JP2013145133A - Infrared ray measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an infrared measuring device including an infrared sensor.
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。 For example, in mobile devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook PCs (Personal Computers), and tablet PCs, car navigation systems, single-lens digital cameras, etc., the touch panel system has become available as LCD screens become larger and higher in resolution. The adoption of liquid crystal is increasing. In these devices, illuminance sensors and proximity sensors are being mounted.
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。 The illuminance sensor is a sensor for detecting the brightness of the surroundings, and thereby, the brightness of the liquid crystal backlight can be controlled according to the surrounding brightness. On the other hand, the proximity sensor is a sensor that detects that an object has approached the device, and is used, for example, to prevent malfunction due to a part of the human body coming into contact with the touch panel.
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。 For example, touch panel smartphones turn off the touch panel display to prevent malfunctions due to ears or faces touching the touch panel when making a phone call. An optical proximity sensor is mounted to detect that an ear, a face, or the like is approaching.
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。 The optical proximity sensor detects the proximity object by causing the infrared LED to emit light in pulses and measuring the reflected light from the object using a photodiode having a sensitivity peak in the infrared region. In addition, in order to extract only light in the infrared region, an infrared transmission filter is provided to cut off ultraviolet rays and visible light.
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。 However, the measurement of the proximity object is performed in an environment where ambient light including infrared components such as sunlight, incandescent lamp, and halogen light exists. Therefore, it is necessary to remove the infrared component of the ambient light from the measurement value obtained by the proximity measurement and extract only the reflected light from the object.
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。
For example, as shown in
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。 However, since the change time of the infrared sensor is measured and calculated, and compared with the threshold value, measurement data when the incandescent lamp is turned on is necessary. It is not possible to accurately determine whether or not they are approaching. For example, incandescent lamps and halogen light emit light at a frequency twice the commercial power supply frequency (50 Hz, 60 Hz). For this reason, in a light source such as incandescent light or halogen light, the light emission intensity of the light source fluctuates at a constant period with time. As a result, since the light obtained by adding the infrared component of the ambient light to the infrared reflected light from the object is measured, the infrared component of the ambient light becomes noise, and the accurate illuminance of the infrared reflected light can be measured. Can not.
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。 Moreover, since it is considered necessary to change the threshold value depending on the type of light source of ambient light, it is extremely complicated.
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。 The present invention was devised to solve the above-described problem, and when measuring infrared reflected light by proximity measurement, it is possible to prevent ambient light components from being included as noise by relatively simple measurement. An object of the present invention is to provide an infrared measuring device capable of preventing malfunction.
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。 In order to achieve the above object, an infrared measuring device of the present invention measures an infrared light emitting element that irradiates an infrared ray with a nearby object, and infrared reflected light reflected by the neighboring object, and performs one measurement. Accordingly, the first measurement value obtained by measuring the infrared reflected light at a quarter of the period of the commercial power supply frequency, and the measurement time of the first measurement value when the infrared light emitting element is not emitting light. Proximity measurement unit having means for outputting second measurement value and third measurement value measured at the time before and after, calculation processing of measurement data from the proximity measurement unit, and processing from the first measurement value An arithmetic processing unit having means for calculating the infrared reflected light illuminance by subtracting the average of the second measurement value and the third measurement value, and the measurement by the proximity measurement unit is performed at a frequency of the commercial power supply frequency. Each quarter measurement is carried out twice in succession, And main feature to output a minimum value or the calculated average value of the infrared reflection light intensity of the issued infrared reflection light intensity as a calculation result.
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。 The infrared measuring device of the present invention is an infrared measuring device for measuring a proximity object from infrared reflected light including an irradiation component from a light source whose emission intensity varies at a predetermined cycle, and irradiates the proximity object with infrared rays. An infrared light emitting element and infrared reflected light reflected by the proximity object of the infrared light are measured, and the infrared reflected light including an irradiation component from the light source is converted into a light emission intensity fluctuation period of the light source by one measurement. Of the first measurement value measured at a period of 1 / N (N is an integer of 2 or more), and the time before and after the measurement time of the first measurement value when the infrared light emitting element is not emitting light. A proximity measurement unit having means for outputting the measured second measurement value and the third measurement value; and processing the measurement data from the proximity measurement unit to calculate the second measurement value from the first measurement value And the infrared reflected light illuminance is calculated by subtracting the average of the third measured values. The measurement by the proximity measurement unit is performed N times continuously for every 1 / N of the emission intensity fluctuation period, and the infrared reflection calculated for each measurement. The main feature is that the smallest value of the light illuminance or the average value of the calculated infrared reflected light illuminance is output as the calculation result.
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。 The infrared measurement device of the present invention includes a proximity measurement unit that measures the illuminance of infrared reflected light reflected by a proximity object, and an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on measurement data from the proximity measurement unit. In addition, the proximity measurement unit can measure the first measurement value obtained by measuring the infrared reflected light at a quarter of the period of the commercial power supply frequency in one measurement and the infrared light emitting element in a non-light emitting state. The second measurement value and the third measurement value measured at times before and after the measurement time of the one measurement value are output. Further, the arithmetic processing unit calculates the infrared reflected light illuminance by subtracting the average of the second measurement value and the third measurement value from the first measurement value.
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。 The measurement by the proximity measurement unit is performed twice in succession every 1/4 of the cycle of the commercial power supply frequency, and the smallest value or the calculated infrared value of the infrared reflected light illuminance calculated for each measurement. The average value of reflected light illuminance is output as a calculation result. For this reason, the ambient light component is substantially removed, the noise component is eliminated, and malfunction due to proximity measurement can be prevented.
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。 In addition, the proximity measurement unit replaces the infrared reflected light with a period of 1/4 of the period of the commercial power supply frequency, and from a light source whose emission intensity varies with a predetermined period by one measurement. A first measurement value obtained by measuring infrared reflected light including an irradiation component at a period of 1 / N of the light emission intensity fluctuation period of the light source, and a measurement time of the first measurement value when the infrared light emitting element is not emitting light. The second measurement value and the third measurement value measured at the time before and after are output. Further, the arithmetic processing unit calculates the infrared reflected light illuminance by subtracting the average of the second measurement value and the third measurement value from the first measurement value.
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。
Here, the measurement by the proximity measurement unit is performed N times continuously every
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The drawings relating to the structure are schematic, and there may be a case where portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
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。
The overall configuration of the infrared measuring apparatus of the present invention is shown in FIG. The optical signal detection unit includes a
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。
Further, an MCU (micro control unit) 44, an infrared
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。
The
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。
On the other hand, the
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。
Normal illuminance measurement of ambient light is performed as follows. When light from the ambient
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。
Next, the measurement of infrared reflected light by proximity measurement is performed as follows. First, the
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。
In this way, when the current pulse signal for driving the light emitting diode is supplied from the
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。
Infrared rays emitted from the infrared
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。
The photocurrent amplified by the DC component removal amplifier 4 is input to the
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。
The output of the
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。 Next, the basic measurement timing in the proximity measurement of the infrared measurement device is shown in FIG. As shown in FIG. 8, in the case of an incandescent light source or halogen light source that has an infrared component and whose light emission intensity fluctuates at a predetermined cycle, the light emission intensity by the light source fluctuates like a sine wave at a constant cycle with time Therefore, the ambient light irradiance due to the infrared component of the ambient light also varies. For example, incandescent lamps and halogen light emit light at a frequency twice the commercial power supply frequency (50 Hz, 60 Hz).
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。 FIG. 7 shows an actual measurement of the illuminance of the incandescent lamp. The vertical axis represents emission intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis represents time (mS). As shown in the figure, one block of the time scale is 2 mS. FIG. 7A shows a light emission intensity waveform of the silica bulb. FIG. 7B shows a light emission intensity waveform of the clear light bulb. 7A and 7B emit light at a frequency of 120 Hz.
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。 Therefore, before and after measuring the reflected light from the object by causing the infrared LED to emit light, measure the infrared component of the ambient light, and subtract the average of these values from the measured infrared reflected light from the object. To remove the infrared component of ambient light.
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。
As shown in FIG. 9, when the infrared LED is caused to emit light at time t2 and the infrared reflected light is measured, the infrared component of the ambient light is measured at times t1 and t3 when the infrared LED does not emit light before and after time t2. If the measured values at t2 are M2, t1, and t3 are AIR1 and AIR3, respectively, and M2 is an added value of the ambient light component AIR2 and the infrared reflected light component LED1, the radiation of the infrared reflected light is emitted. Illuminance LED1 is
LED1 = M2- (AIR1 + AIR3) / 2 (1)
Calculate with Here, the ambient light measurement at the times t1 and t3 and the infrared reflected light measurement at the time t2 are performed by the
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。 However, in the above calculation method, depending on the measurement time, as shown in FIG. 8, the emission intensity of the ambient light may peak at the measurement time t2 of the infrared reflected light, and in this case, at the time t2. The ambient light irradiance measured at time t2 is higher than the ambient light irradiance measured at t1 and t3 before and after. That is, AIR2> (AIR1 + AIR3) / 2 may be satisfied. In this case, even if an attempt is made to remove the ambient light component by the above equation (1), it cannot be completely removed.
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。 Thus, the ambient light component may remain without being removed in the calculation result of the infrared reflected light irradiance LED1 by the above formula (1), and the irradiance with the ambient light component added as noise may be left. Even if there is no proximity object, it is calculated, which causes a malfunction of determining that the proximity object exists.
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。 FIG. 2 shows the change in irradiance and the measurement timing of proximity measurement regarding the infrared light component of ambient light emitted from a light source such as an incandescent lamp or halogen. The vertical axis represents irradiance related to the infrared light component of ambient light, and the horizontal axis represents time.
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。 As described above, in the proximity measurement, when the time t2 when the infrared reflected light including the ambient light is measured overlaps the time when the ambient light intensity is the highest as shown in FIG. 8, the measurement is performed at t1 and t3 before and after the time t2. Even if the average of the ambient light irradiance is subtracted, the ambient light component cannot be removed.
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。
On the other hand, FIG. 2 shows the timing of proximity measurement different from FIG. The intensity of the ambient light varies periodically. FIG. 2A shows a case where measurement is performed at times t4, t5, and t6 between the maximum value and the minimum value of the ambient light irradiance. The infrared
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。
Since the ambient light irradiance at time t4 is X1, the ambient light irradiance at time t5 is X2, and the ambient light irradiance at time t6 is X3, X2 is an intermediate value between X1 and X3.
X2≈ (X1 + X3) / 2 (2)
It becomes. Therefore, if the measurement irradiance including infrared reflected light and ambient light at t5 is L and the irradiance of only the infrared reflected light is R, then R = L−X2. The measured irradiance at t4 is X1, and the measured irradiance at t6 is X3. Therefore, when calculated by the equation R = L− (X1 + X3) / 2, the ambient light component is approximately equal to the above equation (2). Removed.
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。
Next, FIG. 2B will be described. FIG. 2B shows a case where the measurement is performed at time t8 at which the ambient light intensity is minimum and at times t7 and t9 before and after the time t8. At time t8, the infrared
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。
Since the ambient light irradiance at time t7 is Y1, the ambient light irradiance at time t8 is Y2, and the ambient light irradiance at time t9 is Y3, Y2 is the minimum value.
Y2 <(Y1 + Y3) / 2 (3)
It becomes. That is, Y2− (Y1 + Y3) / 2 <0, and a negative value is obtained if only the ambient light irradiance is calculated. Therefore, if the measurement irradiance including infrared reflected light and ambient light at t8 is L and the irradiance of only the infrared reflected light is R, then R = L−Y2. The measured irradiance at t7 is Y1, and the measured irradiance at t9 is Y3. Therefore, when calculated by the equation R = L− (Y1 + Y3) / 2, the ambient light component is approximately equal to the above equation (3). Removed.
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。 As described above, if any one of the measurement patterns shown in FIGS. 2A and 2B can be used, the ambient light component that becomes noise can be substantially removed. Therefore, the measurement method shown in FIG. 3 allows the measurement patterns shown in FIGS. 2A and 2B to be used.
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。 In the measurement of FIG. 3, the first proximity measurement and the second proximity measurement are performed twice in a cycle that is ½ of the period of change in ambient light emission intensity. In other words, proximity measurement is continuously performed twice at a frequency twice the frequency of the change in ambient light emission intensity.
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。 For example, as shown in FIG. 3A, in the first proximity measurement, measurement is performed at times t11, t12, and t13. t12 is a measurement time of infrared reflected light including ambient light, and t11 and t13 before and after t12 are measurement times of only ambient light. Here, the emission intensity of the ambient light at time t12 is maximized, and the ambient light component remains as noise as described with reference to FIG.
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。 On the other hand, in the second proximity measurement, since the measurement is performed after ½ of the period of change in ambient light emission intensity from the first proximity measurement, the measurement time t15 of the second proximity measurement is This corresponds to the time when the emission intensity of the ambient light is minimum, and the infrared reflected light including the ambient light is measured. Further, by measuring the irradiance of only ambient light at times t14 and t16 before and after time t15, the measurement pattern shown in FIG. 2B can be configured. As described above, in the measurement patterns at times t14, t15, and t16, the ambient light component that becomes noise can be substantially removed.
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。 Therefore, in the measurement pattern of FIG. 3A, the infrared reflected light illuminance R1 calculated from the measurement value of the first proximity measurement remains without removing the ambient light component, and the second proximity measurement is performed. In the infrared reflected light illuminance R2 calculated from the measured value, the ambient light component takes a negative value, so R1 is larger than R2. Therefore, by comparing R1 and R2 and outputting R2 having a smaller numerical value as the final infrared reflected light illuminance, an infrared reflected light illuminance from which ambient light is substantially removed can be obtained.
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。 Further, an average of (R1 + R2) / 2 of R1 and R2 may be output as the final infrared reflected light illuminance. In this case, the difference D1 between the measured value at t11 and the average measured value at t13 and the measured value at t12 is substantially equal to the difference D2 between the measured value at t14 and the average measured value at t16 and the measured value at T15. , (R1 + R2) / 2, D1 and D2 are canceled out, and the ambient light component can be substantially removed.
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。 Next, the measurement pattern in FIG. The first proximity measurement is performed at times t21, t22, and t23 in a region from the maximum value to the minimum value of the periodic change in the ambient light emission intensity. t22 is a measurement time of infrared reflected light, and t21 and t23 before and after t22 are measurement times of only ambient light. Here, the irradiance of ambient light at time t22 is substantially equal to the average value of the irradiance of ambient light at time t21 and the irradiance of ambient light at time t22, and is described with reference to the measurement pattern in FIG. As described above, the ambient light component is substantially removed.
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。 On the other hand, in the second proximity measurement, since the measurement is performed after ½ of the cycle of the change in the emission intensity of the ambient light from the first proximity measurement, the time t25 of the second proximity measurement is Measurement is performed at times t24, t25, and t26 in a region between the minimum value and the maximum value of the irradiance of ambient light. t25 is a measurement time of infrared reflected light including ambient light, and t24 and t26 before and after t25 are measurement times of only ambient light. Here, the irradiance of ambient light at time t25 is substantially equal to the average value of the irradiance of ambient light at time t24 and the irradiance of ambient light at time t26, and is described with reference to the measurement pattern in FIG. As described above, the ambient light component is substantially removed.
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。 As described above, in FIG. 3B, since the first proximity measurement and the second proximity measurement both constitute the measurement pattern of FIG. 2A, the measurement of the first proximity measurement is performed. The average value ((R3 + R4) / 2) of the infrared reflected light illuminance R3 calculated by the value and the infrared reflected light illuminance R4 calculated by the measurement value of the second proximity measurement is output as the final infrared reflected light illuminance. Just do it. When R3 and R4 are substantially equal, the average value may be output as described above. However, the measurement region of three points at times t21, t22, and t23 and the measurement region of three points at times t24, t25, and t26 If the positions are different, R3 and R4 will be different. In this case, R3 and R4 may be compared and the smaller one may be output as the final infrared reflected light illuminance. Since the calculated infrared reflected light illuminance is small, it can be said that the infrared reflected light illuminance is measured in a region close to the minimum value of the ambient light irradiance, and therefore approaches the measurement pattern of FIG. Removal is ensured.
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。 Note that the above condition may be expanded so that the proximity measurement is continuously performed N times every 1 / N of the period of change in ambient light emission intensity. In other words, the proximity measurement may be continuously performed N times at a frequency N times the frequency of the change in ambient light emission intensity. In this case, one period of change in ambient light emission intensity is equally divided into N, and proximity measurement is performed N times continuously in one period. Here, N represents an integer of 2 or more. Similarly to the description in FIG. 3, the final infrared reflected light illuminance is the smallest value among the N infrared reflected light illuminances calculated for each of N measurements, or the calculated N infrared reflected lights. What is necessary is just to output the average value of light illuminance as a calculation result.
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。 However, considering the load and power consumption problem due to the light emission of the infrared light emitting photodiode, the calculation processing time, etc., it is actually desirable to set N = 2.
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。 Artificial light sources such as incandescent lamps and halogen lights emit light at a frequency approximately twice the commercial power supply frequency (50 Hz, 60 Hz), and the light emission intensity varies. Therefore, when the proximity measurement method of the present invention is applied, proximity measurement for every quarter of the period of the commercial power supply frequency may be performed twice in succession.
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。
The measurement operation of the proximity measurement of the infrared measurement device of the present invention will be described below. 4 shows a flowchart of the measurement operation, FIG. 5 shows a circuit configuration of the
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。 When the measurement is started, the gain of ambient light is determined (S1). Based on the gain determination, a capacitor having an appropriate capacity is selected in the integration circuit and the discharge circuit of FIG.
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。
The integrating circuit includes an
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。
For example, when the maximum value of the calculated illuminance of ambient light is up to 416 μW / cm 2 , the
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。
Here, a capacitor having a capacity of 32 pF does not exist in the circuit, but when capacitors are connected in parallel, the total capacity is the sum of the capacities of the capacitors, so that the
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。
Before performing the gain determination, first, the
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。
Thereafter, the first ambient light measurement in the first proximity measurement in which three points of data are collected is performed. The photocurrent detected by the
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。
At this time, the
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。
The output voltage V REF of the
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。
Here, the light detection signal PAOUT1 obtained by the first ambient light measurement is compared by each of the
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。
Also, large light detection signal PAOUT1 is than V REF × 3/9 For example, if V REF × 5/9 smaller, since the dynamic range is required to be large, as capacitors 1pF is selected, the
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。
As shown in FIG. 5, a grounded capacitor is inserted between the terminal of the R / 2 resistor connected to the ground line and the terminal of the
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。
As shown in FIG. 6, the period T1 of the photodetection signal acquisition and gain determination for gain determination in the first ambient light measurement described above is configured to be processed at a total of 14.1 μS, for example. FIG. 6 shows an example in which the output COUT2 of the
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。
Next, after a certain waiting time T2, a photocurrent integration of ambient light is started (S2). In the example of FIG. 6, the waiting time T2 is 19.8 μS. In this photocurrent integration, the switch 67 is turned off, and the
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。
As the
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。
The output of the
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。
The
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。
On the other hand, when PAOUT1 decreases to V REF × 1/9 or less due to collective discharge, the output COUNT0 of the
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。 In PAOUT1, the state of the above charge and collective discharge is a sawtooth waveform in the charge + collective discharge time of period T3 shown in FIG. It is indicated that the period of T3 is 147 μS, for example. In this case, charging and collective discharging are repeated during the period of T3.
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)。
When the predetermined time (period T3) elapses (S21 YES), the photocurrent integration of the ambient light is terminated (S4). The
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。
In this step discharge mode, the
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。
Then, the value of the COUNTERSTEP signal obtained by measuring the number of stage discharges is added to the ALUOUT signal indicating the collective discharge amount, and the total charge amount of the
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。 In this way, collective discharge and step discharge can be used properly to perform rough measurement with collective discharge and fine measurement with step discharge only at the end, thus expanding the input dynamic range without requiring complicated external control. It is possible to improve both the minimum resolution and the measurement time.
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。 Next, the gain determination of the infrared reflected light including the ambient light component is performed by the same method as in the above-described ambient light gain determination of S1 (S6). In the same manner as described in S2 to S5 and S21 and S31, integration of the photocurrent of the infrared reflected light including the ambient light component is started (S7) until a predetermined time elapses (S22), It is determined whether or not PAOUT1> V REF (S32). If PAOUT1> V REF (S22 YES), collective discharge is performed (S8). After repeating the charging and collective discharging several times until a predetermined time elapses (S7, S8, S22, S32), when the predetermined time elapses, the photocurrent integration of ambient light and infrared reflected light is terminated ( S9), step discharge is performed by the number of times up to 32 steps (S10). Here, the infrared LED (infrared light emitting diode 42) emits light during a period T5 that is a total time of the gain determination time T1, the waiting time T2, and the charge + collective discharge time T3. The infrared LED emits light only when measuring the reflected infrared light.
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。
Next, in the same manner as in S2 to S5 and S21 and S31, the photocurrent integration of ambient light (S11) and the operation of repeating charging and collective discharge several times until a predetermined time elapses (S11, S12, S23). , S33), the end of photocurrent integration of ambient light (S13), and step discharge (S14) are performed. When the processes of S11 to S14, S23, and S33 are performed, the ambient light gain determination process is performed in S1, so that it is not necessary to perform the ambient light gain determination again. Calculations for noise removal are performed based on the measurement data obtained by the processes of S1 to S14, S21 to S23, and S31 to S33 (S15). This is calculated by the above equation (1) shown in FIG. That is, measure the infrared component of ambient light at times before and after the measurement time of infrared reflected light including ambient light components, and subtract the average of these values from the measured infrared reflected light from the object. Remove the infrared component of light. This calculation process is performed by the
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。 If the measurement data obtained by the processing of S1 to S15, S21 to S23, and S31 to S33 is data obtained by the first measurement (S16 NO), after waiting for time (S18), the second For the second measurement, the process returns to the ambient light gain determination in S1. The waiting time of S18 is set so as not to shift to the next second measurement, for example, from the start of the first measurement to 5 mS. Similarly to the first measurement process, the processes from S1 to S15, S21 to S23, and S31 to S33 related to the second measurement are performed.
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。
Note that the second measurement is performed after ½ of the period of change in the emission intensity of the ambient light from the first proximity measurement. On the other hand, if the data is obtained by the second measurement (S16 YES), since the measurement pattern shown in FIG. 3 is configured, the
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。 The photodetector of the present invention is particularly applicable to smartphones, mobile phones, car navigation systems, notebook computers, tablet PCs, and the like.
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
DESCRIPTION OF
17 I 2 C interface 18
50
Claims (7)
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。 An infrared light emitting device for irradiating a nearby object with infrared light;
A first measurement value obtained by measuring the infrared reflected light reflected by the proximity object and measuring the infrared reflected light at a period of 1/4 of a period of a commercial power supply frequency by one measurement; A proximity measurement unit having means for outputting a second measurement value and a third measurement value measured at times before and after the measurement time of the first measurement value in a state where the infrared light emitting element is not emitting light;
Computation having means for computing measurement data from the proximity measurement unit and subtracting the average of the second measurement value and the third measurement value from the first measurement value to calculate the infrared reflected light illuminance A processing unit,
In the measurement by the proximity measurement unit, the measurement is performed twice in succession every ¼ of the period of the commercial power supply frequency, and the smallest value or the calculated value of the infrared reflected light illuminance calculated for each measurement is calculated. An infrared measurement apparatus that outputs an average value of the illuminance of reflected infrared light as a calculation result.
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。 An infrared measurement device that measures a proximity object from infrared reflected light including an irradiation component from a light source whose emission intensity varies at a predetermined cycle,
An infrared light emitting device for irradiating a nearby object with infrared light;
The infrared reflected light reflected by the proximity object is measured, and the infrared reflected light including the irradiation component from the light source is converted into 1 / N (N of the light emission intensity fluctuation period of the light source by one measurement. Is a second measurement measured at a time before and after the measurement time of the first measurement value in a state where the infrared light emitting element is not emitting light. A proximity measurement unit having means for outputting a value and a third measurement value;
Computation having means for computing measurement data from the proximity measurement unit and subtracting the average of the second measurement value and the third measurement value from the first measurement value to calculate the infrared reflected light illuminance A processing unit,
In the measurement by the proximity measurement unit, the measurement at every 1 / N of the emission intensity fluctuation period is continuously performed N times, and the smallest value or the calculated value of the infrared reflected light illuminance calculated for each measurement is calculated. An infrared measurement apparatus that outputs an average value of infrared reflected light illuminance as a calculation result.
The difference between the measurement time of the first measurement value and the measurement time of the second measurement value is equal to the difference between the measurement time of the first measurement value and the measurement time of the third measurement value. The infrared measurement apparatus according to claim 6, wherein
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