JPH075038A - 対数圧縮光電変換回路 - Google Patents
対数圧縮光電変換回路Info
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- JPH075038A JPH075038A JP5146432A JP14643293A JPH075038A JP H075038 A JPH075038 A JP H075038A JP 5146432 A JP5146432 A JP 5146432A JP 14643293 A JP14643293 A JP 14643293A JP H075038 A JPH075038 A JP H075038A
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- photoelectric conversion
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- photodiode
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- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 17
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Exposure Control For Cameras (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光電変換素子以外の回路構成を集積化を可能
にし、回路規模の縮小とコストを削減することにある。 【構成】 入射光の照度に応じた光電流を生じるフォト
ダイオード１と、このフォトダイオード１を非反転入力
＋、反転入力−間に接続され、非反転入力＋を接地さ
れ、光電流に応じた出力を発生する反転増幅器２と、電
源ＶDDと上記反転入力−との間にそのソース、ドレイン
が接続され、反転増幅器２からの出力にゲートが接続さ
れたＭＯＳトランジスタとからなり、上記ＭＯＳトラン
ジスタのサブスレッショルド領域におけるゲート電圧−
ドレイン電流特性にて上記光電流を対数圧縮して出力す
るものである。
にし、回路規模の縮小とコストを削減することにある。 【構成】 入射光の照度に応じた光電流を生じるフォト
ダイオード１と、このフォトダイオード１を非反転入力
＋、反転入力−間に接続され、非反転入力＋を接地さ
れ、光電流に応じた出力を発生する反転増幅器２と、電
源ＶDDと上記反転入力−との間にそのソース、ドレイン
が接続され、反転増幅器２からの出力にゲートが接続さ
れたＭＯＳトランジスタとからなり、上記ＭＯＳトラン
ジスタのサブスレッショルド領域におけるゲート電圧−
ドレイン電流特性にて上記光電流を対数圧縮して出力す
るものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、対数圧縮光電変換回路
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、カメラの露出計等では、極めてダ
イナミックレンジの広い光の照度の計測を行なうため、
図４に示すような対数圧縮回路を用いて、光の照度変化
を対数圧縮して出力している。この対数圧縮回路は、光
の照度に比例して光電流を生じるフォトダイオード４１
と、接地された非反転入力＋と反転入力−の間にこのフ
ォトダイオード４１を接続した反転増幅器４２と、反転
入力−と反転増幅器４２の出力端子４Ａ間に接続された
ＰＮ接合ダイオード４３とよりなり、以下のように動作
する。フォトダイオード４１にある照度の光が入射する
と、これに逆方向（図の矢印の方向）の光電流が生じ
る。この光電流は反転増幅器４２の反転入力の電位を高
めようとする。このため反転増幅器４２は出力多久市４
Ａの電位を下げるように動作し、光電流とダイオード４
３を流れる電流が等しく、反転入力と非反転入力の電位
が等しくなったところで安定する。ここで、入射光の照
度を指数関数的に変化させた場合、フォトダイオード４
１に生じる光電流は指数関数的に増加するが、ＰＮ接合
ダイオード４３の電流電圧特性から、反転増幅器４２の
出力端子４Ａに現れる電圧変化は、対数圧縮されたもの
となる。これにより、照度変化を対数圧縮した形で計測
し、照度計測に要される極めて広いダイナミックレンジ
に対応するものである。
イナミックレンジの広い光の照度の計測を行なうため、
図４に示すような対数圧縮回路を用いて、光の照度変化
を対数圧縮して出力している。この対数圧縮回路は、光
の照度に比例して光電流を生じるフォトダイオード４１
と、接地された非反転入力＋と反転入力−の間にこのフ
ォトダイオード４１を接続した反転増幅器４２と、反転
入力−と反転増幅器４２の出力端子４Ａ間に接続された
ＰＮ接合ダイオード４３とよりなり、以下のように動作
する。フォトダイオード４１にある照度の光が入射する
と、これに逆方向（図の矢印の方向）の光電流が生じ
る。この光電流は反転増幅器４２の反転入力の電位を高
めようとする。このため反転増幅器４２は出力多久市４
Ａの電位を下げるように動作し、光電流とダイオード４
３を流れる電流が等しく、反転入力と非反転入力の電位
が等しくなったところで安定する。ここで、入射光の照
度を指数関数的に変化させた場合、フォトダイオード４
１に生じる光電流は指数関数的に増加するが、ＰＮ接合
ダイオード４３の電流電圧特性から、反転増幅器４２の
出力端子４Ａに現れる電圧変化は、対数圧縮されたもの
となる。これにより、照度変化を対数圧縮した形で計測
し、照度計測に要される極めて広いダイナミックレンジ
に対応するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな対数圧縮回路を露出計に組み込む場合、反転増幅器
４２は照度計測用の他の処理回路とともにＣ−ＭＯＳ構
成のＩＣ上に設けることが可能であるが、バイポーラ構
成のＰＮ接合ダイオード４３は外付けしなければなら
ず、回路規模の縮小の妨げになるとともに、コストの点
で問題となっている。
うな対数圧縮回路を露出計に組み込む場合、反転増幅器
４２は照度計測用の他の処理回路とともにＣ−ＭＯＳ構
成のＩＣ上に設けることが可能であるが、バイポーラ構
成のＰＮ接合ダイオード４３は外付けしなければなら
ず、回路規模の縮小の妨げになるとともに、コストの点
で問題となっている。
【０００４】本発明の目的は、対数圧縮光電変換回路の
回路規模の縮小とコストの削減にある。
回路規模の縮小とコストの削減にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】光を受け光電流を生じる
光電変換素子と、上記光電変換素子を非反転入力、反転
入力間に接続され、非反転入力を接地され、上記光電流
に応じた出力を発生する反転増幅器と、そのサブスレッ
ショルド領域で上記光電流をカバーし得るとともに、電
源と上記反転入力との間にソース、ドレインが接続さ
れ、かつゲートに上記反転増幅器からの出力を受けこの
出力を制御するＭＯＳトランジスタとを設け、上記光の
照度変化を対数圧縮して出力することにより上記目的を
達成する。
光電変換素子と、上記光電変換素子を非反転入力、反転
入力間に接続され、非反転入力を接地され、上記光電流
に応じた出力を発生する反転増幅器と、そのサブスレッ
ショルド領域で上記光電流をカバーし得るとともに、電
源と上記反転入力との間にソース、ドレインが接続さ
れ、かつゲートに上記反転増幅器からの出力を受けこの
出力を制御するＭＯＳトランジスタとを設け、上記光の
照度変化を対数圧縮して出力することにより上記目的を
達成する。
【０００６】
【実施例】次に本発明の一実施例の対数圧縮光電変換回
路の構成を図を参照しながら説明する。本例は、露出計
等の照度計測装置に組み込まれるものである。図１は本
例の構成を示す電気回路図であり、同図において、１は
光電変換素子としてのフォトダイオードであり、入射光
の照度変化に対して、リニアに変化する光電流を生じ
る。２は反転増幅器であり、非反転入力＋を接地され、
非反転入力＋、反転入力−の間に、フォトダイオード１
を接続してある。また、反転増幅器２は後述するＮチャ
ンネルＭＯＳトランジスタとともに、照度計測用の他の
処理回路（図示せず。）を備えたＣ−ＭＯＳ構成のＩＣ
（図示せず。）上に設けられている。３はＮチャンネル
ＭＯＳトランジスタであり、＋５Ｖの電源ＶDDと反転入
力の間にそのソース、ドレインが接続され、反転増幅器
２の出力端子Ａにゲートが接続されており、サブストレ
ートｓｕｂは接地されている。また、そのサブスレッシ
ョルド領域（ここでは、約−０．４００〜＋２．２００
Ｖ）では、図２の片対数グラフ上に示したゲート電圧−
ドレイン電流特性に示されるように、ゲート電圧の変化
に対してドレイン電流は指数関数変化を示す。後述する
ようにこのサブスレッショルド領域での電圧−電流特性
を用いて反転増幅器２の出力電圧を制御する。 次に本
例の動作を上記図１、２および図３に示す入射照度−出
力電圧特性図を参照しながら説明する。
路の構成を図を参照しながら説明する。本例は、露出計
等の照度計測装置に組み込まれるものである。図１は本
例の構成を示す電気回路図であり、同図において、１は
光電変換素子としてのフォトダイオードであり、入射光
の照度変化に対して、リニアに変化する光電流を生じ
る。２は反転増幅器であり、非反転入力＋を接地され、
非反転入力＋、反転入力−の間に、フォトダイオード１
を接続してある。また、反転増幅器２は後述するＮチャ
ンネルＭＯＳトランジスタとともに、照度計測用の他の
処理回路（図示せず。）を備えたＣ−ＭＯＳ構成のＩＣ
（図示せず。）上に設けられている。３はＮチャンネル
ＭＯＳトランジスタであり、＋５Ｖの電源ＶDDと反転入
力の間にそのソース、ドレインが接続され、反転増幅器
２の出力端子Ａにゲートが接続されており、サブストレ
ートｓｕｂは接地されている。また、そのサブスレッシ
ョルド領域（ここでは、約−０．４００〜＋２．２００
Ｖ）では、図２の片対数グラフ上に示したゲート電圧−
ドレイン電流特性に示されるように、ゲート電圧の変化
に対してドレイン電流は指数関数変化を示す。後述する
ようにこのサブスレッショルド領域での電圧−電流特性
を用いて反転増幅器２の出力電圧を制御する。 次に本
例の動作を上記図１、２および図３に示す入射照度−出
力電圧特性図を参照しながら説明する。
【０００７】フォトダイオード１に光が入射していない
とき、フォトダイオード１には光電流が生じない、この
とき、反転増幅器２は出力を生ぜず、ＮチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタ３のゲートが閉じている。フォトダイオ
ード１にある照度の光が入射すると、フォトダイオード
１に逆方向（図の矢印の方向）の光電流が生じる。これ
により、反転増幅器２の出力端子Ａに正の出力電圧が生
じ、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３のゲートに出力
電圧を印加する。これにより、ＮチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタ３のソース、ドレイン間には、図２に示す、ゲ
ート電圧−ドレイン電流特性に従うドレイン電流が流れ
始める。このドレイン電流がフォトダイオード１に生じ
る光電流と等しくなったころで系全体のバランスが維持
される。
とき、フォトダイオード１には光電流が生じない、この
とき、反転増幅器２は出力を生ぜず、ＮチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタ３のゲートが閉じている。フォトダイオ
ード１にある照度の光が入射すると、フォトダイオード
１に逆方向（図の矢印の方向）の光電流が生じる。これ
により、反転増幅器２の出力端子Ａに正の出力電圧が生
じ、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３のゲートに出力
電圧を印加する。これにより、ＮチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタ３のソース、ドレイン間には、図２に示す、ゲ
ート電圧−ドレイン電流特性に従うドレイン電流が流れ
始める。このドレイン電流がフォトダイオード１に生じ
る光電流と等しくなったころで系全体のバランスが維持
される。
【０００８】ここで、入射光の照度が指数関数的に高く
なっていくと、フォトダイオード１に生じる光電流も指
数関数的に増加し、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３
のドレイン電流も指数関数的に増加することとなる。し
かしながらＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３のゲート
電圧はドレイン電流を対数圧縮した状態でバランスがと
られるため、図３の片対数グラフ上に示す入射照度−出
力電圧特性に示すように、反転増幅器２の出力電圧の変
化は、入射照度を対数圧縮したものとなる。これによ
り、本例回路は、照度変化を対数圧縮した形で計測し、
照度計測に要される極めて広いダイナミックレンジに対
応できるものである。
なっていくと、フォトダイオード１に生じる光電流も指
数関数的に増加し、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３
のドレイン電流も指数関数的に増加することとなる。し
かしながらＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３のゲート
電圧はドレイン電流を対数圧縮した状態でバランスがと
られるため、図３の片対数グラフ上に示す入射照度−出
力電圧特性に示すように、反転増幅器２の出力電圧の変
化は、入射照度を対数圧縮したものとなる。これによ
り、本例回路は、照度変化を対数圧縮した形で計測し、
照度計測に要される極めて広いダイナミックレンジに対
応できるものである。
【０００９】以上のように構成され、動作する本例の対
数圧縮光電変換回路は、ＮチャンネルＭＯＳトランジス
タを用いて対数圧縮動作を行なうため、ＣＭＯＳ構成の
一つのＩＣ上に反転増幅器２、ＮチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタ３および他の処理回路を設けることができ、後
は、フォトダイオード１のみを外付して回路構成でき
る。このため、従来のバイポーラ構成のＰＮ接合ダイオ
ードを外付するものと比べ、入出力パッドが減った分、
回路規模の縮小が可能となるとともに、部品点数および
外付にかかる時間等のコストの削減が可能となる。ま
た、品質管理も容易となる。
数圧縮光電変換回路は、ＮチャンネルＭＯＳトランジス
タを用いて対数圧縮動作を行なうため、ＣＭＯＳ構成の
一つのＩＣ上に反転増幅器２、ＮチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタ３および他の処理回路を設けることができ、後
は、フォトダイオード１のみを外付して回路構成でき
る。このため、従来のバイポーラ構成のＰＮ接合ダイオ
ードを外付するものと比べ、入出力パッドが減った分、
回路規模の縮小が可能となるとともに、部品点数および
外付にかかる時間等のコストの削減が可能となる。ま
た、品質管理も容易となる。
【００１０】次に他の実施例について説明する。上記一
実施例ではＭＯＳトランジスタとしてＮチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタを用いたが、これに代りＰチャンネルＭ
ＯＳトランジスタを用いてもよい。これは、図４に示す
ように、フォトダイオード２１を上記一実施例のフォト
ダイオード１とは逆向に反転増幅器２２に接続するとと
もに、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２３のソース、
ドレインをそれぞれ、−５Ｖの電源ＶDD、反転増幅器２
２に接続し、サブストレートｓｕｂを電源ＶDDに接続す
ることとなる。この場合も、上記一実施例と同様にフォ
トダイオード２１に生じる光電流が指数関数的に増加す
ると、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２３のドレイン
電流も指数関数的に増加することとなる。しかしながら
ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２３のゲート電圧はド
レイン電流を対数圧縮した状態でバランスがとられるた
め、反転増幅器２２の出力電圧の変化は、入射照度を対
数圧縮したものとなり、上記一実施例と同様の効果を得
る。
実施例ではＭＯＳトランジスタとしてＮチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタを用いたが、これに代りＰチャンネルＭ
ＯＳトランジスタを用いてもよい。これは、図４に示す
ように、フォトダイオード２１を上記一実施例のフォト
ダイオード１とは逆向に反転増幅器２２に接続するとと
もに、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２３のソース、
ドレインをそれぞれ、−５Ｖの電源ＶDD、反転増幅器２
２に接続し、サブストレートｓｕｂを電源ＶDDに接続す
ることとなる。この場合も、上記一実施例と同様にフォ
トダイオード２１に生じる光電流が指数関数的に増加す
ると、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２３のドレイン
電流も指数関数的に増加することとなる。しかしながら
ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２３のゲート電圧はド
レイン電流を対数圧縮した状態でバランスがとられるた
め、反転増幅器２２の出力電圧の変化は、入射照度を対
数圧縮したものとなり、上記一実施例と同様の効果を得
る。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、光電変換素子以外の回
路構成を集積化することができ、回路規模の縮小とコス
トの削減が可能となる。
路構成を集積化することができ、回路規模の縮小とコス
トの削減が可能となる。
【図１】本発明の一実施例の対数圧縮光電変換回路の構
成を示す電気回路図。
成を示す電気回路図。
【図２】図１の動作説明のための電気特性図。
【図３】図１の動作説明のための電気特性図。
【図４】本発明の他の実施例の対数圧縮光電変換回路の
構成を示す電気回路図。
構成を示す電気回路図。
【図５】従来の構成を示す電気回路図。
１ フォトダイオード（光電変換素子） ２ 反転増幅器 ３ ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトラ
ンジスタ） ２１ フォトダイオード（光電変換素子） ２２ 反転増幅器 ２３ ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトラ
ンジスタ）
ンジスタ） ２１ フォトダイオード（光電変換素子） ２２ 反転増幅器 ２３ ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトラ
ンジスタ）
Claims (1)
- 【請求項１】 光を受け光電流を生じる光電変換素子
と、 上記光電変換素子を非反転入力、反転入力間に接続さ
れ、非反転入力を接地され、上記光電流に応じた出力を
発生する反転増幅器と、 電源と上記反転増幅器の上記反転入力の間にソース、ド
レインが接続され、かつ、上記反転増幅器からの出力に
ゲートが接続されたＭＯＳトランジスタとからなり、 上記ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド領域にお
いて上記光電流の対数圧縮を行なうことを特徴とする対
数圧縮光電変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14643293A JP3588132B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 対数圧縮光電変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14643293A JP3588132B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 対数圧縮光電変換回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH075038A true JPH075038A (ja) | 1995-01-10 |
| JP3588132B2 JP3588132B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=15407541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14643293A Expired - Fee Related JP3588132B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 対数圧縮光電変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3588132B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112326044A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-02-05 | 昆明物理研究所 | 一种对数响应超高速红外焦平面像素读出单元电路 |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP14643293A patent/JP3588132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112326044A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-02-05 | 昆明物理研究所 | 一种对数响应超高速红外焦平面像素读出单元电路 |
| CN112326044B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-05-31 | 昆明物理研究所 | 一种对数响应超高速红外焦平面像素读出单元电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3588132B2 (ja) | 2004-11-10 |
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