JP4454982B2 - Photometric circuit - Google Patents
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Description
この発明は、受光素子としてフォトダイオードを用い、その受光信号を電流電圧変換する測光回路であって、例えば、カメラ等に利用する積分方式の測光回路に関する。 The present invention relates to a photometric circuit that uses a photodiode as a light receiving element and converts the received light signal into a current-voltage, for example, an integration type photometric circuit used for a camera or the like.
従来より、カメラで用いられている積分方式の測光回路の構成例を図9に示す。図9に示す測光回路は、演算増幅回路101 の非反転端子と反転端子の間にフォトダイオード102 が接続され、前記演算増幅回路101 の反転端子と該演算増幅回路101 の出力端子が接続され、前記演算増幅回路101 の非反転端子と他端が接地された積分容量103 の一端とスイッチ104 の一方の端子が接続され、前記スイッチ104 の他方の端子と一端が接地された基準電圧源105 の他端が接続されて、構成されている。
FIG. 9 shows a configuration example of an integrating photometry circuit conventionally used in cameras. In the photometric circuit shown in FIG. 9, a
次に、この従来例に係る測光回路の動作について説明する。まず、積分開始前は、スイッチ104 をON状態とする。このとき、演算増幅回路101 の出力端子には、基準電圧源105 の電圧VREFが出力される。
Next, the operation of the photometric circuit according to this conventional example will be described. First, before the start of integration, the
次に、測光開始の指示によりスイッチ104 をONからOFFに切り換える。これにより積分が開始され、演算増幅回路101 の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(1)で表される。
Next, the
VOUT=VREF+(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・・・(1)
ここで、Ipd1はフォトダイオード102 の光電流、tは積分時間、C1は積分容量103 の容量値である。
VOUT = VREF + (Ipd1 × t) / C1 (1)
Here, Ipd1 is the photocurrent of the
また、他の積分方式の測光回路の構成例を図10に示す。図10に示す構成例は、演算増幅回路101 の非反転端子と反転端子の間にフォトダイオード102 が接続され、前記演算増幅回路101 の反転端子と該演算増幅回路101 の出力端子の間に、積分容量103 とスイッチ104 が並列で接続され、前記演算増幅回路101 の非反転端子と基準電圧源104 が接続されて、構成されている。
Further, FIG. 10 shows a configuration example of another integration type photometry circuit. In the configuration example shown in FIG. 10, a
次に、この構成例の動作について説明する。まず、積分開始前は、スイッチ104 をON状態とする。このとき、演算増幅回路101 の出力端子には基準電圧源105 の電圧VREFが出力される。
Next, the operation of this configuration example will be described. First, before the start of integration, the
次に、測光開始の指示によりスイッチ104 をONからOFFに切り換える。これにより積分が開始され、演算増幅回路101 の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(2)で表される。
Next, the
VOUT=VREF−(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・・・(2)
ここで、Ipd1はフォトダイオード102 の光電流、tは積分時間、C1は積分容量103 の容量値である。
VOUT = VREF− (Ipd1 × t) / C1 (2)
Here, Ipd1 is the photocurrent of the
カメラで用いられている積分方式の測光回路は、フラッシュの調光時等に用いられることが多い。なお、この種の積分方式の測光回路としては、特開平5−288604号公報等に開示がなされている。
ところで、上記積分方式の測光回路において、実装面積の削減やコスト低減のため、フォトダイオードと積分回路を同一の半導体基板上に構成した場合、プロセスの構成上、フォトダイオードのカソード(もしくはアノード)が半導体基板の共通領域(通常は最高電位)に接続されるのが一般的である。また、カメラで用いられる分割フォトダイオードでは、複数個のフォトダイオードのカソード(もしくはアノード)が半導体基板の共通領域に接続される。しかしながら、上記従来例に示した構成の積分方式の測光回路では、上記フォトダイオードの接続態様は回路構成上実現が困難である。 By the way, in the photometry circuit of the integration method, when the photodiode and the integration circuit are configured on the same semiconductor substrate in order to reduce the mounting area and the cost, the cathode (or the anode) of the photodiode is arranged due to the process configuration. Generally, it is connected to a common region (usually the highest potential) of the semiconductor substrate. In the divided photodiode used in the camera, the cathodes (or anodes) of the plurality of photodiodes are connected to the common region of the semiconductor substrate. However, in the integrating photometry circuit having the configuration shown in the conventional example, it is difficult to realize the connection mode of the photodiode because of the circuit configuration.
本発明は、上記の観点に着目してなされたもので、フォトダイオードと積分回路を同一の半導体基板上に構成することができ、更に、フォトダイオードの光電流が急激に変化した場合や、基板バイアス電流の影響による積分誤差を極力少なくすることで、測光特性を低下させないようにした積分方式の測光回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the above viewpoint, and the photodiode and the integration circuit can be configured on the same semiconductor substrate. Further, when the photocurrent of the photodiode changes abruptly, the substrate An object of the present invention is to provide an integration-type photometry circuit in which the integration error due to the influence of the bias current is reduced as much as possible so as not to deteriorate the photometry characteristics.
上記問題点を解決するため、請求項1に係る発明は、一方の端子が一方の電源に接続されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードのバイアスを略一定に設定するために、第1及び第2の端子、及び前記第1の端子から前記第2の端子への電流を制御する制御端子を有し、前記第1の端子が前記フォトダイオードの他方の端子に接続された第1の半導体素子と、反転入力端子が前記フォトダイオードの他方の端子に、非反転入力端子が前記電源あるいは他の電源に、出力端子が前記第1の半導体素子の制御端子に、それぞれ接続された演算増幅回路とを含むバイアス設定部と、前記バイアス設定部の前記演算増幅回路の反転入力端子に接続され、前記フォトダイオードに流れる光電流が減少したとき、電流源からの電流を前記バイアス設定部に印加する電流印加部と、前記略一定のバイアスに設定された前記フォトダイオードからの出力電流を積分し、前記フォトダイオードが受光した光量に対応する信号を出力する積分出力部と、を備えて測光回路を構成するものである。
In order to solve the above problems, the invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に係る測光回路において、前記電流印加部は、前記電流源からの電流を、測光とその次の測光との間に印加することを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項2に係る測光回路において、前記フォトダイオードは、そのアノードもしくはカソード端子の一方の端子が前記一方の電源に接続され、前記電流印加部は、第1及び第2の端子、及び該第1の端子から該第2の端子への電流を制御する制御端子を有し、該制御端子が前記第1の半導体の制御端子に接続され、該第2の端子が他方の電源に接続された第2の半導体素子と、一端を前記一方の電源に他端を前記第2の半導体素子の第1の端子に接続された電流源と、一方の端子が前記電流源の他端と前記第2の半導体素子の第1の端子に接続され、他方の端子が前記演算増幅回路の反転入力端子に接続されたスイッチと、を備え、前記積分出力部は、前記第1の半導体素子の第2の端子に接続された第1の積分容量と、該第1の積分容量により積分された電圧を、前記フォトダイオードが受光した光量に対応する信号として出力する出力回路と、を備えていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項3に係る測光回路において、前記バイアス設定部は、前記演算増幅器の反転入力端子と前記フォトダイオードの他方の端子との接続を行うスイッチを更に備えていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the photometric circuit according to the third aspect , the bias setting unit further includes a switch for connecting the inverting input terminal of the operational amplifier and the other terminal of the photodiode. It is characterized by.
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測光回路において、各構成要素が同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
上記請求項1〜4に係る発明のように構成した測光回路によれば、プロセスの構成上、フォトダイオードの一方の電極、すなわちカソード(もしくはアノード)が半導体基板の共通領域(通常は最高電位)に接続された場合でも、フォトダイオードと積分回路を同一の半導体基板上に構成することができる。更に、フォトダイオードの光電流が急激に変化した場合でも、測光動作完了後に演算増幅器の反転入力端子の電圧を、周辺が暗黒時にフォトダイオードが受光した場合に近い電圧に、速やかに収束させることができるので、次の測光時に、回路的な要因で起こる積分誤差を極力少なくすることができ、測光特性を低下させない積分方式の測光回路を実現できる。また、上記請求項5に係る発明のように構成した測光回路においては、同一の半導体基板上に全ての回路を構成することでICの低コスト化に貢献できる。更に、請求項1乃至4に係る測光回路の回路構成においては、アノードあるいはカソードが半導体基板に共通に接続されている複数のフォトダイオードにも対応できる。よって、このような制約のあるフォトダイオードを用いても同一の半導体基板上に複数の測光回路を実現できる。
According to the photometric circuit configured as in the invention according to the claims 1-4, the configuration of the process, one electrode of the full Otodaio de, or cathode (or anode) is a common region (usually the highest potential of the semiconductor substrate even when it is connected to) it can be configured off Otodaio de and an integrating circuit in the same semiconductor substrate. Furthermore, even if the full Otodaio de photocurrent rapidly changes, the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier after the metering operation is completed, the voltage close to when a peripheral has received the full Otodaio de during darkness, quickly converged Therefore, it is possible to reduce an integration error caused by circuit factors at the next photometry, and to realize an integration-type photometry circuit that does not deteriorate the photometry characteristics. In the photometric circuit configured as in the invention according to the fifth aspect , it is possible to contribute to cost reduction of the IC by configuring all the circuits on the same semiconductor substrate. Further, in the circuit configuration of the light measuring circuit according to
次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。 Next, the best mode for carrying out the invention will be described.
図1は、本発明に係る測光回路の実施例1を示す回路構成図である。この実施例は、請求項1に係る発明に対応するものである。ここで、第1及び第2の端子、及び前記第1の端子から前記第2の端子への電流を制御する制御端子を有する半導体素子として、MOSトランジスタを用いた場合について説明する。以下、他の実施例でも同様である。図1に示すように、この実施例の測光回路は、カソードを電源VCC1に接続したフォトダイオード1と積分出力部2の間に、フォトダイオード1を略ゼロのバイアスに設定、あるいは逆バイアスに設定するバイアス設定部3と、バイアス設定部3に電流を印加する電流印加部4とで構成されている。
FIG. 1 is a circuit configuration
バイアス設定部3は、フォトダイオード1のアノードを演算増幅回路5の反転端子とPch−MOSトランジスタQ1のソース端子に接続し、前記演算増幅回路5の非反転端子を電源6に接続し、前記トランジスタQ1のゲート端子と前記演算増幅回路1の出力端子を接続し、前記トランジスタQ1のドレイン端子を積分出力部2の入力に接続して構成されている。
The
次に、このように構成されている測光回路の動作について説明する。図2は、測光回路の測光タイミング例で、例えば最初の積分測光1の終了時にフォトダイオード1からの光電流Ipd1が急激に減少すると、理想的には、前記演算増幅回路5の反転端子の電圧は、仮想接地により常に前記演算増幅回路5の非反転端子の電圧と同一であるから、これにより、次式(3)に示すように前記トランジスタのドレイン電流IGOUTもIpd1と同様に変化する。
Next, the operation of the photometry circuit configured as described above will be described. FIG. 2 shows an example of the photometry timing of the photometry circuit. For example, when the photocurrent Ipd1 from the
IGOUT=Ipd1 ・・・・・・・・・・・(3)
しかしながら実際には、前記演算増幅回路5の開ループゲインは有限であり、光電流Ipd1が変動すると、前記トランジスタQ1のソースとゲート間の電圧が変動するので、前記演算増幅回路5の反転端子の電圧も変動する。また、フォトダイオード1には、カソードとアノード間に並行に寄生容量Cpdが存在し、また前記演算増幅回路5を安定的に動作させるための位相補償容量Copがフォトダイオード1に並行に存在する。したがって、前記演算増幅回路5の反転端子の電圧が変動すると、前記寄生容量Cpdや位相補償容量Copに充放電が起こり、それらの容量からの電流が時定数をもって、IGOUTに加算され、積分出力部2へ流れる。
IGOUT = Ipd1 (3)
However, in practice, the open loop gain of the
この時定数は、前記トランジスタQ1のソース電流へ流れる電流が少ないほど長くなり、図2でハッチングで示すように、次の測光2の動作時までにIGOUTが残ってしまうと、この電流分が次の測光時の積分誤差要因となってしまう。これを防ぐため、最初の積分測光1の終了時と次の積分測光2のタイミング間に、電流印加部4から測光間の間で時定数が充分収まり、且つ、できるだけ微小な電流を前記演算増幅回路5の反転端子に印加する。すなわち、フォトダイオード1に対して暗時のバイアスを設定する。これにより、寄生容量Cpdや位相補償容量Copの充放電流が流れても、次回の積分測光への影響をなくすことができる。
This time constant becomes longer as the current flowing to the source current of the transistor Q1 is smaller. As shown by hatching in FIG. 2, if IGOUT remains until the
次に、実施例2について説明する。図3は、本発明に係る測光回路の実施例2を示す回路構成図である。この実施例は、請求項2に係る発明に対応するものである。図3に示すように、この実施例においては、フォトダイオード1のカソードを電源VCC1に接続し、アノードを演算増幅回路1の反転端子とPch−MOSトランジスタQ1のソース端子に接続し、前記演算増幅回路1の非反転端子を電源6に接続し、Pch−MOSトランジスタQ1のゲート端子と前記演算増幅回路1の出力端子を接続して、同様にバイアス設定部3を構成している。また、前記トランジスタQ1のドレイン端子が積分容量7とスイッチ8の一方の端子に接続され、前記スイッチ8の他方の端子が基準電圧源9に接続され、トランジスタQ1と積分容量7との接続点に、出力電流IGOUTが前記積分容量7により積分された電圧を出力電圧として取り出すバッファ回路10が接続されて、積分出力部2を構成している。また、電流源11とPch−MOSトランジスタQ2のソース端子がスイッチ12を介して、前記演算増幅回路5の反転端子に接続され、前記トランジスタQ2のゲート端子と前記トランジスタQ1のゲート端子が接続され、前記トランジスタQ2のドレイン端子が接地されて、電流印加部4を形成している。
Next, Example 2 will be described. FIG. 3 is a circuit configuration
次に、このように構成されている実施例2に係る測光回路の動作について図2の測光回路のタイミング例で説明する。まず、測光開始前は、スイッチ8,スイッチ12をON状態とする。このとき、バッファ回路10の出力VOUTには基準電圧源9の電圧VREFが出力される。
Next, the operation of the photometry circuit according to the second embodiment configured as described above will be described with reference to a timing example of the photometry circuit shown in FIG. First, before the start of photometry, the
そして、最初の測光1の開始の指示によりスイッチ8,スイッチ12をONからOFFに切り換える。これにより積分が開始され、このときまでに光電流Ipd1の変化がなければ、バッファ回路10の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(4)で表される。
Then, the
VOUT=VREF+(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・・・(4)
ここで、Ipd1はフォトダイオード1の光電流、tは積分時間、C1は積分容量7の容量値である。
VOUT = VREF + (Ipd1 × t) / C1 (4)
Here, Ipd1 is the photocurrent of the
次に、最初の積分測光1の終了の指示によりスイッチ8,スイッチ12をOFFからONに切り換える。このタイミングと同時にフォトダイオード1からの光電流Ipd1が急激に減少すると、前記演算増幅回路5の反転端子の電圧が変動し、寄生容量Cpdや位相補償容量Copに充放電が起こり、それらの容量からの電流が時定数をもって、出力電流IGOUTに加算される。この時定数は前記トランジスタQ1のソース電流へ流れる電流が少ないほど長くなり、次の積分測光2の動作までに出力電流IGOUTが残ってしまうと、この電流分が次の測光時の積分誤差要因となってしまうが、本実施例では電流源11からスイッチ12を介して、次の積分測光2の開始までに時定数が充分収まり、且つ、できるだけ微小な電流を前記演算増幅回路5の反転端子に印加する。これにより、寄生容量Cpdや位相補償容量Copの充放電流の影響は、2回目の測光開始の指示によりスイッチ8,スイッチ12をONからOFFに切り換えるときには既になくなっており、測光特性を低下させない積分方式の測光回路を実現できる。
Next, the
次に、実施例3について説明する。図4は、本発明に係る測光回路の実施例3を示す回路構成図である。この実施例は、請求項3に係る発明に対応するものである。図4に示した実施例3の基本構成は、図3に示した実施例2と同様である。図3に示した実施例2と異なる点は、フォトダイオード1のアノードとPch−MOSトランジスタQ1のソース端子との接続部と演算増幅回路5の反転端子の間にスイッチ13が接続されており、そして、スイッチ12がONのときは、スイッチ13がOFFというように互い違いに動作させる点である。このように構成された測光回路の作用効果は、図3に示した実施例2と同様である。
Next, Example 3 will be described. FIG. 4 is a circuit configuration
次に、実施例4について説明する。図5は、本発明に係る測光回路の実施例4を示す回路構成図である。この実施例は、請求項4に係る発明に対応する。
Next, Example 4 will be described. FIG. 5 is a circuit configuration
測光回路のバイアス設定部3におけるPch−MOSトランジスタQ1のバックゲートは、電源VCC1に接続されており、微小な基板バイアス電流(リーク電流)Ibgq1が流れるようになっている。この基板バイアス電流Ipgq1は、温度が上昇すると、測光回路で扱う電流では無視できなくなくなるレベルの電流値となる。よって、図3に示す実施例2に係る測光回路では、温度上昇時に前記トランジスタQ1の基板バイアス電流Ibgq1が、出力電流IGOUTに加算されて積分容量7に流れてしまい、測光特性を低下させる。この測光特性の低下を低減させるために、本実施例では図5に示すように、図3に示した実施例2の回路構成に、ソース端子とゲート端子が電源VCC1に接続されたPch−MOSトランジスタQ3と、入力端子が前記トランジスタQ3ドレイン端子に、出力端子が前記トランジスタQ1のドレイン端子にそれぞれ接続されたカレントミラー回路14とを備える基板バイアス電流キャンセル回路15を付加したものである。
The back gate of the Pch-MOS transistor Q1 in the
次に、このように構成されている測光回路の動作について説明する。それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1, Ibgq3を考慮すると、積分出力部2のバッファ回路10の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(5)で表される。
Next, the operation of the photometry circuit configured as described above will be described. Considering the substrate bias currents Ibgq1 and Ibgq3 of the transistors Q1 and Q3, the voltage VOUT output to the output terminal of the
VOUT=VREF+〔(Ipd1+Ibgq1 − Ibgq3)×t〕/C1 ・・・・(5)
ここで、前記トランジスタQ1とQ3のサイズを同一として、前記カレントミラー回路14の入出力電流比を1:1とすると、それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1, Ibgq3は、ほぼ等しくなる。よって、式(5)は、
VOUT=VREF+(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・・・(6)
となり、バイアス設定部3を構成するトランジスタQ1の基板バイアス電流に影響されず、測光特性を低下させない積分方式の測光回路を実現できる。
VOUT = VREF + [(Ipd1 + Ibgq1−Ibgq3) × t] / C1 (5)
Here, assuming that the transistors Q1 and Q3 have the same size and the input / output current ratio of the
VOUT = VREF + (Ipd1 × t) / C1 (6)
Thus, an integral-type photometric circuit that is not affected by the substrate bias current of the transistor Q1 constituting the
次に、実施例5について説明する。図6は本発明に係る測光回路の実施例5を示す回路構成図である。この実施例は、請求項5に係る発明に対応する。この実施例は、図6に示すように、図3に示した実施例2の測光回路の回路構成に、Pch−MOSトランジスタQ3のソース端子とゲート端子が電源VCC1に接続され、前記トランジスタQ3のドレイン端子が積分容量16とスイッチ17の一方の端子に接続され、前記スイッチ17の他方の端子が基準電圧源9に接続され、トランジスタQ3と積分容量16との接続点に、前記トランジスタQ3の基板バイアス電流Ibgq3が前記積分容量16により積分された電圧を出力電圧として取り出すバッファ回路18が接続され、このバッファ回路18の出力と前記積分出力部2のバッファ回路10の出力とを入力とし、前記バッファ回路10の出力から前記トランジスタQ1の基板バイアス電流をキャンセルした信号を出力する演算回路19とを備える基板バイアス電流キャンセル回路20を付加したものである。
Next, Example 5 will be described. FIG. 6 is a circuit configuration
次に、このように構成されている測光回路の動作について説明する。この実施例の測光回路も、前記バイアス設定部3のトランジスタQ1の基板バイアス電流Ibgq1による測光特性の低下を低減するものであり、それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1,Ibgq3を考慮すると、積分出力部2のバッファ回路10の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(7)で表される。
Next, the operation of the photometry circuit configured as described above will be described. The photometry circuit of this embodiment also reduces the degradation of photometry characteristics due to the substrate bias current Ibgq1 of the transistor Q1 of the
VOUT=VREF+〔(Ipd1+ Ibgq1)×t〕/C1 ・・・・(7)
次に、基板バイアス電流キャンセル回路20のバッファ回路18の出力端子に出力される電圧VOUT2は、以下の式(8)で表される。但し、C2は積分容量16の容量値である。
VOUT = VREF + [(Ipd1 + Ibgq1) × t] / C1 (7)
Next, the voltage VOUT2 output to the output terminal of the
VOUT2=VREF+(Ibgq3×t)/C2 ・・・・・・・・・(8)
ここで、前記トランジスタQ1とQ3のサイズを同一とすると、それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1, Ibgq3は、ほぼ等しくなる。また、積分容量7,16のサイズを同一として、それぞれのバッファ回路10,18の出力を演算回路19で演算を行うと、次式(9)が得られる。
VOUT2 = VREF + (Ibgq3 × t) / C2 (8)
If the transistors Q1 and Q3 have the same size, the substrate bias currents Ibgq1 and Ibgq3 of the transistors Q1 and Q3 are substantially equal. When the sizes of the integrating
VOUT−VOUT2=(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・・(9)
これにより、バイアス設定部3を構成するトランジスタQ1の基板バイアス電流に影響されず、測光特性を低下させない積分方式の測光回路を実現できる。
VOUT−VOUT2 = (Ipd1 × t) / C1 (9)
Thereby, it is possible to realize an integral-type photometric circuit that is not affected by the substrate bias current of the transistor Q1 constituting the
次に、実施例6について説明する。図7は、本発明に係る測光回路の実施例6を示す回路構成図である。この実施例は請求項6に係る発明に対応する。図7に示すように、この実施例は、カソードを電源VCC1に接続したフォトダイオード1と、フォトダイオード1のアノードを演算増幅回路5の反転端子とPch−MOSトランジスタQ1のソース端子に接続し、前記演算増幅回路5の非反転端子を電源6に接続し、Pch−MOSトランジスタQ1のゲート端子と前記演算増幅回路5の出力端子を接続したバイアス設定部3と、前記トランジスタQ1のドレイン端子が積分容量7とスイッチ8の一方の端子に接続され、前記スイッチ8の他方の端子が基準電圧源9に接続され、トランジスタQ1と積分容量7との接続点に、バイアス設定部3の出力電流IGOUTが前記積分容量7により積分された電圧を出力電圧として取り出すバッファ回路10が接続された積分出力部2と、Pch−MOSトランジスタQ3のソース端子とゲート端子が電源VCC1に接続され、入力端子が前記トランジスタQ3のドレイン端子に、出力端子が前記バイアス設定部3のトランジスタQ1のドレイン端子にそれぞれ接続されたカレントミラー回路14を備えた基板バイアス電流キャンセル回路15とで、測光回路を構成している。
Next, Example 6 will be described. FIG. 7 is a circuit configuration
次に、このように構成されている測光回路の動作について説明する。それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1,Ibgq3を考慮すると、バッファ回路10の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(10)で表される。
Next, the operation of the photometry circuit configured as described above will be described. Considering the substrate bias currents Ibgq1 and Ibgq3 of the transistors Q1 and Q3, the voltage VOUT output to the output terminal of the
VOUT=VREF+((Ipd1+Ibgq1−Ibgq3)×t)/C1 ・・・・(10)
ここで、前記トランジスタQ1とQ3のサイズを同一として、前記カレントミラー回路14の入出力電流比を1:1とすると、それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1,Ibgq3は、ほぼ等しくなる。よって、式(10)は、
VOUT=VREF+(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・・・(11)
となり、バイアス設定部3を構成するトランジスタQ1の基板バイアス電流に影響されず、測光特性を低下させない積分方式の測光回路を実現できる。
VOUT = VREF + ((Ipd1 + Ibgq1-Ibgq3) × t) / C1 (10)
Here, assuming that the transistors Q1 and Q3 have the same size and the input / output current ratio of the
VOUT = VREF + (Ipd1 × t) / C1 (11)
Thus, an integral-type photometric circuit that is not affected by the substrate bias current of the transistor Q1 constituting the
次に、実施例7について説明する。図8は、本発明に係る測光回路の実施例7を示す回路構成図である。この実施例は請求項7に係る発明に対応する。図8に示すように、この実施例は、カソードを電源VCC1に接続したフォトダイオード1と、フォトダイオード1のアノードを演算増幅回路5の反転端子とPch−MOSトランジスタQ1のソース端子に接続し、前記演算増幅回路5の非反転端子を電源6に接続し、Pch−MOSトランジスタQ1のゲート端子と前記演算増幅回路5の出力端子を接続したバイアス設定部3と、前記トランジスタQ1のドレイン端子が積分容量7とスイッチ8の一方の端子に接続され、前記スイッチ8の他方の端子が基準電圧源9に接続され、トランジスタQ1と積分容量7との接続点に、バイアス設定部3の出力電流IGOUTが前記積分容量7により積分された電圧を出力電圧として取り出すバッファ回路10が接続されてた積分出力部2と、Pch−MOSトランジスタQ3のソース端子とゲート端子が電源VCC1に接続され、前記トランジスタQ3のドレイン端子が積分容量16とスイッチ17の一方の端子に接続され、前記スイッチ17の他方の端子が基準電圧源9に接続され、トランジスタQ3と積分容量16との接続点に、前記トランジスタQ3の基板バイアス電流Ibgq3が前記積分容量16により積分された電圧を出力電圧として取り出すバッファ回路18が接続され、このバッファ回路18の出力と前記積分出力部2のバッファ回路10の出力とを入力とし、前記バッファ回路10の出力から前記トランジスタQ1の基板バイアス電流をキャンセルした信号を出力する演算回路19とを備える基板バイアス電流キャンセル回路20とで、測光回路を構成している。
Next, Example 7 will be described. FIG. 8 is a circuit configuration
次に、このように構成されている測光回路の動作について説明する。この実施例の測光回路も、前記バイアス設定部3を構成するトランジスタQ1の基板バイアス電流Ibgq1による測光特性の低下を低減するものであり、それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1,Ibgq3を考慮すると、積分出力部2のバッファ回路10の出力端子に出力される電圧VOUTは、以下の式(12)で表される。
Next, the operation of the photometry circuit configured as described above will be described. The photometry circuit of this embodiment also reduces the degradation of photometry characteristics due to the substrate bias current Ibgq1 of the transistor Q1 constituting the
VOUT=VREF+〔(Ipd1+Ibgq1)×t〕/C1 ・・・・・・・・(12)
次に、基板バイアス電流キャンセル回路20を構成するバッファ回路18の出力端子に出力される電圧VOUT2は、以下の式(13)で表される。
VOUT = VREF + [(Ipd1 + Ibgq1) × t] / C1 (12)
Next, the voltage VOUT2 output to the output terminal of the
VOUT2=VREF+(Ibgq3×t)/C2 ・・・・・・・・・(13)
ここで、前記トランジスタQ1とQ3のサイズを同一とすると、それぞれのトランジスタQ1,Q3の基板バイアス電流Ibgq1,Ibgq3は、ほぼ等しくなる。また、積分容量7,16のサイズを同一として、それぞれのバッファ回路10,18の出力を演算回路19で演算を行うと、
VOUT−VOUT2=VREF+(Ipd1×t)/C1 ・・・・・・・・(14)
となり、バイアス設定部3を構成するトランジスタQ1の基板バイアス電流に影響されず、測光特性を低下させない積分方式の測光回路を実現できる。
VOUT2 = VREF + (Ibgq3 × t) / C2 (13)
If the transistors Q1 and Q3 have the same size, the substrate bias currents Ibgq1 and Ibgq3 of the transistors Q1 and Q3 are substantially equal. Further, assuming that the sizes of the
VOUT−VOUT2 = VREF + (Ipd1 × t) / C1 (14)
Thus, an integral-type photometric circuit that is not affected by the substrate bias current of the transistor Q1 constituting the
次に、実施例8について説明する。この実施例は、図1,図3〜図8に示した実施例1〜7において、各測光回路を、それぞれ同一の半導体基板上に配置して構成するようにしたもので、この実施例は請求項8に係る発明に対応する。
Next, Example 8 will be described. In this embodiment, each of the photometry circuits is arranged on the same semiconductor substrate in the first to seventh embodiments shown in FIGS. 1 and 3 to 8. This corresponds to the invention according to
なお、上記実施例1〜7に示した測光回路では、フォトダイオードのアノードあるいはカソードが半導体基板上の最高電位に直接接続されている場合でも、フォトダイオードからの電流を積分出力部の積分容量で積分することが可能である。よって、フォトダイオードと積分回路を同一半導体基板上に配置できる。更に、カメラ等に用いられる分割センサのように、アノードあるいはカソードが半導体基板に共通に接続されている複数のフォトダイオードにも対応できる。よって、このような制約のあるフォトダイオードを用いても、同一の半導体基板上に複数の測光回路を実現できる。 In the photometric circuits shown in the first to seventh embodiments, even when the anode or cathode of the photodiode is directly connected to the highest potential on the semiconductor substrate, the current from the photodiode is integrated with the integration capacitance of the integration output unit. It is possible to integrate. Therefore, the photodiode and the integration circuit can be arranged on the same semiconductor substrate. Further, it can cope with a plurality of photodiodes whose anodes or cathodes are commonly connected to a semiconductor substrate, such as a divided sensor used in a camera or the like. Therefore, a plurality of photometric circuits can be realized on the same semiconductor substrate even when such a restricted photodiode is used.
このように、同一の半導体基板上に測光回路を構成する全ての回路を形成することで、ICの低コスト化に貢献できる。なお、上記実施例1〜7においては、フォトダイオードのアノードから光電流を得る例を示したが、カソードから得る場合も同様の効果が得られる。 Thus, by forming all the circuits constituting the photometric circuit on the same semiconductor substrate, it is possible to contribute to the cost reduction of the IC. In Examples 1 to 7, an example in which the photocurrent is obtained from the anode of the photodiode has been described. However, the same effect can be obtained when the photocurrent is obtained from the cathode.
なお、上記実施例では、バイアス設定部3を構成する演算増幅回路5の非反転端子に電源6を接続したもので説明したが、この非反転端子を電源VCC1に接続して構成してもよい。
In the above embodiment, the
1 フォトダイオード
2 積分出力部
3 バイアス設定部
4 電流印加部
5 演算増幅回路
6 電源
7 積分容量
8 スイッチ
9 基準電圧源
10 バッファ回路
11 電流源
12 スイッチ
13 スイッチ
14 カレントミラー回路
15 基板バイアス電流キャンセル回路
16 積分容量
17 スイッチ
18 バッファ回路
19 演算回路
20 基板バイアス電流キャンセル回路
DESCRIPTION OF
10 Buffer circuit
11 Current source
12 switch
13 switch
14 Current mirror circuit
15 Substrate bias current cancel circuit
16 integral capacity
17 switch
18 Buffer circuit
19 Arithmetic circuit
20 Substrate bias current cancel circuit
Claims (5)
前記フォトダイオードのバイアスを略一定に設定するために、第1及び第2の端子、及び前記第1の端子から前記第2の端子への電流を制御する制御端子を有し、前記第1の端子が前記フォトダイオードの他方の端子に接続された第1の半導体素子と、反転入力端子が前記フォトダイオードの他方の端子に、非反転入力端子が前記電源あるいは他の電源に、出力端子が前記第1の半導体素子の制御端子に、それぞれ接続された演算増幅回路とを含むバイアス設定部と、
前記バイアス設定部の前記演算増幅回路の反転入力端子に接続され、前記フォトダイオードに流れる光電流が減少したとき、電流源からの電流を前記バイアス設定部に印加する電流印加部と、
前記略一定のバイアスに設定された前記フォトダイオードからの出力電流を積分し、前記フォトダイオードが受光した光量に対応する信号を出力する積分出力部と、を備えていることを特徴とする測光回路。 A photodiode with one terminal connected to one power source;
In order to set the bias of the photodiode substantially constant , the first and second terminals, and a control terminal for controlling a current from the first terminal to the second terminal, the first terminal A first semiconductor element having a terminal connected to the other terminal of the photodiode, an inverting input terminal to the other terminal of the photodiode, a non-inverting input terminal to the power supply or another power supply, and an output terminal to the power supply A bias setting unit including operational amplifier circuits respectively connected to control terminals of the first semiconductor element ;
Is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier circuit of the bias setting portion, when the photocurrent flowing through the photodiode is reduced, a current applying unit for applying a current from current source to the bias setting portion,
An integrating output unit that integrates an output current from the photodiode set to the substantially constant bias and outputs a signal corresponding to the amount of light received by the photodiode; .
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