(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面および前記反射面と反対側に位置した操作面とを含むとともに、所定方向に延び、且つ前記所定方向と直行する方向に配列された複数の帯状構造を有した、押圧に対して弾性的に変形可能な反射フィルムと、
前記反射フィルムの前記反射面に対向するとともに、第１方向に配列された複数の受光素子を含む受光素子アレイと、第２方向に配列された複数の発光素子を含む発光素子アレイと、を備え、
前記第１方向は、前記第２方向と非平行である、センサ。
【請求項２】
前記第２方向は、前記所定方向と非平行であり、
前記発光素子アレイと前記受光素子アレイとは前記第２方向と直交する第３方向に間隔をあけて並列配置されてなる、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記反射フィルムは、プリズムシートである、請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記反射フィルムの帯状構造は、偏光特性を有する第１帯状領域と偏光特性を有さない第２帯状領域とを有し、前記第１帯状領域と前記第２帯状領域とが前記所定方向と直交する方向に交互に配置されている、請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項５】
前記受光素子と前記発光素子とは、同一の基板に一体的に作りこまれている、請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ。
【請求項６】
前記反射フィルムは、透光性を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサと、
前記発光素子を点灯させた状態で、複数の前記受光素子のそれぞれにおける受光量に応じた光電流を検出する検出部と、
前記検出部で得た光電流の、複数の前記受光素子のそれぞれにおける分布に基づいて、前記反射フィルムの変形を判定する判定部と、を含む、センサ装置。
【請求項８】
前記判定部で得た情報の時間的な変化から、前記操作面に作用する動きを特定する、解析部をさらに含む、請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項９】
請求項７に記載のセンサ装置と、
前記判定部の検出した前記反射フィルムの形状変化に応じた入力操作を認識する操作認識部と、を備える光学式操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式のセンサおよびそれを用いたセンサ装置ならびに光学式操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学式のセンサを用いてユーザーの指の動きを感知し、この指の動きに応じて電子機器の動作を制御する光学式操作装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、幾何学的パターンが形成され、弾性変形可能な操作シートと、操作シートに対して発光する発光部と、操作シートから反射された光を受光する受光部とを備えたセンサを用いた光学式操作装置が開示されている。このセンサでは、発光素子と受光素子との組み合わせが操作シートと対向する面に多数個配置されている。
【０００４】
この光学式操作装置によれば、指やペンなどで操作シートを押圧したときの、操作シートの幾何学的パターンの形状変化を受光部により認識し、操作シートの変形位置を認識し、その変形位置に応じた入力操作が認識される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７２６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の光学式操作装置のセンサは、変形位置を認識する必要のある全ての部位のそれぞれに対応した受光部と発光部との組み合わせを配置する必要がある。すなわち、操作シートの面内全面においてセンシングする場合には、操作シートに対向する面全体に受光部と発光部との組み合わせを配置することとなる。その結果、発光部，受光部を搭載する基板の大型化を招くとともに、センサを駆動させるための消費電流も高くなり、生産性が低くなるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、生産性の高い光学式のセンサおよびそれを用いたセンサ装置，光学式操作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】
本発明に係るセンサの一実施形態によれば、反射フィルムと少なくとも１つの発光素子と受光素子アレイとを含むものである。反射フィルムは、所定方向に延びる帯状構造が、前記所定方向と直交する方向に周期的に配列されている反射面と、前記反射面と反対側の操作面と、を有し、押圧に対して弾性的に変形可能なものである。発光素子は、前記反射フィルムに向けて、前記帯状構造にて反射される光を発光するものである。受光素子アレイは、前記発光素子と間隔をあけて配置され、複数の受光素子が互いに間隔をあけて第１方向に配列されてなるものである。第１方向と所定方向とは非平行となっている。
【０００９】
本発明に係るセンサ装置の一実施形態によれば、上述のセンサと、検出部と判定部とを有するものである。検出部は、前記発光素子を点灯させた状態で、複数の前記受光素子のそれぞれにおける受光量に応じた光電流を検出するものである。判定部は、検出部で得た光電流の、複数の前記受光素子のそれぞれにおける分布に基づいて、前記反射フィルムの変形を判定するものある。
【００１０】
本発明に係る光学式操作装置の一実施形態によれば、上述のセンサ装置と、操作認識部とを有するものである。操作認識部は、前記判定部の検出した前記反射フィルムの形状変化に応じた入力操作を認識するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生産性の高い光学式センサおよびそれを用いたセンサ装置，光学式操作装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態に係るセンサの透視状態の概略上面図および断面図であり、（ｃ）は反射フィルムの概略構成を示す略図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は異方性を有さないフィルムを、（ｃ），（ｄ）は図１（ｃ）に示す反射フィルムを、それぞれ用いたときの反射のメカニズムを説明する模式図である。
【図３】図２に示す各条件における、フィルム変形量と反射光到達位置との相関を示す線図である。
【図４】センサ１００の動作を説明するための概略図である。
【図５】図１に示すセンサ１００の変形例を示す要部概略構成図である。
【図６】図３に示すセンサ１００Ａの変形例を示す透視状態の概略構成図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図３に示すセンサ１００Ａの変形例のセンサ１００Ｃを構成する発光素子２０Ｃおよび受光素子３１Ｃの構成を示す断面図である。
【図８】反射フィルム１０の変形例を示す概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るセンサ装置の概略構成図である。
【図１０】実施例１のセンサのモデルを示す概略図である。
【図１１】実施例１および比較例の光電流強度を示す図である。
【図１２】実施例２のセンサのモデルを示す概略図である。
【図１３】実施例２のセンサの光電流強度を示す図である。
【図１４】実施例２のセンサの光電流強度を示す図である。
【図１５】実施例３のセンサのモデルを示す概略図である。
【図１６】実施例３のセンサの光電流強度を示す図である。
【図１７】実施例３のセンサの光電流強度を示す図である。
【図１８】図１に示すセンサ１００の変形例を示す要部概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の光学式センサの実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
＜センサ１００＞
（全体構成）
図１（ａ），（ｂ）に、センサ１００の概略構成を示す透視状態の上面図および断面図を示す。図１（ａ）において左右方向が第１方向Ｄ１であり、上下方向が第３方向Ｄ３であり、紙面に直交する方向が第４方向Ｄ４である。センサ１００は、反射フィルム１０、発光素子２０、受光素子アレイ３０、配線基板４０および筐体５０を備える。
【００１５】
筐体５０は、Ｄ３方向に開口部を有し、内部に収容空間５１を形成している。筐体５０の開口部には、反射フィルム１０が配置されている。反射フィルム１０は、操作面１０ａと反射面１０ｂとを有する。操作面１０ａと反射面１０ｂとは、反射フィルム１０を挟んで反対側に存在している。反射フィルム１０は、この反射面１０ｂが筐体５０の収容空間５１を臨むように、筐体５０に取着されている。ここで、反射フィルム１０は、操作面１０ａからの応力印加に対して変形可能であり、かつ、応力を除去した際に初期形状に戻る、弾性力を有している。このように弾性的な変形を可能とするためには、反射フィルム１０自体を弾性の高い材料で形成してもよいし、反射フィルム１０に張力を加えた状態で筐体５０に取着することで実現してもよい。
【００１６】
筐体５０の収容空間５１の底面には配線基板４０が配置されている。そして配線基板４０の上面４０ａには、発光素子２０および受光素子アレイ３０が配置されている。発光素子２０と受光素子アレイ３０とは互いに間隔をあけて配置されている。受光素子アレイ３０は、複数の受光素子３１を備え、個々の受光素子３１はＤ１方向に互いに間隔をあけて配列されている。
【００１７】
（メカニズム）
発光素子２０は、反射フィルム１０の反射面１０ｂに向けて発光する。受光素子アレイ３０の各受光素子３１は反射面１０ｂからの光を受光し、その受光量に応じた光電流を発生させる。
【００１８】
ここで、受光素子アレイ３０の各受光素子３１はＤ１方向に配列されている。これにより、反射フィルム１０のＤ１方向における変形の解析が可能となる。
【００１９】
そして、センサ１００では、図１（ｃ）に示すように、反射面１０ｂに複数の帯状構造１１を備える反射フィルム１０を用いている。帯状構造１１は所定方向Ｓ１に向けて一様に延びている。そして、複数の帯状構造１１が、Ｓ１方向に直交する方向Ｓ２に周期的に配列されている。言い換えると、複数の帯状構造１１が、その長辺をＳ１方向に短辺をＳ２方向に揃えて配置されており、短辺側であるＳ２方向に配列されている。図１（ｃ）で示す例では、帯状構造１１として、頂角６０°のプリズム構造としたプリズムシートを用いたものを示す。
【００２０】
このような反射フィルム１０を用いることにより、Ｓ１方向とＳ２方向とで反射特性に差を設けることができる。この例ではＳ２方向において指向性を高めているものとなる。すなわち、反射フィルム１０は反射特性に異方性（指向性）を有することとなる。また、帯状構造１１が複数配列されていることから、反射フィルム１０面内のいずれの領域においても細かい領域に区分して異方性を発現することができる。
【００２１】
本実施形態のセンサ１００では、入射する光に対する反射特性に異方性を有する反射フィルム１０が受光素子の配列方向であるＤ１方向と非平行となるように配置されている。すなわち、Ｄ１方向とＤ３方向で作る座標系と、Ｓ１方向とＳ２方向とで作る座標系とが一致しないようにずらして配置させている。これにより、反射光に、確実にＤ１方向以外の情報を含ませることが可能となる。
【００２２】
センサ１００では、このような反射フィルム１０と、Ｄ１方向に配列した複数の受光素子３１とを組み合わせることで、受光素子アレイ３０が備えるＤ１方向に対する分解能と、Ｄ１方向とずらして配置した反射フィルム１０が備える反射の異方性とを組み合わせて、Ｄ１方向に加えＤ１方向と角度を持たせた方向との２方向で検出可能となり、反射フィルム１０の変形を解析することができる。さらに詳述すると、反射フィルム１０により生じる受光量のＤ１方向における分布を、複数の受光素子３１により確認することができる。すなわち、帯状構造１１を傾ける方向とその傾斜角とにより変化する反射特性と、押圧部（押下げ部）からの距離に応じて変化する受光素子３１と反射フィルム１０とのＤ４方向における距離に応じた反射特性とにより、反射光の帰着点を変化させることができる。この変化はＤ１方向に反射光の分布にも表れる。この反射光の分布を確認することで、センサ１００は、発光素子２０と受光素子３１との組み合わせを一次元方向に配列した場合であっても、反射フィルム１０の変形を２次元的に解析可能となる。
【００２３】
また、反射フィルム１０の押下げた部分の直下に発光素子２０や受光素子３１が位置しなくても、反射フィルム１０の変形に基づく複数の受光素子３１の受光量分布の変化により変形位置を解析可能となる。これにより、反射フィルム１０の面積よりもはるかに小さな領域に発光素子２０及び受光素子３１を配置した場合であっても、反射フィルム１０全面の変位を解析可能となる。
【００２４】
以上より、反射フィルム１０全面の変位を検出するための受光素子３１および発光素子２０の素子配置を簡易なものとすることができ、生産性の高いセンサ１００を提供することができる。
【００２５】
ここで、反射フィルム１０として図１（ｃ）に示すような頂角６０°のプリズムシートを用いたセンサ１００における動作の具体例を示す。図２（ａ），（ｂ）に異方性を有さないフィルムを用いたときの、図２（ｃ）、（ｄ）に異方性を有する反射フィルム１０を用いたときの、光の反射のメカニズムを模式的に示す。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、通常のフィルムを用いた場合には、Ｄ１方向とＤ３方向とで形成する面に対する法線を仮定すると、この法線に対してθ０の角度で入射した光は、フィルムに対する入射角θ１もθ０と等しくなる。さらに、その反射光も角度を変えずθ０で反射される。この状態でフィルムを傾けずに、Ｄ１方向とＤ３方向とで形成され、受光素子３１，発光素子２０が配置される面（基準面）からフィルムまでの距離を変える。この場合には、フィルムの変形量δＤが、基準面から変形前のフィルムまでの距離Ｄから、基準面から変形後のフィルムまでの距離を差し引いた変化量（以下、距離変化量：δｄとする）と等しくなる。そして、フィルムの押圧部直下においては、押圧に応じて基準面とフィルムとの距離のみが変化して、フィルムが初期位置にある場合に想定された反射光の到達位置である基準点から、発光素子２０側に到達位置が変化していく。
【００２７】
そして、図２（ｂ）に示すように、通常のフィルムを押圧し、角度ξだけ傾けたときには、この法線に対してθ＋２ξの角度で反射される。すなわち、フィルムの押圧前と押圧後でフィルムの傾きにより反射光の到達位置が発光素子２０から離れる方向に変化する。これと同時に、フィルムが傾くことにより、基準面とフィルムとの距離も小さくなる方向に変化する。すなわち反射光の到達位置は、発光素子２０に近づく方向に変化する。この２つの変化がお互いの影響を相殺しあい、フィルムの押圧に伴い、フィルムが初期位置にある場合に想定された反射光の到達位置である基準点から、若干到達位置が変化する。なお、この場合には、フィルムの距離変化量は、押圧位置から測定箇所までの距離に応じて変化する。
【００２８】
なお、反射フィルム１０もＳ１方向においては一様な形状である。このため、このような反射のメカニズムは、反射フィルム１０を用いたときのＳ１方向の成分の光における反射についても同様となる。
【００２９】
これに対して図２（ｃ）に示すように、反射フィルム１０を用いたときにＳ２方向の成分の光については、法線に対してのθ０角度で入射した光は、角度を変えずθ０で反射される。この状態で反射フィルム１０を傾けずに、基準面から反射フィルム１０までの距離を変える。この場合には、フィルムの変形量δＤが距離変化量と等しくなる。すなわち、反射フィルム１０の押圧部直下においては、押圧に応じて基準面と反射フィルム１０との距離のみが変化して、反射フィルムが初期位置にある場合に想定された反射光の到達位置である基準点から、発光素子２０側に到達位置が変化していく。すなわち、図２（ａ）と同じ動きとなる。
【００３０】
次に、図２（ｄ）に示すように、反射フィルム１０を押圧し、ξの角度傾けた場合には、プリズムの斜辺を２回反射する過程でξの成分は相殺され、法線に対する入射角と同じであるθ０の角度で光が戻る。すなわち、反射フィルム１０への入射角θ１は傾斜角度ξ分少なくなりθ０−ξとなるが、反射フィルム１０に対する反射角度がθ０＋ξとなり、その結果、法線に対する反射光の角度は押圧の前後で変化しない。このため、基準面に対する光の到達位置は、押圧による基準面と反射フィルム１０との距離の変化に起因する変化が支配的となる。なお、この場合には、反射フィルム１０の距離変化量δｄは、反射フィルム１０の変形量δＤに対して、押圧位置から測定箇所までの距離に応じて変化する。
【００３１】
ここで、図２（ａ），（ｃ）の場合を条件１、図２（ｂ）の場合を条件２、図２（ｄ）に示す場合を条件３とし、各条件について、反射フィルムおよびフィルムの初期位置から基準面側の変位量に対する、反射光の到達位置と基準点との乖離量を計算した結果を図３に示す。図３に示す通り、従来のフィルムを用いた条件２に対して、反射フィルム１０を用いた条件３は、押圧による変位量（変形量δＤ）に対して、反射光の到達位置の変化量が大きい。このことから、一定面積の受光素子３１で受光する反射光の変化量も大きく変わることとなり、高感度での検出が可能であることを示している。
【００３２】
さらに、反射フィルム１０を用いた場合のＳ１方向の反射特性を示す条件１，条件２と、反射フィルム１０を用いた場合のＳ２方向の反射特性を示す条件３とで、押圧による変位量に対しする反射光の到達位置の変化量の割合が大きく異なるものとなる。このことから、Ｓ１方向とＳ２方向とで異なる傾向で反射することが確認できることが分かる。
【００３３】
このように、反射フィルム１０を用いる場合には、反射フィルム１０の傾きの有無、傾き角度により、Ｓ１方向の光の成分とＳ２方向の光の成分とで、光の到達位置が変化することとなる。言い換えると、Ｓ１方向の光の成分とＳ２方向の光の成分との光の到達位置を分離させて変化させるものとなる。これに、反射フィルム１０の傾きが、Ｓ１方向とＳ２方向とで形成される座標系のどの方向に向かうかを組み合わせることで、面内全面の位置を識別可能となる。
【００３４】
なお、上述したものは、広がりを有する入射光のうち中心部分の光線について検討したものである。実際の光は広がり（分布）を有し、入射角度にもばらつきがあるため、反射光にも広がりが生じる。これにより基準面に到達するときの反射光は上述の到達位置を内部にふくむような広がりを有するものとなる。
【００３５】
ここで、図４に示すように、反射フィルム１０の操作面１０ａにおけるＡ〜Ｅの各部位を押下げて反射フィルム１０を弾性変形させたときの、各受光素子３１に生じる光電流量を検証する。なお、Ｅ部は反射フィルム１０の中央部であるが、図４にその図示を省略している。
【００３６】
まず、反射フィルム１０が変形せず、初期形状を保っている場合には、発光素子２０に対してＳ２方向に光が反射する。発光素子２０と受光素子３１とのＤ２方向における離間距離にもよるが、この例では、広がりを有する反射光の中心は、点線で示す発光素子２０と受光素子３１との間に向かう。ここで、反射光は広がりを有するため、発光素子２０からＳ２方向に位置する受光素子３１ｃ〜３１ｅでごく弱い光電流が発生するものとなる。
【００３７】
次に、ポジションＡを変形させた場合には、反射フィルム１０の変形は、Ｓ１方向に沿うものとなり、指向性の高いＳ２方向への影響は少ない。このため、反射フィルム１０が傾き、反射面１０ｂへの入射角度が大きい方向に変わり、反射光はポジションＡから離れる位置（発光素子２０からＳ２方向にさらに離れる位置）に向けられる。すなわち、受光素子３１ｄ，３１ｅにおいて、初期状態より若干光電流が増加する。
【００３８】
次に、ポジションＢを変形させた場合には、反射フィルム１０の変形は、指向性の高いＳ２方向への変形が支配的となる。このため、反射フィルム１０が傾き、指向性の高いＳ２方向の入射面の平面透視面積が大きくなり、Ｓ２方向への反射光の強度が高まる。さらに、入射角度が大きくなることにより、反射光はポジションＢから離れる位置（発光素子２０からＳ２方向にさらに離れる位置）に向けられる。その結果、受光素子３１ｄ，３１ｅにおいて、初期状態より大きく光電流が増加する。
【００３９】
次に、ポジションＣを変形させた場合には、反射フィルム１０の変形は、Ｓ１方向に沿うものとなり、指向性の高いＳ２方向への影響は少ない。このため、反射フィルム１０が傾き、入射角度が変わることにより、ポジションＣから離れる側に位置する受光素子３１ｂ，３１ｃにおいて、初期状態より若干光電流が増加する。
【００４０】
次に、ポジションＤを変形させた場合には、反射フィルム１０は、指向性の高いＳ２方向における変形が支配的となる。これにより、反射光の強度が高まるとともに、この反射光は、反射フィルム１０の傾きにより、ポジションＤから離れる側に導かれる。すなわち、受光素子３１ｂ，３１ｃにおいて、初期状態より著しく光電流が増加する。
【００４１】
最後に、ポジションＥを変形させる場合には、その直下にある受光素子３１ｃの受光量は減少するが周囲の受光素子３１の光強度が増加する。
【００４２】
受光量の違いを受光量を規格化して比較すると、従来の異方性を有さないフィルムを用いた場合には、Ａ部とＢ部との区別、Ｃ部とＤ部との区別がつかなかった。しかしながら、本例では区別がつくことが確認できた。
【００４３】
このような各受光素子３１における光電流の大きさは、Ｄ１方向およびＤ３方向で形成される座標系と、Ｓ１方向およびＳ２方向で形成される座標軸のずれ具合により変わってくるが、それぞれの位置関係に応じた、光信号の変化を計測することができる。
【００４４】
（詳細）
上述のようなセンサ１００を構成する構成要素について詳述する。
【００４５】
反射フィルム１０は、可撓性を有するような厚みとしている。そして、反射面１０ｂの帯状構造１１が、発光素子２０からの光に対して反射特性を有している。帯状構造１１はＳ２方向に隙間なく配置されていてもよいし、間隙をあけて配置されていてもよい。この例では、間隙なく隣り合う帯状構造１１が接するように配置されている。
【００４６】
また、帯状構造１１は、発光素子２０の光に対して反射特性を有し、反射特性に異方性（指向性）を持たせることができれば、特にその形状および材料に限定はない。この例では、帯状構造１１としてＳ１方向に一様なプリズム状をなしている。プリズム状とすることにより、Ｓ１方向への反射を抑制し、Ｓ２方向への指向性を持たせることができる。さらに、プリズム状とすることにより、入射角度により反射光の強度が大きく変化するものとなる。これにより、反射フィルム１０の変形に沿って入射面となるプリズム状の帯状構造１１の初期位置に対する角度が変化すると、反射光の強度、反射光の到達位置や到達する方向が大きく変わるものとなる。これにより、反射フィルム１０の形状変化を感度よくセンシングすることができるものとなる。
【００４７】
帯状構造１１の周期的配置を決定する個々のプリズムの大きさは、特に限定されないが、発光素子２０からの光の広がり（スポット径）に対して、３個から３０個程度含まれることが好ましい。個々の帯状構造１１が大きすぎると、プリズム面における多重反射が多くなり、受光強度が低下するからである。例えば、プリズムの一辺を５０μｍとし、発光素子２０の反射フィルム１０に到達する位置でのスポット径を２００μｍ程度とすればよい。
【００４８】
このような反射フィルム１０として、例えば、図１（ｃ）に示すような頂角６０度のプリズムを用いてもよい。
【００４９】
筐体５０は、収容空間５１に外部からの光が侵入しないような遮光性を有する材料からなり、内部に収容する構造体を保護できる強度を有する材料で構成すればよい。例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）などの汎用プラスチック、ポリアミド樹脂（ＰＡ）ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）などのエンジニアリングプラスチック、液晶ポリマーなどのスーパーエンジニアリングプラスチック、およびアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料で形成される。また複数の材料の組み合わせであってもよい。
【００５０】
そして、筐体５０は、反射フィルム１０を張力をかけて保持する保持部を備えている。このように、反射フィルム１０を張力をかけて保持することにより、反射フィルム１０自体に弾性力がない場合であっても反射フィルム１０は弾性的に変化できるものとなる。
【００５１】
配線基板４０は、外部装置との電気的接続および発光素子２０や受光素子アレイ３０との電気的接続を実現するためのものであり、発光素子２０や受光素子３１にバイアスを印加したり、外部装置との間で信号を授受したりするものである。このような配線基板４０としては、有機基板や積層セラミック基板等、適宜自由に選択することができる。
【００５２】
発光素子２０は、反射フィルム１０で反射可能な光を出射できれば特に限定はされないが、通常のＬＥＤ素子、ＬＤ等を用いることができる。
【００５３】
受光素子アレイ３０を構成する複数の受光素子３１は通常のフォトダイオードを用いることができる。
【００５４】
このような発光素子２０，受光素子３１，反射フィルム１０は、例えば、発光素子２０からの光が焦点を結ぶ位置近傍に反射フィルム１０を設置する。そして、初期位置を保つ反射フィルム１０における反射光が、少なくとも受光素子３１の１つに到達するように受光素子アレイ３０を配置してもよいし、発光素子２０が形成された領域と受光素子アレイ３０が形成された領域の間に到達するように受光素子アレイ３０を配置してもよい。
【００５５】
ここで、配線基板４０は、発光素子２０および受光素子アレイ３０が収容空間５１の底面のうち中央近傍に位置するよう配置している、言い換えると、反射フィルム１０の面中心と発光素子２０および受光素子アレイ３０が配置された領域の中心とが略一致するようにして配置されている。これにより、反射フィルム１０面内における変形を感度のばらつきなく検出することができるものとなる。
【００５６】
また、Ｄ１方向およびＤ３方向で形成される座標系と、Ｓ１方向およびＳ２方向で形成される座標軸とをずらすように、反射フィルム１０と受光素子アレイ３０との位置関係を調整している。言い換えると、受光素子３１の配列方向と反射フィルムの帯状構造１１の伸びる方向（長辺方向）とを角度をつけて配置している。具体的には５°〜５０°ずらしている。より好ましくは、１０°から３０°程度とすればよい。これにより、Ｄ３方向の位置に依存する受光量の変化の割合が高くなるため、１次元配列の受光素子３１から反射フィルム１０の２次元における変形情報を高精度にセンシングすることができるものとなる。
【００５７】
なお、収容空間５１の雰囲気は、内部に収容する電子部品を保護するために真空や不活性ガスとしてもよいし、温度特性を安定化させるために減圧状態としてもよいし、反射フィルム１０の弾性力を高めセンシング感度を向上させるために大気圧よりも高い圧力としてもよい。
【００５８】
＜変形例１：センサ１００Ａ：発光素子アレイ＞
上述のセンサ１００では発光素子２０を１つ設けた構成を説明したが、図５に示すセンサ１００Ａのように、複数個の発光素子２０Ａをからなる発光素子アレイ２５を設けてもよい。以下、他の変形例でも同様であるが、比較元のセンサ（本例ではセンサ１００）と異なる部分についてのみ説明し、重複する説明を省略する。なお、図５において、図１と異なる部分の構成が明らかとなるように、反射フィルム１０Ａの図示を省略している。
【００５９】
センサ１００Ａは、発光素子２０Ａを複数個備えており、これらが互いに間隔をあけて配置されて発光素子アレイ２５をなしている。各発光素子２０Ａの間隔，発光素子２０Ａの個数等に制限はないが、この例では、受光素子アレイ３０の受光素子３１と同じ数とし、同じ間隔で配置している。発光素子２０Ａは、第２方向（Ｄ２方向）に配列されている。Ｄ２方向は、Ｓ１方向と非平行であればよい。この例では、Ｄ２方向は、Ｓ１方向と角度をなすとともに、Ｄ１方向と略平行としている。
【００６０】
そして、このような発光素子アレイ２５と受光素子アレイ３０ＡとはＤ３方向に間隔をあけて並列配置されている。このように配置することにより、発光素子２０と受光素子３１との組み合わせをＤ１方向一列に配列しているものとなる。
【００６１】
複数個の発光素子２０Ａを時分割で駆動すれば、個々の発光素子２０Ａの発光に対する複数の受光素子３１のそれぞれでの受光量を区別して検出することができ、反射フィルム１０Ａの変形をより精度よく検出できるものとなる。
【００６２】
また、複数個の発光素子２０Ａを同時に点灯し、反射フィルム１０Ａの面内の各部位押下時の個々の受光素子３１の受光量の分布傾向を確認しておけば、同時点灯しても反射フィルム１０Ａの変形をより精度よく検出できるものとなる。
【００６３】
＜変形例２：センサ１００Ｂ：反射フィルム１０の相対位置＞
上述のセンサ１００Ａでは、発光素子２０Ａの配列方向および受光素子３１Ａの配列方向であるＤ１方向と、発光素子２０Ａの配列方向であるＤ２方向とが平行である例を説明した。これに対して、図６に示すように、Ｄ１方向とＤ２方向とが非平行となるように各構成要素が配置されているセンサ１００Ｂとしてもよい。
【００６４】
ここで、Ｄ２方向を基準とすると、個々の発光素子２０Ｂから出射された光が一定間隔離れた反射フィルム１０Ｂにより反射されて基準面に到達する位置（基準点）は、Ｄ２方向に垂直なＤ３方向において一定間隔あけて並ぶＤ２方向と平行な列に並ぶ。そして、Ｄ１方向とＤ２方向とが非平行であるということは、言い換えると、この基準点の列と受光素子３１Ｂが並ぶ列方向であるＤ１方向が非平行であり、ずれていることとなる。このような構成により、受光素子アレイ３０Ｂは、Ｄ２方向と垂直なＤ３方向における感度に変化を持たせたものとなる。これにより、受光素子３１Ｄの配列によっても、Ｄ１方向とＤ３方向との２方向について、すなわち２次元方向において検出可能とすることができる。
【００６５】
このような、Ｄ１方向とＤ２方向とのなす角度は、９０°以下が好ましく、より具体的には３°〜２０°程度とすればよい。この例では、基準点の列と受光素子３１Ｂの列とが交差するように、Ｄ３方向の距離を調整している。
【００６６】
また、反射フィルム１０Ｂは、そのＳ１方向をＤ２方向に対してずらすように設定すればよい。基準点は発光素子２０Ｂの配列と反射フィルム１０Ｂとの関係で決まるからである。反射フィルム１０ＢのＳ１方向と、受光素子アレイ３０ＢのＤ１方向とは図６に示すようにＤ2方向に対して同じ方向にずらしていてもよいし、点線で記すような反対方向にずらしていてもよい。
【００６７】
＜変形例３：センサ１００Ｃ：発光素子・受光素子＞
上述のセンサ１００，１００Ａ，１００Ｂの発光素子２０，２０Ａ，２０Ｂおよび受光素子３１，３１Ａ，３１Ｂに代えて、発光素子２０Ｃ，受光素子３１Ｃを備えたセンサ１００Ｃとしてもよい。すなわち、配線基板４０に個々の発光素子２０，受光素子３１を実装して形成してもよいが、より好ましくは、同一基板に薄膜プロセスにより一体的に作りこんで形成すればよい。
【００６８】
例えば、発光素子２０Ｃは、半導体材料からなる基板２３Ｃ上に、所望の発光波長を得られるように、バンドギャップを調整した複数の半導体層が積層させて構成させる発光ダイオードとしてもよい。半導体層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて形成する。
【００６９】
このような発光素子２０Ｃの一例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）は発光素子２０Ｃの断面図である。この例では、発光素子２０Ｃは、ＧａＡｓ基板やＳｉ基板からなる基板２３Ｃの一主面２３Ｃａ上に、バッファ層，一導電型の第１コンタクト層，一導電型の第２クラッド層、活性層、他導電型の第２クラッド層、他導電型の第２コンタクト層が順次積層されてなる。この半導体層は、例えばＡｌＧａＡｓ系の半導体層として、ドープする不純物の種類、濃度をコントロールすることにより、所望の半導体層を積層することができる。
【００７０】
このようにして構成された発光素子２０Ｃは、駆動する対の電極間にバイアスを印加することによって、活性層が発光して、光の光源として機能する。
【００７１】
また、発光素子２０Ｃを駆動するための電極は、一導電型の第１コンタクト層および他導電型の第２コンタクト層にそれぞれ接続されるよう、薄膜形成方法により電極層を形成した後にフォトリソグラフィ法により所望の形状に加工して形成すればよい。このような電極は必要に応じて絶縁層を介して形成することで所望の位置で所望の半導体層のみに電気的に接続されるものとなる。
【００７２】
このように半導体の基板２３Ｃ上に発光素子２０Ｃを形成することにより、パターニングのためのマスクを変更するのみで、半導体の基板２３Ｃの所望の位置に所望の形状で精度よく複数の発光素子２０Ｃを配列させることができる。
【００７３】
さらに、発光素子２０Ｃを全て薄膜プロセスにより形成することができるので、発光素子２０Ｃの大きさを小さくすることができるとともに、センサ１００Ａ，１００Ｂのように複数個の発光素子２０Ｃを備えるときには、個々の発光素子２０Ｃの間隔を小さくすることができるので、小型で高精度な発光素子アレイ２５Ｃを提供することができる。
【００７４】
また、図７（ｂ）に示すように、受光素子アレイ３０Ｃの受光素子３１Ｃはフォトダイオードを、一導電型の半導体材料からなる基板３３Ｃの一主面３３Ｃａ（表面）に他導電型半導体領域３２を形成して構成してもよい。半導体の基板３３Ｃとしては、一導電型のＳｉ基板等を用いることができる。そして、他導電型半導体領域３２を形成する領域に開口部を設けたマスクを用い、所望の領域に熱拡散、イオン打ち込み等の手法により他導電型を呈する不純物をドープさせる。また、他導電型の半導体層をエピタキシャル成長させた後に所望の形状の他導電型半導体領域３２にパターニングして形成してもよい。
【００７５】
なお、本例では一導電型はｎ型であり、逆導電型はｐ型である。この例では、一導電型の不純物としてリン（Ｐ）を１×１０１７〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で含んでいる。ｎ型の不純物としては、リン（Ｐ）の他に、例えば窒素（N）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）などが挙げられ、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。なお、本例では一導電型はｎ型であり、他導電型はｐ型である。
他導電型不純物としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられ、ドーピング濃度は１×１０１６〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とされる。このような半導体の基板３３Ｃと他導電型半導体領域３２とでｐｎ接合を形成し、受光素子３１Ｃが形成される。
【００７６】
受光素子３１Ｃから光電流をとりだすための電極も発光素子２０Ｃと同様に、導電膜を形成した後に所望の形状にパターニングすることで形成することができる。
【００７７】
このようにして、半導体の基板３３の所望の位置に所望の形状の受光素子３１Ｃを形成できるので、受光素子３１Ｃを小型化でき、かつ高い位置精度で複数の受光素子３１Ｃを配列させた受光素子アレイ３０Ｃを得ることができるものとなる。
【００７８】
このように、発光素子２０Ｃ及び受光素子アレイ３０Ｃをそれぞれ同一基板に各素子を作りこんだチップ状とすることにより、小型化および高い位置精度を実現できる。
【００７９】
なお、上述の例では、発光素子２０Ｃ（発光素子アレイ２５）及び受光素子アレイ３０Ｃは、それぞれ別基板に形成し別チップとした場合を例に説明したが、半導体の基板２３Ｃおよび半導体の基板３３Ｃを同一基板として、１つの基板の所望の位置に発光素子２０Ｃおよび受光素子３１Ｃを形成することで、発光素子アレイ２５Ｃ及び受光素子アレイ３０Ｃを一体化することもできる。その場合にはさらに複数の発光素子２０Ｃ，複数の受光素子３１Ｃの位置精度をさらに高めることができる。また、実装数を削減することができるので、実装コストも低減し、その結果、生産性の高いセンサ１００Ｃを提供することができる。
【００８０】
また、この例では、発光素子２０Ｃとして、ＧａＡｓ系ＬＥＤを構成してなり、その発光波長は赤外光となる。これに対して、受光素子３１Ｃは、発光素子２０Ｃと異なる材料系であるＳｉ系のＰＤとしている。これにより、受光素子３１Ｃは赤外光に対する光変換効率を高めることができ、微小な光量の変化をセンシングできるものとなる。
【００８１】
さらに、同一基板上に発光素子２０Ｃ，受光素子３１Ｃを形成する場合には、その製造過程で同一基板の近接位置にて形成されるため、複数の素子間で輝度、感度のばらつきを低減することができる。このため、安定した測定が可能のセンサ１００Ｃとすることができる。
また、受光素子３１Ｃは他導電型半導体領域３２が基板３３の表層に形成されているので、反射光によりキャリアが発生してもその移動距離は非常に短くなり、高速応答が可能となる。このため、反射フィルム１０Ｃの変形の時間的変化に対しても遅延なく追従することのできる高速駆動のセンサ１００Ｃとすることができる。
【００８２】
＜変形例４：センサ１００Ｄ：反射フィルム１０Ｄ＞
センサ１００の反射フィルム１０は、その透光性については限定していない。例えば、透光性を有さない材料を用いて反射フィルム１０を構成してもよいし、厚み方向の途中に遮光層や反射層を含ませ、反射フィルム１０の操作面１０ａと反射面１０ｂとの間の透光性を低くしてもよい。この場合には、外部からの光（自然光）に対する透光性を低くした場合には、外部の光の影響を抑制し、発光素子２０からの光の反射光のみの情報をもとにセンシングすることができる。発光素子２０からの光に対する透光性を低くした場合には、発光素子２０からの光を内部に閉じ込め、効率的に発光素子２０からの光を利用することができる。
【００８３】
一方で、発光素子２０からの光に対して、一定の透光性を有する反射フィルム１０Ｄを用いたセンサ１００Ｄとしてもよい。反射フィルム１０Ｄを構成する材料として透光性を有する材料を用いてもよいし、複数の帯状構造１１間に微小な間隙を設け、その部位に透光性をもたせてもよい。このように、反射フィルム１０Ｄが透光性を有することにより、発光素子２０Ｄからの光が反射フィルム１０Ｄの操作面１０Ｄａ側へ通過する。そして、反射フィルム１０Ｄの操作面１０Ｄａ側から例えば指等の物体が近接したときに、通過した光が物体により反射され受光素子３１Ｄ側に戻ることで、受光素子３１Ｄが受光する光量が増加し、物体の有無、物体の位置を確認できる、さらに、その光量の時間的変化を追うことにより、物体の接近、移動等の動きを確認することができる。
【００８４】
このような反射フィルム１０Ｄとして、例えば、ポリカーボネートの高分子樹脂材料からなるプリズムシートを例示することができる。
【００８５】
＜変形例５：反射フィルム＞
また、プリズムシートからなる反射フィルム１０に代えて、図８に示すように、帯状構造１１Ｅを有する反射フィルム１０Ｅを有するセンサ１００Ｅとしてもよい。
【００８６】
反射フィルム１０Ｅの帯状構造１１Ｅは、第１帯状領域１２と第２帯状領域１３とを有し、これらがＳ２方向に並んで配列している。そして、反射フィルム１０Ｅ全体として、Ｓ１方向に延びる第１帯状領域１２と第２帯状領域１３とがＳ２方向に交互に配列される。
【００８７】
ここで、第１帯状領域１２と第２帯状領域１３とで発光素子２０Ｅの出射光に対する偏光特性に差を設ける。この例では、第１帯状領域１２が偏光特性を有し、第２帯状領域１３が偏光特性を有さないものとしている。このような構成により、Ｓ１方向とＳ２方向とで反射特性に差を設けることができ、その結果、指向性を有する反射フィルム１０Ｅを実現することができる。
【００８８】
＜変形例：その他＞
本発明のセンサ１００は上述の実施形態に限定されない。例えば、図５に示す、センサ１００Ａにおいて、発光素子アレイ２５と受光素子アレイ３０Ａとの列は互いに平行でなくてもよい。
【００８９】
また、発光素子アレイ２５の発光素子２０Ａの配列方向と、受光素子アレイ３０の受光素子３１の配列方向と、反射フィルム１０のＳ１方向と、のうちいずれか２つの方向に差をつけ、その他の組み合わせは平行としてもよい。異ならせる角度は５ｄｅｇ〜１５ｄｅｇ程度とすればよい。
【００９０】
また、図７においては、基板上に半導体層を薄膜成長させたり、基板にドーパントを拡散させたりして、同一基板に発光素子２０Ｃと受光素子３１Ｃを作りこんだが、この例に限定されない。例えば、半導体性のエピフィルムを貼付することで、同一基板に発光素子２０Ｃと受光素子３１Ｃとを作りこんでもよい。
【００９１】
また、発光素子アレイ２５と受光素子アレイ３０との組み合わせを複数設けてよい。その場合には、Ｄ１方向に配列しても、Ｄ２方向に配列しても、放射状に配列しても、マトリックス上に配列してもよい。その場合には、情報数が増えるため、より精密なセンシングが可能なセンサ１００とすることができる。
【００９２】
また、Ｄ１方向において、受光素子アレイ３０と並ぶように少なくとも１つの第２発光素子をさらに備えていてもよい。第２発光素子からの光を複数の受光素子３１のうち、どの受光素子で検出できるかを判別することで、Ｄ４方向（反射フィルム１０との距離）もセンシングすることができる。第２発光素子を複数個、Ｄ１方向に配列させてアレイ状とすれば、どの第２発光素子を点灯させたときに第２発光素子からの光を受光できるかを判別することで、Ｄ４方向（反射フィルム１０との距離）もセンシングすることができる。このような第２発光素子は、受光素子アレイ３０の両側に配置してもよい。
【００９３】
さらに、反射フィルム１０と受光素子３１との間および反射フィルム１０と発光素子２０との間に光学系を配置してもよい。具体的にはレンズ、シリンドリカルレンズ、プリズム等を例示することができる。このような光学系を追加するときには、発光素子２０からの光が光学系と通り、反射フィルム１０の位置で焦点を結ぶようにＤ３方向の距離を調整することが好ましい。
【００９４】
また、上述の例では、キャップ状の筐体５０の収容空間５１の内部に配線基板４０を収容した例を用いて説明したが、配線基板４０の上面４０ａに筒状の筐体を設けてもよい。その場合には、配線基板４０の上面４０ａを底面として、筐体の内壁を側壁とする収容空間が実現できる。この構成により、外部装置との電気的接続が容易になる。
【００９５】
また、図１８に示すように、配線基板４０に配線基板４０を囲う側壁を有する支持体６０を設け、この支持体６０により、各発光素子２０，受光素子３１に応じたマイクロレンズ、プリズム等の光学系６５を配置してもよい。この場合には、発光素子２０が照射する光の指向性を高め、受光素子３１への光を集光することができるので、より感度を高めることができる。
【００９６】
このように、発光素子２０、受光素子３１、反射フィルム１０の配置等を適宜変化させることにより、反射フィルム１０に対する動作に対する各受光素子３１により検出する検出信号の分布の傾向が異なる場合も生じる。しかしながらが、異方性を有する反射フィルム１０と、一次元配列の受光素子３１とを組み合わせることで、押下げ位置、動作により固有の（区別可能な）強度分布を受光素子アレイ３０で検出可能であることを見出したのが本発明の真髄である。
【００９７】
＜センサ装置２００＞
（処理流れ＿可能となるセンシング対象）
上述のセンサ１００〜１００Ｄをセンサ装置２００に組み込み、人や物の様々な動作、物体の動きをセンシングする。
【００９８】
ここでは、センサ１００Ａを用いた例について説明する。センサ装置２００は、図９に示すように、センサ１００Ａと、制御部２１０，検出部２２０，判定部２３０と、を有する。
【００９９】
制御部２１０は、センサ１００Ａに接続される。具体的には、センサ１００Ａの発光素子２０Ａの点灯・非点灯を制御するものである。この例では、複数の発光素子２０Ａをそれぞれ順番に時分割で点灯させる。制御部２１０は定電流回路で構成してもよく、場合により複数個を点灯することもある。
【０１００】
このように、制御部２１０により、発光素子２０Ａが点灯している状態で反射フィルム１０Ａの操作面１０Ａａの一部を押下げ、反射フィルム１０を変形させる。ここで、反射フィルム１０の変形に伴う受光素子３１Ａの受光量に応じた光電流を、センサ１００Ａに接続された検出部２２０で検出する。
【０１０１】
検出部２２０では、検出される光電流は、１つ目の発光素子２０Ａａを発光させたときの複数の受光素子３１Ａのそれぞれで検出される光電流と、２つの発光素子２０Ａｂを発光させたときの、複数の受光素子３１Ａのそれぞれで検出される光電流と、・・・というような、個々の発光素子２０Ａの点灯に応じて複数の受光素子３１Ａのそれぞれにより検出する光電流を時分割で含むものとなる。検出部２２０はアナログＳＷや電流増幅アンプから構成されることもある。
【０１０２】
検出部２２０で検出された光電流は、判定部２３０に送られる。判定部２３０は、データ変換部２３１，データ格納部２３２，標準データ格納部２３３，比較部２３４とを備える。
【０１０３】
データ変換部２３１は、検出部２２０からの光電流を電圧値に変換しアナログ信号からデジタル信号へと変換する。この過程でアンプ等を追加し信号を増幅したり、フィルタを用いてのノイズを除去したりしてもよい。
【０１０４】
データ格納部２３２は、データ変換部２３１により処理された信号を格納する。そして、このデータ変換部２３１に格納されたデータと、標準データ格納部２３３に格納されたデータとの比較を比較部２３４により行なう。標準データ格納部２３３には、予め反射フィルム１０Ａのあらゆる変形に応じた光電流に起因する信号の分布を格納している。これにより、実測データであるデータ格納部２３２に収容されたデータと標準データ格納部２３３に格納されたデータとの比較により、反射フィルム１０Ａの変形を判定することができる。
【０１０５】
ここで、反射フィルム１０Ａの変形の判定とは、反射フィルム１０Ａの変形位置と変形量とを特定することである。変形量には、Ｄ３方向への変形量に加え、反射フィルム１０Ａの面方向における変形量、すなわち、反射フィルム１０Ａに作用する物体の接触面積も含まれる。
【０１０６】
以上より、センサ装置２００によれば、反射フィルム１０Ａの面内の押下げ位置，量、押下げ面積を判別することができる。
【０１０７】
さらに、判定部２３０内のデータ変換部２３１により変換された信号の時間的な変化を連続的に解析する解析部（不図示）を備えていてもよい。このような解析部により、反射フィルム１０Ａの操作面１０Ａａに作用する力の動きを判定することが可能となる。すなわち、反射フィルム１０Ａの面内の押下げ位置，量、押下げ面積の軌跡を判別することができるものとなる。
【０１０８】
これにより、反射フィルム１０Ａの押下げ位置から作用する物体の接触位置を、押下げ位置の軌跡から作用する物体の移動経路を、押下げ面積の軌跡から作用する物体の接触面積の変化とその移動経路とを区別してセンシングすることができる。一例として、指で反射フィルム１０Ａを押し下げる場合に適合させると、例えば、反射フィルム１０Ａの四隅、中央の押下げを区別して判別可能であり、Ｄ１方向，Ｄ２方向，Ｓ１方向，Ｓ２方向等に指を移動させる動きも区別可能であり、Ｄ１方向，Ｄ２方向，Ｓ１方向，Ｓ２方向等に指を回転させるように移動させる動きも、方向に加え、前者の単に指を移動させる動きと区別して判別することができる。前者は接触面積に変化がなく、後者は接触面積に変化があるからである。
【０１０９】
（応用分野）
このようなセンサ装置２００は、例えば、タブレット電子機器、ウェアラブル電子機器等に搭載され、電子機器の動作を指示するポインタ，ジョイスティック，スイッチと等価の機能を発現すべく操作機器に組み込むことができる。また、配管等の流路の壁面の一部に、操作面１０ａが流路の内部を臨むようにセンサ装置２００を取りつけることで、流路内部の圧力変化、流体の移動方向等を解析することもできる。さらに、プリンタのトナー流路に設けることでトナー流量，残量をセンシングすることができる。
【０１１０】
なお、上述のセンサ装置２００では、判定部２３０において、実測値を予め記録した標準データと比較することで反射フィルム１０Ａの変形を判定した例を用いて説明したが、この例には限定されない。例えば、検出部２２０で検出された光電流に基づき、判定部２３０内のマイクロプロセッサーでセンサ１００Ａの構成を元に演算を行ない直接反射フィルム１０Ａの変形を判定してもよい。
【０１１１】
さらに、反射フィルム１０Ａが透光性を有するものとしてもよい。その場合には、反射フィルム１０Ａを押下げる前に、反射フィルム１０Ａの面内のどの位置に作用する物体を接近させているかを判別することができる。これにより、操作面１０Ａａを目視できない状態で操作する可能性のあるウェアラブル電子機器等にセンサ装置２００を組み込む際に、実際の操作前に所望の押下げ位置に近接できているかを確認することができる。例えば、メガネの弦に操作面１０Ａａを配置するときに有用である。
【０１１２】
＜光学式操作装置３００＞
上述のセンサ装置２００に操作認識部３１０を組み合わせ、光学式操作装置３００とし、センサ装置２００でセンシングした人や物の動作と連動して電子機器を制御することができる。
【０１１３】
具体的には、センサ装置２００からの情報を操作認識部３１０に送り、操作認識部３１０にて、センサ装置２００でセンシングした反射フィルム１０Ａの形状変化に応じた入力操作を認識する。
【０１１４】
これにより、生産性が高く、感度の優れたセンサ装置２００を用いて、電子機器に対する操作を実現する光学式操作装置３００を提供することができる。
【実施例１】
【０１１５】
上述のセンサ１００Ａを参照し、図１０にモデルを示すセンサを製造した。具体的には、配線基板４０として通常のプリント基板を用い、この配線基板４０に発光素子アレイ２５と受光素子アレイ３０とがＤ３方向に並列配置されるように実装した。発光素子アレイ２５と受光素子アレイ３０とは、Ｓｉ単結晶基板に図７（ａ），（ｂ）を参照に発光素子２０（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４），受光素子３１（ＰＤ１〜ＰＤ４）を形成した。発光素子アレイ２５は、Ｄ１方向に発光素子２０を４個配列するように形成し、受光素子アレイ３０は、Ｄ１方向に受光素子３１を４個配列するように形成した。なお、発光素子アレイ２５と受光素子アレイ３０とは同一基板に一体的に形成した。
【０１１６】
反射フィルム１０は、透光性を有するプリズムシートを採用した。
【０１１７】
各部の具体的な構成は下記の通りである。
帯状構造の幅（Ｓ２方向）ｗ：５０μｍ
帯状構造の形状：頂角６０度のプリズム状
帯状構造の長辺が延びる方向（Ｓ１方向）とＤ１方向との角度：１０°
反射フィルムとＳｉ基板との距離：３ｍｍ
比較例として、上述の実施例１のセンサにおいて反射フィルムに代えて等方性の反射特性をもつミラーシートとしたものを製造した。
【０１１８】
上述のような実施例１のセンサと比較例のセンサとにおいて、その反射フィルムのうち図１０のＡ〜Ｇに示す位置を押下げ、発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を時分割で発光させたときの、各受光素子ＰＤ１〜ＰＤ３の光電流強度を図１１に示す。なお、図１１において、個々の光電流強度は最も大きい光電流強度で規格化している。
【０１１９】
図１１からも明らかなように、比較例のセンサではＤ２方向（例えばポジションＡとＢ）の位置の違いを区別できないのに対して、実施例１のセンサでは、ポジションＡ〜Ｇの全てにおいて各受光素子３１の受光強度分布が異なっており、反射フィルム１０の全方位において押下げ位置を区別して検出可能であることを確認できた。さらに、発光素子２０を複数個時分割で点灯することで、同様に各押下げ位置に応じて異なる受光強度分布の情報をさらに追加することができるので、より正確に検出することができる。さらに、各受光素子３１の受光強度分布の傾向を備えるがその強度が異なる場合には、押下げ量および押下げ面積が異なることを推定可能である。
【実施例２】
【０１２０】
上述のセンサ１００Ｂを参照し、図１２にモデルを示すセンサを製造した。具体的には、実施例１と異なる部分は、発光素子２０（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８）および受光素子３１（ＰＤ１〜ＰＤ８）をそれぞれ８個設けた点と、発光素子２０の配列方向と受光素子３１の配列方向とを１０°ずらした点であり、それ以外が実施例１と同様に製造した。
【０１２１】
このようにして製造したセンサにおいて、押圧力を段階的に強くしながら反射フィルムの同じ位置を押圧したときの、ＰＤ１〜８での光電流強度の変化の様子を測定した。すなわち、反射フィルムの変形量が段階的に多くなるときのＰＤ１〜８での光電流強度の変化の様子を測定した。さらに言い換えると、基準面と反射フィルムとの距離を段階的に近付けたときのＰＤ１〜８での光電流強度の変化の様子を測定した。
【０１２２】
ＰＤ１〜ＰＤ８の出力のうち、ＰＤ１，ＰＤ４，ＰＤ８の光電流強度の時間的な変化の様子を図１３に示す。図１３において、横軸（時間軸）の１において弱く押圧し、２において中程度の力で押圧し、３で強く押圧したときの、各ＰＤにおける出力変化の様子を縦軸の変化量として示している。図からも明らかなように、押圧力（押下げ量；距離変化量）に応じて出力変化も大きくなることが確認できた。このことから、実施例２のセンサによれば、反射フィルムに対する押圧力を判別することができることが分かった。
【０１２３】
次に、図１２に示すポジションＡ〜Ｄを押圧したときのＰＤ１〜８での光電流強度の変化の様子を測定した。ここで、ＰＤ１〜ＰＤ８の出力のうち、ＰＤ１，ＰＤ４，ＰＤ８の光電流強度の時間的な変化の様子を図１４に示す。図１４において、横軸（時間軸）の１においてポジションＡを押圧し、以下、２においてポジションＢを、３においてポジションＣを、４においてポジションＤをそれぞれ押圧したときの、各ＰＤにおける出力変化の様子を縦軸の変化量として示している。図からも明らかなように、ポジションＡ〜Ｄのそれぞれを押圧したときのＰＤ１，ＰＤ４，ＰＤ８の出力信号の変化の傾向がそれぞれ固有のものとなっていることが確認できた。これにより、二次元全面において反射フィルムの変形箇所を特定することが可能であることを確認できた。
【実施例３】
【０１２４】
次に、上述の実施例１，２のセンサを参照し、図１５に示すモデルのセンサを製造した。具体的には、発光素子２０，受光素子３１の素子数をそれぞれ１０個とし、それぞれＰＤ１〜ＰＤ１０，ＬＥＤ１〜ＬＥＤ１０とした。
【０１２５】
このセンサの操作面１０Ａａに対して、図１５に示す動作１〜動作７の操作を行なった。そのときの各受光素子３１ａ〜３１ｊの光電流強度を図１６，図１７に示す。なお、図１６において、ＰＤ１〜ＰＤ１０の個々の光電流強度は相対強度で示した。また、動作６，７は図１７に、その時間的変動についても示した。
【０１２６】
その結果、各動作を区別して認識することができることを確認した。特に動作６，７は、動作６が押圧面積がほぼ一定であるのに対して、動作７は押圧面積が変化することの違いを明確に区別することができることを確認した。
【符号の説明】
【０１２７】
１００  センサ
１０    反射フィルム
１０ａ  操作面
１０ｂ  反射面
１１    帯状構造
２０    発光素子
２５    発光素子アレイ
３０    受光素子アレイ
３１    受光素子
４０    配線基板
５０    筐体
５１    収容空間
【図１】
0006321474.tif 000002
【図２】
0006321474.tif 000003
【図３】
0006321474.tif 000004
【図４】
0006321474.tif 000005
【図５】
0006321474.tif 000006
【図６】
0006321474.tif 000007
【図７】
0006321474.tif 000008
【図８】
0006321474.tif 000009
【図９】
0006321474.tif 000010
【図１０】
0006321474.tif 000011
【図１１】
0006321474.tif 000012
【図１２】
0006321474.tif 000013
【図１３】
0006321474.tif 000014
【図１４】
0006321474.tif 000015
【図１５】
0006321474.tif 000016
【図１６】
0006321474.tif 000017
【図１７】
0006321474.tif 000018
【図１８】
0006321474.tif 000019