JPH03188337A - 光電変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光の強さを電気的な出力の大きさに変換する
光電変換回路“Ｋ関す、る。

従来の技術 物質の温度を非接触で測定する場合、その物質が放射す
る赤外線の強さを測定し、温度を算出する方法がある。

赤外線の強さを測定する方法は、赤外線を受光素子で光
電流に変換し、さらに適当な大きさの出力に変えて測定
する。赤外線の強さはそれを発する物質の温度変化に対
して指数的に変化し、それに伴って受光素子で発生する
光電流も指数的に変化する。このような場合、光電変換
時の増幅は幅広い入力の変化に対応できる対数増幅を行
う。対数増幅回路での負帰還路の負荷には対数変換素子
を用いるのであるが、対数変換素子は温度によって大き
く特性が変わるため温度補正を行う必要がある、そのた
め、従来は第２図の回路を用いていた。

第２図において、測定部は前記赤外線を受光素子（１０
１）で光電流に変換し、対数変換素子としてトランジス
タ（１０２）を用いた対数増幅回路により光電流に応じ
た第１の出力を得る回路である。

また、補正部では測定部で用いたトランジスタ（１０２
）と同じ特性のトランジスタ（１０３）を用いた増幅回
路に定電流源（１０６）から基準の定電流を入力し、第
２の出力を得る。さらに、第１の出力はＡ／Ｄ変換器（
１０５）によりＡ／Ｄ変換され、第２の出力はＡ／Ｄ変
換器（１０６）によりＡ／Ｄ変換され、それツレマイク
ロコンピュータ−（１０７）に入力される。

そして、第１の出力から第２の出力を引けば、はぼ温度
に無関係で赤外線の強さのみに依存する値が得られ、そ
の値により赤外線の強さがわかる。

ところが、対数増幅回路により光電流に応じた出力を得
る場合、光電流が小さい時に応答、精度が悪くなるとい
う欠点を有する。その対策として、小電流時には応答、
精度のよいリニア増幅に切り替えるようにする方法があ
る。その回路は第３図に示す回路である。測定部の演算
増幅器（２０１）に抵抗（２０３）を負荷とする負帰還
路と対数変換素子としてトランジスタ（２０２）を負荷
とする負帰還路を並列に接続し、それぞれの負帰還路内
に負荷と直列にアナログスイッチ（２０４）、　（２０
５）を配置してマイクロコンピュータ−（２０９）から
の信号により切り替えることができるようにしたもので
ある。

アナログスイッチ（２０４）がＯＮでアナログスイッチ
（２０５）がＯＦＦのとき対数増幅回路が成立し、アナ
ログスイッチ（２０４）がＯＦＦでアナログスイッチ（
２０５）がＯＮのときリニア増幅回路が成立する。

切り替えの判断として、−度光電流の対数増幅回路によ
る出力を得、この出力をＡ／Ｄ変換した後のデジタル値
とリニア増幅に切り替えるべき基準値を比較する（以下
この動作をレンジチエツクと呼ぶ）。前記デジタル値が
前記基準値より小さければリニア増幅に切り替え、大き
ければ対数増幅で測定する。ところで、演算増幅器によ
る増幅回路では、反転入力端子から出力端子へ、入力に
関係なくオフセット電流が流れる。このオフセット電流
は光電流が大きい場合は無視できるほど小さいが、本例
でリニア増幅回路を選択する場合のように光電流が小さ
い場合は無視できなくなる。そこで、正確な出力を得る
にはアナログスイッチ（２０６）をＯＦＦ　ｌ、てオフ
セット電流による出力を測定しく以下この動作をオフセ
ット測定と呼ぶ）、光電流による出力から差し引くので
ある。

このように、この回路での動作は第２図の回路における
動作にレンジチエツク及びオフセット測定が加えられた
ものである。

次に第３図に示す回路において、スイッチング及び２つ
のＡ／Ｄ変換器（２０７）、　（２０８）でのタイムチ
ャートを述べる。タイムチャートは第４図に示す。

まず、アナログスイッチ（２０４）、　（２０６）をＯ
Ｎ　ｌ、、アナログスイッチ（２０５）をＯＦＦ　して
レンジチエツクを行う。このとき、Ａ／Ｄ変換器（２０
７）を使用する。なお、このＡ／Ｄ変換に要する時間は
第４図の（ａｌｌ）である。次に、レンジチエツクの結
果、対数増幅が選択されればこの状態のままで、リニア
増幅が選択されればアナログスイッチ（２０４）をＯＦ
Ｆ、アナログスイッチ（２０５）をＯＮ　ｌ、て光電流
による出力を得る。この出力はＡ／Ｄ変換器（２０７）
でＡ／Ｄ変換される。なお、このＡ／Ｄ変換に要する時
間は第４図の（ａ１２）である。また、同時に補正部で
は定電流による出力を得、Ａ／Ｄ変換器（２０８）にて
Ａ／Ｄ変換する。このＡ／Ｄ変換に要する時間は第４図
の（ｂｌ）である。最後に、アナログスイッチ（２０４
）、　（２０５）の状態はそのままでアナログスイッチ
（２０６）をＯＦＦ　Ｌ、オフセット測定を行う。この
ときＡ／Ｄ変換器（２０７）を使用する。なお、このＡ
／Ｄ変換に要する時間は第４図の（ａ＋３）である。

ここで、１回の測定に要する時間はＴである。

まだ、この場合では、レンジチエツク及びオフセット測
定でのＡ／Ｄ変換はどちらもＡ／Ｄ変換器（２０７）で
行わなければならない。

発明が解決しようとする課題 前記第３図に示す回路では、レンジチエツク及びオフセ
ット測定の両方のＡ／Ｄ変換をＡ／Ｄ変換器（２０７）
で行わｎなけｎばならない。そうすれば、レンジチエツ
クのＡ／Ｄ変換に要する時間とオフセット測定のＡ／Ｄ
変換に要する時間の和がそのまま測定時間に加えらｎる
。ところが、その間Ａ／Ｄ変換器（２０８）ではＡ／Ｄ
変換を行っていない。

本発明は、前記２つのＡ／Ｄ変換器を有効に稼動させ、
１回の測定に要する時間が短く、応答のよい測定を行う
ことのできる光電変換回路を提供することを目的とする
。

前記目的を達成するために、本発明は、１個の演算増幅
器に対数変換素子を負荷とする対数増幅用負帰還路と抵
抗を負荷とするリニア増幅用負帰還路を並列に接続し、
制御部からの信号によって前記負帰還路を切り替え可能
なようにそれぞれの負帰還路内に負荷と直列にスイッチ
素子を配置した第１の増幅回路と、前記演算増幅器と同
じ特性の演算増幅器に前記対数変換素子と同じ特性の対
数変換素子を負荷とする対数増幅用負帰還路を接続した
第２の増幅回路と、前記第１のオフセットによる入力端
子に第１の入力制御用スイッチを介して接続されるとと
もに、第２の入力制御用スイッチを介して接続さｎた受
光素子と、前記第２のオフセットによる入力端子に第３
の入力制御用スイッチを介して接続された定電流源と、
前記第１のオフセットによる出力端子に第１のＡ／Ｄ変
換器を介して接続されるとともに、前記第２のオフセッ
トによる出力端子に第２のＡ／Ｄ変換器を介して接続さ
れた制御部と、前記第１の入力制御用スイッチをＯＮ　
して光電流による第１のオフセットによる出力を測定す
ると同時に、第２の入力制御用スイッチをＯＦＦ　ｌ、
第３の入力側ノチをＯＦＦ　して第１のオフセットによ
るオフセッの増幅回路の出力を測定すると同時に、第２
の入力制御用スイッチをＯＮ　Ｌ、光電流による第２の
オフセットによる出力を測定時の第１のオフセットによ
る負帰還路の切り替えの判断のだめの測定を行うように
したスイッチ制御手段を有することを特徴とするもので
ある。

作　　　用 第１のＡ／Ｄ変換器では、第１の増幅回路での光電流に
応じた出力のＡ／Ｄ変換と第１のオフセットによるオフ
セット測定時のＡ／Ｄ変換を行う。また、第２のＡ／Ｄ
変換器では、第２の増幅回路でのレンジチエツク時のＡ
／Ｄ変換とトランジスタの温度補正を行うだめの定電流
による出力のＡ／Ｄ変換を行う。このとき、１回目の測
定のオフセット測定時のＡ／Ｄ変換と２回目の測定のレ
ンジチエツク時のＡ／Ｄ変換は同時に行われる。

実施例 第１図は本発明の実施例の回路図である。この回路には
第１の増幅回路（Ａ）と、第２の増幅回路がある。光起
電力素子（１）で発生した光電流はどちらの増幅回路へ
も入力できるように光起電力素子（１）のアノード端子
はアナログスイッチ（８）　、　（１１）を介してそれ
ぞれのオフセットによる入力端子に接続されている。ま
た、第２の増幅回路（ロ）の入力端子にはアナログスイ
ッチ（１２）を介して定電流源（７）が接続されている
。アナログスイッチ（１１）とアナログスイッチ（１２
）を切り替えることにより、第２の増幅回路（Ｂ）へ光
電流を入力するか定電流を入力するかを選択できるよう
になっている。第１の増幅回路（５）の出力端子はＡ／
Ｄ変換器（１３）を介してマイクロコンピュータ−（１
５）に接続され、第２の増幅回路（Ｂ）の出力端子はＡ
／Ｄ変換器（１４）を介してマイクロコンビニ−ター（
１５）に接続されている。

次に、第１の増幅回路（５）について詳しく述べる。

第１の増幅回路（５）において、演算増幅器（２）の反
転入力端子（ＯＰｌ）と出力端子（ＯＦ２）の間には負
帰還路としてトランジスタ（４）と抵抗（５）がそれぞ
れアナログスイッチ（９）　、　（１０）を介して並列
に接続されている。これら２つの負帰還路はアナログス
イッチ（９）　、　（１０）によって切り替えることが
できる。すなわち、アナログスイッチ（９）をＯＮでア
ナログスイッチ（１０）をＯＦＦにすればトランジスタ
による負帰還路が成立し、第１の増幅回路（〜は対数増
幅回路となる。また、アナログスイッチ（９）をＯＦＦ
でアナログスイッチ（１０）をＯＮにすれば抵抗による
負帰還路が成立し、第１の増幅回路（〜はリニア増幅回
路となる。なお、アナログスイッチの切り替えは、マイ
クロコンピュータ−（１５）からの信号による。

また、前記第１の増幅回路（〜の入力端子は演算増幅回
路（２）の反転入力端子（ＯＰＩ）であり、出力端子は
演算増幅器の出力端子（ＯＰａ）である。

第２の増幅回路（Ｂ）は、演算増幅器（３）の反転入力
端子（ＯＦ２）と出力端子（ＯＰａ）の間にトランジス
タ（６）を負荷とする負帰還路を接続した対数増幅回路
である。ただし、演算増幅器（３）は、前記第１の増幅
回路（〜の演算増幅器（２）と同じ特性のものであり、
トランジスタ（６）は前記トランジスタ（４）と同じ特
性のものである。さらにトランジスタ（６）とトランジ
スタ（４）は同じ温度になるように配置されている。

なお、前記第２のオフセットによる入力端子は演算増幅
器（３）の反転入力端子（ＯＦ２）であり出力端子は演
算増幅器（３）の出力端子（ＯＰａ）である。

以上のような構成で次に動作について述べる。

この回路の動作内容はレンジチエツク、光電流による出
力の測定、トランジスタの温度補正のだめの定電流によ
る出力の測定、及びオフセット測定の４つである。本実
施例は、前記レンジチエツクとオフセット測定のＡ／Ｄ
変換を２つのＡ／Ｄ変換器を用いて同時に行い１回の測
定時間を短縮したことを特徴とするものである。以下第
１図及び第５図を参照する。なお、第５図は本実施例の
Ａ／Ｄ変換器（１３）　、　（１４）におけるタイ舌チ
ャート図である。物質が発する赤外線を光起電力素子（
１）で受けると赤外線の強さに対応した大きさの光電流
が発生する。そこで、まずアナログスイッチ（８）　、
　（１２）をＯＦＦ　ｊ、アナログスイッチ（１１）を
ＯＮ　Ｌ、光電流を第２のオフセットによる）に入力し
、レンジチエツクを行う。このときＡ／Ｄ変換器（１４
）を使用する。

このＡ／Ｄ変換に要する時間は第５図の（Ｂｌ−１）で
ある。

次に、アナログスイッチ（８）　、　（１２）をＯＮ　
ｌ、、アナログスイッチ（１１）をＯＦＦ　Ｌ、第１の
増幅回路（イ）におけるアナログスイッチ（９）　、　
（１ｏ）については第１の増幅回路（〜がレンジチエツ
クにより選択された増幅回路が成立するように切り替え
る。すなわちレンジチエツクにより対数増幅が選択され
れば、アナログスイッチ（９）をＯＮ　アナログスイッ
チ（１０）を０ＦＦｊ、、トランジスタによる負帰還路
を成立させ第１の増幅回路（〜を対数増幅回路にする。

また、レンジチエツクによりリニア増幅が選択されれば
、アナログスイッチ（９）をＯＦＦ、アナログスイッチ
（１０）をＯＮ　Ｌ、抵抗による負帰還路を成立させ、
第１の増幅回路（〜をリニア増幅回路にする。

このとき光電流は第１の増幅回路（〜に入力し、その出
力はＡ／Ｄ変換器（１３）にてＡ／Ｄ変換されマイクロ
コンピュータ−（１５）に入力される。このＡ／Ｄ変換
に要する時間は第５図の（Ａｌｌ）である。同時に、ト
ランジスタの温度補正を行うため第２の増幅回路（ハ）
には定電流が入力し、その出力はＡ／Ｄ変換器（１４）
　ＫてＡ／Ｄ変換されマイクロコンピュータ−（１５）
に入力される。このＡ／Ｄ変換に要する時間は第５図の
（Ｂ１２）である。最後に、アナログスイッチ（９）　
、　（１０）の切り替えはなしでアナログスイッチ（８
）をＯＦＦ　Ｌ、第１の増幅回路（〜のオフセット測定
を行う。このときのＡ／Ｄ変換はＡ／Ｄ変換器（１３）
を使用し、必要な時間は、第５図の（Ａ１２）である。

以上４動作で得たデータをマイクロコンピュータ−に入
力し、赤外線の強さを算出する。ここで、第１の増幅回
路（〜のオフセット測定を行うと同時に、第２の増幅回
路（６）に光電流を入力し、レンジチエツクを行う。ス
イッチングは前記１回目のレンジチエツクと同じである
。２回目のレンジチエツクでのＡ／Ｄ変換に要する時間
は第５図の（Ｂ２１）である。以下この動作が繰り返し
行われる。

前記従来の回路におけるタイムチャート図である第４図
と第５図を比較すると、１回目の測定に要する時間はど
ちらもＴ秒であるが、２回目以降なわち、本発明は従来
に比べ単位時間での測定回数が多くなり応答のよい測定
を行うことができる。

発明の効果 本発明により次のような効果が得られる。

本発明の回路構成では第１の増幅回路及び第２の増幅回
路に光電流を入力できる入力を制御するスイッチ制御手
段によって１回目の測定の第１の増幅回路におけるオフ
セット測定時のＡ／Ｄ変換を第１のＡ／Ｄ変換器で行う
と同時に２回目の測定のレンジチエツク時のＡ／Ｄ変換
を第２のＡ／Ｄ変換器で行うことができる。よって、１
回呑の測定に要する時間を短縮することができ、応答の
よい測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の光電変換回路の回路図、第２
図及び第３図は従来の技術の光電変換回路の回路図、第
４図は第３図に示される回路におけるＡ／Ｄ変換器のタ
イムチャート図、第５図は本発明の実施例におけるＡ／
Ｄ変換器のタイムチャート図である。 （２）　、　（３）　；演算増幅器、（５）；抵抗、（
４）　、　（６）　：対数変換素子、（１５）　：制御
部、（９）、　（１０）　：スイッチ素子、へ）；第１
の増幅回路、ＣＢ）　：第２の増幅回路、（１）；受光
素子、（７）；定電流源、（８）；第１の入力制御用ス
イッチ、（１１）　：第２の入力制御用スイッチ、（１
２）　：第３の入力制御用スイッチ、（１３）　；第１
のＡ／Ｄ変換器、（１４）　：第２のＡ／Ｄ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １個の演算増幅器に対数変換素子を負荷とする対数増幅
   用負帰還路と抵抗を負荷とするリニア増幅用負帰還路を
   並列に接続し、制御部からの信号によって前記負帰還路
   を切り替え可能なようにそれぞれの負帰還路内に負荷と
   直列にスイッチ素子を配置した第１の増幅回路と、前記
   演算増幅器と同じ特性の演算増幅器に前記対数変換素子
   と同じ特性の対数変換素子を負荷とする対数増幅用負帰
   還路を接続した第２の増幅回路と、前記第１の増幅回路
   の入力端子に第１の入力制御用スイッチを介して接続さ
   れるとともに、第２の入力制御用スイッチを介して接続
   された受光素子と、前記第２の増幅回路の入力端子に第
   ３の入力制御用スイッチを介して接続された定電流源と
   、前記第１の増幅回路の出力端子に第１のＡ／Ｄ変換器
   を介して接続されるとともに、前記第２の増幅回路の出
   力端子に第２のＡ／Ｄ変換器を介して接続された制御部
   と、前記第１の入力制御用スイッチをＯＮして光電流に
   よる第１の増幅回路の出力を測定すると同時に、第２の
   入力制御用スイッチをＯＦＦし第３の入力制御用スイッ
   チをＯＮして定電流による第２の増幅回路の出力を測定
   し、次に、第１の入力制御用スイッチをＯＦＦして第１
   の増幅回路のオフセットによる出力を測定すると同時に
   第２の入力制御用スイッチをＯＮし、光電流による第２
   の増幅回路の出力により次回測定時の第１の増幅回路の
   負帰還路の切り替えの判断のための測定を行うようにし
   たスイッチ制御手段と、を有することを特徴とする光電
   変換回路。