(57)【要約】【課題】あらかじめ発光部の発光タイミングを調整して基板の設計を簡単にし、被検出物を高精度に検出する。【解決手段】近接センサ１９は、ＭＩＤ技術による製造プロセスで製造された立体回路基板１に、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２を組み込むことで製造される。タッチレスモーションを行う場合、近接センサ１９に対し、手や指などの被検出物が下から上へと移動すると、発光素子１０Ａ、１０Ｂからそれぞれ出射された光は被検出物で反射する。受光素子３２は、その反射光を検出して検出信号１、２を出力する。その後、被検出物が発光素子１０Ｃの上方に達すると、受光素子３２は、発光素子１０Ｃによる反射光を検出して検出信号３を出力する。検出信号１、２、３の出力パターンから被検出物の下から上への移動が検出される。【選択図】図１
2013145174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物を検出する近接センサであって、
基板と、
全てが直線に並ばずに前記基板の面に実装され、光を出射する少なくとも３つの発光部と、
前記少なくとも３つの発光部と所定の位置関係を構成して前記基板の面に実装され、前記発光部から出射されて前記被検出物で反射された反射光を受光する受光部と、
を備える近接センサ。
【請求項２】
請求項１記載の近接センサであって、
前記基板は、１ショットレーザ輪郭除去法で製造された立体回路基板である近接センサ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の近接センサであって、
前記少なくとも３つの発光部及び前記受光部は、それぞれ前記基板の表面に形成された凹部に実装される近接センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の近接センサであって、
前記受光部は、前記少なくとも３つの発光部から出射されて前記被検出物で反射された反射光の受光パターンを基に、前記被検出物の移動を検出する近接センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の近接センサであって、
前記少なくとも３つの発光部から出射される光の発光量が異なり、
前記受光部は、前記反射された光の受光量をもとに、前記面に対して垂直方向の前記被検出物の距離を検出する近接センサ。
【請求項６】
請求項３記載の近接センサであって、
前記少なくとも３つの発光部が載置される凹部は、前記受光部に対し、前記発光部から出射される光が外側を向く様に、前記外側に偏った開口部を有する近接センサ。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の近接センサであって、
前記基板の面に、前記受光部及び３つの前記発光部が矩形の四隅となるように配置された近接センサ。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の近接センサであって、
前記基板の面の中央に前記受光部が配置され、前記受光部の周囲に４つの前記発光部が配置された近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出物を検出する近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末等の電子機器は、機能毎に製造された各モジュールが基板上に組み合わせて実装されることが多く、電子機器の高機能化が急速に進展している。また、省資源化及び携帯性の観点から、電子機器の薄型化及び軽量化が望まれている。
【０００３】
しかし、電子回路を形成するガラスエポキシ基板等のプリント配線基板は平面的な構造をしており、更に電子部品の実装形態にも制約があるため、更なる高機能化と薄型化と軽量化とを同時に達成することが困難となっている。
【０００４】
この様な背景の下、射出成形品の表面に立体的な電気回路を直接的に形成するＭＩＤ（Molded Interconnected Device）技術が脚光を浴びている。ＭＩＤ技術は、モジュールを実装するためのモジュール基板に、機構部品としての機械的機能と配線回路基板としての電気的機能とを与えることができる。従って、ＭＩＤ技術によれば、電子機器の小型化と電子機器を構成するモジュール基板の高精度化とを同時に実現することができ、更に、モジュール基板の組み立て工数を削減することもできる。
【０００５】
また、携帯端末又はタブレット端末等の電子機器では、近接センサの一例として、タッチレスモーション機能を搭載することが検討されている。タッチレスモーション機能は、携帯端末又はタブレット端末等の電子機器のディスプレイにユーザの手がタッチされずに、ユーザの手が当該ディスプレイ上において例えば上下方向又は左右方向に動いたことを検出する機能である。
【０００６】
これまでに、発光部としての３つのＬＥＤ素子を駆動し、タッチレスモーション機能を実現するドライバを搭載した受光素子が提供されている。図１２（Ａ）は、従来のタッチレスモーション機能におけるユーザの手の左右方向の動きの検出動作を説明する図である。図１２（Ｂ）は、従来のタッチレスモーション機能におけるユーザの手の上下方向の動きの検出動作を説明する図である。図１２（Ｃ）は、ユーザの手の左右方向の動きに対する反射光の信号強度を説明する図である。図１２（Ｄ）は、ユーザの手の上下方向の動きに対する反射光の信号強度を説明する図である。図１２（Ｅ）は、各ＩｒＬＥＤ１０１、１０２、１０３の発光タイミングを説明する図である。
【０００７】
図１２（Ａ）に示す様に、携帯端末１００の上部であって携帯端末１００の筺体内部には、図１２（Ａ）の紙面の横方向及び縦方向に対して９０°の角度をなす様に、３つの近赤外発光素子（ＩｒＬＥＤ）１０１、１０２、１０３が配置されている。また、図１２（Ａ）に示す様に、携帯端末１００の上部であって携帯端末１００の筺体内部には、横方向の２つのＩｒＬＥＤ１０１、１０２の間には、受光素子１０５が配置されている。
【０００８】
３つのＩｒＬＥＤ１０１、１０２、１０３は、図１２（Ｅ）に示す様に、周期１０ｍｓ〜２０００ｍｓの発光周期で可変自在な発光タイミングで時分割に発光する。図１２（Ａ）及び図１２（Ｃ）に示す様に、携帯端末１００に対し、ユーザの手１０６を右から左に移動させると、受光素子１０５は、右側に位置する２つのＩｒＬＥＤ１０２、１０３から時分割に発光された光の反射光を受光する。さらに、受光素子１０５は、少し遅れて、左側に位置する１つのＩｒＬＥＤ１０１からの反射光を受光する。この受光するタイミングのずれにより、ユーザの手１０６の左右方向のモーションが検出される。
【０００９】
同様に、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｄ）に示す様に、携帯端末１００に対し、ユーザの手１０６を上から下に移動させると、受光素子１０５は、上側に位置する２つのＩｒＬＥＤ１０１、１０２から時分割に発光された光の反射光を受光する。さらに、受光素子１０５は、少し遅れて、下側に位置する１つのＩｒＬＥＤ１０３からの反射光を受光する。この受光するタイミングのずれにより、ユーザの手１０６の上下方向のモーションが検出される。
【００１０】
近接センサに関する先行技術として、基板と、この基板上に列状に配置された複数の受光素子と、各受光素子に対して複数個ずつ対応して設けられ、列状に配置された複数の発光素子とを備えた、受発光一体型素子アレイが知られている（例えば特許文献１参照）。この受発光一体型素子アレイは、列状に設けられた発光素子からの光に対する検出対象物の反射光の大きさ（光電流の大きさ）を基に、検出対象物の位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−０９９９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した従来の近接センサには、次の様な問題があった。従来、携帯端末又はタブレット端末等の電子機器にタッチレスモーション機能を搭載する場合、それぞれの発光部としての例えばＩｒＬＥＤを個別に基板に配置しなければならなかった。このため、電子機器を組み立てるセットメーカは、基板を設計する際、各発光部と受光部の位置関係を決め、この位置関係に適した発光部の発光タイミング（発光周期）の調整を行わなければならず、面倒な設計を行う必要があった。
【００１３】
また、特許文献１に記載の受発光一体型素子アレイは、所定の方向（例えば横方向）における検出対象物の位置を検出するが、他の方向（例えば縦方向）を含めて検出することを行っていなかった。
【００１４】
本発明は、従来の事情に鑑みてなされたものであり、あらかじめ発光部の発光タイミングを調整して基板の設計を簡単にし、被検出物を高精度に検出することができる近接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】
【００１５】
本発明の第１の近接センサは、被検出物を検出する近接センサであって、基板と、全てが直線に並ばない様に、前記基板の面に配置され、光を出射する少なくとも３つの発光部と、前記少なくとも３つの発光部と所定の位置関係となる様に、前記基板の面に配置され、前記発光部から出射され、前記被検出物で反射された光を受光する受光部と、を備える。
【００１６】
本発明の第２の近接センサは、前記基板は、１ショットレーザ輪郭除去法で製造された立体回路基板であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の近接センサは、前記少なくとも３つの発光部及び前記受光部が、それぞれ前記基板の表面に形成された凹部に実装されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第４の近接センサは、前記受光部が、前記少なくとも３つの発光部から出射されて前記被検出物で反射された反射光の受光パターンを基に、前記被検出物の移動を検出することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第５の近接センサは、前記少なくとも３つの発光部から出射される光の発光量が異なり、前記受光部は、前記反射された光の受光量をもとに、前記面に対して垂直方向の前記被検出物の距離を検出することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第６の近接センサは、前記少なくとも３つの発光部が載置される凹部が、前記受光部に対し、前記発光部から出射される光が外側を向く様に、前記外側に偏った開口部を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第７の近接センサは、前記基板の面に、前記受光部及び３つの前記発光部が矩形の四隅となるように配置されたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の第８の近接センサは、前記基板の面の中央に前記受光部が配置され、前記受光部の周囲に４つの前記発光部が配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、あらかじめ発光部の発光タイミングを調整して基板の設計を簡単にし、被検出物を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態の近接センサにおける発光素子及び受光素子の配置を示す図
【図２】第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの前半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図
【図３】第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図
【図４】金型Ａと金型Ｂとを用いて樹脂基板を成形する様子を示す図
【図５】立体回路基板に発光素子及び受光素子が実装された近接センサの断面構造を示す断面図、（Ａ）図１の矢印Ａ−Ａ線方向から見た場合の断面構造を示す断面図、（Ｂ）図１の矢印Ｂ−Ｂ線方向から見た場合の断面構造を示す断面図
【図６】タッチレスモーションの検出時に近接センサ内の受光素子によって検出された検出信号を示すタイミングチャート、（Ａ）被検出物が図１に示す近接センサの下側から上側へと移動する場合、（Ｂ）被検出物が図１に示す近接センサの上側から下側へと移動する場合
【図７】タッチレスモーションの検出時に近接センサ内の受光素子によって検出された検出信号を示すタイミングチャート、（Ａ）被検出物が図１に示す近接センサの右側から左側へと移動する場合、（Ｂ）被検出物が図１に示す近接センサの左側から右側へと移動する場合
【図８】第２の実施形態の近接センサにおける発光素子及び受光素子の配置を示す図
【図９】被検出物までの距離に対する受光素子の検出信号の変化を示すグラフ、（Ａ）受光素子の検出信号の一例を示したグラフ、（Ｂ）受光素子の検出信号の他の一例を示したグラフ
【図１０】第３の実施形態の近接センサにおける複数の発光素子がそれぞれ実装される立体回路基板の複数の凹部の形状、及び各発光素子から出射される光の出射方向を示す図、（Ａ）近接センサの平面図、（Ｂ）図１０（Ａ）の矢印Ｃ−Ｃ線方向の断面図、（Ｃ）第３の実施形態の変形例の近接センサの平面図
【図１１】第４の実施形態の近接センサにおける発光素子及び受光素子の配置を示す図、（Ａ）近接センサの平面図、（Ｂ）第４の実施形態の変形例の近接センサの平面図
【図１２】（Ａ）従来のタッチレスモーション機能におけるユーザの手の左右方向の動きの検出動作を説明する図、（Ｂ）従来のタッチレスモーション機能におけるユーザの手の左右方向の動きの検出動作を説明する図、（Ｃ）ユーザの手の左右方向の動きに対する反射光の信号強度を説明する図、（Ｄ）ユーザの手の上下方向の動きに対する反射光の信号強度を説明する図、（Ｅ）各ＩｒＬＥＤの発光タイミングを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る近接センサの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態の近接センサは、携帯端末又はタブレット端末等の電子機器の筐体内部に設けられ、ユーザの手又は指等の被検出物を検出するものである。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の近接センサ１９における発光素子及び受光素子の配置を示す図である。近接センサ１９は、立体回路基板１の上面に、少なくとも３つの発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと１つの受光素子３２とが実装されて構成されている。図１に示す様に、立体回路基板１の上面には、３つの発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと１つの受光素子３２が矩形の四隅に配置されている。即ち、立体回路基板１は、各発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの電気回路が実装される例えば円形の底部（底面）と当該底部（底面）の周囲を囲む壁面とにより形成された円形の凹部（不図示）と、受光素子３２の電気回路が実装される例えば矩形の底部（底面）と当該底部（底面）の周囲を囲む壁面とにより形成された矩形の凹部（不図示）とを有する構成である。
【００２８】
発光部としての発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、駆動電流が供給されると、（発光１）、（発光２）、（発光３）の順に時分割で赤外線（例えば、近赤外線）を発するＩｒＬＥＤにより構成される。
【００２９】
受光部としての受光素子３２は、フォトダイオードと、フォトダイオードを駆動するためのドライバ回路とを有する構成である。このドライバ回路は、後述する様に、タッチレスモーション機能、及び被検出物までの距離を検出する機能を有する。
【００３０】
また、近接センサ１９は、ＭＩＤ技術による製造プロセスで製造された立体回路基板１に、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２が実装されることによって製造される（図４参照）。
【００３１】
図２は、第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの前半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。図３は、第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。
【００３２】
１ショットレーザ輪郭除去法は、１度の射出成形を行い、射出成形された基板上における、目的の電気回路が実装される回路パターンの周囲の輪郭をレーザ光で照射し、所望の金属の層又は膜を形成させて立体回路基板を製造する方法である。
【００３３】
図２及び図３では、立体回路基板１の製造プロセスの説明を簡単にするために、図１に示す発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２が一体的に実装される立体回路基板１の製造プロセスを、例えば発光素子１０Ａに着目して説明する。但し、図２及び図３の説明は、図１に示す発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２が一体的に実装される立体回路基板１の製造プロセスに適用可能である。
【００３４】
１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセス（製造方法）は、以下の（工程１）〜（工程６）のプロセスの順番に従って行われる。
【００３５】
（工程１）一次成形のプロセスでは、射出成形機において、例えば発光素子１０Ａが実装される立体回路基板１の凹部の形状に合わせた金型として金型Ａと金型Ｂとが設置され、金型Ａと金型Ｂとの間の空間にめっき可能な樹脂材料が注入される。樹脂材料には、例えばポリフタルアミド（ＰＰＡ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及び窒化アルミ（ＡｌＮ）が用いられる。（工程１）のプロセスは、本実施形態の立体回路基板１を準備する工程であって、同プロセスによって、本実施形態の立体回路基板１の下地（一次成形品）としての樹脂基板５が成形される。なお、準備する工程としては、（工程１）の一次成形のプロセスにて樹脂基板５を射出成形する工程に限定されず、例えば第三者（例えば製造委託者等）から購入した樹脂基板５を用いる工程も含まれる。図２に示す様に、樹脂基板５には、金型Ａ及び金型Ｂの形状に合わせて、すり鉢状の凹部５ａが形成される。
【００３６】
図４は、金型Ａと金型Ｂとを用いて樹脂基板５を成形する様子を示す図である。金型Ａには、樹脂基板５の凹部５ａに当接する凸部１１ａが形成されている。この凸部１１ａの先端面１１ｂは予め平坦な面に研磨されており、更に凸部１１ａの側面１１ｃも予め平滑な面又は曲面に研磨されている。
【００３７】
（工程１）のプロセスは、予め研磨された先端面１１ｂ及び側面１１ｃを有する金型Ａを用いることにより、射出成形された樹脂基板５の凹部５ａに、底部としての平滑な底面５ｂ及び平滑な壁面５ｃを形成することができる。
【００３８】
なお、（工程１）のプロセスでは、射出成形された樹脂基板５の凹部５ａに、平滑な底面５ｂ及び曲面的に滑らかな壁面５ｃが形成されてもよい。また、（工程１）のプロセスと（工程２）のプロセスとの間では、一次成形品としての樹脂基板５に対してプラズマ処理されることが好ましい。これにより、樹脂基板５の表面が活性化することになる。
【００３９】
（工程２）一次成形のプロセスの次のメタライジングのプロセスでは、樹脂基板５の表面又は全面に、スパッタリングにより例えばＣｕ薄膜（銅薄膜）７が形成される。（工程２）のプロセスでは、樹脂基板５の表面又は全面に形成されるＣｕ薄膜７の厚さは例えば０．３μｍである。（工程１）のプロセスでは研磨された金型Ａが用いられているため、樹脂基板５の凹部５ａの表面（底面５ｂ，壁面５ｃ）は滑らかに形成されている。従って、（工程２）のプロセスにおいて、樹脂基板５の表面に形成されたＣｕ薄膜７も同様に滑らかに形成される。
【００４０】
（工程３）メタライジングのプロセスの次のレーザパターニングのプロセスでは、Ｃｕ薄膜７に対し、目的の発光素子１０Ａの電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所を含む所定範囲の輪郭８の部分がレーザ光により除去される。この所定範囲は、樹脂基板５の凹部５ａの左側表面の一部から凹部５ａの左側の壁面５ｃ、底面５ｂ、凹部５ａの右側の壁面５ｃ、樹脂基板５の右側表面の一部（不図示）にまで及ぶ範囲である（図２の（工程３）参照）。
【００４１】
なお、図２では発光素子１０Ａに着目した製造プロセスを図示しており、同図には詳細に図示されていないが、本実施形態の立体回路基板１では、立体回路基板１の同図右側には発光素子１０Ｂの電気回路が実装される凹部が同様に形成されている。上述した所定範囲の右端は、発光素子１０Ｂの電気回路が実装される凹部（不図示）の左側表面の一部となる。この結果、樹脂基板５の底面５ｂには上述した所定範囲の輪郭８の部分が除去されたＣｕ薄膜７ｂが残り、樹脂基板５の側面及び背面にはＣｕ薄膜７ｄが残る。
【００４２】
（工程４）レーザパターニングのプロセスの次の電解Ｃｕめっきのプロセスでは、目的の発光素子１０Ａの電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲（上述参照）に電解Ｃｕ（銅）めっきが行われる。この電解Ｃｕめっきにより、目的の発光素子の電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲の輪郭８の部分に囲まれたＣｕ薄膜７ｂにＣｕめっき層９ｂが厚付け、即ち、所定の厚さを有するＣｕめっき層９ｂが形成される（図２の（工程４）参照）。（工程４）のプロセスでは、Ｃｕめっき層９の厚さは１２μｍである。
【００４３】
なお、（工程１）のプロセスにおいて研磨された金型が用いられているため、Ｃｕめっき層９ｂの下地部分となる樹脂基板５の成形面、更にこの成形面上に形成されたＣｕ薄膜７ｂの表面が滑らかである。このため、Ｃｕめっき層９ｂの厚さは比較的薄くてもよい。
【００４４】
（工程５）電解Ｃｕめっきのプロセスの次のエッチングのプロセスでは、１つ前の電解ＣｕめっきのプロセスにおいてＣｕめっき層９ｂが形成された樹脂基板５に対して、等方性又は異方性のエッチングが行われる。（工程５）のエッチングにより、Ｃｕめっき層９ｂの表面は、例えば厚さ２μｍ程一様に溶融するため、滑らかになる。これにより、Ｃｕめっき層９ｂの厚さは１０μｍになる。
【００４５】
また、この（工程５）のエッチングのプロセスでは、Ｃｕめっき層９ｂの他に樹脂基板５の表面の一部、側面及び背面にも形成されているＣｕ薄膜７ｄに対してもエッチングが行われる。これにより、樹脂基板５の表面の一部、側面及び背面に形成されているＣｕ薄膜７が削られる。
【００４６】
（工程６）最後に、エッチングのプロセスの次の電解Ｎｉ−Ａｕめっきのプロセスでは、電解めっきにより、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層が形成され、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層の上に、金（Ａｕ）のめっき層が更に形成される。
【００４７】
より具体的には、目的の発光素子１０Ａの電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲上に形成されたＣｕめっき層９ｂに対して、ワット浴によって電解Ｎｉめっきが行われる。これにより、Ｃｕめっき層９ｂ上にＮｉめっき層１４が形成される（図３の（工程６）参照）。（工程６）のプロセスでは、ワット浴を用いて、樹脂基板５の凹部５ａの底面５ｂ及び壁面５ｃにＮｉめっき層１４を形成することにより、非常に高い光沢性を実現することができ、更に平坦且つ滑らかにすることができる。なお、上述した様に、壁面５ｃは、平坦でなくても曲面であってもよい。
【００４８】
更に、（工程６）のプロセスでは、Ｎｉめっき層１４の上に対して電解Ａｕめっきが行われる。これにより、樹脂基板５の凹部５ａの底面５ｂ及び壁面５ｃの上に形成された各Ｎｉめっき層１４の上に、各Ａｕめっき層１６（金膜）が更に形成される。
【００４９】
図２及び図３の１ショットレーザ輪郭除去法により、本実施形態の立体回路基板１は、目的の発光素子１０Ａの電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲に、Ｃｕ薄膜７ｂ、Ｃｕめっき層９ｂ、Ｎｉめっき層１４及びＡｕめっき層１６が順番に形成される。従って、本実施形態の立体回路基板１は、発光素子１０Ａからの光を反射するための反射面として設けられた樹脂基板５の壁面５ｃ上に、Ｃｕ薄膜７ｂ、Ｃｕめっき層９ｂ、Ｎｉめっき層１４及びＡｕめっき層１６が順番に形成される。
【００５０】
この様なプロセスを経て、１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板１は製造される。なお、Ｃｕ薄膜７ｂ、電解めっきにより厚付けされるＣｕめっき層９ｂ、及びエッチング後のＣｕめっき層９ｂの厚さは、一例であり、この数値に限定されない。
【００５１】
図５は、立体回路基板１に発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２が実装された近接センサ１９の断面構造を示す断面図である。図５（Ａ）は図１の矢印Ａ−Ａ線方向から見た場合を示す。図５（Ｂ）は、図１の矢印Ｂ−Ｂ線方向から見た場合の断面構造を示す断面図である。
【００５２】
凹部５ａＡ、５ａＢ、５ａＣにはそれぞれ発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが実装（載置）され、凹部５ａＤには受光素子３２が実装される。以下の説明では、凹部５ａＡ、５ａＢ、５ａＣを特に区別する必要がない場合には単に凹部５ａと称する。
【００５３】
発光素子１０はＡｕめっき１６層の上に実装され、発光素子１０とＡｕめっき層１６とは接着剤１７で固定される。発光素子１０から出射される光は、直接に出射され、或いは凹部５ａＡ、５ａＢ、５ａＣの各壁面に形成された反射面で正反射され、拡散が抑えられた状態で前方（図中、上方）に出射される。この出射された光がユーザの指又は手などの被検出物によって反射した反射光は、反射光の一部が受光素子３２に入射し、受光素子３２によって検出される。
【００５４】
本実施形態では、３つの発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、あらかじめ設定された発光タイミング（例えば、発光周期＝２００［ｍｓｅｃ］）で時分割に発光する様に設定されている。また、３つの発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、同時に発光するのではなく、光の干渉を避けるために、例えば１［ｍｓｅｃ］の範囲で時間的にずらして順に発光することが好ましい。
【００５５】
図６は、タッチレスモーションの検出時に近接センサ１９内の受光素子３２によって検出された検出信号を示すタイミングチャートである。縦軸は検出信号の大きさを示し、横軸は時間を示す。図６（Ａ）は、被検出物が図１に示す近接センサ１９の下側から上側へ移動する場合を示す。
【００５６】
まず、被検出物が図１に示す近接センサ１９の下側から上側へ移動する場合、受光素子３２は、発光素子１０Ａ、１０Ｂからそれぞれ出射された光が被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号１、２を出力する。検出信号１、２、３は、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃから出射される光の順、つまり（発光１）、（発光２）、（発光３）の順に対応したものである。更に、検出信号１、２、３は、受光素子３２に内蔵されたドライバ回路が、受光素子３２の光電変換によって生じた電気エネルギーを基に生成して出力した信号である。
【００５７】
図６（Ａ）に示す様に、被検出物が発光素子１０Ａ、１０Ｂの上方（図１の紙面の表面方向、以下同様）を遮る様な位置にあって発光素子１０Ａ、１０Ｂからの光を反射している限り、検出信号１、２は前述した発光周期ごとに出力される。
【００５８】
被検出物が発光素子１０Ａ、１０Ｂの上方を通過し、発光素子１０Ｃを遮る様な位置に達すると、受光素子３２は、発光素子１０Ｃから出射されて被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号３を出力する。
【００５９】
受光素子３２に内蔵されたドライバ回路は、この様な検出信号１、２、３の出力パターン（受光パターン）を基に、被検出物が図１に示す近接センサ１９の下側から上側へ移動したと判断することができる。
【００６０】
図６（Ｂ）は被検出物が図１に示す近接センサ１９の上側から下側へ移動する場合を示す。同様に、被検出物が図１に示す近接センサ１９の下側から上側へ移動する場合、受光素子３２は、発光素子１０Ｃから出射された光が被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号３を出力する。
【００６１】
図６（Ｂ）に示す様に、被検出物が発光素子１０Ｃの上方を遮る様な位置にあって発光素子１０Ｃからの光を反射している限り、検出信号３は前述した発光周期ごとに出力される。
【００６２】
被検出物が発光素子１０Ｃの上方を通過し、発光素子１０Ａ、１０Ｂを遮る様な位置に達すると、受光素子３２は、発光素子１０Ａ、１０Ｂからそれぞれ出射されて被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号１、２を出力する。
【００６３】
受光素子３２に内蔵されたドライバ回路は、この様な検出信号１、２、３の出力パターン（受光パターン）を基に、被検出物が図１に示す近接センサ１９の上側から下側へ移動したと判断することができる。
【００６４】
また、被検出物が上下方向に移動する場合に限らず、左右方向に移動する場合も、同様に検出信号１、２、３の出力パターン（受光パターン）を基に、被検出物の移動方向は判断可能である（図７参照）。図７は、タッチレスモーションの検出時に近接センサ内の受光素子によって検出された検出信号を示すタイミングチャートである。図７（Ａ）は、被検出物が図１に示す近接センサの右側から左側へと移動する場合である。図７（Ｂ）は、被検出物が図１に示す近接センサの左側から右側へと移動する場合である。
【００６５】
被検出物が図１に示す近接センサ１９の右側から左側へ移動する場合、受光素子３２は、発光素子１０Ｂ、１０Ｃから出射された光が被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号２、３を出力する。
【００６６】
図７（Ａ）に示す様に、被検出物が発光素子１０Ｂ、１０Ｃの上方を遮る様な位置にあって発光素子１０Ｂ、１０Ｃからの光を反射している限り、検出信号２、３は前述した発光周期ごとに出力される。
【００６７】
被検出物が発光素子１０Ｂ、１０Ｃの上方を通過し、発光素子１０Ａを遮る様な位置に達すると、受光素子３２は、発光素子１０Ａから出射されて被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号１を出力する。
【００６８】
受光素子３２に内蔵されたドライバ回路は、この様な検出信号１、２、３の出力パターン（受光パターン）を基に、被検出物が図１に示す近接センサ１９の右側から左側へ移動したと判断することができる。
【００６９】
更に、被検出物が図１に示す近接センサ１９の左側から右側へ移動する場合、受光素子３２は、発光素子１０Ａから出射された光が被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号１を出力する。
【００７０】
図７（Ｂ）に示す様に、被検出物が発光素子１０Ａの上方を遮る様な位置にあって発光素子１０Ａからの光を反射している限り、検出信号１は前述した発光周期ごとに出力される。
【００７１】
被検出物が発光素子１０Ａの上方を通過し、発光素子１０Ｂ、１０Ｃを遮る様な位置に達すると、受光素子３２は、発光素子１０Ｂ、１０Ｃからそれぞれ出射されて被検出物で反射された反射光を検出し、検出信号２、３を出力する。
【００７２】
受光素子３２に内蔵されたドライバ回路は、この様な検出信号１、２、３の出力パターン（受光パターン）を基に、被検出物が図１に示す近接センサ１９の左側から右側へ移動したと判断することができる。
【００７３】
さらに、詳しい説明は省略するが、受光素子３２に内蔵されたドライバ回路は、被検出物が図１に示す近接センサ１９の例えば左上側から右下側に向かって斜め４５°方向に移動する場合も、同様に被検出物の移動方向を判断可能である。
【００７４】
なお、本実施形態では、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに供給される駆動電流値は同じ値に揃えられているので、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃから出射された光を、受光素子３２が検出して出力する検出信号の大きさはほぼ同じである。
【００７５】
この様に、第１の実施形態の近接センサ１９によれば、近接センサ１９を構成する発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２を１つの立体回路基板１上に実装することによって１パッケージ化することが可能となる。このため、近接センサ１９の製造過程において、３つの発光素子の位置関係が固定され、３つの発光素子の位置決めを高精度に実現することができる。従って、あらかじめ発光部の発光タイミングを調整して基板の設計を簡単にし、被検出物を高精度に検出することができる。
【００７６】
また、１ショットレーザ輪郭除去法を用いて立体回路基板１は製造されるので、高機能化、薄型化及び軽量化が可能となる。
【００７７】
また、３つの発光素子と１つの受光素子が立体回路基板１の凹部に実装されるので、位置関係の固定が容易となる。
【００７８】
また、３つの発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと１つの受光素子３２が所定の位置関係、ここでは矩形の四隅に配置されているので、コンパクトな構成となり、しかもタッチレスモーションの検出時、縦方向と横方向の検出が容易となる。なお、所定の位置関係としては、直線に並ばない様な配置であればよく、任意の配置が可能である。
【００７９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、近接センサが組み込まれている電子機器のディスプレイの表面に沿って手又は指等の被検出物を移動させるタッチレスモーションを検出可能な近接センサを示した。第２の実施形態では、タッチレスモーションを検出可能であることに加え、近接センサが組み込まれている電子機器のディスプレイの表面から垂直方向（Ｚ軸方向）にある被検出物までの距離を検出可能な近接センサを示す。
【００８０】
図８は、第２の実施形態の近接センサ１９Ａにおける発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び受光素子３２の配置を示す図である。第２の実施形態の近接センサ１９Ａは第１の実施形態の近接センサ１９とほぼ同様の構成を有するので、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いる。
【００８１】
第２の実施形態の近接センサ１９Ａでは、３つの発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃから出射される近赤外線の光量（強度）が異なる。すなわち、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの発光量は、それぞれ「弱」、「強」、「中」となっている。
【００８２】
従って、発光素子１０Ｂから出射される近赤外線が最も遠くの距離（遠距離）まで届き、発光素子１０Ｃから出射される近赤外線が中距離まで届き、発光素子１０Ａから出射される近赤外線は近距離までしか届かない。本実施形態では、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの出射光の光量を、各発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに供給される駆動電流の大きさによって可変させている。
【００８３】
図９は、被検出物までの距離に対する受光素子３２の検出信号の変化を示すグラフである。図９（Ａ）は、受光素子３２の検出信号の一例を示したグラフである。被検出物が近（短）距離にある場合、受光素子３２は、全ての発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからの反射光を受光し、全ての検出信号１、２、３を出力する。また、被検出物が中距離にある場合、受光素子３２は、発光素子１０Ｂ、１０Ｃからの反射光を検出し、検出信号２、３を出力する。さらに、被検出物が遠距離にある場合、受光素子３２は、発光素子１０Ｂからの反射光だけを検出し、検出信号２を出力する。
【００８４】
図９（Ｂ）は、受光素子３２の検出信号の他の一例を示したグラフである。また、受光素子３２は、図９（Ｂ）に示す様に、各発光素子からの反射光の光量を基に光電変換して生じた電気エネルギーに基づく検出信号の信号値の加算値を出力してもよい。
【００８５】
具体的には、被検出物までの距離が近い（短距離）である場合、受光素子３２は、全ての発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからの反射光を受光し、図９（Ａ）に示す全ての検出信号１、２、３の加算値に相当する検出信号を出力する。また、被検出物までの距離が少し遠い（中距離）場合、受光素子３２は、発光素子１０Ｂ、１０Ｃからの反射光を受光し、図９（Ａ）に示す検出信号２、３の加算値に相当する検出信号を出力する。更に、被検出物までの距離が遠い（遠距離）場合、受光素子３２は、発光素子１０Ｂからの反射光を受光し、図９（Ａ）に示す検出信号２に相当する検出信号を出力する。
【００８６】
受光素子３２は、予め設定された検出信号の複数の閾値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と反射光に対応する検出信号の信号値とを基に、被検出物までの距離を、短距離、中距離及び遠距離のうちいずれかであることを判断する。具体的には、受光素子３２は、検出信号の信号値が閾値Ｓ１以上であって閾値Ｓ２未満である場合には、被検出物までの距離が遠距離と判断する。同様に、受光素子３２は、検出信号の信号値が閾値Ｓ２以上であって閾値Ｓ３未満である場合には、被検出物までの距離が中距離と判断する。更に、受光素子３２は、検出信号の信号値が閾値Ｓ３以上である場合には、被検出物までの距離が近距離と判断する。
【００８７】
なお、受光素子３２は、反射光量が外光等のノイズを考慮して設定された閾値Ｓ１以下である場合、ドライバ回路により検出信号を出力しない様に設定されている。
【００８８】
この様に、第２の実施形態の近接センサ１９Ａによれば、被検出物によるタッチレスモーションが検出可能であるばかりでなく、近接センサ１９Ａの上面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）における被検出物の距離も検出可能である。従って、Ｚ軸方向の距離を検出するために、別のセンサを設ける必要がなく、部品点数を増やさなくて済む。
【００８９】
なお、本実施形態では、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、横方向と縦方向が９０°となる直角に配置されたが、距離だけを検出する場合には、特に面内における発光素子の位置関係は限定されず、任意に配置が可能である。
【００９０】
また、本実施形態では、遠距離、中距離、短距離の３つの距離を判別したが、受光素子による検出信号の信号レベル（受光量）に対し、複数のしきい値を設定しておくことで、より細かい距離の判別を行うことも可能である。例えば、「強」の発光量を有する発光素子１０Ｂによる検出信号の信号レベルに対し、複数のしきい値を設定しておくことで、遠距離を２つ以上の距離に区別することも可能である。このことは、中距離、短距離においても同様である。
【００９１】
（第３の実施形態）
第１の実施形態の近接センサでは、発光素子が実装される立体回路基板の凹部の壁面は、すり鉢状に形成されていた。第３の実施形態の近接センサでは、複数の発光素子がそれぞれ実装される立体回路基板の複数の凹部の壁面は、各発光素子から出射された光が受光素子に直接受光されない様に、受光素子に対して外側に傾く様に形成される。すなわち、立体回路基板の凹部の開口部は偏ったものとなる。
【００９２】
図１０は、第３の実施形態の近接センサ１９Ｂにおける複数の発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがそれぞれ実装される立体回路基板１の複数の凹部の形状、及び各発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃから出射される光の出射方向を示す図である。図１０（Ａ）は、近接センサ１９Ｂの平面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の矢印Ｃ−Ｃ線方向の断面図である。第３の実施形態の近接センサ１９Ｂは、立体回路基板１の凹部の壁面の形状を除き、第１の実施形態の近接センサ１９と同一の構成を有する。
【００９３】
樹脂基板５に形成された凹部５ａＡ、凹部５ａＢ及び凹部５ａＣは、それぞれ焦点に位置する発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからそれぞれ出射された光が反射して平行光に近づく様に、放物面に近い面に形成されている。この放物面は、各発光素子からの光が平行光となる様に、例えばパラボラ形状であることが好ましい。本実施形態では、凹部５ａＡ、凹部５ａＢの中心軸は、それぞれ樹脂基板５の面に対して垂直なＺ軸に対し、横方向の外側（図１０（Ａ）の左方向、右方向）に約３０°傾いている。また、図１０（Ｂ）には図示していないが、凹部５ａＣの中心軸は、Ｚ軸に対し、縦方向の外側（図１０（Ａ）の上方向）に約３０°傾いている。
【００９４】
この様に、凹部５ａＡ、５ａＢ、５ａＣは、外側に偏った開口部をそれぞれ有する。従って、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからそれぞれ出射された光は、外側に拡散しながらも、干渉することなく、被検出物に入射されることになる。これにより、近接センサ１９Ｂは、光の干渉を抑えることができ、被検出物の誤検出を防止することができる。
【００９５】
なお、凹部５ａＡ、凹部５ａＢ、凹部５ａＣの中心軸は、図１０（Ｃ）に示す様に、角方向の外側（図１０（Ｃ）の右上方向、左下方向、右下方向）にそれぞれ向く様に傾いていてもよい。これにより、近接センサ１９Ｂは、発光素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからの光を干渉させない様に光を出射することができる。
【００９６】
この様に、第３の実施形態の近接センサ１９Ｂによれば、複数の発光素子から出射される光の干渉を抑制し、被検出物により反射された反射光がどの発光素子から出射されたものであるかを適切に識別することができる。
【００９７】
（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態の近接センサでは、発光素子が３つである場合を示したが、発光素子の数は３つ以上であればよく、その数は任意である。第４の実施形態では、基板の中央に受光素子が配置され、その周囲に４つの発光素子が配置された近接センサを示す。
【００９８】
図１１は、第４の実施形態の近接センサ２９Ａにおける発光素子及び受光素子の配置を示す図である。図１１（Ａ）は、近接センサ２９Ａの平面図である。図１１（Ａ）に示す近接センサ２９Ａでは、凹部２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄの壁面がそれぞれ横方向（図１１（Ａ）の左方向、右方向）あるいは縦方向（図１１（Ａ）の上方向、下方向）の外側に向く様に形成される。
【００９９】
また、図１１（Ｂ）に示す近接センサ２９Ｂでは、凹部３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄの壁面がそれぞれ角方向（図１１（Ｂ）の左方向、下方向、右方向、上方向）の外側に向く様に形成される。図１１（Ｂ）は、第４の実施形態の変形例の近接センサ２９Ｂの平面図である。
【０１００】
第４の実施形態における近接センサ２９Ａによれば、タッチレスモーションを検出する場合、横方向或いは縦方向に対して４５°傾いた方向から被検出物が移動する際、受光素子３２によって検出される検出信号の出力パターンが同じになる。従って、上下方向、左右方向、右斜め４５°方向、左斜め４５°方向、つまり４方向の検出能力を高めることができる。また、立体回路基板１の凹部の壁面が互いに外側に向いているので、４つの発光素子から出射される光の混合を抑えることができる。
【０１０１】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０２】
例えば、上記実施形態では、１ショットレーザ輪郭除去法で立体回路基板が製造される場合を示したが、この方法に限らない。立体回路基板を製造する方法として、２度の射出成形を行って製造する２ショット法を用いてもよい。また、回路パターンに沿って、レーザを照射し、レーザ照射部のみにメッキを析出させることで回路を形成するＬＤＳ（Ｌａｓｅｒ−Ｄｉｒｅｃｔ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）法を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、被検出物を検出する近接センサであって、あらかじめ発光部の発光タイミングを調整して基板の設計を簡単にし、被検出物を高精度に検出することができ、有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  立体回路基板
５  基板
５ａ、５ａＡ、５ａＢ、５ａＣ、５ａＤ、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ  凹部
５ｂ  底面
５ｃ  壁面
７  Ｃｕ薄膜
８  輪郭
９ｂ  Ｃｕめっき層
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、発光素子
１４  Ｎｉめっき層
１６  Ａｕめっき層
１７  接着剤
１９、１９Ａ、１９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ  近接センサ
３２  受光素子
【図１】
2013145174.tif 000003
【図２】
2013145174.tif 000004
【図３】
2013145174.tif 000005
【図４】
2013145174.tif 000006
【図５】
2013145174.tif 000007
【図６】
2013145174.tif 000008
【図７】
2013145174.tif 000009
【図８】
2013145174.tif 000010
【図９】
2013145174.tif 000011
【図１０】
2013145174.tif 000012
【図１１】
2013145174.tif 000013
【図１２】
2013145174.tif 000014