专利名称：光电转换器件和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电转换器件和提供有该器件的电子设备，并涉及一种光电转换器件，作为一个例子，其被用于借助于光电检测器检测移动物体的位置、移动速度、移动方向等的光编码器，并且该光电转换器件适合于用在诸如复印机和打印机的打印装置、FA(工厂自动化)设备等。
背景技术：
在现有技术中，如图10所示，已知一种光电传感器(photosensor)，其借助于对数转换电路102对数地(logarithmically)转换与入射到光电二极管101上的光的入射光强度(intensity)相对应的光电流，借此来输出输出电压Vout(JP S61-61457A)。
而且，作为另一个现有技术，已知一种光电转换器件，其通过n-MOS晶体管来对数地压缩光电二极管的输出信号(JP 2001-215550A)。
根据采用光电转换器件的传统的光电传感器和光传感器(optical sensor)，已经可以通过对数地压缩来自光电二极管的光电流来获得弱光(faint light)的信息。
但是，当光电二极管的输入光的信噪比不足时会出现一个问题，即对数地压缩光电流之后不能够保证令人满意的信噪比，诸如对数压缩电路的偏移(offset)等偏差(variation)因素不能被忽略，以及不能够保证令人满意的放大特性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光电转换器件，即使在输入光的信噪比很低的情况下，该光电转换器件也能够保证输出信号的信噪比。
为了达到上述目的，提供一种光电转换器件，其包括光电转换元件；电流放大部分，其放大从所述光电转换元件输出的光电检测电流(photodetection current)；和对数压缩部分，其接收该电流放大部分的输出电流作为其输入，对数地压缩输入的电流并输出对数压缩信号。
根据所述光电转换器件，由于提供了放大从光电转换元件输出的光电检测电流的电流放大部分，即使在光电检测电流很微弱(feeble)并且光电检测电流的信噪比较低的情况下，也能够保证输入到对数压缩部分的输出电流的信号幅值。因此，根据本发明，即使在输入光的信噪比较低的情况下，也能够保证输出信号的信噪比。
在本发明的一个实施例中，所述对数压缩部分具有电流补偿电路，一调节电流被输入到该电流补偿电路。
根据该实施例的光电转换器件，电流补偿电路将调节电流输入到对数压缩部分。因此，通过在对数压缩部分中对泄漏电流等进行补偿，能够从对数压缩部分输出具有较小偏差的对数压缩信号。
在本发明的一个实施例中，光电转换器件还包括第一光电转换元件；第二光电转换元件；第一电流放大部分，其放大从第一光电转换元件输出的第一光电检测电流；第二电流放大部分，其放大从第二光电转换元件输出的第二光电检测电流；第一对数压缩部分，其对数地压缩从第一电流放大部分输出的第一输出电流，并输出第一对数压缩信号；第二对数压缩部分，其对数地压缩从第二电流放大部分输出的第二输出电流，并输出第二对数压缩信号；以及差分放大器，第一对数压缩信号和第二对数压缩信号被输入到该差分放大器。
根据该实施例的光电转换器件，通过在第一和第二电流放大部分中放大从第一和第二光电转换元件输出的第一和第二光电检测电流，并对数地压缩从第一和和第二电流放大部分输出的第一和第二输出电流，输出了第一和第二对数压缩信号。第一和第二对数压缩信号被输入到差分放大器，并且该信号被放大。因此，获得了具有大信噪比的对数压缩信号。
在本发明的一个实施例中，光电转换器件还包括第一光电转换元件；第二光电转换元件；第一电流放大部分，其放大从第一光电转换元件输出的第一光电检测电流；以及第二电流放大部分，其放大从第二光电转换元件输出的第二光电检测电流，其中所述对数压缩部分接收来自第一电流放大部分的第一输出电流和来自第二电流放大部分的第二输出电流作为其输入，并通过对数地压缩在第一输出电流和第二输出电流之间的电流差来输出对数压缩信号。
根据该实施例的光电转换器件，在第一和第二电流放大部分中放大从第一和第二光电转换元件输出的第一和第二光电检测电流。然后，对数压缩部分输出通过对数地压缩在从第一电流放大部分输出的第一输出电流与从第二电流放大部分输出的第二输出电流之间的电流差来输出对数压缩信号。因此，当输入到第一和第二光电转换元件的两个输入光线是互为反相的信号(mutually inverted signal)时，通过放大在互为反相的第一和第二输出电流之间的电流差，可以进一步增加对数压缩信号的信号幅值。
在本发明的一个实施例中，对数压缩部分包括二极管，其对数地压缩电流放大部分的输出电流；和电阻器，其与所述二极管并行连接。
根据该实施例的光电转换器件，通过将电阻器与对数压缩部分中用于对数压缩的二极管并行连接，可以线性地放大通过放大由于输入到光电转换元件的弱光产生的光电检测电流而获得的输出电流。
在本发明的一个实施例中，一种电子设备包括上述光电转换器件。
根据该电子设备，提供了配备有能够相对于具有低信噪比的输入光保证输出信号的指定的信噪比的高灵敏度的光电转换器件。
通过下文中给出的具体描述和附图将可以更全面地了解本发明，所述附图仅仅是为了说明的目的而给出的，因此对本发明来讲并不是限定性的，并且其中图1是示出本发明的光电转换器件的第一实施例的框图；图2是示出第一实施例的对数压缩特性的特性图；图3是示出本发明的光电转换器件的第二实施例的框图；图4是示出本发明的光电转换器件的第三实施例的电路图；图5是示出本发明的光电转换器件的第四实施例的电路图；图6是示出本发明的光电转换器件的第五实施例的电路图；图7A是示出在光电检测电流和光电检测电压之间的关系的特性图，当提供了电流放大部分但是没有提供电流补偿电路时，这一关系由特性曲线Z1表示，当没有提供电流放大部分但是提供了电流补偿电路时，这一关系由特性曲线Z2表示；图7B是示出在光电检测电流和光电检测电压之间的关系的特性图，在提供了对数压缩部分和电流补偿电路但是没有提供电流放大部分的情况下，当电流补偿较大时，这一关系由特性Z3表示，当电流补偿较小时，这一关系由特性Z4表示；图8是示出本发明的光电转换器件的第六实施例的电路图；图9是示出本发明的光电转换器件的第七实施例的电路图；图10是传统光电转换器件的框图。
具体实施例方式
下面将通过在附图中示出的实施例详细描述本发明。
第一实施例图1示出了本发明的光电转换器件的第一实施例。第一实施例包括作为光电转换元件的光电二极管1、放大从光电二极管1输出的光电检测电流的电流放大器2、和通过对数地压缩电流放大器2的输出电流来输出输出电压Vout以作为对数压缩信号的对数压缩部分3。
对数压缩部分3具有运算放大器5和二极管6。规定电源7连接到运算放大器5的同相输入端，而电流放大器2的输出端连接到反相输入端。而且，二极管6连接在运算放大器5的输出端和反相输入端之间。
在光电转换器件中，当光10入射到光电二极管1时，与入射光的强度相对应的光电检测电流流过光电二极管1。光电检测电流被电流放大器2放大。被放大的光电检测电流被作为来自电流放大器2的输出电流输入到对数压缩部分3。对数压缩部分3通过对数地压缩该输出电流来输出输出电压Vout以作为对数压缩信号。
根据第一实施例的光电转换器件，由于提供了放大从光电二极管1输出的光电检测电流的电流放大器2，即使在光电检测电流很微弱或者光电检测电流的信噪比很低的情况下，也能够保证输入到对数压缩部分3的输出电流的信号幅值。因此，根据该实施例，即使在入射光的信噪比很低的情况下，也能够保证输出信号的信噪比。
电流放大器2最好应该具有简单的结构，以便放大器不会受到电路偏差等的影响。
输入到对数压缩部分3的输入电流与对数压缩部分3的输出电压Vout之间的关系特性如图2所示。在缺少电流放大器2的情况下，输入电流是光电二极管1的光电检测电流。针对所述特性，点P0表示在没有入射光时输入电流和输出电压Vout的最佳值。在图2中，如虚线围住的区域R1所示，当输入电流是微弱电流时，二极管的特性由于泄漏电流等而改变。
与此形成对比，由于提供了电流放大器2，输入到对数压缩部分3的电流增加，并且在本实施例中，当光电检测电流很微弱时，对数压缩部分3的特性偏差能够被抑制。
第二实施例接下来，在图3中示出了本发明的光电转换器件的第二实施例。第二实施例具有第一光电二极管21，作为第一光电转换元件；第一电流放大器22，其放大从第一光电二极管21输出的第一光电检测电流；和第一对数压缩部分23，其通过对数地压缩第一电流放大器22的第一输出电流来输出第一输出电压Vout1，以作为第一对数压缩信号。第一对数压缩部分23具有与第一实施例的对数压缩部分3类似的结构。
而且，第二实施例具有第二光电二极管24，作为第二光电转换元件；第二电流放大器25，放大从第二光电二极管24输出的第二光电检测电流；和第二对数压缩部分26，其通过对数地压缩第二电流放大器25的第二输出电流来输出第二输出电压Vout2，以作为第二对数压缩信号。第二对数压缩部分26具有与第一实施例的对数压缩部分3类似的结构。
而且，第二实施例具有差分放大器27，从第一对数压缩部分23输出的第一输出电压Vout1和从第二对数压缩部分26输出的第二输出电压Vout2被输入到该差分放大器27。该差分放大器27放大在第一输出电压Vout1与第二输出电压Vout2之间的差，并输出一个输出电压Vout3。
根据第二实施例，通过利用第一和第二电流放大器22和25放大第一和第二光电检测电流，并在第一和第二对数压缩部分23和26中对数地压缩从第一和第二电流放大器22和25输出的第一和第二输出电流，输出了第一和第二对数压缩信号。第一和第二对数压缩信号被输入到差分放大器27，然后该信号被放大。因此，获得了具有较大信噪比的对数压缩信号。
第三实施例接下来，在图4中示出了本发明的光电转换器件的第三实施例。第三实施例的光电转换器件具有移动物体，该移动物体具有在发光元件和光电检测器之间的缝隙(slit)，并用作用于读取该移动物体的缝隙移动速度的光编码器的光电检测电路。
第三实施例的光电转换器件具有作为第一光电转换元件(光电检测器)的第一光电二极管31和作为第二光电转换元件(光电检测器)的第二光电二极管32。而且，作为第一电流放大部分的第三实施例具有第一pnp双极型晶体管33，其利用电流放大系数hfe放大从第一光电二极管31输出的第一光电检测电流。而且，第三实施例具有作为第二电流放大部分的第二pnp双极型晶体管34，其利用电流放大系数hfe放大从第二光电二极管32输出的第二光电检测电流。
而且，第三实施例具有二极管35和36，它们对数地压缩从第一pnp双极型晶体管33输出的第一输出电流。所述二极管35和36被串行连接。而串行连接的两个二极管35和36构成了第一对数压缩部分。而且，第三实施例具有二极管37和38，它们对数地压缩从第二pnp双极型晶体管34输出的第二输出电流。所述两个二极管37和38被串行连接。而串行连接的两个二极管37和38构成了第二对数压缩部分。
而且，第三实施例具有差分放大器41，从第一对数压缩部分输出的第一对数压缩信号和从第二对数压缩部分输出的第二对数压缩信号被输入该差分放大器41。该差分放大器41具有两个npn双极型晶体管42和43。第一对数压缩信号被输入到晶体管42的基极(base)，而第二对数压缩信号被输入到晶体管43的基极。差分放大器41将第一输出信号Vout1输出到连接到晶体管42的集电极(collector)的第一输出线L1，而第二输出信号Vout2被输出到连接到晶体管43的集电极的第二输出线L2。
根据第三实施例，第一和第二对数压缩信号被输入到差分放大器41，然后信号被放大，获得具有较大信噪比的对数压缩信号。
虽然在第三实施例中第一和第二对数压缩部分分别由两个二极管构成，但是也可以通过串行连接最大可能数目的二极管或不少于三个的二极管来提供每个对数压缩部分。这是因为从每个对数压缩部分输出的对数压缩信号的幅值被串行连接的多个二极管相加，从而获得具有更大幅值的对数压缩信号。
第四实施例接下来，在图5中示出了作为第三实施例的修改示例的第四实施例。第四实施例与第三实施例的区别在于提供第一电流镜像电路(mirror circuit)51作为第一电流放大部分，以代替图4的第一pnp双极型晶体管33。而且第四实施例与第三实施例的区别还在于提供第二电流镜像电路52作为第二电流放大部分，以代替图4的第二pnp双极型晶体管34。
在第四实施例中，可以通过调节构成电流镜像电路51的晶体管Tr1和Tr2中的晶体管Tr2的数目来调节电流镜像电路51的电流放大系数。而且，可以通过调节构成电流镜像电路52的晶体管Tr3和Tr4中的晶体管Tr3的数目来调节电流镜像电路52的电流放大系数。
第五实施例接下来，在图6中示出了本发明的光电转换器件的第五实施例。第五实施例与第三实施例的区别在于电流补偿电路，其用于将调节电流加到从构成图4的电流放大部分的晶体管33和34输出的用于输入到对数压缩部分的输出电流。因此，将在第五实施例中描述与第三实施例的区别点。
所述电流补偿电路具有双极型晶体管61和双极型晶体管62，双极型晶体管61的集电极连接到差分放大器41N拥有的双极型晶体管42的基极，而双极型晶体管62的集电极连接到差分放大器41N拥有的双极型晶体管43的基极。电阻器R1和R2连接在晶体管61和62的发射极与电流源63之间。而且，晶体管61和62的基极连接到双极型晶体管65的基极。双极型晶体管65的基极连接到其集电极。双极型晶体管65的集电极连接到双极型晶体管66的集电极，而双极型晶体管66的基极连接到电流源63。
双极型晶体管66的发射极连接到双极型晶体管67的基极，而双极型晶体管67的集电极连接到电流源63。双极型晶体管67的发射极经由电阻器R3和电阻器R4连接到双极型晶体管68的发射极。而且，双极型晶体管68的基极连接到双极型晶体管67的基极。
根据该电流补偿电路，通过利用晶体管67和68的电流镜像电路的基极电流进行调节以使得来自晶体管61和62的输出电流变得与差分放大器41N的放大系数成比例，从而对输入到第一和第二对数压缩部分(二极管35和36以及二极管37和38)的电流进行调节。也就是，电流补偿电路将与差分放大器41N的放大系数成比例的调节电流输入到构成第一对数压缩部分的二极管35和36。因此，除了来自作为第一电流放大部分的晶体管33的输出电流，调节电流也被输入二极管35和36。
而且，电流补偿电路将与差分放大器41N的放大系数成比例的调节电流输入构成第二对数压缩部分的二极管37和38。因此，除了来自作为第二电流放大部分的晶体管34的输出电流，调节电流也被输入到二极管37和38。
利用这种安排，变得能够避开诸如图2的区域R1的发生较大特性偏差的区域，在二极管特性的最佳值使用构成第一和第二对数压缩部分的二极管35至38。因此，可以提供具有极好信噪比的光电转换器件。
在第五实施例中，通过调节构成电流补偿电路的晶体管65的数目和电阻器R1和R2的电阻值，可以调节到第一和第二对数压缩部分的电流。
在这种情况下，用图7A中的特性曲线Z1表示第三实施例中在光电检测电流IF和从对数压缩部分输出的对数压缩信号的光电检测电压之间的关系，其中，在第三实施例中虽然提供了电流放大部分，但是没有提供电流补偿电路输出。而且，图7A的特性曲线Z2表示在第五实施例中没有提供电流放大部分(提供了电流补偿电路)时的特性。参考特性曲线Z1和Z2可以看出，在光电检测电流IF不小于约5mA(毫安)的情况下，电流放大部分所产生的通过增加光电检测电压来改善信噪比的效果要比电流补偿电路大。另一方面，相反地，当光电检测电流IF小于5mA时，电流补偿电路所产生的改善信噪比的效果要比电流放大部分改善光电检测电压的效果更大。
而且，图7B示出了在如第五实施例中的虽然提供了对数压缩部分和电流补偿电路但是没有提供电流放大部分(比较示例1)的情况下，光电转换器件的(光电检测电流IF-信噪比)特性曲线Z3和Z4。特性曲线Z3是在电流补偿(即，调节电流)由于电流补偿电路而较大的情况下的特性曲线，而特性曲线Z4是在电流补偿(即，调节电流)由于电流补偿电路而较小的情况下的特性曲线。
如果相互比较特性Z3和Z4，则可以看出通过增加电流补偿电路的电流补偿来利用小光电检测电流的弱光增加光电检测电压，借此能够改善信噪比。
因此，通过为其中虽然提供了电流放大部分但是没有提供电流补偿电路的第三实施例提供电流补偿电路，可以改善图7A的特性曲线Z1所表示的弱光区域的信噪比。
第六实施例接下来，图8示出了本发明的光电转换器件的第六实施例。第六实施例具有作为第一光电转换元件的第一光电二极管71和作为第二光电转换元件的第二光电二极管72。
在第六实施例中，入射到第一光电二极管71的输入光和入射到第二光电二极管72的输入光为互为反相信号。
第六实施例具有作为第一电流放大部分的第一电流镜像电路73，其放大从第一光电二极管71输出的第一光电检测电流。而且，第六实施例具有作为第二电流放大部分的第二电流镜像电路74，其放大从第二光电二极管72输出的第二光电检测电流。
第一电流镜像电路73具有晶体管Tr71、Tr72和Tr73，而第二电流镜像电路74具有晶体管Tr74、Tr75和Tr76。
而且，第六实施例具有差分放大器75、二极管D71和D72、二极管D73和D74、以及晶体管Tr77、Tr78、Tr79和Tr80。二极管D71至D74和晶体管Tr77至80构成了对数压缩部分。
在第六实施例中，第一电流镜像电路73放大从第一光电二极管71输出的第一光电检测电流，并从晶体管Tr73将结果电流输出到二极管D71和D72。另一方面，第二电流镜像电路74放大从第二光电二极管72输出的第二光电检测电流，并从晶体管Tr76将结果电流输出到二极管D73和D74。
来自第二电流镜像电路74的晶体管Tr75的电流流过晶体管Tr80，而与流过晶体管Tr80的电流相等的电流流过晶体管Tr78。结果，通过从来自第一电流镜像电路73的晶体管Tr73的电流(通过放大第一光电检测电流而获得的电流)中减去来自第二电流镜像电路74的晶体管Tr75的电流(通过放大第二光电检测电流而获得的电流)而获得的电流流过二极管D71和D72。
另一方面，来自第一电流镜像电路73的晶体管Tr72的电流流过晶体管Tr77，而与流过晶体管Tr77的电流相等的电流流过晶体管Tr79。结果，通过从来自第二电流镜像电路74的晶体管Tr76的电流(通过放大第二光电检测电流而获得的电流)中减去来自第一电流镜像电路73的晶体管Tr72的电流(通过放大第一光电检测电流而获得的电流)而获得的电流流过二极管D73和D74。
因此，在第六实施例中，在用作反相信号的第一光电检测电流和第二光电检测电流之间的电流差被对数地压缩。因此，具有增加的幅值的信号被对数地压缩，而信噪比得到了改善。
第七实施例接下来，在图9中示出了本发明的光电转换器件的第七实施例。第七实施例是图4的第三实施例的修改示例，并且与第三实施例的区别仅在于提供了与构成第一对数压缩部分的二极管35并行连接的电阻器R81，以及与构成第二对数压缩部分的二极管37并行连接的电阻器R82。
根据第七实施例，通过向第一和第二对数压缩部分提供与二极管35和37并行连接的电阻器R81和R82，当到第一和第二光电二极管31和32的输入光是弱光时，可以将通过放大由于弱光的光电检测电流而获得的输出电流取出作为具有高分辨率的电压信号，并将其输入到差分放大器41。
也可以将电阻器R81和R82与二极管35和37并行连接。这是因为当电阻器与二极管35和37串行连接时，对数压缩部分的输出电压随着光电检测光的量的增加而成比例地增加，而这不利地限制了适用范围，并降低了对数压缩效果。而且，由于光电检测电流只在光电检测光的量较小时被要求转换成电压，因此如图9所示，对数压缩部分的电阻器R81和R82被要求与一级的(one stage)二极管35和37并行连接。利用这种安排，限制了流过电阻器R81和R82的电流，并且这在光电检测光的量较大时对对数压缩是有效的。
第一至第七实施例的光电转换器件适于构成光编码器，并且适于用在复印机、诸如打印机的打印装置和FA设备中。
虽然已经如上对本发明进行了描述，但是很明显本发明可以以多种方式进行修改。这样的修改不被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且应当理解，对于本领域技术人员来说显而易见的各种改进都完全包括在所附权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种光电转换器件，包括光电转换元件；电流放大部分，其放大从所述光电转换元件输出的光电检测电流；和对数压缩部分，其接收所述电流放大部分的输出电流作为其输入，对数地压缩输入的电流，并输出对数压缩信号。
2.如权利要求1所述的光电转换器件，其中所述对数压缩部分具有电流补偿电路，一调节电流被输入到该电流补偿电路。
3.如权利要求1所述的光电转换器件，包括第一光电转换元件；第二光电转换元件；第一电流放大部分，其放大从所述第一光电转换元件输出的第一光电检测电流；第二电流放大部分，其放大从所述第二光电转换元件输出的第二光电检测电流；第一对数压缩部分，其对数地压缩从所述第一电流放大部分输出的第一输出电流，并输出第一对数压缩信号；第二对数压缩部分，其对数地压缩从所述第二电流放大部分输出的第二输出电流，并输出第二对数压缩信号；以及差分放大器，所述第一对数压缩信号和第二对数压缩信号被输入到该差分放大器。
4.如权利要求1所述的光电转换器件，包括第一光电转换元件；第二光电转换元件；第一电流放大部分，其放大从所述第一光电转换元件输出的第一光电检测电流；以及第二电流放大部分，其放大从所述第二光电转换元件输出的第二光电检测电流，其中所述对数压缩部分接收来自所述第一电流放大部分的第一输出电流和来自所述第二电流放大部分的第二输出电流作为其输入，并通过对数地压缩在该第一输出电流和第二输出电流之间的电流差来输出对数压缩信号。
5.如权利要求1所述的光电转换器件，其中所述对数压缩部分包括二极管，其对数地压缩所述电流放大部分的输出电流；和电阻器，其与所述二极管并行连接。
6.包括如权利要求1至4中的任何一个所述的光电转换器件的电子设备。
全文摘要
提供了一种光电转换器件，其具有放大从光电二极管(1)输出的光电检测电流的电流放大器(2)。因此，即使在光电检测电流很微弱或者光电检测电流的信噪比较低的情况下，也可以保证输入到对数压缩部分(3)的输出电流的信号幅值。而且，即使在输入光的信噪比较低的情况下，也可以保证输出信号的信噪比。
文档编号H01L31/10GK1881597SQ20061007326
公开日2006年12月20日 申请日期2006年4月6日 优先权日2005年4月6日
发明者冈田教和 申请人:夏普株式会社