(57)【要約】【課題】物体の近接度合いの検出精度の向上。【解決手段】発光パルスが物体に反射することにより到来する反射光を受光し、前記物体の近接を検出する近接センサであって、前記反射光を受光する受光素子から前記物体の近接度合いに応じた大きさで出力される電流を、電圧に変換して出力する変換回路と、前記変換回路の出力電圧を差動電圧に変換して出力する差動変換回路と、前記差動変換回路の出力差動電圧を前記発光パルスの立ち上がりでサンプリングした値から、前記出力差動電圧を前記発光パルスの立ち下がりでサンプリングした値を減算する、差動構成の相関二重サンプリング回路とを備える、近接センサ。【選択図】図１
2018056852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光パルスが物体に反射することにより到来する反射光を受光し、前記物体の近接を検出する近接センサであって、
前記反射光を受光する受光素子から前記物体の近接度合いに応じた大きさで出力される電流を、電圧に変換して出力する変換回路と、
前記変換回路の出力電圧を差動電圧に変換して出力する差動変換回路と、
前記差動変換回路の出力差動電圧を前記発光パルスの立ち上がりでサンプリングした値から、前記出力差動電圧を前記発光パルスの立ち下がりでサンプリングした値を減算する、差動構成の相関二重サンプリング回路とを備える、近接センサ。
【請求項２】
前記相関二重サンプリング回路は、
差動増幅器と、
第１の一対のキャパシタと、
前記差動増幅器の一対の入力ノードと前記差動増幅器の一対の出力ノードとの間に直列に挿入された第２の一対のキャパシタと、
前記第１の一対のキャパシタと前記一対の入力ノードとの間の接続関係を、前記発光パルスの立ち上がりと立ち下がりで反転させる第１のスイッチ回路と、
前記一対の入力ノードと前記一対の出力ノードとの間の接続を、前記発光パルスの立ち上がりと立ち下がりでオフさせる第２のスイッチ回路とを備える、請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記第２のスイッチ回路が前記一対の入力ノードと前記一対の出力ノードとの間の接続をオンさせるとき、前記第２の一対のキャパシタと前記一対の出力ノードとの間の接続をオフさせ、前記第２のスイッチ回路が前記一対の入力ノードと前記一対の出力ノードとの間の接続をオフさせるとき、前記第２の一対のキャパシタと前記一対の出力ノードとの間の接続をオンさせる、第３のスイッチ回路を備える、請求項２に記載の近接センサ。
【請求項４】
前記第２の一対のキャパシタを初期化する第４のスイッチ回路を備える、請求項３に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記発光パルスは、赤外光のパルスであり、
前記受光素子は、フォトダイオードである、
請求項１から４のいずれか一項に記載の近接センサ。
【請求項６】
前記発光パルスを出力する発光素子を駆動する駆動部を備えた、請求項１から５のいずれか一項に記載の近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光パルスが物体に反射することにより到来する反射光を受光し、当該物体の有無を検知する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１５２３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、反射光に含まれる外乱光（例えば、太陽光や照明光などの環境光）の影響を受けると、物体の近接度合いの検出精度が低下する場合がある。
【０００５】
そこで、本開示は、物体の近接度合いの検出精度を向上させた近接センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示の一態様では、
発光パルスが物体に反射することにより到来する反射光を受光し、前記物体の近接を検出する近接センサであって、
前記反射光を受光する受光素子から前記物体の近接度合いに応じた大きさで出力される電流を、電圧に変換して出力する変換回路と、
前記変換回路の出力電圧を差動電圧に変換して出力する差動変換回路と、
前記差動変換回路の出力差動電圧を前記発光パルスの立ち上がりでサンプリングした値から、前記出力差動電圧を前記発光パルスの立ち下がりでサンプリングした値を減算する、差動構成の相関二重サンプリング回路とを備える、近接センサが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の態様によれば、物体の近接度合いの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】近接センサの構成の一例を示す図である。
【図２】近接センサの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】相関二重サンプリング回路に入力される差動電圧と、相関二重サンプリング回路のサンプリングフェイズとの関係の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】フェイズ１での各スイッチの開閉状態を示す図である。
【図５】フェイズ２での各スイッチの開閉状態を示す図である。
【図６】フェイズ３での各スイッチの開閉状態を示す図である。
【図７】フェイズ４での各スイッチの開閉状態を示す図である。
【図８】フェイズ５での各スイッチの開閉状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００１０】
図１は、近接センサの構成の一例を示す図である。近接センサ１は、発光パルス１２が発光素子１１から放射されるように発光素子１１を駆動し、発光素子１１から放射される発光パルス１２が物体で反射することにより到来する反射光１３を受光素子１０で受光する。そして、近接センサ１は、受光素子１０で受光した反射光１３の強度に基づいて、当該物体の近接を検出する。
【００１１】
近接センサ１が近接を検出する対象物には、人体の全部又は部分（例えば、手、指、顔など）が含まれる。近接センサ１は、例えば、スマートフォンなどの携帯型情報機器に搭載される。
【００１２】
近接センサ１は、例えば、チップ上に形成された半導体集積回路である。近接センサ１は、パッケージされていないベアチップでもよいし、樹脂パッケージされたモジュール品でもよい。また、近接センサ１は、照度センサと近接センサとが一体化された半導体集積回路のうち、近接センサの回路部分でもよい。
【００１３】
近接センサ１は、発振器６０、クロック生成部６１、駆動部７０、受光素子１０、変換回路２０、差動変換回路３０、相関二重サンプリング回路４０、ＡＤ（Analog-to-digital）コンバータ５０を備える。
【００１４】
発振器６０は、発振信号を出力する回路である。クロック生成部６１は、発振器６０が出力した発振信号に基づいて、第１のクロックＣＬＫ１と第２のクロックＣＬＫ２とを生成する回路である。第２のクロックＣＬＫ２の周波数は、第１のクロックＣＬＫ１の２倍の周波数である。
【００１５】
駆動部７０は、第１のクロックＣＬＫ１の周波数で発光素子１１を駆動し、第１のクロックＣＬＫ１と同じ周波数で発光するように発光素子１１から発光パルス１２を放射させる駆動回路である。
【００１６】
発光素子１１の具体例として、発光ダイオードなどが挙げられる。発光素子１１は、例えば、赤外光の発光パルス１２を出力する。図１は、発光素子１１が近接センサ１に外付けで接続されている形態を示すが、発光素子１１は、近接センサ１に内蔵されてもよい。また、図１は、発光ダイオードのカソードが駆動部７０に接続されて、駆動部７０が発光ダイオードから電流を吸い込んで駆動する形態を示す。しかしながら、発光ダイオードのアノードが駆動部７０に接続されて、駆動部７０が発光ダイオードに電流を流し出して駆動する形態も考えられる。
【００１７】
受光素子１０は、反射光１３を受光する受光素子の一例であり、物体の近接度合いを光電効果を利用して感知する。受光素子１０は、受光素子１０自身と物体との近接度合いに応じた大きさの電流Ｉａを出力する光センサの一例であり、例えば、物体が受光素子１０自身に近接するほど大きな電流Ｉａを出力する。受光素子１０の具体例として、フォトダイオードが挙げられる。
【００１８】
変換回路２０は、電流Ｉａを電圧Ｖａに変換して出力する電流−電圧変換回路の一例である。変換回路２０は、例えば、シングルエンド出力のＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）である。変換回路２０は、受光素子１０から出力される電流Ｉａをトランスインピーダンス２２で電圧Ｖａに変換して出力する回路であり、トランスインピーダンス２２で負帰還されるオペアンプ２１を有する。オペアンプ２１は、基準電圧２３が入力される非反転入力ノードと、受光素子１０の電流出力部（図１の場合、フォトダイオードのカソード）が接続される反転入力ノードとを有する。フォトダイオードのアノードはグランドに接続される。
【００１９】
差動変換回路３０は、変換回路２０から出力される電圧Ｖａ（出力電圧Ｖａ）を、差動電圧ＶＩＮに変換して出力する。差動変換回路３０は、例えば、入力抵抗３２、帰還抵抗３３、オペアンプ３１とを有する反転増幅回路である。入力抵抗３２の一端は、オペアンプ２１の出力ノード（電圧Ｖａの出力ノード）に接続され、入力抵抗３２の他端は、オペアンプ３１の反転入力ノードに接続される。オペアンプ３１の出力ノードは、帰還抵抗３３を介して、オペアンプ３１の反転入力ノードに接続される。オペアンプ３１の非反転入力ノードには、基準電圧３４が入力される。
【００２０】
差動変換回路３０から出力される差動電圧ＶＩＮ（出力差動電圧ＶＩＮ）は、電圧ＶＩＮｐから電圧ＶＩＮｎを減算した電圧である。電圧ＶＩＮｐは、電圧Ｖａと等しく、電圧ＶＩＮｎは、オペアンプ３１の出力ノードの電圧である。
【００２１】
相関二重サンプリング回路４０は、出力差動電圧ＶＩＮを発光パルス１２の立ち上がりでサンプリングした値から、出力差動電圧ＶＩＮを発光パルス１２の立ち下がりでサンプリングした値を減算する。相関二重サンプリング回路４０は、差動入力−差動出力で構成されたスイッチトキャパシタ回路である。ここで、出力差動電圧ＶＩＮを発光パルス１２の立ち上がりでサンプリングした値を、「立ち上がりサンプリング値ＶＯＵＴｐ」と称し、出力差動電圧ＶＩＮを発光パルス１２の立ち下がりでサンプリングした値を、「立ち下がりサンプリング値ＶＯＵＴｎ」と称する。
【００２２】
相関二重サンプリング回路４０は、立ち上がりサンプリング値ＶＯＵＴｐから立ち下がりサンプリング値ＶＯＵＴｎを減算した値を出力電圧ＶＯＵＴとして出力する（ＶＯＵＴ＝ＶＯＵＴｐ−ＶＯＵＴｎ）。
【００２３】
ＡＤコンバータ５０は、アナログの出力電圧ＶＯＵＴをデジタルデータに変換する回路である。ＡＤコンバータ５０は、近接センサ１の外部に設けられてもよい。
【００２４】
出力電圧ＶＯＵＴ（又は、ＡＤコンバータ５０から出力されるデジタルデータ）は、反射光１３の強度に応じた大きさになる。したがって、近接センサ１は、出力電圧ＶＯＵＴ（又は、ＡＤコンバータ５０から出力されるデジタルデータ）を取得することによって、物体の近接度合いを検出できる。
【００２５】
そして、近接センサ１は、差動構成の相関二重サンプリング回路４０を備えていることにより、反射光１３に含まれる外乱光の影響を受けにくくなる。その結果、物体の近接度合いの検出精度の向上が可能となる。
【００２６】
次に、相関二重サンプリング回路４０のより詳細な構成の一例について説明する。
【００２７】
相関二重サンプリング回路４０は、差動増幅器４１、一対の抵抗４２，４３、第１の一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎ、第２の一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎ、第１のスイッチ回路Ｓ１、第２のスイッチ回路Ｓ２、第３のスイッチ回路Ｓ３、第４のスイッチ回路Ｓ４を備える。
【００２８】
差動増幅器４１は、差動入力−差動出力の構成を有する。差動増幅器４１は、一対の入力ノード（非反転入力ノード、反転入力ノード）と、一対の出力ノード（非反転出力ノード、反転出力ノード）とを有する。
【００２９】
抵抗４２は、電圧ＶＩＮｐの出力点とキャパシタＣ１ｐとの間に直列に挿入された素子である。抵抗４３は、電圧ＶＩＮｎの出力点とキャパシタＣ１ｎとの間に直列に挿入された素子である。
【００３０】
第２の一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎは、差動増幅器４１の一対の入力ノードと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間に直列に挿入された素子である。キャパシタＣ２ｐは、差動増幅器４１の非反転入力ノードと差動増幅器４１の反転出力ノードとの間を結ぶ第１の経路に直列に挿入された素子である。キャパシタＣ２ｎは、差動増幅器４１の反転入力ノードと差動増幅器４１の非反転出力ノードとの間を結ぶ第２の経路に直列に挿入された素子である。
【００３１】
第１のスイッチ回路Ｓ１は、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎと差動増幅器４１の一対の入力ノードとの間の接続関係を、発光パルス１２の立ち上がりと立ち下がりで反転させる。第１のスイッチ回路Ｓ１は、例えば、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎと差動増幅器４１の一対の入力ノードとの間の接続関係を、発光パルス１２と同一周期の第１のクロックＣＬＫ１に従って反転させる。
【００３２】
第１のスイッチ回路Ｓ１は、例えば、一対のスイッチＳＷ１と、一対のスイッチＳＷ２を有する。一方のスイッチＳＷ１は、キャパシタＣ１ｐと差動増幅器４１の非反転入力ノードとの間に直列に挿入された素子である。他方のスイッチＳＷ２は、キャパシタＣ１ｎと差動増幅器４１の反転入力ノードとの間に直列に挿入された素子である。一方のスイッチＳＷ２は、キャパシタＣ１ｐと差動増幅器４１の反転入力ノードとの間に直列に挿入された素子である。他方のスイッチＳＷ２は、キャパシタＣ１ｎと差動増幅器４１の非反転入力ノードとの間に直列に挿入された素子である。
【００３３】
第２のスイッチ回路Ｓ２は、差動増幅器４１の一対の入力ノードと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続を、発光パルス１２の立ち上がりと立ち下がりでオフさせる。第２のスイッチ回路Ｓ２は、例えば、差動増幅器４１の一対の入力ノードと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続を、発光パルス１２の半分の周期の第２のクロックＣＬＫに従ってオフさせる。
【００３４】
第２のスイッチ回路Ｓ２は、例えば、一対のスイッチＳＷ３を有する。一方のスイッチＳＷ３は、差動増幅器４１の非反転入力ノードと差動増幅器４１の反転出力ノードとの間を結ぶ第３の経路に直列に挿入された素子である。他方のスイッチＳＷ３は、差動増幅器４１の反転入力ノードと差動増幅器４１の非反転出力ノードとの間を結ぶ第４の経路に直列に挿入された素子である。
【００３５】
第３のスイッチ回路Ｓ３は、第２のスイッチ回路Ｓ２が差動増幅器４１の一対の入力ノードと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続をオンさせるとき、第２の一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続をオフさせる。一方、第３のスイッチ回路Ｓ３は、第２のスイッチ回路Ｓ２が差動増幅器４１の一対の入力ノードと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続をオフさせるとき、第２の一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続をオンさせる。第３のスイッチ回路Ｓ３は、例えば、第２の一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎと差動増幅器４１の一対の出力ノードとの間の接続のオンとオフとを、第２のクロックＣＬＫ２と逆位相の第３のクロックＣＬＫ３に従って反転させる。
【００３６】
第３のスイッチ回路Ｓ３は、例えば、一対のスイッチＳＷ４を有する。一方のスイッチＳＷ４は、キャパシタＣ２ｐと差動増幅器４１の反転出力ノードとの間を結ぶ経路に直列に挿入された素子である。他方のスイッチＳＷ４は、キャパシタＣ２ｎと差動増幅器４１の非反転出力ノードとの間を結ぶ経路に直列に挿入された素子である。
【００３７】
第４のスイッチ回路Ｓ４は、第２の一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎを所定の基準電圧を用いて初期化する。第４のスイッチ回路Ｓ４は、例えば、一対のスイッチＳＷ５を有する。一方のスイッチＳＷ５は、キャパシタＣ２ｐと一方のスイッチＳＷ４との間の部位に基準電圧ＶＲＥＦｐを印加する素子である。他方のスイッチＳＷ５は、キャパシタＣ２ｎと他方のスイッチＳＷ４との間の部位に基準電圧ＶＲＥＦｎを印加する素子である。
【００３８】
図２は、近接センサ１の動作の一例を示すフローチャートである。図２において、「発光」は、発光パルス１２の発光周期を表し、ハイレベルの区間が発光している状態を表し、ローレベルの区間が発光していない状態を表す。また、ＳＷ１〜ＳＷ４において、ハイレベルはそのスイッチがオンしている期間を表し、ローレベルはそのスイッチがオフしている期間を表す。各スイッチがこのようにオン又はオフされることにより、図示のような出力電圧ＶＯＵＴが生成される。
【００３９】
図３は、相関二重サンプリング回路４０に入力される差動電圧（電圧ＶＩＮｐ、電圧ＶＩＮｎ）と、相関二重サンプリング回路４０のサンプリングフェイズとの関係の一例を示すタイミングチャートである。図３は、外乱光の低周波ノイズが反射光１３に含まれている場合において、相関二重サンプリング回路４０に入力される差動電圧（電圧ＶＩＮｐ、電圧ＶＩＮｎ）を表す。
【００４０】
以下、図３を参照して、相関二重サンプリング回路４０の各サンプリングフェイズの動作について説明する。なお、以下の説明において、
【００４１】
【数１】
2018056852.tif 000003
とする。ＶＯＳは、差動増幅器４１のオフセット電圧を表す。ＶＰＵＬＳＥｐは、電圧ＶＩＮｐの立ち上がり又は立ち下がりエッジでの変動電圧を表す。ＶＰＵＬＳＥｎは、電圧ＶＩＮｎの立ち下がり又は立ち上がりエッジでの変動電圧を表す。ＶＮＯＩＳＥは、外乱光の低周波ノイズを表す。キャパシタＣ１ｐのキャパシタンスＣ１ｐと、キャパシタＣ１ｎのキャパシタンスＣ１ｎとは、同一とする。キャパシタＣ２ｐのキャパシタンスＣ２ｐと、キャパシタＣ２ｎのキャパシタンスＣ２ｎとは、同一とする。
【００４２】
図４は、フェイズ１での各スイッチの開閉状態を示す図である。図５は、フェイズ２での各スイッチの開閉状態を示す図である。図６は、フェイズ３での各スイッチの開閉状態を示す図である。図７は、フェイズ４での各スイッチの開閉状態を示す図である。図８は、フェイズ５での各スイッチの開閉状態を示す図である。図４〜８において、「ｃｌｏｓｅ」は、そのスイッチが閉状態（オン状態）であることを表し、「ｏｐｅｎ」は、そのスイッチが開状態（オフ状態）であることを表す。
【００４３】
＜フェイズ１（初期化）＞
図４は、フェイズ１での各スイッチの開閉状態を示す図である。フェイズ１は、物体が近接していない無信号時の状態において、前段のオペアンプ２１，３１（図１参照）の出力オフセット及び後段の差動増幅器４１の入力オフセット電圧を、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎで保持するサンプリングフェイズを表す。
【００４４】
フェイズ１におけるキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎ，Ｃ２ｐ，Ｃ２ｎの電荷Ｑ１は、それぞれ、
【００４５】
【数２】
2018056852.tif 000004
と表される。
【００４６】
なお、Ｑ又はＶの右上付きの数字は、どのフェイズかを表し、Ｑの右下付きの文字は、どのキャパシタかを表す。以下の説明でも同様である。
【００４７】
したがって、フェイズ１において、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎに蓄積された電荷Ｑ１Ｃ１と一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷Ｑ１Ｃ２は、それぞれ、
【００４８】
【数３】
2018056852.tif 000005
と表される。
【００４９】
＜フェイズ２（第１のサンプリング期間）＞
図５は、フェイズ２での各スイッチの開閉状態を示す図である。フェイズ２は、発光パルス１２の立ち上がり時におけるサンプリングフェイズを表す。
【００５０】
フェイズ２におけるキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎ，Ｃ２ｐ，Ｃ２ｎの電荷Ｑ２は、それぞれ、
【００５１】
【数４】
2018056852.tif 000006
と表される。
【００５２】
したがって、フェイズ２において、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎに蓄積された電荷Ｑ２Ｃ１と一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷Ｑ２Ｃ２は、それぞれ、
【００５３】
【数５】
2018056852.tif 000007
と表される。
【００５４】
フェイズ１からフェイズ２への遷移において、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎと一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎとを合わせた電荷の総量は保存される。そのため、
【００５５】
【数６】
2018056852.tif 000008
式（５）が成り立つ。したがって、式（１）〜（５）より、フェイズ２における出力電圧Ｖ２ＯＵＴは、式（６）のように表される。
【００５６】
＜フェイズ３（ブランク期間）＞
図６は、フェイズ３での各スイッチの開閉状態を示す図である。フェイズ３は、一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎの一端をフローティングにして、フェイズ２で一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷を保持するサンプリングフェイズを表す。また、フェイズ３は、一対のスイッチＳＷ１を閉から開に且つ一対のスイッチＳＷ２を開から閉に切り替える前のフェイズ３ａと、一対のスイッチＳＷ１を閉から開に且つ一対のスイッチＳＷ２を開から閉に切り替えた後のフェイズ３ｂとに分かれる。しかし、フェイズ３内でのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉の切り替え前後で、一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎの電荷は変化しない。
【００５７】
差動増幅器４１の一対の入力ノードに入力される一対の電圧のレベルを反転させる前のフェイズ３ａにおいて、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎに蓄積された電荷Ｑ３Ｃ１と一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷Ｑ３Ｃ２は、それぞれ、
【００５８】
【数７】
2018056852.tif 000009
と表される。
【００５９】
差動増幅器４１の一対の入力ノードに入力される一対の電圧のレベルを反転させた後のフェイズ３ｂにおいて、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎに蓄積された電荷Ｑ３'Ｃ１と一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷Ｑ３'Ｃ２は、それぞれ、
【００６０】
【数８】
2018056852.tif 000010
と表される。
＜フェイズ４（第２のサンプリング期間）＞
図７は、フェイズ４での各スイッチの開閉状態を示す図である。フェイズ４は、発光パルス１２の立ち下がり時におけるサンプリングフェイズを表す。
【００６１】
フェイズ４におけるキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎ，Ｃ２ｐ，Ｃ２ｎの電荷Ｑ４は、それぞれ、
【００６２】
【数９】
2018056852.tif 000011
と表される。
【００６３】
したがって、フェイズ４において、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎに蓄積された電荷Ｑ４Ｃ１と一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷Ｑ４Ｃ２は、それぞれ、
【００６４】
【数１０】
2018056852.tif 000012
と表される。
【００６５】
フェイズ３からフェイズ４への遷移において、一対のキャパシタＣ１ｐ，Ｃ１ｎと一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎとを合わせた電荷の総量は保存される。そのため、
【００６６】
【数１１】
2018056852.tif 000013
式（１３）が成り立つ。したがって、式（６），（９）〜（１３）より、フェイズ４における出力電圧Ｖ４ＯＵＴは、式（１４）のように表される。
【００６７】
ここで、VNOISEは、外乱光の低周波ノイズ（例えば、蛍光灯、ＬＥＤ照明、白熱灯等に含まれる、５０又は６０Ｈｚの交流電源に起因した低周波ノイズ）が想定される。外乱光の低周波ノイズの周波数は、相関二重サンプリング回路４０のサンプリング周波数に対して十分に小さい。そのため、フェイズ２とフェイズ４の各サンプリングでのVNOISEの変化量は、式（１５）に表されるように、ほぼ等しいとみなすことができる。
【００６８】
【数１２】
2018056852.tif 000014
したがって、式（１４），（１５）より、フェイズ４における出力電圧Ｖ４ＯＵＴは、式（１６）のように表される。つまり、フェイズ１〜４の過程で、出力電圧ＶＯＵＴから、ＶＮＯＩＳＥ及びＶＯＳが除去される。
【００６９】
＜フェイズ５（ブランク期間）＞
図８は、フェイズ５での各スイッチの開閉状態を示す図である。フェイズ５は、フェイズ３と同様、一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎの一端をフローティングにして、フェイズ４で一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎに蓄積された電荷を保持するサンプリングフェイズを表す。また、フェイズ５は、一対のスイッチＳＷ１を開から閉に且つ一対のスイッチＳＷ２を閉から開に切り替える前のフェイズ５ａと、一対のスイッチＳＷ１を開から閉に且つ一対のスイッチＳＷ２を閉から開に切り替えた後のフェイズ５ｂとに分かれる。フェイズ５では、フェイズ３で開閉を一旦切り替えたスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉が再度切り替えられ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉状態が初期状態に戻される。しかし、フェイズ５内でのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉の切り替え前後で、一対のキャパシタＣ２ｐ，Ｃ２ｎの電荷は変化しない。
【００７０】
＜フェイズ２'以降のフェイズ＞
フェイズ２'以降のフェイズは、フェイズ２〜５を１セット（１サンプリング周期）として、発光パルス１２の指定されたパルス数と同じ回数、繰り返される。発光パルス１２の指定されたパルス数をｎとした場合、最終的なｎ回目の出力電圧ＶＯＵＴは、
【００７１】
【数１３】
2018056852.tif 000015
と表される。
【００７２】
以上、近接センサを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００７３】
例えば、受光素子は、フォトダイオード以外の他の光電素子でもよく、例えば、フォトトランジスタでもよい。
【００７４】
また、近接センサが搭載される製品は、携帯型情報機器以外の他の製品でもよく、例えば、自動車や家電機器などでもよい。
【００７５】
また、感知対象の物体は、手又は指等の人体の一部に限られず、操作棒又はタッチペン等の操作入力補助具でもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  近接センサ
１０  受光素子
１１  発光素子
１２  発光パルス
１３  反射光
２０  変換回路
３０  差動変換回路
４０  相関二重サンプリング回路
４１  差動増幅器
Ｃ１ｐ，Ｃ１ｎ  第１の一対のキャパシタ
Ｃ２ｐ，Ｃ２ｎ  第２の一対のキャパシタ
Ｓ１  第１のスイッチ回路
Ｓ２  第２のスイッチ回路
Ｓ３  第３のスイッチ回路
Ｓ４  第４のスイッチ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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