CN1591911A - 半导体光传感器及携带式终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体光传感器及利用它的携带式终端,既能降低半导体光传感器的功耗,又能改善从等待状态转移动到工作状态时的响应特性。在等待状态时,向光电二极管电流运算电路(110)和初级的电流放大器(112)供给电源电压使其工作,但不向第二级以后的电流放大器(114、116)供给电源电压而使其不工作。然后,在进行键操作等作为触发的操作而从等待状态转移动到工作状态时,也向第二级以后的电流放大器供给电源电压,使其工作。并且,在读入半导体光传感器的输出电流之后,再次停止向第二级以后的电流放大器(114、116)的电源电压的供给。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光传感器及携带式终端,尤其涉及既能降低功耗、又改善了从备用状态向工作状态转移时的响应特性的半导体光传感器、以及利用它的携带式终端。
背景技术
半导体光传感器是根据周围照度(亮度)而进行线性输出的光传感器,主要使用在携带式终端中,根据周围照度(亮度)来对液晶的背光和设置在键操作部的LED进行通/断控制。例如,在周围明亮的情况下关闭背光和键操作部的LED;在暗的情况下点亮,或者对亮度调整后点亮,作为减小不必要功耗的传感器使用。
在携带式终端中,例如图1所示,在进行键操作等情况下按规定的定时读取半导体光传感器的输出,根据该半导体光传感器的输出,对背光和LED的亮度进行调整。
也就是说,在该图1的例中,在未进行键操作的情况下(步骤S10的“否”),背光和键操作部的LED保持当时的状态(步骤S12)。另一方面,进行了键操作的情况下(步骤S10的“是”),读取半导体光传感器的输出(步骤S14)。并且,在半导体光传感器的输出较小的情况下(步骤S16),接通键操作部的LED,同时接通背光(步骤S18)。在半导体光传感器的输出为中等程度的情况下(步骤S20),断开键操作部的LED,但接通背光(步骤S22)。在半导体光传感器的输出较大的情况下(步骤S24),切断键操作部的LED,同时切断背光(步骤S26)。
图2是表示过去的半导体光传感器电路结构的方框图。如图2所示,过去的半导体光传感器在结构上具有:连接在电源端子VCC和接地端子GND之间的光电二极管电流运算电路10、多个串联连接的电流放大器12、14及16。光电二极管电流运算电路10的输出由串联连接的电流放大器12、14及16进行放大,从输出端子OUT作为输出电流输出。
图3是表示光电二极管电流运算电路10的具体电路结构一例的图。图4是图3的光电二极管PD1和PD2的剖面结构图。该图3和图4所示的光电二极管电流运算电路10,例如公开在日本专利特开平2002-217448号(专利文献1)内。如图3所示,光电二极管电流运算电路10在结构上除具有光电二极管PD1和PD2外,还具有晶体管Q1~Q4。利用晶体管Q1和Q2来构成n倍的电流镜电路,利用晶体管Q3和Q4来构成m倍的电流镜电路。
如图4所示,光电二极管PD1和PD2的阴极电极用共同的N型半导体区构成,光电二极管PD2的阳极电极通过P型半导体区与接地GND相连接,光电二极管PD1的阳极侧通过P型半导体区与阳极电极相连接。
图5(a)~(e)是表示图2所示的半导体光传感器的动作波形的图。如该图5(b)所示,在过去,电压恒定地供给到电源端子VCC上。所以,如图5(c)所示,来自输出端子OUT的输出电流也是恒定地流过,因此,如图5(d)和图5(e)所示,消耗电流和消耗功率也是恒定的。
如图5(a)所示,若按照规定的定时进行携带式终端的键操作,则在从键被操作的时刻起经过了规定时间后,进行半导体光传感器的输出电流的读取,根据该读取结果,点亮键操作部的LED,或者点亮背光。
但是,这种半导体光传感器,由于恒定地向电源端子VCC供给电源,所以,若光照射到光电二极管电流运算电路10上,则总是输出与其相对应的电流。因此,即使在不需要用半导体光传感器来检测光照度的期间,也要消耗功率。
为避免该现象,过去在使用半导体光传感器的情况下,如图6(a)~(e)所示,恒定地停止向电源端子VCC的电源供给,然后,在对携带式终端进行键操作的定时,开始向电源端子VCC供给电源。并且,经过规定时间并进行输出电流的读取之后,停止向该电源端子VCC的电源供给。这样一来,当进行键操作时,能检测出携带式终端的照度,同时能降低消耗功率。
专利文献1:
日本特开平2002-217448号
但是,若用图6(a)~(e)所示的方法向电源端子VCC供给电源,则在开始向电源端子VCC供给电源之后,电流流入到光电二极管电流运算电路10或初级的电流放大器12,利用该电流对光电二极管电流运算电路10和电流放大器12的各元件的寄生电容进行充放电。在该半导体光传感器中,由流入到图3的光电二极管PD1、PD2中的光电流,提供对这些寄生电容的充放电电流。
在100勒克司左右的照度下,该光电流是大约数nA的微小电流,所以对各寄生电容的充放电花费时间。而且,在半导体光传感器中,光电流随照度而变化,所以在更低的照度下光电流也更小,对各寄生电容的充放电也更费时间。
因此,存在的问题是:从进行键操作起到能够读取半导体光传感器的输出电流为止的时间Twait,要花费数十mS~100mS。并且,这期间,用户不能对携带式终端的键操作部的LED或背光进行调光,不得不在例如画面看不清楚的状态下依旧使用。因此,迫切需要降低消耗功率的同时、能够缩短从开始键操作起到读取半导体光传感器的输出电流为止的时间。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种能够降低半导体光传感器的功耗、还能缩短从开始键操作起到读取半导体光传感器的输出电流为止的时间的半导体光传感器,以及使用该半导体光传感器的携带式终端。
本发明涉及的半导体光传感器,通过输入触发信号而输出检测结果,其具有:光电二极管电流运算电路,不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后均处于工作状态,并输出由光照射生成的光电流;第1放大器,不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后均处于工作状态,将上述光电二极管电流运算电路的输出放大后输出;以及第2放大器,在上述触发信号的输入前处于非工作状态,但接收上述触发信号后变成工作状态,将上述第1放大器的输出放大后输出。
涉及本发明的携带式终端,具有根据来自外部的操作而生成触发信号的触发生成部和通过输入上述触发信号而输出检测结果的半导体光传感器,此外,上述半导体光传感器具有:光电二极管电流运算电路,不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后均处于工作状态,并输出由光照射而生成的光电流;第1放大器,不管是在触发信号输入之前还是输入之后均处于工作状态,将上述光电二极管电流运算电路的输出放大后输出;以及第2放大器,在接收上述触发信号后变成工作状态,将上述第1放大器的输出放大后输出。
发明效果
若采用本发明,可降低半导体光传感器的功耗,同时缩短从开始键操作起到能够读取半导体光传感器的输出电流为止的时间。
附图说明
图1是表示根据半导体光传感器的输出电流对携带式终端的LED或背光的点亮/熄灭进行控制的控制流程的图。
图2是表示过去的半导体光传感器的结构的电路图。
图3是表示图2中的光电二极管电流运算电路的具体结构的图。
图4是表示图3中的2个光电二极管的半导体结构的剖面图。
图5(a)~(e)是表示图2所示半导体光传感器的工作波形的图。
图6(a)~(e)是表示图2所示半导体光传感器的另一工作波形的图。
图7是表示第一实施方式涉及的半导体光传感器的结构一例的图。
图8(a)~(e)是表示图7所示半导体光传感器的工作波形的图。
图9是表示安装了图7所示半导体光传感器的携带式终端的结构一例的立体图。
图10是表示第二实施方式涉及的半导体光传感器的结构一例的图。
图11是表示第三实施方式涉及的半导体光传感器的结构一例的图。
图12是说明图11中的半导体光传感器的最后的电流放大器部分的具体结构的电路图。
图13是表示第四实施方式涉及的半导体光传感器的结构一例的图。
图14(a)~(e)是表示图13的半导体光传感器的工作波形的图。
具体实施方式
<第一实施方式>
第一实施方式涉及的半导体光传感器中,在等待状态时,仅向光电二极管电流运算电路和初级的电流放大器供给电源电压,使其工作,而第二级以后的电流放大器不工作。并且,在进行键操作等作为触发的操作之后从等待状态转移到工作状态时,也向第二级以后的电流放大器供给电源电压,使其工作,由此,缩短从作为触发的操作开始到半导体光传感器的输出电流达到稳定为止的时间,同时能够降低功耗。以下进一步详细说明。
图7是表示本实施方式涉及的半导体光传感器结构的方框图。如该图7所示,本实施方式涉及的半导体光传感器,在结构上具有:光电二极管电流运算电路110、初级的电流放大器112、第二级以后的电流放大器114和116。在本实施方式中,第二级以后的电流放大器的个数是任意的。
光电二极管电流运算电路110和初级的电流放大器112连接到电源端子VCC上,从电源端子VCC接受电源的供给。另一方面,第二级以后的电流放大器114和116连接到备用端子STBY上,从该备用端子STBY接受电源的供给。也就是说,在本实施方式中,光电二极管电流运算电路110和初级的电流放大器112的电源供给线路、以及第二级以后的电流放大器114和116的电源供给线路,是分别独立的。并且,该光电二极管电流运算电路110和电流放大器112、114和116,均连接在接地端子GND上。
光电二极管电流运算电路110的输出,被输入到最初级的电流放大器112。最初级的电流放大器112的输出,被输入到第二级电流放大器114。这样,各电流放大器串联连接,最后级的电流放大器114的输出连接到输出端子OUT上。从该输出端子OUT流出的电流作为该半导体光传感器的输出电流。
光电二极管电流运算电路110的结构与上述图3相同。所以,在光电二极管电流运算电路110中生成大致上与输入的光照射成正比的光电流,并输入到初级的电流放大器112。该光电流由电流放大器112、电流放大器114和电流放大器116依次放大后,作为输出电流从输出端子OUT中输出。
图8(a)~(e)是表示图7所示的半导体光传感器的工作波形的图。如图8(a)所示,向电源端子VCC恒定地供给电源电压,但如图8(b)所示,当携带式终端处于等待状态时不向备用端子STBY供给电源电压。这里,在本实施方式中,所谓等待状态,可以定义为携带式终端的电源已接通但并未进行键操作或通话的状态。
并且,当进行了携带式终端的键操作,该携带式终端已从等待状态转移到工作状态时,向该备用端子STBY供给电源电压。这时,在本实施方式中,所谓工作状态,可以定义为用户进行携带式终端的键操作或者进行通话的状态。
并且,在经过规定时间后,读取从半导体光传感器输出的输出电流(参见图8(c)),再次停止向该备用端子STBY的电源供给。也就是说,在备用端子STBY上,在携带式终端的键操作之后,仅以规定时间供给来自半导体光传感器的外部的电源。
在等待状态,向光电二极管电流运算电路110和初级的电流放大器112供给电源电压,但不向第二级以后的电流放大器114和116供给电源电压。因此,如图8(d)和图8(e)所示,消耗电流和消耗功率减小。但是,因为正在从等待状态向光电二极管电流运算电路110和初级的电流放大器112供给电源电压,所以,该光电二极管电流运算电路110和电流放大器112处于工作状态,该元件的寄生电容处于充放电的状态。
根据携带式终端的键操作等作为触发的操作,生成触发信号,在产生读取光电二极管电流运算电路110的输出电流的必要的定时,也向第二级以后的电流放大器114和116供给电源电压。这时,已向光电二极管电流运算电路110和光电二极管PD1及PD2的电容供给规定电压,并且,也向电流放大器112的各寄生电容供给规定电压,所以,在光电二极管电流运算电路110和电流放大器112中的各寄生电容中不会产生过大的电流变化。因此,不需要光电二极管电流运算电路110和电流放大器112的各寄生电容的充放电时间,即使低照度,也能大幅度缩短半导体光传感器的输出电流达到稳定的时间。
具体来说,能够使从键操作等的触发操作开始到读取半导体光传感器的输出电流为止的时间,比过去缩短一个数量级以上。因此,能尽量缩短进行触发操作后携带式终端用户的等待时间。而且,等待状态下的半导体光传感器的消耗电流和消耗功率非常小,因此,半导体光传感器的功耗也能同时减小。
图9是表示涉及本实施方式的携带式终端的整体结构的图。该图9所示的携带式终端内部安装有上述的半导体光传感器。
如图9所示,本实施方式涉及的携带式终端在结构上使主体130和盖子132连接成开关自如的状态。在主体130上设有键操作部134。上述触发信号是通过用户对设置在该键操作部134上的键进行操作而生成。在键操作部134内埋设LED,根据半导体光传感器的检测结果,调整LED的亮度。例如,如图1所示,在半导体光传感器的检测结果的输出较小时,点亮LED,但在输出为中等或较大时,不点亮LED。
并且,在本实施方式的携带式终端中,设置了开关检测用的突起136。突起136受到向图中上方的作用力,当关闭盖子132时,该突起136被向下方按压,相反,当打开盖子132时,突起136向上方突出。因此,该携带式终端在结构上能够利用该突起136来检测出盖子132是打开状态、还是关闭状态。所以,在利用该突起136检测出盖子132已从关闭状态转移到了打开状态的情况下,也可以将其作为触发的操作而生成触发信号。这是因为盖子132被打开,可以看作是键操作部134处于用户能从外部进行操作的状态。
<第二实施方式>
在第二实施方式涉及的半导体光传感器中,对上述第一实施方式进行变形,在电源端子VCC和第二级以后的电流放大器114及116之间插入开关电路200,从备用端子STBY输入对该开关电路200的通/断进行控制的控制信号。以下进行更详细的说明。
图10是表示本实施方式涉及的半导体光传感器结构的方框图。如该图10所示,本实施方式涉及的半导体光传感器,在电源端子VCC和第二级以下的电流放大器114及116之间,插入了开关电路200。对该开关电路200的通/断进行控制的控制信号从备用端子STBY输入。
也就是说,利用从备用端子STBY输入的控制信号来进行切换,以决定是否把从电源端子VCC供给的电源电压供给到第二级以后的电流放大器114及116。具体来说,在携带式终端为等待状态的情况下,开关电路200断开,电源电压不提供给电流放大器114及116。但是,携带式终端若从等待状态转移到工作状态,则开关电路200仅在规定期间导通,仅在规定期间从电源端子VCC向电流放大器114及116供给电源电压。
与上述的第一实施方式相同,从电源端子VCC向光电二极管电流运算电路110和初级电流放大器112恒定地供给电源电压。也就是说,不管是等待状态还是工作状态,都向光电二极管电流运算电路110和电流放大器112供给电源电压。
若采用这种半导体光传感器结构,则既能使半导体光传感器内的电源系统形成一个系统,又能实现和上述第一实施方式相同的动作。
<第三实施方式>
第三实施方式涉及的半导体光传感器,是对上述第二实施方式进行变形,把流入到备用端子STBY的电流作为半导体光传感器的输出电流使用,这样,减少半导体光传感器的端子数,只有电源端子VCC、备用端子STBY和接地GND这3个端子。其详细情况说明如下。
图11是表示本实施方式涉及的半导体光传感器的结构的方框图。如该图1所示,本实施方式涉及的半导体光传感器,从上述第一实施方式的半导体光传感器中省略了输出端子OUT。也就是说,设置了电源端子VCC、备用端子STBY和接地GND这3个端子。在电源端子VCC上如图8(a)所示地恒定地供给电源电压,在备用端子STBY上如图8(b)所示地在从等待状态转移动到工作状态后仅在规定期间供给电源电压。在本实施方式中,从该电源电压流入到备用端子STBY的电流成为输出电流。
图12是表示图11所示的半导体光传感器的最后的电流放大器116部分的具体电路结构一例的图。如图12所示,最后的电流放大器116由晶体管Q14及Q15的电流镜电路构成。也就是说,流过晶体管Q13、Q14的电流由电流镜电路放大,成为流过晶体管Q15的电流。
采用这种半导体光传感器的结构,和过去一样,能够用3个端子构成半导体光传感器。因此,不必大幅度更改过去的外围电路,就可以使用本实施方式涉及的半导体光传感器。
<第四实施方式>
在第四实施方式涉及的半导体光传感器中,对上述第一实施方式进行变形,使初级的电流放大器112的接地端子、第二级以后的电流放大器114及116的接地端子分别独立,这样,使初级的电流放大器112恒定地工作,同时使第二级以后的电流放大器114及116仅在从等待状态转移动到工作状态后的规定时期内工作。其详细情况说明如下。
图13是表示本实施方式涉及的半导体光传感器结构的方框图。如该图13所示,在本实施方式涉及的半导体光传感器中,电流放大器112、114及116均与电源端子VCC连接。但是,初级的电流放大器112连接在通常的接地GND上,但第二级以后的电流放大器114和116连接在备用端子STBY上。
图14(a)~(e)是表示图13所示的半导体光传感器的工作波形的图。如图14(a)所示,在电源端子VCC上恒定地供给电源电压。但是如图14(b)所示,在备用端子STBY上,当携带式终端处于等待状态时供给电源电压,但在进行了携带式终端的键操作、使该携带式终端从等待状态转移动到工作状态时,仅在规定期间停止向该备用端子STBY供给电源电压。而且,在本实施方式中,在等待状态的情况下,在备用端子STBY上供给电源电压,但也可以使其处于开路状态。也就是说,在备用端子STBY上,当处于工作状态时,供给接地电位作为条件。
并且,在经过规定时间后,读取来自半导体光传感器的输出电流(参见图14(c)),再次开始向该备用端子STBY供给电源。也就是说,在备用端子STBY上,在携带式终端的键操作后仅在规定时间内停止电源供给。
光电二极管电流运算电路110和初级的电流放大器112利用电源电压和接地的电位差进行工作,而不管是等待状态还是工作状态。在等待状态下电源电压和备用端子STBY之间没有电位差,所以第二级以后的电流放大器114及116不工作。因此,如图14(d)和图14(e)所示,能降低消耗电流和功耗。但是,因为光电二极管电流运算电路110和初级电流放大器112工作,所以,该光电二极管电流运算电路110和电流放大器112的各个电容处于充放电的状态。
在进行了携带式终端的键操作、并产生读取光电二极管电流运算电路110的输出电流的必要的定时,第二级以后的电流放大器114及116的备用端子STBY的电压仅在规定期间降低到例如接地电平。这时,在光电二极管电流运算电路110的光电二极管PD1及PD2的电容上已供给了规定电压,并且在电流放大器112的各元件的寄生电容上也供给了规定电压,所以在光电二极管电流运算电路110和电流放大器112中的各个寄生电容上不产生过大的电流变化。因此,不产生光电二极管电流运算电路110和电流放大器112的各寄生电容的充放电时间,即使在低照度的状态下,也能够大幅度缩短半导体光传感器的输出电流达到稳定的时间。
并且,经过规定时间后,再次开始向备用端子STBY供给电源电压。因此,供给到电源端子VCC上的电源电压和供给到备用端子STBY上的电源电压没有差别,第二级以后的电流放大器114及116处于不工作状态。这样,能减小等待状态下的半导体光传感器的功耗。
而且,本发明并不仅限于上述实施方式,可以有各种变形。例如,上述实施方式中的供给到各端子上的电压关系只是一例,可以采用能实现同样动作的其他电压。例如在图7中,供给到电源端子VCC上的电源电压和供给到备用端子STBY上的电源电压,既可以是相同电压,也可以是不同的电压。并且,供给到光电二极管电流运算电路110上的电压线路和供给到初级的电流放大器112上的电压线路,也可以分别是单独的,并供给不同的电压。再者,供给到接地端子GND上的电压不仅仅限于接地电位,只要是低于供给到电源端子VCC和备用端子STBY上的电压即可。
同样,在图13中,供给到光电二极管电流运算电路110和电流放大器112、114及116上的电压,既可以是相同电压,也可以是互不相同的电压。并且,从接地端子供给到光电二极管电流运算电路110和初级的电流放大器112上的电压,既可以是相同的电压,也可以是互不相同的电压。这一点对于供给到电流放大器114和电流放大器116上电压也是一样。
再者,在上述实施方式中,把等待状态定义为接通了携带式终端的电源但未进行键操作和通话的状态;把工作状态定义为由用户进行携带式终端的键操作或者进行通话的状态,但两者的定义并非仅限于此。
Claims (18)
1、一种半导体光传感器,通过输入触发信号而输出检测结果,其特征在于,具有:
光电二极管电流运算电路,不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后均处于工作状态,并输出由光照射生成的光电流;
第1放大器,不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后均处于工作状态,将上述光电二极管电流运算电路的输出放大后输出;以及
第2放大器,在上述触发信号的输入前处于非工作状态,但接收上述触发信号后变成工作状态,将上述第1放大器的输出放大后输出。
2、如权利要求1所述的半导体光传感器,其特征在于:
不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后,都向上述光电二极管电流运算电路供给第1电源电压;
不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后,都向第1放大器供给第2电源电压;
接收上述触发信号后,向上述第2放大器上供给第3电源电压。
3、如权利要求2所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第1电源电压和上述第2电源电压是相同电压。
4、如权利要求2所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第1电源电压、上述第2电源电压和上述第3电源电压是相同电压。
5、如权利要求2所述的半导体光传感器,其特征在于:
不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后,都向上述光电二极管电流运算电路供给第1电源电位和第2电源电位;
不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后,都向上述第1放大器供给上述第1电源电位和第3电源电位;
不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后,都向上述第2放大器供给上述第1电源电位,并且,接收上述触发信号后供给第4电源电位。
6、如权利要求5所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第1电源电位是接地电位。
7、如权利要求5所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第1电源电位是正电位,上述第2电源电位是接地电位。
8、如权利要求7所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第3电源电位是接地电位。
9、权利要求8所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第4电源电位是接地电位。
10、如权利要求1所述的半导体光传感器,其特征在于:
向上述光电二极管电流运算电路、上述第1放大器和上述第2放大器分别供给第1电源电位;
上述光电二极管电流运算电路和上述第1放大器,连接到不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后都被供给第2电源电位的第1端子上;
上述第2放大器通过开关电路连接到上述第1端子上。
11、如权利要求10所述的半导体光传感器,其特征在于:上述开关电路接收上述触发信号后成为开状态。
12、如权利要求1所述的半导体光传感器,其特征在于:
向上述光电二极管电流运算电路、第1放大器和第2放大器分别供给第1电源电位;
上述光电二极管电流运算电路和上述第1放大器,连接到不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后都被供给第2电源电位的第1端子上;
上述第2放大器连接到接收上述触发信号后被供给第3电源电位的第2端子上;
将从上述第2端子上流入上述第2放大器的电流,作为该半导体光传感器的输出电流使用。
13、如权利要求12所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第3电源电位经过电阻提供给第2端子。
14、如权利要求10~13中的任一项所述的半导体光传感器,其特征在于:上述第1电源电位是接地电位。
15、一种携带式终端,具有根据来自外部的操作而生成触发信号的触发生成部和通过输入上述触发信号而输出检测结果的半导体光传感器,其特征在于:
上述半导体光传感器具有:
光电二极管电流运算电路,不管是在上述触发信号的输入之前还是输入之后均处于工作状态,并输出由光照射而生成的光电流;
第1放大器,不管是在触发信号输入之前还是输入之后均处于工作状态,将上述光电二极管电流运算电路的输出放大后输出;以及
第2放大器,在接收上述触发信号后变成工作状态,将上述第1放大器的输出放大后输出。
16、如权利要求15所述的携带式终端,其特征在于:还具有根据上述检测结果而调整亮度的发光元件部。
17、如权利要求15所述的携带式终端,其特征在于:还具有键操作部,通过从外部操作上述键操作部,生成上述触发信号。
18、如权利要求15所述的携带式终端,其特征在于:还具有包含键操作部的主体、以及打开后处于可从外部操作上述键操作部的状态的盖子,并且,通过打开上述盖子而生成上述触发信号。
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