(57)【要約】【課題】電流電圧変換器による電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲を広くするのに有利な技術を提供する。【解決手段】入力端子および出力端子を有するオペアンプと、前記入力端子に接続され、電流を受ける第１抵抗部と、前記入力端子と前記出力端子との間に配された第２抵抗部と、を備え、前記オペアンプの前記入力端子と、前記第１抵抗部と、前記第２抵抗部とは互いに接続され、第１電流量の電流が前記第１抵抗部に供給されたときに、前記第１抵抗部は第１の抵抗値を有し、前記第１電流量よりも大きい第２電流量の電流が前記第１抵抗部に供給されたときに、前記第１抵抗部は、前記第１の抵抗値より小さい第２の抵抗値を有する。【選択図】図１
2017175465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子および出力端子を有するオペアンプと、
前記入力端子に接続され、電流を受ける第１抵抗部と、
前記入力端子と前記出力端子との間に配された第２抵抗部と、を備え、
前記オペアンプの前記入力端子と、前記第１抵抗部と、前記第２抵抗部とは互いに接続され、
第１電流量の電流が前記第１抵抗部に供給されたときに、前記第１抵抗部は第１の抵抗値を有し、
前記第１電流量よりも大きい第２電流量の電流が前記第１抵抗部に供給されたときに、前記第１抵抗部は、前記第１の抵抗値より小さい第２の抵抗値を有する
ことを特徴とする電流電圧変換器。
【請求項２】
前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部に供給される電流量が大きくなるほど抵抗値が小さくなるように、構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換器。
【請求項３】
前記第２抵抗部はダイオードを含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流電圧変換器。
【請求項４】
前記第１抵抗部は、抵抗成分をそれぞれ有し且つ互いに直列に接続された第１部分および第２部分を含み、
前記第２部分は、その両端の電位差が基準値より大きくなると抵抗値が小さくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流電圧変換器。
【請求項５】
前記第２部分は、互いに並列に配された抵抗素子およびダイオードを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の電流電圧変換器。
【請求項６】
前記第１抵抗部は、抵抗成分をそれぞれ有し且つ互いに直列に接続された第１部分および第２部分を含み、
前記第２部分は、互いに並列に配された抵抗素子およびスイッチを含み、
前記スイッチは、前記第１抵抗部に供給された電流の量が前記第１電流量のときにＯＦＦ状態になり、
前記スイッチは、前記第１抵抗部に供給された電流の量が前記第２電流量のときにＯＮ状態となり、前記抵抗素子の両端を短絡させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流電圧変換器。
【請求項７】
前記スイッチは、ＭＯＳトランジスタを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の電流電圧変換器。
【請求項８】
前記第１抵抗部に供給された電流の値が前記第１電流量より大きい場合に前記スイッチをＯＮ状態にするコントローラをさらに備える
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電流電圧変換器。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電流電圧変換器と、
前記入力端子に前記第１抵抗部を介して接続された光電変換素子と、を具備する
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子はＰＮ接合を有するフォトダイオードであり、
前記第１抵抗部の抵抗値は、前記フォトダイオードのＰＮ接合が逆バイアス状態に維持されるように、前記フォトダイオードからの電流量に応じて変わる
ことを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記オペアンプのユニティゲイン角周波数をωμとし、
前記光電変換素子が有する容量成分の容量値をＣＰＤとし、
前記第１抵抗部の抵抗値をＲ１とし、
前記第２抵抗部の抵抗値をＲ２としたときに、
ダンピングファクタζ
2017175465.tif 000008
は、前記第１電流量の電流が前記第１抵抗部に供給された場合および前記第２電流量の電流が前記第１抵抗部に供給された場合の双方において、ζ≧０．４を満たす
ことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記ダンピングファクタζは、前記第１電流量の電流が前記第１抵抗部に供給された場合および前記第２電流量の電流が前記第１抵抗部に供給された場合の双方において、ζ≧０．６をさらに満たす
ことを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記ダンピングファクタζは、前記第１電流量の電流が前記第１抵抗部に供給された場合および前記第２電流量の電流が前記第１抵抗部に供給された場合の双方において、ζ≧０．７をさらに満たす
ことを特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流電圧変換器、光電変換装置およびカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流電圧変換器（トランスインピーダンスアンプ）は、例えば、オペアンプ（演算増幅器）と、オペアンプの反転入力端子と出力端子との間の経路に配された帰還抵抗とを備える。オペアンプの非反転入力端子は所定の電圧に固定される。電流電圧変換器は、電流を反転入力端子で受けて、その電流の量に応じた電圧を出力端子から出力する。このような電流電圧変換器は、例えば、フォトダイオードからの電流（即ち光電変換によって発生した電荷量）を検知するのに用いられうる。
【０００３】
帰還抵抗には、抵抗素子やダイオード等の所定のインピーダンスを有する素子が用いられうる（特許文献１参照）。帰還抵抗の抵抗値を大きくすると、電流‐電圧変換のゲインを大きくすることができるが、その一方で、電流電圧変換器が発振しやすくなる。電流電圧変換器のなかには、オペアンプの反転入力端子に入力抵抗が配されたものもある（特許文献２参照）。入力抵抗の抵抗値を大きくすると、電流電圧変換器を発振しにくくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１５９２３号公報
【特許文献２】特開平１１−００８５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記入力抵抗では、その抵抗値と入力電流量とに基づく電位差が生じる。そのため、入力抵抗の抵抗値を大きくすると、入力電流量が想定より大きかった場合には、電流検知対象（上述の例ではフォトダイオード）に想定以上の電圧が加わり、結果として、電流検知対象が適切に動作しない状態になってしまう可能性がある。このことは、電流電圧変換器による電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲が狭いとも言える。
【０００６】
本発明の目的は、電流電圧変換器による電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲を広くするのに有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面は電流電圧変換器にかかり、前記電流電圧変換器は、入力端子および出力端子を有するオペアンプと、前記入力端子に接続され、電流を受ける第１抵抗部と、前記入力端子と前記出力端子との間に配された第２抵抗部と、を備え、前記オペアンプの前記入力端子と、前記第１抵抗部と、前記第２抵抗部とは互いに接続され、第１電流量の電流が前記第１抵抗部に供給されたときに、前記第１抵抗部は第１の抵抗値を有し、前記第１電流量よりも大きい第２電流量の電流が前記第１抵抗部に供給されたときに、前記第１抵抗部は、前記第１の抵抗値より小さい第２の抵抗値を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電流電圧変換器による電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光電変換装置の構成例を説明するための図である。
【図２】実施形態と比較例との間における電流電圧変換の特性の違いを説明するための図である。
【図３】光電変換装置の構成例を説明するための図である。
【図４】光電変換装置の動作の安定性を説明するための図である。
【図５】光電変換装置の動作の安定性を説明するための図である。
【図６】光電変換装置の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図は、構造ないし構成を説明する目的で記載されたものに過ぎず、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において、同一の部材または同一の構成要素には同一の参照番号を付しており、以下、重複する内容については説明を省略する。なお、以下に記載の各用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜２を参照しながら第１実施形態を説明する。図１は、光電変換装置１０の構成例を示している。光電変換装置１０は、電流電圧変換器１００と、フォトダイオード２００とを具備する。
【００１２】
電流電圧変換器１００は、入力端子１００Ａと、出力端子１００Ｂと、第１抵抗部１１０と、第２抵抗部１２０と、オペアンプ１３０とを備える。入力端子１００Ａは、電流電圧変換の対象である電流を受けるための端子（第１端子）であり、出力端子１００Ｂは、入力端子１００Ａで受けた電流に応じた電圧を出力するための端子（第２端子）である。第１抵抗部１１０は、２つの端子１１０Ａ及び１１０Ｂを有しており、抵抗値Ｒ１の抵抗成分を有する。第２抵抗部１２０は、２つの端子１２０Ａ及び１２０Ｂを有しており、抵抗値Ｒ２の抵抗成分を有する。オペアンプ１３０は、反転入力端子（図中の「−」）と非反転入力端子（図中の「＋」）と出力端子とを有する演算増幅器である。
【００１３】
ここでは説明のため上述の各ユニットの端子に符号を付したが、これらのユニットは単一の半導体基板に形成されうる。したがって、「端子」とは、必ずしも電極パッド等の外部接続用の電極を指すものではなく、典型的には、半導体基板上の配線構造における導電部材（例えば、配線パターンの一部）を指す。
【００１４】
入力端子１００Ａは、第１抵抗部１１０の一方の端子１１０Ａに接続されている。出力端子１００Ｂは、第２抵抗部１２０の一方の端子１２０Ａおよびオペアンプ１３０の出力端子に接続されている。オペアンプ１３０の反転入力端子と、第１抵抗部１１０の他方の端子１１０Ｂと、第２抵抗部１２０の他方の端子１２０Ｂとは互いに接続されている。オペアンプ１３０の非反転入力端子は、基準電圧ＶＣＭに固定される。
【００１５】
第２抵抗部１２０には、本実施形態ではダイオードが用いられるが、抵抗素子等、所定のインピーダンス成分を有する素子が用いられてもよい。第２抵抗部１２０のダイオードは、電流電圧変換の対象である電流ＩＰＤ（その電流量については「電流量ＩＰＤ」示す。）を順方向に流すように配され、即ち、端子１２０Ｂ側がアノードであり、端子１２０Ａ側がカソードである。第２抵抗部１２０にダイオードが用いた場合、第２抵抗部１２０に流れる電流量（後述の電流量ＩＰＤ）と第２抵抗部１２０の小信号等価インピーダンス（以下、抵抗値Ｒ２）とは反比例の関係であり、電流量ＩＰＤが大きくなると抵抗値Ｒ２は小さくなる。具体的には、抵抗値Ｒ２は、例えばＩＰＤ＝１０［μＡ］のときＲ２＝２．６［ｋΩ］となり、例えばＩＰＤ＝１［ｍＡ］のときＲ２＝２６［Ω］となる。
【００１６】
フォトダイオード２００は、電流電圧変換器１００の入力端子１００Ａに接続されている。より具体的には、フォトダイオード２００はＰＮ接合を有し、アノード２００Ａは接地され、カソード２００Ｂは入力端子１００Ａに接続される。理解のため、図中には等価回路を示しており、フォトダイオード２００は、受光光量に応じた量の電流ＩＰＤを出力する電流源と、アノード２００Ａ‐カソード２００Ｂ間のＰＮ接合の容量成分である寄生容量ＣＰＤ（その容量値については「容量値ＣＰＤ」と示す。）と、を含む。動作時（即ち、光電変換の際）には、アノード２００Ａ‐カソード２００Ｂ間の電圧はＰＮ接合が逆バイアス状態になるように維持され、これにより、光電変換により発生した電子正孔対のうち、電子がＮ領域に導かれ、正孔がＰ領域に導かれる。なお、本実施形態では、フォトダイオード２００を用いた構成を例示したが、それ以外の光電変換素子が用いられてもよいし、光に限らず、他の外的要因に基づいて電流を発生する素子が用いられてもよい。
【００１７】
このような構成により、フォトダイオード２００で発生した電流ＩＰＤは、電流電圧変換器１００により電圧に変換され、該電圧に応じた信号は出力端子１００Ｂを介して不図示のプロセッサに出力される。プロセッサは、ＡＳＩＣでもよいし、所定のプログラムに基づいて動作するＣＰＵ、ＦＰＧＡ等でもよい。光電変換装置１０は、１つの例として、対象物との距離を対象物からの反射光に基づいて算出するための測距装置に適用され得、この場合、プロセッサは、電流電圧変換器１００からの信号に基づいて対象物との距離を算出する。また、電流量と両端間電圧とが自然対数の関係となるダイオードを第２抵抗部１２０に用いることで、電流電圧変換器１００を対数アンプとして作用させることができ、電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲を大きくすることができる。
【００１８】
第１抵抗部１１０は、大電流が供給されたときの抵抗値が、微小電流が供給されたときの抵抗値よりも小さくなるように、構成されている。ここでは、便宜上、「大電流」および「微小電流」とそれぞれ表現したが、例えば、大電流は１００［μＡ］程度又はそれ以上の電流値の電流であり、微小電流は１００［μＡ］程度又はそれ未満の電流値の電流でありうる。この定義は回路構成によって変わりうるため、回路構成に応じた基準値を設けて、電流量が該基準値より大きいか否かに基づいて大別されればよい。以下では、説明を容易にするため、単に「大電流」または「微小電流」と表現する場合がある。
【００１９】
本実施形態では、第１抵抗部１１０は、抵抗成分をそれぞれ有し且つ互いに直列に接続された第１部分１１１および第２部分１１２を含む。本実施形態では、第１部分１１１は、抵抗素子であり、固有の抵抗値Ｒ１１を有する。該抵抗素子は、例えば、半導体基板上に形成されたポリシリコンでもよいし、半導体基板に形成された不純物領域でもよい。
【００２０】
また、第２部分１１２は、可変の抵抗値Ｒ１２を有し、第１抵抗部１１０の両端（１１０Ａ−１１０Ｂ間）の電位差ＶＤＲＯＰが基準値より大きくなると抵抗値Ｒ１２が小さくなるように構成されている。より具体的には、第２部分１１２は、互いに並列に配された抵抗素子１１３およびスイッチ１１４を含む。抵抗素子１１３は、例えば、半導体基板上に形成されたポリシリコンでもよいし、半導体基板に形成された不純物領域でもよい。
【００２１】
スイッチ１１４は、入力電流が大電流の場合に抵抗素子１１３の両端を短絡させる。即ち、第２部分１１２は、第１抵抗部１１０の両端の電位差ＶＤＲＯＰが基準値より大きくなった場合に電位差ＶＤＲＯＰが更に大きくならないようにスイッチ１１４をＯＮ状態にし、それにより、一定の電圧（電圧ＶＣＬＩＰとする。）をクリップする。換言すると、スイッチ１１４は、抵抗素子１１３の両端の電位差を電圧ＶＣＬＩＰに維持する。この観点で、第２部分１１２は電圧クリップ部と称されてもよい。
【００２２】
スイッチ１１４がＯＮ状態のときの第２部分１１２の抵抗値Ｒ１２をＲ１２≒０とすると、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１は、
Ｒ１＝Ｒ１１＋Ｒ１２    ；スイッチ１１４がＯＦＦ状態の場合
Ｒ１≒Ｒ１１            ；スイッチ１１４がＯＮ状態の場合
である。そして、電位差ＶＤＲＯＰは、
ＶＤＲＯＰ＝ＩＰＤ×（Ｒ１１＋Ｒ１２）    ；スイッチ１１４がＯＦＦ状態の場合
ＶＤＲＯＰ＝ＩＰＤ×Ｒ１１＋ＶＣＬＩＰ    ；スイッチ１１４がＯＮ状態の場合
である。
【００２３】
ここで、動作時においてオペアンプ１３０の反転入力端子と非反転入力端子とが仮想短絡であることを考慮すると、入力端子１００Ａの電位Ｖ１００Ａは、
Ｖ１００Ａ＝ＶＣＭ−ＶＤＲＯＰ
である。
【００２４】
ここで、前述のとおり、フォトダイオード２００において光電変換を適切に実現するために、アノード２００Ａ‐カソード２００Ｂ間の電圧はＰＮ接合が逆バイアス状態になるように維持される必要がある。
【００２５】
比較例として、第２部分１１２（又はスイッチ１１４）が配されていない場合（或いは、スイッチ１１４がＯＮ状態にならない場合）について考える。この場合、電流ＩＰＤが大電流になると、電位Ｖ１００Ａ（即ち、カソード２００Ｂの電位（＝ＶＣＭ−ＶＤＲＯＰ））は大幅に下がることになる。その結果、アノード２００Ａ‐カソード２００Ｂ間に、ＰＮ接合を逆バイアス状態にするのに充分な電圧が印加されなくなってしまい、光電変換が適切に為されない。このことは、換言すると、電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲が制限されることと等価である。
【００２６】
本実施形態によると、電流ＩＰＤが大電流になったときに、第２部分１１２のスイッチ１１４がＯＮ状態となり、第１抵抗部１１０の両端の電位差ＶＤＲＯＰが小さくなるため、電位Ｖ１００Ａは上記比較例ほど下がらない。そのため、本実施形態によると、大電流の場合でも光電変換が適切に為され、結果として、上記比較例よりも、電流電圧変換器１００の電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲を広くすることができる。抵抗値Ｒ１１は、電流ＩＰＤが大電流となったときでもフォトダイオード２００のＰＮ接合を逆バイアス状態に維持できるように、比較的小さく設定されるとよい。例えば、抵抗値Ｒ１１は、スイッチ１１４がＯＦＦ状態の場合における抵抗値Ｒ１２（実質的に、抵抗素子１１３の抵抗値）より小さいとよい。
【００２７】
電流電圧変換器１００の出力端子１００Ｂの電圧（出力電圧）ＶＯＵＴは、
【数１】
2017175465.tif 000003
と表せる（式１）。この（式１）から、電流量ＩＰＤは対数圧縮されて電流電圧変換され、即ち、電流電圧変換器１００が対数アンプとして作用することがわかる。本実施形態によると、電流ＩＰＤが微小電流の場合には勿論、電流ＩＰＤが大電流の場合でもフォトダイオード２００のＰＮ接合が逆バイアス状態に維持され、光電変換が適切に為され、上記（式１）に基づく電流電圧変換が実現される。
【００２８】
前述のとおり、電流ＩＰＤが微小電流の場合（即ち、スイッチ１１４がＯＦＦ状態の場合）、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１（＝Ｒ１１＋Ｒ１２）は比較的大きい値である。オペアンプ１３０は有限の帯域幅を有し、オペアンプ１３０の伝達関数をＡ（ｓ）とすると（ｓ：複素周波数）、電流電圧変換部１００の電流電圧変換のゲイン（ＶＯＵＴ／ＩＰＤ）は、
【数２】
2017175465.tif 000004
と表せる。さらに、ゲインが１倍となるユニティゲイン角周波数ωμを用いると、
【数３】
2017175465.tif 000005
と表せる（式３）。
【００２９】
なお、伝達関数Ａ（ｓ）は１つの極ｐ１を有し（電流電圧変換部１００はいわゆる１ポールアンプであり）、上記（式３）では、系の安定性を仮定するのに充分な周波数帯（ｓ＞＞ｐ１）において、
【数４】
2017175465.tif 000006
の近似を用いた。
【００３０】
ここで、上記（式３）を、伝達関数の２次遅れ要素の一般的な式（岩井善太ほか「制御工学」、１７頁、式（２．３３））と比べると、光電変換装置１０の動作の安定性（発振のしにくさ）を示すダンピングファクタζ（安定係数）は、
【数５】
2017175465.tif 000007
と表せる（式５）。
【００３１】
ダンピングファクタζが大きいほど光電変換装置１０の動作が安定し、ζ＜１となるとＶＯＵＴの過渡応答において振動が見られ、ζが更に小さくなると発振しやすくなる。そのため、光電変換装置１０は、少なくともζ≧０．４を満たすように設計されればよい。光電変換装置１０は、好適にはζ≧０．６を満たすように設計され、さらに好適にはζ≧０．７を満たすように設計される。
【００３２】
前述のとおり、電流ＩＰＤが小さくなると、それに反比例して、第２抵抗部１２０の抵抗値Ｒ２は大きくなる。光電変換装置１０の動作の安定化のためには、上記（式５）によると、抵抗値Ｒ２が大きくなると、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１も大きくする必要がある。本実施形態では、電流ＩＰＤが微小電流の場合、第２部分１１２では、スイッチ１１４はＯＦＦ状態であるため、抵抗素子１１３の抵抗値を大きく設定することにより抵抗値Ｒ１を大きくすればよい。これにより、第２抵抗部１２０では抵抗値Ｒ２が比較的大きい値となるが、第１抵抗部１１０においても抵抗値Ｒ１は比較的大きい値になり、光電変換装置１０の動作の安定性を確保することができる。
【００３３】
一方、電流ＩＰＤが大電流の場合、第１抵抗部１１０の第２部分１１２では、スイッチ１１４はＯＮ状態となるため、抵抗素子１１３の両端が短絡され（第２部分１１２の抵抗値Ｒ１２≒０）、抵抗値Ｒ１≒Ｒ１１となる（比較的小さくなる）。しかし、電流ＩＰＤが大きくなると、それに反比例して、第２抵抗部１２０の抵抗値Ｒ２は小さくなるため、依然として、光電変換装置１０の動作の安定性を確保することができる。
【００３４】
本実施形態では、第１抵抗部１１０について、第１部分１１１と第２部分１１２とを個別に設けた構造を例示した。ここで、第２部分１１２について、スイッチ１１４がＯＮ状態の時の第２部分１１２の抵抗値Ｒ１２は実際にはＲ１２＞０である。したがって、他の例では、スイッチ１１４がＯＦＦ状態の時の抵抗値Ｒ１２と、スイッチ１１４がＯＮ状態の時の抵抗値Ｒ１２とを調整することにより、第２部分１１２のみで（第１部分１１１を用いないで）第１抵抗部１１０を構成することも可能である。
【００３５】
図２を参照しながら、前述の比較例と、本実施形態の１つの例との間における電流電圧変換の特性の違いを述べる。基準電圧ＶＣＭ＝２．５［Ｖ］とする。また、理解の容易化のため、第２抵抗部１２０の抵抗値Ｒ２＝１［ｋΩ］（固定値）とする。ここで、出力電圧ＶＯＵＴは、
ＶＯＵＴ＝ＶＣＭ＋ＩＰＤ×Ｒ２
である。また、入力端子１００Ａの電位Ｖ１００Ａ（即ち、アノード２００Ａ‐カソード２００Ｂ間の電圧）は、
Ｖ１００Ａ＝ＶＣＭ−ＶＤＲＯＰ＝ＶＣＭ−ＩＰＤ×Ｒ１
である。
【００３６】
比較例では、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１＝１０［ｋΩ］（固定値）とする。この場合、ＩＰＤ＜１８０［μＡ］の範囲ではＶ１００Ａ＞０．７［Ｖ］であり、フォトダイオード２００のＰＮ接合は逆バイアス状態に維持され、フォトダイオード２００で光電変換が適切に為されうる。一方、ＩＰＤ≧１８０［μＡ］の範囲ではＶ１００Ａ≦０．７［Ｖ］になり、ＰＮ接合に印加される逆バイアスが小さくなる。その結果、フォトダイオード２００において適切に光電変換を行うことが困難になる可能性がある。
【００３７】
これに対し、本実施形態の例では、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１は可変であり、ＩＰＤ＜１８０［μＡ］の範囲ではＲ１＝１０［ｋΩ］であり（比較例と同じ）、ＩＰＤ≧１８０［μＡ］の範囲ではＲ１＝１［ｋΩ］になるとする。具体的には、第１抵抗部１１０の第１部分１１１の抵抗値Ｒ１１＝１［ｋΩ］であり、第２部分１１２については、スイッチ１１４がＯＦＦ状態のときに抵抗値Ｒ１２＝９［ｋΩ］であり、スイッチ１１４がＯＮ状態のときに抵抗値Ｒ１２＝０［ｋΩ］である。
【００３８】
この場合、ＩＰＤ＜１８０［μＡ］の範囲については上記比較例と同様である。一方、ＩＰＤ≧１８０［μＡ］の範囲では、Ｒ１＝１［ｋΩ］になるため、電位Ｖ１００Ａは０．７［Ｖ］以下にならない。即ち、フォトダイオード２００で光電変換が適切に為されうるように、フォトダイオード２００の逆バイアス状態が維持される。
【００３９】
なお、本実施例では抵抗値を切り替える基準として０．７［Ｖ］を選択とした。しかし、適切に光電変換を行うためのバイアス条件の閾値は、フォトダイオード２００の特性に応じて適宜設定される。一般に、逆バイアス電圧が小さくなるほど光電変換を行うことが難しくなる。しかし、フォトダイオード２００の特性によっては、順バイアス状態でも光電変換が可能である。
【００４０】
以上、本実施形態によると、電流ＩＰＤが微小電流の場合については勿論、大電流の場合でも電流電圧変換が適切に為されうる。したがって、本実施形態によると、電流電圧変換が可能な入力電流量の範囲を広くすることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３〜５を参照しながら第２実施形態を説明する。図３は、光電変換装置２０の構成例を示している。光電変換装置２０は、前述の第１実施形態の光電変換装置１０との関係では、電流電圧変換器１００の第１抵抗部１１０の構成の一部を変更したことを除いて、光電変換装置１０同様の構成である。具体的には、光電変換装置２０は、第１抵抗部１１０の第２部分１１２が、互いに並列に配された抵抗素子１１３およびダイオード１１５を含む（スイッチ１１４に代わってダイオード１１５を用いた）、という点で光電変換装置１０と異なる。ダイオード１１５は、端子１１０Ｂ側がアノードであり、第１部分１１１側がカソードである。このような構成によっても前述の第１実施形態同様の効果が得られる。
【００４２】
ダイオード１１５は、前述の第２抵抗部１２０のダイオード同様、電流量と抵抗値とは反比例の関係である。即ち、電流量ＩＰＤが微小電流のときのダイオード１１５の抵抗値は比較的大きく、電流量ＩＰＤが大電流のときのダイオード１１５の抵抗値は比較的小さい。そのため、第２部分１１２の両端（抵抗素子１１３及びダイオード１１５其々の両端）の電位差が基準値より大きくなると、ダイオード１１５の抵抗値が抵抗素子１１３の抵抗値より小さくなり、電流量ＩＰＤの大部分が、ダイオード１１５に流れるようになる。即ち、ダイオード１１５は、第２部分１１２の両端の電位差が基準値より大きくなった時に電流を流すようになり、該電位差が更に大きくならないようにする。該電位差は、ダイオード１１５の閾値電圧に相当し、前述の電圧ＶＣＬＩＰに対応する。以下では、説明の容易化のため、ダイオード１１５に閾値電圧以上の電圧が印加された状態を「ＯＮ状態」と表現し、ダイオード１１５に閾値電圧以上の電圧が印加されていない状態を「ＯＦＦ状態」と表現する。
【００４３】
ここで、第１部分１１１の抵抗値Ｒ１１を、
Ｒ１１＝０．３［ｋΩ］
とする。また、電圧ＶＣＬＩＰに対応するダイオード１１５の閾値電圧を０．６［Ｖ］とする。
【００４４】
また、理解を容易にするため、ダイオード１１５がＯＦＦ状態のときのダイオード１１５の抵抗成分は極めて大きく、ダイオード１１５がＯＮ状態のときのダイオード１１５の抵抗成分は実質的にないものとする。即ち、第２部分１１２の抵抗値Ｒ１２は、
Ｒ１２＝９．０［ｋΩ］    ；ダイオード１１５がＯＦＦ状態の場合
Ｒ１２≒０［ｋΩ］        ；ダイオード１１５がＯＮ状態の場合
である。
【００４５】
よって、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１（＝Ｒ１１＋Ｒ１２）は、
Ｒ１＝９．３［ｋΩ］      ；ダイオード１１５がＯＦＦ状態の場合
Ｒ１＝０．３［ｋΩ］      ；ダイオード１１５がＯＮ状態の場合
である。
【００４６】
また、フォトダイオード２００の寄生容量ＣＰＤを、
ＣＰＤ＝５０［ｐＦ］
とする。また、オペアンプ１３０のユニティゲイン角周波数ωμを、
ωμ＝１２０［Ｍｒａｄ／ｓ］
とする。
【００４７】
図４は、上述のパラメータに従う解析結果を示しており、光電変換装置２０の動作の安定性を説明するための図である。図４（ａ）では、電流値ＩＰＤ［Ａ］を横軸に示し、ダンピングファクタζを縦軸に示す。図４（ｂ）では、電流値ＩＰＤ［Ａ］を横軸に示し、第１抵抗部１１０の両端（１１０Ａ−１１０Ｂ間）の電位差ＶＤＲＯＰを縦軸に示す。
【００４８】
前述の第１実施形態で述べたとおり、電位差ＶＤＲＯＰが小さくなれば電位Ｖ１００Ａ（＝ＶＣＭ−ＶＤＲＯＰ）は下がらないため、電位差ＶＤＲＯＰが所定値より小さければ、フォトダイオード２００のＰＮ接合を逆バイアス状態に維持できる。
【００４９】
図４（ａ）及び（ｂ）から分かるように、電流値ＩＰＤが０．１［μＡ］から大きくなるほど、ダンピングファクタζ及び電位差ＶＤＲＯＰは大きくなる。そして、電流値ＩＰＤが約８０［μＡ］より大きくなったときに、ダンピングファクタζが下がると共に、電位差ＶＤＲＯＰの変化量が緩やかになる。これは、ダイオード１１５がＯＦＦ状態からＯＮ状態になったことを示している。
【００５０】
図４（ａ）によると、電流値ＩＰＤが０．１［μＡ］〜１［ｍＡ］の範囲においては、ζ≧０．７が維持される。図４（ｂ）によると、該範囲においては、電位差ＶＤＲＯＰは０．９［Ｖ］（ＩＰＤ＝１［ｍＡ］時）以下である。よって、これに基づいて、電位Ｖ１００Ａ（＝ＶＣＭ−ＶＤＲＯＰ）が所望の値を維持できるように（フォトダイオード２００のＰＮ接合が逆バイアス状態に維持されるように）基準電圧ＶＣＭを設定すればよい。なお、ダイオード１１５の電圧変化量は、電流量ＩＰＤが２倍大きくなっても１８［ｍＶ］程度であるため、ダイオード１１５がＯＮ状態の領域での実際のＶＤＲＯＰの上昇量は０．１［Ｖ］未満であり、電位Ｖ１００Ａには十分な余裕が確保されうる。また、ここではダイオード１１５がＯＮ状態の場合においてＲ１２≒０［ｋΩ］と仮定したが、実際にはＲ１２＞０［ｋΩ］であるため、ダンピングファクタζはより大きい値になり、よって、光電変換装置２０の動作はより安定化しうる。
【００５１】
図５は、更なる解析結果を図４同様に示しており、電圧ＶＣＬＩＰ＝０．６［Ｖ］の場合の他、ＶＣＬＩＰ＝０．１［Ｖ］の場合、及び、ＶＣＬＩＰ＝１．１［Ｖ］の場合についても示している。
【００５２】
ＶＣＬＩＰ＝０．１［Ｖ］の場合、ＶＣＬＩＰ＝０．６［Ｖ］の場合に比べて、より小さい電流量ＩＰＤが流れたときにダイオード１１５がＯＮ状態になり、且つ、より小さい値のダンピングファクタζとなる。一方、ＶＣＬＩＰ＝１．１［Ｖ］の場合、ＶＣＬＩＰ＝０．６［Ｖ］の場合に比べて、より大きい電流量ＩＰＤが流れたときにダイオード１１５がＯＮ状態になり、且つ、より大きい値のダンピングファクタζとなる。
【００５３】
また、ＶＣＬＩＰ＝０．１［Ｖ］の場合、ＶＣＬＩＰ＝０．６［Ｖ］の場合に比べて、より小さい電位差ＶＤＲＯＰとなる。一方、ＶＣＬＩＰ＝１．１［Ｖ］の場合、ＶＣＬＩＰ＝０．６［Ｖ］の場合に比べて、より大きい電位差ＶＤＲＯＰとなる。
【００５４】
したがって、電圧ＶＣＬＩＰは、ダンピングファクタζおよび電位差ＶＤＲＯＰの双方が所望の条件を満たすように設定されればよい。本実施形態の場合、例えば、ダイオード１１５のＰＮ接合のＰ型及び／又はＮ型の不純物濃度を調整することによって電圧ＶＣＬＩＰを変えることもできるが、他の例では、ダイオードの種類を変えてもよい。例えば、ダイオード１１５には、ツェナーダイオード、ショットキーダイオード等が用いられてもよい。
【００５５】
（第３実施形態）
図６を参照しながら第３実施形態を説明する。図６は、光電変換装置３０の構成例を示している。光電変換装置３０は、第１抵抗部１１０の構成の一部を変更し、コントローラ３００をさらに配置したことを除いて、前述の第１実施形態の光電変換装置１０同様の構成である。
【００５６】
具体的には、光電変換装置３０では、第１抵抗部１１０の第２部分１１２が、互いに並列に配された抵抗素子１１３およびトランジスタ１１６を含む（第１実施形態におけるスイッチ１１４としてトランジスタ１１６を用いた。）。本実施形態では、トランジスタ１１６にＭＯＳトランジスタを用いるが、他の例では、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチ素子が用いられてもよい。
【００５７】
コントローラ３００は、フォトダイオード２００のアノード２００Ａに接続されており、フォトダイオード２００からの電流量ＩＰＤをモニタし、該モニタの結果に基づいてトランジスタ１１６を制御する。より具体的には、コントローラ３００は、電流量ＩＰＤと基準電流量ＩＲＥＦとを比較するコンパレータ（不図示）を含みうる。このような構成により、コントローラ３００は、電流量ＩＰＤが基準電流量ＩＲＥＦよりも小さい場合にはトランジスタ１１６をＯＦＦ状態にし、電流量ＩＰＤが基準電流量ＩＲＥＦよりも大きい場合にはトランジスタ１１６をＯＮ状態にする。
【００５８】
トランジスタ１１６がＯＮ状態になると、抵抗素子１１３の両端の電位差は実質的に０［Ｖ］となる（即ち、本実施形態では電圧ＶＣＬＩＰ≒０［Ｖ］である。）。そのため、第１部分１１０での電圧降下（即ち、電位差ＶＤＲＯＰ）を小さくすることができ、電位Ｖ１００Ａ（＝ＶＣＭ−ＶＤＲＯＰ）が下がりにくくなり、結果として、フォトダイオード２００のＰＮ接合を逆バイアス状態に維持できる。したがって、本実施形態によっても前述の第１実施形態同様の効果が得られる。
【００５９】
（その他）
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。例えば、以上の例では、第１抵抗部１１０において単一の第２部分１１２を用いたが、複数の第２部分１１２を配置し、それらのスイッチ１１４、ダイオード１１５及び／又はトランジスタ１１６が１つずつ（段階的に）ＯＮ状態になるようにしてもよい。これにより、第１抵抗部１１０の抵抗値Ｒ１は多値をとりうる。
【００６０】
各実施形態で例示された光電変換装置は、対象物からの反射光に基づいて対象物との距離を算出する測距装置に適用されてもよいし、或いは、測距機能を有するカメラ（撮像システム）に適用されてもよい。他の例では、反射光の光量に基づいてストロボ光の光量を調節する調光装置に適用されてもよいし、或いは、調光機能を有するカメラに適用されてもよい。なお、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１０、２０、３０：光電変換装置、１００：電流電圧変換器、１１０：第１抵抗部、１２０：第２抵抗部、１３０：オペアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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