CN100423279C - 光学传感器电路、光学传感器电路的输出信号处理方法及电子机器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学传感器电路，具有：输出与像框开口部的受光光量对应的脉宽的信号(Q)的第1光学传感器(10)；设于第1光学传感器(10)的附近、以与第1光学传感器(10)相同的时序进行检测动作、同时输出与被像框遮光的受光面的受光光量对应的脉宽的信号(Qref)的第2光学传感器(20)；以及，输出信号(Q)和信号(Qref)的异或信号(Diff)的EX-OR电路(32)。因此可取得更准确反映受光光量的值。

Description

光学传感器电路、光学传感器电路的输出信号处理方法及电子机器
技术领域
本发明，涉及一种读取光电二极管之类的受光元件的输出的技术。
背景技术
近年来，在移动电话或面向个人的移动终端(Personal DigitalAssistance)等电子机器中，将液晶元件或有机EL元件等排列为矩阵状的显示面板应用得越来越广泛。该显示面板，被用于从日光下这种较亮状态到夜间这种较暗状态的各种环境下。因此，若无论环境光如何，都令显示元件的亮度和画质固定，则会产生不便，即虽然在某些条件下容易观看，但在另外的条件下就会变得难以观看。因此，希望这种显示面板，可以对环境光量进行检测，并结合该检测结果来控制亮度或画质等。
在这种控制中，虽然使用光电二极管之类的受光元件来检测光量，但问题是若在显示面板之外单独设置受光元件，就额外需要在电子机器中安装受光元件的空间，并且还必须在电子机器的外壳上设置用于检测环境光的开口部。
为了解决该问题，就希望有一种技术，能通过与切换显示面板的像素的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下适当简称为“TFT”)通用的工艺，形成受光元件，用显示面板自身来检测环境光。
由于这种技术中，噪声混入输出线中使光量检测的精度下降，因此提出有检测出输出线所表现出的噪声，同时将检测出的噪声反转后供给输出线，从而抵消该输出线中表现出的噪声的技术(参照专利文献1)。
然而，若用与切换显示面板中的像素的薄膜晶体管通用的工艺形成受光元件，会产生因该受光元件自身产生的噪声或暗电流导致光量检测自身的精度下降的问题。
专利文献1：特开平9-82931号公报(参照图1)
发明内容
本发明正是鉴于上述问题提出的，其目的就在于，提供一种能够防止因受光元件自身产生的噪声或暗电流导致检测精度下降的光学传感器电路、光学传感器电路的输出信号处理方法及电子机器。
为了实现上述目的，有关本发明的光学传感器电路的特征是，具备：第1光学传感器，其输出与开口的受光面的受光光量对应的信号；第2光学传感器，其设于所述第1光学传感器的附近，输出与被遮光的受光面的受光光量对应的信号；以及，运算电路，其求取所述第1光学传感器的输出信号和所述第2光学传感器的输出信号之间的差值，并输出求取该差值与所述第2光传感器的输出信号的反相信号之间的逻辑与非所得到的信号。通过该光学传感器，能将设于第1光学传感器附近的第2光学传感器的输出信号，作为第1光学传感器电路中产生的噪声和暗电流的参照信号检测出来，同时，将其从第1光学传感器的输出信号中减去作为差值输出。因此，由于差值中除去了噪声或暗电流的影响，因此能够防止检测精度下降。
作为一个优选方式，在上述光学传感器电路中，所述第1及第2光学传感器，分别输出与受光光量的脉宽对应的逻辑信号，所述差值运算电路，包含求取所述第1光学传感器的输出信号和所述第2光学传感器的输出信号的逻辑异或信号的EX-OR电路。通过该结构，由于能用逻辑电路构成差值运算电路，因此能够实现构成的简单化。
另外，在该结构中，通过在存储器等中存储涉及第2光学传感器的输出信号的脉宽的信息、并读出，则无需第2光学传感器一直保持工作。此时，可每隔一定时间，对涉及第2光学传感器的输出信号的脉宽的信息进行更新。
再者，本发明除了光学传感器电路，还可作为光学传感器电路的输出信号处理方法进行概念化。另外，有关本发明的电子机器，由于具备上述光学传感器电路，因此能根据差值对显示部实施更准确的控制。
附图说明
图1为表示应用了本发明的实施方式中的光学传感器电路的液晶显示面板的结构的图。
图2为表示该液晶显示面板中的传感器配置的平面图。
图3为表示第1、第2光学传感器的结构示例的图。
图4为表示该第1、第2光学传感器的动作的图。
图5为表示该光学传感器电路的动作的图。
图6为表示应用了该显示面板的移动电话机的结构的立体图。
图中：1-液晶显示面板，10-第1光学传感器，20-第2光学传感器，30-差值运算电路，32-EX-OR电路，40-控制电路，50像素区域，52-像框，112-光电二极管，114、116-反相电路，1100-移动电话。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示包括有关本发明的实施方式的光学传感器电路的液晶显示面板的整体构成的框图。
该图中，第1光学传感器10和第2光学传感器20，分别输出与受光光量对应的信号Q、Qref。关于其详细的内容在下文说明，但在本实施方式中，按照第1光学传感器10和第2光学传感器20中的受光光量越少，各信号Q、Qref的脉宽越窄的方式构成。如图2所示，第1光学传感器10及第2光学传感器20，在液晶显示面板1上按照在相当于作为划分像素区域50的外侧边缘的遮光层的像框52中相互邻接的方式形成。其中，第1光学传感器10设于像框52开口的部分，而第2光学传感器20，设于由像框52遮光的部分。
再者，所谓像素区域50，是像素排列为矩阵状的区域。众所周知，该像素与扫描线和数据线(都未图示)的交差对应设置，由当选择扫描线时在数据线和像素电极之间导通的TFT；和通过像素电极和对向电极(公共电极)夹持液晶的液晶层而构成，但由于其详细结构与本发明没有太大关系，因此省略说明。
差值运算电路30具有：求出信号Q和信号Qref的逻辑异或作为信号Diff输出的EX-OR电路32；将信号Qref的逻辑电平反相作为信号/Qref输出的NOT电路34；以及求取信号Diff和信号/Qref的逻辑与非的作为信号Out输出的NAND电路36。再者，/作为表示对其后接的信号进行非运算的记号使用。
控制电路40是下述的电路：将表示像素区域50中的各像素的灰度的数据Data、根据信号Out的脉宽进行处理后提供给驱动电路60，除了调整图中未表示的背光等辅助光源的亮度之外，还分别向第1光学传感器10及第2光学传感器20提供下面所述的控制信号。
驱动电路60是驱动上述各个扫描线及数据线的电路的总称。具体地说，驱动电路60，由依次选择扫描线的扫描线驱动电路、和通过数据线对位于已选择的扫描线的像素提供与灰度对应的电压的数据信号的数据线驱动电路构成，但由于其细节与本发明没有太大关系，因此省略其说明。
接下来，以第1光学传感器为例，对第1光学传感器10及第2光学传感器20的详细结构进行说明。图3为表示第1光学传感器10的电结构的电路图。
如该图所示，光电二极管112的阴极与提供电源的高电位一侧电压Vdd的供电线连接，另一方面光电二极管112的阳极，分别与反相电路114的输入端、开关115的一端以及电容Cb的一端相连接。这里，如上所述，将光电二极管112的受光面设置于像框52的开口部分。该光电二极管112，例如为PIN型，通过与切换像素的TFT通用的工艺形成。
反相电路114，是以电压(Vdd-Gnd)为电源的p沟道型TFT和n沟道型TFT的互补型结构，公共栅极构成输入端，公共漏极构成输出端。反相电路114的输出端，连接在与该反相电路114结构相同的反相电路116的输入端上。然后，输出反相电路116的输出端中的信号作为Q。
另外，反相电路116的输出端，还与开关117a的共用端子连接。这里开关117a为单刀双掷开关，当从控制电路40(参照图1)送来的控制信号Set为低电平时，置于图中实线所示的位置，而当控制信号Set为高电平时，选择电压的基准电位Gnd。
从而，信号Q的电压电平，当控制信号Set为低电平时，由反相电路116的输入端的电压决定，而控制信号Set为高电平时为低电平。
另一方面，反相电路114的输出端，除了与反相电路116的输入端相连，还与开关115的另一端相连。这里，开关122，若从控制电路40送来的控制信号Ini变为高电平则导通，若控制信号Ini变为低电平则关断。
另外，电容Cb的另一端，与开关117b的公共输出端相连。这里，开关117b为双掷开关，当控制信号Set为低电平时，取图中实线所示的位置，选择电位Gnd，另一方面，当控制信号Set为H电平时，选择提供电压Vset的基准电压源119的正极端子。基准电压源119的负极端子与地电位Gnd连接。
再者，为了便于说明，将光电二极管112的阳极(反相电路114的输入端、开关115的一端及电容Cb的各一端)，设为节点P。如上所述，由于第1光学传感器10形成在显示面板1上，因此在节点P中，寄生有不能忽略的电容。因此，将该寄生电容标记为Ca。
另外，第2光学传感器20的电结构，也与图3所示的第1光学传感器10相同。但是，光电二极管112的受光面，如图2所示设于由像框52遮住的部分。另外，第2光学传感器20的输出信号为Qref。
接下来，参照图4对第1光学传感器10的动作进行说明。
首先，在初始化期间中，控制电路40令控制信号Ini、Set均为高电平。由于通过控制信号Ini为高电平，开关115接通，节点P保持为反相电路114的阈值电压Vth。即，将进入初始化期间之前，由寄生于反相电路114的TFT的公共栅极中的电容Ca保持的电压，被初始化为阈值电压并保持。再者，阈值电压Vth，大约为(Vdd-Gnd)/2。
另外，由于通过控制信号Set为H电平，开关117b选择基准电压源119的正极端子，因此电容Cb的另一端变为电压Vset。
接下来，在设置期间中，控制电路40令控制信号Ini变为低电平，迟于控制信号Ini一些控制信号Set也变为低电平。
由于通过控制信号Set变为低电平，开关117a选择图3中实线的位置，因此信号P依赖于节点P的电压电平。
这里，由于通过控制信号Set变为低电平，开关117b选择电位Gnd，因此电容Cb的另一端，从电压Vset降低为接地电平。由于通过控制信号Ini变为低电平，开关115已经关断，因此节点P电压降的量为，将电容Cb的电压降量只根据电容Ca和Cb之间的耦合比分配的量。
详细来说，由于通过控制信号Set变为低电平，电容Cb的另一端电压降量为(Vset-Gnd)，因此节点P，从阈值电压Vth起只降低了电压(Vset-Gnd)·Ca/(Ca+Cb)。
从而，由于在控制信号Set刚刚变为低电平之后，节点P的电压就必定为低于阈值电压的状态，因此将节点P的逻辑电平再次反相后的信号Q，维持为低电平。
由于控制信号Set变为低电平后，光电二极管112中，流有与受光光量对应的电流，因此节点P从电压低的点向电压Vdd上升。然后，节点P的电压超过反相电路114的阈值电压Vth后，反相电路114的输出端为低电平，这是由于通过反相电路116反相，信号Q变为高电平。
此时，由于光电二极管112中，受光光量越多，电流越大，因此节点P电压上升率提高的结果是，信号Q变为高电平的时刻也与此相应提早了。
由于控制信号Set变为低电平时的节点P的压降一定，因此控制信号Set从变为低电平起到信号Q变为高电平为止的期间，与光电二极管112的受光光量相对应。
信号Q变为低电平的时刻，为控制信号Set变为高电平的时刻，但若控制信号Set变为高电平的期间一定，则信号Q的低电平期间的脉宽，实际上与光电二极管112的受光光量相对应。
对于第2光学传感器20来说，由于在与第1光学传感器相同的时刻，被提供控制信号Ini、Set，因此进行相同的动作。但是，由于第2光学传感器20中的光电二极管112的受光面被像框52遮光，因此其输出信号Qref为低电平的脉宽，如图5所示要比信号Q长。
这里，如图5所示，输出信号Q及信号Qref时，作为二者的逻辑异或的信号Diff，如该图所示。
但是，如上所述信号Q被从第1光学传感器10中以与光电二极管112的受光光量对应的脉宽输出。然后，虽然该脉宽，如上所述，在不受到寄生于反相电路114的构成元素的TFT的栅极中的电容的影响下输出，但该光电二极管112的暗电流或噪声等的影响却没有被排除，是包含有这些的。
另一方面，第2光学传感器20是如图2所示设于第1光学传感器10的附近，同时电结构与第1光学传感器10相同，并且用相同的工艺形成，再有，以相同的时序动作的传感器。其差别仅是：光电二极管12的受光面在像框52中是否开口。从而，通过第2光学传感器20的信号Qref中，应该也会出现与第1光学传感器10相同的暗电流和噪声等的影响。
从而，通过第1光学传感器10的信号Q的振幅和通过第2光学传感器20的信号Qref的脉宽不同的部分、即信号Diff为高电平的脉宽中，排除了暗电流和噪声等的影响，能更正确地表示出与受光光量对应的部分。
这里，信号Diff，在本实施方式中，通过由NAND电路36求出与信号/Qref的逻辑与非来反相，并作为信号Out提供给控制电路40。因此，由于信号Out实际上是将信号D1ff逻辑反相后的信号，因此信号Out为低电平的脉宽也更准确地表示与受光光量对应的部分的信号。因此，输入该信号Out的控制电路40，可对应受光光量适当地控制像素区域50中的显示内容和背光(辅助光源)的照射强度等。
再者，虽然由于由通过上述第2光学传感器20的信号Qref的脉宽的开始时刻，统一为由通过第1光学传感器10的信号Q的脉宽的开始时刻，因此第2光学传感器20与第1光学传感器10并行动作，但是也可将表示信号Qref的脉宽的数据存储于存储器，并求取由该存储的数据所表示的脉宽和信号Q的脉宽的差值。通过该结构，无需令第2光学传感器20总与第1光学传感器10并行动作。另外由于此时，信号Qref的脉宽，可能因温度等发生变化，因此可每隔一定时间、或根据控制电路40的指示，适当对存储器进行更新存储。
接下来，对使用上述液晶显示面板1作为显示部的电子机器进行说明。图6为，表示该电子机器的一个示例的移动电话的结构的立体图。
在该图中，移动电话1100，除了具备多个操作键1102，还具备受话口1104、送话口1106，作为显示部，具备包含上述第1光学传感器10及第2光学传感器20的液晶显示面板1。
通过该结构，由于可将光学传感器内置于显示面板中，因此无需另外的开口部或用于设置受光元件的组装空间，能够更准确地检测出受光光量，因此可根据环境光对图像进行更适当的控制。
再者，作为电子机器，除了图6的移动电话之外，可为数字静像相机、电视、取景器型和监视器直视型的视频录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本、计算器、文字处理机、工作站、电视电话、POS终端、具备触摸屏的机器等。而作为这些各种电子机器的显示部，自然都可应用上述液晶显示面板1。
另外，上述实施方式中，虽然使用的是液晶显示面板1，但也可使用其他的面板，例如有机EL元件或无机EL元件、场发射(FE)元件、LED等其他发光元件等，还有电泳元件、电铬(electrochromic)元件等作为显示面板。
再有，不限于直接显示图像或文字等的显示面板，也可应用于：用于通过对被感光体进行照射间接形成图像或文字所示用的印刷机器的光源、例如LED打印机的行式头(line head)。
此外，可将像素区域分割为多个，同时对各个分割区域分配第1光学传感器10及第2光学传感器20的组，对应分配的检测结果，控制对应的分割区域的图像。

Claims (4)

1. 一种光学传感器电路，其特征在于，具备：
第1光学传感器，其输出与开口的受光面的受光光量对应的信号；
第2光学传感器，其设于所述第1光学传感器的附近，输出与被遮光的受光面的受光光量对应的信号；以及，
运算电路，其求取所述第1光学传感器的输出信号和所述第2光学传感器的输出信号之间的差值，并输出求取该差值与所述第2光传感器的输出信号的反相信号之间的逻辑与非所得到的信号。
2. 根据权利要求1所述的光学传感器电路，其特征在于：
所述第1及第2光学传感器，分别输出与受光光量对应的脉宽的逻辑信号，
所述差值运算电路，包括求取所述第1光学传感器的输出信号和所述第2光学传感器的输出信号的逻辑异或信号的EX-OR电路。
3. 一种电子机器，其特征在于，
具有权利要求1或2中所述的光学传感器电路。
4. 一种光学传感器电路的输出信号处理方法，是具备输出与开口的受光面的受光光量对应的信号的第1光学传感器，和设于所述第1光学传感器的附近，输出与被遮光的受光面的受光光量对应的信号的第2光学传感器的光学传感器电路的输出信号处理方法，其特征在于：
求取所述第1光学传感器的输出信号和所述第2光学传感器的输出信号之间的差值，并输出求取该差值与所述第2光传感器的输出信号的反相信号之间的逻辑与非所得到的信号。
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