(57)【要約】【課題】ディスプレイの表示能力を発揮しつつ、同時にセンサとしても機能させる。【解決手段】半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する受光検出回路４０を備える。点灯制御回路３０は、半導体発光素子の受光信号を入力するためのセンサ入力２６を備える。点灯制御回路３０は、半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとに時分割で切り替え可能であって、点灯モードにおいては、点灯回路２０を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、センサモードにおいては、点灯回路２０から半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を受光検出回路４０が生成すると、センサ入力２６でこれを検出して受光状態にあることを検出可能としている。【選択図】図３
2007206449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、
前記表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、
前記点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯／消灯を制御可能な点灯制御回路と
を備えるセンサ機能付発光装置であって、
さらに、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する受光検出回路を備えており、
前記点灯制御回路は、前記半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備えており、
前記センサ入力は、前記受光検出回路と電気的に接続されており、
前記点灯制御回路は、前記半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとに時分割で切り替え可能であって、
点灯モードにおいては、前記点灯回路を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、
センサモードにおいては、前記点灯回路から前記半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を前記受光検出回路が生成すると、前記センサ入力でこれを検出して受光状態にあることを検出可能に構成してなることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記受光検出回路は、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備えることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記点灯制御回路は、人間の目に半導体発光素子の点滅を感知させない速度で、点灯モードとセンサモードとを切り替えることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記点灯制御回路は、１００Ｈｚ以上の周期で、点灯モードとセンサモードとを切り替えることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記半導体発光素子が、異なる複数の発光色に発光可能であることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部は、前記半導体発光素子をマトリクス状に配置してなることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記半導体発光素子が発光ダイオードであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項８】
複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、
前記表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、
前記点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯／消灯を制御可能な点灯制御回路と、
を備えるセンサ機能付発光装置であって、
前記点灯制御回路は、時分割で前記半導体発光素子の点灯／消灯を制御すると共に、前記半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備え、
前記センサ機能付発光装置はさらに、
一の半導体発光素子の消灯期間に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じると、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備え、
前記増幅回路は前記センサ入力に電気的に接続されており、
前記点灯制御回路は、
点灯期間においては、前記半導体発光素子を点灯モードとして前記点灯回路を駆動して該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、
消灯期間においては、前記半導体発光素子をセンサモードとして電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じた際に、発生する受光信号を前記増幅回路によって増幅し、前記センサ入力に入力することで受光状態を検出可能に構成してなることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部がシューティングゲーム用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部がクレー射撃用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部が手書き文字入力用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか一に記載のセンサ機能付発光装置であって、
前記表示部がタッチパネル用のディスプレイであることを特徴とするセンサ機能付発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の半導体発光素子で構成された発光装置に、光の検出等を行うセンサ機能を付加したセンサ機能付発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子に半導体素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子である発光素子は球切れ等の心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。用途としては、一般照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等が挙げられる。例えばＬＥＤをドットマトリクス状に配置したドットマトリクス型ＬＥＤディスプレイは、フルカラーディスプレイや電光掲示板などに利用されている。
【０００３】
また、発光素子とは逆に、光を検出する受光素子も開発されており、フォトダイオード（ＰＤ）などで光センサを構成することが利用されている。受光素子は、光の入射を光電流として検出するものであり、光を検出してその強度等を検出する。
【０００４】
従来、このようなディスプレイにセンサ機能を持たせるには、ＬＥＤなどの発光素子に加えて、ＰＤなどの受光素子を配置する必要があった。ディスプレイの全面にセンサ機能を付加するには、ＬＥＤと同様にＰＤもマトリクス状に配置する必要がある。しかしながら、ＬＥＤとＰＤを同時に実装すると、実装面積が大きくなるため、ディスプレイが大型化するという問題があった。また、ＬＥＤに加えてＰＤを駆動するための配線も必要になり、構成が複雑化して製造コストも高騰する。
【０００５】
一方、ＬＥＤもＰＤも、基本的にはｐｎ接合をもつ半導体である。このため、ＬＥＤのｐｎ接合に光が照射されると、ｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに光起電力を生ずる。この性質を利用し、ＬＥＤを発光素子のみならず受光素子としても利用したラインセンサ装置が開発されている（特許文献１参照）。これによってスペース効率が良く、低コスト化が実現できる。しかしながら、ラインセンサでは表示できる情報が制限され、用途が限定されるという欠点がある。また、上記の技術では受光素子と発光素子を並列的に配置して受光を行う態様であるため、ＬＥＤで表示を行いつつセンサとして機能させることはできなかった。
【特許文献１】特開２００１−１９７２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。本発明の主な目的は、ディスプレイの表示能力を発揮しつつ、同時にセンサとしても機能させることの可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のセンサ機能付発光装置は、複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯／消灯を制御可能な点灯制御回路とを備える。このセンサ機能付発光装置はさらに、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する受光検出回路を備えている。点灯制御回路は、半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備える。センサ入力は、受光検出回路と電気的に接続されている。点灯制御回路は、半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとに時分割で切り替え可能であって、点灯モードにおいては、点灯回路を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、センサモードにおいては、点灯回路から半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を受光検出回路が生成すると、センサ入力でこれを検出して受光状態にあることを検出可能に構成している。これにより、半導体発光素子を点灯とセンサに兼用できるので、表示部を大型にすることなく高機能化を安価に且つ簡素な構成で実現できる。
【０００８】
また、第２のセンサ機能付発光装置は、受光検出回路は、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備える。これによって、半導体発光素子で検出される受光信号が微弱であっても検出可能となり、より高精度な検出が実現できる。
【０００９】
さらに、第３のセンサ機能付発光装置は、点灯制御回路は、人間の目に半導体発光素子の点滅を感知させない速度で、点灯モードとセンサモードとを切り替える。これによって、表示部の発光を行いつつ、センサとしても機能させることができる。
【００１０】
さらにまた、第４のセンサ機能付発光装置は、点灯制御回路は、１００Ｈｚ以上の周期で、点灯モードとセンサモードとを切り替える。これによって、表示部の発光を行いつつ、センサとしても機能させることができる。
【００１１】
さらにまた、第５のセンサ機能付発光装置は、半導体発光素子が、異なる複数の発光色に発光可能である。これによって、受光モードにおいて異なる色の光を検出でき、色の検出などに利用できる。
【００１２】
さらにまた、第６のセンサ機能付発光装置は、表示部は、半導体発光素子をマトリクス状に配置している。これにより、マトリクス状ディスプレイに、別途ＰＤ等の受光素子を設けることなくセンサ機能を実現でき、ＬＥＤチップを高密度に実装して高精細の画像や映像を表示できる。
【００１３】
さらにまた、第７のセンサ機能付発光装置は、半導体発光素子が発光ダイオードである。発光ダイオードは入手が容易で長寿命であり機械的振動にも強く、信頼性と低コストを実現できる。
【００１４】
さらにまた、第８のセンサ機能付発光装置は、複数の半導体発光素子を所定のパターンで縦横に配置した表示部と、表示部の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給可能な点灯回路と、点灯回路を制御して半導体発光素子の点灯／消灯を制御可能な点灯制御回路とを備えるセンサ機能付発光装置であって、点灯制御回路は、時分割で半導体発光素子の点灯／消灯を制御すると共に、半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力を備え、センサ機能付発光装置はさらに、一の半導体発光素子の消灯期間に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じると、該光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路を備え、増幅回路はセンサ入力に電気的に接続されており、点灯制御回路は、点灯期間においては、半導体発光素子を点灯モードとして点灯回路を駆動して該半導体発光素子に電力を供給して点灯させ、消灯期間においては、半導体発光素子をセンサモードとして電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じた際に、発生する受光信号を増幅回路によって増幅し、センサ入力に入力することで受光状態を検出可能に構成している。これにより、半導体発光素子を点灯とセンサに兼用できるので、表示部を大型にすることなく高機能化を安価に且つ簡素な構成で実現できる。
【００１５】
さらにまた、第９のセンサ機能付発光装置は、表示部がシューティングゲーム用のディスプレイである。これによって、シューティングゲーム用のディスプレイを安価に構成できる。
【００１６】
さらにまた、第１０のセンサ機能付発光装置は、表示部がクレー射撃用のディスプレイである。これによって、クレー射撃用のディスプレイを安価に構成できる。
【００１７】
さらにまた、第１１のセンサ機能付発光装置は、表示部が手書き文字入力用のディスプレイである。これによって、手書き文字入力用のディスプレイを安価に構成できる。
【００１８】
さらにまた、第１２のセンサ機能付発光装置は、表示部がタッチパネル用のディスプレイである。これによって、タッチパネル用のディスプレイを安価に構成できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のセンサ機能付発光装置によれば、半導体発光素子を点灯とセンサに兼用できる。特にＰＤなどの受光素子を設ける必要がないため、安価で回路構成を簡素化できる上、ディスプレイ面への実装効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのセンサ機能付発光装置を例示するものであって、本発明はセンサ機能付発光装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（ＬＥＤの発電作用）
【００２１】
ＬＥＤは通電することにより発光する以外に、ＬＥＤに光を照射すると起電力を生じる発電特性も備えている。この起電力は一般に微弱であるが、増幅回路で増幅することにより、光の強度を測定する光センサとして利用できる。
【００２２】
ＬＥＤの発電作用を、図１に基づいて詳細に説明する。図１は、ＬＥＤの電圧−電流特性を示すグラフである。一般のｐｎ接合ダイオードにバンドギャップエネルギーより大きいエネルギーの光を照射すると、価電子帯の電子は伝導帯へ励起され、もとの価電子帯に正孔を残す。このようにｐｎ接合ダイオードは光照射によって電気を生み出す効果を持つ。またＬＥＤもｐｎ接合ダイオードの一種であるため、同様に発電効果をもつ。ただし、発光効果と発電効果は相反する性質なので、発電効果、特に発生する電流値は小さい。したがって、ＰＤなどの受光素子と比較して感度は悪く、例えば受光量の光量や強度測定などの用途には不十分である。しかしながら、単に入射光の有無のみを判定する程度の用途には、実用上十分な性能を有している。本発明は、半導体発光素子のこのような特性を利用して、簡易なセンサ機能を付加しようとするものである。
【００２３】
具体的には、ＬＥＤの電圧−電流特性は、ＬＥＤに光を照射すると図１に示すように電圧−電流特性が下方にシフトする。図１は赤色ＬＥＤ（東芝製：ＴＬＲＨ１９０Ｐ）の場合は、開放端電圧１．３〜１．４（Ｖ）、短絡電流は逆方向になりマイクロアンペアのオーダーである。ＬＥＤの発光と発電は同時に発生する。ただし、この例でＬＥＤの発光時に光を照射した場合の電流の変化を比較すると、光照射のない場合で２０ｍＡ、光照射のある場合で１９．９ｍＡとなり、殆ど差がないため、ＬＥＤ点灯時に受光を正確に検出することは困難である。いいかえると、センサとしてＬＥＤを機能させるためには、ＬＥＤを消灯することが好ましい。このため、本実施の形態においては点灯中に短い消灯期間を設けて、この期間中にセンサとして動作させるよう、時分割で点灯／センサ機能を切り替える。
【００２４】
なお、発電効果は大きさの大きいＬＥＤほど大きく、ＬＥＤを被覆する樹脂は着色されたタイプよりも透明なタイプの方が優れている。また、波長感度特性は、発光する波長の光に対する感度が高い。図２に、短絡電流の波長依存性を測定した結果を示す。使用したＬＥＤは東芝製ＴＬＲＨ１９０Ｐ（赤色ＬＥＤ）である。この図に示すように、規格化短絡電流と発光強度は、ピーク波長がほぼ一致しており、発光ピーク波長と受光感度がほぼほぼ等しいことを裏付けている。
（実施の形態１）
【００２５】
本発明は以上の性質を利用することで、センサ機能付発光装置を実現している。次に、本発明の実施の形態１として、レーザ射撃競技ターゲット用ＬＥＤディスプレイを、図３に示すディスプレイの斜視図及び図４に示す回路図に基づいて説明する。これらの図に示すセンサ機能付発光装置１００は、複数の半導体発光素子を配置した表示部１０と、半導体発光素子に駆動電力を供給する点灯回路２０と、点灯回路２０を制御する点灯制御回路３０と、半導体発光素子が受光した際によって生じる受光信号を生成する受光検出回路４０を備える。
（表示部１０）
【００２６】
表示部１０は、複数の半導体発光素子を所定のパターンで配置している。この例では、マトリクス状にＬＥＤを２次元状に配置している。各ＬＥＤを点灯することでパターンを描画するディスプレイを構成している。ＬＥＤの配置パターンは、千鳥状（オフセット状）としたり、渦巻き状、同心円状など、ディスプレイの用途に応じて種々のパターンが適宜採用できる。
【００２７】
また、ディスプレイの画素を構成するＬＥＤに、複数の発光色を使用することでカラーディスプレイを構成でき、特にＲＧＢに発光可能なＬＥＤを使用すれば、フルカラー表示可能なディスプレイとできる。この例では、レーザ射撃競技ターゲット用ＬＥＤディスプレイを構成する。このＬＥＤディスプレイ上の動画をレーザ射撃し、命中すれば音と動画の変化により命中を知らせる。また、レーザ射撃競技のみならず、シューティングゲームにも適用できる。
（半導体発光素子）
【００２８】
半導体発光素子は、ＬＥＤやＬＤ（半導体レーザ）などが利用できる。これらの半導体発光素子は、入力に対する出力のリニアリティが良く、効率に優れ、長寿命で安定して使用できる利点が得られる。特にＬＥＤは安価で入手容易であり、好ましい。また半導体発光素子は、砲弾型（ランプタイプ）の他、表面実装型（ＳＭＤ）が好適に利用できる。図３などの例では、便宜上ＬＥＤを円形で表示しているが、ＬＥＤチップの形状は矩形状とすることもできることはいうまでもない。
【００２９】
半導体発光素子の材料として、ＢＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅやＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＢＩｎＡｌＧａＮなど種々の半導体を挙げることができる。同様に、これらの元素に不純物元素としてＳｉやＺｎなどを含有させ発光中心とすることもできる。発光層の材料として、窒化物半導体（例えば、ＡｌやＧａを含む窒化物半導体、ＩｎやＧａを含む窒化物半導体としてＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、Ｘ＋Ｙ≦１）等が利用できる。また、半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることでより出力を向上させることもできる。
（点灯回路２０及び点灯制御回路３０）
【００３０】
点灯回路２０は、表示部１０の半導体発光素子を発光させるための駆動電力を供給する。ここでは、ＬＥＤを電流駆動するための定電流源を備える。また点灯制御回路３０は、点灯回路２０を制御することで半導体発光素子のＯＮ／ＯＦＦやデューティ比を制御する。点灯制御にはＰＷＭやＰＡＭなどが利用できる。なお、これら点灯回路２０と点灯制御回路３０を統合することもできる。さらに点灯制御回路３０は、ディスプレイ上に文字や図形、あるいは静止画のみならず動画を表示させるべく、ディスプレイの画素を構成する各ＬＥＤ毎の点灯を制御することもできる。このため画像情報をディスプレイ上に表示させるための画像表示回路５０を備えても良い。あるいはまた、表示部１０をディスプレイとする他、照明として使用することもできる。また照明の色や輝度を調整、変更可能なインテリジェント照明として機能させることもできる。このような制御も点灯制御回路３０で行わせることが可能である。
（点灯モード／センサモード）
【００３１】
点灯制御回路３０は、半導体発光素子を点灯させる点灯モードと、消灯してセンサとして機能させるセンサモードとを時分割で切り替えできる。点灯モードにおいては、点灯回路２０を駆動し該半導体発光素子に電力を供給して点灯させる。センサモードにおいては、点灯回路２０から半導体発光素子に電力供給を停止すると共に、該半導体発光素子が受光して光起電力を生じることにより発生される受光信号を受光検出回路４０が生成すると、センサ入力２６でこれを検出して受光状態にあることを検出可能としている。また点灯制御回路３０は、半導体発光素子の点灯期間と消灯期間とで異なる受光信号を入力するためのセンサ入力２６を備えている。
（受光検出回路４０）
【００３２】
受光検出回路４０は、半導体発光素子が受光して光起電力を生じる際に、該光起電力によって生じる受光信号を生成する。また生成された受光信号を後述するコントローラ２２に伝達するため、受光検出回路４０は、コントローラ２２のセンサ入力２６と電気的に接続される。この受光検出回路４０は、半導体発光素子が受光して光起電力を生じ、光起電力によって生じる受光信号を増幅するための増幅回路４２を備える。これによって、増幅した信号をセンサ入力２６に入力できる。
（回路構成）
【００３３】
点灯モードとセンサモードの動作原理を、図５及び図６の回路図に基づいて説明する。図５は１個のＬＥＤ１２を点灯駆動する状態、図６はこれをセンサとして動作させる様子を、それぞれ示している。これらの図に示す回路は、ＬＥＤ１２と、これを駆動制御する点灯回路及び点灯制御回路としてコントローラ２２と、受光検出回路及び増幅回路としてトランジスタ４４を備えている。コントローラ２２はＰＩＣなどのマイコンを使用でき、この例ではマイクロチップ・テクノロジー社のＰＩＣ１６Ｆ８４Ａを使用した。
【００３４】
ＬＥＤ１２は、カソード側をアース側に接続し、アノード側を保護抵抗を介してコントローラ２２のＩ／Ｏ端子２４と接続している。コントローラ２２のＩ／Ｏ端子２４は入力と出力を切り替え可能であり、Ｉ／Ｏ端子２４を出力に設定して、ＬＥＤ１２を駆動するための電流を供給することができる。またコントローラ２２のセンサ入力２６には、トランジスタ４４のコレクタ側が接続される。トランジスタ４４のエミッタは接地され、ベースは保護抵抗を介してＬＥＤ１２のアノード側に接続される。さらにコレクタには、保護抵抗を介してＶｃｃの定電圧（例えば５Ｖ）が印加される。
【００３５】
点灯モードにおいてはＩ／Ｏ端子２４をＨＩＧＨとすることで、図５に示すようにＩ／Ｏ端子２４から供給された電流がＬＥＤ１２を流れて、ＬＥＤ１２が点灯される。このとき、トランジスタ４４はＯＦＦ状態となるため、センサ入力２６はＨＩＧＨのままである。
【００３６】
一方、センサモードにおいては、コントローラ２２のＩ／Ｏ端子２４を入力とし、ＬＯＷに設定することで、ＬＥＤ１２には電力が供給されずＬＥＤ１２が消灯される。この間に、ＬＥＤ１２に光が入射されると、光起電力が発生し、逆電流がカソードからアノードに流れる。逆電流は微弱な電気信号であるため、これを増幅するためにトランジスタ４４が使用される。具体的には、アノードから分岐された電流がトランジスタ４４のベース側に供給されることで、トランジスタ４４がＯＮ状態となる、これにより、コレクタの電位が電圧降下により５Ｖより低下し、センサ入力２６がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わる。このように、ＬＥＤ１２で受光を検出すると、センサ入力２６がＨＩＧＨからＬＯＷに変化するため、この変化を検出して、受光状態を検出することができる。例えば光が入射されたことを検出したり、逆に光が遮光されたことを検出し、センサ入力２６をトリガとして、各種の制御を行わせることが可能となる。
【００３７】
例えば遮光を検出する度に、ＬＥＤが点灯／消灯をトグル状に切り替えるような動作をさせる。あるいは、表示中の画像や動画を変更することもできる。また、電流増幅率を高めるためにトランジスタを複数使用してダーリントン接続し、エミッタフォロワ直結電流増幅器を構成したダーリントン増幅器等を利用することもできる。
（時分割）
【００３８】
点灯モードとセンサモードとの切り替えを高速に行うことで、人間の目には消灯期間があることを意識させずに、常時点灯しているように見せることができる。これにより、センサ動作をバックグラウンドで機能させ、必要な処理を行わせることが可能となる。切り替えの速度としては、人の目で点滅を意識させない周波数とし、例えば１００Ｈｚ以上、好ましくは１ｋＨｚ以上とする。このため点灯制御回路３０は、ＬＥＤをこの周期で駆動できる構成を備える。高周波数での動作とすることで、トランスを小型化して回路の小型化にも寄与できる。
【００３９】
以上の点灯モードとセンサモードとの切り替えは、点灯制御回路３０で行われる。点灯制御回路３０が点灯モードとセンサモードを切り替える様子を、図７のタイミングチャートに基づいて説明する。図７は、ＬＥＤの点灯タイミングと、受光信号の入力タイミングを示している。この図に示すように、ＬＥＤは周期Ｔで点灯回路２０から駆動信号が入力される。ＰＷＭ制御で点灯期間ｔｏｎのパルス幅を制御することにより、光量を制御できる。一方、消灯期間ｔｏｆｆにおいては、ＬＥＤは受光素子として機能する。そしてｔｏｆｆの期間中に受光信号を検出すると、増幅回路４２で増幅された受光信号が点灯制御回路３０に送出されて、受光が検出される。
（レーザ射撃競技ターゲット用ＬＥＤディスプレイ）
【００４０】
レーザ射撃競技は、弾の代わりにレーザ光を使うレーザライフル６０を使用する。このターゲット（標的）としては、射的のターゲットとして的状のディスプレイが従来使用されてきたが、受光素子と発光素子を配置するため、大型化するという問題があった。これに対して本実施の形態では、図３に示すようにＬＥＤのみをマトリクス状に配置したディスプレイを使用し、これらのＬＥＤを時分割でセンサに兼用することで、個別の受光素子を配置することなく的を構成し、コンパクトで実装効率の良いターゲットを構成できる。このＬＥＤディスプレイは、射的の目標物パターンとしてクレーなどを模した動画像を表示する。ディスプレイは点灯モードとセンサモードを例えば１ｋＨｚの周期で切り替えることにより、競技者の目には動画像が常時表示されているように見える。競技者はこの動画像を狙って、ビームライフル銃など指向性を持った光線を照射する。光線の照射時間は、ディスプレイのセンサモードの一周期より長い時間とする。これにより、光線の照射をディスプレイのセンサモード時に検出することができる。ディスプレイを構成するＬＥＤの内、光線が検出されたＬＥＤが、目標物パターンを表示している画素に含まれない場合は、射撃が外れたと判定する。一方、画素に相当する場合は、命中したと判断し、必要な処理を行う。例えば、画像をクレーが破壊される動画像に変更し、「命中」と画面上に表示する。また音声出力回路を備えることで、命中と同時にクレーの破壊音をスピーカから出力することもできる。これによって、仮想的な射撃を再現することができる。処理的には、センサ入力２６の入力信号をトリガとして、音声出力回路や画像表示回路５０に、命中の音や画像を出力する割り込みを行う。また、画像表示回路５０でレベル毎に射的の目標物パターンの速度や画像などを変化させて表示させることも可能である。
（シューティングゲーム）
【００４１】
また同様の構成は、レーザ射撃競技に限られず、例えばシューティングゲーム等にも利用できる。例えばアーケードゲームのディスプレイとして本実施の形態を応用することで、ディスプレイに映像を表示すると共に、レーザ光線を照射する銃からの光線の照射位置の検出機能を備えることができ、安価にシューティングゲームを実現できる。
（実施の形態２）
【００４２】
次に、実施の形態２として、手書き入力用ディスプレイに適用する例を図８に基づいて説明する。この図に示す表示部２１０は、上記と逆に、遮光状態を検出する。すなわち、ユーザが指などでディスプレイ表面をなぞると、その部分のＬＥＤが外光を遮光されたことを検出して、ＬＥＤを点灯する。また点灯する代わりに消灯してもよい。あるいは、点灯色を変更したり、表示を常時点灯から点滅状態に変更することもできる。このように、ディスプレイの内でユーザに指示された部分を他と異なる表示に変更できる。このため、図８に示すようにディスプレイ上を連続的にユーザがなぞると、その軌跡を表示できる。これを利用して、手書き入力が実現できる。また、タッチパネルとして利用することも可能である。
（実施の形態３）
【００４３】
さらに、実施の形態３として、色の判別を行う色識別装置に適用する例を、図９に基づいて説明する。この色識別装置は、複数の異なる色に発光可能なＬＥＤ３１２と、これらを発光させるための点灯回路３２０と、各ＬＥＤ３１２を受光素子として機能させるための受光検出回路３４０と、各ＬＥＤ３１２からの受光信号を信号処理して対象物Ｗの色を特定するための処理回路３３０を備える。
【００４４】
この色識別装置の動作原理を説明する。白色光を対象物Ｗに照射すると、対象物Ｗの色に相当する波長の光が反射されるので、図１０に示すようにこの波長を各色成分毎にＬＥＤ３１２で検出すれば、これらを合成して色情報を取得できる。ここでは、ＬＥＤ３１２としてＲＧＢそれぞれに発光可能なタイプを使用する。このＬＥＤ３１２は、一のパッケージ内にＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに発光するＬＥＤチップを組み込んだタイプや、別個のＲ、Ｇ、ＢそれぞれのＬＥＤチップを組み合わせて使用することができる。上述の通り、ＬＥＤの発光色と受光波長の特性は概ね一致する。したがって、赤色、緑色、青色のＬＥＤは、各々のバンドギャップの違いから、それぞれの色に相当する波長依存性のある受光素子として利用できる。したがって、各受信信号を測定し、ＲＧＢ３種類の信号の大きさを解析し、参照データと比較することで、対象物Ｗの色が決定できる。このようにして、本発明はディスプレイとしての利用に限らず、受光素子あるいは撮像素子としても利用でき、ＣＣＤやＣＭＯＳ等と同様の機能を実現できる。特に、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話のように、フラッシュなどの発光体と画像や動画像等の撮影のための撮像素子が併設された機器に、好適に利用できる。
【００４５】
またこの色識別装置はＬＥＤを光源として利用できるので光源内蔵型であり、夜間でも使用可能である。さらに照射パルスの幅を狭くすることで、周囲に及ぼす影響は最小限に抑えることができる。
【００４６】
測定精度を向上させるためには、照射光はパルス動作させることが好ましい。また短時間のインターバルで、発光側ＬＥＤと受光側ＬＥＤとを切替え、それぞれで測定結果を比較し、大きな差異が生じていたときには測定をやり直す。測定の可逆過程が導入できることで、色識別の「確からしさ」を向上できる。このようにして、ＣＣＤ等に代わる色識別可能な撮像素子としての利用度が高められる。
【００４７】
さらに、対象物Ｗの色情報のみならず、表面形状の識別にも利用できる。図１１に示すように、複数のＬＥＤを空間的に離間させて配置することで、各ＬＥＤを受光素子として用い、それぞれの信号を解析することで対象物Ｗの色および表面形状が識別できるようになる。
（実施の形態４）
【００４８】
さらに実施の形態４として、表面形状測定装置に適用する例を図１２に基づいて説明する。この図に示す表面形状測定装置は、ＬＥＤを２次元状に配置したＬＥＤボード１４と、各ＬＥＤを点灯するための点灯回路４２０、受光素子として機能させる受光検出回路４４０、受光検出回路４４０で検出された受光信号を収集するデータ蓄積回路４７０、及びデータ蓄積回路４７０に蓄積されたデータを処理する処理回路４３０を備える。ＬＥＤボード１４は、図１３に示すように、各ＬＥＤを等間隔に２次元に配置する。動作時においては、ＬＥＤボード１４上のＬＥＤを適当な時間間隔で順番に点灯する。このとき、点灯していないＬＥＤを受光素子として機能させることで、反射光の空間分布が求められる。この空間分布を基にすれば、被測定物の表面形状を非接触で解析できる。
【００４９】
さらにこの際、ＬＥＤの駆動パルスを少なくとも２レベルに設定しておき、ＬＥＤ毎に２段階で発光をさせ、それぞれの受光信号の差をデータとして使うことで、測定精度を高めることができる。この表面形状測定装置は受光用のＰＤを別途用いる必要がないため、ＬＥＤの配置間隔を狭めることが可能であり、測定精度が高く、安価な測定装置が実現できる。さらに、大きな対象物Ｗを測定したい場合は、図１４に示すように対象物Ｗを移動させる駆動装置５８０を付加することもできる。この図の例では、対象物Ｗを載置してＸ−Ｙ平面に移動させるＸ−Ｙ移動ステージを備えている。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のセンサ機能付発光装置は、指で触れた部分のＬＥＤが点灯／消灯する手書き入力型ＬＥＤディスプレイやタッチパネル、実弾の代わりにレーザ光を使うレーザ射撃競技用のターゲットやシューティングゲームのディスプレイ、ＬＥＤを使ったオブジェ、玩具等に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ＬＥＤの電圧−電流特性を示すグラフである。
【図２】ＬＥＤの発光波長と吸収波長を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１に係るレーザ射撃競技ターゲット用ＬＥＤディスプレイを示す斜視図である。
【図４】図ｂに示すレーザ射撃競技ターゲット用ＬＥＤディスプレイの回路図である。
【図５】図ｂのＬＥＤディスプレイを構成するＬＥＤの点灯状態を示す回路図である。
【図６】図ｂのＬＥＤディスプレイを構成するＬＥＤの受光状態を示す回路図である。
【図７】点灯モードとセンサモードとの切り替えの様子を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る手書き入力用ディスプレイを示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る色識別装置を示すブロック図である。
【図１０】照射光のパルスと、これを受光したＲＧＢの各ＬＥＤの受光信号を示す波形図である。
【図１１】対象物の表面形状の識別を行う状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る表面形状測定装置を示すブロック図である。
【図１３】ＬＥＤボードのＬＥＤの２次元配列を示す模式図である。
【図１４】駆動装置を付加した表面形状測定装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００…センサ機能付発光装置
１０、２１０…表示部
１２、３１２…ＬＥＤ
１４…ＬＥＤボード
２０、３２０、４２０…点灯回路
２２…コントローラ
２４…Ｉ／Ｏ端子
２６…センサ入力
３０…点灯制御回路
４０、３４０、４４０…受光検出回路
４２…増幅回路
４４…トランジスタ
５０…画像表示回路
６０…レーザライフル
３３０、４３０…処理回路
４７０…データ蓄積回路
５８０…駆動装置
Ｗ…対象物
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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