專利名稱：光學式測距傳感器和熱水清洗坐便器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學式測距傳感器，更具體地說，涉及通過投射光并接受其反射光來檢測距測距對象的距離的光學式測距傳感器和采用它的熱水清洗坐便器。
背景技術：
目前，作為檢測距物體的距離的光學式測距傳感器，具有如下結構如圖14所示，從發光體將光投射到物體上，將其漫反射光作為點狀光，由感光元件102感光，根據該點狀光的位置檢測距物體的距離(參照特開2003-156328號公報)。
該光學式測距傳感器100如圖14所示，包括用于將光投射到測距對象的發光元件101；將所投射的光聚光的投光用聚光機構103；將由測距對象反射的反射光聚光的感光用聚光機構104；接受通過感光用聚光機構104聚光的反射光的感光元件102。
上述發光元件101為發光二極管等光源，從發光元件101射出的光束由設置于射出部前方的光路上的投光用聚光機構103聚光，被投射到測距對象。
上述感光元件102為PSD(Position Sensitive Device位置檢測元件)，通過測距對象擴散反射的反射光由設置于感光面102a的前方的感光用聚光機構104聚光，被導向感光面102a。
上述PSD由位于平板硅的表面的高電阻率的p-層，位于背面的n+層，以及位于中間的i層這3層構成，在光斑照射到PSD的表面上時，產生的電荷(載流子)通過電阻層(p-層)，按照與光的入射位置和取出電極115，116的距離成反比的方式分割，從相應的電極115，116，作為電流而取出。
另外，在上述PSD中，所安裝的電極115，116之間的電阻區域(p-層)形成圖16的120所示的鋸齒狀的圖案，以使表面電阻層(p-層)的電阻率如圖15所示為均勻分布。
在上述結構的光學式測距傳感器100中，從發光元件101射出的光通過投光用聚光機構103，投射到測距對象，由測距對象擴散反射的一部分的光作為通過感光用聚光機構104而被聚光的光斑，入射到感光面102a。該入射光入射到感光面102a的位置根據測距對象和光學式測距傳感器100的距離而變化。如果入射到上述感光元件102的感光面102a的光斑的入射位置從基準位置變化，則對應于該變化量，從感光元件102的兩端取出的信號電流I1和I2變化。從上述感光元件102輸出的信號電流通過控制部(未圖示)的信號處理電路，變換為輸出信號S1，S2。
S1＝I1/(I1+I2)S2＝(I1-I2)/(I1+I2)在此，I1，I2為I1＝(d+2x)·I0/2dI2＝(d-2x)·I0/2d其中，dPSD(102)的感光面的光斑的移動范圍，I0全光電流(I1+I2)，x從PSD(102)的中心到光斑的入射位置的距離。
另外，根據作為三角測距原理的下述公式，x＝(A·f)/D其中，A投光用聚光機構103的光軸和感光用聚光機構104的光軸的距離(基準線長度)，f感光用聚光機構104的焦距，D從可測距的范圍L的中心到測距對象的位置的距離。
輸出信號SI或S2如下述定義S1＝(2x+d)/2d＝[{(A·f/D)-B}/d]+1/2S2＝2x/d＝2{(A·f/D)-B}/d，其中，B表示從感光用聚光機構104的光軸到PSD(102)的中心的距離，X表示從感光用聚光機構104的光軸到PSD(102)上的光斑的入射位置的距離，此時，具有X＝B+x的關系。
圖17表示上述光學式測距傳感器100中相對于距測距對象的距離輸出信號的變化的一個實例。如圖17所示，光學式測距傳感器100的輸出信號的變化基本上根據上述輸出信號SI或輸出信號S2的公式，與距測距對象的距離成反比。即，由于基本上隨著距測距對象的距離的增加，感光元件102的感光面102a上的光斑的位置變化變小，與之相伴的輸出的變化也變少。另一方面，在距測距對象的距離為近距離的場合，由于反射光的光斑脫離感光面，故所接受的光量急速減少，與之相伴的傳感器的輸出也急速減少。一般，在光學式測距傳感器中，以反射光的光斑在感光面上的區域，即，輸出信號與距測距對象的距離成反比的區域作為測距范圍。
在上述現有的光學式測距傳感器100中，由于輸出信號與距測距對象的距離成反比，故存在距測距對象的距離越大，輸出信號S1，S2的變化量越小，測距精度越低的問題。為此，在遠距離且要求測距精度的應用場合，無法利用光學式測距傳感器可檢測的測距范圍的全部區域，必須限定測距范圍。
于是，在(日本)特開2003-156328號公報中，如圖18所示，提出有通過兩個發光元件與1個感光元件，具有兩個可測距的距離的光學式測距傳感器200。在圖18中，211，212表示發光元件，213表示感光元件，213a表示感光面，214表示投光用聚光機構，215表示投光用聚光機構，216表示感光用聚光機構。在該光學式測距傳感器200中，若近位側的可測距的距離表示為L1，遠位置側的可測距的距離表示為L2，感光元件213和發光元件212的基準線長度表示為A1，感光元件213和發光元件211的基準線長度表示為A2，則通過，L1＝(A1·f)/xL2＝(A2·f)/x得到L1∶L2＝A1/x∶A2/x。
由此，在近位側和遠位側這兩者的測距范圍內檢測距物體的距離。
但是，上述光學式測距傳感器200具有下述的問題，即，必須有兩個發光元件211，212和投光用聚光機構214，215，與現有的光學式測距傳感器100相比較，結構復雜，尺寸增加。另外，上述光學式測距傳感器200具有在近位側和遠位側中間的測距范圍內測距精度降低的問題。
另外，在(日本)特開平5-5619號公報中，提出有如圖19所示的、PSD的電阻區域(p-層)的電阻值的分布與距PSD的一端的距離成比例的結構。例如，如圖20的220所示，通過形成PSD的感光面的電阻區域(p-層)，對從電極215，216輸出的電流I1，I2進行對數變換，取其差值的方法，可獲得與距測定對象的距離的平方成比例的輸出信號，可擴大測定的動態范圍。
但是，在上述PSD中，具有近位側和遠位側的測距精度不一定的問題。
發明內容
在此，本發明的課題在于提供一種光學式測距傳感器和采用它的熱水清洗坐便器，該光學式測距傳感器在與現有的光學式測距傳感器相比較，在不改變尺寸的情況下，以簡單的結構，可在較寬的測距范圍內正確地獲得與距測距對象的距離成比例的輸出信號，可在較寬的測距范圍的全部區域內使測距精度均一。
為了解決上述課題，本發明的光學式測距傳感器為光學式的三角測距方式的光學式測距傳感器，其特征在于，包括射出光的發光元件；投光用聚光機構，其將從上述發光元件射出的光聚光并照射到測距對象上；感光用聚光機構，其將來自上述測距對象的反射光聚光；感光元件，其設置為感光面與從上述發光元件射出的光的光軸相垂直，接受通過上述感光用聚光機構聚光的上述反射光；上述感光元件包括沿將上述發光元件和上述感光元件連接的基準線在上述感光面上相隔規定間距設置的兩個電極，和設置于上述兩個電極之間的電阻區域；在入射到上述感光元件的上述感光面的光的入射位置產生的電荷形成光電流，通過上述電阻區域，從上述兩個電極輸出；并且上述感光元件的上述電阻區域的電阻值以與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
根據上述結構的光學式測距傳感器，從上述發光元件射出的光通過投光用聚光機構投射到測距對象，由測距對象擴散反射，其反射光的一部分由感光用聚光機構聚光，入射到發光元件的感光面，形成光斑。該感光元件的感光面上的光斑的位置根據測距對象和該光學式測距傳感器的距離而變化。在入射到上述感光元件的感光面的光的入射位置產生的電荷成為光電流，通過上述電阻區域，從上述兩個電極輸出。由此，在較寬的測距范圍內獲得與距測距對象的距離成比例的光電流。于是，在與現有的光學式測距傳感器相比較不改變尺寸的情況下，可以簡單的結構，實現在較寬的測距范圍內正確地獲得與距測距對象的距離成比例的輸出信號，在較寬的測距范圍的全部區域內測距精度勻一的光學式測距傳感器。
另外，在一個實施例的的光學式測距傳感器中，上述電阻區域呈線寬度和折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的振幅長度，上述電阻區域的電阻值以與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
根據上述實施例的光學式測距傳感器，上述感光元件的電阻區域呈線寬度和折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，通過從上述兩個電極中的一個朝向另一個改變上述折線形狀的振幅長度，可以容易地形成電阻值與從感光用聚光機構的光軸到感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的電阻區域。
此外，在一個實施例的光學式測距傳感器中，上述電阻區域呈振幅長度和線寬度基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的折返間距，上述電阻區域的電阻值按照與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
根據上述實施例的光學式測距傳感器，上述電阻區域呈振幅長度和線寬度基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，通過從上述兩個電極中的一個朝向另一個改變上述折線形狀的折返間距，可以容易地形成電阻值與從感光用聚光機構的光軸到感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的電阻區域。
還有，在一個實施例的光學式測距傳感器中，上述電阻區域呈振幅長度和折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的線寬度，上述電阻區域的電阻值按照與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
按照上述實施例的光學式測距傳感器，上述電阻區域呈振幅長度和折返的間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，通過從上述兩個電極中的一個朝向另一個改變上述折線的線寬度，可以容易地形成電阻值與從感光用聚光機構的光軸到感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的電阻區域。
再有，在一個實施例的光學式測距傳感器中，上述電阻區域為線寬度和振幅長度和折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀的半導體層，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的半導體層的雜質濃度，上述電阻區域的電阻值按照與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
根據上述實施例的光學式測距傳感器，通過從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變線寬度和振幅長度與折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀的半導體層的雜質濃度，可以容易地形成電阻值與從感光用聚光機構的光軸到感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的電阻區域。
為了解決上述課題，本發明的另一光學式測距傳感器為一種光學式測距傳感器，其通過三角測距方式檢測距測距對象的距離，其特征在于，包括發光元件；投光用聚光部，其將從上述發光元件射出的光聚光，并照射到上述測距對象；感光用聚光部，其將來自上述測距對象的反射光聚光；位置檢測感光元件，其設置為具有感光面的平面相對于從上述發光元件射出的光的光軸垂直，接受通過上述感光用聚光部聚光的上述反射光；集成電路，其進行從上述位置檢測感光元件輸出的信號的處理，并在規定時刻驅動上述發光元件；上述位置檢測感光元件的感光部被分割成沿將上述發光元件和上述位置檢測感光元件連接的基準線排列的多個感光區域；上述感光部的被分割的上述多個感光區域的電阻值不同。
根據上述結構的光學式測距傳感器，從上述發光元件射出的光通過投光用聚光部投射到測距對象上，由測距對象擴散反射，其反射光的一部分通過感光用聚光部聚光，入射到發光元件的感光面，形成光斑。上述位置檢測感光元件的感光面上的光斑的聚光位置根據測距對象和該光學式測距傳感器之間的距離而變化。在入射到上述位置檢測感光元件的感光面的光的入射位置產生的電荷形成光電流而輸出。在分割成沿將上述發光元件和位置檢測感光元件連接的基準線排列的多個感光區域的位置檢測感光元件的感光部中，針對每個感光區域適當設定電阻值，由此，可在較寬的測距范圍，獲得與距測距對象的距離成比例的光電流。于是，能夠以簡單的結構，實現在較寬的測距范圍內正確地獲得與距測距對象的距離成比例的輸出，在較寬的測距范圍的整個區域內測距精度勻一的光學式測距傳感器。另外，對于距測距對象的距離的輸出的絕對值，各個傳感器的具有差異，但是，由于獲得與距離成比例的輸出，故如果檢測某兩個點的位置的輸出，將其存儲于外部，則可檢測第3點的位置的輸出，通過上述2點的數據，在傳感器外部進行計算，由此，可正確地求出距離。
另外，在一個實施例的光學式測距傳感器中，上述位置檢測感光元件的上述感光部的分割數和上述多個感光區域的電阻值設定為與距上述測距對象的距離和上述位置檢測感光元件的輸出基本成比例。
根據上述實施例，上述位置檢測感光元件的感光部的分割數和分割的多個感光區域的電阻值設定與距測距對象的距離和位置檢測感光元件的輸出基本成比例，由此，可進一步提高測距精度。
另外，在一個實施例的光學式測距傳感器中，上述位置檢測感光元件的上述感光部的分割數為5，被分割的上述多個感光區域的面積相等，并且上述多個感光區域的電阻值的比按照從上述發光元件一側起的順序，為80∶10∶5∶3∶2。
根據上述實施例，由于上述位置檢測感光元件的感光部的分割數為5，分割的各感光區域的面積相等，并且5個感光區域的電阻值的比按照從上述發光元件側起的順序，為80∶10∶5∶3∶2，故可提高檢測距離和輸出電壓的直線性。
此外，在一個實施例的光學式測距傳感器中，其特征在于上述感光用聚光部根據距上述測距對象的距離，可沿上述位置檢測感光元件上的聚光位置移動的方向移動，通過使上述感光用聚光部移動，可改變上述位置檢測感光元件上的聚光位置。
在即使表示光學式測距傳感器的檢測距離的輸出電壓的直線性提高，但感光用聚光部和位置檢測感光元件的位置關系產生差異，來自位于規定距離的測距對象的反射光不聚光于位置檢測感光元件的感光面的規定位置的情況下，認為直線性變差。于是，根據上述實施例，形成可使感光用聚光部運動的結構，改變位于位置檢測感光元件上的聚光位置，可在規定位置形成光斑。由此，可調整感光用聚光部和位置檢測感光元件之間的位置關系的差異。
另外，本發明的熱水清洗坐便器，其特征在于裝載有權利要求6所述的光學式測距傳感器。
根據上述方案，由于通過裝載在較寬的測距范圍的整個區域內可使測距精度均一的光學式測距傳感器，相對光學式測距傳感器的距離的輸出差異小，可確實對人進行檢測，可正常地實現熱水清洗坐便器的功能。
綜上所述可知，根據本發明的光學式測距傳感器，不改變現有的光學式測距傳感器的尺寸，能夠以簡單的結構，從近距離到遠距離使測距精度均一。
根據本發明的另一光學式測距傳感器，由于可按照獲得與距離成比例的輸出的方式，檢測距位于規定的距離范圍內的測距對象的距離，故即使為位于較遠的位置的測距對象，仍可以精度良好地檢測距離。
此外，根據本發明的熱水清洗坐便器，通過裝載可在較寬的測距范圍的全部區域內測距精度均一的光學式測距傳感器，可正常地實現熱水清洗坐便器的功能。
可通過下面的具體說明和附圖充分地理解本發明。附圖僅用于進行說明，其不構成對本發明的限制。在圖中圖1為表示本發明的第1實施例的光學式測距傳感器的結構的圖；圖2為表示用作上述光學式測距傳感器的感光元件的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖；圖3為表示用作本發明的第2實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖；圖4為表示用作本發明的第3實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖；圖5為表示用作本發明的第4實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖；圖6為表示用作本發明的第5實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖；圖7為表示用于上述第1實施例的光學式測距傳感器的PSD的結構的剖視圖；圖8為表示用于上述第1實施例的光學式測距傳感器的PSD的電阻區域的電阻率分布的圖；圖9為表示本發明的光學式測距傳感器的距離和輸出信號之間的關系的圖；圖10A為本發明的一實施形式的光學式測距傳感器的正視圖；圖10B為從圖10A中的IB-IB線觀看到的上述光學式測距傳感器的剖視圖；圖11A為表示上述光學式測距傳感器的結構的圖；圖11B為用于上述光學式測距傳感器的位置檢測感光元件的感光部的平面圖；圖12A為用于說明總電阻值與距上述位置檢測感光元件的感光面左端的距離的比的圖；圖12B表示上述位置檢測感光元件的輸出特性；圖13A為表示上述光學式測距傳感器的感光用聚光部的可動結構的正視圖和剖視圖；圖13B為從圖13A中的IVB-IVB線觀看的剖面的示意圖；圖14為表示現有的光學式測距傳感器的結構的圖；圖15為表示現有的PSD的電阻區域的電阻率分布的圖；圖16為表示現有的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖；圖17為表示現有的光學式測距傳感器的距離和輸出信號之間的關系的圖；圖18為表示現有的具有多個發光元件的光學式測距傳感器的結構的圖；圖19為表示現有的PSD的電阻區域的電阻率分布的圖；圖20為表示現有的PSD的電阻區域(p-層)的圖案的形狀的圖。
具體實施例方式
下面通過圖示的實施例，對本發明的光學式測距傳感器進行更具體的說明。
(第1實施例)圖1為表示本發明的第1實施例的光學式測距傳感器的基本結構的示意圖。
該第1實施例的光學式測距傳感器10如圖1所示，包括射出光的發光元件11；投光用聚光機構13，其將從上述發光元件11射出的光聚光并照射到測距對象；感光用聚光機構14，其將來自上述測距對象(未圖示)的反射光聚光；感光元件12，其配置為感光面相對于從上述發光元件11射出的光的光軸垂直，接受通過感光用聚光機構14聚光的反射光。
上述發光元件11為發光二極管等光源，從發光元件11射出的光通過設置于射出部前方的光路上的投光用聚光機構13匯聚，投射到測距對象。
上述感光元件12為PSD(Position Sensitive Device位置檢測元件)，由測距對象擴散反射的反射光通過設置于感光面12a的前方的感光用聚光機構14匯聚，被導向感光面12a。
從上述發光元件11射出的光通過投光用聚光機構13，投射到測距對象，由測距對象擴散反射的一部分的光作為通過感光用聚光機構14而匯聚的光斑，入射到感光面12a。該入射光入射到感光面12a的位置根據測距對象和光學式測距傳感器10的距離變化。如果入射到感光面12a中的光斑的入射位置從基準位置(感光面12a的中心)變化，則對應于該變化量，從感光元件12的兩端取出的信號電流I1和I2變化。接著，從上述感光元件12輸出的信號電流通過控制部(未圖示)的信號處理電路，變換為輸出信號。
圖2表示用作上述實施例1的光學式測距傳感器的感光元件12的PSD的感光面。
如圖2所示，該PSD為應用硅光電二極管的光斑位置檢測用傳感器，獲得連續的電信號。
上述第1實施例的光學式測距傳感器的PSD如圖7的剖視圖所示，在硅襯底表面上依次擴散生長n+層31，i層32，然后，在i層32上形成具有規定的圖案的p-層33，在n+層31的背面側，形成背面電極30。另外，在i層32上以規定間距而形成第1，第2電極15，16。通過p-層33，將第1，第2電極15，16之間連接。
如圖2所示，由上述電阻層(p-層33)形成的電阻區域21設定為在第1電極15和第2電極16之間，如圖8所示，電阻值與從感光用聚光機構14的光軸到感光面12a的光斑的入射位置的距離成反比。
上述電阻區域21通過一般的半導體硅工藝的光刻工序，通過構圖處理而形成。
在上述結構的光學式測距傳感器的PSD中，如果光斑入射到PSD的感光面12a，則在光斑入射的位置，通過光電轉換產生與光能量成比例的電荷。形成的電荷作為光電流通過電阻層(p-層33)從第1，第2電極15，16分別輸出。
此時，由于表面的電阻層(p-層33)的電阻值按照在第1，第2電極15，16之間，與距感光用聚光機構14的光軸的距離成反比的方式設定，故從各第1，第2電極15，16輸出的光電流I1，I2，與從感光用聚光機構14的光軸到PSD(12)上的光斑的入射位置的距離X(參照圖1)的關系通過下述式計算。
第1，第2電極15，16之間的電阻值由R表示。由于該電阻值按照與從感光用聚光機構14的光軸到感光面12a的光斑的入射位置的距離成反比的方式設定，故在感光用聚光機構14的光軸和感光面12a的光斑的入射位置之間的電阻值由R1表示，感光面12a的光斑的入射位置和第2電極16之間的電阻值由R2表示時，則R1＝α/X，R2＝R-R1＝R-α/X。
在這里，α為任意的常數。
由于光電流I1流過電阻R1時產生的電位差與光電流I2流過電阻R2時產生的電位差相等，故I1·R1＝I2·R2I1·α/X＝I2·(R-α/X)。
如果采用I1+I2＝I的關系對上述式進行整理，則I1＝(1-α/(R·X))·II2＝α·I/(R·X)，流向第1，第2電極15，16的電流I1，I2成為分別與距離X成反比的關系。
按照三角測距的原理(相似形)，從感光用聚光機構14的光軸到PSD(12)上的光斑的入射位置的距離X與到測距對象的位置的距離L之間，如下式所示具有反比的關系。
X＝(A·f)/LA投光用聚光機構13的光軸和感光用聚光機構14的光軸的距離(基準線長度)；f感光用聚光機構14的焦距；L距測距對象的位置的距離；通過上述兩個公式，光電流I如下式所示，具有與距測距對象的位置的距離L成正比的關系。
I∝L(A·f)第1，第2電極15，16之間的電阻值如上所述，形成為與距感光用聚光機構14的光軸的距離X成反比的關系，由此，從光學式測距傳感器輸出的光信號I如圖9所示，為與PSD的入射點位置成比例的值。
這樣，在距測距對象的位置的距離短的場合和長的場合中任一種場合，都能獲得以一定的比例變化的輸出，故可實現在較寬的距離范圍內，精度高的光學式測距傳感器。
(第2實施例)圖3為表示用作本發明的第2實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的感光面。另外，該第2實施例的光學式測距傳感器除了PSD以外，采用與第1實施例的光學式測距傳感器相同的結構，引用圖1，而省略說明。
如圖3所示，該第2實施例的光學式測距傳感器的PSD以p-層形成呈鋸齒狀彎曲的折線形狀的電阻區域22。該電阻區域22被設計為折線的線寬和折返間距為一定，使振幅長度變化，第1，第2電極15，16之間的電阻值與距感光用聚光機構14的光軸的距離成反比。
通過從上述第1電極15朝向第2電極16電阻區域22的電阻值變小，在PSD的感光面的第1電極15側(電阻區域22的電阻值大的一側)，可相對由于測距對象的變化量而產生的光斑的移動量增加輸出電流的變化量，因此，可提高測距對象的位置位于遠距離的場合的測距精度。
(第3實施例)圖4表示用作本發明的第3實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的感光面。另外，該第3實施例的光學式測距傳感器除了PSD以外，采用與第1實施例的光學式測距傳感器相同的結構，引用圖1，省略其說明。
如圖4所示，該第3實施例的光學式測距傳感器PSD由p-層形成呈鋸齒狀彎曲的折線形狀的電阻區域23。該電阻區域23被設定為折線的線寬度，振幅長度為一定，使折返間距變化，第1，第2電極15，16之間的電阻值與距感光用聚光機構14的光軸的距離成反比。
在上述光學式測距傳感器的PSD中，為了有效地取出光電流，優選光斑入射到電阻區域23附近。
如果采用圖3所示的第2實施例的光學式測距傳感器，則調整用于感光用聚光機構14的光學透鏡，通過將光斑的尺寸縮小，可獲得輸出精度，但是必須在裝配時進行光斑的位置調整。
相對于此，根據圖4所示的第3實施例的光學式測距傳感器，則可提供不必將光斑的尺寸縮小，不需要裝配時的調整的，更加簡單且精度高的光學式測距傳感器。
(第4實施例)圖5表示用作本發明的第4實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的感光面。另外，該第4實施例的光學式測距傳感器除了PSD以外，與第1實施例的光學式測距傳感器的結構相同，引用圖1，省略其說明。
如圖5所示，該第4實施例的光學式測距傳感器PSD由p-層形成呈鋸齒狀彎曲的折線形狀的電阻區域24。該電阻區域24設定為折線的振幅寬度和折返間距為一定，改變線寬度，第1，第2電極15，16之間的電阻值與距感光用聚光機構14的光軸的距離成反比。
在上述光學式測距傳感器PSD中，為了有效地取出光電流，優選光斑入射到電阻區域附近。
如果采用圖4所示的第3實施例的光學式測距傳感器，由于呈折線形狀的電阻區域23的反復間距在第2電極16一側較寬，故取出光電流的效率不均勻，測距精度降低。
相對于此，如果采用圖5所述的第4實施例的光學式測距傳感器，由于電阻區域23的反復間距為一定，故可在第1，第2電極15，16之間均勻地取出光電流，可提供測距精度均一的光學式測距傳感器。
(第5實施例)圖6表示用作本發明的第5實施例的光學式測距傳感器的感光元件的PSD的感光面。另外，該第5實施例的光學式測距傳感器除了PSD以外，其結構與第1實施例的光學式測距傳感器的結構相同，引用圖1，省略其說明。
如圖6所示，該第5實施例的光學式測距傳感器PSD由p-層形成呈鋸齒狀彎曲的折線形狀的電阻區域25。該電阻區域25設定為折線的振幅長度、折返間距及線寬度為一定，改變電阻區域24(p-層)的雜質濃度，第1，第2電極15，16之間的電阻值與距感光用聚光機構14的光軸的距離成反比。
在上述光學式測距傳感器PSD中，為了有效地取出光電流，優選光斑入射到電阻區域25附近。
如果采用圖5所示的第4實施例的光學式測距傳感器，由于呈折線形狀的電阻區域24的線寬度在第2電極16一側較粗，故取出光電流的效率不均勻，測距精度降低。
相對于此，如果采用圖6所示的第5實施例的光學式測距傳感器，由于電阻區域25的線寬度為一定，故可在第1，第2電極15，16之間均勻地取出光電流，可提供測距精度均一的光學式測距傳感器。
下面通過圖示的實施例，對本發明的另一光學式測距傳感器和熱水清洗坐便器進行具體說明。
圖10A表示本發明的一個實施例的光學式測距傳感器的正視圖，圖10B表示從圖10A中的IB-IB線觀看的上述光學式測距傳感器的剖視圖。
該光學式測距傳感器如圖10A，圖10B所示，包括設置于導線架501上的一個發光元件502；一個位置檢測感光元件503；1個IC504，其處理從上述位置檢測感光元件503輸出的信號并在規定時刻驅動發光元件502一側。上述發光元件502和位置檢測感光元件503分別由透光性樹脂505模制，通過導線架501以一定間距保持各自的封裝(發光元件502和位置檢測感光元件503)。
在這里，發光元件502的發光波長在紅外區域具有波峰靈敏度，位置檢測感光元件503的感光波長在紅外區域具有波峰靈敏度。另外，位置檢測感光元件503的感光部被分割成沿將發光元件502和位置檢測元件503連接的基準線而排列的多個感光區域503a，503b，503c，503d，503e，各自的感光區域503a～503e的電阻值不同。在本實施例中，感光部的分割數為5，各感光區域503a～503e的面積相等，按照從發光元件502一側起的順序，5個感光區域503a～503e的電阻值的比為80∶10∶5∶3∶2。
接著，除該透光性樹脂模制的發光元件502，和構成位置檢測感光元件503的光的通路的窗部505a，505b以外，由透光性樹脂506一體模制。將該一體模制的器件安裝于襯底507上，將必要的電氣元件(電阻，電容器等)安裝于襯底507上，然后，通過螺釘511將該襯底507固定于具有投光用聚光部508和感光用聚光部509的殼體510上。
該殼體510中的除投光用聚光部508和感光用聚光部509以外的部分由具有遮光性并且具有導電性的樹脂形成，該投光用聚光部508和感光用聚光部509與殼體510通過雙色成型而一體成形。另外，投光用聚光部508和感光用聚光部509由具有屏蔽可見光的光學特性的材料形成，即使可見光線作為外部散光存在的情況下，仍不能到達位置檢測感光元件503的感光區域503a～503e。另外，在上述殼體510中，為了使來自發光元件2的光不直接入射到感光區域503a～503e，設置將投光用聚光部508一側和感光用聚光部509一側之間遮擋的內壁510a。另外，由具有遮光性的樹脂形成的殼體510采用導電性樹脂材料，通過金屬螺釘與光學式測距傳感器的接地端子(導線架的接地部)電連接，通過場效應去除外部的電磁噪音的影響，由此獲得穩定的輸出。
進行從上述位置檢測感光元件503輸出的信號的處理，并在規定的時刻驅動發光元件502的IC504具有下述功能，即，在規定期間內，按照規定次數，使發光元件502脈沖發光，按照與該發光時刻同步的方式，將位置檢測感光元件503一側的信號作為有效信號而提取，作為脈沖發光次數的平均值而輸出。由此，即使在日常的外部散光入射到光學式測距傳感器的感光區域503a～503e的情況下，仍消除該外部散光的影響，可進行精度良好的檢測。
另外，圖11A表示上述光學式測距傳感器的結構，圖11B表示用于上述光學式測距傳感器的位置檢測感光元件503的感光區域503a～503e的平面圖。
圖12A表示用于說明總電阻值與距上述位置檢測感光元件503的感光面左端(發光元件502)的距離的比(與距左端的距離相對應的左端的電阻值/從右端到左端的全部電阻值)的圖，如圖12A所示，由于從感光面左端到感光區域503a～503e(電阻值80∶10∶5∶3∶2)依次排列，故總電阻值的比從左端起逐漸地變化。
此外，圖12B表示上述位置檢測感光元件503的輸出特性。
接著，通過圖11A，圖11B，圖12A，圖12B對本發明的具有位置檢測感光元件503的光學式測距傳感器的特征進行說明。
如圖11A所示，從發光元件502射出的光由投光用聚光部508聚光，基本垂直地投射到測距對象512。該光由測距對象512擴散反射，僅僅將入射到感光用聚光部509的光聚光，在位置檢測感光元件503的感光面上形成光斑。如果從該光學式測距傳感器到測距對象的距離變化，由于感光面上的光斑的位置改變，從位置檢測感光元件503的兩個端子獲得的電流值為I1，I2，獲得根據I1/(I1+I2)的公式求出的輸出值。在感光面為1個，感光區域503a～503e的電阻值均勻的情況下，該輸出值與從光學式測距傳感器到測距對象的距離成反比，但是，按照本發明，分割成多個的感光部的感光區域503a～503e的電阻值各自不同，在光學式測距傳感器的發光元件502一側，即，在測距對象遠的情況下的反射光入射到的位置有較大的電阻值，在測距對象近的情況下反射光入射到的位置有較小的電阻值。
在測距對象移動一定距離時，在與測距對象遠的情況相比較，較近的情況下感光面上的光斑的位置變化量較大，因此，光斑的位置變化量大的位置電阻值小，光斑的位置變化量小的位置電阻值大。具體來說，設定為感光部的分割數為5，各感光區域503a～503e的面積相等，并且5個感光區域503a～503e的電阻值的比從發光元件502一側起的順序為80∶10∶5∶3∶2，以使距測距對象的距離和輸出基本成比例(參照圖11B，12A)。
由此，如圖12所示，通過簡單的結構，能夠實現下述光學式測距傳感器，其在較寬測距范圍內，可正確地獲得與距測距對象的距離成比例的輸出，并且在較寬測距范圍的整個區域內使測距精度均一。
另外，如果即使這樣提高直線性，如果來自位于規定距離的測距對象的反射光不聚光于位置檢測感光元件503的規定位置，則無法獲得輸出的直線性。因此認為，實際上為感光用聚光部509和位置檢測感光部503的位置關系產生差異而輸出的直線性變差。
相對于此，如圖13A，圖13B所示，形成能夠使感光用聚光部513可活動的結構，改變位于位置檢測感光元件503上的聚光位置，可在規定位置形成光斑。由此，可形成距測距對象的距離和輸出基本成比例的光學式測距傳感器，即使在距測距對象的距離較遠的情況下，相對距離變化的輸出變化較大，可進行精度良好的檢測。
具體來說，在感光用聚光部513上設置位置調整用的突起部513a，其按照沿圖中的箭頭方向(左右)移動的方式設置，設置蓋514。由此，進行感光用聚光部513的位置調整，使來自位于規定距離的測距對象的反射光聚光于位置檢測感光元件503的規定位置。通過形成這樣的結構，能夠以更高的精度形成距測距對象的距離和輸出成比例的光學式測距傳感器。
裝載有現有的光學式測距傳感器的熱水清洗坐便器形成為如下的系統，即，檢測在坐便器上是否坐有人，如果有人坐于其上，則啟動規定的功能。但是，人坐于坐便器上的位置由于存在個人差異，故從光學式測距傳感器到人的距離不是一定的。同樣由于光學式測距傳感器的特性也是相對于距離而輸出有差異，故存在即使人坐于坐便器上，但仍未檢測到人的問題。
相對于此，如果將本發明的光學式測距傳感器裝載于熱水清洗坐便器上，由于光學式測距傳感器的輸出相對于距離的差異小，故可確實對人進行檢測，可按照規定方式實現熱水清洗坐便器的功能。
在上述實施例中，對采用光學式測距傳感器的熱水清洗坐便器進行了說明，但是，并不限于此，也可將本發明的光學式測距傳感器用于其它的設備。
以上對本發明的實施例進行了說明，但是，顯然，該實施例也可以進行各種變更。這樣的變更不應認為脫離了本發明的主旨和范圍，對于本領域的普通技術人員來說是明顯的變更全部地包含在下面所附的權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種光學式三角測距方式的光學式測距傳感器，其特征在于，其包括射出光的發光元件；投光用聚光機構，其將從上述發光元件射出的光聚光并照射到測距對象上；感光用聚光機構，其將來自上述測距對象的反射光聚光；感光元件，其設置為感光面與從上述發光元件射出的光的光軸相垂直，接受通過上述感光用聚光機構聚光的上述反射光；上述感光元件包括沿將上述發光元件和上述感光元件連接的基準線在上述感光面上相隔規定間距設置的兩個電極，和設置于上述兩個電極之間的電阻區域；在入射到上述感光元件的上述感光面的光的入射位置產生的電荷形成光電流，通過上述電阻區域，從上述兩個電極輸出；并且上述感光元件的上述電阻區域的電阻值以與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
2.根據權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特征在于，上述電阻區域呈線寬度和折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的振幅長度，上述電阻區域的電阻值以與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
3.根據權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特征在于，上述電阻區域呈振幅長度和線寬度基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的折返間距，上述電阻區域的電阻值按照與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
4.根據權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特征在于，上述電阻區域呈振幅長度和折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的線寬度，上述電阻區域的電阻值按照與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
5.根據權利要求1所述的光學式測距傳感器，其特征在于，上述電阻區域為線寬度和振幅長度以及折返間距基本相同的、鋸齒狀彎曲的折線形狀的半導體層，從上述兩個電極中的一個朝向另一個，改變上述折線形狀的半導體層的雜質濃度，上述電阻區域的電阻值按照與從上述感光用聚光機構的光軸到上述感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比的方式分布。
6.一種光學式測距傳感器，其通過三角測距方式檢測距測距對象的距離，其特征在于，包括發光元件；投光用聚光部，其將從上述發光元件射出的光聚光，并照射到上述測距對象；感光用聚光部，其將來自上述測距對象的反射光聚光；位置檢測感光元件，其設置為具有感光面的平面相對于從上述發光元件射出的光的光軸垂直，接受通過上述感光用聚光部聚光的上述反射光；集成電路，其進行從上述位置檢測感光元件輸出的信號的處理，并在規定時刻驅動上述發光元件；上述位置檢測感光元件的感光部被分割成沿將上述發光元件和上述位置檢測感光元件連接的基準線排列的多個感光區域；上述感光部的被分割的上述多個感光區域的電阻值不同。
7.根據權利要求6所述的光學式測距傳感器，其特征在于，上述位置檢測感光元件的上述感光部的分割數和上述多個感光區域的電阻值設定為與距上述測距對象的距離和上述位置檢測感光元件的輸出基本成比例。
8.根據權利要求7所述的光學式測距傳感器，其特征在于，上述位置檢測感光元件的上述感光部的分割數為5，被分割的上述多個感光區域的面積相等，并且上述多個感光區域的電阻值的比按照從上述發光元件一側起的順序，為80∶10∶5∶3∶2。
9.根據權利要求6所述的光學式測距傳感器，其特征在于上述感光用聚光部根據距上述測距對象的距離，可沿上述位置檢測感光元件上的聚光位置移動的方向移動，通過使上述感光用聚光部移動，可改變上述位置檢測感光元件上的聚光位置。
10.一種熱水清洗坐便器，其特征在于，裝載有權利要求6所述的光學式測距傳感器。
全文摘要
一種光學式測距傳感器和熱水清洗坐便器，接受通過感光用聚光機構(14)聚光的反射光的感光元件(12)具有兩個第1，第2電極(15)，(16)，該兩個第2電極(15)，(16)沿將發光元件(11)和感光元件連接的基準線，相隔規定間距設置于感光面上；電阻區域(21)，其設置于兩個電極之間。在入射到到上述感光元件(12)的感光面的光的入射位置產生的電荷形成光電流，通過電阻區域(21)，由第1，第2電極(15，16)分別輸出。上述感光元件(12)的電阻區域(21)的電阻值分布為與從感光用聚光機構(14)的光軸到感光面的光斑的入射位置的距離基本成反比。
文檔編號E03D9/00GK101042298SQ20071010351
公開日2007年9月26日 申請日期2007年2月27日 優先權日2006年2月27日
發明者石井健太郎, 大久保勇, 山口陽史 申請人:夏普株式會社