JPH08181348A - Photoelectric converter - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光電スイッチや光学式エ
ンコーダ等に用いられる光電変換装置に関する。より詳
しくは、光電変換装置に組み込まれる受光素子の温度補
償技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device used in photoelectric switches, optical encoders and the like. More specifically, it relates to a temperature compensation technique for a light receiving element incorporated in a photoelectric conversion device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図９は最も単純な光電変換装置の一例と
して、光電スイッチを示している。光電スイッチは受光
素子１０１と処理回路１０４の組み合わせからなる。こ
の例では受光素子１０１が二端子型のフォトトランジス
タからなり、処理回路１０４は単純なインバータからな
る。フォトトランジスタのエミッタ端子はインバータ１
０４の入力端子に接続されていると共に、抵抗Ｒを介し
て接地されている。インバータ１０４は入射光Ｌの受光
量に応じた入力信号Ｖｉｎを反転して出力信号Ｖｏｕｔ
を出力する。2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a photoelectric switch as an example of the simplest photoelectric conversion device. The photoelectric switch is composed of a combination of the light receiving element 101 and the processing circuit 104. In this example, the light receiving element 101 is a two-terminal type phototransistor, and the processing circuit 104 is a simple inverter. The emitter terminal of the phototransistor is the inverter 1
It is connected to the input terminal 04 and is grounded via a resistor R. The inverter 104 inverts the input signal Vin according to the amount of received light L to output the output signal Vout.
Is output.
【０００３】図１０は従来の光電スイッチの他の例を示
しており、受光素子１０１と処理回路１０４との間に増
幅用のトランジスタ１０５が介在するダーリントン接続
構造となっている。FIG. 10 shows another example of a conventional photoelectric switch, which has a Darlington connection structure in which an amplifying transistor 105 is interposed between a light receiving element 101 and a processing circuit 104.
【０００４】図１１は、図９に示した光電スイッチの動
作を簡潔に表わしたものである。常温では入射光Ｌの受
光量に応じて光電流が上昇し、入力信号Ｖｉｎの電圧が
高くなる。処理回路１０４の閾値Ｖｔｈを超えたところ
で、出力信号Ｖｏｕｔの論理レベルが反転する。なお、
図では理解を容易にする為出力信号Ｖｏｕｔの論理レベ
ルを実際とは逆に表わしている。一方、高温状態では受
光素子１０１を流れる暗電流が増加する為、入力信号Ｖ
ｉｎの電圧レベルも全体的に上昇する。この上昇分が処
理回路１０４の閾値Ｖｔｈを超えてしまうと、出力信号
Ｖｏｕｔの論理レベル反転が起らない為光電スイッチと
しての機能が果たせなくなる。FIG. 11 briefly shows the operation of the photoelectric switch shown in FIG. At room temperature, the photocurrent increases according to the amount of received incident light L, and the voltage of the input signal Vin increases. When the threshold value Vth of the processing circuit 104 is exceeded, the logic level of the output signal Vout is inverted. In addition,
In the figure, the logic level of the output signal Vout is shown to be opposite to the actual one for easy understanding. On the other hand, since the dark current flowing through the light receiving element 101 increases in the high temperature state, the input signal V
The voltage level of in also rises overall. When this increase exceeds the threshold value Vth of the processing circuit 104, the logic level inversion of the output signal Vout does not occur, and the function as the photoelectric switch cannot be achieved.
【０００５】受光素子として用いられるフォトトランジ
スタは遮光状態でも漏れ電流が流れ、これを暗電流と呼
んでいる。暗電流は温度依存性があり、温度上昇と共に
指数関数的に増大する。フォトトランジスタを高照度下
で使用する場合には、光電流が暗電流に対して大きくと
れる為、周囲の温度変化を特に考慮する必要はない。し
かしながら、低照度で且つ高温動作時においてはＳ／Ｎ
が小さくなる為注意が必要である。又、受光素子として
用いられるフォトダイオードについても、入射光がない
状態では逆方向の漏れ電流が流れ、これを暗電流と呼ん
でいる。この暗電流は逆方向印加電圧と周囲温度の上昇
に伴なって増加する傾向を有する。暗電流は低照度領域
における検出限界となる為少ないほど良い。フォトトラ
ンジスタやフォトダイオード等の受光素子は、常温では
一般的に暗電流は殆ど無視できるレベルにあるが、温度
上昇と共に指数関数的に増大する。特に、入射光量が少
なく光信号出力が大きくとれない場合、図１１に示した
様に誤動作を引き起す原因となる。A leak current flows in the phototransistor used as a light receiving element even in a light-shielded state, which is called a dark current. The dark current has temperature dependence and increases exponentially with increasing temperature. When the phototransistor is used under high illuminance, the photocurrent can be larger than the dark current, so that it is not necessary to consider the change in ambient temperature. However, S / N at low illuminance and high temperature operation
It is necessary to be careful because is small. Further, regarding a photodiode used as a light receiving element, a leak current flows in the opposite direction when there is no incident light, which is called a dark current. This dark current tends to increase with increasing reverse voltage and ambient temperature. Since the dark current becomes the detection limit in the low illuminance region, the smaller the dark current, the better. In a light-receiving element such as a phototransistor or a photodiode, dark current is generally at a level that can be almost ignored at room temperature, but increases exponentially as the temperature rises. In particular, when the amount of incident light is small and the optical signal output cannot be large, it causes a malfunction as shown in FIG.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来から、暗電流の温
度依存性を補償する回路構成が種々提案されており、図
１２にその一例を示す。この例は、図９に示した光電ス
イッチに補償用の補助受光素子１０２を付加した構成と
なっている。主受光素子１０１を構成する二端子型のフ
ォトトランジスタと、補助受光素子１０２を構成する二
端子型のフォトトランジスタは同一の電気特性を有する
が、補償用のトランジスタのみ外部入射光から完全に遮
閉されている。この補償用トランジスタのコレクタ端子
は処理回路１０４の入力端子側に位置するノードＮに接
続している。温度が上昇すると、主受光素子１０１に流
れる暗電流（リーク電流）は、補助受光素子１０２の同
方向に流れる暗電流で補償される。なお、フォトトラン
ジスタの代わりにフォトダイオードを用いる例も知られ
ている。Conventionally, various circuit configurations for compensating for the temperature dependence of dark current have been proposed, an example of which is shown in FIG. In this example, the auxiliary light receiving element 102 for compensation is added to the photoelectric switch shown in FIG. The two-terminal phototransistor forming the main light-receiving element 101 and the two-terminal phototransistor forming the auxiliary light-receiving element 102 have the same electrical characteristics, but only the compensation transistor is completely shielded from external incident light. Has been done. The collector terminal of the compensation transistor is connected to the node N located on the input terminal side of the processing circuit 104. When the temperature rises, the dark current (leakage current) flowing through the main light receiving element 101 is compensated by the dark current flowing through the auxiliary light receiving element 102 in the same direction. An example in which a photodiode is used instead of the phototransistor is also known.
【０００７】上述した従来例は一般に、接地電位ＧＮＤ
に加え２つの電源電圧ＶＤＤ，ＶＣＣが必要である。主
受光素子１０１を構成するフォトトランジスタのコレク
タ端子はＶＤＤ側に接続され、エミッタ端子は前述した
ノードＮに接続する。一方、補償用のフォトトランジス
タのコレクタ端子はノードＮに接続し、エミッタ端子は
他方の電源電圧ＶＣＣの供給を受ける。仮に、ＶＣＣを
ＧＮＤと共通にすると、主受光素子１０１側のフォトト
ランジスタの出力が小さい場合、暗電流補償用のフォト
トランジスタに十分なバイアス電圧（コレクタ電圧）が
印加されない。従って、図１２に示した従来の暗電流補
償回路は単電源では使いづらい構成となっている。又、
主受光素子１０１側のフォトトランジスタが多数の場
合、これと同数だけ補償用のフォトトランジスタが必要
となり、回路コストの面から問題がある。さらに、上述
した補償回路構成をＩＣチップに集積化した光電変換素
子アレイを作成する場合、コレクタ端子を共通にした構
造を採用できない為、回路設計上難点がある。The above-mentioned conventional example is generally ground potential GND.
In addition to this, two power supply voltages VDD and VCC are required. The collector terminal of the phototransistor constituting the main light receiving element 101 is connected to the VDD side, and the emitter terminal is connected to the node N described above. On the other hand, the collector terminal of the compensating phototransistor is connected to the node N, and the emitter terminal receives the other power supply voltage VCC. If VCC is shared with GND, a sufficient bias voltage (collector voltage) is not applied to the phototransistor for dark current compensation when the output of the phototransistor on the main light receiving element 101 side is small. Therefore, the conventional dark current compensating circuit shown in FIG. 12 is difficult to use with a single power supply. or,
When the number of phototransistors on the side of the main light receiving element 101 is large, the same number of phototransistors for compensation is required, which is problematic in terms of circuit cost. Further, when a photoelectric conversion element array in which the above-described compensation circuit configuration is integrated on an IC chip is created, a structure having a common collector terminal cannot be adopted, which causes a problem in circuit design.
【０００８】図１３は、光学式エンコーダ等に組み込ま
れる光電変換回路の従来例を表わしており、互いに逆相
関係にある一対の信号を処理して暗電流の影響を取り除
いている。図示する様に、処理回路１０４は正入力端子
と負入力端子を備えたコンパレータ（ＣＭＰ）からな
る。正入力端子には一方の受光素子１０１ｐのエミッタ
端子が接続され。負入力端子には他方の受光素子１０１
ｎのエミッタ端子が接続されている。両受光素子１０１
ｐ，１０１ｎは共に二端子型のフォトトランジスタから
なる。一方の受光素子１０１ｐにより受光される入射光
Ｌｐと、他方の受光素子１０１ｎにより受光される入射
光Ｌｎは互いに逆相関係になっている。従って、対応す
る一対の入力信号Ｖ+ とＶ- も互いに逆相関係にある。FIG. 13 shows a conventional example of a photoelectric conversion circuit incorporated in an optical encoder or the like, which removes the influence of dark current by processing a pair of signals having mutually opposite phases. As shown, the processing circuit 104 includes a comparator (CMP) having a positive input terminal and a negative input terminal. The emitter terminal of one light receiving element 101p is connected to the positive input terminal. The other light receiving element 101 is connected to the negative input terminal.
n emitter terminals are connected. Both light receiving elements 101
Both p and 101n are two-terminal type phototransistors. The incident light Lp received by one of the light receiving elements 101p and the incident light Ln received by the other light receiving element 101n have an opposite phase relationship with each other. Therefore, the corresponding pair of input signals V + and V − are also in antiphase relation with each other.
【０００９】図１４は、図１３に示した光電変換回路の
動作を簡潔に表わしたものである。入力信号Ｖ+ ，Ｖ-
には各々暗電流成分が含まれている。この一対の入力信
号をコンパレータＣＭＰで比較処理する事により、暗電
流成分がキャンセルされ周囲温度に依存しない出力信号
Ｖｏｕｔが得られる。しかしながら、互いに逆相関係に
ある入射光Ｌｐ，Ｌｎを形成する為、エンコーダ板のス
リット構造、固定マスク構造、受光素子の受光面パタン
等が複雑になり、コストアップの原因となっていた。FIG. 14 briefly shows the operation of the photoelectric conversion circuit shown in FIG. Input signal V +, V -
Each contains a dark current component. By comparing the pair of input signals with the comparator CMP, the dark current component is canceled and the output signal Vout independent of the ambient temperature is obtained. However, since the incident lights Lp and Ln having mutually opposite phases are formed, the slit structure of the encoder plate, the fixed mask structure, the light receiving surface pattern of the light receiving element, and the like are complicated, which causes a cost increase.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は温度変化に対して安定に動作し且つ
構造が単純化された光電変換装置を提供する事を目的と
する。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。
即ち、本発明にかかる光電変換装置は基本的な構成とし
て、主受光素子と補助受光素子とカレントミラー回路と
処理回路とを備えている。主受光素子は入射光の受光量
に応じた光電流成分に加えて、周囲温度に依存する暗電
流成分を含む検出電流を発生する。補助受光素子は該入
射光から遮光され周囲温度に依存する純暗電流のみを発
生する。カレントミラー回路は該純暗電流に応じた補償
電流を生成し、該検出電流から差し引く事によって該暗
電流成分を除去した正味の検出電流を得る。処理回路は
該正味の検出電流を処理して所定の出力信号を生成す
る。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device which operates stably with respect to temperature changes and has a simplified structure. The following measures have been taken in order to achieve this object.
That is, the photoelectric conversion device according to the present invention has, as a basic configuration, a main light receiving element, an auxiliary light receiving element, a current mirror circuit, and a processing circuit. The main light receiving element generates a detection current including a dark current component depending on ambient temperature in addition to a photocurrent component according to the amount of received light. The auxiliary light receiving element is shielded from the incident light and generates only a pure dark current depending on the ambient temperature. The current mirror circuit generates a compensation current according to the pure dark current and subtracts it from the detected current to obtain a net detected current with the dark current component removed. A processing circuit processes the net detected current to produce a predetermined output signal.
【００１１】具体化された構成では、前記補助受光素子
は該主受光素子と同一の構造（同一の電気特性）を備
え、該暗電流成分と同量の純暗電流を発生し、前記カレ
ントミラー回路は該純暗電流と同量の補償電流を生成す
る。あるいは、前記カレントミラー回路は該純暗電流に
比例する補償電流を生成し、該暗電流成分と同量になる
様に調整する。一態様によれば、前記主受光素子、補助
受光素子、カレントミラー回路及び処理回路の全部又は
一部が同一半導体基板に集積形成されている。他の態様
によれば、本光電変換装置は複数の主受光素子と単一の
補助受光素子とを含んでいる。前記カレントミラー回路
は単一の純暗電流に応じて複数の補償電流を生成し、複
数の主受光素子の各々から個別に暗電流成分を除去す
る。In the embodied structure, the auxiliary light-receiving element has the same structure (same electrical characteristics) as the main light-receiving element, generates the same amount of pure dark current as the dark current component, and the current mirror. The circuit produces as much compensation current as the pure dark current. Alternatively, the current mirror circuit generates a compensation current proportional to the pure dark current, and adjusts it so that it has the same amount as the dark current component. According to one aspect, all or part of the main light receiving element, the auxiliary light receiving element, the current mirror circuit, and the processing circuit are integrally formed on the same semiconductor substrate. According to another aspect, the photoelectric conversion device includes a plurality of main light receiving elements and a single auxiliary light receiving element. The current mirror circuit generates a plurality of compensation currents according to a single pure dark current, and removes a dark current component from each of the plurality of main light receiving elements individually.
【００１２】[0012]
【作用】本発明によれば、暗電流補償用に遮光された補
助受光素子が、カレントミラー回路を介して主受光素子
に接続している。このカレントミラー回路は補償用の補
助受光素子から出力される電流に応じて動作し、主受光
素子から出力される検出電流に含まれる暗電流成分を直
接差し引く様にしている。これにより、回路構成が単純
化され単電源でも安定的に動作できる。又、カレントミ
ラー回路を介して主受光素子と補助受光素子は対称的に
配置され、回路設計が容易になると共に複数の主受光素
子を単一の補助受光素子で温度補償できる。さらに、主
受光素子、補助受光素子、カレントミラー回路、処理回
路等を含めて同一基板上に集積化できる。According to the present invention, the auxiliary light receiving element shielded for dark current compensation is connected to the main light receiving element via the current mirror circuit. This current mirror circuit operates according to the current output from the auxiliary light receiving element for compensation, and directly subtracts the dark current component contained in the detected current output from the main light receiving element. This simplifies the circuit configuration and allows stable operation even with a single power supply. Further, the main light receiving element and the auxiliary light receiving element are symmetrically arranged via the current mirror circuit, which facilitates the circuit design and allows a plurality of main light receiving elements to be temperature-compensated by a single auxiliary light receiving element. Further, the main light receiving element, the auxiliary light receiving element, the current mirror circuit, the processing circuit and the like can be integrated on the same substrate.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。図１は本発明にかかる光電変換装置
の第１実施例を表わしており、光電スイッチを構成する
ものである。本光電スイッチは主受光素子１と補助受光
素子２とカレントミラー回路３と処理回路４とを備えて
いる。主受光素子１は入射光Ｌの受光量に応じた光電流
成分（信号成分）Ｉｓに加えて、周囲温度に依存する暗
電流成分（雑音成分）Ｉｎを含む検出電流Ｉｐを発生す
る。本例では、この主受光素子１はベース端子を欠いた
二端子型のＮＰＮフォトトランジスタからなり、そのエ
ミッタ端子はノードＮに接続されると共に、コレクタ端
子は電源ラインに接続している。これに対し、補助受光
素子２は入射光Ｌから遮光され、周囲温度に依存する純
暗電流Ｉｄのみを発生する。この補助受光素子２もベー
ス端子を欠いた二端子型のＮＰＮフォトトランジスタか
らなり、前述した主受光素子１側のフォトトランジスタ
と同一の構造（同一のトランジスタ特性）を備えてい
る。即ち、補助受光素子２側のフォトトランジスタは暗
電流成分Ｉｎと同量の純暗電流Ｉｄを発生する。この補
償用フォトトランジスタのコレクタ端子は共通の電源ラ
インに接続される一方、エミッタ端子は前述したカレン
トミラー回路３の入力端子に接続している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention, which constitutes a photoelectric switch. The photoelectric switch includes a main light receiving element 1, an auxiliary light receiving element 2, a current mirror circuit 3, and a processing circuit 4. The main light receiving element 1 generates a detection current Ip including a dark current component (noise component) In that depends on ambient temperature in addition to a photocurrent component (signal component) Is according to the amount of received light L. In this example, the main light-receiving element 1 is composed of a two-terminal type NPN phototransistor lacking the base terminal, and its emitter terminal is connected to the node N and its collector terminal is connected to the power supply line. On the other hand, the auxiliary light receiving element 2 is shielded from the incident light L and generates only the pure dark current Id depending on the ambient temperature. The auxiliary light receiving element 2 is also a two-terminal NPN phototransistor lacking the base terminal, and has the same structure (same transistor characteristics) as the phototransistor on the side of the main light receiving element 1 described above. That is, the phototransistor on the side of the auxiliary light receiving element 2 generates the same amount of pure dark current Id as the dark current component In. The collector terminal of this compensation phototransistor is connected to a common power supply line, while the emitter terminal is connected to the input terminal of the current mirror circuit 3 described above.
【００１４】カレントミラー回路３は純暗電流Ｉｄに応
じた補償電流Ｉｃを生成し該検出電流Ｉｐから差し引く
事によって、該暗電流成分Ｉｎを除去した正味の検出電
流（光電流成分Ｉｓ）を得る。本例では、カレントミラ
ー回路３は純暗電流Ｉｄと同量の補償電流Ｉｃを生成し
ている。図示する様に、カレントミラー回路３は一対の
ＮＰＮトランジスタＴａ，Ｔｂからなる。両トランジス
タのベース端子は共通接続されると共に、補償用フォト
トランジスタのエミッタ端子に接続されている。入力側
のトランジスタＴａのコレクタ端子は補償用フォトトラ
ンジスタのエミッタ端子に接続する一方、そのエミッタ
端子は接地されている。出力側のトランジスタＴｂのコ
レクタ端子はノードＮに接続する一方、エミッタ端子は
接地されている。図示する様に、カレントミラー回路３
はノードＮを流れる検出電流Ｉｐから暗電流成分Ｉｎを
直接差し引いている。最後に、処理回路４は抵抗Ｒを流
れる正味の検出電流（Ｉｓ）を処理して出力信号Ｖｏｕ
ｔを生成する。本例では、この処理回路４は単純なイン
バータからなり、その入力端子はノードＮに接続する一
方、出力端子は制御対象となる装置（図示せず）側に接
続される。The current mirror circuit 3 generates a compensation current Ic corresponding to the pure dark current Id and subtracts it from the detection current Ip to obtain a net detection current (photocurrent component Is) from which the dark current component In is removed. . In this example, the current mirror circuit 3 generates the compensation current Ic of the same amount as the pure dark current Id. As shown, the current mirror circuit 3 is composed of a pair of NPN transistors Ta and Tb. The base terminals of both transistors are commonly connected and also connected to the emitter terminal of the compensating phototransistor. The collector terminal of the input-side transistor Ta is connected to the emitter terminal of the compensating phototransistor, while the emitter terminal is grounded. The collector terminal of the output-side transistor Tb is connected to the node N, while the emitter terminal is grounded. As shown, the current mirror circuit 3
Directly subtracts the dark current component In from the detection current Ip flowing through the node N. Finally, the processing circuit 4 processes the net detection current (Is) flowing through the resistor R and outputs the output signal Vou.
generate t. In this example, the processing circuit 4 is composed of a simple inverter, the input terminal of which is connected to the node N, while the output terminal of which is connected to the device (not shown) to be controlled.
【００１５】図２は、本発明にかかる光電変換装置の第
２実施例を示す回路図である。基本的な構成は図１に示
した光電変換スイッチと同一であり、対応する部分には
対応する参照番号を付して理解を容易にしている。異な
る点は、主受光素子１と処理回路４との間に増幅器５が
介在している事である。この増幅器５はＮＰＮトランジ
スタからなり主受光素子１を構成するＮＰＮフォトトラ
ンジスタと組み合わせてダーリントン接続を構成してい
る。負荷抵抗Ｒを通る正味の検出電流（Ｉｓ）はＮＰＮ
トランジスタ５によりｈFE倍され、別の負荷抵抗Ｒを流
れる。なお、ｈFEはＮＰＮトランジスタ５の電流増幅率
である。本実施例においても、主受光素子１から出力さ
れる暗電流成分はカレントミラー回路３により直接差し
引かれている。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention. The basic configuration is the same as that of the photoelectric conversion switch shown in FIG. 1, and corresponding parts are designated by corresponding reference numerals to facilitate understanding. The difference is that an amplifier 5 is interposed between the main light receiving element 1 and the processing circuit 4. The amplifier 5 is composed of an NPN transistor and is combined with an NPN phototransistor which constitutes the main light receiving element 1 to form a Darlington connection. The net detected current (Is) through the load resistance R is NPN
It is multiplied by h FE by the transistor 5 and flows through another load resistance R. Note that h FE is the current amplification factor of the NPN transistor 5. Also in this embodiment, the dark current component output from the main light receiving element 1 is directly subtracted by the current mirror circuit 3.
【００１６】図３は本発明にかかる光電変換装置の第３
実施例を示す回路図である。基本的には、図１に示した
光電変換スイッチと同一の構造を有しており、対応する
部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしてい
る。異なる点は、主受光素子１を構成するフォトトラン
ジスタに比べ、補助受光素子２を構成するフォトトラン
ジスタのサイズを縮小化して実装効率を有利にしたもの
である。この為、補助受光素子２から出力される純暗電
流Ｉｄは主受光素子１から出力される暗電流成分Ｉｎよ
り小さい。この差を補正する為、カレントミラー回路３
は純暗電流Ｉｄに比例する補償電流Ｉｃを生成し、暗電
流成分Ｉｎと同量になる様に調整する。具体的には、カ
レントミラー回路３の出力側のトランジスタＴｂは、入
力側のトランジスタＴａに比べ大きなエミッタ面積を有
している。例えば、補助受光素子２のサイズ（受光面
積）が主受光素子１に比べ半分に縮小化された場合、出
力側のトランジスタＴｂのエミッタ面積は入力側トラン
ジスタＴａに比べ２倍となる。この様にすれば、カレン
トミラー回路３の入力側にはＩｄの２倍に相当するＩｃ
が流れる為、過不足なく検出電流Ｉｐに含まれる暗電流
成分Ｉｎを差し引く事が可能になる。FIG. 3 shows a third photoelectric conversion device according to the present invention.
It is a circuit diagram which shows an Example. Basically, it has the same structure as the photoelectric conversion switch shown in FIG. 1, and corresponding parts are given corresponding reference numerals to facilitate understanding. The different point is that the size of the phototransistor forming the auxiliary light receiving element 2 is reduced as compared with the phototransistor forming the main light receiving element 1, and the mounting efficiency is made advantageous. Therefore, the pure dark current Id output from the auxiliary light receiving element 2 is smaller than the dark current component In output from the main light receiving element 1. In order to correct this difference, the current mirror circuit 3
Generates a compensation current Ic proportional to the pure dark current Id, and adjusts it so that it has the same amount as the dark current component In. Specifically, the output side transistor Tb of the current mirror circuit 3 has a larger emitter area than the input side transistor Ta. For example, when the size (light receiving area) of the auxiliary light receiving element 2 is reduced to half that of the main light receiving element 1, the emitter area of the output side transistor Tb is twice as large as that of the input side transistor Ta. In this way, the input side of the current mirror circuit 3 has Ic corresponding to twice Id.
, The dark current component In included in the detection current Ip can be subtracted without excess or deficiency.
【００１７】図４は、本発明にかかる光電変換回路の第
４実施例を示している。基本的には、図３に示した第３
実施例と同一の構成を有しており、対応する部分には対
応する参照番号を付して理解を容易にしている。前述し
た第３実施例では、カレントミラー回路３を構成する一
対のトランジスタＴａ，Ｔｂのエミッタ面積を相対的に
調整して、所望の大きさの補償電流を得ている。これに
対し、本実施例では一対のトランジスタＴａ，Ｔｂに接
続される負荷抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値を相対的に調整し
て、適量の補償電流が得られる様にしている。FIG. 4 shows a fourth embodiment of the photoelectric conversion circuit according to the present invention. Basically, the third shown in FIG.
The structure is the same as that of the embodiment, and corresponding parts are designated by corresponding reference numerals to facilitate understanding. In the third embodiment described above, the emitter areas of the pair of transistors Ta and Tb forming the current mirror circuit 3 are relatively adjusted to obtain a desired amount of compensation current. On the other hand, in the present embodiment, the resistance values of the load resistors Ra and Rb connected to the pair of transistors Ta and Tb are relatively adjusted so that an appropriate amount of compensation current can be obtained.
【００１８】図５は本発明にかかる光電変換装置の第５
実施例を示す回路図である。本実施例は複数（図示の例
では２個）の主受光素子１１，１２と、単一の補助受光
素子２とを含んでいる。カレントミラー回路３は単一の
純暗電流Ｉｄに応じて２個の補償電流Ｉｃ１，Ｉｃ２を
生成し、２個の主受光素子１１，１２の各々から個別に
暗電流成分を除去している。具体的には、カレントミラ
ー回路３は２個の出力側トランジスタＴｂ１，Ｔｂ２を
備えている。一方のトランジスタＴｂ１はノードＮ１に
接続され、第１の受光素子１１の検出電流から暗電流成
分を除去している。なお、このノードＮ１には第１の処
理回路４１が接続され、第１の出力信号Ｖｏｕｔ１が得
られる。第２のトランジスタＴｂ２は第２のノードＮ２
に接続され、第２の主受光素子１２の検出電流から暗電
流成分を除去している。なお、第２のノードＮ２には第
２の処理回路４２が接続され、第２の出力信号Ｖｏｕｔ
２が得られる。本実施例では単一の補助受光素子２及び
カレントミラー回路３で２個の主受光素子１１，１２の
暗電流補償を行なっているが、勿論３個以上の主受光素
子の暗電流補償を同様の構成により行なう事が可能であ
る。FIG. 5 shows a fifth embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention.
It is a circuit diagram which shows an Example. The present embodiment includes a plurality of (two in the illustrated example) main light receiving elements 11 and 12 and a single auxiliary light receiving element 2. The current mirror circuit 3 generates two compensation currents Ic1 and Ic2 according to the single pure dark current Id, and removes the dark current component from each of the two main light receiving elements 11 and 12. Specifically, the current mirror circuit 3 includes two output side transistors Tb1 and Tb2. One transistor Tb1 is connected to the node N1 and removes a dark current component from the detection current of the first light receiving element 11. The first processing circuit 41 is connected to the node N1, and the first output signal Vout1 is obtained. The second transistor Tb2 is connected to the second node N2.
And removes the dark current component from the detection current of the second main light receiving element 12. Note that the second processing circuit 42 is connected to the second node N2, and the second output signal Vout
2 is obtained. In this embodiment, the dark current compensation of the two main light receiving elements 11 and 12 is performed by the single auxiliary light receiving element 2 and the current mirror circuit 3. However, the dark current compensation of the three or more main light receiving elements is the same. It is possible to carry out by the structure of.
【００１９】図６は本発明にかかる光電変換装置の第６
実施例を示す回路図であり、例えば光学式エンコーダに
応用できる。基本的には、図１に示した第１実施例と同
様であり、対応する部分には対応する参照番号を付して
理解を容易にしている。本例では、主受光素子１がフォ
トダイオードで構成されている。これと対応して、補助
受光素子２も同一の構造を有するフォトダイオードで構
成されている。但し、補助受光素子２側のフォトダイオ
ードは入射光Ｌから完全に遮光されている。本例では処
理回路４がコンパレータＣＭＰで構成されている。この
コンパレータＣＭＰの正入力端子にはノードＮが接続し
ている。カレントミラー回路３により暗電流成分が除去
された正味の検出電流に応じて入力信号Ｖ+ がコンパレ
ータＣＭＰの正入力端子に印加される。一方、コンパレ
ータＣＭＰの負入力端子には一対の抵抗Ｒｘ，Ｒｙによ
って抵抗分割された所定の参照信号Ｖ- が印加される。FIG. 6 is a sixth photoelectric conversion device according to the present invention.
It is a circuit diagram showing an example and can be applied to an optical encoder, for example. Basically, it is similar to the first embodiment shown in FIG. 1, and corresponding parts are designated by corresponding reference numerals to facilitate understanding. In this example, the main light receiving element 1 is composed of a photodiode. Corresponding to this, the auxiliary light receiving element 2 is also composed of a photodiode having the same structure. However, the photodiode on the side of the auxiliary light receiving element 2 is completely shielded from the incident light L. In this example, the processing circuit 4 is composed of a comparator CMP. The node N is connected to the positive input terminal of the comparator CMP. The input signal V + is applied to the positive input terminal of the comparator CMP according to the net detected current from which the dark current component has been removed by the current mirror circuit 3. On the other hand, to the negative input terminal of the comparator CMP, a predetermined reference signal V − which is resistance-divided by the pair of resistors Rx and Ry is applied.
【００２０】図７は、図６に示した第６実施例の動作説
明に供する波形図である。図示する様に、入力信号Ｖ+
は入射光Ｌの受光量に応じて変動している。この変動
は、例えば入射光Ｌが光学式エンコーダのスリット板を
透過する際に現われるものである。補助受光素子２及び
カレントミラー回路３の作用により、主受光素子１の検
出電流から暗電流成分が過不足なく除去されている為、
入力信号Ｖ+ には実質的に直流成分が含まれていない。
コンパレータＣＭＰは参照信号Ｖ- を基準として入力信
号Ｖ+ を閾処理し、矩形の出力信号Ｖｏｕｔが得られ
る。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the sixth embodiment shown in FIG. As shown, the input signal V +
Varies depending on the amount of received incident light L. This fluctuation appears, for example, when the incident light L passes through the slit plate of the optical encoder. Due to the actions of the auxiliary light receiving element 2 and the current mirror circuit 3, the dark current component is removed from the detection current of the main light receiving element 1 without excess or deficiency.
The input signal V + contains substantially no DC component.
The comparator CMP threshold-processes the input signal V + with the reference signal V − as a reference to obtain a rectangular output signal Vout.
【００２１】図８は、図６に示した光電変換装置の具体
的な構成例を表わしている。前述した様に、光電変換装
置は主受光素子１、補助受光素子２、カレントミラー回
路３、処理回路４等を含んでいる。ディスクリートな部
品を用いて光電変換装置をハイブリッド構成にする事が
できる。しかしながら、主受光素子１、補助受光素子
２、カレントミラー回路３、処理回路４等の全部又は一
部を同一半導体基板に集積形成する事も可能であり、図
８はこのＩＣチップ構成を表わしている。基本的には、
主受光素子１と補助受光素子２はフォトダイオードから
なり、カレントミラー回路３や処理回路４はＮＰＮトラ
ンジスタと抵抗等から構成できる。従って、図８に示す
様にバイポーラＩＣプロセスを適用して、Ｐ型基板５１
上にＮＰＮトランジスタ、抵抗、フォトダイオード等を
集積形成可能である。例えば、フォトダイオードはＰ型
基板５１とＮ型エピタキシャル層５２との間のＰＮ接合
を利用すれば良い。主受光素子１用のフォトダイオード
と補助受光素子２用のフォトダイオードは同一の構造を
有している。但し、補助受光素子２用のフォトダイオー
ドは金属膜等からなる遮光層５３により完全に遮光され
ている。これに対し、主受光素子１側のフォトダイオー
ドには入射光が直接照射される。FIG. 8 shows a concrete configuration example of the photoelectric conversion device shown in FIG. As described above, the photoelectric conversion device includes the main light receiving element 1, the auxiliary light receiving element 2, the current mirror circuit 3, the processing circuit 4 and the like. The photoelectric conversion device can have a hybrid structure using discrete components. However, it is possible to integrally form all or part of the main light receiving element 1, the auxiliary light receiving element 2, the current mirror circuit 3, the processing circuit 4, etc. on the same semiconductor substrate. FIG. 8 shows this IC chip configuration. There is. Basically,
The main light receiving element 1 and the auxiliary light receiving element 2 are composed of photodiodes, and the current mirror circuit 3 and the processing circuit 4 can be composed of NPN transistors and resistors. Therefore, as shown in FIG. 8, the bipolar IC process is applied to the P-type substrate 51.
An NPN transistor, a resistor, a photodiode, and the like can be integratedly formed thereover. For example, the photodiode may use a PN junction between the P-type substrate 51 and the N-type epitaxial layer 52. The photodiode for the main light receiving element 1 and the photodiode for the auxiliary light receiving element 2 have the same structure. However, the photodiode for the auxiliary light receiving element 2 is completely shielded from light by the light shielding layer 53 made of a metal film or the like. On the other hand, the photodiode on the main light receiving element 1 side is directly irradiated with the incident light.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、主
受光素子と暗電流補償用の補助受光素子との間にカレン
トミラー回路が介在している。このカレントミラー回路
を介して検出電流から暗電流成分を直接差し引く事によ
り、温度変化に対して安定した信号出力が得られる光電
変換装置を実現できる。又、カレントミラー回路を介在
させる事により光電変換装置の回路構成を単純化でき回
路設計が容易になる。さらには、カレントミラー回路を
介する事により単一の補助受光素子で複数の主受光素子
の暗電流補償が可能になる。As described above, according to the present invention, the current mirror circuit is interposed between the main light receiving element and the auxiliary light receiving element for dark current compensation. By directly subtracting the dark current component from the detected current via this current mirror circuit, it is possible to realize a photoelectric conversion device that can obtain a stable signal output with respect to temperature changes. Also, by interposing the current mirror circuit, the circuit configuration of the photoelectric conversion device can be simplified and the circuit design becomes easy. Furthermore, by using the current mirror circuit, dark current compensation of a plurality of main light receiving elements becomes possible with a single auxiliary light receiving element.
【図１】本発明にかかる光電変換装置の第１実施例を示
す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention.
【図２】第２実施例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment.
【図３】第３実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment.
【図４】第４実施例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment.
【図５】第５実施例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a fifth embodiment.
【図６】第６実施例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a sixth embodiment.
【図７】第６実施例の動作説明に供する波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the sixth embodiment.
【図８】第６実施例の具体的な構成例を示す模式的な断
面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a specific structural example of the sixth embodiment.
【図９】従来の光電変換装置の一例を示す回路図であ
る。FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional photoelectric conversion device.
【図１０】従来の光電変換装置の他の例を示す回路図で
ある。FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a conventional photoelectric conversion device.
【図１１】図９に示した従来例の動作説明に供する波形
図である。FIG. 11 is a waveform diagram for explaining the operation of the conventional example shown in FIG.
【図１２】従来の光電変換装置の別の例を示す回路図で
ある。FIG. 12 is a circuit diagram showing another example of a conventional photoelectric conversion device.
【図１３】従来の光電変換装置のさらに別の例を示す回
路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing still another example of a conventional photoelectric conversion device.
【図１４】図１３に示した従来例の動作説明に供する波
形図である。FIG. 14 is a waveform diagram for explaining the operation of the conventional example shown in FIG.
１ 主受光素子 ２ 補助受光素子 ３ カレントミラー回路 ４ 処理回路 1 main light receiving element 2 auxiliary light receiving element 3 current mirror circuit 4 processing circuit
Claims (5)
えて周囲温度に依存する暗電流成分を含む検出電流を発
生する主受光素子と、 該入射光から遮光され周囲温度に依存する純暗電流のみ
を発生する補助受光素子と、 該純暗電流に応じた補償電流を生成し該検出電流から差
し引く事によって該暗電流成分を除去した正味の検出電
流を得るカレントミラー回路と、 該正味の検出電流を処理して出力信号を生成する処理回
路とからなる光電変換装置。1. A main light-receiving element that generates a detection current that includes a dark current component that depends on ambient temperature in addition to a photocurrent component that depends on the amount of received incident light, and is shielded from the incident light and depends on ambient temperature. An auxiliary light receiving element that generates only a pure dark current; a current mirror circuit that generates a compensation current according to the pure dark current and subtracts the dark current component to obtain a net detected current; A photoelectric conversion device comprising: a processing circuit that processes a net detected current to generate an output signal.
の構造を備え該暗電流成分と同量の純暗電流を発生し、
前記カレントミラー回路は該純暗電流と同量の補償電流
を生成する請求項１記載の光電変換装置。2. The auxiliary light-receiving element has the same structure as the main light-receiving element, and generates the same amount of pure dark current as the dark current component,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the current mirror circuit generates a compensation current of the same amount as the pure dark current.
比例する補償電流を生成し該暗電流成分と同量になる様
に調整する請求項１記載の光電変換装置。3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the current mirror circuit generates a compensation current proportional to the pure dark current and adjusts the compensation current so as to have the same amount as the dark current component.
トミラー回路及び処理回路の全部又は一部が同一半導体
基板に集積形成されている請求項１記載の光電変換装
置。4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein all or part of the main light receiving element, the auxiliary light receiving element, the current mirror circuit, and the processing circuit are integrally formed on the same semiconductor substrate.
とを含み、前記カレントミラー回路は単一の純暗電流に
応じて複数の補償電流を生成し、複数の主受光素子の各
々から個別に暗電流成分を除去する請求項１記載の光電
変換装置。5. A plurality of main light-receiving elements and a single auxiliary light-receiving element, wherein the current mirror circuit generates a plurality of compensation currents according to a single pure dark current, and each of the plurality of main light-receiving elements. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the dark current component is individually removed from the photoelectric conversion device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6336428A JPH08181348A (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Photoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6336428A JPH08181348A (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Photoelectric converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181348A true JPH08181348A (en) | 1996-07-12 |
Family
ID=18299032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6336428A Pending JPH08181348A (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Photoelectric converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08181348A (en) |
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1994
- 1994-12-22 JP JP6336428A patent/JPH08181348A/en active Pending
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