JP3265449B2 - 測距センサ - Google Patents
測距センサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測距センサに関
し、特に測距対象物が発光素子から投光される２次元平
面内のどの位置にあっても測距対象物の距離を検出する
ことができ、かつ測距対象物の方向性を投光方向範囲と
いう形で検出することができる測距センサに関する。
し、特に測距対象物が発光素子から投光される２次元平
面内のどの位置にあっても測距対象物の距離を検出する
ことができ、かつ測距対象物の方向性を投光方向範囲と
いう形で検出することができる測距センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の測距センサについて図１１を参照
して説明する。まず、図１１において、従来の測距セン
サにおいては発光素子１からの放射光を投光レンズ２に
よって絞りをかけてから測距対象物３に向けて投光し、
その投光による測距対象物３上からの乱反射光を受光レ
ンズ４によって半導体位置検出素子（Position Sensiti
ve Ｐhotoｄetector: 以下、ＰＳＤという）５に対し集
光することにより、測距センサから測距対象物３までの
距離Ｌを検出測定することができる。この距離Ｌの測定
原理は三角測距方式のもので周知であるから、ここでは
簡単に説明すると、発光素子１からの放射光が投光レン
ズ２で集光されて測距対象物３上に投光されるととも
に、測距対象物３で反射されて受光レンズ４で集光され
ると、ＰＳＤ５上に光スポットが形成される。そして、
この光スポットのＰＳＤ５上での位置は、上記距離Ｌに
応じて変化するわけである。ＰＳＤ５においては光スポ
ットの位置に対応した信号電流を出力することから、こ
の信号電流を検出することで距離Ｌが測距できることに
なる。
して説明する。まず、図１１において、従来の測距セン
サにおいては発光素子１からの放射光を投光レンズ２に
よって絞りをかけてから測距対象物３に向けて投光し、
その投光による測距対象物３上からの乱反射光を受光レ
ンズ４によって半導体位置検出素子（Position Sensiti
ve Ｐhotoｄetector: 以下、ＰＳＤという）５に対し集
光することにより、測距センサから測距対象物３までの
距離Ｌを検出測定することができる。この距離Ｌの測定
原理は三角測距方式のもので周知であるから、ここでは
簡単に説明すると、発光素子１からの放射光が投光レン
ズ２で集光されて測距対象物３上に投光されるととも
に、測距対象物３で反射されて受光レンズ４で集光され
ると、ＰＳＤ５上に光スポットが形成される。そして、
この光スポットのＰＳＤ５上での位置は、上記距離Ｌに
応じて変化するわけである。ＰＳＤ５においては光スポ
ットの位置に対応した信号電流を出力することから、こ
の信号電流を検出することで距離Ｌが測距できることに
なる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記図１１のように構
成された従来の測距センサにおいては、上記測定原理に
従って測距対象物３が放射光の光軸上に配置されていな
いのでは測距対象物３に対して放射光を投光できないか
ら、測距対象物３は放射光の光軸上に必ず配置されてい
ることが測距の前提となり、そのため、ＸーＹ直交２次
元平面内において測距対象物３が検出を必要とする範囲
Ａ内において任意の位置にある場合には例えば測距対象
物３が符号で３’の位置にあるときは放射光の光軸上に
測距対象物が存在していないことから測距ができないと
いう課題がある。
成された従来の測距センサにおいては、上記測定原理に
従って測距対象物３が放射光の光軸上に配置されていな
いのでは測距対象物３に対して放射光を投光できないか
ら、測距対象物３は放射光の光軸上に必ず配置されてい
ることが測距の前提となり、そのため、ＸーＹ直交２次
元平面内において測距対象物３が検出を必要とする範囲
Ａ内において任意の位置にある場合には例えば測距対象
物３が符号で３’の位置にあるときは放射光の光軸上に
測距対象物が存在していないことから測距ができないと
いう課題がある。
【０００４】そこで、例えば広範囲に位置する測距対象
物の測距を可能とするため図１２で示すように発光素子
１からの放射光に対して図１１のように投光レンズで絞
りをかけることなく放射光を広い範囲６で投光させ、例
えば測距対象物が符号で８の位置にあるときは投光範囲
６内の放射光７を測距対象物８に投光して反射させ受光
レンズ４によってＰＳＤ５に集光させて測距することに
なるが、周知の三角測距法の原理からＰＳＤ５出力は測
距対象物が符号で８の位置にあるときの距離Ｌ１ではな
く、そのＰＳＤ５と測距対象物８とを結ぶ延長線上後方
の仮想の位置９のときの出力となり測定される距離はＬ
２となってしまい、正確に測距することができないとい
う課題がある。
物の測距を可能とするため図１２で示すように発光素子
１からの放射光に対して図１１のように投光レンズで絞
りをかけることなく放射光を広い範囲６で投光させ、例
えば測距対象物が符号で８の位置にあるときは投光範囲
６内の放射光７を測距対象物８に投光して反射させ受光
レンズ４によってＰＳＤ５に集光させて測距することに
なるが、周知の三角測距法の原理からＰＳＤ５出力は測
距対象物が符号で８の位置にあるときの距離Ｌ１ではな
く、そのＰＳＤ５と測距対象物８とを結ぶ延長線上後方
の仮想の位置９のときの出力となり測定される距離はＬ
２となってしまい、正確に測距することができないとい
う課題がある。
【０００５】また、図１３で示すように測距範囲Ａをカ
バーできるように複数個の測距センサ１０を投光範囲
６’に投光されるように放射線状に配置した場合では、
測距対象物８が範囲Ａ内のどの位置に配置されていても
複数個配置された測距センサ１０のうちのどれかが投光
する放射光路上にあることとなるから、それら複数個の
測距センサ１０のうち、測距対象物８が配置されている
方向に投光された特定の測距センサ１０’によって測距
対象物８までの距離Ｌを検出することができ、かつ測距
センサ１０’が配置されている傾きθの方向における測
距センサ１０’の投光範囲Ａ’内に測距対象物８が有る
こともわかるから、測距センサ１０’の投光範囲Ａ’の
方向性と距離とを検出できることになるが、このような
測距では複数個の測距センサを配置する必要があるため
価格的な面で高くつき、そのうえ、複数個の測距センサ
によって検出が必要とされる範囲をカバーできるように
配置することは設置のための広いスペースが必要となっ
て測距センサを装備するシステムの形状の拡大になると
いう課題がある。
バーできるように複数個の測距センサ１０を投光範囲
６’に投光されるように放射線状に配置した場合では、
測距対象物８が範囲Ａ内のどの位置に配置されていても
複数個配置された測距センサ１０のうちのどれかが投光
する放射光路上にあることとなるから、それら複数個の
測距センサ１０のうち、測距対象物８が配置されている
方向に投光された特定の測距センサ１０’によって測距
対象物８までの距離Ｌを検出することができ、かつ測距
センサ１０’が配置されている傾きθの方向における測
距センサ１０’の投光範囲Ａ’内に測距対象物８が有る
こともわかるから、測距センサ１０’の投光範囲Ａ’の
方向性と距離とを検出できることになるが、このような
測距では複数個の測距センサを配置する必要があるため
価格的な面で高くつき、そのうえ、複数個の測距センサ
によって検出が必要とされる範囲をカバーできるように
配置することは設置のための広いスペースが必要となっ
て測距センサを装備するシステムの形状の拡大になると
いう課題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定範囲の２
次元平面内に位置する測距対象物に複数個の発光素子か
ら個別に放射光を投光し、前記各発光素子それぞれから
の放射光による前記測距対象物での反射光を受光して、
この受光によって単一の半導体位置検出素子上に形成さ
れる光スポットの位置から前記測距対象物の位置を検出
する三角測距方式の測距センサにおいて、前記半導体位
置検出素子の前方に前記反射光を前記半導体位置検出素
子上に集光させる単一のトロイダル型の受光レンズが配
置され、前記受光レンズは、前記２次元平面上で前記半
導体位置検出素子に対して任意の入射角度を有する反射
光に対して当該半導体位置検出素子上に合焦させること
によって上述した課題を解決している。
次元平面内に位置する測距対象物に複数個の発光素子か
ら個別に放射光を投光し、前記各発光素子それぞれから
の放射光による前記測距対象物での反射光を受光して、
この受光によって単一の半導体位置検出素子上に形成さ
れる光スポットの位置から前記測距対象物の位置を検出
する三角測距方式の測距センサにおいて、前記半導体位
置検出素子の前方に前記反射光を前記半導体位置検出素
子上に集光させる単一のトロイダル型の受光レンズが配
置され、前記受光レンズは、前記２次元平面上で前記半
導体位置検出素子に対して任意の入射角度を有する反射
光に対して当該半導体位置検出素子上に合焦させること
によって上述した課題を解決している。
【０００７】好ましくは前記各発光素子それぞれは所定
タイミングで個別に駆動され、前記半導体位置検出素子
は、そのタイミングに対応した測距信号を出力するよう
にしてもよい。
タイミングで個別に駆動され、前記半導体位置検出素子
は、そのタイミングに対応した測距信号を出力するよう
にしてもよい。
【０００８】
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
測距センサについて図面を参照して詳細に説明する。図
１は直交二次元ＸーＹ平面で示される本実施の形態に係
る測距センサの平面図であり、図２は直交二次元ＹーＺ
平面で示されるその測距センサの平面図である。これら
の図に示される測距センサは、ＸーＹ平面内を中心点Ｏ
から等半径距離の円弧上に沿って放射状にそれぞれが互
いに配置された複数個、本実施の形態では５個の発光素
子１１ａ〜１１ｅ（図２ではこの符号は１１で代表的に
示されている。）を有している。このような配置によっ
てそれぞれの発光素子１１ａ〜１１ｅからは放射状に放
射光Ｒａ〜Ｒｅ（図２ではこの符号は代表的にＲで示さ
れている。）が個別に出力されることになる。これら各
放射光Ｒａ〜Ｒｅそれぞれに絞りをかけるためにそれぞ
れの発光素子１１ａ〜１１ｅの前方には個別に対応して
前記中心点Ｏから等半径距離の円弧上に沿って投光レン
ズ１２ａ〜１２ｅ（図２ではこの符号は１２で代表的に
示されている。）が配置されている。このような発光素
子１１ａ〜１１ｅと投光レンズ１２ａ〜１２ｅとの配置
関係によって本実施形態の測距センサで距離が検出され
るべき測距対象物１３の検出範囲が破線Ａで囲まれて示
されている。そして、各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞ
れからの放射光Ｒａ〜Ｒｅがこの範囲Ａをすべてカバー
できるようにするため各発光素子１１ａ〜１１ｅは前記
円弧上に沿って互いに等間隔で設置されている。なお、
図１において発光素子１１ｃからの投光レンズ１２ｃを
通した後の放射光Ｒｃのみが該放射光Ｒｃの光軸を中心
として広がった状態で示され、かつ、その広がり範囲
Ａ’’内がハッチングで図示されているとともにそのハ
ッチング内に測距対象物１３が位置している状態が示さ
れている。また、符号１３’で示されるハッチング部分
は現在の測距対象物１３が発光素子１１ｄからの放射光
Ｒｄの放射範囲内にまで移動した場合の位置を示してい
る。
測距センサについて図面を参照して詳細に説明する。図
１は直交二次元ＸーＹ平面で示される本実施の形態に係
る測距センサの平面図であり、図２は直交二次元ＹーＺ
平面で示されるその測距センサの平面図である。これら
の図に示される測距センサは、ＸーＹ平面内を中心点Ｏ
から等半径距離の円弧上に沿って放射状にそれぞれが互
いに配置された複数個、本実施の形態では５個の発光素
子１１ａ〜１１ｅ（図２ではこの符号は１１で代表的に
示されている。）を有している。このような配置によっ
てそれぞれの発光素子１１ａ〜１１ｅからは放射状に放
射光Ｒａ〜Ｒｅ（図２ではこの符号は代表的にＲで示さ
れている。）が個別に出力されることになる。これら各
放射光Ｒａ〜Ｒｅそれぞれに絞りをかけるためにそれぞ
れの発光素子１１ａ〜１１ｅの前方には個別に対応して
前記中心点Ｏから等半径距離の円弧上に沿って投光レン
ズ１２ａ〜１２ｅ（図２ではこの符号は１２で代表的に
示されている。）が配置されている。このような発光素
子１１ａ〜１１ｅと投光レンズ１２ａ〜１２ｅとの配置
関係によって本実施形態の測距センサで距離が検出され
るべき測距対象物１３の検出範囲が破線Ａで囲まれて示
されている。そして、各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞ
れからの放射光Ｒａ〜Ｒｅがこの範囲Ａをすべてカバー
できるようにするため各発光素子１１ａ〜１１ｅは前記
円弧上に沿って互いに等間隔で設置されている。なお、
図１において発光素子１１ｃからの投光レンズ１２ｃを
通した後の放射光Ｒｃのみが該放射光Ｒｃの光軸を中心
として広がった状態で示され、かつ、その広がり範囲
Ａ’’内がハッチングで図示されているとともにそのハ
ッチング内に測距対象物１３が位置している状態が示さ
れている。また、符号１３’で示されるハッチング部分
は現在の測距対象物１３が発光素子１１ｄからの放射光
Ｒｄの放射範囲内にまで移動した場合の位置を示してい
る。
【００１０】測距対象物１３が上記範囲Ａ内でハッチン
グで図示されている任意の位置範囲Ａ’’の光軸上つま
り発光素子１１ｃからの放射光Ｒｃの光軸上に位置して
いて、この測距対象物１３からのその放射光Ｒｃに基づ
く反射光Ｒｃ’（図２では放射光は符号Ｒで代表的に示
されているが、これは各発光素子１１ａ〜１１ｅからの
放射光であり、そのうち、放射光Ｒｃのみが反射される
ので反射光については放射光Ｒｃによる反射光Ｒｃ’と
なっている。）は受光レンズ１４で集光されてＰＳＤ１
５上に導かれ、このＰＳＤ１５ではその反射光Ｒｃ’に
よる光スポットが形成されることになる。ＰＳＤ１５で
は発光素子１１ｃからの放射光に基づいて形成されるそ
の光スポットの形成位置に対応して測距信号を出力する
ことになるが、この場合、上記光スポットが、発光素子
１１ａ〜１１ｅそれぞれから放射される各放射光Ｒａ〜
Ｒｅそれぞれの出力タイミングからいずれの発光素子１
１ａ〜１１ｅからの放射光Ｒａ〜Ｒｅに基づいて形成さ
れる光スポットであるかが図３および図４を参照して後
述する内容から知られているから、三角測距法の原理か
ら測距対象物１３までの距離Ｌを検出できる。したがっ
て、測距対象物１３が上記範囲Ａのいずれに位置して
も、それぞれの発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞれから放
射光Ｒａ〜Ｒｅが投光され、それによる測距対象物１３
からの反射光によＰＳＤ１５上にはそれに対応した光ス
ポットが形成されることから、ＰＳＤ１５の個数は１個
であるが、上記広い範囲Ａにある測距対象物１３に対し
て該測距対象物１３までの距離の検出ができるのであ
る。また、この範囲Ａ内にある測距対象物１３に対して
各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞれから放射光Ｒａ〜Ｒ
ｅを投光し、その反射光がＰＳＤ１５上で入射されるか
ら、測距対象物１３がこの範囲Ａ内のどの位置にあるか
を判断できる。また、そのうえ、後述するように発光素
子１１ａ〜１１ｅが順番に放射光Ｒａ〜Ｒｅを投光する
ように放射光出力タイミングがとられているから、ま
ず、発光素子１１ａからその駆動を開始し発光素子１１
ｅの駆動で１巡目の駆動が終了し、この段階で測距対象
物が符号で１３の位置にあるときは発光素子１１ｃの放
射光Ｒｃによって検出でき、その駆動の２巡目では測距
対象物が１３’の位置にあるときは発光素子１１ｄの放
射光Ｒｄによって検出できることになるから、測距対象
物までの距離および測距対象物が上記範囲Ａに位置して
いることが判明するのみならず、測距対象物の移動方向
つまり１３の位置から１３’の位置へと移動する方向も
判明することになる。このように測距対象物の移動方向
に応じたセンサを使用する機器においてはその制御の応
用範囲が拡大可能となる。
グで図示されている任意の位置範囲Ａ’’の光軸上つま
り発光素子１１ｃからの放射光Ｒｃの光軸上に位置して
いて、この測距対象物１３からのその放射光Ｒｃに基づ
く反射光Ｒｃ’（図２では放射光は符号Ｒで代表的に示
されているが、これは各発光素子１１ａ〜１１ｅからの
放射光であり、そのうち、放射光Ｒｃのみが反射される
ので反射光については放射光Ｒｃによる反射光Ｒｃ’と
なっている。）は受光レンズ１４で集光されてＰＳＤ１
５上に導かれ、このＰＳＤ１５ではその反射光Ｒｃ’に
よる光スポットが形成されることになる。ＰＳＤ１５で
は発光素子１１ｃからの放射光に基づいて形成されるそ
の光スポットの形成位置に対応して測距信号を出力する
ことになるが、この場合、上記光スポットが、発光素子
１１ａ〜１１ｅそれぞれから放射される各放射光Ｒａ〜
Ｒｅそれぞれの出力タイミングからいずれの発光素子１
１ａ〜１１ｅからの放射光Ｒａ〜Ｒｅに基づいて形成さ
れる光スポットであるかが図３および図４を参照して後
述する内容から知られているから、三角測距法の原理か
ら測距対象物１３までの距離Ｌを検出できる。したがっ
て、測距対象物１３が上記範囲Ａのいずれに位置して
も、それぞれの発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞれから放
射光Ｒａ〜Ｒｅが投光され、それによる測距対象物１３
からの反射光によＰＳＤ１５上にはそれに対応した光ス
ポットが形成されることから、ＰＳＤ１５の個数は１個
であるが、上記広い範囲Ａにある測距対象物１３に対し
て該測距対象物１３までの距離の検出ができるのであ
る。また、この範囲Ａ内にある測距対象物１３に対して
各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞれから放射光Ｒａ〜Ｒ
ｅを投光し、その反射光がＰＳＤ１５上で入射されるか
ら、測距対象物１３がこの範囲Ａ内のどの位置にあるか
を判断できる。また、そのうえ、後述するように発光素
子１１ａ〜１１ｅが順番に放射光Ｒａ〜Ｒｅを投光する
ように放射光出力タイミングがとられているから、ま
ず、発光素子１１ａからその駆動を開始し発光素子１１
ｅの駆動で１巡目の駆動が終了し、この段階で測距対象
物が符号で１３の位置にあるときは発光素子１１ｃの放
射光Ｒｃによって検出でき、その駆動の２巡目では測距
対象物が１３’の位置にあるときは発光素子１１ｄの放
射光Ｒｄによって検出できることになるから、測距対象
物までの距離および測距対象物が上記範囲Ａに位置して
いることが判明するのみならず、測距対象物の移動方向
つまり１３の位置から１３’の位置へと移動する方向も
判明することになる。このように測距対象物の移動方向
に応じたセンサを使用する機器においてはその制御の応
用範囲が拡大可能となる。
【００１１】次に前述した発光素子１１ａ〜１１ｅそれ
ぞれの放射光出力のタイミングと、そのタイミングをと
るためのこれら発光素子１１ａ〜１１ｅを駆動する駆動
回路について図３および図４を参照して説明する。図３
ａ〜ｅに示されるローレベルはアクティブレベルであ
り、それぞれ各発光素子１１ａ〜１１ｅを駆動する時分
割な駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’を示しており、これ
ら駆動パルスによって各発光素子１１ａ〜１１ｅは駆動
されて放射光Ｒａ〜Ｒｅをそれぞれ出力する。そして、
図３ｆはＰＳＤ１５の測距信号Ｖｏを示している。図３
ｆで測距信号１６は発光素子１１ａの放射光Ｒａによる
ＰＳＤ１５への反射光によるものであり、測距信号１７
は発光素子１１ｂの放射光ＲｂによるＰＳＤ１５への反
射光によるものであり、測距信号１８は発光素子１１ｃ
の放射光ＲｃによるＰＳＤ１５への反射光によるもので
ある。このようにして各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞ
れの放射光Ｒａ〜ＲｅによるＰＳＤ１５からの測距信号
は時分割で出力されることになる。図４では、機器制御
部４０から前記駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’が出力さ
れ、これら駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’はそれぞれ測
距センサ４１に与えられる。測距センサ４１は、前記駆
動パルス１１ａ’〜１１ｅ’それぞれが入力される駆動
回路４２と、前記発光素子１１ａ〜１１ｅと、投光レン
ズ１２ａ〜１２ｅと、受光レンズ１４と、ＰＳＤ１５
と、ＰＳＤ１５からの測距信号Ｖｏを処理する信号処理
回路４３とを有している。機器制御部４０は、図３ａ〜
ｅで示されるタイミングで駆動パルス１１ａ’〜１１
ｅ’を出力し、駆動回路４２はこれら駆動パルスの入力
に応答して各発光素子１１ａ〜１１ｅを順次に発光駆動
する。このようにして図１および図２で示されている測
距対象物１３が例えば発光素子１１ｃの光軸上に位置し
ていれば、その発光素子１１ｃからの放射光Ｒｃに基づ
いて得られるＰＳＤ１５の測距信号１８は、その測距対
象物１３までの距離Ｌを示しているので、この距離Ｌの
データと、予め設計値で設定されている発光素子１１ｃ
から放射光Ｒｃの投光方向の範囲とに基づいて測距対象
物１３の方向性も同時に分かることになる。
ぞれの放射光出力のタイミングと、そのタイミングをと
るためのこれら発光素子１１ａ〜１１ｅを駆動する駆動
回路について図３および図４を参照して説明する。図３
ａ〜ｅに示されるローレベルはアクティブレベルであ
り、それぞれ各発光素子１１ａ〜１１ｅを駆動する時分
割な駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’を示しており、これ
ら駆動パルスによって各発光素子１１ａ〜１１ｅは駆動
されて放射光Ｒａ〜Ｒｅをそれぞれ出力する。そして、
図３ｆはＰＳＤ１５の測距信号Ｖｏを示している。図３
ｆで測距信号１６は発光素子１１ａの放射光Ｒａによる
ＰＳＤ１５への反射光によるものであり、測距信号１７
は発光素子１１ｂの放射光ＲｂによるＰＳＤ１５への反
射光によるものであり、測距信号１８は発光素子１１ｃ
の放射光ＲｃによるＰＳＤ１５への反射光によるもので
ある。このようにして各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞ
れの放射光Ｒａ〜ＲｅによるＰＳＤ１５からの測距信号
は時分割で出力されることになる。図４では、機器制御
部４０から前記駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’が出力さ
れ、これら駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’はそれぞれ測
距センサ４１に与えられる。測距センサ４１は、前記駆
動パルス１１ａ’〜１１ｅ’それぞれが入力される駆動
回路４２と、前記発光素子１１ａ〜１１ｅと、投光レン
ズ１２ａ〜１２ｅと、受光レンズ１４と、ＰＳＤ１５
と、ＰＳＤ１５からの測距信号Ｖｏを処理する信号処理
回路４３とを有している。機器制御部４０は、図３ａ〜
ｅで示されるタイミングで駆動パルス１１ａ’〜１１
ｅ’を出力し、駆動回路４２はこれら駆動パルスの入力
に応答して各発光素子１１ａ〜１１ｅを順次に発光駆動
する。このようにして図１および図２で示されている測
距対象物１３が例えば発光素子１１ｃの光軸上に位置し
ていれば、その発光素子１１ｃからの放射光Ｒｃに基づ
いて得られるＰＳＤ１５の測距信号１８は、その測距対
象物１３までの距離Ｌを示しているので、この距離Ｌの
データと、予め設計値で設定されている発光素子１１ｃ
から放射光Ｒｃの投光方向の範囲とに基づいて測距対象
物１３の方向性も同時に分かることになる。
【００１２】次に、図１で示される広範囲ＡのＸーＹ２
次元平面内に位置している測距対象物１３の方向性と距
離とを１個のＰＳＤ１５でもって検出するために、図５
で示すようなＸ，ＹおよびＺの３次元平面内に光学レン
ズ１９（受光レンズ１４に対応）とＰＳＤ２０（ＰＳＤ
１５に対応）とを配置させる関係が考えられる。光学レ
ンズ１９とＰＳＤ２０との位置関係において、図５ａは
ＺーＸ平面からみた位置関係を示していてＰＳＤ２０の
Ｙ軸上方において該ＰＳＤ２０のＺ軸長手方向と光学レ
ンズ１９のＸ軸長手方向とが直交して配置される位置関
係になっている。図５ｂはＸーＹ平面からみた位置関係
を示しており、図５ｃはＹーＺ平面からみた位置関係を
示している。この位置関係から明らかなように、ＰＳＤ
２０に測距対象物１３から反射されて入射されてくる反
射光については光学レンズ１９によってＺ軸方向の絞り
をかけることで、ＰＳＤ２０上で形成される反射光によ
る光スポットのＺ軸方向の線幅が細くできるようにして
光スポットのＰＳＤ２０上での位置精度を上げている
が、Ｘ軸方向については光学レンズ１９で絞りをかけな
いような位置関係になっている。
次元平面内に位置している測距対象物１３の方向性と距
離とを１個のＰＳＤ１５でもって検出するために、図５
で示すようなＸ，ＹおよびＺの３次元平面内に光学レン
ズ１９（受光レンズ１４に対応）とＰＳＤ２０（ＰＳＤ
１５に対応）とを配置させる関係が考えられる。光学レ
ンズ１９とＰＳＤ２０との位置関係において、図５ａは
ＺーＸ平面からみた位置関係を示していてＰＳＤ２０の
Ｙ軸上方において該ＰＳＤ２０のＺ軸長手方向と光学レ
ンズ１９のＸ軸長手方向とが直交して配置される位置関
係になっている。図５ｂはＸーＹ平面からみた位置関係
を示しており、図５ｃはＹーＺ平面からみた位置関係を
示している。この位置関係から明らかなように、ＰＳＤ
２０に測距対象物１３から反射されて入射されてくる反
射光については光学レンズ１９によってＺ軸方向の絞り
をかけることで、ＰＳＤ２０上で形成される反射光によ
る光スポットのＺ軸方向の線幅が細くできるようにして
光スポットのＰＳＤ２０上での位置精度を上げている
が、Ｘ軸方向については光学レンズ１９で絞りをかけな
いような位置関係になっている。
【００１３】このような位置関係において、図６ａで示
すようなＸーＹ直交２次元平面でＰＳＤ２０に対しＹ軸
方向に平行に測距対象物からの反射光２１が光学レンズ
１９を通して入射してくると、その反射光２１の焦点距
離２１ｆはＰＳＤ２０上に設定されているから、その反
射光２１はＰＳＤ２０を含む平面上に結像する。この結
像を図６ｂで符号２３で左上がりハッチングで示してい
る。図６ｂで示される結像２３はＰＳＤ２０を横断して
Ｘ軸方向に延びており、そのうち、ＰＳＤ２０上の結像
部分が光スポットとなる。この場合、光学レンズ１９で
反射光２１はＺ方向で絞りをかけられて集光しているた
め、光スポットのＰＳＤ２０上での線幅は細くなってい
る。
すようなＸーＹ直交２次元平面でＰＳＤ２０に対しＹ軸
方向に平行に測距対象物からの反射光２１が光学レンズ
１９を通して入射してくると、その反射光２１の焦点距
離２１ｆはＰＳＤ２０上に設定されているから、その反
射光２１はＰＳＤ２０を含む平面上に結像する。この結
像を図６ｂで符号２３で左上がりハッチングで示してい
る。図６ｂで示される結像２３はＰＳＤ２０を横断して
Ｘ軸方向に延びており、そのうち、ＰＳＤ２０上の結像
部分が光スポットとなる。この場合、光学レンズ１９で
反射光２１はＺ方向で絞りをかけられて集光しているた
め、光スポットのＰＳＤ２０上での線幅は細くなってい
る。
【００１４】しかし、ここで問題となるのが、放射線状
に投光され測距対象物で反射されＰＳＤ２０上に入射さ
れてくる反射光にはＹ軸に対して入射角度θがついてい
る場合があり、例えば図６ａにおいて反射光２１に比べ
て角度θで入射してくる反射光２２については光学レン
ズ１９の絞り面からＰＳＤ２０までの距離は２２ｆとな
り、これは反射光２１による焦点距離２１ｆと比較して
２１ｆ＜２２ｆの関係となってしまう。この場合の光学
レンズ１９の焦点距離は設計上から焦点距離２１ｆのみ
であるため、入射光２２はＰＳＤ２０よりもＹ軸上方の
位置で合焦して集光されてしまうからＰＳＤ２０上では
焦点が合わず広がってしまい、図６ｂで示すように、反
射光２２による右上がりハッチングで示されている結像
２４となる。この結像２４の場合は合焦していないため
結像２３に比較してＺ軸方向の線幅が太いから、ＰＳＤ
２０上での光スポットのＺ方向の線幅が太くなり測距誤
差を生じやすくなってしまう。
に投光され測距対象物で反射されＰＳＤ２０上に入射さ
れてくる反射光にはＹ軸に対して入射角度θがついてい
る場合があり、例えば図６ａにおいて反射光２１に比べ
て角度θで入射してくる反射光２２については光学レン
ズ１９の絞り面からＰＳＤ２０までの距離は２２ｆとな
り、これは反射光２１による焦点距離２１ｆと比較して
２１ｆ＜２２ｆの関係となってしまう。この場合の光学
レンズ１９の焦点距離は設計上から焦点距離２１ｆのみ
であるため、入射光２２はＰＳＤ２０よりもＹ軸上方の
位置で合焦して集光されてしまうからＰＳＤ２０上では
焦点が合わず広がってしまい、図６ｂで示すように、反
射光２２による右上がりハッチングで示されている結像
２４となる。この結像２４の場合は合焦していないため
結像２３に比較してＺ軸方向の線幅が太いから、ＰＳＤ
２０上での光スポットのＺ方向の線幅が太くなり測距誤
差を生じやすくなってしまう。
【００１５】そこで、このような問題を解決するため図
７で示すような断面形状が半円弧状をなすトロイダル型
光学レンズ２５を用いることが本実施の形態において提
案される。図７ａは図６ａに、図７ｂは図６ｂに、図７
ｃは図６ｃにそれぞれ対応した光学レンズ２５とＰＳＤ
２０との位置関係である。ここで、この光学レンズ２５
については図７ｂのＡーＡ’線断面とＢーＢ’線断面と
が同形状であることが図７ｄで示されている。このよう
な構造の光学レンズ２５を用いた場合においては、図６
ａに対応する図８ａで示すように、ＰＳＤ２０に対して
Ｙ軸方向に平行に入射する反射光２６に対しても、ＰＳ
Ｄ２０に対してＹ軸方向に角度θをつけて入射する反射
光２７に対しても、それぞれの反射光２６，２７はいず
れもその焦点距離２６ｆ，２７ｆがＰＳＤ２０上で合焦
する２６ｆ＝２７ｆとなるように構成されている。
７で示すような断面形状が半円弧状をなすトロイダル型
光学レンズ２５を用いることが本実施の形態において提
案される。図７ａは図６ａに、図７ｂは図６ｂに、図７
ｃは図６ｃにそれぞれ対応した光学レンズ２５とＰＳＤ
２０との位置関係である。ここで、この光学レンズ２５
については図７ｂのＡーＡ’線断面とＢーＢ’線断面と
が同形状であることが図７ｄで示されている。このよう
な構造の光学レンズ２５を用いた場合においては、図６
ａに対応する図８ａで示すように、ＰＳＤ２０に対して
Ｙ軸方向に平行に入射する反射光２６に対しても、ＰＳ
Ｄ２０に対してＹ軸方向に角度θをつけて入射する反射
光２７に対しても、それぞれの反射光２６，２７はいず
れもその焦点距離２６ｆ，２７ｆがＰＳＤ２０上で合焦
する２６ｆ＝２７ｆとなるように構成されている。
【００１６】このような光学レンズ２５を用いた場合に
おいては、図６ｂに対応する図８ｂで示されるように反
射光２６による結像２４も、反射光２７による結像２９
もＺ軸方向に線幅が細いものとなり、したがって、ＰＳ
Ｄ２５上でのそれら反射光２６，２７による光スポット
も線幅が細いものとなり、測距精度が大幅に向上するこ
とになる。
おいては、図６ｂに対応する図８ｂで示されるように反
射光２６による結像２４も、反射光２７による結像２９
もＺ軸方向に線幅が細いものとなり、したがって、ＰＳ
Ｄ２５上でのそれら反射光２６，２７による光スポット
も線幅が細いものとなり、測距精度が大幅に向上するこ
とになる。
【００１７】また、図７においてはトロイダル光学レン
ズ２５を用いたが、図９で示すようなＸおよびＺ方向に
いずれも絞りをかける複数の、本実施の形態では５個の
球体レンズ３０を図８の光学レンズ２５の円弧面に対応
して互いに等間隔に配置することで、球体レンズ３０そ
れぞれの焦点距離は同一のｆであるから、それぞれの球
体レンズ３０を通した反射光はＰＳＤ２０上に合焦して
集光され、測距精度を向上させることができる。
ズ２５を用いたが、図９で示すようなＸおよびＺ方向に
いずれも絞りをかける複数の、本実施の形態では５個の
球体レンズ３０を図８の光学レンズ２５の円弧面に対応
して互いに等間隔に配置することで、球体レンズ３０そ
れぞれの焦点距離は同一のｆであるから、それぞれの球
体レンズ３０を通した反射光はＰＳＤ２０上に合焦して
集光され、測距精度を向上させることができる。
【００１８】上記した本実施の形態に係る測距センサの
外形について図１０を参照して説明する。この測距セン
サは、下部側が前方に突出した突出部を有しこの突出部
前面が段付きの弧状面となり、各面に投光レンズ１２ａ
〜１２ｅが配備され、その各投光レンズ１２ａ〜１２ｅ
の内部に図にあらわれない発光素子１１ａ〜１１ｅが配
備され、上部側前面に受光レンズ１４が配備され、その
受光レンズ１４に対応する内部に図にあらわれないＰＳ
Ｄ２０が配備された形状になっている。
外形について図１０を参照して説明する。この測距セン
サは、下部側が前方に突出した突出部を有しこの突出部
前面が段付きの弧状面となり、各面に投光レンズ１２ａ
〜１２ｅが配備され、その各投光レンズ１２ａ〜１２ｅ
の内部に図にあらわれない発光素子１１ａ〜１１ｅが配
備され、上部側前面に受光レンズ１４が配備され、その
受光レンズ１４に対応する内部に図にあらわれないＰＳ
Ｄ２０が配備された形状になっている。
【００１９】なお、本発明においては発光素子１１ａ〜
１１ｅは中心点Ｏから同一半径距離の円弧上に配置され
たが、広範囲Ａを個別にカバーできればよく、必ずしも
同一半径距離上に配置される必要はなく、それぞれの放
射光Ｒａ〜Ｒｅの放射方向に向けて配置されるとよい。
１１ｅは中心点Ｏから同一半径距離の円弧上に配置され
たが、広範囲Ａを個別にカバーできればよく、必ずしも
同一半径距離上に配置される必要はなく、それぞれの放
射光Ｒａ〜Ｒｅの放射方向に向けて配置されるとよい。
【００２０】なお、本発明においては発光素子１１ａ〜
１１ｅは互いに等間隔であったが、必ずしも等間隔であ
る必要はなく、例えば中央から左右に配置される発光素
子にかけて互いの間隔が狭くなるようにしたり広くなる
ようにしてもよい。
１１ｅは互いに等間隔であったが、必ずしも等間隔であ
る必要はなく、例えば中央から左右に配置される発光素
子にかけて互いの間隔が狭くなるようにしたり広くなる
ようにしてもよい。
【００２１】なお、本発明においては投光レンズ１２ａ
〜１２ｅは必ずしも必須のものではなく、放射光Ｒａ〜
Ｒｅが放射されれば投光レンズを省略してもよい。
〜１２ｅは必ずしも必須のものではなく、放射光Ｒａ〜
Ｒｅが放射されれば投光レンズを省略してもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、発光素子
からの放射光を測距対象物に投光し、この投光で測距対
象物で反射される反射光をＰＳＤで受光し、この受光に
よってＰＳＤ上に形成される光スポットの位置から測距
対象物の位置を検出する三角測距方式の測距センサにお
いて、所定範囲の２次元平面内に位置する測距対象物に
対して少なくとも測距を行うためにその２次元平面内に
おいてそれぞれからの放射光が前記所定範囲の任意の位
置にある測距対象物に向けて個別に放射光を発すること
ができるように発光素子の複数個が配置され、各発光素
子それぞれからの放射光による測距対象物での反射光を
受光して測距信号が出力できる位置に単一のＰＳＤが配
置されて構成されているから、前記所定範囲内のいずれ
の位置の測距対象物についても正確に測距できる。
からの放射光を測距対象物に投光し、この投光で測距対
象物で反射される反射光をＰＳＤで受光し、この受光に
よってＰＳＤ上に形成される光スポットの位置から測距
対象物の位置を検出する三角測距方式の測距センサにお
いて、所定範囲の２次元平面内に位置する測距対象物に
対して少なくとも測距を行うためにその２次元平面内に
おいてそれぞれからの放射光が前記所定範囲の任意の位
置にある測距対象物に向けて個別に放射光を発すること
ができるように発光素子の複数個が配置され、各発光素
子それぞれからの放射光による測距対象物での反射光を
受光して測距信号が出力できる位置に単一のＰＳＤが配
置されて構成されているから、前記所定範囲内のいずれ
の位置の測距対象物についても正確に測距できる。
【００２３】また、各発光素子それぞれが所定タイミン
グで個別に駆動され、ＰＳＤはそのタイミングに対応し
た測距信号を出力する場合では、それら測距信号から測
距対象物の移動の方向などを検出できる。
グで個別に駆動され、ＰＳＤはそのタイミングに対応し
た測距信号を出力する場合では、それら測距信号から測
距対象物の移動の方向などを検出できる。
【００２４】さらにまた、ＰＳＤの前方に前記反射光を
ＰＳＤ上に集光させる受光レンズが配置され、その受光
レンズが２次元平面内上でＰＳＤに対して任意の入射角
度で入射する反射光に対してＰＳＤ上で合焦させる場合
では、どの入射角度の反射光に基づくＰＳＤ上の光スポ
ットについてもその線幅を細くすることができるから、
ＰＳＤ上での光スポットの位置精度が高められ、測距精
度を向上できる。
ＰＳＤ上に集光させる受光レンズが配置され、その受光
レンズが２次元平面内上でＰＳＤに対して任意の入射角
度で入射する反射光に対してＰＳＤ上で合焦させる場合
では、どの入射角度の反射光に基づくＰＳＤ上の光スポ
ットについてもその線幅を細くすることができるから、
ＰＳＤ上での光スポットの位置精度が高められ、測距精
度を向上できる。
【図１】本発明の一実施形態に係る測距センサのＸーＹ
平面からみた構成を示す図である。
平面からみた構成を示す図である。
【図２】前記測距センサのＹーＺ平面からみた構成を示
す図である。
す図である。
【図３】前記測距センサの発光素子の複数個を駆動する
駆動パルスを示す図である。
駆動パルスを示す図である。
【図４】図３の駆動パルスの処理のための回路とＰＳＤ
の測距信号の処理のための回路を示す回路図である。
の測距信号の処理のための回路を示す回路図である。
【図５】受光レンズである光学レンズとＰＳＤとの位置
関係を示す図であり、（ａ）はＺーＹ平面からみた位置
関係を示し、（ｂ）はＹーＸ平面からみた位置関係を示
し、（ｃ）はＹーＺ平面からみた位置関係を示してい
る。
関係を示す図であり、（ａ）はＺーＹ平面からみた位置
関係を示し、（ｂ）はＹーＸ平面からみた位置関係を示
し、（ｃ）はＹーＺ平面からみた位置関係を示してい
る。
【図６】図５の光学レンズを通しての放射光の入射角度
とその放射光によるＰＳＤ上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、（ａ）はＹーＸ平面での光学レン
ズとＰＳＤとの位置関係を示し、（ｂ）はＺーＸ平面で
の受光レンズとＰＳＤとの位置関係を示している。
とその放射光によるＰＳＤ上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、（ａ）はＹーＸ平面での光学レン
ズとＰＳＤとの位置関係を示し、（ｂ）はＺーＸ平面で
の受光レンズとＰＳＤとの位置関係を示している。
【図７】他の受光レンズである光学レンズとＰＳＤとの
位置関係を示す図であり、（ａ）はＺーＹ平面からみた
位置関係を示し、（ｂ）はＹーＸ平面からみた位置関係
を示し、（ｃ）はＹーＺ平面からみた位置関係を示し、
（ｄ）は（ａ）のＡーＡ’線とＢーＢ’線に沿う光学レ
ンズの断面図を示している。
位置関係を示す図であり、（ａ）はＺーＹ平面からみた
位置関係を示し、（ｂ）はＹーＸ平面からみた位置関係
を示し、（ｃ）はＹーＺ平面からみた位置関係を示し、
（ｄ）は（ａ）のＡーＡ’線とＢーＢ’線に沿う光学レ
ンズの断面図を示している。
【図８】図７の光学レンズを通しての放射光の入射角度
とその放射光によるＰＳＤ上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、（ａ）はＹーＸ平面での光学レン
ズとＰＳＤとの位置関係を示し、（ｂ）はＺーＸ平面で
の受光レンズとＰＳＤとの位置関係を示している。
とその放射光によるＰＳＤ上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、（ａ）はＹーＸ平面での光学レン
ズとＰＳＤとの位置関係を示し、（ｂ）はＺーＸ平面で
の受光レンズとＰＳＤとの位置関係を示している。
【図９】光学レンズの他の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る測距センサの外観
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】従来の測距センサの構成を示す図である。
【図１２】他の従来の測距センサの構成を示す図であ
る。
る。
【図１３】さらに他の従来の測距センサの構成を示す図
である。
である。
１１ａ〜１１ｅ 光学素子 １２ａ〜１２ｅ 投光レンズ １３，１３’ 測距対象物 １４ 受光レンズ １５ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ） Ｒａ〜Ｒｅ 放射光 Ｒｃ’ 反射光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30
Claims (2)
- 【請求項１】 所定範囲の２次元平面内に位置する測距
対象物に複数個の発光素子から個別に放射光を投光し、
前記各発光素子それぞれからの放射光による前記測距対
象物での反射光を受光して、この受光によって単一の半
導体位置検出素子上に形成される光スポットの位置から
前記測距対象物の位置を検出する三角測距方式の測距セ
ンサにおいて、 前記半導体位置検出素子の前方に前記反射光を前記半導
体位置検出素子上に集光させる単一のトロイダル型の受
光レンズが配置され、前記受光レンズは、前記２次元平
面上で前記半導体位置検出素子に対して任意の入射角度
を有する反射光に対して当該半導体位置検出素子上に合
焦させる ことを特徴とする測距センサ。 - 【請求項２】 前記各発光素子それぞれは所定タイミン
グで個別に駆動され、前記半導体位置検出素子は、その
タイミングに対応した測距信号を出力することを特徴と
する請求項１記載の測距センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01108896A JP3265449B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 測距センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01108896A JP3265449B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 測距センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09203631A JPH09203631A (ja) | 1997-08-05 |
| JP3265449B2 true JP3265449B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=11768237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01108896A Expired - Fee Related JP3265449B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 測距センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3265449B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7330241B2 (en) | 2004-10-26 | 2008-02-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical distance measuring sensor, self-propelled cleaner, and air conditioner |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6618123B2 (en) | 2000-10-20 | 2003-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Range-finder, three-dimensional measuring method and light source apparatus |
| JP3984608B2 (ja) * | 2000-10-20 | 2007-10-03 | 松下電器産業株式会社 | レンジファインダ装置 |
| JP2005241340A (ja) | 2004-02-25 | 2005-09-08 | Sharp Corp | マルチ測距装置 |
| JP4589169B2 (ja) | 2005-04-28 | 2010-12-01 | シャープ株式会社 | マルチビーム光学式測距センサおよびそれを備えた自走式掃除機、エアコンディショナ |
| JP4902252B2 (ja) * | 2006-04-13 | 2012-03-21 | キヤノン株式会社 | 接近検出装置および画像表示装置 |
| JP4785078B2 (ja) * | 2007-03-26 | 2011-10-05 | カシオ計算機株式会社 | プロジェクタ |
| JP2013145174A (ja) | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Panasonic Corp | 近接センサ |
| CN104755874B (zh) * | 2013-04-01 | 2018-08-28 | 松下知识产权经营株式会社 | 具有多个光源的运动传感器装置 |
| CN104035098A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-09-10 | 仲炳华 | 散光式光线测距仪 |
| JP2021081320A (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | コイト電工株式会社 | エリアセンサ |
-
1996
- 1996-01-25 JP JP01108896A patent/JP3265449B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7330241B2 (en) | 2004-10-26 | 2008-02-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical distance measuring sensor, self-propelled cleaner, and air conditioner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09203631A (ja) | 1997-08-05 |
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