JP2009074855A

JP2009074855A - 光検出装置

Info

Publication number: JP2009074855A
Application number: JP2007242470A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Chiba; 正千葉
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-04-09
Also published as: US20090146048A1; CN101393051A; KR20090030197A

Abstract

【課題】電子機器の筐体に照射された照射光を検出する小型で消費電力が少ない光検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】互いに異なる受光波長特性を有して、中間点を介して直列接続され且つ電子機器の筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子を含み、当該受光素子の直列回路の両端を基準電位に維持しつつ当該中間点から抽出される電流を表す信号を検出信号とする光検出装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子機器の筐体に照射される照射光の強さを検出する光検出装置に関する。

従来から、携帯電話等の電子機器が用いられる環境の明るさを検知するために、その筐体（ケース）に照射される照射光の強さを検出する光検出装置が知られている。かかる光検出装置においては、筐体に設けられた開口を経た入射光に感応する受光素子によって得られる光信号によって照射光の強さを検出している。

ところで、当該受光素子は、電子機器の筐体の内壁等からの反射・散乱若しくは電子機器の筐体表面からの反射・散乱によって生じた迷光によって発生する暗電流も同時に検出している。

また、上述した迷光による暗電流以外にも受光素子の熱や逆バイアス変動によって暗電流が発生する。更に、受光素子の１例としてのフォトダイオードにおいては、フォトダイオードの周囲温度変化によって暗電流が変化する。

かかる暗電流の発生やその変動によって、電子機器への照射光の強さを正確に検出することが出来ないという問題点があり、また、これによって、光検出装置からの光検出信号出力によって駆動する駆動装置における誤作動の原因ともなっていた。

上述した問題点を解決する方法として、暗電流をキャンセルしつつ、照射光の強さを検出する方法が、特許文献１乃至３に開示されている。

特許文献１は、光軸上に配置されていないキャンセル用受光素子による迷光の受光により発生した電流を任意の電圧に変換し、当該変換した任意の電圧を基準電圧として光軸上に配置された受光素子からの信号光及び迷光によって生じた電流を電圧に変換することが開示されている。

特許文献２は、光軸上に配置されていないキャンセル用受光素子から発生した熱や逆バイアスの変動による暗電流を任意の電圧に変換し、当該変換した任意の電圧を基準電圧として光軸上に配置された受光素子からの信号光によって生じた電流を電圧に変換することが開示されている。

特許文献３には、光源からの信号光の光軸上に設けられた受光素子と、光軸上以外に設けられて信号光を受光しないキャンセル用受光素子とを接続点を介して直列接続されて、当該接続点と接地電位との間に設けられた抵抗に流れる電流を測定することが開示されている。
特開２００７−５２８４２号公報特開平６−５８８８号公報特開平１０−３００５７４号公報

特許文献１乃至３に記載されている光検出装置は、キャンセル用の受光素子を光軸上とは異なる位置に配置し又は遮光のための構造によって信号光を遮光することによって暗電流のみを測定し、光軸上にある受光素子から発生する光電流をかかる暗電流を基準に電圧への変換又は光電流からかかる暗電流を差し引いた電流を電圧へ変換することにより、暗電流の影響を抑制可能としている。

しかしながら、キャンセル用の受光素子を光軸上とは異なる位置に設けることによって、受光素子と変換器や基準電位との配線又は受光素子同士の配線が複雑且つ長くなることによって、光検出装置の消費電力が大きくなるという問題点があった。

また、遮光のための構造によって低コスト化が困難となることや、受光素子の配置上の制約によって光検出装置の小型化が困難になる問題点もあった。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、外部光を遮光することなく、暗電流の影響を抑制して小型で消費電力が少ない光検出装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、電子機器の筐体に照射される照射光の強さを検出する光検出装置であって、互いに異なる受光波長特性を有して中間点を介して互いに直列接続され且つ前記筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子と、前記受光素子の直列接続回路の両端を基準電位に維持する基準電位回路と、前記中間点から抽出される電流の大きさに応じた光検出信号を生成する信号生成回路と、を含む光検出装置を提供する。

更に、前記筐体の開口を経た入射光を前記２つの受光素子に中継する光学系を含んでいても良い。

また、前記受光素子のうち一方の高感度受光波長領域が他方のそれよりも広くても良い。

また、前記基準電位回路の基準電位は接地電位若しくは定電圧電位であっても良い。

本発明の光検出装置においては、互いに異なる受光波長特性を有して、中間点を介して接続され且つ電子機器の筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子を含み、当該受光素子の直列回路の両端を基準電位に維持しつつ当該中間点から抽出される電流の大きさを検出する構成としたので、消費電力の低減及び光検出装置自体の小型化を実現することが出来る。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例としての光検出装置を備える携帯電話を示す斜視図である。

図１に示されているように、携帯電話１０の筐体１１には複数の開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。開口１２ａは、筐体１０の主面上方に設けられており、開口１２ａには、表示部１３が収められている。筐体１０の主面下方に設けられた複数の開口１２ｂには、ボタン操作部の各ボタン１４ａが収められている。表示部１３とボタン１４ａとの間に位置するように設けられた開口１２ｃは、受光用であり、これを介して入射する外部光に応答する２つの受光波長特性の互いに異なる受光素子１５ａ、１５ｂが収められている。受光素子１５ａ、１５ｂはいずれも遮光されずに開口１２ｃに臨んで設けられている。受光素子１５ａ、１５ｂは例えば、フォトダイオードである。筐体１１の上方の側面部分にはアンテナ１６ａが設けられている。なお、筐体１１の少なくとも開口１２ｃの周縁近傍は不透明である方が望ましい。

なお、光検出装置を備える装置として本実施例では携帯電話としているが、携帯電話に限られることなく、ＰＤＡ、ノート型パソコン、腕時計若しくはデジタルカメラ等の移動若しくは携帯自在な電子機器であっても良い。また、外部光は太陽光に限らずレーザ光等の光であっても良い。

図２は、受光素子１５ａ、１５ｂの波長λ［ｎｍ］に対する受光感度［Ａ／Ｗ］の関係すなわち受光波長特性を示したグラフである。グラフの横軸が波長であり、グラフの縦軸が受光感度を示している。受光素子１５ａの受光波長特性を破線２１によって示し、受光素子１５ｂの受光波長特性を実線２２によって示している
図２に示されたグラフから判るように、受光素子１５ａは、約３２０ｎｍから約４００ｎｍまでの波長範囲において高い受光感度を有している（例えば、かかる高受光感度を有する領域を紫外線領域Ａとする）。これに対して、受光素子１５ｂは、約２８０ｎｍから約４００ｎｍまでの波長範囲において高い受光感度を有している（例えば、かかる高受光感度を有する領域を紫外線領域Ｂとする）。従って、受光素子１５ａ、１５ｂは、異なる受光波長特性を有する。受光素子１５ａが紫外線領域Ａに高受光感度を有する狭域受光素子であり、受光素子１５ｂが紫外線領域Ａよりも広い紫外線領域Ｂに高受光感度を有する広域受光素子である。

なお、受光素子１５ａ、１５ｂの受光波長特性は、図２で示されているような紫外線領域において高い受光感度を有する特性に限定されることなく、例えば、可視光領域や赤外線領域において高い受光感度を有していても良い。

図３は、本発明の実施例としての光検出装置を備える携帯電話１０の回路構成を示している。

図３に示されているように、制御部３１は、表示部１３を構成する液晶パネル等の表示パネル１３ａが接続されている。制御部３１は、アンテナ１６ａを備える通信部１６をボタン操作部１４からの制御入力に応じて制御する。制御部３１には、光検出装置３２が更に接続されている。光検出装置３２は、筐体１１の受光用の開口１２ｃに臨み互いに直列接続された受光素子１５ａ、１５ｂ及び受光素子１５ａ、１５ｂの接続点に接続された電流−電圧変換増幅器３３を含んでいる。

制御部３１は、アンテナ１６ａからの受信する電波信号に応じた受信番号を表示パネル１３ａに表示し、ボタン操作部１４からの制御入力に応じた操作画面を表示パネル１３ａに表示する。また、制御部３１は、電流−電圧変換増幅器３３にて受光素子１５ａ、１５ｂの受光によって発生した光電流の差に応じた電圧に変換された光検出信号を受信し、かかる光検出信号を演算して照射光の紫外線の強さを示す紫外線指数を表示部１３に表示する。紫外線指数は、例えば、紫外線の防止効果を示す数値のＳＰＦ（Sun Protection Factor：紫外線防止指数）であっても良い。

図４は、本発明の第１の実施例としての光検出装置を示している。図４に示されているように、光検出装置３２は、互いに異なる受光波長特性を有する受光素子１５ａ、１５ｂを含む。例えば、受光素子１５ａ、１５ｂは、図２に示した受光波長特性を有する。受光素子１５ａ、１５ｂは、中間点Ｔ₁を介して互いに直列に接続され、中間点Ｔ₁は、電流−電圧変換増幅器３３の入力端に接続されている。電流−電圧変換増幅器３３は、オペアンプ４１、フィードバック抵抗４２から構成されている。

受光素子１５ａのアノードと受光素子１５ｂのカソードとが接続され、受光素子１５ａのカソードと受光素子１５ｂのアノードとが接地電位に接続されている。すなわち、受光素子１５ａ、１５ｂの直列回路の両端が接地電位の基準電位に維持されている。また、受光素子１５ａのアノードと受光素子１５ｂのカソードとの接続の中間点Ｔ₁は、オペアンプ４１の負入力端子に接続されている。

オペアンプ４１の正入力端子及び負電源端子は、接地電位に接続されている。また、オペアンプ４１の正電源端子は、電源Ｖｄｄに接続されている。更に、オペアンプ４１の負入力端子とオペアンプ４１の出力とがフィードバック抵抗４２を介して接続されている。

次に、本実施例の光検出装置の動作について説明する。紫外線が破線矢印にて示すように照射された場合に、受光素子１５ａには紫外線領域Ａの波長の紫外線を受光すると、矢印ＩＡの方向に向かって受光量に応じた光電流Ｉａが流れる。また、受光素子１５ｂが紫外線領域Ｂの波長の紫外線を受光すると、矢印ＩＢの方向に向かって受光量に応じた光電流Ｉｂが流れる。中間点Ｔ₁には、光電流Ｉｂから光電流Ｉａを差し引いた差分電流Iｃが矢印ＩＣの方向に向かって電流−電圧変換増幅器３３から抽出されることになる。差分電流Ｉｃは、出力点Ｔ₂に出力電圧Ｖとして出力される。更に、出力電圧Ｖは、出力Ｖｏｕｔから光検出装置３２の外部に出力される。

上述したように、光電流Ｉａは紫外線領域Ａの紫外線光に対応した光電流であり、光電流Ｉｂは紫外線領域Ｂの紫外線光に対応した光電流である故、中間点Ｔ₁に流れる差分電流Ｉｃは、紫外線の波長が約２８０ｎｍから３２０ｎｍ（例えば、紫外線領域Ｃとする）の紫外線光に対応する光電流の電流量となり、紫外線領域Ｃのみの紫外光量を測定したこととなる。

また、受光素子１５ａ、１５ｂからそれぞれ受光素子の熱による暗電流が発生していても、光電流Ｉｂから光電流Ｉａを差し引く差分電流Ｉｃにおいては、かかる暗電流も相殺されることとなる。

従って、本実施例における光検出装置においては、フィルタを設けることなく特定の波長領域（本例においては紫外線領域Ｃ）の紫外線光に対応した光検出信号を出力することが出来、かかる光検出信号に応じた表示データを表示部１３に表示することが出来る。

以上のように、本実施例による光検出装置によれば、互いに異なる受光波長特性を有して、中間点を介して接続され且つ電子機器の筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子を含み、当該中間点から抽出される電流の大きさに応じた光検出信号を生成する故、照射光を遮光することなく、暗電流の影響を抑制して所望の波長領域に属する外光の光量を検出することが出来る。

図５は、本発明の第２の実施例としての光検出装置を示している。ここで、第１の実施例と同様部分については同じ符号を使用する。

図５に示されているように、光検出装置３２は、図２に示した受光波長特性を各々が有して互いに中間点Ｔ₁において直列接続された受光素子１５ａ、１５ｂを含んでいる。電流−電圧変換増幅器３３は、中間点Ｔ₁から抽出される電流を電圧に変換する。電圧増幅器５２は、外部電源５１から加えられた参照電圧Ｖｒ₁を２倍に増幅する。

電流−電圧変換増幅器３３は、オペアンプ４１及びフィードバック抵抗４２から構成されている。また、電圧増幅器５２は、オペアンプ５３、フィードバック抵抗５４及びフィードバック抵抗５５から構成されている。

受光素子１５ａのアノードと受光素子１５ｂのカソードとが接続され、受光素子１５ｂのアノードが接地電位に接続され、受光素子１５ａのカソードが電圧増幅器５２に接続されている。すなわち、受光素子１５ａ、１５ｂの直列回路の両端が接地電位若しくは定電圧電位の基準電位に維持されている。また、受光素子１５ａのアノードと受光素子１５ｂのカソードとの接続の中間点Ｔ₁は、オペアンプ４１の負入力端子に接続されている。

オペアンプ４１及びオペアンプ５３の正入力端子は、外部電源５１に接続されている。オペアンプ４１及びオペアンプ５３の負電源端子は接地電位に接続され、正電源端子は電源Ｖｄｄ₁、Ｖｄｄ₂に接続されている。オペアンプ４１の負入力端子とオペアンプ４１の出力とがフィードバック抵抗４２を介して接続されている。オペアンプ５３の正入力端子とオペアンプ５３の出力とがフィードバック抵抗５４を介して接続されている。更に、オペアンプ５３の正入力端子はフィードバック抵抗５５を介して接地電位とも接続されている。また、オペアンプ５３の負入力端子も接地電位に接続されている。

次に、本実施例の光検出装置の動作について説明する。外部電源５１によって加えられた参照電圧Ｖｒ₁は、オペアンプ４１及びオペアンプ５３の正入力端子に入力される。オペアンプ５３から参照電圧Ｖｒ₁の２倍の電圧２Ｖｒ₁が出力され、受光素子１５ａ、１５ｂのそれぞれに−Ｖｒ₁の逆バイアス電圧が加えられることとなる。

紫外線が破線矢印にて示すように照射されると、第１の実施例と同様に受光素子１５ａには矢印ＩＡの方向に向かって光電流Ｉａが流れ、受光素子１５ｂには矢印ＩＢの方向に向かって光電流Ｉｂが流れる。また、中間点Ｔ₁には、光電流Ｉｂから光電流Ｉａを差し引いた差分電流Iｃが矢印ＩＣの方向に向かって電流−電圧変換増幅器３３から抽出されることになる。差分電流Ｉｃは、電圧に変換された後、出力点Ｔ₂を介して出力Ｖｏｕｔより出力される。

従って、第１の実施例と同様に、特定の波長領域（すなわち、紫外線領域Ｃ）に対応する光検出信号を出力することが出来、かかる光検出信号に応じた表示データを表示パネル１３ａに表示することが出来る。

また、上述したように、受光素子１５ａ及び１５ｂの各々に逆バイアス電圧を加えると、第１の実施例のように受光素子１５ａ及び１５ｂの直列回路の両端が接地電位に接続された場合よりも受光素子１５ａ、１５ｂの動作特性が安定する利点がある。

以上のように、本実施例による光検出装置によれば、互いに異なる受光波長特性を有して、中間点を介して接続され且つ電子機器の筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子を含み、当該受光素子の直列回路を基準電位に維持されつつ各受光素子に逆バイアス電圧を加えつつ当該中間点から電流を抽出する故、照射光を遮光することなく、受光素子を安定させつつ暗電流の影響を除去して所望の波長領域内の外光の光量を検出することが出来る。

図６は、本発明の第３の実施例としての光検出装置を示している。ここで、第１及び２の実施例と同様部分については同じ符号を使用する。

図６に示されているように、光検出装置３２は、図２に示した受光波長特性を各々が有して互いに中間点Ｔ₁において直列接続された受光素子１５ａ、１５ｂを含んでいる。電流−電圧変換増幅器３３は、中間点Ｔ₁から抽出される電流を電圧に変換する。バンドギャップリファレンス回路６１は、所定の電圧２Ｖｒ₂を生成する。電流−電圧変換増幅器３３は、オペアンプ４１、フィードバック抵抗４２から構成されている。

受光素子１５ａのアノードと受光素子１５ｂのカソードとが接続されている。受光素子１５ｂのアノードが接地電位に接続され、受光素子１５ａのカソードがバンドギャップリファレンス回路６１に接続されている。すなわち、すなわち、受光素子１５ａ、１５ｂの直列回路の両端が接地電位若しくは定電圧電位の基準電位に維持されている。また、受光素子１５ａのアノードと受光素子１５ｂのカソードとの接続の中間点Ｔ₁は、オペアンプ４１の負入力端子に接続されている。

オペアンプ４１の正入力端子は、抵抗６２、６３の接続部分の中間点Ｔ₃に接続され、抵抗６３を介して接地電位に接続されている。オペアンプ４１の負電源端子は接地電位に接続され、正電源端子は電源Ｖｄｄ₁に接続されている。オペアンプ４１の負入力端子とオペアンプ４１の出力とがフィードバック抵抗４２を介して接続されている。また、バンドギャップリファレンス回路６１は、抵抗６２、電源Ｖｄｄ₃及び接地電位に接続されている。

次に、本実施例の光検出装置の動作について説明する。バンドギャップリファレンス回路６１によって生成された電圧２Ｖｒ₂は、受光素子１５ａのカソードに加わることとなり、受光素子１５ａ、１５ｂのそれぞれに−Ｖｒ₂の逆バイアス電圧が加えられることとなる。また、抵抗６２、６３は抵抗値が等しいため、電圧２Ｖｒ₂の半分の電圧Ｖｒ₂がオペアンプ４１の正入力端子に入力される。

紫外線が破線矢印にて示すように照射されると、第１及び２の実施例と同様に受光素子１５ａには矢印ＩＡの方向に向かって光電流Ｉａが流れ、受光素子１５ｂには矢印ＩＢの方向に向かって光電流Ｉｂが流れる。また、中間点Ｔ₁には、光電流Ｉｂから光電流Ｉａを差し引いた差分電流Iｃが矢印ＩＣの方向に向かって電流−電圧変換増幅器３３から抽出されることになる。差分電流Ｉｃは、電圧に変換された後、出力点Ｔ₂を介して出力Ｖｏｕｔより出力される。

従って、第１及び２の実施例と同様に、特定の波長領域（すなわち、紫外線領域Ｃ）内の紫外線光の受光による光検出信号を出力することが出来、かかる光検出信号に応じた表示データを表示パネル１３ａに表示することが出来る。

また、本実施例においては第２の実施例とは異なり、バンドギャップリファレンス回路６１によって生成した電圧を２倍にすることなく受光素子１５ａ、１５ｂに加え、抵抗６２、６３による抵抗分割を利用するため回路の増大がなく、第２の実施例よりも更に消費電流の増大を抑えられる利点がある。

以上のように、本実施例による光検出装置によれば、互いに異なる受光波長特性を有して、中間点を介して接続され且つ電子機器の筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子を含み、当該受光素子の直列回路を基準電位に維持されつつ各受光素子に逆バイアス電圧を加えつつ当該中間点から電流を抽出する故、照射光を遮光することなく、受光素子を安定させつつ暗電流の影響を除去して特定の波長領域の受光量を検出することが出来る。

本発明の実施例としての光検出装置を備える携帯電話を示す斜視図である。２つ受光素子の受光波長特性を実線及び破線によって示すグラフである。本発明の実施例としての光検出装置を備える携帯電話の回路構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施例としての光検出装置の回路図である。本発明の第２の実施例としての光検出装置の回路図である。本発明の第３の実施例としての光検出装置の回路図である。

符号の説明

１０携帯電話
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ開口
１５ａ、１５ｂ受光素子
３２光検出装置
３３電流−電圧変換増幅器
４１オペアンプ
４２フィードバック抵抗

Claims

電子機器の筐体に照射される照射光の強さを検出する光検出装置であって、
互いに異なる受光波長特性を有して中間点を介して互いに直列接続され且つ前記筐体の開口に臨んで配置された２つの受光素子と、
前記受光素子の直列接続回路の両端を基準電位に維持する基準電位回路と、
前記中間点から抽出される電流の大きさに応じた光検出信号を生成する信号生成回路と、を含む光検出装置。
前記筐体の開口を経た入射光を前記２つの受光素子に中継する光学系を含む請求項１記載の光検出装置。
前記受光素子のうち一方の高感度受光波長領域が他方のそれよりも広いことを特徴とする請求項１又は２記載の光検出装置。
前記基準電位回路の基準電位は接地電位若しくは定電圧電位であることを特徴とする請求項３記載の光検出装置。