JPH11201718A - センサ装置及び距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投光軸と受光軸とを同軸として検出物体まで
の距離を識別できるようにすること。 【解決手段】 光源１よりハーフミラー２，レンズ３を
介して光を物体検知領域に照射する。検出物体４からの
拡散反射光をハーフミラー２を介して受光する。光源１
よりレンズ３までの距離をＬ_a とすると、受光部５とレ
ンズ３の距離Ｌ_dを０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２となる
ように配置する。これにより受光部５上の受光スポット
径は距離に対して一義的に変化するため、受光スポット
径から距離を識別することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非接触で検出物体ま
での距離を判別する制御信号を出力するセンサ装置及び
検出物体までの距離を測定するための距離測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来距離測定装置としては、三角測距法
による距離測定装置が用いられている。これは図３４に
示すように投光素子１０１より投光レンズ１０２を介し
て光を物体検知領域に照射し、その拡散反射光を投光ビ
ームから所定角度隔たった角度で投光部と離れて配置さ
れたレンズ１０３及び位置検出素子１０４によって検知
し、その受光位置に基づいて距離を検出するようにした
ものである。又光ディスクのピックアップ等では、投光
軸と受光軸とを一致させ、投光部より対物レンズを介し
て光を光ディスクに照射し、光ディスクの位置で焦点を
結ぶように対物レンズの位置を変化させ、その移動量に
よって距離を測定するようにした方法も用いられてい
る。更に特開平５−３１０８１６号等では、カメラを用
いて受光スポット径を測定するようにした方法も提案さ
れている。

【０００３】又特開平５−２６４２６５号では、図３５
に示すように中心に投光用光ファイバ１１１と受光用の
バンドルファイバ１１２とをレンズ１１３の焦点ｆの２
倍の位置２ｆに端面を同一として配置し、投光軸と受光
軸とを一致させて物体の変位を検出するようにした光学
変位計が提案されている。この光学式変位計は、測定対
象物の反射光の直径に基づいて所定範囲内の物体の距離
を検出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら三角測距
法による距離測定装置は、物体から投光軸と傾いた方向
の反射光を位置検出素子等で受光するため、センサの検
出面を小さくすることが難しく、又図３４に一点鎖線で
示すように半径の小さい筒内の距離や小さい孔を通して
の距離測定が不可能であるという欠点があった。又検出
物体の端面に光が入射した場合には、その影響を受けて
検出距離の誤動作を生じることがある。このようなエッ
ジの影響を除去するために受光手段を複数設ける場合が
あり、この場合には更に距離測定装置の検出面が大きく
なり、使用上問題があるという欠点があった。

【０００５】又光ピックアップ等で用いられる焦点検出
装置は、臨界角法や非点収差法，ナイフエッジ法等が実
用化されている。しかしこのような焦点検出装置はプリ
ズムや収差発生手段，ナイフエッジ等が必要となるた
め、光学部品が多数必要で構成が複雑となり、組立調整
が難しいという欠点があった。又このような焦点検出を
用いた変位センサは焦点付近でしか距離測定ができない
ため、ダイナミックレンジが狭いという問題点がある。
更に対物レンズを移動し、その移動量をエンコーダ等を
用いて計数して変位量とするため、可動部が必要とな
り、構成が複雑になるという欠点があった。又焦点検出
は光源にレーザ光源を必要とするため、発光ダイオード
を光源とすると、ボンディングワイヤの影やパラボラ等
の影響によって正確な受光スポットを得ることができな
いという欠点があった。

【０００６】又特開平４−３１０８１６号では拡散光を
検出体に投光しているため、遠距離ほどビームが広がり
物体のエッジの影響を受け、誤検出を生じることがある
という欠点があった。又拡散光のため狭い範囲の物体や
小さい物体を検出することができず、受光系には焦点を
合わせるための光学素子を用いる必要があり、複雑にな
るという欠点があった。

【０００７】又特開平５−２６４２６５号では、投光用
の光ファイバと受光用の光ファイバの端面を同一とし、
これらのファイバの端面とレンズとの間隔をレンズの焦
点距離ｆの２倍、２ｆとなるように設定している。この
ため検出物体の反射光の直径は、図３６に示すように検
出物体までの距離Ｌが２ｆより大きくなれば再びスポッ
ト径が拡大する。このためスポット径のみから物体まで
の距離を一義的に決定することができなかった。従って
何らかの方法で物体までの距離が２ｆ以内であることを
検出するか、２ｆ以内であることが保証されている用途
に用いる必要があるという欠点があった。

【０００８】本発明はこのような従来の距離測定装置の
問題点に鑑みてなされたものであって、投受光ビームの
光軸を共通にすると共に、受光スポット径に基づいて物
体までの距離を検出し、又は測定できるようにすること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、投光手段と、前記投光手段より出射された光を検知
領域に集束すると共に、検知領域にある物体からの反射
光を投光軸と同軸に集光するレンズと、前記レンズを介
して集光された物体からの反射を受光する受光手段と、
前記受光手段によって受光される受光レベルに基づいて
検知領域にある物体を判別する信号処理手段と、を有
し、前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前
記レンズから出射光の検知領域の集束点までの距離をＬ
_b 、前記レンズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レ
ンズの焦点距離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）
／２となるように各光学部品を配置することを特徴とす
るものである。このセンサ装置において、信号処理手段
による物体の判別には、受光レベルを所定の閾値と弁別
することにより、所定の距離より近い位置に物体がある
かどうかを判別する物体の有無の判別や、受光手段から
の受光レベルによって物体までの距離を検出する距離の
検出処理が含まれる。又閾値レベルを適宜設定すること
により、物体が所定の距離にのみ存在する場合や、所定
の範囲内に存在する場合も同様にして検出することがで
きる。

【００１０】本願の請求項２の発明は、請求項１の発明
において、前記受光手段は、検知領域にある物体までの
距離に応じて一意に定まる受光スポット径の大きさによ
ってその受光領域に入射するか否かが変化するように受
光領域を配置したものであり、前記信号処理手段は、前
記受光手段に受光信号が得られるかどうかによって所定
範囲内に物体が存在するかどうかを識別することを特徴
とするものである。

【００１１】本願の請求項３の発明は、請求項１又は２
の発明において、前記受光手段は、受光スポット径によ
って受光レベルが変化する２つの受光素子を有し、夫々
の受光素子からの受光レベルを出力するものであり、前
記信号処理手段は、前記受光手段の２つの受光信号に基
づいて２つの受光レベルが所定のレベルとなったときに
その制御出力を反転させるものであることを特徴とする
ものである。

【００１２】又本願の請求項４の発明は、投光手段と、
前記投光手段より出射された光を検知領域に集束すると
共に、検知領域にある物体からの反射光を投光軸と同軸
に集光するレンズと、直線状の受光領域を有し、前記受
光領域を受光軸に垂直に配置し、前記レンズを介して集
光された物体からの反射光を受光して光重心を検出する
位置検出素子を有する受光手段と、前記位置検出素子の
両端からの出力によって検出される光重心に基づいて物
体までの距離を検出する信号処理手段と、を有し、前記
投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前記レンズ
から出射光の検知領域の集束点までの距離をＬ_b 、前記
レンズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レンズの焦
点距離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２とな
るように各光学部品を配置することを特徴とするもので
ある。

【００１３】本願の請求項５の発明は、投光手段と、前
記投光手段より出射された光を検知領域に集束すると共
に、検知領域にある物体からの反射光を投光軸と同軸に
集光するレンズと、前記レンズを介して集光された物体
からの反射光を受光する１次元又は２次元の受光素子を
有し、その一端及び中心のいずれか一方を受光軸に合わ
せるように配置した受光手段と、前記受光手段の各画素
が所定の受光量以上である画素数に基づいて検知領域に
ある物体までの距離を判別する信号処理手段と、を有
し、前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前
記レンズから出射光の検知領域の集束点までの距離をＬ
_b 、前記レンズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レ
ンズの焦点距離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）
／２となるように各光学部品を配置することを特徴とす
るものである。

【００１４】本願の請求項６の発明は、任意位置に固定
されると共に、レンズを介して集束光として検知領域の
物体に照射する投光手段と、任意位置に配置されると共
に、検知領域の物体からの反射光束を前記レンズにより
投光手段の投光軸と同軸に集束した集束光を受光する受
光手段と、投光手段とレンズとの光路上で、且つ受光手
段とレンズとの光路上に設けた光分岐手段と、を備え、
前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前記レ
ンズからの集束光の集束点までの距離をＬ_b 、前記レン
ズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レンズの焦点距
離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２となるよ
うに各光学部品を配置し、前記集束光のスポットサイズ
の大きさを受光手段によって検出することで、検知領域
の物体までの距離情報を得ることを特徴とするものであ
る。ここで光分岐手段はハーフミラーや偏光方向で光を
透過又は反射する偏光ビームスプリッタを含むものとす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるセンサ装置及
び距離測定装置の光学系の主要部を示す図である。本図
に示すように光源１が配置される投光面からの光はハー
フミラー２，レンズ３を介して物体検知領域に集束され
る。そしてレンズ３から検出物体４までの距離をＬとす
ると、検出物体からの反射光がレンズ３によって集光さ
れる。そしてその反射光の一部がハーフミラー２によっ
て反射され、受光部５に入射する。従って受光部５は投
光軸と同一の受光軸を中心とする反射光を受光すること
となる。ここで Ｌ_a ：光源１の投光面とレンズとの距離 Ｌ_b ：レンズ３からレンズ３を透過した光が集束する点
までの距離 Ｌ_c ：レンズ３と受光部５の集光面の距離 Ｌ_d ：レンズ３と受光面間の距離 Ｌ：レンズ３と検出物体間の距離 ｆ：レンズ３の焦点距離 ｄ：レンズ径 Ｄ_a ：投光素子の発光径 Ｄ_o ：物体面でのスポット径 Ｄ_b ：物体側の集光面でのスポット径 Ｄ_c ：受光側の集光面でのスポット径 Ｄ：受光面でのスポット径 とすると、レンズの公式より次式が成り立つ。

【数１】 又投光面でのスポット径はレンズ倍率の式より次式が成
り立つ。

【数２】 物体面でのスポット径Ｄ_o は次式で求められる。

【数３】

【００１６】さて検出物体を拡散物体とすると、拡散物
体に照射した光は光源と考えることができ、この光源と
レンズ３との距離Ｌ、及びレンズ３から受光側の集光面
までの距離Ｌ_c の間は、レンズの公式により次式が成り
立つ。

【数４】 又集光面でのスポット径Ｄ_c は次式で求められる。

【数５】

【００１７】従ってレンズ３の背後のＬ_d の位置に受光
部５の受光面を配置したときに、受光素子に得られる受
光面でのスポット径Ｄは次式で求められる。

【数６】

【００１８】ここでＬ_d ≦Ｌ_c ならば、検出面までの距
離Ｌが投光集束面Ｌ_b よりも大きい（Ｌ≧Ｌ_b ）ときに
受光スポットサイズＤは一定となる。以下にこの関係が
成り立つことを説明する。

【００１９】Ｌ≦Ｌ_b においてこの現象が生じるため、
スポットサイズＤ_o としては前述した式（３−１）を用
いる。Ｌ_d ≦Ｌ_c について検討するため、前述した式
（６−３）を用いる。ここで式（６−３）を変形し、
（３−２）を代入して受光面でのスポット径Ｄを示す
と、次式（７）が得られる。

【数７】 以上よりＬ_d ≦Ｌ_c ならばＬ≧Ｌ_b においてｄＤ／ｄＬ
＝０となり、受光スポット径Ｄは一定となる。

【００２０】図２（ａ）〜（ｄ）は距離Ｌの変化と受光
スポット径の関係を示しており、図を明確にするため、
本図では投光側の光のライン及びハーフミラー２を除い
ている。

【００２１】次にＬ_d ＝Ｌ_a 及びＬ_a ＞Ｌ_d ，Ｌ_a ＜Ｌ
_d の場合を夫々曲線Ａ，Ｂ，Ｃとして、距離に対する受
光スポット径の関係を図３に示す。このように曲線Ｂ，
ＣではＬ_d ≧Ｌ_c となる一定範囲で受光スポット径Ｄが
一定となる範囲がある。そして曲線Ｂ，Ｃでは受光スポ
ット径Ｄが一定の範囲を越えて物体が遠ざかってもその
受光スポット径の拡大するレベルは小さいものとなって
いる。従って例えば曲線Ｂにおいては距離Ｌ＝Ｌ_b にお
ける総受光量がＬ＝Ｌ_d ・ｆ／（Ｌ_d −ｆ）の総受光量
よりも大きければ、Ｌ＝Ｌ_b のときの受光量以下の場合
は物体はＬ_b より遠方にあると判断することができる。
検出物体の反射率は物体によって異なっているが、拡散
物体の反射率は通常黒い物体の反射率５％から白い物体
の反射率９０％の範囲内とされている。従ってＬ＝Ｌ_d
において黒い拡散反射物体が存在したとき受光パワー
が、このスポット径より受光スポット径より大きくなる
距離Ｌ_x ＝Ｌ_d ・ｆ／（Ｌ_d −ｆ）に白い物体がある場
合の受光パワーより大きければ、Ｌ＝Ｌ_b の受光量以下
の物体はＬ_b より遠方にあると判断することができる。
従ってＬ＝Ｌ_b において反射率５％の黒色物体を想定
し、Ｌ＝Ｌ_x において反射率９０％の黒色物体を想定
し、Ｌ＝Ｌ_b での受光量の方がＬ_x の最高受光量より大
きくなる範囲のＬ_d を求める。受光量は一般に距離の二
乗に反比例すると考えられるため、以上の条件から次式
が境界条件として成り立つ。

【数８】

【００２２】さて検出物体がＬ_b の位置にあるとき、受
光集束面Ｌ_c はＬ_a に等しくなるため、式（９）が成り
立つ。

【数９】 これに対して検出物体がＬ_x の位置にあるときの受光の
集束面Ｌ_cxは次式（１０）で示される。

【数１０】 従って式（１１）の範囲内にあれば実用上問題がない。

【数１１】 又余裕分を確保したとして、次式（１２）の範囲内であ
れば誤動作を生じることがない。

【数１２】

【００２３】そして受光面に得られる検出物体の反射光
のスポット径は、式（１２）の条件を満たしたときに距
離Ｌ_b を越えれば、受光面のスポット径はほぼ一定とな
る。この一例を図４に示す。本図において曲線Ａは拡散
面を有する物体の受光面でのスポットの直径を示してお
り、曲線Ｂは鏡面を有する物体の受光面でのスポットの
直径を示している。この図は以下の条件でのシミュレー
ション結果である。 Ｄ_a ：ＬＥＤ発光径（０．１５ｍｍ） Ｌ_a ：ＬＥＤレンズ間距離（１５ｍｍ） Ｌ_b ：レンズ３とレンズ３で受光した光が集束する点ま
での距離（１０ｍｍ） Ｌ_d ：レンズ３と受光面間の距離（１３．５ｍｍ） ｆ：レンズ３の焦点距離（１３．０４ｍｍ） ｄ：レンズ径（８ｍｍ） Ｄ_b ：集光面でのスポット径（１ｍｍ） Ｄ：受光面でのスポット径 本発明はこのように拡散面を有する物体の受光の直径が
距離に応じて一義的に決定されることから、ある距離以
下に物体が存在するかどうか、又は物体の距離を判別す
るものである。

【００２４】次に本発明の第１の実施の形態について説
明する。光学系の基本的な構成については前述した発明
の原理図と同一である。この実施の形態では図５に示す
ように受光面の中心に円形の不感帯を有する受光素子、
ここではフォトダイオードを用いて距離判別センサを構
成する。図５（ａ）はフォトダイオードの全体が正方形
状の受光領域６ａを有しており、図５（ｂ）は円形の受
光領域を有するものとし、夫々中心に不感帯７ａを有す
る。このような不感帯は受光素子であるフォトダイオー
ドの前面にマスクＭを張り付けたり、近接する位置にマ
スクＭとなる部材を配置することによって実現できる。

【００２５】図６はこのような１つのフォトダイオード
を用いた距離判別センサの構成を示すブロック図であ
る。本図に示すように発振回路１１は一定周期の投光パ
ルスを発生するものである。投光パルスは投光回路１２
に与えられ、投光素子１３、例えば発光ダイオードを投
光パルスの投光間隔に応じて駆動する。又前述した位置
に不感帯を有するフォトダイオード（以下、単にＰＤと
もいう）等の受光素子１４を配置する。受光素子１４に
得られる受光信号は受光回路１５を介して信号処理回路
１６に与えられる。信号処理回路１６は投光パルスと同
期するタイミングで受光回路１５より得られる受光レベ
ルを所定の閾値で弁別することによって、物体の有無を
判別するものであり、出力回路１７を介して物体検知を
示す制御信号として出力される。

【００２６】次にこの実施の形態の動作について説明す
る。この実施の形態では、物体が遠ければ図５（ｃ）に
示すように不感帯７にのみ受光スポット８が得られるた
め、出力は得られない。そして検出物体が近づき図５
（ｄ）に示すように受光スポットが中心の不感帯７を越
えて受光領域６に入射するときには、受光信号が得られ
るため、これによって物体を判別することができる。こ
の受光面をハーフミラー２に近づけることによって、又
は不感帯の形状を変化させることによって、制御信号が
反転する設定距離を調整することができる。又図５
（ｅ）に示すように中心に正方形状の不感帯７ｂを設け
ておいてもよい。

【００２７】ここで検出物体の反射率に応じて受光レベ
ルは変化するため、図７に示すように検出距離に対する
受光レベルはその傾きが変化するが、受光信号が得られ
る距離は一定であるため、閾値レベルを十分低くしてお
くことによって検出物体の反射率にかかわらず所定距離
内に検出物体が存在するかどうかを判別することができ
る。

【００２８】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。この実施の形態では図８（ａ）に示すように受
光軸の中心Ｃから所定距離離れた位置にフォトダイオー
ドの受光領域６ｃを配置したものであり、その他の構成
は前述した第１の実施の形態と同一である。この場合に
は物体が遠ければ図８（ａ）に示すように受光スポット
が小さいため、フォトダイオードの受光領域にかから
ず、所定位置より近くなれば図８（ａ）に示すようにフ
ォトダイオードの受光領域６ｃに受光スポット８が拡大
するため、物体が所定距離より近いことを判別すること
ができる。

【００２９】次に第３の実施の形態について説明する。
前述した第１の実施の形態では、受光素子は中心に不感
帯を有するものとしているが、図９に示すように受光領
域の中心に不感帯を有するようにマスクを配置したり、
直接遮光テープ等を張り付けて構成してもよい。又受光
素子を保持する筐体に不感帯となるマスク部材を設ける
ことによっても実現することができる。更に受光軸Ｃか
ら等距離に複数の受光素子を配置してもよい。例えば図
１０（ａ）に示すように受光軸からの等距離の位置に複
数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４を配置する。この
場合には受光回路１５は図１０（ｂ）に示すように複数
のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４を直列に接続するこ
と等により、受光出力の和を得るように構成しておくこ
とが必要となる。

【００３０】次に第１〜第３の実施の形態において、制
御信号が反転する設定距離を変えるための手法について
説明する。設定距離の変更は投光素子１３，受光素子１
４又は受光素子１４の前面に設けるマスク部材を移動さ
せることで行うことができる。例えば受光素子１４を式
（１２）に満たす範囲内でレンズ３に対して近づける
と、受光スポットが大きくなる。従って受光素子１４の
位置を図１１に示すように受光軸Ｃに対して垂直に移動
するように、距離設定つまみと受光素子を保持する部材
とをウォームギア等で連動させる。こうすれば同一のス
ポット径で受光素子１４に入射するレベルが変化するた
め、設定距離を調整することができる。

【００３１】又図５に示すように受光素子１４であるフ
ォトダイオードの中心に不感帯を有する場合には、フォ
トダイオードそのものを図１２に示すように受光軸に沿
って移動させる。尚図１２では受光側のラインをハーフ
ミラーを除いて示している。以下の各図も同様とする。
例えば図１２（ａ）では受光スポットが小さく、不感帯
内にあるため受光回路１５より受光信号が得られない
が、受光素子１４をレンズ３により近づけることによっ
て図１２（ｂ）に示すように受光スポットが大きくな
り、受光領域に反射光が入射するため物体を検出するこ
とができる。この場合に受光素子１４は前述の式（１
２）を満たす範囲内で移動させることができる。

【００３２】又投光素子１３とレンズ３との距離自体を
変化させることによっても距離Ｌ_a，Ｌ_b が変化するた
め、検出物体の位置が一定での受光面での受光スポット
径が変化する。従って投光素子自体を移動させても設定
距離を調整することができる。この場合も受光素子の距
離は前述した式（１２）を満足させることが必要とな
る。

【００３３】又フォトダイオードと別のマスク部材を使
用した場合には、ノイズに弱いフォトダイオードを移動
させる必要がなくなるため、ノイズ対策が容易となる。
そしてフォトダイオードを前述した式を満たす受光面上
に置き、その前面にマスク部材を配置し、マスク部材の
位置を変化させることによって距離を調整することがで
きる。例えば図１３（ａ）に示す位置にマスクＭを配置
したときには、図中実線で示すように物体が遠距離にあ
ればマスクＭに遮光される。従って図１３（ｂ）に示す
ように受光面に光が入光しない。そして所定距離を越え
て物体が近づくと、図中破線で示すように受光範囲が変
化する。従って図１３（ｃ）ではマスクＭの周囲にリン
グ状の反射光が得られ、これに基づいて物体を検出する
ことができる。そして遠方に物体がある状態でマスクＭ
を図１３（ｄ）に示すように位置ｍ１からｍ２に受光素
子１４の受光面から遠ざけると、図１３（ｅ）に示すよ
うに受光軸の中心に小さいスポットの反射光が得られ
る。このため制御出力が反転する距離を大きくするよう
に設定することができる。

【００３４】又図１４（ａ），（ｂ）に示すように、マ
スク部材をその幅を変化させることができるアコーディ
オン型マスクＭ１としてもよい。この場合には一定の位
置にマスクＭ１を配置しておいても、図１４（ｃ）に破
線で示すようにマスクＭ１の幅を広くすれば、同一距離
にある物体からの反射光は図１４（ｅ）に示すように受
光素子１４に受光されない。又図１４（ｃ）に実線で示
すようにマスクＭ１の幅を狭くすると、図１４（ｄ）に
示すように中心に狭いスポット光が得られる。このため
マスクＭ１の幅を変化させることによって距離を調整す
ることができる。又アコーディオン式のマスクに代えて
引き戸型のマスクを用いることも可能である。この場合
にはマスク部材を左右均等にすることが望ましいが、受
光面が１つの場合、左右どちらもマスクしないとスポッ
トが隠れないため、多少の偏差があっても問題なく検出
することができる。又マスクの位置を式（１２）を満た
すように配置し、受光素子１４をその後面において受光
素子１４を移動するようにしてもよい。

【００３５】次に本発明の第４の実施の形態について説
明する。図１５は２つの受光素子を用いて受光系を構成
したセンサ装置の構成を示すブロック図である。本図に
おいて投光側の回路は前述した第１の実施の形態と同様
であり、発振回路１１に投光回路１２が接続され、投光
パルスによって投光素子１３が駆動される。一方受光部
側は２つの受光素子２１，２２、例えば２分割フォトダ
イオードを有しており、夫々の出力が増幅回路２３，２
４で増幅され、減算回路２５に与えられる。減算回路２
５は一方の受光素子の受光レベルから他方の受光レベル
を減算し、減算出力を比較回路２６に与える。比較回路
２６はこうして得られた減算値を所定の閾値で比較し、
比較出力は信号処理回路２７に与えられる。信号処理回
路２７では投光パルスに応じて比較出力に基づいて物体
検知を示す制御信号を得るものであり、出力回路２８を
介して外部に出力される。

【００３６】次にこの実施の形態における受光素子２
１，２２の受光領域について説明する。図１６（ｂ）は
受光素子２１，２２の受光領域を示しており、正方形状
の受光領域内の中心の円形部を受光素子２１、その周囲
の部分を受光素子２２で受光するものとする。この場合
には図１６（ａ）に実線で示すように物体が遠方にあれ
ば内側の受光素子２１でのみ受光され、物体が近づくに
つれて破線から一点鎖線、及び図１６（ｃ）から（ｄ）
に示すように、受光スポット径が増加する。従っていず
れかの位置で内外の受光レベルが一致するため、この一
致する位置を閾値として物体検知信号を得ることができ
る。

【００３７】又図１６（ｅ）に示すようにこの状態で受
光素子２１，２２自体を受光軸の方向に移動させて距離
調整を行うことも可能である。こうすれば物体が同一位
置にあっても図１６（ｆ）又は（ｇ）に示すように、内
外の受光素子２１，２２で受光される場合と内側の受光
素子２１のみで受光される場合のように異なるため、距
離調整ができる。

【００３８】ここで図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように
内外の受光素子の形状は全体を円形又は正方形状とし、
内側の受光素子も円形や正方形にすることができる。更
に図１７（ｄ）に示すように光軸に対して２つの受光素
子２１，２２を非対称型にして大きなスポット径を有す
る物体を検出するように構成することも可能となる。又
図１７（ｅ）に示すように内側の受光素子２１の中心部
にマスク２９を用いて不感帯を設けるようにしてもよ
い。これは図４に示すように距離Ｌ_b より遠くなれば受
光スポットの径が一定となるため、この一定となる領域
を不感帯としておくことものである。こうすることによ
って両方の受光出力のアンバランスを抑えることがで
き、又検出のダイナミックレンジを拡大することが可能
となる。

【００３９】尚前述した図１５の信号処理回路では図１
６，図１７に示す受光素子２１，２２の出力を減算する
ようにしているが、２つの受光素子２１，２２の比を算
出し、その比を所定の閾値で弁別して物体検知信号とす
ることも可能である。

【００４０】図１８は本発明の第５の実施の形態による
距離測定装置の構成を示すブロック図である。この実施
の形態において投光部は前述した各実施の形態と同様で
あり、受光素子には前述した第４の実施の形態と同様に
受光素子２１，２２を用いる。受光素子２１，２２の配
置については前述した図１６及び図１７と同様である。
これらの受光素子の出力は増幅回路３１，３２で増幅さ
れる。そしてそれらの出力を加算器３３及び減算器３４
に与え、その和及び差を算出する。そしてこれらの出力
は割算回路３５に与える。割算回路３５は和と差との比
を算出するものであって、その出力は信号処理回路３６
に与えられる。信号処理回路３６は投光パルスに応じて
割算出力をＶ／Ｉ変換器３７に出力する。Ｖ／Ｉ変換器
３７は得られた割算出力を距離信号に変換して出力する
ものである。こうすれば２つの受光素子を用いて距離信
号を得ることができる。

【００４１】図１９は本発明の第６の実施の形態による
距離測定装置の構成を示すブロック図である。この実施
の形態において投光部は前述した各実施の形態と同様で
あり、受光部には受光素子として光重心位置検出素子
（以下、ＰＳＤという）４１を用いる。図２０（ａ）は
このＰＳＤ４１の配置を示しており、ＰＳＤ４１の受光
部の端部を受光軸の中心と一致させ、その長手方向を受
光軸と垂直になるように配置しておく。そしてＰＳＤ４
１の両端に得られる電流出力Ｉａ及びＩｂを、Ｉ／Ｖ変
換器４２及び４３によって電圧信号Ｖａ及びＶｂに変換
する。Ｉ／Ｖ変換器４２，４３の出力は加算器４４及び
減算器４５に与え、その和及び差を算出する。そしてこ
れらの出力は割算回路４６に与える。割算回路４６は次
式（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）を算出するものであ
って、その出力は信号処理回路４７に与えられる。信号
処理回路４７は投光パルスに応じて割算出力をＶ／Ｉ変
換器４８に出力する。Ｖ／Ｉ変換器４８は得られた割算
出力を距離信号に変換して出力するものである。

【００４２】次にこの実施の形態の動作について説明す
る。受光素子であるＰＳＤ４１は前述した各実施の形態
の受光素子の位置と同一の位置に配置しておく。こうす
れば物体が遠方にあればその反射光は実線及び図２０
（ｂ）に示すように受光軸に近い部分のみに反射光が入
光する。又物体がこれより接近すると、破線及び一点鎖
線で示すように受光スポットが徐々に大きくなる。従っ
て図２０（ｃ）及び（ｄ）に示すようにＰＳＤ４１に受
光される受光領域が拡大する。従って矢印で示す光の重
心位置が受光軸から離れた端部側に移動することとな
り、検出物体までの距離に対するアナログ信号を出力す
ることができる。このために割算回路４６の出力をテー
ブルを用いて距離信号に変換してもよい。この場合には
物体の反射率にかかわらずその比に基づいて距離を検出
するため、反射率の影響を受けずに距離情報を得ること
ができる。又図１９に破線で囲んだ加算回路４４及び減
算回路４５を用いることなく、Ｉ／Ｖ変換器４２，４３
の出力を直接割算回路４６に入力し、割算するようにし
てもよい。更にここで得られたアナログ信号を所定のレ
ベルで弁別する比較器を設け、所定距離の遠近によって
制御信号を出力する距離設定型の光電スイッチとするこ
ともできることはいうまでもない。

【００４３】又この実施の形態で受光素子であるＰＳＤ
４１の端部を受光軸に一致させるようにしているが、図
２０（ｅ）に示すように受光軸をＰＳＤ４１の端部から
少し隔てて配置してもよい。この場合レンズ３から物体
までの距離ＬがＬ_b を越えて受光スポットの径が一定と
なる受光スポットの端部に相当する分だけ離して配置す
る。こうすれば図２０（ｆ）〜（ｈ）に示すように物体
までの距離に対する受光スポット径の変化分をより高感
度で検出することができる。

【００４４】次に本発明の第７の実施の形態について説
明する。第７の実施の形態では受光素子として１次元の
受光センサ、例えばＣＣＤやフォトダイオードアレイを
配置することによってスポット径を検出するようにした
ものである。この場合には図２１（ａ）に示すようにＰ
ＳＤ４１と同様に１次元ラインセンサ、例えばＣＣＤ５
１をその端部と受光軸とを一致させるように配置する。
この場合には物体の距離に応じてＣＣＤ５１と破線で示
す受光スポットとの関係が図２１（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に示すように変化する。又図２１（ｅ）に示すよ
うにＣＣＤ５１の中心を受光軸と一致させるようにして
もよい。この場合も図２１（ｅ），（ｆ），（ｈ）に示
すように、物体までの距離に応じて１次元ラインセンサ
であるＣＣＤ５１上に得られる画像が変化する。従って
図２２（ａ）に示すように所定の閾値でその受光レベル
を弁別することによって、受光スポット径、即ち物体ま
での距離を検出することができる。又図２２（ｂ）に示
すように各画素のうち最大受光量を得た画素の受光量Ｍ
ＡＸに対して一定の割合の受光量を有する画素数を計数
することによって、検出物体の反射率の影響を受けるこ
となくスポット径を検出することができる。又一端を受
光軸と一致させることによって受光スポットの半径を検
出することができ、半径から同様にして物体までの距離
を検出することができる。

【００４５】尚この実施の形態では１次元のＣＣＤライ
ンセンサを用いているが、２次元のＣＣＤラインセンサ
や１又は２次元の受光素子アレイでもよい。受光素子や
アレイでは素子数を計数することによって同様の効果が
得られる。

【００４６】次に本発明の第８の実施の形態について説
明する。この実施の形態は受光素子の配置位置に光ファ
イバを設けて受光素子１４に導くようにしたものであ
る。図２３はその光学系部分を示しており、第１の実施
の形態による受光素子の位置に複数の光ファイバ６１を
設け、光ファイバ６１の他端に受光素子１４を配置す
る。その他の構成については前述した第１の実施の形態
と同様とする。こうすれば中心に不感領域を有する受光
部を構成することができ、センサ装置を構成することが
できる。

【００４７】又投受光部の双方に光ファイバを用いるこ
ともできる。図２４は第９の実施の形態によるセンサ装
置の光学系の断面図を示すものである。本図に示すよう
に中心に投光用光ファイバ６２を配置し、その周囲に環
状に多数の受光用光ファイバ６３の受光面を配置して光
学系を構成することもできる。この場合には投光用光フ
ァイバ６２の投光面よりレンズ３に近い位置に受光用光
ファイバ６３の入射端面を配置し、且つ投光用光ファイ
バ６２の光の開口ＮＡの外側に受光用光ファイバ６３を
配置する。この場合にも中心に不感帯領域を有する受光
手段を構成することができる。又受光用光ファイバをレ
ンズの光軸から距離が異なる２つの光ファイバ群に分
け、夫々の光ファイバ群を別の受光素子に入光させるよ
うにすれば、前述した２分割フォトダイオードに代えて
距離測定装置を構成することができる。この場合にも両
者の差又は比をとることによって、検出物体の反射率の
影響をなくするように構成することが可能となる。

【００４８】次に本発明の第１０の実施の形態について
説明する。前述した実施の形態では投受光用光ファイバ
の端面を異ならせる必要があり、構造が複雑となる。そ
こで図２５に示す実施の形態では投光用光ファイバ６２
と受光用光ファイバ６３とを同一端面とし、投光用光フ
ァイバ６２の前面に凸レンズ６４を配置する。こうすれ
ば投受光用の光ファイバ６２，６３の端面を同一面とし
ても光学的に投光素子の投光面を受光素子の端面より遠
ざけることができ、前述した実施の形態と同様の効果が
得られる。又多芯型の光ファイバとＣＣＤを用い各光フ
ァイバをＣＣＤの画素に１：１に対応させるようにする
と、前述したＣＣＤでの計測と同様にスポット径を計測
することができ、物体までの距離を測定することができ
る。

【００４９】このように光ファイバを用いた場合にはハ
ーフミラーを用いることなく、投受光を分離することが
でき、光学系を簡略化することができる。又信号処理部
とヘッド部とを分離することができ、ヘッド部では電気
部品を取り除くことができるため、防爆型となり、又小
型化を図ることが可能となる。更にノイズ源と受光素子
とを分離できるため、動作時の安定性を向上させること
ができる。

【００５０】次に本発明の第１１の実施の形態について
説明する。この実施の形態は図２６に示すように投光素
子１３の外周部分にレンズ３に近づけて投光素子の光ビ
ームにかからないように光重心位置検出素子（ＰＳＤ）
４１や１次元ラインセンサであるＣＣＤ５１を配置した
ものである。こうすればハーフミラー等の光分割手段を
用いることなく光学系を構成することができる。そのた
め光の利用効率が向上し、又レンズの直径内に全ての光
学部品を収めることができるため、ヘッド部の狭いスペ
ースに光学部品を収納することが可能となる。

【００５１】次に本発明の第１２の実施の形態について
説明する。前述した実施の形態では投受光を分割するた
めにハーフミラーを用いているが、この実施の形態では
図２７に示すようにハーフミラーに代えて偏光ビームス
プリッタを用いて正反射光の影響を除去するようにした
ものである。検出物体が拡散面であれば反射光はランダ
ムな方向に反射され、偏光状態も保存されないので検出
物体面に入射したスポット光を仮想光源と見なすことが
できる。しかし検出物体が鏡面の場合、反射光は入射光
の角度を保ったまま反射され、偏光状態も保存される。
このように拡散光とは異なった振る舞いをするため、受
光面での受光スポット径が異なる場合がある。又検出物
体が投光軸に対して垂直でないと反射光は光軸からずれ
てしまうため、受光面でのスポットの中心はレンズ光軸
からずれてしまい、誤動作の原因となる。従って図２７
（ａ）に示すようにハーフミラー２に代えて偏光ビーム
スプリッタ７１を配置する。そして前述した実施の形態
と同様に投光素子１３、例えば発光ダイオードからラン
ダムな光を投光すると、ビームスプリッタ６１によって
いずれか一方の偏光、例えばＰ偏光成分のみが透過し、
レンズ３を通って検出物体側に照射される。検出物体で
反射された光はレンズ３及び偏光ビームスプリッタ７１
を透過又は反射し、Ｓ偏光成分のみが受光素子１４に得
られる。反射光が正反射光であればその偏光状態が保存
されているため、偏光ビームスプリッタ７１を透過し受
光面には到達しない。しかし反射光が拡散反射光であれ
ば偏光が保存されていないため、反射光の一部は受光面
に達する。従ってハーフミラーに代えて偏光ビームスプ
リッタ７１を用いることによって容易に正反射光の影響
を除去し、誤動作を抑えることができる。この実施の形
態では投受光素子１３，１４の前面に夫々Ｐ偏光，Ｓ偏
光成分のみを透過させる偏光フィルタを設けておくこと
が好ましい。

【００５２】又図２７（ｂ）に示すように従来の受光素
子１４の位置に中心に開口を有する受光素子７２を設
け、投光素子１３の外周部にＰ偏光成分を受光する第２
の受光素子７３を設け、２つの受光素子の受光レベルの
比を算出することによって、検出物体が拡散反射物体
か、正反射物体かを識別することができる。即ち正反射
体であれば投光素子の近傍の第２の受光素子７３のみに
光が受光されることとなり、拡散反射体であれば２つの
受光素子７２，７３の受光レベルがほぼ等しくなるた
め、距離と検出物体の表面状態とを同時に知ることがで
きる。この実施の形態においても投光素子１３の前面に
Ｐ偏光成分を透過させる偏光フィルタを設け、第１，第
２の受光素子７２，７３の前面に夫々Ｓ偏光成分，Ｐ偏
光成分のみを透過させる偏光フィルタを設けておくこと
が好ましい。

【００５３】次に本発明の第１３の実施の形態について
図２８〜図３１を用いて説明する。この実施の形態では
図２８に示すように、中心に円形の受光領域の受光素子
２１，その周囲に円形又は方形の受光領域を有する受光
素子２２を設ける。この場合には図１７に示す第４又は
第５の実施の形態による距離測定装置と異なり、検出物
体までの距離Ｌ≧Ｌｂと遠いときに一定となるスポット
径を受光素子２１の径と同一、又は図中破線で示すよう
にわずかに大きい径となるように受光素子の受光領域を
選択しておくものとする。図２８の受光素子２１，２２
は図２９に示すように増幅回路３１，３２に接続され、
夫々の出力は増幅されて加算回路３３に入力される。加
算回路３３はその加算値を割算回路３５に与える。又一
方の受光素子２１の出力を増幅する増幅回路３１の出力
は割算回路３５にも与えられる。割算回路３５は中心の
受光領域の受光量を２つの受光素子の受光レベルの加算
値で割算するものであり、その出力は信号処理回路３６
に与えられる。その他の構成は前述した第４，第５の実
施の形態と同様である。この場合には検出物体までの距
離に対して夫々受光素子２１，２２の受光レベルは図３
０（ａ）に示すように変化し、その割算結果は図３０
（ｂ）の曲線Ａのようになる。即ち検出物体までの距離
Ｌに対する演算結果は直線に近く、リニアリティが向上
するため、その直線性補正も容易となる。又第４の実施
の形態と異なり減算しないため、演算結果は負となるこ
とがなく、後の処理が容易となる。更に検出物体が設定
距離よりも遠近いずれにあるか判別するセンサ装置とす
る際にその設定距離を変更する場合にも、リニアリティ
を調整した後の任意のレベルに閾値を設定することによ
って、設定距離の調整を容易に行うことができる。

【００５４】図３１は本発明の第１４の実施の形態によ
る距離測定装置の構成を示すブロック図であり、前述し
た第１３の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳
細な説明を省略する。この実施の形態においても図２８
と同様に、Ｌ≧Ｌｂで受光スポットが一定となる径を内
側の受光素子２１の径と同一又はこれよりわずかに大き
い径とする。図３１において受光素子２１，２２の出力
は夫々増幅回路３１，３２で増幅され、夫々の出力が割
算回路３５に与えられる。割算回路３５は中央の受光レ
ベルを周囲の受光レベルで演算するものであり、その出
力は信号処理回路３６に与えられる。この場合には割算
結果は図３０（ｂ）の曲線Ｂに示すように変化する。こ
の場合も直線性補正が容易となる。又演算結果が負にな
ることがなく、演算処理回路を簡略化することができ
る。

【００５５】尚前述した各実施の形態において投光素子
１３に発光ダイオードを用いた場合には、発光ダイオー
ドのボンディングワイヤや横又後ろ方向の光を前面に反
射させるパラボラ等の影が検出物体面上で見えたりその
影響がスポット形状に表れることが考えられる。このよ
うな場合受光スポット径をＰＳＤ又はＣＣＤで検出する
際、重心位置が移動したり受光量の最大となる画素が受
光スポットの中心からずれる可能性がある。そこで図３
２（ａ）に示すように第１５の実施の形態を発光ダイオ
ードからの出射光をレンズ８１により集光し、その焦点
付近にピンホールや開口８２を有する遮光板８３を設け
る。そしてピンホール等の位置を仮想投光面とすると、
発光ダイオード等の形状による影響を取り除くことがで
きる。又図３２（ｂ）に示すようにレンズで集光した位
置に拡散板８４を置き、拡散板８４を仮想投光面として
もよい。こうすれば、遮蔽板８３を用いる場合に比べて
光の利用効率を高めることができる。

【００５６】さて図４に示すように検出物体が近距離、
例えばＬ＜Ｌ_b ／３に存在すると受光面でのスポット径
Ｄはレンズ３の径ｄより大きくなり、受光素子１４でそ
の全てをカバーすることが難しくなる。又受光スポット
径が大きくなると、単位面積当たりの入射光束が少なく
なり、受光素子面での受光信号が低下し、入光状態か遮
光状態の区別がつきにくくなる。図３３（ａ）に示す第
１６の実施の形態はこのような問題点を解決するもので
あって、広がった受光軸を受光面に集束させるための鏡
を受光面の外周部に配置したものである。このような鏡
として図３３（ｂ）に斜視部を示すように、円錐体の内
壁を反射面として円錐の中心軸から傾けて切断した形状
を有する台円錐形状の鏡筒９１を用いる。又反射面は鏡
面であってもよく、又反射率の高い拡散面であってもよ
い。拡散面とすれば受光面での入射量を平均化すること
ができる。こうすれば外側に広がる光を受光面に入射さ
せることができ、近距離での受光量を向上させることが
できる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
１〜６の発明によれば、三角測距法のように死角を生じ
ることなく小さな孔等を経て物体までの所定距離までの
物体が存在するかどうかを判別することができる。又請
求項４，５の発明では、物体までの距離を判別すること
ができる。従って検出部を小型化することができ、セン
サ自体を小型化することも可能となる。又検出範囲より
遠距離に物体がある場合にもスポット径が変化しないた
め、検出物体のエッジの影響を受けることがなく、誤動
作を生じることがない。又簡単な光学系で実現できるた
め、光ピックアップのように多数の光学部品を必要とせ
ず、又可動部を設ける必要がなく、安価で組立構成が容
易となる。又焦点面を使用しないため、投光素子として
発光ダイオード等を用いることができる。更に距離測定
時には集束光を用いるため、遠距離の小さな物体を検出
することができ、受光面で焦点合わせをする必要がない
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサ装置及び距離測定装置の光学系
の基本構成を示す図である。

【図２】この光学系による検出物体までの距離と受光ス
ポット径の関係を示す図である。

【図３】この光学系の検出物体までの距離に対する受光
スポット径の変化を示すグラフである。

【図４】検出物体までの距離に対する受光スポット径の
変化を示すシミュレーション結果を示すグラフである。

【図５】本発明の第１の実施の形態によるセンサ装置の
受光部と受光スポット径の関係を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態によるセンサ装置の
構成を示すブロック図である。

【図７】この実施の形態による物体までの距離に対する
受光レベルの変化を示すグラフである。

【図８】本発明の第２の実施の形態によるセンサ装置の
受光径と受光スポット径の関係を示す図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態によるセンサ装置の
受光部とマスク装置を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態によるセンサ装置
の受光素子の配置と受光回路を示す回路図である。

【図１１】本発明の第１〜３の実施の形態によるセンサ
装置の受光素子の位置と受光スポット径との関係を示す
図である。

【図１２】本発明の第１〜３の実施の形態によるセンサ
装置の受光素子の位置と受光スポット径との関係を示す
図である。

【図１３】本発明の第１〜３の実施の形態によるマスク
部材と受光スポット径の関係を示す図である。

【図１４】本発明の第１〜３の実施の形態によるマスク
部材と受光スポット径の関係を示す図である。

【図１５】本発明の第４の実施の形態によるセンサ装置
の構成を示すブロック図である。

【図１６】本発明の第４の実施の形態によるセンサ装置
の受光素子と受光スポット径の関係を示す図である。

【図１７】本発明の第４の実施の形態によるセンサ装置
の受光素子と受光スポット径の関係を示す図である。

【図１８】本発明の第５の実施の形態による距離測定装
置の構成を示すブロック図である。

【図１９】本発明の第６の実施の形態による距離測定装
置の構成を示すブロック図である。

【図２０】本発明の第６の実施の形態による距離測定装
置のＰＳＤと受光スポット径の関係を示す図である。

【図２１】本発明の第７の実施の形態による距離測定装
置のＣＣＤと受光スポット径の関係を示す図である。

【図２２】本発明の第７の実施の形態によるセンサ装置
のＣＣＤの位置に対する受光強度の変化を示すグラフで
ある。

【図２３】本発明の第８の実施の形態によるセンサ装置
の受光素子と受光スポット径の関係を示す図である。

【図２４】本発明の第９の実施の形態によるセンサ装置
の光学系の構成を示す断面図及び側面図である。

【図２５】本発明の第１０の実施の形態によるセンサ装
置の光学系の構成を示す断面図及び側面図である。

【図２６】本発明の第１１の実施の形態によるセンサ装
置の光学系の構成を示す図である。

【図２７】本発明の第１２の実施の形態によるセンサ装
置の光学系の構成を示す図である。

【図２８】本発明の第１３，第１４の実施の形態による
受光素子と受光領域を示す図である。

【図２９】本発明の第１３の実施の形態による距離測定
装置の構成を示すブロック図である。

【図３０】本発明の第１３，第１４の実施の形態による
受光素子の受光レベルの距離に対する変化及び割算結果
を示すグラフである。

【図３１】本発明の第１４の実施の形態による距離測定
装置の構成を示すブロック図である。

【図３２】本発明の第１５の実施の形態によるセンサ装
置の光学系の構成を示す図である。

【図３３】本発明の第１６の実施の形態によるセンサ装
置の光学系の構成を示す図である。

【図３４】従来の三角測距型の距離測定装置の構成を示
す概略図である。

【図３５】従来の投受光軸を同軸とした変位測定装置の
構成を示す図である。

【図３６】従来の光学変位計における物体までの距離と
受光スポットとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ハーフミラー ３ レンズ ４ 検出物体 ５ 受光部 ６，６ａ，６ｂ 受光領域 ７，７ａ，７ｂ 不感帯 ８ 受光スポット １１ 発振回路 １２ 投光回路 １３ 投光素子 １４，２１，２２，６２，６３ 受光素子 １５ 受光回路 １６，３６，４７ 信号処理回路 １７ 出力回路 ２３，３１，３２ 増幅回路 ２５ 減算回路 ２６ 比較回路 ３３，４４ 加算器 ３４，４５ 減算器 ３５，４６ 割算回路 ３７，４８ Ｖ／Ｉ変換器 ４１ ＰＳＤ ４２，４３ Ｉ／Ｖ変換器 ５１ ＣＣＤ ６１〜５３ 光ファイバ ６４ 投光レンズ ７１ 偏光ビームスプリッタ ８２ ピンホール ８３ 遮蔽板 ８４ 拡散板 ９１ 鏡筒

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光手段と、 前記投光手段より出射された光を検知領域に集束すると
   共に、検知領域にある物体からの反射光を投光軸と同軸
   に集光するレンズと、 前記レンズを介して集光された物体からの反射光を受光
   する受光手段と、 前記受光手段によって受光される受光レベルに基づいて
   検知領域にある物体を判別する信号処理手段と、を有
   し、 前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前記レ
   ンズから出射光の検知領域の集束点までの距離をＬ_b 、
   前記レンズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レンズ
   の焦点距離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２
   となるように各光学部品を配置することを特徴とするセ
   ンサ装置。
2. 【請求項２】 前記受光手段は、検知領域にある物体ま
   での距離に応じて一意に定まる受光スポット径の大きさ
   によってその受光領域に入射するか否かが変化するよう
   に受光領域を配置したものであり、 前記信号処理手段は、前記受光手段に受光信号が得られ
   るかどうかによって所定範囲内に物体が存在するかどう
   かを識別するものであることを特徴とする請求項１記載
   のセンサ装置。
3. 【請求項３】 前記受光手段は、受光スポット径によっ
   て受光レベルが変化する２つの受光素子を有し、夫々の
   受光素子からの受光レベルを出力するものであり、 前記信号処理手段は、前記受光手段の２つの受光信号に
   基づいて２つの受光レベルが所定のレベルとなったとき
   にその制御出力を反転させるものであることを特徴とす
   る請求項１又は２記載のセンサ装置。
4. 【請求項４】 投光手段と、 前記投光手段より出射された光を検知領域に集束すると
   共に、検知領域にある物体からの反射光を投光軸と同軸
   に集光するレンズと、 直線状の受光領域を有し、前記受光領域を受光軸に垂直
   に配置し、前記レンズを介して集光された物体からの反
   射光を受光して光重心を検出する位置検出素子を有する
   受光手段と、 前記位置検出素子の両端からの出力によって検出される
   光重心に基づいて物体までの距離を検出する信号処理手
   段と、を有し、 前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前記レ
   ンズから出射光の検知領域の集束点までの距離をＬ_b 、
   前記レンズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レンズ
   の焦点距離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２
   となるように各光学部品を配置することを特徴とする距
   離測定装置。
5. 【請求項５】 投光手段と、 前記投光手段より出射された光を検知領域に集束すると
   共に、検知領域にある物体からの反射光を投光軸と同軸
   に集光するレンズと、 前記レンズを介して集光された物体からの反射光を受光
   する１次元又は２次元の受光素子を有し、その一端及び
   中心のいずれか一方を受光軸に合わせるように配置した
   受光手段と、 前記受光手段の各画素が所定の受光量以上である画素数
   に基づいて検知領域にある物体までの距離を判別する信
   号処理手段と、を有し、 前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前記レ
   ンズから出射光の検知領域の集束点までの距離をＬ_b 、
   前記レンズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レンズ
   の焦点距離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２
   となるように各光学部品を配置することを特徴とする距
   離測定装置。
6. 【請求項６】 任意位置に固定されると共に、レンズを
   介して集束光として検知領域の物体に照射する投光手段
   と、 任意位置に配置されると共に、検知領域の物体からの反
   射光束を前記レンズにより投光手段の投光軸と同軸に集
   束した集束光を受光する受光手段と、 投光手段とレンズとの光路上で、且つ受光手段とレンズ
   との光路上に設けた光分岐手段と、を備え、 前記投光手段から前記レンズまでの距離をＬ_a 、前記レ
   ンズからの集束光の集束点までの距離をＬ_b 、前記レン
   ズから受光手段までの距離をＬ_d 、前記レンズの焦点距
   離をｆとすると、０＜Ｌ_d ≦（ｆ＋Ｌ_a ）／２となるよ
   うに各光学部品を配置し、 前記集束光のスポットサイズの大きさを受光手段によっ
   て検出することで、検知領域の物体までの距離情報を得
   ることを特徴とするセンサ装置。