JP2006261524A - 受光回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外光の強度が高い場合でも物体からの反射光を検出し、かつ、外光の強度が低い場合でも物体からの反射光を高感度で検出する。
【解決手段】 外光の強度に応じて抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値を調整する調整回路(スイッチ回路41〜4n、コントローラ30)を備える。外光の強度が高い場合には、上記合成抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチ回路41〜4nを制御して接続点Aの電位を低下させ、外光の強度が低い場合には、上記合成抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチ回路41〜4nを制御して接続点Aの電位を上昇させる。
【選択図】 図1
【解決手段】 外光の強度に応じて抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値を調整する調整回路(スイッチ回路41〜4n、コントローラ30)を備える。外光の強度が高い場合には、上記合成抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチ回路41〜4nを制御して接続点Aの電位を低下させ、外光の強度が低い場合には、上記合成抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチ回路41〜4nを制御して接続点Aの電位を上昇させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、受光素子を備えた受光回路に関する。
従来より、このような受光回路は、発光素子から光を照射して検出対象からの反射光を捉える反射式センサ等に用いられている。また、このような反射式センサを利用した装置としては、非接触で車室内照明の点灯、消灯の切り替え制御を行う近接スイッチや、人の手の接近を検知して手洗器等の水洗器への給水を自動で制御する給水制御装置等がある(例えば、特許文献1参照)。
図4に、従来の受光回路を備えた近接スイッチの回路構成を示す。近接スイッチは、発光素子としての赤外発光LED10、抵抗11、NPN型トランジスタ12、抵抗13a、13bからなる発光部と、受光素子としてのフォトダイオード20、抵抗21、コンデンサ22、抵抗23a、23b、増幅器24、インタフェース回路(図中では、I/Fと記す)25からなる受光部およびコントローラ30を備えている。なお、受光部およびコントローラ30によって受光回路を構成している。
赤外発光LED10には、電流制限用の抵抗11を介してNPN型トランジスタ12が直列に接続されている。このNPN型トランジスタ12のベースには、保護回路としての抵抗13a、13bが設けられている。
NPN型トランジスタ12のベースにコントローラ30の制御回路(後述する)から比較的周期の短い連続したパルス信号が入力されると、このパルス信号に応じてNPN型トランジスタ12はオンオフし、赤外発光LED10は発光する。
フォトダイオード20は、赤外発光LED10から照射した光が物体60によって反射した場合にこの反射光を受光するためのものであり、受光した光を電流に変換する。なお、フォトダイオード20が受光する光には、物体60からの反射光の他に外光(太陽光や照明による光など)も含まれている。
抵抗21は、フォトダイオード20に流れる電流を電圧に変換するためのものであり、フォトダイオード20と直列に接続されている。フォトダイオード20と抵抗21の接続点Aからフォトダイオード20が受光した光の強度に応じた電圧が出力される。なお、フォトダイオード20が受光する反射光の強度は外光の強度と比較して微弱であるため、接続点Aの電圧の直流分を外光の強度に応じた電圧として考えることができる。
コンデンサ22は、接続点Aから入力される信号の直流分をカットするためのもので、交流分のみを通過させる。
増幅器24は、接続点Aからコンデンサ22を介して入力される信号(接続点Aの交流分)をコントローラ30の検知回路(図示せず)が検出できるレベルまで増幅するもので、抵抗23a、23bによって生成された基準電圧に基づいて、コンデンサ22を介して入力される信号を所定の増幅率で増幅する。
インタフェース回路25は、接続点Aから入力される電圧信号からコントローラ30を保護するためのもので、バッファによって構成されている。
コントローラ30は、増幅器24によって増幅された信号(接続点Aの交流分が増幅された信号)の電圧が基準値以上か否かを判定することによって、近接する物体60の有無を判定する検知回路、インタフェース回路25を介して入力されるフォトダイオード20と抵抗21との接続点Aの電圧をデジタル信号に変換するA/D変換回路、およびCPU、ROM、RAM等を備えた制御回路(いずれも図示せず)を備えている。このCPUは、ROMに記憶されたプログラムに従って各種処理を行う。
また、コントローラ30の制御回路は、A/D変換回路によってインタフェース回路25を介して入力されるフォトダイオード20と抵抗21との接続点の電圧をデジタル信号に変換するとともに、変換した信号に基づいてフォトダイオード20が受光した光の強度を検出し、検出した光の強度が基準値以上となった場合にはフォトダイオード20への電源をオフする等の制御を行うようになっている。
特開平5−156682号公報
図4に示した受光回路において、抵抗21は、フォトダイオード20に流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路として機能し、この抵抗21の抵抗値によって、フォトダイオード20と抵抗21の接続点Aの電位は変化する。すなわち、一定の強さの光をフォトダイオード20に照射した場合、抵抗21の抵抗値が小さいと接続点Aの電位は小さくなり、抵抗21の抵抗値が大きいと接続点Aの電位は大きくなる。
また、電流−電圧変換回路の電流の変化に対する接続点Aの電位の変化、すなわち電流−電圧変換の感度は、抵抗21の抵抗値が大きいほど高く、抵抗21の抵抗値が小さいほど低くなる。
抵抗21の抵抗値を大きくした場合、電流−電圧変換の感度は高くなるが、フォトダイオード20と抵抗21の接続点Aの電位は上昇するため、外光の強度が高い場合、接続点Aの電位が電源電圧に近づいて飽和してしまい、物体からの反射光を受光できなくなってしまうといった状況が考えられる。このように、抵抗21の抵抗値を大きくすると、反射光の検出が可能な明るさ範囲(検出可能範囲)が狭くなってしまう。
このため、このような受光回路は、抵抗21の抵抗値を小さくして接続点Aの電位を低くし、これを補完するために後段の増幅器24の増幅率を大きくとるように構成される。
しかし、このように抵抗21の抵抗値を小さくすると、接続点Aの電位が低くなるため、接続点Aから出力される信号のSN比が悪く、物体からの反射光を高感度で受光するのが難しいといった問題がある。
このように、フォトダイオード20と抵抗21の接続点Aの電位を高くすると検出可能範囲が狭くなり、反対に、検出可能範囲を広くするとフォトダイオード20と抵抗21の接続点Aの電位が低くなり、反射光の受光感度が低くなってしまう。
本発明は上記問題に鑑みたもので、高い受光感度を維持し、かつ、広い検出可能範囲に対応できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1〜3に記載の発明では、発光素子から発光した光が物体に反射した反射光を受光する受光素子と、受光素子と直列に接続された第1の抵抗と、第1の抵抗と直列に接続された第2の抵抗と、受光素子が受光した光の強度を検出する検出手段と、検出手段によって検出された光の強度に応じて第1の抵抗および第2の抵抗の合成抵抗の抵抗値を調整する調整回路と、を備えたことを特徴としている。
このように、検出手段によって検出された光の強度に応じて第1の抵抗および第2の抵抗の合成抵抗の抵抗値が調整される。この結果、検出手段によって検出された光の強度が高い場合には、第1の抵抗および第2の抵抗の合成抵抗の抵抗値が小さくなるように調整することによって、広い検出可能範囲に対応することができる。また、検出手段によって検出された光の強度が低い場合には、第1の抵抗および第2の抵抗の合成抵抗の抵抗値が大きくなるように調整することによって、高い受光感度で物体からの反射光を受光することができる。
本発明の一実施形態に係る受光回路を備えた近接スイッチの回路構成を図1に示す。なお、本実施形態の近接スイッチは、車両に搭載され、物体(人の手)の接近を検知する検知センサとして用いられる。また、上記した従来技術と同一部分には、同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。本実施形態に係る近接スイッチは、図4に示した構成と比較して、更に、抵抗51、52、…、5n(nは整数)およびコントローラ30からの制御信号に応じてスイッチ動作するスイッチ回路41、42、…、4n(nは整数)を備えた点が異なる。
第2の抵抗としての抵抗51〜5nは、第1の抵抗つまり抵抗21と直列に接続されている。これらの抵抗51〜5nおよび抵抗21によって、フォトダイオード20に流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路が構成され、この電流−電圧変換の感度は抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値によって決まる。
スイッチ回路41〜4nは、それぞれコントローラ30からの制御信号に応じてスイッチ動作するNPN型トランジスタ40とこのNPN型トランジスタ40の保護回路として設けられた抵抗41a、41bを有している。なお、図1では、スイッチ回路4nの内部構成についてのみ記し、スイッチ回路4n以外のスイッチ回路の内部構成については省略する。
スイッチ回路41〜4nは、内部のNPN型トランジスタ40のコレクタが直列接続された抵抗51〜5n、21の各接続点に接続されるように設けられている。例えば、スイッチ回路4nは、図1に示すように内部のNPN型トランジスタ40のコレクタが抵抗21と抵抗5nの接続点に接続されるように設けられている。
スイッチ回路41〜4nの各NPN型トランジスタ40のベースには、コントローラ30の制御回路からそれぞれ制御信号が入力されるようになっており、NPN型トランジスタ40のベースにハイレベルの制御信号が入力されるとNPN型トランジスタ40はオンとなり、NPN型トランジスタ40のベースにローレベルの制御信号が入力されるとNPN型トランジスタ40はオフとなる。
例えば、スイッチ回路4nのNPN型トランジスタ40がオフからオンになると、抵抗21と抵抗5nの接続点が接地された状態となり、すなわち、抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が小さくなり、接続点Aの電圧は低下する。反対に、スイッチ回路4nのNPN型トランジスタ40がオンからオフになると、抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が大きくなり、接続点Aの電圧は上昇する。
次に、図2を参照して、コントローラ30の処理について説明する。コントローラ30は、電源が投入されると、検知回路による物体60の有無の検知を開始するとともに、図3に示す処理を開始する。
まず、全てのスイッチ回路41〜4nをオフさせる。具体的には、全てのスイッチ回路41〜4nの各NPN型トランジスタ40のゲートにローレベルの制御信号を出力する(S100)。これにより、フォトダイオード20には、抵抗21および抵抗51〜5nの全てが直列接続された状態となる。
次に、接続点Aの直流電圧分を測定する。具体的には、インタフェース回路25を介して入力される接続点Aの電圧をA/D変換回路によってデジタル信号に変換し、接続点Aの直流電圧が何ボルトかを測定する(S102)。
次に、ON側切り替え制御(後述する)としての判定値(第1の判定値)の演算を行う。具体的には、図3に示す制御判定テーブルの「ON側制御」の項目を参照して、スイッチ回路41〜4nの状態に応じた判定値を特定する(S104)。
図3は、制御判定テーブルの一例を示したもので、この制御判定テーブルの「ON側制御」の項目には、全てのスイッチ回路をオフさせた状態の判定値は3.50V、スイッチ回路41のみをオンさせた状態の判定値は3.60V、スイッチ回路42のみをオンさせた状態の判定値は3.70Vといったように、スイッチ回路の状態毎に判定値が定義されている。
次に、S102において測定した接続点Aの直流電圧がS104において特定した判定値以上か否かを判定する(S106)。
外光の強度が高く、接続点Aの直流電圧が全てのスイッチ回路をオフさせた状態の判定値(3.50V)以上となった場合、S106の判定はYESとなり、次に、スイッチ回路のON側切り替え制御を実行する(S108)。
このスイッチ回路のON側切り替え制御は、図1に示した構成において、オンさせるスイッチ回路を最下段(スイッチ回路41)側から上段側に1つシフトさせる制御である。例えば、全てのスイッチ回路をオフさせた状態では最下段のスイッチ回路41のみをオンさせ、スイッチ回路41のみをオンさせた状態ではその上段のスイッチ回路42のみをオンさせ、スイッチ回路42のみをオンさせた状態ではその上段のスイッチ回路43のみをオンさせるといった制御を行う。
S108の処理によって、例えば、全てのスイッチ回路をオフさせた状態から最下段のスイッチ回路41のみをオンさせると、抵抗51と抵抗52の接続点が接地された状態となり、抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値は小さくなり、フォトダイオード20と抵抗21との接続点Aの電圧は低下する。
S108の処理の後、再度、S102〜S108の処理を繰り返し、S106の判定がYESとなると、S108の処理によってオンさせるスイッチ回路を上段側にシフトさせる。このようにオンさせるスイッチ回路を上段側にシフトさせる度に接続点Aの電圧は低下する。なお、オンさせるスイッチ回路をスイッチ回路4nまでシフトさせた場合には、その状態を維持する。
このように、外光の強度が高くなると、コントローラ30によって抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチ回路41〜4nが制御され、接続点Aの電位が低下するので、接続点Aの電位が電源電圧に近づいて飽和することがなくなり、広い検出可能範囲に対応することができる。
また、S108の処理によってオンさせるスイッチ回路を上段側へシフトさせ、例えば、スイッチ回路42のみをオンさせた状態で、接続点Aの電圧がスイッチ回路42のみをオンさせた状態の判定値(3.70V)よりも低下すると、S106の判定はNOとなり、次に、OFF側切り替え制御としての判定値(第2の判定値)の演算を行う。具体的には、図3に示した制御判定テーブルの「OFF側制御」の項目を参照して、スイッチ回路41〜4nの状態に応じた判定値を特定する(S110)。
この制御判定テーブルの「OFF側制御」の項目には、全てのスイッチ回路をオフさせた状態の判定値は1.50V、スイッチ回路41のみをオンさせた状態の判定値は1.60V、スイッチ回路42のみをオンさせた状態の判定値は1.70Vといったように、スイッチ回路の状態毎に判定値が定義されている。
次に、S102において測定した接続点Aの直流電圧がS110において特定した判定値以下か否かを判定する。例えば、スイッチ回路42のみオンさせた状態では、接続点Aの直流電圧がスイッチ回路42のみをオンさせた状態の判定値(1.70V)以下か否かを判定する(S112)。
ここで、接続点Aの直流電圧が判定値よりも高い場合、S112の判定はNOとなり、S102の処理へ戻る。
また、外光の強度が低くなり、S112において、接続点Aの直流電圧が判定値(1.70V)以下となった場合、S106の判定はYESとなり、次に、スイッチ回路のOFF側切り替え制御を実行する(S114)。
このスイッチ回路のOFF側切り替え制御は、図1に示した構成において、オフさせるスイッチ回路を上段側から下段側に1つシフトさせる制御である。例えば、スイッチ回路4nのみをオンさせた状態ではその下段側のスイッチ回路(図示せず)のみをオンさせ、スイッチ回路42のみをオンさせた状態ではその下段側のスイッチ回路41のみをオンさせ、スイッチ回路41のみをオンさせた状態では全てのスイッチ回路をオフさせるといった制御を行う。
S114の処理によって、例えば、スイッチ回路42のみをオンさせた状態からスイッチ回路41のみをオンさせた状態にすると、抵抗52と抵抗53の接続点が接地された状態から抵抗51と抵抗52の接続点が接地された状態となり、抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が大きくなり、フォトダイオード20と抵抗21との接続点Aの電圧は上昇する。
S114の処理の後、再度、S102、S104、S106、S110、S112、S114の処理を繰り返し、S112の判定がYESとなると、S114の処理によってオンさせるスイッチ回路を下段側にシフトさせる。このように、オンさせるスイッチ回路を下段側にシフトさせる度に接続点Aの電圧は上昇する。なお、全てのスイッチ回路をオフさせた場合には、全てのスイッチ回路をオフさせた状態を維持し、S102の処理へ戻る。
このように、外光の強度が低くなると、コントローラ30によって抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチ回路41〜4nが制御され、接続点Aの電位が上昇するので、接続点Aから出力される信号のSN比が改善され、高い受光感度で物体からの反射光を受光することができる。
上記した構成によれば、外光の強度に応じて抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が調整される。この結果、外光の強度が高い場合には、抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が小さくなるように調整することによって、広い検出可能範囲に対応することができる。また、外光の強度が低い場合には、抵抗51〜5nおよび抵抗21の合成抵抗の抵抗値が大きくなるように調整することによって、高い受光感度で物体からの反射光を受光することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、受光回路が反射式センサを利用した近接スイッチに用いられた例を示したが、近接スイッチに限定されるものではなく、各種反射式センサに用いることができる。
また、上記実施形態では、スイッチ回路としてNPN型トランジスタを用いた例を示したが、NPN型トランジスタに限定されるものではなく、例えば、MOSFET、リレー等の各種スイッチ素子を用いて構成してもよい。
また、上記実施形態では、図1に示したように、直列接続された複数の抵抗51〜5nと並列に複数のスイッチ回路41〜4nにより第2の抵抗を構成する例を示したが、この構成は一例であり、例えば、抵抗51〜5nの各抵抗値を異ならせ、抵抗51とスイッチ回路41を直列に接続し、抵抗52とスイッチ回路42を直列に接続し、抵抗53とスイッチ回路43を直列に接続し、…、抵抗5nとスイッチ回路4nを直列に接続し、これらの直列接続した回路を並列に接続して第2の抵抗を構成してもよい。
また、上記実施形態では、図1に示したように、複数のスイッチ回路41〜4nおよびコントローラ30によって調整回路を構成した例を示したが、デジタル制御可変抵抗デバイス(例えば、ポテンショメータ)等を用いて調整回路を構成してもよい。
また、上記実施形態では、物体からの反射光と外光の両方をフォトダイオード20によって受光する例を示したが、物体からの反射光を受光するフォトダイオード20と別に外光を受光するフォトダイオード20を設けて構成してもよい。
なお、図2に示すフローチャートの各ステップの処理は、それぞれの機能を実現する手段として把握されるものであり、コントローラ30のCPUとしては、上記した実施形態に示すようなソフトウェアによって構成されるものに限らず、ハードウェアにより構成されていてもよい。
また、図2に示したフローチャートのS102の処理が特許請求の範囲の検出手段に相当し、S104〜S114の処理が制御手段に相当する。
1…赤外発光LED、11…抵抗、12、40…NPN型トランジスタ、
13a、13b、21、23a、23b、51〜5n…抵抗、
20…フォトダイオード、22…コンデンサ、24…増幅器、
25…インタフェース回路、30…コントローラ、
41〜4n…スイッチ回路。
13a、13b、21、23a、23b、51〜5n…抵抗、
20…フォトダイオード、22…コンデンサ、24…増幅器、
25…インタフェース回路、30…コントローラ、
41〜4n…スイッチ回路。
Claims (3)
- 発光素子から発光した光が物体に反射した反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子と直列に接続された第1の抵抗と、
前記第1の抵抗と直列に接続された第2の抵抗と、
前記受光素子が受光した光の強度を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された光の強度に応じて前記第1の抵抗および前記第2の抵抗の合成抵抗の抵抗値を調整する調整回路と、を備えたことを特徴とする受光回路。 - 前記第2の抵抗は、直列接続された複数の抵抗によって構成されており、
前記調整回路は、前記第2の抵抗を構成する複数の抵抗と並列に設けられた複数のスイッチ回路と、
前記検出手段によって検出された光の強度に応じて前記複数のスイッチ回路をスイッチ動作させる制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載の受光回路。 - 前記スイッチ回路は、前記制御回路からの制御信号に応じてスイッチ動作するトランジスタを用いて構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の受光回路。
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