JPS61206303A - 光検出回路 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明はフォトインタラプタや赤外および可視光の受
光素子として使用されるフォトダイオードを用いた光検
出回路に係り、特にフォトダイオードのリーク電流成分
を削減して光電流を効率良く電圧に変換できる光検出回
路に関する。

［発明の技術的背景］ フォトダイオードはフォトカプラ、フォトインタラプタ
等の物体検出回路や赤外および可視光を検出する光検出
回路等において受光素子として広く用いられている。

ところで、受光素子としてフォトダイオードを用いた光
検出回路では、微少な光を検出するために光電流から電
圧への変換効率が高いことが要求される。この電流−電
圧変換効率を高めるため、従来の光検出回路では第４図
に示すように、フォトダイオードにおける検出電流をト
ランジスタおよび抵抗を用いて増幅するようにしている
。すなわち、第４図においてフォトダイオード１のカソ
ード、アノードはｎｐｎ型のトランジスタ２のベース、
エミッタ間に接続されている。上記トランジスタ２のエ
ミッタは接地されており、コレクタには定電流源３が接
続されている。そしてトランジスタ２のコレクタ、ベー
ス間には負荷用の抵抗４が接続されてる。

このような接続の従来の光検出回路において、トランジ
スタ２のコレクタ、エミッタ間電圧ＶＣＥは、トランジ
スタ２のベース、エミッタ間電圧をＶ　ＢＥ　、フォト
ダイオード１で検出される光電流をＩｐ、このときトラ
ンジスタ２に流れるベース電流をＩＢ、抵抗４の値をＲ
Ｌとすると、次の第１式で与えられる。

ＶＯＥ＝ＶＲＥ＋ＲＬ　（Ｉｇ＋Ｉｐ）・・・　　１ ここで上記定電流源３の出力電流■はトランジスタ２の
コレクタ電流Ｉｃ、ベース電流Ｉｇおよびフォトダイオ
ード１の光電流Ｉｐの和であるから、この電流Ｉは次の
第２式で表わされる。

１＝Ｉｃ＋Ｉｐ＋Ｉｐ ＝ＩＢ（１＋ｈｐＥ）＋Ｉｐ　　　・・・　まただし、
上記第２式においてｈＦＥはトランジスタ２の電流増幅
率である。

上記第１式および第２式により、ＶＣＥはざら・・・　
３ ここで第４図の回路において光電流Ｉｐが０がらＩｐに
変化するときにＶＣＥが　ＶＣＥ＋ΔＶＣＨに変化した
とすると、ΔＶＣＥは次の第”Ｒｔｒｐ　　　　　　　
・・・　４ すなわち、光電流ＩＰの変化はトランジスタ２により増
幅され、ざらに抵抗４によって電圧ΔＶＣＥに変換゛さ
れて出力される。

［背景技術の問題点］ 従来の光検出回路ではΔＶＣＥはほぼＲｔＩｐとなるが
、光電流の代わりにフォトダイオード１のリーク電流成
分ＩＲが加わった場合に上記ΔＶＣＥは次の第５式のよ
うに表わされる。なお、このリーク電流成分ＩＲは、フ
ォトダイオード１のカソードがトランジスタ２のベース
、エミッタ間電圧ＶＢＥでバイアスされることによって
発生するものである。

ΔＶｃＥＷＲｔ　（ＩＰ十ＩＲ）　　　＝　　５ところ
で、フォトダイオード１のリーク電流成分ＩＲはおおむ
ね次の第６式で与えられる。

この第６式から明らかなように、リーク電流成分ＩＲは
絶対温度Ｔや逆電圧ＶＲに大きく影響され、これは光電
流のＳ／Ｎ比にも影響を与える。

また、電流Ｉｓの値はフォトダイオードの受光面積によ
り決定されるが、その大小はＳ／Ｎ比にさほど影響を与
えるものではない。いま、半導体材料としてシリコンを
用いたバイポーラプロセスにおける上記リーク電流成分
ＩＲの典型的な値は約３２．６ｒＬＡである。これに対
して、実用上では光電流Ｉｐの値が５０ｒＬＡ程度とな
る場合もあり、ざらに高温状態ではリーク電流成分ＩＲ
が増加する。このため、従来の光検出回路ではフォトダ
イオードのリーク電流成分の存在により、Ｓ／Ｎ比が悪
化するという欠点がある。

［発明の目的］ この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
おりその目的は、十分高いＳ／Ｎ比で光電流の増幅を行
なうことができる光検出回路を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するためこの発明の光検出回路にあって
は、トランジスタのベース、エミッタ間にフォトダイオ
ードを挿入し、さらに上記トランジスタのベースとフォ
トダイオードとの間に順方向にダイオードを挿入するこ
とによって、トランジスタのベース、エミッタ間電圧に
よりフォトダイオードに印加される電圧をキャンセルす
るようにしている。

［発明の実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明にかかる光検出回路の一実施例の構成
を示す回路図である。この実施例回路が前記第４図の従
来回路と異なっているところは、フォトダイオード１に
対してダイオード５が順方向に直列に接続されているこ
とにある。しかもこのフォトダイオード１およびダイオ
ード５からなる直列回路は、ダイオード４がトランジス
タ２のベース側となるようにトランジスタ２のべ−ス、
エミッタ間に挿入されている。この実施例回路では、新
たに追加したダイオード５の順方向電圧を利用して、ト
ランジスタ２のベース、エミッタ間電圧によりフォトダ
イオード１に印加される電圧をキャンセルして、フォト
ダイオード１のリーク電流成分の発生を押さえるように
したものである。

すなわち、上記ダイオード５の順方向電圧をＶＦとする
と、フォトダイオード１のカソード、７ノ一ド間の電圧
ＶＲは次の第７式で与えられる。

ＶＲ＝Ｖｓ　Ｅ　−ＶＰ　　　　　　　　−７ここでト
ランジスタ２におけるＶＢＥとダイオード５におけるＶ
ｐそれぞれの値は適度に設定が可能であるため、フォト
ダイオード１のカソード、アノード間の電圧ＶＲの絶対
値はＶＢＨに対して十分率さなものにできる。この結果
、フォトダイオード１におけるリーク電流成分ＩＨの発
生原因となっているカソード、アノード間の電圧が小さ
くされるので、このリーク電流成分ＩＲの値は従来回路
よりも大幅に低減させることができる。リ一り電流成分
ＩＲが低減されるので、この実施例回路では十分高いＳ
／Ｎ比で光電流の増幅を行なうことができる。

第２図はこの発明回路におけるフォトトランジスタの温
度Ｔａ（’Ｃ）に対するリーク電流（ＩＲ）特性を従来
回路のものとあわせて示す特性図でおり、実線はこの発
明のものを、破線は従来回路のものをそれぞれ示す。こ
こで、ダイオード５の素子面積を小ざくした方が効果が
大きくなり、この特性図の場合にはダイオード５の素子
面積をトランジスタ２よりもわずかに大きくしている。

そして、ダイオード５とトランジスタ２の素子面積の設
定により、リーク電流の値を適度に下げることができる
。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものでなく種
々の変形が可能でおることはいうまでもない。例えば上
記実施例では増幅用のトランジスタとしてｎｐｎ型のト
ランジスタ２を用いる場合について説明したが、これは
第３図の実施例回路で示すようにｐｎｐ型のトランジス
タ６を用いて構成するようにしてもよい。なお、この実
施例の場合、前記のような流し出しの定電流源３から流
し込みの定電流源７に変更する必要があり、フォトダイ
オード１およびダイオード４の接続も図示のように変更
する必要がある。

また上記ダイオード５としてはダイオードそのものを使
用する他に、ベース、エミッタ間を短絡したトランジス
タや、温度補償を考慮して電界効果トランジスタを使用
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、十分高いＳ／Ｎ
比で光電流の増幅を行なうことができる光検出回路を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第２
図は上記実施例を説明するための特性図、第３図はこの
発明の他の実施例の構成を示す回路図、第４図は従来回
路の回路図である。 １・・・フォトダイオード、２，６・・・トランジスタ
、３．７・・・定電流源、４・・・抵抗、５・・・ダイ
オード。 第１図 一＋Ｔａ　（’ｃ　） 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トランジスタと、このトランジスタのベース、エミッタ
   間に挿入されるフォトダイオードと、上記トランジスタ
   のベースと上記フォトダイオードとの間に順方向に挿入
   されるダイオードとを具備したことを特徴とする光検出
   回路。