ライトセンサ
【課題】応答性を早くすることができるライトセンサを提供する。
【解決手段】センサ信号をデジタル信号に変換する制御部３０に、センサ信号と所定の閾値とを比較する比較手段３２と、比較手段３２の比較結果に基づいてＡＤ変換開始信号を出力する処理手段３３と、センサ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換手段３１とを備える。そして、処理手段３３に、受光素子が所定期間露光したときの所定期間経過時のセンサ信号を出力制御回路から比較手段３２に入力させ、比較手段３２の比較結果に基づき、センサ信号が閾値以上のときは第１ＡＤ変換手段３１にＡＤ変換開始信号を入力してセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、センサ信号が閾値未満のときは出力制御回路に受光素子の出力期間を延長させ、延長期間経過時のセンサ信号を比較手段３２に入力させて比較手段３２の比較結果に基づいた処理を行わせる。
【解決手段】センサ信号をデジタル信号に変換する制御部３０に、センサ信号と所定の閾値とを比較する比較手段３２と、比較手段３２の比較結果に基づいてＡＤ変換開始信号を出力する処理手段３３と、センサ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換手段３１とを備える。そして、処理手段３３に、受光素子が所定期間露光したときの所定期間経過時のセンサ信号を出力制御回路から比較手段３２に入力させ、比較手段３２の比較結果に基づき、センサ信号が閾値以上のときは第１ＡＤ変換手段３１にＡＤ変換開始信号を入力してセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、センサ信号が閾値未満のときは出力制御回路に受光素子の出力期間を延長させ、延長期間経過時のセンサ信号を比較手段３２に入力させて比較手段３２の比較結果に基づいた処理を行わせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ部から出力されるアナログ信号のセンサ信号をデジタル信号に変換して出力するライトセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、露光量に応じてアナログ信号であるセンサ信号を出力するセンサ部と、センサ部の露光期間を制御する受光素子駆動回路と、ＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、下限値が設定されたコンパレータとを備えたライトセンサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。なお、露光量は、センサ部にて検出される測定光の照度と露光期間との積で求められるものであり、測定光が太陽光である場合には局所時間的には照度を一定とみなすことができるため、露光期間に比例して大きくなる。
【０００３】
このようなライトセンサでは、センサ部は、測定光に所定期間露光されると、露光量に応じたアナログ信号であるセンサ信号を出力する。そして、センサ信号は信号処理回路およびコンパレータに入力され、コンパレータにてセンサ信号と下限値とが比較される。下限値は任意に設定されるものであり、センサ信号とノイズとの比、つまりＳＮ比が十分に大きくなる値に設定されている。そして、センサ信号が下限値より大きい場合には、信号処理回路にてセンサ信号がデジタル信号に変換される。また、センサ信号が下限値より小さい場合には、受光素子駆動回路にてセンサ信号が下限値より大きくなるようにセンサ部の露光期間が再度設定され、センサ部が再度設定された所定期間露光された後、センサ部から出力されるセンサ信号が信号処理回路にてデジタル信号に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−２４７８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ライトセンサでは、センサ信号が下限値より小さい場合には、露光期間を再度設定し直し、センサ部を再度設定された所定期間露光させた後にセンサ信号をデジタル信号に変換するため、応答性が悪くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、応答性を早くすることができるライトセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、露光量に応じた電気的信号を出力する受光素子（１１）と、受光素子（１１）の出力期間を制御して所定時における電気的信号をアナログ信号であるセンサ信号として出力する出力制御回路（１２）と、を有するセンサ部（１０）と、アナログ信号であるセンサ信号をデジタル信号に変換する制御部（３０）と、を備え、以下の点を特徴としている。
【０００８】
すなわち、制御部（３０）は、センサ信号が入力され、センサ信号と所定の閾値とを比較する比較手段（３２）と、比較手段（３２）の比較結果に基づいてＡＤ変換開始信号を出力する処理手段（３３）と、センサ信号が入力され、処理手段（３３）からＡＤ変換開始信号が入力されるとセンサ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換手段（３１）と、を有している。そして、処理手段（３３）は、出力制御回路（１２）に受光素子（１１）が所定期間出力したときの所定期間経過時の電気的信号をセンサ信号として比較手段（３２）に入力させ、比較手段（３２）の比較結果に基づき、センサ信号が閾値以上のときは第１ＡＤ変換手段（３１）にＡＤ変換開始信号を入力してセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、センサ信号が閾値未満のときは出力制御回路（１２）に受光素子（１１）の出力期間を延長させ、延長期間経過時の電気的信号を比較手段（３２）に入力させて比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うことを特徴としている。
【０００９】
このようなライトセンサでは、受光素子（１１）を所定期間出力（露光）させた後、センサ信号が閾値未満のときは受光素子（１１）の出力期間を延長してそのまま受光素子（１１）の出力（露光）を継続させている。そして、延長した期間が経過した後に再び比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行っている。このため、センサ部の露光量が下限値より小さい場合には再度露光期間を設定し直してセンサ部の露光を行う従来のものと比較して、センサ信号が閾値未満のときの露光期間を有効に利用することができ、応答性を早くすることができる。
【００１０】
この場合、請求項２に記載の発明のように、制御部（３０）に、受光素子（１１）の出力期間に応じ、第１デジタル信号を所定の出力期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換する第２ＡＤ変換手段（３３）を備えることができる。
【００１１】
これによれば、第１ＡＤ変換手段（３１）で変換された第１デジタル信号を第２ＡＤ変換手段（３３）にて受光素子（１１）の出力期間に応じて所定の出力（露光）期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換することができるため、ライトセンサからの出力信号が入力される側の構造を複雑にすることを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、第２ＡＤ変換手段（３３）は、受光素子（１１）の出力期間に応じて第１デジタル信号の最上位ビット側または／および最下位ビット側に０を追加することにより、所定の出力期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換するものとすることができる。
【００１３】
このように、第１デジタル信号の最上位ビット側または／および最下位ビット側に０を追加することにより、第１デジタル信号を１／２ｎ（ｎ＝０、１、２…）の値となる第２デジタル信号に変換することができる。
【００１４】
そして、請求項４に記載の発明のように、閾値を比較手段（３２）に入力されるセンサ信号が取り得る最大値の１／２の値とし、処理手段（３３）は、センサ信号が閾値未満のとき、出力制御回路（１２）に受光素子（１１）の出力期間を２倍に延長させ、延長期間が経過したときの比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うものとすることができる。
【００１５】
これによれば、第１ＡＤ変換手段（３１）にてセンサ信号を第１デジタル信号に変換するとき、センサ信号が飽和信号であることを抑制することができ、検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１６】
さらに、請求項５に記載の発明のように、第２ＡＤ変換手段（３３）は、受光素子（１１）の出力期間を延長した後のセンサ信号が閾値未満の場合であって、最上位ビット側および最下位ビット側に０を追加できる合計の数をｎ、受光素子（１１）の最初の出力期間をＴとしたとき、受光素子（１１）の出力期間が２ｎＴとなったとき、センサ信号が閾値未満の場合であってもその時点におけるセンサ信号を第１ＡＤ変換手段（３１）にて第１デジタル信号に変換させるものとすることができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明のように、受光素子（１１）と接続される増幅手段を備え、第１ＡＤ変換手段（３１）および比較手段（３２）には、増幅手段にて増幅されたセンサ信号が入力されるようにすることができる。
【００１８】
そして、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のライトセンサは、車両に搭載されて用いられ、太陽光を検出するのに用いられるものとすることができる。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるライトセンサのブロック図である。
【図２】図１に示すセンサ部の回路図である
【図３】センサ部の作動を示すタイミングチャートである。
【図４】センサ信号と受光素子の出力期間との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】受光素子の出力期間と第２デジタル信号の関係を示す図である。
【図６】マイコンが実行するプログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態におけるライトセンサのブロック図である。なお、本実施形態のライトセンサは、車両に搭載されて太陽光を検出するのに用いられると好適である。
【００２２】
図１に示されるように、ライトセンサは、露光量に応じたアナログ信号のセンサ信号を出力するセンサ部１０とセンサ信号をデジタル信号に変換する制御部３０とを備えて構成されている。なお、露光量は、後述する受光素子にて検出される測定光の照度と露光期間との積で求められるものであり、測定光が太陽光である場合には局所時間的には照度を一定とみなすことができるため、露光期間に比例して大きくなる。
【００２３】
まず、センサ部１０の構成について説明する。図２は、本実施形態におけるセンサ部１０の回路図である。図２に示されるように、センサ部１０は、露光量に応じた電気的信号を出力するフォトダイオード等で構成される受光素子１１と、制御部３０からリセット信号や出力制御信号が入力されて受光素子１１の出力を制御する出力制御回路１２とを備えている。
【００２４】
出力制御回路１２は、Ｐチャネル型で構成される第１〜第４ＰＭＯＳトランジスタ（以下では単に、第１〜第４トランジスタという）１３〜１６と、第１、第２、第４トランジスタ１３、１４、１６のゲート端子に接続され、駆動信号ＲＳＴ、ＴＧ、ＢＩＡＳを入力して第１、第２、第４トランジスタ１３、１４、１６のオン、オフを制御する駆動回路１７とを備えている。
【００２５】
第１トランジスタ１３は、ソース端子が受光素子１１と接続されていると共に第２トランジスタ１４のドレイン端子と接続されている。また、第１トランジスタ１３のドレイン端子はグランドと接続されている。第２トランジスタ１４は、ソース端子が第３トランジスタ１５のゲート端子と接続されている。第３トランジスタ１５は、ドレイン端子がグランドと接続されており、ソース端子が第４トランジスタ１６のドレイン端子と接続されている。第４トランジスタ１６は、ソース端子が電源１８に接続されている。また、第３トランジスタ１５のソース端子と第４トランジスタ１６のドレイン端子との接続点が端子１９と接続されており、端子１９からセンサ信号が出力されるようになっている。駆動回路１７は端子２０と接続されており、制御部３０からの信号に応じて各駆動信号ＲＳＴ、ＴＧ、ＢＩＡＳを第１、第２、第４トランジスタ１３、１４，１６に入力するようになっている。なお、第３トランジスタ１５は、増幅率が１倍のアンプとして機能するものであり、第４トランジスタ１６は第３トランジスタ１５を駆動させるための定電流素子として機能するものである。
【００２６】
次に、上記センサ部１０の作動について説明する。図３は、センサ部１０の作動を示すタイミングチャートである。なお、センサ部１０が作動している期間は、駆動回路１７は制御信号ＢＩＡＳとしてロー信号を入力して第４トランジスタ１６を常にオンしている。また、以下では、図２に示されるように、第１トランジスタ１３のソース端子と第２トランジスタ１４の接続点をＡ点、第２トランジスタ１４のドレイン端子と第３トランジスタ１５のゲート端子との接続点をＢ点として説明する。
【００２７】
まず、センサ部１０は、時点Ｔ０において制御部３０からリセット信号が入力されると、受光素子１１の電荷をリセットするために駆動回路１７から制御信号ＲＳＴとしてロー信号を入力して第１トランジスタ１３をオンし、受光素子１１に蓄積されている電荷をグランドに放出する。このとき、第２トランジスタ１４がオフしているとＢ点の電位が不定になってセンサ信号が不定になるため、駆動回路１７から制御信号ＴＧとしてロー信号を入力して第２トランジスタ１４もオンする。
【００２８】
続いて、時点Ｔ１では、制御部３０から出力（露光）開始信号が入力され、駆動回路１７から駆動信号ＲＳＴとしてハイ信号を入力して第１トランジスタ１３をオフする。これにより、時点Ｔ１以降では、受光素子１１には露光量に応じた電荷が蓄積されていき、Ａ点の電位が露光量に応じて高くなっていく。このとき、駆動回路１７の制御信号ＴＧをロー信号のままにして第２トランジスタ１４のオン状態を維持することにより、Ａ点とＢ点との電位が同電位となる。したがって、第３トランジスタ１５は増幅率が１倍のアンプとして機能するため、端子１９からＡ点の電位（電圧）がセンサ信号として出力される。
【００２９】
そして、時点Ｔ２、つまり時点Ｔ１から所定期間経過した後では、制御部３０から第１出力制御信号が入力され、駆動回路１７から駆動信号ＴＧとしてハイ信号を入力して第２トランジスタ１４をオフする。これにより、Ａ点とＢ点とが電気的に分離されるため、時点Ｔ２以降ではＢ点の電位は時点Ｔ２の電位に維持される。つまり、時点Ｔ２以降ではこの電圧がセンサ信号として出力される。なお、Ａ点の電位は、時点Ｔ２以降も露光期間に応じて高くなっていく。すなわち、受光素子１１の出力（露光）期間とは、Ａ点の電位が端子１９から出力される期間のことであり、図３では時点Ｔ１から時点Ｔ２の期間のことである。
【００３０】
その後、時点Ｔ３では、時点Ｔ０と同様に、制御部３０からリセット信号が入力され、駆動回路１７から駆動信号ＲＳＴ、ＴＧとしてロー信号を入力して第１、第２トランジスタ１３、１４をオンし、受光素子１１に蓄積された電荷をグランドに放出する。
【００３１】
なお、具体的には、後述するが、制御部３０は、時点Ｔ２から時点Ｔ３の期間にセンサ信号の閾値判定を行い、センサ信号が閾値未満のときには、第２出力制御信号をセンサ部１０に入力する。そして、駆動回路１７から駆動信号ＴＧとしてロー信号を入力させて第２トランジスタ１４をオンさせ、再びＢ点の電位をＡ点の電位と等しくさせる。その後、所定期間後に第１出力制御信号を再びセンサ部１０に入力し、駆動信号ＴＧとしてハイ信号を入力させて第２トランジスタ１４をオフさせ、Ｂ点の電位を時点Ｔ１から時点Ｔ２の期間およびその後の所定期間経過後の受光素子１１の出力（露光）期間に応じた電位に維持させる。そして、センサ信号の閾値判定を再び行う。すなわち、時点Ｔ３は可変であり、時点Ｔ３以降の作動は制御部３０がセンサ信号の閾値判定を行って当該センサ信号をデジタル信号に変換した後に行われる。
【００３２】
制御部３０は、図１に示されるように、ＡＤ変換器３１、コンパレータ３２、マイクロコンピュータ（以下、単にマイコンという）３３を備えている。なお、本実施形態では、ＡＤ変換器３１は本発明の第１ＡＤ変換手段に相当しており、コンパレータ３２は本発明の比較手段に相当しており、マイコン３３は本発明の処理手段および第２ＡＤ変換手段に相当している。
【００３３】
ＡＤ変換器３１は、センサ部１０およびマイコン３３と接続されており、マイコン３３からＡＤ変換開始信号が入力されると、センサ信号を第１デジタル信号に変換して当該第１デジタル信号をマイコン３３に出力する。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、センサ信号を１０ビットの第１デジタル信号に変換してマイコン３３に出力する。
【００３４】
コンパレータ３２は、センサ部１０およびマイコン３３と接続され、センサ部１０からセンサ信号が入力されると共に、基準電圧Ｖｒｅｆから抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧された閾値としての電圧が入力される。そして、センサ信号と閾値との大小に応じた比較信号をマイコン３３に出力する。本実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆはコンパレータ３２に入力されるセンサ信号の最大値、つまり飽和信号と等しくされている。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは等しくされており、閾値として基準電圧の１／２の電圧が入力されるようになっている。
【００３５】
マイコン３３は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ等を有しており、記憶されたプログラムを実行する。具体的には、出力制御回路１２に上記リセット信号、出力（露光）開始信号、第１、第２出力制御信号を出力し、出力制御回路１２に第１出力制御信号を出力した時点（図３中では時点Ｔ２）におけるコンパレータ３２の比較結果に基づいて、センサ信号と閾値との大小を判定する。そして、センサ信号が閾値以上のときはＡＤ変換器３１にＡＤ変換開始信号を入力してセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、当該第１デジタル信号が入力されるとこの第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間に応じた第２デジタル信号に変換して出力する。また、センサ信号が閾値未満のときは出力制御回路１２に第２出力制御信号を出力して受光素子１１の出力（露光）期間を延長し、所定期間経過後に再び出力制御回路１２に第１出力制御信号を出力してセンサ信号と閾値との大小を判定して判定結果に基づいた処理を行う。なお、受光素子１１の出力（露光）期間を延長するとは、言い換えると、受光素子１１の出力（露光）をそのまま継続させることであり、再度受光素子１１の出力（露光）期間を設定し直すものではない。
【００３６】
次に、マイコン３３が受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第１デジタル信号を第２デジタル信号に変換する方法について説明する。マイコン３３は、センサ信号が閾値以上と判定したとき、受光素子１１の出力（露光）期間に基づき、第１デジタル信号に対して、最上位ビット（以下、単にＭＳＢという）側、または／および最下位ビット（以下、単にＬＳＢという）側に０を追加して１５ビットの第２デジタル信号に変換する。例えば、ＬＳＢ側に０を５つ追加することにより第１デジタル信号をそのままの大きさ（１倍）の第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を１つ追加すると共にＬＳＢ側に０を４つ追加することにより第１デジタル信号を１／２の値となる第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を２つ追加すると共にＬＳＢ側に０を３つ追加することにより第１デジタル信号を１／４の値となる第２デジタル信号に変換することができる。そして、ＭＳＢ側に０を３つ追加すると共にＬＳＢ側に０を２つ追加することにより第１デジタル信号を１／８の値となる第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を４つ追加すると共にＬＳＢ側に０を１つ追加することにより第１デジタル信号を１／１６の値となる第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を５つ追加することにより第１デジタル信号を１／３２の値となる第２デジタル信号に変換することができる。
【００３７】
すなわち、本実施形態のマイコン３３は、最初にセンサ信号と閾値との大小を判定したときの受光素子１１の出力（露光）期間をＴとしたとき、受光素子１１の出力（露光）期間が２ｎＴ（ｎ＝０〜５）であるときの第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。
【００３８】
図４は、センサ信号と受光素子１１の出力（露光）期間との関係を示すタイミングチャートである。なお、図４において、Ｖｃｃはセンサ信号が取り得る最大値であり、閾値は１／２Ｖｃｃとされている。また、図４では、オフセットやノイズ等は無視している。
【００３９】
図４に示されるように、ＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２にセンサ信号１〜４が入力される場合を考える。上記のように、センサ信号は受光素子１１の出力（露光）期間に依存するものである。この場合、例えば、時点Ｔでは、センサ信号１〜４をデジタル信号に変換することができるが、センサ信号２〜４は閾値を超えておらず、ＳＮ比が小さくなるためにセンサ信号２〜４をデジタル信号に変換しても検出精度が低い。一方、時点３２Ｔでは、センサ信号１〜４の出力が全て閾値を越えているが、センサ信号１〜３は飽和状態になっているために正確な検出を行うことができず、センサ信号１〜３をデジタル信号に変換しても検出精度が低い。
【００４０】
そして、マイコン３３は、上記のように、ＭＳＢ側または／およびＬＳＢ側に０を追加することにより、第１デジタル信号を１倍、１／２倍、１／４倍、１／８倍、１／１６倍、１／３２倍のいずれかの値とした第２デジタル信号に変換することができる。したがって、本実施形態のマイコン３３は、２ｎＴ（ｎ＝０〜５）の時点において、センサ信号が閾値を越えている場合にＡＤ変換器３１にセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、当該第１デジタル信号から受光素子１１の出力（露光）期間Ｔにおける第２デジタル信号に変換する。
【００４１】
図５は、受光素子１１の出力（露光）期間と第２デジタル信号の構造の関係を示す図である。なお、図５において、ＡＤ（１５）とは第２デジタル信号が１５ビットであることを示しており、ＡＤ（１０）とは１０ビットの第１デジタル信号を示している。図４および図５に示されるように、例えば、センサ信号２のような場合には、時点Ｔではセンサ信号が閾値を超えていないため、マイコン３３は、時点２Ｔにてセンサ信号をＡＤ変換器３１にて第１デジタル信号に変換させる。そして、第１デジタル信号に対してＭＳＢ側に０を１つ追加すると共にＬＳＢ側に０を４つ追加して第１デジタル信号の１／２の値となる第２デジタル信号に変換する。すなわち、マイコン３３は、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。
【００４２】
また、例えば、センサ信号３のような場合には、時点Ｔ、時点２Ｔ、時点４Ｔではセンサ信号が閾値を超えていない。このため、マイコン３３は、時点８Ｔにてセンサ信号をＡＤ変換器３１にて第１デジタル信号に変換させ、当該第１デジタル信号に対してＭＳＢ側に０を３つ追加すると共にＬＳＢ側に０を２つ追加して第１デジタル信号の１／１６の値となる第２デジタル信号に変換する。すなわち、マイコン３３は、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。
【００４３】
なお、本実施形態のコンパレータ３２の閾値がセンサ信号が取り得る最大値の１／２の値とされているのは、上記のように、マイコン３３は、受光素子１１の出力（露光）期間が２ｎＴであるときの第１デジタル信号であれば、当該第１デジタル信号を出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換することができるためである。つまり、センサ信号が閾値未満である場合には、その時点から受光素子１１の出力（露光）期間が２倍経過した後であってもセンサ信号が飽和せず、正確な露光量を検出できるためである。
【００４４】
次に、このようなライトセンサの作動について説明する。図６は、本実施形態におけるライトセンサのマイコン３３が実行するプログラムのフローチャートである。マイコン３３は、例えば、車両に搭載されて用いられる場合には、イグニッションスイッチがオンされて外部光の照度を要求する要求信号が入力されると以下の制御を実行する。
【００４５】
図６に示されるように、ステップ１００では、出力制御回路１２にリセット信号を入力し（図２中時点Ｔ０）、受光素子１１をリセットさせる。具体的には、上記で説明したように、駆動回路１７から制御信号ＲＳＴ、ＴＧとしてロー信号を入力させて受光素子１１に蓄積された電荷を放出させる。
【００４６】
ステップ１０１では、出力制御回路１２に出力（露光）開始信号を入力し（図２中時点Ｔ１）、駆動回路１７から制御信号ＲＳＴとしてハイ信号を入力させて図２中のＡ点の電位を受光素子１１の露光量に応じた電位とすると共に図２中のＢ点の電位をＡ点の電位に等しくさせる。これにより、センサ部１０から受光素子１１の露光量に応じたセンサ信号がＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２に入力される。また、マイコン３３は、受光素子１１の露光期間を計測する。
【００４７】
続いて、受光素子１１に期間ｔとしての所定期間Ｔの露光を行わせた後（ステップ１０２）、ステップ１０３では、出力制御回路１２に第１出力制御信号を入力し（図２中時点Ｔ２）、駆動回路１７から制御信号ＴＧとしてハイ信号を入力させてＢ点の電位を受光素子１１の露光期間Ｔのときの露光量に応じた電位に維持させる。そして、この状態でコンパレータ３２に入力されるセンサ信号と閾値との大小を判定し、センサ信号が閾値未満である場合にはステップ１０４に進む。またセンサ信号が閾値以上であるときにはステップ１０６に進む。
【００４８】
ステップ１０４では、受光素子１１の露光期間ｔが３２Ｔ未満であるかを判定する。本実施形態におけるマイコン３３は、ＭＳＢ側または／およびＬＳＢ側に０を追加することにより１０ビットの第１デジタル信号を１５ビットの第２デジタル信号に変換するものであり、最大でＭＳＢ側に０を５つ追加して第１デジタル信号を１／３２の値の第２デジタル信号に変換するものである。すなわち、受光素子１１の出力（露光）期間が３２Ｔ以上である場合には、マイコン３３では入力された第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換することができない。このため、センサ信号が閾値未満である場合であっても、露光期間が３２Ｔ以上である場合には、ステップ１０６に進む。なお、ステップ１０４は、言い換えると、受光素子１１の露光期間ｔが３２Ｔであるか否かを判定するステップである。
【００４９】
また、ステップ１０４にて受光素子１１の出力（露光）期間が３２Ｔ未満であると判定した場合には、ステップ１０５に進み、ステップ１０２における受光素子１１の出力（露光）期間ｔを２倍にし、受光素子１１の出力（露光）を継続させる。すなわち、例えば、ステップ１０２における受光素子１１の出力（露光）期間ｔがＴである場合には、受光素子１１の出力（露光）期間を２Ｔにし、ステップ１０３の判定を行う際のセンサ信号が受光素子１１の出力（露光）期間が２Ｔであるときの信号となるようにする。また、ステップ１０２における受光素子１１の出力（露光）期間ｔが２Ｔである場合には、受光素子１１の出力（露光）期間を４Ｔにし、ステップ１０３の判定を行う際のセンサ信号が受光素子１１の出力（露光）期間が４Ｔであるときの信号となるようにする。具体的には、上記のように、出力制御回路１２に第２出力制御信号を入力し、駆動回路１７から制御信号ＴＧとしてロー信号を入力させてＢ点の電位をＡ点の電位と等しくさせる。そして、延長期間経過後に再び出力制御回路１２に第１出力制御信号を入力し、ステップ１０３の判定を行う。
【００５０】
ステップ１０６では、ＡＤ変換器３１にＡＤ変換開始信号を入力し、センサ信号を第１デジタル信号に変換させて当該第１デジタル信号をマイコン３３に入力させる。なお、本実施形態では、第１デジタル信号は１０ビットのデジタル信号である。
【００５１】
続いて、ステップ１０７では、受光素子１１の出力（露光）期間ｔに応じてＡＤ変換器３１から入力された第１デジタル信号を第２デジタル信号に変換する。例えば、受光素子１１の出力（露光）期間ｔがＴである場合には、第１デジタル信号をＬＳＢ側に０を５つ追加した第２デジタル信号に変換し、受光素子１１の出力（露光）期間が２Ｔである場合には、第１デジタル信号をＭＳＢ側に０を１つ追加すると共にＬＳＢ側に０を４つ追加した第２デジタル信号に変換する。すなわち、第１デジタル信号から受光素子１１を所定期間Ｔだけ出力（露光）させたときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。そして、ステップ１０８にて１５ビットの第２デジタル信号を外部回路に出力する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、センサ信号が閾値未満の場合には、受光素子１１の出力（露光）期間をそのまま延長している。すなわち、センサ部の露光量が下限値より小さい場合には再度露光期間を設定し直してセンサ部の露光を行う従来のものと比較して、露光量が閾値未満のときの露光期間を有効に利用することができ、応答性を早くすることができる。
【００５３】
また、マイコン３３では、ＡＤ変換器３１で変換された第１デジタル信号に対してＭＳＢ側および／またはＬＳＢ側に０を追加することにより、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間Ｔに応じた第２デジタル信号に変換しているため、第２デジタル信号が入力される側の構造を複雑にすることもない。
【００５４】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、センサ部１０からのセンサ信号がそのままＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２に入力される構成について説明したが、例えば、センサ部１０からのセンサ信号が増幅手段としてのアンプで所定倍に増幅された後、増幅されたセンサ信号がＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２に入力されるようにしてもよい。
【００５５】
また、上記第１実施形態では、１０ビットの第１デジタル信号を１５ビットの第２デジタル信号に変換して出力する例について説明したが、例えば、１０ビットの第１デジタル信号を２０ビットの第２デジタル信号に変換するようにしてもよい。すなわち、ＭＳＢ側または／およびＬＳＢ側に追加する０の数を適宜変更することにより、第２デジタル信号のビット数を適宜変更することができる。そして、上記第１実施形態ではステップ１０４にて露光期間ｔが３２Ｔ未満であるか否かを判定する例について説明したが、例えば、第２デジタル信号が２０ビットである場合にはステップ１０４にて露光期間ｔが１０２４Ｔ未満であるか否かを判定するようにすることができる。
【００５６】
さらに、上記第１実施形態では、受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第１デジタル信号を除算して第２デジタル信号に変換する例について説明したが、受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第１デジタル信号を乗算して第２デジタル信号に変換するようにしてもよい。すなわち、上記第１実施形態では、第２デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す信号とする例について説明したが、例えば、第２デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間が３２Ｔであるときの露光量を示す信号とすることもできる。
【００５７】
そして、上記第１実施形態では、コンパレータ３２の閾値を入力されるセンサ信号が取り得る最大値の１／２の値とし、センサ信号が閾値未満の場合には受光素子１１の出力（露光）期間を２倍にする例について説明したが、閾値や受光素子１１の出力（露光）延長期間は適宜変更可能である。
【００５８】
また、上記第１実施形態では、マイコン３３は、本発明の処理手段と第２ＡＤ変換手段とを備えているものを説明したが、例えば、マイコン３３は処理手段のみを有し、第２ＡＤ変換手段を行う別のＡＤ変換器を新たに備えてもよい。また、マイコン３３は、本発明の第１ＡＤ変換手段や比較手段を備えたものとすることもできる。
【００５９】
さらに、上記第１実施形態では、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第２デジタル信号に変換する例について説明したが、例えば、マイコン３３は第１デジタル信号を第２デジタル信号に変換せずにそのまま出力するようにしてもよい。このようなライトセンサを構成したとしても、制御部３０はセンサ信号が閾値未満のときは受光素子１１の出力（露光）期間をそのまま延長するため、本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ センサ部
１１ 受光素子
１２ 出力制御回路
３０ 制御部
３１ ＡＤ変換器
３２ コンパレータ
３３ マイコン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ部から出力されるアナログ信号のセンサ信号をデジタル信号に変換して出力するライトセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、露光量に応じてアナログ信号であるセンサ信号を出力するセンサ部と、センサ部の露光期間を制御する受光素子駆動回路と、ＡＤ変換回路を有する信号処理回路と、下限値が設定されたコンパレータとを備えたライトセンサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。なお、露光量は、センサ部にて検出される測定光の照度と露光期間との積で求められるものであり、測定光が太陽光である場合には局所時間的には照度を一定とみなすことができるため、露光期間に比例して大きくなる。
【０００３】
このようなライトセンサでは、センサ部は、測定光に所定期間露光されると、露光量に応じたアナログ信号であるセンサ信号を出力する。そして、センサ信号は信号処理回路およびコンパレータに入力され、コンパレータにてセンサ信号と下限値とが比較される。下限値は任意に設定されるものであり、センサ信号とノイズとの比、つまりＳＮ比が十分に大きくなる値に設定されている。そして、センサ信号が下限値より大きい場合には、信号処理回路にてセンサ信号がデジタル信号に変換される。また、センサ信号が下限値より小さい場合には、受光素子駆動回路にてセンサ信号が下限値より大きくなるようにセンサ部の露光期間が再度設定され、センサ部が再度設定された所定期間露光された後、センサ部から出力されるセンサ信号が信号処理回路にてデジタル信号に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−２４７８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ライトセンサでは、センサ信号が下限値より小さい場合には、露光期間を再度設定し直し、センサ部を再度設定された所定期間露光させた後にセンサ信号をデジタル信号に変換するため、応答性が悪くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、応答性を早くすることができるライトセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、露光量に応じた電気的信号を出力する受光素子（１１）と、受光素子（１１）の出力期間を制御して所定時における電気的信号をアナログ信号であるセンサ信号として出力する出力制御回路（１２）と、を有するセンサ部（１０）と、アナログ信号であるセンサ信号をデジタル信号に変換する制御部（３０）と、を備え、以下の点を特徴としている。
【０００８】
すなわち、制御部（３０）は、センサ信号が入力され、センサ信号と所定の閾値とを比較する比較手段（３２）と、比較手段（３２）の比較結果に基づいてＡＤ変換開始信号を出力する処理手段（３３）と、センサ信号が入力され、処理手段（３３）からＡＤ変換開始信号が入力されるとセンサ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換手段（３１）と、を有している。そして、処理手段（３３）は、出力制御回路（１２）に受光素子（１１）が所定期間出力したときの所定期間経過時の電気的信号をセンサ信号として比較手段（３２）に入力させ、比較手段（３２）の比較結果に基づき、センサ信号が閾値以上のときは第１ＡＤ変換手段（３１）にＡＤ変換開始信号を入力してセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、センサ信号が閾値未満のときは出力制御回路（１２）に受光素子（１１）の出力期間を延長させ、延長期間経過時の電気的信号を比較手段（３２）に入力させて比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うことを特徴としている。
【０００９】
このようなライトセンサでは、受光素子（１１）を所定期間出力（露光）させた後、センサ信号が閾値未満のときは受光素子（１１）の出力期間を延長してそのまま受光素子（１１）の出力（露光）を継続させている。そして、延長した期間が経過した後に再び比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行っている。このため、センサ部の露光量が下限値より小さい場合には再度露光期間を設定し直してセンサ部の露光を行う従来のものと比較して、センサ信号が閾値未満のときの露光期間を有効に利用することができ、応答性を早くすることができる。
【００１０】
この場合、請求項２に記載の発明のように、制御部（３０）に、受光素子（１１）の出力期間に応じ、第１デジタル信号を所定の出力期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換する第２ＡＤ変換手段（３３）を備えることができる。
【００１１】
これによれば、第１ＡＤ変換手段（３１）で変換された第１デジタル信号を第２ＡＤ変換手段（３３）にて受光素子（１１）の出力期間に応じて所定の出力（露光）期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換することができるため、ライトセンサからの出力信号が入力される側の構造を複雑にすることを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、第２ＡＤ変換手段（３３）は、受光素子（１１）の出力期間に応じて第１デジタル信号の最上位ビット側または／および最下位ビット側に０を追加することにより、所定の出力期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換するものとすることができる。
【００１３】
このように、第１デジタル信号の最上位ビット側または／および最下位ビット側に０を追加することにより、第１デジタル信号を１／２ｎ（ｎ＝０、１、２…）の値となる第２デジタル信号に変換することができる。
【００１４】
そして、請求項４に記載の発明のように、閾値を比較手段（３２）に入力されるセンサ信号が取り得る最大値の１／２の値とし、処理手段（３３）は、センサ信号が閾値未満のとき、出力制御回路（１２）に受光素子（１１）の出力期間を２倍に延長させ、延長期間が経過したときの比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うものとすることができる。
【００１５】
これによれば、第１ＡＤ変換手段（３１）にてセンサ信号を第１デジタル信号に変換するとき、センサ信号が飽和信号であることを抑制することができ、検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１６】
さらに、請求項５に記載の発明のように、第２ＡＤ変換手段（３３）は、受光素子（１１）の出力期間を延長した後のセンサ信号が閾値未満の場合であって、最上位ビット側および最下位ビット側に０を追加できる合計の数をｎ、受光素子（１１）の最初の出力期間をＴとしたとき、受光素子（１１）の出力期間が２ｎＴとなったとき、センサ信号が閾値未満の場合であってもその時点におけるセンサ信号を第１ＡＤ変換手段（３１）にて第１デジタル信号に変換させるものとすることができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明のように、受光素子（１１）と接続される増幅手段を備え、第１ＡＤ変換手段（３１）および比較手段（３２）には、増幅手段にて増幅されたセンサ信号が入力されるようにすることができる。
【００１８】
そして、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のライトセンサは、車両に搭載されて用いられ、太陽光を検出するのに用いられるものとすることができる。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるライトセンサのブロック図である。
【図２】図１に示すセンサ部の回路図である
【図３】センサ部の作動を示すタイミングチャートである。
【図４】センサ信号と受光素子の出力期間との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】受光素子の出力期間と第２デジタル信号の関係を示す図である。
【図６】マイコンが実行するプログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態におけるライトセンサのブロック図である。なお、本実施形態のライトセンサは、車両に搭載されて太陽光を検出するのに用いられると好適である。
【００２２】
図１に示されるように、ライトセンサは、露光量に応じたアナログ信号のセンサ信号を出力するセンサ部１０とセンサ信号をデジタル信号に変換する制御部３０とを備えて構成されている。なお、露光量は、後述する受光素子にて検出される測定光の照度と露光期間との積で求められるものであり、測定光が太陽光である場合には局所時間的には照度を一定とみなすことができるため、露光期間に比例して大きくなる。
【００２３】
まず、センサ部１０の構成について説明する。図２は、本実施形態におけるセンサ部１０の回路図である。図２に示されるように、センサ部１０は、露光量に応じた電気的信号を出力するフォトダイオード等で構成される受光素子１１と、制御部３０からリセット信号や出力制御信号が入力されて受光素子１１の出力を制御する出力制御回路１２とを備えている。
【００２４】
出力制御回路１２は、Ｐチャネル型で構成される第１〜第４ＰＭＯＳトランジスタ（以下では単に、第１〜第４トランジスタという）１３〜１６と、第１、第２、第４トランジスタ１３、１４、１６のゲート端子に接続され、駆動信号ＲＳＴ、ＴＧ、ＢＩＡＳを入力して第１、第２、第４トランジスタ１３、１４、１６のオン、オフを制御する駆動回路１７とを備えている。
【００２５】
第１トランジスタ１３は、ソース端子が受光素子１１と接続されていると共に第２トランジスタ１４のドレイン端子と接続されている。また、第１トランジスタ１３のドレイン端子はグランドと接続されている。第２トランジスタ１４は、ソース端子が第３トランジスタ１５のゲート端子と接続されている。第３トランジスタ１５は、ドレイン端子がグランドと接続されており、ソース端子が第４トランジスタ１６のドレイン端子と接続されている。第４トランジスタ１６は、ソース端子が電源１８に接続されている。また、第３トランジスタ１５のソース端子と第４トランジスタ１６のドレイン端子との接続点が端子１９と接続されており、端子１９からセンサ信号が出力されるようになっている。駆動回路１７は端子２０と接続されており、制御部３０からの信号に応じて各駆動信号ＲＳＴ、ＴＧ、ＢＩＡＳを第１、第２、第４トランジスタ１３、１４，１６に入力するようになっている。なお、第３トランジスタ１５は、増幅率が１倍のアンプとして機能するものであり、第４トランジスタ１６は第３トランジスタ１５を駆動させるための定電流素子として機能するものである。
【００２６】
次に、上記センサ部１０の作動について説明する。図３は、センサ部１０の作動を示すタイミングチャートである。なお、センサ部１０が作動している期間は、駆動回路１７は制御信号ＢＩＡＳとしてロー信号を入力して第４トランジスタ１６を常にオンしている。また、以下では、図２に示されるように、第１トランジスタ１３のソース端子と第２トランジスタ１４の接続点をＡ点、第２トランジスタ１４のドレイン端子と第３トランジスタ１５のゲート端子との接続点をＢ点として説明する。
【００２７】
まず、センサ部１０は、時点Ｔ０において制御部３０からリセット信号が入力されると、受光素子１１の電荷をリセットするために駆動回路１７から制御信号ＲＳＴとしてロー信号を入力して第１トランジスタ１３をオンし、受光素子１１に蓄積されている電荷をグランドに放出する。このとき、第２トランジスタ１４がオフしているとＢ点の電位が不定になってセンサ信号が不定になるため、駆動回路１７から制御信号ＴＧとしてロー信号を入力して第２トランジスタ１４もオンする。
【００２８】
続いて、時点Ｔ１では、制御部３０から出力（露光）開始信号が入力され、駆動回路１７から駆動信号ＲＳＴとしてハイ信号を入力して第１トランジスタ１３をオフする。これにより、時点Ｔ１以降では、受光素子１１には露光量に応じた電荷が蓄積されていき、Ａ点の電位が露光量に応じて高くなっていく。このとき、駆動回路１７の制御信号ＴＧをロー信号のままにして第２トランジスタ１４のオン状態を維持することにより、Ａ点とＢ点との電位が同電位となる。したがって、第３トランジスタ１５は増幅率が１倍のアンプとして機能するため、端子１９からＡ点の電位（電圧）がセンサ信号として出力される。
【００２９】
そして、時点Ｔ２、つまり時点Ｔ１から所定期間経過した後では、制御部３０から第１出力制御信号が入力され、駆動回路１７から駆動信号ＴＧとしてハイ信号を入力して第２トランジスタ１４をオフする。これにより、Ａ点とＢ点とが電気的に分離されるため、時点Ｔ２以降ではＢ点の電位は時点Ｔ２の電位に維持される。つまり、時点Ｔ２以降ではこの電圧がセンサ信号として出力される。なお、Ａ点の電位は、時点Ｔ２以降も露光期間に応じて高くなっていく。すなわち、受光素子１１の出力（露光）期間とは、Ａ点の電位が端子１９から出力される期間のことであり、図３では時点Ｔ１から時点Ｔ２の期間のことである。
【００３０】
その後、時点Ｔ３では、時点Ｔ０と同様に、制御部３０からリセット信号が入力され、駆動回路１７から駆動信号ＲＳＴ、ＴＧとしてロー信号を入力して第１、第２トランジスタ１３、１４をオンし、受光素子１１に蓄積された電荷をグランドに放出する。
【００３１】
なお、具体的には、後述するが、制御部３０は、時点Ｔ２から時点Ｔ３の期間にセンサ信号の閾値判定を行い、センサ信号が閾値未満のときには、第２出力制御信号をセンサ部１０に入力する。そして、駆動回路１７から駆動信号ＴＧとしてロー信号を入力させて第２トランジスタ１４をオンさせ、再びＢ点の電位をＡ点の電位と等しくさせる。その後、所定期間後に第１出力制御信号を再びセンサ部１０に入力し、駆動信号ＴＧとしてハイ信号を入力させて第２トランジスタ１４をオフさせ、Ｂ点の電位を時点Ｔ１から時点Ｔ２の期間およびその後の所定期間経過後の受光素子１１の出力（露光）期間に応じた電位に維持させる。そして、センサ信号の閾値判定を再び行う。すなわち、時点Ｔ３は可変であり、時点Ｔ３以降の作動は制御部３０がセンサ信号の閾値判定を行って当該センサ信号をデジタル信号に変換した後に行われる。
【００３２】
制御部３０は、図１に示されるように、ＡＤ変換器３１、コンパレータ３２、マイクロコンピュータ（以下、単にマイコンという）３３を備えている。なお、本実施形態では、ＡＤ変換器３１は本発明の第１ＡＤ変換手段に相当しており、コンパレータ３２は本発明の比較手段に相当しており、マイコン３３は本発明の処理手段および第２ＡＤ変換手段に相当している。
【００３３】
ＡＤ変換器３１は、センサ部１０およびマイコン３３と接続されており、マイコン３３からＡＤ変換開始信号が入力されると、センサ信号を第１デジタル信号に変換して当該第１デジタル信号をマイコン３３に出力する。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、センサ信号を１０ビットの第１デジタル信号に変換してマイコン３３に出力する。
【００３４】
コンパレータ３２は、センサ部１０およびマイコン３３と接続され、センサ部１０からセンサ信号が入力されると共に、基準電圧Ｖｒｅｆから抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧された閾値としての電圧が入力される。そして、センサ信号と閾値との大小に応じた比較信号をマイコン３３に出力する。本実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆはコンパレータ３２に入力されるセンサ信号の最大値、つまり飽和信号と等しくされている。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは等しくされており、閾値として基準電圧の１／２の電圧が入力されるようになっている。
【００３５】
マイコン３３は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ等を有しており、記憶されたプログラムを実行する。具体的には、出力制御回路１２に上記リセット信号、出力（露光）開始信号、第１、第２出力制御信号を出力し、出力制御回路１２に第１出力制御信号を出力した時点（図３中では時点Ｔ２）におけるコンパレータ３２の比較結果に基づいて、センサ信号と閾値との大小を判定する。そして、センサ信号が閾値以上のときはＡＤ変換器３１にＡＤ変換開始信号を入力してセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、当該第１デジタル信号が入力されるとこの第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間に応じた第２デジタル信号に変換して出力する。また、センサ信号が閾値未満のときは出力制御回路１２に第２出力制御信号を出力して受光素子１１の出力（露光）期間を延長し、所定期間経過後に再び出力制御回路１２に第１出力制御信号を出力してセンサ信号と閾値との大小を判定して判定結果に基づいた処理を行う。なお、受光素子１１の出力（露光）期間を延長するとは、言い換えると、受光素子１１の出力（露光）をそのまま継続させることであり、再度受光素子１１の出力（露光）期間を設定し直すものではない。
【００３６】
次に、マイコン３３が受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第１デジタル信号を第２デジタル信号に変換する方法について説明する。マイコン３３は、センサ信号が閾値以上と判定したとき、受光素子１１の出力（露光）期間に基づき、第１デジタル信号に対して、最上位ビット（以下、単にＭＳＢという）側、または／および最下位ビット（以下、単にＬＳＢという）側に０を追加して１５ビットの第２デジタル信号に変換する。例えば、ＬＳＢ側に０を５つ追加することにより第１デジタル信号をそのままの大きさ（１倍）の第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を１つ追加すると共にＬＳＢ側に０を４つ追加することにより第１デジタル信号を１／２の値となる第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を２つ追加すると共にＬＳＢ側に０を３つ追加することにより第１デジタル信号を１／４の値となる第２デジタル信号に変換することができる。そして、ＭＳＢ側に０を３つ追加すると共にＬＳＢ側に０を２つ追加することにより第１デジタル信号を１／８の値となる第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を４つ追加すると共にＬＳＢ側に０を１つ追加することにより第１デジタル信号を１／１６の値となる第２デジタル信号に変換することができ、ＭＳＢ側に０を５つ追加することにより第１デジタル信号を１／３２の値となる第２デジタル信号に変換することができる。
【００３７】
すなわち、本実施形態のマイコン３３は、最初にセンサ信号と閾値との大小を判定したときの受光素子１１の出力（露光）期間をＴとしたとき、受光素子１１の出力（露光）期間が２ｎＴ（ｎ＝０〜５）であるときの第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。
【００３８】
図４は、センサ信号と受光素子１１の出力（露光）期間との関係を示すタイミングチャートである。なお、図４において、Ｖｃｃはセンサ信号が取り得る最大値であり、閾値は１／２Ｖｃｃとされている。また、図４では、オフセットやノイズ等は無視している。
【００３９】
図４に示されるように、ＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２にセンサ信号１〜４が入力される場合を考える。上記のように、センサ信号は受光素子１１の出力（露光）期間に依存するものである。この場合、例えば、時点Ｔでは、センサ信号１〜４をデジタル信号に変換することができるが、センサ信号２〜４は閾値を超えておらず、ＳＮ比が小さくなるためにセンサ信号２〜４をデジタル信号に変換しても検出精度が低い。一方、時点３２Ｔでは、センサ信号１〜４の出力が全て閾値を越えているが、センサ信号１〜３は飽和状態になっているために正確な検出を行うことができず、センサ信号１〜３をデジタル信号に変換しても検出精度が低い。
【００４０】
そして、マイコン３３は、上記のように、ＭＳＢ側または／およびＬＳＢ側に０を追加することにより、第１デジタル信号を１倍、１／２倍、１／４倍、１／８倍、１／１６倍、１／３２倍のいずれかの値とした第２デジタル信号に変換することができる。したがって、本実施形態のマイコン３３は、２ｎＴ（ｎ＝０〜５）の時点において、センサ信号が閾値を越えている場合にＡＤ変換器３１にセンサ信号を第１デジタル信号に変換させ、当該第１デジタル信号から受光素子１１の出力（露光）期間Ｔにおける第２デジタル信号に変換する。
【００４１】
図５は、受光素子１１の出力（露光）期間と第２デジタル信号の構造の関係を示す図である。なお、図５において、ＡＤ（１５）とは第２デジタル信号が１５ビットであることを示しており、ＡＤ（１０）とは１０ビットの第１デジタル信号を示している。図４および図５に示されるように、例えば、センサ信号２のような場合には、時点Ｔではセンサ信号が閾値を超えていないため、マイコン３３は、時点２Ｔにてセンサ信号をＡＤ変換器３１にて第１デジタル信号に変換させる。そして、第１デジタル信号に対してＭＳＢ側に０を１つ追加すると共にＬＳＢ側に０を４つ追加して第１デジタル信号の１／２の値となる第２デジタル信号に変換する。すなわち、マイコン３３は、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。
【００４２】
また、例えば、センサ信号３のような場合には、時点Ｔ、時点２Ｔ、時点４Ｔではセンサ信号が閾値を超えていない。このため、マイコン３３は、時点８Ｔにてセンサ信号をＡＤ変換器３１にて第１デジタル信号に変換させ、当該第１デジタル信号に対してＭＳＢ側に０を３つ追加すると共にＬＳＢ側に０を２つ追加して第１デジタル信号の１／１６の値となる第２デジタル信号に変換する。すなわち、マイコン３３は、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。
【００４３】
なお、本実施形態のコンパレータ３２の閾値がセンサ信号が取り得る最大値の１／２の値とされているのは、上記のように、マイコン３３は、受光素子１１の出力（露光）期間が２ｎＴであるときの第１デジタル信号であれば、当該第１デジタル信号を出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換することができるためである。つまり、センサ信号が閾値未満である場合には、その時点から受光素子１１の出力（露光）期間が２倍経過した後であってもセンサ信号が飽和せず、正確な露光量を検出できるためである。
【００４４】
次に、このようなライトセンサの作動について説明する。図６は、本実施形態におけるライトセンサのマイコン３３が実行するプログラムのフローチャートである。マイコン３３は、例えば、車両に搭載されて用いられる場合には、イグニッションスイッチがオンされて外部光の照度を要求する要求信号が入力されると以下の制御を実行する。
【００４５】
図６に示されるように、ステップ１００では、出力制御回路１２にリセット信号を入力し（図２中時点Ｔ０）、受光素子１１をリセットさせる。具体的には、上記で説明したように、駆動回路１７から制御信号ＲＳＴ、ＴＧとしてロー信号を入力させて受光素子１１に蓄積された電荷を放出させる。
【００４６】
ステップ１０１では、出力制御回路１２に出力（露光）開始信号を入力し（図２中時点Ｔ１）、駆動回路１７から制御信号ＲＳＴとしてハイ信号を入力させて図２中のＡ点の電位を受光素子１１の露光量に応じた電位とすると共に図２中のＢ点の電位をＡ点の電位に等しくさせる。これにより、センサ部１０から受光素子１１の露光量に応じたセンサ信号がＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２に入力される。また、マイコン３３は、受光素子１１の露光期間を計測する。
【００４７】
続いて、受光素子１１に期間ｔとしての所定期間Ｔの露光を行わせた後（ステップ１０２）、ステップ１０３では、出力制御回路１２に第１出力制御信号を入力し（図２中時点Ｔ２）、駆動回路１７から制御信号ＴＧとしてハイ信号を入力させてＢ点の電位を受光素子１１の露光期間Ｔのときの露光量に応じた電位に維持させる。そして、この状態でコンパレータ３２に入力されるセンサ信号と閾値との大小を判定し、センサ信号が閾値未満である場合にはステップ１０４に進む。またセンサ信号が閾値以上であるときにはステップ１０６に進む。
【００４８】
ステップ１０４では、受光素子１１の露光期間ｔが３２Ｔ未満であるかを判定する。本実施形態におけるマイコン３３は、ＭＳＢ側または／およびＬＳＢ側に０を追加することにより１０ビットの第１デジタル信号を１５ビットの第２デジタル信号に変換するものであり、最大でＭＳＢ側に０を５つ追加して第１デジタル信号を１／３２の値の第２デジタル信号に変換するものである。すなわち、受光素子１１の出力（露光）期間が３２Ｔ以上である場合には、マイコン３３では入力された第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す第２デジタル信号に変換することができない。このため、センサ信号が閾値未満である場合であっても、露光期間が３２Ｔ以上である場合には、ステップ１０６に進む。なお、ステップ１０４は、言い換えると、受光素子１１の露光期間ｔが３２Ｔであるか否かを判定するステップである。
【００４９】
また、ステップ１０４にて受光素子１１の出力（露光）期間が３２Ｔ未満であると判定した場合には、ステップ１０５に進み、ステップ１０２における受光素子１１の出力（露光）期間ｔを２倍にし、受光素子１１の出力（露光）を継続させる。すなわち、例えば、ステップ１０２における受光素子１１の出力（露光）期間ｔがＴである場合には、受光素子１１の出力（露光）期間を２Ｔにし、ステップ１０３の判定を行う際のセンサ信号が受光素子１１の出力（露光）期間が２Ｔであるときの信号となるようにする。また、ステップ１０２における受光素子１１の出力（露光）期間ｔが２Ｔである場合には、受光素子１１の出力（露光）期間を４Ｔにし、ステップ１０３の判定を行う際のセンサ信号が受光素子１１の出力（露光）期間が４Ｔであるときの信号となるようにする。具体的には、上記のように、出力制御回路１２に第２出力制御信号を入力し、駆動回路１７から制御信号ＴＧとしてロー信号を入力させてＢ点の電位をＡ点の電位と等しくさせる。そして、延長期間経過後に再び出力制御回路１２に第１出力制御信号を入力し、ステップ１０３の判定を行う。
【００５０】
ステップ１０６では、ＡＤ変換器３１にＡＤ変換開始信号を入力し、センサ信号を第１デジタル信号に変換させて当該第１デジタル信号をマイコン３３に入力させる。なお、本実施形態では、第１デジタル信号は１０ビットのデジタル信号である。
【００５１】
続いて、ステップ１０７では、受光素子１１の出力（露光）期間ｔに応じてＡＤ変換器３１から入力された第１デジタル信号を第２デジタル信号に変換する。例えば、受光素子１１の出力（露光）期間ｔがＴである場合には、第１デジタル信号をＬＳＢ側に０を５つ追加した第２デジタル信号に変換し、受光素子１１の出力（露光）期間が２Ｔである場合には、第１デジタル信号をＭＳＢ側に０を１つ追加すると共にＬＳＢ側に０を４つ追加した第２デジタル信号に変換する。すなわち、第１デジタル信号から受光素子１１を所定期間Ｔだけ出力（露光）させたときの露光量を示す第２デジタル信号に変換する。そして、ステップ１０８にて１５ビットの第２デジタル信号を外部回路に出力する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、センサ信号が閾値未満の場合には、受光素子１１の出力（露光）期間をそのまま延長している。すなわち、センサ部の露光量が下限値より小さい場合には再度露光期間を設定し直してセンサ部の露光を行う従来のものと比較して、露光量が閾値未満のときの露光期間を有効に利用することができ、応答性を早くすることができる。
【００５３】
また、マイコン３３では、ＡＤ変換器３１で変換された第１デジタル信号に対してＭＳＢ側および／またはＬＳＢ側に０を追加することにより、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間Ｔに応じた第２デジタル信号に変換しているため、第２デジタル信号が入力される側の構造を複雑にすることもない。
【００５４】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、センサ部１０からのセンサ信号がそのままＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２に入力される構成について説明したが、例えば、センサ部１０からのセンサ信号が増幅手段としてのアンプで所定倍に増幅された後、増幅されたセンサ信号がＡＤ変換器３１およびコンパレータ３２に入力されるようにしてもよい。
【００５５】
また、上記第１実施形態では、１０ビットの第１デジタル信号を１５ビットの第２デジタル信号に変換して出力する例について説明したが、例えば、１０ビットの第１デジタル信号を２０ビットの第２デジタル信号に変換するようにしてもよい。すなわち、ＭＳＢ側または／およびＬＳＢ側に追加する０の数を適宜変更することにより、第２デジタル信号のビット数を適宜変更することができる。そして、上記第１実施形態ではステップ１０４にて露光期間ｔが３２Ｔ未満であるか否かを判定する例について説明したが、例えば、第２デジタル信号が２０ビットである場合にはステップ１０４にて露光期間ｔが１０２４Ｔ未満であるか否かを判定するようにすることができる。
【００５６】
さらに、上記第１実施形態では、受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第１デジタル信号を除算して第２デジタル信号に変換する例について説明したが、受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第１デジタル信号を乗算して第２デジタル信号に変換するようにしてもよい。すなわち、上記第１実施形態では、第２デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間がＴであるときの露光量を示す信号とする例について説明したが、例えば、第２デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間が３２Ｔであるときの露光量を示す信号とすることもできる。
【００５７】
そして、上記第１実施形態では、コンパレータ３２の閾値を入力されるセンサ信号が取り得る最大値の１／２の値とし、センサ信号が閾値未満の場合には受光素子１１の出力（露光）期間を２倍にする例について説明したが、閾値や受光素子１１の出力（露光）延長期間は適宜変更可能である。
【００５８】
また、上記第１実施形態では、マイコン３３は、本発明の処理手段と第２ＡＤ変換手段とを備えているものを説明したが、例えば、マイコン３３は処理手段のみを有し、第２ＡＤ変換手段を行う別のＡＤ変換器を新たに備えてもよい。また、マイコン３３は、本発明の第１ＡＤ変換手段や比較手段を備えたものとすることもできる。
【００５９】
さらに、上記第１実施形態では、第１デジタル信号を受光素子１１の出力（露光）期間に応じて第２デジタル信号に変換する例について説明したが、例えば、マイコン３３は第１デジタル信号を第２デジタル信号に変換せずにそのまま出力するようにしてもよい。このようなライトセンサを構成したとしても、制御部３０はセンサ信号が閾値未満のときは受光素子１１の出力（露光）期間をそのまま延長するため、本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ センサ部
１１ 受光素子
１２ 出力制御回路
３０ 制御部
３１ ＡＤ変換器
３２ コンパレータ
３３ マイコン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光量に応じた電気的信号を出力する受光素子（１１）と、前記受光素子（１１）の出力期間を制御して所定時における前記電気的信号をアナログ信号であるセンサ信号として出力する出力制御回路（１２）と、を有するセンサ部（１０）と、
前記アナログ信号であるセンサ信号をデジタル信号に変換する制御部（３０）と、を備え、
前記制御部（３０）は、
前記センサ信号が入力され、前記センサ信号と所定の閾値とを比較する比較手段（３２）と、
前記比較手段（３２）の比較結果に基づいてＡＤ変換開始信号を出力する処理手段（３３）と、
前記センサ信号が入力され、処理手段（３３）から前記ＡＤ変換開始信号が入力されると前記センサ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換手段（３１）と、を有し、
前記処理手段（３３）は、前記出力制御回路（１２）に前記受光素子（１１）が所定期間出力したときの所定期間経過時の前記電気的信号を前記センサ信号として前記比較手段（３２）に入力させ、前記比較手段（３２）の比較結果に基づき、前記センサ信号が前記閾値以上のときは前記第１ＡＤ変換手段（３１）に前記ＡＤ変換開始信号を入力して前記センサ信号を前記第１デジタル信号に変換させ、前記センサ信号が前記閾値未満のときは前記出力制御回路（１２）に前記受光素子（１１）の出力期間を延長させ、延長期間経過時の前記電気的信号を前記センサ信号として前記比較手段（３２）に入力させて前記比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うことを特徴とするライトセンサ。
【請求項２】
前記制御部（３０）は、前記受光素子（１１）の出力期間に応じ、前記第１デジタル信号を所定の出力期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換する第２ＡＤ変換手段（３３）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のライトセンサ。
【請求項３】
前記第２ＡＤ変換手段（３３）は、前記受光素子（１１）の出力期間に応じて前記第１デジタル信号の最上位ビット側または／および最下位ビット側に０を追加することにより、前記所定の出力期間に対する露光量を示す前記第２デジタル信号に変換することを特徴とする請求項２に記載のライトセンサ。
【請求項４】
前記閾値は、前記比較手段（３２）に入力される前記センサ信号が取り得る最大値の１／２の値とされており、
前記処理手段（３３）は、前記センサ信号が前記閾値未満のとき、前記出力制御回路（１２）に前記受光素子（１１）の出力期間を２倍に延長させ、延長期間が経過したときの前記比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のライトセンサ。
【請求項５】
前記第２ＡＤ変換手段（３３）は、前記受光素子（１１）の出力期間を延長した後の前記センサ信号が前記閾値未満の場合であって、前記最上位ビット側および前記最下位ビット側に０を追加できる合計の数をｎ、前記受光素子（１１）の最初の出力期間をＴとしたとき、前記受光素子（１１）の出力期間が２ｎＴとなったとき、前記センサ信号が前記閾値未満の場合であってもその時点における前記センサ信号を前記第１ＡＤ変換手段（３１）にて第１デジタル信号に変換させることを特徴とする請求項４に記載のライトセンサ。
【請求項６】
前記センサ部（１０）と接続される増幅手段を備え、
前記第１ＡＤ変換手段（３１）および前記比較手段（３２）には、前記増幅手段にて増幅された前記センサ信号が入力されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のライトセンサ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載のライトセンサは、車両に搭載されて用いられ、太陽光を検出するのに用いられることを特徴とする車両用ライトセンサ。
【請求項１】
露光量に応じた電気的信号を出力する受光素子（１１）と、前記受光素子（１１）の出力期間を制御して所定時における前記電気的信号をアナログ信号であるセンサ信号として出力する出力制御回路（１２）と、を有するセンサ部（１０）と、
前記アナログ信号であるセンサ信号をデジタル信号に変換する制御部（３０）と、を備え、
前記制御部（３０）は、
前記センサ信号が入力され、前記センサ信号と所定の閾値とを比較する比較手段（３２）と、
前記比較手段（３２）の比較結果に基づいてＡＤ変換開始信号を出力する処理手段（３３）と、
前記センサ信号が入力され、処理手段（３３）から前記ＡＤ変換開始信号が入力されると前記センサ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換手段（３１）と、を有し、
前記処理手段（３３）は、前記出力制御回路（１２）に前記受光素子（１１）が所定期間出力したときの所定期間経過時の前記電気的信号を前記センサ信号として前記比較手段（３２）に入力させ、前記比較手段（３２）の比較結果に基づき、前記センサ信号が前記閾値以上のときは前記第１ＡＤ変換手段（３１）に前記ＡＤ変換開始信号を入力して前記センサ信号を前記第１デジタル信号に変換させ、前記センサ信号が前記閾値未満のときは前記出力制御回路（１２）に前記受光素子（１１）の出力期間を延長させ、延長期間経過時の前記電気的信号を前記センサ信号として前記比較手段（３２）に入力させて前記比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うことを特徴とするライトセンサ。
【請求項２】
前記制御部（３０）は、前記受光素子（１１）の出力期間に応じ、前記第１デジタル信号を所定の出力期間に対する露光量を示す第２デジタル信号に変換する第２ＡＤ変換手段（３３）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のライトセンサ。
【請求項３】
前記第２ＡＤ変換手段（３３）は、前記受光素子（１１）の出力期間に応じて前記第１デジタル信号の最上位ビット側または／および最下位ビット側に０を追加することにより、前記所定の出力期間に対する露光量を示す前記第２デジタル信号に変換することを特徴とする請求項２に記載のライトセンサ。
【請求項４】
前記閾値は、前記比較手段（３２）に入力される前記センサ信号が取り得る最大値の１／２の値とされており、
前記処理手段（３３）は、前記センサ信号が前記閾値未満のとき、前記出力制御回路（１２）に前記受光素子（１１）の出力期間を２倍に延長させ、延長期間が経過したときの前記比較手段（３２）の比較結果に基づいた処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のライトセンサ。
【請求項５】
前記第２ＡＤ変換手段（３３）は、前記受光素子（１１）の出力期間を延長した後の前記センサ信号が前記閾値未満の場合であって、前記最上位ビット側および前記最下位ビット側に０を追加できる合計の数をｎ、前記受光素子（１１）の最初の出力期間をＴとしたとき、前記受光素子（１１）の出力期間が２ｎＴとなったとき、前記センサ信号が前記閾値未満の場合であってもその時点における前記センサ信号を前記第１ＡＤ変換手段（３１）にて第１デジタル信号に変換させることを特徴とする請求項４に記載のライトセンサ。
【請求項６】
前記センサ部（１０）と接続される増幅手段を備え、
前記第１ＡＤ変換手段（３１）および前記比較手段（３２）には、前記増幅手段にて増幅された前記センサ信号が入力されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のライトセンサ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載のライトセンサは、車両に搭載されて用いられ、太陽光を検出するのに用いられることを特徴とする車両用ライトセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１４４９（Ｐ２０１３−１１４４９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２７２０（Ｐ２０１１−１４２７２０）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]