(57)【要約】  基板（２）の表面（２Ａ）には、３個の発光素子（３）〜（５）と１個の受光素子（６）を設ける。受光素子（６）は、３個の発光素子（３）〜（５）を結ぶ三角形領域（ＴＡ1）の範囲内に配置する。三角形領域（ＴＡ1）に接する長方形（ＲＡ1）を形成する。また、３個の発光素子（３）〜（５）から出射される光束の光軸（Ｖ1）〜（Ｖ3）と仮想的に設定したＸＹ平面（Ｓxy）との交点を基板（２）の表面（２Ａ）に垂直投影したときに形成される三角形（ＴＡ0）に接する長方形（ＲＡ0）を形成する。長方形（ＲＡ0）の縦横の寸法（Ｘ0），（Ｙ0）が、長方形（ＲＡ1）の縦横の寸法（Ｘ1），（Ｙ1）に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなるように、３個の発光素子（３）〜（５）から出射される光の方向は設定される。
2013140649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、
該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、
前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域内に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、
前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、
前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
基板と、
該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、
該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、
前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域外に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、
前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、
前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きく、
前記受光素子は、前記発光素子から出射される光束の光軸の延長線上以外の領域に配置したことを特徴とする光センサ。
【請求項３】
前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形を二等辺三角形とし、該二等辺三角形の底辺と高さの比を１：１としたときに、
前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が略等しくなる請求項１または２に記載の光センサ。
【請求項４】
基板と、
該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、
該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、
前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域内に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、
前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、
前記発光制御手段は、前記少なくとも３個の発光素子の各々をパルス発光で、かつ時分割発光させ、
前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなることを特徴とする光センサ。
【請求項５】
基板と、
該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、
該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、
前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域外に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、
前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、
前記発光制御手段は、前記少なくとも３個の発光素子の各々をパルス発光で、かつ時分割発光させ、
前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きく、
前記受光素子は、前記発光素子から出射される光束の光軸の延長線上以外の領域に配置したことを特徴とする光センサ。
【請求項６】
前記発光制御手段は、前記少なくとも３個の発光素子の各々に係るパルス発光の発光間隔を変化可能とし、
前記受光素子は、前記少なくとも３個の発光素子の各々のパルス光に同期して前記被検出物体によって反射された光を受光してなる請求項４または５に記載の光センサ。
【請求項７】
前記少なくとも３個の発光素子による光が前記被検出物体によって反射された光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子に流れる３個の電流値の波形全体を使用して各々の位相差を求め、２つの位相差に基づいて前記被検出物体の移動方向を判定する信号処理手段を備えてなる請求項１，２，４または５に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子を用いて被検出物体の存在や移動を検知する光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発光素子と受光素子を用いて指や手等の被検出物体の移動を検知する光センサが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１に記載された光センサは、１個の受光素子の周囲を取囲んで９個の発光素子を設け、９個の発光素子のうち被検出物体からの反射光が生じた発光素子を特定することによって、被検出物体の移動を検知する。特許文献２に記載された光センサは、発光素子および受光素子を複数対設け、発光素子からの光をセンサ内に設けた鏡と被検出物体とによって反射させ、これら２つの反射光のドップラー偏移を用いて被検出物体の移動を検知する。特許文献３に記載された光センサは、１個の受光素子の周囲を取囲んで３個の発光素子を設け、３個の発光素子毎に被検出物体からの反射光を受光して、３つの反射光の位相差に基づいて被検出物体の移動を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８８０８７号公報
【特許文献２】特許第４０９４４２４号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２７５７４号公報
【発明の概要】
【０００４】
特許文献１に記載された光センサでは、検出可能な被検出物体の移動方向を増やすためには、発光素子の増やす必要があり、製造コストが増加する。特許文献２に記載された光センサでは、発光素子と受光素子とを互いに近付けて配置しているため、センサ内で発生した迷光が受光素子に入射され易く、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）が低下する。特許文献３に記載された光センサでは、一般的に発光素子は基板に対して垂直方向に光を出射する。このため、３つの反射光の位相差は３個の発光素子の間隔寸法に応じて決まるため、光センサを小型化すると、位相差が小さくなって検知精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は前述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、Ｓ／Ｎと検知精度を高めることができる光センサを提供することにある。
【０００６】
（１）．上記課題を解決するために、本発明は、基板と、該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域内に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、少なくとも３個の発光素子を用いるから、例えば３個の発光素子の光を被検出物体が反射したときに、各々の反射光の位相差を検出することによって、基板の表面に平行な直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の動作を検知することができる。また、反射光の強度を検出することによって、基板に垂直なＺ軸方向の動作も検知することができる。
【０００８】
これに加え、３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、３個の発光素子を結ぶ三角形に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなる構成とした。このため、垂直投影した長方形が大きくなる分だけ、３つの反射光の位相差を広げることができ、被検出物体の動作検知精度を向上させることができる。
【０００９】
また、発光素子から出射される光束の光軸は、３個の発光素子を結ぶ三角形の領域外に向かう。このため、発光素子から出射された光が、被検出物体から反射されず迷光となって受光素子に入射するのを抑制することができ、Ｓ／Ｎを向上して誤検知を低減することができる。
【００１０】
（２）．本発明は、基板と、該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域外に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きく、前記受光素子は、前記発光素子から出射される光束の光軸の延長線上以外の領域に配置したことを特徴としている。
【００１１】
本発明でも、被検出物体のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の動作を検知することができる。また、３つの反射光の位相差を広げることができ、被検出物体の動作検知精度を向上させることができる。さらに、受光素子は、発光素子から出射される光束の光軸の延長線上以外の領域に配置したから、迷光を抑制することができ、Ｓ／Ｎを向上して誤検知を低減することができる。
【００１２】
（３）．本発明では、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形を二等辺三角形とし、該二等辺三角形の底辺と高さの比を１：１としたときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が略等しくしている。
【００１３】
本発明によれば、３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が略等しくなる。このため、検知に必要なＳ／Ｎが得られる範囲であれば、Ｚ軸方向のどの位置でもＸ軸とＹ軸の両方向の検知精度を同等にすることができ、安定した検知が可能となる。
【００１４】
（４）．本発明は、基板と、該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域内に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、前記発光制御手段は、前記少なくとも３個の発光素子の各々をパルス発光で、かつ時分割発光させ、前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなることを特徴としている。
【００１５】
本発明でも、被検出物体のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の動作を検知することができる。また、３つの反射光の位相差を広げることができ、被検出物体の動作検知精度を向上させることができると共に、迷光を抑制することができる。これに加えて、発光制御手段は少なくとも３個の発光素子の各々をパルス発光で、かつ時分割発光させるから、１個の受光素子によって、各々の発光素子による反射光を検出することができる。このため、受光素子の個数を低減することができ、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００１６】
（５）．本発明は、基板と、該基板の表面に実装された少なくとも３個の発光素子と、該少なくとも３個の発光素子の発光動作を制御する発光制御手段と、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ三角形の領域外に位置して前記基板の表面に実装された少なくとも１個の受光素子とを備え、前記発光素子から出射された光が、被検出物体によって反射された光を前記受光素子で受光することによって該被検出物体の存在および移動を検知する光センサにおいて、前記発光制御手段は、前記少なくとも３個の発光素子の各々をパルス発光で、かつ時分割発光させ、前記少なくとも３個の発光素子に対して、前記基板の表面に平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定したときに、前記少なくとも３個の発光素子から出射される光束の光軸と仮想的に設定したＸＹ平面との交点を前記基板の表面に垂直投影したときに形成される投影三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法が、前記少なくとも３個の発光素子を結ぶ前記三角形に接する前記Ｘ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形の縦横の寸法に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きく、前記受光素子は、前記発光素子から出射される光束の光軸の延長線上以外の領域に配置したことを特徴としている。
【００１７】
本発明でも、被検出物体のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の動作を検知することができる。また、３つの反射光の位相差を広げることができ、被検出物体の動作検知精度を向上させることができると共に、迷光を抑制することができる。これに加えて、発光制御手段は少なくとも３個の発光素子の各々をパルス発光で、かつ時分割発光させるから、１個の受光素子によって、各々の発光素子による反射光を検出することができる。
【００１８】
（６）．本発明では、前記発光制御手段は、前記少なくとも３個の発光素子の各々に係るパルス発光の発光間隔を変化可能とし、前記受光素子は、前記少なくとも３個の発光素子の各々のパルス光に同期して前記被検出物体によって反射された光を受光している。
【００１９】
本発明によれば、発光制御手段は少なくとも３個の発光素子の各々に係るパルス発光の発光間隔を変化可能としたから、例えば被検出物体の移動速度が速いときには発光間隔を短くし、移動速度が遅いときには発光間隔を長くすることができる。このため、被検出物体の移動速度に応じた検知が可能になる。
【００２０】
（７）．本発明では、前記少なくとも３個の発光素子による光が前記被検出物体によって反射された光を前記受光素子によって受光し、前記受光素子に流れる３個の電流値の波形全体を使用して各々の位相差を求め、２つの位相差に基づいて前記被検出物体の移動方向を判定する信号処理手段を備えている。
【００２１】
本発明によれば、信号処理手段は、受光素子に流れる３個の電流値の波形全体を使用して各々の位相差を求め、２つの位相差に基づいて被検出物体の移動方向を判定する。このため、受光素子に流れる３個の電流値の波形が相互に異なるときでも、これらの波形全体の相関を考慮して各々の位相差を求めることができ、移動方向の誤検知を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態による光センサを示す斜視図である。
【図２】図１の光センサを示す平面図である。
【図３】光センサを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】第１の実施の形態による光センサを模式的に示す平面図である。
【図５】光センサを図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた正面図である。
【図６】光センサを図４中の矢示VI−VI方向からみた側面図である。
【図７】第１，第６，第７の実施の形態による光センサを示すブロック図である。
【図８】発光信号および反射光信号の時間変化を示す特性線図である。
【図９】被検出物体をＸ軸方向に移動させた状態を示す説明図である。
【図１０】被検出物体をＸ軸方向に移動させたときの反射光信号の時間変化を示す特性線図である。
【図１１】被検出物体をＹ軸方向に移動させた状態を示す説明図である。
【図１２】被検出物体をＹ軸方向に移動させたときの反射光信号の時間変化を示す特性線図である。
【図１３】被検出物体で光センサの上方を覆った状態を示す説明図である。
【図１４】図１３中の矢示XIV−XIV方向からみた説明図である。
【図１５】光センサの上方を被検出物体が通過したときの反射光信号の時間変化を示す特性線図である。
【図１６】第１の比較例による光センサを模式的に示す平面図である。
【図１７】光センサを図１６中の矢示XVII−XVII方向からみた正面図である。
【図１８】光センサを図１６中の矢示XVIII−XVIII方向からみた側面図である。
【図１９】第１の変形例による光センサを模式的に示す平面図である。
【図２０】光センサを図１９中の矢示XX−XX方向からみた正面図である。
【図２１】光センサを図１９中の矢示XXI−XXI方向からみた側面図である。
【図２２】第２の変形例による光センサを模式的に示す平面図である。
【図２３】光センサを図２２中の矢示XXIII−XXIII方向からみた正面図である。
【図２４】光センサを図２２中の矢示XXIV−XXIV方向からみた側面図である。
【図２５】第３の変形例による光センサを模式的に示す平面図である。
【図２６】光センサを図２５中の矢示XXVI−XXVI方向からみた正面図である。
【図２７】光センサを図２５中の矢示XXVII−XXVII方向からみた側面図である。
【図２８】第２の比較例による光センサを模式的に示す平面図である。
【図２９】光センサを図２８中の矢示XXIX−XXIX方向からみた正面図である。
【図３０】光センサを図２８中の矢示XXX−XXX方向からみた側面図である。
【図３１】第２の実施の形態による光センサを模式的に示す平面図である。
【図３２】光センサを図３１中の矢示XXXII−XXXII方向からみた正面図である。
【図３３】光センサを図３１中の矢示XXXIII−XXXIII方向からみた側面図である。
【図３４】第３の実施の形態による光センサを模式的に示す平面図である。
【図３５】第４の実施の形態による光センサを模式的に示す平面図である。
【図３６】第５の実施の形態による光センサを模式的に示す平面図である。
【図３７】第６の実施の形態において、被検出物体の移動方向を特定する処理を示す流れ図である。
【図３８】被検出物体をＸ軸方向に移動させた状態を示す説明図である。
【図３９】被検出物体をＸ軸方向に移動させたときの反射光信号の時間変化を示す特性線図である。
【図４０】第７の実施の形態において、パルス発光の発光間隔を調整する処理を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態による光センサについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
図１ないし図７に、第１の実施の形態による光センサ１を示す。光センサ１は、基板２、発光素子３〜５、受光素子６等を備える。
【００２５】
基板２は、絶縁材料を用いて形成された平板である。基板２としては、例えばプリント配線基板が用いられる。基板２の表面２Ａには、発光素子３〜５と受光素子６とが実装される。
【００２６】
発光素子３〜５は、基板２の表面２Ａに実装され、赤外線や可視光線の光を出射する。発光素子３〜５の光軸は通常、例えば基板２の表面２Ａに対して垂直方向（Ｚ軸方向）である。発光素子３〜５としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が用いられる。検知分解能を上げ、Ｓ／Ｎを向上させるためには、素子として元々出射角の小さいＶＣＳＥＬを発光素子３〜５として用いるのが好ましい。
【００２７】
３個の発光素子３〜５は、基板２の表面２Ａ上で一直線に並ばない位置に配置される。このため、基板２の表面２Ａには、３個の発光素子３〜５の内部に三角形領域ＴＡ1が形成される。
【００２８】
受光素子６は、基板２の表面２Ａに実装され、赤外線や可視光線の光を受光する。受光素子６としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）、フォトトランジスタ等が用いられる。受光素子６は、基板２の表面２Ａの三角形領域ＴＡ1の範囲内に配置される。
【００２９】
基板２の表面２Ａには、透明樹脂層７が形成される。透明樹脂層７は、基板２の表面２Ａを全面に亘って覆い、発光素子３〜５および受光素子６を封止する。透明樹脂層７には、各発光素子３〜５と対応した位置に発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃが形成される。発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃは、上方に突出した略半球形状に形成される。
【００３０】
発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃの中心と発光素子３〜５の実装位置とは、ずれている。このため、発光素子３〜５からの光束の光軸は、発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃによって曲げられ、Ｚ軸方向から傾斜した方向に向けて出射される。
【００３１】
ここで、図４に示すように、３個の発光素子３〜５に対して、基板２の表面２Ａに平行な直交するＸ軸とＹ軸を仮想的に設定する。３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形（三角形領域ＴＡ1）に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形ＲＡ1を形成する。また、３個の発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3と仮想的に設定したＸＹ平面Ｓxyとの交点を基板２の表面２Ａに垂直投影したときに形成される投影三角形ＴＡ0に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形ＲＡ0を形成する。このとき、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0が、長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなるように、３個の発光素子３〜５から出射される光の方向は設定される。即ち、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0は、長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、以下の数１ないし数３のうちいずれか１つの条件を満足する。
【００３２】
【数１】
2013140649.tif 000003
【００３３】
【数２】
2013140649.tif 000004
【００３４】
【数３】
2013140649.tif 000005
【００３５】
なお、３個の発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3と交わる点が含まれる平面を、仮想的に設定したＸＹ平面Ｓxyとしたが、実際には被検出物体Ｏbjが移動する平面となり、必ずしも基板２の表面２Ａに平行な面（ＸＹ平面Ｓxy）とは限らない。被検出物体Ｏbjが移動する移動面は基板２の表面２Ａから傾斜した傾斜面でもよい。また、移動面は、平面に限らず、凸湾曲面や凹湾曲面でもよい。
【００３６】
被検出物体Ｏbjが基板２の上方に大きく離れると、発光素子３〜５からの光が弱くなり、被検出物体Ｏbjからの反射光を受光素子６によって検出できなくなる。このため、仮想的なＸＹ平面Ｓxyは、被検出物体Ｏbjからの反射光が受光素子６によって検出可能となるような高さの範囲内に配置される。
【００３７】
また、透明樹脂層７には、受光素子６と対応した位置に受光素子用レンズ７Ｄが形成される。受光素子用レンズ７Ｄも、発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃと同様に半球形状に形成される。受光素子用レンズ７Ｄは、外部から入射される光を受光素子６に集光する。
【００３８】
なお、発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃおよび受光素子用レンズ７Ｄは、発光素子３〜５および受光素子６を封止する透明樹脂層７に一体的に形成したが、透明樹脂層７とは別個に設けてもよい。また、発光素子３〜５からの光は発光素子用レンズ７Ａ〜７Ｃによって基板２の鉛直方向から傾斜させる構成としたが、発光素子３〜５を基板２の表面２Ａに対して傾斜した状態で取付けて、発光素子３〜５から出射する光を直接的に基板２の鉛直方向から傾斜させる構成としてもよい。
【００３９】
次に、発光素子３〜５および受光素子６に接続された信号処理回路１１について説明する。
【００４０】
図７に示すように、信号処理回路１１は、発光素子駆動部１２、光検出信号増幅部１３、フィルタ部１４および演算処理部１５を備える。
【００４１】
発光素子駆動部１２は、演算処理部１５と協働して発光制御手段を構成する。発光素子駆動部１２は、発光素子３〜５に接続され、演算処理部１５からの制御信号に基づいて発光信号Ｓt1〜Ｓt3を出力する。具体的には、発光素子駆動部１２は、発光素子３〜５を発光させるための駆動電流を、発光素子３〜５に供給する。
【００４２】
光検出信号増幅部１３は、受光素子６に接続され、受光素子６から供給された光検出信号Ｓ0に対して電流−電圧変換を行い、電流−電圧変換された光検出信号Ｓ0を増幅する。フィルタ部１４は、光検出信号増幅部１３の後段に接続され、光検出信号増幅部１３から出力された光検出信号Ｓ0からノイズを除去する。
【００４３】
そして、信号処理回路１１は、発光素子駆動部１２を用いて発光素子３〜５を駆動し、光検出信号増幅部１３およびフィルタ部１４を用いて被検出物体Ｏbjからの反射光に応じた光検出信号Ｓ0を演算処理部１５に向けて出力する。
【００４４】
演算処理部１５は例えばマイクロプロセッサであり、発光素子３〜５の発光を制御する処理、光検出信号Ｓ0から発光素子３〜５に対応した３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3に分離する処理、３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3に基づいて被検出物体Ｏbjの存在や移動を検知する処理、光センサ１の全体的な制御等を行う。
【００４５】
具体的には、演算処理部１５は、発光素子３〜５の検出光の強度やタイミングを制御するための制御信号を発光素子駆動部１２に供給し、この制御信号に対応するように発光素子３〜５を発光させる。ここで、発光素子駆動部１２は、発光信号Ｓt1〜Ｓt3としてパルス状の駆動電流を発光素子３〜５にそれぞれ供給する。発光信号Ｓt1〜Ｓt3のパルスは、一定の発光間隔Ｔ0を有すると共に、発光素子３〜５毎に異なるタイミングで出力される。これにより、発光素子３〜５は、各々をパルス発光で、かつ時分割発光する（図８参照）。
【００４６】
なお、発光素子３〜５は、時分割でパルス発光すればよい。このため、例えば発光素子３の発光が停止するのと同時に、次なる発光素子４の発光を開始してもよい。
【００４７】
また、演算処理部１５は、受光素子６から光検出信号増幅部１３およびフィルタ部１４を介して供給された光検出信号Ｓ0から３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3に分離する。ここで、発光素子３〜５は互いに異なるタイミングで時分割発光するから、発光素子３〜５の発光タイミング毎に、それぞれの発光素子３〜５からの光を被検出物体Ｏbjが反射した反射光が受光される。このため、光検出信号Ｓ0から発光信号Ｓt1〜Ｓt3と同期した３つの信号を取り出すことによって、それぞれの発光素子３〜５からの光に基づく反射光の信号を分離することができる。
【００４８】
そこで、演算処理部１５は、光検出信号Ｓ0を発光素子３〜５の発光タイミング毎に取り出し、発光素子３〜５の反射光に応じた３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3に分離する。このとき、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3は、発光タイミング毎に抽出したパルス状の光検出信号Ｓ0を包絡線検波したものに相当する。
【００４９】
この場合、１個の受光素子６によって各々の発光素子３〜５による反射光を検出することができるから、受光素子６の個数を低減することができ、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００５０】
演算処理部１５は、３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3に基づいて、２つの位相差Ｔ21，Ｔ32を演算する。具体的には、例えば発光素子３による反射光信号Ｓr1と発光素子４による反射光信号Ｓr2との位相差Ｔ21を求める場合、反射光信号Ｓr1のピークと反射光信号Ｓr2のピークとの時間差を演算し、この時間差を位相差Ｔ21とする。同様に、発光素子４による反射光信号Ｓr2と発光素子５による反射光信号Ｓr3との位相差Ｔ32は、これらの反射光信号Ｓr2，Ｓr3のピーク間の時間差によって求める。演算処理部１５は、２つの位相差Ｔ21，Ｔ32に基づいて、被検出物体Ｏbjの移動方向を特定する。また、演算処理部１５は、３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の強度（大きさ）からＺ軸方向に対する被検出物体Ｏbjの位置や移動方向を検出する。
【００５１】
なお、位相差Ｔ21，Ｔ32は、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3のピークの時間差に基づいて求めた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば反射光信号Ｓr1〜Ｓr3が所定の閾値よりも大きくなる立上り時の時間差に基づいて位相差Ｔ21，Ｔ32を求めてもよく、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3が所定の閾値よりも小さくなる立下り時の時間差に基づいて位相差Ｔ21，Ｔ32を求めてもよい。
【００５２】
また、反射光信号Ｓr1，Ｓr2間の位相差Ｔ21と反射光信号Ｓr2，Ｓr3間の位相差Ｔ32を用いて被検出物体Ｏbjの移動方向等を特定する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば位相差Ｔ21，Ｔ32のいずれかに代えて、反射光信号Ｓr1，Ｓr3間の位相差Ｔ31を用いてもよく、これら３つの位相差Ｔ21，Ｔ32，Ｔ31を用いてもよい。
【００５３】
次に、図９ないし図１５を用いて、光センサ１による被検出物体Ｏbjの検出動作について説明する。
【００５４】
光センサ１が駆動すると、発光素子３〜５は基板２の上方に向けて光を出射する。この状態で基板２の上方を手や指等の被検出物体Ｏbjが通過すると、発光素子３〜５の光路を被検出物体Ｏbjが遮る。これにより、被検出物体Ｏbjは発光素子３〜５からの光を反射する。この反射光は受光素子６によって受光され、受光素子６は、反射光の強度に応じた電流を光検出信号Ｓ0として出力する。
【００５５】
演算処理部１５は、受光素子６からの光検出信号Ｓ0から３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3を分離し、これらの位相差Ｔ21，Ｔ32を演算する。そして、演算処理部１５は、２つの位相差Ｔ21，Ｔ32に基づいて、被検出物体Ｏbjの移動方向、位置、移動速度等を特定する。
【００５６】
移動方向等の特定方法は、以下に示す通りである。図９および図１０に示すように、Ｘ軸方向に沿って被検出物体Ｏbjが移動したときには、発光素子３，４，５の順番で、これらの上方を被検出物体Ｏbjが通過する。このため、反射光信号Ｓr1，Ｓr2，Ｓr3の順番でこれらのピークが発生するから、位相差Ｔ21，Ｔ32もこのようなピークの発生順序に応じた値になる。この結果、位相差Ｔ21，Ｔ32に基づいて、被検出物体ＯbjがＸ軸方向に沿って移動していること、および被検出物体Ｏbjの移動速度を検出することができる。
【００５７】
一方、図１１および図１２に示すように、Ｙ軸方向に沿って被検出物体Ｏbjが移動したときには、発光素子５，３，４の順番で、これらの上方を被検出物体Ｏbjが通過する。このとき、位相差Ｔ21，Ｔ32もこのような通過順序に応じた値になるから、位相差Ｔ21，Ｔ32に基づいて、被検出物体ＯbjがＹ軸方向に沿って移動していること、および被検出物体Ｏbjの移動速度を検出することができる。
【００５８】
また、図１３ないし図１５に示すように、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の大きさは、被検出物体ＯbjのＺ軸方向の位置に応じて変化する。即ち、被検出物体Ｏbjが光センサ１に近い位置に配置されたときには、反射光が強くなり、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3も大きくなる。一方、被検出物体Ｏbjが光センサ１から離れた位置に配置されたときには、反射光が弱くなり、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3も小さくなる。このため、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の大きさに応じて、Ｚ軸方向の位置を検出できると共に、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の大きさの変化に応じて、被検出物体ＯbjがＺ軸方向に沿って移動していること、および被検出物体Ｏbjの移動速度を検出することができる。
【００５９】
ところで、図１６ないし図１８に示すように、発光素子２２〜２４が基板２の鉛直方向に向けて光を出射した第１の比較例では、位相差Ｔ21′，Ｔ32′は、発光素子２２〜２４の離間寸法だけで決まる。このため、第１の比較例による光センサ２１を小型化したときには、位相差Ｔ21′，Ｔ32′が小さくなるから、被検出物体Ｏbjの移動方向や移動速度を検出したときに、これらの検出精度が低下する傾向がある。
【００６０】
これに対し、第１の実施の形態による光センサ１では、発光素子３〜５は、三角形領域ＴＡ1の外側に向けて光を出射する。このとき、３個の発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3と仮想的に設定したＸＹ平面Ｓxyとの交点を基板２の表面２Ａに垂直投影したときに形成される投影三角形ＴＡ0に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0は、三角形領域ＴＡ1と接する長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、少なくとも縦横いずれか一方が大きくなる。
【００６１】
このため、図１０に示すように、第１の比較例による位相差Ｔ21′，Ｔ32′に比べて、第１の実施の形態による位相差Ｔ21，Ｔ32は大きくなる。この結果、被検出物体Ｏbjの移動方向や移動速度を検出したときに、これらの検出精度を高めることができる。
【００６２】
また、受光素子６を三角形領域ＴＡ1の範囲内に配置すると共に、発光素子３〜５は三角形領域ＴＡ1の外側に向けて光を出射する。このため、迷光を抑制することができるから、Ｓ／Ｎを向上して誤検知を低減することができる。
【００６３】
なお、図４ないし図６では、三角形領域ＴＡ1と接する長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0の両方が大きくなる場合、即ち数１の条件を満たす場合を例に挙げて説明した。
【００６４】
しかし、本発明はこれに限らず、図１９ないし図２１に示す第１の変形例の光センサ３１のように、三角形領域ＴＡ1と接する長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0のうち寸法Ｙ0だけが、寸法Ｙ1よりも大きくなる構成としてもよい。第１の変形例では、数２の条件を満足する。
【００６５】
また、図２２ないし図２４に示す第２の変形例の光センサ３２のように、三角形領域ＴＡ1と接する長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0のうち寸法Ｘ0だけが、寸法Ｘ1よりも大きくなる構成としてもよい。第２の変形例では、数３の条件を満足する。
【００６６】
さらに、図４ないし図６では、発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3と仮想的に設定したＸＹ平面Ｓxyとの交点に基づく長方形ＲＡ0は、三角形領域ＴＡ1と接する長方形ＲＡ1を取囲む構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２５ないし図２７に示す第３の変形例の光センサ３３のように、長方形ＲＡ0および長方形ＲＡ1は部分的に重なり合う構成としてもよく、両者が全く重ならない構成としてもよい。
【００６７】
但し、発光素子３〜５は、三角形領域ＴＡ1よりも外側に向けて光を出射すればよいだけではなく、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0が前述した数１ないし数３のうちいずれかの１つの条件を満足する必要がある。
【００６８】
図２８ないし図３０に示す第２の比較例では、光センサ４１の発光素子４２〜４４が基板２の鉛直方向から傾斜した方向で、かつ三角形領域ＴＡ1よりも外側に向けて光を出射している。しかし、第２の比較例では、発光素子４２〜４４の光軸Ｖ1′〜Ｖ3′は長方形ＲＡ1の内側に向けて延びている。このため、３個の発光素子４２〜４４から出射される光束の光軸Ｖ1′〜Ｖ3′と仮想的に設定したＸＹ平面Ｓxyとの交点を基板２の表面２Ａに垂直投影したときに形成される投影三角形ＴＡ0′に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形ＲＡ0′の縦横の寸法Ｘ0′，Ｙ0′は、三角形領域ＴＡ1と接する長方形ＲＡ1の縦横の寸法Ｘ1，Ｙ1に対して、少なくともいずれか一方が小さくなっている。このため、第２の比較例の構成は、本発明には含まれない。
【００６９】
次に、図３１ないし図３３を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、３個の発光素子を結ぶ三角形領域が二等辺三角形を形成する。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７０】
第２の実施の形態による光センサ５１では、３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形領域ＴＡ1が二等辺三角形を形成する。このとき、発光素子３と発光素子５は、例えば底辺の両端にそれぞれ配置され、発光素子４は頂点の位置に配置される。従って、発光素子３と発光素子４との間の距離寸法は、発光素子５と発光素子４との間の距離寸法と同じである。
【００７１】
発光素子３，５は、Ｙ軸方向に対して同じ位置に配置され、Ｘ軸方向に離間している。ここで、三角形領域ＴＡ1は、そのＸ軸に沿った底辺の長さ寸法がＹ軸に沿った高さの長さ寸法に比べて大きく、例えば２：１程度の比率に設定される。三角形領域ＴＡ1の範囲内には、受光素子６が配置される。受光素子６は、発光素子３および発光素子５の中間位置に配置される。
【００７２】
発光素子３〜５による光の出射方向は、三角形領域ＴＡ1から離れる方向である。例えば発光素子３，５は、Ｘ軸方向に対して互いに離れる方向に向けて光を出射し、発光素子４は、Ｙ軸方向に対して発光素子３，５から離れる方向に向けて光を出射する。
【００７３】
発光素子３〜５からの光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3は、互いになす角度θ12，θ23，θ31が基板２の表面２Ａ上でいずれも１２０°とした場合の方が、角度θ12，θ23が９０°で角度θ31が１８０°とした場合に比べて、被検出物体ＯbjがＹ軸方向に移動するときの検出精度が向上する。ここで、角度θ12は、光軸Ｖ1と光軸Ｖ2とがなす角度であり、角度θ23は、光軸Ｖ2と光軸Ｖ3とがなす角度であり、角度θ31は、光軸Ｖ3と光軸Ｖ1とがなす角度である。
【００７４】
例えば角度θ12，θ23，θ31をいずれも１２０°とした場合と、角度θ12，θ23を９０°とした場合とについて、被検出物体Ｏbjとして直径１０ｍｍの木製の棒を用い、センサからＺ軸方向に２ｃｍ離れた位置を１０ｃｍ／ｓｅｃの一定速度でＹ軸方向に通過させる実験を行った。この結果、角度θ12，θ23，θ31をいずれも１２０°とした場合の方が、角度θ12，θ23を９０°とした場合に比べて、位相差Ｔ21，Ｔ31が１．７倍程度まで大きくなった。
【００７５】
かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。
【００７６】
次に、図３４を用いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、受光素子は３個の発光素子を結ぶ三角形領域の範囲外に配置される。なお、第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７７】
第３の実施の形態による光センサ６１では、受光素子６は３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形領域ＴＡ1の範囲外に配置される。このとき、発光素子３〜５は、三角形領域ＴＡ1の外側であって、前述した数１ないし数３のうちいずれか１つの条件を満たす方向に向けて光を出射する。また、受光素子６は、発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3の延長線上以外の領域に配置される。
【００７８】
かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。なお、図３４では、受光素子６は三角形領域ＴＡ1の範囲外で発光素子３，４の間に配置した場合を示した。しかし、本発明はこれに限らず、図３４中に点線で示すように、受光素子６を発光素子４，５の間に配置してもよく、発光素子３，５の間に配置してもよく、三角形領域ＴＡ1の範囲外で、かつ光軸Ｖ1〜Ｖ3の延長線上以外の領域であれば、基板２の任意の位置に配置することができる。また、第３の実施の形態は、第２の実施の形態にも適用することができる。
【００７９】
次に、図３５を用いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、３個の発光素子に対応して３個の受光素子を備える。なお、第４の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
第４の実施の形態による光センサ７１では、基板２には３個の受光素子７２〜７４が実装される。３個の受光素子７２〜７４は、３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形領域ＴＡ1の範囲内に配置される。受光素子７２は、発光素子３の近傍に位置して発光素子３からの光に基づく反射光を受光する。受光素子７３は、発光素子４の近傍に位置して発光素子４からの光に基づく反射光を受光する。受光素子７４は、発光素子５の近傍に位置して発光素子５からの光に基づく反射光を受光する。
【００８１】
この場合、発光素子３〜５はパルス発光で時分割発光する必要はなく、連続発光してもよい。
【００８２】
かくして、第４の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。なお、第４の実施の形態では、３個の受光素子７２〜７４は、３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形領域ＴＡ1の範囲内に配置される構成としたが、３個の受光素子７２〜７４を３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形領域ＴＡ1の範囲外に配置してもよい。この場合、第３の実施の形態と同様に、３個の受光素子７２〜７４は、発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3の延長線上以外の領域に配置される。
【００８３】
また、第４の実施の形態では、３個の受光素子７２〜７４を備える場合を例に挙げて説明したが、２個の受光素子を備える構成としてもよく、４個以上の受光素子を備える構成としてもよい。
【００８４】
次に、図３６を用いて、本発明の第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、３個の発光素子から出射される光束の光軸とＸＹ平面との交点に基づいて長方形を形成したときに、該長方形の縦横の寸法が略等しくなる。なお、第５の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
第５の実施の形態による光センサ８１では、３個の発光素子３〜５を結ぶ三角形領域ＴＡ1が二等辺三角形を形成する。このとき、三角形領域ＴＡ1は、底辺と高さの比を１：１とした二等辺三角形を形成する。また、発光素子３と発光素子５は、例えば底辺の両端にそれぞれ配置され、発光素子４は頂点の位置に配置される。受光素子６は、三角形領域ＴＡ1の範囲内に配置される。
【００８６】
３個の発光素子３〜５から出射される光束の光軸Ｖ1〜Ｖ3と仮想的に設定したＸＹ平面Ｓxyとの交点を基板２の表面２Ａに垂直投影したときに形成される投影三角形ＴＡ0に接するＸ軸およびＹ軸に略平行な辺を有する長方形ＲＡ0を形成する。このとき、長方形ＲＡ0の縦横の寸法Ｘ0，Ｙ0が互いに略等しくなるように、発光素子３〜５による光の出射方向が決められる。
【００８７】
この結果、光軸Ｖ1，Ｖ2がなす角度θ12と光軸Ｖ2，Ｖ3がなす角度θ21は、いずれも１２７°になる。光軸Ｖ1，Ｖ3がなす角度θ31は、１０６°になる。また、受光素子６は、長方形ＲＡ0の中心位置に配置される。
【００８８】
かくして、第５の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。これに加え、第５の実施の形態では、検知に必要なＳ／Ｎが得られる範囲であれば、Ｚ軸方向のどの位置でもＸ軸とＹ軸の両方向の検知精度を同等にすることができ、安定した検知が可能になる。なお、第５の実施の形態は、第３または第４の実施の形態にも適用することができる。
【００８９】
次に、図７および図３７を用いて、本発明の第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態では、信号処理回路は、受光素子に流れる３個の電流値の波形全体を使用して各々の位相差を求め、２つの位相差に基づいて被検出物体の移動方向を判定する。なお、第６の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
第６の実施の形態による光センサ９１は、第１の実施の形態による光センサ１とほぼ同様に構成される。このため、基板２には、３個の発光素子３〜５と受光素子６が設けられると共に、信号処理回路９２が実装される。信号処理回路９２は、第１の実施の形態による信号処理回路１１とほぼ同様に構成され、発光素子駆動部１２、光検出信号増幅部１３、フィルタ部１４および演算処理部１５を備える。
【００９１】
第６の実施の形態による演算処理部１５は、図３７に示すプログラムを実行する。このプログラムでは、以下に示す手順によって、被検出物体Ｏbjの移動方向を特定する。
【００９２】
ステップ１で、光検出信号Ｓ0を読込み、ステップ２で、光検出信号Ｓ0から３つの反射光信号Ｓr1〜Ｓr3を分離する。続くステップ３では、反射光信号Ｓr1，Ｓr2間の位相差Ｔ21を演算し、ステップ４では、反射光信号Ｓr2，Ｓr3間の位相差Ｔ32を演算する。そして、ステップ５では、これらの位相差Ｔ21，Ｔ32に基づいて、被検出物体Ｏbjの移動方向を特定する。具体的には、位相差Ｔ21，Ｔ32の正負や大きさに基づいて、被検出物体Ｏbjの移動方向を特定する。このとき、事前に作成したマップに、位相差Ｔ21，Ｔ32の正負や大きさを当てはめることによって、移動方向を特定してもよく、位相差Ｔ21，Ｔ32に各種の演算処理を施すことによって移動方向を特定してもよい。
【００９３】
第６の実施の形態では、位相差Ｔ21，Ｔ32は、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の波形全体を用いて演算する。具体的には、以下の数４に示す関数Ｚ1（ｘ）を導入し、関数Ｚ1（ｘ）が最小となるシフト量ｘを位相差Ｔ21とする。同様に、以下の数５に示す関数Ｚ2（ｘ）を導入し、関数Ｚ2（ｘ）が最小となるシフト量ｘを位相差Ｔ32とする。
【００９４】
【数４】
2013140649.tif 000006
【００９５】
【数５】
2013140649.tif 000007
【００９６】
位相差Ｔ21，Ｔ32の精度を高めるためには、積分の範囲とシフト量ｘの範囲はできるだけ大きな値に設定した方がよい。しかし、積分の範囲とシフト量ｘの範囲が大きくなるに従って、演算量の増大や処理速度の低下が発生する。このため、位相差Ｔ21，Ｔ32の精度が許容できる範囲で、積分の範囲とシフト量ｘの範囲はできるだけ小さい値に設定される。
【００９７】
第６の実施の形態による光センサ９１は上述のように構成されるもので、次に、被検出物体Ｏbjを検知するときの具体例について説明する。
【００９８】
図３８に示すように、例えば被検出物体Ｏbjとして手を用いたときには、発光素子３〜５からの光が照射される部分の形状が発光素子３〜５毎に異なることがある。図３８に示す例では、発光素子３，５からの光は５本の指に照射されるが、発光素子４からの光は、人差し指、中指、薬指の３本の指にしか照射されない。この場合、図３９に示すように、反射光信号Ｓr1，Ｓr3と反射光信号Ｓr2は互いのピークの数が異なる。このため、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3のピーク、立上り、立下り等を用いたときには、正確な位相差Ｔ21，Ｔ32を求めることができないことがある。
【００９９】
これに対し、第６の実施の形態では、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の波形全体を用いてこれらの位相差Ｔ21，Ｔ32を求めたから、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の波形が相互に異なる場合でも、正確な位相差Ｔ21，Ｔ32を求めることができる。この結果、Ｘ軸方向やＹ軸方向に限らず、Ｘ軸方向やＹ軸方向から斜めに傾斜した移動方向でも正確に検出することができる。
【０１００】
なお、関数Ｚ1（ｘ），Ｚ2（ｘ）は連続値の積分に限らない。例えば反射光信号Ｓr1〜Ｓr3が所定のサンプリング周期で離散化したものであれば、関数Ｚ1（ｘ），Ｚ2（ｘ）は離散値の総和でもよい。また、位相差Ｔ21，Ｔ32は、数４および数５に示すように、２つの波形の差分の二乗を積分した値が最も小さくなるシフト量によって求めた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２つの波形の相互相関が最も大きくなるシフト量によって、位相差を求めてもよい。
【０１０１】
かくして、第６の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。なお、第６の実施の形態は、第２ないし第５の実施の形態にも適用することができる。
【０１０２】
次に、図７および図４０を用いて、本発明の第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態では、発光素子駆動部は、３個の発光素子の各々に係るパルス発光の発光間隔を変化させる。なお、第７の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
第７の実施の形態による光センサ１０１は、第１の実施の形態による光センサ１とほぼ同様に構成される。このため、基板２には、３個の発光素子３〜５と受光素子６が設けられると共に、信号処理回路１０２が実装される。信号処理回路９２は、第１の実施の形態による信号処理回路１１とほぼ同様に構成され、発光素子駆動部１２、光検出信号増幅部１３、フィルタ部１４および演算処理部１５を備える。
【０１０４】
発光素子３〜５は、各々をパルス発光で、かつ時分割発光する。また、演算処理部１５は、図４０に示す発光間隔の調整処理を実行する。具体的には、ステップ１１で、反射光信号Ｓr1〜Ｓr3の位相差Ｔ23，Ｔ31に基づいて被検出物体Ｏbjの移動速度を演算する。続くステップ１２では、ステップ１１で演算した移動速度に応じて発光素子駆動部１２から出力する発光信号Ｓt1〜Ｓt3のパルス間隔（発光間隔Ｔ0）を変化させる。
【０１０５】
これにより、発光素子３〜５のパルス発光の発光間隔Ｔ0は被検出物体Ｏbjの移動速度に応じて変化する。例えば、被検出物体Ｏbjの移動速度が速いときには、発光素子３〜５のパルス発光の発光間隔Ｔ0は短くなり、被検出物体Ｏbjの移動速度が遅いときには、発光素子３〜５のパルス発光の発光間隔Ｔ0は長くなる。これにより、被検出物体Ｏbjの移動速度に応じた検知が可能になる。また、不必要な発光素子３〜５の発光を抑制することができ、消費電力の低減を図ることができる。
【０１０６】
かくして、第７の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。なお、第７の実施の形態は、第２ないし第６の実施の形態にも適用することができる。
【０１０７】
前記各実施の形態では、３個の発光素子３〜５を備える場合を例に挙げて説明したが、４個以上の発光素子を備える構成としてもよい。この場合、４個以上の発光素子のうち任意の３個の発光素子が数１ないし数３のいずれか１つの条件を満たす方向に光を出射すればよい。
【０１０８】
また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は前記各実施の形態に例示したものに限らず、基板２の表面２Ａに平行で互いに直交した任意の２軸方向に設定することができる。
【０１０９】
また、前記各実施の形態では、信号処理手段としての信号処理回路１１，９２，１０２は基板２に実装する構成としたが、基板２と別個に設けてもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１，３１〜３３，５１，６１，７１，８１，９１，１０１  光センサ
２  基板
２Ａ  表面
３〜５  発光素子
６，７２〜７４  受光素子
１１，９２，１０２  信号処理回路（信号処理手段）
１２  発光素子駆動部（発光制御手段）
１５  演算処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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