(57)【要約】【課題】消費電流を削減する。【解決手段】照度センサは、入射光量に応じた電流を生成可能な複数の受光素子と、複数の受光素子のうちの少なくとも１つの受光素子によって生成される電流に応じた値を増幅した値を、受光素子に入射される光の照度の検出値として出力する増幅部と、少なくとも１つの受光素子に電流を生成させるとともに、同一照度における検出値を同一の値とすべく増幅部の増幅率を変更する制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電流を生成可能な複数の受光素子と、
前記複数の受光素子のうちの少なくとも１つの受光素子によって生成される前記電流に応じた信号を増幅した信号を、前記受光素子に入射される光の照度の検出信号として出力する増幅部と、
前記少なくとも１つの受光素子に前記電流を生成させるとともに、同一照度における前記検出信号を同一の信号とすべく前記増幅部の増幅率を変更する制御部と、
を備えることを特徴とする照度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の照度センサであって、
前記制御部は、
前記増幅部から出力される前記検出信号に基づいて、前記照度の増加に伴って前記電流を減少させ、前記照度の減少に伴って前記電流を増加させるべく前記少なくとも１つの受光素子を選択し、同一照度における前記検出信号を同一の信号とすべく前記増幅部の増幅率を変更すること、
を特徴とする照度センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照度センサであって、
前記増幅部は、
オペアンプと、前記オペアンプの一方の入力端子と出力端子との間に設けられた抵抗と、を含んで構成され、
前記制御部は、
前記複数の受光素子の中から前記少なくとも１つの受光素子を選択して前記オペアンプの前記一方の入力端子と電気的に接続させるスイッチ回路を含んで構成され、同一照度における前記オペアンプの出力電圧を同一の電圧とすべく前記抵抗の抵抗値を変更すること、
を特徴とする照度センサ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の照度センサであって、
前記増幅部は、
ダイオード接続されたトランジスタと、前記ダイオード接続されたトランジスタと電流ミラー接続された複数のトランジスタと、を含んで構成され、
前記制御部は、
前記複数の受光素子の中から前記少なくとも１つの受光素子を選択して前記ダイオード接続されたトランジスタと電気的に接続させる第１スイッチ回路と、前記電流ミラー接続された複数のトランジスタのうち前記ダイオード接続されたトランジスタに流れる電流に応じた電流を出力する少なくとも１つのトランジスタを選択可能な第２スイッチ回路と、を含んで構成され、同一照度における前記電流ミラー接続された複数のトランジスタの出力電流の合計値を同一の値とすべく前記第２スイッチ回路を制御すること、
を特徴とする照度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やノートＰＣ等の様々な機器において、液晶ディスプレイが用いられている。このような液晶ディスプレイでは、液晶パネルの裏面にバックライトが設けられる構成が一般的である。そして、バックライトを備える液晶ディスプレイの場合、機器の周囲の明るさがフォトダイオード等の受光素子を含む照度センサを用いて検出され、機器の周囲が明るい時はバックライトが明るくされることによって液晶表示が見やすくされ、機器の周囲が暗い時はバックライトが暗くされることによって省電力化が図られるという制御が行われることが多い（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１３０７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、機器の周囲の明るさをフォトダイオード等の受光素子を用いて検出する場合、受光素子によって生成される電流は入射光量に比例して増加することとなる。したがって、機器の周囲が明るくなるに連れて消費電流が大きくなってしまう。
【０００４】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、消費電流を削減可能な照度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の照度センサは、入射光量に応じた電流を生成可能な複数の受光素子と、前記複数の受光素子のうちの少なくとも１つの受光素子によって生成される前記電流に応じた信号を増幅した信号を、前記受光素子に入射される光の照度の検出信号として出力する増幅部と、前記少なくとも１つの受光素子に前記電流を生成させるとともに、同一照度における前記検出信号を同一の信号とすべく前記増幅部の増幅率を変更する制御部と、を備えることとする。
【発明の効果】
【０００６】
消費電流を削減可能な照度センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態である照度センサを含んで構成される携帯端末の構成例を示す図である。携帯端末１０は、液晶ディスプレイ２０、照度センサ２１、及びＬＥＤドライバ２２を含んで構成されている。
【０００８】
液晶ディスプレイ２０は、文字や映像等の様々な情報を携帯端末１０の利用者に視認可能に表示するための装置であり、液晶パネル２５及びバックライト２６を含んで構成されている。液晶ディスプレイ２０では、液晶パネル２５自体が発光するのではなく、液晶パネル２５の背面に設けられたバックライト２６が発光することによって表示が行われる。そのため、バックライト２６の輝度が調整されることにより、液晶ディスプレイ２０の明るさが調整される。なお、本実施形態においては、バックライト２６はＬＥＤ（Light Emitting Diode）とするが、ＬＥＤ以外の発光素子を用いることも可能である。
【０００９】
照度センサ２１は、携帯端末１０の周囲の明るさを示す照度を検出するための装置であり、照度に応じて増減する電圧や電流を検出結果として出力する。
【００１０】
ＬＥＤドライバ２２は、照度センサ２１から出力される照度の検出結果に基づいて、バックライト２６を構成するＬＥＤの輝度を調整する。すなわち、携帯端末１０の周囲が暗いときは、液晶ディスプレイ２０の表示は暗くても見にくくならないため、バックライト２６が暗くされる。また、携帯端末１０の周囲が明るいときは、液晶ディスプレイ２０の表示も明るくないと見にくいため、バックライト２６が明るくされる。
【００１１】
図２は、本実施形態の照度センサ２１の構成例を示す図である。照度センサ２１は、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３、オペアンプ３０、抵抗３１〜３３、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４、及び制御回路３５を含んで構成される。
【００１２】
フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３は、入射光量に応じた電流を生成可能な受光素子である。フォトダイオードＰＤ１は、スイッチ回路ＳＷ１がオンの場合にのみ、入射光量に応じた電流を生成し、フォトダイオードＰＤ２は、スイッチ回路ＳＷ２がオンの場合にのみ、入射光量に応じた電流を生成する。なお、フォトダイオードＰＤ３は、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ２のオンオフにかかわらず、入射光量に応じた電流を生成する。
【００１３】
このようなフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３は、例えば図３に示すように、フォトダイオードＰＤ３の受光面の周囲にフォトダイオードＰＤ２の受光面が形成され、フォトダイオードＰＤ２の受光面の周囲にフォトダイオードＰＤ１の受光面が形成される。なお、本実施形態では、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の受光面積比が３：２：１であることとする。すなわち、照度（単位面積あたりの入射光量）が同じ場合、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３によって生成される電流の比は３：２：１となる。そして、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３のうち、入射光量に応じた電流を生成するフォトダイオードが選択されることにより、受光面積が変更される。
【００１４】
スイッチ回路ＳＷ３がオンの場合、抵抗３１の両端が短絡され、オペアンプ３０の−入力端子と出力端子との間の抵抗値は抵抗３１の分だけ減少することとなる。同様に、スイッチ回路ＳＷ４がオンの場合、抵抗３２の両端が短絡され、オペアンプ３０の−入力端子と出力端子との間の抵抗値は抵抗３２の分だけ減少することとなる。なお、本実施形態では、抵抗３１の抵抗値が４Ｒ、抵抗３２，３３の抵抗値がそれぞれＲであることとする。
【００１５】
制御回路３５は、オペアンプ３０の出力端子にあらわれる出力電圧Ｖout（検出値）に基づいて、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４のオンオフを制御する。ここで、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計をＩpd、抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値の合計をＲtとする。オペアンプ３０は−入力端子の電圧が基準電圧Ｖrefと等しくなるように動作するため、Ｖout＝Ｉpd×Ｒt＋Ｖrefとなる。つまり、オペアンプ３０及び抵抗３１〜３３によって増幅回路が構成されており、抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値の合計Ｒtが増幅率を示している。そして、制御回路３５は、照度が同一であれば、出力電圧Ｖoutが同一となるよう、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。
【００１６】
図４は、本実施形態の制御回路３５の構成例を示す図である。制御回路３５は、コンパレータ４０，４１、ＡＮＤ回路４２，４３、及びＮＯＴ回路４４を含んで構成されている。
【００１７】
コンパレータ４０の出力は、出力電圧Ｖoutが閾値電圧Ｖth1より低い場合はＬレベルとなり、出力電圧Ｖoutが閾値電圧Ｖth1を超えるとＨレベルとなる。また、コンパレータ４１の出力は、出力電圧Ｖoutが閾値電圧Ｖth2より低い場合はＬレベルとなり、出力電圧Ｖoutが閾値電圧Ｖth2を超えるとＨレベルとなる。
【００１８】
ＡＮＤ回路４２の出力は、コンパレータ４０の出力がＨレベルであり、コンパレータ４１の出力がＬレベルの場合にのみＨレベルとなる。また、ＡＮＤ回路４３の出力は、ＡＮＤ回路４０，４１の出力が両方ともＨレベルの場合にのみＨレベルとなる。すなわち、Ｖout＜Ｖth1の場合はＡＮＤ回路４２，４３の出力がＬレベルとなる。この場合、制御回路３５は、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４を全てオンにする。また、Ｖth1＜Ｖout＜Ｖth2の場合はＡＮＤ回路４２の出力がＨレベル、ＡＮＤ回路４３の出力がＬレベルとなる。この場合、制御回路３５は、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ４をオフ、スイッチ回路ＳＷ２，ＳＷ３をオンにする。また、Ｖout＞Ｖth2の場合はＡＮＤ回路４２の出力がＬレベル、ＡＮＤ回路４３の出力がＨレベルとなる。この場合、制御回路３５は、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４を全てオフにする。
【００１９】
次に、照度センサ２１の動作について説明する。図５は、照度と出力電圧Ｖoutとの関係を示す図である。また、図６は、照度とフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdとの関係を示す図である。照度がＸ未満の場合、Ｖout＜Ｖth1となる。この場合、ＡＮＤ回路４２，４３の出力が何れもＬレベルとなり、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４がオンとなっている。つまり、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３が、入射光量に応じた電流を生成する状態であるとともに、抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値Ｒt（増幅率）はＲとなっている。したがって、ある基準照度においてフォトダイオードＰＤ３で生成される電流をＩとすると、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２で生成される電流は、それぞれ３Ｉ，２Ｉとなり、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdは６Ｉとなる。すなわち、Ｖout＝Ｉpd×Ｒt＋Ｖref＝６Ｉ×Ｒ＋Ｖref＝６Ｉ・Ｒ＋Ｖrefとなる。
【００２０】
照度がＸより大きくＹ未満の場合、Ｖth1＜Ｖout＜Ｖth2となる。この場合、ＡＮＤ回路４２の出力がＨレベル、ＡＮＤ回路４３の出力がＬレベルとなり、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ４がオフ、スイッチ回路ＳＷ２，ＳＷ３がオンとなっている。つまり、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３が入射光量に応じた電流を生成する状態であるとともに、抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値Ｒt（増幅率）は２Ｒとなっている。したがって、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdは３Ｉとなり、Ｖout＝Ｉpd×Ｒt＋Ｖref＝３Ｉ×２Ｒ＋Ｖref＝６Ｉ・Ｒ＋Ｖrefとなる。すなわち、照度がＸ未満の場合と比較して、同一照度の場合にフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdが削減される一方、同一照度における出力電圧Ｖoutが同レベルとなるように抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値Ｒt（増幅率）が増加されている。
【００２１】
照度がＹより大きい場合、Ｖout＞Ｖth2となる。この場合、ＡＮＤ回路４２の出力がＬレベル、ＡＮＤ回路４３の出力がＨレベルとなり、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４が全てオフとなっている。つまり、フォトダイオードＰＤ３のみが入射光量に応じた電流を生成する状態であるとともに、抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値Ｒt（増幅率）は６Ｒとなっている。したがって、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計ＩpdはＩとなり、Ｖout＝Ｉpd×Ｒt＋Ｖref＝Ｉ×６Ｒ＋Ｖref＝６Ｉ・Ｒ＋Ｖrefとなる。すなわち、照度がＹ未満の場合と比較して、同一照度の場合にフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdが削減される一方、同一照度における出力電圧Ｖoutが同レベルとなるように抵抗３１〜３３により構成される抵抗の抵抗値Ｒt（増幅率）が増加されている。
【００２２】
このように、照度が低い場合はフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３により構成されるフォトダイオードの受光面積を大きくして受光感度を上げることができる。そして、照度が大きい場合は照度に応じて受光感度を下げることが可能となるため、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３により構成されるフォトダイオードの受光面積を小さくすることによってフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３による消費電流を削減することができる。
【００２３】
図７は、本実施形態の照度センサ２１の他の構成例を示す図である。照度センサ２１は、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３、ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４、抵抗５５、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４、及び制御回路３５を含んで構成される。なお、照度センサ２１を集積回路とする場合は、抵抗５５を集積回路の外部に設けることも可能である。
【００２４】
フォトダイオードＰＤ１は、スイッチ回路ＳＷ１がオンの場合にのみ、入射光量に応じた電流を生成し、フォトダイオードＰＤ２は、スイッチ回路ＳＷ２がオンの場合にのみ、入射光量に応じた電流を生成することとなる。なお、フォトダイオードＰＤ３は、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ２のオンオフにかかわらず、入射光量に応じた電流を生成する。
【００２５】
ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４は電流ミラー回路を構成しており、ＰＮＰ型トランジスタ５１を流れる電流Ｉpdを、サイズ比に応じて増幅した電流がＰＮＰ型トランジスタ５２〜５４を流れることとなる。なお、本実施形態では、ＰＮＰ型トランジスタ５１，５２，５３，５４のサイズ比を、１：１０：１０：４０であることとする。
【００２６】
そして、ＰＮＰ型トランジスタ５２〜５４から出力端子ＯＵＴに出力される電流Ｉoutが照度センサ２１の出力（検出値）となり、電流Ｉoutと抵抗５５の抵抗値とに応じた出力電圧Ｖoutに基づいて、制御回路３５がスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４のオンオフを制御する。ここで、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計をＩpd、ＰＮＰ型トランジスタ５２〜５４による増幅率をＡとすると、Ｉout＝Ｉpd×Ａとなる。つまり、ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４によって増幅回路が構成されており、ＰＮＰ型トランジスタ５１のサイズを１とした場合における、電流を出力可能なＰＮＰ型トランジスタ５２〜５４のサイズの合計値が増幅率Ａを示している。そして、制御回路３５は、照度が同一であれば、出力電流Ｉout（出力電圧Ｖout）が同一となるよう、スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。
【００２７】
図７に示す照度センサ２１では、照度がＸ未満（Ｖout＜Ｖth1）の場合、ＡＮＤ回路４２，４３の出力がＬレベルとなり、制御回路３５は、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ２をオン、スイッチ回路ＳＷ３，ＳＷ４をオフにする。つまり、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３が、入射光量に応じた電流を生成する状態であるとともに、ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４により構成される増幅回路の増幅率Ａは１０となっている。したがって、ある基準照度においてフォトダイオードＰＤ３で生成される電流をＩとすると、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdは６Ｉとなり、Ｉout＝Ｉpd×Ａ＝６Ｉ×１０＝６０Ｉとなる。
【００２８】
照度がＸより大きくＹ未満（Ｖth1＜Ｖout＜Ｖth2）の場合、ＡＮＤ回路４２の出力がＨレベル、ＡＮＤ回路４３の出力がＬレベルとなり、制御回路３５は、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ３をオフ、スイッチ回路ＳＷ２，ＳＷ４をオンにする。つまり、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３が入射光量に応じた電流を生成する状態であるとともに、ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４により構成される増幅回路の増幅率Ａは２０となっている。したがって、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdは３Ｉとなり、Ｉout＝Ｉpd×Ａ＝３Ｉ×２０＝６０Ｉとなる。すなわち、照度がＸ未満の場合と比較して、同一照度の場合にフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdが削減される一方、同一照度における出力電流Ｉoutが同レベルとなるようにＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４により構成される増幅回路の増幅率Ａが増加されている。
【００２９】
照度がＹより大きい（Ｖout＞Ｖth2）場合、ＡＮＤ回路４２の出力がＬレベル、ＡＮＤ回路４３の出力がＨレベルとなり、制御回路３５は、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ２をオフ、スイッチ回路ＳＷ３，ＳＷ４をオンにする。つまり、フォトダイオードＰＤ３のみが入射光量に応じた電流を生成する状態であるとともに、ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４により構成される増幅回路の増幅率Ａは６０となっている。したがって、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計ＩpdはＩとなり、Ｉout＝Ｉpd×Ａ＝Ｉ×６０＝６０Ｉとなる。すなわち、照度がＹ未満の場合と比較して、同一照度の場合にフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３によって生成される電流の合計Ｉpdが削減される一方、同一照度における出力電流Ｉoutが同レベルとなるようにＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４により構成される増幅回路の増幅率Ａが増加されている。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明した。照度センサ２１では、入射光量に応じた電流を生成可能なフォトダイオードの受光面積の合計値を調整可能であり、同一照度における検出値が同一の値となるように、増幅回路の増幅率が変更される。つまり、フォトダイオードの受光面積を増やして受光感度を上げることが可能であるとともに、フォトダイオードの受光面積を減らして消費電流を削減することも可能である。
【００３１】
また、照度センサ２１では、照度の検出値に基づいて、照度が増加するに伴って電流を生成するフォトダイオードの受光面積が減少され、照度が減少するに伴って電流を生成するフォトダイオードの受光面積が増加される。さらに、フォトダイオードの受光面積の増減に応じて、同一照度の場合の検出値が同一の値となるように、スイッチ回路ＳＷ３，ＳＷ４の制御（増幅率の制御）が行われる。これにより、照度が低い場合は受光面積を大きくして受光感度を上げることが可能であるとともに、照度が高い場合は受光面積を小さくして消費電流を削減することができる。
【００３２】
そして、図２に例示した照度センサ２１では、オペアンプ３０と抵抗３１〜３３によって増幅回路が構成され、制御回路３５が、電流を生成するフォトダイオードの受光面積の増減に応じて抵抗３１〜３３の抵抗値を変更することにより、受光感度及び消費電流の制御を行うことができる。
【００３３】
また、図７に例示した照度センサ２１では、ＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４によって増幅回路が構成され、制御回路３５が、電流を生成するフォトダイオードの受光面積の増減に応じてＰＮＰ型トランジスタ５１〜５４における電流の増幅率を変更することにより、受光感度及び消費電流の制御を行うことができる。
【００３４】
なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、本実施形態では、受光素子としてフォトダイオードを用いることとしたが、入射光量に応じた電流を生成する素子であれば、フォトダイオード以外を用いることも可能である。また、例えば、制御回路３５（制御部）と同様の機能を有するものを、マイコン等でソフトウェア制御により構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である照度センサを含んで構成される携帯端末の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態の照度センサの構成例を示す図である。
【図３】フォトダイオードの受光面の形成例を示す図である。
【図４】本実施形態の制御回路の構成例を示す図である。
【図５】照度と出力電圧Ｖoutとの関係を示す図である。
【図６】照度とフォトダイオードによって生成される電流の合計Ｉpdとの関係を示す図である。
【図７】本実施形態の照度センサの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  携帯端末
２０  液晶ディスプレイ
２１  照度センサ
２２  ＬＥＤドライバ
２５  液晶パネル
２６  バックライト
３０  オペアンプ
３１〜３３，５５  抵抗
３５  制御回路
４０，４１  コンパレータ
４２，４３  ＡＮＤ回路
４４  ＮＯＴ回路
５１〜５４  ＰＮＰ型トランジスタ
ＳＷ１〜ＳＷ４  スイッチ回路
ＰＤ１〜ＰＤ３  フォトダイオード
【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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