光反射型传感器和电子设备的制作方法

本发明涉及进行物体的有无的检测和物体的距离的检测的反射型传感器、以及使用其的电子设备。

背景技术：

以往，作为进行物体的有无的检测和物体的距离的检测的反射型传感器，有如以下那样的传感器。

·日本特开2013-113610号公报(专利文献1)

·日本特开2013-210315号公报(专利文献2)

·日本特开2012-63173号公报(专利文献3)

·日本特开平2-61510号公报(专利文献4)

·日本特开2013-134173号公报(专利文献5)

在上述专利文献1中公开的“放射线测量方法和装置”中，改变具有指向性的二维的放射线检测器的位置和方向来检测来自放射线源的放射线，将得到的放射线的检测角度区域标记在体素化后的测定空间上，由此推定放射线的线源部位。

另外，在上述专利文献2中公开的“光学式距离测量装置”中，返回光聚光光学系统包括返回光聚光透镜，该返回光聚光透镜包括从激光输出元件出射并被扫描反射镜反射后的激光向照射点去的光路，且具有与扫描面垂直的面内的宽度方向的光焦度大于上述扫描面方向的光焦度的光学特性，并且接收来自上述照射点的返回光并聚光于上述扫描反射镜。这样，得到较多的返回光的光量，能够充分获得距离测量的有效范围。

另外，在上述专利文献3中公开的“激光测距装置”中，用包含反射镜的二维扫描仪使来自激光二极管的激光偏向来照射测定对象物上的任意的多边形的顶点。然后，用光电二极管接收被各顶点反射的激光而输出信号，利用运算控制部，使用来自上述光电二极管的输出信号和上述二维扫描仪的动作信息计算出上述多边形的面积。

另外，在上述专利文献4中公开的“非接触二维形状测量传感器”中，将从光源出射并被包含反射镜的光偏向器偏向而以一定宽度照射的细光线的来自物体表面的反射光利用受光透镜聚光而在图像传感器上成像。此时，在上述受光透镜与上述图像传感器之间配置使光仅在与上述图像传感器的检测线垂直的方向上会聚的会聚透镜，使以一定宽度偏向后的细光线中的在上述垂直方向上从中央部偏离的细光线的反射光也在上述图像传感器上成像，由此使得能够利用一维的上述图像传感器测定二维方向的距离。

另外，在上述专利文献5中公开的“测距系统”中，在作为入射到固体摄像装置的来自测距对象的反射光的强度的上升沿期间的一部分期间的第1受光期间，利用上述固体摄像装置对与入射的光的光量相应的光电子进行累积蓄积。另外，在作为入射到上述固体摄像装置的上述反射光的强度的从峰起包含下降沿期间的第2受光期间，利用上述固体摄像装置对与入射的光的光量相应的光电子进行累积蓄积。然后，利用运算部，将在上述第2受光期间累积蓄积的光电子信息除以在上述第1受光期间累积蓄积的光电子信息而得的光量比，作为依赖于光的往复时间的值求出，由此，通过飞行时间(Time of Flight，TOF)方式求出至上述测距对象的距离。另外，与测距对象的受光期间以外的受光期间的受光量相应的光电子被舍弃。

但是，上述各专利文献中公开的以往的反射型传感器中，存在以下的问题。

即，如图6所示，在使用三角测距方式的测距传感器中，在PSD(Position Sensitive Detector：位置检测元件)的光入射位置，将输出电流分割为远侧输出电流和近侧输出电流而利用两电流之比检测入射位置，由此，能够通过三角测量方式求出至检测物A、B的距离。

但是，在因从LED(Light Emitting Diode：发光二极管)出射的光的扩展而只有投光点的一部分照射到对象物的情况下，反射光的光量重心位置偏移而无法准确地测距。例如如图6所示，虽然检测物C位于与检测物A相同的距离，但是来自检测物C的反射光的PSD入射角度与检测物B的PSD入射角度相同，因此，检测物C的情况下的PSD输出电流成为检测物B的情况下的PSD输出电流，发生了误检测的问题。

另外，在上述TOF方式的测距传感器中，能够利用光从发光部出射后至被对象物反射而入射到受光部的飞行时间，求出至上述对象物的距离。

但是，基本上将投光正面的对象物作为测距的对象。因此，在平面地扩展检测范围的情况下，需要用反射镜等使投光角度变化来进行扫描，基于反射镜角度来确定投光的方向等，为了得到距离而进行反射镜等的驱动。或者，也能够将多个受光元件排列，根据接收了入射光的受光元件的位置确定上述对象物的方向，但是在这该情况下受光部的尺寸扩大成本变高。

在上面说明的上述专利文献1中公开的以往的“放射线测量方法和装置”中，需要多个检测角度区域。另外，在专利文献2中公开的“光学式距离测量装置”、专利文献3中公开的“激光测距装置”和专利文献4中公开的“非接触二维形状测量传感器”中，都具有偏光·扫描用的反射镜，与上述专利文献1一样能够二维地检测反射光。但是，与之相应地结构变得复杂。

另外，在上述专利文献5中公开的“测距系统”中，在基于TOF方式计算至上述测距对象的距离的计算中使用光量比。另外，与测距对象的受光期间以外的受光期间的受光量相应的光电子被舍弃。但是，是以照射装置正面的测距对象物作为测距的对象，而不是能够计算至位于广阔区域(广域)的测距对象的距离的结构。因此，为了平面地扩展测距范围，需要利用反射镜等使照射角度变化来进行扫描。另外，需要将多个上述固体摄像装置排列。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-113610号公报

专利文献2：日本特开2013-210315号公报

专利文献3：日本特开2012-63173号公报

专利文献4：日本特开平2-61510号公报

专利文献5：日本特开2013-134173号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

因此，本发明的技术问题在于提供能够以小型并且简单的结构进行二维平面的物体的有无和物体的距离的广阔区域检测的反射型传感器。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明的光反射型传感器的特征在于，包括：

对测距对象物照射光的发光元件；

将来自测距对象物的反射光聚光的受光光学系统；

接收由上述受光光学系统聚光后的光，并且输出与受光位置相应的光电流信号的受光元件；和

信号处理电路，该信号处理电路基于从上述受光元件输出的上述光电流信号，求出上述受光元件上的受光位置信息和光的飞行时间信息，该光的飞行时间信息为从上述发光元件照射光后至该光被测距对象物反射而由上述受光元件接收的时间。

另外，在一个实施方式的光反射型传感器中，

上述发光元件照射的光为脉冲光，

上述受光元件为位置检测元件，上述光电流信号由从设置在上述受光位置的一侧的电极输出的第1光电流信号和从设置在上述受光位置的另一侧的电极输出的第2光电流信号构成，

上述光反射型传感器包括控制部，该控制部对上述发光元件输出脉冲状的驱动信号，并且对上述信号处理电路输出与上述驱动信号的下降沿同步的同步信号。

上述信号处理电路，

利用从上述受光元件输出的上述第1光电流信号的积分值与上述第2光电流信号的积分值之比，求出上述受光位置信息，

在从上述控制部接收到上述同步信号的时刻，将上述第1光电流信号和上述第2光电流信号分割为两部分，利用与分割位置相比位于时间轴上前侧的第1光电流信号和第2光电流信号各自的积分值的相加值和与上述分割位置相比位于时间轴上后侧的第1光电流信号和第2光电流信号各自的积分值的相加值之比，求出上述光的飞行时间信息。

另外，在一个实施方式的光反射型传感器中，

上述发光元件照射具有放射角度的光，

上述测距对象物位于上述发光元件的放射角度内，

上述光反射型传感器包括：

存储部，该存储部存储运算式，该运算式用于根据来自上述测距对象物的反射光入射到上述受光元件的入射角度和关于该测距对象物的上述光的飞行时间信息，计算该测距对象物的以上述受光光学系统为基点的位置信息；和

运算处理部，该运算处理部基于由上述信号处理电路求出的上述受光位置信息，求出来自上述测距对象物的反射光的上述入射角度，并且基于该求出的上述入射角度和由上述信号处理电路求出的上述光的飞行时间信息，使用存储在上述存储部中的上述运算式计算上述测距对象物的上述位置信息。

另外，在一个实施方式的光反射型传感器中，

上述测距对象物位于上述发光元件的放射角度内且有多个，

上述光反射型传感器包括对上述发光元件输出脉冲状的驱动信号的控制部，

上述信号处理电路，在上述光电流信号的时间轴上的长度比上述驱动信号的时间轴上的长度长的情况下，在上述光电流信号的上升沿的时刻，基于上述驱动信号和上述光电流信号，求出关于上述多个测距对象物中的离上述受光光学系统最近的最近测距对象物的上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息，在上述光电流信号的下降沿的时刻，基于上述驱动信号和上述光电流信号，求出关于上述多个测距对象物中的离上述受光光学系统最远的最远测距对象物的上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息，

上述运算处理部，基于由上述信号处理电路求出的上述各个受光位置信息，关于上述最近测距对象物和上述最远测距对象物，求出反射光的上述入射角度，并且基于该求出的上述入射角度和由上述信号处理电路求出的上述光的飞行时间信息，计算以上述受光光学系统为基点的位置信息。

另外，本发明的电子设备的特征在于，使用了上述本发明的光反射型传感器。

发明效果

如以上所述可知，本发明的光反射型传感器，利用上述信号处理电路，基于从上述受光元件输出的上述光电流信号，求出用于求出入射到上述受光元件的入射角的上述受光元件上的受光位置信息和上述光的飞行时间信息。因此，能够弥补上述三角测距方式和上述TOF方式的测距方法的缺点，提高至上述测距对象物的距离的检测精度。而且，能够防止仅使用上述入射角度和上述光的飞行时间中的任一者的情况下的误检测。

另外，本发明的光反射型传感器中的光学系统的结构只包括能够向广阔区域出射光的唯一的发光元件、上述受光光学系统和唯一的上述受光元件，不需要包括用于使照射角度变化来进行扫描的反射镜等、或者将上述发光元件或上述受光元件排列多个。因此，能够以小型并且简单的结构进行二维平面上的广阔区域检测。

另外，本发明的电子设备，使用了能够以小型并且简单的结构高精度地进行二维平面的物体的有无和物体的距离的广阔区域检测的廉价的反射型传感器，因此，通过用于卫生用途、扫地机器人和需要检测人体的设备等电子设备，能够提供对人和环境温和的舒适的电子设备。

附图说明

图1是表示本发明的光反射型传感器的结构的概略图。

图2是表示给发光元件的驱动信号和受光元件的检测信号的变化的图。

图3是表示测距的对象物位于发光透镜与受光透镜之间的状态的图。

图4是表示位于放射角内的两个对象物与光学系统的位置关系的图。

图5是表示图4中给发光元件的驱动信号和受光元件的检测信号的图。

图6是使用三角测距方式求出至检测物的距离的方式的说明图。

具体实施方式

以下，利用图示的实施方式对本发明进行详细说明。

·第1实施方式

图1是表示本实施方式的光反射型传感器的结构的概略图。本实施方式的光反射型传感器，具有兼具上述三角测距方式和上述TOF方式的结构。在图1中，光反射型传感器1包括：对作为测距的对象的测距对象物(以下简称为对象物)7照射光的由上述LED构成的发光元件2；将从发光元件2照射的光聚光的发光透镜3；将来自对象物7的反射光聚光的受光透镜4；和使由受光透镜4聚光后的光成像而形成光点5的受光元件6。另外，作为发光元件2，也可以为红外线发光元件或激光二极管等其他元件。

将上述发光透镜3的位置设为原点O，将对象物7(7A)上的来自发光元件2的光的照射位置设为A，将受光透镜4的位置设为点C，在作为原点O的基线上的与X轴平行的直线上配置受光元件6。以下，为了方便说明，在需要在同一图中描绘多个对象物7的情况下，对各个部件编号7附加字母来区分。

上述受光元件6使用上述PSD，检测照射到受光元件6上而成像的光点5的光重心位置并输出检测信号。

信号处理电路8求出上述受光元件6上的光点5的位置，并且求出作为光从发光元件2出射后至在受光元件6上形成光点5的时间的光的飞行时间(以下简称为飞行时间)。运算处理部9基于由信号处理电路8求出的光点5的位置，计算来自对象物7的反射光向受光元件6入射的入射角度、和从作为通过发光透镜3和受光透镜4的直线的基线至对象物7的距离。在存储部10中存储将在后面详细说明的飞行时间检索表。控制部11接收来自运算处理部9的计算结果，控制发光元件2和信号处理电路8等的动作。

在图1所示的结构中，从上述发光元件2出射到对象物7(7A)的光束，被发光透镜3聚光为大致平行光束12。该被聚光后的平行光束12，沿Y轴上射出，在对象物7上的点A进行光点照射，由对象物7扩散反射。由对象物7扩散反射后的光束13，被受光透镜4聚光。被聚光后的光，在受光元件6上的点E成像而形成光点5。

将通过上述点C(受光透镜4的中心)的与Y轴平行的线与受光元件6交叉的点设为点F时，三角形OAC和三角形FCE为相似形。

因此，在以往的上述三角测距方式的测距中，利用信号处理电路8，基于来自受光元件6的检测信号求出光点5的位置，测定边FE的长度(距离x)。然后，利用运算处理部9，用距离x根据距离y＝距离A×(距离f/距离x)检测从发光透镜3至测距对象物7的距离y。

在此，上述距离A为发光透镜3与受光透镜4之间的距离(基线长度)。另外，距离f为受光透镜4与受光元件6的距离，是受光透镜4的焦距。另外，距离x是受光元件(PSD)6上的光点5的光重心位置相对于基准位置的变化量。在此，距离x通过利用与受光元件6连接的信号处理电路8检测从设置在受光元件6的两端的电极输出的上述检测信号、即与上述变化量相应地变化的信号电流I1与I2的平衡来求出。

但是，在为了能够进行二维平面上的物体的有无和物体的距离的广阔区域检测，而使从发光元件2出射的光具有扩展的情况下，在对象物的尺寸大到覆盖上述光的扩展整体的情况下没有问题。然而，在图1中，在存在虽然距上述基线的距离与对象物7A相同，但是与对象物7A不同的对象物7C的情况下，来自对象物7C的反射光入射到受光元件6的入射角度与来自位于Y轴上的对象物7B的反射光的入射角度相同，因此，由信号处理电路8求出的上述距离x在对象物7C和对象物7B变得相同。因此，从上述基线至对象物7C的距离LC被作为至对象物7B的距离y(LB)计算出来，成为误检测。

因此，在本实施方式中，通过使上述受光元件6和信号处理电路8具有基于上述TOF方式的距离检测功能，来防止上述三角测距方式的上述误检测。

首先，关于假设位于从上述发光元件2向广阔区域出射的光的放射角度内的多个对象物7，预先求出作为光从发光元件2出射后至上述光被各个对象物7反射而由受光元件6受光的时间的上述飞行时间T。然后，按各对象物7生成将上述飞行时间T与从上述基线至对象物7的距离y和入射到受光元件6的入射角度θ对应而形成的飞行时间检索表，预先存储到存储部10中。

然后，在实际的测距时，首先，从上述控制部11对发光元件2输出用于使脉冲光出射的驱动信号，从发光元件2出射脉冲光。与此同时，对信号处理电路8输出用于通知使脉冲光切断的控制信号。

这样，上述信号处理电路8和运算处理部9接收与从发光元件2出射的脉冲光对应的来自受光元件6的检测信号，通过上述三角测距方式求出入射到受光元件6的入射角度θ。即，在设对象物7B上的来自发光元件2的光的照射位置为B，设在受光元件6上形成的光点5的位置为Eb时，三角形OBC和三角形FCEb为相似形。因此，利用信号处理电路8，基于来自受光元件6的检测信号求出光点5的位置，测定边FEb的长度(距离x)。然后，利用运算处理部9，关于三角形FCEb计算Tan^-1(f/x)求出入射到受光元件6的入射角度θ。

接着，上述信号处理电路8基于来自上述受光元件6的检测信号和来自控制部11的使脉冲光切断的控制信号，求出作为从发光元件2出射脉冲光后至由来自对象物7C的反射光在受光元件6上形成光点5的时间的飞行时间Tc。

然后，由上述运算处理部9，基于上述求出的入射角度θ和由信号处理电路8求出的飞行时间Tc，检索存储在存储部10中的上述飞行时间检索表。于是，得到与入射角度θ和飞行时间Tc对应的从上述基线至测距对象物7的距离y(＝LC)。

在此，在由上述信号处理电路8求出的飞行时间为Tb的情况下，由运算处理部9对上述飞行时间检索表进行检索的结果，从上述基线至测距对象物7的距离y被求出为LB。即，能够根据上述飞行时间的不同来区分入射到受光元件6的入射角度呈现相同的入射角度θ的不同的对象物7。

如以上所述，根据本实施方式，通过使用上述PSD作为上述受光元件6，能够利用根据来自对象物7的反射光在受光元件6上的光点位置从受光元件6的两端输出的检测信号之比，检测出受光元件6上的光点位置。因此，能够基于上述光点位置，通过上述三角测距方式求出来自对象物7的反射光的入射角度θ。

另外，从由上述发光元件2出射脉冲光后至由受光元件6输出上述检测信号的时间，延迟与从上述基线至对象物7的距离相应的上述飞行时间。因此，通过根据上述光点位置从受光元件6的两端输出的检测信号和用于通知使脉冲光切断的控制信号，检测该延迟时间、即上述飞行时间T。然后，能够基于上述入射角度θ和上述飞行时间T，求出从上述基线至对象物7的距离。

在该情况下，即使来自上述对象物7的反射光的入射角度θ相同，从发光透镜3至对象物7的距离也会根据对象物7与受光透镜4之间的距离(即，上述飞行时间T)而变动。另外，即使上述飞行时间T相同，从发光透镜3至对象物7的距离也会根据对象物7与受光透镜4的角度(即，上述入射角度θ)而变动。这意味着，通过使用来自对象物7的反射光的入射角度θ和光从发光元件2出射后至由受光元件6接收的飞行时间T，能够弥补上述的彼此的缺点，提高从发光透镜3至对象物7的距离的检测精度。而且，能够防止仅使用上述入射角度θ和上述飞行时间T中的任一者的情况下的误检测。

另外，本光反射型传感器的光学系统的结构只包括：能够向广阔区域出射光的唯一的发光元件2和发光透镜3；受光透镜4；和由上述PSD构成的唯一的受光元件6，不需要包括用于使照射角度变化来进行扫描的反射镜等、或者将发光元件2或受光元件6排列多个。因此，能够以小型并且简单的结构进行二维平面上的广阔区域检测。

即，根据本实施方式，能够利用以1脉冲投光的光反射型传感器，提高二维平面上的对象物的位置信息检测的精度，并且防止误检测。

另外，在上述说明中，基于来自上述受光元件6的检测信号测定边FEb的长度(距离x)，关于三角形FCEb通过Tan^-1(f/x)求出入射到受光元件6的入射角度θ。但是，本发明并不限定于此，也可以通过上述三角测距方式求出三角形OBC的边OB的长度LB，关于三角形OBC通过Tan^-1(LB/A)来求出。

·第2实施方式

本实施方式涉及：利用上述信号处理电路8求出受光元件6上的光点5的位置的方法；和求出作为光从发光元件2出射后至在受光元件6上检测到光点5的上述飞行时间T的方法。

图2从上端起依次表示：从上述控制部11对发光元件2输出的上述驱动信号的接通(on)·断开(off)(即，发光元件2的接通·断开)的时刻；作为受光元件6的远侧的检测信号的远侧输出电流的变化；和作为受光元件6的近侧的检测信号的近侧输出电流的变化。

在此，上述受光元件6的远侧是指，在作为PSD的受光元件6中，来自位于远处的对象物7的反射光形成光点5的一侧。另外，受光元件6的近侧是指，在受光元件6中，来自位于近处的对象物7的反射光形成光点5的一侧。上述远侧输出电流I1，如图1所示，是从受光元件6的两端中的上述远侧的一端的电极输出的输出电流，将其值设为“I1”。同样，上述近侧输出电流I2，是从受光元件6的上述近侧的一端的电极输出的输出电流，将其值设为“I2”。另外，远侧输出电流I1是上述第1光电流信号的一个例子，近侧输出电流I2是上述第2光电流信号的一个例子。

如图2所示，以发光元件2的断开(下降沿)的时刻来分割上述远侧输出电流I1。将与分割位置相比位于时间轴上前侧的第1受光期间的输出电流值I1的积分值设为I1a。另外，将与上述分割位置相比位于时间轴上后侧的第2受光期间的输出电流值I1的积分值设为I1b。同样，以发光元件2的断开(下降沿)的时刻来分割近侧输出电流I2。将与分割位置相比位于时间轴上前侧的第1受光期间的输出电流值I2的积分值设为I2a。另外，将与上述分割位置相比位于时间轴上后侧的第2受光期间的输出电流值I2的积分值设为I2b。

在此，在上述对象物7的位置在远侧与近侧之间移动的情况下，远侧输出电流I1和近侧输出电流I2在彼此相反的方向上增减。因此，能够通过比较“第1受光期间+第2受光期间”的输出电流值I1的积分值(I1a+I1b)和“第1受光期间+第2受光期间”的输出电流值I2的积分值(I2a+I2b)，求出发光元件2上的光点5的位置。

另外，当上述飞行时间T在长短之间变化时，远侧输出电流I1和近侧输出电流I2的分割位置在时间轴上前后移动。因此，能够通过比较“第1受光期间”的远侧输出电流I1和近侧输出电流I2各自的积分值的相加值(I1a+I2a)与“第2受光期间”的远侧输出电流I1和近侧输出电流I2各自的积分值的相加值(I2a+I2b)，求出上述飞行时间T。

因此，上述信号处理电路8，当接收来自作为PSD的上述受光元件6的远侧输出电流I1和近侧输出电流I2时，基于与从控制部11发送来的给发光元件2的上述控制信号的下降沿同步的同步信号(通知使上述脉冲光切断的控制信号)的时刻，将远侧输出电流I1和近侧输出电流I2分割为上述第1受光期间和上述第2受光期间。然后，计算输出电流值I1的积分值(I1a+I1b)和输出电流值I2的积分值(I2a+I2b)，进而计算两积分值之比(I1a+I1b)/(I2a+I2b)。然后，基于上述比的值，求出受光元件6上的光点5的位置。

另外，计算上述“第1受光期间”的两个输出电流的积分值的相加值(I1a+I2a)和“第2受光期间”的两个输出电流的积分值的相加值(I1b+I2b)，进而计算两个相加值之比“(I1a+I2a)/(I1b+I2b)”。然后，基于上述比的值，求出光从发光元件2出射后至在受光元件6上检测到光点5的上述飞行时间T。在此，基于上述比的值求出上述飞行时间的方法，并不特别限定，例如可以使用预先做成的上述比的值与上述飞行时间的对应表或对应式来求出。

如以上所述，根据本实施方式，只是利用唯一的受光元件6，用发光元件2的断开(下降沿)的时刻分割基于来自上述发光元件2的1次脉冲光的出射得到的上述远侧输出电流I1和上述近侧输出电流I2，改变所得到的4个输出电流值的积分值I1a、I1b、I2a、I2b的组合进行计算，通过这样的简单的处理就能够得到用于求出受光元件6上的光点5的位置的位置信息和用于求出上述飞行时间T的时间信息。

因此，能够基于上述位置信息和时间信息，容易地提高从发光透镜3至对象物7的距离计算的精度。

·第3实施方式

本实施方式涉及：不使用上述第1实施方式的上述飞行时间检索表来求出使上述发光元件2的光放射角度扩展的情况下的从上述基线至位于从发光元件2的光轴上偏移的位置的对象物7的距离的方法。

在本实施方式中，如图3所示，设想作为测距的对象的对象物7C位于发光透镜3与受光透镜4的中间位置的情况。

上述信号处理电路8，首先基于来自作为PSD的受光元件6的远侧输出电流I1和近侧输出电流I2，通过例如上述第2实施方式的处理，求出受光元件6上的光点5的位置，测定三角形FCE的边FE的长度(距离x)。进而利用运算处理部9，将通过发光透镜3的位于Y轴上的假想的对象物7B上的点设为B，利用三角形OBC和三角形FCE为相似形，通过上述三角测距方式计算从发光透镜3至对象物7B的距离L1。在该情况下，发光透镜3与受光透镜4之间的距离为基线长度A1，受光透镜4与受光元件6之间的距离为受光透镜4的焦距f，都是已知的。

然后，关于上述三角形OBC计算Tan^-1(L1/A1)求出入射到受光元件6的入射角度α。

接着，上述信号处理电路8基于来自受光元件6的远侧输出电流I1和近侧输出电流I2，通过例如上述第2实施方式的处理，求出光从发光元件2出射后至被对象物7C反射而由受光元件6接收的上述飞行时间T。

在此，当因为从上述受光透镜4至受光元件6上的光点5的光的飞行时间非常短所以忽略时，从发光透镜3至对象物7C的距离X、从对象物7C至受光元件6的距离Y、和上述飞行时间T之间能够具有下式(1)的关系。

X+Y＝T·C…(1)

其中，C：光速

另外，将通过上述对象物7C的与Y轴平行的直线和上述基线的交点设为G，而将对象物7C上的点设为点H。这样，G-H间的长度L2和G-F间的长度A2用式(2)和式(3)表示。

L2＝Ysinα…(2)

A2＝Ycosα…(3)

进而，因为三角形OHG为直角三角形，所以具有下式(4)的关系。

X²＝L2²+(A1-A2)²…(4)

因此，上述运算处理部9根据上述式(1)～式(4)，如式(5)那样计算从对象物7C至受光元件6的距离Y。

Y＝(A1²-T²C²)/(2A1cosα-2T·C)…(5)

进而，通过将计算出的距离Y的值代入到上述式(2)和式(3)中，能够计算出测距的对象物7C的离受光透镜4的沿上述基线的距离A2和离上述基线的距离L2。

即，在本实施方式中，在上述存储部10中预先存储上述(1)～(4)来代替上述飞行时间检索表。

然后，利用上述信号处理电路8，基于来自受光元件6的远侧输出电流I1和近侧输出电流I2，求出受光元件6上的光点5的位置，利用运算处理部9，使用上述三角测距方式求出来自对象物7C的反射光入射到受光元件6的入射角度α。进而，利用信号处理电路8求出光从发光元件2出射后至被对象物7C反射而由受光元件6接收的上述飞行时间T。

进而，利用上述运算处理部9，基于上述得到的入射角度α和上述飞行时间T，使用存储在存储部10中的上述式(1)～(4)，得到以受光透镜4为基点的对象物7C的位置信息。

因此，与使用上述飞行时间检索表的情况相比，能够进一步提高使用能够向广阔区域出射光的唯一的发光元件2检测二维平面上的对象物7的位置信息时的检测精度。另外，不需要生成并登记上述飞行时间检索表，光反射型传感器的构建变得容易。

另外，在本实施方式中，如图3所示，设想了作为测距的对象的对象物7C位于发光透镜3与受光透镜4的中间位置的情况。但是，如图1所示，在作为测距的对象的对象物7C相对于发光透镜3位于与受光透镜4侧相反的一侧的情况下，也能够利用同样的结构和处理得到对象物7C的以受光透镜4为基点的位置信息。

·第4实施方式

本实施方式涉及使用能够向广阔区域出射光的唯一的发光元件2进行的在来自发光元件2的光放射角内存在多个对象物7的情况下的位置信息检测方法。

图4表示本实施方式中的发光透镜3、受光透镜4以及受光元件6与两个对象物7D、7E的位置关系。如图4所示，一个对象物7D位于发光透镜3与受光透镜4之间，另一个对象物7E相对于发光透镜3位于与受光透镜4相反的一侧。

上述任一个对象物7D、7E均位于来自发光元件2的光放射角内，来自对象物7D的反射光入射到受光元件6的远距离检测区域侧而形成光点5d。而来自对象物7E的反射光入射到受光元件6的近距离检测区域侧而形成光点5e。

图5表示给发光元件2的上述驱动信号和来自受光元件6的检测信号。图5(a)表示从控制部11对发光元件2输出的上述驱动信号的接通·断开(即，发光元件2的接通·断开)的时刻。图5(b)表示测距的对象为对象物7D、7E的情况下的来自受光元件6的检测信号。图5(c)表示测距的对象仅为对象物7D的情况下的来自受光元件6的检测信号。图5(d)表示测距的对象仅为对象物7E的情况下的来自受光元件6的检测信号。另外，作为上述“检测信号”，可以为上述远侧输出电流I1和上述近侧输出电流I2中的任一者。

图5(c)、图5(d)中的检测信号的上升沿，表示被对象物7D或对象物7E反射后的光的检测开始的时刻。另外，检测信号的下降沿，表示被对象物7D或对象物7E反射后的光的检测结束的时刻。因此，从图5(a)中的发光元件2接通的时刻t1至图5(c)、图5(d)中的检测信号的上升沿时刻的时间、或者从图5(a)中的发光元件2断开的时刻t3至图5(c)、图5(d)中的检测信号的下降沿时刻的时间，相当于上述飞行时间T。

而且，基于上述发光元件2接通的时刻t1的上述飞行时间T和基于发光元件2断开的时刻t3的上述飞行时间T，都是对象物7D比对象物7E要短。即，可知对象物7D与对象物7E相比，位于更接近受光透镜4的位置。

图5(b)所示的上述对象物7D、7E的来自受光元件6的检测信号，是将图5(c)所示的对象物7D的检测信号和图5(d)所示的对象物7E的检测信号合成而得到的检测信号。因此，当将图5(b)与图5(c)、图5(d)进行比较时可知，图5(b)所示的检测信号的上升沿的时刻t2相当于关于位于最靠近受光透镜4的位置的对象物7D的光检测信号的上升沿的时刻，图5(b)所示的检测信号的下降沿的时刻t4相当于关于位于最远离受光透镜4的位置的对象物7E的光检测信号的下降沿的时刻。

即，从图5(a)中的上述发光元件2接通的时刻t1至图5(b)所示的检测信号的上升沿的时刻t2的时间，相当于关于最近的对象物7D的上述飞行时间Td。另外，从图5(a)中的发光元件2断开的时刻t3至图5(b)所示的检测信号的下降沿的时刻t4的时间，相当于关于最远的对象物7E的上述飞行时间Te。

因此，利用上述信号处理电路8，在图5(b)所示的检测信号的上升沿的时刻t2的时刻，基于来自受光元件6的远侧输出电流I1d和近侧输出电流I2d，计算输出电流之比I1d/I2d，由此求出受光元件6上的来自最近的对象物7D的反射光的光点5d的位置。进而，利用运算处理部9，基于光点5d的位置，通过上述三角测距方式得到来自对象物7D的反射光的入射角度θd。

进而，通过利用信号处理电路8测量从时刻t1至时刻t2的时间，求出关于对象物7D的上述飞行时间Td。

然后，利用上述运算处理部9，基于上述得到的关于对象物7D的入射角度θd和上述飞行时间Td，通过上述第3实施方式的处理，得到以受光透镜4为基点的对象物7D的位置信息。

同样，在图5(b)所示的检测信号的下降沿的时刻t4的时刻，利用上述信号处理电路8求出受光元件6上的来自最远的对象物7E的反射光的光点5e的位置，利用运算处理部9得到来自对象物7E的反射光的入射角度θe。进而，利用信号处理电路8，根据从时刻t3至时刻t4的时间，求出关于对象物7E的上述飞行时间Te。

然后，利用上述运算处理部9，能够基于上述得到的关于对象物7E的入射角度θe和上述飞行时间Te，得到以受光透镜4为基点的对象物7E的位置信息。

另外，对于在时刻t4的时刻，求出关于最远的对象物7E的光点5e的位置的方法，没有特别限定。例如，信号处理电路8当检测到从控制部11给发光元件2的上述驱动信号的断开(即，发光元件2的断开)时，以比上述驱动信号的波长t充分小的一定时间的间隔反复计算远侧输出电流I1d与近侧输出电流I2d之比I1d/I2d，并保持计算结果。然后，可以在检测信号的下降沿的时刻t4的时刻，基于上述保持的计算结果中的紧挨时刻t4计算出的输出电流之比I1d/I2d的值，求出光点5e的位置。或者，也可以以上述一定时间的间隔保存远侧输出电流I1d和近侧输出电流I2d，基于紧挨时刻t4保存的两个输出电流之比I1d/I2d求出光点5e的位置。

以上的说明是针对在来自上述发光元件2的放射角内存在2个对象物7D、7E的情况。然而，在上述放射角内存在的对象物7为3个以上的情况下，由受光元件6得到的检测信号，成为关于3个以上的对象物7的检测信号被合成后的信号，因此，能够在检测信号的上升沿识别离受光元件6最近的对象物7的检测信号，能够在该检测信号的下降沿识别离受光透镜4最远的对象物7的检测信号，但是位于中间的对象物7的检测信号被掩埋在上述两个对象物7的检测信号内而无法识别。

但是，在由上述受光元件6得到的检测信号的上升沿的时刻，通过上述的处理能够得到以受光透镜4为基点的最近的对象物7的位置信息，在该检测信号的下降沿的时刻，能够得到以受光透镜4为基点的最远的对象物7的位置信息。因此，能够检测出相对于受光透镜4最近和最远的对象物7以外的对象物7的位置是上述两个对象物7的中间位置。

如以上所述，在使用能够向广阔区域出射光的唯一的发光元件2检测在来自发光元件2的放射角内存在的多个对象物7的位置信息的情况下，利用作为PSD的受光元件6得到多个对象物7的检测信号合成后的检测信号。

然后，利用上述信号处理电路8，在上述得到的使检测信号的时间轴上的长度比给发光元件2的上述控制信号的时间轴上的长度长的情况下，在上述检测信号的上升沿的时刻t2的时刻，求出关于最近的对象物7的光点5的位置，利用运算处理部9，基于上述光点5的位置得到关于最近的对象物7的入射角度θ。另外，利用信号处理电路8，根据从时刻t1至时刻t2的时间求出关于最近的对象物7的上述飞行时间T。

然后，利用上述运算处理部9，能够基于上述得到的入射角度θ和上述飞行时间T，得到以受光透镜4为基点的最近的对象物7的位置信息。

同样地，在上述得到的检测信号的下降沿的时刻t4的时刻，求出关于最远的对象物7的光点5的位置、入射角度θ、基于从时刻t3至时刻t4的时间的飞行时间T。然后，基于得到的入射角度θ和飞行时间T，得到以受光透镜4为基点的最远的对象物7的位置信息。

因此，使用能够向广阔区域出射光的一个发光元件2和一个受光元件6，仅出射1次脉冲光就能够同时检测在来自发光元件2的光放射角内存在的多个对象物7的位置信息。

即，不需要为了同时检测多个对象物7的位置信息而设置多个发光元件2或受光元件6、或者设置用于改变照射角度来进行扫描的反射镜等。因此，能够以小型并且简单的结构提供检测精度高、易用性好、廉价的光反射型传感器。

·第5实施方式

如以上所述，根据上述第1实施方式～第4实施方式，能够提供能够以小型并且简单的结构高精度地进行二维平面的物体的有无和物体的距离的广阔区域检测的、廉价的反射型传感器。这样的反射型传感器适合用于卫生用途、扫地机器人、需要检测人体的设备等电子设备，能够提供对人和环境温和的舒适的电子设备。

以上，对本发明进行总结，本发明的光反射型传感器包括：

对测距对象物7照射光的发光元件2；

将来自测距对象物7的反射光聚光的受光光学系统4；

接收由上述受光光学系统4聚光后的光，并且输出与受光位置相应的光电流信号的受光元件6；和

信号处理电路8，该信号处理电路8基于从上述受光元件6输出的上述光电流信号，求出上述受光元件6上的受光位置信息和光的飞行时间信息，该光的飞行时间信息为从上述发光元件2照射光后至该光被测距对象物7反射而由上述受光元件6接收的时间。

在二维平面内基于来自上述测距对象物7的反射光来广阔区域地检测至多个测距对象物7的距离的情况下，可使用三角测距方式或TOF方式的测距方法。

上述三角测距方式的测距方法，是基于来自上述各测距对象物7的反射光入射到受光元件6的入射角。然而，存在以下缺点：即使上述入射角度相同，至上述测距对象物7的距离也会因来自发光元件2的光至由受光元件6接收为止的光的飞行时间而变动。

另一方面，上述TOF方式的测距方法，是基于上述光的飞行时间。然而，存在以下缺点：即使上述光的飞行时间相同，至测距对象物7的距离也会因测距对象物7与受光光学系统4的角度(即，上述入射角度)而变动。

这意味着，通过在上述测距对象物7的测距中并用上述入射角度和上述光的飞行时间，能够弥补上述的彼此的缺点，提高至上述测距对象物7的距离的检测精度。

根据上述结构，利用上述信号处理电路8，基于从上述受光元件6输出的上述光电流信号，求出用于求出入射到上述受光元件6的入射角的上述受光元件6上的受光位置信息和上述光的飞行时间信息。因此，能够弥补上述三角测距方式和上述TOF方式的测距方法的缺点，提高至上述测距对象物7的距离的检测精度。而且，能够防止仅使用上述入射角度和上述光的飞行时间中的任一者的情况下的误检测。

另外，本发明的光反射型传感器的光学系统的结构只包括能够向广阔区域出射光的唯一的发光元件2、上述受光光学系统4和唯一的上述受光元件6，不需要包括用于使照射角度变化来进行扫描的反射镜等、或者将上述发光元件2或上述受光元件6排列多个。因此，能够以小型并且简单的结构进行二维平面上的广阔区域检测。

另外，在一个实施方式的光反射型传感器中，

上述发光元件2照射的光为脉冲光，

上述受光元件6为位置检测元件，上述光电流信号由从设置在上述受光位置的一侧的电极输出的第1光电流信号I1和从设置在上述受光位置的另一侧的电极输出的第2光电流信号I2构成，

上述光反射型传感器包括控制部11，该控制部11对上述发光元件2输出脉冲状的驱动信号，并且对上述信号处理电路8输出与上述驱动信号的下降沿同步的同步信号，

上述信号处理电路8，

利用从上述受光元件6输出的上述第1光电流信号I1的积分值与上述第2光电流信号I2的积分值之比，求出上述受光位置信息，

在从上述控制部11接收到上述同步信号的时刻，将上述第1光电流信号I1和上述第2光电流信号I2分割为两部分，利用与分割位置相比位于时间轴上前侧的第1光电流信号和第2光电流信号各自的积分值的相加值(I1a+I2a)和与上述分割位置相比位于时间轴上后侧的第1光电流信号和第2光电流信号各自的积分值的相加值(I1b+I2b)之比，求出上述光的飞行时间信息。

根据本实施方式，利用唯一的上述受光元件6，将基于来自上述发光元件2的1次脉冲光的出射得到的上述第1光电流信号I1和上述第2光电流信号I2，与给上述发光元件2的驱动信号的下降沿同步地分割。改变所得到的4个部分光电流信号的积分值I1a、I1b、I2a、I2b的组合来计算上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息。

因此，通过只是与上述驱动信号的下降沿同步地分割来自上述受光元件6的上述第1光电流信号I1和上述第2光电流信号I2，改变所得到的4个部分光电流信号的积分值I1a、I1b、I2a、I2b的组合来进行计算的简单的处理，就能够得到上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息。

另外，在一个实施方式的光反射型传感器中，

上述发光元件2照射具有放射角度的光，

上述测距对象物7位于上述发光元件2的放射角度内，

上述光反射型传感器包括：存储部10，该存储部10存储运算式，该运算式用于根据来自上述测距对象物7的反射光入射到上述受光元件6的入射角度和关于该测距对象物7的上述光的飞行时间信息，计算该测距对象物7的以上述受光光学系统4为基点的位置信息；和

运算处理部9，该运算处理部9基于由上述信号处理电路8求出的上述受光位置信息，求出来自上述测距对象物7的反射光的上述入射角度，并且基于该求出的上述入射角度和由上述信号处理电路8求出的上述光的飞行时间信息，使用存储在上述存储部10中的上述运算式计算上述测距对象物7的上述位置信息。

根据本实施方式，利用上述运算处理部9，根据基于上述受光位置信息的上述反射光的入射角度和上述光的飞行时间信息，使用存储在上述存储部10中的上述运算式，计算上述测距对象物7的上述位置信息。

因此，能够进一步提高使用能够向广阔区域出射光的唯一的上述发光元件2检测二维平面上的上述测距对象物7的位置信息时的检测精度。

另外，在一个实施方式的光反射型传感器中，

上述测距对象物7位于上述发光元件2的放射角度内且有多个，

上述光反射型传感器包括对上述发光元件2输出脉冲状的驱动信号的控制部11，

上述信号处理电路8，在上述光电流信号的时间轴上的长度比上述驱动信号的时间轴上的长度长的情况下，在上述光电流信号的上升沿的时刻，基于上述驱动信号和上述光电流信号，求出关于上述多个测距对象物7中的离上述受光光学系统4最近的最近测距对象物7D的上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息，在上述光电流信号的下降沿的时刻，基于上述驱动信号和上述光电流信号，求出关于上述多个测距对象物7中的离上述受光光学系统4最远的最远测距对象物7E的上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息，

上述运算处理部9，基于由上述信号处理电路8求出的上述各个受光位置信息，关于上述最近测距对象物7D和上述最远测距对象物7E，求出反射光的上述入射角度，并且基于该求出的上述入射角度和由上述信号处理电路8求出的上述光的飞行时间信息，计算以上述受光光学系统4为基点的位置信息。

根据本实施方式，利用上述信号处理电路8，在上述光电流信号的上升沿和下降沿的时刻，基于上述驱动信号和上述光电流信号，求出关于离上述受光光学系统4最近的最近测距对象物7D和离上述受光光学系统4最远的最远测距对象物7E的上述受光位置信息和上述光的飞行时间信息。

因此，使用能够向广阔区域出射光的一个上述发光元件2和一个上述受光元件6，仅出射1次脉冲光就能够同时检测在来自上述发光元件2的光放射角内存在的多个测距对象物7的位置信息。

即，不需要为了同时检测上述多个测距对象物7的位置信息而设置多个上述发光元件2或上述受光元件6、或者设置用于改变照射角度来进行扫描的反射镜等。因此，能够以小型并且简单的结构提供检测精度高、易用性好、廉价的光反射型传感器。

另外，本发明的电子设备的特征在于，使用了上述本发明的光反射型传感器。

根据上述结构，使用了能够以小型并且简单的结构高精度地进行二维平面的物体的有无和物体的距离的广阔区域检测的廉价的反射型传感器，因此，通过用于卫生用途、扫地机器人和需要检测人体的设备等电子设备，能够提供对人和环境温和的舒适的电子设备。

符号说明

1…光反射型传感器

2…发光元件

3…发光透镜

4…受光透镜

5…光点

6…受光元件

7…对象物

8…信号处理电路

9…运算处理部

10…存储部

11…控制部

12…平行光束

13…扩散反射光束