(57)【要約】【課題】使用者のために不快かつ有害な音の大きさレベルを回避する携帯電話の受話口の音の大きさを制御するために、効果的且つ製造可能な方法および回路を提供する。【解決手段】近接センサの助けによって携帯電話の受話口および拡声器の音の大きさ制御を実現するための回路と方法が提供される。この近接センサは、赤外線光電保護回路として実現され、非常に限られた外部部品のみ必要とされる。新規なものとして、必要な光検出器が単一のチップ上に組み込まれている。単一ＩＣ内に、他の回路素子と一緒にフォトダイオードを構成すると、はるかに費用が少なくなる。このような解決策の利点を用いると、本発明の回路が標準的なＣＭＯＳ技術によって、かつ非常に限られた外部的なディスクリート構成要素を使用するだけで製造される。このような解決策によって電力消費と製造費用も低減する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光近接検知方法の利用によって使用者に対し不快かつ有害な音の大きさレベルを回避するような方式で、携帯電話の受話口の音の大きさ制御を実現する方法であって、光子発生素子と、拡声器システムの音の大きさ制御のためにも使用される共通の制御手段を備えた光子検知素子とからなり、
前記受話口の前記拡声器システム、前記光子発生素子、前記光子検知素子、および前記共通の制御手段を設けるステップと、
前記音声を発生する拡声器システムの駆動を開始し、かつ前記共通の制御手段内で安全な閾値音声レベルを確立するステップと、
主光子源として前記光子発生素子をセットアップしかつ駆動するステップと、
２つの異なる光チャンネルにおいて２つの異なる光子検知素子を確立しかつ駆動するステップと、
前記２つの異なる光チャンネルに光入力信号を比較することによって反射表面からの距離を測定するステップと、
望ましくない副作用を考慮して前記光入力信号を評価し、よって前記望ましくない副作用を効果的に補償するステップと、
前記確立された安全音声レベルの閾値の対応する等価値と前記測定された距離を比較するステップと、
前記共通の制御手段内において実施され、主目的を持つプログラム論理に従って、距離が小さければ、即ち電話器が耳に近ければ音の大きさを下げるように決定するステップと、
前記決定の結果に従って、出力信号を発生し、よって不快かつ有害な音の大きさレベルを回避するステップと、を含む方法。
【請求項２】
主光子源として前記光子発生素子を前記セットアップしかつ駆動するステップは、パルスによって前記光子源を駆動するステップとして実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
２つの異なる光チャンネルにおいて２つの異なる光子検知素子を確立しかつ駆動する前記ステップは、温度ドリフト効果および周辺光効果などに対処するために用いられ、さらに前記異なる光チャンネルに対する駆動信号は同期されたパルスである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光子発生素子が発フォトダイオード（ＬＥＤ）として実装される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光子検知素子はフォトダイオードとして実装される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記２つの光チャンネルと前記光出力信号を比較することによって反射表面からの距離を測定する前記ステップは、前記光子発生素子が動作している（ＯＮ／明）期間および前記光子発生素子が動作していない（ＯＦＦ／暗）期間からの前記光入力信号を比較するステップとして実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記反射表面は使用者の頭である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記望ましくない副作用には、温度および／またはエージングのドリフトおよび／または周辺光の効果が含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
光近接検知方法の利用によって使用者のために不快かつ有害な音の大きさレベルを回避する方式において電話器または同様物の受話口の音の大きさを制御できる回路であって、
光子制御入力を有する光子発生手段と、
光子信号出力を有する前記光子検知手段と、
フォノン信号とフォノン制御入力を有するフォノン発生手段と、を備え、
物体から反射された前記光子の強度測定が前記光近接検知方法を確立し、よって回路から物体までの距離を測定しかつそれに比例する距離出力信号を前記光子信号出力において発生し、
前記フォノン信号入力は、フォノンのエネルギーと強度が前記距離出力信号に基づいて制御されるような方式で、フォノンと光子を共通に制御する幾つかの手段により前記フォノン制御入力に供給されるフォノン制御信号により追加的に制御される外部情報信号を受け取り、
前記フォノンと光子の共通の制御手段は前記光子発生手段を制御し、前記光子検知手段と前記フォノン発生手段は、フォノンと光子の両方の制御入力並びにフォノンと光子の両方の制御出力を有し、使用者のために不快かつ有害な音の大きさレベルを回避するような方式で、前記フォノン制御入力は前記フォノン発生手段から適切に供給され、前記光子制御入力は前記光子検知手段から供給され、そして前記光子制御出力は前記光子発生手段から供給され、前記フォノン制御出力は前記フォノン発生手段から適切に供給されることを特徴とする、回路。
【請求項１０】
前記光子発生手段は発フォトダイオード（ＬＥＤ）である、請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
前記光子発生手段はドライバを含む、請求項９に記載の回路。
【請求項１２】
前記光子検知手段はフォトダイオードである、請求項９に記載の回路。
【請求項１３】
前記光子検知手段は受光回路を含む、請求項９に記載の回路。
【請求項１４】
前記フォノン発生手段は受話口における拡声器である、請求項９に記載の回路。
【請求項１５】
前記フォノン発生手段は増幅器を含む、請求項９に記載の回路。
【請求項１６】
前記共通の制御手段は集積制御回路である、請求項９に記載の回路。
【請求項１７】
モノリシック集積回路技術で製造される、請求項９に記載の回路。
【請求項１８】
前記物体は電話器の使用者の頭である、請求項９に記載の回路。
【請求項１９】
モノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項１７に記載の回路。
【請求項２０】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と共にＮウェル技術で製造される、請求項１８に記載の回路。
【請求項２１】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と共にＰウェル技術で製造される、請求項１８に記載の回路。
【請求項２２】
電源電圧および接地接続用の端子と同様に光入力機構と出力端子を有する、光子を検出および検知しかつ適切な出力信号を発生できる回路であって、
電界効果トランジスタのゲート入力とスイッチング素子のひとつの接点の両方に接続されたフォトダイオードと、前記スイッチング素子はまた前記電源電圧に接続され、
前記電源電圧とドレイン入力で接続され、かつ電流源と制御回路の両方にソース入力で接続されている電界効果トランジスタと、
接地されている前記電流源と、
前記回路の前記適切な出力信号を生成する前記制御回路と、
を備える回路。
【請求項２３】
携帯電話とコンピュータのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項２４】
コンピュータ間のデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項２５】
コンピュータと周辺機器間のデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項２６】
コンピュータとテレビ受像器とのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項２７】
追加的な電力調整機能とのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項２８】
放射強度測定システムを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項２９】
反射光測定システムを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路
【請求項３０】
位置検出システムを実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項３１】
可視または不可視光スペクトルによる反射光の測定を実現する本質的な部分を表している、請求項２２に記載の回路。
【請求項３２】
モノリシック集積回路技術で製造される、請求項２２に記載の回路。
【請求項３３】
モノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項３２に記載の回路。
【請求項３４】
追加的なディープＮウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項３３に記載の回路。
【請求項３５】
追加的なディープＰウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項３３に記載の回路。
【請求項３６】
追加的なトリプルウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項３３に記載の回路。
【請求項３７】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＮウェル技術で製造される、請求項３３に記載の回路。
【請求項３８】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＰウェル技術で製造される、請求項３３に記載の回路。
【請求項３９】
電源電圧および接地接続用の端子と同様に光入力機構と出力端子を有する、光子を検出および検知しかつ適切な出力信号を発生できる、単一チップ上に形成された集積回路として製造される回路であって、
電界効果トランジスタのゲート入力とスイッチング素子のひとつの接点の両方に接続されたフォトダイオードと、
また前記電源電圧に接続された前記スイッチング素子と、
前記電源電圧へドレイン入力が接続され、かつ電流源と制御回路の両方にソース入力が接続されている前記電界効果トランジスタと、
さらに接地されている前記電流源と、
回路の前記適切な出力信号を生成する前記制御回路と、
を備えた回路。
【請求項４０】
携帯電話とコンピュータとのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４１】
コンピュータ間のデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４２】
コンピュータと周辺機器とのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４３】
コンピュータとテレビ受像器とのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４４】
追加的な電力調整機能とのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４５】
放射強度測定システムを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４６】
反射光測定を実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４７】
位置検出システムを実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４８】
可視または不可視光スペクトルによる反射光の測定を実現する本質的な部分を表している、請求項３９に記載の回路。
【請求項４９】
モノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項３９に記載の回路。
【請求項５０】
追加的なディープＮウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項４９に記載の回路。
【請求項５１】
追加的なディープＰウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項４９に記載の回路。
【請求項５２】
追加的なトリプルウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項４９に記載の回路。
【請求項５３】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＮウェル技術で製造される、請求項４９に記載の回路。
【請求項５４】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＰウェル技術で製造される、請求項４９に記載の回路。
【請求項５５】
電源電圧および接地接続用の端子と同様に光入力機構と出力端子を有する、光子を検出および検知しかつ適切な出力信号を発生できる回路であって、
接地されたアノード端子と、電解効果トランジスタのゲート入力と単極スイッチのひとつの接点の両方に接続されたカソード端子とを有するフォトダイオードと、
それぞれの側に単一接点を有する前記単極スイッチを有し、そこから前記ひとつの接点が電源電圧の前記端子のひとつに接続され、かつ前記スイッチの他方側の前記接点が、前記フォトダイオードの前記カソードと前記電界効果トランジスタの前記ゲート入力の両方に接続されているスイッチング素子と、
前記ゲート入力並びにドレインおよびソース接続を有し、前記ドレイン接続が電源電圧の前記端子の一方に配線され、かつ前記ソース接続は電流源のひとつの端子に接続され、そして前記ゲート入力は前記カソードおよびスイッチ接点接続ポイントに接続された前記電界効果トランジスタと、
２つの端子を有しかつ前記電界効果トランジスタを駆動し、そこから前記一方の端子は接地され、かつ前記他方の端子は、前記電界効果トランジスタの前記ソース接続と制御回路の入力端子の両方に接続され、よって中間出力電圧信号を送出する、前記電流源と、
前記入力端子と、出力端子と、前記入力および出力用の共通接地端子を有する３極回路の形態であり、前記電界効果トランジスタから送出された前記中間出力電圧信号を処理し、よって回路の前記適切な出力信号を生成する、前記制御回路と、
を備えた回路。
【請求項５６】
モノリシック集積回路技術で製造される、請求項５５に記載の回路。
【請求項５７】
モノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項５６に記載の回路。
【請求項５８】
追加的なディープＮウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項５７に記載の回路。
【請求項５９】
追加的なディープＰウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項５７に記載の回路。
【請求項６０】
追加的なトリプルウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項５７に記載の回路。
【請求項６１】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＮウェル技術で製造される、請求項５７に記載の回路。
【請求項６２】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＰウェル技術で製造される、請求項５７に記載の回路。
【請求項６３】
電源電圧および接地接続用の端子と同様に光入力機構と出力端子を有し、光子を検出および検知しかつ適切な出力信号を発生できる、単一チップ上に形成された集積回路として製造される回路であって、
接地されたアノード端子と、電解効果トランジスタのゲート入力と単極スイッチのひとつの接点の両方に接続されたカソード端子とを有するフォトダイオードと、
それぞれの側に単一接点を有する前記ひとつの単極スイッチを有し、そこから前記ひとつの接点が電源電圧の前記端子のひとつに接続され、かつ前記スイッチの他方側で前記接点は、前記フォトダイオードの前記カソードと前記電界効果トランジスタの前記ゲート入力の両方に接続されている、スイッチング素子と、
前記ゲート入力並びにドレインおよびソース接続を有し、前記ドレイン接続が電源電圧の前記端子のひとつに配線され、かつ前記ソース接続が電流源のひとつの端子に接続され、そして前記ゲート入力が前記カソードおよびスイッチ接点接続ポイントに接続されている、前記電界効果トランジスタと、
２つの端子を有しかつ前記電界効果トランジスタを駆動し、そこから前記一方の端子が接地され、かつ前記他方の端子が前記電界効果トランジスタの前記ソース接続と制御回路の入力端子の両方に接続され、よって中間出力電圧信号を送出する、前記電流源と、
前記入力端子と、出力端子と、前記入力および出力用の共通端子とを有する３極回路の形態にあり、前記電界効果トランジスタから送出された前記中間出力電圧信号を処理し、よって回路の前記適切な出力信号を生成するための前記制御回路と、
を備える回路
【請求項６４】
モノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項６３に記載の回路。
【請求項６５】
追加的なディープＮウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項６４に記載の回路。
【請求項６６】
追加的なディープＰウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項６４に記載の回路。
【請求項６７】
追加的なトリプルウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項６４に記載の回路。
【請求項６８】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＰウェル技術で製造される、請求項６４に記載の回路。
【請求項６９】
温度変化、ドリフト、エージング、および周辺光の影響などを考慮して光子を検出および検知でき、回路の適正に補正された出力信号を生成し、かつ電源電圧および接地接続続用の端子と同様に光入力機構および出力端子を有する回路であって、
一方の組が明モードにかつ他方の組は暗モードで相互に並行して動作する２組の基本的な光検出回路を備え、各組は、
電界効果トランジスタのゲート入力とスイッチング素子のひとつの接点の両方に接続されたフォトダイオードと、
前記電源電圧にまた接続されている前記スイッチング素子と、
ドレイン入力が前記電源電圧に接続され、かつソース入力が電流源と増幅器入力の両方に接続された前記電界効果トランジスタと、
接地されている前記電流源と、
両方の組に共通に使用され、よって増幅器の入力と出力の２つを有する共通の差動増幅器と、を備え、
さらに、前記演算増幅器の前記出力から送出された信号を処理し、よって前記回路の適切に補正された信号を生成する共通の制御回路と、を備える回路。
【請求項７０】
携帯電話とコンピュータとのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７１】
コンピュータ間のデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７２】
コンピュータと周辺機器間のデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７３】
コンピュータとテレビ受像器間のデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７４】
追加的な電力調整機能とのデータリンクを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７５】
放射強度測定システムを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７６】
反射光測定を実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７７】
位置検出システムを実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７８】
可視または不可視光スペクトルによる反射光の測定を実現する本質的な部分を表している、請求項６９に記載の回路。
【請求項７９】
モノリシック集積技術で製造される、請求項６９に記載の回路。
【請求項８０】
モノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項７９に記載の回路。
【請求項８１】
追加的なディープＮウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項８０に記載の回路。
【請求項８２】
追加的なディープＰウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項８０に記載の回路。
【請求項８３】
追加的なトリプルウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項８０に記載の回路。
【請求項８４】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＮウェル技術で製造される、請求項８０に記載の回路。
【請求項８５】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＰウェル技術で製造される、請求項８０に記載の回路。
【請求項８６】
温度変化、ドリフト、エージング、および周辺光の影響などを考慮して光子を検出および検知可能であり、したがって回路の適正に補正された出力信号を生成し、かつ電源電圧および接地接続用の端子と同様に光入力機構および出力端子を有し、単一のチップ上に形成された集積回路として製造された回路であって、
一方の組が明モードにかつ他方が暗モードで相互に並行して動作する２組の基本的な光検出回路を含み、各組は、
電界効果トランジスタのゲート入力とスイッチング素子のひとつの接点の両方に接続されたフォトダイオードと、
前記電源電圧にも接続されている前記スイッチング素子と、
ドレイン入力が前記電源電圧に接続され、かつソース入力が電流源と増幅器入力の両方に接続された前記電界効果トランジスタと、
接地されている前記電流源と、
両方の組に共通に使用され、よって前記増幅器の入力と出力の２つを有する共通の差動増幅器と、を備え、さらに、
前記演算増幅器の前記出力から送出された信号を処理し、よって前記回路の適切に補正された信号を生成する共通の制御回路と、を備える回路。
【請求項８７】
モノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項８６に記載の回路。
【請求項８８】
追加的なディープＮウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項８７に記載の回路。
【請求項８９】
追加的なディープＰウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ回路技術で製造される、請求項８７に記載の回路。
【請求項９０】
追加的なトリプルウェル技術特徴を備えるモノリシック集積ＣＭＯＳ技術で製造される、請求項８７に記載の回路。
【請求項９１】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＮウェル技術で製造される、請求項８７に記載の回路。
【請求項９２】
前記光子検知手段は、幾つかの種類の保護環と一緒にＰウェル技術で製造される、請求項８７に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学読出しシステム内部の電子回路に関し、具体的には、集積回路技術を用いて実現されたフォトダイオードとの組合せにより、発フォトダイオード（ＬＥＤ）を動作させるインターフェイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
制御システム内部においてＬＥＤおよびフォトダイオードを動作させることに関し、光検出器が、光子源から放出された放射を測定し、この動作の結果を次の制御回路でさらに処理するとき、電子的応用例では特殊なインターフェイスおよび駆動回路が必要である。これは、多くの産業用システムで非常に頻繁に用いられているこのような電子構成要素のよく知られかつ極めて通常の応用例であり、例えば、工場のプロセス制御装置内部の光障壁によるモニタリングおよび監視目的、距離／厚み測定、接触もしくは生物統計学的な検知システム、位置検出システム、または遠隔操作システム、無線データ送信システムなどのために用いられている。したがって、最適の状態では単一の集積回路中にすべての必要な構成要素を内蔵する、このような回路を確実にかつ経済的に製造することが強く望まれている。
【０００３】
このようなシステムに関する従来技術による具体化は、特定の動作要件を考慮して、別体で外部取付けの光素子と組み合わせた集積制御回路からなる、特定的に組み立てられた半導体回路システムとしてしばしば実施される。したがって、フォトダイオードをセンサ装置として使用するとき、図１Ａの従来技術に示されている構成を通常使用する。光検出器として、電源電圧ＶDに接続されたディスクリートのフォトダイオード構成要素（「フォトダイオード」）が使用され、それはさらにパッド／ピンを介して評価電子回路（「ＩＣ」）に接続されており、この回路には、安定化に必要なフィードバック抵抗器を有し、最終的にコンデンサによって動的挙動を改善する、光電流のための演算増幅器（「増幅器」）が内蔵され、さらに回路の出力信号（「出力」）を供給する、特定の制御機能のための信号処理部分（「制御部」）を内蔵する。このような構成は、上述の広く使用されている従来技術による制御システムの光検出器入力部分のみを実現するものである。この例から分かるように、通常はＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）素子を組み込む特殊な集積回路の下には、常に幾つかの追加的な外部かつ別個の構成要素が用いられるが、通常ではこれらの構成要素を他の半導体技術を使って実施する。幾つかの場合、特別の帯域フィルタを使用して追加的なオンチップＡＣカップリングが用いられている。これらはすべてより複雑な、したがって費用のかかる解決策である。したがって、このような回路の設計者にとって、高品質であるが費用のかからない解決策を達成する挑戦がある。
【０００４】
このような方策に関して様々な特許では幾つかの試みおよび取組みがなされている。
米国特許第５，８２２，０９９号（Ｔａｋａｍａｔｓｕに対する）には、赤外線などの光を用いる光通信システムが説明されているが、それは携帯用機器の運用寿命を延長するために、また他の空間光通信動作に影響を与える干渉および障害を低減するために光通信に必要な電力消費を小さくするものである。第１の送信／受信装置の送信部分における発光要素は、発光駆動制御回路によって発光が制御され、かつその発光強度が発光駆動制御回路中の発光強度調整回路によって調整される。第２の送信／受信装置の受信部分の受光要素における受光強度は、光信号受信処理回路中の受光強度検出回路によって検出されて、第１の送信／受信装置の受信部分が受信するために、送信駆動制御回路および送信部分を介して送出される。受光強度の情報は、受信処理回路によって取り出されて、発光強度調整回路に供給される。発光強度調整回路は、受光強度の情報に応答して、安定的な光通信を可能にするのに必要な最小値である発光強度に発光要素を調整する。
【０００５】
米国特許第６，２３６，０３７号（Ａｓａｄａ等に対する）は、指接触式センサおよび指に加えられた接触圧力を検出するための仮想スイッチ盤を示すが、光に照射された爪を有する指は、この指に加えられた接触圧力に応答して、その爪の下の指部分による反射光の変化を測定するために、少なくとも１つの光検出器を備える。この光検出器は、反射光の変化に対応する信号を供給する。この装置はまた、信号を受け取り、その変化が指定条件に対応するかどうかを特定する。光検出器は、外被で囲って爪に結合することができる。
【０００６】
米国特許第６，３３７，６７８号（Ｆｉｓｈに対する）は、座標化された触覚要素を備える力フィードバック式コンピュータ入出力装置を説明するが、１組の触覚要素（ハプテル（ｈａｐｔｅｌ））が格子に配置されている。それぞれのハプテルは、直線的な動きをする触覚フィードバック装置であり、かつ動きの方向に対して実質的に直交する接触可能表面である。１つの好ましい実施形態では、それぞれのハプテルが、その移動範囲内で表面の垂直位置を測定する位置センサ、制御可能な垂直の双方向フィードバック力を提供する直線的アクチュエータ、および接触可能表面上の接触場所センサを有する。すべてのハプテルは、制御プロセッサにインターフェースする、それらのセンサおよびエフェクタを有する。接触場所センサの読取りを処理してコンピュータに送信し、このコンピュータは、進行中のそれぞれの接触に関して使用すべき触覚応答の種類を送り返す。制御プロセッサは、位置センサを読み取り、速度、加速度、正味の力、および加えられた力の測定値を導出し、かつそれぞれのハプテルに関して望ましい力の応答を計算する。これらのハプテルは、１回の接触に関する力のフィードバックが、関与するすべてのハプテルに分布されるように調整される。このために、触覚応答の感覚は、接触場所および接触に関与するハプテルの数とは無関係となり得る。装置を横切って接触が行われるとき、ハプテルは、使用者が連続的な触覚効果を経験するように、調整セットに追加且つ除去される。接触表面は、複数のハプテルから構成されているので、この装置は、ハプテルの表面寸法と数のみによって制限される複数同時対話を提供することができる。ハプテルの寸法は、表面上における別個の接触と接触の間の最小間隔を決定するが、それ以外は装置の性質に影響を与えない。したがって、この装置は、複数同時対話のために、アプリケーション制御下で動的触覚フィードバックを提供する、グラフィカル・ユーザ・インターフェイス用のポインティングデバイスである。
【０００７】
米国特許第６，４９２，６５０号（Ｉｍａｉらに対する）は、多重センサ・ユニット・アレイで使用するためのセンサユニットを開示し、このユニットは、センサ・ユニット・アレイとしてＤＩＮレール上に近接して並置され、かつケーブルを介してセンサヘッドに接続するようになされた箱体を備える。この箱体は、センサヘッドと協働して望ましい検知機能を実現するための検知回路システムと、多重センサ・ユニット・アレイ中の隣接するセンサユニットの一方と光双方向通信を実行するための発光素子と受光素子を含む第１光通信回路システムと、隣接するセンサユニットの他方と光双方向通信を実行するための発光素子と受光素子を含む第２光通信回路システムを収容し、それによってセンサユニットは、多重センサ・ユニット・アレイ中の隣接するセンサユニットのそれぞれと光双方向通信を実行することが可能になる。
【特許文献１】米国特許第５，８２２，０９９号
【特許文献２】米国特許第６，２３６，０３７号
【特許文献３】米国特許第６，３３７，６７８号
【特許文献４】米国特許第６，４９２，６５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主目的は、光近接検知方法の利用によって、使用者のために不快かつ有害な音の大きさレベルを回避するような方式で携帯電話の受話口の音の大きさを制御するために、効果的且つ大いに製造可能な方法および回路を提供することである。
【０００９】
本発明の他の重要な目的は、用いられる光反射原理を妨害する周辺光効果に対処することである。
本発明のさらなる他の目的は、光検出かつ効果的な構成要素におけるエージングとドリフトの効果を排除することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、製造費用がかからない方法を実現することである。
本発明のさらに他の目的は、固有で適切な設計特徴を実現することによって回路の電力消費を減少させることである。
【００１１】
本発明の他の目的は、モノリシック半導体集積回路として製造可能にすることである。
また本発明の１つの目的は、低費用のＣＭＯＳ技術で回路をモノリシック集積回路として実装することによって製造費用を低減することである。
【００１２】
また本発明の別の目的は、高価な構成要素の数を効果的に最小にすることによって費用を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的に従って、本発明の回路によって、先に述べかつ説明した音の大きさ制御を実現する方法を提供する。前記方法は、音声を発生する拡声器システムを駆動しかつ安全な閾音声レベルを確立するステップを含む。次いで、本方法は、パルスによって主光子源として発フォトダイオード（ＬＥＤ）をセットアップしかつ駆動するステップが必要であり、その後に、温度ドリフト効果および周辺光効果に対処するために、それに応じて同期されたパルスによって２つの異なる光子検知チャンネルを確立しかつ駆動するステップが必要である。次いで、本方法は、ＬＥＤがＯＮ（明）およびＬＥＤがＯＦＦ（暗）の期間において、前記光チャンネルに対して入力信号を比較することによって、反射表面（使用者の頭および耳）からの距離を測定するステップに進む。前記方法はまた、それに応じて前記温度および周辺光を考慮して前記信号を評価し、よってすべての望ましくない副作用を効果的に補償するステップを含む。さらに前記方法は、確立された安全な音声レベルの閾値に対応する等価値に対して前記測定距離を比較するステップを含む。その結果として、前記方法は、次いで主目的がプログラム論理に従って、距離が小さければ、すなわち、電話器が耳に近接していれば音の大きさを下げるように決定する。最後に、本方法は、この決定結果に従って音声出力信号を生成し、よって不快かつ有害な音の大きさレベルを回避するステップで終了する。
【００１４】
同様に本発明の目的に従って、光近接検知方法の利用によって、使用者のために不快かつ有害な音の大きさレベルを回避するような方式で、携帯電話の受話口の音の大きさを制御できる回路を説明する。前記回路は、光子発生手段と光子検知手段とを備える。フォノン発生手段と前記フォノン発生システムの駆動手段とが同様に含まれている。前記回路には、前記光子発生手段と、前記光子検知手段と、前記フォノン発生手段とを共通に制御する手段が同じく含まれている。
【００１５】
本発明の目的に従って、光子を検出および検知しかつ適切な出力信号を生成できる回路を提供するが、この回路は、フォトダイオードと、スイッチング素子と、電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタを駆動する電流源と、前記電界効果トランジスタから送出された中間出力信号を処理する制御回路とを備え、よって回路の前記適正な出力信号を生成する。
【００１６】
同じく本発明の目的に従って、副作用を考慮して光子を検出かつ検知し、よって適切な出力信号を生成できる回路を示すが、この回路は、２組の基本的な光検出回路を備え、それぞれの組が、フォトダイオードと、スイッチング素子と、電界効果トランジスタと、前記電界トランジスタを駆動する電流源と、両方の組のための共通の差動増幅器であって、前記演算増幅器から送出された出力信号を処理するための共通の制御回路を有する差動増幅器とを備え、よって回路の前記適切な出力信号を生成する。
【００１７】
本明細書の具体的な部分を構成する添付の図面に、本発明の詳細が示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
好ましい実施形態は、可視または不可視光線（例えば、赤外線ＩＲ）によって動作する、閉ループ制御系において通常使用される光検出器段のための新規な回路と、この光検出器を含み、モノリシック集積半導体回路（ＩＣ）として製造するためにも適切な完全回路とを開示する。好ましい実施例では、電話器音の大きさ調整の応用における要素として前記新規のＩＣを使用することおよびその方法を開示する。
【００１９】
ここで回路および関連する方法を説明することによって本発明の１つの好ましい実施形態を述べる。
図１Ｂを参照すると、本発明による光検出器回路が図示されている。フォトダイオード（アイテム１２０）と呼ぶ光子検知素子が、リセット（アイテム１２５）と称するスイッチング素子を介して、接地（ＶSS）とは反対方向で電源電圧ＶDに接続され、次いで、電圧はポイント１２２から電界効果トランジスタＦＥＴ（アイテム１３０）のゲートに供給されるが、このＦＥＴは、一方の側が電源電圧ＶDDに接続され、かつ他方の側が駆動電流（電流源）（アイテム１４０）に接続されており、この電流源それ自体は大地電位に接続する。この電圧信号Ｖoutは、フォトダイオードが照射される光強度（アイテム１１０）に（一般的には非線形に）比例する。したがって、ＦＥＴ１３０と電流源１４０の組合せによって、図１Ａの従来技術において使用された演算増幅器が、そのフィードバック回路網と一緒に効果的に置き換えられ、したがって図１Ａの従来技術の抵抗器ＲとコンデンサＣの必要性が排除される。これは必要なチップ面積を小さくする。次いで、ポイント１３５における前記電圧信号Ｖoutが、最終出力信号（アイテム１６０）を送出する制御部（アイテム１５０）と称する回路ブロックに供給される。光子検知素子を回路（アイテム１００）に組み込む利点は多岐にわたる。すなわち、パッド／ピンによる寄生容量が導入されず、必要な全チップ面積が小さくなり、１つのフォトダイオード／複数のフォトダイオード自体のダイ面積が小さくなり、後にさらに詳細に説明する温度ドリフトと明／暗電流の補償を効果的に実現できる（図５に対する説明を参照されたい）。
【００２０】
ここで図２を参照すると、本発明による光検出器を使用して実現する完全な光制御システムの回路図が示されている。この回路図では、光子検知入力素子が、リセット１２５と呼ばれるスイッチング素子と、制御回路１５５の内に組立てられた温度ドリフト、エージングおよび周辺光の補償手段並びにＬＥＤ−ドライバ１６５のためにダウンストリームデータの処理を行う光増幅器１４５との両方に接続されている、単一のモノリシック集積回路（ＩＣ１）内の集積フォトダイオード１２０として示されている。これら全ては単一のチップ（ＩＣ１）上に形成され、ＬＥＤ−ドライバの出力信号は次ぎに放射源として、ディスクリートの構成要素（ＩＣ２）としてパッド／ピンを介して依然として別個に接続されているＬＥＤ（発フォトダイオード）を駆動している。リセットスイッチの機能は、内在的な補償目的のために必須である。リセットスイッチは、光子電流積分増幅器を動作させるときは常に、その開始位置に戻す。追加的には、このリセットタイミングによってゲインを修正することもできる。光増幅器１４５は主として電界効果トランジスタと電流源を内蔵するが、それは図１Ｂと比較するとき容易に理解することができる。しかし、他の読出し回路、例えば、抵抗器または電流フィードバックも可能であり、またはフォトダイオードがＭＯＳダイオードとして機能可能である。これによってより高度なダイナミックレンジを有するシステムが得られる。これらの構成要素が、可視または不可視光線（例えば、赤外線ＩＲ）によって動作する完全な光閉ループ制御系を構成する。
【００２１】
ここで図３を参照すると、特定用途における本発明の回路の好ましい一実施形態が示されている。詳細を説明する前に予備的な見解を幾つか述べる。現代の遠隔通信機器には設計上および製造技術上の最高のものが求められている。多くの現在の携帯電話は、拡声およびハンドフリー機能が備わり、拡声器には５００ミリワットに達する出力を供給することができる。このようなハンドフリー応用例のための拡声器または高出力音響器（特に、多音呼出し音とそれに必要な高品質の音響出力を併せて）として本体受話口を使用する場合は、電話器が使用者の耳に非常に近接しているときに、高度な音響レベルの放出がなされる恐れがある。使用者には非常に不快である上に、これは耳に深刻な損傷を引き起こしかねない。このような難しい状況を克服するために、近接センサを電話器に組み込むことが可能であり、このセンサは、電話器に近接して位置しかつ頭および耳に向けられ、電話器が体に密着している時点を検出する。次いで、この検出器を閉ループ制御に使用し、使用者が受話口を近づけるとき、音響出力を安全なレベルの出力まで下げるように拡声器のドライバと一緒に動作する。本発明による解決策の本質的な機能構成要素を概略ブロック図の形態で図３に示す。この図の参照は、主として本発明の回路の機能説明に役立つ。左側には、すなわち、表面（影付き）を有する反射物質（アイテム２００）として象徴的に示してあるが、使用者の頭と耳を示す。使用者の頭に向けられている拡声器（アイテム３１０）は、その対応する増幅器（アイテム３２０）と共に拡声器システムを構成し、上部分に図示されており、その下方には、光電保護回路、すなわち、発フォトダイオード（アイテム３３０）およびその制御チャンネル３４０、並びにフォトダイオード（アイテム３５０）およびその制御チャンネル３６０を構成する２つの部分が示されている。使用者の頭の表面から戻ってくる赤外光からの反射光線３７０は、すべての制御チャンネルが集中しかつ音の大きさも適正に制御する制御システム４００において評価される。
ここで、本発明の好ましい実施形態としてモノリシック集積回路５００の組立体を示す図４を参照すると、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５４０とプログラマブル・ゲート・アレイ（ＰＧＡ）５４５に、その制御チャンネルを介して接続する組込み光検出器５１０を見出すが、このＰＧＡ側は、プログラマブルフィルタ５５５並びに閾値セットアップおよびオフセット較正ブロック５６０に接続する。後者はＤＡＣにも結線されている。プログラマブルフィルタ５５５は、その信号を、インターフェイスブロック５７５と一緒に動作する検出ブロック５６５に供給し、次ぎにこのインターフェイスブロックは、パッドＴＸ  ＬＥＤを介して外部発フォトダイオード５２０（これは電源電圧ＶDDにも接続する）を駆動するためのドライバ５７０に制御信号を送出する。インターフェイスブロック５７５はまた、前記閾値セットアップおよび較正ブロック５６０に接続する。インターフェイスブロック５７５は、クロック回線５９０およびデータ回線５９５に外部接続する。集積回路５００は、内部発振器および基準回路ブロック５５０にさらに接続し、このブロックは接地（ＶSS）に接続する１つの外部コンデンサ５３０を使用する。このチップには２つの追加パッドが必要であるが、一方は電源電圧（ＶDD）用（アイテム５８０）であり、他方は接地（ＶSS）用（アイテム５８５）である。理解されるように、外部構成要素はほとんど必要がなく、好ましくは赤外線（ＩＲ）フォトダイオードからなる光検出器を含む集積回路を１個のＣＭＯＳチップ上に完全なシステムとして組み込むことができる。この回路は、身体から反射され、かつオン・チップ・センサによって検出される高周波数（例えば、３０ｋＨｚ）のＩＲ光線のパルスを送信する。このセンサは、システム内の電気的オフセットを除去し、かつ周辺光条件も補正するためのプログラム可能な較正機能を有する。ＬＥＤ電流も約５ミリアンペアと３０ミリアンペアの間でプログラム可能である。
【００２２】
図５は、先に述べかつ説明したオフセット較正および周辺光補償のための回路をさらに詳細に示す。基本的には、２つの同一の光検出器チャンネルが作製されているが、本質的に既に図１Ｂで説明した構成要素から構成されている。一方のチャンネルには、光に対して開かれたフォトダイオード６１５およびその対応するＦＥＴ（ＦＥＴlight６３０および電流源６３５と呼ぶ）が備わり、他方のチャンネルには、暗いまたは覆われたフォトダイオード６２５およびその対応するＦＥＴ（ＦＥＴdark６４０および電流源６４５と呼ぶ）が備わっている。両方のチャンネルはまた、リセット（アイテム６１０および６２０）と呼ばれる、それぞれフォトダイオードおよびＦＥＴのゲート並びにポイント６１２および６２２にそれぞれ共に接続される、それらのスイッチング素子を使用する。ここでは、出力信号、すなわち、これら２つのチャンネルのＶOut-light（ポイント６３２における）およびＶOut-dark（ポイント６４２における）は差動増幅器６５０内で連続的に比較され、その出力信号を制御部と呼ぶ信号処理回路ブロック６６０に供給する。次いで、受信された信号を処理し、ＬＥＤがオフであるときの背景光条件を、ＬＥＤが発光しているときの反射光条件に対して比較する。したがって、温度補償が実施可能になる。これら２つの信号間の差を利用して、例えば、携帯電話における上の応用では、受話口から使用者までの距離を測定し、所与の且つプログラムされた閾値より少ないか等しいならば、この装置は制御信号を出力して音の大きさを安全なレベルまで下げる。前記副次的効果を考慮すべき場合は、幾つかの動作上の変更および追加が可能であり、例えば、第１の（光）ダイオードが能動ダイオードとして動作し、かつＬＥＤが作動していないときにのみこの部分の光子電流積分を行って、周辺光をこのひとつのダイオードのみを使用して補償することができる。したがって、これはひとつのダイオードを使って時間多重モードで動作することによって実行可能である。第２のダイオード（金属で覆われた）を使用すると、その場合に考慮され得るシステムの温度がある。
【００２３】
本装置は、必要な最小電流を消費するように構成されており、かつ本装置は、電力をさらに節約するために拡声または呼出しを行うべきときのみに有効となり得る。簡素化しかつ費用を最低限にするために、本装置は、簡単にプログラム可能な閾値レベルを有し、その時点で警告信号を発生する。より高性能のシステムが必要であれば、検出器は、距離に対応するアナログ信号またはデジタルワードを出力することもできる。拡声の応用に加えて、携帯電話が耳に近づきかつディスプレイが見られないとき、センサを使用して省電力機能としてディスプレイ背景照明を制御してディスプレイの背景照明を消すことが可能であり、これは機密保護機能でもある。代わりに、可視光スペクトルも含むようにセンサの応答をセットアップして光測定値を求め、それを使用して高度な周辺光条件下では電力を節約するためにディスプレイ背景照明を変更することもできる。
【００２４】
さらに本装置を他分野の応用に用いることができる。何らかの完全性を請求するものではなく、以下に記述される：
携帯電話とコンピュータのデータリンク、
コンピュータ間のデータリンク、
コンピュータと周辺機器間のデータリンク、
コンピュータとテレビ受像器間のデータリンク、
例えば追加的な電力調整を持つ全てのものに対する任意のデータリンク、
例えば光複写機における放射（光）強度測定、
任意の可視または不可視放射強度の測定、
例えば紙の色補正のために、プリンタにおける反射光測定、
例えば実験室操縦機器における位置検出システム、
可視および不可視光スペクトルによるあらゆる反射光測定。
【００２５】
図６は、先に述べかつ説明したように、本発明の回路を使用して音の大きさ制御を実施する方法を示す。第１ステップ７１０として、音声を発生する拡声器システムの駆動を開始し、かつ安全な音声レベルの閾値を確立する。次のステップ７２０では、パルスによって主要光子源として発フォトダイオード（ＬＥＤ）をセットアップしかつ駆動する。次のステップ７３０では、温度ドリフト効果および周辺光効果に対処するために、それに応じて同期されたパルスによって２つの異なる光子検知チャンネルを確立しかつ駆動する。続いてステップ７４０に進み、ＬＥＤがＯＮ（明）およびＬＥＤがＯＦＦ（暗）の期間において、前記光チャンネルに対して入力信号を比較することによって、反射表面からの距離を測定する。ここでステップ７５０において、それに応じて前記温度と周辺光の効果を考慮して前記信号を評価し、よってすべての望ましくない副作用を効果的に補償する。ステップ７６０では、確立された安全な音声レベルの閾値に対応する等価値に対して前記測定距離をここで比較する。その結果として、ステップ７７０では、主目的がプログラム論理に従って、距離が小さければ、すなわち、電話器が耳に近づいていれば音の大きさを下げるように決定する。最後に、ステップ７８０では、この決定結果に従って音声出力信号を生成し、よって不快かつ有害な音の大きさレベルを回避する。
【００２６】
好ましい実施形態に示したように、この新規の回路は、従来技術に対する効果的かつ製造可能な代替を提供する。
好ましい実施形態を具体的に示しかつそれを参照して本発明を説明しきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および細部に様々な変更がなされ得ることが当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】従来技術の実現として光検出器回路を示す電気回路の概略を示す。この図では、フォトダイオードが第２の半導体チップ中に位置することが強調されている。
【図１Ｂ】本発明の光検出器の実現を示す電気回路の概略であり、フォトダイオードが単一のモノリシック回路の集積部分である。図１Ｂは、図１Ａの従来技術の回路に機能的に対応している。
【図２】可視または不可視光により動作し、さらに本発明の光検出器によって実現された完全な光閉ループ制御システムを示す概略電気回路図であり、フォトダイオードは単一のモノリシック回路の集積部である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に関して使用される構成要素を持つ機能ブロック図を例示する。
【図４】本発明の特定の好ましい実施形態に関する機能ブロック図形式の電気回路である。
【図５】本発明の好ましい実施形態における光検出器段を示す概略電気回路図であり、２つの光能動チャンネルが実現され、ドリフトとオフセットの補償を許容し、フォトダイオードは単一ＩＣの集積部分である。
【図６】本発明の回路を用いる光近接検知方法を利用することによって、使用者のために不快かつ有害な音の大きさレベルを回避する方式で携帯電話の受話口の音の大きさ制御を実現する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００  モノリシック集積回路
１２０  フォトダイオード
１３０  電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１４０  電流源
１４５  光増幅器
１５０  制御回路
１５５  制御回路
１６５  ＬＥＤ−ドライバ
３１０  拡声器
３２０  増幅器
３５０  フォトダイオード
４００  制御システム
５００  モノリシック集積回路
５１０  光検出器
５２０  外部発フォトダイオード
５４５  プログラマブル・ゲート・アレイ（ＰＧＡ）
５５０  発振器および基準回路ブロック
５５５  プログラマブルフィルタ
５６０  閾値セットアップおよびオフセット較正ブロック
５６５  検出ブロック
５７０  ＬＥＤドライバ
５７５  インターフェイスブロック
６５０  差動増幅器
６６０  信号処理回路（制御部）
【図１Ａ】
2004242331.tif 000003
【図１Ｂ】
2004242331.tif 000004
【図２】
2004242331.tif 000005
【図３】
2004242331.tif 000006
【図４】
2004242331.tif 000007
【図５】
2004242331.tif 000008
【図６】
2004242331.tif 000009
【外国語明細書】
2004242331000001.pdf