JP2009222675A - 照度センサ、表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯機器に適した電池電圧を使用しながら照度と出力電圧との間の線形性が満たされる領域で動作させることができ、照度検出精度の高い照度センサ、表示装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】外光の明るさに応じた光電流ＩＰＤを発生するフォトダイオード１１１と、増幅された接続点ａの電位ＶＰＤをデジタルデータに変換し、照度センサ回路１１０出力としてＬＥＤ制御ロジック回路１２０に出力するＡ／Ｄ変換器１１５と、フォトダイオード１１１に直列に接続された抵抗１１２と抵抗１１３の接続点ｂを接地する／しないを切り替えるスイッチ１１６とを備える。ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、フォトダイオード１１１の出力にあわせてスイッチ１１６のオンオフ制御して接続点ｂの電位を変えることで、接続点ａの電位ＶＰＤ、すなわちＡ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯機器などの表示装置に使用されて周囲の明るさを検出する照度センサ、表示装置及び電子機器に関する。

従来、発光装置としては、例えば携帯電話機に搭載されたカメラ用補助光源などが知られている。特に、近年普及しているカメラ付き携帯電話機においては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、ＬＥＤの駆動回路及びＬＥＤの駆動回路を制御する制御回路から構成され、ＬＣＤ表示部等のバックライトやカメラ撮影時の補助光源とされる発光装置が多く採用されている。

ＬＥＤとしては、１つもしくは複数の白色のＬＥＤを搭載して白色の光源として用いられるもの、又はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色のＬＥＤを搭載して白色を含む様々な色の光源として用いられるものなどがある。また、駆動回路としては、ＬＥＤに一定の電流を加えることが可能な定電流回路などがある。そして、制御回路は、定電流回路の制御を携帯電話機のユーザの操作に応じて行い、ＬＥＤの点灯状態を変えることが可能である。

携帯機器などで使用されているＬＥＤを使った発光表示装置は、屋内、屋外を問わず、さまざまな周囲の明るさの下で使用される。そのため、表示像があまり明るくないと、明るい所で使用する場合に見難くなる。また、逆に暗い場所で使用する場合は、表示画像が明るすぎても、まぶしくなり像を見難くなる。

特許文献１には、環境の明るさに応じて表示画像の明るさを調整する表示装置が記載されている。

図１０は、特許文献１記載の発光表示装置の調光部の構成を示す図である。

図１０において、発光表示装置の調光部１０ａは、電源電圧（１５Ｖ）を印加する電源端子１１、フォトダイオード１２、オペアンプ１３，１４、抵抗１５（抵抗値：Ｒ１）、抵抗１６（抵抗値：Ｒ２）、及び可変抵抗１７（抵抗値：Ｒ３）を備えて構成される。

フォトダイオード１２は、外光の明るさに応じた光電流Ｉを発生する受光素子であり、電源端子１１とオペアンプ１３の正側入力端子に接続される。

抵抗１６は、一端が電源端子１１に接続され、他端が可変抵抗１７及びオペアンプ１４の正側入力端子に接続される。

オペアンプ１４の出力電圧Ｖｐ’は、電源電圧１５Ｖを抵抗１６と抵抗１７により分圧された電圧となる。オペアンプ１４の出力端子は、抵抗１５を介して、フォトダイオード１２及びオペアンプ１３の正側入力端子に接続される。

オペアンプ１３の入力電圧Ｖｐは、次式（１）で表されるように、オペアンプ１４の出力電圧Ｖｐ’よりもＲ１×Ｉだけ高くなり、電流Ｉに応じて変動する。

Ｖｐ＝Ｖｐ’＋Ｒ１×Ｉ …（１）
以上のように、照度に従って変化する電圧Ｖｐを出力することができる。オペアンプ１３の入力電圧Ｖｐは、オペアンプ１４の出力電圧Ｖｐ’よりもＩ・Ｒ１だけ高くなり、電流Ｉに応じて変動する。フォトダイオード１２が受光しないとき、電流は０になって、オペアンプ１３の入力電圧Ｖｐはオペアンプ１４の出力電圧Ｖｐ’に等しくなる。オペアンプ１３の出力電圧とフォトダイオード１２の受光量は直線関係にあり、出力電圧Ｖｐには最低値Ｖｐ’が存在する。
特開平１０−２８２９２４号公報

しかしながら、このような従来の照度センサにあっては、以下のような問題点があった。

（１）携帯電話やゲーム機などの携帯機器では一般にリチウムイオン電池などが用いられ、電池電圧が３．３Ｖから３．７Ｖ程度であり、１５Ｖなどの高電源電圧を使用することはできない。このため、電池電圧の低下の影響を受けやすく、検出精度を確保するのが難しい。例えば、長時間使用による電池出力電圧の低下により、元々広くない検出レンジがクリップされより狭小となる。また、フォトダイオードのアノードとカソードとの間に生じる電圧のため、電流・電圧変換の出力が２．０から２．５Ｖ程度まで制限される。この制限があるため、それ以上の出力電圧で使用しようとすると照度と出力電圧との間の線形性が崩れてしまう欠点があった。

（２）また、後段にサンプリング回路などを有さないため、蛍光灯などのちらつきをそのまま反映してしまい、表示装置の表示画像にちらつきが重畳されてしまうという欠点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、携帯機器に適した電池電圧を使用しながら照度と出力電圧との間の線形性が満たされる領域で動作させることができ、照度検出精度の高い照度センサ、表示装置及び電子機器を提供することを目的とする。

また、本発明は、蛍光灯等の外光のちらつきの影響を防止することができる照度センサ、表示装置及び電子機器を提供することを別の目的とする。

本発明の照度センサは、外光の明るさに応じた光電流を発生する受光素子と、発生した光電流を電圧に変換する電圧変換手段と、電圧に変換された受光素子出力をデジタルデータに変換し、照度データとして出力するＡ／Ｄ変換器と、電圧に変換された受光素子出力に基づいて、前記電圧変換手段の出力電位を変えることで前記Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインを切り替える切替手段と、を備える構成を採る。

本発明の表示装置は、照度センサによって検出した周囲の明るさに応じて発光素子の輝度を調整する表示装置であって、上記照度センサを用いる構成を採る。

本発明の電子機器は、照度センサによって検出した周囲の明るさに応じて発光素子の輝度を調整する表示装置を備える電子機器であって、上記照度センサを用いる構成を採る。

本発明によれば、受光素子の出力にあわせてＡ／Ｄ変換器の入力ゲインを切り替えることにより、照度と出力電圧との間の線形性が満たされる領域でＡ／Ｄ変換器を動作させることができる。また、蛍光灯のちらつきの周波数の２倍より低い周波数でサンプリングすることにより、商用電源周波数に起因する蛍光灯のちらつきの影響をも回避することができる。

その結果、機器を使用する使用者が必ずしも表示明るさの設定を変更しなくても、機器内の制御により、最適な明るさで表示することができる。また、暗い環境などでの不必要な明るさで表示することがなく、消費電力の削減、ひいては電池の消耗を抑えることができ、機器の使用時間の延長を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る照度センサの構成を示す回路図である。本実施の形態は、携帯電話機やゲーム機などの携帯機器などで使用されているＬＥＤを使った発光表示装置の照度を検出する照度センサ回路に適用した例である。

図１において、発光表示装置１００は、電源端子１０１，１０２、スイッチ１０３、照度センサ回路１１０、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０、ＬＥＤ駆動回路１３０、及び表示用ＬＥＤ１４１〜１４７を備えて構成される。

電源端子１０１は、例えばリチウムイオン電池の３．３Ｖから３．７Ｖ程度の電圧を印加する照度センサ回路用電源端子である。

電源端子１０２は、表示用ＬＥＤ１４１〜１４７に電流を供給する表示用ＬＥＤ駆動用電源端子である。

スイッチ１０３は、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０からのオンオフロジック信号に従って、電源端子１０１から照度センサ回路１１０への電源供給をオンオフする。

照度センサ回路１１０は、フォトダイオード１１１、抵抗１１２（抵抗値：Ｒ１）、抵抗１１３（抵抗値：Ｒ２）、バッファ１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、及びＭＯＳトランジスタからなるスイッチ１１６を備えて構成される。

フォトダイオード１１１は、外光の明るさに応じた光電流（フォトダイオード電流）ＩＰＤを発生する受光素子であり、受光すると照度に応じた光電流ＩＰＤを流す。フォトダイオード１１１の一端は、スイッチ１０３を介して電源端子１０１に接続され、電源端子１０１から３．７Ｖの電圧が印加される。フォトダイオード１１１の他端は、抵抗１１２に接続され（この接続点を点ａとする）、抵抗１１２の他端は抵抗１１３に接続され（この接続点を点ｂとする）、抵抗１１３の他端は接地される。上記抵抗１１２及び抵抗１１３は、発生した光電流ＩＰＤを電圧に変換する電圧変換手段としての機能を有する。

フォトダイオード１１１は、直列接続された抵抗１１２及び抵抗１１３を介して外光の明るさに応じた光電流ＩＰＤを流す。フォトダイオード１１１と抵抗１１２との接続点ａの電位ＶＰＤは、ＶＰＤ＝ＩＰＤ×（Ｒ１＋Ｒ２）となる。

バッファ１１４は、接続点ａの電位ＶＰＤを増幅してＡ／Ｄ変換器１１５に出力する。

Ａ／Ｄ変換器１１５は、増幅された接続点ａの電位ＶＰＤをデジタルデータに変換し、照度センサ回路１１０出力として後段のＬＥＤ制御ロジック回路１２０に出力する。Ａ／Ｄ変換器１１５からは、フォトダイオード１１１が受光した照度に応じたデジタルデータが出力される。

抵抗１１２と抵抗１１３の接続点ｂは、スイッチ１１６を構成するＭＯＳトランジスタのソースに接続され、このＭＯＳトランジスタのドレインは接地される。また、このＭＯＳトランジスタのゲートはＬＥＤ制御ロジック回路１２０からの切替信号を受け、ＭＯＳトランジスタは、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０からの切替信号によりオンオフする。上記スイッチ１１６は、Ａ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替える切替手段の一部を構成する。

ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力、すなわちフォトダイオード１１１が受光した照度に応じて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）駆動のデューティ比を決定し、ＬＥＤ駆動回路１３０を介して表示用ＬＥＤ１４１〜１４７を制御する。

また、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、スイッチ１１６に切替信号を出力して、スイッチ１１６が接続点ｂを接地する／しないを切り替える。ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、スイッチ１１６のオンオフにより接続点ｂの電位を変えることでＡ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替える切替手段としての機能を有する。

さらに、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、スイッチ１０３、バッファ１１４、及びＡ／Ｄ変換器１１５にオンオフロジック信号を出力して、これら各部の動作／非動作を制御する。これにより、照度センサ回路１１０、バッファ１１４、及びＡ／Ｄ変換器１１５への電源供給を適宜遮断することで省電力化を図ることができる。上記オンオフロジック信号の詳細については、実施の形態４の図８により後述する。

ＬＥＤ駆動回路１３０は、例えば定電流回路などからなり、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０の出力に応じて、電源端子１０２に接続された表示用ＬＥＤ１４１〜１４７をそれぞれ発光させ、所望の明るさに点灯させる。

表示用ＬＥＤ１４１〜１４７は、ＬＥＤ駆動回路１３０の駆動制御により電流が印加されると発光するデバイスである。表示用ＬＥＤ１４１〜１４７は、白色、又は、白色を含む様々な色の発光が可能である。本実施の形態は、例えば携帯電話機などの携帯機器のキー操作部のキーバックライト用に適用した例であり、個数は７つの例であるが、勿論これに限定されるものではない。適用対象となるＬＥＤは、携帯機器に限ってみてもＬＣＤ表示部のバックライトをはじめ、カメラ付き携帯電話機のカメラ撮影時の補助光源がある。本実施の形態の照度センサ回路１１０は、上述したＬＥＤを含むあらゆる発光素子の明るさを検出するセンサに適用できる。

以下、上述のように構成された発光表示装置の動作について説明する。

受光素子として使用される一般的なフォトダイオード１１１では、上述したようにアノードとカソードの間の電圧の制約があるため、接続点ａの電位ＶＰＤの最大出力電圧は、２．０から２．５Ｖ程度となり、この値以上の電圧では照度と出力電圧の線形性が崩れてしまう。

そこで、本実施の形態では、照度センサ回路１１０が、抵抗１１３の両端に接続されたスイッチ１１６と、このスイッチ１１６をオンオフ制御する切替手段としての機能を有するＬＥＤ制御ロジック回路１２０とを備え、フォトダイオード１１１（受光素子）の出力にあわせてＡ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替えることで、照度と出力電圧との間の線形性が満たされる領域で動作させる。

ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、照度が弱く光電流ＩＰＤの小さな場合にはスイッチ１１６をオフにし、逆に、照度が強く光電流ＩＰＤの大きな場合にはスイッチ１１６をオンにする。

スイッチ１１６がオフされると、フォトダイオード１１１に接続される抵抗１１２，１１３の抵抗値はＲ１＋Ｒ２となり、接続点ａの電位ＶＰＤは、ＩＰＤ×（Ｒ１＋Ｒ２）となる。また、スイッチ１１６がオンされると、抵抗１１３はショートされることになり、接続点ａの電位ＶＰＤは、ＩＰＤ×Ｒ１となる。

これにより、最大出力電圧の低い電位ＶＰＤであっても広範囲な照度を検出することが可能となる。

本実施の形態は、スイッチ１１６のオンオフ制御により、Ａ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替え、Ａ／Ｄ変換器１１５を照度と出力電圧との間の線形性が満たされる領域で動作させる。この基本制御に加え、さらに、ゲイン切り替えは、フォトダイオード特性による非線形性部分が現れない領域で切り替えることを特徴とする。

図２は、照度[ｌｘ]とフォトダイオード１１１の出力電圧ＶＰＤ[ｖ]の関係を示す図であり、８ビットのＡ／Ｄ変換器１１５を用いた場合の例である。

図２に示すように、接続点ａの電位ＶＰＤが２．５Ｖを超えるところから非線形性領域に入る。この非線形性領域は、照度からみると、スイッチ１１６がオフ状態（高ゲイン設定）の時は、２５５[ｌｘ]までの照度、スイッチ１１６がオン状態（低ゲイン設定）の時は、３２０００[ｌｘ]までの照度である。本実施の形態では、高ゲイン設定と低ゲイン設定との切り替えを、フォトダイオード特性による非線形性部分が現れない領域で行う。

例えば、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、スイッチ１１６がオフ状態（高ゲイン設定）の時に入力されるＡ／Ｄ変換器１１５の出力がＶＰＤ＝２Ｖ以上であることを示すとスイッチ１１６をオンし、スイッチ１１６がオン状態（低ゲイン設定）の時に入力されるＡ／Ｄ変換器１１５の出力がＶＰＤ＝０．５Ｖ以下であることを示すとスイッチ１１６をオフする。

このように、高ゲイン設定範囲（スイッチ１１６をオフ時）と低ゲイン設定範囲（スイッチ１１６をオン時）との領域が相互に重なり合うようにすることで、線形性が崩れてしまう領域での使用を回避することができる。

ところで、本発光表示装置１００を屋内で使用する場合、照度センサ回路１１０が蛍光灯のちらつきの影響を受ける可能性がある。商用電源周波数は、関西が６０Ｈｚ、関東が５０Ｈｚであり、蛍光灯としては、交流の正負の電圧のピークとなるときに放電が起こるので、それぞれ１２０Ｈｚ、あるいは１００Ｈｚで点灯する。シャノンの定理に従えば、サンプリング周波数の１／２以上の周波数についてはサンプリングされない。したがって、Ａ／Ｄ変換器１１５のサンプリング周波数を蛍光灯のちらつきの周波数の２倍、つまり、商用電源周波数の４倍にあたる２００Ｈｚ以下とすれば、蛍光灯のちらつきの影響を除去することもできる。本実施の形態では、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０が、スイッチ１０３にオンオフロジック信号を出力して所定期間だけ照度センサ回路１１０を起動すると共に、Ａ／Ｄ変換器１１５の動作タイミングを商用電源周波数の４倍にあたる２００Ｈｚ以下とする制御信号を出力する制御手段としての機能を有する。省電力化及び、蛍光灯のちらつきの影響を除去することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、外光の明るさに応じた光電流ＩＰＤを発生するフォトダイオード１１１と、増幅された接続点ａの電位ＶＰＤをデジタルデータに変換し、照度センサ回路１１０出力としてＬＥＤ制御ロジック回路１２０に出力するＡ／Ｄ変換器１１５と、フォトダイオード１１１に直列に接続された抵抗１１２と抵抗１１３の接続点ｂを接地する／しないを切り替えるスイッチ１１６とを備える。ＬＥＤ制御ロジック回路１２０は、フォトダイオード１１１の出力にあわせてスイッチ１１６のオンオフ制御して接続点ｂの電位を変えることで、接続点ａの電位ＶＰＤ、すなわちＡ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替える。これにより、フォトダイオード１１１の出力にあわせてＡ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替えることで、照度と出力電圧との間の線形性が満たされる領域でＡ／Ｄ変換器１１５を動作させることができる。

また、蛍光灯のちらつきの周波数の２倍より低い周波数でサンプリングするＡ／Ｄ変換器１１５を用いることで、蛍光灯のちらつきを除外した正しい値を基に照度制御を行うことができる。

したがって、本実施の形態の照度センサ回路１１０を発光表示装置１００に適用することで、屋内、屋外を問わず利用される携帯機器に使用されているＬＥＤなどを用いた表示装置の明るさを調整することが可能となる。この場合、商用電源周波数に起因する蛍光灯のちらつきの影響をも回避することができる。

その結果、機器を使用する使用者が必ずしも表示明るさの設定を変更しなくても、機器内の制御により、最適な明るさで表示することができる。また、暗い環境などでの不必要な明るさで表示することがなく、消費電力の削減、ひいては電池の消耗を抑えることができ、機器の使用時間の延長を実現することができる。

本実施の形態のセンサ回路は、広範に変化する環境の明るさを低電源電圧で検知できるので、携帯機器などの表示装置に好適である。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る照度センサの構成を示す回路図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図３において、発光表示装置２００は、電源端子１０１，１０２、スイッチ１０３、照度センサ回路２１０、ＬＥＤ制御ロジック回路２２０、ＬＥＤ駆動回路１３０、及び表示用ＬＥＤ１４１〜１４７を備えて構成される。

照度センサ回路２１０は、フォトダイオード１１１、抵抗１１２（抵抗値：Ｒ１）、抵抗１１３（抵抗値：Ｒ２）、バッファ１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、ヒステリシス回路２１１、及びスイッチ１１６を備えて構成される。

照度センサ回路２１０は、図１の照度センサ回路１１０のＡ／Ｄ変換器１１５の出力側にヒステリシス回路２１１を設け、ヒステリシス回路２１１の出力を照度センサ回路２１０の出力としている。

ＬＥＤ制御ロジック回路２２０は、図１のＬＥＤ制御ロジック回路１２０の機能に加えて、ヒステリシス回路２１１からの一致信号を基にＡ／Ｄ変換器１１５の入力ゲインを切り替えるヒステリシスによるゲイン切り替え制御を行う。

フォトダイオード１１１が受光する光の照度によっては、スイッチ１１６により、高ゲイン設定と低ゲイン設定とを相互に切り替わることが起こりうる。例えば、図２に示すように、高ゲイン設定と低ゲイン設定との切り替えを行うような照度近傍を繰り返し受光するとき、高ゲイン設定と低ゲイン設定とを相互に切り替わる。高ゲイン設定と低ゲイン設定の切り替わりが頻繁に連続して発生することは、回路動作の安定性を損なうので好ましくない。そこで、本実施の形態では、ヒステリシス回路２１１を用いて、高ゲイン設定と低ゲイン設定の切り替わりが頻繁に連続して発生することを回避する。

ヒステリシス回路２１１は、ゲート回路からなる一致回路を用いることで実現できる。

図４は、ヒステリシス回路２１１の動作を示すフローチャートであり、図４（ａ）は高ゲイン設定時、図４（ｂ）は低ゲイン設定時のゲイン切り替えを示す。図中、○印は所定経過時間[ｓ]、ｎは任意のサンプリング回数である。

図４（ａ）に示すように、周囲環境が比較的暗く高ゲイン設定の場合、周囲が明るくなり、フォトダイオード１１１の出力が徐々に大きくなると、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力がすべて１となる。この状態を任意のサンプリング回数（ｎ回）にわたって連続して維持し、連続したｎ回においてＡ／Ｄ変換器１１５の出力がすべて１であれば、その一致信号をＬＥＤ制御ロジック回路２２０に出力する。ＬＥＤ制御ロジック回路２２０は、この場合周囲環境が明るくなったと判定し、スイッチ１１６をオンし、高ゲイン設定から低ゲイン設定に切り替える。

また、図４（ｂ）に示すように、周囲環境が比較的明るく低ゲイン設定の場合、周囲が暗くなり、フォトダイオード１１１の出力が徐々に小さくなると、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力がすべて０となる。この状態を任意のサンプリング回数（ｎ回）にわたって、連続して維持し、連続したｎ回においてＡ／Ｄ変換器１１５の出力がすべて０であれば、その一致信号をＬＥＤ制御ロジック回路２２０に出力する。ＬＥＤ制御ロジック回路２２０は、この場合周囲環境が暗くなったと判定し、スイッチ１１６をオフし、低ゲイン設定から高ゲイン設定に切り替える。

このように、本実施の形態では、ヒステリシス回路２１１を用いて、高ゲイン設定と低ゲイン設定の切り替わりが頻繁に連続して発生することを回避することができ、回路動作の安定性を高めることができる。

また、本実施の形態にあっても、実施の形態１と同様に、Ａ／Ｄ変換器１１５のサンプリング周波数を蛍光灯のちらつきの周波数の２倍、つまり、商用電源周波数の４倍にあたる２００Ｈｚ以下とすることで、蛍光灯のちらつきの影響を除去することができる。

なお、本実施の形態では、ヒステリシス回路２１１に一致回路を用いているが、本手法に限らず、他のヒステリシスを実現する方法を用いても構わない。

（実施の形態３）
実施の形態２では、ヒステリシス回路２１１を設けることで高ゲイン設定と低ゲイン設定とが相互に頻繁に切り替わることを回避することができた。

上記高ゲイン設定と低ゲイン設定とは別に、フォトダイオード１１１が受光する光の照度によっては、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力と所定の設定値との比較により決定されるＬＥＤ制御ロジック回路１２０の出力も頻繁に切り替わることが起こりうる。ＬＥＤ制御ロジック回路１２０の出力が頻繁に連続して切り替わることは、表示用ＬＥＤ１４１〜１４７の輝度の変化を招くので好ましくない。実施の形態３は、照度による表示用ＬＥＤ１４１〜１４７の輝度の変化を回避する例について説明する。

図５は、本発明の実施の形態３に係る照度センサの構成を示す回路図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図５において、発光表示装置３００は、電源端子１０１，１０２、スイッチ１０３、照度センサ回路３１０、ＬＥＤ制御ロジック回路３２０、ＬＥＤ駆動回路１３０、及び表示用ＬＥＤ１４１〜１４７を備えて構成される。

照度センサ回路３１０は、フォトダイオード１１１、抵抗１１２（抵抗値：Ｒ１）、抵抗１１３（抵抗値：Ｒ２）、バッファ１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、ヒステリシス回路３１１、及びスイッチ１１６を備えて構成される。

照度センサ回路３１０は、図１の照度センサ回路１１０のＡ／Ｄ変換器１１５の出力側にヒステリシス回路３１１を設け、ヒステリシス回路３１１の出力を照度センサ回路３１０の出力としている。

ＬＥＤ制御ロジック回路３２０は、図１のＬＥＤ制御ロジック回路１２０の機能に加えて、ヒステリシス回路３１１からの一致信号を基にＬＥＤ制御ロジック回路３２０の出力を安定させる制御を行う。

ヒステリシス回路３１１は、ゲート回路からなる一致回路を用いることで実現できる。

図６は、ヒステリシス回路３１１の動作を示すフローチャートであり、図中、○印は所定経過時間[ｓ]、ｎは任意のサンプリング回数である。

Ａ／Ｄ変換器１１５の出力が、設定値Ｘ以上である状態が任意のサンプリング回数（ｎ回）にわたって連続して設定値Ｘ以上であるとき、その結果をＬＥＤ制御ロジック回路３２０に出力する。この設定値Ｘは複数である。ＬＥＤ制御ロジック回路３２０は、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力が設定値Ｘ以上でそれが連続した場合に、対応する輝度に変更又は設定することができると判断し、対応する輝度となるよう設定値を設定してＬＥＤ駆動回路１３０を駆動する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力が、設定値Ｘ以上であってもそれがｎ回連続しない場合は、ＬＥＤ駆動回路１３０を駆動するための設定値を変えることなく、照度による表示用ＬＥＤ１４１〜１４７の輝度の変動を回避する。上記設定値Ｘは複数であり、上記制御は各設定値Ｘにおいて実施される。

同様に、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力が、設定値Ｘ−ｎ以下である状態が任意のサンプリング回数（ｎ回）にわたって連続して設定値Ｘ−ｎ以下であるとき、その結果をＬＥＤ制御ロジック回路３２０に出力する。この設定値Ｘ−ｎも複数である。ＬＥＤ制御ロジック回路３２０は、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力が設定値Ｘ−ｎ以下でそれが連続した場合に、対応する輝度に変更又は設定することができると判断し、対応する輝度となるよう設定値を設定してＬＥＤ駆動回路１３０を駆動する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力が、設定値Ｘ−ｎ以下であってもそれがｎ回連続しない場合は、ＬＥＤ駆動回路１３０を駆動するための設定値を変えることなく、照度による表示用ＬＥＤ１４１〜１４７の輝度の変動を回避する。上記設定値Ｘ−ｎは複数であり、上記制御は各設定値Ｘ−ｎにおいて実施される。

このように、本実施の形態では、ヒステリシス回路３１１を用いて、ＬＥＤ制御ロジック回路３２０の出力も頻繁に切り替わることを回避することができ、表示用ＬＥＤ１４１〜１４７の輝度のむやみな変化を防ぐことができる。

なお、本実施の形態のヒステリシス制御に、実施の形態２のヒステリシス制御を併用してもよいことは言うまでもない。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る照度センサの構成を示す回路図である。図３と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図７において、発光表示装置４００は、電源端子１０１，１０２、スイッチ１０３、照度センサ回路４１０、ＬＥＤ制御ロジック回路４２０、ＬＥＤ駆動回路１３０、及び表示用ＬＥＤ１４１〜１４７を備えて構成される。

照度センサ回路４１０は、フォトダイオード１１１、抵抗１１２（抵抗値：Ｒ１）、抵抗１１３（抵抗値：Ｒ２）、バッファ１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、ヒステリシス回路２１１、平均化回路４１１、及びスイッチ１１６を備えて構成される。

照度センサ回路４１０は、図３の照度センサ回路２１０のヒステリシス回路２１１の出力側に平均化回路４１１を設け、平均化回路４１１の出力を照度センサ回路４１０の出力としている。

ＬＥＤ制御ロジック回路４２０は、図１のＬＥＤ制御ロジック回路１２０の機能に加えて、Ａ／Ｄ変換器１１５を商用電源周波数のｎ倍で動作させる制御手段としての機能を有する。

平均化回路４１１は、ｎ／２回以上のＡ／Ｄ変換器１１５の出力の平均値を出力する。

前記各実施の形態１乃至３では、Ａ／Ｄ変換器１１５のサンプリング周波数を蛍光灯のちらつきの周波数の２倍、つまり、商用電源周波数の４倍にあたる２００Ｈｚ以下とすることで、蛍光灯のちらつきの影響を除去していた。本実施の形態では、平均化回路４１１を用いることで、別の方法で蛍光灯のちらつきの影響を除去する。

図８は、スイッチ１０３のオンオフロジック信号とＡ／Ｄ変換器１１５の出力タイミングを示すタイミングチャートである。

図８（ａ）に示すように、スイッチ１０３のオンオフロジック信号は、ＬＥＤ制御ロジック回路４２０によりＴの周期でＴ１期間だけオンされる。なお、スイッチ１０３のオンオフロジック信号は、前記各実施の形態１乃至３についても同様である。

本実施の形態では、ヒステリシス回路２１１の出力に平均化回路４１１を設け、平均化回路４１１の出力をＬＥＤ制御ロジック回路４２０に入力する。ＬＥＤ制御ロジック回路４２０は、Ａ／Ｄ変換器１１５を商用電源周波数のｎ倍で動作させ、平均化回路４１１はｎ／２回以上のＡ／Ｄ変換器１１５の出力の平均値を出力する。

図８（ａ）の拡大図を図８（ｂ）に示すように、Ｔ１期間において、ｎ回のＡ／Ｄ変換器１１５の出力ＯＵＴ１〜ＯＵＴ（ｎ）の平均を取り、この平均データを今回のＡ／Ｄ変換器１１５のデータとしてＬＥＤ制御ロジック回路４２０に出力する。

このように、Ａ／Ｄ変換器１１５を商用電源周波数のｎ倍で動作させ、平均化回路４１１が、ｎ／２回以上のＡ／Ｄ変換器１１５の出力の平均値をとることで、Ａ／Ｄ変換器１１５のサンプリング周波数を２００Ｈｚ以下とする場合と同様に、蛍光灯のちらつきの影響を除去することができる。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係る照度センサを有する携帯端末装置の構成を示す図であり、図９（ａ）はその外観図、図９（ｂ）はその機能ブロック図である。本実施の形態に係る携帯端末装置は、携帯電話機に適用した例である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図９において、携帯端末装置５００は、アンテナ５０１、ＲＦ部５０２、アナログベースバンド部５０３、メモリ５０４、デジタルベースバンド部を有するＣＰＵ５０５、カメラ，音楽再生機能などの各種機能部５０６、液晶ドライバ５０７、液晶ディスプレイ５０８、キー操作部５０９、照度センサ回路１１０、ＬＥＤ制御ロジック回路１２０、ＬＥＤ駆動回路１３０、表示用ＬＥＤ１４０、及び電源部５１０を備えて構成される。なお、表示用ＬＥＤ１４０は、図１の表示用ＬＥＤ１４１〜１４７を総称したもので、キー操作部５０９のキーのバックライトに使用される。これは一例であり、ＬＣＤ表示部のバックライト、カメラ付き携帯電話機のカメラ撮影時の補助光源用ＬＥＤなどの明るさを検出する照度センサに適用できる。

携帯端末装置５００は、携帯電話機／ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System），ＰＤＡ（Personal Digital Assistants），ノート型ＰＣ，デジタルオーディオプレーヤー，携帯ゲーム機などの携帯機器である。これらの携帯機器の表示装置に使用されて周囲の明るさを検出するセンサ回路であればどのような電子機器にも搭載できる。

また、携帯端末装置５００は、実施の形態１の照度センサ回路１１０を適用した例を代表して示したが、実施の形態２乃至４の照度センサ回路２１０，３１０，４１０を適用してもよい。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。例えば、上記各実施の形態は、各種の表示装置に適用した例であるが、発光素子の照度を検出するものであればどのような装置にも同様に適用できる。

例えば、上記各実施の形態では、高ゲイン設定と低ゲイン設定の２ゲイン切り替えを行っているが、２に限定されない。同様の方法により、３以上のＡ／Ｄ変換器の入力ゲインの切り替えを行うことができる。この場合でも、各ゲイン設定領域が相互に重なり合うようにすることで、線形性が崩れてしまう領域での使用を回避することが好ましい。

また、上記各実施の形態では照度センサ、発光表示装置、携帯端末装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、照度センサ回路、携帯機器、発光制御方法等であってもよいことは勿論である。

さらに、上記照度センサを構成する発光素子、各回路部、例えば抵抗、スイッチ等の種類、数及び接続方法などは前述した実施の形態に限られない。スイッチ１０３，１１６は、例えばＭＯＳトランジスタを使用するのが一般的であるが、スイッチング動作を行う素子であればどのようなスイッチ素子であってもよい。

本発明に係る照度センサ、表示装置及び電子機器は、広範に変化する環境の明るさを低電源電圧で検知できるので、携帯機器などの表示装置に有効である。また、各種の表示装置における照度センサに適用して好適であるのみならず、表示装置以外の電子機器にも広く適用され得るものである。

本発明の実施の形態１に係る照度センサの構成を示す回路図 本実施の形態１に係る照度センサの照度とフォトダイオードの出力電圧ＶＰＤの関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る照度センサの構成を示す回路図 本実施の形態２に係る照度センサのヒステリシス回路の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態３に係る照度センサの構成を示す回路図 本実施の形態３に係る照度センサのヒステリシス回路の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態４に係る照度センサの構成を示す回路図 本実施の形態４に係る照度センサのスイッチのオンオフロジック信号とＡ／Ｄ変換器の出力タイミングを示すタイミングチャート 本発明の実施の形態５に係る照度センサを有する携帯端末装置の構成を示す図 従来の発光表示装置の調光部の構成を示す図

符号の説明

１００，２００，３００，４００ 発光表示装置
１０１，１０２ 電源端子
１０３，１１６ スイッチ
１１０，２１０，３１０，４１０ 照度センサ回路
１２０，２２０，３２０，４２０ ＬＥＤ制御ロジック回路
１３０ ＬＥＤ駆動回路
１４０，１４１〜１４７ 表示用ＬＥＤ
１１１ フォトダイオード
１１２，１１３ 抵抗
１１４ バッファ
１１５ Ａ／Ｄ変換器
２１１，３１１ ヒステリシス回路
４１１ 平均化回路
５００ 携帯端末装置

Claims (10)

1. 外光の明るさに応じた光電流を発生する受光素子と、
   発生した光電流を電圧に変換する電圧変換手段と、
   電圧に変換された受光素子出力をデジタルデータに変換し、照度データとして出力するＡ／Ｄ変換器と、
   電圧に変換された受光素子出力に基づいて、前記電圧変換手段の出力電位を変えることで前記Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインを切り替える切替手段と、
   を備える照度センサ。
2. 前記切替手段は、前記受光素子の出力特性の線形性が満たされる領域で、前記Ａ／Ｄ変換器が動作するように前記Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインを切り替える請求項１記載の照度センサ。
3. 前記Ａ／Ｄ変換器は、複数の入力ゲインを有し、
   前記切替手段は、前記受光素子の出力特性の線形性が満たされる領域で、前記Ａ／Ｄ変換器が動作するように前記Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインを一方のゲインから他方のゲインに切り替える請求項１記載の照度センサ。
4. 前記Ａ／Ｄ変換器の出力にヒステリシスを持たせるヒステリシス回路をさらに備える請求項１記載の照度センサ。
5. 前記切替手段は、前記Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインの切り替えを、前記ヒステリシス回路のヒステリシスに従って切り替える請求項１記載の照度センサ。
6. 前記ヒステリシス回路は、前記Ａ／Ｄ変換器の出力が所定出力値で、かつその出力値が所定サンプリング回数にわたって連続して出力したことを検出する一致回路である請求項１記載の照度センサ。
7. 前記Ａ／Ｄ変換器を商用電源周波数の４倍以上で動作させる制御手段をさらに備える請求項１記載の照度センサ。
8. 前記Ａ／Ｄ変換器を商用電源周波数のｎ倍で動作させる制御手段と、
   ｎ／２回以上の前記Ａ／Ｄ変換器の出力の平均値を出力する平均化手段とをさらに備える請求項１記載の照度センサ。
9. 照度センサによって検出した周囲の明るさに応じて発光素子の輝度を調整する表示装置であって、
   前記照度センサは、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の照度センサである表示装置。
10. 照度センサによって検出した周囲の明るさに応じて発光素子の輝度を調整する表示装置を備える電子機器であって、
    前記照度センサは、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の照度センサである電子機器。
    

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