JP2019100963A - センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】デザインフィルムを使用しなくても、所定のデザイン(例えばロゴマーク)を光スポットに表示可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置1は、照射光を投光する投光部1aと、受光素子9を有する受光部1bとを備え、投光された検出領域からの反射光を受光部1bで受光して、その受光結果に基づいて検出信号を出力し、投光部1aの照射光により所定のデザインを表示するものであり、投光部1aは、LD3と、LD3から出射された光を集光して二次光源を形成する光学素子4と、二次光源が出射される出射面5bと、出射された二次光源が入射され、該二次光源上に焦点を有する光学レンズ7とを有し、出射面5bに、デザインに対応した凸部およびデザインに対応した凹部の少なくともいずれかの三次元形状が形成されている。【選択図】図1
Description
本発明は、センサ装置に関し、特に車両などのドア開閉制御装置に用いられるセンサ装置に関する。
例えば、車両に搭載したセンサによってユーザの動作を検出して、当該車両のドアの開閉を制御するドア開閉制御装置が提案されている。ドア開閉制御装置に用いられるセンサとして、例えば光センサ装置がある。光センサ装置は、発光素子と受光素子とを備え、発光素子から照射された光が検出対象によって反射され、その反射光を受光素子で受光することで物体の有無を検出する。例えば、光センサ装置によるドア開閉制御では、車両ドア付近の地面に光スポットが照射され、ユーザがその光スポットの上に足を置くなどして反射光を遮ることでドアが開放される。
特許文献1には、少なくとも2つの光スポットを投光する投光手段と、それぞれの光スポットの光量の変化を検出するセンサ部とを備えたドア開閉制御装置が記載されている。当該装置では、複数の光スポットを用いて、ユーザの足の配置などによるジェスチャーコマンドが所定の順序などに従って実行されたかを判断することによって、誤検出によるドアの開放を抑制し、動作信頼性を確保している。また、特許文献1には、光スポットに矢印などの任意の光パタンを形成できることが記載されている。
一般に、任意の光パタンを形成する場合、デザインが施されたデザインフィルムが用いられる。上記光センサ装置は、装置自体が小型であるため、内蔵されるデザインフィルムは、設計上微小となる。この場合、デザインフィルムを高精度で作製しなければジャギーがそのまま光パタンに表れ、品質に影響してしまう。そのため、デザインフィルムのコストが非常に高価になるという問題がある。また、デザインフィルムをセンサ装置に組み込む際には、その都度正確にデザインフィルムの位置決めをする必要があるため、デザインフィルム単体として扱いにくい部品となっている。
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、デザインフィルムを使用しなくても、所定のデザイン(例えばロゴマーク)を光スポットに表示可能なセンサ装置を提供することを目的とする。
本発明のセンサ装置は、照射光を投光する投光部と、受光素子を有する受光部とを備え、所定の検出領域からの光を上記受光部で受光して、その受光結果に基づいて検出信号を出力するセンサ装置であって、上記センサ装置は、上記投光部の照射光により所定のデザインを表示するものであり、上記投光部は、発光素子と、上記発光素子から出射された光を集光して二次光源を形成する光学素子と、上記二次光源が出射される出射面と、出射された上記二次光源が入射され、該二次光源上に焦点を有する光学レンズとを有し、上記出射面に、上記デザインに対応した凸部および上記デザインに対応した凹部の少なくともいずれかの三次元形状が形成されていることを特徴とする。
上記光学素子と上記出射面とが一体化され、上記光学素子の表面である上記出射面に上記三次元形状が形成されていることを特徴とする。
上記三次元形状は、上記出射面に直交する方向に突出した又は凹んだ、上記出射面に平行な平面と、該平行な平面と上記出射面とを連結し、上記出射面に対して所定角度傾斜した平面とを有することを特徴とする。また、上記三次元形状は、上記出射面に直交する方向に突出した又は凹んだ、上記出射面に平行な平面と、該平行な平面と上記出射面とを連結する曲面とを有することを特徴とする。
上記受光部と上記投光部とで、上記光学レンズが共有化され、上記所定の検出領域からの光が上記光学レンズを通って、上記受光素子に受光されることを特徴とする。
上記センサ装置は、車両に装着され、該センサ装置から出力される検出信号に基づいて、上記車両のドアの開閉を制御するドア開閉制御装置に用いられることを特徴とする。
本発明のセンサ装置は、投光部と受光部とを備え、所定の検出領域からの光を受光部で受光し、その受光結果に基づいて検出信号を出力するものであり、投光部の照射光により所定のデザインを表示するので、例えば、検出領域に所定のデザインを表示する場合は、当該センサ装置による検出領域が可視化され、検出領域が分かりにくいといった不具合を解消でき、利便性を向上できる。また、照射光により所定のデザインが表示可能で、デザイン性にも優れる。
さらに、投光部は、発光素子と、発光素子から出射された光を集光して二次光源を形成する光学素子と、二次光源が出射される出射面と、出射された二次光源が入射され、該二次光源上に焦点を有する光学レンズとを有し、出射面にデザインに対応した三次元形状が形成されているので、出射面から出射される二次光源はデザインに対応した三次元形状によって意図的に屈折または反射される。その結果、光学レンズに入射される光線量が減少し、その減少した部分が陰影となって表れるため、所定のデザインとして表示される。これにより、高精度加工のデザインフィルムを使用しなくても、所定のデザインを表示することができ、デザインフィルムに起因する不具合を解消することができる。
光学素子と出射面とが一体化され、光学素子の表面である出射面に三次元形状が形成されているので、デザインが施された部品が別途必要にならず、部品点数を少なくすることができる。さらに、二次光源から出た光線が界面に接触する機会を減らすことで、光の利用効率を高くすることができる。
上記三次元形状は、出射面に直交する方向に突出した又は凹んだ、出射面に平行な平面と、該平行な平面と出射面とを連結し、出射面に対して所定角度傾斜した平面とを有する。この場合、平行な平面から出射される光は屈折または反射しないため、光学レンズに入射される光線量は維持される。一方、傾斜した平面から出射される光は一様に屈折または反射するため、光学レンズに入射される光線量は減少する。その結果、傾斜した平面に相当する部分が、光スポットにおいて所定の太さの陰影となって表される。また、傾斜した平面の傾斜角度に応じて光の屈折量または反射量が変化することを加味して、陰影の濃淡を調整することができる。
上記三次元形状は、出射面に直交する方向に突出した又は凹んだ、出射面に平行な平面と、該平行な平面と出射面とを連結する曲面とを有する。この場合、平行な平面から出射される光は屈折または反射しないため、光学レンズに入射される光線量は維持される。一方、曲面から出射される光は曲面に沿って連続的に屈折または反射するため、光学レンズに入射される光線量は緩やかに減少する。その結果、曲面に相当する部分が、光スポットにおいて陰影のグラデーションとなって表される。これにより、デザインフィルムでは表すことが困難な陰影のグラデーションを、簡便な手法で表示することができる。
受光部と投光部とで、光学レンズが共有化され、所定の検出領域からの光が該光学レンズを通って受光素子に受光される、つまり投光部と受光部が一つのレンズユニットで形成されるので、センサ装置全体の大きさを小型化かつ部品点数の削減ができる。
(第1実施形態)
第1実施形態のセンサ装置の一例を図1に基づいて説明する。このセンサ装置は、所定の検出領域内への検出対象(ユーザなど)の進入を検出すると、検出信号を出力するように構成された反射型光センサである。図1において、センサ装置1は、照射光を投光する投光部1aと、所定の検出領域からの光を受光する受光部1bと、受光結果に基づいて検出信号を制御する信号制御部1cとを有する略円箱状のセンサ装置である。
第1実施形態のセンサ装置の一例を図1に基づいて説明する。このセンサ装置は、所定の検出領域内への検出対象(ユーザなど)の進入を検出すると、検出信号を出力するように構成された反射型光センサである。図1において、センサ装置1は、照射光を投光する投光部1aと、所定の検出領域からの光を受光する受光部1bと、受光結果に基づいて検出信号を制御する信号制御部1cとを有する略円箱状のセンサ装置である。
センサ装置1は、箱状のハウジング2の空間内に、発光素子としてのLD3と、LD3の光軸方向(図中左から図中右方向)に沿って配置された光学素子4と、光学レンズ7とを備えており、これらで投光部1aが構成されている。また、センサ装置1は、投光部1aとは独立して、光学素子8と受光素子9で構成される受光部1bを備えている。ハウジング2には、投光部1aおよび受光部1bに対応して開口部2aが設けられており、開口部2aを介して照射光が投光され、また、開口部2aを介して検出領域からの光が入射される。ここで投光部1a、受光部1bの外形形状は球体や長方形でも良いが円柱状、ASSYユニットとしての外寸は箱型形状が比較的好ましい。また、開口部2aは光学レンズの仕様によって最善の位置に設定される。
図1において、LD3は、基板上に設けられている。LD3としては、例えば、青色、赤色、および緑色などの単色系LD、あるいは単色系LED、青色系LED、赤色系LED、および緑色系LEDを備えたRGB型のLEDを使用できる。なお、LD3として、表面実装型LEDの他に、砲弾型LEDを用いることができる。また上記LDに代わって電球でもよい。
光学素子4は、LD3から出射された光を集光して、二次光源を形成する光学素子であり、ポリカーボネートやアクリル、ガラスなどの透明材質によって形成されている。光学素子4は、光軸方向中央部に位置するレンズ部5と、光学レンズ7側のレンズ部5の周方向に拡がるフランジ部6とを有している。レンズ部5において、LD3と対向する面は凸曲面(半球面)状の入射面5aを構成しており、光学レンズ7と対向する面は光軸方向に対する垂直面である出射面5bを構成している。この出射面5bには、後述する三次元形状が形成されている。
光学レンズ(投影レンズ)7は、任意のデザインが形成された光スポットLを投影面(地面など)に映すレンズであって、二次光源上に焦点を有している。光学レンズ7は、ポリカーボネートやアクリル、ガラスなどの透明材質によって形成されている。光学レンズ7は、単一のレンズから構成されてもよく、複数のレンズから構成されてもよい。
第1実施形態では、投光部1aによって表示される光スポットLの照射領域が検出領域Dとなる。つまり、検出領域Dで反射される反射光が受光部1bで受光され、その受光光量が検出される。
光学素子8は、検出領域からの光(反射光)を集光する光学素子であり、プラスのパワーを持つレンズあるいはレンズ群となっている。受光素子9と対向する面(反射光の出射面)は、反射光が受光素子9に集光するように形成される。光学素子8は、ポリカーボネートやアクリル、ガラスなどの透明材質によって形成されている。
受光素子9は、反射光を受ける電子部品であり、たとえばフォトダイオードである。反射光は、光学素子8を介して受光素子9に受光され、その受光光量が信号制御部1cに出力される。
信号制御部1cは、受光素子9の受光結果(受光光量)に基づいて、検出領域への検出対象の進入を判定する。例えば、受光光量を予め設定された閾値と比較して判定する。検出対象が進入したと判定すると、検出信号を外部に出力する。
センサ装置1の投光部1aは、例えば直径0.1〜5cmの略円柱状をしており、投影面までの距離に応じて例えば2〜200倍の倍率で投影像を映すことができる。LD3から出射された光は、光学素子4の入射面5aによって屈折される。屈折された光は、二次光源として出射面5bから光学レンズ7に向かって出射される。
なお、センサ装置1は、開口部2aの形状などに応じて任意の形状とすることができる。また、センサ装置1は、必要に応じて、LD3と光学素子4の間に波長変換素子を備えていてもよい。波長変換素子は、例えば、YAG発光体を含んだシリコンなどの透過性材料などから構成され、LD3から出射された第1の分光分布の光を、第2の分光分布の光に波長変換する。波長変換素子によって、例えば、LD3の青色光の一部が黄色光に変換されると、白色光として出射される。
本発明のセンサ装置を車両のドア開閉制御装置に適用した例を図11に基づいて説明する。図11は、車両の後方斜視図である。図11において、センサ装置1は、車両Vのバックドア21の開閉動作を制御するドア開閉制御装置のセンサとして用いられる。バックドア21は、ダンパ装置などのアクチュエータにより駆動されるパワーバックドアである。ドア開閉制御装置は、センサ装置1と、検出対象の接近を認識する認識手段としての赤外線センサ22と、アクチュエータを制御するためのドア制御部23とを備えている。センサ装置1は、照射光が下方を向く姿勢でバックドア21、あるいはバックドア21付近の非可動部(バンパーなど)に固定され、赤外線センサ22もバックドア21、あるいはバックドア21付近の非可動部に固定される。この場合、赤外線センサ22は、センサ装置1と一体的なセンサユニットとして設けてもよく、別体として設けてもよい。
ドア開閉制御装置の一連の動作について説明する。まず、赤外線センサ22によって、ユーザの接近が認識されると、センサ装置1のLD3が通電され、バックドア21付近の地面に光スポットLが表示される。光スポットLが表示された投光状態において、検出領域D内に検出対象の進入がなければ検出信号は出力されない。この投光状態において、ユーザが光スポット上に何らかの物体を差し出すと、検出領域Dからの反射が妨げられ、受光部1bで受光される受光光量が低下する。その受光光量に基づいて、センサ装置1からドア制御部23に検出信号が出力される。そして、この検出信号に基づいて、ドア制御部23からアクチュエータに駆動信号が出力され、アクチュエータの駆動によってバックドア21が開放される。
第1実施形態のセンサ装置では、光スポットLの照射領域がそのまま検出領域Dとなるので、センサ装置の検出領域が視認でき、ユーザの利便性を向上できる。また、後述するように、光学素子4の出射面5bには所定のデザインに対応した三次元形状が形成され、光スポットに所定のデザインが表示されるので、スイッチとして機能する光スポットに多様なデザインを付与できる。
ところで、任意のデザインを表示する場合、従来では、そのデザインが施されたデザインフィルムが用いられていた。この場合、デザインフィルムは光学素子4と光学レンズ7の間に配置される。しかしながら、センサ装置1は小型であるためデザインフィルムが微小となるところ、デザインフィルムには微小でありながらも設計に高い精度が求められるため、非常に高価な部品となっていた。
そこで、本発明では、光学素子4の出射面5bにデザインに対応した三次元形状を設けた。三次元形状としては、凸部および凹部の少なくともいずれかを設けた。すなわち、出射面5bから出射される二次光源を凸部や凹部によって意図的に屈折させることで、光学レンズ7に入射される光線量を変化させ、所定のデザインを表示させる。これにより、デザインフィルムを使用しなくても、光スポットに所定のデザインを表示できる。
三次元形状について、図2に基づいて説明する。図2は、光学素子4の出射面5bの拡大図である。例えば、直径Φ1〜10mmの円形の出射面5bには、フライ返し状の凸部および凹部が複数形成されている。
図2において、複数の凸部のうち凸部11について説明する。凸部11は、出射面5bから光学素子4外側に(光学レンズ7側に向かって)突出して形成されており、出射面5bに平行な平面である頂面Aと、頂面Aと出射面5bとを連結する傾斜面Bを有している。傾斜面Bは、出射面5bに対して所定角度傾斜した平面B1、および、出射面5bと頂面Aを滑らかに連結する曲面B2で構成される。また、高さH1は、出射面5bから凸部11の最高点までの距離、つまり出射面5bから頂面Aまでの距離を示しており、例えば5μm〜500μmである。なお、高さH1は、複数の凸部間で、同じであってもよく、異なっていてもよい。
続いて、複数の凹部のうち凹部12について説明する。凹部12は、出射面5bから光学素子4内側に(LD3側に向かって)凹んで形成されており、出射面5bに平行な平面である底面Cと、底面Cと出射面5bとを連結する傾斜面Dを有している。傾斜面Dは、出射面5bに対して所定角度傾斜した平面D1、および、出射面5bと底面Cを滑らかに連結する曲面D2の少なくともいずれかで構成される。また、深さH2は、出射面5bから凹部12の最低点までの距離、つまり出射面5bから底面Cまでの距離を示しており、例えば5μm〜500μmである。なお、深さH2は、複数の凹部間で、同じであってもよく、異なっていてもよい。
図3は、図2に示した三次元形状を有する光学素子4を用いて、0.5m先の投影面に映した光スポットの写真である。この場合、円形の光スポットの直径は、Φ5〜500mmである。図3に示すように、複数のフライ返し状の凸部および凹部に対応するデザイン(フライ返し状模様)が、複数映し出される。各デザインの輪郭は、陰影として表されており、各陰影の太さや濃淡(グラデーションを含む)はそれぞれ異なっている。この陰影は、凸部の傾斜面や凹部の傾斜面に対応する。すなわち、凸部の傾斜面や凹部の傾斜面を適宜調整することで、所定のデザインに応じた陰影の太さや濃淡を映すことができる。
ここで、図4に基づいて屈折による光線量の変化を説明する。図4(a)は、出射面5bに凸部および凹部が形成されていない場合を示しており、図4(b)は、出射面5bに凸部が形成されている場合を示している。図4(a)では、二次光源として出射面5bのP点から出射される光は、屈折することなく光学レンズ7に入射される。一方、図4(b)では、二次光源として出射面5bのP点から出射される光は、傾斜した平面B1によって屈折する。この場合、屈折によって光線の一部が光学レンズ7から外れるため、光学レンズ7に入射される光線量が減少する。その結果、投影面に陰影が生じる。ここで、出射面5bと傾斜した平面B1がなす傾斜角度をθとすると、例えば、好ましい傾斜角度θは、10〜80度に設定される。
図5および図6に、傾斜角度θに応じた陰影の濃淡の変化を示す。図5において、出射面5bには、傾斜角度が異なる4つの平面B1a〜B1dが形成されており、各平面B1a〜B1dの傾斜角度をθa〜θdとする。なお、傾斜角度θa〜θdの大小は、θa<θb<θc<θdとなっている。この場合、傾斜角度θが大きくなるほど光の屈折量が多くなり、光学レンズ7に入射される光線量は減少する。その結果、図6に示すように、投影面での陰影の濃淡は、傾斜角度θが大きくなるほど濃くなる。言い換えると、陰影の明るさは、傾斜角度θが大きくなるほど暗くなる。また、各平面B1a〜B1dにおいては陰影の濃淡が一定となっており、各平面B1a〜B1dの幅に対応して陰影が所定の太さとなる。このように、傾斜した平面B1の傾斜角度θや幅によって、陰影の濃淡や太さを調整することができる。
なお、図4〜図6では、凸部の平面B1における光の屈折を示したが、凹部の平面D1についても同様のことが言える。具体的には、出射面5bと傾斜した平面D1がなす傾斜角度をαとすると、例えば、好ましい傾斜角度αは、10〜80度に設定される。そして、傾斜角度αが大きいほど光学レンズ7に入射される光線量は減少し、陰影の濃淡が濃くなる。つまり、平面D1の傾斜角度αや幅によって、陰影の濃淡や太さを調整することができる。
一方、図7および図8には、凸部の傾斜面Bが曲面B2である場合の陰影の濃淡の変化を示す。図7において、出射面5bには、2つの曲面B2a、B2bが形成されている。出射面5bから出射する光は、曲面B2a、B2bによって屈折する。このとき、当該光は、曲面に沿って連続的に屈折するため、光学レンズ7に入射される光線量は緩やかに減少する。具体的には、出射面5bに近づくほど傾斜角度が大きくなり、光の屈折量が多くなる。その結果、陰影の濃淡が連続的に変化し、陰影にグラデーションが生じる。また、図7において、曲面B2a、B2bは、各曲率が同じであり、各高さH1が異なっている。この場合、高さH1が大きい曲面B2aの方が、出射面5bに対して急勾配となるため、図8に示すように、陰影の濃淡が濃い部分が曲面B2bよりも大きくなる。その他、曲面の曲率を変更させることによって、グラデーションを調整することができる。
このように、凸部において、傾斜した平面B1では陰影の濃淡が一定であるのに対し、曲面B2では光線量を可変的に変化させることにより陰影にグラデーションを持たせることができる。なお、図7および図8では、凸部の曲面B2における光の屈折を示したが、凹部の曲面D2についても同様のことが言える。
ところで、図2における凸部11の高さH1や凹部12の深さH2は、例えば、光学素子4と光学レンズ7の距離に応じて設定される。この場合、高さH1や深さH2は、光学レンズ7の被写界深度に応じて設定されることが好ましい。被写界深度は、肉眼で投影像のぼけの発生を判別できない距離範囲である。すなわち、凹凸面が被写界深度の範囲内にある場合は、投影像は鮮明となり、凹凸面が被写界深度の範囲外にある場合は、投影像は不鮮明となる。この現象を考慮して、三次元形状が、光学レンズ7の被写界深度の範囲内となる部分と光学レンズ7の被写界深度の範囲外となる部分を含むようにすることで、陰影の濃淡を変化させることができる。
図9に、被写界深度と凸部11の高さH1の関係を示す。図9(a)は、凸部11がすべて被写界深度内にある場合を示している。この場合、凸部11は被写界深度の範囲Q内となるため、平面B1に対応する陰影は鮮明に映し出される。一方、図9(b)は、凸部11が被写界深度の範囲Q内の部分と範囲Q外の部分を有する場合を示している。この場合、平面B1に対応する陰影は、被写界深度の範囲Q内では鮮明に映し出され、被写界深度の範囲Q外ではぼやけて映し出される。これにより、ピントの合った鮮明部とピントから外れ気味のボケといった両方をデザイン効果として取り入れることができる。なお、凸部11がすべて被写界深度の範囲Q外となるようにしてもよい。このように、光学レンズ7の被写界深度に対して、凸部11の高さH1を調整することで、陰影の濃淡を調製することができる。なお、凹部12の深さH2についても光学レンズ7の被写界深度に対して、設定することができる。
本発明の三次元形状を有する光学素子4は、精密な切削加工や電気鋳造によって加工された金型を用いた間接的な成形や、精密な切削加工、ポッティング、エッチングなどの直接的な成形によって得ることができる。前者の成形(間接的な成形)に用いる金型は、所定のデザインに応じて、凸部や凹部のパラメータ(高さH1、深さH2、傾斜角度θ、傾斜角度αなど)を調整して設計される。光学素子4に形成される三次元形状は、凸部のみでもよく、凹部のみでもよい。また、図2に示すように凸部と凹部を組み合わせてもよい。なお、三次元形状として凸部を設けるのか、凹部を設けるのかについては、成形の際に生じる凸部または凹部の稜線部の加工Rとエッジ部の関係から、成形方法と加工時に発生するエッジ部の位置によって設定される。成形方法は、金型を用いた間接的な成形方法(例えば射出成形)、および直接的な成形方法(例えば光学素子に切削加工)である。一例として、金型やレンズへの切削加工では、一般的安価な方法のエンドミル使用が多く、刃物先端Rによって付加される加工Rを考慮せざるを得ない場合に適用することが好ましい。
ここで、エッジ部とは、陰影においてコントラストが最も高くなる陰影部(例えば、図3のS1やS2)に対応する三次元形状の部分であり、図2のE1やE2が相当する。エッジ部の位置とは、エッジ部に対応する陰影部の、その陰影における位置である。例えば、図3のS1は、陰影の外側に位置しており、図3のS2は、陰影の内側に位置している。すなわち、陰影を、外側から内側に向かって薄く(コントラストが低く)なるように表すことと、陰影を、内側から外側に向かって薄く(コントラストが低く)なるように表すことに相当する。ここで、図2では、出射面5bの三次元形状を金型による間接的な成形方法で形成している。さらに、図3のS1において外側から内側に向かって陰影が薄くなるようにするため、エッジ部E1に係る三次元形状を凸部としている。一方、図3のS2において内側から外側に向かって陰影が薄くなるようにするため、エッジ部E2に係る三次元形状を凹部としている。このように、凸部または凹部とすることで、陰影のコントラストの向きを調整することができる。
上記第1実施形態では、透明な部材からなる光学素子4の表面に三次元形状を設け、三次元形状によって意図的に光を屈折させることで陰影を映し出した。これに限らず、例えば、光学素子4の表面を反射面とし、その表面に三次元形状を設けてもよい。この場合、二次光源として反射面から出射される光が、三次元形状により意図的に反射されることで、光学レンズ7へ入射する光線量が減少する。その結果、投影面に陰影を映し出すことができる。また、光学レンズ7として反射面で構成されていてもよい。また、図1に示す実施形態では、光学素子4の表面、つまり2次光源となる面上に一体的に三次元形状を形成したが、これに限らない。例えば、光学素子4とは別に2次光源となる面の部品を設け、この部品の表面に三次元形状を設けてもよい。
(第2実施形態)
第2実施形態のセンサ装置の一例を図10に基づいて説明する。センサ装置において、第1実施形態では、投光部と受光部を別体として構成したが、第2実施形態では、投光部と受光部とを一体的なレンズユニットとして構成している。具体的には、図10のセンサ装置1’において、投光部1aと受光部1bとで、光学素子4および光学レンズ7が共有化されている。つまり、投光部1aが、LD3と、光学素子4の一部(投光部位)と、光学レンズ7の一部(投光部位)で構成され、受光部1bが、受光素子9と、光学素子4の一部(受光部位)と、光学レンズ7の一部(受光部位)で構成されている。言い換えると、光学素子4の投光部位と受光部位が一体形成され、光学レンズ7の投光部位と受光部位が一体形成されている。
第2実施形態のセンサ装置の一例を図10に基づいて説明する。センサ装置において、第1実施形態では、投光部と受光部を別体として構成したが、第2実施形態では、投光部と受光部とを一体的なレンズユニットとして構成している。具体的には、図10のセンサ装置1’において、投光部1aと受光部1bとで、光学素子4および光学レンズ7が共有化されている。つまり、投光部1aが、LD3と、光学素子4の一部(投光部位)と、光学レンズ7の一部(投光部位)で構成され、受光部1bが、受光素子9と、光学素子4の一部(受光部位)と、光学レンズ7の一部(受光部位)で構成されている。言い換えると、光学素子4の投光部位と受光部位が一体形成され、光学レンズ7の投光部位と受光部位が一体形成されている。
第2実施形態の構成とすることで、第1実施形態のように別途設けられた受光部1bのスペースが不要となり、ハウジング2の省スペースが図れ、センサ装置1’の小型化が図れる。
図10において、センサ装置1’は、照射光を投光する投光部1aと、検出領域Dからの光を受光する受光部1bと、受光結果に基づいて検出信号を制御する信号制御部1cとを有する。LD3と受光素子9は、同一の基板上に実装されている。この場合、LD3からの照射光が直接受光素子9に受光されないように、LD3と受光素子9との間に仕切り板などを設けるとよい。
投光部1aを構成する光学素子4の出射面5bには、上述のデザインに対応した三次元形状(図10では凸部11)が形成されている。二次光源として出射面5bから出射される光は、凸部11によって屈折されて、デザインが形成された光スポットLが表示される。一方、受光部1bを構成する光学素子4の出射面5bには、三次元形状が形成されておらず、検出領域Dからの光の受光素子9への供給光量が確保されている。
第2実施形態において、光学素子4の入射面5aの投光部位は、LD3に焦点距離を一致させるように形成されるとよく、光学素子4の入射面5aの受光部位は、受光素子9に焦点距離を一致させるように形成されるとよい。例えば、光学素子4の入射面5aが、LD3に対向する凸曲面と受光素子9に対向する凸曲面を組み合わされて形成されていてもよい。また、光学素子4において、投光部位と受光部位の境界部(図10の光学素子4の光軸方向中央部)に溝などを形成してもよい。
図10の形態では、センサ装置1’を投影面に照射させた場合、光スポットLの照射領域と検出領域Dとがy軸方向で所定距離離れており、重なっていない。所定距離は、例えば、車両のドア制御装置のセンサとして地面に照射する場合、1〜100cmである。
図10のセンサ装置1’を車両のドア制御装置に適用した例を図12に示す。図12のドア開閉制御装置の基本的な構成は、図11と同様である。図12では、センサ装置1’が、車両Vの進行方向軸(図中矢印)に沿って光スポットLと検出領域Dが配置されるように固定されている。また、車両Vの近距離側に光スポットLが表示され、車両Vの遠距離側に検出領域Dが配置されるようになっている。例えば、バックドア21を開放する際、ユーザは車両V後方からバックドア21に近づくと考えられ、検出領域Dを光スポットLよりもユーザの手前側に配置させることで、光スポットLが検出領域の目印となりユーザの利便性を向上できる。なお、ユーザがバックドア21に接近してくる方向を他のセンサで検出して、その方向に沿って、光スポットL、検出領域Dが車両Vに近い順で同軸上に配置されるようにしてもよい。
第2実施形態のセンサ装置の他の例を図13および図14に基づいて説明する。これらの図に示すセンサ装置は、投光部と受光部とが一体的なレンズユニットとして構成されている。
図13に示すセンサ装置1’において、投光部1aは、LD3と、凸レンズ10と、光学素子4の一部(投光部位)と、第1光学レンズ7aの一部(投光部位)と、第2光学レンズ7bの一部(投光部位)とで構成され、受光部1bは、受光素子9と、凸レンズ10と、光学素子4の一部(受光部位)と、第1光学レンズ7aの一部(受光部位)と、第2光学レンズ7bの一部(受光部位)とで構成されている。図13では、光学レンズ7は第1光学レンズ7aと第2光学レンズ7bからなっている。すなわち、投光部1aと受光部1bとで、凸レンズ10、二次光源を形成する光学素子4、該二次光源上に焦点を有する光学レンズ7が共有化されている。
凸レンズ10は、LD3(または受光素子9)と光学素子4の光軸方向の間に配置され、LD3から出射された光を光学素子4の11面上と5b面上に集光させ、また、光学素子4の11面上と5b面上からの発散光を受光素子9に集光させる。図13では、光学素子4の出射面5bの投光部位にはデザインに対応した三次元形状(凸部11)が形成されているのに対して、光学素子4の出射面5bの受光部位には凸部11が形成されていない。なお、LD3と受光素子9は、同一の基板上に実装されている。
また、図14に示すセンサ装置1’において、投光部1aは、LD3と、光学素子4と、第1光学レンズ7aの一部(投光部位)と、第2光学レンズ7b(投光部位)とで構成され、受光部1bは、受光素子9と、第1光学レンズ7aの一部(受光部位)と、第2光学レンズ7bの一部(受光部位)とで構成されている。この場合、投光部1aと受光部1bとで、光学レンズ7が共有化されている。光学素子4から二次光源として出射される光は、凸部11、第1光学レンズ7a、第2光学レンズ7bを介して、デザインが形成された光スポットとして表示される。一方、検出領域からの反射光は、第2光学レンズ7b、第1光学レンズ7aを介して、受光素子9に受光される。また、図14の構成では、LD3と受光素子9は同一の基板上に実装されておらず、受光素子9は、該受光面の光軸方向の位置と、二次光源が出射される光学素子4の出射面の光軸方向の位置とが略同一となるように配置されている。
第2実施形態において、LD3や受光素子9の数は1つに限らず、それぞれ複数設けることができる。例えば、LD3や受光素子9を2つずつ設けてもよく、1つのLD3に対して受光素子9を複数設けてもよい。後者の場合、1つのLD3の周りに複数の受光素子9を配置して、光スポットLの周囲に検出領域Dが配置されるようにできる。
図10では、光スポットLの照射領域と検出領域Dとが離間しているが、三次元形状の凹凸を適宜変更して、光スポットLの照射領域と検出領域Dとが部分的に重なるようにしてもよく、完全に重なる(一致する)ようにしてもよい。後者の場合、第1実施形態のように光スポットLの照射領域がそのまま検出領域Dとなるため、視認性の点から好ましい。
本発明のセンサ装置は、投影面を有しておらず、センサ装置外の投影面に照射して、所定のデザインを表示する機能を有する。そのため、投影面にロゴマークを照射し、ロゴマーク上に検出対象を位置させることで当該検出対象の進入を検出する非接触のセンサとして用いることができる。本発明のセンサ装置は、小型設計が可能であるため、車両のドア開閉制御装置として使用する場合、車両のバンパー下などに組み込むことができる。また、車両以外のドア開閉制御にも適用でき、例えば、冷蔵庫などの家電のドア開閉制御に適用できる。
以上のように、本発明のセンサ装置は、別部品のデザインフィルム上に形成された二次元的な遮光・非遮光でデザインを表示するだけでなく、二次光源の出射面に三次元形状(凸部や凹部)を設けて屈折、反射効果を利用することで、光の遮光・非遮光を行いデザイン形成に必要な陰影を作り出すことができる。これにより、高精度な印刷を求められ、製作工法も限定され、製品単価が高額であるデザインフィルムが不要となる。また、三次元形状は、ナノ加工などを金型駒1つに実施すれば連続的に形成が可能であるため、コスト面で有利である。
本発明のセンサ装置は、デザインフィルムを使用しなくても、所定のデザイン(例えばロゴマーク)を光スポットに表示可能であり、また、検出領域が視認できるので、非接触のセンサ装置として広く用いることができる。
1、1’ センサ装置
2 ハウジング
3 LD(発光素子)
4 光学素子
5 レンズ部
6 フランジ部
7 光学レンズ
8 光学素子
9 受光素子
10 凸レンズ
11 凸部
12 凹部
21 バックドア
22 赤外線センサ
23 ドア制御部
D 検出領域
L 光スポット
V 車両
2 ハウジング
3 LD(発光素子)
4 光学素子
5 レンズ部
6 フランジ部
7 光学レンズ
8 光学素子
9 受光素子
10 凸レンズ
11 凸部
12 凹部
21 バックドア
22 赤外線センサ
23 ドア制御部
D 検出領域
L 光スポット
V 車両
Claims (5)
- 照射光を投光する投光部と、受光素子を有する受光部とを備え、所定の検出領域からの光を前記受光部で受光して、その受光結果に基づいて検出信号を出力するセンサ装置であって、
前記センサ装置は、前記投光部の照射光により所定のデザインを表示するものであり、
前記投光部は、発光素子と、前記発光素子から出射された光を集光して二次光源を形成する光学素子と、前記二次光源が出射される出射面と、出射された前記二次光源が入射され、該二次光源上に焦点を有する光学レンズとを有し、
前記出射面に、前記デザインに対応した凸部および前記デザインに対応した凹部の少なくともいずれかの三次元形状が形成されていることを特徴とするセンサ装置。 - 前記光学素子と前記出射面とが一体化され、前記光学素子の表面である前記出射面に前記三次元形状が形成されていることを特徴とする請求項1記載のセンサ装置。
- 前記三次元形状は、前記出射面に直交する方向に突出した又は凹んだ、前記出射面に平行な平面と、該平行な平面と前記出射面とを連結し、前記出射面に対して所定角度傾斜した平面とを有することを特徴とする。また、前記三次元形状は、前記出射面に直交する方向に突出した又は凹んだ、前記出射面に平行な平面と、該平行な平面と前記出射面とを連結する曲面とを有することを特徴とする請求項1または請求項2記載のセンサ装置。
- 前記受光部と前記投光部とで、前記光学レンズが共有化され、前記所定の検出領域からの光が前記光学レンズを通って、前記受光素子に受光されることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載のセンサ装置。
- 前記センサ装置は、車両に装着され、該センサ装置から出力される検出信号に基づいて、前記車両のドアの開閉を制御するドア開閉制御装置に用いられることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載のセンサ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017234928A JP2019100963A (ja) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | センサ装置 |
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JP2019100963A true JP2019100963A (ja) | 2019-06-24 |
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ID=66973481
Family Applications (1)
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JP2017234928A Pending JP2019100963A (ja) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | センサ装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022013562A (ja) * | 2020-06-30 | 2022-01-18 | ニンボ チュンシン マイクロ-エレクトロニクス カンパニー リミテッド | フォトカプラ装置 |
-
2017
- 2017-12-07 JP JP2017234928A patent/JP2019100963A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022013562A (ja) * | 2020-06-30 | 2022-01-18 | ニンボ チュンシン マイクロ-エレクトロニクス カンパニー リミテッド | フォトカプラ装置 |
US11525966B2 (en) | 2020-06-30 | 2022-12-13 | Ningbo Qunxin Micro-Electronics Co., Ltd | Optical coupling apparatus |
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