專利名稱：照度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓輸出型的照度傳感器。
背景技術(shù)：
對現(xiàn)有的照度傳感器進行說明。圖5是示出現(xiàn)有的照度傳感器的電路圖。根據(jù)入射光，光電二極管PD1、PD2分別流出光電流Ipdl、Ipd2。從PNP場效應(yīng)晶體管53的集電極引出由NPN場效應(yīng)晶體管51、52的電流鏡電路放大后的光電流Ipdl和光電流Ipd2的差分電流。該差分電流通過PNP場效應(yīng)晶體管53、54的電流鏡電路放大，作為表示入射光照度的高低的輸出電流Iout流向PNP場效應(yīng)晶體管54。輸出電流Iout通過電阻(未圖示)變換為電壓(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1日本特開2006-148014號公報(圖4)但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)入射光的照度變高時，光電流Ipdl、Ipd2分別相應(yīng)地增多，由此輸出電流Iout也變多。從而導(dǎo)致照度傳感器的消耗電流變多。即，照度傳感器的消耗電流依賴于入射光照度的高低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述課題而完成的，提供一種消耗電流不依賴于入射光照度的高低的照度傳感器。為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種電壓輸出型的照度傳感器，其特征在，該照度傳感器具有第一光檢測元件和第二光檢測元件，其流過基于入射光的光電流，由此輸出光電壓；減法電路，其由恒流源驅(qū)動，輸出上述第一光檢測元件與上述第二光檢測元件的輸出電壓的差分電壓；電容，其一端被設(shè)置在上述減法電路的輸出端子，另一端被設(shè)置在采樣保持電路的輸入端子；開關(guān)，其設(shè)置在提供基準(zhǔn)電壓的節(jié)點與上述電容的另一端之間；以及上述采樣保持電路，其進行基于上述差分電壓的上述電容的另一端的電壓的采樣或保持。在本發(fā)明中，照度傳感器的消耗電流大致依賴于減法電路的恒流源流出的電流， 因而幾乎不依賴于入射光照度的高低。


圖1是示出第1實施方式的照度傳感器的電路圖。圖2是示出第1實施方式的照度傳感器的各電壓的時序圖。圖3是示出第2實施方式的照度傳感器的電路圖。圖4是示出第2實施方式的照度傳感器的各電壓的時序圖。圖5是示出現(xiàn)有的照度傳感器的電路圖。符號說明11 14 電容15 16光檢測元件
21 24放大器25減法電路26 四開關(guān)30采樣保持電路31振蕩電路32邏輯電路
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施方式。<第一實施方式>圖1是示出第1實施方式的照度傳感器的電路圖。照度傳感器具有電容11 13、光檢測元件15、16、放大器21 M、減法電路25、 開關(guān)沈 觀、采樣保持電路30、振蕩電路31以及邏輯電路32。另外，照度傳感器具有復(fù)位端子、控制端子、輸出端子以及基準(zhǔn)電壓輸入端子。采樣保持電路30具有開關(guān)四以及電容14。另外，采樣保持電路30具有輸入端子以及輸出端子。開關(guān)沈設(shè)置在照度傳感器的復(fù)位端子與放大器21的輸入端子之間。電容11設(shè)置在開關(guān)26的一端與放大器21的輸入端子的連接點和接地端子之間。光檢測元件15設(shè)置在開關(guān)26的一端與放大器21的輸入端子的連接點和接地端子之間。開關(guān)27設(shè)置在照度傳感器的復(fù)位端子與放大器22的輸入端子之間。電容12設(shè)置在開關(guān)27的一端與放大器22的輸入端子的連接點和接地端子之間。光檢測元件16設(shè)置在開關(guān)27的一端與放大器22的輸入端子的連接點和接地端子之間。減法電路25的非反轉(zhuǎn)輸入端子與放大器22的輸出端子連接，反轉(zhuǎn)輸入端子與放大器21的輸出端子連接，基準(zhǔn)電壓輸入端子與照度傳感器的基準(zhǔn)電壓輸入端子連接，輸出端子與電容13的一端連接。開關(guān)觀設(shè)置在電容13的另一端與放大器23的輸入端子的連接點和照度傳感器的基準(zhǔn)電壓輸入端子之間。開關(guān)四設(shè)置在放大器23的輸出端子與放大器M的輸入端子之間。電容14設(shè)置在開關(guān)四的一端與放大器M的輸入端子的連接點和接地端子之間。放大器M的輸出端子與照度傳感器的輸出端子連接。邏輯電路32的輸入端子與振蕩電路31的輸出端子連接，控制端子與照度傳感器的控制端子連接，第一輸出端子的信號ΦΙ 控制開關(guān)沈、27，第二輸出端子的信號Φα控制開關(guān)觀，第三輸出端子的信號OSH控制開關(guān)四。 這里，假定放大器21的輸入端子的電壓是光電壓Vl，放大器22的輸入端子的電壓是輸出電壓V2，減法電路25的輸出端子的電壓是電壓V3，放大器23的輸入端子的電壓是電壓V4，放大器M的輸入端子的電壓是電壓V5，照度傳感器的復(fù)位端子的電壓是復(fù)位電壓 Vrst，控制端子的電壓是電壓Vcl，輸出端子的電壓是輸出電壓Vout，基準(zhǔn)電壓輸入端子的電壓是基準(zhǔn)電壓Vref。通過可檢測基于人類視感度的波長的入射光這樣的同一深度的PN結(jié)，分別構(gòu)成光檢測元件15、16。另外，光檢測元件15、16由光電二極管或光電晶體管構(gòu)成。光檢測元件15具有僅使基于人類視感度的波長的入射光通過的IR/UV截止濾波器(未圖示)，通過流出基于入射光的光電流來輸出光電壓VI。另外，光檢測元件16具有遮光濾波器(未圖示)而不流出光電流。光檢測元件15、16分別流出漏電流。另外，光檢測元件15、16由于分別誤檢測到照向構(gòu)成照度傳感器的IC側(cè)面的紅外線等，從而有時會分別流出無意圖的電流。這里，光檢測元件15、16分別由同一制造工藝形成且分別形成為同一形狀，因而光檢測元件15、16 流出的漏電流大致相同，光檢測元件15、16流出的無意圖的電流也大致相同。放大器21 M以及減法電路25分別由恒流源(未圖示)驅(qū)動。減法電路25輸出光檢測元件15與光檢測元件16的輸出電壓的差分電壓。采樣保持電路30進行基于該差分電壓的電容13另一端的電壓的采樣或保持。開關(guān)觀在減法電路25的輸出電壓開始變化的狀態(tài)下接通，由此，將電容13另一端的電壓固定為基準(zhǔn)電壓。接著，對照度傳感器的動作進行說明。圖2是示出第1實施方式的照度傳感器的各電壓的時序圖。這里，為了便于說明，將放大器21 M以及減法電路25的放大率設(shè)為 1倍。在時間t = tl時，邏輯電路32進行動作，使信號OSH成為低電平。由此，開關(guān)四斷開，電壓V5以及輸出電壓Vout不變化。S卩，當(dāng)信號OSH是低電平時，保持電壓V5以及輸出電壓Vout。邏輯電路32進行動作，使信號ΦΙ 成為高電平。由此，開關(guān)沈、27分別接通。此時，光電壓Vl根據(jù)開關(guān)沈的接通電阻以及電容11，開始向復(fù)位電壓Vrst變高。另外，輸出電壓V2也根據(jù)開關(guān)27的接通電阻以及電容12開始向復(fù)位電壓Vrst變高。這里，電壓V3 是利用減法電路25從輸出電壓V2減去光電壓Vl而得到的電壓，開始向基準(zhǔn)電壓Vref變低。邏輯電路32進行動作，使信號Φα成為高電平。由此，開關(guān)觀接通。電壓V4根據(jù)開關(guān)觀的接通電阻以及電容13，開始向基準(zhǔn)電壓Vref變低。在時間tl < t < t2 (光檢測的復(fù)位期間)時，邏輯電路32進行動作，以維持低電平的信號OSH。由此，電壓V5以及輸出電壓Vout保持不變化的狀態(tài)。即，在信號OSH是低電平時，保持電壓V5以及輸出電壓Vout。邏輯電路32進行動作，以維持高電平的信號ΦΙ 。由此，通過維持高電平的信號 ΦΙ ，光電壓Vl以及輸出電壓V2可充分地成為復(fù)位電壓Vrst。另外，電壓V3也可充分地成為基準(zhǔn)電壓Vref。邏輯電路32進行動作，以維持高電平的信號Φα。由此，通過維持高電平的信號 Φα,電壓V4可充分地成為基準(zhǔn)電壓Vref。在時間t = t2時，邏輯電路32進行動作，以維持低電平的信號OSH。由此，電壓 V5以及輸出電壓Vout保持不變化的狀態(tài)。即，在信號OSH是低電平時，保持電壓V5以及輸出電壓Vout。邏輯電路32進行動作，使信號ΦΙ 成為低電平。由此，開關(guān)沈、27分別斷開。此時，光電壓Vl根據(jù)基于入射光的光電流、漏電流、無意圖的電流以及電容11，開始從復(fù)位電壓Vrst變低。另外，輸出電壓V2也根據(jù)漏電流、無意圖的電流以及電容12，開始從復(fù)位電壓Vrst變低。另外，電壓V3是利用減法電路25從輸出電壓V2減去光電壓Vl而得到的電壓，因而開始變高。
這里，光檢測元件15、16流出的漏電流大致相同，光檢測元件15、16流出的無意圖的電流也大致相同，因而基于這些電流的光電壓Vl以及輸出電壓V2的電壓降大致相同。減法電路25從輸出電壓V2減去光電壓Vl而輸出電壓V3，因而在電壓V3中上述的電壓降被抵消，漏電流以及無意圖的電流對電壓V3幾乎沒有影響。即，電壓V3是僅基于光電流的電壓。邏輯電路32進行動作，以維持高電平的信號Φα。由此，電壓V4保持在基準(zhǔn)電壓 Vref0在時間t2 < t < t3(基于光檢測的電荷積蓄等待期間)時，邏輯電路32進行動作，以維持高電平的信號OCL。由此，電壓V4保持在基準(zhǔn)電壓Vref。在此期間內(nèi)，根據(jù)基于入射光的光電流，減法電路25的輸出電壓即電壓V3逐漸變高。但是，電壓V3是開始變高的狀態(tài)，減法電路25的舉動不穩(wěn)定，因而電壓V4被固定為基準(zhǔn)電壓Vref，由此不能監(jiān)視此期間的電壓V3。在時間t = t3時，邏輯電路32進行動作，以維持低電平的信號OSH。由此，電壓 V5以及輸出電壓Vout保持不變化的狀態(tài)。即，在信號OSH是低電平時，保持電壓V5以及輸出電壓Vout。邏輯電路32進行動作，以維持低電平的信號ΦΙ 。由此，光電壓Vl以及輸出電壓 V2變低。另外，電壓V3變高。邏輯電路32進行動作，使信號Φα成為低電平。由此，開關(guān)觀斷開。電壓V4根據(jù)電壓V3以及電容13，開始從基準(zhǔn)電壓Vref變高。在時間t3 < t < t4(基于光檢測的電荷積蓄期間)時，邏輯電路32進行動作，以維持低電平的信號φα。由此，電壓V4變高。在此期間內(nèi)，根據(jù)基于入射光的光電流，減法電路25的輸出電壓即電壓V3變高。 在電壓V3開始變高之后經(jīng)過規(guī)定時間(從時間t2到時間t3的時間)，由此減法電路25的舉動穩(wěn)定，因而基于光電流的電壓V4的精度較高。在時間t4 < t < t5 (基于光檢測的電荷積蓄期間)時，邏輯電路32進行動作，使信號OSH成為高電平。由此，開關(guān)四接通，放大器23放大電壓V4后將輸出電壓輸出，將該輸出電壓作為電壓V5由電容14進行采樣。放大器M放大電壓V5后將輸出電壓Vout 輸出。這里，根據(jù)控制端子的電壓Vcl來控制信號OSH的定時。當(dāng)信號OSH為高電平的定時變慢時，電荷積蓄期間相應(yīng)地變長，因而照度傳感器的靈敏度變高。此夕卜，當(dāng)電容11、12的電容值都較小時，光電壓Vl以及輸出電壓V2分別容易相應(yīng)地進行變化，因而照度傳感器的靈敏度變高。在時間t = t5時，邏輯電路32進行動作，使信號Φ SH成為低電平。由此，開關(guān)四斷開，電壓V5以及輸出電壓Vout根據(jù)電壓V4而固定。S卩，當(dāng)信號OSH是低電平時，保持電壓V5以及輸出電壓Vout。此時的輸出電壓Vout依據(jù)基于人類視感度的波長的入射光的光電流，因而具有基于人類視感度的分光靈敏度特性。這樣，照度傳感器的消耗電流大致依賴于放大器21 M以及減法電路25的恒流源流出的電流，因而幾乎不依賴于入射光照度的高低。另外，光檢測元件15的光電流不是從電源端子而是從電容11的一端流向接地端子，因而不會有助于照度傳感器的消耗電流。由此，照度傳感器的消耗電流不依賴于入射光照度的高低。另外，照度傳感器將輸出電壓Vout輸出，因而照度傳感器的輸出端子不需要電流電壓變換用的電阻。此外，雖未圖示，但放大器21 M可以是源極跟隨器。另外，雖未圖示，但也可以通過追加根據(jù)復(fù)位電壓Vrst生成基準(zhǔn)電壓Vref的電路，來削除照度傳感器的基準(zhǔn)電壓輸入端子。另外，雖未圖示，但也可以通過追加根據(jù)基準(zhǔn)電壓Vref生成復(fù)位電壓Vrst的電路，來削除照度傳感器的復(fù)位端子。另外，光檢測元件15、16分別由同一深度的PN結(jié)構(gòu)成，通過減法電路25算出這些光檢測元件15、16的輸出電壓的差分電壓，流向光檢測元件15、16的漏電流被抵消，流向光檢測元件15、16的無意圖的電流也被抵消。但是，光檢測元件15、16也可以分別由不同深度的PN結(jié)來構(gòu)成。此時，光檢測元件15、16分別檢測各種入射光而將輸出電壓輸出，通過減法電路25算出這些光檢測元件15、16的輸出電壓的差分電壓，檢測基于人類視感度的波長的入射光。<第二實施方式>圖3是示出第2實施方式的照度傳感器的電路圖。與第一實施方式相比，照度傳感器追加了控制電路40?？刂齐娐?0具有電壓檢測電路41以及PMOS晶體管42?？刂齐娐?0的輸入端子與開關(guān)沈的一端和放大器21的輸入端子的連接點連接， 輸出端子與電容13的另一端和放大器23的輸入端子的連接點連接。電壓檢測電路41的輸入端子與控制電路40的輸入端子連接。PMOS晶體管42的柵極與電壓檢測電路41的輸出端子連接，源極與電源端子連接，漏極與控制電路40的輸出端子連接。這里，假定放大器 23的輸入端子的電壓是電壓V4A。電壓檢測電路41由將光電壓Vl的飽和電壓設(shè)為反轉(zhuǎn)閾值電壓的反相器(未圖示)或?qū)⒐怆妷篤l的飽和電壓設(shè)為基準(zhǔn)電壓的比較器(未圖示)構(gòu)成。PMOS晶體管42是漏極開路型?？刂齐娐?0檢測光電壓Vl已達到飽和電壓的情況，固定照度傳感器的輸出電壓Vout0接著，對照度傳感器的動作進行說明。圖4是示出第2實施方式的照度傳感器的各個電壓的時序圖。這里，假定光檢測元件15被入射照度比規(guī)定值高的入射光，光電壓Vl在電荷積蓄期間中飽和。在時間t3 < t < ta時，光電壓Vl根據(jù)基于入射光的光電流、漏電流、無意圖的電流以及電容11而急劇變低。另外，輸出電壓V2也根據(jù)漏電流、無意圖的電流以及電容12 而變低。另外，電壓V3是利用減法電路25從輸出電壓V2減去光電壓Vl而得到的電壓，因而急劇變高。另外，電壓V4A根據(jù)電壓V3以及電容13而急劇變高。在時間t = ta時，光電壓Vl急劇變低而達到飽和電壓。電壓檢測電路41監(jiān)視光電壓VI，檢測光電壓Vl已達到飽和電壓的情況，將低電平的信號輸出至PMOS晶體管42的柵極。由此，PMOS晶體管42導(dǎo)通，電壓V4A被強制地固定為電源電壓VDD。由此，放大器23 的輸出電壓、電壓V5以及輸出電壓Vout都被固定。
這里，根據(jù)照度比規(guī)定值高的入射光，當(dāng)光電壓Vl達到飽和電壓而恒定時，輸出電壓V2變低，因而電壓V3(V3 = V2-V1)開始變低。由此，在不存在具有電壓檢測電路41 以及PMOS晶體管42的控制電路40的第一實施方式中，根據(jù)電壓V3，電壓V4也開始變低。 即，根據(jù)入射光照度的高低，電壓V4應(yīng)該變高而成為飽和電平，但在第一實施方式的情況下，當(dāng)入射光的照度比規(guī)定值高時，電壓V4從飽和電平變低。由此，照度傳感器無法維持輸出電壓Vout的飽和電平。這里，在第二實施方式的情況下，當(dāng)入射光的照度比規(guī)定值高時， 將電壓V4A強制地固定為電源電壓VDD。由此，照度傳感器可維持輸出電壓Vout的飽和電平。即，照度比規(guī)定值高的入射光被檢測為具有在照度傳感器可檢測的范圍內(nèi)最高的照度的入射光。這樣，即使入射光的照度比規(guī)定值高，照度傳感器也不會誤檢測入射光。此外，在圖3中，電壓檢測電路41監(jiān)視放大器21的輸入端子，雖未圖示，但也可以監(jiān)視放大器21的輸出端子。此時，電壓檢測電路41監(jiān)視放大器21的輸出電壓，檢測放大器21的輸出電壓比規(guī)定電壓低的情況，由此，檢測光電壓Vl已達到飽和電壓的情況。另夕卜， 雖未圖示，但也可以監(jiān)視減法電路25的輸出端子。此時，電壓檢測電路41監(jiān)視減法電路25 的輸出電壓即電壓V3，檢測電壓V3比規(guī)定電壓高的情況，由此，檢測光電壓Vl已達到飽和電壓的情況。另外，在圖3中，電壓檢測電路41將電壓V4A強制地固定為電源電壓VDD，雖未圖示，但也可以將放大器23的輸出電壓、電壓V5以及輸出電壓Vout中的任意一個電壓固定為電源電壓VDD。
權(quán)利要求
1.一種電壓輸出型的照度傳感器，其特征在于，該照度傳感器具有 第一光檢測元件和第二光檢測元件，其輸出基于入射光的光電壓；減法電路，其由恒流源驅(qū)動，輸出上述第一光檢測元件與上述第二光檢測元件的輸出電壓的差分電壓；電容，其一端被設(shè)置在上述減法電路的輸出端子，另一端被設(shè)置在采樣保持電路的輸入端子；開關(guān)，其設(shè)置在提供基準(zhǔn)電壓的節(jié)點與上述電容的另一端之間；以及上述采樣保持電路，其進行基于上述差分電壓的上述電容的另一端的電壓的采樣或保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度傳感器，其特征在于，上述第一光檢測元件具有僅使基于人類視感度的波長的入射光通過的濾波器， 上述第二光檢測元件具有遮光濾波器，上述第一光檢測元件和上述第二光檢測元件分別由同一深度的PN結(jié)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度傳感器，其特征在于，上述第一光檢測元件和上述第二光檢測元件分別由不同深度的PN結(jié)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度傳感器，其特征在于，上述開關(guān)在上述減法電路的輸出電壓開始變化的狀態(tài)下接通，由此將上述電容的另一端的電壓固定為基準(zhǔn)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度傳感器，其特征在于，該照度傳感器還具有控制電路，該控制電路檢測上述光電壓已達到飽和電壓的情況， 并固定照度傳感器的輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照度傳感器，其特征在于， 上述控制電路具有電壓檢測電路，其由反相器構(gòu)成；以及漏極開路型的PMOS晶體管，其柵極與上述電壓檢測電路的輸出端子連接，源極與電源端子連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照度傳感器，其特征在于， 上述控制電路具有電壓檢測電路，其由比較器構(gòu)成；以及漏極開路型的PMOS晶體管，其柵極與上述電壓檢測電路的輸出端子連接，源極與電源端子連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種消耗電流不依賴于入射光照度的高低的照度傳感器。其中，放大器(21～24)以及減法電路(25)由恒流源(未圖示)驅(qū)動。減法電路(25)輸出光檢測元件(15)與光檢測元件(16)的輸出電壓的差分電壓。采樣保持電路(30)進行基于該差分電壓的電容(13)另一端的電壓的采樣或保持。開關(guān)(28)在減法電路(25)的輸出電壓開始變化的狀態(tài)下接通，由此將電容(13)另一端的電壓固定為基準(zhǔn)電壓。
文檔編號G01J1/44GK102261953SQ20111009926
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者町田聰 申請人:精工電子有限公司