JP4588544B2 - 光学式測距センサ - Google Patents

Description

この発明は、光を投射してその反射光を受光することによって測距対象物までの距離を測定する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７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１は、測距対象物(図示せず)に光を投射するための発光素子２と、投射する光を集光する投光用集光手段３と、上記測距対象物で反射した反射光を集光する受光用集光手段４と、受光用集光手段４によって集光された反射光を受光する受光素子５とで、概略構成されている。

上記発光素子２は、発光ダイオード等によって構成され、発光素子２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用集光手段３により絞られ、上記測距対象物に対して投光される。また、受光素子５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５における受光面５aの前方に配設された受光用集光手段４によって絞られて受光面５aに導かれる。

上記構成を有する測距センサ１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、受光用集光手段４によって絞られて光スポットとして受光面５aに入射される。この入射光の受光面５aに対する入射位置は、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、受光素子５の受光面５a上における上記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５の両端から取り出される信号電流Ｉ1,Ｉ2が変化する。さらに、受光素子５から出力される信号電流Ｉ1,Ｉ2は、制御部(図示せず)における信号処理回路によって、次式で表される出力信号Ｓ1,Ｓ2に変換される。
Ｓ1＝Ｉ1/(Ｉ1＋Ｉ2)
Ｓ2＝(Ｉ1−Ｉ2)/(Ｉ1＋Ｉ2)

ここで、信号電流Ｉ1,Ｉ2は、
Ｉ1＝｛(ｄ＋２ｘ)・Ｉ0｝/(２ｄ)
Ｉ2＝｛(ｄ−２ｘ)・Ｉ0｝/(２ｄ)
但し、ｄ：受光面５a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)５の中心から光スポットの位置までの距離
で表される。

また、上記三角測距の原理を表す次式により、
Ｘ＝(Ａ・ｆ)/Ｌ
但し、Ｘ：受光用集光手段４の光軸から受光素子(ＰＳＤ)５上の光スポットの位置ま での距離
Ａ：投光用集光手段３の光軸と受光用集光手段４の光軸との距離(基線長)
ｆ：受光用集光手段４の焦点距離
Ｌ：測距可能範囲
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
Ｓ2＝２ｘ/ｄ
＝２｛(Ａ・ｆ/Ｌ)−Ｂ｝/ｄ
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
尚、Ｘ＝Ｂ＋ｘの関係を有する。

図８に、上記測距センサ１における測距対象物までの距離の変化に対する出力信号Ｓの変化の一例を示す。図８から分かるように、測距センサ１の出力信号Ｓの変動は、基本的に出力信号Ｓ1,Ｓ2の式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、上記測距対象物までの距離Ｄが遠くなるに連れて受光素子５の受光面５a上における光スポットの位置の変化が少なくなるため、それに伴って出力信号Ｓの変動も少なくなっていく。一方、上記測距対象物までの距離Ｄが近距離にある場合は、反射光の光スポットが受光面５aから外れていくため受光する光量が急速に減少し、それに伴って信号電流Ｉ1,Ｉ2も急速に減少する。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５a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として使用するのである。

しかしながら、上記従来の測距センサ１においては、以下のような問題がある。すなわち、測距センサ１の雰囲気に温度変動が発生した場合、一般に、測距センサ１を構成する材料の膨張あるいは収縮が発生する。この材料の膨張あるいは収縮は、構成する材料の種類により熱膨張係数が異なるため、次のような影響をもたらすことになる。

温度変動が発生した際には、上記投光用集光手段３の光軸と受光用集光手段４の光軸との距離(基線長)Ａの変化ΔＡ、および、発光素子２と受光素子５との距離Ｍの変化ΔＭが発生する。そして、ΔＡとΔＭとが同一でない場合には、範囲Ｌからの反射光の光スポットの位置ｘにΔｘの変動が生じる。ここで、Δｘとは、Δｘ＝ΔＡ−ΔＭである。

このような光スポット位置ｘの変動Δｘは、出力信号Ｓ1,Ｓ2に対して以下に示すような一定の出力変化ΔＳを発生させる。
ΔＳ＝ΔＳ1＝Ｓ1'−Ｓ1
＝｛２(ｘ＋Δｘ)＋ｄ｝/(２ｄ)−(２ｘ＋ｄ)/(２ｄ)
＝Δｘ/ｄ
尚、ΔＳ2もΔＳ1と同じである。

上記出力信号Ｓ(Ｓ1,Ｓ2)に基づいて、ある閾値で上記測距反射物が所定の距離Ｄ'以内に在るか否かを判断する場合、一般には、図８に示すように、距離Ｄ'の出力信号Ｓに相当する閾値を設け、その閾値と出力信号Ｓとの比較によって判断する。例えば、上記反射対象物が遠方から近づいて来るに従って出力信号Ｓは徐々に増加していき、出力信号Ｓの値と上記閾値が一致した際に、上記反射対象物が所定距離Ｄ'に在ることを検知したことになる。

ところが、雰囲気に温度変動が発生した場合には、出力信号Ｓに変化ΔＳが発生し、上記閾値による上記反射対象物の検知距離は、所定距離Ｄ'に対してΔＤだけ変動することになる。この変動量ΔＤは距離Ｄ'に依存するが、反射光の光スポットの位置ｘの変動量Δｘに比例した値となる。すなわち、上記従来の測距センサ１においては、温度変動によって上記反射対象物の検知距離が変動するのである。
特開２００３‐１５６３２８号公報

そこで、この発明の課題は、雰囲気に温度変化がある場合でも、出力信号の変化が発生せず、反射対象物までの検知距離に変動が生じない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測距対象物に照射する投光用集光部と、
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、
上記受光用集光部によって集光された上記反射光を受光する受光素子と、
上記発光素子を収納した発光側パッケージと、
上記発光側パッケージとは別体に形成されると共に、上記受光素子を収納した受光側パッケージと、
上記投光用集光部と上記発光側パッケージとが、互いの位置関係が所定の位置関係になるように配置されて取り付け固定された第１取り付け部材と、
上記受光用集光部と上記受光側パッケージとが、互いの位置関係が所定の位置関係になるように配置されて取り付け固定された第２取り付け部材と、
上記第１取り付け部材と上記第２の取り付け部材とを含む本体ケースと、
上記第１取り付け部材に取り付けられた発光側パッケージと上記第２取り付け部材に取り付けられた受光側パッケージとを接続すると共に、上記本体ケースの熱膨張あるいは熱収縮に対して上記投光用集光部と上記発光素子との位置関係および上記受光用集光部と上記受光素子との位置関係を維持するフレキシブルな材質でなる接続部材と
を備え、
三角測距方式によって、上記測距対象物までの距離を測定することを特徴としている。

上記構成によれば、投光用集光部と発光側パッケージとが、同一の第１取り付け部材に取り付け固定される一方、受光用集光部と受光側パッケージとが、同一の第２取り付け部材に取り付け固定されている。さらに、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとが、接続部材によって、本体ケースの熱膨張あるいは熱収縮に対して上記投光用集光部と上記発光素子との位置関係および上記受光用集光部と上記受光素子との位置関係を維持するように接続されている。したがって、上記本体ケースに熱膨張または熱収縮が発生した場合でも、上記投光用集光部と上記発光側パッケージとの位置関係および上記受光用集光部と上記受光側パッケージとの位置関係が維持される。その結果、上記投光用集光部の光軸と上記受光用集光部の光軸との距離(基線長)の変化量と、上記発光素子と上記受光素子との距離の変化量とが同一となり、上記受光素子における基準位置から上記反射光の受光位置までの距離に変動が生じない。

さらに、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとはフレキシブルな材質でなる接続部材で接続されている。したがって、上記第１取り付け部材および上記第２取り付け部材に生ずる熱膨張または熱収縮は、フレキシブルな上記接続部材によって吸収される。そのため、上記接続部材を介して上記発光素子あるいは受光素子に対する電気的接続を行う際に、上記熱膨張または熱収縮に起因して上記電気的接続が損なわれることはない。

したがって、この発明によれば、雰囲気温度に変動があっても本光学式測距センサからの出力信号に変動が発生することが無く、上記反射対象物までの測定距離に変動は生じないのである。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記接続部材はフレキシブル基板であり、
上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージは、上記フレキシブル基板上に搭載されている。

この実施の形態によれば、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの接続構造を、上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージをフレキシブル基板上に搭載するだけで簡単に得ることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記発光側パッケージが搭載された第１硬質基板と、
上記受光側パッケージが搭載された第２硬質基板と
を備え、
上記接続部材はフレキシブル基板であり、
上記フレキシブル基板は上記第１硬質基板と上記第２硬質基板とを接続している。

この実施の形態によれば、上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージを安定した硬質基板上に形成することができる。したがって、上記両パッケージの形成が容易になる。さらに、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの接続構造を、上記第１硬質基板と上記第２硬質基板とをフレキシブル基板で接続するだけで簡単に得ることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記発光側パッケージが搭載された第１硬質基板と、
上記受光側パッケージが搭載された第２硬質基板と
を備え、
上記接続部材はリード線であり、
上記リード線は上記第１硬質基板と上記第２硬質基板とを接続している。

この実施の形態によれば、上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージを安定した硬質基板上に形成することができる。したがって、上記両パッケージの形成が容易になる。さらに、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの接続構造を、上記第１硬質基板と上記第２硬質基板とをリード線で接続するだけで簡単に得ることができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記フレキシブル基板における上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージの近傍あるいは上記第１硬質基板および上記第２硬質基板の近傍に、上記両パッケージの間隔あるいは上記両硬質基板の間隔の変動を吸収するための湾曲部を設けている。

この実施の形態によれば、上記第１取り付け部材および上記第２取り付け部材に生ずる熱膨張または熱収縮に起因して、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの間隔あるいは上記第１硬質基板と上記第２硬質基板との間隔に生ずる変動が、上記フレキシブル基板に設けられた湾曲部によって吸収される。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記フレキシブル基板における上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの間あるいは上記第１硬質基板と上記第２硬質基板との間を、上記両パッケージの間隔あるいは上記両硬質基板の間隔の変動を吸収するために、上記フレキシブル基板の延在方向と直交する方向に一方の面側と他方の面側とに交互に屈曲した形状に成している。

この実施の形態によれば、上記第１取り付け部材および上記第２取り付け部材に生ずる熱膨張または熱収縮に起因して、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの間隔あるいは上記第１硬質基板と上記第２硬質基板との間隔に生ずる変動が、波状や蛇腹状の形状を有する上記フレキシブル基板によって吸収される。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記第１取り付け部材に対する上記発光側パッケージの取り付け固定および上記第２取り付け部材に対する上記受光側パッケージの取り付け固定の夫々は、一対の接続部によって行われており、
上記対を成す２つの接続部は、上記投光用集光部の光軸と上記受光用集光部の光軸とを含む平面に対して垂直な方向に配列されている。

この実施の形態によれば、上記対を成す２つの接続部は、上記投光用集光部の光軸と上記受光用集光部の光軸とを含む平面に対して垂直な方向に配列されている。したがって、上記対を成す２つの接続部の熱膨張または熱収縮が異なる場合には、上記両パッケージは上記平面に対して垂直方向に変位することになる。そのため、上記投光用集光部の光軸と上記受光用集光部の光軸との距離(基線長)に変動が生ずることはなく、結果として、本光学式測距センサからの出力信号に変動が発生することはない。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記接続部は、上記第１取り付け部材と上記発光側パッケージとの間および上記第２取り付け部材と上記受光側パッケージとの間に介接された弾性部材である。

この実施の形態によれば、上記両取り付け部材と上記両パッケージとを、上記両取り付け部材の熱膨張または熱収縮を吸収可能に接続することができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記接続部は、上記第１取り付け部材と発光側パッケージおよび上記第２取り付け部材と受光側パッケージに設けられた係合部であり、
上記係合部は、上記発光側パッケージおよび受光側パッケージに設けられた凹部と、上記第１取り付け部材および第２取り付け部材に設けられて上記凹部に係合する凸部とでなる。

この実施の形態によれば、上記第１取り付け部材に対する上記発光側パッケージの取り付け固定および上記第２取り付け部材に対する上記受光側パッケージの取り付け固定の夫々を、一対の係合部によって簡単に行うことができる。

また、１実施の形態の光学式測距センサでは、
上記接続部は、上記第１取り付け部材と発光側パッケージおよび上記第２取り付け部材と受光側パッケージに設けられた係合部であり、
上記係合部は、上記発光側パッケージおよび受光側パッケージに設けられた凸部と、上記第１取り付け部材および第２取り付け部材に設けられて上記凸部に係合する凹部とでなる。

この実施の形態によれば、上記第１取り付け部材に対する上記発光側パッケージの取り付け固定および上記第２取り付け部材に対する上記受光側パッケージの取り付け固定の夫々を、一対の係合部によって簡単に行うことができる。

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、投光用集光部と発光側パッケージとを、同一の第１取り付け部材に取り付け固定する一方、受光用集光部と受光側パッケージとを、同一の第２取り付け部材に取り付け固定し、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとを、接続部材によって、上記第１,第２の取り付け部材を含む本体ケースの熱膨張あるいは熱収縮に対して上記投光用集光部と上記発光素子との位置関係および上記受光用集光部と上記受光素子との位置関係を維持するように接続したので、上記本体ケースに熱膨張または熱収縮が発生した場合でも、上記投光用集光部と上記発光側パッケージとの位置関係および上記受光用集光部と上記受光側パッケージとの位置関係を維持することができる。したがって、上記投光用集光部の光軸と上記受光用集光部の光軸との距離(基線長)の変化量と、上記発光素子と上記受光素子との距離の変化量とを同一にでき、上記受光素子における基準位置から上記反射光の受光位置までの距離に変動が生じないようにできる。

さらに、上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとをフレキシブルな材質でなる接続部材で接続したので、上記第１取り付け部材および上記第２取り付け部材に生ずる熱膨張または熱収縮をフレキシブルな上記接続部材によって吸収することができる。したがって、上記接続部材を介して上記発光素子および上記受光素子に対して電気的接続を行うに場合に、上記熱膨張または熱収縮に起因して上記電気的接続が損なわれることを防止できる。

すなわち、この発明によれば、雰囲気温度に変動がある場合でも、本光学式測距センサからの出力信号に変動が発生することを防止して、上記反射対象物までの測定距離に変動が生じないようにできるのである。

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。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光学式測距センサにおける構成を示す縦断面図である。本光学式測距センサ１１は、光を出射する発光素子１２と、発光素子１２から出射された光を集光して測距対象物(図示せず)に照射する上記投光用集光部としての投光レンズ１３と、上記測距対象物からの反射光を集光する上記受光用集光部としての受光レンズ１４と、受光レンズ１４によって集光された上記反射光を受光する受光素子１５とを含んで構成されている。

上記発光素子１２は、発光ダイオード等で構成されており、上記発光側パッケージとしてのパッケージ１６に収納されている。発光素子１２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によって絞られて、上記測距対象物に投光される。受光素子１５は、上記ＰＳＤで構成されており、パッケージ１６とは別体に形成された上記受光側パッケージとしてのパッケージ１７に収納されている。このパッケージ１７には、受光素子１５から出力される信号電流を処理する信号処理回路(図示せず)を収納することも可能である。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１５における受光面１５aの前方の光路に配設された受光レンズ１４によって絞られて、受光面１５aに導かれる。

ここで、上記投光レンズ１３と発光素子１２のパッケージ１６とは、発光素子１２の光軸と投光レンズ１３の光軸とが一致するように、上記第１取り付け部材としての第１ケース１８に取り付け固定されている。また、受光レンズ１４と受光素子１５のパッケージ１７とは、受光素子１５の基準位置と受光レンズ１４の光軸とが所定の位置関係になるように、上記第２取り付け部材としての第２ケース１９に取り付け固定されている。ここで、第１ケース１８と第２ケース１９とは、投光レンズ１３の光軸と受光レンズ１４の光軸との距離が所定の上記基線長になるように本体部２０によって接続されて、光学式測距センサ１１の本体ケース２１を構成している。尚、第１ケース１８と第２ケース１９と本体部２０とは、一体に構成されて光学式測距センサ１１の本体ケースを構成しても差し支えない。

ところで、上記発光素子１２のパッケージ１６と上記受光素子１５のパッケージ１７とは、フレキシブルな材質でなる上記接続部材としてのフレキシブル基板２２に搭載されている。このフレキシブル基板２２は、同一平面上にある２つの平面部２２a,２２bと、平面部２２aと平面部２２bとを繋ぐと共に平面部２２a,２２bとは異なる平面上にある平面部でなる連結部２２cと、平面部２２aから連結部２２cに連なる湾曲部２３と、平面部２２bから連結部２２cに連なる湾曲部２４とで、構成されている。そして、平面部２２aにはパッケージ１６が搭載され、平面部２２bにはパッケージ１７が搭載されている。こうして、フレキシブル基板２２の湾曲部２３,２４によって、パッケージ１６が取り付け固定されている第１ケース１８およびパッケージ１７が取り付け固定されている第２ケース１９を含む本体ケース２１の熱膨張を吸収できるようになっている。

上記構成において、上記投光レンズ１３と発光素子１２のパッケージ１６とは、同一の第１ケース１８に取り付け固定されている。また、受光レンズ１４と受光素子１５のパッケージ１７とは、同一の第２ケース１９に取り付け固定されている。したがって、本体ケース２１全体や第１ケース１８や第２ケース１９に熱膨張または熱収縮が発生した場合でも、投光レンズ１３と発光素子１２との位置関係および受光レンズ１４と受光素子１５との位置関係は維持される。その結果、投光レンズ１３の光軸と受光レンズ１４の光軸との距離(基線長)の変化量と発光素子１２と受光素子１５との距離の変化量とが同一となり、受光素子(ＰＳＤ)１５の中心から反射光の光スポットの位置までの距離に変動が生じなくなるのである。

また、上記発光素子１２のパッケージ１６と受光素子１５のパッケージ１７とは、本体ケース２１の熱膨張または熱収縮を吸収できる湾曲部２３,２４を有するフレキシブル基板２２に搭載されている。したがって、発光素子１２の接続端子あるいは受光素子１５の接続端子をフレキシブル基板２２を介して電極パターンに接続した場合に、上記熱膨張または熱収縮によって上記電気的な接続が損なわれることはないのである。

以上のことより、本実施の形態によれば、雰囲気温度に変動があっても、光学式測距センサ１１における上記信号処理回路からの出力信号に変化は発生しない。したがって、上記反射対象物までの検知距離に変動は生じないのである。

・第２実施の形態
図２は、本実施の形態の光学式測距センサにおける構成を示す縦断面図である。本光学式測距センサ３１において、発光素子３２,投光レンズ３３,受光レンズ３４,受光素子３５,パッケージ３６,パッケージ３７,第１ケース３８,第２ケース３９,本体部４０および本体ケース４１は、上記第１実施の形態における発光素子１２,投光レンズ１３,受光レンズ１４,受光素子１５,パッケージ１６,パッケージ１７,第１ケース１８,第２ケース１９,本体部２０および本体ケース２１と同じであり、詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、上記発光素子３２のパッケージ３６と受光素子３５のパッケージ３７とは、夫々異なる硬質基板４２,４３に搭載されている。そして、２つの硬質基板４２,４３の間は、上記接続部材としてのフレキシブル基板４４によって接続されている。このフレキシブル基板４４は、平面部４５と、この平面部４５に連なると共に硬質基板４２に接続される湾曲部４６と、平面部４５に連なると共に硬質基板４３に接続される湾曲部４７とで、構成されている。こうして、フレキシブル基板４４の湾曲部４６,４７によって、パッケージ３６が取り付け固定されている第１ケース３８およびパッケージ３７が取り付け固定されている第２ケース３９を含む本体ケース４１の熱膨張を吸収できるようになっている。

上記構成において、上記投光レンズ３３と発光素子３２のパッケージ３６とは、同一の第１ケース３８に取り付け固定されている。また、受光レンズ３４と受光素子３５のパッケージ３７とは、同一の第２ケース３９に取り付け固定されている。したがって、本体ケース４１全体や第１ケース３８や第２ケース３９に熱膨張または熱収縮が発生した場合でも、投光レンズ３３と発光素子３２との位置関係および受光レンズ３４と受光素子３５との位置関係は維持される。その結果、投光レンズ３３の光軸と受光レンズ３４の光軸との距離(基線長)の変化量と発光素子３２と受光素子３５との距離の変化量とが同一となり、受光素子(ＰＳＤ)３５の中心から反射光の光スポットの位置までの距離に変動が生じなくなるのである。

また、上記発光素子３２のパッケージ３６を搭載している硬質基板４２と受光素子３５のパッケージ３７を搭載している硬質基板４３とは、本体ケース４１の熱膨張または熱収縮を吸収できる湾曲部４６,４７を有するフレキシブル基板４４で接続されている。したがって、発光素子３２の接続端子または受光素子３５の接続端子をフレキシブル基板４４を介して電極パターンに接続した場合に、上記熱膨張または熱収縮によって上記電気的な接続が損なわれることはない。

また、上記発光素子３２のパッケージ３６と受光素子３５のパッケージ３７とは、硬質基板４２,４３に搭載されている。したがって、パッケージ３６およびパッケージ３７を安定した基板上に形成することができ、パッケージ３６,３７の形成が容易になる。

尚、本実施の形態においては、上記硬質基板４２と硬質基板４３とを湾曲部４６,４７を有するフレキシブル基板４４で接続しているが、本体ケース４１の熱膨張を吸収できる湾曲部を有するリード線で接続することもできる。

・第３実施の形態
図３は、本実施の形態の光学式測距センサにおける構成を示す縦断面図である。本光学式測距センサ５１において、発光素子５２,投光レンズ５３,受光レンズ５４,受光素子５５,パッケージ５６,パッケージ５７,第１ケース５８,第２ケース５９,本体部６０および本体ケース６１は、上記第１実施の形態における発光素子１２,投光レンズ１３,受光レンズ１４,受光素子１５,パッケージ１６,パッケージ１７,第１ケース１８,第２ケース１９,本体部２０および本体ケース２１と同じであり、詳細な説明は省略する。また、硬質基板６２,６３は、上記第２実施の形態における硬質基板４２,４３と同じであり、詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、上記２つの硬質基板６２,６３の間は、上記接続部材としてのフレキシブル基板６４によって接続されている。このフレキシブル基板６４は、板状を成すと共に、一方の面側と他方の面側とに交互に屈曲した波状あるいは蛇腹状の形状を有しており、本体ケース６１の熱膨張を吸収できるようになっている。

上記構成において、上記投光レンズ５３と発光素子５２のパッケージ５６とは、同一の第１ケース５８に取り付け固定されている。また、受光レンズ５４と受光素子５５のパッケージ５７とは、同一の第２ケース５９に取り付け固定されている。したがって、本体ケース６１に熱膨張または熱収縮が発生した場合でも、投光レンズ５３と発光素子５２との位置関係および受光レンズ５４と受光素子５５との位置関係は維持されて、受光素子(ＰＳＤ)５５の中心から反射光の光スポットの位置までの距離に変動が生じなくなる。

また、上記発光素子５２のパッケージ５６を搭載している硬質基板６２と受光素子５５のパッケージ５７を搭載している硬質基板６３とは、本体ケース６１の熱膨張または熱収縮を吸収できる形状を有するフレキシブル基板６４で接続されている。したがって、発光素子５２の接続端子または受光素子５５の接続端子をフレキシブル基板６４を介して電極パターンに接続した場合に、上記熱膨張または熱収縮によって上記電気的な接続が損なわれることはない。

尚、本実施の形態においては、上記波状や蛇腹状の形状を有するフレキシブル基板６４を、上記第２実施の形態に適用した場合を例示している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記第１実施の形態に適用し、フレキシブル基板２２におけるパッケージ１６とパッケージ１７との間に上記波状や蛇腹状の形状を形成することも可能である。

また、本実施の形態においては、上記硬質基板６２と硬質基板６３とをフレキシブル基板６４で接続しているが、本体ケース６１の熱膨張を吸収できる波状や蛇腹状の形状を有するリード線で接続することもできる。

・第４実施の形態
図４は、本実施の形態の光学式測距センサにおけるパッケージ取り付け構造を示す横断面図である。尚、本実施の形態においては、本光学式測距センサの本体ケース７３を一体に形成している。図４において、矩形の断面形状を有する本体ケース７３には、発光素子(図示せず)のパッケージ７１が収納される略正方形の断面形状を有する穴でなるパッケージ収納部７４と、受光素子(図示せず)のパッケージ７２が収納される略正方形の断面形状を有する穴でなるパッケージ収納部７５とが、設けられている。そして、パッケージ収納部７４内に収納された上記発光素子のパッケージ７１は、本体ケース７３に対して、２箇所に設けられた接続部７６,７７によって取り付けられる。同様に、パッケージ収納部７５内に収納された上記受光素子のパッケージ７２は、本体ケース７３に対して、２箇所に設けられた接続部７８,７９によって取り付けられる。

ここで、上記接続部７６,７７および接続部７８,７９は、図４に示すように、上記投光レンズ(図示せず)の光軸と上記受光レンズ(図示せず)の光軸とを含む平面８０に対して垂直方向に配置されている。

上記発光素子のパッケージ７１側の２つの接続部および上記受光素子のパッケージ７２側の２つの接続部を平面８０の延在方向に対して平行方向に配置した場合には、雰囲気温度に変動があると、接続部の熱膨張または熱収縮が、上記発光素子のパッケージ７１側の２つの接続部で異なり、上記受光素子のパッケージ７２側の２つの接続部で異なると、パッケージ７１,７２が平面８０の延在方向に変位することになる。その場合は、上記投光レンズの光軸と上記受光レンズの光軸との距離である基線長に変動が生ずることになり、結果として光学式測距センサにおける上記信号処理回路からの出力信号に変化が発生することになる。

これに対して、上記発光素子のパッケージ７１側の２つの接続部７６,７７および上記受光素子のパッケージ７２側の２つの接続部７８,７９を平面８０に対して垂直方向に配置した場合には、接続部７６〜７９の熱膨張または熱収縮が、接続部７６と接続部７７とで異なり、接続部７８と接続部７９とで異なると、パッケージ７１,７２が平面８０に対して垂直方向に変位することになる。その場合には、上記基線長に変動は生ずることがなく、結果として、反射光の光スポットが上記受光素子上に存在する限り、本光学式測距センサにおける上記信号処理回路からの出力信号に変化が発生することはないのである。

尚、上記接続部７６〜７９は、ゴムやバネ等の弾性部材でなり、上記発光素子のパッケージ７１および上記受光素子のパッケージ７２と本体ケース７３との間に上記弾性部材を挟み込んで取り付けられる。こうして、両パッケージ７１,７２と本体ケース７３とが、本体ケース７３の熱膨張または熱収縮を吸収可能に接続されるのである。

図５および図６は、上記接続部７６〜７９を係合部で構成した場合の一例を示す。すなわち、図５においては、上記パッケージ７１,７２に凹部８１,８２を設け、本体ケース７３に凹部８１,８２と係合する凸部(フック)８３,８４を設ける。そして、本体ケース７３側の凸部(フック)８３,８４を、パッケージ７１,７２側の凹部８１,８２に嵌合させるのである。

図６は、上記係合部７６〜７９の他の構成を示す。すなわち、パッケージ７１,７２に凸部(フック)８５,８６を設け、本体ケース７３に凸部(フック)８５,８６と係合する凹部８７,８８を設ける。そして、パッケージ７１,７２側の凸部(フック)８５,８６を、本体ケース７３側の凹部８７,８８に嵌合させるのである。

尚、上記各実施の形態においては、上記受光素子１５,３５,５５を上記ＰＳＤで構成した光学式測距センサ１１,３１,５１について説明した。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、受光素子は、受光面上の光スポットの移動量に基づく信号を出力する位置検出素子であればよい。

また、上記各実施の形態においては、上記発光素子１２,３２,５２を発光ダイオードで構成した場合を例に説明しているが、例えばレーザーダイオードのごとく、パッケージに収納できる発光素子であればよい。

また、上記各実施の形態においては、上記投光レンズ１３,３３,５３と発光素子１２,３２,５２のパッケージ１６,３６,５６、および、受光レンズ１４,３４,５４と受光素子１５,３５,５５のパッケージ１７,３７,５７とを、本体ケース２１,４１,６１を構成するケース１８,１９,３８,３９,５８,５９に取り付け固定している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、各レンズおよび各パッケージを本体ケースとは異なる取り付け部材に取り付け固定し、このレンズおよびパッケージが取り付けられた取り付け部材を本体ケースに収納するようにしても構わない。

この発明の光学式測距センサにおける構成を示す縦断面図である。 図１とは異なる光学式測距センサにおける縦断面図である。 図１および図２とは異なる光学式測距センサにおける縦断面図である。 パッケージ取り付け構造を示す横断面図である。 図４における接続部を係合部で構成した場合の構成例を示す図である。 図５とは異なる係合部の構成例を示す図である。 光学式の測距センサによる測距原理を示す図である。 図７に示す測距センサにおける測距対象物までの距離の変化に対する出力信号の変化の一例を示す図である。

１１,３１,５１…光学式測距センサ、
１２,３２,５２…発光素子、
１３,３３,５３…投光レンズ、
１４,３４,５４…受光レンズ、
１５,３５,５５…受光素子、
１６,１７,３６,３７,５６,５７,７１,７２…パッケージ、
１８,３８,５８…第１ケース、
１９,３９,５９…第２ケース、
２０,４０,６０…本体部、
２１,４１,６１,７３…本体ケース、
２２,４４,６４…フレキシブル基板、
２３,２４,４６,４７…湾曲部、
４２,４３,６２,６３…硬質基板、
７４,７５…パッケージ収納部、
７６,７７,７８,７９…接続部、
８１,８２,８７,８８…凹部、
８３,８４,８５,８６…凸部(フック)。

Claims (10)

1. 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、
   上記測距対象物からの反射光を集光する受光用集光部と、
   上記受光用集光部によって集光された上記反射光を受光する受光素子と、
   上記発光素子を収納した発光側パッケージと、
   上記発光側パッケージとは別体に形成されると共に、上記受光素子を収納した受光側パッケージと、
   上記投光用集光部と上記発光側パッケージとが、互いの位置関係が所定の位置関係になるように配置されて取り付け固定された第１取り付け部材と、
   上記受光用集光部と上記受光側パッケージとが、互いの位置関係が所定の位置関係になるように配置されて取り付け固定された第２取り付け部材と、
   上記第１取り付け部材と上記第２の取り付け部材とを含む本体ケースと、
   上記第１取り付け部材に取り付けられた発光側パッケージと上記第２取り付け部材に取り付けられた受光側パッケージとを接続すると共に、上記本体ケースの熱膨張あるいは熱収縮に対して上記投光用集光部と上記発光素子との位置関係および上記受光用集光部と上記受光素子との位置関係を維持するフレキシブルな材質でなる接続部材と
   を備え、
   三角測距方式によって、上記測距対象物までの距離を測定す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、
   上記接続部材はフレキシブル基板であり、
   上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージは、上記フレキシブル基板上に搭載されている
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
3. 請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記発光側パッケージが搭載された第１硬質基板と、
   上記受光側パッケージが搭載された第２硬質基板と
   を備え、
   上記接続部材はフレキシブル基板であり、
   上記フレキシブル基板は上記第１硬質基板と上記第２硬質基板とを接続している
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
4. 請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記発光側パッケージが搭載された第１硬質基板と、
   上記受光側パッケージが搭載された第２硬質基板と
   を備え、
   上記接続部材はリード線であり、
   上記リード線は上記第１硬質基板と上記第２硬質基板とを接続している
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
5. 請求項２あるいは請求項３に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記フレキシブル基板における上記発光側パッケージおよび上記受光側パッケージの近傍あるいは上記第１硬質基板および上記第２硬質基板の近傍に、上記両パッケージの間隔あるいは上記両硬質基板の間隔の変動を吸収するための湾曲部を設けた
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
6. 請求項２あるいは請求項３に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記フレキシブル基板における上記発光側パッケージと上記受光側パッケージとの間あるいは上記第１硬質基板と上記第２硬質基板との間を、上記両パッケージの間隔あるいは上記両硬質基板の間隔の変動を吸収するために、上記フレキシブル基板の延在方向と直交する方向に一方の面側と他方の面側とに交互に屈曲した形状に成した
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
7. 請求項１に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記第１取り付け部材に対する上記発光側パッケージの取り付け固定および上記第２取り付け部材に対する上記受光側パッケージの取り付け固定の夫々は、一対の接続部によって行われており、
   上記対を成す２つの接続部は、上記投光用集光部の光軸と上記受光用集光部の光軸とを含む平面に対して垂直な方向に配列されている
   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、
   上記接続部は、上記第１取り付け部材と上記発光側パッケージとの間および上記第２取り付け部材と上記受光側パッケージとの間に介接された弾性部材であることを特徴とする光学式測距センサ。
9. 請求項７に記載の光学式測距センサにおいて、
   上記接続部は、上記第１取り付け部材と発光側パッケージおよび上記第２取り付け部材と受光側パッケージに設けられた係合部であり、
   上記係合部は、上記発光側パッケージおよび受光側パッケージに設けられた凹部と、上記第１取り付け部材および第２取り付け部材に設けられて上記凹部に係合する凸部とでなる
   ことを特徴とする光学式測距センサ。
10. 請求項７に記載の光学式測距センサにおいて、
    上記接続部は、上記第１取り付け部材と発光側パッケージおよび上記第２取り付け部材と受光側パッケージに設けられた係合部であり、
    上記係合部は、上記発光側パッケージおよび受光側パッケージに設けられた凸部と、上記第１取り付け部材および第２取り付け部材に設けられて上記凸部に係合する凹部とでなる
    ことを特徴とする光学式測距センサ。

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