本發(fā)明涉及進(jìn)行物體的有無(wú)的檢測(cè)和物體的距離的檢測(cè)的反射型傳感器、以及使用其的電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

以往，作為進(jìn)行物體的有無(wú)的檢測(cè)和物體的距離的檢測(cè)的反射型傳感器，有如以下那樣的傳感器。

·日本特開(kāi)2013-113610號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)

·日本特開(kāi)2013-210315號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)

·日本特開(kāi)2012-63173號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)

·日本特開(kāi)平2-61510號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)4)

·日本特開(kāi)2013-134173號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)5)

在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的“放射線測(cè)量方法和裝置”中，改變具有指向性的二維的放射線檢測(cè)器的位置和方向來(lái)檢測(cè)來(lái)自放射線源的放射線，將得到的放射線的檢測(cè)角度區(qū)域標(biāo)記在體素化后的測(cè)定空間上，由此推定放射線的線源部位。

另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的“光學(xué)式距離測(cè)量裝置”中，返回光聚光光學(xué)系統(tǒng)包括返回光聚光透鏡，該返回光聚光透鏡包括從激光輸出元件出射并被掃描反射鏡反射后的激光向照射點(diǎn)去的光路，且具有與掃描面垂直的面內(nèi)的寬度方向的光焦度大于上述掃描面方向的光焦度的光學(xué)特性，并且接收來(lái)自上述照射點(diǎn)的返回光并聚光于上述掃描反射鏡。這樣，得到較多的返回光的光量，能夠充分獲得距離測(cè)量的有效范圍。

另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的“激光測(cè)距裝置”中，用包含反射鏡的二維掃描儀使來(lái)自激光二極管的激光偏向來(lái)照射測(cè)定對(duì)象物上的任意的多邊形的頂點(diǎn)。然后，用光電二極管接收被各頂點(diǎn)反射的激光而輸出信號(hào)，利用運(yùn)算控制部，使用來(lái)自上述光電二極管的輸出信號(hào)和上述二維掃描儀的動(dòng)作信息計(jì)算出上述多邊形的面積。

另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)4中公開(kāi)的“非接觸二維形狀測(cè)量傳感器”中，將從光源出射并被包含反射鏡的光偏向器偏向而以一定寬度照射的細(xì)光線的來(lái)自物體表面的反射光利用受光透鏡聚光而在圖像傳感器上成像。此時(shí)，在上述受光透鏡與上述圖像傳感器之間配置使光僅在與上述圖像傳感器的檢測(cè)線垂直的方向上會(huì)聚的會(huì)聚透鏡，使以一定寬度偏向后的細(xì)光線中的在上述垂直方向上從中央部偏離的細(xì)光線的反射光也在上述圖像傳感器上成像，由此使得能夠利用一維的上述圖像傳感器測(cè)定二維方向的距離。

另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)5中公開(kāi)的“測(cè)距系統(tǒng)”中，在作為入射到固體攝像裝置的來(lái)自測(cè)距對(duì)象的反射光的強(qiáng)度的上升沿期間的一部分期間的第1受光期間，利用上述固體攝像裝置對(duì)與入射的光的光量相應(yīng)的光電子進(jìn)行累積蓄積。另外，在作為入射到上述固體攝像裝置的上述反射光的強(qiáng)度的從峰起包含下降沿期間的第2受光期間，利用上述固體攝像裝置對(duì)與入射的光的光量相應(yīng)的光電子進(jìn)行累積蓄積。然后，利用運(yùn)算部，將在上述第2受光期間累積蓄積的光電子信息除以在上述第1受光期間累積蓄積的光電子信息而得的光量比，作為依賴(lài)于光的往復(fù)時(shí)間的值求出，由此，通過(guò)飛行時(shí)間(Time of Flight，TOF)方式求出至上述測(cè)距對(duì)象的距離。另外，與測(cè)距對(duì)象的受光期間以外的受光期間的受光量相應(yīng)的光電子被舍棄。

但是，上述各專(zhuān)利文獻(xiàn)中公開(kāi)的以往的反射型傳感器中，存在以下的問(wèn)題。

即，如圖6所示，在使用三角測(cè)距方式的測(cè)距傳感器中，在PSD(Position Sensitive Detector：位置檢測(cè)元件)的光入射位置，將輸出電流分割為遠(yuǎn)側(cè)輸出電流和近側(cè)輸出電流而利用兩電流之比檢測(cè)入射位置，由此，能夠通過(guò)三角測(cè)量方式求出至檢測(cè)物A、B的距離。

但是，在因從LED(Light Emitting Diode：發(fā)光二極管)出射的光的擴(kuò)展而只有投光點(diǎn)的一部分照射到對(duì)象物的情況下，反射光的光量重心位置偏移而無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)距。例如如圖6所示，雖然檢測(cè)物C位于與檢測(cè)物A相同的距離，但是來(lái)自檢測(cè)物C的反射光的PSD入射角度與檢測(cè)物B的PSD入射角度相同，因此，檢測(cè)物C的情況下的PSD輸出電流成為檢測(cè)物B的情況下的PSD輸出電流，發(fā)生了誤檢測(cè)的問(wèn)題。

另外，在上述TOF方式的測(cè)距傳感器中，能夠利用光從發(fā)光部出射后至被對(duì)象物反射而入射到受光部的飛行時(shí)間，求出至上述對(duì)象物的距離。

但是，基本上將投光正面的對(duì)象物作為測(cè)距的對(duì)象。因此，在平面地?cái)U(kuò)展檢測(cè)范圍的情況下，需要用反射鏡等使投光角度變化來(lái)進(jìn)行掃描，基于反射鏡角度來(lái)確定投光的方向等，為了得到距離而進(jìn)行反射鏡等的驅(qū)動(dòng)?；蛘撸材軌?qū)⒍鄠€(gè)受光元件排列，根據(jù)接收了入射光的受光元件的位置確定上述對(duì)象物的方向，但是在這該情況下受光部的尺寸擴(kuò)大成本變高。

在上面說(shuō)明的上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的以往的“放射線測(cè)量方法和裝置”中，需要多個(gè)檢測(cè)角度區(qū)域。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的“光學(xué)式距離測(cè)量裝置”、專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的“激光測(cè)距裝置”和專(zhuān)利文獻(xiàn)4中公開(kāi)的“非接觸二維形狀測(cè)量傳感器”中，都具有偏光·掃描用的反射鏡，與上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1一樣能夠二維地檢測(cè)反射光。但是，與之相應(yīng)地結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。

另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)5中公開(kāi)的“測(cè)距系統(tǒng)”中，在基于TOF方式計(jì)算至上述測(cè)距對(duì)象的距離的計(jì)算中使用光量比。另外，與測(cè)距對(duì)象的受光期間以外的受光期間的受光量相應(yīng)的光電子被舍棄。但是，是以照射裝置正面的測(cè)距對(duì)象物作為測(cè)距的對(duì)象，而不是能夠計(jì)算至位于廣闊區(qū)域(廣域)的測(cè)距對(duì)象的距離的結(jié)構(gòu)。因此，為了平面地?cái)U(kuò)展測(cè)距范圍，需要利用反射鏡等使照射角度變化來(lái)進(jìn)行掃描。另外，需要將多個(gè)上述固體攝像裝置排列。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2013-113610號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2013-210315號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2012-63173號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)平2-61510號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)5：日本特開(kāi)2013-134173號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

因此，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于提供能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維平面的物體的有無(wú)和物體的距離的廣闊區(qū)域檢測(cè)的反射型傳感器。

用于解決技術(shù)問(wèn)題的手段

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的光反射型傳感器的特征在于，包括：

對(duì)測(cè)距對(duì)象物照射光的發(fā)光元件；

將來(lái)自測(cè)距對(duì)象物的反射光聚光的受光光學(xué)系統(tǒng)；

接收由上述受光光學(xué)系統(tǒng)聚光后的光，并且輸出與受光位置相應(yīng)的光電流信號(hào)的受光元件；和

信號(hào)處理電路，該信號(hào)處理電路基于從上述受光元件輸出的上述光電流信號(hào)，求出上述受光元件上的受光位置信息和光的飛行時(shí)間信息，該光的飛行時(shí)間信息為從上述發(fā)光元件照射光后至該光被測(cè)距對(duì)象物反射而由上述受光元件接收的時(shí)間。

另外，在一個(gè)實(shí)施方式的光反射型傳感器中，

上述發(fā)光元件照射的光為脈沖光，

上述受光元件為位置檢測(cè)元件，上述光電流信號(hào)由從設(shè)置在上述受光位置的一側(cè)的電極輸出的第1光電流信號(hào)和從設(shè)置在上述受光位置的另一側(cè)的電極輸出的第2光電流信號(hào)構(gòu)成，

上述光反射型傳感器包括控制部，該控制部對(duì)上述發(fā)光元件輸出脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且對(duì)上述信號(hào)處理電路輸出與上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿同步的同步信號(hào)。

上述信號(hào)處理電路，

利用從上述受光元件輸出的上述第1光電流信號(hào)的積分值與上述第2光電流信號(hào)的積分值之比，求出上述受光位置信息，

在從上述控制部接收到上述同步信號(hào)的時(shí)刻，將上述第1光電流信號(hào)和上述第2光電流信號(hào)分割為兩部分，利用與分割位置相比位于時(shí)間軸上前側(cè)的第1光電流信號(hào)和第2光電流信號(hào)各自的積分值的相加值和與上述分割位置相比位于時(shí)間軸上后側(cè)的第1光電流信號(hào)和第2光電流信號(hào)各自的積分值的相加值之比，求出上述光的飛行時(shí)間信息。

另外，在一個(gè)實(shí)施方式的光反射型傳感器中，

上述發(fā)光元件照射具有放射角度的光，

上述測(cè)距對(duì)象物位于上述發(fā)光元件的放射角度內(nèi)，

上述光反射型傳感器包括：

存儲(chǔ)部，該存儲(chǔ)部存儲(chǔ)運(yùn)算式，該運(yùn)算式用于根據(jù)來(lái)自上述測(cè)距對(duì)象物的反射光入射到上述受光元件的入射角度和關(guān)于該測(cè)距對(duì)象物的上述光的飛行時(shí)間信息，計(jì)算該測(cè)距對(duì)象物的以上述受光光學(xué)系統(tǒng)為基點(diǎn)的位置信息；和

運(yùn)算處理部，該運(yùn)算處理部基于由上述信號(hào)處理電路求出的上述受光位置信息，求出來(lái)自上述測(cè)距對(duì)象物的反射光的上述入射角度，并且基于該求出的上述入射角度和由上述信號(hào)處理電路求出的上述光的飛行時(shí)間信息，使用存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部中的上述運(yùn)算式計(jì)算上述測(cè)距對(duì)象物的上述位置信息。

另外，在一個(gè)實(shí)施方式的光反射型傳感器中，

上述測(cè)距對(duì)象物位于上述發(fā)光元件的放射角度內(nèi)且有多個(gè)，

上述光反射型傳感器包括對(duì)上述發(fā)光元件輸出脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制部，

上述信號(hào)處理電路，在上述光電流信號(hào)的時(shí)間軸上的長(zhǎng)度比上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間軸上的長(zhǎng)度長(zhǎng)的情況下，在上述光電流信號(hào)的上升沿的時(shí)刻，基于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和上述光電流信號(hào)，求出關(guān)于上述多個(gè)測(cè)距對(duì)象物中的離上述受光光學(xué)系統(tǒng)最近的最近測(cè)距對(duì)象物的上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息，在上述光電流信號(hào)的下降沿的時(shí)刻，基于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和上述光電流信號(hào)，求出關(guān)于上述多個(gè)測(cè)距對(duì)象物中的離上述受光光學(xué)系統(tǒng)最遠(yuǎn)的最遠(yuǎn)測(cè)距對(duì)象物的上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息，

上述運(yùn)算處理部，基于由上述信號(hào)處理電路求出的上述各個(gè)受光位置信息，關(guān)于上述最近測(cè)距對(duì)象物和上述最遠(yuǎn)測(cè)距對(duì)象物，求出反射光的上述入射角度，并且基于該求出的上述入射角度和由上述信號(hào)處理電路求出的上述光的飛行時(shí)間信息，計(jì)算以上述受光光學(xué)系統(tǒng)為基點(diǎn)的位置信息。

另外，本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于，使用了上述本發(fā)明的光反射型傳感器。

發(fā)明效果

如以上所述可知，本發(fā)明的光反射型傳感器，利用上述信號(hào)處理電路，基于從上述受光元件輸出的上述光電流信號(hào)，求出用于求出入射到上述受光元件的入射角的上述受光元件上的受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息。因此，能夠彌補(bǔ)上述三角測(cè)距方式和上述TOF方式的測(cè)距方法的缺點(diǎn)，提高至上述測(cè)距對(duì)象物的距離的檢測(cè)精度。而且，能夠防止僅使用上述入射角度和上述光的飛行時(shí)間中的任一者的情況下的誤檢測(cè)。

另外，本發(fā)明的光反射型傳感器中的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只包括能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的發(fā)光元件、上述受光光學(xué)系統(tǒng)和唯一的上述受光元件，不需要包括用于使照射角度變化來(lái)進(jìn)行掃描的反射鏡等、或者將上述發(fā)光元件或上述受光元件排列多個(gè)。因此，能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維平面上的廣闊區(qū)域檢測(cè)。

另外，本發(fā)明的電子設(shè)備，使用了能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)高精度地進(jìn)行二維平面的物體的有無(wú)和物體的距離的廣闊區(qū)域檢測(cè)的廉價(jià)的反射型傳感器，因此，通過(guò)用于衛(wèi)生用途、掃地機(jī)器人和需要檢測(cè)人體的設(shè)備等電子設(shè)備，能夠提供對(duì)人和環(huán)境溫和的舒適的電子設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的光反射型傳感器的結(jié)構(gòu)的概略圖。

圖2是表示給發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和受光元件的檢測(cè)信號(hào)的變化的圖。

圖3是表示測(cè)距的對(duì)象物位于發(fā)光透鏡與受光透鏡之間的狀態(tài)的圖。

圖4是表示位于放射角內(nèi)的兩個(gè)對(duì)象物與光學(xué)系統(tǒng)的位置關(guān)系的圖。

圖5是表示圖4中給發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和受光元件的檢測(cè)信號(hào)的圖。

圖6是使用三角測(cè)距方式求出至檢測(cè)物的距離的方式的說(shuō)明圖。

具體實(shí)施方式

以下，利用圖示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

·第1實(shí)施方式

圖1是表示本實(shí)施方式的光反射型傳感器的結(jié)構(gòu)的概略圖。本實(shí)施方式的光反射型傳感器，具有兼具上述三角測(cè)距方式和上述TOF方式的結(jié)構(gòu)。在圖1中，光反射型傳感器1包括：對(duì)作為測(cè)距的對(duì)象的測(cè)距對(duì)象物(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為對(duì)象物)7照射光的由上述LED構(gòu)成的發(fā)光元件2；將從發(fā)光元件2照射的光聚光的發(fā)光透鏡3；將來(lái)自對(duì)象物7的反射光聚光的受光透鏡4；和使由受光透鏡4聚光后的光成像而形成光點(diǎn)5的受光元件6。另外，作為發(fā)光元件2，也可以為紅外線發(fā)光元件或激光二極管等其他元件。

將上述發(fā)光透鏡3的位置設(shè)為原點(diǎn)O，將對(duì)象物7(7A)上的來(lái)自發(fā)光元件2的光的照射位置設(shè)為A，將受光透鏡4的位置設(shè)為點(diǎn)C，在作為原點(diǎn)O的基線上的與X軸平行的直線上配置受光元件6。以下，為了方便說(shuō)明，在需要在同一圖中描繪多個(gè)對(duì)象物7的情況下，對(duì)各個(gè)部件編號(hào)7附加字母來(lái)區(qū)分。

上述受光元件6使用上述PSD，檢測(cè)照射到受光元件6上而成像的光點(diǎn)5的光重心位置并輸出檢測(cè)信號(hào)。

信號(hào)處理電路8求出上述受光元件6上的光點(diǎn)5的位置，并且求出作為光從發(fā)光元件2出射后至在受光元件6上形成光點(diǎn)5的時(shí)間的光的飛行時(shí)間(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為飛行時(shí)間)。運(yùn)算處理部9基于由信號(hào)處理電路8求出的光點(diǎn)5的位置，計(jì)算來(lái)自對(duì)象物7的反射光向受光元件6入射的入射角度、和從作為通過(guò)發(fā)光透鏡3和受光透鏡4的直線的基線至對(duì)象物7的距離。在存儲(chǔ)部10中存儲(chǔ)將在后面詳細(xì)說(shuō)明的飛行時(shí)間檢索表。控制部11接收來(lái)自運(yùn)算處理部9的計(jì)算結(jié)果，控制發(fā)光元件2和信號(hào)處理電路8等的動(dòng)作。

在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，從上述發(fā)光元件2出射到對(duì)象物7(7A)的光束，被發(fā)光透鏡3聚光為大致平行光束12。該被聚光后的平行光束12，沿Y軸上射出，在對(duì)象物7上的點(diǎn)A進(jìn)行光點(diǎn)照射，由對(duì)象物7擴(kuò)散反射。由對(duì)象物7擴(kuò)散反射后的光束13，被受光透鏡4聚光。被聚光后的光，在受光元件6上的點(diǎn)E成像而形成光點(diǎn)5。

將通過(guò)上述點(diǎn)C(受光透鏡4的中心)的與Y軸平行的線與受光元件6交叉的點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)F時(shí)，三角形OAC和三角形FCE為相似形。

因此，在以往的上述三角測(cè)距方式的測(cè)距中，利用信號(hào)處理電路8，基于來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)求出光點(diǎn)5的位置，測(cè)定邊FE的長(zhǎng)度(距離x)。然后，利用運(yùn)算處理部9，用距離x根據(jù)距離y＝距離A×(距離f/距離x)檢測(cè)從發(fā)光透鏡3至測(cè)距對(duì)象物7的距離y。

在此，上述距離A為發(fā)光透鏡3與受光透鏡4之間的距離(基線長(zhǎng)度)。另外，距離f為受光透鏡4與受光元件6的距離，是受光透鏡4的焦距。另外，距離x是受光元件(PSD)6上的光點(diǎn)5的光重心位置相對(duì)于基準(zhǔn)位置的變化量。在此，距離x通過(guò)利用與受光元件6連接的信號(hào)處理電路8檢測(cè)從設(shè)置在受光元件6的兩端的電極輸出的上述檢測(cè)信號(hào)、即與上述變化量相應(yīng)地變化的信號(hào)電流I1與I2的平衡來(lái)求出。

但是，在為了能夠進(jìn)行二維平面上的物體的有無(wú)和物體的距離的廣闊區(qū)域檢測(cè)，而使從發(fā)光元件2出射的光具有擴(kuò)展的情況下，在對(duì)象物的尺寸大到覆蓋上述光的擴(kuò)展整體的情況下沒(méi)有問(wèn)題。然而，在圖1中，在存在雖然距上述基線的距離與對(duì)象物7A相同，但是與對(duì)象物7A不同的對(duì)象物7C的情況下，來(lái)自對(duì)象物7C的反射光入射到受光元件6的入射角度與來(lái)自位于Y軸上的對(duì)象物7B的反射光的入射角度相同，因此，由信號(hào)處理電路8求出的上述距離x在對(duì)象物7C和對(duì)象物7B變得相同。因此，從上述基線至對(duì)象物7C的距離LC被作為至對(duì)象物7B的距離y(LB)計(jì)算出來(lái)，成為誤檢測(cè)。

因此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)使上述受光元件6和信號(hào)處理電路8具有基于上述TOF方式的距離檢測(cè)功能，來(lái)防止上述三角測(cè)距方式的上述誤檢測(cè)。

首先，關(guān)于假設(shè)位于從上述發(fā)光元件2向廣闊區(qū)域出射的光的放射角度內(nèi)的多個(gè)對(duì)象物7，預(yù)先求出作為光從發(fā)光元件2出射后至上述光被各個(gè)對(duì)象物7反射而由受光元件6受光的時(shí)間的上述飛行時(shí)間T。然后，按各對(duì)象物7生成將上述飛行時(shí)間T與從上述基線至對(duì)象物7的距離y和入射到受光元件6的入射角度θ對(duì)應(yīng)而形成的飛行時(shí)間檢索表，預(yù)先存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部10中。

然后，在實(shí)際的測(cè)距時(shí)，首先，從上述控制部11對(duì)發(fā)光元件2輸出用于使脈沖光出射的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從發(fā)光元件2出射脈沖光。與此同時(shí)，對(duì)信號(hào)處理電路8輸出用于通知使脈沖光切斷的控制信號(hào)。

這樣，上述信號(hào)處理電路8和運(yùn)算處理部9接收與從發(fā)光元件2出射的脈沖光對(duì)應(yīng)的來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)上述三角測(cè)距方式求出入射到受光元件6的入射角度θ。即，在設(shè)對(duì)象物7B上的來(lái)自發(fā)光元件2的光的照射位置為B，設(shè)在受光元件6上形成的光點(diǎn)5的位置為Eb時(shí)，三角形OBC和三角形FCEb為相似形。因此，利用信號(hào)處理電路8，基于來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)求出光點(diǎn)5的位置，測(cè)定邊FEb的長(zhǎng)度(距離x)。然后，利用運(yùn)算處理部9，關(guān)于三角形FCEb計(jì)算Tan^-1(f/x)求出入射到受光元件6的入射角度θ。

接著，上述信號(hào)處理電路8基于來(lái)自上述受光元件6的檢測(cè)信號(hào)和來(lái)自控制部11的使脈沖光切斷的控制信號(hào)，求出作為從發(fā)光元件2出射脈沖光后至由來(lái)自對(duì)象物7C的反射光在受光元件6上形成光點(diǎn)5的時(shí)間的飛行時(shí)間Tc。

然后，由上述運(yùn)算處理部9，基于上述求出的入射角度θ和由信號(hào)處理電路8求出的飛行時(shí)間Tc，檢索存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部10中的上述飛行時(shí)間檢索表。于是，得到與入射角度θ和飛行時(shí)間Tc對(duì)應(yīng)的從上述基線至測(cè)距對(duì)象物7的距離y(＝LC)。

在此，在由上述信號(hào)處理電路8求出的飛行時(shí)間為T(mén)b的情況下，由運(yùn)算處理部9對(duì)上述飛行時(shí)間檢索表進(jìn)行檢索的結(jié)果，從上述基線至測(cè)距對(duì)象物7的距離y被求出為L(zhǎng)B。即，能夠根據(jù)上述飛行時(shí)間的不同來(lái)區(qū)分入射到受光元件6的入射角度呈現(xiàn)相同的入射角度θ的不同的對(duì)象物7。

如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)使用上述PSD作為上述受光元件6，能夠利用根據(jù)來(lái)自對(duì)象物7的反射光在受光元件6上的光點(diǎn)位置從受光元件6的兩端輸出的檢測(cè)信號(hào)之比，檢測(cè)出受光元件6上的光點(diǎn)位置。因此，能夠基于上述光點(diǎn)位置，通過(guò)上述三角測(cè)距方式求出來(lái)自對(duì)象物7的反射光的入射角度θ。

另外，從由上述發(fā)光元件2出射脈沖光后至由受光元件6輸出上述檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間，延遲與從上述基線至對(duì)象物7的距離相應(yīng)的上述飛行時(shí)間。因此，通過(guò)根據(jù)上述光點(diǎn)位置從受光元件6的兩端輸出的檢測(cè)信號(hào)和用于通知使脈沖光切斷的控制信號(hào)，檢測(cè)該延遲時(shí)間、即上述飛行時(shí)間T。然后，能夠基于上述入射角度θ和上述飛行時(shí)間T，求出從上述基線至對(duì)象物7的距離。

在該情況下，即使來(lái)自上述對(duì)象物7的反射光的入射角度θ相同，從發(fā)光透鏡3至對(duì)象物7的距離也會(huì)根據(jù)對(duì)象物7與受光透鏡4之間的距離(即，上述飛行時(shí)間T)而變動(dòng)。另外，即使上述飛行時(shí)間T相同，從發(fā)光透鏡3至對(duì)象物7的距離也會(huì)根據(jù)對(duì)象物7與受光透鏡4的角度(即，上述入射角度θ)而變動(dòng)。這意味著，通過(guò)使用來(lái)自對(duì)象物7的反射光的入射角度θ和光從發(fā)光元件2出射后至由受光元件6接收的飛行時(shí)間T，能夠彌補(bǔ)上述的彼此的缺點(diǎn)，提高從發(fā)光透鏡3至對(duì)象物7的距離的檢測(cè)精度。而且，能夠防止僅使用上述入射角度θ和上述飛行時(shí)間T中的任一者的情況下的誤檢測(cè)。

另外，本光反射型傳感器的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只包括：能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的發(fā)光元件2和發(fā)光透鏡3；受光透鏡4；和由上述PSD構(gòu)成的唯一的受光元件6，不需要包括用于使照射角度變化來(lái)進(jìn)行掃描的反射鏡等、或者將發(fā)光元件2或受光元件6排列多個(gè)。因此，能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維平面上的廣闊區(qū)域檢測(cè)。

即，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠利用以1脈沖投光的光反射型傳感器，提高二維平面上的對(duì)象物的位置信息檢測(cè)的精度，并且防止誤檢測(cè)。

另外，在上述說(shuō)明中，基于來(lái)自上述受光元件6的檢測(cè)信號(hào)測(cè)定邊FEb的長(zhǎng)度(距離x)，關(guān)于三角形FCEb通過(guò)Tan^-1(f/x)求出入射到受光元件6的入射角度θ。但是，本發(fā)明并不限定于此，也可以通過(guò)上述三角測(cè)距方式求出三角形OBC的邊OB的長(zhǎng)度LB，關(guān)于三角形OBC通過(guò)Tan^-1(LB/A)來(lái)求出。

·第2實(shí)施方式

本實(shí)施方式涉及：利用上述信號(hào)處理電路8求出受光元件6上的光點(diǎn)5的位置的方法；和求出作為光從發(fā)光元件2出射后至在受光元件6上檢測(cè)到光點(diǎn)5的上述飛行時(shí)間T的方法。

圖2從上端起依次表示：從上述控制部11對(duì)發(fā)光元件2輸出的上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的接通(on)·斷開(kāi)(off)(即，發(fā)光元件2的接通·斷開(kāi))的時(shí)刻；作為受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)的檢測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流的變化；和作為受光元件6的近側(cè)的檢測(cè)信號(hào)的近側(cè)輸出電流的變化。

在此，上述受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)是指，在作為PSD的受光元件6中，來(lái)自位于遠(yuǎn)處的對(duì)象物7的反射光形成光點(diǎn)5的一側(cè)。另外，受光元件6的近側(cè)是指，在受光元件6中，來(lái)自位于近處的對(duì)象物7的反射光形成光點(diǎn)5的一側(cè)。上述遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1，如圖1所示，是從受光元件6的兩端中的上述遠(yuǎn)側(cè)的一端的電極輸出的輸出電流，將其值設(shè)為“I1”。同樣，上述近側(cè)輸出電流I2，是從受光元件6的上述近側(cè)的一端的電極輸出的輸出電流，將其值設(shè)為“I2”。另外，遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1是上述第1光電流信號(hào)的一個(gè)例子，近側(cè)輸出電流I2是上述第2光電流信號(hào)的一個(gè)例子。

如圖2所示，以發(fā)光元件2的斷開(kāi)(下降沿)的時(shí)刻來(lái)分割上述遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1。將與分割位置相比位于時(shí)間軸上前側(cè)的第1受光期間的輸出電流值I1的積分值設(shè)為I1a。另外，將與上述分割位置相比位于時(shí)間軸上后側(cè)的第2受光期間的輸出電流值I1的積分值設(shè)為I1b。同樣，以發(fā)光元件2的斷開(kāi)(下降沿)的時(shí)刻來(lái)分割近側(cè)輸出電流I2。將與分割位置相比位于時(shí)間軸上前側(cè)的第1受光期間的輸出電流值I2的積分值設(shè)為I2a。另外，將與上述分割位置相比位于時(shí)間軸上后側(cè)的第2受光期間的輸出電流值I2的積分值設(shè)為I2b。

在此，在上述對(duì)象物7的位置在遠(yuǎn)側(cè)與近側(cè)之間移動(dòng)的情況下，遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2在彼此相反的方向上增減。因此，能夠通過(guò)比較“第1受光期間+第2受光期間”的輸出電流值I1的積分值(I1a+I1b)和“第1受光期間+第2受光期間”的輸出電流值I2的積分值(I2a+I2b)，求出發(fā)光元件2上的光點(diǎn)5的位置。

另外，當(dāng)上述飛行時(shí)間T在長(zhǎng)短之間變化時(shí)，遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2的分割位置在時(shí)間軸上前后移動(dòng)。因此，能夠通過(guò)比較“第1受光期間”的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2各自的積分值的相加值(I1a+I2a)與“第2受光期間”的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2各自的積分值的相加值(I2a+I2b)，求出上述飛行時(shí)間T。

因此，上述信號(hào)處理電路8，當(dāng)接收來(lái)自作為PSD的上述受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2時(shí)，基于與從控制部11發(fā)送來(lái)的給發(fā)光元件2的上述控制信號(hào)的下降沿同步的同步信號(hào)(通知使上述脈沖光切斷的控制信號(hào))的時(shí)刻，將遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2分割為上述第1受光期間和上述第2受光期間。然后，計(jì)算輸出電流值I1的積分值(I1a+I1b)和輸出電流值I2的積分值(I2a+I2b)，進(jìn)而計(jì)算兩積分值之比(I1a+I1b)/(I2a+I2b)。然后，基于上述比的值，求出受光元件6上的光點(diǎn)5的位置。

另外，計(jì)算上述“第1受光期間”的兩個(gè)輸出電流的積分值的相加值(I1a+I2a)和“第2受光期間”的兩個(gè)輸出電流的積分值的相加值(I1b+I2b)，進(jìn)而計(jì)算兩個(gè)相加值之比“(I1a+I2a)/(I1b+I2b)”。然后，基于上述比的值，求出光從發(fā)光元件2出射后至在受光元件6上檢測(cè)到光點(diǎn)5的上述飛行時(shí)間T。在此，基于上述比的值求出上述飛行時(shí)間的方法，并不特別限定，例如可以使用預(yù)先做成的上述比的值與上述飛行時(shí)間的對(duì)應(yīng)表或?qū)?yīng)式來(lái)求出。

如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，只是利用唯一的受光元件6，用發(fā)光元件2的斷開(kāi)(下降沿)的時(shí)刻分割基于來(lái)自上述發(fā)光元件2的1次脈沖光的出射得到的上述遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和上述近側(cè)輸出電流I2，改變所得到的4個(gè)輸出電流值的積分值I1a、I1b、I2a、I2b的組合進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)這樣的簡(jiǎn)單的處理就能夠得到用于求出受光元件6上的光點(diǎn)5的位置的位置信息和用于求出上述飛行時(shí)間T的時(shí)間信息。

因此，能夠基于上述位置信息和時(shí)間信息，容易地提高從發(fā)光透鏡3至對(duì)象物7的距離計(jì)算的精度。

·第3實(shí)施方式

本實(shí)施方式涉及：不使用上述第1實(shí)施方式的上述飛行時(shí)間檢索表來(lái)求出使上述發(fā)光元件2的光放射角度擴(kuò)展的情況下的從上述基線至位于從發(fā)光元件2的光軸上偏移的位置的對(duì)象物7的距離的方法。

在本實(shí)施方式中，如圖3所示，設(shè)想作為測(cè)距的對(duì)象的對(duì)象物7C位于發(fā)光透鏡3與受光透鏡4的中間位置的情況。

上述信號(hào)處理電路8，首先基于來(lái)自作為PSD的受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2，通過(guò)例如上述第2實(shí)施方式的處理，求出受光元件6上的光點(diǎn)5的位置，測(cè)定三角形FCE的邊FE的長(zhǎng)度(距離x)。進(jìn)而利用運(yùn)算處理部9，將通過(guò)發(fā)光透鏡3的位于Y軸上的假想的對(duì)象物7B上的點(diǎn)設(shè)為B，利用三角形OBC和三角形FCE為相似形，通過(guò)上述三角測(cè)距方式計(jì)算從發(fā)光透鏡3至對(duì)象物7B的距離L1。在該情況下，發(fā)光透鏡3與受光透鏡4之間的距離為基線長(zhǎng)度A1，受光透鏡4與受光元件6之間的距離為受光透鏡4的焦距f，都是已知的。

然后，關(guān)于上述三角形OBC計(jì)算Tan^-1(L1/A1)求出入射到受光元件6的入射角度α。

接著，上述信號(hào)處理電路8基于來(lái)自受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2，通過(guò)例如上述第2實(shí)施方式的處理，求出光從發(fā)光元件2出射后至被對(duì)象物7C反射而由受光元件6接收的上述飛行時(shí)間T。

在此，當(dāng)因?yàn)閺纳鲜鍪芄馔哥R4至受光元件6上的光點(diǎn)5的光的飛行時(shí)間非常短所以忽略時(shí)，從發(fā)光透鏡3至對(duì)象物7C的距離X、從對(duì)象物7C至受光元件6的距離Y、和上述飛行時(shí)間T之間能夠具有下式(1)的關(guān)系。

X+Y＝T·C…(1)

其中，C：光速

另外，將通過(guò)上述對(duì)象物7C的與Y軸平行的直線和上述基線的交點(diǎn)設(shè)為G，而將對(duì)象物7C上的點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)H。這樣，G-H間的長(zhǎng)度L2和G-F間的長(zhǎng)度A2用式(2)和式(3)表示。

L2＝Y(jié)sinα…(2)

A2＝Y(jié)cosα…(3)

進(jìn)而，因?yàn)槿切蜲HG為直角三角形，所以具有下式(4)的關(guān)系。

X²＝L2²+(A1-A2)²…(4)

因此，上述運(yùn)算處理部9根據(jù)上述式(1)～式(4)，如式(5)那樣計(jì)算從對(duì)象物7C至受光元件6的距離Y。

Y＝(A1²-T²C²)/(2A1cosα-2T·C)…(5)

進(jìn)而，通過(guò)將計(jì)算出的距離Y的值代入到上述式(2)和式(3)中，能夠計(jì)算出測(cè)距的對(duì)象物7C的離受光透鏡4的沿上述基線的距離A2和離上述基線的距離L2。

即，在本實(shí)施方式中，在上述存儲(chǔ)部10中預(yù)先存儲(chǔ)上述(1)～(4)來(lái)代替上述飛行時(shí)間檢索表。

然后，利用上述信號(hào)處理電路8，基于來(lái)自受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和近側(cè)輸出電流I2，求出受光元件6上的光點(diǎn)5的位置，利用運(yùn)算處理部9，使用上述三角測(cè)距方式求出來(lái)自對(duì)象物7C的反射光入射到受光元件6的入射角度α。進(jìn)而，利用信號(hào)處理電路8求出光從發(fā)光元件2出射后至被對(duì)象物7C反射而由受光元件6接收的上述飛行時(shí)間T。

進(jìn)而，利用上述運(yùn)算處理部9，基于上述得到的入射角度α和上述飛行時(shí)間T，使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部10中的上述式(1)～(4)，得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的對(duì)象物7C的位置信息。

因此，與使用上述飛行時(shí)間檢索表的情況相比，能夠進(jìn)一步提高使用能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的發(fā)光元件2檢測(cè)二維平面上的對(duì)象物7的位置信息時(shí)的檢測(cè)精度。另外，不需要生成并登記上述飛行時(shí)間檢索表，光反射型傳感器的構(gòu)建變得容易。

另外，在本實(shí)施方式中，如圖3所示，設(shè)想了作為測(cè)距的對(duì)象的對(duì)象物7C位于發(fā)光透鏡3與受光透鏡4的中間位置的情況。但是，如圖1所示，在作為測(cè)距的對(duì)象的對(duì)象物7C相對(duì)于發(fā)光透鏡3位于與受光透鏡4側(cè)相反的一側(cè)的情況下，也能夠利用同樣的結(jié)構(gòu)和處理得到對(duì)象物7C的以受光透鏡4為基點(diǎn)的位置信息。

·第4實(shí)施方式

本實(shí)施方式涉及使用能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的發(fā)光元件2進(jìn)行的在來(lái)自發(fā)光元件2的光放射角內(nèi)存在多個(gè)對(duì)象物7的情況下的位置信息檢測(cè)方法。

圖4表示本實(shí)施方式中的發(fā)光透鏡3、受光透鏡4以及受光元件6與兩個(gè)對(duì)象物7D、7E的位置關(guān)系。如圖4所示，一個(gè)對(duì)象物7D位于發(fā)光透鏡3與受光透鏡4之間，另一個(gè)對(duì)象物7E相對(duì)于發(fā)光透鏡3位于與受光透鏡4相反的一側(cè)。

上述任一個(gè)對(duì)象物7D、7E均位于來(lái)自發(fā)光元件2的光放射角內(nèi)，來(lái)自對(duì)象物7D的反射光入射到受光元件6的遠(yuǎn)距離檢測(cè)區(qū)域側(cè)而形成光點(diǎn)5d。而來(lái)自對(duì)象物7E的反射光入射到受光元件6的近距離檢測(cè)區(qū)域側(cè)而形成光點(diǎn)5e。

圖5表示給發(fā)光元件2的上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)。圖5(a)表示從控制部11對(duì)發(fā)光元件2輸出的上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的接通·斷開(kāi)(即，發(fā)光元件2的接通·斷開(kāi))的時(shí)刻。圖5(b)表示測(cè)距的對(duì)象為對(duì)象物7D、7E的情況下的來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)。圖5(c)表示測(cè)距的對(duì)象僅為對(duì)象物7D的情況下的來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)。圖5(d)表示測(cè)距的對(duì)象僅為對(duì)象物7E的情況下的來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)。另外，作為上述“檢測(cè)信號(hào)”，可以為上述遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1和上述近側(cè)輸出電流I2中的任一者。

圖5(c)、圖5(d)中的檢測(cè)信號(hào)的上升沿，表示被對(duì)象物7D或?qū)ο笪?E反射后的光的檢測(cè)開(kāi)始的時(shí)刻。另外，檢測(cè)信號(hào)的下降沿，表示被對(duì)象物7D或?qū)ο笪?E反射后的光的檢測(cè)結(jié)束的時(shí)刻。因此，從圖5(a)中的發(fā)光元件2接通的時(shí)刻t1至圖5(c)、圖5(d)中的檢測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)刻的時(shí)間、或者從圖5(a)中的發(fā)光元件2斷開(kāi)的時(shí)刻t3至圖5(c)、圖5(d)中的檢測(cè)信號(hào)的下降沿時(shí)刻的時(shí)間，相當(dāng)于上述飛行時(shí)間T。

而且，基于上述發(fā)光元件2接通的時(shí)刻t1的上述飛行時(shí)間T和基于發(fā)光元件2斷開(kāi)的時(shí)刻t3的上述飛行時(shí)間T，都是對(duì)象物7D比對(duì)象物7E要短。即，可知對(duì)象物7D與對(duì)象物7E相比，位于更接近受光透鏡4的位置。

圖5(b)所示的上述對(duì)象物7D、7E的來(lái)自受光元件6的檢測(cè)信號(hào)，是將圖5(c)所示的對(duì)象物7D的檢測(cè)信號(hào)和圖5(d)所示的對(duì)象物7E的檢測(cè)信號(hào)合成而得到的檢測(cè)信號(hào)。因此，當(dāng)將圖5(b)與圖5(c)、圖5(d)進(jìn)行比較時(shí)可知，圖5(b)所示的檢測(cè)信號(hào)的上升沿的時(shí)刻t2相當(dāng)于關(guān)于位于最靠近受光透鏡4的位置的對(duì)象物7D的光檢測(cè)信號(hào)的上升沿的時(shí)刻，圖5(b)所示的檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻t4相當(dāng)于關(guān)于位于最遠(yuǎn)離受光透鏡4的位置的對(duì)象物7E的光檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻。

即，從圖5(a)中的上述發(fā)光元件2接通的時(shí)刻t1至圖5(b)所示的檢測(cè)信號(hào)的上升沿的時(shí)刻t2的時(shí)間，相當(dāng)于關(guān)于最近的對(duì)象物7D的上述飛行時(shí)間Td。另外，從圖5(a)中的發(fā)光元件2斷開(kāi)的時(shí)刻t3至圖5(b)所示的檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻t4的時(shí)間，相當(dāng)于關(guān)于最遠(yuǎn)的對(duì)象物7E的上述飛行時(shí)間Te。

因此，利用上述信號(hào)處理電路8，在圖5(b)所示的檢測(cè)信號(hào)的上升沿的時(shí)刻t2的時(shí)刻，基于來(lái)自受光元件6的遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1d和近側(cè)輸出電流I2d，計(jì)算輸出電流之比I1d/I2d，由此求出受光元件6上的來(lái)自最近的對(duì)象物7D的反射光的光點(diǎn)5d的位置。進(jìn)而，利用運(yùn)算處理部9，基于光點(diǎn)5d的位置，通過(guò)上述三角測(cè)距方式得到來(lái)自對(duì)象物7D的反射光的入射角度θd。

進(jìn)而，通過(guò)利用信號(hào)處理電路8測(cè)量從時(shí)刻t1至?xí)r刻t2的時(shí)間，求出關(guān)于對(duì)象物7D的上述飛行時(shí)間Td。

然后，利用上述運(yùn)算處理部9，基于上述得到的關(guān)于對(duì)象物7D的入射角度θd和上述飛行時(shí)間Td，通過(guò)上述第3實(shí)施方式的處理，得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的對(duì)象物7D的位置信息。

同樣，在圖5(b)所示的檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻t4的時(shí)刻，利用上述信號(hào)處理電路8求出受光元件6上的來(lái)自最遠(yuǎn)的對(duì)象物7E的反射光的光點(diǎn)5e的位置，利用運(yùn)算處理部9得到來(lái)自對(duì)象物7E的反射光的入射角度θe。進(jìn)而，利用信號(hào)處理電路8，根據(jù)從時(shí)刻t3至?xí)r刻t4的時(shí)間，求出關(guān)于對(duì)象物7E的上述飛行時(shí)間Te。

然后，利用上述運(yùn)算處理部9，能夠基于上述得到的關(guān)于對(duì)象物7E的入射角度θe和上述飛行時(shí)間Te，得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的對(duì)象物7E的位置信息。

另外，對(duì)于在時(shí)刻t4的時(shí)刻，求出關(guān)于最遠(yuǎn)的對(duì)象物7E的光點(diǎn)5e的位置的方法，沒(méi)有特別限定。例如，信號(hào)處理電路8當(dāng)檢測(cè)到從控制部11給發(fā)光元件2的上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的斷開(kāi)(即，發(fā)光元件2的斷開(kāi))時(shí)，以比上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波長(zhǎng)t充分小的一定時(shí)間的間隔反復(fù)計(jì)算遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1d與近側(cè)輸出電流I2d之比I1d/I2d，并保持計(jì)算結(jié)果。然后，可以在檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻t4的時(shí)刻，基于上述保持的計(jì)算結(jié)果中的緊挨時(shí)刻t4計(jì)算出的輸出電流之比I1d/I2d的值，求出光點(diǎn)5e的位置。或者，也可以以上述一定時(shí)間的間隔保存遠(yuǎn)側(cè)輸出電流I1d和近側(cè)輸出電流I2d，基于緊挨時(shí)刻t4保存的兩個(gè)輸出電流之比I1d/I2d求出光點(diǎn)5e的位置。

以上的說(shuō)明是針對(duì)在來(lái)自上述發(fā)光元件2的放射角內(nèi)存在2個(gè)對(duì)象物7D、7E的情況。然而，在上述放射角內(nèi)存在的對(duì)象物7為3個(gè)以上的情況下，由受光元件6得到的檢測(cè)信號(hào)，成為關(guān)于3個(gè)以上的對(duì)象物7的檢測(cè)信號(hào)被合成后的信號(hào)，因此，能夠在檢測(cè)信號(hào)的上升沿識(shí)別離受光元件6最近的對(duì)象物7的檢測(cè)信號(hào)，能夠在該檢測(cè)信號(hào)的下降沿識(shí)別離受光透鏡4最遠(yuǎn)的對(duì)象物7的檢測(cè)信號(hào)，但是位于中間的對(duì)象物7的檢測(cè)信號(hào)被掩埋在上述兩個(gè)對(duì)象物7的檢測(cè)信號(hào)內(nèi)而無(wú)法識(shí)別。

但是，在由上述受光元件6得到的檢測(cè)信號(hào)的上升沿的時(shí)刻，通過(guò)上述的處理能夠得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的最近的對(duì)象物7的位置信息，在該檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻，能夠得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的最遠(yuǎn)的對(duì)象物7的位置信息。因此，能夠檢測(cè)出相對(duì)于受光透鏡4最近和最遠(yuǎn)的對(duì)象物7以外的對(duì)象物7的位置是上述兩個(gè)對(duì)象物7的中間位置。

如以上所述，在使用能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的發(fā)光元件2檢測(cè)在來(lái)自發(fā)光元件2的放射角內(nèi)存在的多個(gè)對(duì)象物7的位置信息的情況下，利用作為PSD的受光元件6得到多個(gè)對(duì)象物7的檢測(cè)信號(hào)合成后的檢測(cè)信號(hào)。

然后，利用上述信號(hào)處理電路8，在上述得到的使檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間軸上的長(zhǎng)度比給發(fā)光元件2的上述控制信號(hào)的時(shí)間軸上的長(zhǎng)度長(zhǎng)的情況下，在上述檢測(cè)信號(hào)的上升沿的時(shí)刻t2的時(shí)刻，求出關(guān)于最近的對(duì)象物7的光點(diǎn)5的位置，利用運(yùn)算處理部9，基于上述光點(diǎn)5的位置得到關(guān)于最近的對(duì)象物7的入射角度θ。另外，利用信號(hào)處理電路8，根據(jù)從時(shí)刻t1至?xí)r刻t2的時(shí)間求出關(guān)于最近的對(duì)象物7的上述飛行時(shí)間T。

然后，利用上述運(yùn)算處理部9，能夠基于上述得到的入射角度θ和上述飛行時(shí)間T，得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的最近的對(duì)象物7的位置信息。

同樣地，在上述得到的檢測(cè)信號(hào)的下降沿的時(shí)刻t4的時(shí)刻，求出關(guān)于最遠(yuǎn)的對(duì)象物7的光點(diǎn)5的位置、入射角度θ、基于從時(shí)刻t3至?xí)r刻t4的時(shí)間的飛行時(shí)間T。然后，基于得到的入射角度θ和飛行時(shí)間T，得到以受光透鏡4為基點(diǎn)的最遠(yuǎn)的對(duì)象物7的位置信息。

因此，使用能夠向廣闊區(qū)域出射光的一個(gè)發(fā)光元件2和一個(gè)受光元件6，僅出射1次脈沖光就能夠同時(shí)檢測(cè)在來(lái)自發(fā)光元件2的光放射角內(nèi)存在的多個(gè)對(duì)象物7的位置信息。

即，不需要為了同時(shí)檢測(cè)多個(gè)對(duì)象物7的位置信息而設(shè)置多個(gè)發(fā)光元件2或受光元件6、或者設(shè)置用于改變照射角度來(lái)進(jìn)行掃描的反射鏡等。因此，能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)提供檢測(cè)精度高、易用性好、廉價(jià)的光反射型傳感器。

·第5實(shí)施方式

如以上所述，根據(jù)上述第1實(shí)施方式～第4實(shí)施方式，能夠提供能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)高精度地進(jìn)行二維平面的物體的有無(wú)和物體的距離的廣闊區(qū)域檢測(cè)的、廉價(jià)的反射型傳感器。這樣的反射型傳感器適合用于衛(wèi)生用途、掃地機(jī)器人、需要檢測(cè)人體的設(shè)備等電子設(shè)備，能夠提供對(duì)人和環(huán)境溫和的舒適的電子設(shè)備。

以上，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行總結(jié)，本發(fā)明的光反射型傳感器包括：

對(duì)測(cè)距對(duì)象物7照射光的發(fā)光元件2；

將來(lái)自測(cè)距對(duì)象物7的反射光聚光的受光光學(xué)系統(tǒng)4；

接收由上述受光光學(xué)系統(tǒng)4聚光后的光，并且輸出與受光位置相應(yīng)的光電流信號(hào)的受光元件6；和

信號(hào)處理電路8，該信號(hào)處理電路8基于從上述受光元件6輸出的上述光電流信號(hào)，求出上述受光元件6上的受光位置信息和光的飛行時(shí)間信息，該光的飛行時(shí)間信息為從上述發(fā)光元件2照射光后至該光被測(cè)距對(duì)象物7反射而由上述受光元件6接收的時(shí)間。

在二維平面內(nèi)基于來(lái)自上述測(cè)距對(duì)象物7的反射光來(lái)廣闊區(qū)域地檢測(cè)至多個(gè)測(cè)距對(duì)象物7的距離的情況下，可使用三角測(cè)距方式或TOF方式的測(cè)距方法。

上述三角測(cè)距方式的測(cè)距方法，是基于來(lái)自上述各測(cè)距對(duì)象物7的反射光入射到受光元件6的入射角。然而，存在以下缺點(diǎn)：即使上述入射角度相同，至上述測(cè)距對(duì)象物7的距離也會(huì)因來(lái)自發(fā)光元件2的光至由受光元件6接收為止的光的飛行時(shí)間而變動(dòng)。

另一方面，上述TOF方式的測(cè)距方法，是基于上述光的飛行時(shí)間。然而，存在以下缺點(diǎn)：即使上述光的飛行時(shí)間相同，至測(cè)距對(duì)象物7的距離也會(huì)因測(cè)距對(duì)象物7與受光光學(xué)系統(tǒng)4的角度(即，上述入射角度)而變動(dòng)。

這意味著，通過(guò)在上述測(cè)距對(duì)象物7的測(cè)距中并用上述入射角度和上述光的飛行時(shí)間，能夠彌補(bǔ)上述的彼此的缺點(diǎn)，提高至上述測(cè)距對(duì)象物7的距離的檢測(cè)精度。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，利用上述信號(hào)處理電路8，基于從上述受光元件6輸出的上述光電流信號(hào)，求出用于求出入射到上述受光元件6的入射角的上述受光元件6上的受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息。因此，能夠彌補(bǔ)上述三角測(cè)距方式和上述TOF方式的測(cè)距方法的缺點(diǎn)，提高至上述測(cè)距對(duì)象物7的距離的檢測(cè)精度。而且，能夠防止僅使用上述入射角度和上述光的飛行時(shí)間中的任一者的情況下的誤檢測(cè)。

另外，本發(fā)明的光反射型傳感器的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只包括能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的發(fā)光元件2、上述受光光學(xué)系統(tǒng)4和唯一的上述受光元件6，不需要包括用于使照射角度變化來(lái)進(jìn)行掃描的反射鏡等、或者將上述發(fā)光元件2或上述受光元件6排列多個(gè)。因此，能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維平面上的廣闊區(qū)域檢測(cè)。

另外，在一個(gè)實(shí)施方式的光反射型傳感器中，

上述發(fā)光元件2照射的光為脈沖光，

上述受光元件6為位置檢測(cè)元件，上述光電流信號(hào)由從設(shè)置在上述受光位置的一側(cè)的電極輸出的第1光電流信號(hào)I1和從設(shè)置在上述受光位置的另一側(cè)的電極輸出的第2光電流信號(hào)I2構(gòu)成，

上述光反射型傳感器包括控制部11，該控制部11對(duì)上述發(fā)光元件2輸出脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且對(duì)上述信號(hào)處理電路8輸出與上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿同步的同步信號(hào)，

上述信號(hào)處理電路8，

利用從上述受光元件6輸出的上述第1光電流信號(hào)I1的積分值與上述第2光電流信號(hào)I2的積分值之比，求出上述受光位置信息，

在從上述控制部11接收到上述同步信號(hào)的時(shí)刻，將上述第1光電流信號(hào)I1和上述第2光電流信號(hào)I2分割為兩部分，利用與分割位置相比位于時(shí)間軸上前側(cè)的第1光電流信號(hào)和第2光電流信號(hào)各自的積分值的相加值(I1a+I2a)和與上述分割位置相比位于時(shí)間軸上后側(cè)的第1光電流信號(hào)和第2光電流信號(hào)各自的積分值的相加值(I1b+I2b)之比，求出上述光的飛行時(shí)間信息。

根據(jù)本實(shí)施方式，利用唯一的上述受光元件6，將基于來(lái)自上述發(fā)光元件2的1次脈沖光的出射得到的上述第1光電流信號(hào)I1和上述第2光電流信號(hào)I2，與給上述發(fā)光元件2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿同步地分割。改變所得到的4個(gè)部分光電流信號(hào)的積分值I1a、I1b、I2a、I2b的組合來(lái)計(jì)算上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息。

因此，通過(guò)只是與上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿同步地分割來(lái)自上述受光元件6的上述第1光電流信號(hào)I1和上述第2光電流信號(hào)I2，改變所得到的4個(gè)部分光電流信號(hào)的積分值I1a、I1b、I2a、I2b的組合來(lái)進(jìn)行計(jì)算的簡(jiǎn)單的處理，就能夠得到上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息。

另外，在一個(gè)實(shí)施方式的光反射型傳感器中，

上述發(fā)光元件2照射具有放射角度的光，

上述測(cè)距對(duì)象物7位于上述發(fā)光元件2的放射角度內(nèi)，

上述光反射型傳感器包括：存儲(chǔ)部10，該存儲(chǔ)部10存儲(chǔ)運(yùn)算式，該運(yùn)算式用于根據(jù)來(lái)自上述測(cè)距對(duì)象物7的反射光入射到上述受光元件6的入射角度和關(guān)于該測(cè)距對(duì)象物7的上述光的飛行時(shí)間信息，計(jì)算該測(cè)距對(duì)象物7的以上述受光光學(xué)系統(tǒng)4為基點(diǎn)的位置信息；和

運(yùn)算處理部9，該運(yùn)算處理部9基于由上述信號(hào)處理電路8求出的上述受光位置信息，求出來(lái)自上述測(cè)距對(duì)象物7的反射光的上述入射角度，并且基于該求出的上述入射角度和由上述信號(hào)處理電路8求出的上述光的飛行時(shí)間信息，使用存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部10中的上述運(yùn)算式計(jì)算上述測(cè)距對(duì)象物7的上述位置信息。

根據(jù)本實(shí)施方式，利用上述運(yùn)算處理部9，根據(jù)基于上述受光位置信息的上述反射光的入射角度和上述光的飛行時(shí)間信息，使用存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部10中的上述運(yùn)算式，計(jì)算上述測(cè)距對(duì)象物7的上述位置信息。

因此，能夠進(jìn)一步提高使用能夠向廣闊區(qū)域出射光的唯一的上述發(fā)光元件2檢測(cè)二維平面上的上述測(cè)距對(duì)象物7的位置信息時(shí)的檢測(cè)精度。

另外，在一個(gè)實(shí)施方式的光反射型傳感器中，

上述測(cè)距對(duì)象物7位于上述發(fā)光元件2的放射角度內(nèi)且有多個(gè)，

上述光反射型傳感器包括對(duì)上述發(fā)光元件2輸出脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制部11，

上述信號(hào)處理電路8，在上述光電流信號(hào)的時(shí)間軸上的長(zhǎng)度比上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間軸上的長(zhǎng)度長(zhǎng)的情況下，在上述光電流信號(hào)的上升沿的時(shí)刻，基于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和上述光電流信號(hào)，求出關(guān)于上述多個(gè)測(cè)距對(duì)象物7中的離上述受光光學(xué)系統(tǒng)4最近的最近測(cè)距對(duì)象物7D的上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息，在上述光電流信號(hào)的下降沿的時(shí)刻，基于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和上述光電流信號(hào)，求出關(guān)于上述多個(gè)測(cè)距對(duì)象物7中的離上述受光光學(xué)系統(tǒng)4最遠(yuǎn)的最遠(yuǎn)測(cè)距對(duì)象物7E的上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息，

上述運(yùn)算處理部9，基于由上述信號(hào)處理電路8求出的上述各個(gè)受光位置信息，關(guān)于上述最近測(cè)距對(duì)象物7D和上述最遠(yuǎn)測(cè)距對(duì)象物7E，求出反射光的上述入射角度，并且基于該求出的上述入射角度和由上述信號(hào)處理電路8求出的上述光的飛行時(shí)間信息，計(jì)算以上述受光光學(xué)系統(tǒng)4為基點(diǎn)的位置信息。

根據(jù)本實(shí)施方式，利用上述信號(hào)處理電路8，在上述光電流信號(hào)的上升沿和下降沿的時(shí)刻，基于上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和上述光電流信號(hào)，求出關(guān)于離上述受光光學(xué)系統(tǒng)4最近的最近測(cè)距對(duì)象物7D和離上述受光光學(xué)系統(tǒng)4最遠(yuǎn)的最遠(yuǎn)測(cè)距對(duì)象物7E的上述受光位置信息和上述光的飛行時(shí)間信息。

因此，使用能夠向廣闊區(qū)域出射光的一個(gè)上述發(fā)光元件2和一個(gè)上述受光元件6，僅出射1次脈沖光就能夠同時(shí)檢測(cè)在來(lái)自上述發(fā)光元件2的光放射角內(nèi)存在的多個(gè)測(cè)距對(duì)象物7的位置信息。

即，不需要為了同時(shí)檢測(cè)上述多個(gè)測(cè)距對(duì)象物7的位置信息而設(shè)置多個(gè)上述發(fā)光元件2或上述受光元件6、或者設(shè)置用于改變照射角度來(lái)進(jìn)行掃描的反射鏡等。因此，能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)提供檢測(cè)精度高、易用性好、廉價(jià)的光反射型傳感器。

另外，本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于，使用了上述本發(fā)明的光反射型傳感器。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，使用了能夠以小型并且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)高精度地進(jìn)行二維平面的物體的有無(wú)和物體的距離的廣闊區(qū)域檢測(cè)的廉價(jià)的反射型傳感器，因此，通過(guò)用于衛(wèi)生用途、掃地機(jī)器人和需要檢測(cè)人體的設(shè)備等電子設(shè)備，能夠提供對(duì)人和環(huán)境溫和的舒適的電子設(shè)備。

符號(hào)說(shuō)明

1…光反射型傳感器

2…發(fā)光元件

3…發(fā)光透鏡

4…受光透鏡

5…光點(diǎn)

6…受光元件

7…對(duì)象物

8…信號(hào)處理電路

9…運(yùn)算處理部

10…存儲(chǔ)部

11…控制部

12…平行光束

13…擴(kuò)散反射光束