JP5323903B2 - センサ回路および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、照度を測定するセンサ回路および電子機器に関するものである。

昨今、携帯電話やデジタルカメラなどの電子機器の液晶パネルには、外乱（太陽光や蛍光灯などの光）の照度に応じて液晶パネルのバックライトの発光量を制御するために、周囲の明るさを検出する照度センサが搭載されている。上記バックライトの発光制御は、電子機器の使用者、すなわち人間が感じる明るさに対応させて行うことから、照度センサが有する分光特性（分光感度特性）を、視感度（視感度特性）に近い分光特性とすることが重要である。

照度センサにおいて、視感度に近い分光特性を実現するためには、一般的に、互いに異なる分光特性の複数のフォトダイオードの電流を減算する方式が採用されている（例えば、特許文献１，２など参照）。

特許文献１では、分光特性に違いのある２つのフォトダイオードにそれぞれ流れる電流を、カレントミラー回路を用いて減算することによって、視感度に近い分光特性を実現する光センサ回路が開示されている。図２０は、特許文献１に記載の光センサ回路９００の概略構成を示す回路図である。図２０に示すように、光センサ回路９００は、フォトダイオードＰＤ９０１と、フォトダイオードＰＤ９０２と、カレントミラー回路を構成するトランジスタＴｒ９０１・Ｔｒ９０２とを備えている。また、光センサ回路９００には、トランジスタＴｒ９０２のドレイン端子、および、フォトダイオードＰＤ９０２のカソード端子に接続された出力端子ＯＵＴが設けられている。フォトダイオードＰＤ９０１は、赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性（以下、「赤外線の分光特性」と略記）を持ち、フォトダイオードＰＤ９０２は、可視光〜赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性（以下、「可視光〜赤外線の分光特性」と略記）を持つ。なお、フォトダイオードＰＤ９０１が受光したときに流れる電流を、入力電流Ｉｉｎ９０１とし、フォトダイオードＰＤ９０２が受光したときに流れる電流を、入力電流Ｉｉｎ９０２とする。

フォトダイオードＰＤ９０１・ＰＤ９０２が受光すると、フォトダイオードＰＤ９０１に入力電流Ｉｉｎ９０１が流れ、これがトランジスタＴｒ９０１にも流れる。トランジスタＴｒ９０１は、トランジスタＴｒ９０２とカレントミラー回路を構成しているので、トランジスタＴｒ９０２には、（Ｉｉｎ９０１×α）の電流が流れる（α：カレントミラー比）。

一方、受光時には、フォトダイオードＰＤ９０２に入力電流Ｉｉｎ９０２が流れる。ゆえに、出力端子ＯＵＴには、入力電流Ｉｉｎ９０２から、トランジスタＴｒ９０２に流れる上記電流を減算した電流である、（Ｉｉｎ９０２−Ｉｉｎ９０１×α）の電流が流れる。この電流量（Ｉｉｎ９０２−Ｉｉｎ９０１×α）は、赤外線の波長に対する感度を低下させているので、視感度に近い分光特性が実現されている。

このように、センサ回路９００では、分光特性に違いのある２つのフォトダイオードＰＤ９０１・ＰＤ９０２にそれぞれ流れる電流（入力電流Ｉｉｎ９０１・Ｉｉｎ９０２）を、カレントミラー回路を用いて減算することによって、視感度に近い分光特性を実現することが可能となっている。また、フォトダイオードＰＤ９０１を、フォトダイオードＰＤ９０２で挟むように配置することによって、照射された光の角度による出力の偏りが低減される。

また、特許文献２では、分光特性に違いのある２つのフォトダイオードにそれぞれ流れる電流を、直接減算することによって、視感度に近い分光特性を実現する照度センサが開示されている。図２１は、特許文献２に記載の照明センサに備えられた受光素子９１０の概略構成を示す平面図である。図２１に示すように、受光素子９１０には、およそ可視光〜赤外線の分光特性を持つ第１受光部と、およそ赤外線の分光特性を有する第２受光部とが設けられている。第１受光部は、ほぼ同じ面積に分割されて配置され（第１受光部ＰＤＡ）、分割された各第１受光部ＰＤＡは並列に接続されている。第２受光部は、ほぼ同じ面積に分割されて配置され（第２受光部ＰＤＢ）、分割された各第２受光部ＰＤＢは並列に接続されている。よって、第１受光部に流れる電流から第２受光部に流れる電流を減算した電流を得ることで、視感度に近い分光特性を実現することが可能となる。

さらに、受光素子９１０の上方には、照射された光を第１受光部ＰＤＡおよび第２受光部ＰＤＢに集光するための、レンズ部（図示せず）が設けられている。図２１の９１１は、上記レンズ部によって集光されるレンズスポットを示す。そして、各第１受光部ＰＤＡおよび各第２受光部ＰＤＢは、レンズスポット９１１内において交互に配置されている。こうして、レンズスポット９１１内に第１受光部ＰＤＡおよび第２受光部ＰＤＢを平面的に均等に分布するように配置することによって、照射された光の角度による出力の偏りを低減している。

また、近年においては、照度センサには高い分解能が要求されているため、従来のアナログ型からデジタル型が主流となっている。デジタル型の照度センサでは、一般に、アナログ−デジタル変換回路を備えて、出力をデジタル値に変換している。

図２２は、デジタル型の照度センサ９２０の概略構成を示す回路図である。図２２に示すように、照度センサ９２０は、赤外線の分光特性を持つフォトダイオードＰＤ９２１と、可視光〜赤外線の分光特性を持つフォトダイオードＰＤ９２２と、アナログ−デジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路と略記する）ＡＤＣ９２１・ＡＤＣ９２２と、乗算部９２３と、減算部９２４とを備えている。なお、フォトダイオードＰＤ９２１が受光したときに流れる電流を、入力電流Ｉｉｎ９２１とし、フォトダイオードＰＤ９２２が受光したときに流れる電流を、入力電流Ｉｉｎ９２２とする。

フォトダイオードＰＤ９２１・ＰＤ９２２が受光すると、フォトダイオードＰＤ９２１に入力電流Ｉｉｎ９２１が流れ、これがＡＤ変換回路ＡＤＣ９２１に入力されるとともに、フォトダイオードＰＤ９２２に入力電流Ｉｉｎ９２２が流れ、これがＡＤ変換回路ＡＤＣ９２２に入力される。

ＡＤ変換回路ＡＤＣ９２１は、入力電流Ｉｉｎ９２１をデジタル値に変換し、測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２１として出力する。測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２１は、乗算部９２３によってα倍（α：定数）された後、減算部９２４に入力される。また、ＡＤ変換回路ＡＤＣ９２２は、入力電流Ｉｉｎ９２２をデジタル値に変換し、測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２２として出力する。測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２２は、減算部９２４に入力される。

減算部９２４は、測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２２から、α倍した測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２１を減算する。これにより、減算部９２４は、（ＡＤＣＯＵＴ９２２−ＡＤＣＯＵＴ９２１×α）の測定信号を出力する。この測定信号（ＡＤＣＯＵＴ９２２−ＡＤＣＯＵＴ９２１×α）は、視感度に近い分光特性が実現されている。つまりは、上述した図２０の光センサ回路９００と同じ結果を、デジタル演算で得ることが可能となる（「ＡＤＣＯＵＴ９２２−ＡＤＣＯＵＴ９２１×α＝Ｉｉｎ９０２−Ｉｉｎ９０１×α」）。

このように、照度センサ９２０では、分光特性に違いのある２つのフォトダイオードＰＤ９２１・ＰＤ９２２にそれぞれ流れる電流（入力電流Ｉｉｎ９２１・Ｉｉｎ９２２）を、デジタル値（測定信号ＡＤＣＯＵＴ９２１・ＡＤＣＯＵＴ９２２）に変換した後に減算することによって、視感度に近い分光特性を実現することが可能となる。また、照度センサ９２０のように光検出結果（照度の測定値）をデジタル信号で出力することにより、該デジタル信号を用いた後段の処理において、ＣＰＵやマイコンによるソフトウェアでの処理が容易になる。

なお、ＡＤ変換回路ＡＤＣ９２１・ＡＤＣ９２２の構成は特に限定されないが、積分型の構成を用いることが一般的となっている。これは、積分型のＡＤ変換回路は、簡単な構成で高精度な分解能を実現できる特徴があり、照度センサのように低速であるが高い分解能（１６ｂｉｔ程度）が要求されるデバイスに適しているためである。

特開２００７−７３５９１号公報（２００７年３月２２日公開） 特開２００９−１８２１８９号公報（２００９年８月１３日公開）

しかしながら、上述した従来の照度センサでは、各フォトダイオード（各受光部）のいずれかに偏って光が照射される状態が依然として発生する。これは、従来の照度センサの構成では各フォトダイオードの配置が固定されているので、照射される光の角度によっては、どうしても、各々に照射される光が偏るためである。

また、図２１の照度センサのように、受光素子９１０の上方に集光用のレンズ部が設けられている構成においては、実装位置のずれや入射角度のずれにより、レンズスポット９１１と、各第１受光部ＰＤＡおよび各第２受光部ＰＤＢとの位置が不一致となって、照射光の偏りが発生してしまうこともある（図２３参照）。

この結果、各フォトダイオード（各受光部）の出力に偏りが生じてしまい。これら出力を減算して算出する値すなわち可視光の照度を、適切に測定することができないという問題を招いている。つまりは、赤外線の分光特性の検出結果と、可視光〜赤外線の分光特性の検出結果とにおいて、検出が一方に偏ったり、波長に対する感度のばらつきが発生することになるため、両検出結果から算出する可視光の照度を、精度良く得ることができないという問題が生じている。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、各受光素子へ光が一様に照射されるか否かに拘らず、各分光特性の検出結果に偏りや感度のばらつきを生じることなく、照度の測定を行うことができるセンサ回路および電子機器を提供することにある。

本発明のセンサ回路は、上記課題を解決するために、
互いに異なる分光特性で検出された複数の光量から照度を測定するセンサ回路であって、
ｎ個（ｎ：２以上の整数）の受光素子を備え、
上記各受光素子は、互いに異なるｎ個の分光特性から１つの分光特性が設定されるように構成され、
上記各受光素子は、上記照度の測定時において、互いに異なる分光特性となるように、上記ｎ個の分光特性が順次切り替えて設定されることを特徴としている。

上記の構成によれば、１つの受光素子において、複数の分光特性で受光することができる。これにより、測定時に各受光素子において、受光素子間で異なる分光特性を有するように、複数の分光特性を順次切り替えて設定することによって、１つの分光特性で検出する光量を、各受光素子から得ることが可能となる。つまりは、ある分光特性の受光素子と別の分光特性の受光素子との配置を入れ替えて検出を行っているのと同等である。

よって、各受光素子へ光が偏って照射された場合でも、照度を測定するために必要な各分光特性の検出結果（光量）を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となる。したがって、各受光素子へ光が一様に照射されるか否かに拘らず、各分光特性の検出結果に偏りや感度のばらつきを生じることなく、照度の測定を行うことが可能となる。

また、本発明のセンサ回路では、
上記受光素子としての、第１受光素子および第２受光素子を備え、
上記第１受光素子および上記第２受光素子は、互いに異なる第１分光特性および第２分光特性から１つの分光特性が設定されるように構成され、
上記照度を測定する測定時間は、連続する第１測定時間および第２測定時間を含み、
上記第１測定時間においては、上記第１受光素子が上記第１分光特性に設定されるとともに、上記第２受光素子が上記第２分光特性に設定され、
上記第２測定時間においては、上記第１受光素子が上記第２分光特性に設定されるとともに、上記第２受光素子が上記第１分光特性に設定されることが好ましい。

上記の構成によれば、第１分光特性で検出する光量を、第１測定時間での第１受光素子と、第２測定時間での第２受光素子とから得ることが可能となる。また、第２分光特性で検出する光量を、第１測定時間での第２受光素子と、第２測定時間での第１受光素子とから得ることが可能となる。つまりは、第１測定時間と第２測定時間とで、第１分光特性の受光素子と第２分光特性の受光素子との配置を入れ替えて検出を行っているのと同等である。

よって、第１受光素子と第２受光素子とへ照射される光に偏りがある場合でも、第１分光特性の検出結果、および、第２分光特性の検出結果を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となり、精度良く照度の測定を行うことが可能となる。

また、本発明のセンサ回路では、
上記第１分光特性は、赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性であり、
上記第２分光特性は、可視光から赤外線までの波長範囲に感度を有する分光特性であることが好ましい。

上記の構成によれば、第２分光特性の検出結果から第１分光特性の検出結果を減算した値は、視感度に近い分光特性を実現することが可能となる。よって、センサ回路を、可視光の照度を測定する照度センサとして適用することが可能となる。

また、本発明のセンサ回路では、上記照度を測定する測定時間は、上記連続する第１測定時間および第２測定時間のペアを、連続して複数含んでいることが好ましい。

また、本発明のセンサ回路では、
上記第１受光素子は、２つ以上に分割された状態で当該全ての分割部分が並列接続された構成を有し、
上記第２受光素子は、上記第１受光素子の分割数と同数に分割された状態で当該全ての分割部分が並列接続された構成を有し、
上記第１受光素子の各分割部分と、上記第２受光素子の各分割部分とが、交互に配置されていることが好ましい。

上記の構成によれば、受光領域において、第１受光素子および第２受光素子を均等かつ点対称に配置することが可能となり、第１分光特性の検出結果、および、第２分光特性の検出結果を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となる。

また、本発明のセンサ回路では、上記第１受光素子の各分割部分および上記第２受光素子の各分割部分は同一面積であることが好ましい。

また、本発明のセンサ回路では、発光部と、上記発光部を駆動する駆動部とをさらに備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、センサ回路に、照度センサの機能だけでなく、近接センサの機能を具備させることが可能となる。

また、本発明のセンサ回路では、
上記第１受光素子および上記第２受光素子を封止する封止樹脂をさらに備え、
上記封止樹脂の、上記第１受光素子および上記第２受光素子の上方に位置する表面には、レンズ部が形成されていることが好ましい。

また、本発明のセンサ回路では、
上記第１分光特性で検出された光量をデジタル値に変換する第１変換部と、
上記第２分光特性で検出された光量をデジタル値に変換する第２変換部とをさらに備え、
上記第１変換部および上記第２変換部は、上記第１測定時間および上記第２測定時間に検出された光量を積分した値をデジタル値で出力する積分型のアナログ−デジタル変換回路により構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、積分型のアナログ−デジタル変換回路を用いているので、第１測定時間と第２測定時間とで接続される受光素子が異なっていても、所定の分光特性で検出された光量をデジタル値に変換するという処理を、入力される電流に基づいて容易に行うことができる。

また、本発明のセンサ回路では、
上記アナログ−デジタル変換回路は、
入力された電流により充電される充電回路と、
上記充電回路の出力電圧を基準電圧と比較する比較回路と、
上記比較回路の比較結果に基づいて、上記充電回路の出力電圧が上記基準電圧を超えたときに上記充電回路を放電させる放電回路と、
上記比較回路の比較結果に基づいて、上記第１測定時間および上記第２測定時間に上記放電回路が放電を行った回数を数え、当該回数に応じたデジタル値を出力する制御回路とを備えていることが好ましい。

本発明の電子機器は、液晶パネルと、上記液晶パネルを照射するバックライトと、上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御部とを備えている電子機器であって、
上述のセンサ回路を備え、
上記バックライト制御部は、上記センサ回路の出力信号に応じて、上記バックライトの輝度を制御することを特徴としている。

以上のように、本発明のセンサ回路は、ｎ個（ｎ：２以上の整数）の受光素子を備え、上記各受光素子は、互いに異なるｎ個の分光特性から１つの分光特性が設定されるように構成され、上記各受光素子は、上記照度の測定時において、互いに異なる分光特性となるように、上記ｎ個の分光特性が順次切り替えて設定される構成を有しているので、各受光素子へ光が偏って照射された場合でも、照度を測定するために必要な各分光特性の検出結果（光量）を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となる。

したがって、各受光素子へ光が一様に照射されるか否かに拘らず、各分光特性の検出結果に偏りや感度のばらつきを生じることなく、照度の測定を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態であるセンサ回路の一構成例を示す回路ブロック図である。 受光素子の構造および電気的構成の一例を示す図である。 上記受光素子の分光特性を示すグラフである。 ＡＤ変換回路の一構成例を示す図である。 動作時の上記センサ回路の内部切替の様子を示す図であり、（ａ）は第１の測定時間における配線を示し、（ｂ）は第２の測定時間における配線を示す。 動作時の上記センサ回路における上記受光素子の内部切替の様子を示す図であり、（ａ）は第１の測定時間における配線を示し、（ｂ）は第２の測定時間における配線を示す。 ＡＤ変換回路の動作波形の一例を示す図である。 受光部の一構成例を示す図であり、（ａ）は平面視であり、（ｂ）は断面視である。 受光素子の構造および電気的構成の他の例を示す図である。 上記受光素子の分光特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態であるセンサ回路の他の構成を示す回路ブロック図である。 上記センサ回路においてレンズスポットがずれた場合の様子を示す平面図である。 本発明の一実施形態である近接照度一体型センサの一構成例を示す回路ブロック図である。 上記近接照度一体型センサの断面構造を示す図である。 上記近接照度一体型センサが近接センサとして動作して、「近接」を検出する場合の動作波形である。 上記近接照度一体型センサが近接センサとして動作して、「非近接」を検出する場合の動作波形である。 上記近接照度一体型センサが測距センサとして動作して、「近距離」を検出する場合の動作波形である。 上記近接照度一体型センサが測距センサとして動作して、「遠距離」を検出する場合の動作波形である。 本発明の一実施形態である液晶表示装置の一構成例を示すブロック図である。 従来の光センサ回路の概略構成を示す回路図である。 従来の照明センサに備えられた受光素子の概略構成を示す平面図である。 従来のデジタル型の照度センサの概略構成を示す回路図である。 従来の照明センサにおいてレンズスポットがずれた場合の様子を示す平面図である。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（センサ回路の構成）
図１は、本実施の形態のセンサ回路１０の一構成例を示す回路ブロック図である。センサ回路１０は、測定時間に照射された光量から可視光の照度を測定するセンサである。図１に示すように、センサ回路１０は、受光部１１と、信号処理部１２とを備えている。

受光部１１は、受光部１１に照射された光（光の明るさ）に応じて電流を流す、いわゆる光電変換を行う部分である。受光部１１は、受光素子ＰＤ１および受光素子ＰＤ２（第１受光素子，第２受光素子）により構成されている。受光素子ＰＤ１が受光したときに流れる電流（光電流）を、電流Ｉｉｎ１とし、受光素子ＰＤ２が受光したときに流れる電流を、電流Ｉｉｎ２とする。受光素子ＰＤ１および受光素子ＰＤ２は、センサ回路１０の動作時の分光特性が異なるのみで、同じ構造を有している。受光素子ＰＤ１・ＰＤ２の構造を、図２の受光素子ＰＤを用いて説明する。

図２は、受光素子ＰＤの構造および電気的構成を示す図である。受光素子ＰＤは、半導体基板、スイッチＳＷ１１、およびスイッチＳＷ１２により構成されている。半導体基板は、Ｐ型基板（Ｐ型半導体基板Ｐ_sub）にＮ型ウェル層（Ｎ型半導体領域Ｎ_well）が形成され、Ｎ型ウェル層にＰ型拡散層（Ｐ型半導体領域Ｐ）が形成された構造を有している。Ｐ型基板は、グランドに接続されている。Ｎ型ウェル層は、グランドよりも高い電位の出力端子ＯＵＴに接続されている。

半導体基板においては、Ｐ型基板およびＮ型ウェル層（ＰＮ接合）により、フォトダイオードＰＤｉｒが形成されている。また、Ｎ型ウェル層およびＰ型拡散層（ＰＮ接合）により、フォトダイオードＰＤｖｉｓが形成されている。フォトダイオードＰＤｉｒおよびフォトダイオードＰＤｖｉｓは、同じ半導体基板に形成されているが、接合部の深さの違いにより、ピーク感度波長が異なっている。つまりは、フォトダイオードＰＤｉｒは、深い位置に形成されて、ピーク感度波長が赤外線の波長範囲に位置している。一方、フォトダイオードＰＤｖｉｓは、浅い位置に形成されて、ピーク感度波長が可視光の波長範囲に位置している。

スイッチＳＷ１１は、一方の端子が出力端子ＯＵＴに接続され、他方の端子がＰ型拡散層に接続されている。スイッチＳＷ１１は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、両者の電気的接続を導通／遮断する。スイッチＳＷ１２は、一方の端子がスイッチＳＷ１１の他方端子およびＰ型拡散層に接続され、他方の端子がグランドに接続されている。スイッチＳＷ１２は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、両者の電気的接続を導通／遮断する。上記の各切替信号は、外部の制御部などから供給される。

よって、「スイッチＳＷ１１＝オン、スイッチＳＷ１２＝オフ」とすると、フォトダイオードＰＤｉｒは導通し、フォトダイオードＰＤｖｉｓは短絡するので、受光素子ＰＤではフォトダイオードＰＤｉｒのみを使用することになる。ゆえに、この接続構成時に受光素子ＰＤが受光すると、フォトダイオードＰＤｉｒに流れる光電流が、受光素子ＰＤの電流Ｉｉｎとして出力される。よって、この接続構成時の受光素子ＰＤは、赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性（第１分光特性）（以下、分光特性Ｂとする）となる。

一方、「スイッチＳＷ１１＝オフ、スイッチＳＷ１２＝オン」とすると、フォトダイオードＰＤｉｒおよびフォトダイオードＰＤｖｉｓは導通するので、受光素子ＰＤでは両者を使用することになる。ゆえに、この接続構成時に受光素子ＰＤが受光すると、フォトダイオードＰＤｉｒに流れる光電流とフォトダイオードＰＤｖｉｓに流れる光電流とを合算した電流が、受光素子ＰＤの電流Ｉｉｎとして出力される。よって、この接続構成時の受光素子ＰＤは、可視光〜赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性（第２分光特性）（以下、分光特性Ａとする）となる。

図３は、受光素子ＰＤの分光特性を示すグラフである。図３において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は感度を示す。また、グラフ中の、実線は分光特性Ａ、分光特性Ｂをそれぞれ示し、破線は分光特性Ｂをα倍したものを示し、１点鎖線は視感度を示す。

可視光〜赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性Ａは、ピーク感度波長が７５０ｎｍ付近で、約３００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲をなだらかに減衰する特性を有している。

赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性Ｂは、ピーク感度波長が９００ｎｍ付近で、約５５０ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲をなだらかに減衰する特性を有している。

視感度は、ピーク感度波長が５５０ｎｍ付近で、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲をなだらかに減衰する特性を有している。なお、分光特性Ｂのピーク感度波長での感度は、視感度のピーク感度波長での感度よりも低い。定数αは、分光特性Ｂを視感度に近づけるための定数であり、分光特性Ｂ×αは、分光特性Ｂの強度をα倍したものとなっている。

このように、受光素子ＰＤは、２つのＰＮ接合を備えることで、２つのフォトダイオード、すなわちフォトダイオードＰＤｉｒおよびフォトダイオードＰＤｖｉｓを備えている。そして、スイッチＳＷ１１・ＳＷ１２により接続構成を切り替えることによって、分光特性Ａおよび分光特性Ｂのうちいずれかを設定することができるように構成されている。

信号処理部１２は、受光部１１に流れた電流から可視光の照度を算出する。信号処理部１２は、上記照度の計算をデジタル値で行い、計算結果をデジタル信号で出力する。信号処理部１２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、アナログ−デジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路と略記する）ＡＤＣ１・ＡＤＣ２（第１変換部・第２変換部）と、乗算部１３と、減算部１４とを備えている。

ＡＤ変換回路ＡＤＣ１は、入力部が、スイッチＳＷ１を介して受光素子ＰＤ１に電気的に接続されているとともに、スイッチＳＷ２を介して受光素子ＰＤ２に電気的に接続されており、出力部が乗算部１３に接続されている。ＡＤ変換回路ＡＤＣ２は、入力部が、スイッチＳＷ４を介して受光素子ＰＤ２に電気的に接続されているとともに、スイッチＳＷ３を介して受光素子ＰＤ１に電気的に接続されており、出力部が減算部１４に接続されている。

スイッチＳＷ１は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１と受光素子ＰＤ１との電気的接続を導通／遮断する。スイッチＳＷ２は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１と受光素子ＰＤ２との電気的接続を導通／遮断する。スイッチＳＷ３は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２と受光素子ＰＤ１との電気的接続を導通／遮断する。スイッチＳＷ４は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２と受光素子ＰＤ２との電気的接続を導通／遮断する。これらの各切替信号は、外部の制御部などから供給される。

乗算部１３は、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１からの出力信号（ＡＤＣＯＵＴ１）をα倍した信号（ＡＤＣＯＵＴ１×α）を、減算部１４に出力する。減算部１４は、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２からの出力信号（ＡＤＣＯＵＴ２）から、乗算部１３からの出力信号（ＡＤＣＯＵＴ１×α）を減算した信号（ＡＤＣＯＵＴ２−ＡＤＣＯＵＴ１×α）を出力する。この出力信号（ＡＤＣＯＵＴ２−ＡＤＣＯＵＴ１×α）が、センサ回路１０が検出した可視光の照度を示す信号となる。

ここで、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２は、同じ構成を有している。ＡＤ変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２の構成を、図４のＡＤ変換回路ＡＤＣを用いて説明する。

図４は、ＡＤ変換回路ＡＤＣの構成を示す図である。ＡＤ変換回路ＡＤＣは、入力された電流Ｉｉｎの電流量を、デジタル値に変換して出力する積分型のＡＤ変換回路である。図４に示すように、ＡＤ変換回路ＡＤＣは、充電回路２１、比較回路２２、制御回路２３、および放電回路２４を備えている。また、ＡＤ変換回路ＡＤＣは、入力端子ＩＮおよび出力端子ＯＵＴを備えており、集積化されていてもよい。

充電回路２１は、入力電流Ｉｉｎにより充電される回路であり、アンプ回路ＡＭＰ１と、入力電流Ｉｉｎに応じた電荷を蓄えるコンデンサＣ１とにより構成されている。アンプ回路ＡＭＰ１は、反転入力端子が入力端子ＩＮに接続され、非反転入力端子がグランド（０Ｖ）に接続され、出力端子が比較回路２２に接続されている。コンデンサＣ１は、アンプ回路ＡＭＰ１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。これにより、アンプ回路ＡＭＰ１およびコンデンサＣ１は、積分回路を構成している。

比較回路２２は、コンパレータＣＭＰ１、スイッチＳＷ２１、および基準電源Ｖ１により構成されている。コンパレータＣＭＰ１は、非反転入力端子が充電回路２１に接続され、反転入力端子がスイッチＳＷ２１を介して充電回路２１に接続されるとともに基準電源Ｖ１に接続され、出力端子が制御回路２３に接続されている。スイッチＳＷ２１は、切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、充電回路２１とコンパレータＣＭＰ１の反転入力端子との電気的接続を導通／遮断する。基準電源Ｖ１は、基準電圧ＶｒｅｆをコンパレータＣＭＰ１の反転入力端子に印加している。

制御回路２３は、比較回路２２の比較結果に基づいて、測定時間に放電回路２４が放電を行った回数を数え、当該回数に応じたデジタル値を出力するものであり、フリップフロップ（ＦＦ）２５およびカウンタ（ｃｏｕｎｔ）２６により構成されている。ＦＦ２５は、入力部が比較回路２２に接続され、出力部がカウンタ２６に接続されるとともに、放電回路２４に接続されている。カウンタ２６の出力部は、出力端子ＯＵＴに接続されている。

放電回路２４は、充電回路２１の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えたときに充電回路２１を放電させる（コンデンサＣ１に蓄えられた電荷を放電させる）ものであり、電流源Ｉ１およびスイッチＳＷ２２により構成されている。スイッチＳＷは、一方の端子が電流源Ｉ１に接続され、他方の端子が充電回路２１および入力端子ＩＮに接続されている。スイッチＳＷ２２は、切替信号（ＦＦ２５の出力信号ｃｈａｒｇｅ）に応じて開閉（オン／オフ）し、両者の電気的接続を導通／遮断する。

（センサ回路の動作）
次に、センサ回路１０の動作について説明する。

図５は、動作時のセンサ回路１０の内部切替の様子を示す図であり、（ａ）は第１の測定時間における配線を示し、（ｂ）は第２の測定時間における配線を示す。図６は、動作時のセンサ回路１０における受光素子ＰＤ１・ＰＤ２の内部切替の様子を示す図であり、（ａ）は第１の測定時間における配線を示し、（ｂ）は第２の測定時間における配線を示す。

センサ回路１０は、連続する２つの測定時間（期間）での動作により、照度を測定する。なお、ここでは、照度を測定するための測定時間のうち、最初を第１の測定時間（第１測定時間）とし、次を第２の測定時間（第２測定時間）とする。

まず、第１の測定時間においては、以下のように動作する。

図５の（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１・ＳＷ４はオン、スイッチＳＷ２・ＳＷ３はオフに切り替えられる。これにより、受光素子ＰＤ１はＡＤ変換回路ＡＤＣ１と接続され、受光素子ＰＤ２はＡＤ変換回路ＡＤＣ２と接続される。

また、図６の（ａ）に示すように、受光素子ＰＤ１において、スイッチＳＷ１１ａはオン、スイッチＳＷ１２ａはオフに切り替えられる。また、受光素子ＰＤ２において、スイッチＳＷ１１ｂはオフ、スイッチＳＷ１２ｂはオンに切り替えられる。これにより、受光素子ＰＤ１は分光特性Ｂ（赤外線）となり、受光素子ＰＤ２は分光特性Ａ（可視光〜赤外線）となる。

よって、第１の測定時間において受光素子ＰＤ１・ＰＤ２が受光すると、受光素子ＰＤ１に流れた電流Ｉｉｎ１が、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１に入力され、受光素子ＰＤ２に流れた電流Ｉｉｎ２が、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２に入力される。

続いて、第２の測定時間においては、以下のように動作する。

図５の（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１・ＳＷ４はオフ、スイッチＳＷ２・ＳＷ３はオンに切り替えられる。これにより、受光素子ＰＤ１はＡＤ変換回路ＡＤＣ２と接続され、受光素子ＰＤ２はＡＤ変換回路ＡＤＣ１と接続される。

また、図６の（ｂ）に示すように、受光素子ＰＤ１において、スイッチＳＷ１１ａはオフ、スイッチＳＷ１２ａはオンに切り替えられる。また、受光素子ＰＤ２において、スイッチＳＷ１１ｂはオン、スイッチＳＷ１２ｂはオフに切り替えられる。これにより、受光素子ＰＤ１は分光特性Ａ（可視光〜赤外線）となり、受光素子ＰＤ２は分光特性Ｂ（赤外線）となる。

よって、第２の測定時間において受光素子ＰＤ１・ＰＤ２が受光すると、受光素子ＰＤ１に流れた電流Ｉｉｎ１が、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２に入力され、受光素子ＰＤ２に流れた電流Ｉｉｎ２が、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１に入力される。

こうして、第１の測定時間および第２の測定時間にわたって、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１には、分光特性Ｂで検出された光電流が入力され、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２には、分光特性Ａで検出された光電流が入力される。この間、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２は、入力される光電流のデジタル変換を行っている。

ここで、一例として、ある大きさの光電流が入力したときのＡＤ変換回路ＡＤＣ１の動作を、図４および図７を参照しながら説明する。なお、説明は省略するが、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２もＡＤ変換回路ＡＤＣ１と同様に動作する。

図７に、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１の動作波形の一例を示す。図中、ｃｌｋはクロック信号を示し、ＳＷ２１はスイッチＳＷ２１の開閉状態を示し、ＳＷ２２はスイッチＳＷ２２の開閉状態を示し、ｖｒｅｆは基準電源Ｖ１の電圧を示し、ｖｓｉｇは充電回路２１の出力を示し、ｃｏｍｐは比較回路２２の出力を示し、ｃｈａｒｇｅはスイッチＳＷ２２の開閉に用いる制御回路２３の出力を示す。

変換動作開始前は、スイッチＳＷ２１が閉じている。これにより、充電回路２１（積分回路）の出力ｖｓｉｇは、基準電源Ｖ１の電圧ｖｒｅｆに充電されている。

ＡＤ変換回路ＡＤＣ１は、スイッチＳＷ２１が開くことによって、電流ＩｉｎでコンデンサＣ１に充電を行うことが可能となり、変換動作を行う。スイッチＳＷ２１の開放期間がデータ変換期間（t_conv）となっており、第１の測定時間および第２の測定時間に対応する。

まず、スイッチＳＷ２１をオフにすると、スイッチＳＷ２２をオンにして、放電回路２４により、コンデンサＣ１から一定の電荷（Ｉ１×t_clk）を放電させる（プリチャージ動作）。続いて、スイッチＳＷ２２をオンからオフに切り替えると、受光素子ＰＤ１からの電流Ｉｉｎ１により充電回路２１が充電され、その出力ｖｓｉｇが上昇する。出力ｖｓｉｇが電圧ｖｒｅｆを超えると、比較回路２２の出力ｃｏｍｐがローレベルからハイレベルに切り替わる。これにより、ＦＦ２５の出力、すなわち制御回路２３の出力ｃｈａｒｇｅがローレベルからハイレベルに切り替わって、スイッチＳＷ２２がオンとなり、放電回路２４によって一定の電荷（Ｉ１×t_clk）が放電される。

続いて、放電により充電回路２１の出力ｖｓｉｇが下降し、出力ｖｓｉｇが電圧ｖｒｅｆを下回ると、比較回路２２の出力ｃｏｍｐがハイレベルからローレベルに切り替わる。これにより、ＦＦ２５の出力、すなわち制御回路２３の出力ｃｈａｒｇｅがハイレベルからローレベルに切り替わって、スイッチＳＷ２２がオフとなり放電が停止する。

その後は、受光素子ＰＤ１からの電流Ｉｉｎ１により再び充電回路２１が充電され、上述と同様に動作する。第１の測定時間経過後の第２の測定時間においては、受光素子ＰＤ２からの電流Ｉｉｎ２により充電回路２１が充電されることとなる。

一方、データ変換期間（t_conv）の間、カウンタ２６が、ＦＦ２５の出力がハイレベルとなった時間、すなわち放電時間の回数を数えており、このカウント値が、入力された電荷量に応じた値としてデジタル出力される。カウンタ２６の出力は、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１の出力ＡＤＣＯＵＴ１となる。

ＡＤ変換回路ＡＤＣ１では、電流Ｉｉｎ（Ｉｉｎ１・Ｉｉｎ２）により充電された電荷量と、（Ｉ１×t_clk）により放電された電荷量とが等しくなるように動作するので、「充電電荷量（Ｉｉｎ×t_conv）＝放電電荷量（Ｉ１×t_clk×count）」により、下記の式が成り立つ。

count＝（Ｉｉｎ×t_conv）／（Ｉ１×t_clk）
count：放電時間をカウントした値
Ｉｉｎ：入力電流値
Ｉ１：基準電流値
t_conv：充電時間
t_clk：クロック周期
よって、放電時間をカウントした値（count）の最小分解能は、（Ｉ１×t_clk）で決定されることがわかる。

ここで、充電期間t_conv＝t_clk×２^ｎ（ｎ：分解能）と設定すると、
count＝（Ｉｉｎ／Ｉ１）×２^ｎ
となる。ゆえに、例えば、分解能ｎ＝１６ビットの場合、カウント値（count）は、入力電流Ｉｉｎに応じた値を、０〜６５５３５の範囲で出力することになる。よって、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１により、広いダイナミックレンジおよび高い分解能のアナログ−デジタル変換を行うことが可能となる。この点は、照度センサのように低速であるが高い分解能（１６ｂｉｔ程度）を要求されるデバイスに適している。

このようにして、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１からは、第１の測定時間および第２の測定時間にわたって分光特性Ｂで検出された光電流に応じた、デジタル値の測定信号ＡＤＣＯＵＴ１が出力される。また同様に、ＡＤ変換回路ＡＤＣ２からは、第１の測定時間および第２の測定時間にわたって分光特性Ａで検出された光電流に応じた、デジタル値の測定信号ＡＤＣＯＵＴ２が出力される。

測定信号ＡＤＣＯＵＴ１は、乗算部１３によってα倍（α：定数）された後、減算部１４に入力され、測定信号ＡＤＣＯＵＴ２は、直接、減算部１４に入力される。そして、減算部１４により、測定信号ＡＤＣＯＵＴ２からα倍した測定信号ＡＤＣＯＵＴ１が減算されることによって、測定信号（ＡＤＣＯＵＴ２−ＡＤＣＯＵＴ１×α）が出力される。この測定信号（ＡＤＣＯＵＴ２−ＡＤＣＯＵＴ１×α）は、視感度に近い分光特性が実現されており、可視光の照度を表す値となる。

以上のように、センサ回路１０では、第１の測定時間および第２の測定時間に受光素子ＰＤ１・ＰＤ２で検出された各光量から、可視光の照度を測定することができる。

また、センサ回路１０では、分光特性Ａで検出する光量を、第１の測定時間での受光素子ＰＤ２と、第２の測定時間での受光素子ＰＤ１とから得ることが可能となる。また、分光特性Ｂで検出する光量を、第１の測定時間での受光素子ＰＤ１と、第２の測定時間での受光素子ＰＤ２とから得ることが可能となる。つまりは、第１の測定時間と第２の測定時間とで、分光特性Ａの受光素子と分光特性Ｂの受光素子との配置を入れ替えて検出を行っているのと同等である。

よって、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２へ光が偏って照射された場合でも、照度を測定するために必要な分光特性Ａ・Ｂの検出結果（光量）を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となる。したがって、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２へ光が一様に照射されるか否かに拘らず、分光特性Ａ・Ｂの検出結果に偏りや感度のばらつきを生じることなく、照度の測定を行うことが可能となる。

また、センサ回路１０では、図４に示した積分型の構成を有するＡＤ変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２を用いてアナログ−デジタル変換を行っている。よって、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２が有する広いダイナミックレンジおよび高い分解能のアナログ−デジタル変換を行うことが可能となっている。また、積分型のＡＤ変換回路を用いているので、第１の測定時間と第２の測定時間とで接続される受光素子が異なっていても、所定の分光特性で検出された光電流をデジタル値に変換するという処理を、入力される電流に基づいて容易に行うことができる。

但し、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１・ＡＤＣ２は、図４に示した積分型の構成を有することが上記のように効果が大きいが、必ずしもこの構成に限るわけではなく、他の一般的なＡＤ変換回路の構成を有していてもよい。

なお、上記では、第１の測定時間および第２の測定時間により照度を測定する動作について説明したが、連続する２つの測定時間に限らず、連続する２の倍数個の測定時間により構成されていてもよい。例えば、連続する４つの測定時間（第１の測定時間、第２の測定時間、第３の測定時間および第４の測定時間）で照度を測定しても、同様の効果を得ることができる。この場合、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２の分光特性を、第１の測定時間と第３の測定時間とで同じとし、第２の測定時間と第４の測定時間とで同じとすればよい。

また、センサ回路１０では、図８に示すように、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２を封止する封止樹脂を備えていてもよい。図８は、受光部１１の一構成例を示す図であり、（ａ）は平面視であり、（ｂ）は断面視である。

受光部１１は、チップ形状を有し、その上面に受光素子ＰＤ１・ＰＤ２を備えている。受光部１１は基板３１上に設けられ、基板３１上には、受光部１１を封止する封止樹脂３２が設けられている。封止樹脂３２の表面には、レンズ部３３が形成されている。レンズ部３３は、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２の上方に配置されており、レンズ部３３によって、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２への照射光を好適に集光することが可能となる。

（照度測定の変形例）
上述のセンサ回路１０は、分光特性Ａ・Ｂの減算方式により可視光の照度を測定するための構成を有しているが、この構成は次のように変形することができる。

例えば、分光特性Ａ・Ｂは、図３に示したものに限らず、視感度に近い分光特性を実現できる範囲であれば、ピーク感度波長や感度を有する波長範囲は変えてもよい。また、視感度に近い分光特性を実現できれば、３以上の分光特性の減算方式を適用することもできる。この場合、３以上の受光素子と、３以上のＡＤ変換回路と、各受光素子と各ＡＤ変換回路との間を導通／遮断するスイッチとを備え、各受光素子は、３以上のＰＮ接合を備えて３以上の分光特性を設定可能な構造を有するセンサ回路を構成すればよい。

つまり、センサ回路１０は、ｎ個（ｎ：２以上の整数）の受光素子を備え、各受光素子が、互いに異なるｎ個の分光特性から１つの分光特性が設定されるように構成されていればよい。

上記の構成においても測定動作はセンサ回路１０と同様であり、１つの受光素子において、複数の分光特性で受光することができるので、測定時に各受光素子において、受光素子間で異なる分光特性を有するように、複数の分光特性を順次切り替えて設定することによって、１つの分光特性で検出する光量を、各受光素子から得ることが可能となる。

一例として、３つのＰＮ接合を備える受光素子の構造を、図９に示す。

図９は、受光素子ＰＤ’の構造および電気的構成を示す図である。受光素子ＰＤ’は、半導体基板、および、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４により構成されている。半導体基板は、Ｐ型基板（Ｐ型半導体基板Ｐ_sub）にＮ型ウェル層（Ｎ型半導体領域Ｎ_well）が形成され、Ｎ型ウェル層にＰ型拡散層（Ｐ型半導体領域Ｐ）が形成され、Ｐ型拡散層にＮ型拡散層（Ｎ型半導体領域Ｎ）が形成された構造を有している。Ｐ型基板は、グランドに接続されている。Ｎ型ウェル層は、グランドよりも高い電位の出力端子ＯＵＴに接続されている。

半導体基板においては、Ｐ型基板およびＮ型ウェル層（ＰＮ接合）により、フォトダイオードＰＤｉｒが形成されている。また、Ｎ型ウェル層およびＰ型拡散層（ＰＮ接合）により、フォトダイオードＰＤｖｉｓが形成されている。さらに、Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層（ＰＮ接合）により、フォトダイオードＰＤｖｉｓｓｈが形成されている。フォトダイオードＰＤｉｒ、フォトダイオードＰＤｖｉｓ、およびフォトダイオードＰＤｖｉｓｓｈは、同じ半導体基板に形成されているが、接合部の深さの違いにより、ピーク感度波長が異なっている。つまりは、フォトダイオードＰＤｉｒは、深い位置に形成されて、ピーク感度波長が赤外線の波長範囲に位置している。また、フォトダイオードＰＤｖｉｓは、浅い位置に形成されて、ピーク感度波長が可視光の波長範囲に位置している。さらに、フォトダイオードＰＤｖｉｓｓｈは、さらに浅い位置に形成されて、ピーク感度波長が可視光の波長範囲よりも短波長側に位置している。

スイッチＳＷ１１は、一方の端子が出力端子ＯＵＴに接続され、他方の端子がＰ型拡散層に接続されている。スイッチＳＷ１２は、一方の端子がスイッチＳＷ１１の他方端子およびＰ型拡散層に接続され、他方の端子がグランドに接続されている。スイッチＳＷ１３は、一方の端子がスイッチＳＷ１１の他方端子およびＰ型拡散層に接続され、他方の端子がＮ型拡散層に接続されている。スイッチＳＷ１４は、一方の端子がスイッチＳＷ１３の他方端子およびＮ型拡散層に接続され、他方の端子がグランドに接続されている。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、各切替信号に応じて開閉（オン／オフ）し、両者の電気的接続を導通／遮断する。上記の各切替信号は、外部の制御部などから供給される。

よって、「スイッチＳＷ１１＝オン、スイッチＳＷ１２＝オフ、スイッチＳＷ１３＝オン、スイッチＳＷ１４＝オフ」とすると、フォトダイオードＰＤｉｒは導通し、フォトダイオードＰＤｖｉｓ・ＰＤｖｉｓｓｈは短絡するので、受光素子ＰＤ’ではフォトダイオードＰＤｉｒのみを使用することになる。ゆえに、この接続構成時に受光素子ＰＤ’が受光すると、フォトダイオードＰＤｉｒに流れる光電流が、受光素子ＰＤ’の電流Ｉｉｎとして出力される。よって、この接続構成時の受光素子ＰＤ’は、赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性（分光特性Ｂ）となる。

また、「スイッチＳＷ１１＝オフ、スイッチＳＷ１２＝オン、スイッチＳＷ１３＝オフ、スイッチＳＷ１４＝オン」とすると、フォトダイオードＰＤｉｒ・ＰＤｖｉｓは導通し、フォトダイオードＰＤｖｉｓｓｈは短絡するので、受光素子ＰＤ’ではフォトダイオードＰＤｉｒ・ＰＤｖｉｓを使用することになる。ゆえに、この接続構成時に受光素子ＰＤ’が受光すると、フォトダイオードＰＤｉｒに流れる光電流とフォトダイオードＰＤｖｉｓに流れる光電流とを合算した電流が、受光素子ＰＤ’の電流Ｉｉｎとして出力される。よって、この接続構成時の受光素子ＰＤ’は、可視光〜赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性（分光特性Ａ）となる。

さらに、「スイッチＳＷ１１＝オフ、スイッチＳＷ１２＝オン、スイッチＳＷ１３＝オン、スイッチＳＷ１４＝オフ」とすると、フォトダイオードＰＤｉｒ・ＰＤｖｉｓ・ＰＤｖｉｓｓｈは導通するので、受光素子ＰＤ’ではフォトダイオードＰＤｉｒ・ＰＤｖｉｓ・ＰＤｖｉｓｓｈを使用することになる。ゆえに、この接続構成時に受光素子ＰＤ’が受光すると、フォトダイオードＰＤｉｒに流れる光電流とフォトダイオードＰＤｖｉｓに流れる光電流とを合算した電流から、フォトダイオードＰＤｖｉｓｓｈに流れる光電流を減算した電流が、受光素子ＰＤ’の電流Ｉｉｎとして出力される。よって、この接続構成時の受光素子ＰＤ’は、可視光〜赤外線の波長範囲から短波長側を低減した波長範囲に感度を有する分光特性（以下、分光特性Ｃとする）となる。

図１０は、受光素子ＰＤ’の分光特性を示すグラフである。図１０において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は感度を示す。また、グラフ中の、実線は分光特性Ａ、分光特性Ｂ、および分光特性Ｃをそれぞれ示し、破線は分光特性Ｂをα倍したものを示し、１点鎖線は視感度を示す。

受光素子ＰＤ’の分光特性は、受光素子ＰＤの分光特性に加えて、分光特性Ｃを含んでいる。可視光〜赤外線の波長範囲から短波長側を低減した波長範囲に感度を有する分光特性Ｃは、分光特性Ａから、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲を低減した特性を有している。つまりは、分光特性Ｃは、約４５０ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲では、分光特性Ａとほぼ同等の特性を有している。

このように、受光素子ＰＤ’は、３つのＰＮ接合を備えることで、３つのフォトダイオード、すなわちフォトダイオードＰＤｉｒ・ＰＤｖｉｓ・ＰＤｖｉｓｓｈを備えている。そして、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４により接続構成を切り替えることによって、分光特性Ａ〜Ｃのうちいずれかを設定することができるように構成されている。

センサ回路１０の受光素子ＰＤ１・ＰＤ２に、受光素子ＰＤ’の構造を適用することによって、例えば、分光特性Ｂと分光特性Ｃとで光検出を行い、分光特性Ｃで検出された光電流から、分光特性Ｂで検出された光電流を減算することで、より視感度に近い分光特性を得ることができる。また、分光特性Ａと分光特性Ｃとで光検出を行い、分光特性Ａで検出された光電流から、分光特性Ｃで検出された光電流を減算することで、短波長側の照度の検出が可能となる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。このことは、後述する他の実施の形態でも同様とする。

図１１は、本実施の形態のセンサ回路４０の一構成例を示す図である。本実施形態のセンサ回路４０は、前記実施の形態のセンサ回路１０と比較して、受光素子ＰＤ１・ＰＤ２の配置が異なった受光部４１を備えている。つまりは、図１１に示すように、センサ回路４０では、受光素子ＰＤ１が２つに分割され、受光素子ＰＤ２が２つに分割されており、これらが交互に配置されている。２つに分割された受光素子ＰＤ１（分割部分）は並列に接続され、２つに分割された受光素子ＰＤ２（分割部分）は並列に接続されている。

上記の受光素子ＰＤ１・ＰＤ２の構成によれば、図８に示したレンズ部３３によって集光されるレンズスポットに対して、受光素子を点対称で配置することが可能となる。よって、光の角度などによって受光素子ＰＤ１と受光素子ＰＤ２とへ照射される光に偏りがある場合でも、前記実施の形態のセンサ回路１０よりも測定結果の偏りや感度のばらつきをさらに抑制することが可能となり、より高精度の照度の測定が可能となる。また、図１２に示すように、レンズ部３３によって集光されるレンズスポットがずれた場合でも、センサ回路４０によれば、分光特性Ａ・Ｂの配置を切り替えることにより、照度を測定するために必要な分光特性Ａ・Ｂの検出結果（光量）を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となる。

また、センサ回路４０では、受光素子ＰＤ１が等分割されるとともに、受光素子ＰＤ２が等分割されており、これら分割部分は同一面積となっている。このように、同一面積とすることによって、受光素子の分光特性を切り替えた際、受光素子ＰＤ１の出力電流と受光素子ＰＤ２の出力電流とを同じ値にすることができるため、測定結果の偏りや感度のばらつきの抑制に大きく寄与することが可能となる。

但し、受光素子ＰＤ１の分割部分および受光素子ＰＤ２の分割部分は、同一面積に限るものではない。また、分割数も２に限るものではないが、受光素子ＰＤ１の分割数および受光素子ＰＤ２の分割数は、同数であることが望ましい。

〔実施の形態３〕
携帯電話やデジタルカメラなどの電子機器の液晶パネルでは、さらなる消費電力の低減のために、照度センサに加えて、液晶パネルに近づいた物体を検出する近接センサを搭載する形態が増加している。近接センサを備えることによって、例えば、液晶パネルに顔が近づいたときに、液晶パネルのバックライトを消灯するように制御することができる。さらに、小型化への要望から、近接・照度の一体型センサも、近年では提案されている。

そこで、本実施の形態では、センサ回路を備える近接照度一体型センサについて説明する。

図１３は、本実施の形態の近接照度一体型センサ５０の一構成例を示す図である。図１３に示すように、近接照度一体型センサ（以下、一体型センサと略記する）５０は、センサ回路１０と、発光ダイオードＬＥＤ１（発光部）と、ＬＥＤ駆動回路５１（駆動部）とを備えている。

センサ回路１０は、上述した図１のセンサ回路１０であるが、図１１のセンサ回路４０を用いてもよい。発光ダイオードＬＥＤ１を駆動しない場合は、一体型センサ５０は、照度センサとして適用できる。

一方、ＬＥＤ駆動回路５１によって発光ダイオードＬＥＤ１を駆動して赤外光を発し、センサ回路１０の受光部１１で分光特性Ｂ（赤外線）の検出結果を得ることで、一体型センサ５０は近接センサとして適用することができる。具体的には、受光素子ＰＤ１または受光素子ＰＤ２により分光特性Ｂで検出した光電流をＡＤ変換回路ＡＤＣ１に入力して、その出力信号ＡＤＣＯＵＴ１を、出力端子ＯＵＴｉｒから取り出せばよい。出力端子ＯＵＴｉｒから出力された信号ＡＤＣＯＵＴ１は、後段の制御回路（図示せず）にて近接か否かを判定するために用いられる。こうして、近接センサと照度センサとが一体化された一体型センサ５０が実現されている。

図１４は、一体型センサ５０の断面構造を示す図である。一体型センサ５０では、受光部１１、信号処理部１２、および発光ダイオードＬＥＤ１が封止樹脂３２によって封止されており、受光部１１の上方と発光ダイオードＬＥＤ１の上方とに、レンズ部３３・３４が設けられている。

近接センサとして動作する場合、発光ダイオードＬＥＤ１からの発光がレンズ部３４を通って外部へ出射される。ここで、検知物体がない場合は、上記発光はそのまま進むが、検知物体（例えば、近接検知物体６０）がある場合、上記発光は、近接検知物体６０で反射され、レンズ部３３を通って受光部１１に受光される。この際、レンズ部３３が設けられていることによって、近接特性および指向特性を向上することができる。また、レンズ部３３が設けられていることでレンズスポットがずれたとしても、センサ回路１０によれば、分光特性Ａ・Ｂの検出結果（光量）を、偏りや感度のばらつきを生じることなく得ることが可能となっている。

図１５および図１６に近接センサとして動作する場合の動作波形を示す。図１５は、「近接」を検出する場合の動作波形である。図１６は、「近接」ではないと検出する、すなわち「非近接」を検出する場合の動作波形である。

発光ダイオードＬＥＤ１を駆動している期間のデータ（Ｄａｔａ１）と、発光ダイオードＬＥＤ１を駆動していない期間のデータ（Ｄａｔａ２）との差分を、近接データ（Ｄａｔａ１−Ｄａｔａ２）としている。各データは、測定信号ＡＤＣＯＵＴ１として、出力端子ＯＵＴｉｒから出力され、近接データは後段の制御回路にて算出される。

検知物体がある場合、検知物体からの反射光が強いため、受光素子の光電流は大きくなる。よって、その電流値は、閾値Ｄａｔａ_ｔｈを越え、「近接」と判定される（図１５参照）。一方、検知物体がない場合、検知物体からの反射光が弱いため、受光素子の光電流は小さい。よって、その電流値は、閾値Ｄａｔａ_ｔｈを越えないので、「非近接」と判定される（図１６参照）。

また、近接センサの測定値は検知距離の２乗に反比例するため、この測定値から検知距離を算出することで、一体型センサ５０を、遠近を検知する測距センサとして適用することもできる。

図１７および図１８に測距センサとして動作する場合の動作波形を示す。図１６は、「近距離」を検出する場合の動作波形である。図１６は、「遠距離」を検出する場合の動作波形である。

測距センサの判定方法は、近接センサの判定方法と基本的に同じである。検知物体が近距離にある場合、検知物体からの反射光が強いため、受光素子の光電流は大きくなる。よって、その電流値は、閾値Ｄａｔａ_ｔｈを越え、「近距離」と判定される（図１７参照）。一方、検知物体が遠距離にある場合、検知物体からの反射光が弱いため、受光素子の光電流は小さい。よって、その電流値は、閾値Ｄａｔａ_ｔｈを越えないので、「遠距離」と判定される（図１８参照）。

〔実施の形態４〕
本実施の形態では、センサ回路を備える液晶表示装置について説明する。

図１９は、本実施の形態の液晶表示装置１００の一構成例を示す図である。図１９に示すように、液晶表示装置１００は、画像を表示する液晶パネル１０１と、液晶パネル１０１を照射するバックライト１０２と、バックライト１０２の輝度を制御するバックライト制御部１０３と、照度／近接センサ１０４とを備えている。照度／近接センサ１０４は、図１のセンサ回路１０、図１１のセンサ回路４０、および図１３の一体型センサ５０のうち、いずれの構成も適用することができる。

照度／近接センサ１０４は、測定結果ＤＯＵＴをバックライト制御部１０３に出力する。測定結果ＤＯＵＴは、照度／近接センサ１０４が照度センサとして動作している場合は、測定信号（ＡＤＣＯＵＴ２−ＡＤＣＯＵＴ１×α）に相当し、近接センサとして動作している場合は、測定信号ＡＤＣＯＵＴ１に相当する。これにより、バックライト制御部１０３は、周囲の明るさ、または、近接物体の有無に応じて、バックライト１０２の輝度を制御（調節）することができる。

液晶表示装置１００は、例えば、携帯電話やデジタルスチルカメラなどの電子機器の、液晶パネルを備える表示装置に適用することができる。よって、特に消費電力の低減が求められる携帯型の電子機器に効果が大きい。

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。

本発明は、照度センサ、近接センサおよび測距センサに関する分野に好適に用いることができるだけでなく、これらセンサの制御方法および製造方法に関する分野に好適に用いることができ、さらには、これらセンサを備える電子機器、例えば携帯電話およびデジタルカメラなどの分野にも広く用いることができる。

１０，４０ センサ回路
１１，４１ 受光部
１２ 信号処理部
１３ 乗算部
１４ 減算部
２１ 充電回路
２２ 比較回路
２３ 制御回路
２４ 放電回路
３２ 封止樹脂
３３ レンズ部
５０ 近接照度一体型センサ（センサ回路）
５１ ＬＥＤ駆動回路（駆動部）
１００ 液晶表示装置
１０１ 液晶パネル
１０２ バックライト
１０３ バックライト制御部
１０４ 照度／近接センサ（センサ回路）
ＰＤ１ 受光素子（第１受光素子）
ＰＤ２ 受光素子（第２受光素子）
ＰＤｉｒ フォトダイオード
ＰＤｖｉｓ フォトダイオード
ＰＤｖｉｓｓｈ フォトダイオード
ＡＤＣ１ アナログ−デジタル変換回路（第１変換部）
ＡＤＣ２ アナログ−デジタル変換回路（第２変換部）
ＬＥＤ１ 発光ダイオード（発光部）
ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１１〜ＳＷ１４，ＳＷ２１，ＳＷ２２ スイッチ

Claims (11)

1. 互いに異なる分光特性で検出された複数の光量から照度を測定するセンサ回路であって、
   ｎ個（ｎ：２以上の整数）の受光素子を備え、
   上記各受光素子は、互いに異なるｎ個の分光特性から１つの分光特性が設定されるように構成され、
   上記各受光素子は、上記照度の測定時において、互いに異なる分光特性となるように、上記ｎ個の分光特性が順次切り替えて設定されることを特徴とするセンサ回路。
2. 上記受光素子としての、第１受光素子および第２受光素子を備え、
   上記第１受光素子および上記第２受光素子は、互いに異なる第１分光特性および第２分光特性から１つの分光特性が設定されるように構成され、
   上記照度を測定する測定時間は、連続する第１測定時間および第２測定時間を含み、
   上記第１測定時間においては、上記第１受光素子が上記第１分光特性に設定されるとともに、上記第２受光素子が上記第２分光特性に設定され、
   上記第２測定時間においては、上記第１受光素子が上記第２分光特性に設定されるとともに、上記第２受光素子が上記第１分光特性に設定されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ回路。
3. 上記第１分光特性は、赤外線の波長範囲に感度を有する分光特性であり、
   上記第２分光特性は、可視光から赤外線までの波長範囲に感度を有する分光特性であることを特徴とする請求項２に記載のセンサ回路。
4. 上記照度を測定する測定時間は、上記連続する第１測定時間および第２測定時間のペアを、連続して複数含んでいることを特徴とする請求項２に記載のセンサ回路。
5. 上記第１受光素子は、２つ以上に分割された状態で当該全ての分割部分が並列接続された構成を有し、
   上記第２受光素子は、上記第１受光素子の分割数と同数に分割された状態で当該全ての分割部分が並列接続された構成を有し、
   上記第１受光素子の各分割部分と、上記第２受光素子の各分割部分とが、交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ回路。
6. 上記第１受光素子の各分割部分および上記第２受光素子の各分割部分は同一面積であることを特徴とする請求項５に記載のセンサ回路。
7. 発光部と、
   上記発光部を駆動する駆動部とをさらに備えていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のセンサ回路。
8. 上記第１受光素子および上記第２受光素子を封止する封止樹脂をさらに備え、
   上記封止樹脂の、上記第１受光素子および上記第２受光素子の上方に位置する表面には、レンズ部が形成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のセンサ回路。
9. 上記第１分光特性で検出された光量をデジタル値に変換する第１変換部と、
   上記第２分光特性で検出された光量をデジタル値に変換する第２変換部とをさらに備え、
   上記第１変換部および上記第２変換部は、上記第１測定時間および上記第２測定時間に検出された光量を積分した値をデジタル値で出力する積分型のアナログ−デジタル変換回路により構成されていることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載のセンサ回路。
10. 上記アナログ−デジタル変換回路は、
    入力された電流により充電される充電回路と、
    上記充電回路の出力電圧を基準電圧と比較する比較回路と、
    上記比較回路の比較結果に基づいて、上記充電回路の出力電圧が上記基準電圧を超えたときに上記充電回路を放電させる放電回路と、
    上記比較回路の比較結果に基づいて、上記第１測定時間および上記第２測定時間に上記放電回路が放電を行った回数を数え、当該回数に応じたデジタル値を出力する制御回路とを備えていることを特徴とする請求項９に記載のセンサ回路。
11. 液晶パネルと、上記液晶パネルを照射するバックライトと、上記バックライトの輝度を制御するバックライト制御部とを備えている電子機器であって、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ回路を備え、
    上記バックライト制御部は、上記センサ回路の出力信号に応じて、上記バックライトの輝度を制御することを特徴とする電子機器。
    

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