JP5061821B2 - 光検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、光検出器に関し、特に、入射光の照度をフォトトランジスタによってドレイン電流の信号に変換するとともにその電流信号を電圧信号に変換する光検出器に関する。
フォトトランジスタは、入射光の照度が変化すれば、フォトトランジスタのドレイン電流も変化するので、入射光の照度を電流信号に変換するフォトセンサとして利用される。フォトトランジスタの出力信号は電流信号であるので、その取り扱いを容易にすべく、電流−電圧変換器を用いる。つまり、フォトトランジスタのドレイン電流の信号を電流−電圧変換器によって電圧信号に変換する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１５７６２２号公報
ところで、フォトトランジスタの各端子に電圧を印加して駆動することにより、フォトトランジスタの電気的特性が経時的に次第に劣化することがある。その結果、経年劣化する前後でフォトトランジスタの入射光の照度が同じであったものとしても、フォトトランジスタのドレイン電流が経年劣化により減少する。更に、フォトトランジスタの温度が変化すれば、ドレイン電流も変化する。そのため、フォトトランジスタのドレイン電流から入射光の照度を正確に求めることが難しかった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、フォトトランジスタが劣化や温度変化に生じたものとしても、劣化や温度変化によるドレイン電流の変化分を補正できるようにすることである。
以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明によれば、
第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、を有し、前記変換回路は、前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に一定の前記第２ドレイン電流を流す定電流源と、前記参照用トランジスタの前記ドレイン電流により生じた前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子の前記浮動電圧を前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子に出力する緩衝増幅器と、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子に定電圧を印加する第２の定電圧源と、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、を備えることを特徴とする光検出器が提供される。
第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、を有し、前記変換回路は、前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に一定の前記第２ドレイン電流を流す定電流源と、前記参照用トランジスタの前記ドレイン電流により生じた前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子の前記浮動電圧を前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子に出力する緩衝増幅器と、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子に定電圧を印加する第２の定電圧源と、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、を備えることを特徴とする光検出器が提供される。
請求項２に係る発明によれば、
第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
第２の定電圧源と、
前記第２の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子の間に接続された負荷抵抗と、
第３の定電圧源と、
前記第３の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記参照用トランジスタに流れる前記第２ドレイン電流を、前記第２の定電圧源、前記第３の定電圧源及び前記負荷抵抗によって定まる一定の電流値に維持するように生成される前記浮動電圧を前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子及び前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子に出力するオペアンプと、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、を備えることを特徴とする光検出器が提供される。
第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
第２の定電圧源と、
前記第２の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子の間に接続された負荷抵抗と、
第３の定電圧源と、
前記第３の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記参照用トランジスタに流れる前記第２ドレイン電流を、前記第２の定電圧源、前記第３の定電圧源及び前記負荷抵抗によって定まる一定の電流値に維持するように生成される前記浮動電圧を前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子及び前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子に出力するオペアンプと、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、を備えることを特徴とする光検出器が提供される。
請求項３に係る発明によれば、
第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子に接続された負荷抵抗と、
第２の定電圧源と、
前記第２の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定する第１のオペアンプと、
第３の定電圧源と、
前記第３の定電圧源と前記負荷抵抗とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記参照用トランジスタに流れる前記第２ドレイン電流を前記第２の定電圧源、前記第３の定電圧源及び前記負荷抵抗によって定まる一定の電流値に維持するように生成される前記浮動電圧を前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子及び前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子に出力する第２のオペアンプと、
前記第２の定電圧源と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子をイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、を備えることを特徴とする光検出器が提供される。
第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子に接続された負荷抵抗と、
第２の定電圧源と、
前記第２の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定する第１のオペアンプと、
第３の定電圧源と、
前記第３の定電圧源と前記負荷抵抗とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記参照用トランジスタに流れる前記第２ドレイン電流を前記第２の定電圧源、前記第３の定電圧源及び前記負荷抵抗によって定まる一定の電流値に維持するように生成される前記浮動電圧を前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子及び前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子に出力する第２のオペアンプと、
前記第２の定電圧源と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子をイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、を備えることを特徴とする光検出器が提供される。
本発明によれば、フォトトランジスタの各端子とそれに対応する参照用トランジスタの各端子とが等電圧であるので、参照用トランジスタ及びフォトトランジスタの電気特性の劣化が揃う。また、参照用トランジスタが遮光された状態であり、参照用トランジスタのドレイン電流を参照電流として利用することができる。そして、フォトトランジスタの各端子とそれに対応する参照用トランジスタの各端子とが等電圧であるので、フォトトランジスタのドレイン電流は参照用トランジスタのドレイン電流を参照電流として利用することによって補正される。
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
〔第１の実施形態〕
図１は、光検出器１を示した回路図である。
図１に示すように、光検出器１は、参照用トランジスタである遮光フォトトランジスタＴ０と、フォトトランジスタＴ１と、緩衝増幅器Ｂｕｆと、定電流源２と、電流−電圧変換器３と、第１の定電圧源４と、第２の定電圧源５とを有する。これらのうち、図１の点線で表された領域内の回路が変換回路である。そして、この変換回路を構成する素子はＬＳＩ上に形成され、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１がガラス基板又はプラスチック基板に形成されている。なお、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１が、ガラス基板又はプラスチックではなく、ＬＳＩに形成されていてもよい。
図１は、光検出器１を示した回路図である。
図１に示すように、光検出器１は、参照用トランジスタである遮光フォトトランジスタＴ０と、フォトトランジスタＴ１と、緩衝増幅器Ｂｕｆと、定電流源２と、電流−電圧変換器３と、第１の定電圧源４と、第２の定電圧源５とを有する。これらのうち、図１の点線で表された領域内の回路が変換回路である。そして、この変換回路を構成する素子はＬＳＩ上に形成され、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１がガラス基板又はプラスチック基板に形成されている。なお、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１が、ガラス基板又はプラスチックではなく、ＬＳＩに形成されていてもよい。
遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１はともにアモルファスシリコンのＴＦＴである。遮光フォトトランジスタＴ０は参照用であって、遮光されている。フォトトランジスタＴ１は受光用である。なお、フォトトランジスタＴ０が遮光されたものではなく、一定の照度の光が照射されたものとしてもよい。
遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１は互いに近傍に配置されている。遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲートはともに第１の定電圧源４に接続されている。遮光フォトトランジスタＴ０のドレインは定電流源２に接続され、フォトトランジスタＴ１のドレインが緩衝増幅器Ｂｕｆの出力端子に接続され、緩衝増幅器Ｂｕｆの入力端子が定電流源２に接続されている。緩衝増幅器Ｂｕｆの入力インピーダンスは大きいことが望ましい。
電流−電圧変換器３は、オペアンプＡｍｐと、オペアンプＡｍｐの反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒｆと、を有する。このオペアンプＡｍｐの反転入力端子がフォトトランジスタＴ１のソースに接続され、オペアンプＡｍｐの非反転入力端子が遮光フォトトランジスタＴ０のソースに接続されている。更に、オペアンプＡｍｐの非反転入力端子が第２の定電圧源５に接続されている。
なお、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１がアモルファスシリコンのＴＦＴではなく、ポリシリコンのＴＦＴであってもよい。その場合、遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１と、図１の点線の領域内にある素子が同一の基板に形成されてもよい。
この光検出器１の作用について説明する。
遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しくなっている。即ち、第１の定電圧源４によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲートに印加され、その電圧の値はＶg〔Ｖ〕に固定されている。Ｖgの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖg＜０〔Ｖ〕であることが望ましい（例えば、Ｖg＝−５〔Ｖ〕）。
遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しくなっている。即ち、第１の定電圧源４によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲートに印加され、その電圧の値はＶg〔Ｖ〕に固定されている。Ｖgの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖg＜０〔Ｖ〕であることが望ましい（例えば、Ｖg＝−５〔Ｖ〕）。
オペアンプＡｍｐによって遮光フォトトランジスタＴ０のソースとフォトトランジスタＴ１のソースがイマジナリーショートし、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧とフォトトランジスタＴ１のソース電圧が等しくなっている。即ち、第２の定電圧源５によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０のソースに印加され、その値はＶs〔Ｖ〕に固定され、フォトトランジスタＴ１のソース電圧もＶsである。Ｖsの具体的数値は特に限定するものではないが、第２の定電圧源５はアースであって、Ｖs＝ゼロ〔Ｖ〕である。
定電流源２によって一定のドレイン電流が遮光フォトトランジスタＴ０に流れ、ドレイン電流の値はＩr〔Ａ〕に固定されている。遮光フォトトランジスタＴ０に一定のドレイン電流が流れ、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧及びゲート電圧が一定であるので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧が浮動状態になる。
緩衝増幅器Ｂｕｆによって遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。
定電流源２によって一定のドレイン電流が遮光フォトトランジスタＴ０に流れ、ドレイン電流の値はＩr〔Ａ〕に固定されている。遮光フォトトランジスタＴ０に一定のドレイン電流が流れ、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧及びゲート電圧が一定であるので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧が浮動状態になる。
緩衝増幅器Ｂｕｆによって遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。
従って、遮光フォトトランジスタＴ０の三端子とフォトトランジスタＴ１の三端子がそれぞれ等電圧である。そのため、仮にフォトトランジスタＴ１に光が入射していない場合、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値Ｉds0〔Ａ〕は次式で表される。
Ｉds0＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）
ここで、Ｓ1は、フォトトランジスタＴ１のチャネル幅をチャネル長で除した値であり、Ｓ0は、遮光フォトトランジスタＴ０のチャネル幅をチャネル長で除した値である。
Ｉds0＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）
ここで、Ｓ1は、フォトトランジスタＴ１のチャネル幅をチャネル長で除した値であり、Ｓ0は、遮光フォトトランジスタＴ０のチャネル幅をチャネル長で除した値である。
そして、フォトトランジスタＴ１に光が入射すると、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流が変化する。フォトトランジスタＴ１に光が入射していない場合のドレイン電流の値Ｉds0を基準とした増分をΔＩds〔Ａ〕とした場合、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値Ｉdsは次式で表される。
Ｉds＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）＋ΔＩds＝Ｉds0＋ΔＩds
Ｉds＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）＋ΔＩds＝Ｉds0＋ΔＩds
フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の信号は電流−電圧変換器３によって電圧信号に変換される。即ち、電流−電圧変換器３の出力電圧の値Ｖout〔Ｖ〕は次式で表される。
Ｖout＝−Ｉds×Ｒ1
ここで、Ｒ1は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値〔Ω〕である。
Ｖout＝−Ｉds×Ｒ1
ここで、Ｒ1は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値〔Ω〕である。
以上のように、遮光フォトトランジスタＴ０の三端子とフォトトランジスタＴ１の三端子がそれぞれ等電圧であるので、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１の電界効果的な経年変化を揃えることができる。また、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１が互いに近傍に配置されているので、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１の温度が互いに等しく、温度変化に伴う電気的特性の変化も揃えることができる。
そして、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値Ｉdsは照度、劣化及び温度に依存する。ところが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定のＩrに保たれ、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値ＩdsのうちＩds0も一定であるので、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による影響は、Ｉds0に変化をもたらさず、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧に変化をもたらす。従って、ＩdsのうちΔＩdsは、照度に依存するものとなる。そのため、電流−電圧変換器３の出力電圧のＶoutは、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による影響を補正した出力となる。
つまり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流、ソース電圧及びゲート電圧が一定であり、ドレイン電圧が浮動状態であるため、遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による電気的特性の変化がドレイン電圧に表れる。そして、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧がフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧に、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がフォトトランジスタＴ１のソース電圧に、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧がフォトトランジスタＴ１のゲート電圧に等しい。それゆえ、電流−電圧変換器３の出力電圧のＶoutは、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による影響を補正した出力となる。
また、定電圧Ｖgが負電圧であると、図２に示すように、フォトトランジスタＴ１の照度変化に応じたドレイン電流の変化の応答が大きくなる。そのため、より正確な照度の検知を行うことができる。
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、定電流源２が一定のドレイン電流として引出電流を流すものであったが、図３に示すように、定電流源２が引抜電流を流すものとしてもよい。この場合、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が入れ替わるとともに、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が入れ替わる。図３に示した光検出器１Ａと図１に示した光検出器１は、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１を除いて同様に設けられている。
第１の実施の形態では、定電流源２が一定のドレイン電流として引出電流を流すものであったが、図３に示すように、定電流源２が引抜電流を流すものとしてもよい。この場合、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が入れ替わるとともに、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が入れ替わる。図３に示した光検出器１Ａと図１に示した光検出器１は、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１を除いて同様に設けられている。
〔第３の実施の形態〕
図４は、第３実施形態における光検出器１１を示した回路図である。
図４に示すように、光検出器１１は、遮光フォトトランジスタＴ０と、フォトトランジスＴ１と、電流−電圧変換器３と、オペアンプＡｍｐ２と、負荷抵抗Ｒｓと、第１の定電圧源１５と、第２の定電圧源１６と、第３の定電圧源１７と、を有する。図４に示された点線で示された領域内の回路が変換回路である。
図４は、第３実施形態における光検出器１１を示した回路図である。
図４に示すように、光検出器１１は、遮光フォトトランジスタＴ０と、フォトトランジスＴ１と、電流−電圧変換器３と、オペアンプＡｍｐ２と、負荷抵抗Ｒｓと、第１の定電圧源１５と、第２の定電圧源１６と、第３の定電圧源１７と、を有する。図４に示された点線で示された領域内の回路が変換回路である。
遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１はともにアモルファスシリコンのＴＦＴである。遮光フォトトランジスタＴ０は参照用であって、遮光されている。フォトトランジスタＴ１は受光用である。なお、フォトトランジスタＴ０が遮光されたものではなく、一定の照度の光が照射されたものとしてもよい。
遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１は互いに近傍に配置されている。遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲートはともにオペアンプＡｍｐ２の出力端子に接続されている。遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインは第１の定電圧源１５に接続されている。
電流−電圧変換器３は、オペアンプＡｍｐ１と、オペアンプＡｍｐ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒｆと、を有する。このオペアンプＡｍｐ１の反転入力端子がフォトトランジスタＴ１のソースに接続され、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子が遮光フォトトランジスタＴ０のソースに接続されている。
負荷抵抗Ｒｓは、遮光フォトトランジスタＴ０のソースと第２の定電圧源１６との間に接続されている。第２の定電圧源１６の電圧はＶss〔Ｖ〕であり、その値は特に限定するものではない。
オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子が第３の定電圧源１７に接続され、オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子が遮光フォトトランジスタＴ０のソースに接続されている。
この光検出器１１の作用について説明する。
遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。即ち、第１の定電圧源１５によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインに印加され、その値はＶd〔Ｖ〕に固定されている。Ｖdの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖd＝１０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、第３の定電圧源１７によって一定の電圧がオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子に印加され、その値はＶs〔Ｖ〕に固定されている。オペアンプＡｍｐ２によって遮光フォトトランジスタＴ０のソースが第３の定電圧源１７にイマジナリーショートし、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定されている。オペアンプＡｍｐ２の出力電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲート電圧となっており、そのゲート電圧が浮動状態となっている。
オペアンプＡｍｐ１によってフォトトランジスタＴ１のソースと遮光フォトトランジスタＴ０のソースがイマジナリーショートしている。そのため、フォトトランジスタＴ１のソース電圧と遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧が等しく、Ｖsに固定されている。Ｖsの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖss＜Ｖs＜Ｖdの関係が成り立ち、特にＶs＝０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、遮光フォトトランジスタＴ０にドレイン電流が流れるが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値Ｉrは遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧の値によって決まる。ここで、オペアンプＡｍｐ２のイマジナリーショートによって遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定され、負荷抵抗Ｒｓが遮光フォトトランジスタＴ０のソースと第２の定電圧源１６との間に接続されているので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値ＩrがＶs、Ｖss及びＲ2によって決まる（Ｒ2は、負荷抵抗Ｒｓの抵抗値〔Ω〕である）。具体的には、Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2 となり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定である。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０の浮動状態のゲート電圧、つまりオペアンプＡｍｐ２の出力電圧は、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流を値Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2に維持するような値になる。
また、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しい。
遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。即ち、第１の定電圧源１５によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインに印加され、その値はＶd〔Ｖ〕に固定されている。Ｖdの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖd＝１０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、第３の定電圧源１７によって一定の電圧がオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子に印加され、その値はＶs〔Ｖ〕に固定されている。オペアンプＡｍｐ２によって遮光フォトトランジスタＴ０のソースが第３の定電圧源１７にイマジナリーショートし、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定されている。オペアンプＡｍｐ２の出力電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲート電圧となっており、そのゲート電圧が浮動状態となっている。
オペアンプＡｍｐ１によってフォトトランジスタＴ１のソースと遮光フォトトランジスタＴ０のソースがイマジナリーショートしている。そのため、フォトトランジスタＴ１のソース電圧と遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧が等しく、Ｖsに固定されている。Ｖsの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖss＜Ｖs＜Ｖdの関係が成り立ち、特にＶs＝０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、遮光フォトトランジスタＴ０にドレイン電流が流れるが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値Ｉrは遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧の値によって決まる。ここで、オペアンプＡｍｐ２のイマジナリーショートによって遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定され、負荷抵抗Ｒｓが遮光フォトトランジスタＴ０のソースと第２の定電圧源１６との間に接続されているので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値ＩrがＶs、Ｖss及びＲ2によって決まる（Ｒ2は、負荷抵抗Ｒｓの抵抗値〔Ω〕である）。具体的には、Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2 となり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定である。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０の浮動状態のゲート電圧、つまりオペアンプＡｍｐ２の出力電圧は、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流を値Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2に維持するような値になる。
また、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しい。
従って、遮光フォトトランジスタＴ０の三端子とフォトトランジスタＴ１の三端子がそれぞれ等電圧である。そして、フォトトランジスタＴ１に光が入射すると、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流が変化する。フォトトランジスタＴ１に光が入射していない場合のドレイン電流の値Ｉds0を基準とした増分をΔＩds〔Ａ〕とした場合、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値Ｉdsは次式で表される。
Ｉds＝Ｉds0＋ΔＩds＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）＋ΔＩds＝（Ｖs−Ｖss）×（Ｓ1／Ｓ0）／Ｒ2＋ΔＩds
ここで、Ｓ1は、フォトトランジスタＴ１のチャネル幅をチャネル長で除した値であり、Ｓ0は、遮光フォトトランジスタＴ０のチャネル幅をチャネル長で除した値である。
Ｉds＝Ｉds0＋ΔＩds＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）＋ΔＩds＝（Ｖs−Ｖss）×（Ｓ1／Ｓ0）／Ｒ2＋ΔＩds
ここで、Ｓ1は、フォトトランジスタＴ１のチャネル幅をチャネル長で除した値であり、Ｓ0は、遮光フォトトランジスタＴ０のチャネル幅をチャネル長で除した値である。
フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の信号は電流−電圧変換器３によって電圧信号に変換される。即ち、電流−電圧変換器３の出力電圧の値Ｖout〔Ｖ〕は次式で表される。
Ｖout＝−Ｉds×Ｒ1
ここで、Ｒ1は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値〔Ω〕である。
Ｖout＝−Ｉds×Ｒ1
ここで、Ｒ1は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値〔Ω〕である。
以上のように、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値Ｉdsは照度、劣化及び温度に依存する。ところが、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値ＩdsのうちＩds0がＶs、Ｖss、Ｓ1、Ｓ0及びＲ2によって決まる。このようにＩds0が一定であるから、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による影響は、Ｉds0に変化をもたらさず、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧に変化をもたらす。従って、ＩdsのうちΔＩdsは照度に依存するものとなり、Ｖoutは、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による影響を補正した出力となる。
次に、図４の光検出器１１が図１の光検出器１よりも高い信頼性を確保する理由について解説する。
ここでは、素子劣化や環境温度変化により図５に示すように特性が変化するａ−ｓｉＴＦＴを光スイッチ（受光量が一定以上／未満でオン・オフを切り替えるデバイス）をフォトトランジスタＴ０，Ｔ１に用いる場合について考える。なお、図５では、横軸をゲート−ソース間電圧、実線の曲線を受光時の明電流、点線の曲線を遮光時の暗電流を表す。
図１の光検出器１では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１の動作曲線は図６に示すようになる。図６では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１が正常に動作して受光時のドレイン電流がＯｎしきい値を超えるのは、劣化前の２０℃の状態のみである。劣化前―１０℃で動作させた場合や劣化後の場合では、ドレイン電流が不足するため、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１が動作しなくなってしまうのがわかる。なお、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１が２〔Ｖ〕のゲート−ソース間電圧で動作するように設計されているとする。
図４の光検出器１１では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１の動作曲線は図７に示すようになる。ここでの横軸は補正したゲート−ソース間電圧とし、劣化前２０℃の状態のゲートーソース間電圧（２〔Ｖ〕）を基準として、オペアンプＡｍｐ２の制御により変化したゲート電圧分だけ図６の曲線を横軸方向に平行移動したものに相当する。ここで重要な点は、３本の点線の曲線が縦軸と１点で交差し、その点のドレイン電流の値が参照電流（Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0））に対応することである。暗電流は、遮光してある遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流と同義であるためである。
図７より、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１は、３つの状態（劣化前の２０℃と−１０℃、劣化後）で正常に動作し、受光時のドレイン電流がＯｎしきい値を超えていることがわかる。
従って、図４の光検出器１１が図１の光検出器１よりも高い信頼性を確保することがわかる。
ここでは、素子劣化や環境温度変化により図５に示すように特性が変化するａ−ｓｉＴＦＴを光スイッチ（受光量が一定以上／未満でオン・オフを切り替えるデバイス）をフォトトランジスタＴ０，Ｔ１に用いる場合について考える。なお、図５では、横軸をゲート−ソース間電圧、実線の曲線を受光時の明電流、点線の曲線を遮光時の暗電流を表す。
図１の光検出器１では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１の動作曲線は図６に示すようになる。図６では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１が正常に動作して受光時のドレイン電流がＯｎしきい値を超えるのは、劣化前の２０℃の状態のみである。劣化前―１０℃で動作させた場合や劣化後の場合では、ドレイン電流が不足するため、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１が動作しなくなってしまうのがわかる。なお、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１が２〔Ｖ〕のゲート−ソース間電圧で動作するように設計されているとする。
図４の光検出器１１では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１の動作曲線は図７に示すようになる。ここでの横軸は補正したゲート−ソース間電圧とし、劣化前２０℃の状態のゲートーソース間電圧（２〔Ｖ〕）を基準として、オペアンプＡｍｐ２の制御により変化したゲート電圧分だけ図６の曲線を横軸方向に平行移動したものに相当する。ここで重要な点は、３本の点線の曲線が縦軸と１点で交差し、その点のドレイン電流の値が参照電流（Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0））に対応することである。暗電流は、遮光してある遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流と同義であるためである。
図７より、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１は、３つの状態（劣化前の２０℃と−１０℃、劣化後）で正常に動作し、受光時のドレイン電流がＯｎしきい値を超えていることがわかる。
従って、図４の光検出器１１が図１の光検出器１よりも高い信頼性を確保することがわかる。
〔第４の実施の形態〕
第３の実施の形態では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｎチャネル型のＴＦＴであったが、図８に示すように、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｐチャネル型のＴＦＴであってもよい。その場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置き換える。なお、図８に示した光検出器１１Ａと図４に示した光検出器１１は、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
第３の実施の形態では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｎチャネル型のＴＦＴであったが、図８に示すように、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｐチャネル型のＴＦＴであってもよい。その場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置き換える。なお、図８に示した光検出器１１Ａと図４に示した光検出器１１は、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
〔第５の実施の形態〕
図４に示された第３実施形態と図９に示された第５実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第５実施形態では、図９に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第５実施形態と第３実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図９に示した光検出器１１Ｂと図４に示した光検出器１１は、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
図４に示された第３実施形態と図９に示された第５実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第５実施形態では、図９に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第５実施形態と第３実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図９に示した光検出器１１Ｂと図４に示した光検出器１１は、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
〔第６の実施の形態〕
図８に示された第４実施形態と図１０に示された第６実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第６実施形態では、図１０に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第６実施形態と第４実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図１０に示した光検出器１１Ｃと図８に示した光検出器１１Ａは、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
図８に示された第４実施形態と図１０に示された第６実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第６実施形態では、図１０に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第６実施形態と第４実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図１０に示した光検出器１１Ｃと図８に示した光検出器１１Ａは、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
〔第７の実施の形態〕
図１１は、光検出器１１Ｄを示した回路図である。
図４に示された第３実施形態の光検出器１１では、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子がフォトトランジスタＴ０のソース、オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子、負荷抵抗Ｒｓに接続されているのに対し、図１１に示された第７実施形態の光検出器１１Ｄでは、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子がオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子及び第３の定電圧源１７に接続されている。この点を除いて、第７実施形態の光検出器１１Ｄ及び第３実施形態の光検出器１１は同様に設けられている。
図１１は、光検出器１１Ｄを示した回路図である。
図４に示された第３実施形態の光検出器１１では、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子がフォトトランジスタＴ０のソース、オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子、負荷抵抗Ｒｓに接続されているのに対し、図１１に示された第７実施形態の光検出器１１Ｄでは、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子がオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子及び第３の定電圧源１７に接続されている。この点を除いて、第７実施形態の光検出器１１Ｄ及び第３実施形態の光検出器１１は同様に設けられている。
この光検出器１１Ｄの作用について説明する。
第１の定電圧源１５によってＶｄ〔Ｖ〕の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインに印加され、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。
また、第３の定電圧源１７によってＶs〔Ｖ〕の電圧がオペアンプＡｍｐ１及びオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子に印加されている。オペアンプＡｍｐ２によって遮光フォトトランジスタＴ０のソースが第３の定電圧源１７にイマジナリーショートし、オペアンプＡｍｐ１によってフォトトランジスタＴ１のソースが第３の定電圧源１７にイマジナリーショートしている。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１のソース電圧が等しく、それらのソース電圧がＶsに固定されている。
オペアンプＡｍｐ２の出力電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲート電圧となっており、そのゲート電圧が浮動状態となっている。
また、遮光フォトトランジスタＴ０にドレイン電流が流れるが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値Ｉrは遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧の値によって決まる。ここで、オペアンプＡｍｐ２のイマジナリーショートによって遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定され、負荷抵抗Ｒｓが遮光フォトトランジスタＴ０のソースと第２の定電圧源１６との間に接続されているので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値ＩrがＶs、Ｖss及びＲ2によって決まる（Ｒ2は、負荷抵抗Ｒｓの抵抗値〔Ω〕である）。具体的には、Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2 となり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定である。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０の浮動状態のゲート電圧、つまりオペアンプＡｍｐ２の出力電圧は、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流を値Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2に維持するような値になる。
また、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しい。
また、フォトトランジスタＴ１に光が入射すると、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流が変化する。
第１の定電圧源１５によってＶｄ〔Ｖ〕の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインに印加され、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。
また、第３の定電圧源１７によってＶs〔Ｖ〕の電圧がオペアンプＡｍｐ１及びオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子に印加されている。オペアンプＡｍｐ２によって遮光フォトトランジスタＴ０のソースが第３の定電圧源１７にイマジナリーショートし、オペアンプＡｍｐ１によってフォトトランジスタＴ１のソースが第３の定電圧源１７にイマジナリーショートしている。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１のソース電圧が等しく、それらのソース電圧がＶsに固定されている。
オペアンプＡｍｐ２の出力電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲート電圧となっており、そのゲート電圧が浮動状態となっている。
また、遮光フォトトランジスタＴ０にドレイン電流が流れるが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値Ｉrは遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧の値によって決まる。ここで、オペアンプＡｍｐ２のイマジナリーショートによって遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定され、負荷抵抗Ｒｓが遮光フォトトランジスタＴ０のソースと第２の定電圧源１６との間に接続されているので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値ＩrがＶs、Ｖss及びＲ2によって決まる（Ｒ2は、負荷抵抗Ｒｓの抵抗値〔Ω〕である）。具体的には、Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2 となり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定である。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０の浮動状態のゲート電圧、つまりオペアンプＡｍｐ２の出力電圧は、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流を値Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ2に維持するような値になる。
また、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しい。
また、フォトトランジスタＴ１に光が入射すると、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流が変化する。
本実施形態でも、遮光フォトトランジスタＴ０の三端子とフォトトランジスタＴ１の三端子がそれぞれ等電圧であり、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のゲート電圧が浮動状態であるため、本実施形態の光検出器１１Ｄは、第３実施形態の光検出器１１が奏する効果と同様の効果を奏する。
〔第８の実施の形態〕
図１１に示された第７実施形態では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｎチャネル型のＴＦＴであったが、図１２に示すように、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｐチャネル型のＴＦＴであってもよい。その場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置き換える。なお、図１２に示した光検出器１１Ｅと図１１に示した光検出器１１Ｄは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
図１１に示された第７実施形態では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｎチャネル型のＴＦＴであったが、図１２に示すように、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｐチャネル型のＴＦＴであってもよい。その場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置き換える。なお、図１２に示した光検出器１１Ｅと図１１に示した光検出器１１Ｄは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
〔第９の実施の形態〕
図１１に示された第７実施形態と図１３に示された第９実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第９実施形態では、図１３に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第７実施形態と第９実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図１３に示した光検出器１１Ｆと図１１に示した光検出器１１Ｄは、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
図１１に示された第７実施形態と図１３に示された第９実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第９実施形態では、図１３に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第７実施形態と第９実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図１３に示した光検出器１１Ｆと図１１に示した光検出器１１Ｄは、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
〔第１０の実施の形態〕
図１２に示された第８実施形態と図１４に示された第１０実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第１０実施形態では、図１４に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第１０実施形態と第８実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図１４に示した光検出器１１Ｇと図１２に示した光検出器１１Ｅは、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
図１２に示された第８実施形態と図１４に示された第１０実施形態とでは、定電圧源１５〜１７の電圧が異なる。第１０実施形態では、図１４に示すように、第１の定電圧源１５の電圧がＶs〔Ｖ〕であり、第２の定電圧源１６の電圧がＶdd〔Ｖ〕であり、第３の定電圧源１７の電圧がＶd〔Ｖ〕であり、これらはＶs＜Ｖd＜Ｖddの関係を満たす。そのため、第１０実施形態と第８実施形態とでは、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向きが反対になっている。この場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換し、遮光フォトトランジスタＴ０のソースとドレインの呼称が置換され、フォトトランジスタＴ１のソースとドレインの呼称が置換される。図１４に示した光検出器１１Ｇと図１２に示した光検出器１１Ｅは、定電圧源１５〜１７の電圧の値、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のドレイン電流の向き、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１のソース・ドレインの関係、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
〔第１１の実施の形態〕
図１５は、第１１実施形態における光検出器２１を示した回路図である。
図１５に示すように、光検出器２１は、遮光フォトトランジスタＴ０と、フォトトランジスＴ１と、電流−電圧変換器３と、オペアンプＡｍｐ２と、オペアンプＡｍｐ３と、負荷抵抗Ｒｓ３と、第１の定電圧源２５と、第２の定電圧源２６と、第３の定電圧源２７と、を有する。図１５に示された点線で示された領域内の回路が変換回路である。
図１５は、第１１実施形態における光検出器２１を示した回路図である。
図１５に示すように、光検出器２１は、遮光フォトトランジスタＴ０と、フォトトランジスＴ１と、電流−電圧変換器３と、オペアンプＡｍｐ２と、オペアンプＡｍｐ３と、負荷抵抗Ｒｓ３と、第１の定電圧源２５と、第２の定電圧源２６と、第３の定電圧源２７と、を有する。図１５に示された点線で示された領域内の回路が変換回路である。
遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１はともにアモルファスシリコンのＴＦＴである。遮光フォトトランジスタＴ０は参照用であって、遮光されている。フォトトランジスタＴ１は受光用である。なお、フォトトランジスタＴ０が遮光されたものではなく、一定の照度の光が照射されたものとしてもよい。
遮光フォトトランジスタＴ０とフォトトランジスタＴ１は互いに近傍に配置されている。遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲートはともにオペアンプＡｍｐ２の出力端子に接続されている。遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインは第１の定電圧源２５に接続されている。
電流−電圧変換器３は、オペアンプＡｍｐ１と、オペアンプＡｍｐ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒｆ１と、を有する。このオペアンプＡｍｐ１の反転入力端子がフォトトランジスタＴ１のソースに接続され、オペアンプＡｍｐ１の非反転入力端子が第２の定電圧源２６に接続されている。
負荷抵抗Ｒｓ３は、オペアンプＡｍｐ３の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。オペアンプＡｍｐ３及び負荷抵抗Ｒｓ３により、電流−電圧変換器が構成されている。
オペアンプＡｍｐ３の反転入力端子が遮光フォトトランジスタＴ０のソースに接続され、オペアンプＡｍｐ３の非反転入力端子が第２の定電圧源２６に接続されている。
オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子が第３の定電圧源２７に接続され、オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子がオペアンプＡｍｐ３の出力端子に接続されている。
オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子が第３の定電圧源２７に接続され、オペアンプＡｍｐ２の反転入力端子がオペアンプＡｍｐ３の出力端子に接続されている。
この光検出器２１の作用について説明する。
遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。即ち、第１の定電圧源２５によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインに印加され、その値はＶd〔Ｖ〕に固定されている。Ｖdの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖd＝１０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、第２の定電圧源２６によって一定の電圧がオペアンプＡｍｐ２及びオペアンプＡｍｐ３の非反転入力端子に印加され、その値はＶs〔Ｖ〕に固定される。オペアンプＡｍｐ３によって遮光フォトトランジスタＴ０のソースが第２の定電圧源２６にイマジナリーショートし、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定される。オペアンプＡｍｐ１によってフォトトランジスタＴ１のソースが第２の定電圧源２６にイマジナリーショートし、フォトトランジスタＴ１のソース電圧がＶsに固定される。Ｖsの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖs＝０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、第３の定電圧源２７によって一定の電圧がオペアンプＡｍｐ２の反転入力端子に印加され、その値はＶss〔Ｖ〕に固定される。オペアンプＡｍｐ２によって負荷抵抗Ｒｓ３が第３の定電圧源２７にイマジナリーショートされる。オペアンプＡｍｐ２の出力電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲート電圧となっており、そのゲート電圧が浮動状態となっている。
また、遮光フォトトランジスタＴ０にはドレイン電流が流れるが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値Ｉrは遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧の値によって決まる。ここで、オペアンプＡｍｐ３のイマジナリーショートによって遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定され、負荷抵抗Ｒｓ３が遮光フォトトランジスタＴ０のソースとオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の間に接続されているので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値ＩrがＶs、Ｖss及びＲ3によって決まる（Ｒ3は、負荷抵抗Ｒｓ３の抵抗値〔Ω〕である）。具体的には、Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ3となり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定である。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０の浮動状態のゲート電圧、つまりオペアンプＡｍｐ２の出力電圧は、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流を値Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ3に維持するような値になる。
また、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しい。
遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電圧とフォトトランジスタＴ１のドレイン電圧が等しくなっている。即ち、第１の定電圧源２５によって一定の電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のドレインに印加され、その値はＶd〔Ｖ〕に固定されている。Ｖdの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖd＝１０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、第２の定電圧源２６によって一定の電圧がオペアンプＡｍｐ２及びオペアンプＡｍｐ３の非反転入力端子に印加され、その値はＶs〔Ｖ〕に固定される。オペアンプＡｍｐ３によって遮光フォトトランジスタＴ０のソースが第２の定電圧源２６にイマジナリーショートし、遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定される。オペアンプＡｍｐ１によってフォトトランジスタＴ１のソースが第２の定電圧源２６にイマジナリーショートし、フォトトランジスタＴ１のソース電圧がＶsに固定される。Ｖsの具体的数値は特に限定するものではないが、Ｖs＝０〔Ｖ〕であることが望ましい。
また、第３の定電圧源２７によって一定の電圧がオペアンプＡｍｐ２の反転入力端子に印加され、その値はＶss〔Ｖ〕に固定される。オペアンプＡｍｐ２によって負荷抵抗Ｒｓ３が第３の定電圧源２７にイマジナリーショートされる。オペアンプＡｍｐ２の出力電圧が遮光フォトトランジスタＴ０及びフォトトランジスタＴ１のゲート電圧となっており、そのゲート電圧が浮動状態となっている。
また、遮光フォトトランジスタＴ０にはドレイン電流が流れるが、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値Ｉrは遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧の値によって決まる。ここで、オペアンプＡｍｐ３のイマジナリーショートによって遮光フォトトランジスタＴ０のソース電圧がＶsに固定され、負荷抵抗Ｒｓ３が遮光フォトトランジスタＴ０のソースとオペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の間に接続されているので、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流の値ＩrがＶs、Ｖss及びＲ3によって決まる（Ｒ3は、負荷抵抗Ｒｓ３の抵抗値〔Ω〕である）。具体的には、Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ3となり、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流が一定である。そのため、遮光フォトトランジスタＴ０の浮動状態のゲート電圧、つまりオペアンプＡｍｐ２の出力電圧は、遮光フォトトランジスタＴ０のドレイン電流を値Ｉr＝（Ｖs−Ｖsｓ）／Ｒ3に維持するような値になる。
また、遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧とフォトトランジスタＴ１のゲート電圧が等しい。
従って、遮光フォトトランジスタＴ０の三端子とフォトトランジスタＴ１の三端子がそれぞれ等電圧である。そして、フォトトランジスタＴ１に光が入射すると、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流が変化する。フォトトランジスタＴ１に光が入射していない場合のドレイン電流の値Ｉds0を基準とした増分をΔＩds〔Ａ〕とした場合、フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の値Ｉdsは次式で表される。
Ｉds＝Ｉds0＋ΔＩds＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）＋ΔＩds＝（Ｖs−Ｖss）×（Ｓ1／Ｓ0）／Ｒ3＋ΔＩds
Ｉds＝Ｉds0＋ΔＩds＝Ｉr×（Ｓ1／Ｓ0）＋ΔＩds＝（Ｖs−Ｖss）×（Ｓ1／Ｓ0）／Ｒ3＋ΔＩds
フォトトランジスタＴ１のドレイン電流の信号は電流−電圧変換器３によって電圧信号に変換される。即ち、電流−電圧変換器３の出力電圧の値Ｖout〔Ｖ〕は次式で表される。
Ｖout＝−Ｉds×Ｒ1
ここで、Ｒ1は、帰還抵抗Ｒｆ1の抵抗値〔Ω〕である。
Ｖout＝−Ｉds×Ｒ1
ここで、Ｒ1は、帰還抵抗Ｒｆ1の抵抗値〔Ω〕である。
以上のように、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度による影響はＩds0に変化をもたらさず、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０のゲート電圧に変化をもたらす。従って、ＩdsのうちΔＩdsは照度に依存するものとなり、Ｖoutは、フォトトランジスタＴ１や遮光フォトトランジスタＴ０の劣化や温度変化による影響を補正した出力となる。
〔第１２の実施の形態〕
第１１の実施の形態では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｎチャネル型のＴＦＴであったが、図１６に示すように、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｐチャネル型のＴＦＴであってもよい。その場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換する。なお、図１６に示した光検出器２１Ａと図１５に示した光検出器２１は、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
第１１の実施の形態では、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｎチャネル型のＴＦＴであったが、図１６に示すように、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１がｐチャネル型のＴＦＴであってもよい。その場合、オペアンプＡｍｐ２の非反転入力端子の接続先と反転入力端子の接続先を置換する。なお、図１６に示した光検出器２１Ａと図１５に示した光検出器２１は、フォトトランジスタＴ０，Ｔ１、オペアンプＡｍｐ２の端子を除いて同様に設けられている。
１、１Ａ、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ 光検出器
１１Ｆ、１１Ｇ、２１、２１Ａ 光検出器
２ 定電流源
３ 電流−電圧変換器
４、１５、２５ 第１の定電圧源
５、１６、２６ 第２の定電圧源
１７、２７ 第３の定電圧源
Ａｍｐ、Ａｍｐ１〜Ａｍｐ３ オペアンプ
Ｂｕｆ 緩衝増幅器
Ｔ０ 遮光フォトトランジスタ
Ｔ１ フォトトランジスタ
Ｒｓ、Ｒｓ３ 負荷抵抗
１１Ｆ、１１Ｇ、２１、２１Ａ 光検出器
２ 定電流源
３ 電流−電圧変換器
４、１５、２５ 第１の定電圧源
５、１６、２６ 第２の定電圧源
１７、２７ 第３の定電圧源
Ａｍｐ、Ａｍｐ１〜Ａｍｐ３ オペアンプ
Ｂｕｆ 緩衝増幅器
Ｔ０ 遮光フォトトランジスタ
Ｔ１ フォトトランジスタ
Ｒｓ、Ｒｓ３ 負荷抵抗
Claims (3)
- 第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に一定の前記第２ドレイン電流を流す定電流源と、
前記参照用トランジスタの前記ドレイン電流により生じた前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子の前記浮動電圧を前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子に出力する緩衝増幅器と、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子に定電圧を印加する第２の定電圧源と、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、
を備えることを特徴とする光検出器。 - 第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
第２の定電圧源と、
前記第２の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子の間に接続された負荷抵抗と、
第３の定電圧源と、
前記第３の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記参照用トランジスタに流れる前記第２ドレイン電流を、前記第２の定電圧源、前記第３の定電圧源及び前記負荷抵抗によって定まる一定の電流値に維持するように生成される前記浮動電圧を前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子及び前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子に出力するオペアンプと、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、
を備えることを特徴とする光検出器。 - 第１ソース端子、第１ドレイン端子及び第１ゲート端子を有する受光用のフォトトランジスタと、
第２ソース端子、第２ドレイン端子及び第２ゲート端子を有し、遮光された又は一定の照度の光が照射された参照用トランジスタと、
前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子を等電圧に維持し、前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子と前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を等電圧に維持し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子、前記第２ドレイン端子及び前記第２ゲート端子のうち何れか一つの特定の端子の電圧を浮動状態に設定して、該特定の端子の電圧値を可変とし、他の端子の電圧値を一定値に固定し、前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子と前記第２ドレイン端子間に第２ドレイン電流を流し、前記特定の端子の電圧が、前記第２のドレイン電流の電流値を一定に維持する電圧値を有する浮動電圧に設定された状態で、前記フォトトランジスタに光が入射したときに前記第１ソース端子と前記第１ドレイン端子間に流れる第１ドレイン電流によるドレイン電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、
を有し、
前記変換回路は、
前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子を前記特定の端子として、前記浮動状態に設定し、
前記フォトトランジスタの前記第１ドレイン端子と前記参照用トランジスタの前記第２ドレイン端子に定電圧を印加する第１の定電圧源と、
前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子に接続された負荷抵抗と、
第２の定電圧源と、
前記第２の定電圧源と前記参照用トランジスタの前記第２ソース端子とをイマジナリーショートさせて等電位に設定する第１のオペアンプと、
第３の定電圧源と、
前記第３の定電圧源と前記負荷抵抗とをイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記参照用トランジスタに流れる前記第２ドレイン電流を前記第２の定電圧源、前記第３の定電圧源及び前記負荷抵抗によって定まる一定の電流値に維持するように生成される前記浮動電圧を前記参照用トランジスタの前記第２ゲート端子及び前記フォトトランジスタの前記第１ゲート端子に出力する第２のオペアンプと、
前記第２の定電圧源と前記フォトトランジスタの前記第１ソース端子をイマジナリーショートさせて等電位に設定するとともに、前記フォトトランジスタの前記ドレイン電流信号を前記電圧信号に変換する電流−電圧変換器と、
を備えることを特徴とする光検出器。
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