Die interne Ref. ist wahrscheinlich nur für grobe Messungen gedacht, schade eigentlich. Ich verwende die Externe Ref. Jedoch nur mittels einfachen Spannungsteiler, eine ZDiode währe sicher besser.
Ich bin mir nicht ganz sicher, ob eine Z-Diode besser wäre. Am besten ist es wahrscheinlich, wenn der Referenzpin direkt an die Versorgung des Sharp-Sensors gekoppelt ist. Dann hat man nämlich die optimale Gleichtaktunterdrückung, soll heißen, falls auf der Versorgung eine Störung liegt, wird der Sharp-Ausgang höchstwahrscheinlich mitgezogen und wenn jetzt die Referenzspannung des AD-Wandlers mitwandert, fällt die Störung beim Wandlungsergebnis heraus.
Das könnte mitunter der Grund sein, warum bei Verwendung der internen Referenz das Ergebnis so schlecht ist. In diesem Fall ist die Referenzspannung des AD-Wandlers ja unabhängig von der Versorgung des Sensors.

Was die Filterung anbelangt:
Wenn Deine Regelschleife mit 500us läuft, der Sensor aber nur eine Reaktionszeit von 40ms hat, könntest Du ja ein paar Werte mitteln oder einen 1 aus 2 Filter basteln.
Dieses Verfahren würde helfen, falls die Störungen nicht vom eigentlichen Sensorelement erzeugt werden. Und das halte ich für durchaus realistisch.
Ich habe vor einiger Zeit mal einige Versuche mit dem Sharp-Sensor angestellt. Es hat sich gezeigt, dass das Sensorergebnis davon abhähgt, aus welcher Richtung ein Objekt an den Sensor angenährt wird ( horizontal oder vertikal, sieh chris.lugr.de unten ). Dieses Verhalten könnte einige dazu veranlasst haben, zu glauben, dass der Sensor störanfällig sei.
Eventuell könnte es helfen, wenn Du den Sensor um 90° versetzt montierst.

Gruss,
stochri