JP2013251777A - アナログ／デジタル変換器、アナログ／デジタル変換方法、照度センサ、及び携帯端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない回路素子数で、入力電流を高い分解能でデジタル値に変換できるアナログ／デジタル変換器を提供する。
【解決手段】所定期間に流れる入力電流に基づいた電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧Ｖａを出力する積分回路３０と、積分回路３０に蓄積される毎に、蓄積方向と逆方向の電流が積分回路３０に流れるように第１電圧ＧＮＤを印加し、第１電荷量より小さい第２電荷量が一定時間毎に蓄積されるように第２電圧３Ｖ_ｒｅｆ／２を印加する容量回路４０と、出力電圧Ｖａが第１電荷量に相当するか否かを判定するコンパレータ５０と、所定期間の中で第１電荷量に相当すると判定した回数と、第２電荷量が積分回路３０に蓄積された蓄積回数とに基づいて、入力電流に相当するデジタル信号を生成するデジタル制御部６０とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は照度センサ及び照度センサを搭載した携帯端末装置に関し、特に照度センサに含まれるアナログ／デジタル変換器に関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を備える携帯端末装置には、周囲の明るさに応じてディスプレイのバックライトの明るさを制御する照度センサ（光センサ）を内蔵しているものがある。このような携帯端末装置の照度センサは、照度センサの信号を入力するマイコンの制御が容易になるように、デジタル信号を出力することが求められている。照度センサのＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器は、変換速度が１ＭＨｚ以下の比較的低速な変換速度ながら、１２ビット以上の高い分解能の要求を満たす方式として計数型Ａ／Ｄ変換方式が採用されることが多い。

計数型Ａ／Ｄ変換方式の例として特許文献１（特開２００８−４２８８６号公報）が開示されている。図１は、特許文献１に記載の照度センサ１００を示す図である。図１を参照すると、照度センサ１００は、フォトダイオードＰＤと、アナログ／デジタル変換器（充放電部１１０及び制御計算部１２０）とを有する。充放電部１１０は、充電回路１１１と、放電回路１１２と、放電回路１１３と、比較回路１１４とを有する。

充電回路１１１は、オペアンプＡＭＰと、基準電圧Ｖ１０（＝Ｖ_ｒｅｆ）を与える定電圧源Ｅ１００と、キャパシタＣ１０１と、スイッチＳＷ１０１と、スイッチＳＷ１０２とを有する。放電回路１１２は、キャパシタＣ１０２（キャパシタＣ１０１の１／ｍ（ｍ＞１））と、スイッチＳＷ１０３ａ〜ＳＷ１０３ｂと、スイッチＳＷ１０４ａ〜ＳＷ１０４ｂとを有する。放電回路１１３は、キャパシタＣ１０３（キャパシタＣ１０１の１／ｎ（ｎ＞ｍ））と、定電圧源Ｅ２００と、スイッチＳＷ１０５ａ〜ＳＷ１０５ｂと、スイッチＳＷ１０６ａ〜ＳＷ１０６ｂとを有する。比較回路１１４は、定電圧源Ｅ３００と、定電圧源Ｅ４００と、コンパレータＣＭＰ１００と、コンパレータＣＭＰ２００とを有する。

図２は、特許文献１の充放電部１１０における充放電動作を示すタイミングチャートである。尚、図２の上段は、時間経過に対するオペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａの変遷が示されており、図２の下段は、時間経過に対するクロック信号ＣＬＫ、比較回路ＣＭＰ１００〜ＣＭＰ２００の各出力信号ＣＯ１〜ＣＯ２、及び動作モードの変遷が示されている。

制御計算部１２０は測定命令が与えられると、照度センサ１００を充電期間（測定期間）に移行させるべく、動作モードａ（キャパシタＣ１０１の充電モード）を指示する制御信号Ｓ１０〜Ｓ６０を送出する。動作モードａでは、スイッチＳＷ１０１がオン、スイッチＳＷ１０２がオフ、スイッチＳＷ１０３ａ〜ＳＷ１０３ｂがオフ、スイッチＳＷ１０４ａ〜ＳＷ１０４ｂがオン、スイッチＳＷ１０５ａ〜ＳＷ１０５ｂがオフ、スイッチＳＷ１０６ａ〜ＳＷ１０６ｂがオンになる。即ち、照度センサ１００は、フォトダイオードＰＤからの電流入力経路を導通させ、キャパシタＣ１０１の充電を開始する。その結果、オペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａは、キャパシタＣ１０１の充電が進むにつれて、低下していくことになる。

キャパシタＣ１０１の充電が進み、オペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａが基準電圧Ｖ４０（基準電圧Ｖ_ｒｅｆ／２）まで低下すると、コンパレータＣＭＰ２００の出力信号ＣＯ２がそれまでのローレベルからハイレベルに遷移する。制御計算部１２０は、この論理変遷に基づいて、動作モードｂ（キャパシタＣ１０１の大放電モード）を指示する制御信号Ｓ１０〜Ｓ６０を送出する。動作モードｂでは、スイッチＳＷ１０１がオン、スイッチＳＷ１０２がオフ、スイッチＳＷ１０３ａ〜ＳＷ１０３ｂがオン、スイッチＳＷ１０４ａ〜ＳＷ１０４ｂがオフ、スイッチＳＷ１０５ａ〜ＳＷ１０５ｂがオフ、スイッチＳＷ１０６ａ〜ＳＷ１０６ｂがオンになる。即ち、照度センサ１００は、キャパシタＣ１０１からキャパシタＣ１０２への電荷転送経路を導通させ、キャパシタＣ１０１の蓄積電荷をキャパシタＣ１０２に移動する。キャパシタＣ１０１の大放電モードでは、キャパシタＣ１０１に蓄積された電荷が全てキャパシタＣ１０２に移動し、オペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａは、基準電圧Ｖ３０（基準電圧Ｖ_ｒｅｆ）まで上昇する。

キャパシタＣ１０１の大放電を開始した後、次のクロック信号ＣＬＫが立ち上がると、制御計算部１２０は、キャパシタＣ１０１の大放電を完了させるために、再び動作モードａを指示する制御信号Ｓ１０〜Ｓ６０を送出する。これにより、オペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａは、上昇から再び下降に転じる。また、動作モードａでは、キャパシタＣ１０１の充電と並行して、キャパシタＣ１０２の放電も行われる。これ以降も、充電回路１１１の充電量が所定の閾値に達する毎に、充電回路１１１に蓄えられた電荷が放電回路１１２を用いて大放電される。

照度センサ１００が停止期間から充電期間に移行した後、クロック信号ＣＬＫのカウントが所定値に達すると、制御計算部１２０は、照度センサ１００を小放電期間に移行するために、動作モードｃ（キャパシタＣ１０１の小放電モード）を指示する制御信号Ｓ１０〜Ｓ６０を送出する。動作モードｃでは、スイッチＳＷ１０１がオフ、スイッチＳＷ１０２がオフ、スイッチＳＷ１０３ａ〜ＳＷ１０３ｂがオフ、スイッチＳＷ１０４ａ〜ＳＷ１０４ｂがオン、スイッチＳＷ１０５ａ〜ＳＷ１０５ｂがオン、スイッチＳＷ１０６ａ〜ＳＷ１０６ｂがオフになる。即ち、照度センサ１００は、フォトダイオードＰＤからの電流入力経路を遮断するとともに、キャパシタＣ１０１からキャパシタＣ１０３への電荷転送経路を導通させて、キャパシタＣ１０１の蓄積電荷をキャパシタＣ１０３に移動する。

キャパシタＣ１０３の容量はキャパシタＣ１０１の１／６４であり、その両端間電圧はキャパシタＣ１０１と同値（Ｖ_ｒｅｆ／２）である。一方、キャパシタＣ１０２の容量は、キャパシタＣ１０１の１／２であり、その両端間電圧はキャパシタＣ１０１の２倍（Ｖ_ｒｅｆ）である。即ち、キャパシタＣ１０３を用いた放電回路１１３の小放電能力は、キャパシタＣ１０２を用いた放電回路１１２の大放電能力に比べて１／６４に設定されている。

キャパシタＣ１０１の小放電を開始した後、次のクロック信号ＣＬＫが立ち上がると、制御計算部１２０は、キャパシタＣ１０１からキャパシタＣ１０３に移動した電荷を逃がすために、動作モードｄ（キャパシタＣ１０３の放電モード）を指示する制御信号Ｓ１０〜Ｓ６０を送出する。動作モードｄでは、スイッチＳＷ１０１がオフ、スイッチＳＷ１０２がオフ、スイッチＳＷ１０３ａ〜ＳＷ１０３ｂがオフ、スイッチＳＷ１０４ａ〜ＳＷ１０４ｂがオン、スイッチＳＷ１０５ａ〜ＳＷ１０５ｂがオフ、スイッチＳＷ１０６ａ〜ＳＷ１０６ｂがオンになる。即ち、照度センサ１００は、キャパシタＣ１０１からキャパシタＣ１０３への電荷転送経路を遮断して、キャパシタＣ１０３の放電を行なう。以降も、放電回路１１３を用いて、充電回路１１１に残存する電荷が所定値になるまで、所定量ずつ段階的な小放電が繰り返し行われる。

キャパシタＣ１０１の小放電が進み、オペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａが基準電圧Ｖ３０に達すると、コンパレータＣＭＰ１００の出力信号ＣＯ１はそれまでのローレベルからハイレベルに遷移する。制御計算部１２０は、この論理変遷に基づいて、照度センサ１００を停止期間に移行させるために、動作モードｅを指示する制御信号Ｓ１０〜Ｓ６０を送出する。これにより、上記一連の充放電動作は完了する。

制御計算部１２０は、放電回路１１２を用いた大放電回数（動作モードｂへの移行回数）と、放電回路１１３を用いた小放電回数（動作モードｃへの移行回数）とをそれぞれカウントしておき、その総放電回数から、フォトダイオードＰＤから充電回路１１１への充電電流を算出し、その結果に応じたデジタル出力（ＤＯＵＴ）を行う。

特開２００８−４２８８６号公報

特許文献１の照度センサ１００では、フォトダイオードＰＤからの電流の入力を遮断したとき（動作モードａから動作モードｃへの移行時）、充電回路１１１が測定誤差となり得る電圧（誤差電圧）を出力している。この誤差電圧は、図２にＸで示したＶ３０とＶ４０の中間に位置する電圧である。誤差電圧はキャパシタＣ１０１中の残存電荷に対応しているため、特許文献１では放電回路１１３を用いて残存電荷を計測することで分解能を向上させている。しかし、特許文献１の照度センサは、回路素子数が多く、回路の占有面積及び消費電力が増加してしまう問題がある。

以下に、発明を実施するための形態で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のアナログ／デジタル変換器（２０、２０ａ）は、所定期間に流れる入力電流に基づいた電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧（Ｖａ）を出力する積分回路（３０、３０ａ）と、所定期間において、積分回路（３０、３０ａ）に第１電荷量が蓄積される毎に、第１電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が積分回路（３０、３０ａ）に流れるように第１電圧（ＧＮＤ、ＶＤＤ）を印加し、所定期間の経過後、積分回路（３０、３０ａ）に第１電荷量が蓄積されるまで、第１電荷量より小さい第２電荷量が一定時間毎に蓄積されるように第２電圧（３Ｖ_ｒｅｆ／２、ＶＤＤ−３Ｖ_ｒｅｆ／２）を印加する容量回路（４０、４０ａ）と、出力電圧（Ｖａ）が第１電荷量に相当するか否かを判定するコンパレータ（５０、５０ａ）と、コンパレータ（５０、５０ａ）の判定結果を受け取り、所定期間の中で第１電荷量に相当すると判定した回数と、所定期間の経過後、第１電荷量が蓄積されるまでに第２電荷量が積分回路（３０、３０ａ）に蓄積された蓄積回数とに基づいて、入力電流に相当するデジタル信号を生成するデジタル制御部（６０、６０ａ）とを具備する。

本発明のアナログ／デジタル変換方法は、所定期間に流れる入力電流に基づいて積分回路（３０、３０ａ）に蓄積される電荷を、第１電荷量に基づいて計測するステップと、所定期間の経過後、積分回路（３０、３０ａ）に残存する電荷量を、第１電荷量よりも小さい第２電荷量に基づいて計測するステップと、入力電流に相当するデジタル信号を生成するステップとを具備する。第１電荷量に基づいて計測するステップは、積分回路（３０、３０ａ）に第１電荷量が蓄積されたことを判定するステップと、第１電荷量が蓄積される毎に、第１電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が積分回路（３０、３０ａ）に流れるように第１電圧（ＧＮＤ、ＶＤＤ）を印加するステップと、所定期間の中で第１電荷量が蓄積された回数を計測するステップとを備える。第２電荷量に基づいて計測するステップは、第２電荷量が一定時間毎に積分回路（３０、３０ａ）に蓄積されるように第２電圧（３Ｖ_ｒｅｆ／２、ＶＤＤ−３Ｖ_ｒｅｆ／２）を印加するステップと、積分回路（３０、３０ａ）に第１電荷量が蓄積されたことを判定するステップと、積分回路（３０、３０ａ）に第１電荷量が蓄積されたとき、第１電荷量が蓄積されるまでに第２電荷量が積分回路（３０、３０ａ）に蓄積された蓄積回数を計測するステップとを備える。デジタル信号を生成するステップは、第１電荷量が蓄積された回数と、第２電荷量の蓄積回数とに基づいて、入力電流に相当するデジタル信号を生成するステップとを備える。

本発明のアナログ／デジタル変換器は、少ない回路素子数で、入力電流を高い分解能でデジタル値に変換することができる。

図１は、特許文献１に記載の照度センサ１００を示す図である。 図２は、特許文献１の充放電部１１０における充放電動作を示すタイミングチャートである。 図３は、本発明の第１の実施の形態による照度センサ１の構成を示した図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態によるＡ／Ｄ変換器２０の処理動作を示したタイミングチャートである。 図５は、本発明の第１の実施の形態による携帯端末装置５の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態による照度センサ１ａの構成を示した図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態によるＡ／Ｄ変換器２０ａの処理動作を示したタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態によるアナログ／デジタル変換器（以降、Ａ／Ｄ変換器と称する）、Ａ／Ｄ変換器を有する照度センサ、及び、照度センサを有する携帯端末装置を説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態による照度センサ１の構成を示した図である。図３を参照すると、照度センサ１は、フォトダイオード１０と、Ａ／Ｄ変換器２０とを具備する。照度センサ１は、受光した光に基づいたデジタル信号を後段のマイコンなどの制御装置（詳細は後述する）に出力する。

フォトダイオード１０は、所定期間に照射された光に基づいた入力電流を流す。フォトダイオード１０は、一方の端子がスイッチＳＷ５を介してオペアンプＡＭＰ（詳細は後述する）の反転入力端子に接続し、他方の端子が電源（ＶＤＤ）に接続される。

Ａ／Ｄ変換器２０は、所定期間に流れるフォトダイオード１０からの入力電流をデジタル信号に変換する。詳細には、Ａ／Ｄ変換器２０は、計数型のＡ／Ｄ変換器であって、まず粗い計測を行い、次に細かい計測を行い、その後、粗い計測と細かい計測との結果に基づいて入力電流をデジタル信号に変換する。粗い計測では、所定期間に流れる入力電流に基づいて積分回路３０（詳細は後述する）に蓄積される電荷を、所定の電荷量（詳細は後述する）に基づいて計測する。細かい計測では、所定期間の経過後、積分回路３０に残存する電荷量を、前述の所定の電荷量よりも小さい電荷量（詳細は後述する）に基づいて計測する。Ａ／Ｄ変換器２０は、積分回路３０と、容量回路４０と、コンパレータ５０と、デジタル制御部６０とを備える。

積分回路３０は、所定期間に流れる入力電流に基づいた電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧Ｖａを出力する。積分回路３０は、電源Ｅ１と、オペアンプ（演算増幅器）ＡＭＰと、積分容量Ｃ１と、スイッチＳＷ１０とを備える。

電源Ｅ１はＶＤＤよりも低い電圧Ｖ_ｒｅｆ（基準電圧）を発生する。オペアンプＡＭＰは、非反転入力端子が電源Ｅ１に接続し（非反転入力端子には電圧Ｖ_ｒｅｆが印加され）、反転入力端子がノード７１を介してフォトダイオード１０および容量回路４０に接続し、出力端子がコンパレータ５０に接続する。

積分容量Ｃ１は、一方の電極がオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、他方の電極がオペアンプＡＭＰの出力端子に接続される。積分容量Ｃ１は、Ｃ_１（Ｆ：ファラッド）の容量を持つとする。積分容量Ｃ１は、両電極に印加される電位差とＣ_１とに基づいた電荷量を蓄積する。本実施の形態では、積分容量Ｃ１の一方の電極に電圧Ｖ_ｒｅｆが印加され、他方の電極に電源Ｅ６で設定された電圧Ｖ_ｒｅｆ／２が印加されるときに、積分容量Ｃ１に所定の電荷量（以降、基準電荷量と称する）が蓄積されるとする。

スイッチＳＷ１０は、一方の端子が積分容量Ｃ１の一方の電極およびオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続し、他方の端子が積分容量Ｃ１の他方の電極およびオペアンプＡＭＰの出力端子に接続する。スイッチＳＷ１０は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ１０に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。

容量回路４０は、所定期間において、積分回路３０に基準電荷量が蓄積される毎に、基準電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が積分回路３０に流れるように、積分回路３０に電圧を印加する。更に、容量回路４０は、所定期間の経過後、積分回路３０に基準電荷量が蓄積されるまで、基準電荷量よりも小さい電荷量（以降、小電荷量と称する）が一定時間毎に蓄積されるように、積分回路３０に電圧を印加する。容量回路４０は、積分容量Ｃ１の放電を行なう容量回路４１と、積分容量Ｃ１に充電を行なう容量回路４２とを備える。

容量回路４１は、電源Ｅ２と、電源Ｅ３と、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２と、スイッチＳＷ３と、スイッチＳＷ４と、容量Ｃ２とを備える。

電源Ｅ２は電圧Ｖ_ｒｅｆよりも低い電圧を発生する。ここでは一例としてＧＮＤ（接地）とする。電源Ｅ３は所定の電圧を発生する。ここでは一例として、電源Ｅ１と同様に電圧Ｖ_ｒｅｆとする。

スイッチＳＷ１は、一方の端子が電源Ｅ２に接続し、他方の端子がスイッチＳＷ３の一方の端子および容量Ｃ２の一方の電極に接続する。スイッチＳＷ１は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ１に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチＳＷ２は、一方の端子が容量Ｃ２の他方の電極およびスイッチＳＷ４の一方の端子に接続し、他方の端子がノード７１を介してオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続する。スイッチＳＷ２は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ２に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチＳＷ３は、一方の端子がスイッチＳＷ１の他方の端子および容量Ｃ２の一方の電極に接続し、他方の端子が電源Ｅ３およびスイッチＳＷ４の他方の端子に接続する。スイッチＳＷ３は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ３に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチＳＷ４は、一方の端子が容量Ｃ２の他方の電極およびスイッチＳＷ２の一方の端子に接続し、他方の端子が電源Ｅ３およびスイッチＳＷ３の他方の端子に接続する。スイッチＳＷ４は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ４に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。

容量Ｃ２は、積分容量Ｃ１に蓄積された電荷を放出（放電）するための容量である。容量Ｃ２は、Ｃ_２（Ｆ：ファラッド）の容量を持つとする。容量Ｃ２は、電源Ｅ１と電源Ｅ２との電位差と、Ｃ_２に基づいた電荷量を蓄積する。尚、積分容量Ｃ１のＣ_１と容量Ｃ２のＣ_２との容量比は任意の値でよい。

容量回路４２は、電源Ｅ４と、電源Ｅ５と、スイッチＳＷ６と、スイッチＳＷ７と、スイッチＳＷ８と、スイッチＳＷ９と、容量Ｃ３とを備える。

電源Ｅ４は電圧Ｖ_ｒｅｆよりも高い電圧を発生する。ここでは一例として電圧３Ｖ_ｒｅｆ／２とする。電源Ｅ５は所定の電圧を発生する。ここでは一例として、電源Ｅ１及び電源Ｅ３と同様に電圧Ｖ_ｒｅｆとする。

スイッチＳＷ６は、一方の端子が電源Ｅ４に接続し、他方の端子がスイッチＳＷ８の一方の端子および容量Ｃ３の一方の電極に接続する。スイッチＳＷ６は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ６に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチＳＷ７は、一方の端子が容量Ｃ３の他方の電極およびスイッチＳＷ９の一方の端子に接続し、他方の端子がノード７１を介してオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続される。スイッチＳＷ７は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ７に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチＳＷ８は、一方の端子がスイッチＳＷ６の他方の端子および容量Ｃ３の一方の電極に接続し、他方の端子が電源Ｅ５およびスイッチＳＷ９の他方の端子に接続する。スイッチＳＷ８は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ８に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。スイッチＳＷ９は、一方の端子が容量Ｃ３の他方の電極およびスイッチＳＷ７の一方の端子に接続し、他方の端子が電源Ｅ５およびスイッチＳＷ８の他方の端子に接続する。スイッチＳＷ９は、デジタル制御部６０の制御信号Ｓ９に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。

容量Ｃ３は、積分容量Ｃ１に蓄積（充電）される小電荷量に相当する電荷を溜める容量である。容量Ｃ３は、Ｃ_３（Ｆ：ファラッド）の容量を持つとする。容量Ｃ３は、電源Ｅ１と電源Ｅ４との電位差と、Ｃ_３に基づいた電荷量を蓄積する。ここで、Ａ／Ｄ変換器２０がデジタル信号への変換をする（２^Ｎの分解能を持つ）上での条件は、容量Ｃ２のＣ_２と容量Ｃ３のＣ_３との容量比がＣ_２：Ｃ_３＝２^Ｎ：１（Ｎは自然数）となることである。特に、容量Ｃ２に蓄積される電荷量と、容量Ｃ３に蓄積される電荷量との比が２^Ｎ：１となる。尚、積分容量Ｃ１のＣ_１と容量Ｃ３のＣ_３との容量比は任意の値でよい。但し、容量Ｃ３に蓄積される電荷量は、積分容量Ｃ１に蓄積される電荷量よりも小さく、前述の小電荷量に相当する。

コンパレータ５０は、積分回路３０の出力電圧Ｖａが基準電荷量に相当するか否かを判定し、判定結果をデジタル制御部６０に出力する。詳細には、コンパレータ５０は、非反転入力端子が電源Ｅ６に接続し、反転入力端子がオペアンプＡＭＰの出力端子に接続し、出力端子がデジタル制御部６０に接続する。コンパレータ５０の反転入力端子には出力電圧Ｖａが印加され、非反転入力端子には電源Ｅ１の電圧Ｖ_ｒｅｆよりも低い電圧が印加される。ここでは一例として電圧Ｖ_ｒｅｆの半分の電圧Ｖ_ｒｅｆ／２が印加される。コンパレータ５０は、出力電圧Ｖａと電圧Ｖ_ｒｅｆ／２とを比較して、出力電圧Ｖａが電圧Ｖ_ｒｅｆ／２を超えたとき積分回路３０に基準電荷量が蓄積されたと判定して、その判定結果をデジタル制御部６０に出力する。

デジタル制御部６０は、コンパレータ５０の判定結果と、内部クロック（図示略）とを受け取り、スイッチＳＷ１〜Ｓ１０を制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ１０を出力する。また、デジタル制御部６０は、コンパレータ５０の判定結果と、内部クロックとに基づいて、フォトダイオード１０の入力電流に相当するデジタル信号を出力する。デジタル信号を出力する詳細としては、デジタル制御部６０は、コンパレータ５０の判定結果を受け取り、所定期間の中で基準電荷量に相当すると判定した回数を算出する。更に、デジタル制御部６０は、所定期間の経過後、積分回路３０の積分容量Ｃ１に基準電荷量が蓄積されるまでに、容量Ｃ３に溜まる電荷量に相当する小電荷量が、積分容量Ｃ１に蓄積された蓄積回数を算出する。デジタル制御部６０は、所定期間の中で基準電荷量に相当すると判定した回数と、所定期間の経過後に、積分回路３０に基準電荷量が蓄積されるまでに小電荷量が積分回路３０に蓄積された蓄積回数とに基づいて、入力電流に相当するデジタル信号を生成する。

図４は、本発明の第１の実施の形態によるＡ／Ｄ変換器２０の処理動作を示したタイミングチャートである。図４の上段は、時間経過に対するオペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａを表している。図４の中段は、デジタル制御部６０の内部クロックと、制御信号Ｓ１〜Ｓ１０とを表している。図４の下段は、Ａ／Ｄ変換器２０の動作モードとしてＡ区間〜Ｅ区間を表している。以下、図４を参照しながら、本発明の第１の実施の形態による処理動作を説明する。

Ｅ区間：停止期間
照度センサ１は、計測を実行していない待機状態である。詳細には、デジタル制御部６０は、スイッチＳＷ５をＯＦＦにする制御信号Ｓ５と、スイッチＳＷ１０をＯＮにする制御信号Ｓ１０とを出力する。これによって、積分容量Ｃ１は電荷を蓄積していない状態となる。また、デジタル制御部６０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＦＦにする制御信号Ｓ１、Ｓ２と、スイッチＳＷ３、ＳＷ４をＯＮにする制御信号Ｓ３、Ｓ４と、スイッチＳＷ６、ＳＷ７をＯＦＦにする制御信号Ｓ６、Ｓ７と、スイッチＳＷ８、ＳＷ９をＯＮにする制御信号Ｓ８、Ｓ９とを出力する。これによって、容量Ｃ２及び容量Ｃ３は電荷を蓄積していない状態となる。このとき、オペアンプＡＭＰは電圧Ｖ_ｒｅｆの出力電圧Ｖａを出力する。

次のＡ区間とＢ区間とが交互に切り替わる容量Ｃ２による計測期間は、容量回路４１に基づいて計測を行う「粗い計測期間」である。粗い計測期間では、照度センサ１は所定期間の中で入力電流に基づいて積分回路３０に蓄積される電荷を、基準電荷量に基づいて計測を実行する。

Ａ区間：積分容量Ｃ１の充電期間
デジタル制御部６０は、制御装置（図示略）から計測を開始する命令を受け取ると、内部クロックのタイミングに基づいて、スイッチＳＷ５をＯＮにする制御信号Ｓ５と、スイッチＳＷ１０をＯＦＦにする制御信号Ｓ１０とを出力する。これによって、フォトダイオード１０は、所定期間に照射された光に基づいた入力電流をＡ／Ｄ変換器２０に流す。そして、積分回路３０は、フォトダイオード１０の入力電流に基づいた電荷を積分容量Ｃ１に蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧Ｖａを出力する。ここでは、出力電圧Ｖａは、積分容量Ｃ１に電荷が蓄積されるにつれて電圧Ｖ_ｒｅｆから徐々に低下していく。コンパレータ５０は、積分回路３０の出力電圧Ｖａが基準電荷量に相当するか否かを判定し、判定結果をデジタル制御部６０に出力する。

Ｂ区間：容量Ｃ２による放電期間
コンパレータ５０は、出力電圧Ｖａと電圧Ｖ_ｒｅｆ／２とを比較して、出力電圧Ｖａが電圧Ｖ_ｒｅｆ／２を超えたとき、積分回路３０に基準電荷量が蓄積されたと判定して、その判定結果をデジタル制御部６０に出力する。デジタル制御部６０は、コンパレータ５０の判定結果に基づいて、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮにする制御信号Ｓ１、Ｓ２と、スイッチＳＷ３、ＳＷ４をＯＦＦにする制御信号Ｓ３、Ｓ４とを出力する。言い換えると、基準電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が積分回路３０に流れるように、容量回路４１は積分回路３０に電圧を印加する。つまり、容量Ｃ２の一方の電極（スイッチＳＷ１側）に、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子に印加される基準電圧の電圧Ｖ_ｒｅｆより低い電圧（ＧＮＤ）を印加することで、Ａ区間と逆方向の電流が積分容量Ｃ１に流れるようにしている。これによって、積分容量Ｃ１に蓄積された電荷が、容量Ｃ２に放出（放電）される。

ここで、容量Ｃ２が積分容量Ｃ１の半分の容量値（Ｃ_２＝Ｃ_１／２）であるとし、容量Ｃ２の両端の電位差は電圧Ｖ_ｒｅｆ（スイッチＳＷ１側のＧＮＤと、スイッチＳＷ２側の積分回路３０のイマジナリショートに基づく電圧Ｖ_ｒｅｆとの電位差）とすると、容量Ｃ２に放電される電荷量はＣ_１×Ｖ_ｒｅｆ／２となり、積分容量Ｃ１に蓄積された電荷量と等しくなる。デジタル制御部６０は、前述の制御信号Ｓ１〜Ｓ４を出力した後、内部クロックに基づいて予め設定された時間が経過したと判定すると、再び、積分容量Ｃ１の充電期間（Ａ区間）に移行する。図４では、デジタル制御部６０は、容量Ｃ２による放電期間（Ｂ区間）に移行した後、内部クロックの２クロックに基づいて、積分容量Ｃ１の充電期間（Ａ区間）に移行している。尚、Ｂ区間からＡ区間への切り替えは、所望の放電が実行された後に切り替えられていればよく、図４と異なるタイミングであってもよい。また、Ｂ区間では、積分回路３０は、容量Ｃ２に基づいて放電を行うと同時に、フォトダイオード１０の入力電流に基づいた充電も継続して行っている。Ｂ区間の回数や時間は、計測結果に影響しない。

このようにして、Ａ／Ｄ変換器２０は所定期間の間、積分容量Ｃ１の充電と、容量Ｃ２による放電とを繰り返す。

次のＣ区間とＤ区間とが交互に切り替わる計測期間は、容量回路４２に基づいて計測を行う「細かい計測期間」である。細かい計測期間は、所定期間の経過後、積分回路３０に残存する電荷量を、基準電荷量よりも小さい小電荷量に基づいて計測を実行する。

Ｃ区間：積分容量Ｃ１の充電期間
デジタル制御部６０は、所定期間が経過すると、スイッチＳＷ５をＯＦＦにする制御信号Ｓ５を出力する。これによって、フォトダイオード１０の入力電流は、Ａ／Ｄ変換器２０に流れなくなる。また、デジタル制御部６０は、スイッチＳＷ６、ＳＷ７をＯＮにする制御信号Ｓ６、Ｓ７と、スイッチＳＷ８、ＳＷ９をＯＦＦにする制御信号Ｓ８、Ｓ９とを出力する。言い換えると、容量Ｃ３に溜まる電荷量に相当する小電荷量が、積分回路３０に蓄積されるように、容量回路４２は積分回路３０に電圧を印加する。つまり、容量Ｃ３の一方の電極（スイッチＳＷ６側）に、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子に印加される基準電圧の電圧Ｖ_ｒｅｆより高い電圧３Ｖ_ｒｅｆ／２を印加することで、Ａ区間と同じ方向の電流が積分容量Ｃ１に流れるようにしている。その結果、出力電圧Ｖａの変化方向は、フォトダイオード１０の入力電流を充電する時と同方向に変化する。このようにして、積分容量Ｃ１に小電荷量が蓄積される。

ここで、容量Ｃ３の両端の電位差が電圧Ｖ_ｒｅｆ／２（スイッチＳＷ６側の電源Ｅ４に基づく電圧３Ｖ_ｒｅｆ／２と、スイッチＳＷ７側の積分回路３０のイマジナリショートに基づく電圧Ｖ_ｒｅｆとの電位差）であるため、Ｂ区間の積分容量Ｃ１の両端に掛かる電位差（電圧Ｖ_ｒｅｆ／２）と等しい。従って、積分容量Ｃ１のＣ_１と容量Ｃ３のＣ_３との容量比を、Ｃ_１：Ｃ_３＝６４：１（２^ｍ：１（ｍは自然数））とした場合、積分容量Ｃ１に基準電荷量が蓄積されるまでに、小電荷量を積分回路３０に蓄積する蓄積回数の最大値は６４回となる。即ち、電圧Ｖ_ｒｅｆ／２のダイナミックレンジを６４分割（６ｂｉｔ）していることを意味する。つまり、容量Ｃ３を用いた計測は、積分容量Ｃ１に残存する電荷量を直接計測する方法ではないが、予め積分容量Ｃ１に最大限溜まった場合の電荷量を例えば６４分割することが分かっているため、容易に残存する電荷量の計測が可能である。

尚、本実施の形態では、説明を簡便にするため定数設定を具体的に示したが、積分容量Ｃ１と容量Ｃ３の容量比を他の値（例えば、Ｃ_１：Ｃ_３＝３２：１）に変更してもよい。更に、容量Ｃ３の両端に印加する電圧を５Ｖ_ｒｅｆ／４として１回に蓄積する電荷量を削減して更なる分解能の向上を図ってもよい。５Ｖ_ｒｅｆ／４の場合、３Ｖ_ｒｅｆ／２の２倍に分解能が向上する。

コンパレータ５０は、出力電圧Ｖａと電圧Ｖ_ｒｅｆ／２とを比較して、出力電圧Ｖａが電圧Ｖ_ｒｅｆ／２を超えたとき、積分回路３０に基準電荷量が蓄積されたと判定して、その判定結果をデジタル制御部６０に出力する。

Ｄ区間：積分容量Ｃ１の充電準備期間
デジタル制御部６０は、内部クロックに基づいて、スイッチＳＷ６、ＳＷ７をＯＦＦにする制御信号Ｓ６、Ｓ７と、スイッチＳＷ８、ＳＷ９をＯＮにする制御信号Ｓ８、Ｓ９とを出力する。これによって、Ｃ区間で溜まった容量Ｃ３の電荷をリセットする。

Ａ／Ｄ変換器２０は所定期間の経過後、コンパレータ５０が積分回路３０に基準電荷量が蓄積されたと判定するまで、容量３を用いた積分容量Ｃ１の充電を一定時間毎に繰り返えす。

デジタル制御部６０は、コンパレータ５０の判定結果と、内部クロックとに基づいて、フォトダイオード１０の入力電流に相当するデジタル信号を出力する。詳細には、デジタル制御部６０は、コンパレータ５０の判定結果を受け取り、所定期間の中で基準電荷量に相当すると判定した回数を算出する。更に、デジタル制御部６０は、所定期間の経過後、積分回路３０の積分容量Ｃ１に基準電荷量が蓄積されるまでに、容量Ｃ３に溜まる電荷量に相当する小電荷量が、積分容量Ｃ１に蓄積された蓄積回数を算出する。デジタル制御部６０は、所定期間の中で基準電荷量に相当すると判定した回数と、所定期間の経過後に、積分回路３０に基準電荷量が蓄積されるまでに小電荷量が積分回路３０に蓄積された蓄積回数とに基づいて、入力電流に相当するデジタル信号を生成し、外部に出力する。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態の照度センサ１は、所定期間に流れる入力電流に基づいて積分回路３０に蓄積される電荷を基準電荷量に基づいて計測する粗い計測と、所定期間の経過後、積分回路３０に残存する電荷量を、基準電荷量よりも小さい小電荷量に基づいて計測する細かい計測とを実行することで、入力電流を高い分解能でデジタル値に変換することが可能である。特に、本発明の照度センサ１は、特許文献１よりもコンパレータを１つ削減できるため、回路規模を縮小できる効果と、消費電流を低減できる効果とを奏している。

本発明の第１の実施の形態の照度センサ１を具備する携帯端末装置５を説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態による携帯端末装置５の構成を示すブロック図である。携帯端末装置５は、携帯電話や、タブレット型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や、携帯ゲーム機などディスプレイを備える携帯端末である。携帯端末装置５は、照度センサ１と、制御装置２と、表示装置３とを具備する。

照度センサ１は、記述した照度センサであって、周囲の明るさに基づいたデジタル信号を出力する。制御装置２は、照度センサ１からのデジタル信号に基づいて、表示装置３のバックライト３ｂの輝度を最適な明るさに制御する。表示装置３は、液晶パネル３ａとバックライト３ｂとを備える。バックライト３ｂは、制御装置２に基づいて明るさが制御される。

このような携帯端末装置５は、周囲の明るさに応じて最適な明るさの表示画面をユーザに提供することができる。特に、照度センサ１は小型であり、しかも消費電力を抑えることができるため、携帯端末装置５も小型化及び低消費電力化することができる効果を奏している。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態による照度センサ１ａの構成を示した図である。図６を参照すると、照度センサ１ａは、フォトダイオード１０ａと、Ａ／Ｄ変換器２０ａとを具備する。本発明の第２の実施の形態による照度センサ１ａは、フォトダイオード１０ａに基づいてＡ／Ｄ変換器２０ａに流れる入力電流の方向が第１の実施の形態と異なるものである。

フォトダイオード１０ａは、第１の実施の形態のフォトダイオード１０と同様に、所定期間に照射された光に基づいた入力電流を流す。フォトダイオード１０ａは、一方の端子がスイッチＳＷ５ａを介してオペアンプＡＭＰ（詳細は後述する）の反転入力端子に接続し、他方の端子が電源（ＧＮＤ）に接続される。

Ａ／Ｄ変換器２０ａは、第１の実施の形態のＡ／Ｄ変換器２０と同様に、所定期間に流れるフォトダイオード１０ａからの入力電流をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２０ａは、積分回路３０ａと、容量回路４０ａと、コンパレータ５０ａと、デジタル制御部６０ａとを備える。

積分回路３０ａは、所定期間に流れる入力電流に基づいた電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧Ｖａを出力する。積分回路３０ａは、電源Ｅ１ａと、オペアンプＡＭＰと、積分容量Ｃ１ａと、スイッチＳＷ１０ａとを備える。

電源Ｅ１ａはＧＮＤよりも高い電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ（基準電圧）を発生する。オペアンプＡＭＰは、非反転入力端子が電源Ｅ１ａに接続し（非反転入力端子には電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆが印加され）、反転入力端子がノード７１ａを介してフォトダイオード１０ａおよび容量回路４０ａに接続し、出力端子がコンパレータ５０ａに接続する。

積分容量Ｃ１ａは、一方の電極がオペアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、他方の電極がオペアンプＡＭＰの出力端子に接続される。積分容量Ｃ１ａは、Ｃ_１ａ（Ｆ：ファラッド）の容量を持つとする。積分容量Ｃ１ａは、両電極に印加される電位差とＣ_１ａとに基づいた電荷量を蓄積する。本実施の形態では、積分容量Ｃ１ａの一方の電極に電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆが印加され、他方の電極に電源Ｅ６ａで設定された電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２が印加されるときに、積分容量Ｃ１ａに基準電荷量が蓄積されるとする。

スイッチＳＷ１０ａは、第１の実施の形態のスイッチＳＷ１０と同様で、デジタル制御部６０ａの制御信号Ｓ１０ａに基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。

容量回路４０ａは、第１の実施の形態の容量回路４０と同様に、所定期間において、積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積される毎に、基準電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が積分回路３０ａに流れるように、積分回路３０ａに電圧を印加する。更に、容量回路４０ａは、所定期間の経過後、積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積されるまで、基準電荷量よりも小さい小電荷量が一定時間毎に蓄積されるように、積分回路３０ａに電圧を印加する。容量回路４０ａは、積分容量Ｃ１ａの放電を行なう容量回路４１ａと、積分容量Ｃ１に充電を行なう容量回路４２ａとを備える。

容量回路４１ａは、電源Ｅ２ａと、電源Ｅ３ａと、スイッチＳＷ１ａと、スイッチＳＷ２ａと、スイッチＳＷ３ａと、スイッチＳＷ４ａと、容量Ｃ２ａとを備える。

電源Ｅ２ａは電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆよりも高い電圧を発生する。ここでは一例としてＶＤＤとする。電源Ｅ３ａは所定の電圧を発生する。ここでは一例として、電源Ｅ１ａと同様に電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆとする。スイッチＳＷ１ａ〜スイッチＳＷ４ａは、第１の実施の形態のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４と同様であるため説明を省略する。

容量Ｃ２ａは、積分容量Ｃ１ａに蓄積された電荷を放出（放電）するための容量である。容量Ｃ２ａは、Ｃ_２ａ（Ｆ：ファラッド）の容量を持つとする。容量Ｃ２ａは、電源Ｅ１ａと電源Ｅ２ａとの電位差と、Ｃ_２ａに基づいた電荷量を蓄積する。尚、積分容量Ｃ１ａのＣ_１ａと容量Ｃ２ａのＣ_２ａとの容量比は任意の値でよい。

容量回路４２ａは、電源Ｅ４ａと、電源Ｅ５ａと、スイッチＳＷ６ａと、スイッチＳＷ７ａと、スイッチＳＷ８ａと、スイッチＳＷ９ａと、容量Ｃ３ａとを備える。

電源Ｅ４ａは電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆよりも低い電圧を発生する。ここでは一例として電圧ＶＤＤ−３Ｖ_ｒｅｆ／２とする。電源Ｅ５ａは所定の電圧を発生する。ここでは一例として、電源Ｅ１ａ及び電源Ｅ３ａと同様に電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆとする。スイッチＳＷ６ａ〜スイッチＳＷ９は、第１の実施の形態のスイッチＳＷ６〜ＳＷ９と同様であるため説明を省略する。

容量Ｃ３ａは、積分容量Ｃ１ａに蓄積（充電）される小電荷量に相当する電荷を溜める容量である。容量Ｃ３ａは、Ｃ_３ａ（Ｆ：ファラッド）の容量を持つとする。容量Ｃ３ａは、電源Ｅ１ａと電源Ｅ４ａとの電位差と、Ｃ_３ａに基づいた電荷量を蓄積する。第１の実施の形態の容量Ｃ３と同様に、Ａ／Ｄ変換器２０ａがデジタル信号への変換をする（２^Ｎの分解能を持つ）上での条件は、容量Ｃ２ａのＣ_２ａと容量Ｃ３ａのＣ_３ａとの容量比がＣ_２ａ：Ｃ_３ａ＝２^Ｎ：１（Ｎは自然数）となることである。特に、容量Ｃ２ａに蓄積される電荷量と、容量Ｃ３ａに蓄積される電荷量との比が２^Ｎ：１となる。尚、積分容量Ｃ１ａのＣ_１ａと容量Ｃ３ａのＣ_３ａとの容量比は任意の値でよい。但し、容量Ｃ３ａに蓄積される電荷量は、積分容量Ｃ１ａに蓄積される電荷量よりも小さく、前述の小電荷量に相当する。

コンパレータ５０ａは、積分回路３０ａの出力電圧Ｖａが基準電荷量に相当するか否かを判定し、判定結果をデジタル制御部６０ａに出力する。コンパレータ５０ａの反転入力端子には出力電圧Ｖａが印加され、非反転入力端子には電源Ｅ１ａの電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆよりも高い電圧が印加される。ここでは一例として、ＶＤＤと電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆとの中間の電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２が印加される。コンパレータ５０ａは、出力電圧Ｖａと電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２とを比較して、出力電圧Ｖａが電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２を超えたとき積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積されたと判定して、その判定結果をデジタル制御部６０ａに出力する。

デジタル制御部６０ａは、第１の実施の形態のデジタル制御部６０と同様に、コンパレータ５０ａの判定結果と、内部クロック（図示略）とを受け取り、スイッチＳＷ１ａ〜Ｓ１０ａを制御するための制御信号Ｓ１ａ〜Ｓ１０ａを出力する。また、デジタル制御部６０ａは、コンパレータ５０ａの判定結果と、内部クロックとに基づいて、フォトダイオード１０ａの入力電流に相当するデジタル信号を出力する。

図７は、本発明の第２の実施の形態によるＡ／Ｄ変換器２０ａの処理動作を示したタイミングチャートである。図７の上段は、時間経過に対するオペアンプＡＭＰの出力電圧Ｖａを表している。図７の中段は、デジタル制御部６０ａの内部クロックと、制御信号Ｓ１ａ〜Ｓ１０ａとを表している。図７の下段は、Ａ／Ｄ変換器２０ａの動作モードとしてＡ区間〜Ｅ区間を表している。以下、図７を参照しながら、本発明の第２の実施の形態による処理動作を説明する。

Ｅ区間：停止期間
照度センサ１ａは、計測を実行していない待機状態である。この状態は、図４のＥ区間と同様である。

次のＡ区間とＢ区間とが交互に切り替わる容量Ｃ２ａによる計測期間は、容量回路４１ａに基づいて計測を行う「粗い計測期間」である。粗い計測期間では、照度センサ１ａは所定期間の中で入力電流に基づいて積分回路３０ａに蓄積される電荷を、基準電荷量に基づいて計測を実行する。

Ａ区間：積分容量Ｃ１ａの充電期間
デジタル制御部６０ａは、制御装置２から計測を開始する命令を受け取ると、内部クロックのタイミングに基づいて、スイッチＳＷ５ａをＯＮにする制御信号Ｓ５ａと、スイッチＳＷ１０ａをＯＦＦにする制御信号Ｓ１０ａとを出力する。これによって、フォトダイオード１０ａは、所定期間に照射された光に基づいた入力電流をＡ／Ｄ変換器２０ａに流す。そして、積分回路３０ａは、フォトダイオード１０ａの入力電流に基づいた電荷を積分容量Ｃ１ａに蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧Ｖａを出力する。ここでは、出力電圧Ｖａは、積分容量Ｃ１ａに電荷が蓄積されるにつれて電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆから徐々に上がっていく。コンパレータ５０ａは、積分回路３０ａの出力電圧Ｖａが基準電荷量に相当するか否かを判定し、判定結果をデジタル制御部６０ａに出力する。

Ｂ区間：容量Ｃ２ａによる放電期間
コンパレータ５０ａは、出力電圧Ｖａと電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２とを比較して、出力電圧Ｖａが電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２を超えたとき、積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積されたと判定して、その判定結果をデジタル制御部６０ａに出力する。デジタル制御部６０ａは、コンパレータ５０ａの判定結果に基づいて、スイッチＳＷ１ａ、ＳＷ２ａをＯＮにする制御信号Ｓ１ａ、Ｓ２ａと、スイッチＳＷ３ａ、ＳＷ４ａをＯＦＦにする制御信号Ｓ３ａ、Ｓ４ａとを出力する。言い換えると、基準電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が積分回路３０ａに流れるように、容量回路４１ａは積分回路３０ａに電圧を印加する。つまり、容量Ｃ２ａの一方の電極（スイッチＳＷ１ａ側）に、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子に印加される基準電圧の電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆより高い電圧（ＶＤＤ）を印加することで、Ａ区間と逆方向の電流が積分容量Ｃ１ａに流れるようにしている。これによって、積分容量Ｃ１ａに蓄積された電荷が、容量Ｃ２ａに放出（放電）される。

Ａ／Ｄ変換器２０ａは所定期間の間、積分容量Ｃ１ａの充電と、容量Ｃ２ａによる放電とを繰り返す。

次のＣ区間とＤ区間とが交互に切り替わる計測期間は、容量回路４２ａに基づいて計測を行う「細かい計測期間」である。細かい計測期間は、所定期間の経過後、積分回路３０ａに残存する電荷量を、基準電荷量よりも小さい小電荷量に基づいて計測を実行する。

Ｃ区間：積分容量Ｃ１ａの充電期間
デジタル制御部６０ａは、所定期間が経過すると、スイッチＳＷ５ａをＯＦＦにする制御信号Ｓ５ａを出力する。これによって、フォトダイオード１０ａの入力電流は、Ａ／Ｄ変換器２０ａに流れなくなる。また、デジタル制御部６０ａは、スイッチＳＷ６ａ、ＳＷ７ａをＯＮにする制御信号Ｓ６ａ、Ｓ７ａと、スイッチＳＷ８ａ、ＳＷ９ａをＯＦＦにする制御信号Ｓ８ａ、Ｓ９ａとを出力する。言い換えると、容量Ｃ３ａに溜まる電荷量に相当する小電荷量が、積分回路３０ａに蓄積されるように、容量回路４２ａは積分回路３０ａに電圧を印加する。つまり、容量Ｃ３ａの一方の電極（スイッチＳＷ６ａ側）に、オペアンプＡＭＰの非反転入力端子に印加される基準電圧の電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆより低い電圧ＶＤＤ−３Ｖ_ｒｅｆ／２を印加することで、Ａ区間と同じ方向の電流が積分容量Ｃ１ａに流れるようにしている。その結果、出力電圧Ｖａの変化方向は、フォトダイオード１０ａの入力電流を充電する時と同方向に変化する。このようにして、積分容量Ｃ１ａに小電荷量が蓄積される。

コンパレータ５０ａは、出力電圧Ｖａと電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２とを比較して、出力電圧Ｖａが電圧ＶＤＤ−Ｖ_ｒｅｆ／２を超えたとき、積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積されたと判定して、その判定結果をデジタル制御部６０ａに出力する。

Ｄ区間：積分容量Ｃ１ａの充電準備期間
デジタル制御部６０ａは、内部クロックに基づいて、スイッチＳＷ６ａ、ＳＷ７ａをＯＦＦにする制御信号Ｓ６ａ、Ｓ７ａと、スイッチＳＷ８ａ、ＳＷ９ａをＯＮにする制御信号Ｓ８ａ、Ｓ９ａとを出力する。これによって、Ｃ区間で溜まった容量Ｃ３ａの電荷をリセットする。

Ａ／Ｄ変換器２０ａは所定期間の経過後、コンパレータ５０ａが積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積されたと判定するまで、容量Ｃ３ａを用いた積分容量Ｃ１ａの充電を一定時間毎に繰り返す。

デジタル制御部６０ａは、コンパレータ５０ａの判定結果と、内部クロックとに基づいて、フォトダイオード１０ａの入力電流に相当するデジタル信号を出力する。詳細には、デジタル制御部６０ａは、コンパレータ５０ａの判定結果を受け取り、所定期間の中で基準電荷量に相当すると判定した回数を算出する。更に、デジタル制御部６０ａは、所定期間の経過後、積分回路３０ａの積分容量Ｃ１ａに基準電荷量が蓄積されるまでに、容量Ｃ３ａに溜まる電荷量に相当する小電荷量が、積分容量Ｃ１ａに蓄積された蓄積回数を算出する。デジタル制御部６０ａは、所定期間の中で基準電荷量に相当すると判定した回数と、所定期間の経過後に、積分回路３０ａに基準電荷量が蓄積されるまでに小電荷量が積分回路３０ａに蓄積された蓄積回数とに基づいて、入力電流に相当するデジタル信号を生成し、外部に出力する。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態の照度センサ１ａは、第１の実施の形態の照度センサ１と同様に、粗い計測と、細かい計測とを実行することで、入力電流を高い分解能でデジタル値に変換することが可能である。そして、照度センサ１ａは、特許文献１よりもコンパレータを１つ削減できるため、回路規模を縮小できる効果と、消費電流を低減できる効果とを奏している。

本発明によるＡ／Ｄ変換器、Ａ／Ｄ変換器を有する照度センサ、及び、照度センサを有する携帯端末装置は、発明に矛盾の無い範囲で種々の変更が可能である。

１、１ａ ：照度センサ
２ ：制御装置
３ ：表示装置
３ａ ：液晶パネル
３ｂ ：バックライト
５ ：携帯端末装置
１０、１０ａ ：フォトダイオード
２０、２０ａ ：Ａ／Ｄ変換器
３０、３０ａ ：積分回路
４０、４０ａ ：容量回路
４１、４１ａ ：容量回路
４２、４２ａ ：容量回路
５０、５０ａ ：コンパレータ
６０、６０ａ ：デジタル制御部
７１、７１ａ ：ノード
ＡＭＰ ：オペアンプ
Ｃ１、Ｃ１ａ ：積分容量
Ｃ２、Ｃ２ａ ：容量
Ｃ３、Ｃ３ａ ：容量
Ｅ１、Ｅ１ａ ：電源
Ｅ２、Ｅ２ａ ：電源
Ｅ３、Ｅ３ａ ：電源
Ｅ４、Ｅ４ａ ：電源
Ｅ５、Ｅ５ａ ：電源
Ｅ６、Ｅ６ａ ：電源
ＳＷ１、ＳＷ１ａ ：スイッチ
ＳＷ１０、ＳＷ１０ａ ：スイッチ
ＳＷ２、ＳＷ２ａ ：スイッチ
ＳＷ３、ＳＷ３ａ ：スイッチ
ＳＷ４、ＳＷ４ａ ：スイッチ
ＳＷ５、ＳＷ５ａ ：スイッチ
ＳＷ６、ＳＷ６ａ ：スイッチ
ＳＷ７、ＳＷ７ａ ：スイッチ
ＳＷ８、ＳＷ８ａ ：スイッチ
ＳＷ９、ＳＷ９ａ ：スイッチ

Claims (10)

1. 所定期間に流れる入力電流に基づいた電荷を蓄積し、蓄積された電荷量に基づいた出力電圧を出力する積分回路と、
   前記所定期間において、前記積分回路に第１電荷量が蓄積される毎に、前記第１電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が前記積分回路に流れるように第１電圧を印加し、前記所定期間の経過後、前記積分回路に前記第１電荷量が蓄積されるまで、前記第１電荷量より小さい第２電荷量が一定時間毎に蓄積されるように第２電圧を印加する容量回路と、
   前記出力電圧が前記第１電荷量に相当するか否かを判定するコンパレータと、
   前記コンパレータの判定結果を受け取り、前記所定期間の中で前記第１電荷量に相当すると判定した回数と、前記所定期間の経過後、前記第１電荷量が蓄積されるまでに前記第２電荷量が前記積分回路に蓄積された蓄積回数とに基づいて、前記入力電流に相当するデジタル信号を生成するデジタル制御部と
   を具備する
   アナログ／デジタル変換器。
2. 請求項１に記載のアナログ／デジタル変換器であって、
   前記積分回路は、
   非反転入力端子に基準電圧が印加される演算増幅器と、
   前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続され、前記第１電荷量を蓄積する積分容量と
   を備え、
   前記容量回路は、
   第１容量回路と、第２容量回路とを備え、
   前記第１容量回路は、
   一方の端子が前記反転入力端子と接続する第１スイッチと、
   一方の電極が前記第１電圧を発生する第１電源に接続され、他方の電極が前記第１スイッチの他方の端子に接続される第１容量と
   を含み、
   前記第２容量回路は、
   一方の端子が前記反転入力端子と接続する第２スイッチと、
   一方の電極が前記第２電圧を発生する第２電源に接続され、他方の電極が前記第２スイッチの他方の端子に接続される第２容量と
   を含み、
   前記第１電圧は、前記基準電圧よりも低く、
   前記第２電圧は、前記基準電圧よりも高い
   アナログ／デジタル変換器。
3. 請求項２に記載のアナログ／デジタル変換器であって、
   前記第１容量と前記第２容量との容量比は、２^Ｎ：１（Ｎは自然数）である
   アナログ／デジタル変換器。
4. 請求項２又は３に記載のアナログ／デジタル変換器であって、
   前記基準電圧をＶとしたとき、
   前記第１電荷量を蓄積したときの前記積分容量の前記出力端子側に印加される電圧はＶ／２であり、
   前記第２電圧は３Ｖ／２であり、
   前記積分容量と前記第２容量との容量比は、２^ｍ：１（ｍは自然数）である
   アナログ／デジタル変換器。
5. 請求項１に記載のアナログ／デジタル変換器であって、
   前記積分回路は、
   非反転入力端子に基準電圧が印加される演算増幅器と、
   前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続され、前記第１電荷量を蓄積する積分容量と
   を備え、
   前記容量回路は、
   第１容量回路と、第２容量回路とを備え、
   前記第１容量回路は、
   一方の端子が前記反転入力端子と接続する第１スイッチと、
   一方の電極が前記第１電圧を発生する第１電源に接続され、他方の電極が前記第１スイッチの他方の端子に接続される第１容量と
   を含み、
   前記第２容量回路は、
   一方の端子が前記反転入力端子と接続する第２スイッチと、
   一方の電極が前記第２電圧を発生する第２電源に接続され、他方の電極が前記第２スイッチの他方の端子に接続される第２容量と
   を含み、
   前記第１電圧は、前記基準電圧よりも高く、
   前記第２電圧は、前記基準電圧よりも低い
   アナログ／デジタル変換器。
6. 請求項５に記載のアナログ／デジタル変換器であって、
   前記第１容量と前記第２容量との容量比は、２^Ｎ：１（Ｎは自然数）である
   アナログ／デジタル変換器。
7. 請求項５又は６に記載のアナログ／デジタル変換器であって、
   前記基準電圧をＶＤＤ−Ｖとしたとき、
   前記第１電荷量を蓄積したときの前記積分容量の前記出力端子側に印加される電圧はＶＤＤ−Ｖ／２であり、
   前記第２電圧はＶＤＤ−３Ｖ／２であり、
   前記積分容量と前記第２容量との容量比は、２^ｍ：１（ｍは自然数）である
   アナログ／デジタル変換器。
8. 請求項２乃至７の何れか一項に記載のアナログ／デジタル変換器と、
   一方の端子が第３スイッチを介して前記反転入力端子に接続し、他方の端子が第３電圧の第３電源に接続され、照射された光に基づいて前記積分回路に流れる前記入力電流を発生するフォトダイオードと
   を具備する
   照度センサ。
9. 請求項８に記載の照度センサと、
   バックライトを有する表示装置と、
   前記デジタル信号に基づいて、前記バックライトの輝度を制御する制御装置と
   を具備する
   携帯端末装置。
10. 所定期間に流れる入力電流に基づいて積分回路に蓄積される電荷を、第１電荷量に基づいて計測するステップと、
    前記所定期間の経過後、前記積分回路に残存する電荷量を、前記第１電荷量よりも小さい第２電荷量に基づいて計測するステップと、
    前記入力電流に相当するデジタル信号を生成するステップと
    を具備し、
    前記第１電荷量に基づいて計測するステップは、
    前記積分回路に前記第１電荷量が蓄積されたことを判定するステップと、
    前記第１電荷量が蓄積される毎に、前記第１電荷量が蓄積される方向とは逆方向の電流が前記積分回路に流れるように第１電圧を印加するステップと、
    前記所定期間の中で前記第１電荷量が蓄積された回数を計測するステップと
    を備え、
    前記第２電荷量に基づいて計測するステップは、
    前記第２電荷量が一定時間毎に前記積分回路に蓄積されるように第２電圧を印加するステップと、
    前記積分回路に前記第１電荷量が蓄積されたことを判定するステップと、
    前記積分回路に前記第１電荷量が蓄積されたとき、前記第１電荷量が蓄積されるまでに前記第２電荷量が前記積分回路に蓄積された蓄積回数を計測するステップと
    を備え、
    前記デジタル信号を生成するステップは、
    前記第１電荷量が蓄積された回数と、前記第２電荷量の蓄積回数とに基づいて、前記入力電流に相当する前記デジタル信号を生成するステップと
    を備える
    アナログ／デジタル変換方法。

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