(57)【要約】【課題】  十分な電流レンジを有する電流電圧変換回路およびそれを用いた光検出装置を提供する。【解決手段】  入力光１９の強度に応じた電流を出力する光電変換部１１と、光電変換部１１の出力端と基準電位ＧＮＤとの間に接続された複数の抵抗の直列回路１２と、複数の抵抗の少なくともいずれか一つに並列接続されたダイオードＤ１とを有する電圧電流変換回路１３と、電圧電流変換回路１３の出力に応じて所定の処理を行なう信号処理部１４とを具備する。直列回路１２とダイオードＤ１の合成抵抗値が、光電変換部１１の出力に応じて減少する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流源と基準電位との間に接続される複数の抵抗の直列回路と、
前記複数の抵抗の少なくともいずれか一つに並列接続された非線形素子と、
を具備することを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項２】
前記直列回路と前記非線形素子の合成抵抗値が、前記電流源の出力に応じて減少することを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項３】
前記非線形素子が、前記電流源に対して順方向に接続されたダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項４】
前記ダイオードが、発光ダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の電流電圧変換回路。
【請求項５】
入力光の強度に応じた電流を出力する光電変換部と、
前記光電変換部の出力端と基準電位との間に接続された複数の抵抗の直列回路と、前記複数の抵抗の少なくともいずれか一つに並列接続された非線形素子とを有する電圧電流変換回路と、
前記電圧電流変換回路の出力に応じて所定の処理を行なう信号処理部と、
を具備することを特徴とする光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流電圧変換回路およびそれを用いた光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流源に抵抗を接続した回路は、電流信号を電圧信号にリニア変換する電流電圧変換回路として最も一般的な回路である。
【０００３】
然しながら、広い電流レンジを有する電流信号、例えば夜間と炎天下とで強度に６桁以上の差を有する入力光に比例した電流信号を電圧信号にリニア変換する場合に、出力電圧の電圧レンジは電流電圧変換回路の電源電圧以下に制限されるので、広い電流レンジを有する電流信号を電圧信号にリニア変換することができないという問題がある。
【０００４】
即ち、入力光が極度に弱い低電流領域では出力電圧が低過ぎてＳ／Ｎが低下し、入力光の変化が検出できないという問題がある。  
また、低電流領域の出力電圧を高く設定すると、入力光が極度に強い高電流領域では出力電圧が高くなり過ぎて飽和し、入力光の変化が検出できないという問題がある。
【０００５】
そのため、所定の電圧レンジ内に出力電圧が納まるように、例えば入力光の強弱に応じて抵抗値を変える等の処置が必要であるが、抵抗の切り替え操作等が繁雑であるという問題がある。
【０００６】
これに対して、広い電流レンジを有する電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
特許文献１に開示された電流電圧変換装置は、入力電流に応じて出力される変換電圧と、基準電圧との差電圧を入力電流に対する出力電圧とする電流電圧変換装置であり、基準電流により基準電圧を出力する第１電流電圧変換部と、第１電流電圧変換部と同じ電流電圧変換特性を有し、入力電流により変換電圧を出力する第２電流電圧変換部とを備えている。
【０００８】
入力電流が所定電流値以上である場合に、第１及び第２電流電圧変換部における電流電圧変換特性を共に変化させ、入力電流に対する出力電圧の変換割合を圧縮、例えば対数圧縮、または平方根圧縮している。
【０００９】
然しながら、特許文献１に開示された電流電圧変換装置は、回路が複雑であり、且つ装置のサイズが大きくなるので、特に小型で低消費電力が要求される電子機器等に用いるのが難しいという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−３７４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、十分な電流レンジを有する電流電圧変換回路およびそれを用いた光検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の電流電圧変換回路は、電流源と基準電位との間に接続される複数の抵抗の直列回路と、前記複数の抵抗の少なくともいずれか一つに並列接続された非線形素子とを具備することを特徴としている。
【００１２】
本発明の一態様の光検出装置は、入力光の強度に応じた電流を出力する光電変換部と、前記光電変換部の出力端と基準電位との間に接続された複数の抵抗の直列回路と、前記複数の抵抗の少なくともいずれか一つに並列接続された非線形素子とを有する電圧電流変換回路と、前記電圧電流変換回路の出力に応じて所定の処理を行なう信号処理部とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、十分な電流レンジを有する電流電圧変換回路およびそれを用いた光検出装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１に係る電流電圧変換回路について、図１および図２を用いて説明する。図１は電流電圧変換回路を用いた光検出装置の構成を示す回路図、図２は電流電圧変換回路の電流電圧特性を示す図である。  
図１に示すように、本実施例の電流電圧変換回路を用いた光検出装置１０は、光の強度に比例した電流信号Ｉを出力する光電変換部１１と、光電変換部１１の出力端と基準電位ＧＮＤとの間に接続された複数の抵抗、ここでは抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路１２と、複数の抵抗の少なくともいずれか、ここでは抵抗Ｒ２に並列接続された非線形素子、例えばシリコンｐｎ接合ダイオードＤ１とを有し、電流信号Ｉを電圧信号Ｖに変換する電流電圧変換回路１３と、電流電圧変換回路１３の出力電圧Ｖに応じて所定の処理を行なう信号処理部１４とを具備している。
【００１６】
光電変換部１１は、入射光１５を受光する受光素子１６、例えばシリコンフォトダイオードと、受光素子１６の出力電流を増幅するプリアンプ１７とを具備し、電流電圧変換回路１３に電流信号Ｉを供給する。
【００１７】
信号処理部１４は、電流電圧変換回路１３の出力電圧Ｖをデジタル値に変換するアナログデジタル変換器１８と、アナログデジタル変換器１８の出力に所定の演算処理を施し、処理結果を外部に出力するＣＰＵ１９とを具備している。
【００１８】
光電変換部１１で受光した電流信号Ｉを電流電圧変換回路１３で電圧信号Ｖにリニア変換し、信号処理部１４で入射光１５の強度に応じた処理結果を外部に出力している。
【００１９】
図２に示すように、電流電圧変換回路１３の電流電圧変換特性は、始めに電流Ｉは直列回路１２の抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を流れるので、電流Ｉが０から増加するに従って、電圧ＶはＩ×（Ｒ１＋Ｒ２）にしたがって増加する。
【００２０】
電流Ｉが、抵抗Ｒ２の端子電圧Ｉ×Ｒ２とダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１（〜０．７Ｖ）とが等しくなる電流Ｉ１になると、ダイオードＤ１がオンするので、以後抵抗Ｒ２の端子電圧はダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１にクランプされる。
【００２１】
更に電流Ｉが増加すると、抵抗Ｒ２の端子電圧はダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１にクランプされているので、電圧ＶはＶ＝ＩＲ１＋Ｖｆ１にしたがって増加する。
【００２２】
即ち、電流電圧変換特性の傾きは、ダイオードＤ１がオンするまでは（Ｒ１＋Ｒ２）となり、ダイオードＤ１がオンした後はＲ１となる。  
従って、Ｒ２をＲ１より十分大きく設定することにより、低電流領域では出力電圧Ｖが増加してＳ／Ｎか向上し、高電流領域は出力電圧Ｖの上昇が抑えられて飽和しないので、低電流領域および高電流領域において入力光の変化を検出することが可能である。
【００２３】
具体的には、例えば最大出力電圧Ｖｍが２．７Ｖの場合に、抵抗Ｒ２を１００ｋΩとすると、電流Ｉが０．７Ｖ／１００ｋΩ＝７μＡまでに相当する微弱な入射光１５の変化をＳ／Ｎが良く検出することができる。  
抵抗Ｒ１を２９Ωとすると、最大電流Ｉｍが（２．７−０．７）Ｖ／２９Ω＝７０ｍＡに相当する強力な入射光１５の変化を検出することができる。
【００２４】
これにより、電流Ｉが７μＡ〜７０ｍＡまでの1万倍の電流レンジを有する電流電圧変換回路１３およびそれを用いた光検出装置１０が得られる。
【００２５】
図３は光検出装置１０が内蔵された電子機器、例えば移動体通信端末を示す図である。図３に示すように、移動体通信端末３０は、キー入力部３１と、液晶表示部３２と、スピーカ３３と、マイクロフォン３４と、外光を取り入れるための受光窓３５とを具備している。
【００２６】
キー入力部３１と液晶表示部３２は、それぞれ筐体内部にバックライト（図示せず）、例えば発光ダイオードを有している。光検出装置１０は受光窓３３を介して外部の明るさを検出する照度計として機能している。
【００２７】
光検出装置１０は、キートップの文字・記号が読み取り難い明るさ、例えば１０ルックス程度以下の明るさを検知すると、キー入力部３１のバックライトを点灯する指令を送出する。一方、キートップの文字・記号が十分に読み取れる明るさ、例えば１００ルックス程度以上の明るさを検知すると、キー入力部３１のバックライトを消灯する指令を送出する。
【００２８】
同様に、光検出装置１０は、液晶表示部３２が反射型の液晶パネルを有する場合に、外光が液晶パネル内部で反射された光だけで液晶パネルに表示された情報が十分に読み取れる明るさ、例えば５０００ルックス程度以上の明るさを検知すると、液晶表示３２のバックライトを消灯する指令を送出する。
【００２９】
これにより、移動体通信端末３０のムダな消費電力を削減し、バッテリーの消耗を抑えることが可能である。
【００３０】
以上説明したように、本実施例では、電流源と基準電位ＧＮＤとの間に抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路１２を接続し、抵抗Ｒ２にダイオードＤ１を電流源に対して順方向に並列接続している。
【００３１】
その結果、電流源の出力に応じて電流電圧変換回路１３の抵抗値が減少するので、低電流領域では出力電圧を増加してＳ／Ｎを向上させ、高電流領域では出力電圧を低減して飽和しないようにすることができる。
【００３２】
従って、十分な電流レンジを有するとともに、回路が簡易でサイズの小さな電流電圧変換回路１３およびそれを用いた光検出装置１０が得られる。  
更に、光検出装置１０を内蔵した移動体通信端末３０の消費電力を削減し、バッテリーの寿命を長く保つことができる。
【００３３】
特に、必要な最大電流Ｉｍに対して最大出力電圧Ｖｍを高く設定することが出来ない、例えば３Ｖ程度の低電圧バッテリーを使用する電子機器において、効果を発揮することができる。
【００３４】
ここでは、非線形素子がｐｎ接合型のダイオードＤ１である場合について説明したが、ベースとコレクタを接続したバイポーラトランジスタや、ゲートとドレインを接続したＭＯＳトランジスタなどであっても構わない。
【００３５】
ベースとコレクタを接続したバイポーラトランジスタでは、ダイオードＤ１とほぼ等しい順方向電圧が得られる。ゲートとドレインを接続したＭＯＳトランジスタでは、閾値電圧にほぼ等しい順方向電圧が得られる。
【００３６】
更に、抵抗Ｒ２に１個のダイオードＤ１を並列接続する場合について説明したが、抵抗Ｒ２に複数のダイオードの直列回路を並列接続しても構わない。
【００３７】
また、抵抗Ｒ１を電流源に接続し、ダイオードＤ１が並列接続された抵抗Ｒ２を基準電位に接続した場合について説明したが、抵抗Ｒ１を基準電位に接続し、ダイオードＤ１が並列接続された抵抗Ｒ２を電流源に接続しても構わない。
【実施例２】
【００３８】
本発明の実施例２に係る電流電圧変換回路について、図４および図５を用いて説明する。図４は電流電圧変換回路を示す回路図、図５は電流電圧変換回路の電流電圧特性を示す図である。  
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３９】
本実施例が実施例１と異なる点は、ダイオードが並列接続された抵抗を複数有することにある。  
即ち、図４に示すように、本実施例の電流電圧変換回路４０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の間に接続された抵抗Ｒ３を有する直列回路４１と、抵抗Ｒ３に順方向に並列接続されたダイオードＤ２とを具備している。
【００４０】
図５に示すように、電流電圧変換回路４０の電流電圧変換特性は、始めに電流Ｉは直列回路４１の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を流れるので、電流Ｉが０から増加するに従って、電圧ＶはＩ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）にしたがって増加する。  
ここで、抵抗Ｒ３は抵抗Ｒ１より大きく、抵抗Ｒ２より小さい、即ちＲ１＜Ｒ３＜Ｒ２とする。
【００４１】
電流Ｉが、抵抗Ｒ２の端子電圧Ｉ×Ｒ２とダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１（〜０．７Ｖ）とが等しくなる電流Ｉ１になると、ダイオードＤ１がオンするので、以後抵抗Ｒ２の端子電圧はダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１にクランプされるのは同様である。
【００４２】
更に、電流Ｉが増加すると、抵抗Ｒ２の端子電圧はダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１にクランプされているので、電圧ＶはＶ＝Ｉ×（Ｒ１＋Ｒ３）＋Ｖｆ１にしたがって増加する。
【００４３】
電流Ｉが、抵抗Ｒ３の端子電圧Ｉ×Ｒ３とダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２（〜０．７Ｖ）とが等しくなる電流Ｉ２になると、ダイオードＤ２がオンするので、以後抵抗Ｒ３の端子電圧はダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆ２にクランプされる。
【００４４】
更に、電流Ｉが増加すると、抵抗Ｒ２、Ｒ３の端子電圧はダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２にそれぞれクランプされているので、電圧ＶはＶ＝ＩＲ１＋Ｖｆ１＋Ｖｆ２にしたがって増加する。
【００４５】
即ち、電流電圧変換特性の傾きは、ダイオードＤ１がオンするまではＲ１＋Ｒ２＋Ｒ３となり、ダイオードＤ１がオンした後はＲ１＋Ｒ３となり、ダイオードＤ１、Ｄ２がともにオンした後はＲ１となる。  
従って、Ｒ３をＲ１とＲ２の中間の値に設定することにより、電流ＩがＩ１〜Ｉ２の中電流領域においても、出力電圧Ｖが増加するのでＳ／Ｎを向上させることが可能である。
【００４６】
具体的には、例えば最大出力電圧Ｖｍが２．７Ｖの場合に、抵抗Ｒ２を１００ｋΩとすると、電流Ｉが７μＡまでに相当する微弱な入射光１５の変化を感度良く検出することができる。  
抵抗Ｒ３を１０ｋΩとすると、電流Ｉが７０μＡまでに相当する中間強度の入射光１５の変化を感度良く検出することができる。  
抵抗Ｒ１を１９Ωとすると、最大電流Ｉｍが７０ｍＡに相当する強力な入射光１５の変化を検出することができる。
【００４７】
これにより、電流Ｉが７μＡ〜７０ｍＡまでの1万倍の電流レンジを有する電流電圧変換回路４０が得られる。
【００４８】
以上説明したように、本実施例の電流電圧変換回路４０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の間に抵抗Ｒ３を接続し、抵抗Ｒ３にダイオードＤ２を順方向に並列接続している。
【００４９】
その結果、電流ＩがＩ１〜Ｉ２の中電流領域においても、出力電圧が増加して更にＳ／Ｎが向上する利点がある。
【００５０】
ここでは、電流電圧変換特性が２つの折れ線状である場合について説明したが、更にダイオードが並列接続された抵抗を増やして、折れ線の数を増やしても構わない。
【実施例３】
【００５１】
図６は本発明の実施例３に係る電流電圧変換回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
本実施例が実施例１と異なる点は、ダイオードを発光ダイオードとしたことにある。  
即ち、図６に示すように、本実施例の電流電圧変換回路５０は抵抗Ｒ２、Ｒ３に順方向に並列接続された発光ダイオードＤ３、Ｄ４を具備している。
【００５３】
発光ダイオードＤ３は、例えばＩｎＧａＡｌＰ系の赤色発光ダイオードで、発光ダイオードＤ４は、例えばＩｎＧａＮ系の青色発光ダイオードである。
【００５４】
電流Ｉが、抵抗Ｒ２の端子電圧Ｉ×Ｒ２とダイオードＤ３の順方向電圧Ｖｆ３（〜２．２Ｖ）とが等しくなる電流になると、ダイオードＤ３がオンするので、以後抵抗Ｒ２の端子電圧はダイオードＤ３の順方向電圧Ｖｆ３にクランプされるとともに、ダイオードＤ３から赤色の放射光５２が放射される。
【００５５】
同様に、電流Ｉが、抵抗Ｒ３の端子電圧Ｉ×Ｒ３とダイオードＤ４の順方向電圧Ｖｆ４（〜３．５Ｖ）とが等しくなる電流になると、ダイオードＤ４がオンするので、以後抵抗Ｒ３の端子電圧はダイオードＤ４の順方向電圧Ｖｆ４にクランプされるとともに、ダイオードＤ４から青色の放射光５３が放射される。
【００５６】
これにより、入射光１５の強度レベルを示すインジケータとして機能させることが可能である。
【００５７】
なお、発光ダイオードＤ３、Ｄ４の順方向電圧は２．２、３．５Ｖ程度なので、電流電圧変換回路５０は最大電圧Ｖｍが高い、例えば１０Ｖ程度の光検出装置に用いるのに適している。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の電圧電流変換回路５０は発光ダイオードＤ３、Ｄ４を有しているので、入射光１５の強度レベルを示すインジケータとしても利用できる利点がある。
【００５９】
ここでは、ダイオードＤ３、Ｄ４が可視発光ダイオードである場合について説明したが、赤外発光ダイオードでもよく、可視発光ダイオードと赤外発光ダイオードの組み合わせてあっても構わない。  
また、ダイオードＤ３、Ｄ４がともに発光ダイオードである場合について説明したが、一方のみが発光ダイオードであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１に係る電流電圧変換回路を用いた光検出器の構成を示す回路図。
【図２】本発明の実施例１に係る電流電圧変換回路の電流電圧特性を示す図。
【図３】本発明の実施例１に係る光検出器を用いた移動体通信端末を示す。
【図４】本発明の実施例２に係る電流電圧変換回路を示す回路図。
【図５】本発明の実施例２に係る電流電圧変換回路の電流電圧特性を示す図。
【図６】本発明の実施例３に係る電流電圧変換回路を示す回路図。
【符号の説明】
【００６１】
１０  光検出装置
１１  光電変換部
１２、４１、５１  直列回路
１３、４０、５０  電流電圧変換回路
１４  信号処理部
１５  入射光
１６  受光素子
１７  プリアンプ
１８  アナログデジタル変換器
１９  ＣＰＵ
３０  通信端末
３１  キー入力部
３２  液晶表示部
３３  スピーカ
３４  マイクロフォン
３５  受光窓
５２、５３  放射光
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
Ｄ３、Ｄ４  発光ダイオード
【図１】
2007259341.tif 000003
【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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