JP2012231031A - 光センサおよびそれを備えた携帯電話ならびにデジタルカメラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光センサ(1)において、第1のアナログ−デジタル変換回路(11)に、第1のフォトダイオード(PD1)の出力電流の温度依存性を補正する温度係数を有する抵抗を備えた第1の基準電流源が備えられ、第2のアナログ−デジタル変換回路(12)に、第2のフォトダイオード(PD2)の出力電流の温度依存性を補正する温度係数を有する抵抗を備えた第2の基準電流源が備えられ、第1の基準電流源を用いて出力された第1の検出結果(ADCOUT1)と、第2の基準電流源を用いて出力された第2の検出結果(ADCOUT1)とから、第2のフォトダイオード(12)による可視波長域の受光強度を検出することによって照度を測定する。
【選択図】図1
Description
Vd=2.30×(kT/q)×log10(Id/Is) ・・・(1)
に基づいて対数圧縮し、電圧に変換して出力する。但し、Isはpn接合の逆方向電流、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは電子の電荷をそれぞれ示す。上記pn接合には、ダイオードあるいはバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース接合が用いられる。
(トランジスタTr111のベース・エミッタ間電圧)=(トランジスタTr112のベース・エミッタ間電圧)+R111×I112
であるので、
Vt×ln(I111/Is)=Vt×ln(I112/[n×Is])+R1×I2
・・・(2)
となる。ここで、Vt=kT/qであり、Isは単位面積あたりの逆方向飽和電流、kはボルツマン定数、qは電子の電荷、Tは絶対温度をそれぞれ示す。
ADCOUT102−ADCOUT101×α=Iin102−Iin101×α
・・・(3)
フォトダイオードPD111とフォトダイオードPD112とは、光の波長に対する分光感度特性が異なるため、式(3)では補正係数αを用いて、フォトダイオードPD112に流れる電流Iin102からフォトダイオードPD111に流れる電流Iin101の大きさに応じた電流(Iin101×α)を減算している。これにより、照度センサにおいて視感度に近い分光感度特性を実現することが可能になる。
赤外波長域に分光感度を有する第1のフォトダイオードと、上記第1のフォトダイオードの出力電流をアナログ−デジタル変換して得られる第1の検出結果を出力する第1のアナログ−デジタル変換回路と、可視波長域から赤外波長域に亘って分光感度を有する第2のフォトダイオードと、上記第2のフォトダイオードの出力電流をアナログ−デジタル変換して得られる第2の検出結果を出力する第2のアナログ−デジタル変換回路とを備えた光センサであって、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路および上記第2のアナログ−デジタル変換回路はそれぞれ、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する基準電流源とを備えるとともに、上記基準電流源から供給される基準電流によって放電電荷が与えられた上記充電回路に対する上記入力アナログ量の積分電荷の蓄積速度を検出することにより、上記入力アナログ量のアナログ−デジタル変換を行う積分型アナログ−デジタル変換回路であり、
各上記基準電流源は、温度係数を有する抵抗を備えているとともに、出力する電流値が、上記基準電流源に入力される基準電圧を上記抵抗の抵抗値で割った値に制御され、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路に、上記基準電流源として、上記第1のフォトダイオードの出力電流の温度依存性を補正する上記温度係数を有する上記抵抗を備えた第1の基準電流源が備えられ、
上記第2のアナログ−デジタル変換回路に、上記基準電流源として、上記第2のフォトダイオードの出力電流の温度依存性を補正する上記温度係数を有する上記抵抗を備えた第2の基準電流源が備えられ、
上記第1の基準電流源を用いて出力された上記第1の検出結果と、上記第2の基準電流源を用いて出力された上記第2の検出結果とから、上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出することによって照度を測定することを特徴としている。
発光ダイオードと、上記発光ダイオードの駆動を行う回路とを備えており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、さらに、上記基準電流源として、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する第3の基準電流源を備えており、
上記第3の基準電流源が備える上記抵抗は、上記発光ダイオードの発光出力の温度依存性を補正する上記温度係数を有しており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、上記発光ダイオードを駆動しないときに上記第1の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力する一方、上記発光ダイオードを駆動するときに上記第3の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力し、
上記発光ダイオードを駆動しないときに、上記第1の検出結果および上記第2の検出結果から上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出し、
上記発光ダイオードを駆動するときに、上記第1の検出結果から、上記発光ダイオードから放射され物体から反射されて上記第1のフォトダイオードによって受光された赤外波長域の光の受光強度を検出することによって上記物体の有無を検知することを特徴としている。
上記発光ダイオードを駆動するときに、上記第1の検出結果から、上記発光ダイオードから放射され物体から反射されて上記第1のフォトダイオードによって受光された赤外波長域の光の受光強度を検出することによって上記物体までの距離を検知することを特徴としている。
発光ダイオードと、上記発光ダイオードの駆動を行う回路とを備えており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、さらに、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する第3の基準電流源を備えており、
上記第3の基準電流源が備える上記抵抗は、上記発光ダイオードの発光出力の温度依存性を補正する上記温度係数を有しており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、上記発光ダイオードを駆動しないときに上記第1の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力する一方、上記発光ダイオードを駆動するときに上記第3の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力し、
上記発光ダイオードを駆動しないときに、上記第1の検出結果および上記第2の検出結果から上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出し、
上記発光ダイオードを駆動するときに、上記第1の検出結果から、上記発光ダイオードから放射され物体から反射されて上記第1のフォトダイオードによって受光された赤外波長域の光の受光強度を検出することによって上記物体までの距離を検知することを特徴としている。
上記第1の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数と、上記第2の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数とは互いに異なっていることを特徴としている。
上記第1の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数は3000ppm/℃であり、上記第2の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数は−100ppm/℃であることを特徴としている。
上記第3の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数は5000ppm/℃であることを特徴としている。
上記積分型アナログ−デジタル変換回路は、
比較器であって、上記充電回路による上記入力アナログ量の積分出力を上記比較器に入力される基準電圧と比較して、上記積分出力が上記比較器に入力される基準電圧以下であることを示す第1の出力レベルと上記積分出力が上記比較器に入力される基準電圧を超えることを示す第2の出力レベルとからなるパルス信号を出力する比較器と、
上記比較器に入力される基準電圧の供給端子と上記充電回路の出力との間の導通と遮断とを切り替える第1のスイッチと、
アナログ−デジタル変換に使用される上記基準電流源の出力と上記充電回路の入力との間の導通と遮断とを切り替える第2のスイッチと、
アナログ−デジタル変換動作を制御するとともに、アナログ−デジタル変換期間に上記比較器が出力したパルスの数に応じたデジタル値を出力する一方、上記比較器の出力が上記第1の出力レベルから上記第2の出力レベルへと変化するごとに上記第2のスイッチを導通させるとともに、上記比較器の出力が上記第2の出力レベルから上記第1の出力レベルへと変化するごとに上記第2のスイッチを遮断させる制御回路と備えていることを特徴としている。
上記光センサと、画面を表示する液晶パネルと、上記液晶パネルを照射するバックライトと、上記光センサの出力に基づいて上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御部とを備えていることを特徴としている。
上記光センサと、画面を表示する液晶パネルと、上記液晶パネルを照射するバックライトと、上記光センサの出力に基づいて上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御部とを備えていることを特徴としている。
赤外波長域に分光感度を有する第1のフォトダイオードと、上記第1のフォトダイオードの出力電流をアナログ−デジタル変換して得られる第1の検出結果を出力する第1のアナログ−デジタル変換回路と、可視波長域から赤外波長域に亘って分光感度を有する第2のフォトダイオードと、上記第2のフォトダイオードの出力電流をアナログ−デジタル変換して得られる第2の検出結果を出力する第2のアナログ−デジタル変換回路とを備えた光センサであって、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路および上記第2のアナログ−デジタル変換回路はそれぞれ、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する基準電流源とを備えるとともに、上記基準電流源から供給される基準電流によって放電電荷が与えられた上記充電回路に対する上記入力アナログ量の積分電荷の蓄積速度を検出することにより、上記入力アナログ量のアナログ−デジタル変換を行う積分型アナログ−デジタル変換回路であり、
各上記基準電流源は、温度係数を有する抵抗を備えているとともに、出力する電流値が、上記基準電流源に入力される基準電圧を上記抵抗の抵抗値で割った値に制御され、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路に、上記基準電流源として、上記第1のフォトダイオードの出力電流の温度依存性を補正する上記温度係数を有する上記抵抗を備えた第1の基準電流源が備えられ、
上記第2のアナログ−デジタル変換回路に、上記基準電流源として、上記第2のフォトダイオードの出力電流の温度依存性を補正する上記温度係数を有する上記抵抗を備えた第2の基準電流源が備えられ、
上記第1の基準電流源を用いて出力された上記第1の検出結果と、上記第2の基準電流源を用いて出力された上記第2の検出結果とから、上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出することによって照度を測定する。
本発明の実施形態について図1、3−8を用いて説明すれば、以下の通りである。
<光センサの全体構成>
図1に、本実施形態に係る光センサ1の構成を示す。
ADCOUT2−ADCOUT1×α=Iin2−Iin1×α ・・・(4)
を計算する。このようにして、光センサ1は、出力ADCOUT1および出力ADCOUT2からフォトダイオードPD2による可視波長域の受光強度を検出する。
<フォトダイオードの構成>
図4(a)にフォトダイオードPD1の構成を、図4(b)にフォトダイオードPD2の構成をそれぞれ示す。
<アナログ−デジタル変換回路の構成>
図5に、アナログ−デジタル変換回路11および12に用いる積分型アナログ−デジタル変換回路10の構成を示す。
アナログ−デジタル変換期間t(conv)の総放電電荷量:IREF×t(clk)×count
(但しcountはカウンタ14によってカウントされるパルスPの総数)とすると、総充電電荷量=総放電電荷量であるから、
count=(Iin×t(conv))/(IREF×t(clk))
となり、最小分解能は(IREF×t(clk))で決定されることになる。
count=Iin/IREF×2n ・・・(5)
となる。
IREF=VREF/R1
である。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態についてさらに図2を用いて説明すれば、以下の通りである。なお、これまでに説明した部材と同じ符号を付した部材は、特に断らない限りこれまでに説明した部材と同じ機能を有するものとし、その詳細な説明を省略する。
<光センサの全体構成>
図2に、本実施形態に係る光センサ2の構成を示す。
count1=Iin1/IREF1×2n
count2=Iin2/IREF2×2n
但し、アナログ−デジタル変換回路21の基準電流源回路21aが備える基準電流源IREFの基準電流をIREF1、アナログ−デジタル変換回路22の基準電流源回路22aが備える基準電流源IREFの基準電流をIREF2とした。基準電流IREF1およびIREF2のそれぞれに対応する抵抗R1の温度係数を設定することにより、赤外波長域用のフォトダイオードPD1の入力電流Iin1の大きさをアナログ−デジタル変換して出力するアナログーデジタル変換回路21と、可視〜赤外波長域用のフォトダイオードPD2の入力電流Iin2の大きさをアナログ−デジタル変換して出力するアナログーデジタル変換回路22とのそれぞれについて、出力の温度依存性を補正することができる。従って、前記の実施の形態と同様に、フォトダイオードPD1の温度依存性とフォトダイオードPD2の温度依存性とが互いに異なる場合でも、広い温度範囲で正確な照度を測定することが可能である。
count3=Iin1/IREF3×2n
である。但し、アナログ−デジタル変換回路21の基準電流源回路21bが備える基準電流源IREFの基準電流をIREF3とした。基準電流IREF3に対応する抵抗R1の温度係数を設定することにより、発光ダイオードLEDを発光させて近接検知物体25から反射された光をアナログ−デジタル変換して出力するアナログ−デジタル変換回路21の出力の温度依存性を補正することができる。よって、近接センサまたは測拒センサにおいて発光ダイオードLEDに温度依存性がある場合でも、広い温度範囲で正確な検知を行うことが可能である。
count1=Iin1/IREF1×2n=Iin1×R11/VREF×2n
count2=Iin2/IREF2×2n=Iin2×R12/VREF×2n
count3=Iin3/IREF3×2n=Iin3×R13/VREF×2n
となる。但し、基準電流源回路21aが備える抵抗R1の抵抗を抵抗R11、基準電流源回路22aが備える抵抗R1の抵抗を抵抗R12、基準電流源回路21bが備える抵抗R1の抵抗を抵抗R13とした。従って、抵抗R1,R2,R3の温度係数をそれぞれ個別に設定することで、それぞれの温度依存性の補正の度合いを選択することができる。
〔実施の形態3〕
本発明の他の実施形態についてさらに図9ないし図11を用いて説明すれば、以下の通りである。
2 光センサ
10 積分型アナログ−デジタル変換回路
10a 充電回路
10c 制御回路
11 アナログ−デジタル変換回路(第1のアナログ−デジタル変換回路)
12 アナログ−デジタル変換回路(第2のアナログ−デジタル変換回路)
21 アナログ−デジタル変換回路(第1のアナログ−デジタル変換回路)
22 アナログ−デジタル変換回路(第2のアナログ−デジタル変換回路)
25 近接検知物体(物体)
PD1 フォトダイオード(第1のフォトダイオード)
PD2 フォトダイオード(第2のフォトダイオード)
Iin1 入力電流(入力アナログ量)
Iin2 入力電流(入力アナログ量)
ADCOUT1 出力(第1の検出結果)
ADCOUT2 出力(第2の検出結果)
IREF 基準電流源(基準電流源回路21aの第1の基準電流源、基準電流源回路22aの第2の基準電流源、基準電流源回路21bの第3の基準電流源)
CMP1 比較器
SW1 スイッチ(第1のスイッチ)
SW2 スイッチ(第2のスイッチ)
Claims (10)
- 赤外波長域に分光感度を有する第1のフォトダイオードと、上記第1のフォトダイオードの出力電流をアナログ−デジタル変換して得られる第1の検出結果を出力する第1のアナログ−デジタル変換回路と、可視波長域から赤外波長域に亘って分光感度を有する第2のフォトダイオードと、上記第2のフォトダイオードの出力電流をアナログ−デジタル変換して得られる第2の検出結果を出力する第2のアナログ−デジタル変換回路とを備えた光センサであって、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路および上記第2のアナログ−デジタル変換回路はそれぞれ、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する基準電流源とを備えるとともに、上記基準電流源から供給される基準電流によって放電電荷が与えられた上記充電回路に対する上記入力アナログ量の積分電荷の蓄積速度を検出することにより、上記入力アナログ量のアナログ−デジタル変換を行う積分型アナログ−デジタル変換回路であり、
各上記基準電流源は、温度係数を有する抵抗を備えているとともに、出力する電流値が、上記基準電流源に入力される基準電圧を上記抵抗の抵抗値で割った値に制御され、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路に、上記基準電流源として、上記第1のフォトダイオードの出力電流の温度依存性を補正する上記温度係数を有する上記抵抗を備えた第1の基準電流源が備えられ、
上記第2のアナログ−デジタル変換回路に、上記基準電流源として、上記第2のフォトダイオードの出力電流の温度依存性を補正する上記温度係数を有する上記抵抗を備えた第2の基準電流源が備えられ、
上記第1の基準電流源を用いて出力された上記第1の検出結果と、上記第2の基準電流源を用いて出力された上記第2の検出結果とから、上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出することによって照度を測定することを特徴とする光センサ。 - 発光ダイオードと、上記発光ダイオードの駆動を行う回路とを備えており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、さらに、上記基準電流源として、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する第3の基準電流源を備えており、
上記第3の基準電流源が備える上記抵抗は、上記発光ダイオードの発光出力の温度依存性を補正する上記温度係数を有しており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、上記発光ダイオードを駆動しないときに上記第1の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力する一方、上記発光ダイオードを駆動するときに上記第3の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力し、
上記発光ダイオードを駆動しないときに、上記第1の検出結果および上記第2の検出結果から上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出し、
上記発光ダイオードを駆動するときに、上記第1の検出結果から、上記発光ダイオードから放射され物体から反射されて上記第1のフォトダイオードによって受光された赤外波長域の光の受光強度を検出することによって上記物体の有無を検知することを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 上記発光ダイオードを駆動するときに、上記第1の検出結果から、上記発光ダイオードから放射され物体から反射されて上記第1のフォトダイオードによって受光された赤外波長域の光の受光強度を検出することによって上記物体までの距離を検知することを特徴とする請求項2に記載の光センサ。
- 発光ダイオードと、上記発光ダイオードの駆動を行う回路とを備えており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、さらに、入力アナログ量を積分して出力する充電回路と上記充電回路に電流を供給する第3の基準電流源を備えており、
上記第3の基準電流源が備える上記抵抗は、上記発光ダイオードの発光出力の温度依存性を補正する上記温度係数を有しており、
上記第1のアナログ−デジタル変換回路は、上記発光ダイオードを駆動しないときに上記第1の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力する一方、上記発光ダイオードを駆動するときに上記第3の基準電流源を使用して上記第1の検出結果を出力し、
上記発光ダイオードを駆動しないときに、上記第1の検出結果および上記第2の検出結果から上記第2のフォトダイオードによる可視波長域の受光強度を検出し、
上記発光ダイオードを駆動するときに、上記第1の検出結果から、上記発光ダイオードから放射され物体から反射されて上記第1のフォトダイオードによって受光された赤外波長域の光の受光強度を検出することによって上記物体までの距離を検知することを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 上記第1の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数と、上記第2の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数とは互いに異なっていることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の光センサ。
- 上記第1の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数は3000ppm/℃であり、上記第2の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数は−100ppm/℃であることを特徴とする請求項5に記載の光センサ。
- 上記第3の基準電流源が備える上記抵抗の温度係数は5000ppm/℃であることを特徴とする請求項2から4までのいずれか1項に記載の光センサ。
- 上記積分型アナログ−デジタル変換回路は、
比較器であって、上記充電回路による上記入力アナログ量の積分出力を上記比較器に入力される基準電圧と比較して、上記積分出力が上記比較器に入力される基準電圧以下であることを示す第1の出力レベルと上記積分出力が上記比較器に入力される基準電圧を超えることを示す第2の出力レベルとからなるパルス信号を出力する比較器と、
上記比較器に入力される基準電圧の供給端子と上記充電回路の出力との間の導通と遮断とを切り替える第1のスイッチと、
アナログ−デジタル変換に使用される上記基準電流源の出力と上記充電回路の入力との間の導通と遮断とを切り替える第2のスイッチと、
アナログ−デジタル変換動作を制御するとともに、アナログ−デジタル変換期間に上記比較器が出力したパルスの数に応じたデジタル値を出力する一方、上記比較器の出力が上記第1の出力レベルから上記第2の出力レベルへと変化するごとに上記第2のスイッチを導通させるとともに、上記比較器の出力が上記第2の出力レベルから上記第1の出力レベルへと変化するごとに上記第2のスイッチを遮断させる制御回路と備えていることを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の光センサ。 - 請求項1から8までのいずれか1項に記載した光センサと、画面を表示する液晶パネルと、上記液晶パネルを照射するバックライトと、上記光センサの出力に基づいて上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御部とを備えていることを特徴とする携帯電話。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載した光センサと、画面を表示する液晶パネルと、上記液晶パネルを照射するバックライトと、上記光センサの出力に基づいて上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御部とを備えていることを特徴とするデジタルカメラ。
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