JPS609707Y2 - 光電変換回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電源電圧の変化に関係なく応答性の速い光電変
換回路に関するものである。

従来、光起電力効果を有する受光素子、例えばホトダイ
オードを用いた光電変換回路においては回路に電源を投
入すると、ホトダイオードの接合容量に電荷が蓄積され
るため、特にホトダイオードの出力電流がピコアンペア
程度になるような受光面照度しかない場合には、その蓄
積電荷がホトダイオードの光出力電流によってのみ放電
されるため、回路の出力が所定の光出力電流に応じた出
力レベルになるまでには相当な時間を要し、よって応答
速度を遅くする欠点を有していた。

これを図面を参照して説明する。

第１図に従来よりある光電変換回路を示す。

この回路はろうそくの明るさから真夏の太陽の明るさま
での光量（照度比にして１σ〜１０７）を効果的に電気
量に変換する対数式光電変換回路で、自動露出式カメラ
の光電変換回路には欠くことのできないものである。

図において、演算増幅器ＯＰ□の出力はアノードがそれ
に接続されたダイオードＤ１を介して反転入力端子に帰
還されており、ダイオードＤ工には電流源１により電流
を供給されている。

演算増幅器ＯＰ□の出力は演算増幅器ＯＰ２の非反転入
力端子３に接続されている。

ホトダイオードＰＤがそのアノードを演算増幅器ＯＰ２
の反転入力端子２に、そのカソードを非反転入力端子３
に接続されて設けられている。

演算増幅器ＯＰ２の出力はカソードがそれに接続された
ダイオードＤ２を介して反転入力端子２に帰還されてい
る。

この演算増幅器ＯＰ２の出力端子にこの回路の出力電圧
Ｖ。

が表われる。ここでダイオードＤ２はホトダイオードＰ
Ｄの光出力電流を電圧に変換するログダイオード（ｌｏ
ｇｄｉｏｄｅ）、ダイオードＤ□はログダイオードＤ２
の順方向電圧の温度特性を補償するダイオードである。

か）る構成において、ホトダイオードの受光面照度りに
おける出力電圧Ｖ。

は、ｉｐを照度りにおけるホトダイオードＰＤの光出力
電流、Ｉｋを温度補償用ダイオードＤ１に流れる順方向
電流、Ｋをボルツマン定数、ｑを電子の電荷量とすれば
、で表わされ、ホトダイオードＰＤに流れる光出力電流
Ｉｐは広い範囲にわたって対数変換されていることが判
る。

たＳ゛シ、Ｖｒｅｎは演算増幅器ＯＰ工の非反転入力端
子に与えられる基準電圧である。

ここでＩｋは光出力電流１ｐの最大値を’ＰＭＡＸとす
ると■≧ＩｐｖＡｘになるように選ぶ。

なお演算増幅器ＯＰ２はＩｐがピコアンペア程度の光出
力電流まで扱うので絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
をその入力に持つような高入力インピーダンス型演算増
幅器であることはいうまでもない。

今、回路に電源が投入されると、ホトダイオードＰＤの
接合容量Ｃｊには図示のように充電されるため、電源投
入後、直ちに演算増幅器ＯＰ２の出力Ｖｏにほぼ正電源
Ｖ＋に近い高レベルに保持されたままになる。

ホトダイオードＰＤの出力電流が大きいと、ホトダイオ
ードの接合容量Ｃｊに蓄積された電荷は速やかに放電し
て回路の出力は式（１）で決まる電圧値に復帰するが、
ホトダイオード面の照度が低い場合には、その光出力電
流Ｉｐが照度に比例して小さくなるため、接合容量Ｃｊ
に蓄積された電荷の放電時間が長くなり、演算増幅器Ｏ
Ｐ２の出力は高レベルに保持されたままの状態が続くこ
とになり、応答速度が極めて悪くなる。

この現象は、カメラの自動露出制御にこの光電変換回路
を使用する場合、応答速度が極めて遅くなるため実用上
致命的な欠陥となる。

本考案の目的は、電源電圧の変化に関係なく応答速度の
速い光電変換回路を提供することである。

本考案によれば、照度に応じた電気信号を発生する受光
素子と、この受光素子からの電気信号を受ける演算増幅
器と、この演算増幅器の出力電圧と基準電圧とを比較す
る比較器と、この比較器の出力に応じて受光素子に蓄積
された電荷を放電する放電回路とを有する光電変換回路
において、放電回路は定電流源を有し、この定電流源の
電流を利用して受光素子の電荷を放電することを特徴と
する光電変換回路を得る。

か）る構成により、電源が投入されると受光素子の接合
容量には電荷が蓄積されるが、照度が極めて低く、その
蓄積電荷が受光素子を介して放電できない場合には演算
増幅器の出力はその蓄積電荷に応答して例えば高レベル
を発生することになる。

この高レベル出力よりも基準電圧を小さく設定しておけ
ば、比較器出力は定電流源を導通させるようなレベルを
発生し、よって蓄電電荷は速やかに、定電流源により放
電される。

その結果、演算増幅器は、受光素子の出力信号の大きさ
で決まる出力を発生することになる。

その時の増幅器の出力レベルが比較器の基準電圧より小
となる如くこの基準電圧を設定しておけば、比較器の出
力は反転して定電流源を非導通として、もって光電変換
器は正常動作状態となる。

ここで放電手段に定電流源ではなく、スイッチング素子
、たとえばトランジスタを用いて、電源から蓄積電荷を
放電させる電流を供給すると、電源電圧の変化により、
放電させる電流が変化し、電源電圧の変化に対する応答
速度の変化は第３図に示すような特性となる。

しかし、放電手段に定電流源を使うことにより′蓄積電
荷を放電させる電流は電源電圧の変化に影響されなくな
り、よって応答速度は電源電圧の変化に関係なく一定と
なる。

以下、本考案を実施例につき図面を用いて説明する。

第２図は本考案の実施例回路図であり、第１図と同等部
分は同一符号をもって示す。

図において演算増幅器ＯＰ２の出力６は比較器Ｃの１入
力端に接続され、他入力端には基準電圧Ｖｒｅｆ２が供
給されている。

比較器Ｃの出力５は定電流源４の一端及びダイオードＤ
３のアノードに接続され、ダイオードＤ３のカソードは
ホトダイオードＰＤのアノードに接続されている。

ここで、比較器Ｃの１人力である基準電圧Ｖｒｅ、２の
値は次の如く選定される。

今、ホトダイオードＰＤの電流のうち光出力電流として
使用するＩｐの最小電流をＩｐＭＩＮとするとＶｒｅｒ
ａは式（２）に示す範囲内に設定する。

＜ Ｖｒｅｆ２ ＜ＶＯＭＡＸ ・
・・・・・（２）但し、ＶｏＭＡＸは演算増幅器ＯＰ２
最大出力電圧即ち、非反転端子３の電圧が入力端子２の
電圧よりも大きい場合の出力電圧を意味する。

か）る構成により回路に電源を投入すると、ホトダイオ
ードＰＤの接合容量Ｃｊには、第２図に示すように非反
転端子３が正となるような電荷が蓄積される。

それと同時に演算増幅器ＯＰ２の出力６はＶ。

ＭＡＸに保持される。すると、比較器Ｃの出力は高レベ
ルになるので、定電流源４から接合容量Ｃｊに定電流１
ｄが流れ込み、接合容量Ｃｊに蓄積された電荷は速やか
に放電し、演算増幅器ＯＰ２の出力は、（１）式で決ま
るレベルに復帰する。

それと同時に比較器Ｃの出力は低レベルになるので、定
電流源４の定電流ＩＤは比較器Ｃの出力に流れ込み、比
較器Ｃ及び定電流源４は光電変換回路から切り離される
。

従って、本考案によれば、比較器Ｃにより、定電流源４
の０Ｎ−ＯＦＦが速やかに行なわれるので接合容量に蓄
積された電荷は極めて速く放電し、光電変換回路の応答
速度は、従来に比べて格段に速くなる。

更に、定電流により放電させているので、応答速度は電
源電圧の変化に影響されない。

また演算増幅器ＯＰ２の非反転端子３におけるリーク電
流が小さくできればできる程、光出力電流の最小値を拡
大、即ち、測光範囲を拡大することができる。

か）る光電変換回路を、例えばカメラ等の光電変換部に
使用すれば、低照度における自動露出制御が極めて容易
に実現させることができ、また、自動露出制御範囲も特
に低照度側に拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換回路、第２図は本考案による光
電変換回路の実施例、第３図は第２図の回路において、
定電流源をスイッチング素子に置き換えたときの電源電
圧の変化に対する応答速度の特性であり、■ｐ＝１０ｐ
ＡでホトダイオードはＰＨ２０１について測定した例で
ある。 Ｄ□・・・・・・温度補償用ダイオード、Ｄ２・・・・
・・ログダイオード、Ｄ３・・・・・・ダイオード、Ｐ
Ｄ・・・・・・ホトダイオード、Ｃｊ・・・・・・ホト
ダイオードの接合容量、■＋・・・・・・光電変換回路
の正電源、■−・・・・・・光電変換回路の負電源、１
，４・・・・・・定電流源、Ｃ・・・・・・コンパレー
タ、ＯＰｌ、Ｏ１２・・・・・・演算増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 照度に応じた電気信号を発生する受光素子と、該受光素
   子からの電気信号を受ける演算増幅器と、該演算増幅器
   の出力電圧と基準電圧とを比較する比較器と、定電流源
   を備え前記比較器の出力に応じて前記受光素子に蓄積さ
   れた電荷を前記定電流源の電流で放電する放電回路とを
   有することを特徴とする光電変換回路。