JP2004085306A

JP2004085306A - 光検出器

Info

Publication number: JP2004085306A
Application number: JP2002245343A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Horiguchi; 堀口　篤; Toru Mori; 森　徹
Original assignee: Ando Electric Co Ltd; Kyushu Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd; Kyushu Ando Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18
Also published as: DE10338972A1; US7022967B2; US20040036012A1

Abstract

【課題】高強度から低強度の光量を連続的に高速測定する。
【解決手段】演算増幅器１と、当該演算増幅器１の反転入力端に接続され、被検出光の光量に応じた信号を出力するたフォトダイオード２と、抵抗値が各々異なる複数のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎと、これらフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎのうち、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎを除く他のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎ−１の各一端が接続された入力端あるいは前記最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの一端に代えて無接続状態とされた入力端を選択的に演算増幅器１の出力端に接続するアナログスイッチ３とを備え、前記最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎは、一端が演算増幅器１の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器１の反転入力端に接続され、他のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎ−１の他端は演算増幅器１の反転入力端に接続される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードを用いて受光した光の強度を検出する光検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光検出器は、フォトダイオードの出力を演算増幅器で増幅して出力するものであり、図４は、従来の光検出器の一構成例を示す回路図である。この光検出器Ａは、演算増幅器１と、当該演算増幅器１の反転入力端に接続されたフォトダイオード２と、一端がアナログスイッチ３の各入力端接続されると共に他端が演算増幅器１の反転入力端に共通接続された複数（ｎ個）のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎと、これらフィードバックＲＳ１〜ＲＳｎの一端を選択的に演算増幅器１の出力端に接続するアナログスイッチ３とから構成されている。このような光検出器は、フォトダイオード２の発生電流Ｉｐとアナログスイッチ３によって選択されたフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの何れかの抵抗値Ｒｉとによって演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔが規定される一種のフィードバック増幅器である。
【０００３】
各フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの各抵抗値Ｒ１〜Ｒｎの間には下式（１）で示される大小関係が設定されている。
Ｒｎ＞Ｒｎ−１＞……＞Ｒｉ＞Ｒｉ−１＞……＞Ｒ１　　　　　　（１）
また、このようなフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの各抵抗値Ｒ１〜Ｒｎの間には、測定レンジの連続性を確保するために下式（２）の関係が設定されている。すなわち、各フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎは、抵抗値Ｒ１〜Ｒｎの上記大小関係において互いに隣り合う抵抗同士の抵抗値の比率が１０倍となるように設定されている。
Ｒｉ／Ｒｉ−１＝１０　　　　　　　　　　　　　　（２）
【０００４】
このように抵抗値Ｒ１〜Ｒｎが設定されたｎ個のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎとアナログスイッチ３とは、フォトダイオード２で検出される光の強度に応じた測定レンジを設定するためのものであり、アナログスイッチ３によって各フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎを順次選択することにより測定レンジが設定される。
【０００５】
また、上記演算増幅器１の出力電圧Ｖｏｕｔは、フォトダイオード２の発生電流Ｉｐとフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの抵抗値Ｒ１〜Ｒｎとアナログスイッチ３のＯＮ抵抗Ｒｏｎとに基づいて式（３）によって与えられる。
Ｖｏｕｔ　＝−（Ｒｉ＋Ｒｏｎ）×Ｉｐ　　　　　　　　（３）
この出力電圧Ｖｏｕｔを測定することにより、発生電流Ｉｐ、つまりフォトダイオード２が受光した光の強度が求められる。ここで、上記ＯＮ抵抗Ｒｏｎは、数十〜数百オーム程度であり、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの各抵抗値Ｒ１〜Ｒｎに比較して小さいが、周囲温度によって急激に変動するため、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて発生電流Ｉｐを求める際の誤差要因となる。
【０００６】
図５に示す光検出器Ｂは、上記ＯＮ抵抗Ｒｏｎの影響を排除するものであり、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの他端を選択して出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力する第２のアナログスイッチ４が設けられている。このような光検出器Ｂによれば、出力電圧Ｖｏｕｔはフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎとアナログスイッチ３との間から取り出されるので、アナログスイッチ３のＯＮ抵抗Ｒｏｎに関わりなく規定される。したがって、光検出器Ｂによれば、当該ＯＮ抵抗Ｒｏｎに起因する誤差を解消される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、測定値を取得する時間間隔をサンプリングインターバルというが、このサンプリングインターバルが短い程、測定値を短時間で取得することができる。上記従来の光検出器におけるサンプリングインターバルは、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎをアナログスイッチ３で切り替えるのに必要な時間によって決定される。したがって、アナログスイッチ３としてはより高速切り替えの可能なものが選定されるが、アナログスイッチ３を使用した場合には、入力端や出力端等の静電容量による電荷の充放電に時間を要するため、結果的にサンプリングインターバルをあまり短くできないという問題がある。
【０００８】
図６は、上記アナログスイッチ３の等価回路である。Ｃ１は入力端と出力端との間の静電容量を示し、Ｃ２は入力端の静電容量を示し、またＣ３は出力端の静電容量を示している。静電容量Ｃ２，Ｃ３は数十ｐＦ程度であり、静電容量Ｃ１は０．数〜数ｐＦ程度である。
図７は、切替時刻Ｔ０おいてフィードバック抵抗ＲＳｉをフィードバック抵抗ＲＳｉ−１に切り替えたときにおける上記出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示している。
フィードバック抵抗ＲＳｉが選択されているときにおける出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ１であり、また発生電流Ｉｐは一定であるとした場合、上記切替時刻Ｔ０以降の出力電圧Ｖｏｕｔは下式（４）によって与えられる。
Ｖｏｕｔ＝Ｒｉ−１／Ｒｉ×Ｖ１＝Ｖ２　　　　　　　　　　　　（４）このように与えられる出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ２とすると、当該電圧Ｖ２は、上述した式（２）より式（５）と表される。
Ｖ２＝１／１０×Ｖ１　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
【０００９】
ここで、アナログスイッチ３は、上述したように入出力端子間に静電容量Ｃ１を持つ。図４の光検出器Ａでは、アナログスイッチ３のｎ個の入力端が各々にフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎを介して演算増幅器１の反転入力端に接続されているため、フィードバック抵抗ＲＳｉは、上記静電容量Ｃ１によって等価的に数ｐＦの静電容量Ｃｆ（等価静電容量）が並列接続された状態にあると見なせる。このため、フィードバック抵抗ＲＳｉをフィードバック抵抗ＲＳｉ−１に切り替えたときにおける出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化は、図７において線Ａで示した形の緩和特性となる。
【００１０】
この緩和特性の時定数τａは下式（６）によって与えられる。
τａ＝Ｒｉ×Ｃｆ＝Ｒｉ−１×Ｃｆ　　　　　　　　　　　　（６）
またこのとき、フィードバック抵抗ＲＳｉに接続されたアナログスイッチ３の入力端の静電容量Ｃ２には、切替時刻Ｔ０以前に電圧Ｖ１が印加されているが、切替時刻Ｔ０でアナログスイッチ３がフィードバック抵抗ＲＳｉ−１を選択した後は、上記静電容量Ｃ２に充電されていた電荷が放電される。この放電電流Ｉｄは下式（７）によって与えられる。
Ｉｄ＝Ｖ１／Ｒｉ×ｅｘｐ（−ｔ／τｂ）　　　　　　　　　　（７）
なお、この式（７）における時定数τｂは、下式（８）によって与えられる。
τｂ＝Ｒｉ×Ｃ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
【００１１】
上記放電電流Ｉｄは、切替時刻Ｔ０後にフィードバック抵抗ＲＳｉ−１に流れ、出力電圧Ｖｏｕｔの変化に電圧Ｖｄとして現れる。この電圧Ｖｄは、下式（９）のように表される。
Ｖｄ＝Ｒｉ−１／Ｒｉ×Ｖ１×ｅｘｐ（−ｔ／τｂ）　　　　　（９）
このような放電電流Ｉｄに基づく電圧Ｖｄは、図７における点線Ｂのように変化するものとなる。
すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは、上記線Ａと点線Ｂとの合成特性として図７の線Ｃのような変化特性となる。
【００１２】
図８は、上記切替時刻Ｔ０以降の誤差の時間変化を示した図である。ここで、誤差は出力電圧Ｖｏｕｔを上記電圧Ｖ２で除算したものの絶対値である。上記線Ａで示した放電電流Ｉｄを考慮しない出力電圧Ｖｏｕｔの場合、図８の線Ａで示した誤差の時間変化となり、誤差が０．０１になるまで必要な時間（収束時間）はＴＡである。これに対して、図８の線Ｃで示した放電電流Ｉｄを考慮した出力電圧Ｖｏｕｔの場合には、図８の線Ｂで示した誤差の時間変化となり、上記線Ａと同等な誤差になるまで必要な収束時間はＴＢとなり、上記収束時間ＴＡよりもかなり長い。
【００１３】
例えば、Ｒｉ＝１０ＭΩ、Ｒｉ−１＝１ＭΩ、Ｃｆ＝２ｐＦ、Ｃ２＝１０ｐＦとした場合、τａ＝２μｓｅｃ、ＴＡ＝１０μｓｅｃ、τｂ＝１００μｓｅｃ、ＴＢ＝４５０μｓｅｃとなる。また、フィードバック抵抗ＲＳｉ−２からフィードバック抵抗ＲＳｉ−１に切り替えた場合にもフィードバック抵抗ＲＳｉ−２を経由する放電電流は流れるが、この場合の時定数τｂは上記定数を用いると、式（２）の関係に基づいてフィードバック抵抗ＲＳｉ−２の抵抗値Ｒｉ−２＝１００ＫΩとなるので、１μｓｅｃ（＝１００ＫΩ×１０ｐＦ）となり、上記時定数τａよりも短いため、あまり問題とならない。
【００１４】
このようにフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎを高抵抗値から低抵抗値に切り替えた場合には放電電流が高抵抗を経由するため、その緩和時間は非常に長いものとなる。このため、サンプリングインターバルを短くすることができず、高強度から低強度に亘る光の強度を高速に連続測定することが困難となる。
【００１５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高強度から低強度の光量を連続的に高速測定することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、演算増幅器と、当該演算増幅器の反転入力端に接続され、被検出光の光量に応じた信号を出力するたフォトダイオードと、抵抗値が各々異なる複数のフィードバック抵抗と、これらフィードバック抵抗のうち、最大抵抗値のフィードバック抵抗を除く他のフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端あるいは前記最大抵抗値のフィードバック抵抗の一端に代えて無接続状態とされた入力端を選択的に演算増幅器の出力端に接続するアナログスイッチとを備え、前記最大抵抗値のフィードバック抵抗は、一端が演算増幅器の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器の反転入力端に接続され、他のフィードバック抵抗の他端は演算増幅器の反転入力端に接続されるという構成を採用する。
【００１７】
また、第２の手段として、上記第１の手段において、他のフィードバック抵抗のうち、抵抗値が高いフィードバック抵抗の他端を抵抗値が小さいフィードバック抵抗と直列接続するという構成を採用する。
【００１８】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、アナログスイッチが最大抵抗値のフィードバック抵抗の一端に代えて無接続状態とされた入力端及び直列接続されたフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端を選択して演算増幅器の出力端に接続する場合に当該演算増幅器の出力端を選択し出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力すると共に、アナログスイッチが前記無接続状態とされた入力端及び直列接続されたフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端を除くフィードバック抵抗の一端が接続された入力端を選択した場合には、アナログスイッチが選択したと同様のフィードバック抵抗の一端を選択し出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力する第２のアナログスイッチをさらに具備するという構成を採用する。
【００１９】
第４の手段として、上記第３の手段において、一端が演算増幅器の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器の反転入力端に接続され、最大抵抗値のフィードバック抵抗よりも高い抵抗値を有する付加フィードバック抵抗と、該付加フィードバック抵抗以外のフィードバック抵抗の各他端の演算増幅器の反転入力端への接続／乖離を行うメカニカルリレーとをさらに備えるという構成を採用する。
【００２０】
第５の手段として、上記第４の手段において、付加フィードバック抵抗以外のフィードバック抵抗の各他端演算増幅器の反転入力端から乖離した場合に、前記付加フィードバック抵抗以外のフィードバック抵抗の各他端を接地する第２のメカニカルリレーを備えるという構成を採用する。
【００２１】
【作用】
本発明によれば、高速化への障害となる高抵抗値のフィードバック抵抗の配置をアナログスイッチの入出力端子間容量の影響を低減すべく、最大抵抗値のフィードバック抵抗をアナログスイッチを介すことなく演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に介挿する。また、この最大抵抗値のフィードバック抵抗を除く他のフィードバック抵抗については、アナログスイッチを介して演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に介挿するが、抵抗値の高いフィードバック抵抗の他端を抵抗値の低いフィードバック抵抗の一端と接続することにより、フィードバック抵抗の選択変更による測定レンジの連続性を損なうことなく、入出力端子間容量の影響を弱めている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる光検出器の一実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した図４あるいは図５の光検出器と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００２３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係わる光検出器の回路図である。この光検出器Ｃは、図示するように、図４に示した従来の光検出器Ａと同一の構成要素から構成されているが、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎの接続関係が光検出器Ａとは相違する。すなわち、この光検出器Ｃでは、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎは、一端が演算増幅器１の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器１の反転入力端に接続されている。
【００２４】
すなわち、従来の光検出器Ａでは最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの一端がアナログスイッチ３の入力端に接続されていたが、本光検出器Ｃでは、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの一端を演算増幅器１の出力端に直接接続している。なお、このような大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの一端の接続変更に伴い、従来の光検出器Ａにおいて大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの一端が接続されていたアナログスイッチ３の入力端は無接続状態となっている。
【００２５】
また、上記最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎを除く他のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎ−１のうち、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−１は、次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−２と直列接続させるべく、その他端が当該フィードバック抵抗ＲＳｎ−２の一端に接続されている。
【００２６】
このように構成された光検出器Ｃは、アナログスイッチ３によってフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの選択を切り替えることによって測定レンジが切り替わる。そして、このような測定レンジの切り替えによって、高強度から低強度に亘る所定範囲の光強度に対応した出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００２７】
ここで、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎは、アナログスイッチ３を介することなく、演算増幅器１の出力端と反転入力端との間に直接接続されているので、当該最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎを用いて測定レンジを設定した状態から、次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−１を選択して測定レンジを切り替えた場合に、アナログスイッチ３が有する静電容量の影響を受けることなく、出力電圧Ｖｏｕｔが高速に定常値に収束する。
【００２８】
また、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎを用いて測定レンジを設定した状態ではフォトダイオード２の発生電流Ｉｐは全て最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎに流れて出力電圧Ｖｏｕｔが設定されるが、アナログスイッチ３が次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−１を選択して測定レンジを切り替えた場合には、フォトダイオード２の発生電流Ｉｐは、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎと、上記次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−１と当該フィードバック抵抗ＲＳｎ−１の次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−２との直列抵抗とに分流する。
【００２９】
この場合の出力電圧Ｖｏｕｔは、上記３つのフィードバック抵抗ＲＳｎ−２〜ＲＳｎの合成抵抗値をＲｓとすると下式（１０）のように表される。
Ｖｏｕｔ＝−Ｒｓ×Ｉｐ　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）
また、上記合成抵抗Ｒｓは下式（１１）によって与えられる。
Ｒｓ＝｛（Ｒｎ−２＋Ｒｎ−１）／／Ｒｎ｝　　　　　　　　　（１１）
さらに、各フィードバック抵抗ＲＳｎ−２〜ＲＳｎの抵抗値Ｒｎ−２〜Ｒｎには、上述した式（１），（２）の関係が成立しているので、各抵抗値Ｒｎ−２〜Ｒｎの関係は下式（１２）のようになる。
Ｒｎ−１＝１０Ｒｎ−２，　Ｒｎ＝１００Ｒｎ−２　　　　　（１２）
すなわち、上記合成抵抗値Ｒｓは下式（１３）のように表されるので、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１の抵抗値Ｒｎ−１とほぼ等しい値となり、式（２）の条件はほぼ満足される。したがって、測定レンジの連続性は確保される。
Ｒｓ＝９．９１Ｒｎ−２　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
【００３０】
さらに、上記状態からアナログスイッチ３によってフィードバック抵抗ＲＳｎ−２を選択することにより測定レンジを切り替えた場合、アナログスイッチ３においてフィードバック抵抗Ｒｎ−１の一端が接続されていた入力端子の入力容量Ｃ２に充電された電荷は、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１を介して放電されることになる。しかし、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１の他端は、フィードバック抵抗ＲＳｎ−２の一端と共にアナログスイッチ４を介して内部抵抗が小さい演算増幅器１の出力端に接続されているので、入力容量Ｃ２に蓄積された電荷は、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１とアナログスイッチ４とを介して演算増幅器１の出力に放電される。
【００３１】
従来の光検出器Ａでは、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１の他端が高内部抵抗である演算増幅器１の反転入力端に接続されているため、入力容量Ｃ２の電荷は、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１とフィードバック抵抗ＲＳｎ−２とを介して演算増幅器１の出力に放電される。このフィードバック抵抗ＲＳｎ−２に流れる放電電流が誤差として出力電圧に現れる。本光検出器Ｃでは、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１とアナログスイッチ４を介して放電されるため、出力電圧にこの影響は殆ど現れない。したがって、本光検出器Ｃによれば、測定レンジの連続性を確保しつつ、サンプリングインタバルを短縮することができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
次に、図２は、本発明の第２実施形態に係わる光検出器Ｄの回路図である。
本光検出器Ｄは、上記第１実施形態の光検出器Ｃに第２のアナログスイッチ４を付加したものである。
【００３３】
この第２のアナログスイッチ４は、アナログスイッチ３が無接続状態とされた入力端及び直列接続されたフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２の各一端が接続された入力端を選択して演算増幅器１の出力端に接続する場合において演算増幅器１の出力端を選択して外部に出力電圧Ｖｏｕｔを出力し、またアナログスイッチ３が無接続状態とされた入力端及び直列接続されたフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２の各一端が接続された入力端以外のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎ−３の一端が接続された入力端を選択した場合においては、アナログスイッチ３が選択したと同様のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎ−３の一端を選択して外部に出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００３４】
すなわち、この光検出器Ｄは、測定レンジを設定するためにアナログスイッチ３がフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎ−３を選択した場合は、出力電圧Ｖｏｕｔをアナログスイッチ３の入力端側から取り出すので、アナログスイッチ３のＯＮ抵抗Ｒｏｎの影響を受けることなく、精度の良い出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００３５】
これに対して、アナログスイッチ３が無接続状態とされた入力端を選択した場合、つまり測定レンジを設定するために最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎが用いられる場合、及び測定レンジを設定するために直列接続されたフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２の各一端が接続された入力端をアナログスイッチ３が選択した場合には、演算増幅器１の出力端から出力電圧Ｖｏｕｔを直接取り出す。すなわち、この場合において、測定レンジの設定用に最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎが用いられるときは、当該フィードバック抵抗ＲＳｎは演算増幅器１の出力端と反転入力端との間に直接介挿されているので、アナログスイッチ３のＯＮ抵抗Ｒｏｎの影響を受けることなく精度の良い出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００３６】
この一方、アナログスイッチ３が測定レンジを設定するためにフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２の各一端が接続された入力端を選択した場合には、アナログスイッチ３を介してフィードバック抵抗ＲＳｎ−１とフィードバック抵抗ＲＳｎ−２とが演算増幅器１の出力端と反転入力端との間に直接介挿される、あるいはアナログスイッチ３を介してフィードバック抵抗ＲＳｎ−２が演算増幅器１の出力端と反転入力端との間に直接介挿されることになるので、アナログスイッチ３のＯＮ抵抗Ｒｏｎの影響を受けることになる。しかしながら、ＯＮ抵抗Ｒｏｎは、通常１００Ω以下であり、これに対してフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２の抵抗値Ｒｎ−１，Ｒｎ−２は数ＭΩオーダーの高抵抗値であるため、ＯＮ抵抗Ｒｏｎの影響は極めて小さく無視できるものである。
【００３７】
〔第３実施形態〕
さらに、図３は、本発明の第３実施形態に係わる光検出器Ｅの回路図である。この光検出器Ｅは、上記第２実施形態の光検出器Ｄに対して、一端が演算増幅器１の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器１の反転入力端に接続され、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎよりも高い抵抗値を有する付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１と、この付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１以外のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの各他端の演算増幅器１の反転入力端への接続／乖離を行うメカニカルリレー５と同端子の接地／開放を行うメカニカルリレー６とを付加したものである。なお、この付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１の抵抗値Ｒｎ＋１は、当然に式（２）の条件を満足するもの、つまりフィードバック抵抗ＲＳｎの抵抗値Ｒｎの１０倍である。
【００３８】
ここで、第２実施形態の光検出器Ｄでは、アナログスイッチ３の（ｎ−１）個の入力端子がフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎを介して演算増幅器１の反転入力端に接続された状態にあるため、高抵抗のフィードバック抵抗ＲＳｎを測定レンジの設定用に用いた場合、パターンやアナログスイッチのリークにより等価的に演算増幅器１のゲインが大きくなり雑音が増大するという問題点がある。また、アナログスイッチ３は、端子間容量Ｃ１を持つので、高抵抗のフィードバック抵抗ＲＳｎを測定レンジの設定用に用いた場合には、光量の変化に対する応答が遅れてしまい、よって高速な測定ができない。
【００３９】
しかしながら、本光検出器Ｅによれば、付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１を測定レンジの設定用に用いる場合には、メカニカルリレー５を開状態に設定して、付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１以外の全フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの各他端を演算増幅器１の反転入力端から切り離す。この状態における測定レンジは、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎを用いる測定レンジよりも、さらに強度の小さい光を検出するためのものであり、上記問題は生じない。なお、当該付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１を用いた測定レンジへの切り替えには、アナログスイッチ３及び第２のアナログスイッチ４よりも切り替え時間が長いメカニカルリレー５の切り替えを必要とするため、他の測定レンジからの切り替えに時間を要する。
【００４０】
これに対して、付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１以外のフィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎを用いて測定レンジを設定する場合には、メカニカルリレー５を閉状態とする。この場合、メカニカルリレー５のＯＮ抵抗は、アナログスイッチ３に比較して小さいので、出力電圧Ｖｏｕｔの精度に殆ど影響しない。フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎを用いて測定レンジを切り替える場合には、メカニカルリレー５の状態を切り替える必要はないので、スムーズな測定レンジの切り替えが担保される。
【００４１】
ここで、付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１を用いる測定レンジの状態では、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの一端はアナログスイッチ３を介して演算増幅器１の出力端に接続されているため、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの他端は演算増幅器１の反転入力端の電位と異なる。したがって、当該フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの他端をメカニカルリレー５を閉状態に切り替えることにより演算増幅器１の反転入力端に接続した場合つまり測定レンジを切り替えた場合、一時的に演算増幅器１が飽和してしまうために、出力電圧Ｖｏｕｔが定常電圧に収束するまでに時間を要する。このような事情に対して、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの他端に第２のメカニカルリレーを設け、付加フィードバック抵抗ＲＳｎ＋１を用いて測定レンジを設定しているときには、フィードバック抵抗ＲＳ１〜ＲＳｎの他端を接地しておくことが考えられる。
【００４２】
なお、上記各実施形態では、最大抵抗値のフィードバック抵抗ＲＳｎの次に抵抗値が大きい２つのフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２を直列に接続しているが、この２つのフィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２のうち、抵抗値が小さい方のフィードバック抵抗ＲＳｎ−２を測定レンジの設定用に用いたときの放電電流Ｉｄの緩和時間が問題となる場合には、フィードバック抵抗ＲＳｎ−１，ＲＳｎ−２に加えて次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−３をも直列接続するようにしても良い。すなわち、光検出器Ｃ〜Ｅにおいて、フィードバック抵抗ＲＳｎ−２の他端を次に抵抗値が大きいフィードバック抵抗ＲＳｎ−３の一端に接続する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、演算増幅器と、当該演算増幅器の反転入力端に接続され、被検出光の光量に応じた信号を出力するたフォトダイオードと、抵抗値が各々異なる複数のフィードバック抵抗と、これらフィードバックのうち、最大抵抗値のフィードバック抵抗を除く他のフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端あるいは前記最大抵抗値のフィードバック抵抗の一端に代えて無接続状態とされた入力端を選択的に演算増幅器の出力端に接続するアナログスイッチとを備え、前記最大抵抗値のフィードバック抵抗は、一端が演算増幅器の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器の反転入力端に接続され、他のフィードバック抵抗の他端は演算増幅器の反転入力端に接続されるので、すなわち、最大抵抗値のフィードバック抵抗をアナログスイッチを介すことなく演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に介挿するので、アナログスイッチの入出力端子間容量の影響を低減することが可能であり、したがって高強度から低強度の光量を連続的に測定する際におけるサンプリングインターバルを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる光検出器Ｃの回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる光検出器Ｄの回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係わる光検出器Ｅの回路図である。
【図４】従来技術の一例としての光検出器Ａの回路図である。
【図５】従来技術の他の例としての光検出器Ｂの回路図である。
【図６】アナログスイッチ３の等価回路である。
【図７】出力電圧Ｖｏｕｔの変化を示す説明図である。
【図８】出力電圧Ｖｏｕｔの誤差を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ〜Ｅ……光検出器
ＲＳ１〜ＲＳｎ……フィードバック抵抗
ＲＳｎ＋１……付加フィードバック抵抗
１……演算増幅器
２……フォトダイオード
３，４……アナログスイッチ
５……メカニカルリレー

Claims

演算増幅器と、
当該演算増幅器の反転入力端に接続され、被検出光の光量に応じた信号を出力するたフォトダイオードと、
抵抗値が各々異なる複数のフィードバック抵抗と、
これらフィードバック抵抗のうち、最大抵抗値のフィードバック抵抗を除く他のフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端あるいは前記最大抵抗値のフィードバック抵抗の一端に代えて無接続状態とされた入力端を選択的に演算増幅器の出力端に接続するアナログスイッチとを備え、
前記最大抵抗値のフィードバック抵抗は、一端が演算増幅器の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器の反転入力端に接続され、
他のフィードバック抵抗の他端は演算増幅器の反転入力端に接続される
ことを特徴とする光検出器。
他のフィードバック抵抗のうち、抵抗値が高いフィードバック抵抗の他端を抵抗値が小さいフィードバック抵抗と直列接続することを特徴とする請求項１記載の光検出器。
アナログスイッチが最大抵抗値のフィードバック抵抗の一端に代えて無接続状態とされた入力端及び直列接続されたフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端を選択して演算増幅器の出力端に接続する場合に当該演算増幅器の出力端を選択し出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力すると共に、アナログスイッチが前記無接続状態とされた入力端及び直列接続されたフィードバック抵抗の各一端が接続された入力端を除くフィードバック抵抗の一端が接続された入力端を選択した場合には、アナログスイッチが選択したと同様のフィードバック抵抗の一端を選択し出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力する第２のアナログスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載の光検出器。
一端が演算増幅器の出力端に接続される一方、他端が演算増幅器の反転入力端に接続され、最大抵抗値のフィードバック抵抗よりも高い抵抗値を有する付加フィードバック抵抗と、
該付加フィードバック抵抗以外のフィードバック抵抗の各他端の演算増幅器の反転入力端への接続／乖離を行うメカニカルリレーと、をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
付加フィードバック抵抗以外のフィードバック抵抗の各他端演算増幅器の反転入力端から乖離した場合に、前記付加フィードバック抵抗以外のフィードバック抵抗の各他端を接地する第２のメカニカルリレーを備えることを特徴とする請求項４記載の光検出器。