JP5837220B2 - 光センサおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、近接センサやジェスチャーセンサとして好適に用いられる光センサおよびそれを用いた電子機器に関する。

光センサは、検知対象物を検知したり、検知対象物との距離等を検出したりする機能を備えており、応用の分野が広がっている。

携帯電話（スマートフォンを含む）やデジタルカメラ等の電子機器は、画像を表示するための液晶パネルを備えている。また、このような電子機器には、液晶パネル上でタッチ操作が可能となるように、タッチパネルを備えた機種がある。このように液晶パネルおよびタッチパネルを備えた電子機器では、通常のタッチ操作を行うときにタッチパネルを動作させる必要があるが、顔が近づいたときにはタッチパネルを動作させる必要がない。

したがって、上記の電子機器に対して、低消費電力化およびタッチパネルの誤動作防止のために、液晶パネルに顔が近づいたときに、タッチパネル動作をオフさせるように近接センサを搭載する要望が増している。このような要望に対し、例えば、携帯電話では、通話時にタッチパネルの動作をオフするために、携帯電話において耳を当てる音声出力部には、携帯電話に対する人の顔が近づいたことを検知する近接センサが搭載されている。

また、近接センサの出力値は、近接距離に反比例するため、近接センサを測距センサとして利用する要望がある。

物体の位置を検知する光センサとして、例えば、特許文献１には、複数の受光素子を用いて、光源からの光を受光して、受光素子に対する光源の方向および受光素子から光源までの距離を検出することにより、光源の位置を検知することが記載されている。

さらに、光センサの受光部において複数のフォトダイオードを配置することにより、フォトダイオードの各出力値の変化量から、物体の動きを検知する要望がある。

物体の動きを検知する光センサとして、例えば、特許文献２には、反射型の光センサが開示されている。この光センサは、図１８に示すように、発光素子３０１と、２つの受光素子３０２，３０３とを備えており、受光素子３０２，３０３が発光素子３０１の両側に配置されている。検知対象物３０４が右側にある場合、受光素子３０３に検知対象物３０４からの反射光が強く当たる。一方、検知対象物３０４が左側にある場合、受光素子３０２に検知対象物３０４からの反射光が強く当たる。そして、２つの受光素子３０２，３０３で発生する光電流の差を読み取って、検知対象物３０４の位置や動きを検出することができる。

物体の動きを検知するセンサとしては、手の動きを検知するジェスチャーセンサとして光センサを利用する要望もある。このようなジェスチャーセンサは、近接センサの付加機能として利用され、タッチパネル上の手の動きを非接触で検知する。これにより、濡れた手や汚れた手でも、液晶パネルの表面を汚さずに、液晶パネルに表示された画面をスクロールするように操作することができる。

日本国公開特許公報「特開２００８−８８４９号（２００８年１月１７日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０００−７５０４６号（２０００年３月１４日公開）」

上記のような近接センサを搭載した電子機器は、野外や室内で使用されることが多い。このため、自然光や照明光による外乱光成分が近接センサに入射した場合においても、正しく近接センサを動作させることが電子機器に求められる。したがって、近接センサは、外部の光で誤動作しないようにする必要がある。このように、自然光や照明光等の強い外乱光が照射される環境において使用される近接センサは、一般の近接センサと比較して外乱光に対する耐量が大きい必要がある。

しかしながら、特許文献１，２には、それぞれ光センサについて、外乱光に対して誤動作を防止するための具体的な対策が示されていない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外乱光によって誤動作することなく物体の動きを検知することができる光センサを提供することにある。

本発明の一態様に係る光センサは、発光素子と、前記発光素子の出射光が検知対象物に反射した反射光が入射することによって光電流を発生する受光素子と、連続する第１期間、第２期間、第３期間および第４期間において、前記第１期間、前記第２期間および前記第４期間における前記発光素子を点灯または消灯させる一方、前記第３期間において、前記発光素子を消灯または点灯させるように駆動する駆動回路と、前記第１期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第２期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値との差である第１積分値差を出力し、前記第３期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第４期間における前記発光素子の状態に応じて発生する光電流の積分値との差である第２積分値差を出力する積分回路と、前記第１積分値差がゼロであるときに、前記第２積分値差を出力する一方、前記第１積分値差がゼロでないときに、前記第２積分値差と前記第１積分値差との差を出力する出力制御回路とを備えている。

本発明の他の態様に係る光センサは、発光素子と、前記発光素子の出射光が検知対象物に反射した反射光が入射することによって光電流を発生する受光素子と、連続する第１期間、第２期間、第３期間および第４期間において、前記第１期間における前記発光素子を点灯または消灯させる一方、前記第２期間から前記第４期間において、前記発光素子を消灯または点灯させるように駆動する駆動回路と、前記第１期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第２期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値との差である第１積分値差を出力し、前記第３期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第４期間における前記発光素子の状態に応じて発生する光電流の積分値との差である第２積分値差を出力する積分回路と、前記第２積分値差がゼロであるときに、前記第１積分値差を出力する一方、前記第２積分値差がゼロでないときに、前記第１積分値差と前記第２積分値差との差を出力する出力制御回路とを備えている。

本発明の一態様によれば、第１積分値差によって外乱光の強度を検出し、その差に応じて、検知信号の出力が制御される。また、本発明の他の態様によれば、第２積分値差によって外乱光の強度を検出し、その差に応じて、検知信号の出力が制御される。これにより、外乱光によって誤動作することなく物体の動きを検知することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る光センサの構成を示すブロック図である。 図１の光センサおよび実施形態４の光センサにおける受発光ユニットの発光素子および受光素子の実装構造を示す縦断面図である。 上記光センサにおける積分回路の構成を示すブロック図である。 上記光センサにおける他の積分回路の構成を示すブロック図である。 上記光センサにおける出力制御回路の構成を示すブロック図である。 外乱光がない場合の上記光センサの動作を示すタイミングチャートである。 一定の外乱光が入射する場合の上記光センサの動作を示すタイミングチャートである。 増加する外乱光が入射する場合の上記光センサの動作を示すタイミングチャートである。 減少する外乱光が入射する場合の上記光センサの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態２に係る光センサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係る光センサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態４に係る光センサの構成を示すブロック図である。 図１２の光センサにおける受光素子の構成を示す平面図である。 （ａ）は図１２の光センサからの出射光が形成する光スポットと検知対象物との位置関係の変化を示す平面図であり、（ｂ）は図１２の光センサにおける受光素子に上記光スポットの上記検知対象物からの反射光が入射した状態を示す平面図である。 本発明の実施形態５に係る光センサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態６に係る光センサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態７に係るスマートフォンの構成を示す平面図である。 従来の光センサの構成を示す縦断面図である。 外乱光がない場合の実施形態１に係る光センサの他の動作を示すタイミングチャートである。 一定の外乱光が入射する場合の実施形態１に係る光センサの他の動作を示すタイミングチャートである。 増加する外乱光が入射する場合の実施形態１に係る光センサの他の動作を示すタイミングチャートである。 減少する外乱光が入射する場合の実施形態１に係る光センサの他の動作を示すタイミングチャートである。

［実施形態１］
本発明に係る実施形態１について、図１〜図９を参照して以下に説明する。

〔光センサの構成〕
図１は、本実施形態に係る光センサ１０１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、光センサ１０１は、積分回路１、ＡＤコンバータ２、出力制御回路３、Ｉ２Ｃインターフェース４、積分制御信号発生回路５、発振器６、駆動信号発生回路７、駆動回路８および受発光ユニット９０を備えている。この光センサ１０１は、発光素子ＬＥＤが発する光を検知対象物１００に照射し、当該検知対象物１００からの反射光を受光素子ＰＤで受光し、受光素子ＰＤで光電変換された電流に所定の処理を施して、検知対象物１００の近接を検知する検知信号を出力する。また、光センサ１０１における発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＰＤは、次に説明する受発光ユニット９０に組み込まれている。

〈受発光ユニットの構成〉
図２は、光センサ１０１における受発光ユニット９０の発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＰＤの実装構造を示す縦断面図である。

図２に示すように、受発光ユニット９０は、発光素子ＬＥＤ、受光素子ＰＤ、基板９１および封止部材９２によって構成されている。

発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＰＤは、基板９１上に間隔おいて実装されている。発光素子ＬＥＤは、発光ダイオードによって構成されている。また、受光素子ＰＤは、フォトダイオードもしくはフォトトランジスタ、または、受光素子ＰＤと信号処理用回路やＬＥＤドライバ回路とを一体化したＯＰＩＣ（Optical IC）（登録商標）によって構成されている。

封止部材９２は、発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＰＤを覆うように、基板９１上に形成されている。封止部材９２は、透明な樹脂材料、あるいは、発光素子ＬＥＤの発光波長を透過させて可視光成分をカットする可視光カット樹脂材料によって形成されており、表面に発光レンズ部９２ａおよび受光レンズ部９２ｂを有している。発光レンズ部９２ａは、発光素子ＬＥＤの光出射側に半球状をなすように形成された凸レンズであり、発光素子ＬＥＤから放射される光を所定位置に集束するかまたは平行光に変換するように出射する。受光レンズ部９２ｂは、受光素子ＰＤの光入射側に半球状をなすように形成された凸レンズであり、検知対象物１００から反射された光を受光素子ＰＤに集束する。

〈積分回路の構成および動作〉
図３は、光センサ１０１における積分回路１の構成を示すブロック図である。図４は、光センサ１０１における他の積分回路１Ａの構成を示すブロック図である。

図３に示すように、積分回路１は、入力切替回路１ａ、積分器１ｂ，１ｃ、遅延回路１ｄおよび加算回路１ｅを有している。

積分器１ｂは、入力された光電流を正方向に積分する回路である。積分器１ｃは、入力された光電流を負方向に積分する回路である。

入力切替回路１ａは、受光素子ＰＤからの光電流を積分器１ｂ，１ｃのいずれか一方に入力するように、連続する２つの積分期間で入力経路を交互に切り替える回路である。この入力切替回路１ａは、後述する積分制御信号発生回路５から与えられる積分制御信号によって、光電流の入力を切り替えるように制御される。

積分制御信号は、積分を実行する４つの積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４を規定しており、積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４を１周期とする積分周期も規定している。積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４は、それぞれ発光素子ＬＥＤのオン（点灯）およびオフ（消灯）を行う期間である、後述する第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４のそれぞれにおいて設けられる。

遅延回路１ｄは、積分器１ｂから出力された積分値を１積分期間遅延させる回路である。

加算回路１ｅは、遅延回路１ｄおよび積分器１ｃから出力されるそれぞれの積分値を加算する回路である。

上記のように構成される積分回路１において、入力切替回路１ａが積分器１ｂに光電力を入力するように入力経路を切り替えている状態では、光電流が積分器１ｂによって光電流が正方向に積分される。積分器１ｂから出力される積分値は、遅延回路１ｄによって１積分期間遅延する。一方、入力切替回路１ａが積分器１ｃに光電力を入力するように入力経路を切り替えている状態では、光電流が積分器１ｃによって負方向に積分される。

積分期間ＩＮＴ１に遅延回路１ｄから出力される積分値と、積分期間ＩＮＴ２に積分器１ｃから出力される積分値は、加算回路１ｅによって加算される。また、積分期間ＩＮＴ３に遅延回路１ｄから出力される積分値と、積分期間ＩＮＴ４に積分器１ｃから出力される積分値も、加算回路１ｅによって加算される。このように、正方向の積分値と負方向の積分値とが加算されることにより、両積分値の差の積分値が得られる。

また、積分回路１は、図４に示すような積分回路１Ａであってもよい。

図４に示すように、積分回路１Ａは、電流極性切替回路１Ａａ、積分器１Ａｂ、出力切替回路１Ａｃ、遅延回路１Ａｄおよび加算回路１Ａｅを有している。

電流極性切替回路１Ａａは、受光素子ＰＤからの光電流の極性を連続する２つの積分期間で交互に切り替える回路である。この電流極性切替回路１Ａａは、上記の積分制御信号によって、光電流の極性を切り替えるように制御される。

積分器１Ａｂは、電流極性切替回路１Ａａから出力される光電流を積分する回路である。

出力切替回路１Ａｃは、積分器から出力された積分値を遅延回路１Ａｄおよび加算回路１Ａｅのいずれか一方に出力するように、連続する２つの積分期間で出力経路を交互に切り替える回路である。この出力切替回路１Ａｃは、上記の積分制御信号によって、出力経路を切り替えるように制御される。

遅延回路１Ａｄは、出力切替回路１Ａｃから出力された積分値を１積分期間遅延させる回路である。

加算回路１Ａｅは、遅延回路１Ａｄおよび出力切替回路１Ａｃから出力されるそれぞれの積分値を加算する回路である。

上記のように構成される積分回路１Ａにおいて、光電流が電流極性切替回路１Ａａから正極性の光電流として出力されるとき、その光電流が積分器１Ａｂによって積分される。積分器１Ａｂから出力される積分値は、出力切替回路１Ａｃを介して遅延回路１Ａｄに出力され、遅延回路１Ａｄによって１積分期間遅延して、加算回路１Ａｅに出力される。

一方、光電流が電流極性切替回路１Ａａから負極性の光電流として出力されるとき、その光電流が積分器１Ａｂによって積分される。積分器１Ａｂから出力される積分値は、出力切替回路１Ａｃを介して加算回路１Ａｅに出力される。

遅延回路１Ａｄから出力される積分期間ＩＮＴ１の積分値と、出力切替回路１Ａｃから出力される積分期間ＩＮＴ２の積分値は、加算回路１Ａｅによって加算される。また、遅延回路１Ａｄから出力される積分期間ＩＮＴ３の積分値と、出力切替回路１Ａｃから出力される積分期間ＩＮＴ４の積分値も、加算回路１Ａｅによって加算される。このように、正極性の光電流の積分値と負極性の光電流の積分値とが加算されることにより、両積分値の差の積分値が得られる。

このような積分回路１Ａは、図３に示す積分回路１と同等の積分値を出力することができる。また、積分回路１Ａは、２つの積分器１ｂ，１ｃを有する積分回路１と異なり、積分器１Ａｂを１つ有するので、回路構成を簡素化することができる。

なお、光電流における直流光成分が大きい場合、積分回路１における積分器１ｂ，１ｃまたは積分回路１Ａにおける積分器１Ａｂの出力が飽和する可能性がある。このため、積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２のそれぞれにおける積分値の差を求め、積分期間ＩＮＴ３，ＩＮＴ４のそれぞれにおける積分値の差を求めるようにしている。これにより、積分器１ｂ，１ｃまたは積分器１Ａｂの飽和を防止することができる。

〈ＡＤコンバータの構成〉
ＡＤコンバータ２は、積分回路１から出力される積分値をデジタル値に変換する回路である。このＡＤコンバータ２は、積分回路１（積分回路１Ａ）から出力された前述の積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２の積分値の差（第１積分値差）をデジタルのデジタル積分値ＡＤＣ−１に変換して出力する。また、ＡＤコンバータ２は、積分回路１（積分回路１Ａ）から出力された前述の積分期間ＩＮＴ３，ＩＮＴ４の積分値の差（第２積分値差）をデジタルのデジタル積分値ＡＤＣ−２に変換して出力する。

〈出力制御回路の構成〉
図５は、光センサ１０１における出力制御回路３の構成を示すブロック図である。

出力制御回路３は、ＡＤコンバータ２から出力されたデジタル積分値ＡＤＣ−１に基づいて、デジタル積分値ＡＤＣ−２をそのまま出力するか、またはデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２の差を出力するように出力を制御する回路である。あるいは、出力制御回路３は、ＡＤコンバータ２から出力されたデジタル積分値ＡＤＣ−２に基づいて、デジタル積分値ＡＤＣ−１をそのまま出力するか、またはデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２の差を出力するように出力を制御する回路である。この出力制御回路３は、レジスタ３ａ、第１コンパレータ３ｂ、第２コンパレータ３ｃ、レジスタ制御回路３ｄおよび減算回路３ｅを有している。

レジスタ３ａは、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２をそれぞれ格納する記憶部である。

第１コンパレータ３ｂは、レジスタ３ａに格納されたデジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値が予め設定された設定値（閾値）より小さいか否かを判定する。

第２コンパレータ３ｃは、レジスタ３ａに格納されたデジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロであるか、正または負の値であるかを判定する。

レジスタ制御回路３ｄは、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１をレジスタ３ａに格納するように、レジスタ３ａの書き込みを制御する。

また、レジスタ制御回路３ｄは、発光素子ＬＥＤが第１期間Ｔ１でオフし、第２期間Ｔ２でオフし、第３期間Ｔ３でオンし、第４期間Ｔ４でオフする第１駆動パターンの場合と、発光素子ＬＥＤが第１期間Ｔ１でオンし、第２期間Ｔ２から第４期間Ｔ３でオフする第２駆動パターンの場合とで、次のようにレジスタ３ａの読み書きを制御する。

第１駆動パターンの場合、レジスタ制御回路３ｄは、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が上記の設定値より小さいと第１コンパレータ３ｂによって判定されると、ＡＤコンバータ２からのデジタル積分値ＡＤＣ−２をレジスタ３ａに格納するように、レジスタ３ａの書き込みを制御する。一方、レジスタ制御回路３ｄは、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が上記の設定値より小さくないと第１コンパレータ３ｂによって判定されると、ＡＤコンバータ２からのデジタル積分値ＡＤＣ−２をレジスタ３ａに格納しないように、レジスタ３ａの書き込みを禁止する。

第２駆動パターンの場合、レジスタ制御回路３ｄは、入力されたデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２をレジスタ３ａに書き込むようにレジスタ３ａの書き込みを制御する。また、レジスタ制御回路３ｄは、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値が上記の設定値より小さいと第１コンパレータ３ｂによって判定されると、デジタル積分値ＡＤＣ−１をレジスタ３ａから読み出し可能となるように、レジスタ３ａを制御する。一方、レジスタ制御回路３ｄは、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値が上記の設定値より小さくないと第１コンパレータ３ｂによって判定されると、デジタル積分値ＡＤＣ−１をレジスタ３ａから読み出さないように、レジスタ３ａの読み出しを禁止する。

さらに、第１駆動パターンにおいて、レジスタ制御回路３ｄは、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに書き込まれている場合、レジスタ３ａの読み出しを次のように制御する。レジスタ制御回路３ｄは、第２コンパレータ３ｃによってデジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロであると判定されると、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−２をＩ２Ｃインターフェース４に出力するように、レジスタ３ａの読み出しを制御する。一方、レジスタ制御回路３ｄは、第２コンパレータ３ｃによってデジタル積分値ＡＤＣ−１が正または負であると判定されると、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２を減算回路３ｅに出力するように、レジスタ３ａの読み出しを制御する。

第２駆動パターンにおいて、第２コンパレータ３ｃによってデジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロであると判定されると、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１をＩ２Ｃインターフェース４に出力するように、レジスタ３ａの読み出しを制御する。一方、レジスタ制御回路３ｄは、第２コンパレータ３ｃによってデジタル積分値ＡＤＣ−２が正または負であると判定されると、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２を減算回路３ｅに出力するように、レジスタ３ａの読み出しを制御する。

レジスタ制御回路３ｄは、積分期間ＩＴＮ２，ＩＴＮ４に同期してデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２のレジスタ３ａへの書き込みを制御する。したがって、レジスタ制御回路３ｄは、上記のような書き込み制御を積分制御信号に基づいて行う。

減算回路３ｅは、レジスタ３ａから出力されたデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２のいずれか大きい一方から小さい他方を減算する回路である。すなわち、減算回路３ｅは、デジタル積分値ＡＤＣ−１がデジタル積分値ＡＤＣ−２より大きい場合、デジタル積分値ＡＤＣ−１からデジタル積分値ＡＤＣ−２を減算する。また、減算回路３ｅは、デジタル積分値ＡＤＣ−２がデジタル積分値ＡＤＣ−１より大きい場合、デジタル積分値ＡＤＣ−２からデジタル積分値ＡＤＣ−１を減算する。レジスタ制御回路３ｄが、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２のいずれが大きいかを判定し、大きい値を被減算値として減算回路３ｅに与え、小さい値を減算値として減算回路３ｅに与える。

あるいは、減算回路３ｅは、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２の差の絶対値を出力してもよい。これにより、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２の大小判定が不要となる。

〈Ｉ２Ｃインターフェースの構成〉
Ｉ２Ｃインターフェース４は、外部からのシリアルクロックＳＣＬと同期してレジスタ３ａから出力されるデジタル値をシリアルデータＳＤＡとして出力する回路である。

〈発振器および積分制御信号発生回路の構成〉
発振器６は、所定周期の基準クロックを発生する回路である。

積分制御信号発生回路５は、発振器６からの基準クロックに基づいて、積分を行う前述の各積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４にハイレベルとなり、積分を行わない非積分期間にローレベルとなる積分制御信号を出力する。上記の積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４は、発光素子ＬＥＤがオンまたはオンする前述の第１〜第４期間Ｔ１〜Ｔ４より短い期間として設定されている。

〈駆動信号発生回路および駆動回路の構成〉
駆動信号発生回路７は、発振器６からの基準クロックに基づいて発光素子ＬＥＤを駆動するための駆動信号を生成する回路である。この駆動信号は、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４を単位とする周期で発光素子ＬＥＤをオンおよびオフさせる信号である。第１〜第４期間Ｔ１〜Ｔ４は、上記のオン期間およびオフ期間に相当する。

以降の説明では、発光素子ＬＥＤが、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２および第４期間Ｔ４でオフし、第３期間Ｔ３でオンするように、発光素子ＬＥＤを駆動するか（第１駆動パターン）、あるいは、発光素子ＬＥＤが、第１期間Ｔ１でオンし、第２期間Ｔ２から第４期間Ｔ４でオフするように、発光素子ＬＥＤを駆動する（第２駆動パターン）。しかしながら、駆動パターンは、このような駆動制御に限らない。例えば、上記の第１駆動パターンとは逆に、発光素子ＬＥＤが、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２および第４期間Ｔ４でオンし、第３期間Ｔ３でオフするように、発光素子ＬＥＤを駆動してもよい。また、上記の第２駆動パターンとは逆に、発光素子ＬＥＤが、第１期間Ｔ１でオフし、第２期間Ｔ２から第４期間Ｔ４でオンするように、発光素子ＬＥＤを駆動してもよい。

駆動回路８は、発光素子ＬＥＤを駆動するための駆動電流を駆動信号発生回路７で発生した駆動信号に基づいて生成する回路である。この駆動電流は、パルス電流であり、光パルス信号として発光素子ＬＥＤに与えられる。

〔光センサの動作〕
〈基本動作〉
駆動信号発生回路７が発振器６からの基準クロックで駆動信号を生成すると、駆動回路８から光パルス信号が出力される。発光素子ＬＥＤは、光パルス信号に基づいて所定周期で発光して、赤外線の光パルスを出力する。

検知対象物１００が発光素子ＬＥＤから出射される光の光路に位置していないとき、発光素子ＬＥＤから出射される光はそのまま進行していく。このため、受光素子ＰＤは、検知対象物１００からの反射光を受けることがなく、周囲光が入射するのみであるので、受光素子ＰＤの入射光量は小さい。この場合、検知対象物１００が検知されないことになる。

検知対象物１００が、光センサ１０１に近づいて、発光素子ＬＥＤから出射される光の光路の位置に達すると、発光素子ＬＥＤから出射される光は検知対象物１００によって反射される。検知対象物１００が光センサ１０１に近づくほど、検知対象物１００からの反射光の光量が増大していく。

検知対象物１００は、上記の光路を完全に遮断し、発光素子ＬＥＤからの光を全て反射する位置に達すると、光センサ１０１に最も近づくので、この状態では反射光量が最大となる。受光素子ＰＤは、検知対象物１００からの反射光を受けることにより、入射光量が増大して、入射光量に比例した光電流を発生する。

光センサ１０１において、受光素子ＰＤが発生した光電流は積分回路１によって積分される。積分回路１からの積分値は、ＡＤコンバータ２によってデジタルのデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２に変換される。そして、出力制御回路３によって、ＡＤコンバータ２からのデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２に基づいて、検知対象物１００の近接を検知する検知信号が出力される。さらに、Ｉ２Ｃインターフェース４から、当該検知信号に基づくシリアルデータＳＤＡが、外部からのシリアルクロックＳＣＬに同期して出力される。

光センサ１０１は、近接センサとして用いられる場合、検知対象物１００が近づくと、検知信号を出力する。一方、光センサ１０１は、ジェスチャーセンサとして用いられる場合、検知対象物１００の移動を検知する。

〈外乱光のない状態での動作〉
図６は、外乱光がない場合の光センサ１０１の動作を示すタイミングチャートである。図１９は、外乱光がない場合の光センサ１０１の他の動作を示すタイミングチャートである。

図６に示すように、発光素子ＬＥＤは、第１期間Ｔ１でオフし、第２期間Ｔ２でオフし、第３期間Ｔ３でオンし、第４期間Ｔ４でオフする第１駆動パターンで駆動される。この場合、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２が外乱光を検知する外乱光検知期間となり、第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４が検知対象物１００を検知する検知対象物検知期間となる。

まず、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフしているので、受光素子ＰＤが光電流を発生しない。この状態では、積分回路１によって、積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２で積分された積分値の差はゼロ（基準電圧）となる。したがって、この場合は、デジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロとなる。このデジタル積分値ＡＤＣ−１は、レジスタ３ａに格納され、積分回路１がリセットされる。

続く第３期間Ｔ３では、発光素子ＬＥＤがオンするので、検知対象物１００からの反射光が受光素子ＰＤに入射する。この場合、外乱光のない状態であるので、図６に示すように、受光素子ＰＤは、反射光の光量に比例した大きさのパルス状の光電流を発生する。これにより、積分期間ＩＮＴ３の積分値が増大する。

その後の第４期間Ｔ４では、発光素子ＬＥＤがオフするので、受光素子ＰＤが光電流を発生しない。これにより、積分回路１からの積分値が一定値を維持するので、この積分値のデジタル積分値ＡＤＣ−２がＡＤコンバータ２から出力される。

この場合は、第１コンパレータ３ｂによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が所定値より小さいと判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納される。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロであると判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２のみがレジスタ３ａから読み出されて、Ｉ２Ｃインターフェース４に出力される。

これにより、Ｉ２Ｃインターフェース４は、入力されたデジタル積分値ＡＤＣ−２に基づいて、検知信号としてのシリアルデータＳＤＡを外部からのシリアルクロックＳＣＬに同期して出力する。この検知信号は、マイクロコンピュータ等に与えられて、近接検知処理の場合、近接データとして利用される。

上記の例は、外乱光のない状態であるので、積分回路１における積分器１ｂ，１ｃの出力は初期値から変化がなく、外乱光成分を表すデジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロとなる。これにより、発光素子ＬＥＤがオンする第３期間Ｔ３において、検知対象物１００からの反射光を正確に検出することができる。この場合は、上記のように、デジタル積分値ＡＤＣ−２が検知信号として利用されるように、レジスタ３ａに格納される。

図１９に示す例では、発光素子ＬＥＤは、第１期間Ｔ１でオンし、第２期間Ｔ２から第４期間Ｔ４でオフする第２駆動パターンで駆動される。第２駆動パターンの場合、図６に示す上記の場合と異なり、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２が検知対象物検知期間となり、第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４が外乱光検知期間となる。

まず、第１期間Ｔ１では、発光素子ＬＥＤがオンするので、検知対象物１００からの反射光が受光素子ＰＤに入射する。この場合、外乱光のない状態であるので、図１９に示すように、受光素子ＰＤは、反射光の光量に比例した大きさのパルス状の光電流を発生する。これにより、積分期間ＩＮＴ１の積分値が増大する。

続く第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフするので、受光素子ＰＤが光電流を発生しない。これにより、積分期間ＩＮＴ２で積分された積分値が一定値を維持するので、この積分値のデジタル積分値ＡＤＣ−１がＡＤコンバータ２から出力される。このデジタル積分値ＡＤＣ−１は、レジスタ３ａに格納され、積分回路１がリセットされる。

その後の第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４でも、発光素子ＬＥＤがオフしているので、受光素子ＰＤが光電流を発生しない。この状態では、積分回路１によって、積分期間ＩＮＴ３，ＩＮＴ４で積分された積分値の差はゼロとなる。したがって、この場合は、デジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロとなる。また、レジスタ制御回路３ｄによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が所定値より小さいと判定されるので、このデジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納される。

この場合、第１コンパレータ３ｂによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値が所定値より小さいと判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａから読み出し可能となる。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロであると判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１のみがレジスタ３ａから読み出されて、Ｉ２Ｃインターフェース４に出力される。

上記の例も、外乱光のない状態であるので、積分回路１における積分器１ｂ，１ｃの出力は初期値から変化がなく、外乱光成分を表すデジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロとなる。これにより、発光素子ＬＥＤがオンする第１期間Ｔ１において、検知対象物１００からの反射光を正確に検出することができる。この場合は、上記のように、デジタル積分値ＡＤＣ−１が検知信号として利用されるように、レジスタ３ａに格納される。

なお、上記の第１駆動パターンの動作例では、デジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロである場合、デジタル積分値ＡＤＣ−２のみがレジスタ３ａから読み出される。一方、上記の第２駆動パターンの動作例では、デジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロである場合、デジタル積分値ＡＤＣ−１のみがレジスタ３ａから読み出される。しかしながら、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２の読み出し制御については、これに限定されない。

例えば、第１駆動パターンおよび第２駆動パターンにおいて、レジスタ制御回路３ｄは、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２がゼロであっても、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２をレジスタ３ａから読み出すように、読み出しを制御する。この制御例では、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２に減算回路３ｅによる減算処理を施すことになる。しかしながら、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２のいずれか一方がゼロであるので、上記のように減算処理をしても、ゼロでない他方をレジスタ３ａから読み出すことと同じ結果が得られる。この制御例では、減算回路３ｅによる減算処理が必要となるものの、デジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２がゼロであるか否かという判定が不要となるので、第２コンパレータ３ｃを省くことができる。

この制御例は、次に説明する直流外乱光のある状態での動作（図７および図２０に示す例）でも適用可能である。

〈直流外乱光のある状態での動作〉
図７は、一定の外乱光が入射する場合の光センサ１０１の動作を示すタイミングチャートである。図２０は、一定の外乱光が入射する場合の光センサ１０１の他の動作を示すタイミングチャートである。

図７に示すように、第１駆動パターンにおける第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフしているが、一定光量の外乱光があるので、受光素子ＰＤが外乱光の光量に比例した光電流を発生する。この状態では、積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２での光電流の値が同じであるので、積分回路１による積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２の積分値は等しくなる。したがって、この場合は、積分回路１の出力がゼロとなるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１もゼロとなる結果、外乱光成分が相殺される。このデジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａに格納されると、積分回路１がリセットされる。

続く第３期間Ｔ３では、発光素子ＬＥＤがオンするので、検知対象物１００からの反射光と外乱光とが受光素子ＰＤに入射する。このとき、図７に示すように、受光素子ＰＤは、一定値（外乱光成分）に反射光の光量に比例した値が重畳された光電流を発生する。これにより、積分期間ＩＮＴ３の積分値が増大する。

その後の第４期間Ｔ４では、発光素子ＬＥＤがオフするので、受光素子ＰＤが第１および第２期間Ｔ１，Ｔ２と同様に、外乱光成分に基づく光電流を発生する。これにより、積分期間ＩＮＴ４における積分値が積分期間ＩＮＴ２における積分値と同じになる。この場合、積分回路１から出力される積分値は、外乱光成分が相殺されて反射光成分のみとなり、ＡＤコンバータ２からデジタル積分値ＡＤＣ−２として出力される。

この場合、第１コンパレータ３ｂによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が所定値より小さいと判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納される。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロであると判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２のみがレジスタ３ａから読み出されて、Ｉ２Ｃインターフェース４に出力される。

これにより、Ｉ２Ｃインターフェース４は、入力されたデジタル積分値ＡＤＣ−２に基づいて、検知信号としてのシリアルデータＳＤＡを外部からのシリアルクロックＳＣＬに同期して出力する。この検知信号は、マイクロコンピュータ等に与えられて、近接検知処理の場合、近接データとして利用される。

このように、一定の外乱光がある状態では、検知信号から外乱光成分を完全に除外することができる。

図２０に示す例では、図１９に示す例と同様、発光素子ＬＥＤは、第２駆動パターンで駆動される。図２０に示す例において、第１期間Ｔ１では、発光素子ＬＥＤがオンするが、一定光量の外乱光があるので、検知対象物１００からの反射光と外乱光とが受光素子ＰＤに入射する。このとき、受光素子ＰＤは、一定値（外乱光成分）に反射光の光量に比例した値が重畳された光電流を発生する。これにより、積分期間ＩＮＴ１の積分値が増大する。

続く第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフするが、一定光量の外乱光があるので、受光素子ＰＤが外乱光に基づく光電流を発生する。これにより、積分期間ＩＮＴ２で積分された積分値が一定値を維持するので、この積分値のデジタル積分値ＡＤＣ−１がＡＤコンバータ２から出力される。このデジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａに格納されると、積分回路１がリセットされる。

その後の第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４でも、発光素子ＬＥＤがオフしているが、一定光量の外乱光があるので、積分回路１による積分期間ＩＮＴ３，ＩＮＴ４の積分値は等しくなる。このとき、積分回路１の出力がゼロとなるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２もゼロとなる。

この場合、第１コンパレータ３ｂによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が所定値より小さいと判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａから読み出し可能となる。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロであると判定されるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１のみがレジスタ３ａから読み出されて、Ｉ２Ｃインターフェース４に出力される。

このように、一定光量の外乱光がある場合は、前述の第１駆動パターンの場合と同様、検知信号から外乱光成分を完全に除外することができる。

〈変化する外乱光のある状態での動作〉
通常、照明器具の光は商用周波数（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の倍の周波数（１００Ｈｚあるいは１２０Ｈｚ）で明るさが変化する。また、インバータ蛍光灯の光波形は、数十ｋＨｚの周波数が商用周波数に重畳されたような光波形であり、近接センサが検知動作中に外乱光の光強度が時間とともに変化することが多い。

そこで、ここでは、外乱光が時間的に変化する場合の光センサ１０１の動作について説明する。

（１）外乱光が増加する場合
図８は、増加する外乱光が入射する場合の光センサ１０１の動作を示すタイミングチャートである。図２１は、増加する外乱光が入射する場合の光センサ１０１の他の動作を示すタイミングチャートである。

外乱光が増加する場合、図８に示すように、第１駆動パターンにおける第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフしているので、光電流が外乱光の増加に応じて増大する。このため、積分期間ＩＮＴ２における積分値が積分期間ＩＮＴ１における積分値より大きくなる。この場合、積分回路１から出力される積分値は負の値となるので、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１も負の値となる。このデジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａに格納されると、積分回路１がリセットされる。

第３期間Ｔ３では、発光素子ＬＥＤがオンすることで得られた光電流と外乱光とが積分期間ＩＮＴ３において積分される。続く第４期間Ｔ４では、発光素子ＬＥＤがオフすることで外乱光のみが積分期間ＩＮＴ４において積分される。また、積分期間ＩＮＴ４における積分値の外乱光成分が積分期間ＩＮＴ３における積分値の外乱光成分より大きくなる。

この状態では、図７に示す場合と異なり、積分回路１から出力される積分値の反射光成分は、積分期間ＩＮＴ３,ＩＮＴ４の間の外乱光成分の差分が減算されて小さくなるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２も小さくなる。また、積分回路１から出力される積分値は第１コンパレータ３ｂの設定値より小さいので、レジスタ制御回路３ｄによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納される。

外乱光が増加する場合、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１が負であると判定されるので、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２が読み出される。そして、減算回路３ｅによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２から負のデジタル積分値ＡＤＣ−１が減算される結果、デジタル積分値ＡＤＣ−２の減少分がデジタル積分値ＡＤＣ−１で補われる。

このように、光電流の外乱光成分が単調に増加する場合は、上記のような減算処理によって、正確な反射光成分に基づく検知信号を出力することができる。

図２１に示す例では、第２駆動パターンで駆動される発光素子ＬＥＤが、第１期間Ｔ１でオンし、第２期間Ｔ２から第４期間Ｔ４でオフする。図２１に示す例において、第１期間Ｔ１では、発光素子ＬＥＤがオンすることで得られた光電流と外乱光とが積分期間ＩＮＴ１において積分される。続く第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフすることで外乱光のみが積分期間ＩＮＴ２において積分される。また、積分期間ＩＮＴ２における積分値の外乱光成分が積分期間ＩＮＴ１における積分値の外乱光成分より大きくなる。

この状態では、図８に示す第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４と同様、積分回路１から出力される積分値の反射光成分は、積分期間ＩＮＴ１,ＩＮＴ２の間の外乱光成分の差分が減算されて小さくなるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１も小さくなる。このデジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａに格納されると、積分回路１がリセットされる。

発光素子ＬＥＤがオフしている第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４では、外乱光の増加に応じて、積分期間ＩＮＴ４における積分値が積分期間ＩＮＴ３における積分値より大きくなる。このとき、積分回路１から出力される積分値は負の値となるので、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−２も負の値となる。

この場合、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値は第１コンパレータ３ｂの設定値より小さいので、レジスタ制御回路３ｄによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１を読み出し可能な状態となるようにレジスタ３ａが制御される。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２が負であると判定されるので、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２が読み出される。そして、減算回路３ｅによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１から負のデジタル積分値ＡＤＣ−２が減算される結果、デジタル積分値ＡＤＣ−１の減少分がデジタル積分値ＡＤＣ−２で補われる。

この例においても、光電流の外乱光成分が単調に増加する場合は、上記のような減算処理によって、正確な反射光成分に基づく検知信号を出力することができる。

（２）外乱光が減少する場合
図９は、減少する外乱光が入射する場合の光センサ１０１の動作を示すタイミングチャートである。図２２は、減少する外乱光が入射する場合の光センサ１０１の他の動作を示すタイミングチャートである。

外乱光が減少する場合、図９に示すように、第１駆動パターンにおける第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフしているので、光電流が外乱光の減少に応じて減少する。このため、積分期間ＩＮＴ２における積分値が積分期間ＩＮＴ１における積分値より小さくなる。この場合、積分回路１から出力される積分値は正の値となるので、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１も正の値となる。このデジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａに格納されると、積分回路１がリセットされる。

第３期間Ｔ３では、発光素子ＬＥＤがオンすることで得られた光電流と外乱光とが積分期間ＩＮＴ３において積分される。続く第４期間Ｔ４では、発光素子ＬＥＤがオフすることで外乱光のみが積分期間ＩＮＴ４において積分される。また、積分期間ＩＮＴ４における積分値の外乱光成分が積分期間ＩＮＴ３における積分値の外乱光成分より小さくなる。この状態では、図７に示す場合と異なり、積分回路１から出力される積分値の反射光成分は、積分期間ＩＮＴ３,ＩＮＴ４の間の外乱光成分の差分が加算されて大きくなるので、デジタル積分値ＡＤＣ−２も大きくなる。

この場合、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値は第１コンパレータ３ｂの設定値より小さいので、レジスタ制御回路３ｄによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納される。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１が正であると判定されるので、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２が読み出される。そして、減算回路３ｅによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２から正のデジタル積分値ＡＤＣ−１が減算される結果、デジタル積分値ＡＤＣ−２の増加分がデジタル積分値ＡＤＣ−１により相殺される。

このように、光電流の外乱光成分が単調に減少する場合も、上記のような減算処理によって、正確な反射光成分に基づく検知信号を出力することができる。

図２２に示す例では、第２駆動パターンで駆動される発光素子ＬＥＤが、第１期間Ｔ１でオンし、第２期間Ｔ２から第４期間Ｔ４でオフする。図２２に示す例において、第１期間Ｔ１では、発光素子ＬＥＤがオンすることで得られた光電流と外乱光とが積分期間ＩＮＴ１において積分される。続く第２期間Ｔ２では、発光素子ＬＥＤがオフすることで外乱光のみが積分期間ＩＮＴ２において積分される。また、積分期間ＩＮＴ２における積分値の外乱光成分が積分期間ＩＮＴ１における積分値の外乱光成分より小さくなる。

この状態では、図９に示す第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４と同様、積分回路１から出力される積分値の反射光成分は、積分期間ＩＮＴ１,ＩＮＴ２の間の外乱光成分の差分が加算されて大きくなるので、デジタル積分値ＡＤＣ−１も大きくなる。このデジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａに格納されると、積分回路１がリセットされる。

発光素子ＬＥＤがオフしている第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ４では、外乱光の減少に応じて、積分期間ＩＮＴ４における積分値が積分期間ＩＮＴ３における積分値より小さくなる。この場合、積分回路１から出力される積分値は正の値となるので、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−２も正の値となる。このデジタル積分値ＡＤＣ−２も、レジスタ３ａに格納される。

この場合、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値は第１コンパレータ３ｂの設定値より小さいので、レジスタ制御回路３ｄによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１を読み出し可能な状態となるようにレジスタ３ａが制御される。また、第２コンパレータ３ｃによって、デジタル積分値ＡＤＣ−２が正であると判定されるので、レジスタ３ａからデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２が読み出される。そして、減算回路３ｅによって、デジタル積分値ＡＤＣ−１から正のデジタル積分値ＡＤＣ−２が減算される結果、デジタル積分値ＡＤＣ−１の増加分がデジタル積分値ＡＤＣ−２により相殺される。

この例においても、光電流の外乱光成分が単調に減少する場合は、上記のような減算処理によって、正確な反射光成分に基づく検知信号を出力することができる。

（３）検知動作の可否判断
外乱光が増加する場合（図８に示す例）および外乱光が減少する場合（図９に示す例）では、デジタル積分値ＡＤＣ−１がゼロではないので、その絶対値が、設定値以上に大きくなることがある。この場合、レジスタ制御回路３ｄの制御によって、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納されないので、検知信号を出力することができず、検知動作が行われないことになる（非検知モード）。また、デジタル積分値ＡＤＣ−１が設定値より小さくなったときには、レジスタ制御回路３ｄの制御によって、デジタル積分値ＡＤＣ−２がレジスタ３ａに格納される。この場合、デジタル積分値ＡＤＣ−２に基づいて検知信号を出力することが可能になり、検知動作を行うことができる（検知モード）。

なお、定期的に積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２の積分動作を繰り返して、デジタル積分値ＡＤＣ−１が設定値より小さくなっているか否かを判定することにより、その判定結果に基づいて、検知モードと非検知モードとの間を移行するようにしてもよい。

一方、外乱光が増加する場合（図２１に示す例）および外乱光が減少する場合（図２２に示す例）では、デジタル積分値ＡＤＣ−２がゼロではないので、その絶対値が、設定値以上に大きくなることがある。この場合、レジスタ制御回路３ｄの制御によって、デジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａから読み出されないので、検知信号を出力することができず、検知動作が行われないことになる（非検知モード）。また、デジタル積分値ＡＤＣ−２が設定値より小さくなったときには、レジスタ制御回路３ｄの制御によって、デジタル積分値ＡＤＣ−１がレジスタ３ａから読み出される。この場合、デジタル積分値ＡＤＣ−１に基づいて検知信号を出力することが可能になり、検知動作を行うことができる（検知モード）。

なお、定期的に積分期間ＩＮＴ３，ＩＮＴ４の積分動作を繰り返して、デジタル積分値ＡＤＣ−２が設定値より小さくなっているか否かを判定することにより、その判定結果に基づいて、検知モードと非検知モードとの間を移行するようにしてもよい。

［実施形態２］
本発明に係る実施形態２について、図７〜図１０および図２０〜図２２を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記するとともに、その説明を省略する。

〔光センサの構成〕
図１０は、本実施形態に係る光センサ１０２の構成を示すブロック図である。

図１０に示すように、光センサ１０２は、前述の光センサ１０１と同様、積分回路１、ＡＤコンバータ２、出力制御回路３、Ｉ２Ｃインターフェース４、積分制御信号発生回路５、発振器６、駆動信号発生回路７、駆動回路８および受発光ユニット９０を備えている。また、光センサ１０２は駆動電流設定回路９を備えている。

駆動電流設定回路９（光出力制御回路）は、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１およびデジタル積分値ＡＤＣ−２のうち発光素子ＬＥＤがオフしている期間の積分値の絶対値に比例して、駆動回路８が生成する駆動電流を制御する回路である。

〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ１０２においては、駆動回路８によって、発光素子ＬＥＤがオフしている期間の積分値であるデジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値に比例して駆動電流（光出力）が制御される。具体的には、図７〜図９に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値に比例して駆動電流が制御され、図２０〜図２２に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値に比例して駆動電流が制御される。これにより、発光素子ＬＥＤの発光光量が受光素子ＰＤの受光光量に応じて調整される。

したがって、外乱光が強い場合でも、検知信号に十分なＳ／Ｎを確保することが可能となる。また、外乱光が弱い場合は、発光素子ＬＥＤの駆動電流を減少させることにより、消費電力を低減することができる。

［実施形態３］
本発明に係る実施形態３について、図７〜図９、図１１および図２０〜図２２を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記するとともに、その説明を省略する。

〔光センサの構成〕
図１１は、本実施形態に係る光センサ１０３の構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、光センサ１０３は、前述の光センサ１０１と同様、積分回路１、ＡＤコンバータ２、出力制御回路３、Ｉ２Ｃインターフェース４、積分制御信号発生回路５、発振器６、駆動信号発生回路７、駆動回路８および受発光ユニット９０を備えている。また、光センサ１０３は発光周期設定回路１０を備えている。

発光周期設定回路１０（発光周期制御回路）は、ＡＤコンバータ２から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が最も小さくなるように、駆動信号発生回路７が発生する駆動信号の周期（駆動周期）を設定する回路である。

〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ１０３においては、発光周期設定回路１０によって、デジタル積分値ＡＤＣ−１およびデジタル積分値ＡＤＣ−２のうち発光素子ＬＥＤがオフしている期間の積分値の絶対値に応じて駆動周期が制御される。具体的には、図７〜図９に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値に応じて駆動周期が制御され、図２０〜図２２に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値に応じて駆動周期が制御される。これにより、発光素子ＬＥＤの発光周期が調整されると、積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４が調整されることになる。この結果、図７〜図９に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値が最も小さくなり、図２０〜図２２に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値が最も小さくなる。このとき、駆動周期を連続的に調整するために、図７〜図９に示す例では、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２が繰り返され、図２０〜図２２に示す例では、第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ５が繰り返される。

上記のように発光周期を制御することにより、外乱光が発生する環境下での外乱光除去率を最も大きくすることができる。ここで、考えられる外乱光は、次のような光である。（ａ）太陽光等のＤＣ光や、マイクロ秒やミリ秒といったごく短い間でほとんど光強度が変化しない光源による光
（ｂ）白熱灯、蛍光灯等の商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの強度変動がある光源による光
（ｃ）インバータ蛍光灯等の約５０ｋＨｚ前後で強度変動がある光源による光
（ｄ）ＰＷＭ調光されたＬＥＤ光源のように２０ｋＨｚ〜数百ｋＨｚで強度変動がある光源による光
これにより、光センサ１０３の外乱光耐量を向上させることができる。

前述のように一定の外乱光がある場合、各積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４を変更しても、デジタル積分値ＡＤＣ−１（図６に示す第１駆動パターンの例）またはデジタル積分値ＡＤＣ−２（図１９に示す第２駆動パターンの例）の絶対値は、ゼロに近くになってほとんど変化しない。これに対し、外乱光成分が各積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４において変化する場合（外乱光がインバータ蛍光灯等のように光が時間的に変化する場合）、発光周期設定回路１０によって、各積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４を外乱光の周期に同期させる。これにより、第１駆動パターンの場合、積分期間ＩＮＴ１，ＩＮＴ２の積分値の差によって外乱光成分が相殺されてゼロになる。また、第２駆動パターンの場合、積分期間ＩＮＴ３，ＩＮＴ４の積分値の差によって外乱光成分が相殺されてゼロになる。

したがって、上記のように発光周期を制御して積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４を調整することによって、各積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４を外乱光の周期に同期させると、デジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値を最もゼロに近くなるように調整することができる。よって、外乱光成分を相殺して、反射光成分のみを検出することが容易になる。

［実施形態４］
本発明に係る実施形態４について、図２、図１２〜図１４を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記するとともに、その説明を省略する。

〔光センサの構成〕
図１２に示すように、光センサ１０４は、前述の光センサ１０１と同様、Ｉ２Ｃインターフェース４、積分制御信号発生回路５、発振器６、駆動信号発生回路７および駆動回路８を備えている。また、光センサ１０４は、光センサ１０１における積分回路１、ＡＤコンバータ２、出力制御回路３および受発光ユニット９０に代えて、それぞれ積分回路１１〜１４、ＡＤコンバータ２１〜２４、出力制御回路３Ａおよび受発光ユニット９０Ａを備えている。さらに、光センサ１０４は、比較回路１５１を有している。

〈受発光ユニットの構成〉
図２は、受発光ユニット９０Ａの発光素子ＬＥＤおよび受光素子ＤＰＤの実装構造を示す縦断面図である。図１３は、光センサ１０４における受光素子ＤＰＤの構成を示す平面図である。

受発光ユニット９０Ａは、光センサ１０１における受発光ユニット９０と同様、発光素子ＬＥＤを有している。また、受発光ユニット９０Ａは、光センサ１０１における受光素子ＰＤに代えて受光素子ＤＰＤを有している。さらに、図２に示すように、受発光ユニット９０Ａにおいて、受光素子ＰＤＰは、受発光ユニット９０における受光素子ＰＤと同じ位置に実装されている。

図１３に示すように、受光素子ＤＰＤは、４分割型の素子であり、正方形の受光領域を有する４つの受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４によって構成されている。

〈受光素子による光検出〉
図１４の（ａ）は、光センサ１０４からの出射光が形成する光スポットと検知対象物１００との位置関係の変化を示す平面図である。図１４の（ｂ）は、光センサ１０４における受光素子ＤＰＤに上記の光スポットの検知対象物１００からの反射光が入射した状態を示す平面図である。

４分割型の受光素子ＤＰＤを用いることにより、図１４の（ａ）および（ｂ）に示すように、検知対象物１００の位置によって、検知対象物１００からの反射光（光スポットＳ）が受光素子ＤＰＤに投影される像の形が変化する。したがって、各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４への入射光の光量を測定することにより、検知対象物１００が光センサ１０４に対して、どの位置に存在するかを検知することができる。

ここで、図１４の（ａ）に示すように、検知対象物１００が、発光素子ＬＥＤの出射光が形成する光スポットＳに対して右方向から左方向に移動する場合について説明する。まず、検知対象物１００からの光スポットＳの反射光は、受発光ユニット９０Ａの受光レンズ部９２ｂ（凸レンズ）によって倒立像として受光素子ＤＰＤに投影される。

図１４の（ａ）の左端およびその右側に示すように、検知対象物１００が右方向から近づいている状態では、反射光が受光素子ＰＤ２，ＰＤ３に投影される。このとき、受光素子ＰＤ２，ＰＤ３は、入射光の強度に比例した光電流を発生する。また、図１４の（ａ）の真ん中に示すように、検知対象物１００が光スポットＳを完全に反射する位置に達した状態では、反射光が受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４に投影される。このとき、受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４は、入射光の強度に比例した光電流を発生する。図１４の（ａ）の右端およびその左側に示すように、検知対象物１００が左方向へ遠ざかる状態では、反射光が受光素子ＰＤ１，ＰＤ４に投影される。このとき、受光素子ＰＤ１，ＰＤ４は、入射光の強度に比例した光電流を発生する。

このように、光スポットＳに対する検知対象物１００の位置に応じて、受光素子ＤＰＤに投影される反射光の像の形状が変化すると、それに応じて、受光素子ＤＰＤの各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の光電流も変化する。したがって、各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の光電流に基づいて、光センサ１０４と検知対象物１００との相対的な位置関係が判る。また、検知対象物１００の位置の時間変化を算出することにより、検知対象物１００の移動速度および移動方向も検出することができる。

ただし、正確に検知対象物１００の位置を検知するには、照明光や太陽光等の外乱光の影響を受けることなく、動作させる必要がある。

なお、図１４の（ｂ）において、受光素子ＤＰＤに投影される像の黒い部分および斜線で示す部分は、それぞれ光強度の高い部分および光強度の低い部分である。

〈積分回路およびＡＤコンバータの構成〉
積分回路１１〜１４は、前述の光センサ１０１における積分回路１と同等に構成されている。また、ＡＤコンバータ２１〜２４は、光センサ１０１におけるＡＤコンバータ２と同等に構成されている。

〈出力制御回路の構成〉
出力制御回路３Ａは、光センサ１０１における出力制御回路３と同様、図３に示すような構成を有する。また、出力制御回路３Ａは、ＡＤコンバータ２１〜２４からのそれぞれのデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２に次のような演算処理を施す回路をさらに有している。

出力制御回路３Ａは、各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４に対応するデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２について、次の演算を行うことにより、デジタル積分値ＡＤＣ−１(Ｔ)，ＡＤＣ−２(Ｔ)を算出する。

ＡＤＣ−１(Ｔ)＝（ＡＤＣ−１(１)＋ＡＤＣ−１(４)）−（ＡＤＣ−１(２)＋ＡＤＣ−２(３)）
ＡＤＣ−２(Ｔ)＝（ＡＤＣ−２(１)＋ＡＤＣ−２(４)）−（ＡＤＣ−２(２)＋ＡＤＣ−２(３)）
上式において、ＡＤＣ−１(１)〜ＡＤＣ−１(４)は、それぞれ各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４に対応するデジタル積分値ＡＤＣ−１を表し、ＡＤＣ−２(１)〜ＡＤＣ−２(４)は、それぞれ各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４に対応するデジタル積分値ＡＤＣ−２を表している。

上記の演算によって、図１４の（ｂ）に示す例では、デジタル積分値ＡＤＣ−１(Ｔ)，ＡＤＣ−２(Ｔ)の値が、右方向から近づく場合に負となり、左方向から近づく場合に正となり、完全反射光の場合にゼロとなる。

〔光センサの動作〕
発光素子ＬＥＤは、光センサ１０１における発光素子ＬＥＤと同様にして発光し、赤外線の光パルスを出力する。

検知対象物１００が、光センサ１０４に近づいて、発光素子ＬＥＤから出射される光の光スポットＳの位置に達すると、発光素子ＬＥＤから出射される光は検知対象物１００によって反射される。検知対象物１００が光センサ１０４に近づくほど、検知対象物１００からの反射光の光量が増大していく。

検知対象物１００は、上記の光スポットＳを完全に反射し、発光素子ＬＥＤからの光を全て反射する位置に達すると、光センサ１０４に最も近づくので、この状態では反射光量が最大となる。受光素子ＤＰＤの各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４は、検知対象物１００からの反射光を受けることにより、入射光量が増大して規定の閾値を越えるとオンして、光電流を発生する。

光センサ１０４において、各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４が発生した光電流は、それぞれ積分回路１１〜１４によって積分される。各積分回路１１〜１４からの積分値は、それぞれＡＤコンバータ２１〜２４によってデジタルのデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２に変換される。

また、出力制御回路３Ａによって、ＡＤコンバータ２１〜２４からのデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２に前述のような演算を施す。これにより、検知対象物１００の近接度合いに応じた大きさを有し、かつ検知対象物１００が近接してくる方向に応じた極性の積分値が得られる。そして、出力制御回路３Ａによって、当該積分値に基づいて、検知対象物１００の近接を検知する検知信号が出力される。出力制御回路３Ａにおいて、検知対象物１００の位置の時間変化を算出することにより、検知対象物１００の移動速度を検出することができる。

さらに、Ｉ２Ｃインターフェース４から、当該検知信号に基づくシリアルデータＳＤＡが、外部からのシリアルクロックＳＣＬに同期して出力される。

光センサ１０４は、光センサ１０１と同様、検知対象物１００の近接を検知することができる。また、光センサ１０４は、４分割型の受光素子ＤＰＤ、積分回路１１〜１４、ＡＤコンバータ２１〜２４および出力制御回路３Ａを備えることにより、検知対象物１００の移動を正確に検知することができる。

しかも、光センサ１０４は、出力制御回路３Ａを備えることによって、光センサ１０１と同様に、外乱光が生じている環境下でも、図７〜図９または図２０〜図２２に示すような処理を行う。これにより、外乱光の影響を受けることなく、正確に検知対象物１００の位置を検知することができる。

光センサ１０４においては、各ＡＤコンバータ２１〜２４から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１，ＡＤＣ−２（検知対象物１００からの反射光成分の積分値）の絶対値の最大値が予め設定された設定値以上に大きくなった場合、外乱光が強い状態である。第１駆動パターンの場合、出力制御回路３Ａにおいて、各ＡＤコンバータ２１〜２４からのデジタル積分値ＡＤＣ−２を出力制御回路３Ａにおけるレジスタ（レジスタ３ａに相当する）に格納（更新）しない。一方、第２駆動パターンの場合、出力制御回路３Ａにおいて、各ＡＤコンバータ２１〜２４からのデジタル積分値ＡＤＣ−１を出力制御回路３Ａにおける上記のレジスタに格納するが、出力しない。これにより、光センサ１０１と同様、検知動作が行われない非検知モードに移行する。

また、第１駆動パターンの場合、光センサ１０１と同様に、定期的に第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを繰り返すことにより、デジタル積分値ＡＤＣ−１を連続的に得て、デジタル積分値ＡＤＣ−１が設定値より小さくなると、非検知モードから検知モードに移行してもよい。一方、第２駆動パターンの場合、光センサ１０１と同様に、定期的に第３期間Ｔ３と第４期間Ｔ４とを繰り返すことにより、デジタル積分値ＡＤＣ−２を連続的に得て、デジタル積分値ＡＤＣ−２が設定値より小さくなると、非検知モードから検知モードに移行してもよい。

なお、本実施形態において、受光素子ＤＰＤは４分割型であるが、これに限定されず４分割より多い分割数の受光素子であってもよい。

［実施形態５］
本発明に係る実施形態５について、図１５を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態２，４における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記するとともに、その説明を省略する。

〔光センサの構成〕
図１５に示すように、光センサ１０５は、前述の光センサ１０４と同様、積分回路１１〜１４、ＡＤコンバータ２１〜２４、出力制御回路３Ａ、Ｉ２Ｃインターフェース４、積分制御信号発生回路５、発振器６、駆動信号発生回路７および駆動回路８を備えている。また、光センサ１０５は、前述の光センサ１０２（実施形態２）と同様に駆動電流設定回路９を備える他、比較回路１５１を備えている。

〈比較回路の構成〉
比較回路１５１は、ＡＤコンバータ２１〜２４から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１（第１駆動パターン）またはデジタル積分値ＡＤＣ−２（第２駆動パターン）の絶対値をそれぞれ比較して、最大となる絶対値を出力する回路である。具体的には、比較回路１５１は、４つの絶対値のうちの１つを基準値として、当該基準値と他の３つの絶対値を比較して、基準値が３つの絶対値より大きいと判定すれば、当該基準値を最大の絶対値として出力する。また、比較回路１５１は、基準値が３つの絶対値より小さいと判定すれば、３つの絶対値のうちの１つを新たな基準値として同様な判定を行い、必要に応じて同様な処理を繰り返すことで、最終的に絶対値の最大値を決定して出力する。

〈駆動電流設定回路の構成〉
駆動電流設定回路９は、光センサ１０２における駆動電流設定回路９と基本的には同等の機能を有する。ただし、駆動電流設定回路９は、比較回路１５１から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値の最大値に比例して、駆動回路８が生成する駆動電流を設定する。

〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ１０５においては、比較回路１５１によって、各ＡＤコンバータ２１〜２４からのデジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値の最大値が決定されて出力される。すると、駆動回路８によって、デジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値の最大値に比例して駆動電流が制御される。これにより、発光素子ＬＥＤの発光光量が受光素子ＤＰＤの受光光量に応じて調整される。

したがって、外乱光が強い場合でも、検知信号に十分なＳ／Ｎを確保することが可能となる。また、外乱光が弱い場合は、発光素子ＬＥＤの駆動電流を減少させることにより、消費電力を低減することができる。

［実施形態６］
本発明に係る実施形態６について、図１６を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態３，５における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記するとともに、その説明を省略する。

〔光センサの構成〕
図１６に示すように、光センサ１０６は、前述の光センサ１０５と同様、積分回路１１〜１４、ＡＤコンバータ２１〜２４、出力制御回路３Ａ、Ｉ２Ｃインターフェース４、積分制御信号発生回路５、発振器６、駆動信号発生回路７、駆動回路８および比較回路１５１を備えている。また、光センサ１０６は、前述の光センサ１０３（実施形態３）と同様に発光周期設定回路１０を備えている。

発光周期設定回路１０は、光センサ１０３における発光周期設定回路１０と基本的には同等の機能を有する。ただし、発光周期設定回路１０は、比較回路１５１から出力されるデジタル積分値ＡＤＣ−１の絶対値の最大値が最も小さくなるように、駆動信号発生回路７が発生する駆動信号の周期（駆動周期）を設定する。

〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ１０６においては、発光周期設定回路１０によって、デジタル積分値ＡＤＣ−１（第１駆動パターン）またはデジタル積分値ＡＤＣ−２（第２駆動パターン）の絶対値の最大値に応じて駆動周期が制御される。これにより、発光周期が調整されると、積分期間ＩＮＴ１〜ＩＮＴ４が調整される。この結果、デジタル積分値ＡＤＣ−１またはデジタル積分値ＡＤＣ−２の絶対値の最大値が最も小さくなる。このとき、駆動周期を連続的に調整するために、第１駆動パターンでは第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２が繰り返され、第２駆動パターンでは第３期間Ｔ３および第４期間Ｔ５が繰り返される。

上記のように発光周期を制御することにより、光センサ１０３と同様、外乱光が発生する環境下での外乱光除去率を最も大きくすることができる。これにより、光センサ１０６の外乱光耐量を向上させることができる。

［実施形態７］
本発明に係る実施形態６について、図１７を参照して以下に説明する。

なお、本実施形態において、前述の実施形態１〜６における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記するとともに、その説明を省略する。

図１７は、本発明の実施形態７に係るスマートフォンの構成を示す平面図である。

図１７に示すように、電子機器としてのスマートフォン２０１は、筐体２０２に液晶パネル２０３およびタッチパネル２０４が組み込まれることによって構成されている。このスマートフォン２０１において、液晶パネル２０３は、筐体２０２の操作面側に設けられている。また、タッチパネル２０４は、液晶パネル２０３の上に設けられている。

筐体２０２における操作面の上部には、音声出力部２０５と受発光ユニット９０または受発光ユニット９０Ａとが配置されている。音声出力部２０５は、スマートフォン２０１を電話として使用する場合の音声や、アプリケーションプログラムの動作に応じた各種の音を出力するために設けられている。

受発光ユニット９０，９０Ａは、検知対象物１００（例えばユーザの顔）の近接を検知したり、ジェスチャー動作を検知したりするために設けられている受発光部である。また、スマートフォン２０１は、受発光ユニット９０を備える場合は、併せて光センサ１０１〜１０３のいずれか１つを内蔵し、受発光ユニット９０Ａを備える場合は、併せて光センサ１０４〜１０６のいずれか１つを内蔵している。

スマートフォン２０１は、上記のように、光センサ１０１〜１０６のいずれか１つを備えることにより、外乱光が生じている環境下で使用しても、検知対象物１００を外乱光の影響を受けることなく、検知対象物１００の位置や動きを正確に検知することができる。

〔まとめ〕
本発明の一態様に係る光センサ（光センサ１０１〜１０６）は、発光素子（発光素子ＬＥＤ）と、前記発光素子の出射光が検知対象物に反射した反射光が入射することによって光電流を発生する受光素子（受光素子ＰＤ，ＤＰＤ）と、連続する第１期間（第１期間Ｔ１）、第２期間（第２期間Ｔ２）、第３期間（第３期間Ｔ３）および第４期間（第４期間Ｔ４）において、前記第１期間、前記第２期間および前記第４期間における前記発光素子を点灯または消灯させる一方、前記第３期間において、前記発光素子を消灯または点灯させるように駆動する駆動回路（駆動回路８）と、前記第１期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第２期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値との差である第１積分値差を出力し、前記第３期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第４期間における前記発光素子の状態に応じて発生する光電流の積分値との差である第２積分値差を出力する積分回路（積分回路１，積分回路１１〜１４）と、前記第１積分値差がゼロであるときに、前記第２積分値差を出力する一方、前記第１積分値差がゼロでないときに、前記第２積分値差と前記第１積分値差との差を出力する出力制御回路（出力制御回路３，３Ａ）とを備えている。

上記の構成では、積分回路によって、第１積分値差と第２積分値差とが求められる。光センサが外乱光を生じている環境下にある場合、受光素子には、検知対象物からの反射光だけでなく外乱光も入射する。例えば、発光素子が、第１期間、第２期間および第４期間において消灯し、第３期間において点灯する場合、外乱光が一定の光量であれば、第１積分値差は、外乱光による成分が相殺されてゼロになり、第２積分値差は外乱光による成分が相殺されて反射光による成分のみが残る。また、外乱光の光量が変化する状態では、第１積分値差は、外乱光による成分が相殺されずにゼロとはならず、第２積分値差は外乱光による成分が相殺されずに反射光による成分とともに残る。

第１積分値差がゼロである場合には、出力制御回路によって、第２積分値差が出力されるので、外乱光成分を含まない反射光成分のみの検知信号を得ることができる。一方、第１積分値差がゼロでない場合には、出力制御回路によって、第２積分値差と第１積分値との差が出力されるので、外乱光成分が相殺されて反射光成分のみの検知信号を得ることができる。

これにより、外乱光の影響を受けることなく、正確に検知対象物の位置や動きを検知することができる。

また、前記光センサにおいて、前記受光素子（受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４）は複数設けられており、前記積分回路（積分回路１１〜１４）は各受光領域の光電流について前記第１積分値差および前記第２積分値差を出力するように、前記受光素子と同数設けられていることが好ましい。

上記の構成では、複数の受光素子が設けられていることにより、各受光素子における受光光量に基づいて、検知対象物の移動や移動方向を検知することができる。

前記光センサにおいて、前記出力制御回路は、前記第１積分値差の絶対値が予め設定された閾値よりも小さいときに、前記第２積分値差を更新し、前記第１積分値差の絶対値が前記閾値よりも小さくないときに、前記第２積分値差を更新しないことが好ましい。

また、複数の受光素子を有する光センサにおいて、各積分回路から出力される前記第１積分値差の絶対値の最大値が予め設定された閾値よりも小さいときに、前記第２積分値差を更新し、前記第１積分値差の絶対値が前記閾値よりも小さくないときに、前記第２積分値差を更新しないことが好ましい。

上記の構成では、出力制御回路によって、前記第１積分値差の絶対値が予め設定された閾値よりも小さいときに、第２積分値差が更新して出力される。この場合は、最新の第２積分値差に基づいて上記のような検知信号を得て検知動作を行うことができる（検知モード）。一方、出力制御回路によって、前記第１積分値差の絶対値が上記の閾値よりも小さいときに、第２積分値差が更新されない。この場合は、第２積分値差が更新されないので、上記のような検知動作を行うことができない（非検知モード）。これにより、第１積分値差の絶対値が大きすぎて、正常な検知動作を行うために不適当である場合には、検知動作を行わないようにすることができる。

前記光センサにおいて、前記第１積分値差に比例して、前記発光素子の光出力を制御する光出力制御回路（駆動電流設定回路９）を備えていることが好ましい。

また、複数の受光素子を有する光センサにおいて、各積分回路から出力される前記第１積分値差の絶対値の最大値に比例して、前記発光素子の光出力を制御する光出力制御回路を備えていることが好ましい。

上記の構成では、光出力制御回路によって、発光素子の光出力が第１積分値差に比例して制御される。これにより、発光素子の発光光量が受光素子の受光光量に応じて調整される。したがって、外乱光が強い場合でも、検知信号に十分なＳ／Ｎを確保することが可能となる。また、外乱光が弱い場合は、発光素子ＬＥＤの駆動電流を減少させることにより、消費電力を低減することができる。

前記光センサにおいて、前記第１積分値差の絶対値が最も小さくなるように、発光周期を制御する発光周期制御回路（発光周期設定回路１０）を備えていることが好ましい。

また、複数の受光素子を有する光センサにおいて、各積分回路から出力される前記第１積分値差の絶対値が最も小さくなるように、発光周期を制御する発光周期制御回路（発光周期設定回路１０）を備えていることが好ましい。

上記の構成では、発光周期制御回路によって、発光素子の発光周期が、第１積分値差の絶対値が最も小さくなるように制御される。これにより、外乱光が変化する場合でも、第１積分値差の絶対値をゼロに近づけることができる。したがって、外乱光成分を除去して反射光成分のみを取り出す処理を容易にすることができる。

本発明の他の態様に係る光センサ（光センサ１０１〜１０６）は、発光素子（発光素子ＬＥＤ）と、前記発光素子の出射光が検知対象物に反射した反射光が入射することによって光電流を発生する受光素子（受光素子ＰＤ，ＤＰＤ）と、連続する第１期間（第１期間Ｔ１）、第２期間（第２期間Ｔ２）、第３期間（第３期間Ｔ３）および第４期間（第４期間Ｔ４）において、前記第１期間における前記発光素子を点灯または消灯させる一方、前記第２期間から前記第４期間において、前記発光素子を消灯または点灯させるように駆動する駆動回路（駆動回路８）と、前記第１期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第２期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値との差である第１積分値差を出力し、前記第３期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第４期間における前記発光素子の状態に応じて発生する光電流の積分値との差である第２積分値差を出力する積分回路（積分回路１，積分回路１１〜１４）と、前記第２積分値差がゼロであるときに、前記第１積分値差を出力する一方、前記第２積分値差がゼロでないときに、前記第１積分値差と前記第２積分値差との差を出力する出力制御回路（出力制御回路３，３Ａ）とを備えている。

上記の構成でも、積分回路によって、第１積分値差と第２積分値差とが求められる。例えば、発光素子が、第１期間において点灯し、第２期間から第４期間において消灯する場合、外乱光が一定の光量であれば、第１積分値差は外乱光による成分が相殺されて反射光による成分のみが残り、第２積分値差は外乱光による成分が相殺されてゼロになる。また、外乱光の光量が変化する状態では、第１積分値差は外乱光による成分が相殺されずに反射光による成分とともに残り、第２積分値差は外乱光による成分が相殺されずにゼロとはならない。

第２積分値差がゼロである場合には、出力制御回路によって、第１積分値差が出力されるので、外乱光成分を含まない反射光成分のみの検知信号を得ることができる。一方、第２積分値差がゼロでない場合には、出力制御回路によって、第１積分値差と第２積分値との差が出力されるので、外乱光成分が相殺されて反射光成分のみの検知信号を得ることができる。

これにより、外乱光の影響を受けることなく、正確に検知対象物の位置や動きを検知することができる。

また、前記光センサにおいて、前記受光素子（受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４）は複数設けられており、前記積分回路（積分回路１１〜１４）は各受光領域の光電流について前記第１積分値差および前記第２積分値差を出力するように、前記受光素子と同数設けられていることが好ましい。以降の光センサは、他の態様の光センサだけでなく、この複数の受光素子を有する光センサにも適用可能であることは勿論である。

他の態様に係る前記光センサにおいて、前記出力制御回路は、前記第２積分値差の絶対値が予め設定された閾値よりも小さいときに、前記第１積分値差を出力し、前記第２積分値差の絶対値が前記閾値よりも小さくないときに、前記第１積分値差を出力しないことが好ましい。

上記の構成では、出力制御回路によって、前記第２積分値差の絶対値が予め設定された閾値よりも小さいときに、第１積分値差が出力される。この場合は、最新の第１積分値差に基づいて上記のような検知信号を得て検知動作を行うことができる（検知モード）。一方、出力制御回路によって、前記第２積分値差の絶対値が上記の閾値よりも小さいときに、第１積分値差が出力されない。この場合は、最新の第１積分値差が出力されないので、上記のような検知動作を行うことができない（非検知モード）。これにより、第２積分値差の絶対値が大きすぎて、正常な検知動作を行うために不適当である場合には、検知動作を行わないようにすることができる。

他の態様に係る前記光センサにおいて、前記第２積分値差に比例して、前記発光素子の光出力を制御する光出力制御回路（駆動電流設定回路９）を備えていることが好ましい。

上記の構成では、光出力制御回路によって、発光素子の光出力が第２積分値差に比例して制御される。これにより、発光素子の発光光量が受光素子の受光光量に応じて調整される。したがって、外乱光が強い場合でも、検知信号に十分なＳ／Ｎを確保することが可能となる。また、外乱光が弱い場合は、発光素子ＬＥＤの駆動電流を減少させることにより、消費電力を低減することができる。

他の態様に係る前記光センサにおいて、前記第２積分値差の絶対値が最も小さくなるように、発光周期を制御する発光周期制御回路（発光周期設定回路１０）を備えていることが好ましい。

上記の構成では、発光周期制御回路によって、発光素子の発光周期が、第２積分値差の絶対値が最も小さくなるように制御される。これにより、外乱光が変化する場合でも、第２積分値差の絶対値をゼロに近づけることができる。したがって、外乱光成分を除去して反射光成分のみを取り出す処理を容易にすることができる。

本発明の一態様に係る電子機器（スマートフォン２０１）は、前記光センサのいずれか１つを備えている。

上記の構成では、外乱光が生じている環境下で使用しても、検知対象物を外乱光の影響を受けることなく、検知対象物の位置や動きを正確に検知することができる。

なお、本発明は、下記のようにも表現することができる。

光センサは、発光素子を発光させて、発光光に同期して反射光を検出する光センサであって、発光素子発光時（ＬＥＤオン）と非発光時（ＬＥＤオフ）の受光素子の光電流の積分出力の差と発光素子非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の受光素子の光電流の積分出力の差を出力する。

上記の構成により、発光パルスと受光回路を同期化するとともに、外乱光をキャンセルするために、ＬＥＤオフ−ＬＥＤオフ時における受光素子の光電流の積分値の差の検出を行い、その検出値により検知物体からの反射光の積分値を補正あるいは、発光強度および発光周期を可変する。これにより、外乱光に対して強い近接センサおよび、ジェスチャーセンサを実現させることができる。

前記光センサは、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の出力の差の絶対値が、ある設定した閾値よりも小さいときに、発光素子発光時（ＬＥＤオン）と非発光時（ＬＥＤオフ）の差を更新する。

前記光センサは、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の出力の差の絶対値が、ある設定した閾値よりも大きいときに、非検知モードに入る。

前記光センサにおいて、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の積分器の出力の差の絶対値に比例して、発光素子の光出力を可変する。

前記光センサは、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の出力の差の絶対値が最も小さくなるように、発光周期あるいは積分間隔を可変する。

他の光センサは、複数の発光素子を発光させて、発光光に同期して反射光を検出する光センサであって、複数の積分回路を備え、発光素子発光時（ＬＥＤオン）と非発光時（ＬＥＤオフ）の受光素子の光電流の積分出力の差と発光素子非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の受光素子の光電流の積分出力の差を出力する。

前記他の光センサは、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の複数の積分器の出力差の絶対値の最大値が、ある設定した閾値よりも大きいときに、非検知モードに入る。

前記他の光センサは、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の複数の積分器の出力差の絶対値の最大値に比例して、発光素子の光出力を可変する。

前記他の光センサは、発光素子が非発光時（ＬＥＤオフ）と非発光時（ＬＥＤオフ）の複数の積分器の出力差の絶対値の最大値が最も小さくなるように、発光周期あるいは積分間隔を可変する。

携帯電話は、いずれかの光センサおよび他の光センサを備える。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、反射型の光センサを用いた近接センサやジェスチャーセンサに好適に利用することができる。

１ 積分回路
１Ａ 積分回路
１ａ 積分器
１ｂ 積分器
１Ａｂ 積分器
２ ＡＤコンバータ
３ 出力制御回路
３Ａ 出力制御回路
３ａ レジスタ
３ｂ 第１コンパレータ
３ｃ 第２コンパレータ
３ｄ レジスタ制御回路
３ｅ 減算回路
５ 積分制御信号発生回路
７ 駆動信号発生回路
８ 駆動回路
９ 駆動電流設定回路
１０ 発光周期設定回路
１１〜１４ 積分回路
２１〜２４ ＡＤコンバータ
９０ 受発光ユニット
９０Ａ 受発光ユニット
１００ 検知対象物
１０１ 光センサ
１０２ 光センサ
１０３ 光センサ
１０４ 光センサ
１０５ 光センサ
１０６ 光センサ
１５１ 比較回路
２０１ スマートフォン（電子機器）
ＬＥＤ 発光素子
ＩＮＴ１ 積分期間
ＩＮＴ２ 積分期間
ＩＮＴ３ 積分期間
ＩＮＴ４ 積分期間
ＰＤ 受光素子
ＰＤ１ 受光素子
ＰＤ２ 受光素子
ＰＤ３ 受光素子
ＰＤ４ 受光素子
ＤＰＤ 受光素子
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔ３ 第３期間
Ｔ４ 第４期間

Claims (9)

1. 発光素子と、
   前記発光素子の出射光が検知対象物に反射した反射光が入射することによって光電流を発生する受光素子と、
   連続する第１期間、第２期間、第３期間および第４期間において、前記第１期間、前記第２期間および前記第４期間における前記発光素子を点灯または消灯させる一方、前記第３期間において、前記発光素子を消灯または点灯させるように駆動する駆動回路と、
   前記第１期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第２期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値との差である第１積分値差を出力し、前記第３期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第４期間における前記発光素子の状態に応じて発生する光電流の積分値との差である第２積分値差を出力する積分回路と、
   前記第１積分値差がゼロであるときに、前記第２積分値差を出力する一方、前記第１積分値差がゼロでないときに、前記第２積分値差と前記第１積分値差との差を出力する出力制御回路とを備えていることを特徴とする光センサ。
2. 前記出力制御回路は、前記第１積分値差の絶対値が予め設定された閾値よりも小さいときに、前記第２積分値差を更新し、前記第１積分値差の絶対値が前記閾値よりも小さくないときに、前記第２積分値差を更新しないことを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
3. 前記第１積分値差に比例して、前記発光素子の光出力を制御する光出力制御回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
4. 前記第１積分値差の絶対値が最も小さくなるように、発光周期を制御する発光周期制御回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
5. 発光素子と、
   前記発光素子の出射光が検知対象物に反射した反射光が入射することによって光電流を発生する受光素子と、
   連続する第１期間、第２期間、第３期間および第４期間において、前記第１期間における前記発光素子を点灯または消灯させる一方、前記第２期間から前記第４期間において、前記発光素子を消灯または点灯させるように駆動する駆動回路と、
   前記第１期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第２期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値との差である第１積分値差を出力し、前記第３期間における前記発光素子の状態に応じて発生する前記光電流の積分値と、前記第４期間における前記発光素子の状態に応じて発生する光電流の積分値との差である第２積分値差を出力する積分回路と、
   前記第２積分値差がゼロであるときに、前記第１積分値差を出力する一方、前記第２積分値差がゼロでないときに、前記第１積分値差と前記第２積分値差との差を出力する出力制御回路とを備えていることを特徴とする光センサ。
6. 前記出力制御回路は、前記第２積分値差の絶対値が予め設定された閾値よりも小さいときに、前記第１積分値差を出力し、前記第２積分値差の絶対値が前記閾値よりも小さくないときに、前記第１積分値差を出力しないことを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
7. 前記第２積分値差に比例して、前記発光素子の光出力を制御する光出力制御回路を備えていることを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
8. 前記第２積分値差の絶対値が最も小さくなるように、発光周期を制御する発光周期制御回路を備えていることを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の光センサを備えていることを特徴とする電子機器。

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