JPH07286811A

JPH07286811A - 光学装置

Info

Publication number: JPH07286811A
Application number: JP10227894A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Osumi; 吉正大角; Kohei Tomita; 公平冨田; Hayami Hosokawa; 速美細川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】受光面上でのスポットの移動方向と受光素子
の分割線が平行になるように構成し、スポット径の変化
を用いて測距を行い、測距レンジの拡大を図る。【構成】対象物までの距離が変化したときに受光素子
上のスポットの位置は移動し、かつスポット径が変化す
る。スポットは受光面の分割線に平行に移動し、分割さ
れた受光素子の２つの出力は変化する。この変化を検出
することで対象物までの距離を測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物に光を出射し、
その反射光を受光することにより、対象物までの距離を
測定する光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式測距装置には、図１（ａ）
に示すような構成の三角測距方式を用いた光電センサが
ある。この装置の光学系は、投光用の発光素子１と投光
レンズ３、及び受光用の受光素子２と受光レンズ４から
なり、受光素子２には、１次元方向（位置検出方向）で
のスポット受光位置を検知できる、例えば、２分割フォ
トダイオード（ＰＤ）や位置検出素子（ＰＳＤ）等を用
いる。装置から対象物（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）までの距離
が変化したとき、図１（ｂ）に示すように、受光素子２
の受光面上で、対象物による反射光のスポット（Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３）は、一定方向で対象物の距離に対応する位
置に移動する。そのスポットの位置を受光素子２で検知
し、その位置に基づく出力信号を図２に示すような処理
回路で処理することで、対象物までの距離を測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光学式測距装置においては、測距レンジの拡
大すなわち長距離化を図るには、対象物の移動に対する
スポットの移動を小さくする必要があり、そのために
は、投・受光素子の光軸の交角を小さくする必要があ
る。その実現方法として、投・受光素子間の距離を短く
する、又は投・受光部の光軸の交点を遠くに設計する、
の２つが考えられる。しかし、前者はレンズ等の大きさ
のために限界があり、後者は装置に近い範囲の測定が困
難になる。つまり、従来の構成では、光軸の交角はある
程度以上小さくできず、測距レンジの長距離化には限界
があった。本発明は、上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、受光面上でのスポットの移動方向と受光素
子の分割線が平行になるように構成し、スポット径の変
化を用いて測距を行うことにより、測距レンジの拡大を
図った光学装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、対象物に向け光束を出射する投光
部と、対象物からの反射光をスポット受光する受光素子
を有した受光部とを備えた光学装置において、前記受光
素子は受光面が少なくとも２つの領域に分割されたもの
であり、かつ、該受光素子の分割線が、前記投光部又は
受光部から対象物までの距離が変化したときに生じる前
記反射光の受光面上でのスポットの位置変化方向に対し
ほぼ平行になるように構成されており、該受光素子の２
つの出力に基づいて対象物までの距離を測定するもので
ある。請求項２の発明は、対象物に向け光束を出射する
投光部と、対象物からの反射光をスポット受光する受光
素子を有した受光部とを備えた光学装置において、前記
受光素子は受光面が少なくとも２つの領域に分割された
ものであり、かつ、該受光素子の分割線が、前記投光部
又は受光部から対象物までの距離が変化したときに生じ
る前記反射光の受光面上でのスポットの位置変化方向に
対しほぼ平行になるように構成されており、該受光素子
の２つの出力に基づいて対象物が所定の距離範囲内にあ
るか否かを判断するものである。請求項３の発明は、請
求項２に記載の光学装置において、受光素子の受光面上
における対象物による反射光のスポットが、分割された
２つの領域にまたがるように構成され、さらに、前記各
領域から得られる出力の比をとり、その比が一定値を越
えるか否かに基づいて、対象物が所定の範囲内にあるか
否かを判断する判定手段を備えたものである。請求項４
の発明は、請求項２に記載の光学装置において、受光素
子の受光面上における対象物による反射光のスポット
が、分割された２つの領域のいずれか一方の領域のみに
存在するか否かに基づいて、対象物が所定の範囲内にあ
るか否かを判断する判定手段を備えたものである。

【０００５】

【作用】本発明の光学装置によれば、投光部より対象物
に向け光束を出射し、その対象物からの反射光を受光素
子にてスポット受光する。投光部又は受光部から対象物
までの距離が変化したときに受光素子上の上記スポット
の位置は移動し、かつスポット径は変化する。このと
き、スポットは受光面の分割線に平行に移動し、このス
ポットの移動と同時に生じるスポット径の変化により、
分割された受光素子の２つの出力は変化する。この変化
を検出することで対象物までの距離を測定することがで
きる。スポットが受光面の分割線に平行に移動すること
で、該分割線と交わっている範囲が大きくなり、測距レ
ンジが拡大される。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例１による測距センサ装置を図
３、図４を参照して説明する。本装置は、対象物（Ｍ
４，Ｍ５，Ｍ６）に向け光束を出射する発光素子１及び
投光レンズ３とからなる投光部と、対象物からの反射光
をスポット受光するための受光素子２及び受光レンズ４
からなる受光部とから構成される。受光素子１はフォト
ダイオード等でなり、受光面が少なくとも２つの領域に
分割されたものを用いる。そして、受光素子２は、その
領域の分割線と、センサから対象物までの距離が変化し
たときに生じる反射光の受光スポットの位置変化方向と
が平行になるように構成されている。図４は受光素子２
により得られる出力より対象物までの距離を測定するた
めの処理回路を示す。

【０００７】上記構成において、対象物がＭ４からＭ６
の位置に移動した時、受光面上でスポットは、その大き
さを変えながら、図４に示すように、Ｓ４からＳ６へ移
動する。このとき、受光素子２の分割線２ｄと、スポッ
トの中心とは距離が変わらないため、スポット大きさが
変わると、受光素子２の２つの領域間の出力比が変化す
る。なお、スポットの中心は、分割線２ｄと一致するこ
とがないように、いずれか一方の領域側に偏らせてい
る。スポットの大きさは対象物までの距離で一意的に決
定されるので、その出力比より測距できる。処理回路で
は、加算回路１１、減算回路１２及び割算回路１３によ
り、２つの出力の差／和をとり、その値より測距を行
う。

【０００８】ところで、従来の三角測距法（図１）で
は、移動するスポットに対し分割線２ｅがほぼ垂直にな
るように構成されていたので、図５（ａ）に示すよう
に、スポットが分割線２ｅと交わっている範囲が小さ
く、測距レンジが狭い範囲であった。それに対して、本
実施例では、図５（ｂ）に示すように、移動するスポッ
トが分割線２ｄに平行なため、交わる範囲が従来より大
きくなる。対象物までの距離が変わるとスポットが移動
するため、スポットの移動範囲が拡がることは、測定レ
ンジの拡大を示す。よって、本方式により測距レンジの
拡大ができることが分かる。また、測距レンジの拡大の
ために、従来のように発光素子１と受光素子２の光軸関
係を変える必要がないので、装置に近い距離範囲をも測
距できる。

【０００９】図６は実施例２による処理回路を示す。実
施例２の光学系は実施例１（図３）と同じ構成でよい。
この処理回路では、受光素子２の各領域毎の受光スポッ
トにより得られる出力の比をとり（比をとる点は実施例
１と同じ）、その比があらかじめ設定してある設定値１
４より大きいか小さいかを判断回路１５により判断し、
これより対象物が所定の距離範囲内にあるか否かを判断
する。従来の三角測距法を用いると測距レンジが狭いた
め、設定できる距離範囲も狭かったのに対して、本実施
例によれば、測距レンジが広がるため、判断する所定の
距離範囲の設定可能な範囲が拡がる。

【００１０】図７、図８は実施例３による光学系の側面
図及び上面図である。この光学系の構成では、投光レン
ズ３と受光レンズ４のほぼ中心を結ぶ線と対象物Ｍの測
距方向により決定される面に対し、ほぼ垂直な方向に発
光素子１からの投光ビ−ムが上又は下方向（図では上）
にずらされて投光されている。それにより受光素子２の
受光面上でのスポットが上又は下方向のいずれか（投光
ビ−ムの投光方向による）にずれ、受光面上でのスポッ
トは、実施例１又は２と同じ状態になる。よって、本実
施例によっても、前記実施例１又は２と同等の効果が得
られる。

【００１１】図９は実施例４による受光素子２の受光面
を、図１０はその処理回路を示す。本実施例の光学系
は、実施例２に用いた構成と同じものでよく、実施例２
での受光素子の２つの領域の出力比の設定値１４を
“０”とし、各領域の出力比を図示のごとく１：０に固
定する。そして、割算回路１３と設定値１４とを比較回
路１６により比較し、検出信号を得る。なお、設定距離
を変えるには、実施例３の図７の構成で、受光素子２を
上下に可動にすればよい。

【００１２】前記実施例２では測距レンジの拡大はでき
るが、図１１（ａ）に示すように、対象物のエッジ（斜
線部）の影響により、出力１／出力２の値が変わるた
め、誤測定をしてしまうという問題がある。それに対し
て、本実施例４では、出力比はとらず各領域の出力の有
無のみで判断するため、図１１（ｂ）に示すように、ス
ポットに対象物のエッジ（斜線部）があっても、出力
１，２の値が“０”であるかどうかを調べるだけである
ので、エッジの影響を受けることがなく、安定な検出が
できる。また、設定距離は、実施例２と同様の範囲で可
変であり、従来の三角測距法を用いた装置に比べて、設
定範囲の拡大が図れる。

【００１３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、投光され
た光束の対象物による反射光が少なくとも２分割された
受光素子の受光面上でスポットを形成し、そのスポット
の中心が受光素子の分割線上になく、かつ、スポットの
移動方向と分割線がほぼ平行であるようにし、２つの領
域からの出力を比較し、その出力比により対象物までの
距離を測定するようにしたので、従来に比べ、スポット
が分割線と交わっている範囲が大きいため、測距レンジ
の拡大が図れる。また、投・受光素子の光軸関係を変え
る必要がないので、装置に近い範囲をも測距できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の三角測距法を示す構成図及び受光面を示
す図である。

【図２】従来の三角測距法での処理回路の回路図であ
る。

【図３】本発明の実施例１による測距センサ装置の光学
系の構成図である。

【図４】同上装置における処理回路の回路図である。

【図５】従来と本実施例による測距レンジを示す図であ
る。

【図６】実施例２における処理回路の回路図である。

【図７】実施例３の光学系の側面図である。

【図８】同上の光学系の上面図である。

【図９】実施例４での受光面を示す図である。

【図１０】実施例４における処理回路の回路図である。

【図１１】実施例２と実施例４との作用の違いを説明す
るための図である。

【符号の説明】

１発光素子２受光素子２ｄ分割線１４設定値１５判断回路１６比較回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に向け光束を出射する投光部と、
対象物からの反射光をスポット受光する受光素子を有し
た受光部とを備えた光学装置において、前記受光素子は受光面が少なくとも２つの領域に分割さ
れたものであり、かつ、該受光素子の分割線が、前記投
光部又は受光部から対象物までの距離が変化したときに
生じる前記反射光の受光面上でのスポットの位置変化方
向に対しほぼ平行になるように構成されており、該受光
素子の２つの出力に基づいて対象物までの距離を測定す
ることを特徴とする光学装置。
【請求項２】対象物に向け光束を出射する投光部と、
対象物からの反射光をスポット受光する受光素子を有し
た受光部とを備えた光学装置において、前記受光素子は受光面が少なくとも２つの領域に分割さ
れたものであり、かつ、該受光素子の分割線が、前記投
光部又は受光部から対象物までの距離が変化したときに
生じる前記反射光の受光面上でのスポットの位置変化方
向に対しほぼ平行になるように構成されており、該受光
素子の２つの出力に基づいて対象物が所定の距離範囲内
にあるか否かを判断することを特徴とする光学装置。
【請求項３】受光素子の受光面上における対象物によ
る反射光のスポットが、分割された２つの領域にまたが
るように構成され、さらに、前記各領域から得られる出力の比をとり、その比が一定
値を越えるか否かに基づいて、対象物が所定の範囲内に
あるか否かを判断する判定手段を備えたことを特徴とす
る請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】受光素子の受光面上における対象物によ
る反射光のスポットが、分割された２つの領域のいずれ
か一方の領域のみに存在するか否かに基づいて、対象物
が所定の範囲内にあるか否かを判断する判定手段を備え
たことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。