光センサ回路
【目的】感度ばらつきの悪化やＡＤコンバータへの接続の問題を生ずることなく感度を向上することのできる光センサ回路を提供する。
【構成】本発明の光センサ回路は、光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオードＰＤ，光電流ｉＬを積分する積分回路１、選択回路２，増幅手段としての出力バッファ回路３を有する。光センサ回路の感度切り換えは増幅手段の増幅率を変更することにより行う。これにより増幅率を上げても感度ばらつきが大きくなるという問題は生じない。そして、増幅率の変更に合わせて積分回路１の出力初期値を変更して出力範囲が増幅率により変わらないようにするため、ＡＤコンバータへの接続の問題も生じない。
【構成】本発明の光センサ回路は、光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオードＰＤ，光電流ｉＬを積分する積分回路１、選択回路２，増幅手段としての出力バッファ回路３を有する。光センサ回路の感度切り換えは増幅手段の増幅率を変更することにより行う。これにより増幅率を上げても感度ばらつきが大きくなるという問題は生じない。そして、増幅率の変更に合わせて積分回路１の出力初期値を変更して出力範囲が増幅率により変わらないようにするため、ＡＤコンバータへの接続の問題も生じない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば三角測距の原理に基づく測距装置などに適用することのできる光センサ回路に関し、特に光電流を積分して基準電圧を初期値とする電圧信号に変換する光センサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラの自動焦点などに用いられる測距装置では、離間した光学系を介して光センサアレイ上に被写体の２つの像を投影し、光センサアレイより得られる映像データより２像の相対変位（位相差）を求めている。被写体までの距離は位相差の逆数に定数を乗じたものとして求めることができる。カメラは広い輝度範囲の被写体に対応することが求められることから、測距装置の光センサアレイに用いられる光センサ回路も低輝度から高輝度まで広範囲の輝度に対応することが求められる。また、位相差検出の精度向上のため、光センサ回路の感度ばらつき低減も求められている。
このような光センサ回路として、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光電変換素子から生成された光電流を積分して、基準電圧を初期値とする電圧信号に変換する光センサ回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３はこのような光センサ回路を用いた光センサアレイの第１の従来例を示す回路図であり、図４はその動作を示すタイミングチャートである。図３において、ＰＤ１は光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオード、１１は光電流ｉＬを積分する積分回路、１２は選択回路、１３は出力バッファ回路である。積分回路１１はオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ１１と、オペアンプＯＰ１１の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続されたコンデンサＣ１，リセットスイッチＲＳＷ，および直列に接続されたコンデンサＣ２と感度切り替えスイッチＣＳＷと、で構成されている。オペアンプＯＰ１１の非反転入力端子には基準電圧ＶＲＥＦが入力されている。また、フォトダイオードＰＤ１と積分回路１１が１つの画素回路１４を構成している。選択回路１２は画素選択スイッチＰＩＸＳＷが画素回路と同数並置されていて、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端は各画素回路の出力端子であるオペアンプＯＰ１１の出力端子に接続され、他端は出力バッファ回路１３に共通接続されている。なお、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端に接続される１４以外の画素回路は、図示を省略している。選択回路１２は複数の画素選択スイッチＰＸＳＷのうち１つだけをオン（導通）させ、当該画素選択スイッチＰＸＳＷに接続されている画素回路１４を出力バッファ回路１３に接続し、画素回路１４と出力バッファ回路１３で光センサ回路を構成してその出力を外部に出力させる。出力バッファ回路１３は反転入力端子と出力端子が短絡されたオペアンプＯＰ１２で構成されるボルテージフォロワであり、オペアンプＯＰ１２の非反転入力端子は選択回路１２と接続されている。
【０００４】
図４のタイミングチャートにより第１の従来例の光センサ回路の動作を説明する。まず、積分回路１１の積分動作を開始する前に、リセットスイッチＲＳＷをオンしてコンデンサＣ１の両端電圧を短絡し、積分回路１１の出力電圧（図３のａ点の電位）をＶＲＥＦに初期化する。言い換えれば、基準電圧ＶＲＥＦは初期値を与えるものになっている。初期化動作後、リセットスイッチＲＳＷをオフすると積分回路１１の積分動作が開始する。感度切り替えスイッチＣＳＷは積分回路の積分動作に用いられる積分容量Ｃを切り換えるスイッチであり、感度切り替えスイッチＣＳＷがオンであれば積分動作に用いられる積分容量ＣはＣ＝Ｃ１＋Ｃ２となり、オフであればＣ＝Ｃ１となる。フォトダイオードＰＤ１で生成された光電流ｉＬが積分容量Ｃに積分されることにより、ａ点の電位は初期値ＶＲＥＦから積分時間ｔとともに低下していく。選択回路１２により選択された画素回路１４の出力は出力バッファ回路１３によりインピーダンス変換されて光センサ回路の出力信号Ｖｏｕｔ１として出力される。リセットスイッチＲＳＷがオフした瞬間の積分時間ｔを０とすると、出力信号Ｖｏｕｔ１は（１）式で表わされる。
【０００５】
Ｖｏｕｔ１＝（ＶＲＥＦ−（ｉＬ・ｔ／Ｃ））・Ａ ・・・（１）
ここでＡは出力バッファ回路の増幅率で、Ａ＝１である。（１）式よりＣの値を変えることにより光センサ回路の感度を変えられることが分かる。すなわち、感度切り替えスイッチＣＳＷによりＣ＝Ｃ１とすると高感度に、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２とすると低感度になる。積分回路１１の積分動作、すなわち光センサ回路の積分動作はａ点の電位および出力信号Ｖｏｕｔ１が０Ｖ（ＧＮＤ：接地電位）に達したときに終了する。同じ光電流ｉＬに対し切り替えスイッチＣＳＷで感度を切り換えたときの積分回路１１の出力（ａ点の電位）と出力信号Ｖｏｕｔ１の様子を図４に示す。高感度，低感度いずれの場合も積分回路１１の出力と出力信号Ｖｏｕｔ１が同形となっている。そして、高感度，低感度いずれの信号も初期値は同じＶＲＥＦとなっているが、信号がＧＮＤに達する積分時間ｔＥＮＤが異なっている。高感度（Ｃ＝Ｃ１）の場合のｔＥＮＤをｔＨ、低感度（Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２）の場合のｔＥＮＤをｔＬとすると、ｔＨ／ｔＬ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。
【０００６】
図５は第２の従来例を示す回路図であり、図６はその動作を示すタイミングチャートである。図５において、ＰＤ２は光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオード、２１は光電流ｉＬを積分する積分回路、２２は選択回路、２３は出力バッファ回路である。積分回路２２はオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ２１，オペアンプＯＰ２１の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続されたコンデンサＣ１およびリセットスイッチＲＳＷで構成されている。オペアンプＯＰ２１の非反転入力端子には基準電圧ＶＲＥＦが入力されている。また、フォトダイオードＰＤ２と積分回路２１が１つの画素回路２４を構成している。選択回路２２は画素選択スイッチＰＩＸＳＷが画素回路と同数並置されていて、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端は各画素回路の出力端子であるオペアンプＯＰ２１の出力端子に接続され、他端は出力バッファ回路２３に共通接続されている。なお、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端に接続される２４以外の画素回路は、図示を省略している。選択回路２２は複数の画素選択スイッチＰＸＳＷのうち１つだけをオン（導通）させ、当該画素選択スイッチＰＸＳＷに接続されている画素回路２４を出力バッファ回路２３に接続し、画素回路２４と出力バッファ回路２３で光センサ回路を構成してその出力を外部に出力させる。出力バッファ回路２３はオペアンプＯＰ２２，オペアンプＯＰ２２の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続された第１の感度切り替えスイッチＳＳＷ１と抵抗Ｒ１，およびオペアンプＯＰ２２の反転入力端子とＧＮＤの間に直列に接続された第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ２と抵抗Ｒ２で構成されている。オペアンプＯＰ２２の非反転入力端子は選択回路２２と接続されている。第１および第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２は相補的にオンオフし、第１の感度切り替えスイッチＳＳＷ１がオンで第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ２がオフの場合、出力バッファ回路２３はボルテージフォロワとなり、出力バッファ回路２３の増幅率Ａは１となる。逆に第１の感度切り替えスイッチＳＳＷ１がオフで第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ２がオンの場合、出力バッファ回路２３は増幅率Ａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２の非反転増幅回路となる（ここでは抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値も便宜的にＲ１，Ｒ２としている）。すなわち感度切り替えスイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２は出力バッファ回路２３の増幅率変更手段を構成し、出力バッファ回路２３は１と（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２という２つの増幅率を増幅率変更手段により切り換えることのできる増幅手段となっている。
【０００７】
図６のタイミングチャートにより第２の従来例の光センサ回路の動作を説明する。まず、積分回路２１の積分動作を開始する前に、リセットスイッチＲＳＷをオンしてコンデンサＣ１の両端電圧を短絡し、積分回路２１の出力電圧（図５のａ点の電位）をＶＲＥＦに初期化する。初期化動作後、リセットスイッチＲＳＷをオフすると積分回路２１の積分動作が開始する。フォトダイオードＰＤ２で生成された光電流ｉＬが積分容量ＣであるコンデンサＣ１に積分されることにより、ａ点の電位は初期値ＶＲＥＦから積分時間ｔとともに低下していく。選択回路２２により選択された画素回路２４の出力は出力バッファ回路２３によりＡ倍に増幅されて光センサ回路の出力信号Ｖｏｕｔ２として出力される。リセットスイッチＲＳＷがオフした瞬間の積分時間ｔを０とすると、出力信号Ｖｏｕｔ２は（２）式で表わされる。
【０００８】
Ｖｏｕｔ２＝（ＶＲＥＦ−（ｉＬ・ｔ／Ｃ１））・Ａ ・・・（２）
ここで、増幅率Ａは上述のように、１または（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２である。（２）式より２つの感度切り替えスイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２で増幅率Ａを変更することにより、光センサ回路の感度を変えられることが分かる。すなわち、Ａ＝１とすれば低感度、Ａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２とすれば高感度となる。積分回路２１の積分動作、すなわち光センサ回路の積分動作はａ点の電位および出力信号Ｖｏｕｔ２が０Ｖ（ＧＮＤ：接地電位）に達したときに終了する。同じ光電流ｉＬに対し増幅率Ａを切り換えたときの積分回路２１の出力（ａ点の電位）とＶｏｕｔ２を、図６に示す。積分回路２１の出力波形は高感度，低感度の感度によらないものになっている。出力信号Ｖｏｕｔ２は、高感度，低感度どちらの場合も同じ時刻に積分動作を開始し、同じ時刻で全積分動作を終了していて、各時刻の高感度のＶｏｕｔ２が低感度のＶｏｕｔ２のＡ倍となっている。但し、光センサ回路を高感度にするそもそもの目的は積分時間を短縮することにあるため、高感度においては積分を最後まで行わず、出力信号Ｖｏｕｔ２が初期値（ＶＲＥＦ×Ａ）よりＶＲＥＦ変化した時点（Ｖｏｕｔ２＝ＶＲＥＦ×（Ａ−１）となった時点）で積分を終了させる。また、低感度の場合の出力信号Ｖｏｕｔ２は、積分回路２１の出力と同形になっている。
【０００９】
高感度，低感度における積分時間（出力信号Ｖｏｕｔ２が初期値からＶＲＥＦ変化するまでの時間）をそれぞれｔＨ，ｔＬとすると、ｔＨとｔＬの関係は次の（３）式で表される。
ｔＨ／ｔＬ＝１／Ａ（高感度）＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（３）
【特許文献１】特開平１１−３０４５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、光センサ回路は広い輝度範囲に対応できることと、感度ばらつきの減少の双方が求められている。より広い輝度範囲に対応するためには光センサ回路の感度を向上させて、より低い輝度にも対応できるようにする必要がある。図３に示す第１の従来例の光センサ回路をより高感度化させるためには、積分回路１１の積分容量をさらに小さくする必要がある。光センサ回路を集積回路により実現する場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を小さくすることはそのレイアウト面積を小さくすることに相当する。レイアウト面積を集積回路の製造限界近くまで小さくすると、今度はレイアウト面積のばらつき、すなわちコンデンサの容量ばらつきが問題となってしまう。そのため感度ばらつきも増大してしまい、高感度化と感度ばらつきの低減が両立しないという課題があった。
一方、図５に示す第２の従来例の光センサ回路では増幅率を上げても感度ばらつきが大きくなるという問題は生じないが、ＡＤコンバータへの接続が問題となる。光センサ回路の出力から位相差を求めるためには、まず光センサ回路のアナログ出力をＡＤコンバータによりデジタル化して後段のロジック回路に引き渡す必要がある。図６に示すように、光センサ回路の出力範囲は増幅率Ａにより低感度と高感度とでＡ倍異なるが、ＡＤコンバータの入力電圧範囲は固定されているため、ＡＤコンバータが２つの感度の双方に対し適切な入力範囲をもつことができなくなってしまう。例えば、低感度の光センサ回路の出力範囲０〜ＶＲＥＦに合わせてＡＤコンバータの入力電圧範囲を定めると、高感度の場合の出力範囲がＡＤコンバータの入力電圧範囲を超えてしまうという問題が生じる。また、高感度の光センサ回路の出力範囲０〜ＶＲＥＦ×Ａに合わせてＡＤコンバータの入力電圧範囲を定めると、低感度における出力範囲０〜ＶＲＥＦの出力信号をデジタル化する際の量子化精度が悪くなってしまうという問題が生じてしまう。そして、第２の実施例に関し背景技術で説明したように、高感度において実際に後段の信号処理に供せられるのはＶＲＥＦ×（Ａ−１）〜ＶＲＥＦ×Ａの出力信号範囲だけであるので、高感度における量子化精度が悪くなってしまうという問題も生じてしまう。
【００１１】
この発明は上記問題を解決するものであって、感度ばらつきの悪化やＡＤコンバータへの接続の問題を生ずることなく感度を向上することのできる光センサ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、受光した光量に応じた値の光電流を生成する光電変換手段と、該光電流を積分して第１の所定電圧を初期値とする光電流積分信号に変換する光電流積分手段と、前記光電流積分信号を増幅して出力する増幅手段と、前記第１の所定電圧値を変更する初期値変更手段と、前記増幅手段の増幅率を変更する増幅率変更手段と、を備える光センサ回路であることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記光積分信号が第２の所定電圧を終端値とするものであり、前記第１の所定値と前記第２の所定値の差に前記増幅率を乗じた値が一定であるように、前記初期値変更手段と前記増幅率変更手段が連動して前記第１の所定値および前記増幅率を変更することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記光電流が小さいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を小さくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を大きくし、前記光電流が大きいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を大きくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を小さくすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに係る発明において、前記光電流積分手段が、その反転入力端子に前記光電変換手段が接続された第１の演算増幅器と、該第１の演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続された容量およびスイッチ手段と、第１の切り替え手段を介して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続された複数の基準電圧と、を有し、前記切り替え手段は前記複数の基準電圧のうちの１つを選択して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに係る発明において、前記増幅手段は第２の切り替え手段を介して複数の前記光電流積分手段に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の光センサ回路は、光電変換手段，光電流積分手段，増幅手段，初期値変更手段および増幅率変更手段を備え、光センサ回路の感度切り換えは増幅率変更手段により増幅手段の増幅率を変更することにより行う。これにより増幅率を上げても感度ばらつきが大きくなるという問題は生じない。そして、増幅率の変更に合わせて初期値変更手段により光電流積分手段の出力初期値を変更して出力範囲が増幅率により変わらないようにするから、ＡＤコンバータへの接続の問題も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本明細書の全図において相互に対応する部位には同一符号を付し、重複部分については後述での説明を適宜省略する。
図１は本実施の形態の光センサ回路の構成を示す回路図であり、図２はそのタイミングチャートである。図１において、ＰＤは光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオード、１は光電流ｉＬを積分する積分回路、２は選択回路、３は増幅手段としての出力バッファ回路である。積分回路１はオペアンプＯＰ１，オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続されたコンデンサＣ１およびリセットスイッチＲＳＷで構成されている。積分回路１は従来例２の図５に示される積分回路２１とほぼ同じ構成であるが、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に２つ基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２が２つの基準電圧選択スイッチＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２により切り換えられて接続されるようになっているところが相違している。すなわち、基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２および基準電圧選択スイッチＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２は積分回路１の積分初期値を変更する初期値変更手段を構成している。２つの基準電圧選択スイッチＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２は相補的にオンオフし、スイッチＲＥＦＳＷ１がオンのときスイッチＲＥＦＳＷ２がオフで基準電圧ＶＲＥＦ１がオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続され、スイッチＲＥＦＳＷ１がオフのときスイッチＲＥＦＳＷ２がオンで基準電圧ＶＲＥＦ２がオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続される。また、フォトダイオードＰＤと積分回路１が１つの画素回路４を構成している。選択回路２は画素選択スイッチＰＩＸＳＷが画素回路と同数並置されていて、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端は各画素回路の出力端子であるオペアンプＯＰ１の出力端子に接続され、他端は出力バッファ回路３に共通接続されている。なお、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端に接続される４以外の画素回路は、図示を省略している。出力バッファ回路３の機能・構成は従来例２の図５に示される出力バッファ回路２３と同じであるので（オペアンプＯＰ２２の名前がＯＰ２に変わるだけである）、詳細な説明は省略する。
【００１６】
本実施の形態では、次の（４）式が成立するように、ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２，Ｒ１，Ｒ２の値を設定しておく。
ＶＲＥＦ１＝ＶＲＥＦ２・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ ・・・（４）
なお、（４）式よりＶＲＥＦ１＞ＶＲＥＦ２となる。光センサ回路の感度を低感度にする場合はスイッチＲＥＦＳＷ１，ＳＳＷ１をオンにし、スイッチＲＥＦＳＷ２，ＳＳＷ２をオフにして、積分回路１の積分初期値をＶＲＥＦ１とするとともに出力バッファ回路３の構成をボルテージフォロワ（増幅率Ａ＝１）にする。光センサ回路の感度を高感度にする場合はスイッチＲＥＦＳＷ１，ＳＳＷ１をオフにし、スイッチＲＥＦＳＷ２，ＳＳＷ２をオンにして、積分回路１の積分初期値をＶＲＥＦ２とするとともに出力バッファ回路３の構成を非反転増幅回路（増幅率Ａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２）にする。
【００１７】
図２のタイミングチャートにより図１に示す実施の形態の光センサ回路の動作を説明する。図２には、同じ光電流ｉＬに対する出力信号Ｖｏｕｔの波形が、低感度と高感度の場合の双方について示されている。最終的に得られる出力信号Ｖｏｕｔの波形は、図４に示す第１の従来例の光センサ回路出力信号Ｖｏｕｔ１の波形に類似したものとなるが、感度を積分容量に依存せずに変更させるため、感度ばらつきが悪化することはないものになっている。光センサ回路の動作としては、積分回路１の積分動作を開始する前に、まずリセットスイッチＲＳＷをオンしてコンデンサＣ１の両端電圧を短絡し、積分回路１の出力電圧（図１のａ点の電位）をＶＲＥＦ１（低感度の場合）もしくはＶＲＥＦ２（高感度）に初期化する。初期化動作後、リセットスイッチＲＳＷをオフすると積分回路１の積分動作が開始する。フォトダイオードＰＤで生成された光電流ｉＬが積分容量Ｃ１に積分されることにより、ａ点の電位は初期値ＶＲＥＦ１もしくはＶＲＥＦ２から積分時間ｔとともに低下していく。選択回路２により選択された画素回路４の出力は出力バッファ回路３によりＡ倍に増幅されて光センサ回路の出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。積分回路１の出力はリセットスイッチＲＳＷがオフした瞬間の積分時間ｔを０とすると、低感度の場合の出力信号Ｖｏｕｔは（５）式で表わされる。
【００１８】
Ｖｏｕｔ＝（ＶＲＥＦ１−（ｉＬ・ｔ／Ｃ）） ・・・（５）
一方、高感度の場合の出力信号Ｖｏｕｔは（６）式で表わされる。
Ｖｏｕｔ＝（ＶＲＥＦ２−（ｉＬ・ｔ／Ｃ））・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２）・・・（６）
また、高感度，低感度における積分時間（出力信号ＶｏｕｔがＧＮＤに達するまでの時間）をそれぞれｔＨ，ｔＬとすると、ｔＨとｔＬの関係は次の（７）式で表される。
ｔＨ／ｔＬ＝１／Ａ（高感度）＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（７）
（５）式と（６）式より、ｔ＝０における低感度および高感度の出力信号Ｖｏｕｔ初期値はそれぞれＶＲＥＦ１とＶＲＥＦ２・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２になるが、（４）式より両者は等しくなる。すなわち、図２に示すように、積分回路１の出力範囲は異なるものの、光センサ回路が（４）式を満たすよう構成されているため、光センサ回路の出力Ｖｏｕｔ自体の出力範囲は感度によらず常に０〜ＶＲＥＦ１となり、本実施の形態の光センサ回路はＡＤコンバータへの接続に問題のないものになっている。また、上述のように積分回路１の積分容量Ｃ１を徒に小さくする必要がないため、感度ばらつきも小さくできるものとなっている。
【００１９】
なお、今までの説明において低感度と高感度とは相対的な感度の違いを示すものであり、絶対的な感度を示すものでないことは言うまでもない。
また、出力バッファ回路３として、例えば特許文献１に示されるような他の形式の増幅回路を適用してもよい。この場合、当該増幅回路の複数の増幅率をＡｉ（ｉ＝１，２，・・・）とし、増幅率Ａｉに対応して積分回路１に与えられる基準電圧をＶｉとすると、Ａｉ×Ｖｉがｉによらず一定になるようにしておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の光センサ回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す回路のタイミングチャートである。
【図３】第１の従来例の光センサ回路の構成を示す回路図である。
【図４】図３に示す回路のタイミングチャートである。
【図５】第２の従来例の光センサ回路の構成を示す回路図である。
【図６】図５に示す回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１ 積分回路
２ 選択回路
３ 出力バッファ回路
４ 画素回路
Ｃ１ コンデンサ
ＯＰ１，ＯＰ２ オペアンプ
ＰＤ フォトダイオード
ＰＩＸＳＷ 画素選択スイッチ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＲＥＦ１，ＲＥＦ２ 基準電圧
ＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２ 基準電圧選択スイッチ
ＳＳＷ１，ＳＳＷ２ 感度切り替えスイッチ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば三角測距の原理に基づく測距装置などに適用することのできる光センサ回路に関し、特に光電流を積分して基準電圧を初期値とする電圧信号に変換する光センサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラの自動焦点などに用いられる測距装置では、離間した光学系を介して光センサアレイ上に被写体の２つの像を投影し、光センサアレイより得られる映像データより２像の相対変位（位相差）を求めている。被写体までの距離は位相差の逆数に定数を乗じたものとして求めることができる。カメラは広い輝度範囲の被写体に対応することが求められることから、測距装置の光センサアレイに用いられる光センサ回路も低輝度から高輝度まで広範囲の輝度に対応することが求められる。また、位相差検出の精度向上のため、光センサ回路の感度ばらつき低減も求められている。
このような光センサ回路として、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光電変換素子から生成された光電流を積分して、基準電圧を初期値とする電圧信号に変換する光センサ回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３はこのような光センサ回路を用いた光センサアレイの第１の従来例を示す回路図であり、図４はその動作を示すタイミングチャートである。図３において、ＰＤ１は光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオード、１１は光電流ｉＬを積分する積分回路、１２は選択回路、１３は出力バッファ回路である。積分回路１１はオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ１１と、オペアンプＯＰ１１の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続されたコンデンサＣ１，リセットスイッチＲＳＷ，および直列に接続されたコンデンサＣ２と感度切り替えスイッチＣＳＷと、で構成されている。オペアンプＯＰ１１の非反転入力端子には基準電圧ＶＲＥＦが入力されている。また、フォトダイオードＰＤ１と積分回路１１が１つの画素回路１４を構成している。選択回路１２は画素選択スイッチＰＩＸＳＷが画素回路と同数並置されていて、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端は各画素回路の出力端子であるオペアンプＯＰ１１の出力端子に接続され、他端は出力バッファ回路１３に共通接続されている。なお、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端に接続される１４以外の画素回路は、図示を省略している。選択回路１２は複数の画素選択スイッチＰＸＳＷのうち１つだけをオン（導通）させ、当該画素選択スイッチＰＸＳＷに接続されている画素回路１４を出力バッファ回路１３に接続し、画素回路１４と出力バッファ回路１３で光センサ回路を構成してその出力を外部に出力させる。出力バッファ回路１３は反転入力端子と出力端子が短絡されたオペアンプＯＰ１２で構成されるボルテージフォロワであり、オペアンプＯＰ１２の非反転入力端子は選択回路１２と接続されている。
【０００４】
図４のタイミングチャートにより第１の従来例の光センサ回路の動作を説明する。まず、積分回路１１の積分動作を開始する前に、リセットスイッチＲＳＷをオンしてコンデンサＣ１の両端電圧を短絡し、積分回路１１の出力電圧（図３のａ点の電位）をＶＲＥＦに初期化する。言い換えれば、基準電圧ＶＲＥＦは初期値を与えるものになっている。初期化動作後、リセットスイッチＲＳＷをオフすると積分回路１１の積分動作が開始する。感度切り替えスイッチＣＳＷは積分回路の積分動作に用いられる積分容量Ｃを切り換えるスイッチであり、感度切り替えスイッチＣＳＷがオンであれば積分動作に用いられる積分容量ＣはＣ＝Ｃ１＋Ｃ２となり、オフであればＣ＝Ｃ１となる。フォトダイオードＰＤ１で生成された光電流ｉＬが積分容量Ｃに積分されることにより、ａ点の電位は初期値ＶＲＥＦから積分時間ｔとともに低下していく。選択回路１２により選択された画素回路１４の出力は出力バッファ回路１３によりインピーダンス変換されて光センサ回路の出力信号Ｖｏｕｔ１として出力される。リセットスイッチＲＳＷがオフした瞬間の積分時間ｔを０とすると、出力信号Ｖｏｕｔ１は（１）式で表わされる。
【０００５】
Ｖｏｕｔ１＝（ＶＲＥＦ−（ｉＬ・ｔ／Ｃ））・Ａ ・・・（１）
ここでＡは出力バッファ回路の増幅率で、Ａ＝１である。（１）式よりＣの値を変えることにより光センサ回路の感度を変えられることが分かる。すなわち、感度切り替えスイッチＣＳＷによりＣ＝Ｃ１とすると高感度に、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２とすると低感度になる。積分回路１１の積分動作、すなわち光センサ回路の積分動作はａ点の電位および出力信号Ｖｏｕｔ１が０Ｖ（ＧＮＤ：接地電位）に達したときに終了する。同じ光電流ｉＬに対し切り替えスイッチＣＳＷで感度を切り換えたときの積分回路１１の出力（ａ点の電位）と出力信号Ｖｏｕｔ１の様子を図４に示す。高感度，低感度いずれの場合も積分回路１１の出力と出力信号Ｖｏｕｔ１が同形となっている。そして、高感度，低感度いずれの信号も初期値は同じＶＲＥＦとなっているが、信号がＧＮＤに達する積分時間ｔＥＮＤが異なっている。高感度（Ｃ＝Ｃ１）の場合のｔＥＮＤをｔＨ、低感度（Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２）の場合のｔＥＮＤをｔＬとすると、ｔＨ／ｔＬ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。
【０００６】
図５は第２の従来例を示す回路図であり、図６はその動作を示すタイミングチャートである。図５において、ＰＤ２は光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオード、２１は光電流ｉＬを積分する積分回路、２２は選択回路、２３は出力バッファ回路である。積分回路２２はオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ２１，オペアンプＯＰ２１の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続されたコンデンサＣ１およびリセットスイッチＲＳＷで構成されている。オペアンプＯＰ２１の非反転入力端子には基準電圧ＶＲＥＦが入力されている。また、フォトダイオードＰＤ２と積分回路２１が１つの画素回路２４を構成している。選択回路２２は画素選択スイッチＰＩＸＳＷが画素回路と同数並置されていて、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端は各画素回路の出力端子であるオペアンプＯＰ２１の出力端子に接続され、他端は出力バッファ回路２３に共通接続されている。なお、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端に接続される２４以外の画素回路は、図示を省略している。選択回路２２は複数の画素選択スイッチＰＸＳＷのうち１つだけをオン（導通）させ、当該画素選択スイッチＰＸＳＷに接続されている画素回路２４を出力バッファ回路２３に接続し、画素回路２４と出力バッファ回路２３で光センサ回路を構成してその出力を外部に出力させる。出力バッファ回路２３はオペアンプＯＰ２２，オペアンプＯＰ２２の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続された第１の感度切り替えスイッチＳＳＷ１と抵抗Ｒ１，およびオペアンプＯＰ２２の反転入力端子とＧＮＤの間に直列に接続された第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ２と抵抗Ｒ２で構成されている。オペアンプＯＰ２２の非反転入力端子は選択回路２２と接続されている。第１および第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２は相補的にオンオフし、第１の感度切り替えスイッチＳＳＷ１がオンで第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ２がオフの場合、出力バッファ回路２３はボルテージフォロワとなり、出力バッファ回路２３の増幅率Ａは１となる。逆に第１の感度切り替えスイッチＳＳＷ１がオフで第２の感度切り替えスイッチＳＳＷ２がオンの場合、出力バッファ回路２３は増幅率Ａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２の非反転増幅回路となる（ここでは抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値も便宜的にＲ１，Ｒ２としている）。すなわち感度切り替えスイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２および抵抗Ｒ１，Ｒ２は出力バッファ回路２３の増幅率変更手段を構成し、出力バッファ回路２３は１と（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２という２つの増幅率を増幅率変更手段により切り換えることのできる増幅手段となっている。
【０００７】
図６のタイミングチャートにより第２の従来例の光センサ回路の動作を説明する。まず、積分回路２１の積分動作を開始する前に、リセットスイッチＲＳＷをオンしてコンデンサＣ１の両端電圧を短絡し、積分回路２１の出力電圧（図５のａ点の電位）をＶＲＥＦに初期化する。初期化動作後、リセットスイッチＲＳＷをオフすると積分回路２１の積分動作が開始する。フォトダイオードＰＤ２で生成された光電流ｉＬが積分容量ＣであるコンデンサＣ１に積分されることにより、ａ点の電位は初期値ＶＲＥＦから積分時間ｔとともに低下していく。選択回路２２により選択された画素回路２４の出力は出力バッファ回路２３によりＡ倍に増幅されて光センサ回路の出力信号Ｖｏｕｔ２として出力される。リセットスイッチＲＳＷがオフした瞬間の積分時間ｔを０とすると、出力信号Ｖｏｕｔ２は（２）式で表わされる。
【０００８】
Ｖｏｕｔ２＝（ＶＲＥＦ−（ｉＬ・ｔ／Ｃ１））・Ａ ・・・（２）
ここで、増幅率Ａは上述のように、１または（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２である。（２）式より２つの感度切り替えスイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２で増幅率Ａを変更することにより、光センサ回路の感度を変えられることが分かる。すなわち、Ａ＝１とすれば低感度、Ａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２とすれば高感度となる。積分回路２１の積分動作、すなわち光センサ回路の積分動作はａ点の電位および出力信号Ｖｏｕｔ２が０Ｖ（ＧＮＤ：接地電位）に達したときに終了する。同じ光電流ｉＬに対し増幅率Ａを切り換えたときの積分回路２１の出力（ａ点の電位）とＶｏｕｔ２を、図６に示す。積分回路２１の出力波形は高感度，低感度の感度によらないものになっている。出力信号Ｖｏｕｔ２は、高感度，低感度どちらの場合も同じ時刻に積分動作を開始し、同じ時刻で全積分動作を終了していて、各時刻の高感度のＶｏｕｔ２が低感度のＶｏｕｔ２のＡ倍となっている。但し、光センサ回路を高感度にするそもそもの目的は積分時間を短縮することにあるため、高感度においては積分を最後まで行わず、出力信号Ｖｏｕｔ２が初期値（ＶＲＥＦ×Ａ）よりＶＲＥＦ変化した時点（Ｖｏｕｔ２＝ＶＲＥＦ×（Ａ−１）となった時点）で積分を終了させる。また、低感度の場合の出力信号Ｖｏｕｔ２は、積分回路２１の出力と同形になっている。
【０００９】
高感度，低感度における積分時間（出力信号Ｖｏｕｔ２が初期値からＶＲＥＦ変化するまでの時間）をそれぞれｔＨ，ｔＬとすると、ｔＨとｔＬの関係は次の（３）式で表される。
ｔＨ／ｔＬ＝１／Ａ（高感度）＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（３）
【特許文献１】特開平１１−３０４５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、光センサ回路は広い輝度範囲に対応できることと、感度ばらつきの減少の双方が求められている。より広い輝度範囲に対応するためには光センサ回路の感度を向上させて、より低い輝度にも対応できるようにする必要がある。図３に示す第１の従来例の光センサ回路をより高感度化させるためには、積分回路１１の積分容量をさらに小さくする必要がある。光センサ回路を集積回路により実現する場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を小さくすることはそのレイアウト面積を小さくすることに相当する。レイアウト面積を集積回路の製造限界近くまで小さくすると、今度はレイアウト面積のばらつき、すなわちコンデンサの容量ばらつきが問題となってしまう。そのため感度ばらつきも増大してしまい、高感度化と感度ばらつきの低減が両立しないという課題があった。
一方、図５に示す第２の従来例の光センサ回路では増幅率を上げても感度ばらつきが大きくなるという問題は生じないが、ＡＤコンバータへの接続が問題となる。光センサ回路の出力から位相差を求めるためには、まず光センサ回路のアナログ出力をＡＤコンバータによりデジタル化して後段のロジック回路に引き渡す必要がある。図６に示すように、光センサ回路の出力範囲は増幅率Ａにより低感度と高感度とでＡ倍異なるが、ＡＤコンバータの入力電圧範囲は固定されているため、ＡＤコンバータが２つの感度の双方に対し適切な入力範囲をもつことができなくなってしまう。例えば、低感度の光センサ回路の出力範囲０〜ＶＲＥＦに合わせてＡＤコンバータの入力電圧範囲を定めると、高感度の場合の出力範囲がＡＤコンバータの入力電圧範囲を超えてしまうという問題が生じる。また、高感度の光センサ回路の出力範囲０〜ＶＲＥＦ×Ａに合わせてＡＤコンバータの入力電圧範囲を定めると、低感度における出力範囲０〜ＶＲＥＦの出力信号をデジタル化する際の量子化精度が悪くなってしまうという問題が生じてしまう。そして、第２の実施例に関し背景技術で説明したように、高感度において実際に後段の信号処理に供せられるのはＶＲＥＦ×（Ａ−１）〜ＶＲＥＦ×Ａの出力信号範囲だけであるので、高感度における量子化精度が悪くなってしまうという問題も生じてしまう。
【００１１】
この発明は上記問題を解決するものであって、感度ばらつきの悪化やＡＤコンバータへの接続の問題を生ずることなく感度を向上することのできる光センサ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、受光した光量に応じた値の光電流を生成する光電変換手段と、該光電流を積分して第１の所定電圧を初期値とする光電流積分信号に変換する光電流積分手段と、前記光電流積分信号を増幅して出力する増幅手段と、前記第１の所定電圧値を変更する初期値変更手段と、前記増幅手段の増幅率を変更する増幅率変更手段と、を備える光センサ回路であることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記光積分信号が第２の所定電圧を終端値とするものであり、前記第１の所定値と前記第２の所定値の差に前記増幅率を乗じた値が一定であるように、前記初期値変更手段と前記増幅率変更手段が連動して前記第１の所定値および前記増幅率を変更することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記光電流が小さいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を小さくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を大きくし、前記光電流が大きいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を大きくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を小さくすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに係る発明において、前記光電流積分手段が、その反転入力端子に前記光電変換手段が接続された第１の演算増幅器と、該第１の演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続された容量およびスイッチ手段と、第１の切り替え手段を介して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続された複数の基準電圧と、を有し、前記切り替え手段は前記複数の基準電圧のうちの１つを選択して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに係る発明において、前記増幅手段は第２の切り替え手段を介して複数の前記光電流積分手段に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の光センサ回路は、光電変換手段，光電流積分手段，増幅手段，初期値変更手段および増幅率変更手段を備え、光センサ回路の感度切り換えは増幅率変更手段により増幅手段の増幅率を変更することにより行う。これにより増幅率を上げても感度ばらつきが大きくなるという問題は生じない。そして、増幅率の変更に合わせて初期値変更手段により光電流積分手段の出力初期値を変更して出力範囲が増幅率により変わらないようにするから、ＡＤコンバータへの接続の問題も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本明細書の全図において相互に対応する部位には同一符号を付し、重複部分については後述での説明を適宜省略する。
図１は本実施の形態の光センサ回路の構成を示す回路図であり、図２はそのタイミングチャートである。図１において、ＰＤは光電変換素子として光電流ｉＬを生成するフォトダイオード、１は光電流ｉＬを積分する積分回路、２は選択回路、３は増幅手段としての出力バッファ回路である。積分回路１はオペアンプＯＰ１，オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続されたコンデンサＣ１およびリセットスイッチＲＳＷで構成されている。積分回路１は従来例２の図５に示される積分回路２１とほぼ同じ構成であるが、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に２つ基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２が２つの基準電圧選択スイッチＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２により切り換えられて接続されるようになっているところが相違している。すなわち、基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２および基準電圧選択スイッチＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２は積分回路１の積分初期値を変更する初期値変更手段を構成している。２つの基準電圧選択スイッチＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２は相補的にオンオフし、スイッチＲＥＦＳＷ１がオンのときスイッチＲＥＦＳＷ２がオフで基準電圧ＶＲＥＦ１がオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続され、スイッチＲＥＦＳＷ１がオフのときスイッチＲＥＦＳＷ２がオンで基準電圧ＶＲＥＦ２がオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続される。また、フォトダイオードＰＤと積分回路１が１つの画素回路４を構成している。選択回路２は画素選択スイッチＰＩＸＳＷが画素回路と同数並置されていて、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端は各画素回路の出力端子であるオペアンプＯＰ１の出力端子に接続され、他端は出力バッファ回路３に共通接続されている。なお、各画素選択スイッチＰＸＳＷの一端に接続される４以外の画素回路は、図示を省略している。出力バッファ回路３の機能・構成は従来例２の図５に示される出力バッファ回路２３と同じであるので（オペアンプＯＰ２２の名前がＯＰ２に変わるだけである）、詳細な説明は省略する。
【００１６】
本実施の形態では、次の（４）式が成立するように、ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２，Ｒ１，Ｒ２の値を設定しておく。
ＶＲＥＦ１＝ＶＲＥＦ２・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ ・・・（４）
なお、（４）式よりＶＲＥＦ１＞ＶＲＥＦ２となる。光センサ回路の感度を低感度にする場合はスイッチＲＥＦＳＷ１，ＳＳＷ１をオンにし、スイッチＲＥＦＳＷ２，ＳＳＷ２をオフにして、積分回路１の積分初期値をＶＲＥＦ１とするとともに出力バッファ回路３の構成をボルテージフォロワ（増幅率Ａ＝１）にする。光センサ回路の感度を高感度にする場合はスイッチＲＥＦＳＷ１，ＳＳＷ１をオフにし、スイッチＲＥＦＳＷ２，ＳＳＷ２をオンにして、積分回路１の積分初期値をＶＲＥＦ２とするとともに出力バッファ回路３の構成を非反転増幅回路（増幅率Ａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２）にする。
【００１７】
図２のタイミングチャートにより図１に示す実施の形態の光センサ回路の動作を説明する。図２には、同じ光電流ｉＬに対する出力信号Ｖｏｕｔの波形が、低感度と高感度の場合の双方について示されている。最終的に得られる出力信号Ｖｏｕｔの波形は、図４に示す第１の従来例の光センサ回路出力信号Ｖｏｕｔ１の波形に類似したものとなるが、感度を積分容量に依存せずに変更させるため、感度ばらつきが悪化することはないものになっている。光センサ回路の動作としては、積分回路１の積分動作を開始する前に、まずリセットスイッチＲＳＷをオンしてコンデンサＣ１の両端電圧を短絡し、積分回路１の出力電圧（図１のａ点の電位）をＶＲＥＦ１（低感度の場合）もしくはＶＲＥＦ２（高感度）に初期化する。初期化動作後、リセットスイッチＲＳＷをオフすると積分回路１の積分動作が開始する。フォトダイオードＰＤで生成された光電流ｉＬが積分容量Ｃ１に積分されることにより、ａ点の電位は初期値ＶＲＥＦ１もしくはＶＲＥＦ２から積分時間ｔとともに低下していく。選択回路２により選択された画素回路４の出力は出力バッファ回路３によりＡ倍に増幅されて光センサ回路の出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。積分回路１の出力はリセットスイッチＲＳＷがオフした瞬間の積分時間ｔを０とすると、低感度の場合の出力信号Ｖｏｕｔは（５）式で表わされる。
【００１８】
Ｖｏｕｔ＝（ＶＲＥＦ１−（ｉＬ・ｔ／Ｃ）） ・・・（５）
一方、高感度の場合の出力信号Ｖｏｕｔは（６）式で表わされる。
Ｖｏｕｔ＝（ＶＲＥＦ２−（ｉＬ・ｔ／Ｃ））・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２）・・・（６）
また、高感度，低感度における積分時間（出力信号ＶｏｕｔがＧＮＤに達するまでの時間）をそれぞれｔＨ，ｔＬとすると、ｔＨとｔＬの関係は次の（７）式で表される。
ｔＨ／ｔＬ＝１／Ａ（高感度）＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（７）
（５）式と（６）式より、ｔ＝０における低感度および高感度の出力信号Ｖｏｕｔ初期値はそれぞれＶＲＥＦ１とＶＲＥＦ２・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２になるが、（４）式より両者は等しくなる。すなわち、図２に示すように、積分回路１の出力範囲は異なるものの、光センサ回路が（４）式を満たすよう構成されているため、光センサ回路の出力Ｖｏｕｔ自体の出力範囲は感度によらず常に０〜ＶＲＥＦ１となり、本実施の形態の光センサ回路はＡＤコンバータへの接続に問題のないものになっている。また、上述のように積分回路１の積分容量Ｃ１を徒に小さくする必要がないため、感度ばらつきも小さくできるものとなっている。
【００１９】
なお、今までの説明において低感度と高感度とは相対的な感度の違いを示すものであり、絶対的な感度を示すものでないことは言うまでもない。
また、出力バッファ回路３として、例えば特許文献１に示されるような他の形式の増幅回路を適用してもよい。この場合、当該増幅回路の複数の増幅率をＡｉ（ｉ＝１，２，・・・）とし、増幅率Ａｉに対応して積分回路１に与えられる基準電圧をＶｉとすると、Ａｉ×Ｖｉがｉによらず一定になるようにしておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の光センサ回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す回路のタイミングチャートである。
【図３】第１の従来例の光センサ回路の構成を示す回路図である。
【図４】図３に示す回路のタイミングチャートである。
【図５】第２の従来例の光センサ回路の構成を示す回路図である。
【図６】図５に示す回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１ 積分回路
２ 選択回路
３ 出力バッファ回路
４ 画素回路
Ｃ１ コンデンサ
ＯＰ１，ＯＰ２ オペアンプ
ＰＤ フォトダイオード
ＰＩＸＳＷ 画素選択スイッチ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＲＥＦ１，ＲＥＦ２ 基準電圧
ＲＥＦＳＷ１，ＲＥＦＳＷ２ 基準電圧選択スイッチ
ＳＳＷ１，ＳＳＷ２ 感度切り替えスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光量に応じた値の光電流を生成する光電変換手段と、該光電流を積分して第１の所定電圧を初期値とする光電流積分信号に変換する光電流積分手段と、前記光電流積分信号を増幅して出力する増幅手段と、前記第１の所定電圧値を変更する初期値変更手段と、前記増幅手段の増幅率を変更する増幅率変更手段と、を備えることを特徴とする光センサ回路。
【請求項２】
前記光積分信号が第２の所定電圧を終端値とするものであり、前記第１の所定値と前記第２の所定値の差に前記増幅率を乗じた値が一定であるように、前記初期値変更手段と前記増幅率変更手段が連動して前記第１の所定値および前記増幅率を変更することを特徴とする請求項１に記載の光センサ回路。
【請求項３】
前記光電流が小さいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を小さくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を大きくし、前記光電流が大きいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を大きくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の光センサ回路。
【請求項４】
前記光電流積分手段が、その反転入力端子に前記光電変換手段が接続された第１の演算増幅器と、該第１の演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続された容量およびスイッチ手段と、第１の切り替え手段を介して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続された複数の基準電圧と、を有し、前記切り替え手段は前記複数の基準電圧のうちの１つを選択して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続す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光センサ回路。
【請求項５】
前記増幅手段は第２の切り替え手段を介して複数の前記光電流積分手段に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光センサ回路。
【請求項１】
受光した光量に応じた値の光電流を生成する光電変換手段と、該光電流を積分して第１の所定電圧を初期値とする光電流積分信号に変換する光電流積分手段と、前記光電流積分信号を増幅して出力する増幅手段と、前記第１の所定電圧値を変更する初期値変更手段と、前記増幅手段の増幅率を変更する増幅率変更手段と、を備えることを特徴とする光センサ回路。
【請求項２】
前記光積分信号が第２の所定電圧を終端値とするものであり、前記第１の所定値と前記第２の所定値の差に前記増幅率を乗じた値が一定であるように、前記初期値変更手段と前記増幅率変更手段が連動して前記第１の所定値および前記増幅率を変更することを特徴とする請求項１に記載の光センサ回路。
【請求項３】
前記光電流が小さいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を小さくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を大きくし、前記光電流が大きいと判断されるときは前記第１の所定値と前記第２の所定値の差の絶対値を大きくするように前記第１の所定値を変更するとともに前記増幅率の絶対値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の光センサ回路。
【請求項４】
前記光電流積分手段が、その反転入力端子に前記光電変換手段が接続された第１の演算増幅器と、該第１の演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に並列に接続された容量およびスイッチ手段と、第１の切り替え手段を介して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続された複数の基準電圧と、を有し、前記切り替え手段は前記複数の基準電圧のうちの１つを選択して前記第１の演算増幅器の非反転入力端子に接続す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光センサ回路。
【請求項５】
前記増幅手段は第２の切り替え手段を介して複数の前記光電流積分手段に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光センサ回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３１７３８３（Ｐ２００６−３１７３８３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４２４４１（Ｐ２００５−１４２４４１）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（５０３３６１２４８）富士電機デバイステクノロジー株式会社 (1,023)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（５０３３６１２４８）富士電機デバイステクノロジー株式会社 (1,023)
【Ｆターム（参考）】
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