(57)【要約】【課題】近接測定により赤外線反射光を測定する場合に、比較的簡単な測定により、周囲光成分がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を防止することができる赤外線測定装置を提供する。【解決手段】近接物４０に赤外発光ダイオード４２から赤外線が照射されると、近接物４０で反射した赤外反射光と光源４１からの光が受光素子３で受光される。商用電源周波数の周期の１／４の周期で測定し、赤外反射光による第１の測定値と、赤外が非発光の状態で第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する。第１の測定値から第２の測定値及び第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する。近接測定部による測定は商用電源周波数の周期の１／４毎の測定が連続して２回行われ、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力する。【選択図】        図１
2013145133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、
前記赤外線が前記近接物で反射した赤外反射光を測定し、１回の測定により、前記赤外反射光を商用電源周波数の周期の１／４の周期で測定した第１の測定値と、前記赤外発光素子が非発光の状態で前記第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する手段を有する近接測定部と、
前記近接測定部からの測定データを演算処理し、前記第１の測定値から前記第２の測定値及び前記第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する手段を有する演算処理部とを備え、
前記近接測定部による測定は、前記商用電源周波数の周期の１／４毎の測定を連続して２回実施し、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力することを特徴とする赤外線測定装置。
【請求項２】
前記第１の測定値の測定時刻と前記第２の測定値の測定時刻との差は、前記第１の測定値の測定時刻と前記第３の測定値の測定時刻との差に等しいことを特徴とする請求項１に記載の赤外線測定装置。
【請求項３】
所定の周期で発光強度が変動する光源からの照射成分を含む赤外反射光から近接物を測定する赤外線測定装置であって、
近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、
前記赤外線が前記近接物で反射した赤外反射光を測定し、１回の測定により、前記光源からの照射成分を含む前記赤外反射光を前記光源の発光強度変動周期の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周期で測定した第１の測定値と、前記赤外発光素子が非発光の状態で前記第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する手段を有する近接測定部と、
前記近接測定部からの測定データを演算処理し、前記第１の測定値から前記第２の測定値及び前記第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する手段を有する演算処理部とを備え、
前記近接測定部による測定は、前記発光強度変動周期の１／Ｎ毎の測定が連続してＮ回行われ、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力することを特徴とする赤外線測定装置。
【請求項４】
前記光源の発光強度変動周期は、正弦波による周期であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線測定装置。
【請求項５】
前記光源は商用電源周波数の２倍の周波数で発光していることを特徴とする請求項４に記載の赤外線測定装置。
【請求項６】
前記Ｎは２であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の赤外線測定装置。
【請求項７】
前記第１の測定値の測定時刻と前記第２の測定値の測定時刻との差は、前記第１の測定値の測定時刻と前記第３の測定値の測定時刻との差に等しいことを特徴とする請求項６に記載の赤外線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサを備えた赤外線測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ノートＰＣ（Personal Computer）、タブレットＰＣなどのモバイル機器や、カーナビ、一眼デジカメ等では、液晶パネルの大画面化、高解像化に伴い、タッチパネル方式の液晶を採用することが増加している。これらの機器では、照度センサや近接センサの搭載が進んでいる。
【０００３】
照度センサは周囲の明るさを検出するためのセンサであり、これにより、周囲の明るさに応じた液晶バックライトの輝度コントロールが可能となる。一方、近接センサは、対象物が機器に接近したことを検知するセンサであり、例えば人体の一部がタッチパネルに接触することによる誤動作を防ぐために用いられる。
【０００４】
例えば、タッチパネル式スマートフォン等では、電話による通話を行う際には、耳や顔等がタッチパネルに接触して誤動作を起こすのを防止するために、タッチパネルの表示をオフにするが、このようなとき、耳や顔等が近づいたことを検出するために、光学式の近接センサが搭載されている。
【０００５】
光学式の近接センサは、赤外線ＬＥＤをパルス発光させて、対象物からの反射光を赤外線領域に感度ピークを有するフォトダイオードを用いて測定することで近接物の検出を行う。また、赤外線領域の光のみを取り出したいため、赤外線透過フィルタを設けて、紫外線や可視光をカットすることも行われている。
【０００６】
しかし、近接物の測定は、太陽光、白熱灯、ハロゲン光等の赤外線成分を含む周囲光が存在する環境下で行われる。そこで、近接測定による測定値から周囲光の赤外線成分を取り除いて、対象物からの反射光のみを取り出す必要がある。
【０００７】
例えば、特許文献１に示されるように、赤外線センサが本質的に検出してしまう白熱灯や直射日光のような環境変動と、人体のようにユーザが検出したい対象物との分別を行うために、赤外線センサの出力の変化時間を測定・演算して、あらかじめ定めておいた閾値と比較することにより、白熱灯の点灯が発生したのか、あるいは人体の接近が発生したのかを判別することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１８５８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、赤外線センサの変化時間を測定・演算して、閾値と比較するものであるから、白熱灯等の点灯時の測定データが必要であり、白熱灯等が定常状態に達してから対象物が接近したかどうかを精度良く判別することはできない。例えば、白熱灯やハロゲン光は、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の２倍の周波数によって発光している。このため、白熱やハロゲン光等の光源では、その光源による発光強度が時間とともに一定の周期で変動する。これにより、対象物からの赤外反射光に周囲光の赤外線成分が加算された光が測定されるため、周囲光の赤外線成分がノイズとなり、正確な赤外反射光の照度を測定することができない。
【００１０】
また、周囲光の光源の種類により閾値を変化させる必要があると考えられるため、極めて煩雑である。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、近接測定により赤外線反射光を測定する場合に、比較的簡単な測定により、周囲光成分がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を防止することができる赤外線測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の赤外線測定装置は、近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、前記赤外線が前記近接物で反射した赤外反射光を測定し、１回の測定により、前記赤外反射光を商用電源周波数の周期の１／４の周期で測定した第１の測定値と、前記赤外発光素子が非発光の状態で前記第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する手段を有する近接測定部と、前記近接測定部からの測定データを演算処理し、前記第１の測定値から前記第２の測定値及び前記第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する手段を有する演算処理部とを備え、前記近接測定部による測定は、前記商用電源周波数の周期の１／４毎の測定を連続して２回実施し、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力することを主要な特徴とする。
【００１３】
また、本発明の赤外線測定装置は、所定の周期で発光強度が変動する光源からの照射成分を含む赤外反射光から近接物を測定する赤外線測定装置であって、近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、前記赤外線が前記近接物で反射した赤外反射光を測定し、１回の測定により、前記光源からの照射成分を含む前記赤外反射光を前記光源の発光強度変動周期の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周期で測定した第１の測定値と、前記赤外発光素子が非発光の状態で前記第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する手段を有する近接測定部と、前記近接測定部からの測定データを演算処理し、前記第１の測定値から前記第２の測定値及び前記第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する手段を有する演算処理部とを備え、前記近接測定部による測定は、前記発光強度変動周期の１／Ｎ毎の測定が連続してＮ回行われ、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力することも主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の赤外線測定装置は、近接物で反射した赤外反射光の照度を測定する近接測定部と近接測定部からの測定データを演算処理する演算処理部とを備えている。また、近接測定部は、１回の測定により、赤外反射光を商用電源周波数の周期の１／４の周期で測定した第１の測定値と、赤外発光素子が非発光の状態で第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する。さらに、演算処理部は第１の測定値から第２の測定値及び第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する。
【００１５】
近接測定部による測定は商用電源周波数の周期の１／４毎の測定が連続して２回行われ、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力している。このため、ほぼ周囲光成分は除去され、ノイズ成分がなくなり、近接測定による誤動作を防止することができる。
【００１６】
また、近接測定部は、上記赤外反射光を商用電源周波数の周期の１／４の周期で測定することに替えて、１回の測定により、所定の周期で発光強度が変動する光源からの照射成分を含む赤外反射光を光源の発光強度変動周期の１／Ｎの周期で測定した第１の測定値と、赤外発光素子が非発光の状態で第１の測定値の測定時刻の前後の時刻で測定された第２の測定値及び第３の測定値を出力する。さらに、演算処理部は第１の測定値から第２の測定値及び第３の測定値の平均を引き算して赤外反射光照度を算出する。
【００１７】
ここで、近接測定部による測定は周期１／Ｎ毎に連続してＮ回行われ、各測定毎にそれぞれ算出された赤外反射光照度のうち最も小さい値又は算出された赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力している。このため、ほぼ周囲光成分は除去され、ノイズ成分がなくなり、近接測定による誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の赤外線測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】近接測定の測定タイミングを示す図である。
【図３】近接測定の複数回の測定による測定タイミングを示す図である。
【図４】本発明の近接測定に関するフローチャートを示す図である。
【図５】赤外反射光受光素子とＤＣ成分除去増幅器とＡＤ変換器の主要部を示す回路構成図である。
【図６】図５の回路構成図における主要な信号のタイムチャートを示す図である。
【図７】白熱灯の発光強度の変動を示す図である。
【図８】近接測定の基本的な測定タイミングを示す図である。
【図９】図８の各測定時刻の測定値に含まれる成分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。構造に関する図面は模式的なものであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２０】
本発明の赤外線測定装置の全体構成を図１に示す。光信号検出部は、近接測定部５０、照度測定部５１、タイミング制御回路７、発振回路８、レジスタ回路１４、ＰＳインタフェース１５、ＰＯＲ（パワーオンリセット）１６、Ｉ２Ｃインタフェース１７等を有している。ここで、ＰＯＲ１６は、電源投入時にＩＣを初期化する。
【００２１】
また、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）４４、赤外発光ダイオード４２等を備えている。ＭＣＵ４４は、外部の制御部であり、近接測定部５０のオン−オフ切り替えや照度測定部５１のオン−オフ切り替え等を行う。光信号検出部には、ＬＥＤ用のＧＮＤ端子や回路素子のＧＮＤ端子等も設けられている。電源電圧ＶＤＤの端子には、キャパシタ４３がＧＮＤとの間に挿入されており、これにより高周波ノイズをカットする。
【００２２】
近接測定部５０は、ＬＥＤパルス発生器１、赤外線ＬＥＤドライバ２、受光素子３、ＤＣ成分除去増幅器４、ＡＤ変換器５、対数変換器６、ＰＳコントロールロジック１８で構成される。ＰＳコントロールロジック１８は、近接測定部５０を制御するためのロジック回路である。また、ＰＳコントロールロジック１８は、ＡＤ変換器５やレジスタ回路１４からのデジタルデータに基づき演算、判定等の処理を行う。ＩＬＥＤの端子に、電源電圧ＶＤＤが供給された赤外発光ダイオード４２のカソードが接続されている。赤外発光ダイオード４２は、赤外線領域の光を発光させるダイオードである。受光素子３は、赤外線を感度良く検出するために、赤外線領域に感度ピークを有するフォトダイオードで構成される。また、可視光や紫外線をカットし、赤外線を透過させる赤外線透過フィルタを受光面に有するフォトダイオードであっても良い。
【００２３】
一方、照度測定部５１は、受光素子９、増幅器１０、コンデンサ１１、ＡＤ変換器１２、ＡＬＳコントロールロジック１３で構成される。ＡＬＳコントロールロジック１３は、照度測定部５１を制御するためのロジック回路である。受光素子９は、周囲光となる光源４１の照度を測定するために、可視光領域に感度ピークを有するフォトダイオードにより構成される。
【００２４】
通常の周囲光の照度測定については、以下のように行われる。周囲光の光源４１からの光が受光素子９で受光されると、受光素子９では光電変換作用により光電流が発生する。この光電流を増幅器１０とキャパシタ１１とによる積分回路で積分し、その値がＡＤ変換器１２に入力される。ＡＤ変換器１２は積分型ＡＤ変換器である。ＡＤ変換器１２によりＡＤ変換されたデジタル値は、ＡＬＳコントロールロジック１３に送信される。ＡＬＳコントロールロジック１３では、ＡＤ変換されたデジタル値に基づいて照度算出を行い、このデータがレジスタ回路１４に送信され、レジスタ回路１４で保持される。レジスタ回路１４に保持された周囲光測定データはＩ２Ｃインタフェース１７を介してＭＣＵ４４に出力される。
【００２５】
次に、近接測定による赤外反射光の測定については以下のように行われる。まず、ＬＥＤパルス発生器１で赤外発光ダイオード４２を発光させるための基礎となるパルスを発生させ、これを赤外線ＬＥＤドライバ２に供給する。ＬＥＤドライバ２は、ＬＥＤパルス発生器１からのパルス信号に基づき、赤外発光ダイオード４２を駆動させるためのパルス信号に変える。発光ダイオードは、電流駆動のため、電流パルス信号が赤外線ＬＥＤドライバ２から出力される。赤外線ＬＥＤドライバ２では、５ｍＡ〜２００ｍＡまでの電流パルス信号を作成することができ、例えば５ｍＡ〜１０ｍＡの範囲の電流パルス信号を使用する。また、電流パルス信号のデューティ比は、様々に変化させることができるが、発光期間は、例えば２５０μＳとすることができる。
【００２６】
このように、赤外線ＬＥＤドライバ２から発光ダイオードの駆動用電流パルス信号が赤外発光ダイオード４２に供給されると、赤外発光ダイオード４２は、駆動用電流パルス信号のオン期間に発光動作を行い、これを繰り返す。なお、近接測定部５０と照度測定部５１は時分割で動作させる。照度測定部５１の動作時に赤外発光ダイオード４２を発光させないのは、赤外発光ダイオード４２からの受光が照度測定部５１に対して誤差信号となるからである。
【００２７】
赤外発光ダイオード４２から放射された赤外線は、近接物（対象物）４０に到達して反射する。近接物４０から反射して戻ってきた赤外反射光は、受光素子３で受光される。また、後述するが、赤外反射光の測定の前後で測定される周囲光も受光素子３で受光することにより、近接測定部５０で測定される。赤外反射光は、受光素子３で光電流に変換されてＤＣ成分除去増幅器４に出力される。ＤＣ成分除去増幅器４では、所定の周期で受光される赤外反射光を検出するために、光電流のうちノイズとなるＤＣ成分を除去し、周期的な成分を増幅させる。
【００２８】
ＤＣ成分除去増幅器４で増幅された光電流はＡＤ変換器５に入力される。ＡＤ変換器５は、積分型ＡＤ変換器である。積分型のＡＤ変換器５は、後述するように、キャパシタへの充電と、充電された電荷を一括放電と段階放電とに分けて放電するようになっている。この一括放電と段階放電の時間をそれぞれカウントしておき、その計数された時間から、キャパシタの総充電量を算出し、その結果に応じたデジタル値が、ＡＤ変換器５の変換結果として出力される。
【００２９】
ＡＤ変換器５の出力は、対数変換器６に入力され、対数に変換される。対数変換器６では、例えば２１ビットの入力データを８ビットの対数データに変換して出力する。対数変換器６からの対数データはレジスタ回路１４に入力され保持される。レジスタ回路１４に保持されているデジタルデータは、Ｉ２Ｃインタフェース１７を介してＭＣＵ４４に出力される。一方、近接測定が行われ、近接検出されると、ＰＳインタフェース１５を介して割り込み信号がＭＣＵ４４に伝達される。
【００３０】
次に、赤外線測定装置の近接測定における基本的な測定タイミングを図８に示す。図８に示すように、赤外線成分を有し、所定の周期で発光強度が変動している白熱やハロゲン光等の光源ではその光源による発光強度が時間とともに一定の周期で正弦波のように変動するため、周囲光の赤外線成分による周囲光放射照度も変動している。例えば、白熱灯やハロゲン光は、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の２倍の周波数によって発光している。
【００３１】
図７は、実際に白熱灯の照度を測定したものである。縦軸は発光強度（任意単位）を、横軸は時間（ｍＳ）を示す。なお、図に示すように、時間目盛の１ブロックは、２ｍＳである。図７（ａ）は、シリカ電球の発光強度波形である。図７（ｂ）はクリア電球の発光強度波形である。図７（ａ）、（ｂ）ともに１２０Ｈｚの周波数で発光している。
【００３２】
このため、赤外線ＬＥＤを発光させて対象物からの反射光を測定する前後に、周囲光の赤外線成分を測定し、これらの値の平均を対象物からの赤外反射光測定値から引き算することにより周囲光の赤外線成分を除去する。
【００３３】
図９に示すように、時刻ｔ２で赤外線ＬＥＤを発光させて赤外反射光を測定する場合、時刻ｔ２の前後の赤外線ＬＥＤの発光がない時刻ｔ１、ｔ３で周囲光の赤外線成分を測定する。ｔ２での測定値をＭ２、ｔ１、ｔ３での測定値をそれぞれＡＩＲ１、ＡＩＲ３とし、Ｍ２を周囲光成分ＡＩＲ２と赤外反射光成分ＬＥＤ１との加算値であるとすると、赤外反射光の放射照度ＬＥＤ１は、
ＬＥＤ１＝Ｍ２−（ＡＩＲ１＋ＡＩＲ３）／２                      ・・・・（１）
で算出する。ここで、ｔ１、ｔ３の時刻における周囲光の測定及び、時刻ｔ２での赤外反射光の測定は、近接測定部５０で行われ、受光素子３からの光電流に基づき放射照度が算出される。
【００３４】
しかし、上記の算出方法では、測定する時刻によっては、図８に示すように、赤外反射光の測定時刻ｔ２で、周囲光の発光強度がピークとなる場合があり、この場合、時刻ｔ２の前後のｔ１、ｔ３で測定された周囲光放射照度よりも、時刻ｔ２で測定された周囲光放射照度の方が高くなる。すなわち、ＡＩＲ２＞（ＡＩＲ１＋ＡＩＲ３）／２となることがある。この場合、上記の式（１）により周囲光成分を取り除こうとしても、完全に除去できない。
【００３５】
このように、上記の式（１）により赤外反射光の放射照度ＬＥＤ１の算出結果にも、周囲光成分が除去されずに残る場合があり、ノイズとして周囲光成分が加算された放射照度が算出され、近接物がなくても近接物が存在するという判定を行うという誤動作の原因になる。
【００３６】
図２は、白熱灯やハロゲン等の光源から発せられる周囲光の赤外光成分に関する放射照度の変化と近接測定の測定タイミングを示す。縦軸は、周囲光の赤外光成分に関する放射照度を示し、横軸は時間を示す。
【００３７】
上述したように、近接測定では、周囲光を含む赤外反射光を測定する時刻ｔ２が図８のように周囲光強度が最も高くなる時刻に重なると、ｔ２の前後のｔ１、ｔ３で測定した周囲光放射照度の平均を引き算しても、周囲光成分を取り除くことができない。
【００３８】
一方、図２は、図８とは異なる近接測定のタイミングを示している。周囲光の強度は周期的に変動している。図２（ａ）は、周囲光放射照度の最大値と最小値との間の時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６で測定される場合である。時刻ｔ５で赤外発光ダイオード４２を発光させて周囲光を含む赤外反射光を測定し、時刻ｔ５の前後の赤外発光ダイオード４２の発光がない時刻ｔ４、ｔ６で周囲光の赤外光成分を測定する。前述したように、白熱灯やハロゲン等の周囲光の強度は、正弦波で周期的に変動している。したがって、（ｔ５−ｔ４）と（ｔ６−ｔ５）とは等しくなるように、時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６の時間間隔は取るようにするのが良い。
【００３９】
時刻ｔ４のときの周囲光放射照度をＸ１、時刻ｔ５のときの周囲光放射照度をＸ２、時刻ｔ６のときの周囲光放射照度をＸ３とすると、Ｘ２はＸ１とＸ３の中間値となるので、
Ｘ２≒（Ｘ１＋Ｘ３）／２                                      ・・・・（２）
となる。したがって、ｔ５での赤外反射光と周囲光が含まれた測定放射照度をＬとし、赤外反射光のみの放射照度をＲとすると、Ｒ＝Ｌ−Ｘ２となる。ｔ４での測定放射照度はＸ１、ｔ６での測定放射照度はＸ３となるので、Ｒ＝Ｌ−（Ｘ１＋Ｘ３）／２の式で算出した場合、上記（２）式により、周囲光成分は、ほぼ除去される。
【００４０】
次に、図２（ｂ）について説明する。図２（ｂ）は、周囲光強度の最小値の時刻ｔ８と、その前後の時刻ｔ７、ｔ９で測定される場合である。時刻ｔ８で赤外発光ダイオード４２を発光させて周囲光を含む赤外反射光を測定し、時刻ｔ８の前後の赤外発光ダイオード４２の発光がない時刻ｔ７、ｔ９で周囲光の赤外光成分を測定する。ここでも、図２（ａ）と同じ理由で、（ｔ７−ｔ８）と（ｔ９−ｔ８）とは等しくなるように、時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９の時間間隔は取るようにするのが良い。
【００４１】
時刻ｔ７のときの周囲光放射照度をＹ１、時刻ｔ８のときの周囲光放射照度をＹ２、時刻ｔ９のときの周囲光放射照度をＹ３とすると、Ｙ２が最小値となるので、
Ｙ２＜（Ｙ１＋Ｙ３）／２                                      ・・・・（３）
となる。すなわち、Ｙ２−（Ｙ１＋Ｙ３）／２＜０となって、周囲光放射照度だけの演算であればマイナスの値となる。したがって、ｔ８での赤外反射光と周囲光が含まれた測定放射照度をＬとし、赤外反射光のみの放射照度をＲとすると、Ｒ＝Ｌ−Ｙ２となる。ｔ７での測定放射照度はＹ１、ｔ９での測定放射照度をＹ３となるので、Ｒ＝Ｌ−（Ｙ１＋Ｙ３）／２の式で算出した場合、上記（３）式により、周囲光成分は、ほぼ除去される。
【００４２】
上記のように、図２（ａ）、（ｂ）のいずれかの測定パターンを用いることができれば、ノイズとなる周囲光成分は、ほぼ除去することができる。そこで、図２（ａ）、（ｂ）の測定パターンを使えるようにしたのが、図３の測定方法である。
【００４３】
図３の測定では、周囲光発光強度の変化の周期の１／２の周期で第１回目の近接測定と第２回目の近接測定が続けて２回行われる。言い換えると、周囲光発光強度の変化の周波数の２倍の周波数で近接測定が続けて２回行われる。
【００４４】
例えば、図３（ａ）に示すように、第１回目の近接測定では、時刻ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３で測定が行われる。ｔ１２は周囲光を含む赤外反射光の測定時刻、ｔ１２の前後のｔ１１、ｔ１３は、周囲光のみの測定時刻である。ここで、時刻ｔ１２における周囲光の発光強度は、最大になっており、図８で説明したように周囲光成分がノイズとして残ってしまう。
【００４５】
一方、第２回目の近接測定では、第１回目の近接測定から周囲光発光強度の変化の周期の１／２の後で測定を行っているため、第２回目の近接測定の測定時刻ｔ１５は、周囲光の発光強度が最小の時点に該当することになり、周囲光を含む赤外反射光が測定される。また、時刻ｔ１５の前後の時刻ｔ１４、ｔ１６による周囲光のみの放射照度を測定することにより、図２（ｂ）示した測定パターンを構成することができる。上述したように、時刻ｔ１４、ｔ１５、ｔ１６の測定パターンでは、ノイズとなる周囲光成分をほぼ除去できる。
【００４６】
このため、図３（ａ）の測定パターンでは、第１回目の近接測定の測定値から算出された赤外反射光照度Ｒ１は周囲光成分が除去されずに残っており、第２回目の近接測定の測定値から算出された赤外反射光照度Ｒ２では周囲光成分がマイナスの値を取るので、Ｒ１はＲ２よりも大きくなる。そこで、Ｒ１とＲ２を比較して、数値の小さいＲ２の方を最終の赤外反射光照度として出力すれば、周囲光がほぼ除去された赤外反射光照度が得られる。
【００４７】
また、Ｒ１とＲ２の平均（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）を最終の赤外反射光照度として出力しても良い。この場合、ｔ１１における測定値及びｔ１３における測定値の平均とｔ１２における測定値との差Ｄ１が、ｔ１４における測定値及びｔ１６における測定値の平均とＴ１５における測定値との差Ｄ２にほぼ等しくなるため、（Ｒ１＋Ｒ２）／２と演算すると、Ｄ１とＤ２が相殺され、ほぼ周囲光成分を除去できる。
【００４８】
次に、図３（ｂ）の測定パターンについて説明する。第１回目の近接測定は、周囲光発光強度の周期的変化の最大値から最小値に至るまでの間の領域における時刻ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３で測定が行われる。ｔ２２は赤外反射光の測定時刻、ｔ２２の前後のｔ２１、ｔ２３は、周囲光のみの測定時刻である。ここで、時刻ｔ２２における周囲光の放射照度は、時刻ｔ２１における周囲光の放射照度と時刻ｔ２２における周囲光の放射照度の平均値にほぼ等しくなっており、図２（ａ）の測定パターンで説明したように周囲光成分がほぼ除去される。
【００４９】
一方、第２回目の近接測定では、第１回目の近接測定から周囲光の発光強度の変化の周期の１／２の後で測定を行っているため、第２回目の近接測定の時刻ｔ２５は、周囲光の放射照度が最小値から最大値に至るまでの間の領域における時刻ｔ２４、ｔ２５、ｔ２６で測定が行われる。ｔ２５は周囲光を含む赤外反射光の測定時刻、ｔ２５の前後のｔ２４、ｔ２６は、周囲光のみの測定時刻である。ここで、時刻ｔ２５における周囲光の放射照度は、時刻ｔ２４における周囲光の放射照度と時刻ｔ２６における周囲光の放射照度の平均値にほぼ等しくなっており、図２（ａ）の測定パターンで説明したように周囲光成分がほぼ除去される。
【００５０】
以上のように、図３（ｂ）では、第１回目の近接測定及び第２回目の近接測定ともに、図２（ａ）の測定パターンを構成しているため、第１回目の近接測定の測定値によって算出された赤外反射光照度Ｒ３と、第２回目の近接測定の測定値によって算出された赤外反射光照度Ｒ４の平均値（（Ｒ３＋Ｒ４）／２）を、最終の赤外反射光照度として出力すれば良い。Ｒ３とＲ４がほぼ等しい場合は、上記のように平均値を出力しておけば良いが、時刻ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３の３点による測定領域と時刻ｔ２４、ｔ２５、ｔ２６の３点による測定領域の位置が異なる場合は、Ｒ３とＲ４が異なることになる。この場合Ｒ３とＲ４を比較して小さい方を最終の赤外反射光照度として出力すれば良い。算出された赤外反射光照度が小さいということは、周囲光放射照度の最小値に近い領域で測定されたものであると言えるので、図２（ｂ）の測定パターンに近づくため、周囲光成分の除去が確実になる。
【００５１】
なお、上記の条件を拡張して、周囲光発光強度の変化の周期の１／Ｎ毎に近接測定をＮ回連続して行うようにしても良い。言い換えると、周囲光発光強度の変化の周波数のＮ倍の周波数で近接測定を続けてＮ回行うようにしても良い。この場合は、周囲光発光強度の変化の１周期をＮ等分して、１周期の中で連続してＮ回近接測定が行われる。ここで、Ｎは、２以上の整数を示す。また、図３における説明と同様、最終の赤外反射光照度は、Ｎ回の測定毎にそれぞれ算出されたＮ個の赤外反射光照度のうち最も小さい値、又は算出されたＮ個の赤外反射光照度の平均値を算出結果として出力すれば良い。
【００５２】
しかし、赤外発光フォトダイオードの発光による負荷や消費電力の問題、演算処理時間等を考慮すると、現実的にはＮ＝２とするのが望ましい。
【００５３】
また、白熱灯やハロゲン光等の人工光源は、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の約２倍の周波数によって発光し、発光強度が変動している。したがって、本発明の近接測定方式を適用する場合、商用電源周波数の周期の１／４の周期毎の近接測定を、連続して２回実施するようにすれば良い。
【００５４】
本発明の赤外線測定装置の近接測定の測定動作について以下に説明する。図４は、測定動作のフローチャートを示し、図５はフォトダイオード３とＤＣ成分除去増幅器４とＡＤ変換器５のＡＤコンバータ部の回路構成を、図６は、主要な信号のタイムチャートを示す。
【００５５】
測定が開始されると、周囲光のゲイン判定を行う（Ｓ１）。ゲイン判定により、図５の積分回路及び放電回路において適切な容量のキャパシタが選択される。
【００５６】
積分回路は、オペアンプ６８と、オペアンプ６８の反転入力と出力との間に接続されたキャパシタ８４（１６ｐＦ）、８５（１５ｐＦ）、８６（１ｐＦ）と、これらのキャパシタを選択するスイッチ６３、６５等により構成される。また、放電回路は、バッファアンプ３９の出力に、並列に接続されたキャパシタ８２（１６ｐＦ）、８１（１５ｐＦ）、８０（１ｐＦ）と、これらのキャパシタを選択するスイッチ２３、２４、２５、２７、２８、３０等により構成される。なお、各スイッチの開閉動作は、ＰＳコントロールロジック１８からの制御信号により行われる。以下に述べるスイッチについても同様である。
【００５７】
例えば、周囲光の算出照度の最大値が４１６μＷ／ｃｍ２までの場合は、１ｐＦのキャパシタ８０、８６が回路に接続されるように、スイッチ２３、２４がオンとなる。周囲光の算出照度の最大値が４１６μＷ／ｃｍ２を超えて６．６５６ｍＷ／ｃｍ２までの場合は、１６ｐＦのキャパシタ８２、８４が回路に接続されるように、スイッチ２８、３０、６３がオンとなる。周囲光の算出照度の最大値が６．６５６μＷ／ｃｍ２を超えて１０６．５ｍＷ／ｃｍ２までの場合は、３２ｐＦのキャパシタが回路に接続されるように、スイッチ２３、２５、２８、２４、２７、３０、６４、６５がオンとなる。
【００５８】
ここで、３２ｐＦの容量のキャパシタは、回路中には存在しないが、キャパシタが並列接続された場合、その合計容量は、各キャパシタの容量を加算したものとなるので、スイッチ２３、２５、２８、２４、２７、３０をオンとすれば、放電回路において３２ｐＦのキャパシタを得ることができる。また、スイッチ６４、６５をオンとすれば積分回路において３２ｐＦのキャパシタを得ることができる。
【００５９】
ゲイン判定を行う前に、まず、高感度で光電流を検出するか否かでスイッチ３３、３４、３５、３６を切り替える。フォトダイオード３７、３８は、図１のフォトダイオードからなる受光素子３に相当するものであり、実際の回路においては、複数のフォトダイオードで受光すれば高感度となり、１個のフォトダイオードで受光すれば通常の感度となるので、高感度測定を行うか否かでスイッチ３４、３６を切り替える。フォトダイオード３７（×７）は、複数のフォトダイオードが直列に接続された構成を有し、フォトダイオード３８（×１）は１個のフォトダイオードで構成されていることを示している。例えば、高感度測定を行いたい場合は、スイッチ３３、３６をオンにし、スイッチ３４、３５をオフにする。本実施例では、フォトダイオード３８を用いるように、スイッチ３５、３６が開閉されるものとする。
【００６０】
その後、３点のデータ採取を行う第１回目の近接測定における最初の周囲光測定を行う。フォトダイオード３８で検出された光電流は、オペアンプ６８の反転入力端子に入力される。このとき、定電流源２０とスイッチング用のトランジスタ２１、オペアンプ等で構成されたＤＣ除去増幅器４により光電流のＤＣ成分をカットし、周期成分を増幅する。これは、トランジスタ２１を介して定電流源２０によりフォトダイオード３８のカソード側からアノード側に電流を流すことにより、フォトダイオード３８に印加されているＤＣ電圧を除去する。
【００６１】
このとき、スイッチ３１をオンし、スイッチ６７をオンにして、オペアンプ６８をバッファアンプとして用い、出力PAOUT1をコンパレータ７３〜７７で比較する。コンパレータ７３の一方の入力端子には、閾値電圧としてバッファアンプ６９から出力される電圧VREFが入力されている。このVREFは、ＤＣバイアスVBGをバッファアンプ２０を通して作成される。
【００６２】
また、バッファアンプ２０の出力電圧VREFは、次に接続された直列接続された複数の抵抗により分圧されており、バッファアンプ７０の出力にはVREF×７／９の電圧が、バッファアンプ７１の出力にはVREF×５／９の電圧が、バッファアンプ７２の出力にはVREF×３／９の電圧が、バッファアンプ６０の出力にはVREF×２／９の電圧が、接地ラインと接続されたＲ／２の抵抗の端子にVREF×１／９の電圧が生成される。これにより、コンパレータ７４の一方の入力端子には閾値電圧VREF×７／９が、コンパレータ７５の一方の入力端子には閾値電圧VREF×５／９が、コンパレータ７５の一方の入力端子には閾値電圧VREF×３／９が、コンパレータ７７の一方の入力端子には閾値電圧VREF×１／９が入力されている。
【００６３】
ここで、最初の周囲光測定による光検出信号PAOUT1を各コンパレータ７３〜７７により比較し、どの範囲にあるかを判定する。このときの光検出信号PAOUT1は、例えば、１４μＳ以内の期間で、対数変換器６を介してレジスタ回路１４に取り込まれる。また、光検出信号PAOUT1は、ＰＳコントロールロジック１８に出力される。ＰＳコントロールロジック１８では送信されたデータを判定し、光検出信号PAOUT1が例えばVREF×７／９より大きく、VREFより小さい場合は、ダイナミックレンジは小さくて良いので、３２ｐＦのキャパシタが選択されるように、ＡＤ変換器５に制御信号を送信し、ＡＤ変換器５のスイッチ２３、２５、２８、２４、２７、３０、６４、６５をオンとする。
【００６４】
また、光検出信号PAOUT1が例えばVREF×３／９より大きく、VREF×５／９より小さい場合は、ダイナミックレンジは大きくする必要があるので、１ｐＦのキャパシタが選択されるように、スイッチ２３、２４がオンとなる。
【００６５】
なお、図５に示されるように、接地ラインと接続されたＲ／２の抵抗の端子とコンパレータ７７の端子と間には、接地されたキャパシタが挿入されている。
【００６６】
以上の最初の周囲光測定におけるゲイン判定のための光検出信号取り込み及びゲイン判定の期間Ｔ１は、図６に示すように、例えば合計で１４．１μＳで処理されるように構成される。図６では、コンパレータ７６の出力COUT2がハイレベルとなった例が示されている。この例では、上述したように、１ｐＦのキャパシタが選択されるように、スイッチ２３、２４がオンとなる。
【００６７】
次に、一定の待ち時間Ｔ２を経た後、周囲光の光電流積分を開始する（Ｓ２）。図６の例では、待ち時間Ｔ２を１９．８μＳとしている。この光電流の積分では、スイッチ６７がオフとなり、スイッチ６４、６５もオフの状態を維持する。また、スイッチ６２、８７がオンとなる。オペアンプ６８とキャパシタ８６（１ｐＦ）の積分回路においてキャパシタ８６に充電されることにより、光電流信号の積分が行われる。
【００６８】
キャパシタ８６が充電されるにしたがい、VREF×１／９を初期電圧としてオペアンプ６８の出力電圧PAOUT1は上昇していく。
【００６９】
オペアンプ６８の出力は、コンパレータ７３〜７７に入力される。この充電の過程で、最初の周囲光の光電流積分から所定の時間が経過したかどうか判定される（Ｓ２１）。最初の周囲光の光電流積分から所定の時間が経過していない場合（Ｓ２１  NO）には、Ｓ３１の判定処理が行われる。積分されたオペアンプ６８の出力PAOUT1が、VREFよりも高くなると（Ｓ３１YES）、コンパレータ７３〜７７は、それぞれハイレベル信号を出力し、COUT0、COUT2、COUT3、COUT4、COUT5はすべてハイレベル信号になる。これらのハイレベル信号がＰＳコントロールロジック１８に出力される。
【００７０】
ＰＳコントロールロジック１８では送信されたデータを判定し、制御信号をＡＤ変換器５に出力して、スイッチ２２、２３、２４、６７をオンにし、キャパシタ８６の大放電（一括放電）を開始する（Ｓ３）。この一括放電モードでは、キャパシタ８６の蓄積電荷は放電回路のキャパシタ８０に移される。これにより、オペアンプ６８の出力PAOUT1は、VREF×１／９まで低下する。一方、オペアンプ６８の出力PAOUT1が、VREF以下のときは（Ｓ３１NO）、Ｓ２１とＳ３１の判定処理を繰り返して行い、PAOUT1がVREFよりも高くなるまで待つ。しかし、所定の時間経過しても（Ｓ２１  YES）、PAOUT1がVREFよりも高くならない場合がある。この場合は、次のＳ４の処理に移る。
【００７１】
他方、一括放電によりPAOUT1が、VREF×１／９以下に低下すると、コンパレータ７７の出力COUNT0はローレベル信号となり、これがＰＳコントロールロジック１８に伝達される。ＰＳコントロールロジック１８は、制御信号によりスイッチ２３、２４、６７をオフにし、ALUOUT信号に一括放電量を示す所定値を加算して、キャパシタ８６の一括放電を終了する（Ｓ３からＳ２１へ）。これにより、オペアンプ６８の出力電圧は、再び上昇する。最初の周囲光の光電流積分から所定の時間が経過しておらず、オペアンプ６８の出力PAOUT1が、VREFよりも高くなると、再び、キャパシタ８６の一括放電が行われる（Ｓ３）。これ以降も、最初の周囲光の光電流積分から所定の時間が経過するまで、オペアンプ６８の出力PAOUT1がVREFに達する毎に、キャパシタ８６に蓄えられた電荷が一括放電されることが繰り返される。
【００７２】
PAOUT1において、上記の充電と一括放電の状態を示すのが、図６に示す期間Ｔ３の充電＋一括放電時間における鋸波形である。Ｔ３の期間は、例えば１４７μＳであることが示されている。この場合、Ｔ３の期間の間、充電と一括放電が繰り返して行われる。
【００７３】
所定の時間（Ｔ３の期間）が経過すると（Ｓ２１  YES）、周囲光の光電流積分を終了する（Ｓ４）。スイッチ３５をオフ、スイッチ３６をオンにし、その時点でのPAOUT1信号のレベルVCをコンパレータ７３〜７７を用いてどの電圧範囲にあるかを判定する。例えば、COUT0はハイレベル信号で、COUT2、COUT3、COUT4、COUT5はすべてローレベル信号となった場合、充電後の電圧VCは、VREF×１／９〜VREF×３／９の電圧範囲にあることがわかる。この場合、VCの電圧から電圧範囲VREF×１／９〜VREF×３／９の下限値VREF×１／９まで最大３２回で段階的に放電する（Ｓ５）。
【００７４】
この段階放電モードでは、ＰＳコントロールロジック１８からの制御信号により、スイッチ２２、２３、２４、６７をオンにし、キャパシタ８６の段階放電を開始する。この段階放電モードでは、キャパシタ８６の蓄積電荷を複数の段階に分けた電荷分が放電回路のキャパシタ８０に移される。以降もスイッチの切り替えにより、キャパシタ８６の残存する電荷が所定値になるまで、所定量ずつ段階的な小放電が繰り返し行われる。この段階放電の回数は、図６に示すCOUNTSTEP信号で計測される。
【００７５】
そして、一括放電量を示すALUOUT信号に、段階放電回数を計測したCOUNTERSTEP信号の値を加算し、加算結果のALUOUT信号により、キャパシタ８６の総充電量を算出し、その結果に応じたデジタル値が、ＡＤ変換器５の変換結果として出力される。
【００７６】
このように、一括放電と段階放電を使い分けて、一括放電で大まかな測定を行うとともに、最後だけ段階放電で細かく測定することができるので、複雑な外部制御を要することなく、入力ダイナミックレンジの拡大と最小分解能の向上を両立し、さらに、測定時間を短縮することが可能となる。
【００７７】
次に、上述したＳ１の周囲光ゲイン判定の場合と同様な方法により、周囲光成分が含まれた赤外反射光のゲイン判定を行う（Ｓ６）。上記Ｓ２〜Ｓ５及びＳ２１、Ｓ３１で述べたと同様の方法により、周囲光成分が含まれた赤外反射光の光電流の積分を開始し（Ｓ７）、所定の時間が経過するまで（Ｓ２２）、PAOUT1＞VREFかどうかを判定し（Ｓ３２）、PAOUT1＞VREFの場合（Ｓ２２ YES）、一括放電する（Ｓ８）。所定の時間が経過するまで、充電＋一括放電を数回繰り返した後（Ｓ７、Ｓ８、Ｓ２２、Ｓ３２）、所定の時間が経過すると、周囲光と赤外反射光の光電流積分を終了し（Ｓ９）、最大３２段階までの回数による段階放電が行われる（Ｓ１０）。ここで、ゲイン判定時間Ｔ１と待ち時間Ｔ２と充電＋一括放電時間Ｔ３の合計時間であるＴ５の期間の間、赤外線ＬＥＤ（赤外発光ダイオード４２）が発光を行う。なお、赤外線ＬＥＤが発光するのは、赤外反射光測定時のみである。
【００７８】
次に、上記Ｓ２〜Ｓ５及びＳ２１、Ｓ３１と同様の方法で、周囲光の光電流積分（Ｓ１１）、所定の時間が経過するまで、充電＋一括放電を数回繰り返す動作（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２３、Ｓ３３）、周囲光の光電流積分の終了（Ｓ１３）、段階放電（Ｓ１４）が行われる。Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ３３の処理を行うに際して、Ｓ１で周囲光ゲイン判定処理を行っているので、再度周囲光ゲイン判定を行う必要はない。Ｓ１〜Ｓ１４及びＳ２１〜Ｓ２３及びＳ３１〜Ｓ３３の処理により得られた測定データによるノイズ除去のための演算を行う（Ｓ１５）。これは、図９の説明で示した上記（１）式による計算を行う。すなわち、周囲光成分を含む赤外反射光の測定時刻の前後の時刻における周囲光の赤外線成分を測定し、これらの値の平均を対象物からの赤外反射光測定値から引き算することにより周囲光の赤外線成分を除去する。この演算処理は、ＰＳコントロールロジック１８で行われる。
【００７９】
Ｓ１〜Ｓ１５、Ｓ２１〜Ｓ２３、Ｓ３１〜Ｓ３３の処理により得られた測定データが第１回目の測定により得られたデータであれば（Ｓ１６ NO）、時間待ち（Ｓ１８）を行った後、第２回目の測定のために、Ｓ１の周囲光ゲイン判定に戻る。Ｓ１８の時間待ちは、例えば、第１回目の測定開始から５ｍＳまでの間は、次の第２回目の測定に移行しないようにする。第１回目の測定処理と同様、第２回目の測定に関するＳ１〜Ｓ１５、Ｓ２１〜Ｓ２３、Ｓ３１〜Ｓ３３までの処理を行う。
【００８０】
なお、第２回目の測定は、第１回目の近接測定から周囲光の発光強度の変化の周期の１／２の後で測定を行う。一方、第２回目の測定により得られたデータであれば（Ｓ１６ YES）、図３に示す測定パターンが構成されているので、ＰＳコントロールロジック１８により、２回の近接測定により得られた２つの演算値を比較して小さい方を出力するか、又は２つの演算値の平均値を出力する（Ｓ１７）。これにより、処理は終了する。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の光検出装置は、特に、スマートフォン、携帯電話、カーナビゲーションシステム、ノートパソコン、タブレットＰＣ等に適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１    ＬＥＤパルス発生器
２    赤外線ＬＥＤドライバ
３    受光素子
４    ＤＣ成分除去増幅器
５    ＡＤ変換器
６    対数変換器
７    タイミング制御回路
８    発振回路
９    受光素子
１０  増幅器
１１  キャパシタ
１２  ＡＤ変換器
１３  ＡＬＳコントロールロジック
１４  レジスタ回路
１５  ＰＳインタフェース
１６  ＰＯＲ
１７  Ｉ２Ｃインタフェース
１８  ＰＳコントロールロジック
４０  近接物
４１  光源
４２  赤外発光ダイオード
４４  ＭＣＵ
５０  近接測定部
５１  照度測定部
【図１】
2013145133.tif 000003
【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】
2013145133.tif 000009
【図８】
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【図９】
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