JP2010164374A - Optical detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検出装置に関するものである。 The present invention relates to a photodetection device.
従来において、光を検出する光検出装置の構成として、様々なものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are various configurations of a light detection device that detects light.
図7は、従来の光検出装置の回路例を示す図である。FET10のドレインは接地され、FET10のゲートとソースは−5ボルト(以下、[V])を出力する電源の出力節点に接続されている。FET10には、光Lの強度に応じた光電流Iが流れる。光検出装置は、例えば液晶表示装置におけるバックライトの輝度を光電流Iに応じて調整するために用いられる。 FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit example of a conventional photodetector. The drain of the FET 10 is grounded, and the gate and source of the FET 10 are connected to an output node of a power source that outputs -5 volts (hereinafter, [V]). A photocurrent I corresponding to the intensity of the light L flows through the FET 10. The photodetection device is used, for example, for adjusting the luminance of a backlight in a liquid crystal display device according to the photocurrent I.
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。 Prior art document information related to the invention of this application includes the following.
しかしながら、FET10の特性のバラツキや温度等による揺らぎに起因して、光電流Iが光Lの強度に応じたものとならないことある。例えば、液晶表示装置において、FET10のゲート電圧をしきい値電圧に等しくした上でバックライトの輝度を調整する場合、FET10の特性のバラツキや揺らぎに起因して、ゲート電圧がしきい値電圧に対して異なってしまうと、光の強度に応じた正確な調整を行うことができない。 However, the photocurrent I may not correspond to the intensity of the light L due to variations in the characteristics of the FET 10 or fluctuations due to temperature or the like. For example, in a liquid crystal display device, when adjusting the luminance of the backlight after making the gate voltage of the FET 10 equal to the threshold voltage, the gate voltage becomes the threshold voltage due to variations in characteristics of the FET 10 and fluctuations. On the other hand, if it differs, accurate adjustment according to the light intensity cannot be performed.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正確な光の強度を求めることができる光検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light detection device capable of obtaining accurate light intensity.
上記の課題を解決するために、第1の本発明は、入射する光の強度に応じた光電流を送出する第1FETと、前記第1FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、光が入射しない位置に設けられた第2FETと、前記第2FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、前記第1FETが光電流を送出するのに先立ち、前記第1FETに接続されたキャパシタを充電し、前記第1FETのソースと前記第2FETのソースとが接続された状態において前記第1FETのゲートと前記第2FETのドレインと前記第2FETのゲートとを接続し、前記第1FETのゲートを前記第2FETのドレインと前記第2FETのゲートとから切り離す手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention includes a first FET that sends out a photocurrent according to the intensity of incident light, a capacitor connected between the source and gate of the first FET, Before the first FET sends out a photocurrent, the second FET provided at a position where it does not enter, the capacitor connected between the source and the gate of the second FET, and the capacitor connected to the first FET are charged. The gate of the first FET, the drain of the second FET, and the gate of the second FET are connected in a state where the source of the first FET and the source of the second FET are connected, and the gate of the first FET is connected to the second FET. And means for separating from the drain of the second FET and the gate of the second FET.
第1の本発明に係る光検出装置は、第2FETのしきい値電圧が、第1FETのしきい値電圧に等しくなるように製造される。まず、第1FETのゲート電圧がしきい値電圧より高くなるようにキャパシタが充電される。第1FETのゲートと第2FETのドレインと第2FETのゲートとを接続すると、充電されたキャパシタが電源となり、第2FETに電流が流れる。電流によりキャパシタが放電し、電流が流れなくなったとき、第2FETのゲート電圧はしきい値電圧に等しくなる。つまり、第1FETのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなる。次に、第1FETのゲートが切り離されて、第1FETに光電流が流れる。仮に、第1FETの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、第1FETのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、光の強度に応じた正確な制御等を行えないが、第1の本発明では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、光の強度に応じた正確な制御等を行うことができる。 The photodetector according to the first aspect of the present invention is manufactured so that the threshold voltage of the second FET is equal to the threshold voltage of the first FET. First, the capacitor is charged so that the gate voltage of the first FET becomes higher than the threshold voltage. When the gate of the first FET, the drain of the second FET, and the gate of the second FET are connected, the charged capacitor serves as a power source, and a current flows through the second FET. When the capacitor is discharged by the current and the current stops flowing, the gate voltage of the second FET becomes equal to the threshold voltage. That is, the gate voltage of the first FET becomes equal to the threshold voltage. Next, the gate of the first FET is disconnected, and a photocurrent flows through the first FET. If the gate voltage of the first FET is not equal to the threshold voltage due to fluctuations in the characteristics of the first FET, fluctuations due to temperature, etc., accurate control according to the light intensity is performed under the premise that they are equal. However, in the first aspect of the present invention, since the gate voltage becomes equal to the threshold voltage, accurate control according to the light intensity can be performed.
第2の本発明に係る光検出装置は、入射する光の強度に応じた光電流を送出するFETと、前記FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、前記FETに入射する光を遮ってから、前記FETに光を入射させる光制御手段と、前記FETに入射する光が遮られている間に、前記キャパシタを充電し、前記FETのゲートと前記FETのドレインとを接続し、前記FETに光が入射される前または後に前記FETのゲートを前記FETのドレインから切り離す手段とを備えることを特徴とする。
第2の本発明に係る光検出装置にあっては、まず、FETに入射する光が遮られる。次に、FETのゲート電圧がしきい値電圧より高くなるようにキャパシタが充電される。FETのゲートとドレインを接続すると、充電されたキャパシタが電源となり、FETに電流が流れる。電流によりキャパシタが放電し、電流が流れなくなったとき、FETのゲート電圧はしきい値電圧に等しくなる。次に、FETのゲートが切り離され、光がFETに入射し、FETに光電流が流れる。仮に、FETの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、FETのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、光の強度に応じた正確な制御等を行えないが、第2の本発明では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、光の強度に応じた正確な制御等を行うことができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a photodetection device comprising: an FET for sending a photocurrent according to the intensity of incident light; a capacitor connected between a source and a gate of the FET; and light incident on the FET. Then, the light control means for making the light incident on the FET, and charging the capacitor while the light incident on the FET is blocked, connecting the gate of the FET and the drain of the FET, And means for separating the gate of the FET from the drain of the FET before or after light is incident on the FET.
In the light detection device according to the second aspect of the present invention, first, light incident on the FET is blocked. Next, the capacitor is charged so that the gate voltage of the FET becomes higher than the threshold voltage. When the gate and drain of the FET are connected, the charged capacitor becomes a power source, and a current flows through the FET. When the capacitor is discharged by the current and the current stops flowing, the gate voltage of the FET becomes equal to the threshold voltage. Next, the gate of the FET is disconnected, light enters the FET, and a photocurrent flows through the FET. If the gate voltage of the FET is not equal to the threshold voltage due to fluctuations in the characteristics of the FET, fluctuations due to temperature, etc., accurate control according to the intensity of light is performed under the assumption that it is equal. However, in the second aspect of the present invention, since the gate voltage becomes equal to the threshold voltage, accurate control according to the light intensity can be performed.
本発明に係る光検出装置によれば、FETのゲート電圧をしきい値電圧に等しくでき、もって、正確な光の強度を求めることができる。 According to the photodetecting device of the present invention, the gate voltage of the FET can be made equal to the threshold voltage, so that accurate light intensity can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る光検出装置の回路図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram of the photodetecting device according to the first embodiment.
光検出装置は、電界効果トランジスタ(以下、電界効果トランジスタをFET(Field Effect Transistorの略称)という)1および2と、FET1のソースとゲート間に接続されたキャパシタ3と、FET2のソースとゲート間に接続されたキャパシタ4と、FET1のゲートとFET2のゲートの間を開閉するスイッチ5と、FET1のソースとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ6と、FET1のソースと−5[V]を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ7と、FET2のゲートとFET2のドレインの間を開閉するスイッチ8と、FET2のドレインと+5[V]を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ9とを備える。
The light detection device includes field effect transistors (hereinafter referred to as field effect transistors (FETs)) 1 and 2, a
光検出装置は、例えば、液晶表示装置や有機ELを用いた表示装置を構成する基板上に設けられ、バックライトやELを用いた発光素子の輝度を外部からの光の強度に応じて調整するために用いられる。第1の実施の形態では、FETはNチャネル型、Pチャネル型のいずれでもよく、FETを流れる電流の出力点をソース、入力点をドレインという。各FETは、例えば、ガラス基板上のポリシリコン膜に形成された薄膜トランジスタである。各キャパシタは、例えば、そのようなガラス基板上に形成された金属の層により形成される。各スイッチは、例えば、そのような薄膜トランジスタによって構成されるアナログスイッチとその制御回路を含む。各キャパシタは、そのようなガラス基板上に形成された金属の層により形成される。これらは、後述する第2の実施の形態においても同様である。 The light detection device is provided on a substrate constituting a display device using a liquid crystal display device or an organic EL, for example, and adjusts the luminance of a light emitting element using a backlight or EL in accordance with the intensity of light from the outside Used for. In the first embodiment, the FET may be either an N-channel type or a P-channel type, and an output point of current flowing through the FET is referred to as a source, and an input point is referred to as a drain. Each FET is, for example, a thin film transistor formed in a polysilicon film on a glass substrate. Each capacitor is formed by, for example, a metal layer formed on such a glass substrate. Each switch includes, for example, an analog switch constituted by such a thin film transistor and a control circuit thereof. Each capacitor is formed by a metal layer formed on such a glass substrate. These are the same in the second embodiment described later.
FET1は、光Lが入射する位置に設けられ、FET2は、光が入射しない位置に設けられる。FET1のドレインとFET2のソースはグラウンド節点に接続されている。FET1のドレインに対するゲートの電圧(ゲート電圧)が所定の電圧(しきい値電圧という)以下である場合、FET1はオフとなる。FET2も同様である。光検出装置は、FET2のしきい値電圧が、FET1のしきい値電圧に等しくなるように製造される。キャパシタ3の静電容量は、FET1のソースとゲート間の浮遊容量を無視できる程に大きく設定される。キャパシタ4の静電容量は、FET2のソースとゲート間の浮遊容量を無視できる程に大きく設定される。
The FET 1 is provided at a position where the light L is incident, and the FET 2 is provided at a position where the light is not incident. The drain of FET1 and the source of FET2 are connected to the ground node. When the gate voltage (gate voltage) with respect to the drain of the FET 1 is equal to or lower than a predetermined voltage (referred to as a threshold voltage), the FET 1 is turned off. The same applies to FET2. The photodetector is manufactured so that the threshold voltage of FET2 is equal to the threshold voltage of FET1. The capacitance of the
(光検出装置の動作)
まず、図1に示すように、スイッチ5、6、8および9がオン、スイッチ7がオフになることで、+5[V]の電源から流れる電流i1によりキャパシタ3が充電する。これにより、FET1のゲート電圧が+5[V]となる。+5[V]は、FET1および2のしきい値より高い電圧である。
(Operation of photodetection device)
First, as shown in FIG. 1, when the
次に、図2に示すように、スイッチ9のみがオフに変化する。このとき、FET1のソースとFET2のソースとが、グラウンド節点を介して、接続される。これにより、充電されたキャパシタ3が電源となり、キャパシタ3の放電による電流i2が、スイッチ5および8を流れる。電流i2は、FET2のドレインからソースへと流れる。また、このとき、キャパシタ4が充電される。
Next, as shown in FIG. 2, only the switch 9 is turned off. At this time, the source of FET1 and the source of FET2 are connected via the ground node. Thereby, the charged
電流i2によりキャパシタ3が放電し、電流i2が流れなくなったとき、FET2のゲート電圧はFET1および2のしきい値電圧に等しくなる。つまり、FET2にスイッチ5で接続されたFET1のゲート電圧がしきい値電圧に等しくなる。
When the
次に、図3に示すように、スイッチ5および6がオフ、スイッチ7がオンに変化する。このとき、FET1のゲートは、FET2のドレインとゲートから切り離される。FET1には、光Lの強度に応じた光電流Iが流れる。前述のように、FET1のゲート電圧はしきい値電圧(Vth)に等しく、しかもキャパシタ3がその状態を維持する。
Next, as shown in FIG. 3, the
したがって、第1の実施の形態に係る光検出装置によれば、入射する光の強度に応じた光電流を送出する第1FET(1)と、第1FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタ(3)と、光が入射しない位置に設けられた第2FET(2)と、第2FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタ(4)と、第1FETが光電流を送出するのに先立ち、第1FETに接続されたキャパシタ(3)を充電し、第1FETのソースと第2FETのソースとが接続された状態において第1FETのゲートと第2FETのドレインと第2FETのゲートとを接続し、第1FETのゲートを第2FETのドレインと第2FETのゲートとから切り離す手段(各スイッチ)とを備えることで、第1FETのゲート電圧をしきい値電圧に等しくできる。仮に、第1FETの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、第1FETのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、バックライトなどの輝度の調整を光の強度に応じて正確に行うことができないが、第1の実施の形態では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、そのような光の強度に応じた正確な制御を行うことができる。 Therefore, according to the photodetector according to the first embodiment, the first FET (1) that sends out a photocurrent according to the intensity of incident light, and the capacitor (between the source and gate of the first FET) 3), the second FET (2) provided at a position where light does not enter, the capacitor (4) connected between the source and gate of the second FET, and the first FET before sending the photocurrent, The capacitor (3) connected to the 1FET is charged, and the gate of the first FET, the drain of the second FET, and the gate of the second FET are connected in a state where the source of the first FET and the source of the second FET are connected. By providing means (each switch) for separating the gate of the second FET from the drain of the second FET and the gate of the second FET, the gate voltage of the first FET can be made equal to the threshold voltage. . If the gate voltage of the first FET is not equal to the threshold voltage due to fluctuations in the characteristics of the first FET, fluctuations due to temperature, etc., the brightness of the backlight or the like is adjusted under the assumption that the gate voltage is equal. However, in the first embodiment, since the gate voltage is equal to the threshold voltage, accurate control according to the light intensity can be performed. .
[第2の実施の形態]
図4は、第2の実施の形態に係る光検出装置の回路図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a circuit diagram of the photodetecting device according to the second embodiment.
光検出装置は、FET11と、FET11のソースとゲート間に接続されたキャパシタ12と、FET11のゲートと+5[V]を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ13と、FET11のソースとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ14と、FET11のソースと−5[V]を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ15と、FET11のゲートとドレインの間を開閉するスイッチ16と、FET11のドレインとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ17と、FET11に光Lを入射させるかまたはFET11を遮光する光制御手段18とを備える。キャパシタ12の静電容量は、FET11のソースとゲート間の浮遊容量を無視できる程に大きく設定される。
The photodetector includes a
光制御手段18は、例えば、FET11に入射する光の経路に設けられた液晶層181と、液晶層181の分子の向きを制御する液晶制御回路182とを備える。光検出装置を液晶表示装置に設ける場合、例えば液晶層181は、液晶表示装置の液晶層と共用される。
The
(光検出装置の動作)
まず、図4に示すように、光制御手段18が、FET11を遮光する。例えば、液晶制御回路182は、液晶層181をその分子が光Lを遮るように制御する。
(Operation of photodetection device)
First, as shown in FIG. 4, the light control means 18 shields the
次に、スイッチ13および14がオン、スイッチ15、16および17がオフになることで、電流i11によりキャパシタ12が充電される。これにより、FET11のゲート電圧が+5[V]となる。+5[V]は、FET11のゲート電圧のしきい値より高い電圧である。
Next, the
次に、図5に示すように、スイッチ13がオフ、スイッチ16がオンに変化する。充電されたキャパシタ12が電源となり、キャパシタ12の放電による電流i12が、スイッチ16を流れる。電流i12は、FET11のドレインからソースへと流れる。
Next, as shown in FIG. 5, the
電流i12によりキャパシタ12が放電し、電流i12が流れなくなったとき、FET11のゲート電圧はしきい値電圧に等しくなる。
When the
次に、図6に示すように、光制御手段18が、FET11に光Lを入射させる。例えば、液晶制御回路182は、液晶層181をその分子が光Lを遮らないように制御する。その際、つまり、FET11に光が入射される前または後においては、スイッチ14および16がオフ、スイッチ15および17がオンに変化する。
Next, as shown in FIG. 6, the
FET11には、光Lの強度に応じた光電流Iが流れる。前述のように、FET11のゲート電圧はそのしきい値電圧(Vth)に等しく、しかもキャパシタ12がその状態を維持する。
A photocurrent I corresponding to the intensity of the light L flows through the
したがって、第2の実施の形態に係る光検出装置によれば、入射する光の強度に応じた光電流を送出するFET(11)と、FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタ(12)と、FETに入射する光を遮ってから、FETに光を入射させる光制御手段(18)と、FETに入射する光が遮られている間に、キャパシタを充電し、FETのゲートとFETのドレインとを接続し、FETに光が入射される前または後にFETのゲートをFETのドレインから切り離す手段(各スイッチ)とを備えることで、FETのゲート電圧をしきい値電圧に等しくできる。仮に、FETの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、FETのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、バックライトなどの輝度の調整を光の強度に応じて正確に行うことができないが、第2の実施の形態では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、そのような光の強度に応じた正確な制御を行うことができる。 Therefore, according to the photodetector according to the second embodiment, the FET (11) that sends out a photocurrent according to the intensity of incident light, and the capacitor (12) connected between the source and gate of the FET. The light control means (18) for blocking the light incident on the FET and then the light incident on the FET, and charging the capacitor while the light incident on the FET is blocked, the gate of the FET and the FET The gate voltage of the FET can be made equal to the threshold voltage by providing means (each switch) for connecting the drain and disconnecting the gate of the FET from the drain of the FET before or after light is incident on the FET. If the FET gate voltage is not equal to the threshold voltage due to fluctuations in FET characteristics, temperature fluctuations, etc., the brightness of the backlight etc. can be adjusted under the assumption that they are equal. However, in the second embodiment, since the gate voltage becomes equal to the threshold voltage, accurate control according to the light intensity can be performed.
1,2、10、11…FET
3、4、12…キャパシタ
5,6、7、8、9、13、14、15、16、17…スイッチ
18…光制御手段
181…液晶層
182…液晶制御回路
I…光電流
L…光
1,2,10,11 ... FET
3, 4, 12 ...
Claims (3)
前記第1FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、
光が入射しない位置に設けられた第2FETと、
前記第2FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、
前記第1FETが光電流を送出するのに先立ち、前記第1FETに接続されたキャパシタを充電し、前記第1FETのソースと前記第2FETのソースとが接続された状態において前記第1FETのゲートと前記第2FETのドレインと前記第2FETのゲートとを接続し、前記第1FETのゲートを前記第2FETのドレインと前記第2FETのゲートとから切り離す手段と
を備えることを特徴とする光検出装置。 A first FET that sends out a photocurrent according to the intensity of incident light;
A capacitor connected between the source and gate of the first FET;
A second FET provided at a position where light is not incident;
A capacitor connected between the source and gate of the second FET;
Prior to the first FET sending a photocurrent, a capacitor connected to the first FET is charged, and the gate of the first FET and the source of the first FET are connected in a state where the source of the first FET and the source of the second FET are connected. And a means for connecting the drain of the second FET and the gate of the second FET and separating the gate of the first FET from the drain of the second FET and the gate of the second FET.
前記FETのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、
前記FETに入射する光を遮ってから、前記FETに光を入射させる光制御手段と、
前記FETに入射する光が遮られている間に、前記キャパシタを充電し、前記FETのゲートと前記FETのドレインとを接続し、前記FETに光が入射される前または後に前記FETのゲートを前記FETのドレインから切り離す手段と
を備えることを特徴とする光検出装置。 FET that sends out photocurrent according to the intensity of incident light,
A capacitor connected between the source and gate of the FET;
Light control means for blocking light incident on the FET and then allowing light to enter the FET;
While the light incident on the FET is blocked, the capacitor is charged, the gate of the FET is connected to the drain of the FET, and the gate of the FET is connected before or after the light is incident on the FET. And a means for separating from the drain of the FET.
前記FETに入射する光の経路に設けられた液晶層と、
前記液晶層の分子が光を遮るように制御してから、前記液晶層の分子が光を遮らないように制御する液晶制御回路と
を備えることを特徴とする請求項2記載の光検出装置。 The light control means includes
A liquid crystal layer provided in a path of light incident on the FET;
The photodetection device according to claim 2, further comprising: a liquid crystal control circuit that controls the molecules of the liquid crystal layer to block light and then controls the molecules of the liquid crystal layer not to block light.
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