特許 7385408 赤外線測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-14

(45)【発行日】2023-11-22

(54)【発明の名称】赤外線測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/42 20060101AFI20231115BHJP

   G01J 1/46 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

G01J1/42 N

G01J1/42 B

G01J1/46

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019165066

(22)【出願日】2019-09-11

(65)【公開番号】P2021043051

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-08-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北原 崇博

【審査官】平田 佳規

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１４５１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３３６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２５４８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１０６５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ １／４２－ Ｇ０１Ｊ １／４６

Ｇ０１Ｊ １／０２

Ｇ０１Ｃ ３／００－ Ｇ０１Ｃ ３／３２

Ｇ０１Ｒ １９／００－ Ｇ０１Ｒ １９／３２

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ Ｇ０１Ｓ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－ Ｇ０１Ｓ １７／９５

Ｇ０１Ｖ ８／１０－ Ｇ０１Ｖ ８／２６

Ｈ０１Ｈ ３５／００

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

Ｈ０３Ｋ １７／７８

Ｈ０３Ｍ １／００－ Ｈ０３Ｍ １／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、
前記赤外発光素子が発光している状態において前記近接物で反射した赤外反射光を測定した第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、
前記近接測定部は、
測定する光を電流に変換する光電素子と、
前記光電素子で変換した電流に応じた電荷を蓄える充電用キャパシタを有する充電回路と、
前記充電用キャパシタに蓄えた電荷を放電させる放電回路とを含み、
前記放電回路は、
１つの測定値を得るための測定から次の測定値を得るための測定までの充電時間の間、前記充電用キャパシタを充電するとともに、前記充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う、第１放電回路と、
前記充電時間終了後、前記充電用キャパシタに残存する電荷を移す段階放電用キャパシタと、
前記段階放電用キャパシタの電荷の放電を行う第２放電回路とを有し、
前記第１放電回路の放電回数および前記第２放電回路の放電回数に基づいて、前記充電用キャパシタの充電量に応じた電圧のディジタル値を測定値として出力し、
前記近接測定部は、前記第２の測定値を出力するために前記第２放電回路で放電している期間に、前記第１の測定値を出力するために前記第１放電回路で放電を行い、前記第１の測定値を出力するために前記第２放電回路で放電している期間に、前記第３の測定値を出力するために前記第１放電回路で放電を行う、赤外線測定装置。

【請求項2】

前記第１放電回路は、前記充電用キャパシタに残存する電荷を前記段階放電用キャパシタに移した後、次の測定値を得るための測定に基づいて前記充電用キャパシタを充電するとともに、前記充電用キャパシタが前記所定の充電量になる毎に放電を行う、請求項１に記載の赤外線測定装置。

【請求項3】

前記第２放電回路は、前記段階放電用キャパシタに残存する電荷が所定値になるまで、これを所定量ずつ段階的に放電するものである、請求項１または請求項２に記載の赤外線測定装置。

【請求項4】

前記第２放電回路は、前記段階放電用キャパシタに残存する電荷が前記所定値を超えて１段階余分に放電する１次段階放電と、前記所定量よりも小さい量ずつ段階的に放電して所定電圧まで戻す２次段階放電とを行う、請求項３に記載の赤外線測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、近接物に照射した赤外線を測定することができる赤外線測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、タッチパネル方式の表示装置を採用した機器が増加している。具体的に、携帯電話機、スマートフォン、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、カーナビ、一眼デジカメ等に、タッチパネル方式の表示装置が採用されている。

【0003】

タッチパネル方式を採用した表示装置では、人体の一部がタッチパネルに接触することで誤動作を生じることがある。特に、スマートフォンでは、電話による通話を行う際に耳や顔等をタッチパネルに接触させる必要があり、耳や顔等の接触によりタッチパネルによる誤動作を防止するために、表示装置での表示をオフにしてタッチパネルでの操作を無効にする必要がある。

【0004】

タッチパネルでの操作を無効にするために、タッチパネルに耳や顔等が近づいたことを検出するための測定装置として赤外線測定装置を採用している。当該赤外線測定装置は、近接物に照射した赤外線を測定することで対象物（たとえば、耳や顔等）が機器に接近したことを検出する光学式の近接センサ（以下、単に近接センサともいう）である。

【0005】

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っている。また、近接センサでは、赤外線領域の光のみを取り出すために、フォトダイオードに赤外線透過フィルタを設けて、紫外線や可視光をカットしているものもある。

【0006】

しかし、近接センサで近接物を測定する場合、太陽光、白熱灯、ハロゲン光等の赤外線成分を含む周囲光の影響を受けて測定に誤差が生じる場合がある。そのため、近接センサで近接物を測定する場合、周囲光の影響を抑えることが可能な近接センサが開発されている。

【0007】

例えば、特許文献１に示す近接センサでは、周囲光のような環境変動と、対象物からの測定値との分別を行うために、周囲光の変化時間を測定・演算して、あらかじめ定めておいた閾値と比較する構成が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１０－１８５８５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に示す近接センサでは、フォトダイオードの変化時間を測定、演算して閾値と比較するものであるから、周囲光の測定データが必要である。しかし、白熱灯、ハロゲン光、蛍光灯やＬＥＤ光源などを周囲光とする場合、商用電源の周波数５０／６０Ｈｚで周囲光の明るさが変動（フリッカー）することになる。

【0010】

周囲光が変動した場合、近接センサでは、周囲光を測定するタイミングと対象物からの反射光を測定するタイミングとで周囲光の明るさが変わるので、周囲光の明るさが変化した分がノイズとして測定される。そのため、近接センサでは、周囲光の変化がノイズとして加算され、対象物からの反射光を精度良く測定することができない。

【0011】

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、周囲光がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を抑制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。

【課題を解決するための手段】

【0012】

ある実施形態に従うと、近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、赤外発光素子が発光している状態において近接物で反射した赤外反射光を測定した第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手段を有する近接測定部と、近接測定部からの測定データを演算処理し、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手段を有する演算処理部とを備え、近接測定部は、測定する光を電流に変換する光電素子と、光電素子で変換した電流に応じた電荷を蓄える充電用キャパシタを有する充電回路と、充電用キャパシタに蓄えた電荷を放電させる放電回路とを含み、放電回路は、１つの測定値を得るための測定から次の測定値を得るための測定までの充電時間の間、充電用キャパシタを充電するとともに、充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う、第１放電回路と、充電時間終了後、充電用キャパシタに残存する電荷を移す段階放電用キャパシタと、段階放電用キャパシタの電荷の放電を行う第２放電回路とを有し、第１放電回路の放電回数および第２放電回路の放電回数に基づいて、充電用キャパシタの充電量に応じた電圧のデジタル値を測定値として出力し、近接測定部は、第２の測定値を出力するために第２放電回路で放電している期間に、第１の測定値を出力するために第１放電回路で放電を行い、第１の測定値を出力するために第２放電回路で放電している期間に、第３の測定値を出力するために第１放電回路で放電を行う。

【0013】

好ましくは、第１放電回路は、充電用キャパシタに残存する電荷を段階放電用キャパシタに移した後、次の測定値を得るための測定に基づいて充電用キャパシタを充電するとともに、充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う。

【0014】

好ましくは、第２放電回路は、段階放電用キャパシタに残存する電荷が所定値になるまで、これを所定量ずつ段階的に放電するものである。

【0015】

好ましくは、第２放電回路は、段階放電用キャパシタに残存する電荷が所定値を超えて１段階余分に放電する１次段階放電と、所定量よりも小さい量ずつ段階的に放電して所定電圧まで戻す２次段階放電とを行う。

【0016】

ある実施形態に従うと、近接物に赤外線を照射する赤外発光素子と、赤外発光素子が発光している状態において近接物で反射した赤外反射光を測定した第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手段を有する近接測定部と、近接測定部からの測定データを演算処理し、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手段を有する演算処理部とを備え、近接測定部は、測定する光を電流に変換する光電素子と、光電素子で変換した電流に応じた電荷を蓄える充電用キャパシタを有する充電回路と、充電用キャパシタに蓄えた電荷を放電させる放電回路とを含み、放電回路は、１つの測定値を得るための測定から次の測定値を得るための測定までの充電時間の間、充電用キャパシタを充電するとともに、充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う、第１放電回路と、充電時間終了後、充電用キャパシタに残存する電荷が所定値になるまで、これを所定量ずつ段階的に放電する第２放電回路とを有し、第２放電回路は、所定値を超えて１段階余分に放電する１次段階放電と、所定量よりも小さい量ずつ段階的に放電して所定電圧まで戻す２次段階放電とを行い、第１放電回路の放電回数および第２放電回路の放電回数に基づいて、充電用キャパシタの充電量に応じた電圧のデジタル値を測定値として出力する。

【発明の効果】

【0017】

ある実施形態に従う赤外線測定装置では、測定間隔を短くすることで周囲光がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態１に係る赤外線測定装置の全体構成を示す図である。

【図2】本実施の形態１に係る赤外線測定装置の測定タイミングを説明するための図である。

【図3】周囲光と反射光との測定タイミングを説明するための図である。

【図4】本実施の形態１に係る赤外線測定装置の積分回路およびＡＤ変換器の回路構成を示す回路図である。

【図5】本実施の形態１に係る赤外線測定装置の積分回路の充放電動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図6】本実施の形態２に係る赤外線測定装置の積分回路およびＡＤ変換器の回路構成を示す回路図である。

【図7】本実施の形態２に係る赤外線測定装置の積分回路の充放電動作の一例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明の実施の形態に係る赤外線測定装置について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

【0020】

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る赤外線測定装置は、近接物に照射した赤外線を測定することで対象物が機器に接近したことを検出する光学式の近接センサを一例として以下に説明する。しかし、これに限られず近接センサと同じような構成で赤外線を測定する赤外線測定装置であれば、いずれの赤外線測定装置であってもよい。

【0021】

図１は、実施の形態１に係る赤外線測定装置１００の全体構成を示す図である。赤外線測定装置１００は、近接測定部５０、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、Ｉ^２Ｃ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。

【0022】

また、赤外線測定装置１００は、演算処理部である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（赤外発光素子）４２０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－オフ切り替え等を行う。赤外線測定装置１００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４３０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。

【0023】

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、積分回路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４２０のカソードが接続されている。赤外発光ダイオード４２０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。

【0024】

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４２０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。赤外線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４２０を駆動させるためのパルス信号に変える。赤外発光ダイオード４２０が電流駆動であるため、赤外線ＬＥＤドライバ２から出力されるパルス信号は、電流パルス信号である。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２５０μｓｅｃとすることができる。

【0025】

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４２０に供給されると、赤外発光ダイオード４２０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が周囲光を測定している時には、赤外発光ダイオード４２０を発光させない。赤外発光ダイオード４２０からの受光が周囲光の測定に対して誤差信号とならないようにするためである。

【0026】

赤外発光ダイオード４２０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４００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、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積分回路４に出力される。積分回路４では、光電流を増幅器とキャパシタとによる積分回路で積分し、その値がＡＤ変換器５に出力する。

【0027】

ＡＤ変換器５は、積分回路４で積分された値をＡＤ変換してデジタル値として出力する。ここで、積分回路４およびＡＤ変換器５とで積分型ＡＤ変換回路を構成している。積分型ＡＤ変換回路では、後述するように、光電流によるキャパシタへの電荷の充電と、キャパシタからの電荷の一括放電または段階放電とを繰り返すことで、光電流の値を積分して増幅し、増幅した値をデジタル値に変換している。

【0028】

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、Ｉ^２Ｃ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。

【0029】

周囲光の照度測定についても、近接測定部５０で行われる。周囲光の光源４１からの光が受光素子３で受光されると、受光素子３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とキャパシタとによる積分回路４で積分し、その値がＡＤ変換器５に入力される。ＡＤ変換器５によりＡＤ変換されたデジタル値は、対数変換器６に送信される。対数変換器６では、デジタル値を対数データに変換してレジスタ回路１４に送信し、送信された対数データはレジスタ回路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Ｉ^２Ｃインタフェース１７を介してＭＣＵ４４に出力される。

【0030】

次に、赤外線測定装置１００の近接測定における基本的な測定タイミングについて説明する。図２は、本実施の形態１に係る赤外線測定装置１００の測定タイミングを説明するための図である。図２（ａ）および図２（ｂ）では、縦軸が周囲光の放射照度を、横軸が時間をそれぞれ示している。周囲光には、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）に基づく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から光が含まれているため、図２に示すように周囲光の放射照度も変動する。

【0031】

このため、赤外線測定装置１００では、赤外発光ダイオード４２０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ことができる。

【0032】

図２（ａ）に示すように、赤外線測定装置１００は、時刻ｔ２で赤外発光ダイオード４２０を発光させて赤外反射光を測定する場合、時刻ｔ２の前後で赤外発光ダイオード４２０を発光させない時刻ｔ１、ｔ３で周囲光を測定する。時刻ｔ２での測定値をＭ２、時刻ｔ１、時刻ｔ３での周囲光の測定値をそれぞれＡＩＲ１、ＡＩＲ３とする。測定値Ｍ２には、時刻ｔ２での赤外反射光の成分ＬＥＤ１だけでなく、時刻ｔ２での周囲光の成分ＡＩＲ２も重畳している。そのため、赤外反射光の成分ＬＥＤ１を求めるには、測定値Ｍ２から周囲光の成分ＡＩＲ２を減算する必要がある。周囲光の成分ＡＩＲ２が、時刻ｔ１での周囲光の測定値ＡＩＲ１と、時刻ｔ３での周囲光の測定値ＡＩＲ３との平均値と等しいとすると、赤外反射光の成分ＬＥＤ１は、
ＬＥＤ１＝Ｍ２－（ＡＩＲ１＋ＡＩＲ３）／２ ・・・・ （１）
で算出できる。ここで、時刻ｔ１、時刻ｔ３における周囲光の測定値ＡＩＲ１、ＡＩＲ３、および時刻ｔ２での赤外反射光の測定値Ｍ２は、近接測定部５０において、受光素子３からの光電流に基づく放射照度として算出される。

【0033】

しかし、上記の式（１）により赤外反射光の成分ＬＥＤ１を算出する方法では、測定する時刻によって、図２（ａ）のように、赤外反射光の測定タイミングである時刻ｔ２で周囲光の放射照度がピークとなる場合、時刻ｔ２での周囲光の成分ＡＩＲ２は、時刻ｔ１、時刻ｔ３での周囲光の測定値ＡＩＲ１、ＡＩＲ３よりも大きくなる。つまり、周囲光の成分ＡＩＲ２と測定値ＡＩＲ１、ＡＩＲ３との関係は、ＡＩＲ２＞（ＡＩＲ１＋ＡＩＲ３）／２となる。そのため、当該関係を上記の式（１）に代入すると、測定値Ｍ２から周囲光の成分ＡＩＲ２を完全に減算することができないことが分かる。

【0034】

このように、上記の式（１）により赤外反射光の成分ＬＥＤ１の算出する方法では、周囲光の成分を除去することができず当該成分が残る場合があり、ノイズとして周囲光の成分が加算された赤外反射光の放射照度が算出される。算出した赤外反射光の放射照度にノイズとして周囲光の成分が加わると、近接物がなくても近接物が存在するという判定など、赤外線測定装置の誤動作の原因となる。

【0035】

上記のような問題を解消するには、図２（ｂ）のように周囲光と反射光との測定タイミングを極力近づける必要がある。図２（ｂ）に示すように、赤外線測定装置１００は、時刻ｔ２で赤外発光ダイオード４２０を発光させて赤外反射光を測定する場合、時刻ｔ２の前後で赤外発光ダイオード４２０を発光させない時刻ｔ１ａ、ｔ３ａで周囲光を測定する。時刻ｔ２での測定値をＭ２、時刻ｔ１ａ、時刻ｔ３ａでの周囲光の測定値をそれぞれＡＩＲ１ａ、ＡＩＲ３ａとする。

【0036】

時刻ｔ１ａ、時刻ｔ３ａは、図２（ａ）で示す時刻ｔ１、時刻ｔ３よりも時刻ｔ２にそれぞれに近付く、時刻ｔ１ａ、時刻ｔ３ａでの周囲光の測定値ＡＩＲ１ａ、ＡＩＲ３ａは、時刻ｔ１、時刻ｔ３での周囲光の測定値ＡＩＲ１、ＡＩＲ３より大きくなる。つまり、周囲光の成分ＡＩＲ２と測定値ＡＩＲ１、ＡＩＲ３と測定値ＡＩＲ１ａ、ＡＩＲ３ａとの関係は、ＡＩＲ２＞（ＡＩＲ１ａ＋ＡＩＲ３ａ）／２＞（ＡＩＲ１＋ＡＩＲ３）／２となる。そのため、周囲光と反射光との測定タイミングを極力近づけることで、測定値Ｍ２から周囲光の成分ＡＩＲ２により近い値を減算することができ、赤外線測定装置１００の誤動作を低減できる。

【0037】

ただ、赤外線測定装置１００において、周囲光と反射光との測定タイミングを近づけようとすると、測定結果の分解能とのトレードオフが発生することが考えられる。これは、赤外線測定装置１００の積分型ＡＤ変換回路を構成に起因する。積分型ＡＤ変換回路では、入射した周囲光また反射光を受光素子３であるフォトダイオードで光電流に変換し、積分回路４で一定時間積分して光の強さに比例した電圧に変換して、さらにこの電圧の大きさを、放電回路を用いてカウントすることでしてデジタル値に変換している。

【0038】

例えば、放電回路を有する積分型ＡＤ変換回路では、積分中に行う一括放電の他に積分終了後（充電時間終了後）に段階放電を行うことで測定結果の分解能を高めている。具体的に、当該積分型ＡＤ変換回路では、積分中はコンパレータＨで積分アンプの出力電圧を監視し、一定レベルになると一括放電を行って電圧を戻し、放電するたびにデータを１つ繰り上げる処理を行っている。さらに、当該積分型ＡＤ変換回路では、積分が終了すると、回路定数を切り替えて段階放電を行い、コンパレータＬで積分アンプの出力電圧を監視し、一括放電より小さな放電電圧で放電を行った回数をカウントすることでデジタル値に変換している。

【0039】

上記の積分型ＡＤ変換回路を用いて赤外線測定装置で周囲光と反射光との測定を行った場合について説明する。図３は、周囲光と反射光との測定タイミングを説明するための図である。上記の積分型ＡＤ変換回路では、図３（ａ）に示すように、周囲光測定Ａ１を行う期間（たとえば、２００μｓｅｃ）に積分中に一括放電を行い、当該期間が終了後に段階放電を行う期間（たとえば、２００μｓｅｃ）を設けている。そのため、反射光測定Ｂを行う期間は、周囲光測定Ａ１の段階放電を行う期間後から開始する。同様に、周囲光測定Ａ２を行う期間は、反射光測定Ｂの段階放電を行う期間後から開始する。

【0040】

そのため、周囲光と反射光との測定タイミングは、段階放電を行う期間より短い期間に近付けることができない問題がある。積分型ＡＤ変換回路では、段階放電を行うことでデジタル値の分解能を高めているため、周囲光と反射光との測定タイミングを近づけるために段階放電を行わなければデジタル値の分解能が犠牲となる。赤外線測定装置１００では、デジタル値の分解能を向上させるために段階放電の放電電圧を小さくすると、段階放電の最大回数が増えるため、周囲光と反射光との測定タイミングがさらに遠くなる。つまり、赤外線測定装置１００では、ノイズ低減とデジタル値の分解能との間にトレードオフの関係があり、両者の関係を最適化する必要がある。

【0041】

そこで、本実施の形態１に係る赤外線測定装置１００では、段階放電を行う期間の終了を待たずに次の測定を行う期間を開始できる回路構成を採用している。当該回路構成を採用することで、図３（ｂ）に示すように、周囲光測定Ａ１を行う期間（たとえば、２００μｓｅｃ）に積分中に一括放電を行い、当該期間が終了後に段階放電を行う期間を待たずに反射光測定Ｂを行う期間を開始する。周囲光測定Ａ１の段階放電を行う期間（たとえば、２００μｓｅｃ）は、反射光測定Ｂを行う期間と同じタイミングで行う。同様に、反射光測定Ｂの段階放電を行う期間を待たずに周囲光測定Ａ２の段階放電を行う期間を開始する。反射光測定Ｂの段階放電を行う期間は、周囲光測定Ａ２を行う期間と同じタイミングで行う。

【0042】

そのため、周囲光と反射光との測定タイミングは、段階放電を行う期間より短い期間に近付けることができる。当該回路構成を採用した積分型ＡＤ変換回路では、段階放電を行うことでデジタル値の分解能を高めつつ、周囲光と反射光との測定タイミングを近づけることが可能となる。

【0043】

以下、当該回路構成について詳しく説明する。図４は、本実施の形態１に係る赤外線測定装置の積分回路４およびＡＤ変換器５の回路構成を示す回路図である。積分回路４は、図４に示すように受光素子３からの入力電流（光電流）に応じた電荷を蓄える充電回路を構成するオペアンプ４０を有している。当該充電回路は、一端がオペアンプ４０の入力端に接続され、他端がオペアンプ４０の出力端に接続された充電用キャパシタＣＩＮＴ１と、オペアンプ４０の他の入力端に基準電圧ＶＲＥＦを印加する定電圧源とを有する。さらに、当該充電回路は、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の両端間を短絡する第１スイッチＳＷ１と、受光素子３と充電用キャパシタＣＩＮＴ１の一端との間を開閉する第２スイッチＳＷ２と、第２スイッチＳＷ２の一端と０．５Ｖの定電圧源との間を開閉する第２スイッチＳＷ２Ｂとを有する。

【0044】

積分回路４は、充電回路に蓄えた電荷を放電する一括放電回路（第１放電回路）４２を備えている。一括放電回路４２は、充電回路の充電量が所定の充電量に達する毎に、充電回路に蓄えられた電荷を一括で放電する回路である。一括放電回路４２には、放電用キャパシタＣＤＨＧ（例えば、充電用キャパシタＣＩＮＴ１と同じ容量）と、放電用キャパシタＣＤＨＧの一端と定電圧ＶＤＨＧを印加する定電圧源（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧）との間、並びに、放電用キャパシタＣＤＨＧの他端とオペアンプ４０の入力端との間を各々開閉する第４スイッチＳＷ４～ＳＷ４Ｂとを有している。

【0045】

オペアンプ４０の出力端には、ＡＤ変換器５のコンパレータＣＭＰＨが接続されており、コンパレータＣＭＰＨで積分中のオペアンプ４０の出力電圧を監視している。そして、オペアンプ４０の出力電圧が一定レベル（コンパレータＣＭＰＨに印加されている電圧）になると、一括放電回路４２で一括放電が行われ基準電圧ＶＲＥＦの電圧まで戻す。コンパレータＣＭＰＨでは、一括放電を行うたびにデータを＋１インクリメントして光に比例した電圧をデジタルデータ化している。

【0046】

積分が終了すると回路定数を切り替えて段階放電を行い、ＡＤ変換での分解能を向上させている。そのため、積分回路４は、充電回路に蓄えた電荷を段階的に放電する段階放電回路（第２放電回路）４３を備えている。しかし、本実施の形態１では、充電回路に蓄えられた電荷を単に段階的に放電する回路でなく、充電回路に蓄えられた電荷をコピーした上で段階的に放電する段階放電回路４３を設けている。段階放電回路４３では、充電回路に蓄えられた電荷をコピーする回路を構成するオペアンプ４３１を有している。当該回路は、一端がオペアンプ４３１の入力端に接続され、他端がオペアンプ４３１の出力端に接続された充電用キャパシタＣＩＮＴ１およびＣＩＮＴ２（例えば、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の約３１倍の容量）と、オペアンプ４３１の他の入力端に基準電圧ＶＲＥＦを印加する定電圧源とを有する。さらに、当該回路は、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の両端間を短絡する第７スイッチＳＷ７と、充電用キャパシタＣＩＮＴ２の一端に接続される第３スイッチＳＷ３，ＳＷ３Ｂとを有する。段階放電回路４３の充電用キャパシタＣＩＮＴ１およびＣＩＮＴ２は、段階放電用キャパシタともいう。

【0047】

段階放電回路４３には、さらに放電用キャパシタＣＤＨＧ（例えば、充電用キャパシタＣＩＮＴ１と同じ容量）と、放電用キャパシタＣＤＨＧの一端と定電圧ＶＤＨＧを印加する定電圧源との間、並びに、放電用キャパシタＣＤＨＧの他端とオペアンプ４３１の入力端との間を各々開閉する第８スイッチＳＷ８～ＳＷ８Ｂ，第９スイッチＳＷ９～ＳＷ９Ｂとを有している。段階放電回路４３では、１次段階放電だけでなく２次段階放電を行うため、放電用キャパシタＣＤＨＧに接続する定電圧源を切換えることができるように第５スイッチＳＷ５と第６スイッチＳＷ６とを設けている。第５スイッチＳＷ５は、定電圧ＶＤＨＧ１を印加する定電圧源（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧）と放電用キャパシタＣＤＨＧの一端との間に、第６スイッチＳＷ６は、定電圧ＶＤＨＧ２を印加する定電圧源（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約７／１０倍の電圧）と放電用キャパシタＣＤＨＧの一端との間にそれぞれ設けられている。なお、段階放電回路４３とオペアンプ４０との間には、スイッチＳＷＣが設けられている。

【0048】

段階放電回路４３による段階放電中は、コンパレータＣＭＰＬでオペアンプ４３１の出力電圧を監視している。そして、オペアンプ４３１の出力電圧が一定レベル（コンパレータＣＭＰＬに印加されている電圧（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約４／５倍の電圧））になると測定を終了する。コンパレータＣＭＰＬでは、積分終了の電圧を１次段階放電および２次段階放電の放電電圧で割った数値をデジタルデータ化している。

【0049】

図５は、本実施の形態１に係る赤外線測定装置の積分回路の充放電動作の一例を示すタイミングチャートである。図５に示すタイミングチャートでは、「測定前」、「積分＋一括放電」、「電圧コピー時間」、「次の積分＋一括放電」のそれぞれの期間に分けられる。なお、図３で説明した周囲光測定を「積分＋一括放電」の期間で行い、反射光測定を「次の積分＋一括放電」の期間で行い、周囲光測定の段階放電を「次の積分＋一括放電」の期間で行っている。

【0050】

積分回路４は、図５のタイミング（１）で示すように一括放電中、スイッチＳＷＣをＯＦＦ、第５スイッチＳＷ５をＯＮにすることで、オペアンプ４０を含む充電回路と段階放電回路４３とを電気的に切り離している。「積分＋一括放電」の期間において、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の充電モードでは、受光素子３からの電流入力経路が導通され、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の充電が開始される。その結果、オペアンプ４０の出力電圧Ａは、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の充電が進むにつれて、増加していくことになる。充電用キャパシタＣＩＮＴ１の充電が進み、オペアンプ４０の出力電圧ＡがコンパレータＣＭＰＨに印加されている電圧（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧）まで増加すると、一括放電回路４２による放電が開始される。すなわち、充電用キャパシタＣＩＮＴ１から放電用キャパシタＣＤＨＧへの電荷転送経路が導通され、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の蓄積電荷が放電用キャパシタＣＤＨＧに移される。

【0051】

段階放電回路４３は、「積分＋一括放電」の期間が終了すると、図５のタイミング（２）で示すように第７スイッチＳＷ７をＯＦＦ、次いでスイッチＳＷＣをＯＮにする。さらに、段階放電回路４３は、第８スイッチＳＷ８および第９スイッチＳＷ９を開閉することで、オペアンプ４０の出力電圧Ａをオペアンプ４３１の出力電圧Ｅにコピーする。

【0052】

段階放電回路４３は、オペアンプ４３１の出力電圧Ｅに電圧をコピー後、図５のタイミング（３）で示すようにスイッチＳＷＣをＯＦＦにする。その後、積分回路４では、「次の積分＋一括放電」の期間の充電と放電とが開始され、段階放電回路４３では、第３スイッチＳＷ３をＯＮ、第５スイッチＳＷ５をＯＮにして次の積分動作と並行して段階放電動作を行う。

【0053】

段階放電回路４３では、オペアンプ４３１の出力電圧Ｅに電圧をコピー後、１次段階放電を開始する。このとき、オペアンプ４３１に接続される積分容量は、充電用キャパシタＣＩＮＴ１から充電用キャパシタＣＩＮＴ１＋充電用キャパシタＣＩＮＴ２に切り替わる。段階放電回路４３は、コンパレータＣＭＰＬがＨレベルになるまで、放電用キャパシタＣＤＨＧを用いて１次段階放電を繰り返す。１次段階放電では、一括放電の１／３２の放電電圧で放電を繰り返す。１／３２の値は、充電用キャパシタＣＩＮＴ１と充電用キャパシタＣＩＮＴ１＋充電用キャパシタＣＩＮＴ２との容量比で求まる。

【0054】

段階放電回路４３は、コンパレータＣＭＰＬがＨレベルになる余分にもう一回だけ１次段階放電を行う。当該放電は必須ではないが、余分に１次段階放電を１回行わない場合、２次段階が１回も発生しない可能性があるので、２次段階放電を少なくとも１回行われるように、余分に１次段階放電を１回行っている。

【0055】

ステート遷移ウェイトの期間を設けて１次段階放電から２次段階放電に移行する。この場合、段階放電回路４３は、第５スイッチＳＷ５をＯＦＦ、第６スイッチＳＷ６をＯＮにして放電用キャパシタＣＤＨＧに印加する電圧を定電圧ＶＤＨＧ２に切替える。これにより、２次段階放電の放電電圧は、１次段階放電の放電電圧の１／４となる。１／４の値は、基準電圧ＶＲＥＦと定電圧ＶＤＨＧ１との差と、基準電圧ＶＲＥＦと定電圧ＶＤＨＧ２との差との電圧比で求まる。

【0056】

なお、一括放電電圧、１次段階放電電圧、２次段階放電電圧はそれぞれ以下のように求めることができる。
一括放電電圧＝ＣＤＨＧ／ＣＩＮＴ１＊（ＶＤＨＧ１－ＶＲＥＦ＋Ｖｏｆｓ）
１次段階放電電圧＝ＣＤＨＧ／（ＣＩＮＴ１＋ＣＩＮＴ２）＊（ＶＤＨＧ１－ＶＲＥＦ＋Ｖｏｆｓ）
２次段階放電電圧＝ＣＤＨＧ／（ＣＩＮＴ１＋ＣＩＮＴ２）＊（ＶＤＨＧ２－ＶＲＥＦ＋Ｖｏｆｓ）
ここで、ＣＤＨＧは放電用キャパシタＣＤＨＧ、ＣＩＮＴ１は充電用キャパシタＣＩＮＴ１、ＣＩＮＴ２は充電用キャパシタＣＩＮＴ２のそれぞれの容量を表す。ＶＤＨＧ１は定電圧ＶＤＨＧ１の電圧、ＶＤＨＧ２は定電圧ＶＤＨＧ２の電圧、Ｖｏｆｓはオペアンプのオフセット値をそれぞれ表す。

【0057】

上記のような関係を有するため、一括放電電圧と１次段階放電電圧との放電比は、（ＶＤＨＧ１－ＶＲＥＦ＋Ｖｏｆｓ）の電圧部分が同じとなるので容量比だけで決まることになる。一方、１次段階放電電圧と２次段階放電電圧との放電比は、（ＶＤＨＧ１－ＶＲＥＦ＋Ｖｏｆｓ）と（ＶＤＨＧ２－ＶＲＥＦ＋Ｖｏｆｓ）との電圧比で決まる。なお、１次段階放電電圧と２次段階放電電圧との比は、オペアンプのオフセット値Ｖｏｆｓの影響を受けるため、定電圧ＶＤＨＧ１と定電圧ＶＤＨＧ２との電圧比だけで決まらないため、一括放電電圧と１次段階放電電圧との比に比べて精度が低下する。

【0058】

段階放電回路４３は、オペアンプ４０の出力電圧Ａをオペアンプ４３１の出力電圧Ｅにコピーしているため、コピー誤差として１０ｍＶ程度の誤差が生じる可能性がある。しかし、本実施の形態１では、オペアンプ４０の出力電圧Ａをオペアンプ４３１の出力電圧Ｅにコピーすることで、周囲光測定の段階放電を行う期間を、反射光測定を行う期間に行え、周囲光測定と反射光測定との測定タイミングを近づけることができるので、ほぼ同じレベルの誤差が乗ることになり演算によってキャンセルできる。

【0059】

本実施の形態１では、図４に示したように積分回路４に段階放電回路４３を設けている。当該積分回路４を含む近接測定部５０（図１参照）の回路を同じ基板上に構成した場合、回路面積は、キャパシタに比べてオペアンプやスイッチの回路面積が小さいので、ほぼキャパシタの容量値で決まることになる。具体的に、オペアンプの代表的な回路面積は、キャパシタの回路面積の５分の１程度である。

【0060】

さらに、積分回路４のキャパシタにＭＩＮ構造のキャパシタを採用した場合、オペアンプやスイッチの回路をキャパシタの回路の下に配置することが可能になる。このようなＭＩＮ構造のキャパシタを採用することで、キャパシタの回路の下に、追加する段階放電回路４３を含め大半の回路を配置することができるので、回路全体の面積がキャパシタの容量値で決まることになる。よって、本実施の形態１に係る積分回路４のように、オペアンプ４０の出力電圧Ａをオペアンプ４３１の出力電圧Ｅにコピーできるような回路を含む段階放電回路４３を設けても、近接測定部５０の回路面積の増加を抑えることができる。

【0061】

以上のように、本実施の形態１に係る赤外線測定装置１００は、赤外発光ダイオード４２０と、近接測定部５０と、演算処理部であるＭＣＵ４４とを備えている。赤外発光ダイオード４２０は、近接物に赤外線を照射する。近接測定部５０は、赤外発光ダイオード４２０が発光している状態において近接物で反射した赤外反射光を測定した第１の測定値と、赤外発光ダイオード４２０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手段を有する。演算処理部は、近接測定部５０からの測定データを演算処理し、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手段を有する。近接測定部５０は、測定する光を電流に変換する受光素子３と、受光素子３で変換した電流に応じた電荷を蓄える充電用キャパシタを有する充電回路と、充電用キャパシタに蓄えた電荷を放電させる放電回路とを含む。放電回路は、一括放電回路４２と段階放電回路４３とを含む。一括放電回路４２は、１つの測定値を得るための測定から次の測定値を得るための測定までの充電時間の間、充電用キャパシタを充電するとともに、充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う。段階放電回路４３は、充電時間終了後、充電用キャパシタに残存する電荷を移す段階放電用キャパシタと、段階放電用キャパシタの電荷の放電を行う。一括放電回路４２の放電回数および段階放電回路４３の放電回数に基づいて、充電用キャパシタの充電量に応じた電圧のデジタル値を測定値として出力する。

【0062】

本実施の形態１に係る赤外線測定装置１００は、充電用キャパシタに残存する電荷を段階放電用キャパシタに移すので、段階放電回路４３の放電を待たずに次の一括放電回路４２による測定を行うことができ、周囲光測定と反射光測定とより近接させて行うことができる。これにより、本実施の形態１に係る赤外線測定装置１００は、測定間隔を短くすることでフリッカーなど周囲光がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を抑制することができる。

【0063】

一括放電回路４２は、充電用キャパシタに残存する電荷を段階放電用キャパシタに移した後、次の測定値を得るための測定に基づいて充電用キャパシタを充電するとともに、充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う。これにより、周囲光測定と反射光測定とより近接させて行うことができる。もちろん、一括放電回路４２は、充電用キャパシタに残存する電荷を段階放電用キャパシタに移し電圧コピーした後、直ぐに次の測定のため充電を開始するだけでなく、ウェイト時間を設けて次の測定のため充電を開始してもよい。

【0064】

段階放電回路４３は、段階放電用キャパシタに残存する電荷が所定値になるまで、これを所定量ずつ段階的に放電するものである。これにより、ＡＤ変換での分解能を向上させることができる。なお、段階放電回路４３は、１次段階放電と２次段階放電とを行う構成について説明したが、１次段階放電のみを行う構成であってもよい。

【0065】

段階放電回路４３は、段階放電用キャパシタに残存する電荷が所定値を超えて１段階余分に放電する１次段階放電と、所定量よりも小さい量ずつ段階的に放電して所定電圧まで戻す２次段階放電とを行ってもよい。これにより、ＡＤ変換での分解能をさらに向上させることができる。

【0066】

２次段階放電では、所定量ずつ段階的に放電してもよい。これにより、放電回数を最適化することができる。

【0067】

（実施の形態２）
実施の形態１では、オペアンプ４０の出力電圧Ａをオペアンプ４３１の出力電圧Ｅにコピーする段階放電回路４３を設けることで、周囲光測定と反射光測定とより近接させて行うことができる構成を説明した。本実施の形態２では、電圧をコピーする段階放電回路を設けずに、１次段階放電と２次段階放電との放電回数を調整して、周囲光測定と反射光測定とより近接させる構成について説明する。

【0068】

本実施の形態２に係る赤外線測定装置の全体構成は、図１に示す実施の形態１に係る赤外線測定装置の全体構成と同じであるため、同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。本実施の形態２に係る赤外線測定装置は、積分回路の回路構成が実施の形態１と異なるため、当該回路構成について説明する。図６は、本実施の形態２に係る赤外線測定装置の積分回路およびＡＤ変換器の回路構成を示す回路図である。積分回路は、図４に示すように受光素子３からの入力電流（光電流）に応じた電荷を蓄える充電回路を構成するオペアンプ４０を有している。なお、図６に示す回路構成のうち、図４に示す回路構成については同じ符号を付して説明する。

【0069】

当該充電回路は、一端がオペアンプ４０の入力端に接続され、他端がオペアンプ４０の出力端に接続された充電用キャパシタＣＩＮＴ１およびＣＩＮＴ２（例えば、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の約３１倍の容量）と、オペアンプ４０の他の入力端に基準電圧ＶＲＥＦを印加する定電圧源とを有する。さらに、当該充電回路は、充電用キャパシタＣＩＮＴ１の両端間を短絡する第１スイッチＳＷ１と、充電用キャパシタＣＩＮＴ２の一端に接続される第３スイッチＳＷ３，ＳＷ３Ｂと、受光素子３と充電用キャパシタＣＩＮＴ１の一端との間を開閉する第２スイッチＳＷ２と、第２スイッチＳＷ２の一端と０．５Ｖの定電圧源との間を開閉する第２スイッチＳＷ２Ｂとを有する。

【0070】

本実施の形態２に係る積分回路は、充電回路に蓄えた電荷を放電する放電回路４２ａを備えている。放電回路４２ａは、充電回路の充電量が所定の充電量に達する毎に、充電回路に蓄えられた電荷を一括で放電する回路（第１放電回路）と、段階的に放電する回路（第２放電回路）とを含んでいる。放電回路４２ａには、放電用キャパシタＣＤＨＧ（例えば、充電用キャパシタＣＩＮＴ１と同じ容量）と、放電用キャパシタＣＤＨＧの一端と定電圧ＶＤＨＧを印加する定電圧源（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧）との間、並びに、放電用キャパシタＣＤＨＧの他端とオペアンプ４０の入力端との間を各々開閉する第４スイッチＳＷ４～ＳＷ４Ｂとを有している。

【0071】

さらに、段階的な放電は、１次段階放電だけでなく２次段階放電を行うため、放電用キャパシタＣＤＨＧに接続する定電圧源を切換えることができるように第５スイッチＳＷ５と第５スイッチＳＷ５Ｂとを設けている。第５スイッチＳＷ５は、定電圧ＶＤＨＧ１を印加する定電圧源（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧）と第４スイッチＳＷ４との間に、第５スイッチＳＷ５Ｂは、定電圧ＶＤＨＧ２を印加する定電圧源（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約７／１０倍の電圧）と第４スイッチＳＷ４との間にそれぞれ設けられている。

【0072】

オペアンプ４０の出力端には、ＡＤ変換器５のコンパレータＣＭＰＨおよびコンパレータＣＭＰＬが接続されており、コンパレータＣＭＰＨで積分中のオペアンプ４０の出力電圧を監視している。そして、オペアンプ４０の出力電圧が一定レベル（コンパレータＣＭＰＨに印加されている電圧（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧））になると、放電回路４２ａで一括放電が行われ基準電圧ＶＲＥＦの電圧まで戻す。コンパレータＣＭＰＨでは、一括放電を行うたびにデータを＋１インクリメントして光に比例した電圧をデジタルデータ化している。

【0073】

コンパレータＣＭＰＬは、段階的な放電のときにオペアンプ４０の出力電圧を監視している。そして、オペアンプ４０の出力電圧が一定レベル（コンパレータＣＭＰＬに印加されている電圧（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約４／５倍の電圧））になると測定を終了する。コンパレータＣＭＰＬでは、積分終了の電圧を１次段階放電および２次段階放電の放電電圧で割った数値をデジタルデータ化している。

【0074】

図７は、本実施の形態２に係る赤外線測定装置の積分回路の充放電動作の一例を示すタイミングチャートである。図７に示すタイミングチャートでは、「測定前」、「積分＋一括放電」、「ステート遷移ウェイト」、「１次段階放電」、「ステート遷移ウェイト」、「２次段階放電」のそれぞれの期間に分けられる。なお、図３で説明した周囲光測定または反射光測定を「積分＋一括放電」から「２次段階放電」までの期間で行っている。

【0075】

積分回路は、図７のタイミング（１）で示すように「測定前」の期間、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２をＯＮ状態で、オペアンプ４０を全帰還状態で静止させておく。そして、積分回路は、第１スイッチＳＷ１をＯＦＦにすることで、積分（充電）が開始する。積分回路は、積分が開始されると、オペアンプ４０の出力電圧ＡがコンパレータＣＭＰＨに印加されている電圧（例えば、基準電圧ＶＲＥＦの約１１／５倍の電圧）まで増加すると、放電回路４２ａによる放電を開始する（図７のタイミング（２））。

【0076】

図７のタイミング（３）で示すように所定の積分期間が終了（充電時間終了）すると、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦして受光素子３を積分回路から切り離す。そして、積分回路では、「積分＋一括放電」の期間から段階的な放電の「１次段階放電」の期間にステートを遷移させるために「ステート遷移ウェイト」の期間を設けている。積分回路は、１次段階放電を開始する前に、オペアンプ４３１に接続される積分容量を、充電用キャパシタＣＩＮＴ１から充電用キャパシタＣＩＮＴ１＋充電用キャパシタＣＩＮＴ２に切り替える。

【0077】

放電回路４２ａは、コンパレータＣＭＰＬがＨレベルになるまで、放電用キャパシタＣＤＨＧを用いて１次段階放電を繰り返す。１次段階放電では、一括放電の例えば１／３２の放電電圧で放電を繰り返す（図７のタイミング（４））。１／３２の値は、充電用キャパシタＣＩＮＴ１と充電用キャパシタＣＩＮＴ１＋充電用キャパシタＣＩＮＴ２との容量比で求まる。

【0078】

放電回路４２ａは、コンパレータＣＭＰＬがＨレベルになる余分にもう一回だけ１次段階放電を行う（図７のタイミング（５））。当該放電は必須ではないが、余分に１次段階放電を１回行わない場合、２次段階が１回も発生しない可能性があるので、２次段階放電を少なくとも１回行われるように、余分に１次段階放電を１回行っている。

【0079】

１次段階放電から２次段階放電に移行する場合、放電回路４２ａは、第５スイッチＳＷ５をＯＦＦ、第５スイッチＳＷ５ＢをＯＮにして放電用キャパシタＣＤＨＧに印加する電圧を定電圧ＶＤＨＧ２に切替える（図７のタイミング（６））。これにより、２次段階放電の放電電圧は、１次段階放電の放電電圧の例えば１／４となる。１／４の値は、基準電圧ＶＲＥＦと定電圧ＶＤＨＧ１との差と、基準電圧ＶＲＥＦと定電圧ＶＤＨＧ２との差との電圧比で求まる。なお、一括放電電圧、１次段階放電電圧、２次段階放電電圧の求め方は、実施の形態１で説明したので繰り返さない。

【0080】

放電回路４２ａは、１次段階放電と２次段階放電とを行うので、１次段階放電のみを行う放電回路に比べて分解能を増やしても、段階放電回数の増加を最小限に抑えられる。たとえば、１次段階放電のみで分解能を増やす場合、充電用キャパシタＣＩＮＴ１と充電用キャパシタＣＩＮＴ１＋充電用キャパシタＣＩＮＴ２との容量比を１／６４とした場合、放電回路での放電回数は３２回から６４回に増加する。放電回数が増えることで、例えば周囲光測定の段階放電を行う期間が長くなり、周囲光測定と反射光測定とを近接させて行うことができなくなる。

【0081】

一方、本実施の形態２に係る放電回路４２ａでは、１次段階放電と２次段階放電とを組み合わせることで段階放電回数をあまり増やさずに分解能を増やすことができる。図７に示した例では、放電回路４２ａは、１次段階放電の放電回数を３２回のまま維持し、２次段階放電の放電回数を８回行うことで計４０回の放電を行っている。放電回路４２ａでは、２次段階放電電圧を１次段階放電電圧よりも２の乗数分だけ小さくし、図７に示す例では２次段階放電電圧を１次段階放電電圧の１／４としている。また、２次段階放電では、放電の方向を１次段階放電の逆方向とし、データインクリメントも１次段階放電に対してマイナスとしている。

【0082】

放電回路４２ａでは、１次段階放電を行い、コンパレータＣＭＰＬがＨレベルになった後、１回余分に１次段階放電を行って、２次段階放電で再度コンパレータＣＭＰＬがＨレベルになるまで電圧を戻してデータを確定させている。そのため、放電回路４２ａの分解能は、２次段階放電電圧で決まり１次段階放電電圧の４倍の分解能を得ることができる。本実施の形態２では、分解能を増やした場合でも１次段階放電のみで分解能を増やす場合に比べて、放電回路４２ａの放電回数の増加を抑えることができ、段階放電を行う期間を短くすることができる。よって、本実施の形態２に係る赤外線測定装置では、例えば周囲光測定の段階放電を行う期間が短くなり、周囲光測定と反射光測定とを近接させて行うことができるので、測定間隔を短くすることでフリッカーなど周囲光がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を抑制することができる。

【0083】

以上のように、本実施の形態２に係る赤外線測定装置では、赤外発光ダイオード４２０と、近接測定部５０と、演算処理部であるＭＣＵ４４とを備えている。赤外発光ダイオード４２０は、近接物に赤外線を照射する。近接測定部５０は、赤外発光ダイオード４２０が発光している状態において近接物で反射した赤外反射光を測定した第１の測定値と、赤外発光ダイオード４２０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手段を有する。演算処理部は、近接測定部５０からの測定データを演算処理し、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手段を有する。近接測定部５０は、測定する光を電流に変換する受光素子３と、受光素子３で変換した電流に応じた電荷を蓄える充電用キャパシタを有する充電回路と、充電用キャパシタに蓄えた電荷を放電させる放電回路４２ａとを含む。放電回路４２ａは、一括放電回路と段階放電回路とを含む。一括放電回路は、１つの測定値を得るための測定から次の測定値を得るための測定までの充電時間の間、充電用キャパシタを充電するとともに、充電用キャパシタが所定の充電量になる毎に放電を行う。段階放電回路は、充電時間終了後、充電用キャパシタに残存する電荷が所定値になるまで、これを所定量ずつ段階的に放電する。段階放電回路は、所定値を超えて１段階余分に放電する１次段階放電と、所定量よりも小さい量ずつ段階的に放電して所定電圧まで戻す２次段階放電とを行う。放電回路４２ａは、第１放電回路の放電回数および第２放電回路の放電回数に基づいて、充電用キャパシタの充電量に応じた電圧のデジタル値を測定値として出力する。

【0084】

本実施の形態２に係る赤外線測定装置は、１次段階放電の所定量よりも小さい量ずつ段階的に放電して所定電圧まで戻す２次段階放電を有するので、放電回数をあまり増やすことなく分解能を増やすことができ、周囲光測定と反射光測定とより近接させて行うことができる。これにより、本実施の形態２に係る赤外線測定装置は、測定間隔を短くすることでフリッカーなど周囲光がノイズとして含まれることを防止し、誤動作を抑制することができる。

【0085】

２次段階放電では、所定量ずつ段階的に放電してもよい。これにより、放電回数を最適化することができる。

【0086】

（変形例）
前述の実施の形態では、１次段階放電と２次段階放電とを行う構成について説明したが、３次段階放電以上を行う構成であってもよい。

【0087】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0088】

１ ＬＥＤパルス発生器、２ 赤外線ＬＥＤドライバ、３ 受光素子、４ 積分回路、５ ＡＤ変換器、６ 対数変換器、１４ レジスタ回路、１５ ＰＳインタフェース、１８ ＰＳコントロールロジック、４０，４３１ オペアンプ、４１ 光源、４２ 一括放電回路、４２ａ 放電回路、４３ 段階放電回路、５０ 近接測定部、１００ 赤外線測定装置、４００ 近接物、４２０ 赤外発光ダイオード、４３０ キャパシタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】