光学式測距センサ、物体検出装置、洗浄便座、および光学式測距センサの製造方法
【課題】小型化、高精度化、また、低消費電力化、低コスト化が可能な光学式測距センサ、このような光学式測距センサを適用した物体検出装置、洗浄便座、および光学式測距センサの製造方法を提供する。
【解決手段】光学式測距センサ１は、照射光Ｌｓを発光する発光素子２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子４と、発光素子２の発光を制御し位置検出受光素子４の検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する制御処理用集積回路７とを備える。発光素子２は、面発光レーザで構成してある。
【解決手段】光学式測距センサ１は、照射光Ｌｓを発光する発光素子２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子４と、発光素子２の発光を制御し位置検出受光素子４の検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する制御処理用集積回路７とを備える。発光素子２は、面発光レーザで構成してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距対象物までの距離を検出する光学式測距センサ、そのような光学式測距センサを適用した物体検出装置、洗浄便座、およびそのような光学式測距センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子から測距対象物へ照射光を照射し、測距対象物からの反射光の位置を位置検出受光素子で検出して、三角測量方式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が知られている。
【０００３】
図７は、従来の光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【０００４】
図８は、従来の光学式測距センサによる三角測量方式の概念を説明する概念図である。
【０００５】
従来の光学式測距センサ１０１は、照射光Ｌｓを発光する発光素子１０２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ１０３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ１０５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子１０４（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）と、発光素子１０２の発光を制御し位置検出受光素子１０４からの検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する制御処理用集積回路１０７とを備える。
【０００６】
照射光Ｌｓは、測距対象物ＭＯで反射して反射光Ｌｒとなり、反射光Ｌｒは、位置検出受光素子１０４の受光面に光スポットを形成し、位置検出受光素子１０４の出力端子から検出電流Ｉ１、検出電流Ｉ２として検出される。
【０００７】
従来の発光素子１０２は、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）で構成してある。半導体発光ダイオードは、素子の全方向へ照射光Ｌｓを放射することから、測距対象物ＭＯへ必要な照射光Ｌｓを照射するために、発光素子１０２の発光量（照射光Ｌｓの光量）を増大させ、発光側レンズ１０３の作用を増大させる必要がある。
【０００８】
つまり、発光側レンズ１０３の焦点距離および直径は、半導体発光ダイオードから発光された照射光Ｌｓを集光するためにかなり大きいものとなっており、受光側の位置検出受光素子１０４で測距に必要な光量を得るため発光側レンズ１０３の直径を大きくすることに加え半導体発光ダイオードをパルス駆動させるときの順方向電流と発光時間の積を大きくする必要があった。
【０００９】
また、半導体発光ダイオードは上述したとおり、素子の全方向へ照射光Ｌｓを放射することから、位置検出受光素子１０４、制御処理用集積回路１０７と同一の透光性樹脂封止パッケージに封止することはできなかった。
【００１０】
つまり、発光素子２を樹脂封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｅと、位置検出受光素子１０４および制御処理用集積回路１０７を樹脂封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｒとは、それぞれ個別に形成され、透光性樹脂封止パッケージ１０９ｅおよび透光性樹脂封止パッケージ１０９ｒを遮光性封止樹脂で形成された遮光性樹脂封止パッケージ１０９ｓで連結／一体化した後、センサーケース１０１ｃに嵌合していた。
【００１１】
図９は、従来の光学式測距センサの位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【００１２】
反射光Ｌｒは、測距対象物ＭＯの位置によって位置検出受光素子１０４での光スポットの位置を変動させ、検出電流Ｉ１、検出電流Ｉ２を変動させる。したがって、検出出力Ｐｓ＝検出電流Ｉ１／（検出電流Ｉ１＋検出電流Ｉ２）で定義される検出出力Ｐｓ（図９参照）を検出することによって、光学式測距センサ１０１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓを検出する構成としてある。
【００１３】
従来の位置検出受光素子４は、受光面（受光領域）が１つで、受光領域の抵抗値が均一であることから、距離Ｄｉｓに対して検出出力Ｐｓは反比例し、反比例曲線としての相関特性Ｃｒｅを示すこととなる。つまり、高精度に測距対象物ＭＯの距離を測定することは困難である。
【００１４】
図１０は、従来の光学式測距センサの発光素子からの照射光の広がりによる測距誤差の発生を説明する説明図である。
【００１５】
発光素子１０２（半導体発光ダイオード）からの照射光Ｌｓを発光側レンズ１０３で集光して平行光にしようとしてあるが、半導体発光ダイオードは、点光源でないことから、照射光Ｌｓは、ある程度の広がりを有する形態となる。
【００１６】
発光素子１０２および発光側レンズ１０３によって画定されるセンサ光軸Ｌａｘに対して、測距対象物ＭＯが、例えば位置検出受光素子１０４の反対側に離れて存在する場合、測距対象物ＭＯからの反射光Ｌｒが位置検出受光素子１０４へ入射して形成する光スポットの位置は、本来の距離Ｄｉｓより近い距離Ｄｉｓｉにある測距対象物ＭＯｉに対応するものとして測距され、測距誤差を生じるという問題がある。
【００１７】
上述したとおり、従来の光学式測距センサ１０１は、発光素子１０２として半導体発光ダイオードを適用している。したがって、測距に必要な測距対象物ＭＯ方向への照射光Ｌｓの光量が少ないことから、測距に必要な光量を実現するために、発光側レンズ１０３の焦点距離および発光側レンズ１０３の直径を大きくし、また、半導体発光ダイオードをパルス駆動するときの順方向電流と発光時間の積を大きくするなどの対策が必要であった。
【００１８】
また、発光素子１０２を封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｅおよび位置検出受光素子１０４を封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｒの間にそれぞれを遮光する遮光性樹脂封止パッケージ１０９ｓ（遮光部）を配置する必要があることから、光学式測距センサ１０１（センサーケース１０１ｃ）を小型化することは困難であった。
【００１９】
さらに、遠い位置にある黒い測距対象物ＭＯを測距する場合、照射光Ｌｓの光量不足に伴い、測距精度が低下するという問題があった。
【００２０】
なお、位置検出受光素子を適用した光学式測距センサとして、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平９−３１８３１５号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９８８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、照射光を発光する発光素子と、発光側レンズと、受光側レンズと、反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、発光素子の発光を制御し位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサであって、発光素子を面発光レーザとすることにより、小型化、高精度化、また、低消費電力化、低コスト化が可能な光学式測距センサを提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置であって、光学式測距センサを本発明に係る光学式測距センサで構成することにより、高精度に測距対象物の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置を提供することを他の目的とする。
【００２３】
また、本発明は、物体検出装置によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、物体検出装置を本発明に係る物体検出装置で構成することにより、高精度に機能させることが可能で利便性とデザイン性に優れた洗浄便座を提供することを他の目的とする。
【００２４】
また、本発明は、光学式測距センサの製造方法であって、発光素子、位置検出受光素子、および制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成し、発光側レンズと受光側レンズを有するセンサーケースに透光性樹脂封止パッケージを嵌合することにより、発光側レンズ、受光側レンズ、および透光性樹脂封止パッケージを高精度に位置合わせして結合し、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサを容易に形成することが可能な光学式測距センサの製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る光学式測距センサは、照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサであって、前記発光素子は、面発光レーザであることを特徴とする。
【００２６】
この構成により、指向性の高い照射光を測距対象物へ照射して指向性の高い反射光を測距対象物から受光することが可能となることから、小さい駆動電流で測距に十分な発光量を確保し、位置検出受光素子での位置検出精度を向上させて光学系を小型化できるので、小型で優れた測距特性を有する光学式測距センサとすることが可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、単一の透光性樹脂封止パッケージで封止されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、発光素子と位置検出受光素子との間に遮光部を配置する必要がないことから、発光素子、位置検出受光素子、および制御処理用集積回路の実装密度を向上させることが可能となり、小型化した光学式測距センサとすることができる。
【００２９】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、リードフレームに実装してあることを特徴とする。
【００３０】
この構成により、実装構造を簡略化できることから、信頼性が高く安価に製造できる光学式測距センサとすることが可能となる。
【００３１】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記透光性樹脂封止パッケージは、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズを保持するセンサーケースに嵌合させてあることを特徴とする。
【００３２】
この構成により、発光側レンズ、受光側レンズ、および透光性樹脂封止パッケージを高精度に位置合わせして結合することが可能となり、小型化、高精度化が容易となる。
【００３３】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記位置検出受光素子は、等しい面積で複数の受光領域に分割してあり、受光領域の分割数および各受光領域の抵抗値は、測距対象物までの距離と前記位置検出受光素子による検出出力との相関特性が直線状となるように構成してあることを特徴とする。
【００３４】
この構成により、測距対象物までの距離が遠い場合でも距離の変動に対する検出出力の変動を大きくすることが可能となることから、発光素子と位置検出受光素子との間隔を小さくした場合でも、遠距離に対する高精度の測距を行なうことができる。
【００３５】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記分割数は、３以上としてあることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、測距対象物までの距離と位置検出受光素子による検出出力との相関特性を確実に直線状とすることが可能となる。
【００３７】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記面発光レーザの指向角は、５度ないし２５度としてあることを特徴とする。
【００３８】
この構成により、発光側レンズを小型化した状態で遠距離にある測距対象物への照射光の集光を十分に行なうことが可能となり、小型化した高精度の光学式測距センサとすることが可能となる。
【００３９】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光側レンズの焦点距離は、１ｍｍないし４ｍｍとしてあることを特徴とする。
【００４０】
この構成により、小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００４１】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光側レンズの直径は、０．５ｍｍないし２ｍｍとしてあることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００４３】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記面発光レーザの発光波長は、赤外領域の波長であることを特徴とする。
【００４４】
この構成により、可視光によるノイズの影響を排除できることから、高精度で信頼性の高い測距を行なうことが可能となる。
【００４５】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記面発光レーザは、パルス駆動してあり、前記制御処理用集積回路は、前記面発光レーザの順方向電流と発光時間の積を調整して前記位置検出受光素子からの検出電流を処理する構成としてあることを特徴とする。
【００４６】
この構成により、測距対象物への距離に対応させた照射光を発光し、検出可能な反射光を得ることが可能となる。
【００４７】
本発明に係る物体検出装置は、光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置であって、前記光学式測距センサは、本発明に係る光学式測距センサであることを特徴とする。
【００４８】
この構成により、高精度に被検出物体の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置とすることができる。
【００４９】
本発明に係る洗浄便座は、物体検出装置によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、前記物体検出装置は、本発明に係る物体検出装置であることを特徴とする。
【００５０】
この構成により、高精度に機能させることが可能で利便性とデザイン性に優れた洗浄便座を提供することができる。
【００５１】
本発明に係る光学式測距センサの製造方法は、照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサの製造方法であって、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を実装するためのリードフレームを準備するリードフレーム準備工程と、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を前記リードフレームに実装する素子実装工程と、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成するパッケージ形成工程と、前記発光側レンズと前記受光側レンズを有するセンサーケースに前記透光性樹脂封止パッケージを嵌合するパッケージ嵌合工程とを備えることを特徴とする。
【００５２】
この構成により、発光側レンズ、受光側レンズ、および透光性樹脂封止パッケージを高精度に位置合わせして結合することが可能となり、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る光学式測距センサによれば、照射光を発光する発光素子と、発光側レンズと、受光側レンズと、反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、発光素子の発光を制御し位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備え、発光素子を面発光レーザとすることから、小型化、高精度化、また、低消費電力化、低コスト化が可能な光学式測距センサを実現することが可能となるという効果を奏する。
【００５４】
また、本発明に係る物体検出装置によれば、本発明に係る光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置とすることから、高精度に測距対象物の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置を実現することが可能となるという効果を奏する。
【００５５】
また、本発明に係る洗浄便座によれば、本発明に係る物体検出装置によって便座の利用状態を検出することから、高精度に機能し、利便性とデザイン請求項に優れた洗浄便座を実現することが可能となるという効果を奏する。
【００５６】
また、本発明に係る光学式測距センサの製造方法によれば、発光素子、位置検出受光素子、および制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成し、発光側レンズと受光側レンズを有するセンサーケースに透光性樹脂封止パッケージを嵌合することから、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサを容易に形成することが可能な光学式測距センサの製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５８】
＜実施の形態１＞
図１ないし図５に基づいて、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサおよびその製造方法について説明する。
【００５９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【００６０】
本実施の形態に係る光学式測距センサ１は、照射光Ｌｓを発光する発光素子２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子４（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）と、発光素子２の発光を制御し位置検出受光素子４の検出電流Ｉ１、Ｉ２（図３参照）を処理する制御処理用集積回路７とを備える。
【００６１】
発光素子２、発光側レンズ３、位置検出受光素子４、受光側レンズ５、制御処理用集積回路７は、センサーケース１ｃに収納してある。したがって、機構的強度を向上させて外部からの影響を排除することが可能となり、高精度の測距特性を得ることができる。
【００６２】
本実施の形態では、発光素子２は、面発光レーザで構成してある。したがって、指向性の高い照射光Ｌｓを測距対象物ＭＯへ照射して指向性の高い反射光Ｌｒを測距対象物ＭＯから受光することが可能となることから、小さい駆動電流で測距に十分な発光量を確保し、位置検出受光素子４での位置検出精度を向上させて光学系を小型化できるので、小型で優れた測距特性を有する光学式測距センサ１とすることが可能となる。
【００６３】
発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７は、単一の透光性樹脂封止パッケージ９で封止されている。
【００６４】
本実施の形態では、発光素子２として従来の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）ではなく面発光レーザを使用しているので、照射光Ｌｓは指向性が高く、素子の全方向へ照射されることはない。つまり、発光素子２を位置検出受光素子４と同一の透光性樹脂で封止しても面発光レーザから出射した照射光Ｌｓが位置検出受光素子４に直接入射することは無い。
【００６５】
したがって、発光素子２と位置検出受光素子４との間に遮光部を設ける必要がないことから、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７の実装密度を向上させることが可能となり、小型化した光学式測距センサ１を生産性良く安価に製造することができる。
【００６６】
発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７は、リードフレーム１０に実装してある。したがって、実装構造を簡略化できることから、信頼性が高く安価に製造できる光学式測距センサ１とすることが可能となる。発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７は、適宜のパターンにレイアウトされたリードフレーム１０に対する実装（ダイボンディング、ワイヤボンディング）を併せて実行した後、単一の透光性樹脂封止パッケージ９で実装する。透光性樹脂封止パッケージ９は、トランスファーモールドを適用して形成することが可能である。
【００６７】
透光性樹脂封止パッケージ９は、発光側レンズ３および受光側レンズ５を保持するセンサーケース１ｃに嵌合させてある。したがって、発光側レンズ３および受光側レンズ５に対して透光性樹脂封止パッケージ９を高精度に位置合わせすることが可能となり、小型化、高精度化が容易となる。透光性樹脂封止パッケージ９をセンサーケース１ｃに嵌合するときに、適宜の接着剤を用いることも可能である。
【００６８】
発光側レンズ３、受光側レンズ５は、センサーケース１ｃを２色成形で一体成形することにより同時に形成してある。つまり、センサーケース１ｃは、発光側レンズ３、受光側レンズ５を備えるレンズケースともなっている。
【００６９】
発光側レンズ３、受光側レンズ５は、可視光をカットする材質で形成してあり、外乱光としての可視光が照射されても位置検出受光素子４に影響を及ぼすことはない。また、発光側レンズ３、受光側レンズ５を除いた部分のセンサーケース１ｃは、可視光および赤外光ともに遮光する材質で形成してある。
【００７０】
発光素子２（面発光レーザ）の発光波長は、赤外領域の波長（例えば、０．７５〜１μｍ程度）としてある。したがって、可視光によるノイズの影響を排除できることから、高精度で信頼性の高い測距を行なうことが可能となる。また、位置検出受光素子４は、発光素子２の発光波長に対応させて赤外領域の波長に受光波長のピーク感度を有している。つまり、可視光によるノイズを発光側、受光側で共に排除することが可能であるので、高精度で信頼性の高い光学式測距センサ１とすることができる。
【００７１】
光学式測距センサ１は、発光素子２（発光側レンズ３）、測距対象物ＭＯ、位置検出受光素子４（受光側レンズ５）で三角形を構成することとなるので、位置検出受光素子４で検出される反射光Ｌｒの位置（光スポット位置）に応じた値となる位置検出受光素子４からの検出電流Ｉ１、検出電流Ｉ２（図３参照）を適用して、いわゆる三角測量方式による測距（距離検出）を行なうことが可能となる。
【００７２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子および発光側レンズの概略構造と作用を概念的に示す説明図である。
【００７３】
本実施の形態に係る面発光レーザ（発光素子２）の指向角θは、発光素子２および発光側レンズ３によって画定されるセンサ光軸Ｌａｘを中心として５度ないし２５度としてあることが望ましい。
【００７４】
つまり、面発光レーザ（発光素子２）の指向角θを５度ないし２５度の範囲内とすることによって、発光側レンズ３を小型化した状態で遠距離にある測距対象物ＭＯへの照射光Ｌｓの集光を十分に行なうことが可能となり、小型化した高精度の光学式測距センサ１とすることが可能となる。
【００７５】
指向角θに上限、下限を設定して限定する理由は、次のとおりである。つまり、指向角θが５度より小さい場合では、照射光Ｌｓのビームが細くなりすぎて測距対象物ＭＯに対して想定外の影響が生じる恐れがあり、あるいは、測距対象物ＭＯに対して高精度の位置合わせが必要になるという問題を生じる恐れがある。また、指向角θが２５度より大きい場合では、照射光Ｌｓのビームが太くなりすぎて測距対象物ＭＯからの反射光Ｌｒの分布位置（集光位置）がばらつき、高精度の測距が困難となる恐れがある。
【００７６】
発光側レンズ３の焦点距離Ｄｉｓｆは、１ｍｍないし４ｍｍとしてあることが望ましい。
【００７７】
つまり、発光素子２の指向角θに対応させて発光側レンズ３の焦点距離Ｄｉｓｆを設定することにより、光学式測距センサ１の小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００７８】
発光側レンズ３の直径φは、０．５ｍｍないし２ｍｍとしてあることが望ましい。
【００７９】
つまり、発光素子２の指向角θおよび発光側レンズ３の焦点距離Ｄｉｓｆに対応させて発光側レンズ３の直径φを設定することにより、光学式測距センサ１の小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００８０】
指向角θは発光素子２（面発光レーザ）を選択して設定することが可能である。また、焦点距離Ｄｉｓｆ、直径φは、指向角θに基づいて光学的に適宜調整することが可能であり、上述した数値に設定することにより、発光側レンズ３から測距対象物ＭＯへ照射される照射光Ｌｓは平行光とすることが可能となり、小型化、高精度化を容易に実現することができる。
【００８１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの位置検出受光素子の概略平面構造と作用を概念的に示す説明図である。
【００８２】
位置検出受光素子４の受光面は、等しい面積で複数の受光領域４ｒに分割してある。例えば、受光領域４ｒは、５つに分割され、発光素子２に対して遠い方から順に第１受光領域４ｒａ、第２受光領域４ｒｂ、第３受光領域４ｒｃ、第４受光領域４ｒｄ、第５受光領域４ｒｅで構成してある。以下、第１受光領域４ｒａ、第２受光領域４ｒｂ、第３受光領域４ｒｃ、第４受光領域４ｒｄ、第５受光領域４ｒｅを区別する必要が無い場合は、単に受光領域４ｒとすることがある。
【００８３】
また、出力端子４ｔｆおよび出力端子４ｔｓから見た各受光領域４ｒの抵抗値Ｒは、それぞれ異なる値としてある。つまり、第１受光領域４ｒａは第１抵抗値Ｒ１を、第２受光領域４ｒｂは第２抵抗値Ｒ２を、第３受光領域４ｒｃは第３抵抗値Ｒ３を、第４受光領域４ｒｄは第４抵抗値Ｒ４を、第５受光領域４ｒｅは第５抵抗値Ｒ５をそれぞれ有する。以下、第１抵抗値Ｒ１、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４、第５抵抗値Ｒ５を区別する必要が無い場合は、単に抵抗値Ｒとすることがある。
【００８４】
例えば、第１抵抗値Ｒ１、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４、第５抵抗値Ｒ５を合計した合計抵抗値Ｒｔを１００（出力端子４ｔｆ、出力端子４ｔｓ間での抵抗値）とした場合に、本実施の形態では、第１抵抗値Ｒ１＝２、第２抵抗値Ｒ２＝３、第３抵抗値Ｒ３＝５、第４抵抗値Ｒ４＝１０、第５抵抗値Ｒ５＝８０としてある。
【００８５】
つまり、受光領域４ｒの配置に従って抵抗値Ｒを順次徐々に変化させてある。上述した数値での抵抗値Ｒの変化の状態を、受光領域４ｒの配置状態（第１受光領域４ｒａ、第２受光領域４ｒｂ、第３受光領域４ｒｃ、第４受光領域４ｒｄ、第５受光領域４ｒｅ）に対応させて図３のグラフで示してある。
【００８６】
受光領域４ｒの配置方向の両端で位置検出受光素子４は、受光領域４ｒの光電変換効果により出力端子４ｔｆ（発光素子２から遠い側に配置）で検出電流Ｉ１を検出し、出力端子４ｔｓ（発光素子２に近い側に配置）で検出電流Ｉ２を検出する。
【００８７】
発光素子２から発光された照射光Ｌｓは、発光側レンズ３で集光され測距対象物ＭＯに照射される。測距対象物ＭＯに照射された照射光Ｌｓは、測距対象物ＭＯによって反射光Ｌｒを生じる。光学式測距センサ１は、測距対象物ＭＯから反射された反射光Ｌｒを受光側レンズ５によって集光することにより、位置検出受光素子４の受光領域４ｒに光スポット（反射光Ｌｒの入射位置）を形成させる。
【００８８】
つまり、光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが変動すると受光領域４ｒでの光スポットの位置が変わるので、検出電流Ｉ１および検出電流Ｉ２に対して、検出出力Ｐｓ＝検出電流Ｉ１／（検出電流Ｉ１＋検出電流Ｉ２）で定義した検出出力Ｐｓを求めることにより、距離Ｄｉｓを測定することが可能となる。
【００８９】
受光領域４ｒ（受光面）が１つで抵抗値Ｒが単一としてある場合、検出出力Ｐｓは光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓに反比例する（従来例の図９参照）。しかし、本実施の形態では、上述したとおり、受光領域４ｒを複数として受光領域４ｒの抵抗値Ｒを順次、徐々に異ならせてある。
【００９０】
すなわち、発光素子２に近い側、つまり測距対象物ＭＯが遠いところにある場合に反射光Ｌｒが入射する位置（例えば受光領域４ｒｅ）のほうが大きい抵抗値Ｒで、発光素子２から遠い側、つまり測距対象物ＭＯが近いところにある場合に反射光Ｌｒが入射する位置（例えば受光領域４ｒａ）のほうが小さい抵抗値Ｒとしてある。
【００９１】
位置検出受光素子４では、第５受光領域４ｒｅが発光素子２に最も近く、第１受光領域４ｒａが発光素子２から最も遠い。つまり、上述したとおり、第５抵抗値Ｒ５（＝８０）＞第４抵抗値Ｒ４（＝１０）、第４抵抗値Ｒ４（＝１０）＞第３抵抗値Ｒ３（＝５）、第３抵抗値Ｒ３（＝５）＞第２抵抗値Ｒ２（＝３）、第２抵抗値Ｒ２（＝３）＞第１抵抗値Ｒ１（＝２）としてある。
【００９２】
光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが一定の距離変動する場合、測距対象物ＭＯが遠いところにある場合より近いところにある場合の方が位置検出受光素子４（受光領域４ｒ）の光スポットの位置変化量が大きい（従来例の図９参照）。
【００９３】
したがって、光スポットの位置変化量が大きいところの抵抗値Ｒを小さく、光スポットの位置変化量が小さいところの抵抗値Ｒを大きく構成する（例えば、上述したとおり、第５抵抗値Ｒ５を８０、第１抵抗値Ｒ１を２としてある。）。
【００９４】
図４は、図３に示した位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【００９５】
図４は、横軸に光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓ（つまり、距離Ｄｉｓに対応した光スポット位置となる第１受光領域４ｒａ〜第５受光領域４ｒｅ）を、縦軸に検出出力Ｐｓを示している。
【００９６】
上述したとおり、本実施の形態に係る光学式測距センサ１が備える位置検出受光素子４は、等しい面積で複数の受光領域４ｒに分割してあり、受光領域４ｒの分割数および各受光領域４ｒの抵抗値Ｒは、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓと位置検出受光素子４による検出出力Ｐｓとの相関特性Ｃｒｅが直線状となるように構成してある。
【００９７】
つまり、位置検出受光素子４を図３で示した構成とすることによって、光学式測距センサ１が有する「距離Ｄｉｓと検出出力Ｐｓとの相関関係」は、ほぼ正比例することとなり、直線状の相関特性Ｃｒｅで表される。なお、相関特性Ｃｒｅが直線状であることを示すために、直線である参考直線Ｃｉｍを併せて図示してある。
【００９８】
したがって、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが比較的遠い場合でも距離Ｄｉｓの変動に対する検出出力Ｐｓの変動を大きくすることが可能となる。つまり、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが近い場合と同様の直線状とすることが可能となることから、発光素子２と位置検出受光素子４との間隔を小さくした場合でも、遠い位置の距離Ｄｉｓに対する高精度の測距を行なうことができる。
【００９９】
本実施の形態に係る位置検出受光素子４を適用しない場合（従来例の位置検出受光素子１０４）は比較的遠い測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓを測定するためには光学式測距センサ１０１を構成する発光素子１０２と位置検出受光素子１０４との間隔を大きくとる必要があり、光学式測距センサの大型化が避けられなかったが、本実施の形態に係る位置検出受光素子４を適用することにより発光素子２と位置検出受光素子４との間隔を小さくしても遠距離まで精度の良い測距特性を実現することが可能となる。
【０１００】
なお、位置検出受光素子４の受光面の分割数は、３以上としてあることが望ましい。つまり、少なくとも遠い距離／中間の距離／近い距離に対して相関特性Ｃｒｅの直線性を実現することが可能となり、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓと位置検出受光素子４による検出出力Ｐｓとについての直線状の相関特性を確実に実現することが可能となる。
【０１０１】
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子を駆動する駆動波形を示す波形図である。
【０１０２】
制御処理用集積回路７は、適宜の期間内で適宜の回数だけ発光素子２をパルス駆動することによってパルス発光させ、また、発光素子２の発光タイミングに同期して位置検出受光素子４から出力される検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理して求めた検出出力Ｐｓを有効信号として抽出しパルス発光回数分の平均値として出力する。
【０１０３】
したがって、定常的な外乱光が位置検出受光素子４に入射しても、外乱光による影響を排除し、高精度の測距（測距対象物ＭＯの検出）が可能となる。
【０１０４】
発光素子２として従来のＬＥＤ（半導体発光ダイオード）を使用した場合、半導体発光ダイオードは素子の全方向へ照射光Ｌｓが放射されることから測距に必要な測距対象物ＭＯの方向への光量が少なくなり、順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎを大きくする必要があった。例えば、測距範囲の最大距離が１．５ｍの場合、順方向電流Ｉｆ＝３００ｍＡ、発光時間Ｔｏｎ＝１２０μｓ、つまり、順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積は３６μｓ・Ａが必要であった。
【０１０５】
これに対し、本実施の形態では、測距範囲の最大距離が１．５ｍの場合、例えば、面発光レーザをパルス駆動するときの順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積（測距に必要なトータル光量に対応する。）は５μｓｅｃ・Ａ以下とすることが可能であった（この積は最大距離が変化すればその２乗に比例して変化する）。
【０１０６】
つまり、発光素子２を面発光レーザで構成した場合、照射光Ｌｓの指向性は例えば５度ないし２５度（全放射ビームが５度ないし２５度の範囲内に入る）程度とすることが可能であることから、ほぼ全ての照射光Ｌｓを効率よく集光して利用することができる。したがって、順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積を小さくでき、結果として消費電流を低減することが可能となる。
【０１０７】
上述したとおり、発光素子２（面発光レーザ）は、パルス駆動してあり、制御処理用集積回路７は、面発光レーザの順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積を調整して位置検出受光素子４からの検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する構成としてある。したがって、測距対象物ＭＯへの距離に対応させた照射光Ｌｓを発光し、検出可能な反射光Ｌｒを得ることが可能となる。
【０１０８】
なお、本実施の形態に係る光学式測距センサ１は、上述した構成から明らかなように次に示す、リードフレーム準備工程、素子実装工程、パッケージ形成工程、パッケージ嵌合工程を主要工程として製造することが可能である。
【０１０９】
つまり、本実施の形態に係る光学式測距センサ１の製造方法は、照射光Ｌｓを発光する発光素子２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子４と、発光素子２の発光を制御し位置検出受光素子４の検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する制御処理用集積回路７とを備える光学式測距センサ１の製造方法である。
【０１１０】
また、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７を実装するためのリードフレーム１０を準備するリードフレーム準備工程と、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７をリードフレーム１０に実装する素子実装工程と、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージ９を形成するパッケージ形成工程と、発光側レンズ３と受光側レンズ５を有するセンサーケース１ｃに透光性樹脂封止パッケージ９を嵌合するパッケージ嵌合工程とを備える。
【０１１１】
この構成により、発光側レンズ３、受光側レンズ５、および透光性樹脂封止パッケージ９を高精度に位置合わせして結合することが可能となり、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサ１を容易に形成することができる。
【０１１２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１に係る光学式測距センサ１は、測距対象物ＭＯからの反射光Ｌｒを検出して光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離を検出することから、そのままで、所定の距離の範囲内に測距対象物ＭＯ（被検出物体）が存在するか否かを検出する物体検出装置２１（図６参照）としても適用することが可能となる。
【０１１３】
つまり、実施の形態１に係る光学式測距センサ１を適用した物体検出装置２１は、高精度に被検出物体の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置２１とすることができる。
【０１１４】
＜実施の形態３＞
図６に基づいて、本発明の実施の形態３に係る洗浄便座について説明する。
【０１１５】
図６は、本発明の実施の形態３に係る洗浄便座を概念的に示す斜視図である。
【０１１６】
本実施の形態に係る洗浄便座３０では、実施の形態２に係る物体検出装置２１（実施の形態１に係る光学式測距センサ１）は、例えば、洗浄便座３０の本体部３１に装着してある。洗浄便座３０（特に温水洗浄便座）は、便座に人が座っているかどうかを検出し人が座っていれば所定の機能（例えば、洗浄水を温める。）を動作させるシステムとしてある。
【０１１７】
つまり、本実施の形態に係る洗浄便座３０は、物体検出装置２１によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、物体検出装置２１は、実施の形態２に係る物体検出装置２１であることを特徴とする。
【０１１８】
実施の形態１、実施の形態２で示したとおり、光学式測距センサ１、物体検出装置２１は、小型化、高精度化することか可能である。したがって、本実施の形態に係る洗浄便座３０は、高精度に機能させることが可能で利便性とデザイン性に優れた洗浄便座３０とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子および発光側レンズの概略構造と作用を概念的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの位置検出受光素子の概略平面構造と作用を概念的に示す説明図である。
【図４】図３に示した位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子を駆動する駆動波形を示す波形図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る洗浄便座を概念的に示す斜視図である。
【図７】従来の光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【図８】従来の光学式測距センサによる三角測量方式の概念を説明する概念図である。
【図９】従来の光学式測距センサの位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【図１０】従来の光学式測距センサの発光素子からの照射光の広がりによる測距誤差の発生を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 光学式測距センサ
１ｃ センサーケース
２ 発光素子（面発光レーザ）
３ 発光側レンズ
４ 位置検出受光素子
４ｒ 受光領域
４ｒａ 第１受光領域
４ｒｂ 第２受光領域
４ｒｃ 第３受光領域
４ｒｄ 第４受光領域
４ｒｅ 第５受光領域
４ｔｆ 出力端子
４ｔｓ 出力端子
５ 受光側レンズ
７ 制御処理用集積回路
９ 透光性樹脂封止パッケージ
１０ リードフレーム
２１ 物体検出装置
３０ 洗浄便座
３１ 本体部
Ｃｉｍ 参考直線
Ｃｒｅ 相関特性
Ｄｉｓ 距離
Ｄｉｓｆ 焦点距離
Ｉ１ 検出電流
Ｉ２ 検出電流
Ｉｆ 順方向電流
Ｌａｘ センサ光軸
Ｌｒ 反射光
Ｌｓ 照射光
ＭＯ 測距対象物（被検出物体）
Ｐｓ 検出出力
Ｒ 抵抗値
Ｒｔ 合計抵抗値
Ｒ１ 第１抵抗値
Ｒ２ 第２抵抗値
Ｒ３ 第３抵抗値
Ｒ４ 第４抵抗値
Ｒ５ 第５抵抗値
Ｔｏｎ 発光時間
θ 指向角
φ 直径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距対象物までの距離を検出する光学式測距センサ、そのような光学式測距センサを適用した物体検出装置、洗浄便座、およびそのような光学式測距センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子から測距対象物へ照射光を照射し、測距対象物からの反射光の位置を位置検出受光素子で検出して、三角測量方式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が知られている。
【０００３】
図７は、従来の光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【０００４】
図８は、従来の光学式測距センサによる三角測量方式の概念を説明する概念図である。
【０００５】
従来の光学式測距センサ１０１は、照射光Ｌｓを発光する発光素子１０２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ１０３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ１０５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子１０４（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）と、発光素子１０２の発光を制御し位置検出受光素子１０４からの検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する制御処理用集積回路１０７とを備える。
【０００６】
照射光Ｌｓは、測距対象物ＭＯで反射して反射光Ｌｒとなり、反射光Ｌｒは、位置検出受光素子１０４の受光面に光スポットを形成し、位置検出受光素子１０４の出力端子から検出電流Ｉ１、検出電流Ｉ２として検出される。
【０００７】
従来の発光素子１０２は、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）で構成してある。半導体発光ダイオードは、素子の全方向へ照射光Ｌｓを放射することから、測距対象物ＭＯへ必要な照射光Ｌｓを照射するために、発光素子１０２の発光量（照射光Ｌｓの光量）を増大させ、発光側レンズ１０３の作用を増大させる必要がある。
【０００８】
つまり、発光側レンズ１０３の焦点距離および直径は、半導体発光ダイオードから発光された照射光Ｌｓを集光するためにかなり大きいものとなっており、受光側の位置検出受光素子１０４で測距に必要な光量を得るため発光側レンズ１０３の直径を大きくすることに加え半導体発光ダイオードをパルス駆動させるときの順方向電流と発光時間の積を大きくする必要があった。
【０００９】
また、半導体発光ダイオードは上述したとおり、素子の全方向へ照射光Ｌｓを放射することから、位置検出受光素子１０４、制御処理用集積回路１０７と同一の透光性樹脂封止パッケージに封止することはできなかった。
【００１０】
つまり、発光素子２を樹脂封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｅと、位置検出受光素子１０４および制御処理用集積回路１０７を樹脂封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｒとは、それぞれ個別に形成され、透光性樹脂封止パッケージ１０９ｅおよび透光性樹脂封止パッケージ１０９ｒを遮光性封止樹脂で形成された遮光性樹脂封止パッケージ１０９ｓで連結／一体化した後、センサーケース１０１ｃに嵌合していた。
【００１１】
図９は、従来の光学式測距センサの位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【００１２】
反射光Ｌｒは、測距対象物ＭＯの位置によって位置検出受光素子１０４での光スポットの位置を変動させ、検出電流Ｉ１、検出電流Ｉ２を変動させる。したがって、検出出力Ｐｓ＝検出電流Ｉ１／（検出電流Ｉ１＋検出電流Ｉ２）で定義される検出出力Ｐｓ（図９参照）を検出することによって、光学式測距センサ１０１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓを検出する構成としてある。
【００１３】
従来の位置検出受光素子４は、受光面（受光領域）が１つで、受光領域の抵抗値が均一であることから、距離Ｄｉｓに対して検出出力Ｐｓは反比例し、反比例曲線としての相関特性Ｃｒｅを示すこととなる。つまり、高精度に測距対象物ＭＯの距離を測定することは困難である。
【００１４】
図１０は、従来の光学式測距センサの発光素子からの照射光の広がりによる測距誤差の発生を説明する説明図である。
【００１５】
発光素子１０２（半導体発光ダイオード）からの照射光Ｌｓを発光側レンズ１０３で集光して平行光にしようとしてあるが、半導体発光ダイオードは、点光源でないことから、照射光Ｌｓは、ある程度の広がりを有する形態となる。
【００１６】
発光素子１０２および発光側レンズ１０３によって画定されるセンサ光軸Ｌａｘに対して、測距対象物ＭＯが、例えば位置検出受光素子１０４の反対側に離れて存在する場合、測距対象物ＭＯからの反射光Ｌｒが位置検出受光素子１０４へ入射して形成する光スポットの位置は、本来の距離Ｄｉｓより近い距離Ｄｉｓｉにある測距対象物ＭＯｉに対応するものとして測距され、測距誤差を生じるという問題がある。
【００１７】
上述したとおり、従来の光学式測距センサ１０１は、発光素子１０２として半導体発光ダイオードを適用している。したがって、測距に必要な測距対象物ＭＯ方向への照射光Ｌｓの光量が少ないことから、測距に必要な光量を実現するために、発光側レンズ１０３の焦点距離および発光側レンズ１０３の直径を大きくし、また、半導体発光ダイオードをパルス駆動するときの順方向電流と発光時間の積を大きくするなどの対策が必要であった。
【００１８】
また、発光素子１０２を封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｅおよび位置検出受光素子１０４を封止する透光性樹脂封止パッケージ１０９ｒの間にそれぞれを遮光する遮光性樹脂封止パッケージ１０９ｓ（遮光部）を配置する必要があることから、光学式測距センサ１０１（センサーケース１０１ｃ）を小型化することは困難であった。
【００１９】
さらに、遠い位置にある黒い測距対象物ＭＯを測距する場合、照射光Ｌｓの光量不足に伴い、測距精度が低下するという問題があった。
【００２０】
なお、位置検出受光素子を適用した光学式測距センサとして、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平９−３１８３１５号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９８８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、照射光を発光する発光素子と、発光側レンズと、受光側レンズと、反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、発光素子の発光を制御し位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサであって、発光素子を面発光レーザとすることにより、小型化、高精度化、また、低消費電力化、低コスト化が可能な光学式測距センサを提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置であって、光学式測距センサを本発明に係る光学式測距センサで構成することにより、高精度に測距対象物の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置を提供することを他の目的とする。
【００２３】
また、本発明は、物体検出装置によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、物体検出装置を本発明に係る物体検出装置で構成することにより、高精度に機能させることが可能で利便性とデザイン性に優れた洗浄便座を提供することを他の目的とする。
【００２４】
また、本発明は、光学式測距センサの製造方法であって、発光素子、位置検出受光素子、および制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成し、発光側レンズと受光側レンズを有するセンサーケースに透光性樹脂封止パッケージを嵌合することにより、発光側レンズ、受光側レンズ、および透光性樹脂封止パッケージを高精度に位置合わせして結合し、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサを容易に形成することが可能な光学式測距センサの製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る光学式測距センサは、照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサであって、前記発光素子は、面発光レーザであることを特徴とする。
【００２６】
この構成により、指向性の高い照射光を測距対象物へ照射して指向性の高い反射光を測距対象物から受光することが可能となることから、小さい駆動電流で測距に十分な発光量を確保し、位置検出受光素子での位置検出精度を向上させて光学系を小型化できるので、小型で優れた測距特性を有する光学式測距センサとすることが可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、単一の透光性樹脂封止パッケージで封止されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、発光素子と位置検出受光素子との間に遮光部を配置する必要がないことから、発光素子、位置検出受光素子、および制御処理用集積回路の実装密度を向上させることが可能となり、小型化した光学式測距センサとすることができる。
【００２９】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、リードフレームに実装してあることを特徴とする。
【００３０】
この構成により、実装構造を簡略化できることから、信頼性が高く安価に製造できる光学式測距センサとすることが可能となる。
【００３１】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記透光性樹脂封止パッケージは、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズを保持するセンサーケースに嵌合させてあることを特徴とする。
【００３２】
この構成により、発光側レンズ、受光側レンズ、および透光性樹脂封止パッケージを高精度に位置合わせして結合することが可能となり、小型化、高精度化が容易となる。
【００３３】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記位置検出受光素子は、等しい面積で複数の受光領域に分割してあり、受光領域の分割数および各受光領域の抵抗値は、測距対象物までの距離と前記位置検出受光素子による検出出力との相関特性が直線状となるように構成してあることを特徴とする。
【００３４】
この構成により、測距対象物までの距離が遠い場合でも距離の変動に対する検出出力の変動を大きくすることが可能となることから、発光素子と位置検出受光素子との間隔を小さくした場合でも、遠距離に対する高精度の測距を行なうことができる。
【００３５】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記分割数は、３以上としてあることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、測距対象物までの距離と位置検出受光素子による検出出力との相関特性を確実に直線状とすることが可能となる。
【００３７】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記面発光レーザの指向角は、５度ないし２５度としてあることを特徴とする。
【００３８】
この構成により、発光側レンズを小型化した状態で遠距離にある測距対象物への照射光の集光を十分に行なうことが可能となり、小型化した高精度の光学式測距センサとすることが可能となる。
【００３９】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光側レンズの焦点距離は、１ｍｍないし４ｍｍとしてあることを特徴とする。
【００４０】
この構成により、小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００４１】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記発光側レンズの直径は、０．５ｍｍないし２ｍｍとしてあることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００４３】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記面発光レーザの発光波長は、赤外領域の波長であることを特徴とする。
【００４４】
この構成により、可視光によるノイズの影響を排除できることから、高精度で信頼性の高い測距を行なうことが可能となる。
【００４５】
また、本発明に係る光学式測距センサでは、前記面発光レーザは、パルス駆動してあり、前記制御処理用集積回路は、前記面発光レーザの順方向電流と発光時間の積を調整して前記位置検出受光素子からの検出電流を処理する構成としてあることを特徴とする。
【００４６】
この構成により、測距対象物への距離に対応させた照射光を発光し、検出可能な反射光を得ることが可能となる。
【００４７】
本発明に係る物体検出装置は、光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置であって、前記光学式測距センサは、本発明に係る光学式測距センサであることを特徴とする。
【００４８】
この構成により、高精度に被検出物体の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置とすることができる。
【００４９】
本発明に係る洗浄便座は、物体検出装置によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、前記物体検出装置は、本発明に係る物体検出装置であることを特徴とする。
【００５０】
この構成により、高精度に機能させることが可能で利便性とデザイン性に優れた洗浄便座を提供することができる。
【００５１】
本発明に係る光学式測距センサの製造方法は、照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサの製造方法であって、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を実装するためのリードフレームを準備するリードフレーム準備工程と、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を前記リードフレームに実装する素子実装工程と、前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成するパッケージ形成工程と、前記発光側レンズと前記受光側レンズを有するセンサーケースに前記透光性樹脂封止パッケージを嵌合するパッケージ嵌合工程とを備えることを特徴とする。
【００５２】
この構成により、発光側レンズ、受光側レンズ、および透光性樹脂封止パッケージを高精度に位置合わせして結合することが可能となり、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る光学式測距センサによれば、照射光を発光する発光素子と、発光側レンズと、受光側レンズと、反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、発光素子の発光を制御し位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備え、発光素子を面発光レーザとすることから、小型化、高精度化、また、低消費電力化、低コスト化が可能な光学式測距センサを実現することが可能となるという効果を奏する。
【００５４】
また、本発明に係る物体検出装置によれば、本発明に係る光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置とすることから、高精度に測距対象物の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置を実現することが可能となるという効果を奏する。
【００５５】
また、本発明に係る洗浄便座によれば、本発明に係る物体検出装置によって便座の利用状態を検出することから、高精度に機能し、利便性とデザイン請求項に優れた洗浄便座を実現することが可能となるという効果を奏する。
【００５６】
また、本発明に係る光学式測距センサの製造方法によれば、発光素子、位置検出受光素子、および制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成し、発光側レンズと受光側レンズを有するセンサーケースに透光性樹脂封止パッケージを嵌合することから、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサを容易に形成することが可能な光学式測距センサの製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５８】
＜実施の形態１＞
図１ないし図５に基づいて、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサおよびその製造方法について説明する。
【００５９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【００６０】
本実施の形態に係る光学式測距センサ１は、照射光Ｌｓを発光する発光素子２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子４（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）と、発光素子２の発光を制御し位置検出受光素子４の検出電流Ｉ１、Ｉ２（図３参照）を処理する制御処理用集積回路７とを備える。
【００６１】
発光素子２、発光側レンズ３、位置検出受光素子４、受光側レンズ５、制御処理用集積回路７は、センサーケース１ｃに収納してある。したがって、機構的強度を向上させて外部からの影響を排除することが可能となり、高精度の測距特性を得ることができる。
【００６２】
本実施の形態では、発光素子２は、面発光レーザで構成してある。したがって、指向性の高い照射光Ｌｓを測距対象物ＭＯへ照射して指向性の高い反射光Ｌｒを測距対象物ＭＯから受光することが可能となることから、小さい駆動電流で測距に十分な発光量を確保し、位置検出受光素子４での位置検出精度を向上させて光学系を小型化できるので、小型で優れた測距特性を有する光学式測距センサ１とすることが可能となる。
【００６３】
発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７は、単一の透光性樹脂封止パッケージ９で封止されている。
【００６４】
本実施の形態では、発光素子２として従来の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）ではなく面発光レーザを使用しているので、照射光Ｌｓは指向性が高く、素子の全方向へ照射されることはない。つまり、発光素子２を位置検出受光素子４と同一の透光性樹脂で封止しても面発光レーザから出射した照射光Ｌｓが位置検出受光素子４に直接入射することは無い。
【００６５】
したがって、発光素子２と位置検出受光素子４との間に遮光部を設ける必要がないことから、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７の実装密度を向上させることが可能となり、小型化した光学式測距センサ１を生産性良く安価に製造することができる。
【００６６】
発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７は、リードフレーム１０に実装してある。したがって、実装構造を簡略化できることから、信頼性が高く安価に製造できる光学式測距センサ１とすることが可能となる。発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７は、適宜のパターンにレイアウトされたリードフレーム１０に対する実装（ダイボンディング、ワイヤボンディング）を併せて実行した後、単一の透光性樹脂封止パッケージ９で実装する。透光性樹脂封止パッケージ９は、トランスファーモールドを適用して形成することが可能である。
【００６７】
透光性樹脂封止パッケージ９は、発光側レンズ３および受光側レンズ５を保持するセンサーケース１ｃに嵌合させてある。したがって、発光側レンズ３および受光側レンズ５に対して透光性樹脂封止パッケージ９を高精度に位置合わせすることが可能となり、小型化、高精度化が容易となる。透光性樹脂封止パッケージ９をセンサーケース１ｃに嵌合するときに、適宜の接着剤を用いることも可能である。
【００６８】
発光側レンズ３、受光側レンズ５は、センサーケース１ｃを２色成形で一体成形することにより同時に形成してある。つまり、センサーケース１ｃは、発光側レンズ３、受光側レンズ５を備えるレンズケースともなっている。
【００６９】
発光側レンズ３、受光側レンズ５は、可視光をカットする材質で形成してあり、外乱光としての可視光が照射されても位置検出受光素子４に影響を及ぼすことはない。また、発光側レンズ３、受光側レンズ５を除いた部分のセンサーケース１ｃは、可視光および赤外光ともに遮光する材質で形成してある。
【００７０】
発光素子２（面発光レーザ）の発光波長は、赤外領域の波長（例えば、０．７５〜１μｍ程度）としてある。したがって、可視光によるノイズの影響を排除できることから、高精度で信頼性の高い測距を行なうことが可能となる。また、位置検出受光素子４は、発光素子２の発光波長に対応させて赤外領域の波長に受光波長のピーク感度を有している。つまり、可視光によるノイズを発光側、受光側で共に排除することが可能であるので、高精度で信頼性の高い光学式測距センサ１とすることができる。
【００７１】
光学式測距センサ１は、発光素子２（発光側レンズ３）、測距対象物ＭＯ、位置検出受光素子４（受光側レンズ５）で三角形を構成することとなるので、位置検出受光素子４で検出される反射光Ｌｒの位置（光スポット位置）に応じた値となる位置検出受光素子４からの検出電流Ｉ１、検出電流Ｉ２（図３参照）を適用して、いわゆる三角測量方式による測距（距離検出）を行なうことが可能となる。
【００７２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子および発光側レンズの概略構造と作用を概念的に示す説明図である。
【００７３】
本実施の形態に係る面発光レーザ（発光素子２）の指向角θは、発光素子２および発光側レンズ３によって画定されるセンサ光軸Ｌａｘを中心として５度ないし２５度としてあることが望ましい。
【００７４】
つまり、面発光レーザ（発光素子２）の指向角θを５度ないし２５度の範囲内とすることによって、発光側レンズ３を小型化した状態で遠距離にある測距対象物ＭＯへの照射光Ｌｓの集光を十分に行なうことが可能となり、小型化した高精度の光学式測距センサ１とすることが可能となる。
【００７５】
指向角θに上限、下限を設定して限定する理由は、次のとおりである。つまり、指向角θが５度より小さい場合では、照射光Ｌｓのビームが細くなりすぎて測距対象物ＭＯに対して想定外の影響が生じる恐れがあり、あるいは、測距対象物ＭＯに対して高精度の位置合わせが必要になるという問題を生じる恐れがある。また、指向角θが２５度より大きい場合では、照射光Ｌｓのビームが太くなりすぎて測距対象物ＭＯからの反射光Ｌｒの分布位置（集光位置）がばらつき、高精度の測距が困難となる恐れがある。
【００７６】
発光側レンズ３の焦点距離Ｄｉｓｆは、１ｍｍないし４ｍｍとしてあることが望ましい。
【００７７】
つまり、発光素子２の指向角θに対応させて発光側レンズ３の焦点距離Ｄｉｓｆを設定することにより、光学式測距センサ１の小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００７８】
発光側レンズ３の直径φは、０．５ｍｍないし２ｍｍとしてあることが望ましい。
【００７９】
つまり、発光素子２の指向角θおよび発光側レンズ３の焦点距離Ｄｉｓｆに対応させて発光側レンズ３の直径φを設定することにより、光学式測距センサ１の小型化と高精度化の両立を図ることが可能となる。
【００８０】
指向角θは発光素子２（面発光レーザ）を選択して設定することが可能である。また、焦点距離Ｄｉｓｆ、直径φは、指向角θに基づいて光学的に適宜調整することが可能であり、上述した数値に設定することにより、発光側レンズ３から測距対象物ＭＯへ照射される照射光Ｌｓは平行光とすることが可能となり、小型化、高精度化を容易に実現することができる。
【００８１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの位置検出受光素子の概略平面構造と作用を概念的に示す説明図である。
【００８２】
位置検出受光素子４の受光面は、等しい面積で複数の受光領域４ｒに分割してある。例えば、受光領域４ｒは、５つに分割され、発光素子２に対して遠い方から順に第１受光領域４ｒａ、第２受光領域４ｒｂ、第３受光領域４ｒｃ、第４受光領域４ｒｄ、第５受光領域４ｒｅで構成してある。以下、第１受光領域４ｒａ、第２受光領域４ｒｂ、第３受光領域４ｒｃ、第４受光領域４ｒｄ、第５受光領域４ｒｅを区別する必要が無い場合は、単に受光領域４ｒとすることがある。
【００８３】
また、出力端子４ｔｆおよび出力端子４ｔｓから見た各受光領域４ｒの抵抗値Ｒは、それぞれ異なる値としてある。つまり、第１受光領域４ｒａは第１抵抗値Ｒ１を、第２受光領域４ｒｂは第２抵抗値Ｒ２を、第３受光領域４ｒｃは第３抵抗値Ｒ３を、第４受光領域４ｒｄは第４抵抗値Ｒ４を、第５受光領域４ｒｅは第５抵抗値Ｒ５をそれぞれ有する。以下、第１抵抗値Ｒ１、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４、第５抵抗値Ｒ５を区別する必要が無い場合は、単に抵抗値Ｒとすることがある。
【００８４】
例えば、第１抵抗値Ｒ１、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４、第５抵抗値Ｒ５を合計した合計抵抗値Ｒｔを１００（出力端子４ｔｆ、出力端子４ｔｓ間での抵抗値）とした場合に、本実施の形態では、第１抵抗値Ｒ１＝２、第２抵抗値Ｒ２＝３、第３抵抗値Ｒ３＝５、第４抵抗値Ｒ４＝１０、第５抵抗値Ｒ５＝８０としてある。
【００８５】
つまり、受光領域４ｒの配置に従って抵抗値Ｒを順次徐々に変化させてある。上述した数値での抵抗値Ｒの変化の状態を、受光領域４ｒの配置状態（第１受光領域４ｒａ、第２受光領域４ｒｂ、第３受光領域４ｒｃ、第４受光領域４ｒｄ、第５受光領域４ｒｅ）に対応させて図３のグラフで示してある。
【００８６】
受光領域４ｒの配置方向の両端で位置検出受光素子４は、受光領域４ｒの光電変換効果により出力端子４ｔｆ（発光素子２から遠い側に配置）で検出電流Ｉ１を検出し、出力端子４ｔｓ（発光素子２に近い側に配置）で検出電流Ｉ２を検出する。
【００８７】
発光素子２から発光された照射光Ｌｓは、発光側レンズ３で集光され測距対象物ＭＯに照射される。測距対象物ＭＯに照射された照射光Ｌｓは、測距対象物ＭＯによって反射光Ｌｒを生じる。光学式測距センサ１は、測距対象物ＭＯから反射された反射光Ｌｒを受光側レンズ５によって集光することにより、位置検出受光素子４の受光領域４ｒに光スポット（反射光Ｌｒの入射位置）を形成させる。
【００８８】
つまり、光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが変動すると受光領域４ｒでの光スポットの位置が変わるので、検出電流Ｉ１および検出電流Ｉ２に対して、検出出力Ｐｓ＝検出電流Ｉ１／（検出電流Ｉ１＋検出電流Ｉ２）で定義した検出出力Ｐｓを求めることにより、距離Ｄｉｓを測定することが可能となる。
【００８９】
受光領域４ｒ（受光面）が１つで抵抗値Ｒが単一としてある場合、検出出力Ｐｓは光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓに反比例する（従来例の図９参照）。しかし、本実施の形態では、上述したとおり、受光領域４ｒを複数として受光領域４ｒの抵抗値Ｒを順次、徐々に異ならせてある。
【００９０】
すなわち、発光素子２に近い側、つまり測距対象物ＭＯが遠いところにある場合に反射光Ｌｒが入射する位置（例えば受光領域４ｒｅ）のほうが大きい抵抗値Ｒで、発光素子２から遠い側、つまり測距対象物ＭＯが近いところにある場合に反射光Ｌｒが入射する位置（例えば受光領域４ｒａ）のほうが小さい抵抗値Ｒとしてある。
【００９１】
位置検出受光素子４では、第５受光領域４ｒｅが発光素子２に最も近く、第１受光領域４ｒａが発光素子２から最も遠い。つまり、上述したとおり、第５抵抗値Ｒ５（＝８０）＞第４抵抗値Ｒ４（＝１０）、第４抵抗値Ｒ４（＝１０）＞第３抵抗値Ｒ３（＝５）、第３抵抗値Ｒ３（＝５）＞第２抵抗値Ｒ２（＝３）、第２抵抗値Ｒ２（＝３）＞第１抵抗値Ｒ１（＝２）としてある。
【００９２】
光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが一定の距離変動する場合、測距対象物ＭＯが遠いところにある場合より近いところにある場合の方が位置検出受光素子４（受光領域４ｒ）の光スポットの位置変化量が大きい（従来例の図９参照）。
【００９３】
したがって、光スポットの位置変化量が大きいところの抵抗値Ｒを小さく、光スポットの位置変化量が小さいところの抵抗値Ｒを大きく構成する（例えば、上述したとおり、第５抵抗値Ｒ５を８０、第１抵抗値Ｒ１を２としてある。）。
【００９４】
図４は、図３に示した位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【００９５】
図４は、横軸に光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓ（つまり、距離Ｄｉｓに対応した光スポット位置となる第１受光領域４ｒａ〜第５受光領域４ｒｅ）を、縦軸に検出出力Ｐｓを示している。
【００９６】
上述したとおり、本実施の形態に係る光学式測距センサ１が備える位置検出受光素子４は、等しい面積で複数の受光領域４ｒに分割してあり、受光領域４ｒの分割数および各受光領域４ｒの抵抗値Ｒは、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓと位置検出受光素子４による検出出力Ｐｓとの相関特性Ｃｒｅが直線状となるように構成してある。
【００９７】
つまり、位置検出受光素子４を図３で示した構成とすることによって、光学式測距センサ１が有する「距離Ｄｉｓと検出出力Ｐｓとの相関関係」は、ほぼ正比例することとなり、直線状の相関特性Ｃｒｅで表される。なお、相関特性Ｃｒｅが直線状であることを示すために、直線である参考直線Ｃｉｍを併せて図示してある。
【００９８】
したがって、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが比較的遠い場合でも距離Ｄｉｓの変動に対する検出出力Ｐｓの変動を大きくすることが可能となる。つまり、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓが近い場合と同様の直線状とすることが可能となることから、発光素子２と位置検出受光素子４との間隔を小さくした場合でも、遠い位置の距離Ｄｉｓに対する高精度の測距を行なうことができる。
【００９９】
本実施の形態に係る位置検出受光素子４を適用しない場合（従来例の位置検出受光素子１０４）は比較的遠い測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓを測定するためには光学式測距センサ１０１を構成する発光素子１０２と位置検出受光素子１０４との間隔を大きくとる必要があり、光学式測距センサの大型化が避けられなかったが、本実施の形態に係る位置検出受光素子４を適用することにより発光素子２と位置検出受光素子４との間隔を小さくしても遠距離まで精度の良い測距特性を実現することが可能となる。
【０１００】
なお、位置検出受光素子４の受光面の分割数は、３以上としてあることが望ましい。つまり、少なくとも遠い距離／中間の距離／近い距離に対して相関特性Ｃｒｅの直線性を実現することが可能となり、測距対象物ＭＯまでの距離Ｄｉｓと位置検出受光素子４による検出出力Ｐｓとについての直線状の相関特性を確実に実現することが可能となる。
【０１０１】
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子を駆動する駆動波形を示す波形図である。
【０１０２】
制御処理用集積回路７は、適宜の期間内で適宜の回数だけ発光素子２をパルス駆動することによってパルス発光させ、また、発光素子２の発光タイミングに同期して位置検出受光素子４から出力される検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理して求めた検出出力Ｐｓを有効信号として抽出しパルス発光回数分の平均値として出力する。
【０１０３】
したがって、定常的な外乱光が位置検出受光素子４に入射しても、外乱光による影響を排除し、高精度の測距（測距対象物ＭＯの検出）が可能となる。
【０１０４】
発光素子２として従来のＬＥＤ（半導体発光ダイオード）を使用した場合、半導体発光ダイオードは素子の全方向へ照射光Ｌｓが放射されることから測距に必要な測距対象物ＭＯの方向への光量が少なくなり、順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎを大きくする必要があった。例えば、測距範囲の最大距離が１．５ｍの場合、順方向電流Ｉｆ＝３００ｍＡ、発光時間Ｔｏｎ＝１２０μｓ、つまり、順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積は３６μｓ・Ａが必要であった。
【０１０５】
これに対し、本実施の形態では、測距範囲の最大距離が１．５ｍの場合、例えば、面発光レーザをパルス駆動するときの順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積（測距に必要なトータル光量に対応する。）は５μｓｅｃ・Ａ以下とすることが可能であった（この積は最大距離が変化すればその２乗に比例して変化する）。
【０１０６】
つまり、発光素子２を面発光レーザで構成した場合、照射光Ｌｓの指向性は例えば５度ないし２５度（全放射ビームが５度ないし２５度の範囲内に入る）程度とすることが可能であることから、ほぼ全ての照射光Ｌｓを効率よく集光して利用することができる。したがって、順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積を小さくでき、結果として消費電流を低減することが可能となる。
【０１０７】
上述したとおり、発光素子２（面発光レーザ）は、パルス駆動してあり、制御処理用集積回路７は、面発光レーザの順方向電流Ｉｆと発光時間Ｔｏｎの積を調整して位置検出受光素子４からの検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する構成としてある。したがって、測距対象物ＭＯへの距離に対応させた照射光Ｌｓを発光し、検出可能な反射光Ｌｒを得ることが可能となる。
【０１０８】
なお、本実施の形態に係る光学式測距センサ１は、上述した構成から明らかなように次に示す、リードフレーム準備工程、素子実装工程、パッケージ形成工程、パッケージ嵌合工程を主要工程として製造することが可能である。
【０１０９】
つまり、本実施の形態に係る光学式測距センサ１の製造方法は、照射光Ｌｓを発光する発光素子２と、照射光Ｌｓを集光して測距対象物ＭＯに照射する発光側レンズ３と、照射光Ｌｓが測距対象物ＭＯで反射した反射光Ｌｒを集光する受光側レンズ５と、集光された反射光Ｌｒを受光して測距対象物ＭＯの位置を検出する位置検出受光素子４と、発光素子２の発光を制御し位置検出受光素子４の検出電流Ｉ１、Ｉ２を処理する制御処理用集積回路７とを備える光学式測距センサ１の製造方法である。
【０１１０】
また、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７を実装するためのリードフレーム１０を準備するリードフレーム準備工程と、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７をリードフレーム１０に実装する素子実装工程と、発光素子２、位置検出受光素子４、および制御処理用集積回路７を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージ９を形成するパッケージ形成工程と、発光側レンズ３と受光側レンズ５を有するセンサーケース１ｃに透光性樹脂封止パッケージ９を嵌合するパッケージ嵌合工程とを備える。
【０１１１】
この構成により、発光側レンズ３、受光側レンズ５、および透光性樹脂封止パッケージ９を高精度に位置合わせして結合することが可能となり、小型化、高精度化が可能な光学式測距センサ１を容易に形成することができる。
【０１１２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１に係る光学式測距センサ１は、測距対象物ＭＯからの反射光Ｌｒを検出して光学式測距センサ１から測距対象物ＭＯまでの距離を検出することから、そのままで、所定の距離の範囲内に測距対象物ＭＯ（被検出物体）が存在するか否かを検出する物体検出装置２１（図６参照）としても適用することが可能となる。
【０１１３】
つまり、実施の形態１に係る光学式測距センサ１を適用した物体検出装置２１は、高精度に被検出物体の存在を検出することが可能で、小型化が可能な物体検出装置２１とすることができる。
【０１１４】
＜実施の形態３＞
図６に基づいて、本発明の実施の形態３に係る洗浄便座について説明する。
【０１１５】
図６は、本発明の実施の形態３に係る洗浄便座を概念的に示す斜視図である。
【０１１６】
本実施の形態に係る洗浄便座３０では、実施の形態２に係る物体検出装置２１（実施の形態１に係る光学式測距センサ１）は、例えば、洗浄便座３０の本体部３１に装着してある。洗浄便座３０（特に温水洗浄便座）は、便座に人が座っているかどうかを検出し人が座っていれば所定の機能（例えば、洗浄水を温める。）を動作させるシステムとしてある。
【０１１７】
つまり、本実施の形態に係る洗浄便座３０は、物体検出装置２１によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、物体検出装置２１は、実施の形態２に係る物体検出装置２１であることを特徴とする。
【０１１８】
実施の形態１、実施の形態２で示したとおり、光学式測距センサ１、物体検出装置２１は、小型化、高精度化することか可能である。したがって、本実施の形態に係る洗浄便座３０は、高精度に機能させることが可能で利便性とデザイン性に優れた洗浄便座３０とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子および発光側レンズの概略構造と作用を概念的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの位置検出受光素子の概略平面構造と作用を概念的に示す説明図である。
【図４】図３に示した位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式測距センサの発光素子を駆動する駆動波形を示す波形図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る洗浄便座を概念的に示す斜視図である。
【図７】従来の光学式測距センサの概略構造と作用を概念的に示す説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は透視的に示す側面図である。
【図８】従来の光学式測距センサによる三角測量方式の概念を説明する概念図である。
【図９】従来の光学式測距センサの位置検出受光素子による測距対象物までの距離に対する検出出力の状態を概念的に示す特性グラフである。
【図１０】従来の光学式測距センサの発光素子からの照射光の広がりによる測距誤差の発生を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 光学式測距センサ
１ｃ センサーケース
２ 発光素子（面発光レーザ）
３ 発光側レンズ
４ 位置検出受光素子
４ｒ 受光領域
４ｒａ 第１受光領域
４ｒｂ 第２受光領域
４ｒｃ 第３受光領域
４ｒｄ 第４受光領域
４ｒｅ 第５受光領域
４ｔｆ 出力端子
４ｔｓ 出力端子
５ 受光側レンズ
７ 制御処理用集積回路
９ 透光性樹脂封止パッケージ
１０ リードフレーム
２１ 物体検出装置
３０ 洗浄便座
３１ 本体部
Ｃｉｍ 参考直線
Ｃｒｅ 相関特性
Ｄｉｓ 距離
Ｄｉｓｆ 焦点距離
Ｉ１ 検出電流
Ｉ２ 検出電流
Ｉｆ 順方向電流
Ｌａｘ センサ光軸
Ｌｒ 反射光
Ｌｓ 照射光
ＭＯ 測距対象物（被検出物体）
Ｐｓ 検出出力
Ｒ 抵抗値
Ｒｔ 合計抵抗値
Ｒ１ 第１抵抗値
Ｒ２ 第２抵抗値
Ｒ３ 第３抵抗値
Ｒ４ 第４抵抗値
Ｒ５ 第５抵抗値
Ｔｏｎ 発光時間
θ 指向角
φ 直径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサであって、
前記発光素子は、面発光レーザであること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光学式測距センサであって、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、単一の透光性樹脂封止パッケージで封止されていること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式測距センサであって、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、リードフレームに実装してあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の光学式測距センサであって、
前記透光性樹脂封止パッケージは、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズを保持するセンサーケースに嵌合させてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記位置検出受光素子は、等しい面積で複数の受光領域に分割してあり、受光領域の分割数および各受光領域の抵抗値は、測距対象物までの距離と前記位置検出受光素子による検出出力との相関特性が直線状となるように構成してあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式測距センサであって、
前記分割数は、３以上としてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記面発光レーザの指向角は、５度ないし２５度としてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式測距センサであって、
前記発光側レンズの焦点距離は、１ｍｍないし４ｍｍとしてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式測距センサであって、
前記発光側レンズの直径は、０．５ｍｍないし２ｍｍとしてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記面発光レーザの発光波長は、赤外領域の波長であること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記面発光レーザは、パルス駆動してあり、前記制御処理用集積回路は、前記面発光レーザの順方向電流と発光時間の積を調整して前記位置検出受光素子からの検出電流を処理する構成としてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１２】
光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置であって、
前記光学式測距センサは、請求項１ないし請求項１１のいずれか一つに記載の光学式測距センサであること
を特徴とする物体検出装置。
【請求項１３】
物体検出装置によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、
前記物体検出装置は、請求項１２に記載の物体検出装置であること
を特徴とする洗浄便座。
【請求項１４】
照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサの製造方法であって、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を実装するためのリードフレームを準備するリードフレーム準備工程と、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を前記リードフレームに実装する素子実装工程と、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成するパッケージ形成工程と、
前記発光側レンズと前記受光側レンズを有するセンサーケースに前記透光性樹脂封止パッケージを嵌合するパッケージ嵌合工程と
を備えることを特徴とする光学式測距センサの製造方法。
【請求項１】
照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサであって、
前記発光素子は、面発光レーザであること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光学式測距センサであって、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、単一の透光性樹脂封止パッケージで封止されていること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式測距センサであって、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路は、リードフレームに実装してあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の光学式測距センサであって、
前記透光性樹脂封止パッケージは、前記発光側レンズおよび前記受光側レンズを保持するセンサーケースに嵌合させてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記位置検出受光素子は、等しい面積で複数の受光領域に分割してあり、受光領域の分割数および各受光領域の抵抗値は、測距対象物までの距離と前記位置検出受光素子による検出出力との相関特性が直線状となるように構成してあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式測距センサであって、
前記分割数は、３以上としてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記面発光レーザの指向角は、５度ないし２５度としてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式測距センサであって、
前記発光側レンズの焦点距離は、１ｍｍないし４ｍｍとしてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式測距センサであって、
前記発光側レンズの直径は、０．５ｍｍないし２ｍｍとしてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記面発光レーザの発光波長は、赤外領域の波長であること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一つに記載の光学式測距センサであって、
前記面発光レーザは、パルス駆動してあり、前記制御処理用集積回路は、前記面発光レーザの順方向電流と発光時間の積を調整して前記位置検出受光素子からの検出電流を処理する構成としてあること
を特徴とする光学式測距センサ。
【請求項１２】
光学式測距センサを適用して被検出物体の存在を検出する物体検出装置であって、
前記光学式測距センサは、請求項１ないし請求項１１のいずれか一つに記載の光学式測距センサであること
を特徴とする物体検出装置。
【請求項１３】
物体検出装置によって便座の利用状態を検出し洗浄準備を行なう洗浄便座であって、
前記物体検出装置は、請求項１２に記載の物体検出装置であること
を特徴とする洗浄便座。
【請求項１４】
照射光を発光する発光素子と、照射光を集光して測距対象物に照射する発光側レンズと、照射光が測距対象物で反射した反射光を集光する受光側レンズと、集光された反射光を受光して測距対象物の位置を検出する位置検出受光素子と、前記発光素子の発光を制御し前記位置検出受光素子の検出電流を処理する制御処理用集積回路とを備える光学式測距センサの製造方法であって、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を実装するためのリードフレームを準備するリードフレーム準備工程と、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を前記リードフレームに実装する素子実装工程と、
前記発光素子、前記位置検出受光素子、および前記制御処理用集積回路を透光性封止樹脂で一括封止して透光性樹脂封止パッケージを形成するパッケージ形成工程と、
前記発光側レンズと前記受光側レンズを有するセンサーケースに前記透光性樹脂封止パッケージを嵌合するパッケージ嵌合工程と
を備えることを特徴とする光学式測距センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−９７８７２（Ｐ２００９−９７８７２Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６６７５２（Ｐ２００７−２６６７５２）
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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