JPS6239702A - 半導体位置検出装置の信号電流抜取回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、カメラやビデオ用自動焦点検出装置等に利用
される帯状の受光部に入射した光の位置を検出すること
ができる半導体装置検出装置の信号電流抜取回路に関す
る。

（従来の技術） 前記半導体検出装置の基本的構成と被写体距離検出の基
本的利用例を簡単に説明する。

従来の半導体装置検出装置１００は第２図に示すように
半導体基板の表面にＰ形接合層の受光部を形成したもの
である。

この半導体装置検出装置１００の受光部に入射した光点
の位置により、左右の電極１０１，１０２から流出する
電流の比が変わることを利用して入射位置を検出するこ
とができる。

第３図は半導体装置検出装置を用いた距離計の原理を示
す略図である。

ＬＥＤ等の発光素子１０３と半導体装置検出装置＋００
は一定基線長（Ｄ）離れて配置され、発光素子１０３の
光はレンズ１０４を介して前方の物体１０６に投射され
る。

このように前方空間に光を投射する形式の距離センサを
アクティブ距離センナということにする。

前方の物体１０６からの反射光はレンズ１０５により集
束されて半導体装置検出装置１００に入射させられる。

前方の物体１０６までの距離ｌにより、半導体装置検出
装置１００に入射する光の位置が変わるから、左右の電
極から流出する電流の比を求めることにより、被写体ま
での距離を知ることができる。

当然のことではあるが自然光照明による他の物体からの
入射光等が存在するために、前記目的とする物体１０６
からの反射光とその他の入射光の量を区別する必要があ
る。

以下前記Ｌ　Ｅ　Ｄ等の発光素子１０３の目的とする物
体からの反射光（信号光）以外の入射光を背ｍ光という
ことにする。信号光の皿は前方の物体１０６までの距離
ｐの２乗に反比例して減衰する。

したがって、信号光に対して背景光の方が数１゜０倍に
なることも予想できる。

この’＃ｆｆｌ光から信号光を抽出するために、第４図
に示すような信号光抽出回路が考えられる。

半導体装置検出装置１００の前記左右の電極１０１　１
０２にはそれぞれ定電流源１１０ａ。

１１０ｂが接続されており、前記定電流源１１０ａ、１
１０ｂに背景光記憶用のバイポーラトランジスタ１１３
ａ、１１３ｂが直列に接続されている。また前記左右の
電ＩＪｉｇｌｏ１，１０２には出力取り出し用のトラン
ジスタ１１２ａ、１１２ｂのベース電極と、演算増幅器
１１６ａ、１１６ｂの非反転入力端子が接続されている
。

出力取り出し用のトランジスタ１１２ａ、１１２ｂのコ
レクタはそれぞれダイオード１ｌｌａ、１１１ｂを介し
て電源に接続されている。

各演算増幅器１１４ａ、１１４ｂの反転入力端子には基
準電圧ＶＴが接続されている。

各演算増幅器１１４ａ、１１４ｂの出力端子はそれぞれ
スイッチ１１６ａ、１１６ｂを介して前記背景光記憶用
のコンデンサ１１５ａ、１１５ｂに接続されている。

前記回路において、信号光が入射していない時に前記ス
イッチ１１６ａ、１１６ｂを閉成して背景光のレベルを
背景光記憶用α用のコンデンサ１１５ａ。

１１５ｂに記す、αさせる。

これにより背景光記憶用α用のバイポーラトランジスタ
１１３ａ、１１３ｂのコレクタ電流を固定し、前記スイ
ッチ１１６ａ、１１６ｂを開き、第３図に示す発光素子
１０３を駆動する。

被測定物体１０６からの反射光が半導体装置検出装置１
００の任意の点に入射すると、背景光成分はトランジス
タ１１３ａ、１１３ｂにより抜き取られ信号光に反応す
る電流Ｉ、、Ｉ２に対応する電圧Ｖ、、Ｖ２が出力取り
出し用のトランジスタ１１２ａ、１１２ｂのコレクタに
現れる。

前記のような構成により、背景光成分を除去し、信号光
を抜き取ることができるが、前記背景光記憶用ａ用のト
ランジスタがバイポーラトランジスタであることから、
前記背景光記憶用のコンデンサ１１５ａ、１１５ｂに記
憶された電圧の時間的変化が誤差となり、この誤差が無
視できない。

また、前記回路では前記定電流源１１０ａ、１１０ｂの
特性が正しく一致することが前提となっており、特性の
差が誤差の直接の原因となる。

（発明の目的） 本発明の目的は半導体位置検出装置をアクティブ距離セ
ンサとして利用するときに背景光電流の消去をＭＯＳト
ランジスタの飽和特性を利用して行う半導体装置検出装
置の信号電流抜取回路を提供することにある。

（発明の構成） 前記目的を達成するために本発明による半導体装置検出
装置の信号電流抜取回路は、半導体位置検出装置をアク
ティブ距離センサとして利用するときに背景光から信号
光成分を抜き取る半導体位置検出装置の信号電流抜取回
路において、少なくとも第１の導電形の半導体基板表面
に形成された帯状の第２の導電形の層と前記基板間に形
成される帯状のホトダイオード領域を持つ半導体位置検
出装置と、前記帯状のホトダイオード領域の一方端に第
２の導電形のヘースが接続されている一方の増幅用のト
ランジスタと、前記トランジスタのヘースにソースが接
続されている一方の背景光除去用の電界効果トランジス
タと、前記ホトダイオード領域に対して前記一方のトラ
ンジスタと対称に接続されている他方の増幅用のトラン
ジスタと、前記ホトダイオード領域に対して前記一方の
電界効果トランジスタと対称に接続されている他方の背
景光除去用の電界効果トランジスタと、前記ホトダイオ
ード領域に定電流を供給するゲー１−とソースが接続さ
れたディプレッションＭＯ３）ランジスタと、前記背景
光除去用の電界効果ｌ・ランジスタのそれぞれのゲート
に接続されている一対のメモリコンデンサと、背景光レ
ベルを前記メモリコンデンサに記１．Ｑシておき動作時
に前記背景光−電流に重畳される信号電流を前記背景光
除去用の電界効果トランジスタの飽和特性を利用し、前
記増幅用のトランジスタで増幅して取り出すように構成
されている。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をざらに詳しく説明する
。

第１図は、本発明による半導体位置検出装置の信号電流
抜取回路の実施例を示す回路図である。

半導体位Ｎ検出装置ＰＳＤの帯状のホトダイオード領域
は無数のコンデンサ、ダイオード、抵抗、電流源の等価
回路で表される。

ディプレッションＭＯ３）ランジスタＱ１のゲートとソ
ースは接続されており、定電流源を形成している。

この実施例は帯状のホトダイオードが形成されている半
導体位置検出装置の基板の上に増幅用のトランジスタ、
背景光除去用の電界効果トランジスタ、ディプレッショ
ンＭＯ５）ランジスタを形成しであるが、第２図に示し
たような従来の半導体位置検出装置にも同様に利用でき
る。

このトランジスタＱ１のドレイン電流１ｄは、次の式で
与えられる。

Ｉｄ＝　（１／２）　β（ＶＴＨ）２ ここにおいて β：形状で決まる相互コンダクタンス ＶＴＩＩ：閾値 この電流Ｉｄは帯状のホトダイオード領域に左右均等に
バイアス電流として分流される。

この定電流源は前述した第４図の回路の定電流源１１０
ａ、１１０ｂに相当するものである。

トランジスタＱ３ａおよびトランジスタＱ３ｂは増幅用
のトランジスタである。

ＭＯ３Ｉ−ランジスタＱ　２ａ、　　Ｑ　２ｂは記憶用
または背景光除去用のトランジスタである。

ＭＯＳトランジスタＱ、からの定電流が帯状のホトダイ
オード領域に流れる。

この電流はＭＯＳ）ランジスタＱ２ａおよびＭＯＳトラ
ンジスタＱ２ｂの飽和領域での動作を促すものである。

第３図に示した発光ダイオードに相当する発光ダイオー
ドを発光させる前に増幅用のトランジスタＱ３ａのエミ
ッタに接続されている対数変換ダイオード２Ｌａの端子
間電圧と演算増幅器２３ａのあらかじめ設定されている
基準電圧（例えば０．５　Ｖ）とを比較する。

同様に、増幅用のトランジスタＱ３ｂのエミッタに接続
されている対数変換ダイオード２１ｂの端子間電圧と演
算増幅器２３ｂのあらかじめ設定されている基準電圧と
を比較する。

比較した結果をそれぞれトランジスタ２２ａ、２２ｂを
介してＭＯＳトランジスタＱ２ａおよびＭＯＳトランジ
スタＱ２１〕のゲート電極に帰還する。これにより、増
幅用のトランジスタＱ　３ａ、　　Ｑ　３ｂにはほぼ電
流が流れない状態を形成する。

対数変換用のダイオード２１ａ、２１ｂは出力し・＼ル
に応して多段に重ねてもよい。

次に１〜ランジスタ２２ａ、２２ｂをコントロール信号
によりオフにすると、記（、Ｑコンデンサ２０ａ、２０
ｂには背景光電流を流すだけの電位が与えられる。

第４図に示した回路と比較し、この回路はＭＯＳトラン
ジスクＱ２ａおよびＱ２ｂのゲートへ電圧を印加してい
るため記憶コンデンサ２０ａ、２０ｂの電荷が減少せず
背景光成分が正確に流される。

次にＭＯＳトランジスタ２２ａ、２２ｂよりなるコント
ロールゲートをオフにすると、この電位がメモリコンデ
ンサ２０ａ、２０ｂに記１．αされる。

ＰＳＤ側のＭＯＳトランジスタＱ　２ａ、　　Ｑ　２ｂ
はこの時飽和領域で動作することになる。

次に発光ダイオードを発光させると、帯状のホトダイオ
ードからトランジスタＱ３ａ、　　）ランジスタＱ３ｂ
のヘースヘ信号電流が流れる。

トランジスタＱ３ａ、トランジスタＱ３ｂにより増幅さ
れた光電流はダイオード２１ａ、２１）で対数変換され
、演算増幅器２４ａ、２４ｂを通じて、演算増幅器（差
動増幅器）２５で入射位ヱの信号に変換される。

以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で
種々の変形を施すことができる。　　゛ＭＯ３ＩＭＯＳ
トランジスタＱ　　Ｑ　２ｂのレベルを記憶しておく前
記メモリコンデンサ２０ａ、２０ｂばＰＳＤ側に内蔵す
ることができる。

また前記演算増幅器２３ａ、２３ｂはＰＳＤ側の両側の
ＭＯＳトランジスタＱ　２ａ、　　Ｑ　２ｂおよびバ・
イポーラトランジスタＱ　３ａ、　　Ｑ　３ｂの特性が
等しければ、一つの演算増幅器に置き換えることができ
る。

（発明の効果） 本発明による半導体装置検出装置の信号電流抜取回路は
、定電流源の特性が形状パラメータによるため、バッフ
ァアンプのオフセント調整が不用となる。

また、抜取電流を増幅した後、演算増幅器へ入れている
ため、演算増幅器のオフセントを２桁程度向上させたも
のと同等の効果が得られる。

従来の信号電流抜取回路では、メモリコンデンサの電荷
がトランジスタのベースに流れ込むことにより誤差が発
生するおそれがあったが、本発明による回路では、バイ
ポーラトランジスタの飽和特性ではなく、ＭＯＳトラン
ジスタの飽和特性を利用しているため、入力インピーダ
ンスを略無限大とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体装置検出装置の実施例を
示す回路図である。 第２図は、従来の半導体装置検出装置の構成例を示す断
面図である。 第３図は、従来の半導体装置検出装置を距離計として使
用するときの原理を説明する■と図である。 第４図は、従来の半導体装置検出装置を距離計として使
用するとき信号光成分を取り出す回路の構成例を示す回
路図である。 ＰＳＤ・・・半導体装置検出装置 Ｑｌ・・・電界効果トランジスタ（定電流源）Ｑ　２ａ
、　　Ｑ　２ｂ−Ｍ　ＯＳ　トランジスタＱ３ａ、　　
Ｑ３ｂ・・・増１唱用のトランジスタ２０ａ、２０ｂ・
・・記憶コンデンサ ２１ａ、２１ｂ・・・対数圧縮ダイオード２２ａ、２２
ｂ・・・電界効果トランジスタ２３ａ、２４ａ、２３ｂ
、２４ｂ、２５−演算増幅器 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　壽 ２１図 才２図 才３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体位置検出装置をアクティブ距離センサとし
   て利用するときに背景光から信号光成分を抜き取る半導
   体位置検出装置の信号電流抜取回路において、少なくと
   も第１の導電形の半導体基板表面に形成された帯状の第
   ２の導電形の層と前記基板間に形成される帯状のホトダ
   イオード領域を持つ半導体位置検出装置と、前記帯状の
   ホトダイオード領域の一方端に第２の導電形のベースが
   接続されている一方の増幅用のトランジスタと、前記ト
   ランジスタのベースにソースが接続されている一方の背
   景光除去用の電界効果トランジスタと、前記ホトダイオ
   ード領域に対して前記一方のトランジスタと対称に接続
   されている他方の増幅用のトランジスタと、前記ホトダ
   イオード領域に対して前記一方の電界効果トランジスタ
   と対称に接続されている他方の背景光除去用の電界効果
   トランジスタと、前記ホトダイオード領域に定電流を供
   給するゲートとソースが接続されたディプレッションＭ
   ＯＳトランジスタと、前記背景光除去用の電界効果トラ
   ンジスタのそれぞれのゲートに接続されている一対のメ
   モリコンデンサと、背景光レベルを前記メモリコンデン
   サに記憶しておき動作時に前記背景光電流に重畳される
   信号電流を前記背景光除去用の電界効果トランジスタの
   飽和特性を利用し、前記増幅用のトランジスタで増幅し
   て取り出すように構成したことを特徴とする半導体位置
   検出装置の信号電流抜取回路。
2. （２）前記増幅用のトランジスタ、背景光除去用の電界
   効果トランジスタ、ディプレッションＭＯＳトランジス
   タは半導体位置検出装置の同一基板上に形成されている
   特許請求の範囲第１項記載の半導体位置検出装置の信号
   電流抜取回路。