(57)【要約】【課題】外乱光による誤判定・誤検出の可能性を低減する。【解決手段】反射型光センサは、電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤからなり、光を放射して戻り光を受光する投受光素子１と、投受光素子１を駆動する投光回路２と、投受光素子１のアノード−カソード間電圧を検出して電圧信号を出力する受光回路３と、投受光素子１のインピーダンス変化に基づいて投受光素子１の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定部４と、判定部４の判定結果を表示する表示部５とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤからなり、光を放射して戻り光を受光する投受光素子と、
この投受光素子のインピーダンス変化に基づいて前記投受光素子の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする反射型光センサ。
【請求項２】
請求項１記載の反射型光センサにおいて、
さらに、前記投受光素子に一定の電流を供給する投光回路と、
前記投受光素子のアノード−カソード間電圧を検出する受光回路とを備え、
前記判定手段は、前記受光回路から出力される電圧が所定の電圧しきい値を下回るときに、前記投受光素子の光放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項３】
請求項１記載の反射型光センサにおいて、
さらに、前記投受光素子に一定の電圧を供給する投光回路と、
前記投受光素子の出力電流を検出する受光回路とを備え、
前記判定手段は、前記受光回路から出力される電流が所定の電流しきい値を上回るときに、前記投受光素子の光放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型光センサにおいて、
前記投受光素子は、複数設けられ、
前記判定手段は、複数の投受光素子のインピーダンス変化に基づいて投受光素子の光放射方向に物体が存在するか否かを判定すると共に、複数の投受光素子のインピーダンス変化に基づいて前記物体の向きを検出することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項５】
請求項４記載の反射型光センサにおいて、
前記複数の投受光素子の発光期間は、全ての投受光素子が同時に発光する発光期間と、他の投受光素子が発光していないときに発光する発光期間とを含むことを特徴とする反射型光センサ。
【請求項６】
電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤからなる複数の投光素子と、
この投光素子から放射された光の戻り光を受光する、前記表面発光型のＬＥＤからなる複数の受光素子と、
前記戻り光に基づいて前記投光素子の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定手段とを備え、
前記複数の投光素子は、互いに投光面の方向が異なり、
前記複数の受光素子は、互いに受光面の方向が異なり、対応する投光素子の投光面の方向と自素子の受光面の方向とが同一となるように、対応する投光素子と並べて配置されることを特徴とする反射型光センサ。
【請求項７】
請求項６記載の反射型光センサにおいて、
前記判定手段は、前記複数の受光素子のうち少なくとも１つで戻り光を受光したときに、前記投光素子の光放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とする反射型光センサ。
【請求項８】
請求項６または７記載の反射型光センサにおいて、
前記複数の投光素子と前記複数の受光素子とは、同一プロセス、同一ウエハ上で製造されたものであることを特徴とする反射型光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体からの反射光によって物体の有無を検出する反射型光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射型光センサは、物体での反射によって生じる戻り光量の変化により、物体の有無を検出する（特許文献１参照）。また、特許文献１に開示された光センサでは、２つ以上の発光チップを１個のフォトダイオード内に組み込み、一方の発光チップを発光素子として用い、他方の発光チップを受光素子として用いることで、光センサの小型化を実現していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９３４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の反射型光センサでは、受光素子としてフォトダイオードを用いているため、発光素子のスペクトルに対して受光素子の波長選択性のスペクトルが広いので、外乱光による誤判定・誤検出が生じるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、外乱光による誤判定・誤検出の可能性を低減することができる反射型光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】
【０００６】
本発明の反射型光センサは、電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤからなり、光を放射して戻り光を受光する投受光素子と、この投受光素子のインピーダンス変化に基づいて前記投受光素子の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光センサの１構成例は、さらに、前記投受光素子に一定の電流を供給する投光回路と、前記投受光素子のアノード−カソード間電圧を検出する受光回路とを備え、前記判定手段は、前記受光回路から出力される電圧が所定の電圧しきい値を下回るときに、前記投受光素子の光放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光センサの１構成例は、さらに、前記投受光素子に一定の電圧を供給する投光回路と、前記投受光素子の出力電流を検出する受光回路とを備え、前記判定手段は、前記受光回路から出力される電流が所定の電流しきい値を上回るときに、前記投受光素子の光放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光センサの１構成例において、前記投受光素子は、複数設けられ、前記判定手段は、複数の投受光素子のインピーダンス変化に基づいて投受光素子の光放射方向に物体が存在するか否かを判定すると共に、複数の投受光素子のインピーダンス変化に基づいて前記物体の向きを検出することを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光センサの１構成例において、前記複数の投受光素子の発光期間は、全ての投受光素子が同時に発光する発光期間と、他の投受光素子が発光していないときに発光する発光期間とを含む。
【０００７】
また、本発明の反射型光センサは、電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤからなる複数の投光素子と、この投光素子から放射された光の戻り光を受光する、前記表面発光型のＬＥＤからなる複数の受光素子と、前記戻り光に基づいて前記投光素子の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定手段とを備え、前記複数の投光素子は、互いに投光面の方向が異なり、前記複数の受光素子は、互いに受光面の方向が異なり、対応する投光素子の投光面の方向と自素子の受光面の方向とが同一となるように、対応する投光素子と並べて配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光センサの１構成例において、前記判定手段は、前記複数の受光素子のうち少なくとも１つで戻り光を受光したときに、前記投光素子の光放射方向に物体が存在すると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の反射型光センサの１構成例において、前記複数の投光素子と前記複数の受光素子とは、同一プロセス、同一ウエハ上で製造されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、投受光素子として電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤを用いることにより、波長選択性の高い受光特性を実現することができるので、外乱光による誤判定・誤検出の可能性を低減することができる。本発明では、１つのＬＥＤが投光素子と受光素子を兼ねているので、発光スペクトルと受光スペクトルを一致させることができ、外乱光の排除効果をより高めることができる。
【０００９】
また、本発明では、投受光素子を複数設けることにより、物体の有無だけでなく、物体の向きを検出することができる。
【００１０】
また、本発明では、投光素子と受光素子を複数組設け、これら投光素子と受光素子に電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤを用いることにより、外乱光による誤判定・誤検出の可能性を低減することができる。また、本発明では、１組の投光素子および受光素子の投光面および受光面の方向と、別の組の投光素子および受光素子の投光面および受光面の方向とが異なるようにしたので、投光面および受光面に対して物体が正対していない場合であっても、物体を検出することができる。
【００１１】
また、本発明では、複数の投光素子と複数の受光素子として、同一プロセス、同一ウエハ上で製造されたものを用いることにより、外乱光の排除効果をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る反射型光センサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る反射型光センサの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る反射型光センサの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る投受光素子の発光パターンを示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における物体の向きの検出方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る反射型光センサの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の反射型光センサは、電流狭窄構造及びダブルヘテロ構造を備えた表面発光型のＬＥＤ（Resonant-Cavity Light Emitting Diode、以下、ＲＣＬＥＤとする）からなり、光を放射して戻り光を受光する投受光素子１と、投受光素子１を駆動する投光回路２と、投受光素子１のアノード−カソード間電圧を検出して電圧信号を出力する受光回路３と、投受光素子１のインピーダンス変化に基づいて投受光素子１の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定部４と、判定部４の判定結果を表示する表示部５とを有する。
【００１４】
投光回路２は、投受光素子１に対して一定の電流を供給する。これにより、投受光素子１は、物体検知用の光を前方に放射する。投受光素子１の光放射方向に物体１０が存在すると、物体１０からの戻り光が投受光素子１に入射する。
受光回路３は、投受光素子１のアノード−カソード間電圧を検出して電圧信号を出力する。発光中の投受光素子１に物体１０からの戻り光が入射すると、投受光素子１のインピーダンスが減少し、アノード−カソード間電圧が減少する。
【００１５】
判定部４は、投受光素子１のインピーダンス変化に基づいて投受光素子１の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する。具体的には、判定部４は、受光回路３から出力される電圧が所定の電圧しきい値を下回る場合、投受光素子１の光放射方向に物体１０が存在すると判定する。投受光素子１の光放射方向に物体１０が存在しない場合、受光回路３から出力される電圧は電圧しきい値以上となる。一方、投受光素子１の光放射方向に物体１０が存在する場合、上記のとおり投受光素子１のインピーダンスが減少し、投受光素子１のアノード−カソード間電圧が減少するので、受光回路３から出力される電圧は電圧しきい値未満となる。表示部５は、判定部４の判定結果を表示する。
【００１６】
こうして、本実施の形態では、物体１０を検出することができる。上記のとおり、通常のフォトダイオードでは、発光素子のスペクトルに対してフォトダイオードの波長選択性のスペクトルが広いので、外乱光による誤判定・誤検出が生じる。これに対して、本実施の形態では、投受光素子１としてＲＣＬＥＤを用いている。ＲＣＬＥＤを用いることにより、波長選択性の高い受光特性を実現することができるので、ＲＣＬＥＤの出力光と異なる波長の外乱光を排除することができ、外乱光による誤判定・誤検出の可能性を低減することができる。
【００１７】
また、ＲＣＬＥＤはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）と同様に戻り光が活性層に再注入することによって活性層のインピーダンスに変化が生じるために、半導体レーザの自己結合効果型レーザセンサと同様に投光素子が受光素子を兼ねることができる。本実施の形態では、１つのＲＣＬＥＤが投光素子と受光素子を兼ねているので、発光スペクトルと受光スペクトルを一致させることができ、外乱光の排除効果をより高めることができる。
【００１８】
発明者は、半導体レーザを用いた自己結合型の反射型光センサを提案した（特開２０１０−７１９２６号公報）。ただし、可視光のＶＣＳＥＬは温度特性が悪く、寿命が短いため可視光のセンサを構成することは困難である。これに対して、本実施の形態では、可視光の光センサを実現することができる。また、１つのＶＣＳＥＬで投光素子と受光素子を兼ねた場合、発振波長と物体までの距離の関係でＶＣＳＥＬのインピーダンスが不安定となるため、特開２０１０−７１９２６号公報で提案したように発振波長を変調して干渉信号を得る必要がある。これに対して、本実施の形態のＲＣＬＥＤの場合は、発光スペクトルがブロードで可干渉性が低いので、戻り光干渉によるＲＣＬＥＤの不安定化は生じない。
【００１９】
なお、本実施の形態では、投受光素子１に一定の電流を供給して、投受光素子１のアノード−カソード間電圧を検出することにより、投受光素子１のインピーダンスの変化を検出しているが、これに限るものではない。
投光回路２は、投受光素子１に一定の電圧を印加してもよい。この場合、発光中の投受光素子１に物体１０からの戻り光が入射すると、投受光素子１のインピーダンスが減少し、投受光素子１の出力電流が増加する。受光回路３は、投受光素子１の電流を検出して電流信号を出力すればよい。判定部４は、受光回路３から出力される電流が所定の電流しきい値を上回る場合、投受光素子１の光放射方向に物体１０が存在すると判定し、受光回路３から出力される電流が電流しきい値以下の場合、投受光素子１の光放射方向に物体１０が存在しないと判定する。
【００２０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係る反射型光センサの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の反射型光センサは、ＲＣＬＥＤからなる投光素子１１−１，１１−２と、投光素子１１−１，１１−２と同一種類のＲＣＬＥＤからなる受光素子１２−１，１２−２と、投光素子１１−１，１１−２を駆動する投光回路１３−１，１３−２と、受光素子１２−１，１２−２の出力電流を電圧に変換して出力する受光回路１４−１，１４−２と、戻り光量に基づいて投光素子１１−１，１１−２の光放射方向に物体が存在するか否かを判定する判定部１５と、判定部１５の判定結果を表示する表示部１６とを有する。
【００２１】
本実施の形態では、複数の投光素子１１−１，１１−２と、投光素子１１−１，１１−２と同数の受光素子１２−１，１２−２とを用いるが、投光素子１１−１の投光面の方向とこれに対応する受光素子１２−１の受光面の方向とが同一で、投光素子１１−２の投光面の方向とこれに対応する受光素子１２−２の受光面の方向とが同一で、かつ素子１１−１，１２−１の投光面および受光面の方向と素子１１−２，１２−２の投光面および受光面の方向とが異なるようになっている。
【００２２】
投光回路１３−１，１３−２は、それぞれ投光素子１１−１，１１−２に対して一定の電流または一定の電圧を供給する。これにより、投光素子１１−１，１１−２は、物体検知用の光を前方に放射する。投光素子１１−１の投光面と正対する方向に物体１０が存在する場合、投光素子１１−１から放射された光が物体１０で反射されて受光素子１２−１に入射する。また、投光素子１１−２の投光面と正対する方向に物体１０が存在する場合、投光素子１１−２から放射された光が物体１０で反射されて受光素子１２−２に入射する。また、図２に示すように投光素子１１−１，１１−２の投光面と物体１０の面とが正対していない場合、投光素子１１−１から放射された光が物体１０で反射されて受光素子１２−２に入射し、投光素子１１−２から放射された光が物体１０で反射されて受光素子１２−１に入射する。
【００２３】
受光回路１４−１，１４−２は、それぞれ受光素子１２−１，１２−２の出力電流を電圧に変換して出力する。受光素子１２−１，１２−２が受光すると、受光回路１４−１，１４−２の出力電圧は上昇し、受光素子１２−１，１２−２が受光しない場合、受光回路１４−１，１４−２の出力電圧は低下する。
【００２４】
判定部１５は、受光回路１４−１と受光回路１４−２のうちどちらか一方の出力電圧が所定の電圧しきい値を超えた場合、投光素子１１−１，１１−２の光放射方向に物体１０が存在すると判定する。表示部１６は、判定部１５の判定結果を表示する。
【００２５】
なお、上記のとおり、投光素子１１−１，１１−２および受光素子１２−１，１２−２と物体１０との角度によって受光素子１２−１と受光素子１２−２の両方が受光する場合と、受光素子１２−１と受光素子１２−２のうちどちらか一方のみが受光する場合とがある。そこで、判定部１５は、全ての受光回路１４−１，１４−２の出力電圧が所定の電圧しきい値を超えた場合に、投光素子１１−１，１１−２の光放射方向に物体１０が存在すると判定するようにしてもよい。
【００２６】
以上のように、本実施の形態では、投光素子と受光素子を複数組設け、これら投光素子と受光素子にＲＣＬＥＤを用いる。ＲＣＬＥＤを用いることにより、波長選択性の高い受光特性を実現することができるので、ＲＣＬＥＤの出力光と異なる波長の外乱光を排除することができ、外乱光による誤判定・誤検出の可能性を低減することができる。また、本実施の形態では、投光素子と受光素子に同一種類のＲＣＬＥＤを用いるので、発光スペクトルと受光スペクトルを一致させることができ、外乱光の排除効果をより高めることができる。さらに、投光素子１１−１，１１−２および受光素子１２−１，１２−２に同一プロセス、同一ウエハ上で製造されたＲＣＬＥＤを用いることで、発光スペクトルと受光スペクトルの一致度をより高めることができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、１組の投光素子１１−１および受光素子１２−１の投光面および受光面の方向と、別の組の投光素子１１−２および受光素子１２−２の投光面および受光面の方向とが異なるようにしたので、投光面および受光面に対して物体１０が正対していない場合であっても、物体１０を検出することができる。
なお、本実施の形態では、投光素子と受光素子を２組設けているが、３組以上設けるようにしてもよい。
【００２８】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係る反射型光センサの構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。
本実施の形態の反射型光センサは、ＲＣＬＥＤからなる投受光素子１−１，１−２と、投受光素子１−１，１−２を駆動する投光回路２−１，２−２と、投受光素子１−１，１−２のアノード−カソード間電圧を検出して電圧信号を出力する受光回路３−１，３−２と、投受光素子１−１，１−２のインピーダンス変化に基づいて投受光素子１−１，１−２の光放射方向に物体が存在するか否かを判定すると共に、投受光素子１−１，１−２のインピーダンス変化に基づいて物体の向きを検出する判定部４ａと、判定部４ａの判定結果を表示する表示部５とを有する。
【００２９】
本実施の形態では、１つの投受光素子１−１の投受光面の方向と別の投受光素子１−２の投受光面の方向とが異なるようになっている。
投光回路２−１，２−２は、投受光素子１−１，１−２に対して一定の電流を供給する。これにより、投受光素子１−１，１−２は、物体検知用の光を前方に放射する。
受光回路３−１，３−２は、投受光素子１−１，１−２のアノード−カソード間電圧を検出して電圧信号を出力する。
【００３０】
判定部４ａは、投受光素子１−１，１−２のインピーダンス変化に基づいて投受光素子１−１，１−２の光放射方向に物体が存在するか否かを判定すると共に、物体の向きを検出する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は投受光素子１−１，１−２の発光パターンを説明する図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）の「ＯＮ」は発光を示し、「ＯＦＦ」は消灯を示している。このように、投受光素子１−１，１−２の発光期間は、全ての投受光素子が同時に発光する発光期間と、他の投受光素子が発光していないときに発光する発光期間とを含む。
【００３１】
判定部４ａは、受光回路３−１，３−２から出力される電圧のうち少なくとも一方の電圧が所定の電圧しきい値を下回る場合、投受光素子１−１，１−２の光放射方向に物体１０が存在すると判定する。
図５（Ａ）に示すように、投受光素子１−１の投受光面と正対する方向に物体１０が存在する場合、投受光素子１−１から放射された光が物体１０で反射されて投受光素子１−１に入射する。一方、投受光素子１−２には物体１０からの反射光は入射しない。したがって、判定部４ａは、投受光素子１−１，１−２が同時に発光する期間において、受光回路３−１から出力される電圧が電圧しきい値未満で、受光回路３−２から出力される電圧が電圧しきい値以上である場合、物体１０が投受光素子１−１の方を向いていると判定する。
【００３２】
図５（Ｂ）に示すように、投受光素子１−２の投受光面と正対する方向に物体１０が存在する場合、投受光素子１−２から放射された光が物体１０で反射されて投受光素子１−２に入射する。一方、投受光素子１−１には物体１０からの反射光は入射しない。したがって、判定部４ａは、投受光素子１−１，１−２が同時に発光する期間において、受光回路３−２から出力される電圧が電圧しきい値未満で、受光回路３−１から出力される電圧が電圧しきい値以上である場合、物体１０が投受光素子１−２の方を向いていると判定する。
【００３３】
図５（Ｃ）に示すように、投受光素子１−１，１−２の投受光面と物体１０の面とが正対していない場合、投受光素子１−１から放射された光が物体１０で反射されて投受光素子１−２に入射し、投受光素子１−２から放射された光が物体１０で反射されて投受光素子１−２に入射する。したがって、判定部４ａは、投受光素子１−１，１−２が同時に発光する期間において、受光回路３−１，３−２から出力される電圧が共に電圧しきい値未満である場合、物体１０が、投受光素子１−１の放射光の軸と投受光素子１−２の放射光の軸とがなす角（図５（Ｃ）のθ）を略２分する方向を向いていると判定する。
【００３４】
こうして、本実施の形態では、物体１０の有無だけでなく、物体１０の向きを検出することができる。
なお、第１の実施の形態で説明したとおり、投光回路２−１，２−２は、投受光素子１−１，１−２に一定の電圧を印加してもよい。この場合、第１の実施の形態で説明したとおり、受光回路３−１，３−２から出力される電流と所定の電流しきい値とを比較して、物体１０の有無を検出すればよい。
【００３５】
第１〜第３の実施の形態において、投受光素子１，１−１，１−２、投光素子１１−１，１１−２を連続的に発光させてもよいし、パルス発光させてもよい。
【００３６】
第１〜第３の実施の形態の判定部４，４ａ，１５は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、反射型光センサに適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１，１−１，１−２…投受光素子、２，２−１，２−２，１３−１，１３−２…投光回路、３，３−１，３−２，１４−１，１４−２…受光回路、４，４ａ，１５…判定部、５，１６…表示部、１１−１，１１−２…投光素子、１２−１，１２−２…受光素子。
【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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