(57)【要約】【課題】受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化する。【解決手段】発光ダイオードの出射光のフォトダイオードによる受光量に応じて、フォトダイオードにより変換された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、入力された第１の入力電流を出力電圧に変換して出力し、入力された第２の入力電流を出力電圧に変換して出力し、当該出力されたそれぞれの出力電圧を受けて当該各々の出力電圧の平均値成分に相当する平均電圧を出力し、フォトダイオードにより出力された電流に直流成分が含まれる場合に、出力された各々の平均電圧に応じて直流成分に相当するドレイン電流を流すことにより当該直流成分をそれぞれ打ち消すように制御する。【選択図】図２
2011217080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、当該フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記フォトダイオードにより出力された第１の入力電流を第１の出力電圧に変換して出力する第１の演算増幅部と、
前記フォトダイオードにより出力された第２の入力電流を第２の出力電圧に変換して出力する第２の演算増幅部と、
前記第１の演算増幅部により出力された前記第１の出力電圧の平均値成分に相当する第１の平均電圧を出力する第１の帰還回路部と、
前記第２の演算増幅部により出力された前記第２の出力電圧の平均値成分に相当する第２の平均電圧を出力する第２の帰還回路部と、
前記第１の帰還回路部により出力された前記第１の平均電圧に応じて、前記第１の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する第１のトランジスタ部と、
前記第２の帰還回路部により出力された前記第２の平均電圧に応じて、前記第２の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第２のトランジスタ部と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電流電圧変換回路であって、
前記第１の帰還回路部の終端と前記第１のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第１の帰還回路部と前記第１のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第１のスイッチ部と、前記第１スイッチ部と並列接続された第１のコンデンサとにより構成された第１のサンプルホールド回路が設けられ、
前記第２の帰還回路部の終端と前記第２のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第２の帰還回路部と前記第２のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第２のスイッチ部と、前記第２スイッチ部と並列接続された第２のコンデンサとにより構成された第２のサンプルホールド回路が設けられたことを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項３】
発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、当該フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記フォトダイオードにより出力された第３の入力電流を第３の出力電圧に変換して出力する第３の演算増幅部と、
前記フォトダイオードにより出力された第４の入力電流を第４の出力電圧に変換して出力する第４の演算増幅部と、
前記第４の演算増幅部により出力された前記第４の出力電圧の平均値成分に相当する第３の平均電圧を出力する第３の帰還回路部と、
前記第３の帰還回路部により出力された前記第３の平均電圧に応じて、前記第４の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第３のトランジスタ部と、
前記第３の帰還回路部により出力された前記第３の平均電圧に応じて、前記第３の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する前記第３のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項４】
請求項３に記載の電流電圧変換回路であって、
前記第３の帰還回路部の終端と前記第３のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第３の帰還回路部と前記第３のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第３のスイッチ部と、前記第３スイッチ部と並列接続された第３のコンデンサとにより構成された第３のサンプルホールド回路が設けられたことを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項５】
発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、当該フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記フォトダイオードにより出力された第５の入力電流を第５の出力電圧に変換して出力する第５の演算増幅部と、
前記フォトダイオードにより出力された第６の入力電流を第６の出力電圧に変換して出力する第６の演算増幅部と、
前記第５及び第６の演算増幅部によりそれぞれ出力された前記第５及び第６の出力電圧の差分を所定の利得に応じて増幅した出力電圧を出力する差動増幅器と、
前記差動増幅器により出力された前記増幅された出力電圧の平均値成分に相当する平均電圧を出力する第４の帰還回路部と、
前記第４の帰還回路部により出力された前記平均電圧に応じて、前記第６の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第４のトランジスタ部と、
前記第４の帰還回路部により出力された前記平均電圧に応じて、前記第５の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する前記第４のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項６】
請求項５に記載の電流電圧変換回路であって、
前記第４の帰還回路部の終端と前記第４のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第４の帰還回路部と前記第４のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第４のスイッチ部と、前記第４スイッチ部と並列接続された第４のコンデンサとにより構成された第４のサンプルホールド回路が設けられたことを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項７】
請求項２、４及び６のうちいずれか一項に記載の電流電圧変換装置であって、
前記第１、第２、第３及び第４のうちいずれかの帰還回路部の終端と当該帰還回路部に対応する前記第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのサンプルホールド回路の前記第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのスイッチ部が非導通である場合に、前記第１、第２、第３及び第４のいずれかのコンデンサからの漏れ電流による当該第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのコンデンサの両端間の電圧の低下を補償する抵抗が、前記第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのスイッチ部と並列接続されていることを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の電流電圧変換回路と、
所定の検知空間に向けて間欠的に光を発光する発光部と、
前記発光部により発光された直接光が入射しない位置に配置されると共に、前記検知空間内に流入した煙により前記発光部から出力された光が拡散反射した際の受光量を電流に変換する光電変換部と、
前記電流電圧変換回路により出力された出力電圧のレベルの変化量に応じて、所定の火災判定レベルを超えるか否かを判断する判断部と、
前記出力電圧のレベルの変化量が前記所定の火災判定レベルを超えると前記判断部により判断された場合に、前記所定の火災の可能性を示唆する警告音を発砲する発報部と、を備え、
前記光電変換部は、前記電流を前記電流電圧変換回路の前記第１〜第６のうちいずれかの入力端子に出力することを特徴とする煙感知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路、及び当該電流電圧変換回路を備える煙感知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電流量の変化を電圧値の変化として検知するために、電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路が用いられている。この様な電流電圧変換回路は、図１０に示すように、例えば火災時に発生する煙を感知して発報する煙感知器１等に用いられている。図１０は、従来の電流電圧変換回路を用いた煙感知器２の概略回路図である。以下、図１０に示した煙感知器１の概略構成について説明する。
【０００３】
図１０（ａ）に示すように煙感知器１は、ハウジング３内に検知空間Ｋを有し、この検知空間Ｋに向けて間欠的に光を出力する発光ダイオードＬＤと、当該発光ダイオードＬＤからの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換するフォトダイオードＰＤとを備えたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この煙感知器１では、検知空間Ｋ内に煙が流入すると、発光ダイオードＬＤからの光が検知空間Ｋ内の煙で拡散反射されることによりフォトダイオードＰＤでの発光ダイオードＬＤからの光の受光量が増加し、フォトダイオードＰＤから出力される電流量が増加する。
【０００４】
発光ダイオードＬＤ及びフォトダイオードＰＤは、発光ダイオードＬＤの前方に配置された投光レンズ４ａ及びフォトダイオードＰＤの前方に配置された受光レンズ４ｂと共に光学ブロック５を構成する。ハウジング３は、下面に開口部が形成され当該開口部に向けて発光ダイオードＬＤからの光が出射されるように光学ブロック５を収納したボディ６と、上面開口の有底円筒状であってボディ６の開口部を覆うようにボディ６に結合されるカバー７とを備えている。
【０００５】
カバー７の周壁には煙を取り込むための開口窓が形成されており、カバー７内に前述した検知空間Ｋが形成される。ここでカバー７内には、検知空間Ｋへの虫の侵入を防止する防虫網８、及び検知空間Ｋへの外乱光の入射を防止するラビリンスＬが検知空間Ｋを包囲するように配置されている。ラビリンスＬには、蛍光灯又は白熱灯等の様々な外乱光の入射を防止するとともに、検知空間Ｋ内に煙がない状態で発光ダイオードＬＤの光がフォトダイオードＰＤに入射することを防止するために入り組んだ光路を持つ複雑な構造が採用されている。
【０００６】
この種の煙感知器１においては、図１０（ｂ）に示すように、ハウジング３内に収納された回路ブロック９に、フォトダイオードＰＤからの入力電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）２３が設けられている。さらに、電流電圧変換回路２３の出力電圧を増幅回路２４とフィルタ回路２５とを通して判定処理部である発報判定回路２６に入力し、前述した出力電圧Ｖｏｕｔの変化量が所定の火災判定レベルを超えると発報回路２７（ブザー等）で発報するように構成されている。なお、回路ブロック９には、各回路に電源供給する電源回路２８と、他の発報手段等を連動させる連動回路２９と、発光ダイオードＬＤと直列接続されたトランジスタＴｒ１０（図１１参照）を含み発光ダイオードＬＤを周期的にパルス発光させるＬＥＤ駆動回路２２とが設けられている。なお、図１１は、従来の電流電圧変換回路２３の概略回路図を示す説明図である。
【０００７】
ここで用いられる電流電圧変換回路２３は、たとえば図１１に示すように演算増幅器ＯＰ１０の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ２０を接続してなる変換部３３を有し、この反転入力端子に入力電流Ｉｉｎが入力されると、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔｏｕｔに出力するように構成される。図１１の例では、非反転入力端子に基準電圧Ｖｓが印加されているので、変換抵抗Ｒ２０の抵抗値をｒ２０とすれば出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓ−（Ｉｉｎ×ｒ２０）で表される。要するに電流電圧変換回路２３は、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光していない定常状態での出力電圧Ｖｏｕｔを動作点として、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。
【０００８】
また、近年では、設置が簡単であることから、電池を電源とした煙感知器１の需要が増えている。電池を煙感知器１の電源とする場合には、煙感知器１の平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るため、煙感知器１を間欠駆動させる必要がある。
【０００９】
図１２は、従来の電流電圧変換回路２３の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）は電源回路のタイミングチャート、（ｂ）は発光ダイオードのタイミングチャート、（ｃ）は出力電圧のタイミングチャートである。この場合には、図１２（ａ）に示す電流電圧変換回路２３への電源供給も間欠的に行われることとなる。そのため、発光ダイオードＬＤは図１２（ｂ）のように電流電圧変換回路２３への電源供給が行われている間にパルス状の光を出力する。ここで、検知空間Ｋに煙が流入してフォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光すると、図１２（ｃ）に実線で示すように電流電圧変換回路２３の出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶは大きくなり図１２（ｃ）中の火災判定レベルに達することとなる。一方、検知空間Ｋに煙がなければ、図１２（ｃ）に破線で示すように出力電圧の変化量ΔＶは小さくなり、火災判定レベルに達することはない。
【００１０】
ところで、図１１のような電流電圧変換回路２３では、図１３（ａ）に示すように演算増幅器ＯＰ１０のダイナミックレンジが、演算増幅器ＯＰ１０の電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に規定されており、前述した出力電圧Ｖｏｕｔはこのダイナミックレンジの範囲内で変動する。そのため、入力電流Ｉｉｎがある大きさ以上になると出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう。
【００１１】
たとえば上述した煙感知器１においては、ラビリンスＬを設けてあるものの、検知空間Ｋを外部から完全には遮断することはできないので、フォトダイオードＰＤに対して僅かながら外乱光が入射することがある。通常、外乱光は時間的変動が小さく、フォトダイオードＰＤがこの外乱光を受光することによりフォトダイオードＰＤからは時間的変動の小さい電流（以下、「直流成分」という）が出力されることになる。また、以下の説明において、この直流成分の電流を示す記号を「Ｉｄｃ」で示す。
【００１２】
そして、入力電流Ｉｉｎに含まれる低周波成分がある大きさ以上になると、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和する可能性がある。特に、上述のように電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、演算増幅器ＯＰ１の電源電圧が低く演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジが比較的狭いため、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しやすい。
【００１３】
図１３は、従来の電流電圧変換回路２３の出力電圧を示す説明図であり、（ａ）は入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていない状態、（ｂ）は入力電流Ｉｉｎに直流成分が少し含まれている状態、（ｃ）は入力電流Ｉｉｎに直流成分が多く含まれている状態である。
【００１４】
すなわち、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていなければ、図１３（ａ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点は基準電圧Ｖｓとなるから、入力電流Ｉｉｎの変動があれば出力電圧Ｖｏｕｔもこの変動に追従して変動するが、これに対して、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていると、図１３（ｂ）に示すように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し、入力電流Ｉｉｎが増加した場合に出力電圧Ｖｏｕｔが途中で飽和してしまう可能性がある。特に、直流成分が大きく、図１３（ｃ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点がグランドＧＮＤ付近にまで低下している場合には、入力電流Ｉｉｎの変動によらず出力電圧Ｖｏｕｔが飽和状態にあり、入力電流Ｉｉｎの増加を出力電圧Ｖｏｕｔが追従することはない。
【００１５】
たとえば変換抵抗Ｒ２０の抵抗値ｒ２０を１ＭΩ、基準電圧Ｖｓを１Ｖとすると、入力電流Ｉｉｎが１μＡで変換抵抗Ｒ２０の両端間の電圧降下は１Ｖとなり、その結果、電流電圧変換回路２３の出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖとなって飽和する。この状態では、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光して電流電圧変換回路２３にパルス状の入力電流Ｉｉｎが入力されても、電流電圧変換回路２３の出力電圧Ｖｏｕｔは飽和しているからこれ以上変動することはなく、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶが火災判定レベルに達することなく失報となる可能性がある。
【００１６】
そこで、電流電圧変換回路２３として、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれている場合に、出力端子Ｔｏｕｔと入力端子Ｔｉｎとの間にフィードバックをかけて前記直流成分による出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を抑制できるようにしたものが提案されている。
【００１７】
この電流電圧変換回路２３は、上述した変換部３３に加えて、図１４に示すように変換部３３の出力電圧Ｖｏｕｔを受けて出力電圧Ｖｏｕｔの積分値成分に相当する積分電圧Ｖｄｃを出力する積分回路３８と、積分回路３８の出力と変換部３３の入力端子Ｔｉｎとの間に挿入された分流用抵抗Ｒ３１とを備える。図１４は、従来の他の電流電圧変換回路の概略回路図である。これにより、積分電圧Ｖｄｃの大きさに応じた電流を入力電流Ｉｉｎから引き抜いて分流用抵抗Ｒ３１に流すことにより、出力電圧Ｖｏｕｔへの積分値成分の影響を抑制することができるので、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれている場合には、この直流成分が入力電流Ｉｉｎから減算されることによって、出力電圧Ｖｏｕｔへの直流成分の影響を抑制できる。
【００１８】
この電流電圧変換回路２３において、分流用抵抗Ｒ３１に流れる電流の大きさは、分流用抵抗Ｒ３１の両端間の電位差と分流用抵抗Ｒ３１の抵抗値とで決まる。分流用抵抗Ｒ３１の両端間の電位差は、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分の大きさに応じて変化するので、変換部３３の出力電圧Ｖｏｕｔが飽和するほど大きな直流成分が入力電流Ｉｉｎに含まれている場合には、分流用抵抗Ｒ３１の両端間の電位差も飽和することとなり、それ以上の電流を分流用抵抗Ｒ３１に流すことができなくなる。このときの電流が、出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な低周波成分の大きさの上限となる。
【００１９】
ただし、上述した煙感知器１ではラビリンスＬにより検知空間Ｋへの外乱光の入射が防止されているので、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が前述した上限を超えるほど強い外乱光がフォトダイオードＰＤで受光されることはなく、上記構成の電流電圧変換回路２３を採用すれば出力電圧Ｖｏｕｔの飽和を十分防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特許第２７８３９４５号公報（第１−２頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、上述した構成の電流電圧変換回路２３では、万一、前述した上限を超えた直流成分を含む入力電流Ｉｉｎが入力されると、図１３（ｂ）又は図１３（ｃ）に示したように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう可能性がある。分流用抵抗Ｒ３１として抵抗値の小さいものを用いれば、分流用抵抗Ｒ３１により多くの電流を引き抜くことで、出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限を広げることができる。しかしながら、分流用抵抗Ｒ３１自体の熱雑音が大きくなる。分流用抵抗Ｒ３１の熱雑音が大きくなれば、電流電圧変換回路２３の入力換算ノイズも大きくなるため、当該ノイズと検出対象である信号成分との比であるＳＮ比が低下するという問題があるので、分流用抵抗Ｒ３１の抵抗値はある程度大きく設定せざるを得ない。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう可能性が残ることとなり、たとえば以下の問題を生じる。
【００２２】
すなわち、上述した煙感知器１においては、検知空間Ｋへの外乱光の入射を防止するラビリンスＬの構造が複雑であり、ラビリンスＬの製造にかかるコストが煙感知器１全体の低コスト化の妨げとなっているので、ラビリンスＬの構造を極力簡素化、あるいはラビリンスＬ自体を省略することで、煙感知器１の低コスト化を図ることが要望されている。しかし、ラビリンスＬを簡素化あるいは省略すると、フォトダイオードＰＤで受光される外乱光が強くなり、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が出力電圧Ｖｏｕｔへの影響を抑制可能な低周波成分の大きさの上限を超え、結果的に、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまうことがある。
【００２３】
そこで、本発明は、前述した従来の事情に鑑みてなされたもので、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化することができる電流電圧変換回路及び煙感知器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】
【００２４】
前述した目的を達成するために、本発明の電流電圧変換回路は、発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、当該フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、フォトダイオードにより出力された第１の入力電流を第１の出力電圧に変換して出力する第１の演算増幅部と、フォトダイオードにより出力された第２の入力電流を第２の出力電圧に変換して出力する第２の演算増幅部と、第１の演算増幅部により出力された第１の出力電圧の平均値成分に相当する第１の平均電圧を出力する第１の帰還回路部と、第２の演算増幅部により出力された第２の出力電圧の平均値成分に相当する第２の平均電圧を出力する第２の帰還回路部と、第１の帰還回路部により出力された第１の平均電圧に応じて、第１の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する第１のトランジスタ部と、第２の帰還回路部により出力された第２の平均電圧に応じて、第２の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第２のトランジスタ部と、を備える。
【００２５】
また、本発明の電流電圧変換回路は、第１の帰還回路部の終端と第１のトランジスタ部のゲート電極との間には、第１の帰還回路部と第１のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第１のスイッチ部と、第１スイッチ部と並列接続された第１のコンデンサとにより構成された第１のサンプルホールド回路が設けられ、第２の帰還回路部の終端と第２のトランジスタ部のゲート電極との間には、第２の帰還回路部と第２のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第２のスイッチ部と、第２スイッチ部と並列接続された第２のコンデンサとにより構成された第２のサンプルホールド回路が設けられることが好ましい。
【００２６】
次に、本発明の電流電圧変換回路は、発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、フォトダイオードにより出力された第３の入力電流を第３の出力電圧に変換して出力する第３の演算増幅部と、フォトダイオードにより出力された第４の入力電流を第４の出力電圧に変換して出力する第４の演算増幅部と、第４の演算増幅部により出力された第４の出力電圧の平均値成分に相当する第３の平均電圧を出力する第３の帰還回路部と、第３の帰還回路部により出力された第３の平均電圧に応じて、第４の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第３のトランジスタ部と、第３の帰還回路部により出力された第３の平均電圧に応じて、第３の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する第３のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、を備える。
【００２７】
また、本発明の電流電圧変換回路は、第３の帰還回路部の終端と第３のトランジスタ部のゲート電極との間には、第３の帰還回路部と第３のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第３のスイッチ部と、第３スイッチ部と並列接続された第３のコンデンサとにより構成された第３のサンプルホールド回路が設けられることが好ましい。
【００２８】
次に、本発明の電流電圧変換回路は、発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、フォトダイオードにより出力された第５の入力電流を第５の出力電圧に変換して出力する第５の演算増幅部と、フォトダイオードにより出力された第６の入力電流を第６の出力電圧に変換して出力する第６の演算増幅部と、第５及び第６の演算増幅部によりそれぞれ出力された第５及び第６の出力電圧の差分を所定の利得に応じて増幅した出力電圧を出力する差動増幅器と、差動増幅器により出力された増幅された出力電圧を受けて出力電圧の平均値成分に相当する平均電圧を出力する第４の帰還回路部と、第４の帰還回路部により出力された平均電圧に応じて、第６の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第４のトランジスタ部と、第４の帰還回路部により出力された平均電圧に応じて、第５の演算増幅部から引き込まれた電流に応じた電流を流すように制御する第４のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、を備える。
【００２９】
また、本発明の電流電圧変換回路は、第４の帰還回路部の終端と第４のトランジスタ部のゲート電極との間には、第４の帰還回路部と第４のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第４のスイッチ部と、第４スイッチ部と並列接続された第４のコンデンサとにより構成された第４のサンプルホールド回路が設けられることが好ましい。
【００３０】
また、本発明の電流電圧変換回路は、第１、第２、第３及び第４のうちいずれかの帰還回路部の終端と帰還回路部に対応する第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのトランジスタ部のゲート電極との間には、第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのサンプルホールド回路の第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのスイッチ部が非導通である場合に、第１、第２、第３及び第４のいずれかのコンデンサからの漏れ電流による第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのコンデンサの両端間の電圧の低下を補償する抵抗が、第１、第２、第３及び第４のうちいずれかのスイッチ部と並列接続されていることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の煙感知器は、前述したいずれかの電流電圧変換回路と、所定の検知空間に向けて間欠的に光を発光する発光部と、発光部により発光された直接光が入射しない位置に配置されると共に、検知空間内に流入した煙により発光部から出力された光が拡散反射した際の受光量を電流に変換する光電変換部と、電流電圧変換回路により出力された出力電圧のレベルの変化量に応じて、所定の火災判定レベルを超えるか否かを判断する判断部と、出力電圧のレベルの変化量が所定の火災判定レベルを超えると判断部により判断された場合に、所定の火災の可能性を示唆する警告音を発砲する発報部と、を備え、光電変換部は、電流を電流電圧変換回路の第１〜第６のうちいずれかの入力端子に出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る電流電圧変換回路及び煙感知器によれば、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】各実施形態の電流電圧変換部を含む煙感知器の内部構成を示すブロック図
【図２】第１の実施形態の電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図３】第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図４】フォトダイオードの変換により出力された電流と帰還回路により出力された平均電圧の時間的推移を示す説明図、（ａ）フォトダイオードの変換により出力された電流の時間的推移、（ｂ）帰還回路により出力された平均電圧の時間的推移
【図５】第２の実施形態の電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図６】第２の実施形態の変形例の電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図７】第３の実施形態の電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図８】第３の実施形態の変形例の電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図９】第２の実施形態の変形例の更なる変形例における電流電圧変換部及び増幅部の構成を示す概略回路図
【図１０】従来の電流電圧変換回路を用いた煙感知器の概要を示す説明図、（ａ）は煙感知器の概略構成図、（ｂ）は内部構成を示すブロック図
【図１１】従来の電流電圧変換回路の概略回路図
【図１２】従来の電流電圧変換回路の動作を示すタイミングチャート、（ａ）は電源回路のタイミングチャート、（ｂ）は発光ダイオードのタイミングチャート、（ｃ）は出力電圧のタイミングチャート
【図１３】従来の電流電圧変換回路の出力電圧を示す説明図、（ａ）は入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていない状態、（ｂ）は入力電流Ｉｉｎに直流成分が少し含まれている状態、（ｃ）は入力電流Ｉｉｎに直流成分が多く含まれている状態
【図１４】従来の他の電流電圧変換回路の概略回路図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
１．煙感知器の構成及び動作に関する説明
図１は、第１の実施形態の電流電圧変換回路である電流電圧変換部１３を含む煙感知器１の内部構成を示すブロック図である。図１において、煙感知器１は、タイミング生成部１１と、発光制御部１２と、発光ダイオードＬＤと、フォトダイオードＰＤと、電流電圧変換部１３と、増幅部１４と、信号処理部１５と、判断部１６と、出力部１７と、電源回路部１８とを備える。以下、煙感知器１の各部１１〜１８及び当該煙感知器１の動作内容を説明する。
【００３６】
タイミング生成部１１は、クロック等で構成され、煙感知器１の各部１２〜１８の動作開始及び動作終了に関するタイミング信号を生成し、当該生成されたタイミング信号を当該各部１２〜１８に出力して当該各部１２〜１８を動作させる。
【００３７】
発光制御部１２は、発光ダイオードＬＤの動作を制御するための専用の電子回路で構成され、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。発光制御部１２は、発光ダイオードＬＤを周期的にパルス発光させることが好ましい。また、発光制御部１２は、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づいて、当該発光制御部１２を構成する回路内で発生された所定の電圧を発光ダイオードＬＤに印加することにより、発光ダイオードＬＤの発光開始又は発光終了の動作を制御する。なお、発光制御部１２の具体的な回路構成の一例として、特許文献１（図１４参照）を参照することができる。例えば、図１に示す発光ダイオードＬＤは、バイポーラトランジスタ（不図示）のコレクタ電極及びエミッタ電極に直列接続され、この直列回路の両端間に定電圧が印加されることにより、当該バイポーラトランジスタをＯＮするパルス幅によって発光ダイオードＬＤから出射される光のパルス幅が決定される。
【００３８】
電流電圧変換部１３は、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了すると共に、当該タイミング信号に基づいて発光ダイオードＬＤの出射光に対するフォトダイオードＰＤの受光量に応じて、フォトダイオードＰＤの変換により出力された入力電流を電圧に変換する。この電流電圧変換部１３の詳細な構成については後述する。
【００３９】
増幅部１４は、差動増幅器等で構成され、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。また、増幅器１４は、タイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に基づいて、電流電圧変換部１３により出力された２つの出力電圧（Ｖ＋＋、Ｖ−−）の差分（Ｖ＋＋―Ｖ−−）を所定の利得に応じて増幅し、当該増幅された出力電圧Ｖｏｕｔを信号処理部１５に出力する。ここで、所定の利得をｋとすると、Ｖｏｕｔ＝ｋ（Ｖ＋＋―Ｖ−−）の関係が成立する。
【００４０】
信号処理部１５は、増幅部１４により出力された信号を効率良く通過させるためのフィルタ回路等で構成され、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。信号処理部１５を構成するフィルタ回路には、増幅部１４により出力された信号のうち予め設定された周波数以下、又は所定の周波数の範囲の信号が抽出されるように設定されていることが好ましい。信号処理部１５は、当該抽出された出力電圧Ｖｏｕｔの信号を判断部１６に出力する。
【００４１】
判断部１６は、専用の電子回路又はソフトウェア等で構成され、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。また、判断部１６は、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号に基づき、信号処理部１５により出力された出力電圧Ｖｏｕｔの信号に応じて煙感知器１内に予め設けられている検知空間Ｋに煙が流入したか否かを判断する。
【００４２】
具体的には、判断部１６は、信号処理部１５により抽出された出力電圧Ｖｏｕｔの信号と、当該判断部１６に予め設定された火災の可能性を示唆する出力電圧の閾値信号とを比較する。この比較により、出力電圧Ｖｏｕｔの信号が前述した閾値信号より大きいと判断された場合には、判断部１６は、出力部１７に発報するための制御信号を出力部１７に出力する。前述した比較により、出力電圧Ｖｏｕｔの信号が前述した閾値信号より小さいと判断された場合には、判断部１６は、出力部１７に発報するための制御信号を出力部１７に出力しない。
【００４３】
出力部１７は、火災の可能性を示唆するための警告音を発報するブザー等で構成され、タイミング生成部１１により生成されたタイミング信号及び判断部１６により発報するための制御信号に基づいて動作開始又は動作終了する。
【００４４】
電源回路部１８は、煙感知器１内の各部１１〜１７の動作に必要な電源を供給する。
【００４５】
２．電流電圧変換部１３の構成に関する説明
図２は、第１の実施形態の電流電圧変換部１３、及び増幅部１４の構成を示す概略回路図である。図２に示すように、第１の実施形態の電流電圧変換部１３は、演算増幅器ＯＰ１と、演算増幅器ＯＰ２と、帰還回路Ａ１と、帰還回路Ｂ１と、トランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ２とを少なくとも備える。
【００４６】
演算増幅器ＯＰ１は、当該演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に接続された入力端子Ｔ３と当該演算増幅器ＯＰ１の出力端子Ｔ５との間に変換抵抗Ｒが接続され、当該演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｓが印加された構成を有する。また、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、端子Ｔ３を介して、フォトダイオードＰＤが受光した発光ダイオードＬＤの光の正味の受光量に応じて出力された入力電流Ｉａｃと、当該フォトダイオードＰＤが受光した外乱光の受光量に応じて出力された直流成分Ｉｄｃとの合成電流（Ｉａｃ＋Ｉｄｃ）が演算増幅器ＯＰ１への入力電流Ｉｉｎ＋として供給される。演算増幅器ＯＰ１は、この供給された入力電流Ｉｉｎ＋に対して、Ｖ＋＝Ｒ・Ｉｉｎ＋を満たす出力電圧Ｖ＋を出力する。
【００４７】
演算増幅器ＯＰ２は、当該演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に接続された入力端子Ｔ４と当該演算増幅器ＯＰ２の出力端子Ｔ６との間に変換抵抗Ｒが接続され、当該演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子に基準電圧Ｖｓが印加された構成を有する。また、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子には、端子Ｔ４を介して、フォトダイオードＰＤが受光した発光ダイオードＬＤの光の正味の受光量に応じて出力された入力電流Ｉａｃと、当該フォトダイオードＰＤが受光した外乱光の受光量に応じて出力された直流成分Ｉｄｃとの合成電流（Ｉａｃ＋Ｉｄｃ）が演算増幅器ＯＰ２への入力電流Ｉｉｎ―として供給される。演算増幅器ＯＰ２は、この供給された入力電流Ｉｉｎ―に対して、Ｖ―＝―Ｒ・Ｉｉｎ―を満たす出力電圧Ｖ―を出力する。
【００４８】
帰還回路Ａ１は、端子Ｔ７を介して演算増幅器ＯＰ１により出力された出力電圧Ｖ＋を始端にて入力すると共に、当該入力された出力電圧Ｖ＋を反転増幅し、当該反転増幅された出力電圧Ｖ＋を積分する。帰還回路Ａ１の具体的な回路構成の一例としては、特許文献１（図１参照）を参照することができる。具体的には、帰還回路Ａ１には、演算増幅器ＯＰ１により出力された出力電圧Ｖ＋を反転増幅するための反転増幅回路と、当該反転増幅された出力電圧Ｖ＋を積分する積分回路とにより構成されている。また、この積分回路には、当該積分回路を構成するコンデンサと抵抗とにより所定の時定数が定められている。特に、帰還回路Ａ１に含まれる積分回路では、少なくともフォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉａｃを遮るカットオフ周波数ｆ１を有するように前述した所定の時定数が設定されることが好ましい。
【００４９】
帰還回路Ａ１は、演算増幅器ＯＰ１により出力された出力電圧Ｖ＋を反転増幅及び積分することにより、当該出力電圧Ｖ＋の平均値成分に相当する平均電圧Ｖｄｃａを出力する。このため、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉａｃと直流成分Ｉｄｃとが演算増幅器ＯＰ１の入力電流Ｉｉｎ＋に含まれている場合には、帰還回路Ａ１から出力された平均電圧Ｖｄｃａは直流成分Ｉｄｃに相当する電圧となる。
【００５０】
帰還回路Ｂ１は、端子Ｔ８を介して演算増幅器ＯＰ２により出力された出力電圧Ｖ―を始端にて入力すると共に、当該入力された出力電圧Ｖ―を反転増幅し、当該反転増幅された出力電圧Ｖ―を積分する。帰還回路Ｂ１の具体的な回路構成の一例としては、同様に特許文献１（図１参照）を参照することができる。具体的には、帰還回路Ｂ１には、演算増幅器ＯＰ２により出力された出力電圧Ｖ―を反転増幅するための反転増幅回路と、当該反転増幅された出力電圧Ｖ―を積分する積分回路とにより構成されている。また、この積分回路には、当該積分回路を構成するコンデンサと抵抗とにより所定の時定数が定められている。特に、帰還回路Ｂ１に含まれる積分回路では、少なくともフォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉａｃを遮るカットオフ周波数ｆ１を有するように前述した所定の時定数が設定されることが好ましい。
【００５１】
帰還回路Ｂ１は、演算増幅器ＯＰ２により出力された出力電圧Ｖ―を反転増幅及び積分することにより、当該出力電圧Ｖ―の平均値成分に相当する平均電圧Ｖｄｃｂを出力する。このため、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉａｃと直流成分Ｉｄｃとが演算増幅器ＯＰ２の入力電流Ｉｉｎ―に含まれている場合には、帰還回路Ｂ１から出力された平均電圧Ｖｄｃｂは直流成分Ｉｄｃに相当する電圧となる。
【００５２】
トランジスタＴｒ１は、例えば、Ｎ型のチャネルが形成されるＮＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型トランジスタで構成され、帰還回路Ａ１の終端と接続されたゲート電極と、図１に示す電源回路部１８による電源電圧が印加されたドレイン電極と、入力電流Ｉｉｎ＋の電流路に接続された端子Ｔ１と接続されたソース電極とを有する。また、トランジスタＴｒ１は、帰還回路Ａ１により出力された平均電圧Ｖｄｃａがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタＴｒ１のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Ｖｄｃａに対応して演算増幅器ＯＰ１から引き込まれた電流に応じた電流であるドレイン電流Ｉｔｒ１を流すように制御する。この平均電圧Ｖｄｃａは、トランジスタＴｒ１の閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとする。なお、前述したように平均電圧ＶｄｃａがトランジスタＴｒ１のゲート電極に印加された場合、トランジスタＴｒ１は、ドレイン電流Ｉｔｒ１と直流成分Ｉｄｃとの間には、Ｉｔｒ１＝Ｉｄｃの関係が成立するようなドレイン電流Ｉｔｒ１を流すように制御する。
【００５３】
トランジスタＴｒ２は、例えば、Ｎ型のチャネルが形成されるＮＭＯＳ型トランジスタで構成され、帰還回路Ｂ１の終端と接続されたゲート電極と、入力電流Ｉｉｎ−の電流路と接続された端子Ｔ２と接続されたドレイン電極と、接地されたソース電極とを有する。また、トランジスタＴｒ２は、帰還回路Ｂ１により出力された平均電圧Ｖｄｃｂがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタＴｒ２のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Ｖｄｃｂに対応して演算増幅器ＯＰ２に流れ込む電流に応じた電流であるドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。この平均電圧Ｖｄｃｂは、トランジスタＴｒ２の閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとする。なお、前述したように平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加された場合、トランジスタＴｒ２は、ドレイン電流Ｉｔｒ２と直流成分Ｉｄｃとの間には、Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するようなドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。
【００５４】
３．電流電圧変換部１３の動作に関する説明
次に、電流電圧変換部１３の動作について説明する。まず、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤにより発光された光を受光したとき、フォトダイオードＰＤの両端には、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに出力されたパルス状の入力電流Ｉａｃと、当該フォトダイオードＰＤが外乱光を受光したときに出力された直流成分Ｉｄｃとの合成電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）が流れる。
【００５５】
このときには、トランジスタＴｒ１のゲート電極には閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタＴｒ１のドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に流れる入力電流Ｉｉｎ＋は、前述した合成電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）となる。即ち、Ｉｉｎ＋＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃの関係が成立する。
【００５６】
同様に、トランジスタＴｒ２のゲート電極には閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタＴｒ２のドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に流れる入力電流Ｉｉｎ−も、前述した合成電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）となる。即ち、Ｉｉｎ−＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃの関係が成立する。
【００５７】
演算増幅器ＯＰ１では当該演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に入力された入力電流Ｉｉｎ＋が増幅されて出力端子Ｔ５に出力電圧Ｖ＋が出力される。帰還回路Ａ１は、当該出力電圧Ｖ＋を入力し、前述したように、当該入力された出力電圧Ｖ＋を反転増幅すると共に当該反転増幅された出力電圧Ｖ＋を積分する。帰還回路Ａ１は、この積分により得られた平均電圧ＶｄｃａをトランジスタＴｒ１のゲート電極に印加する。トランジスタＴｒ１は、ゲート電極に印加された平均電圧Ｖｄｃａに応じて、ドレイン電極及びソース電極間にドレイン電流Ｉｔｒ１を流すように制御する。従って、端子Ｔ１においてキルヒホッフの第１法則を適用することにより、Ｉｄｃ＋Ｉａｃ＝Ｉｉｎ＋＋Ｉｔｒ１の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Ｉｔｒ１＝Ｉｄｃの関係が成立するため、帰還回路Ａ１により出力された平均電圧Ｖｄｃａの印加によりトランジスタＴｒ１がドレイン電流を供給することにより、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、直流成分Ｉｄｃが打ち消された入力電流Ｉａｃが入力される。従って、帰還回路Ａ１により出力された平均電圧Ｖｄｃａに応じてトランジスタＴｒ１により出力されたドレイン電流Ｉｔｒ１により、出力端子Ｔ５には、入力電流Ｉｉｎ＋（＝Ｉａｃ）が供給された演算増幅器ＯＰ１により増幅された出力電圧Ｖ＋＋が出力される。
【００５８】
演算増幅器ＯＰ２では当該演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に入力された入力電流Ｉｉｎ―が増幅されて出力端子Ｔ６に出力電圧Ｖ―が出力される。帰還回路Ｂ１は、当該出力電圧Ｖ―を入力し、前述したように、当該入力された出力電圧Ｖ―を反転増幅すると共に当該反転増幅された出力電圧Ｖ―を積分する。帰還回路Ｂ１は、この積分により得られた平均電圧ＶｄｃｂをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加する。トランジスタＴｒ２は、ゲート電極に印加された平均電圧Ｖｄｃｂに応じて、ドレイン電極及びソース電極間にドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。従って、端子Ｔ２においてキルヒホッフの第１法則を適用することにより、Ｉｄｃ＋Ｉａｃ＝Ｉｉｎ−＋Ｉｔｒ２の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するため、帰還回路Ｂ１により出力された平均電圧Ｖｄｃｂの印加によりトランジスタＴｒ２がドレイン電流を供給することにより、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子には、直流成分Ｉｄｃが打ち消された入力電流Ｉａｃが入力される。従って、帰還回路Ｂ１により出力された平均電圧Ｖｄｃｂに応じてトランジスタＴｒ２により出力されたドレイン電流Ｉｔｒ２により、出力端子Ｔ６には、入力電流Ｉｉｎ―（＝Ｉａｃ）が供給された演算増幅器ＯＰ２により増幅された出力電圧Ｖ−−が出力される。
【００５９】
増幅部１４は、差動増幅器で構成され、電流電圧変換部１３により出力された出力電圧Ｖ＋＋及びＶ−−をそれぞれ入力し、所定の利得に応じて当該出力電圧Ｖ＋＋及びＶ−−の差分を増幅して出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔ９に出力する。
【００６０】
以上により、第１の実施形態の電流電圧変換部１３は、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードＬＤの光の正味の変換量に相当する入力電流Ｉａｃと、外乱光の変換量に相当する直流成分Ｉｄｃとが含まれる場合でも、当該電流を二方向からそれぞれ増幅して得られた出力から直流成分に相当する平均電圧を出力し、当該平均電圧に応じて直流成分を適切に打ち消す電流を生じさせる。具体的には、前述したように、電流Ｉａｃと直流成分Ｉｄｃとの合成電流が各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２にそれぞれ供給され、帰還回路Ａ１，Ｂ１が各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２の出力電圧を反転増幅及び積分する。当該反転増幅及び積分により得られた平均電圧Ｖｄｃａ，Ｖｄｃｂが各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲート電極に印加されることにより、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、当該ゲート電極に印加された当該平均電圧Ｖｄｃａ，Ｖｄｃｂに応じて、直流成分Ｉｄｃに相当するドレイン電流を各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２の入力電流の電流路に流す。これにより、各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２に流れる入力電流のうち、直流成分Ｉｄｃは打ち消される。
【００６１】
従って、第１の実施形態の電流電圧変換部１３によれば、フォトダイオードＰＤの発光ダイオードＬＤの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードＬＤの光の正味の変換量に相当する電流Ｉａｃと、外乱光の変換量に相当する直流成分Ｉｄｃとが含まれる場合でも、飽和することのない安定的に動作する出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。更に、第１の実施形態の電流電圧変換部１３を含む煙感知器２においては、当該煙感知器２内に設けられる検知領域Ｋの構造を簡単にすることもできる。
【００６２】
（第１の実施形態の変形例）
４．電流電圧変換部１３ａの構成及び動作に関する説明
図３は、第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ａ、及び増幅部１４の構成を示す概略回路図である。図３に示すように、第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ａは、演算増幅器ＯＰ１と、演算増幅器ＯＰ２と、帰還回路Ａ１と、帰還回路Ｂ１と、トランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ２と、サンプルホールド回路ＳＨ１と、サンプルホールド回路ＳＨ２を少なくとも備える。以下、第１の実施形態の電流電圧変換部１３との構成上の相違についてのみ説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。第１の実施形態の電流電圧変換部１３との構成上の差異は、サンプルホールド回路ＳＨ１，ＳＨ２が更に設けられている点である。
【００６３】
サンプルホールド回路ＳＨ１は、一端が帰還回路Ａ１の終端と接続されると共に他端がトランジスタＴｒ１のゲート電極と接続されたスイッチ部Ｓｗ１と、当該スイッチ部Ｓｗ１と並列接続されたコンデンサＣ１とを備える。なお、コンデンサＣ１の片側の電極はトランジスタＴｒ１のゲート電極に接続され、コンデンサＣ１の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路ＳＨ１では、スイッチ部Ｓｗ１の接点が導通状態である場合には、帰還回路Ａ１により出力された平均電圧ＶｄｃａがコンデンサＣ１の両端に印加される。
【００６４】
サンプルホールド回路ＳＨ１は、図１に示すタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に応じて、当該スイッチ部Ｓｗ１の接点を開閉する。具体的には、サンプルホールド回路ＳＨ１は、当該スイッチ部Ｓｗ１の接点がＯＦＦ状態（非導通状態）である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Ｓｗ１の接点をＯＮ状態（導通状態）にする。また、サンプルホールド回路ＳＨ１は、当該スイッチ部Ｓｗ１の接点が導通状態である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Ｓｗ１の接点を非導通状態にする。なお、スイッチ部Ｓｗ１の接点が導通状態であるか又は非導通状態であるかはタイミング生成部１１により管理されていることが好ましい。
【００６５】
スイッチ部Ｓｗ１の接点が導通状態である場合に、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の開始のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１では、当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Ｓｗ１の接点が非導通状態にされる。なお、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の開始のためのタイミング信号を出力する直前に、サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。
【００６６】
また、スイッチ部Ｓｗ１の接点が非導通状態である場合に、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の停止のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１では、当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Ｓｗ１の接点が導通状態にされる。なお、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の停止のためのタイミング信号を出力した直後に、サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。従って、発光ダイオードＬＤが発光している間は、サンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１の接点は非導通状態となっている。
【００６７】
図４（ａ）は、フォトダイオードＰＤの変換により出力された電流の時間的推移を示す説明図である。図４（ｂ）は、帰還回路Ａ１，Ｂ１によりそれぞれ出力された平均電圧Ｖｄｃａ，Ｖｄｃｂの時間的推移を示す説明図である。図４（ａ）に示すように、発光ダイオードＬＤが発光したとき、フォトダイオードＰＤは、周囲の外乱光の受光による直流成分Ｉｄｃに加え、当該発光ダイオードＬＤの光の正味の受光によるパルス状の電流Ｉａｃを出力する。前述したように、帰還回路Ａ１内の積分回路においては、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光の正味の受光によるパルス状の電流Ｉａｃを遮るように時定数が設定されている。しかし、帰還回路Ａ１の終端とトランジスタＴｒ１のゲート電極間が導通されている状態で発光ダイオードＬＤが発光したことにより当該発光した光量に相当する電流Ｉａｃが帰還回路Ａ１に更に入力された場合には、帰還回路Ａ１の積分回路において、パルス状の電流Ｉａｃの一部の成分が積分される可能性もある。この場合には、図４（ｂ）に示すように、帰還回路Ａ１により出力された平均電圧Ｖｄｃａは、当該帰還回路Ａ１の積分回路で遮られなかったＩａｃに相当する平均電圧ΔＶｄｃだけ増加する。このため、トランジスタＴｒ１によるドレイン電流が大きくなるため、端子Ｔ１においては直流成分Ｉｄｃ以上の過剰電流が供給されることになり、演算増幅器ＯＰ１には、当該過剰電流により減少したＩａｃが供給されることになり、電流電圧変換部１３ａの電流変換効率として好ましくない。
【００６８】
従って、第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ａではタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードＬＤの発光直前にサンプルホールド回路ＳＨ１のスイッチ部Ｓｗ１が非導通状態にされ、発光ダイオードＬＤの発光中には当該スイッチ部Ｓｗ１は非導通状態で維持され、発光ダイオードＬＤの発光直後には当該スイッチ部Ｓｗ１が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードＬＤの発光中には、スイッチ部Ｓｗ１が導通状態であるときに印加されていたコンデンサＣ１の両端間の平均電圧Ｖｄｃａが開放され、発光ダイオードＬＤの発光直前における帰還回路Ａ１の出力である平均電圧ＶｄｃａをトランジスタＴｒ１のゲート電極に印加することができる。従って、第１の実施形態の電流電圧変換部１３に比べて、帰還回路Ａ１はより正確な平均電圧ＶｄｃａをトランジスタＴｒ１のゲート電極に印加することができ、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子にもノイズである直流成分Ｉｄｃの打ち消された電流Ｉａｃが供給されることができる。これにより、第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ａは、第１の実施形態の電流電圧変換部１３に比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
【００６９】
一方、サンプルホールド回路ＳＨ２は、一端が帰還回路Ｂ１の終端と接続されると共に他端がトランジスタＴｒ２のゲート電極と接続されたスイッチ部Ｓｗ２と、当該スイッチ部Ｓｗ２と並列接続されたコンデンサＣ２とを備える。なお、コンデンサＣ２の片側の電極はトランジスタＴｒ２のゲート電極に接続され、コンデンサＣ２の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路ＳＨ２では、スイッチ部Ｓｗ２の接点が導通状態である場合には、帰還回路Ｂ１により出力された平均電圧ＶｄｃｂがコンデンサＣ２の両端に印加される。
【００７０】
サンプルホールド回路ＳＨ２は、図１に示すタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に応じて、当該スイッチ部Ｓｗ２の接点を開閉する。具体的には、サンプルホールド回路ＳＨ２１は、当該スイッチ部Ｓｗ２の接点が非導通状態である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Ｓｗ２の接点を導通状態にする。また、サンプルホールド回路ＳＨ２は、当該スイッチ部Ｓｗ２の接点が導通状態である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Ｓｗ２の接点を非導通状態にする。なお、スイッチ部Ｓｗ２の接点が導通状態であるか又は非導通状態であるかはタイミング生成部１１により管理されていることが好ましい。
【００７１】
スイッチ部Ｓｗ２の接点が導通状態である場合に、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の開始のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２では当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Ｓｗ２の接点が非導通状態にされる。なお、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の開始のためのタイミング信号を出力する直前に、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。
【００７２】
また、スイッチ部Ｓｗ２の接点が非導通状態である場合に、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の停止のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２では、当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Ｓｗ２の接点が導通状態にされる。なお、タイミング生成部１１は、発光ダイオードＬＤの発光動作の停止のためのタイミング信号を出力した直後に、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。従って、発光ダイオードＬＤが発光している間は、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２の接点は非導通状態となっている。
【００７３】
同様に、帰還回路Ｂ１内の積分回路においては、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光の正味の受光によるパルス状の電流Ｉａｃを遮るように時定数が設定されている。しかし、帰還回路Ｂ１の終端とトランジスタＴｒ２のゲート電極間が導通されている状態で発光ダイオードＬＤの発光した光量に相当する電流Ｉａｃが帰還回路Ｂ１に入力された場合には、帰還回路Ｂ１の積分回路において、パルス状の電流Ｉａｃの一部の成分が積分される可能性もあり、この場合には、図４（ｂ）に示すように、帰還回路Ｂ１により出力された平均電圧Ｖｄｃｂは、当該帰還回路Ｂ１の積分回路で遮られなかったＩａｃに相当する平均電圧ΔＶｄｃだけ増加する。このため、トランジスタＴｒ１によるドレイン電流が大きくなるため、端子Ｔ２においては直流成分Ｉｄｃ以上の過剰電流が供給されることになり、演算増幅器ＯＰ２には、当該過剰電流により減少した電流Ｉａｃが供給されることになり、電流電圧変換部１３ａの電流変換効率として好ましくない。
【００７４】
従って、第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ａではタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードＬＤの発光直前にサンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２が非導通状態にされ、発光ダイオードＬＤの発光中には当該スイッチ部Ｓｗ２は非導通状態で維持され、発光ダイオードＬＤの発光直後には当該スイッチ部Ｓｗ２が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードＬＤの発光中には、スイッチ部Ｓｗ２が導通状態であるときに印加されていたコンデンサＣ２の両端間の平均電圧Ｖｄｃｂが開放され、発光ダイオードＬＤの発光直前における帰還回路Ｂ１の出力である平均電圧ＶｄｃｂをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加することができる。従って、第１の実施形態の電流電圧変換部１３に比べて、帰還回路Ｂ１はより正確な平均電圧ＶｄｃｂをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加することができ、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子にもノイズである直流成分Ｉｄｃの打ち消された電流Ｉａｃが供給されることができる。これにより、第１の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ａは、第１の実施形態の電流電圧変換部１３に比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
【００７５】
（第２の実施形態）
５．電流電圧変換部１３ｂの構成に関する説明
図５は、第２の実施形態の電流電圧変換部１３、及び増幅部１４の構成を示す概略回路図である。図５に示すように、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂは、演算増幅器ＯＰ１と、演算増幅器ＯＰ２と、帰還回路Ｂ２と、トランジスタＴｒ２と、トランジスタＴｒ２ａ及びトランジスタＴｒ２ｂ並びにトランジスタＴｒ２ｃにより構成されたカレントミラー回路とを少なくとも備える。以下、第１の実施形態の電流電圧変換部１３との構成上の差異についてのみ説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。第１の実施形態の電流電圧変換部１３との構成上の差異は、帰還回路Ａ１が設けられていない点と、トランジスタＴｒ２に対するカレントミラー回路が設けられている点である。
【００７６】
トランジスタＴｒ２は、例えば、Ｎ型のチャネルが形成されるＮＭＯＳ型トランジスタで構成され、帰還回路Ｂ２の終端と接続されたゲート電極と、入力電流Ｉｉｎ−の電流路と接続された端子Ｔ２と接続されたドレイン電極と、接地されたソース電極とを有する。また、トランジスタＴｒ２は、帰還回路Ｂ２により出力された平均電圧Ｖｄｃｂがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタＴｒ２のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Ｖｄｃｂに対応して演算増幅器ＯＰ２に流れ込む電流に応じた電流であるドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。この平均電圧Ｖｄｃｂは、トランジスタＴｒ２の閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとする。なお、前述したように平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加された場合、トランジスタＴｒ２は、ドレイン電流Ｉｔｒ２と直流成分Ｉｄｃとの間には、Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するようなドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。
【００７７】
トランジスタＴｒ２ａは、例えば、Ｎ型のチャネルが形成されるＮＭＯＳ型トランジスタで構成され、帰還回路Ｂ２の終端と接続されたゲート電極と、トランジスタＴｒ２ｂのソース電極と接続されたドレイン電極と、接地されたソース電極とを有する。また、トランジスタＴｒ２ａは、帰還回路Ｂ２により出力された平均電圧Ｖｄｃｂがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタＴｒ２のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Ｖｄｃｂに対応して演算増幅器ＯＰ１から引き込まれる電流に応じた電流であるドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。なお、前述したように平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２ａのゲート電極に印加された場合、トランジスタＴｒ２ａは、ドレイン電流Ｉｔｒ２と直流成分Ｉｄｃとの間には、Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するようなドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。
【００７８】
トランジスタＴｒ２ｂは、例えば、Ｎ型のチャネルが形成されるＮＭＯＳ型トランジスタで構成され、トランジスタＴｒ２ｃのゲート電極と接続されたゲート電極と、図１に示す電源回路部１８による電源電圧が印加されたドレイン電極と、トランジスタＴｒ２ｂのゲート電極とトランジスタＴｒ２ｃのゲート電極との接続ノードに接続されると共にトランジスタＴｒ２ａのドレイン電極と接続されたソース電極とを有する。また、トランジスタＴｒ２ｂのソース電極とトランジスタＴｒ２ａのドレイン電極とは接続されているため、トランジスタＴｒ２ｂにはトランジスタＴｒ２ａに流れるドレイン電流Ｉｔｒ２と同じドレイン電流Ｉｔｒ２が流れる。
【００７９】
トランジスタＴｒ２ｃは、例えば、Ｎ型のチャネルが形成されるＮＭＯＳ型トランジスタで構成され、トランジスタＴｒ２ｂのゲート電極と接続されたゲート電極と、図１に示す電源回路部１８による電源電圧が印加されたドレイン電極と、入力電流Ｉｉｎ＋の電流路に接続された端子Ｔ１と接続されたソース電極とを有する。また、前述したように、トランジスタＴｒ２ａ，Ｔｒ２ｂ，Ｔｒ２ｃは、トランジスタＴｒ２に対するカレントミラー回路を構成しているため、トランジスタＴｒ２のドレイン電流Ｉｔｒ２と同一の大きさを有する電流Ｉｔｒ２がトランジスタＴｒ２ｃのドレイン電極及びソース電極間に流れることになる。従って、トランジスタＴｒ２ａは、帰還回路Ｂ２により出力された平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加された際に、当該トランジスタＴｒ２のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Ｖｄｃｂに対応して演算増幅器ＯＰ１から引き込まれる電流に応じた電流であるドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。この平均電圧Ｖｄｃｂは、トランジスタＴｒ２ａの閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとする。なお、前述したように平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加された場合、トランジスタＴｒ２ａは、ドレイン電流Ｉｔｒ２と直流成分Ｉｄｃとの間には、Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するようなドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。
【００８０】
６．電流電圧変換部１３ｂの動作に関する説明
次に、電流電圧変換部１３ｂの動作について説明する。まず、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤにより発光された光を受光したとき、フォトダイオードＰＤの両端には、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに出力されたパルス状の入力電流Ｉａｃと、当該フォトダイオードＰＤが外乱光を受光したときに出力された直流成分Ｉｄｃとの合成電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）が流れる。
【００８１】
このときには、トランジスタＴｒ２ｃのゲート電極には閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタＴｒ２ｃのドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に流れる入力電流Ｉｉｎ＋は、前述した合成電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）となる。即ち、Ｉｉｎ＋＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃの関係が成立する。
【００８２】
同様に、トランジスタＴｒ２のゲート電極には閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタＴｒ２のドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に流れる入力電流Ｉｉｎ−も、前述した合成電流（Ｉｄｃ＋Ｉａｃ）となる。即ち、Ｉｉｎ−＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃの関係が成立する。
【００８３】
演算増幅器ＯＰ１では当該演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に入力された入力電流Ｉｉｎ＋が増幅されて出力端子Ｔ５に出力電圧Ｖ＋が出力される。但し、後述するように、トランジスタＴｒ２のゲート電極に印加された平均電圧Ｖｄｃｂに応じて、トランジスタＴｒ２に対するカレントミラー回路を構成するトランジスタＴｒ２ｃのドレイン電極及びソース電極間には、トランジスタＴｒ２のドレイン電流Ｉｔｒ２と同一の大きさを有するドレイン電流Ｉｔｒ２が流れる。従って、端子Ｔ１においてキルヒホッフの第１法則を適用することにより、Ｉｄｃ＋Ｉａｃ＝Ｉｉｎ＋＋Ｉｔｒ２の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するため、帰還回路Ｂ２により出力された平均電圧Ｖｄｃｂの印加によりトランジスタＴｒ２ｃがドレイン電流を供給することにより、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、直流成分Ｉｄｃが打ち消された入力電流Ｉａｃが入力される。出力端子Ｔ５には、入力電流Ｉｉｎ＋（＝Ｉａｃ）が供給された演算増幅器ＯＰ１により増幅された出力電圧Ｖ＋＋が出力される。
【００８４】
演算増幅器ＯＰ２では当該演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に入力された入力電流Ｉｉｎ―が増幅されて出力端子Ｔ６に出力電圧Ｖ―が出力される。帰還回路Ｂ２は、当該出力電圧Ｖ―を入力し、前述したように、当該入力された出力電圧Ｖ―を反転増幅すると共に当該反転増幅された出力電圧Ｖ―を積分する。帰還回路Ｂ２は、この積分により得られた平均電圧ＶｄｃｂをトランジスタＴｒ３のゲート電極に印加する。トランジスタＴｒ２は、ゲート電極に印加された平均電圧Ｖｄｃｂに応じて、ドレイン電極及びソース電極間にドレイン電流Ｉｔｒ２を流すように制御する。従って、端子Ｔ２においてキルヒホッフの第１法則を適用することにより、Ｉｄｃ＋Ｉａｃ＝Ｉｉｎ−＋Ｉｔｒ２の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Ｉｔｒ２＝Ｉｄｃの関係が成立するため、帰還回路Ｂ２により出力された平均電圧Ｖｄｃｂの印加によりトランジスタＴｒ２がドレイン電流を供給することにより、演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子には、直流成分Ｉｄｃが打ち消された入力電流Ｉａｃが入力される。従って、帰還回路Ｂ２により出力された平均電圧Ｖｄｃｂに応じてトランジスタＴｒ２により出力されたドレイン電流Ｉｔｒ２により、出力端子Ｔ６には、入力電流Ｉｉｎ―（＝Ｉａｃ）が供給された演算増幅器ＯＰ２により増幅された出力電圧Ｖ−−が出力される。
【００８５】
増幅部１４は、差動増幅器で構成され、電流電圧変換部１３ｂにより出力された出力電圧Ｖ＋＋及びＶ−−をそれぞれ入力し、所定の利得に応じて当該出力電圧Ｖ＋＋及びＶ−−の差分を増幅して出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔ９に出力する。
【００８６】
以上により、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂは、フォトダイオードＰＤが発光ダイオードＬＤの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードＬＤの光の正味の変換量に相当する入力電流Ｉａｃと、外乱光の変換量に相当する直流成分Ｉｄｃとが含まれる場合でも、当該電流を二方向からそれぞれ増幅して得られた出力から直流成分に相当する平均電圧を出力し、当該平均電圧に応じて直流成分を適切に打ち消す電流を生じさせる。具体的には、前述したように、電流Ｉａｃと直流成分Ｉｄｃとの合成電流が各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２にそれぞれ供給され、帰還回路Ｂ２が演算増幅器ＯＰ２の出力電圧を反転増幅及び積分する。当該反転増幅及び積分により得られた平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２，及び当該トランジスタＴｒ２に対するカレントミラー回路に印加されることにより、トランジスタＴｒ２，及び当該トランジスタＴｒ２に対するカレントミラー回路は、当該ゲート電極に印加された当該平均電圧Ｖｄｃｂに応じて、直流成分Ｉｄｃに相当するドレイン電流を各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２の入力電流の電流路に流す。これにより、各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２に流れる入力電流のうち、直流成分Ｉｄｃは打ち消される。
【００８７】
従って、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂによれば、フォトダイオードＰＤの発光ダイオードＬＤの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードＬＤの光の正味の変換量に相当する電流Ｉａｃと、外乱光の変換量に相当する直流成分Ｉｄｃとが含まれる場合でも、飽和することのない安定的に動作する出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。更に、第１の実施形態の電流電圧変換部１３を含む煙感知器２においては、当該煙感知器２内に設けられる検知領域Ｋの構造を簡単にすることもできる。更に、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂによれば、第１の実施形態の電流電圧変換部１３が備える帰還回路を１つ備えるだけで良いため、電流電圧変換部１３ｂの全体構成として非常に簡単な構成で実現することが可能なため、低コストで製造することが可能である。
【００８８】
（第２の実施形態の変形例）
７．電流電圧変換部１３ｃの構成及び動作に関する説明
図６は、第２の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｃ、及び増幅部１４の構成を示す概略回路図である。図６に示すように、第２の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｃは、演算増幅器ＯＰ１と、演算増幅器ＯＰ２と、帰還回路Ｂ３と、トランジスタＴｒ２と、トランジスタＴｒ２ａ及びトランジスタＴｒ２ｂ並びにトランジスタＴｒ２ｃにより構成されたカレントミラー回路と、サンプルホールド回路ＳＨ３とを少なくとも備える。以下、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂとの構成上の相違についてのみ説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。
【００８９】
サンプルホールド回路ＳＨ３は、一端が帰還回路Ｂ３の終端と接続されると共に他端がトランジスタＴｒ２のゲート電極と接続されたスイッチ部Ｓｗ３と、当該スイッチ部Ｓｗ３と並列接続されたコンデンサＣ３とを備える。なお、コンデンサＣ３の片側の電極はトランジスタＴｒ２のゲート電極に接続され、コンデンサＣ３の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路ＳＨ２２では、スイッチ部Ｓｗ３の接点が導通状態である場合には、帰還回路Ｂ３により出力された平均電圧ＶｄｃｂがコンデンサＣ３の両端に印加される。
【００９０】
サンプルホールド回路ＳＨ３の接点の開閉のタイミングに関しては、図３に示したサンプルホールド回路ＳＨ１，ＳＨ２と同様であるため、当該タイミングに関する説明は省略する。従って、発光ダイオードＬＤが発光している間は、サンプルホールド回路ＳＨ３のスイッチ部Ｓｗ３の接点は非導通状態となっている。
【００９１】
従って、第２の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｃではタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードＬＤの発光直前にはサンプルホールド回路ＳＨ３のスイッチ部Ｓｗ３が非導通状態にされ、発光ダイオードＬＤの発光中には当該スイッチ部Ｓｗ３は非導通状態で維持され、発光ダイオードＬＤの発光直後には当該スイッチ部Ｓｗ３が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードＬＤの発光中には、スイッチ部Ｓｗ３が導通状態であるときに印加されていたコンデンサＣ３の両端間の平均電圧Ｖｄｃｂが開放され、発光ダイオードＬＤの発光直前における帰還回路Ｂ３の出力である平均電圧ＶｄｃｂをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加することができる。このとき、トランジスタＴｒ２ａのゲート電極にも帰還回路Ｂ３の出力である平均電圧Ｖｄｃｂが印加されるため、トランジスタＴｒ２ａ，Ｔｒ２ｂ，Ｔｒ２ｃにより構成されるカレントミラー回路により、トランジスタＴｒ２ｃのドレイン電極及びソース電極間には、トランジスタＴｒ２のドレイン電流Ｉｔｒ２と同一のドレイン電流Ｉｔｒ２（＝Ｉｄｃ）が流れる。
【００９２】
従って、第２の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｃは、発光ダイオードＬＤの発光中でも、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂに比べて、帰還回路Ｂ３はより正確な平均電圧ＶｄｃｂをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加することができ、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に直流成分Ｉｄｃの打ち消された電流Ｉａｃを供給することができる。これにより、第２の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｃは、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂに比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
【００９３】
（第３の実施形態）
８．電流電圧変換部１３ｄに関する説明
図７は、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄの構成を示す概略回路図である。第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄは、演算増幅器ＯＰ１と、演算増幅器ＯＰ２と、帰還回路Ｂ４と、トランジスタＴｒ２と、トランジスタＴｒ２ａ及びトランジスタＴｒ２ｂ並びにトランジスタＴｒ２ｃにより構成されたカレントミラー回路と、差動増幅器１４ａとを少なくとも備える。以下、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂとの構成上の差異について説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。第２の実施形態の電流電圧変換部１３との構成上の差異は、帰還回路Ｂ４が差動増幅器１４ａにより出力された出力電圧Ｖｏｕｔを入力する点である。
【００９４】
前述したように、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄは、出力端子Ｔ５，Ｔ６にそれぞれ出力された出力電圧Ｖ＋＋，Ｖ−−の差分を所定の利得に応じて増幅するための差動増幅器１４ａを更に含む。第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄでは、帰還回路Ｂ４が差動増幅器１４ａにより増幅された出力電圧Ｖｏｕｔを入力すると共に、当該出力電圧Ｖｏｕｔに対する反転増幅及び積分を行うことにより当該出力電圧Ｖｏｕｔに対する平均電圧ＶｄｃｃをトランジスタＴｒ２，Ｔｒ２ａのゲート電極に印加する。その他の構成及び動作は、第２の実施形態と同様であるため、当該内容の説明は省略する。
【００９５】
従って、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄによれば、フォトダイオードＰＤの発光ダイオードＬＤからの光の受光により出力された電流に、当該光の正味の変換量に相当する入力電流Ｉａｃと、外乱光の変換量に相当する直流成分Ｉｄｃとが含まれる場合でも、飽和することのない安定的に動作する出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。更に、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄを含む煙感知器２においては、当該煙感知器２内に設けられる検知領域Ｋの構造を簡単にすることもできる。更に、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄによれば、第１の実施形態の電流電圧変換部１３が備える帰還回路を１つ備えるだけで良いため、電流電圧変換部１３ｄの全体構成として非常に簡単な構成で実現することが可能なため、低コストで製造することが可能である。
【００９６】
更に、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄによれば、帰還回路Ｂ４が演算増幅器ＯＰ２により増幅された出力電圧Ｖ−−に対してではなく、差動増幅器１４ａにより増幅された出力電圧Ｖｏｕｔに対して反転増幅及び積分して得られた平均電圧Ｖｄｃｃに応じて、トランジスタＴｒ２、及び当該トランジスタＴｒ２に対するカレントミラー回路に流す。従って、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｂに比べて、差動増幅器１４ａを介したことによるノイズのより少ない入力電流Ｉｉｎ＋，Ｉｉｎ―を演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２に供給することができる。
【００９７】
（第３の実施形態の変形例）
９．電流電圧変換部１３ｅに関する説明
図８は、第３の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｅの構成を示す概略回路図である。図８に示すように、第３の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｅは、演算増幅器ＯＰ１と、演算増幅器ＯＰ２と、帰還回路Ｂ５と、トランジスタＴｒ２と、トランジスタＴｒ２ａ及びトランジスタＴｒ２ｂ並びにトランジスタＴｒ２ｃにより構成されたカレントミラー回路と、サンプルホールド回路ＳＨ４とを少なくとも備える。図７に示す第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄとの構成上の差異は、サンプルホールド回路ＳＨ４を更に備える点である。その他の構成は、図７に示した第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄと同一であるため、当該同一内容に関する説明は省略する。
【００９８】
サンプルホールド回路ＳＨ４は、一端が帰還回路Ｂ５の終端と接続されると共に他端がトランジスタＴｒ２のゲート電極と接続されたスイッチ部Ｓｗ４と、当該スイッチ部Ｓｗ４と並列接続されたコンデンサＣ４とを備える。なお、コンデンサＣ４の片側の電極はトランジスタＴｒ２のゲート電極に接続され、コンデンサＣ４の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路ＳＨ４では、スイッチ部Ｓｗ４の接点が導通状態である場合には、帰還回路Ｂ５により出力された平均電圧ＶｄｃｃがコンデンサＣ４の両端に印加される。
【００９９】
サンプルホールド回路ＳＨ４の接点の開閉のタイミングに関しては、図６に示したサンプルホールド回路ＳＨ１，ＳＨ２と同様であるため、当該タイミングに関する説明は省略する。従って、発光ダイオードＬＤが発光している間は、サンプルホールド回路ＳＨ４のスイッチ部Ｓｗ４の接点は非導通状態となっている。
【０１００】
従って、第３の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｅではタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードＬＤの発光直前にはサンプルホールド回路ＳＨ４のスイッチ部Ｓｗ４が非導通状態にされ、発光ダイオードＬＤの発光中には当該スイッチ部Ｓｗ４は非導通状態で維持され、発光ダイオードＬＤの発光直後には当該スイッチ部Ｓｗ４が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードＬＤの発光中には、スイッチ部Ｓｗ４が導通状態であるときに印加されていたコンデンサＣ４の両端間の平均電圧Ｖｄｃｃが開放され、発光ダイオードＬＤの発光直前における帰還回路Ｂ５の出力である平均電圧ＶｄｃｃをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加することができる。このとき、トランジスタＴｒ２ａのゲート電極にも帰還回路Ｂ５の出力である平均電圧Ｖｄｃｃが印加されるため、トランジスタＴｒ２ａ，Ｔｒ２ｂ，Ｔｒ２ｃにより構成されるカレントミラー回路により、トランジスタＴｒ２ｃのドレイン電極及びソース電極間には、トランジスタＴｒ２のドレイン電流Ｉｔｒ２と同一のドレイン電流Ｉｔｒ２（＝Ｉｄｃ）が流れる。
【０１０１】
従って、第３の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｅは、発光ダイオードＬＤの発光中でも、第３の実施形態の電流電圧変換部１３ｄに比べて、帰還回路Ｂ５はより正確な平均電圧ＶｄｃｃをトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加することができ、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に直流成分Ｉｄｃの打ち消された電流Ｉａｃを供給することができる。これにより、第３の実施形態の変形例の電流電圧変換部１３ｅは、第２の実施形態の電流電圧変換部１３ｃに比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
【０１０２】
（サンプルホールド回路を備える電流電圧変換部に対する更なる変形例）
１０．リーク電流補正抵抗Ｒａを備えた電流電圧変換部１３ｆに関する説明
図９は、図６に示した電流電圧変換部１３ｃに対してリーク電流補正抵抗Ｒａを、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２と並列接続した電流電圧変換部１３ｆの概略回路図である。なお、図９においては、代表的に、図６に示した電流電圧変換部１３ｃに対してリーク電流補正抵抗Ｒａが設けられた例を示すが、当該リーク電流補正抵抗Ｒａは、図４及び図８にそれぞれ示した電流電圧変換部１３ａ及び１３ｃの各サンプルホールド回路のスイッチ部に対してそれぞれ並列接続されても良く、同様の動作が行われる。
【０１０３】
図９において、リーク電流補正抵抗Ｒａは、高抵抗値を有すると共に、サンプルホールド回路ＳＨ２のスイッチ部Ｓｗ２と並列接続されている。図６に示すサンプルホールド回路ＳＨ２においては、発光ダイオードＬＤの発光直前にタイミング生成部１１により出力されたタイミング信号に基づいてスイッチ部Ｓｗ２の接点が非導通状態された後になると、コンデンサＣ２から漏れ電流が流れることがある。このコンデンサＣ２から漏れ電流が流れると、コンデンサＣ２の両端にかかる平均電圧Ｖｄｃｂが下がるため、当該コンデンサＣ２の両端にかかっていた平均電圧ＶｄｃｂがトランジスタＴｒ２，Ｔｒ２ａのゲート電極に適切に印加することができない場合があり得る。
【０１０４】
そこで、スイッチ部Ｓｗ２と並列接続されたリーク電流補正抵抗Ｒは、当該スイッチ部Ｓｗ２が非導通状態になった後に、コンデンサＣ２からの漏れ電流により生じるコンデンサＣ２の両端間平均電圧Ｖｄｃｂの減少分を補償することにより、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ２ａのゲート電極に当該平均電圧Ｖｄｃｂを適切に印加することができる。
【０１０５】
以上、添付図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、この発明の電流電圧変換回路及び煙感知器１はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然にこの発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０６】
なお、前述した各実施形態における各演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２には変換抵抗Ｒに対してコンデンサＣが並列接続されても良い。この場合、コンデンサＣはローパスフィルタ（ＬＰＦ）として機能し、所定のカットオフ周波数ｆ１以下の入力電流Ｉｉｎ＋及びＩｉｎ−のみを通過するように変換抵抗ＲとコンデンサＣとの回路定数が設定される。このカットオフ周波数ｆ１は、変換抵抗Ｒの抵抗値ｒとコンデンサＣの定数ｃとを用いることにより、ｆ１＝１／（２π×ｒ×ｃ）で表すことができ、少なくともフォトダイオードＰＤが発光部としての発光ダイオードＬＤからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉｉｎ＋及びＩｉｎ−を通過するように設定される。
【０１０７】
なお、前述した各実施形態における各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６はＮＭＯＳ型トランジスタで構成可能である旨を説明したが、当該トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６はＰ型のチャネルが形成されるＰＭＯＳ型トランジスタで構成することも可能である。この場合には、前述した各実施形態の「ドレイン電極」及び「ソース電極」をそれぞれ「ソース電極」及び「ドレイン電極」に読み替えれば良い。
【０１０８】
なお、前述した電流電圧変換部１３〜１３ｆが適用される製品としては、図１に示した煙感知器１のみに限定されない。
【符号の説明】
【０１０９】
１  煙感知器
１１  タイミング生成部
１２  発光制御部
１３  電流電圧変換部
１４  増幅部
１４ａ  差動増幅器
１５  信号処理部
１６  判断部
１７  出力部
１８  電源回路部
Ａ１、Ｂ１〜Ｂ６  帰還回路
Ｃ１〜Ｃ４  コンデンサ
Ｉａｃ、Ｉｉｎ＋、Ｉｉｎ―  入力電流
Ｉｄｃ  直流成分
Ｉｔｒ１、Ｉｔｒ２  ドレイン電流
ＬＤ  発光ダイオード
ＯＰ１、ＯＰ２  演算増幅器
ＰＤ  フォトダイオード
Ｒ、Ｒａ  抵抗
ＳＨ１〜ＳＨ４  サンプルホールド回路
Ｓｗ１〜Ｓｗ４  スイッチ
Ｔ１〜Ｔ９  端子
Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ２ａ、Ｔｒ２ｂ、Ｔｒ２ｃ  トランジスタ
Ｖｄｄ  電源電圧
Ｖｓ  基準電圧
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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