(57)【要約】  本発明は所定の周波数で変調された光信号の定量および特定を行うためのデバイスに関する。本発明では、該デバイスはデジタル制御ユニット１００と、２つの平行かつ隣接した受信線Ｌ＋，Ｌ−に沿って配置された複数の光ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４．．．であって、該受信線は同様の寸法および電気特性を有し、復調器４００に接続された増幅器デバイス３００から延びており、かつ増幅器デバイス３００の入力において差動対を形成する光ダイオードとを備える。それらは２つの受信線Ｌ＋，Ｌ−に連続的に接続されるように、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を通じて制御される。増幅器デバイス３００は、各時間において２つの受信線Ｌ＋，Ｌ−に接続された光ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４によって受信される光を定量する信号を該時間において出力する。増幅器デバイス３００は、トランスインピーダンス増幅器段３１０であって、その入力が差動対の受信線Ｌ＋，Ｌ−のうちの１つに各々接続されているトランスインピーダンス増幅器段と、所定の周波数の信号を通過させて少なくとも連続的な信号または低周波信号のフィルタリングを行う周波数フィルタリング段３２０とをさらに備える。
2012513274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で変調された光信号の定量および特定を行うためのデバイスにおいて、デジタル制御ユニット（１００）と、２つの平行かつ隣接した受信線（Ｌ＋，Ｌ−）に沿って配置された複数の光ダイオード（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４．．．）であって、該受信線は同様の寸法および電気特性を有し、復調器（４００）に接続された増幅器デバイス（３００）から延びており、かつ、増幅器デバイス（３００）の入力において差動対を形成する、光ダイオードと、を備え、各光ダイオード（Ｄｉ）の２つの端子はそれぞれ受信線（Ｌ＋，Ｌ−）のうちの１つに接続されており、それらの端子のうちの１つは、デジタル制御ユニット（１００）によって制御される２つの出力および１つの入力を有する種類のスイッチ（ＳＷｉ）を介して受信線に接続されており、このスイッチ（ＳＷｉ）は光ダイオード（Ｄｉ）の短絡を引き起こすことが可能であり、スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）は光ダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）が２つの受信線（Ｌ＋，Ｌ−）に連続的に接続されるように制御され、デジタル制御ユニット（１００）による連続的な接続のシーケンスを通じた制御によって、増幅器デバイス（３００）の入力において受信される差動信号の導出される光ダイオード（Ｄｉ）の各時間における識別が行われ、増幅器デバイス（３００）の出力は、各時間において２つの受信線（Ｌ＋，Ｌ−）に接続された光ダイオード（Ｄｉ）によって受信される光を定量する信号（ＶＡ）を該時間において出力し、増幅器デバイス（１００）は、トランスインピーダンス増幅器段（３１０）であって、その入力が差動対の受信線（Ｌ＋，Ｌ−）のうちの１つに各々接続されているトランスインピーダンス増幅器段と、所定の周波数の信号を通過させて少なくとも連続的な信号または低周波信号のフィルタリングを行う周波数フィルタリング段（３２０）と、をさらに備える、デバイス。
【請求項２】
トランスインピーダンス増幅器段（３１０）の各入力は抵抗器（Ｒ１１，Ｒ１２）を介して接地されており、該抵抗器の値の間の比は、外部源の電場、およびトランスインピーダンス増幅器段（３１０）の入力における２つの受信線（Ｌ＋，Ｌ−）上のフィルタの周波数通過帯域に近い周波数の電場によって生じる電流による電位差が同一であることを保証するように調節されるかまたは調節可能である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
トランスインピーダンス増幅器段（３１０）は演算増幅器（ＡＯ３１０）を備え、フィルタリング段（３２０）は、演算増幅器（ＡＯ３１０）に結合されてデバイスの動作領域におけるインダクタンスのシミュレーションを行うジャイレータアセンブリ負荷を備える、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
ジャイレータアセンブリは演算増幅器（ＡＯ３２０）を備え、該演算増幅器（ＡＯ３２０）は、トランスインピーダンス増幅器段（３２０）の演算増幅器（ＡＯ３２０）の負荷インピーダンス（Ｒ３１０）の２つの端子に接続されたその出力に対する演算増幅器（ＡＯ３２０）の負の入力の直接接続による直接の負の応答を有し、トランスインピーダンス増幅器段の負の入力は、抵抗器（ＲＬ３２０）を介してトランスインピーダンス増幅器段（３１０）の演算増幅器（ＡＯ３１０）の負の入力にも接続されており、正の入力は、キャパシタ（Ｃ３２０）を介してトランスインピーダンス増幅器段（３１０）の演算増幅器（ＡＯ３１０）の負の入力と、抵抗器（Ｒ３２０）を介してトランスインピーダンス増幅器段（３１０）の演算増幅器（ＡＯ３１０）の出力とに接続されている、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
定量および特定される光信号は、所定の周波数で制御された１つ以上のエミッタ（Ｅｉ）によって放出される光から導出され、デジタル制御ユニット（１００）は、照明期間中に電荷を蓄積するように、所定の周波数で、かつ、エミッタ（Ｅｉ）の制御信号に同期して復調器（４００）を制御する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
線（Ｌ＋，Ｌ−）は磁気揺らぎを制限するように撚られる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
物体（ＯＢ）の存在または位置を検出するためのデバイスにおいて、請求項１乃至５のうちの一項に記載の所定の周波数で変調された光信号の定量および特定を行うためのデバイスと、光信号の定量および特定を行うための前記デバイスの制御装置（１００）によって制御された所定の周波数にて光を放出するエミッタ（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）と、を備え、それらのエミッタ（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）は、光信号の定量および特定を行うための前記デバイスの光ダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）と交互に配置されている、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の定量および特定を行うことの可能なデバイスの分野一般に関する。
より詳細には、本発明は、複数の光ダイオードによって捕捉される光信号の観測に関し、この光は所定の周波数に変調されている。幾つかの受信器を提供することによって、信号の有効な特定が可能となる。
【背景技術】
【０００２】
本発明には、詳細には、特許文献１および２に記載のものなど、光学検出器における用途が見出される。
光ダイオードは電流発生器として働く光電子部品である。発生される電流は、光ダイオードの感度部分を照明する光出力に比例する。
【０００３】
本発明は、特に、エミッタによって放出され、次いでアクチュエータによって反射される光出力の測定に関する。
光エミッタは、通常、赤外線または可視光線の領域において放出を行う発光ダイオードであり、放出される光の強度は所与の所定の周波数に変調される。
【０００４】
アクチュエータは、有利には、特に本発明に関する用途では、ユーザの指である。
アクチュエータによって反射された光出力は、次いで、１つ以上の光ダイオードによって受光され、この光ダイオードから導出される電流の測定値によって光出力に関する情報が与えられる。この情報は、マイクロコントローラ型の論理システムによる処理の後に受信される。
【０００５】
光ダイオードによって放出される電流を測定するには、最も簡単なデバイスは、光ダイオードに並列に配置され、電流−電圧変換器として働く抵抗器と、それに付随して抵抗器の端子において測定される電圧の捕捉を可能とするアナログ／デジタル変換器と、続いてマイクロコントローラによるこの電圧の処理と、から構成される。
【０００６】
これらの種類のデバイスは、幾つかの欠点を有することが知られている。
抵抗器端子における電圧がダイオードの閾値電圧（一般に約０．６ボルト）より高くなると、光ダイオードは従来のダイオードとして働き、導通する。したがって、抵抗器の端子において測定される電圧が０．６ボルトを超えることは不可能である。
【０００７】
加えて、小型の光ダイオードの発生する光電流は一般に非常に小さく、平方センチメートル当たり１ミリワットの光強度に対し数マイクロアンペア程度の大きさである。したがって、より高い抵抗値、約１メガオーム程度の抵抗器を用いることが必要である。係る負荷を用いると、システムの反応時間は、特に光ダイオードの内部静電容量のため、非常に長くなることがある。しかして、得られる最大周波数は非常に低い。
【０００８】
したがって、一般にトランスインピーダンス増幅器アセンブリを用いること、例えば、その出力がアナログ／デジタル変換器に接続されている演算増幅器を用いることが選択される。このアセンブリは、受光器の端子において略ゼロ電圧を設定するという長所を有するので、光ダイオードの端子における電圧関連の問題は克服される。充分に低い入力インピーダンスを有することによって、該アセンブリでは応答時間に関する問題は生じない。周波数１０ｋＨｚにおいて演算増幅器が１０７Ｈｚの利得帯域幅積を有するとすると、アセンブリは、１００ｋΩの負荷抵抗に対して１００Ωの入力インピーダンスを有する。
【０００９】
該アセンブリは、したがって、非常に弱い電流を増幅するためにしばしば用いられる。それにもかかわらず、該アセンブリは周波数に依らず全ての電流を増幅するという欠点を有する。
【００１０】
したがって、光学用途では、環境光の影響は、連続成分または超低周波成分（振幅がその信号の数桁増幅された振幅を超える）の開始につれて変化する。
例えば、ＨＳＤＬ  ５４２０ホトダイオード（Ａｇｉｌｅｎｔ製）（波長８７５ナノメートル、平方センチメートル当たり１ミリワットの放射に対し６マイクロアンペアの平均光電流を供給する）は、太陽スペクトルによる平方センチメートル当たり１４０ミリワットの放射に対し０．１ミリアンペアの大きさの命令の光電流を提供することが可能である。
【００１１】
比較すると、ユーザの指によって反射された光信号から導出される電流は、１ナノアンペアの所望精度を有する１０ナノアンペア程度の値まで低下することがある。
このように、連続成分または低周波成分と測定される信号との間には、１０５の係数が観察される。
【００１２】
光学用途では、光信号に関する他の揺らぎが考慮へ含められることが留意される。とりわけ、白熱電球は、５０または６０ヘルツの基線周波数に対して１００または１２０ヘルツの周波数で変動する光束を生成する。従来の蛍光灯も、１００または１２０ヘルツの周波数で変動する光束を生成し、絶対値（正弦波）整流は熱慣性のために平坦でない（したがって、多数の高調波を有する）。電子源を有する蛍光灯（電球形蛍光灯または節電電球など）は、より高い周波数（通常、約２０キロヘルツ）の光束を生成する。
【００１３】
他の赤外線通信機構、リモート制御、移動体機器間の赤外線通信なども、系を乱す場合がある。
これらの揺らぎを克服する１つの可能性は、外部揺らぎに対して可能な最小主題に選択される周波数に放出される信号を変調することである。
【００１４】
また、選択的な増幅器を用いることも可能である。特に、周波数の選択的な増幅を達成可能なアセンブリについて記載する文献、現在有効な特許、または公開されている特許には、多数の文書が存在する。
【００１５】
これらの選択的な増幅器では、とりわけ、特許文献３に記載のシステムなど、連続成分を抑制するためのシステムについて言及される場合がある。このシステムでは、光ダイオードから導出される信号がトランスインピーダンス増幅器によって増幅されるネガティブフィードバックループを用いられ、増幅された信号から低周波が抽出される。
【００１６】
この低周波が、次いで、変換増幅器によって電流に変換された後、この電流がトランスインピーダンス増幅器の入力信号から除去される。
特許文献４および５には、同様の原理によって動作するアセンブリについて記載されている。
【００１７】
これらのデバイスでは、有用な信号が寄生信号から隔離される。それにもかかわらず、それらのデバイスは、周囲の電磁気ノイズに対し脆弱であることによる制限を受けるので、高い利得を得ることを困難にするという欠点を有する。遮蔽が一般に用いられるが、そのコストのため大規模な実施は妨げられる。
【００１８】
特許文献６の一部には、トランスインピーダンス増幅器に１つの周波数帯域のみを増幅させることを可能とするアセンブリについて記載されている。このアセンブリは単純であ
るという長所を有し、１つの演算増幅器しか必要とせず、外部の能動部品を必要としない。それにもかかわらず、電磁気干渉に対する耐性は、連続成分を抑制するシステムと変わらない。
【００１９】
したがって、既知のシステムは高利得のために電磁気の揺らぎの影響を非常に受けやすく、特に帯域幅または外部揺らぎのフィルタリングに関して、光学センサに期待されるのに十分な性能レベルを可能としていないことが分かる。
【００２０】
最後に、既知の従来技術のデバイスは、使用部品の種類のために比較的高価であることが留意される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８９９３２６号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２８５９８７７号明細書
【特許文献３】米国特許第４４９１９３１号明細書
【特許文献４】米国特許第４２２７１５５号明細書
【特許文献５】米国特許第４２７５４５７号明細書
【特許文献６】欧州特許第１８８１５９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
したがって、本発明の主要な目的は、所定の周波数で変調された光信号の定量および特定を行うためのデバイスを提供することによって、従来技術デバイスの欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このデバイスは、デジタル制御ユニットと、２つの平行かつ隣接した受信線に沿って配置された複数の光ダイオードであって、該受信線は同様の寸法および電気特性を有し、復調器に接続された増幅器デバイスから延びており、かつ、増幅器デバイスの入力において差動対を形成する、光ダイオードと、を備え、各光ダイオードの２つの端子はそれぞれ受信線のうちの１つに接続されており、それらの端子のうちの１つは、デジタル制御ユニットによって制御される２つの出力および１つの入力を有する種類のスイッチを介して受信線に接続されており、このスイッチは光ダイオードの短絡を引き起こすことが可能であり、スイッチは光ダイオードが２つの受信線に連続的に接続されるように制御され、デジタル制御ユニットによる連続的な接続のシーケンスを通じた制御によって、増幅器デバイスの入力において受信される差動信号の導出される光ダイオードの各時間における識別が行われ、増幅器デバイスの出力は、各時間において２つの受信線に接続された光ダイオードによって受信される光を定量する信号を該時間において出力する。増幅器デバイスは、トランスインピーダンス増幅器段であって、その入力が差動対の受信線のうちの１つに各々接続されているトランスインピーダンス増幅器段と、所定の周波数の信号を通過させて少なくとも連続的な信号または低周波信号のフィルタリングを行う周波数フィルタリング段と、をさらに備える。
【００２４】
このデバイスにおいて、複数の光ダイオードを備える同様の特徴を有する２つの平行な受信線を結合することとともに、その入力が受信線のうちの１つに各々接続されておりフィルタリング段をサポートするトランスインピーダンス増幅器段を用いることとによって、その周波数とは無関係に外部の電磁場の影響を受けないことが保証される。
【００２５】
同様の受信線を用いることによって、それらの受信線の受ける電磁気揺らぎが同一であ
ることが保証されるとともに、増幅器段に対する入力における差動対の使用により、発生し得る全周波数を通じた電磁気揺らぎの除去を可能とすることが保証される。２つの線が同じ外部の電気揺らぎを受け、その両方が増幅器段の入力まで導かれるので、それらの揺らぎは、増幅が差動的であることによってほぼ除去される。
【００２６】
本発明には、差動増幅器に接続されたそれらの線の使用も組み合わせられ、光ダイオードは自身のスイッチを介して各々直接接続される。各光ダイオードの個々のスイッチを有効に使用することによって、差動対の線が可能な限り接近しほぼ平行としたままの注入が保証される。
【００２７】
各光ダイオードの２つの出力と１つの入力アナログスイッチとを使用することによって、ダイオードの短絡によるその発生電流を回路の残りの部分から絶縁すること、または差動対の線上に光ダイオードの２つの端子を接続することが可能となる。
【００２８】
また、直接の接続（スター形その他の接続ではなく）によって、異なる受信器とエミッタとの間の線の長さの変化が回避される（係る変化は、それらの線の長さまたは特性に関連した異なる電磁気揺らぎを生じさせる）。
【００２９】
したがって本発明では、受信線に対して光ダイオードの注入特性が増幅器段に対する入力における差動対としての受信線の使用と組み合わせられる。
スイッチによるダイオードの短絡は、ダイオードによって生じる電流を回路の残りの部分から隔離することを可能とする。ダイオードが後にスイッチを介して受信線に接続されるとき、光ダイオードはその内部キャパシタを介して電荷を貯蔵していない。光ダイオードが開回路に配置されることによって受信線から分離のみされた場合、その内部キャパシタは、光ダイオードが分離されている時間の間ずっと充電し、増幅器において直接放電し、それによって問題となる一時的な揺らぎを生じさせる。
【００３０】
加えて、本発明の他の特徴と組み合わせて１つ以上のローパスフィルタを用いることによって、受信線の対の差動性によっては除去不可能な低周波で通過する寄生光の除去が可能となる。
【００３１】
受信線上の光ダイオードの連続の接続によって、どのダイオードが受信線に接続されるかをデジタル制御ユニットが各時間において認識することが可能となる。制御装置は、したがって、光がエミッタによって放出されるときに光を受信するダイオードを特定することが可能である。随意では、スイッチ制御は、幾つかのダイオード、例えば、対称的にエミッタのいずれかの側に配置され、受信線に同時に接続される２つのダイオードであってもよい。
【００３２】
本発明の１つの好適な特性では、トランスインピーダンス増幅器段の各入力は抵抗器を介して接地されており、該抵抗器の値の間の比は、外部源の電場、およびトランスインピーダンス増幅器段に対する入力における２つの受信線上のフィルタの周波数通過帯域に近い周波数の電場によって生じる電流による電位差が同一であることを保証するように調節されるかまたは調節可能である。
【００３３】
この特性によって、トランスインピーダンス増幅器段の入力における２つの受信線上で、例えば、平行であっても異なる揺らぎ信号が受信されるときに、電気的な揺らぎが実際に類似していることが保証される。係る調節によって、増幅器により保証される差動効果のために揺らぎの影響が打ち消される。この調節は時間を通じて変化しない。すなわち、一般に、回路が開発されるときに最後に設定される。
【００３４】
本発明の１つの好適な特性では、トランスインピーダンス増幅器段が演算増幅器を備えるので、フィルタリング段は、演算増幅器に結合されている負荷でありデバイスの動作領域におけるインダクタンスのシミュレーションを行うジャイレータアセンブリを備える。
【００３５】
このジャイレータアセンブリの使用によって、通常の低コスト部品しか用いずに本発明によるデバイスの組立てが可能となり、廉価な大量生産が可能となる。
加えて、このジャイレータアセンブリは演算増幅器と負荷結合されているので、狭い周波数帯域を通じて高利得を有する非常に効率的なフィルタリングが可能となる。
【００３６】
特定の一実施形態では、ジャイレータアセンブリは演算増幅器を備え、該演算増幅器は、トランスインピーダンス増幅器段の演算増幅器の負荷インピーダンスの２つの端子に接続されたその出力に対する演算増幅器の負の入力の直接接続による直接の負の応答を有し、負の入力は、抵抗器を介してトランスインピーダンス増幅器段の演算増幅器の負の入力にも接続されており、正の入力は、キャパシタを介してトランスインピーダンス増幅器段の演算増幅器の負の入力と、抵抗器を介してトランスインピーダンス増幅器段の演算増幅器の出力とに接続されている。
【００３７】
このジャイレータアセンブリの構造によって、インダクタのシミュレーションが可能となる。
本発明の好適な一実施形態では、定量および特定される光信号は、所定の周波数で制御された１つ以上のエミッタによって放出される光から導出され、デジタル制御ユニットは、照明期間中に電荷を蓄積するように、所定の周波数で、かつ、エミッタの制御信号に同期して復調器を制御する。
【００３８】
この特徴によって、取得したデジタル信号がエミッタによる照明期間外に発生し得る揺らぎによって汚染されることが防止される。復調器はスイッチキャパシタ有する積分器であってよい。
【００３９】
本発明の追加の特性では、線は磁気揺らぎを制限するために撚られる。
また、本発明は、物体の存在または位置を検出するためのデバイスに関する。このデバイスは、本発明による所定の周波数で変調された光信号の定量および特定を行うためのデバイスと、光信号の定量および特定を行うための該デバイスの制御装置によって制御された所定の周波数にて光を放出するエミッタと、を備え、それらのエミッタは、光信号の定量および特定を行うための該デバイスの光ダイオードと交互に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によるデバイスを示す概略図。
【図２Ａ】本発明のデバイスにおいて用いられる受信線の実装の一例を示す配線図。
【図２Ｂ】本発明のデバイスにおいて用いられる受信線の実装の一例を示す集積回路における経路実装の図。
【図３】演算増幅器を有する従来の増幅器アセンブリを示す図。
【図４】本発明において用いられる差動増幅器デバイスの有利な一実施形態を示す図。
【図５】本発明において有利に用いられるジャイレータアセンブリを示す概略図。
【図６】図４に示したジャイレータアセンブリと同様のアセンブリを示す図。
【図７Ａ】本発明の特定の一実装を用いて取得される結果を示す図。
【図７Ｂ】本発明の特定の一実装を用いて取得される結果を示す図。
【図８】本発明のデバイスにおいて用いられるスイッチキャパシタを有する積分器を概略的に示す図。
【図９】本発明による物体の位置を検出するためのデバイスを示す図。
【図１０】図９における検出デバイスの異なる点で与えられる信号を示す図。
【図１１】本発明による検出デバイス用の一例のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１には、本発明による光信号の定量および特定を行うためのデバイスを概略的に示す。このデバイスは、デジタル制御ユニット１００と、同様の寸法および電気特性を有する一対の平行な受信線Ｌ＋，Ｌ−に沿って配置された複数の光ダイオード（ここでは４個の光ダイオードＤ１〜Ｄ４）と、を備える。
【００４２】
これらの受信線Ｌ−，Ｌ＋は積分器の復調器４００に接続された増幅器デバイス３００から延びており、復調器４００の出力信号をアナログ／デジタル変換器５００が処理し、得られたデータを制御装置１００に送信する。受信線Ｌ−，Ｌ＋は、増幅器デバイス３００の入力において差動対を形成する。
【００４３】
本発明では、図２Ａに示すように、各光ダイオードＤｉの２つの端子は受信線Ｌ＋，Ｌ−のうちの１つに接続されている。これらの端子のうちの１つは、２つの出力と１つの入力とを有する種類のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を介して接続されている。各スイッチは、クロックｔと同期されているＣＤ１〜ＣＤ４で表す信号により、デジタル制御ユニット１００によって制御される。
【００４４】
スイッチＳＷｉの２つの出力は、ダイオードＤｉの端子の受信線（ここではＬ−）に対する接続と、ダイオードＤｉの短絡とに相当する。
スイッチに関連した差動線と光ダイオードの経路の実装の一実施例を、図２Ｂに示す。
【００４５】
デジタル制御ユニット１００により受信線Ｌ−に対する光ダイオードの連続的な接続のシーケンスを制御することによって、増幅器デバイス３００の入力において受信される差動信号の導出される光ダイオードＤｉの各時間における識別が行われる。この特性によって、１つの同じ照明期間において最大の出力の光が受信される光ダイオードを識別することにより、受信される光を特定することが可能となる。
【００４６】
なお、随意で幾つかのダイオードが同時に２つの受信線に接続されてよい。例えば、１つの同じエミッタに対して対称な２つのダイオードが、同時に２つの受信線に接続されることが可能である。
【００４７】
増幅器デバイス３００は、その出力において、各時間において２つの受信線Ｌ＋，Ｌ−に接続された光ダイオードによって受信される光を定量する信号（ＶＡで表される）を該時間において出力する。
【００４８】
本発明の好適な一実施形態では、各受信線Ｌ−，Ｌ＋は、増幅器デバイス３００の入力に位置する抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２によって、それぞれ接地されている。
これらの抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２は、本発明では、有利には、アセンブリを形成する時に調節されるが、ユーザによって調節されることも可能であり、様々な構成にデバイスを適応させることができる。図２Ｂに示す回路では、トランスインピーダンス演算増幅器の反転入力に接続されている線は、コンポーネントとＳＰＤＴ（単極双投）マルチプレクサを担う。したがって、電場の影響をわずかにより受けやすい。抵抗器Ｒ１２の値は、したがって、回路を固定周波数の電場にさらすことによって、また増幅器の出力において得られる信号を最小化するようにすることによって、反復的に調節される。例えば、非反転入力に接続されている抵抗器Ｒ１１については１ｋΩが得られ、他方の抵抗器Ｒ１２に対しては９２０Ωが得られる。
【００４９】
詳細には、このデバイスは、２つの受信線Ｌ−，Ｌ＋が異なる揺らぎ電気および／または磁気信号を受信する環境に適合可能である。
増幅器デバイス３００は、トランスインピーダンス増幅器段であって、その入力が差動対２００の受信線Ｌ−，Ｌ＋のうちの１つに各々接続されているトランスインピーダンス増幅器段と、所定の周波数の信号を通過させて少なくとも連続的な信号または低周波信号のフィルタリングを行う周波数フィルタリング段と、を備える。
【００５０】
係る増幅器デバイス３００の一例を図３に示す。増幅器デバイス３００は２つの部分３１０，３２０から形成されており、部分３１０は演算増幅器ＡＯ３１０を有する簡単な反転トランスインピーダンスアセンブリの特性を再生し、部分３２０は所定の周波数において差動信号のフィルタリングを可能とする。
【００５１】
増幅器デバイス３００の出力は、したがって、主として差動信号に含まれる所定の周波数の信号のみを含む。
図３の増幅器デバイス３００の構造は本発明の好適な実施形態を形成するが、しかしながら、本発明の実装に必要な、また特許請求の範囲に記載の機能と同一の機能を満たす他の可能な実施形態が除外されるものではない。
【００５２】
図４には、既知の電子アセンブリにおいて従来用いられている演算増幅器ＡＯ３０１を有する段階３０１を示す。このアセンブリ３０１は、演算増幅器ＡＯ０３１の負入力上の負荷抵抗器Ｒ３０１を介するフィードバックを有する演算増幅器ＡＯ０３１を備える。
【００５３】
係るアセンブリでは、入力信号Ｉｉｎの増幅された信号に対応する増幅された出力信号Ｖｏｕｔが得られる（Ｖｏｕｔ＝Ｒ３０１Ｉｉｎ）。
図４に示す増幅器アセンブリは、周囲の電場磁場に対する感度に関して、特定に興味深い性能を示さない。この感度は、増幅器の利得が高いとき、特に問題である。それらは受信される信号と干渉して信号を歪ませる。
【００５４】
図５には、図３の増幅デバイス３００におけるフィルタ段３２０として実装されるジャイレータアセンブリを示す。差動対が接続される増幅器と組み合わされて、係るジャイレータアセンブリはインダクタの存在をシミュレートし、所望の周波数フィルタリングを導く。図３では、このジャイレータアセンブリは演算増幅器ＡＯ３１０に結合された負荷であり、入力電流を受け取る。
【００５５】
図５では、この電流は、ジャイレータアセンブリ３２１へ所与の電流を注入する光ダイオードＤ３２１の存在によって示されている。この電流は、残りの部分ではＩで表される。したがって、係るアセンブリが電流制御されるとき、Ｄ３２１の端子における電圧は次式の通りである。
【００５６】
【数１】
2012513274.tif 000003
【００５７】
これは図６に示す回路に等しい。
係るアセンブリは、したがって、インダクタをシミュレートする。
図６に示すアセンブリの複素インピーダンスは、ＶＥの計算によって得られるものと実質的に同一である。
【００５８】
ジャイレータアセンブリをそれの等しいインピーダンスＺに置換することによって、図３におけるアセンブリの利得を算出するときに、ジャイレータアセンブリに示された図５に取得された方程式を用いて、発明者らは次のものを取得する：
【００５９】
【数２】
2012513274.tif 000004
【００６０】
係数Ｒ１２ｉ＋が測定値を乱すので、真の差動増幅器ではないことが分かる。
しかしながら、本発明における関心の周波数については、インピーダンスＺが抵抗器Ｒ１２より充分に大きいと見なすことができるので、得られる増幅器は差動増幅器の良好な近似であると見なすことが可能である。
【００６１】
周波数に依存する増幅器の利得は、一部の増幅された周波数帯域を他の周波数帯域から精密に隔離することを可能とする。したがって、フィルタが存在する状態にある。周波数の関数として利得を表すことによって、フィルタリング周波数の可視化が可能となる。
【００６２】
これによって、狭い周波数フィルタリングを有する増幅器が与えられ、これは、従来技術のアセンブリを得るのに必要であるよりも限定された性能レベルの演算増幅器によって達成可能である。
【００６３】
図３のアセンブリによる実施形態の定量的な一例を図７Ａおよび図７Ｂに関連して以下に与える。図７Ａおよび図７Ｂには、選択した電子部品によって得られる結果を示す。用いた演算増幅器ＡＯ３１０は、二重演算増幅器、ＴＬＣ２２７２（テキサスインスツルメント（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製）である。演算増幅器ＡＯ３２０は、ＳＴマイクロエレクトロニクス（ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）製のＴＳ４６１演算増幅器である。
【００６４】
図６のアセンブリの相当値（ｖａｌｅｕｒｓ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｅｓ）Ｌ，Ｒ，Ｃは、ＲＬ３２１＝１ｋΩ，Ｃ３２１＝２００ｐＦ，Ｒ３２１＝１ＭΩである。このとき、相当するインダクタンスは、Ｌ＝ＲＬ３２１×Ｒ３２１×Ｃ３２１＝０．２Ｈである。このとき、フィルタリング周波数は、図７Ａに見られるように１０５ヘルツを中心とする通過帯域を有する。図７Ｂには、フィルタの位相挙動を示す。図７Ｂには、出力信号と入力信号との間の位相差を示す。
【００６５】
【数３】
2012513274.tif 000005
【００６６】
図７ＡにはＶｏｕｔ０（ω）を示し、図７Ｂにはφ（ω）を示す。入力および出力位相
はシフトしている。
周波数フィルタリングに加えて、増幅器デバイス３００に対する入力に差動対２００として搭載される２つの受信線を使用することによって、ジャイレータアセンブリによって形成されるフィルタ段３２０の通過帯域に対応する周波数帯域における最大の電磁気干渉がコモンモード干渉となることが可能である、すなわち、差動対２００の両方の線に対し同じ効果を有する。したがって、差動増幅器によって除去される。
【００６７】
他方、２つの受信線に接続された光ダイオードＤｉから導出される電流は差動であり、線のうちの１つに対するこの電流の極性は第２の線に対するこの電流とは反対の極性である。この電流の差動は、したがって、差動増幅器の出力において見出される。
【００６８】
加えて、光ダイオードの独立かつ連続した活性化によって、各短絡した光ダイオードが事実上ゼロの負荷インピーダンスを有するとともに、増幅器も非常に低い入力インピーダンスを有するので、各光ダイオード上のインピーダンスにおける変化を回避することが可能となる。
【００６９】
他方、先に短絡していない各光ダイオードの回路を開とすることに限定した場合、光ダイオードの負荷はゼロインピーダンスから無限大のインピーダンスまで変化し、回路が閉とされると反対に変化する。
【００７０】
インピーダンスの係る変化によって、増幅器における光ダイオードの内部キャパシタの充電および放電が生じ、差動増幅器デバイス３００に対する入力における一時的な揺らぎの問題を発生させる。
【００７１】
図８には、スイッチキャパシタ４００を有する積分器復調器アセンブリを示す。このアセンブリ４００は、その入力において、増幅器デバイス３００からの増幅された電圧ＶＡ出力を受信する。
【００７２】
この積分器アセンブリ４００は、残留する低周波寄生信号をさらに除去することを可能とする第１の部分を備える。それは、フィルタＲＣを形成する要素ＣＢおよびＲＢである。
【００７３】
信号ＶＡは、エミッタＥｉのうちの１つのスイッチが入れられるときに、単独で、その統合を実行可能なアセンブリの部分へ送られる。この目的のため、２出力、１入力のスイッチＳＷ４００が、電圧ＶＡが統合のために送られる位置から電圧ＶＡが負荷抵抗器Ｒ４０１へ送られる位置に切り替えられる。スイッチＳＷ４００は、したがって、有利にはエミッタＣＥｉの制御信号によって制御される。
【００７４】
スイッチＳＷ４００が統合のために電圧ＶＡが送られる位置にあるとき、電圧ＶＡは、次いで、抵抗器Ｒ４０２を介して演算増幅器ＡＯ４００の負の入力Ｅ−へ送られる。この入力Ｅ−は、抵抗器Ｒ４０３を介して接地される。演算増幅器ＡＯ４００の他方の入力Ｅ＋は、負荷抵抗器Ｅ４０１に接続されている。
【００７５】
信号の統合中、電圧ＶＡは、演算増幅器ＡＯ４００の負の入力においてフィードバックキャパシタＣ４００へ送られる。このキャパシタＣ４００は、次いで、積分器４００の入力に送信された電流を蓄積する。
【００７６】
蓄積された信号ＶＣ４００は、次いで、制御信号ＣＤｉに同期した時間に、アナログ／デジタル変換器５００によって読み出されることが可能である。
したがって、光ダイオードＤｉのうちの１つの各接続の端部において、信号ＶＣ４００
はアナログ／デジタル変換器によって収集され、次いで、キャパシタＣ４００はスイッチＳＷ４０１を介して放電され、スイッチＳＷ４０１は、蓄積された電流が放電されるとき、キャパシタＣ４００が抵抗器Ｒ４０４とのループをなす位置に切り替えられる。スイッチＳＷ４０１は、有利には信号ＣＤｉに同期する信号によって制御され、ダイオードＤｉと受信線との連続的な接続を制御するが、一時的な現象を回避するためにわずかにシフトされる。
【００７７】
図９には、本発明による物体を検出するためのデバイスを概略的に示す。図１に示した光信号の定量および特定を行うためのデバイスに加え、この検出デバイスは、クロックｔに同期した信号ＣＥｉを介してデジタル制御ユニット１００によって制御されるエミッタＥ１〜Ｅ４を備える。制御信号ＣＥ１〜ＣＥ４によって、同じ照明下においてこれらのダイオードの各々によって受信される信号の統合を可能とするのに充分な期間にわたって各ダイオードＤｉを受信線に接続することを可能とするのに充分な時時間、エミッタＥ１〜Ｅ４を次々に連続的に作動させることが可能となる。随意では、所与のエミッタによる照明中、一部のダイオードのみが光を受け取ることが可能である。この場合、それらのダイオードのみが、所与のエミッタによる照明中に２つの受信線に順々に接続される。これによって、関連するダイオードのみが照会されるので、検出デバイスの応答時間の短縮が可能となる。
【００７８】
有利には、制御信号ＣＥ１〜ＣＥ４は、光ダイオードのうちの１つの差動対に対する接続が停止されるのと同時にエミッタＥ１〜Ｅ４のスイッチが切られる。
このことを図１０に示す。図１０には、時間ＴにおいてダイオードＣＤ１，ＣＤ２のうちの２つの連続的な接続中のエミッタＣＥｉのうちの１つの制御信号を示す。
【００７９】
ダイオードＤ１が２つの線に接続される時間Ｔの後にエミッタＥｉも停止されることが分かる。エミッタＥ１が停止されるか、ダイオードＤ１が短絡したときには常に、増幅器デバイス３００の出力信号ＶＡが打ち消されることが分かる。
【００８０】
次に、エミッタＥ１が再放出を開始すると、ゼロでないがより小さな振幅の信号ＶＡがデバイス３００の出力において発生する。この信号ＶＡは、ダイオードＤ１の後に連続的に接続されているダイオード（ここではダイオードＤ２）上で受信される強度に相当する。
【００８１】
２つの線上におけるダイオードＤ１，Ｄ２のそれらの連続的な接続について、増幅器デバイスから出力される信号ＶＡは異なる振幅であることが分かる。これによって、キャパシタＣ４００の端子において、より大きいまたは小さいレートで上昇する電圧ＶＣ４００が生じる。
【００８２】
したがって、積分器から出力される信号ＶＣ４００は第２のダイオードＤ２より第１のダイオードＤ１で強いことが分かる。デジタル変換後、受信される強度はエミッタＥｉおよび特定のダイオードＤｊに関連付けられており、このようにして得られる信号はＳｉｊと表される。それは、エミッタに関連付けられ、また物体の位置の決定を可能とする受信器／光ダイオードに関連づけられるそれらの信号である。特に、本実施例では、エミッタＥ１によって放出される光の反射はダイオードＤ１上においてより大きく、物体がダイオードＤ２よりダイオードＤ１に接近して位置することが推測される。
【００８３】
図９には、エミッタＥｉおよび光ダイオードＤｉに対向して延びる面Ｐの上の物体ＯＢの位置を検出するためのデバイスを概略的に示す。エミッタＥｉおよび光ダイオードＤｉは、ここでは、エミッタ／光ダイオードが交互に整合および配置されている。エミッタＥｉは、クロックｔに同期した制御信号ＣＥｉによって制御される。光ダイオードＤｉは、
やはりクロックｔに同期した制御信号ＣＤｉによって制御される。
【００８４】
図９における検出デバイスの全体的な動作の一例を、図１１のフローチャートに示す。このフローチャートは、本発明の検出デバイスが有利に用いられるアプリケーション方法である。
【００８５】
このフローチャートでは、方法は工程ＥＴ０にて開始される。次いで、エミッタＥｉのスイッチが工程ＥＴ１にて入れられる。なお、この例では、図１０において与えた記載と異なり、エミッタＥｉのスイッチは光ダイオード上の各測定の終了時に切られない。次いで、エミッタのスイッチが切られるとき、揺らぎの合算が実行され得る。これらの揺らぎは最終多岐な信号に見出される。
【００８６】
エミッタＥｉのスイッチが入れられるとき、エミッタＥｉに隣接するダイオードＤｉ，Ｄｉ＋１の各々に対する連続的な測定が工程ＥＴ２にて行われる。エミッタＥｉに隣接する光ダイオードＤｉ，Ｄｉ＋１に測定を限定することによって、検出デバイスの迅速性を増すことが可能である。
【００８７】
工程ＥＴ３にて、エミッタＥｉのスイッチが切られる。この実施例では、エミッタＥｉに隣接する２つのダイオードＤｉ，Ｄｉ＋１によって受信される信号Ｓｉｉ＋Ｓｉｉ＋１の合算は、工程ＥＴ４にて実行される。工程ＥＴ５にて、Ｎ個のエミッタすべてのスイッチが連続的に入れられたことが確認される。入れられたことが確認されない場合、工程ＥＴ６においてｉがインクリメントされ、次のエミッタＥｉ＋１のスイッチが新たな工程ＥＴ１にて入れられる。入れられたことが確認される場合、Ｓｉｉ＋Ｓｉｉ＋１の最大合計が工程ＥＴ７において決定された後、隣接したダイオードの信号の比が工程ＥＴ８にて算出される。この最大合計および隣接したダイオードによって受信される信号間の比ＳｉＭｉＭ／ＳｉＭｉＭ＋１を用いて、工程ＥＴ９にて物体の位置（Ｘ，Ｙ）が決定される。
【００８８】
最後に、本発明の原理に沿って様々な実施形態を実装可能であることが留意される。
【図１】
2012513274.tif 000006
【図２Ａ】
2012513274.tif 000007
【図２Ｂ】
2012513274.tif 000008
【図３】
2012513274.tif 000009
【図４】
2012513274.tif 000010
【図５】
2012513274.tif 000011
【図６】
2012513274.tif 000012
【図７Ａ】
2012513274.tif 000013
【図７Ｂ】
2012513274.tif 000014
【図８】
2012513274.tif 000015
【図９】
2012513274.tif 000016
【図１０】
2012513274.tif 000017
【図１１】
2012513274.tif 000018
【国際調査報告】
2012513274.tif 000019
2012513274.tif 000020
2012513274.tif 000021
2012513274.tif 000022