測距センサおよび電子機器
【課題】周辺光による誤測距または誤検知を回避することができる測距センサを提供する。
【解決手段】測距センサ１は、第１信号光Ｒｆ１を出射する第１発光素子１１と、第２信号光Ｒｆ２を出射する第２発光素子１２と、第１信号光Ｒｆ１または第２信号光Ｒｆ２を受光して受光信号を出力する受光素子部２０とを備える。第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位に配置され、第２発光素子１２は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位とは異なる第２方位に配置されている。これによって、周辺光による誤測距または誤検知を回避することができる。
【解決手段】測距センサ１は、第１信号光Ｒｆ１を出射する第１発光素子１１と、第２信号光Ｒｆ２を出射する第２発光素子１２と、第１信号光Ｒｆ１または第２信号光Ｒｆ２を受光して受光信号を出力する受光素子部２０とを備える。第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位に配置され、第２発光素子１２は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位とは異なる第２方位に配置されている。これによって、周辺光による誤測距または誤検知を回避することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距センサに関する。また、測距センサを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の有無の検出や物体までの距離の検出を行うために、測距センサが用いられる。測距センサとしては、測距対象物に信号光を照射し、測距対象物から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る三角測距方式の技術が利用されている。
【０００３】
図１０は、従来の測距センサ１００による三角測距方式を示す模式図である。
【０００４】
従来の測距センサ１００は、測距対象物１１０に信号光Ｒｆを投射するための発光素子１０１と、信号光Ｒｆを集光する投光レンズ１０３と、測距対象物１１０で反射した反射光Ｒｔを集光する受光レンズ１０４と、反射光Ｒｔを受光する受光素子１０２を備える。
【０００５】
発光素子１０１は、発光ダイオードなどを用いた光源である。また、受光素子１０２は、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ：位置検出素子）である。
【０００６】
測距センサ１００において、発光素子１０１から投射された信号光Ｒｆは、投光レンズ１０３を通過して、測距対象物１１０に投射される。測距対象物１１０で反射された反射光Ｒｔは、受光レンズ１０４を通過して受光素子１０２の受光面１０２ａに光スポットとして入射する。
【０００７】
受光面１０２ａには基準位置が設定されており、受光面１０２ａにおける光スポットの位置は、測距センサ１００から測距対象物１１０までの距離によって変化する。基準位置からの光スポットの位置の変化量によって、受光素子１０２の両端から取り出される信号電流Ｉ１および信号電流Ｉ２が変化する。信号電流Ｉ１および信号電流Ｉ２は、制御部（図示しない）の信号処理回路により、出力信号Ｓ１および出力信号Ｓ２に変換される。
【０００８】
Ｓ１＝Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２） … （１）
Ｓ２＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２） … （２）
ここで、信号電流Ｉ１および信号電流Ｉ２は、
Ｉ１＝（ｄ＋２ｘ）・Ｉ０／（２ｄ） … （３）
Ｉ２＝（ｄ−２ｘ）・Ｉ０／（２ｄ） … （４）
である。
【０００９】
ただし、式（３）、式（４）において、ｄは、受光面１０２ａにおける光スポットの移動可能な距離である。Ｉ０は全光電流（Ｉ１＋Ｉ２）である。ｘは、受光面１０２ａの中心から光スポットの入射位置までの距離である。
【００１０】
また、三角測距の原理により、次式（５）が成り立つ。
【００１１】
Ｘ＝（Ａ・ｆ）／Ｌ … （５）
ただし、式（５）において、Ｘは、受光レンズ１０４の光軸から光スポットの入射位置までの距離である。Ａは、投光レンズ１０３の光軸から受光レンズ１０４の光軸までの距離（基線長）である。ｆは、受光レンズ１０４の焦点距離である。Ｌは、測距可能距離である。
【００１２】
この式（５）と式（１）、式（２）により、出力信号Ｓ１および出力信号Ｓ２は次式（６）、（７）で表される。
【００１３】
Ｓ１＝（２ｘ＋ｄ）／（２ｄ）
＝［｛（Ａ・ｆ／Ｌ）−Ｂ｝／ｄ］＋１／２ … （６）
Ｓ２＝２ｘ／ｄ
＝２｛（Ａ・ｆ／Ｌ）−Ｂ｝／ｄ … （７）
ただし、式（６）、式（７）において、Ｂは、受光レンズ１０４の光軸から受光面１０２ａの中心までの距離である。したがって、Ｘ＝Ｂ＋ｘの関係が成り立つ。
【００１４】
図１１は、従来の測距センサ１００における、測距対象物１１０までの距離Ｄに対する出力信号Ｓの変化を示す特性図である。
【００１５】
測距センサ１００の出力信号Ｓの変動は、基本的に式（６）、式（７）に基づいて、測距対象物１１０までの距離Ｄに反比例する。つまり、測距対象物１１０までの距離Ｄが長くなるにつれて、受光面１０２ａ上の光スポットの位置変化が少なくなる。それに伴って、出力信号Ｓの信号強度Ｓｐも小さくなっていく。また、測距対象物１１０までの距離Ｄが短くなるにつれて、受光面１０２ａ上の光スポットの位置変化が大きくなる。それに伴って、出力信号Ｓの信号強度Ｓｐも大きくなっていく。
【００１６】
測距対象物１１０までの距離Ｄがさらに短くなった場合、つまり、至近距離範囲Ｌｎ内にあるときでは、光スポットは、受光面１０２ａの縁を越えて外側へ移動していく。それに伴って、受光素子１０２に入射する光量は急速に減少するので、出力信号Ｓの信号強度Ｓｐが急速に減少する。
【００１７】
上記のことから、測距センサ１００では、反射光Ｒｔの光スポットが受光面１０２ａ内にある領域、つまり、信号強度Ｓｐが測距対象物１１０までの距離Ｄに反比例する領域を測距範囲Ｌｍとして使用している。
【００１８】
しかしながら、従来の測距センサ１００では、次のような課題がある。
【００１９】
信号光Ｒｆは、投光レンズ１０３によってコリメートされ、平行光と指向角の広い周辺光とに変換される。測距センサ１００では、周辺光によって光軸の外にある対象物を誤測距または誤検知する場合がある。
【００２０】
そこで、投光レンズまたは受光レンズの周辺部に遮光部材を配置して、周辺光による対象物の誤検知を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。あるいは、発光素子と投光レンズとの間に遮光部材を配置して、周辺光による対象物の誤検知を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
遮光部材によって周辺光は遮光できるが、発光素子から投射される光の全体の光量は低下され、特に、反射率が低い測距対象物に対しては、さらに光量が低下される。測距するに際して、遮光部材の形状によってＳ／Ｎの低下を招かないことが要求される。しかしながら、上記の要求を満たすような遮光部材を設計することは、高い精度を必要とされることから非常に困難であり、新たな問題になる。
【００２２】
また、受光素子と受光レンズとの間に遮光体を設けて、周辺光による対象物の誤検知を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００２３】
しかしながら、上記の技術では、測距対象物が近距離にある場合、受光素子に入射する光スポットを遮光することになるため、測距性能（一般には、検知性能）が悪化することが問題になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２０００−３１０５０８号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３７３０号公報
【特許文献３】特開平９−３１８３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従来の測距センサでは、周辺光によって誤測距または誤検知するという課題がある。また、周辺光を遮光する技術では、新たな問題を発生させるため、上記の課題を解決する手段に適していない。
【００２６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、周辺光による誤測距または誤検知を回避することができる測距センサを提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えることによって、安定した動作をする電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明に係る測距センサは、第１信号光を出射する第１発光素子と、第２信号光を出射する第２発光素子と、前記第１信号光または前記第２信号光を受光して受光信号を出力する受光素子部とを備えた測距センサであって、前記第１発光素子および前記第２発光素子は、前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置され、前記第１発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第１方位に配置され、前記第２発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して前記第１方位とは異なる第２方位に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
したがって、第１発光素子による受光信号と第２発光素子による受光信号とに基づいて、受光素子部から出力された受光信号が、第１発光素子の光軸および第２発光素子の光軸から離れた位置（検知範囲外）にある対象物による受光信号であることを検知できる。そのため、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能になる。
【００３０】
本発明に係る測距センサでは、前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで等しい距離となるように配置されていることを特徴とする。
【００３１】
したがって、第１発光素子による受光信号と第２発光素子による受光信号とが略等しくなるので、容易に誤測距または誤検知を防止できる。
【００３２】
本発明に係る測距センサでは、前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで異なる距離となるように配置されていることを特徴とする。
【００３３】
したがって、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能であり、測距性能の向上を実現できる。つまり、第１発光素子の基線長（発光素子の光軸と受光素子部の光軸との間隔）と第２発光素子の基線長とが異なるので、精度よく測距できる範囲を広くすることができる。
【００３４】
本発明に係る測距センサでは、前記第１発光素子、前記第２発光素子および前記受光素子部は、単一の直線上に配置されていることを特徴とする。
【００３５】
したがって、第１発光素子、第２発光素子および受光素子部が単一の直線上に配置されているので、構造を簡略化できる。
【００３６】
本発明に係る測距センサは、前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置された第３発光素子および第４発光素子を備え、前記第３発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第３方位に配置され、前記第４発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第４方位に配置され、前記第１発光素子と前記第２発光素子とを結ぶ直線である第１交差軸と、前記第３発光素子と前記第４発光素子とを結ぶ直線である第２交差軸とが、交差するように配置されており、前記第１方位、前記第２方位、前記第３方位および前記第４方位は、それぞれ異なる方位であることを特徴とする。
【００３７】
したがって、本発明に係る測距センサは追加の発光素子を備えることにより、測距対象物までの距離だけでなく、測距対象物のある方向を検知できる。
【００３８】
本発明に係る測距センサでは、前記受光素子部は、複数の画素を有するイメージセンサを備えることを特徴とする。
【００３９】
したがって、受光素子部はイメージセンサで構成されているので、受光素子部の検知方向に依存しない簡略な構造になる。つまり、複数の発光素子を備えていても、１つのイメージセンサによって距離情報を得られる。
【００４０】
本発明に係る測距センサは、前記受光素子部から前記受光信号を入力される信号処理部を備え、前記信号処理部は、前記受光信号に基づいて前記測距対象物の距離情報を出力する構成とされていることを特徴とする。
【００４１】
したがって、信号処理部を備えることにより、測距対象物の詳細な距離情報を得られる。それによって、確実に誤測距または誤検知を防止できる。
【００４２】
本発明に係る電子機器は、本発明に係る測距センサを備えることを特徴とする。
【００４３】
したがって、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えるので、安定した動作をする電子機器を提供できる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係る測距センサは、第１発光素子による受光信号と第２発光素子による受光信号とに基づいて、受光素子部から出力された受光信号が、第１信号光の光軸および第２信号光の光軸から離れた位置（検知範囲外）にある対象物による受光信号であることを検知できる。そのため、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能になる。
【００４５】
また、本発明に係る電子機器は、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えるので、安定した動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る測距センサの概略平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る測距センサの光学系を示した模式図である。
【図３】図２における周辺光の光学系を示した模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例１の概略平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例２の概略平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例３の概略平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る測距センサの概略平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る測距センサの変形例４の概略平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る測距センサの変形例５の概略平面図である。
【図１０】従来の測距センサによる三角測距方式を示す模式図である。
【図１１】従来の測距センサにおける、測距対象物までの距離に対する出力信号の変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
＜実施の形態１＞
図１および図２に基づいて、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１について説明する。
【００４８】
図１は、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１の概略平面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１の光学系を示した模式図である。
【００４９】
本発明の実施の形態１に係る測距センサ１は、第１信号光Ｒｆ１を出射する第１発光素子１１と、第２信号光Ｒｆ２を出射する第２発光素子１２と、第１信号光Ｒｆ１または第２信号光Ｒｆ２を受光して受光信号を出力する受光素子部２０とを備える。
【００５０】
第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂ（受光光軸２０ｂともいう）と交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１に配置され、第２発光素子１２は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１とは異なる第２方位ＤＰ２に配置されている。なお、以下では、第１発光素子１１と第２発光素子１２とを合わせて発光素子と呼ぶことがある。
【００５１】
上記の構成によると、第１発光素子１１による受光信号と第２発光素子１２による受光信号とに基づいて、受光素子部２０から出力された受光信号が、第１発光素子１１の光軸および第２発光素子１２の光軸から離れた位置（検知範囲外）にある対象物による受光信号であることを検知できる。そのため、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能になる。
【００５２】
第１発光素子１１の光軸である第１光軸１１ｂ上には、第１発光レンズ１１ａが配置されている。したがって、第１発光レンズ１１ａは、第１信号光Ｒｆ１を集光して測距対象物３０に照射する。第２発光素子１２の光軸である第２光軸１２ｂ上には、第２発光レンズ１２ａが配置されている。したがって、第２発光レンズ１２ａは、第２信号光Ｒｆ２を集光して測距対象物３０に照射する。受光素子部２０の光軸である受光光軸２０ｂ上には、受光レンズ２０ａが配置されている。したがって、受光レンズ２０ａは、測距対象物３０からの反射光Ｒｒを集光して受光素子部２０に照射する。
【００５３】
第１発光素子１１と第２発光素子１２とは、互いに受光光軸２０ｂまで等しい距離となるように配置されている。したがって、第１発光素子１１による受光信号と第２発光素子１２による受光信号とが略等しくなるので、容易に誤測距または誤検知を防止できる。
【００５４】
第１発光素子１１、第２発光素子１２および受光素子部２０は、単一の直線ＣＰ上に配置されている。つまり、受光素子部２０は、第１発光素子１１と第２発光素子１２との間
に配置されている。したがって、第１発光素子１１、第２発光素子１２および受光素子部２０が単一の直線ＣＰ上に配置されているので、構造を簡略化できる。なお、以下では、受光光軸２０ｂと平行な方向を縦方向Ｖと呼び、直線ＣＰと平行な方向を横方向Ｈと呼ぶ。
【００５５】
発光素子（第１発光素子１１、第２発光素子１２）は、発光ダイオードなどを用いた光源であり、パッケージに収納されている。
【００５６】
受光素子部２０は、第１信号光Ｒｆ１を受光する第１受光素子２１と、第２信号光Ｒｆ２を受光する第２受光素子２２とを備える。なお、受光素子部２０は、第１信号光Ｒｆ１および第２信号光Ｒｆ２を受光する１つの受光素子であってもよい。
【００５７】
第１受光素子２１および第２受光素子２２は、ＰＳＤや多分割ＰＤであり、発光素子とは別のパッケージに収納されている。
【００５８】
測距センサ１は、受光素子部２０から受光信号を入力される信号処理部（図示しない）を備える。信号処理部は、受光信号に基づいて測距対象物３０の距離情報を出力する構成とされている。したがって、信号処理部を備えることにより、測距対象物３０の詳細な距離情報を得られる。それによって、確実に誤測距または誤検知を防止できる。
【００５９】
信号処理部は、受光素子部２０を収納したパッケージに併せて収納されている。
【００６０】
図２および図３に基づいて、本実施の形態１に係る測距センサによって、誤測距または誤検知を防止する動作について説明する。
【００６１】
図２では、測距センサ１の縦方向Ｖにおける測距可能な範囲は測距範囲Ｌｐであって、測距対象物３０は、測距範囲Ｌｐ内に配置されている。第１発光素子１１から出射された第１信号光Ｒｆ１は、測距対象物３０によって反射され、受光素子部２０は反射光Ｒｒを受光し、受光信号が出力される。また、第２発光素子１２から出射された第２信号光Ｒｆ２は、測距対象物３０によって反射され、受光素子部２０は反射光Ｒｒを受光し、受光信号が出力される。このとき、測距対象物３０は第１光軸１１ｂおよび第２光軸１２ｂを含む範囲に配置されているので、第１受光素子２１および第２受光素子２２によって受光信号が得られる。
【００６２】
一般に、発光素子から出射される光は、光軸に沿って出射される信号光と、信号光より指向角の広い周辺光とで構成される。そのため、第１発光素子１１および第２発光素子１２からも、周辺光が出射される。
【００６３】
図３は、図２における周辺光の光学系を示した模式図である。
【００６４】
第１信号光Ｒｆ１の周辺光は、第１照射範囲Ｒｃ１に照射され、第１照射範囲Ｒｃ１は、縦方向Ｖに向かって第１発光素子１１から離れるほど広くなる。第２信号光Ｒｆ２の周辺光は、第２照射範囲Ｒｃ２に照射され、第２照射範囲Ｒｃ２は、縦方向Ｖに向かって第２発光素子１２から離れるほど広くなる。
【００６５】
測距対象物３０とは異なる離れた位置に置かれた対象物３１は、第１光軸１１ｂおよび第２光軸１２ｂを含む範囲に存在せず、第１照射範囲Ｒｃ１内に存在するとき、第１信号光Ｒｆ１の周辺光を反射して、干渉光Ｒｉを発生させる。第１受光素子２１は、干渉光Ｒｉを受光して受光信号を出力する。そのため、第１光軸１１ｂ上に対象物３１が存在すると誤認識して、誤測距または誤検知をすることがある。
【００６６】
しかしながら、対象物３１は第２照射範囲Ｒｃ２内に存在しないので、第２信号光Ｒｆ２の周辺光を反射せず、第２受光素子２２から受光信号は出力されない。そのため、第１受光素子２１の受光信号と第２受光素子２２の受光信号とが一致しないので、対象物３１は、第１照射範囲Ｒｃ１内に存在するが、第１光軸１１ｂ上に存在しないことを検知できる。つまり、従来の測距センサのように発光素子が１つの場合は、信号光による反射と周辺光による反射とを判別することは出来ないが、発光素子を２つ備えることによって、信号光による反射と周辺光による反射とを判別して、誤測距または誤検知を防止することができる。
【００６７】
図４は、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１の変形例１の概略平面図である。なお、図１および図２と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
第１発光素子１１と第２発光素子１２とは、互いに受光素子部２０の光軸２０ｂまで異なる距離となるように配置されている。したがって、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能であり、測距性能の向上を実現できる。つまり、第１発光素子の基線長Ｄ１（発光素子の光軸と受光素子部の光軸との間隔）と第２発光素子の基線長Ｄ２とが異なるので、精度よく測距できる範囲を広くすることができる。
【００６９】
測距センサ１では、基線長Ｄ１に対して基線長Ｄ２は、長くなるように配置されている。なお、基線長Ｄ１と基線長Ｄ２とが異なるように適宜選択して配置されていればよい。
【００７０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例２の概略平面図である。なお、図１および図２と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１に配置され、第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１とは異なる第２方位ＤＰ２に配置されている。例えば、第１方位ＤＰ１と第２方位ＤＰ２とは、１２０度の角度を持たせて配置されている。
【００７２】
第１発光素子１１、第２発光素子１２および受光素子部２０は、単一の直線上に配置されていないが、このような配置であっても、発光素子を２つ備えることによって、信号光による反射と周辺光による反射とを判別して、誤測距または誤検知を防止することができる。
【００７３】
図６は、本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例３の概略平面図である。なお、図１、図２および図５と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
変形例３は、変形例２と同様の配置であって、さらに、受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１および第２方位ＤＰ２とは異なる第３方位ＤＰ３に配置された第３発光素子１３を備え、第３発光素子１３から照射された信号光を集光する第３発光レンズ１３ａを備える。また、受光素子部２０は、第３受光素子２３を備える。発光素子を３つ備えることによって、確実に誤測距または誤検知を防止することができる。例えば、第３方位ＤＰ３と第１方位ＤＰ１、第３方位ＤＰ３と第２方位ＤＰ２は、それぞれ１２０度の角度を持たせて配置されている。
【００７５】
＜実施の形態２＞
図７および図８に基づいて、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２について説明する。なお、実施の形態１と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７６】
図７は、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２の概略平面図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２の変形例４の概略平面図である。
【００７７】
本発明の実施の形態２に係る測距センサ２は、第１信号光Ｒｆ１を出射する第１発光素子１１と、第２信号光Ｒｆ２を出射する第２発光素子１２と、第１信号光Ｒｆ１または第２信号光Ｒｆ２を受光して受光信号を出力する受光素子部２０とを備える。
【００７８】
第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位に配置され、第２発光素子１２は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位とは異なる第２方位に配置されている。
【００７９】
測距センサ２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置された第３発光素子１３および第４発光素子１４を備える。第３発光素子１３は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第３方位ＤＰ３に配置され、第４発光素子１４は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第４方位ＤＰ４に配置されている。
【００８０】
第１発光素子１１と第２発光素子１２とを結ぶ直線である第１交差軸ＣＰ１と、第３発光素子１３と第４発光素子１４とを結ぶ直線である第２交差軸ＣＰ２とが、交差するように配置されている。第１方位ＤＰ１、第２方位ＤＰ２、第３方位ＤＰ３および第４方位ＤＰ４は、それぞれ異なる方位である。したがって、本発明に係る測距センサ２は追加の発光素子を備えることにより、測距対象物までの距離だけでなく、測距対象物のある方向を検知できる。
【００８１】
測距センサ２は、第３発光素子１３から照射された信号光を集光する第３発光レンズ１３ａと、第４発光素子１４から照射された信号光を集光する第４発光レンズ１４ａとを備える。また、受光素子部２０は、第３受光素子２３と第４受光素子２４とを備える。
【００８２】
第１交差軸ＣＰ１と第２交差軸ＣＰ２とは、受光素子部２０（受光光軸２０ｂ）を交点として直交している。第１発光素子１１ないし第４発光素子１４は、受光素子部２０からそれぞれ等しい距離に配置されている。なお、第１発光素子１１ないし第４発光素子１４は、受光素子部２０からそれぞれ異なる距離に配置されていても構わない（図８参照）。
【００８３】
図９は、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２の変形例５の概略平面図である。
【００８４】
受光素子部２０は、複数の画素を有するイメージセンサ４０を備える。したがって、受光素子部２０はイメージセンサ４０で構成されているので、受光素子部２０の検知方向に依存しない簡略な構造になる。つまり、複数の発光素子を備えていても、１つのイメージセンサによって距離情報を得られる。
【００８５】
イメージセンサでは、１つの画素から１つの信号が出力されるので、１つの画素が１つのＰＤと同じ働きをする。したがって、１つのイメージセンサを備えることは、複数のＰＤを備えることと同じである。
【００８６】
一般に、受光素子として適用されるＰＤ等は、信号光を受光するための受光面を有し、
受光した信号光の光量と、受光面における信号光の位置の移動とを検知している。受光面における信号光の位置は、受光素子から測距対象物までの距離によって変化し、発光素子の光軸と受光素子の光軸とを結ぶ直線方向で移動する。測距するに際して、信号光の移動方向に向かって受光面を延長することが望ましい。そのため、ＰＤ等では、発光素子に対する位置によって、受光素子の検知方向を測距に最適な方向となるように配置する必要がある。しかしながら、１つのイメージセンサでは、ＰＤ等の場合のように調整をする必要がない。
【００８７】
なお、複数の発光素子を備えた測距センサにおいて、受光素子としてＰＤ等を適用した場合、それぞれの発光素子に対応する受光素子を備えることが望ましい。
【００８８】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３に係る電子機器について説明する。
【００８９】
本発明の実施の形態に係る電子機器は、実施の形態１および実施の形態２に記載の測距センサを備えている。したがって、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えるので、安定した動作をする電子機器を提供できる。
【００９０】
電子機器の具体例として、温水洗浄便座や、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）、自動扉等が挙げられるが、上記の実施の形態に係る測距センサを備えていれば、これに限定されない。
【符号の説明】
【００９１】
１、２ 測距センサ
１１ 第１発光素子
１１ａ 第１発光レンズ
１１ｂ 第１光軸
１２ 第２発光素子
１２ａ 第２発光レンズ
１２ｂ 第２光軸
１３ 第３発光素子
１３ａ 第３発光レンズ
１４ 第４発光素子
１４ａ 第４発光レンズ
２０ 受光素子部
２０ａ 受光レンズ
２０ｂ 受光光軸
２１ 第１受光素子
２２ 第２受光素子
２３ 第３受光素子
２４ 第４受光素子
３０ 測距対象物
３１ 対象物
４０ イメージセンサ
ＣＰ１ 第１交差軸
ＣＰ２ 第２交差軸
ＤＰ１ 第１方位
ＤＰ２ 第２方位
ＤＰ３ 第３方位
ＤＰ４ 第４方位
Ｒｃ１ 第１照射範囲
Ｒｃ２ 第２照射範囲
Ｒｆ１ 第１信号光
Ｒｆ２ 第２信号光
Ｒｉ 干渉光
Ｒｒ 反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距センサに関する。また、測距センサを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の有無の検出や物体までの距離の検出を行うために、測距センサが用いられる。測距センサとしては、測距対象物に信号光を照射し、測距対象物から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る三角測距方式の技術が利用されている。
【０００３】
図１０は、従来の測距センサ１００による三角測距方式を示す模式図である。
【０００４】
従来の測距センサ１００は、測距対象物１１０に信号光Ｒｆを投射するための発光素子１０１と、信号光Ｒｆを集光する投光レンズ１０３と、測距対象物１１０で反射した反射光Ｒｔを集光する受光レンズ１０４と、反射光Ｒｔを受光する受光素子１０２を備える。
【０００５】
発光素子１０１は、発光ダイオードなどを用いた光源である。また、受光素子１０２は、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ：位置検出素子）である。
【０００６】
測距センサ１００において、発光素子１０１から投射された信号光Ｒｆは、投光レンズ１０３を通過して、測距対象物１１０に投射される。測距対象物１１０で反射された反射光Ｒｔは、受光レンズ１０４を通過して受光素子１０２の受光面１０２ａに光スポットとして入射する。
【０００７】
受光面１０２ａには基準位置が設定されており、受光面１０２ａにおける光スポットの位置は、測距センサ１００から測距対象物１１０までの距離によって変化する。基準位置からの光スポットの位置の変化量によって、受光素子１０２の両端から取り出される信号電流Ｉ１および信号電流Ｉ２が変化する。信号電流Ｉ１および信号電流Ｉ２は、制御部（図示しない）の信号処理回路により、出力信号Ｓ１および出力信号Ｓ２に変換される。
【０００８】
Ｓ１＝Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２） … （１）
Ｓ２＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２） … （２）
ここで、信号電流Ｉ１および信号電流Ｉ２は、
Ｉ１＝（ｄ＋２ｘ）・Ｉ０／（２ｄ） … （３）
Ｉ２＝（ｄ−２ｘ）・Ｉ０／（２ｄ） … （４）
である。
【０００９】
ただし、式（３）、式（４）において、ｄは、受光面１０２ａにおける光スポットの移動可能な距離である。Ｉ０は全光電流（Ｉ１＋Ｉ２）である。ｘは、受光面１０２ａの中心から光スポットの入射位置までの距離である。
【００１０】
また、三角測距の原理により、次式（５）が成り立つ。
【００１１】
Ｘ＝（Ａ・ｆ）／Ｌ … （５）
ただし、式（５）において、Ｘは、受光レンズ１０４の光軸から光スポットの入射位置までの距離である。Ａは、投光レンズ１０３の光軸から受光レンズ１０４の光軸までの距離（基線長）である。ｆは、受光レンズ１０４の焦点距離である。Ｌは、測距可能距離である。
【００１２】
この式（５）と式（１）、式（２）により、出力信号Ｓ１および出力信号Ｓ２は次式（６）、（７）で表される。
【００１３】
Ｓ１＝（２ｘ＋ｄ）／（２ｄ）
＝［｛（Ａ・ｆ／Ｌ）−Ｂ｝／ｄ］＋１／２ … （６）
Ｓ２＝２ｘ／ｄ
＝２｛（Ａ・ｆ／Ｌ）−Ｂ｝／ｄ … （７）
ただし、式（６）、式（７）において、Ｂは、受光レンズ１０４の光軸から受光面１０２ａの中心までの距離である。したがって、Ｘ＝Ｂ＋ｘの関係が成り立つ。
【００１４】
図１１は、従来の測距センサ１００における、測距対象物１１０までの距離Ｄに対する出力信号Ｓの変化を示す特性図である。
【００１５】
測距センサ１００の出力信号Ｓの変動は、基本的に式（６）、式（７）に基づいて、測距対象物１１０までの距離Ｄに反比例する。つまり、測距対象物１１０までの距離Ｄが長くなるにつれて、受光面１０２ａ上の光スポットの位置変化が少なくなる。それに伴って、出力信号Ｓの信号強度Ｓｐも小さくなっていく。また、測距対象物１１０までの距離Ｄが短くなるにつれて、受光面１０２ａ上の光スポットの位置変化が大きくなる。それに伴って、出力信号Ｓの信号強度Ｓｐも大きくなっていく。
【００１６】
測距対象物１１０までの距離Ｄがさらに短くなった場合、つまり、至近距離範囲Ｌｎ内にあるときでは、光スポットは、受光面１０２ａの縁を越えて外側へ移動していく。それに伴って、受光素子１０２に入射する光量は急速に減少するので、出力信号Ｓの信号強度Ｓｐが急速に減少する。
【００１７】
上記のことから、測距センサ１００では、反射光Ｒｔの光スポットが受光面１０２ａ内にある領域、つまり、信号強度Ｓｐが測距対象物１１０までの距離Ｄに反比例する領域を測距範囲Ｌｍとして使用している。
【００１８】
しかしながら、従来の測距センサ１００では、次のような課題がある。
【００１９】
信号光Ｒｆは、投光レンズ１０３によってコリメートされ、平行光と指向角の広い周辺光とに変換される。測距センサ１００では、周辺光によって光軸の外にある対象物を誤測距または誤検知する場合がある。
【００２０】
そこで、投光レンズまたは受光レンズの周辺部に遮光部材を配置して、周辺光による対象物の誤検知を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。あるいは、発光素子と投光レンズとの間に遮光部材を配置して、周辺光による対象物の誤検知を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
遮光部材によって周辺光は遮光できるが、発光素子から投射される光の全体の光量は低下され、特に、反射率が低い測距対象物に対しては、さらに光量が低下される。測距するに際して、遮光部材の形状によってＳ／Ｎの低下を招かないことが要求される。しかしながら、上記の要求を満たすような遮光部材を設計することは、高い精度を必要とされることから非常に困難であり、新たな問題になる。
【００２２】
また、受光素子と受光レンズとの間に遮光体を設けて、周辺光による対象物の誤検知を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００２３】
しかしながら、上記の技術では、測距対象物が近距離にある場合、受光素子に入射する光スポットを遮光することになるため、測距性能（一般には、検知性能）が悪化することが問題になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２０００−３１０５０８号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３７３０号公報
【特許文献３】特開平９−３１８３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従来の測距センサでは、周辺光によって誤測距または誤検知するという課題がある。また、周辺光を遮光する技術では、新たな問題を発生させるため、上記の課題を解決する手段に適していない。
【００２６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、周辺光による誤測距または誤検知を回避することができる測距センサを提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えることによって、安定した動作をする電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明に係る測距センサは、第１信号光を出射する第１発光素子と、第２信号光を出射する第２発光素子と、前記第１信号光または前記第２信号光を受光して受光信号を出力する受光素子部とを備えた測距センサであって、前記第１発光素子および前記第２発光素子は、前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置され、前記第１発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第１方位に配置され、前記第２発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して前記第１方位とは異なる第２方位に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
したがって、第１発光素子による受光信号と第２発光素子による受光信号とに基づいて、受光素子部から出力された受光信号が、第１発光素子の光軸および第２発光素子の光軸から離れた位置（検知範囲外）にある対象物による受光信号であることを検知できる。そのため、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能になる。
【００３０】
本発明に係る測距センサでは、前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで等しい距離となるように配置されていることを特徴とする。
【００３１】
したがって、第１発光素子による受光信号と第２発光素子による受光信号とが略等しくなるので、容易に誤測距または誤検知を防止できる。
【００３２】
本発明に係る測距センサでは、前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで異なる距離となるように配置されていることを特徴とする。
【００３３】
したがって、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能であり、測距性能の向上を実現できる。つまり、第１発光素子の基線長（発光素子の光軸と受光素子部の光軸との間隔）と第２発光素子の基線長とが異なるので、精度よく測距できる範囲を広くすることができる。
【００３４】
本発明に係る測距センサでは、前記第１発光素子、前記第２発光素子および前記受光素子部は、単一の直線上に配置されていることを特徴とする。
【００３５】
したがって、第１発光素子、第２発光素子および受光素子部が単一の直線上に配置されているので、構造を簡略化できる。
【００３６】
本発明に係る測距センサは、前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置された第３発光素子および第４発光素子を備え、前記第３発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第３方位に配置され、前記第４発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第４方位に配置され、前記第１発光素子と前記第２発光素子とを結ぶ直線である第１交差軸と、前記第３発光素子と前記第４発光素子とを結ぶ直線である第２交差軸とが、交差するように配置されており、前記第１方位、前記第２方位、前記第３方位および前記第４方位は、それぞれ異なる方位であることを特徴とする。
【００３７】
したがって、本発明に係る測距センサは追加の発光素子を備えることにより、測距対象物までの距離だけでなく、測距対象物のある方向を検知できる。
【００３８】
本発明に係る測距センサでは、前記受光素子部は、複数の画素を有するイメージセンサを備えることを特徴とする。
【００３９】
したがって、受光素子部はイメージセンサで構成されているので、受光素子部の検知方向に依存しない簡略な構造になる。つまり、複数の発光素子を備えていても、１つのイメージセンサによって距離情報を得られる。
【００４０】
本発明に係る測距センサは、前記受光素子部から前記受光信号を入力される信号処理部を備え、前記信号処理部は、前記受光信号に基づいて前記測距対象物の距離情報を出力する構成とされていることを特徴とする。
【００４１】
したがって、信号処理部を備えることにより、測距対象物の詳細な距離情報を得られる。それによって、確実に誤測距または誤検知を防止できる。
【００４２】
本発明に係る電子機器は、本発明に係る測距センサを備えることを特徴とする。
【００４３】
したがって、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えるので、安定した動作をする電子機器を提供できる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係る測距センサは、第１発光素子による受光信号と第２発光素子による受光信号とに基づいて、受光素子部から出力された受光信号が、第１信号光の光軸および第２信号光の光軸から離れた位置（検知範囲外）にある対象物による受光信号であることを検知できる。そのため、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能になる。
【００４５】
また、本発明に係る電子機器は、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えるので、安定した動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る測距センサの概略平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る測距センサの光学系を示した模式図である。
【図３】図２における周辺光の光学系を示した模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例１の概略平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例２の概略平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例３の概略平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る測距センサの概略平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る測距センサの変形例４の概略平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る測距センサの変形例５の概略平面図である。
【図１０】従来の測距センサによる三角測距方式を示す模式図である。
【図１１】従来の測距センサにおける、測距対象物までの距離に対する出力信号の変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
＜実施の形態１＞
図１および図２に基づいて、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１について説明する。
【００４８】
図１は、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１の概略平面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１の光学系を示した模式図である。
【００４９】
本発明の実施の形態１に係る測距センサ１は、第１信号光Ｒｆ１を出射する第１発光素子１１と、第２信号光Ｒｆ２を出射する第２発光素子１２と、第１信号光Ｒｆ１または第２信号光Ｒｆ２を受光して受光信号を出力する受光素子部２０とを備える。
【００５０】
第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂ（受光光軸２０ｂともいう）と交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１に配置され、第２発光素子１２は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１とは異なる第２方位ＤＰ２に配置されている。なお、以下では、第１発光素子１１と第２発光素子１２とを合わせて発光素子と呼ぶことがある。
【００５１】
上記の構成によると、第１発光素子１１による受光信号と第２発光素子１２による受光信号とに基づいて、受光素子部２０から出力された受光信号が、第１発光素子１１の光軸および第２発光素子１２の光軸から離れた位置（検知範囲外）にある対象物による受光信号であることを検知できる。そのため、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能になる。
【００５２】
第１発光素子１１の光軸である第１光軸１１ｂ上には、第１発光レンズ１１ａが配置されている。したがって、第１発光レンズ１１ａは、第１信号光Ｒｆ１を集光して測距対象物３０に照射する。第２発光素子１２の光軸である第２光軸１２ｂ上には、第２発光レンズ１２ａが配置されている。したがって、第２発光レンズ１２ａは、第２信号光Ｒｆ２を集光して測距対象物３０に照射する。受光素子部２０の光軸である受光光軸２０ｂ上には、受光レンズ２０ａが配置されている。したがって、受光レンズ２０ａは、測距対象物３０からの反射光Ｒｒを集光して受光素子部２０に照射する。
【００５３】
第１発光素子１１と第２発光素子１２とは、互いに受光光軸２０ｂまで等しい距離となるように配置されている。したがって、第１発光素子１１による受光信号と第２発光素子１２による受光信号とが略等しくなるので、容易に誤測距または誤検知を防止できる。
【００５４】
第１発光素子１１、第２発光素子１２および受光素子部２０は、単一の直線ＣＰ上に配置されている。つまり、受光素子部２０は、第１発光素子１１と第２発光素子１２との間
に配置されている。したがって、第１発光素子１１、第２発光素子１２および受光素子部２０が単一の直線ＣＰ上に配置されているので、構造を簡略化できる。なお、以下では、受光光軸２０ｂと平行な方向を縦方向Ｖと呼び、直線ＣＰと平行な方向を横方向Ｈと呼ぶ。
【００５５】
発光素子（第１発光素子１１、第２発光素子１２）は、発光ダイオードなどを用いた光源であり、パッケージに収納されている。
【００５６】
受光素子部２０は、第１信号光Ｒｆ１を受光する第１受光素子２１と、第２信号光Ｒｆ２を受光する第２受光素子２２とを備える。なお、受光素子部２０は、第１信号光Ｒｆ１および第２信号光Ｒｆ２を受光する１つの受光素子であってもよい。
【００５７】
第１受光素子２１および第２受光素子２２は、ＰＳＤや多分割ＰＤであり、発光素子とは別のパッケージに収納されている。
【００５８】
測距センサ１は、受光素子部２０から受光信号を入力される信号処理部（図示しない）を備える。信号処理部は、受光信号に基づいて測距対象物３０の距離情報を出力する構成とされている。したがって、信号処理部を備えることにより、測距対象物３０の詳細な距離情報を得られる。それによって、確実に誤測距または誤検知を防止できる。
【００５９】
信号処理部は、受光素子部２０を収納したパッケージに併せて収納されている。
【００６０】
図２および図３に基づいて、本実施の形態１に係る測距センサによって、誤測距または誤検知を防止する動作について説明する。
【００６１】
図２では、測距センサ１の縦方向Ｖにおける測距可能な範囲は測距範囲Ｌｐであって、測距対象物３０は、測距範囲Ｌｐ内に配置されている。第１発光素子１１から出射された第１信号光Ｒｆ１は、測距対象物３０によって反射され、受光素子部２０は反射光Ｒｒを受光し、受光信号が出力される。また、第２発光素子１２から出射された第２信号光Ｒｆ２は、測距対象物３０によって反射され、受光素子部２０は反射光Ｒｒを受光し、受光信号が出力される。このとき、測距対象物３０は第１光軸１１ｂおよび第２光軸１２ｂを含む範囲に配置されているので、第１受光素子２１および第２受光素子２２によって受光信号が得られる。
【００６２】
一般に、発光素子から出射される光は、光軸に沿って出射される信号光と、信号光より指向角の広い周辺光とで構成される。そのため、第１発光素子１１および第２発光素子１２からも、周辺光が出射される。
【００６３】
図３は、図２における周辺光の光学系を示した模式図である。
【００６４】
第１信号光Ｒｆ１の周辺光は、第１照射範囲Ｒｃ１に照射され、第１照射範囲Ｒｃ１は、縦方向Ｖに向かって第１発光素子１１から離れるほど広くなる。第２信号光Ｒｆ２の周辺光は、第２照射範囲Ｒｃ２に照射され、第２照射範囲Ｒｃ２は、縦方向Ｖに向かって第２発光素子１２から離れるほど広くなる。
【００６５】
測距対象物３０とは異なる離れた位置に置かれた対象物３１は、第１光軸１１ｂおよび第２光軸１２ｂを含む範囲に存在せず、第１照射範囲Ｒｃ１内に存在するとき、第１信号光Ｒｆ１の周辺光を反射して、干渉光Ｒｉを発生させる。第１受光素子２１は、干渉光Ｒｉを受光して受光信号を出力する。そのため、第１光軸１１ｂ上に対象物３１が存在すると誤認識して、誤測距または誤検知をすることがある。
【００６６】
しかしながら、対象物３１は第２照射範囲Ｒｃ２内に存在しないので、第２信号光Ｒｆ２の周辺光を反射せず、第２受光素子２２から受光信号は出力されない。そのため、第１受光素子２１の受光信号と第２受光素子２２の受光信号とが一致しないので、対象物３１は、第１照射範囲Ｒｃ１内に存在するが、第１光軸１１ｂ上に存在しないことを検知できる。つまり、従来の測距センサのように発光素子が１つの場合は、信号光による反射と周辺光による反射とを判別することは出来ないが、発光素子を２つ備えることによって、信号光による反射と周辺光による反射とを判別して、誤測距または誤検知を防止することができる。
【００６７】
図４は、本発明の実施の形態１に係る測距センサ１の変形例１の概略平面図である。なお、図１および図２と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
第１発光素子１１と第２発光素子１２とは、互いに受光素子部２０の光軸２０ｂまで異なる距離となるように配置されている。したがって、検知範囲外にある対象物による誤測距または誤検知を回避することが可能であり、測距性能の向上を実現できる。つまり、第１発光素子の基線長Ｄ１（発光素子の光軸と受光素子部の光軸との間隔）と第２発光素子の基線長Ｄ２とが異なるので、精度よく測距できる範囲を広くすることができる。
【００６９】
測距センサ１では、基線長Ｄ１に対して基線長Ｄ２は、長くなるように配置されている。なお、基線長Ｄ１と基線長Ｄ２とが異なるように適宜選択して配置されていればよい。
【００７０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例２の概略平面図である。なお、図１および図２と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１に配置され、第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１とは異なる第２方位ＤＰ２に配置されている。例えば、第１方位ＤＰ１と第２方位ＤＰ２とは、１２０度の角度を持たせて配置されている。
【００７２】
第１発光素子１１、第２発光素子１２および受光素子部２０は、単一の直線上に配置されていないが、このような配置であっても、発光素子を２つ備えることによって、信号光による反射と周辺光による反射とを判別して、誤測距または誤検知を防止することができる。
【００７３】
図６は、本発明の実施の形態１に係る測距センサの変形例３の概略平面図である。なお、図１、図２および図５と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
変形例３は、変形例２と同様の配置であって、さらに、受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位ＤＰ１および第２方位ＤＰ２とは異なる第３方位ＤＰ３に配置された第３発光素子１３を備え、第３発光素子１３から照射された信号光を集光する第３発光レンズ１３ａを備える。また、受光素子部２０は、第３受光素子２３を備える。発光素子を３つ備えることによって、確実に誤測距または誤検知を防止することができる。例えば、第３方位ＤＰ３と第１方位ＤＰ１、第３方位ＤＰ３と第２方位ＤＰ２は、それぞれ１２０度の角度を持たせて配置されている。
【００７５】
＜実施の形態２＞
図７および図８に基づいて、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２について説明する。なお、実施の形態１と機能、構造が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７６】
図７は、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２の概略平面図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２の変形例４の概略平面図である。
【００７７】
本発明の実施の形態２に係る測距センサ２は、第１信号光Ｒｆ１を出射する第１発光素子１１と、第２信号光Ｒｆ２を出射する第２発光素子１２と、第１信号光Ｒｆ１または第２信号光Ｒｆ２を受光して受光信号を出力する受光素子部２０とを備える。
【００７８】
第１発光素子１１および第２発光素子１２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置され、第１発光素子１１は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位に配置され、第２発光素子１２は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第１方位とは異なる第２方位に配置されている。
【００７９】
測距センサ２は、受光素子部２０の光軸２０ｂと交差する平面上に配置された第３発光素子１３および第４発光素子１４を備える。第３発光素子１３は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第３方位ＤＰ３に配置され、第４発光素子１４は、平面上で受光素子部２０の光軸２０ｂに対して第４方位ＤＰ４に配置されている。
【００８０】
第１発光素子１１と第２発光素子１２とを結ぶ直線である第１交差軸ＣＰ１と、第３発光素子１３と第４発光素子１４とを結ぶ直線である第２交差軸ＣＰ２とが、交差するように配置されている。第１方位ＤＰ１、第２方位ＤＰ２、第３方位ＤＰ３および第４方位ＤＰ４は、それぞれ異なる方位である。したがって、本発明に係る測距センサ２は追加の発光素子を備えることにより、測距対象物までの距離だけでなく、測距対象物のある方向を検知できる。
【００８１】
測距センサ２は、第３発光素子１３から照射された信号光を集光する第３発光レンズ１３ａと、第４発光素子１４から照射された信号光を集光する第４発光レンズ１４ａとを備える。また、受光素子部２０は、第３受光素子２３と第４受光素子２４とを備える。
【００８２】
第１交差軸ＣＰ１と第２交差軸ＣＰ２とは、受光素子部２０（受光光軸２０ｂ）を交点として直交している。第１発光素子１１ないし第４発光素子１４は、受光素子部２０からそれぞれ等しい距離に配置されている。なお、第１発光素子１１ないし第４発光素子１４は、受光素子部２０からそれぞれ異なる距離に配置されていても構わない（図８参照）。
【００８３】
図９は、本発明の実施の形態２に係る測距センサ２の変形例５の概略平面図である。
【００８４】
受光素子部２０は、複数の画素を有するイメージセンサ４０を備える。したがって、受光素子部２０はイメージセンサ４０で構成されているので、受光素子部２０の検知方向に依存しない簡略な構造になる。つまり、複数の発光素子を備えていても、１つのイメージセンサによって距離情報を得られる。
【００８５】
イメージセンサでは、１つの画素から１つの信号が出力されるので、１つの画素が１つのＰＤと同じ働きをする。したがって、１つのイメージセンサを備えることは、複数のＰＤを備えることと同じである。
【００８６】
一般に、受光素子として適用されるＰＤ等は、信号光を受光するための受光面を有し、
受光した信号光の光量と、受光面における信号光の位置の移動とを検知している。受光面における信号光の位置は、受光素子から測距対象物までの距離によって変化し、発光素子の光軸と受光素子の光軸とを結ぶ直線方向で移動する。測距するに際して、信号光の移動方向に向かって受光面を延長することが望ましい。そのため、ＰＤ等では、発光素子に対する位置によって、受光素子の検知方向を測距に最適な方向となるように配置する必要がある。しかしながら、１つのイメージセンサでは、ＰＤ等の場合のように調整をする必要がない。
【００８７】
なお、複数の発光素子を備えた測距センサにおいて、受光素子としてＰＤ等を適用した場合、それぞれの発光素子に対応する受光素子を備えることが望ましい。
【００８８】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３に係る電子機器について説明する。
【００８９】
本発明の実施の形態に係る電子機器は、実施の形態１および実施の形態２に記載の測距センサを備えている。したがって、誤測距または誤検知を防止できる測距センサを備えるので、安定した動作をする電子機器を提供できる。
【００９０】
電子機器の具体例として、温水洗浄便座や、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）、自動扉等が挙げられるが、上記の実施の形態に係る測距センサを備えていれば、これに限定されない。
【符号の説明】
【００９１】
１、２ 測距センサ
１１ 第１発光素子
１１ａ 第１発光レンズ
１１ｂ 第１光軸
１２ 第２発光素子
１２ａ 第２発光レンズ
１２ｂ 第２光軸
１３ 第３発光素子
１３ａ 第３発光レンズ
１４ 第４発光素子
１４ａ 第４発光レンズ
２０ 受光素子部
２０ａ 受光レンズ
２０ｂ 受光光軸
２１ 第１受光素子
２２ 第２受光素子
２３ 第３受光素子
２４ 第４受光素子
３０ 測距対象物
３１ 対象物
４０ イメージセンサ
ＣＰ１ 第１交差軸
ＣＰ２ 第２交差軸
ＤＰ１ 第１方位
ＤＰ２ 第２方位
ＤＰ３ 第３方位
ＤＰ４ 第４方位
Ｒｃ１ 第１照射範囲
Ｒｃ２ 第２照射範囲
Ｒｆ１ 第１信号光
Ｒｆ２ 第２信号光
Ｒｉ 干渉光
Ｒｒ 反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号光を出射する第１発光素子と、第２信号光を出射する第２発光素子と、前記第１信号光または前記第２信号光を受光して受光信号を出力する受光素子部とを備えた測距センサであって、
前記第１発光素子および前記第２発光素子は、前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置され、
前記第１発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第１方位に配置され、
前記第２発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して前記第１方位とは異なる第２方位に配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の測距センサであって、
前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで等しい距離となるように配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の測距センサであって、
前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで異なる距離となるように配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記第１発光素子、前記第２発光素子および前記受光素子部は、単一の直線上に配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置された第３発光素子および第４発光素子を備え、
前記第３発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第３方位に配置され、
前記第４発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第４方位に配置され、
前記第１発光素子と前記第２発光素子とを結ぶ直線である第１交差軸と、前記第３発光素子と前記第４発光素子とを結ぶ直線である第２交差軸とが、交差するように配置されており、
前記第１方位、前記第２方位、前記第３方位および前記第４方位は、それぞれ異なる方位であること
を特徴とする測距センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記受光素子部は、複数の画素を有するイメージセンサを備えること
を特徴とする測距センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記受光素子部から前記受光信号を入力される信号処理部を備え、
前記信号処理部は、前記受光信号に基づいて測距対象物の距離情報を出力する構成とされていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の測距センサを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
第１信号光を出射する第１発光素子と、第２信号光を出射する第２発光素子と、前記第１信号光または前記第２信号光を受光して受光信号を出力する受光素子部とを備えた測距センサであって、
前記第１発光素子および前記第２発光素子は、前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置され、
前記第１発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第１方位に配置され、
前記第２発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して前記第１方位とは異なる第２方位に配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の測距センサであって、
前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで等しい距離となるように配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の測距センサであって、
前記第１発光素子と前記第２発光素子とは、互いに前記受光素子部の光軸まで異なる距離となるように配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記第１発光素子、前記第２発光素子および前記受光素子部は、単一の直線上に配置されていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記受光素子部の光軸と交差する平面上に配置された第３発光素子および第４発光素子を備え、
前記第３発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第３方位に配置され、
前記第４発光素子は、前記平面上で前記受光素子部の光軸に対して第４方位に配置され、
前記第１発光素子と前記第２発光素子とを結ぶ直線である第１交差軸と、前記第３発光素子と前記第４発光素子とを結ぶ直線である第２交差軸とが、交差するように配置されており、
前記第１方位、前記第２方位、前記第３方位および前記第４方位は、それぞれ異なる方位であること
を特徴とする測距センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記受光素子部は、複数の画素を有するイメージセンサを備えること
を特徴とする測距センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１つに記載の測距センサであって、
前記受光素子部から前記受光信号を入力される信号処理部を備え、
前記信号処理部は、前記受光信号に基づいて測距対象物の距離情報を出力する構成とされていること
を特徴とする測距センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の測距センサを備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１４１１４２（Ｐ２０１１−１４１１４２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１２（Ｐ２０１０−８１２）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【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２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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