(57)【要約】【課題】  正確に電流検出が可能な電流検出回路およびそれを用いた信号検出装置を提供する。【解決手段】  電流検出回路１００は、検出端子１０２に光電流Ｉｐが流れる。この電流検出回路１００は、第１スイッチＳＷ１を閉じて光電流Ｉｐによって所定の充電時間の間、コンデンサＣ１を充電する。その後、第１スイッチＳＷ１を開き、第２スイッチＳＷ２を閉じることによって、定電流ＩｘによってコンデンサＣ１に蓄えられた電荷を放電する。カウンタ１６は、定電流による放電開始から、検出電圧Ｖｏ充電前の電圧に等しくなるまでの経過時間を計測し、デジタル値として出力する。検出端子１０２の電位は第１電圧源２０から出力される第１電圧Ｖ１で固定される。【選択図】  図１
2006133135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象となる検出電流が流れる検出端子と、
演算増幅器と、
一端が前記演算増幅器の出力端子に接続され、他端が前記検出端子および前記演算増幅器の反転入力端子に接続され、所定の充電期間の間前記検出電流により充電されるコンデンサと、
前記演算増幅器の非反転入力端子に第１電圧を出力する第１定電圧源と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と反転入力端子間に設けられ、前記充電期間の後、前記コンデンサを定電流により放電する定電流源と、
前記第１定電圧源から出力される前記第１電圧と前記コンデンサの一端に現れる検出電圧とを比較する電圧比較器と、
前記コンデンサの両端の電位を初期化するリセット回路と、
を備え、電圧帰還により前記検出端子に現れる電圧を前記演算増幅器の非反転入力端子に入力される前記第１電圧に近づけつつ、前記検出端子に流れる電流量を検出することを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
検出対象となる検出電流が流れる検出端子と、
演算増幅器と、
一端が前記演算増幅器の出力端子に接続され、他端が前記検出端子および前記演算増幅器の反転入力端子に接続され、所定の充電期間の間前記検出電流により充電されるコンデンサと、
前記演算増幅器の非反転入力端子に第１電圧を出力する第１定電圧源と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と反転入力端子間に設けられ、前記充電期間の後、前記コンデンサを定電流により放電する定電流源と、
前記第１定電圧源から出力される前記第１電圧と前記コンデンサの一端に現れる検出電圧とを比較する電圧比較器と、
前記コンデンサの両端の電位を初期化するリセット回路と、
前記コンデンサの充放電状態を制御する制御部と、
前記定電流源による放電開始から、前記第１電圧と前記検出電圧が等しくなるまでの経過時間を計測するカウンタと、
を備えることを特徴とする電流検出回路。
【請求項３】
前記検出端子と前記演算増幅器の反転入力端子間に設けられ、前記所定の充電期間中にオンする第１スイッチと、
前記演算増幅器の非反転入力端子と反転入力端子間に前記定電流源と直列に設けられ、前記定電流源による放電期間中にオンする第２スイッチと、をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の電流検出回路。
【請求項４】
前記リセット回路は、前記コンデンサと並列に設けられた第３スイッチであることを特徴とする請求項２に記載の電流検出回路。
【請求項５】
前記定電流源は、直列に接続された抵抗および第２定電圧源を含むことを特徴とする請求項２に記載の電流検出回路。
【請求項６】
前記制御部は、カウンタによる計測値に応じて前記充電期間を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電流検出回路。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の電流検出回路と、
前記電流検出回路の前記検出端子に接続される検出素子と、
を備え、前記電流検出回路は、前記検出素子に入力された信号に応じて流れる電流を検出することを特徴とする信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を検出してデジタル出力する電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などの小型情報端末やカメラなどさまざまな電子機器において、その電子機器の周囲の照度を計測する受光装置が用いられている。たとえば、ノートパソコンや携帯電話などにおいては、受光装置によって周囲の照度を測定し、その照度に応じて液晶のバックライトの明るさを調節するなどの用途が考えられる。
【０００３】
このような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素子に受光した光量に応じて流れる光電流を検出し、デジタル、あるいはアナログ信号として検出する。ここで、光電流を検出するために、受光装置は電流を検出するための電流検出回路を備えている。
【０００４】
たとえば、このような電流検出回路の構成としては、検出した光電流を抵抗によって電圧変換し、その後アナログデジタルコンバータによってデジタル化して出力する方法などがある。また、受光素子に流れる電流をコンデンサに一旦充電し、放電に要する時間をカウンタにより計測することによって光電流をデジタル化して検出する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１３８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記特許文献１の図１に記載される回路について検討する。同図において、受光素子であるフォトダイオードに流れる光電流によって充電されるコンデンサは、スイッチを介してフォトダイオードと接続されている。したがって、光電流によってコンデンサが充電されるに伴って、コンデンサの電位すなわちフォトダイオードのアノード端子の電圧が時間とともに変化することになる。その結果、フォトダイオードは、アノードカソード間電圧Ｖｆが変化するため、正確な受光量を測定できなくなるという問題がある。
【０００７】
また、アノードカソード間には容量が存在する。したがって、アノードカソード間の電圧が変化することによってその容量に充電されていた電荷が入出力されるため、正確な光電流の検出を妨げるといった問題も考えられる。
【０００８】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、正確に電流検出が可能な電流検出回路およびそれを用いた信号検出装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は電流検出回路に関する。この電流検出回路は、検出対象となる検出電流が流れる検出端子と、演算増幅器と、一端が前記演算増幅器の出力端子に接続され、他端が検出端子および演算増幅器の反転入力端子に接続され、所定の充電期間の間前記検出電流により充電されるコンデンサと、演算増幅器の非反転入力端子に第１電圧を出力する第１定電圧源と、演算増幅器の非反転入力端子と反転入力端子間に設けられ、充電期間の後、コンデンサを定電流により放電する定電流源と、第１定電圧源から出力される第１電圧とコンデンサの一端に現れる検出電圧とを比較する電圧比較器と、コンデンサの両端の電位を初期化するリセット回路と、を備える。この電流検出回路は、電圧帰還により前記検出端子に現れる電圧を前記演算増幅器の非反転入力端子に入力される前記第１電圧に近づけつつ、前記検出端子に流れる電流量を検出する。
【００１０】
この態様によれば、演算増幅器の非反転入力端子には第１電圧が印加されており、非反転入力端子と反転入力端子は等しくなるように電圧帰還がかかる。したがって、演算増幅器の反転入力端子に接続される検出端子の電圧は、第１電圧に固定されることになるため、検出端子に接続される素子の回路動作に影響を及ぼすことなく正確に電流検出を行うことができる。
【００１１】
本発明のある態様は電流検出回路に関する。この電流検出回路は、検出対象となる検出電流が流れる検出端子と、演算増幅器と、一端が演算増幅器の出力端子に接続され、他端が検出端子および演算増幅器の反転入力端子に接続され、所定の充電期間の間検出電流により充電されるコンデンサと、演算増幅器の非反転入力端子に第１電圧を出力する第１定電圧源と、演算増幅器の非反転入力端子と反転入力端子間に設けられ、充電期間の後、コンデンサを定電流により放電する定電流源と、第１定電圧源から出力される第１電圧とコンデンサの一端に現れる検出電圧とを比較する電圧比較器と、コンデンサの両端の電位を初期化するリセット回路と、コンデンサの充放電状態を制御する制御部と、定電流源による放電開始から、第１電圧と検出電圧が等しくなるまでの経過時間を計測するカウンタと、を備える。
【００１２】
この態様によれば、演算増幅器の非反転入力端子には第１電圧が印加されており、非反転入力端子と反転入力端子は等しくなるように電圧帰還がかかる。したがって、演算増幅器の反転入力端子に接続される検出端子の電圧は、第１電圧に固定されることになるため、検出端子に接続される素子の回路動作に影響を及ぼすことなく正確に電流検出を行うことができる。
【００１３】
検出端子と演算増幅器の反転入力端子間に設けられ、所定の充電期間中にオンする第１スイッチと、演算増幅器の非反転入力端子と反転入力端子間に定電流源と直列に設けられ、定電流源による放電期間中にオンする第２スイッチと、をさらに備えてもよい。
第１、第２スイッチのオンオフを切り替えることによって、コンデンサに対する充電、放電状態を制御することが可能となる。
【００１４】
リセット回路は、コンデンサと並列に設けられた第３スイッチであってもよい。第３スイッチをオンすることによってコンデンサの両端をほぼ等電位とすることにより、コンデンサの両端の電位を初期化することができる。
【００１５】
定電流源は、直列に接続された抵抗および第２定電圧源を含んでもよい。
定電流源は、演算増幅器の反転入力端子および非反転入力端子間に設けられており、その２端子の電位はいずれも第１電圧にほぼ固定されている。したがって、第２定電圧源および抵抗によって定電流を生成することができ、電圧値および抵抗値によって電流量を調節することができる。
【００１６】
制御部は、カウンタによる計測値に応じて充電期間を変化させてもよい。
カウンタによる計測値が小さい場合には、検出電流が小さいことを意味するため、制御部において検出電流によるコンデンサの充電期間を長く設定し、逆にカウンタの計測値が大きい場合には、検出電流が大きいことを意味するため、制御部において検出電流によるコンデンサの充電期間を短く設定することにより、検出可能な電流のダイナミックレンジを広げることが可能となる。
【００１７】
本発明の別の態様は、信号検出装置である。この装置は、上述の電流検出回路と、電流検出回路の前記検出端子に接続される検出素子と、を備え、電流検出回路は、検出素子に入力された信号に応じて流れる電流を検出する。
【００１８】
「検出素子」とは、光、磁気、音、振動などの物理的な信号を検知し、電気信号へと変換することができる素子をいう。この態様によれば、検出端子の電圧を一定に保ちつつ電流検出を行うことができるため、検出素子に影響を与えることなく、正確に入力された信号強度の測定を行うことができる。
【００１９】
本発明の別の態様は、受光装置である。この装置は、上述の電流検出回路と、電流検出回路の検出端子に接続される受光素子と、を備え、電流検出回路は、受光素子に受光量に応じて流れる光電流を検出する。
【００２０】
この態様によれば、検出端子の電圧を一定に保ちつつ電流検出を行うことができるため、受光素子に影響を与えることなく、正確に受光量の測定を行うことができる。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明に係る電流検出回路によれば、正確に電流検出を行うことができる。また本発明に係る信号検出装置によれば、正確な入力信号の強度測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１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。この受光装置２００は、照度センサとして使用され、太陽光の下などの非常に明るい場所や室内などの比較的暗い場所など、光量が数万倍近く異なる状況下において、周囲の照度を検出してデジタル値として出力する信号検出装置である。
【００２４】
受光装置２００は、受光素子であるフォトダイオード３００、電流検出回路１００を含む。フォトダイオード３００は、受光量に応じてカソード端子からアノード端子に向かって光電流Ｉｐが流れる。電流検出回路１００は、この光電流Ｉｐをデジタル変換して出力する。
【００２５】
電流検出回路１００は、入出力端子として検出端子１０２および受光量に対応したデジタル値を出力するデジタル出力端子１０４を備える。検出端子１０２には、フォトダイオード３００が接続され、この検出端子１０２から流れる光電流Ｉｐをデジタル化し、デジタル出力端子１０４から出力する。
この電流検出回路１００の構成について説明する前に、基本動作について概説する。この電流検出回路１００は、検出端子１０２から流れる光電流によってコンデンサを所定の充電期間の間、充電を行う。その後、所定の定電流によってコンデンサに充電された電荷を放電し、もとの電圧まで放電するのに要した時間をカウンタによって測定し、デジタル値として出力する。以下、この電流検出回路１００の構成について詳細に説明する。
【００２６】
この電流検出回路１００は、演算増幅器１０、電圧比較器１２、制御回路１４、カウンタ１６、クロック生成回路１８、第１電圧源２０、第２電圧源２２、コンデンサＣ１、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、抵抗Ｒ１を含む。
【００２７】
コンデンサＣ１は、一端が演算増幅器１０の出力端子に接続され、他端が演算増幅器１０の反転入力端子に接続される。検出端子１０２と演算増幅器１０の反転入力端子間には第１スイッチＳＷ１が設けられている。また、演算増幅器１０の非反転入力端子には第１電圧源２０が接続され、第１電圧Ｖ１が入力されている。
第１スイッチＳＷ１の一端には、コンデンサＣ１が接続されており、第１スイッチＳＷ１がオンすると、検出端子１０２とコンデンサＣ１が接続され、検出端子１０２を介して流れる光電流ＩｐによってコンデンサＣ１が充電される。
【００２８】
演算増幅器１０の非反転入力端子および反転入力端子間には、第２電圧源２２、抵抗Ｒ１、第２スイッチＳＷ２が直列に接続されている。
ここで、演算増幅器１０の非反転入力端子には第１電圧源２０により第１電圧Ｖ１が印加されており、演算増幅器１０において、反転入力端子と非反転入力端子の電位が近づくように帰還制御が行われるため、２端子の電圧はいずれも第１電圧Ｖ１にほぼ等しいと考えて良い。したがって、第２スイッチＳＷ２の抵抗成分を無視すると、抵抗Ｒ１には第２電圧源２２から出力される定電圧Ｖ２が印加されることになるため、抵抗Ｒ１および第２電圧源２２は、定電流Ｉｘ＝Ｖ２／Ｒ１を供給する定電圧源として動作する。
【００２９】
第２スイッチＳＷ２がオンすると、抵抗Ｒ１および第２電圧源２２により構成される定電流源がコンデンサＣ１と接続されることになるため、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が放電されることになる。
【００３０】
第３スイッチＳＷ３は、コンデンサＣ１と並列に設けられており、コンデンサＣ１の両端の電位を初期化するリセット回路として機能する。上述のように、演算増幅器１０の非反転入力端子には第１電圧Ｖ１が入力されており、コンデンサＣ１の一端が接続される反転入力端子の電圧も第１電圧Ｖ１にほぼ等しい電位に固定されていると考えられる。したがって、第３スイッチＳＷ３をオンすることによって、コンデンサＣ１の両端の電位は、いずれも第１電圧Ｖ１にほぼ等しく初期化されることになる。
【００３１】
なお、第１スイッチＳＷ１〜第３スイッチＳＷ３はいずれもＭＯＳトランジスタなどによって構成することができ、ゲート端子に印加する電圧によってオンオフを制御することができる。
【００３２】
電圧比較器１２の２つの入力端子には、第１電圧源２０と演算増幅器１０の出力端子が接続されている。この電圧比較器１２は、第１電圧源２０から出力される第１電圧Ｖ１と、コンデンサＣ１の一端の電圧である検出電圧Ｖｏとを比較する。この比較の結果、電圧比較器１２は、Ｖｏ＞Ｖ１のときハイレベルを、Ｖｏ＜Ｖ１のときローレベルを出力する。電圧比較器１２の出力信号は制御回路１４へと入力される。
【００３３】
クロック生成回路１８からはクロック信号が出力されており、制御回路１４、カウンタ１６はこのクロック信号にもとづいて動作する。
光電流ＩｐによってコンデンサＣ１を充電した後、カウンタ１６は、抵抗Ｒ１および第２電圧源２２により構成される定電流源による放電開始から、第１電圧Ｖ１と検出電圧Ｖｏが等しくなるまでの経過時間を計測し、デジタル値として出力する。
【００３４】
制御回路１４は、図示しない信号線によって第１スイッチＳＷ１〜第３スイッチＳＷ３に接続されており、そのオンオフ状態を制御することによってコンデンサの充放電状態を制御する。カウンタ１６における経過時間の測定に際し、第１電圧Ｖ１と検出電圧Ｖｏが等しくなったことは、電圧比較器１２の出力によって判断することができ、制御回路１４は、電圧比較器１２の出力にもとづいてカウンタ１６の経過時間の計測の停止を指示する。
【００３５】
以上のように構成された受光装置２００の動作について図２をもとに説明する。図２は、受光装置２００の各部の信号波形を示すタイムチャートである。なお、このタイムチャートにおいて、縦軸および横軸は見やすさのために適宜、拡大、縮小して示しているため、実際のスケールとは異なっている。
【００３６】
時刻Ｔ１以前において、受光装置２００および電流検出回路１００の状態は不定である。いま、時刻Ｔ１に制御回路１４は、第１スイッチＳＷ１およびリセット回路である第３スイッチＳＷ３をオンする。第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３がオンすると、コンデンサＣ１の両端の電位は、第１電圧源２０から出力される第１電圧Ｖ１にほぼ等しく設定される。その結果、コンデンサＣ１の一端と、演算増幅器１０の出力端子の接続点の電圧である検出電圧Ｖｏは、第１電圧Ｖ１に初期化される。
【００３７】
時刻Ｔ２に、制御回路１４は、第３スイッチＳＷ３をオフし、第１スイッチＳＷ１のみをオンさせる。第１スイッチＳＷ１がオンし、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３がオフした状態においては、検出端子１０２を介して流れる光電流ＩｐによってコンデンサＣ１が充電されることになる。
【００３８】
いま、コンデンサＣ１の検出端子１０２側の電位は、第１電圧Ｖ１に固定されているため、演算増幅器１０の出力端子側の検出電圧Ｖｏが充電にともなって上昇することになる。この検出電圧Ｖｏは、時刻Ｔ１からの経過時間ｔを用いて、Ｖｏ＝Ｖ１＋∫Ｉｐｄｔ／Ｃ１で与えられる。光電流Ｉｐが時間的に変動しない一定値である場合の検出電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖ１＋Ｉｐ／Ｃ１×ｔとなる。図２では、フォトダイオード３００により受光する光の時間的な変動が小さい場合について示しており、検出電圧Ｖｏは、傾きＩｐ／Ｃ１で単調増加する。
【００３９】
制御回路１４は、時刻Ｔ２から所定の充電期間Ｔｃｈ経過後の時刻Ｔ３に第１スイッチＳＷ１をオフし、光電流ＩｐによるコンデンサＣ１の充電を停止する。時刻Ｔ３における検出電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖ１＋Ｉｐ／Ｃ１×Ｔｃｈとなる。時刻Ｔ３における検出電圧を特に、Ｖｏ’とする。
続いて時刻Ｔ３に、制御回路１４は、第２スイッチＳＷ２をオンする。第２スイッチＳＷ２がオンすると、抵抗Ｒ１および第２電圧源２２により構成される定電流源によって、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷の放電が開始される。
【００４０】
上述のように、抵抗Ｒ１および第２電圧源２２により構成される定電流源から供給される定電流Ｉｘは、Ｉｘ＝Ｖ２／Ｒ１となる。定電流Ｉｘによる放電によって、検出電圧Ｖｏは時間とともに低下していく。検出電圧Ｖｏは、時刻Ｔ３の放電開始からの経過時間をｔとすると、Ｖｏ＝Ｖｏ’−Ｉｘ／Ｃ１×ｔで与えられる。
【００４１】
制御回路１４は、時刻Ｔ３にカウンタ１６に対して時間測定の開始を指示する。カウンタ１６は、クロック生成回路１８から入力されるクロック信号のパルス数をカウントすることによって時間測定を行う。
電圧比較器１２は、検出電圧Ｖｏと第１電圧Ｖ１の大小関係をモニタしており、検出電圧Ｖｏが第１電圧Ｖ１より低くなる時刻Ｔ４にその出力をローレベルに切り替える。
制御回路１４は、時刻Ｔ４に電圧比較器１２の出力がローレベルになると、カウンタ１６に対して時間測定の停止を指示する。カウンタ１６は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間にカウントしたクロック信号のパルス数Ｎをデジタル値としてデジタル出力端子１０４から出力する。
【００４２】
ここで、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの定電流Ｉｘによる放電に要した時間Ｔｄｉｓについて検討する。
上述のように、時刻Ｔ３における検出電圧Ｖｏ’は、Ｖｏ’＝Ｖ１＋Ｉｐ／Ｃ１×Ｔｃｈで与えられ、時刻Ｔ３以降の検出電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｏ’−Ｉｘ／Ｃ１×ｔで与えられる。したがって、時刻Ｔ３からＴｄｉｓ経過後の時刻Ｔ４にＶ１＝Ｖｏが成り立つとすると、Ｉｘ／Ｃ１×Ｔｄｉｓ＝Ｉｐ／Ｃ１×Ｔｃｈとなる。これを放電に要した時間Ｔｄｉｓについて解くと、Ｔｄｉｓ＝Ｉｐ／Ｉｘ×Ｔｃｈ＝Ｉｐ／（Ｖ２／Ｒ１）×Ｔｃｈとなり、光電流Ｉｐによって与えられるため、フォトダイオード３００により受光した光量を測定することができる。
【００４３】
クロック生成回路１８から出力されるクロック信号の周期をＴｐとすると、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間Ｔｄｉｓの間にカウントされるパルスの数Ｎは、Ｎ＝Ｔｄｉｓ／Ｔｐとなり、このパルス数Ｎがデジタル値として出力される。
【００４４】
このように本実施の形態に係る電流検出回路１００およびそれを利用した受光装置２００によれば、検出電流である光電流ＩｐをコンデンサＣ１に所定時間充電し、定電流による放電期間をカウンタにより測定することによって、受光量に応じた光電流Ｉｐをデジタル化して出力することができる。
さらに、本実施の形態に係る電流検出回路１００および受光装置２００によれば、電流が充放電されるコンデンサＣ１の一端の電圧が、第１電圧Ｖ１に固定されており、この電圧の固定された一端が、検出端子１０２を介して信号検出素子であるフォトダイオード３００へと接続されている。したがって、コンデンサＣ１の両端間の電圧が電流の充放電によって変化した場合においても、検出端子１０２の電圧、すなわちフォトダイオード３００に印加される電圧は一定に保たれるため、検出素子の検出状態に影響を与えることなく、電流検出を行うことができる。
【００４５】
次に、この電流検出回路１００が、検出可能な電流のダイナミックレンジを広げるための動作について説明する。
上述のように、デジタル値Ｎと、放電期間Ｔｄｉｓと、光電流Ｉｐとの間には、Ｔｄｉｓ＝Ｔｐ×Ｎ＝Ｉｐ／（Ｖ２／Ｒ１）×Ｔｃｈの関係が成り立っている。ここで、充電期間Ｔｃｈ、第２電圧Ｖ２、抵抗Ｒ１の抵抗値が固定されている場合を考える。カウンタ１６によってカウント可能なデジタル値は有限であり、たとえばその値がＮｍａｘであるとする。このとき、検出可能な電流の上限値Ｉｐｍａｘは、Ｉｐｍａｘ＝Ｔｐ×Ｎｍａｘ×Ｖ２／Ｒ１／Ｔｃｈとなり、検出電流のダイナミックレンジは、デジタル値Ｎの上限によって決定されることになる。受光装置２００を、太陽光の下で使用する場合と、室内で使用する場合では、光電流Ｉｐの値は数万倍以上異なる場合も想定される。したがって、検出電流が小さな状況を前提として各抵抗値、電圧値、充電期間を決定した場合には、検出電流が大きい場合には、正確な電流検出が行えないこととなり、逆に検出電流が大きな状況を前提とすれば、小さな検出電流の測定が困難となる。
【００４６】
そこで、本実施の形態に係る電流検出回路１００の制御回路１４は、デジタル出力端子１０４から出力されるデジタル値Ｎをモニタしている。いま、このデジタル値Ｎが所定の値より小さい場合、フォトダイオード３００の受光量が小さかったことになる。このとき、制御回路１４は、第１スイッチＳＷ１をオンし、光電流ＩｐによってコンデンサＣ１を充電する充電期間Ｔｃｈを長く設定する。充電期間Ｔｃｈを例えば１０倍に設定すると、検出電流が１／１０倍となっても同量の電荷を充電することができるため、微少な検出電流に対応することができる。
逆に、デジタル値Ｎが所定の値よりも大きい場合には、検出電流によるコンデンサＣ１の充電期間Ｔｃｈを短くすることによって、より正確な電流検出を行うことができる。
【００４７】
このように、カウンタ１６の出力結果に応じて充電期間Ｔｃｈを変化させることによって、幅広いダイナミックレンジで正確な電流測定を行うことが可能となる。
【００４８】
本実施の形態に係る電流検出回路１００には次のような変形例が考えられる。
図３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。以降の図において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図４は、図３の受光装置２００の各部の信号波形を示すタイムチャートである。
【００４９】
図３の受光装置２００においては、検出端子１０２に接続されるフォトダイオード３００の向きが図１とは異なっている。すなわち、図３の受光装置２００では、光電流Ｉｐが、検出端子１０２から電流検出回路１００の内部へと流れ込むことになる。この光電流ＩｐによってコンデンサＣ１を充電する場合、光電流ＩｐがコンデンサＣ１に流れ込むことになるため、図４に示すように、コンデンサＣ１に蓄えられる電荷が増加すると、検出電圧Ｖｏは時間とともに減少することになる。
【００５０】
その結果、図３の受光装置２００では、コンデンサＣ１に充電された電荷を放電する際に、定電流Ｉｘの向きを図１の受光装置２００とは逆向きとする必要がある。そのため、図３の受光装置２００では、第２電圧源２２による第２電圧Ｖ２の印加方向が逆向きになっている。
時刻Ｔ３に第２スイッチＳＷ２がオンすると、コンデンサＣ１から放電が開始され、図４に示すように、検出電圧Ｖｏは時間とともに上昇していき、時刻Ｔ４に第１電圧Ｖ１に等しくなる。
【００５１】
図３の電流検出回路１００および受光装置２００によっても、検出端子１０２の電圧は、第１電圧Ｖ１に固定されるため、図１の電流検出回路１００および受光装置２００と同様に、正確な電流検出を行うことが可能となる。
【００５２】
図５は、電流検出回路１００の変形例の一部を示す回路図である。この電流検出回路１００は、電圧比較器１２に入力される電圧が、図１の電流検出回路１００と異なっている。
すなわち、図１の電圧比較器１２には、演算増幅器１０の出力端子と、第１電圧源２０が接続されていたのに対し、図５の電圧比較器１２は、コンデンサＣ１の両端がそれぞれ接続されている。演算増幅器１０の反転入力端子と非反転入力端子にはほぼ等しい電圧が現れるため、反転入力端子には第１電圧Ｖ１が現れることになる。したがって、図５の電圧比較器１２は、図１と同様に、第１電圧Ｖ１と検出電圧Ｖｏを比較することになるため、同様の動作を行うことができる。
【００５３】
図６は、電流検出回路１００の別の変形例の一部を示す回路図である。この電流検出回路１００は、コンデンサＣ１の両端の電位を初期化するリセット回路である第３スイッチＳＷ３の位置が、図１の電流検出回路１００と異なっている。
図６の電流検出回路１００における第３スイッチＳＷ３は、コンデンサＣ１の一端と、第１電圧源２０の出力間に設けられている。この第３スイッチＳＷ３がオンすると、コンデンサＣ１の一端の電圧が直接第１電圧源２０へと接続されて第１電圧Ｖ１が印加され、他端には、演算増幅器１０の反転入力端子によって第１電圧Ｖ１が印加されるため、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷を放電して初期化することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
たとえば、本実施の形態においては、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷を放電する際に、抵抗Ｒ１および第２電圧源２２により構成される定電流源を用いたがこれには限定されず、別の回路構成の電流源を用いても良い。
【００５６】
また、実施の形態では、電流検出回路に接続される受光素子としてフォトダイオードを例に説明を行ったがこれには限定されず、フォトトランジスタなどであってもよい。さらに、電流検出回路に接続される検出素子は受光素子に限定されるものではなく、磁気信号を検知する磁気感応素子や、マイクやピエゾ素子のように振動を感知して電気信号に変換する検出素子などを用いてもよい。
【００５７】
実施の形態においては、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２によって充放電状態の制御を行ったが、これには限定されない。たとえば、第２スイッチＳＷ２を設ける代わりに、第２電圧源２２をオフして開放状態することによってもよい。
【００５８】
実施の形態において、信号検出装置である受光装置２００を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、または別の集積回路に分けて構成されていてもよく、さらにはその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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施の形態に係る受光装置の構成を示す回路図である。
【図２】受光装置の各部の信号波形を示すタイムチャートである。
【図３】本実施の形態に係る受光装置の構成を示す回路図である。
【図４】図３の受光装置の各部の信号波形を示すタイムチャートである。
【図５】電流検出回路の変形例の一部を示す回路図である。
【図６】電流検出回路の別の変形例の一部を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  電流検出回路、  ２００  受光装置、  ３００  フォトダイオード、  １０  演算増幅器、  １２  電圧比較器、  １４  制御回路、  １６  カウンタ、  １８  クロック生成回路、  ２０  第１電圧源、  ２２  第２電圧源、  Ｃ１  コンデンサ、  ＳＷ１  第１スイッチ、  ＳＷ２  第２スイッチ、  ＳＷ３  第３スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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