JP6523014B2 - 近接センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線等の光によって人の指等の被検出体の近接を検出する近接センサ装置、特には人の指等が近接したときに画面表示を起動させる、表示面にアイコン、タッチボタン等の隠れた表示部を表示させる、あるいは静止画表示を動画表示に切り替えるといった表示駆動をする表示装置等に適用される近接センサ装置に関するものである。

従来、例えば自動車のナビゲーションシステム、タブレット端末、スマートフォン等に用いられる液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）においては、ＬＣＤ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画面に近接したときに、画面表示を起動させる、表示面にアイコン、タッチボタン等の隠れた表示部を表示させる、あるいは静止画表示を動画表示に切り替えるといった表示駆動をするために、近接センサ装置を設ける場合がある。この近接センサ装置としては、静電容量型近接センサ装置、インダクタンス型近接センサ装置、赤外線近接センサ装置等がある。

赤外線近接センサ装置を備えたＬＣＤの１例を図６（ａ），（ｂ）に示す。なお、図６（ａ），（ｂ）に示すＬＣＤは、本願出願人が先に提案した構成のものである（特願2014-57418）。
図６（ａ）はＬＣＤの正面図、（ｂ）はＬＣＤの断面図である。このＬＣＤは、表示面22aに近接する人の指等の被検出体２９を検出する赤外線検出ユニット２６が左右両端に設けられた液晶表示パネル２２と、表示面22a及び赤外線検出ユニット２６を覆うガラス板、プラスチック板等から成る透明部材２１と、液晶表示パネル２２を嵌め込むための開口を有するプラスチック等から成る枠体２３と、液晶表示パネル２２の反表示面22bの側に設けられたプラスチック等から成る保護部材２５と、を有している。そして、赤外線検出ユニット２６は、赤外線受光素子26bとそれよりも数が多い赤外線発光素子26aを備えているとともに、赤外線発光素子26aが表示面22aの中心部の法線ｈ方向に向くように傾けて設置されている。この構成により、周囲の電子部品、回路配線等にＥＭＩ（Electromagnetic Interference）を生じさせたり、逆に周囲の電子部品、回路配線等からＥＭＩを受けることがなく、また液晶表示パネル２２の表示面22aの中央部等に近接した、赤外線検出ユニット２６設置位置から横方向に離れた人の手等の被検出体２９を、良好に検出することができる。

赤外線検出ユニット２６は、透明部材２１によって覆われているが、透明部材２１の赤外線検出ユニット２６を覆っている部位は、例えば赤外線を通すが可視光は通さない黒色等の色合いの遮光層、遮光部材が設けられており、また透明部材１の表示面22aに対応する部位は、可視光を通すために透明である。また赤外線検出ユニット２６は、例えば、液晶表示パネル２２の反表示面22bの端部に取り付けられた張り出し部材２８に、接着剤による接着、ネジ止め等の手段により設置されている。張り出し部材２８は、液晶表示パネル２２の反表示面22bに透明接着剤、高透明性接着剤転写テープ（Optically Clear Adhesive Tape：ＯＣＡ）等の両面接着テープなどによって取り付けられる。また、張り出し部材２８は、例えば、液晶表示パネル２２の反表示面22bから張り出している部位が表示面22aの中心部に向かって傾斜しており、その部位に赤外線検出ユニット２６が設置されている。また図６（ｂ）に示すように、視認者側から、透明部材２１、液晶表示パネル２２、液晶表示パネル２２を嵌め込むための開口を有する枠体２３、バックライト２４、バックライト２４固定用のアルミニウム等から成る金属枠体２４ａと、保護部材２５が配置されている。金属枠体２４ａはフレーム２３に嵌めこみ、ネジ止め等の手段で固定され、保護部材２５は枠体２３にネジ止め等の手段で固定される。なお、２７はバックライト２４の液晶表示パネル２２と反対側の主面に設けられたアルミニウム（Ａｌ）等から成る接地用等の導体板である。

赤外線発光素子26aの赤外線の放射方向は、放射軸（放射中心軸）Ａｃと表示面22a及び透明部材２１の外側主面との成す角度θが４５°を含む所定の角度範囲とされており、表示面22aの中央部からある程度（約１０ｃｍ）離れたところにある、赤外線検出ユニット２６設置位置から横方向に離れた人の手等の被検出体２９を効果的に検出できるように構成されている。

また、近赤外波長域の光を用いた従来の検出装置の１例として、特許文献１に開示されたものがあり、人の顔等の対象物を近赤外波長域の光を用いて判別する対象物の部位判別装置及び性別判定装置が提案されている。この装置は、近赤外波長域の光を対象物に照射し、近赤外波長域の光で照明した状態で撮影した対象物の画像の画素値と、光が照射されていない状態で撮影した対象物の画像の画素値との差を演算することにより、外乱光の影響を除去する。そして、演算された差に基づいて、対象物の各部位、例えばドライバの肌、髪、眼球を判別して顔領域を検出し、顔領域の一部、例えば鼻と口の間に髭の画素値を有する画素の占有率を求め、その結果から男女判定する。即ち、近赤外波長域の光を対象物に照明した状態で得た照射時検出値と、光を対象物に照射しない状態で得た非照射時検出値との差分を算出することにより、環境光等の外乱光の影響を除去するものである。

特開２００８−２７２４２号公報

しかしながら、照射時検出値と非照射時検出値との差分を算出することにより、環境光等の外乱光の影響を除去する方式の検出装置においては、太陽光の直射光等の非常に明るい環境光が赤外線受光素子に入り込み受光された場合、被検出体からの反射赤外線も同時に受光したとしても、その反射赤外線は赤外線発光素子26aから放射された赤外線の数％程度の強度しかないために、上記反射赤外線の検出信号が環境光の環境検出信号に埋もれてしまい、被検出体の検出が難しくなる場合があった。

そこで、被検出体２９からの反射赤外線を確実に検出するために、その反射赤外線を赤外線受光素子26bによって電気信号に変換して得られる検出信号と、それを所定時間遅延させた基準信号（ベース信号）との差分を算出し、その差分を所定の閾値と比較する方法を採用し得る。しかしながら、表示装置の前方に人の指等の被検出体がない場合であっても、赤外線受光素子26bで太陽光等の赤外線を含む環境光が受光された場合、環境光が太陽光の直射光等の明るい光である場合であれば、図７（ａ）に示すような、被検出体２９を検出した場合と同様の大きな検出信号３１が得られる。この検出信号３１と、それを所定時間遅延させた基準信号３２との差分ΔＳを取ると、被検出体２９を検出したかのような誤検出が生じていた。また、同様に表示装置の前方に人の指等の被検出体２９がない場合であっても、環境光が明暗を繰り返すような若干暗い場合、例えば晴天時に木陰を移動するような場合であれば、図７（ｂ）に示すような、脈動的な検出信号３３が得られる。この検出信号３３と、それを所定時間遅延させた基準信号３４との差分ΔＳを取ると、やはり被検出体２９を検出したかのような誤検出が生じていた。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、太陽光の赤外線等を含む環境光が受光された場合であっても、被検出体の誤検出を防ぐことができる近接センサ装置を提供することである。

本発明の近接センサ装置は、発光素子及び受光素子を有する光検出ユニットと、前記受光素子の検出信号に基づいて前記被検出体の近接を検出する検出信号処理部と、前記発光素子が発光状態であるとともに前記受光素子が受光状態である第１の検出状態と、前記発光素子が非発光状態であるとともに環境光を検出するために前記受光素子が受光状態である第２の検出状態とを交互に繰り返すように制御する検出制御部と、照度センサと、を有しており、前記検出信号処理部は、前記第１の検出状態において前記検出信号と前記検出信号を所定時間遅延させて成る基準信号との差分と第１の閾値とを比較することによって前記被検出体の近接または非近接を検出し、前記第２の検出状態において前記環境光を前記受光素子及び前記照度センサによって検出した場合に前記受光素子によって検出した第
１の環境光信号及び前記照度センサによって検出した第２の環境光信号を取得する近接センサ装置であって、さらに前記検出信号処理部は、前記第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、前記第１の環境光信号の第１の変動成分を前記第１の検出状態における前記基準信号に重畳して前記検出信号との差分をとり、その差分と前記第１の閾値とを比較することによって前記被検出体の近接または非近接を検出し、前記第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、前記第１の環境光信号に所定強度の信号を付加した第３の環境光信号を生成し、前記第３の環境光信号の第２の変動成分を前記第１の検出状態における前記基準信号に重畳して前記検出信号との差分をとり、その差分と前記第１の閾値とを比較することによって前記被検出体の近接または非近接を検出する構成である。

本発明の近接センサ装置は、好ましくは、前記所定強度の信号は、前記第２の環境光信号の５％〜１００％の強度である。

また本発明の近接センサ装置は、好ましくは、前記基準信号は、前記検出信号を１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ遅延させて成る遅延信号である。

また本発明の近接センサ装置は、好ましくは、前記第１の変動成分は、前記第１の環境光信号と、前記第２の検出状態において前記環境光を前記受光素子によって検出しない場合に取得された非検出時信号との第１の差信号であり、前記第２の変動成分は、前記第３の環境光信号と前記非検出時信号との第２の差信号である。

また本発明の近接センサ装置は、好ましくは、前記環境光が赤外線を含む場合、前記発光素子は赤外線を放射し、前記受光素子は赤外線を検出する。

本発明の近接センサ装置は、発光素子及び受光素子を有する光検出ユニットと、受光素子の検出信号に基づいて被検出体の近接を検出する検出信号処理部と、発光素子が発光状態であるとともに受光素子が受光状態である第１の検出状態と、発光素子が非発光状態であるとともに環境光を検出するために受光素子が受光状態である第２の検出状態とを交互に繰り返すように制御する検出制御部と、照度センサと、を有しており、検出信号処理部は、第１の検出状態において検出信号と検出信号を所定時間遅延させて成る基準信号との差分と第１の閾値とを比較することによって被検出体の近接または非近接を検出し、第２の検出状態において環境光を受光素子及び照度センサによって検出した場合に受光素子によって検出した第１の環境光信号及び照度センサによって検出した第２の環境光信号を取得する近接センサ装置であって、さらに検出信号処理部は、第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、第１の環境光信号の第１の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとり、その差分と第１の閾値とを比較することによって被検出体の近接または非近接を検出し、第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、第１の環境光信号に所定強度の信号を付加した第３の環境光信号を生成し、第３の環境光信号の第２の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとり、その差分と第１の閾値とを比較することによって被検出体の近接または非近接を検出する構成であることから、以下のような効果を奏する。即ち、第２の検出状態は、発光素子が非発光状態であるので、被検出体が検出可能領域空間に存在していても存在していなくても検出信号は得られないはずであるが、第２の検出状態において環境光を検出した場合、あたかも被検出体を検出したかのような誤信号としての環境光信号が、第１及び第２の検出状態において発生する。そして、照度センサを用いて、照度が所定の基準以下である場合、即ち照度センサによって検出された第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、第１の環境光信号の第１の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとると、その差分が第１の閾値よりも小さくなるので、環境光信号の影響を解消することができる。また、照度が所定の基準を超える場合、即ち照度センサによって検出された第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、第１の環境光信号に所定強度の信号を付加した第３の環境光信号を生成して、第３の環境光信号の第２の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとると、その差分をほぼ０レベル以下とすることができるので、環境光信号の影響を確実に解消することができる。

本発明の近接センサ装置は、所定強度の信号は、第２の環境光信号の５％〜１００％の強度である場合、第１の環境光信号に所定強度の信号を付加した第３の環境光信号を生成して、第３の環境光信号の第２の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとると、その差分をほぼ０レベル以下とすることが確実にできる。

また本発明の近接センサ装置は、基準信号は、検出信号を１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ遅延させて成る遅延信号である場合、検出信号と基準信号との差分及び第１の閾値によって被検出体の近接を検出するのに好適なものとなる。

また本発明の近接センサ装置は、第１の変動成分は、第１の環境光信号と、第２の検出状態において環境光を受光素子によって検出しない場合に取得された非検出時信号との第１の差信号であり、第２の変動成分は、第３の環境光信号と非検出時信号との第２の差信号である場合、第１の変動成分及び第２の変動成分を確実に抽出することができる。

また本発明の近接センサ装置は、環境光が赤外線を含む場合、発光素子は赤外線を放射し、受光素子は赤外線を検出する場合、赤外線を含む太陽光等の影響を解消して、被検出体の誤検出を防ぐことができる。すなわち、近接センサ装置は、赤外線の良好な反射体である人の手等を検出できるとともに、最も大きな環境光信号の原因となる太陽光、照明光等の影響を解消することができる。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の近接センサ装置について実施の形態の１例を示すものであり、（ａ）は近接センサ装置の基本構成のブロック図、（ｂ）は光検出ユニットにおける発光素子の発光タイミング及び受光素子の受光タイミングを示すタイミングチャートである。 図２は、本発明の近接センサ装置について実施の形態の他例を示すものであり、２つの光検出ユニットについて発光素子の発光タイミング及び受光素子の受光タイミングを示すタイミングチャートである。 図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の近接センサ装置について実施の形態の他例を示すものであり、（ａ）は第１の検出状態において検出信号と基準信号との差分をとることを示すグラフ、（ｂ）は第２の検出状態において検出した第３の環境光信号の第２の変動成分を示すグラフ、（ｃ）は第３の環境光信号の第２の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとることを示すグラフである。 図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の近接センサ装置について実施の形態の他例を示すものであり、（ａ）は第１の検出状態において検出信号と基準信号との差分をとることを示すグラフ、（ｂ）は第２の検出状態において検出した第１の環境光信号の第１の変動成を示すグラフ、（ｃ）は第１の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとることを示すグラフである。 図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の近接センサ装置について実施の形態の他例を示すものであり、（ａ）は第１の検出状態において検出信号と基準信号との差分をとることを示すグラフ、（ｂ）は第２の検出状態において検出した第１の環境光信号の第１の変動成分を示すグラフ、（ｃ）は第１の変動成分を第１の検出状態における基準信号に重畳して検出信号との差分をとることを示すグラフである。 図６（ａ），（ｂ）は、従来の赤外線近接センサ装置を備えた液晶表示装置を示すものであり、（ａ）は液晶表示装置の正面図、（ｂ）は液晶表示装置の断面図である。 図７（ａ），（ｂ）は、従来の赤外線近接センサ装置によって得られる検出信号を示すものであり、（ａ）は赤外線受光素子で明るい環境光を受光した場合に検出信号と基準信号との差分をとることを示すグラフ、（ｂ）は赤外線受光素子で明暗を繰り返す環境光を受光した場合に検出信号と基準信号との差分をとることを示すグラフである。

以下、本発明の近接センサ装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、本発明の近接センサ装置の主要な構成部材等を示している。従って、本発明の近接センサ装置は、図に示されていない回路基板、配線導体、制御ＩＣ，ＬＳＩ等の周知の構成部材を備えていてもよい。

図１〜図５は、本発明の近接センサ装置について実施の形態の各種例を示すものであり、これらの図に示すように、本発明の近接センサ装置は、発光素子２及び受光素子３を有する光検出ユニット１と、発光素子２から放射された光を反射する被検出体４の反射光を受光する受光素子３の検出信号に基づいて被検出体４の近接を検出する検出信号処理部５と、発光素子２が発光状態であるとともに受光素子３が受光状態である第１の検出状態と、発光素子２が非発光状態であるとともに環境光を検出するために受光素子３が受光状態である第２の検出状態とを交互に繰り返すように制御する検出制御部６と、照度センサ８と、を有しており、検出信号処理部５は、第１の検出状態において検出信号１１（１３）と基準信号１２（１４）との差分ΔＳ１と第１の閾値とを比較することによって被検出体４の近接または非近接を検出し、第２の検出状態において環境光７を受光素子３及び照度センサ８によって検出した場合に受光素子３によって検出した第１の環境光信号及び照度センサによって検出した第２の環境光信号を取得する近接センサ装置であって、さらに検出信号処理部５は、第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、第１の環境光信号の第１の変動成分13aを第１の検出状態における基準信号１４に重畳して検出信号１３との差分ΔＳ２をとり、その差分ΔＳ２と第１の閾値とを比較することによって被検出体４の近接または非近接を検出し、第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、第１の環境光信号に所定強度の信号11bを付加した第３の環境光信号を生成し、第３の環境光信号の第２の変動成分11cを第１の検出状態における基準信号１２に重畳して検出信号１１との差分ΔＳ３をとり、その差分ΔＳ３と第１の閾値とを比較することによって被検出体４の近接または非近接を検出する構成である。この構成により、以下のような効果を奏する。即ち、第２の検出状態は、発光素子２が非発光状態であるので、被検出体４が検出可能領域空間に存在していても存在していなくても検出信号１１（１３）は得られないはずであるが、第２の検出状態において環境光７を受光した場合、あたかも被検出体４を検出したかのような誤信号としての環境光信号が、第１及び第２の検出状態において発生する。そして、照度センサ８を用いて、照度が所定の基準以下である場合、即ち照度センサ８によって検出された第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、第１の環境光信号の第１の変動成分13aを第１の検出状態における基準信号１４に重畳して検出信号１３との差分ΔＳ２をとると、その差分ΔＳ２が第１の閾値よりも小さくなるので、環境光信号の影響を解消することができる。また、照度が所定の基準を超える場合、即ち照度センサ８によって検出された第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、第１の環境光信号に所定強度の信号11bを付加した第３の環境光信号を生成して、第３の環境光信号の第２の変動成分11cを第１の検出状態における基準信号１２に重畳して検出信号１１との差分ΔＳ３をとると、その差分ΔＳ３をほぼ０レベル以下とすることができるので、環境光信号の影響を確実に解消することができる。

本発明の近接センサ装置において、環境光７は、発光素子２から放射された光ではなく、近接センサ装置の周囲環境から受光素子３にノイズ信号である環境光信号として検出される光である。環境光７は、受光素子３によって検出可能な光であればよく、例えば、可視光であれば波長が約４００ｎｍ〜約７５０ｎｍの光であり、赤外線であれば波長が約７５０ｎｍ〜約１４００ｎｍの近赤外線等である。また、環境光７は、紫外線、可視光、赤外線等の種々の波長、周波数の光を含んでいてもよく、その中で赤外線を受光素子３によって検出する近接センサ装置、あるいは可視光を受光素子３によって検出する近接センサ装置等として、種々の検出形態を採り得る。

本発明の近接センサ装置は、所定強度の信号11bは、第２の環境光信号の５％〜１００％の強度であることが好ましい。この場合、第１の環境光信号に所定強度の信号11bを付加した第３の環境光信号を生成して、第３の環境光信号の第２の変動成分11cを第１の検出状態における基準信号１２に重畳した基準信号12aと検出信号１１との差分ΔＳ３をとると、その差分ΔＳ３をほぼ０レベル以下とすることが確実にできる。信号11bの強度が第２の環境光信号１００％を超えると、差分ΔＳ３がマイナスになる傾向があることから、１００％を超えるように設定する必要は必ずしもない。

本発明の近接センサ装置において、発光素子２は赤外線発光ダイオード（ＩＲ−ＬＥＤ）等から成り、受光素子３はフォトダイオード（ＰＤ）等から成る。発光素子２は、発光時の駆動電流は例えば２００ｍＡ、非発光時の駆動電流は例えば０ｍＡである。図１（ｂ）に示すように、第１の検出状態において発光素子２は２００ｍＡで駆動され、第２の検出状態において発光素子２は０ｍＡで駆動される。発光素子２の発光期間、非発光期間は、それぞれ８ｍｓｅｃ（ミリ秒）程度に設定される。受光素子３の受光期間も、発光素子２の発光期間、非発光期間に同期して８ｍｓｅｃ程度に設定される。また、検出信号１１（１３）を所定時間遅延させて成る遅延信号から成る基準信号（ベース信号）１２（１４）は、好ましくは、検出信号１１（１３）を１００ｍｓｅｃ乃至５００ｍｓｅｃ程度遅延させて生成される。この場合、人の手が近接領域に近接してくる時間が１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ程度であり、それが検出信号１１の立ち上がり部に相当するのであり、立ち上がり部の１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ程度の間に検出信号１１と基準信号１２との差分ΔＳ１〜ΔＳ３をとると、差分ΔＳ１〜ΔＳ３を大きくしてとることができる。また、検出信号１１の立ち上がり部から後の信号は、人の手が近接領域に近接した状態が長時間続くことが多いため、立ち上がり部のような変化がないか、小さくなりやすい。より好ましくは、２００ｍｓｅｃ〜３００ｍｓｅｃがよい。また、検出信号１１（１３）と基準信号１２（１４）との差分ΔＳ１〜ΔＳ３及び第１の閾値によって被検出体４の近接を検出するのに好適なものとなる。即ち、被検出体４が検出限界付近にある場合、例えば図６に示すＬＣＤの場合であれば、透明部材２１の外側表面からそれに垂直な方向において約１０ｃｍ離れた位置にある場合の差分ΔＳ１〜ΔＳ３が、第１の閾値と同程度の信号レベルになるように設定できる。

また、差分ΔＳ１〜ΔＳ３は、常時とっており、それが第１の閾値を超えた瞬間に被検出体４が検出可能領域空間に存在すると判定する。

また本発明の近接センサ装置は、第１の変動成分11aは、第１の環境光信号と、第２の検出状態において環境光７を受光素子３によって検出しない場合に取得された非検出時信号との第１の差信号であり、第２の変動成分11cは、第３の環境光信号と非検出時信号との第２の差信号であることが好ましい。この場合、第１の変動成分11a及び第２の変動成分11cを確実に抽出することができる。

第１の検出状態は、被検出体４を検出するためのものであり、被検出体４が検出可能領域空間に存在しておらず環境光７がない場合（ケース１）、受光素子３は受光せず検出信号及び環境光信号は得られない。また、被検出体４が検出可能領域空間に存在しており環境光７がない場合（ケース２）、被検出体４の反射光を受光素子３で受光し検出信号が得られる。また、被検出体４が検出可能領域空間に存在しておらず環境光７がある場合（ケース３）、受光素子３は環境光７を受光し環境光信号が得られる。また、被検出体４が検出可能領域空間に存在しており環境光７がある場合（ケース４）、被検出体４の反射光による検出信号及び環境光信号が得られる。

第２の検出状態は、環境光信号を検出する（サンプリングする）ためのものであり、被検出体４が検出可能領域空間に存在しているか否かは関係ない。環境光７がない場合（ケース１，２）、環境光信号は得られずほぼ０レベル以下の信号が得られる。環境光７がある場合（ケース３，４）、環境光信号が得られる。

ケース１においては、図３（ａ）に示す第１の検出状態での検出信号１１はなく、図３（ｂ）に示す第２の検出状態での環境光信号の変動成分11aもないので、被検出体４が検出可能領域空間に存在しないことを特定できる。

ケース２においては、図３（ａ）に示す第１の検出状態での検出信号１１はあり、図３（ｂ）に示す第２の検出状態での環境光信号の変動成分11aがないので、図３（ａ）に示す第１の閾値より大きい信号レベルのΔＳ１が得られ、被検出体４が検出可能領域空間に存在することを特定できる。

ケース３においては、環境光７が太陽光の直射光等のような明るい光である場合、図３（ａ）に示す第１の検出状態での検出信号１１と同様の第１の環境光信号が得られる。またこの場合、照度センサ８によって検出された照度が所定の基準を超える場合、即ち照度センサ８によって検出された第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合に相当する。なお、第２の閾値は、例えば第１の閾値の１倍より大きく２０倍程度以下の信号強度に設定される。そして、第１の環境光信号に所定強度（例えば第２の環境光信号の信号強度の１０％程度）の信号11bを付加した第３の環境光信号を生成して、図３（ｂ）に示すように第３の環境光信号から非検出時信号を差し引いた第２の変動成分11cを第１の検出状態における基準信号１２に重畳して検出信号１１との差分ΔＳ３をとる。その結果、図３（ｃ）に示すように差分ΔＳ３をほぼ０レベル以下とすることができるので、環境光信号の影響を確実に解消することができる。そして、被検出体４が検出可能領域空間に存在しないことを特定できる。

またケース３においては、環境光７が明暗を繰り返す場合、図４（ａ）に示す第１の検出状態での脈動型の検出信号１３と同様の第１の環境光信号が得られる。またこの場合、照度センサ８によって検出された照度が所定の基準以下である場合、即ち照度センサ８によって検出された第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合に相当する。そして、図４（ｂ）に示すように、脈動型の第１の環境光信号から非検出時信号を差し引いた第１の変動成分13aを第１の検出状態における基準信号１４に重畳して検出信号１３との差分ΔＳ２をとる。その結果、図４（ｃ）に示すように、差分ΔＳ２を第１の閾値以下の小さなものとすることができるので、環境光信号の影響を確実に解消することができる。そして、被検出体４が検出可能領域空間に存在しないことを特定できる。

ケース４においては、環境光７が明るい場合、図３（ａ）に示す第１の検出状態での検出信号１１にそれと同様の波形の第１の環境光信号を加えた検出信号が得られる。そして、図３（ｂ）に示すように、第１の環境光信号に所定強度（例えば第２の環境光信号の信号強度の１０％程度）の信号11bを付加した第３の環境光信号を生成して、第３の環境光信号から非検出時信号を差し引いた第２の変動成分11cを第１の検出状態における基準信号１２に重畳して検出信号１１との差分ΔＳ３をとる。差分ΔＳ３は第１の閾値よりも大きい信号レベルになるので、被検出体４が検出可能領域空間に存在することを特定できる。

またケース４においては、環境光７が明暗を繰り返す場合、図３（ａ）に示す第１の検出状態での検出信号１１に図４（ａ）に示す脈動型の第１の環境光信号を加えた検出信号、すなわち図５（ａ）に示す検出信号１５が得られる。また、図５（ｂ）に示す第２の検出状態での脈動型の第１の環境光信号の第１の変動成分15aがある。そして、図５(ｃ)に示すように、図３（ｃ）に示す検出信号１１に図４（ａ）に示す脈動型の第１の環境光信号を加えた検出信号と、図５（ｂ）に示す脈動型の第１の環境光信号の第１の変動成分15aを基準信号１６に重畳した基準信号16aとの差分ΔＳ２が得られる。この差分ΔＳ２は第１の閾値よりも大きい信号レベルになるので、被検出体４が検出可能領域空間に存在することを特定できる。

上記本発明の実施の形態について以下にまとめる。まず、第１の検出状態における受光素子３の検出信号をＰＳ（１）、第２の検出状態における受光素子３の検出信号をＰＳ（２）、ＰＳ（２）の変動成分（第１の環境光信号から非検出時信号を差し引いた第１の変動成分）をΔＰＳ（２）、基準信号をＢＳ（１）とする。なお、例えば、ΔＰＳ（２）は一定期間のＰＳ（２）の平均値をとり、ある期間の平均値と前期間の平均値との差をとることによって得ることができる。そして、ＢＳ（１）にΔＰＳ（２）を重畳したノイズ重畳基準信号ＢＳＰ（２）を生成し、ＰＳ（１）とＢＳＰ（２）との差分ΔＳ２をとる。このとき、照度センサで検出した第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、差分ΔＳ２＝ＰＳ（１）−ＢＳＰ（２）とする。そして、第１の閾値をＰthとしたとき、ＰＳ（１）−ＢＳＰ（２）＝ΔＳ２＞Ｐthであれば、被検出体４が近接して検出可能領域空間にあると判定する。ΔＳ２≦Ｐthであれば、被検出体４が近接しておらず検出可能領域空間にないと判定する。

照度センサで検出した第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、ΔＰＳ（２）に所定強度の信号Ｓｋを付加して第２の変動成分ΔＰＳ（２）＋Ｓｋを生成し、ＢＳ（１）にΔＰＳ（２）＋Ｓｋを重畳したノイズ重畳基準信号ＢＳＰ（２）＋Ｓｋを生成し、ＰＳ（１）とＢＳＰ（２）＋Ｓｋとの差分ΔＳ３をとる。従って、差分ΔＳ３＝ＰＳ（１）−（ＢＳＰ（２）＋Ｓｋ）とする。そして、第１の閾値をＰthとしたとき、ＰＳ（１）−（ＢＳＰ（２）＋Ｓｋ）＝ΔＳ３＞Ｐthであれば、被検出体４が近接して検出可能領域空間にあると判定する。ΔＳ３≦Ｐthであれば、被検出体４が近接しておらず検出可能領域空間にないと判定する。

なお、検出可能領域空間は、図６に示すＬＣＤの場合であれば、透明部材２１の外側表面からそれに垂直な方向において約１０ｃｍ離れた位置までの空間に相当する。従って、第１の閾値Ｐthは２０ｌｘ（ルクス）程度の照度の光を受光したときの信号レベルに相当し、図６に示すＬＣＤの場合であれば、透明部材２１の外側表面からそれに垂直な方向において約１０ｃｍ離れた位置に人の手等の被検出体４がある場合の検出信号レベルである。

また、図６（ａ）に示すように光検出ユニットが２つある場合、図２に示すように一方の光検出ユニットが第１の検出状態にあるときに他方の光検出ユニットが第２の検出状態にあるように制御することが好ましい。この場合、一方の光検出ユニットの発光素子２ａ（２ｂ）から放射された光が他方の光検出ユニットの受光素子３ｂ（３ａ）に受光されにくくして、各光検出ユニットの検出精度を高い状態に維持することができる。

本発明の近接センサ装置は、環境光７が赤外線を含む場合、発光素子２は赤外線を放射し、受光素子３は赤外線を検出することが好ましい。この場合、赤外線を含む太陽光等の環境光７の影響を解消して、被検出体４の誤検出を防ぐことができる。すなわち、近接センサ装置は、赤外線の良好な反射体である人の手等を検出できるとともに、最も大きな環境光信号の原因となる太陽光、照明光等の環境光７の影響を解消することができる。なお、赤外線としては波長７５０ｎｍ〜１４００ｎｍ程度の近赤外線が、人の手等で反射されやすく好適である。

本発明の近接センサ装置は表示装置に適用可能であり、図６に示すように、表示装置は上記本発明の近接センサ装置を備えており、複数の光検出ユニット１が表示面の周囲に互いに間隔を有して設けられている構成である。この構成により、被検出体４の誤検出を防ぐことができ、また被検出体４の検出感度が向上するとともに被検出体４の位置を精度良く特定することが可能となる。例えば、光検出ユニット１がＬＣＤ等の表示装置の表示面の周囲であってその左右両端にそれぞれあり、それらが表示面の縦中心線について対称的な位置にあることがよい。この場合、被検出体４の表示面の横方向における位置を特定するのに有利である。また、光検出ユニット１が表示面の周囲であってその左右両端にそれぞれあり、さらに上下両端の少なくとも一方にあるとよい。この場合、被検出体４の表示面の面内における位置を特定するのに有利である。

また、上記表示装置は、上記本発明の近接センサ装置を備えていることにより、人の指等が表示面に近接したときに画面表示を起動させる、表示面にアイコン、タッチボタン等の通常は隠れている操作部を表示させる、静止画表示を動画表示に切り替える、あるいは画面表示を複数の画面表示とするといった表示駆動をすることができる。さらに、ホログラム等を用いることにより、表示面の前方の空間にアイコン、タッチボタン等の操作部を表示させることもできる。

表示装置の１例としては、図６に示すＬＣＤがあり、ＬＣＤは以下のような構成である。ＬＣＤは、ＴＦＴを含む画素部が多数形成されたガラス基板等から成るアレイ側基板と、カラーフィルタ及びブラックマトリクスが形成されたガラス基板等から成るカラーフィルタ側基板とを互いに対向させて、それらの基板を所定の間隔でもって貼り合わせ、それらの基板間に液晶を充填、封入させることによって作製される。また、一般的に、カラーフィルタ側基板は、ＴＦＴ及びＩＴＯ等の透明電極から成る画素電極から成る画素部に対向する側の面、すなわち液晶側の面の全面に、画素電極との間で液晶に印加する垂直電界を形成するための共通電極が形成されている。この共通電極は、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式のＬＣＤの場合、アレイ側基板の画素部に画素電極と同じ面内に形成されることによって横電界（水平電界）を生じさせるものとなる。また共通電極は、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式のＬＣＤの場合、アレイ側基板の画素部に画素電極の上方または下方に絶縁層を挟んで形成されることによって端部電界（フリンジ電界）を生じさせるものとなる。また、カラーフィルタ側基板の液晶側の面には、各画素部に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが形成されており、各画素部を通過する光が相互に干渉することを防ぐブラックマトリクスがカラーフィルタの外周を囲むように形成されている。なお、カラーフィルタを覆ってオーバーコート層が形成されており、オーバーコート層上に共通電極が形成されている。また、アレイ側基板の液晶側の面の縁部全周と、カラーフィルタ側基板の液晶側の面の縁部全周とが、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、合成ゴム等から成る封止部材によって接着、封止されている。さらに、アレイ側基板の液晶側の面における封止部材から外部に突出した部位には、ＩＣ，ＬＳＩ等から成る、ゲート信号線駆動回路素子、画像信号線駆動回路素子としての半導体素子がＣＯＧ（Chip On Glass）方式等の実装方法により搭載されており、さらに半導体素子に外部から駆動信号、制御信号を入出力するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）が、上記突出した部位の端部に設置されている。また、カラーフィルタ側基板の表示側の面に、ＯＣＡ等を介してカバーガラスと称される透明保護基板を設ける。

表示装置としては、ＬＣＤに限らず、有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置、無機ＥＬ装置、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emitting Display）、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）装置、ＰＤＰ（Plasma Display）装置、電子ペーパーディスプレイ、ＤＭＤ（Digital micro Mirror Device）、圧電セラミックディスプレイ、ＬＥＤディスプレイなどがある。さらに、これらの表示装置を有する電子機器としては、自動車経路誘導システム（カーナビゲーションシステム）、船舶経路誘導システム、航空機経路誘導システム、スマートフォン端末、携帯電話、タブレット端末、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子手帳、電子書籍、電子辞書、コンピュータ、パーソナルコンピュータ、複写機、ゲーム機器の端末装置、テレビジョン、商品表示タグ、価格表示タグ、産業用のプログラマブル表示装置、カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー、ファクシミリ、プリンター、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機、ヘッドアップディスプレイ装置、プロジェクタ装置、デジタル表示式腕時計、スマートウォッチ、頭部装着型画像表示装置（Head Mounted Display device ：ＨＭＤ）などがある。

なお、本発明の近接センサ装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜の設計的な変更、改良を含んでいてもよい。

１ 光検出ユニット
２ 発光素子
３ 受光素子
４ 被検出体
５ 検出信号処理部
６ 検出制御部
７ 環境光
８ 照度センサ
１１ 検出信号
１２ 基準信号
１１ａ、１３ａ 第１の環境光信号に基づく第１の変動成分
１１ｂ 所定強度の信号
１２ａ 第３の環境光信号に基づく第２の変動成分を重畳した基準信号

Claims (5)

1. 発光素子及び受光素子を有する光検出ユニットと、前記受光素子の検出信号に基づいて被検出体の近接を検出する検出信号処理部と、前記発光素子が発光状態であるとともに前記受光素子が受光状態である第１の検出状態と、前記発光素子が非発光状態であるとともに環境光を検出するために前記受光素子が受光状態である第２の検出状態とを交互に繰り返すように制御する検出制御部と、照度センサと、を有しており、前記検出信号処理部は、前記第１の検出状態において前記検出信号と前記検出信号を所定時間遅延させて成る基準信号との差分と第１の閾値とを比較することによって前記被検出体の近接または非近接を検出し、前記第２の検出状態において前記環境光を前記受光素子及び前記照度センサによって検出した場合に前記受光素子によって検出した第１の環境光信号及び前記照度センサによって検出した第２の環境光信号を取得する近接センサ装置であって、さらに前記検出信号処理部は、前記第２の環境光信号が第２の閾値以下である場合、前記第１の環境光信号の第１の変動成分を前記第１の検出状態における前記基準信号に重畳して前記検出信号との差分をとり、その差分と前記第１の閾値とを比較することによって前記被検出体の近接または非近接を検出し、前記第２の環境光信号が第２の閾値を超える場合、前記第１の環境光信号に所定強度の信号を付加した第３の環境光信号を生成し、前記第３の環境光信号の第２の変動成分を前記第１の検出状態における前記基準信号に重畳して前記検出信号との差分をとり、その差分と前記第１の閾値とを比較することによって前記被検出体の近接または非近接を検出する近接センサ装置。
   
2. 前記所定強度の信号は、前記第２の環境光信号の５％〜１００％の強度である請求項１に記載の近接センサ装置。
3. 前記基準信号は、前記検出信号を１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ遅延させて成る遅延信号である請求項１または請求項２に記載の近接センサ装置。
4. 前記第１の変動成分は、前記第１の環境光信号と、前記第２の検出状態において前記環境光を前記受光素子によって検出しない場合に取得された非検出時信号との第１の差信号であり、前記第２の変動成分は、前記第３の環境光信号と前記非検出時信号との第２の差信号である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の近接センサ装置。
5. 前記環境光が赤外線を含む場合、前記発光素子は赤外線を放射し、前記受光素子は赤外線を検出する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の近接センサ装置。