專利名稱：光學(xué)式測距傳感器和電子儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)式測距傳感器和電子儀器，特別是涉及用于測定距位 于規(guī)定范圍的被測定物的距離的光學(xué)式測距傳感器和包含該傳感器的電子儀器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有知道利用三角測量方式用于測定到位于規(guī)定范圍的被測定物的距
離的光學(xué)式測距傳感器。圖13是表示現(xiàn)有光學(xué)式測距傳感器的剖視圖。
參照圖13,現(xiàn)有的光學(xué)式測距傳感器包括發(fā)光元件100、受光元件 200、進(jìn)行發(fā)光元件100的驅(qū)動和受光元件200的輸出信號處理的集成電路 部200A、把發(fā)光元件100和受光元件200分別封固的透光性樹脂部300 (300A、 300B)、發(fā)光側(cè)和受光側(cè)的透鏡400 (400A、 400B )、保持發(fā)光元 件100、受光元件200和透光性樹脂部300的遮光性樹脂部500、引線框600 和透鏡殼體700。
圖13所示的測距傳感器在受光元件200中僅設(shè)置了一個受光部(PSD: Position Sensitive Detector )。該受光部的電阻值在受光部內(nèi)是均勻且一定 的。當(dāng)把從受光元件200的兩個端子得到的信號(電流值)分別設(shè)定為是I ,、12時(shí)，通過I,/ (I!+l2)得到與距離對應(yīng)的輸出值，進(jìn)行距離計(jì)測。
上述的光學(xué)式測距傳感器例如在特開平09-318315號公報(bào)和特開 2003-287420號公報(bào)中有記載。
在特開2002-195807號公報(bào)中記載有作為位置檢測元件而利用CMOS 圖像傳感器的內(nèi)容。
圖13所示的現(xiàn)有光學(xué)式測距傳感器中，作為受光側(cè)元件而使用的位置 檢測受光元件(PSD)的受光部僅是一個，由于該受光部的電阻值在受光部 內(nèi)是均勻且一定的，所以距物體的距離短時(shí)能夠高精度地計(jì)測距離，但有 距物體的距離長時(shí)計(jì)測距離的精度就變差的問題。使用圖14、圖15來說朋 其原因。
4參照圖l4,在利用三角測量方式來檢測距物體的距離(d)的光學(xué)式測 距傳感器中，距物體的距離(d)與受光部的輸出(X)如圖15所示那樣是 反比例關(guān)系，在距物體的距離短時(shí)，由距離變動而引起的輸出變化增大， 在距物體的距離長時(shí)，由距離變動而引起的輸出變化減小。因此，在距物
體的距離(d)長時(shí)，即使該距離(d)規(guī)定量有變化，受光部的輸出(X)
也不太變動。
相對地，通過加大發(fā)光側(cè)的透鏡中心與受光側(cè)的透鏡中心的中心之間
距離(A)和受光側(cè)透鏡與受光元件之間的距離，即，受光側(cè)透鏡的焦距(f), 就能夠提高精度。但是通過加大上述的A、 f，光學(xué)式測距傳感器的尺寸就變大。
現(xiàn)有的測距傳感器由于距物體的距離(d)長時(shí)，計(jì)測距離的精度就變 差，所以實(shí)用上的計(jì)測距離范圍是能夠計(jì)測的最大距離與最小距離的比僅 有8左右。
在特開2002-195807中表示了作為位置檢測元件而適用CMOS圖像傳 感器的內(nèi)容，該文獻(xiàn)的發(fā)光元件和受光元件不是同一平面狀，而封裝也4安 每個元件分別形成，且從CMOS圖像傳感器取出信號的處理部和發(fā)光元件 的驅(qū)動電路部位于CMOS圖像傳感器芯片的外部。其結(jié)果是在特開 2002-195807中有測距傳感器的尺寸大的問題，且生產(chǎn)工序也多，各工序的 作業(yè)也追求精度而變復(fù)雜，有制造成本高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于低成本地提供一種小型化且計(jì)測精度高的光學(xué)式測 距傳感器和包含該傳感器的電子儀器。
本發(fā)明的光學(xué)式測距傳感器是通過三角測量方式來檢測距被測定物距 離的光學(xué)式測距傳感器。該傳感器具備發(fā)光元件、與發(fā)光元件設(shè)置在同 一平面上的受光元件、把發(fā)光元件和受光元件分別封固的第 一和第二透光 性樹脂部、分別設(shè)置在發(fā)光元件和受光元件前方的第一和第二透鏡、為了 在發(fā)光元件與受光元件之間形成規(guī)定的間隔而保持發(fā)光元件和受光元件的 遮光性樹脂部。受光元件包括受光部，其具有多個單元且把從發(fā)光元件 發(fā)出而由被測定物反射的光進(jìn)行聚光；存儲部，其記憶受光部中的規(guī)定位 置；運(yùn)算部，其根據(jù)由多個單元得到的所述光的檢測結(jié)果來檢測受光部中所述光的聚光位置，而且根據(jù)存儲部記憶的規(guī)定位置與受光部中所述光的 聚光位置的相對關(guān)系來計(jì)測距測定物的距離。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于把由被測定物反射的光進(jìn)行聚光的受光部具有多 個單元，所以不過度加大透鏡之間的距離(A)和受光部與受光側(cè)透鏡的焦 距(f)，而能夠進(jìn)行高精度的計(jì)測。因此，能夠低成本地得到小型化且計(jì)測 精度高的光學(xué)式測距傳感器。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，多個單元把發(fā)光元件和 受光元件在并列方向上設(shè)置成并列成一列。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，沿發(fā)光元件和受光元件
并列方向的多個單元的寬度是5 ju m以下。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，第一和第二透鏡的中心 之間距離是10mm以下，沿發(fā)光元件和受光元件并列方向的受光部的寬度 是5mm以下。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，第一和第二透鏡的中心 之間距離是2mm以下，沿發(fā)光元件和受光元件并列方向的受光部的寬度是 1.5mm以下。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，運(yùn)算部根據(jù)受光部的光 量分布，把與光量峰值對應(yīng)的位置作為受光部中所述光的聚光位置來檢測。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，運(yùn)算部根據(jù)受光部的光 量分布，把與光量重心對應(yīng)的位置作為受光部中所述光的聚光位置來4企測。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，運(yùn)算部根據(jù)受光部的光 量分布，把與分布區(qū)域的幾何學(xué)重心對應(yīng)的位置作為受光部中所述光的聚 光位置來檢測。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，運(yùn)算部根據(jù)受光部的光 量分布而檢測與光量峰值對應(yīng)的位置、與光量重心對應(yīng)的位置和與分布區(qū) 域的幾何學(xué)重心對應(yīng)的位置中至少兩個位置，并根據(jù)其檢測結(jié)果的組合來
計(jì)算受光部中所述光的聚光位置。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，存儲部所記憶的受光部 中的規(guī)定位置是根據(jù)由發(fā)光元件發(fā)出光，被僅離開光學(xué)式測距傳感器規(guī) 定距離的物體反射后，向受光部聚光的光的光量分布所求得的的下列的位 置與光量峰值對應(yīng)的位置、與光量重心對應(yīng)的位置、與分布區(qū)域的幾何學(xué)重心對應(yīng)的位置或基于它們的組合所計(jì)算出的位置。
本申請的說明書中，"光量重心"是指利用在受光部聚光的光的光量 進(jìn)行加權(quán)而求出的聚光區(qū)域的中心。
本申請的說明書中，"分布區(qū)域的幾何學(xué)重心"是指向受光部聚光的 光分布的區(qū)域的幾何學(xué)重心。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，設(shè)置在受光元件前方的 第二透鏡是費(fèi)涅爾透鏡。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，發(fā)光元件是諧振器型發(fā) 光二極管。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，發(fā)光元件是面發(fā)光激光器。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，還具備衍射光柵，其被 設(shè)置在從發(fā)光元件到達(dá)被測定物的光路徑上，在與發(fā)光元件和受光元件并 列的方向垂直交叉的方向上把來自發(fā)光元件的光進(jìn)行分割。
一個實(shí)施形態(tài)是在所述光學(xué)式測距傳感器中，發(fā)光元件和受光元件被 安裝在同一引線框上。
本發(fā)明的電子儀器具備上述的光學(xué)式測距傳感器。 一個實(shí)施形態(tài)是上 述電子儀器是電腦或便攜式電話。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述能夠低成本地得到小型化且計(jì)測精度高的光學(xué) 式測距傳感器和包含該傳感器的電子儀器。
本發(fā)明的上述和其他目的、特點(diǎn)、狀態(tài)和優(yōu)點(diǎn)，從與附圖相關(guān)的理解 和關(guān)于本發(fā)明的下面詳細(xì)的說明就可明白。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例光學(xué)式測距傳感器的俯視圖； 圖2是圖i的n-n剖視圖3是圖1、圖2所示光學(xué)式測距傳感器的受光元件的俯視圖； 圖4~圖6是說明受光部上聚光狀態(tài)的圖； 圖7A 圖7C是說明發(fā)光元件結(jié)構(gòu)變化的圖8是本發(fā)明 一 實(shí)施例光學(xué)式測距傳感器變形例的剖視圖； 圖9A、圖9B是表示費(fèi)涅爾透鏡的圖，圖9A是俯視圖、圖9B是側(cè)視圖IO是本發(fā)明一實(shí)施例光學(xué)式測距傳感器其他變形例的剖視圖； 圖11是圖IO所示光學(xué)式測距傳感器所包含的衍射光柵的俯視圖； 圖12是用于說明圖IO所示光學(xué)式測距傳感器的使用狀態(tài)的立體圖； 圖13是表示現(xiàn)有光學(xué)式測距傳感器的剖視圖； 圖14、圖15是用于說明三角測量方式原理的圖。
具體實(shí)施例方式
以下說明本發(fā)明的實(shí)施例。有時(shí)對于同 一或相當(dāng)?shù)牟糠謩t付與同 一 的 參照符號而不反復(fù)其說明。
在以下說明的實(shí)施例中，在提到個數(shù)、量等對，除了有特別記載的情 況之外，本發(fā)明的范圍并不一定限定于該個數(shù)、量等。在以下的實(shí)施例中 的各個結(jié)構(gòu)元件，除了有特別記載的情況之外，對于本發(fā)明來說也不一定 是必須的。以下在有多個實(shí)施例存在的情況下，除了有特別記載的情況之 外，把各個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)適當(dāng)組合是從當(dāng)初就預(yù)定的。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例光學(xué)式測距傳感器的俯視圖，圖2是圖1的II-
n剖視圖。
參照圖1、圖2，本實(shí)施例的光學(xué)式測距傳感器包括發(fā)光元件l、受 光元件2、透光性樹脂部3(3A、 3B)、透鏡4(4A、 4B )、遮光性樹脂部5、 引線框6和透鏡殼體7。
發(fā)光元件1例如由一個紅外LED等構(gòu)成。發(fā)光元件1和受光元件2 4皮 安裝在引線框6上。發(fā)光元件1和受光元件2被按規(guī)定的間隔(A)并列配 置。且發(fā)光元件1和受光元件2通過連續(xù)自動送進(jìn)成型而各自被環(huán)氧類的 透光性樹脂3 (3A、 3B)所封固。且發(fā)光元件1和受光元件2除了接受光 的窗部1A、 1B之外，利用注射成型而被遮光性樹脂部5所包圍。
透鏡殼體7保持發(fā)光側(cè)透鏡4A和受光側(cè)透鏡4B。透鏡4A、 4B被由
可見光截止材料構(gòu)成的丙烯酸樹脂或聚碳酸酯樹脂所形成。透鏡殼體7由 ABS樹脂或聚碳酸酯樹脂所形成。透鏡4和透鏡殼體7通過雙色成型而^皮 一體成型。
圖3是受光元件2的俯視圖。參照圖3，受光元件2包括受光部21、 信號處理電路部22、軟件存儲部23、數(shù)據(jù)存儲部24、閃存部25和驅(qū)動電
8路部26。
受光部21是m行xn列的CMOS面?zhèn)鞲衅?。受光?1包含多個受光 單元21A。圖3的例中，是111=14(行)、n-4(列)。即，在圖3的例中， 合計(jì)設(shè)置有56個受光單元21A。但典型的其他例也可以是n = 1 (列)。這 時(shí)，多個受光單元21A被設(shè)置成沿發(fā)光元件1和受光元件2并列的方向(圖 3中的左右方向)并列成一列。
信號處理電路部22具有利用后述的方法來運(yùn)算距測定物的距離的"運(yùn) 算部，，的功能。軟件存儲部23是容納用于進(jìn)行信號處理電路部22的運(yùn)算 的軟件的部分。數(shù)據(jù)存儲部24是在信號處理電路部22進(jìn)行運(yùn)算時(shí)用于臨 時(shí)記憶數(shù)據(jù)的必要部分。閃存部25記憶受光部21中規(guī)定的位置。信號處 理電路部22如后述那樣根據(jù)閃存部25記憶的"》見定位置"與受光部21受 光的光的聚光位置的相對位置關(guān)系來運(yùn)算距測定物的距離。
受光單元21A的寬度可適當(dāng)變更，但在本實(shí)施例典型的一個例中，沿 發(fā)光元件1和受光元件2并列方向(圖3中的左右方向)的受光單元21A 的寬度是5jum以下程度。且本實(shí)施例典型的一個例中，透鏡4A、 4B的中 心間距離是10mm以下程度，沿發(fā)光元件1和受光元件2并列方向(圖3 中的左右方向)的受光部21的寬度是5mm以下程度。
而且本實(shí)施例典型的 一個例中，透鏡4A、 4B的中心間距離是2mm以 下程度，沿發(fā)光元件1和受光元件2并列方向(圖3中的左右方向)的受 光部21的寬度是1.5mm以下程度。
在利用三角測量方式來檢測距物體的距離(d )的光學(xué)式測距傳感器中， 距物體的距離(d)與輸出是反比例關(guān)系，在距物體的距離短時(shí)，由距離變 動而引起的輸出變化大，在距物體的距離長時(shí)，由距離變動而引起的輸出 變化小，而且具有上述的變化的傾向。因此，在距物體的距離(d)長時(shí)， 相對距離變化，受光部21上的光點(diǎn)移動量小。這也可利用發(fā)光側(cè)的透鏡4A 中心與受光側(cè)的透鏡4B中心之間的距離(A)和受光側(cè)透鏡4B與受光部 之間的距離，即，受光側(cè)透鏡4B的焦距(f)而進(jìn)行變化。即，通過加大 透鏡中心間距離(A)和受光側(cè)的焦距(f)，就能夠使根據(jù)距測定物的距離 變化的光點(diǎn)移動量變大。但如果是這樣，光學(xué)式測距傳感器的尺寸就變大。
例如，把光學(xué)式測距傳感器作為電腦的人體檢測(檢測人是否在電腦 前，若不在則進(jìn)行消除監(jiān)視等的控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能)和作為手機(jī)的照相機(jī)自動對焦用途而用于安裝的尺寸時(shí)，發(fā)光側(cè)的透鏡4A中心與受光側(cè)的透鏡
4B中心之間的距離(A)優(yōu)選大致是10mm以下程度，透鏡焦距f優(yōu)選大 致是5mm以下。這時(shí)，當(dāng)把測距范圍設(shè)定為lcm 200cm左右時(shí)，受光部 21上的光點(diǎn)移動量是10x 5 x ( 1 / 10 - 1 /2000) = 4.975mm。本實(shí)施例中， 受光部21的寬度(由多個受光單元21A構(gòu)成的受光部21的寬度)在連結(jié) 發(fā)光元件1的中心與受光部21的中心的直線方向上是大致5mm，但由于測 距范圍變窄則光點(diǎn)的移動量也就變小，所以也可以比5mm小。這時(shí)，例如 在遠(yuǎn)距離側(cè)的200cm附近要檢測10cm左右的差(檢測該以下的差的必要性 在實(shí)際應(yīng)用上是低的)時(shí)，受光部21上的光點(diǎn)的移動量是10 x 5 x ( 1 / 1900 -1 /2000) ^1.3lim左右。CMOS面?zhèn)鞲衅髂軌蛞砸欢ǔ潭鹊木?20% 左右)檢測在一個單元內(nèi)光向哪種程度的區(qū)域照射。即受光單元21A的寬 度只要是5pm以下程度，就能夠檢測1.3 jim程度的光點(diǎn)的移動量。因此， 受光部21的受光單元21A的寬度在連結(jié)發(fā)光元件1的中心與受光部21的 中心的直線方向上優(yōu)選大致是5ium以下程度。這樣能夠一邊確保作為測距 范圍是1 200cm的寬廣范圍(最大值/最小值=200), —邊實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有是 小型且精度好的測距傳感器。
在測距范圍與現(xiàn)有技術(shù)同樣(例如10 80cm，即最大值/最小值=8) 的情況下，即使確保與上述例同樣的精度，也能夠使發(fā)光側(cè)的透鏡4A中心 與受光側(cè)的透鏡4B中心的中心間距離(A)大致是5mm、透鏡焦距(f) 大致是2.5mm而大幅度小型化。這時(shí)，受光部21上的光點(diǎn)移動量是5 x 2.5 x ( 1 / 100- 1 /800) =0.11mm,受光部21的寬度(由多個受光單元21A 構(gòu)成的受光部21的寬度)也能夠大幅度變小。
而且在測距范圍1 30mm程度的接近區(qū)域，在遠(yuǎn)距離側(cè)即30mm附近 能夠檢測lmm左右距離變動的最小尺寸，即，在30mm附近能夠得到受光 部21上的光點(diǎn)移動量是大致1 jam左右的最小尺寸，發(fā)光側(cè)的透鏡4A中 心與受光側(cè)的透鏡4B中心的中心間距離(A)大致是2mm、透鏡焦距(f) 大致是0.5mm。這時(shí)，受光部21上的光點(diǎn)移動量是2 x 0.5 x (1/1-1/ 30) = 0.97mm,受光部21的寬度(由多個受光單元21A構(gòu)成的受光部21 的寬度)在連結(jié)發(fā)光元件1的中心與受光部21的中心的直線方向上是大致 1.5mm便可。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)小型的接近傳感器。
如上所述，由于通過縮小受光部21的寬度而能夠使包含CMOS圖像傳感器和其他電路部的受光元件2的尺寸變小，且還能夠把封裝變小，所以 能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的接近傳感器。這種接近傳感器代替機(jī)械開關(guān)例如檢測手 機(jī)是否在通話中(手機(jī)是否位于在耳朵近旁)，根據(jù)該檢測結(jié)果來把監(jiān)視關(guān) 閉以謀求省能，在控制其他功能中能夠使用。
且在測距范圍500~5000mm程度的區(qū)域，在5000mm附近能夠檢測 100mm左右距離變動的最小尺寸，即在5000mm附近能夠得到受光部21上 的光點(diǎn)移動量是大致1 iam左右的最小尺寸，發(fā)光側(cè)的透鏡4A中心與受光 側(cè)的透鏡4B中心的中心間距離(A)大致是25mm、透#:焦距(f)大致是 10mm。這時(shí)，受光部21上的光點(diǎn)移動量是25 x 10x ( 1 /500- 1 /5000) =0.45mm，受光部21的寬度(由多個受光單元21A構(gòu)成的受光部21的寬 度)在連結(jié)發(fā)光元件1的中心與受光部21的中心的直線方向上是大致lmm 便可。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)小型的遠(yuǎn)距離傳感器。這種遠(yuǎn)距離傳感器能夠 適用于檢測在道路、走廊和大門等的人的防止犯罪用途(與防止犯罪照相 機(jī)連動使用。這是由于照相機(jī)能夠?qū)θ梭w攝影，但不能計(jì)測距人體的距離 的緣故)和適用于例如計(jì)測放映機(jī)到銀幕的距離并自動對焦的功能(特別 是便攜式放映機(jī)由于每次使用時(shí)到銀幕的距離在變化，所以該功能是有效 的)等。
從受光部21輸出的信號的處理方法是對于各個測距傳感器對應(yīng)下面的 兩個光點(diǎn)位置的相對位置關(guān)系進(jìn)行輸出， 一個光點(diǎn)位置是構(gòu)成受光元件2 的芯片內(nèi)的閃存部25預(yù)先記憶的與規(guī)定距離對應(yīng)的受光部21上的光點(diǎn)位 置，另一個光點(diǎn)位置是把被測定物放置在要計(jì)測的距離位置并使該物體 反射從發(fā)光側(cè)發(fā)出的光，根據(jù)通過受光側(cè)透鏡4B而向受光部21聚光的結(jié) 果所得到的各受光單元21A的光量分布所求得的光點(diǎn)位置。通過這樣利用 閃存部25記憶的與規(guī)定距離對應(yīng)的受光部21上的光點(diǎn)位置來進(jìn)行測定， 能夠進(jìn)行精度好的測距。
下面使用圖4 圖6來說明求光點(diǎn)位置的方法。如圖4所示，在典型的 一個例中，把與光量峰值對應(yīng)的位置作為受光部中光點(diǎn)位置(聚光位置) 來檢測。但也有如圖5所示那樣把進(jìn)行利用光量進(jìn)行的加權(quán)所求得的與光 量分布的重心(光量重心)對應(yīng)的位置作為光點(diǎn)位置的情況，也有如圖6 所示那樣把與光的分布區(qū)域的幾何學(xué)重心對應(yīng)的位置作為光點(diǎn)位置的情 況。把與光量峰值對應(yīng)的位置作為點(diǎn)位置的方法，在圖4所示那樣光量分
布以峰值為中心且平穩(wěn)減少的分布的情況是有效的。但如圖5、圖6所示那 樣，光量有大部分分散存在于數(shù)個部位的分布情況下，若單純地利用峰值 位置來檢測點(diǎn)位置，就成為比檢測的峰值稍微小的部分的位置被忽略，不 能求出正確的點(diǎn)位置。在這種情況下，優(yōu)選采用求出成為光量分布重心的 位置的方法和求出成為該分布區(qū)域重心的位置(面積重心)的方法。
在上述三個方法中，通過根據(jù)至少兩種處理結(jié)果來再計(jì)算點(diǎn)位置并且 求出，就能夠把光點(diǎn)位置再現(xiàn)性良好地正確求出。
下面使用圖7A 圖7C來說明發(fā)光元件1結(jié)構(gòu)的變化。如圖7A所示， 在一個實(shí)施例中作為發(fā)光元件1而使用發(fā)光二極管11。這時(shí)，由于向所有 方向射出光，所以為了盡可能地有效利用該光而必須一定程度地加大透鏡 4A。對此，如圖7B和圖7C所示那樣，通過采用諧振器型發(fā)光二極管 (RCLED: resonant cavity LED) 12和面發(fā)光激光器(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 13來把光的放射角變小，由于能夠限定 其射出方向，所以能夠縮小透鏡4A的口徑和焦距。這對于測距傳感器的小 型化是有效的。
若比較諧振器型發(fā)光二極管12和面發(fā)光激光器13，則面發(fā)光激光器 13的光的放射角小，小型化的效果大，但諧振器型發(fā)光二極管12有成本低 的優(yōu)點(diǎn)。面發(fā)光激光器13由于是從芯片上面射出光，所以如本實(shí)施例那樣， 把發(fā)光元件1安裝在引線框6上的結(jié)構(gòu)中，安裝性優(yōu)良(由于普通的半導(dǎo) 體激光器是從芯片側(cè)面發(fā)光，所以不能安裝在引線框上)。且在采用諧振器 型發(fā)光二極管12或面發(fā)光激光器13的情況下，與發(fā)光二極管11相比能夠 有效利用的光格外地多，用于使發(fā)光的必要的電流小，具有也能夠減少消 耗電流的優(yōu)點(diǎn)(關(guān)于這點(diǎn)是面發(fā)光激光器13比諧振器型發(fā)光二極管12的 效果大)。由于諧振器型發(fā)光二極管12和面發(fā)光激光器13的發(fā)光點(diǎn)的大小 比發(fā)光二極管11的小，所以在發(fā)光側(cè)透鏡4A容易制作平行光(發(fā)光二極 管11的情況并不是平行光，而是產(chǎn)生一定程度的光束擴(kuò)展)，提高計(jì)測距 離的精度(關(guān)于這點(diǎn)也是面發(fā)光激光器13比諧振器型發(fā)光二極管12的效 果大)。
圖8是本實(shí)施例光學(xué)式測距傳感器變形例的剖視圖。如圖8所示，本 變形例中受光側(cè)透鏡4B使用費(fèi)涅爾透鏡。
12由于對受光側(cè)透鏡4B來說需要把被測定物反射的光盡可能多地向受
光部21取入，所以有要增大透鏡徑的要求，但通常的透鏡若增大透鏡徑，
則透鏡焦距就變大，測距傳感器容易被大型化。對此，在使用了費(fèi)涅爾透
鏡時(shí)，能夠不變地保持透鏡口徑大并且減小透鏡焦距。且如圖9A、圖9B 所示，能夠把透鏡4B的厚度變薄。其結(jié)果是能夠謀求測距傳感器的小型化。 特別是能夠把測距傳感器的高度變小。
圖IO是本實(shí)施例光學(xué)式測距傳感器其他變形例的剖視圖。參照圖10, 本變形例測距傳感器的特點(diǎn)是在從發(fā)光元件1到達(dá)^t測定物的光路徑上設(shè) 置了衍射光柵8 (參照圖11 )。衍射光柵8在與發(fā)光元件1和受光元件2并 列方向垂直交叉的方向(圖10中紙面的前后方向)上把來自發(fā)光元件1的 光進(jìn)行分割。即，本變形例的測距傳感器是發(fā)光光束被分割的多光束光學(xué) 式測距傳感器。被分割的各光束的光強(qiáng)度相互相同。
圖12是用于說明圖10所示光學(xué)式測距傳感器的使用狀態(tài)的立體圖。 參照圖12，在檢測范圍內(nèi)有被測定物A、 B的情況下，被各個^皮測定物A、 B反射的光的一部分通過受光側(cè)透鏡4B而向CMOS面?zhèn)鞲衅鞯氖芄獠?1 聚光。該聚光位置(點(diǎn)位置)由于從傳感器到非測定物的距離而在圖中X 軸方向上有變動(距離越遠(yuǎn)則點(diǎn)位置越靠近X軸的負(fù)方向)，由于從傳感器 朝向非測定物的方向而在圖中Y軸方向上有變動。因此，通過點(diǎn)位置處于 受光部21上的哪個位置就能夠檢測被測定物的位置。如圖12那樣有多個 被測定物存在的情況下，能夠檢測出各自的位置。
作為本光學(xué)式測距傳感器所利用的光的波長，由于通過適用紅外線而 能夠減少干擾光的影響。例如，作為發(fā)光元件1的發(fā)光波長而適用紅外區(qū) 域，則CMOS面?zhèn)鞲衅鞯氖芄獠ㄩL也在紅外具有峰值靈敏度，通過作為受 光側(cè)透鏡4B和發(fā)光側(cè)透鏡4A而具有截止可見光的光學(xué)特性的，則只要有 屋內(nèi)熒光燈程度的光，就能夠不受影響地進(jìn)行測定。但在如白熱燈和太陽 光那樣包含紅外光的光的環(huán)境下使用時(shí)，則還需要想辦法。作為該辦法例 如考慮利用按規(guī)定的時(shí)間驅(qū)動發(fā)光元件1的驅(qū)動電路部26,來使發(fā)光元 件1在規(guī)定的期間內(nèi)僅脈沖發(fā)光規(guī)定的次數(shù)，與該發(fā)光時(shí)間同步地把受光 元件2側(cè)的信號作為有效信號提取，具有作為脈沖發(fā)光次數(shù)的平均值來輸 出的功能。
根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)式測距傳感器，通過把被測定物反射的光進(jìn)行聚光的受光部21具有多個單元，^使透鏡間距離(A)和受光部21與受光側(cè)透 鏡4B的焦距不過度大，能夠進(jìn)行精度高的計(jì)測。因此，能夠得到小型化且 計(jì)測精度高的光學(xué)式測距傳感器。
若把上述內(nèi)容歸納一下則如下所述。即本實(shí)施例的光學(xué)式測距傳感器 是通過三角測量方式來檢測距被測定物距離的光學(xué)式測距傳感器。具備 發(fā)光元件1、與發(fā)光元件1設(shè)置在同一平面上的受光元件2、把發(fā)光元件1 和受光元件2分別封固的作為"第一和第二透光性樹脂部"的透光性樹脂 部3(3A、 3B)、分別設(shè)置在發(fā)光元件1和受光元件2前方的作為"第一和 第二透鏡"的透鏡4(4A、 4B)、為了在發(fā)光元件1與受光元件2之間形成 規(guī)定的間隔(A)而保持發(fā)光元件1和受光元件2的遮光性樹脂部5。受光 元件2包括受光部21，其具有多個單元21A且把從發(fā)光元件1發(fā)出而由 被測定物反射的光進(jìn)行聚光；閃存部25，其作為"存儲部"而記憶受光部 21中的規(guī)定位置；信號處理電路部22，其作為"運(yùn)算部"而根據(jù)由多個單 元21A得到的所述光的檢測結(jié)果來檢測受光部21中所述光的聚光位置，而 且根據(jù)閃存部25記憶的規(guī)定位置與受光部21中所述光的聚光位置的相對 關(guān)系來計(jì)測距測定物的距離。
詳細(xì)說明并表示了本發(fā)明，但這僅是為了例示而不被限定，發(fā)明的范 圍應(yīng)該清楚地理解為由權(quán)利要求范圍來解釋。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)式測距傳感器，是通過三角測量方式來檢測距被測定物距離的光學(xué)式測距傳感器，其中，具備發(fā)光元件(1)、與所述發(fā)光元件(1)設(shè)置在同一平面上的受光元件(2)、把所述發(fā)光元件(1)和所述受光元件(2)分別封固的第一和第二透光性樹脂部(3)、分別設(shè)置在所述發(fā)光元件(1)和所述受光元件(2)前方的第一和第二透鏡(4)、為了在所述發(fā)光元件(1)與所述受光元件(2)之間形成規(guī)定的間隔而保持所述發(fā)光元件(1)和所述受光元件(2)的遮光性樹脂部(5)，所述受光元件(2)包括受光部(21)，其具有多個單元(21A)且把從所述發(fā)光元件(1)發(fā)出而由所述被測定物反射的光進(jìn)行聚光；存儲部(25)，其記憶所述受光部(21)中的規(guī)定位置；運(yùn)算部(22)，其根據(jù)由所述多個單元(21A)得到的所述光的檢測結(jié)果來檢測所述受光部(21)中所述光的聚光位置，而且根據(jù)所述存儲部(25)記憶的規(guī)定位置與所述受光部(21)中所述光的聚光位置的相對位置關(guān)系來計(jì)測距所述被測定物的距離。
2、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述多個單元(21A) 在所述發(fā)光元件(1)和所述受光元件(2)并列的方向上設(shè)置排成一列。
3、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，沿所述發(fā)光元件(1 ) 和所述受光元件(2)并列方向的多個單元(21A)的寬度是5iam以下。
4、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述第一和第二透 鏡(4 )的中心之間距離是10mm以下，沿所述發(fā)光元件(1 )和所迷受光元件(2 )并列方向的所述受光部(21 ) 的寬度是5mm以下。
5、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述第一和第二透 鏡(4)的中心之間距離是2mm以下，沿所述發(fā)光元件(1)和所述受光元件(2)并列方向的所述受光部21 的寬度是1.5mm以下。
6、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述運(yùn)算部(22)根據(jù)所述受光部(21)的光量分布，把與光量峰值對應(yīng)的位置作為所述受光部(21)中所述光的聚光位置來檢測。
7、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述運(yùn)算部(22) 根據(jù)所述受光部(21)的光量分布，把與光量重心對應(yīng)的位置作為所述受 光部(21)中所述光的聚光位置來檢測。
8、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述運(yùn)算部(22) 根據(jù)所述受光部(21)的光量分布，把與分布區(qū)域的幾何學(xué)重心對應(yīng)的位 置作為所述受光部(21)中所述光的聚光位置來檢測。
9、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述運(yùn)算部(22) 根據(jù)所述受光部(21)的光量分布而檢測與光量峰值對應(yīng)的位置、與光量 重心對應(yīng)的位置和與分布區(qū)域的幾何學(xué)重心對應(yīng)的位置中的至少兩個位 置，并根據(jù)其檢測結(jié)果的組合來計(jì)算所述受光部(21)中所述光的聚光位 置。
10、 如權(quán)利要求6到權(quán)利要求9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)式測距傳感器， 其中，所述存儲部(25)所記憶的所述受光部(21)的規(guī)定位置是根據(jù) 由所述發(fā)光元件(1)發(fā)出光，被僅離開所述光學(xué)式測距傳感器規(guī)定距離的 物體反射后，向所述受光部(21)聚光的光的光量分布所求得的下列的位 置與光量峰值對應(yīng)的位置、與光量重心對應(yīng)的位置、與分布區(qū)域的幾何 學(xué)重心對應(yīng)的位置或基于它們的組合所計(jì)算出的位置。
11、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，設(shè)置在所述受光 元件(2)前方的第二透鏡是費(fèi)涅爾透鏡。
12、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述發(fā)光元件(1 ) 是諧振器型發(fā)光二極管。
13、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述發(fā)光元件(1 ) 是面發(fā)光激光器。
14、 如權(quán)利要求13所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，還具備衍射光柵， 其被設(shè)置在從所述發(fā)光元件(1)到達(dá)所述被測定物的光路徑上，在與所述 發(fā)光元件(1)和所述受光元件(2)并列的方向垂直交叉的方向上把來自 所述發(fā)光元件(1)的光進(jìn)行分割。
15、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器，其中，所述發(fā)光元件(1 ) 和所述受光元件(2)被安裝在同一引線框(6)上。
16、 一種電子儀器，具備權(quán)利要求1所述的光學(xué)式測距傳感器。
全文摘要
一種光學(xué)式測距傳感器，具備與發(fā)光元件設(shè)置在同一平面上的受光元件(2)。受光元件(2)包括受光部(21)，其具有多個單元(21A)且把從發(fā)光元件(1)發(fā)出而由被測定物反射的光進(jìn)行聚光；閃存部(25)，其記憶受光部(21)中的規(guī)定位置；信號處理電路部(22)，其根據(jù)由多個單元(21A)得到的所述光的檢測結(jié)果來檢測受光部(21)中所述光的聚光位置，而且根據(jù)閃存部(25)記憶的規(guī)定位置與受光部(21)中所述光的聚光位置的相對關(guān)系來計(jì)測距測定物的距離。
文檔編號G01B11/14GK101655350SQ20091016293
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者久保勝, 山口陽史, 福島稔彥 申請人:夏普株式會社