JP2009069023A - Illuminance sensor and light receiving module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、明るさを電気信号に変換する照度センサ及び受光モジュールに関するものであり、特に、人間の視感度特性に近い分光感度特性を有する照度センサ、及びその照度センサと温度を電気信号に変換する温度センサとを備える受光モジュールに関する。 The present invention relates to an illuminance sensor and a light receiving module that convert brightness into an electrical signal, and in particular, an illuminance sensor having spectral sensitivity characteristics close to human visual sensitivity characteristics, and the illuminance sensor and temperature to electrical signals. The present invention relates to a light receiving module including a temperature sensor.
可視光用センサとしては、シリコンフォトダイオードとCdS(硫化カドミウム)セルの2つのセンサが代表的である。シリコンフォトダイオードは小型、高速応答、安定性が高く、光通信、光ディスク用受光素子、光センサで幅広く用いられている。しかし、シリコンフォトダイオードの分光感度特性は、人間の視感度とは大きく異なり、赤外線領域に感度を持つ。それに比べてCdSセルは人間の視覚に近い分光感度特性を持っており、古くからカメラの露出計や可視光用センサとして用いられてきている。しかし、環境負荷物質問題により、硫化カドミウムを主成分とするCdSセルの使用が制限されつつあり、欧州では2006年7月以降カドミウム、鉛、6価クロム、及び水銀を使用した製品は持ち込みが禁止されている。よって、環境負荷が小さいシリコンフォトダイオードを用いて人間の視感度に近い分光感度特性を持った可視光用センサに対する要望が高まってきている。 As a sensor for visible light, two sensors of a silicon photodiode and a CdS (cadmium sulfide) cell are typical. Silicon photodiodes are small, have high response speed and high stability, and are widely used in optical communications, optical disk light receiving elements, and optical sensors. However, the spectral sensitivity characteristics of silicon photodiodes are very different from human visual sensitivity and have sensitivity in the infrared region. In contrast, CdS cells have spectral sensitivity characteristics close to human vision, and have long been used as camera exposure meters and visible light sensors. However, the use of CdS cells mainly composed of cadmium sulfide is being restricted due to environmentally hazardous substances. In Europe, products using cadmium, lead, hexavalent chromium, and mercury are prohibited from being brought in since July 2006. Has been. Therefore, there is an increasing demand for a visible light sensor having a spectral sensitivity characteristic close to human visibility using a silicon photodiode having a small environmental load.
また、近年、携帯電話や液晶テレビなどのバックライトの明るさを周囲の明るさに応じて自動的に調光することにより、携帯電話のバッテリー消耗を抑えたり、液晶の視認性を向上させたりする用途として、人間の視感度に近い照度センサの需要が急増してきている。さらに、液晶バックライトの明るさと液晶パネルの温度とをモニタすることにより、液晶パネルに表示される画像のコントラストと液晶バックライトの明るさとを調整することにより、より高画質の液晶表示装置を実現することができる。 Also, in recent years, the brightness of the backlight of mobile phones and LCD TVs is automatically adjusted according to the surrounding brightness, thereby reducing battery consumption of mobile phones and improving the visibility of liquid crystals. As an application to do so, the demand for illuminance sensors that are close to human visual sensitivity is increasing rapidly. Furthermore, by monitoring the brightness of the liquid crystal backlight and the temperature of the liquid crystal panel, the image contrast displayed on the liquid crystal panel and the brightness of the liquid crystal backlight are adjusted to realize a higher-quality liquid crystal display device. can do.
現在、デジタル化による高機能化により、より使いやすく、より低コストである液晶バックライト自動調光システム用の照度センサが求められている。また、照度センサが、液晶パネルの温度をモニタする温度センサを含めた上でより小型化されることに対する要望も強くなっている。 Currently, there is a need for an illuminance sensor for a liquid crystal backlight automatic dimming system that is easier to use and lower in cost due to higher functionality through digitization. In addition, there is an increasing demand for further downsizing of the illuminance sensor including a temperature sensor for monitoring the temperature of the liquid crystal panel.
ここで、図13に従来の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置100を示す。図13の液晶表示装置100は、周囲の明るさあるいはバックライト101の明るさを検出する照度センサ102と、照度センサ102で検出された照度の値をアナログ量からデジタル量に変換するA/D変換部103とを備えている。また、LCDパネル(液晶ディスプレイパネル)104の温度を検出する温度センサ105と、温度センサ105で検出された温度の値をアナログ量からデジタル量に変換するA/D変換部106を備えている。さらに照度検出部107は、照度センサ102とA/D変換部103とを備え、温度検出部108は、温度センサ105とA/D変換部106とを備える。
Here, FIG. 13 shows a conventional liquid
コントローラ109は、照度検出部107及び温度検出部108で検出された、照度及び温度のデジタルデータにより、LCDパネル104のコントラストの温度による変化を補正するように、最適な液晶駆動電圧を発生し、LCDパネル104に供給する。さらに、周囲の明るさあるいは、バックライト101の明るさを検出することにより、バックライトの明るさが最適になるように、コントロールする。
The
図13の従来の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置と類似の構成を有するものとして、特許文献2では、照度の値を検出する照度センサと、温度の値を検出する温度センサとを備え、上記照度センサ及び上記温度センサの出力値に基づいて液晶表示のコントラストを調整する液晶コントラスト調整装置が開示されている。
As having a configuration similar to that of the conventional liquid crystal display device with automatic liquid crystal backlight dimming in FIG. 13,
これに対して、温度センサにより照度センサあるいは光センサを有する光電変換部の温度を測定する技術も開示されている。特許文献1では、照度センサの温度を検出する温度検出手段を備える照明装置が開示されている。また、特許文献3及び特許文献4に開示されている光測定器では、光センサを有する光電変換部に温度センサを取り付け、上記光電変換部の温度を測定している。
しかしながら、図13に示す上記従来の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置では、照度と温度とを検出するために、照度センサ及び温度センサそれぞれにA/D変換器を接続する必要があり、多数の照度センサ及び温度センサを液晶パネルの各部に配置してきめ細かくバックライトの調光を行う場合、実装面積が大きくなり、液晶パネルの薄型化や小型化の障害になる。 However, in the conventional liquid crystal display device with automatic liquid crystal backlight dimming shown in FIG. 13, it is necessary to connect an A / D converter to each of the illuminance sensor and the temperature sensor in order to detect the illuminance and the temperature. When a large number of illuminance sensors and temperature sensors are arranged in each part of the liquid crystal panel to finely control the backlight, the mounting area becomes large, which obstructs the thinning and miniaturization of the liquid crystal panel.
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、実装面積を小さくした上でLCDパネルの温度及び周囲の環境光あるいは、液晶バックライトの照度を測定することができる照度センサ及び受光モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to measure the temperature of the LCD panel and ambient ambient light or the illuminance of the liquid crystal backlight while reducing the mounting area. Another object of the present invention is to provide an illuminance sensor and a light receiving module.
本発明の照度センサは、上記課題を解決するために、周囲の明るさに応じた光電流を発生させる受光素子と、上記受光素子からの光電流を対数圧縮された電圧に変換する電流電圧変換手段と、温度に比例した熱電圧を発生する熱電圧発生手段とを備える照度センサにおいて、上記対数圧縮された電圧及び上記熱電圧を、照度及び温度のデジタルデータに変換するA/D変換手段と、上記熱電圧発生手段が発生する熱電圧により温度を測定する温度測定モード時は、上記熱電圧発生手段と前記A/D変換手段とを接続し、受光素子が発生する光電流により上記周囲の明るさを測定する照度測定モード時は、上記電流電圧変換手段と上記A/D変換手段とを接続するスイッチ回路とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the illuminance sensor of the present invention is a light-receiving element that generates a photocurrent according to ambient brightness, and a current-voltage conversion that converts the photocurrent from the light-receiving element into a logarithmically compressed voltage. And an A / D conversion means for converting the logarithmically compressed voltage and the thermal voltage into digital data of illuminance and temperature, in an illuminance sensor comprising means and a thermal voltage generation means for generating a thermal voltage proportional to temperature. In the temperature measurement mode in which the temperature is measured by the thermal voltage generated by the thermal voltage generation means, the thermal voltage generation means and the A / D conversion means are connected, and the ambient current is generated by the photocurrent generated by the light receiving element. In the illuminance measurement mode for measuring brightness, a switch circuit for connecting the current-voltage conversion means and the A / D conversion means is provided.
上記発明によれば、前記スイッチ回路は、照度測定モード時に前記A/D変換手段が照度に比例するデータを出力し、温度測定モード時に前記A/D変換手段が温度に比例したデータを出力するように、前記電流電圧変換手段及び前記熱電圧発生手段と前記A/D変換手段との接続を切り替える。 According to the invention, in the illuminance measurement mode, the switch circuit outputs data proportional to the illuminance in the illuminance measurement mode, and the A / D conversion means outputs data proportional to the temperature in the temperature measurement mode. As described above, the connection between the current / voltage converting means and the thermal voltage generating means and the A / D converting means is switched.
従って前記A/D変換手段を照度測定モード時と温度測定モード時とで共用できるので、照度測定モード時及び温度測定モード時における電気的な測定を小さな実装面積で実現でき、液晶パネルの薄型化や機器の小型化が可能となる。 Therefore, since the A / D conversion means can be used in both the illuminance measurement mode and the temperature measurement mode, electrical measurement in the illuminance measurement mode and the temperature measurement mode can be realized with a small mounting area, and the liquid crystal panel can be thinned. And downsizing of the equipment becomes possible.
上記照度センサでは、温度測定モードと照度測定モードとを切り替えるビットを格納する温度/照度モード切替レジスタをさらに備えてもよい。 The illuminance sensor may further include a temperature / illuminance mode switching register that stores a bit for switching between the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode.
これにより、前記A/D変換手段の測定モードを、温度測定モードと照度測定モードとの間で切り替えるスイッチ切り替え信号SWを伝送する信号ラインを省略できる。 As a result, the signal line for transmitting the switch switching signal SW for switching the measurement mode of the A / D conversion means between the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode can be omitted.
上記照度センサでは、温度測定モードと照度測定モードとを一定の時間毎に切り替える時間情報を格納する温度/照度モード切替時間レジスタと、上記時間情報に基づいて温度測定モードと照度測定モードとを一定の時間毎に切り替える切替手段とをさらに備えてもよい。 In the illuminance sensor, a temperature / illuminance mode switching time register that stores time information for switching between the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode at regular intervals, and the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode are constant based on the time information. And a switching means for switching every time.
これにより、コントローラを介して、切り替え時間を設定することにより、温度と照度とを交互に測定出来る。従って、リアルタイムに外界の温度及び照度環境に合わせて、LCDパネルのバックライト及びコントラストを最適な状態にコントロールできる。 Thereby, temperature and illuminance can be measured alternately by setting the switching time via the controller. Therefore, the backlight and contrast of the LCD panel can be controlled to the optimum state in real time according to the external temperature and illuminance environment.
上記照度センサでは、照度測定モードの時に照度の時間変化がある設定された範囲に入っている時は、前記A/D変換手段を温度測定モードに移行させ、温度測定モードの時に温度の時間変化がある設定された範囲に入っている時は、前記A/D変換手段を照度測定モードに移行させる温度/照度時間変化率検出手段をさらに備えてもよい。 In the illuminance sensor, when the illuminance measurement mode is within a set range in which the illuminance changes with time, the A / D conversion means is shifted to the temperature measurement mode, and the temperature changes with time in the temperature measurement mode. A temperature / illuminance time change rate detection unit that shifts the A / D conversion unit to an illuminance measurement mode may be further provided when the A / D conversion unit is in a certain set range.
これにより、温度あるいは照度の変化が早い時に、温度あるいは照度の測定頻度を多くすることにより、温度と照度とをリアルタイムに正確に測定出来る。 Thus, when the temperature or illuminance changes quickly, the temperature and illuminance can be accurately measured in real time by increasing the frequency of measuring the temperature or illuminance.
上記照度センサでは、温度測定モード時に温度の時間変化がある設定された範囲に入っている場合は、A/D変換された温度のデジタルデータを温度レジスタに格納して照度測定モードに移行し、照度測定モード時に照度の時間変化がある設定された範囲に入っている場合は、A/D変換された温度のデジタルデータを照度レジスタに格納して温度測定モードに移行することにより、温度測定モードと照度測定モードを交互に繰り返してもよい。 In the illuminance sensor, when the temperature changes in the temperature measurement mode and within a set range, the A / D converted temperature digital data is stored in the temperature register and the illuminance measurement mode is entered. If the illuminance measurement mode is within a set range where the illuminance changes over time, the digital data of the A / D converted temperature is stored in the illuminance register and the temperature measurement mode is entered. And the illuminance measurement mode may be alternately repeated.
これにより、温度あるいは照度の変化が早い時に、温度あるいは照度の測定頻度を多くすると共に、最新の温度あるいは照度のデジタルデータを温度レジスタあるいは照度レジスタに格納出来る。 Thus, when the temperature or illuminance changes quickly, the frequency of temperature or illuminance measurement can be increased, and the latest temperature or illuminance digital data can be stored in the temperature register or illuminance register.
上記照度センサでは、上記スイッチ回路の後段にローパスフィルタ回路を備えてもよい。 In the illuminance sensor, a low-pass filter circuit may be provided after the switch circuit.
これにより、照度測定モード及び温度測定モードを切り替える時のスイッチングノイズによるA/D変換時の誤差を低減出来る。 Thereby, the error at the time of A / D conversion by the switching noise at the time of switching illumination intensity measurement mode and temperature measurement mode can be reduced.
上記照度センサでは、複数個の異なるDuty比が設定されたPWM(Pulse Width Modulation)調光データが格納され、前記照度のデジタルデータに対応した照度レベルに応じて1個のPWM調光データを出力する輝度設定用レジスタ部と、前期輝度設定レジスタ部の出力に基づきPWM信号を出力するPWM出力信号出力部とをさらに備えてもよい。 The illuminance sensor stores PWM (Pulse Width Modulation) dimming data in which a plurality of different duty ratios are set, and outputs one PWM dimming data according to the illuminance level corresponding to the illuminance digital data. A luminance setting register unit that outputs the PWM signal based on the output of the previous luminance setting register unit.
これにより、前記照度のデジタルデータに対応した照度レベルに応じてPWM信号のDuty比を可変できる。従って、PWM信号のHighレベル時にバックライトを点灯させ、Lowレベルの時にバックライトを消灯させることにより、バックライトの明るさをPWM信号のDuty比に比例した明るさに制御出来る。 Thus, the duty ratio of the PWM signal can be varied according to the illuminance level corresponding to the illuminance digital data. Therefore, by turning on the backlight when the PWM signal is at a high level and turning off the backlight when the PWM signal is at a low level, the brightness of the backlight can be controlled to be in proportion to the duty ratio of the PWM signal.
本発明の受光モジュールは、上記いずれかの照度センサを用いているので、電気的な測定を小さな実装面積で実現でき、液晶パネルの薄型化や機器の小型化が可能となる。 Since the light receiving module of the present invention uses any one of the above illuminance sensors, electrical measurement can be realized with a small mounting area, and the liquid crystal panel can be made thinner and the device can be made smaller.
本発明の照度センサは、以上のように、対数圧縮された電圧及び熱電圧を、照度及び温度のデジタルデータに変換するA/D変換手段と、熱電圧発生手段が発生する熱電圧により温度を測定する温度測定モード時は、上記熱電圧発生手段と前記A/D変換手段とを接続し、受光素子が発生する光電流により周囲の明るさを測定する照度測定モード時は、電流電圧変換手段と上記A/D変換手段とを接続するスイッチ回路とを備えるものである。 As described above, the illuminance sensor of the present invention has an A / D conversion unit that converts logarithmically compressed voltage and thermal voltage into digital data of illuminance and temperature, and a temperature by the thermal voltage generated by the thermal voltage generation unit. In the temperature measurement mode for measuring, the thermal voltage generation means and the A / D conversion means are connected, and in the illuminance measurement mode for measuring the ambient brightness by the photocurrent generated by the light receiving element, the current-voltage conversion means And a switch circuit for connecting the A / D conversion means.
それゆえ、実装面積を小さくした上でLCDパネルの温度及び周囲の環境光あるいは、液晶バックライトの照度を測定することができる照度センサ及び受光モジュールを提供するという効果を奏する。 Therefore, it is possible to provide an illuminance sensor and a light receiving module that can measure the temperature of the LCD panel and ambient ambient light or the illuminance of the liquid crystal backlight while reducing the mounting area.
本発明の一実施形態について図1に基づいて説明すれば、以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に本発明に係る液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置1のブロック図を示す。液晶表示装置1は、受光素子(フォトダイオードPD)2、I−V変換回路3、熱電圧発生回路4、スイッチSW1、A/D変換部5、スイッチSW2、照度レジスタ6、温度レジスタ7、レジスタR/W用シリアルインターフェース9、コントローラ10、LCDパネル11及びバックライト12を備えている。また、照度センサIC13は、I−V変換回路3、熱電圧発生回路4、スイッチSW1、A/D変換部5、スイッチSW2、照度レジスタ6、温度レジスタ7、レジスタR/W用シリアルインターフェース9、及び端子14〜16を有している。端子14〜16は、コントローラ10から伝送される信号が入力される。
FIG. 1 is a block diagram of a liquid
図1において、受光素子2は、外部から入射される光に比例した光電流Ipdを発生させ、I−V変換回路3に出力する。I−V変換回路3は、受光素子2から出力された光電流Ipdを、対数圧縮された電圧に変換する。上記対数圧縮された電圧は、スイッチSW1を介してA/D変換部5に入力され、デジタルデータに変換される。
In FIG. 1, the
熱電圧発生回路4は、LCDパネル11の温度に比例した熱電圧Vtを発生し、スイッチSW1を介してA/D変換部5に出力する。ここで、熱電圧Vtは、
Vt=k・T/q (1)
となる。ここで、kはボルツマン定数、TはLCDパネル11の絶対温度、及びqは素電荷である。
The thermal
Vt = k · T / q (1)
It becomes. Here, k is a Boltzmann constant, T is the absolute temperature of the
スイッチSW1は、コントローラ10から伝送されるスイッチ切り替え信号SWに基づいて、照度測定モード(照度センサモード)の時は、I−V変換回路3の出力とA/D変換部5の入力とを接続し、温度測定モード(温度センサモード)の時は、熱電圧発生回路4の出力とA/D変換部5の入力とを接続する。
The switch SW1 connects the output of the
スイッチSW2は、コントローラ10から伝送されるスイッチ切り替え信号SWに基づいて、照度測定モード(照度センサモード)の時は、A/D変換部5の出力と照度レジスタ6とを接続し、温度測定モード(温度センサモード)の時は、A/D変換部5と温度レジスタ7とを接続する。
Based on the switch switching signal SW transmitted from the
A/D変換部5は、コントローラ10から伝送されるスイッチ切替え信号SWに基づいて、照度測定モードの時は、I−V変換回路3から出力される対数圧縮された電圧をデジタルデータに変換することにより、アナログ量である照度をデジタル量に変換する。同様に、温度測定モードの時は、熱電圧発生回路4から出力される熱電圧をデジタルデータに変換することにより、アナログ量である温度をデジタル量に変換する。
Based on the switch switching signal SW transmitted from the
次に、A/D変換部5は、変換したデジタルデータを、照度測定モードの時は照度レジスタ6に格納し、温度測定モードの時は温度レジスタ7に格納する。
Next, the A /
コントローラ10は、レジスタR/W用シリアルインターフェース9、信号線SCL(Serial CLock)及び信号線SDA(Serial DAta)により、照度レジスタ6及び温度レジスタ7に格納されている照度データおよび温度データを読み出し、これらの値に基づいて、バックライト12の明るさが最適になるようにコントロールし、液晶のコントラストが最適になるように最適な駆動電圧を発生し、LCDパネル11に供給する。なお、信号線SCL及びSDAは、一般的なI2Cバスの信号線である。I2CはInter Integrated Circuitの略であり、フィリップス社が1980年に提唱したものである。I2Cインターフェースは、2本の信号線SCL及びSDAによって比較的近い場所にあるデバイス間の情報伝達を行うためのシリアルインターフェースである。伝送速度としては100kbps、400kbps(ファーストモード)、3.4Mbps(ハイスピードモード)が挙げられる。
The
このように、照度センサと温度センサとをワンチップに集積化して受光モジュールに搭載し、照度測定モードと温度測定モードを任意に切り替え、A/D変換器を共有することにより、液晶パネルに必要なセンサをより、小さな実装面積で実現することが可能となる。 In this way, the illuminance sensor and the temperature sensor are integrated on a single chip and mounted on the light receiving module, and the illuminance measurement mode and the temperature measurement mode can be switched arbitrarily, and the A / D converter is shared, which is necessary for the liquid crystal panel It is possible to realize a simple sensor with a smaller mounting area.
〔実施例1〕
図2は、本発明の第1の実施例を示す照度センサの対数圧縮アンプ、温度センサの熱電圧発生回路及びA/D変換部のブロック図である。なお、説明の便宜上、前記実施の形態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。
[Example 1]
FIG. 2 is a block diagram of the logarithmic compression amplifier of the illuminance sensor, the thermal voltage generation circuit of the temperature sensor, and the A / D conversion unit according to the first embodiment of the present invention. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of
まず照度測定モード時の動作を説明する。受光素子(フォトダイオードPD)2は、外部から入射される光に比例した光電流Ipdを発生させる。光電流IpdはPNPトランジスタQP1のエミッタ−ベース間のPN接合ダイオードと、アンプAMP1とを備える対数圧縮アンプ17により、対数圧縮された電圧に変換される。対数圧縮アンプ17の出力電圧V1は
V1=Vref−Vt・ln(Ipd/Is) (2)
となる。ここで、Vtは熱電圧であり、Vt=k・T/q、kはボルツマン定数、TはLCDパネル11の絶対温度、qは素電荷、Isは逆方向飽和電流、Vrefは基準電圧である。
First, the operation in the illuminance measurement mode will be described. The light receiving element (photodiode PD) 2 generates a photocurrent Ipd proportional to the light incident from the outside. The photocurrent Ipd is converted into a logarithmically compressed voltage by a
It becomes. Here, Vt is a thermal voltage, Vt = k · T / q, k is a Boltzmann constant, T is an absolute temperature of the
また、温度係数がフォトダイオード電流の温度係数に等しくなるような基準電流Irefを流す基準電流源Iref1も同様に、PNPトランジスタQP2のエミッタ−ベース間のPN接合ダイオードとアンプAMP2とを備える対数圧縮アンプ18により、対数圧縮された電圧に変換される。参照電流Iref1が入力された場合の対数圧縮アンプの出力電圧V2は
V2=Vref−Vt・ln(Iref/Is) (3)
となる。オフセットを持たせるための電圧として、電圧V3を、基準電圧Vrefに熱電圧Vtに比例した電圧A・Vtを加算した電圧
V3=Vref+Vt・A (4)
に設定する。
Similarly, a reference current source Iref1 that supplies a reference current Iref whose temperature coefficient is equal to the temperature coefficient of the photodiode current is also a logarithmic compression amplifier including a PN junction diode between the emitter and base of the PNP transistor QP2 and an amplifier AMP2. 18 is converted to a logarithmically compressed voltage. The output voltage V2 of the logarithmic compression amplifier when the reference current Iref1 is inputted is V2 = Vref−Vt · ln (Iref / Is) (3)
It becomes. As a voltage for providing an offset, the voltage V3 is obtained by adding a voltage A · Vt proportional to the thermal voltage Vt to the reference voltage Vref V3 = Vref + Vt · A (4)
Set to.
電圧V3は、抵抗R、電流源I及びバッファB1により生成される。抵抗Rは、一端が基準電圧Vrefを出力する電源23に接続され、他端がバッファB1の入力に接続されている。また、電流源は、一端が電圧Vccを出力する電源24に接続され、他端がバッファB1の入力に接続されている。さらに、バッファB1の出力は、抵抗R3の一端に接続されている。
The voltage V3 is generated by the resistor R, the current source I, and the buffer B1. The resistor R has one end connected to the
V1、V2、及びV3の電圧を、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3、抵抗R4、及びアンプAMP3を備える加減算回路19により演算する。R1=R2=R、R3=R4=N・Rと設定した場合、加減算回路19の出力電圧V4は
V4=N・(−V1+V2)+V3
=N・(−(Vref−Vt・ln(Ipd/Is))+(Vref−Vt・ln(Iref/Is)))+(Vref+A・Vt)
=Vref+Vt・(A+N・ln(Ipd/Iref)) (5)
となり、温度依存性がある逆方向飽和電流Isの項をキャンセルすることができる。
The voltages V1, V2, and V3 are calculated by an addition /
= N · (− (Vref−Vt · ln (Ipd / Is)) + (Vref−Vt · ln (Iref / Is))) + (Vref + A · Vt)
= Vref + Vt. (A + N.ln (Ipd / Iref)) (5)
Thus, the term of the reverse saturation current Is having temperature dependence can be canceled.
なお、抵抗R3及び抵抗R4の抵抗値を設定するために用いる定数Nは、後述する8ビットD/Aコンバータ22の出力電圧Vdacや検出する照度の範囲により決定される定数であり、1〜5の範囲内で決定される。8ビットD/Aコンバータ22は、A/D変換部5の内部に含まれている。定数Nを大きくすると、出力電圧V4の振幅が大きくなり、出力電圧Vdacを低くすることが困難になる。逆に定数Nを小さくすると、出力電圧V4の振幅が小さくなることにより、A/D変換部5の変換精度をより高くすることが要求される。即ち、A/D変換部5の内部で発生する出力電圧Vdacの低電圧化とA/D変換部5の変換精度とはトレードオフの関係となっている。
The constant N used to set the resistance values of the resistors R3 and R4 is a constant determined by the output voltage Vdac of the 8-bit D /
上記のV4の式をV4=Vref+C×log(Ev)(6)の形式に変形する。ここで、Evは照度(ルクス)である。 The above equation of V4 is transformed into the format of V4 = Vref + C × log (Ev) (6). Here, Ev is illuminance (lux).
照度1ルクス時に受光素子(PD)に流れる光電流をIpd_1lxとすると、加減算回路19の出力電圧V4は
V4=Vref+Vt・(A+ln(Ipd/Ipd_1lx)+N・ln(Ipd_1lx/Iref))
=Vref+Vt・(A+N・ln(Ev)+N・ln(Ipd_1lx/Iref)) (7)
となり、対数の底の変換式
ln(X)=log(X)/log(e)≒2.3025×log(X) (8)
より、
V4=Vref+Vt・(A−N・ln(Iref/Ipd_1lx)+N・2.3025・log(Ev)) (9)
となる。
Assuming that the photocurrent flowing through the light receiving element (PD) at an illuminance of 1 lux is Ipd_1lx, the output voltage V4 of the adder /
= Vref + Vt. (A + N.ln (Ev) + N.ln (Ipd_1lx / Iref)) (7)
The logarithm base conversion formula ln (X) = log (X) / log (e) ≈2.3025 × log (X) (8)
Than,
V4 = Vref + Vt. (A-N.ln (Iref / Ipd_1lx) + N.2.32525.log (Ev)) (9)
It becomes.
ここで、A−N・ln(Iref/Ipd_1lx)=0(10)になるように定数Aを設定すると
V4=Vref+N・2.3025・Vt・log(Ev)
となり、対数の底が10である照度の対数に対応した電圧を得ることができる。
Here, when the constant A is set so that A−N · ln (Iref / Ipd — 1lx) = 0 (10), V4 = Vref + N · 2.3305 · Vt · log (Ev)
Thus, a voltage corresponding to the logarithm of the illuminance having a logarithm base of 10 can be obtained.
このように、照度を対数圧縮された電圧に変換することにより、対数圧縮された電圧に変換しない場合に比べてダイナミックレンジが広くなり、10ルクス以下の低照度から1万ルクス以上の高照度まで対応することができ、フォトダイオード(受光素子)の出力電流を直接A/D変換する場合に比べて、低照度時の分解能を高くすることができるという利点がある。なお、QP1及びQP2のPNPトランジスタの代わりにダイオードを使っても同等の機能が得られる。 Thus, by converting the illuminance to a logarithmically compressed voltage, the dynamic range becomes wider than when not converting to a logarithmically compressed voltage, from a low illuminance of 10 lux or less to a high illuminance of 10,000 lux or more. There is an advantage that the resolution at the time of low illuminance can be increased as compared with the case where the output current of the photodiode (light receiving element) is directly A / D converted. An equivalent function can be obtained even if a diode is used in place of the QP1 and QP2 PNP transistors.
次に、温度測定モード時の動作を説明する。スイッチSW1が基準電流Irefを流す基準電流源Iref2に接続された場合に温度測定モードになる。 Next, the operation in the temperature measurement mode will be described. The temperature measurement mode is entered when the switch SW1 is connected to the reference current source Iref2 that supplies the reference current Iref.
照度センサモード時の加減算回路19の出力電圧V4の値は
V4=Vref+Vt・(A+N・ln(Ipd/Iref)) (5)
と表されることを、前記で示したが、温度測定モードの時は、上式(5)のIpdがIrefになり、N・ln(Ipd/Iref)の項がゼロとなるため、
V4=Vref+A・Vt (11)
と表される。Vt=k・T/qであるため、温度センサモード時の加減算回路19の出力電圧V4は、温度依存が無い基準電圧Vrefと温度に比例するA・Vtの項との和となる。
The value of the output voltage V4 of the addition /
As described above, in the temperature measurement mode, Ipd in the above equation (5) becomes Iref, and the term N · ln (Ipd / Iref) becomes zero.
V4 = Vref + A · Vt (11)
It is expressed. Since Vt = k · T / q, the output voltage V4 of the adder /
次に照度測定モード時のA/D変換部5の動作について説明する。照度測定モードの時に、対数圧縮された照度アナログ信号は、コンパレータCOMP1、8ビットアップダウンカウンタ21、及び8ビットD/Aコンバータ22を備える分解能8ビットのA/D変換部(A/Dコンバータ)5に入力される。ここで、D/Aコンバータ22の出力電圧Vdacを
Vdac=Vref+B・Vt (12)
になるように設定する。
Next, the operation of the A /
Set to be.
A/D変換部5において、コンパレータCOMP1により、加減算回路19の出力電圧V4とD/Aコンバータ22の出力電圧Vdacとが比較される。V4>Vdacの場合、コンパレータCOMP1の出力は、Highレベルになり、アップダウンカウンタ21は、A/D変換部5のクロック信号であるA/DCLKに同期してカウントアップされる。逆にV4<Vdacの場合、コンパレータCOMP1の出力は、Lowレベルになり、アップダウンカウンタ21は、A/DCLKに同期してカウントダウンされる。
In the A /
アップダウンカウンタ21が出力する8ビットデジタル信号は、D/Aコンバータ22に入力されており、Bはフルレンジに対して256階調(8ビット)の精度で変化することになり、D/Aコンバータの出力VdacとV4の電圧が等しくなるようにフィードバックがかかる。この場合
V4=Vdac (13)
Vref+2.3025・Vt・log(Ev)=Vref+B・Vt (14)
より、
B=2.3025・log(Ev) (15)
となり、(15)式より照度Evが求められる。このようなA/D変換部5を構成することにより、加減算回路19の出力電圧V4の中の熱電圧Vtがキャンセルされることにより、温度依存性が少ない、対数圧縮された照度信号のA/D変換が可能となる。
The 8-bit digital signal output from the up / down
Vref + 2.3025 · Vt · log (Ev) = Vref + B · Vt (14)
Than,
B = 2.3025 · log (Ev) (15)
Thus, the illuminance Ev is obtained from the equation (15). By configuring the A /
次に、温度測定モード時のA/D変換部5の動作について説明する。温度測定モードの時は、基準電圧Vrefに温度に比例した電圧A・Vtが加算された、アナログ量の電圧がコンパレータCOMP1、8ビットアップダウンカウンタ21、8ビットD/Aコンバータ22を備える分解能8ビットのA/D変換部(A/Dコンバータ)5に入力される。ここで、D/Aコンバータ22の出力電圧Vdacを
Vdac=Vref+B・Vconst (16)
になるように設定する。ここで、Vconstは温度に依存しない電圧源であり、照度モードの時と同様にD/Aコンバータ22の出力電圧VdacとV4の電圧が等しくなるようにフィードバックがかかる。従って
V4=Vdac (17)
Vref+A・Vt=Vref+B・Vconst (18)
より、
B=A・Vt/Vconst
=A・(k/q)/Vconst・T (19)
となり、Bが温度Tに比例した値になるため、図2に示される構成により温度Tを測定することが可能となる。
Next, the operation of the A /
Set to be. Here, Vconst is a voltage source that does not depend on temperature, and feedback is applied so that the output voltages Vdac and V4 of the D /
Vref + A · Vt = Vref + B · Vconst (18)
Than,
B = A · Vt / Vconst
= A · (k / q) / Vconst · T (19)
Since B is a value proportional to the temperature T, the temperature T can be measured by the configuration shown in FIG.
〔実施例2〕
図3に本発明の第2の実施例を示す。図3に示されるように、電圧V3とアンプAMP3の出力電圧とを切り替えるスイッチSW3を設置することによっても、図2に示す照度センサの対数圧縮アンプ、温度センサの熱電圧発生回路及びA/D変換部と同様の機能が得られる。スイッチSW2照度測定モードでは、アンプAMP3の出力とコンパレータCOMP1とを接続し、温度測定モードでは、バッファB1の出力とコンパレータCOMP1とを接続する。
[Example 2]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the logarithmic compression amplifier of the illuminance sensor, the thermal voltage generation circuit of the temperature sensor, and the A / D shown in FIG. 2 are also provided by installing a switch SW3 for switching between the voltage V3 and the output voltage of the amplifier AMP3. The same function as the conversion unit can be obtained. In the switch SW2 illuminance measurement mode, the output of the amplifier AMP3 and the comparator COMP1 are connected, and in the temperature measurement mode, the output of the buffer B1 and the comparator COMP1 are connected.
〔実施例3〕
図4にD/Aコンバータ22の具体的な実施例を示す。PMOSトランジスタMP1及びMP2を有するカレントミラーにより、PMOSトランジスタMP1及びMP2のドレインあるいはソースに流れる電流は等しくなる。PMOSトランジスタMP1及びMP2のドレインあるいはソースに流れる電流をI1とすると、PNPトランジスタQP11のベース−エミッタ間の電圧Vbe1は
Vbe1=Vt・ln(I1/Is) (20)
で表される。
Example 3
FIG. 4 shows a specific embodiment of the D /
It is represented by
PNPトランジスタQP12は、PNPトランジスタQP11の4倍のエミッタ面積を持つPNPトランジスタである。PNPトランジスタQP12のベース−エミッタ間の電圧Vbe2は
Vbe2=Vt・ln(I1/4Is) (21)
で表される。
The PNP transistor QP12 is a PNP transistor having an emitter area four times that of the PNP transistor QP11. The voltage Vbe2 between the base and the emitter of the PNP transistor QP12 is Vbe2 = Vt · ln (I1 / 4Is) (21)
It is represented by
電圧Vbe1と電圧Vbe2との電圧差が、PNPトランジスタQP12のエミッタに接続される抵抗Rrefの両端の電圧に等しくなるため
Vbe1=Vbe2+I1・Rref (22)
I1=Vt・ln4/Rref (23)
となる。
Since the voltage difference between the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 becomes equal to the voltage across the resistor Rref connected to the emitter of the PNP transistor QP12, Vbe1 = Vbe2 + I1 · Rref (22)
I1 = Vt · ln4 / Rref (23)
It becomes.
照度測定モード時は、切り替えスイッチSW4により、PMOSトランジスタMPa0〜MPa7のゲートとPMOSトランジスタMP2のゲートと接続されるようにする。PMOSトランジスタMP2とゲート長は同じであり、ゲート幅がPMOSトランジスタMP2に対して、1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍であるPMOSトランジスタMPa0、MPa1、MPa2、MPa3、MPa4、MPa5、MPa6、MPa7は、ゲート及びドレインが共通で接続されている。また、PMOSトランジスタMPa0〜MPa7のソースと電圧Vccを出力する電源24との間には、それぞれスイッチが接続されており、アップダウンカウンタ21のデジタル出力であるA/D変換データa0〜a7によって、ON/OFFが制御される。スイッチの制御信号である、A/D変換データa0〜a7がハイレベルの時にスイッチはONになり、PMOSトランジスタMPa0〜MPa7のゲート幅に対応した電流がドレインに流れる。PMOSトランジスタMPa0〜MPa7のドレインに接続された抵抗Rdacに流れる電流Idacは
Idac=(1・a0+2・a1+4・a2+8・a3+16・a4+32・a5+64・a6+128・a7)・I1 (24)
で表され、
Vdac=Vref+Idac・Rdac
=Vref+(1・a0+2・a1+4・a2+8・a3+16・a4+32・a5+64・a6+128・a7)・I1・Rdac
=Vref+(1・a0+2・a1+4・a2+8・a3+16・a4+32・a5+64・a6+128・a7)・ln4・(Rdac/Rref)・Vt (25)
となる。抵抗Rdacと抵抗Rrefとを、同じ温度係数を持った同じ種類の抵抗にすることにより、
Vdac=Vref+B・Vt (12)
の形式にすることが可能となる。
In the illuminance measurement mode, the selector switch SW4 is connected to the gates of the PMOS transistors MPa0 to MPa7 and the gate of the PMOS transistor MP2. The PMOS transistor MP0, which has the same gate length as the PMOS transistor MP2, and whose gate width is 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, and 128 times that of the PMOS transistor MP2. The gates and drains of MP1, MP2, MP3, MP4, MP5, MP6, and MP7 are connected in common. Further, switches are connected between the sources of the PMOS transistors MPa0 to MPa7 and the
Represented by
Vdac = Vref + Idac · Rdac
= Vref + (1 * a0 + 2 * a1 + 4 * a2 + 8 * a3 + 16 * a4 + 32 * a5 + 64 * a6 + 128 * a7) * I1 * Rdac
= Vref + (1 * a0 + 2 * a1 + 4 * a2 + 8 * a3 + 16 * a4 + 32 * a5 + 64 * a6 + 128 * a7) * ln4 * (Rdac / Rref) * Vt (25)
It becomes. By making the resistance Rdac and the resistance Rref the same kind of resistance with the same temperature coefficient,
Vdac = Vref + B · Vt (12)
It becomes possible to make it form.
次に、温度測定モード時のD/Aコンバータ22の動作を説明する。PMOSトランジスタMP2及びPMOSトランジスタMP3が同じサイズのMOSトランジスタの場合、PMOSトランジスタMP2及びPMOSトランジスタMP3のドレイン電流は共にI1と等しくなる。PMOSトランジスタMP3のドレインには抵抗Rbgとダイオード接続されたPNPトランジスタQP13とが直列に接続されている。PNPトランジスタQP13のエミッタ−ベース間電圧Vbe3と抵抗Rbgの両端の電圧の和が電圧Vbgとなる。
Next, the operation of the D /
I1=Vt・ln4/Rref (23)
より、電圧Vbgは次式で表される。
I1 = Vt · ln4 / Rref (23)
Thus, the voltage Vbg is expressed by the following equation.
Vbg=Vbe3+Vt・(Rbg/Rref)・ln4 (26)
抵抗Rbgと抵抗Rrefとを、同じ温度係数を持った同じ種類の抵抗となるように構成すると、電圧Vbe3は負の温度係数を持ち、Vt・(Rbg/Rref)・ln4は正の温度係数を持つ。この2つの電圧の温度係数がちょうど打ち消されるように(Rbg/Rref)を設定することにより、温度依存性が非常に少ない電圧Vbgを得ることができる。通常は電圧Vbg=1.2Vに設定することにより、Vbgの温度係数を最小にすることができる。
Vbg = Vbe3 + Vt. (Rbg / Rref) .ln4 (26)
When the resistor Rbg and the resistor Rref are configured to be the same type of resistor having the same temperature coefficient, the voltage Vbe3 has a negative temperature coefficient, and Vt · (Rbg / Rref) · ln4 has a positive temperature coefficient. Have. By setting (Rbg / Rref) so that the temperature coefficients of these two voltages are just cancelled, a voltage Vbg with very little temperature dependence can be obtained. Normally, the temperature coefficient of Vbg can be minimized by setting the voltage Vbg = 1.2V.
電圧Vgbを、AMP1とNMOSトランジスタMN3とを有するバッファで受け、抵抗R1により電流I2に変換する。電流I2は
I2=Vbg/R1 (27)
で表され、ドレインとゲートが共通接続されたPMOSトランジスタMP4のドレインに電流I2が流れる。温度測定モードの時は、PMOSトランジスタMP4のゲートとPMOSトランジスタMPa0〜MPa7のゲートとが接続されるように、切り替えスイッチSW4が設定される。照度センサモードの時と同様に、スイッチの制御信号である、A/D変換データa0〜a7がハイレベルの時にスイッチはONになり、PMOSトランジスタMPa0〜MPa7のゲート幅に対応した電流がドレインに流れる。PMOSトランジスタMPa0〜MPa7のドレインに接続された抵抗Rdacに流れる電流Idacは
Idac=(1・a0+2・a1+4・a2+8・a3+16・a4+32・a5+64・a6+128・a7)・I2 (28)
で表され、
Vdac=Vref+Idac・Rdac
=Vref+(1・a0+2・a1+4・a2+8・a3+16・a4+32・a5+64・a6+128・a7)・I2・Rdac
=Vref+(1・a0+2・a1+4・a2+8・a3+16・a4+32・a5+64・a6+128・a7)・Vbg・(Rdac/R1) (29)
となる。Vconst=Vbg・(Rdac/R1)のため、
Vdac=Vref+B・Vconst (16)
の形式にすることが可能となる。抵抗Rdacと抵抗R1とを同じ温度係数を持った同じ種類の抵抗にすることにより、Vconstは温度に依存しない電圧源とすることが可能である。
The voltage Vgb is received by a buffer having AMP1 and an NMOS transistor MN3, and converted to a current I2 by a resistor R1. The current I2 is I2 = Vbg / R1 (27)
The current I2 flows through the drain of the PMOS transistor MP4 represented by In the temperature measurement mode, the changeover switch SW4 is set so that the gate of the PMOS transistor MP4 and the gates of the PMOS transistors MPa0 to MPa7 are connected. As in the illuminance sensor mode, when the A / D conversion data a0 to a7, which are switch control signals, are at a high level, the switch is turned on, and a current corresponding to the gate width of the PMOS transistors MPa0 to MPa7 is supplied to the drain. Flowing. The current Idac flowing in the resistor Rdac connected to the drains of the PMOS transistors MPa0 to MPa7 is Idac = (1 ·
Represented by
Vdac = Vref + Idac · Rdac
= Vref + (1 * a0 + 2 * a1 + 4 * a2 + 8 * a3 + 16 * a4 + 32 * a5 + 64 * a6 + 128 * a7) * I2 * Rdac
= Vref + (1 ·
It becomes. Since Vconst = Vbg · (Rdac / R1),
Vdac = Vref + B · Vconst (16)
It becomes possible to make it form. By making the resistor Rdac and the resistor R1 of the same type having the same temperature coefficient, Vconst can be a voltage source independent of temperature.
A/D変換データa0〜a7の”1”、”0”の組み合わせにより、256階調(8ビット精度)でBを制御することが可能となり、照度および温度のアナログ量を精度良くデジタルデータに変換できる。また、照度測定モードと温度測定モードとで切り替えスイッチSW1を切り替えることにより、照度測定モードと温度測定モードとで1つのA/D変換部を共用することが可能になる。 The combination of “1” and “0” of A / D conversion data a0 to a7 makes it possible to control B with 256 gradations (8-bit accuracy), and to convert analog amounts of illuminance and temperature into digital data with high accuracy. Can be converted. Further, by switching the changeover switch SW1 between the illuminance measurement mode and the temperature measurement mode, it is possible to share one A / D converter in the illuminance measurement mode and the temperature measurement mode.
〔実施例4〕
本実施の形態ではA/D変換部(A/Dコンバータ)5の分解能を8ビットで説明を行ったが、A/D変換部5のビット数を増やすことによりさらに分解能を向上させることもできる。アナログ入力信号である加減算回路19の出力電圧V4がA/D変換部5に入力された時の、デジタル出力信号であるD/Aコンバータ22の出力電圧Vdacを図5に示す。
Example 4
In the present embodiment, the resolution of the A / D converter (A / D converter) 5 is described as 8 bits, but the resolution can be further improved by increasing the number of bits of the A /
アップダウンカウンタ21が初期値の”00000000”の時に、図5のようなアナログ信号V4がA/D変換部5に入力された場合、A/D変換部5のクロック信号A/DCLKに同期して、デジタル出力信号Vdacが1ステップずつ上昇して、アナログ入力信号V4とデジタル出力信号Vdacとが一致するようにフィードバックがかかる。
When the up / down
このように、A/D変換部5に入力されたアナログ信号(照度あるいは温度)に対応するデジタル信号であるA/D変換データa0〜a7が出力される。このデジタル変換された照度データ及び温度データは、それぞれ照度レジスタ及び温度レジスタに格納され、レジスタR/W用シリアルインターフェース9を介して、コントローラ10に液晶制御用のデータとして受け渡される。
In this way, A / D conversion data a0 to a7 which are digital signals corresponding to the analog signal (illuminance or temperature) input to the A /
〔実施例5〕
図6に本発明の第5の実施例の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置25のブロック図を示す。第1の実施例ではコントローラ10からの制御信号により、直接照度測定モードと温度測定モードとの切り替えを行っているが、本実施例では、温度/照度モード切替レジスタ26により、温度測定モードと照度測定モードとを切り替えることを特徴としている。
Example 5
FIG. 6 shows a block diagram of a liquid
例えば、温度測定モードと照度測定モードを切り替えるには、温度/照度モード切り替えレジスタ26中のあるビットが”1”の時は温度測定モード、”0”の時は照度測定モードとすることにより、測定モードを切替えることができるようになる。なお、温度/照度モード切り替えレジスタ26中のあるビットが”0”の時に温度測定モード、”1”の時に照度測定モードとしてもよい。コントローラ10によりレジスタR/W用シリアルインターフェース9を介して、温度/照度モード切り替えレジスタ26の値を設定することにより、任意に温度測定モードと照度測定モードとを切り替えることができる。これにより、図1のコントローラ10からスイッチ切り替え信号SWを伝送する信号ラインを省略することが可能となる。
For example, in order to switch between the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode, the temperature measurement mode is set when a certain bit in the temperature / illuminance
〔実施例6〕
図7に本発明の第6の実施例の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置27のブロック図を示す。本実施例では、温度/照度モード切替時間レジスタ28を備えており、温度測定モードから照度測定モードに切り替わる時間、および照度測定モードから温度測定モードに切り替わる時間の2つの時間情報を、温度/照度モード切替時間レジスタ28により設定することができ、レジスタに記憶された測定モード切り替え時間のデータに従って、切り替え信号を発生するタイマ29を備えている。
Example 6
FIG. 7 is a block diagram of a liquid crystal display device 27 with automatic liquid crystal backlight dimming according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a temperature / illuminance mode switching
コントローラ10を介して、切り替え時間を設定することにより、温度と照度とを交互に測定し、温度レジスタ及び照度レジスタに、常に最新の温度情報及び照度情報を格納することが出来る。従って、リアルタイムに外界の温度及び照度環境に合わせて、LCDパネル11のバックライト12及びコントラストを最適な状態にコントロールすることができる。
By setting the switching time via the
〔実施例7〕
図8に本発明の第7の実施例の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置30のブロック図を示す。本実施例では、照度レジスタ6及び温度レジスタ7の値の時間変化を検出する、温度/照度時間変化率検出回路31を備え、照度測定モードの時に照度の時間変化、即ち照度変化率がある範囲に入っている時には、A/D変換部5を温度測定モード移行させる。また、温度測定モードの時に温度の時間変化、即ち温度変化率がある範囲に入っている時には、A/D変換部5を照度測定モードに移行させる。
Example 7
FIG. 8 is a block diagram of a liquid
具体的には、温度/照度時間変化率検出回路31は、最初に温度レジスタ7及び照度レジスタ6の値をある一定期間(時刻T2−時刻T1)毎にモニタする。即ち、時刻T1において温度Ta1及び照度Ev1をモニタし、時刻T2において温度Ta2及び照度Ev2をモニタする。そして、これらの温度及び照度から、温度変化率αTa及び照度変化率αEvを、下記(30)式及び(31)式を用いて算出する。
Specifically, the temperature / illuminance time change
αTa=(Ta2−Ta1)/(T2−T1) (30)
αEv=(Ev2−Ev1)/(T2−T1) (31)
これにより、温度あるいは照度の変化が早いときは、温度あるいは照度の測定頻度を多くすることにより、温度と照度とをリアルタイムに正確に測定することが可能となる。
αTa = (Ta2-Ta1) / (T2-T1) (30)
αEv = (Ev2-Ev1) / (T2-T1) (31)
As a result, when the temperature or illuminance changes quickly, the temperature and illuminance can be accurately measured in real time by increasing the measurement frequency of the temperature or illuminance.
〔実施例8〕
図9に本発明の第8の実施例の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置32のブロック図を示す。本実施例では、温度測定モードと照度測定モードの切り替えスイッチSW1とA/D変換部5との間にLPF(ローパスフィルタ)33を設けることにより、各測定モード切り替え時のスイッチングノイズによるA/D変換時の誤差を低減することが可能となる。
Example 8
FIG. 9 is a block diagram of a liquid crystal display device 32 with liquid crystal backlight automatic light control according to an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, an LPF (low-pass filter) 33 is provided between the temperature measurement mode / illuminance measurement mode changeover switch SW1 and the A /
〔実施例9〕
図10に本発明の第9の実施例の液晶バックライト自動調光付の液晶表示装置34のブロック図を示す。本実施例では、照度レジスタ6及び温度レジスタ7の値の時間変化を検出する、温度/照度時間変化率検出回路31を備え、照度測定モードの時に照度の時間変化がある範囲に入っているときには温度測定モードに移行する。また、温度測定モードの時に温度の時間変化がある範囲に入っている時には、照度測定モードに移行する。さらに、照度レジスタの値に対応する出力パルスのDuty比を格納するPWMレジスタ35と、PWMレジスタ35の値によって、設定されたDuty比でPWM信号を出力するPWMコントローラ36とを備えている。
Example 9
FIG. 10 is a block diagram of a liquid crystal display device 34 with liquid crystal backlight automatic light control according to a ninth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a temperature / illuminance time change
ここで、PWM信号について、図11に示す波形図に基づいて説明する。PWM信号のDuty比は、(信号がHighレベルの時間/PWM周期)で定義される。Duty比が大きくなるにしたがって、信号がHighレベルの時間の割合が大きくなることが分かる。Duty比=0%の時は出力信号が常にLowレベルであり、Duty比=100%の時は、常にHighレベルである。 Here, the PWM signal will be described based on the waveform diagram shown in FIG. The duty ratio of the PWM signal is defined by (time when the signal is high level / PWM period). It can be seen that as the duty ratio increases, the proportion of time that the signal is at a high level increases. When the duty ratio = 0%, the output signal is always at the low level, and when the duty ratio = 100%, the output signal is always at the high level.
PWM信号のHighレベル時にバックライト12を点灯させ、Lowレベルの時にバックライト12を消灯させることにより、バックライト12の明るさをDuty比に比例した明るさに制御することが可能になる。よって、PWMコントローラ36の出力は、コントローラ10を介することなく、バックライト12が有する図示しないバックライト駆動回路に直接接続され、バックライト12の自動調光が可能となる。また、温度によりPWM出力のDuty比を可変させることにより、バックライト12の温度特性を補正することも可能である。
By turning on the
次に、図12に照度レベルに対応するPWM出力信号のDUTY比を示す。8ビットA/D変換器が出力したデジタル照度データの上位4ビットに対応するように、横軸に照度レベルを16段階で設定している。それぞれの照度レベルに対して、PWM信号のDuty比を0〜100%の範囲で256階調(8ビット)に設定できるようにしている。 Next, FIG. 12 shows the DUTY ratio of the PWM output signal corresponding to the illuminance level. The illuminance level is set in 16 steps on the horizontal axis so as to correspond to the upper 4 bits of the digital illuminance data output from the 8-bit A / D converter. For each illuminance level, the duty ratio of the PWM signal can be set to 256 gradations (8 bits) in the range of 0 to 100%.
このような調光テーブルにおいて、PWM信号のDUTYがバックライトの輝度に比例する場合、照度レベルが0〜9の間は照度が上がるに従い、バックライトの輝度が上がり、照度レベル9〜12の範囲では照度レベルが変化しても、バックライトの輝度はほぼ一定に保たれる。さらに照度レベルが12〜13の区間は、照度が上がるに従い、バックライトの輝度を減少させるという動作をすることになる。 In such a dimming table, when the DUTY of the PWM signal is proportional to the luminance of the backlight, the luminance of the backlight increases as the illuminance level increases between 0 and 9, and the luminance level ranges from 9 to 12 In this case, the brightness of the backlight is kept almost constant even if the illuminance level changes. Further, in the section where the illuminance level is 12 to 13, the operation of decreasing the luminance of the backlight is performed as the illuminance increases.
〔実施形態の総括〕
本発明の照度センサは、上記課題を解決するために、周囲の明るさに応じた光電流を発生させる受光素子2と、受光素子から2の光電流を対数圧縮された電圧に変換するI−V変換回路3と、温度に比例した熱電圧を発生する熱電圧発生回路4とを備える照度センサにおいて、上記対数圧縮された電圧及び上記熱電圧を、照度及び温度のデジタルデータに変換するA/D変換部5と、熱電圧発生回路4が発生する熱電圧により温度を測定する温度測定モード時は、熱電圧発生回路4とA/D変換部5とを接続し、受光素子2が発生する光電流により上記周囲の明るさを測定する照度測定モード時は、I−V変換回路3とA/D変換部5とを接続するスイッチSW1とを備えることを特徴とする。
[Summary of Embodiment]
In order to solve the above problems, the illuminance sensor of the present invention is a
上記発明によれば、スイッチSW1は、照度測定モード時にA/D変換部5が照度に比例するデータを出力し、温度測定モード時にA/D変換部5が温度に比例したデータを出力するように、I−V変換回路3及び熱電圧発生回路4とA/D変換部5との接続を切り替える。
According to the above-described invention, the switch SW1 outputs data proportional to the illuminance in the illuminance measurement mode, and outputs data proportional to the temperature in the temperature measurement mode. In addition, the connection between the
従ってA/D変換部5を照度測定モード時と温度測定モード時とで共用できるので、照度測定モード時及び温度測定モード時における電気的な測定を小さな実装面積で実現でき、液晶パネルの薄型化や機器の小型化が可能となる。
Therefore, since the A /
上記照度センサでは、温度測定モードと照度測定モードとを切り替えるビットを格納する温度/照度モード切替レジスタ26をさらに備えてもよい。
The illuminance sensor may further include a temperature / illuminance
これにより、A/D変換部5の測定モードを、温度測定モードと照度測定モードとの間で切り替えるスイッチ切り替え信号SWを伝送する信号ラインを省略できる。
Thereby, the signal line which transmits switch switching signal SW which switches the measurement mode of A /
上記照度センサでは、温度測定モードと照度測定モードとを一定の時間毎に切り替える時間情報を格納する温度/照度モード切替時間レジスタ28と、上記時間情報に基づいて温度測定モードと照度測定モードとを一定の時間毎に切り替えるタイマ29とをさらに備えてもよい。
In the illuminance sensor, the temperature / illuminance mode switching
これにより、コントローラ10を介して、切り替え時間を設定することにより、温度と照度とを交互に測定出来る。従って、リアルタイムに外界の温度及び照度環境に合わせて、LCDパネル11のバックライト12及びコントラストを最適な状態にコントロールできる。
Thereby, the temperature and the illuminance can be measured alternately by setting the switching time via the
上記照度センサでは、照度測定モードの時に照度の時間変化がある設定された範囲に入っている時は、前記A/D変換手段を温度測定モードに移行させ、温度測定モードの時に温度の時間変化がある設定された範囲に入っている時は、前記A/D変換手段を照度測定モードに移行させる温度/照度時間変化率検出回路31をさらに備えてもよい。
In the illuminance sensor, when the illuminance measurement mode is within a set range in which the illuminance changes with time, the A / D conversion means is shifted to the temperature measurement mode, and the temperature changes with time in the temperature measurement mode. A temperature / illuminance time change
これにより、温度あるいは照度の変化が早い時に、温度あるいは照度の測定頻度を多くすることにより、温度と照度とをリアルタイムに正確に測定出来る。 Thus, when the temperature or illuminance changes quickly, the temperature and illuminance can be accurately measured in real time by increasing the frequency of measuring the temperature or illuminance.
上記照度センサでは、温度測定モード時に温度の時間変化がある設定された範囲に入っている場合は、A/D変換された温度のデジタルデータを温度レジスタ7に格納して照度測定モードに移行し、照度測定モード時に照度の時間変化がある設定された範囲に入っている場合は、A/D変換された温度のデジタルデータを照度レジスタ6に格納して温度測定モードに移行することにより、温度測定モードと照度測定モードを交互に繰り返してもよい。
In the illuminance sensor, when the temperature changes in the temperature measurement mode and within a set range, the digital data of the A / D converted temperature is stored in the
これにより、温度あるいは照度の変化が早い時に、温度あるいは照度の測定頻度を多くすると共に、最新の温度あるいは照度のデジタルデータを温度レジスタ7あるいは照度レジスタ6に格納出来る。
As a result, when the temperature or illuminance changes quickly, the frequency of measuring the temperature or illuminance can be increased, and the latest temperature or illuminance digital data can be stored in the
上記照度センサでは、スイッチSW1の後段にLPF33を備えてもよい。
In the illuminance sensor, an
これにより、照度測定モード及び温度測定モードを切り替える時のスイッチングノイズによるA/D変換時の誤差を低減出来る。 Thereby, the error at the time of A / D conversion by the switching noise at the time of switching illumination intensity measurement mode and temperature measurement mode can be reduced.
上記照度センサでは、複数個の異なるDuty比が設定されたPWM(Pulse Width Modulation)調光データが格納され、前記照度のデジタルデータに対応した照度レベルに応じて1個のPWM調光データを出力するPWMレジスタ35と、PWMレジスタ35の出力に基づきPWM信号を出力するPWMコントローラ36とをさらに備えてもよい。
The illuminance sensor stores PWM (Pulse Width Modulation) dimming data in which a plurality of different duty ratios are set, and outputs one PWM dimming data according to the illuminance level corresponding to the illuminance digital data. And a
これにより、前記照度のデジタルデータに対応した照度レベルに応じてPWM信号のDuty比を可変できる。従って、PWM信号のHighレベル時にバックライト12を点灯させ、Lowレベルの時にバックライト12を消灯させることにより、バックライト12の明るさをPWM信号のDuty比に比例した明るさに制御出来る。
Thus, the duty ratio of the PWM signal can be varied according to the illuminance level corresponding to the illuminance digital data. Therefore, the brightness of the
本発明の受光モジュールは、上記いずれかの照度センサを用いているので、電気的な測定を小さな実装面積で実現でき、液晶パネルの薄型化や機器の小型化が可能となる。 Since the light receiving module of the present invention uses any one of the above illuminance sensors, electrical measurement can be realized with a small mounting area, and the liquid crystal panel can be made thinner and the device can be made smaller.
本発明の照度センサ、及びそれを用いた受光モジュールは、A/D変換手段を照度測定モード時と温度測定モード時とで共用して実装面積を小さく出来るので、携帯電話や液晶テレビ等に好適に利用することが出来る。 The illuminance sensor of the present invention and the light receiving module using the illuminance sensor are suitable for a mobile phone, a liquid crystal television, and the like because the mounting area can be reduced by sharing the A / D conversion means in the illuminance measurement mode and the temperature measurement mode. Can be used.
1、25、27、30、32、34 液晶表示装置
2 受光素子
3 I−V変換回路(電流電圧変換手段)
4 熱電圧発生回路(熱電圧発生手段)
5 A/D変換部(A/D変換手段)
6 照度レジスタ
7 温度レジスタ
9 レジスタR/W用シリアルインターフェース
10 コントローラ
11 LCDパネル
12 バックライト
13 照度センサIC
14〜16 端子
17、18 対数圧縮アンプ
19 加減算回路
21 8ビットアップダウンカウンタ
22 8ビットD/Aコンバータ
23、24 電源
26 温度/照度モード切替レジスタ
28 温度/照度モード切替時間レジスタ
29 タイマ(切替手段)
31 温度/照度時間変化率検出回路(温度/照度時間変化率検出手段)
33 LPF(ローパスフィルタ回路)
35 PWMレジスタ(輝度設定用レジスタ部)
36 PWMコントローラ(PWM出力信号出力部)
A 定数
AMP1〜AMP3 アンプ
A/DCLK クロック信号
B1 バッファ
COMP1 コンパレータ
Ev 照度
I 電流源
I2 電流
Idac 電流
Ipd 光電流
Iref 基準電流
Iref1、Iref2 基準電流源
Is 逆方向飽和電流
MN3 NMOSトランジスタ
MP1〜MP4 PMOSトランジスタ
MPa0〜MPa7 PMOSトランジスタ
N 定数
QP1、QP2、QP11〜QP13 PNPトランジスタ
R、R1〜R4、Rbg、Rdac、Rref 抵抗
SCL、SDA 信号線
SW スイッチ切り替え信号
SW1 スイッチ(スイッチ回路)
SW2〜SW4 スイッチ
T 絶対温度
V1〜V4 出力電圧
Vdac デジタル出力信号
Vref 基準電圧
Vt 熱電圧
a0〜a7 A/D変換データ
1, 25, 27, 30, 32, 34 Liquid
4 Thermal voltage generation circuit (thermal voltage generation means)
5 A / D converter (A / D converter)
6
14 to 16
31 Temperature / illuminance time change rate detection circuit (temperature / illuminance time change rate detection means)
33 LPF (low-pass filter circuit)
35 PWM register (brightness setting register)
36 PWM controller (PWM output signal output unit)
A constant AMP1 to AMP3 amplifier A / DCLK clock signal B1 buffer COMP1 comparator
Ev Illuminance I Current source I2 Current Idac Current Ipd Photocurrent Iref Reference current Iref1, Iref2 Reference current source Is Reverse saturation current MN3 NMOS transistor MP1-MP4 PMOS transistor MPa0-MPa7 PMOS transistor N constants QP1, QP2, QP11-QP13 R, R1 to R4, Rbg, Rdac, Rref Resistance SCL, SDA Signal line SW Switch switching signal SW1 Switch (switch circuit)
SW2 to SW4 switch T absolute temperature V1 to V4 output voltage Vdac digital output signal Vref reference voltage Vt thermal voltage a0 to a7 A / D conversion data
Claims (8)
上記受光素子からの光電流を対数圧縮された電圧に変換する電流電圧変換手段と、
温度に比例した熱電圧を発生する熱電圧発生手段とを備える照度センサにおいて、
上記対数圧縮された電圧及び上記熱電圧を、照度及び温度のデジタルデータに変換するA/D変換手段と、
上記熱電圧発生手段が発生する熱電圧により温度を測定する温度測定モード時は、上記熱電圧発生手段と前記A/D変換手段とを接続し、受光素子が発生する光電流により上記周囲の明るさを測定する照度測定モード時は、上記電流電圧変換手段と上記A/D変換手段とを接続するスイッチ回路とを備えることを特徴とする照度センサ。 A light receiving element that generates a photocurrent according to ambient brightness;
Current-voltage conversion means for converting the photocurrent from the light receiving element into a logarithmically compressed voltage;
In an illuminance sensor comprising a thermal voltage generating means for generating a thermal voltage proportional to the temperature,
A / D conversion means for converting the logarithmically compressed voltage and the thermal voltage into digital data of illuminance and temperature;
In the temperature measurement mode in which the temperature is measured by the thermal voltage generated by the thermal voltage generation means, the thermal voltage generation means and the A / D conversion means are connected, and the ambient brightness is increased by the photocurrent generated by the light receiving element. An illuminance sensor comprising a switch circuit for connecting the current / voltage conversion means and the A / D conversion means in the illuminance measurement mode for measuring the thickness.
上記時間情報に基づいて温度測定モードと照度測定モードとを一定の時間毎に切り替える切替手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照度センサ。 A temperature / illuminance mode switching time register for storing time information for switching between the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode at regular intervals;
The illuminance sensor according to claim 1, further comprising switching means for switching between the temperature measurement mode and the illuminance measurement mode at regular intervals based on the time information.
照度測定モード時に照度の時間変化が所定の設定された範囲に入っている場合は、A/D変換された温度のデジタルデータを照度レジスタに格納して温度測定モードに移行することにより、温度測定モードと照度測定モードを交互に繰り返すことを特徴とする請求項4に記載の照度センサ。 If the time change in temperature is within the specified range during the temperature measurement mode, the A / D converted temperature digital data is stored in the temperature register and the illuminance measurement mode is entered.
If the time change in illuminance is within the specified range in the illuminance measurement mode, the temperature measurement is performed by storing the digital data of the A / D converted temperature in the illuminance register and shifting to the temperature measurement mode. The illuminance sensor according to claim 4, wherein the mode and the illuminance measurement mode are alternately repeated.
前期輝度設定レジスタ部の出力に基づきPWM信号を出力するPWM出力信号出力部とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照度センサ。 A brightness setting register that stores PWM (Pulse Width Modulation) dimming data in which a plurality of different duty ratios are set, and outputs one PWM dimming data according to the illuminance level corresponding to the illuminance digital data And
The illuminance sensor according to claim 1, further comprising: a PWM output signal output unit that outputs a PWM signal based on an output of the previous brightness setting register unit.
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