JPH09203631A - Distance-measuring sensor - Google Patents
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- JPH09203631A JPH09203631A JP1108896A JP1108896A JPH09203631A JP H09203631 A JPH09203631 A JP H09203631A JP 1108896 A JP1108896 A JP 1108896A JP 1108896 A JP1108896 A JP 1108896A JP H09203631 A JPH09203631 A JP H09203631A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、測距センサに関
し、特に測距対象物が発光素子から投光される２次元平
面内のどの位置にあっても測距対象物の距離を検出する
ことができ、かつ測距対象物の方向性を投光方向範囲と
いう形で検出することができる測距センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring sensor, and more particularly to detecting the distance of a distance measuring object regardless of the position of the distance measuring object in a two-dimensional plane projected from a light emitting element. The present invention relates to a distance measuring sensor that can detect the directionality of an object to be measured in the form of a projection direction range.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の測距センサについて図１１を参照
して説明する。まず、図１１において、従来の測距セン
サにおいては発光素子１からの放射光を投光レンズ２に
よって絞りをかけてから測距対象物３に向けて投光し、
その投光による測距対象物３上からの乱反射光を受光レ
ンズ４によって半導***置検出素子（Position Sensiti
ve Ｐhotoｄetector: 以下、ＰＳＤという）５に対し集
光することにより、測距センサから測距対象物３までの
距離Ｌを検出測定することができる。この距離Ｌの測定
原理は三角測距方式のもので周知であるから、ここでは
簡単に説明すると、発光素子１からの放射光が投光レン
ズ２で集光されて測距対象物３上に投光されるととも
に、測距対象物３で反射されて受光レンズ４で集光され
ると、ＰＳＤ５上に光スポットが形成される。そして、
この光スポットのＰＳＤ５上での位置は、上記距離Ｌに
応じて変化するわけである。ＰＳＤ５においては光スポ
ットの位置に対応した信号電流を出力することから、こ
の信号電流を検出することで距離Ｌが測距できることに
なる。2. Description of the Related Art A conventional distance measuring sensor will be described with reference to FIG. First, in FIG. 11, in the conventional distance measuring sensor, the emitted light from the light emitting element 1 is focused by the light projecting lens 2 and then projected toward the distance measuring object 3.
The semiconductor position detecting element diffused reflection light from above the measuring object 3 due to the light projection by the light receiving lens 4 (P osition S ensiti
ve Photo d etector: hereinafter referred PSD) by condensed to 5, can be detected and measured the distance L to the object 3 from the distance sensor. Since the principle of measuring the distance L is well known in the triangulation type, a brief description will be given here. The radiated light from the light emitting element 1 is condensed by the light projecting lens 2 and is projected onto the distance measuring object 3. When the light is projected, reflected by the object 3 to be measured, and condensed by the light receiving lens 4, a light spot is formed on the PSD 5. And
The position of this light spot on the PSD 5 changes according to the distance L. Since the PSD 5 outputs a signal current corresponding to the position of the light spot, the distance L can be measured by detecting this signal current.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記図１１のように構
成された従来の測距センサにおいては、上記測定原理に
従って測距対象物３が放射光の光軸上に配置されていな
いのでは測距対象物３に対して放射光を投光できないか
ら、測距対象物３は放射光の光軸上に必ず配置されてい
ることが測距の前提となり、そのため、ＸーＹ直交２次
元平面内において測距対象物３が検出を必要とする範囲
Ａ内において任意の位置にある場合には例えば測距対象
物３が符号で３’の位置にあるときは放射光の光軸上に
測距対象物が存在していないことから測距ができないと
いう課題がある。In the conventional distance measuring sensor constructed as shown in FIG. 11, the distance measuring object 3 is not arranged on the optical axis of the emitted light according to the above measuring principle. Since the radiant light cannot be projected onto the distance object 3, it is a prerequisite for distance measurement that the distance measuring object 3 is always arranged on the optical axis of the radiant light. Therefore, the XY orthogonal two-dimensional plane In the case where the distance measuring object 3 is located at an arbitrary position within the range A that needs to be detected, for example, when the distance measuring object 3 is at the position 3'in reference numeral, the distance measuring object 3 is measured on the optical axis of the emitted light. There is a problem that distance measurement cannot be performed because there is no distance object.
【０００４】そこで、例えば広範囲に位置する測距対象
物の測距を可能とするため図１２で示すように発光素子
１からの放射光に対して図１１のように投光レンズで絞
りをかけることなく放射光を広い範囲６で投光させ、例
えば測距対象物が符号で８の位置にあるときは投光範囲
６内の放射光７を測距対象物８に投光して反射させ受光
レンズ４によってＰＳＤ５に集光させて測距することに
なるが、周知の三角測距法の原理からＰＳＤ５出力は測
距対象物が符号で８の位置にあるときの距離Ｌ１ではな
く、そのＰＳＤ５と測距対象物８とを結ぶ延長線上後方
の仮想の位置９のときの出力となり測定される距離はＬ
２となってしまい、正確に測距することができないとい
う課題がある。Therefore, for example, in order to enable distance measurement of an object to be measured in a wide range, as shown in FIG. 12, the emitted light from the light emitting element 1 is narrowed down by a light projecting lens as shown in FIG. Without causing the radiated light to be projected in a wide range 6, for example, when the object to be measured is located at the position 8 in the code, the radiated light 7 within the projected range 6 is projected to the object 8 to be measured and reflected. The light-receiving lens 4 collects the light on the PSD 5 to measure the distance, but the output of the PSD 5 is not the distance L1 when the object to be measured is at the position 8 in the reference, but the distance from the known triangulation method. The distance measured as an output at a virtual position 9 behind the extension line connecting the PSD 5 and the object 8 to be measured is L.
However, there is a problem in that the distance cannot be accurately measured.
【０００５】また、図１３で示すように測距範囲Ａをカ
バーできるように複数個の測距センサ１０を投光範囲
６’に投光されるように放射線状に配置した場合では、
測距対象物８が範囲Ａ内のどの位置に配置されていても
複数個配置された測距センサ１０のうちのどれかが投光
する放射光路上にあることとなるから、それら複数個の
測距センサ１０のうち、測距対象物８が配置されている
方向に投光された特定の測距センサ１０’によって測距
対象物８までの距離Ｌを検出することができ、かつ測距
センサ１０’が配置されている傾きθの方向における測
距センサ１０’の投光範囲Ａ’内に測距対象物８が有る
こともわかるから、測距センサ１０’の投光範囲Ａ’の
方向性と距離とを検出できることになるが、このような
測距では複数個の測距センサを配置する必要があるため
価格的な面で高くつき、そのうえ、複数個の測距センサ
によって検出が必要とされる範囲をカバーできるように
配置することは設置のための広いスペースが必要となっ
て測距センサを装備するシステムの形状の拡大になると
いう課題がある。Further, as shown in FIG. 13, when a plurality of distance measuring sensors 10 are arranged in a radial pattern so as to cover the distance measuring range A so that they are projected in the light projecting range 6 ',
Regardless of where in the range A the range-finding object 8 is located, it means that any one of the range-finding sensors 10 arranged in the range A is on the radiation optical path for projecting light. Of the distance measuring sensors 10, a specific distance measuring sensor 10 ', which is projected in the direction in which the distance measuring object 8 is arranged, can detect the distance L to the distance measuring object 8 and can measure the distance. Since it can be seen that the distance measurement target 8 is within the projection range A ′ of the distance measurement sensor 10 ′ in the direction of the inclination θ where the sensor 10 ′ is arranged, the range of the projection range A ′ of the distance measurement sensor 10 ′ is determined. Although it is possible to detect the directionality and the distance, it is expensive in terms of price because it is necessary to arrange a plurality of distance measuring sensors in such a distance measurement. Placement to cover the required area is for installation There is a problem that becomes enlarged in the shape of a system equipped with a distance measuring sensor is required extra space.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、発光素子から
の放射光を測距対象物に投光し、この投光で前記測距対
象物で反射される反射光を半導***置検出素子で受光
し，この受光によって該半導***置検出素子上に形成さ
れる光スポットの位置から前記測距対象物の位置を検出
する三角測距方式の測距センサにおいて、所定範囲の２
次元平面内に位置する測距対象物に対して少なくとも測
距を行うために、前記２次元平面内においてそれぞれか
らの放射光が前記所定範囲の任意の位置にある測距対象
物に向けて個別に放射光を発することができるように発
光素子の複数個が配置され、前記各発光素子それぞれか
らの放射光による前記測距対象物での反射光を受光して
測距信号が出力できる位置に単一の半導***置検出素子
が配置されていることを特徴とする構成を有することに
よって上述した課題を解決している。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, light emitted from a light emitting element is projected onto an object to be measured, and reflected light reflected by the object to be measured is projected by a semiconductor position detecting element. A triangular distance measuring sensor for detecting the position of the distance measuring object from the position of the light spot formed on the semiconductor position detecting element by receiving the light is detected.
In order to perform at least distance measurement on an object to be measured located in the two-dimensional plane, radiated light from each in the two-dimensional plane is individually directed toward the object to be measured at an arbitrary position within the predetermined range. A plurality of light emitting elements are arranged so as to be capable of emitting radiated light, and the light emitted from each of the light emitting elements is reflected at the object to be measured at a position where a distance measurement signal can be output. The problem described above is solved by having a configuration characterized in that a single semiconductor position detecting element is arranged.
【０００７】好ましくは前記各発光素子それぞれは所定
タイミングで個別に駆動され、前記半導***置検出素子
は、そのタイミングに対応した測距信号を出力するよう
にしてもよい。Preferably, each of the light emitting elements is individually driven at a predetermined timing, and the semiconductor position detecting element may output a distance measurement signal corresponding to the timing.
【０００８】さらに好ましくは前記半導***置検出素子
の前方に前記反射光を前記半導***置検出素子上に集光
させる単一または複数個の受光レンズが配置され、前記
受光レンズは、前記２次元平面上で前記半導***置検出
素子に対して任意の入射角度を有する反射光に対して当
該半導***置検出素子上に合焦させるようにしてもよ
い。More preferably, a single or a plurality of light receiving lenses for converging the reflected light on the semiconductor position detecting element are arranged in front of the semiconductor position detecting element, and the light receiving lens is on the two-dimensional plane. Then, the reflected light having an arbitrary incident angle with respect to the semiconductor position detecting element may be focused on the semiconductor position detecting element.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
測距センサについて図面を参照して詳細に説明する。図
１は直交二次元ＸーＹ平面で示される本実施の形態に係
る測距センサの平面図であり、図２は直交二次元ＹーＺ
平面で示されるその測距センサの平面図である。これら
の図に示される測距センサは、ＸーＹ平面内を中心点Ｏ
から等半径距離の円弧上に沿って放射状にそれぞれが互
いに配置された複数個、本実施の形態では５個の発光素
子１１ａ〜１１ｅ（図２ではこの符号は１１で代表的に
示されている。）を有している。このような配置によっ
てそれぞれの発光素子１１ａ〜１１ｅからは放射状に放
射光Ｒａ〜Ｒｅ（図２ではこの符号は代表的にＲで示さ
れている。）が個別に出力されることになる。これら各
放射光Ｒａ〜Ｒｅそれぞれに絞りをかけるためにそれぞ
れの発光素子１１ａ〜１１ｅの前方には個別に対応して
前記中心点Ｏから等半径距離の円弧上に沿って投光レン
ズ１２ａ〜１２ｅ（図２ではこの符号は１２で代表的に
示されている。）が配置されている。このような発光素
子１１ａ〜１１ｅと投光レンズ１２ａ〜１２ｅとの配置
関係によって本実施形態の測距センサで距離が検出され
るべき測距対象物１３の検出範囲が破線Ａで囲まれて示
されている。そして、各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞ
れからの放射光Ｒａ〜Ｒｅがこの範囲Ａをすべてカバー
できるようにするため各発光素子１１ａ〜１１ｅは前記
円弧上に沿って互いに等間隔で設置されている。なお、
図１において発光素子１１ｃからの投光レンズ１２ｃを
通した後の放射光Ｒｃのみが該放射光Ｒｃの光軸を中心
として広がった状態で示され、かつ、その広がり範囲
Ａ’’内がハッチングで図示されているとともにそのハ
ッチング内に測距対象物１３が位置している状態が示さ
れている。また、符号１３’で示されるハッチング部分
は現在の測距対象物１３が発光素子１１ｄからの放射光
Ｒｄの放射範囲内にまで移動した場合の位置を示してい
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A distance measuring sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a distance measuring sensor according to the present embodiment shown in an orthogonal two-dimensional XY plane, and FIG. 2 is an orthogonal two-dimensional YZ.
It is a top view of the distance measurement sensor shown by a plane. The distance measuring sensor shown in these figures has a center point O in the XY plane.
A plurality of light emitting elements 11a to 11e, which are arranged in a radial pattern along an arc having an equal radial distance from each other, in this embodiment, five light emitting elements 11a to 11e (in FIG. 2, the reference numeral 11 is representatively shown). .)have. With such an arrangement, the emitted lights Ra to Re (this symbol is representatively shown by R in FIG. 2) are individually output radially from the respective light emitting elements 11a to 11e. In order to restrict the respective emitted lights Ra to Re, the light projecting lenses 12a to 12e are individually provided in front of the respective light emitting elements 11a to 11e along an arc having an equal radius from the center point O. (In FIG. 2, this code is represented by 12 as a representative). The detection range of the distance-measuring target 13 whose distance is to be detected by the distance-measuring sensor of the present embodiment is surrounded by a broken line A due to the positional relationship between the light emitting elements 11a to 11e and the light projecting lenses 12a to 12e. Has been done. The light emitting elements 11a to 11e are arranged at equal intervals along the arc so that the emitted lights Ra to Re from the respective light emitting elements 11a to 11e can cover the entire range A. In addition,
In FIG. 1, only the radiated light Rc after passing through the light projecting lens 12c from the light emitting element 11c is shown in a state of being spread around the optical axis of the radiated light Rc, and the inside of the spread range A ″ is hatched. And the state in which the distance measuring object 13 is located within the hatching is shown. The hatched portion indicated by reference numeral 13 'indicates the position when the current distance measurement target 13 has moved to within the emission range of the emission light Rd from the light emitting element 11d.
【００１０】測距対象物１３が上記範囲Ａ内でハッチン
グで図示されている任意の位置範囲Ａ’’の光軸上つま
り発光素子１１ｃからの放射光Ｒｃの光軸上に位置して
いて、この測距対象物１３からのその放射光Ｒｃに基づ
く反射光Ｒｃ’（図２では放射光は符号Ｒで代表的に示
されているが、これは各発光素子１１ａ〜１１ｅからの
放射光であり、そのうち、放射光Ｒｃのみが反射される
ので反射光については放射光Ｒｃによる反射光Ｒｃ’と
なっている。）は受光レンズ１４で集光されてＰＳＤ１
５上に導かれ、このＰＳＤ１５ではその反射光Ｒｃ’に
よる光スポットが形成されることになる。ＰＳＤ１５で
は発光素子１１ｃからの放射光に基づいて形成されるそ
の光スポットの形成位置に対応して測距信号を出力する
ことになるが、この場合、上記光スポットが、発光素子
１１ａ〜１１ｅそれぞれから放射される各放射光Ｒａ〜
Ｒｅそれぞれの出力タイミングからいずれの発光素子１
１ａ〜１１ｅからの放射光Ｒａ〜Ｒｅに基づいて形成さ
れる光スポットであるかが図３および図４を参照して後
述する内容から知られているから、三角測距法の原理か
ら測距対象物１３までの距離Ｌを検出できる。したがっ
て、測距対象物１３が上記範囲Ａのいずれに位置して
も、それぞれの発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞれから放
射光Ｒａ〜Ｒｅが投光され、それによる測距対象物１３
からの反射光によＰＳＤ１５上にはそれに対応した光ス
ポットが形成されることから、ＰＳＤ１５の個数は１個
であるが、上記広い範囲Ａにある測距対象物１３に対し
て該測距対象物１３までの距離の検出ができるのであ
る。また、この範囲Ａ内にある測距対象物１３に対して
各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞれから放射光Ｒａ〜Ｒ
ｅを投光し、その反射光がＰＳＤ１５上で入射されるか
ら、測距対象物１３がこの範囲Ａ内のどの位置にあるか
を判断できる。また、そのうえ、後述するように発光素
子１１ａ〜１１ｅが順番に放射光Ｒａ〜Ｒｅを投光する
ように放射光出力タイミングがとられているから、ま
ず、発光素子１１ａからその駆動を開始し発光素子１１
ｅの駆動で１巡目の駆動が終了し、この段階で測距対象
物が符号で１３の位置にあるときは発光素子１１ｃの放
射光Ｒｃによって検出でき、その駆動の２巡目では測距
対象物が１３’の位置にあるときは発光素子１１ｄの放
射光Ｒｄによって検出できることになるから、測距対象
物までの距離および測距対象物が上記範囲Ａに位置して
いることが判明するのみならず、測距対象物の移動方向
つまり１３の位置から１３’の位置へと移動する方向も
判明することになる。このように測距対象物の移動方向
に応じたセンサを使用する機器においてはその制御の応
用範囲が拡大可能となる。The object 13 to be measured is located on the optical axis of the arbitrary position range A ″ shown by hatching in the range A, that is, on the optical axis of the emitted light Rc from the light emitting element 11c, Reflected light Rc ′ based on the emitted light Rc from the distance measurement target 13 (in FIG. 2, the emitted light is representatively shown by the symbol R, but this is the emitted light from each of the light emitting elements 11a to 11e. Of these, only the emitted light Rc is reflected, so the reflected light becomes reflected light Rc 'due to the emitted light Rc.)
5, the light spot is formed by the reflected light Rc ′ on the PSD 15. The PSD 15 outputs a distance measurement signal corresponding to the formation position of the light spot formed on the basis of the light emitted from the light emitting element 11c. In this case, the light spots are the light emitting elements 11a to 11e, respectively. Each emitted light Ra emitted from
Which light-emitting element 1 from each Re output timing
It is known from the contents described later with reference to FIGS. 3 and 4 whether the light spots are formed based on the radiated lights Ra to Re from 1a to 11e. The distance L to the object 13 can be detected. Therefore, even if the distance measuring object 13 is located in any of the above range A, the emitted light Ra to Re is projected from each of the light emitting elements 11a to 11e, and the distance measuring object 13 is thereby generated.
Since a light spot corresponding to the reflected light is formed on the PSD 15 by the reflected light from, the number of the PSDs 15 is one. The distance to the object 13 can be detected. Further, with respect to the object 13 to be measured within this range A, the emitted lights Ra to R are emitted from the respective light emitting elements 11a to 11e.
Since the e is projected and the reflected light is incident on the PSD 15, it is possible to determine the position within the range A where the distance measurement target 13 is located. Moreover, since the emitted light output timing is set so that the light emitting elements 11a to 11e sequentially emit the emitted lights Ra to Re as described later, first, the light emitting element 11a starts its driving to emit light. Element 11
The driving of the first cycle is completed by driving e, and at this stage, when the object to be measured is at the position 13 in the reference numeral, it can be detected by the emitted light Rc of the light emitting element 11c, and the distance measurement is performed in the second cycle of the driving. When the object is at the position 13 ', it can be detected by the radiated light Rd of the light emitting element 11d, so it is found that the distance to the object to be measured and the object to be measured are located in the range A. In addition, the moving direction of the object to be measured, that is, the moving direction from the position 13 to the position 13 'will be known. In this way, the control application range can be expanded in a device using a sensor according to the moving direction of the object to be measured.
【００１１】次に前述した発光素子１１ａ〜１１ｅそれ
ぞれの放射光出力のタイミングと、そのタイミングをと
るためのこれら発光素子１１ａ〜１１ｅを駆動する駆動
回路について図３および図４を参照して説明する。図３
ａ〜ｅに示されるローレベルはアクティブレベルであ
り、それぞれ各発光素子１１ａ〜１１ｅを駆動する時分
割な駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’を示しており、これ
ら駆動パルスによって各発光素子１１ａ〜１１ｅは駆動
されて放射光Ｒａ〜Ｒｅをそれぞれ出力する。そして、
図３ｆはＰＳＤ１５の測距信号Ｖｏを示している。図３
ｆで測距信号１６は発光素子１１ａの放射光Ｒａによる
ＰＳＤ１５への反射光によるものであり、測距信号１７
は発光素子１１ｂの放射光ＲｂによるＰＳＤ１５への反
射光によるものであり、測距信号１８は発光素子１１ｃ
の放射光ＲｃによるＰＳＤ１５への反射光によるもので
ある。このようにして各発光素子１１ａ〜１１ｅそれぞ
れの放射光Ｒａ〜ＲｅによるＰＳＤ１５からの測距信号
は時分割で出力されることになる。図４では、機器制御
部４０から前記駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’が出力さ
れ、これら駆動パルス１１ａ’〜１１ｅ’はそれぞれ測
距センサ４１に与えられる。測距センサ４１は、前記駆
動パルス１１ａ’〜１１ｅ’それぞれが入力される駆動
回路４２と、前記発光素子１１ａ〜１１ｅと、投光レン
ズ１２ａ〜１２ｅと、受光レンズ１４と、ＰＳＤ１５
と、ＰＳＤ１５からの測距信号Ｖｏを処理する信号処理
回路４３とを有している。機器制御部４０は、図３ａ〜
ｅで示されるタイミングで駆動パルス１１ａ’〜１１
ｅ’を出力し、駆動回路４２はこれら駆動パルスの入力
に応答して各発光素子１１ａ〜１１ｅを順次に発光駆動
する。このようにして図１および図２で示されている測
距対象物１３が例えば発光素子１１ｃの光軸上に位置し
ていれば、その発光素子１１ｃからの放射光Ｒｃに基づ
いて得られるＰＳＤ１５の測距信号１８は、その測距対
象物１３までの距離Ｌを示しているので、この距離Ｌの
データと、予め設計値で設定されている発光素子１１ｃ
から放射光Ｒｃの投光方向の範囲とに基づいて測距対象
物１３の方向性も同時に分かることになる。Next, the timing of radiated light output of each of the light emitting elements 11a to 11e and the drive circuit for driving these light emitting elements 11a to 11e for the timing will be described with reference to FIGS. . FIG.
The low levels indicated by a to e are active levels, and show time-division drive pulses 11a 'to 11e' for driving the light emitting elements 11a to 11e, respectively, and the light emitting elements 11a to 11e are driven by these drive pulses. It is driven to output the emitted lights Ra to Re, respectively. And
FIG. 3f shows the ranging signal Vo of the PSD 15. FIG.
The distance measurement signal 16 at f is due to the reflected light to the PSD 15 by the emitted light Ra of the light emitting element 11a.
Is due to the reflected light from the light emitting element 11b to the PSD 15 by the emitted light Rb, and the distance measurement signal 18 is the light emitting element 11c.
This is due to the reflected light from the PSD 15 due to the emitted light Rc. In this way, the distance measurement signals from the PSD 15 by the emitted lights Ra to Re of the respective light emitting elements 11a to 11e are output in a time division manner. In FIG. 4, the drive pulses 11 a ′ to 11 e ′ are output from the device control section 40, and these drive pulses 11 a ′ to 11 e ′ are given to the distance measuring sensor 41, respectively. The distance measuring sensor 41 includes a drive circuit 42 to which the drive pulses 11a 'to 11e' are input, the light emitting elements 11a to 11e, the light projecting lenses 12a to 12e, the light receiving lens 14, and the PSD 15.
And a signal processing circuit 43 for processing the distance measurement signal Vo from the PSD 15. The device control unit 40 is shown in FIG.
drive pulses 11a ′ to 11 at the timing indicated by e
Then, the drive circuit 42 sequentially drives the light emitting elements 11a to 11e to emit light in response to the input of these drive pulses. In this way, if the distance measurement object 13 shown in FIGS. 1 and 2 is located on the optical axis of the light emitting element 11c, for example, the PSD 15 obtained based on the emitted light Rc from the light emitting element 11c. Since the distance measurement signal 18 indicates the distance L to the distance measurement target 13, the distance L data and the light emitting element 11c preset with the design value are set.
Therefore, the directionality of the distance measurement target 13 can be known at the same time based on the range of the emitted light Rc in the projection direction.
【００１２】次に、図１で示される広範囲ＡのＸーＹ２
次元平面内に位置している測距対象物１３の方向性と距
離とを１個のＰＳＤ１５でもって検出するために、図５
で示すようなＸ，ＹおよびＺの３次元平面内に光学レン
ズ１９（受光レンズ１４に対応）とＰＳＤ２０（ＰＳＤ
１５に対応）とを配置させる関係が考えられる。光学レ
ンズ１９とＰＳＤ２０との位置関係において、図５ａは
ＺーＸ平面からみた位置関係を示していてＰＳＤ２０の
Ｙ軸上方において該ＰＳＤ２０のＺ軸長手方向と光学レ
ンズ１９のＸ軸長手方向とが直交して配置される位置関
係になっている。図５ｂはＸーＹ平面からみた位置関係
を示しており、図５ｃはＹーＺ平面からみた位置関係を
示している。この位置関係から明らかなように、ＰＳＤ
２０に測距対象物１３から反射されて入射されてくる反
射光については光学レンズ１９によってＺ軸方向の絞り
をかけることで、ＰＳＤ２０上で形成される反射光によ
る光スポットのＺ軸方向の線幅が細くできるようにして
光スポットのＰＳＤ２０上での位置精度を上げている
が、Ｘ軸方向については光学レンズ１９で絞りをかけな
いような位置関係になっている。Next, the XY2 of the wide range A shown in FIG.
In order to detect the directionality and the distance of the distance measuring object 13 located in the dimensional plane with one PSD 15, FIG.
The optical lens 19 (corresponding to the light receiving lens 14) and the PSD 20 (PSD) in a three-dimensional plane of X, Y and Z as shown in
(Corresponding to 15) can be considered. In the positional relationship between the optical lens 19 and the PSD 20, FIG. 5a shows the positional relationship as seen from the Z-X plane, and the Z-axis longitudinal direction of the PSD 20 and the X-axis longitudinal direction of the optical lens 19 are above the PSD 20 in the Y-axis direction. The positional relationship is such that they are arranged orthogonally. FIG. 5b shows the positional relationship as seen from the XY plane, and FIG. 5c shows the positional relationship as seen from the YY plane. As is clear from this positional relationship, PSD
With respect to the reflected light that is reflected from the distance measurement target 13 and is incident on the distance measurement target 20, a stop in the Z axis direction is applied by the optical lens 19 so that the line of the light spot formed by the reflected light on the PSD 20 in the Z axis direction. Although the position accuracy of the light spot on the PSD 20 is increased by making the width narrower, the positional relationship is such that the optical lens 19 does not stop in the X-axis direction.
【００１３】このような位置関係において、図６ａで示
すようなＸーＹ直交２次元平面でＰＳＤ２０に対しＹ軸
方向に平行に測距対象物からの反射光２１が光学レンズ
１９を通して入射してくると、その反射光２１の焦点距
離２１ｆはＰＳＤ２０上に設定されているから、その反
射光２１はＰＳＤ２０を含む平面上に結像する。この結
像を図６ｂで符号２３で左上がりハッチングで示してい
る。図６ｂで示される結像２３はＰＳＤ２０を横断して
Ｘ軸方向に延びており、そのうち、ＰＳＤ２０上の結像
部分が光スポットとなる。この場合、光学レンズ１９で
反射光２１はＺ方向で絞りをかけられて集光しているた
め、光スポットのＰＳＤ２０上での線幅は細くなってい
る。In such a positional relationship, the reflected light 21 from the object to be measured is incident through the optical lens 19 in parallel with the PSD 20 on the XY orthogonal two-dimensional plane as shown in FIG. 6A. Then, since the focal length 21f of the reflected light 21 is set on the PSD 20, the reflected light 21 is imaged on a plane including the PSD 20. This image formation is indicated by reference numeral 23 in FIG. The image 23 shown in FIG. 6b extends in the X-axis direction across the PSD 20, of which the imaged portion on the PSD 20 is the light spot. In this case, since the reflected light 21 is focused by the optical lens 19 in the Z direction and condensed, the line width of the light spot on the PSD 20 is narrow.
【００１４】しかし、ここで問題となるのが、放射線状
に投光され測距対象物で反射されＰＳＤ２０上に入射さ
れてくる反射光にはＹ軸に対して入射角度θがついてい
る場合があり、例えば図６ａにおいて反射光２１に比べ
て角度θで入射してくる反射光２２については光学レン
ズ１９の絞り面からＰＳＤ２０までの距離は２２ｆとな
り、これは反射光２１による焦点距離２１ｆと比較して
２１ｆ＜２２ｆの関係となってしまう。この場合の光学
レンズ１９の焦点距離は設計上から焦点距離２１ｆのみ
であるため、入射光２２はＰＳＤ２０よりもＹ軸上方の
位置で合焦して集光されてしまうからＰＳＤ２０上では
焦点が合わず広がってしまい、図６ｂで示すように、反
射光２２による右上がりハッチングで示されている結像
２４となる。この結像２４の場合は合焦していないため
結像２３に比較してＺ軸方向の線幅が太いから、ＰＳＤ
２０上での光スポットのＺ方向の線幅が太くなり測距誤
差を生じやすくなってしまう。However, a problem here is that the reflected light that is projected in a radial pattern, is reflected by the object to be measured, and is incident on the PSD 20 has an incident angle θ with respect to the Y axis. Therefore, for example, in FIG. 6A, the distance from the diaphragm surface of the optical lens 19 to the PSD 20 is 22f for the reflected light 22 that enters at an angle θ compared to the reflected light 21, which is compared with the focal length 21f of the reflected light 21. As a result, 21f <22f. Since the focal length of the optical lens 19 in this case is only the focal length 21f from the design, the incident light 22 is focused and condensed at a position above the PSD 20 in the Y axis, so that the PSD 20 is focused. 6b, the reflected light 22 forms an image 24 that is hatched to the right, as shown in FIG. 6b. In the case of this image formation 24, the line width in the Z-axis direction is thicker than that of the image formation 23 because it is out of focus.
The line width in the Z direction of the light spot on 20 becomes thick, and a distance measurement error is likely to occur.
【００１５】そこで、このような問題を解決するため図
７で示すような断面形状が半円弧状をなすトロイダル型
光学レンズ２５を用いることが本実施の形態において提
案される。図７ａは図６ａに、図７ｂは図６ｂに、図７
ｃは図６ｃにそれぞれ対応した光学レンズ２５とＰＳＤ
２０との位置関係である。ここで、この光学レンズ２５
については図７ｂのＡーＡ’線断面とＢーＢ’線断面と
が同形状であることが図７ｄで示されている。このよう
な構造の光学レンズ２５を用いた場合においては、図６
ａに対応する図８ａで示すように、ＰＳＤ２０に対して
Ｙ軸方向に平行に入射する反射光２６に対しても、ＰＳ
Ｄ２０に対してＹ軸方向に角度θをつけて入射する反射
光２７に対しても、それぞれの反射光２６，２７はいず
れもその焦点距離２６ｆ，２７ｆがＰＳＤ２０上で合焦
する２６ｆ＝２７ｆとなるように構成されている。Therefore, in order to solve such a problem, it is proposed in this embodiment to use a toroidal optical lens 25 having a semicircular cross section as shown in FIG. 7a is shown in FIG. 6a, FIG. 7b is shown in FIG. 6b, and FIG.
c is the optical lens 25 and PSD corresponding to FIG.
It is a positional relationship with 20. Here, this optical lens 25
7d, it is shown in FIG. 7d that the AA ′ line cross section and the BB ′ line cross section of FIG. 7b have the same shape. When the optical lens 25 having such a structure is used, as shown in FIG.
As shown in FIG. 8a corresponding to “a”, the PS is reflected by the reflected light 26 incident on the PSD 20 in parallel with the Y-axis direction.
With respect to the reflected light 27 that is incident on the D20 at an angle θ in the Y-axis direction, the focal lengths 26f and 27f of the respective reflected lights 26 and 27 are 26f = 27f at which the focal lengths are focused on the PSD 20. Is configured to be.
【００１６】このような光学レンズ２５を用いた場合に
おいては、図６ｂに対応する図８ｂで示されるように反
射光２６による結像２４も、反射光２７による結像２９
もＺ軸方向に線幅が細いものとなり、したがって、ＰＳ
Ｄ２５上でのそれら反射光２６，２７による光スポット
も線幅が細いものとなり、測距精度が大幅に向上するこ
とになる。When such an optical lens 25 is used, the image formation 24 by the reflected light 26 and the image formation 29 by the reflected light 27 as shown in FIG. 8b corresponding to FIG. 6b.
Also has a narrow line width in the Z-axis direction, and therefore PS
The light spots of the reflected lights 26 and 27 on the D25 also have a narrow line width, which greatly improves the distance measurement accuracy.
【００１７】また、図７においてはトロイダル光学レン
ズ２５を用いたが、図９で示すようなＸおよびＺ方向に
いずれも絞りをかける複数の、本実施の形態では５個の
球体レンズ３０を図８の光学レンズ２５の円弧面に対応
して互いに等間隔に配置することで、球体レンズ３０そ
れぞれの焦点距離は同一のｆであるから、それぞれの球
体レンズ３０を通した反射光はＰＳＤ２０上に合焦して
集光され、測距精度を向上させることができる。Further, although the toroidal optical lens 25 is used in FIG. 7, a plurality of, in the present embodiment, five spherical lenses 30 for squeezing both in the X and Z directions as shown in FIG. 9 are shown. Since the focal lengths of the spherical lenses 30 are the same f by arranging the optical lenses 25 of No. 8 at equal intervals to each other corresponding to the arc surface, the reflected light passing through the spherical lenses 30 is reflected on the PSD 20. The light is focused and focused, so that the distance measurement accuracy can be improved.
【００１８】上記した本実施の形態に係る測距センサの
外形について図１０を参照して説明する。この測距セン
サは、下部側が前方に突出した突出部を有しこの突出部
前面が段付きの弧状面となり、各面に投光レンズ１２ａ
〜１２ｅが配備され、その各投光レンズ１２ａ〜１２ｅ
の内部に図にあらわれない発光素子１１ａ〜１１ｅが配
備され、上部側前面に受光レンズ１４が配備され、その
受光レンズ１４に対応する内部に図にあらわれないＰＳ
Ｄ２０が配備された形状になっている。The outer shape of the distance measuring sensor according to this embodiment will be described with reference to FIG. This distance measuring sensor has a projecting portion whose lower side projects forward, and the front surface of the projecting portion is a stepped arc-shaped surface, and the projection lens 12a is provided on each surface.
.About.12e are provided, and the respective projection lenses 12a to 12e are provided.
The light-emitting elements 11a to 11e (not shown) are provided inside, the light-receiving lens 14 is provided on the upper front surface, and the PS corresponding to the light-receiving lens 14 is not shown in the figure.
D20 is in the deployed shape.
【００１９】なお、本発明においては発光素子１１ａ〜
１１ｅは中心点Ｏから同一半径距離の円弧上に配置され
たが、広範囲Ａを個別にカバーできればよく、必ずしも
同一半径距離上に配置される必要はなく、それぞれの放
射光Ｒａ〜Ｒｅの放射方向に向けて配置されるとよい。In the present invention, the light emitting elements 11a to 11a
11e is arranged on the arc of the same radial distance from the center point O, but it is sufficient if it can individually cover the wide range A, and it is not necessary to be arranged on the same radial distance, and the emission directions of the respective emitted lights Ra to Re are different. Should be placed toward.
【００２０】なお、本発明においては発光素子１１ａ〜
１１ｅは互いに等間隔であったが、必ずしも等間隔であ
る必要はなく、例えば中央から左右に配置される発光素
子にかけて互いの間隔が狭くなるようにしたり広くなる
ようにしてもよい。In the present invention, the light emitting elements 11a-
Although 11e are equidistant from each other, they need not necessarily be equidistant, and may be narrowed or widened, for example, from the center to the light emitting elements arranged on the left and right.
【００２１】なお、本発明においては投光レンズ１２ａ
〜１２ｅは必ずしも必須のものではなく、放射光Ｒａ〜
Ｒｅが放射されれば投光レンズを省略してもよい。In the present invention, the projection lens 12a
12e are not necessarily essential, and the emitted light Ra
If Re is emitted, the projection lens may be omitted.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、発光素子
からの放射光を測距対象物に投光し、この投光で測距対
象物で反射される反射光をＰＳＤで受光し、この受光に
よってＰＳＤ上に形成される光スポットの位置から測距
対象物の位置を検出する三角測距方式の測距センサにお
いて、所定範囲の２次元平面内に位置する測距対象物に
対して少なくとも測距を行うためにその２次元平面内に
おいてそれぞれからの放射光が前記所定範囲の任意の位
置にある測距対象物に向けて個別に放射光を発すること
ができるように発光素子の複数個が配置され、各発光素
子それぞれからの放射光による測距対象物での反射光を
受光して測距信号が出力できる位置に単一のＰＳＤが配
置されて構成されているから、前記所定範囲内のいずれ
の位置の測距対象物についても正確に測距できる。As described above, according to the present invention, the light emitted from the light emitting element is projected onto the object to be measured, and the reflected light reflected by the object to be measured by this projection is received by the PSD. In a triangular distance measuring sensor that detects the position of a distance measuring object from the position of a light spot formed on a PSD by this light reception, a distance measuring object positioned within a two-dimensional plane within a predetermined range is detected. In order to perform distance measurement at least, the emitted light from each of the two-dimensional planes can individually emit the emitted light toward the object to be distanced at any position within the predetermined range. A plurality of the PSDs are arranged, and a single PSD is arranged at a position where the reflected light from the distance-measuring object due to the emitted light from each light-emitting element is received and the distance-measuring signal can be output. Distance measurement target at any position within the specified range About it can be accurately the distance measurement also.
【００２３】また、各発光素子それぞれが所定タイミン
グで個別に駆動され、ＰＳＤはそのタイミングに対応し
た測距信号を出力する場合では、それら測距信号から測
距対象物の移動の方向などを検出できる。Further, when each light emitting element is individually driven at a predetermined timing and the PSD outputs a distance measurement signal corresponding to the timing, the direction of movement of the distance measurement object is detected from the distance measurement signals. it can.
【００２４】さらにまた、ＰＳＤの前方に前記反射光を
ＰＳＤ上に集光させる受光レンズが配置され、その受光
レンズが２次元平面内上でＰＳＤに対して任意の入射角
度で入射する反射光に対してＰＳＤ上で合焦させる場合
では、どの入射角度の反射光に基づくＰＳＤ上の光スポ
ットについてもその線幅を細くすることができるから、
ＰＳＤ上での光スポットの位置精度が高められ、測距精
度を向上できる。Furthermore, a light-receiving lens for condensing the reflected light on the PSD is arranged in front of the PSD, and the light-receiving lens converts the reflected light incident on the PSD at an arbitrary incident angle in a two-dimensional plane. On the other hand, in the case of focusing on the PSD, the line width of the light spot on the PSD based on the reflected light at any incident angle can be thinned.
The positional accuracy of the light spot on the PSD is improved, and the distance measurement accuracy can be improved.
【図１】本発明の一実施形態に係る測距センサのＸーＹ
平面からみた構成を示す図である。FIG. 1 is an XY of a distance measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure seen from a plane.
【図２】前記測距センサのＹーＺ平面からみた構成を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the distance measuring sensor viewed from a YZ plane.
【図３】前記測距センサの発光素子の複数個を駆動する
駆動パルスを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing drive pulses for driving a plurality of light emitting elements of the distance measuring sensor.
【図４】図３の駆動パルスの処理のための回路とＰＳＤ
の測距信号の処理のための回路を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit and PSD for processing the drive pulse of FIG.
3 is a circuit diagram showing a circuit for processing the distance measurement signal of FIG.
【図５】受光レンズである光学レンズとＰＳＤとの位置
関係を示す図であり、（ａ）はＺーＹ平面からみた位置
関係を示し、（ｂ）はＹーＸ平面からみた位置関係を示
し、（ｃ）はＹーＺ平面からみた位置関係を示してい
る。5A and 5B are diagrams showing a positional relationship between an optical lens, which is a light receiving lens, and a PSD, FIG. 5A shows a positional relationship as seen from a ZY plane, and FIG. 5B shows a positional relationship as seen from a YX plane. 9C shows the positional relationship as seen from the YZ plane.
【図６】図５の光学レンズを通しての放射光の入射角度
とその放射光によるＰＳＤ上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、（ａ）はＹーＸ平面での光学レン
ズとＰＳＤとの位置関係を示し、（ｂ）はＺーＸ平面で
の受光レンズとＰＳＤとの位置関係を示している。6A and 6B are diagrams for explaining an incident angle of radiated light through the optical lens of FIG. 5 and formation of a light spot on a PSD by the radiated light, FIG. 6A being an optical lens on a YX plane; The positional relationship with PSD is shown, (b) has shown the positional relationship between a light receiving lens and PSD in a ZX plane.
【図７】他の受光レンズである光学レンズとＰＳＤとの
位置関係を示す図であり、（ａ）はＺーＹ平面からみた
位置関係を示し、（ｂ）はＹーＸ平面からみた位置関係
を示し、（ｃ）はＹーＺ平面からみた位置関係を示し、
（ｄ）は（ａ）のＡーＡ’線とＢーＢ’線に沿う光学レ
ンズの断面図を示している。7A and 7B are diagrams showing the positional relationship between another optical lens, which is a light receiving lens, and the PSD, where FIG. 7A shows the positional relationship seen from the ZY plane, and FIG. 7B shows the position seen from the YX plane. Shows the relationship, (c) shows the positional relationship seen from the YZ plane,
(D) is a sectional view of the optical lens taken along the line AA 'and the line BB' in (a).
【図８】図７の光学レンズを通しての放射光の入射角度
とその放射光によるＰＳＤ上での光スポットの形成の説
明に供する図であり、（ａ）はＹーＸ平面での光学レン
ズとＰＳＤとの位置関係を示し、（ｂ）はＺーＸ平面で
の受光レンズとＰＳＤとの位置関係を示している。8A and 8B are diagrams for explaining an incident angle of radiated light through the optical lens of FIG. 7 and formation of a light spot on a PSD by the radiated light, FIG. 8A being an optical lens on a YX plane; The positional relationship with PSD is shown, (b) has shown the positional relationship between a light receiving lens and PSD in a ZX plane.
【図９】光学レンズの他の変形例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another modification of the optical lens.
【図１０】本発明の実施の形態に係る測距センサの外観
を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an appearance of a distance measuring sensor according to the embodiment of the present invention.
【図１１】従来の測距センサの構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional distance measuring sensor.
【図１２】他の従来の測距センサの構成を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of another conventional distance measuring sensor.
【図１３】さらに他の従来の測距センサの構成を示す図
である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of still another conventional distance measuring sensor.
１１ａ〜１１ｅ 光学素子 １２ａ〜１２ｅ 投光レンズ １３，１３’ 測距対象物 １４ 受光レンズ １５ 半導***置検出素子（ＰＳＤ） Ｒａ〜Ｒｅ 放射光 Ｒｃ’ 反射光 11a to 11e Optical element 12a to 12e Light projecting lens 13, 13 'Distance measurement object 14 Light receiving lens 15 Semiconductor position detecting element (PSD) Ra to Re Radiated light Rc' Reflected light
Claims (3)
光し、この投光で前記測距対象物で反射される反射光を
半導***置検出素子で受光し，この受光によって該半導
***置検出素子上に形成される光スポットの位置から前
記測距対象物の位置を検出する三角測距方式の測距セン
サにおいて、 所定範囲の２次元平面内に位置する測距対象物に対して
少なくとも測距を行うために、前記２次元平面内におい
てそれぞれからの放射光が前記所定範囲の任意の位置に
ある測距対象物に向けて個別に放射光を発することがで
きるように発光素子の複数個が配置され、前記各発光素
子それぞれからの放射光による前記測距対象物での反射
光を受光して測距信号が出力できる位置に単一の半導体
位置検出素子が配置されていることを特徴とする測距セ
ンサ。1. A semiconductor position detecting element receives light emitted from a light emitting element to a distance measuring object, and the reflected light reflected by the distance measuring object is received by the semiconductor position detecting element. A triangulation type distance measuring sensor for detecting the position of the distance measuring object from the position of a light spot formed on a position detecting element, for a distance measuring object positioned within a two-dimensional plane within a predetermined range. In order to perform distance measurement at least, the radiated light from each of the two-dimensional planes of the light emitting elements can be individually emitted toward the object to be distance-measured at an arbitrary position within the predetermined range. A plurality of semiconductor position detecting elements are arranged, and a single semiconductor position detecting element is arranged at a position where the distance measuring signal can be output by receiving the reflected light from the distance measuring object caused by the light emitted from each of the light emitting elements. Distance measuring sensor characterized by
グで個別に駆動され、前記半導***置検出素子は、その
タイミングに対応した測距信号を出力することを特徴と
する請求項１記載の測距センサ。2. The distance measuring sensor according to claim 1, wherein each of the light emitting elements is individually driven at a predetermined timing, and the semiconductor position detecting element outputs a distance measuring signal corresponding to the timing. .
射光を前記半導***置検出素子上に集光させる単一また
は複数個の受光レンズが配置され、前記受光レンズは、
前記２次元平面上で前記半導***置検出素子に対して任
意の入射角度を有する反射光に対して当該半導***置検
出素子上に合焦させることを特徴とする請求項１または
２記載の測距センサ。3. A single or a plurality of light receiving lenses for condensing the reflected light on the semiconductor position detecting element is arranged in front of the semiconductor position detecting element, and the light receiving lens comprises:
3. The distance measuring sensor according to claim 1, wherein the reflected light having an arbitrary incident angle with respect to the semiconductor position detecting element on the two-dimensional plane is focused on the semiconductor position detecting element. .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP01108896A JP3265449B2 (en) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | Distance sensor |
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|---|---|
| JPH09203631A true JPH09203631A (en) | 1997-08-05 |
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| JP3265449B2 (en) | 2002-03-11 |
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