(57)【要約】【課題】  低照度用と高照度用などの複数の検出部分を独立に設けてこれらを適宜切り換えることにより、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの照度において精度のよいリニアな出力を出す半導体光センサ装置（照度センサ）及びこの照度センサを組込んだ携帯電話を提供する。【解決手段】  異なる照度−出力特性を持った複数のフォトダイオード部１Ａ、２Ｂと、複数のフォトダイオード部のいずれかを選択するスイッチ８と、スイッチにより選択されたフォトダイオード部の出力に接続された増幅器９と、増幅器９の出力に繋がる出力部（ＯＵＴ）とを備える。フォトダイオードに照射される照度に基づいて異なる照度−出力特性を持った複数のフォトダイオード部を切り替える。【選択図】  図１
2006086420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる照度−出力特性を持った複数のフォトダイオード部と、
前記複数のフォトダイオード部のいずれかを選択するスイッチと、
前記スイッチに接続された出力部と、
前記フォトダイオード部に照射される入射光の照度に基づいて、前記複数のフォトダイオード部の選択／非選択を切り替えることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項２】
前記複数のフォトダイオード部は、第１のフォトダイオード部及び第２のフォトダイオード部を有し、前記第１のフォトダイオード部は、ａ≦ｘ≦ＥＶ１の照度ｘにおいてリニアな照度−出力特性を有し、前記第２のフォトダイオード部は、ＥＶ１＜ｘ≦ｂの照度ｘにおいてリニアな照度−出力特性を有することを特徴とする請求項２記載の半導体光センサ装置。
【請求項３】
前記スイッチは、前記フォトダイオード部に入射される入射光の照度が、ｘ≦ＥＶ１のときに前記第１のフォトダイオード部を選択し、前記フォトダイオード部に入射される入射光の照度が、ＥＶ１＜ｘのときに前記第２のフォトダイオード部を選択することを特徴とする請求項２記載の半導体光センサ装置。
【請求項４】
フォトダイオード部と、
前記フォトダイオード部にそれぞれ接続され、前記フォトダイオードの出力を入力とし、かつ、異なるゲインを有する複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、いずれかを選択し、出力するスイッチとを有し、
前記フォトダイオード部に照射される入射光の照度に基づいて、前記複数の増幅器を切り替えることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体光センサ半導体装置が組み込まれていることを特徴とする情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照度センサ用の半導体光センサ装置に関するものであり、例えば、数ルクスから数万ルクスの広範囲に渡る照度検出が可能なことを特徴とする半導体光センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光センサ装置（照度センサ) は、周囲の照度（明るさ）に応じてリニアな出力を出力する光センサであり、主に携帯電話において、周囲の照度( 明るさ) に応じて液晶画面のバックライトや操作部（キー（ｋｅｙ）部）のＬＥＤ（発光ダイオード:Light Emitting Diode ）のオンオフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御に使用される。例えば、周囲が明るい場合にはバックライトやキー部の発光ダイオードを消灯し、暗い場合には点灯または輝度調整等を行って不要な消費電力を抑えるセンサとして使用される。
携帯電話において、キー部の発光ダイオードのオンオフは数ルクスから１００ルクス程度の低照度範囲において制御される。従来の照度センサは、キー部の発光ダイオードのオンオフ制御にのみ使用されてきたため、数ルクスから１００ルクスの低照度範囲でリニアな出力を出すように設計されている。
【０００３】
しかし、現在、キー部の発光ダイオードのオンオフの他、液晶のフルカラー化により、電力消費も大きくなり、液晶画面のバックライトの制御も要求されている。透過型液晶画面の場合、画面背面のバックライトを光源とし、彩度が高く、暗い室内では見やすいが、明るい屋外では画面が暗くなってしまう。このため、周囲の明るさに応じてバックライトを調整しないと画面が見え難くなってしまう。しかし、バックライトの明るさにも限界があり、数万ルクスの高照度のもとでは、携帯電話のシステム上で液晶画面のバックライトを切ってしまうことも行われている。このように、液晶画面の明るさを調節するには、数万ルクスまでの照度を検出する必要がある。
【０００４】
高照度用フォトダイオード部は、低照度の光が入力されても感度が低くて低照度の光は感知し難く、低照度用フォトダイオード部は、感度が高すぎて高照度の光が入力すると飽和してしまう。即ち、例えば、携帯電話のキー部の発光ダイオードのオンオフ制御用に数ルクスから数１００ルクス程度の低照度範囲でリニアな特性を持つように最適化された従来の照度センサを用いると、数万ルクスの高照度は検出できない。また、携帯電話などの液晶画面のように数万ルクスの高照度を検出するために、高照度用フォトダイオード部を有する照度センサを用いると、キー部の制御照度である低照度での検出が困難になってしまうという問題があった。
従来技術には、特許文献１に示すようにゲインの異なる二個の増幅器と、コンパレータ（二値化回路）を有する光電スイッチ回路が記載されている。目的に応じて二個の増幅器を設ける構成を有している。
【特許文献１】特開平６−２９４８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの照度において、精度のよいリニアな出力を出す半導体光センサ装置（照度センサ）及びこの照度センサを組込んだ携帯電話を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体光センサ装置の一態様は、異なる照度−出力特性を持った複数のフォトダイオード部と、前記複数のフォトダイオード部のいずれかを選択するスイッチと、前記スイッチに接続された出力部と、前記フォトダイオード部に照射される入射光の照度に基づいて、前記複数のフォトダイオード部の選択／非選択を切り替えることを特徴とする。
また、本発明の半導体光センサ装置は、フォトダイオード部と、前記フォトダイオード部にそれぞれ接続され、前記フォトダイオードの出力を入力とし、かつ、異なるゲインを有する複数の増幅器と、前記複数の増幅器のうち、いずれかを選択し、出力するスイッチとを有し、前記フォトダイオード部に照射される入射光の照度に基づいて、前記複数の増幅器を切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの広い範囲の照度において、精度のよいリニアな出力を出す半導体光センサ装置（照度センサ）を提供できる。また、このような照度センサを用いて、低照度で制御するキー部の発光ダイオードのオンオフと、高照度で制御する液晶画面の明るさ制御の両方が可能な携帯電話を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、図１乃至図５を参照して実施例１を説明する。
図１は、１つの半導体チップ上に形成されたこの実施例の照度センサの回路ブロック図、図２（ａ）は、この実施例で説明するフォトダイオード部の一例を示す回路図及び図２（ｂ）は、この回路図のフォトダイオード構造を示す半導体基板の部分断面図、図３は、この実施例で説明するフォトダイオード部の他の例の回路図及びこの回路図のフォトダイオード構造を示す半導体基板の部分断面図、図４は、この実施例のフォトダイオード（ＰＤ）部の照度特性を変える方法を示すフォトダイオードの概略平面図、図５は、この実施例の照度センサの照度−出力特性を示す特性図及び照度−モード出力特性を示す特性図である。
【００１０】
図１に示すように、照度センサは、受光部に、同じ分光特性を持つ低照度用フォトダイオード部（ＰＤ部）１Ａと高照度用フォトダイオード部（ＰＤ部）１Ｂを備えている。フォトダイオード部１の出力側には第１の増幅器９が接続され両者の間には低照度用フォトダイオード部１Ａ及び高照度用フォトダイオード部１Ｂのいずれかを選択するスイッチ（ＳＷ）８が挿入されている。少なくとも１つの増幅器からなる第１の増幅器９は、少なくとも１つの増幅器からなる第２の増幅器１０に接続され、第２の増幅器１０は、照度センサの出力部（ＯＵＴ）に接続されている。この照度センサは、基準電圧発生回路５及びモード検出回路６を更に備えており、モード検出回路６は、第１の増幅器９の出力と基準電圧発生回路５の出力を入力させて、両者を比較し、この出力に基づいてスイッチ８がどのフォトダイオード部を選択するかの制御を行う。モード検出回路６は、更に出力の状態（モード）が外部から検出できるモード出力部（モードＯＵＴ）が設けられている。モードＯＵＴからは、どちらのフォトダイオードを使用しているかどうかというモード情報を出力する。第２の増幅器１０は、出力回路として用いられる。
【００１１】
次に、図５を参照してこの照度センサの動作を説明する。
図５（ａ）は、横軸が照度センサに入力された光の照度を示し、縦軸が照度センサの出力を示し、図５（ｂ）は、横軸が照度を示し、縦軸がモード検出回路のモード出力を示している。
図１に示す様に、初期状態では、スイッチ（ＳＷ）８は、低照度用フォトダイオード部１Ａ側にオン（ＯＮ）している（図１に示す状態である）。この状態で、ある照度の光がこの照度センサに照射されると、低照度用フォトダイオード部１Ａと第１の増幅器９で照度を検出し、その出力をモード検出回路６で基準電圧発生回路５の電圧と比較する。
【００１２】
この時、受光部のフォトダイオード部に入った光の照度、即ち、モード検出回路６の入力がモード検出回路６の設定閾値（基準電圧発生回路５により生成された）よりも低い場合、スイッチ８は切り替えを行わず低照度用フォトダイオード部１Ａを第１の増幅器９に接続したままにして出力部（ＯＵＴ）から第１の増幅器９の出力信号を出力する。しかし、モード検出回路６の入力がモード検出回路６の設定閾値よりも高い場合には、スイッチ８を切り替えて高照度用フォトダイオード部１Ｂを第１の増幅器９に接続し、出力部（ＯＵＴ）から第１の増幅器９の出力信号を出力する。この実施例の場合、一例としてモード検出回路６の設定閾値を入力された光の照度ＥＶ１とする。そして、モード検出回路６の入力がこの設定閾値（ＥＶ１）よりも低い場合には、モード検出回路６の出力をモード１（出力０）として照度センサは、低照度用フォトダイオード部（ＰＤ部）１Ａを使用し、設定閾値（ＥＶ１）より高い場合にはモード２として高照度用フォトダイオード部（ＰＤ部）１Ｂを使用する。図５ではＥＶ１が１０００ルクスより幾分低い値になっているが、これは一例であって、照度センサを用いる機器の種類によってＥＶ１値を任意の値に設定する必要がある。
この例によれば、低照度用フォトダイオード部及び高照度用のフォトダイオード部を切り替えて使用することができるので、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの広範囲で精度のよいリニアな出力を出すことができる。
【００１３】
低照度用フォトダイオード部は、照度数ルクスから数１００ルクスまでリニアな照度−出力特性を持つ。高照度用のフォトダイオード部は、数１００ルクスから数万ルクスまでリニアな照度−出力特性を持つ。フォトダイオードは、リニアな領域以外では照度に対して出力が飽和するので照度を検出するのに適さない。低照度用フォトダイオード部と高照度用フォトダイオード部とでリニアな照度−出力特性を持つ照度範囲で切り替え照度ＥＶ１を設定する。なお、ヒステリシスを考慮して、切り替え照度ＥＶ２を更に設定して、高照度用フォトダイオード部から低照度用フォトダイオード部へ切り替える場合と低照度用フォトダイオード部から高照度用フォトダイオード部へ切り替える場合とで切り替え照度を変えても良い。
低照度用フォトダイオード部１Ａ及び高照度用フォトダイオード部１Ｂの構造は、例えば、図２もしくは図３に示した通りである。
【００１４】
図２の場合、図２（ａ）は、フォトダイオード部の回路構成を示す回路図である。ｐｎｐトランジスタＱ１、Ｑ２は、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の合計光電流を検出するためのカレントミラーを構成している。トランジスタＱ１は、ベースとコレクタが２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の共通のカソード端子Ａに接続され、エミッタが電源端子（Ｖｃｃ）に接続されている。出力用ｐｎｐトランジスタＱ２は、ベースがトランジスタＱ１のベースに、エミッタが電源端子（Ｖｃｃ）に、コレクタが出力端子（ＯＵＴ）に接続されている。ｎｐｎトランジスタＱ３、Ｑ４は、フォトダイオードＰＤ１の光電流を検出するためのカレントミラーを構成している。トランジスタＱ３は、ベースとコレクタがフォトダイオードＰＤ１のアノード端子Ｂに接続され、エミッタが接地端子（ＧＮＤ）に、コレクタが出力端子（ＯＵＴ）に接続されている。フォトダイオードＰＤ２のアノード端子Ｃは接地されている。トランジスタＱ１、Ｑ２の面積比及びトランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタ面積比は、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の分光感度特性に応じて所望の分光感度の出力が得られる様に最適設定される。例えば、トランジスタＱ２のエミッタ面積を、トランジスタＱ１のそれのｎ倍（ｎは正数）に設定し、トランジスタＱ４のエミッタ面積を、トランジスタＱ３のそれのｍ倍（Ｍは正数）に設定したとする。図２（ｂ）の受光部に光が入射した時、出力電流ＩＯＵＴは、トランジスタＱ２のコレクタ電流をＩ１、トランジスタＱ４のコレクタ電流をＩ２として、ＩＯＵＴ＝Ｉ２−Ｉ１となる。コレクタ電流Ｉ１は、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の光電流Ｉｐ１、Ｉｐ２に対して、Ｉ１＝ｎ（Ｉｐ１＋Ｉｐ２）である。トランジスタＱ４のコレクタ電流Ｉ２は、Ｉ２＝ｍ・Ｉｐ１である。したがって、出力電流ＩＯＵＴは、ＩＯＵＴ＝ｍ・Ｉｐ１−ｎ（Ｉｐ１＋Ｉｐ２）＝（ｍ−ｎ）［Ｉｐ−｛ｎ／（ｍ−ｎ）｝Ｉｐ２］となる。この照度センサは、不要な赤外成分が除去された状態で照度が検出される。
【００１５】
いずれのフォトダイオード部１Ａ、１Ｂも図２（ａ）に示すフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２を主たる構成とし、シリコンなどの半導体基板には、素子形成領域にこれらフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２がカソード電極を共通にして上下に形成されている（図２（ｂ））。図２（ｂ）は、フォトダイオード部が形成されたシリコン半導体基板の部分断面図である。半導体基板は、Ｐ型半導体基板１５とその上に形成されたＮ型エピタキシャル層１６から構成されている。Ｎ型エピタキシャル層１６の表面領域にはＰ型不純物拡散領域１７が形成されている。Ｎ型エピタキシャル層１６の表面にはアノード電極１３が形成され、Ｐ型不純物拡散領域１７の表面にはカソード電極１４が形成されている。半導体基板のＮ型エピタキシャル層１６とＰ型不純物拡散領域１７とで図２（ａ）のフォトダイオードＰＤ１を構成し、Ｐ型半導体基板１５とＮ型エピタキシャル層１６とで図２（ａ）のフォトダイオードＰＤ２を構成し、アノード電極１３は、フォトダイオードＰＤ１につながり、カソード電極１４は、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２が共有している。
【００１６】
図３の場合、図３（ａ）は、フォトダイオード部の回路構成を示す回路図である。トランジスタＱ２は、コレクタがフォトダイオードＰＤ１のアノード端子に接続され、エミッタが接地端子（ＧＮＤ）に、コレクタが出力端子（ＯＵＴ）に接続されている。トランジスタＱ１、Ｑ２は、フォトダイオードＰＤ１の光電流を検出するためのカレントミラーを構成している。トランジスタＱ１は、ベースとコレクタがフォトダイオードＰＤ２のアノード端子に接続され、エミッタが接地端子（ＧＮＤ）に接続されている。図３（ｂ）の受光部に光が入射した時、出力電流ＩＯＵＴは、２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の光電流Ｉｐ１、Ｉｐ２に対して、ＩＯＵＴ＝Ｉｐ１−Ｉｐ２である。この照度センサは、不要な赤外成分がフォトダイオードＰＤ２により除去された状態で照度が検出される。
【００１７】
図３（ａ）の回路図に示すフォトダイオードＰＤ１は、図３（ｂ）の半導体基板に示されている。半導体基板は、Ｐ型半導体基板１５とその上に形成されたＮ型エピタキシャル層１６から構成されている。Ｎ型エピタキシャル層１６の表面領域にはＰ型不純物拡散領域１７が形成されている。半導体基板のＮ型エピタキシャル層１６とＰ型不純物拡散領域１７とで図３（ａ）のフォトダイオードＰＤ１を構成している。Ｐ型不純物拡散領域１７の一部は、可視光領域カットフィルタ（遮光フィルタ）２１により遮光され、フォトダイオード部の感度−出力特性を調整している。フォトダイオードＰＤ２もフォトダイオードＰＤ１と同様に半導体基板に形成されている。
この実施例における低照度用フォトダイオード部や高照度用フォトダイオード部を形成する方法としては、フォトダイオードの素子形成サイズ（面積）を適宜設定して形成する方法や配線電極層等を遮光板として用いることによって受光する面積を変える方法等が挙げられる。
【００１８】
図４（ａ）は、面積の違いによってフォトダイオード（ＰＤ）部の照度特性を変える例であり、高照度用フォトダイオード部は、低照度用フォトダイオード部より面積が小さい。照度センサは、前述のように、高照度を検出する場合、受光量が多いので低感度の素子を用い、低照度を検出する場合、受光量が少ないので高感度の素子を用いる必要がある。そして、受光量は面積に比例し、高照度用フォトダイオード部は、面積を大きくし、低照度用フォトダイオード部は、面積を小さくする。また、この図では高照度用フォトダイオード部と低照度用フォトダイオード部とを近接して配置しているが、可能な限り受光環境を一様にするためである。同じ半導体基板でもその周辺部と中央部といったように場所によって受光特性が変わる事がある。それを避けるために両者を近接配置している。フォトダイオード部の形状は、図では長方形であるが、この形状に限るものではなく、例えば、円形でもよい。高照度用フォトダイオード部／低フォトダイオード部の面積比は、その用途に応じて適宜変更することができる。しかし、一旦パターニングした後の変更は困難である。
【００１９】
図４（ｂ）は、同じ面積で同じ受光特性を有するフォトダイオードを複数個並べ、フォトダイオード部の照度特性によって使用するフォトダイオードの個数を切換える方法である。各フォトダイオード（ＰＤ）にはスイッチを取付け、所定の照度特性を得るべくスイッチをオンオフする。高照度用フォトダイオード部は、低照度用フォトダイオード部よりフォトダイオードの個数が少ない。高照度用フォトダイオード部／低フォトダイオード部の面積比は、その用途に応じてスイッチ操作により適宜変更することができる。この変更はフォトダイオードを形成した後でも可能なので照度センサの形成が容易である。
図４（ｃ）の場合は、フォトダイオード部のフォトダイオードに同一面積、同一構造の素子を用い、高照度用のフォトダイオード部のフォトダイオード（ＰＤ）の一部に減光フィルタを形成して照度特性を変える方法である。上の２つの例では受光面積を変えることによって高照度用又は低照度用フォトダイオードを選択するが、この例では、同じ特性のフォトダイオードに用い、このダイオード内適宜のダイオードに受光性能を低下させる減光フィルタを用いてダイオード特性を変えダイオードの用途を分けている。減光フィルタを用いたフォトダイオード  （ＰＤ）は、高照度用フォトダイオード部に用い、その他の素子を低照度用フォトダイオード部に用いる。また、この図でも図４（ａ）と同様に、高照度用フォトダイオード部と低照度用フォトダイオード部とを近接して配置しているが、可能な限り受光環境を一様にするためである。
【００２０】
この実施例によれば、低照度用及び高照度用のフォトダイオード部を独立に設けて、入射光に応じて、これらを切り替えることにより、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの照度において、精度のよいリニアな出力を出す照度センサが得られる。
【実施例２】
【００２１】
次に、図６を参照して実施例２を説明する。
この実施例は、実施例１がスイッチで選択される２つのフォトダイオード部から構成されたフォトダイオード部を有しているのに対して、３つ以上のｎ個のフォトダイオード部から構成されたフォトダイオード部を有していることを特徴としている。
図６は、１つの半導体チップ上に形成されたこの実施例の照度センサの回路ブロック図である。図６に示すように、照度センサは、受光部に、同じ分光特性を持ち、複数の互いに照度−出力特性の異なるフォトダイオード部（ＰＤ部１、ＰＤ部２、・・・、ＰＤ部ｎ）１を備えている。フォトダイオード部１の出力側には第１の増幅器９が接続され両者の間には複数のフォトダイオード部１から所定のフォトダイオード部を選択するスイッチ（ＳＷ）８が挿入されている。第１の増幅器９は、第２の増幅器１０に接続され、第２の増幅器１０は、照度センサの出力部（ＯＵＴ）に接続されている。この照度センサは、基準電圧発生回路５及びモード検出回路６を更に備えており、モード検出回路６は、第１の増幅器９の出力と基準電圧発生回路５の出力を入力させて、両者を比較し、この出力に基づいてどのフォトダイオード部を選択するかスイッチ８を駆動する。モード検出回路６は、さらに出力の状態（モード）が外部から検出できるモード出力部（モードＯＵＴ）が設けられている。
【００２２】
初期状態では、スイッチ（ＳＷ）８は、例えば、フォトダイオード部（ＰＤ部１）などのように、低照度用フォトダイオード部側にオン（ＯＮ）している（図６に示す状態である）。この状態で、ある照度の光がこの照度センサに照射されると、フォトダイオード部（ＰＤ部１）と第１の増幅器９で照度を検出し、その出力をモード検出回路６で基準電圧発生回路５の電圧と比較する。
この時、受光部のフォトダイオード部に入った光の照度、即ち、モード検出回路６の入力がモード検出回路６の設定閾値よりも低い場合、スイッチ８は切り替えずフォトダイオード部（ＰＤ部１）を第１の増幅器９に接続したままにして出力部（ＯＵＴ）から第１の増幅器９の出力信号を出力する。しかし、モード検出回路６の入力がモード検出回路６の設定閾値よりも高い場合には、スイッチ８を切り替えて、例えば、フォトダイオード部（ＰＤ部ｎ）を第１の増幅器９に接続し、出力部（ＯＵＴ）から第１の増幅器９の出力信号を出力する。実施例１ではモード検出回路６の設定閾値を、例えば、ＥＶ１のように、１つ設けているが、設定閾値を２つ設定すれば選択用フォトダイオード部を３つ用意することによってこれを有効に用いることができる。
【００２３】
この実施例では、選択用のフォトダイオード部をｎ個用意している。したがって、モード検出回路６の設定閾値を（ｎ−１）個用意することによってｎ個のフォトダイオード部を有効に用いることができる。フォトダイオード部の２つを切り替えるには１つの設定閾値が必要である。フォトダイオード部１の構造は、例えば、図２もしくは図３に示した通りである。この実施例におけるフォトダイオード部１を形成する方法としては、実施例１と同じである。
以上、この実施例によれば、複数の照度−出力特性の互いに異なるフォトダイオード部を独立に設けて、これらを切り替えることにより、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの照度において、精度のよいリニアな出力を出す照度センサが得られる。
実施例１において、初期状態はいずれも低照度用にモード設定しているが、いきなり高照度の光が入射した場合には、モード検出回路６でモードが設定されるまでは、照度センサの出力部（ＯＵＴ）には低照度用増幅器の飽和値が出力されてしまう。
モード検出回路６でモード設定されるまでは出力部（ＯＵＴ）を接地電位に固定しておき、モードが設定なされた後に出力部（ＯＵＴ）から出力信号を出すような制御をすれば、これを防止することができる。
【００２４】
実施例１では、低照度用と高照度用の２つの検出部（この実施例ではフォトダイオード部）を有する場合について説明したが、この実施例では３つ以上の互いに異なる照度−出力特性を有するフォトダイオード部に対しても、基準電圧発生回路において必要な数の電位を設定することにより、高照度までの検出や高精度の検出が可能となる。例えば、図５に示すような１０ルクス以下の照度領域やあるいは１０００００ルクス以上の照度領域にも検出部の中心がある情報機器に対応する照度センサに適用する事ができる。
【実施例３】
【００２５】
次に、図７及び図８を参照して実施例３を説明する。
この実施例は、実施例１、２がスイッチで選択される２つもしくはそれ以上のフォトダイオード部から構成されたフォトダイオード部を有しているのに対して、スイッチで選択される２つの増幅器から構成された増幅器を有していることを特徴としている。
図７は、１つの半導体チップ上に形成されたこの実施例の照度センサの回路ブロック図、図８は、この実施例の照度センサの照度−出力特性を示す特性図及び照度−モード出力特性を示す特性図である。
図７に示すように、照度センサは、受光部に、フォトダイオード部（ＰＤ部）１を備えている。フォトダイオード部１は、実施例１、２において用いたものを用いても良く、特性の異なる他のものでも良く、フォトダイオード部に制限はない。フォトダイオード部の出力側には第１の増幅器２が接続されている。第１の増幅器２は、増幅度などの特性の互いに異なる（図８（ａ）参照）複数の第２の増幅器３（１８、１９）に接続され、第２の増幅器３は、照度センサの出力部  （ＯＵＴ）にスイッチ（ＳＷ）７を介して接続されている。
【００２６】
低照度用の第２の増幅器１８と高照度用の第２の増幅器１９の最も簡単な構成は、回路構成は同一で増幅率（ゲイン）のみ変更した増幅器で実現できる。低照度用増幅器は、入力される光電流を照度に換算して数ルクスから数１００ルクスまでリニアな入出力特性を持っている。また、高照度用増幅器は数１００ルクスから数万ルクスまでリニアな入出力特性を持っている。リニアな範囲以外では入力に対し、出力が一定となる。低照度用増幅器と高照度用増幅器のリニアな入出力特性が重なる範囲で切り替え照度を設定する。なお、ヒステリシすを考慮して、切り替え照度ＥＶ２を更に設定して、高照度用増幅器から低照度用増幅器へ切り替える場合と低照度用増幅器から高照度用増幅器へ切り替える場合とで切り替え照度を変えても良い。
この実施例におけるフォトダイオード部１を形成する方法としては、実施例１と同じである。
【００２７】
スイッチ７は、増幅器などの特性の互いに異なる複数の第２の増幅器３を構成する低照度用増幅器１８及び高照度用増幅器１９のいずれかを選択する。この照度センサは、基準電圧発生回路５及びモード検出回路６を更に備えており、モード検出回路６は、第１の増幅器２の出力と基準電圧発生回路５の出力を入力させて、両者を比較し、この出力に基づいてどの増幅器を選択するかスイッチ７を駆動する。モード検出回路６は、更に出力の状態（モード）（図８（ｂ）参照）が外部から検出できるモード出力部（モードＯＵＴ）が設けられている。
【００２８】
次に、図８を参照してこの実施例の照度センサを説明する。
図８（ａ）は、横軸が照度センサに入力された光の照度を示し、縦軸が照度センサの出力を示し、図８（ｂ）は、横軸が照度を示し、縦軸がモード検出回路のモード出力を示している。
初期状態では、スイッチ７は、低照度用増幅器１８側にオン（ＯＮ）している（図７に示す状態である）。ある照度の光がフォトダイオード部（ＰＤ部）１に照射されると、第１の増幅器２で照度に応じた出力に変換される。第１の増幅器２の出力は、低照度用の第２の増幅器１８と高照度用の第２の増幅器１９、更にモード検出回路６に入力される。モード検出回路６では、この出力を基準電圧発生回路５で設定された閾値（ＥＶ１）と比較し、スイッチ７を切り替える。
第１の増幅器２の出力が設定された閾値（ＥＶ１）よりも低い場合には、スイッチ７により低照度用の第２の増幅器１８の出力が出力部（ＯＵＴ）に出力され、設定された閾値（ＥＶ１）よりも高い場合には、スイッチ７により切り替えられて高照度用の第２の増幅器１９の出力が出力部（ＯＵＴ）に出力される。
【００２９】
また、前記複数の増幅器３が第１の増幅器及び第２の増幅器を有している場合において、前記第１の増幅器は、ｃ≦ｙ≦ＥＶ１の照度ｙの入射光に対する光電流を入力したときに、リニアな入出力特性を有し、前記第２の増幅器は、ＥＶ１＜ｙ≦ｄの照度ｙの入射光に対する光電流を入力したときに、リニアな入出力特性を有している。そして、これらを切り替えるスイッチは、フォトダイオード部に入射される入射光の照度が、ｙ≦ＥＶ１のときに前記第１の増幅器を選択し、フォトダイオード部に入射される入射光の照度が、ＥＶ１＜ｙのときに前記第２の増幅器を選択するようにしても良い。
以上、この実施例において、低照度用及び高照度用の増幅器（図７に示す第２の増幅器）を独立に設けて、これらを切り替えることにより、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの照度において精度のよいリニアな出力を出す照度センサが得られる。
【実施例４】
【００３０】
次に、図９を参照して実施例４を説明する。
この実施例は、実施例１、２がスイッチで選択される２つもしくはそれ以上のフォトダイオード部から構成されたフォトダイオード部を有しているのに対して、スイッチで選択される３つ以上の増幅器から構成された増幅器を有していることを特徴としている。
図９は、１つの半導体チップ上に形成されたこの実施例の照度センサの回路ブロック図である。図９に示すように、照度センサは、受光部に複数の互いに増幅度などの特性の異なる第２の増幅器（増幅器１、増幅器２、・・・、増幅器ｎ）１を備えている。フォトダイオード部１の出力側には第１の増幅器２が接続されている。第１の増幅器２は、第２の増幅器３に接続され、第２の増幅器３は、スイッチ（ＳＷ）７を介して出力部（ＯＵＴ）に接続されている。この実施例で用いられるフォトダイオード部は、実施例１、２で用いたものと同じであっても異なっていても良い。この照度センサは、基準電圧発生回路５及びモード検出回路６を更に備えており、モード検出回路６は、第１の増幅器２の出力と基準電圧発生回路５の出力を入力させて、両者を比較し、この出力に基づいてどの第２の増幅器を選択するかスイッチ７を駆動する。モード検出回路６は、更に出力の状態（モード）が外部から検出できるモード出力部（モードＯＵＴ）が設けられている。
【００３１】
初期状態では、スイッチ７は、例えば、第２の増幅器（増幅器１）のように、低照度用の第２の増幅器側にオン（ＯＮ）している（図９に示す状態である）。この状態で、ある照度の光がこの照度センサに照射されると、第１の増幅器２の出力で照度を検出し、その出力をモード検出回路６で基準電圧発生回路５の電圧と比較する。
この時、受光部のフォトダイオード部に入った光の照度、即ち、モード検出回路６の入力がモード検出回路６の設定閾値よりも低い場合、スイッチ７は切り替えず第２の増幅器（増幅器１）を第１の増幅器２に接続したままにして出力部（ＯＵＴ）から第１の増幅器２の出力信号を出力する。しかし、モード検出回路６の入力がモード検出回路６の設定閾値よりも高い場合には、スイッチ７を切り替えて、例えば、第２の増幅器（増幅器部ｎ）を第１の増幅器２に接続し、出力部（ＯＵＴ）から第１の増幅器２の出力信号を出力する。実施例３では基準電圧設定回路５で設定された閾値を、例えば、ＥＶ１のように、１つ設けているが、設定閾値を２つ設定すれば選択用の増幅器を３つ用意し、これを有効に用いることができる。この実施例では、選択用の増幅器（第２の増幅器）をｎ個用意している。したがって、設定閾値を（ｎ−１）個用意することによってｎ個の選択用の増幅器を有効に用いることができる。
【００３２】
フォトダイオード部１の構造は、例えば、図２もしくは図３に示した通りである。また、この実施例におけるフォトダイオード部を形成する方法としては、実施例１と同じである。
以上、この実施例によれば、複数の増幅度などの特性の互いに異なる第２の増幅器を独立に設けて、これらを切り替えることにより、数ルクスの低照度から数万ルクスの高照度までの照度において、精度のよい出力を出す照度センサが得られる。
実施例１において、初期状態はいずれも低照度用にモード設定しているが、いきなり高照度の光が入射した場合には、モード検出回路５でモードが設定されるまでは、照度センサの出力部（ＯＵＴ）には低照度用増幅器の飽和値が出力されてしまう。モード検出回路６でモード設定されるまでは出力部（ＯＵＴ）を接地電位に固定しておき、モードが設定なされた後に出力部（ＯＵＴ）から出力信号を出すような制御をすれば、これを防止することができる。
【実施例５】
【００３３】
次に、図１０を参照して実施例５を説明する。
図１０は、携帯電話の概略平面図である。携帯電話は、液晶画面と液晶画面とは離隔した操作面（キー部）から構成されている。いずれの部分も外的環境に対処できるように、液晶画面及びキー部の明るさを制御している。そのために、本発明の一実施例であるこれらの実施例において説明した照度センサがこのような携帯電話に組込まれる。
操作部は、低照度で操作部のライトのオンオフを切り替える必要があり、液晶画面は、周囲の環境が高照度であるときは、消費電力を低減させるため、液晶画面の明るさを抑える必要がある。本発明の照度センサを組み込むことにより、低照度から高照度まで精度良く検出することができるので、操作部、液晶画面を制御することができる。この照度センサを組込むことにより、低照度で制御されるキー部の発光ダイオードのオンオフと、高照度で制御する液晶画面の明るさ制御の両方がどちらも一つのチップ状に形成された半導体光センサ装置（照度センサ）により有効に行うことができる。
【００３４】
このように、低照度の入射光を検出し制御する部分と、高照度の入射光を検出し制御する部分とを有する情報機器に、照度センサが搭載されている。一つのチップに形成され、かつ広い照度範囲の照度を検出することが可能である照度センサで検出した入射光を基に、携帯機器内の各制御対象を制御できるので、携帯機機内の消費電力の低減を行なうことが可能となる。
以上、実施例を参照して発明の実施の形態を説明したが、これらの実施例を組み合わせたものも本発明の実施例とすることができる。例えば、スイッチにより選択する対象をフォトダイオード部及び増幅器の双方にしてそれぞれにスイッチを設けるようにすることも可能である。
以上の諸実施例では複数の照度特性の異なる複数のフォトダイオード部を独立に設けてこれらを切り換える場合と増幅度の異なる２つの増幅器を独立に設けてこれらを切り換える場合とを説明したが、通常、増幅器の面積がフォトダイオードより大きいので、前者の場合の方が半導体装置の小型化の面で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例である実施例１の１つの半導体チップ上に形成された照度センサの回路ブロック図。
【図２】図１のフォトダイオード部の一例を示す回路図及びこの回路図のフォトダイオード構造を示す半導体基板の部分断面図。
【図３】図１のフォトダイオード部の他の例の回路図及びこの回路図のフォトダイオード構造を示す半導体基板の部分断面図。
【図４】図１のフォトダイオード（ＰＤ）部の照度特性を換える方法を示すフォトダイオードの概略平面図。
【図５】本発明の一実施例である実施例１の照度センサの照度−出力特性を示す特性図及び照度−モード出力特性を示す特性図。
【図６】本発明の一実施例である実施例２の１つの半導体チップ上に形成された照度センサの回路ブロック図。
【図７】本発明の一実施例である実施例３の１つの半導体チップ上に形成された照度センサの回路ブロック図。
【図８】図７の照度センサの照度出力特性を示す特性図及び照度−モード出力特性を示す特性図。
【図９】本発明の一実施例である実施例４の１つの半導体チップ上に形成された照度センサの回路ブロック図。
【図１０】本発明の一実施例である実施例５を説明する携帯電話の概略平面図。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・フォトダイオード部              ５・・・基準電圧発生回路
１Ａ・・・低照度用フォトダイオード部    ６・・・モード検出回路
１Ｂ・・・高照度用フォトダイオード部    ７、８・・・スイッチ
２、３、９、１０・・・増幅器            １８・・・低照度用増幅器
５・・・基準電圧発生回路                １９・・・高照度用増幅器  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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