(57)【要約】【課題】端子構造の複雑化を回避しつつ、ノイズの影響を抑制できる光信号検出装置、浮遊微粒子検出装置および火災警報装置を提供する。【解決手段】この光信号検出装置２１によれば、光信号検出デバイス１４がフォトダイオード１０１の受光信号を増幅する電流増幅回路１０２を有するので、微小信号を扱うフォトダイオード１０１の出力ラインは光信号検出デバイス１４内に収まり、出力ラインを短くすることが可能となり入力ノイズの影響を低減できる。また、電流増幅回路１０２でフォトダイオード１０１の受光信号を増幅する分だけ、アンプ兼増幅抽出デバイス１７のゲインを抑制でき、入力ノイズの影響を低減できる。また、光信号検出デバイス１４は、電流増幅回路１０２が増幅した信号を出力する信号出力端子１０３が電流増幅回路１０２を駆動する直流電流を供給するための端子を兼ねているので、２端子デバイスとすることができる。【選択図】図２Ａ
2012209654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードとこのフォトダイオードの出力電流を増幅する電流増幅回路とを有する光信号検出デバイスと、
上記電流増幅回路の出力信号を電圧変換して増幅すると共に交流成分を抽出する信号増幅抽出デバイスと
を備え、
上記光信号検出デバイスは、
上記電流増幅回路の出力信号を出力する信号出力端子が上記電流増幅回路を駆動する直流電流を供給するための端子を兼ねていることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光信号検出装置において、
上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧変換する第１の抵抗と、
コレクタとベースとの間に上記第１の抵抗が接続され、ベースに上記フォトダイオードのカソードが接続され、エミッタが上記フォトダイオードのアノードとグランド端子に接続された第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのコレクタに第１のバイアス電流を供給する第１の定電流回路と、
上記第１のトランジスタのコレクタにベースが接続され、エミッタホロア回路を形成する第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に接続された第２の抵抗と、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に上記第２の抵抗と並列に接続され、第２のバイアス電流を流す第２の定電流回路とを有し、
上記第２のトランジスタのコレクタ電流の値は、上記第１の抵抗の抵抗値を上記第２の抵抗の抵抗値で除算した値を、上記フォトダイオードの出力電流の値に乗算した値であることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光信号検出装置において、
上記第１の抵抗の抵抗値は、上記第２の抵抗の抵抗値の１０倍以上であることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光信号検出装置において、
上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧変換するダイオードと、
上記ダイオードのアノードにコレクタが接続され、上記ダイオードのカソードと上記フォトダイオードのカソードにベースが接続され、エミッタが上記フォトダイオードのアノードとグランド端子に接続された第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのコレクタに第１のバイアス電流を供給する第１の定電流回路と、
上記第１のトランジスタのコレクタにベースが接続され、信号出力端子にコレクタが接続された第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に接続され、第２のバイアス電流を流す第２の定電流回路と、
上記第２のトランジスタのエミッタにベースが接続され、上記グランド端子にエミッタが接続され、上記信号出力端子にコレクタが接続された第３のトランジスタと
を有し、
上記第３のトランジスタのコレクタ電流の値は、
上記第１のバイアス電流の値を上記第２バイアス電流の値で除算した値を、上記フォトダイオードの出力電流の値に乗算した値であることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光信号検出装置において、
上記第１のバイアス電流の値が上記第２バイアス電流の値の１０倍以上であることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光信号検出装置において、
上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧変換するダイオードと、
上記ダイオードのアノードにコレクタが接続され、上記ダイオードのカソードと上記フォトダイオードのカソードにベースが接続され、エミッタが上記フォトダイオードのアノードとグランド端子に接続された第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのコレクタに第１のバイアス電流を供給する第１の定電流回路と、
上記第１のトランジスタのコレクタにベースが接続され、信号出力端子にコレクタが接続された第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に接続され、第２のバイアス電流を流す第２の定電流回路と、
上記第２のトランジスタのエミッタにベースが接続され、上記グランド端子にエミッタが接続され、上記信号出力端子にコレクタが接続された第３のトランジスタと
を有し、
上記第３のトランジスタのコレクタ電流の値は、
上記第１のバイアス電流の値を上記第２バイアス電流の値で除算した値と、上記第２のトランジスタのエミッタ面積と上記第３のトランジスタのエミッタ面積との積を上記第１のトランジスタのエミッタ面積と上記ダイオードのエミッタ面積との積で除算した値とを、上記フォトダイオードの出力電流の値に乗算した値であることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光信号検出装置において、
上記第１のバイアス電流の値を上記第２バイアス電流の値で除算した値と、上記第２のトランジスタのエミッタ面積と上記第３のトランジスタのエミッタ面積との積を上記第１のトランジスタのエミッタ面積と上記ダイオードのエミッタ面積との積で除算した値とを乗算した値を、１０以上にしたことを特徴とする光信号検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光信号検出装置において、
上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
第１から第ｎまでのｎ個(ｎは２以上の自然数)のカレントミラー回路と、
上記フォトダイオードに並列に接続され、バイアス電流を流す定電流回路と
を備え、
上記第１のカレントミラー回路は、
コレクタとベースを上記フォトダイオードのカソードに接続した第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのベースにベースを接続した第２のトランジスタとを有し、
上記ｎ個のカレントミラー回路のうちの第ｋ(ｋは２からｎまでの自然数)のカレントミラー回路は、
コレクタとベースを第(ｋ−１)のカレントミラー回路の第(２ｋ−２)のトランジスタのコレクタに接続した第(２ｋ−１)のトランジスタと、
上記第(２ｋ−１)のトランジスタのベースにベースを接続した第(２ｋ)のトランジスタとを有し、
上記第１のトランジスタのコレクタ電流に対する第２のトランジスタのコレクタ電流の増幅率をＡ(１)とし、
上記第(２ｋ−１)のトランジスタのコレクタ電流に対する第(２ｋ)のトランジスタのコレクタ電流の増幅率をＡ(ｋ)とすると、
上記フォトダイオードの出力電流に上記バイアス電流を加えた電流に、次式(Ｉ)で算出されるＫを乗算した電流値の信号電流を出力することを特徴とする光信号検出装置。
Ｋ＝１＋Ａ(１)＋Σ{ΠＡ(ｊ)}                …  (Ｉ)
上式(Ｉ)において、ΠＡ(ｊ)は増幅率Ａ(ｊ)のｊ＝１からｋまでの総積であり、Σは、上記総積ΠＡ(ｊ)のｋ＝２からｎまでの総和である。
【請求項９】
請求項８に記載の光信号検出装置において、
上式(１)で表される電流増幅率Ｋが１０以上であることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の光信号検出装置において、
上記光信号検出デバイスは、
上記フォトダイオードと上記電流増幅回路とが同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする光信号検出装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１つに記載の光信号検出装置において、
上記信号増幅抽出デバイスは、
インダクタによって負帰還をかけた電流電圧変換回路を有することを特徴とする光信号検出装置。
【請求項１２】
浮遊微粒子の流入を可能とすると共に外乱光の進入を防ぐラビリンス構造を有するチャンバー部と、
上記チャンバー部内の上記浮遊微粒子の検出領域に向けて光を出射する発光素子と、
請求項１から１１のいずれか１つに記載の光信号検出装置と
を備え、
上記光信号検出装置の上記光信号検出デバイスは、上記チャンバー部内に配置されて、上記検出領域内の浮遊微粒子によって散乱された散乱光を検出し、
さらに、上記チャンバー部に装着され、上記光信号検出装置の上記信号増幅抽出デバイスと、上記信号増幅抽出デバイスの出力を信号処理する信号処理回路と、上記発光素子の動作を制御する駆動回路とが実装された回路基板と
を備えることを特徴とする浮遊微粒子検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の浮遊微粒子検出装置を搭載した火災報知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空気清浄機や煙感知器等に使用される、検知空間に光を照射させる発光素子と、発光素子から出射された光のうち浮遊微粒子による散乱光を受光する受光素子とを備えた光電式の浮遊微粒子検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に示すように、一般的な浮遊微粒子検知装置１０８１は、ラビリンス構造を備えた空間を形成するケースであるチャンバー１０８２に１対の発光素子１０８３と受光素子１０８４が配置されている。このチャンバー１０８２は、上記発光素子１０８３が照射する光がチャンバー８２内で反射し、受光素子１０８４に直接照射されない構造である。この浮遊微粒子検出装置１０８１は、上記発光素子１０８３の光軸と受光素子１０８４の光軸が交差(重り合う)する部分に微粒子１０８５が侵入したときに、微粒子１０８５に発光素子１０８３から照射された光が散乱して、この散乱光を受光素子１０８４で検出する仕組みになっている。
【０００３】
この浮遊微粒子検出装置１０８１は、上記チャンバー１０８２の外部に制御回路基板１０８６を備え、この制御回路基板１０８６が発光素子１０８３と受光素子１０８２の動作制御を行う。受光素子１０８４には信号増幅回路１０８７が接続され、この信号増幅回路１０８７により受光素子１０８４の受光信号を検出可能な信号レベルに増幅する。また、駆動回路１０８９により発光素子１０８３が駆動される。上記信号増幅回路１０８７の出力信号が、マイクロコンピュータ１０８８に入力され、このマイクロコンピュータ１０８８は、上記出力信号がマイクロコンピュータ１０８８に記憶された判定レベル以上のとき、浮遊微粒子の進入と判断し、警報鳴動等の出力を行う。上記受光素子１０８４の構成を図９に示す。上記受光素子１０８４は一般的にフォトダイオードで構成する。上記受光素子１０８４では、フレーム１０９２にフォトダイオードを形成した半導体チップ１０９３が取り付けられ、アノード端子１０９５とカソード端子１０９６の２端子を備えている。
【０００４】
ところで、上述の図８に示す浮遊微粒子検出装置１０８１は、受光素子１０８４としてフォトダイオードを用い、外部に信号増幅回路１０８７を接続して信号を増幅する。上記受光素子１０８４の受光信号は微粒子によって拡散される光に基づくため非常に小さく、制御回路基板１０８６に設けた信号増幅回路１０８７のゲインを非常に大きく設計する必要がある。このゲインの大きな信号増幅回路１０８７は、入力ノイズに非常に敏感に反応し、外部の電磁ノイズや回路内部の輻射ノイズの影響を受け、誤動作を起こす可能性がある。
【０００５】
また、受光素子１０８４はチャンバー１０８２の内部に配置され、信号増幅回路１０８７は制御回路基板１０８６上に配設される。したがって、受光素子１０８４の出力信号ラインは、チャンバー１０８２から制御回路基板１０８６までの長さと上記制御回路基板１０８６から信号増幅回路１０８７の入力端子までの長さとが必要である。このため、インピーダンスの高い信号ラインが制御回路基板１０８６に配線され、信号増幅回路１０８７は入力ノイズを受信し易い。その上、微粒子による拡散光による受光素子１０８４の受光信号は非常に小さいので、信号増幅回路１０８７からマイクロコンピュータ１０８８に入力される信号は不安定であり測定誤差を発生する。
【０００６】
そこで、上記外部ノイズによる誤動作を防止するため、受光素子や増幅回路はシールドケースを用いて電磁ノイズを遮断する工夫が成されており、検出方法は複数回の信号を平均化して測定精度を高めている。
【０００７】
設計上、上記誤動作を防止するには、微粒子による乱反射の受光信号は極力大きいことが望ましく、上記信号増幅回路１０８７のゲインは極力小さいことが望ましい。受光素子１０８４の受光信号を大きくするには、発光素子１０８３の駆動電流を大きく設計し、チャンバー１０８２内部に照射する光を多くすることにより微粒子による拡散光を増やす方法、チャンバー１０８２の面積を大きくし、発光素子１０８３と受光素子１０８４の光軸が交差する検出面積を大きくすることで微粒子による拡散光を増やす方法がある。
【０００８】
しかし、発光素子１０８３の駆動電流を大きくする場合、消費電流が増大するため、消費電力が増えると共に、電源を電池とした場合は電池寿命の短縮を招く問題がある。また、チャンバー１０８２を大きく設計する場合には小型化の障壁となる。
【０００９】
上記問題点を改善するために、現在未公開であるが本出願人による出願(特願２０１０-１７３４０９)では、図１０に示すように、受光素子２００１として、フレーム２００７に、フォトダイオード２００２と増幅回路２００３を一体に形成した一体型チップ２００５を配設する構造を提案している。この一体型チップ２００５による構造の受光素子２００１によれば、検出する微小な受光信号を増幅回路２００３によって増幅して信号出力端子２０１２から出力する。よって、チャンバーと制御回路基板との接合部のインピーダンスを下げて、外部ノイズの影響を低減することが可能である。
【００１０】
しかし、上記構造では、受光素子２００１内に増幅回路２００３を備えるので、回路動作用の電源を供給する必要がある。このため、図９に示されるようなフォトダイオードのみのチップ１０９３で構成した受光素子１０８４ではアノード端子１０９５とカソード端子１０９６の２端子で済むのに対し、上記構造の受光素子２００１では、信号出力端子２０１２,ＧＮＤ端子２０１１に加えてＶcc電源端子２０１０の３端子を設ける必要がある。このため、フォトダイオードのみの受光素子から上記構造の受光素子２００１へ変更する場合は、制御回路基板の信号増幅回路を含め大幅な設計変更が必要になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１２２９８３号公報
【特許文献２】特開２００９−９９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の課題は、端子構造の複雑化を回避しつつ、ノイズの影響を抑制できる光信号検出装置、浮遊微粒子検出装置および火災警報装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明の光信号検出装置は、フォトダイオードとこのフォトダイオードの出力電流を増幅する電流増幅回路とを有する光信号検出デバイスと、
上記電流増幅回路の出力信号を電圧変換して増幅すると共に交流成分を抽出する信号増幅抽出デバイスと
を備え、
上記光信号検出デバイスは、
上記電流増幅回路の出力信号を出力する信号出力端子が上記電流増幅回路を駆動する直流電流を供給するための端子を兼ねていることを特徴としている。
【００１４】
この発明の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスが、上記フォトダイオードの受光信号を増幅する電流増幅回路を有するので、微小信号を扱うフォトダイオードの出力ラインは光信号検出デバイス内に収まり、出力ラインを短くすることが可能となり入力ノイズの影響を低減できる。
【００１５】
また、上記光信号検出デバイスにおいて、上記電流増幅回路で上記フォトダイオードの受光信号を増幅する分だけ、上記信号増幅抽出デバイスのゲインを抑制でき、入力ノイズの影響を低減できる。また、上記光信号検出デバイスは、上記電流増幅回路が増幅した出力信号を出力する信号出力端子が上記電流増幅回路を駆動する直流電流を供給するための端子を兼ねているので、光信号検出デバイスを２端子デバイスとすることができ、光信号検出デバイスをフォトダイオードのみで構成する受光素子と容易に置き換えて、電磁ノイズによる誤動作を低減することが可能になる。
【００１６】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧変換する第１の抵抗と、
コレクタとベースとの間に上記第１の抵抗が接続され、ベースに上記フォトダイオードのカソードが接続され、エミッタが上記フォトダイオードのアノードとグランド端子に接続された第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのコレクタに第１のバイアス電流を供給する第１の定電流回路と、
上記第１のトランジスタのコレクタにベースが接続され、エミッタホロア回路を形成する第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に接続された第２の抵抗と、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に上記第２の抵抗と並列に接続され、第２のバイアス電流を流す第２の定電流回路とを有し、
上記第２のトランジスタのコレクタ電流の値は、上記第１の抵抗の抵抗値を上記第２の抵抗の抵抗値で除算した値を、上記フォトダイオードの出力電流の値に乗算した値である。
【００１７】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスが有する電流増幅回路は、フォトダイオードで検出した微小な電流信号を第１の抵抗により電圧変換し、上記第２の抵抗により電流変換することにより、電流増幅を可能にする。上記第１の抵抗と第２の抵抗の比により、電流増幅率を設計することが可能である。
【００１８】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記第１の抵抗の抵抗値は、上記第２の抵抗の抵抗値の１０倍以上である。
【００１９】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記電流増幅回路の増幅率を１０倍以上に設計することができ、フォトダイオードの検出電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、信号増幅抽出デバイスの入力インピーダンスを１０分の１以下に低減できる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００２０】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧変換するダイオードと、
上記ダイオードのアノードにコレクタが接続され、上記ダイオードのカソードと上記フォトダイオードのカソードにベースが接続され、エミッタが上記フォトダイオードのアノードとグランド端子に接続された第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのコレクタに第１のバイアス電流を供給する第１の定電流回路と、
上記第１のトランジスタのコレクタにベースが接続され、信号出力端子にコレクタが接続された第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に接続され、第２のバイアス電流を流す第２の定電流回路と、
上記第２のトランジスタのエミッタにベースが接続され、上記グランド端子にエミッタが接続され、上記信号出力端子にコレクタが接続された第３のトランジスタと
を有し、
上記第３のトランジスタのコレクタ電流の値は、
上記第１のバイアス電流の値を上記第２バイアス電流の値で除算した値を、上記フォトダイオードの出力電流の値に乗算した値である。
【００２１】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスの上記電流増幅回路は、入力信号(フォトダイオードの出力電流)をダイオードにて電圧変換し、その後電流変換することにより電流増幅を可能にする。その際、アンプ用の第１のトランジスタに流す第１のバイアス電流とエミッタホロア用の第２のトランジスタに流す第２のバイアス電流の比を用いて電流増幅率を設計することが可能である。
【００２２】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記第１のバイアス電流の値が上記第２バイアス電流の値の１０倍以上である。
【００２３】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路の増幅率を１０倍以上に設計することができ、上記フォトダイオードの出力電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、上記信号増幅抽出デバイスの入力インピーダンスを１０分の１以下に低減することができる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００２４】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧変換するダイオードと、
上記ダイオードのアノードにコレクタが接続され、上記ダイオードのカソードと上記フォトダイオードのカソードにベースが接続され、エミッタが上記フォトダイオードのアノードとグランド端子に接続された第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのコレクタに第１のバイアス電流を供給する第１の定電流回路と、
上記第１のトランジスタのコレクタにベースが接続され、信号出力端子にコレクタが接続された第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのエミッタと上記グランド端子との間に接続され、第２のバイアス電流を流す第２の定電流回路と、
上記第２のトランジスタのエミッタにベースが接続され、上記グランド端子にエミッタが接続され、上記信号出力端子にコレクタが接続された第３のトランジスタと
を有し、
上記第３のトランジスタのコレクタ電流の値は、
上記第１のバイアス電流の値を上記第２バイアス電流の値で除算した値と、上記第２のトランジスタのエミッタ面積と上記第３のトランジスタのエミッタ面積との積を上記第１のトランジスタのエミッタ面積と上記ダイオードのエミッタ面積との積で除算した値とを、上記フォトダイオードの出力電流の値に乗算した値である。
【００２５】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記電流増幅回路は、入力側の第１のトランジスタのエミッタ面積と電圧変換するダイオードのエミッタ面積との比率、および、エミッタホロア用第２のトランジスタのエミッタ面積と出力側の第３のトランジスタのエミッタ面積との比率を変えることで入力電流を増幅する増幅率を設定できる。
【００２６】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記第１のバイアス電流の値を上記第２バイアス電流の値で除算した値と、上記第２のトランジスタのエミッタ面積と上記第３のトランジスタのエミッタ面積との積を上記第１のトランジスタのエミッタ面積と上記ダイオードのエミッタ面積との積で除算した値とを乗算した値を、１０以上にした。
【００２７】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路の増幅率を１０倍以上に設計でき、フォトダイオードの検出電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、信号増幅抽出デバイスの入力インピーダンスを１０分の１以下に低減することができる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００２８】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、
第１から第ｎまでのｎ個(ｎは２以上の自然数)のカレントミラー回路と、
上記フォトダイオードに並列に接続され、バイアス電流を流す定電流回路と
を備え、
上記第１のカレントミラー回路は、
コレクタとベースを上記フォトダイオードのカソードに接続した第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのベースにベースを接続した第２のトランジスタとを有し、
上記ｎ個のカレントミラー回路のうちの第ｋ(ｋは２からｎまでの自然数)のカレントミラー回路は、
コレクタとベースを第(ｋ−１)のカレントミラー回路の第(２ｋ−２)のトランジスタのコレクタに接続した第(２ｋ−１)のトランジスタと、
上記第(２ｋ−１)のトランジスタのベースにベースを接続した第(２ｋ)のトランジスタとを有し、
上記第１のトランジスタのコレクタ電流に対する第２のトランジスタのコレクタ電流の増幅率をＡ(１)とし、
上記第(２ｋ−１)のトランジスタのコレクタ電流に対する第(２ｋ)のトランジスタのコレクタ電流の増幅率をＡ(ｋ)とすると、
上記フォトダイオードの出力電流に上記バイアス電流を加えた電流に、次式(Ｉ)で算出されるＫを乗算した電流値の信号電流を出力し、
Ｋ＝１＋Ａ(１)＋Σ{ΠＡ(ｊ)}                …  (Ｉ)
上式(Ｉ)において、ΠＡ(ｊ)は増幅率Ａ(ｊ)のｊ＝１からｋまでの総積であり、Σは、上記総積ΠＡ(ｊ)のｋ＝２からｎまでの総和である。
【００２９】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路は、フォトダイオードに接続したカレントミラー回路でフォトダイオードの出力電流を増幅することが可能である。
【００３０】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上式(１)で表される電流増幅率Ｋが１０以上である。
【００３１】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記光信号検出デバイスの電流増幅回路の増幅率を１０倍以上に設計でき、フォトダイオードの検出電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、信号増幅抽出デバイスの入力インピーダンスを１０分の１以下に低減することができる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００３２】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記光信号検出デバイスは、
上記フォトダイオードと上記電流増幅回路とが同一半導体基板上に形成されている。
【００３３】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記フォトダイオードの出力端子と電流増幅回路の入力端子を接続する配線を短くすることができて、外来ノイズの影響を抑制できる。
【００３４】
また、一実施形態の光信号検出装置では、上記信号増幅抽出デバイスは、
インダクタによって負帰還をかけた電流電圧変換回路を有する。
【００３５】
この実施形態の光信号検出装置によれば、上記信号増幅抽出デバイスは、インダクタによって負帰還をかけた電流電圧変換回路によって、上記光信号検出デバイスの出力信号の直流成分は電圧変換せず、交流信号のみ電圧変換し、フォトダイオードに入射した光信号の変化成分のみを抽出することが可能となる。
【００３６】
また、一実施形態の浮遊微粒子検出装置では、浮遊微粒子の流入を可能とすると共に外乱光の進入を防ぐラビリンス構造を有するチャンバー部と、
上記チャンバー部内の上記浮遊微粒子の検出領域に向けて光を出射する発光素子と、
上記光信号検出装置と
を備え、
上記光信号検出装置の上記光信号検出デバイスは、上記チャンバー部内に配置されて、上記検出領域内の浮遊微粒子によって散乱された散乱光を検出し、
さらに、上記チャンバー部に装着され、上記光信号検出装置の上記信号増幅抽出デバイスと、上記信号増幅抽出デバイスの出力を信号処理する信号処理回路と、上記発光素子の動作を制御する駆動回路とが実装された回路基板と
を備える。
【００３７】
この実施形態の浮遊微粒子検出装置によれば、上記光信号検出装置を備えたことで、端子構造の複雑化を回避しつつ、ノイズの影響を抑制でき、煙や微粒子の浮遊量を精度よく検出できる浮遊微粒子検出装置を実現できる。
【００３８】
また、一実施形態の火災報知器では、上記浮遊微粒子検出装置を搭載した。
【００３９】
この実施形態の火災報知器によれば、上記浮遊微粒子検出装置により、煙の浮遊量を精度よく検知して火災警報を発する火災報知器を実現できる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明の光信号検出装置によれば、光信号検出デバイスが、フォトダイオードの受光信号を増幅する電流増幅回路を有するので、微小信号を扱うフォトダイオードの出力ラインは光信号検出デバイス内に収まり、出力ラインを短くすることが可能となって入力ノイズの影響を低減できる。
【００４１】
また、上記光信号検出デバイスにおいて、上記電流増幅回路で上記フォトダイオードの受光信号を増幅する分だけ、上記信号増幅抽出デバイスのゲインを抑制でき、入力ノイズの影響を低減できる。また、上記電流増幅回路は、増幅した信号を出力する端子と上記電流増幅回路を駆動する直流電流を供給するための端子とを共用しているので、光信号検出デバイスを２端子デバイスとすることができ、光信号検出デバイスをフォトダイオードのみで構成する受光素子と容易に置き換えて、電磁ノイズによる誤動作を低減でき、耐ノイズ性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の第１実施形態としての浮遊微粒子検出装置のブロック図である。
【図２Ａ】この発明の第２実施形態としての光信号検出装置のブロック図である。
【図２Ｂ】上記光信号検出装置のフォトダイオードが出力する光信号電流の波形図である。
【図２Ｃ】上記光信号検出装置の電流増幅回路における光信号電流の波形と消費電流の波形を示す波形図である。
【図２Ｄ】上記光信号検出装置の光信号検出デバイスの出力電流信号の波形図である。
【図２Ｅ】上記光信号検出装置のアンプ兼信号抽出デバイスの入力電流信号と出力電流信号の波形図である。
【図３】上記光信号検出デバイスの電流増幅回路の第１構成例を示す回路図である。
【図４】上記光信号検出デバイスの電流増幅回路の第２構成例を示す回路図である。
【図５】上記光信号検出デバイスの電流増幅回路の第３構成例を示す回路図である。
【図６Ａ】上記光信号検出装置の光信号検出デバイスの第１構成例を示す図である。
【図６Ｂ】上記光信号検出装置の光信号検出デバイスの第２構成例を示す図である。
【図７】上記光信号検出装置のアンプ兼信号抽出デバイスの変形例を示す図である。
【図８】従来の浮遊微粒子検出装置のブロック図である。
【図９】従来の浮遊微粒子検出装置の受光素子の構成を示す図である。
【図１０】比較例の受光素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４４】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の実施形態としての浮遊微粒子検出装置１１のブロック図である。この浮遊微粒子検出装置１１は、浮遊微粒子１５を検知する装置であり、ＬＥＤ(発光ダイオード)等からなる発光素子１３と光信号検出デバイス１４とが装着されたチャンバー部１２と、制御回路基板１６とを備える。この制御回路基板１６は、信号増幅抽出デバイスとしてのアンプ兼信号抽出デバイス１７と、このアンプ兼信号抽出デバイス１７の出力信号が入力される信号処理回路としてのマイクロコンピュータ１８と、上記発光素子１３を駆動する駆動回路１９とを有する。このチャンバー部１２は、浮遊微粒子の流入を可能とすると共に外乱光の進入を防ぐラビリンス構造(図示せず)を有する。
【００４５】
図１に示すように、上記光信号検出デバイス１４は、フォトダイオード１０１と、このフォトダイオード１０１の受光信号である出力電流を増幅する電流増幅回路１０２を備える。上記フォトダイオード１０１は、ＧＮＤ(グランド)端子１００と電流増幅回路１０２との間に接続されている。この電流増幅回路１０２は、微粒子による微弱な反射光を受光したフォトダイオード１０１の受光信号である出力電流を増幅して信号出力端子１０３から出力信号を出力する。上記光信号検出デバイス１４では、電流増幅回路１０２を備えているので、この電流増幅回路１０２を駆動する直流電流(消費電流)が信号出力端子１０３とＧＮＤ端子１００との間に流れる。
【００４６】
上記アンプ兼信号抽出デバイス１７は、入力端子１１１に接続された電流電圧変換回路１０５と、上記電流電圧変換回路１０５に接続された電圧増幅回路１０６とを有する。上記電流電圧変換回路１０５は、増幅器１２０とゲイン抵抗１２１とで構成され、上記電圧増幅回路１０６はコンデンサＣで交流結合された増幅器１２３および増幅器１２４で構成されている。
【００４７】
この実施形態の浮遊微粒子検出装置１１によれば、上記光信号検出デバイス１４では、上記フォトダイオード１０１の出力電流を、上記電流増幅回路１０２で増幅して出力信号として、上記アンプ兼信号抽出デバイス１７の入力端子１１１に出力する。したがって、上記アンプ兼信号抽出デバイス１７では、制御回路基板１６に設けたアンプ兼信号抽出デバイス１７のゲイン抵抗１２１を、従来に比べて低減でき、入力端子１１１のインピーダンスを低下させて入力ノイズの影響を低下させることができる。
【００４８】
また、微小信号を扱うフォトダイオード１０１の出力ラインは光信号検出デバイス１４内に収まり、上記出力ラインを短くすることが可能となり入力ノイズの影響を低減できる。また、上記電流増幅回路１０２は、増幅した信号を出力する信号出力端子１０３が上記電流増幅回路１０２を駆動する直流電流を供給するための端子を兼ねている。したがって、光信号検出デバイス１４を２端子デバイスとすることができ、光信号検出デバイス１４をフォトダイオードのみで構成する受光素子と容易に置き換えて、電磁ノイズによる誤動作を低減することが可能になる。
【００４９】
(第２の実施の形態)
図２Ａのブロック図に示すように、上記光信号検出デバイス１４とアンプ兼信号抽出デバイス１７とが、本発明の第２実施形態である光信号検出装置２１を構成している。また、図２Ｂは、上記フォトダイオード１０１が出力する光信号電流の波形図であり、図２Ｃは、電流増幅回路１０２における光信号電流の波形と消費電流の波形を示す波形図である。また、図２Ｄは、光信号検出デバイス１４の出力電流信号の波形図であり、図２Ｅはアンプ兼信号抽出デバイス１７の入力電流信号と出力電流信号の波形図である。
【００５０】
前述の如く、上記光信号検出デバイス１４は、フォトダイオード１０１と電流増幅回路１０２を有する。また、上記アンプ兼信号抽出デバイス１７は、電流電圧変換回路１０５と、交流結合を含む電圧増幅回路１０６を有している。この電圧増幅回路１０６は交流信号のみを増幅して出力する。なお、図２Ａにおいて、矢印Ｙ１,Ｙ２は、信号電流が流れる方向を表している。
【００５１】
上記光信号検出デバイス１４は、フォトダイオード１０１による微小な受光信号を電流信号として出力し、電流増幅回路１０２に入力する。この電流増幅回路１０２は、入力された電流信号を増幅し、出力電流として信号出力端子１０３からアンプ兼信号抽出デバイス１７の入力端子１１１に出力する。このとき、上記電流増幅回路１０２にて消費される直流電流も同様に、信号出力端子１０３から入力端子１１１に出力される。このため、光信号検出デバイス１４の出力電流は、受光信号の交流成分に回路電流の直流成分が加えられて信号出力端子１０３から出力され、アンプ兼信号抽出デバイス１４に入力される。
【００５２】
すなわち、図２Ｂ,図２Ｃの波形図に示すように、フォトダイオード１０１が出力する微弱な光信号電流Ｓ１は、電流増幅回路１０２により増幅されて光信号電流Ｓ２となる。また、電流増幅回路１０２にて消費される直流電流Ｓ３は、光信号電流Ｓ２に加え合わされて、図２Ｄに示す波形の出力電流信号Ｓ４が、信号出力端子１０３からアンプ兼信号抽出デバイス１７の入力端子１１１に出力される。
【００５３】
このアンプ兼信号抽出デバイス１７の入力端子１１１に入力された上記出力電流信号Ｓ４は、電流電圧変換回路１０５で電圧信号に変換されて、電圧増幅回路１０６に入力される。この電圧増幅回路１０６は、交流結合により直流成分の入力電流を出力せず、交流成分のみを増幅して出力する。したがって、この電圧増幅回路１０６は、図２Ｅの波形図に示すように、上記入力端子１１１から入力された出力信号の交流成分のみを増幅した出力電圧信号Ｓ５を出力端子１１３から出力する。したがって、光信号検出デバイス１４の回路電流成分により、アンプ兼信号抽出デバイス１７の出力ダイナミックレンジを低減することなく、光信号電流のみを増幅して抽出することができる。
【００５４】
この第２実施形態の光信号検出装置２１によれば、上記光信号検出デバイス１４が、上記フォトダイオード１０１の受光信号を増幅する電流増幅回路１０２を有するので、微小信号を扱うフォトダイオード１０１の出力ラインは光信号検出デバイス１４内に収まり、出力ラインを短くすることが可能となり入力ノイズの影響を低減できる。また、上記光信号検出デバイス１４において、上記電流増幅回路１０２で上記フォトダイオード１０１の受光信号を増幅する分だけ、上記アンプ兼信号抽出デバイス１７のゲインを抑制でき、入力ノイズの影響を低減できる。また、上記光信号検出デバイス１４は、上記電流増幅回路１０２が増幅した信号を出力する信号出力端子１０３が上記電流増幅回路１０２を駆動する直流電流を供給するための端子を兼ねているので、光信号検出デバイス１４を２端子デバイスとすることができ、光信号検出デバイスをフォトダイオードのみで構成する受光素子と容易に置き換えて、電磁ノイズによる誤動作を低減することが可能になる。
【００５５】
尚、光信号検出デバイス１４をシールドケースで覆うことによりさらにノイズ耐量を向上した光信号検出装置を実現できる。
【００５６】
(電流増幅回路の第１構成例)
次に、図３に、上記光信号検出デバイス１４が備える電流増幅回路１０２の第１構成例の電流増幅回路１５２を示す。
【００５７】
この第１構成例の電流増幅回路１５２は、フォトダイオード１０１がベース・エミッタ間に接続されていると共に第１の抵抗としての帰還抵抗Ｒ１がコレクタ・ベース間に接続された第１のトランジスタＱ１と、この第１のトランジスタＱ１のコレクタにベースが接続された第２のトランジスタＱ２とを備える。
【００５８】
上記第１のトランジスタＱ１のコレクタと信号出力端子３０５との間には第１のバイアス電流Ｉ１を供給する第１の定電流回路３０１が接続されている。この第１の定電流回路３０１は、エミッタホロア回路を形成する第２のトランジスタＱ２のベースに接続されている。また、上記第２のトランジスタＱ２のエミッタと電源ＧＮＤ端子３０６との間には第２の抵抗Ｒ２と第２の定電流回路３０２とが接続されている。この第２の定電流回路３０２は、第２のバイアス電流Ｉ２を流す。また、第１のトランジスタＱ１のベース・エミッタ間にはフォトダイオード１０１のバイアス電流Ｉbiasを流す第３の定電流回路３０３が接続されている。
【００５９】
上記第１のトランジスタＱ１のベース・コレクタ間に接続された帰還抵抗Ｒ１とは、フォトダイオード１０１に照射された光による受光電流ｉｓｃを、次式(１)で表される信号電圧ｖ１に変換する。次式(１)において、ｒ１は、帰還抵抗Ｒ１の抵抗値である。なお、以下の各式において、電圧,電流,抵抗,面積の単位はそれぞれ統一されていることは言うまでもない。
ｖ１＝ｉｓｃ×ｒ１                            …(１)
【００６０】
次に、エミッタホロアを構成する第２のトランジスタＱ２のエミッタ電圧は、上記受光電流ｉｓｃを電圧変換した信号電圧ｖ１だけ上昇する。したがって、第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続された抵抗Ｒ２には、次式(１２)で表される出力電流(コレクタ電流)ｉｏが流れる。次式(２)において、ｒ２は抵抗Ｒ２の抵抗値である。
ｉｏ＝ｖ１／ｒ２＝ｉｓｃ×(ｒ１／ｒ２)            …(２)
【００６１】
したがって、フォトダイオード１０１による受光電流ｉｓｃを、(ｒ１／ｒ２)倍することができる。
【００６２】
また、この実施形態では、上記第１の定電流回路３０１により第１のトランジスタＱ１に常時流れる第１のバイアス電流Ｉ１と上記第２の定電流回路３０２により第２のトランジスタＱ２に常時流れるバイアス電流Ｉ２を、上記第１のトランジスタＱ１のエミッタ・ベース間電圧ＶＢＥ１と第１のトランジスタＱ２のエミッタ・ベース間電圧ＶＢＥ２とが等しくなるように設計している。また、バイアス電流Ｉ２は、Ｉ２＞＞ｉｏとなるように設計する。
【００６３】
なお、上記第３の定電流回路３０３によりバイアス電流Ｉbiasを流すことで、フォトダイオード１０１の入力光が無い状態において、第２の定電流回路３０２の動作電圧を確保することができる。
【００６４】
ところで、光信号検出装置としては、一例として、フォトダイオード１０１の受光信号(検出信号電流)が１００ｐＡのときに、制御回路基板１６に形成された電圧増幅回路１０６の出力電圧として３００ｍＶ以上を得ることにより、上記受光信号の検出が可能になる。このため、上記光信号検出デバイス１４から電流増幅回路１０２を取り去った比較例においては、上記制御回路基板１６に設けた増幅回路のゲインを、３００ｍＶ／１００ｐＡ＝３ＧΩと非常に大きくすることを要するので、入力端子１１１に印加される外来ノイズの影響により出力信号が変動し易い。
【００６５】
これに対して、上記光信号検出デバイス１４のように、上記電流増幅回路１０２を備え、この電流増幅回路１０２のゲインを１０倍以上に設定することにより、光信号検出時の光信号検出デバイス１４の出力信号を１ｎＡ以上として、アンプ兼信号抽出デバイス１７の入力端子１１１に入力することができる。よって、アンプ兼信号抽出デバイス１７のゲインを３００ＭΩ以下に設計できる。
【００６６】
このように、上記電流増幅回路１０２のゲインを１０倍以上に設定することで、アンプ兼信号抽出デバイス１７の入力インピーダンスが低下するのと同時に全体のゲインを１０分の１以下に抑えることができて、外来ノイズの影響低減に有効である。すなわち、光信号検出装置２１により、微小な受光信号を安定して検出するために、光信号検出デバイス１４のゲインは大きく設計することが望ましい。
【００６７】
(電流増幅回路の第２構成例)
次に、図４に、上記光信号検出デバイス１４が備える電流増幅回路の第２構成例を示す。
【００６８】
この第２構成例の電流増幅回路１６２は、図３の第１の抵抗Ｒ２に替えてダイオードＤ１を備える点と、図３の第２の抵抗Ｒ２に替えて第３のトランジスタＱ３を備える点とが、前述の第１構成例と異なる。よって、この第２構成例の電流増幅回路１６２は、前述の第１構成例と同様の部分には同様の符号を付して、前述の第１構成例と異なる部分を主に説明する。
【００６９】
図４に示すように、上記ダイオードＤ１のアノードが上記第１のトランジスタＱ１のコレクタに接続され、上記ダイオードＤ１のカソードが第１のトランジスタＱ１のベースとフォトダイオード１０１のカソードに接続されている。また、上記第３のトランジスタＱ３は、ベースが上記第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、コレクタが信号出力端子３０５に接続され、エミッタが電源ＧＮＤ端子３０６に接続されている。
【００７０】
この第２構成例の電流増幅回路１０２は、第１のトランジスタＱ１のコレクタ・ベース間に接続されたダイオードＤ１で、フォトダイオード１０１に照射された光による受光電流ｉｓｃを、次式(３)で表される信号電圧ｖｄ１に変換する。なお、次式(３)において、Ｖｔは、ｋＴ/ｑ(ｋ:ボルツマン定数,Ｔ:絶対温度,ｑ:単位電荷)、Ｉｓは、ダイオードＤ１の飽和電流である。
ｖｄ１＝Ｖｔ・ｌｎ(ｉｓｃ／Ｉｓ)              …(３)
【００７１】
第１のトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１とエミッタホロアを構成するトランジスタＱ２のベース・エミッタ電圧間電圧ＶＢＥ２と上記ダイオードＤ１の電圧信号ｖｄ１から、次式(４)で出力トランジスタである第３のトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧ｖｂｅ３を算出できる。
ｖｂｅ３＝ＶＢＥ１＋ｖｄ１−ＶＢＥ２          …(４)
【００７２】
上記電圧の関係式(４)から、出力トランジスタＱ３のコレクタ電流ｉｏと受光電流ｉｓｃとの間には、次式(５)の関係が成り立つ。次式(５)において、Ｉ１は第１の定電流回路３０１による第１のバイアス電流、Ｉ２は第２の定電流回路３０２による第２のバイアス電流である。
ｉｏ＝ｉｓｃ×Ｉ１／Ｉ２                    …(５)
【００７３】
したがって、受光電流ｉｓｃを第１,第２のバイアス電流Ｉ１,Ｉ２の比で増幅できる。上記式(５)の(Ｉ１／Ｉ２)を、１０以上にすることで、電流増幅率を１０倍以上に設計できる。したがって、フォトダイオード１０１の検出電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、アンプ兼信号抽出デバイス１７の入力インピーダンスを１０分の１以下に低減できる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００７４】
なお、フォトダイオードのバイアス電流Ｉbiasを流す第３の定電流回路３０３を備えることで、フォトダイオード１０１への入力光が無い状態において、第２の定電流回路３０２の動作電圧を確保することができる。
【００７５】
また、図４に示す電流増幅回路１６２において、電圧変換用のダイオードＤ１および第１,第２,第３トランジスタＱ１,Ｑ２,Ｑ３のエミッタ面積を変えることによって電流増幅率を変えることもできる。すなわち、第１トランジスタＱ１のエミッタ面積をＥ１、電圧変換用のダイオードＤ１のエミッタ面積をＥ２、第２トランジスタＱ２のエミッタ面積をＥ３、第３トランジスタＱ３のエミッタ面積をＥ４とすると、次式(６)の関係が成り立つ。
ｉｏ＝ｉｓｃ×{(Ｅ３×Ｅ４)／(Ｅ１×Ｅ２)}×(Ｉ１／Ｉ２)   …(６)
【００７６】
したがって、受光電流ｉｓｃの増幅率を、第２,第３のトランジスタＱ２,Ｑ３のエミッタ面積Ｅ３,Ｅ４の積(Ｅ３×Ｅ４)と第１トランジスタＱ１,電圧変換用ダイオードＤ１のエミッタ面積Ｅ１,Ｅ２の積(Ｅ１×Ｅ２)との比率で設定することができる。また、上記式(６)の{(Ｅ３×Ｅ４)／(Ｅ１×Ｅ２)}×(Ｉ１／Ｉ２)を、１０以上にすることで、電流増幅率を１０倍以上に設計できる。したがって、フォトダイオード１０１の検出電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、アンプ兼信号抽出デバイス１７の入力インピーダンスを１０分の１以下に低減できる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００７７】
尚、第１,第２バイアス電流Ｉ１,Ｉ２は回路電流として消費される電流であるため、極力増やさないほうが電池寿命の観点からは好ましい。したがって、上述の様に、エミッタ面積Ｅ１〜Ｅ４の比率によって増幅率を設計することで、バイアス電流を増やさなくても増幅率を高く設計でき消費電流を低減できる。
【００７８】
(電流増幅回路の第３構成例)
次に、図５に、上記光信号検出デバイス１４が備える電流増幅回路の第３構成例を示す。
【００７９】
この第３構成例の電流増幅回路１７２は、フォトダイオード１０１と、フォトダイオード１０１のバイアス電流Ｉbiasを流す定電流回路３０３と、第１〜第ｎのｎ個(ｎは２以上の自然数)のカレントミラー回路Ｍ１〜Ｍｎを備える。
【００８０】
第１のカレントミラー回路Ｍ１はトランジスタＱ(１),Ｑ(２)で構成され、第２のカレントミラー回路Ｍ２はトランジスタＱ(３),Ｑ(４)で構成される。また、第ｎのカレントミラー回路ＭｎはトランジスタＱ(２ｎ−１),Ｑ(２ｎ)で構成される。
【００８１】
この第３構成例の電流増幅回路１７２では、フォトダイオード１０１の電流信号をｎ段のカレントミラー回路Ｍ１〜Ｍｎの電流増幅により増幅できる。
【００８２】
ここで、カレントミラー回路Ｍ１を構成するトランジスタＱ(１)のコレクタ電流ｉｃ１とトランジスタＱ(２)のコレクタ電流ｉｃ２とで決まる電流増幅率Ａ１＝(ｉｃ２/ｉｃ１)は、カレントミラー回路の動作として周知のように、トランジスタＱ(１),Ｑ(２)のエミッタ面積の比率やエミッタに接続する抵抗の大きさなどで設計できる。
【００８３】
ｎ個のカレントミラー回路Ｍ１〜Ｍｎにおけるそれぞれの電流増幅率をＡ(１)〜Ａ(ｎ)とすると、ｎ個目のカレントミラー回路Ｍｎを構成するトランジスタＱ(２ｎ)のコレクタ電流は、次式(７)となる。
ｉｃ(ｎ)＝ｉｓｃ×(Ａ(１)×Ａ(２)×・・・Ａ(ｎ))       …(７)
【００８４】
信号出力端子３０５は全てのカレントミラー回路Ｍ１〜Ｍｎの電流ｉｃ(１)〜ｉｃ(ｎ)の総和を出力する。よって、出力電流ｉｏは、次式(８)となる。
ｉｏ＝ｉｃ(１)＋ｉｃ(２)＋ … ＋ｉｃ(ｎ)
＝ｉｓｃ×(１＋Ａ１＋Ａ１×Ａ２＋・・＋Ａ１×Ａ２・・×Ａｎ)…(８)
【００８５】
すなわち、フォトダイオード１０１の受光電流ｉｓｃを、上式(６)で表される出力電流ｉｏに増幅できる。
【００８６】
なお、上記第３の定電流回路３０３によりバイアス電流Ｉbiasを流すことで、フォトダイオード１０１の入力光が無い状態において、カレントミラー回路Ｍ１に電流が供給されて動作状態が保たれるので、光信号入力時の出力応答速度を速くすることができる。また、上式(８)の(１＋Ａ１＋Ａ１×Ａ２＋・・＋Ａ１×Ａ２・・×Ａｎ)＝Ｋは、電流増幅率であり、この電流増幅率Ｋを１０倍以上に設計することで、フォトダイオード１０１の検出電流が１００ｐＡ以下の微小な検出信号である場合において、アンプ兼信号抽出デバイス１７の入力インピーダンスを１０分の１以下に低減することができる。よって、光信号検出装置の耐ノイズ性を高めることができる。
【００８７】
(光信号検出デバイス１４の構成例)
次に、図６Ａに、上記光信号検出デバイス１４の第１構成例を示す。この第１構成例としての光信号検出デバイス６０１は、１つのフレーム６１０にフォトダイオード１０１と電流増幅回路１０２を配置している。このフォトダイオード１０１と電流増幅回路１０２は、１つの半導体基板６１１上に形成されている。上記フォトダイオード１０１のアノードが、半導体基板６１１に形成されたパッド６１７,リードワイヤ６１５によってＧＮＤ端子６１３に接続されている。また、上記電流増幅回路１０２の信号出力端子が、半導体基板６１１に形成されたパッド６１８,リードワイヤ６１６によって出力端子６１４に接続されている。
【００８８】
この光信号検出デバイス６０１は、ＧＮＤ端子６１３と出力端子６１４の２端子のみを備え、電源端子を設けていない。よって、光信号検出デバイス６０１に電源端子が無いことと出力信号が電流信号であることから、フォトダイオードのみで構成した受光素子との置き換えが可能である。また、上記説明した様に、電流増幅回路１０２によりフォトダイオード１０１の検出電流が増幅されて出力される。このため、制御回路基板１６に設けたアンプ兼信号抽出デバイス１７のゲインを低減でき、電磁ノイズによる誤検出を低減することができる。
【００８９】
尚、図６Ｂに示すように、フォトダイオード１０１と電流増幅回路１０２をそれぞれ、別の半導体基板６２５,６２６上に形成してもよい。この場合、フォトダイオード１０１のアノードは、半導体基板６２５のパッド６３０,リードワイヤ６３１,半導体基板６２６のパッド６３２,半導体基板６２６のパッド６３３,リードワイヤ６３４によって、ＧＮＤ端子６１３に接続される。また、上記電流増幅回路１０２の信号出力端子が、半導体基板６２６に形成されたパッド６３５,リードワイヤ６３６によって出力端子６１４に接続される。
【００９０】
(アンプ兼信号抽出デバイス１７の変形例)
次に、図７に、上記アンプ兼信号抽出デバイス１７の変形例としてのアンプ兼信号抽出デバイス７０１を示す。このアンプ兼信号抽出デバイス７０１は、入力端子７１１に接続された電流電圧変換回路７０５と、上記電流電圧変換回路７０５に接続された電圧増幅回路７０６とを有する。上記電流電圧変換回路７０５は、増幅器７２０と帰還回路をなすインダクタ７２１とで構成され、上記電圧増幅回路７０６は増幅器７２１および増幅器７２２で構成されている。増幅器７２２は出力端子７１３に接続されている。
【００９１】
この変形例のアンプ兼信号抽出デバイス７０１によれば、入力アンプである増幅器７２０の帰還回路にインダクタ７２１を備えることにより、光信号検出デバイス１４の出力信号の直流電流成分を増幅せずに、電流変化のある交流信号成分のみを増幅することができる。よって、電圧増幅回路７０６は交流結合のためのコンデンサを備える必要が無くなり、入力端子７１１から光信号検出デバイス１４へ回路電流を供給することが可能になる。
【符号の説明】
【００９２】
１１  浮遊微粒子検出装置
１２  チャンバー部
１３  発光素子
１４,６０１  光信号検出デバイス
１６  制御回路基板
１７,７０１  アンプ兼信号抽出デバイス
１８  マイクロコンピュータ
１９  駆動回路
２１  光信号検出装置
１００,３０６,６１３  ＧＮＤ(グランド)端子
１０１  フォトダイオード
１０２,１５２,１６２,１７２  電流増幅回路
１０３,３０５  信号出力端子
１０５,７０５  電流電圧変換回路
１０６,７０６  電圧増幅回路
１１１,７１１  入力端子
１２０,１２３,１２４,７２０,７２１,７２２  増幅器
１２１  ゲイン抵抗
３０１  第１の定電流回路
３０２  第２の定電流回路
３０３  第３の定電流回路
６０１  フレーム
６１１,６２５,６２６  半導体基板
６１４,７１３  出力端子
７２１  インダクタ
Ｓ１,Ｓ２  光信号電流
Ｓ３  直流電流
Ｓ４  出力電流信号
Ｓ５  出力電圧信号
Ｒ１  第１の抵抗(帰還抵抗)
Ｒ２  第２の抵抗
Ｄ１  ダイオード
Ｑ１  第１のトランジスタ
Ｑ２  第２のトランジスタ
Ｑ３  第３のトランジスタ
Ｑ(１)〜Ｑ(２ｎ)  トランジスタ
Ｍ１〜Ｍｎ  カレントミラー回路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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