(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照度センサーである光検出装置であって、
受光素子と、
前記受光素子が受光して得られた信号を、デジタル信号に変換して、整数型のデータである第１デジタル信号として出力する第１デジタル信号出力手段と、
前記第１デジタル信号を、前記第１デジタル信号よりビット幅が小さくなる浮動小数点データに圧縮して、６ビットの指数部、及び８ビットの仮数部という、合計１４ビットのビット幅を有している第２デジタル信号として出力する第２デジタル信号出力手段と、
前記第２デジタル信号の、前記光検出装置の各構成要素の設計値あるいは典型値である理想値に対する相対誤差を補正するための演算を行う演算手段と、
前記演算の結果を整数型のデジタルデータに変換して、第３デジタル信号として出力する第３デジタル信号出力手段と、を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記第３デジタル信号のビット幅は、前記第２デジタル信号のビット幅以上、かつ、前記第１デジタル信号のビット幅以下であることを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記第３デジタル信号の値は、前記受光素子が受光した光の照度を示す値か、または、シフト演算により、前記受光素子が受光した光の照度を示す値が得られる値であることを特徴とする請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記受光素子は、互いに異なる分光特性を有する、複数のフォトダイオードであり、
前記第１デジタル信号出力手段は、前記複数のフォトダイオードの個数と同じ数、前記複数のフォトダイオードにそれぞれ対応するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記演算として、前記受光素子の分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項６】
ヒューズトリミングにより、前記受光素子の分光特性のばらつきに応じた複数の補正係数から、所望の前記補正係数を選択するトリミング補正回路をさらに備え、
前記演算手段は、前記演算として、前記第２デジタル信号と、前記選択された補正係数との積を演算することを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記演算手段は、前記演算として、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項８】
ヒューズトリミングにより、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに応じた複数の補正係数から、所望の前記補正係数を選択するトリミング補正回路をさらに備え、
前記演算手段は、前記演算として、前記第２デジタル信号と、前記選択された補正係数との積を演算することを特徴とする請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
ヒューズトリミングにより、前記受光素子の分光特性のばらつきに応じて決定された複数の第１補正係数から、所望の前記第１補正係数を選択する第１トリミング補正回路と、
ヒューズトリミングにより、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに応じて決定された複数の第２補正係数から、所望の前記第２補正係数を選択する第２トリミング補正回路とを備え、
前記演算手段は、前記演算として、
前記受光素子の分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行うと共に、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行い、
前記第２デジタル信号と、前記選択された第１補正係数と、前記選択された第２補正係数との積を演算し、
前記第２デジタル信号に対する積の演算の前に予め、前記第１補正係数と前記第２補正係数との積が演算されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
外部との通信を行う通信手段と、
前記通信手段を介して受信したデジタルデータを保持する記憶部とを備え、
前記演算手段は、前記演算として、前記受光素子の分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するために、前記第２デジタル信号と、前記受光素子の分光特性のばらつきに応じて決定された補正係数との積を演算し、
前記記憶部に保持されたデジタルデータにより、複数の前記補正係数から、所望の前記補正係数を選択するレジスタ補正部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
外部との通信を行う通信手段と、
前記通信手段を介して受信したデジタルデータを保持する記憶部とを備え、
前記演算手段は、複数の前記フォトダイオードのそれぞれについて、前記演算として、前記フォトダイオードの分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するために、前記第２デジタル信号と、前記フォトダイオードの分光特性のばらつきに応じて決定された補正係数との積を演算し、
前記記憶部に保持されたデジタルデータにより、複数の前記フォトダイオードのそれぞれについて、複数の前記補正係数から、所望の前記補正係数を選択するレジスタ補正部を備えることを特徴とする請求項４に記載の光検出装置。
【請求項１２】
前記第３デジタル信号を、照度を単位として設定された第１の閾値と比較した結果に基づいて、前記受光素子が受光した光の照度が所望の値であるか否かを判定し、
前記判定の結果を、外部に出力することが可能であることを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
【請求項１３】
前記第１の閾値は、外部から設定された、複数の照度を示す値であることを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
複数の照度テーブルを備え、
前記複数の照度テーブルのそれぞれは、複数の照度を示す値を、要素として有しており、
前記第１の閾値は、前記複数の照度テーブルのうち、外部から指定された照度テーブルの要素を構成する各値の一部または全部であることを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１５】
発光素子をさらに備え、
前記発光素子から出射された光が、外部の反射物で反射されて得られた光を、前記受光素子が受光することを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１６】
前記判定の結果を、外部から設定された第２の閾値と比較した結果に基づいて、前記反射物までの距離を検出することが可能であることを特徴とする請求項１５に記載の光検出装置。
【請求項１７】
前記判定の結果が変化した場合に該判定の結果を外部に出力すると共に、前記反射物までの距離を検出した結果が変化した場合に該検出した結果を外部に出力する出力手段を備えることを特徴とする請求項１６に記載の光検出装置。
【請求項１８】
前記判定の結果を、外部に出力する第１出力手段と、
前記反射物までの距離を検出した結果を、外部に出力する第２出力手段とを備えることを特徴とする請求項１６に記載の光検出装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の光検出装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項２０】
請求項１１に記載の光検出装置と、
前記光検出装置の筐体とを備え、
前記筐体は、可視光および近赤外光の少なくとも一方が入射したときに分光透過率に波長依存性がある構成の窓を備え、
前記光検出装置の演算手段は、前記演算として、前記窓の分光透過率のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するために、前記第２デジタル信号と、前記窓の分光透過率のばらつきに応じて決定された補正係数との積を演算し、
前記光検出装置のレジスタ補正部は、前記光検出装置の記憶部に保持されたデジタルデータにより、複数の前記補正係数から、所望の前記補正係数を選択することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル出力型の光検出装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ等の表示画面を備えた電子機器、例えば、携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラ、また、タブレット型あるいは据え置き型のコンピュータ等においては、周囲の明るさに応じてディスプレイの輝度を調整することにより、表示画面を見易くし、ユーザの不快感を軽減する処理が行われている。そして、このような用途に向け、該電子機器では、人の視感度特性に合わせて周囲の明るさを検出するために、照度センサーが利用される。
【０００３】
また、特に、携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラ等の、携帯型の電子機器においては、電子機器への人体の近接具合を検出した結果に基づく、種々の制御が行われている。例えば、携帯電話及びスマートフォンでは、ディスプレイがタッチパネルとして情報入力機能も兼ねており、通話時あるいは電子機器をポケットに挿入するとき等、何らかの物体がタッチパネルに近接したときに、その情報入力機能をオフすることで誤動作を防止するという制御が可能である。
【０００４】
また、デジタルカメラでは、ユーザが液晶画面からファインダーに目線を移す際に、自動的に液晶画面の明るさを低下させるといった制御が行われる。
【０００５】
このような用途に向け、前記電子機器では、自ら発光し対象物からの反射光を検出して、対象物の近接具合を判定する近接センサーが用いられる。
【０００６】
民生用途の電子機器（民生機器）向けに、電子機器側からの制御が容易なデジタル出力型の光検出装置が求められている。特に、民生機器においては、その意匠が重要であるため、光検出装置が筐体外部から見えにくいよう、可視光領域の分光透過率が極めて低い筺体窓が用いられている。従って、前記光検出装置に対しては、低コストであることと、高感度であることとが同時に要求される。
【０００７】
このような用途を意識して開示されたデジタル出力型の光検出装置に関する従来技術としては、特許文献１及び非特許文献１に開示されている各技術が挙げられる。
【０００８】
前記光検出装置の内部回路の構成としては、例えば、特許文献１に開示されているような、低速動作のいわゆるLight-to-Digital Converterが使用され得る。また、特許文献１に開示されている回路技術を使用して、低コストの照度センサーを実現した例として、非特許文献１に開示されている技術が挙げられる。同文献では、光学フィルタを使用せず、２種類のフォトダイオードの出力電流をそれぞれデジタル化して別々に光検出装置の外部へ出力し、該光検出装置を搭載する電子機器の側でこれらの出力に演算処理を施すことで、照度情報を得ている。
【０００９】
また、視感度をよく再現することを主眼とする照度センサーにおいては、通常、光学フィルタを光検出装置の一部として集積化することが行われている。この場合にも、上記特許文献１に開示されている回路技術を使用することもできるし、その他の回路技術を用いることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６６３５８５９号明細書（２００３年８月２１日公開）
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】TSL2771 LIGHT-TO-DIGITAL CONVERTER with PROXIMITY SENSING, TAOS Inc. （OCTOBER.2009）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、非特許文献１に開示されている技術のように、光学フィルタの使用を避けると、光検出装置を制御する電子機器側の負担が大きくなるという問題が発生する。すなわち、非特許文献１に開示されている手法の場合には、照度としての出力が得られるのは、該電子機器側での演算処理後であるため、光検出装置側から、割り込み出力を発生させ、所望の照度レベルである旨をホストシステム等に通知するのは困難である。このため、該通知を該電子機器が実施する必要があり、該電子機器の負担が増大することになる。また、該電子機器の筐体窓の分光特性を変更すると、演算処理式をそれに合わせて最適化し直す必要が生じ、結果的に該電子機器のコストが上昇するという問題が発生する。
【００１３】
あるいは、光学フィルタを用いて分光特性の精度を追求する場合には、光学フィルタによる高コスト化が避けられない。
【００１４】
本発明は、前記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、高精度であり、さらに、低コストかつ電子機器の負担が小さい、光検出装置、及び光検出装置を搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光検出装置は、前記の問題を解決するために、照度センサーである光検出装置であって、受光素子と、前記受光素子が受光して得られた信号を、デジタル信号に変換して、整数型のデータである第１デジタル信号として出力する第１デジタル信号出力手段と、前記第１デジタル信号を、前記第１デジタル信号よりビット幅が小さくなる浮動小数点データに圧縮して、６ビットの指数部、及び８ビットの仮数部という、合計１４ビットのビット幅を有している第２デジタル信号として出力する第２デジタル信号出力手段と、前記第２デジタル信号の、前記光検出装置の各構成要素の設計値あるいは典型値である理想値に対する相対誤差を補正するための演算を行う演算手段と、前記演算の結果を整数型のデジタルデータに変換して、第３デジタル信号として出力する第３デジタル信号出力手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
前記の構成によれば、光検出装置を制御する電子機器にて、多くともビットシフト演算（シフト演算）のみで参照可能な照度の出力値が、第３デジタル信号として得られるため、該電子機器の負担を小さくすることが可能である。
【００１７】
また、前記の構成によれば、第１デジタル信号出力手段の精度による最小分解能を有し、かつ、受光素子の出力信号の値に対する照度の出力値の相対誤差（誤差を、割合で表現したもの）をダイナミックレンジ全域に渡って一定レベルに維持したままで、演算手段の規模増大を抑え、コストを削減することができる。
【００１８】
また、任意の照度レベルで光検出装置から割り込み信号を発生させることにより、光検出装置を備える電子機器の、ディスプレイの輝度の調整を、所望の照度レベルで実現することが可能になり、電子機器の負担を小さくすることができる。また、演算処理を光検出装置の内部で実現することにより、受光素子の分光特性、第１デジタル信号出力手段の特性、さらには電子機器の筐体窓の分光特性を、容易に補正することができる。
【００１９】
さらに、前記の構成によれば、第１デジタル信号を、浮動小数点データに変換して、圧縮を行うことにより、第２デジタル信号の生成を容易に行うことができる。
【００２０】
また、本発明の光検出装置の前記第３デジタル信号のビット幅は、前記第２デジタル信号のビット幅以上、かつ、前記第１デジタル信号のビット幅以下であることを特徴としている。
【００２１】
前記の構成によれば、光検出装置の演算回路ひいては全体回路規模の増大を抑えることが可能である。
【００２２】
また、本発明の光検出装置の前記第３デジタル信号の値は、前記受光素子が受光した光の照度を示す値か、または、シフト演算により、前記受光素子が受光した光の照度を示す値が得られる値であることを特徴としている。
【００２３】
前記の構成によれば、第３デジタル信号から、受光素子が受光した光の照度を得ることが容易となる。従って、光検出装置を制御する電子機器の負担を小さくすることができる。
【００２４】
また、本発明の光検出装置の前記受光素子は、互いに異なる分光特性を有する、複数のフォトダイオードであり、前記第１デジタル信号出力手段は、前記複数のフォトダイオードの個数と同じ数、前記複数のフォトダイオードにそれぞれ対応するように設けられていることを特徴としている。
【００２５】
前記の構成によれば、光学フィルタを使用しないで、本発明の光検出装置を実現することが可能となるため、光検出装置のコストをさらに低減することが可能となる。
【００２６】
また、本発明の光検出装置の前記演算手段は、前記演算として、前記受光素子の分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行うことを特徴としている。
【００２７】
また、本発明の光検出装置の前記演算手段は、前記演算として、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行うことを特徴としている。
【００２８】
前記の各構成によれば、演算手段は、受光素子の出力信号に対する照度の出力値の相対誤差を、容易に補正することができる。
【００２９】
また、本発明の光検出装置は、ヒューズトリミングにより、前記受光素子の分光特性のばらつきに応じた複数の補正係数から、所望の前記補正係数を選択するトリミング補正回路をさらに備え、前記演算手段は、前記演算として、前記第２デジタル信号と、前記選択された補正係数との積を演算することを特徴としている。
【００３０】
また、本発明の光検出装置は、ヒューズトリミングにより、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに応じた複数の補正係数から、所望の前記補正係数を選択するトリミング補正回路をさらに備え、前記演算手段は、前記演算として、前記第２デジタル信号と、前記選択された補正係数との積を演算することを特徴としている。
【００３１】
前記の各構成によれば、各トリミング補正回路は、一般的なヒューズトリミングにより、受光素子の出力信号に対する照度の出力値の相対誤差を補正することができるため、非常に容易に補正を行うことができる。
【００３２】
また、本発明の光検出装置は、ヒューズトリミングにより、前記受光素子の分光特性のばらつきに応じて決定された複数の第１補正係数から、所望の前記第１補正係数を選択する第１トリミング補正回路と、ヒューズトリミングにより、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに応じて決定された複数の第２補正係数から、所望の前記第２補正係数を選択する第２トリミング補正回路とを備え、前記演算手段は、前記演算として、前記受光素子の分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行うと共に、前記第１デジタル信号出力手段の特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するための演算を行い、前記第２デジタル信号と、前記選択された第１補正係数と、前記選択された第２補正係数との積を演算し、前記第２デジタル信号に対する積の演算の前に予め、前記第１補正係数と前記第２補正係数との積が演算されることを特徴としている。
【００３３】
前記の構成によれば、第１補正係数と第２補正係数との積を演算し、この積を第２デジタル信号に対して乗算することにより、第１補正係数を格納する部材（テーブル等）及び第２補正係数を格納する部材の統合を図ることが可能となり、これらの各格納部材の、光検出装置の集積回路への実装を、容易に行うことが可能となる。
【００３４】
また、本発明の光検出装置は、外部との通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して受信したデジタルデータを保持する記憶部とを備え、前記演算手段は、前記演算として、前記受光素子の分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するために、前記第２デジタル信号と、前記受光素子の分光特性のばらつきに応じて決定された補正係数との積を演算し、前記記憶部に保持されたデジタルデータにより、複数の前記補正係数から、所望の前記補正係数を選択するレジスタ補正部を備えることを特徴としている。
【００３５】
また、本発明の光検出装置は、外部との通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して受信したデジタルデータを保持する記憶部とを備え、前記演算手段は、複数の前記フォトダイオードのそれぞれについて、前記演算として、前記フォトダイオードの分光特性のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するために、前記第２デジタル信号と、前記フォトダイオードの分光特性のばらつきに応じて決定された補正係数との積を演算し、前記記憶部に保持されたデジタルデータにより、複数の前記フォトダイオードのそれぞれについて、複数の前記補正係数から、所望の前記補正係数を選択するレジスタ補正部を備えることを特徴としている。
【００３６】
前記の各構成によれば、外部から光検出装置を起動する際の初期設定の一部として、受光素子の感度の絶対値に対するキャリブレーションを実施することが可能となる。特に、複数のフォトダイオード毎にキャリブレーションをかけられるよう、演算処理回路を構成することにより、赤外域における分光感度特性の大幅な乖離を吸収することが可能となる。
【００３７】
また、本発明の光検出装置は、前記第３デジタル信号を、照度を単位として設定された第１の閾値と比較した結果に基づいて、前記受光素子が受光した光の照度が所望の値であるか否かを判定し、前記判定の結果を、外部に出力することが可能であることを特徴としている。
【００３８】
前記の構成によれば、割り込み処理が劇的に簡素化され、割り込み信号の検出ミスまたは割り込み処理の遅延によって発生しがちな、電子機器の種々の不安定な挙動あるいは不具合を、確実に回避することが可能である。
【００３９】
また、本発明の光検出装置の前記第１の閾値は、外部から設定された、複数の照度を示す値であることを特徴としている。
【００４０】
そして、本発明の光検出装置は、複数の照度テーブルを備え、前記複数の照度テーブルのそれぞれは、複数の照度を示す値を、要素として有しており、前記第１の閾値は、前記複数の照度テーブルのうち、外部から指定された照度テーブルの要素を構成する各値の一部または全部であることを特徴としている。
【００４１】
前記の構成によれば、照度テーブル等を用いて、外部から第１の閾値を容易に設定することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の光検出装置は、発光素子をさらに備え、前記発光素子から出射された光が、外部の反射物で反射されて得られた光を、前記受光素子が受光することを特徴としている。
【００４３】
そして、本発明の光検出装置は、前記判定の結果を、外部から設定された第２の閾値と比較した結果に基づいて、前記反射物までの距離を検出することが可能であることを特徴としている。
【００４４】
前記の構成によれば、本発明の光検出装置を用いて、反射物までの距離を検出する近接センサーを構成することが可能となる。
【００４５】
また、本発明の光検出装置は、前記判定の結果が変化した場合に該判定の結果を外部に出力すると共に、前記反射物までの距離を検出した結果が変化した場合に該検出した結果を外部に出力する出力手段を備えることを特徴としている。
【００４６】
前記の構成によれば、任意の照度レベルで光検出装置から割り込み信号を発生させることにより、光検出装置を備える電子機器の、ディスプレイの輝度の調整を、所望の照度レベルで実現することが可能になり、電子機器の負担を小さくすることができる。
【００４７】
また、本発明の光検出装置は、前記判定の結果を、外部に出力する第１出力手段と、前記反射物までの距離を検出した結果を、外部に出力する第２出力手段とを備えることを特徴としている。
【００４８】
前記の構成によれば、第１出力手段を照度センサーとしての割り込み出力専用とし、第２出力手段を近接センサーとしての出力に使い分けることができる。従って、第２出力手段の出力には、近接または非近接の判定結果か、もしくはそれに基づく割り込み出力（すなわち、近接から非近接への、または非近接から近接への状態遷移タイミング）のいずれかを出力することができる。従って、周囲の明るさが変化する中で物体が近接したり離れたりする様々な動作状況下で、煩雑な割り込み処理による遅延時間が変動し、見かけ上近接センサーの検知距離が変動するなどの、不安定かつ好ましくない挙動を確実に回避することができる。
【００４９】
また、本発明の電子機器は、本発明の光検出装置を備えており、これにより、該光検出装置と同様の効果を奏する。
【００５０】
また、本発明の電子機器は、本発明の光検出装置と、前記光検出装置の筐体とを備え、前記筐体は、可視光および近赤外光の少なくとも一方が入射したときに分光透過率に波長依存性がある構成の窓を備え、前記光検出装置の演算手段は、前記演算として、前記窓の分光透過率のばらつきに起因して発生する、前記第２デジタル信号の相対誤差を補正するために、前記第２デジタル信号と、前記窓の分光透過率のばらつきに応じて決定された補正係数との積を演算し、前記光検出装置のレジスタ補正部は、前記光検出装置の記憶部に保持されたデジタルデータにより、複数の前記補正係数から、所望の前記補正係数を選択することを特徴としている。
【００５１】
前記の構成によれば、電子機器に設けられる光学窓の分光透過率に大きな波長依存性が無い場合には、平均透過率を外部から補正する演算処理を動作の初期設定時に簡単に実行できる。従って、本発明の光検出装置が、色味の無い黒い窓材を介して外部から視認し辛くする筐体デザインの電子機器に搭載される場合も、該筺体の外部、すなわち電子機器の周囲の実空間における照度を、該光検出装置のデジタル出力として直接的に得ることができる。
【発明の効果】
【００５２】
以上の通り、本発明の光検出装置は、照度センサーである光検出装置であって、受光素子と、前記受光素子が受光して得られた信号を、デジタル信号に変換して、整数型のデータである第１デジタル信号として出力する第１デジタル信号出力手段と、前記第１デジタル信号を、前記第１デジタル信号よりビット幅が小さくなる浮動小数点データに圧縮して、６ビットの指数部、及び８ビットの仮数部という、合計１４ビットのビット幅を有している第２デジタル信号として出力する第２デジタル信号出力手段と、前記第２デジタル信号の、前記光検出装置の各構成要素の設計値あるいは典型値である理想値に対する相対誤差を補正するための演算を行う演算手段と、前記演算の結果を整数型のデジタルデータに変換して、第３デジタル信号として出力する第３デジタル信号出力手段と、を備える。
【００５３】
従って、本発明は、高精度であり、さらに、低コストかつ電子機器の負担が小さいという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る、光検出装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、公知の、単精度の浮動小数点データの形式を簡略的に示す図であり、図２（ｂ）は、第２デジタル信号の浮動小数点データとしての形式を簡略的に示す図である。
【図３】浮動小数演算回路による演算を行うための構成を示す回路ブロック図である。
【図４】演算処理回路の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係る、光検出装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図６】図６（ａ）は、各フォトダイオードにおける、入射される光の波長と、感度との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、各フォトダイオードを実現するための、ｐｎ接合の一例を示す図である。
【図７】本発明の別の実施の形態に係る、別の光検出装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図８】図８（ａ）は、図６（ａ）に示した分光特性ケース（ｉ）で、各種の異なる分光スペクトルを有する光源が一定の照度を与えるよう規格化した際に、複数のフォトダイオードから出力される電流の例を示すグラフであり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すグラフにおいて、Ｉｖｉｓ´及びＩｖｉｓの逆数を用いて、同様の関係を示したグラフである。
【図９】光検出装置において使用する照度閾値テーブルの一例を示す図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態に係る、光検出装置の構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明を実施するための形態について、図１〜図１０を参照して、以下に説明する。
【００５６】
但し、本発明は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することのない程度に、その形態及び詳細を様々に変更し得るということは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下に示す各実施の形態の記載内容に限定して解釈されるべきものではないということを理解されたい。
【００５７】
なお、以下に説明する本発明の構成において、同様の機能を有する部材に関しては、共通の符号を用いて示しており、同一部分又は同様な機能を有する部材の詳細な説明は省略している。
【００５８】
〔実施の形態１〕
本実施の形態に係る、光検出装置１００の基本構成について、図１を参照して説明する。
【００５９】
光検出装置１００は、受光素子１０１、光‐デジタル変換回路（第１デジタル信号出力手段）１０２、及び演算処理回路１０３を備える構成である。また、光‐デジタル変換回路１０２は、積分器１０４、比較器１０５、及びカウンタ１０６を備えている。また、演算処理回路１０３は、浮動小数変換回路（第２デジタル信号出力手段）１０７、浮動小数演算回路（演算手段）１０８、及び浮動小数‐整数型データ変換回路（第３デジタル信号出力手段）１０９を備えている。
【００６０】
まず、強度を検出すべき光（光検出装置１００の周囲からの光、または光を物体にて反射させた光、等）は、光検出装置１００に入射し、受光素子１０１により受光される。
【００６１】
受光素子１０１は、例えばフォトダイオードによって構成されており、受光した前記の光に対して光電変換を施すことによって、電流（受光素子が受光して得られた信号）１１０を生成し、光‐デジタル変換回路１０２に出力する。
【００６２】
光‐デジタル変換回路１０２に入力された電流１１０は、積分器１０４にて一般的な波形の積分動作が施され、比較器１０５にて閾値（所定の基準電圧）と比較され、この比較の結果に応じて、ハイレベル及びローレベルの論理が切り替わる２値信号に変換される。さらに、この２値信号は、電流１１０の値に比例した、カウンタ１０６によって規定されるカウント値に変換され、光‐デジタル変換回路１０２から出力される。この光‐デジタル変換回路１０２の出力は、電流１１０をデジタル信号に変換して得られた、第１デジタル信号１１１である（すなわち、周知の光‐デジタル変換）。
【００６３】
なお、光‐デジタル変換回路１０２の構成としては、電流１１０に対して周知の光‐デジタル変換を行うことが可能な、任意の回路が適用可能である。また、電流１１０を積分器１０４にて積分する積分時間は、光検出装置１００の内部で生成されるクロック信号または外部から入力されるクロック信号をカウントする手法、あるいは外部から入力されるタイミング信号を用いる手法により、定めることができる（図示しない）。
【００６４】
さらに、第１デジタル信号１１１は、演算処理回路１０３に入力され、以下に説明する一連の演算処理が行われる。
【００６５】
まず、浮動小数変換回路１０７により、第１デジタル信号１１１は、浮動小数点形式のデジタルデータ（浮動小数点データ）である、第２デジタル信号１１２に変換される。
【００６６】
ここで、浮動小数点形式のデータとは、例えばＩＥＥＥ７５４規格で規定されるようなデータ形式のことである。
【００６７】
図２（ａ）には、ＩＥＥＥ７５４規格で定められた公知の、単精度の浮動小数点データの形式を示す（部材番号２２０参照）。
【００６８】
部材番号２２０に示すデータ形式では、その上位ビットから順に、符号を示すビット２０１として１ビット、指数部２０２として８ビット、仮数部２０３として２３ビットの順で、合計３２ビットが用いられる。また、該データ形式では、演算の精度を維持するために、３ビット余分に付与し、演算結果を丸める手法等、その詳細が規定されている。
【００６９】
しかしながら、光検出装置１００は、前記のような規定に拘泥されるものではなく、以下に説明するように、内部変数としてのみ浮動小数（浮動小数点データ）を用いるものである。従って、第２デジタル信号１１２としては、任意のフォーマットの浮動小数点データを使用することができ、デジタル信号である出力値を指数部及び仮数部に分離することによる利点、すなわち精度と回路規模とのバランスをとるために、浮動小数を用いる。
【００７０】
より具体的には、光検出装置１００における種々の補正演算とは、第２デジタル信号１１２において、光検出装置１００の各構成要素の、設計値あるいは典型値（理想値）に対する、実際の特性のずれ（すなわち、特性のばらつき）を補正するための積を演算することである。また、この積の演算は、繰り返し行うことが必要となる場合が多い。
【００７１】
ここで、例えば、光‐デジタル変換回路１０２が出力する第１デジタル信号１１１が、１６ビットの整数型のデータである場合、１６ビットの定数との積を得る際に同じ精度を保つためには、３２ビットのデータを保持しなければならない。この場合、光検出装置１００の演算回路及びレジスタを含めたデータパス部分のトータル回路規模は、本来必要な精度に対して非常に大きくなり、結果、光検出装置１００のコストが増大する。
【００７２】
ここで、一例として、光検出装置１００が照度センサーであり、該照度センサーが、入力光レベルの範囲の仕様として、０．０１Lux（ルクス：照度のＳＩ単位）〜１０万Luxまでをカバーする場合を考える。この場合、入力光レベルの変動範囲は、高々７桁の範囲内である。そのため、入力光レベルの桁数自体は、２進３ビットの程度で表現することができる。
【００７３】
また、光‐デジタル変換回路１０２のＬＳＢ（least significant bit：最下位のビット）は、光‐デジタル変換回路１０２の分解能に対応するが、該分解能が０．０１Luxの入力レベルの検出に相当するとして、照度センサーの感度仕様として重要なのは、前記入力光レベルとして取り得る範囲の全域にわたる相対精度である。
【００７４】
換言すれば、照度センサーの感度仕様としては、０．０１Lux〜１０万Luxの全範囲で、例えば１．０×１０＾−２から１．０×１０＾５までを、−１０％〜＋１０％の精度で測定することができれば十分であり、該全範囲において、０．０１Luxの精度が必要なわけではない。以上のことは、浮動小数の概念とよく符合する。
【００７５】
このように、光検出装置１００においては、浮動小数変換回路１０７にて、カウンタ１０６のビット幅で与えられる第１デジタル信号１１１に対し、必要最低限のビットを指数部（桁数）及び仮数部（精度）に割り当てる。そして、浮動小数変換回路１０７は、第１デジタル信号１１１のビット幅を圧縮し、演算処理すべきデジタルデータ（すなわち、第２デジタル信号１１２）を生成し、出力する。
【００７６】
ここで、仮数部に割り当てるビット幅は、電流１１０の値に対する照度の出力値の相対誤差の要求仕様（例えば、あらゆるばらつき要因を考慮したときの最終的な照度出力の許容誤差が−１０％〜＋１０％の範囲内）に応じて決定される。また、仮数部に割り当てるビット幅は、繰り返される浮動小数の演算処理毎に発生する、誤差の累積を考慮して、余裕を持たせる（仮数部のビット幅を多めに割り当てる）必要がある。
【００７７】
照度センサーとしての最小感度もしくは分解能は、第１デジタル信号１１１に対応するＬＳＢ単位、すなわち光‐デジタル変換回路１０２の構成によって決まるものである。前記のように相対誤差を制御する限り、照度センサーとしての最小感度もしくは分解能は、第２デジタル信号１１２のデータ形式が、整数型のデータであるか、浮動小数点データであるかには依存しない。
【００７８】
図２（ｂ）には、以上のことを考慮して決定された、光検出装置１００における第２デジタル信号１１２の浮動小数点データとしての形式の一例を示す（部材番号２１０参照）。
【００７９】
第１デジタル信号１１１は、光‐デジタル変換回路１０２の特性上、負の値となることはない。従って、第２デジタル信号１１２に符号を示すビットは不要である。
【００８０】
また、一例として、０．０１Lux〜１０万Luxのダイナミックレンジと、相対誤差として、最大２回の補正演算（詳細は後述する）の後に、−１０％〜＋１０％の範囲内の誤差を許容する程度の精度とを確保するため、第２デジタル信号１１２は、６ビットの指数部２１２、及び８ビットの仮数部２１３という、合計１４ビットのビット幅を有している。
【００８１】
すなわち、図１の構成によれば、１６ビットの整数型のデータである第１デジタル信号１１１は、浮動小数変換回路１０７により、１４ビットの浮動小数点データである第２デジタル信号１１２に変換される。これにより、演算処理回路１０３の大部分を占める、浮動小数演算回路１０８の回路規模は、１６ビットのデータ（第１デジタル信号１１１）から１４ビットのデータ（第２デジタル信号１１２）へと、圧縮されたビット幅のぶんだけ抑制される。
【００８２】
一方で、仮数部２１３が８ビットの場合、第２デジタル信号１１２において、最小桁の丸め誤差は、１／（２＾８）、すなわち１／２５６＝およそ０．４％の程度となる。このことから、第２デジタル信号１１２では、前記２回の補正演算によって、最大０．８％程度の演算誤差が見込まれる。
【００８３】
実際には、前記補正演算における補正値を決定するための測定誤差（例えば、−３％〜＋３％の範囲内）、あるいは該補正値それ自体の量子化誤差（例えば、−５％〜＋５％の測定結果毎に、同一の補正値を用いて補正する）がある。このことから、前記演算自体の累積誤差は、これらのその他の各種誤差よりも十分小さいことが望まれるので、前記のように仮数部２１３のビット幅として、８ビットが選択されている。
【００８４】
さらに、前記のようにして得られた第２デジタル信号１１２は、浮動小数演算回路１０８に入力される。浮動小数演算回路１０８は、第２デジタル信号１１２に対して、光検出装置１００の各構成要素の、設計値あるいは典型値に対する、実際の特性のずれを補正するための積の演算（所定の演算）を行い、該演算の結果を示す信号１１３を出力する。浮動小数演算回路１０８による演算の詳細については、後述する。
【００８５】
前記演算結果を示す信号１１３は、浮動小数‐整数型データ変換回路１０９に入力される。浮動小数‐整数型データ変換回路１０９は、光検出装置１００の外部に出力するため、前記信号１１３を再び整数型のデジタルデータに変換し、第３デジタル信号１１４として出力する。
【００８６】
第３デジタル信号１１４を整数型のデジタルデータとする目的は、以下の通りである。すなわち、主に光検出装置１００が対象とする装置（例えば、照度センサーまたは近接センサー）のホストシステムとなる、コンシューマ向けの電子機器では、浮動小数点データがサポートされない場合がある。また、サポートされているとしても、汎用性の高いＩＥＥＥ７５４規格に則った、単精度あるいは倍精度のデータ形式では、該ホストシステムのリソースを相当に圧迫することになる。このため、第３デジタル信号１１４は、整数型のデジタルデータであることが強く望まれる。
【００８７】
次に、第１デジタル信号１１１と、第３デジタル信号１１４との、ビット幅（単位ビット幅）の関係について説明する。
【００８８】
例えば、第１デジタル信号１１１のビット幅が１６ビットであり、第２デジタル信号１１２のビット幅が１４ビット（指数部６ビット及び仮数部８ビット）であるとする。
【００８９】
第２デジタル信号１１２を演算処理した結果を示す信号１１３に含まれる、純粋な誤差（測定誤差、ならびに補正値の量子化誤差を含まない誤差）は、先述の通り、全演算回数Ｎ×１／（２＾８）の程度となる。
【００９０】
換言すれば、Ｎ＝２の時、ｌｏｇ１０（（２＾８）／Ｎ）〜２．１となり、このとき、信号１１３の有効数字は、１０進表記で常に少なくとも２桁以上が確保されているが、表現できる要素数は高々２＾１４個である。
【００９１】
ここで仮に、第３デジタル信号１１４のビット幅を、第１デジタル信号１１１のビット幅と同様に１６ビットとすると、信号１１３として出力され得る２＾１４個の要素を、第３デジタル信号１１４における２＾１６個のビット空間に再分配することになる。結果、一定範囲のビット空間には、同じデータが縮退することになる。
【００９２】
しかし、前記再分配の結果生じる量子化誤差は、最大でＮ×１／（２＾８）の程度であり、前記有効数字の桁数は保持される。この誤差の上界は、前記の説明からも明らかなように、第３デジタル信号１１４のビット幅を、第２デジタル信号１１２のトータルビット幅（この例では、１４ビット）に等しくなるまで減らしても維持される。
【００９３】
なお、第３デジタル信号１１４のビット幅を減らすことは、浮動小数演算回路１０８による演算処理の際とは異なる、桁の丸め処理が別途必要となるので、全体的な回路規模の観点からは大きなメリットがない。
【００９４】
以上より、第３デジタル信号１１４の単位ビット幅は、第２デジタル信号１１２の単位ビット幅以上、かつ、第１デジタル信号１１１の単位ビット幅以下の、いずれかであることが望ましい。より望ましくは、第３デジタル信号１１４の単位ビット幅は、第１デジタル信号１１１のビット幅と相等しい。
【００９５】
以上、説明したように、図１に示した光検出装置１００の基本構成により、光‐デジタル変換回路１０２の精度による最小分解能を有し、かつ、電流１１０の値に対する照度の出力値の相対誤差をダイナミックレンジ全域に渡って一定レベルに維持したままで、光検出装置１００の演算回路ひいては全体回路規模の増大を抑えることができた。
【００９６】
ここで、前記光‐デジタル変換回路１０２は、より詳細には以下のような設計とすることができる。
【００９７】
例えば、前記光‐デジタル変換回路１０２は、１Luxの入射光に対応する電流１１０を、一定の積分時間（例えば、１００ｍｓ）積分した後、カウンタ１０６の出力値（カウント）が、２のべき乗（例えば、２＾４＝１６カウント）となるように、各々周知の構成である、積分器１０４及び比較器１０５の各種アナログ回路定数を設定すればよい。
【００９８】
勿論、前記カウント値は、諸々の要因、例えば受光素子１０１の感度のばらつき、積分器１０４を構成する積分回路の容量値あるいは寄生容量のばらつき、積分器１０４内部のアンプのゲインエラー、あるいは比較器１０５の閾値のばらつき等によって変動し得る。しかしながら、これらの特性変動の要因は、図１に示した光検出装置１００の構成において、浮動小数演算回路１０８を、例えば図３のように構成することで、所望の精度が得られるような補正が、容易に実現可能である。このことは、ここまでの説明及び以下の説明によって当業者に容易に理解されるであろう。
【００９９】
受光素子１０１については、光検出装置１００を実現するための集積回路のウェハ製造過程で、同じ構成の受光素子における典型的な設計値に対する、受光素子１０１の感度の相対値を測定することができる。その一方で、受光素子１０１の感度の絶対値を測定することは、容易でない。
【０１００】
受光素子１０１の感度の相対値を測定する一例として、一定の光量レベルに校正されたテスト光を受光素子１０１に照射した際、電流１１０の測定値が、受光素子１０１の設計値、もしくは多数の典型的な受光素子での測定平均値（典型値）に対して、８０％にまで低下していた場合を考える。この場合、受光素子１０１の特性に起因して、照度の出力値に発生する相対誤差の補正は、電流１１０を２５％増し（すなわち、１／０．８＝１．２５）とするのに相当する補正係数（第１補正係数）を用い、図１における第２デジタル信号１１２との積を演算するように、前記集積回路を設計することによって行われる。
【０１０１】
ここで、前記「・・・に相当する補正係数を用い」という表現は、ある一定の相対感度の範囲内に対して一律の補正係数を用いることを意図しており、いわゆるトリミング（例えば、ヒューズを用いたヒューズトリミング）を行う際のごく一般的な手法である。
【０１０２】
具体的に、例えば電流１１０の測定値が、前記典型値に対して７０％〜９０％の範囲にあった場合は、該測定値に対して一律に１．２５倍の補正係数を用いることにする。また、該測定値が、前記典型値に対して１１０％〜１３０％の範囲にあった場合は、該測定値に対して一律に、１／１．２＝０．８３倍の補正係数を用いることにする。また、該測定値が、前記典型値に対して９０％〜１１０％の範囲にあった場合は、補正係数を１とする、すなわち、該測定値に対する補正を行わない。これは、電流１１０における相対誤差として−３０％〜＋３０％の最大ばらつき幅（−３σ〜＋３σ）を見込んだ際の、最も簡素な補正係数テーブルの構成例である。補正後の等価的な受光素子１０１の感度は、前記典型値に対して、−１０％〜＋１０％の範囲内に収まることとなる。
【０１０３】
図３に示す、受光素子１０１のトリミング補正回路（第１トリミング補正回路）１１５は、受光素子１０１の感度トリミング部１１５ａと、受光素子１０１の感度トリミングに用いる補正係数テーブル１１５ｃとを備えている。また、図示していないが、感度トリミング部１１５ａは、少なくとも３つ（１．６ビット）のトリミングヒューズと、各トリミングヒューズの切断の有無をセンス（測定）するセンス回路と、センス結果を示すトリミングビット情報をデコードするためのデコード回路とを備えている。
【０１０４】
前記デコード回路によるデコード結果（部材番号１１５ｂ参照）に応じて、補正係数テーブル１１５ｃの各要素、すなわち補正係数を用いる一例（前述）における｛１．２５  ，  １  ，  ０．８３｝のいずれかの補正係数が選択される。そして、選択された補正係数は、補正係数を示す信号１１５ｄとして浮動小数演算回路１０８に供給され、浮動小数演算回路１０８での積演算に使用される。
【０１０５】
また、光‐デジタル変換回路１０２の特性に起因して、照度の出力値に発生する相対誤差も、全く同様にして補正できる。
【０１０６】
すなわち、光‐デジタル変換回路１０２の特性に関する補正を行うための一例としては、光検出装置１００を実現するための集積回路のウェハ製造過程の、受光素子１０１の感度に関する補正と別のステップにおいて、受光素子１０１にテスト光の照射が無い状態（ダーク状態）で、電流１１０にかえて、一定のテスト電流を、外部から積分器１０４に印加可能なように、前記集積回路を設計することによって行われる。あるいは、前記テスト電流には、光検出装置１００の内部で別途生成する電流をトリミングしたものを用いることもできる。
【０１０７】
このように一定レベルに校正されたテスト電流に対して、光検出装置１００のテスト専用動作モードとして、実際の動作時と同一の積分時間、積分器１０４に積分させ、カウンタ１０６でカウント値に変換して、デジタル信号を生成することは、当業者にはごく容易である。例えば、このときのカウンタ１０６の出力を、光検出装置１００の外部から読み出せるように、テスト専用の動作モードを設計すれば、光‐デジタル変換回路１０２の特性の、典型的な設計値に対する相対的なずれは、容易に知ることができる。
【０１０８】
図３に示す、トリミング補正回路（第２トリミング補正回路）１１６は、トリミング部１１６ａと、補正係数テーブル１１６ｃとを備えている。また、図示していないが、トリミング部１１６ａは、トリミングヒューズと、トリミングヒューズの切断の有無をセンスするセンス回路と、センス結果を示すトリミングビット情報をデコードするためのデコード回路とを備えている。
【０１０９】
受光素子１０１の感度に関する補正を行う場合と同様に、２つのトリミングヒューズを用いた２ビットのトリミングを行うとする。この場合、例えば、光‐デジタル変換回路１０２の出力の測定値（感度）が、典型的な設計値に対して７０％〜９０％の範囲内であれば、この測定結果に対応付けられたトリミングヒューズの切断が行われる。そして、この切断に伴い得られたデコード結果（部材番号１１６ｂ参照）によって、光‐デジタル変換回路１０２の補正係数テーブル１１６ｃから、｛１．２５｝、すなわち１．２５倍の補正係数（第２補正係数）が選択される。そして、実際の光検出装置１００の動作時には、光‐デジタル変換回路１０２の特性に対応する補正値として、１．２５倍の補正係数が、補正係数を示す信号１１６ｄとして浮動小数演算回路１０８に供給され、浮動小数演算回路１０８での積演算に使用される。
【０１１０】
このように、前記トリミングビットが持つ意味は、第２デジタル信号１１２において、光検出装置１００を構成する部材の、設計値あるいは典型値に対する実際の特性のずれを補正するための補正係数を、同部材に対応する補正係数の各々が格納された補正係数テーブルから選択することと等価である。そして、前記トリミングビット数及び補正係数テーブルを任意に設計して、光検出装置１００を実現するための集積回路に全て集積することができる。
【０１１１】
また、ここまでの説明からも明らかであるように、受光素子１０１に関する補正を行う演算と、光‐デジタル変換回路１０２に関する補正を行う演算とは、同時に演算可能である。
【０１１２】
すなわち、光検出装置１００を実現するための集積回路のウェハ製造過程で、受光素子１０１及び光‐デジタル変換回路１０２のそれぞれの相対感度（すなわち、典型的な設計値に対する、出力の測定値の割合）を求めた後、それらの相対感度の積を求める。そして、この積を用いて、一括で補正を行う演算が可能であるように予め統合された、トリミングビット情報及び補正係数テーブルを用いることができる。
【０１１３】
また、実際の光検出装置１００の動作時には、受光素子１０１及び光‐デジタル変換回路１０２の感度に関する補正を行う値として、一つの補正係数が使用されるよう（すなわち、１回の演算サイクルで一括して補正演算が行われるよう）、前記集積回路を設計することができる。
【０１１４】
なお、当然ながら、統合された補正係数テーブルは、統合前の補正係数テーブル１１５ｃまたは１１６ｃよりも大規模になる。但し、統合された補正係数テーブルは、統合前の補正係数テーブル１１５ｃ及び１１６ｃのトータルの回路規模と同程度であり、係数の要素数がよほど大きくない限りは、統合された補正係数テーブルの方が、前記集積回路への実装が容易である。
【０１１５】
なお、前記の補正係数はいずれも、有効数字３桁の１０進表記で示したが、実際の集積回路においては、図２（ｂ）のフォーマットに従い、２進の浮動小数で表現される最も近接する値として実装されるべきであることは言うまでもない。
【０１１６】
さらに、もう一つの有益な演算手法について、同じく図３を参照して説明する。
【０１１７】
デジタル出力型の照度センサーにおいては、一般的に、積分器による積分時間、比較器の感度（あるいはゲイン）、及び／または最大照度レンジを、該照度センサーの外部から、レジスタにより設定可能とすることがよく行われる。通常、そのような照度センサーである光検出装置を搭載するホスト機器は、光検出装置（照度センサー）から、デジタル信号の出力（カウント値）を読み出した後、さらに前記各種設定を考慮した演算（スケーリングするための乗算または除算、あるいはさらに必要であれば加減算）を行うことで、該出力を、照度を示す値へと換算する必要がある。
【０１１８】
一方、光検出装置１００においては、ここまでの説明から明らかであるように、ホストシステムから、レジスタに設定された内容に応じて自身の動作条件を定める。そして、光検出装置１００は、前記各種設定に応じた演算を内部で実行し、該演算結果を外部に出力することが可能な構成である。
【０１１９】
具体的には、図３に示す外部との通信手段１１７は、例えばＩ２Ｃバス通信路のような、周知のシリアルインターフェイスが用いられ得る。
【０１２０】
通信手段１１７の制御部（記憶部）１１８は、通信手段１１７による通信自体の制御回路を備えている。加えて、制御部１１８は少なくとも、外部から書き込み（受信）可能であり、光検出装置１００の内部から参照可能なレジスタと、外部から読み出し可能であり、光検出装置１００の内部から書き込み可能なレジスタとを備えている。
【０１２１】
通信手段１１７及びその制御部１１８は、周知慣用技術で実現可能である。
【０１２２】
このようにして、外部（ホストシステム）から設定された、積分器１０４のゲイン及び積分時間等の出力をリニアにスケーリングして、感度及びダイナミックレンジを変更する。該変更のための設定に関して、制御部１１８は、前記ヒューズトリミングの際のデコード信号に相当する信号１１８ｂを生成し、スケーリング係数テーブル１１８ｃから適切なスケーリング係数を選択することができる。
【０１２３】
なお、図３では、前記スケーリングを、浮動小数‐整数型データ変換回路１０９において、第３デジタル信号１１４の生成とともに行う例を示した。これは、先に説明したとおり、例えば、１Luxの入射光に対応する電流１１０を一定時間積分した後、カウンタ１０６の出力値が２のべき乗となるように、積分器１０４及び比較器１０５の各種アナログ回路定数を設計することができることによる。さらには、この設計値あるいは典型値からのずれは、図３で説明した他の補正演算によって、十分な精度で補正することができることにもよる。
【０１２４】
すなわち、光検出装置１００において、前記の感度及びダイナミックレンジを変更するレジスタの設定は、全て２のべき乗によって、値を変更できるように設計することが望ましい。このような構成により、動作条件設定のためのスケーリングは全て、２進の整数値に対するビットシフト演算（シフト演算）として、浮動小数‐整数型データ変換回路１０９において容易に実現することができる。
【０１２５】
以上で説明した演算処理を実現するための、演算処理回路１０３全体のブロックダイアグラムの例を図４に示す。
【０１２６】
第１デジタル信号１１１は、図１には図示していなかったセレクタ（台形で図示）を介して、浮動小数変換回路１０７、すなわち整数−浮動小数変換回路に入力され、図２（ｂ）に示した浮動小数点データ、すなわち第２デジタル信号１１２に変換される。
【０１２７】
なお、ここまでの実施例の説明では、浮動小数変換回路１０７前段の前記セレクタは何の役割も果たしていないが、２系統の第１デジタル信号（後述する、第１デジタル信号１１１Ａ及び１１１Ｂ）を切り替えて、浮動小数変換回路１０７に入力する（点線矢印）ために使用される。これに関しては、後に〔実施の形態２〕で詳細を説明する。
【０１２８】
次に、第２デジタル信号１１２は、再び別のセレクタを介して、データレジスタ群４０１に入力される。
【０１２９】
なお、図４に示した演算処理回路１０３の例は、回路規模低減のため、前述した各種の積演算を、シリアルに実行していく例である。
【０１３０】
入力された第２デジタル信号１１２をロードし、さらにそれに対する各演算結果を記憶するため、例えば２系統の第１デジタル信号が存在する場合、データレジスタ群４０１の内部には、２系統×２個、すなわち計４つの、第２デジタル信号１１２と同じビット幅を有するデータレジスタが設けられる。
【０１３１】
第２デジタル信号１１２において、光検出装置１００の各構成要素の、設計値あるいは典型値に対する、実際の特性のずれを補正する積演算（補正演算）自体は、浮動小数乗算器４０２で行われる。そして、各積演算の毎に、結果は前記データレジスタ群４０１のいずれかのデータレジスタに格納される。この一連の動作（演算処理）は、全ての積演算を完了するまで続けられる。
【０１３２】
なお、浮動小数乗算器４０２の入出力データは、データレジスタ群４０１への記憶に際して、必ずしも特定のデータレジスタに入出力を区別して記憶される必要はない。
【０１３３】
前記４つのデータレジスタを使い分けながら一連の演算処理が完了した段階で、最終的な演算結果である信号１１３を示すデータが記憶されたデータレジスタから、該データが図示のようにセレクタで選択されて、浮動小数‐整数型データ変換回路１０９に出力される。
【０１３４】
これ以降の演算処理の具体例は、〔実施の形態２〕で説明する。
【０１３５】
また、前記最終的な演算結果（または、それを第３デジタル信号１１４に変換した結果）に対して、光検出装置１００の外部へ何らかの割り込み出力あるいはアラートを発生させる必要が有るか無いかを、浮動小数減算器及び判定器４０３によって判定する。
【０１３６】
浮動小数減算器及び判定器４０３では、図３に示す補正係数テーブル１１５ｃ及び１１６ｃを備えた閾値テーブル４０４から選択される特定の閾値４０４ａと、前記最終的な演算結果４０５との差を、浮動小数減算器により求める。そして、浮動小数減算器及び判定器４０３では、減算結果の大小関係に基づいて、最終的な演算結果４０５が、第３デジタル信号１１４として、外部に出力すべきデータであるのか否かを、判定器によって判定し、判定結果４０６が該判定器から出力される。これと同時に、浮動小数‐整数型データ変換回路１０９においては、光検出装置１００から外部への割り込みを出力する直前までに、既に説明した浮動小数−整数値の変換、あるいは必要に応じてビットシフト演算が完了していることが望ましい。
【０１３７】
なお、割り込み出力の詳細については、〔実施の形態３〕で説明する。
【０１３８】
以上、図１〜図４を参照して詳しく説明したように、光検出装置１００の基本構成により、光‐デジタル変換回路１０２の精度による最小分解能を有し、かつ、電流１１０の値に対する照度の出力値の相対誤差をダイナミックレンジ全域に渡って一定レベルに維持したままで、光検出装置１００の演算回路ひいては全体回路規模の増大を抑えることができる。
【０１３９】
さらに、各種の特性補正及び動作条件設定に応じたスケーリングを装置内部で実現するので、最終的に光検出装置１００の外部では、物理的に意味のあるデジタル出力値（すなわち、照度の出力値）を、直接もしくはビットシフト演算のみで得ることができる。
【０１４０】
このことは、特に照度センサーにおいて、Luxを単位とする照度値を、複雑な演算を行うことなく直接的に得ることができるという極めて優れた効果を奏する。
【０１４１】
これに関するさらに具体的な実施例は、〔実施の形態２〕以降で詳しく説明する。
【０１４２】
〔実施の形態２〕
本実施の形態では、光検出装置１００の別の構成例である、光検出装置２００の構成について、図５を参照して説明する。
【０１４３】
光検出装置２００における、光検出装置１００との主たる相違点は、受光素子１０１として、互いに異なる分光感度特性が付与された、複数のフォトダイオードを用いる点にある。ここでは、フォトダイオード（受光素子）１０１Ａと、フォトダイオード１０１Ｂとの２種類を、受光素子１０１として用いている。
【０１４４】
また、前記相違点に対応して、光‐デジタル変換回路１０２としても、積分器１０４、比較器１０５、及びカウンタ１０６をそれぞれ備えた、２系統の光‐デジタル変換回路、すなわち、光‐デジタル変換回路１０２Ａ及び１０２Ｂが用いられている。光‐デジタル変換回路１０２Ａは、第１デジタル信号１１１Ａを出力する。また、光‐デジタル変換回路１０２Ｂは、第１デジタル信号１１１Ｂを出力する。
【０１４５】
図５の構成をとる目的は、前述したように、周知のコスト低減策である光学フィルタレスの受光素子１０１を用いつつ、ホストシステムの負担を大幅に削減した、光検出装置を実現するためである。
【０１４６】
ここでまず、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、前記複数のフォトダイオードに付与されるべき分光感度特性について説明する。
【０１４７】
照度センサー、及び近接センサー等の光検出装置においては、可視光の波長帯、乃至近赤外光の波長帯に渡って、高い感度を有することが必要である。
【０１４８】
特に、安価なＳｉ（珪素）フォトダイオードを用いて、人の視感度特性を近似的に再現するため、可視光に感度のピークを有する構造のフォトダイオードと、近赤外光に対して感度のピークを有する構造のフォトダイオードとを利用する技術が知られている。なお、Ｓｉフォトダイオードは、典型的には波長９００ｎｍ付近に感度のピークを有し、概ね波長３００ｎｍ乃至波長１１００ｎｍに渡って感度を有する。人の視感度特性は一般的に、波長５５５ｎｍに感度のピークを有し、波長４００ｎｍ乃至波長７００ｎｍまでに感度を有する。前記技術では、両フォトダイオードの出力電流の和、差、あるいは比を利用して、元来ブロードなＳｉの赤外分光応答特性を考慮した補正を行い、光検出装置の分光特性を視感度特性に近づける。この技術は、非特許文献１に開示されている技術等から周知である。
【０１４９】
また、一般的なCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）の製造プロセスにおいては、種々の深さのｐｎ接合が利用可能であり、図６（ｂ）に図示したように、前記の各フォトダイオードの分光特性は、互いに異なる深さのｐｎ接合を用いて実現することができる。
【０１５０】
図６（ａ）は、フォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂにおける、入射される光の波長（横軸）と、感度（縦軸：電流／電力で示している）との関係を示すグラフである。図６（ｂ）は、フォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂを実現するための、ｐｎ接合の一例を示す図である。
【０１５１】
但し、受光素子１０１の出力電流がｐＡのオーダとなる、高感度の光検出装置では、順方向にせよ、逆方向にせよ、受光素子１０１のｐｎ接合部分に対して０Ｖではないバイアス電圧が印加されると、ｎＡオーダのリーク電流（暗電流）が発生し得る。このため、利用できるｐｎ接合の構造、すなわち受光素子１０１の分光特性及び積分器１０４の回路形態は、限定される。
【０１５２】
例えば、図６（ｂ）は、ｐ型不純物の濃度が高い領域であるＰ＋６０１と、ｎ型のウエルであるＮＷ６０２と、ｐ型の基板であるＰｓｕｂ６０３とで形成される、２つのｐｎ接合６０４及び６０５を用いる例である。
【０１５３】
フォトダイオード１０１Ｂは、接合６０４及び６０５のうちの深い方である、ＮＷ６０２とＰｓｕｂ６０３との接合６０５のみを利用して形成する。この場合、フォトダイオード１０１Ｂは、波長９００ｎｍ付近にピークを有する分光感度特性（点線）となっている。通常、Ｐｓｕｂ６０３の電位は、最低電位に固定され、接合６０４及び６０５のうちの浅い方である、Ｐ＋６０１とＮＷ６０２との接合６０４は、その両端子間をショートすることで無効化される。従って、フォトダイオード１０１Ｂの出力電流は、ＮＷ６０２からのシンク電流である（図６（ａ）の、ケース（ｉ）１０１Ｂ参照）。
【０１５４】
一方、フォトダイオード１０１Ａは、本来、浅い方の接合６０４のみを利用して形成して、波長５５０ｎｍ付近にピークを有する分光感度特性（破線）とするのが理想である。しかしながら、浅い方の接合６０４に対して前記深い方の接合６０５が寄与しないように、ＮＷ６０２をＰｓｕｂ６０３と同様の最低電位に固定すると、フォトダイオード１０１Ａの出力電流は、フォトダイオード１０１Ｂと同様のシンク電流では取り出せない。この場合、フォトダイオード１０１Ａの出力電流は、Ｐ＋６０１からのソース電流を取り出すこととなる（図６（ａ）の、ケース（ｉ）１０１Ａ参照）。
【０１５５】
従って、積分器１０４の設計によっては、フォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂのそれぞれにあわせて、積分器１０４Ａ及び１０４Ｂの回路構成を、互いに異なる形態とする必要が生じる場合がある。
【０１５６】
このような制限を避けるため、図６（ｂ）に示す、２つのｐｎ接合６０４及び６０５を、次のように利用することもできる。
【０１５７】
すなわち、フォトダイオード１０１Ａは、前記２つのｐｎ接合６０４及び６０５からの電流の和をシンク出力するものとする。一方、フォトダイオード１０１Ｂは、ケース（ｉ）と同様（図６（ａ）の、ケース（ｉｉ）１０１Ｂ参照）に、接合６０５からのシンク電流のみを利用する（図６（ａ）の、ケース（ｉｉ）１０１Ａ参照）。
【０１５８】
この場合、積分器１０４Ａ及び１０４Ｂには、同一の回路構成を用いることができる。以下の詳細な説明から明らかとなるように、前記のように、光学フィルタを用いずに異なる分光特性を付与することのできる構造の受光素子１０１に対しては勿論、通常のCMOSプロセスに変更または追加の工程を設けて集積化可能な、比較的低コストの光学フィルタを付加した前記受光素子１０１に対して、あるいはまた如何なる回路構成の積分器１０４に対しても、前記のような配慮のもとで、光検出装置２００は有効に作用する。
【０１５９】
ところで、図１〜図４で説明した光検出装置１００の構成に対して、最も低コストな分光の演算手法を適用すること、すなわち図５の構成を採用することは、本願発明者らの知る限りにおいて、これまでに示唆も開示もなされていない。
【０１６０】
これは、低コストであることが常に求められる、コンシューマ向けの光検出装置において、例えば０．１Lux以下の測定を可能とする高感度の実現と、１６ビットのデジタルデータを取り扱うという高分解能とを、演算処理の内蔵化に依存して実現することは相容れないものとされ、特に、浮動小数演算は、回路規模の観点から常に敬遠されてきたからである。その結果、ホスト側での演算処理、及び割り込み処理が煩雑になることを許容するか、または光学フィルタの集積化によるコスト上昇を是認するほかなかった。
【０１６１】
光学フィルタレス化に必要な演算処理に対して、〔実施の形態１〕で詳しく説明したように、用途及び／または仕様に応じて、光検出装置の全体を最適に構成することによってはじめて、図５に示す光検出装置２００の構成が実用のものとなり、以下の如き格別の効果を得ることが可能となった。
【０１６２】
図６（ａ）に示したような分光感度特性は、いわゆる典型値であって、個々の光検出装置が備えるフォトダイオードの全てにおいて適用されるものではない。また、光検出装置の設計段階で想定する分光特性と、光検出装置を量産する際に最も安定して得られる分光特性とが、完全に一致することは稀である。さらに、元来ブロードな、Ｓｉの分光応答特性を考慮した補正を行い、視感度特性、つまり可視光に対する応答を制御する場合を考える。この場合、Ｓｉウェハの厚み方向に、より深く侵入する赤外光の分光特性が、Ｓｉウェハが含有する不純物濃度あるいは不純物偏析させるための熱処理あるいは通常の製造工程における熱処理等に依存して、大幅に変動するという問題に対処する必要がある。
【０１６３】
すなわち、実際には、〔実施の形態１〕で説明したような、典型値を中心に分布する相対的なばらつき誤差を補正する演算処理だけでは、このような問題に確実に対処するのは困難である。
【０１６４】
上記の問題を解決する手段として、図７に示すように、浮動小数演算回路１０８を構成することができる。なお、図７及び以下の説明は、簡単化のため、図５における片側の信号チャネル（すなわち、電流１１０Ａまたは１１０Ｂのいずれか一方）に対して、記載されていることに注意されたい。
【０１６５】
図７に示す回路において、電流１１０Ａまたは１１０Ｂのいずれか一方に対する演算自体は、〔実施の形態１〕で説明した回路と全く同様に行われる。ここで重要な点は、図７に示す回路は、光検出装置１００の設計段階で、受光素子１０１として使用する特定の構造のフォトダイオードの典型的な分光特性自体が変動すること、すなわち、受光素子１０１の感度の絶対値が想定値から乖離し得ることを、予め光検出装置１００の補正処理過程に取り込むことにある。
【０１６６】
具体的には、受光素子１０１の受光感度の絶対値を補正する演算を行うために、既に図３で説明した受光感度の相対値のトリミング補正回路１１５、積分器１０２の特性トリミング補正回路１１６に加えて、レジスタ補正部７０１を新たに設けている。なお、実際には、トリミング補正回路１１５及び１１６は、図５の構成に応じて受光素子１０１Ａ及び１０１Ｂに応じて、受光素子１０１Ａ及び１０１Ｂのそれぞれに対するトリミング補正回路１１５、ならびに受光素子１０１Ａ及び１０１Ｂのそれぞれに対するトリミング補正回路１１６として併設されることに注意されたい（図示せず）。
【０１６７】
受光素子１０１のレジスタ補正部７０１は、トリミング用の補正係数テーブル７０１ｃを備える。また、レジスタ補正部７０１は、外部との通信手段１１７により、その制御部１１８の一部であるレジスタ（図示せず）に外部から書き込まれたデータに基づいて、信号７０１ｂによって補正係数テーブル７０１ｃから所望の補正係数が選択される。そして、選択された補正係数は、信号７０１ｄとして浮動小数演算回路１０８に供給され、受光素子１０１のレジスタ設定による補正値として、前記受光素子１０１の特性に関するトリミング補正とは別に、浮動小数演算回路１０８の積演算に使用される。
【０１６８】
ここで、上記のレジスタ設定による受光素子１０１の感度に関する補正は、複数（本実施の形態では、２種類）の分光特性を付与された、構造の異なる特定のフォトダイオードのそれぞれに対して、互いに独立に設定可能であることが望ましい。このため、図７には、レジスタ補正係数を選択する信号７０１ｂ、及び浮動小数演算回路１０８で使用される補正係数を示す信号７０１ｄが、受光素子１０１Ａ及び１０１Ｂに応じた並列データであることが示されている（レジスタ補正部７０１は２つの受光素子１０１Ａ及び１０１Ｂに対応したものとして図示されている）。
【０１６９】
このような構成によって、外部から光検出装置１００を起動する際の初期設定の一部として、受光素子１０１の感度の絶対値に対するキャリブレーションを実施することができる。特に、互いに構造の異なる複数のフォトダイオード毎にキャリブレーションをかけられるよう、演算処理回路１０３を構成し、前述した赤外域に特有の分光感度の大幅な変動を吸収し、正しく補正することが可能になる。
【０１７０】
このようにして、外部からのレジスタ設定によって、第２デジタル信号１１２において、受光素子１０１の感度を補正する演算を制御することができるが、その制御内容は、同一設計の全ての光検出装置１００に対しては、一律の初期設定値として与えれば十分である。なぜならば、〔実施の形態１〕で説明したように、相対的な誤差の補正は、光検出装置１００の出荷段階で既に、測定及び補正されているからである。
【０１７１】
従って、光検出装置１００の製造過程においては、設計段階で、受光素子１０１の特性の、正しい典型値あるいは変動幅（ばらつき）の上限及び下限を把握できていなかったことによる、突発的あるいは極端な歩留りの低下のリスクを排除することができる。
【０１７２】
以上、図５あるいは図７の構成によれば、本実施の形態に係る光検出装置は、光‐デジタル変換回路１０２の精度による最小分解能を有し、かつ、電流１１０（電流１１０Ａ及び１１０Ｂ）の値に対する照度の出力値の相対誤差をダイナミックレンジ全域に渡って一定レベルに維持したままで、光検出装置１００の演算回路ひいては全体回路規模の増大を抑えることができる。
【０１７３】
さらに、各種の特性補正及びスケーリングが容易に実現できるので、最終的に光検出装置の外部では、物理的に意味のあるデジタル出力値（すなわち、照度の出力値）を、複雑な演算を行うことなく、直接もしくはビットシフト演算のみで得ることができる。
【０１７４】
特に、本実施の形態に係る光検出装置の構成によれば、光学フィルタレスの照度センサーにおいて問題となる、受光素子１０１における赤外領域の分光感度特性の変動を吸収し正しく補正して、Luxを単位とする照度値を直接的に得ることができるようになる。このことにより、〔実施の形態３〕で詳しく説明するように、割り込み出力の閾値設定に関する、光検出装置の更なる効果がもたらされる。
【０１７５】
次に、図５の構成、すなわち互いに異なる２つの分光感度特性を付与されたフォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂを用いて、図１乃至図４を参照して説明した演算処理を含め、光検出装置２００が、如何にしてより高精度の照度センサーとして動作し得るのかについて説明する。
【０１７６】
図８（ａ）には、図６（ａ）に示した分光特性ケース（ｉ）で、各種の異なる分光スペクトルを有する光源が一定の照度を与えるよう規格化した際に、フォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂから出力される電流の例を示す。
【０１７７】
一般的な光源として、CIE（Commission Internationale de I'Eclairage：国際照明委員会）が定める標準の光である、Ａ、Ｄ５０、Ｄ５５、Ｄ６５、Ｄ７５、Ｆ１、及びＦ１２を、少なくとも考慮すべきである。なお、Ａ、Ｄ５０、Ｄ５５、Ｄ６５、及びＤ７５等の、相対的に赤外成分の強い各光源に対しては、色温度を考慮して、ＣＩＥで定義されない赤外領域のスペクトルを補完した、疑似的な標準の光（すなわち、常用光源の近似モデル）として考慮した。図８（ａ）及び（ｂ）では、’付き、もしくは白抜きのドットで、疑似的な標準の光を表示している。
【０１７８】
図８（ａ）の横軸は、フォトダイオード１０１Ａの出力電流（以下、Ｉｖｉｓと表記）と、フォトダイオード１０１Ｂの出力電流（以下、Ｉｉｒと表記）との比、すなわちｒ（＝Ｉｉｒ／Ｉｖｉｓ）である。色温度の低いＡ光源（Ａ’光源）は、図の右端に位置しており、赤外成分を含まない各種Ｆ光源は、左側に位置している。
【０１７９】
当然であるが、赤外領域（波長９００ｎｍ）に感度ピークを有するフォトダイオード１０１Ｂの出力Ｉｉｒは、比ｒの増加に伴って、単調かつ急激に増加する。
【０１８０】
一方、可視領域（波長５５０ｎｍ）に感度ピークを有するフォトダイオード１０１Ａの出力Ｉｖｉｓは、赤外域の感度が低いことを反映して、ｒが大きい領域での増加はごく緩やかとなる。
【０１８１】
Ｉｉｒ及びＩｖｉｓのいずれにおいても、各種Ｆ光源の演色性の違い（Ｆ７乃至Ｆ９参照）、ならびに３波長域発光型のＦ１０乃至Ｆ１２等スペクトル構造の違いを反映して、ｒ＝Ｉｉｒ／Ｉｖｉｓが小さくなるに伴い、出力電流も小さくなる。また、ｒ＝１の周辺には、Ｉｖｉｓがほとんど変化しない領域がある。
【０１８２】
このような、図８（ａ）に示すグラフの特徴を考慮すると、光源スペクトル分光特性に対する依存性を打ち消して、照度として単位：Luxの値に補正した値を出力するための演算に関して、以下に述べる知見が得られる。図８（ｂ）に示すＩｖｉｓの逆数１／Ｉｖｉｓが、前記演算における補正係数に比例する量となるので、同時に参照されたい。
【０１８３】
比ｒ＝Ｉｉｒ／Ｉｖｉｓは、光源の分光特性（赤外線成分及び可視光成分の、短波長成分の相対的な含有量）を区別するのに利用できる。ｒの値によって用いるべき演算式を切り替え、各領域で用いる補正式は、高々１次式で十分に表現可能である。
【０１８４】
つまり、Lux＝α・Ｉｖｉｓ−β・Ｉｉｒ＝α・Ｉｖｉｓ・（１−β／α・ｒ）なる補正式の係数α及びβを、前記ｒによって区別される領域毎に切り替えればよい。
【０１８５】
特に、図６（ａ）に示すケース（ｉ）のように、フォトダイオード１０１Ａの分光感度ピーク（波長５５０ｎｍ）が、視感度特性のピーク（波長５５５ｎｍ）と概ね一致している場合は、ｒ＝１の周辺ではｒの値に依存した補正を行わなくてもよい（例えば、０．７≦ｒ≦１．５でα＝１，β＝０）。図８（ｂ）には、上記のｒによる補正係数の切り替えが分かりやすいよう、３つの領域にわけて各補正１次式を破線で例示している。
【０１８６】
このようにして抽出された補正式を用いた演算回路は、図７に示した演算処理回路１０３として、設計及び実装される。
【０１８７】
実際の光検出装置２００の動作としては、フォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂの各出力電流Ｉｖｉｓ及びＩｉｒ、すなわち電流１１０Ａ及び１１０Ｂが、第１デジタル信号１１１Ａ及び１１１Ｂ、さらには浮動小数である第２デジタル信号１１２Ａ及び１１２Ｂに変換され、これに対して上記ｒによる領域切り替えの判定が施されなければならない。
【０１８８】
これは、例えば、図４に示す、浮動小数乗算器４０２、浮動小数減算器及び判定器４０３、及びデータレジスタ群４０１を用いて、浮動小数演算回路１０８で実行することができる。
【０１８９】
このようにして、上記補正式の係数を最適に設計することにより、出力（照度値）の前記各種光源スペクトル依存性を、−２０％〜＋２０％の範囲内に収めることができる。
【０１９０】
また、図６（ａ）のケース（ｉｉ）のような分光特性が付与された場合（複数のフォトダイオードの分光感度特性のピークがいずれも視感度特性のピークから外れている場合）には、フォトダイオード１０１Ａの出力電流（以下、Ｉａｌｌと表記）と、フォトダイオード１０１Ｂの出力電流（以下、Ｉｉｒと表記）の比、Ｒ＝Ｉｉｒ／Ｉａｌｌ（０≦Ｒ≦１）を指標として、上記ケース（ｉ）と同様の手順で、より視感度特性に近い分光特性のＩａｌｌに対する補正式を新たに抽出し、光源依存性を抑圧することができる。
【０１９１】
ここで、上記補正式の係数α及びβは、実際には、受光素子１０１としての、上記複数のフォトダイオード１０１Ａ及び１０１Ｂのそれぞれに対して、図１乃至図４で説明した受光素子１０１の相対感度に関するトリミング補正（α１）、受光素子１０１が接続された光‐デジタル変換回路１０２に関するトリミング補正（α２）、さらに図７で説明した受光素子１０１の感度に関するレジスタ補正（α３）の、全てを含めて、α＝α１・α２・α３、あるいはβ＝β１・β２・β３のように、積演算の形で所望の補正係数を表現できる。この一連の積演算は、図４あるいは図７に示した演算処理回路１０３の構成によって容易に実行することができ、最後に、α・Ｉｖｉｓ−β・Ｉｉｒなる差を演算することで、第２デジタル信号１１２に対する演算結果である信号１１３が得られる。
【０１９２】
また、Lux＝γ（α・Ｉｖｉｓ−β・Ｉｉｒ）のように、上記演算結果に対するスケーリング係数γの積演算を容易に追加し得ることは、これまでの説明からも明らかであろう。
【０１９３】
これによって、光検出装置２００を搭載する電子機器に設けられる光学窓の分光透過率に大きな波長依存性が無い場合には、平均透過率を外部から補正する演算処理を動作の初期設定時に簡単に実行できる。従って、光検出装置２００が、色味の無い黒い窓材を介して外部から視認し辛くする筐体デザインの電子機器に搭載される場合も、当該筺体の外部、すなわち電子機器の周囲の実空間における照度を、光検出装置２００のデジタル出力として直接的に得ることができる。
【０１９４】
あるいはまた、光検出装置２００を搭載する電子機器に設けられる光学窓は、筺体色にあわせて色付けられる場合がある。さらに、近接照度センサーとして集積化された光検出装置２００においては、近接センサーの発光素子として、波長８３０ｎｍ乃至波長９５０ｎｍ程度にピーク出力を持つ、いわゆる近赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が用いられる場合が多い。
【０１９５】
この結果、近赤外の波長域では、透過率が高く（例えば、透過率が８０％乃至９５％程度）、可視光の波長域においては、筺体色に合わせた色味を付加するために、分光透過率が可視光の波長域で急峻に変化するような窓材が使用され得る。
【０１９６】
この場合にも、Lux＝γ（α・Ｉｖｉｓ−β・Ｉｉｒ）の係数α，β，γのうち、可視域で相対的に高感度なフォトダイオード（図５の例では、フォトダイオード１０１Ａ）に対する、補正係数α＝α１・α２・α３の中でレジスタ設定により選択される補正係数α３を、必要であればさらにβあるいはγについても独立にレジスタ設定可能な補正係数を最適化することで、当該筺体の外部、すなわち電子機器の周囲の実空間における照度を、光検出装置２００のデジタル出力として直接的に得られるよう調整することができる。
【０１９７】
以上、図５〜図８の構成によれば、本実施の形態に係る光検出装置は、光‐デジタル変換回路１０２の精度による最小分解能を有し、かつ、電流１１０の値に対する照度の出力値の相対誤差をダイナミックレンジ全域に渡って一定レベルに維持したままで、光検出装置１００の演算回路ひいては全体回路規模の増大を抑えることができる。
【０１９８】
さらに、各種の特性補正及びスケーリングが容易に実現できるので、最終的に光検出装置の外部では、物理的に意味のあるデジタル出力値（すなわち、照度の出力値）を、複雑な演算を行うことなく、もしくはビットシフト演算のみで得ることができる。
【０１９９】
特に、受光素子として異なる分光感度特性を付与された複数のフォトダイオードを用いて演算処理回路を最適化することにより、光学フィルタレスの安価なフォトダイオードをベースに、照度センサーとして、高感度かつ光源依存性を抑えた光検出装置を、低コストで実現することができた。この結果、本実施の形態に係る光検出装置を搭載する電子機器の配色デザインの自由度を増しつつ、光検出装置の存在が視認され難く極めて満足度の高い電子機器筐体デザインを実現することが可能になった。
【０２００】
〔実施の形態３〕
周囲の明るさに応じてディスプレイの輝度をデジタル制御するため、人の視感度特性に合わせて周囲の明るさを検出する照度センサーには、測定結果が所望の照度レベル範囲内にあるか否かを判定して、この判定結果をホストシステムに通知（割り込み出力）する機能が望まれる。
【０２０１】
一方で、直接照度レベルで前記判定を行うのではなく、前回測定と最新測定との差分（カウント値の変化）が所定の閾値を超えるか否かで割り込みを発生させる、または、直前の測定カウント値に対して所定のカウントを付加して、次回測定の閾値を設定するデジタル出力型の照度センサーも、市場には数多く存在する。
【０２０２】
いずれにせよ、デジタル出力型の照度センサーにおいては、一旦得られた測定結果に対して、必要に応じて、照度の出力値のレンジ及び／または感度のレジスタ設定を更新するとともに、次回測定で、割り込み出力の要否判定に使用すべき照度範囲に対応する閾値（上限閾値及び下限閾値の２つ）を、その都度設定する必要がある。
【０２０３】
一方で、〔実施の形態１〕及び〔実施の形態２〕で説明した各光検出装置（照度センサー）のように、デジタル出力値が、直接もしくはビットシフト演算のみで照度値として得られる場合には、上記のような動作継続時のホストシステム側の処理負担を軽減することができる。しかしながら、光‐デジタル変換回路１０２のビット幅が、１６ビット等の高分解能である場合は、割り込み出力の要否判定の閾値のそれぞれ（上限照度閾値及び下限照度閾値、すなわち第１の閾値）を、光検出装置の外部から、同じく１６ビットの幅でレジスタ設定する場合が多い。
【０２０４】
さらに、照度センサーと近接センサーとを集積化し、同時またはシーケンシャル動作させる場合は、近接センサーとしての動作、すなわち、所望の距離で反射物が非近接から近接状態、あるいは近接から非近接状態に遷移したと判定する、のに必要となる判定閾値のそれぞれ（上限閾値及び下限閾値、これらを以下では第２の閾値という）を設定することも、併せて必要になるので、光検出装置（近接照度センサー）が内部に備えるべきレジスタサイズが増大する。
【０２０５】
なお、近接センサーとは、〔背景技術〕で説明した通り、光検出装置自らの発光が反射物から再び入射する光の強度レベルから、該反射物の近接または非近接の状態判定を行うものであり、ここで説明した光検出装置（照度センサー）の構成のほとんど流用して実現することができる。
【０２０６】
より具体的には、近接センサーとしてさらに必要となる構成要素として、少なくとも光を出射する発光素子及びその駆動手段がある。また、他にも、近接センサーとしての発光時間あるいは反射光の強度を測定する積分時間を定めるタイミング制御、また、上記第２の閾値の保持及び設定手段、ならびに判定回路等が必要である。
【０２０７】
但し、これらの追加構成の詳細は、ここまでに照度センサーに関して説明した補正演算のための各手段に修正を加えることで実現でき、当業者にとっては設計事項に過ぎないため、これ以上の説明は割愛する。
【０２０８】
さて、ここからは、ここまで説明した各光検出装置による、デジタル出力型の照度センサーもしくは近接照度センサーが、直接的に（すなわち、多くともビットシフト演算のみで得られる）照度値を出力可能であることを利用して、該光検出装置を搭載するホストシステム側に従来必要であった、煩雑なレジスタ設定の更新手順を大幅に簡素化する手法について、以下に開示する。
【０２０９】
まず、図９に例を示すように、｛１０Lux，１００Lux，１０００Lux｝という、３値（各値）の照度が記載された照度閾値テーブル１（照度テーブル）から、１〜３００００Luxまでの範囲において、１桁あたり２値、合計１０値の照度が記載された照度閾値テーブル８まで、３ビットで選択可能な複数（ここでは８つ）の照度閾値テーブルの集合を、ＲＯＭ（Read-Only Memory：読み出し専用メモリ）として、光検出装置の内部に集積化する。
【０２１０】
なお、Ｎ個の照度を要素として持つテーブルの場合には、Ｎ＋１個の照度レンジが定義される。例えば、３つの要素を持つ照度閾値テーブル１は、これら各要素の一部または全部を用いて｛１０Lux未満，１０Lux以上１００Lux未満，１００Lux以上１０００Lux未満，１０００Lux以上｝の４つの照度レンジを定義することができる。
【０２１１】
図９に示す照度閾値テーブル１〜８の各々は、外部からのレジスタ設定によって、いずれかの照度閾値テーブルが選択（指定）され、実際の照度センサー動作時に割り込み出力を発生する基準として用いられる。
【０２１２】
具体的には、前回照度を測定した結果が、ある照度レンジに存在するとして、次の測定結果が、別の照度レンジに遷移していれば、光検出装置は、ホストシステムに対して、割り込み出力を発生する。
【０２１３】
当然、図１０に示す光検出装置３００のように、外部との通信に用いられるインターフェイスである通信手段１１７とは別に、光検出装置は、割り込み専用の出力手段（第１出力手段）１００１を備えていることが必要である。
【０２１４】
また、光検出装置３００は、直前の照度測定結果がどの照度レンジに該当するかの判定手段、及びそれを保持し新たな測定結果が属する照度レンジと異なるか否かの判定手段も必要である。
【０２１５】
なお、照度閾値テーブルの集合、ならびに必要な上記の各判定手段は、図４に示した演算処理回路１０３に修正を加えて実現できることは、当業者には容易であるため、詳細な説明は割愛する。
【０２１６】
このような構成により、ホストシステムとして割り込み出力が必要な照度レベルに合致する照度閾値テーブルを、図９に示す各テーブルの中から、通信手段１１７を用いて選択及び設定する。
【０２１７】
一旦照度センサーとしての動作を開始した後は、割り込み専用の出力手段１００１からの割り込み発生後、ホストは照度データを通信手段１１７から読み出してディスプレイの輝度調整を行い、割り込み専用の出力手段１００１の割り込み出力をクリアするだけで、ディスプレイ輝度の調整動作を継続することができる。
【０２１８】
このことは、特に、各実施の形態に係る光検出装置の構成を、近接照度センサーとして集積化し、割り込み出力手段を近接センサーと照度センサーとで共用する場合に、ホストシステム側での割り込み処理が劇的に簡素化され、割り込み信号の検出ミスまたは割り込み処理の遅延によって発生しがちな、電子機器の種々の不安定な挙動あるいは不具合を、確実に回避することが可能であることを意味する。
【０２１９】
ところで、先述の通り、電子機器では、近接センサーと照度センサーとで共用する機能ブロックを可能な限り多く設計することがコスト削減のため必要となるので、近接センサーと照度センサーとは、時分割でシーケンシャルに動作させることが望ましい。
【０２２０】
ここで、照度センサーの積分時間は、商用電源周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのノイズをキャンセルするために、一般的に、これらの差周波の逆数である１００ｍｓの、整数倍とされる。すなわち、電源ノイズ耐性を犠牲にしない限りは最短の積分時間は１００ｍｓ以上となる。一方で、近接センサーとしては、少なくとも人体の動きに追随する必要があるため、１ｍｓ乃至最大でも２００ｍｓ以内程度の応答速度が求められるのが一般的である。
【０２２１】
上記のように、光検出装置３００を照度センサーとして用いる場合、その割り込み処理が大きく軽減されることは既に述べた通りであるが、その場合であってもなお、近接照度センサーとして交互に動作させ、照度測定ならびに近接または非近接の判定をそれぞれ１回ずつ行うための動作サイクルは、少なくとも１００ｍｓ以上必要になる。従って、交互動作の近接照度センサーにおいては、照度センサー及び近接センサーそれぞれに対して迅速な割り込み処理を行うことが特に重要である。
【０２２２】
ここで、図１０における外部との通信手段１１７の他に、割り込みを出力する手段が、割り込み専用の出力手段１００１の１つのみである場合、近接及び照度の各センサー機能が論理和（いずれかの状態変化）で割り込みを発生する。ホストシステム側では、いずれのセンサーが割り込み出力を行っているのかを示す情報を読み出すか、両センサーの出力データを全て読み出して、具体的な割り込みの内容を解釈する必要がある。この一連の割り込み処理の間に、新たな割り込みが発生すると、検出ミス及び大幅な処理遅延の発生確率が高まる。その結果、近接センサーに求められる約１００ｍｓ以内程度の応答時間を安定して満足することは困難になる。
【０２２３】
この問題を解決するため、図１０に示す光検出装置３００は、割り込み専用の出力手段１００１に加えて、第２出力手段１００２が設けられている。
【０２２４】
これにより、割り込み専用の出力手段１００１を照度センサーの割り込み出力専用とし、第２出力手段１００２を近接センサーの出力に使い分けることができる。従って、第２出力手段１００２の出力には、近接または非近接の判定結果か、もしくはそれに基づく割り込み出力（すなわち、近接から非近接への、または非近接から近接への状態遷移タイミング）のいずれかを出力することができる。
【０２２５】
近接センサーの動作の結果、演算処理回路１０３で、近接センサー用の第２の閾値と反射光レベルとの減算結果から上記判定結果、あるいはそれに基づく割り込み出力１００３が通信手段１１７の制御部１１８に送られ、前記第２出力手段１００２が駆動される。
【０２２６】
なお、前記の近接照度センサーとしての動作サイクル短縮の観点からは、前記の構成の場合において、前記第２出力手段１００２からは、近接または非近接の判定結果そのものを、２値信号におけるＬｏｗレベルまたはＨｉｇｈレベルに対応させて出力し、これにより直接ディスプレイのＯＮ／ＯＦＦを駆動する方が、より望ましい。
【０２２７】
その理由は、各実施の形態に係る光検出装置を近接照度センサーとしてシーケンシャル動作させる場合に、ホストシステム側で必要な割り込み処理の対象は先述の照度閾値テーブルで大幅に簡素化された照度センサーのみとなり、近接センサーの応答時間に余分な遅延が加わることなく継続動作のサイクルを安定化することができるからである。
【０２２８】
近接センサーは動く物体を測定対象とするものであるため、上記の効果は近接センサーの検知距離を安定化することと等価である。従って、周囲の明るさが変化する中で物体が近接したり離れたりする様々な動作状況下で、煩雑な割り込み処理による遅延時間が変動し、見かけ上近接センサーの検知距離が変動するなどの、不安定かつ好ましくない挙動を確実に回避することができる。
【０２２９】
以上、図９乃至図１０を参照して説明した光検出装置３００の構成によれば、これまでに説明した照度センサーとしての諸々の効果を維持しつつ、光検出装置３００を搭載する電子機器の側で必要となる一連の割り込み処理の負荷を大幅に軽減し、特に近接照度センサーとして継続動作を行う際の動作サイクルを安定化することにより、近接センサーとしての応答速度を確定し割り込み処理に起因する不安定な挙動を解消することができた。
【０２３０】
各実施の形態に係る浮動小数変換回路１０７は、第１デジタル信号を、浮動小数点データへと変換することで、第２デジタル信号への圧縮を行っているが、これに限定されない。すなわち、第１デジタル信号は、浮動小数点データ以外のデータへと変換されることで、第２デジタル信号へと圧縮されてもよい。
【０２３１】
さらに、以上に説明した光検出装置のいずれかを、携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラ、また、タブレット型あるいは据え置き型のコンピュータ等の電子機器に搭載することにより、電子機器は、備えられた光検出装置と同様の効果を奏する。
【０２３２】
なお、例えば、各実装形態に係る光検出装置に関して、各光検出装置が備える受光素子の分光特性の補正以外の、第２デジタル信号にて補正すべき重要な特性（筺体窓の色または透過率）は、ユーザによって実測される必要はなく、カタログあるいはデータシートに記載された、窓メーカから提供される測定値を用いた場合であっても成立すべきである。
【０２３３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２３４】
本発明は、デジタル出力型の光検出装置、及び光検出装置を搭載した電子機器に利用することができる。この電子機器としては、携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラ、また、タブレット型あるいは据え置き型のコンピュータ等が挙げられる。
【符号の説明】
【０２３５】
１００、２００、及び３００  光検出装置
１００１  割り込み専用の出力手段（第１出力手段）
１００２  第２出力手段
１０１  受光素子
１０１Ａ、及び１０１Ｂ  フォトダイオード（受光素子）
１０２、１０２Ａ、及び１０２Ｂ  光−デジタル変換回路（第１デジタル信号出力手段）
１０７  浮動小数変換回路（第２デジタル信号出力手段）
１０８  浮動小数演算回路（演算手段）
１０９  浮動小数‐整数型データ変換回路（第３デジタル信号出力手段）
１１０  電流
１１１、１１１Ａ、及び１１１Ｂ  第１デジタル信号
１１２、１１２Ａ、及び１１２Ｂ  第２デジタル信号
１１４  第３デジタル信号
１１５  トリミング補正回路（第１トリミング補正回路）
１１６  トリミング補正回路（第２トリミング補正回路）
１１７  通信手段（外部との通信手段）
１１８  制御部（記憶部）
７０１  レジスタ補正部
【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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