JPH0285766A - 光電変換回路のレンジ切換回路 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光計測機器などに用いられる信号増幅器にお
けるレンジ切換回路に関する。

［従来の技術］ 通常、照度、輝度等を測定する光計測機器においては、
光電変換素子による光電流出力を電気的に処理しており
、手動あるいは自動の零点補正の機能・手段を備えてい
る。かかる機器にあって、測定範囲（ダイナミックレン
ジ）を広げるには、測定レンジを複数段とし、スイッチ
の切換でもって増幅器の増幅度を決める負帰還抵抗を切
換え、選択する回路構成としている。

ところで、このようなレンジ切換回路において、零点補
正後にあっても、スイッチの漏れ電流によって零点が変
動するという問題がある。この漏れ電流による零点変動
対策としは、同スイッチの漏れ電流の絶対値を小さくす
る方法と、その変化量を小さくする方法とがある。

ここで、２つの測定レンジを有する光電変換回路の従来
例について、第６図を参照して説明する。

演算増幅器０Ｐ１１の一方の反転（＝）入力端子は光電
変換素子であるシリコンフォトセルＰＣＩ１に、他方の
非反転（＋）入力端子はＧＮＤに接続されている。同増
幅器０Ｐ１１の出力端子と一入力端子の間には、負帰還
用抵抗Ｒ１１およびレンジ切換用のスイッチ５ＷＩＩと
同抵抗Ｒ１２の直列回路が接続されている。スイッチ５
ＷＩＩは、制御信号がロー（Ｌ）のときＯＦＦとなり、
これを第ルンジとし、制御信号がハイ（Ｈ）のときＯＮ
となり、これを第２レンジとする。

いま、増幅器０ＰＩＩの出力をＶｏｕｔ、バイアス電流
ｆ！−Ｉ　１オフセツト電圧をＶｏｆｆ　　フォトセル
ＰＣ１１による光電流をＩｐ、スイッチ５Ｗ１１の漏れ
電流をＩ　、スイッチ５ｗ１１のＯＮ抵抗をＲｏｎとす
ると、 第ルンジ（制御信号：Ｌ）では、 Ｖｏｕｔ＝Ｉ　ｐ−Ｒ１１＋Ｖｏｆ　ｆ＋（Ｉ８＋Ｉ、
　）・Ｒ１１ となる、ここに、Ｉｐ４１１は信号成分であり、Ｖ　ｏ
　ｆ　ｆ　＋（Ｉ　ａ　＋Ｔ　ｐ　）・Ｒ１１は誤差成
分である。

第２レンジ（制御信号：Ｈ）では、 Ｖｏｕ　ｔ＝Ｉ　ｐ　・（Ｒ１２＋Ｒｏｎ）／Ｒ１１−
）−ＶｏｆｆモＩａ　　（Ｒ１２＋Ｒｏｎ）／ＲＩ　Ｌ
となる。ここに、Ｉ　Ｐ　・（Ｒ１２＋Ｒｏｎ）／Ｒ１
１は信号成分で、Ｖｏ　ｆ　ｆ　＋　ＩＢ（Ｒ１２＋Ｒ
Ｏｎ）／Ｒ１１は誤差成分である。なお、Ｒ１／Ｒ２は
、二つの抵抗Ｒ１，Ｒ２を並列に接続したときの合成抵
抗 Ｒ１・Ｒ２ Ｒ１−ｔ−Ｒ２ を意味している。

一般に、Ｒｏｎ＜Ｒ１２，Ｒ１２＜Ｒ１１であり、 （Ｒ１２＋Ｒｏｎ）／３１１≠Ｒ，１２／Ｒ１１の関係
がある。

上記第ルンジにおいて、誤差成分を取り除く方法として
、フォトセールＰＣＩＩを暗状態（すなわちｒ　ｐ＝ｏ
とする）として、光電変換回路の出力Ｖｏｕｔが零にな
るように、演算増幅器０Ｐ１１のオフセット調整を行な
うか、あるいは、次段の回路で補償する方法がある。

ところが、誤差成分除去後でも、オフセット電圧Ｖｏｆ
ｆ、バイアス電流■　、漏れ電流■１は環境変化等によ
って変化し、特に、光電流Ｉｐが小さいところでは、バ
イアス電流Ｉ８と漏れ電流Ｉｊの変化の影響が大きい。

現状では、オフセット電圧Ｖｏｆｆの温度係数とバイア
ス電流■８の小さな演算増幅器が実現し、その入手は容
易であり、それを使用することによって誤差成分Ｖｏｆ
ｆ＋Ｉ　　・Ｒ１１の変化分は小さくすることが可能で
ある。

しかしながら、スイッチ５ＷＩＩの漏れ電流Ｉ、を小さ
くすることは困難であり、第６図に示した回路では、演
算増幅器０ＰＩＩの出力Ｖ−ｏｕｔは、入射光量によっ
て変化するので、スイッチ５ＷｌｌがＯＦＦのときに、
その両端にががる電圧も変化する。したがって、漏れ電
流の変化分Δ。

は大きくなるといった問題がある。

また、第２レンジについては、実際、スイッチ５ＷＩＩ
からの漏れ電流は存在するが、帰還抵抗がＲ１２／　Ｒ
１，１と小さくなるため、漏れ電流については問題とな
らない。

なお、従来の光計測機器においては、測定の都度、自動
的に零点補正を毎回行なうようにして漏れ電流の影響を
なくしたものがある。

しかし、毎回零点補正を行なうと測定に時間かかかって
しまう。また、暗状態を作るためのチョッパー等が必要
となるので、構成が複雑になり、装置が大型化するなど
の欠点がある。そのため、毎回、零点補正を行なう必要
がなく、構成の簡単な機器の実現が望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記従来の間植点を解消するもので、スイッ
チの漏れ電流の変化量を小さくすることによって、測定
毎に零点補正を行なわなくとも、１回、零点補正を行な
うだけで、入力信号に応じた正確な信号を出力すること
かできるレンジ切換回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、演算増幅器の一方の入力端子と出力端子の間
に複数個の帰還用抵抗を接続し、このうち、少なくとも
一つの帰還用抵抗は少なくとも一つの第１のスイッチを
介して接続されており、この第１のスイッチによって所
定の帰還用抵抗値を選択するようにしたレンジ切換回路
において、上記第１のスイッチと抵抗の接続点に一端を
接続し、ｆｌ！！端を演算増幅器の他方の入力端子と同
電位にした第２のスイッチを設け、同じ抵抗に接続され
た上記第１のスイッチと上記第２のスイッチを、第１の
スイッチがオンのとき第２のスイッチがオフ、第１のス
イ・ツチがオフのときオンとなるように制御したもので
ある。

［作用］ 上記構成によれば、第１のスイッチがオフとなり一つの
抵抗を演算増幅器の負帰還部から切り離すとき、第２の
スイッチがオンとなり、これによって、演算増幅器の出
力とは無関係に第１のスイッチの両端の電圧は、はぼ零
になり、第１のスイッチの漏れ電流の変化量が小さくな
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例については第１図を参照して説明
する。本実施例は２つの測定レンジを有する光電変換回
路であって、第６図に示した回路に、さらに、もう１個
の第２のスイッチ５Ｗ２２を追加したものである。そし
て、この第２のスイッチ５Ｗ２２は、その一端を、第１
のスイッチ５Ｗ２１と抵抗Ｒ２２の接続点に接続し、他
端を演算増幅器ＯＰ２１の十入力端子と同電位としてい
る。なお、演算増幅器０Ｐ２１の一入力端子にはフォト
セルＰＣ２１が接続され、同一入力端子と出力端子の間
には抵抗Ｒ２１が接続されている。

制御信号は第２のスイッチ５Ｗ２２には直接に、第１の
スイッチ５Ｗ２１にはインバータＩＣ２１を介して与え
ており、制御信号がＨのとき、第１のスイッチＳＷ２１
はＯＦＦ、第２のスイッチ５Ｗ２２はＯＮとなり、制御
信号がＬのとき、第１のスイッチ５Ｗ２１はＯＮ、第２
のスイッチ５Ｗ２２はＯＦＦとなる。

したがって、制御信号がＨのとき、第２のスイッチ５Ｗ
２２のＯＮ抵抗をＲｏｎ、７Ｎ！増幅器０Ｐ２１の出力
をＶ′ｏｕｔとすると、接続点ａの・電圧Ｖａは、 ＲＯｎ Ｖａ＝□・Ｖ’ｏｕｔ Ｒ２２＋Ｒｏ　ｎ となり、一般にＲｏｎは数百Ω、抵抗Ｒ２２は１０にΩ
以上であるから、 Ｖａ弁０ となり、第１のスイッチＳＷ２１の両端の電圧は、はと
んど零となり漏れ電流Ｉｊを出力Ｖ’ｏｕｔとは無関係
にすることができる。

一方、制御信号がＬのとき、第１のスイッチ５Ｗ２１が
ＯＮ、第２のスイッチ５Ｗ２２がＯＦＦで、演算増幅器
０Ｐ２１の帰還抵抗は、Ｒ２１／Ｒ２２（ここに、Ｒ２
２＞　Ｒｏｎであるので、ＲＯｎを無視する）となる。

次に、上記実施例にあって、スイッチとして、Ｎチャン
ネルＦＥＴを使用した具体例について、第２図を参照し
て説明する。

第１図に示した回路における第１．第２のスイッチとし
て、ＮチャンネルＦＥＴＱ３１．Ｑ３２（以下、単にＱ
３１．Ｑ３２と記す）を用い、制御信号はＱ３１のゲー
トＧにダイオードＤ３１を介して、Ｑ３２のゲートＧに
インバータＩＣ３１とダイオードＤ３２を介して与えて
いる。なお、演算増幅器０Ｐ３１の一入力端子と出力端
子の間に抵Ｊｆ、Ｒ３１およびＱ３１と抵抗Ｒ３２の直
列回路がそれぞれ接続され、−入力端子にフォトセルＰ
Ｃ３１が接続されている。

上記構成の動作を説明する。いま、Ｑ３１．Ｑ３２とし
てピンチオフ電圧が一■ρ〔ｖ〕のものを用い、第３図
に示すように制御信号はＬのとき−Ｖｃｃ　（Ｖ）　、
Ｈのとき＋Ｖｃｃｌ：Ｖ）とし、インバータＩＣ３１は
士Ｖｃｃ［：Ｖ）で動作し、１Ｖｃｃｌ＞１Ｖｐｌの関
係を満足しているものとする。

まず、制御信号がＬの場合を説明する。

ダイオードＤ３１を通してＱ３１のゲートに電圧が加わ
り、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間型圧ｖｏ、が−Ｖｐ
よりも大きくなるので、Ｑ３１のドレイン（Ｄ）−ソー
ス（Ｓ）間はＯＦＦとなり、演算増幅器０Ｐ３１の帰還
抵抗は抵抗Ｒ３１となる。インバータＩＣ３１は、その
入力がしてあるため、その出力はＨとなり、ダイオード
Ｄ３２を通してＧ３２のゲートに加わりＧ３２のドレイ
ン−ソース間はＯＮとなる。このＯＮ抵抗をＲｏｎとす
ると、Ｇ３２のドレイン電圧（＝Ｑ３１のトレイン電圧
＞ＶＤは、演算増幅器０Ｐ３１の出力をＶ″ｏｕｔとす
ると、 Ｒｏｎ ＶＤ＝□・Ｖ”ｏｕｔ Ｒ３２＋Ｒｏｎ となり、Ｒ３２’）ＲｏｎからＶＤ＃０となる。したが
って、Ｇ３１のドレイン−ソース間電圧は、はぼ零とな
る。

ここで、第４図（ａ）、（ｂ）を用いて、Ｇ３１の動作
について、Ｇ３２を有さす、ｖ、＝ｖ”ｏｕｔとなる従
来の場合と比較して説明する。

第４図（ａ）はＶ。′−ＦＯとなる本発明の場合、第４
図（ｂ）はＶ。＝Ｖ″ｏｕｔとなる従来の場合のＧ３１
の電圧、電流の状態を示し、本発明の場合、ドレイン−
ソース間電圧は零で、’０３１”Ｏであるので、ソース
からの漏れ電流は、１　　　＋Ｉ　　　＝１ ＤＳＩ　　　ＧＳＩ　　　ＧＳＩ となる。したがって、Ｇ３１のソースからの漏れ電流の
変化はＶ″ｏｕｔと無関係になる。

一方、従来の場合、ドレイン−ソース間電圧は零でなく
、ソースからの漏れ電流は、 Ｉ　　弁Ｉ　　であるので、 ＧＳＩ　　　Ｇ５２ １　　　＋Ｉ　　　＝１　　　±■ ０３２　　　ＧＳ２　　０５２　　　ＧＳｌとなる。し
たがって漏れ電流は、Ｉ　　〜ｌＧ３２　　　ＧＳ２ ’　ＤＳ２の範囲で変化する２ 次に制御信号がＨの場合を説明する。

ダイオードＤ３１を通して、Ｇ３１のゲートにＨ信号が
加わり、Ｇ３１のドレイン−ソース間はＯＮになる。イ
ンバータＩＣ３１の入力がＨであるため、出力はしとな
り、ダイオードＤ３２を通してＧ３２のゲートに電圧が
加わり、ゲート−ソース間電圧が−ＶＰより大きくなる
ので、Ｇ３２のドレイン−ソース間はＯＦＦとなる。演
算増幅器０Ｐ３１の１ｌｆｆｉ還抵抗は、Ｒ３１／Ｒ３
２（ＯＮ抵抗Ｒｏｎは、Ｒ３２）Ｒｏｎであるので、コ
コでは無視する）となる。

Ｇ３１のドレイン電圧ＶＤは、 Ｒｏｎ ＶＤ−−一・Ｖ″ｏｕｔ Ｒ３２＋Ｒｏｎ となり、Ｒ３２：）Ｒｏｎであるので、ＶＤ≠０となる
。

また、Ｇ３２のドレインからの漏れ電流は、帰還抵抗が
Ｒ３１／Ｒ３２と小さくなっているので、その影響は小
さい。

以上の説明では、切換レンジ数ｎ＝２の場合の光電変換
回路について説明したが、ｎ＞２の場合にし適用でき２
そのとときには複数の第１、第２のスイッチの各々は、
第１、第２のスイッチ群を構成しているものとなる。

また、本発明は、一般の増幅回路、例えば反転増幅回路
にも同様に適用可能である。第５図は、スイッチとして
ＮチャンネルＦＥＴを用いた一般の反転増幅回路の例を
示している。本回路は、フォトセルの代わりに演算増幅
器ＯＰ４１の一人力ラインに入力抵抗Ｒ４３が設けられ
ている点以外は、第２図の構成と同様である。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、レンジ切換を行なうに際
して、抵抗を演算増幅器の帰還部から切り離すために、
第１のスイッチをオフにしたとき、同じ抵抗に接続され
た第２のスイッチをオンにして、演算増幅器の出力とは
無関係に、第１のスイッチの両端にかかる電圧を、はぼ
零にしているので、第１のスイッチの漏れ電流の変化量
を小さくすることができる。したかつて、零点補正かず
れることはなく、正確な信号を出力することができる。

また、第１のスイッチがオフのとき、第２のスイッチが
オンになり抵抗の一端をＧＮＤに落とすようになってい
るので、雑音の影響を受けにくいものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレンジ切換回路の実施例を示す回路図
、第２図はその具体例を示す回路図、第３図は第２図の
回路におけるＦＥＴの動作を説明するための図、第４図
（ａ）（ｂ）は本発明と従来の回路の動作の違いを比較
して示す図、第５図は本発明の他の具体例を示す回路図
、第６図は従来のレンジ切換回路の回路図である。 ＯＲ３１，ＯＲ３１、ＯＲ３１・−・演算増幅器、５Ｗ
２１・・・第１のスイッチ、５Ｗ２２・・・第２のスイ
ッチ、Ｑ３１．Ｑ４１・・・ＦＥＴ　（第１のスイッチ
）、Ｑ３２．Ｑ４２・・・ＦＥＴ　（第２のスイッチ）
、Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２・
・・抵抗。 出願人　　　　　ミノルタカメラ株式会社代理人　　　
　　弁理士　板　谷　康　夫第　１　図 １１１２１！１ 第３図 第　４図　（ａ）　　　　　　　　　（ｂ）−ＶＧＳ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−ＶＧＳ第
　５　図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）演算増幅器の一方の入力端子と出力端子の間に複
   数個の帰還用抵抗を接続し、このうち、少なくとも一つ
   の帰還用抵抗は少なくとも一つの第１のスイッチを介し
   て接続されており、この第１のスイッチによって所定の
   帰還用抵抗値を選択するようにしたレンジ切換回路にお
   いて、 上記第１のスイッチと抵抗の接続点に一端を接続し、他
   端を演算増幅器の他方の入力端子と同電位にした第２の
   スイッチを設け、同じ抵抗に接続された上記第１のスイ
   ッチと上記第２のスイッチを、第１のスイッチがオンの
   とき第２のスイッチがオフ、第１のスイッチがオフのと
   きオンとなるように制御したことを特徴とするレンジ切
   換回路。