JP2010160114A

JP2010160114A - 光学デバイス、この光学デバイスを用いた物体検出方法及び電子機器

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Publication number: JP2010160114A
Application number: JP2009003898A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Watabe; 恒久渡部; Masaru Kubo; 勝久保
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP5283516B2

Abstract

【課題】検出対象物の近接を検出できる光学デバイス、これを用いた物体検出方法及び電子機器を提供する。
【解決手段】赤外ＬＥＤと、反射光の光量及びスポット位置を示す信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサと、出力された信号をアンプするとともに信号処理を実施する信号処理部２０と、反射率ごとの検出物距離と受光量との関係、第１基準値及び第２基準値を示すデータが格納されたデータベース記憶部３０とを備えたものであり、信号処理部２０は、スポット位置に基づいて検出物距離を算出する第１信号処理と、検出物距離及び反射光の光量を反射率ごとの検出物距離と受光量との関係と比較して検出物の反射率を求める第２信号処理と、当該反射率が第１基準値と一致するか判断する第３信号処理と、一致する場合に検出物距離が第２基準値と一致するか判断する第４信号処理と、一致する場合に検出対象物の近接を示す信号を出力する第５信号処理とを実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検出物の有無を検出する光学デバイス、この光学デバイスを用いた物体検出方法及び電子機器に関するものである。

近年、携帯電話の表示画面としてタッチパネル機能付き画面が採用されており、このタッチパネル機能付き画面はメカ式のキー（メカニカルな構造のキー）の代用として使用されている。このタッチパネル機能付き画面の採用によって、メカ式のキーを操作することなく携帯電話への入力操作を実施できる。そのため、入力用のヒューマンインターフェースにおける操作性の向上や、携帯電話のデザイン性の向上を実現している。

しかしながら、通話時にタッチパネル機能付き画面に人の肌が接触すると、この接触が検出されてしまい携帯電話が誤作動するといった問題があった。このような問題を解決するためには、タッチパネル機能付き画面に接触しているものが人の肌（特に、頬）であるか否かを検出する近接検出用のセンサが必要とされている。

このような近接検出用のセンサの一例として光学式のセンサがあり、この光学式のセンサの一例として、特許文献１である特開平８−１３０３２５号公報に開示されている反射型フォトインタラプタがある。また、他の例として、特許文献２である特開２００５−２４９５３４号公報に開示されている物体検知センサがある。

前記特開平８−１３０３２５号公報に開示されている反射型フォトインタラプタは、遮光性の樹脂ケースに第１凹部、第２凹部及び第３凹部が設けられており、第１凹部及び第２凹部内には、ヘッダーリード上にマウントされた受光素子または発光素子が配置されており、第３凹部内には、２本のリードの間に架設状態になった抵抗が配置されている。さらに、このような配置状態において、前記第１凹部、第２凹部及び第３凹部内が透光性樹脂体によってモールドされた構成となっている。

一方、特開２００５−２４９５３４号公報に開示されている物体検知センサは、送信部から受信部へ赤外光を照射し、当該赤外光を受信部の赤外線リモコン受信素子において受信した際に受信した赤外光を電気信号に光電変換するとともに、判断部において、送信部から照射した赤外光が遮断されたか否かを前記電気信号の状態に基づいて確認し、この確認結果に従って物体の有無を判断するといった構成となっている。

特開平８−１３０３２５号公報特開２００５−２４９５３４号公報

一般に、携帯電話において画面に接触しているものを検出する場合には、人の肌を検出すると同時に人の髪の毛といった肌とは反射率が異なるものも検出する必要がある。

しかしながら、前述した反射型フォトインタラプタでは、発光素子から照射され物体にて反射された光（以下、単に「反射光」とも言う。）を受光素子にて捉え、この捉えた反射光の光量の総和である受光量がしきい値を超えるか否かで検出物（例えば、人の肌）の有無を判別していた。このような判別方法を用いた場合、検出物が例えば髪の毛等のように反射率が低いものであれば、検出物距離が極端に短くなってしまい適切に検出できない。一方、検出物が例えばミラーや白紙等のように反射率が高いものであれば、検出物距離が伸びるため、近接していない状態であっても検出物を誤検出してしまう。

従って、前記反射型フォトインタラプタを携帯電話で近接検出用のセンサとして用いた場合、反射率によって検出物距離が異なるため、正しく検出を行うことができないといった問題があった。

一方、前述した物体検知センサによれば、物体が通過可能な程度の離間距離を保った状態で送信部と受信部とを対向配置する必要があるため、携帯電話において近接検出用のセンサとして用いることが困難であるといった問題があった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、検出物の反射率を考慮することによって検出物が検出対象物であるか否かを判断し、検出対象物であった場合のみ近接しているか否かを判断することによって、検出対象物が近接したことを検出できる光学デバイス、この光学デバイスを用いた物体検出方法及び電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の光学デバイスは、赤外光を発光する発光素子と、当該赤外光による検出物からの反射光を受光し、当該反射光の光量及び入射位置を示す信号を出力する受光素子と、当該受光素子から出力された信号をアンプするとともに信号処理を実施する信号処理部とを備えたものであり、データベース記憶部に格納された反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと、検出対象物の反射率である第１基準値を示すデータと、近接していると判断される距離である第２基準値を示すデータとを用いて信号処理を実施する前記信号処理部は、前記入射位置に基づいて検出物距離を算出する第１信号処理（後述のステップＳ３）と、算出した検出物距離及び前記反射光の光量を、前記反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと比較して検出物の反射率を求める第２信号処理（後述のステップＳ４）と、求めた反射率が前記第１基準値と一致するか否かを判断する第３信号処理（後述のステップＳ５）と、第１基準値と一致する場合、算出した検出物距離が前記第２基準値と一致するか否かを判断する第４信号処理（後述のステップＳ６）と、第２基準値と一致する場合、検出対象物が近接していることを示す信号を出力する第５信号処理（後述のステップＳ７）とを実施することによって特徴づけられる。

これにより、求めた検出物の反射率に基づいて検出物が検出対象物であるか否かを判断することができ、さらに、検出物が検出対象物である場合、検出対象物が近接していることを検出できる。これにより、反射率の低い物体が適切に検出されないことや反射率の高い物体が誤って検出されてしまうといった誤検出を防止できる。

また、本発明の光学デバイスは、前記発光素子が赤外ＬＥＤであり、前記受光素子がＣＭＯＳイメージセンサであり、前記赤外ＬＥＤ及びＣＭＯＳイメージセンサが同一基板上に実装され、樹脂モールド部によって封止されており、かつ前記赤外ＬＥＤとＣＭＯＳイメージセンサとが遮光部で遮光された構成とすることができる。

このような構成とした場合、小型で安価な光学デバイスを製造することができる。

また、前記赤外光の波長を９４０ｎｍ、前記第１基準値を０．１以下及び０．２〜０．４、前記第２基準値を５０ｍｍ以下に設定した光学デバイスを携帯電話に搭載した場合、人の肌（反射率０．２〜０．４）や髪の毛（反射率０．１以下）が携帯電話（発光部）から５０ｍｍ以内にあるか否かをより正確に検出することができる。

本発明の物体検出方法は、赤外光を発光する発光素子と、当該赤外光による検出物からの反射光を受光し、当該反射光の光量及び入射位置を示す信号を出力する受光素子と、当該受光素子から出力された信号をアンプするとともに信号処理を実施する信号処理部と、反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと、検出対象物の反射率である第１基準値を示すデータと、近接していると判断される距離である第２基準値を示すデータとが格納されたデータベース記憶部とから構成された光学デバイスを用いて実施されるものである。さらに、前記信号処理部で実施される信号処理は、前記入射位置に基づいて検出物距離を算出する第１信号処理と、算出した検出物距離及び前記反射光の光量を、前記反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと比較して検出物の反射率を求める第２信号処理と、求めた反射率が前記第１基準値と一致するか否かを判断する第３信号処理と、第１基準値と一致する場合、算出した検出物距離が前記第２基準値と一致するか否かを判断する第４信号処理と、第２基準値と一致する場合、検出対象物が近接していることを示す信号を出力する第５信号処理とを含む。

これにより、求めた検出物の反射率に基づいて検出物が検出対象物であるか否かを判断でき、さらに、検出物が検出対象物である場合、検出対象物が近接していることを検出できる。これにより、反射率の低い物体が適切に検出されないことや反射率の高い物体が誤って検出されてしまうといった誤検出を防止できる。

本発明の電子機器は、前述した光学デバイスのうちのいずれか一つの光学デバイスが搭載されたものである。

これにより、電子機器の誤作動を防止することができる。

本発明は上記のように構成したので、検出対象物として予め設定された物体が近接したことを簡単な構成で精度良く検出することができる。

本発明の光学デバイスの一実施形態を示す説明図である。図１に示す光学デバイスを構成する近接センサの一具体例を示す断面図である。赤外ＬＥＤの発光部の位置、反射部位の位置及びスポット位置を概略的に示す説明図である。図２に示す近接センサにおけるスポット位置と検出物距離との関係を示すグラフである。図２に示す近接センサにおける測定位置とパワー密度との関係の具体例１〜３を示すグラフである。本発明の物体検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の電子機器の一実施形態である携帯電話を示す説明図である。従来の近接センサの一例を示す断面図である。発光素子の発光部から検出物までの距離（検出物距離）と受光量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の光学デバイス、この光学デバイスを用いた物体検出方法及び電子機器の一実施形態について説明する。

［従来の近接センサ］
まず初めに、本発明の光学デバイスとの比較のため、一般的な光学デバイスを構成する従来の近接センサについて説明する。

図８は従来の近接センサの一例を示す断面図である。

なお、図８には、近接センサとともに、２つの検出物１１１，１１２が図示されており、検出物１１１は検出物１１２よりも近接センサに近い位置にあるものとする。

図８に示す近接センサは、基板１０１上面に赤外光を発光する発光ダイオード（以下、単に「赤外ＬＥＤ」と言う。）１０２と赤外光を検出可能な受光素子１０３とがそれぞれ搭載され、これら赤外ＬＥＤ１０２と受光素子１０３との間に遮光部１０４が配置されている。そして、遮光部１０４を除く赤外ＬＥＤ１０２及び受光素子１０３の表面がモールド部１０５でそれぞれ覆われた構成となっている。

さらに、モールド部１０５上面のうち赤外ＬＥＤ１０２の発光部及び受光素子１０３の受光面に対向する位置には、凸レンズ形状のレンズ部位１０５ａ，１０５ｂがそれぞれ形成されている。

このような構成において、赤外ＬＥＤ１０２から発光された赤外光（光パルスＰ１１０）は、基板１０１上面に対向する位置に物体がある場合、この物体（例えば、検出物１１１または検出物１１２）表面で反射し、当該物体表面からの反射光（光パルスＰ１１１または光パルスＰ１１２）は受光素子１０３に入射する。

なお、ここで述べる受光素子１０３とは、単に受光面全面における受光量を測定できる構成の受光素子（例えば、受光した反射光を光電変換して得られた電気信号を出力する受光素子）である。また、図示していないが、受光素子１０３は、前記電気信号をアンプし、アンプ後の電気信号が予め設定されたしきい値を超えているか否かに従って検出物が有るか否かを判別する信号処理回路を備えたものであってもよく、または、当該信号処理回路が電気的に接続されたものであってもよい。

また、通常、受光素子１０３に入射する反射光の光パワー（光量）は、発光素子１０２から出力される赤外光の光パワー（光量）が一定の場合、検出物の反射率と発光部から検出物までの距離に依存する。

図９は、発光素子の発光部から検出物までの距離（検出物距離）と受光量との関係を示すグラフであり、横軸は発光素子１０２の発光部から検出物の反射部位までの距離である検出物距離を示し、縦軸は受光素子の受光面に入射した反射光の受光量（ａ．ｕ．）を示している。

なお、図９には、反射率が０．９の物体を検出したとき、反射率が０．３の物体を検出したとき、及び反射率が０．０５５の物体を検出したときの検出物距離と受光量との関係をそれぞれ示す３つのグラフが示されている。図中、実線Ｌ１０は反射率（ｒ）＝０．９の物体を検出したとき、一点鎖線Ｌ２０は反射率（ｒ）＝０．３の物体を検出したとき、破線Ｌ３０は反射率（ｒ）＝０．０５５の物体を検出したときの関係をそれぞれ示している。また、検出物の有無を判断する際の受光量のしきい値をＰ０とする。

図９に示すように、受光量は、ある検出物距離にてピーク（焦点）をもち、ピークを過ぎると距離の２乗に比例し減少していく。いずれの距離に焦点をもつかは、各近接センサの光学系（例えば、各素子の特性や配置及びレンズ部位の形状や配置等）に依存する。一般的に、発光素子１０２から受光素子１０３までの距離（離間距離）が伸びるほど、長焦点型の近接センサとなる。

＜本発明の光学デバイスの一実施形態＞
次に、本発明の光学デバイスの一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の光学デバイスの一実施形態を示す説明図である。なお、図１には光学デバイスとともに検出物及び光パルスも図示されている。

本実施形態の光学デバイスの主機能は、検出物が検出物距離内に有るか否かを判別することであるが、この光学デバイスは、検出物からの反射光が形成するスポットの位置（いわゆる「入射位置」であり、以下、単に「スポット位置」とも言う。）と検出物の反射率とを測定することによって、検出物が検出対象として予め設定された物体（検出対象物）であるか否か、さらに検出物が予め設定された検出物距離内に存在しているか否かを判別するといった機能も備えている。

なお、反射光のスポットは点ではなく受光面のある領域に形成される。そのため、本実施形態においては、スポットの重心の位置をスポット位置としている。

本実施形態の光学デバイスは、図１に示すように、光パルスＰ１０を出射し、検出物１１表面で反射した反射光である光パルスＰ１１を受光し、受光した光パルスＰ１１が形成するスポットに関するデータを示す信号を出力する近接センサ１０と、この近接センサ１０から出力された信号をアンプするとともに信号処理を実施し、検出物１１が検出対象物であるか否か、さらに検出物１１が予め設定された検出物距離内に存在しているか否かを判別する信号処理部２０と、当該信号処理部２０での信号処理及び種々の判断等に用いられるデータが予め格納されているデータベース記憶部３０とから構成されている。

信号処理部２０及びデータベース記憶部３０は、例えばＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ、またはディスクリートで組まれた回路構成であってもよい。

また、後に詳細に説明するが、本発明の信号処理部で実施される信号処理は、前記入射位置に基づいて検出物距離を算出する第１信号処理と、算出した検出物距離及び前記反射光の光量を、前記反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと比較して検出物の反射率を求める第２信号処理と、求めた反射率が前記第１基準値と一致するか否かを判断する第３信号処理と、第１基準値と一致する場合、算出した検出物距離が前記第２基準値と一致するか否かを判断する第４信号処理と、第２基準値と一致する場合、検出対象物が近接していることを示す信号を出力する第５信号処理から構成される。

なお、図１には、一実施形態としてデータベース記憶部３０を備えた光学デバイスを示したが、本発明の光学デバイスはこの形態に限定されるものではなく、例えば、データベース記憶部が光学デバイス外部に配置されており、このデータベース記憶部から送信されたデータを用いて信号処理部２０で信号処理や種々の判断を行うといった形態であってもよい。

ここで、近接センサ１０の具体例について説明する。

図２は、図１に示す光学デバイスを構成する近接センサの一具体例を示す断面図である。

近接センサ１０は、基板１の同一面（図２では上面）に、赤外光（光パルスＰ１０）を発光する発光素子としての赤外ＬＥＤ２と、受光素子としてのＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ３とがそれぞれ搭載されており、これら赤外ＬＥＤ２とＣＭＯＳイメージセンサ３との間に遮光部４が配置されている。さらに、遮光部４を除く赤外ＬＥＤ２及びＣＭＯＳイメージセンサ３の表面がモールド部５でそれぞれ覆われた構成となっている。

基板１としては、例えばガラスエポキシ、またはＢＴレジン（三菱瓦斯化学株式会社製の熱硬化性樹脂の登録商標。スマレイミドトリアジン樹脂等からなる熱硬化性樹脂）を基材とした基板を用いることができる。

ＣＭＯＳイメージセンサ３としては赤外光を検出（撮像）可能なものが用いられる。なお、図示していないが、光パルスＰ１０の出射方向の前方に物体がない場合は、反射光はなく、即ち、ＣＭＯＳイメージセンサ３からの出力はない。

本明細書では、ＣＭＯＳイメージセンサ３の各画素（図示せず）の受光量を「パワー密度」と言い、ＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面全面の受光量を「受光量」と言う。

従来の近接センサを構成する受光素子は単に受光面全面における受光量を示す信号を出力するものであった。これに対し、本実施形態において受光素子として用いられるＣＭＯＳイメージセンサ３は、画素ごとのパワー密度を示す信号を出力するものである。そのため、信号処理部２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ３から出力された信号に基づき、受光面に入射した反射光が形成するスポットを検出し、このスポットの重心を算出してスポット位置を求めることができる。さらに、信号処理部２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ３から出力された信号に基づき、全ての画素のパワー密度を積分することによってＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面に入射した反射光の光量である受光面全面の受光量を算出できる。

遮光部４は、赤外ＬＥＤ２の発光部からＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面へ光パルスが直接入射することを防止するための部材であるため、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、またはフィラーを添加したエポキシ樹脂等といった赤外光を透過しない材料を用いて形成される。

また、モールド部５表面のうち、赤外ＬＥＤ２の発光部及びＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面に対向する位置には、凸レンズ形状のレンズ部位５ａ，５ｂがそれぞれ形成されている。このモールド部５は、例えばエポキシ樹脂等の赤外光を透過する材料を用いて形成された樹脂モールド部であってもよい。

なお、図１には、近接センサ１０とともに、赤外ＬＥＤ２から出射した光パルスＰ１０と、２つの検出物１１ａ，１１ｂと、これら検出物１１ａ，１１ｂのうちのいずれか一方の表面で反射した反射光である光パルスＰ１１ａ，Ｐ１１ｂとが図示されている。また、検出物１１ａは検出物１１ｂよりも近接センサ１０に近い位置にあるものとする。さらに、ここでは２つの検出物１１ａ，１１ｂと各光パルスＰ１１ａ，Ｐ１１ｂとを１つの図中に同時に示したが、実際は、いずれか一方の検出物があり当該検出物を検出する、または複数の検出物のうちのいずれか１つの検出物（例えば、近接センサ１０に最も近い位置にある検出物１１ａ）のみを検出するものとする。

図２に示すように、赤外ＬＥＤ２から出射した光パルスＰ１０は、光パルスＰ１０の出射方向の前方に検出物１１ａまたは検出物１１ｂが有る場合、検出物１１ａまたは検出物１１ｂで反射する。そして、検出物１１ａまたは検出物１１ｂからの反射光である光パルスＰ１１ａまたは光パルスＰ１１ｂは、ＣＭＯＳイメージセンサ３に入射し、ＣＭＯＳイメージセンサ３上でスポットを結ぶ。

なお、図２に示す矢印Ｂ１は、赤外ＬＥＤ２の発光部の重心とＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面の重心とを結ぶ直線に平行な方向を示しており、本明細書においては当該方向をＸ軸方向と言う。さらに、このＸ軸は、赤外ＬＥＤ２からＣＭＯＳイメージセンサ３へ向かう方向を＋方向とし、ＣＭＯＳイメージセンサ３から赤外ＬＥＤ２へ向かう方向を−方向としており、ＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面の重心を「０」とする。

［検出物距離の算出］
次いで、赤外ＬＥＤの発光部から検出物までの距離である検出物距離の算出手順について説明する。

近接センサ１０を構成する赤外ＬＥＤ２の発光部から検出物１１ａ，１１ｂの反射部位までの距離は、図１に示す信号処理部２０において、ＣＭＯＳイメージセンサ３から出力された信号から求められたスポット位置に基づき三角測量の原理に従って算出される。

図３は、赤外ＬＥＤの発光部の位置、検出物において光パルスが反射した位置（反射部位の位置）、及びスポット位置を概略的に示す説明図である。

図中、黒丸Ａ１は赤外ＬＥＤの発光部の位置を、黒丸Ａ２は反射部位の位置を、黒丸Ａ３はスポット位置をそれぞれ示している。

また、赤外ＬＥＤの発光部（黒丸Ａ１）からスポット位置（黒丸Ａ３）までを結ぶ直線と、赤外ＬＥＤの発光部（黒丸Ａ１）から反射部位の位置（黒丸Ａ２）までを結ぶ直線とがなす角度をθ１とし、赤外ＬＥＤの発光部（黒丸Ａ１）からスポット位置（黒丸Ａ３）までを結ぶ直線と、反射部位の位置（黒丸Ａ２）からスポット位置（黒丸Ａ３）までを結ぶ直線とがなす角度をθ２とし、赤外ＬＥＤの発光部（黒丸Ａ１）から反射部位の位置（黒丸Ａ２）までの距離をＬｄｉｓｔａｎｃｅとし、赤外ＬＥＤの発光部（黒丸Ａ１）からスポット位置（黒丸Ａ３）までの距離をＬ０とする。

このとき、距離Ｌｄｉｓｔａｎｃｅは三角測量の原理に従って以下の式（１）で表すことができる。なお、式（１）においてΠ＝１８０°とする。

Ｌｄｉｓｔａｎｃｅ＝L０×ｓｉｎ(θ２)／ｓｉｎ（Π−（θ１＋θ２））・・・（１）
式（１）中の「θ１」は近接センサ１０の光学系を構成する発光側の設計によって決まる値であり、「θ２」は近接センサ１０の光学系を構成する受光側の設計によって決まる値であり、「Ｌ０」はスポット位置に基づき算出される値である。

即ち、赤外ＬＥＤ２の発光部から検出物１１ａ，１１ｂの反射部位までの距離（距離Ｌｄｉｓｔａｎｃｅ）である検出物距離は、ＣＭＯＳイメージセンサ３によって検出したスポット位置に基づいて算出できる値である。

図４は、図２に示す近接センサにおけるスポット位置と検出物距離との関係を示すグラフであり、縦軸はスポット位置（ｍｍ）を示し、横軸は検出物距離（ｍｍ）を示している。なお、同図においては、前記スポット位置を、ＣＭＯＳイメージセンサの受光面の重心からスポットの重心までのＸ軸方向における距離（即ち、Ｘ軸の値）で表している。

また、図４に示す出力例は一例であり、その曲線は近接センサの光学系の設計によって異なるものである。

本出力例では、図４に示すように、検出物が近接センサの近くにあり検出物距離が小さい場合、反射光はＸ軸の値が大きい場所にスポットを形成するためＸ軸方向におけるスポット位置の値は大きくなる。また、逆に検出物が近接センサの遠くにあり検出物距離が大きい場合、反射光はＸ軸の値が小さい場所にスポットを形成するためＸ軸方向におけるスポット位置の値は小さくなる。

ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ３上に形成されるスポットのパワー密度の具体例について図面を参照しつつ説明する。

図５は、図２に示す近接センサにおける測定位置とパワー密度との関係の具体例１〜３を示すグラフであり、横軸は測定位置（ｍｍ）を示し、縦軸は各測定位置におけるパワー密度（ｌｕｘ）を示している。なお、同図においては、前記測定位置を、ＣＭＯＳイメージセンサの受光面の重心からのＸ軸方向における距離（即ち、Ｘ軸の値）で表している。

前述したように、検出物距離は、信号処理部２０でスポット位置の値を用いて算出される値である。例えば、図５（ａ）に示す具体例１では、スポット位置は０．４４ｍｍであり、このスポット位置の値を用いて三角測量の原理に従って検出物距離を算出すると、検出物距離（ｄ）＝１ｍｍが求まる。同様にして、スポット位置が０．１４ｍｍである図５（ｂ）に示す具体例２では検出物距離（ｄ）＝５ｍｍが求まり、スポット位置が０．０１３ｍｍである図５（ｃ）に示す具体例３では検出物距離（ｄ）＝５０ｍｍが求まる。

なお、三角測量の原理に従って検出物距離を算出する代わりに、測定によって図４に示すようなスポット位置と検出物距離との関係を示すデータを予め作成するとともに、当該データをデータベース記憶部３０に予め格納しておき、信号処理部２０で、このデータに基づきスポット位置の値から検出物距離を求めてもよい。

［受光量の算出］
次いで、ＣＭＯＳイメージセンサの受光面に入射した反射光の受光量の算出手順について説明する。

前述したように、ＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面に入射した反射光の受光量は、信号処理部２０において、Ｘ軸の値に対するパワー密度（図５参照）をＸ軸に沿って積分する（即ち、ＣＭＯＳイメージセンサ３の受光面を構成する全ての画素のパワー密度を積分する）ことにより算出される。

また、データベース記憶部３０には、図９に示すデータと同様のデータである、反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータが予め格納されている。近接センサ１０で検出された検出物の反射率は、前記算出した検出物距離及び受光量を、反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示す前記データと比較することにより、信号処理部２０において求められる。具体的には、算出された検出物距離及び受光量の各値を検出物距離と受光量との関係を示すグラフに当てはめ、算出された検出物距離及び受光量の交点と重なる曲線（例えば、図９では実線Ｌ１０、一点鎖線Ｌ２０及び破線Ｌ３０のうちのいずれか一つの曲線）、または当該交点に最も近い値を含む曲線を選択し、選択された曲線が示す反射率を検出物の反射率とする。

なお、図９には反射率（ｒ）＝０．９、０．３、０．０５５の検出物それぞれの検出物距離と受光量との関係が示されているが、これは一例に過ぎず、データベース記憶部３０に格納されるデータは検出対象物の設定に応じて変更される。

［検出対象物の有無及び近接に関する判断］
次いで、検出対象物が近接しているか否かを判断する手順について説明する。

信号処理部２０は、前述した手順によって求めた反射率が、第１基準値（検出対象物の反射率を示す数値または数値範囲）に一致するか否かを判断し、もし一致する場合には、前述した手順によって算出された検出物距離が、第２基準値（近接していると判断される距離を示す数値または数値範囲）に一致するか否かをさらに判断する。なお、これらの判断で用いられる第１基準値及び第２基準値を示すデータは、データベース記憶部３０に予め格納されている。

例えば、表１に示すように、赤外ＬＥＤから出力される光パルスの波長（λ）＝９４０ｎｍの場合、人の肌の反射率は０．２〜０．４であり、人の髪の毛の反射率は０．１未満である。従って、検出対象物が人の肌と髪の毛であった場合、信号処理部２０は、算出された反射率が０．２〜０．４または０．１未満であれば検出物が検出対象物である（人の肌または髪の毛である）と判断する。一方、算出された反射率が０．２〜０．４または０．１未満に一致しない場合は検出物が検出対象物ではないと判断する。

本実施形態の光学デバイスによれば、このような構成を備えているため、検出対象物の近接を検出できる。

＜本発明の物体検出方法の一実施形態＞
次に、本発明の物体検出方法の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図６は、本発明の物体検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。

本実施形態の物体検出方法によれば、まず初めに、赤外ＬＥＤ２の発光部から光パルスＰ１０を出射する（ステップＳ１）。なお、この光パルスＰ１０の出射は、断続的に実施されてもよく、また連続的に実施されてもよい。

光パルスＰ１０の出射後、ＣＭＯＳイメージセンサ３が反射光である光パルスＰ１１を受光した場合（ステップＳ２での判断結果が「ＹＥＳ」である場合は）、近接センサ１０から信号処理部２０へ、光パルスＰ１１が形成するスポットに関するデータを示す信号が出力される。なお、ＣＭＯＳイメージセンサが反射光を受光しない場合（ステップＳ２での判断結果が「ＮＯ」である場合）には、近接センサ１０から信号が出力されないため、信号処理部２０において検出物無しと判断され、処理が終了する。

続いて、信号処理部２０において、近接センサ１０（より詳細にはＣＭＯＳイメージセンサ３）から出力された信号に基づき、スポットの重心を算出してスポット位置を求め、求めたスポット位置から三角測量の原理に従って検出物距離を算出するとともに、スポットの受光量を算出する（ステップＳ３）。なお、三角測量の原理に従って検出物距離を算出する代わりに、データベース記憶部３０にスポット位置と検出物距離との関係（図４参照）を示すデータを予め格納しておき、当該データに基づいてスポット位置から検出物距離を求めてもよい。

次いで、信号処理部２０において、ステップＳ３で求めた検出物距離及び受光量を、データベース記憶部３０に予め格納されているデータが示す反射率ごとの検出物距離と受光量との関係と比較して、検出物の反射率を求める（ステップＳ４）。

さらに、信号処理部２０において、データベース記憶部３０に予め格納されている第１基準値（検出対象物の反射率）を示すデータに基づき、ステップＳ４で求めた反射率が検出対象物の反射率に一致するか否かを判断する（ステップＳ５）。

もし、検出対象物の反射率に一致しない場合（ステップＳ５での判断結果が「ＮＯ」である場合）は処理を終了する。また、一致する場合（ステップＳ５での判断結果が「ＹＥＳ」である場合）は、信号処理部２０において、データベース記憶部３０に予め格納されている第２基準値（近接していると判断される距離）を示すデータとステップＳ３で求めた検出物距離とに基づき、検出物が近接しているか否かを判断する（ステップＳ６）。

もし、近接していない場合（ステップＳ６での判断結果が「ＮＯ」である場合）は処理を終了する。また、近接している場合（ステップＳ６での判断結果が「ＹＥＳ」である場合）は、検出対象物が近接していることを示す信号が光学デバイスから出力された（ステップＳ７）後、処理が終了する。

本実施形態の物体検出方法によれば、このような構成を備えているため、検出対象物の近接を検出できる。

＜本発明の電子機器の一実施形態＞
次に、本発明の電子機器の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

ここでは、電子機器の一実施形態として、図１に示す光学デバイスが搭載された携帯電話について説明する。なお、この携帯電話は、前述のタッチパネル採用機種である。

図７は、本発明の電子機器の一実施形態である携帯電話を示す説明図である。

携帯電話４１は、タッチパネル機能付き画面４１ａを備えており、当該タッチパネル機能付き画面４１ａの近傍に検出窓部４１ｂを備えている。さらに、携帯電話４１は光学デバイスを内蔵しており、当該光学デバイスは検出窓部４１ｂと対向する位置に配置されている。

このような携帯電話４１では、通話中に光学デバイスにより、タッチパネル機能付き画面４１ａに近接する人４２の肌または髪の毛の有無を判別する必要があるため、検出対象物は人４２の肌（特に頬）及び髪の毛となる。従って、データベース記憶部３０には、第１基準値（検出対象物の反射率）として「ｒ＝０．２〜０．４及びｒ＜０．１（表１参照）」が予め格納されている。

さらに、検出物が近接していると判断される距離としては、例えば５０ｍｍ以下が好ましい。従って、データベース記憶部３０には、第２基準値（近接していると判断される距離）として「５０ｍｍ以下」が予め格納されている。なお、近接していると判断される距離は５０ｍｍ以下に限定されるものではなく、携帯電話４１の使用条件等に応じて変更可能であり、例えば２０ｍｍ以下であってもよい。

また、光学デバイスによって、人の肌や髪の毛が検出され、さらに、検出した人の肌や髪の毛がタッチパネル機能付き画面に近接（接触を含む）していることが検出された場合には、光学デバイスから近接していることを示す信号が出力され、タッチパネル機能がオフ状態に切り替わる。

本実施形態の携帯電話によれば、このような構成を備えているため、通話中にタッチパネル機能付き画面が誤作動することを防止できる。

なお、本発明において、電子機器の実施形態は前述した携帯電話に限定されるものではない。例えば、ＡＶ（ａｕｄｉｏ−ｖｉｓｕａｌ）機器、ＯＡ（ｏｆｆｉｃｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器またはサニタリー機器に前述の光学デバイスを搭載したものであってもよい。この場合には、検出対象物の近接を検出できるため、電子機器の誤作動を防止できる。

本発明の光学デバイス、この光学デバイスを用いた物体検出方法及び電子機器は、小型化する際や検出精度を向上する際に活用できる。

１，１０１基板
２，１０２赤外ＬＥＤ
３ＣＭＯＳイメージセンサ
４，１０４遮光部
５、１０５モールド部
５ａ，５ｂレンズ部位
１０近接センサ
１１，１１ａ，１１ｂ検出物
２０信号処理部
３０データベース記憶部

Claims

赤外光を発光する発光素子と、当該赤外光による検出物からの反射光を受光し、当該反射光の光量及び入射位置を示す信号を出力する受光素子と、当該受光素子から出力された信号をアンプするとともに信号処理を実施する信号処理部とからなる光学デバイスであって、
データベース記憶部に格納された反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと、検出対象物の反射率である第１基準値を示すデータと、近接していると判断される距離である第２基準値を示すデータとを用いて信号処理を実施する前記信号処理部は、前記入射位置に基づいて検出物距離を算出する第１信号処理と、算出した検出物距離及び前記反射光の光量を、前記反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと比較して検出物の反射率を求める第２信号処理と、求めた反射率が前記第１基準値と一致するか否かを判断する第３信号処理と、第１基準値と一致する場合、算出した検出物距離が前記第２基準値と一致するか否かを判断する第４信号処理と、第２基準値と一致する場合、検出対象物が近接していることを示す信号を出力する第５信号処理とを実施する光学デバイス。
請求項１記載の光学デバイスであって、
前記発光素子が赤外ＬＥＤであり、前記受光素子がＣＭＯＳイメージセンサであり、前記赤外ＬＥＤ及びＣＭＯＳイメージセンサが同一基板上に実装され、樹脂モールド部によって封止されており、かつ前記赤外ＬＥＤとＣＭＯＳイメージセンサとが遮光部で遮光されている光学デバイス。
請求項１または２記載の光学デバイスであって、
前記赤外光の波長が９４０ｎｍであり、前記第１基準値が０．１以下及び０．２〜０．４であり、前記第２基準値が５０ｍｍ以下である光学デバイス。
赤外光を発光する発光素子と、当該赤外光による検出物からの反射光を受光し、当該反射光の光量及び入射位置を示す信号を出力する受光素子と、当該受光素子から出力された信号をアンプするとともに信号処理を実施する信号処理部とからなる光学デバイスを用いた物体検出方法であって、
前記光学デバイスは、反射率ごとの検出物距離と受光量との関係を示すデータと、検出対象物の反射率である第１基準値を示すデータと、近接していると判断される距離である第２基準値を示すデータとが格納されたデータベース記憶部をさらに備えており、
前記信号処理部で実施される信号処理が、前記入射位置に基づいて検出物距離を算出する第１信号処理と、算出した検出物距離及び前記反射光の光量を、前記検出物距離と受光量との関係を示すデータと比較して検出物の反射率を求める第２信号処理と、求めた反射率が前記第１基準値と一致するか否かを判断する第３信号処理と、第１基準値と一致する場合、算出した検出物距離が前記第２基準値と一致するか否かを判断する第４信号処理と、第２基準値と一致する場合、検出対象物が近接していることを示す信号を出力する第５信号処理とを含む物体検出方法。
請求項１，２または３記載の光学デバイスが搭載されたことを特徴とする電子機器。