(57)【要約】【課題】起動時にフォトダイオードが暗電流域にある場合に、周辺の素子からのリーク電流があっても回路の誤動作を生ずることなく、信頼性の高い安定した回路動作を提供する。【解決手段】スタートアップ用トランジスタ３は、エミッタが演算増幅器２の反転入力端子に、コレクタが出力用トランジスタ５のエミッタに接続される一方、ベースは、電圧時定数回路１０２に接続されて、回路起動時に所定時間だけ導通状態とされ、その後は、非導通状態とされて、演算増幅器２の帰還経路とは切り離されるようになっており、演算増幅器２のリーク電流により非導通状態となり切れないという従来のような事態を確実に回避できるようになっている。【選択図】図１
2007306440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子の出力電流を電圧変換して出力するよう構成されてなる電流電圧変換回路であって、当該電流電圧変換回路の入出力間にエミッタ・コレクタが接続されるよう設けられたスタートアップ用トランジスタと、当該電流電圧変換回路の出力信号の一部を対数圧縮して入力側へ帰還せしめるよう当該電流電圧変換増幅回路の入出力間に設けられた対数変換用帰還素子とを有してなる電流電圧変換回路と、
前記スタートアップ用トランジスタのベースに接続されて、起動時に所定時間の間、当該スタートアップ用トランジスタを導通可能とするよう構成されてなる電圧時定数回路と、
を具備してなることを特徴とする光電変換回路。
【請求項２】
前記スタートアップ用トランジスタのコレクタが当該スタートアップ用トランジスタのベースに接続されてなることを特徴とする請求項１記載の光電変換回路。
【請求項３】
前記電圧時定数回路は、所定の電源とグランドとの間に直列接続された少なくとも２つの抵抗器と、前記２つの抵抗器の内、前記所定の電源にその一端が接続された抵抗器と並列接続されて設けられたコンデンサとを具備してなり、
前記所定の電源に一端が接続された抵抗器の他端側とグランドとの間に、前記スタートアップ用トランジスタのベースの接続点が設けられてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光電変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射光を電流に変換する光変換素子の出力信号を増幅、出力する光電変換回路に係り、特に、動作の安定性の確保等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回路としては、例えば、図４に示されたような光電変換回路が公知となっている。
以下、同図を参照しつつこの従来回路について説明する。
この従来回路は、フォトダイオードＰＤと、その出力信号を増幅する演算増幅器Ａｍｐと、演算増幅器Ａｍｐのスタートアップ回路を構成するトランジスタＴｒ１と、対数変換用のトランジスタＴｒ２と、出力用トランジスタＴｒ３とを主たる構成要素としてなるものである。
【０００３】
かかる構成において、演算増幅器Ａｍｐに図示されない電源から電源電圧の供給が開始され、回路が起動されると、その起動時において、出力用トランジスタＴｒ３を介して演算増幅器Ａｍｐからの出力信号により、トランジスタＴｒ１が導通状態とされ、電流Ｉ１が流れる（図４の点線矢印参照）。それによって、演算増幅器Ａｍｐの反転入力端子の電圧は、イマジナリーショート電圧まで引き上げられる。このように、トランジスタＴｒ１は、回路起動時における演算増幅器Ａｍｐの反転入力端子を早急に所望の電圧とするためのスタートアップ回路としての機能を果たしている。
【０００４】
そして、演算増幅器Ａｍｐの反転入力端子がプラス電圧相当の電圧となると、トランジスタＴｒ１は、非導通状態となる。
このとき、フォトダイオードＰＤが光照射されて電流が出力されている場合には、その電流は、トランジスタＴｒ２を流れる電流Ｉ２（図４の点線矢印参照）として抵抗器Ｒ２に流れ込み、Ｉ／Ｖ変換されて出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されるようになっている。
なお、同様な回路構成の光電変換回路としては、例えば、特許文献１などに開示されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４７５１５号公報（第３−６頁、図１−図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来回路においては、上述した回路起動時において、フォトダイオードＰＤへ照射された光量が極小で、フォトダイオードＰＤからの出力電流が数ｐＡや数ｆＡ程度の極めて小さい場合にあって、演算増幅器Ａｍｐの反転入力端子からリーク電流（素子リーク）の流出があると、トランジスタＴｒ１は非導通状態となりきれず、導通状態のままとなることがある。
また、上述のような素子リークがあると、抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下の大きさによっては、トランジスタＴｒ１とＴｒ２が同時に導通状態となり、回路が誤動作状態となるため、所望する出力電圧Ｖｏｕｔが得られなくなるという不具合を生ずる虞もある。
【０００７】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、起動時にフォトダイオードが暗電流域にある場合に、周辺の素子からのリーク電流に起因する回路の誤動作を防止することができ、信頼性の高い安定した回路動作を確保することのできる光電変換回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る光電変換回路は、
光電変換素子の出力電流を電圧変換して出力するよう構成されてなる電流電圧変換回路であって、当該電流電圧変換回路の入出力間にエミッタ・コレクタが接続されるよう設けられたスタートアップ用トランジスタと、当該電流電圧変換回路の出力信号の一部を対数圧縮して入力側へ帰還せしめるよう当該電流電圧変換増幅回路の入出力間に設けられた対数変換用帰還素子とを有してなる電流電圧変換回路と、
前記スタートアップ用トランジスタのベースに接続されて、起動時に所定時間の間、当該スタートアップ用トランジスタを導通可能とするよう構成されてなる電圧時定数回路と、を具備してなるものである。
かかる構成において、前記スタートアップ用トランジスタのコレクタが当該スタートアップ用トランジスタのベースに接続されてなるものも好適である。
さらに、前記電圧時定数回路は、所定の電源とグランドとの間に直列接続された少なくとも２つの抵抗器と、前記２つの抵抗器の内、前記所定の電源にその一端が接続された抵抗器と並列接続されて設けられたコンデンサとを具備してなり、
前記所定の電源に一端が接続された抵抗器の他端側とグランドとの間に、前記スタートアップ用トランジスタのベースの接続点が設けられてなるものが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スタートアップ用トランジスタが起動後所定時間経過後に、確実に非導通状態となるようにしたので、起動時にフォトダイオードへの光照射が弱い暗電流状態にあって、周辺の素子からのリーク電流があっても、従来と異なり、回路の誤動作を招くことなく安定した動作を確保できるばかりでなく、スタートアップ用トランジスタは、電流電圧変換回路の帰還経路以外の電圧時定数回路によって電流供給を受けて動作する一方、起動時から所定時間経過後には非導通状態として帰還経路から切り離すようにしたので、電流電圧変換回路の起動の際に安定状態となるまでの時間を短縮することができ、従来に比して起動時におけるより確実な早期安定性が確保でき信頼性の高い光電変換回路を提供することができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における光電変換回路の第１の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
この光電変換回路は、光電変換素子としてのフォトダイオード（図１においては「ＰＤ」と表記）１と、このフォトダイオード１の出力電流を電圧変換する電流電圧変換増幅回路１０１と、後述するスタートアップ用トランジスタ３の動作制御のための電圧時定数回路１０２とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
【００１１】
フォトダイオード１は、光の照射量に応じた電流を出力する公知・周知の構成を有してなる光電変換素子の一つで、そのカソードは、次述する電流電圧変換増幅回路１０１の演算増幅器（図１においては「Ａｍｐ」と表記）２の非反転入力端子に接続されると共に、基準電圧Ｖｓを出力する第１の基準電源２１の正極側に接続されている。
また、このフォトダイオード１のアノードは、演算増幅器２の反転入力端子に接続されると共に、電流電圧変換増幅回路１０１のスタートアップ用トランジスタ（図１においては「Ｔｒ１」と表記）３のエミッタと、対数変換用帰還素子としての対数変換用トランジスタ（図１においては「Ｔｒ２」と表記）４のコレクタ及びベースに接続されたものとなっている。
【００１２】
電流電圧変換増幅回路１０１は、演算増幅器２と、スタートアップ用トランジスタ３と、対数変換用トランジスタ４と、出力用トランジスタ（図１においては「Ｔｒ３」と表記）５とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。なお、本発明の実施の形態においては、スタートアップ用トランジスタ３、対数変換用トランジスタ４及び出力用トランジスタ５は、いずれもｎｐｎ型トランジスタが用いられている。
演算増幅器２は、先に述べたように、その非反転入力端子と反転入力端子間にフォトダイオード１が接続されると共に、非反転入力端子には、第１の基準電源２１からの基準電圧Ｖｓが印加されるようになっている。
また、演算増幅器２の出力端子には、出力用トランジスタ５のベースが接続されており、出力用トランジスタ５のコレクタには、トランジスタ用電源２３の電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている一方、エミッタとグランドとの間には、直列接続された第１及び第２の出力用抵抗器（図１においては、それぞれ「ＲL1」、「ＲL2」と表記）１１，１２が設けられたものとなっている。
【００１３】
また、スタートアップ用トランジスタ３は、そのエミッタが先に述べたようにフォトダイオード１のアノードと共に、演算増幅器２の反転入力端子に接続される一方、そのコレクタは、出力用トランジスタ５のエミッタと第１の出力用抵抗器１１との相互の接続点に接続されている。さらに、スタートアップ用トランジスタ３のベースは、後述する電圧時定数回路１０２に接続されたものとなっている。
【００１４】
対数変換用トランジスタ４は、そのベースとコレクタとが相互に接続されて、先に述べたようにスタートアップ用トランジスタ３のエミッタ及びフォトダイオード１のアノードと共に、演算増幅器２の反転入力端子に接続される一方、そのエミッタは、本回路の出力端でもある第１の出力用抵抗器１１と第２の出力用抵抗器１２の相互の接続点に接続されたものとなっている。なお、かかる対数変換用トランジスタ４は、良く知られているように、そのベース電圧に対するコレクタ電流変化特性を用いてフォトダイオード１の電流変化を対数圧縮して出力するよう機能するものとなっている。
【００１５】
電圧時定数回路１０２は、第１及び第２の時定数用抵抗器（図１においては、それぞれ「Ｒｔ１」、「Ｒｔ２」と表記）１３，１４とコンデンサ（図１においては「Ｃ」と表記）１５とを主たる構成要素として構成されたものである。
具体的には、第１及び第２の時定数用抵抗器１３，１４は直列接続され、その一端は、第２の基準電源２２の正極側に接続されて、基準電圧Ｖｒｅｆが印加される一方、他端はグランドに接続されたものとなっている。
また、第１の時定数用抵抗器１３には、コンデンサ１５が並列接続されている。
そして、第１の時定数用抵抗器１３と第２の時定数用抵抗器１４の相互の接続点には、スタートアップ用トランジスタ３のベースが接続されている。
【００１６】
次に、上記構成における動作について説明する。
電源がＯＮ、すなわち、第１及び第２の基準電源２１，２２が図示されないスイッチ等の操作により電圧出力を開始すると共に、演算増幅器２へ図示されない電源から電源電圧の供給が開始されて、回路が起動されると、まず、演算増幅器２の非反転入力端子には第１の基準電圧Ｖｓが印加されることとなる。一方、演算増幅器２の反転入力端子には、演算増幅器２の出力が出力用トランジスタ５及びスタートアップ用トランジスタ３を介して帰還されて、反転入力端子の電圧は非反転入力端子と同一となり、反転入力端子と非反転入力端子間はイマジナリーショートの状態となる。
【００１７】
この回路起動時において、電圧時定数回路１０２における第１及び第２の時定数用抵抗器１３，１４の相互の接続点における電圧、すなわち、換言すれば、電圧時定数回路１０２の出力端の電圧は、回路起動前においてコンデンサ１５は放電されているとの前提の下、第２の基準電圧Ｖｒｅｆとなる。
そのため、スタートアップ用トランジスタ３が導通状態となり、コレクタ・エミッタ間に電流Ｉtr1が流れ（図１点線矢印参照）、それに伴いスタートアップ用トランジスタ３のベース電位は、第１及び第２の時定数用抵抗器１３，１４の抵抗値とコンデンサ１５の容量値で定まる時定数に応じた変化速度で電圧Ｖｒｅｆから徐々に降下してゆき、所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回ったところでスタートアップ用トランジスタ３は非導通状態（ＯＦＦ）となる（図３参照）。
ここで、所定の閾値電圧Ｖｔｈは、演算増幅器２の安定動作における反転入力端子の電圧にスタートアップ用トランジスタ３のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅを加えた値である。なお、スタートアップ用トランジスタ３が非導通状態となった後の、ベース電圧は、演算増幅器２の反転入力端子の電圧を下回る電圧に収束することとなる。
【００１８】
そして、スタートアップ用トランジスタ３が非導通状態（ＯＦＦ）となると、対数変換用トランジスタ４が導通状態となり、非反転入力端子と反転入力端子間はほぼ同電位となり、演算増幅器２は安定した帰還状態となる。
かかる状態において、フォトダイオード１が導通している場合には、フォトダイオード１からの電流Ｉtr2が対数変換用トランジスタ４を流れることとなる（図１点線矢印参照）。
【００１９】
ここで、第１及び第２の出力用抵抗器１１，１２の相互の接続点に得られる出力電圧Ｖｏｕｔは、演算増幅器２の反転入力端子の電圧をＶAmpと表し、また、対数変換用トランジスタ４のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ(Tr2)と表すと、Ｖｏｕｔ＝ＶAmp−Ｖｂｅ(Tr2)に収束し安定することとなる。
【００２０】
このような回路動作により、起動時において、フォトダイオード１が低照度で数ｐＡや数ｆＡ程度の暗電流が流れている状態において、演算増幅器２の非反転入力端子にリーク電流が存在しても、従来と異なり、スタートアップ用トランジスタ３が非導通状態となりきれなかったり、スタートアップ用トランジスタ３と対数変換用トランジスタ４が同時に導通状態となったり、また、ラッチアップしたままとなってしまうような動作状態に至ることが確実に防止されるものとなっている。
【００２１】
次に、第２の構成例について、図２を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された第１の構成例と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第２の構成例は、スタートアップ用トランジスタ３の接続が次述するように異なる点を除けば、他の構成部分は、先の第１の構成例と基本的に同一のものである。
【００２２】
すなわち、スタートアップ用トランジスタ３は、そのエミッタが演算増幅器２の反転入力端子に接続されるのは、第１の構成例と同様であるが、コレクタとベースとが相互に接続されて、いわゆるダイオード接続状態とされて、その接続点は、第１の構成例で説明したように電圧時定数回路１０２に接続されたものとなっている。
また、出力用トランジスタ５のエミッタとグランドとの間は、第２の出力用抵抗器１２のみが接続されたものとなっている。
【００２３】
かかる構成において、基本的な動作は、先の第１の構成例の場合と同様であるが、スタートアップ用トランジスタ３は、そのベースのみならず、コレクタへも電圧時定数回路１０２からの電流が流れ込む点が先の第１の構成例の場合と異なっている。
したがって、出力用トランジスタ５を介して出力される演算増幅器２の帰還出力の一部をスタートアップ用トランジスタ３へ供給する必要がないため、演算増幅器２の帰還経路における不安定要素を減らすことができ、回路起動後における演算増幅器２の動作が早期に安定することとなる。
なお、かかる点を除けば、先の第１の構成例と同様な作用、効果を奏するものであることは勿論である。
【００２４】
上述した本発明の実施の形態における電圧時定数回路１０２においては、第２の基準電源２２とグランドとの間に、２つの抵抗器１３，１４を直列接続するように構成したが、これに限定される必要はないことは勿論である。すなわち、第２の基準電源２２とグランドの間に、３つ以上の抵抗器を直列接続してもよい。この場合、スタートアップ用トランジスタ３のベースは、先に説明したように、起動時からこの場合の抵抗器の抵抗値とコンデンサ１５の容量値で定まる時定数に応じた時間経過後に確実に非導通状態となる電位を得ることのできる抵抗器の端部に接続するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態における光電変換回路の第１の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における光電変換回路の第２の構成例を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における光電変換回路のスタートアップ用トランジスタの動作を説明するためのベース電圧の変化を模式的に示す模式図である。
【図４】従来回路の一回路構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…フォトダイオード
２…演算増幅器
３…スタートアップ用トランジスタ
４…対数変換用トランジスタ
５…出力用トランジスタ
１０１…電流電圧変換増幅回路
１０２…電圧時定数回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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