JP2021110659A - Optical sensor - Google Patents

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崇博 北原
Takahiro Kitahara
崇博 北原
弘治 齊藤
Hiroharu Saito
弘治 齊藤
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Abstract

To measure ambient light on the back side of a display panel having translucency.SOLUTION: For example, an optical sensor includes: a light receiving element which generates a light receiving signal IPD corresponding to both of output light of the light emitting element and ambient light; a detection circuit which sequentially generates an integral value DET of the light receiving signal IPD for every measurement period Tm shorter than a light emission period T of the light emitting element; and a processing circuit which sequentially determines a minimum value MIN from a plurality of integrated values DET for every first period Tx equal to or longer than a light emission period T and sets the minimum value MIN or a value corresponding thereto (for example, average value AVE) as a measurement value REG of the ambient light.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本明細書中に開示されている発明は、光学センサ(例えば、スマートフォン用の照度センサ又は近接センサ)に関する。 The invention disclosed herein relates to an optical sensor (eg, an illuminance sensor for a smartphone or a proximity sensor).

光を検出する光学センサは、様々なアプリケーションに搭載されている。 Optical sensors that detect light are found in a variety of applications.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 As an example of the prior art related to the above, Patent Document 1 can be mentioned.

国際公開第2018/066143号International Publication No. 2018/066143

しかしながら、従来の光学センサ(特にこれに用いられる検出回路)では、高速動作とSN比向上を両立することが困難であった。 However, with a conventional optical sensor (particularly, a detection circuit used for this), it is difficult to achieve both high-speed operation and improvement of the SN ratio.

そこで、本明細書中に開示されている発明の一つは、高速動作とSN比向上を両立することのできる光学センサ及びこれに用いられる検出回路を提供することを目的とする。 Therefore, one of the inventions disclosed in the present specification is an object of providing an optical sensor capable of achieving both high-speed operation and improvement of an SN ratio, and a detection circuit used therein.

また、従来の光学センサでは、透光性を持つ表示パネル(例えば、OLED[organic light emitting diode]パネル)の裏面側で環境光を測定することが困難であった。 Further, with a conventional optical sensor, it is difficult to measure ambient light on the back surface side of a display panel having translucency (for example, an OLED [organic light emitting diode] panel).

そこで、本明細書中に開示されている発明の一つは、透光性を持つ表示パネルの裏面側で環境光を測定することのできる光学センサを提供することを目的とする。 Therefore, one of the inventions disclosed in the present specification is to provide an optical sensor capable of measuring ambient light on the back surface side of a translucent display panel.

なお、例えば、本明細書中に開示されている検出回路は、入力信号が入力される第1積分器と、出力信号を出力する第2積分器と、前記第1積分器の出力端と前記第2積分器の入力端との間に接続された積分容量と、前記第2積分器の入力端に接続された放電部と、前記第2出力信号を監視して前記放電部を制御する制御部と、を有する。 For example, the detection circuit disclosed in the present specification includes a first integrator to which an input signal is input, a second integrator to output an output signal, an output end of the first integrator, and the above. Control to monitor the integrated capacitance connected to the input end of the second integrator, the discharge unit connected to the input end of the second integrator, and the second output signal to control the discharge unit. It has a part and.

また、例えば、本明細書中に開示されている光学センサは、発光素子の出力光と環境光の双方に応じた受光信号を生成する受光素子と、前記発光素子の発光周期よりも短い測定期間毎に前記受光信号の積分値を逐次生成する検出回路と、前記発光周期以上の第1期間毎に複数の前記積分値から最小値を逐次判定して前記最小値又はこれに応じた値を前記環境光の測定値とする処理回路と、を有する。 Further, for example, the optical sensor disclosed in the present specification includes a light receiving element that generates a light receiving signal corresponding to both output light and ambient light of the light emitting element, and a measurement period shorter than the light emitting cycle of the light emitting element. A detection circuit that sequentially generates an integrated value of the received light signal for each, and a detection circuit that sequentially determines a minimum value from a plurality of the integrated values for each first period equal to or longer than the light emission cycle, and determines the minimum value or a value corresponding thereto. It has a processing circuit for measuring ambient light.

なお、本発明のその他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く実施の形態の詳細な説明やこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。 The other features, elements, steps, advantages, and properties of the present invention will be further clarified by the detailed description of the embodiments that follow and the accompanying drawings.

本明細書中に開示されている発明の一つによれば、高速動作とSN比向上を両立することのできる光学センサ、及び、これに用いる検出回路を提供することが可能となる。 According to one of the inventions disclosed in the present specification, it is possible to provide an optical sensor capable of achieving both high-speed operation and improvement of the SN ratio, and a detection circuit used for the optical sensor.

また、本明細書中に開示されている発明の一つによれば、透光性を持つ表示パネルの裏面側で環境光を測定することのできる光学センサを提供することが可能となる。 Further, according to one of the inventions disclosed in the present specification, it is possible to provide an optical sensor capable of measuring ambient light on the back surface side of a translucent display panel.

光学センサの第1比較例を示す図The figure which shows the 1st comparative example of an optical sensor 第1比較例における光検出動作の一例を示す図The figure which shows an example of the light detection operation in the 1st comparative example. 光学センサの第2比較例を示す図The figure which shows the 2nd comparative example of the optical sensor 第2比較例における光検出動作の一例を示す図The figure which shows an example of the light detection operation in the 2nd comparative example. 受光面積/積分容量比とSN比との関係を示す図The figure which shows the relationship between the light-receiving area / integrated capacity ratio, and the SN ratio. アナログ出力信号の実波形と理想波形を示す図Diagram showing the actual waveform and ideal waveform of the analog output signal 周波数とノイズ量との関係を示す図The figure which shows the relationship between a frequency and a noise amount 光学センサの第1実施形態を示す図The figure which shows the 1st Embodiment of an optical sensor 第1実施形態における光検出動作の一例を示す図The figure which shows an example of the light detection operation in 1st Embodiment 電子機器の正面要部を示す図The figure which shows the front main part of an electronic device 電子機器のα1−α2断面を示す図The figure which shows the α1-α2 cross section of an electronic device 光学センサの第2実施形態を示す図The figure which shows the 2nd Embodiment of an optical sensor OLEDのオフ期間と環境光の測定期間との関係を示す図The figure which shows the relationship between the OLED off period and the ambient light measurement period. OLEDの発光輝度とオフ期間との関係を示す図(発光輝度25%)The figure which shows the relationship between the emission brightness of OLED and the off period (emission brightness 25%). OLEDの発光輝度とオフ期間との関係を示す図(発光輝度50%)The figure which shows the relationship between the emission brightness of OLED and the off period (emission brightness 50%) OLEDの発光輝度とオフ期間との関係を示す図(発光輝度75%)The figure which shows the relationship between the emission brightness of OLED and the off period (emission brightness 75%). OLEDの発光輝度とオフ期間との関係を示す図(発光輝度96%)The figure which shows the relationship between the emission brightness of OLED and the off period (emission brightness 96%) 第2実施形態における光検出動作の一例を示す図The figure which shows an example of the light detection operation in 2nd Embodiment

<光学センサ(第1比較例)>
まず、光学センサの新規な実施形態の説明に先立ち、これと対比される比較例について簡単に説明する。図1は、光学センサの第1比較例を示す図である。本比較例の光学センサ10は、光を検出して電気信号に変換する半導体集積回路装置(照度センサICなど)であり、受光素子11と検出回路12を有する。
<Optical sensor (first comparative example)>
First, prior to the description of the new embodiment of the optical sensor, a comparative example to be compared with the new embodiment will be briefly described. FIG. 1 is a diagram showing a first comparative example of an optical sensor. The optical sensor 10 of this comparative example is a semiconductor integrated circuit device (illuminance sensor IC or the like) that detects light and converts it into an electric signal, and has a light receiving element 11 and a detection circuit 12.

受光素子11は、入射光に応じた受光信号IPD(=電流信号)を生成する光電変換素子である。受光信号IPDは、入射光が強いほど大きくなり、入射光が弱いほど小さくなる。受光素子11としては、フォトダイオードやフォトトランジスタを好適に用いることができる。受光素子11には、一般に寄生キャパシタ13(容量値Cp)が付随する。 The light receiving element 11 is a photoelectric conversion element that generates a light receiving signal IPD (= current signal) according to the incident light. The received light signal IPD becomes larger as the incident light is stronger, and becomes smaller as the incident light is weaker. As the light receiving element 11, a photodiode or a phototransistor can be preferably used. The light receiving element 11 is generally accompanied by a parasitic capacitor 13 (capacity value Cp).

検出回路12は、受光信号IPDを検出してアナログ出力信号AOUTを生成する回路部であり、オペアンプ121と、キャパシタ122と、スイッチ123〜125を含む。 The detection circuit 12 is a circuit unit that detects the received light signal IPD and generates an analog output signal AOUT, and includes an operational amplifier 121, a capacitor 122, and switches 123 to 125.

オペアンプ121の反転入力端(−)は、アナログ入力信号AINの印加端に接続されている。オペアンプ121の非反転入力端(+)は、バイアス電圧VB(例えば、VB=0.5V)の印加端に接続されている。オペアンプ121の出力端は、アナログ出力信号AOUTの印加端に接続されている。なお、アナログ出力信号AOUTには、不図示の後段回路において、増幅処理やA/D[analog-to-digital]変換処理などが施される。 The inverting input end (−) of the operational amplifier 121 is connected to the application end of the analog input signal AIN. The non-inverting input end (+) of the operational amplifier 121 is connected to the application end of the bias voltage VB (for example, VB = 0.5V). The output end of the operational amplifier 121 is connected to the application end of the analog output signal AOUT. The analog output signal AOUT is subjected to amplification processing, A / D [analog-to-digital] conversion processing, and the like in a subsequent circuit (not shown).

キャパシタ122(容量値C1)は、オペアンプ121の反転入力端(−)と出力端との間に接続されている。 The capacitor 122 (capacitance value C1) is connected between the inverting input end (−) and the output end of the operational amplifier 121.

スイッチ123は、キャパシタ122に並列接続されており、切替信号SW1に応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ123は、SW1=Hであるときにオンして、SW1=Lであるときにオフする。 The switch 123 is connected in parallel to the capacitor 122, and is turned on / off according to the switching signal SW1. For example, the switch 123 turns on when SW1 = H and turns off when SW1 = L.

スイッチ124は、受光素子11(例えばフォトダイオードのカソード)とオペアンプ121の反転入力端(−)との間に接続されており、切替信号SW2に応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ124は、SW2=Hであるときにオンして、SW2=Lであるときにオフする。 The switch 124 is connected between the light receiving element 11 (for example, the cathode of the photodiode) and the inverting input end (−) of the operational amplifier 121, and is turned on / off according to the switching signal SW2. For example, the switch 124 turns on when SW2 = H and turns off when SW2 = L.

スイッチ125は、受光素子11(例えばフォトダイオードのカソード)とバイアス電圧VBの印加端との間に接続されており、反転切替信号SW2B(=切替信号SW2の論理反転信号)に応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ125は、SW2B=Hであるときにオンして、SW2B=Lであるときにオフする。 The switch 125 is connected between the light receiving element 11 (for example, the cathode of the photodiode) and the application end of the bias voltage VB, and is turned on / off according to the inverting switching signal SW2B (= logical inverting signal of the switching signal SW2). Will be done. For example, the switch 125 turns on when SW2B = H and turns off when SW2B = L.

図2は、第1比較例における光検出動作の一例を示す図であり、上から順に、光学センサ10の動作状態(STATE)、切替信号SW1及びSW2、反転切替信号SW2B、並びに、アナログ出力信号AOUTが描写されている。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the photodetection operation in the first comparative example, in order from the top, the operating state (START) of the optical sensor 10, the switching signals SW1 and SW2, the inverting switching signal SW2B, and the analog output signal. AOUT is depicted.

時刻t11以前は、光学センサ10の待機期間に相当する。このとき、SW1=SW2=Hとなり、SW2B=Lとなる。すなわち、スイッチ123及び124がオンして、スイッチ125がオフする。その結果、検出回路12は、受光信号IPD(延いてはアナログ入力信号AIN)の積分動作を行わない状態となるので、AOUT=VBとなる。 Before time t11, it corresponds to the standby period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW2 = H and SW2B = L. That is, switches 123 and 124 are turned on and switches 125 are turned off. As a result, the detection circuit 12 is in a state where the light receiving signal IPD (and thus the analog input signal AIN) is not integrated, so that AOUT = VB.

時刻t11〜t12は、光学センサ10の積分期間に相当する。このとき、SW1=SW2B=Lとなり、SW2=Hとなる。すなわち、スイッチ123及び125がオフしてスイッチ124がオンする。その結果、検出回路12は、受光信号IPD(延いてはアナログ入力信号AIN)の積分動作を行う状態となるので、アナログ出力信号AOUTがバイアス電圧VBから上昇していく。 Times t11 to t12 correspond to the integration period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW2B = L and SW2 = H. That is, the switches 123 and 125 are turned off and the switch 124 is turned on. As a result, the detection circuit 12 is in a state of performing the integration operation of the received light signal IPD (and thus the analog input signal AIN), so that the analog output signal AOUT rises from the bias voltage VB.

時刻t12以降は、光学センサ10の測定期間に相当する。このとき、SW1=SW2=Lとなり、SW2B=Hとなる。すなわち、スイッチ123及び124がオフして、スイッチ125がオンする。その結果、アナログ出力信号AOUTは、時刻t12直前の信号値に保持される。このアナログ出力信号AOUTは、受光信号IPDの大きさ(延いては入射光の強さ)に比例した電圧値を持ち、入射光の測定値として利用される。 After time t12, it corresponds to the measurement period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW2 = L and SW2B = H. That is, switches 123 and 124 are turned off and switches 125 are turned on. As a result, the analog output signal AOUT is held at the signal value immediately before the time t12. This analog output signal AOUT has a voltage value proportional to the magnitude of the received light signal IPD (and thus the intensity of the incident light), and is used as a measured value of the incident light.

ところで、光学センサ10として、最も重要な特性の一つに検出感度がある。この検出感度を上げる方法としては、同じ入射光の強さに対してアナログ出力信号AOUTが大きくなればよいので、積分期間(=時刻t11〜t12)を長くすることが考えられる。 By the way, one of the most important characteristics of the optical sensor 10 is the detection sensitivity. As a method of increasing the detection sensitivity, it is conceivable to lengthen the integration period (= time t11 to t12) because the analog output signal AOUT only needs to be large with respect to the same intensity of the incident light.

ただし、アナログ出力信号AOUTには、光学センサ10の電源電圧と回路方式に依存した上限値(出力ダイナミックレンジ)があり、アナログ出力信号AOUTが上限値に到達すると正しい積分動作ができなくなる。 However, the analog output signal AOUT has an upper limit value (output dynamic range) depending on the power supply voltage of the optical sensor 10 and the circuit method, and when the analog output signal AOUT reaches the upper limit value, the correct integration operation cannot be performed.

例えば、光学センサ10の電源電圧が3Vである場合には、検出回路12をどのような回路構成にしても、3V以上のアナログ出力信号AOUTを得ることはできない。また、オペアンプ121の出力段を形成するトランジスタが飽和しないよう、電圧マージンを取る必要もあるので、実際には3Vよりも低い電圧(例えば2.8V)がアナログ出力信号AOUTの上限値となる。 For example, when the power supply voltage of the optical sensor 10 is 3V, it is not possible to obtain an analog output signal AOUT of 3V or more regardless of the circuit configuration of the detection circuit 12. Further, since it is necessary to take a voltage margin so that the transistors forming the output stage of the operational amplifier 121 are not saturated, a voltage lower than 3V (for example, 2.8V) is actually the upper limit value of the analog output signal AOUT.

以下では、アナログ出力信号AOUTが上限値に達しないように、回路構成に工夫が凝らされた第2比較例について説明する。 In the following, a second comparative example in which the circuit configuration has been devised so that the analog output signal AOUT does not reach the upper limit value will be described.

<光学センサ(第2比較例)>
図3は、光学センサの第2比較例を示す図である。本比較例の光学センサ10は、第1比較例(図1)を基本としつつ、放電部126と制御部127をさらに有する。
<Optical sensor (second comparative example)>
FIG. 3 is a diagram showing a second comparative example of the optical sensor. The optical sensor 10 of this comparative example is based on the first comparative example (FIG. 1), and further includes a discharge unit 126 and a control unit 127.

放電部126は、オペアンプ121の反転入力端(−)に接続されており、制御部127から入力される切替信号SW3に応じて、キャパシタ122に蓄えられた電荷を放電する。具体的に述べると、放電部126は、例えばSW3=Hであるときにキャパシタ122の放電動作を行い、SW3=Lであるときにキャパシタ122の放電動作を停止する。 The discharge unit 126 is connected to the inverting input end (−) of the operational amplifier 121, and discharges the electric charge stored in the capacitor 122 in response to the switching signal SW3 input from the control unit 127. Specifically, the discharge unit 126 discharges the capacitor 122 when, for example, SW3 = H, and stops the discharge operation of the capacitor 122 when SW3 = L.

制御部127は、アナログ出力信号AOUTと上限値VH及び下限値VL(ただしVL<VB<VH)をそれぞれ比較して、放電部126を制御するための切替信号SW3を生成する。また、制御部127は、キャパシタ122の放電回数(=切替信号SW3をハイレベルに立ち上げた回数)に基づいて、受光信号IPDの積分値データDATAを生成する機能も備えている。 The control unit 127 compares the analog output signal AOUT with the upper limit value VH and the lower limit value VL (where VL <VB <VH), respectively, and generates a switching signal SW3 for controlling the discharge unit 126. Further, the control unit 127 also has a function of generating integrated value data DATA of the received light signal IPD based on the number of times the capacitor 122 is discharged (= the number of times the switching signal SW3 is raised to a high level).

また、キャパシタ122の容量値C1は、固定値ではなく、反転切替信号S2Bに応じた可変値とされている。より具体的に述べると、S2B=Lであるときには、C1=C1aとなり、S2B=Hであるときには、C1=C1b(=m×C1a、ただしm>1)となる(例えば、m=32、C1a=0.5pF、C1b=16pF)。 Further, the capacitance value C1 of the capacitor 122 is not a fixed value but a variable value according to the inverting switching signal S2B. More specifically, when S2B = L, C1 = C1a, and when S2B = H, C1 = C1b (= m × C1a, where m> 1) (for example, m = 32, C1a). = 0.5pF, C1b = 16pF).

本比較例の光学センサ10では、入射光が強いほどキャパシタ122の放電動作が頻繁に発生することになる。そのため、キャパシタ122の放電を行う度にデジタルの積分値データDATAをインクリメントしていくようにすれば、アナログ出力信号AOUTを出力ダイナミックレンジに収めつつ、入射光を正しく測定することができる。 In the optical sensor 10 of this comparative example, the stronger the incident light, the more frequently the discharge operation of the capacitor 122 occurs. Therefore, if the digital integrated value data DATA is incremented each time the capacitor 122 is discharged, the incident light can be measured correctly while keeping the analog output signal AOUT within the output dynamic range.

図4は、第2比較例における光検出動作の一例を示す図であり、上から順に、光学センサ10の動作状態(STATE)、切替信号SW1及びSW2、反転切替信号SW2B、切替信号SW、アナログ出力信号AOUT、積分値データDATAが描写されている。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the photodetection operation in the second comparative example, in order from the top, the operating state (START) of the optical sensor 10, the switching signals SW1 and SW2, the inverting switching signal SW2B, the switching signal SW, and the analog. The output signal AOUT and the integrated value data DATA are depicted.

時刻t21以前は、光学センサ10の待機期間に相当する。このとき、SW1=SW2=Hとなり、SW2B=Lとなる。すなわち、スイッチ123及び124がオンしてスイッチ125がオフする。その結果、検出回路12は、受光信号IPD(延いてはアナログ入力信号AIN)の積分動作を行わない状態となるので、AOUT=VBとなる。 Before time t21, it corresponds to the standby period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW2 = H and SW2B = L. That is, the switches 123 and 124 are turned on and the switch 125 is turned off. As a result, the detection circuit 12 is in a state where the light receiving signal IPD (and thus the analog input signal AIN) is not integrated, so that AOUT = VB.

なお、上記の待機期間には、SW3=Lに維持されるので、キャパシタ122の放電動作は行われない。また、積分値データDATAは、初期値(=0)とされている。 Since SW3 = L is maintained during the above standby period, the capacitor 122 is not discharged. Further, the integrated value data DATA is set to an initial value (= 0).

時刻t21〜t22は、光学センサ10の積分期間に相当する。このとき、SW1=SW2B=Lとなり、SW2=Hとなる。すなわち、スイッチ123及び125がオフしてスイッチ124がオンする。その結果、検出回路12は、受光信号IPD(延いてはアナログ入力信号AIN)の積分動作を行う状態となるので、アナログ出力信号AOUTがバイアス電圧VBから上昇していく。 Times t21 to t22 correspond to the integration period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW2B = L and SW2 = H. That is, the switches 123 and 125 are turned off and the switch 124 is turned on. As a result, the detection circuit 12 is in a state of performing the integration operation of the received light signal IPD (and thus the analog input signal AIN), so that the analog output signal AOUT rises from the bias voltage VB.

また、上記の積分期間には、アナログ出力信号AOUTが上限値VHに達する度に、切替信号SW3がハイレベルに立ち上げられて、キャパシタ122の一括放電動作が行われる。その結果、アナログ出力信号AOUTは、上記の一括放電動作が行われる度に上限値VHからバイアス電圧VBまで低下する。すなわち、1回の一括放電動作により、アナログ出力信号AOUTは、放電量V1(=VH−VB)だけ低下する(例えば、VH=1.1V、VB=0.5V、V1=0.6V)。 Further, during the above integration period, every time the analog output signal AOUT reaches the upper limit value VH, the switching signal SW3 is raised to a high level, and the batch discharge operation of the capacitor 122 is performed. As a result, the analog output signal AOUT drops from the upper limit value VH to the bias voltage VB each time the above-mentioned batch discharge operation is performed. That is, the analog output signal AOUT is reduced by the discharge amount V1 (= VH-VB) by one batch discharge operation (for example, VH = 1.1V, VB = 0.5V, V1 = 0.6V).

なお、積分値データDATAは、上記の一括放電動作が行われる度に、1つずつインクリメントされていく。本図に即して述べると、上記の積分期間に3回の一括放電動作が行われているので、時刻t22では、DATA=3となっている。 The integrated value data DATA is incremented by one each time the above-mentioned batch discharge operation is performed. According to this figure, since the batch discharge operation is performed three times during the above integration period, DATA = 3 at time t22.

時刻t22〜t23は、光学センサ10の段階放電期間に相当する。このとき、SW1=SW2=Lとなり、SW2B=Hとなる。すなわち、スイッチ123及び124がオフしてスイッチ125がオンする。 Times t22 to t23 correspond to the stepwise discharge period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW2 = L and SW2B = H. That is, the switches 123 and 124 are turned off and the switch 125 is turned on.

また、上記の段階放電期間には、キャパシタ122の容量値C1が積分期間における容量値C1a(例えば0.5pF)からより大きい容量値C1b(例えば16pF)に切り替えられた上で、キャパシタ122の段階放電動作が繰り返される。その結果、アナログ出力信号AOUTは、上記の段階放電動作が行われる度に、先出の放電量V1よりも小さい放電量V2(=V1/m)ずつ低下していく(例えば、m=32、V1=0.6V、V2=18.8mV)。このような段階放電動作は、アナログ出力信号AOUTが下限値VLを下回る時刻t23まで継続される。 Further, during the stepwise discharge period, the capacitance value C1 of the capacitor 122 is switched from the capacitance value C1a (for example, 0.5 pF) in the integration period to a larger capacitance value C1b (for example, 16 pF), and then the stage of the capacitor 122. The discharge operation is repeated. As a result, the analog output signal AOUT decreases by a discharge amount V2 (= V1 / m) smaller than the above-mentioned discharge amount V1 each time the above-mentioned stepwise discharge operation is performed (for example, m = 32, V1 = 0.6V, V2 = 18.8mV). Such a stepwise discharge operation is continued until the time t23 when the analog output signal AOUT falls below the lower limit value VL.

なお、積分値データDATAは、上記の段階放電動作が行われる度に、1/mずつインクリメントされていく。本図に即して述べると、上記の段階放電期間にn回の段階放電動作が行われているので、時刻t23では、DATA=3+(n/m)となっている。このように、上記の段階放電動作によれば、積分値データDATAの小数点以下を計測することができるので、積分値データDATAの分解能を向上させることが可能となる。 The integrated value data DATA is incremented by 1 / m each time the above-mentioned stepwise discharge operation is performed. According to this figure, since the stepwise discharge operation is performed n times during the stepwise discharge period, DATA = 3+ (n / m) at time t23. As described above, according to the stepwise discharge operation, the decimal point of the integrated value data DATA can be measured, so that the resolution of the integrated value data DATA can be improved.

結果として、本比較例の光学センサ10では、「受光信号IPD(延いては入射光)の強さに比例した電圧」を放電量V2(例えば18.8mV)で割った除算値が積分値データDATAとして得られる。 As a result, in the optical sensor 10 of this comparative example, the integrated value data is the division value obtained by dividing the "voltage proportional to the intensity of the received light signal IPD (and thus the incident light)" by the discharge amount V2 (for example, 18.8 mV). Obtained as DATA.

この手法を採用すれば、積分期間を長く設定するほど、光学センサ10の検出感度を上げることができる。しかしながら、実際にはアプリケーション上の制約などにより、積分期間を無制限に延長することはできない。例えば、スマートフォン用の近接センサなどでは、10〜100μs程度で積分動作を完了させる必要がある。 If this method is adopted, the longer the integration period is set, the higher the detection sensitivity of the optical sensor 10 can be. However, in reality, the integration period cannot be extended indefinitely due to application restrictions. For example, in a proximity sensor for smartphones, it is necessary to complete the integration operation in about 10 to 100 μs.

図5は、受光面積/積分容量比とSN比との関係を示す図である。なお、本図中の実線は実際の挙動を示しており、破線は理想的な挙動を示している。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the light receiving area / integrated capacity ratio and the SN ratio. The solid line in this figure shows the actual behavior, and the broken line shows the ideal behavior.

先述の積分期間をアプリケーション上で許容される上限値まで延長しても未だ検出感度が足りない場合、さらに検出感度を上げるためには、受光素子11の面積を増やしたり、キャパシタ122の容量値C1を減らしたりすることにより、受光面積/積分容量比を大きくする必要がある。 If the detection sensitivity is still insufficient even if the above-mentioned integration period is extended to the upper limit value allowed in the application, in order to further increase the detection sensitivity, the area of the light receiving element 11 is increased or the capacitance value C1 of the capacitor 122 is increased. It is necessary to increase the light receiving area / integrated capacitance ratio by reducing the number of light receiving areas.

ただし、受光素子11の面積を増やすと、受光素子11に付随する寄生キャパシタ13の容量値Cpも増えるので、C1/Cpで決まる帰還率が小さくなる。その結果、オペアンプ121の閉ループゲインが高くなり、アナログ出力信号AOUTのノイズレベルが大きくなるので、SN比を思うように向上することができなくなる(本図中の実線と破線を比較参照)。また、キャパシタ122の容量値C1を減らす場合も上記と同様である。 However, when the area of the light receiving element 11 is increased, the capacitance value Cp of the parasitic capacitor 13 attached to the light receiving element 11 also increases, so that the feedback rate determined by C1 / Cp becomes small. As a result, the closed loop gain of the operational amplifier 121 becomes high, and the noise level of the analog output signal AOUT becomes large, so that the SN ratio cannot be improved as desired (see the comparison between the solid line and the broken line in this figure). Further, the same applies to the case of reducing the capacitance value C1 of the capacitor 122.

図6は、アナログ出力信号AOUTの実波形と理想波形を示す図であり、上から順に、光学センサ10の動作状態STATE、切替信号SW1、及び、アナログ出力信号AOUTが描写されている。なお、アナログ出力信号AOUTについて、実線は実際の挙動を示しており、破線は理想的な挙動を示している。 FIG. 6 is a diagram showing an actual waveform and an ideal waveform of the analog output signal AOUT, and the operating state START of the optical sensor 10, the switching signal SW1, and the analog output signal AOUT are depicted in order from the top. Regarding the analog output signal AOUT, the solid line shows the actual behavior, and the broken line shows the ideal behavior.

アナログ出力信号AOUTに発生するノイズには、2つのノイズ成分n1及びn2が含まれている。一つ目のノイズ成分n1は、時刻t31で積分動作を開始した瞬間、すなわち、切替信号SW1をハイレベルからローレベルに切り替えた瞬間(延いてはスイッチ123をオンからオフに切り替えた瞬間)に生じる電圧変動である。二つ目のノイズ成分n2は、積分動作中に発生する電圧変動である。 The noise generated in the analog output signal AOUT includes two noise components n1 and n2. The first noise component n1 is the moment when the integration operation is started at time t31, that is, the moment when the switching signal SW1 is switched from the high level to the low level (and the moment when the switch 123 is switched from on to off). It is the voltage fluctuation that occurs. The second noise component n2 is a voltage fluctuation generated during the integration operation.

図7は、オペアンプ121における周波数とノイズ量との関係を示す図である。本図で示したように、オペアンプ121で発生するノイズは、低周波帯域のフリッカーノイズn11と、中・高周波帯域の熱ノイズn12を含む。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the frequency and the amount of noise in the operational amplifier 121. As shown in this figure, the noise generated by the operational amplifier 121 includes flicker noise n11 in the low frequency band and thermal noise n12 in the middle / high frequency band.

特に、オペアンプ121を用いてアナログ入力信号AINを積分する形式が採用されている場合には、高周波帯域の熱ノイズn12が主体的に影響する。そのため、オペアンプ121を構成する素子サイズを大きくしてフリッカーノイズn11を抑制しても殆ど改善効果がない。 In particular, when a format in which the analog input signal AIN is integrated using the operational amplifier 121 is adopted, the thermal noise n12 in the high frequency band mainly affects. Therefore, even if the element size constituting the operational amplifier 121 is increased to suppress the flicker noise n11, there is almost no improvement effect.

そこで、最も簡単なノイズ対策としては、オペアンプ121の閉ループ帯域幅を狭くする(すなわち、オペアンプ121を低速化する)ことが考えられる。このようなノイズ対策によれば、高周波帯域の熱ノイズn12をカットすることができるので、大きなノイズ抑制効果を得ることができる。 Therefore, as the simplest noise countermeasure, it is conceivable to narrow the closed loop bandwidth of the operational amplifier 121 (that is, slow down the operational amplifier 121). According to such noise countermeasures, the thermal noise n12 in the high frequency band can be cut, so that a large noise suppression effect can be obtained.

しかしながら、オペアンプ121を低速化すると、先述の放電動作時にアナログ出力信号AOUTのセトリング時間が長くなってしまう(=放電速度が低下してしまう)という背反があった。 However, if the operational amplifier 121 is slowed down, there is a trade-off that the settling time of the analog output signal AOUT becomes long (= the discharge speed decreases) during the discharge operation described above.

なお、オペアンプ121の消費電流を増やせば、オペアンプ121の低速化を招くことなく熱ノイズn12を抑制することができる。しかしながら、そのためには、オペアンプ121の消費電流をかなり増やす必要があるので、効果的なノイズ対策とは言い難い。 If the current consumption of the operational amplifier 121 is increased, the thermal noise n12 can be suppressed without slowing down the operational amplifier 121. However, for that purpose, it is necessary to considerably increase the current consumption of the operational amplifier 121, so it cannot be said that it is an effective noise countermeasure.

以下では、上記の考察に鑑み、ノイズ抑制と放電速度低下とのトレードオフを解決し、高速動作とSN比向上を両立することのできる新規な実施形態について提案する。 In the following, in view of the above considerations, we propose a new embodiment that can solve the trade-off between noise suppression and discharge speed reduction, and can achieve both high-speed operation and improvement of the SN ratio.

<光学センサ(第1実施形態)>
図8は、光学センサの第1実施形態を示す図である。本実施形態の光学センサ10は、先出の第2比較例(図3)を基本としつつ、オペアンプ128と、キャパシタ129と、キャパシタ12Aと、スイッチ12Bと、遅延部12Cと、を有する。
<Optical sensor (first embodiment)>
FIG. 8 is a diagram showing a first embodiment of the optical sensor. The optical sensor 10 of the present embodiment has an operational amplifier 128, a capacitor 129, a capacitor 12A, a switch 12B, and a delay portion 12C, based on the second comparative example (FIG. 3) described above.

そこで、既出の構成要素については、特段の必要がない限り、重複した説明を省略し、新出の構成要素について重点的な説明を行う。 Therefore, unless there is a special need, duplicate explanations will be omitted for the existing components, and emphasis will be given on the new components.

オペアンプ128の反転入力端(−)は、アナログ入力信号AIN1の印加端(=スイッチ124の一端)に接続されている。オペアンプ128の非反転入力端(+)は、バイアス電圧VB(例えば、VB=0.5V)の印加端に接続されている。オペアンプ128の出力端は、アナログ出力信号AOUT1の印加端に接続されている。 The inverting input end (−) of the operational amplifier 128 is connected to the application end (= one end of the switch 124) of the analog input signal AIN1. The non-inverting input end (+) of the operational amplifier 128 is connected to the application end of the bias voltage VB (for example, VB = 0.5V). The output end of the operational amplifier 128 is connected to the application end of the analog output signal AOUT1.

キャパシタ129(容量値C2)は、オペアンプ128の出力端とオペアンプ121の反転入力端(−)との間に接続されている。 The capacitor 129 (capacity value C2) is connected between the output end of the operational amplifier 128 and the inverting input end (−) of the operational amplifier 121.

キャパシタ12A(容量値C3、ただしC3<C2)は、オペアンプ128の反転入力端(−)と出力端との間に接続されている。 The capacitor 12A (capacitance value C3, where C3 <C2) is connected between the inverting input end (−) and the output end of the operational amplifier 128.

スイッチ12Bは、キャパシタ12Aに並列接続されており、切替信号SW1に応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ12Bは、SW1=Hであるときにオンして、SW1=Lであるときにオフする。 The switch 12B is connected in parallel to the capacitor 12A and is turned on / off according to the switching signal SW1. For example, the switch 12B is turned on when SW1 = H and turned off when SW1 = L.

遅延部12Cは、切替信号SW1の立下りタイミングに遅延を与えて遅延切替信号SW1dを生成し、これをスイッチ123に出力する。すなわち、スイッチ123は、切替信号SW1ではなく、切替信号SW1dに応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ123は、SW1d=Hであるときにオンして、SW1d=Lであるときにオフする。 The delay unit 12C gives a delay to the falling timing of the switching signal SW1 to generate a delay switching signal SW1d, and outputs the delay switching signal SW1d to the switch 123. That is, the switch 123 is turned on / off according to the switching signal SW1d instead of the switching signal SW1. For example, the switch 123 turns on when SW1d = H and turns off when SW1d = L.

本実施形態の光学センサ10において、オペアンプ128、キャパシタ12A、及び、スイッチ12Bは、アナログ入力信号AIN1を積分してアナログ出力信号AOUT1を生成する第1積分器12Xとして理解することができる。 In the optical sensor 10 of the present embodiment, the operational amplifier 128, the capacitor 12A, and the switch 12B can be understood as a first integrator 12X that integrates the analog input signal AIN1 to generate the analog output signal AOUT1.

一方、既出のオペアンプ121、キャパシタ122、及び、スイッチ123は、アナログ入力信号AIN2(=先出のアナログ入力信号AINを読み替え)を積分してアナログ出力信号AOUT2(=先出のアナログ出力信号AOUTを読み替え)を生成する第2積分器12Yとして理解することができる。 On the other hand, the operational amplifier 121, the capacitor 122, and the switch 123 described above integrate the analog input signal AIN2 (= replace the analog input signal AIN mentioned above) to obtain the analog output signal AOUT2 (= the analog output signal AOUT mentioned above). It can be understood as a second integrator 12Y that generates (replacement).

このように、本実施形態の光学センサ10は、前段のオペアンプ128(=第1アンプに相当)と後段のオペアンプ121(=第2アンプに相当)との間に、キャパシタ129(=積分容量に相当)を挿入したカスケード構造とされている。 As described above, the optical sensor 10 of the present embodiment has a capacitor 129 (= integrated capacitance) between the operational amplifier 128 (= corresponding to the first amplifier) in the front stage and the operational amplifier 121 (= corresponding to the second amplifier) in the subsequent stage. It has a cascade structure with (equivalent) inserted.

なお、放電部126は、後段のオペアンプ121(特に反転入力端(−))にのみ接続されている。 The discharge unit 126 is connected only to the operational amplifier 121 (particularly the inverting input terminal (−)) in the subsequent stage.

また、前段のオペアンプ128は、後段のオペアンプ121と比べて、閉ループゲイン帯域幅が狭く制限されている。すなわち、オペアンプ128は、オペアンプ121よりも低速である。 Further, the operational amplifier 128 in the front stage has a narrower closed loop gain bandwidth than the operational amplifier 121 in the latter stage. That is, the operational amplifier 128 is slower than the operational amplifier 121.

また、スイッチ123は、スイッチ12Bのオフタイミングから所定の遅延時間Tdが経過したときにオフする。すなわち、第2積分器12Yの積分開始タイミングは、第1積分器12Xの積分開始タイミングに対して若干遅れている。 Further, the switch 123 is turned off when a predetermined delay time Td has elapsed from the off timing of the switch 12B. That is, the integration start timing of the second integrator 12Y is slightly delayed from the integration start timing of the first integrator 12X.

図9は、第1実施形態における光検出動作の一例を示す図であり、上から順に、光学センサ10の動作状態(STATE)、切替信号SW1、遅延切替信号SW1d、並びに、アナログ出力信号AOUT1及びAOUT2が描写されている。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the photodetection operation in the first embodiment, in order from the top, the operating state (START) of the optical sensor 10, the switching signal SW1, the delay switching signal SW1d, and the analog output signal AOUT1 and AOUT2 is depicted.

なお、アナログ出力信号AOUT1及びAOUT2について、実線は実際の挙動を示しており、破線は理想的な挙動を示している。 Regarding the analog output signals AOUT1 and AOUT2, the solid line shows the actual behavior, and the broken line shows the ideal behavior.

時刻t41以前は、光学センサ10の待機期間に相当する。このとき、SW1=SW1d=Hとなる。すなわち、スイッチ12B及び123がいずれもオンする。その結果、第1積分器12X及び第2積分器12Yは、いずれも積分動作を行わない状態となるので、AOUT1=AOUT2=VBとなる。 Before time t41, it corresponds to the standby period of the optical sensor 10. At this time, SW1 = SW1d = H. That is, both switches 12B and 123 are turned on. As a result, neither the first integrator 12X nor the second integrator 12Y is in a state of performing the integration operation, so that AOUT1 = AOUT2 = VB.

時刻t41以降は、光学センサ10の積分期間に相当する。ただし、時刻t41では、切替信号SW1だけがローレベルとなり、遅延切替信号SW1dはハイレベルに維持される。すなわち、スイッチ12Bだけがオフしてスイッチ123がオンしたままとなる。その結果、第1積分器12Xだけが積分動作を行う状態となるので、アナログ出力信号AOUT1だけがバイアス電圧VBから上昇していく。 After time t41, it corresponds to the integration period of the optical sensor 10. However, at time t41, only the switching signal SW1 becomes low level, and the delay switching signal SW1d is maintained at high level. That is, only the switch 12B is turned off and the switch 123 remains on. As a result, only the first integrator 12X is in a state of performing the integrating operation, so that only the analog output signal AOUT1 rises from the bias voltage VB.

その後、時刻t42において、遅延切替信号SW1dがローレベルに立ち下がると、スイッチ123がオフする。従って、第2積分器12Yも積分動作を行う状態となるので、アナログ出力信号AOUT2がバイアス電圧VBから低下していく。 After that, at time t42, when the delay switching signal SW1d drops to a low level, the switch 123 is turned off. Therefore, since the second integrator 12Y is also in a state of performing the integrative operation, the analog output signal AOUT2 drops from the bias voltage VB.

上記したように、本実施形態の光学センサ10では、スイッチ12B及び123それぞれのオフタイミングがずらされている。このような構成であれば、スイッチ12Bをオフした瞬間に前段のオペアンプ128で生じるノイズ成分は、未だ積分動作を開始していない後段のオペアンプ121で吸収されるので、最終的なアナログ出力信号AOUT2には何ら影響しなくなる。 As described above, in the optical sensor 10 of the present embodiment, the off timings of the switches 12B and 123 are shifted. With such a configuration, the noise component generated by the operational amplifier 128 in the previous stage at the moment when the switch 12B is turned off is absorbed by the operational amplifier 121 in the subsequent stage which has not yet started the integration operation, so that the final analog output signal AOUT2 Has no effect on.

一方、積分動作中に前段のオペアンプ128で生じるノイズ成分は、キャパシタ129を通じて後段のオペアンプ121に伝わってしまう。しかし、オペアンプ128をオペアンプ121よりも低速化しておくことにより、積分動作中にオペアンプ128で生じるノイズ成分を低減することができるので、上記ノイズ成分の影響を抑制することが可能となる。なお、第1積分器12Xでは、キャパシタ12Aの放電動作が行われないので、オペアンプ128を低速化しても問題はない。 On the other hand, the noise component generated in the operational amplifier 128 in the previous stage during the integration operation is transmitted to the operational amplifier 121 in the subsequent stage through the capacitor 129. However, by making the operational amplifier 128 slower than the operational amplifier 121, the noise component generated in the operational amplifier 128 during the integration operation can be reduced, so that the influence of the noise component can be suppressed. In the first integrator 12X, since the discharge operation of the capacitor 12A is not performed, there is no problem even if the operational amplifier 128 is slowed down.

以上より、前段のオペアンプ128で生じるノイズ成分は、光学センサ10全体のノイズ特性に対してほぼ影響しなくなり、後段のオペアンプ121で生じるノイズ成分に応じて、光学センサ10全体のノイズ特性が決まることになる。 From the above, the noise component generated by the operational amplifier 128 in the front stage has almost no effect on the noise characteristics of the entire optical sensor 10, and the noise characteristics of the entire optical sensor 10 are determined according to the noise component generated by the operational amplifier 121 in the rear stage. become.

ここで、キャパシタ122の容量値C1が先出の比較例(図1又は図3)と同一値である場合、光学センサ10全体のゲインGは、比較例の(C2/C3)倍となる。従って、例えば、キャパシタ129の容量値C2を増やせば、ノイズを増やさずにゲインGを上げることができるので、SN比を向上させることが可能となる。 Here, when the capacitance value C1 of the capacitor 122 is the same value as that of the above-mentioned comparative example (FIG. 1 or 3), the gain G of the entire optical sensor 10 is (C2 / C3) times that of the comparative example. Therefore, for example, if the capacitance value C2 of the capacitor 129 is increased, the gain G can be increased without increasing the noise, so that the SN ratio can be improved.

すなわち、本実施形態の光学センサ10であれば、アナログ出力信号AOUT2のノイズレベルを先出の比較例(AOUT)と同等に据え置きつつ、検出感度を上げる(=アナログ出力信号AOUT2の傾きを大きくする)ことが可能となる。 That is, in the optical sensor 10 of the present embodiment, the detection sensitivity is increased (= the inclination of the analog output signal AOUT2 is increased) while keeping the noise level of the analog output signal AOUT2 equal to that of the above-mentioned comparative example (AOUT). ) Is possible.

なお、先にも述べたように、第1積分器12Xでは、キャパシタ12Aの放電動作が行われないので、アナログ出力信号AOUT1が出力ダイナミックレンジに収まるように配慮する必要がある。これについては、例えば、キャパシタ12Aの容量値C3を増やすことにより、アナログ出力信号AOUT1の傾きを抑え、第1積分器12Xの積分期間中にアナログ出力信号AOUT1が出力ダイナミックレンジの上限値に達しないように設計すればよい。 As described above, in the first integrator 12X, the discharge operation of the capacitor 12A is not performed, so it is necessary to take care so that the analog output signal AOUT1 falls within the output dynamic range. Regarding this, for example, by increasing the capacitance value C3 of the capacitor 12A, the inclination of the analog output signal AOUT1 is suppressed, and the analog output signal AOUT1 does not reach the upper limit value of the output dynamic range during the integration period of the first integrator 12X. It should be designed as follows.

もちろん、キャパシタ12Aの容量値C3だけを増やすと、ゲインG(=C2/C3)が所望値から下がってしまう。そのため、ゲインGが所望値に維持されるように、キャパシタ129の容量値C2とキャパシタ12Aの容量値C3をそれぞれ増やせばよい。 Of course, if only the capacitance value C3 of the capacitor 12A is increased, the gain G (= C2 / C3) will drop from the desired value. Therefore, the capacitance value C2 of the capacitor 129 and the capacitance value C3 of the capacitor 12A may be increased so that the gain G is maintained at a desired value.

以上より、本実施形態の光学センサ10であれば、ノイズ抑制と放電速度低下とのトレードオフを解決し、高速動作とSN比向上を両立することが可能となる。 From the above, the optical sensor 10 of the present embodiment can solve the trade-off between noise suppression and reduction of the discharge speed, and can achieve both high-speed operation and improvement of the SN ratio.

<電子機器への搭載>
図10は、光学センサが搭載される電子機器の正面要部を示す図である。本図の電子機器(例えばスマートフォン)Xでは、筐体正面の大部分が表示パネルX1で占められている。そのため、例えば表示パネルX1が液晶パネルである場合、電子機器Xに搭載される光学センサ(例えば照度センサ又は近接センサ)は、表示パネルX1を取り囲むベゼル領域X2(例えば位置P0)に配置せざるを得ない。その理由は、表示パネルX1(=液晶パネル)が光を通さないので、表示パネルX1の裏面側に光学センサを配置することができず、ベゼル領域X2しか配置スペースがないためである。
<Installation in electronic devices>
FIG. 10 is a diagram showing a front main part of an electronic device on which an optical sensor is mounted. In the electronic device (for example, smartphone) X of the present figure, most of the front surface of the housing is occupied by the display panel X1. Therefore, for example, when the display panel X1 is a liquid crystal panel, the optical sensor (for example, the illuminance sensor or the proximity sensor) mounted on the electronic device X must be arranged in the bezel region X2 (for example, the position P0) surrounding the display panel X1. I don't get it. The reason is that since the display panel X1 (= liquid crystal panel) does not transmit light, the optical sensor cannot be arranged on the back surface side of the display panel X1, and only the bezel area X2 has an arrangement space.

しかし、近年では、電子機器Xにおけるフルディスプレイ化の要求が強く、ベゼル領域X2の狭小化が進められていることから、ベゼル領域X2に光学センサを配置することが困難になってきている。 However, in recent years, there has been a strong demand for a full display in the electronic device X, and the bezel region X2 has been narrowed, so that it has become difficult to arrange the optical sensor in the bezel region X2.

ところで、表示パネルX1としては、液晶パネルのほかにOLEDパネルも実用化されている。なお、OLEDは透光性の発光素子である。従って、表示パネルX1としてOLEDパネルを用いた場合には、表示パネルX1の裏面側(例えば位置P1)に光学センサを配置することができる。事実、フルディスプレイ化とOLEDパネル化という流れの中で表示パネルX1の裏面側に光学センサを配置したいという要求が非常に高まっている。 By the way, as the display panel X1, an OLED panel has been put into practical use in addition to the liquid crystal panel. The OLED is a translucent light emitting element. Therefore, when the OLED panel is used as the display panel X1, the optical sensor can be arranged on the back surface side (for example, the position P1) of the display panel X1. In fact, in the trend of full display and OLED panel, there is a great demand for arranging an optical sensor on the back side of the display panel X1.

図11は、図10における電子機器Xのα1−α2断面を示す図である。本図で示すように、筐体X11の正面側に組み込まれた表示パネルX1(=OLEDパネル)は、ガラス板X12、OLED層X13、及び、保護層X14を重ね合わせて成る。 FIG. 11 is a diagram showing an α1-α2 cross section of the electronic device X in FIG. As shown in this figure, the display panel X1 (= OLED panel) incorporated on the front side of the housing X11 is formed by superimposing a glass plate X12, an OLED layer X13, and a protective layer X14.

OLED層X13には、任意の文字や映像を出力するための画素として、複数のOLEDが2次元的に多数配列されている。なお、先にも述べたように、OLEDは透光性の発光素子である。従って、ガラス板X12とOLED層X13は、いずれも透光性を備えている。一方、OLED層X13の裏面を保護するための保護層X14は、遮光性の素材で形成されていることが多い。 In the OLED layer X13, a large number of a plurality of OLEDs are two-dimensionally arranged as pixels for outputting an arbitrary character or video. As described above, the OLED is a translucent light emitting element. Therefore, both the glass plate X12 and the OLED layer X13 have translucency. On the other hand, the protective layer X14 for protecting the back surface of the OLED layer X13 is often formed of a light-shielding material.

そのため、光学センサ20を表示パネルX1(=OLEDパネル)の裏面側に配置する場合、保護層X14には、基板X15に搭載された光学センサ20(特にその表面に形成された受光素子21)と対向する部分において、表示パネルX1の表面側から入射する環境光L1を表示パネルX1の裏面側に透過するための開口部14aを設けておくとよい。 Therefore, when the optical sensor 20 is arranged on the back surface side of the display panel X1 (= OLED panel), the protective layer X14 includes the optical sensor 20 mounted on the substrate X15 (particularly, the light receiving element 21 formed on the surface thereof). In the facing portion, it is preferable to provide an opening 14a for transmitting the ambient light L1 incident from the front surface side of the display panel X1 to the back surface side of the display panel X1.

このような構成であれば、表示パネルX1の裏面側に設けられた光学センサ20を用いて、表示パネルX1を透過した環境光L1を測定することができるので、電子機器Xの古ディスプレイ化に対応することが可能となる。 With such a configuration, the ambient light L1 transmitted through the display panel X1 can be measured by using the optical sensor 20 provided on the back surface side of the display panel X1, so that the electronic device X can be used as an old display. It becomes possible to correspond.

ただし、表示パネルX1の裏面側に光学センサ20を配置すると、本来の測定対象である環境光L1だけでなく、OLEDパネルX1の出力光L2も光学センサ20に入射されるので、測定誤差を生じてしまう。 However, if the optical sensor 20 is arranged on the back surface side of the display panel X1, not only the ambient light L1 which is the original measurement target but also the output light L2 of the OLED panel X1 is incident on the optical sensor 20, which causes a measurement error. It ends up.

以下では、上記の考察に鑑み、透光性を持つ表示パネルの裏面側で環境光を正しく測定することのできる新規な実施形態について提案する。 In view of the above considerations, the following proposes a novel embodiment capable of accurately measuring ambient light on the back surface side of a translucent display panel.

<光学センサ(第2実施形態)>
図12は、光学センサの第2実施形態を示す図である。第2実施形態の光学センサ20は、受光素子21と、検出回路22と、処理回路23と、レジスタ24と、インタフェイス回路25と、を有する。
<Optical sensor (second embodiment)>
FIG. 12 is a diagram showing a second embodiment of the optical sensor. The optical sensor 20 of the second embodiment includes a light receiving element 21, a detection circuit 22, a processing circuit 23, a register 24, and an interface circuit 25.

受光素子21は、入射光に応じた受光信号IPD(=電流信号)を生成する光電変換素子である。受光信号IPDは、入射光が強いほど大きくなり、入射光が弱いほど小さくなる。受光素子11としては、フォトダイオードやフォトトランジスタを好適に用いることができる。なお、先出の図11から分かるように、受光素子21の入射光には、表示パネルX1を透過した環境光L1のほかに、表示パネルX1(特に発光素子であるOLED)の出力光L2が含まれている。 The light receiving element 21 is a photoelectric conversion element that generates a light receiving signal IPD (= current signal) according to the incident light. The received light signal IPD becomes larger as the incident light is stronger, and becomes smaller as the incident light is weaker. As the light receiving element 11, a photodiode or a phototransistor can be preferably used. As can be seen from FIG. 11 above, in addition to the ambient light L1 transmitted through the display panel X1, the output light L2 of the display panel X1 (particularly the OLED that is the light emitting element) is included in the incident light of the light receiving element 21. include.

検出回路22は、OLEDの発光周期T(=1/f、例えばf=240Hzであれば、T≒4ms)よりも短い測定期間Tm(例えばTm≦1ms)毎に受光信号IPDの積分値S1を逐次生成する。なお、上記のような高速積分動作を実現するためには、検出回路22として、例えば、先出の第1実施形態(図8)を採用することが望ましい。 The detection circuit 22 sets the integrated value S1 of the received signal IPD for each measurement period Tm (for example, Tm ≦ 1 ms) shorter than the light emission cycle T (= 1 / f, for example, if f = 240 Hz, T≈4 ms) of the OLED. Generate sequentially. In order to realize the high-speed integration operation as described above, it is desirable to adopt, for example, the above-mentioned first embodiment (FIG. 8) as the detection circuit 22.

処理回路23は、検出回路22から入力される積分値S1に所定の信号処理を施して、環境光L1の測定値S3を生成する機能ブロックであり、最小値判定部231と平均値算出部232を含む。 The processing circuit 23 is a functional block that generates a measured value S3 of ambient light L1 by performing predetermined signal processing on the integrated value S1 input from the detection circuit 22, and is a minimum value determination unit 231 and an average value calculation unit 232. including.

最小値判定部231は、第1期間Tx(Tx≧Tであり、例えばTx=5ms)毎に複数の積分値S1から最小値S2を逐次判定する。 The minimum value determination unit 231 sequentially determines the minimum value S2 from a plurality of integral values S1 for each first period Tx (Tx ≧ T, for example, Tx = 5 ms).

平均値算出部232は、第2期間Ty(Ty>Txであり、例えばTy=100ms)毎に複数の最小値S2から平均値を逐次算出し、その平均値を環境光L1の測定値S3として出力する。 The average value calculation unit 232 sequentially calculates an average value from a plurality of minimum values S2 for each second period Ty (Ty> Tx, for example, Ty = 100 ms), and uses the average value as the measured value S3 of the ambient light L1. Output.

なお、処理回路23(特に、最小値判定部231及び平均値算出部232)の動作やその技術的意義については、後ほど詳細に説明する。 The operation of the processing circuit 23 (particularly, the minimum value determination unit 231 and the average value calculation unit 232) and its technical significance will be described in detail later.

レジスタ24は、処理回路23から入力される測定値S3を格納する。 The register 24 stores the measured value S3 input from the processing circuit 23.

インタフェイス回路25は、定期的に若しくは外部要求に応じて、レジスタ24に格納された測定値S3を読み出し、これを環境光測定データALSDATAとして外部出力する。なお、インタフェイス回路25の通信方式しては、シリアル通信方式(例えばIC[inter-integrated circuit]通信方式)が好適である。 The interface circuit 25 reads out the measured value S3 stored in the register 24 periodically or in response to an external request, and outputs this to the outside as ambient light measurement data ALSDATA. Incidentally, in the communication method of the interface circuit 25, a serial communication system (e.g., I 2 C [inter-integrated circuit ] communication method) is preferable.

図13は、OLEDのオフ期間Toffと環境光L1の測定期間Tmとの関係を示す図である。表示パネルX1(特にこれを形成するOLED)は、肉眼では常時点灯しているように見えるが、実際には所定の発光周期Tでオン期間Tonとオフ期間Toffを繰り返すようにPWM駆動されている。このようなPWM駆動を行うことにより、そのオンデューティDon(=発光周期Tに占めるオン期間Tonの割合、Don=Ton/T)を切り替えることで、表示パネルX1の発光輝度を調整することが可能となる。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the OLED off period Toff and the measurement period Tm of the ambient light L1. The display panel X1 (particularly the OLED forming the OLED) appears to be constantly lit to the naked eye, but is actually PWM-driven so as to repeat the on-period Ton and the off-period Tof in a predetermined light emission cycle T. .. By performing such PWM drive, it is possible to adjust the emission brightness of the display panel X1 by switching the on-duty Don (= the ratio of the on-period Ton to the emission cycle T, Don = Ton / T). It becomes.

なお、OLEDのオフ期間Toffには、OLEDの出力光L2がゼロ(又は略ゼロ)になるので、受光素子21に環境光L1のみが入射されている状態となる。そこで、OLEDのオフ期間Toffにおける検出値S1が得られるように、光学センサ20を高速化する。一般に、照度センサの典型的な測定期間Tmは100ms程度であるが、例えば、この測定期間Tmを1ms以下にする。 Since the output light L2 of the OLED becomes zero (or substantially zero) during the OFF period of the OLED, only the ambient light L1 is incident on the light receiving element 21. Therefore, the speed of the optical sensor 20 is increased so that the detected value S1 in the OLED off period Tof can be obtained. Generally, the typical measurement period Tm of the illuminance sensor is about 100 ms, but for example, this measurement period Tm is set to 1 ms or less.

図14A〜図14Dは、それぞれ、OLEDの発光輝度とオフ期間Toffとの関係を示す図(発光輝度25%、50%、75%及び96%)を示す図である。 14A to 14D are diagrams showing the relationship between the emission brightness of the OLED and the off period Toff (emission brightness 25%, 50%, 75%, and 96%), respectively.

例えば、発光輝度25%(図14A)ではToff=Toff1(例えば2.8ms)となっている。また、例えば、発光輝度50%(図14B)では、Toff=Toff2(<Toff1、例えば2.2ms)となっており、発光輝度75%(図14C)では、Toff=Toff3(<Toff2、例えば1.5ms)となっている。そして、発光輝度96%(図14D)では、ついにオフ期間Toffが消滅している。 For example, when the emission brightness is 25% (FIG. 14A), Toff = Toff1 (for example, 2.8 ms). Further, for example, when the emission brightness is 50% (FIG. 14B), Toff = Toff2 (<Toff1, for example, 2.2 ms), and when the emission brightness is 75% (FIG. 14C), Toff = Toff3 (<Toff2, for example 1, 1). .5ms). Then, at the emission brightness of 96% (FIG. 14D), the off period Toff finally disappears.

各図から分かるように、OLEDのオフ期間Toffは、発光輝度が100%に近い場合を除き、1ms以上の長さを持つ。従って、光学センサ20(特に検出回路22)の測定期間Tmを1ms以下に設定しておけば、OLEDのオフ期間Toffにおける検出値S1が得られるので、不要な出力光L2の影響を受けることなく、環境光L1だけを測定することが可能となる。 As can be seen from each figure, the OLED off period Toff has a length of 1 ms or more unless the emission brightness is close to 100%. Therefore, if the measurement period Tm of the optical sensor 20 (particularly the detection circuit 22) is set to 1 ms or less, the detection value S1 in the OLED off period Toff can be obtained, so that the detection value S1 is not affected by the unnecessary output light L2. , It is possible to measure only the ambient light L1.

なお、発光輝度が100%に近いときには、OLEDのオフ期間Toffが消滅するので、環境光L1の測定結果に誤差を生じる。ただし、発光輝度が100%に近いということは、一般に環境光L1が非常に強いときであると考えられる。従って、不要な出力光L2の影響は相対的に小さく、例えば、ソフトウェアでの補正により十分に対応することが可能であると言える。 When the emission brightness is close to 100%, the OLED off period Toff disappears, so that an error occurs in the measurement result of the ambient light L1. However, the fact that the emission brightness is close to 100% is generally considered to be when the ambient light L1 is very strong. Therefore, the influence of the unnecessary output light L2 is relatively small, and it can be said that it can be sufficiently dealt with by correction by software, for example.

逆に、発光輝度が0%に近いときには、一般に環境光L1が極めて弱い(周囲が真っ暗である)と考えられるので、不要な出力光L2の影響が相対的に大きくなる。ただし、このような場合には、OLEDのオフ期間Toffが光学センサ20の測定期間Tmよりも十分に長くなるので、出力光L2がゼロ(又はほぼゼロ)であるOLEDのオフ期間Toffにおいて、環境光L1だけを正しく測定することが可能となる。 On the contrary, when the emission brightness is close to 0%, it is generally considered that the ambient light L1 is extremely weak (the surroundings are pitch black), so that the influence of the unnecessary output light L2 becomes relatively large. However, in such a case, since the OLED off period Toff is sufficiently longer than the measurement period Tm of the optical sensor 20, the environment is set in the OLED off period Toff where the output light L2 is zero (or almost zero). Only the light L1 can be measured correctly.

図15は、第2実施形態における光検出動作の一例を示す図であり、上から順に、受光信号IPD、積分値S1(その測定期間Tm)、最小値S2、平均値S3、環境光測定データALSDATA、及び、インタフェイス回路25への外部要求が描写されている。 FIG. 15 is a diagram showing an example of the light detection operation in the second embodiment, in order from the top, the received light signal IPD, the integrated value S1 (the measurement period Tm), the minimum value S2, the average value S3, and the ambient light measurement data. External requirements for ALSDATA and the interface circuit 25 are depicted.

先にも述べたように、検出回路22は、OLEDの発光周期Tよりも短い測定期間Tm(例えばTm≦1ms)毎に受光信号IPDの積分値S1を逐次生成する。ただし、受光信号IPDの高速測定を行っても、どの積分値S1がOLED発光時のデータで、どの積分値S1がOLED非発光時のデータなのかを、単一のデータリードで判別することは不可能である。従って、OLED非発光時の環境光測定データALSDATAを取得するためには、一定区間(少なくともOLEDの発光周期T以上)に亘って積分値S1を取得し続ける必要がある。 As described above, the detection circuit 22 sequentially generates the integrated value S1 of the received light signal IPD every measurement period Tm (for example, Tm ≦ 1 ms) shorter than the light emission cycle T of the OLED. However, even if the received light signal IPD is measured at high speed, it is not possible to determine which integrated value S1 is the data when the OLED is emitted and which integrated value S1 is the data when the OLED is not emitted by a single data read. It is impossible. Therefore, in order to acquire the ambient light measurement data ALSDATA when the OLED does not emit light, it is necessary to continue to acquire the integrated value S1 over a certain interval (at least the emission cycle T or more of the OLED).

しかしながら、仮に、積分値S1そのものを外部のマスタ(不図示のマイコンなど)で処理しようとすると、極めて高頻度(測定期間Tm毎)にデータリード動作を行う必要がある。そのため、マスタの通信バスを占有してしまい、他のICとの通信を阻害したり、消費電流の増大を招くおそれがある。 However, if the integrated value S1 itself is to be processed by an external master (such as a microcomputer (not shown)), it is necessary to perform a data read operation at an extremely high frequency (every measurement period Tm). Therefore, it occupies the communication bus of the master, which may hinder communication with other ICs or increase the current consumption.

なお、上記課題の解決策としては、例えば一定区間内の積分値S1をFIFO[first in, first out]メモリに格納しておき、後からまとめて読み出す方法が考えられる。ただし、FIFOメモリは、一般的にロジック規模が大きいので、光学センサのコストアップやサイズアップに繋がってしまう。 As a solution to the above problem, for example, a method of storing the integrated value S1 within a certain interval in the FIFO [first in, first out] memory and reading it collectively later can be considered. However, since the FIFO memory generally has a large logic scale, it leads to an increase in cost and size of the optical sensor.

一方、本実施形態の光学センサ20であれば、最小値探索アルゴリズムの導入により、FIFOメモリを要することなく、データリード動作を一度行うだけでOLED非発光時の環境光測定データALSDATAを取得することが可能となる。 On the other hand, in the case of the optical sensor 20 of the present embodiment, by introducing the minimum value search algorithm, it is possible to acquire the ambient light measurement data ALSDATA when the OLED does not emit light by performing the data read operation only once without requiring the FIFO memory. Is possible.

上記の最小値探索アルゴリズムについて、具体的に詳述する。まず、最小値判定部231では、第1期間Tx(例えばTx=5ms)毎に複数の積分値S1から最小値S2(min1、min2、…、minN)が逐次判定される。なお、最小値S2の判定手法としては、例えば、新たに取得した積分値S1とそれまで保持していた最小値S2を比較し、S1<S2ならば最小値S2を更新し、S1>S2ならば積分値S1を破棄すればよい。 The above minimum value search algorithm will be specifically described in detail. First, the minimum value determination unit 231 sequentially determines the minimum value S2 (min1, min2, ..., MinN) from a plurality of integral values S1 for each first period Tx (for example, Tx = 5 ms). As a method for determining the minimum value S2, for example, the newly acquired integral value S1 is compared with the minimum value S2 held up to that point, and if S1 <S2, the minimum value S2 is updated, and if S1> S2. For example, the integrated value S1 may be discarded.

次いで、平均値算出部232では、第2期間Ty(例えばTy=100ms)毎に複数の最小値S2から平均値ave(min1:minN)が逐次算出され、その算出結果が環境光L1の測定値S3としてレジスタ24に格納される(例えば0h→XXXXh)。 Next, the average value calculation unit 232 sequentially calculates the average value ave (min1: minN) from the plurality of minimum values S2 for each second period Ty (for example, Ty = 100 ms), and the calculation result is the measured value of the ambient light L1. It is stored in the register 24 as S3 (for example, 0h → XXXXh).

レジスタ24に格納された測定値S3は、例えば、外部要求に応じて読み出され、環境光測定データALSDATAとしてインタフェイス回路25から外部出力される。 The measured value S3 stored in the register 24 is, for example, read out in response to an external request and output externally from the interface circuit 25 as ambient light measurement data ALSDATA.

なお、上記の説明では、第1期間Tx毎に複数の積分値S1から最小値S2を逐次判定する例を挙げたが、例えば、最小値S2(=min1〜minN)だけでなく、最大値S4(=max1〜maxN)も逐次判定し、最大値S4と最小値S2との差分値(=S4−S2)を出力光L2の測定値として取得してもよい。 In the above description, an example of sequentially determining the minimum value S2 from a plurality of integrated values S1 for each first period Tx has been given. For example, not only the minimum value S2 (= min1 to minN) but also the maximum value S4 (= Max1 to maxN) may also be sequentially determined, and the difference value (= S4-S2) between the maximum value S4 and the minimum value S2 may be acquired as the measured value of the output light L2.

また、上記の説明では、複数の最小値S2から平均値ave(min1:minN)を求め、これを環境光測定データALSDATAとする例を挙げたが、例えば、平均化処理を省略し、最小値S2そのものを環境光測定データALSDATAとして取り扱ってもよい。その場合には、通信頻度を抑えるために第1期間Txを長めに設定するとよい。 Further, in the above description, an example is given in which the average value ave (min1: minN) is obtained from a plurality of minimum values S2 and used as the ambient light measurement data ALSDA. However, for example, the averaging process is omitted and the minimum value is omitted. S2 itself may be treated as ambient light measurement data ALSDATA. In that case, it is advisable to set the first period Tx longer in order to suppress the communication frequency.

<総括>
以下では、本明細書中に開示されている種々の実施形態について、総括的に述べる。
<Summary>
Hereinafter, various embodiments disclosed herein will be described in a comprehensive manner.

本明細書中に開示されている検出回路は、入力信号が入力される第1積分器と、出力信号を出力する第2積分器と、前記第1積分器の出力端と前記第2積分器の入力端との間に接続された積分容量と、前記第2積分器の入力端に接続された放電部と、前記出力信号を監視して前記放電部を制御する制御部と、を有する構成(第1の構成)とされている。 The detection circuits disclosed in the present specification include a first integrator to which an input signal is input, a second integrator to output an output signal, an output end of the first integrator, and the second integrator. A configuration including an integrator connected between the input end of the integrator, a discharge unit connected to the input end of the second integrator, and a control unit that monitors the output signal and controls the discharge unit. (First configuration).

なお、上記第1の構成から成る検出回路において、前記第1積分器は、前記第2積分器よりも低速である構成(第2の構成)にしてもよい。 In the detection circuit having the first configuration, the first integrator may be configured to be slower than the second integrator (second configuration).

また、上記第1又は第2の構成から成る検出回路は、前記第2積分器の積分開始タイミングを前記第1積分器の積分開始タイミングに対して遅らせる遅延部をさらに有する構成(第3の構成)にしてもよい。 Further, the detection circuit having the first or second configuration further has a delay portion that delays the integration start timing of the second integrator with respect to the integration start timing of the first integrator (third configuration). ) May be used.

また、上記第1〜第3いずれかの構成から成る検出回路において、前記制御部は、前記第2積分器の積分期間において、前記出力信号が上限値を上回ったときに前記第2積分器に蓄えられた電荷を第1放電量だけ一括放電する構成(第4の構成)にしてもよい。 Further, in the detection circuit having any of the first to third configurations, the control unit sends the second integrator to the second integrator when the output signal exceeds the upper limit value in the integration period of the second integrator. The stored charge may be collectively discharged by the first discharge amount (fourth configuration).

また、上記第4の構成から成る検出回路において、前記制御部は、前記第2積分器の積分期間満了後、前記出力信号が下限値を下回るまで前記第2積分器に蓄えられた電荷を前記第1放電量より小さい第2放電量ずつ段階放電する構成(第5の構成)にしてもよい。 Further, in the detection circuit having the fourth configuration, the control unit uses the electric charge stored in the second integrator until the output signal falls below the lower limit after the expiration of the integration period of the second integrator. A configuration (fifth configuration) may be adopted in which a second discharge amount smaller than the first discharge amount is gradually discharged.

また、上記第1〜第5いずれかの構成から成る検出回路において、前記制御部は、前記放電部の放電回数に基づいて前記入力信号の積分値データを生成する構成(第6の構成)にしてもよい。 Further, in the detection circuit having any of the first to fifth configurations, the control unit is configured to generate integrated value data of the input signal based on the number of discharges of the discharge unit (sixth configuration). You may.

また、上記第1〜第6いずれかの構成から成る検出回路において、前記第1積分器は、反転入力端が前記入力信号の印加端に接続されて出力端が前記積分容量の第1端に接続された第1アンプと、前記第1アンプの反転入力端と出力端との間に接続された第1積分容量と、前記第1積分容量に並列接続された第1スイッチと、を含む構成(第7の構成)にしてもよい。 Further, in the detection circuit having any of the first to sixth configurations, in the first integrator, the inverting input end is connected to the application end of the input signal and the output end is the first end of the integrator. A configuration including a connected first amplifier, a first integrator connected between the inverting input end and an output end of the first amplifier, and a first switch connected in parallel to the first integrator. (7th configuration) may be used.

また、上記第7の構成から成る検出回路において、前記第2積分器は、反転入力端が前記積分容量の第2端に接続されて出力端が前記出力信号の印加端に接続された第2アンプと、前記第2アンプの反転入力端と出力端との間に接続された第2積分容量と、前記第2積分容量に並列接続された第2スイッチと、を含む構成(第8の構成)にしてもよい。 Further, in the detection circuit having the seventh configuration, in the second integrator, the inverting input end is connected to the second end of the integrator and the output end is connected to the application end of the output signal. A configuration (eighth configuration) including an amplifier, a second integrated capacitance connected between the inverting input end and the output end of the second amplifier, and a second switch connected in parallel to the second integrated capacitance. ) May be used.

また、上記第8の構成から成る検出回路において、前記第1アンプ及び前記第2アンプそれぞれの非反転入力端は、いずれもバイアス電圧の印加端に接続されている構成(第9の構成)にしてもよい。 Further, in the detection circuit having the eighth configuration, the non-inverting input terminals of the first amplifier and the second amplifier are both connected to the application end of the bias voltage (nineth configuration). You may.

また、本明細書中に開示されている光学センサは、受光信号を生成する受光素子と、上記第1〜第9いずれかの構成から成り前記受光信号を検出する検出回路と、を有する構成(第10の構成)とされている。 Further, the optical sensor disclosed in the present specification includes a light receiving element that generates a light receiving signal and a detection circuit that has the above-mentioned first to ninth configurations and detects the received light signal ( It is said to be the tenth configuration).

また、例えば、本明細書中に開示されている光学センサは、発光素子の出力光と環境光の双方に応じた受光信号を生成する受光素子と、前記発光素子の発光周期よりも短い測定期間毎に前記受光信号の積分値を逐次生成する検出回路と、前記発光周期以上の第1期間毎に複数の前記積分値から最小値を逐次判定して前記最小値又はこれに応じた値を前記環境光の測定値とする処理回路と、を有する構成(第11の構成)とされている。 Further, for example, the optical sensor disclosed in the present specification includes a light receiving element that generates a light receiving signal corresponding to both output light and ambient light of the light emitting element, and a measurement period shorter than the light emitting cycle of the light emitting element. A detection circuit that sequentially generates an integrated value of the received light signal for each, and a detection circuit that sequentially determines a minimum value from a plurality of the integrated values for each first period equal to or longer than the light emission cycle, and determines the minimum value or a value corresponding thereto. It has a configuration (11th configuration) including a processing circuit for measuring ambient light.

なお、上記第11の構成から成る光学センサにおいて、前記処理回路は、前記第1期間よりも長い第2期間毎に複数の前記最小値から平均値を逐次算出して前記平均値を前記環境光の測定値とする構成(第12の構成)にしてもよい。 In the optical sensor having the eleventh configuration, the processing circuit sequentially calculates an average value from a plurality of the minimum values for each second period longer than the first period, and uses the average value as the ambient light. The configuration (12th configuration) may be used as the measured value of.

また、上記第11又は第12の構成から成る光学センサは、前記測定値を格納するレジスタをさらに有する構成(第13の構成)にしてもよい。 Further, the optical sensor having the eleventh or twelfth configuration may have a configuration (thirteenth configuration) further having a register for storing the measured value.

また、上記第11〜第13いずれかの構成から成る光学センサは、前記測定値を外部出力するインタフェイス回路をさらに有する構成(第14の構成)にしてもよい。 Further, the optical sensor having any of the above 11th to 13th configurations may have a configuration (14th configuration) further including an interface circuit for externally outputting the measured value.

また、上記第11〜第14いずれかの構成から成る光学センサにおいて、前記処理回路は、前記第1期間毎に複数の前記積分値から最大値を逐次判定し、前記最大値と前記最小値との差分値を前記出力光の測定値とする構成(第15の構成)にしてもよい。 Further, in the optical sensor having the configuration of any one of the 11th to 14th, the processing circuit sequentially determines a maximum value from a plurality of the integrated values for each first period, and obtains the maximum value and the minimum value. The difference value of the above may be used as the measured value of the output light (15th configuration).

また、上記第11〜第15いずれかの構成から成る光学センサにおいて、前記測定期間は1ms以下である構成(第16の構成)にしてもよい。 Further, in the optical sensor having any of the first to fifteenth configurations, the measurement period may be 1 ms or less (the sixteenth configuration).

また、本明細書中に開示されている電子機器は、表面側から入射する環境光を裏面側に透過することのできる表示パネルと、上記第11〜第16いずれかの構成から成り前記表示パネルの裏面側で前記環境光を測定する光学センサと、を有する構成(第17の構成)とされている。 Further, the electronic device disclosed in the present specification comprises a display panel capable of transmitting ambient light incident from the front surface side to the back surface side, and the display panel having any of the above 11th to 16th configurations. It is configured to have an optical sensor for measuring the ambient light on the back surface side of the above (17th configuration).

なお、上記第17の構成から成る電子機器において、前記表示パネルは、透光性の発光素子を含む構成(第18の構成)にしてもよい。 In the electronic device having the 17th configuration, the display panel may have a configuration including a translucent light emitting element (18th configuration).

また、上記第18の構成から成る電子機器において、前記発光素子は、前記表示パネルの発光輝度に応じたオンデューティでPWM[pulse width modulation]駆動される構成(第19の構成)にしてもよい。 Further, in the electronic device having the eighteenth configuration, the light emitting element may be configured to be PWM [pulse width modulation] driven by PWM [pulse width modulation] according to the emission brightness of the display panel (19th configuration). ..

また、上記第19の構成から成る電子機器において、前記発光素子は、OLEDである構成(第20の構成)にしてもよい。 Further, in the electronic device having the 19th configuration, the light emitting element may have an OLED configuration (20th configuration).

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variants>
In addition to the above-described embodiment, the various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways without departing from the spirit of the technical creation. That is, it should be considered that the above-described embodiment is exemplary in all respects and is not restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and claims for patent. It should be understood that the meaning equal to the scope and all changes belonging to the scope are included.

本明細書中に開示されている発明は、例えば、スマートフォンなどの電子機器に搭載されて環境光を測定する光学センサに利用することが可能である。 The invention disclosed in the present specification can be used, for example, in an optical sensor mounted on an electronic device such as a smartphone to measure ambient light.

10、20 光学センサ
11、21 受光素子(フォトダイオード)
12、22 検出回路
121 オペアンプ(第2アンプ)
122 キャパシタ(第2積分容量)
123 スイッチ(第2スイッチ)
124 スイッチ
125 スイッチ
126 放電部
127 制御部
128 オペアンプ(第1アンプ)
129 キャパシタ(積分容量)
12A キャパシタ(第1積分容量)
12B スイッチ(第1スイッチ)
12C 遅延部
12X 第1積分器
12Y 第2積分器
13 寄生キャパシタ
23 処理回路
231 最小値判定部
232 平均値算出部
24 レジスタ
25 インタフェイス回路
X 電子機器(スマートフォン)
X1 表示パネル
X2 ベゼル領域
X11 筐体
X12 ガラス板
X13 OLED層
X14 保護層
X14a 開口部
X15 基板
10, 20 Optical sensor 11, 21 Light receiving element (photodiode)
12, 22 Detection circuit 121 Operational amplifier (second amplifier)
122 Capacitor (2nd integrated capacitance)
123 switch (second switch)
124 switch 125 switch 126 Discharge unit 127 Control unit 128 Operational amplifier (1st amplifier)
129 Capacitor (integral capacity)
12A capacitor (first integrated capacitance)
12B switch (1st switch)
12C Delay part 12X 1st integrator 12Y 2nd integrator 13 Parasitic capacitor 23 Processing circuit 231 Minimum value judgment part 232 Average value calculation part 24 Register 25 Interface circuit X Electronic device (smartphone)
X1 Display panel X2 Bezel area X11 Housing X12 Glass plate X13 OLED layer X14 Protective layer X14a Opening X15 Substrate

Claims (10)

発光素子の出力光と環境光の双方に応じた受光信号を生成する受光素子と、
前記発光素子の発光周期よりも短い測定期間毎に前記受光信号の積分値を逐次生成する検出回路と、
前記発光周期以上の第1期間毎に複数の前記積分値から最小値を逐次判定して前記最小値又はこれに応じた値を前記環境光の測定値とする処理回路と、
を有する、光学センサ。
A light receiving element that generates a light receiving signal corresponding to both the output light and the ambient light of the light emitting element,
A detection circuit that sequentially generates an integrated value of the received light signal for each measurement period shorter than the light emitting cycle of the light emitting element, and a detection circuit.
A processing circuit that sequentially determines the minimum value from a plurality of the integrated values for each first period equal to or longer than the light emission cycle, and sets the minimum value or a value corresponding thereto as the measured value of the ambient light.
Has an optical sensor.
前記処理回路は、前記第1期間よりも長い第2期間毎に複数の前記最小値から平均値を逐次算出して前記平均値を前記環境光の測定値とする、請求項1に記載の光学センサ。 The optics according to claim 1, wherein the processing circuit sequentially calculates an average value from a plurality of the minimum values for each second period longer than the first period, and uses the average value as a measurement value of the ambient light. Sensor. 前記測定値を格納するレジスタをさらに有する、請求項1又は2に記載の光学センサ。 The optical sensor according to claim 1 or 2, further comprising a register for storing the measured value. 前記測定値を外部出力するインタフェイス回路をさらに有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学センサ。 The optical sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising an interface circuit for externally outputting the measured value. 前記処理回路は、前記第1期間毎に複数の前記積分値から最大値を逐次判定し、前記最大値と前記最小値との差分値を前記出力光の測定値とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学センサ。 Claims 1 to 4, wherein the processing circuit sequentially determines a maximum value from a plurality of the integrated values for each first period, and uses a difference value between the maximum value and the minimum value as a measured value of the output light. The optical sensor according to any one of the above. 前記測定期間は1ms以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学センサ。 The optical sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the measurement period is 1 ms or less. 表面側から入射する環境光を裏面側に透過することのできる表示パネルと、
前記表示パネルの裏面側で前記環境光を測定する請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学センサと、
を有する電子機器。
A display panel that can transmit ambient light incident from the front side to the back side,
The optical sensor according to any one of claims 1 to 6, which measures the ambient light on the back surface side of the display panel.
Electronic equipment with.
前記表示パネルは、透光性の発光素子を含む、請求項7に記載の電子機器。 The electronic device according to claim 7, wherein the display panel includes a translucent light emitting element. 前記発光素子は、前記表示パネルの発光輝度に応じたオンデューティでPWM[pulse width modulation]駆動される、請求項8に記載の電子機器。 The electronic device according to claim 8, wherein the light emitting element is driven by PWM [pulse width modulation] on duty according to the light emission brightness of the display panel. 前記発光素子は、OLED[organic light emitting diode]である、請求項9に記載の電子機器。 The electronic device according to claim 9, wherein the light emitting element is an OLED [organic light emitting diode].
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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