JP2024045852A - 近接検知装置および近接検知方法 - Google Patents

近接検知装置および近接検知方法 Download PDF

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Teiichi Ichikawa
昌平 吉田
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Abstract

Figure 2024045852000001
【課題】 発光素子からの光漏れによる検知不良を回避することができる近接検知装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る近接検知装置１００は、複数の発光素子１１０と、複数の受光素子１２０と、複数の発光素子１１０を順次駆動する駆動回路１３０と、複数の発光素子１１０が順次駆動されたとき、対応する受光素子１２０の受光信号を測定する測定回路１４０と、発光素子と受光素子間の距離が相対的に近い測定のとき、発光素子の発光量が抑制されるように発光素子の駆動電流を制御し、かつ抑制された発光量が補償されるように受光素子の検知信号を増幅する制御部１５０とを有する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、物体の近接の有無を検知する近接検知装置に関し、特に、タッチパネル式ディスプレイ等の電子機器に取り付けられた近接検知装置に関する。
近年、タッチパネル式ディスプレイを用いた入力やジェスチャ入力等の実用化に伴い車載ディスプレイへの近接検知装置の搭載が増加している。近接検知装置は、例えば、赤外光を発光する赤外ＬＥＤとフォトダイオード等の受光素子とを用い、赤外光で物体を照射し、その反射光を受光することで物体の近接を検知する（例えば、特許文献１）。
特開２０１９－７４４６５号公報
図１に車載ディスプレイへの近接検知装置の搭載例を示す。運転席と助手席との間の中央部のセンターコンソール２内に、タッチパネル式のディスプレイ１が配置され、ディスプレイ１には、ドライバまたは同乗者のジェスチャ操作等を検知するための近接検知装置が搭載される。近接検知装置は、図１（Ｂ）に示すように、ディスプレイ１の下部に近接検知ユニットを含み、近接検知ユニット内に４つの発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４と、２つの受光素子ＰＤ１、ＰＤ２とが設けられる（これらを総称するとき、発光素子ＬＥＤ、受光素子ＰＤという）。発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＰＤは、ディスプレイ１の下部に概ね直線状に配置され、発光素子ＬＥＤ１とＬＥＤ２との間に受光素子ＰＤ１が配置され、ＬＥＤ３とＬＥＤ４との間に受光素子ＰＤ２が配置される。発光素子ＬＥＤは、赤外線を発光する発光ダイオードであり、受光素子ＰＤは、赤外線の反射光を受光するフォトダイオードまたはフォトトランジスタである。
発光素子ＬＥＤは、ディスプレイ１の前面に赤外光を照射し、ディスプレイ１の前面にユーザーの操作対象（手や指など）４が接近すると、発光素子ＬＥＤからの照射光５が操作対象４で反射され、その反射光が受光素子ＰＤで受光され、操作対象４の近接が検知される。
図２に、発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＰＤの動作タイミングを示す。発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４は、それぞれの発光が重複しないように、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４のタイミングで順次駆動される。受光素子ＰＤ１は、発光素子ＬＥＤ１および発光素子ＬＥＤ２の発光期間と同期するタイミングで受光するように制御され、受光素子ＰＤ２は、発光素子ＬＥＤ３および発光素子ＬＥＤ４の発光期間と同期するタイミングで受光するように制御される。つまり、発光素子ＬＥＤ１を発光させたときの反射光が受光素子ＰＤ１によって測定され（ＬＥＤ１→ＰＤ１）、発光素子ＬＥＤ２を発光させたときの反射光が受光素子ＰＤ１によって測定され（ＬＥＤ２→ＰＤ１）、発光素子ＬＥＤ３を発光させたときの反射光が受光素子ＰＤ２によって測定され（ＬＥＤ３→ＰＤ２）、発光素子ＬＥＤ４を発光させたときの反射光が受光素子ＰＤ２によって測定され（ＬＥＤ４→ＰＤ２）、こうした４回の測定を１回のサイクルとして動作する。
発光素子と受光素子との間隔をほぼ等しくなるように配置した場合、画面の前方で操作対象４を水平に移動させたときの１サイクル中の受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の検知レベルは、図３に示すように概ね同等なものとなる。このような近接検知機能を有するディスプレイでは、各々の発光素子ＬＥＤを発光した際に検知される反射光の分布を基に、操作対象４の水平位置を推定することができる。
図４（Ａ）は、Ｐ１、Ｐ２に位置する操作対象４を例示し、図４（Ｂ）は、操作対象４が画面左側の位置Ｐ１に接近するときの受光素子ＰＤの検知レベルを示し、図４（Ｃ）は、操作対象４が画面右側の位置Ｐ２に接近するときの受光素子ＰＤの検知レベルを示し、図４（Ｄ）は、操作対象４の水平方向の推定位置Ｇを示している。
位置Ｐ１は、発光素子Ｌ１の近傍であり、それ故、発光素子ＬＥＤ１を発光したときの受光素子ＰＤ１の検知レベルが最も大きく、発光素子ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４を発光したときの検知レベルが徐々に小さくなる。また、位置Ｐ２は、発光素子Ｌ４の近傍であり、それ故、発光素子ＬＥＤ４を発光したときの検知レベルが最も大きく、発光素子ＬＥＤ３、ＬＥＤ２、ＬＥＤ１を発光したときの検知レベルが徐々に小さくなる。
このような検知レベルの分布から検知物の水平位置を定量化する手段としては、一般に重心計算法が有効である。この計算方法について説明する。例えば、発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４で検知される水平位置の座標をｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４と設定し、各発光素子ＬＥＤの発光量を同じとすると、式（１）から検知物の水平位置を推定することができる。Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４を発光したときの検知レベルである。
Figure 2024045852000002
ここで、ｘ１～ｘ４をほぼ等間隔として、ｘ１＝１、ｘ２＝２、ｘ３＝３、ｘ４＝４とすれば、式（１）は式（２）で表される。
Figure 2024045852000003
式（２）から、推定位置Ｇは、１≦Ｇ≦４の範囲で求めることが可能である。仮に、操作対象４が位置Ｐ１に接近するとき、検知レベルがＡ１＝２０００、Ａ２＝７００、Ａ３＝１００、Ａ４＝１０であれば、式（２）から推定位置Ｇ＝１．３と算出される。また、位置Ｐ２に接近するとき、検知レベルがＡ１＝１０、Ａ２＝１００、Ａ３＝７００、Ａ４＝２０００であれば、推定位置Ｇ＝３．７と算出される。
このように操作対象の水平位置を推定することで、例えば、水平位置が規定時間(例えば１秒)内に所定値以上変化した場合には、スワイプ操作がなされたと判定することができ、これは、ジェスチャ操作への適用が可能である。
図５は、ディスプレイ１の下部に設けられた近接検知ユニット３の内部構造を示す概略断面図である。近接検知ユニット３は、発光素子ＬＥＤと受光素子ＰＤなどの光学素子を搭載した基板１０と、基板１０上に取り付けられた複数のホルダ（支持部材）２０と、複数のホルダ２０によって支持されたカバー３０とを有する。
ホルダ２０は、隔壁状の部材であり、カバー３０を機械的に支持するとともに、基板１０とカバー３０との間に複数の内部空間を形成し、内部空間には発光素子ＬＥＤや受光素子ＰＤが配置される。ホルダ２０は、例えば、遮光性の材料から構成されてもよいし、あるいは表面に反射防止フィルムや光吸収フィルムなどが貼り付けられるようにしてもよい。ホルダ２０は、発光素子ＬＥＤによって発光された光が隣接する受光素子ＰＤを直接照射しないように光を遮断する。
カバー３０は、内部の光学素子が外部のユーザーから見えないようにするため、可視光を透過せず赤外線のみを透過するような光学部材から構成される。例えば、カバー３０は、ポリカーボネイトのような赤外光を透過可能な材料から構成される材料から構成されてもよいし、あるいは、ガラスなどの表面に可視光を反射する反射フィルムが貼り付けられるようにしてもよい。
しかしながら、可視光をほぼ遮断しながら、赤外光をほぼ１００％透過するカバー３０を実現することは困難であり、赤外光の透過率がせいぜい８０％程度になるのが現実的である。その場合、図６に示すように、発光素子ＬＥＤが発光する赤外光Ｑのうちカバー３０を透過しない一部の赤外光Ｑ１が、カバー３０の内部などを通って受光素子ＰＤに到達する事象が発生する(以降、これを光漏れと呼ぶ)。
光漏れが生じると、検知対象（操作対象４）が無くても受光素子ＰＤが赤外光を受光することとなる。この光漏れの量が大きくなると、受光素子ＰＤの受光量によって近接物を検知する、というそもそもの原理が成り立たなくなり、近接検知システムの動作に支障を来してしまうことになる。
ところで、水平位置の推定精度を安定させるには、前述のように各測定回で使用する発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤ間の距離を同じにすることが望ましいが、製品のデザイン上の制約などから、現実にはこれを満たせないこともある。例えば、カバー３０上に凹凸やマークがデザインされている場合には、これらを避けるように光学素子を配置する必要があり、結果として発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤ間の距離を均等にできないこともある。
図７に、デザイン上の制約により発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤ間の距離を均等にできない配置例を示す。カバー３０の表面上の位置Ａに突起やマークを配置する場合、これにより赤外光の光路が妨げられないよう受光素子ＰＤ１を右方向に移動させることになり、受光素子ＰＤ１が発光素子ＬＥＤ２に近づくこととなる。その結果、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１間の距離Ｄが他の発光素子と受光素子の組み合わせよりも小さくなる。発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤ間の距離が近ければ、発光素子ＬＥＤの発光量が同じであっても、光漏れの経路が短いために光漏れが大きくなり、距離が短い発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤの測定回に検知機能の不良が発生しやすくなる。図７に示す配置例の場合には、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１間の距離Ｄは、例えば３０～３５ｍｍであり、その他の発光素子と受光素子間の距離は、例えば、３５～４０ｍｍであり、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の組み合わせによる測定回において近接検知機能の動作不良が発生しやすくなる。
本発明は、このような従来の課題を解決し、発光素子からの光漏れによる検知不良を回避することができる近接検知装置および近接検知方法を提供することを目的とする。
本発明に係る近接検知装置は、発光素子からの光で物体を照射し、その反射光を受光素子で受光することにより物体の近接を検知するものであって、複数の発光素子と、複数の受光素子と、前記複数の発光素子を順次駆動する駆動手段と、前記複数の発光素子が順次駆動されたとき、対応する受光素子から出力される検知信号を測定する測定手段と、発光素子と受光素子間の距離が相対的に近い測定のとき、当該発光素子の発光量が抑制されるように発光素子の駆動電流を制御し、かつ抑制された発光量が補償されるように受光素子の検知信号を増幅する制御手段とを有する。
ある態様では、複数の発光素子と複数の受光素子は概ね直線状に配置され、受光素子の一方の側には第１の発光素子が配置され、他方の側には第２の発光素子が配置され、第１の発光素子と当該受光素子間の距離は、第２の発光素子と当該受光素子間の距離よりも小さい。ある態様では、前記制御手段は、第１の発光素子の発光量を抑制し、かつ第１の発光素子の駆動に対応する受光素子の検知信号を増幅する。ある態様では、前記測定手段は、第１の発光素子と第２の発光素子に共通の受光素子から出力される検知信号を測定する。ある態様では、発光素子は赤外光を発光し、受光素子は赤外光を受光し、複数の発光素子と複数の受光素子の上方には、赤外光を透過するが外部からの可視光を遮断する光学部材が配置される。ある態様では、複数の発光素子と複数の受光素子が基板上に実装され、当該基板と前記光学部材との間には、遮光性のある仕切り部材によって複数の内部空間が形成され、１つの受光素子は、１つの内部空間内に配置される。ある態様では、前記制御手段は、前記検知信号を増幅する増幅器を含む。ある態様では、前記制御手段は、前記検知信号をソフトウェア処理により増幅する。
本発明に係る近接検知方法は、発光素子からの光で物体を照射し、その反射光を受光素子で受光することにより物体の近接を検知するものであって、複数の発光素子を順次駆動するステップと、前記複数の発光素子が順次駆動されたとき、対応する受光素子から出力される検知信号を測定するステップと、発光素子と受光素子間の距離が相対的に近い測定のとき、当該発光素子の発光量が抑制されるように発光素子の駆動電流を低下させるステップと、抑制された発光量が補償されるように受光素子の検知信号を増幅するステップとを含む。ある態様では、前記増幅するステップは、ソフトウェアによって処理される。
本発明によれば、発光素子と受光素子間の距離が相対的に近い測定のとき、当該発光素子の発光量が抑制されるように発光素子の駆動電流を制御し、かつ抑制された発光量が補償されるように受光素子の検知信号を増幅するようにしたので、発光素子からの光漏れを抑制しつつ、各測定回の感度を均一にすることができ、信頼性の高い近接検知を提供することができる。
従来の近接検知装置の一例を示し、図１（Ａ）は、近接検知装置を搭載したディスプレイの配置例を示し、図１（Ｂ）は、近接検知装置による操作対象の検知例を示す図である。 従来の近接検知装置の発光素子および受光素子の動作タイミングを示す図である。 操作対象を水平に移動させたときの受光素子の検知レベルを示す図である。 操作対象が位置Ｐ１、Ｐ２に接近するときの１サイクル中の受光素子の検知レベルと、検知レベルの分布から算出された推定位置を示す図である。 近接検知ユニットの内部構成を示す概略断面図である。 図５に示す近接検知ユニットの光漏れを説明する図である。 近接検知ユニットにおいて発光素子と受光素子間の距離を均一に配置することができない例を示す図である。 図８（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る近接検知装置の構成を示すブロック図、図８（Ｂ）は、第１の実施例に係る近接検知装置の具体的な構成を示す図である。 本発明の第１の実施例における操作対象を水平に移動させたときの受光素子の検知レベルを示す図である。 本発明の第２の実施例に係る近接検知装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る近接検知装置の動作フローを示す図である。 本発明の第３の実施例に係る近接検知ユニットの内部構成を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施例に係る近接検知装置の発光素子および受光素子の動作タイミングを示す図である。 本発明の第３の実施例における操作対象を水平に移動させたときの受光素子の検知レベルを示す図である。 本発明の第３の実施例に係る近接検知装置の構成を示す図である。
次に、本発明の実施例の形態について説明する。１つの態様では、本発明の近接検知装置は、発光素子と、当該発光素子からの光によって照射された物体からの反射光を受光する受光素子とを含み、物体の近接の有無を光学的に検知する。発光素子は、例えば、赤外光を発光する発光ダイオードやレーザーダイオードなどであり、受光素子は、赤外光を受光するフォトダイオードやフォトトランジスタなどである。１つまたは複数の発光素子と１つまたは複数の受光素子が電子機器等の周辺に一体に取り付けられ、電子機器へのユーザーの操作対象の近接が検知される。近接検知装置が取り付けられる電子機器は特に限定されないが、電子機器は、例えば、タッチパネル式ディスプレイである。電子機器は、ユーザーの操作対象の近接が検知されたとき、例えば、スワイプ等のジェスチャ操作を検知する。
次に、本発明の第１の実施例に係る近接検知装置ついて説明する。図８（Ａ）は、本発明の実施例に係る近接検知装置の電気的な構成を示すブロック図である。本実施例の近接検知装置１００は、複数の発光素子１１０と、複数の受光素子１２０と、複数の発光素子１１０の各々を駆動する駆動回路１３０と、複数の受光素子１２０の各々の受光を測定する測定回路１４０と、近接検知装置１００の全体を制御する制御部１５０とを含む。
近接検知装置１００は、例えば、図１（Ｂ）に示すような車載ディスプレイ１に搭載され、ディスプレイ１へのユーザーの操作対象の近接の有無を検知する。発光素子１１０は、図７の近接検知ユニットに示すように、発光素子ＬＥＤ１～ＬＥＤ４を含み、受光素子１２０は、発光素子ＬＥＤ１とＬＥＤ２の間に配置された受光素子ＰＤ１、発光素子ＬＥＤ３とＬＥＤ４との間に配置された受光素子ＰＤ２を含む。駆動回路１３０は、図２に示すように、サイクル期間中、発光素子ＬＥＤ１～ＬＥＤ４の発光が重複しないように発光素子ＬＥＤ１～ＬＥＤ４を順次駆動し、測定回路１４０は、サイクル期間中、発光素子ＬＥＤ１を発光させたときに受光素子ＰＤ１で受光された検知信号を測定し（ＬＥＤ１→ＰＤ１）、発光素子ＬＥＤ２を発光させたときに受光素子ＰＤ１で受光された検知信号を測定しＬＥＤ２→ＰＤ１）、発光素子ＬＥＤ３を発光させたときに受光素子ＰＤ２で受光された検知信号を測定し（ＬＥＤ３→ＰＤ２）、発光素子ＬＥＤ４を発光させたときに受光素子ＰＤ２で受光された検知信号を測定する（ＬＥＤ４→ＰＤ２）。
制御部１５０は、駆動回路１３０による発光素子１１０の駆動を制御したり、測定回路１４０による受光素子１２０の測定を制御する。さらに制御部１５０は、測定回路１４０による測定結果に基づきディスプレイ１への操作対象の近接の有無を判定したり、サイクル中に測定された受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の検知レベルの分布に基づき操作対象の水平位置を推定し、その推定結果からスワイプ等のジェスチャ操作を判定する。
制御部１５０は、ディスプレイ１の表示を制御する表示コントローラの一部であってもよいし、あるいは表示コントローラとは個別に設けられ、表示コントローラと連携して動作するものであってもよい。例えば、表示コントローラは、制御部１５０によってスワイプ操作が検知されると、この検知結果に応じた表示制御（例えば、メニュー画面の表示や次のページ画面の表示など）を行うことができる。制御部１５０は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを用いて実施される。制御部１５０は、例えば、ＲＯＭ／ＲＡＭを含むマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、メモリ等を含み、ＲＯＭまたはメモリに記憶されたプログラムを実行することで各部を制御してもよい。
図８（Ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る近接検知装置の具体的な構成例を示す図である。発光素子１１０および受光素子１２０は、図５や図７に示すような近接検知ユニット内に配置された発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４と受光素子ＰＤ１、ＰＤ２とを含む。
駆動回路１３０は、図２に示すタイミングで発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４を順次駆動するためのマルチプレクサ（Ｍｕｘ１）１３２と、マルチプレクサ１３２で選択された発光素子ＬＥＤに駆動電流を供給する電流源１３４とを含む。電流源１３４は、後述するように、制御部１５０からの制御信号Ｃ１に応答して、光漏れを生じさせる可能性のある発光素子ＬＥＤへの駆動電流を減少させる。
測定回路１４０は、図２に示すタイミングで順次駆動された発光素子ＬＥＤの発光に対応する受光素子ＰＤ１、ＰＤ２を選択するためのマルチプレクサ（Ｍｕｘ２）１４２と、選択された受光素子ＰＤによって光電変換された検知信号を測定する測定器１４４と、制御部１５０からの制御信号Ｃ２に応答して、発光量が抑制された発光素子に対応する受光素子ＰＤによって測定された検知信号を増幅する増幅器１４６とを含む。制御部１５０は、増幅器１４６から出力される検知信号に基づき検知レベルを算出し、式（１）により操作対象の水平位置を推定する。
発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤ間の距離が近くなると、上述したように、光漏れの経路が短くなることで光漏れが大きくなり、検知機能の不良が発生しやすくなる。そこで、本実施例では、駆動回路１３０は、制御部１５０からの制御信号Ｃ１に応答して、発光素子ＬＥＤ－受光素子ＰＤ間の距離が近い測定回では、他の発光素子と受光素子の組合せの測定回よりも発光素子ＬＥＤの発光量を抑制するように発光素子ＬＥＤへの駆動電流を制御する。例えば、図７に示す配置例では、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定回における発光素子ＬＥＤ２の駆動電流を、他の発光素子と受光素子の組合せの測定回のときの駆動電流よりも低下させ、発光素子ＬＥＤ２の発光量を抑える。発光素子ＬＥＤ２の発光量が小さくなれば、これに比例して受光素子ＰＤ１が感知する光漏れの光量を抑えることができ、光漏れの影響を抑制することが可能になる。
図９は、発光素子ＬＥＤ２の発光量を抑制した場合に、操作対象を水平に移動させたときの受光素子の検知レベルを示している。同図に示すように、発光素子ＬＥＤ２の発光量を抑制すると、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の検知レベルは、他の発光素子と受光素子の組合せの測定回の検知レベルよりも低下する。つまり、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定は、感度が低下することを意味する。その結果、式（１）による水平方向の位置推定に誤差が生じたり、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定回による検知すべき位置の検知範囲が狭くなる懸念がある。それ故、本実施例ではさらに、測定回路１４０は、制御部１５０からの制御信号Ｃ２に応答して、測定器１４４で測定された発光量を抑制した発光素子に対応する受光素子の検知信号を後段の増幅器１４６で増幅する。図７の例で言えば、発光素子ＬＥＤ２と受光素子ＰＤ１の測定において、測定器１４４で測定された受光素子ＰＤ１の検知信号が増幅器１４６によって増幅される。好ましくは、増幅器１４６は、発光素子ＬＥＤ２の発光量が抑制された分を補償するように検知信号を増幅する。
次に、近接検知ユニットが図７に示す配置例を有すると仮定したときの近接検知装置１００の動作を説明する。駆動回路１３０は、マルチプレクサ（Ｍｕｘ１）１３２によって、測定回毎に発光素子ＬＥＤ１、２、３、４ が順に点灯するように切り替えるが、同時に電流源１３４では、各測定回の検知レベルがほぼ同じとなるように発光素子ＬＥＤへの駆動電流を制御する。但し、電流源１３４は、制御信号Ｃ１に応答して、発光素子ＬＥＤ２の点灯時のみ駆動電流の大きさを下げる。発光素子ＬＥＤ２の駆動電流をどの程度小さくするかは、発光素子ＬＥＤ２と受光素子ＰＤ１間の距離に応じて予め決定される。また、発光素子と受光素子間の距離が相対的に短くなる測定は、予め制御部１５０に設定される。
測定回路１４０のマルチプレクサ１４２は、発光素子ＬＥＤ１、２の点灯時には受光素子ＰＤ１を選択し、発光素子ＬＥＤ３、４の点灯時には受光素子ＰＤ２を選択し、測定器１４４は、選択された受光素子ＰＤによって光電変換された検知信号を測定する。測定器１４４の後段に備えた増幅器１４６は、発光素子ＬＥＤ１、３、４の測定回では受光素子ＰＤの検知信号の増幅を行わず、発光素子ＬＥＤ２と受光素子ＰＤ１との組み合わせの測定回のみ、制御信号Ｃ２に応答して、発光素子ＬＥＤ２の駆動電流を抑えた分を補償するように検知信号の増幅を行う。例えば、発光素子ＬＥＤの駆動電流の電流値を２０％抑制したならば、その受光素子で測定された検知信号の電流値を２０％増幅する。
こうすることで、距離が近い発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定回に発生する光漏れを抑えつつ、最終出力となる検知レベルにおいては、各測定回の感度を均一にすることができるので、安定した検知範囲や位置精度を実現することができる。
上記では、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１間の距離が近いなる例を説明したが、これは一例であり、他の発光素子と受光素子の組合せにおいて距離が近いときにも同様に発光素子の発光量の抑制と受光素子の検知信号の増幅が行われる。上記では、１組の発光素子と受光素子の距離が近くなる例を説明したが、これに限らず、複数組の発光素子と受光素子との間の距離が近くなる場合には、それらの複数組で発光素子の発光量の抑制と受光素子の検知電流の増幅が行われる。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例は、受光素子の検知信号を増幅器１４６により電気的に増幅したが、第２の実施例は、この増幅処理をソフトウェア処理で実現する。
図１０に、第２の実施例による近接検知装置の構成例を示し、第２の実施例は、第１の実施例と同様の構成を有するが、第１の実施例で用いた増幅器１４６を備えていない。その代わりに、測定器１４４で測定された検知信号は、制御部１５０のＡ／Ｄ変換部１５２に供給され、そこでデジタル信号に変換された後、アルゴリズム処理部１５４によって検知信号の増幅が行われる。
なお、アルゴリズム処理部１５４は、検知信号の増幅の他にも、各測定によって得られた検知レベルに基づき式（１）による操作対象の水平方向の位置を推定する処理を行うことが可能である。さらに、アルゴリズム処理部１５４は、駆動回路１３０の電流源１３４を制御するための制御信号Ｃ１をソフトウェアによって処理することも可能である。アルゴリズム処理部１５４は、例えば、ソフトウェアを格納するＲＯＭ／ＲＡＭやソフトウェアを実行するＣＰＵやマイクロコントローラを含んで構成される。
図１１に、アルゴリズム処理部１５４の動作フローを示す。各測定回の検知レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、Ａ／Ｄ変換部１５２によってデジタル値に変換され、アルゴリズム処理部１５４に提供される（Ｓ１００）。アルゴリズム処理部１５４は、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定回で得られた受光素子ＰＤ１の検知レベルＬ２に対してのみ、発光素子ＬＥＤ２の発光量を抑えた分を補償するように定数を掛けて検知レベルＬ２を増幅し（Ｓ１１０）、次いで、検知レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に基づき、式（１）に従い操作対象の水平方向の位置Ｇを推定する処理を行う（Ｓ１２０）。
第２の実施例によっても、第１の実施例と同様に、相対的に距離が近い発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定回に発生する光漏れを抑えつつ、最終出力となる検知レベルにおいて、各測定回の感度を均一にすることができるので、安定した検知範囲や位置精度を実現することができる。また、第２の実施例では、従来の近接検知装置と比較して、発光素子ＬＥＤの駆動電流の制御とソフトウェア処理の計算を変更するだけでよく、ハードウェアの増加を伴わないため、コストアップなしに上記した効果を実現することができる。
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１２は、第３の実施例による近接検知ユニットの内部構造を示す概略断面図である。本実施例の近接検知ユニットは、図７に示す配置例と異なり、近接検知ユニットは、３つの発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３と、それらの間に２つの受光素子ＰＤ１、ＰＤ２とを配置させる。水平サイズの小さいディスプレイでは、３つの発光素子ＬＥＤ／２つの受光素子ＰＤによって近接検知ユニットが構成されることがある。
図１３は、第３の実施例の近接検知装置の発光素子と受光素子の動作タイミングを示す図である。第３の実施例では、時刻ｔ１で発光素子ＬＥＤ１を発光させたときに受光素子ＰＤ１で受光された検知信号を測定し（ＬＥＤ１→ＰＤ１）、時刻ｔ２で発光素子ＬＥＤ２を発光させたときに受光素子ＰＤ１で受光された検知信号を測定し（ＬＥＤ２→ＰＤ１）、時刻ｔ３で発光素子ＬＥＤ２を発光させたときに受光素子ＰＤ２で受光された検知信号を測定し（ＬＥＤ２→ＰＤ２）、時刻ｔ４で発光素子ＬＥＤ３を発光させたときに受光素子ＰＤ２で受光された検知信号を測定する（ＬＥＤ３→ＰＤ２）。つまり、発光素子ＬＥＤ２の発光は、受光素子ＰＤ１と受光素子ＰＤ２の両方で測定される。
図１２に示すように、仮に発光素子ＬＥＤ２と受光素子ＰＤ２間の距離Ｄ１が他の発光素子と受光素子の組合せよりも近いとすると、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ１の測定回では発光素子ＬＥＤ２の発光量を抑制しないが、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ２の測定回では発光素子ＬＥＤ２の発光量（駆動電流）を抑制し、発光素子ＬＥＤ２から受光素子ＰＤ２への光漏れが抑制される。その場合、図１４に示すように、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ２の測定回の検知レベルは、他の測定回の検知レベルよりも低下する。
図１５は、第３の実施例による近接検知装置の構成を示す図であり、第１の実施例と同一構成については同一参照番号を付してある。駆動回路１３０Ａは、マルチプレクサ（Ｍｕｘ１）１３２Ａによって、測定回毎に発光素子ＬＥＤ１、２、３が順に点灯するように切り替えるが、同時に電流源１３４では、各測定回の検知レベルがほぼ同じとなるように発光素子ＬＥＤへの駆動電流を制御する。但し、電流源１３４は、制御信号Ｃ１に応答して、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ２の測定回のみ発光素子ＬＥＤ２の駆動電流を下げ、発光量を抑制する。
一方、測定回路１４０のマルチプレクサ１４２は、発光素子ＬＥＤ１、２の点灯時には受光素子ＰＤ１を選択し、発光素子ＬＥＤ２、３の点灯時には受光素子ＰＤ２を選択し、測定器１４４は、選択された受光素子ＰＤによって光電変換された検知信号を測定する。測定器１４４の後段に備えた増幅器１４６は、制御信号Ｃ２に応答して、発光素子ＬＥＤ２－受光素子ＰＤ２の測定回のみ、発光素子ＬＥＤの発光量を抑えた分を補償するように検知信号を増幅する。
本実施例によれば、発光素子と受光素子間の距離が相対的に小さい組み合わせの測定回において、発光素子の発光量を抑えることで発光素子からの光漏れが受光素子によって受光されることを軽減し、発光量を抑えた分を補償するように受光素子の検知電流を増幅させることで、発光量を抑制した測定回の感度の低下を防止する。これにより、光漏れによる近接検知システムの動作不良を防止し、安定した検知範囲と位置推定の精度を保った近接検知装置を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。
１：ディスプレイ
２：センターコンソール
３：近接検知ユニット
４：操作対象
５：照射光
１００：近接検知装置
１１０：発光素子
１２０：受光素子
１３０：駆動回路
１３２：マルチプレクサ
１３４：電流源
１４０：測定回路
１４２：マルチプレクサ
１４４：測定器
１４６：増幅器
１５０：制御部

Claims (10)

  1. 発光素子からの光で物体を照射し、その反射光を受光素子で受光することにより物体の近接を検知する近接検知装置であって、
    複数の発光素子と、
    複数の受光素子と、
    前記複数の発光素子を順次駆動する駆動手段と、
    前記複数の発光素子が順次駆動されたとき、対応する受光素子から出力される検知信号を測定する測定手段と、
    発光素子と受光素子間の距離が相対的に近い測定のとき、当該発光素子の発光量が抑制されるように発光素子の駆動電流を制御し、かつ抑制された発光量が補償されるように受光素子の検知信号を増幅する制御手段と、
    を有する近接検知装置。
  2. 複数の発光素子と複数の受光素子は概ね直線状に配置され、受光素子の一方の側には第１の発光素子が配置され、他方の側には第２の発光素子が配置され、第１の発光素子と当該受光素子間の距離は、第２の発光素子と当該受光素子間の距離よりも小さい、請求項１に記載の近接検知装置。
  3. 前記制御手段は、第１の発光素子の発光量を抑制し、かつ第１の発光素子の駆動に対応する受光素子の検知信号を増幅する、請求項２に記載の近接検知装置。
  4. 前記測定手段は、第１の発光素子と第２の発光素子に共通の受光素子から出力される検知信号を測定する、請求項２に記載の近接検知装置。
  5. 発光素子は赤外光を発光し、受光素子は赤外光を受光し、複数の発光素子と複数の受光素子の上方には、赤外光を透過するが外部からの可視光を遮断する光学部材が配置される、請求項２に記載の近接検知装置。
  6. 複数の発光素子と複数の受光素子が基板上に実装され、当該基板と前記光学部材との間には、遮光性のある仕切り部材によって複数の内部空間が形成され、１つの受光素子は、１つの内部空間内に配置される、請求項２に記載の近接検知装置。
  7. 前記制御手段は、前記検知信号を増幅する増幅器を含む、請求項１に記載の近接検知装置。
  8. 前記制御手段は、前記検知信号をソフトウェア処理により増幅する、請求項１に記載の近接検知装置。
  9. 発光素子からの光で物体を照射し、その反射光を受光素子で受光することにより物体の近接を検知する近接検知方法であって、
    複数の発光素子を順次駆動するステップと、
    前記複数の発光素子が順次駆動されたとき、対応する受光素子から出力される検知信号を測定するステップと、
    発光素子と受光素子間の距離が相対的に近い測定のとき、当該発光素子の発光量が抑制されるように発光素子の駆動電流を低下させるステップと、
    抑制された発光量が補償されるように受光素子の検知信号を増幅するステップと、
    を含む近接検知方法。
  10. 前記増幅するステップは、ソフトウェアによって処理される、請求項９に記載の近接検知方法。

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