JP2010164374A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な光の強度を求めることができる光検出装置を提供する。
【解決手段】光検出装置は、ＦＥＴ１および２と、ＦＥＴ１のソースとゲート間に接続されたキャパシタ３と、ＦＥＴ２のソースとゲート間に接続されたキャパシタ４と、ＦＥＴ１のゲートとＦＥＴ２のゲートの間を開閉するスイッチ５と、ＦＥＴ１のソースとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ６と、ＦＥＴ１のソースと−５[Ｖ］を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ７と、ＦＥＴ２のゲートとＦＥＴ２のドレインの間を開閉するスイッチ８と、ＦＥＴ２のドレインと＋５[Ｖ］を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光検出装置に関するものである。

従来において、光を検出する光検出装置の構成として、様々なものがある。

図７は、従来の光検出装置の回路例を示す図である。ＦＥＴ１０のドレインは接地され、ＦＥＴ１０のゲートとソースは−５ボルト（以下、[Ｖ］）を出力する電源の出力節点に接続されている。ＦＥＴ１０には、光Ｌの強度に応じた光電流Ｉが流れる。光検出装置は、例えば液晶表示装置におけるバックライトの輝度を光電流Ｉに応じて調整するために用いられる。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

特開２００８−２６６８８号公報

しかしながら、ＦＥＴ１０の特性のバラツキや温度等による揺らぎに起因して、光電流Ｉが光Ｌの強度に応じたものとならないことある。例えば、液晶表示装置において、ＦＥＴ１０のゲート電圧をしきい値電圧に等しくした上でバックライトの輝度を調整する場合、ＦＥＴ１０の特性のバラツキや揺らぎに起因して、ゲート電圧がしきい値電圧に対して異なってしまうと、光の強度に応じた正確な調整を行うことができない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正確な光の強度を求めることができる光検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明は、入射する光の強度に応じた光電流を送出する第１ＦＥＴと、前記第１ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、光が入射しない位置に設けられた第２ＦＥＴと、前記第２ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、前記第１ＦＥＴが光電流を送出するのに先立ち、前記第１ＦＥＴに接続されたキャパシタを充電し、前記第１ＦＥＴのソースと前記第２ＦＥＴのソースとが接続された状態において前記第１ＦＥＴのゲートと前記第２ＦＥＴのドレインと前記第２ＦＥＴのゲートとを接続し、前記第１ＦＥＴのゲートを前記第２ＦＥＴのドレインと前記第２ＦＥＴのゲートとから切り離す手段とを備えることを特徴とする。

第１の本発明に係る光検出装置は、第２ＦＥＴのしきい値電圧が、第１ＦＥＴのしきい値電圧に等しくなるように製造される。まず、第１ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧より高くなるようにキャパシタが充電される。第１ＦＥＴのゲートと第２ＦＥＴのドレインと第２ＦＥＴのゲートとを接続すると、充電されたキャパシタが電源となり、第２ＦＥＴに電流が流れる。電流によりキャパシタが放電し、電流が流れなくなったとき、第２ＦＥＴのゲート電圧はしきい値電圧に等しくなる。つまり、第１ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなる。次に、第１ＦＥＴのゲートが切り離されて、第１ＦＥＴに光電流が流れる。仮に、第１ＦＥＴの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、第１ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、光の強度に応じた正確な制御等を行えないが、第１の本発明では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、光の強度に応じた正確な制御等を行うことができる。

第２の本発明に係る光検出装置は、入射する光の強度に応じた光電流を送出するＦＥＴと、前記ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、前記ＦＥＴに入射する光を遮ってから、前記ＦＥＴに光を入射させる光制御手段と、前記ＦＥＴに入射する光が遮られている間に、前記キャパシタを充電し、前記ＦＥＴのゲートと前記ＦＥＴのドレインとを接続し、前記ＦＥＴに光が入射される前または後に前記ＦＥＴのゲートを前記ＦＥＴのドレインから切り離す手段とを備えることを特徴とする。
第２の本発明に係る光検出装置にあっては、まず、ＦＥＴに入射する光が遮られる。次に、ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧より高くなるようにキャパシタが充電される。ＦＥＴのゲートとドレインを接続すると、充電されたキャパシタが電源となり、ＦＥＴに電流が流れる。電流によりキャパシタが放電し、電流が流れなくなったとき、ＦＥＴのゲート電圧はしきい値電圧に等しくなる。次に、ＦＥＴのゲートが切り離され、光がＦＥＴに入射し、ＦＥＴに光電流が流れる。仮に、ＦＥＴの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、光の強度に応じた正確な制御等を行えないが、第２の本発明では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、光の強度に応じた正確な制御等を行うことができる。

本発明に係る光検出装置によれば、ＦＥＴのゲート電圧をしきい値電圧に等しくでき、もって、正確な光の強度を求めることができる。

第１の実施の形態に係る光検出装置の回路図である。 図１に示す光検出装置が光を検出する前の時点での様子を示す図である。 図１に示す光検出装置が光を検出する時点での様子を示す図である。 第２の実施の形態に係る光検出装置の回路図である。 図４に示す光検出装置が光を検出する前の時点での様子を示す図である。 図４に示す光検出装置が光を検出する時点での様子を示す図である。 従来の光検出装置の回路例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る光検出装置の回路図である。

光検出装置は、電界効果トランジスタ（以下、電界効果トランジスタをＦＥＴ（Field Effect Transistorの略称）という）１および２と、ＦＥＴ１のソースとゲート間に接続されたキャパシタ３と、ＦＥＴ２のソースとゲート間に接続されたキャパシタ４と、ＦＥＴ１のゲートとＦＥＴ２のゲートの間を開閉するスイッチ５と、ＦＥＴ１のソースとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ６と、ＦＥＴ１のソースと−５[Ｖ］を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ７と、ＦＥＴ２のゲートとＦＥＴ２のドレインの間を開閉するスイッチ８と、ＦＥＴ２のドレインと＋５[Ｖ］を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ９とを備える。

光検出装置は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬを用いた表示装置を構成する基板上に設けられ、バックライトやＥＬを用いた発光素子の輝度を外部からの光の強度に応じて調整するために用いられる。第１の実施の形態では、ＦＥＴはＮチャネル型、Ｐチャネル型のいずれでもよく、ＦＥＴを流れる電流の出力点をソース、入力点をドレインという。各ＦＥＴは、例えば、ガラス基板上のポリシリコン膜に形成された薄膜トランジスタである。各キャパシタは、例えば、そのようなガラス基板上に形成された金属の層により形成される。各スイッチは、例えば、そのような薄膜トランジスタによって構成されるアナログスイッチとその制御回路を含む。各キャパシタは、そのようなガラス基板上に形成された金属の層により形成される。これらは、後述する第２の実施の形態においても同様である。

ＦＥＴ１は、光Ｌが入射する位置に設けられ、ＦＥＴ２は、光が入射しない位置に設けられる。ＦＥＴ１のドレインとＦＥＴ２のソースはグラウンド節点に接続されている。ＦＥＴ１のドレインに対するゲートの電圧（ゲート電圧）が所定の電圧（しきい値電圧という）以下である場合、ＦＥＴ１はオフとなる。ＦＥＴ２も同様である。光検出装置は、ＦＥＴ２のしきい値電圧が、ＦＥＴ１のしきい値電圧に等しくなるように製造される。キャパシタ３の静電容量は、ＦＥＴ１のソースとゲート間の浮遊容量を無視できる程に大きく設定される。キャパシタ４の静電容量は、ＦＥＴ２のソースとゲート間の浮遊容量を無視できる程に大きく設定される。

（光検出装置の動作）
まず、図１に示すように、スイッチ５、６、８および９がオン、スイッチ７がオフになることで、＋５［Ｖ］の電源から流れる電流ｉ１によりキャパシタ３が充電する。これにより、ＦＥＴ１のゲート電圧が＋５［Ｖ］となる。＋５［Ｖ］は、ＦＥＴ１および２のしきい値より高い電圧である。

次に、図２に示すように、スイッチ９のみがオフに変化する。このとき、ＦＥＴ１のソースとＦＥＴ２のソースとが、グラウンド節点を介して、接続される。これにより、充電されたキャパシタ３が電源となり、キャパシタ３の放電による電流ｉ２が、スイッチ５および８を流れる。電流ｉ２は、ＦＥＴ２のドレインからソースへと流れる。また、このとき、キャパシタ４が充電される。

電流ｉ２によりキャパシタ３が放電し、電流ｉ２が流れなくなったとき、ＦＥＴ２のゲート電圧はＦＥＴ１および２のしきい値電圧に等しくなる。つまり、ＦＥＴ２にスイッチ５で接続されたＦＥＴ１のゲート電圧がしきい値電圧に等しくなる。

次に、図３に示すように、スイッチ５および６がオフ、スイッチ７がオンに変化する。このとき、ＦＥＴ１のゲートは、ＦＥＴ２のドレインとゲートから切り離される。ＦＥＴ１には、光Ｌの強度に応じた光電流Ｉが流れる。前述のように、ＦＥＴ１のゲート電圧はしきい値電圧（Ｖｔｈ）に等しく、しかもキャパシタ３がその状態を維持する。

したがって、第１の実施の形態に係る光検出装置によれば、入射する光の強度に応じた光電流を送出する第１ＦＥＴ（１）と、第１ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタ（３）と、光が入射しない位置に設けられた第２ＦＥＴ（２）と、第２ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタ（４）と、第１ＦＥＴが光電流を送出するのに先立ち、第１ＦＥＴに接続されたキャパシタ（３）を充電し、第１ＦＥＴのソースと第２ＦＥＴのソースとが接続された状態において第１ＦＥＴのゲートと第２ＦＥＴのドレインと第２ＦＥＴのゲートとを接続し、第１ＦＥＴのゲートを第２ＦＥＴのドレインと第２ＦＥＴのゲートとから切り離す手段（各スイッチ）とを備えることで、第１ＦＥＴのゲート電圧をしきい値電圧に等しくできる。仮に、第１ＦＥＴの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、第１ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、バックライトなどの輝度の調整を光の強度に応じて正確に行うことができないが、第１の実施の形態では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、そのような光の強度に応じた正確な制御を行うことができる。

［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態に係る光検出装置の回路図である。

光検出装置は、ＦＥＴ１１と、ＦＥＴ１１のソースとゲート間に接続されたキャパシタ１２と、ＦＥＴ１１のゲートと＋５[Ｖ］を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ１３と、ＦＥＴ１１のソースとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ１４と、ＦＥＴ１１のソースと−５[Ｖ］を出力する電源の出力節点の間を開閉するスイッチ１５と、ＦＥＴ１１のゲートとドレインの間を開閉するスイッチ１６と、ＦＥＴ１１のドレインとグラウンド節点の間を開閉するスイッチ１７と、ＦＥＴ１１に光Ｌを入射させるかまたはＦＥＴ１１を遮光する光制御手段１８とを備える。キャパシタ１２の静電容量は、ＦＥＴ１１のソースとゲート間の浮遊容量を無視できる程に大きく設定される。

光制御手段１８は、例えば、ＦＥＴ１１に入射する光の経路に設けられた液晶層１８１と、液晶層１８１の分子の向きを制御する液晶制御回路１８２とを備える。光検出装置を液晶表示装置に設ける場合、例えば液晶層１８１は、液晶表示装置の液晶層と共用される。

（光検出装置の動作）
まず、図４に示すように、光制御手段１８が、ＦＥＴ１１を遮光する。例えば、液晶制御回路１８２は、液晶層１８１をその分子が光Ｌを遮るように制御する。

次に、スイッチ１３および１４がオン、スイッチ１５、１６および１７がオフになることで、電流ｉ１１によりキャパシタ１２が充電される。これにより、ＦＥＴ１１のゲート電圧が＋５［Ｖ］となる。＋５［Ｖ］は、ＦＥＴ１１のゲート電圧のしきい値より高い電圧である。

次に、図５に示すように、スイッチ１３がオフ、スイッチ１６がオンに変化する。充電されたキャパシタ１２が電源となり、キャパシタ１２の放電による電流ｉ１２が、スイッチ１６を流れる。電流ｉ１２は、ＦＥＴ１１のドレインからソースへと流れる。

電流ｉ１２によりキャパシタ１２が放電し、電流ｉ１２が流れなくなったとき、ＦＥＴ１１のゲート電圧はしきい値電圧に等しくなる。

次に、図６に示すように、光制御手段１８が、ＦＥＴ１１に光Ｌを入射させる。例えば、液晶制御回路１８２は、液晶層１８１をその分子が光Ｌを遮らないように制御する。その際、つまり、ＦＥＴ１１に光が入射される前または後においては、スイッチ１４および１６がオフ、スイッチ１５および１７がオンに変化する。

ＦＥＴ１１には、光Ｌの強度に応じた光電流Ｉが流れる。前述のように、ＦＥＴ１１のゲート電圧はそのしきい値電圧（Ｖｔｈ）に等しく、しかもキャパシタ１２がその状態を維持する。

したがって、第２の実施の形態に係る光検出装置によれば、入射する光の強度に応じた光電流を送出するＦＥＴ（１１）と、ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタ（１２）と、ＦＥＴに入射する光を遮ってから、ＦＥＴに光を入射させる光制御手段（１８）と、ＦＥＴに入射する光が遮られている間に、キャパシタを充電し、ＦＥＴのゲートとＦＥＴのドレインとを接続し、ＦＥＴに光が入射される前または後にＦＥＴのゲートをＦＥＴのドレインから切り離す手段（各スイッチ）とを備えることで、ＦＥＴのゲート電圧をしきい値電圧に等しくできる。仮に、ＦＥＴの特性のバラツキや温度等による揺らぎで、ＦＥＴのゲート電圧がしきい値電圧に等しくなっていないと、等しくなっている前提の下で、バックライトなどの輝度の調整を光の強度に応じて正確に行うことができないが、第２の実施の形態では、ゲート電圧はしきい値電圧に等しくなるので、そのような光の強度に応じた正確な制御を行うことができる。

１，２、１０、１１…ＦＥＴ
３、４、１２…キャパシタ
５，６、７、８、９、１３、１４、１５、１６、１７…スイッチ
１８…光制御手段
１８１…液晶層
１８２…液晶制御回路
Ｉ…光電流
Ｌ…光

Claims (3)

1. 入射する光の強度に応じた光電流を送出する第１ＦＥＴと、
   前記第１ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、
   光が入射しない位置に設けられた第２ＦＥＴと、
   前記第２ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、
   前記第１ＦＥＴが光電流を送出するのに先立ち、前記第１ＦＥＴに接続されたキャパシタを充電し、前記第１ＦＥＴのソースと前記第２ＦＥＴのソースとが接続された状態において前記第１ＦＥＴのゲートと前記第２ＦＥＴのドレインと前記第２ＦＥＴのゲートとを接続し、前記第１ＦＥＴのゲートを前記第２ＦＥＴのドレインと前記第２ＦＥＴのゲートとから切り離す手段と
   を備えることを特徴とする光検出装置。
2. 入射する光の強度に応じた光電流を送出するＦＥＴと、
   前記ＦＥＴのソースとゲート間に接続されたキャパシタと、
   前記ＦＥＴに入射する光を遮ってから、前記ＦＥＴに光を入射させる光制御手段と、
   前記ＦＥＴに入射する光が遮られている間に、前記キャパシタを充電し、前記ＦＥＴのゲートと前記ＦＥＴのドレインとを接続し、前記ＦＥＴに光が入射される前または後に前記ＦＥＴのゲートを前記ＦＥＴのドレインから切り離す手段と
   を備えることを特徴とする光検出装置。
3. 前記光制御手段は、
   前記ＦＥＴに入射する光の経路に設けられた液晶層と、
   前記液晶層の分子が光を遮るように制御してから、前記液晶層の分子が光を遮らないように制御する液晶制御回路と
   を備えることを特徴とする請求項２記載の光検出装置。

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