(57)【要約】      （修正有）【課題】被検知体からの反射光の検出精度を向上することのできるセンサ用導光体ユニット及び光センサを提供する。【解決手段】発光素子が設置される発光領域１０ａと、受光素子が設置される受光領域１０ｂとを備える導光体１０を有し、発光領域１０ａから受光領域１０ｂへ入光し、受光素子に検出される光の強度に対し、被検知体から反射されて受光領域１０ｂへ入光し、受光素子に検出される光の強度を相対的に向上させる、検知光強調手段が設けられている、センサ用導光体ユニット１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が設置される発光領域（１０ａ）と、
受光素子が設置される受光領域（１０ｂ）とを備える導光体を有し、
前記発光領域（１０ａ）から前記受光領域（１０ｂ）へ入光し、前記受光素子に検出される光の強度に対し、被検知体から反射されて前記受光領域（１０ｂ）へ入光し、前記受光素子に検出される光の強度を相対的に向上させる、検知光強調手段が設けられている、センサ用導光体ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ用導光体ユニットにおいて、
前記発光領域（１０ａ）が、発光素子の設置箇所が設けられた出光部（１０ｅ）を備えるとともに、
さらに前記検知光強調手段として、該出光部（１０ｅ）よりも、前記受光領域（１０ｂ）側に位置する楔形状部（１０ｆ）を備え、
導光体外部への光照射面となる、前記導光体の外端面（１０ｃ）と、これに対向する内端面（１０ｄ）との距離が、前記楔形状部（１０ｆ）では、前記出光部（１０ｅ）側から受光領域（１０ｂ）側へ次第に小さくなるように、前記外端面（１０ｃ）と、前記内端面（１０ｄ）が互いに傾斜している、
センサ用導光体ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ用導光体ユニットにおいて、前記楔形状部（１０ｆ）の外端面（１０ｃ２）および内端面（１０ｄ２）の少なくとも一方が、前記受光領域（１０ｂ）の外端面（１０ｃ３）に対して傾斜する傾斜面（１０ｇ、１０ｎ）を形成している、
センサ用導光体ユニット。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ用導光体ユニットにおいて、
前記検知光強調手段として、前記受光領域（１０ｂ）が基端部（１０ｉ）から先端部（１０ｊ）に向けて幅が狭くなる、集光部（１０ｋ）を備え、受光素子の設置個所が、前記集光部の前記先端部（１０ｊ）に設けられている、センサ用導光体ユニット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ用導光体ユニットにおいて、
前記検知光強調手段として、少なくとも前記受光領域（１０ｂ）の前記内端面（１０ｄ）側に設置された、光吸収部材（１１）を備える、センサ用導光体ユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサ用導光体ユニット（１）と、
前記発光領域（１０ａ）に設置された発光素子（２０）と、前記受光領域（１０ｂ）に設置された受光素子（２１）とを備える光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ用導光体ユニットおよび、該導光体ユニットを備える光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば自動車の中央情報表示装置（ＣＩＤ）やカーナビゲーションシステムには、液晶表示装置が用いられている。これらの液晶表示装置においては、液晶表示装置に備えられたタッチパネル等を操作するために人の指が表示面に近接したときに、表示機能を起動するためのセンサを設ける場合がある。センサが人の指を検知することにより、画面表示や、アイコン、タッチボタン等の休止状態では隠れた表示部の表示が起動される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、赤外線センサ機能を備えるバックライト装置を備える表示装置が記載されている。バックライト装置は、赤外線発光素子と赤外線受光素子を備え、発光素子から発光した赤外光はバックライト装置の導光板に入射し、表示パネルの赤外線透過領域から外部に照射され、受光素子は、被検知体に反射され、導光板に入射して受光素子まで導光された赤外光を受光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２２５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のような、従来の赤外線センサの構造では、被検知体で反射された赤外光以外にも、発光素子から出射された赤外光の一部が、導光体を通り直接受光素子に到達することがある。この場合、受光素子に到達する光がノイズとなって、センサの検知精度を低下させるという問題があった。特に、車両用の表示装置などのように、光源や基盤の配置に制約がある場合、導光体を大きくする必要があるため、この問題が顕著であった。
【０００６】
本発明は、被検知体からの反射光を受光素子へ導光する際に、ノイズを低減して赤外線センサの検知精度を向上し得るセンサ用導光体ユニット、およびこのような導光体ユニットを備える赤外線センサ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】
【０００７】
本発明のセンサ用導光体ユニットは、
発光素子が設置される発光領域と、
受光素子が設置される受光領域とを備える導光体を有し、
前記発光領域から前記受光領域へ入光し、前記受光素子に検出される光の強度に対し、被検知体から反射されて前記受光領域へ入光し、前記受光素子に検出される光の強度を相対的に向上させる、検知光強調手段が設けられている、センサ用導光体ユニットである。
【０００８】
上記構成のセンサ用導光体ユニットによれば、検知光強調手段によって発光素子から出光した光が、導光体内を導光されて受光領域に入射することを防止または抑制し、あるいは、被検知体からの反射光の検知強度を向上することにより、センサの検知効率を向上することができる。
【０００９】
上記センサ用導光体ユニットにおいて、
前記発光領域が、発光素子の設置箇所が設けられた出光部を備えるとともに、
さらに前記検知光強調手段として、該出光部よりも、前記受光領域側に位置する楔形状部を備え、
導光体外部への光照射面となる、前記導光体の外端面と、これに対向する内端面との距離が、前記楔形状部では、前記出光部側から受光領域側へ次第に小さくなるように、前記外端面と、前記内端面が互いに傾斜していてもよい。
【００１０】
上記構成のセンサ用導光体ユニットによれば、楔形状部において、導光体の外端面と、内端面との間で多重反射される光の反射角を次第に変化させて外端面から出光させることにより、照射面からの光の出光性を向上するとともに、受光領域への入光を抑制し、センサの検知効率を向上することができる。
【００１１】
上記センサ用導光体ユニットにおいて、前記楔形状部の外端面および内端面の少なくとも一方が、前記受光領域の外端面に対して傾斜する傾斜面を形成していてもよい。
【００１２】
上記センサ用導光体ユニットにおいて、前記検知光強調手段として、前記受光領域が基端部から先端部に向けて幅が狭くなる、集光部を備え、前記受光素子の設置個所が、前記集光部の前記先端部に設けられていてもよい。
【００１３】
上記センサ用導光体ユニットによれば、被検知体から反射されて受光領域に入光した検知光が、集光部において集光され、受光素子に検知される際の強度が向上するので、センサの検知光率を向上することができる。
【００１４】
上記センサ用導光体ユニットにおいて、前記検知光強調手段として、少なくとも前記受光領域の内端面側に設置された、光吸収部材を備えてもよい。
【００１５】
上記センサ用導光体ユニットによれば、発光領域から受光領域に侵入した光は、多重反射の過程で光吸収部材により減衰され、センサの検知効率が向上する。
【００１６】
本発明の光センサは、上記センサ用導光体ユニットと、前記発光領域に設置された発光素子と、前記受光領域に設置された受光素子とを備える光センサである。ここで、発光素子が赤外光発光素子で、受光素子が赤外光受光素子であってもよい。
【００１７】
上記構成の光センサによれば、本発明のセンサ用導光体ユニットを備えるため、検知光率の向上したものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサ用導光体ユニットが検知光強調手段を備え、検知光の検出効率が向上するので、光センサを高精度の装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかるセンサ用導光体ユニットを具備する光センサの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す光センサの平面図である。
【図３】図２の光センサにおいて、枠IIIで示した楔形状部近傍の平面図である。
【図４】図２の光センサにおいて、枠IVで示した集光部近傍の平面図である。
【図５】図４と同じ部分において、被検知体からの反射光（検知光）の光路を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態にかかるセンサ用導光体ユニットを示す平面図である。
【図７】本発明のセンサ用導光体の寸法設計を説明するための平面図である。
【図８】従来技術におけるセンサ用導光体ユニットを具備する光センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の、センサ用導光体ユニットは、光（例えば赤外光）を発光し、その光の反射光を受光することにより、被検知体を検知する光センサにおいて使用される導光体ユニットであり、発光素子が設置される発光領域と、受光素子が設置される受光領域とが設けられた導光体を備えている。発光領域を導光された光が受光領域に入光し、受光素子に受光されると、被検知体からの反射光（検知光）に対し、ノイズとなってセンサの検知精度を低下させるが、本発明では、この発光領域から受光領域へ入光して、受光素子に検出される光の強度に対し、被検知体から反射されて受光領域へ入光し、受光素子に検出される検知光の強度を相対的に向上させる、検知光強調手段が設けられている。
【００２１】
以下、本発明のセンサ用導光体ユニット及び、該導光体ユニットを備える光センサの構成について、図面を参照して説明する。各図面において、共通する構成については、同じ符号を付して、説明を省略する。なお、図面は説明用のものであって、実際の各部の寸法比を限定するものではない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態にかかるセンサ用導光体ユニット１と、この導光体ユニットを備える光センサ２の構成を示す概略斜視図である。導光体ユニット１は、板状の導光体（導光部材）１０と、導光体１０に設置される光吸収部材１１とを備える。導光体１０は、少なくとも一つの発光素子２０が設置される発光領域１０ａと、受光素子２１が設置される受光領域１０ｂとを有し、発光素子２０から出光し、導光体１０の外端面（照射面）１０ｃから出光した照射光ＬＥが被検知体３に照射されると、被検知体３からの反射光ＬＲが導光体１０に入光し、検知光として受光素子２１に検知される。ここで、外端面１０ｃとは、被検知体３に対向する端面をいう。図示しないが、発光素子２０および受光素子は、それぞれ電源及び、センサ制御ユニットなどに接続される。
【００２３】
図２は、図１に示す導光体ユニット１を具備する光センサ２の平面図である。本実施形態では、導光体１０の外端面１０ｃは平坦で直線状の輪郭を示すが、外端面１０ｃに対向する（外端面１０ｃの反対側の）端面である内端面１０ｄの輪郭は、各領域で異なっている。外側面１０ｍは、曲りのない平面状である。発光領域１０ａは、発光素子２０の設置個所が設けられた出光部１０ｅと、出光部１０ｅよりも受光領域１０ｂ側に位置する楔形状部１０ｆを含む。出光部１０ｅでは、外端面１０ｃと内端面１０ｄの距離はほぼ一定であるが、楔形状部１０ｆでは、外端面１０ｃと内端面１０ｄの距離が、受光領域側へ徐々に小さくなる傾斜面１０ｇが形成されている。受光領域１０ｂは、内端面１０ｄが、傾斜した側面１０ｈを構成しており、基端部１０iから、先端部１０jへかけて、幅が徐々に狭まる集光部１０ｋが形成されている。光吸収部材１１は、受光領域１０ｂの側面１０ｈ、楔形状部１０fの傾斜面１０ｇの外側に配置されている。出光部１０ｅの内端面１０ｄ側には、少なくとも１つの発光素子２０が配置されており、受光領域１０ｂの集光部１０ｋの先端部１０ｊ側には、受光素子２１が配置されている。
【００２４】
図３は、図２に枠IIIで示す楔形状部１０ｆ近傍の平面図であり、導光される光の光路を破線で示している。この部分では、内端面１０ｄが外端面１０ｃに対して傾斜しているため、出光部１０ｅから楔形状部１０ｆに入射した光は、楔形状部１０ｆ内で多重反射しながら、反射角を徐々に変化させ、臨界角を越えた時点で、外端面１０ｃ（照射面）より出射される。そのため、外端面１０ｃと内端面１０ｄが互いに平行な場合に比べて、外端面１０ｃから出光する光の光量が増加し、結果として被検知体３（図１）から反射される検知光の強度が増加する。また、出光する光量が増加する分、受光領域１０ｂへの入光が防止され、あるいは入光する光の強度（光量）が低下する。これらの効果により、楔形状部１０ｆは、検知光強調手段として機能する。さらに、本実施形態では、内端面１０ｄ側（傾斜面１０ｇ側）に、光吸収部材１１を設置しているため、例えば、出光部１０ｅの側面から出射した光が楔形状部１０ｆに入光して、受光領域１０ｂまで導光されることを防止できる。この光吸収部材１１も、検知光以外の不要な光を吸収することにより、検知光強調手段としての役割を果たす。
【００２５】
図４は、図２に枠IVで示す導光体ユニット１の集光部近１０ｋ近傍の平面図である。本実施形態では、導光体１０の内端面１０ｄは、傾斜角が不連続的に変化する傾斜面である側面１０ｈを形成している。図では、傾斜角が一回変化している集光部１０ｋの例が示されているが、集光部１０ｋは、大きさや設計に応じ、側面の傾斜角が一定のものであっても、二回以上傾斜角が変化するものであってもよく、傾斜角が連続的に変化するものであってもよい。いずれの場合も、外端面１０ｃに対する側面１０ｈの傾斜角は、集光部１０ｋの基端１０iから先端１０ｊにかけて徐々に小さくなることが好ましい。
【００２６】
図４に破線で示すように、発光領域１０ａから受光領域１０ｂに入光があった場合、入光した光は集光部１０ｋで多重反射しながら導光されるが、その際反射角は徐々に変化し、臨界角をこえたものは側面１０ｈから出射され、光吸収部材１１に吸収される。そのため、発光領域１０ａから受光領域１０ｂに入光があっても、その光量は次第に減少し、受光素子２１で検出される強度は小さなものとなる。また光吸収部材１１は、集光部外（例えば、発光領域１０ａ）から集光部１０ｋへの入光を防止する役割を果たす。
【００２７】
図４と同じ部分において、被検知体３（図１）から反射して受光領域１０ｂに入光した光（検知光）の光路を図５に破線で示す。図５に見られるように、集光部１０ｋは、基端部１０ｉから先端部１０ｊにむけて幅が狭まるように構成されており、側面１０ｈで反射した光が先端に集光されるように設計されている。このため、被検知体からの反射光の検出精度を向上させることができる。このように、集光部１０ｋは、ノイズとなる光が受光素子２１まで到達することを抑制または防止する一方で、検知光を受光素子２１に集光することにより、検知光強調手段として機能する。
【００２８】
なお、本発明は、上記に説明した実施形態に限定されず、導光体の形状についても変更が可能である。図１〜図５では、外端面１０ｃが平坦な実施形態が示されているが、楔形状部１０ｆは、外端面１０ｃが傾斜面を構成してもよい。
【００２９】
図６は、本発明のセンサ用導光体ユニットの別の集光部１０ｋおよび楔形状部１０ｆ近傍の部分を示す平面図である。本実施形態では、導光体１０の外端面１０ｃのうち、出光部１０ｅの外端面１０ｃ１と、受光領域１０ｂの外端面１０ｃ３は互いに平行であるが、楔形状部１０ｆの外端面１０ｃ２は、両者に対し傾斜しており、傾斜面１０ｎを形成している。
他方、楔形状部１０ｆの内端面１０ｄ２は、出光部の外端面１０ｃ１および内端面１０ｄ１と平行である。楔形状部１０ｆは、次の図７に示すように、外端面側の傾斜面１０ｎと、内端面側の傾斜面１０ｇの両方を備えていてもよい。なお発光効率のみを考慮すれば、本実施形態のように、導光体１０の外端面１０ｃ側にのみ傾斜面が形成されていることが好ましい。
【００３０】
図１〜図５で示した実施形態では、楔形状部１０ｆの内側に光吸収部材１１が配置されているが、本実施形態では、図６の楔形状部１０ｆの内端面１０ｄ２に対向する反射面１２ａを有する鏡面反射部材１２が配置されている。鏡面反射部材１２を設置することにより、楔形状部１０ｆの内端面１０ｄ２から出光した光を鏡面反射することにより角度を維持したまま楔形状部１０ｆに再入光させ、外端面１０ｃ２（傾斜面１０ｎ）から出光させることができる。
【００３１】
図７は、導光体１０の集光部１０ｋおよび楔形状部１０ｆ近傍部分の平面図である。図面は説明のためのものであり、実際の寸法比を反映するものではない。図７の実施形態では、楔形状部１０ｆの外端面側が傾斜面１０ｎ、内端面側が傾斜面１０ｇとなっているが、以下に記載する限定は、傾斜面が一方のみに形成された場合にも適用できる。板状の導光体１０を平面視した場合に、受光部１０ｅの外端面１０ｃ１に沿った方向を横方向、これに直交する方向を縦方向とすると、傾斜面１０ｎは横方向に対しθＬ２の角度で、傾斜面１０ｇは横方向に対しθＬ１の角度で傾斜している。図７には、傾斜面１０ｎにおいて、全反射角θＲ１で反射した光が、集光部１０ｋの側面１０ｈにおいて、反射角がそれぞれθＲ２、θＲ３、θＲ４で３回反射される様子が破線で示されている。楔形状部１０ｆの横幅ｗ１に対し、受光領域１０ｂとの境界部における楔形状部１０ｆの縦幅ｔ１（楔形状部１０ｆの最小幅）の比は、０＜ｔ１/ｗ１＜１．１６程度であることが好ましい。ここで縦幅ｔ１は製造限界まで小さくすることが望ましい。ｔ１を小さくすることにより、多重反射の頻度を増加させ、より多くの光を出光させることができる。
【００３２】
その際、楔形状部１０ｆの傾斜面１０ｇ、１０ｎの横方向からの傾斜角θＬ１、θＬ２は、導光体１０の臨界角より小さいことが好ましく、それぞれ０〜４５度であることが好ましい。また、基端部近傍における集光部側面１０ｈの傾斜角θ１は、集光部１０ｋにおいて、ｎ回目の反射の際から出光が始まるとすると、下記の条件を満たすことが好ましい。
【００３３】
θ１＜（１８０（ｎ−１）＋２θＲ１−θＬ２）／（２ｎ−１）
【００３４】
ここで、θＲ１は、傾斜面１０ｎ（楔形状部１０ｆの外端面１０ｃ２）における全反射角、θＬ２は傾斜面１０ｎの傾斜角、ｎは楔形状部１０ｆから入光した光が、集光部１０ｋで反射する回数である。
【００３５】
図８は、先行技術における導光体を有する光センサの実施形態を示す図である。ａ）では、導光体１０において、発光領域１０ａと受光領域１０ｂの境界部に、内端面１０ｄ側からスリットＳ１が設けられ、スリットＳ１内に、発光領域１０ａから受光領域１０ｂへの入光を抑制するために光吸収部材１１が挿入されている。ｂ）では、外端面１０ｃ側からもスリットＳ２が設けられ、光吸収部材１１が挿入されている。これにより、発光領域１０ａから受光領域１０ｂへの入光はさらに抑制される。
【００３６】
なお、導光部材としてポリカーボネートを使用して図１に示される本発明の実施形態にかかる導光体ユニット１、および図８に示される導光体ユニットを試作し、受光領域の両側に赤外光発光素子を設置し、被検知体を設置した状態と、被検知体を設置しない状態について、受光素子が受光する光の強度を光学シミュレーションしたところ、発光領域から受光領域へ入射する光（ノイズ光）の光量ＩＮに対する、被検知体から反射されて受光領域に入射する検知光の光量ＩＤの比は、図８ａ）の例で０．６２、図８ｂ）の例で１．２２であったのに対し、図１の例で１０２．８であった。
【００３７】
なお、上述の実施形態では、平坦な板状の導光体を使用する場合について説明したが、板面が折り曲げられ、または湾曲していてもよい。または、発光素子と受光素子のサイズに比し、板厚が大きい場合、内端面側の厚みが外端面側の厚みより薄くなるようにしてもよい。
【００３８】
導光体ユニット１を構成する導光体１０を構成する導光部材は、ガラスであってもよいが、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂であってもよい。光吸収部材１１は、黒色紙、カーボンテープ等であってもよい。発光素子としては、ＬＥＤなどを使用することができる。受光素子は発光素子の発光する光の波長に対応して選択され、例えば、発光素子が赤外光ＬＥＤである場合には、赤外光を検出する受光素子が使用される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のセンサ用導光体ユニットを備える光センサは、例えば、車載用の各種電子部品（例えば画像表示装置）の起動用のセンサとして使用することができ、従来のセンサに比べて、検知精度が鋭敏なセンサとすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  導光体ユニット
２  光センサ
１０  導光体
１０ａ  発光領域
１０ｂ  受光領域
１０ｃ  外端面
１０ｃ１  出光部の外端面
１０ｃ２  楔形状部の外端面
１０ｃ３  受光領域の外端面
１０ｄ  内端面
１０ｄ１  出光部の内端面
１０ｄ２  楔形状部の内端面
１０ｅ  出光部
１０ｆ  楔形状部
１０ｇ  傾斜面
１０ｉ  基端部
１０ｊ  先端部
１０ｈ  側面
１０ｋ  集光部
１０ｍ  外側面
１０ｎ  傾斜面
１１  光吸収部材
２０  発光素子
２１  受光素子
Ｓ１、Ｓ２  スリット
【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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