JP2007206449A - Light-emitting device with sensor function - Google Patents

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Tatsuo Hasegawa
竜生 長谷川
Minoru Komatsu
実 小松
Yoshinori Nakano
好典 中野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a light-emitting device function as a sensor, while exhibiting the display capability of a display. <P>SOLUTION: The light emitting device has a light reception detecting circuit 40 which generates a light reception signal with a photoelectromotive force, when a semiconductor light-emitting element receives light to generate the photoelectromotive force. An illumination control circuit 30 has a sensor input 26 for inputting a light reception signal of the semiconductor light-emitting element. The illumination control circuit 30 can switch an illumination mode, wherein the semiconductor light emitting element is turned on and a sensor mode, wherein the semiconductor light-emitting element is turned off and function as a sensor is made effective in a time-division manner. In the illumination mode, a turn-on circuit 20 is driven to supply electric power to the semiconductor light-emitting element, which is made to illuminate. While in the sensor mode, the turn-on circuit 20 stops supplying the electric power to the semiconductor light-emitting element; and when the light reception detecting circuit 40 generates the light reception signal generated as the semiconductor light-emitting element receives light and generates electromotive force, that is detected through the sensor input 26, to detect the light reception state being entered. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、LED等の半導体発光素子で構成された発光装置に、光の検出等を行うセンサ機能を付加したセンサ機能付発光装置に関する。   The present invention relates to a light emitting device with a sensor function in which a sensor function for detecting light or the like is added to a light emitting device composed of semiconductor light emitting elements such as LEDs.

発光素子に半導体素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子である発光素子は球切れ等の心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等の半導体発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。用途としては、一般照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等が挙げられる。例えばLEDをドットマトリクス状に配置したドットマトリクス型LEDディスプレイは、フルカラーディスプレイや電光掲示板などに利用されている。   A light-emitting device using a semiconductor element as a light-emitting element emits light with a small color, high power efficiency, and vivid colors. In addition, a light emitting element which is a semiconductor element does not have a concern about a broken ball. Further, it has excellent initial driving characteristics and is strong against vibration and repeated on / off lighting. Because of such excellent characteristics, light-emitting devices using semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) are used as various light sources. Applications include general lighting, displays, liquid crystal backlights, and the like. For example, a dot matrix LED display in which LEDs are arranged in a dot matrix is used for a full color display, an electric bulletin board, and the like.

また、発光素子とは逆に、光を検出する受光素子も開発されており、フォトダイオード(PD)などで光センサを構成することが利用されている。受光素子は、光の入射を光電流として検出するものであり、光を検出してその強度等を検出する。   Contrary to the light emitting element, a light receiving element for detecting light has been developed, and it is utilized that an optical sensor is constituted by a photodiode (PD) or the like. The light receiving element detects incident light as a photocurrent, detects light and detects its intensity.

従来、このようなディスプレイにセンサ機能を持たせるには、LEDなどの発光素子に加えて、PDなどの受光素子を配置する必要があった。ディスプレイの全面にセンサ機能を付加するには、LEDと同様にPDもマトリクス状に配置する必要がある。しかしながら、LEDとPDを同時に実装すると、実装面積が大きくなるため、ディスプレイが大型化するという問題があった。また、LEDに加えてPDを駆動するための配線も必要になり、構成が複雑化して製造コストも高騰する。   Conventionally, in order to give such a display a sensor function, it has been necessary to arrange a light receiving element such as a PD in addition to a light emitting element such as an LED. In order to add a sensor function to the entire surface of the display, it is necessary to arrange PDs in a matrix as well as LEDs. However, when the LED and the PD are mounted at the same time, there is a problem that the display becomes larger because the mounting area increases. In addition to the LED, wiring for driving the PD is also required, which complicates the configuration and increases the manufacturing cost.

一方、LEDもPDも、基本的にはpn接合をもつ半導体である。このため、LEDのpn接合に光が照射されると、pn接合を順方向にバイアスする向きに光起電力を生ずる。この性質を利用し、LEDを発光素子のみならず受光素子としても利用したラインセンサ装置が開発されている(特許文献1参照)。これによってスペース効率が良く、低コスト化が実現できる。しかしながら、ラインセンサでは表示できる情報が制限され、用途が限定されるという欠点がある。また、上記の技術では受光素子と発光素子を並列的に配置して受光を行う態様であるため、LEDで表示を行いつつセンサとして機能させることはできなかった。
特開2001−197253号公報
On the other hand, both LED and PD are basically semiconductors having a pn junction. For this reason, when light is irradiated to the pn junction of the LED, a photovoltaic force is generated in a direction in which the pn junction is biased in the forward direction. Utilizing this property, a line sensor device using an LED as a light receiving element as well as a light emitting element has been developed (see Patent Document 1). As a result, space efficiency is good and cost reduction can be realized. However, the line sensor has a drawback that the information that can be displayed is limited and the application is limited. In the above technique, since the light receiving element and the light emitting element are arranged in parallel to receive light, the LED cannot be used to function as a sensor while displaying.
JP 2001-197253 A

本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。本発明の主な目的は、ディスプレイの表示能力を発揮しつつ、同時にセンサとしても機能させることの可能な発光装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems. A main object of the present invention is to provide a light emitting device capable of functioning as a sensor while exhibiting the display capability of a display.

上記の目的を達成するために、本発明の第1のセンサ機能付発光装置は、複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯/消灯を制御可能な点灯制御回路とを備える。このセンサ機能付発光装置はさらに、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する受光検出回路を備えている。点灯制御回路は、半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備える。センサ入力は、受光検出回路と電気的に接続されている。点灯制御回路は、半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとに時分割で切り替え可能であって、点灯モードにおいては、点灯回路を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、センサモードにおいては、点灯回路から半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を受光検出回路が生成すると、センサ入力でこれを検出して受光状態にあることを検出可能に構成している。これにより、半導体発光素子を点灯とセンサに兼用できるので、表示部を大型にすることなく高機能化を安価に且つ簡素な構成で実現できる。   In order to achieve the above object, a first light emitting device with a sensor function according to the present invention includes a display unit in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged vertically and horizontally in a predetermined pattern, and the semiconductor light emitting element of the display unit emits light. And a lighting control circuit capable of controlling lighting / extinguishing of the semiconductor light emitting element by controlling the lighting circuit. The light emitting device with a sensor function further includes a light reception detection circuit that generates a light reception signal generated by the photovoltaic power when the semiconductor light emitting element receives light and generates photovoltaic power. The lighting control circuit includes a sensor input for inputting different received light signals in the lighting period and the extinguishing period of the semiconductor light emitting element. The sensor input is electrically connected to the light reception detection circuit. The lighting control circuit can be switched in time division between a lighting mode in which the semiconductor light emitting element is turned on and a sensor mode in which the semiconductor light emitting element is turned off to function as a sensor. In the lighting mode, the lighting circuit is driven to the semiconductor light emitting element. In the sensor mode, the power supply from the lighting circuit to the semiconductor light-emitting element is stopped, and the light-receiving signal generated when the semiconductor light-emitting element receives light and generates photovoltaic power is detected. When the circuit is generated, it is configured to be able to detect that it is in a light receiving state by detecting this by sensor input. Accordingly, since the semiconductor light emitting element can be used for both lighting and sensor, high functionality can be realized at low cost and with a simple configuration without increasing the size of the display unit.

また、第2のセンサ機能付発光装置は、受光検出回路は、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備える。これによって、半導体発光素子で検出される受光信号が微弱であっても検出可能となり、より高精度な検出が実現できる。   In the second light emitting device with a sensor function, the light receiving detection circuit includes an amplifying circuit for amplifying a light receiving signal generated by the photovoltaic power when the semiconductor light emitting element receives light to generate the photovoltaic power. As a result, even if the received light signal detected by the semiconductor light emitting element is weak, it can be detected, and more accurate detection can be realized.

さらに、第3のセンサ機能付発光装置は、点灯制御回路は、人間の目に半導体発光素子の点滅を感知させない速度で、点灯モードとセンサモードとを切り替える。これによって、表示部の発光を行いつつ、センサとしても機能させることができる。   Furthermore, in the third light emitting device with a sensor function, the lighting control circuit switches between the lighting mode and the sensor mode at a speed at which the human eye does not sense the blinking of the semiconductor light emitting element. Accordingly, the display unit can emit light and function as a sensor.

さらにまた、第4のセンサ機能付発光装置は、点灯制御回路は、100Hz以上の周期で、点灯モードとセンサモードとを切り替える。これによって、表示部の発光を行いつつ、センサとしても機能させることができる。   Furthermore, in the light emitting device with a fourth sensor function, the lighting control circuit switches between the lighting mode and the sensor mode at a cycle of 100 Hz or more. Accordingly, the display unit can emit light and function as a sensor.

さらにまた、第5のセンサ機能付発光装置は、半導体発光素子が、異なる複数の発光色に発光可能である。これによって、受光モードにおいて異なる色の光を検出でき、色の検出などに利用できる。   Furthermore, in the fifth light emitting device with a sensor function, the semiconductor light emitting element can emit light in a plurality of different emission colors. Thereby, light of different colors can be detected in the light receiving mode and can be used for color detection.

さらにまた、第6のセンサ機能付発光装置は、表示部は、半導体発光素子をマトリクス状に配置している。これにより、マトリクス状ディスプレイに、別途PD等の受光素子を設けることなくセンサ機能を実現でき、LEDチップを高密度に実装して高精細の画像や映像を表示できる。   Furthermore, in the sixth light emitting device with a sensor function, the display unit has semiconductor light emitting elements arranged in a matrix. Thereby, a sensor function can be realized without providing a light receiving element such as a PD in the matrix display, and high-definition images and videos can be displayed by mounting LED chips at high density.

さらにまた、第7のセンサ機能付発光装置は、半導体発光素子が発光ダイオードである。発光ダイオードは入手が容易で長寿命であり機械的振動にも強く、信頼性と低コストを実現できる。   Furthermore, in the seventh light emitting device with a sensor function, the semiconductor light emitting element is a light emitting diode. Light-emitting diodes are easy to obtain, have a long life, are resistant to mechanical vibrations, and can realize reliability and low cost.

さらにまた、第8のセンサ機能付発光装置は、複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯/消灯を制御可能な点灯制御回路とを備えるセンサ機能付発光装置であって、点灯制御回路は、時分割で半導体発光素子の点灯/消灯を制御すると共に、半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備え、センサ機能付発光装置はさらに、一の半導体発光素子の消灯期間に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じると、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備え、増幅回路はセンサ入力に電気的に接続されており、点灯制御回路は、点灯期間においては、半導体発光素子を点灯モードとして点灯回路を駆動して該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、消灯期間においては、半導体発光素子をセンサモードとして電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じた際に、発生する受光信号を増幅回路によって増幅し、センサ入力に入力することで受光状態を検出可能に構成している。これにより、半導体発光素子を点灯とセンサに兼用できるので、表示部を大型にすることなく高機能化を安価に且つ簡素な構成で実現できる。   Furthermore, an eighth light emitting device with a sensor function includes a display unit in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged vertically and horizontally in a predetermined pattern, and a lighting circuit capable of supplying drive power for causing the semiconductor light emitting elements of the display unit to emit light. And a lighting control circuit capable of controlling the lighting circuit to control turning on / off of the semiconductor light emitting element, wherein the lighting control circuit turns on / off the semiconductor light emitting element in a time-sharing manner. And a sensor input for inputting different received light signals between the lighting period and the extinguishing period of the semiconductor light emitting element, and the light emitting device with sensor function further includes the semiconductor light emitting element in the extinguishing period of one semiconductor light emitting element. When receiving a photoelectromotive force by receiving light, an amplification circuit for amplifying a received light signal generated by the photovoltaic power is provided, and the amplification circuit is electrically connected to the sensor input. In the lighting period, the semiconductor light-emitting element is driven in the lighting mode to drive the lighting circuit to supply power to the semiconductor light-emitting element so that the semiconductor light-emitting element is turned on. At the same time, when the semiconductor light emitting element receives light to generate photovoltaic power, the light receiving signal generated is amplified by an amplifier circuit and input to a sensor input so that the light receiving state can be detected. Accordingly, since the semiconductor light emitting element can be used for both lighting and sensor, high functionality can be realized at low cost and with a simple configuration without increasing the size of the display unit.

さらにまた、第9のセンサ機能付発光装置は、表示部がシューティングゲーム用のディスプレイである。これによって、シューティングゲーム用のディスプレイを安価に構成できる。   Furthermore, in the ninth light emitting device with a sensor function, the display unit is a display for a shooting game. Thereby, a display for a shooting game can be configured at low cost.

さらにまた、第10のセンサ機能付発光装置は、表示部がクレー射撃用のディスプレイである。これによって、クレー射撃用のディスプレイを安価に構成できる。   Furthermore, in the tenth light emitting device with a sensor function, the display unit is a display for clay shooting. Thereby, the display for clay shooting can be configured at low cost.

さらにまた、第11のセンサ機能付発光装置は、表示部が手書き文字入力用のディスプレイである。これによって、手書き文字入力用のディスプレイを安価に構成できる。   Furthermore, in the eleventh light emitting device with sensor function, the display unit is a display for inputting handwritten characters. Thereby, a display for inputting handwritten characters can be configured at low cost.

さらにまた、第12のセンサ機能付発光装置は、表示部がタッチパネル用のディスプレイである。これによって、タッチパネル用のディスプレイを安価に構成できる。   Furthermore, in the twelfth light emitting device with a sensor function, the display unit is a display for a touch panel. Thereby, the display for touch panels can be comprised at low cost.

本発明のセンサ機能付発光装置によれば、半導体発光素子を点灯とセンサに兼用できる。特にPDなどの受光素子を設ける必要がないため、安価で回路構成を簡素化できる上、ディスプレイ面への実装効率を改善することができる。   According to the light emitting device with a sensor function of the present invention, a semiconductor light emitting element can be used for both lighting and a sensor. In particular, since it is not necessary to provide a light receiving element such as a PD, the circuit configuration can be simplified at a low cost, and the mounting efficiency on the display surface can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのセンサ機能付発光装置を例示するものであって、本発明はセンサ機能付発光装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(LEDの発電作用)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a light emitting device with a sensor function for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the light emitting device with a sensor function as the following. Further, the present specification by no means specifies the members shown in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It's just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
(LED power generation)

LEDは通電することにより発光する以外に、LEDに光を照射すると起電力を生じる発電特性も備えている。この起電力は一般に微弱であるが、増幅回路で増幅することにより、光の強度を測定する光センサとして利用できる。   In addition to emitting light when energized, the LED also has power generation characteristics that generate an electromotive force when the LED is irradiated with light. Although this electromotive force is generally weak, it can be used as an optical sensor for measuring the intensity of light by amplifying it with an amplifier circuit.

LEDの発電作用を、図1に基づいて詳細に説明する。図1は、LEDの電圧−電流特性を示すグラフである。一般のpn接合ダイオードにバンドギャップエネルギーより大きいエネルギーの光を照射すると、価電子帯の電子は伝導帯へ励起され、もとの価電子帯に正孔を残す。このようにpn接合ダイオードは光照射によって電気を生み出す効果を持つ。またLEDもpn接合ダイオードの一種であるため、同様に発電効果をもつ。ただし、発光効果と発電効果は相反する性質なので、発電効果、特に発生する電流値は小さい。したがって、PDなどの受光素子と比較して感度は悪く、例えば受光量の光量や強度測定などの用途には不十分である。しかしながら、単に入射光の有無のみを判定する程度の用途には、実用上十分な性能を有している。本発明は、半導体発光素子のこのような特性を利用して、簡易なセンサ機能を付加しようとするものである。   The power generation action of the LED will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a graph showing the voltage-current characteristics of an LED. When a general pn junction diode is irradiated with light having energy larger than the band gap energy, electrons in the valence band are excited to the conduction band, leaving holes in the original valence band. Thus, the pn junction diode has an effect of generating electricity by light irradiation. An LED is also a kind of pn junction diode, and thus has a power generation effect. However, since the light emission effect and the power generation effect are contradictory, the power generation effect, particularly the generated current value is small. Therefore, the sensitivity is lower than that of a light receiving element such as a PD, which is insufficient for applications such as measuring the amount of light received and measuring the intensity. However, it has practically sufficient performance for applications that only determine the presence or absence of incident light. The present invention intends to add a simple sensor function by utilizing such characteristics of a semiconductor light emitting element.

具体的には、LEDの電圧−電流特性は、LEDに光を照射すると図1に示すように電圧−電流特性が下方にシフトする。図1は赤色LED(東芝製:TLRH190P)の場合は、開放端電圧1.3〜1.4(V)、短絡電流は逆方向になりマイクロアンペアのオーダーである。LEDの発光と発電は同時に発生する。ただし、この例でLEDの発光時に光を照射した場合の電流の変化を比較すると、光照射のない場合で20mA、光照射のある場合で19.9mAとなり、殆ど差がないため、LED点灯時に受光を正確に検出することは困難である。いいかえると、センサとしてLEDを機能させるためには、LEDを消灯することが好ましい。このため、本実施の形態においては点灯中に短い消灯期間を設けて、この期間中にセンサとして動作させるよう、時分割で点灯/センサ機能を切り替える。   Specifically, the voltage-current characteristic of the LED shifts downward as shown in FIG. 1 when the LED is irradiated with light. FIG. 1 shows that in the case of a red LED (Toshiba: TLRH190P), the open-circuit voltage is 1.3 to 1.4 (V) and the short-circuit current is in the reverse direction and is in the order of microamperes. LED emission and power generation occur simultaneously. However, in this example, the change in current when light is emitted when the LED emits light is compared to 20 mA when there is no light irradiation, and 19.9 mA when there is light irradiation. It is difficult to accurately detect the received light. In other words, in order for the LED to function as a sensor, it is preferable to turn off the LED. For this reason, in this embodiment, a short extinction period is provided during lighting, and the lighting / sensor function is switched in a time-sharing manner so that the sensor operates during this period.

なお、発電効果は大きさの大きいLEDほど大きく、LEDを被覆する樹脂は着色されたタイプよりも透明なタイプの方が優れている。また、波長感度特性は、発光する波長の光に対する感度が高い。図2に、短絡電流の波長依存性を測定した結果を示す。使用したLEDは東芝製TLRH190P(赤色LED)である。この図に示すように、規格化短絡電流と発光強度は、ピーク波長がほぼ一致しており、発光ピーク波長と受光感度がほぼほぼ等しいことを裏付けている。
(実施の形態1)
In addition, the power generation effect is larger as the LED is larger in size, and the resin that covers the LED is more excellent in the transparent type than in the colored type. The wavelength sensitivity characteristic is high in sensitivity to light having a wavelength to emit light. FIG. 2 shows the results of measuring the wavelength dependence of the short circuit current. The LED used was TLRH190P (red LED) manufactured by Toshiba. As shown in this figure, the normalized short-circuit current and the light emission intensity have substantially the same peak wavelength, which confirms that the light emission peak wavelength and the light receiving sensitivity are substantially equal.
(Embodiment 1)

本発明は以上の性質を利用することで、センサ機能付発光装置を実現している。次に、本発明の実施の形態1として、レーザ射撃競技ターゲット用LEDディスプレイを、図3に示すディスプレイの斜視図及び図4に示す回路図に基づいて説明する。これらの図に示すセンサ機能付発光装置100は、複数の半導体発光素子を配置した表示部10と、半導体発光素子に駆動電力を供給する点灯回路20と、点灯回路20を制御する点灯制御回路30と、半導体発光素子が受光した際によって生じる受光信号を生成する受光検出回路40を備える。
(表示部10)
The present invention realizes a light emitting device with a sensor function by utilizing the above properties. Next, as Embodiment 1 of the present invention, a laser shooting competition target LED display will be described based on a perspective view of the display shown in FIG. 3 and a circuit diagram shown in FIG. The light emitting device 100 with a sensor function shown in these drawings includes a display unit 10 in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged, a lighting circuit 20 that supplies driving power to the semiconductor light emitting elements, and a lighting control circuit 30 that controls the lighting circuit 20. And a light receiving detection circuit 40 for generating a light receiving signal generated when the semiconductor light emitting element receives light.
(Display unit 10)

表示部10は、複数の半導体発光素子を所定のパターンで配置している。この例では、マトリクス状にLEDを2次元状に配置している。各LEDを点灯することでパターンを描画するディスプレイを構成している。LEDの配置パターンは、千鳥状(オフセット状)としたり、渦巻き状、同心円状など、ディスプレイの用途に応じて種々のパターンが適宜採用できる。   The display unit 10 has a plurality of semiconductor light emitting elements arranged in a predetermined pattern. In this example, LEDs are arranged two-dimensionally in a matrix. The display which draws a pattern is comprised by lighting each LED. The LED arrangement pattern may be a zigzag pattern (offset pattern), a spiral pattern, a concentric pattern, or the like, depending on the display application.

また、ディスプレイの画素を構成するLEDに、複数の発光色を使用することでカラーディスプレイを構成でき、特にRGBに発光可能なLEDを使用すれば、フルカラー表示可能なディスプレイとできる。この例では、レーザ射撃競技ターゲット用LEDディスプレイを構成する。このLEDディスプレイ上の動画をレーザ射撃し、命中すれば音と動画の変化により命中を知らせる。また、レーザ射撃競技のみならず、シューティングゲームにも適用できる。
(半導体発光素子)
In addition, a color display can be configured by using a plurality of emission colors for the LEDs constituting the pixels of the display. In particular, if an LED capable of emitting light in RGB is used, a display capable of full color display can be obtained. In this example, an LED display for a laser shooting competition target is configured. The moving image on the LED display is laser-shot and if hit, the hit is notified by a change in sound and moving image. Moreover, it can be applied not only to a laser shooting competition but also to a shooting game.
(Semiconductor light emitting device)

半導体発光素子は、LEDやLD(半導体レーザ)などが利用できる。これらの半導体発光素子は、入力に対する出力のリニアリティが良く、効率に優れ、長寿命で安定して使用できる利点が得られる。特にLEDは安価で入手容易であり、好ましい。また半導体発光素子は、砲弾型(ランプタイプ)の他、表面実装型(SMD)が好適に利用できる。図3などの例では、便宜上LEDを円形で表示しているが、LEDチップの形状は矩形状とすることもできることはいうまでもない。   As the semiconductor light emitting element, an LED, an LD (semiconductor laser), or the like can be used. These semiconductor light emitting devices have the advantage that the linearity of the output with respect to the input is good, the efficiency is excellent, and the long life can be used stably. In particular, LEDs are preferable because they are inexpensive and readily available. Further, as the semiconductor light emitting element, a surface mount type (SMD) can be suitably used in addition to a bullet type (lamp type). In the example of FIG. 3 and the like, the LEDs are displayed in a circular shape for convenience, but it goes without saying that the shape of the LED chip may be rectangular.

半導体発光素子の材料として、BN、SiC、ZnSeやGaN、InGaN、InAlGaN、AlGaN、BAlGaN、BInAlGaNなど種々の半導体を挙げることができる。同様に、これらの元素に不純物元素としてSiやZnなどを含有させ発光中心とすることもできる。発光層の材料として、窒化物半導体(例えば、AlやGaを含む窒化物半導体、InやGaを含む窒化物半導体としてInXAlYGa1-X-YN(0<X<1、0<Y<1、X+Y≦1)等が利用できる。また、半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることでより出力を向上させることもできる。
(点灯回路20及び点灯制御回路30)
Examples of the material of the semiconductor light emitting device include various semiconductors such as BN, SiC, ZnSe, GaN, InGaN, InAlGaN, AlGaN, BAlGaN, and BInAlGaN. Similarly, these elements may contain Si, Zn, or the like as an impurity element to serve as a light emission center. As a material of the light emitting layer, a nitride semiconductor (for example, a nitride semiconductor containing Al or Ga, a nitride semiconductor containing In or Ga, In X Al Y Ga 1-XY N (0 <X <1, 0 <Y < 1, X + Y ≦ 1), etc. The semiconductor structure is preferably a homostructure having a MIS junction, PIN junction or pn junction, heterostructure, or double hetero structure. The emission wavelength can be selected in various ways depending on the material and its mixed crystal ratio, and the output can be increased by adopting a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film that produces a quantum effect. It can also be improved.
(Lighting circuit 20 and lighting control circuit 30)

点灯回路20は、表示部10の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給する。ここでは、LEDを電流駆動するための定電流源を備える。また点灯制御回路30は、点灯回路20を制御することで半導体発光素子のON/OFFやデューティ比を制御する。点灯制御にはPWMやPAMなどが利用できる。なお、これら点灯回路20と点灯制御回路30を統合することもできる。さらに点灯制御回路30は、ディスプレイ上に文字や図形、あるいは静止画のみならず動画を表示させるべく、ディスプレイの画素を構成する各LED毎の点灯を制御することもできる。このため画像情報をディスプレイ上に表示させるための画像表示回路50を備えても良い。あるいはまた、表示部10をディスプレイとする他、照明として使用することもできる。また照明の色や輝度を調整、変更可能なインテリジェント照明として機能させることもできる。このような制御も点灯制御回路30で行わせることが可能である。
(点灯モード/センサモード)
The lighting circuit 20 supplies driving power for causing the semiconductor light emitting element of the display unit 10 to emit light. Here, a constant current source for current-driving the LED is provided. The lighting control circuit 30 controls the lighting circuit 20 to control ON / OFF of the semiconductor light emitting element and the duty ratio. PWM or PAM can be used for lighting control. The lighting circuit 20 and the lighting control circuit 30 can be integrated. Furthermore, the lighting control circuit 30 can also control lighting for each LED constituting the pixels of the display so that not only characters, figures, or still images but also moving images are displayed on the display. For this reason, an image display circuit 50 for displaying image information on a display may be provided. Alternatively, the display unit 10 can be used as a display as well as a display. It can also function as intelligent lighting that can adjust and change the color and brightness of the lighting. Such control can also be performed by the lighting control circuit 30.
(Lighting mode / sensor mode)

点灯制御回路30は、半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとを時分割で切り替えできる。点灯モードにおいては、点灯回路20を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させる。センサモードにおいては、点灯回路20から半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を受光検出回路40が生成すると、センサ入力26でこれを検出して受光状態にあることを検出可能としている。また点灯制御回路30は、半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力26を備えている。
(受光検出回路40)
The lighting control circuit 30 can switch between a lighting mode in which the semiconductor light emitting element is turned on and a sensor mode in which the semiconductor light emitting element is turned off to function as a sensor in a time division manner. In the lighting mode, the lighting circuit 20 is driven to supply power to the semiconductor light emitting element to light it. In the sensor mode, the power supply from the lighting circuit 20 to the semiconductor light emitting element is stopped, and when the light reception detection circuit 40 generates a light reception signal generated when the semiconductor light emitting element receives light and generates photovoltaic power, This can be detected by the input 26 to detect that it is in a light receiving state. Further, the lighting control circuit 30 includes a sensor input 26 for inputting different received light signals between the lighting period and the extinguishing period of the semiconductor light emitting element.
(Light reception detection circuit 40)

受光検出回路40は、半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する。また生成された受光信号を後述するコントローラ22に伝達するため、受光検出回路40は、コントローラ22のセンサ入力26と電気的に接続される。この受光検出回路40は、半導体発光素子が受光して光起電力を生じ、光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路42を備える。これによって、増幅した信号をセンサ入力26に入力できる。
(回路構成)
The light reception detection circuit 40 generates a light reception signal generated by the photovoltaic power when the semiconductor light emitting element receives light and generates photovoltaic power. Further, the received light detection circuit 40 is electrically connected to the sensor input 26 of the controller 22 in order to transmit the generated received light signal to the controller 22 described later. The light receiving detection circuit 40 includes an amplifying circuit 42 for amplifying a light receiving signal generated by the photoelectromotive force when the semiconductor light emitting element receives light. This allows the amplified signal to be input to the sensor input 26.
(Circuit configuration)

点灯モードとセンサモードの動作原理を、図5及び図6の回路図に基づいて説明する。図5は1個のLED12を点灯駆動する状態、図6はこれをセンサとして動作させる様子を、それぞれ示している。これらの図に示す回路は、LED12と、これを駆動制御する点灯回路及び点灯制御回路としてコントローラ22と、受光検出回路及び増幅回路としてトランジスタ44を備えている。コントローラ22はPICなどのマイコンを使用でき、この例ではマイクロチップ・テクノロジー社のPIC16F84Aを使用した。   The operation principle of the lighting mode and the sensor mode will be described based on the circuit diagrams of FIGS. FIG. 5 shows a state in which one LED 12 is driven to be lit, and FIG. 6 shows a state in which this is operated as a sensor. The circuits shown in these drawings include an LED 12, a controller 22 as a lighting circuit and a lighting control circuit for driving the LED 12, and a transistor 44 as a light receiving detection circuit and an amplifier circuit. The controller 22 can use a microcomputer such as a PIC. In this example, a PIC16F84A manufactured by Microchip Technology Inc. was used.

LED12は、カソード側をアース側に接続し、アノード側を保護抵抗を介してコントローラ22のI/O端子24と接続している。コントローラ22のI/O端子24は入力と出力を切り替え可能であり、I/O端子24を出力に設定して、LED12を駆動するための電流を供給することができる。またコントローラ22のセンサ入力26には、トランジスタ44のコレクタ側が接続される。トランジスタ44のエミッタは接地され、ベースは保護抵抗を介してLED12のアノード側に接続される。さらにコレクタには、保護抵抗を介してVccの定電圧(例えば5V)が印加される。 The LED 12 has a cathode side connected to the ground side and an anode side connected to the I / O terminal 24 of the controller 22 via a protective resistor. The I / O terminal 24 of the controller 22 can be switched between input and output, and the current for driving the LED 12 can be supplied by setting the I / O terminal 24 to output. Further, the collector side of the transistor 44 is connected to the sensor input 26 of the controller 22. The emitter of the transistor 44 is grounded, and the base is connected to the anode side of the LED 12 via a protective resistor. More collector, a constant voltage of V cc (for example, 5V) is applied via a protective resistor.

点灯モードにおいてはI/O端子24をHIGHとすることで、図5に示すようにI/O端子24から供給された電流がLED12を流れて、LED12が点灯される。このとき、トランジスタ44はOFF状態となるため、センサ入力26はHIGHのままである。   In the lighting mode, by setting the I / O terminal 24 to HIGH, the current supplied from the I / O terminal 24 flows through the LED 12 as shown in FIG. At this time, since the transistor 44 is turned off, the sensor input 26 remains HIGH.

一方、センサモードにおいては、コントローラ22のI/O端子24を入力とし、LOWに設定することで、LED12には電力が供給されずLED12が消灯される。この間に、LED12に光が入射されると、光起電力が発生し、逆電流がカソードからアノードに流れる。逆電流は微弱な電気信号であるため、これを増幅するためにトランジスタ44が使用される。具体的には、アノードから分岐された電流がトランジスタ44のベース側に供給されることで、トランジスタ44がON状態となる、これにより、コレクタの電位が電圧降下により5Vより低下し、センサ入力26がHIGHからLOWに切り替わる。このように、LED12で受光を検出すると、センサ入力26がHIGHからLOWに変化するため、この変化を検出して、受光状態を検出することができる。例えば光が入射されたことを検出したり、逆に光が遮光されたことを検出し、センサ入力26をトリガとして、各種の制御を行わせることが可能となる。   On the other hand, in the sensor mode, when the I / O terminal 24 of the controller 22 is input and set to LOW, power is not supplied to the LED 12 and the LED 12 is turned off. During this time, when light enters the LED 12, a photovoltaic force is generated, and a reverse current flows from the cathode to the anode. Since the reverse current is a weak electrical signal, the transistor 44 is used to amplify it. Specifically, the current branched from the anode is supplied to the base side of the transistor 44, so that the transistor 44 is turned on. As a result, the collector potential drops below 5V due to the voltage drop, and the sensor input 26 Switches from HIGH to LOW. As described above, when light reception is detected by the LED 12, the sensor input 26 changes from HIGH to LOW. Therefore, this change can be detected to detect the light reception state. For example, it is possible to detect that light has entered, or to detect that light has been blocked, and to perform various controls using the sensor input 26 as a trigger.

例えば遮光を検出する度に、LEDが点灯/消灯をトグル状に切り替えるような動作をさせる。あるいは、表示中の画像や動画を変更することもできる。また、電流増幅率を高めるためにトランジスタを複数使用してダーリントン接続し、エミッタフォロワ直結電流増幅器を構成したダーリントン増幅器等を利用することもできる。
(時分割)
For example, every time the light shielding is detected, the LED is turned on / off in a toggle shape. Alternatively, the displayed image or moving image can be changed. In order to increase the current amplification factor, a Darlington amplifier using a plurality of transistors connected in Darlington to form an emitter follower direct-coupled current amplifier can be used.
(Time division)

点灯モードとセンサモードとの切り替えを高速に行うことで、人間の目には消灯期間があることを意識させずに、常時点灯しているように見せることができる。これにより、センサ動作をバックグラウンドで機能させ、必要な処理を行わせることが可能となる。切り替えの速度としては、人の目で点滅を意識させない周波数とし、例えば100Hz以上、好ましくは1kHz以上とする。このため点灯制御回路30は、LEDをこの周期で駆動できる構成を備える。高周波数での動作とすることで、トランスを小型化して回路の小型化にも寄与できる。   By switching between the lighting mode and the sensor mode at high speed, it is possible to make the human eye appear to be constantly lit without being aware of the extinguishing period. This makes it possible to cause the sensor operation to function in the background and perform necessary processing. The switching speed is set to a frequency at which human eyes do not notice blinking, for example, 100 Hz or more, preferably 1 kHz or more. For this reason, the lighting control circuit 30 has a configuration capable of driving the LEDs in this cycle. By operating at a high frequency, the transformer can be miniaturized and the circuit can be miniaturized.

以上の点灯モードとセンサモードとの切り替えは、点灯制御回路30で行われる。点灯制御回路30が点灯モードとセンサモードを切り替える様子を、図7のタイミングチャートに基づいて説明する。図7は、LEDの点灯タイミングと、受光信号の入力タイミングを示している。この図に示すように、LEDは周期Tで点灯回路20から駆動信号が入力される。PWM制御で点灯期間tonのパルス幅を制御することにより、光量を制御できる。一方、消灯期間toffにおいては、LEDは受光素子として機能する。そしてtoffの期間中に受光信号を検出すると、増幅回路42で増幅された受光信号が点灯制御回路30に送出されて、受光が検出される。
(レーザ射撃競技ターゲット用LEDディスプレイ)
Switching between the lighting mode and the sensor mode is performed by the lighting control circuit 30. The manner in which the lighting control circuit 30 switches between the lighting mode and the sensor mode will be described based on the timing chart of FIG. FIG. 7 shows the lighting timing of the LED and the input timing of the received light signal. As shown in this figure, the LED receives a drive signal from the lighting circuit 20 at a period T. The amount of light can be controlled by controlling the pulse width of the lighting period t on by PWM control. On the other hand, the LED functions as a light receiving element during the extinguishing period t off . When a light reception signal is detected during the t off period, the light reception signal amplified by the amplifier circuit 42 is sent to the lighting control circuit 30 to detect light reception.
(LED display for laser shooting competition targets)

レーザ射撃競技は、弾の代わりにレーザ光を使うレーザライフル60を使用する。このターゲット(標的)としては、射的のターゲットとして的状のディスプレイが従来使用されてきたが、受光素子と発光素子を配置するため、大型化するという問題があった。これに対して本実施の形態では、図3に示すようにLEDのみをマトリクス状に配置したディスプレイを使用し、これらのLEDを時分割でセンサに兼用することで、個別の受光素子を配置することなく的を構成し、コンパクトで実装効率の良いターゲットを構成できる。このLEDディスプレイは、射的の目標物パターンとしてクレーなどを模した動画像を表示する。ディスプレイは点灯モードとセンサモードを例えば1kHzの周期で切り替えることにより、競技者の目には動画像が常時表示されているように見える。競技者はこの動画像を狙って、ビームライフル銃など指向性を持った光線を照射する。光線の照射時間は、ディスプレイのセンサモードの一周期より長い時間とする。これにより、光線の照射をディスプレイのセンサモード時に検出することができる。ディスプレイを構成するLEDの内、光線が検出されたLEDが、目標物パターンを表示している画素に含まれない場合は、射撃が外れたと判定する。一方、画素に相当する場合は、命中したと判断し、必要な処理を行う。例えば、画像をクレーが破壊される動画像に変更し、「命中」と画面上に表示する。また音声出力回路を備えることで、命中と同時にクレーの破壊音をスピーカから出力することもできる。これによって、仮想的な射撃を再現することができる。処理的には、センサ入力26の入力信号をトリガとして、音声出力回路や画像表示回路50に、命中の音や画像を出力する割り込みを行う。また、画像表示回路50でレベル毎に射的の目標物パターンの速度や画像などを変化させて表示させることも可能である。
(シューティングゲーム)
Laser shooting competition uses a laser rifle 60 that uses laser light instead of bullets. As this target (target), a target-like display has been conventionally used as a shooting target. However, since the light receiving element and the light emitting element are arranged, there is a problem that the display becomes large. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 3, a display in which only LEDs are arranged in a matrix is used, and these LEDs are also used as sensors in a time-sharing manner, thereby arranging individual light receiving elements. The target can be constructed without any problem, and a compact and efficient mounting target can be constructed. This LED display displays a moving image simulating clay as a target pattern for shooting. By switching the lighting mode and the sensor mode at a cycle of, for example, 1 kHz, the display appears to the athlete's eyes as a moving image is always displayed. Athletes aim at this moving image and irradiate a directional beam such as a beam rifle. The light irradiation time is longer than one cycle of the sensor mode of the display. Thereby, irradiation of a light beam can be detected in the sensor mode of the display. It is determined that the shooting has failed when the LED in which light is detected among the LEDs constituting the display is not included in the pixel displaying the target pattern. On the other hand, if it corresponds to a pixel, it is determined that it has been hit, and necessary processing is performed. For example, the image is changed to a moving image in which the clay is destroyed, and “hit” is displayed on the screen. Also, by providing an audio output circuit, it is possible to output a clay breaking sound from the speaker at the same time as the hit. Thereby, virtual shooting can be reproduced. In terms of processing, using the input signal of the sensor input 26 as a trigger, an interrupt for outputting a hit sound or image to the audio output circuit or the image display circuit 50 is performed. Further, the image display circuit 50 can display the target object pattern by changing the speed or image of the target object for each level.
(shooting game)

また同様の構成は、レーザ射撃競技に限られず、例えばシューティングゲーム等にも利用できる。例えばアーケードゲームのディスプレイとして本実施の形態を応用することで、ディスプレイに映像を表示すると共に、レーザ光線を照射する銃からの光線の照射位置の検出機能を備えることができ、安価にシューティングゲームを実現できる。
(実施の形態2)
The same configuration is not limited to laser shooting competitions, and can be used for, for example, shooting games. For example, by applying this embodiment as a display for an arcade game, an image can be displayed on the display and a function for detecting the irradiation position of a light beam from a gun that irradiates a laser beam can be provided. realizable.
(Embodiment 2)

次に、実施の形態2として、手書き入力用ディスプレイに適用する例を図8に基づいて説明する。この図に示す表示部210は、上記と逆に、遮光状態を検出する。すなわち、ユーザが指などでディスプレイ表面をなぞると、その部分のLEDが外光を遮光されたことを検出して、LEDを点灯する。また点灯する代わりに消灯してもよい。あるいは、点灯色を変更したり、表示を常時点灯から点滅状態に変更することもできる。このように、ディスプレイの内でユーザに指示された部分を他と異なる表示に変更できる。このため、図8に示すようにディスプレイ上を連続的にユーザがなぞると、その軌跡を表示できる。これを利用して、手書き入力が実現できる。また、タッチパネルとして利用することも可能である。
(実施の形態3)
Next, as Embodiment 2, an example applied to a handwriting input display will be described with reference to FIG. In contrast to the above, the display unit 210 shown in FIG. That is, when the user traces the display surface with a finger or the like, it is detected that the LED in that portion has been blocked from outside light, and the LED is turned on. Moreover, you may turn off instead of lighting. Alternatively, the lighting color can be changed, or the display can be changed from being constantly lit to blinking. In this way, the part instructed by the user in the display can be changed to a display different from the others. Therefore, as shown in FIG. 8, when the user continuously traces on the display, the locus can be displayed. Using this, handwritten input can be realized. It can also be used as a touch panel.
(Embodiment 3)

さらに、実施の形態3として、色の判別を行う色識別装置に適用する例を、図9に基づいて説明する。この色識別装置は、複数の異なる色に発光可能なLED312と、これらを発光させるための点灯回路320と、各LED312を受光素子として機能させるための受光検出回路340と、各LED312からの受光信号を信号処理して対象物Wの色を特定するための処理回路330を備える。   Furthermore, as Embodiment 3, an example in which the present invention is applied to a color identification device that performs color discrimination will be described with reference to FIG. The color identification device includes a plurality of LEDs 312 that can emit light of different colors, a lighting circuit 320 for causing them to emit light, a light reception detection circuit 340 for causing each LED 312 to function as a light receiving element, and a light reception signal from each LED 312. And a processing circuit 330 for specifying the color of the object W by signal processing.

この色識別装置の動作原理を説明する。白色光を対象物Wに照射すると、対象物Wの色に相当する波長の光が反射されるので、図10に示すようにこの波長を各色成分毎にLED312で検出すれば、これらを合成して色情報を取得できる。ここでは、LED312としてRGBそれぞれに発光可能なタイプを使用する。このLED312は、一のパッケージ内にR、G、Bそれぞれに発光するLEDチップを組み込んだタイプや、別個のR、G、BそれぞれのLEDチップを組み合わせて使用することができる。上述の通り、LEDの発光色と受光波長の特性は概ね一致する。したがって、赤色、緑色、青色のLEDは、各々のバンドギャップの違いから、それぞれの色に相当する波長依存性のある受光素子として利用できる。したがって、各受信信号を測定し、RGB3種類の信号の大きさを解析し、参照データと比較することで、対象物Wの色が決定できる。このようにして、本発明はディスプレイとしての利用に限らず、受光素子あるいは撮像素子としても利用でき、CCDやCMOS等と同様の機能を実現できる。特に、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話のように、フラッシュなどの発光体と画像や動画像等の撮影のための撮像素子が併設された機器に、好適に利用できる。   The operation principle of this color identification device will be described. When the object W is irradiated with white light, light having a wavelength corresponding to the color of the object W is reflected. Therefore, if this wavelength is detected by the LED 312 for each color component as shown in FIG. Color information. Here, a type capable of emitting light for each of RGB is used as the LED 312. The LED 312 can be used in a single package in which LED chips that emit light in R, G, and B are incorporated, or in combination with separate R, G, and B LED chips. As described above, the characteristics of the light emission color and the light reception wavelength of the LED are substantially the same. Therefore, red, green, and blue LEDs can be used as light-receiving elements having wavelength dependency corresponding to the respective colors due to the difference in band gaps. Therefore, the color of the object W can be determined by measuring each received signal, analyzing the magnitudes of the three types of RGB signals, and comparing them with the reference data. In this way, the present invention is not limited to use as a display, but can also be used as a light receiving element or an imaging element, and can realize functions similar to those of a CCD or CMOS. In particular, it can be suitably used for a device such as a digital camera or a camera-equipped mobile phone in which a light emitter such as a flash and an image pickup device for photographing images and moving images are provided.

またこの色識別装置はLEDを光源として利用できるので光源内蔵型であり、夜間でも使用可能である。さらに照射パルスの幅を狭くすることで、周囲に及ぼす影響は最小限に抑えることができる。   Further, since this color identification device can use an LED as a light source, it is of a built-in light source and can be used at night. Furthermore, the influence on the surroundings can be minimized by narrowing the width of the irradiation pulse.

測定精度を向上させるためには、照射光はパルス動作させることが好ましい。また短時間のインターバルで、発光側LEDと受光側LEDとを切替え、それぞれで測定結果を比較し、大きな差異が生じていたときには測定をやり直す。測定の可逆過程が導入できることで、色識別の「確からしさ」を向上できる。このようにして、CCD等に代わる色識別可能な撮像素子としての利用度が高められる。   In order to improve the measurement accuracy, the irradiation light is preferably pulsed. In addition, the light emitting side LED and the light receiving side LED are switched at short intervals, the measurement results are compared with each other, and if a large difference occurs, the measurement is repeated. By introducing a reversible process of measurement, the “probability” of color identification can be improved. In this way, the degree of utilization as an image-capturing element capable of color identification instead of a CCD or the like is increased.

さらに、対象物Wの色情報のみならず、表面形状の識別にも利用できる。図11に示すように、複数のLEDを空間的に離間させて配置することで、各LEDを受光素子として用い、それぞれの信号を解析することで対象物Wの色および表面形状が識別できるようになる。
(実施の形態4)
Furthermore, it can be used not only for color information of the object W but also for identifying the surface shape. As shown in FIG. 11, by arranging a plurality of LEDs spatially separated from each other, each LED can be used as a light receiving element, and the color and surface shape of the object W can be identified by analyzing each signal. become.
(Embodiment 4)

さらに実施の形態4として、表面形状測定装置に適用する例を図12に基づいて説明する。この図に示す表面形状測定装置は、LEDを2次元状に配置したLEDボード14と、各LEDを点灯するための点灯回路420、受光素子として機能させる受光検出回路440、受光検出回路440で検出された受光信号を収集するデータ蓄積回路470、及びデータ蓄積回路470に蓄積されたデータを処理する処理回路430を備える。LEDボード14は、図13に示すように、各LEDを等間隔に2次元に配置する。動作時においては、LEDボード14上のLEDを適当な時間間隔で順番に点灯する。このとき、点灯していないLEDを受光素子として機能させることで、反射光の空間分布が求められる。この空間分布を基にすれば、被測定物の表面形状を非接触で解析できる。   Furthermore, as Embodiment 4, an example applied to a surface shape measuring apparatus will be described with reference to FIG. The surface shape measuring apparatus shown in this figure is detected by an LED board 14 in which LEDs are two-dimensionally arranged, a lighting circuit 420 for lighting each LED, a light receiving detection circuit 440 that functions as a light receiving element, and a light receiving detection circuit 440. A data storage circuit 470 for collecting the received light reception signals, and a processing circuit 430 for processing the data stored in the data storage circuit 470. The LED board 14 arranges each LED two-dimensionally at equal intervals, as shown in FIG. During operation, the LEDs on the LED board 14 are lit in order at appropriate time intervals. At this time, the spatial distribution of the reflected light is obtained by causing the unlit LED to function as a light receiving element. Based on this spatial distribution, the surface shape of the object to be measured can be analyzed without contact.

さらにこの際、LEDの駆動パルスを少なくとも2レベルに設定しておき、LED毎に2段階で発光をさせ、それぞれの受光信号の差をデータとして使うことで、測定精度を高めることができる。この表面形状測定装置は受光用のPDを別途用いる必要がないため、LEDの配置間隔を狭めることが可能であり、測定精度が高く、安価な測定装置が実現できる。さらに、大きな対象物Wを測定したい場合は、図14に示すように対象物Wを移動させる駆動装置580を付加することもできる。この図の例では、対象物Wを載置してX−Y平面に移動させるX−Y移動ステージを備えている。   Furthermore, at this time, the measurement accuracy can be improved by setting the LED drive pulse to at least two levels, causing each LED to emit light in two stages, and using the difference between the received light signals as data. Since this surface shape measuring device does not require the use of a light receiving PD separately, the arrangement interval of the LEDs can be reduced, and a measuring device with high measurement accuracy and low cost can be realized. Further, when it is desired to measure a large object W, a driving device 580 for moving the object W can be added as shown in FIG. In the example of this figure, an XY movement stage for placing the object W and moving it to the XY plane is provided.

本発明のセンサ機能付発光装置は、指で触れた部分のLEDが点灯/消灯する手書き入力型LEDディスプレイやタッチパネル、実弾の代わりにレーザ光を使うレーザ射撃競技用のターゲットやシューティングゲームのディスプレイ、LEDを使ったオブジェ、玩具等に好適に適用できる。   The light emitting device with sensor function of the present invention is a handwritten input type LED display or touch panel in which the LED of the part touched with a finger is turned on / off, a target for laser shooting competition using a laser beam instead of a real bullet, a display for a shooting game, It can be suitably applied to objects, toys, etc. using LEDs.

LEDの電圧−電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage-current characteristic of LED. LEDの発光波長と吸収波長を示すグラフである。It is a graph which shows the light emission wavelength and absorption wavelength of LED. 本発明の実施の形態1に係るレーザ射撃競技ターゲット用LEDディスプレイを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the LED display for laser shooting competition targets which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図bに示すレーザ射撃競技ターゲット用LEDディスプレイの回路図である。It is a circuit diagram of the LED display for laser shooting competition targets shown in FIG. 図bのLEDディスプレイを構成するLEDの点灯状態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the lighting state of LED which comprises the LED display of FIG. 図bのLEDディスプレイを構成するLEDの受光状態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the light reception state of LED which comprises the LED display of FIG. 点灯モードとセンサモードとの切り替えの様子を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the mode of switching to lighting mode and sensor mode. 本発明の実施の形態2に係る手書き入力用ディスプレイを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the display for handwriting input which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る色識別装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the color identification apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 照射光のパルスと、これを受光したRGBの各LEDの受光信号を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the pulse of irradiation light, and the light reception signal of each LED of RGB which received this. 対象物の表面形状の識別を行う状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which identifies the surface shape of a target object. 本発明の実施の形態4に係る表面形状測定装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the surface shape measuring apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. LEDボードのLEDの2次元配列を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the two-dimensional arrangement | sequence of LED of an LED board. 駆動装置を付加した表面形状測定装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the surface shape measuring apparatus which added the drive device.

符号の説明Explanation of symbols

100…センサ機能付発光装置
10、210…表示部
12、312…LED
14…LEDボード
20、320、420…点灯回路
22…コントローラ
24…I/O端子
26…センサ入力
30…点灯制御回路
40、340、440…受光検出回路
42…増幅回路
44…トランジスタ
50…画像表示回路
60…レーザライフル
330、430…処理回路
470…データ蓄積回路
580…駆動装置
W…対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Light-emitting device with a sensor function 10, 210 ... Display part 12, 312 ... LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... LED board 20, 320, 420 ... Lighting circuit 22 ... Controller 24 ... I / O terminal 26 ... Sensor input 30 ... Lighting control circuit 40, 340, 440 ... Light reception detection circuit 42 ... Amplifying circuit 44 ... Transistor 50 ... Image display Circuit 60 ... Laser rifle 330, 430 ... Processing circuit 470 ... Data storage circuit 580 ... Drive device W ... Object

Claims (12)

複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、
前記表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、
前記点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯/消灯を制御可能な点灯制御回路と
を備えるセンサ機能付発光装置であって、
さらに、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する受光検出回路を備えており、
前記点灯制御回路は、前記半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備えており、
前記センサ入力は、前記受光検出回路と電気的に接続されており、
前記点灯制御回路は、前記半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとに時分割で切り替え可能であって、
点灯モードにおいては、前記点灯回路を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、
センサモードにおいては、前記点灯回路から前記半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を前記受光検出回路が生成すると、前記センサ入力でこれを検出して受光状態にあることを検出可能に構成してなることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A display unit in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged vertically and horizontally in a predetermined pattern;
A lighting circuit capable of supplying driving power for causing the semiconductor light emitting element of the display unit to emit light;
A light emitting device with a sensor function comprising a lighting control circuit capable of controlling lighting / extinguishing of a semiconductor light emitting element by controlling the lighting circuit;
Furthermore, when the semiconductor light emitting element receives light to generate photovoltaic power, the semiconductor light emitting element includes a light receiving detection circuit that generates a light receiving signal generated by the photovoltaic power,
The lighting control circuit includes a sensor input for inputting different received light signals in the lighting period and the extinguishing period of the semiconductor light emitting element,
The sensor input is electrically connected to the light reception detection circuit,
The lighting control circuit can be switched in time division between a lighting mode for lighting the semiconductor light emitting element and a sensor mode for turning off and functioning as a sensor,
In the lighting mode, the lighting circuit is driven to supply power to the semiconductor light emitting element to light it,
In the sensor mode, when the light reception detection circuit generates a light reception signal generated by stopping the power supply from the lighting circuit to the semiconductor light emitting element and receiving light by the semiconductor light emitting element, A light emitting device with a sensor function, wherein the light emitting device is configured to be able to detect the light receiving state by detecting the sensor input.
請求項1に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記受光検出回路は、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備えることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
The light emitting device with sensor function according to claim 1,
The light receiving device with a sensor function, wherein the light receiving detection circuit includes an amplifying circuit for amplifying a light receiving signal generated by the photovoltaic power when the semiconductor light emitting element receives light and generates photovoltaic power.
請求項1又は2に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記点灯制御回路は、人間の目に半導体発光素子の点滅を感知させない速度で、点灯モードとセンサモードとを切り替えることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
The light emitting device with sensor function according to claim 1 or 2,
The light-emitting device with a sensor function, wherein the lighting control circuit switches between a lighting mode and a sensor mode at a speed at which human eyes do not sense blinking of a semiconductor light-emitting element.
請求項1から3のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記点灯制御回路は、100Hz以上の周期で、点灯モードとセンサモードとを切り替えることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 3,
The light-emitting device with a sensor function, wherein the lighting control circuit switches between a lighting mode and a sensor mode at a cycle of 100 Hz or more.
請求項1から4のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記半導体発光素子が、異なる複数の発光色に発光可能であることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 4,
The light emitting device with a sensor function, wherein the semiconductor light emitting element can emit light in a plurality of different emission colors.
請求項1から5のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部は、前記半導体発光素子をマトリクス状に配置してなることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 5,
The light emitting device with a sensor function, wherein the display section includes the semiconductor light emitting elements arranged in a matrix.
請求項1から6のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記半導体発光素子が発光ダイオードであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 6,
The light emitting device with a sensor function, wherein the semiconductor light emitting element is a light emitting diode.
複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、
前記表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、
前記点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯/消灯を制御可能な点灯制御回路と、
を備えるセンサ機能付発光装置であって、
前記点灯制御回路は、時分割で前記半導体発光素子の点灯/消灯を制御すると共に、前記半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備え、
前記センサ機能付発光装置はさらに、
一の半導体発光素子の消灯期間に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じると、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備え、
前記増幅回路は前記センサ入力に電気的に接続されており、
前記点灯制御回路は、
点灯期間においては、前記半導体発光素子を点灯モードとして前記点灯回路を駆動して該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、
消灯期間においては、前記半導体発光素子をセンサモードとして電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じた際に、発生する受光信号を前記増幅回路によって増幅し、前記センサ入力に入力することで受光状態を検出可能に構成してなることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A display unit in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged vertically and horizontally in a predetermined pattern;
A lighting circuit capable of supplying driving power for causing the semiconductor light emitting element of the display unit to emit light;
A lighting control circuit capable of controlling lighting / extinguishing of the semiconductor light emitting element by controlling the lighting circuit;
A light emitting device with a sensor function comprising:
The lighting control circuit includes a sensor input for controlling lighting / extinguishing of the semiconductor light emitting element in a time-sharing manner, and for inputting different received light signals in the lighting period and the extinguishing period of the semiconductor light emitting element,
The light emitting device with sensor function further includes
When the semiconductor light emitting element receives light and generates photovoltaic power during the extinguishing period of one semiconductor light emitting element, the semiconductor light emitting element includes an amplification circuit for amplifying a received light signal generated by the photovoltaic power,
The amplifier circuit is electrically connected to the sensor input;
The lighting control circuit is
In the lighting period, the semiconductor light emitting element is driven in the lighting mode to drive the lighting circuit to supply power to the semiconductor light emitting element to light it,
In the extinguishing period, the semiconductor light emitting element is set in the sensor mode to stop power supply, and when the semiconductor light emitting element receives light and generates photovoltaic power, the light receiving signal generated is amplified by the amplifier circuit, A light emitting device with a sensor function, wherein a light receiving state can be detected by inputting to a sensor input.
請求項1から8のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部がシューティングゲーム用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 8,
The light emitting device with a sensor function, wherein the display unit is a display for a shooting game.
請求項1から8のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部がクレー射撃用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 8,
A light emitting device with a sensor function, wherein the display unit is a display for clay shooting.
請求項1から8のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部が手書き文字入力用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 8,
The light emitting device with a sensor function, wherein the display unit is a display for inputting handwritten characters.
請求項1から8のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部がタッチパネル用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
A light emitting device with a sensor function according to any one of claims 1 to 8,
The light emitting device with a sensor function, wherein the display unit is a display for a touch panel.
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