JPH0715411B2

JPH0715411B2 - 光検出装置

Info

Publication number: JPH0715411B2
Application number: JP61147447A
Authority: JP
Inventors: 牧野　　泰明
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPS633229A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えば自動車のヘッドライトや街燈等を自動
で点灯・消灯するのに用いられ、受光素子の受光結果に
応じて周囲の明暗を判定する光検出装置に関するもので
ある。

［従来の技術］従来この種の装置では、フォトダイオードやフォトトラ
ンジスタ等の受光素子に流れる電流を電圧信号に変換
し、その変換された電圧を予め設定された基準電圧と比
較することで周囲の明暗を判定するようされている。ま
た受光素子に流れる電流を電圧信号に変換する検出回路
には、受光素子に直列接続された抵抗器が用いられ、そ
の両端に生ずる電圧を検出信号として抽出するようされ
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ところで受光素子は受光光量に応じて流れる電流が変化
するものであるが、明暗判定の対象となるような微弱光
では流れる電流が数μＡと小さく、これを上記のように
抵抗器を介して検出するには、検出回路に抵抗器両端の
電圧を増幅する増幅回路を設ける必要があった。つまり
検出回路からの電圧信号に基づき明暗を判定する明暗判
定回路には通常、オペアンプ等からなるコンパレータが
用いられ、上記のように検出回路から出力される電圧信
号を基準電圧と比較することで明暗を判定するよう構成
されているのであるが、受光素子に微少光が入射された
ときの明暗を精度よく判定するには電流の微少な変化に
対して大きく変化する電圧信号を出力することが望まし
く、検出回路には抵抗器による検出電圧を増幅する増幅
回路を設ける必要が生じてくるのである。このため従来
の検出回路ではその回路構成が複雑になり、光検出装置
を１チップICとして作製することが困難であった。また
このように増幅回路を用いた場合、出力される電圧信号
が増幅回路のドリフトの影響を受けないよう、増幅回路
のドリフト調整を充分行うことが必要で、調整作業が面
倒であるといった問題もある。

そこで本発明は、検出回路に増幅回路等を設けることな
く受光素子に流れる電流から周囲の明暗を高精度に検出
することができ、容易にIC化することのできる光検出装
置を提供することを目的としてなされた。

［問題点を解決するための手段］即ち上記問題点を解決するための手段としての本発明の
構成は、入射光量に応じて流れる電流が変化する受光素子と、該
受光素子に流れる電流を電圧信号に変換する検出回路
と、該検出回路からの電圧信号と予め設定された第１の
基準電圧とから明暗を判定する明暗判定回路と、を備え
た光検出装置において、上記明暗判定回路が、上記第１の基準電圧を生成する第
１の基準電圧生成手段と、電荷蓄積用の第１のコンデン
サと、該第１のコンデンサに上記第１の基準電圧を印加
して充電を行なう第１の充電スイッチと、上記第１のコ
ンデンサの端子電圧の増・減を判定する判定手段と、を
備えると共に、上記検出回路が、少なくとも上記第１の基準電圧より大
きな第２の基準電圧を生成する第２の基準電圧生成手段
と、上記受光素子に並列に接続された電荷蓄積用の第２
のコンデンサと、該第２のコンデンサに上記第２の基準
電圧を印加して充電を行なう第２の充電スイッチと、上
記第２のコンデンサと上記明暗判定回路との間に設けら
れ、該第２のコンデンサと上記第１のコンデンサとを接
続する出力スイッチと、を備え、更に、上記各充電スイッチを夫々所定時間オンして上記
各コンデンサへの充電を行なうと共に、その後、所定時
間経過すると上記出力スイッチをオンする制御手段、を
設けたことを特徴としている。

［作用］上記のように、本発明の光検出装置においては、制御手
段の動作によって、第１の充電スイッチ及び第２の充電
スイッチが夫々所定時間オンされる。従って、明暗判定
回路では、第１のコンデンサが第１の基準電圧により所
定時間充電され、検出回路では、第２のコンデンサが第
１の基準電圧よりも大きい第２の基準電圧により所定時
間充電されることになり、この充電により、第２のコン
デンサには、第１のコンデンサに比べて多くの電荷が蓄
積され、電圧が大きくなる。

一方、検出回路では、第２のコンデンサが受光素子に並
列に接続されているため、制御手段により第２の充電ス
イッチが所定時間オンされた後（つまり第２のコンデン
サの充電後）は、第２のコンデンサに蓄積された電荷が
受光素子を介して放電される。また、このとき受光素子
に流れる電流量は、受光素子への入射光量に応じて変化
し、入射光量が多いほど、換言すれば受光素子への入射
光が明るいほど、大きくなる。従って、充電後、第２の
コンデンサに蓄積された電荷は、受光素子への入射光が
明るい程、速く放電されることになる。

また、制御手段は、各充電スイッチを所定時間オンした
後、更に所定時間経過すると、今度は出力スイッチをオ
ンして、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを接続
する。従って、出力スイッチのオン時には、受光素子へ
の入射光の明るさに応じて、第１のコンデンサの電荷蓄
積量と第２のコンデンサの電荷蓄積量との大小関係が変
化することになり、電荷を多く蓄積したコンデンサ側か
ら他方のコンデンサ側への電荷が移動する。このため、
出力スイッチのオン時には、第１のコンデンサの電荷蓄
積量、換言すればその端子電圧が、受光素子への入射光
の明るさに応じて上昇或は低下する。

つまり、受光素子への入射光が明るい場合には、第２の
コンデンサに蓄積された電荷が、受光素子を介して速や
かに放電されるため、出力スイッチのオン時には、第２
のコンデンサの端子電圧が第１のコンデンサに比べて小
さくなり、第１のコンデンサ側から第２のコンデンサ側
に電荷が移動して、第１のコンデンサの端子電圧が低下
し、逆に、受光素子への入射光が暗い場合には、第２の
コンデンサに蓄積された電荷が、受光素子を介してゆっ
くりと放電されるため、出力スイッチのオン時には、第
２のコンデンサの端子電圧が第１のコンデンサに比べて
大きくなり、第２のコンデンサ側から第１のコンデンサ
側に電荷が移動して、第１の端子電圧が上昇するのであ
る。

一方、こうした第１のコンデンサの端子電圧の増減状態
は、明暗判定回路内の判定手段により判定される。従っ
て、本発明の光検出装置においては、出力スイッチオン
時の判定手段の判定結果から、受光素子に入射された光
の明暗状態を検知することができるようになる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は本実施例の光検出装置全体の構成を表す電気回
路図である。

図に示すように本実施例の光検出装置は、前記受光素子
としてのフォトダイオードDiと、フォトダイオードDiに
流れる電流を電圧信号として検出する検出回路１と、検
出回路１からの電圧信号を基準電圧V1と比較して明暗を
判定する明暗判定回路２と、検出回路１及び明暗判定回
路２を所定のタイミングで制御する制御回路３と、制御
回路３の制御タイミングを決定するため所定の間隔でク
ロック信号を発生するクロック信号発生回路４と、当該
装置への電源印加によって制御回路４の動作を開始させ
るリセット信号発生回路５と、から構成されている。

ここでまず明暗判定回路２は、電源電圧V0を分圧して明
暗の判定基準となる基準電圧V1を発生する第１の基準電
圧生成手段としての抵抗器R1及びR2と、この抵抗器R1及
びR2によって得られる基準電圧V1の印加によって電荷を
蓄え、明暗判定時に検出回路１からの電圧信号が入力さ
れる明暗判定用のコンデンサC1と、コンデンサC1に基準
電圧V1を印加するためコンデンサC1と抵抗器R1及びR2の
分圧点ａとの間に設けられた第１に充電スイッチとして
のアナログスイッチS1と、コンデンサC1のアナログスイ
ッチS1とは逆の端子に接続された判定手段としての論理
インバータN1と、この論理インバータN1の入出力端子を
断・続するアナログスイッチS2と、により電荷平衡形比
較回路として構成されている。尚この動作については後
で詳しく説明する。

また検出回路１は、フォトダイオードDiに電圧を印加し
て入射光量に応じて変化する電流を電圧信号として検出
するため、フォトダイオードDiに抵抗器R3を介して接続
されたコンデンサC2と、このコンデンサC2を充電するた
め電源電圧V0を分圧して上記明暗判定回路の基準電圧V1
より大きい第２の基準電圧V2を発生する，前記第２の基
準電圧生成手段としての可変抵抗器VR1と、可変抵抗器V
R1の分圧点ｂとコンデンサC2との間に設けられコンデン
サC2の充放電タイミングを決定する，前記第２の充電ス
イッチとしてのアナログスイッチS3と、コンデンサC2が
フォトダイオードDiを介して所定時間放電したときその
端子電圧を上記明暗判定回路２のコンデンサC1に印加し
て明暗を判定させる。前記出力スイッチとしてのアナロ
グスイッチS4と、により充放電回路として構成されてい
る。

また更に制御回路３は、前記制御手段を含み、上記各ア
ナログスイッチS1〜S4を開閉制御してフォトダイオード
Diに流れる電流から明暗を判定させるためのものであっ
て、クロック信号入力時の入力端子Ｄの２値状態に応じ
て２値信号を出力する、６個のＤ−フリップフロップF1
〜F6と、フリップフロップF1からの２値信号がそのまま
入力され、フリップフロップF2からの２値信号が論理イ
ンバータN2を介して入力されるアンド回路A1と、同じく
リップフロップF1からの２値信号がそのまま入力され、
フリップフロップF3からの２値信号が論理インバータN3
を介して入力されるアンド回路A2と、フリップフロップ
F1及びF5からの２値信号がそのまま入力されるアンド回
路A3と、から構成されている。

尚、各フリップフロップF2〜F6の入力端子Ｄは各フリッ
プフロップF1〜F5の出力端子Ｑに接続され、フリップフ
ロップF1の入力端子ＤはフリップフロップF6の反転出力
端子に接続されている。また各フリップフロップF1〜
F6のクロック信号入力端子CKはクロック信号発生回路４
の出力端子に接続され、リセット信号入力端子Ｒはクロ
ック信号発生回路５の出力端子に接続されている。また
更に各アンド回路A1〜A3の出力端子は夫々、検出回路１
及び明暗判定回路２の、アナログスイッチS1,S3、アナ
ログスイッチS2、及びアナログスイッチS4に接続されて
いる。

次に上記のように構成された本実施例の光検出装置の動
作を、第２図に示すフリップフロップF1〜F6及びアナロ
グスイッチS1〜S4の動作状態を表すタイミングチャート
に沿って詳しく説明する。

当該装置が起動され、リセット信号発生回路５からリセ
ット信号が発生されると、フリップフロップF6の反転出
力端子がHighレベルとなり、これに伴いクロック信号
発生回路４からのクロック信号によってまずフリップフ
ロップF1の出力端子ＱがHighレベルとなる。このときフ
リップフロップF2及びF3の出力端子はLowレベルである
ので、この時点でアンド回路A1及びA2の各入力端子は共
にHighレベルとなり、出力信号がHighレベルとなってア
ナログスイッチS1,S2,S3がON状態となる。すると検出回
路１では、アナログスイッチS3を介してコンデンサC2に
基準電圧V2が充電され、明暗判定回路３では、アナログ
スイッチS1を介してコンデンサC1に基準電圧V1が充電さ
れると同時にアナログスイッチS2を介して論理インバー
タN1が通常出力する２値信号の中間レベルにバイアスさ
れる。尚、この自己バイアスによって論理インバータN1
は入力の微少な変化に対して出力が大きく振幅する状態
となる。

次にクロック信号発生回路４からクロック信号が出力さ
れると、今度はフリップフロップF2の出力端子ＱがHigh
レベルとなり、アンド回路A1からの出力信号がLowレベ
ルとなってアナログスイッチS1及びS3がOFF状態とな
る。すると検出回路１及び明暗判定回路２の各コンデン
サC2及びC1への充電が終了され、検出回路１ではコンデ
ンサC2からフォトダイオードDiへの放電が始まる。

そして次にクロック信号発生回路４からクロック信号が
出力されるとフリップフロップF3の出力端子ＱがHighレ
ベルとなり、アンド回路A2の出力信号がLowレベルとな
ってアナログスイッチS2がOFF状態にされ、論理インバ
ータの入出力端子が開放される。その後クロック信号発
生回路４からのクロック信号によってフリップフロップ
F4,F5の出力端子Ｑが順にHighレベルとなり、これによ
ってアンド回路A3からアナログスイッチS4にHighレベル
の出力信号が出力される。すると前回フリップフロップ
F2の出力端子ＱがHighレベルとなったとき放電し始めた
検出回路１のコンデンサC2の端子電圧が明暗判定回路２
のコンデンサC1に印加され、これによっていままで中間
レベルにバイアスされていた論理インバータN1の出力端
子がHigh・Lowいずれかの電圧レベルに変化する。つま
り、放電によって低下したコンデンサC2の電圧が基準電
圧V1によって充電されたコンデンサC1の電圧より低けれ
ば、コンデンサC1に蓄えられた電荷がコンデンサC2側へ
移動して論理インバータN1の入力端子レベルが低下し、
論理インバータN1の出力端子がHighレベルとなり、逆に
コンデンサC2の電圧がコンデンサC1の電圧により高けれ
ば、論理インバータN1の入力端子レベルが上昇して論理
インバータN1の出力端子がLowレベルとなるのである。
従ってこのときの論理インバータN1の出力信号レベルか
ら周囲の明暗が検知できることとなる。

次にクロック信号発生回路４からクロック信号が出力さ
れるとフリップフロップF6の反転出力端子ＱがLowレベ
ルとなり、その後クロック信号発生回路４からクロック
信号が出力される度に、フリップフロップF1,F2,…と出
力端子レベルが反転し、上記と同様の動作が繰返し実行
されるようになる。

以上説明したように、本実施例の光検出装置では、検出
回路１が充放電回路として構成され、基準電圧V2が充電
されたコンデンサC2から、クロック信号発生回路４から
のクロック信号で決定される時間フォトダイオードDiを
介して放電した後の電圧が、明暗判定回路２に出力され
る。

一方、明暗判定回路２は、入力の微小な変化に対応して
出力信号が大きく変化する電荷平衡型の比較回路により
構成されており、予め基準電圧V1が充電されたコンデン
サC1に、検出回路１からの出力電圧、つまりコンデンサ
C2の放電後の電圧を受けることにより、コンデンサC1の
電圧を明暗状態に応じて増・減させ、論理インバータN1
からその増減状態，換言すれば明暗状態を表わす信号を
出力する。

このため、本実施例によれば、検出回路１に増幅回路を
設けることなく、明暗判定回路２により明暗を判定する
ことができる。つまり、明暗判定回路２は、コンデンサ
C1の電圧の低下、上昇を論理インバータN1により判定す
る電荷平衡型の比較回路からなっており、従来より通常
用いられているオペアンプ等からなるコンパレータのよ
うに、判定精度を確保するために検出電圧を大きな電圧
値に増幅する必要はないため、検出回路１内のコンデン
サC2の電圧を増幅することなく、明暗を高精度に判定す
ることができるようになるのである。そして、このよう
に本実施例の光検出装置は、増幅回路を用いることなく
実現できるので、その回路構成を簡単にすることができ
る。

また明暗判定回路２の基準電圧に対する出力電圧レベル
を調整するには、即ち明暗の判定レベルを調整するに
は、基準電圧V2の電圧レベルを決定する可変抵抗器VR1
を調整することで簡単に行うことができ、その調整作業
も簡単になる。尚この調整は、制御回路３により決定さ
れる放電時間を調整することによっても行うことができ
る。

また更に制御信号を出力する制御回路３は勿論のこと、
検出回路１や明暗判定回路２を構成するアナログスイッ
チ，コンデンサ，抵抗器等もCMOSのICチップ上に集積で
きるので、取扱いを簡単にすることができ、この検出装
置で得られる明暗判定信号により自動車のヘッドライト
等を点灯・消灯する制御回路と共に１チップICとして製
造することも可能である。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明の光検出装置においては、
明暗判定回路内の第１のコンデンサを第１の基準電圧に
て充電すると共に、検出回路内の第２のコンデンサを第
１の基準電圧よりも大きい第２の基準電圧にて充電し、
その後、第２のコンデンサに蓄積された電荷を受光素子
を介して放電させ、その放電状態が所定時間経過した時
点で、第２のコンデンサと第１のコンデンサとを接続す
ることにより、受光素子への入射光が明暗状態に応じ
て、一方のコンデンサ側から他方のコンデンサ側へと電
荷を移動させ、この電荷の移動に伴い生じる第１のコン
デンサの変圧変化から、明暗状態を判定するようにされ
ている。

このため、本発明の光検出装置によれば、従来装置のよ
うに増幅回路を使用することなく、明暗判定回路におい
て周囲の明暗を高精度に判定することができ、検出回路
の構成を簡素化することができる。つまり、明暗判定回
路は、判定手段により第１のコンデンサの端子電圧の変
化を判定するものであり、従来より通常用いられている
オペアンプ等からなるコンパレータのように、判定精度
を確保するために検出電圧を大きな電圧値に増幅する必
要はないため、検出回路内のコンデンサの電圧を増幅す
ることなく、明暗を高精度に判定することができるよう
になるのである。

そして、このように本発明の光検出装置は、増幅回路を
用いることなく実現できるので、その回路構成を簡単に
することができる。また、増幅回路を使用しないので、
増幅回路の増幅特性を調整するための面倒な調整作業も
不要になり、装置のIC化も容易に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の光検出装置全体の構成を表す電気回路
図、第２図はその動作を説明するタイミングチャート、
である。１……検出回路、２……明暗判定回路３……制御回路、４……クロック信号発生回路 Di……フォトダイオード C1,C2……コンデンサ、VR1……可変抵抗器 R1,R2,R3……抵抗器 S1,S2,S3,S4……アナログスイッチ N1,N2,N3……論理インバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光量に応じて流れる電流が変化する受
光素子と、該受光素子に流れる電流を電圧信号に変換す
る検出回路と、該検出回路からの電圧信号と予め設定さ
れた第１の基準電圧とから明暗を判定する明暗判定回路
と、を備えた光検出装置において、上記明暗判定回路が、上記第１の基準電圧を生成する第
１の基準電圧生成手段と、電荷蓄積用の第１のコンデン
サと、該第１のコンデンサに上記第１の基準電圧を印加
して充電を行なう第１の充電スイッチと、上記第１のコ
ンデンサの端子電圧の増・減を判定する判定手段と、を
備えると共に、上記検出回路が、少なくとも上記第１の基準電圧より大
きな第２の基準電圧を生成する第２の基準電圧生成手段
と、上記受光素子に並列に接続された電荷蓄積用の第２
のコンデンサと、該第２のコンデンサに上記第２の基準
電圧を印加して充電を行なう第２の充電スイッチと、上
記第２のコンデンサと上記明暗判定回路との間に設けら
れ、該第２のコンデンサと上記第１のコンデンサとを接
続する出力スイッチと、を備え、更に、上記各充電スイッチを夫々所定時間オンして上記
各コンデンサへの充電を行なうと共に、その後、所定時
間経過すると上記出力スイッチをオンする制御手段、を
設けたことを特徴とする光検出装置。