WO2007043532A1

WO2007043532A1 - 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

Info

Publication number: WO2007043532A1
Application number: PCT/JP2006/320229
Authority: WO
Inventors: Masao Yonemaru
Original assignee: Rohm Co., Ltd.
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2007-04-19
Also published as: CN101107499A; US20090278028A1; EP1936336A1; US7880126B2; JP2007107926A

Abstract

　受光デバイスに流れる電流を正確に検出可能な電流検出回路が提供される。　第１トランジスタＱ１は、フォトトランジスタ２１０の電流経路上に設けられる。第１抵抗Ｒ１０は、第１トランジスタＱ１の一端と、電源ライン間に設けられる。第２トランジスタＱ２は、第１トランジスタＱ１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Ｑ１に流れる電流を所定係数倍し、一端の電位が固定された充電キャパシタＣｃｈｇを充電する。第２抵抗Ｒ１２は、第２トランジスタＱ２の一端と、電源ライン間に設けられる。

Description

明細書

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

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] さまざまな電子機器にぉ、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ゃフオトダイオード、 CCD (Charge Coupled Device)などが広く用いられている。

[0003] 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。したがつて、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、演算増幅器を用いた受光回路の構成が開示されている。

[0004] 特許文献 1：特開 2005— 216984号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1に記載されるように、従来の受光装置においては、フォトダイオードゃフオトトランジスタなどの受光デバイスに対して直列に抵抗を接続し、抵抗に発生する電圧に対して信号処理を行うものが一般的であった。ところが、この回路構成では、受光デバイスに流れる光電流が変化すると、抵抗の電圧降下が変化することになる。その結果、受光デバイスと電流検出回路の接続点、すなわちフォトダイオードのカソードや、フォトトランジスタのコレクタの電位が変動することになり、受光デバイスのバィァス状態が変化し、同一の光量が入射していても、発生する光電流の電流値が変動してしまう。

[0006] さらに、光電流が増加し、抵抗の電圧降下が大きくなると、フォトトランジスタのコレクタエミッタ間電圧が小さくなつていくため、フォトトランジスタが動作しなくなってしまうため、ダイナミックレンジに制約を受ける場合があった。 [0007] 本発明は力かる課題に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、受光デバイスのバイアス状態を保ち、安定した光電流の検出が可能な電流検出回路の提供にある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明のある態様は、受光デバイスに流れる電流を検出する電流検出回路である。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、第 1トランジスタの一端と、電位の固定された端子間に設けられた第 1抵抗と、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、第 2トランジスタの一端と、電位の固定された端子間に設けられた第 2抵抗と、を備える。

[0009] この態様〖こよると、受光デバイスと第 1トランジスタの接続点の電位は、受光デバイスに流れる光電流の大きさにかかわらずほぼ一定値に保たれるため、受光デバイスのバイアス状態を保つことができ、光電流を安定に検出することができる。

[0010] 電流検出回路は、第 2抵抗と並列に接続された調節抵抗をさらに備えてもよい。この場合、本電流検出回路に接続される受光デバイスの種類、特性、あるいはばらつきに応じて、カレントミラー回路の第 2トランジスタのェミッタ側もしくはソース側のインピーダンスを調節することができ、安定した光電流の検出が可能となる。

[0011] 第 2トランジスタのサイズを第 1トランジスタのサイズより大きく設定し、第 2抵抗の抵抗値を、第 1抵抗の抵抗値より大きく設定してもよい。この場合、カレントミラー回路の入力電流に対して、出力電流を低く設定することができるため、回路の消費電流を低減し、あるいは電流電圧変換に使用するキャパシタの容量値を小さくすることができる。

[0012] 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。力レントミラー回路の出力電流によって、容量に充電することによって、光電流を積分して電圧変換することができ、受光デバイスに入射した光量を検出することができる。

[0013] 第 1、第 2トランジスタ、第 1、第 2抵抗をひとつの半導体基板上に一体集積化するとともに、調節抵抗を半導体基板の外部に接続してもよい。この場合、本電流検出回路を用いたセットの製造段階、あるいは検査段階において、回路特性を調節することができ、回路特性およびフォトトランジスタのばらつきに対する歩留まりの向上を図ることができる。

[0014] 本発明の別の態様は、受光装置である。この受光装置は、受光デバイスと、受光デバイスに流れる光電流を検出する上述の電流検出回路と、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！/、。

[0015] 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、発光デバイス力発せられた光が、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。

[0016] 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。発明の効果

[0017] 本発明に係る電流検出回路によれば、安定した光検出が可能となる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]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 2]図 1の受光装置の構成を示す回路図である。

[図 3]図 1の発光制御部の構成を示す回路図である。

[図 4]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。

[図 5]ノ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。

[図 6]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

[0019] 10 主電流経路、 12 バイアス電流経路、 20 コンパレータ、 22 Dラッチ回路、 24 ワンショット回路、 26 第 1インバータ、 28 NAND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、 3 02 機能 IC、 310 電池、 320 DCZDCコンバータ、 330 発光デバイス、 3 40 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、 Rbiasl 第 1バイアス抵抗、 Rbi as2 第 2バイアス抵抗、 SW1 ノィァススィッチ、 SW2 バイパススィッチ、 SW 3 マスク用スィッチ、 SW4 放電用スィッチ、 Radj 調節抵抗、 Cchg 充電キヤパシタ、 CNT1 第 1制御信号、 CNT2 第 2制御信号、 CNT3 第 3制御信号発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

[0021] また、本明細書にぉヽて、「部材 Aと部材 Bが接続される」とは、部材 Aと部材 Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材 Aと部材 Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさな、かあるいは及ぼしても本質的でな、他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

[0022] 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。

[0023] 電子機器 300は、電池 310、 DCZDC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。 DCZDC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。 DCZDC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。

[0024] 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ヽる。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、高而圧の IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)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 SIG 1が入力される。

[0025] 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、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をノヽィ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、遅延時間て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。遅延時間ては、キセノンチューブランプの特性で決まる。

[0026] 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。

[0027] 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ィ匕された 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、 DCZDC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。

[0028] 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のェミッタは接地され、コレクタは電流検出回路 100の検出端子 102に接続される。 [0029] 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 Ql、第 2トランジスタ Q 2、第 1バイアス抵抗 Rbiasl、第 2バイアス抵抗 Rbias2、バイアススィッチ SW1、バイパススィッチ 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。

[0030] 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のェミッタと電源電圧 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。

[0031] 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のェ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〖こ、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 Ql、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 Iql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。

[0032] 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 Rbi as2の抵抗値は、十分に高く設定し、たとえば数 Μ Ω〜数十 Μ Ωの範囲で設定する。本実施の形態では、一例として 10Μ Ωに設定される。主電流経路 10は、第 2バイァス抵抗 Rbias2をバイパスするバイパススィッチ SW2をさらに備える。バイパススイツチ 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。

[0033] 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 Rbias 1およびバイアススィッチ SW1を含む。第 1バイアス抵抗 Rbiaslの抵抗値は、第 2バィァス抵抗 Rbias2に対して十分に低ぐたとえば 1Z10程度に設定しておく。第 2バィァス抵抗 Rbias2の抵抗値は、たとえば 1M Ωである。

[0034] バイアススィッチ 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。バイアススィッチ 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とヽう。

[0035] 第 2トランジスタ Q2のコレクタは、マスク用スィッチ 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。マスク用スィッチ 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。マスク用スィッチ SW3は、第 2制御信号 CNT2がハイレベルのときオフ、ローレベルのときォンする。マスク用スィッチ 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。

[0036] 容量接続端子 104と接地間には、放電用スィッチ SW4が設けられる。放電用スイツチ 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。放電用スィッチ 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。放電用スィッチ 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。放電用スィッチ 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、放電用スィッチ S W4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 ΔΤ1だけオンする。放電用スィッチ SW4およびマスク用スィッチ 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。

[0037] 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。

[0038] 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。

[0039] 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、て発光制御信号 SIG 1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。

[0040] 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。

[0041] 第 2制御信号 CNT2は、抵抗 R20、 R22、トランジスタ Ql、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、ェ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。

[0042] 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。

[0043] 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 ΔΤ1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 ΔΤ1は、 5 s程度に設定する。

[0044] 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 CN T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力所定時間 ΔΤ2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 ΔΤ2の期間ラッチするラッチ回路である。第 3制御信号 CNT3は、バイアススィッチ SW1へと出力され、そのオンオフを制御する。所定時間 ΔΤ2は、遅延時間 ΔΤ1より長ぐたとえば 10 s程度に設定する。

[0045] 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 C NT3を生成し、電流検出回路 100へと出力する。

[0046] 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。

[0047] 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く Vthのときローレべルとなる比較信号 SIG12を出力する。

[0048] 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。

[0049] 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。

[0050] 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。

[0051] 時刻 TO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 Iql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、コレクタェミッタ間電圧 Vceは、ベースェミッタ間電圧 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 Q 1のコレクタェミッタ間電圧 Vce ( =ベースェミツタ間電圧 Vbe)および第 1抵抗 R10での電圧降下 Δ Vrだけ低い電圧 (Vdd— Vce— AVr)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のコレクタェミッタ間電圧 Vceは小さい。

[0052] 時刻 TOに、制御信号 CNT力 S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 CN T1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 ΔΤ2の間、ハイレベルとなる。

[0053] 時刻 TOに、第 1制御信号 CNT1がハイレベルとなると、バイパススィッチ SW2がォンし、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、バイアススィッチ SW1がオンし、バイアス電流経路 12にバイアス電流 I biasが流れる。

[0054] このとき、第 1トランジスタ Q1に流れる電流 Iql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 Rbiaslの抵抗値は、第 2バィァス抵抗 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 Iqlは増加する。その結果、第 1トランジスタ Q1のコレクタェミッタ間電圧 Vceは、時刻 TO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。

[0055] 発光デバイス 330の受光開始に先立った時刻 TOに、バイパススィッチ 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 Iqlが増加する。第 1電流 Iql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。

[0056] 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 ( = Iql)を、横軸はコレクタェミッタ間電圧 Vce ( =ベースェミッタ間電圧 Vbe)を示す。図 5に示すように、コレクタ電流 Ice ( = Iql)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ェミッタ間電圧 Vceの変動幅が大きぐコレクタ電流 Iceが大きくなると、その変動幅は小さくなる。 [0057] したがって、時刻 TO以前のように、第 1電流 Iql (コレクタ電流 Ice)が小さいときには、第 1電流 Iql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のノィァ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ィ匕する場合がある。

[0058] 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 T 0に、バイアススィッチ SW1をオンして、第 1電流 Iql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 21 0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 Ql、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。

[0059] また、第 2制御信号 CNT2は、制御信号 CNTがローレべルカハイレベルに遷移しする時刻 TOから、所定時間 ΔΤ1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、放電用スィッチ 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、マスク用スィッチ 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 33 0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。

[0060] 時刻 TO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がノ、ィレベルとなつてから、時間 _τだけ遅れて発光する。したがって、上述の所定時間 Δ T1は、時間てよりも短くなるように設定する必要がある。

[0061] 時刻 T1に、第 2制御信号 CNT2がローレベルとなると、マスク用スィッチ SW3がォン、放電用スィッチ SW4がオフし、電流検出回路 100がスタンバイ状態となる。 [0062] 発光制御信号 SIG1がハイレベルとなる時刻 TOから時間て経過後の時刻 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 Iqlは、光電流 Ipに等しい。上述のように、第 1トランジスタ Q1は定電流領域にノィァスされているため、光電流 I p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。

[0063] 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 Vd et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 S IG12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。

[0064] その後、時刻 TOから所定時間 ΔΤ2経過後の時刻 T4に、第 3制御信号 CNT3が口一レベルとなり、バイアススィッチ SW1がオフする。

[0065] 本実施の形態に係る電流検出回路 100によれば、フォトトランジスタ 210と直列に、抵抗を接続する代わりに、カレントミラー回路を接続して、光電流を複製している。その結果、光電流が変化しても、第 1トランジスタ Q1のコレクタ電圧は、それほど大きく変動しないため、フォトトランジスタ 210のコレクタ電圧 Vptrを一定に保つことができ、安定な光検出が可能となる。さらに、光電流 Ipが増加しても、フォトトランジスタ 210のコレクタ電圧はほぼ一定値となるため、ダイナミックレンジを広くとることができる。

[0066] さらに、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、バイアススィッチ S W1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。

[0067] また、第 2トランジスタ Q2のサイズを第 1トランジスタ Q1のサイズよりも小さく設定することによって、カレントミラー回路の出力電流である第 2電流 Iq2を小さくすることができ、回路の消費電流を低減し、また充電キャパシタ Cchgの容量値を小さくすることができる。

[0068] さらに、第 2抵抗 R12と並列に調節抵抗 Radjを設けることによって、検出端子 102 に接続されるフォトトランジスタ 210の特性、ばらつきなどに応じて、電流検出回路 10 0の特性を調節することができ、安定な電流検出を可能とするとともに、フォトトランジスタのばらつきに対する歩留まりの向上を図ることができる。

[0069] また、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、ノィァススィッチ SW 1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。

[0070] さらに、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さる。

[0071] 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。

[0072] フォトトランジスタ 210による受光開始前、すなわち時刻 TO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 TOから、時間 τ経過後の時刻 Τ2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 Iqlは、光電流 Ipとバイアス電流 Ibiasの和電流となって!/、る。

[0073] 時刻 TO力も所定時間 Δ Τ2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、バイアススィッチ SW1がオフし、バイアス電流経路 12がオフする。時刻 T4以降、ノィァススィッチ 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 Iql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。

[0074] その後、時刻 T5に、検出電圧 Vdetがしき、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。

[0075] フォトトランジスタ 210が受光を開始して力も所定時間（本実施の形態においては、

Δ Τ2- てに相当する）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がノィァス電流 Ibia sと同程度、あるいはそれよりも低い場合に、第 1電流 Iql ( = 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つてしまつ。

[0076] 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（

Δ Τ2- τ )経過後にバイアススィッチ SW1をオフすることにより、第 1電流 Iql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。

[0077] 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、バィァス電流 Ibiasをオフしても、第 1トランジスタ Q 1のバイアス状態が非定電流領域まで下がることはなぐ検出端子 102の電位 Vptrが大幅に変動することもない。

[0078] 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、放電用スィッチ SW4およびマスク用スィッチ SW3を設けることにより、以下の効果を有する。

[0079] 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、あるいは外部力入射する本来受光すべきでない光によつて光電流 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、放電用スィッチ 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〖こ、フォトトランジスタ 210の受光開始に先立ち、マスク用スィツチ 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。

[0080] 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。

[0081] 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。

[0082] 実施の形態において、第 2トランジスタ Q2のサイズを第 1トランジスタ Q1のサイズより小さく設定する場合について説明したがこれには限定されない。フォトトランジスタ 2 10のサイズが非常に小さく光電流 Ipが小さ、場合や、充電キャパシタ Cchgの容量値が小さな場合には、第 2トランジスタ Q2のサイズを第 1トランジスタ Q1のサイズより大きくすることによって、電流増幅を行ってもよい。この場合、第 2抵抗 R12の抵抗値を、第 1抵抗 R10の抵抗値よりも低く設定することが望ましい。

[0083] 実施の形態において、ノィァス電流経路 12を直列接続した第 1バイアス抵抗 Rbia siおよびバイアススィッチ SW1によって構成した力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。

[0084] 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を用いた力フォトダイオードを代わりに用いてもょ、。

[0085] 実施の形態にぉ、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。

[0086] 実施の形態においては、受光装置 200および発光制御部 340がー体集積化される場合について説明した力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。 [0087] 本実施の形態に係る電流検出回路 100あるヽは受光装置 200を用ヽた電子機器 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ぐ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!/、ることができる。

[0088] 実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

産業上の利用可能性

[0089] 本発明は、光検出回路に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 受光デバイスに流れる電流を検出する電流検出回路であって、

前記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、

前記第 1トランジスタの一端と、電位の固定された端子間に設けられた第 1抵抗と、前記第 1トランジスタとともにカレントミラー回路を構成し、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、前記第 2トランジスタの一端と、電位の固定された端子間に設けられた第 2抵抗と、を備えることを特徴とする電流検出回路。

[2] 前記第 2抵抗と並列に接続された調節抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項

1に記載の電流検出回路。

[3] 前記第 2トランジスタのサイズを前記第 1トランジスタのサイズより大きく設定し、前記第 2抵抗の抵抗値を、前記第 1抵抗の抵抗値より大きく設定した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。

[4] 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または 2に記載の電流検出回路。

[5] 前記第 1、第 2トランジスタ、前記第 1、第 2抵抗がひとつの半導体基板上に一体集積化され、前記調節抵抗が前記半導体基板の外部に接続された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。

[6] 受光デバイスと、

前記受光デバイスに流れる光電流を検出する請求項 1または 2に記載の電流検出回路と、

を備えることを特徴とする受光装置。

[7] 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 6に記載の受光装置。

[8] 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 6に記載の受光装置。

[9] 発光デバイスと、

前記発光デバイス力発せられた光が、外部の物体により反射した光を検出する請求項 6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。

[10] 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 9に記載の電子機器。