JP2008157718A - Optical device and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device which can be made compact and shorten detection time of a detected object. <P>SOLUTION: The device includes one light emitting element 2, one two-dimensional position detecting light receiving element 3, and an IC 4. Since this device uses only one emitting element 2 as just described, this device can be made compact and shorten the detection time of the detected object. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、所定範囲に存在する被検出物に対し、この被検出物までの距離および方向を検出する光学デバイス、および、この光学デバイスを有する電子機器に関する。   The present invention relates to an optical device that detects a distance and a direction to an object to be detected existing in a predetermined range, and an electronic apparatus having the optical device.

従来、光学デバイスとしては、図９に示すように、複数の発光素子と、この発光素子と同数の発光側レンズ１０１と、一つの受光素子と、一つの受光側レンズ１０２とを備え、被検出物までの距離および方向を検出するものがある（特開平９−２０３６３１号公報：特許文献１参照）。   Conventionally, as shown in FIG. 9, the optical device includes a plurality of light emitting elements, the same number of light emitting side lenses 101 as the light emitting elements, one light receiving element, and one light receiving side lens 102. There is one that detects the distance and direction to an object (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-203631: Patent Document 1).

上記複数の発光素子から光を上記被検出物に照射し、この被検出物で反射した光を上記受光側レンズで集光して、上記受光素子上にスポットを形成する。このとき、上記複数の発光素子からはタイミングを遅らせて順番に発光させ、それと同期して上記受光素子の信号を読み取ることで、上記各発光素子が動作中に上記受光素子より得られる出力に基づいて、上記被検出物までの距離および方向を検出する。
特開平９−２０３６３１号公報 Light from the plurality of light emitting elements is irradiated onto the object to be detected, and the light reflected by the object to be detected is condensed by the light receiving side lens to form a spot on the light receiving element. At this time, the plurality of light emitting elements are caused to emit light in order at a delayed timing, and the signals of the light receiving elements are read in synchronization with the light emitting elements, so that each light emitting element is based on the output obtained from the light receiving elements during operation. Thus, the distance and direction to the detected object are detected.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-203631

しかしながら、上記従来の光学デバイスでは、上記発光素子および上記発光側レンズ１０１を複数設けるため、発光側のスペースを大きくとる必要があり、デバイス全体としても大型なものになっていた。また、上記被検出物までの距離および方向を検出するために、上記各発光素子を順番に全て発光させる必要があり、上記被検出物の検出時間を要していた。   However, in the conventional optical device, since a plurality of the light emitting elements and the light emitting side lens 101 are provided, it is necessary to make a large space on the light emitting side, and the device as a whole is large. Further, in order to detect the distance and direction to the object to be detected, it is necessary to cause each of the light emitting elements to emit light in order, and the detection time of the object to be detected is required.

また、上記光学デバイスでは、所定の一方向への発光ビームのスキャンを行うが、例えば、この一方向に直交する他方向を検出するために、他方向へのスキャンを追加しようとすると、上記発光素子および上記発光側レンズを倍数追加する必要があり、デバイスとしては、当然に、巨大なものとなり実用的ではなくなるという問題があった。   The optical device scans the light emission beam in a predetermined direction. For example, if an attempt is made to add a scan in another direction in order to detect another direction orthogonal to the one direction, the light emission is performed. It is necessary to add a multiple of the element and the light-emitting side lens, and there is a problem that the device is naturally huge and not practical.

そこで、この発明の課題は、小型化を図ることができると共に上記被検出物の検出時間を短縮できる光学デバイスを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical device that can be miniaturized and can reduce the detection time of the detected object.

上記課題を解決するため、この発明の光学デバイスは、
被検出物までの距離および方向を三角測量方式により検出する光学デバイスであって、
一つの発光素子と、
上記発光素子の発光による上記被検出物からの反射光を受光する一つの二次元位置検出受光素子と、
上記二次元位置検出受光素子から出力される信号を処理すると共に所定のタイミングで上記発光素子を駆動する集積回路と
を備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the optical device of the present invention is
An optical device that detects the distance and direction to an object to be detected by a triangulation method,
One light emitting element,
One two-dimensional position detection light-receiving element that receives reflected light from the object to be detected by light emission of the light-emitting element;
And an integrated circuit that processes a signal output from the two-dimensional position detection light receiving element and drives the light emitting element at a predetermined timing.

この発明の光学デバイスによれば、上記一つの発光素子、上記一つの二次元位置検出受光素子および上記集積回路を備えているので、上記発光素子を一つだけ使用しており、小型化を図ることができると共に、上記被検出物の検出時間を短縮できる。   According to the optical device of the present invention, since the one light emitting element, the one two-dimensional position detection light receiving element, and the integrated circuit are provided, only one light emitting element is used, and the miniaturization is achieved. In addition, the detection time of the detection object can be shortened.

また、一実施形態の光学デバイスでは、上記二次元位置検出受光素子は、ＣＭＯＳエリアセンサである。   In the optical device of one embodiment, the two-dimensional position detection light receiving element is a CMOS area sensor.

この実施形態の光学デバイスによれば、上記二次元位置検出受光素子は、ＣＭＯＳエリアセンサであるので、上記被検出物が複数存在しても、上記各被検出物の位置を検出できる。   According to the optical device of this embodiment, since the two-dimensional position detection light receiving element is a CMOS area sensor, the position of each detected object can be detected even if a plurality of detected objects exist.

また、一実施形態の光学デバイスでは、上記発光素子の光軸上にトロイダルレンズを有する。   In one embodiment, the optical device has a toroidal lens on the optical axis of the light emitting element.

この実施形態の光学デバイスによれば、上記発光素子の光軸上にトロイダルレンズを有するので、上記発光素子からの出射光を、上記トロイダルレンズに集光して、効率よく利用でき、上記発光素子からの出射光を、比較的遠方に存在する上記被検出物まで届けることができて、検出範囲を拡大できる。   According to the optical device of this embodiment, since the toroidal lens is provided on the optical axis of the light emitting element, the light emitted from the light emitting element can be condensed on the toroidal lens and efficiently used. Can be delivered to the object to be detected relatively far away, and the detection range can be expanded.

また、一実施形態の光学デバイスでは、上記発光素子と上記トロイダルレンズの間にフレネルレンズを有する。   In one embodiment, the optical device has a Fresnel lens between the light emitting element and the toroidal lens.

この実施形態の光学デバイスによれば、上記発光素子と上記トロイダルレンズの間にフレネルレンズを有するので、上記フレネルレンズによって、上記発光素子からの出射光のかなり多くの部分を集光して、一旦、擬似点光源とし、この疑似点光源を上記トロイダルレンズによって検出に必要な部分に照射する。したがって、上記発光素子からの出射光がかなり遠方に存在する上記被検出物まで効率よく届くので、検出範囲を大幅に拡大できる。   According to the optical device of this embodiment, since the Fresnel lens is provided between the light emitting element and the toroidal lens, a considerable part of the light emitted from the light emitting element is condensed by the Fresnel lens, and once A pseudo point light source is used, and this pseudo point light source is irradiated onto a portion necessary for detection by the toroidal lens. Therefore, the light emitted from the light emitting element efficiently reaches the object to be detected that exists considerably far away, so that the detection range can be greatly expanded.

また、一実施形態の光学デバイスでは、上記トロイダルレンズは、上記発光素子の光軸方向からみて、中心部より両端部の幅が大きくなるように、形成されている。   In the optical device of one embodiment, the toroidal lens is formed so that the width of both end portions is larger than the center portion when viewed from the optical axis direction of the light emitting element.

この実施形態の光学デバイスによれば、上記トロイダルレンズは、上記発光素子の光軸方向からみて、中心部より両端部の幅が大きくなるように、形成されているので、上記トロイダルレンズからの光の照射範囲内での光強度を均一にしてある。   According to the optical device of this embodiment, the toroidal lens is formed so that the width of both end portions is larger than the center portion when viewed from the optical axis direction of the light emitting element. The light intensity within the irradiation range is made uniform.

また、一実施形態の光学デバイスでは、
上記発光素子の発光波長は、赤外領域にあり、
上記二次元位置検出受光素子の受光波長は、赤外にピーク感度を有し、
上記発光素子の光軸上の上記トロイダルレンズと、上記二次元位置検出受光素子の光軸上に設けられた受光側レンズとは、可視光をカットする光学特性を有する。 In one embodiment of the optical device,
The emission wavelength of the light emitting element is in the infrared region,
The light receiving wavelength of the two-dimensional position detection light receiving element has a peak sensitivity in the infrared,
The toroidal lens on the optical axis of the light emitting element and the light receiving side lens provided on the optical axis of the two-dimensional position detection light receiving element have optical characteristics for cutting visible light.

この実施形態の光学デバイスによれば、上記発光素子の発光波長は、赤外領域にあり、上記二次元位置検出受光素子の受光波長は、赤外にピーク感度を有し、上記発光素子の光軸上の上記トロイダルレンズと、上記二次元位置検出受光素子の光軸上に設けられた受光側レンズとは、可視光をカットする光学特性を有するので、利用する光の波長を可視光線より赤外線を用いることで、外乱光の影響を低減できる。   According to the optical device of this embodiment, the light emitting wavelength of the light emitting element is in the infrared region, the light receiving wavelength of the two-dimensional position detecting light receiving element has a peak sensitivity in the infrared, and the light of the light emitting element The toroidal lens on the shaft and the light-receiving side lens provided on the optical axis of the two-dimensional position detection light-receiving element have optical characteristics for cutting visible light, so that the wavelength of light to be used is more infrared than visible light. By using, the influence of disturbance light can be reduced.

また、一実施形態の光学デバイスでは、上記集積回路は、所定の時間内で所定の回数だけ上記発光素子をパルス発光させ、この発光のタイミングに同期して上記受光素子からの信号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。   In the optical device of one embodiment, the integrated circuit causes the light emitting element to emit light a predetermined number of times within a predetermined time, and a signal from the light receiving element is used as an effective signal in synchronization with the light emission timing. Extracted and output as an average value for the number of pulse emission.

この実施形態の光学デバイスによれば、上記集積回路は、所定の時間内で所定の回数だけ上記発光素子をパルス発光させ、この発光のタイミングに同期して上記受光素子からの信号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ので、定常的な外乱光が上記受光素子に入射しても、この影響はキャンセルされ、精度のよい検出が可能となる。   According to the optical device of this embodiment, the integrated circuit causes the light emitting element to emit light a predetermined number of times within a predetermined time, and a signal from the light receiving element is used as an effective signal in synchronization with the timing of the light emission. Since it is extracted and output as an average value corresponding to the number of times of pulse emission, even if stationary disturbance light is incident on the light receiving element, this influence is canceled and accurate detection becomes possible.

また、この発明の電子機器は、上記光学デバイスを有することを特徴としている。   Further, an electronic apparatus according to the present invention is characterized by having the optical device.

ここで、電子機器とは、例えば、部屋の障害物や壁等を検知しながら自動で掃除する自走式掃除機や、扉前方のどの位置に人が居るかを検知しカメラの向きや焦点を制御して最適な状態にするドアホンなどである。   Here, the electronic device refers to, for example, a self-propelled cleaner that automatically cleans while detecting obstacles or walls in a room, or a position in front of the door to detect a person and the direction and focus of the camera. Such as a door phone that controls the sound to an optimum state.

この発明の電子機器によれば、上記光学デバイスを有しているので、小型化を図ることができると共に、上記被検出物の検出時間を短縮できる。   According to the electronic apparatus of the present invention, since the optical device is included, the size can be reduced and the detection time of the detection object can be shortened.

この発明の光学デバイスによれば、上記一つの発光素子、上記一つの二次元位置検出受光素子および上記集積回路を備えているので、小型化を図ることができると共に上記被検出物の検出時間を短縮できる。   According to the optical device of the present invention, since the one light emitting element, the one two-dimensional position detection light receiving element, and the integrated circuit are provided, the size can be reduced and the detection time of the detected object can be reduced. Can be shortened.

また、この発明の電子機器によれば、上記光学デバイスを有しているので、小型化を図ることができると共に、上記被検出物の検出時間を短縮できる。   In addition, according to the electronic apparatus of the present invention, since the optical device is included, the size can be reduced and the detection time of the detection object can be shortened.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図１Ａは、この発明の光学デバイスの一実施形態である平面図を示し、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図を示し、図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図を示している。   1A is a plan view showing an optical device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. Yes.

この光学デバイスは、一つの発光素子２と、上記発光素子２の発光による被検出物からの反射光を受光する一つの二次元位置検出受光素子３（以下、受光素子という）と、上記受光素子３から出力される信号を処理すると共に所定のタイミングで上記発光素子２を駆動する一つの集積回路としてのＩＣ４とを有し、上記被検出物までの距離および方向を三角測量方式により検出する。   This optical device includes one light-emitting element 2, one two-dimensional position detection light-receiving element 3 (hereinafter referred to as a light-receiving element) that receives reflected light from an object detected by light emission from the light-emitting element 2, and the light-receiving element. And an IC 4 serving as an integrated circuit that processes the signal output from 3 and drives the light emitting element 2 at a predetermined timing, and detects the distance and direction to the detected object by a triangulation method.

上記発光素子２、上記受光素子３および上記ＩＣ４は、リードフレーム１上に配置されている。上記発光素子２と上記受光素子３とは、別々に透光性樹脂５でモールドされ、互いのパッケージは、上記リードフレーム１により、一定間隔に保たれている。   The light emitting element 2, the light receiving element 3 and the IC 4 are disposed on the lead frame 1. The light emitting element 2 and the light receiving element 3 are separately molded with a translucent resin 5, and the packages are kept at a constant interval by the lead frame 1.

上記受光素子３は、例えば、ＣＭＯＳエリアセンサである。ここで、上記発光素子２の発光波長は、赤外領域にあり、上記受光素子３の受光波長は、赤外にピーク感度を有している。   The light receiving element 3 is, for example, a CMOS area sensor. Here, the light emission wavelength of the light emitting element 2 is in the infrared region, and the light reception wavelength of the light receiving element 3 has a peak sensitivity in the infrared.

上記透光性樹脂５には、遮光性樹脂６が一体にモールドされている。この遮光性樹脂６には、上記発光素子２の光の通路となる発光側窓部６ａ、および、上記受光素子３の光の通路となる受光側窓部６ｂが、設けられている。   A light shielding resin 6 is integrally molded with the light transmitting resin 5. The light-shielding resin 6 is provided with a light emission side window portion 6 a serving as a light passage for the light emitting element 2 and a light receiving side window portion 6 b serving as a light passage for the light receiving element 3.

上記発光側窓部６ａの直上で上記発光素子２の光軸上に、フレネルレンズ７が設けられ、上記発光素子２から出射された光を効率よく利用する。このフレネルレンズ７により、上記発光素子２から放たれる光のかなり多くの部分を集光し、ほぼ一点に集光させる。   A Fresnel lens 7 is provided immediately above the light emitting side window 6a and on the optical axis of the light emitting element 2 to efficiently use the light emitted from the light emitting element 2. By this Fresnel lens 7, a considerable part of the light emitted from the light emitting element 2 is condensed and condensed at almost one point.

上記フレネルレンズ７の上方で上記発光素子２の光軸上に、トロイダルレンズ８が設けられ、上記フレネルレンズ７により集光された一点から放たれる光を、扇形状にして、デバイス外へ照射する。   A toroidal lens 8 is provided above the Fresnel lens 7 on the optical axis of the light-emitting element 2, and the light emitted from one point collected by the Fresnel lens 7 is fan-shaped and irradiated outside the device. To do.

上記トロイダルレンズ８からの照射光は、検出範囲内（つまり、照射光の扇形内）にある上記被検出物に反射し、この反射光は、上記受光素子３の上方で上記受光素子３の光軸上に設けられた受光側レンズ９を通して、上記受光素子３の受光面上に集光される。この受光面上での集光位置は、上記被検出物の位置（距離および方向）により変わるため、この集光位置により、上記被検出物の位置を検出できる。   Irradiation light from the toroidal lens 8 is reflected by the detected object within the detection range (that is, within the fan shape of the irradiation light), and the reflected light is light of the light receiving element 3 above the light receiving element 3. The light is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 3 through the light receiving side lens 9 provided on the shaft. Since the condensing position on the light receiving surface varies depending on the position (distance and direction) of the detected object, the position of the detected object can be detected from the condensed position.

上記トロイダルレンズ８と上記受光側レンズ９とは、可視光をカットする光学特性を有する。このため、可視光線が外乱光として存在しても、上記受光素子３まで届かない。   The toroidal lens 8 and the light-receiving side lens 9 have optical characteristics that cut visible light. For this reason, even if visible light exists as disturbance light, it does not reach the light receiving element 3.

上記トロイダルレンズ８および上記受光側レンズ９は、遮光性樹脂からなるケース部１０に、取り付けられている。つまり、上記トロイダルレンズ８および上記受光側レンズ９と、上記ケース部１０とは、２色成形で一体成形されている。このケース部１０は、上記遮光性樹脂６の上記窓部６ａ，６ｂ側および上記フレネルレンズ７を、覆っている。   The toroidal lens 8 and the light receiving side lens 9 are attached to a case portion 10 made of a light shielding resin. That is, the toroidal lens 8 and the light receiving side lens 9 and the case portion 10 are integrally molded by two-color molding. The case portion 10 covers the window portions 6 a and 6 b side of the light shielding resin 6 and the Fresnel lens 7.

上記ケース部１０には、上記発光素子２からの光が直接に上記受光素子３へ入射しないように、内壁１０ａを設けている。上記ケース部１０に導電性樹脂材料を使用し、このケース部１０を、デバイスのグランド端子（例えば、上記リードフレーム１のグランド部）に金属ネジで電気的に接続することで、シールド効果で外部の電磁ノイズの影響を除去し、安定した出力を得られるようにしている。   The case portion 10 is provided with an inner wall 10 a so that light from the light emitting element 2 does not directly enter the light receiving element 3. A conductive resin material is used for the case portion 10, and the case portion 10 is electrically connected to a ground terminal of the device (for example, the ground portion of the lead frame 1) with a metal screw. The effect of electromagnetic noise is eliminated, so that stable output can be obtained.

上記ＩＣ４は、所定の時間内で所定の回数だけ上記発光素子２をパルス発光させ、この発光のタイミングに同期して上記受光素子３からの信号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。このため、定常的な外乱光が上記受光素子３に入射しても、この影響はキャンセルされて、精度のよい検出が可能となる。   The IC 4 causes the light emitting element 2 to emit light by a predetermined number of times within a predetermined time, extracts a signal from the light receiving element 3 as an effective signal in synchronization with the timing of the light emission, and averages the number of times of pulse light emission. Output as a value. For this reason, even if stationary disturbance light is incident on the light receiving element 3, this influence is canceled and accurate detection is possible.

図２Ａと図２Ｂに示すように、上記トロイダルレンズ８は、上記発光素子２の光軸方向（矢印Ｙ方向）からみて、中心部より両端部の幅が大きくなるように、形成されている。つまり、上記トロイダルレンズ８の幅は、両端部から、上記発光素子２の光軸が通る中央部にかけて、次第に狭くなるように、形成されている。図２Ａは、トロイダルレンズの斜視図を示し、図２Ｂは、図２Ａの矢印Ｙ方向からみた平面図を示す。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the toroidal lens 8 is formed so that the width of both end portions is larger than the center portion when viewed from the optical axis direction (arrow Y direction) of the light emitting element 2. That is, the width of the toroidal lens 8 is formed so as to become gradually narrower from both end portions to the central portion through which the optical axis of the light emitting element 2 passes. 2A shows a perspective view of the toroidal lens, and FIG. 2B shows a plan view seen from the direction of arrow Y in FIG. 2A.

そして、図３に示すように、上記トロイダルレンズ８から所定距離離れた位置にある平面Ｓ上において、上記発光素子２から出射される光の強度を測定すると、図４に示すように、上記発光素子２の光軸Ｘに対して離れた位置においても、光強度を均一にできる。なお、図４中、横軸は、平面Ｓ上での光軸Ｘを基準とした位置を示し、縦軸は、光強度を示す。   Then, as shown in FIG. 3, when the intensity of light emitted from the light emitting element 2 is measured on the plane S located at a predetermined distance from the toroidal lens 8, as shown in FIG. Even at a position away from the optical axis X of the element 2, the light intensity can be made uniform. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the position on the plane S with respect to the optical axis X, and the vertical axis indicates the light intensity.

これに対して、トロイダルレンズの幅が、両端部から中央部にわたって、均一である場合、図５に示すように、上記発光素子２の光軸Ｘから離れるに従い、光強度が弱くなり、精度のよい検出ができない。   On the other hand, when the width of the toroidal lens is uniform from both ends to the center, as shown in FIG. 5, the light intensity decreases as the distance from the optical axis X of the light-emitting element 2 decreases. Good detection is not possible.

次に、図６〜図８を用いて、上記光学デバイスの検出原理について説明する。なお、図７は、図６の発光側の拡大図を示し、図８は、図６の受光側の拡大図を示す。   Next, the detection principle of the optical device will be described with reference to FIGS. 7 shows an enlarged view of the light emitting side of FIG. 6, and FIG. 8 shows an enlarged view of the light receiving side of FIG.

図６と図７に示すように、上記発光素子２から出射された光を効率よく利用するために、上記フレネルレンズ７により、上記発光素子２から放たれる光のかなり多くの部分を集光しほぼ一点に集光させる。   As shown in FIGS. 6 and 7, in order to efficiently use the light emitted from the light emitting element 2, a considerable part of the light emitted from the light emitting element 2 is condensed by the Fresnel lens 7. Then, the light is condensed at almost one point.

次に、この一点から放たれる光を、上記トロイダルレンズ８を通して、扇形状にして、デバイス外へ照射する。このとき、照射光の検出範囲内に被検出物Ａ，Ｂがあると、そこで反射した光の一部が、図６と図８に示すように、上記受光側レンズ９を通して、上記受光素子３（ＣＭＯＳエリアセンサ）の受光部にスポットとして集光される。   Next, the light emitted from this one point is made into a fan shape through the toroidal lens 8 and irradiated outside the device. At this time, if the detected objects A and B are within the detection range of the irradiation light, a part of the light reflected there passes through the light receiving side lens 9 and the light receiving element 3 as shown in FIGS. It is condensed as a spot on the light receiving part of the (CMOS area sensor).

このスポット位置は、デバイスから上記被検出物Ａ，Ｂまでの距離により、Ｘ軸方向で変動する。つまり、デバイスからの距離が遠いほど、スポット位置は、Ｘ軸の負の方向に寄る。上記被検出物Ａは、上記被検出物Ｂよりも、遠い位置にあるので、上記被検出物Ａからのスポットは、上記被検出物Ｂからのスポットよりも、Ｘ軸の負の方向に位置している。一方、上記スポット位置は、上記被検出物Ａ，Ｂの方向により、Ｙ軸方向で変動する。   This spot position varies in the X-axis direction depending on the distance from the device to the detected objects A and B. That is, the farther away from the device, the closer the spot position is to the negative direction of the X axis. Since the detected object A is at a position farther than the detected object B, the spot from the detected object A is positioned in the negative direction of the X axis than the spot from the detected object B. is doing. On the other hand, the spot position varies in the Y-axis direction depending on the directions of the detected objects A and B.

したがって、上記受光素子３の受光面上のどの位置にスポットがあるかにより、上記被検出物Ａ，Ｂの位置を特定できる。もちろん、上記被検出物Ａ，Ｂが複数個存在する場合も、それぞれの位置を検出可能である。   Therefore, the positions of the detection objects A and B can be specified depending on where the spot is on the light receiving surface of the light receiving element 3. Of course, even when there are a plurality of the detected objects A and B, the respective positions can be detected.

上記構成の光学デバイスを電子機器に搭載してもよい。この電子機器とは、例えば、部屋の障害物や壁等を検知しながら自動で掃除する自走式掃除機や、扉前方のどの位置に人が居るかを検知しカメラの向きや焦点を制御して最適な状態にするドアホンなどである。したがって、上記自走式掃除機では、効率の良い掃除ができ、上記ドアホンでは、ドアホンの映像を部屋で確認する場合に、モニターに鮮明な人の映像を映し出すことができて、防犯に役立つ。   You may mount the optical device of the said structure in an electronic device. This electronic device is, for example, a self-propelled vacuum cleaner that automatically cleans while detecting obstacles and walls in the room, etc., and detects where a person is in front of the door and controls the orientation and focus of the camera It is a door phone etc. which makes it the optimal state. Therefore, the self-propelled cleaner can perform efficient cleaning, and the door phone can display a clear image of a person on the monitor when checking the image of the door phone in a room, which is useful for crime prevention.

上記構成の光学デバイスによれば、上記一つの発光素子２、上記一つの二次元位置検出受光素子３および上記ＩＣ４を備えているので、上記発光素子２を一つだけ使用しており、小型化を図ることができると共に、上記被検出物の検出時間を短縮できる。また、三角測量方式を利用しているため、上記被検出物の光反射率によらず精度よく検出できる。   According to the optical device having the above-described configuration, since the single light-emitting element 2, the single two-dimensional position detection light-receiving element 3 and the IC 4 are provided, only one of the light-emitting elements 2 is used and the size is reduced. In addition, the detection time of the detection object can be shortened. Further, since the triangulation method is used, it can be detected with high accuracy regardless of the light reflectance of the detection object.

また、上記二次元位置検出受光素子３は、ＣＭＯＳエリアセンサであるので、上記被検出物が複数存在しても、上記各被検出物の位置を検出できる。   Further, since the two-dimensional position detection light receiving element 3 is a CMOS area sensor, the position of each detected object can be detected even when a plurality of detected objects exist.

また、上記発光素子２の光軸上にトロイダルレンズ８を有するので、上記発光素子２からの出射光を、上記トロイダルレンズ８に集光して、効率よく利用でき、上記発光素子２からの出射光を、比較的遠方に存在する上記被検出物まで届けることができて、検出範囲を拡大できる。   Further, since the toroidal lens 8 is provided on the optical axis of the light emitting element 2, the light emitted from the light emitting element 2 can be condensed and utilized efficiently on the toroidal lens 8, and the light emitted from the light emitting element 2 can be used efficiently. Irradiation can be delivered to the detected object that exists relatively far away, and the detection range can be expanded.

また、上記発光素子２と上記トロイダルレンズ８の間にフレネルレンズ７を有するので、上記フレネルレンズ７によって、上記発光素子２からの出射光のかなり多くの部分を集光して、一旦、擬似点光源とし、この疑似点光源を上記トロイダルレンズ８によって検出に必要な部分に照射する。したがって、上記発光素子２からの出射光がかなり遠方に存在する上記被検出物まで効率よく届くので、検出範囲を大幅に拡大できる。   In addition, since the Fresnel lens 7 is provided between the light emitting element 2 and the toroidal lens 8, a considerable part of the light emitted from the light emitting element 2 is condensed by the Fresnel lens 7 to temporarily form a pseudo dot. A light source is used, and the pseudo point light source is irradiated to a portion necessary for detection by the toroidal lens 8. Therefore, since the emitted light from the light emitting element 2 efficiently reaches the detected object that exists considerably far away, the detection range can be greatly expanded.

また、上記トロイダルレンズ８は、上記発光素子２の光軸方向からみて、中心部より両端部の幅が大きくなるように、形成されているので、上記トロイダルレンズ８からの光の照射範囲内での光強度を均一にしてある。   Further, since the toroidal lens 8 is formed so that the width of both end portions is larger than the center portion when viewed from the optical axis direction of the light emitting element 2, within the irradiation range of the light from the toroidal lens 8. The light intensity is uniform.

これは、上記発光素子２からの出射光の強度分布は、光軸上では強く、この光軸から外れるにしたがって弱くなるが、上記トロイダルレンズ８を、中心部より両端部の幅が大きくなるように、形成することで、光照射範囲内での光強度が均一になり、精度のよい検出が可能となる。   This is because the intensity distribution of the light emitted from the light emitting element 2 is strong on the optical axis and becomes weaker as it deviates from the optical axis, but the width of both ends of the toroidal lens 8 is larger than the central part. In addition, by forming the light intensity within the light irradiation range becomes uniform, accurate detection is possible.

また、上記発光素子２の発光波長は、赤外領域にあり、上記二次元位置検出受光素子３の受光波長は、赤外にピーク感度を有し、上記発光素子２の光軸上の上記トロイダルレンズ８と、上記二次元位置検出受光素子３の光軸上に設けられた受光側レンズ９とは、可視光をカットする光学特性を有するので、利用する光の波長を可視光線より赤外線を用いることで、外乱光の影響を低減できる。例えば、屋内の蛍光灯程度の光であれば影響を受けない。   The light emission wavelength of the light emitting element 2 is in the infrared region, the light reception wavelength of the two-dimensional position detection light receiving element 3 has a peak sensitivity in the infrared, and the toroidal on the optical axis of the light emitting element 2. Since the lens 8 and the light-receiving side lens 9 provided on the optical axis of the two-dimensional position detection light-receiving element 3 have an optical characteristic of cutting visible light, the wavelength of light to be used is infrared rather than visible light. Thus, the influence of disturbance light can be reduced. For example, it is not affected if the light is about the same as an indoor fluorescent lamp.

また、上記ＩＣ４は、所定の時間内で所定の回数だけ上記発光素子２をパルス発光させ、この発光のタイミングに同期して上記受光素子３からの信号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ので、定常的な外乱光が上記受光素子３に入射しても、この影響はキャンセルされ、精度のよい検出が可能となる。例えば、白熱灯や太陽光のように赤外光が含まれる光の環境下で使用できる。   Further, the IC 4 causes the light emitting element 2 to emit a pulse a predetermined number of times within a predetermined time, extracts a signal from the light receiving element 3 as an effective signal in synchronization with the timing of this light emission, Therefore, even if stationary disturbance light is incident on the light receiving element 3, this influence is canceled and accurate detection is possible. For example, it can be used in an environment of light including infrared light such as an incandescent lamp or sunlight.

上記構成の電子機器によれば、上記光学デバイスを有しているので、小型化を図ることができると共に、上記被検出物の検出時間を短縮できる。   According to the electronic apparatus having the above-described configuration, since the optical device is included, the downsizing can be achieved and the detection time of the detection object can be shortened.

本発明の光学デバイスの一実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the optical device of this invention. 図１ＡのＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 1A. 図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 1A. トロイダルレンズの斜視図である。It is a perspective view of a toroidal lens. 図２Ａの矢印Ｙ方向からみた平面図である。It is the top view seen from the arrow Y direction of FIG. 2A. 発光素子からの出射光の状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the state of the emitted light from a light emitting element. 発光素子の光軸を基準とした位置と光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position on the basis of the optical axis of a light emitting element, and light intensity. 通常のトロイダルレンズを用いた場合で、発光素子の光軸を基準とした位置と光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position on the basis of the optical axis of a light emitting element, and light intensity at the time of using a normal toroidal lens. 光学デバイスの光学系を示すと共に検出原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical system of an optical device, and demonstrates a detection principle. 図６の発光側の拡大図である。It is an enlarged view of the light emission side of FIG. 図６の受光側の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of the light receiving side in FIG. 6. 従来の光学デバイスを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional optical device.

符号の説明Explanation of symbols

１ リードフレーム
２ 発光素子
３ 二次元位置検出受光素子
４ ＩＣ（集積回路）
５ 透光性樹脂
６ 遮光性樹脂
６ａ 発光側窓部
６ｂ 受光側窓部
７ フレネルレンズ
８ トロイダルレンズ
９ 受光側レンズ
１０ ケース部
１０ａ 内壁
Ｓ 平面
Ａ，Ｂ 被検出物
１０１ 発光側レンズ
１０２ 受光側レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lead frame 2 Light emitting element 3 Two-dimensional position detection light receiving element 4 IC (integrated circuit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Translucent resin 6 Light-shielding resin 6a Light emission side window part 6b Light reception side window part 7 Fresnel lens 8 Toroidal lens 9 Light reception side lens 10 Case part 10a Inner wall S Plane A, B Detected object 101 Light emission side lens 102 Light reception side lens

Claims (8)

被検出物までの距離および方向を三角測量方式により検出する光学デバイスであって、
一つの発光素子と、
上記発光素子の発光による上記被検出物からの反射光を受光する一つの二次元位置検出受光素子と、
上記二次元位置検出受光素子から出力される信号を処理すると共に所定のタイミングで上記発光素子を駆動する集積回路と
を備えていることを特徴とする光学デバイス。 An optical device that detects the distance and direction to an object to be detected by a triangulation method,
One light emitting element,
One two-dimensional position detection light-receiving element that receives reflected light from the object to be detected by light emission of the light-emitting element;
An optical device comprising: an integrated circuit that processes a signal output from the two-dimensional position detection light receiving element and drives the light emitting element at a predetermined timing. 請求項１に記載の光学デバイスにおいて、
上記二次元位置検出受光素子は、ＣＭＯＳエリアセンサであることを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 1.
The optical device, wherein the two-dimensional position detection light receiving element is a CMOS area sensor. 請求項１に記載の光学デバイスにおいて、
上記発光素子の光軸上にトロイダルレンズを有することを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 1.
An optical device comprising a toroidal lens on the optical axis of the light emitting element. 請求項３に記載の光学デバイスにおいて、
上記発光素子と上記トロイダルレンズの間にフレネルレンズを有することを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 3.
An optical device comprising a Fresnel lens between the light emitting element and the toroidal lens. 請求項３に記載の光学デバイスにおいて、
上記トロイダルレンズは、上記発光素子の光軸方向からみて、中心部より両端部の幅が大きくなるように、形成されていることを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 3.
The optical device is characterized in that the toroidal lens is formed so that the width of both end portions is larger than the center portion when viewed from the optical axis direction of the light emitting element. 請求項３に記載の光学デバイスにおいて、
上記発光素子の発光波長は、赤外領域にあり、
上記二次元位置検出受光素子の受光波長は、赤外にピーク感度を有し、
上記発光素子の光軸上の上記トロイダルレンズと、上記二次元位置検出受光素子の光軸上に設けられた受光側レンズとは、可視光をカットする光学特性を有することを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 3.
The emission wavelength of the light emitting element is in the infrared region,
The light receiving wavelength of the two-dimensional position detection light receiving element has a peak sensitivity in the infrared,
The toroidal lens on the optical axis of the light-emitting element and the light-receiving side lens provided on the optical axis of the two-dimensional position detection light-receiving element have optical characteristics for cutting visible light. . 請求項３に記載の光学デバイスにおいて、
上記集積回路は、所定の時間内で所定の回数だけ上記発光素子をパルス発光させ、この発光のタイミングに同期して上記受光素子からの信号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ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 3.
The integrated circuit causes the light emitting element to emit light a predetermined number of times within a predetermined time, extracts a signal from the light receiving element as an effective signal in synchronization with the timing of the light emission, and averages the number of times of pulse light emission An optical device characterized by outputting as: 請求項１に記載の光学デバイスを有する電子機器。   An electronic apparatus comprising the optical device according to claim 1.
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