JP5986551B2 - センサ処理回路及びそのオフセット検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサ処理回路及びそのオフセット検出方法に関し、より詳細には、オフセットを簡易に検出するフォトダイオードセンサの処理回路及びオフセット検出方法に関する。特に、赤外線センサ及びその処理回路に適用できる。

従来、複数のセンサからの信号を処理する回路に関する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１には、２個の赤外線センサ１ａ，１ｂからの出力を測定するセンサ出力測定部２ａ，２ｂと、センサ出力比較・差分計算部２１と、センサ出力比較部２１ａと、センサ出力差分計算部２１ｂと、ポインタ移動方向・移動量制御部２２とを備えた構成が開示されている。

特開２００９−１２９０２３号公報

図１は、フォトダイオードセンサとその信号処理回路を備えたフォトダイオードセンサ回路の一例を示す概念図である。図２は、フォトダイオードセンサと信号処理ＩＣを備えたセンサモジュールの概念図である。
図１に示したフォトダイオードセンサ回路１では、フォトダイオードセンサ２で光を受け、光量に応じた電気信号を出力する。それを次段のアンプ３で増幅し、最終段のサンプリング回路４でサンプリングした電気信号を出力する。

図２に示したセンサモジュール５は、光を入力とし、モジュール内で光信号をフォトダイオードセンサと信号処理ＩＣとで電気信号へ変化し出力する。このセンサモジュール５は、パッケージ８に光の入力用の窓６が設けられている。また、フォトダイオードセンサ２は、その窓６から入る光を観測する。したがって、窓６を塞がない限り、常にフォトダイオードに光が入力される入力状態となる。

このように、光学的に入力状態では、オフセットを検出することが困難であるため、従来の赤外線センサでは、光学的に無入力状態を作らない限り、オフセットを検出して補正することが困難であった。
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、オフセットを簡易に検出するフォトダイオードセンサの処理回路及びそのオフセット検出方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、第１のフォトダイオードセンサのアノードと第２のフォトダイオードセンサのアノードとが接続された第１端子と、前記第１のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第２端子と、前記第２のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、を備え、前記切り替え部は、前記第２端子及び前記第３端子のうちの一方を前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続し、前記第２端子及び前記第３端子のうちの他方を所定電圧に接続することで、オフセットが検出されることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、第１のフォトダイオードセンサのカソードと第２のフォトダイオードセンサのカソードとが接続された第１端子と、前記第１のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第２端子と、前記第２のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、を備え、前記切り替え部は、前記第２端子及び前記第３端子のうちの一方を前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続し、前記第２端子及び前記第３端子のうちの他方を所定電圧に接続することで、オフセットが検出されることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記切り替え部は、前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第１端子と前記第３端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１端子は、前記切り替え部を介して、所定電圧が供給されることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記切り替え部は、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、さらに、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を保持する第１及び第２の記憶部を備え、前記第２端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第３端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第１の記憶部に保持し、前記第３端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第２端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第２の記憶部に保持してオフセットを検出するようにしたことを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、さらに、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を加算する加算器を備えていることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードと前記第２のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードとは、直接接続される、又は、切り替えスイッチを介して接続されることを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記切り替え部は、第１のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードと第２のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードとが接続された第１端子と、所定電圧生成回路と、の間で接続される第１の切り替えスイッチと、前記第１のフォトダイオードセンサのカソード又はアノードに接続される第２端子と、前記Ｉ−Ｖ変換器の入力と、の間で接続される第２の切り替えスイッチと、前記第２端子と、所定電圧生成回路と、の間で接続される第３の切り替えスイッチと、前記第２のフォトダイオードセンサのカソード又はアノードに接続される第３端子と、前記Ｉ−Ｖ変換器の入力と、の間で接続される第４の切り替えスイッチと、前記第３端子と、所定電圧生成回路との間で接続される第５の切り替えスイッチとを有することを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、第１のフォトダイオードセンサのアノードと第２のフォトダイオードセンサのアノードとが接続された第１端子と、前記第１のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第２端子と、前記第２のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を保持する第１及び第２の記憶部とを備えたセンサ処理回路におけるオフセット検出方法において、前記第２端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第３端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第１の記憶部に保持し、前記第３端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第２端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第２の記憶部に保持し、前記第１の記憶部と前記第２の記憶部で保持した値を加算してオフセットを検出することを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、第１のフォトダイオードセンサのカソードと第２のフォトダイオードセンサのカソードとが接続された第１端子と、前記第１のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第２端子と、前記第２のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を保持する第１及び第２の記憶部とを備えたセンサ処理回路におけるオフセット検出方法において、前記第２端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第３端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第１の記憶部に保持し、前記第３端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第２端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第２の記憶部に保持し、前記第１の記憶部と前記第２の記憶部で保持した値を加算してオフセットを検出することを特徴とする。

本発明によれば、オフセットを簡易に検出するフォトダイオードセンサの処理回路及びそのオフセット検出方法を実現することができる。

フォトダイオードセンサとその信号処理回路を備えたフォトダイオードセンサ回路の一例を示す概念図である。 フォトダイオードセンサと信号処理ＩＣを備えたセンサモジュールの概念図である。 本実施形態における第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサを備えたセンサを示す図である。 フォトダイオードセンサを等価回路で示した図である。 図３に示すセンサを等価回路で示した図である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その２）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その３）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その４）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その５）である。 フォトダイオードセンサと信号処理ＩＣを備えたセンサモジュールの概念図である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための概念図である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その６）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その７）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その８）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その９）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１０）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１１）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１２）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１３）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１４）である。 本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１５）である。 本実施形態の別の実施形態における第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサを備えたセンサを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態におけるセンサは、少なくとも２つのフォトダイオードセンサを備え、第１のフォトダイオードセンサのアノードと、第２のフォトダイオードセンサのアノードが接続され、第１のフォトダイオードセンサのカソードと、第２のフォトダイオードセンサのカソードにそれぞれ出力端子を有するセンサである。

または、本実施形態におけるセンサは、少なくとも２つのフォトダイオードセンサを備え、第１のフォトダイオードセンサのカソードと、第２のフォトダイオードセンサのカソードが接続され、第１のフォトダイオードセンサのアノードと、第２のフォトダイオードセンサのアノードにそれぞれ出力端子を有するセンサである。
図３（ａ），（ｂ）は、第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサを備えたセンサを示す図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、フォトダイオードセンサを互いの向きが逆向きになるように直列に接続する。つまり、第１のフォトダイオードセンサ１２のアノードと、第２のフォトダイオードセンサ２２のアノードを接続する（図３（ｂ））、または、第１のフォトダイオードセンサのカソードと、第２のフォトダイオードセンサのカソードを接続する（図３（ａ））。

それにより、入力される光があるにも係らず、無入力の状態を作り出すことができる。つまり、オフセットがない理想的な場合において、出力端子からは電流が流れない無入力状態を作り出せる。その原理について以下詳細に説明する。
図４は、フォトダイオードセンサを等価回路で示した図である。Ｉ０の電流を流す電流源と、Ｒ０の抵抗が並列接続された等価回路に置き換えることができる。電流Ｉ０は入力光に対するダイオードの出力電流、Ｒ０はダイオードの出力抵抗である。

図５は、図３に示したセンサを図４のように等価回路で示した図である（図３（ｂ）が図５（ｂ）に対応し、図３（ａ）が図５（ａ）に対応する）。
フォトダイオードセンサを図３に示す接続とすることにより、第１のフォトダイオードセンサの出力電流Ｉ０＿１と、第２のフォトダイオードセンサの出力電流Ｉ０＿２とが同じ場合、電流を互いに打ち消し合う関係となるため、センサの無入力状態を作り出すことができる。図５（ｂ）の等価回路で考えると、電流Ｉ０＿１と電流Ｉ０＿２とが互いに引き合う関係となり、出力端子からは電流出力されず、無入力状態となる。図５（ａ）の等価回路で考えると、電流Ｉ０＿１と電流Ｉ０＿２とが互いに向き合う関係となり、出力端子からは電流出力されず、無入力状態となる。

図３に示すフォトダイオードセンサの接続することで、センサの中で出力電流が打ち消し合い、センサの無入力状態を作り出すことができる。例えば、図２に示すセンサモジュール５において窓６を塞がなくとも、センサの無入力状態を作り出すことができるため、信号処理ＩＣのオフセットを検出することができる。つまり、光の入力がある状態においても、簡易に信号処理ＩＣのオフセットを検出し、例えば、補正を行うことも可能である。さらに、ダイナミックなオフセット補正も可能となる。

次に、本実施形態のセンサ処理回路について以下に説明する。
図６は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１）である。本実施形態のセンサ処理回路１１は、第１のフォトダイオードセンサ１２と第２のフォトダイオードセンサ２２とを備えたセンサ部１０と、切り替え部１３と、Ｉ−Ｖ変換器１４と、増幅器１５と、サンプリング回路１６とを備えている。

また、少なくとも２つのフォトダイオードセンサ１２，２２と、第１のフォトダイオードセンサ１２のアノードと第２のフォトダイオードセンサ２２のアノードとが接続された第１端子と、第１のフォトダイオードセンサ１２のカソードに接続される第２端子と、第２のフォトダイオードセンサ２２のカソードに接続される第３端子と、第１端子と第２端子との間の出力を取り出すか、第２端子と第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部１３とを備えている。

センサ部１０は、入力された光に対して電気信号（電流）を出力する。また、切り替え部１３は、センサ部１０の出力、第１のフォトダイオードセンサ１２と第２のフォトダイオードセンサ２２の接続点に与える所定電圧、次段のＩ−Ｖ変換器の入力の接続の切り替えを行う。
また、Ｉ−Ｖ変換器１４は、入力された電流に対して、電圧に変換して出力する。また、増幅器１５は、入力電圧を所定のゲインで増幅して出力する。可変増幅器であってもよい。

また、サンプリング回路１６は、増幅器１５の出力をサンプリングして出力する。サンプリング回路としては、サンプル／ホールド回路（アナログ出力時）またはＡＤＣ回路（デジタル出力時）などが挙げられる。
まず、第１のフォトダイオードセンサ、第２のフォトダイオードセンサから、それぞれ入力された光に対して、出力する場合における切り替え部１３の制御について説明する。本実施形態のセンサ処理回路１１では、切り替え部１３を制御して、時分割で交互に２つのフォトダイオードセンサの出力信号を処理する。

図６は、第１のフォトダイオードセンサ１２からの出力を信号処理する場合の切り替え部の接続を示す図である。このとき、図６に示す通り、切り替え部１３は、ＳＷ１とＳＷ３をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦとする。この接続とすることで、第１のフォトダイオードセンサ１２のカソードが、Ｉ−Ｖ変換器１４の入力に接続され、アノードが所定電圧に接続される。光の入力がある場合、その光に応じた電流を第１のフォトダイオードセンサ１２が出力し、Ｉ−Ｖ変換器１４で電圧に変換される。

図７は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その２）で、第２のフォトダイオードセンサ２２からの出力を信号処理する場合の切り替え部の接続を示す図である。このとき、図７に示す通り、切り替え部１３は、ＳＷ２とＳＷ３をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦとする。この接続とすることで、第２のフォトダイオードセンサ２２のカソードが、Ｉ−Ｖ変換器１４の入力に接続され、アノードが所定電圧に接続される。光の入力がある場合、その光に応じた電流を第２のフォトダイオードセンサ２２が出力し、Ｉ−Ｖ変換器１４で電圧に変換される。

図８及び図９は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その３，その４）で、オフセットを検出する場合における、切り替え部１３の接続を示している。センサ部１０の無入力状態を作るには、図８に示す通り切り替え部１３のＳＷ１とＳＷ５ＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする、又は、図９に示す通り切り替え部１３のＳＷ２とＳＷ４をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。

図８においては、第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサのアノード同士が接続され、第１のフォトダイオードセンサのカソードがＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続される。第２のフォトダイオードセンサのカソードは、所定電圧に接続される。この接続とすることにより、図３に示すセンサ部１０の無入力状態を作り出すことができる。

図９は、第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサを図８に対して入れ替えた形態を示す図である。
以上の通り、切り替え部１３を用いて、第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサのアノード同士が接続され、片方のフォトダイオードセンサのカソードがＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続され、もう片方のフォトダイオードセンサのカソードが所定電圧に接続されることで、無入力状態を作り出し、光が入力される状態であっても、信号処理回路部分のオフセットを検出することができる。この点について、図１０を用いて説明する。

図１０は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その５）で、外的又は回路因によるオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔを概念的に付け加えた場合におけるオフセット検出について説明する図である。
図８又は図９の接続を行うことで、Ｉ０＿１＝Ｉ０＿２の関係より、外的又は回路因によるオフセットに対応したオフセット量のみを検出することができる。つまり、増幅器１５の出力としては、Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔがゲインα倍したオフセット電流α×Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔのみの情報を得ることができる。この情報をもとに、センサ処理回路１１自身で、オフセットの補正を行うこともできる。

次に、入力光に偏りがある場合における無入力状態の作り方について説明する。
図１１は、フォトダイオードセンサと信号処理ＩＣを備えたセンサモジュールの概念図である。窓６に光が斜め入ってきた場合、フォトダイオードセンサの出力に傾き、つまりＩ０＿１≠Ｉ０＿２が発生することが想定される。例えば、図１１では、窓６へ斜めに光が入力された場合、第１のフォトダイオードセンサ１２（ＤＩＯ１）には光が十分にあたるが、第２のフォトダイオードセンサ２２（ＤＩＯ２）には光が十分にあたらない。その場合、Ｉ０＿１≠Ｉ０＿２となる。

図１２は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための概念図で、センサ処理回路１１の別の形態であり、Ｉ０＿１≠Ｉ０＿２の場合であっても、無入力状態でオフセットを検出することができる。図１２は、図６に記憶部１７、１８と、加算部１９を備える形態である。
記憶部、加算器は、デジタル処理回路であってもよく、アナログ処理回路であってもよい。アナログ回路の例としては、記憶部と加算器を合わせて、積分器で構成してもよい。

以下、図１３と図１４を用いて、オフセット検出について説明する。図１０のように、外的又は回路因によるオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔを仮定する。
図１３は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その６）である。まず、図１３に示す通り、切り替え部１３のＳＷ１とＳＷ５をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。つまり、第１のフォトダイオードセンサ１２のカソードがＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続され、第２のフォトダイオードセンサ２２のカソードが所定電圧に接続される。このとき、増幅器１５の出力は、α（Ｉ０＿１−Ｉ０＿２＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）に対応した出力となる。最終段のサンプリング回路１６においてα（Ｉ０＿１−Ｉ０＿２＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）の電流値に対応した情報を記憶部１に保持する。

図１４は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その７）である。次に、図１４に示す通り、切り替え部１３のＳＷ２とＳＷ４をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。つまり、第２のフォトダイオードセンサ２２のカソードがＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続され、第１のフォトダイオードセンサ１２のカソードが所定電圧に接続される。このとき、増幅器１５の出力は、α（Ｉ０＿２−Ｉ０＿１＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）に対応した出力となる。最終段のサンプリング回路１６においてα（Ｉ０＿２−Ｉ０＿１＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）の電流値に対応した情報を記憶部２に保持する。

そして、それぞれ記憶部１と記憶部２で保持した値を加算器１９で加算する。加算の結果は、２×α×Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔに対応した値となる。つまり、Ｉ０＿１とＩ０＿２の値に関わらず、仮定した外的又は回路因によるオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔについての情報のみを検出することができ、入力光が無入力の状態として、オフセットを検出することができる。

図１５は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その８）である。また、図１５では、加算器１９で得られたオフセット情報（２×α×Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）を用いて、演算回路２０で補正を行うこともできる。ここでは、演算回路２０で補正を行ったが、前段で補正を行ってもよい。オフセット検出した値に基づいて補正を行えば、オフセットが除去された測定値を得ることができる。

以上、前述の説明を以下の手順として説明すると、下記の通りである。
（１）図１３の状態の接続を行い、記憶部１に結果を格納する。
（２）図１４の状態の接続を行い、記憶部２に結果を格納する。
（３）上記（１）と（２）で得られた結果を加算してモジュール系のオフセット値を算出する。
（４）上記（３）で得られた結果を用いて、フォトダイオードセンサ１２、フォトダイオード２２の測定結果を補正する。
なお、フォトダイオードセンサのカソードとアノードを逆にした場合についても同様である。

図１６は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その９）である。次に、フォトダイオードセンサを２個以上備えた形態について説明する。
本実施形態に係るセンサ処理回路は、少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、第１のフォトダイオードセンサのカソードと第２のフォトダイオードセンサのカソードとが接続された第１端子と、第１のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第２端子と、第２のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第３端子と、第１端子と第２端子との間の出力を取り出すか、第２端子と第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部とを備えている。

つまり、本実施形態において、センサは、第１のフォトダイオードセンサと、第２のフォトダイオードセンサと、第３のフォトダイオードセンサと、第４のフォトダイオードセンサとを備え、各フォトダイオードセンサのアノードが接続され、各フォトダイオードセンサのカソードが出力端子に接続される。
または、本実施形態において、センサは、第１のフォトダイオードセンサと、第２のフォトダイオードセンサと、第３のフォトダイオードセンサと、第４のフォトダイオードセンサとを備え、各フォトダイオードセンサのカソードが接続され、各フォトダイオードセンサのアノードが出力端子に接続される。

より具体的には、本実施形態において、センサは、第１のフォトダイオードセンサと、第２のフォトダイオードセンサと、第３のフォトダイオードセンサと、第４のフォトダイオードセンサとを備え、第１のフォトダイオードセンサと第３のフォトダイオードセンサのアノード同士、カソード同士が電気的に接続された第１のフォトダイオードセンサ部と、第２のフォトダイオードセンサと第４のフォトダイオードセンサのアノード同士、カソード同士が電気的に接続された第２のフォトダイオードセンサ部とが、各フォトダイオードセンサのアノードが電気的に接続されるように直列に接続される。

以下、図１７乃至図２２を用いて、フォトダイオードセンサが４個の場合の形態を説明する。
図１７は、本実施形態に係るセンサ処理回路を説明するための回路図（その１０）である。図１５に対して、第３のフォトダイオードセンサ３２、第４のフォトダイオードセンサ４２、切り替え部２３、記憶部３、記憶部４を備えている。

図１７に示す通り、第１のフォトダイオードセンサ１２、第２のフォトダイオードセンサ２２、第３のフォトダイオードセンサ３２、第４のフォトダイオードセンサ４２を備え、各フォトダイオードセンサのアノードが接続され、各フォトダイオードセンサのカソードが出力端子に接続されている。
切り替え部２３は、フォトダイオードセンサの個数が図１５に比べて多くなっていることに伴い、ＳＷの個数が多くなっている。

まず、各フォトダイオードセンサで光の入力を検出するときの切り替え部２３の動作について説明する。
第１のフォトダイオードセンサ１２からの出力を信号処理する場合、切り替え部２３は、ＳＷ３とＳＷ５をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦとする。この接続とすることで、第１のフォトダイオードセンサ１２のカソードが、Ｉ−Ｖ変換器１４の入力に接続され、アノードが所定電圧に接続される。光の入力がある場合、その光に応じた電流を第１のフォトダイオードセンサ１２が出力し、Ｉ−Ｖ変換器１４で電圧に変換される。

第２のフォトダイオードセンサ２２の場合は、ＳＷ４とＳＷ５をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。また、第３のフォトダイオードセンサ２２の場合は、ＳＷ２とＳＷ５をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。また、第４のフォトダイオードセンサ２２の場合は、ＳＷ１とＳＷ５をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。
次に、Ｉ０＿１、Ｉ０＿２、Ｉ０＿３、Ｉ０＿４の電流がそれぞれ異なる場合におけるオフセットを検出する際の、切り替え部２３の接続を図１８乃至図２１に示す。

第１フェーズである図１８においては、切り替え部２３のＳＷ２とＳＷ３とＳＷ７とＳＷ８をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。第１のフォトダイオードセンサ１２と第３のフォトダイオードセンサ３２のカソード同士が接続されてＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続される。第２のフォトダイオードセンサ２２と第４のフォトダイオードセンサ４２のカソード同士が接続されて所定電圧に接続される。このとき、記憶部１にα（Ｉ０＿１−Ｉ０＿２＋Ｉ０＿３−Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）が格納されることとなる。

第２フェーズである図１９においては、切り替え部２３のＳＷ３とＳＷ４とＳＷ８とＳＷ９をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。第１のフォトダイオードセンサ１２と第２のフォトダイオードセンサ２２のカソード同士が接続されてＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続される。第３のフォトダイオードセンサ３２と第４のフォトダイオードセンサ４２のカソード同士が接続されて所定電圧に接続される。このとき、記憶部２にα（Ｉ０＿１＋Ｉ０＿２−Ｉ０＿３−Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）が格納されることとなる。

第３フェーズである図２０においては、切り替え部２３のＳＷ１とＳＷ４とＳＷ６とＳＷ９をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。第２のフォトダイオードセンサ２２と第４のフォトダイオードセンサ４２のカソード同士が接続されてＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続される。第１のフォトダイオードセンサ１２と第３のフォトダイオードセンサ３２のカソード同士が接続されて所定電圧に接続される。このとき、記憶部３にα（−Ｉ０＿１＋Ｉ０＿２−Ｉ０＿３＋Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）が格納されることとなる。

第４フェーズである図２１においては、切り替え部２３のＳＷ１とＳＷ２とＳＷ６とＳＷ７をＯＮし、その他のＳＷをＯＦＦする。第３のフォトダイオードセンサ３２と第４のフォトダイオードセンサ４２のカソード同士が接続されてＩ−Ｖ変換器１４の入力に接続される。第１のフォトダイオードセンサ１２と第２のフォトダイオードセンサ２２のカソード同士が接続されて所定電圧に接続される。このとき、記憶部４にα（−Ｉ０＿１−Ｉ０＿２＋Ｉ０＿３＋Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）が格納されることとなる。

以上をまとめると、各記憶部には以下の情報が格納されることとなる。
記憶部１：α（Ｉ０＿１−Ｉ０＿２＋Ｉ０＿３−Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）
記憶部２：α（Ｉ０＿１＋Ｉ０＿２−Ｉ０＿３−Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）
記憶部３：α（−Ｉ０＿１＋Ｉ０＿２−Ｉ０＿３＋Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）
記憶部４：α（−Ｉ０＿１−Ｉ０＿２＋Ｉ０＿３＋Ｉ０＿４＋Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ）
第１フェーズから第４フェーズの各状態で記憶部に保持された各値を加算した結果は、４×α×Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔになり、入力光の出力値がキャンセルされて、オフセットのみの情報を検出することが可能となる。

なお、上記記憶部のまとめから明らかのように、記憶部１と記憶部３のみで２×α×Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔとオフセットに関する情報のみを取り出すことも可能である。その場合、切り替え部は、第１フェーズと第３フェーズの切り替えを行えばよい。同様に記憶部２と記憶部４のみで行うことも可能である。
以上、前述の説明を以下の手順として説明すると、下記の通りである。

（１）図１８の状態の接続を行い、記憶部１に結果を格納する。
（２）図１９の状態の接続を行い、記憶部２に結果を格納する。
（３）図２０の状態の接続を行い、記憶部３に結果を格納する。
（４）図２１の状態の接続を行い、記憶部４に結果を格納する。
（５）上記（１），（２），（３），（４）で得られた結果を加算してモジュール系のオフセット値を演算する。
（６）上記（５）で得られた結果を用いて、第１のフォトダイオードセンサ１２（ＤＩＯ１）、第２のフォトダイオードセンサ２２（ＤＩＯ２）、第３のフォトダイオードセンサ３２（ＤＩＯ３）、第４のフォトダイオードセンサ４２（ＤＩＯ４）の測定結果を補正する。

４個のフォトダイオードセンサにおいては、例えば、第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサのカソードに接続される出力端子をオープンとし（つまり、ＳＷ３とＳＷ６とＳＷ４とＳＷ７をＯＦＦ）、第３のフォトダイオードセンサと第４のフォトダイオードセンサのみを用いて、２個のフォトダイオードセンサの場合と同様にしてオフセット検出を行うことも可能である。

また、３個の場合であっても、２個のフォトダイオードセンサと、１個のフォトダイオードセンサとが電流を引き合う向きに接続し、上述の通り、接続の切り替えを行うことにより、オフセットを検出することができ、または、１個のフォトダイオードセンサのカソード出力端子をオープンとし、２個のフォトダイオードセンサで接続切り替えを行うことにより、オフセットを検出することができる。

さらに、４個の場合において、２個のフォトダイオードセンサは、アノード同士を接続し、もう２個のフォトダイオードセンサは、カソード同士を接続する形態であってもよい。この場合も、接続した２個同士は、電流を引き合う、又は、向いあう関係にあるため、オフセットを検出することができる。
以上の通り、複数のフォトダイオードセンサを利用するセンサにおいて、光学的に入力状態にも関わらず、意図的に無入力状態を生成することで、オフセットを検出することができる。

なお、本実施形態において、窓は光を透過する窓材であってもよい。また、窓を塞いだ状態であっても多少の光が漏れてくることから、本実施形態のセンサ及び処理回路は好適に利用できる。
図２３は、本実施形態の別の実施形態における第１のフォトダイオードセンサと第２のフォトダイオードセンサを備えたセンサを示す図である。また、センサ１０として、各フォトダイオードセンサのアノード、又は、カソードを直接、接続した形態を説明したが、図２３に示す通り、スイッチを介して接続される形態であってもよい。

また、本実施形態において、フォトダイオードセンサと信号処理ＩＣのハイブリッドパッケージの説明を行ったが、モノリシックな形態であってもよい。
本発明におけるセンサ処理回路のオフセット検出方法は、少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、第１のフォトダイオードセンサのアノードと第２のフォトダイオードセンサのアノードとが接続された第１端子と、第１のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第２端子と、第２のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第３端子とを備えたセンサにおいて、第２端子に対する第３端子の出力信号１を取り出し、第３端子に対する第２端子の出力信号２を取り出し、出力信号１と出力信号２を加算してオフセットを検出するものである。

１ フォトダイオードセンサ回路
２ フォトダイオードセンサ
３ アンプ
４ サンプリング回路
５ センサモジュール
６ 窓、窓材
７ 信号処理ＩＣ
８ パッケージ
１０，１００ センサ部
１１ センサ処理回路
１２，２２，３２，４２ フォトダイオードセンサ
１３，２３ 切り替え部
１４ Ｉ−Ｖ変換器
１５ 増幅器
１６ サンプリング回路
１７，１８ 記憶部
１９ 加算器
２０ 演算回路

Claims (11)

1. 少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、
   第１のフォトダイオードセンサのアノードと第２のフォトダイオードセンサのアノードとが接続された第１端子と、
   前記第１のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第２端子と、
   前記第２のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第３端子と、
   前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、
   前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、を備え、
   前記切り替え部は、前記第２端子及び前記第３端子のうちの一方を前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続し、前記第２端子及び前記第３端子のうちの他方を所定電圧に接続することで、オフセットが検出されることを特徴とするセンサ処理回路。
2. 少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、
   第１のフォトダイオードセンサのカソードと第２のフォトダイオードセンサのカソードとが接続された第１端子と、
   前記第１のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第２端子と、
   前記第２のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第３端子と、
   前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、
   前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、を備え、
   前記切り替え部は、前記第２端子及び前記第３端子のうちの一方を前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続し、前記第２端子及び前記第３端子のうちの他方を所定電圧に接続することで、オフセットが検出されることを特徴とするセンサ処理回路。
3. 前記切り替え部は、前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第１端子と前記第３端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ処理回路。
4. 前記第１端子は、前記切り替え部を介して、所定電圧が供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ処理回路。
5. 前記切り替え部は、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ処理回路。
6. さらに、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を保持する第１及び第２の記憶部を備え、
   前記第２端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第３端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第１の記憶部に保持し、前記第３端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第２端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第２の記憶部に保持してオフセットを検出するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のセンサ処理回路。
7. さらに、前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を加算する加算器を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載のセンサ処理回路。
8. 前記第１のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードと前記第２のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードとは、直接接続される、又は、切り替えスイッチを介して接続されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のセンサ処理回路。
9. 前記切り替え部は、
   第１のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードと第２のフォトダイオードセンサのアノード又はカソードとが接続された第１端子と、所定電圧生成回路と、の間で接続される第１の切り替えスイッチと、
   前記第１のフォトダイオードセンサのカソード又はアノードに接続される第２端子と、前記Ｉ−Ｖ変換器の入力と、の間で接続される第２の切り替えスイッチと、
   前記第２端子と、所定電圧生成回路と、の間で接続される第３の切り替えスイッチと、
   前記第２のフォトダイオードセンサのカソード又はアノードに接続される第３端子と、前記Ｉ−Ｖ変換器の入力と、の間で接続される第４の切り替えスイッチと、
   前記第３端子と、所定電圧生成回路との間で接続される第５の切り替えスイッチと
   を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセンサ処理回路。
10. 少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、
    第１のフォトダイオードセンサのアノードと第２のフォトダイオードセンサのアノードとが接続された第１端子と、
    前記第１のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第２端子と、
    前記第２のフォトダイオードセンサのカソードに接続される第３端子と、
    前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、
    前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、
    前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を保持する第１及び第２の記憶部とを備えたセンサ処理回路におけるオフセット検出方法において、
    前記第２端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第３端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第１の記憶部に保持し、前記第３端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第２端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第２の記憶部に保持し、前記第１の記憶部と前記第２の記憶部で保持した値を加算してオフセットを検出することを特徴とするオフセット検出方法。
11. 少なくとも２つのフォトダイオードセンサと、
    第１のフォトダイオードセンサのカソードと第２のフォトダイオードセンサのカソードとが接続された第１端子と、
    前記第１のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第２端子と、
    前記第２のフォトダイオードセンサのアノードに接続される第３端子と、
    前記第１端子と前記第２端子との間の出力を取り出すか、前記第２端子と前記第３端子との間の出力を取り出すかを切り替える切り替え部と、
    前記切り替え部の出力を処理するＩ−Ｖ変換器と、
    前記第２端子と前記第３端子との間の出力の極性を切り替えた出力信号を保持する第１及び第２の記憶部とを備えたセンサ処理回路におけるオフセット検出方法において、
    前記第２端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第３端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第１の記憶部に保持し、前記第３端子が前記Ｉ−Ｖ変換器の入力に接続され、前記第２端子が所定電圧に接続されたときの出力を前記第２の記憶部に保持し、前記第１の記憶部と前記第２の記憶部で保持した値を加算してオフセットを検出することを特徴とするオフセット検出方法。

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