JP2013058596A - 物体検出センサおよびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出物体からの反射光と同じ分光特性の外乱光が入射しても正しく上記被検出物体の有無を検出する。
【解決手段】発光素子１は第１波長に強度ピークを有する光を出射する。受光素子２は第１波長と第２波長とに感度ピークを切り換える。第１受光量判定回路９は、感度ピークが上記第１波長の受光素子２の受光量が第１判定閾値を超えているか否かを判定する。第２受光量判定回路１０は、感度ピークが上記第２波長の受光素子２の受光量が第２判定閾値以下であるか否かを判定する。検出判定回路１１は、第１受光量判定回路９が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、第２受光量判定回路１０が第２判定閾値以下であると判定した場合に、被検出物体８を検出したと判定する。こうして、被検出物体８が近づいていないにも関わらず、上記第１波長の光を含む外乱光を受光することによって被検出物体８が近づいたと誤動作するのを防止する。
【選択図】図２

Description

この発明は、発光素子からの光を照射すると共に、物体からの反射光を検出して上記物体の有無を検出する物体検出装置、および、それを備えた携帯電話機等の電子機器に関する。

一般に、光学式物体検出装置は、非接触スイッチとしての衛生上のメリットがあることから、自動水洗等のサニタリ機器のスイッチ類に使用されてきている。最近では、携帯電話に搭載されて、着信時に携帯電話のスピーカフォンが耳に近づいたことを検知して、液晶バックライトを消灯させて無駄な消費電力を抑えている。また、液晶タッチパネルを有するスマートフォン等に搭載されて、着信時に液晶タッチパネルが頬等に触れることによる誤動作を防ぐため、頬等の物体が近づいたことを検知して、液晶タッチパネルをオフして誤動作を防ぐようにしている。

従来、光学式近接センサとしては、例えば、特開平１１‐３５４８３２号公報(特許文献１)に開示された近接センサおよび特開２００７‐５２９２８号公報(特許文献２)に開示された近接センサーがある。上記近接センサでは、光を放射する発光素子および光を受光する受光素子を有し、上記発光素子および上記受光素子は夫々１次モールド樹脂でモールドされている。また、上記発光素子から放射される光が上記受光素子で直接受光されることを防ぐために、遮光性のある２次モールド樹脂によって上記発光素子と上記受光素子とを光学的に隔てる構造を有している。

さらに、従来の光学式近接センサとして、特開２０１０‐３２３７０号公報(特許文献３)に開示された受光センサーおよび特開２０１０‐１５３４８４公報(特許文献４)に開示された受光回路がある。

上記受光センサーでは、物体検出処理回路によって、受光素子からの光電流のうち第１の所定の波長の光に基づく光電流に応じて近接する物体を検出するための物体検出信号を作成する。さらに、照度検出処理回路によって、上記受光素子からの光電流のうち第２の所定の波長の光に基づく光電流に応じて周囲の照度を検出するための照度検出信号を作成するようにしている。こうして、異なる波長の光を検出するために複数の受光素子を備える必要を無くしている。

また、上記受光回路では、緑色成分および赤外領域の光を透過する第１のカラーフィルタと、赤色成分および赤外領域の光を透過する第２のカラーフィルタとを備え、照度センサ部では、積層された上記第１,第２のカラーフィルタによって受光面が覆われた第１の受光素子に流れる第１の電流に応じて、カレントミラー回路により第２の電流を出力し、第１のカラーフィルタによって受光面が覆われた第２の受光素子に流れる第３の電流と上記カレントミラー回路からの第２の電流との差電流を、第１の電流・電圧変換回路によって電圧に変換して出力することによって、受光素子に対する赤外領域の光による影響を抑制する。また、近接センサ部では、積層された上記第１,第２のカラーフィルタによって可視光領域の光による影響を抑制するようにしている。

ここで、被検出物体が近接状態にある場合には、発光素子から放射された光が上記被検出物体で反射し、上記被検出物体からの反射光が受光素子で受光される。また、上記被検出物体が近接状態にない場合には、上記発光素子から放射された光は拡散してしまうため上記被検出物体で殆ど反射されず、上記受光素子で受光されることがない。このことを利用して、上記受光素子で受光される光の量を測定することによって、上記被検出物体の近接状態を検知することができる。

また、上記光学式近接センサにおいては、携帯電話やスマートフォン等に搭載される際には、上記光学式近接センサの前に液晶パネル等のパネルが存在する。このパネルと上記光学式近接検出センサとの距離が大きく開いていると、上記パネルからの反射光量が大きくなるため、上記被検出物体が存在しない場合であっても上記受光素子に入射される信号光量が大きくなる。したがって、上記被検出物体が存在する時と存在しない時との信号光量の差が少なくなって、上記被検出物体を検出できなくなってしまう。そのために、対策として、上記パネルと上記光学式近接検出センサとの距離を小さくして上記パネルからの反射光量を減らす。あるいは、上記物体検出センサと上記パネルの間に壁等を設けて、上記パネルからの反射光量を減らす等が行われている。

しかしながら、上記従来の光学式近接センサにおいては、以下のような問題がある。

すなわち、被検出物体が近づいていないにも関わらず、上記被検出物体からの反射光と同じ分光特性を有する外乱光が入射されることによって、被検出物体が近づいたと誤動作する場合があるという問題がある。

また、上記光学式近接センサの前には上記パネルがあり、人の髪の毛などの反射率の小さい被検出物体が近づいて来た場合には、発光素子から照射された光が上記被検出物体と上記パネルとで反射され、光学的に最も多くの光量の反射光が受光素子に入射した際に上記被検出物体が検知される。こうして一度は上記被検出物体が検知されるものの、上記被検出物体がさらに近づいて来ると受光素子への上記被検出物体からの反射光量は減少していき、上記被検出物体と上記パネルとの距離がゼロになった場合には、上記被検出物体からの反射光量は殆ど無くなって略上記パネルからの反射光量のみになるため、上記被検出物体が検出されなくなるという誤動作が生じるという問題がある。

特開平１１‐３５４８３２号公報 特開２００７‐５２９２８号公報 特開２０１０‐３２３７０号公報 特開２０１０‐１５３４８４公報

そこで、この発明の課題は、被検出物体が近づいていないにも関わらず上記被検出物体からの反射光と同じ分光特性を有する外乱光が入射された場合でも正しく上記被検出物体の有無を検出できる物体検出センサ、および、それを備えた電子機器を提供することにある。

また、この発明の課題は、一旦被検出物体を検出した後であっても、正しく上記被検出物体の有無を検出できる物体検出センサ、および、それを備えた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、この発明の物体検出センサは、
第１波長に強度ピークを有する光を出射する発光素子と、
上記第１波長と上記第１波長とは異なる第２波長とに感度ピークを有すると共に、上記発光素子から出射された光の被検出物体からの反射光を含む光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光素子と、
上記受光素子の感度ピークを、上記第１波長と上記第２波長とに切り換える切換スイッチと、
感度ピークが上記第１波長に切り換えられた上記受光素子からの受光信号を受けて、上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えているか否かを判定して、判定結果を表す判定信号を出力する第１受光量判定回路と、
感度ピークが上記第２波長に切り換えられた上記受光素子からの受光信号を受けて、上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値以下であるか否かを判定して、判定結果を表す判定信号を出力する第２受光量判定回路と、
上記第１受光量判定回路からの判定信号と上記第２受光量判定回路からの判定信号とに基づいて、上記被検出物体を検出したか否かを判定して、検出結果を表す検出信号を出力する検出判定回路と
を備え、
上記検出判定回路は、上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値以下であると判定した場合に、上記被検出物体を検出したと判定するように構成されている
ことを特徴としている。

発光素子から出射された第１波長にピークを有する光の被検出物体での反射光を、上記第１波長に感度ピークを有する受光素子で受光し、上記受光素子での受光量が判定閾値を超えた場合に、上記被検出物体が物体検出センサに近づいたと判定する場合には、実際には上記被検出物体が上記物体検出センサに近づいていない場合であっても、第１波長の光を含む外乱光が上記受光素子に入射した場合には、誤って被検出物体が近づいたと誤判定してしまう可能性がある。

上記構成によれば、第１受光量判定回路によって、感度ピークが第１波長に切り換えられた受光素子からの受光信号を受けて、上記受光素子によって受光された被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えているか否かを判定し、第２受光量判定回路によって、感度ピークが第２波長に切り換えられた上記受光素子からの受光信号を受けて、上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値以下であるか否かを判定する。そして、上記第１受光量判定回路が、上記受光素子によって受光された被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記被検出物体が近づいて来ることによって周囲光が遮られて光量が減少するため、上記第２受光量判定回路が、上記受光素子によって受光した光の光量が第２判定閾値以下であると判定した場合に、検出判定回路によって、上記被検出物体を検出したと判定するようにしている。

したがって、実際には上記被検出物体が本物体検出センサに近づいていないにも拘わらず、第１波長の光を含む外乱光が上記受光素子に入射したために、上記第１受光量判定回路によって、上記受光素子の受光量が上記第１判定閾値を超えていると判定されたとしても、上記被検出物体が本物体検出センサに近づいていないので周囲光は遮られずその光量は大きく、上記第２受光量判定回路によって、上記受光素子の受光量が上記第２判定閾値以下を超えていると判定されるので、上記検出判定回路によって、上記被検出物体を検出していないと判定される。

このように、上記被検出物体からの反射光の受光量と周囲光の受光量との関係に基づいて上記被検出物体を検出したか否かを判定することによって、上記被検出物体が近づいていないにも拘わらず第１波長の光を含む外乱光が上記受光素子に入射されても、誤って上記被検出物体が近づいたと誤判定することを防止できるのである。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記検出判定回路は、
一旦上記被検出物体を検出したと判定した後は、
感度ピークが上記第２波長に切り換えられた上記受光素子によって受光された光の光量が上記第２受光量判定回路の第２判定閾値以下である状態を維持している場合には、上記第１受光量判定回路による判定結果に拘わらず、上記被検出物体の検出状態を保持する。

この実施の形態によれば、上記検出判定回路は、一旦上記被検出物体を検出したと判定した後は、上記受光素子によって受光された光の光量が上記第２判定閾値以下である状態を維持している場合には、上記第１受光量判定回路による判定結果に拘わらず、上記被検出物体の検出状態を保持するようにしている。したがって、人の髪の毛などの反射率が小さい被検出物体が本物体検出センサに近づいて一旦上記被検出物体を検出したと判定された後に、さらに上記被検出物体が近づいて来る場合に、感度ピークが第２波長に切り換えられた上記受光素子に入射される周囲光は近づいて来る上記被検出物体によって遮られて上記第２判定閾値以下である。そのため、上記被検出物体が本物体検出センサに近づいているにも拘わらず上記受光素子への受光量が上記第１判定閾値以下になったとしても、上記被検出物体の検出状態が保持される。

このように、一旦上記被検出物体を検出したと判定された後に、上記受光素子で受光された上記被検出物体からの反射光の光量が上記第１受光量判定回路の第１判定閾値以下になった場合に、上記被検出物体が非検出であると誤って判定されることを防止できるのである。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記検出判定回路は、
一旦上記被検出物体を検出したと判定した後に、
上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値以下であると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値を超えたと判定した場合に、上記被検出物体を検出していないと判定するように構成されている。

この実施の形態によれば、上記被検出物体を検出したと判定された状態、あるいは、一旦上記被検出物体を検出したと判定された後にさらに上記被検出物体が近づいて上記被検出物体の検出状態が保持されている状態において、上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値以下であると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値を超えたと判定した場合には、上記検出判定回路は、上記被検出物体を検出していないと判定するようにしている。

したがって、一旦上記被検出物体を検出したと判定された後において、上記被検出物体が本物体検出センサから離れた場合に、上記被検出物体を検出していないと正しく判定することができる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記検出判定回路は、上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値を超えていると判定した場合に、上記被検出物体を検出していないと判定するように構成されている。

この実施の形態によれば、実際には上記被検出物体が本物体検出センサに近づいていないにも拘わらず、第１波長にピークを有する外乱光が上記受光素子に入射したために、上記第１受光量判定回路によって、上記受光素子の受光量が上記第１判定閾値を超えていると判定されたとしても、上記被検出物体が本物体検出センサに近づいていないので周囲光は遮られずその光量は大きく、上記第２受光量判定回路によって、上記受光素子の受光量が上記第２判定閾値以下を超えていると判定される。したがって、上記検出判定回路により、上記被検出物体を検出していないと正しく判定することができる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記第２受光量判定回路は、
上記受光素子によって受光された光の光量が常に上記第２判定閾値以下を維持している状態で、上記検出判定回路により上記被検出物体を検出したと判定された場合には、判定閾値を、上記第２判定閾値から、上記受光素子からの上記第１受光量判定回路への受光信号が上記第１判定閾値を超える直前における上記受光素子からの当該第２受光量判定回路への受光信号の値である第３判定閾値に変更するように構成されている。

上記各実施の形態においては、上記検出判定回路は、一旦上記被検出物体を検出したと判定した後は、上記受光素子によって受光された光の光量が上記第２判定閾値以下である状態を維持している場合には、上記第１受光量判定回路による判定結果に拘わらず、上記被検出物体の検出状態を保持するようにしている。したがって、周囲が暗い状態の場合には、一旦上記被検出物体を検出したと判定した後にも、上記受光素子によって受光された光の光量が上記第２判定閾値以下である状態が維持されることになり、上記被検出物体が遠ざかって上記第１受光量判定回路１は判定閾値以下になっても、上記被検出物体の検出状態が保持されてしまう。

この実施の形態によれば、上記受光素子によって受光された光の光量が常に上記第２判定閾値以下を維持している状態で、上記検出判定回路により上記被検出物体を検出したと判定された場合には、上記第２判定閾値を、上記受光素子からの上記第１受光量判定回路への受光信号が上記第１判定閾値を超える直前における上記受光素子からの当該第２受光量判定回路への受光信号の値である第３判定閾値に低めるように変更する。したがって、周囲が暗いために上記受光素子によって受光された光の光量が上記第２判定閾値以下であっても、上記第３判定閾値を超えていれば、上記検出判定回路によって、上記被検出物体を検出していないと正しく判定することができる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記受光素子は、同一領域に形成されたＰＮ接合による２つのフォトダイオードで構成されており、
上記２つのフォトダイオードのうちの一つは、第１導電型の半導体基板と、この第１導電型の半導体基板の表面に第１深さで形成された第２導電型の領域とでなるＰＮ接合で構成される第１フォトダイオードであり、
上記２つのフォトダイオードのうちの他の一つは、上記第２導電型の領域と、この第２導電型の領域の表面に上記第１深さよりも浅い第２深さで形成された第１導電型の領域とでなるＰＮ接合で構成される第２フォトダイオードであり、
上記第１フォトダイオードは上記第１波長に感度ピークを有しており、
上記第２フォトダイオードは上記第２波長に感度ピークを有している。

この実施の形態によれば、同一領域内に、上記第１波長に感度ピークを有する第１フォトダイオードと、上記第２波長に感度ピークを有する第２フォトダイオードとを形成することによって、上記受光素子によって検出する光を波長によって可視光と赤外光とのごとく容易に区別することが可能になる。

さらに、上記第１波長の光は赤外光であり、上記第２波長の光は可視光であることが望ましい。その場合には、上記周囲光の検出には目視可能な明るさの光で検出可能となり、上記被検知物体の検出には人間の目に見えない波長の光で検知可能となる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記受光素子は、上記発光素子と当該受光素子との配列方向に、複数に細分化されている部分受光部よりなる。

本物体検出センサに対して上記被検知物体が近くにある場合には、遠くにある場合に比して、上記被検知物体に対する上記発光素子から出射された光の入射角は大きくなり、上記被検知物体からの反射光の反射角も大きくなる。したがって、上記受光素子上に形成される受光スポットの位置は、上記発光素子から離れた位置になる。

この実施の形態によれば、上記受光素子は、上記発光素子と当該受光素子との配列方向に複数に細分化された部分受光部で構成されている。したがって、上記複数に細分化された夫々の部分受光部の受光量を時系列で比較することによって、本物体検出センサに対して上記被検出物体が近づいているのか、遠ざかっているのか判別することが可能になる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記複数に細分化された夫々の部分受光部の受光量を時系列で比較して、上記被検出物体が近づいているか、遠ざかっているかを判定する判定手段を備えている。

この実施の形態によれば、判定手段によって、上記複数に細分化された夫々の部分受光部の受光量を時系列で比較することにより、本物体検出センサに対して上記被検出物体が近づいているのか、遠ざかっているのか判別することができる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記発光素子は、レーザー発光素子である。

この実施の形態によれば、上記発光素子をレーザー発光素子としているので、発光ダイオード(ＬＥＤ)とする場合に比して指向特性を向上させることができる。したがって、上記被検出物体が近づいているのか、遠ざかっているのかを、より精度良く判別することが可能になる。

また、１実施の形態の物体検出センサでは、
上記第１波長に強度ピークを有する光は、赤外光であり、
上記第２波長を呈する光は、可視光である。

この実施の形態によれば、上記第２波長に感度ピークが切り換えられた上記受光素子によって受光される光を可視光とすることによって、人の視感度にあった周囲光として検出することができる。さらに、上記発光素子から出射される上記第１波長に強度ピークを有する光を赤外光とすることによって、人間の目に見えない波長の光で上記被検知物体の検出を行うことができる。

また、この発明の電子機器は、この発明の物体検出センサを備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、上記第１波長にピークを有する外乱光が上記受光素子に入射された場合や、一旦被検出物体を検出した後の場合であっても、正しく上記被検出物体の有無を検出できる物体検出センサを備えているので、着信時に耳等の上記被検出物体がスピーカフォンに近づいたことを高精度で検出して、液晶バックライトの消灯動作を的確に行うことができる携帯電話や、着信時に頬等の上記被検出物体が液晶タッチパネルに近づいたことを高精度で検出して、上記液晶タッチパネルをオフして上記液晶タッチパネルの誤動作を的確に防止できるスマートフォン等を、実現することが可能になる。

以上より明らかなように、この発明の物体検出センサは、第１受光量判定回路で、感度ピークが第１波長に切り換えられた受光素子によって受光された被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えているか否かを判定し、第２受光量判定回路で、感度ピークが第２波長に切り換えられた上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値以下であるか否かを判定する。そして、上記第１受光量判定回路が、上記受光素子によって受光された被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が、上記受光素子によって受光した光の光量が第２判定閾値以下であると判定した場合に、検出判定回路によって、上記被検出物体を検出したと判定するようにしている。

したがって、実際には上記被検出物体が本物体検出センサに近づいていないにも拘わらず、第１波長の光を含む外乱光が上記受光素子に入射して、上記第１受光量判定回路が、上記受光素子の受光量が上記第１判定閾値を超えていると判定したとしても、上記被検出物体が本物体検出センサに近づいていないので周囲光は遮られることがなく、上記第２受光量判定回路が、上記受光素子の受光量が上記第２判定閾値以下を超えていると判定するので、上記検出判定回路によって、上記被検出物体を検出していないと判定される。

このように、上記被検出物体からの反射光の受光量と周囲光の受光量との関係に基づいて上記被検出物体を検出したか否かを判定することによって、上記被検出物体が近づいていないにも拘わらず、第１波長の光を含む外乱光が上記受光素子に入射されて上記被検出物体が近づいたと誤判定されることを防止できる。

また、この発明の電子機器は、上記第１波長の光を含む外乱光が上記受光素子に入射された場合や、一旦被検出物体を検出した後の場合であっても、正しく上記被検出物体の有無を検出できる物体検出センサを備えているので、着信時に耳等の上記被検出物体がスピーカフォンに近づいたことを高精度で検出して、液晶バックライトの消灯動作を的確に行うことができる携帯電話や、着信時に頬等の上記被検出物体が液晶タッチパネルに近づいたことを高精度で検出して、上記液晶タッチパネルをオフして上記液晶タッチパネルの誤動作を的確に防止できるスマートフォン等を、実現することが可能になる。

この発明の物体検出センサにおける発光素子と受光素子との概略構成を示す図である。 図１に示す発光素子および受光素子を含む物体検出センサのブロック図である。 被検出物体が無い状態から被検出物体が物体検出センサに近づいて来る場合の、発光タイミングと第１,第２受光量判定回路の判定タイミングと検出判定回路の検出信号出力タイミングとを示す図である。 図３の場合における物体検出センサに対する被検出物体の位置関係を示す図である。 被検出物体が無い状態から被検出物体が物体検出センサに近づいて一旦検出された後、被検出物体がさらに物体検出センサに近づく場合の、発光タイミングと第１,第２受光量判定回路の判定タイミングと検出判定回路の検出信号出力タイミングとを示す図である。 図５の場合における物体検出センサに対する被検出物体の位置関係を示す図である。 被検出物体が無い状態から被検出物体が物体検出センサに近づいて一旦検出された後、被検出物体が物体検出センサから遠ざかる場合の、発光タイミングと第１,第２受光量判定回路の判定タイミングと検出判定回路の検出信号出力タイミングとを示す図である。 図７の場合における物体検出センサに対する被検出物体の位置関係を示す図である。 被検出物体の周囲が暗い状態において、被検出物体が無い状態から被検出物体が物体検出センサ７に近づいて一旦検出された後、被検出物体が物体検出センサから遠ざかる場合の、発光タイミングと第１,第２受光量判定回路の判定タイミングと検出判定回路の検出信号出力タイミングとを示す図である。 図９の場合における物体検出センサに対する被検出物体の位置関係を示す図である。 被検出物体の周囲が暗い状態において、被検出物体が無い状態から被検出物体が物体検出センサ７に近づいて一旦検出された後、被検出物体が物体検出センサから遠ざかる場合の、図９とは異なる発光タイミングと第１,第２受光量判定回路の判定タイミングと検出判定回路の検出信号出力タイミングとを示す図である。 図１１の場合における物体検出センサに対する被検出物体の位置関係を示す図である。 図１における受光素子の断面模式図である。 図１３における第１,第２フォトダイオードの分光特性を示す図である。 図１とは異なる発光素子と受光素子との概略構成を示す図である。 被検出物体が無い状態での物体検出センサに対する被検出物体の位置関係および受光素子における受光スポットの形成状態を示す図である。 被検出物体が物体検出センサから遠い状態での物体検出センサに対する被検出物体の位置関係および受光素子における受光スポットの形成状態を示す図である。 被検出物体がさらに物体検出センサに近づいた状態での物体検出センサに対する被検出物体の位置関係および受光素子における受光スポットの形成状態を示す図である。 被検出物体がさらに物体検出センサに近づいた状態での物体検出センサに対する被検出物体の位置関係および受光素子における受光スポットの形成状態を示す図である。 被検出物体がさらに物体検出センサに近づいた状態での物体検出センサに対する被検出物体の位置関係および受光素子における受光スポットの形成状態を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の物体検出センサにおける発光素子と受光素子との概略構成を示す。

図１に示すように、本物体検出センサは、光を放射する発光素子１と光を受光する受光素子２とを備え、発光素子１と受光素子２とはベースとなる共通の基板３上に取り付けられている。そして、発光素子１および受光素子２は、夫々、透明の１次モールド樹脂４,５でモールドされている。１次モールド樹脂４,５の周囲には、遮光性のある２次モールド樹脂６が設けられている。この２次モールド樹脂６のうち発光素子１と受光素子２との間の２次モールド樹脂６は、発光素子１および受光素子２を光学的に隔てて、発光素子１から放射された光が直接受光素子２で受光されることを防止する。

さらに、上記発光素子１における１次モールド樹脂５とは反対側に位置する２次モールド樹脂６は、発光素子１から出射された光が１次モールド樹脂５とは反対側に広がって迷光となることを防止する。また、受光素子２における１次モールド樹脂４とは反対側に位置する２次モールド樹脂６は、受光素子２に対して１次モールド樹脂４とは反対側から外乱光が入射するのを防止する。

図２は、図１に示す発光素子１および受光素子２を含む物体検出センサ７のブロック図を示す。図２に示すように、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近接状態にある場合には、発光素子１から出射された光は被検出物体８で反射され、被検出物体８からの反射光が受光素子２によって受光される。そして、受光素子２から、受光量に応じた受光信号が出力される。ここで、本実施の形態における発光素子１は、第１波長に強度ピークを有する光を出射する。また、受光素子２は、上記第１波長と上記第１波長とは異なる第２波長とに感度ピークを有しており、切換スイッチ(図示せず)によって上記感度ピークを切り換えることが可能になっている。

また、上記物体検出センサ７は、第１受光量判定回路９,第２受光量判定回路１０および検出判定回路１１を含んでいる。

上記第１受光量判定回路９は第１判定閾値を有しており、上記第１波長に感度ピークが切り換えられた受光素子２からの受光信号を受けて、受光素子２によって受光された第１波長に強度ピークを有する反射光の光量が、上記第１判定閾値を超えているか否かを判定する。そして、判定結果を表す判定信号を出力する。また、第２受光量判定回路１０は上記第１判定閾値とは異なる第２判定閾値を有しており、上記第２波長に感度ピークが切り換えられた受光素子２からの受光信号を受けて、受光素子２によって受光された光量が上記第２判定閾値以下であるか否かを判定する。そして、判定結果を表す判定信号を出力する。また、検出判定回路１１は、第１受光量判定回路９からの判定信号と第２受光量判定回路１０からの判定信号とに基づいて、被検出物体８を検出したか否かを判定する。そして、検出結果を表す検出信号を出力するのである。

さらに、後に詳述するように、上記検出判定回路１１は、一旦被検出物体８を検出したと判定すると、以後における判定の基準を変更する。また、第２受光量判定回路１０は、受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号が常に第２判定閾値以下を維持している状態で被検出物体８を検出したと判定された場合に、以後における判定閾値を変更するようになっている。

以下、本物体検出センサ７の動作を、周囲光および被検出物体８の状況の別に、説明する。

（ａ）第１の状況
図３は、上記被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて来る場合において、発光素子１の発光タイミングと、第１受光量判定回路９による判定タイミングと、第２受光量判定回路１０による判定タイミングと、検出判定回路１１による検出信号の出力タイミングと、を示している。また、図４は、物体検出センサ７に対する被検出物体８の位置関係を示している。

図３(a)に示すように、上記発光素子１は、予め定められた一定の間隔で予め定められた所定の時間長だけ、上記第１波長に強度ピークを有する光を出射する。また、受光素子２は、発光素子１の発光タイミングと同じタイミングで、感度ピークが上記第１波長に切り換えられる一方、発光素子１の発光タイミング以外(感度ピークが上記第１波長であるタイミング以外)の場合には、感度ピークが上記第２波長に切り換えられる。

先ず、図４(a)に示すように上記被検出物体８が存在しない場合には、図３における期間(Ａ)において、発光素子１から放射された上記第１波長に強度ピークを有する光は、反射するもの(被検出物体８)が無いために、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２に入射されることはない。したがって、図３(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号がない状態となる。

さらに、上述したように、反射するもの(被検出物体８)が無いため、感度ピークが上記第２波長に切り換えられた受光素子２には周囲光が入射され、受光素子２の受光信号は大きい状態になる。したがって、図３(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値よりも大きい状態となる。

ここで、上述したように上記第１受光量判定回路９は、受光素子２からの受光信号が上記第１判定閾値を超えているか否かを判定する。第２受光量判定回路１０は、受光素子２からの受光信号が上記第２判定閾値以下であるか否かを判定する。検出判定回路１１は、第１受光量判定回路９および第２受光量判定回路１０からの判定信号に基づいて、第１受光量判定回路９が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路１０が第２判定閾値以下であると判定した場合に、被検出物体８を検出したと判定する。

図３の期間(Ａ)においては、上記受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さく、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値よりも大きい。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８は検出できなかったと判定して、レベル「Ｌ」の検出信号を出力する。

次に、図４(b)および図４(c)に示すように、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近づいてくる場合には、図３の期間(Ｂ)において、発光素子１から放射された上記第１波長に強度ピークを有する光は、被検出物体８で反射されて感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２に入射される。そして、受光素子２からの受光信号は、被検出物体８が近づくに連れて大きくなっていく。したがって、図３(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号も大きくなっていく。

さらに、近づいてくる被検出物体８によって周囲からの光が遮られることによって、感度ピークが上記第２波長に切り換えられた受光素子２に入射される周囲光は少なくなっていく。したがって、図３(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が小さくなっていく。

図３の期間(Ｂ)においては、上記受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さいか、あるいは、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値よりも大きい。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８は検出できなかったと判定して、レベル「Ｌ」の検出信号を出力する。

次に、図４(d)に示すように、上記被検出物体８が物体検出センサ７に対して近接状態にある場合には、図３の期間(Ｃ)において、受光素子２からの第１受光量判定回路９への受光信号が第１判定閾値を超えると共に、受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号が第２判定閾値以下となる。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８が近接状態にあると判定し、被検出物体８を検出したことを表すレベル「Ｈ」の検出信号を出力するのである。

以上のごとく、本実施の形態においては、発光素子１を、第１波長に強度ピークを有する光を出射するように構成し、受光素子２を、上記第１波長と第２波長とに感度ピークを切り換え可能に構成している。また、上記第１波長に感度ピークが切り換えられた受光素子２からの受光信号に基づいて、上記第１波長に強度ピークを有する反射光の受光量が第１判定閾値を超えているか否かを判定する第１受光量判定回路９を備えている。また、上記第２波長に感度ピークが切り換えられた受光素子２からの受光信号に基づいて、受光量が第２判定閾値以下であるか否かを判定する第２受光量判定回路１０を備えている。

そして、検出判定回路１１によって、上記第１受光量判定回路９および第２受光量判定回路１０からの判定信号に基づいて、第１受光量判定回路９が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路１０が第２判定閾値以下であると判定した場合に、被検出物体８を検出したと判定するようにしている。

このように、本実施の形態においては、上記発光素子１から被検出物体８に向けて上記第１波長に強度ピークを有する光を出射する。一方、受光素子２は、被検出物体８からの上記第１波長に強度ピークを有する反射光と、上記第２波長に強度ピークを有する周囲光とを、波長によって区別して受光する。そして、第１受光量判定回路９,第２受光量判定回路１０および検出判定回路１１によって、上記第１波長に強度ピークを有する反射光の光量と、上記第２波長に強度ピークを有する周囲光の光量との関係に基づいて、被検出物体８を検出する。

すなわち、上記被検出物体８からの反射光を、波長によって上記周囲光と分離して、被検出物体８の検出用に用いている。したがって、被検出物体８が近づいていないにも関わらず、上記第１波長の光を含む外乱光を受光することによって被検出物体８が近づいたと誤動作するのを防止することができるのである。

尚、上記特許文献３には、照度検出には可視光を利用し、物体検出には赤外光を利用することが開示されている。また、上記特許文献４には、照度センサ部では、赤外領域の光による影響を抑制し、近接センサ部では、可視光領域の光による影響を抑制することが開示されている。しかしながら、何れの文献にも、被検出物体からの反射光の受光量と周囲光の受光量との関係に基づいて被検出物体を検出したと判定することは、開示されてはいない。

（ｂ）第２の状況
図５は、上記被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて一旦被検出物体８が検出された後、被検出物体８がさらに物体検出センサ７に近づく場合において、発光素子１の発光タイミング(図５(a))と、第１受光量判定回路９による判定タイミング(図５(b))と、第２受光量判定回路１０による判定タイミング(図５(c))と、検出判定回路１１による検出信号の出力タイミング(図５(d))とを示している。また、図６は、物体検出センサ７に対する被検出物体８の位置関係を示している。

図６(a)示す上記被検出物体８が存在しない場合、図６(b)および図６(c)に示す被検出物体８が物体検出センサ７に近づく場合、図６(d)に示す被検出物体８が受光素子２に対して近接状態にある場合において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号の変化、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号の変化、検出判定回路１１による被検出物体８の検出結果は、図５に示すごとく、上記第１の状況において図３に示す被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて近接状態に至る場合と同様である。すなわち、図６(d)に示すように被検出物体８が物体検出センサ７に対して近接状態にある図５の期間(Ｃ)において、検出判定回路１１は、被検出物体８が近接状態にあると判定してレベル「Ｈ」の検出信号を出力する。

その後、図６(e)に示すように上記被検出物体８がさらに物体検出センサ７に近づいた場合には、発光素子１から出射された上記第１波長に強度ピークを有する光は、被検出物体８で反射されるが、受光素子２に近すぎるために光学的に受光素子２に入射されることが少なくなる。そのため、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２の受光信号は小さくなり、図５(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号も小さくなる。こうして、図５の期間(Ｄ)において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さくなる。

また、図５の期間(Ｄ)において、上記受光素子２は被検出物体８がごく近傍にあるために、周囲光の受光量は減少したままとなり、図５(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号も上記第２判定閾値よりも小さい状態を維持する。

ここで、上記検出判定回路１１は、一旦被検出物体８を検出したと判定すると、以後における判定の基準を変更する。すなわち、一旦被検出物体８を検出した後は、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下の状態を維持している場合には、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号が上記第１判定閾値以下であっても(つまり、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号に拘わらず)、被検出物体８を検出したと判定するのである。

この場合、上記検出判定回路１１は、図５の期間(Ｃ)において、一旦被検出物体８を検出したと判定している。したがって、図５の期間(Ｄ)において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号が上記第１判定閾値以下となっても、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値よりも小さい状態を維持しているため、検出判定回路１１は、被検出物体８がごく近接状態にあると判定してレベル「Ｈ」の検出信号を出力するのである。

以上のごとく、本実施の形態においては、上記検出判定回路１１を、一旦被検出物体８を検出した後は、以後における判定の基準を、
「受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下の状態を維持している場合には、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号が上記第１判定閾値以下であっても(つまり、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号の光量に拘わらず)、被検出物体８を検出したと判定する」
と変更するようにしている。

したがって、上記物体検出センサ７の前に液晶パネル等のパネルが存在しており、上記パネルからの反射光量は第１受光量判定回路９の上記第１判定閾値を下回るように設定されている場合において、図５の期間(Ｃ)で一旦被検出物体８が検知された後に、被検出物体８がさらに近づいて来た場合には、受光素子２への被検出物体８からの反射光の光量が減少する。そして、例え、被検出物体８と上記パネルとの距離がゼロになって被検出物体８からの反射光量は殆ど無くなり、図５の期間(Ｄ)において略上記パネルからの反射光量のみ(上記第１判定閾値を下回る)になったとしても、受光素子２の極近傍に被検出物体８が在るため周囲光が被検出物体８で遮られて、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下の状態を維持している。その結果、検出判定回路１１は判定の基準を変更して、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号が上記第１判定閾値以下であっても、被検出物体８を検出したとの判定を保持することになる。

このように、本実施の形態によれば、近づいて来た被検出物体８と上記パネルとの距離がゼロになって受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号が上記第１判定閾値を下回った場合に、被検出物体８が検出されなくなるという誤動作を防止することができるのである。

（ｃ）第３の状況
図７は、上記被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて一旦被検出物体８が検出された後に、被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合において、発光素子１の発光タイミング(図７(a))と、第１受光量判定回路９による判定タイミング(図７(b))と、第２受光量判定回路１０による判定タイミング(図７(c))と、検出判定回路１１による検出信号の出力タイミング(図７(d))とを示している。また、図８は、物体検出センサ７に対する被検出物体８の位置関係を示している。

図８(a)示す上記被検出物体８が存在しない場合、図８(b)および図８(c)に示す被検出物体８が物体検出センサ７に近づく場合、図８(d)に示す被検出物体８が受光素子２に対して近接状態にある場合において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号の変化、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号の変化、検出判定回路１１による被検出物体８の検出結果は、図７に示すごとく、上記第１の状況において図３に示す被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて近接状態に至る場合と同様である。すなわち、図８(d)に示すように被検出物体８が物体検出センサ７に対して近接状態にある図７の期間(Ｃ)において、検出判定回路１１は、被検出物体８が近接状態にあると判定してレベル「Ｈ」の検出信号を出力する。

その後、図８(e)に示すように上記被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合には、発光素子１から出射された上記第１波長に強度ピークを有する光の被検出物体８による反射光は減少する。そのために、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２の受光信号は小さくなり、図７(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号も小さくなる。こうして、図７の期間(Ｄ)において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さくなる。

また、図７の期間(Ｄ)において、上記被検出物体８が遠い位置にあるため周囲光が被検出物体８によって遮られず、受光素子２による周囲光の受光量が大きくなる。その結果、図７(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以上になる。

この場合、上記検出判定回路１１は、図７の期間(Ｃ)において、一旦被検出物体８を検出したと判定している。したがって、以後における判定の基準を変更して、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下の状態を維持している場合にば、被検出物体８を検出したと判定するようになっている。

ところが、図７の期間(Ｄ)において、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以上になっている。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８は遠い状態あるいは無い状態であると判定してレベル「Ｌ」の検出信号を出力するのである。

以上のごとく、上記検出判定回路１１が、一旦被検出物体８を検出した後に、以後における判定の基準を、
「受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下の状態を維持している場合には、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号が上記第１判定閾値以下であっても、被検出物体８を検出したと判定する」
と変更した場合であっても、検出判定回路１１は、被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかっていることを正しく検出することができるのである。

尚、本実施の形態においては、図７の期間(Ｃ)において被検出物体８を検出したと判定した直後の期間(Ｄ)で、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値を超えて、被検出物体８は検出されない状態であると判定している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記第２の状況の図５の期間(Ｄ)において被検出物体８を検出した状態を保持している場合に、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値を超えた場合にも、同様に被検出物体８は検出されない状態であると判定される。

（ｄ）第４の状況
図９は、上記被検出物体８の周囲が暗い状態において、被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて一旦被検出物体８が検出された後、被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合において、上記発光素子１による発光タイミング(図９(a))と、第１受光量判定回路９による判定タイミング(図９(b))と、第２受光量判定回路１０による判定タイミング(図９(c))と、検出判定回路１１による検出信号の出力タイミング(図９(d))とを示している。また、図１０は、物体検出センサ７に対する被検出物体８の位置関係を示している。

先ず、図１０(a)に示すように、上記被検出物体８が存在していない場合には、図９の期間(Ａ)において、発光素子１から放射された上記第１波長に強度ピークを有する光は、反射するもの(被検出物体８)が無いため、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２に入射されることはない。したがって、図９(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号がない状態となる。

さらに、上述したように、反射するもの(被検出物体８)が無いため、感度ピークが上記第２波長に切り換えられた受光素子２には周囲光が入射される。ところが、周囲が暗いため、受光素子２の受光信号は小さい状態になる。したがって、図９(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値よりも小さい状態となる。

この場合、上記受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さく、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値よりも小さい。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８は検出できなかったと判定して、レベル「Ｌ」の検出信号を出力する。

次に、図１０(b)および図１０(c)に示すように、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近づいてくる場合には、図９の期間(Ｂ)において、発光素子１から放射された上記第１波長に強度ピークを有する光は、被検出物体８で反射されて、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２に入射される。そして、受光素子２からの受光信号は、被検出物体８が近づくに連れて大きくなっていく。したがって、図９(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号も大きくなっていくが、上記第１判定閾値よりも小さい。

さらに、近づいてくる被検出物体８によって周囲からの光が遮られることによって、感度ピークが上記第２波長に切り換えられた受光素子２に入射される周囲光は少なくなっていく。したがって、図９(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が小さくなっていく。

この場合、上記受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さく、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値よりも小さい。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８は検出できなかったと判定して、レベル「Ｌ」の検出信号を出力する。

次に、図１０(d)に示すように、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近接状態にある場合には、図９の期間(Ｃ)において、受光素子２からの第１受光量判定回路９への受光信号が第１判定閾値を超えると共に、受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号が第２判定閾値以下である。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８が近接状態にあると判定し、被検出物体８を検出したことを表すレベル「Ｈ」の検出信号を出力する。

その後、図１０(e)に示すように上記被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合には、発光素子１から出射された上記第１波長に強度ピークを有する光の被検出物体８による反射光は減少する。そのため、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２の受光信号は小さくなり、図９(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号も小さくなる。こうして、図９の期間(Ｄ)において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さくなる。

また、図９の期間(Ｄ)において、上記被検出物体８が遠い位置にあるため周囲光が被検出物体８によって遮られず、受光素子２による周囲光の受光量が大きくなる。その結果、図９(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が大きくなる。しかしながら、周囲が暗いため、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第２判定閾値以下のままとなる。

この場合、上記検出判定回路１１は、図９の期間(Ｃ)において、一旦被検出物体８を検出したと判定している。したがって、以後における判定の基準を変更して、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下の状態を維持している場合には、被検出物体８を検出したと判定する。その結果、図９の期間(Ｄ)において、上記検出判定回路１１は、被検出物体８は近接状態にあると判定してレベル「Ｈ」の検出信号を出力し続けるのである。

すなわち、この期間(Ｄ)においては、上記被検出物体８が遠い状態あるいは無い状態であるにも拘わらず、被検出物体８が近接状態にあると誤判定されることになる。

そこで、本実施の形態においては、このような誤判定を防止するため、以下のように、第２受光量判定回路１０における上記第２判定閾値を変更可能にするのである。ここで、第２受光量判定回路１０における上記第２判定閾値の変更は、受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号が常に第２判定閾値以下の状態を維持している状態で、受光素子２からの第１受光量判定回路９への受光信号が第１判定閾値を超えて、検出判定回路１１によって、被検出物体８が近接状態にあると判定された場合に行われる。

以下、図９の場合と同様に、上記被検出物体８の周囲が暗い状態において、被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて一旦被検出物体８が検出された後に、被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合を例に、上記第２判定閾値の変更について具体的に説明する。

（ｅ）第５の状況
図１１は、上記被検出物体８の周囲が暗い状態において、被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて一旦被検出物体８が検出された後、被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合において、発光素子１の発光タイミング(図１１(a))と、第１受光量判定回路９による判定タイミング(図１１(b))と、第２受光量判定回路１０による判定タイミング(図１１(c))と、検出判定回路１１による検出信号の出力タイミング(図１１(d))とを示している。また、図１２は、物体検出センサ７に対する被検出物体８の位置関係を示している。

図１２(a)示す上記被検出物体８が存在しない場合、図１２(b)および図１２(c)に示す被検出物体８が物体検出センサ７に近づく場合、図１２(d)に示す被検出物体８が受光素子２に対して近接状態にある場合において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号の変化、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号の変化、上記検出判定回路１１による被検出物体８の検出結果は、図１１に示すごとく、上記第４の状況において図９に示す被検出物体８が無い状態から被検出物体８が物体検出センサ７に近づいて近接状態に至る場合と同様である。すなわち、図１２(d)に示すように、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近接状態にある図１１の期間(Ｃ)において、検出判定回路１１は、被検出物体８が近接状態にあると判定してレベル「Ｈ」の検出信号を出力する。

この時点で、上記検出判定回路１１は、受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号が常に第２判定閾値以下を維持している状態で被検出物体８を検出したと判定したので、第２受光量判定回路１０に対して、上記第２判定閾値を、より小さい第３判定閾値に変更させる指令信号を出力する。

ここで、上記第３判定閾値は、受光素子２からの第１受光量判定回路９への受光信号が第１判定閾値を超える直前における受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号(図１１(c)における受光信号イ)の値とする。以後、第２受光量判定回路１０は、受光素子２によって受光された光量が上記第３判定閾値以下であるか否かを判定することになる。

その後、図１２(e)に示すように上記被検出物体８が物体検出センサ７から遠ざかる場合には、発光素子１から出射された上記第１波長に強度ピークを有する光の被検出物体８による反射光は減少する。そのため、感度ピークが上記第１波長に切り換えられた受光素子２の受光信号は小さくなり、図１１(b)に示すように、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号も小さくなる。こうして、図１１の期間(Ｄ)において、受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さくなる。

また、図１１の期間(Ｄ)において、上記受光素子２は被検出物体８が遠い位置にあるため、周囲光の受光量が大きくなり、図１１(c)に示すように、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が大きくなる。しかしながら、周囲が暗いため、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は小さく、上記第２判定閾値よりも小さい。

しかしながら、上記第２受光量判定回路１０の判定閾値は上記第２判定閾値よりも小さい第３判定閾値に変更されている。そのため、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号は上記第３判定閾値以上となる。

その結果、図１１の期間(Ｄ)では、上記受光素子２から第１受光量判定回路９への受光信号は上記第１判定閾値よりも小さく、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第３判定閾値以上となっている。したがって、検出判定回路１１は、被検出物体８は遠い状態あるいは無い状態であると判定してレベル「Ｌ」の検出信号を出力するのである。

このように、本実施の形態においては、上記検出判定回路１１が、受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号が常に第２判定閾値以下を維持している状態で、被検出物体８を検出したと判定した場合は、第２受光量判定回路１０の上記第２判定閾値を、受光素子２からの第１受光量判定回路９への受光信号が第１判定閾値を超える直前における受光素子２からの第２受光量判定回路１０への受光信号の値である第３判定閾値に変更するようにしている。

したがって、図９の期間(Ｄ)のごとく、周囲が暗いため、受光素子２から第２受光量判定回路１０への受光信号が上記第２判定閾値以下となり、上記被検出物体８が遠い状態あるいは無い状態であるにも拘わらず、被検出物体８が近接状態にあると誤判定されることを防止することができるのである。

尚、本実施の形態においては、上記検出判定回路１１が第２受光量判定回路１０に対して指令信号を出力することによって、第２受光量判定回路１０の上記第２判定閾値を上記第３判定閾値に変更するようにしている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、例えば発光素子１,受光素子２,第１受光量判定回路９,第２受光量判定回路１０および検出判定回路１１の動作を制御部によって制御している場合には、この制御部からの指示によって第２受光量判定回路１０の上記第２判定閾値を上記第３判定閾値に変更するようにしても差し支えない。

・第２実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における受光素子２の具体的構造に関する。

図１３は、本実施の形態における受光素子２の断面模式図を示す。上記受光素子２は、ｐ型半導体基板１５とこのｐ型半導体基板１５の表面に形成されたｎ型不純物拡散領域１６(ｎ型ウェルあるいはｎ型エピタキシャル層の場合もある)とでなる深い側のｐｎ接合で構成されるフォトダイオードと、ｎ型不純物拡散領域１６とこのｎ型不純物拡散領域１６の表面に形成されたｐ型不純物拡散領域１７とでなる浅い側のｐｎ接合で構成されるフォトダイオードとの２つの素子によって構成されている。以下、深い側のフォトダイオードを第１フォトダイオードＰＤ１と称し、浅い側のフォトダイオードを第２フォトダイオードＰＤ２と称する。

ここで、上記第１フォトダイオードＰＤ１は、上記第１実施の形態における上記第１波長に感度ピークを有しており、第２フォトダイオードＰＤ２は、上記第１実施の形態における上記第２波長に感度ピークを有している。

図１４は、上記第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２の分光特性を示す。図１４において、縦軸は相対感度を示しており、横軸は波長(ｎｍ)を示している。

図１４に示すように、上記第１フォトダイオードＰＤ１の分光特性は、８００ｎｍの波長付近にピークを有している。これに対し、第２フォトダイオードＰＤ２の分光特性は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長付近にピークを有している。それ故に、上記第１実施の形態における上記周囲光の検出に可視光を使用し、被検出物体８の検出に赤外光を使用する場合において、上記第１,第２フォトダイオードＰＤ１,ＰＤ２を有効に用いることが可能になる。

例えば、図１３に示すように、上記第１フォトダイオードＰＤ１のアノードを第１受光量判定回路９に接続する一方、第２フォトダイオードＰＤ２のアノードを第２受光量判定回路１０に接続する。そして、第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２のカソードの共通端子１８を、切換スイッチ１９によって第１受光量判定回路９あるいは第２受光量判定回路１０に切り換え接続するように構成する。

こうすることによって、上記発光素子１が上記第１波長である赤外光を出射するのに同期して、切換スイッチ１９を第１受光量判定回路９側に接続すれば、被検出物体８で反射された赤外光に基づく第１フォトダイオードＰＤ１からの受光信号を第１受光量判定回路９に入力することができる。これに対し、発光素子１が赤外光の出射を停止している場合に、切換スイッチ１９を第２受光量判定回路１０側に接続すれば、上記第２波長である上記周囲光(可視光)に基づく第２フォトダイオードＰＤ２からの受光信号を第２受光量判定回路１０に入力することができる。

したがって、上記第１,第２フォトダイオードＰＤ１,ＰＤ２による光検出によって、被検出物体８の検出機能と上記周囲光の検出機能とを実現することが可能になる。

尚、本実施の形態においては、ｐ型半導体基板１５とこのｐ型半導体基板１５の表面に形成されたｎ型不純物拡散領域１６(ｎ型ウェルあるいはｎ型エピタキシャル層の場合もある)とで深い側の第１フォトダイオードＰＤ１を構成する一方、ｎ型不純物拡散領域１６とこのｎ型不純物拡散領域１６の表面に形成されたｐ型不純物拡散領域１７とで浅い側の第２フォトダイオードＰＤ２とを構成している。しかしながら、この発明においては、半導体基板、この半導体基板の表面に形成される第１の不純物拡散領域、この第１の不純物拡散領域の表面に形成される第２の不純物拡散領域の導電型は、上述の導電型に限定されるものではない。要は、深いｐｎ接合で構成されるフォトダイオードと浅いｐｎ接合で構成されるフォトダイオードとが積層されている構造であればよいのである。

・第３実施の形態
図１５は、本実施の形態における発光素子と受光素子との概略構成を示す。但し、図１５(a)は縦断面図であり、図１５(b)は平面図である。図１の場合と同様に、発光素子１と受光素子２とは同じ基板３上に取り付けられており、発光素子１および受光素子２は透明の１次モールド樹脂４,５でモールドされている。そして、１次モールド樹脂４,５の周囲には、遮光性のある２次モールド樹脂６が設けられている。

図１５(b)に示すように、上記受光素子２は２つの領域２a,２bとなる部分受光部に細分化されている。ここで、２つの領域２a,２bへの分割線の延在方向は発光素子１と受光素子２との配列方向に略直交する方向となっており、受光素子２は発光素子１から遠い側の領域２aと発光素子１に近い側の領域２bとに細分化されている。この場合における２つの領域２a,２bへの細分化は、図１３における深い側の第１フォトダイオードＰＤ１と浅い側の第２フォトダイオードＰＤ２との両方に対して行えばよい。

本実施の形態においては、上記受光素子２における２つの領域２a,２bに形成される受光スポットの位置によって、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近づいてくるのか遠ざかっているのかを判別するのである。

図１６〜図２０は、上記被検出物体８が物体検出センサ７に対して遠い状態から近接状態になるまでの受光素子２の受光状態を示している。ここで、図１６(a),図１７(a),図１８(a),図１９(a),図２０(a)は、物体検出センサ７に対する被検出物体８の位置関係を示しており、図１６(b),図１７(b),図１８(b),図１９(b),図２０(b)は、受光素子２の２つの領域２a,２bにおける受光スポットの形成状態を示している。

先ず、図１６(a)に示すように、上記被検出物体８が無い状態では、発光素子１から放射される光は被検出物体８で反射されることがないため、図１６(b)に示すように、受光素子２には光が入射されることはない。

次に、図１７(a)に示すように、上記被検出物体８が物体検出センサ７から遠い状態の場合には、発光素子１から放射された光は被検出物体８に反射され、光学的に２つの領域２a,２bに細分化された受光素子２に入射される。その場合、図１７(b)に示すように、受光素子２における発光素子１に近い側の領域２bに被検出物体８からの反射光の受光スポット２１が形成されるため、領域２bの受光量の方が発光素子１から遠い側の領域２aの受光量よりも大きくなる。

さらに、図１８(a)に示すように、上記被検出物体８が図１７(a)に示す状態よりもさらに物体検出センサ７に近づいて来ると、発光素子１から放射されて被検出物体８で反射された光は、光学的に２つの領域２a,２bに細分化された受光素子２に入射される。その場合、発光素子１からの出射光の被検出物体８への入射角が図１７(a)の場合よりも大きくなるため、被検出物体８からの反射角も図１７(a)の場合よりも大きくなる。その結果、被検出物体８からの反射光による受光スポット２１の形成位置が受光素子２上において図１７(b)の場合よりも発光素子１から遠い側にずれて、図１８(b)に示すように、受光素子２における２つの領域２a,２bの境界線上に受光スポット２１が形成される。そのため、受光素子２における領域２aの受光量と領域２bの受光量とは、略等しくなる。

さらに、図１９(a)に示すように、上記被検出物体８が図１８(a)に示す状態よりもさらに物体検出センサ７に近づいて来ると、発光素子１からの出射光の被検出物体８への入射角が図１８(a)の場合よりも大きくなるため、被検出物体８からの反射角も図１８(a)の場合よりも大きくなる。その結果、被検出物体８からの反射光による受光スポット２１の形成位置が受光素子２上において図１８(b)の場合よりも発光素子１から遠い側にずれて、図１９(b)に示すように、受光素子２における発光素子１から遠い側の領域２aに被検出物体８からの反射光の受光スポット２１が形成されるため、領域２aの受光量の方が発光素子１から近い側の領域２bの受光量よりも大きくなる。

さらに、図２０(a)に示すように、上記被検出物体８が図１９(a)に示す状態よりもさらに物体検出センサ７に近づいて来ると、発光素子１から放射された光は被検出物体８で反射されるが、被検出物体８の位置が受光素子２に近すぎるために光学的に受光素子２に入射される反射光は少なくなって、受光素子２に受光スポット２１が形成されない。

以上のことより、本実施の形態においては、上記検出判定回路１１あるいは上記制御部によって、受光素子２における２つの領域２a,２bの受光量を時系列で比較することにより、被検出物体８が物体検出センサ７に対して遠い状態から近い状態に移行しようとしているのか、近い状態から遠い状態に移行しようとしているのかを判別することが可能になる。

この場合、図１３に示す受光素子２おける深い側の第１フォトダイオードＰＤ１と浅い側の第２フォトダイオードＰＤ２とを２つの領域２a,２bへの細分化した場合には、発光素子１から遠い側に位置する深い第１フォトダイオードＰＤ１aと、発光素子１から近い側に位置する深い第１フォトダイオードＰＤ１bと、発光素子１から遠い側に位置する浅い第２フォトダイオードＰＤ２aと、発光素子１から近い側に位置する浅い第２フォトダイオードＰＤ２bとの、４つのフォトダイオードが形成される。

そこで、上記４つのフォトダイオードＰＤ１a,ＰＤ１b,ＰＤ２a,ＰＤ２bを用いて、上記第１実施の形態のごとく、被検出物体８からの反射光と上記周囲光とを波長によって分離して被検出物体８の有無を検出する場合には、第１フォトダイオードＰＤ１aと第１フォトダイオードＰＤ１bとを直列あるいは並列に接続して図１３の第１フォトダイオードＰＤ１と見なす一方、第２フォトダイオードＰＤ２aと第２フォトダイオードＰＤ２bとを直列あるいは並列に接続して図１３の第２フォトダイオードＰＤ２と見なすのである。こうすることによって、被検出物体８からの反射光と上記周囲光とを波長(第１波長：赤外光,第２波長：可視光)によって分離して、被検出物体８の有無を精度よく検出することができる。

さらに、上記４つのフォトダイオードＰＤ１a,ＰＤ１b,ＰＤ２a,ＰＤ２bを用いて、本第３実施の形態のごとく、被検出物体８が物体検出センサ７に対して遠い状態から近づいてくるのか近い状態から離れていくのかを判別する場合には、深い側に位置する第１フォトダイオードＰＤ１aを発光素子１から遠い側に位置する領域２aと見なす一方、深い側に位置する第１フォトダイオードＰＤ１bを発光素子１から近い側に位置する領域２bと見なすのである。こうすることにより、受光素子２における２つの領域２a,２bの受光量を時系列で比較して、被検出物体８が物体検出センサ７に対して遠い状態から近づいてくるのか近い状態から離れていくのかを判別することができる。

したがって、上記４つのフォトダイオードＰＤ１a,ＰＤ１b,ＰＤ２a,ＰＤ２bの接続関係を、適宜切り換えることによって、被検出物体８からの反射光と上記周囲光とを波長によって分離して被検出物体８の有無を精度よく検出する場合に、必要に応じて、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近づいてくるのか離れていくのかを判別することができるのである。

尚、本実施形態においては、上記受光素子２を、領域２a,２bの２つの領域に細分化しているが、３つあるいはそれ以上の領域となる部分受光部に細分化して、判別精度を向上させてもよい。

さらに、発光素子１として、ＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)やレーザー発光素子を用いることができる。その場合、レーザー発光素子を用いれば、被検出物体８が物体検出センサ７に対して近づいてくるのか離れていくのかをより高い精度で判別することが可能になる。

また、上記各実施の形態における上記物体検出センサ７は、携帯電話やスマートフォン等の電子機器に搭載されると有効である。例えば、携帯電話に搭載された場合には、着信時にスピーカフォンが耳に近づいたことを検出して、液晶バックライトを消灯させて無駄な消費電力を抑えることができる。また、液晶タッチパネルを搭載したスマートフォンに搭載された場合には、着信時に頬等の被検出物体８が近づいたことを検知して液晶タッチパネルをオフして、上記液晶タッチパネルが頬等に触れて誤動作することを防止できる。

その場合、上記各実施の形態における上記物体検出センサ７は、被検出物体８が近づいていないにも関わらず、上記第１波長の光を含む外乱光を受光して、被検出物体８が近づいたと誤動作するのを防止できる。また、一度は被検出物体８が検知された後に、さらに近づいてくる被検出物体８と液晶パネル等のパネルとの距離がゼロになって被検出物体８からの反射光量は殆ど無くなるため、被検出物体８が検出されなくなるという誤動作を防止することができる。したがって、着信時に耳や頬等の被検出物体８がスピーカフォンや液晶タッチパネルに近づいたことを高精度で検出して、液晶バックライトの消灯動作や、液晶タッチパネルのオフ動作を、的確に行うことが可能になる。

１…発光素子
２…受光素子
２a,２b…受光素子の細分化領域
３…基板
４,５…１次モールド樹脂
６…２次モールド樹脂
７…物体検出センサ
８…被検出物体
９…第１受光量判定回路
１０…第２受光量判定回路
１１…検出判定回路
１５…ｐ型基板
１６…ｎ型不純物拡散領域
１７…ｐ型不純物拡散領域
１８…共通端子
１９…切換スイッチ
２１…受光スポット

Claims (11)

1. 第１波長に強度ピークを有する光を出射する発光素子と、
   上記第１波長と上記第１波長とは異なる第２波長とに感度ピークを有すると共に、上記発光素子から出射された光の被検出物体からの反射光を含む光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光素子と、
   上記受光素子の感度ピークを、上記第１波長と上記第２波長とに切り換える切換スイッチと、
   感度ピークが上記第１波長に切り換えられた上記受光素子からの受光信号を受けて、上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えているか否かを判定して、判定結果を表す判定信号を出力する第１受光量判定回路と、
   感度ピークが上記第２波長に切り換えられた上記受光素子からの受光信号を受けて、上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値以下であるか否かを判定して、判定結果を表す判定信号を出力する第２受光量判定回路と、
   上記第１受光量判定回路からの判定信号と上記第２受光量判定回路からの判定信号とに基づいて、上記被検出物体を検出したか否かを判定して、検出結果を表す検出信号を出力する検出判定回路と
   を備え、
   上記検出判定回路は、上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値以下であると判定した場合に、上記被検出物体を検出したと判定するように構成されている
   ことを特徴とする物体検出センサ。
2. 請求項１に記載の物体検出センサにおいて、
   上記検出判定回路は、
   一旦上記被検出物体を検出したと判定した後は、
   感度ピークが上記第２波長に切り換えられた上記受光素子によって受光された光の光量が上記第２受光量判定回路の第２判定閾値以下である状態を維持している場合には、上記第１受光量判定回路による判定結果に拘わらず、上記被検出物体の検出状態を保持する
   ことを特徴とする物体検出センサ。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載の物体検出センサにおいて、
   上記検出判定回路は、
   一旦上記被検出物体を検出したと判定した後に、
   上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値以下であると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値を超えたと判定した場合に、上記被検出物体を検出していないと判定するように構成されている
   ことを特徴とする物体検出センサ。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の物体検出センサにおいて、
   上記検出判定回路は、上記第１受光量判定回路が上記受光素子によって受光された上記被検出物体からの反射光の光量が第１判定閾値を超えていると判定し、且つ、上記第２受光量判定回路が上記受光素子によって受光された光の光量が第２判定閾値を超えていると判定した場合に、上記被検出物体を検出していないと判定するように構成されている
   ことを特徴とする物体検出センサ。
5. 請求項１あるいは請求項２に記載の物体検出センサにおいて、
   上記第２受光量判定回路は、
   上記受光素子によって受光された光の光量が常に上記第２判定閾値以下を維持している状態で、上記検出判定回路により上記被検出物体を検出したと判定された場合には、判定閾値を、上記第２判定閾値から、上記受光素子からの上記第１受光量判定回路への受光信号が上記第１判定閾値を超える直前における上記受光素子からの当該第２受光量判定回路への受光信号の値である第３判定閾値に変更するように構成されている
   ことを特徴とする物体検出センサ。
6. 請求項１から請求項５までの何れか一つに記載の物体検出センサにおいて、
   上記受光素子は、同一領域に形成されたＰＮ接合による２つのフォトダイオードで構成されており、
   上記２つのフォトダイオードのうちの一つは、第１導電型の半導体基板と、この第１導電型の半導体基板の表面に第１深さで形成された第２導電型の領域とでなるＰＮ接合で構成される第１フォトダイオードであり、
   上記２つのフォトダイオードのうちの他の一つは、上記第２導電型の領域と、この第２導電型の領域の表面に上記第１深さよりも浅い第２深さで形成された第１導電型の領域とでなるＰＮ接合で構成される第２フォトダイオードであり、
   上記第１フォトダイオードは上記第１波長に感度ピークを有しており、
   上記第２フォトダイオードは上記第２波長に感度ピークを有している
   ことを特徴とする物体検出センサ。
7. 請求項１から請求項６までの何れか一つに記載の物体検出センサにおいて、
   上記受光素子は、上記発光素子と当該受光素子との配列方向に、複数に細分化されている部分受光部よりなる
   ことを特徴とする物体検出センサ。
8. 請求項７に記載の物体検出センサにおいて、
   上記複数に細分化された夫々の部分受光部の受光量を時系列で比較して、上記被検出物体が近づいているか、遠ざかっているかを判定する判定手段を備えた
   ことを特徴とする物体検出センサ。
9. 請求項７あるいは請求項８に記載の物体検出センサにおいて、
   上記発光素子は、レーザー発光素子である
   ことを特徴とする物体検出センサ。
10. 請求項１から請求項９までの何れか一つに記載の物体検出センサにおいて、
    上記第１波長に強度ピークを有する光は、赤外光であり、
    上記第２波長を呈する光は、可視光である
    ことを特徴とする物体検出センサ。
11. 請求項１から請求項１０までの何れか一つに記載の物体検出センサを備えた
    ことを特徴とする電子機器。

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