JPS629232A

JPS629232A - 測光回路

Info

Publication number: JPS629232A
Application number: JP14970585A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nomura; 仁野村; Juichi Yoneyama; 米山　寿一; Hiroaki Tanaka; 宏明田中
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1987-01-17

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）本発明は、２つの対数圧縮した光電変換出力の差を増幅
して両者の比を求める回路、例えばビデオカメラのホワ
イトバランス回路として使用される測光回路に関する。

（発明の背景）従来、ビデオカメラ等のホワイトバランス回路に使用さ
れる測光回路としては、例えば第４図のものが知ら糺て
いる。

第４図において、１１．１２は入力光、１．３ａ、１３
ｂは入力光１１．１２の各々を光電流１１．　Ｉ２に変
換する光電変換素子、Ｄ、、Ｄ２は光電流Ｉ、、Ｉ２を
対数圧縮して電圧に変換するダイオード接続されたＮＰ
Ｎ）ランジスタ、１４ａ、１４ｂは演算増幅器であり、
これらの回路により光電流Ｉ、、Ｉ２を対数圧縮して電
圧に変換した光電変換出力Ｖ。Ｉｎ”０２を得る。

１４　ｃは差動増幅器とし作動する演算増幅器であり、
光電変換出力Ｖ。ｌ＃　　”０２の差を増幅して両者の
比を表わす出力Ｖ。ｕｔを得る。ここで、演算増幅器１
４　ａの（＋）入力には基準電圧源からの正の温度依存
性をもつ基準電圧ｖｓを印加され、（−）入力端子への
帰還回路にはサーミスタ１５を設け、温度補償を行なっ
ている。Ｒｔ　ｈはサーミスタ１５の抵抗弁で、負の温
共依存性を有する。

その回路機能を詳細に説明すると、まずグイオ−ド接続
したＮＰＮ　トランジスタＤ、　、　Ｄ２により対数圧
縮して電圧信号として得られる光電変換出力Ｖ。Ｉ＃”
０２は次式で与えられる。

但し、Ｋ；ボルツマン定数Ｔ；絶対温度（Ｋ）Ｉｓｌ　、　　Ｉｓ２　；逆方向飽和電流また出力Ｖ。

ｕｔは。

α＝　（Ｒｅ十几５）／Ｒ５（４）但し、Ｒ，；　Ｒ３，Ｒ４，Ｒｔｈの合成抵抗Ｒｃ＝Ｒ
ｓ＋Ｒ，・Ｒｔｈ／　（Ｒ４＋　Ｒｔｈ）　（５）と表
わされる。従って、Ｉｓｌ＃Ｉｓ２とすると前記（１）
　〜（３）式よりＶｏｕｔは、となり、Ｖｏｕｔは２つの光電流１１とＩ２の比を表わ
す量となる。

またサーミスタ１５の抵抗分Ｒｔｈは温度の逆数に比例
する温度依存性を示し、基準電圧Ｖｓは温度に比例する
ような基準電圧源から得られているため、Ｒ１−Ｒ３の
抵抗値を適当に定めることにより、出力Ｖｏｕｔの温度
依存性をなくすことができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の測光回路にあっては、
一般にサーミスタの特性に大きなバラツキがあることか
ら補償できる温度範囲もあまり広くなく、また抵抗値の
相対的なバラツキも大きいために温度依存性のない安定
した出力を第４図の回路で得ることはむずかしい。

この欠点を解決するために、回路を集積化して各累子間
の相対的なバラツキを低減する方法も考えられるが、第
４図に示した回路の場合、比較的大きな抵抗値（数十〜
数百にΩ）が必要なため、このような抵抗値を集積回路
内で相対的なバラツキを押えながら実現するのは困難で
あった。更に、温度補償素子としてのサーミスタは外部
接続せざるを得ないため、結局集積化には遣さないもの
となっていた。

（発明の目的）本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、比較的広い温度範囲に渡って温度依存性のない良
好で安定な出力が得られ、且つ容易に集積化することの
できる測光回路を提供することを目的とする。

（発明概要）この目的を達成するため本発明にあっては、対数圧縮し
た２つの光電変換出力の差から両者の比を求める測光回
路に於いて、各光電変換出力を差動接続した一対の増幅
素子に入力して各増幅素子の増幅出力の差として両者の
比を求めると共に、一対の増幅素子の合成電流を一定電
流に保つ定電流回路を設け、この定電流回路に一定電流
を流すために設定する基準電圧を、温度依存性をもたな
い基準電圧源から得るようにしたものである。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示した回路図である。

まず構成を説明すると、３ａ、３ｂは光電変換素子であ
り、入力光１．２のそれぞれを光電流Ｌｓ工、に変換す
る。Ｄ、　、　Ｄ２は光電流Ｉ、、Ｉ２のそれぞれを対
数圧縮して、電圧に変換するダイオード接続されたＮＰ
Ｎトランジスタであり、演算増幅器４ａ、４ｂの帰還回
路に設けられ、演算増幅器４ａ。

４ｂの出力として光電流１１．　Ｉ２を対数圧縮して、
電圧に変換した光電変換出力ＶＳ１　、　　ｖｓ２を得
る。

なお、演算増幅器４ａ、４ｂの（＋）入力端子には直流
電圧Ｖｄ１．Ｖａｚを与える電圧源がそれぞれ接続され
、この一方を可変とすることによりオフセットを調整す
ることができる。

演算増幅器４ａ、４ｂで得られた光電変換出力ｖ５１゜
Ｖｓ２は、差動接続されたＮＰＮ　）ランジスタＱｌａ
Ｑ２のベースに与えられる。ＮＰＮ　）ランジスタＱ、
　、　Ｑ、は、コレクタ負荷として同じ抵抗値を持つ抵
抗Ｒ１をそれぞれ接続し１．エミッタ側を共通接続して
いる。このエミッタ側の共通接続点とアースの間には、
ＮＰＮ　）ランジスタＱ１とＱ２の合成電流を一定に保
つための定電流回路が設けられる。

即ち、ＮＰＮ　トランジスタＱ１とＱ２のエミッタ共通
接続に続いて、定電流駆動用のＮＰＮ）ランジスタＱ３
及び抵抗Ｒ２が直列接続され、ＮＰＮトランジスタＱ３
は基準電圧ｖｒの入力を受けた演算増幅器４Ｃにより定
電流駆動される。即ち、演算増幅器４Ｃにより抵抗Ｒ２
の両端の電圧が一定に保たれるため、トランジスタＱ、
の動作電流は一定（定電流）となる。

この定電流回路に於ける演算増幅器４Ｃの（＋）入力端
子には、基準電圧源５より規定の規定電流を設定するた
めの基準電圧Ｖｒが与えられており、特に本発明にあっ
ては基準電圧源５は温度依存性のない基準電圧Ｖｒを演
算増幅器４Ｃに与える。

この様に温度依存性を持たない基準電圧Ｖｒを発生する
基準電圧源５としては、例えば第２図に示すようなシリ
コンのバンドギャップを利用した公知の定電圧回路が用
いられる。該公知の定電圧回路は、差動増幅器４ｄの入
力段に差動接続したＮＰＮ）ランジスタＱ４とＱ、に於
けるシリコンのバンドギャップを利用して温度依存性を
持たない基準電圧ｖｒを発生しており、ＮＰＮ）ランジ
スタＱ４１Ｑ、を形成する時の面積比ｍを調整すること
で出力域圧（基準電圧）■「の温度依存性をなくすこと
ができる。

また温度依存性を持たない基準電圧源５としては、勿論
第２図の回路に限定されず、例えばツェナーダイオード
を用いて温度係数が零となる基準電圧を発生する公知の
回路を使用しても良い。

再び第１図を参照するに、差動接続されたＮＰＮトラン
ジスタＱ、　、　Ｑ２のコレクタと抵抗Ｒ２の間より、
差動増幅された出力Ｖ。１ｍ”０２が取出されてオリ、
コノ出力ｖ。、とＶＯ２ノ差（Ｖａｔ　　Ｖｏ２）を求
めることで、光電流Ｉ、と１２の比に応じた信号を得る
ことができる。このＮＰＮ）ランジスタＱ、とＱ２の出
力Ｖ。１とＶ。２の差を求める回路としては、図示の差
動増幅段に続いて通常の演算増幅器に設けられる公知の
回路がそのまま使用される。・次に第１図の実施例の作
用を説明する。

今ダイオードＤ１．　Ｄ、で対数圧縮して電圧に変換し
た光電流１１．Ｉ２０光電変換出力をＶａｔ、Ｖｓｚと
すると、但し、ｋ；ボルツマン定数Ｔ：絶対温度じＫ）ｑ；電子電荷Ｉｓｌ、Ｉｓ２；逆方向飽和電流と表わすことができ、ここでＮＰＮ　）ランジスタＱ１
とＱ２を差動接続している差動増幅段の電圧利得をＡｖ
ｄとすれば、最終的な測光回路の出力ＶｏｕｔはＶｏｕｔ　＝＝　ＶＯＩ　　ＶＯ２＝Ａｖｄ（ＶｓｌＶ
Ｓ２）　　　（９）となる。ここで　Ｉ　ｓｌ　＃Ｉｓ
２　、　Ｖｄｔ　共Ｖ−ｄ２　　とすると、前記（７）
、　（８）式より光電変換出力の差（ｖ５１−Ｖ＝２）
は、となる。また差動増幅段の電圧利得Ａｖｄは次式％式％但し、ｈｒｅ　；　）ランジスタのエミッタ接地電流増
巾率ｒｂ；）ランジスタのペース抵抗ｒｅ；トランジスタのエミッタ抵抗この第（１１）式におけるトランジスタのエミッタ抵抗
ｒｅは定電流駆動用のＮＰＮ）ランジスタＱ、の動作電
流を２Ｉｏとすると、次式で表わされる。

□。”　　Ｖｒ／Ｒ２・（１３）更にｒｂ＜＜　（１＋　ｈｒｃ）　ｒｅとすれば前記第
（１１）〜（１３）式より電圧駒得Ａｖｄは、となる。従って、前記第（９）、（１０）及び（１４）
式より出力Ｖ。ｕｊはとなり、２つの光電流■１とＩ２の比を表わす量となる
。

ここで、第（１５）式において基準電圧ｖｒは温度依存
性のない基準電圧源５から得られた電圧であり、他の項
もすべて同種の回路素子におけるパラメータの比となっ
ているため、それぞれの温度依存性は打ち消されること
となり、全体として温度依存性のない出力Ｖｏｕｔを得
ることができる。

更に、特性の良し悪しはすべて各素子間の整合性で決定
されるため、集積化することにより、より良好な特性を
得ることができる。特にこの実施例にあっては使用され
る抵抗の値が数キロオーム程度であり、集積回路内で容
易に実現が可能である。

第３図は本発明の他の実施例を示した回路図であり、こ
の実施例は差動段を構成するＮＰＮトランジスタＱ、　
、　Ｑ２のそれぞれにダイオード接続されたトランジス
タＤ３．Ｄ４を直列接続して電圧利得を第１図に対し、
半分に設定する様にしたことを特徴とする。

即ち、ＮＰＮ）ランジスタＱ、　、　Ｑ、及びダイオー
ド接続されたＮＰＮトランジスタＤ３．　Ｄ４を差動接
続して成る差動増幅段の電圧利得をＡｖｄｌとし、各ト
ランジスタの特性は同一であるとすると、Ａｖｄｌは次
式で表わされる。

＝　　　Ａｖｄ　　　　　　　　　　　　　　（１６）
従って出力（ｖｏｕｔ）′は＝　−Ｖｏｕｔ　　　　　　　　　　　Ｑ７）となり、
前記第（１５）式で与えられる第１図の実施例と比較し
て他の特性は同じで電圧利得のみが半分となり、温度特
性を損なうことなく、Ｖｏｕｔのダイナミックレンジを
改善することができる。

（発明の効果）以上、説明して来た様に本発明によれば、対数圧縮した
２つの光電変換出力の差から両者の比を求める測光回路
、すなわち、各光電変換出力を差動接続した一対の増幅
素子に入力して各増幅素子の出力の差を出力として得る
ような回路において、前記一対の増幅素子の合成電流を
一定電流に保つ定電流回路を設け、この定電流回路によ
り発生する一定電流値を設定するための基準電圧を、温
度依存性を持たない基準電圧源から得る様にしたため、
比較的広い温度範囲にわたって温度依存性のない良好で
且つ安定した出力を得ることができ、また従来のサーミ
スタの様な集積化ができない回路素子を持たないため、
容易に集積化することができ、回路素子相互間でより高
い整合性が得られるため、この集積化をもって、更に良
好で且つ安定な出力を得ることができる。

更に、集積化により小型ビデオカメラや各種映像装置に
おけるホワイトバランス回路として本発明の測光回路を
使用することで、温度依存性のない良好で安定した特性
を持つコンパクトで且つ安価な回路とすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した回路図、鮮２図は第
１図の実施例で用いる温度依存性のない基準′電圧を発
生する基準電圧源の−？ｌｌを示した回路図、第３図は
本発明の他の実施例を示した回路図、第４図は従来例を
示した回路図である。１．２二人力光　　　　３ａ、　３ｂ　：光電変換菓子
４ａ、　４ｂ、　４ｃ、　４ｄ　：演算増幅器５：基準
電圧源Ｑ、、Ｑ２　：　ＮＰＮ）ランジスタ（差動段の増幅素
子）Ｑ、：ＮＰＮ）ランジスタ（定電流駆動用）Ｒ１−
Ｒ６：抵抗

Claims

【特許請求の範囲】対数圧縮した２つの光電変換出力の差から両者の比を求
める測光回路に於いて、前記光電変換出力のそれぞれを入力する差動接続された
一対の増幅素子と、該一対の増幅素子の合成電流を一定
電流に保つ定電流回路と、該定電流回路に定電流設定用
の、温度依存性をもたない基準電圧を印加する基準電圧
源とを備え、前記差動増幅素子の出力の差から２つの光
電変換出力の比を求めるようにしたことを特徴とする測
光回路。