(57)【要約】【課題】到来する光の強度が小さい場合でも、光の入射角を高精度に検出できる小型で安価な光角度検出装置を提供すること。【解決手段】第１、第２の受光素子４ａ，４ｂは、リモートコントロール信号を入射光として受けて光電変換すると共に、その入射角θに応じて受光量が互いに相違するように、外部に対して遮光要素３ａ，３ｂを介して互いに並べて配置されている。第１、第２の受光素子４ａ，４ｂの出力をそれぞれ増幅器２１，２２が増幅して第１、第２の信号を得る。除算器６１は第１の信号と第２の信号との比を求める。この光角度検出装置２が有すべき角度分解能を±Δθｔａｒｇｅｔとし、最大検出角度θｍａｘに応じた定数をａとし、さらに、除算器６１の入力部に印加されるバイアス電流と第１、第２の信号による電流の和との比をｒとしたとき、増幅器２１，２２の増幅度は、ｒ＜ａ・Δθｔａｒｇｅｔなる関係を満たす。【選択図】図１Ｂ
2008070203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リモートコントロール信号を入射光の形態でそれぞれ受けて光電変換するとともに、上記リモートコントロール信号の入射角に応じて受光量が互いに相違するように、外部に対して遮光要素を介して互いに並べて配置された第１および第２の受光素子と、
上記第１、第２の受光素子の出力をそれぞれ増幅して第１、第２の信号を得る増幅器と、
上記第１の信号と第２の信号との比を求める除算器と
を備え、
この光角度検出装置が有すべき角度分解能を±Δθｔａｒｇｅｔとし、この光角度検出装置の最大検出角度に応じた定数をａとし、さらに、上記除算器の入力部に印加されるバイアス電流と上記第１、第２の信号による電流の和との比をｒとしたとき、上記増幅器の増幅度は、
ｒ  ＜  ａ・Δθｔａｒｇｅｔ
なる関係を満たすように設定されていることを特徴とする光角度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記第１、第２の信号に含まれる直流成分をそれぞれ実質的に低減するためのフィルタ回路を備えたことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光角度検出装置において、
上記フィルタ回路は上記増幅器よりも後段に設けられていることを特徴とする光角度検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記各受光素子が出力する光電流に基づいて上記リモートコントロール信号に対する背景光のレベルを検出して、上記背景光を相殺するように、上記各受光素子の出力部に上記背景光のレベルに相当する電流を作用させる背景光除去部を備えたことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記除算器は、この除算器の入力部に上記第１、第２の信号によって印加される電流をそれぞれ対数圧縮する第１、第２の対数圧縮器と、上記第１の対数圧縮器の出力と上記第２対数圧縮器の出力との間の差分をとる減算器とからなり、
上記最大検出角度をθｍａｘとしたとき、上記ａは
ａ  ＜  ７．５×１０−５・θｍａｘ  ＋  ７．２×１０−３
なる関係を満たすことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記除算器または上記除算器の周囲の温度を検出する温度検出部と、
上記温度検出部が検出した温度に応じて、上記除算器の出力の温度依存性を相殺する補正を行う温度依存性補正部を備えたことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記第１の信号と第２の信号との和を求める加算器と、
上記第１の信号と第２の信号との差を求める減算器と
を備え、
上記除算器は上記加算器の出力と上記減算器の出力との比を求めるようになっており、
ａ  ＜  １．５×１０−４・θｍａｘ  ＋  １．４×１０−２
なる関係を満たすことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項８】
請求項２に記載の光角度検出装置において、
上記フィルタ回路はバンドパスフィルタからなり、上記バンドパスフィルタの中心周波数は上記リモートコントロール信号の周波数と実質的に同一であり、
上記バンドパスフィルタよりも後段に、上記バンドパスフィルタの出力を一時的に保持して上記除算器へ転送するホールド回路を備えたことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記第１の信号と第２の信号との和を求める加算器と、
上記加算器の出力レベルが或る閾値以下であるとき上記除算器の出力を禁止する誤検出防止部と
を備えたことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の光角度検出装置において、
上記増幅器は上記第１および第２の受光素子に対して共通に一つだけ設けられ、
上記第１および第２受光素子の出力を所定のタイミングで切り替えて上記増幅器に印加するスイッチ部と、
上記第１および第２の信号が同時に上記除算器に印加されるように、上記増幅器が出力した上記第１または第２の信号の少なくとも一方を一時的に保持して上記除算器へ転送するホールド部とを備えたことを特徴とする光角度検出装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光角度検出装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光角度検出装置に関し、より詳しくは、リモートコントロール信号を入射光の形態で受光素子に受けて、その入射光の到来方向を特定する装置に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような光角度検出装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、光の到来する方向を検出するセンサは、光の入射角に応じて受光量が互いに相違するように、外部に対して遮光材等を介して２つのフォトダイオードを並べて配置し、上記２つのフォトダイオードの出力差に基づいて光の到来する方向を検出している。つまり、いわゆる日時計の原理を用いている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開平８−２６４８２６号公報）に記載のものは、２つのフォトダイオードの受光面の上方にそれぞれの受光面積の半分に相当する遮光領域を設けている。そして、２つのフォトダイオードからの増幅された出力Ｉ１，Ｉ２を用いて、
θ  ＝  ｔａｎ−１［（ＬＤ／２Ｈ）・（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）］
なる演算を行って、光の入射角θを求めている。なお、入射角θは、２つのフォトダイオードの受光面に対する垂線（これを０°とする。）から測った角度である。ＬＤは受光面の全長（光の到来する方向を含む面に沿った長さ）であり、Ｈは遮光材と受光面との間の距離である。
【０００５】
また、特許文献２（特開平８−３４０１２４号公報）に記載のものは、外部に対して絞り窓を介して２つのフォトダイオードを並べて配置し、上記２つのフォトダイオードからの増幅された出力Ｖ１，Ｖ２を用いて、ログアンプを用いた回路で
Ｖ０  ＝  ｌｏｇＶ１−ｌｏｇＶ２  ＝  Ｖ１／Ｖ２
なる演算を行っている。そして、Ｖ０に応じて光の入射角θを求めている。
【０００６】
なお、特許文献２や特許文献３（特開平９−４９７３３号公報）に記載のものでは、２つのフォトダイオードの出力をそれぞれＡ／Ｄ変換して、デジタル演算処理にて入射角を求めている。
【特許文献１】特開平８−２６４８２６号公報
【特許文献２】特開平８−３４０１２４号公報
【特許文献３】特開平９−４９７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、アナログ信号で掛け算や割り算を行うには半導体のＰＮ接合の電流対電圧特性が対数圧縮特性を示すことから、上記特許文献２のようにログアンプがよく用いられる。具体的には、ＰＮ接合に流れる電流をＩ、接合の印加電圧をＶとすると、次式（１）で表される。
Ｉ＝Ｉｓ・｛ｅｘｐ（ｅＶ／ｋＴ）−１｝                        …（１）
【０００８】
ここで、Ｉｓは飽和電流、ｅは素電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。これをＶについて解くと、次式（２）が得られ、出力電圧は入力電流の対数圧縮形になる。
Ｖ＝ｋＴ／ｅ・ｌｎ｛（Ｉ＋Ｉｓ）／Ｉｓ｝  〜  ｋＴ／ｅ・ｌｎ｛Ｉ／Ｉｓ｝
…（２）
【０００９】
なお、対数同士の和は、次式（３）のように、真数同士の積の対数で表される。
ｌｎ（Ａ）＋ｌｎ（Ｂ）＝ｌｎ（Ａ・Ｂ）                        …（３）
【００１０】
また、対数同士の差は次式（４）のように、真数同士の商の対数で表される。
ｌｎ（Ａ）−ｌｎ（Ｂ）＝ｌｎ（Ａ／Ｂ）                        …（４）
【００１１】
図１４は、これらの関係を利用する除算器の例を示している。この除算器は、演算増幅器（以下「オペアンプ」という。）９１、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１からなる第１のログアンプ８１と、オペアンプ９２、ダイオードＤ２および抵抗Ｒ２からなる第２のログアンプ８２と、オペアンプ９３および抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４からなり、第１、第２のログアンプ８１の出力同士の差分を増幅する差動アンプ８３とを含んでいる。この除算器への入力信号Ｖ１ｉｎ，Ｖ２ｉｎによってログアンプ８１，８２に印加される入力電流をＩ１，Ｉ２とすると、ログアンプ８１，８２の出力Ｖ１ｏｕｔ，Ｖ２ｏｕｔはそれぞれ式（２）を用いて、次式（５）のように表される。
Ｖ１ｏｕｔ  ＝  ｋＴ／ｅ・ｌｎ（Ｉ１／Ｉｓ）
Ｖ２ｏｕｔ  ＝  ｋＴ／ｅ・ｌｎ（Ｉ２／Ｉｓ）                  …（５）
【００１２】
その後段の差動アンプ８３の出力Ｖｏｕｔは、式（４）と式（５）を用いて、次式（６）のように表される。
Ｖｏｕｔ  ＝  Ｖ２ｏｕｔ  −  Ｖ１ｏｕｔ
＝  ｋＴ／ｅ・ｌｎ（Ｉ２／Ｉ１）                    …（６）
【００１３】
これにより、対数圧縮された入力電流の除算値を得ることができる。ただし、図中の全ての抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１〜Ｒ１３は同値とし、ダイオードＤ１，Ｄ２、オペアンプ９１，９２，９３の特性も同等であるものとする。
【００１４】
オペアンプの正負の入力端子間はイマジナリショートと呼ばれ、両端子間に電位差は発生しないのが理想である。しかし、実際には、両端子間には入力オフセット電圧Ｖｏｆが存在する。オペアンプの入力オフセット電圧Ｖｏｆは、オペアンプにより様々であるが、通常はμＶ〜ｍＶ程度であり、例えば新日本無線社製オペアンプＮＪＵ２７４７では典型値は１［ｍＶ］である（なお、正の入力端子の電位が基準電位（０Ｖ）とされる。）。たとえ入力信号Ｖ１ｉｎが信号無状態のときであっても、常に入力抵抗の両端にはＶｏｆだけ電位差が生じる。入力抵抗の値をＲとすると、Ｖｏｆ／Ｒだけ常に電流が流れてしまう。また、オペアンプの入力端子のインピーダンスは理想的には無限大であり、両入力端子へは電流は流れ込む（流れ出す）ことはない。しかし、実際には、オペアンプの入力端子には入力バイアス電流が存在する。オペアンプの入力バイアス電流は、オペアンプの入力トランジスタによって異なるが、先の新日本無線社製オペアンプＮＪＵ２７４７では典型的値は１００［ｎＡ］である。
【００１５】
このように、入力オフセット電圧や入力バイアス電流により信号が存在しないときでもオペアンプの負の入力端子と出力端子の間には電流が流れることになり、出力にオフセットを与えてしまう。以下、この入力オフセット電圧と入力バイアス電流に起因する電流を「バイアス電流」と呼び、適宜符号「Ｉｂｉａｓ」を用いて表す（例えば図１４参照。）。先の新日本無線社製オペアンプＮＪＵ２７４７を用いたときの例を用いると、バイアス電流Ｉｂｉａｓは｜１μＡ±１００ｎＡ｜の大きさとなる。
【００１６】
このバイアス電流Ｉｂｉａｓが存在するとき、図１４に示した除算器の出力Ｖｏｕｔ（式（６）参照。）は、次式（７）のように表される。
Ｖｏｕｔ  ＝  ｋＴ／ｅ・ｌｎ｛（Ｉ１＋Ｉｂｉａｓ）／（Ｉ２＋Ｉｂｉａｓ）｝
…（７）
【００１７】
図１５は、上記新日本無線社製オペアンプＮＪＵ２７４７の例を参考にしてＩｂｉａｓ＝１［μＡ］とした場合における、入力電流Ｉ１（およびＩ２）に対する出力Ｖｏｕｔの変化を、入力電流Ｉ１とＩ２との比（Ｉ１／Ｉ２）をパラメータとして示している。ｘ軸はＩ１であり、ｙ軸は出力Ｖｏｕｔ（任意単位）を示している。（Ｉ１／Ｉ２）がとる複数の値０．２５、０．５、１．０、２．０、４．０は、実際の入射角θが−ａ°、−ｂ°、０°、＋ａ°、＋ｂ°というように異なる場合に対応している。この図１５からわかるように、バイアス電流Ｉｂｉａｓの存在のせいで、入力電流Ｉ１が小さいとき、つまり遠方からのリモートコントロール信号を受ける場合などは、出力Ｖｏｕｔが本来の値（実際の入射角θを示す値）から変化する。すなわち、たとえ実際の入射角θが一定であっても、例えば入力電流Ｉ１＝１［μＡ］のように小さくなったときの出力Ｖｏｕｔの値は、本来の値、例えば入力電流Ｉ１＝１．０×１０−３［Ａ］のときの出力Ｖｏｕｔの値から変化する。このため、誤差を与える結果となってしまう。
【００１８】
また、図１６は別の除算器の例を示している。この除算器は、３つのオペアンプ９４、９５、９６と、それぞれオペアンプ９４、９５、９６の入出力端子間に接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３と、ＮＰＮトランジスタＴＲ４とを含んでいる。回路動作の詳細な説明は省略するが、この除算器は入力電流Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２を受けて、トランジスタＴＲ４のコレクタに、次式（８）で示される出力電流Ｉｏｕｔを出力する。
Ｉｏｕｔ  ＝  Ｉ０・（Ｉ１／Ｉ２）                            …（８）
【００１９】
Ｉ０は出力電流の大きさを決定するためのリファレンス電流であり、通常定電流源によって供給される。先の除算器の例と同様に、本除算器においても図１６中に示すようにバイアス電流Ｉｂｉａｓは存在する。ため、実際の出力電流Ｉｏｕｔは、次式（９）のように表される。
Ｉｏｕｔ  ＝  ｛Ｉ０＋Ｉｂｉａｓ｝・｛（Ｉ１＋Ｉｂｉａｓ）／（Ｉ２＋Ｉｂｉａｓ）｝                                                            …（９）
【００２０】
図１７は、図１５と同様に、上記新日本無線社製オペアンプＮＪＵ２７４７の例を参考にしてＩｂｉａｓ＝１［μＡ］とした場合における、入力電流Ｉ１（およびＩ２）に対する出力Ｉｏｕｔの変化を、入力電流Ｉ１とＩ２との比（Ｉ１／Ｉ２）をパラメータとして示している。この場合も、図１５の場合と同様に、バイアス電流Ｉｂｉａｓの存在のせいで、入力電流Ｉ１が小さいとき、つまり遠方からのリモートコントロール信号を受ける場合などは、出力Ｉｏｕｔが本来の値（実際の入射角θを示す値）から変化する。このため、誤差を与える結果となってしまう。
【００２１】
このように、特許文献１、特許文献２に示すようなアナログ演算により除算を行う場合には、除算器の特性のせいで、特に遠方からのリモートコントロール信号を受ける場合には、角度精度が不十分になる。
【００２２】
また、特許文献２、特許文献３に示すようにアナログ信号をデジタル信号に変換してからデジタル演算を行う場合には、アナログデバイスに加えて、Ａ／Ｄ変換器やメモリ、プロセッサ等のデジタルデバイスが必要となる。このため、装置の大型化や装置のコストアップとなる。
【００２３】
そこで、この発明の課題は、遠方からのリモートコントロール信号を受けるときのように到来する光の強度が小さい場合であっても、光の入射角を高精度に検出できる小型で安価な光角度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、この発明の光角度検出装置は、
リモートコントロール信号を入射光の形態でそれぞれ受けて光電変換するとともに、上記リモートコントロール信号の入射角に応じて受光量が互いに相違するように、外部に対して遮光要素を介して互いに並べて配置された第１および第２の受光素子と、
上記第１、第２の受光素子の出力をそれぞれ増幅して第１、第２の信号を得る増幅器と、
上記第１の信号と第２の信号との比を求める除算器と
を備え、
この光角度検出装置が有すべき角度分解能を±Δθｔａｒｇｅｔとし、この光角度検出装置の最大検出角度に応じた定数をａとし、さらに、上記除算器の入力部に印加されるバイアス電流と上記第１、第２の信号による電流の和との比をｒとしたとき、上記増幅器の増幅度は、
ｒ  ＜  ａ・Δθｔａｒｇｅｔ
なる関係を満たすように設定されていることを特徴とする。
【００２５】
ここで「入射角」とは、上記第１および第２の受光素子の受光面に対する垂線（これを０°とする。）から測った角度を意味する。
【００２６】
また、「最大検出角度」とは、この光角度検出装置が検出可能な最大の入射角を意味する。この最大検出角度は、上記第１および第２の受光素子と上記遮光要素との配置から定まる。
【００２７】
また、角度分解能±ΔθｔａｒｇｅｔにおけるΔθｔａｒｇｅｔは正の値をとるものとする。
【００２８】
また、「遮光要素」とは、例えば第１および第２の受光素子の一部を覆うように設けられた遮光材、絞り窓などからなる。
【００２９】
また、「増幅器」は、入出力が電流、電圧いずれの場合も含む。
【００３０】
この発明の光角度検出装置では、上記増幅器の増幅度は、
ｒ  ＜  ａ・Δθｔａｒｇｅｔ
なる関係を満たすように設定されているので、上記除算器の入力部に定常的に作用しているバイアス電流に比して十分大きな信号電流（つまり、上記第１、第２の信号による電流）を上記除算器の入力部に印加することができる。したがって、遠方からのリモートコントロール信号を受けるときのように到来する光の強度が小さい場合であっても、光の入射角を高精度に検出することができる。また、Ａ／Ｄ変換器やメモリ、プロセッサ等のデジタルデバイスを設ける必要が無いので、この光角度検出装置は小型で安価に構成される。
【００３１】
なお、上記第１、第２の受光素子が出力した光電流をそれぞれその電流値に応じた第１、第２の電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換器を有し、上記増幅器は上記第１、第２の電圧信号を増幅するのが望ましい。そのようにした場合、上記増幅器として広く普及している市販のオペアンプを用いることができる。
【００３２】
一実施形態の光角度検出装置は、上記第１、第２の信号に含まれる直流成分をそれぞれ実質的に低減するためのフィルタ回路を備えたことを特徴とする。
【００３３】
この一実施形態の光角度検出装置では、上記フィルタ回路によって、上記第１、第２の信号に含まれる直流成分がそれぞれ実質的に低減される。したがって、例えば屋外等の強い背景光が存在するような測定環境においても、正確な角度検出が可能となる。
【００３４】
なお、上記フィルタ回路は、上記直流成分に併せて、本来のリモートコントロール信号よりも周波数が低い低周波成分を低減しても良い。
【００３５】
一実施形態の光角度検出装置では、上記フィルタ回路は上記増幅器よりも後段に設けられていることを特徴とする。
【００３６】
この一実施形態の光角度検出装置では、上記増幅器により増幅される入力オフセット電圧が除去される。したがって、さらに正確な角度検出が可能となる。
【００３７】
一実施形態の光角度検出装置は、上記各受光素子が出力する光電流に基づいて上記リモートコントロール信号に対する背景光のレベルを検出して、上記背景光を相殺するように、上記各受光素子の出力部に上記背景光のレベルに相当する電流を作用させる背景光除去部を備えたことを特徴とする。
【００３８】
この一実施形態の光角度検出装置では、背景光除去部は、上記各受光素子が出力する光電流に基づいて上記リモートコントロール信号に対する背景光のレベルを検出して、上記背景光を相殺するように、上記各受光素子の出力部に上記背景光のレベルに相当する電流を作用させる。この結果、屋外等の強い背景光が存在する環境下においても、その背景光が相殺される。したがって、上記各受光素子よりも後段に設けられた上記増幅器において出力が飽和することがなくなって、この光角度検出装置の使用範囲が大幅に拡大する。
【００３９】
なお、電流を作用させるとは、電流を流し込むか、または引き抜くことを意味する。
【００４０】
一実施形態の光角度検出装置では、
上記除算器は、この除算器の入力部に上記第１、第２の信号によって印加される電流をそれぞれ対数圧縮する第１、第２の対数圧縮器と、上記第１の対数圧縮器の出力と上記第２対数圧縮器の出力との間の差分をとる減算器とからなり、
上記最大検出角度をθｍａｘとしたとき、上記ａは
ａ  ＜  ７．５×１０−５・θｍａｘ  ＋  ７．２×１０−３
なる関係を満たすことを特徴とする。
【００４１】
この一実施形態の光角度検出装置では、上記除算器は、いわゆるログアンプを用いた最も簡単なアナログ除算器として構成されている。このように、上記除算器がアナログ除算器として構成された場合でも、上記ａが上述の
ａ  ＜  ７．５×１０−５・θｍａｘ  ＋  ７．２×１０−３
なる関係を満たすことによって、角度分解能と、最大検出角度との両方について最適の設定になる。
【００４２】
一実施形態の光角度検出装置は、
上記除算器または上記除算器の周囲の温度を検出する温度検出部と、
上記温度検出部が検出した温度に応じて、上記除算器の出力の温度依存性を相殺する補正を行う温度依存性補正部を備えたことを特徴とする。
【００４３】
一般的に言って、アナログ除算器ではその出力が温度により変化するため、角度検出精度の低下を招く傾向がある。ここで、この一実施形態の光角度検出装置では、温度検出部が上記除算器または上記除算器の周囲の温度を検出する。そして、温度依存性補正部は、上記温度検出部が検出した温度に応じて、上記除算器の出力の温度依存性を相殺する補正を行う。したがって、上記除算器が最も簡単なアナログ除算器として構成された場合であっても、入射角の検出精度をさらに高めることができるとともに、この光角度検出装置の使用範囲を大きく拡大することができる。
【００４４】
一実施形態の光角度検出装置は、
上記第１の信号と第２の信号との和を求める加算器と、
上記第１の信号と第２の信号との差を求める減算器と
を備え、
上記除算器は上記加算器の出力と上記減算器の出力との比を求めるようになっており、
ａ  ＜  １．５×１０−４・θｍａｘ  ＋  １．４×１０−２
なる関係を満たすことを特徴とする。
【００４５】
この一実施形態の光角度検出装置では、上記除算器は上記加算器の出力と上記減算器の出力との比を求める。つまり、上記除算器は、上記第１の信号と第２の信号との和と上記第１の信号と第２の信号との差との比を求める。したがって、上記除算器が図１６に示した回路で構成された場合でも、上記第１、第２の受光素子の出力をそのまま除算する場合に比べ、出力範囲が−１から＋１に制限される。したがって、信号の出力電位を簡単に処理することができる。これとともに、温度検出部を設けなくても周囲温度に角度信号が影響されることがない。さらに、上記ａが上述の
ａ  ＜  １．５×１０−４・θｍａｘ  ＋  １．４×１０−２
なる関係を満たすことによって、角度分解能、最大検出角度の両方について最適の設定となる。
【００４６】
一実施形態の光角度検出装置は、
上記フィルタ回路はバンドパスフィルタからなり、上記バンドパスフィルタの中心周波数は上記リモートコントロール信号の周波数と実質的に同一であり、
上記バンドパスフィルタよりも後段に、上記バンドパスフィルタの出力を一時的に保持して上記除算器へ転送するホールド回路を備えたことを特徴とする。
【００４７】
この一実施形態の光角度検出装置では、上記フィルタ回路はバンドパスフィルタからなり、上記バンドパスフィルタの中心周波数は上記リモートコントロール信号の周波数と実質的に同一であるから、上記リモートコントロール信号の周波数以外の周波数を有するノイズ（入射光に含まれたノイズ、および電気回路により発生したノイズを含む。）を効果的に除去できる。したがって、さらに高精度の角度検出が可能となる。また、一般的に言って、狭帯域のバンドパスフィルタ通過後の信号は一つの周波数をもつ正弦波で出力され、角度信号を与えるのはそのピーク値（またはボトム値。以下同様。）である。バンドパスフィルタ通過後の信号が正弦波またはそれに近いものであるため、そのピークがくる時間を判断するのは非常に困難である。ここで、この一実施形態の光角度検出装置では、ホールド回路が上記バンドパスフィルタの出力を一時的に保持して上記除算器へ転送する。つまり、角度信号を与えるピーク値が或る程度の時間保持される。したがって、角度信号を的確に取り出すことができる。
【００４８】
なお、上記フィルタ回路は、上記リモートコントロール信号の周波数を含む限り、狭帯域のバンドパスフィルタであるのが望ましい。
【００４９】
一実施形態の光角度検出装置は、
上記第１の信号と第２の信号との和を求める加算器と、
上記加算器の出力レベルが或る閾値以下であるとき上記除算器の出力を禁止する誤検出防止部と
を備えたことを特徴とする。
【００５０】
上述のように、この発明の光角度検出装置は、遠方からのリモートコントロール信号を受けるときのように到来する光の強度が小さい場合であっても、光の入射角を高精度に検出することができる。しかし、到来する光の強度が極端に小さくなると、上記除算器が求める上記第１の信号と第２の信号との比の分母値が極端に小さくなって、上記除算器の出力値が不安定になり、角度値の誤差が非常に大きくなる傾向が生ずる。ここで、この一実施形態の光角度検出装置では、加算器が上記第１の信号と第２の信号との和を求め、上記加算器の出力レベルが或る閾値以下であるとき、誤検出防止部が上記除算器の出力を禁止する。つまり、上記加算器の出力レベルが或る閾値以下であるような、到来する光の強度が極端に小さい場合は、測定エラーとして出力を遮断する。したがって、誤検出が無くなって、結果的に、入射角の検出精度をさらに高めることができる。
【００５１】
一実施形態の光角度検出装置は、
上記増幅器は上記第１および第２の受光素子に対して共通に一つだけ設けられ、
上記第１および第２受光素子の出力を所定のタイミングで切り替えて上記増幅器に印加するスイッチ部と、
上記第１および第２の信号が同時に上記除算器に印加されるように、上記増幅器が出力した上記第１または第２の信号の少なくとも一方を一時的に保持して上記除算器へ転送するホールド部とを備えたことを特徴とする。
【００５２】
この一実施形態の光角度検出装置では、上記スイッチ部による切り替えによって、或るタイミングでは上記第１の受光素子の出力が上記増幅器に印加され、上記増幅器によって上記第１の信号が出力される。例えばこの第１の信号がサンプルホールド部に一時的に保持される。上記タイミングに続く別のタイミングでは、上記スイッチ部による切り替えによって、上記第２の受光素子の出力が上記増幅器に印加され、上記増幅器によって上記第２の信号が出力される。この第２の信号が、上記サンプルホールド部に保持された第１の信号と同時に、上記除算器に印加される。そして、上記除算器が、同時に印加された上記第１の信号と第２の信号との比を求める。
【００５３】
この光角度検出装置は、上記増幅器が一つだけで済むので、回路構成が縮小されて小型で安価に構成される。
【００５４】
また、上記第１、第２の受光素子が出力した光電流をそれぞれその電流値に応じた第１、第２の電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換器を有し、上記増幅器は上記第１、第２の電圧信号を増幅する場合は、上記増幅器と同様に、上記Ｉ−Ｖ変換器が一つだけで済む。したがって、さらに回路構成が縮小されて小型で安価に構成される。
【００５５】
この発明の電子機器は、上記発明の光角度検出装置を備えた電子機器である。
【００５６】
この発明の電子機器では、上記光角度検出装置が出力する角度信号を用いて電子機器の運転を制御することができる。したがって、電子機器の応用範囲を拡大することができる。この電子機器としては、例えばエアコンディショナが挙げられる。リモートコントロール信号の入射角を検出して、エアコンディショナがリモートコントロール信号送信者の位置を検出することにより、リモートコントロール信号送信者の位置に対して最適化した室内温度の制御が可能となる。この結果、快適な生活空間を提供できるばかりでなく、無駄なスペースの空調を行う必要がなくなるので、省エネルギを図ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５８】
図１Ａは、リモートコントロール送信機１と、本発明の一実施形態の光角度検出装置２とが組み合わせて用いられる態様を、リモートコントロール送信機１が移動する面に対して垂直な方向から見たところを示している。リモートコントロール送信機１はリモートコントロール信号を光信号として送信し、光角度検出装置２はそのリモートコントロール信号を入射光の形態で受ける。光角度検出装置２が検出すべき光の到来方向は、光角度検出装置２（の受光素子）に対する垂線ＮＬから測った入射角θとして定められる。Δθは光角度検出装置２の角度分解能を示している。なお、図１Ａ中の符号１′は、リモートコントロール送信機１が或る角度θからΔθだけずれたときの位置を示している。
【００５９】
図１Ｂ中の上段ＶＶには、図１Ａにおけるのと同じ方向から見たときの、光角度検出装置２における受光素子部の配置を示している。図１Ｂ中の中段ＨＶには、上段ＶＶのものを上方から見たところを示している。これらから分かるように、光角度検出装置２は、遮光要素としての遮光板３ａ，３ｂと、第１の受光素子としてのフォトダイオード４ａと、第２の受光素子としてのフォトダイオード４ｂとを含んでいる。フォトダイオード４ａ，４ｂは、外部に対してそれぞれ遮光板３ａ，３ｂを介して、同一の平面内に互いに並べて配置されている。フォトダイオード４ａ，４ｂは、この例ではそれぞれ正方形の受光面を有し、各受光面の一辺の長さはｌに設定されている。遮光板３ａ，３ｂの寸法は、リモートコントロール送信機１が移動する面に沿った方向に関して、それぞれ対応するフォトダイオード４ａ，４ｂの半分を覆うようにｌ／２に設定され、その方向に垂直な方向に関してそれぞれフォトダイオード４ａ，４ｂの辺寸法と同様にｌに設定されている。フォトダイオード４ａ，４ｂは、リモートコントロール信号を入射光の形態でそれぞれ受けて光電変換し、それぞれ電流信号を出力する。
【００６０】
図１Ｂ中の上段ＶＶに示すθｍａｘは、この光角度検出装置２の最大検出角度を表している。θｍａｘについては、後に詳述する。
【００６１】
この例では、図１Ｂにおいて、左側の遮光板３ａは左側のフォトダイオード４ａの左半分に正対し、右側の遮光板３ｂは右側のフォトダイオード４ｂの右半分に正対している。これにより、上記リモートコントロール信号の入射角θに応じて、フォトダイオード４ａ，４ｂの受光量が互いに相違するようになっている。なお、遮光板３ａ，３ｂは、それぞれフォトダイオード４ａ，４ｂの左半分、右半分に必ずしも正対する必要はなく、光の入射角θの変化に応じて、一方のフォトダイオードに入射する光線量が減少したとき、もう一方のフォトダイオードに入射する光線量が増大するように配置されていればよい。
【００６２】
図１Ｂ中の下段には、光角度検出装置２の回路部のブロック構成を示している。光角度検出装置２の回路部は、大別して、フォトダイオード４ａ，４ｂの出力を増幅する受光信号部５と、受光信号部５の出力を演算して光の入射角に応じた角度信号ＳｉｇＡを得る演算部６とを含んでいる。
【００６３】
この例では、受光信号部５は、フォトダイオード４ａの出力を増幅する第１回路部５ａと、フォトダイオード４ｂの出力を増幅する第２回路部５ｂとを含んでいる。第１回路部５ａは、フォトダイオード４ａが出力する電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換器１１と、Ｉ−Ｖ変換器１１の出力を適切な信号強度に増幅する増幅器２１と、増幅器２１が出力した電圧信号を濾波するフィルタ回路としてのバンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」という。）３１と、このＢＰＦ３１を通過した信号を保持するホールド回路としてのホールド器４１とを、この順に備えている。同様に、第２回路部５ｂは、フォトダイオード４ｂが出力する電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換器１２と、Ｉ−Ｖ変換器１２の出力を適切な信号強度に増幅する増幅器２２と、増幅器２２が出力した電圧信号を濾波するフィルタ回路としてのＢＰＦ３２と、このＢＰＦ３２を通過した信号を保持するホールド回路としてのホールド器４２とを、この順に備えている。第１回路部５ａの各要素１１，２１，３１，４１と第２回路部５ｂの各要素１２，２２，３２，４２とは、互いに同じ性能のものが用いられている。第１回路部５ａの出力、第２回路部５ｂの出力（いずれも電圧信号である。）をそれぞれ第１の信号、第２の信号と呼ぶ。
【００６４】
演算部６は、図１４または図１６のいずれかのタイプの回路構成を有する除算器６１を備えている。除算器６１の入力部に印加された第１の信号と第２の信号は一旦抵抗で電流信号に変換される。除算器６１は、第１の信号と第２の信号との比を求め、求めた比を角度信号ＳｉｇＡとして出力する。角度信号ＳｉｇＡは、実質的に、フォトダイオード４ａ，４ｂに対する光の入射角θに応じたものである。
【００６５】
図１４や図１６で代表的な除算器の回路を示して説明したように、図１Ｂ中の除算器６１の入力部へ入力される２つの信号には常に或る大きさ（光信号の強度によらずほぼ一定）のバイアス電流７ａ，７ｂが作用し、このバイアス電流７ａ，７ｂが除算器６１の出力（角度信号ＳｉｇＡ）に誤差を発生させる可能性がある。この誤差量について詳細に検討する。なお、除算器６１の入力部に作用するバイアス電流７ａ，７ｂをＩｂｉａｓと表すものとする。
【００６６】
図１Ｂ上段に点線で示す光線のように、リモートコントロール信号が入射角θで入射するとき、フォトダイオード４ａ，４ｂが出力する光電流の強度は、フォトダイオード４ａ，４ｂの受光量、したがってフォトダイオードが照射される領域の面積に比例し、それぞれ次のように表される。
フォトダイオード４ａによる光電流強度  ：  ｌ／２  −  ｄ・ｔａｎθ
フォトダイオード４ｂによる光電流強度  ：  ｌ／２  ＋  ｄ・ｔａｎθ
【００６７】
ここで、フォトダイオード４ａ，４ｂの出力（光電流）に対する上記第１回路部５ａ、第２回路部５ｂの実質的な電流増幅度をそれぞれαとすると、第１回路部５ａ、第２回路部５ｂからそれぞれ除算器６１の入力部へ入力される信号電流の強度Ｉ１，Ｉ２は、次式（１０）のように表される。
Ｉ１  ＝  α（ｌ／２  −  ｄ・ｔａｎθ）
Ｉ２  ＝  α（ｌ／２  ＋  ｄ・ｔａｎθ）                  …（１０）
【００６８】
除算器６１へ入力されるバイアス電流Ｉｂｉａｓと上記第１回路部５ａ、第２回路部５ｂからの信号電流Ｉ１，Ｉ２の和との比（以下「バイアス電流比」という。）をｒとしたとき、Ｉｂｉａｓは次式（１１）のように表される。
Ｉｂｉａｓ  ＝  ｒ・（Ｉ１＋Ｉ２）
＝  ｒ・α・ｌ                                    …（１１）
【００６９】
除算器６１が図１４に示したようなログアンプを用いたタイプの除算器である場合、式（７）、式（１０）、式（１１）を参考にして、除算器６１の出力ＳｉｇＡとしてのＶｏｕｔは、次式（１２）のように電流増幅率αに依存しない形で表される。
2008070203.tif 000003
【００７０】
ここで、図１Ｂ上段に示した幾何的関係より、最大検出角度θｍａｘは例えばフォトダイオード４ａ，４ｂの一辺の長さｌと、遮光板３ａとフォトダイオード４ａ，４ｂとの間の距離ｄを用いて、次式（１３）のように表される。
ｔａｎ（θｍａｘ）  ＝  ｌ／２ｄ                              …（１３）
【００７１】
一例として、ｌ＝１ｍｍ、ｄ＝０．１９ｍｍのとき、式（１３）よりθｍａｘ＝６９°である。
【００７２】
図２は、実際の光の入射角θと、式（１２）で表される角度信号ＳｉｇＡ（ここではＶｏｕｔ）との関係を示している。図２の関係は、バイアス電流比ｒ＝０．０５、最大検出角度θｍａｘ＝６９°という条件下のものである。図２中に示す太線ｌｎ（Ｉ１／Ｉ２）は、Ｉｂｉａｓが存在しないときの、理想的な線を表している。参照記号「＋／＋」「＋／−」「−／＋」「−／−」は式（１２）中のバイアス電流Ｉｂｉａｓの符号を示している。詳しくは、それぞれの参照記号における分子の符号は式（１２）の分子中の符号に対応し、それぞれの参照記号における分母の符号は式（１２）の分母中の符号に対応している。図２から分かるように、この条件での角度分解能Δθは約３０°になってしまう。図３は、このようにして得られたバイアス電流比ｒとそれから決定される角度分解能Δθとの関係を、最大検出角度θｍａｘをパラメータとして示している。図３から分かるように、最大検出角度θｍａｘが大きくなると、同じバイアス電流比ｒであっても角度分解能Δθが大きくなって、角度検出精度が低下する。図３中に記載のｆｉｔ＿６９、ｆｉｔ＿６４、ｆｉｔ＿６０は、それぞれθｍａｘ＝６９°、６４°、６０°の場合に、バイアス電流比ｒと角度分解能Δθとの関係を直線近似して求めた直線を示している。図４は、この場合における、最大検出角度θｍａｘと、これらの直線ｆｉｔ＿６９、ｆｉｔ＿６４、ｆｉｔ＿６０ａの勾配（の逆数）ａとの関係（ｆｉｔ＿ａ）を示している。これらの結果から、光角度検出装置２が有すべき所望の角度分解能が±Δθｔａｒｇｅｔである場合、最大検出角度θｍａｘに応じた定数ａを用いて、次式（１４）に示す
ｒ  ＜  ａ・Δθｔａｒｇｅｔ                                  …（１４）
なる関係を満たすことが望ましい。この式（１４）の関係を満たせば、光角度検出装置２は、バイアス電流比がｒであるとき、その所望の角度分解能±Δθｔａｒｇｅｔを有することができるからである。具体的には、上記式（１４）の関係を満たすように、増幅器２１，２２のゲインや発光素子の光量、受光レンズ、除算器６１の入力部の抵抗値、送受信間距離の仕様を総合的に設定するようにすればよい。
【００７３】
また、上述の結果から、角度分解能Δθと最大検出角度θｍａｘ（いずれも単位：°）について、上記ａの値は次式（１５）に示す関係を満たすのが望ましい。
ａ  ＜  ７．５×１０−５・θｍａｘ  ＋  ７．２×１０−３      …（１５）
【００７４】
この式（１５）の関係を満たせば、角度分解能Δθ、最大検出角度θｍａｘの両方について最適の設定となる。
【００７５】
次に、除算器６１が図１６に示したようなタイプの除算器である場合について説明する。この場合、除算器６１の２系統の入力部に第１の信号、第２の信号（信号電流の強度Ｉ１，Ｉ２）をダイレクトに接続すると、光の入射角θが大きいときはどちらかの出力が限りなく小さくなり、角度信号ＳｉｇＡのダイナミックレンジが非常に大きくなってしまうため、不利である。そこで、公知の一般的な手法に従って、第１の信号と第２の信号との和（和信号）を図示しない加算器によって求めるとともに、第１の信号と第２の信号との差（差信号）を図示しない減算器によって求める。そして、除算器６１は、上記差信号を分子、上記和信号を分母とした割り算を行って商を求めるものとする。式（１０）より、上記和信号と差信号はそれぞれ次式（１６）のように表される。
Ｉ１  ＋  Ｉ２  ＝  α・ｌ
Ｉ１  −  Ｉ２  ＝  −２α・ｄ・ｔａｎθ                      …（１６）
となる。このようにした場合、式（９）、式（１０）、式（１１）を参考にして、除算器６１の出力ＳｉｇＡとしてのＩｏｕｔは、次式（１７）のように表される。
2008070203.tif 000004
【００７６】
ここで、式（１７）の２行目は、リファレンス電流Ｉ０をバイアス電流Ｉｂｉａｓより十分大きくなるように設定（Ｉ０＞＞ｒαｌ）して、Ｉｏｕｔが電流増幅率αに依存しないようにしたものである。
【００７７】
図５は、実際の光の入射角θと、式（１７）で表される角度信号ＳｉｇＡ（ここではＩｏｕｔ）との関係を示している。図５の関係は、図２におけるのと同様に、ｌ＝１ｍｍ、ｄ＝０．１９ｍｍ、バイアス電流比ｒ＝０．０５、最大検出角度θｍａｘ＝６９°という条件下のものである。図５中に示す太線ｌｎ（Ｉ１／Ｉ２）は、Ｉｂｉａｓが存在しないときの、理想的な線を表している。参照記号「＋／＋」「＋／−」「−／＋」「−／−」は、図２と同様に、式（１７）中のバイアス電流Ｉｂｉａｓの符号を示している。図５から分かるように、この条件での角度分解能Δθは約１５°である。図６は、図３と同様に、このようにして得られたバイアス電流比ｒとそれから決定される角度分解能Δθとの関係を、最大検出角度θｍａｘをパラメータとして示している。図６から分かるように、最大検出角度θｍａｘが大きくなると、同じバイアス電流比ｒであっても角度分解能Δθが大きくなって、角度検出精度が低下する。図６中に記載のｆｉｔ＿６９、ｆｉｔ＿６４、ｆｉｔ＿６０は、それぞれθｍａｘ＝６９°、６４°、６０°の場合に、バイアス電流比ｒと角度分解能Δθとの関係を直線近似して求めた直線を示している。図７は、この場合における、最大検出角度θｍａｘと、これらの直線ｆｉｔ＿６９、ｆｉｔ＿６４、ｆｉｔ＿６０ａの勾配（の逆数）ａとの関係（ｆｉｔ＿ａ）を示している。これらの結果から、光角度検出装置２が有すべき所望の角度分解能が±Δθｔａｒｇｅｔである場合、最大検出角度θｍａｘに応じた定数ａを用いて、既述の式（１４）に示した
ｒ  ＜  ａ・Δθｔａｒｇｅｔ
なる関係を満たすことが望ましい。この式（１４）の関係を満たせば、光角度検出装置２は、バイアス電流比がｒであるとき、その所望の角度分解能±Δθｔａｒｇｅｔを有することができるからである。
【００７８】
また、上述の結果から、角度分解能Δθと最大検出角度θｍａｘ（いずれも単位：°）について、上記ａの値は次式（１８）に示す関係を満たすのが望ましい。
ａ  ＜  １．５×１０−４・θｍａｘ  ＋  １．４×１０−２      …（１８）
【００７９】
この式（１５）の関係を満たせば、角度分解能Δθ、最大検出角度θｍａｘの両方について最適の設定となる。
【００８０】
図３と図５とを比較して明らかなように、除算器６１を図１４に示したタイプの回路構成とするよりも図１６に示したタイプの回路構成とした方が、角度分解能Δθが改善される。除算器６１を構成する素子数は、図１４に示したタイプの除算器に比して図１６に示したタイプの除算器の方が多くなる。
【００８１】
また、式（１２）と式（１７）を比較して明らかなように、図１６に示したタイプの除算器は温度依存性が（理論上）存在しないが、図１４に示したタイプの除算器は式（１２）で示されるように温度に比例して角度信号ＳｉｇＡが増減する。このため、除算器６１を図１４に示したタイプの回路構成とした場合は、図１Ｂ中に示すように、演算部６に、除算器６１またはその周囲の温度を検出する温度検出部としての温度センサ６２と、温度センサ６２が検出した温度に応じて、除算器６１の出力の温度依存性を相殺する補正を行う温度依存性補正部としての補正回路６３を設けても良い。これにより、除算器６２が最も簡単なアナログ除算器として構成された場合であっても、入射角θの検出精度をさらに高めることができるとともに、この光角度検出装置２の使用範囲を大きく拡大することができる。除算器６１を図１４に示したタイプの回路構成とした場合は、温度センサ６２や補正回路６３を省略しても良い。
【００８２】
除算器６１の回路構成については、光角度検出装置２が必要とする温度依存性や角度分解能、さらにコストを勘案して、図１４または図１６のいずれのタイプの回路構成とするかを選択するのが望ましい。
【００８３】
図１Ｂに関して述べたように、フォトダイオード４ａ，４ｂの出力はＩ−Ｖ変換器１１，１２により電流信号から電圧信号へ変換され、増幅器２１，２２により増幅されて電圧信号として出力される。この過程でリモートコントロール信号（一般に矩形波信号である。）の基準電位に対し、少なからずオフセット電圧が生じる。このオフセット電圧が第１、第２の信号に含まれてそのまま除算器６１に入力されると、除算器６１の入力部の抵抗で電流変換されてバイアス電流となるので、角度分解能Δθを低下させる要因となる。そこで、増幅器２１，２２よりも後段（この例では次段）に、フィルタ回路としてのＢＰＦ３１，３２が設けられている。ＢＰＦ３１，３２は、増幅器２１，２２の出力に含まれた直流（ＤＣ）成分をカットする。また、ＢＰＦ３１，３２が通過させる中心周波数をリモートコントロール信号の発振周波数と同一に設定しておくことにより、リモートコントロール信号以外のノイズ成分はカットされるため、最適となる。増幅器６１よりも後段にフィルタ回路を設けているので、オフセット電圧がこれ以上増幅されることはない。これにより、除算器６１に入力されるバイアス電流を効果的に低減できる。したがって、さらに正確な角度検出が可能となる。
【００８４】
一般的にリモートコントロール信号の波形は矩形波であるが、ＢＰＦ３１，３２においてその中心周波数近辺のみの信号が通過するため、ＢＰＦ３１，３２を通過した後は信号の波形は正弦波となる。正弦波は絶えずその強度が変化するため、角度を検出するタイミングを決定するのが非常に困難である。そこで、ＢＰＦ３１，３２よりも後段に、ピークホールド回路に代表されるようなホールド器４１，４２が設けられている。これらのホールド器４１，４２が、信号のピーク値を或る程度の時間保持することによって、角度信号を的確に取り出すことができる。したがって、さらに正確な角度検出が可能となる。
【００８５】
図８は、図１Ｂにおけるフォトダイオード４（４は４ａ，４ｂを総称する。）の周辺を改良した回路構成を示している。この例では、フォトダイオード４が出力した光電流を電圧信号に変換する第２のＩ−Ｖ変換器１３と、その電圧信号のＤＣレベルを検出するレベル検出回路１４と、そのＤＣレベルを相殺するようにフォトダイオード４にＤＣ電流を流入させる定電流源８とが設けられている。第２のＩ−Ｖ変換器１３はこの例では抵抗からなる。レベル検出回路１４は、公知のボトムホールド回路からなる。定電流源８は、公知のカレントミラー回路を用いて簡単に構成される。ここでは詳細な構成の記載は省略する。図８中の付加された要素１３、１４、８は、背景光除去部を構成する。
【００８６】
リモートコントロール送信機１が操作される環境には、太陽光などの強い背景光が存在する場合がある。このような場合に、リモートコントロール信号に併せてそのまま背景光の信号を増幅器２１，２２が増幅すると、強大な背景光による光電流が後段に流れ込んでＳ／Ｎ（信号対ノイズ比）を低下させるとともに、増幅器２１，２２などを飽和させる要因となる。そこで、図８に示すような背景光除去部を設けるのが望ましい。レベル検出回路１４は、リモートコントロール信号に対する背景光のレベルを上記ＤＣレベルとして検出する。定電流源８は、上記背景光を相殺するように、フォトダイオード４の出力部（この例ではカソード）に、上記ＤＣレベルすなわち背景光のレベルに相当する電流を作用させる。これにより、フォトダイオード４の出力から背景光のレベルを除去することができる。したがって、Ｓ／Ｎを改善できるとともに、背景光により増幅器２１，２２などが飽和してしまうことを防止できる。したがって、この光角度検出装置の使用範囲が大幅に拡大する。
【００８７】
図９は、光角度検出装置２の回路部の変形例を示している。この変形例では、図１Ｂ中に示した回路部に比して、ＢＰＦ３１，３２の出力同士を加算する加算器５８と、加算器５８の出力を或る閾値と比較する比較器５９を備えた点が異なっている。比較器５９は、誤検出防止部を構成し、加算器５８の出力レベルが閾値以上であるときはＨ（高）レベル、加算器５８の出力レベルが閾値以下であるときはＬ（低）レベルの信号をエラー信号ＳｉｇＥとして出力する。そして、エラー信号ＳｉｇＥがＨレベルであるとき演算部６の出力が許容される一方、エラー信号ＳｉｇＥがＬレベルであるとき演算部６の出力が禁止されるようになっている。
【００８８】
リモートコントロール信号として到来する光の強度が極端に小さくなると、除算器６１が求める第１の信号と第２の信号との比の分母値が極端に小さくなって、除算器６１の出力値が不安定になり、角度値の誤差が非常に大きくなる傾向が生ずる。また、式（１４）や式（１５）、式（１８）を満たさなくなる場合がある。そこで、図９に示すような構成により、加算器５８の出力レベルが閾値以下でエラー信号ＳｉｇＥがＬレベルになったとき、演算部６の出力を禁止する。つまり、リモートコントロール信号として到来する光の強度が極端に小さい場合は、測定エラーとして出力を遮断する。したがって、誤検出が無くなって、結果的に、入射角の検出精度をさらに高めることができ、所望の角度分解能を確実に得ることができる。
【００８９】
なお、図９の例では、加算器５８はＢＰＦ３１，３２の出力同士を加算するものとしたが、ホールド器４１，４２の出力同士を加算するようにしても良い。
【００９０】
図１０は、光角度検出装置２の回路部の別の変形例を示している。この変形例では、図１Ｂ中に示した回路部に比して、フォトダイオード４ａ，４ｂに対して共通に、Ｉ−Ｖ変換器１１、増幅器２１、ＢＰＦ３１、ホールド器４１が一つずつ設けられている点が基本的に異なっている。また、フォトダイオード４ａ，４ｂとＩ−Ｖ変換器１１との間にスイッチ部としてのスイッチ５１が介挿されている。ホールド器４１よりも後段にスイッチ５２とサンプルホールド部５３が設けられている。
【００９１】
スイッチ５１は、フォトダイオード４ａ，４ｂの出力を所定のタイミングで切り替えてＩ−Ｖ変換器１１に入力する。或るタイミングではフォトダイオード４ａの出力がＩ−Ｖ変換器１１を介して増幅器２１に印加され、増幅器２１によって増幅される。増幅器２１の出力はＢＰＦ３１、ホールド器４１によって波形成形される。この波形成形後の第１の信号は、スイッチ５２による切り替えによって、サンプルホールド部５３に一時的に保持される。上記タイミングに続く別のタイミングでは、スイッチ５１による切り替えによって、フォトダイオード４ｂの出力がＩ−Ｖ変換器１１を介して増幅器２１に印加され、増幅器２１によって増幅される。増幅器２１の出力はＢＰＦ３１、ホールド器４１によって波形成形される。この波形成形後の第２の信号が、サンプルホールド部５３に保持された第１の信号と同時に、除算器６１に印加される。そして、除算器６１が、同時に印加された上記第１の信号と第２の信号との比を求めて、角度信号ＳｉｇＡとして出力する。
【００９２】
一般的なリモートコントロール信号は、図１１Ａおよび図１１Ｂに例示するように、数１０ｋＨｚのバースト信号とその複数周期からなるコード信号からなる。図１１Ａは約３８ｋＨｚのバースト信号を示し、図１１Ｂは複数群のコード信号を示している。なお、図１１Ａは図１１Ｂの一部を時間軸（横軸）に関して拡大して示している。例えば、リモートコントロール信号のうち第１群のコード信号（０〜約０．０７秒）が検出されたとき、図１０中に示したスイッチ５１はフォトダイオード４ａとＩ−Ｖ変換器１１とを接続し、スイッチ５２はホールド器４１とサンプルホールド部５３とを接続する。この第１群のコード信号により、フォトダイオード４ａの出力に基づく第１の信号がサンプルホールド部５３に記憶される。次に、図１１Ｂ中に示す第２群のコード信号（約０．１３秒〜約０．２秒）が検出されたとき、図１０中に示したスイッチ５１はフォトダイオード４ｂとＩ−Ｖ変換器１１とを接続し、スイッチ５２はホールド器４１と除算器６１とを接続する。
【００９３】
このようにした場合、Ｉ−Ｖ変換器１１、増幅器２１、ＢＰＦ３１、ホールド器４１をそれぞれ一つずつで構成でき、光角度検出装置２を小型化することができる。
【００９４】
なお、スイッチ５１，５２の切り替えを制御する信号は、例えば図９に示したエラー信号ＳｉｇＥを用いて作成すると好適である。例えば、図１１Ｂ中に示す第１群のコード信号（０〜約０．０７秒）が検出されている期間、それに続くブランク期間（約０．０７秒約０．１３秒）、第２群のコード信号（約０．１３秒〜約０．２秒）が検出される期間は、それぞれエラー信号ＳｉｇＥが概ねＨレベル、Ｌレベル、Ｈレベルのように遷移する（バースト信号を無視している。）。このようなエラー信号ＳｉｇＥのレベルの遷移に応じて、例えばエラー信号ＳｉｇＥがＨレベルになる毎にスイッチ５１，５２を切り替えるようにすれば良い。
【００９５】
また、この光角度検出装置２は、様々な電子機器に搭載され得る。上記光角度検出装置２が出力する角度信号ＳｉｇＡを用いて電子機器の運転を制御することによって、電子機器の応用範囲を拡大することができる。
【００９６】
図１２Ａは、光角度検出装置２をエアコンディショナ等の空調制御機器１０９に搭載した場合の態様を示している。ここで空調制御機器１０９とは、エアコンディショナや扇風機、冷風扇、ハロゲンヒータ、ファンヒータなどの暖房、冷房機器や空気清浄器などである。光角度検出装置２は、空調制御機器１０９の前面付近に、フォトダイオード４ａ，４ｂの受光面を前方へ向けた状態で取り付けられている。なお、ＮＬはフォトダイオード４ａ，４ｂの受光面に対する垂線を示している（以下同様。）。この場合、人１１０がリモートコントロール送信機１を手に持って操作し、空調制御機器１０９へ向けてリモートコントロール信号を送信する。すると、光角度検出装置２が入射角θ、すなわち空調制御機器１０９に対して人１１０が存在する方向を検出して、それを表す角度信号を出力する。この角度信号により、空調制御機器１０９は、人１１０の近辺のみ制御エリア１１１として温度制御を行うことが可能となる。したがって、人１１０の快適性を向上させるばかりでなく、余分なエリアの温度制御を行う必要がないので、省エネルギの効果を期待できる。
【００９７】
図１２Ｂは、光角度検出装置２をテレビ受像機等の映像機器１１２に搭載した場合の態様を示している。ここで映像機器１１２とはテレビ受像機、液晶プロジェクタ、ＰＣモニタなどである。光角度検出装置２は、映像機器１１２の前面付近に、フォトダイオード４ａ，４ｂの受光面を前方へ向けた状態で取り付けられている。この場合、人１１０がリモートコントロール送信機１を手に持って操作し、映像機器１１２へ向けてリモートコントロール信号を送信する。すると、光角度検出装置２が入射角θ、すなわち映像機器１１２に対して人１１０が存在する方向を検出して、それを表す角度信号を出力する。この角度信号により、映像機器１１２は表示画面を人１１０が存在する方向へ向けることができる。したがって、人１１０は、最適な状態で映像を鑑賞することができる。また、人１１０が存在する方向に最も適した色調、輝度で映像を写すことができる。したがって、人１１０が快適であるばかりでなく、映像機器１１２の省エネルギの効果を期待することができる。
【００９８】
また、近年、映像機器１１２の一つとしてデュアルビュー液晶を搭載したカーナビゲーションシステム（図１２Ｂ中のものとは外観イメージが異なる。）が開発されている。このカーナビゲーションシステムでは、運転者と助手席搭乗者から見える映像が異なる。光角度検出装置２をこのようなカーナビゲーションシステムに搭載した場合には、助手席搭乗者がリモートコントロール送信機１を手に持って操作し、そのシステムへリモートコントロール信号を送信する。例えばボリュームアップを指示するリモートコントロール信号を受けたとき、そのシステムは助手席搭乗者から見える映像に合わせた音声を大きくすることができる。このようにした場合、カーナビゲーションシステムの利便性を大きく高めることができる。
【００９９】
図１２Ｃは、光角度検出装置２をカメラ機器１１３のためのステージ１１４に搭載した態様を示している。ここで、カメラ機器１１３は銀塩カメラ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどである。ステージ１１４は、三脚等に取り付けられ、図示しない鉛直軸の周りにカメラ機器１１３を回転させる機構を有している。光角度検出装置２は、ステージ１１４の前縁付近に、フォトダイオード４ａ，４ｂの受光面を前方へ向けた状態で取り付けられている。この場合、人１１０がリモートコントロール送信機１を手に持って操作し、映像機器１１２へ向けてリモートコントロール信号を送信する。すると、光角度検出装置２がカメラ機器１３に対して人１１０が存在する方向を検出して、それを表す角度信号を出力する。この角度信号により、ステージ１１４はカメラ機器１１３を人１１０が存在する方向へ向けることができる。したがって、撮影エリア１１５を所望のエリアに自動で合わせることができ、人１１０が自分自身を撮影するのに付随する作業を大幅に低減できる。また、リモートコントロール信号によってカメラ機器１１３の自動シャッタを操作するようにすると、一層便利である。
【０１００】
図１３Ａは、光角度検出装置２の受光素子部の変形例を示している。この変形例では、受光素子としての四つのフォトダイオード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが、同一平面（図１３Ａの紙面）に沿って縦横に２次元的に並んで配置されている。なお、図１３Ａは、フォトダイオード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの受光面に対して垂直な方向から見た図である。これらのフォトダイオード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの上方には、それぞれ遮光要素としての遮光板３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが配置されている。遮光板３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、それぞれＬ字状に形成され、対応するフォトダイオード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの受光面の３／４の面積に相当する部分（斜線で示す。）を覆っている。フォトダイオード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの受光面の１／４の面積に相当する部分（白地で示す。）は、外部に対して面している。フォトダイオード４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと遮光板３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄとは、上下方向（図１３Ａの紙面に対して垂直な方向）に関して一定の距離ｄだけ離間している。
【０１０１】
このような受光素子部を備えた場合、例えば横に並ぶフォトダイオード４Ａ，４Ｂの出力（またはフォトダイオード４Ｃ，４Ｄの出力）を、図１Ｂ中の下段に示したのと同じ回路部５，６によって処理することにより、一方向の角度を検出することができる。また、例えば縦に並ぶフォトダイオード４Ａ，４Ｃの出力（またはフォトダイオード４Ｂ，４Ｄの出力）を、図１Ｂ中の下段に示したのと同じ回路部５，６によって処理することにより、上記一方向に対して垂直な別の方向の角度を検出することができる。つまり、２軸の角度を検出することができる。したがって、光角度検出装置２の機能を向上させることができる。
【０１０２】
また、図１３Ｂは、光角度検出装置２の受光素子部の別の変形例を示している。この変形例は、図１Ｂ中の中段ＨＶに示した受光素子部を２組、四つのフォトダイオードが一方向に並ぶように配置したものに相当する。図１３Ｂにおいて左側に配置されたフォトダイオード４ａ，４ｂの組と、右側に配置されたフォトダイオード４ｃ，４ｄの組との間の距離（中心同士の間の距離）は、ｗに設定されている。
【０１０３】
このような受光素子部を備えた場合、フォトダイオード４ａ，４ｂの出力を図１Ｂ中の下段に示したのと同じ回路部５，６によって処理することにより、すなわちフォトダイオード４ａ，４ｂの組に対してリモートコントロール送信機１が存在する方向を入射角θ１として検出できる。これとともに、フォトダイオード４ｃ，４ｄの出力を図１Ｂ中の下段に示したのと同じ回路部５，６によって処理することにより、フォトダイオード４ｃ，４ｄの組に対してリモートコントロール送信機１が存在する方向を入射角θ２として検出できる。上述の距離ｗと二つの入射角θ１，θ２とにより、リモートコントロール送信機１と２組のフォトダイオード対の中心とを頂点とする３角形が一意に決定する。したがって、光角度検出装置２に対してリモートコントロール送信機１が存在する位置を特定することができる。したがって、電子機器の機能をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１Ａ】リモートコントロール送信機と、本発明の一実施形態の光角度検出装置とが組み合わせて用いられる態様を、リモートコントロール送信機が移動する面に対して垂直な方向から見たところを示す図である。
【図１Ｂ】この発明の一実施形態の光角度検出装置の受光素子部と回路部の構成を示す図である。
【図２】上記回路部に含まれた除算器を図１４に示したタイプの回路構成とした場合における、実際の光の入射角θと上記除算器が出力する角度信号との関係を示す図である。
【図３】図２の場合におけるバイアス電流比ｒとそれから決定される角度分解能Δθとの関係を、最大検出角度θｍａｘをパラメータとして示す図である。
【図４】図２の場合における最大検出角度θｍａｘと、バイアス電流比ｒと角度分解能Δθとを結ぶ定数ａとの関係を示す図である。
【図５】上記回路部に含まれた除算器を図１６に示したタイプの回路構成とした場合における、実際の光の入射角θと上記除算器が出力する角度信号との関係を示す図である。
【図６】図５の場合におけるバイアス電流比ｒとそれから決定される角度分解能Δθとの関係を、最大検出角度θｍａｘをパラメータとして示す図である。
【図７】図５の場合における最大検出角度θｍａｘと、バイアス電流比ｒと角度分解能Δθとを結ぶ定数ａとの関係を示す図である。
【図８】図１Ｂにおけるフォトダイオードの周辺を改良した回路構成を示す図である。
【図９】上記光角度検出装置の回路部の変形例を示す図である。
【図１０】上記光角度検出装置の回路部の別の変形例を示す図である。
【図１１Ａ】一般的なリモートコントロール信号に含まれた約３８ｋＨｚのバースト信号を示す図である。
【図１１Ｂ】一般的なリモートコントロール信号に含まれたコード信号を示す図である。
【図１２Ａ】上記光角度検出装置をエアコンディショナ等の空調制御機器に搭載した場合の態様を示す図である。
【図１２Ｂ】上記光角度検出装置をテレビ受像機等の映像機器に搭載した場合の態様を示す図である。
【図１２Ｃ】上記光角度検出装置をカメラ機器のためのステージに搭載した態様を示す図である。
【図１３Ａ】上記光角度検出装置の受光素子部の変形例を示す図である。
【図１３Ｂ】上記光角度検出装置の受光素子部の別の変形例を示す図である。
【図１４】ログアンプを用いたタイプの除算器の回路構成を示す図である。
【図１５】図１４に示したタイプの除算器を備えた光角度検出装置に起こり得る不具合を説明する図である。
【図１６】図１４に示したものとは別のタイプの除算器の回路構成を示す図である。
【図１７】図１６に示したタイプの除算器を備えた光角度検出装置に起こり得る不具合を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  リモートコントロール送信機
２  光角度検出装置
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ  遮光板
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ  フォトダイオード
５  受光信号部
６  演算部
７ａ，７ｂ  バイアス電流
８  定電流源
１１０  操作者
１１１  温度制御エリア
１１２  映像機器
１１３  カメラ機器
１１４  ステージ
１１５  撮影エリア
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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