传感器设备、传感器元件驱动方法，显示设备及电子装置的制作方法

专利名称：传感器设备、传感器元件驱动方法，显示设备及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用传感器元件检测附近对象的位置等的传感器设备、驱动应用于诸 如此类的传感器设备的传感器元件的方法、包括传感器功能(输入功能)和显示功能的显 示设备，以及包括诸如此类的显示设备的电子装置。
背景技术：
先前，存在已知的检测接触或靠近显示设备的显示表面的对象的位置等的技术。 例如，存在已知技术，其提供了如下的结构类似于膜的透明触摸屏被布置在显示器面板之 上。作为这种显示器面板的系统，先前已知压敏型和电容型。另外，已经开发了一种显示设备，其中，显示器像素和光接收元件在显示器面板内 被以矩阵的形式布置，使得该显示器面板本身具有光传感器功能(参见第2006-276223号 和第2008-233257号日本未审查专利申请公开)。

发明内容
在如上所述的具有光传感器功能的显示设备中，诸如PIN光电二极管的光电转换 元件被用作光接收元件。根据所接收的光量生成的和提供自光电转换元件的电荷被存储 在存储节点中，并且根据存储节点的所存储电荷的电压值作为传感器检测信号被读出和输 出。进入光电转换元件的光量根据靠近面板表面的对象的位置、距离、大小等而变化，并且 由此传感器检测信号也随之变化。因此，可以通过恰当地处理来自以矩阵形式布置的光接 收元件中每一个的传感器检测信号来检测靠近面板表面的对象的位置等。在这种设备中， 读操作在光电转换元件的预定光接收(曝光)时段之后被实施，并且随后，在存储节点的 电压值被重置到重置电压之后，光接收和读取的操作被重复。顺便提一下，已知在光电转换元件中，即便在没有入射光的情况下，暗电流(热激 发电流)也流动。该暗电流随着温度变化，并具有如下特性温度越高，流动电流的量越大。 由于此原因，存在如下情形，其中，即便入射光量是恒定的，如果温度不同，则存储节点的电 压也变化，其不利地影响了检测结果。具体地，可能当温度变高时，暗电流的影响增强，其提 升了存储节点的电压，因而导致存储节点进入饱和状态。因此，希望执行某些措施以减少这 种伴随温度变化的暗电流的影响，但是，过去的措施都是不够的。鉴于上述，希望提供一种传感器设备、驱动传感器元件的方法、具有输入功能的显 示设备，以及电子装置，它们能够通过减少伴随温度变化的暗电流的影响从而执行稳定的 检测操作。—些实施例涉及光电转换方法。第一检测信号接收自本质上被遮光的第一光电 转换元件。基于第一检测信号，在曝光的第二光电转换元件的存储节点处电压被重置。基 于接收自第二光电转换元件的光，第二检测信号被生成。一些实施例涉及包括重置电压控 制电路的装置。重置电压控制电路接收来自本质上被遮光的第一光电转换元件的第一检测 信号，并且基于该第一检测信号，控制第二光电转换元件的存储节点电压使之被重置。第二
5光电转换元件是曝光的。一些实施例涉及包括I/O显示器面板和光接收驱动电路的显示设 备。I/O显示器面板包括多个显示器像素；以及多个光电转换元件，其包括本质上被遮光 的第一光电转换元件和曝光的第二光电转换元件。光接收驱动电路接收来自第一光电转换 元件的第一检测信号，并基于该第一检测信号将第二光电转换元件重置。一些实施例涉及 包括显示设备的电子装置。一些实施例涉及光电转换方法，其包括检测光电转换元件的特性变化。光电转换 元件被控制以补偿特性变化。检测信号基于在光电转换元件处接收的光而被生成。一些实 施例涉及包括检测电路的装置，该检测电路检测光电转换元件的特性变化。该装置还包括 控制电路，该控制电路基于特性变化控制光电转换元件使之被重置。在根据本发明实施例的传感器设备、驱动传感器元件的方法、具有输入功能的显 示设备或电子装置中，用于重置在传感器元件中的存储节点的电压值的重置电压被根据由 于温度引起的光电转换元件的特性变化而可变控制。因此，可通过减少伴随温度变化的暗 电流的影响来执行稳定的检测操作。本发明的其他和进一步的目的、特征和优势将从下述描述变得更加完整。


图1是根据本发明的实施例的示出了具有输入功能的显示设备的配置示例的框 图；图2是示出了图1中示出的I/O显示器面板的配置示例的框图；图3是示出了在图2中所示的显示器区域(传感器区域)中的像素布置的示例的 平面图；图4是示出了在图3中所示的像素布置中传感器元件(摄像像素)和信号线间的 连接关系的示例的示意性平面图；图5是代表在图1中所示的显示设备中的传感器元件的配置示例的电路图；图6是针对监控器传感器的布置位置的说明性图；图7是示出了监控器传感器被布置的部分的结构的横截面图；图8是功能性地示出了涉及重置电压的可变控制的电路的框图；图9是示出了重置电压控制部件的具体电路配置示例的电路图；图10是示出了在图1中所示的显示设备中的传感器操作(摄像操作)的定时波 形图；图IlA和IlB分别是示出了在图1中所述的显示设备中，当存在强外部光时附近 对象在传感器区域内的状态的图，以及在此状态中的传感器输出电压的示例的图；图12A和12B分别是示出了在图1中所述的显示设备中，当存在弱外部光时附近 对象在传感器区域内的状态的图，以及在此状态中的传感器输出电压的示例的图；图13是示出了用于描述通过利用差分图像来检测附近对象的图像的方法的图；图14是示出了某特性的图，该特性显示由于在传感器元件中的温度的提高而发 生的存储节点的电压的变化；图15是仅示出了光电转换元件的温度特性的图；图16是示出了重置电压的可变控制的流程的说明性图17是示出了当温度低于参考温度时，如图16中所示的重置电压的可变控制被 执行的示例的说明性图；图18是示出了一种状态的说明性图，其中，当图16中所示的重置电压的可变控 制在温度低于参考温度的情形下被执行时，传感器输出电压的差值α收敛于预定偏移 值-β ；图19是示出了当温度高于参考温度时，如图16中所示的重置电压的可变控制被 执行的示例的说明性图；图20是示出了一种状态的说明性图，其中，当图16中所示的重置电压的可变控 制在温度高于参考温度的情形下被执行时，传感器输出电压的差值α收敛于预定偏移 值-β ；图21Α和21Β是分别示出了在图1中所示的显示设备中通过利用附近对象检测处 理的结果来执行应用程序的第一示例和第二示例的说明性图；图22是示出了通过利用附近对象检测处理的结果来执行应用程序的第三示例的 说明性图；图23是示出了通过利用附近对象检测处理的结果来执行应用程序的第四示例的 说明性图；图M是示出了通过利用附近对象检测处理的结果来执行应用程序的第五示例的 说明性图；图25是图1中所示的显示设备的第一应用示例的外部透视图；图26Α和26Β是当分别从前方和后方查看时的第二应用示例的外部透视图；图27是第三应用示例的外部透视视图；图28是第四应用示例的外部透视视图；以及图29Α到29G是示出了第五应用示例的图，即，图29Α和29Β分别是在开状态的前 视图和侧视图，以及图29C到29G分别是在闭状态的前视图、左侧视图、右侧视图、俯视图， 和仰视图。
具体实施例方式通过参照附图，下面将详细描述本发明的实施例。具有输入功能的显示设备的整个配置图1示出了根据本发明的实施例的具有输入功能的显示设备(显示摄像设备)的 整个配置的示例。该显示设备包括I/O显示器面板20、背光灯15、显示驱动电路12、光接收 驱动电路13、图像处理部件14，以及应用程序执行部件11。例如，I/O显示器面板20是液晶显示器(IXD)面板。I/O显示器面板20包括如 图3 (将稍后描述)所示的以矩阵形式布置的多个显示器像素31RGB，并且具有在线顺序地 (line-sequentially)操作这些显示器像素的同时基于图像数据来显示诸如图形和字符之 类的预定图像的功能(显示功能)。该I/O显示器面板20还包括传感器元件33，该传感器 元件如图3所示(将稍后描述)被以矩阵形式布置为摄像像素，并且具有用作检测并接触 或靠近面板表面的对象(附近对象)并对其进行成像的传感器面板的功能(检测功能，摄 像功能)。另外，在I/O显示器面板20中，至少一个监视器传感器33M (图6和图7)被置于不同于传感器元件33布置区域的区域。背光灯15是用于在I/O显示器面板20中的显示和检测的光源，并且例如包括排 列好的多个发光二极管。背光灯15被显示驱动电路12驱动和控制，并且能够基于与稍后将 描述的I/O显示器面板20的操作定时相同步的预定定时以高速度执行开-关(照明和不 照明)操作。背光灯15定期从I/O显示器面板20的背部侧向面板表面发射照明光Lon。显示驱动电路12是驱动I/O显示器面板20的显示器像素31RGB (即，执行线顺序 显示操作的驱动)的电路，使得基于显示数据，图像被显示在I/O显示器面板20上(S卩，由 此显示操作被执行)。该显示驱动电路12还执行对背光灯15的开-关(照明和不照明) 控制。光接收驱动电路13是驱动I/O显示器面板20 (即，执行线顺序摄像操作的驱动) 的电路，使得传感器检测信号(摄像信号)被从I/O显示器面板20的传感器元件(摄像像 素)33中的每一个获得(即，由此对象被检测或成像)。顺便提一下，来自各自传感器元件 33的传感器检测信号(摄像信号)被例如每帧地存储在帧存储器13A中，并作为已检测的 图像(摄取的图像)被输出到图像处理部件14。光接收驱动电路13包括重置电压控制部 件16 (图8)，其将被稍后描述。图像处理部件14基于从光接收驱动电路13所输出的摄取的图像来执行预定图像 处理(算术处理)。作为执行图像处理的结果，例如，图像处理部件14检测并获得关于已对 I/O显示器面板20做出靠近或类似行为的对象的对象信息(位置坐标数据、关于对象形状 和大小的数据等)。基于由图像处理部件14所获得的检测结果，应用程序执行部件11根据预定的应 用软件来执行处理。作为此处理的示例，存在将已检测对象的位置坐标包含在将显示在I/ 0显示器面板20上的显示数据中的处理。顺便提一下，由应用程序执行部件11所产生的显 示数据被提供给显示驱动电路12。I/O显示器面板20的配置示例图2示出了 I/O显示器面板20的配置示例。I/O显示器面板20包括显示器区域 (传感器区域)21、显示器H驱动器22、显示器V驱动器23、传感器读取H驱动器25，以及传 感器V驱动器M。在图1和图2中的光接收驱动电路13、传感器V驱动器M，和传感器读取H驱动 25的组合是根据本发明实施例的“用于驱动传感器元件的装置”的具体示例。显示驱动电 路12、显示器H驱动器22和显示器V驱动器23的组合是根据本发明实施例的“用于驱动 多个显示器像素的装置”的具体示例。I/O显示器面板20是根据本发明实施例的“显示器 面板”和“传感器面板”的具体示例。光接收驱动电路13和图像处理部件14的组合是根 据本发明实施例的“用于处理信号的装置”的具体示例。显示器区域(传感器区域)21是将来自背光灯15的光调制并将已调制光作为辐 射光(此后指包括例如由红外光源(未示出)发射的显示光和用于检测的辐射光在内的 光)发射的区域。显示器区域(传感器区域)21还是对接触或靠近该区域的对象进行检测 (成像)的区域。例如，在显示器区域(传感器区域)21，用作显示器像素31RGB和传感器 元件33 (将稍后描述)的液晶显示器元件被分别以矩阵形式布置。基于由显示驱动电路12所提供的用于显示驱动的显示信号和控制时钟，显示器H驱动器22与显示器V驱动器23 —起线顺序地驱动显示器区域21内的显示器像素3IRGB。根据光接收驱动电路13的驱动控制，传感器读取H驱动器25与传感器V驱动器 24 一起线顺序地驱动传感器元件33 (其用作传感器区域21内的摄像像素)，并获得检测信 号(摄像信号)。光接收驱动器电路13被配置用于当辐射光从背光灯15被发射出并照射 到附近对象上时，实施驱动控制，以根据由辐射光得来的反射光量和环境光(外部光)量之 和在传感器元件33中存储充电电荷。而且，光接收驱动电路13被配置用于当辐射光未从 背光灯15发射出时，实施驱动控制，以根据环境光量来在传感器元件33中存储充电电荷。 传感器读取H驱动器25被配置用于向光接收驱动电路13输出背光灯亮时的检测信号(摄 像信号)和背光灯灭时的检测信号(摄像信号)，该信号通过这类驱动控制从传感器元件 33获得。图3示出了在显示器区域(传感器区域)21内的每个像素的详细的配置示例。例 如，如图3所示，显示器区域21的像素31包括显示器像素31RGB、用作摄像像素的传感器元 件33，和导线部件32 (其中，用于传感器33的导线被形成)。显示器像素31RGB的每一个 包括用于红色(R)的显示器像素31R、用于绿色(G)的显示器像素31G，和用于蓝色(B)的 显示器像素31B。显示器像素31RGB、传感器元件33和导线部件32在显示器区域(传感器 区域)21内被分别以矩阵形式布置。另外，传感器元件33和用于驱动传感器元件33的导 线部件32被布置为周期性地彼此分离。由于此种布置，相对于显示器像素31RGB而言，包 括传感器元件33和导线部件32的传感器区域极其难以识别，并且在显示器像素31RGB中 的开口率的减少被压缩到最小。另外，当导线部件32被置于不对显示器像素31RGB的开口 做贡献的区域中时(例如，由黑矩阵遮光的区域，或反射区域)，可以无需降低显示质量而 布置光接收电路。顺便提一下，例如，如图4所示，重置控制信号线Reset_l到ReSet_n以 及读控制信号线Read_l到Read_n沿水平线方向连接到传感器元件33的每一个。传感器元件33的配置示例例如，如图5所示，传感器元件33包括光电转换元件PD1、重置晶体管Trl、存储节 点P1，放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3。光电转换元件PDl根据入射光量生成电荷，并且例如是PIN光电二极管。PIN光电 二极管具有P型半导体区、η型半导体区和在ρ型半导体区和η型半导体区之间所形成的 本征半导体区(i区)。光电转换元件PDl具有阳极、阴极和栅极。当光电转换元件PDl是 PIN光电二极管时，阳极被连接到ρ型半导体区，并且阴极被连接到η型半导体区。光电转 换元件PDl的阴极被连接到用于提供电源电压VDD的电源线上。光电转换元件PDl的阳极 被连接到重置晶体管Trl的一端(漏极)。存储节点Pl被连接到光电转换元件PDl的阳极和重置晶体管Trl的漏极。在存 储节点Pl中，由光电转换元件PDl所转换的电荷被存储，并且电压根据所存储的电荷而改 变。在存储节点Pl中，由于导线，由寄生电容或类似物等效地形成存储电容CO。电荷基于 此存储电容CO而被存储。例如，重置晶体管Trl、放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3的每一个包括薄 膜晶体管(TFT)等。重置晶体管Trl的栅极被连接到重置控制信号线Reset (参见图4)，并且重置晶体 管Trl的源极被连接到重置电压Vrstl。重置晶体管Trl的漏极和放大晶体管Tr2的栅极
9被连接到存储节点P1。放大晶体管Tr2的源极被连接到用于提供电源电压VDD的电源线。 放大晶体管Tr2的漏极被连接到选择/读取晶体管Tr3的漏极。选择/读取晶体管Tr3的 栅极被连接到用于提供读控制信号的读控制信号线Read，并且选择/读取晶体管Tr3的源 极被连接到读出线41。重置晶体管Trl被用于将存储节点Pl的电压值重置为重置电压Vrstl (以释放存 储在存储节点Pl中的电荷)。提供给重置晶体管Trl的重置电压Vrstl由稍后将描述的重 置电压控制部件16(图8)可变地控制。放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3形成源极跟随器，并且，根据存储在存储 节点Pl的电荷读取电压值，并将读取电压值作为传感器检测信号输出。当选择/读取晶体 管Tr3响应于施加到栅极的读控制信号而导通时，传感器检测信号被输出到读出线41。放 大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3的组合是根据本发明实施例的“用于读的装置”的 具体示例。监控器传感器33M的配置示例图6示出了监控器传感器33M的布置位置和电路配置。在重置电压控制部件16 中，监控器传感器33M被提供以监控温度，使得监控器传感器33M的重置电压Vrstl根据该 温度被可变地控制。在I/O显示器面板20中，至少一个监控器传感器33M被置于不同于布 置了传感器元件33的显示器区域(传感器区域)21的区域。例如，监控器传感器33M被置 于面板上部20A或面板下部20B这二者的至少一个中。关于电路配置，监控器传感器33M具有同传感器元件33相同的结构。换言之，像 传感器元件33 —样，监控器传感器33M包括光电转换元件PD1、存储节点P1、重置晶体管 Trl，放大晶体管Tr2和选择/读取晶体管Tr3。但是，为了监控由于温度引起的光电转换元 件PDl的特性的变化(暗电流的变化)的影响，监控器传感器33M被配置为通过遮光体37 遮挡外部光LO。图7示出了布置了监控器传感器33M的部分的横截面结构。I/O显示器面板20 包括从背光灯15侧依次布置的像素基板34和对向基板35。在像素基板34上，传感器元 件33，监控器传感器33M等被形成。例如，在像素基板34上，光电转换元件PDl被布置，并 且，用于驱动和控制传感器元件33和监控器传感器33M的导线部件36被置于光电转换元 件PDl之上。遮光体37形成于对向基板35的内表面侧，并且使光电转换元件PDl相对于 外界遮光。从图7可明显看出，监控器传感器33M被遮挡外部光L0，但是由背光灯15发射 的照明光Lon进来了。因此，关于入射光，监控器传感器33M与传感器元件33在除了外部 光LO之外的条件上是等同的。重置电压控制部件16的配置示例图8功能性地示出了与重置电压Vrstl的可变控制相关的电路。重置电压控制部 件16包括反馈算术部件17和重置电压生成部件18。重置电压控制部件16被配置用于从 监控器传感器33M获得电压值，该电压值对应于由发生在光电转换元件PDl内的暗电流所 得到的存储节点Pl的充电电压。另外，重置电压控制部件16被配置用于根据所获得的电 压值，在传感器元件33和监控器传感器33M内执行对重置电压Vrstl的可变控制。图9示出了重置电压控制部件16的具体电路配置示例。在图9中的此具体电路 配置示例是用于实现示出由将稍后描述的图16中的流程所代表的重置电压的可变控制的
10示例。重置电压控制部件16包括放大器50、模拟到数字(A/D)转换器51、随机访问存储器 (RAM) 52、放大器53，以及A/D转换器M。重置电压控制部件16还包括差分设备55、加法器 56、乘法器57、RAM 58、加法器59，和D/A转换器60。显示设备的操作首先，将描述此显示设备的图像显示操作和对象检测操作(摄像操作)的概述。在此显示设备中，基于由应用程序执行部件11所提供的显示数据，显示驱动电路 12生成用于显示的驱动信号。基于此驱动信号，I/O显示器面板20被线顺序地驱动，并且 图像被显示。此时，背光灯15也被显示驱动电路12所驱动，因而用于开启和关闭背光灯15 的操作被周期性地与I/O显示器面板20同步执行。当存在接触或靠近I/O显示器面板20的对象(诸如手指之类的附近对象)时，对 象被在I/O显示器面板20中的传感器元件33通过光接收驱动电路13的线顺序摄像驱动 而检测(成像)。来自传感器元件33中的每一个的检测信号(摄像信号)被从I/O显示器 面板20提供到光接收驱动器电路13。光接收驱动电路13积累一帧的传感器元件33的检 测信号，并将所积累的检测信号作为摄取的图像输出到图像处理部件14。此处，两个帧图 像被输出到图像处理部件14，即，基于当背光灯15在0N(开启)状态时所获得的来自传感 器元件33的传感器检测信号的图像，以及，基于当背光灯15在OFF(关闭)状态时所获得 的来自传感器元件33的传感器检测信号的图像。通过基于此摄取的图像执行预定图像处理(算术处理)，图像处理部件14获得关 于接触或靠近I/O显示器面板20的对象的对象信息(例如，位置坐标数据和与对象的形状 和大小相关的数据)。例如，用于确定产生于光接收驱动电路13中的差分图像的重心的算 术处理被执行，并且接触(靠近)中心被识别。随后，检测附近对象的结果被从图像处理部 件14输出到应用程序执行部件11。应用程序执行部件11执行应用程序，这将稍后描述。传感器操作的细节图10示出了在此显示设备中的传感器操作(摄像操作)的示例。示出在图10上 部的从上到下延伸的每个箭头示意性地示出了在I/O显示器面板20中的传感器元件33和 监控器传感器33M的驱动定时。横向对应于时间，而纵向对应于I/O显示器面板的扫描线。 在此驱动定时图的下部，示意性地示出了背光灯15的开关状态。在示出背光灯15的开关 状态的部分，黑的部分表示背光灯是关的。在图10的下部，在稍后将描述的重置电压Vrstl 的可变控制中使用的信号获取定时被示意性地示出。顺便提一下，在图10中，“H”对应于针 对一条水平线的摄像(检测)时段。该示例示出了传感器元件33和监控器传感器33M被 提供以用于纵向60行的情形。因此，例如，60H对应于一个时段，在该时段中，针对一屏的线 顺序成像(检测)被执行。首先，在初始状态，如下的处理被执行在传感器元件33和监控器传感器33M中的 每一个的存储节点Pl的电压值被重置为预定参考重置电压(Vrstl=O(V)),并且存储节点 Pl的电压值被读出为传感器检测信号(重置和读时段)。该处理自I/O显示器面板20的 上部线到下部线被顺序执行。接下来，顺序地从上部线到下部线，执行将在传感器元件33和监控器传感器33M 中的每一个的存储节点Pl的电压值重置为重置电压Vrstl的处理(重置时段)。随后，在 背光灯15开启的状态中，曝光(光电转换元件PDl所转换的电荷在存储节点Pl中的存储)被执行(曝光时段(亮))。随后，顺序地从上部线到下部线，执行将在传感器元件33和监 控器传感器33M中的每一个的存储节点Pl的电压值作为传感器检测信号读出的处理(读 时段)。接下来，再次顺序地从上部线到下部线，执行将在传感器元件33和监控器传感器 33M中的每一个的存储节点Pl的电压值重置为重置电压Vrstl的处理(重置时段)。随后， 在背光灯15是关闭的状态中，曝光(光电转换元件PDl所转换的电荷在存储节点Pl中的 存储)被执行(曝光时段(灭))。然后，顺序地从上部线到下部线，执行将传感器元件33 和监控器传感器33M中的每一个的存储节点Pl的电压值作为传感器检测信号读出的处理 (读时段)。如上所述，在背光灯15在开状态以及背光灯15在关闭状态时执行了曝光，而重置 时段被提供在二者之间，并且，在每个状态读取传感器检测信号的处理被执行。然后，该系 列处理被顺序重复。顺便提一下，每当一系列重置时段、曝光时段和读时段被重复预定次数 时，就提供重置和读时段。检测附近对象的具体示例图IlA示出了如下状态，其中，当存在强外部光LO时，附近对象(手指f)位于I/ 0显示器面板20的传感器区域21，并且，图IlB示出了在此种状态中传感器输出电压(已 接收光输出电压)的示例。例如，当如图IlA所示入射外部光(环境光)LO较强时，已接收 光输出电压VonlOl在背光灯15在开状态中的状态如图IlB所示。换言之，已接收光输出 电压VonlOl是电压值Va，其几乎仅对应于在面板的传感器区域21内照射到除了由手指f 所接触到的部分之外任何部分的环境光LO的强度。另外，在由手指f所接触的部分，已接 收光输出电压VonlOl被减小到电压值Vb，其对应于由背光灯15所发射并从手指f的表面 反射回来的的照明光Lon的强度。相反地，在背光灯15处于关闭状态中的已接收光输出电 压VofflOl类似地是电压值Va，其对应于照射到除了由手指f所接触到的部分之外部分的 环境光LO的强度，但是在由手指f所接触的部分，环境光LO几乎被阻挡，并且由此，已接收 光输出电压VofflOl是位于极低水平的电压值Vc。图12A示出了一种状态，其中，当外部光LO很弱时，附近对象(手指f)位于I/O 显示器面板20的传感器区域21，以及图12B示出了在此状态中传感器输出电压(已接收光 输出电压)的示例。例如，在如图12A所示的入射环境光LO很弱(几乎没有)的状态中， 图12B示出了背光灯15在开状态中的已接收光输出电压Von201。换言之，在传感器区域 21内除了由手指f所接触的部分之外的任何部分内，由于环境光LO很弱，所以已接收光输 出电压Von201是处于极低水平的电压值Vc。另外，在传感器区域21内由手指f所接触的 部分处，已接收光输出电压Von201被提升到电压值Vb，其对应于由背光灯15所发射并从手 指f的表面反射回来的的照明光Lon的强度。相反地，在由手指f所接触的部分和其他部 分二者处，在背光灯15处于关闭状态的已接收光输出电压Voff201保持在极低水平的电压 值Vc不变。因此，在传感器区域21中的未由手指f接触的部分处，在已接收光输出电压方面， 在当有环境光LO时和没有环境光LO时之间存在巨大差异。相反地，在传感器区域21中由 手指f接触的部分处，不管环境光LO是否存在，当背光灯15开启时的电压值Vb和当背光 灯15关闭时的电压值Vc近似恒定。因此，通过检测当背光灯15开启时的电压和当背光灯15关闭时的电压之间的差异，可以确定所存在的差异不低于某一水平的部分是存在对象的 靠近等的部分，所述某一水平例如是电压值Vb和电压值Vc之间的差。例如，在图像处理部件14(图1)中，如图13所示的差分图像C被获得。图像B是 基于来自传感器元件33的传感器检测信号的图像的示例，其在照明光Lon被由背光灯15 发射的状态下获得。图像A是基于来自传感器元件33的传感器检测信号的图像的示例，其 在照明光Lon未由背光灯15发射的情形下所获得。可以基于在图像A和图像B之间的差 分图像C来检测对象的位置等。由于温度的特性变更图14示出了随着在传感器元件33中的温度的升高在存储节点Pl的电压中的变 化。顺便提一下，图14示出了在传感器元件33中没有入射光的状态(暗状态)的特性。横 轴表示温度，而纵轴表示存储节点Pl的电压。图14示出了当在光电转换元件PDl中存在 温度上升时在存储节点Pl的电压的变化，以及当在重置晶体管Trl中存在温度上升时存储 节点Pl的电压的变化。从图14可明显看出，在光电转换元件PDl中的温度上升影响了存 储节点Pl的电压。在另一方面，在重置晶体管Trl中的温度上升几乎对存储节点Pl的电 压没有影响。图15仅示出了光电转换元件PDl的温度特性。顺便提一下，图15示出了在光电 转换元件PDl中没有入射光的状态(暗状态)下的特性。换言之，图15示出了在光电转换 元件PDl中暗电流的温度特性。如图15所示，即便在没有入射光的状态，暗电流(热激发 电流)仍在光电转换元件PDl中流动。该暗电流具有如下特性暗电流随温度变化并且流 动电流的量随着温度的升高而增加。由于存在此暗电流，发生如图14所示的由于温度而对 存储节点Pl的电压的改变。具体地，当温度变高时，暗电流的影响变大，使得存储节点Pl 的电压升高，并由此导致存储节点Pl进入饱和状态，其可不利地影响用于用作传感器的检 测操作。在本实施例中，为了减少伴随温度变化的暗电流的影响，使用监控器传感器33M来 获得与由于暗电流引起的存储节点Pl的充电电压相对应的电压值，并且如下所述基于所 获得的电压值而执行重置电压Vrstl的可变控制。重置电压控制部件16的控制操作的具体示例图16示出了代表由图8和图9中示出的电路所实现的对重置电压Vrstl的可变 控制的流程。重置电压控制部件16假定在监控器传感器33M中，在存储节点Pl的电压值 被重置为预定参考重置电压(Vrstl =O(V))的时段期间所读出的传感器检测信号的参考 电压值为VsigO (步骤Sl和S2)。在图9的电路中，这些步骤对应于放大器50、A/D转换器 51和RAM 52的处理。另外，在由重置晶体管Trl重置存储节点Pl的电压值之后，在经过预定曝光时段 之后所读出的传感器检测信号的电压值被假定为Vsig (步骤S3)。在图9的电路中，该步骤 对应于放大器53和A/D转换器M的处理。希望电压值Vsig是在照明光未由背光灯15发 射的状态中经过曝光时段(图10中的曝光时段(灭))后所读出的值。随后，由VsigO-Vsig = α所代表的差值α被确定为对应于由于暗电流引起的存 储节点Pl的充电电压的电压值(步骤S4)。在图9的电路中，该步骤对应于差分设备55的 处理。顺便提一下，例如，当存在两个或更多个监控器传感器33Μ时，例如可执行如下的处 理采用基于各自监控器传感器33Μ所确定的差值α的均值，并且该均值在后续处理中被用作差值α。接下来，重置电压控制部件16将预定偏移值β附加到差值α上，并乘以等于或 小于1的预定系数k，使得值k( α + β )被确定(步骤S5和S6)。在图9的电路中，该步骤 对应于加法器56和乘法器57的处理。系数k被提供以进行对变化的更小的回应(以防止 发生重置电压Vrstl的突然变化)。例如，系数k被设置为约为0.25。例如，β被设置为 约-1. 5到0的值。随后，紧接在前的重置电压Vrstl被假定为(Vrstl_0ld)并被添加到值k( α+β )， 使得如下值被确定。Vrstl = Vrstl_old+k ( α + β )该值被作为新的重置电压Vrstl而输出(步骤S7)。在图9的电路中，该步骤对应 于由RAM 58、加法器59和D/A转换器60所进行的处理。随后，进行如下的处理获得在以新的重置电压Vrstl重置之后的传感器检测信 号的电压值Vsig，并且，差值α被再次确定(步骤S8和S9)。并且随后，执行重复从步骤 S5到S7的处理的循环。通过重复该循环，控制被执行，使得差值α落入预定偏移值的 范围内。换言之，控制被执行，使得存储节点的电压变为。另外，每当重复了预定数量的 循环时，就以类似于步骤Sl的方式再次执行获得参考电压值VsigO的处理(步骤S10)。 这样，可以应对由于温度变化引起的参考电压值VsigO的变化。通过这种方式，重置电压控制部件16执行反馈控制，在该反馈控制中，预定偏移 值β被附加到差值α上，并且乘以等于或小于1的预定系数k，使得值k ( α+β)被确定，并 且值k( α + β )被反映到传感器元件33和监控器传感器33Μ中的每一个的重置电压Vrstl 上。作为其结果，控制被执行，使得在监控器传感器33Μ中的传感器检测信号的电压值Vsig 落入预定偏移值β的范围内。图17示出了一个示例，其中，当温度低于参考温度时，图16中所示出的重置电压 Vrstl的可变控制被执行。图18示出了一种状态，其中，当图16中所示出的重置电压Vrstl 的可变控制在温度低于参考温度的状态中被执行时，传感器输出电压的差值α收敛到预 定偏移值-β。顺便提一下，在图17和图18中，横轴代表以帧数量为单位的时间的流逝。 此处帧的数量意味着在图16所示出的流程中，在经过第一曝光时段之后所获得的检测信 号(摄像帧)被假定为帧1，并且在经过第N (N是大于等于2的整数)个曝光时段之后所获 得的检测信号(摄像帧)被假定为帧N。图19示出了一个示例，其中，当温度高于参考温度时，图16中所示出的重置电 压的可变控制被执行。图20示出了一种状态，其中，当图16中所示出的重置电压的可变 控制在温度高于参考温度的状态中被执行时，传感器输出电压的差值α收敛到预定偏移 值-β。在图19和图20中，横轴代表以帧数量为单位的时间的流逝。通过这种方式，根据本实施例中的带有输入功能的显示设备，用于重置在传感器 元件33中的存储节点Pl的电压值的重置电压值Vrst 1被根据由于温度引起的光电转换元 件的特性变更而可变地控制，并且由此，可以通过减小伴随温度变化的暗电流的影响而执 行稳定的检测操作。顺便提一下，由背光灯15所发射并由光电转换元件PDl所接收的照明光Lon不仅 包括从附近对象所反射的光，还包括直接进入光电转换元件PDl的组件的成分，并进一步
14的内部反射而进入的成分。存在如下问题直接从背光灯15进入的光成 分或内部反射光成分被存储在存储节点Pl中。通过执行对重置电压Vrstl的可变控制，可 以减少由于直接进入光或内部反射光所带来的充电电压的影响。另外，存在如下问题在传 感器元件33中，当给定重置电压Vrstl时，由于在元件和导线之间的电容耦合，在存储节点 Pl内发生电压降。通过执行对重置电压Vrstl的可变控制，还可以减少由此电压降所带来 的对充电电压的影响。执行应用程序的示例接下来，通过参照图21A到图对，将描述一些由应用程序执行部件11执行应用程 序的示例，其中，使用了由上述附近对象检测处理所检测到的对象的位置信息等。在图21A中所示出的第一示例是I/O显示器面板20被指尖61所接触的示例，并 且所接触点的踪迹被作为手写线611显示在表面上。图21B中所示出的第二示例是通过利用手的形状来识别手势的示例。具体地，接 触(或靠近)I/O显示器面板20的手62的形状被识别，已识别的手的形状被作为所显示的 对象显示，并且，所显示对象的运动621被用于实施某种处理。图22中所示的第三个示例是合手掌63A变为开手掌6 的示例，对每只手的触摸 或靠近的图像识别由I/O显示器面板20所执行，并且，基于此图像识别的处理被执行。通 过基于图像识别的处理，可以给出诸如放大(zoom in)之类的指示。另外，由于可以给出诸 如此的指示，因此例如，当I/O显示器面板20被连接到个人计算机时，通过在个人计算机上 操纵切换命令的输入被通过图像识别的输入所替代，并且由此，指示可被更自然的输入。在图23中所示出的第四个示例是两个I/O显示器面板20被准备并通过某种传输 装置彼此连接的示例。在此结构中，通过检测对I/O显示器面板20之一的接触或靠近所获 得的图像可被传输到另一 I/O显示器面板20，并随即被该另一 I/O显示器面板所显示，并且 操作各自I/O显示器面板20的用户可彼此通信。例如，如图23所示，可执行如下的处理 使I/O显示器面板20中的一个通过图像识别获得手65的形状的图像，并将所获得的图像 传输给另一 I/O显示器面板20，进而使该另一 I/O显示器面板20显示与手65的形状一样 的手形状642。也可以执行如下处理使作为在该另一 I/O显示器面板20上手64接触的 结果而显示的踪迹641被传输给所述的一个I/O显示器面板20，并随后被该一个I/O显示 器面板20所显示。通过这种方式，随着移动的图像和手写字符或图形被发送到对方，绘制 的状态被传输，其使I/O显示器面板20变成新的通信工具成为可能。举例而言，I/O显示 器面板20可被应用于便携电话的显示器面板。顺便提一下，图23示出了准备两个I/O显 示器面板20的示例，但是，可以通过将三个或更多个I/O显示器面板20由传输装置彼此连 接来执行类似的处理。另外，如图M的第五个示例所示，通过使毛笔66接触I/O显示器面板20的表面 而用其在I/O显示器面板20的表面上写字，并且由毛笔66所接触的点被作为图像661显 示在I. /0显示器面板20上，并且由此，通过毛笔的手写输入称为可能。在此情形下，可以 识别甚至意识到甚至毛笔的浅接触。例如，在过去，在识别手写的情形下，专门笔的倾向通 过在某种数字转换器中的电场检测而被实现。但是，在本示例中，由真实毛笔所接触的表面 被检测，并且由此，信息被以更真实的感觉输入。模块和应用示例
15
接下来，通过参考图25到图^G，将描述上述带有输入功能的显示设备的应用示 例。该显示设备可应用于在所有领域中的电子装置，该电子装置将外部输入的视频信号或 内部产生的视频信号作为静止或移动的图像显示。例如，显示设备可应用于诸如电视接收 机、数码相机、膝上型电脑，便携终端设备(例如，便携电话)，和摄影机之类的电子装置。(应用示例1)图25示出了作为电子装置的第一个示例的电视接收机的外部视图。例如，该电视 接收机具有包括前面板511和过滤玻璃512的视频显示屏部件510。上述的具有输入功能 的显示设备可应用于此电视接收机的视频显示屏部件510。(应用示例2)图26A和26B是作为电子装置的第二个示例的数码相机的外部视图。例如，该数 码相机包括闪光发射部件521、显示部件522、菜单开关523，和快门释放按钮524。上述的 具有输入功能的显示设备可应用于此数码相机的显示部件522。(应用示例3)图27是作为电子装置的第三个示例的膝上型电脑的外部视图。例如，该膝上型电 脑包括主部件531、用于输入字符等的键盘532，以及显示图像的显示部件533。上述的具有 输入功能的显示设备可应用于此膝上型电脑的显示部件533。(应用示例4)图28是作为电子装置的第四个实施例的摄影机的外部视图。例如，该摄影机包括 主部件Ml、用以拍摄主题图像的布置在主单元Ml的前面的镜头M2、在拍摄时使用的开 始/停止开关讨3，以及显示部件M4。上述的具有输入功能的显示设备可用于此摄影机的 显示部件M4。(应用示例5)图^A到296是作为电子装置的第五个示例的便携电话的外部视图。例如，此便 携电话包括上机壳710、下机壳720、将上机壳710和下机壳720彼此耦合的耦合部件(枢 轴部件)730、显示器740、子显示器750、图片灯(picture light) 760，以及照相机770。具 有如上述的输入功能的显示设备可用于此便携电话的显示器740或子显示器750。其他实施例本发明可在不受限于上述实施例和应用示例的情况下以多种方式被修改和实现。例如，上面通过以具有设有背光灯15的液晶显示器面板的I/O显示器面板20的 情形为例描述了实施例等，但是，用于显示器的背光灯可以兼作为用于检测的光源，或可设 置专用于检测的光源。另外，当设置用于检测的光源时，优选使用在除了可见光范围之外的 波长范围内的光(例如，红外线)。另外，上面已经通过利用带有输入功能的显示装置(其具有包括显示器像素 31RGB和传感器元件33的显示器面板(I/O显示器面板20))描述了实施例等，但是，本发明 可应用于除了显示设备以外的任何设备。例如，本发明可应用于没有显示器功能的纯传感 器装置。例如，在此情形下，替代I/O显示器面板20，可提供传感器面板，其中，仅有传感器 元件33被以矩阵形式布置在单个平面内，而不提供显示器像素31RGB。本发明包括与在2009年11月13日递交的第JP2009-260255号日本优先权专利 申请中公开的主题相关的主题，其内容通过引用被全部结合于此。
本领域技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，只要其在所附权利要求 或等同物的范围内，即可发生多种修改、组合、子组合和改变。
权利要求
1.一种光电转换方法，包括接收来自基本上被遮光的第一光电转换元件的第一检测信号； 基于所述第一检测信号，将曝光的第二光电转换元件的存储节点处的电压重置；以及 基于在所述第二光电转换元件处所接收的光来生成第二检测信号。
2.如权利要求1所述的光电转换方法，其中，所述第一检测信号代表暗电流的影响。
3.如权利要求1所述的光电转换方法，其中，所述第一检测信号随温度变化。
4.如权利要求1所述的光电转换方法，还包括 基于所述第一检测信号计算重置值；以及 基于所述重置值将所述存储节点重置。
5.如权利要求1所述的光电转换方法，还包括 确定在所述存储节点处由所述暗电流导致的电压值。
6.如权利要求5所述的光电转换方法，还包括 将偏移值加到由所述暗电流导致的电压值中。
7.如权利要求6所述的光电转换方法，还包括将所述偏移值和由所述暗电流导致的电压值的和乘以小于一的常数以产生已乘值。
8.如权利要求7所述的光电转换方法，还包括 将所述已乘值与之前的重置值相加以产生新的重置值。
9.如权利要求8所述的光电转换方法，其中，基于所述新的重置值来重置所述第二光 电转换元件。
10.如权利要求1所述的光电转换方法，还包括基于之前的重置电压和所述第一检测信号，将重置值应用到所述存储节点。
11.如权利要求1所述的光电转换方法，其中，I/O显示器面板包括多个第二光电转换 元件和一个或多个光发射设备，以及所述方法还包括利用所述一个或多个光发射设备显示图像；以及利用所述第二光电转换元件中的一个或多个来检测操作所述I/O显示器面板的对象 的位置。
12.如权利要求11所述的光电转换方法，其中，所述第一检测信号在所述第二检测信 号被生成的同一时段被生成。
13.如权利要求11所述的光电转换方法，其中，所述第一检测信号在所述一个或多个 光发射设备被关闭的时段被生成。
14.如权利要求13所述的光电转换方法，还包括由所述第一光电转换元件在所述一个或多个光发射设备被开启的时段生成第三检测信号。
15.如权利要求14所述的光电转换方法，还包括 基于所述第一和第三检测信号来确定差分图像。
16.如权利要求15所述的光电转换方法，还包括 利用所述差分图像来检测所述对象的位置。
17.一种光电转换方法，包括 检测光电转换元件的特性变化；控制所述光电转换元件以补偿所述特性变化；以及基于在所述光电转换元件处接收到的光来生成检测信号。
18.如权利要求17所述的光电转换方法，其中，所述特性变化包括温度变化。
19.如权利要求17所述的光电转换方法，其中，所述光电转换元件被控制以补偿暗电 流的变化。
20.如权利要求17所述的光电转换方法，其中，控制所述光电转换元件以补偿所述特 性变化包括基于所述特性变化来控制应用于所述光电转换元件的重置电压。
21.一种装置，包括重置电压控制电路，该重置电压控制电路接收来自基本上被遮光的第一光电转换元件 的第一检测信号，并且基于所述第一检测信号，控制第二光电转换元件的存储节点电压使 之被重置，其中，所述第二光电转换元件被曝光。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述第一检测信号代表暗电流对所述第一光电 转换元件的影响。
23.如权利要求21所述的装置，其中，所述第一检测信号随温度变化。
24.如权利要求21所述的装置，其中，所述重置电压控制电路包括反馈算术电路，该反馈算术电路基于之前的重置值和所述第一检测信号来确定新的重 置值；以及重置电压生成电路，该重置电压生成电路基于所述新的重置值来生成新的重置电压。
25.如权利要求24所述的装置，其中，所述反馈算术电路确定由暗电流导致的所述第 一光电转换元件的存储节点的电压值，并且确定新的重置值以至少部分地补偿由暗电流导 致的电压值。
26.如权利要求21所述的装置，其中，所述重置电压控制电路提供用于重置所述存储 节点电压的重置值，并且其中，所述第二光电转换元件的存储节点电压基于所述重置值而 被重置。
27.一种装置，包括检测电路，该检测电路检测光电转换元件的特性变化；以及控制电路，该控制电路基于所述特性变化控制光电转换元件使之被重置。
28.如权利要求27所述的装置，其中，所述控制电路通过基于所述特性变化来向所述 光电转换元件提供重置电压，控制所述光电转换元件以补偿所述特性变化。
29.—种显示设备，包括I/O显示器面板，该I/O显示器面板包括多个显示器像素；以及多个光电转换元件，该多个光电转换元件包括基本上被遮光的第一光电转换元件和曝 光的第二光电转换元件；以及光接收驱动电路，该光接收驱动电路接收来自所述第一光电转换元件的第一检测信 号，并基于所述第一检测信号将所述第二光电转换元件重置。
30.如权利要求四所述的显示设备，其中，所述第一光电转换元件位于所述I/O显示器 面板的边缘。
31.如权利要求四所述的显示设备，还包括遮光体，该遮光体将所述第一光电转换元件基本上遮光。
32.一种电子装置，包括包括I/O显示器面板的显示设备，所述I/O显示器面板包括 多个显示器像素；以及多个光电转换元件，该多个光电转换元件包括基本上被遮光的第一光电转换元件和曝 光的第二光电转换元件；以及光接收驱动电路，该光接收驱动电路接收来自所述第一转换元件的第一检测信号，并 基于所述第一检测信号将所述第二光电转换元件重置。
33.如权利要求32所述的电子装置，其中，所述电子装置包括以下装置中的至少一者 电视接收机、数码相机、膝上型电脑、便携终端设备、便携电话，和摄影机。
全文摘要
本发明涉及传感器设备、传感器元件驱动方法，显示设备及电子装置。描述了用于检测和补偿诸如与光电转换元件的温度相关的变化之类的光电转换元件的特性变化的技术。公开了包括I/O显示器面板和光接收驱动电路的显示设备。该I/O显示器面板包括多个显示器像素；以及多个光电转换元件，其包括基本上被遮光的第一光电转换元件和曝光的第二光电转换元件。光接收驱动电路接收来自第一光电转换元件的第一检测信号，并基于该第一检测信号将第二光电转换元件重置。
文档编号G06F3/042GK102063224SQ201010537470
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月8日 优先权日2009年11月13日
发明者千田满, 原田勉, 高德真人 申请人:索尼公司