TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021067636
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019195139
出願日20191028
発明の名称光センサ
出願人エイブリック株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G01J 1/44 20060101AFI20210402BHJP(測定;試験)
要約【課題】外部電源を要しない光センサを提供する。
【解決手段】フォトダイオード101を含み、第1の波長感度特性を有する第1光検出部10と、一端が第1光検出部のフォトダイオードのカソードに接続され、他端が接地点に接続された第1抵抗103と、アノードが第1光検出部のフォトダイオードのアノードに接続されるフォトダイオード102を含み、第1の波長感度特性とは異なる第2の波長感度特性を有する第2光検出部20と、一端が第2光検出部のフォトダイオードのカソードに接続され、他端が接地点に接続された第2抵抗104と、第1光検出部のフォトダイオードに接続される第1入力端子TIと、第2光検出部のフォトダイオードに接続される第2入力端子TNと、第1入力端子と第2入力端子の電位とに基づく電位を出力する出力端子TOとを備え、第1光検出部及び第2光検出部の起電力によって生じる電力を動作電源とする増幅回路406とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
フォトダイオードを含み、第1の波長感度特性を有する第1光検出部と、
一端が前記第1光検出部のフォトダイオードのカソードに接続され、他端が接地点に接続された第1抵抗と、
アノードが前記第1光検出部のフォトダイオードのアノードに接続されるフォトダイオードを含み、前記第1の波長感度特性とは異なる第2の波長感度特性を有する第2光検出部と、
一端が前記第2光検出部のフォトダイオードのカソードに接続され、他端が前記接地点に接続された第2抵抗と、
前記第1光検出部のフォトダイオードのカソードに接続される第1入力端子と、前記第2光検出部のフォトダイオードのカソードに接続される第2入力端子と、前記第1入力端子の電位と前記第2入力端子の電位との差に基づく電位を出力する出力端子とを備え、前記第1光検出部のフォトダイオード及び前記第2光検出部のフォトダイオードの起電力によって生じる電力を動作電源とする増幅回路と、
を備える光センサ。
続きを表示(約 890 文字)【請求項2】
前記起電力によって生じる電力を昇圧した電力を前記増幅回路の電源端子に供給する昇圧部
をさらに備える請求項1に記載の光センサ。
【請求項3】
前記第1光検出部は、縦続接続された複数のフォトダイオードを含み、
前記第2光検出部は、縦続接続された複数のフォトダイオードを含む、
請求項1又は請求項2に記載の光センサ。
【請求項4】
nチャネル型のトランジスタと、
光検出電流出力端子と、
をさらに備え、
前記トランジスタのゲートは、前記増幅回路の前記出力端子に接続され、
前記トランジスタのソースは、前記増幅回路の前記第1入力端子に接続され、
前記トランジスタのドレインは、前記光検出電流出力端子に接続される
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項5】
第1の入力段トランジスタと、
第2の入力段トランジスタと、
をさらに備え、
前記増幅回路の前記第1入力端子には前記第1の入力段トランジスタのゲートが接続され、
前記増幅回路の前記第2入力端子には前記第2の入力段トランジスタのゲートが接続され、
前記第1の入力段トランジスタと、前記第2の入力段トランジスタは、いずれもデプレッション型のnチャネル型のトランジスタである
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項6】
第3の入力段トランジスタと、
第4の入力段トランジスタと、
をさらに備え、
前記増幅回路の前記第1入力端子には前記第3の入力段トランジスタのソースが抵抗を介して接続され、
前記増幅回路の前記第2入力端子には前記第2の入力段トランジスタのソースが抵抗を介して接続され、
前記第3の入力段トランジスタと、前記第4の入力段トランジスタは、いずれもデプレッション型のnチャネル型のトランジスタである
請求項5に記載の光センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、光センサに関する。
続きを表示(約 8,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来、フォトダイオードが受光する光に応じた信号を出力回路から出力する光センサに関する技術が知られている。(例えば、特許文献1を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2013−197243号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したような従来の光センサでは、出力回路を駆動するための電源を光センサの外部から供給している。すなわち、従来手法によると、光センサを駆動するための外部電源を用意しなければならないという問題があった。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、外部電源を要しない光センサ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】
【0006】
本発明の一態様に係る光センサは、フォトダイオードを含み、第1の波長感度特性を有する第1光検出部と、一端が前記第1光検出部のフォトダイオードのカソードに接続され、他端が接地点に接続された第1抵抗と、アノードが前記第1光検出部のフォトダイオードのアノードに接続されるフォトダイオードを含み、前記第1の波長感度特性とは異なる第2の波長感度特性を有する第2光検出部と、一端が前記第2光検出部のフォトダイオードのカソードに接続され、他端が前記接地点に接続された第2抵抗と、前記第1光検出部のフォトダイオードのカソードに接続される第1入力端子と、前記第2光検出部のフォトダイオードのカソードに接続される第2入力端子と、前記第1入力端子の電位と前記第2入力端子の電位との差に基づく電位を出力する出力端子とを備え、前記第1光検出部のフォトダイオード及び前記第2光検出部のフォトダイオードの起電力によって生じる電力を動作電源とする増幅回路と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
この発明によれば、外部電源を要しない光センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1の実施形態における光センサの構成の一例を示す図である。
第1の実施形態における増幅回路の構成の一例を示す図である。
第1の実施形態における増幅回路の構成の変形例を示す図である。
第2の実施形態における光センサの構成の一例を示す図である。
第3の実施形態における光センサの構成の一例を示す図である。
第3の実施形態における増幅回路の構成の一例を示す図である。
第3の実施形態における増幅回路の構成の変形例を示す図である。
第3の実施形態における増幅回路の構成の第2の変形例を示す図である。
第1の実施形態における増幅回路の構成の第2の変形例を示す図である。
第1の実施形態における増幅回路の構成の第3の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[第1の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態による光センサ50の構成の一例を示す図である。光センサ50は、第1光検出部10と、第2光検出部20と、第1抵抗103と、第2抵抗104と、昇圧回路105と、増幅回路406と、出力ピン408とを備える。
なお、以下の説明において、光とは、光センサ50が検出可能な波長の電磁波のことを指し、可視光のほか、赤外光、紫外光などを広く含む。
【0010】
第1光検出部10は、第1フォトダイオード101を備える。
第2光検出部20は、第2フォトダイオード102を備える。
第1フォトダイオード101のアノードと、第2フォトダイオード102のアノードとは、接続点P4において互いに接続されている。つまり、第2光検出部20は、アノードが第1光検出部10の第1フォトダイオード101のアノードに接続される第2フォトダイオード102を含む。
【0011】
なお、本実施形態において、第1光検出部10及び第2光検出部20は、入射された光で発電する素子であればよい。一例として、第1光検出部10及び第2光検出部20が備えるフォトダイオードは、p型半導体とn型半導体とがpn接合され光起電力効果により光電流を生じる素子である。例えば、フォトダイオードは、太陽電池のようにpn接合による素子である。
【0012】
第1抵抗103は、一端が接続点P2において第1光検出部10の第1フォトダイオード101のカソードに接続され、他端が接続点P1において接地されている。
第2抵抗104は、一端が接続点P3において第2光検出部20の第2フォトダイオード102のカソードに接続され、他端が接続点P1において接地されている。
これら、第1抵抗103及び第2抵抗104は、抵抗値及び温度特性等の特性が互いに揃えられている。例えば、第1抵抗103の抵抗値と、第2抵抗104の抵抗値は、30kΩ(キロオーム)である。
【0013】
昇圧回路105は、入力端子108と、出力端子109とを備える。入力端子108は、第1フォトダイオード101のアノード及び第2フォトダイオード102のアノードと、接続点P4において接続されている。昇圧回路105は、入力端子108に供給される電圧を昇圧して出力端子109に出力する。
【0014】
この実施形態において昇圧回路105は、不図示のクロック生成回路を備えるチャージポンプ型の昇圧DC−DCコンバータ回路である。この一例の場合、昇圧回路105は、外部電源を要せずに昇圧動作を行う。
【0015】
増幅回路406は、電源端子TPと、電源端子TGと、第1入力端子TIと、第2入力端子TNと、出力端子TOとを備える。電源端子TPは、昇圧回路105の出力端子109に接続される。電源端子TGは、接地される。増幅回路406は、昇圧回路105から出力される電力を電源として動作する。
第1入力端子TIは、接続点P2において、第1光検出部10の第1フォトダイオード101のカソードに接続されている。第2入力端子TNは、接続点P3において、第2光検出部20の第2フォトダイオード102のカソードに接続されている。出力端子TOは、出力ピン408に接続されており、第1入力端子の電位と第2入力端子の電位とに基づく電位を出力する。
この一例では、増幅回路406とは、差動増幅回路である。第1入力端子TIとは増幅回路406の反転入力端子である。第2入力端子TNとは増幅回路406の非反転入力端子である。出力端子TOは、第1入力端子TIの電位と第2入力端子TNの電位とに基づく電圧又は電流を出力する。一例として、出力端子TOは、第1入力端子TIの電位と第2入力端子TNの電位との差分の電位を出力する。
【0016】
[光センサ50の動作例]
第1フォトダイオード101及び第2フォトダイオード102は、いずれも、光が入射すると光起電力効果によって起電力を生じる。第1フォトダイオード101は、起電力によって、第1フォトダイオード101のカソードからアノードに流れる光電流I1を生じさせる。第2フォトダイオード102は、起電力によって、第2フォトダイオード102のカソードからアノードに流れる光電流I2を生じさせる。
【0017】
第1光検出部10と、第2光検出部20とは、互いに異なる波長感度特性を有する。波長感度特性とは、入射する光の波長に対する光検出部の受光感度である。
第1光検出部10は、第1の波長感度特性を有する。第1光検出部10は、第1フォトダイオード101に入射する光の強度と第1の波長感度特性とに応じた光電流I1を出力する。すなわち、第1光検出部10は、第1フォトダイオード101を含み、第1の波長感度特性を有する。
【0018】
第2光検出部20は、第1光検出部10に対して、特定の波長範囲の発電特性を低下させる構造又はフィルタが装着された構造となっている。
この一例において、第2光検出部20は、不図示の波長フィルタを備えている。第2光検出部20は、波長フィルタを透過して第2フォトダイオード102に入射する光を検出する。波長フィルタは、上述した第1の波長感度特性に対し、特定の波長範囲の感度を低下させた波長特性を有する。すなわち、第2光検出部20は、第2フォトダイオード102を含み、第1の波長感度特性とは異なる第2の波長感度特性を有する。
第2の波長感度特性は、第1の波長感度特性の感度を有する波長範囲のうち、特定の波長範囲の感度が低くされている。
【0019】
なお、本実施形態において、第2光検出部20は不図示の波長フィルタを備えることにより、第1の波長感度特性とは異なる第2の波長感度特性を有するものとして説明したが、第2光検出部20は第1の波長感度特性とは異なる第2の波長感度特性を有していればよく、この実施形態に限定されない。例えば、第2光検出部20に含まれる第2フォトダイオード102の波長感度特性を、第1フォトダイオード101の波長感度特性とは異なるものにするように構成してもよい。
【0020】
特定の波長範囲が含まれる光が第1光検出部10と第2光検出部20に入射すると、第1光検出部10よりも第2光検出部20の方が、特定の波長範囲の光強度に比例して発電量が低下する。以下の説明において、第2光検出部20の発電量が低下する波長範囲を、「特定の波長範囲」と記載する。
【0021】
第1抵抗103と、第2抵抗104とは、同等の抵抗値を有する。第1抵抗103には、接続点P1から光電流I1が流れる。第2抵抗104には、接続点P1から光電流I2が流れる。このため、本実施形態において、接続点P2の電位及び接続点P3の電位は、接続点P1の電位よりも低下する。
第1光検出部10及び第2光検出部20が特定の波長範囲の光を検出した場合、第2光検出部20は、特定の波長範囲の発電特性が低いため、光電流I2は小さくなる。光電流I2が小さくなると、接続点P3の電位は高くなる。したがって、接続点P3の電位は、特定の波長範囲の光強度に比例して、接続点P2の電位よりも高くなる。
【0022】
この一例において、光が、第1光検出部10及び第2光検出部20に入射することにより、第1光検出部10及び第2光検出部20に起電力が発生し、発生した起電力が所定値(例えば0.4V)を超えると、第1光検出部10には光電流I1が流れ、第2光検出部20には光電流I2が流れる。光電流I1又は光電流I2が流れると、昇圧回路105に電流が流入する。昇圧回路105の入力端子108には、第1光検出部10から接続点P4を介して光電流I1が、第2光検出部20から接続点P4を介して光電流I2が、それぞれ流入する。
昇圧回路105は、第1光検出部10と第2光検出部20とが発電する発電電力を、より高い電圧の昇圧電力に変換し、出力端子109を介して増幅回路406に供給する。
つまり、昇圧回路105(昇圧部)は、第1光検出部10と第2光検出部20の起電力によって生じる電力を昇圧した電力を増幅回路406の電源端子に供給する。
【0023】
増幅回路406は、第1光検出部10の第1フォトダイオード101及び第2光検出部20の第2フォトダイオード102の起電力によって生じる電力を動作電源とする。
増幅回路406は、接続点P2の電位と接続点P3の電位との差分に基づく電圧ないし電流を、出力端子TOを介して出力ピン408に出力する。
従って、本実施形態における光センサ50は、特定の波長範囲の光の強度に応じた電圧ないし電流が出力ピン408から出力される。
【0024】
[増幅回路406の構成例]
図2は、第1の実施形態における増幅回路406の構成の一例を示す図である。
増幅回路406は、トランジスタ403と、トランジスタ404と、トランジスタ409と、トランジスタ410と、トランジスタ401と、トランジスタ402と、抵抗413と、抵抗411と、定電流源405と、定電流源407とを備える。
トランジスタ403と、トランジスタ404と、トランジスタ409と、トランジスタ410は、いずれもpチャネル型のトランジスタである。トランジスタ401と、トランジスタ402は、いずれもデプレッション型のnチャネル型のトランジスタである。なお、以下の説明においてデプレッション型と明記しないトランジスタは、エンハンスメント型であってよい。
定電流源405及び定電流源407は、互いに同じ電流値の電流を流す。定電流源405に流れる電流を電流I
47
とし、定電流源407に流れる電流を電流I
48
とする。電流I
47
と、電流I
48
とは、同じ電流値である。
【0025】
デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ401は、ゲートが第1入力端子TIに接続され、ソースが定電流源405を介して電源端子TGに接続され、ドレインがトランジスタ403のドレインに接続されている。デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ402は、ゲートが第2入力端子TNに接続され、ソースが定電流源407を介して電源端子TGに接続され、ドレインがトランジスタ404のドレインに接続されている。デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ401のソースと、デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ402のソースとは、抵抗413を介して互いに接続されている。
トランジスタ403は、ソースが電源端子TPに接続され、ゲートが自身のドレイン及びトランジスタ404のゲートに接続され、ドレインがデプレッション型のnチャネル型のトランジスタ401のドレインに接続されている。トランジスタ404は、ソースが電源端子TPに接続され、ゲートがトランジスタ403のゲート及びトランジスタ403のドレインに接続され、ドレインがデプレッション型のnチャネル型のトランジスタ402のドレインに接続されている。
トランジスタ409は、ゲート及びドレインがトランジスタ404のドレインに接続され、ソースが電源端子TPに接続されている。トランジスタ410は、ゲートがトランジスタ404のドレインに接続され、ソースが電源端子TPに接続され、ドレインが出力端子TOに接続され、かつ抵抗411を介して電源端子TGに接続されている。
【0026】
この一例において、差動対トランジスタを構成するトランジスタ401と、トランジスタ402とは、いずれもデプレッション型のnチャネル型のトランジスタである。したがって、電源端子TGよりも低い入力電圧に対応することができる。
ここで、第1光検出部10及び第2光検出部20が特定の波長範囲の光を検出した場合、第2入力端子TNの電位は、特定の波長範囲の光強度に比例して、第1入力端子TIの電位よりも高くなる。第1入力端子TIと第2入力端子TNとの電位差は、ほぼ抵抗413にかかる電位差となり、その電位差に応じた電流I
44
が抵抗413に流れる。
トランジスタ403に流れる電流は、デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ401のドレイン−ソース間を介し、定電流源405に流れる。したがって、トランジスタ403のソース−ドレイン間に流れる電流I
46
は、定電流源405に流れる電流I
47
から、抵抗413に流れる電流I
44
を引いた値となる。
【0027】
トランジスタ404と、トランジスタ403とは、カレントミラー回路を構成するため、トランジスタ404のソース−ドレイン間には、トランジスタ403のソース−ドレイン間と同等の電流が流れる。つまり、トランジスタ404のソース−ドレイン間に流れる電流I
41
は、電流I
46
と同等である。また、電流I
41
は、電流I
46
と同等であるので、電流I
47
から電流I
44
を引いた値と同等である。
デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ402のドレイン−ソース間に流れる電流は、抵抗413と、定電流源407とに流れる。したがって、デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ402のドレイン−ソース間に流れる電流I
43
は、抵抗413に流れる電流I
44
と、定電流源407に流れる電流I
48
とを足した電流となる。
【0028】
ここで、トランジスタ409のソース−ドレイン間に流れる電流I
42
は、デプレッション型のnチャネル型のトランジスタ402のドレイン−ソース間に流れる電流I
43
から、トランジスタ404のソース−ドレイン間に流れる電流I
41
を引いた値となる。電流I
43
は、電流I
48
と電流I
44
とを足した電流であり、電流I
41
は、電流I
47
から電流I
44
とを引いた電流であることから、電流I
42
は、電流I
44
の2倍の値となる。
【0029】
トランジスタ410と、トランジスタ409とは、カレントミラー回路を構成するため、トランジスタ410のソース−ドレイン間には、トランジスタ409のソース−ドレイン間と同等の電流が流れる。つまり、トランジスタ410のソース−ドレイン間に流れる電流I
45
は、電流I
42
と同等である。つまり、電流I
45
は、電流I
44
の2倍の値となる。
電流I
45
は抵抗411に流れるため、出力端子TOの電位は、抵抗411の抵抗値に、電流I
45
の電流値を乗じた値となる。
したがって、第2入力端子TNと第1入力端子TIとの電位差は、抵抗413に対する抵抗411の抵抗比の2倍に増幅され、出力端子TOに出力される。
【0030】
[増幅回路406の変形例]
図3は、第1の実施形態における増幅回路406の構成の変形例である増幅回路406Aを示す図である。
増幅回路406Aは、トランジスタ703と、トランジスタ704と、トランジスタ701と、トランジスタ702と、トランジスタ709と、トランジスタ710と、抵抗713と、抵抗711と、抵抗715と、抵抗717と、定電流源705と、定電流源707と、定電流源714と、定電流源716とを備える。
トランジスタ703と、トランジスタ704と、トランジスタ709と、トランジスタ710とは、いずれもpチャネル型のトランジスタである。トランジスタ701と、トランジスタ702とは、いずれもnチャネル型のトランジスタである。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

エイブリック株式会社
増幅器
エイブリック株式会社
発振回路
エイブリック株式会社
光センサ
エイブリック株式会社
昇圧回路
エイブリック株式会社
磁気センサ
エイブリック株式会社
半導体装置
エイブリック株式会社
基準電圧回路
エイブリック株式会社
電源管理装置
エイブリック株式会社
磁性体検出センサ
エイブリック株式会社
アナログスイッチ
エイブリック株式会社
半導体装置とその製造方法
エイブリック株式会社
静電保護回路及び半導体装置
エイブリック株式会社
半導体装置及びその製造方法
エイブリック株式会社
部品検査装置及び部品検査方法
エイブリック株式会社
半導体装置およびその製造方法
エイブリック株式会社
半導体装置およびその製造方法
エイブリック株式会社
光センサ装置およびその製造方法
エイブリック株式会社
充放電制御装置、及びバッテリ装置
エイブリック株式会社
半導体装置及び半導体装置の製造方法
エイブリック株式会社
半導体装置の製造方法及び半導体装置
エイブリック株式会社
吸着保持装置、吸着保持方法、及び半導体装置の製造方法
個人
自動車
個人
測定装置
個人
結晶方位判別器
個人
色識別方法
個人
試料前処理チップ
個人
プローブユニット
個人
欠陥検出装置
個人
ハイブリッド線量計
個人
筋交い検出具
日本精機株式会社
計器装置
個人
水中方向指示システム
キーコム株式会社
遅延装置
個人
測定装置及び測定方法
株式会社ナベル
卵分類装置
日本精機株式会社
計器装置
続きを見る