(57)【特許請求の範囲】
【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、
上記反転増幅器の出力電圧によって上記ＭＯＳトランジスタのドレイン電流をサブスレッショルド領域とし、上記反転増幅器から上記光電流を対数圧縮した出力電圧を発生させる
ことを特徴とする対数圧縮光電変換回路。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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５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は出力端子４Ａの電位を下げるように動作し、光電流とダイオード４３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４１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。
【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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、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るＭＯＳトランジスタとを設け、上記反転増幅器の出力電圧によって上記ＭＯＳトランジスタのドレイン電流をサブスレッショルド領域とし、上記反転増幅器から上記光電流を対数圧縮した出力電圧を発生させ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〜＋２．２００Ｖ）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ＭＯＳ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。
【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。
【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ＭＯＳトランジスタを用いたが、これに代りＰチャンネルＭＯＳ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２２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。また、対数圧縮した出力電圧を得るのに反転増幅器の出力電圧によってＭＯＳトランジスタのドレイン電流をサブスレッショルド領域とするようにしたから、回路設計の幅が広がり、様々な特性の光電変換素子、広範囲の光電流に対し、安定した光電流の対数圧縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【図５】従来の構成を示す電気回路図。
【符号の説明】
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）
【図１】
0003588132.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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