JP2002171142A - 受光装置 - Google Patents
受光装置Info
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- JP2002171142A JP2002171142A JP2000369557A JP2000369557A JP2002171142A JP 2002171142 A JP2002171142 A JP 2002171142A JP 2000369557 A JP2000369557 A JP 2000369557A JP 2000369557 A JP2000369557 A JP 2000369557A JP 2002171142 A JP2002171142 A JP 2002171142A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チップサイズの増大、周波数特性の悪化、及
び、ダイナミックレンジの狭帯化を伴うことなく、受光
感度を向上させることができるようにした受光装置を提
供する。 【解決手段】 入射光の強度に応じてフォトダイオード
１が発生する電流ＩPDをダイオード接続されたＭＯＳ型
の電界効果トランジスタ４に流すことにより、電流ＩPD
を対数変換して得られる電圧ＶPDを生成し、この電圧Ｖ
PDをオフセット電圧ＶOSだけシフトさせてＭＯＳ型の電
界効果トランジスタ５のゲート−ソース間に印加し、ト
ランジスタ５のドレイン電流IDを演算増幅器２の反転入
力端子（−）と出力端子との間に接続された抵抗３に流
すことにより電圧に変換する。
び、ダイナミックレンジの狭帯化を伴うことなく、受光
感度を向上させることができるようにした受光装置を提
供する。 【解決手段】 入射光の強度に応じてフォトダイオード
１が発生する電流ＩPDをダイオード接続されたＭＯＳ型
の電界効果トランジスタ４に流すことにより、電流ＩPD
を対数変換して得られる電圧ＶPDを生成し、この電圧Ｖ
PDをオフセット電圧ＶOSだけシフトさせてＭＯＳ型の電
界効果トランジスタ５のゲート−ソース間に印加し、ト
ランジスタ５のドレイン電流IDを演算増幅器２の反転入
力端子（−）と出力端子との間に接続された抵抗３に流
すことにより電圧に変換する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラや
ビデオカメラ等に用いる光信号を電気信号に変換する受
光装置に関するものである。
ビデオカメラ等に用いる光信号を電気信号に変換する受
光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の受光装置の回路図を図５に示す。
フォトダイオード１は、アノードがグランドＧＮＤに接
続されており、カソードが演算増幅器２の反転入力端子
（−）に接続されている。演算増幅器２は、非反転入力
端子（＋）には所定の直流電圧Ｖrefが印加されてお
り、出力端子が抵抗３を介して反転入力端子（−）に接
続されている。そして、演算増幅器２の出力端子が外部
端子ＯＵＴに接続されている。
フォトダイオード１は、アノードがグランドＧＮＤに接
続されており、カソードが演算増幅器２の反転入力端子
（−）に接続されている。演算増幅器２は、非反転入力
端子（＋）には所定の直流電圧Ｖrefが印加されてお
り、出力端子が抵抗３を介して反転入力端子（−）に接
続されている。そして、演算増幅器２の出力端子が外部
端子ＯＵＴに接続されている。
【０００３】フォトダイオード１には入射光の強度に応
じた光電流ＩPDが図５に矢印で示す方向に流れる。そし
て、この光電流ＩPDは、演算増幅器２の出力端子から抵
抗３を介して流れると見なすことができる。また、演算
増幅器２には負帰還がかかっているので、演算増幅器２
の非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）との電圧
は等しいと見なすことができる。したがって、外部端子
ＯＵＴに発生する電圧ＶOは、抵抗３の抵抗値をＲとす
ると、 ＶO＝ＩPD・Ｒ＋Ｖref となる。
じた光電流ＩPDが図５に矢印で示す方向に流れる。そし
て、この光電流ＩPDは、演算増幅器２の出力端子から抵
抗３を介して流れると見なすことができる。また、演算
増幅器２には負帰還がかかっているので、演算増幅器２
の非反転入力端子（＋）と反転入力端子（−）との電圧
は等しいと見なすことができる。したがって、外部端子
ＯＵＴに発生する電圧ＶOは、抵抗３の抵抗値をＲとす
ると、 ＶO＝ＩPD・Ｒ＋Ｖref となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の受光装置では、受光感度を良くするためには、抵抗
３の抵抗値を大きくしなければならず、集積化する場合
には、チップサイズが大きくなるとともに、時定数が大
きくなって周波数特性が悪化するという問題を招く。ま
た、抵抗３の抵抗値を大きくすると、ダイナミックレン
ジが狭くなってしまう。特に、本構成の受光装置を１つ
の画素として多数有する画像装置の場合、チップサイズ
の増大を抑える必要がある。
成の受光装置では、受光感度を良くするためには、抵抗
３の抵抗値を大きくしなければならず、集積化する場合
には、チップサイズが大きくなるとともに、時定数が大
きくなって周波数特性が悪化するという問題を招く。ま
た、抵抗３の抵抗値を大きくすると、ダイナミックレン
ジが狭くなってしまう。特に、本構成の受光装置を１つ
の画素として多数有する画像装置の場合、チップサイズ
の増大を抑える必要がある。
【０００５】そこで、本発明は、チップサイズの増大を
抑えながら、周波数特性の悪化、及び、ダイナミックレ
ンジの狭帯化を伴うことなく、受光感度を向上させるこ
とができるようにした受光装置を提供することを目的と
する。
抑えながら、周波数特性の悪化、及び、ダイナミックレ
ンジの狭帯化を伴うことなく、受光感度を向上させるこ
とができるようにした受光装置を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の受光装置では、入射光の強度に応じた電流
を発生する光電変換部と、該光電変換部で発生した電流
を対数変換して得られる電圧を生成する対数変換部と、
該対数変換部で生成された電圧を所定値だけシフトさせ
るオフセット部と、前記対数変換部と前記オフセット部
とで得られた電圧がゲート−ソース間に印加される電界
効果トランジスタと、該トランジスタのドレイン電流を
抵抗に流すことにより電圧に変換する電流電圧変換部
と、を備えている。
め、本発明の受光装置では、入射光の強度に応じた電流
を発生する光電変換部と、該光電変換部で発生した電流
を対数変換して得られる電圧を生成する対数変換部と、
該対数変換部で生成された電圧を所定値だけシフトさせ
るオフセット部と、前記対数変換部と前記オフセット部
とで得られた電圧がゲート−ソース間に印加される電界
効果トランジスタと、該トランジスタのドレイン電流を
抵抗に流すことにより電圧に変換する電流電圧変換部
と、を備えている。
【０００７】この構成により、上記オフセット部でのシ
フト量を適切に設定しておけば、入射光の強度に応じて
光電変換部に発生する光電流よりも大きな値の電流が電
流／電圧変換部の抵抗に流れる。また、光電流が所定値
以上であるときには、電流／電圧変換部の抵抗に流れる
電流が光電流の増加に伴って対数関数的に増加する。
フト量を適切に設定しておけば、入射光の強度に応じて
光電変換部に発生する光電流よりも大きな値の電流が電
流／電圧変換部の抵抗に流れる。また、光電流が所定値
以上であるときには、電流／電圧変換部の抵抗に流れる
電流が光電流の増加に伴って対数関数的に増加する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
を参照しながら説明する。本発明の第１実施形態である
受光装置の回路図を図１に示す。尚、同図に示す全ての
構成要素が１チップに集積化されている。フォトダイオ
ード１は、カソードが電源電圧ＶCCに接続されており、
アノードがｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジス
タ４のドレインに接続されている。
を参照しながら説明する。本発明の第１実施形態である
受光装置の回路図を図１に示す。尚、同図に示す全ての
構成要素が１チップに集積化されている。フォトダイオ
ード１は、カソードが電源電圧ＶCCに接続されており、
アノードがｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジス
タ４のドレインに接続されている。
【０００９】演算増幅器２は、非反転入力端子（＋）に
所定の直流電圧Ｖrefが印加されており、反転入力端子
（−）がｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ
５のドレインに接続されており、出力端子が外部端子Ｏ
ＵＴに接続されている。演算増幅器２の反転入力端子
（−）と出力端子とが抵抗３を介して接続されている。
所定の直流電圧Ｖrefが印加されており、反転入力端子
（−）がｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ
５のドレインに接続されており、出力端子が外部端子Ｏ
ＵＴに接続されている。演算増幅器２の反転入力端子
（−）と出力端子とが抵抗３を介して接続されている。
【００１０】トランジスタ４は、ドレインがフォトダイ
オード１のアノードに接続されており、ソースはオフセ
ット電圧ＶOSの電源７の＋電極側に接続されており、ゲ
ート−ドレイン間が短絡されている。電源７の−電極側
はグランドＧＮＤに接続されている。
オード１のアノードに接続されており、ソースはオフセ
ット電圧ＶOSの電源７の＋電極側に接続されており、ゲ
ート−ドレイン間が短絡されている。電源７の−電極側
はグランドＧＮＤに接続されている。
【００１１】トランジスタ５は、ゲートがフォトダイオ
ード１のアノードとトランジスタ４のドレインとの接続
中点に接続されており、ソースがグランドＧＮＤに接続
されており、ドレインが演算増幅器２の反転入力端子
（−）と抵抗３との接続中点に接続されている。
ード１のアノードとトランジスタ４のドレインとの接続
中点に接続されており、ソースがグランドＧＮＤに接続
されており、ドレインが演算増幅器２の反転入力端子
（−）と抵抗３との接続中点に接続されている。
【００１２】以上の構成により、外部端子ＯＵＴに発生
する電圧ＶOは、トランジスタ５のドレイン電流をＩD、
抵抗３の値をＲとすると、 ＶO＝ＩD・Ｒ＋Ｖref となる。
する電圧ＶOは、トランジスタ５のドレイン電流をＩD、
抵抗３の値をＲとすると、 ＶO＝ＩD・Ｒ＋Ｖref となる。
【００１３】そして、トランジスタ４のドレイン−ソー
ス間は電流を対数的に電圧に変換する素子として機能す
るので、トランジスタ５のゲートには、入射光の強度に
応じてフォトダイオード１に流れる光電流ＩPDを対数変
換して得られる電圧ＶPDとオフセット電圧ＶOSとの和が
印加される。
ス間は電流を対数的に電圧に変換する素子として機能す
るので、トランジスタ５のゲートには、入射光の強度に
応じてフォトダイオード１に流れる光電流ＩPDを対数変
換して得られる電圧ＶPDとオフセット電圧ＶOSとの和が
印加される。
【００１４】したがって、オフセット電圧ＶOSの値を適
切に設定しておけば、光電流ＩPDよりも大きな値の電流
をトランジスタ５のドレイン電流ＩDとして得ることが
できる。これにより、抵抗３の値を大きくすることな
く、すなわち、チップサイズの増大、及び、周波数特性
の悪化を伴うことなく、受光感度を向上させることがで
きる。
切に設定しておけば、光電流ＩPDよりも大きな値の電流
をトランジスタ５のドレイン電流ＩDとして得ることが
できる。これにより、抵抗３の値を大きくすることな
く、すなわち、チップサイズの増大、及び、周波数特性
の悪化を伴うことなく、受光感度を向上させることがで
きる。
【００１５】また、光電流ＩPDが所定値以上であるとき
には、光電流ＩPDの増加に伴ってトランジスタ５のドレ
イン電流ＩDが対数関数的に増加するので、光電流ＩPD
と出力電圧ＶOとの関係が図４にＢで示すようになり、
ダイナミックレンジが狭くなるのを防止することができ
る。尚、図４中のＡは従来技術として示した図５におけ
る特性を示している。
には、光電流ＩPDの増加に伴ってトランジスタ５のドレ
イン電流ＩDが対数関数的に増加するので、光電流ＩPD
と出力電圧ＶOとの関係が図４にＢで示すようになり、
ダイナミックレンジが狭くなるのを防止することができ
る。尚、図４中のＡは従来技術として示した図５におけ
る特性を示している。
【００１６】本発明の第２実施形態である受光装置の回
路図を図２に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が１
チップに集積化されている。フォトダイオード１は、カ
ソードが電源電圧ＶCCに接続されており、アノードがｎ
チャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ４のドレイ
ン、及び、演算増幅器６の反転入力端子（−）に接続さ
れている。
路図を図２に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が１
チップに集積化されている。フォトダイオード１は、カ
ソードが電源電圧ＶCCに接続されており、アノードがｎ
チャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ４のドレイ
ン、及び、演算増幅器６の反転入力端子（−）に接続さ
れている。
【００１７】演算増幅器２は、非反転入力端子（＋）に
所定の直流電圧Ｖrefが印加されており、反転入力端子
（−）がｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ
５のドレインに接続されており、出力端子が外部端子Ｏ
ＵＴに接続されている。演算増幅器２の反転入力端子
（−）と出力端子とが抵抗３を介して接続されている。
所定の直流電圧Ｖrefが印加されており、反転入力端子
（−）がｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ
５のドレインに接続されており、出力端子が外部端子Ｏ
ＵＴに接続されている。演算増幅器２の反転入力端子
（−）と出力端子とが抵抗３を介して接続されている。
【００１８】トランジスタ４は、ドレインがフォトダイ
オード１のアノードと演算増幅器６の非反転入力端子
（＋）との接続中点に接続されており、ソースが演算増
幅器６の出力端子、及び、トランジスタ５のソースに接
続されており、ゲート−ドレイン間が短絡されている。
オード１のアノードと演算増幅器６の非反転入力端子
（＋）との接続中点に接続されており、ソースが演算増
幅器６の出力端子、及び、トランジスタ５のソースに接
続されており、ゲート−ドレイン間が短絡されている。
【００１９】トランジスタ５は、ゲートがオフセット電
圧ＶOSの２倍の電源８の＋電極側に接続されており、ド
レインが演算増幅器２の反転入力端子（−）と抵抗３と
の接続中点に接続されており、ソースがトランジスタ４
のソース及び演算増幅器６の出力端子に接続されてい
る。電源８の−電極側はグランドに接続されている。
圧ＶOSの２倍の電源８の＋電極側に接続されており、ド
レインが演算増幅器２の反転入力端子（−）と抵抗３と
の接続中点に接続されており、ソースがトランジスタ４
のソース及び演算増幅器６の出力端子に接続されてい
る。電源８の−電極側はグランドに接続されている。
【００２０】演算増幅器６は、非反転入力端子（＋）が
オフセット電圧ＶOSの電源７の＋電極側に接続されてお
り、反転入力端子（−）がフォトダイオード１のアノー
ド、及び、トランジスタ４のドレインに接続されてお
り、出力端子がトランジスタ４のソース及びトランジス
タ５のソースに接続されている。電源７の−電極側はグ
ランドＧＮＤに接続されている。
オフセット電圧ＶOSの電源７の＋電極側に接続されてお
り、反転入力端子（−）がフォトダイオード１のアノー
ド、及び、トランジスタ４のドレインに接続されてお
り、出力端子がトランジスタ４のソース及びトランジス
タ５のソースに接続されている。電源７の−電極側はグ
ランドＧＮＤに接続されている。
【００２１】本発明の第３実施形態である受光装置の回
路図を図３に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が１
チップに集積化されている。この第３実施形態では、上
記第２実施形態において、演算増幅器６の非反転入力端
子（＋）に接続されていたオフセット電源をなくすとと
もに、トランジスタ４のソースにオフセット電圧ＶOSの
電源７の＋電極側を接続し、この電源７の−電極側をト
ランジスタ５のソース、及び、演算増幅器６の出力端子
に接続し、トランジスタ５のゲートをグランドＧＮＤに
接続した構成である。
路図を図３に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が１
チップに集積化されている。この第３実施形態では、上
記第２実施形態において、演算増幅器６の非反転入力端
子（＋）に接続されていたオフセット電源をなくすとと
もに、トランジスタ４のソースにオフセット電圧ＶOSの
電源７の＋電極側を接続し、この電源７の−電極側をト
ランジスタ５のソース、及び、演算増幅器６の出力端子
に接続し、トランジスタ５のゲートをグランドＧＮＤに
接続した構成である。
【００２２】これらの第２、第３実施形態においても、
トランジスタ５のゲート−ソース間には、上記第１実施
形態と同様に、入射光の強度に応じてフォトダイオード
１に流れる光電流ＩPDを対数変換して得られる電圧ＶPD
とオフセット電圧ＶOSとの和が印加されるので、オフセ
ット電圧ＶOSの値を適切に設定しておけば、光電流Ｉ PD
よりも大きな値の電流がトランジスタ５のドレイン電流
ＩDとして得られるとともに、光電流ＩPDと出力電圧ＶO
との関係が図４にＢで示すようになり、チップサイズの
増大、周波数特性の悪化、及び、ダイナミックレンジの
狭帯化を伴うことなく、受光感度を向上させることがで
きる。
トランジスタ５のゲート−ソース間には、上記第１実施
形態と同様に、入射光の強度に応じてフォトダイオード
１に流れる光電流ＩPDを対数変換して得られる電圧ＶPD
とオフセット電圧ＶOSとの和が印加されるので、オフセ
ット電圧ＶOSの値を適切に設定しておけば、光電流Ｉ PD
よりも大きな値の電流がトランジスタ５のドレイン電流
ＩDとして得られるとともに、光電流ＩPDと出力電圧ＶO
との関係が図４にＢで示すようになり、チップサイズの
増大、周波数特性の悪化、及び、ダイナミックレンジの
狭帯化を伴うことなく、受光感度を向上させることがで
きる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の受光装置
によれば、入射光の強度に応じて光電変換部に発生する
光電流よりも大きな値の電流を電流／電圧変換部の抵抗
に流すことができるので、受光感度を向上させるにあた
って上記抵抗の値を大きくすることによるチップサイズ
の増大を抑えながら、周波数特性の悪化、及び、ダイナ
ミックレンジの狭帯化を伴うことなく、受光感度を向上
させることができるようになる。また、第１及び第２の
実施形態の受光装置を用いた画像装置では、オフセット
電圧源を共通化することができ、チップサイズの増大が
さらに少なくて済むようになる。
によれば、入射光の強度に応じて光電変換部に発生する
光電流よりも大きな値の電流を電流／電圧変換部の抵抗
に流すことができるので、受光感度を向上させるにあた
って上記抵抗の値を大きくすることによるチップサイズ
の増大を抑えながら、周波数特性の悪化、及び、ダイナ
ミックレンジの狭帯化を伴うことなく、受光感度を向上
させることができるようになる。また、第１及び第２の
実施形態の受光装置を用いた画像装置では、オフセット
電圧源を共通化することができ、チップサイズの増大が
さらに少なくて済むようになる。
【図１】 本発明の第１実施形態である受光装置の回路
図である。
図である。
【図２】 本発明の第２実施形態である受光装置の回路
図である。
図である。
【図３】 本発明の第３実施形態である受光装置の回路
図である。
図である。
【図４】 本発明の各実施形態における光電流と出力電
圧との関係を示す図である。
圧との関係を示す図である。
【図５】 従来の受光装置の回路図である。
１ フォトダイオード ２ 演算増幅器 ３ 抵抗 ４ ｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ ５ ｎチャネルのＭＯＳ型の電界効果トランジスタ ６ 演算増幅器 ７ 電源 ８ 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J092 AA01 AA47 AA56 CA32 CA35 CA61 CA92 FA06 HA10 HA19 HA25 HA44 KA00 KA01 KA09 KA18 MA13 MA21 SA08 TA02 UL02
Claims (1)
- 【請求項１】 入射光の強度に応じた電流を発生する光
電変換部と、該光電変換部で発生した電流を対数変換し
て得られる電圧を生成する対数変換部と、該対数変換部
で生成された電圧を所定値だけシフトさせるオフセット
部と、前記対数変換部と前記オフセット部とで得られた
電圧がゲート−ソース間に印加される電界効果トランジ
スタと、該トランジスタのドレイン電流を抵抗に流すこ
とにより電圧に変換する電流電圧変換部と、を備えたこ
とを特徴とする受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000369557A JP4610075B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000369557A JP4610075B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 受光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002171142A true JP2002171142A (ja) | 2002-06-14 |
| JP4610075B2 JP4610075B2 (ja) | 2011-01-12 |
Family
ID=18839572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000369557A Expired - Fee Related JP4610075B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4610075B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100509907B1 (ko) * | 2003-01-08 | 2005-08-24 | 주식회사 에이디텍 | 포토 다이오드 회로 |
| JP2011023753A (ja) * | 2003-09-19 | 2011-02-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光センサー装置 |
| JP2012065277A (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-29 | Ntt Docomo Inc | 光受信機 |
| US8537259B2 (en) | 2007-08-31 | 2013-09-17 | Rohm Co., Ltd. | Photoelectric conversion circuit and solid state imaging device including same |
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| WO2016046994A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | Hamamatsu Photonics K.K. | Thermal infrared image sensor |
Families Citing this family (1)
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| JP2000323949A (ja) * | 1999-05-13 | 2000-11-24 | Sharp Corp | 信号入力回路 |
-
2000
- 2000-12-05 JP JP2000369557A patent/JP4610075B2/ja not_active Expired - Fee Related
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