(57)【要約】  外乱ノイズを区別し、それぞれの外乱ノイズの状態に応じて適正な検出結果を出力する。光検出装置（１０１）における信号処理回路（１１）は、検出期間における、同期検出期間以外の非同期検出期間で、受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったと判定されたとき、および、受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったと判定されたときの少なくともいずれか一方に、前記発光駆動タイミングに同期しない受光信号の存在を検出する信号処理回路（１１）における非同期検出部（１１２，１１３）を有している。また、信号処理回路（１１）は、非同期検出部（１１２，１１３）によって発光駆動タイミングに同期しない受光信号の存在が検出されると、同期検出部による受光信号の有無の検出結果を次の検出期間に保持する。
2016157582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を発生する発光素子と、
前記パルス光による被検出物からの反射光または透過光を受光することで受光信号を出力する受光素子と、
検出期間における、前記発光素子の発光駆動タイミングにより規定される同期検出期間で、発光駆動タイミングに同期した前記受光信号の有無を検出することにより前記パルス光の有無を検出する同期検出部と、
前記受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったことを判定する第１判定部と、
前記受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったことを判定する第２判定部と、
前記検出期間における、前記同期検出期間以外の非同期検出期間で、前記受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったと判定されたとき、および、前記受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったと判定されたときの少なくともいずれか一方に、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在を検出する非同期検出部と、
前記非同期検出部によって前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在が検出されると、前記同期検出部による前記受光信号の有無の検出結果を次の検出期間に保持する検出結果保持部とを備えていることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記非同期検出部は、前記非同期検出期間において、前記受光信号の値が、所定の第１閾値を上回ったとき、または、所定の第２閾値を下回ったときに、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在を検出することを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記非同期検出部は、前記非同期検出期間において、前記受光信号の値が、少なくとも１回ずつ、所定の第１閾値を上回ると共に所定の第２閾値を下回ったときに、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在を検出することを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記検出結果保持部は、前記非同期検出部によって、複数の連続した前記検出期間にわたる前記非同期検出期間において、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在が検出されたときに、次の検出期間に前記受光信号の無い状態を前記検出結果として出力することを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置およびそれを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、スマートフォン、タブレット型情報端末、デジタルカメラ等の電子機器は、液晶ディスプレイ等の表示画面を備えている。このような電子機器においては、機器本体への人体の近接程度を検出して種々の制御が行われている。また、これらの電子機器の表示画面は、タッチパネルとしての情報入力機能も兼ねている。【０００３】
このため、通話の開始や電子機器のポケット等への収納といったユーザの動作の際に何らかの物体がタッチパネルに近接しても電子機器が誤って動作しないように、タッチパネルの機能をオフすることが必要となる場面がある。また、デジタルカメラでは、ユーザが表示画面からファインダーに目線を移す際に自動的に表示画面の明るさを低下させるといった制御が行われる。【０００４】
このような用途に向け、小型かつ安価な光学式の光検出装置（物体検出センサー）が用いられている。当該光検出装置は、自らが発して被検出物から反射したパルス光を検出することで被検出物の近接程度を判定する、ここで、光検出装置の分野では、このような目的に使用する光検出装置は、一般的に近接センサーと呼ばれている。【０００５】
また、複写機やプリンター等の事務用電子機器においても、各種可動機構部の回転や原点および終点を検出するため、あるいは特定箇所での用紙の有無を検知するために、上記近接センサーと同様の原理で動作する光検出装置が用いられる。具体的には、光検出装置は、自ら発した光の、被検出物からの反射光、あるいは被検出物の透過部分を透過した透過光の有無を検出または判定する。電子機器においては、光検出装置の検出結果に基づいて、各所の制御が行われている。ここで、光検出装置の分野では、このような目的に使用する光検出装置は、一般的にフォトインタラプタと呼ばれている。【０００６】
ここで、本発明が対象とするのは、上記光検出装置のなかでも特に、自らパルス発光し被検出物から反射した当該パルス光を検出することで被検出物の有無を検出または判定する光検出装置、および、発光素子と受光素子との間の透過光により被検出物の有無または被検出物の厚さを検出もしくは判定する光検出装置である。【０００７】
パルス光を信号として利用することにより、信号光がＤＣ光である場合と比べ、太陽光や、白熱灯、インバータ蛍光灯等の照明器具や、ＰＷＭ変調された白色ＬＥＤ光など、あらゆる環境下における外乱光ノイズに対し、耐性が高い設計を行う自由度が得られることは当業者にとって自明である。また、発光素子をパルス駆動することにより、発光素子をＤＣ駆動する場合に比べて、消費電力量が削減できることも当業者にとって自明である。【０００８】
また、上記の光検出装置が、複写機、パソコン等のように、家庭用の交流電源に接続される電子機器や、ノイズ発生源となるモーター等を内蔵する電子機器に搭載される場合、電源ラインに重畳する高周波ノイズによる光検出装置の誤動作耐性を高くすることが要求される。【０００９】
続いて、一般的なパルス発光型の光検出装置について説明する。当該光検出装置は、発光素子、受光素子および回路素子で構成される。回路素子は、発光素子駆動回路、ＩＶ変換回路（電流電圧変換回路）、増幅回路、コンパレータ回路、信号処理回路、タイミング生成回路等で構成される。一般的には、コスト削減のため、上記のうち発光素子以外の受光素子および回路素子は１つの半導体基板上に集積化されることが多い。【００１０】
図８に一般的な光検出装置５０１の構成例を示す。【００１１】
図８に示すように、光検出装置５０１において、上記の増幅回路は、電源ラインに重畳する高周波ノイズ等による誤動作耐性を向上させるために、一般的には差動増幅回路５１が用いられることが多い。差動増幅回路５１の正入力端子には、受光アンプ回路５４の出力端子が第１ハイパスフィルタ回路５５を介して接続されている。受光アンプ回路５４は、フォトダイオード等の受光素子５２と、受光素子５２が入力端子に接続されたＩＶ変換回路５３とからなる。差動増幅回路５１の負入力端子には、ダミーアンプ回路５９の出力端子が第２ハイパスフィルタ回路６０を介して接続されている。ダミーアンプ回路５９は、受光面をメタル層等で遮光されたダミー受光素子５７と、ダミー受光素子５７が入力端子に接続されたＩＶ変換回路５８（ＩＶ変換回路５３と同一構成）とからなる。【００１２】
差動増幅回路５１では、正入力端子および負入力端子にそれぞれ入力される電圧の差電圧（＝受光アンプ出力電圧−ダミーアンプ出力電圧）が増幅される。このような差動構成とすることにより、電源ライン等から、受光アンプ回路５４およびダミーアンプ回路５９のそれぞれの信号ラインに同相で重畳する高周波ノイズ等は同相除去される。このため、電源ラインノイズの重畳等による光検出装置５０１の誤動作が抑制される。さらに、このような差動構成としても、ダミー受光素子５７の受光面には反射光または透過光が入射しないため、通常のパルス信号が低減することは無い。特許文献１に開示されている光検出装置においても、このような差動構成が採用されている。【００１３】
上記のように構成される光検出装置５０１は、次のように動作する。まず、発光素子駆動回路６１によってＬＥＤ等の発光素子６２を発光素子駆動パルス（Ａ）に基づいてパルス発光させると、発光素子６２からの光が被検出物６３で反射された反射光（Ｂ）を受光素子５２で受光する。あるいは、発光素子６２から受光素子５２へ向けて光が出射される構成では、発光素子６２からの被検出物６３を透過した光を受光素子５２で受光する。【００１４】
受光素子５２から出力される電流パルス信号は、ＩＶ変換回路５３（電流電圧変換回路）によって電圧パルス信号に変換される（受光アンプ出力（Ｃ））。当該電圧パルス信号と、ダミーアンプ回路５９からのダミーアンプ出力（Ｄ）とが、差動増幅回路５１で差動増幅される（差動増幅回路出力（Ｅ））。コンパレータ回路６４において、差動増幅回路出力（Ｅ）が所定の閾値電圧（Ｆ）と比較される。差動増幅回路出力（Ｅ）の振幅値が閾値電圧（Ｆ）を上回る場合、コンパレータ回路６４はデジタルのパルス信号（コンパレータ出力（Ｇ））を信号処理回路６５に出力する。信号処理回路６５は、図９に示すように、同期検出用の構成として、ＡＮＤ回路６５ａおよびＳＲラッチ回路６５ｂを有するとともに、非同期検出用の構成として、ＡＮＤ回路６５ｃおよびＳＲラッチ回路６５ｄを有している。【００１５】
信号処理回路６５において、ＡＮＤ回路６５ａおよびＳＲラッチ回路６５ｂによって、上記のコンパレータ回路６４の出力信号が発光素子駆動パルス（Ａ）（同期検出ゲート信号（Ｈ））のタイミングと一致しているか否かが検出される（同期光検出）。この検出結果に応じて被検出物６３の有無等が判定される。また、高い外乱光ノイズ耐性や高い電源ラインノイズ耐性が必要な場合は、信号処理回路６５において、ＡＮＤ回路６５ｃおよびＳＲラッチ回路６５ｄによって、発光素子駆動パルス（Ａ）以外のタイミングでコンパレータ出力（Ｇ）が出力されているか否かが検出される（非同期光検出）。非同期検出ゲート信号（Ｉ）は、発光素子駆動パルス（Ａ）以外のタイミングで出力される。同期光検出結果と非同期光検出結果との組合せにより、被検出物の有無等が判定される場合もある。【００１６】
信号処理回路６５での判定結果は、出力回路６６を経て外部出力端子に検出または非検出の判定結果が出力される。【００１７】
タイミング生成回路６７は、論理回路により構成されており、発振回路６８の出力信号（クロック信号（Ｐ））に基づいて各種のタイミング信号を生成する。具体的には、タイミング生成回路６７は、測定周期（発光、検出、出力等の周期）、発光素子駆動パルス（Ａ）、同期または非同期の検出のための発光パルスに同期または非同期したゲート信号（同期検出ゲート信号（Ｈ）または非同期検出ゲート信号（Ｉ））および各回路素子を初期化するためのリセット信号（Ｌ）等を生成する。【００１８】
図１０に従来の反射光検出型の光検出装置５０１の動作波形の具体例を示す。図１０は、測定期間３周期分の波形を示しており、左側の２周期分までは被検出物６３が有る場合の各波形を示し、右側の１周期は被検出物６３が無い場合での各波形を示している。【００１９】
発振回路６８から出力されるクロック信号（Ｐ）は、本例では１６分割された１周期中に出力信号が８回ずつハイとローとを規則的に繰り返す。例えば、１つのパルス幅を１０μｓｅｃとした場合、１周期は１６０μｓｅｃになる。【００２０】
発光素子６２は、１周期につき少なくとも１回、発光素子駆動パルス（Ａ）によってパルス駆動され、被検出物６３が有る場合は、被検出物６３からの反射光（Ｂ）が受光素子５２で受光される。受光素子５２からの出力パルス電流信号がＩＶ変換回路５３に入力される結果、受光アンプ回路５４から正の電圧パルス信号が出力される（受光アンプ出力（Ｃ））。このとき、ダミー受光素子５７の受光面は遮光されているため、ダミーアンプ回路５９の出力には電圧パルス信号が発生しない（ダミーアンプ出力（Ｄ））。【００２１】
受光アンプ出力（Ｃ）とダミーアンプ出力（Ｄ）とは、それぞれ、第１ハイパスフィルタ回路５５と第２ハイパスフィルタ回路６０とを介して差動増幅回路５１に入力され、受光アンプ出力（Ｃ）とダミーアンプ出力（Ｄ）との差電圧が差動増幅回路５１により増幅される（差動増幅回路出力（Ｅ））。ここで、受光アンプ回路５４の出力ラインとダミーアンプ回路５９の出力ラインとに、電源ラインノイズ等の同相ノイズが重畳している場合は、差動増幅回路５１にて同相除去される。差動増幅回路５１の出力信号（差動増幅回路出力（Ｅ））は、コンパレータ回路６４で閾値電圧（Ｆ）と比較され、当該閾値電圧（Ｆ）を上回る場合、コンパレータ回路６４からパルス信号が出力される（コンパレータ出力（Ｇ））。【００２２】
さらに、信号処理回路６５において、コンパレータ出力（Ｅ）が、発光パルスのタイミング（同期検出ゲート信号（Ｈ））と一致しているか否かが判定され、一致している場合は、被検出物有りと判定され、判定結果が出力される。信号処理回路６５は、ＡＮＤ回路６５ａの２つの入力端子に、それぞれ、コンパレータ出力（Ｇ）と、発光パルスに同期した同期検出ゲート信号（Ｈ）とが入力される。ＳＲラッチ回路６５ｂのＳ入力端子ＳＥＴにはＡＮＤ回路６５ａの出力端子が接続され、Ｒ入力端子ＲＥＳＥＴにはリセット信号（Ｌ）が入力される。【００２３】
同期検出ラッチ出力（Ｊ）は、コンパレータ出力（Ｇ）が、発光パルスのタイミングと一致する場合、すなわち、図１０において、コンパレータ出力（Ｇ）と同期検出ゲート信号（Ｈ）とがともにハイレベルとなる場合のみハイレベルに反転し、リセットパルス信号（Ｌ）の入力により、測定周期毎にローレベルに初期化される。このようにして、各周期で被検出物６３の有無が判定される。信号処理回路６５において、上記の同期検出ラッチ出力（Ｊ）に基づいて、任意のタイミング（例えば、図１０の下向き矢印）で被検出物有無の判定が行われる。具体的には、同期検出ラッチ出力（Ｊ）がハイレベルの場合は「被検出物有り」と判定されて、検出出力（Ｍ）がハイレベルに設定される一方、同期検出ラッチ出力（Ｊ）がローレベルの場合は、「被検出物無し」と判定されて検出出力（Ｍ）がローレベルに設定される。【００２４】
なお、上記の場合とは逆に、検出出力（Ｍ）がローレベルに設定されるとき「被検出物有り」と判定する一方、検出出力（Ｍ）がハイレベルに設定されるとき「被検出物無し」と判定されてもよい。【００２５】
また、本例では、検知精度を高めるために非同期光検知が行われる場合を示している。同期光を検知して被検出物有りと判定された場合でも、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の出力期間中にコンパレータ出力（Ｇ）としてパルス信号が出力された場合、非同期光を検出したことになる。この場合、最終判定としては被検出物無し（強制非検出）とするか、判定しない（前状態保持）との判定結果が出力される。また、非同期光の検知も、同期光検出と同様に、信号処理回路６５のＡＮＤ回路６５ｃおよびＳＲラッチ回路６５ｄにより、コンパレータ出力（Ｇ）が非同期検出ラッチ出力（Ｋ）として保持される。したがって、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の出力期間内でコンパレータ出力（Ｇ）のパルス信号を１回でも検知した場合、非同期光有りと判定する。【００２６】
本例では、１周期毎に出力判定した場合を示したが、誤動作防止のために、複数回連続して同じ判定が得られた場合、最終的な被検出物６３物体の有無検知判定行うことで、検知精度を向上させることができる。【００２７】
また、外乱光下での検知精度を向上する従来技術として、例えば特許文献２には、受光素子にて検知されたパルス光のパルス幅が、発光素子から照射されるパルス幅に一致するか（同期するか）否かをパルス幅検知回路によって判定する物体検出回路が開示されている。【００２８】
さらに、特許文献３には、検知対象でない物体からの微小な反射光と外乱光とが共に存在し、その和が受光素子へ入力された場合の誤動作の可能性に対して、誤検知を減らすことができる技術が開示されている。特許文献３には、外乱光による誤動作防止の手段として下記（１）〜（３）が記載されている。
（１）非同期の外乱光を検知した場合、同期光の判定レベルを高くすることで、非同期の外乱光による誤動作を防止する。
（２）非同期の外乱光レベルを計測し、計測値に応じて同期光の判定レベルを高くすることで、非同期の外乱光による誤動作を防止する。
（３）同期光検知においてパルスが複数検知された場合に外乱光による誤動作が生じていると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２０１３−１５６０８５号（２０１３年８月１５日公開）」
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開２００８−２６７８８４号（２００８年１１月６日公開）」
【特許文献３】日本国特許公報「特許５５３５８２５号（２０１４年５月９日発行）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
上記に記載の通り、パルス変調型光検出装置は、同期光を検出しても非同期光を検出した場合は被検出物無し（強制非検出）とするか、判定しない（前状態保持）とする。これにより、外乱光による誤動作を防止している。【００３１】
外乱光としては、ＤＣ光のほか、インバータ蛍光灯のようなＡＣ光ノイズが存在する。このようなＤＣ光やＡＣ光ノイズが測定周期期間内で変化することもあり、さらに、外乱光ノイズだけでなく、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge）印加等の電気的ノイズが単発で入力された場合でも誤動作を起こさないことが求められる。理想的なパルス変調型光検出装置としては、インバータ蛍光灯のような連続して入射されるＡＣ光ノイズを検知した場合は、「被検出物有り」と固定的に出力される誤動作を防ぐために、検出出力を強制的に非検出とするのが望ましい。また、ＤＣ光およびインバータ蛍光灯のようなＡＣ光ノイズ以外の比較的短期間に入射される外乱ノイズ（ＤＣ光の測定周期期間内での変化、およびＥＳＤ印加等の電気的単発ノイズ等）に対しては、検出出力を前回検出した状態に保持することが望ましい。しかし、上記従来技術では、上記のような外乱ノイズのすべてに対して誤動作を防ぐことは困難である。【００３２】
図１１に、反射光検出型光検出器の外乱光入射時の波形具体例として、ＤＣ光が測定周期期間内で増加した場合を示す。図１１は、第２周期においてのみＤＣ光が増加した場合の例を示している。図１１の説明において、図１０について説明した同一部分に関しては説明を省略する。なお、ＤＣ光の短時間での変化として、ＤＣ光がパルス変調型光検出装置に入射されている状態で、例えば人が横切ることによってＤＣ光が遮られる、または、ＤＣ光が入射されるような場合で、ＤＣ光強度が線形的に減少または増加するような場合が考えられる。【００３３】
図１１は、測定期間３周期分の波形を示しており、３周期とも被検出物有りの場合での波形を示している。３周期（検出期間）とも被検出物６３が存在している状態であるため、第１周期で検出出力（Ｍ）がハイレベル（検知）となり、第１周期以降も検出状態が継続となる判定結果が望まれる。しかし、第２周期では、ＤＣ光が線形的に増加しているため、非同期光検知期間で差動増幅回路出力（Ｅ）が閾値電圧（Ｆ）を上回ると、非同期光検知期間でコンパレータ出力（Ｇ）としてパルス信号が出力される。【００３４】
信号処理回路６５のＡＮＤ回路６５ｃおよびＳＲラッチ回路６５ｄにより、コンパレータ出力（Ｇ）の論理レベルが、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているか否かが判定される。本例の場合、パルス信号の論理レベルが非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているため、非同期検出ラッチ出力（Ｋ）がハイレベルに反転する結果、非同期光が検出される。したがって、同期検出ラッチ出力（Ｊ）に基づいて被検出物有りと判定した場合でも、検出出力（Ｍ）として強制的に非検出の判定結果が出力される。【００３５】
従来技術では、非同期光検知期間内でコンパレータ出力（Ｇ）が出力されると、検出出力（Ｍ）の最終判定としては被検出物無し（強制非検出）とするか、判定しない（前検出状態保持）との判定結果が出力される。上記の具体例では、被検出物無し（強制非検出）の場合を示した。非同期光検出で被検出物無し（強制非検出）とする場合、インバータ蛍光灯のような連続して入射されるＡＣ光下での誤動作を防止することは可能である。しかし、この場合、上記ＡＣ光以外の外乱ノイズ入力時で検出出力を保持したくても、被検出物無し（強制非検出）の検出結果を出力してしまう。一方、非同期光検知期間で判定しない（前検出状態保持）とする場合、連続して入射されるＡＣ光下で「被検出物有り」の検出出力（Ｍ）が固定される誤動作が発生し得る。【００３６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、インバータ蛍光灯のようなＡＣ光ノイズとそれ以外の外乱ノイズとを区別し、それぞれの外乱ノイズの状態に応じて適正な検出結果を出力する光検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光検出装置は、パルス光を発生する発光素子と、前記パルス光による被検出物からの反射光または透過光を受光することで受光信号を出力する受光素子と、検出期間における、前記発光素子の発光駆動タイミングにより規定される同期検出期間で、発光駆動タイミングに同期した前記受光信号の有無を検出することにより前記パルス光の有無を検出する同期検出部と、前記受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったことを判定する第１判定部と、前記受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったことを判定する第２判定部と、前記検出期間における、前記同期検出期間以外の非同期検出期間で、前記受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったと判定されたとき、および、前記受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったと判定されたときの少なくともいずれか一方に、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在を検出する非同期検出部と、前記非同期検出部によって前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在が検出されると、前記同期検出部による前記受光信号の有無の検出結果を次の検出期間に保持する検出結果保持部とを備えている。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の一態様によれば、インバータ蛍光灯のようなＡＣ光ノイズとそれ以外の外乱ノイズとを区別し、外乱ノイズの状態に応じて適正な検出結果を出力するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記光検出装置における信号処理回路の構成を示す論理回路図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る増加する外乱ノイズ入力時の光検出装置の動作波形を示す波形図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る減少する外乱ノイズ入力時の光検出装置の動作波形を示す波形図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る短期間で変動する外乱ノイズ入力時の光検出装置の動作波形を示す波形図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る長期間で変動する外乱ノイズ入力時の光検出装置の動作波形を示す波形図である。
【図７】本発明の実施形態５に係るスマートフォンの構成を示す平面図である。
【図８】従来の光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の光検出装置における信号処理回路の構成を示す論理回路図である。
【図１０】図８の光検出装置の通常動作時の動作波形を示す波形図である。
【図１１】図８の光検出装置の外乱ノイズ入力時の動作波形を示す波形図である。
【図１２】（ａ）は実施形態４に係る光検出装置における信号処理回路の信号処理ロジックを実現する具体的な構成を示す論理回路図であり、（ｂ）は当該構成における組合せ回路の動作を示す真理値表である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１および図２を用いて説明すれば以下の通りである。
【００４１】
図１は、本発明の実施形態１に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【００４２】
〈光検出装置１０１の構成〉
図１に示すように、光検出装置１０１は、受光アンプ回路２、ダミーアンプ回路３、第１ハイパスフィルタ回路４、第２ハイパスフィルタ回路５、第１差動増幅回路７、第２差動増幅回路８、第１コンパレータ回路９、第２コンパレータ回路１０、信号処理回路１１、出力回路１２、タイミング生成回路１３、発振回路１４、発光素子駆動回路１５および発光素子１６を備えている。
【００４３】
受光アンプ回路２は、フォトダイオード等からなる受光素子２１と、ＩＶ変換回路２２とを有している。また、ダミーアンプ回路３は、ダミー受光素子３１と、ＩＶ変換回路３２とを有している。発光素子１６は被検出物１に対してパルス光を照射し、受光素子２１は被検出物１から反射された反射光（Ｂ）を受けて電流パルス信号を出力する。ダミー受光素子３１は、受光面がメタル配線等で遮光されている。ＩＶ変換回路２２，３２は、それぞれ受光素子２１の光電流と、ダミー受光素子３１の光電流とを電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ等の回路であり、同一の回路構成を有している。
【００４４】
なお、本実施形態では、被検出物１に照射した光の被検出物１からの反射光に基づいて被検出物１の有無を検出する光検出装置１０１について説明する。ただし、光検出装置１０１は、このような形態に限定されず、発光素子１６からの光が被検出物１に対して透過した光の受光素子２１における受光の有無によって被検出物１の有無を検知するような構成であってもよい。
【００４５】
光検出装置１０１は、発光素子１６が、発光素子駆動回路１５によってパルス駆動されることで発したパルス光の被検出物１に対する反射光を受光素子２１で受けることによって生じる電流パルス信号の有無に基づいて被検出物１の有無を検出する。このため、受光アンプ回路２の出力端子が、第１ハイパスフィルタ回路４を介して第１差動増幅回路７の正入力端子および第２差動増幅回路８の負入力端子に接続され、ダミーアンプ回路３の出力端子が、第２ハイパスフィルタ回路５を介して第１差動増幅回路７の負入力端子および第２差動増幅回路８の正入力端子に接続されている。また、第１差動増幅回路７の出力端子が第１コンパレータ回路９の正入力端子に接続され、第２差動増幅回路８の出力端子が第２コンパレータ回路１０の正入力端子に接続されている。第１コンパレータ回路９の負入力端子には閾値電圧（Ｆ）（第１閾値）が入力される一方、第２コンパレータ回路１０の負入力端子には閾値電圧（Ｆ−）（第２閾値）が入力される。信号処理回路１１は、タイミング生成回路１３で生成されたゲート信号を用いて信号処理を行うことにより、被検出物１の有無を判定する。
【００４６】
〈受光素子２１およびダミー受光素子３１〉
受光アンプ回路２およびダミーアンプ回路３のインピーダンスを合わせるため、上記の受光素子２１およびダミー受光素子３１は、ダミー受光素子３１が遮光されることを除いて、同一の構造かつ同一の面積となるように設けられる。また、ダミー受光素子３１の代わりに容量素子を設ける場合もある。この場合は、受光アンプ回路２およびダミーアンプ回路３のインピーダンスを合わせるため、容量素子の容量値が受光素子２１の寄生容量値と同等程度になるように設定される。
【００４７】
〈第１ハイパスフィルタ回路４および第２ハイパスフィルタ回路５〉
第１ハイパスフィルタ回路４と第２ハイパスフィルタ回路５とは同一に構成される。第１差動増幅回路７および第２差動増幅回路８を用いた差動構成を採用するため、太陽光や白熱等などのＤＣ光の外乱光ノイズが受光素子２１に入射すると、受光アンプ回路２側だけにＤＣ電流が流れ、ＩＶ変換回路２２の出力端子に現れるＤＣ電圧が上昇する。このため、受光アンプ回路２の出力バイアス電圧（ＤＣ電圧）とダミーアンプ回路３の出力バイアス電圧（ＤＣ電圧）との差が顕著に現れる。
【００４８】
そこで、受光アンプ回路２の出力端子は、第１ハイパスフィルタ回路４を介して第１差動増幅回路７にＡＣ接続されるとともに、ダミーアンプ回路３の出力端子は、第２ハイパスフィルタ回路５を介して第２差動増幅回路８にＡＣ接続される。また、ＤＣ光キャンセルを高精度に実現するために、ＤＣ光キャンセル機能付きＩＶ変換回路２２，３２が使用される場合もある。
【００４９】
〈第１差動増幅回路７および第２差動増幅回路８〉
第１差動増幅回路７は、受光アンプ回路２の出力（受光アンプ出力（Ｃ））がダミーアンプ回路３の出力（ダミーアンプ出力（Ｄ））に対して正側の値であるとき、正の差電圧を増幅する（第１差動増幅回路出力（Ｅ）：受光信号）。第２差動増幅回路８は、受光アンプ出力（Ｃ）がダミーアンプ出力（Ｄ）に対して負側の値であるとき、負の差電圧を増幅する（第２差動増幅回路出力（Ｅ−）：受光信号）。
【００５０】
〈第１コンパレータ回路９および第２コンパレータ回路１０〉
第１コンパレータ回路９（第１判定部）は、第１差動増幅回路出力（Ｅ）を所定の閾値電圧（Ｆ）と比較し、比較結果を２値の信号として出力する（第１コンパレータ出力（Ｇ））。第２コンパレータ回路１０（第２判定部）は、第２差動増幅回路出力（Ｅ−）を所定の閾値電圧（Ｆ−）と比較し、比較結果を２値の信号として出力する（第２コンパレータ出力（Ｇ−））。
【００５１】
〈発光素子駆動回路１５〉
発光素子駆動回路１５は、タイミング生成回路１３から供給されるパルス信号に基づいて、発光素子１６をパルス発光駆動するための駆動信号（発光素子駆動パルス（Ａ））を生成する。発光素子駆動パルス（Ａ）は、所定の発光駆動タイミングを有している（図３参照）。
【００５２】
〈タイミング生成回路１３および発振回路１４〉
発振回路１４は、タイミング生成回路１３で用いられるクロック信号（Ｐ）を生成する回路である。
【００５３】
タイミング生成回路１３は、論理回路により構成されており、発振回路１４の出力（クロック（Ｐ））に基づいて各種のタイミング信号を生成する。具体的には、タイミング生成回路１３は、測定周期（発光、検出、出力等の周期）や、発光素子駆動回路１５に与える上記のパルス信号や、各回路素子を初期化するためのリセット信号（Ｌ）等を生成する。また、タイミング生成回路１３は、同期または非同期の検出のための発光パルスに同期または非同期したゲート信号（同期検出ゲート信号（Ｈ）または非同期検出ゲート信号（Ｉ））を生成する。同期検出ゲート信号（Ｈ）は、発光素子１６の発光タイミングと同期したパルス信号である。非同期検出ゲート信号（Ｉ）は、同期検出ゲート信号（Ｈ）が出力される以外の期間に出力されるパルス信号である。同期検出ゲート信号（Ｈ）のパルス幅は、パルス光を検出する同期光検知期間（同期検出期間）を規定し、非同期検出ゲート信号（Ｉ）のパルス幅は、パルス光以外の外乱光を検出する非同期光検知期間（非同期検出期間）を同期検出期間以外で規定する。
【００５４】
〈信号処理回路１１〉
図２の（ａ）〜（ｃ）は、光検出装置１０１における信号処理回路１１の構成を示す論理回路図である。
【００５５】
図２の（ａ）に示すように、信号処理回路１１は、同期検出用の同期検出部１１１としてＡＮＤ回路１１ａおよびＳＲラッチ回路１１ｂを有している。ＡＮＤ回路１１ａの一方の入力端子には第１コンパレータ回路９の出力（第１コンパレータ出力（Ｇ））が入力され、ＡＮＤ回路１１ａの他方の入力端子には上記の同期検出ゲート信号（Ｈ）が入力される。
【００５６】
ＳＲラッチ回路１１ｂのＳ入力端子ＳＥＴにはＡＮＤ回路１１ａの出力端子が接続され、Ｒ入力端子ＲＥＳＥＴには上記のリセット信号（Ｌ）が入力される。ＳＲラッチ回路１１ｂの出力端子Ｑからは、同期検出ラッチ出力（Ｊ）が出力される。
【００５７】
また、信号処理回路１１は、正側の非同期検出部１１２として、ＡＮＤ回路１１ｃおよびＳＲラッチ回路１１ｄを有するとともに、負側の非同期検出部１１３として、ＡＮＤ回路１１ｅおよびＳＲラッチ回路１１ｆを有している。ＡＮＤ回路１１ｃには、第１コンパレータ出力（Ｇ）および上記の非同期検出ゲート信号（Ｉ）が入力される。ＡＮＤ回路１１ｅには、第２コンパレータ出力（Ｇ−）および上記の非同期検出ゲート信号（Ｉ）が入力される。ＡＮＤ回路１１ｃとＳＲラッチ回路１１ｄとの接続構成、および、ＡＮＤ回路１１ｅとＳＲラッチ回路１１ｆとの接続構成は、ＡＮＤ回路１１ａとＳＲラッチ回路１１ｂとの接続構成と同様であるので、ここではその説明を省略する。上記ＳＲラッチ回路１１ｄの出力端子Ｑからは、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）が出力され、ＳＲラッチ回路１１ｆの出力端子Ｑからは、−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）が出力される。
【００５８】
〈光検出装置１０１の動作〉
上記のように構成される光検出装置１０１は、次のように動作する。
【００５９】
ここでは、後述する実施形態２で参照する図３（第１周期）を援用して光検出装置１０１の動作を説明する。図３における第１周期は、被検出物１が有る状態の波形を示している。
【００６０】
図３に示すように、まず、発光素子１６は、発光素子駆動回路１５によって発光素子駆動パルス（Ａ）に基づいてパルス駆動されることにより、パルス光を出射する。発光素子１６から発されたパルス光が被検出物１に反射した反射光（Ｂ）が受光素子２１の受光面に到達すると、受光素子２１が電流パルス信号を生成する。ＩＶ変換回路２２は、この電流パルス信号を電圧パルス信号に変換する。これにより、受光アンプ回路２から、受光アンプ出力（Ｃ）が出力される。受光アンプ出力（Ｃ）は、第１ハイパスフィルタ回路４を経て第１差動増幅回路７に入力される。
【００６１】
一方、ダミー受光素子３１は、遮光されているため、発光素子１６のように電流パルス信号を出力しない。このため、ダミーアンプ回路３の出力（ダミーアンプ出力（Ｄ））は０レベルとなる。ダミーアンプ出力（Ｄ）は、第２ハイパスフィルタ回路５を経て第１差動増幅回路７に入力される。
【００６２】
受光アンプ出力（Ｃ）がダミーアンプ出力（Ｄ）に対して正側の値であるので、第１差動増幅回路７は、受光アンプ出力（Ｃ）とダミーアンプ出力（Ｄ）との差電圧（（Ｃ）−（Ｄ））（正の値）を増幅して、電圧パルス信号（第１差動増幅回路出力（Ｅ））として出力する。受光アンプ出力（Ｃ）がダミーアンプ出力（Ｄ）に対して正側の値であるので、第２差動増幅回路８は、受光アンプ出力（Ｃ）とダミーアンプ出力（Ｄ）との差電圧（（Ｄ）−（Ｃ））（負の値）を増幅して、電圧パルス信号（第２差動増幅回路出力（Ｅ−））として出力する。
【００６３】
このように、受光アンプ出力（Ｃ）およびダミーアンプ出力（Ｄ）を差動増幅することにより、電源ライン等から、受光アンプ回路２およびダミーアンプ回路３のそれぞれの信号ラインに同相で重畳する高周波ノイズ等は相殺されることによって除去される。それゆえ、電源ラインノイズの重畳等による光検出装置１０１の誤動作が抑制される。さらに、このような差動構成としても、ダミー受光素子３１の受光面には反射光が入射しないため、通常のパルス信号が低減することは無い。
【００６４】
第１コンパレータ回路９は、第１差動増幅回路出力（Ｅ）を閾値電圧（Ｆ）と比較し、第１差動増幅回路出力（Ｅ）が閾値電圧（Ｆ）を上回るので、パルス信号（第１コンパレータ出力（Ｇ））を出力する。第２コンパレータ回路１０は、第２差動増幅回路出力（Ｅ−）を閾値電圧（Ｆ−）と比較し、第２差動増幅回路出力（Ｅ−）が閾値電圧（Ｆ−）を上回らないので、パルス信号を出力しない（第２コンパレータ出力（Ｇ−））。
【００６５】
図２の（ａ）に示すように、信号処理回路１１において、ＡＮＤ回路１１ａは、同期検出ゲート信号（Ｈ）に同期した第１コンパレータ出力（Ｇ）が入力されると、出力をハイレベル（Ｈレベル）に変化させる。これにより、ＳＲラッチ回路１１ｂは、リセット信号（Ｌ）によってリセットされるまで、ハイレベルの同期検出ラッチ出力（Ｊ）を出力する（同期光検出）。また、信号処理回路１１において、同期検出ラッチ出力（Ｊ）に基づいて、任意のタイミング（例えば、図３の下向き矢印）で被検出物有無の判定が行われる。具体的には、同期検出ラッチ出力（Ｊ）がハイレベルである場合は「被検出物有り」と判定されることで、検出出力（Ｍ）がハイレベルに設定されて、この値が保持される。一方、同期検出ラッチ出力（Ｊ）がローレベル（Ｌレベル）である場合は、「被検出物無し」と判定されることで、検出出力（Ｍ）がローレベルに設定されて、この値が保持される。
【００６６】
なお、上記の動作例では、検出出力（Ｍ）がハイレベルであるときに「被検出物有り」と判定し、検出出力（Ｍ）がローレベルであるときに「被検出物無し」と判定するように設定されている。勿論、この例とは逆に、検出出力（Ｍ）がローレベルであるときに「被検出物有り」と判定し、検出出力（Ｍ）がハイレベルであるときに「被検出物無し」と判定するように設定されていてもよい。
【００６７】
このようにして、被検出物１が存在している場合、反射光（Ｂ）の受光結果に基づいて「被検出物有り」と判定される。被検出物１が存在していない場合は、受光アンプ出力（Ｃ）が出力されないために、第１コンパレータ出力（Ｇ）も出力されないので、ＳＲラッチ回路１１ｂは同期検出ラッチ出力（Ｊ）を出力しない。
【００６８】
また、高い外乱光ノイズ耐性や高い電源ラインノイズ耐性が必要な場合は、信号処理回路１１において、発光素子駆動パルス（Ａ）（同期検出ゲート信号（Ｈ））以外のタイミングでも、第１コンパレータ出力（Ｇ）または第２コンパレータ出力（Ｇ−）が出力されているか否かが検出される（非同期光検出）。具体的には、信号処理回路１１は、図２の（ｂ）に示す非同期検出部１１２により、第１コンパレータ出力（Ｇ）と非同期検出ゲート信号（Ｉ）とがハイレベルで一致すると、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）を出力する。一方、信号処理回路１１は、図２の（ｃ）に示す非同期検出部１１３により、第２コンパレータ出力（Ｇ−）と非同期検出ゲート信号（Ｉ）とがハイレベルで一致すると、−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）を出力する。このように、同期光検出結果と非同期光検出結果との組合せにより、被検出物１の有無等が判定される場合もある。例えば、同期光および非同期光の双方が検出された場合、信号処理回路１１（検出結果保持部）は、外乱光の種類に応じて、前の検出結果を保持したり、強制的に検出結果の保持を解除したりといった処理を行う。このような処理については、後述する実施形態２〜４において詳しく説明する。
【００６９】
信号処理回路１１での判定結果は、出力回路１２を経て外部出力端子に検出または非検出の判定結果として出力されるか、あるいは、光検出装置１０１の内部に搭載されたレジスタ回路やメモリ素子等に保存される。後者の場合、光検出装置１０１は、電子機器（ホストシステム）側から、光検出装置１０１の内部に保存された判定結果を取り出したり、回路動作を制御したりするために、光検出装置１０１内にＩ２Ｃバス等の通信インターフェースを備える。
【００７０】
〈光検出装置１０１の効果〉
本実施形態に係る光検出装置１０１は、第１差動増幅回路７と、第１コンパレータ回路９とを備えることで、第１コンパレータ回路９が、第１差動増幅回路７からの受光信号が閾値電圧（Ｆ）を上回るか否かを判定する。また、光検出装置１０１は、第２差動増幅回路８と、第２コンパレータ回路１０とを備えることで、第２コンパレータ回路１０が、第２差動増幅回路８からの反転した受光信号が閾値電圧（Ｆ−）を上回るか否かを判定する。ここで、受光信号が反転することにより、実質的には受光信号が閾値電圧（Ｆ−）を下回るか否かを判定していることになる。
【００７１】
このような判定結果に基づいて、非同期検出部１１２または１１３を動作させることにより、外乱光としてＤＣ光を検出することができる一方、非同期検出部１１２および１１３を動作させることにより、外乱光としてＡＣ光ノイズを検出することができる。これにより、ＤＣ光やＡＣ光ノイズのように異なる種類の外乱光を区別して検出することができる。したがって、それぞれの外乱ノイズの状態に応じて適正に光検出を行うことができる。
【００７２】
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図３および図４に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では、前述の光検出装置１０１が、外乱ノイズが増加するとき、および、外乱ノイズが減少するときの動作例について説明する。
【００７４】
〈外乱ノイズ増加時の動作〉
図３は、入射する外乱光が増加するときの前述の光検出装置１０１の動作波形の例を示す。具体的には、図３は、図１１と同様、測定期間（検出期間）である３周期とも被検出物１が有る状態であり、かつ、第２周期のみ外乱光が増加した場合の波形を示している。
【００７５】
図３に示すように、３周期とも被検出物１が有る状態であるため、第１周期で検出出力（Ｍ）はハイレベル（検出）となり、第１周期以降も検出状態となる判定結果が望まれる。第２周期では、外乱光が線形的に増加しているため、非同期光検知期間で第１差動増幅回路出力（Ｅ）が閾値電圧（Ｆ）を上回ると、非同期光検知期間で第１コンパレータ出力（Ｇ）としてパルス信号が出力される。
【００７６】
信号処理回路１１において、ＡＮＤ回路１１ｃおよびＳＲラッチ回路１１ｄによって、第１コンパレータ出力（Ｇ）のパルス信号の論理レベルが、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているか否かが判定される。この場合、双方の論理レベルが一致しているので、ＳＲラッチ回路１１ｄにおける、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）がハイレベルに反転し、正側の非同期光が検出される。一方、第２差動増幅回路出力（Ｅ−）は、図３に示す全ての範囲において閾値電圧（Ｆ−）を上回ることはない。よって、非同期光検知期間においても第２コンパレータ出力（Ｇ−）としてパルス信号が出力されないことから、第２コンパレータ出力（Ｇ−）の論理レベルと非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルとが一致していない。このため、−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）がローレベルのままとなり、負側の非同期光は検出されないことになる。
【００７７】
上記の第２周期のように、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）はハイレベルに反転するが、−非同期検出ラッチ出力（Ｋ）がローレベルのままの場合、検出出力（Ｍ）は前の周期の状態を保持する処理をする。本例では、第１周期で「被検出物有り」と判定されることで、検出出力（Ｍ）がハイレベルに設定されるので、第２周期でもハイレベルが保持される。
【００７８】
このように、正側の非同期光および負側の非同期光のどちらか一方が検出された場合、信号処理回路１１において、検出出力（Ｍ）の信号処理ロジックを前の周期の状態が保持される設定にしておけば、外乱光が単調に増加する場合は、出力前の状態を保持することができる。本例の場合は、被検出物１が光検出装置１０１の検知可能範囲に有る状態であるため、理想的に「被検出物有り」と判定が保持される。上記のように設定するための構成については、後述する実施形態４において図１２を参照して併せて説明する。
【００７９】
また、図示していないが、被検出物無しの状態で上記の例のように外乱光が増加した場合、被検出物１が無いにもかかわらず、同期検出ゲート信号（Ｈ）のタイミングで第１コンパレータ出力（Ｇ）がハイレベルとなり、同期検出ラッチ出力（Ｊ）からは「被検出物有り」と判定される可能性がある。これに対し、上記の信号処理ロジックにしておけば、検出出力（Ｍ）として前の周期の状態（被検出物無し）を出力するので、誤検出の不具合は発生しない。
【００８０】
〈外乱ノイズ減少時の動作〉
図４は、入射する外乱光が減少するときの前述の光検出装置１０１の動作波形の例を示す。具体的には、図４は、測定期間である３周期とも被検出物１が有る状態であり、かつ、第２周期のみ外乱光が減少した場合の波形を示している。
【００８１】
図４に示すように、第２周期で外乱光が線形的に減少しているため、第２周期における非同期光検知期間で第１差動増幅回路出力（Ｅ）が閾値電圧（Ｆ）を上回ることがないので、同期光検出期間においても第１コンパレータ出力（Ｇ）としてパルス信号が出力されなくなる。よって、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）がローレベルのままであるので、正側の非同期光が検出されず、同期光も検出されなくなってしまう。
【００８２】
一方、第２周期における非同期光検知期間では、第２差動増幅回路出力（Ｅ−）が閾値電圧（Ｆ）を上回ると、非同期光検知期間で第２コンパレータ出力（Ｇ−）としてパルス信号が出力される。信号処理回路１１において、第２コンパレータ出力（Ｇ−）の論理レベルが、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているか否かが判定される。この場合、双方の論理レベルが一致しているので、−非同期検出ラッチ出力（Ｋ）がハイレベルに反転し、負側の非同期光が検出されることになる。
【００８３】
このように、正側の非同期光および負側の非同期光のどちらか一方が検出された場合、信号処理回路１１において、検出出力（Ｍ）の信号処理ロジックを前の周期の状態に保持する設定にしておけば、第２周期では前の周期の状態が保持されるので、第２周期で同期光が検出されずに検出出力（Ｍ）がローレベルになるパルス抜けとなる不具合を防止することができる。上記のように設定するための構成については、後述する実施形態４において図１２を参照して併せて説明する。
【００８４】
なお、本実施形態および後述する実施形態３，４では、同期光および非同期光を検出する判定基準としての閾値電圧（Ｆ），（Ｆ−）を一定としたが、必要に応じてそれぞれの閾値電圧（Ｆ），（Ｆ−）を任意に設定することで、誤動作耐性を上げることが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態および後述する実施形態３，４では、同期光パルス検出型の光検出装置１０１を前提にした場合の例を示したが、正負のコンパレータ出力（Ｇ），（Ｇ−）を信号処理し、外乱ノイズに対して誤動作を防止する技術は、当然同期型以外の光検出装置にも応用することができる。
【００８６】
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図５に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８７】
本実施形態では、前述の光検出装置１０１において、外乱ノイズが短い範囲でＡＣ的に変動するときの動作例について説明する。特に、本実施形態では、外乱光が単発で短い時間範囲でＡＣ的に入射された場合を想定している。ただし、ＥＳＤ印加等の電気的単発ノイズで電源ラインの電位が揺らされることで、受光アンプ出力（Ｃ）に短い時間範囲でＡＣ的に外乱ノイズが印加されるような場合も同様の状況となり得る。
【００８８】
図５は、短期間で変動する外乱ノイズ入力時の光検出装置１０１の動作波形を示す波形図である。具体的には、図５は、測定期間である３周期とも被検出物１が有る場合であり、かつ、第２周期のみ外乱光が変動した場合の波形を示している。
【００８９】
図５に示すように、第２周期における非同期光検知期間で外乱光がＡＣ的に入射している。このため、第１差動増幅回路出力（Ｅ）と第２差動増幅回路出力（Ｅ−）とが、それぞれ閾値電圧（Ｆ）と閾値電圧（Ｆ−）とを上回るタイミングで、第１コンパレータ出力（Ｇ）と第２コンパレータ出力（Ｇ−）とについて、それぞれパルス信号が出力される。ただし、第１コンパレータ出力（Ｇ）と第２コンパレータ出力（Ｇ−）とは、相互に位相がずれたパルス信号となる。
【００９０】
信号処理回路１１の非同期検出部１１２，１１３において、第１コンパレータ出力（Ｇ）の論理レベルと第２コンパレータ出力（Ｇ−）の論理レベルとが、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているか否かがそれぞれ判定される。この場合、双方のコンパレータ出力（Ｇ），（Ｇ−）の論理レベルとも、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているので、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）と−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）とが共にハイレベルに反転する。これにより、正側および負側の両方で非同期光が検出される。本実施形態では、第２周期のように、少なくとも１回ずつ（単発で）正側および負側の両方で非同期光を検出した場合でも、検出出力（Ｍ）は前の周期の状態を保持する処理を行う。また、本実施形態では、第１周期で「被検出物有り」と判定され、検出出力（Ｍ）がハイレベルに設定されているので、第２周期でも検出出力（Ｍ）がハイレベルに保持される。
【００９１】
このように、正側の非同期光および負側の非同期光の両方が、ある周期の非同期光検知期間のみで単発で検出される場合、信号処理回路１１において、検出出力（Ｍ）の信号処理ロジックを前の周期の状態が保持される設定にしておく。これにより、単発で短い時間範囲でＡＣ的に外乱ノイズが入力された場合に、検出出力（Ｍ）を前の周期の状態に保持することができ、外乱ノイズが無い状態と同様の出力判定となる。本実施形態の場合は、被検出物１が有る状態であるため、理想的に「被検出物有り」の判定が保持される。上記のように設定するための構成については、後述する実施形態４において図１２を参照して併せて説明する。
【００９２】
〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図６に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９３】
本実施形態では、実施形態３と異なり、前述の光検出装置１０１が、長期間（２周期以上）にわたって外乱ノイズが変動するときの動作例について説明する。特に、本実施形態では、外乱光としてインバータ蛍光灯のような連続してＡＣ光ノイズが入射されるような場合を想定している。
【００９４】
図６は、長期間で変動する外乱ノイズ入力時の光検出装置１０１の動作波形を示す波形図である。具体的には、図６は、測定期間である５周期とも被検出物有りの場合であり、かつ、第２周期以降で上記ＡＣ光ノイズが入力された場合の波形を示している。
【００９５】
図６に示すように、第２周期から連続してＡＣ光ノイズが入力されている。このため、第１差動増幅回路出力（Ｅ）と第２差動増幅回路出力（Ｅ−）とが、それぞれ閾値電圧（Ｆ）と閾値電圧（Ｆ−）とを上回るタイミングで、第１コンパレータ出力（Ｇ）と第２コンパレータ出力（Ｇ−）とについて、それぞれパルス信号が連続して出力される。ただし、第１コンパレータ出力（Ｇ）と第２コンパレータ出力（Ｇ−）とは、相互に位相がずれたパルス信号となる。
【００９６】
信号処理回路１１の非同期検出部１１２，１１３において、第１コンパレータ出力（Ｇ）の論理レベルと第２コンパレータ出力（Ｇ−）の論理レベルとが、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているか否かがそれぞれ判定される。この場合、双方のコンパレータ出力（Ｇ），（Ｇ−）の論理レベルとも、非同期検出ゲート信号（Ｉ）の論理レベルと一致しているので、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）と−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）とが共にハイレベルに反転する。これにより、正側および負側の両方で連続して（第２周期〜第５周期）非同期光が検出される。
【００９７】
また、本実施形態では、反射光（信号光）とＡＣ光ノイズのピークとが位相上で一致している。このことから、同期検出のタイミングで第１コンパレータ出力（Ｇ）としてパルス信号が出力され、被検出物１の有無判定のタイミングで同期検出ラッチ出力（Ｊ）は常にハイレベルとなっており、「同期光有り」と判定されている。
【００９８】
複数回連続して正側および負側の両方で非同期光を検出した場合、信号処理回路１１は、検出出力（Ｍ）が強制非検出（ローレベル）となるように処理する。本実施形態では、信号処理回路１１は、正側および負側の両方で非同期光を複数（ここでは３回）連続して検出すると、検出出力（Ｍ）を強制的に非検出にする。具体的には、信号処理回路１１は、正側および負側の両方で非同期光を２回連続して検出するまでは検出出力（Ｍ）を前の状態に保持し（検出出力（Ｍ）＝ハイレベル）とし、第４周期の判定タイミングから検出出力（Ｍ）をローレベルに反転する。これにより、強制的に非検出とする、すなわち受光信号が無いこととなる。
【００９９】
外乱ノイズ光の検出に基づいて検出出力（Ｍ）を前の状態に保持する信号処理ロジックでは、被検出物１が無くなったにも関わらずＡＣ光ノイズが入力されている期間、「被検出物有り」の判定が保持されてしまう。これに対し、信号処理回路１１が上記の信号処理を行うことで、固定的に誤検出が行われることを防ぐことができる。
【０１００】
また、強制非検出期間としては、正側および負側の両方で非同期光の検出が連続する期間としても良いし、一旦強制非検出となれば、信号処理回路１１に設けたタイマー回路で、強制非検出をある一定時間持続するような信号処理にしても良い。タイマー回路によって、強制非検出をある一定時間持続する構成では、連続してＡＣ光ノイズが入力されるような場合に、検出出力（Ｍ）がハイレベルとローレベルとを繰り返すチャタリングが発生し難くなる。
【０１０１】
図１２の（ａ）は、信号処理回路１１の上記の強制的に非検出とする信号処理ロジックを実現する具体的な構成を示す論理回路図であり、図１２の（ｂ）は当該構成における組合せ回路１１７の動作を示す真理値表である。
【０１０２】
信号処理回路１１は、図１２の（ａ）に示すように、ＡＮＤ回路１１４と、ＯＲ回路１１５と、カウンタ回路１１６と、組合せ回路１１７と、Ｄフリップフロップ回路（図中「ＤＦＦ回路」にて示す）１１８〜１２１と、インバータ回路１２２とを有している。
【０１０３】
ＡＮＤ回路１１４およびＯＲ回路１１５のそれぞれの２つの入力端子には、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）と−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）とが入力される。ＡＮＤ回路１１４の出力端子はカウンタ回路１１６の入力端子に接続されている。組合せ回路１１７には、同期検出ラッチ出力（Ｊ）と、ＯＲ回路１１５の出力（Ｏ）と、カウンタ回路１１６の出力（カウンタ出力（Ｑ））と、出力前状態信号（Ｎ）とが入力される。出力前状態信号（Ｎ）は、検出出力（Ｍ）の前の周期の状態（論理レベル）を示す信号である。
【０１０４】
カウンタ回路１１６は、ＡＮＤ回路１１４の出力がハイレベルとなる状態が複数回連続して検出された場合に、ＡＮＤ回路１１４の出力をカウントした結果としてハイレベルのカウンタ出力（Ｑ）を出力するカウンタ回路である。つまり、カウンタ回路１１６は、＋非同期検出ラッチ出力（Ｋ）と−非同期検出ラッチ出力（Ｋ−）とが判定のタイミングで共にハイレベルとなることが複数回連続した場合であって、正側および負側の両方で複数回連続して非同期光を検出した場合にハイレベルを出力する。
【０１０５】
組合せ回路１１７は、図１２の（ｂ）の真理値表に示すように、入力される出力前状態信号（Ｎ）、同期検出ラッチ出力（Ｊ）、ＯＲ出力（Ｏ）およびカウンタ出力（Ｑ）に対して、ＳＥＴ信号、ＲＥＳＥＴ信号およびＣＫ信号を出力する。ＳＥＴ信号、ＲＥＳＥＴ信号およびＣＫ信号は、Ｄフリップフロップ回路１１８〜１２０のセット端子ＳＥＴ、リセット端子ＲＥＳＥＴおよびクロック端子ＣＬＫにそれぞれ入力される。
【０１０６】
３段のＳＥＴ／ＲＥＳＥＴ付きのＤフリップフロップ回路１１８〜１２０は相互に従属接続されている。具体的には、Ｄフリップフロップ回路１１８の出力端子ＱはＤフリップフロップ回路１１９の入力端子Ｄに接続され、Ｄフリップフロップ回路１１９の出力端子ＱはＤフリップフロップ回路１２０の入力端子Ｄに接続されている。Ｄフリップフロップ回路１２０の出力端子Ｑは、Ｄフリップフロップ回路１２１の入力端子Ｄに接続されており、信号処理回路出力（Ｒ）を出力する。
【０１０７】
Ｄフリップフロップ回路１２１の出力端子Ｑは、出力前状態信号（Ｎ）を出力し、インバータ回路１２２を介してＤフリップフロップ回路１１８の入力端子Ｄに接続されている。また、Ｄフリップフロップ回路１２１のクロック端子ＣＬＫにはリセット信号（Ｌ）が入力される。
【０１０８】
真理値表のＣＡＳＥ１〜４は外乱光が無い場合を示している。ＣＡＳＥ１では、出力前状態信号（Ｎ）はローレベル（被検出物無し）であり、次の周期でも同期検出ラッチ出力（Ｊ）がローレベル（被検出物無し）となる場合に、リセット信号（ＲＥＳＥＴ）のみハイレベルが出力され、信号処理回路１１の出力前状態信号（Ｎ）はローレベルが保持され、検出出力（Ｍ）もローレベル（被検出物無し）が保持される。
【０１０９】
ＣＡＳＥ２では、出力前状態信号（Ｎ）はローレベル（被検出物無し）であり、次の周期では同期検出ラッチ出力（Ｊ）がハイレベル（被検出物有り）の場合に、ＣＫ信号のみハイレベルが出力される。出力前状態信号（Ｎ）はインバータ回路１２２を介して１段目のＤフリップフロップ回路１１８に入力されるので、１段目のＤフリップフロップ回路１１８にはハイレベルが入力される。ＣＡＳＥ２が３回連続すれば、同様にＣＫ信号がＤフリップフロップ回路１１８に３回入力され、信号処理回路出力（Ｒ）がハイレベルとなり、検出出力（Ｍ）をハイレベル（被検出物有り）にする。
【０１１０】
ＣＡＳＥ３では、出力前状態信号（Ｎ）はハイレベル（被検出物有り）であり、次の周期では同期検出ラッチ出力（Ｊ）がローレベル（被検出物無し）の場合に、ＣＫ信号のみがハイレベルとなる。ＣＡＳＥ３は、ＣＡＳＥ２とは反対であり、１段目のＤフリップフロップ回路１１８にはローレベルが入力される。ＣＡＳＥ３が３回連続すれば、同様にＣＫ信号がＤフリップフロップ回路１１８に３回入力され、信号処理回路出力（Ｒ）がローレベルとなり、検出出力（Ｍ）をローレベル（被検出物無し）にする。
【０１１１】
ＣＡＳＥ４では、出力前状態信号（Ｎ）はハイレベル（被検出物有り）であり、次の周期でも同期検出ラッチ出力（Ｊ）がハイレベル（被検出物有り）の場合に、ＳＥＴ信号のみハイレベルが出力され、信号処理回路出力（Ｒ）はハイレベルが保持され、検出出力（Ｍ）もハイレベル（被検出物有り）が保持される。
【０１１２】
真理値表のＣＡＳＥ５〜７は外乱光が有る場合を示している。ＣＡＳＥ５では、出力前状態信号（Ｎ）がローレベル（被検出物無し）であり、ＯＲ出力（Ｏ）がハイレベル（正側および負側のどちらか一方または両方で非同期光を検出した場合）であり、次の周期で同期検出ラッチ出力（Ｊ）がハイレベル（被検出物有り）であるかローレベル（被検出物無し）であるかに関わらず、ＲＥＳＥＴ信号のみハイレベルが出力される。よって、信号処理回路出力（Ｒ）はローレベルで保持され、検出出力（Ｍ）もローレベル（被検出物無し）が保持される。このＣＡＳＥ５は、前述の実施形態２および３に対応している。
【０１１３】
ＣＡＳＥ６では、出力前状態信号（Ｎ）がハイレベル（被検出物有り）であり、ＯＲ出力（Ｏ）がハイレベル（正側および負側のどちらか一方または両方で非同期光を検出した場合）であり、次の周期で同期検出ラッチ出力（Ｊ）がハイレベル（被検出物有り）であるかローレベル（被検出物無し）であるかに関わらず、ＳＥＴ信号のみハイレベルが出力される。よって、信号処理回路出力（Ｒ）はハイレベルが保持され、検出出力（Ｍ）もハイレベル（被検出物有り）が保持される。このＣＡＳＥ６も、ＣＡＳＥ５と同様、実施形態２および３に対応している。
【０１１４】
ＣＡＳＥ７では、カウンタ出力（Ｑ）がハイレベル（複数回連続で正側および負側の両方で非同期光を検出した場合）であり、出力前状態信号（Ｎ）、同期検出ラッチ出力（Ｊ）およびＯＲ出力（Ｏ）がハイレベルであるかローレベルであるかに関わらず、ＲＥＳＥＴ信号のみハイレベルが出力され、信号処理回路出力（Ｒ）はローレベルが出力される。つまり、検出出力（Ｍ）がローレベル（強制非検知）となる。このＣＡＳＥ７は、本実施形態４に対応している。
【０１１５】
〔実施形態５〕
本発明に係る実施形態５について、図７を参照して以下に説明すれば以下の通りである。
【０１１６】
なお、本実施形態において、前述の実施形態１および２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。
【０１１７】
図７は、本発明の実施形態７に係るスマートフォン２０１の構成を示す平面図である。
【０１１８】
前述の実施形態１〜４の構成の光検出装置１０１と、発光パルス／信号光パルス（反射光（Ｂ）のパルスまたは透過光のパルス）を集光するための光学レンズを一体化することにより、様々な外乱ノイズによる誤動作を防止可能とする、反射光検出型、或いは、透過光検出型の物体検出センサーが実現できる。
【０１１９】
さらに、上記の物体検出センサーを、複写機や携帯端末等の電子機器に搭載することにより、上記の誤動作が防止可能となるため、誤動作耐性の高いセンシング動作が実現可能となる。本実施形態では、実施形態１〜４の構成の光検出装置１０１をスマートフォン２０１に適用した例に説明する。
【０１２０】
図７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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
受発光ユニット９０は、被検出物１（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、併せて光検出装置１０１を内蔵している。
【０１２３】
スマートフォン２０１は、上記のように、光検出装置１０１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、被検出物１の有無判定等を、外乱ノイズ状態に合わせて誤動作が発生しないように適正に行うことができる。
【０１２４】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光検出装置は、パルス光を発生する発光素子１６と、前記パルス光による被検出物１からの反射光または透過光を受光することで受光信号を出力する受光素子２１と、検出期間における、前記発光素子１６の発光駆動タイミングにより規定される同期検出期間で、発光駆動タイミングに同期した前記受光信号の有無を検出することにより前記パルス光の有無を検出する同期検出部１１１と、前記検出期間における、前記同期検出期間以外の非同期検出期間で、前記受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったと判定されたとき、および、前記受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったと判定されたときの少なくともいずれか一方に、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の有無を検出する非同期検出部１１２，１１３と、前記非同期検出部１１２，１１３によって前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在が検出されると、前記同期検出部１１１による前記受光信号の有無の検出結果を次の検出期間に保持する検出結果保持部（信号処理回路１１）とを備えている。
【０１２５】
上記の構成では、ある検出期間において、同期検出期間で同期検出部１１１によって発光駆動タイミングに同期した受光信号の存在が検出されることにより、パルス光、すなわち、被検出部からの反射光または透過光が検出される。一方、同じ検出期間において、受光信号の値が所定の第１閾値を上回ったと判定されたとき、非同期検出期間で非同期検出部１１２によって、または、受光信号の値が所定の第２閾値を下回ったと判定されたときに、非同期検出期間で非同期検出部１１３によって、発光駆動タイミングに同期しない受光信号の存在が検出されることにより、ＤＣ光のような外乱光の存在が検出される。あるいは、同じ検出期間において、非同期検出期間で非同期検出部１１２，１１３によって、受光信号の値が、所定の第１閾値を上回ったと判定されたとき、および、所定の第２閾値を下回ったと判定されたときに、発光駆動タイミングに同期しない受光信号の存在が検出されることにより、ＡＣ光ノイズのような外乱光の存在が検出される。次の検出期間においては、検出結果保持部による前の検出期間での検出結果、すなわち発光駆動タイミングに同期した受光信号の有無が次の検出期間にも保持される。これにより、ＤＣ光やＡＣ光ノイズのように異なる種類の外乱光を区別して検出することができる。したがって、それぞれの外乱ノイズの状態に応じて適正に光検出を行うことができる。
【０１２６】
本発明の態様２に係る光検出装置は、上記態様１において、前記非同期検出部１１２，１１３が、前記非同期検出期間において、前記受光信号の値が、所定の第１閾値を上回ったとき、または、所定の第２閾値を下回ったときに、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在を検出してもよい。
【０１２７】
上記の構成では、外乱光としてのＤＣ光が線形的に増加する場合、非同期検出期間で当該ＤＣ光による受光信号が非同期検出部によって第１閾値を上回ったときに検出される。一方、外乱光としてのＤＣ光が線形的に減少する場合、非同期検出期間で当該ＤＣ光による受光信号が反転非同期検出部によって第２閾値を下回ったときに検出される。これらの場合、次の検出期間においては、検出結果保持部による前の検出期間での検出結果が次の検出期間にも保持される。これにより、外乱光としてのＤＣ光が線形的に増減する場合でも、同期検出部によるパルス光の検出が強制的に非検出とされることを回避できる。
【０１２８】
本発明の態様３に係る光検出装置は、上記態様１において、前記非同期検出部１１２，１１３が、前記非同期検出期間において、前記受光信号の値が、少なくとも１回ずつ、所定の第１閾値を上回ると共に所定の第２閾値を下回ったときに、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在を検出してもよい。
【０１２９】
上記の構成では、外乱光としてのＡＣ的に変動する場合、非同期検出期間で当該外乱光による受光信号が、第１閾値を上回ると共に第２閾値を下回ったときに非同期検出部によって検出される。この場合、次の検出期間においては、検出結果保持部による前の検出期間での検出結果が次の検出期間にも保持される。これにより、ＡＣ的に変動する外乱光を受光する場合でも、同期検出部によるパルス光の検出が強制的に非検出とされることを回避できる。
【０１３０】
本発明の態様４に係る光検出装置は、上記態様３において、前記検出結果保持部が、前記非同期検出部１１２，１１３によって、複数の連続した前記検出期間にわたる前記非同期検出期間において、前記発光駆動タイミングに同期しない前記受光信号の存在が検出されたときに、次の検出期間に前記受光信号の無い状態を前記検出結果として出力してもよい。
【０１３１】
上記の構成では、外乱光としてのＡＣ的に変動する場合、複数の連続した検出期間にわたる非同期検出期間において、非同期検出部によって、当該外乱光による受光信号の存在が検出される。このとき、同期検出部１１１による受光信号の有無の検出結果に関わらず、検出結果保持部によって、次の検出期間に受光信号の無い状態が検出結果として出力される。これにより、２つの連続した検出期間にわたる非同期検出期間において外乱光による受光信号の存在が検出されるまでは、次の検出期間において、検出結果保持部による前の検出期間での検出結果が次の検出期間にも保持される。しかし、それ以降の検出期間では、受光信号の無い状態が検出結果として出力される。したがって、被検出物１が存在しなくなったにも関わらずＡＣ光ノイズが入力されている期間、「被検出物有り」の判定が保持されてしまうという誤検出を防ぐことができる。
【０１３２】
本発明の態様５に係る光検出装置は、上記態様４において、前記検出結果保持部が、前記受光信号の無い状態を前記検出結果として出力することを一定時間持続してもよい。
【０１３３】
上記の構成では、連続してＡＣ光ノイズが入力されるような場合に、検出結果がハイレベルとローレベルとを繰り返すチャタリングを防止することができる。
【０１３４】
本発明の態様６に係る電子機器は、上記態様１から５のいずれか１つの態様に係る光検出装置を備えている。
【０１３５】
上記の構成では、電子機器において、ＤＣ光やＡＣ光ノイズのような異なる種類の外乱光を区別して検出することにより、適正に被検出物の有無等を光学的に検出することができる。
【０１３６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明は、被検出物の有無等を光学的に検出する機能を備える電子機器に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  被検出物
２  受光アンプ回路
７  第１差動増幅回路
８  第２差動増幅回路
９  第１コンパレータ回路（第１判定部）
１０  第２コンパレータ回路（第２判定部）
１１  信号処理回路
１３  タイミング生成回路
１５  発光素子駆動回路
１６  発光素子
２１  受光素子
１０１  光検出装置
１１１  同期検出部
１１２  非同期検出部
１１３  非同期検出部
２０１  スマートフォン（電子機器）
【図１】
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【図２】
2016157582.tif 000004
【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】
2016157582.tif 000010
【図９】
2016157582.tif 000011
【図１０】
2016157582.tif 000012
【図１１】
2016157582.tif 000013
【図１２】
2016157582.tif 000014
【国際調査報告】
2016157582.tif 000015
2016157582.tif 000016