JP4644732B2 - 光変調型検出装置および電子機器 - Google Patents
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Description
(1)電話機能及び表示画面を有するポータブル機器における表示画面用バックライトのON/OFF制御。例えば、通話時に人肌の接近を検出すると液晶画面のバックライトをOFFし、非近接状態への変化を検出すると再びONする。これによりシステム全体の低消費電力化を図る。
(2)電話機能及びタッチパネル機能を有するポータブル機器におけるタッチパネル機能のON/OFF制御。例えば、通話する際あるいは機器をポケットに挿入した際にタッチパネル機能をOFFさせる。これによってシステムの誤動作を防止する。
(3)無線通信機能を有するポータブル機器におけるタッチレススイッチ。例えば、無線通信によるワイヤレスマウス、ワイヤレスキーボード、ゲーム機のコントローラ等にその操作者が指や手を近づけると起動し遠ざけるとスリープする。これにより機器の低消費電力化を図る。
このような構成とすることで、大きな位相補償容量が必要となる定常的なオフセットキャンセル構成を採用することなくパルス信号変換部のオフセットを継続的に抑圧しつつ、外乱光の影響がない状態をサーチして発光素子を駆動して、高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。従って、回路規模やバイアス電流の増大を招くことなく、検出装置の高感度化と誤動作の防止を図ることができる。
光変調型検出装置150は、光を用いて物体の有無を検出する物体検出装置であって、図2に示すように、発光素子100、受光素子103、クロック信号生成部106、パルス信号生成部108、発光素子駆動部109、パルス信号再成部(パルス信号変換部)112、ラッチ部(検出部)114,116、判定部118、および外部出力部119を備えている。
次に、図3を参照して、パルス信号再生部112の要部構成およびその動作について説明する。図3(a)はパルス信号再生部112の要部構成を示す図であり、図3(b)はパルス信号121の構成を示す図である。
いずれにせよ,図3に示した本発明のパルス信号再生部112においては,T3及びT4によって容量対304以降の受光信号104の増幅経路を遮断することが可能である.これによって,いかなる外乱光環境下であっても常に回路自身のオフセットキャンセルを正常に行うことができる.また,オフセットキャンセル中に容量対304の後段側ノード(信号経路の遮断点)を低インピーダンスでバイアスすることにより,電流電圧変換回路300あるいはダミー電流電圧変換回路301が発生する外乱光や外乱電磁ノイズ等に起因する出力を容量対304の前段側で受けることにより,オフセットキャンセル期間が終了し回路接続を通常の信号増幅経路に再接続した際,過剰な過渡電圧を発生せず安定して信号増幅を行うことが可能である.
次に、パルス信号再生部112の動作について説明する。光変調型検出装置150は、詳細は後述するが、その主要な動作モードであるノイズ検知モードM1および反射物検知モードM2の少なくとも一つに、パルス信号再生部112のオフセットを抑圧するオフセットキャンセル期間OCを有している。
次に、図1および図4を参照して光変調型検出装置150の動作について説明する。図4は、光変調型検出装置150の主要な動作を示しており、その上段は縦軸に強度を、横軸に時間をとって時間変化に対する外乱光ノイズレベル(包絡線のみを図示)を示す図であり、その下段は上記動作を示す各信号のタイミングチャートである。なお、同図の上段における参照符号701を付した破線は、光変調型検出装置150の感度限界レベルを示している。
次に、ノイズ検知モードM1および物体検知モードM2の変更例について、図5〜図7を用いて説明する。なお、基本的にノイズ検知モードM1および反射物検知モードM2と異なる点についてのみ説明する。また、図5〜図7においては、変更例のノイズ検知モードおよび反射物検知モードを組み合わせて記載しているが、図示した組み合わせに限定して動作が行われるわけではなく、適宜組み合わせは変更可能である。また、その変更内容もここで説明したものに限られるわけではなく、適宜ノイズ検知モード、反射物検知モード、オフセットキャンセル期間OCなどの各期間に適用可能である。
図5は、光変調型検出装置150の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに(図中の上段)、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート(図中の下段)であり、図5(a)はノイズ検知モードM1を示しており、図1(b)は物体検知モードM2aを示している。
次に、図6は、光変調型検出装置150の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに(図中の上段)、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート(図中の下段)であり、図6(a)はノイズ検知モードM1aを示しており、図6(b)は物体検知モードM2bを示している。
次に、図7は、光変調型検出装置150の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに(図中の上段)、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート(図中の下段)であり、図7(a)はノイズ検知モードM1を示しており、図7(b)は物体検知モードM2cを示している。
次に、上述のような動作モードの変更例における光変調型検出装置150の動作について、図6で示した変更例2の場合における光変調型検出装置150の動作を例に、図8を用いて説明する。
101 パルス光
103 受光素子
104 受光信号
107 パルス信号(第1パルス信号)
110 パルス信号(第4パルス信号)
117 パルス信号(第3パルス信号)
121 パルス信号(第2パルス信号)
109 発光素子駆動部
112 パルス信号再生部(パルス信号変換部)
114,116 ラッチ部(検出部)
118 判定部
119、119A 外部出力部
150 光変調型検出装置
OC オフセットキャンセル期間(第1期間)
AG 非同期受信期間(第2期間)
SG 同期受信期間(第3期間)
M0 起動モード
M1、M1a ノイズ検知モード(第1動作モード)
M2、M2a〜M2c 物体検知モード(第2動作モード)
M3 中断モード
M4 定常的シャットダウンモード
T1 第1周期
tw21 パルス幅(第1パルス幅)
tw22 パルス幅(第2パルス幅)
119a 第2出力部
119b 第1出力部
119c レジスタ
Claims (19)
- 発光素子からパルス光を放射し、検出すべき物体にて反射もしくは透過した上記パルス光を受光する受光素子から出力された受光信号に基づいて、上記物体の有無を検出する光変調型検出装置であって、
上記受光信号をパルス信号に変換するとともに、受光信号経路を遮断して自身のオフセットを抑圧するパルス信号変換部と、
上記パルス信号を用いて、上記パルス光が放射されていない期間に上記受光信号が存在する第1状態であるか否かを検出するとともに、上記パルス光が放射されている期間と同時に上記受光信号が存在する第2状態であるか否かを検出する検出部とを備え、
上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断して上記パルス信号変換部のオフセットを抑圧し、当該第1期間の終了時点で上記オフセットが抑圧された状態を保持するとともに上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を再接続する第1期間と、当該第1期間後において、上記第1状態であるか否かを検出する第2期間とを含む第1動作モードと、
上記第1状態でないことを検出した上記第1動作モード後において、上記第2状態であるか否かを検出する第3期間を少なくとも含む第2動作モードとの動作モードを有するものであり、
上記パルス信号変換部は、上記受光信号を電流電圧変換する電流電圧変換部と、上記電流電圧変換部から出力される電圧信号を増幅する増幅部と、上記増幅部にて増幅された上記電圧信号をパルス信号に変換する比較部とを少なくとも備えており、
上記第1期間には、上記受光信号の増幅経路が遮断されると共に、オフセットキャンセルループが形成されて上記パルス信号変換部のオフセットが抑圧され、
上記第2期間および第3期間には、上記受光信号の増幅経路が形成されることで上記受光信号を上記パルス信号に変換することが可能であることを特徴とする光変調型検出装置。 - 上記第2動作モードは、上記第1期間をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の光変調型検出装置。
- 上記第2動作モードは、上記第2期間をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の光変調型検出装置。
- 上記第2動作モードは、上記第1期間および上記第2期間をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の光変調型検出装置。
- 上記光変調型検出装置は、上記検出部の検出結果に基づき、上記物体の有無を判定する判定部をさらに備え、
上記第1動作モードの開始に伴って開始される第1周期が設けられており、
上記第1動作モードにおいては、上記第1周期内に、上記第2期間において上記第1状態であると検出されなかった場合は上記第2動作モードに遷移し、上記第1状態であると検出された場合は上記第1期間に遷移し、
上記第2動作モードにおいては、上記第1動作モードから引き続く上記第1周期内に、上記第3期間において上記第2状態であるとn(nは自然数)回連続して検出された場合は上記物体有りと判定され、n回連続して検出されなかった場合は上記物体無しと判定され、
上記第2期間後、もしくは上記第2期間前後、かつ上記第2動作モードの最後に、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットし、
上記第1周期の終了とともに上記第1動作モードに遷移することを特徴とする請求項1または2に記載の光変調型検出装置。 - 上記光変調型検出装置は、上記検出部の検出結果に基づき、上記物体の有無を判定する判定部をさらに備え、
上記第1動作モードの開始に伴って開始される第1周期が設けられており、
上記第1動作モードにおいては、上記第1周期内に、上記第2期間において上記第1状態でないと検出された場合は上記第2動作モードに遷移し、上記第1状態であると検出された場合は上記第1期間に遷移し、
上記第2動作モードにおいては、上記第3期間後に上記第2期間が含まれ、上記物体無しと判定されている場合は、上記第1動作モードから引き続く上記第1周期内に、n(nは自然数)回連続して上記第3期間において上記第2状態であると検出され、かつ、上記第2期間においてn回連続して上記第1状態であると検出されなかった場合は上記物体有りと判定され、
一方上記物体有りと判定されている場合は、上記第1動作モードから引き続く上記第1周期内に、上記第3期間において上記第2状態であるとn回連続して検出された場合は上記物体有りと判定され、
上記第2期間後、もしくは上記第2期間前後、かつ上記第2動作モードの最後に、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットし、
上記第1周期の終了とともに上記第1動作モードに遷移することを特徴とする請求項3または4に記載の光変調型検出装置。 - 上記光変調型検出装置は、上記物体の有無の判定結果を外部に出力する外部出力部をさらに備え、
上記動作モードは、上記光変調型検出装置の起動に伴い、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットするとともに、当該リセットを受けて上記判定部において上記物体無しの判定を行い、当該判定結果を上記外部出力部が外部に出力する起動モードをさらに含むことを特徴とする請求項5または6に記載の光変調型検出装置。 - 上記動作モードは、上記物体有りと判定された後、上記第1周期が終了するまでの間に、上記発光素子の駆動に用いられる第1パルス信号と、上記パルス信号変換部におけるオフセット抑圧のゲート信号としての第2パルス信号と、上記検出部における上記第2期間のゲート信号としての第3パルス信号と、上記検出部における処理内容をリセットするためのリセット信号としての第4パルス信号との供給を中断する中断モードを含むことを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
- 上記中断モードは、上記各パルス信号の供給の中断とともに、上記発光素子を駆動する発光素子駆動部及び上記パルス信号変換部の少なくとも一部分への電力供給を停止して間欠的にシャットダウンすることにより行うことを特徴とする請求項8に記載の光変調型検出装置。
- 上記第1周期は、商用電源の半周期以上であることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
- 上記第1周期は、変更可能であることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
- 上記物体有りと判定された後で上記第1動作モードに遷移した場合は、上記第1期間を経て上記第2期間に検出された検出結果には依存せずに上記第2動作モードへ遷移することを特徴とする請求項5〜11のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
- 上記パルス信号変換部はヒステリシスを備えており、
上記物体有りと判定された場合は、上記物体無しと判定された場合と比較して上記ヒステリシスの値をより小さい値に設定することを特徴とする請求項5〜12のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。 - 上記第1動作モードでの、上記検出部における上記第2期間のゲート信号としての第3パルス信号のパルス幅である第1パルス幅と、上記第2動作モードでの、上記第3パルス信号のパルス幅である第2パルス幅とは、それぞれ等しいことを特徴とする請求項6に記載の光変調型検出装置。
- 上記第1、第2パルス幅は、上記光変調型検出装置の使用が想定される環境下において主要な外乱光成分が有する周波数成分の最大ピークを与える周波数に対して、その逆数よりも長く設定されることを特徴とする請求項14に記載の光変調型検出装置。
- 上記動作モードは、上記光変調型検出装置を構成するすべての構成への電力供給を停止する定常的シャットダウンモードをさらに有し、
上記定常的シャットダウンモード以外の上記各モード及び上記各期間から上記定常的シャットダウンモードへの遷移は、上記発光素子の駆動に用いられる第1パルス信号と、上記パルス信号変換部におけるオフセット抑圧のゲート信号としての第2パルス信号と、上記検出部における上記第2期間のゲート信号としての第3パルス信号と、上記検出部における処理内容をリセットするためのリセット信号としての第4パルス信号との供給が行われていない状態で、かつ、上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断している状態で行われることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。 - 上記外部出力部は、
上記物体の有無の判定結果を保存するレジスタと、
上記レジスタの値をバッファする第1出力部と、
上記判定結果が変更された場合にのみ外部にリーディングエッジを発生するとともに、当該リーディングエッジ発生後外部からその処理内容がリセットされ、当該リセットを受けてトレーリングエッジを発生する第2出力部とを有し、
上記光変調型検出装置は、上記レジスタの値を保持させたまま上記第1動作モードに遷移することを特徴とする請求項7〜16のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。 - 上記光変調型検出装置は、上記発光素子以外の構成がモノリシックに集積された集積回路を具備することを特徴とする請求項1〜17のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の光変調型検出装置を搭載していることを特徴とする電子機器。
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