学式測距センサを搭載したことによる大型化,消費電力の向上および価格アップを最小限に抑えることができる。

１１…リードフレーム、
１２…発光素子、
１３…受光素子、
１３a…位置検出受光部、
１３b…処理回路部、
１３c…信号処理ソフトメモリー部、
１３d…信号処理データメモリー部、
１３e…メモリー部、
１３f…駆動回路部、
１４a,１４b…透光性樹脂、
１４c,１４d…透光性樹脂の窓部、
１５…遮光性樹脂、
１６…発光側レンズ、
１７…受光側レンズ、
１８…レンズケース、
１９,１９a,１９b…光スポット、
２０a,２０b,２１a,２１b…位置検出受光部の不要な部分、
Ｇ１,Ｇ２…光スポットの重心または光強度ピークの位置、
Ｄ…光スポットの直径、
ｒ…光スポットの半径、
Ｐ１,Ｐ２…光スポットの光強度ピークの位置。

Claims (11)

1. 被測定物体に光ビームを照射する発光部と、
   上記被測定物体による上記光ビームの反射光が入射すると共に、上記反射光の光スポットが形成される受光部と、
   上記受光部からの出力信号を処理して、上記被測定物体までの距離を検出する処理回路部と
   を備え、
   上記受光部は、上記被測定物体が上記発光部の光軸方向に移動する際に上記光スポットの位置が移動する方向である第１方向とこの第１方向に直交する第２方向とに、複数の受光セルがマトリックス状に配置された有効受光部を含んでおり、
   上記有効受光部における上記第２方向へのサイズは、上記光スポットの半径以上且つ直径以下である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
2. 請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部における上記第２方向へのサイズは、上記光スポットの半径である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部は、上記受光部の全体で構成されている
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
4. 請求項１あるいは請求項２に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部は、上記受光部の一部の領域で構成されており、
   上記受光部における上記有効受光部以外の領域は、測距用の受光部としては機能しないようになっている
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
5. 請求項４に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部は、
   上記受光部上に形成された上記光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置を上記第２方向の中心とし、上記光スポットにおける設計上の半径以上且つ直径の範囲から選択された一つの値を上記第２方向の幅とする領域である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
6. 請求項５に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部は、上記第２方向の幅が設定された有効受光部において、
   上記被測定物体が最も遠距離に位置している場合に上記受光部上に形成された遠距離側の光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置よりも上記光スポットにおける設計上の半径だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、上記被測定物体が最も近距離に位置している場合に上記受光部上に形成された近距離側の光スポットの重心の位置あるいは光強度ピークの位置よりも上記光スポットにおける設計上の半径だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、で挟まれた領域である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
7. 請求項４に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部は、
   上記受光部上に形成された上記光スポットの光強度ピークの位置を上記第２方向の中心とし、上記光スポットの光強度分布において上記光強度ピークに対して所定の割合の光強度を呈する領域の上記第２方向へ測った大きさを上記第２方向の幅とする領域である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
8. 請求項７に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記有効受光部は、上記第２方向への幅が設定された上記有効受光部において、
   上記被測定物体が最も遠距離に位置している場合に上記受光部上に形成された遠距離側の光スポットの光強度ピークの位置よりも当該光強度ピークに対して所定の割合の光強度を呈する領域の上記第１方向へ測った大きさの１/２だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、上記被測定物体が最も近距離に位置している場合に上記受光部上に形成された近距離側の光スポットの光強度ピークの位置よりも当該光強度ピークに対して上記所定の割合の光強度を呈する領域の上記第１方向へ測った大きさの１/２だけ上記第１方向外側に設定された設定位置と、で挟まれた領域である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
9. 請求項７あるいは請求項８に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記光強度ピークに対する所定の割合とは、上記光強度ピークにおける光強度の１０％以上且つ５０％以下の範囲から選択された一つの値である
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
10. 請求項１から請求項９までの何れか一つに記載の光学式測距センサにおいて、
    上記処理回路部による信号処理用のプログラムが格納された信号処理ソフトメモリー部と、
    上記処理回路部による信号処理で得られたデータを含むデータが格納されたメモリー部と、
    所定のタイミングで上記発光部を駆動させる駆動回路部と
    をさらに備え、
    上記発光部と上記受光部とは、同一平面上に搭載されており、
    上記処理回路部,上記信号処理ソフトメモリー部,上記メモリー部および上記駆動回路部は、上記受光部と共に、一つのチップで構成されている
    ことを特徴とする光学式測距センサ。
11. 請求項１から請求項１０までの何れか一つに記載の光学式測距センサを含む
    ことを特徴とする電子機器。

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