JPH07280513A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測距用の光学装置において、投光部より対象
物に照射する光束を２本以上にすることにより、エッジ
の影響による誤測定をなくすることができ、しかも測距
レンジの長距離化を図る。 【構成】 発光素子１ａ，１ｂにより光軸が異なる少な
くとも２つの光束が対象物に向けて出射され、対象物に
より反射された２つの光束の反射光は少なくとも２つの
領域に分割された受光素子２に受光される。この反射光
のスポットは受光素子２上で別々の位置に形成され、こ
の受光信号から対象物までの距離を測定することができ
る。また、対象物が所定の距離範囲内に存在するか否か
を判断することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】従来の測距用の光学装置には、図１に示
すような構成でなる三角測距方式を用いた光電センサが
ある。この装置の光学系は、投光用の発光素子１及び投
光レンズ３と受光用の受光素子２及び受光レンズ４から
なり、受光素子２には１次元の方向にスポットの位置を
検知できるもの、例えば、２分割フォトダイオードやＰ
ＳＤ等を用いる。装置から対象物（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）
までの距離が変化したとき、受光素子２の受光面上では
対象物による反射光のスポットは、図２に示すように、
一定方向で対象物の距離に対応する位置に移動する。そ
のスポットの位置を受光素子２で検知し、その位置より
対象物までの距離を測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光学装置においては、次のような問題があ
る。第１に、図３に示すように、対象物がＭ２の位置に
あって、照射された投光ビームの一部のみが対象物によ
り反射される場合、対象物のエッジのために、スポット
が図４（ａ）に示すように受光され、この場合、出力１
（領域１に対応する出力）と出力２（領域２に対応する
出力）の比は、図４（ｂ）のように対象物が図３のＭ１
の位置にあるときの出力１と出力２の比と同じになって
しまう。すなわち、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、エ
ッジの影響でスポットの斜線部Ｘが欠けるとき、（Ａ１
−Ｘ）／Ｂ１＝Ａ１´／Ｂ１´となるとき、Ｍ２の位置
にある対象物をＭ１の位置と誤測距する。つまり、対象
物はＭ２の位置にあるのにＭ１の位置と判断され測距を
誤る。なお、図の分割線は受光素子２の領域１と領域２
の境界を示す。第２に、測距レンジの長距離化を図る場
合、図１中の投光と受光の中心光軸が交わる点Ａを遠く
に設定し角度θを小さくすることになるが、すると、装
置から近い範囲が測距困難となり、また、投・受光素子
間の距離を短くすることでもよいが、それにはレンズ等
の大きさのため限界がある。これらの理由から長距離化
には限界がある。

【０００４】本発明は、上記問題を解決するもので、測
距用の光学装置において、投光部より対象物に照射する
光束を２本以上にすることにより、エッジの影響による
誤測定をなくすることができ、しかも測距レンジの長距
離化を図ることが可能な光学装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、光軸が異なる少なくとも２つの光
束を対象物に向けて出射する投光部と、前記対象物によ
り反射された前記２つの光束の反射光を集光素子又は開
口を介して受光する、少なくとも２つの領域に分割され
た受光素子を有し、この受光素子は前記反射光が該受光
素子上で別々の位置にスポットを形成するように配置さ
れてなる受光部と、前記受光素子での受光信号に基づい
て対象物までの距離を測定する距離測定手段とを備えた
ものである。請求項２の発明は、光軸が異なる少なくと
も２つの光束を対象物に向けて出射する投光部と、前記
対象物により反射された前記２つの光束の反射光を集光
素子又は開口を介して受光する、少なくとも２つの領域
に分割された受光素子を有し、この受光素子は前記反射
光が該受光素子上で別々の位置にスポットを形成するよ
うに配置されてなる受光部と、前記受光素子での受光信
号に基づいて対象物が所定の距離範囲内に存在するか否
かを判断する対象物検出手段とを備えたものである。請
求項３の発明は、請求項１又は２記載の光学装置におい
て、受光素子上に形成される２つのスポットが該スポッ
トの中心が該受光素子の分割された２つの領域に１つず
つ存在するものである。請求項４の発明は、請求項３記
載の光学装置において、受光素子上に形成される２つの
スポットが該受光素子の分割線から各スポットの中心ま
での距離が等しくなるものである。請求項５の発明は、
請求項３記載の光学装置において、受光素子上に形成さ
れる２つのスポットが対象物が移動した際のスポットの
移動方向が受光素子の分割線に対して略平行であるもの
である。請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか
に記載の光学装置において、投光部は交互に光束を出射
し、受光部は光束の出射されるタイミングと同期をとっ
て受光信号を処理するものである。請求項７の発明は、
請求項１乃至６のいずれかに記載の光学装置において
（以下、同じ）、投光部が光軸の方向が異なる２つの光
束を出射するものである。請求項８の発明は、投光部が
光軸が平行にずれている２つの光束を出射するものであ
る。請求項９の発明は、投光部が２つの発光素子を備え
ているものである。請求項１０の発明は、投光部が１つ
の発光素子と、該発光素子から出射される光束を２つの
光束に分離する光束分離手段とを備えているものであ
る。請求項１１の発明は、投光部が波長の異なる２つの
光束を出射するものである。請求項１２の発明は、投光
部が偏光の異なる２つの光束を出射するものである。請
求項１３の発明は、投光部が拡がり角の異なる２つの光
束を出射するものである。請求項１４の発明は、受光部
が少なくとも２つの領域に分割されたカラーセンサを備
えているものである。請求項１５の発明は、受光部が平
行な３本の分割線によって少なくとも４つの領域に分割
された分割受光素子を備えているものである。請求項１
６の発明は、受光部が平行な２本の分割線によって少な
くとも３つの領域に分割された分割受光素子を備えてい
るものである。請求項１７の発明は、受光部が互いに交
差する２本の分割線によって少なくとも４つの領域に分
割された分割受光素子を備えているものである。請求項
１８の発明は、２つの光束の各光束ごとの対象物からの
反射光の受光量から、出射された光束が正しく対象物に
よって反射されているか否かを検知する検知手段を備え
たものである。請求項１９の発明は、２つの光束の各光
束ごとに距離情報を求め、各光束ごとに求めた距離情報
が一致しているか否かを検知する検知手段を備えたもの
である。請求項２０の発明は、請求項１９に記載の光学
装置において、各光束ごとに求めた距離情報が一致して
いるときにのみ対象物までの距離を測定するようにした
ものである。

【０００６】

【作用】本発明の光学装置によれば、投光部により光軸
が異なる少なくとも２つの光束が対象物に向けて出射さ
れ、対象物により反射された２つの光束の反射光は集光
素子又は開口を介して、少なくとも２つの領域に分割さ
れた受光素子でなる受光部に受光される。この反射光の
スポットは受光素子上で別々の位置に形成され、受光素
子での受光信号から距離測定手段により対象物までの距
離を測定することができる。２つの光束を用いるので、
対象物のエッジの影響が少なくなる。また、対象物検出
手段により、対象物が所定の距離範囲内に存在するか否
かを判断することができる。

【０００７】

【実施例】

（実施例１）実施例１による光学装置（測距センサ）の
構成を図５に示し、（ａ）は投光部の側面図、（ｂ）は
全体の上面図である。図６は対象物Ｍ１からの反射光を
２分割受光素子で受光したスポットの様子を示し、
（ａ）は発光素子１ａによるスポット、（ｂ）は発光素
子１ｂによるスポット、（ｃ）は測距範囲を示す。装置
は、光軸が異なる２つの光束を対象物に向けて出射する
投光部を構成する受光素子１ａ，１ｂと、対象物により
反射された２つの光束の反射光を受光する２つの領域に
分割された受光部を構成する受光素子２を有し、受光素
子２は反射光が該受光素子２上で別々の位置にスポット
を形成し、かつ、対象物が移動した際のスポットの移動
方向が受光素子２の分割線に平行となるように配置され
ている。詳細には、図６でのスポットは対象物が遠ざか
るとスポット径が大きくなりながら分割線に平行に中心
が移動する。受光部ではそのスポット径の変化による２
つの領域の受光量の比の変化から測距を行う。

【０００８】ここで、図２と図６（ｃ）を比較すると、
図２での測距範囲はスポットが分割線と交わっている範
囲である。それに対し、図６の本実施例では、スポット
の中心は分割線に平行に移動するので、分割線とスポッ
トは常に交わっており、測距範囲は受光素子の幅とな
る。このように、本実施例により、測距レンジの拡大が
図れる。図７（ａ）（ｂ）に従来と本実施例との測距範
囲を比較して示している。また、本実施例での受光信号
の処理回路例を図８に示す。図８の処理回路において、
発光素子１ａ，１ｂは交互に発光させ、それら出射光の
対象物による反射光を２分割受光素子２で受光する。そ
して発光タイミングと同期をとってその受光信号を処理
することにより、図６のＡ１〜Ｂ２までの出力を分離で
きる。そのＡ１〜Ｂ２を｛（Ａ１＋Ａ２）−（Ｂ１＋Ｂ
２）｝／｛（Ａ１＋Ａ２）＋（Ｂ１＋Ｂ２）｝という処
理をしてその出力値より測距する。

【０００９】（実施例２）本実施例２は実施例１と処理
回路のみ相違し、光学系の構成は同じで、図５に示すも
のである。処理回路を図１０に示す。図５の光学系にお
いて、２つの発光素子１ａ，１ｂと投光レンズ３からな
る投光部より２本の光束が交互に出射される。受光部は
対象物により反射された反射光を受光レンズ４を介して
受光素子２で受光する。この受光素子２は２分割フォト
ダイオード、ＰＳＤ等の受光面でスポットの位置変化を
検知できるものとする。２本の光束は交互に出射される
ため、受光面では図６の（ａ）、（ｂ）の２つの状態が
繰り返される。また、（ａ）（ｂ）のスポットの位置は
分割線に対し対称になるよう受光部は構成されている。
図９は発光素子１ａ，１ｂと図６の出力１、出力２を表
したものであり、（ａ）と（ｂ）の状態が繰り返されて
いる。図１０の処理回路により、出射のタイミングと同
期をとって図９の出力を処理すると、各スポットの受光
信号Ａ１〜Ｂ２を分離することができる。そこで、Ａ
１：Ｂ１＝Ａ２：Ｂ２の式が満たすか否かを判断し、満
たせば図１０の処理回路で処理して測距値を求めるが、
満たさなければ測距を行わない。

【００１０】本実施例２の効果は次の通りである。図５
（ａ）に示すように対象物がＭ２の位置にあってエッジ
の影響がある場合は、受光面では図１１（ａ）（ｂ）の
状態が繰り返される。この場合、図６（ａ）と図１１
（ａ）を比較すると明らかに図１１（ａ）の場合、Ａ１
の出力値が小さくなる。すると、Ａ１：Ｂ１＝Ａ２：Ｂ
２が成立しなくなる。これはエッジの影響がある時の全
てに共通し、Ａ１＝Ｂ１，Ａ２＝Ｂ２を満たす場合のみ
測距することにより、エッジの影響による誤測定をなく
すことができる。また、実施例１の構成も満たすので、
測距レンジの拡大の効果も得られる。

【００１１】（実施例３）図１２（ａ）は実施例３によ
る装置全体の側面図である。投光部より交互に出射され
た２本の光束はそれぞれ測距方向に平行に対象物Ｍへ向
かう。受光素子２を、２つの発光素子１ａ，１ｂの中点
に配置する。対象物Ｍにより反射された反射光は受光素
子２で、図１２（ｂ）（ｃ）のように受光される。２つ
のスポットは２分割受光素子の分割線に対し対称に位置
する。これは実施例１，２と同じ状態であるので、実施
例１及び２と同様の効果を得ることができる。

【００１２】（実施例４）図１３（ａ）は実施例４によ
る投光部の側面図、図１３（ｂ）は全体の上面図であ
る。本実施例４では、発光素子１として、２波長発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を用い、これから出射された波長λ
１，λ２の光束をダイクロイックミラー（ＤＣＭ）５に
より分光し、かつ、ミラー６を用いて、２本の光束とし
て対象物Ｍに向ける。対象物Ｍによる反射光をダイクロ
イックミラー７を用いて波長ごとに分光し、受光レンズ
４ａ，４ｂを経て別々の受光素子２ａ，２ｂで受光す
る。図１４は受光素子２ａ，２ｂでのスポットの位置を
示す。スポットが分割線に対し、対称な位置にあるよう
に受光素子２ａ，２ｂを配置し、Ａ１：Ｂ１，Ａ２：Ｂ
２の比を比較する。そして、その比が同じであるか否か
で、測距を行うかどうかを決定し（実施例２と同様）、
測距を行う。処理回路は図１５に示すものを用いる。本
実施例の効果は、エッジの影響による誤測定をなくす点
は実施例２と同様であり、測距レンジの拡大は実施例１
と同様である。

【００１３】（実施例５）図１６（ａ）は実施例５によ
る受光部の上面図、（ｂ）は同投光部の側面図である。
本実施例は、実施例４でのダイクロイックミラー５，７
を投光部の発散光路中と受光部の集束光路中にそれぞれ
配置したもので、受光信号の処理は前記のものと同じで
ある。本実施例により、実施例４に比べ装置の小型化が
でき、かつ実施例４と同じ効果が得られる。

【００１４】（実施例６）図１７（ａ）は実施例６によ
る投光部の構成を示す。投光部は２つの発光素子１ａ，
１ｂと偏光ビ−ムスプリッタ８を備え、発光素子１ａ，
１ｂを交互に発光させる。受光部は図５と同じものでよ
い。この構成により、投光部より偏光方向の異なる２本
の光束（図１７（ｂ）（ｃ）参照）が対象物に向けて出
射される。発光素子１ａ，１ｂは交互に発光しているた
め、光束１と光束２は交互に出射される。この２本の光
束による反射光を受光部で受光する。受光部は、その受
光面での２つのスポットが分割線に対し対称になるよう
に構成されており、その出力を実施例２と同様の処理
（比の値を比較し、同じであれば測距、違えば測距しな
い）を行う。本実施例６によれば、エッジの影響のない
場合のみを判別して測距するため、誤測定がない。ま
た、発光素子１から偏光方向の異なる２本の光束を出射
することにより、偏光ビ−ムスプリッタ８での反射、透
過による損失をなくすことができる。また、実施例１と
同様の効果がある。

【００１５】（実施例７）図１８は実施例７による投光
部の側面図である。投光部は交互に発光する２つの発光
素子１ａ，１ｂとハーフミラー９とを備え、ハーフミラ
ー９により一方の光束１を透過、他方の光束２を反射さ
せることで対象物に向け出射する。対象物による反射光
を受光する受光部には、図５と同様の２分割受光素子を
用いる。受光部は２つのスポットが分割線に対して対称
になるように構成する。この受光部による出力を実施例
２と同様に処理することにより、実施例１及び２と同じ
効果が得られる。

【００１６】（実施例８）図１９（ａ）（ｂ）は実施例
８による投光部の側面図及び全体の上面図である。投光
部には実施例４及び５で用いたのと同様の投光部を用
い、受光部に、２つの受光素子に代えて、１つのカラー
センサ１２を用いたものである。発光素子１ａ，１ｂよ
り投光された光束がダイクロイックミラー５を透過、反
射し、波長の異なる２本の光束として対象物Ｍに投光さ
れる。対象物Ｍにより反射された反射光を受光レンズ４
を介してカラーセンサ１２で受光する。

【００１７】図２０はカラーセンサ１２で受光した状態
を示す。同図において、出力１は領域１での波長１の光
の受光量、出力２は領域２での波長１の光の受光量、出
力１´は領域１での波長２の光の受光量、出力２´は領
域２での波長２の光の受光量である。ここで、２本の光
束によるスポットが、カラーセンサ１２の分割線に対称
になるようにしておくと、実施例１と同じ状態になるの
で、測距レンジの拡大ができる。また、出力１〜２´を
実施例２のＡ１〜Ｂ２に対応させ、出力１／出力２と、
出力２´／出力１´を比較し、その値が同じときのみ測
距することによりエッジの影響による誤測定をなくすこ
とができる。また、エッジの影響がない場合は、実施例
１と同じ効果が得られる。また、２つの受光素子をカラ
ーセンサ１２に変えることで小型化が図れる。本実施例
の処理回路を図２１に示す。

【００１８】図２２の（ａ）は実施例９による投光部の
側面図、（ｂ）（ｃ）は対象物Ｍ１Ｍ２による受光素子
上のスポットを示す図である。投光部は２つの発光素子
１ａ，１ｂを交互に発光させ、拡がり角の異なる２本の
光束として投光する。拡がり角の小さい光束は必ず拡が
り角の大きい光束の範囲内にあるように構成する。受光
部は図５と同様のものを用い、対象物により反射された
反射光を、受光レンズを介して１つの２分割受光素子で
受光する。測距センサから対象物までの距離が変化する
と、反射光のスポットは受光面上を移動するが、２分割
受光素子の分割線はその移動方向と平行になるようにす
る。そして、図２２（ｂ）のように、拡がり角の大きい
光束によるスポットは、分割線により半分に分けられ、
拡がり角の小さいスポットは中心が分割線上にない構成
にする。

【００１９】受光素子からの出力を図２３の処理回路で
処理し、その出力により測距する。ここで、測距に用い
るのは、拡がり角の小さい光束のみで、この光束による
スポットは、図２２（ｂ）左側の図のように、対象物か
ら測距センサの距離が変わるとスポット径が変わるた
め、Ａ１とＢ１の比が変わり測距できる。これは実施例
１と同様である。また、Ｂ２とＡ２は比をとり、これが
１：１であることを確認する。Ｂ２：Ａ２＝１：１でな
いときはエラー信号を出力する。本実施例９によれば、
対象物Ｍ２のようにエッジの影響がある場合は、受光面
では図２２（ｃ）のように受光され、Ｂ２とＡ２の比が
１：１でなくなり、Ａ１とＢ１の出力にエッジの影響が
出るときは、必ずＢ２とＡ２の比が１：１でなくなるの
で、Ｂ２：Ａ２＝１：１のときは測距し、Ｂ２：Ａ２≠
１：１のときは、エラー信号を出すことにより、エッジ
の影響による誤測定をなくし、正しい測距のみができ
る。また、受光素子上で実施例１と同様の状態にあるの
で、同等の効果が得られる。

【００２０】（実施例１０）本実施例１０を図２４〜図
２６に示す。本実施例１０においては、光学系の構成、
投光・受光方法等は図５の実施例１と同じであり、処理
回路のみが相違し、測距レンジの拡大を図ったものであ
る。処理回路は図２７に示すものを用いる。本実施例１
０では、装置を、対象物が所定の距離範囲内にあるか否
かを判断する距離設定型光電スイッチとして用いる。こ
の用途での装置は、搬送されるワ−クが装置の前を通過
すると、これを検出してスイッチがＯＮするという使用
方法が多い。そのため、ワ−ク自身のエッジの影響で、
ワ−クを実際よりも近くに検出しても、出力はＯＮで間
違いないので問題はない。また、逆に実際よりも遠くに
検出しても、ワ−クは必ず装置の前を通過するので、必
ずエッジの影響の出ない位置にくる。そのときにスイッ
チがＯＮになるので問題はない。問題となるのは、ワ−
クが存在せず本来はＯＦＦの状態であるのに、背景等の
エッジの影響で誤って背景を検知してスイッチＯＮとな
る場合である。このことは、距離設定型の光電スイッチ
では、本来の位置より前に対象物を検出することが問題
となることを意味する。

【００２１】従来と本実施例で、エッジの影響により対
象物が前に検出される場合を考える。従来は、図３の投
・受光部の位置関係であると、対象物が遠くなるとスポ
ットは図４（ｂ）から（ａ）のように、左へ移動する。
よって（ｃ）のＡ１の面積が大きくなれば遠くに検知す
ることになる。そのため図４（ｃ）のように、エッジの
影響により、領域１の部分の面積が欠けると、本来のＭ
２の位置より近くに検知される。本実施例では、２つの
交互に発光する発光素子から得られる４つの出力（図
５、図６参照）から（Ａ１＋Ａ２）の値と（Ｂ１＋Ｂ
２）の値を計算し、その値より測距する。図２８は対象
物の位置による受光量変化を示すもので、同図におい
て、対象物Ｍが近くなれば（Ａ１＋Ａ２）が小さくな
り、（Ｂ１＋Ｂ２）が増すことが分かる。つまり、エッ
ジの影響により、（Ａ１＋Ａ２）が小さくなり、（Ａ１
＋Ａ２）／（Ｂ１＋Ｂ２）の値が小さくなれば、対象物
Ｍは本来の位置より近くに検知される。

【００２２】図２５、図２６は、対象物によるエッジが
様々な位置にあるときの発光素子１ｂ，１ａの夫々によ
るスポットの状態を示す図である。ここで、本来の位置
を検出できる状態（エッジが図２４のＳ点より下にく
る）に比べ、近くに検知される場合を考える。なお、図
にて斜線部分は反射光がない部分である。 （１）エッジがＰ点より上：図２５の（ａ）と図２６の
（ａ）の状態であり、（Ａ１＋Ａ２）／（Ｂ１＋Ｂ２）
＝∞となり遠くに検知される。 （２）エッジがＰとＱの間：図２５の（ａ）と図２６の
（ｂ）の状態であり、Ｂ１とＡ２は出力＝０である。Ａ
１とＢ２は出力があるが、エッジの影響のない場合と比
較すると、エッジの影響による面積の減少割合が大きい
のはＢ２である（スポットの中心が分割線上にないた
め）。よって、（Ａ１＋Ａ２）／（Ｂ１＋Ｂ２）は大き
くなり遠くに検知される。 （３）エッジがＱとＳの間：図２５の（ｂ）と図２６の
（ｃ）、図２５の（ｃ）と図２６の（ｃ）の状態であ
り、前者の場合は上記と逆で、エッジの影響を大きく受
けるのはＡ２であり、（Ａ１＋Ａ２）／（Ｂ１＋Ｂ２）
は小さくなり、近くに検出される。後者の場合はエッジ
の影響を受けるのはＡ２のみであり、（Ａ１＋Ａ２）／
（Ｂ１＋Ｂ２）は小さくなり、近くに検出される。 （４）エッジがＳより下：正しく測距される。 以上の通りであり、問題となるのはエッジがＱ〜Ｓの間
にある場合であり、この場合のみの性能を従来と比較し
て以下に説明する。

【００２３】エッジの影響により、本来の位置より近く
に検出される場合、従来と本実施例を比較すると、受光
信号の処理は、従来（図３、図４参照）と本実施例は同
じであり、（α−β）／（α＋β） α，β：２分割
受光素子の各領域の受光信号、という処理を行う。 従来方式は図４中の記号で、 α＝Ａ１，β＝Ｂ１、 本実施例は図２９の中の記号で、α＝Ａ１＋Ａ２，β＝
Ｂ１＋Ｂ２ である。エッジの影響が出た場合（図４、図２９でＸの
部分が受光されない場合）は、エッジの影響がない場合
に比べ、α又はβの値が変わるため、（α−β）／（α
＋β）の出力が変わる。そのため、誤測定をする。つま
り、その誤差はα又はβの値の変化の度合いによる。従
来の方式では（図４参照）、αの値の変化はＡ１→Ａ１
−Ｘ、変化率は（Ａ１−Ｘ）／Ａ１＝１−（Ｘ／Ａ１）
であるのに対し、本実施例では（図２９参照）、αの値
の変化は、 （Ａ１＋Ａ２−Ｘ）／（Ａ１＋Ａ２）＝１−｛Ｘ／（Ａ
１＋Ａ２）｝ 本実施例ではＡ１＝Ａ２のため、 １−｛Ｘ／（Ａ１＋Ａ２）｝＝１−｛Ｘ／２・Ａ１｝ となる。よって、本実施例により従来と比べ、実際より
も近く（前）に検出する誤差が小さくなるという効果が
得られる。

【００２４】（実施例１１）図３０は実施例１１による
投光部の側面図、図３１は受光部を含んだ全体の上面図
である。投光部は２つの発光素子１ａ，１ｂと光学素子
１３を備える。発光素子１ｂは２つの異なる波長１，２
の光を出射し、光学素子１３の表面は波長１を反射し、
波長２を透過する光学多層膜を備え、裏面は波長２を反
射する光学多層膜を備える。つまり、光学素子１３によ
り、発光素子１ｂより出射される光は、光軸の異なる２
本の光束として出射される。発光素子１ａより出射され
る光束は、前記２本の光束とは波長が異なる波長３を持
ち、光学素子１３を透過し、出射される。また、発光素
子１ａ、１ｂは交互に発光させる。受光部は、図３１に
示すように、３つの波長の反射光を分光し、受光素子２
ａ，２ｂ，２ｃで受光する。

【００２５】図３２は、対象物へ照射されたスポットの
様子を示す。波長１、２による光束は、波長３による光
束の範囲内にある。図３３は各受光素子でのスポットの
様子を示す。波長１と波長２によるスポットは、２分割
受光素子の分割線に対し対称になる様に構成されてい
る。よって、実施例１の条件を満たす。図３４は処理回
路を示す。図３３の受光素子上のスポットで上又は下か
らエッジの影響がある場合、Ａ３＝Ｂ３ならば、影響な
しであり、α＝Ａ１＋Ａ２、β＝Ｂ１＋Ｂ２で処理す
る。Ａ３＞Ｂ３であれば、Ｂ３側の領域でエッジの影響
があるので、α＝Ａ１、β＝Ｂ２で処理する。Ａ３＜Ｂ
３であれば同じ理由で、α＝Ａ２、β＝Ｂ１で処理す
る。Ａ３又はＢ３＝０になれば、エラ−信号を発する。
本実施例では、Ａ１＝Ａ２、Ｂ１＝Ｂ２のため、Ａ３又
はＢ３＝０になる場合以外は、上記の方法で正しい測距
が行える。また、Ａ３又はＢ３＝０の場合もエラ−信号
を出すことにより、誤測定を防ぐことができる。さら
に、測距レンジは、実施例１の構成を満たすので拡大さ
れる。

【００２６】（実施例１２）本実施例１２は実施例２の
受光素子を４分割受光素子に変えたものである。投・受
光部の構成は図５の実施例１と同様であり、実施例１と
同じ効果を得られる。図３５にそのスポットの様子を示
す。受光素子からは、Ａ〜Ｄ，Ａ´〜Ｄ´の８つの出力
がある。実施例２（図５参照）では、Ａ１，Ｂ１，Ａ
２，Ｂ２の４つの出力より測距を行っていたが、その測
距方法は、本実施例で、Ａ＋Ｃ＝α、Ａ´＋Ｃ´＝α
´、Ｂ＋Ｄ＝β、Ｂ´＋Ｄ´＝β´として、それぞれを
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に対応させて処理することと同
じである。エッジの影響に対する処理も実施例２と同様
で、上記と同様に出力を対応させ、実施例２の処理を行
うことにより同じ効果が得られる。

【００２７】本実施例では、まず、各出力よりＡ＋Ｂ，
Ｃ＋Ｄの値を計算し、どちらかの値が０の場合（スポッ
トが分割線１に交わっていない場合）は、α＝Ａ＋Ｃ，
α´＝Ａ´＋Ｃ´，β＝Ｂ＋Ｄ，β´＝Ｂ´＋Ｄ´とし
て ｛（α＋α´）−（β＋β´）｝／｛（α＋α´）＋
（β＋β´）｝ で処理する。そして、Ａ＋Ｂ≠０ ａｎｄ Ｃ＋Ｄ≠０
の場合は、α，α´，β，β´をそれぞれ、Ａ＋Ｂ，
Ａ´＋Ｂ´，Ｃ＋Ｄ，Ｃ´＋Ｄ´と切り換えて、上記の
式で処理する。処理回路は図３７に示すものを用いる。

【００２８】エッジの影響がない場合で、対象物がセン
サから遠ざかる場合のスポットの動きは図３５に示すご
とくである（光学系は図５）。発光素子１ａ，１ｂのス
ポットは分割線２に対し対称な位置にあり、対象物が遠
ざかると、スポットは半径が大きくなりながら、中心は
分割線２に平行に移動する。スポットが移動した際の各
領域の受光量変化を考えると、図３６に示すように、分
割線１にスポットの右側が接した状態から、左側が接す
る状態に移動した場合を考える（他方の発光素子１ｂに
よるスポットは分割線２に対し対称であり、図示は省
略）。

【００２９】ここで、測距を（α−β）／（α＋β）の
値で行うとすると（実際は発光素子１ｂによるスポット
の出力もあり、｛（α＋α´）−（β＋β´）｝／
｛（α＋α´）＋（β＋β´）｝の式で行うが、この場
合、α＝α´，β＝β´のため、α´，β´は考慮しな
くてよい）、α＝Ａ＋Ｂ，β＝Ｃ＋Ｄとすると、（α−
β）／（α＋β）の値は、（ｃ）の状態ではβ＝０のた
め、α／α＝１となり、（ｄ）の状態ではα＝０のた
め、−β／β＝−１となる。一方、α＝Ａ＋Ｃ，β＝Ｂ
＋Ｄとして、（α−β）／（α＋β）の値の変化量の最
も大きい場合を考えると、スポットの中心は、分割線２
と平行に動くので、半径が無限大のとき、（α−β）／
（α＋β）＝０となるのが最小、最大は（ｃ）のように
分割線２に接した場合で（α−β）／（α＋β）＝α／
α＝１となる。前者が−１から１までの変化があるのに
対し、後者は０から１の変化である。よって、スポット
が分割線１と交わっている間は、α＝（Ａ＋Ｂ），β＝
（Ｃ＋Ｄ）に切り換えて、その値で測距を行うことによ
り、スポットの変位に対する感度が上がり、測距感度が
高まる。

【００３０】エッジの影響がある場合を考えると、従来
の方式も、実施例１〜１１の各方式も２分割受光素子を
用いているため、図４（ｃ）や図２５、図２６のよう
に、分割線に平行にエッジの影響が出ると大きな測定誤
差が出ていた。しかし、本実施例では、スポットが図３
６の分割線１と交わっている間は、分割線１で測距する
ため、従来の大きく誤差の出るエッジの影響が小さくな
るという効果もある。なお、本発明において、少なくと
も２つの光束は光軸が異なればよく、方向が異なってい
ても平行にずれていても構わないものである。また、光
束は３本以上を用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の光学装置によれ
ば、対象物に向けて光軸の異なる少なくとも２本の光束
を投光し、対象物により反射された反射光を受光素子に
より受光することで、受光面で別の位置にスポットを形
成し、この受光量により対象物までの距離を測定するの
で、１本の光束を投光して１つのスポットを形成する従
来のものに比べて、対象物のエッジの影響による測定の
誤差を小さくすることができ、また、エッジの影響があ
るときはエラーを出力することもでき、誤測定をなくす
ることができる。また、受光量により対象物が所定の距
離範囲内に存在するか否かを判断することもできる。さ
らに、また、対象物が移動した際のスポットの移動方向
が受光素子の分割線に対して平行となるようにすること
で、従来に比べて測距レンジの拡大が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の三角測距法の光学系を示す図である。

【図２】三角測距法でのスポットの動きを示す図であ
る。

【図３】対象物のエッジの影響を示す光学系の図であ
る。

【図４】対象物のエッジの影響を説明するための図であ
る。

【図５】本発明の実施例１による光学装置の光学系の構
成を示す図である。

【図６】実施例１でのスポットの動きを示す図である。

【図７】従来と実施例との比較を示す図である。

【図８】実施例１の処理回路のブロック図である。

【図９】受光出力の様子を示す図である。

【図１０】実施例２，３，６，７，９の処理回路のブロ
ック図である。

【図１１】受光素子でのスポットの様子を示す図であ
る。

【図１２】実施例３の光学系の構成と受光素子でのスポ
ットの様子を示す図である。

【図１３】実施例４の光学系の構成を示す図である。

【図１４】実施例４の受光の様子を示す図である。

【図１５】実施例４，５の処理回路のブロック図であ
る。

【図１６】実施例５の光学系の構成を示す図である。

【図１７】実施例６の光学系の構成と光束を示す図であ
る。

【図１８】実施例７の光学系の構成を示す図である。

【図１９】実施例８の光学系の構成を示す図である。

【図２０】実施例８に用いたカラーセンサを示す図であ
る。

【図２１】実施例８の処理回路のブロック図である。

【図２２】実施例９の光学系の構成と受光素子上のスポ
ットの様子を示す図である。

【図２３】実施例９の処理回路のブロック図である。

【図２４】実施例１０の光学系の構成を示す図である。

【図２５実施例１０のスポットの様子を示す図である。 【図２６】実施例１０のスポットの様子を示す図であ
る。

【図２７】実施例１０の処理回路のブロック図である。

【図２８】実施例１０の受光量変化を示す図である。

【図２９】実施例１０のスポットの様子を示す図であ
る。

【図３０】実施例１１の光学系の投光部の構成を示す図
である。

【図３１】実施例１１の光学系の全体構成を示す図であ
る。

【図３２】実施例１１の対象物への照射の様子を示す図
である。

【図３３】スポットの様子を示す図である。

【図３４】実施例１１の処理回路のブロック図である。

【図３５】実施例１２のスポットの様子を示す図であ
る。

【図３６】実施例１２の効果を示す図である。

【図３７】実施例１２の処理回路のブロック図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ 発光素子 ２，２ａ，２ｂ 受光素子 ３ 投光レンズ ４，４ａ，４ｂ 受光レンズ ５，７ ダイクロイックミラー ６ ミラー １２ カラーセンサ １３ 光学素子

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸が異なる少なくとも２つの光束を対
   象物に向けて出射する投光部と、 前記対象物により反射された前記２つの光束の反射光を
   集光素子又は開口を介して受光する、少なくとも２つの
   領域に分割された受光素子を有し、この受光素子は前記
   反射光が該受光素子上で別々の位置にスポットを形成す
   るように配置されてなる受光部と、 前記受光素子での受光信号に基づいて対象物までの距離
   を測定する距離測定手段とを備えたことを特徴とする光
   学装置。
2. 【請求項２】 光軸が異なる少なくとも２つの光束を対
   象物に向けて出射する投光部と、 前記対象物により反射された前記２つの光束の反射光を
   集光素子又は開口を介して受光する、少なくとも２つの
   領域に分割された受光素子を有し、この受光素子は前記
   反射光が該受光素子上で別々の位置にスポットを形成す
   るように配置されてなる受光部と、 前記受光素子での受光信号に基づいて対象物が所定の距
   離範囲内に存在するか否かを判断する対象物検出手段と
   を備えたことを特徴とする光学装置。
3. 【請求項３】 前記受光素子上に形成される２つのスポ
   ットは、該スポットの中心が該受光素子の分割された２
   つの領域に１つずつ存在することを特徴とする請求項１
   又は２記載の光学装置。
4. 【請求項４】 前記受光素子上に形成される２つのスポ
   ットは、該受光素子の分割線から各スポットの中心まで
   の距離が等しくなることを特徴とする請求項３記載の光
   学装置。
5. 【請求項５】 前記受光素子上に形成される２つのスポ
   ットは、対象物が移動した際のスポットの移動方向が受
   光素子の分割線に対して略平行であることを特徴とする
   請求項３記載の光学装置。
6. 【請求項６】 前記投光部は交互に光束を出射し、前記
   受光部は光束の出射されるタイミングと同期をとって受
   光信号を処理することを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれかに記載の光学装置。
7. 【請求項７】 前記投光部は、光軸の方向が異なる２つ
   の光束を出射することを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれかに記載の光学装置。
8. 【請求項８】 前記投光部は、光軸が平行にずれている
   ２つの光束を出射することを特徴とする請求項１乃至６
   のいずれかに記載の光学装置。
9. 【請求項９】 前記投光部は、２つの発光素子を備えて
   いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
   の光学装置。
10. 【請求項１０】 前記投光部は、１つの発光素子と、該
    発光素子から出射される光束を２つの光束に分離する光
    束分離手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃
    至６のいずれかに記載の光学装置。
11. 【請求項１１】 前記投光部は、波長の異なる２つの光
    束を出射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
    かに記載の光学装置。
12. 【請求項１２】 前記投光部は、偏光の異なる２つの光
    束を出射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
    かに記載の光学装置。
13. 【請求項１３】 前記投光部は、拡がり角の異なる２つ
    の光束を出射することを特徴とする請求項１乃至６のい
    ずれかに記載の光学装置。
14. 【請求項１４】 前記受光部は、少なくとも２つの領域
    に分割されたカラーセンサを備えていることを特徴とす
    る請求項１乃至６のいずれかに記載の光学装置。
15. 【請求項１５】 前記受光部は、平行な３本の分割線に
    よって少なくとも４つの領域に分割された分割受光素子
    を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
    かに記載の光学装置。
16. 【請求項１６】 前記受光部は、平行な２本の分割線に
    よって少なくとも３つの領域に分割された分割受光素子
    を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
    かに記載の光学装置。
17. 【請求項１７】 前記受光部は、互いに交差する２本の
    分割線によって少なくとも４つの領域に分割された分割
    受光素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至６
    のいずれかに記載の光学装置。
18. 【請求項１８】 前記２つの光束の各光束ごとの対象物
    からの反射光の受光量から、出射された光束が正しく対
    象物によって反射されているか否かを検知する検知手段
    を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
    記載の光学装置。
19. 【請求項１９】 前記２つの光束の各光束ごとに距離情
    報を求め、各光束ごとに求めた距離情報が一致している
    か否かを検知する検知手段を備えたことを特徴とする請
    求項１乃至６のいずれかに記載の光学装置。
20. 【請求項２０】 各光束ごとに求めた距離情報が一致し
    ているときにのみ対象物までの距離を測定するようにし
    たことを特徴とする請求項１９に記載の光学装置。