(57)【要約】【課題】検出光に応じた電気信号を出力する入射光を電気信号に変換する光検出装置に関し、簡単な構成で、広範囲の検出が可能となる光検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、光を出射し、その反射光を検出する光検出装置において、光を発光する発光手段と、発光手段から発光された光の分布が略直線状になるように変換し、出射する光整形手段と、光整形手段から発光された光の反射光を受光して電気信号に変換する受光手段とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射し、その反射光を検出する光検出装置において、
光を発光する発光手段と、
前記発光手段から発光された光の分布が略直線状になるように変換し、出射する光整形手段と、
前記光整形手段から発光された光の反射光を受光して電気信号に変換する受光手段とを有することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記光整形手段は、端面に前記発光手段で発光された光が入射し、端面から入射した光の入射方向と略直交する所定の方向に出射する導光板から構成されたことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項３】
前記光整形手段は、入射光の分布が略直線状となるように拡散及び整形する光学装置から構成されたことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項４】
前記光学装置は、その表面に形成されたサーフェスレリーフホログラムパターンにより入射光の分布を略直線状に拡散整形することを特徴とする請求項３記載の光検出装置。
【請求項５】
前記光整形手段の出射光のうち前記受光手段により検出する成分の光を透過し、外部に出射させる光学フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の光検出装置。
【請求項６】
前記発光手段は、第１の方向に光を出射する第１の発光手段と、
前記第１の方向に対向する第２の方向に光を出射する第２の発光手段とを有し、
前記光整形手段は、前記第１の発光手段から発光された光の分布が前記第１及び第２の方向に直線状となり、かつ、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向に光を出射するように光を拡散整形する第１の拡散整形手段と、
前記第２の発光手段から発光された光の分布が前記第１及び第２の方向に直線状となり、かつ、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向に光を出射するように光を拡散整形する第２の拡散整形手段とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の光検出装置。
【請求項７】
前記受光手段は、前記第３の方向からの光を受光することを特徴とする請求項６記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光検出装置に係り、特に、光を検出し、検出光に応じた電気信号を出力する入射光を電気信号に変換する光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の光検出装置の構成図、図１１は発光素子の指向性を示す図を示す。
【０００３】
従来の光検出装置１は、基板１０上に発光素子１１及び受光素子１２を搭載した構成とされている。発光素子１１は、発光ダイオードなどから構成され、駆動信号に応じて光を発光する。受光素子１２は、フォトダイオードから構成され、入射した光に応じた電気信号を出力する。
【０００４】
このとき、光検出装置１の受光範囲は、発光素子１１、及び、受光素子１２の指向性によって決定されていた。例えば、発光素子１１は、図１１に示すように円形状に光を出射しており、このままでは、特定の方向に指向性を持たせることができない。受光素子１２の指向性が角度θ度であった場合には、角度θ度より内側が受光範囲とされていた。
【０００５】
なお、誤検出を防止するために、２組の発光素子と受光素子とにより検出を行う光学センサが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２５８５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、従来の光検出装置は、検出範囲が発光素子１１及び受光素子１２の指向性に依存していたため、受光範囲を拡大するためには、複数の受光素子或いは複数の発光素子を並列に設ける必要があり、構成が複雑となるとともに、高価になるなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、広範囲の検出が可能となる光検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光を出射し、その反射光を検出する光検出装置において、光を発光する発光手段と、発光手段から発光された光の分布が略直線状になるように変換し、出射する光整形手段と、光整形手段から発光された光の反射光を受光して電気信号に変換する受光手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、光整形手段は、端面に前記発光手段で発光された光が入射し、端面から入射した光の入射方向と略直交する所定の方向に出射する導光板から構成されたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、光整形手段は、入射光の分布が略直線状となるように拡散及び整形する光学装置から構成されたことを特徴とする。
【００１１】
光学装置は、その表面に形成されたサーフェスレリーフホログラムパターンにより入射光の分布を略直線状に拡散整形することを特徴とする。
【００１２】
光整形手段の出射光のうち前記受光手段により検出する成分の光を透過し、外部に出射させる光学フィルタを有することを特徴とする。
【００１３】
発光手段は、第１の方向に光を出射する第１の発光手段と、第１の方向に対向する第２の方向に光を出射する第２の発光手段とを有し、光整形手段は、第１の発光手段から発光された光の分布が第１及び第２の方向に直線状となり、かつ、第１及び第２の方向に直交する第３の方向に光を出射するように光を拡散整形する第１の拡散整形手段と、第２の発光手段から発光された光の分布が第１及び第２の方向に直線状となり、かつ、第１及び第２の方向に直交する第３の方向に光を出射するように光を拡散整形する第２の拡散整形手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
受光手段は、第３の方向からの光を受光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光手段から発光された光を、光整形手段により、その分布が略直線状になるように変換し、出射し、受光手段により、光整形手段から発光された光の反射光を受光して電気信号に変換することにより、検出すべき光を所望の方向、範囲に出射でき、よって、必要とする検出が可能となるなどの特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の分解斜視図、図２は本発明の第１実施例の構成図を示す。
【００１７】
本実施例の光検出装置１００は、発光手段１１１、１１２、光整形手段１１３、１１４、光学フィルタ１１５、受光手段１１６、プリント配線板１１７、ケース１１８、信号処理ＩＣ１１９から構成されている。
【００１８】
発光手段１１１は、例えば、赤外成分を含む光を発光する発光ダイオードから構成されており、プリント配線板１１７の矢印Ｙ１方向の端部に配置され、リード１１１ａがプリント配線板１１７に半田付けされている。発光手段１１１は、発光した光を光整形手段１１３の矢印Ｙ２方向の端面に入射する。
【００１９】
発光手段１１２は、例えば、赤外成分を含む光を発光する発光ダイオードから構成されており、プリント配線板１１７の矢印Ｙ２方向の端部に配置され、リード１１２ａがプリント配線板１１７に半田付けされている。発光手段１１２は、発光した光を光整形手段１１４の矢印Ｙ１方向の端面に入射する。
【００２０】
光整形手段１１３、１１４は、一般に導光板と呼ばれる光学装置から構成されており、略楔状に形成されている。導光板は、例えば、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられており、出射面の端面から入射した光を出射面から均一に出射させる光学装置である。
【００２１】
光整形手段１１３は、矢印Ｙ２方向の端面に発光手段１１１から供給された光を矢印Ｚ１方向に屈曲させる。このとき、光整形手段１１３は、矢印Ｙ１、Ｙ２方向で均一に光を出射する。光成形手段１１４は、矢印Ｙ１方向の端面に発光手段１１２から供給された光を矢印Ｚ１方向に屈曲させる。このとき、光整形手段１１４は、矢印Ｙ１、Ｙ２方向で均一に光を出射する。
【００２２】
光整形手段１１３、１１４から矢印Ｚ１方向に出射された光は、光学フィルタ１１５に供給される。光学フィルタ１１５は、樹脂などにより構成され、光学フィルタ１１５は、ケース１１８の開口部１１８ｄに装着されており、赤外成分を透過する構成とされている。光整形手段１１３、１１４から出射された光は、光学フィルタ１１５により不要成分が除去され、赤外成分のみが外部に出射される。
【００２３】
外部に出射された赤外光は、検出対象で反射され、光学フィルタ１１５に入射する。光学フィルタ１１５は、外部から入射した光のうち赤外成分を透過する。光学フィルタ１１５には、その中央部の矢印Ｚ２方向側の面に形成された凹部１１５ａに受光手段１１６が係合している。検出対象で反射された光は、光学フィルタ１１５を通って、受光手段１１６に供給される。
【００２４】
受光手段１１６は、入射された赤外光を電気信号に変換する。受光手段１１６で変換された電気信号は、プリント配線板１１７の矢印Ｚ２方向側の面に搭載された信号処理ＩＣ１１９により信号処理されて、コネクタＣＮから外部に出力される。
【００２５】
図３は本発明の第１実施例の動作説明図を示す。
【００２６】
本実施例では、図３に破線で示すように光整形手段１１３、１１４は光を矢印Ｙ１、Ｙ２方向に略直線状にし、矢印Ｚ１方向に出射させることができる。このため、発光手段あるいは受光手段を複数並列して設けることなく、矢印Ｙ１、Ｙ２方向を横切る検出対象を検出でき、よって、簡単な構成で、安価に構成できる。
【００２７】
〔適用例〕
図４は本発明の第１実施例の適用例を説明するための図を示す。
【００２８】
本適用例は、例えば、タッチパネルなどから構成される操作面１２１を操作する際に、ユーザが操作面１２１を矢印Ｘ１方向側から操作したのか、矢印Ｘ２方向側から操作したのかを検出し、装置本体１２２の動作を制御しようとするシステムである。
【００２９】
このとき、操作面１２１の矢印Ｘ１方向側の端辺及び矢印Ｘ２方向側の端辺に図１に示すような光検出装置１００から構成される光検出装置１００−１、１００−２を配置する。
【００３０】
光検出装置１００−１、１００−２は、各々、図３に破線で示すように矢印Ｙ１、Ｙ２方向に拡張された検出範囲θ１、θ２を持つことになる。このため、ユーザが矢印Ｘ１方向側から操作面１２１に手を伸ばした場合には、光検出装置１００−１により、また、矢印Ｘ２方向側から操作面１２１に手を伸ばした場合には、光検出装置１００−２により確実にユーザの手を検出することが可能となる。
【００３１】
〔第２実施例〕
図５は本発明の第２実施例の分解斜視図、図６は本発明の第２実施例の構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
本実施例の光検出装置２００は、発光手段２１１、２１２、光学装置２１３、２１４、
光整形手段２１５、２１６、光学フィルタ１１５、受光手段１１６、プリント配線板２１７、ケース１１８、信号処理ＩＣ１１９から構成されている。
【００３３】
発光手段２１１、２１２は、プリント配線板２１７に矢印Ｚ１方向に光を出射するように搭載されている。発光手段２１１は、光学装置２１３の略中央部に位置するようにプリント配線板２１７上に搭載されている。また、発光手段２１１は、光整形手段２１５の略中央部に位置するようにプリント配線板２１７上に搭載されている。
【００３４】
発光手段２１１の矢印Ｚ１方向には、光学装置２１３が配置されている。光学装置２１３は、例えば、発光手段２１１からの光を平行光に変換する光学手段、及び、光学手段の周囲に設けられ、周囲への光の漏洩を防止する遮光板から構成されており、プリント配線板２１７上に搭載され、発光手段２１１から放射状に発光した光を平行光に変換する。なお、発光手段２１１からの光を平行光に変換する光学手段としては、例えば、凸レンズやピンホール、さらには、絞り機構付き凸レンズなどが考えられる。光学装置２１３の矢印Ｚ１方向には光整形手段２１５が配置されており、光学装置２１３で平行光に変換された光は、光整形手段２１５に供給される。
【００３５】
発光手段２１２の矢印Ｚ１方向には、光学装置２１４が配置されている。光学装置２１４は、例えば、例えば、発光手段２１２からの光を平行光に変換する光学手段、及び、光学手段の周囲に設けられ、周囲への光の漏洩を防止する遮光板から構成されており、プリント配線板２１７上に搭載され、発光手段２１２から放射状に発光した光を平行光に変換する。なお、発光手段２１２からの光を平行光に変換する光学手段としては、例えば、凸レンズやピンホール、さらには、絞り機構付き凸レンズなどが考えられる。光学装置２１４の矢印Ｚ１方向には光整形手段２１６が配置されており、光学装置２１４で平行光に変換された光は、光整形手段２１６に供給される。
【００３６】
光整形手段２１５、２１６は、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネイト、ガラス、石英ガラスなどから構成されており、その表面にレリーフホログラムパターンが形成された構成とされており、屈折作用により入射光を所望の角度で拡散させることができる、いわゆる、ビーム整形ディフューザと呼ばれる光学装置から構成されている。このとき、レリーフホログラムパターンは、ランダムに形成されており、モアレ縞や色ずれを発生させることがなく、また、パターン形状により拡散角度が制御され、楕円形状、矩形状に整形することが可能な構成とされている。
【００３７】
ここで、光整形手段２１５、２１６は、共に、矢印Ｙ１、Ｙ２方向に光を拡散するように拡散角度が制御されている。
【００３８】
光整形手段２１５、２１６で拡散整形された光は、光学フィルタ１１５を通して外部に出射される。外部に出射された光は、検出対象で反射されて、光学フィルタ１１５を通して受光手段１１６に供給され、電気信号に変換される。
【００３９】
本実施例によれば、光整形手段２１５、２１６により、矢印Ｙ１、Ｙ２方向で均一に拡散した光を出射することができるため、発光手段あるいは受光手段を複数並列して設けることなく、矢印Ｙ１、Ｙ２方向を横切る検出対象を検出でき、よって、簡単な構成で、安価に構成できる。
【００４０】
〔第３実施例〕
図７は本発明の第３実施例の分解斜視図、図８は本発明の第３実施例の構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
本実施例の光検出装置３００は、発光手段３１１、３１２、受光手段３１３、３１４、光整形手段３１５、３１６、３１７、３１８、光学フィルタ１１５、プリント配線板３１９、ケース３２０、信号処理ＩＣ１１９から構成されている。
【００４２】
発光手段３１１は、例えば、赤外成分を含む光を発光する発光ダイオードから構成されており、プリント配線板３１９の矢印Ｙ１方向の端部の矢印Ｘ１方向側に配置され、リード３１１ａがプリント配線板３１９に半田付けされている。発光手段３１１は、発光した光を光整形手段３１５の矢印Ｙ２方向の端面に入射する。
【００４３】
発光手段３１２は、例えば、赤外成分を含む光を発光する発光ダイオードから構成されており、プリント配線板３１９の矢印Ｙ２方向の端部の矢印Ｘ１方向側に配置され、リード３１２ａがプリント配線板３１９に半田付けされている。発光手段３１２は、発光した光を光整形手段３１６の矢印Ｙ１方向の端面に入射する。
【００４４】
受光手段３１３は、例えば、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタから構成されており、プリント配線板３１９の矢印Ｙ１方向の端部の矢印Ｘ２方向側に受光面が矢印Ｙ１方向側を向くように配置され、リード３１３ａがプリント配線板３１９に半田付けされている。受光手段３１３は、受光面に入射した光を電気信号に変換する。
【００４５】
受光手段３１４は、例えば、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタから構成されており、プリント配線板３１９の矢印Ｙ２方向の端部の矢印Ｘ２方向側に受光面が矢印Ｙ２方向側を向くように配置され、リード３１４ａがプリント配線板３１９に半田付けされている。受光手段３１４は、受光面に入射した光を電気信号に変換する。
【００４６】
光整形手段３１５、３１６、３１７、３１８は、光整形手段１１３、１１４と同様に、一般に導光板と呼ばれる光学装置から構成されており、矢印Ｙ１、Ｙ２方向に対して略楔状に形成されている。導光板は、例えば、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられており、出射面の端面から入射した光を出射面から均一に出射させる光学装置である。
【００４７】
光整形手段３１５は、発光手段３１１から矢印Ｙ２方向の端面に供給された光を矢印Ｚ１方向に屈曲させる。光整形手段３１６は、発光手段３１２から矢印Ｙ１方向の端面に供給された光を矢印Ｚ１方向に屈曲させる。
【００４８】
光整形手段３１５、３１６から矢印Ｚ１方向に出射された光は、光学フィルタ１１５に供給される。光学フィルタ１１５は、樹脂などにより構成され、光学フィルタ１１５により不要成分が除去され、赤外成分のみが外部に出射される。
【００４９】
外部に出射された赤外光は、検出対象で反射され、光学フィルタ１１５を透過して、光整形手段３１７、３１８に供給される。光整形手段３１７は矢印Ｚ１方向から入射した光を矢印Ｙ２方向に折曲させる。光整形手段３１７により矢印Ｙ２方向に折曲された光は、矢印Ｙ２方向端面から出射される。光整形手段３１７の矢印Ｙ２方向端面には、受光手段３１３の受光面が対向して配置されている。受光手段３１３は、光整形手段３１７により矢印Ｙ２方向端面から出射された光を電気信号に変換する。
【００５０】
光整形手段３１８は矢印Ｚ１方向から入射した光を矢印Ｙ１方向に折曲させる。光整形手段３１８により矢印Ｙ１方向に折曲された光は、矢印Ｙ１方向端面から出射される。光整形手段３１８の矢印Ｙ１方向端面には、受光手段３１４の受光面が対向して配置されている。受光手段３１４は、光整形手段３１８の矢印Ｙ１方向端面から出射された光を電気信号に変換する。
【００５１】
受光手段３１３、３１４で変換された電気信号は、プリント配線板３１９の矢印Ｚ２方向側の面に搭載された信号処理ＩＣ１１９により信号処理されて、コネクタＣＮから外部に出力される。
【００５２】
なお、隣接する光整形手段３１５と光整形手段３１７との間、及び、光整形手段３１６と光整形手段３１８との間には、遮光板３２０ａ、３２０ｂが設けられており、光整形手段３１５を通る光が光整形手段３１７に入射したり、光整形手段３１６を通る光が光整形手段３１８に入射したりすることを防止している。
【００５３】
図９は本発明の第３実施例の動作説明図を示す。
【００５４】
本実施例では、図９に破線で示すように光整形手段３１５、３１６は光を矢印Ｙ１、Ｙ２方向に略直線状にし、矢印Ｚ１方向に出射させることができるとともに、光整形手段３１７、３１８により矢印Ｚ１方向からの光を矢印Ｙ１、Ｙ２方向の略直線状で検出することができる。このため、発光手段あるいは受光手段を複数並列して設けることなく、矢印Ｙ１、Ｙ２方向を横切る検出対象を確実に検出できる。
【００５５】
〔その他〕
なお、本実施例では、矢印Ｙ１方向側、矢印Ｘ１方向寄りに発光手段３１１及び光整形手段３１５を配置し、矢印Ｙ２方向側、矢印Ｘ１方向寄りに発光手段３１２及び光整形手段３１６を配置し、矢印Ｙ１方向側、矢印Ｘ２方向寄りに受光手段３１３及び光整形手段３１７を配置し、矢印Ｙ２方向側、矢印Ｘ２方向寄りに受光手段３１４及び光整形手段３１８を配置したが、これに限定されるものではなく、矢印Ｙ１方向側、矢印Ｘ１方向寄りに発光手段３１１及び光整形手段３１５を配置し、矢印Ｙ２方向側、矢印Ｘ２方向寄りに発光手段３１２及び光整形手段３１６を配置し、矢印Ｙ１方向側、矢印Ｘ２方向寄りに受光手段３１３及び光整形手段３１７を配置し、矢印Ｙ２方向側、矢印Ｘ１方向寄りに受光手段３１４及び光整形手段３１８を配置したり、矢印Ｙ１方向側、矢印Ｘ２方向寄りに発光手段３１１及び光整形手段３１５を配置し、矢印Ｙ２方向側、矢印Ｘ１方向寄りに発光手段３１２及び光整形手段３１６を配置し、矢印Ｙ１方向側、矢印Ｘ１方向寄りに受光手段３１３及び光整形手段３１７を配置し、矢印Ｙ２方向側、矢印Ｘ２方向寄りに受光手段３１４及び光整形手段３１８を配置するようにしてもよい。
【００５６】
また、発光手段３１１、３１２の配置を換えるとともに、光を平行光に変換する光学装置を設け、光整形手段３１６、３１７を、光整形手段２１３、２１４と同様に、いわゆる、ビーム整形ディフーザと呼ばれる光学装置から構成するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、上記実施例において、信号処理ＩＣ１１９は、ディスクリート電子部品により構成するようにしてもよい。また、複数のＩＣチップを組み合わせて構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施例の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例の構成図である。
【図３】本発明の第１実施例の動作説明図である。
【図４】本発明の第１実施例の適用例を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施例の分解斜視図である。
【図６】本発明の第２実施例の構成図である。
【図７】本発明の第３実施例の分解斜視図である。
【図８】本発明の第３実施例の構成図である。
【図９】本発明の第３実施例の動作説明図である。
【図１０】従来の一例の構成図である。
【図１１】発光ダイオードの指向性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００、２００、３００  光検出装置
１１１、１１２、２１１、２１２、３１１、３１２  発光手段
１１５  光学フィルタ
１１６、３１３、３１４  受光手段
１１７、３１９  プリント配線板
１１８  ケース
１１９  信号処理ＩＣ
ＣＮ  コネクタ
【図１】
2006145283.tif 000003
【図２】
2006145283.tif 000004
【図３】
2006145283.tif 000005
【図４】
2006145283.tif 000006
【図５】
2006145283.tif 000007
【図６】
2006145283.tif 000008
【図７】
2006145283.tif 000009
【図８】
2006145283.tif 000010
【図９】
2006145283.tif 000011
【図１０】
2006145283.tif 000012
【図１１】
2006145283.tif 000013