CN100424880C - 半导体光学传感装置及信息设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可进行跨越数勒克司到数万勒克司的宽范围的照度检测的半导体光学传感装置。半导体光学传感装置具备：多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部的某一个；输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出。

Description

半导体光学传感装置及信息设备

技术领域

本发明涉及照度传感器用的半导体光学传感装置，例如涉及到可进行跨越数勒克司到数万勒克司的宽范围的照度检测的半导体光学传感装置。

背景技术

半导体光学传感装置(照度传感器)是一种光敏器件，用来按照周围的照度(亮度)输出线性的输出。照度传感器主要使用于，在移动电话中按照周围的照度(亮度)对液晶画面的背光灯和操作部(按键(key)部)的LED(发光二极管：Light Emitting Diode)进行开/关(ON/OFF)控制。例如，照度传感器在周围明亮时，把背光灯和按键部的发光二极管熄灭，在较暗时进行点亮或灰度调整等来抑制不需要的消耗电力。

以往移动电话的照度传感器一直只使用于按键部发光二极管的开/关控制。因而，这种照度传感器的设计为，在数勒克司到100勒克司的低照度范围上发出线性的输出。

当前，除按键部的发光二极管的开/关控制之外，还要求液晶画面背光灯的控制。其原因为，因移动电话的液晶全彩色化，而使电力消耗增大。透过型液晶画面因为以画面背面的背光灯作为光源，所以色度高。因此，透过型液晶画面虽然在较暗的室内易于观看，但是在亮的屋外却使画面变暗。为了对此进行应对，一直是按照周围的亮度来调整背光灯。在背光灯的调节过程中，需要检测直到数万勒克司的高照度。

但是，因为可以对直到数万勒克司的照度进行检测的高照度用光电二极管其灵敏度较低，所以难以探测低照度的光。另一方面，因为可以对100勒克司为止的照度进行检测的低照度用光电二极管其灵敏度较高，所以因高照度的光而出现饱和。例如，使用于移动电话按键部的发光二极管控制中的照度传感器，不能控制液晶画面的背光灯。另外，使用于液晶画面的背光灯控制中的照度传感器，不能控制按键部的发光二极管。

发明内容

依照本发明所涉及的实施方式的半导体光学传感装置具备：多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部中的一个；输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出；模式检测电路，用来将上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；比较器电路，用来将由上述转换器所选择的上述光电二极管部的输出信号和第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的第2逻辑信号；以及逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述第2逻辑信号进行逻辑运算。

依照本发明所涉及的实施方式的信息设备内置半导体光学传感装置，该半导体光学传感装置具备：多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部中的一个；输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出；模式检测电路，用来将上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；比较器电路，用来将由上述转换器所选择的上述光电二极管部的输出信号和第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的第2逻辑信号；以及逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述第2逻辑信号进行逻辑运算。

依照本发明所涉及的实施方式的半导体光学传感装置具备：光电二极管部；放大器电路，具有可变的增益，用来对上述光电二极管部的输出信号进行放大输出；控制部，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来控制上述放大器电路的增益。

附图说明

图1是根据本发明的第1实施方式1个半导体芯片上所形成的照度传感器电路框图。

图2a及图2b是表示图1的光电二极管部一个示例的电路图及表示该电路图的光电二极管结构的半导体基板部分剖面图。

图3a及图3b是表示图1的光电二极管部另一示例的电路图及表示该电路图的光电二极管结构的半导体基板部分剖面图。

图4a到图4c是表示对图1光电二极管(PD)部的分光特性进行改变的方法的光电二极管概略平面图。

图5a及图5b是表示根据本发明的第1实施方式照度传感器的照度-输出特性的特性图及表示照度-模式输出特性的特性图。

图6是根据本发明的第2实施方式1个半导体芯片上所形成的照度传感器电路框图。

图7a及图7b是根据本发明的第3实施方式1个半导体芯片上所形成的照度传感器电路框图。

图8a及图8b是表示图7的照度传感器的照度输出特性的特性图及表示照度-模式输出特性的特性图。

图9a及图9b是根据本发明的第4实施方式1个半导体芯片上所形成的照度传感器的电路框图。

图10是根据本发明的第5实施方式的电路框图。

图11a到图11d是图10照度传感器的特性图。

图12是构成图10照度传感器的逻辑电路实施方式的电路图。

图13是表示给图10的照度传感器输入的光的照度和数字输出之间关系的表格。

图14是根据本发明的第6实施方式的电路框图。

图15是根据本发明的第6实施方式变形例的电路框图。

图16是根据本发明的第7实施方式的电路框图。

图17a到图17b是说明图16照度传感器动作的特性图。

图18是根据本发明的第8实施方式的电路框图。

图19是根据本发明的第8实施方式变形例的电路框图。

图20是根据本发明的第9实施方式的移动电话概略平面图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明发明的实施方式。

(第1实施方式)

首先，参照图1至图5来说明第1实施方式。

图1是在1个半导体芯片上所形成的第1实施方式的照度传感器电路框图。图2a是表示根据本实施方式的光电二极管部一个示例的电路图。下面，将光电二极管及其外部电路称为光电二极管部。图2b是表示图2a所示的光电二极管结构的部分剖面图。图3a是表示根据本实施方式的光电二极管部变形例的电路图。图3b是表示图3a所示的光电二极管PD1、PD2结构的部分剖面图。图4a到图4c是表示对光电二极管部的分光特性进行改变的方法的光电二极管概略平面图。图5a是表示照度传感器的照度-输出特性的特性图。图5b是表示照度-模式输出特性的特性图。

如图1所示，照度传感器在受光部中具备具有相互不同的照度-输出特性(分光特性)的低照度用光电二极管部(PD部)1A及高照度用光电二极管部(PD部)1B。第1放大器9连接到光电二极管部1A及1B的输出方。转换器(SW)8插入到光电二极管部1A、1B和第1放大器9之间。转换器(SW)8用来选择低照度用光电二极管部1A或高照度用光电二极管部1B的某一个，并将所选择出的光电二极管部与第1放大器9进行连接。

至少由1个放大器组成的第1放大器9连接到至少由1个放大器组成的第2放大器10上。第2放大器10连接到照度传感器的输出部(OUT)上。

该照度传感器还具备基准电压发生电路5及模式检测电路6。模式检测电路6用来比较第1放大器9的输出及基准电压发生电路5的输出，并根据其比较结果来控制转换器8。借此，转换器8可以选择光电二极管部1A或1B的某一个。模式检测电路6具备模式输出部(模式OUT)，可以从外部检测转换器8的状态(模式)。模式OUT用来输出转换器8选择了光电二极管部1A或1B的哪一个这样的模式信息。第2放大器10作为输出电路来使用。

低照度用光电二极管部1A及高照度用光电二极管部1B的结构例如是图2a、图2b或者图3a、图3b所示的那样。

图2a是表示光电二极管部电路结构的电路图。pnp晶体管Q1、Q2构成了电流镜，用来检测2个光电二极管PD1、PD2的总计光电流。

晶体管Q1的基极及集电极连接到2个光电二极管PD1、PD2的共阴极端子A上，晶体管Q1的发射极连接到电源端子(Vcc)上。

输出用pnp晶体管Q2的基极连接到晶体管Q1的基极上，其发射极连接到电源端子(Vcc)上，并且其集电极连接到输出端子(OUT)上。

npn晶体管Q3、Q4构成了电流镜，用来检测光电二极管PD1的光电流。晶体管Q3的基极及集电极连接到光电二极管PD1的阳极端子B上，晶体管Q3的发射极连接到接地端子(GND)上，并且晶体管Q3的集电极连接到输出端子(OUT)上。光电二极管PD2的阳极端子C被接地。晶体管Q1、Q2的发射极面积比和晶体管Q3、Q4的发射极面积比最好设定为，按照2个光电二极管PD1、PD2的分光灵敏度特性来获得希望的分光灵敏度输出。

例如，假设将晶体管Q2的发射极面积设定为晶体管Q1的n倍(n为正数)，并将晶体管Q4的发射极面积设定为晶体管Q3的m倍(m为正数)。在对图2b的受光部入射光时，输出电流IOUT把晶体管Q2的集电极电流设为I1，把晶体管Q4的集电极电流设为I2，而变成|I2-I1|。集电极电流I1对于2个光电二极管PD1、PD2的光电流Ip1、Ip2，是I1＝n(Ip1+Ip2)。晶体管Q4的集电极电流I2是I2＝m*Ip1。因而，输出电流IOUT成为IOUT＝m*Ip1-n*(Ip1+Ip2)＝(m-n)*[Ip-{n/(m-n)}Ip2]。

如图2b所示，光电二极管PD2设置到比光电二极管PD1更深的位置上。波长较短的光在基板表面附近被吸收，但波长较长的光将到达基板较深的位置。因而，光电二极管PD2对短波长(可见光)具有峰值灵敏度，光电二极管PD1对长波长(红外光)具有峰值灵敏度。其结果为，上述输出电流IOUT的公式表示除去红外成份后的可见光的输出电流。也就是说，该照度传感器要在除去无用的红外成份后的状态下检测照度。

光电二极管部1A、1B的主要结构为图2a所示的光电二极管PD1及PD2。光电二极管PD1及PD2如图2b所示，在上下形成于硅等半导体基板的元件形成区域上，并且共用阴电极。

图2b是形成光电二极管PD1及PD2后的硅半导体基板的部分剖面图。半导体基板由P型半导体基板15和形成于其上的N型外延层16构成。在N型外延层16的表面区域上，形成P型杂质扩散区域17。在N型外延层16的表面形成阳电极13，在P型杂质扩散区域17的表面形成阴电极14。图2a的光电二极管PD1由N型外延层16和P型杂质扩散区域17来构成。光电二极管PD2由P型半导体基板15和N型外延层16来构成。阳电极13连接到光电二极管PD1上，阴电极14被光电二极管PD1、PD2所共用。

图3a是表示光电二极管部1A或1B其他电路结构的电路图。晶体管Q2的集电极与光电二极管PD1的阳极端子连接，晶体管Q2的发射极连接到接地端子(GND)上，并且晶体管Q2的集电极连接到输出端子(OUT)上。

晶体管Q1、Q2构成了电流镜，用来检测光电二极管PD1的光电流。晶体管Q1的基极和集电极连接到光电二极管PD2的阳极端子上，晶体管Q1的发射极连接到接地端子(GND)上。若对图3b的受光部入射了光，则输出电流IOUT成为2个光电二极管PD1、PD2的光电流Ip1、Ip2之差，也就是IOUT＝Ip1-Ip2。该照度传感器在无用的红外成份通过光电二极管PD2被除去后的状态下检测照度。

图3a的电路图所示的光电二极管PD1的结构表示在图3b中。半导体基板由P型半导体基板15和形成于其上的N型外延层16来构成。在N型外延层16的表面区域上，形成P型杂质扩散区域17。图3a的光电二极管PD1由N型外延层16和P型杂质扩散区域17来构成。P型杂质扩散区域17的一部分利用可见光区域的截止滤光器(遮光滤光器)21来遮光。借此，调整光电二极管部1A或1B的灵敏度-输出特性。光电二极管PD2也具有和光电二极管PD1相同的结构。

作为本实施方式中形成低照度用光电二极管部1A和高照度用光电二极管部1B的方法，可举出下述两种方法等，一是变更光电二极管的元件形成尺寸(受光面积)的方法，二是通过作为布线电极层等的遮光板来使用而改变受光面积的方法。

图4a表示出，根据受光面积的不同来改变光电二极管部1A及1B分光特性的实施方式。高照度用光电二极管部1B与低照度用光电二极管部1A相比其面积小。

在检测高照度时，因为受光量较多，所以将低灵敏度的元件作为照度传感器来使用，另一方面在检测低照度时，因为受光量较少，所以需要将高灵敏度的元件作为照度传感器来使用。由于受光量按面积成比例，因而高照度用光电二极管部1B的光电二极管(下面，将设置于高照度用光电二极管部1B中的光电二极管设为高照度用光电二极管)增大面积，低照度用光电二极管部1A的光电二极管(下面，将设置于低照度用光电二极管部1A中的光电二极管设为低照度用光电二极管)减小面积。另外，在图4a中将高照度用光电二极管和低照度用光电二极管邻近配置。其原因为，尽量使受光环境都一样。也就是说，即便在相同的半导体芯片上，有时也因外围部和中央部的不同而使受光特性产生变化。为了避免这样因地点而引起的受光特性差异，邻近配置高照度用光电二极管和低照度用光电二极管。光电二极管的形状虽然在图4a中是长方形，但是并不限于这种形状，例如也可以是圆形。高照度用光电二极管和低照度用光电二极管之间的面积比可以根据其用途加以适当变更。

图4b表示出，将具有相同面积且相同受光特性的光电二极管排列多个并且根据入射光的照度来变换光电二极管个数的实施方式。对各光电二极管(PD)安装有转换器。为了获得预定的分光特性，对该转换器进行开/关。借此，可以对光电二极管的受光面积进行变更。在将该光电二极管PD作为高照度用光电二极管来使用时，接通较多的转换器，扩大受光面积。另一方面，在将该光电二极管PD作为低照度用光电二极管来使用时，接通较少的转换器，减小受光面积。

图4b的高照度用光电二极管和低照度用光电二极管之间的面积比，其受光面积即使在光电二极管的制造后，也可以根据其用途通过操作转换器加以适当变更。

图4c表示出，对高照度用光电二极管使用减光滤光器来改变分光特性的实施方式。高照度用光电二极管及低用光电二极管由相同面积、相同结构的元件构成。

在图4a及图4b的实施方式中，通过改变受光面积，实施高照度用光电二极管或低照度用光电二极管。在图4c的实施方式中，使用相同特性的光电二极管，并为高照度用光电二极管设置用来使受光性能下降的减光滤光器。借此，可以改变高照度用光电二极管和低照度用光电二极管之间的二极管特性，分开二极管的用途。

另外，在图4c中与图4a相同，为了尽量使受光环境一样，邻近配置高照度用光电二极管和低照度用光电二极管。

下面，参照图5a及图5b来说明该照度传感器的动作。

图5a其横轴表示对照度传感器所输入的光的照度，纵轴表示照度传感器的输出。图5b其横轴表示照度，纵轴表示模式检测电路的模式输出。

在本实施方式中，低照度用光电二极管部1A在从数勒克司到约1000勒克司的低照度区域上具有线性的分光特性。高照度用的光电二极管部1B在从约1000勒克司到数万勒克司的高照度区域上具有线性的分光特性。光电二极管在具有线性的分光特性的区域之外，对于照度使输出产生饱和。因而，光电二极管在具有线性的分光特性的区域之外，不适于检测照度。因此，本实施方式根据入射光的照度来转换低照度用光电二极管部1A和高照度用光电二极管部1B。

在初始状态下，转换器(SW)8选择低照度用光电二极管部1A(是图1所示的状态)。在这种状态下，若某个照度的光照射到该照度传感器上，则入射光的照度通过低照度用光电二极管部1A及第1放大器9进行检测。由第1放大器9放大后的低照度用光电二极管部1A的输出电压通过模式检测电路6，与基准电压发生电路5的第1基准电压(第1阈值照度EV1)进行比较。第1基准电压相当于光对低照度用光电二极管部1A以第1阈值照度EV1照射时放大器9的输出电压。

此时，在进入到光电二极管部的光的照度比第1阈值照度EV1更低时，也就是在模式检测电路6的输入电压(放大器9的输出电压)比第1基准电压更低时，转换器8维持将低照度用光电二极管部1A连接于第1放大器9上的状态。因此，输出部(OUT)输出低照度用光电二极管部1A的输出信号。

在进入到光电二极管部的光的照度比第1阈值照度EV1更高时，也就是在模式检测电路6的输入电压(放大器9的输出电压)比第1基准电压更高时，对转换器8进行转换，将高照度用光电二极管部1B连接到第1放大器9上。因此，输出部(OUT)输出高照度用光电二极管部1B的输出信号。

更为详细而言，在入射光的照度比第1阈值照度EV1更低时，将模式检测电路6的输出设为模式1(输出0)。此时，转换器8选择低照度用光电二极管部1A。在入射光的照度比第1阈值照度EV1更高时，作为模式2，转换器8选择高照度用光电二极管部1B。在图5中第1阈值照度是比1000勒克司稍低的值。但是，这是一个示例，并且可以根据使用照度传感器的设备种类不同将第1阈值照度的值设定成任意的值。

图5c及图5d表示，对低照度用光电二极管部1A及高照度用光电二极管部1B之间的转换设计了具有滞后的照度-输出特性。图5c及图5d的横轴表示对照度传感器所输入的光的照度，纵轴表示照度传感器的输出。

如图5c及图5d所示，考虑到滞后，也可以再设定第2阈值照度，并且对从高照度用光电二极管部1B向低照度用光电二极管部1A的转换使用第1阈值照度EV1，对从低照度用光电二极管部1A向高照度用光电二极管部1B的转换使用与第1阈值照度EV1不同的第2阈值照度EV2。也就是说，也可以在从高照度用光电二极管部1B向低照度用光电二极管部1A的转换和从低照度用光电二极管部1A向高照度用光电二极管部1B的转换过程中，变更转换照度。

根据本实施方式，可以独立设置低照度用及高照度用的光电二极管部1A及1B，并转换低照度用光电二极管部1A及高用光电二极管部1B加以使用。因而，本实施方式可以在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的宽范围上，实现精度高的线性的输出。

(第2实施方式)

下面，参照图6来说明第2实施方式。第1实施方式具备由转换器来选择的2个光电二极管部。对此，第2实施方式具备3个以上的n个光电二极管部PS1～PSn。

图6是在1个半导体芯片上所形成的依照本实施方式的照度传感器电路框图。如图6所示，照度传感器具有相同的分光特性，并且将相互照度-输出特性不同的多个光电二极管部(PS1、PS2、…、PSn)设置到受光部中。光电二极管部PS1是低照度用的光电二极管部，并且按PD2到PDn的顺序由适于高照度的光电二极管部来构成。也就是说，PD1在低照度具有线性的分光特性，按PD2到PDn的顺序依次在高照度具有线性的分光特性。

光电二极管部PS1～PSn的输出侧连接第1放大器9。转换器(SW)8插入到光电二极管部PS1～PSn和第1放大器9之间。转换器(SW)8用来从多个光电二极管部PS1～PSn中选择预定的光电二极管部，并将所选择的光电二极管部与第1放大器9进行连接。

第1放大器9与第2放大器10进行连接，第2放大器10连接到照度传感器的输出部(OUT)上。

该照度传感器还具备基准电压发生电路5及模式检测电路6。模式检测电路6用来比较第1放大器9的输出及基准电压发生电路5的输出，并根据其比较结果来控制转换器8。借此，转换器8可以选择光电二极管部PS1～PSn的某一个。这里，n是自然数。模式检测电路6具备模式输出部(模式OUT)，使之可以从外部检测转换器8的状态。模式OUT用来输出模式信息，该模式信息表示转换器8选择了光电二极管部PS1～PSn的哪一个。

在初始状态下，转换器(SW)8例如光电二极管部(PS1)等的那样，选择低照度用光电二极管部(是图6所示的状态)。在这种状态下，若某个照度的光照射到该照度传感器上，则照度通过光电二极管部PS1及第1放大器9进行检测。由第1放大器9放大后的光电二极管部PS1的输出电压通过模式检测电路6，与基准电压发生电路5的第1基准电压进行比较。

此时，在进入到光电二极管部PS1的光的照度比第1阈值照度更低时，也就是在模式检测电路6的输入电压(放大器9的输出电压)比第1基准电压更低时，转换器8维持将光电二极管部PS1连接于第1放大器9上的状态。因此，输出部(OUT)输出光电二极管部PS1的输出信号。

在模式检测电路6的输入电压(放大器9的输出电压)比第1基准电压更高时，对转换器8进行转换，将比PD1更高照度用的光电二极管部PSi(i＝2～n)连接到第1放大器9上。因此，输出部(OUT)输出光电二极管部PSi的输出信号。

再者，在入射光的照度出现变化时，模式检测电路6对放大器9的输出电压和n-1个基准电压的某一个进行比较，并且转换器8选择与其入射光的照度相适的光电二极管部PSk(k＝1～n)。

在第1实施方式中，例如EV1那样设定了1个模式检测电路6的设定阈值。如果设定了2个设定阈值，则要准备3个选择用光电二极管部，因此可以对其进行有效利用。

第2实施方式具备n个选择用的光电二极管部。因而，通过准备(n-1)个基准电压，就可以有效利用n个光电二极管部。光电二极管部1的结构例如是图2或图3所示的那样。本实施方式中光电二极管部PS1～PSn的结构和第1实施方式相同。

上面，根据第2实施方式，独立设置多个照度-输出特性相互不同的光电二极管部，并对它们进行转换。因此，能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上具有精度高的线性的输出之照度传感器。

在第1及第2实施方式中，初始状态全都模式设定成低照度用。但是，在从检测之初入射了高照度的光时，由模式检测电路6设定模式之前，就对照度传感器的输出部(OUT)输出了低照度用放大器的饱和值。

为了对此进行应对，也可以在由模式检测电路6进行模式设定之前，预先将输出部(OUT)固定到接地电位上，并在设定模式之后从输出部(OUT)输出来自光电二极管部的信号。借此，可以防止放大器的饱和值输出。

在第1实施方式中，对于具有低照度用和高照度用2个检测部(在本实施方式中是光电二极管部)的情形，进行了说明。但是，在第2实施方式中可以采用3个以上具有相互不同的照度-输出特性的光电二极管部，实现直到高照度的检测和高精度的检测。此时，需要在基准电压发生电路5中设定必要数目的电位。因此，例如能够实现图5所示的那种与10勒克司以下的照度区域或者100000勒克司以上的照度区域相对应的照度传感器。

(第3实施方式)

下面，参照图7及图8来说明第3实施方式。

第1及第2实施方式具有由通过转换器来选择的2个或其以上的光电二极管部构成的光电二极管部。对此，第3实施方式的特征为，具有由通过转换器来选择的2个放大器构成的放大部。

图7a是在1个半导体芯片上所形成的本实施方式照度传感器的电路框图。图8是表示本实施方式的照度传感器的照度-输出特性的特性图及表示照度-模式输出特性的特性图。

如图7a所示，照度传感器在受光部中具备光电二极管部1。光电二极管部1既可以具有和第1及第2实施方式的光电二极管部相同的特性，也可以是特性不同的其他光电二极管部。光电二极管部1没有特别限制。对光电二极管部的输出方连接第1放大器2。第1放大器2连接到增益等的特性相互不同(参见图8)的多个第2放大部3(18、19)上。第2放大部3经由转换器(SW)7连接到照度传感器的输出部(OUT)上。

低照度用的第2放大器(低照度用放大器)18及高照度用的第2放大器(高照度用放大器)19的各结构可以采用电路结构相同且只是增益(增益)进行了变更的放大器来实现。低照度用放大器18用来将输入的光电流换算成照度，并且从数勒克司到数100勒克司具有线性的分光特性。另外，高照度用放大器19从数100勒克司到数万勒克司具有线性的分光特性。放大器18及19在线性范围之外对于输入，输出成为一定。与第1基准电压对应的第1阈值照度EV1设定于低照度用放大器18线性的分光特性范围和高照度用放大器19线性的分光特性范围之间的重复范围上。

图8c及图8d表示，对低照度用光电二极管部和高照度用光电二极管部之间的转换设计了具有滞后的照度-输出特性。图8c及图8d的横轴表示对照度传感器所输入的光的照度，纵轴表示照度传感器的输出。

如图8c及图8d所示，考虑到分光特性的具有滞后，也可以再设定第2阈值照度EV2(第2基准电压)。借此，可以在从高照度用放大器向低照度放大器转换时使用第1阈值照度EV1，并在从低照度放大器向高照度用放大器转换时使用第2阈值照度EV2。也就是说，可以在从高照度用放大器向低照度放大器的转换和从低照度放大器向高照度用放大器的转换过程中，变更转换照度。

第3实施方式中光电二极管部1的结构可以和第1实施方式相同。

转换器7用来选择放大器等构成特性相互不同的多个第2放大部3的低照度用放大器18及高照度用放大器19的某一个。该照度传感器还具备基准电压发生电路5及模式检测电路6。模式检测电路6用来比较第1放大器2的输出及基准电压发生电路5的输出，并根据其比较结果来控制转换器7。借此，转换器7可以选择放大器18或放大器19的某一个。模式检测电路6具备模式输出部(OUT)，使之可以从外部检测转换器7的状态(模式)。模式OUT用来输出模式信息，该模式信息表示转换器8选择了放大器18或放大器19的哪一个。

下面，参照图8a及图8b来说明该照度传感器的动作。

图8a其横轴表示对照度传感器所输入的光的照度，纵轴表示照度传感器的输出。图8b其横轴表示照度，纵轴表示模式检测电路的模式输出。

在初始状态下，转换器7选择低照度用放大器18(是图7所示的状态)。在这种状态下，若某个照度的光照射到光电二极管部1上，则其入射光由第1放大器2放大成与照度相应的输出。第1放大器2的输出输入到低照度用放大器18和高照度用放大器19及模式检测电路6中。模式检测电路6将该输出电压和通过基准电压发生电路5所设定的第1基准电压进行比较，并对转换器7进行转换。第1基准电压是根据第1阈值照度EV1由第1放大器2输出的电压。

在第1放大器2的输出电压比第1基准电压更低时，转换器7维持低照度用放大器18的输出和输出部(OUT)之间的连接。因此，输出部(OUT)输出来自低照度用放大器18的输出信号。在第1放大器2的输出电压比第1基准电压更高时，转换器7将高照度用放大器19的输出和输出部(OUT)进行连接。由此，输出部(OUT)输出来自高照度用放大器19的输出信号。

低照度用放大器18在输入了与照度y(c≤y≤EV1)的入射光对应的光电流时，具有线性的输入输出特性。高照度用放大器19在输入了与照度y(EV1＜y≤d)的入射光对应的光电流时，具有线性的输入输出特性。对它们进行转换的转换器也可以在入射到光电二极管部1上的入射光的照度y为y≤EV1时，选择低照度用放大器18，并且在入射到光电二极管部1上的入射光的照度y为EV1＜y时，选择高照度用放大器19。

还有，考虑到滞后，也可以再设定根据第2阈值照度EV2由第1放大器2输出的第2阈值电压，并且对从高照度用放大器19向低照度用放大器18的转换使用第1基准电压，对从低照度用放大器18向高照度用放大器19的转换使用与第1基准电压不同的第2基准电压。也就是说，也可以在从高照度用放大器19向低照度用放大器18的转换和从低照度用放大器18向高照度用放大器19的转换过程中，变更基准电压。

上面，根据第3实施方式，独立设置低照度用放大器18及高照度用放大器19，并对它们进行转换。因此，第3实施方式能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上输出精度高的线性的输出之照度传感器。

图7b是取代低照度用放大器18及高照度用放大器19而具备1个可变放大器3的照度传感器框图。可变放大器3用来接受来自模式检测电路6的信号并对其增益进行变更。图7b所示的照度传感器结构可以和图7a所示的照度传感器相同。

例如，在对上述具体示例使用了图7b的照度传感器时，可变放大器3在从放大器2输入与照度y(c≤y≤EV1)的入射光对应的信号时，以较大的增益对该信号进行放大。可变放大器3在输入与照度y(EV1＜y≤d)的入射光对应的光电流时，以较小的增益对该信号进行放大。

这样，可变放大器3根据来自模式检测电路6的信号对增益进行转换。其结果为，图7b所示的照度传感器具有和图7a所示的照度传感器相同的效果。再者，图7b所示的照度传感器作为第2放大部只具有1个放大器，并且不需要转换器。因而，图7b所示的照度传感器可以使芯片尺寸变得较小。

(第4实施方式)

下面，参照图9来说明第4实施方式。

第4实施方式的特征为，具有由通过转换器来选择的3个以上放大器构成的放大器。

图9a是在1个半导体芯片上所形成的第4实施方式照度传感器的电路框图。如图9a所示，照度传感器在受光部中具备多个相互放大度等特性不同的第2放大部(放大器1、放大器2、…、放大器n)3。光电二极管部1的结构例如是图2或图3所示的那样。另外，本实施方式中光电二极管部1的结构可以和第1实施方式相同。对光电二极管部1的输出方连接第1放大器2。第1放大器2与第2放大器3进行连接，并且第2放大器3经由转换器(SW)7连接到输出部(OUT)上。在本实施方式中使用的光电二极管部1可以是和第1及第2实施方式的光电二极管部相同的结构，也可以与其不同。该照度传感器还具备基准电压发生电路5及模式检测电路6。模式检测电路6用来比较第1放大器2的输出和基准电压发生电路5的输出，并根据其比较结果来控制转换器7。借此，转换器7可以选择第2放大器A1～An的某一个。模式检测电路6具备模式输出部(模式OUT)，使之可以从外部检测转换器7的状态(模式)。模式OUT用来输出模式信息，该模式信息表示转换器7选择了第2放大器A1～An的哪一个。

在初始状态下，转换器7例如选择低照度用的第2放大器A1(是图9a所示的状态)。在这种状态下，若某个照度的光照射到该照度传感器上，则其入射光由第1放大器2放大成与照度相应的输出。第1放大器2的输出输入到第2放大部3及模式检测电路6。模式检测电路6将该输出电压和通过基准电压发生电路5所设定的第1到第(n-1)基准电压进行比较，并对转换器7进行转换。

此时，在进入到光电二极管部1的光的照度比第1阈值照度更低时，也就是在模式检测电路6的输入电压(放大器A1的输出电压)比第1基准电压更低时，转换器7维持将低照度用的第2放大器A1连接于第1放大器2上的状态。因此，输出部(OUT)输出第2放大器A1的输出信号。

在模式检测电路6的输入电压(第1放大器2的输出电压)比第1阈值电压EV1更高时，也就是在放大器A1的输出电压比第1基准电压更高时，转换器8将第2放大器Ai(i＝2～n)与第1放大器2进行连接。因此，输出部(OUT)输出第2放大器Ai的输出信号。

再者，在入射光的照度出现变化时，模式检测电路6将放大器9的输出电压和n-1个基准电压的任一个或者其全部进行比较，并且转换器8选择与其入射光的照度相适的放大器Ak(k＝1～n)。

在第4实施方式中，设定n-1个基准电压(阈值照度)，并且有n个选择用的放大器(第2放大器)。因而，根据第4实施方式的照度传感器可以用n等级的不同增益来放大信号。也就是说，根据第4实施方式，独立设置多个放大度等特性相互不同的第2放大器，并对它们进行转换。因此，第4实施方式能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上输出精度高的输出之照度传感器。

在第4实施方式中，初始状态为模式设定成低照度用。但是，在从检测之初入射了高照度的光时，由模式检测电路6设定模式之前，就对照度传感器的输出部(OUT)输出低照度用放大器的饱和值。

为了对此进行应对，在由模式检测电路6进行模式设定之前，预先将输出部(OUT)固定到接地电位上，并进行控制，以便在设定模式之后从输出部(OUT)发出输出信号。借此，可以防止低照度用放大器的饱和值输出。

图9b是取代多个放大器A1～An而具备1个可变放大器3的照度传感器框图。可变放大器3可以根据来自模式检测电路6的信号使其增益分n等级进行变更。

其结果为，图9b所示的照度传感器具有和图9a所示的照度传感器相同的效果。再者，图9b所示的照度传感器作为第2放大部只具有1个放大器，并且不需要转换器。因而，图9b所示的照度传感器可以使芯片尺寸变得较小。

(第5实施方式)

首先，参照图10至图13来说明第5实施方式。

图10是说明第5实施方式的照度传感器电路框图。图11是说明图10的照度传感器动作的特性图。图12是构成图10照度传感器的逻辑电路的实施方式。图13是表示入射到照度传感器上的光的照度和照度传感器的输出之间关系的表格。

如图10所示，光电二极管部由高灵敏度的低照度用光电二极管部1A和低灵敏度的高照度用光电二极管部1B构成。第1放大器31至少由1个放大器构成，用来将来自光电二极管部1A或1B的输出(信号电流)转换成电压进行放大。第1放大器31将其放大后的信号输出给第2放大器41。

第2放大器41至少由1个放大器构成，并且也可以使增益等的特性和第1放大器31不同。第2放大器41用来将来自第1放大器31的信号再进行放大，并输出给比较器51。

该照度传感器具备：转换器21，若达到了可对第1放大器31的输出进行监控的阈值照度，则转换光电二极管部1A或1B；模式检测电路81，用来控制该转换器21。转换器21用来接受模式检测电路81的输出信号并对输入给第1放大器31的信号进行转换。

照度传感器还具有：带隙稳压电路等的基准电压发生电路61；比较电压生成电路71，用于根据该基准电压发生电路61的输出来发生比较基准电压。模式检测电路81用来对比较电压生成电路71的输出电压和第1放大器31的输出进行比较，并控制转换器21的模式。

第2放大器41的输出至少输入给1个(在本实施方式中是1个)比较器51。比较器51用来比较第2放大器41的输出和比较电压生成电路71的输出电压，并输出逻辑信号。逻辑电路91用来输入来自比较器51的逻辑信号和来自模式检测器8的逻辑信号，并对输出部101输出数字信号。逻辑电路91的一个示例表示在图12中。本实施示例的照度传感器形成于1个半导体芯片上。

图11a到图11c的横轴表示对照度传感器输入的光的照度。图11a的纵轴表示光电二极管部1A及1B的输出。图11b的纵轴表示模式检测电路及比较器(下面，称为比较器)的输出。图11c的纵轴表示照度传感器的输出。

图11d图示出，对图13所示的照度传感器输入的光的照度之状态。图11c表示与其状态对应的照度传感器的输出。在图11a中表示出，使用低照度用光电二极管部1A时的照度-输出特性线(1)以及使用高照度用光电二极管部1B时的照度-输出特性线(2)。根据对照度传感器输入的光的照度之状态不同，来使用特性线(1)或(2)的某一个。

下面，通过参照图11a到图11d来说明实施示例1照度传感器的动作。

若某个照度的光照射到照度传感器上，则在高灵敏度的低照度用光电二极管部1A或低灵敏度的高照度用光电二极管部1B中，光转换成电流。低照度用光电二极管部1A从照度数勒克司到数100勒克司具有线性的照度-输出特性。高照度用光电二极管部1B从数100勒克司到数万勒克司具有线性的照度-输出特性。

一般情况下，光电二极管因为在线性的区域之外对于照度使输出出现饱和，所以在线性的区域之外不适于检测照度。

因此，要在低照度用光电二极管部1A的线性区域和高照度用光电二极管部1B的线性区域之间设定转换照度(阈值照度EV1)。

低照度用光电二极管部1A及高照度用光电二极管部1B的结构可以和图4a到图4c的任一个所示的结构相同。

在初始状态下，转换器21选择低照度用光电二极管部1A(是图10所示的状态)。在这种状态下，若某个照度的光照射到该照度传感器上，则入射光的照度通过低照度用光电二极管部1A及第1放大器31进行检测。此时的照度和照度传感器输出之间的关系符合图11a低照度用光电二极管部1A的照度-输出特性线(1)(将其称为低照度模式)。

转换器21对进入第1放大器31、从各光电二极管部输出的信号进行转换。若入射光变强并且照度达到了阈值照度EV1(参见图11a)，则第1放大器31的输出成为预先所设定的「模式电路阈值1(第1基准电压)」。模式检测电路81若检测出第1放大器31的输出超过了模式电路阈值1，则使其输出(第1逻辑信号)反转(例如，0→1)。借此，转换器21对高照度用光电二极管部1B转换模式。

此时，虽然第1放大器31的输出下降，但是因为模式检测电路81的阈值转换成预先所设定的「模式电路阈值2(第2基准电压)」，所以转换器21维持高照度用光电二极管部1B的选择。此时的照度和照度传感器输出之间的关系符合图11a高照度用光电二极管部1B的照度-输出特性线(2)(将其称为高照度模式)。

若成为高照度模式后照度下降到EV2，则模式检测电路81检测第1放大器31的输出已由「模式电路阈值2」降低，并使模式检测电路81的输出(第1逻辑信号)反转(0→1)。借此，转换器21对低照度用光电二极管部1A转换模式。此时，虽然第1放大器31的输出上升，但是因为模式检测电路81的阈值转换成「模式电路阈值1」，所以转换器21维持低照度用光电二极管部1A的选择。

比较器51用来将第2放大器41的输出电位和第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的第2逻辑信号。第2基准电压是与要检测的照度相一致的电位(比较器阈值)。在本实施方式中，在第2放大器41的输出电压超过由比较电压生成电路71所生成的第2基准电压(检测照度1、检测照度2)时，来自比较器51的第2逻辑信号从「0」变化成「1」。

本实施方式因为输出数字值，所以与要检测的照度对应的第2基准电压设为检测照度1(例如，100勒克司)及检测照度2(例如，50000勒克司)。

逻辑电路91可以通过运算第1逻辑信号及第2逻辑信号，来判别照度。例如图12所示，运算第1逻辑信号和第2逻辑信号之间的AND和OR。根据该运算结果，如图3所示，可以识别3个照度范围。

更为详细而言，逻辑电路91例如图12所示。照度传感器输出部101中的输出1是由AND电路对模式检测电路81的输出(第1逻辑信号)和比较器51的输出(第2逻辑信号)进行运算得到的。在第1逻辑信号/第2逻辑信号是1/1、0/1、1/0、0/0时，输出1分别为1、0、0、0。

输出2是由OR电路对模式检测电路81的输出(第1逻辑信号)和比较器51的输出(第2逻辑信号)进行运算得到的。在第1逻辑信号/第2逻辑信号是1/1、0/1、1/0、0/0时，输出2分别为1、1、1、0。根据这种输出1、2的不同，可以知道照度传感器处于图13所示的状态1到状态3的哪个状态。

还有，在状态1中使用低照度用光电二极管部1A，在状态2中根据检测照度分开使用低照度用和高照度用的光电二极管部1A或1B，在状态3中使用高照度用光电二极管部1B。

基准电压发生电路61具备温度变化较少的带隙电路等，用来生成比较用电位并将该电位供应给比较电压生成电路71，该比较电位与要通过使用电阻分压和运算放大器的电压转换电路等来检测其电压的照度相一致。

还有，在这种结构中，对于要检测的照度，比较器51的第2基准电位作为一个电位调整了光电二极管部1A或1B的灵敏度。但是，如第6实施方式所示，也可以设置多个比较器51及第2基准电位。

在第5实施方式中，由于独立设置低照度用和高照度用的分光特性不同的2个光电二极管部1A及1B，并对它们进行转换，因而能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上可进行精度高的检测之数字输出。

(第6实施方式)

图14及图15是第6实施方式的照度传感器电路框图。参照图14及图15来说明第6实施方式。第5实施方式使用了1个比较器，与此相对第6实施方式的特征在于，具备多个比较器。

在第6实施方式中使用的光电二极管部也可以使用和第1实施方式相同特性的光电二极管，但是并不限定于此。放大器31、41又可以使用对于放大度等相同特性的放大器，又可以使用不同的放大器。

如图14所示，光电二极管部由具有相互不同的分光特性的多个光电二极管部1A及1B构成。光电二极管部1A及1B的输出通过转换器(SW)2输入给第1放大器31。光电二极管部1B是高灵敏度的低照度用光电二极管部，光电二极管部1A是低灵敏度的高照度用光电二极管部。至少由1个放大器构成的第1放大器31用来将来自光电二极管部1A或1B的输出(信号电流)转换成电压并进行放大。第1放大器31将放大后的信号输出给至少由1个放大器构成的第2放大器41。第1及第2放大器31及41既可以具有相同的特性，又可以不同。第2放大器41对来自第1放大器31的信号再进行放大并输出给比较器群5。

该照度传感器具备：转换器21，若达到了可对第1放大器31的输出进行监控的阈值照度，则转换光电二极管部1及1B；模式检测电路81，用来控制该转换器21。转换器21接受模式检测电路81的输出信号，并对输入给第1放大器31的信号进行转换。

照度传感器还具有：带隙稳压电路等的基准电压发生电路61；比较电压生成电路71，用于根据该基准电压发生电路61的输出来发生第1基准电压及多个第2基准电压。模式检测电路81用来比较来自比较电压生成电路71的第1基准电压和第1放大器31的输出电压，并通过基于该比较结果的第1逻辑信号，控制转换器21的模式。

第2放大器41的输出被输入到包括n个比较器C1～Cn的比较器群5。比较器群5分别对第2放大器41的输出电压和来自比较电压生成电路71的多个第2基准电压进行比较，并根据其比较结果输出第2逻辑信号。

下面，说明第6实施方式照度传感器的动作。

若某个照度的光照射到照度传感器上，则在高灵敏度的低照度用光电二极管部1A或低灵敏度的高照度用光电二极管部1B中，光转换成电流。低照度用光电二极管部1A对于入射到照度传感器上的相同的光，获得比高照度用光电二极管部1B更大的光电流。

转换器21是为了对从光电二极管部1A或1B传送给第1放大器31的信号进行转换而设置的。在初始状态下，转换器21选择低照度用光电二极管部1A(是图14所示的状态)。若入射光照度上升到与模式检测电路81的「模式电路阈值1(第1基准电压)」相当的阈值照度EV1(参见图11a)，则第1放大器31的输出达到「模式电路阈值1」。因此，模式检测电路81的输出(第1逻辑信号)进行反转，并且转换器21转换到高照度用光电二极管部1B方。

此时，虽然第1放大器31的输出下降，但是因为模式检测电路81的阈值转换成「模式电路阈值2(第2基准电压)」，所以转换器21维持高照度用光电二极管部1B的选择。

在换成高照度模式之后，若照度下降到与「模式电路阈值1」相当的阈值照度EV2，则模式检测电路81使其输出(第1逻辑信号)进行反转。此时，虽然第1放大器31的输出上升，但是因为模式检测电路81的阈值转换成「模式电路阈值1」，所以转换器21维持低照度用光电二极管部1A的选择。

多个比较器C1～Cn分别对第2放大器41的输出电压和与要检测的照度对应的比较电压生成电路71的多个第2基准电压之间的各自进行比较，并根据其比较结果输出多位的第2逻辑信号。

基准电压发生电路61具备温度变化较少的带隙电路等，用来生成比较用电位并将该电位供应给比较电压生成电路71，该比较用电位与要通过使用电阻分压和运算放大器的电压转换电路等检测其电压的照度相一致。

第5实施方式虽然对于要检测的照度，比较器的第2基准电位是一个，但是在第6实施方式中，分别设置多个比较电位和比较器。也就是说，要准备多个比较器C1、C2、…、Cn。

比较电压生成电路71生成与比较器数目对应的n个输出(第2基准电压)，并将其输入给多个比较器C1、C2、…、Cn的各自。各比较器C1、C2、…、Cn比较第2基准电压和第2放大器41的输出电压，并根据其比较结果将第2逻辑信号输出给逻辑电路91。

逻辑电路91用来运算第1逻辑信号及第2逻辑信号。根据该运算结果，可以判别照度。另外，还可以通过设置必要检测数目的比较器，再由逻辑电路91进行运算，来减少输出线。例如，在7个值的检测数目时，可以利用3位(3条线)「0」、「1」的组合进行输出。

下面，参照图15来说明根据第6实施方式变形例的照度传感器。

该变形例的结构基本上和图14所示的照度传感器相同。在该变形例中，ROM等存储装置11的输出输入到比较电压生成电路71中。由于存储装置11内置比较电位生成电路，因而可以根据需要简单地变更检测照度。

再者，例如若将EPROM等可重写的存储装置使用于存储装置11中，则可以将因制造或安装而引起的灵敏度不均匀等的修正值，在制造后或者安装后电存储到存储装置11中，进行重写。由此，在比较电压生成电路71中，可以对第1或第2基准电压的不均匀进行修正。其结果为，可以使照度传感器进一步高精度化。

在第6实施方式中，不只是高照度用·低照度用的2个模式，例如可以使之具有中照度用模式之类的3个以上模式。

在第6实施方式中，由于独立设置低照度用和高照度用的分光特性不同的2个光电二极管部1A及1B，并对它们进行转换，因而能获得在从数勒克司的低照度到数勒克司的高照度的照度范围上可进行精度高的检测之数字输出。

(第7实施方式)

图16是说明第7实施方式的照度传感器的电路框图。图17是说明图16照度传感器的动作的特性图。

在第7实施方式中，其特征在于，对放大度等特性不同的多个放大器13、14进行适当转换来使用。另外，根据本实施方式的照度传感器具备和多个放大器13及14各自的输出所连接的比较器C1及C2。

第7实施方式中使用的光电二极管部1的分光特性可以和第1实施方式的光电二极管部1A或1B相同，也可以不同。对于放大器也是同样的。

光电二极管部1其输出连接到第1放大器31上。第1放大器31用来将来自光电二极管部1的输出(信号电流)转换成电压并进行放大。第1放大器31将放大后的输出向第2放大器41进行输出。照度传感器还具有：输出多个比较器C1、C2的比较基准电压的带隙稳压电路等的基准电压发生电路61；比较电压生成电路71，用于根据该基准电压发生电路61的输出来发生比较基准电压。

在此，第2放大器41包括：低照度用放大器13，具有较高的放大度；高照度用放大器14，具有较低的放大度。

低照度用放大器13用来将输入的光电流换算成照度，并从数勒克司到数100勒克司具有线性的照度-输出特性。另外，高照度用放大器14从数100勒克司到数万勒克司具有线性的照度-输出特性。放大器13、14在线性的范围之外对于输入，输出恒压。在低照度用放大器13及高照度用放大器14各自的线性范围之中双方出现重复的范围上，设定转换照度。

第2放大器群41的输出输入到比较器51中。比较器51用来比较第2放大器群41的输出和比较电压生成电路71的输出电压(基准电压)，并输出基于该比较结果的逻辑信号。比较器51由第1比较器C1及第2比较器C2构成。给第1比较器输入低照度用放大器13的输出，给第2比较器输入高照度用放大器14的输出。

逻辑电路91通过比较器C1及C2对逻辑信号进行逻辑运算，并将其运算结果数字输出到输出部101。第7实施方式的照度传感器形成于1个半导体芯片上。

图17表示，说明第7实施方式的照度传感器动作所用的各放大器13、14的输出电位和输出电压之间的特性。若某个照度的光照射到照度传感器上，则在光电二极管部1中，光转换成电流并由第1放大器31进行放大。低照度用放大器13及高照度用放大器14分别按照要检测的照度，以所设定的放大度对来自第1放大器31的输出信号进行放大。比较器C1及C2分别对低照度用放大器13及高照度用放大器14的输出电压和与要检测的照度相一致的电位(基准电位)进行比较。在此，要检测的照度是检测照度1及检测照度2，并且由比较器C1对检测照度2进行检测，由比较器C2对检测照度1进行检测。与检测照度1对应的电位是基准电位1，与检测照度2对应的电位是基准电位2。在本实施方式中，在入射光超过了要检测的照度时，各个比较器C1及C2的输出从「0」变化成「1」。也就是说，在入射光超过了检测照度1时，比较器C 1的输出从「0」变化成「1」，在入射光超过了检测照度2时，比较器C2的输出从「0」变化成「1」。

采用上面的结构，通过查看比较器C1及C2的数字输出，就可以判别照度。如图17b所示，要检测的照度可以区分为状态1、状态2、状态3。状态1比检测照度1低，状态2比检测照度1高并且比检测照度2低，状态3比检测照度2高。这些状态1～3只要检测出比较器C1及C2的输出，就能知道。在状态1中C1/C2是0/0，在状态2中C1/C2是0/1，在状态3中C1/C2是1/1。

再者，由于设置逻辑电路91，因而输出逻辑也可以根据需要以各种各样的组合进行输出。例如，在逻辑电路91中使用图12的AND电路及OR电路。但是，在图12中假设，将「模式检测」改读为「比较器C1的输出」，将「比较器检测」改读为「比较器C2的输出」。

此时，输出部101中的数字输出1是由AND电路对比较器C1的输出(第1逻辑信号)和比较器C2的输出(第2逻辑信号)进行运算得到的。在比较器C 1的输出/比较器C2的输出是1/1、0/1、0/0时，输出1为1、0、0。

另外，输出部101中的数字输出2是由OR电路对比较器C1的输出和比较器C2的输出进行运算得到的。在比较器C1的输出/比较器C2的输出是1/1、0/1、0/0时，输出2为1、1、0。因而，照度传感器在输出1/输出2为0/0时是状态1，在输出1/输出2为0/1时是状态2，在输出1/输出2为1/1时是状态3。

基准电压发生电路61具备温度变化较少的带隙电路等，用来生成比较用电位并将该电位供应给比较电压生成电路71，该比较用电位与要通过使用电阻分压和运算放大器的电压转换电路等检测其电压的照度相一致。

还有，在这种结构中，对于要检测的照度，使比较用的基准电位1及2相互不同。但是，通过对放大器13及14的放大度进行调节，可以使基准电位1及基准电位2相等。

另外，在上面的示例中，虽然使高照度用放大器和低照度用放大器的放大度具有差异，但是各个放大器的放大度也可以相同，并使光电二极管部的灵敏度具有差异。也就是说，可以对高照度用使用灵敏度较低的光电二极管部，对低照度用使用灵敏度较高的光电二极管部。不言而喻，也可以使光电二极管部的灵敏度和放大器的放大度双方具有差异。

在第7实施方式中，独立设置适于高放大度的低照度用及低放大度的高照度用的放大度不同的2个放大器，并对它们进行转换。因此，能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上可进行精度高的检测之数字输出。

(第8实施方式)

图18及图19是说明第8实施方式的照度传感器电路框图。在第8实施方式中，其特征在于，对放大度等特性不同的多个放大器进行适当转换来使用。

如图18所示，光电二极管部1其输出连接到第1放大器31上。第1放大器31用来将来自光电二极管部1的输出(信号电流)转换成电压并进行放大。第1放大器31将其放大后的信号输出给第2放大部41。

照度传感器还具有：基准电压发生电路61，成为比较器群51的比较基准电压的发生源，包括带隙稳压电路等；比较电压生成电路71，用于根据该基准电压发生电路61的输出来发生比较基准电压。

第2放大部41由具有相互不同的放大度的多个放大器A1、A2、…、An构成。比较器群51由对应于各放大器A1、A2、…An的比较器C1、C2、…、Cn构成。放大器A1、A2、…、An的输出输入给与各自对应的比较器C1、C2、…、Cn。比较器C1、C2、…、Cn对放大器A1、A2、…、An的输出电压和比较电压生成电路71的输出电压(基准电压)进行比较，并根据该比较结果输出逻辑信号。给第1比较器C1输入低照度用放大器A1的输出。给第n比较器Cn输入高照度用放大器An的输出。

逻辑电路91连接到比较器群51的输出上。逻辑电路91对比较器群51的输出(逻辑信号)进行逻辑运算，并将其运算结果向输出部101进行数字输出。第8实施方式的照度传感器形成于1个半导体芯片上。

在第7实施方式中虽然阈值照度是2值，但是即使阈值照度是3值以上(n值)，也可以如本实施方式所示，通过设置必要检测数目的比较电位和比较器，或者比较电位作为一个而设置必要检测数目的放大器和比较器，来进行应对。

再者，通过设置逻辑电路91，也可以减少输出线。例如，在7值的检测数目时，可以利用3位(3条线)「0」、「1」的组合进行输出。

基准电压发生电路61具备温度变化较少的带隙电路等，用来生成比较用电位并将该电位供应给比较电压生成电路71，该比较用电位与要通过使用电阻分压和运算放大器的电压转换电路等检测其电压的照度相一致。

还有，在这种结构中，对于要检测的照度，设置出多个比较用的基准电位。但是，通过调整放大器的放大度，就可以将基准电位设为一个电位。

在第8实施方式中，由于独立设置放大度不同的多个放大器(第2放大器)，并对它们进行转换，因而能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上可进行精度高的检测之数字输出。

下面，参照图19来说明第8实施方式的变形例。

照度传感器的结构基本上和图18所示的照度传感器相同。在该变形例中，ROM等存储装置12的输出被输入到比较电压生成电路71中。通过存储装置12内置比较电位生成电路，可以根据需要简单地变更检测照度。

再者，例如若将EPROM等可重写的存储装置使用于存储装置12中，则可以将因制造或安装而引起的灵敏度不均匀等的修正值，在制造后或者安装后电存储到存储装置12中，进行重写。因此，在比较电压生成电路71中，可以对第1或第2基准电压的不均匀进行修正。其结果为，可以使照度传感器进一步高精度化。

在第8实施方式中，不只是高照度用·低照度用的2个模式，例如可以使之具有中照度用模式之类的3个以上模式。

在第8实施方式中，由于独立设置相互放大度不同的放大器并对它们进行转换，因而能获得在从数勒克司的低照度到数万勒克司的高照度的照度范围上可进行精度高的检测之数字输出。

(第9实施方式)

下面，参照图20来说明第9实施方式。

图20是移动电话的概略平面图。移动电话由液晶画面和与液晶画面隔开的操作面(按键部)构成。控制液晶画面及按键部的亮度，以使任何部分都能应对外部环境。因此，作为本发明一个实施方式的上述实施方式的照度传感器组合到这种移动电话中。

操作部需要以低照度来转换操作部的灯的开/关。液晶画面在周围的环境是高照度时，为了使消耗电力得到减低，需要抑制液晶画面的亮度。通过组合上述实施方式的任一个照度传感器，就可以从低照度到高照度以高精度进行检测，因此能够控制操作部及液晶画面的双方。通过组合上述实施方式的任一个照度传感器，可以利用下述半导体光学传感装置(照度传感器)来有效进行，该半导体光学传感装置将应以低照度来控制的按键部发光二极管的开/关和应以高照度来控制的液晶画面亮度控制的双方全都形成为一个芯片状。

这样，在下述信息设备中装载形成于一个芯片上且可以对较宽照度范围的照度进行检测的照度传感器，上述信息设备具有检测并控制低照度入射光的部分以及检测并控制高照度入射光的部分。根据由该照度传感器所检测出的入射光的照度，通过控制移动设备内的各控制对象，就可以减低移动设备内的消耗电力。

上面，参照实施方式说明了发明的实施方式，但是将这些实施方式加以组合后的方式也可以作为本发明的实施方式。例如，也可以对光电二极管部及放大器双方的各自设置转换器，并使光电二极管部及放大器的双方成为利用转换器的选择对象。

在上面的各实施方式中，说明了独立设置分光特性不同的多个光电二极管部的情形以及独立设置增益不同的多个放大器的情形。通常情况下，因为放大器的面积比光电二极管的面积大，所以如果是前面的情形，在半导体装置小型化的方面是有益的。

根据第5实施方式之后的实施方式，可以提供一种数字输出半导体光学传感装置，该数字输出半导体光学传感装置例如在移动电话中不需要外带的ADC和CPU内置的ADC等，就能够对以低照度来控制的按键部发光二极管和以高照度来控制的液晶画面亮度的双方进行控制。另外，这些实施方式也可以不通过CPU而对照明用发光二极管(LED)的驱动器直接进行开/关。

Claims (15)

1. 一种半导体光学传感装置，其特征为，

具备：

多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；

转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部中的一个；

输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出；

模式检测电路，用来将上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；

比较器电路，用来将由上述转换器所选择的上述光电二极管部的输出信号和第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的第2逻辑信号；以及

逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述第2逻辑信号进行逻辑运算。

2. 根据权利要求1所述的半导体光学传感装置，其特征为：

还具备存储部，为了对该半导体光学传感装置间的制造不均匀进行修正，存储对上述第1或上述第2基准电压的修正值。

3. 根据权利要求1所述的半导体光学传感装置，其特征为：

上述多个光电二极管部包括第1光电二极管部及第2光电二极管部，

上述第1光电二极管部在某个阈值照度以下的照度上，具有线性的照度-输出特性，

上述第2光电二极管部在超过上述阈值照度的照度上，具有线性的照度-输出特性。

4. 根据权利要求3所述的半导体光学传感装置，其特征为：

在入射到上述光电二极管部的入射光的照度为上述阈值照度以下时，上述转换器选择上述第1光电二极管部，

在入射到上述光电二极管部的入射光的照度超过上述阈值照度时，上述转换器选择上述第2光电二极管部。

5. 根据权利要求3所述的半导体光学传感装置，其特征为：

上述第1光电二极管部的受光面积比上述第2光电二极管部的受光面积大。

6. 根据权利要求3所述的半导体光学传感装置，其特征为：

上述第2光电二极管部在受光部中具备减光滤光器。

7. 根据权利要求3所述的半导体光学传感装置，其特征为：

还具备模式检测电路，用来将来自上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，在该输出电压为上述第1基准电压以下时，对上述转换器进行控制，以选择上述第1光电二极管部，在上述输出电压超过上述第1基准电压时，对上述转换器进行控制，以选择上述第2光电二极管部。

8. 一种半导体光学传感装置，其特征为，

具备：

多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；

转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部中的一个；

输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出；

模式检测电路，用来将来自上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；

比较器电路，用来将由上述转换器所选择的上述光电二极管部的输出信号和相互不同的多个第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的多位的第2逻辑信号；以及

逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述多位的第2逻辑信号进行逻辑运算。

9. 根据权利要求8所述的半导体光学传感装置，其特征为：

还具备存储部，为了对该半导体光学传感装置间的制造不均匀进行修正，存储对上述第1或上述第2基准电压的修正值。

10. 一种信息设备，其特征为，

内置了半导体光学传感装置，该半导体光学传感装置具备：

多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；

转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部中的一个；

输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出；

模式检测电路，用来将上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；

比较器电路，用来将由上述转换器所选择的上述光电二极管部的输出信号和第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的第2逻辑信号；以及

逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述第2逻辑信号进行逻辑运算。

11. 一种信息设备，其特征为，

内置了半导体光学传感装置，该半导体光学传感装置具备：

多个光电二极管部，具有相互不同的照度-输出特性；

转换器，用于根据照射到上述光电二极管部上的入射光的照度，来选择上述多个光电二极管部中的一个；

输出部，用来将来自所选择的上述光电二极管部的输出信号，通过上述转换器进行输出；

模式检测电路，用来将来自上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；

比较器电路，用来将由上述转换器所选择的上述光电二极管部的输出信号和相互不同的多个第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的多位的第2逻辑信号；以及

逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述多位的第2逻辑信号进行逻辑运算。

12. 一种半导体光学传感装置，其特征为，

具备：

光电二极管部；

放大器电路，具有可变的增益，用来对上述光电二极管部的输出信号进行放大输出；以及

控制部，用于根据照射到上述光电二极管部的入射光的照度，控制上述放大器电路的增益。

13. 根据权利要求12所述的半导体光学传感装置，其特征为：

上述放大器电路包含多个放大器，该多个放大器具有相互不同的增益，

上述控制部是一种转换器，用于根据照射到上述光电二极管部的入射光的照度，来选择上述多个放大器之中的一个。

14. 根据权利要求13所述的半导体光学传感装置，其特征为，

还具备：

模式检测电路，用来将来自上述光电二极管部的输出电压和第1基准电压进行比较，并通过基于比较结果的第1逻辑信号，控制上述转换器；

比较器电路，用来将通过上述放大器电路放大后的上述光电二极管部的输出信号和第2基准电压进行比较，并输出基于比较结果的第2逻辑信号；以及

逻辑电路，用来对上述第1逻辑信号和上述第2逻辑信号进行逻辑运算。

15. 根据权利要求12所述的半导体光学传感装置，其特征为，

上述放大器电路包括多个放大器，该多个放大器具有相互不同的增益，

并且还具备：

基准电压生成电路，用来发生与上述多个放大器的分别对应且相互不同的多个基准电压；

多个比较器电路，分别对应于上述多个放大器进行设置，上述多个比较器电路用来对分别对应的上述放大器的输出和分别对应的上述基准电压进行比较，并输出基于比较结果的多位的逻辑信号；以及

逻辑电路，用来对上述多位的逻辑信号进行运算。

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