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
【課題】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を提供する。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【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（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、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】
【発明が解決しようとする課題】
【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、フォトダイオードやフォ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、受光デバイスのバイアス状態が変化し、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っていくため、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】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、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】
この態様によると、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トランジスタのエ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。カ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い。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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（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ＳＩＧ１が入力される。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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１００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。
【００６５】
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、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。
【００６６】
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きる。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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２１０のサイズが非常に小さく光電流Ｉｐが小さい場合や、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【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】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。
【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】
【００８５】
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、 ３０２ 機能ＩＣ、 ３１０ 電池、 ３２０ ＤＣ／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。
【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（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、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】
【発明が解決しようとする課題】
【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、フォトダイオードやフォ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、受光デバイスのバイアス状態が変化し、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っていくため、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】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、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】
この態様によると、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トランジスタのエ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。カ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い。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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（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ＳＩＧ１が入力される。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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１００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。
【００６５】
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、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。
【００６６】
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きる。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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２１０のサイズが非常に小さく光電流Ｉｐが小さい場合や、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【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】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。
【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】
【００８５】
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、 ３０２ 機能ＩＣ、 ３１０ 電池、 ３２０ ＤＣ／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。
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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から３のいずれかに記載の電流検出回路。
【請求項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から３のいずれかに記載の電流検出回路。
【請求項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から３のいずれか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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項９】
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６から８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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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から３のいずれかに記載の電流検出回路。
【請求項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から３のいずれかに記載の電流検出回路。
【請求項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から３のいずれか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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項９】
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６から８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。
【請求項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。
【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２００７−１０７９２６（Ｐ２００７−１０７９２６Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９６７２３（Ｐ２００５−２９６７２３）
【出願日】平成１７年１０月１１日（２００５．１０．１１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１１日（２００５．１０．１１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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