JP5015442B2

JP5015442B2 - 電流検出回路およびそれを用いた受光装置ならびに電子機器

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Publication number: JP5015442B2
Application number: JP2005296719A
Authority: JP
Inventors: 洋一爲我井; 智名手; 勲山本
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2012-08-29
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Description

本発明は、受光デバイスに流れる電流を検出する電流検出回路に関する。

さまざまな電子機器において、外部から入射する光を測定し、測定した受光量に応じた信号処理を行っている。このような例としては、照度センサ、赤外線リモコンの受光装置などが挙げられる。光を受光する受光デバイスとしては、フォトトランジスタやフォトダイオード、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）などが広く用いられている。

フォトトランジスタやフォトダイオードは、受光量に応じた電流を出力する。したがって、受光装置は、これらの受光デバイスに流れる電流を増幅し、あるいは電圧変換するなどして信号処理を行っている。たとえば、特許文献１には、赤外線リモートセンサの受光装置が開示されており、その図３には、受光回路の構成が開示されている。また、特許文献２には、演算増幅器を用いた受光回路の構成が開示されている。

特開平６−１８８８３５号公報特開２００５−２１６９８４号公報

こうした受光装置において、所定のタイミングにおいてのみ受光を行いたい場合がある。一例として、カメラやカメラ付き携帯電話端末における、フラッシュの発光制御を考える。フラッシュの発光時間は、フラッシュが撮像対象物に照射され、反射して戻ってきた光を検出し、所定の光量が反射してきた時点でフラッシュの発光を停止するという制御が行われる。したがって、フラッシュの発光前に光の検出を行うと、本来測定すべきでない太陽光や蛍光灯の光も測定することになるため、正確な発光制御が行えないという問題が生ずる。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定のタイミングにおいて受光を行う受光装置に使用可能であって、安定した電流検出が可能な電流検出回路の提供にある。

本発明のある態様は、検出端子に接続される受光デバイスに流れる電流を検出する電流検出回路に関する。この電流検出回路は、受光デバイスの電流経路上に設けられた第１トランジスタと、受光デバイスを含む主電流経路と並列に設けられ、オンオフの制御が可能なバイアス電流経路と、第１トランジスタとともにカレントミラー回路を構成し、第１トランジスタに流れる電流を所定係数倍して本電流検出回路の出力とする第２トランジスタと、を備える。バイアス電流経路は、受光デバイスの受光開始に先立ってオンする。バイアス電流経路は、直列に接続された第１バイアス抵抗およびバイアススイッチを含んで構成してもよい。

この態様によると、受光に先立ってバイアス電流経路をオンして電流を流すことにより、第１トランジスタに電流が流れることとなる。その結果、第１トランジスタが定電流領域にバイアスされ、検出端子の電圧をほぼ一定値に保つことができ、安定した電流検出が可能となる。

バイアス電流経路は、受光デバイスが受光を開始してから所定時間経過後にオフしてもよい。この場合、バイアス電流経路をオフした後は、受光デバイスに流れる電流のみを検出することになるため、より正確な電流検出を行うことができる。

電流検出回路は、受光デバイスの受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号を所定時間ラッチするラッチ回路をさらに備え、当該ラッチ回路の出力信号を、バイアス電流経路のオンオフを制御するための信号としてもよい。

電流検出回路は、主電流経路上の第１トランジスタおよび検出端子間に設けられた第２バイアス抵抗をさらに備えてもよい。第２バイアス抵抗をバイパスするバイパススイッチをさらに備え、バイパススイッチは、受光デバイスの受光開始に先立ってオンしてもよい。
第２バイアス抵抗を設けることにより、受光開始前の期間において、主電流経路のインピーダンスを高くすることができ、回路の消費電流を低減することができる。

電流検出回路は、第２トランジスタに流れる電流を容量に充電し、電圧に変換して出力してもよい。この場合、受光デバイスにより生成された光電流を積分して、電圧として出力することができる。

電流検出回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。電流検出回路を１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、トランジスタや抵抗などの回路素子の特性を均一に保つことができる。

本発明の別の態様は、受光装置である。この受光装置は、上述の電流検出回路と、電流検出回路の検出端子に接続される受光デバイスと、を備える。受光デバイスはフォトトランジスタあるいはフォトダイオードであってもよい。この態様によれば、受光デバイスに流れる電流を好適に検出することができ、正確な受光量の測定が可能となる。

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、発光デバイスと、発光デバイスから発せられた光が、外部の物体により反射した光を検出する上述の受光装置と、を備える。発光デバイスは、受光装置により検出した反射光の光量が所定値に達すると、発光を停止してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電流検出回路によれば、安定した電流検出が可能となる。

図１は、本実施の形態に係る電子機器３００の構成を示す図である。本実施の形態に係る電子機器３００は、たとえば、カメラ付き携帯電話端末であり、フラッシュを備えている。電子機器３００は、フラッシュを発光した後、反射して戻ってきた光を検出する受光装置を備えており、所定の光量を検出すると、フラッシュの発光を停止するものである。

電子機器３００は、電池３１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０、発光デバイス３３０、発光制御部３４０、発光制御トランジスタ３５０、受光装置２００を備える。
電池３１０は、Ｌｉイオン電池などであり、３Ｖ〜４Ｖ程度の電池電圧Ｖｂａｔを出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０は、発光デバイス３３０を駆動するために、電池電圧Ｖｂａｔを３００Ｖ程度まで昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０により生成される駆動電圧Ｖｄｒｖは、発光デバイス３３０へと供給される。

発光デバイス３３０は、たとえばキセノンチューブランプであって、３００Ｖ程度まで昇圧された駆動電圧Ｖｄｒｖがその一端に印加されている。発光デバイス３３０の他端には、発光制御トランジスタ３５０が接続される。発光制御トランジスタ３５０としては、高耐圧のＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが用いられる。発光制御トランジスタ３５０のゲートには、発光制御部３４０から出力される発光制御信号ＳＩＧ１が入力される。

発光制御部３４０には、ユーザがフラッシュをオンにすると、シャッターのタイミングと同期してハイレベルとなる制御信号ＣＮＴが入力されている。発光制御部３４０は後述のように、制御信号ＣＮＴにもとづいて発光制御信号ＳＩＧ１をハイレベルに切り換える。発光制御信号ＳＩＧ１がハイレベルとなると、遅延時間τ経過後に発光制御トランジスタ３５０がオンし、発光デバイス３３０が発光する。遅延時間τは、キセノンチューブランプの特性で決まる。

また、発光制御部３４０は、制御信号ＣＮＴにもとづき、第１制御信号ＣＮＴ１〜第３制御信号ＣＮＴ３を生成し、受光装置２００へと出力する。受光装置２００は、発光制御部３４０から出力される第１制御信号ＣＮＴ１〜第３制御信号ＣＮＴ３によって、受光のためのスタンバイ状態へと遷移する。その後、受光装置２００は、発光デバイス３３０から発光され、外部の撮影対象物に反射して戻ってきた光を検出し、検出電圧Ｖｄｅｔとして出力する。発光制御部３４０は、検出電圧Ｖｄｅｔが所定のしきい値電圧Ｖｔｈを超えると、すなわち検出した反射光が、所定の光量に達すると、発光制御信号ＳＩＧ１をローレベルとして、発光デバイス３３０の発光を停止する。

次に、本実施の形態に係る受光装置２００の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る受光装置２００の構成を示す回路図である。受光装置２００は、電流検出回路１００、フォトトランジスタ２１０、充電キャパシタＣｃｈｇ、調節抵抗Ｒａｄｊを含む。電流検出回路１００はひとつの半導体基板上に一体集積化されたＩＣであり、本実施の形態においては、図１の発光制御部３４０や、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０の制御回路などとともに、機能ＩＣ３０２として一体集積化されている。

フォトトランジスタ２１０は、受光デバイスとして設けられており、入射した光に応じた光電流Ｉｐが流れる。フォトトランジスタ２１０のエミッタは接地され、コレクタは電流検出回路１００の検出端子１０２に接続される。

電流検出回路１００は、検出端子１０２に接続されるフォトトランジスタ２１０に流れる光電流Ｉｐを検出する。電流検出回路１００は、第１トランジスタＱ１、第２トランジスタＱ２、第１バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ１、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２、バイアススイッチＳＷ１、バイパススイッチＳＷ２、第１抵抗Ｒ１０、第２抵抗Ｒ１２を含む。また、電流検出回路１００の外部には、抵抗接続端子１０６、抵抗接続端子１０８間に調節抵抗Ｒａｄｊが、容量接続端子１０４に充電キャパシタＣｃｈｇが接続される。

第１トランジスタＱ１は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（以下、単にＰＮＰトランジスタという）であって、受光デバイスであるフォトトランジスタ２１０の電流経路上に設けられる。第１トランジスタＱ１のエミッタと電源電圧Ｖｄｄが印加される電源ライン間には、第１抵抗Ｒ１０が接続される。また、第１トランジスタＱ１のベースコレクタ間は結線されている。

第２トランジスタＱ２は、ＰＮＰトランジスタであって、第１トランジスタＱ１とベースが共通接続される。第２トランジスタＱ２のエミッタと電源ライン間には、第２抵抗Ｒ１２が設けられる。さらに、第２抵抗Ｒ１２と並列に、調節抵抗Ｒａｄｊが接続される。第２トランジスタＱ２は、第１トランジスタＱ１、第１抵抗Ｒ１０、第２抵抗Ｒ１２、調節抵抗Ｒａｄｊとともにカレントミラー回路を構成する。第２トランジスタＱ２は、第１トランジスタＱ１に流れる第１電流Ｉｑ１を所定係数倍した第２電流Ｉｑ２を出力する。たとえば、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２のサイズ比は、４：１程度に設定する。

第１トランジスタＱ１のコレクタから、検出端子１０２、フォトトランジスタ２１０を介して接地に至る経路を、主電流経路１０とする。主電流経路１０の第１トランジスタＱ１および検出端子１０２間には、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２が設けられる。第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２の抵抗値は、十分に高く設定し、たとえば数ＭΩ〜数十ＭΩの範囲で設定する。本実施の形態では、一例として１０ＭΩに設定される。主電流経路１０は、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２をバイパスするバイパススイッチＳＷ２をさらに備える。バイパススイッチＳＷ２は、発光制御部３４０から出力される第１制御信号ＣＮＴ１によってオンオフが制御される。

バイアス電流経路１２は、主電流経路１０と並列に設けられる。バイアス電流経路１２は、第１トランジスタＱ１のコレクタと接地間に直列接続された第１バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ１およびバイアススイッチＳＷ１を含む。第１バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ１の抵抗値は、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２に対して十分に低く、たとえば１／１０程度に設定しておく。第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２の抵抗値は、たとえば１ＭΩである。

バイアススイッチＳＷ１は、発光制御部３４０により生成される第３制御信号ＣＮＴ３によってオンオフが制御される。バイアススイッチＳＷ１がオンすると、バイアス電流経路１２がオンし、電流が流れる。以下、バイアス電流経路１２に流れる電流をバイアス電流Ｉｂｉａｓという。

第２トランジスタＱ２のコレクタは、マスク用スイッチＳＷ３を介して容量接続端子１０４と接続される。電流検出回路１００は、第２トランジスタＱ２に流れる第２電流Ｉｑ２を充電キャパシタＣｃｈｇに充電し、電圧に変換する。マスク用スイッチＳＷ３のオンオフは、発光制御部３４０において生成される第２制御信号ＣＮＴ２によって制御される。マスク用スイッチＳＷ３は、第２制御信号ＣＮＴ２がハイレベルのときオフ、ローレベルのときオンする。マスク用スイッチＳＷ３がオフすると、第２電流Ｉｑ２の経路が遮断されるため、充電キャパシタＣｃｈｇの充電は停止する。

容量接続端子１０４と接地間には、放電用スイッチＳＷ４が設けられる。放電用スイッチＳＷ４は、ＮＭＯＳトランジスタであって、充電キャパシタＣｃｈｇと並列に接続される。放電用スイッチＳＷ４は、ドレインが容量接続端子１０４に接続され、ソースが接地され、ゲートには、発光制御部３４０によって生成される第２制御信号ＣＮＴ２が入力される。放電用スイッチＳＷ４は、第２制御信号ＣＮＴ２がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。放電用スイッチＳＷ４がオンすると、容量接続端子１０４が接地され、充電キャパシタＣｃｈｇに蓄えられた電荷が放電する。後述のように、放電用スイッチＳＷ４は、フォトトランジスタ２１０の受光開始に先立ち、第２制御信号ＣＮＴ２により、所定時間ΔＴ１だけオンする。放電用スイッチＳＷ４およびマスク用スイッチＳＷ３のオンオフは、同一の第２制御信号ＣＮＴ２により制御される。

本実施の形態に係る電流検出回路１００は、容量接続端子１０４に現れる電圧を、検出電圧Ｖｄｅｔとして発光制御部３４０へと出力する。

次に、発光制御部３４０の構成について説明する。図３は、本実施の形態に係る発光制御部３４０の構成を示す回路図である。発光制御部３４０は、コンパレータ２０、Ｄラッチ回路２２、ワンショット回路２４、第１インバータ２６、ＮＡＮＤゲート２８、ドライバ回路３０、第２インバータ３２、遅延回路３４を含む。

発光制御部３４０は、制御端子３４２に入力されたフォトトランジスタ２１０の受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号ＣＮＴにもとづき、第１制御信号ＣＮＴ１〜第３制御信号ＣＮＴ３を生成し、電流検出回路１００へと出力する。また、発光制御部３４０は、制御信号ＣＮＴおよび電流検出回路１００から出力される検出電圧Ｖｄｅｔにもとづいて発光制御信号ＳＩＧ１を生成し、発光デバイス３３０の発光および発光停止を制御する。

はじめに、発光制御部３４０において、第１制御信号ＣＮＴ１〜第３制御信号ＣＮＴ３を生成するブロックについて説明する。
制御端子３４２に入力された制御信号ＣＮＴは、そのまま第１制御信号ＣＮＴ１として電流検出回路１００へと出力される。

第２制御信号ＣＮＴ２は、抵抗Ｒ２０、Ｒ２２、トランジスタＱ１、第１インバータ２６、第２インバータ３２、遅延回路３４によって、制御信号ＣＮＴを遅延させることにより生成される。トランジスタＱ１は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタであって、エミッタ接地されており、コレクタと電源ライン間には、抵抗Ｒ２２が設けられる。トランジスタＱ１のベースと制御端子３４２間には、抵抗Ｒ２０が接続されている。

抵抗Ｒ２０、Ｒ２２、トランジスタＱ１は、制御信号ＣＮＴを論理反転して出力する。第１インバータ２６は、反転された制御信号ＣＮＴを再度論理反転する。

第１インバータ２６の出力信号ＳＩＧ１０は、第２インバータ３２に入力される。第２インバータ３２は、第１インバータ２６の出力信号ＳＩＧ１０を論理反転し、遅延回路３４へと出力する。遅延回路３４は、第２インバータ３２の出力信号を、所定時間ΔＴ１だけ遅延する。遅延回路３４から出力される信号は、第２制御信号ＣＮＴ２として電流検出回路１００へと出力される。たとえば、遅延回路３４による遅延時間ΔＴ１は、５μｓ程度に設定する。

フォトトランジスタ２１０の受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号ＣＮＴは、ワンショット回路２４に入力される。ワンショット回路２４は、制御信号ＣＮＴがハイレベルとなってから所定時間ΔＴ２の期間、ハイレベルとなる第３制御信号ＣＮＴ３を生成する。すなわち、ワンショット回路２４は、制御信号ＣＮＴを所定時間ΔＴ２の期間ラッチするラッチ回路である。第３制御信号ＣＮＴ３は、バイアススイッチＳＷ１へと出力され、そのオンオフを制御する。所定時間ΔＴ２は、遅延時間ΔＴ１より長く、たとえば１０μｓ程度に設定する。

以上のように構成される発光制御部３４０は、第１制御信号ＣＮＴ１〜第３制御信号ＣＮＴ３を生成し、電流検出回路１００へと出力する。

次に、発光制御部３４０において、発光デバイス３３０の発光を制御するための発光制御信号ＳＩＧ１を生成するブロックについて説明する。このブロックは、コンパレータ２０、Ｄラッチ回路２２、ＮＡＮＤゲート２８、ドライバ回路３０を含む。

コンパレータ２０は、電流検出回路１００から出力される検出電圧Ｖｄｅｔと、所定のしきい値電圧Ｖｔｈを比較し、Ｖｄｅｔ＞Ｖｔｈのときハイレベル、Ｖｄｅｔ＜Ｖｔｈのときローレベルとなる比較信号ＳＩＧ１２を出力する。

コンパレータ２０から出力される比較信号ＳＩＧ１２は、Ｄラッチ回路２２のクロック端子に入力される。Ｄラッチ回路２２のデータ端子は電源ラインに接続されており、ハイレベルに固定されている。Ｄラッチ回路２２のリセット端子には、制御信号ＣＮＴが入力されている。Ｄラッチ回路２２は、比較信号ＳＩＧ１２のポジエッジによってセットされ、制御信号ＣＮＴのネガエッジによりリセットされるラッチ回路として機能する。Ｄラッチ回路２２の反転出力信号ＳＩＧ１４は、ＮＡＮＤゲート２８へと出力される。

ＮＡＮＤゲート２８は、第１インバータ２６の出力信号ＳＩＧ１０と、Ｄラッチ回路２２の反転出力信号ＳＩＧ１４の否定論理積を出力する。ドライバ回路３０は、ＮＡＮＤゲート２８の出力信号がローレベルの期間、ハイレベルとなる発光制御信号ＳＩＧ１を出力する。

以上のように構成された図２の電流検出回路１００および図３の発光制御部３４０の動作について説明する。図４は、本実施の形態に係る電流検出回路１００および電子機器３００の動作状態を示すタイムチャートである。

時刻Ｔ０以前において、電源電圧Ｖｄｄが立ち上がっており、電流検出回路１００は待機状態となっている。この間、フォトトランジスタ２１０には非常に小さな光電流Ｉｐ（暗電流）が流れている。この光電流Ｉｐは、第１トランジスタＱ１に第１電流Ｉｑ１として流れる。第１トランジスタＱ１は、ベースコレクタ間が接続されているため、コレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅは、ベースエミッタ間電圧Ｖｂｅに等しくなる。検出端子１０２の電位Ｖｐｔｒは、電源電圧Ｖｄｄから、第１トランジスタＱ１のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝ベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ）および第１抵抗Ｒ１０での電圧降下ΔＶｒだけ低い電圧（Ｖｄｄ−Ｖｃｅ−ΔＶｒ）が現れる。フォトトランジスタ２１０に流れる光電流Ｉｐは小さいため、第１トランジスタＱ１のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅは小さい。

時刻Ｔ０に、制御信号ＣＮＴがハイレベルとなり、発光デバイス３３０の発光が指示される。上述したように、制御信号ＣＮＴがハイレベルとなると同時に、第１制御信号ＣＮＴ１がハイレベルとなる。また、ワンショット回路２４から出力される第３制御信号ＣＮＴ３は、時刻Ｔ１から所定時間ΔＴ２の間、ハイレベルとなる。

時刻Ｔ０に、第１制御信号ＣＮＴ１がハイレベルとなると、バイパススイッチＳＷ２がオンし、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２がバイパスされる。また、第３制御信号ＣＮＴ３がハイレベルとなると、バイアススイッチＳＷ１がオンし、バイアス電流経路１２にバイアス電流Ｉｂｉａｓが流れる。

このとき、第１トランジスタＱ１に流れる電流Ｉｑ１は、光電流Ｉｐと、バイアス電流Ｉｂｉａｓの和（Ｉｐ＋Ｉｂｉａｓ）となる。上述のように、第１バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ１の抵抗値は、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２の抵抗値に対して十分に低く設定されるため、第１トランジスタＱ１に流れる第１電流Ｉｑ１は増加する。その結果、第１トランジスタＱ１のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅは、時刻Ｔ０以前の期間に比べて大きくなり、検出端子１０２の電位Ｖｐｔｒは低下する。

発光デバイス３３０の受光開始に先立った時刻Ｔ０に、バイパススイッチＳＷ２をオンして、バイアス電流経路１２にバイアス電流Ｉｂｉａｓを流すことにより、第１電流Ｉｑ１が増加する。第１電流Ｉｑ１が増加することは、第１トランジスタＱ１のコレクタ電流Ｉｃｅが増加することを意味する。

図５は、バイポーラトランジスタである第１トランジスタＱ１の電流特性を示す図である。同図の縦軸はコレクタ電流Ｉｃｅ（＝Ｉｑ１）を、横軸はコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝ベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ）を示す。図５に示すように、コレクタ電流Ｉｃｅ（＝Ｉｑ１）が小さいときには、コレクタ電流Ｉｃｅの変動に対するコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅの変動幅が大きく、コレクタ電流Ｉｃｅが大きくなると、その変動幅は小さくなる。

したがって、時刻Ｔ０以前のように、第１電流Ｉｑ１（コレクタ電流Ｉｃｅ）が小さいときには、第１電流Ｉｑ１がわずかに変化しただけで、第１トランジスタＱ１のコレクタ電圧、ひいては検出端子１０２の電圧Ｖｐｔｒが変動してしまう。検出端子１０２の電圧Ｖｐｔｒが変動すると、フォトトランジスタ２１０のバイアス状態が変化してしまい、光電流Ｉｐが変動するおそれがある。また、検出端子１０２の電圧が変動することにより、第１トランジスタＱ１、第２トランジスタＱ２を含むカレントミラー回路の特性が悪化する場合がある。

そこで、本実施の形態に係る電流検出回路１００では、受光開始に先立った時刻Ｔ０に、バイアススイッチＳＷ１をオンして、第１電流Ｉｑ１を増加させる。その結果、第１トランジスタＱ１が定電流領域でバイアスされ、コレクタ電流Ｉｃｅの変化量に対するコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅの変化量が小さくなり、検出端子１０２の電圧Ｖｐｔｒを一定に保つことができる。検出端子１０２の電圧Ｖｐｔｒが一定に保たれると、フォトトランジスタ２１０の特性を一定に保つことができるとともに、第１トランジスタＱ１、第２トランジスタＱ２を含むカレントミラー回路の特性を良好に保つことができる。

また、第２制御信号ＣＮＴ２は、制御信号ＣＮＴがローレベルからハイレベルに遷移しする時刻Ｔ０から、所定時間ΔＴ１経過後の時刻Ｔ１までのラッチされ、ハイレベルを維持する。第２制御信号ＣＮＴ２がハイレベルの期間、放電用スイッチＳＷ４はオンするため、充電キャパシタＣｃｈｇに蓄えられた電荷が放電されて初期化される。さらに、第２制御信号ＣＮＴ２がハイレベルの間、マスク用スイッチＳＷ３はオフするため、第２電流Ｉｑ２の経路が遮断される。その結果、時刻Ｔ１以前においては、発光デバイス３３０に光が入射し、光電流Ｉｐが流れても、充電キャパシタＣｃｈｇは充電されず、検出電圧Ｖｄｅｔは接地電位に固定される。また、回路電流が遮断されるため、低消費電力化を図ることができる。

時刻Ｔ０には、発光制御信号ＳＩＧ１がハイレベルとなり、発光デバイス３３０が発光可能状態となる。本実施の形態に係る発光デバイス３３０は、発光制御信号ＳＩＧ１がハイレベルとなってから、時間τだけ遅れて発光する。したがって、上述の所定時間ΔＴ１は、時間τよりも短くなるように設定する必要がある。

時刻Ｔ１に、第２制御信号ＣＮＴ２がローレベルとなると、マスク用スイッチＳＷ３がオン、放電用スイッチＳＷ４がオフし、電流検出回路１００がスタンバイ状態となる。

発光制御信号ＳＩＧ１がハイレベルとなる時刻Ｔ０から時間τ経過後の時刻Ｔ２に、発光デバイス３３０が発光する。発光デバイス３３０が発光すると、反射光がフォトトランジスタ２１０に入射し、光電流Ｉｐが流れる。時刻Ｔ２において、バイアス電流経路１２はオフしているため、第１トランジスタＱ１に流れる第１電流Ｉｑ１は、光電流Ｉｐに等しい。上述のように、第１トランジスタＱ１は定電流領域にバイアスされているため、光電流Ｉｐが流れはじめても、検出端子１０２の電位Ｖｐｔｒはほとんど変動しない。

時刻Ｔ２以降、充電キャパシタＣｃｈｇは、第２トランジスタＱ２から出力される第２電流Ｉｑ２によって充電され、検出電圧Ｖｄｅｔは徐々に上昇する。時刻Ｔ３に、検出電圧Ｖｄｅｔが、所定のしきい値電圧Ｖｔｈに達すると、コンパレータ２０の出力である比較信号ＳＩＧ１２はハイレベルとなり、Ｄラッチ回路２２の反転出力信号ＳＩＧ１４は、ローレベルとなる。その結果、ドライバ回路３０から出力される発光制御信号ＳＩＧ１はローレベルとなり、発光制御トランジスタ３５０がオフして、発光デバイス３３０の発光が停止する。

その後、時刻Ｔ０から所定時間ΔＴ２経過後の時刻Ｔ４に、第３制御信号ＣＮＴ３がローレベルとなり、バイアススイッチＳＷ１がオフする。

本実施の形態に係る電流検出回路１００によれば、発光デバイス３３０の発光開始、すなわちフォトトランジスタ２１０による受光開始に先立ち、バイアススイッチＳＷ１をオンすることにより、カレントミラー回路を構成する第１トランジスタＱ１を定電流領域にバイアスすることができる。さらに、その結果、フォトトランジスタ２１０のコレクタ電圧、すなわち検出端子１０２の電位Ｖｐｔｒを、光電流Ｉｐの値によらずにほぼ一定値に保つことができ、安定な光検出を行うことができる。

また、第２バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ２を設けることにより、受光開始前の期間において、主電流経路１０のインピーダンスを高くすることができ、回路の消費電流を低減することができる。

図６は、フォトトランジスタ２１０による受光量が小さいときの電流検出回路１００および電子機器３００の動作状態を示すタイムチャートである。

フォトトランジスタ２１０による受光開始前、すなわち時刻Ｔ０から時刻Ｔ２の波形は、図４と同様である。制御信号ＣＮＴがハイレベルとなる時刻Ｔ０から、時間τ経過後の時刻Ｔ２に、発光デバイス３３０が発光する。発光デバイス３３０から反射体までの距離が遠いときには、反射光の強度が弱くなるため、受光量が小さくなる。その結果、光電流Ｉｐが図４の場合と比べて小さくなり、検出電圧Ｖｄｅｔの上昇速度が遅くなる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ４までの期間、第１トランジスタＱ１に流れる第１電流Ｉｑ１は、光電流Ｉｐとバイアス電流Ｉｂｉａｓの和電流となっている。

時刻Ｔ０から所定時間ΔＴ２経過後の時刻Ｔ３に第３制御信号ＣＮＴ３がローレベルとなる。第３制御信号ＣＮＴ３がローレベルとなると、バイアススイッチＳＷ１がオフし、バイアス電流経路１２がオフする。時刻Ｔ４以降、バイアススイッチＳＷ１がオフすると、バイアス電流Ｉｂｉａｓが流れなくなるため、第１トランジスタＱ１に流れる第１電流Ｉｑ１は、光電流Ｉｐに等しくなる。その結果、充電キャパシタＣｈｇに対する充電電流が減少し、検出電圧Ｖｄｅｔの上昇速度が低下する。

その後、時刻Ｔ５に、検出電圧Ｖｄｅｔがしきい値電圧Ｖｔｈに達すると、発光制御信号ＳＩＧ１はローレベルとなり、発光デバイス３３０の発光が停止する。

フォトトランジスタ２１０が受光を開始してから所定時間（本実施の形態においては、ΔＴ２−τに相当する）経過するということは、検出電圧Ｖｄｅｔの上昇速度が遅いことを意味し、ひいては光電流Ｉｐが小さいことを意味する。光電流Ｉｐがバイアス電流Ｉｂｉａｓと同程度、あるいはそれよりも低い場合に、第１電流Ｉｑ１（＝Ｉｐ＋Ｉｂｉａｓ）にもとづき、充電キャパシタＣｃｈｇを充電すると、受光量を正確に積分することができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態に係る受光装置２００および発光制御部３４０は、所定時間（ΔＴ２−τ）経過後にバイアススイッチＳＷ１をオフすることにより、第１電流Ｉｑ１を、光電流Ｉｐと等しく設定することにより、フォトトランジスタ２１０による受光量を正確に検出し、発光デバイス３３０をオフするまでの時間を好適に制御することができる。

なお、時刻Ｔ４においては、第１トランジスタＱ１には光電流Ｉｐが流れているため、バイアス電流Ｉｂｉａｓをオフしても、第１トランジスタＱ１のバイアス状態が非定電流領域まで下がることはなく、検出端子１０２の電位Ｖｐｔｒが大幅に変動することもない。

さらに、本実施の形態に係る受光装置２００および発光制御部３４０によれば、放電用スイッチＳＷ４およびマスク用スイッチＳＷ３を設けることにより、以下の効果を有する。

電流検出回路１００に電源電圧を与えると、フォトトランジスタ２１０がバイアスされるため、暗電流が流れたり、あるいは外部から入射する本来受光すべきでない光によって光電流Ｉｐが流れ、充電キャパシタＣｃｈｇが充電されるおそれがある。そこで、フォトトランジスタ２１０の受光開始に先立ち、所定の期間、放電用スイッチＳＷ４をオンすることにより、不要な電流によって充電キャパシタＣｃｈｇが充電されるのを防止するとともに、充電キャパシタＣｃｈｇに蓄えられた電荷を放電し、検出電圧Ｖｄｅｔを初期値に設定することができる。さらに、フォトトランジスタ２１０の受光開始に先立ち、マスク用スイッチＳＷ３をオフしておくことにより、第２電流Ｉｑ２によって充電キャパシタＣｃｈｇが充電されるのを防止することができるとともに、回路の消費電流を低減することができる。

さらに、コンパレータ２０から出力される比較信号ＳＩＧ１２を、Ｄラッチ回路２２を用いてラッチすることにより、検出電圧Ｖｄｅｔがしきい値電圧Ｖｔｈ付近で変動した場合に、発光制御信号ＳＩＧ１がハイレベルとローレベルを繰り返し、発光デバイス３３０が発光状態と、発光停止状態を繰り返すのを防止することができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態において、バイアス電流経路１２を直列接続した第１バイアス抵抗Ｒｂｉａｓ１およびバイアススイッチＳＷ１によって構成したが、これには限定されず、所定の電流を生成する定電流源を用いてもよい。この場合、定電流源をオンオフすることにより、第１トランジスタＱ１のバイアス状態を変化させることができる。

実施の形態では、受光デバイスとしてフォトトランジスタ２１０を用いたが、フォトダイオードを代わりに用いてもよい。

実施の形態においてＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタで構成された素子は、相互に置換することが可能である。これらの選択は、半導体製造プロセスやコスト、回路に求められる使用に応じて決定すればよい。さらに、電源電圧と接地電位を天地反転し、ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタ、あるいはＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタを置換した回路構成も有効である。

実施の形態においては、受光装置２００および発光制御部３４０が一体集積化される場合について説明したが、一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積、用途などに応じて決めればよい。

本実施の形態に係る電流検出回路１００あるいは受光装置２００を用いた電子機器３００としては、上述の携帯電話端末に限定されるものではなく、照度センサや赤外線通信機器など、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いて光を検出する機器に広く用いることができる。

実施の形態に係る電子機器の構成を示す回路図である。図１の受光装置の構成を示す回路図である。図１の発光制御部の構成を示す回路図である。図１の電子機器の動作状態を示すタイムチャートである。バイポーラトランジスタである第１トランジスタの電流特性を示す図である。フォトトランジスタによる受光量が小さいときの電流検出回路および電子機器の動作状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０主電流経路、１２バイアス電流経路、２０コンパレータ、２２Ｄラッチ回路、２４ワンショット回路、２６第１インバータ、２８ＮＡＮＤゲート、３０ドライバ回路、３２第２インバータ、３４遅延回路、Ｃ２０キャパシタ、１００電流検出回路、１０２検出端子、１０４容量接続端子、１０６抵抗接続端子、１０８抵抗接続端子、２００受光装置、２１０フォトトランジスタ、３００電子機器、３０２機能ＩＣ、３１０電池、３２０ＤＣ／ＤＣコンバータ、３３０発光デバイス、３４０発光制御部、３５０発光制御トランジスタ、Ｒ１０第１抵抗、Ｒ１２第２抵抗、Ｑ１第１トランジスタ、Ｑ２第２トランジスタ、Ｒｂｉａｓ１第１バイアス抵抗、Ｒｂｉａｓ２第２バイアス抵抗、ＳＷ１バイアススイッチ、ＳＷ２バイパススイッチ、ＳＷ３マスク用スイッチ、ＳＷ４放電用スイッチ、Ｒａｄｊ調節抵抗、Ｃｃｈｇ充電キャパシタ、ＣＮＴ１第１制御信号、ＣＮＴ２第２制御信号、ＣＮＴ３第３制御信号。

Claims

検出端子に接続される受光デバイスに流れる光電流を検出する電流検出回路であって、
そのコレクタエミッタ間の経路もしくはそのドレインソース間の経路に、前記光電流が流れるように、前記光電流の経路上に前記受光デバイスと直列に設けられた第１トランジスタと、
オンオフの制御が可能であり、オン状態において前記第１トランジスタを定電流領域で動作させるためのバイアス電流を生成するバイアス電流経路であって、そのオン状態において前記第１トランジスタに、前記バイアス電流と前記光電流の和の電流が流れるように、前記第１トランジスタと直列に、かつ前記受光デバイスと並列に設けられたバイアス電流経路と、
前記第１トランジスタとともに、前記第１トランジスタが入力側となるようにカレントミラー回路を構成し、前記第１トランジスタに流れる電流を所定係数倍して本電流検出回路の出力とする第２トランジスタと、
を備え、
前記バイアス電流経路は、前記受光デバイスの受光開始に先立ってオンし、前記受光デバイスが受光を開始してから所定時間経過後にオフすることを特徴とする電流検出回路。
受光デバイスの受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号を、所定時間ラッチするラッチ回路をさらに備え、
当該ラッチ回路の出力信号を、前記バイアス電流経路のオンオフを制御するための信号としたことを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
前記バイアス電流経路は、直列に接続された第１バイアス抵抗およびバイアススイッチを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電流検出回路。
前記第１トランジスタおよび前記検出端子間の、前記光電流の経路上に設けられた第２バイアス抵抗と、
前記第２バイアス抵抗と並列に設けられ、そのオン状態において前記第２バイアス抵抗をバイパスするバイパススイッチと、
をさらに備え、
前記バイパススイッチは、前記バイアス電流経路のオンに先立ってオンし、その後前記受光デバイスの受光期間中にオン状態を持続し、
前記バイパススイッチがオンする以前の期間において、前記第２バイアス抵抗によって前記第１トランジスタから前記受光デバイスに至る経路のインピーダンスが高くなるように構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電流検出回路。
前記電流検出回路は、前記第２トランジスタに流れる電流を容量に充電し、電圧に変換して出力することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電流検出回路。
ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電流検出回路。
請求項１から６のいずれかに記載の電流検出回路と、
前記電流検出回路の前記検出端子に接続される受光デバイスと、
を備えることを特徴とする受光装置。
前記受光デバイスはフォトトランジスタであることを特徴とする請求項７に記載の受光装置。
前記受光デバイスはフォトダイオードであることを特徴とする請求項７に記載の受光装置。
発光デバイスと、
前記発光デバイスから発せられた光が、外部の物体により反射した光を検出する請求項７から９のいずれかに記載の受光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
前記発光デバイスは、前記受光装置により検出した反射光の光量が所定値に達すると、発光を停止することを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。