JP4610075B2 - Receiver - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等に用いる光信号を電気信号に変換する受光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の受光装置の回路図を図4に示す。フォトダイオード1は、アノードがグランドGNDに接続されており、カソードが演算増幅器2の反転入力端子(−)に接続されている。演算増幅器2は、非反転入力端子(+)には所定の直流電圧Vrefが印加されており、出力端子が抵抗3を介して反転入力端子(−)に接続されている。そして、演算増幅器2の出力端子が外部端子OUTに接続されている。
【0003】
フォトダイオード1には入射光の強度に応じた光電流IPDが図4に矢印で示す方向に流れる。そして、この光電流IPDは、演算増幅器2の出力端子から抵抗3を介して流れると見なすことができる。また、演算増幅器2には負帰還がかかっているので、演算増幅器2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との電圧は等しいと見なすことができる。したがって、外部端子OUTに発生する電圧VOは、抵抗3の抵抗値をRとすると、
VO=IPD・R+Vref
となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の受光装置では、受光感度を良くするためには、抵抗3の抵抗値を大きくしなければならず、集積化する場合には、チップサイズが大きくなるとともに、時定数が大きくなって周波数特性が悪化するという問題を招く。特に、本構成の受光装置を1つの画素として多数有する画像装置の場合、チップサイズの増大を抑える必要がある。
【0005】
そこで、本発明は、チップサイズの増大を抑えながら、周波数特性の悪化を伴うことなく、受光感度を向上させることができるようにした受光装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の受光装置では、ゲート及びドレインが接続された第1の電界効果トランジスタと、該第1の電界効果トランジスタのドレインに接続されることによって該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に入射光の強度に応じた電流を供給する光電変換部と、オフセット部と、該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和がゲート−ソース間に印加される第2の電界効果トランジスタと、該第2の電界効果トランジスタのドレインに反転入力端子が接続されるとともに非反転入力端子に所定の直流電圧が入力される差動増幅器および該差動増幅器の出力端子と反転入力端子間の負帰還路に接続されることにより該第2の電界効果トランジスタのドレイン電流が流れる抵抗とを持つ電流電圧変換部と、を備えている。
【0007】
この構成により、上記オフセット部の電圧を適切に設定しておけば、入射光の強度に応じて光電変換部に発生する光電流よりも大きな値の電流が電流/電圧変換部の抵抗に流れる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本発明の第1実施形態である受光装置の回路図を図1に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が1チップに集積化されている。フォトダイオード1は、カソードが電源電圧VCCに接続されており、アノードがnチャネルのMOS型の電界効果トランジスタ4のドレインに接続されている。
【0009】
演算増幅器2は、非反転入力端子(+)に所定の直流電圧Vrefが印加されており、反転入力端子(−)がnチャネルのMOS型の電界効果トランジスタ5のドレインに接続されており、出力端子が外部端子OUTに接続されている。演算増幅器2の反転入力端子(−)と出力端子とが抵抗3を介して接続されている。
【0010】
トランジスタ4は、ドレインがフォトダイオード1のアノードに接続されており、ソースはオフセット電圧VOSの電源7の+電極側に接続されており、ゲート−ドレイン間が短絡されている。電源7の−電極側はグランドGNDに接続されている。
【0011】
トランジスタ5は、ゲートがフォトダイオード1のアノードとトランジスタ4のドレインとの接続中点に接続されており、ソースがグランドGNDに接続されており、ドレインが演算増幅器2の反転入力端子(−)と抵抗3との接続中点に接続されている。
【0012】
以上の構成により、外部端子OUTに発生する電圧VOは、トランジスタ5のドレイン電流をID、抵抗3の値をRとすると、
VO=ID・R+Vref
となる。
【0013】
このようにして、トランジスタ5のゲートには、入射光の強度に応じてフォトダイオード1に流れる光電流IPD がゲート−ドレイン間が短絡されたトランジスタ4のドレイン−ソース間を流れることによって生成する電圧VPDとオフセット電圧VOSとの和が印加される。
【0014】
したがって、オフセット電圧VOSの値を適切に設定しておけば、光電流IPDよりも大きな値の電流をトランジスタ5のドレイン電流IDとして得ることができる。これにより、抵抗3の値を大きくすることなく、すなわち、チップサイズの増大、及び、周波数特性の悪化を伴うことなく、受光感度を向上させることができる。
【0016】
本発明の第2実施形態である受光装置の回路図を図2に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が1チップに集積化されている。フォトダイオード1は、カソードが電源電圧VCCに接続されており、アノードがnチャネルのMOS型の電界効果トランジスタ4のドレイン、及び、演算増幅器6の反転入力端子(−)に接続されている。
【0017】
演算増幅器2は、非反転入力端子(+)に所定の直流電圧Vrefが印加されており、反転入力端子(−)がnチャネルのMOS型の電界効果トランジスタ5のドレインに接続されており、出力端子が外部端子OUTに接続されている。演算増幅器2の反転入力端子(−)と出力端子とが抵抗3を介して接続されている。
【0018】
トランジスタ4は、ドレインがフォトダイオード1のアノードと演算増幅器6の非反転入力端子(+)との接続中点に接続されており、ソースが演算増幅器6の出力端子、及び、トランジスタ5のソースに接続されており、ゲート−ドレイン間が短絡されている。
【0019】
トランジスタ5は、ゲートがオフセット電圧VOSの2倍の電源8の+電極側に接続されており、ドレインが演算増幅器2の反転入力端子(−)と抵抗3との接続中点に接続されており、ソースがトランジスタ4のソース及び演算増幅器6の出力端子に接続されている。電源8の−電極側はグランドに接続されている。
【0020】
演算増幅器6は、非反転入力端子(+)がオフセット電圧VOSの電源7の+電極側に接続されており、反転入力端子(−)がフォトダイオード1のアノード、及び、トランジスタ4のドレインに接続されており、出力端子がトランジスタ4のソース及びトランジスタ5のソースに接続されている。電源7の−電極側はグランドGNDに接続されている。
【0021】
本発明の第3実施形態である受光装置の回路図を図3に示す。尚、同図に示す全ての構成要素が1チップに集積化されている。この第3実施形態では、上記第2実施形態において、演算増幅器6の非反転入力端子(+)に接続されていたオフセット電源をなくすとともに、トランジスタ4のソースにオフセット電圧VOSの電源7の+電極側を接続し、この電源7の−電極側をトランジスタ5のソース、及び、演算増幅器6の出力端子に接続し、トランジスタ5のゲートをグランドGNDに接続した構成である。
【0022】
これらの第2、第3実施形態においても、トランジスタ5のゲート−ソース間には、入射光の強度に応じてフォトダイオード1に流れる光電流IPD がゲート−ドレイン間が短絡されたトランジスタ4のドレイン−ソース間を流れることによって生成する電圧VPDとオフセット電圧VOSとの和が印加されるので、オフセット電圧VOS の値を適切に設定しておけば、光電流IPDよりも大きな値の電流がトランジスタ5のドレイン電流ID として得られるようになり、チップサイズの増大、周波数特性の悪化を伴うことなく、受光感度を向上させることができる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の受光装置によれば、入射光の強度に応じて光電変換部に発生する光電流よりも大きな値の電流を電流/電圧変換部の抵抗に流すことができるので、受光感度を向上させるにあたって上記抵抗の値を大きくすることによるチップサイズの増大を抑えながら、周波数特性の悪化を伴うことなく、受光感度を向上させることができるようになる。また、第1及び第2の実施形態の受光装置を用いた画像装置では、オフセット電圧源を共通化することができ、チップサイズの増大がさらに少なくて済むようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態である受光装置の回路図である。
【図2】 本発明の第2実施形態である受光装置の回路図である。
【図3】 本発明の第3実施形態である受光装置の回路図である。
【図4】 従来の受光装置の回路図である。
【符号の説明】
1 フォトダイオード
2 演算増幅器
3 抵抗
4 nチャネルのMOS型の電界効果トランジスタ
5 nチャネルのMOS型の電界効果トランジスタ
6 演算増幅器
7 電源
8 電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light receiving device that converts an optical signal used for a digital camera, a video camera, or the like into an electrical signal.
[0002]
[Prior art]
The circuit diagram of a conventional light-receiving device shown in FIG. The
[0003]
The
V O = I PD · R + V ref
It becomes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the light receiving device having the above configuration, in order to improve the light receiving sensitivity, the resistance value of the
[0005]
The present invention, while suppressing an increase in chip size, without deterioration in the frequency characteristics, and an object thereof is to provide a light receiving apparatus that can improve the light receiving sensitivity.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the light receiving device of the present invention, the first electric field effect transistor having a gate and a drain connected to each other and the first electric field effect transistor connected to the drain of the first field effect transistor. A photoelectric conversion unit that supplies current according to the intensity of incident light between the drain and source of the effect transistor, an offset unit, and the drain and source of the first field effect transistor by current supplied from the photoelectric conversion unit A second field effect transistor in which the sum of the voltage generated at the offset and the voltage obtained at the offset portion is applied between the gate and the source, and the inverting input terminal is connected to the drain of the second field effect transistor And a differential amplifier in which a predetermined DC voltage is input to the non-inverting input terminal and a negative feedback path between the output terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier. And a, a current-to-voltage converter having a resistance which the drain current of the field effect transistor of the second flow by.
[0007]
With this configuration, if the voltage of the offset unit is appropriately set, a current having a value larger than the photocurrent generated in the photoelectric conversion unit according to the intensity of incident light flows through the resistance of the current / voltage conversion unit .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention. It should be noted that all the constituent elements shown in the figure are integrated on one chip. The
[0009]
In the
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
With the above configuration, the voltage V O generated at the external terminal OUT is such that the drain current of the
V O = ID・ R + V ref
It becomes.
[0013]
In this way, the photocurrent IPD flowing through the
[0014]
Therefore, if properly set the value of the offset voltage V OS, can than the photocurrent I PD obtained by a current of a large value between the drain current I D of the
[0016]
FIG. 2 shows a circuit diagram of a light receiving device according to the second embodiment of the present invention. It should be noted that all the constituent elements shown in the figure are integrated on one chip. The
[0017]
In the
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
In the operational amplifier 6, the non-inverting input terminal (+) is connected to the + electrode side of the
[0021]
FIG. 3 shows a circuit diagram of a light receiving device according to the third embodiment of the present invention. It should be noted that all the constituent elements shown in the figure are integrated on one chip. In the third embodiment, the offset power supply connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 6 in the second embodiment is eliminated, and the +7 of the
[0022]
These second, also in the third embodiment, the gate of the transistor 5 - between the source, the photoelectric current I PD flowing through the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the light receiving device of the present invention, a current having a value larger than the photocurrent generated in the photoelectric conversion unit according to the intensity of incident light can be passed through the resistance of the current / voltage conversion unit. , while suppressing an increase in chip size by increasing the value of the resistor when improving the receiving sensitivity, without deterioration in the frequency characteristic, it is possible to improve the light receiving sensitivity. Further, in the image apparatus using the light receiving device of the first and second embodiments, the offset voltage source can be shared, and the increase in chip size can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a light receiving device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a light receiving device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a light receiving device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional light receiving device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該第1の電界効果トランジスタのドレインに接続されることによって該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に入射光の強度に応じた電流を供給する光電変換部と、 A photoelectric conversion unit that is connected to a drain of the first field effect transistor to supply a current corresponding to an intensity of incident light between a drain and a source of the first field effect transistor;
オフセット部と、 An offset part;
該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和がゲート−ソース間に印加される第2の電界効果トランジスタと、 The sum of the voltage generated between the drain and source of the first field effect transistor by the current supplied from the photoelectric conversion unit and the voltage obtained at the offset unit is applied between the gate and the source. A field effect transistor;
該第2の電界効果トランジスタのドレインに反転入力端子が接続されるとともに非反転入力端子に所定の直流電圧が入力される差動増幅器および該差動増幅器の出力端子と反転入力端子間の負帰還路に接続されることにより該第2の電界効果トランジスタのドレイン電流が流れる抵抗とを持つ電流電圧変換部と、 A differential amplifier in which an inverting input terminal is connected to the drain of the second field effect transistor and a predetermined DC voltage is input to the non-inverting input terminal, and negative feedback between the output terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier A current-voltage converter having a resistance through which the drain current of the second field-effect transistor flows by being connected to a path;
を備えることを特徴とする受光装置。 A light receiving device comprising:
該第2の電界効果トランジスタのソースが該オフセット部の負極に接続され、該第2の電界効果トランジスタのゲートに該第1の電界効果トランジスタのゲートが接続されることにより、 The source of the second field effect transistor is connected to the negative electrode of the offset portion, and the gate of the first field effect transistor is connected to the gate of the second field effect transistor,
該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和が該第2の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に印加されることを特徴とする請求項1記載の受光装置。 The sum of the voltage generated between the drain and source of the first field effect transistor by the current supplied from the photoelectric conversion unit and the voltage obtained at the offset unit is the gate and source of the second field effect transistor. The light receiving device according to claim 1, wherein the light receiving device is applied between them.
該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和が該第2の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に印加されることを特徴とする請求項1記載の受光装置。 The sum of the voltage generated between the drain and source of the first field effect transistor by the current supplied from the photoelectric conversion unit and the voltage obtained at the offset unit is the gate and source of the second field effect transistor. The light receiving device according to claim 1, wherein the light receiving device is applied between them.
該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和が該第2の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に印加されることを特徴とする請求項1記載の受光装置。 The sum of the voltage generated between the drain and source of the first field effect transistor by the current supplied from the photoelectric conversion unit and the voltage obtained at the offset unit is the gate and source of the second field effect transistor. The light receiving device according to claim 1, wherein the light receiving device is applied between them.
該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和が該第2の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に印加されることを特徴とする請求項3記載の受光装置。 The sum of the voltage generated between the drain and source of the first field effect transistor by the current supplied from the photoelectric conversion unit and the voltage obtained at the offset unit is the gate and source of the second field effect transistor. The light receiving device according to claim 3, wherein the light receiving device is applied between them.
該光電変換部から供給される電流により該第1の電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に生成する電圧と該オフセット部で得られた電圧との和が該第2の電界効果トランジスタのゲート−ソース間に印加されることを特徴とする請求項4記載の受光装置。 The sum of the voltage generated between the drain and source of the first field effect transistor by the current supplied from the photoelectric conversion unit and the voltage obtained at the offset unit is the gate and source of the second field effect transistor. The light receiving device according to claim 4, wherein the light receiving device is applied between them.
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