JPS63255975A - 光電変換装置 - 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】 〔概　要〕 本発明は、電荷積分を用いた光電変換装置において、リ
ーク電流による等価並列抵抗の小さいフォトダイオード
を用いた場合に生じる電荷・電圧変換効率の低下及び非
線型性を改善するために、差動増幅器の正入力端子に一
定の変化率を持つバイアス電圧を印加する構成としたこ
とにより、フォトダイオードに印加される電圧が常にＯ
ｖになるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光電変換装置に係り、特に充電変換されるこ
とによって発生する電荷を検出する回路に関する。

〔従来の技術〕

光電変換装置の多画素化、小型化に伴って、電荷検出回
路の小型化、低消費電力化が強く要望されている。

従来の電荷検出回路は第３図に示すように、フォトダイ
オード１の出力を積分回路を介して取り出すことにより
、フォトダイオードｌの光電流を積分した結果に比例す
る出力電圧■。Ｕ、を得るよう構成されている。

差動増幅器２はフォトダイオード１をバイアス電圧ＯＶ
で動作させる役割を持つ。積分容量ＣＦはフォトダイオ
ード１で発生ずる光電流を積分するための容量である。

リセットスイッチ３は、積分容５１．　ＣＦの電圧をリ
セットするためのスイッチである。

上記フォトダイオード１の等価回路を第４図に示す。フ
ォトダイオード１が光を受けて発生する光電流Ｊ、のほ
か、並列抵抗Ｒに流れるリーク電流が存在する。

差動増幅器２の利得が無限大の理想的な場合には、入力
電圧Ｖ　ｉｎはＯｖとなり、リーク電流は０になる。こ
の場合には積分容’Ｊ　ＣＦで光電流Ｊ。

のみが積分される。

ところが電荷検出回路を小型化、低消費電力化のため高
集積化するには、差動増幅器２を少ない段数で構成せざ
るを得ない。このため差動増幅器２の利得が低下し、入
力電圧Ｖ１はＯＶとならず有限の値となる。例えば、差
動増幅器２の利得が１０．０００の場合には、出力電圧
■。ｕ７がＩＯＶの時、入力電圧ＶＩＮは一１ｍＶであ
るが、利得が１００に減少すると入力電圧ＶＩＮは−０
，１ｖとなる。この電圧がフォトダイオード１のバイア
ス電圧となるので、フォトダイオードｌにはリーク電流
が流れることとなる。

このリーク電流も積分容量ｔ　ｃ　ｒで積分される結果
、必要基トに大きな積分容量が必要となり、電荷・電圧
変換効率が小さくなるという問題が生じる。またリーク
電流は、差動増幅器２の出力に依存するため、電荷・電
圧変換効率に非線型性が生しる（第２回の破線参照。詳
細は後述する）という問題もあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

フォトダイオード１にリーク電流が流れると当然のこと
ながら検出感度が低下する。特に赤外光を検知して温度
を測定するような場合には、信号光に比して背景光電流
が圧倒的に大きいので、リーク電流が流れることを極力
防止する必要がある。

そのためには、フォトダイオード１を理恐的な状嘘、即
ち極力０バイアスに近い状態で動作させることを要する
。しかしながら従来の光電変換装置の電荷検出回路の構
成では、上述したように小型化、高集積化に伴う差動増
幅器２の利得低下に起因して、フォトダイオード１のバ
イアスがＯＶからシフトするという問題がある。

本発明はフォトダイオードのバイアス電圧を常にＯｖに
保つことを可能とする電荷検出回路を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明は、積分容量と差動増幅器からなる積分回路によ
り、フォトダイオードの光電流を積分した値に比例する
出力電圧■。０アを得る如く構成した電荷検出回路にお
いて、上記差動増幅器の正入力端子電位に対する負入力
端子の電圧変化に対し、反対方向に同一割合で変化する
電圧を発生する電圧源を設け、この電圧源の発生する電
圧を正入力端子に印加するようにした゛ことにより、上
記負入力端子の電位変化を抑止するようにしたものであ
る。

〔作　用〕

Ｌ記負入力端子の電圧が例えば−２ｍＶに変化した時、
上記電圧源によって正入力端子の電位は２ｍＶに引き上
げられる。従って接地電位に対する負入力端子の電位は
ＯＶとなる。この電位はフォトダイオードのバイアスで
あるので、フォトダイオードのバイアスは常にＯＶに保
たれることとなる。

〔実　施　例〕

第１図は本発明一実施例の構成説明図である。

同図に示す差動増幅器２は、小型化、高集積化すると１
〜２段程度の回路構成となるため、利得は例えば１００
倍程度と低下する。かかる低利得の差動増幅器２の正入
力端子（図に十で示す・端子）と負入力端子（図に−で
示す端子）には、出力電圧の１／１００倍の電圧が生じ
る。

一方、出力電圧■。ＵＴは、フォトダイオード１の光電
流の積分によって、例えば、２００ｍＶ／μＳで変化す
る。従って、正入力端子と負入力端子間電圧（入力端子
）ＶＩＮは一２ｍＶ／μＳで変化する。

そこで正入力端子と接地端との間に、上記■、の変化に
対し、反対極性を有し変化率が同一、即ち２ｍＶ／μＳ
で変化する電圧を発生する電圧源４を介挿する。

本実施例ではこのように構成したことにより、負入力端
子と正入力端子間電圧ＶＩＮは負の方向に変化していく
が、正入力端子の電位が同じ割合で正の方向に変化する
ため、負入力端子の電位即ち接地端との間の電圧は常に
０■を保つ。従ってフォトダイオード１のバイアスも常
にＯＶに保たれることとなり、光検知に有害なリーク電
流を抑止できる。

この結果第２図の実線で示すように、本実施例では時間
に対して直線的に変化する出力電圧特性が得られる。こ
れを破線で示す従来の出力電圧特性と比較すれば、本実
施例の効果を容易に理解できよう。

なおリセットスイッチ３はサンプリング時間経過後に、
積分容量ｃ　ｖの電荷を放電させ、電荷検出回路を初期
状態に戻すためのスイッチである。

リセットスイッチ３を閉じてリセットした時、電圧源４
の発生電圧も０■に復帰させる。

上述した如く本実施例では、差動増幅器の低利得による
バイアス電圧のシフトを補償して、常にバイアスを０■
に保つため、フォトダイオードのリーク電流による利得
低下と、変換効率非線型性を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

以−ヒ説明した如く本発明によれば、利得が小さい差動
増幅器を用いても、フォトダイオードのバイアス電圧を
ほぼＯｖに維持できるので、高い電荷−電圧変換効率と
変換効率の線形性を保つことが可能となり、小型低消費
電力の光電変換装置が真に実用化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例構成説明図、第２図は出力電
圧の時間変化説明図、 第３図は従来の電荷検出回路説明図、 第４図はフォトダイオードの等価回路説明図である。 図において、１はフォトダイオード、２は差動増幅器、
４は電圧源、ＣＦは積分容量、Ｖ　１　Ｎは入１　本発
明−実施例構成説明図 第　　１　　図 出力電圧の時間変化説明図 第　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フォトダイオード（１）の出力を差動増幅器（２）の負
   入力端子に接続し、前記差動増幅器の負入力端子と出力
   端子間に、積分容量（Ｃ＿Ｆ）を接続した電荷積分回路
   において、前記差動増幅器（２）の正入力端子と接地端
   との間に、時間的に一定の割合で変化する電圧を発生す
   る電圧源（４）を介挿し、該電圧源から出力される電圧
   によって前記正入力端子の電位を一定の割合で変化させ
   たるとにより、前記負入力端子の電位を略接地電位に等
   しく保つようにしたことを特徴とする光電変換装置。