JPH0280904A - 検出回路 - 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１ この発明は交流駆動による半導体装置検出素子の検出回
路に関するものである。

〔従来の技術ｌ 第４図は浜松ホ）ニクス（株）が発行した半導体装置検
出素子のカタログに示された従来の検出回路の回路図で
あり、図において、（１）はビーム状の／（ｌＶ７．　
ビーＡ光で、　図示りないパルスジェネレータ、ＬＥＤ
およびレンズ系等で作られる。このパルスビーム光（１
）は半導体装置検出素子に）の受光面（２１）に入射し
、信号は２本の出力端子からそれぞれ容量（３）、　（
４）を通しオペアンプ（５）、　（６）Ｉｃよシミ流電
正変換される。これらオペアンプ（５）、　（６）の出
力端子は減算器（７）、加算器（８）と接続され、それ
ぞれの出力はサンプリング回路（９）　、　　（１０）
に別々に接続され、これらのサンプリング回路を通った
信号は除算器（１７）で除算される。

サンプリング回路（９）　、　　（１０）はそれぞれサ
ンプルホールド回路（１１）〜（１４）と差動アンプ（
１５）、　　（１６）で構成されている。

次に動作について説明する。半導体装置検出素子（２）
の出力端子間距離をＬ、容量（３）の接続される端子か
らパルスビーム光α）の照射位置までの距離をＸとする
と、その出力電流１１１１２は、−ＸＸ Ｉ　＋　＝　Ｘ□万７＋ＩＢＩ　　ｌ２＝Ｉ◎Ｌ　”　
Ｉ　Ｂ　２　　・・・（１）となる。ただし、ｚｎは全
信号電流、ＩＢＩ、Ｉｎ２はバルスピーム光以外の電流
でバックグラウンド光による電流やリーク電流であり直
流成分である。工１工２の第１項はパルス光による交流
成分であり、これらがそれぞれ容量（３）、　（４）を
通シオベアンプ（５）Ｌ−Ｘ　　　Ｘ （６）で増幅され波高値がそれぞれ、１、五に比例した
交流電圧信号Ｋ（Ｌ−Ｘ）、ＫＸが出力される。

これらの和Ｋ（Ｌ−２Ｘ）と差ＫＬは直流再生回路（９
）（１０）で直流に変換された後、除算されＬ−２Ｘが
出力端子（１８）に得られる。

パルスビーム光の照射位置Ｘが０からＬまで変−２Ｘ わると、得られる位置信号　　　は１から−１までリニ
アに変わる。

〔発明が解決しようとする課題１ 従来の検出回路は以上のように構成されていたので、容
量は現実罠はある有限の値であるため、これら容量を通
過する電流及びオペアンプの出力電圧信号は第５図の波
形図ようになまってしまう、真の信号の大きさは第５図
のＶであり、検出し烏いピークワ−ピークｉ！　Ｖ　ｐ
はＶにほぼ比例するがピーク部分Ｑの形状は半導体装置
検出素子の時定数で決まシ、この時定数はビーム光の入
射位置Ｘにより大きく変わるため、Ｖｐは正確にはＶＫ
比例しない。減算、加算後の信号も同じ性質を有してい
るため、直流再生回路はピークワ−ピーク回路でなくパ
ルス光に同期したタイミングＰＩ＋Ｐ２でサンプリング
する複雑な回路が必要となる、立上り又は立下シの時刻
ｔｌから時間Δだけ前と後にサンプリングし、パルス幅
をｔｌ、波形の時定数を１とし、時刻ｔでのサンプリン
グ電圧を”（ｔ）とすると、サンプリングされた電圧は
、近似的にｒ（ｔｔ−ｔｔ）−ｒ（ｔｒ＋１）＝（＊　
　””　　　”−＠　　ａ”＋１　　”）ｖ◆（１＋ａ
Δ（Δ−ｔｌ　）　Ｖ　　　−（２）となる。

ところがδだけずれ、タイミングがそれぞれｔｌ−Δ−
ｔｌ−Δ−δ ｔ】＋Δ→ｔ１＋Δ−δ になったとすれば、ａの一次の項が発生し、ｒ（ｔ＋−
７−δ）−ｆ’（ｔ＋＋７−δ）＝’（１＋２ａδ）Ｖ
　　　　　−（３）となる。もし、オペアンプ（５）と
（６）より出力される信号の時定数１が同じなら、除算
することによりこれらの誤差は消えてなくなるが、後に
示すとりり時定数１は入射位置Ｘの関数であり一定でな
い。

また当然ながら容量（３）、　（４）の値に比例するが
これらの温度変化も大きい。したがって現実には除算後
も誤差が表われる。この誤差は同期のずれδが大きいほ
ど大きくなる。

また、プリアンプは交流増幅であるため高価なプラスと
マイナスの電流が必要となる。非反転入力端子にバイア
ス電圧を印加すれば単電源でも動作するが、ノイズがそ
こから進入しＳ／Ｎが低下し易くなる問題点もある。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、パルス光に対する正確な同期が不要で、プリ
アンプが単電源でも容易に動作する検出回路を得ること
を目的とする、 〔課題を解決する丸めの手段１ この発＃４に係る検出回路はパルス光の同一状態で発生
する電気信号の減衰を積属的に利用したものであり、半
導体装置検出素子の出力端子毎に同一時間間隔での電気
信号の減衰値を検出し、これらを演算した値を位置信号
とするものである。

〔作用ｌ この発明における検出回路では上記減衰値の比はサンプ
リングのタイミングがずれても一定であり、またパルス
信号の正又は負の一方だけサンプリングすれば良いので
、プリアンプは単電源で容易に動作可能となる。

［実施例） 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）はビーム状のパルスビーム光で、図
示しないパルスジェネレータ、ＬＥＤレンズ系等で作ら
れる。このパルスビーム光（１）は半導体装置検出素子
（２）の受光面（２１）に入射し、信号は２本の出力端
子からそれぞれ容量（３）、　（４）をＭしてオペアン
プ（５）、　（６）により電流電圧変換される。これら
オペアンプ（５）、　（６）の出力端子はそれぞれサン
プリング回路（９）　、　　（１０）に接続され、タイ
ミングＰＩ　トＰ２でサンプリングされる。これらの出
力端子は減算器（７）、加算器（８）に接続され、これ
らはさらに除算器（１７）に接続される。

サンプリング回路（９）、　　（１０）はそれぞれサン
プルホールド回路（１１）〜（１４）と差動アンプ（１
５）　、　　（１６）で構成される。

第２図はプリアンプ（５）、　（６）の詳細図であるっ
（り） オペアンプ間の出力電圧Ｖｏｕｔｌはその反転入力端子
を流れる電流１；に比例し Ｖｏｕｔｌ　　＝　−Ｒｆｉｌ となるため、　Ｖｏｕｔｌを調べるにはｉ；を調べれば
よい。容量Ｃが十分大きければ、１パルス同期内で電流
１；は一定であるが、現実には有限な値であるため時間
ｔとともに変化する。また、パルスの立上り、立下りに
は半導体装置検出素子（２）の構造と入射位置Ｘによシ
決まる時定数でなま９が生ずるが、この時定数がパルス
周期より十分小さく、また上記の時間変化が小さくｔの
一次の項まで近似すると １１＝ｉｎ念［１＋（ヲ（占）２藷、−ム橙ｊ蟲３．イ
、。

ただし、ｒ　１＝Ｒ（”　Ｆ筺蒔 Ｒｂ ｒ２　＝　Ｒ２＋　、、１ Ｒ１−Ｒｒ呈 Ｒ２”Ｒｒ− Ｒｒは半導体装置検出素子の電極間 抵抗＝Ｒ１−１−Ｒ２ となる。したがって、時定数の逆数は （：、１２　ｃ預Ｊ苓）′暫ν巡−Ｒ＋Ｒｈ）杏　　　
　　・−・（５）であシ、光入射位置Ｘに依存、つｉｂ
入射位置に関する情報を含んでいる。したがって第３図
に示すように、１パルス時間内の時間Δｔだけ離れたタ
イミングＰＩ＋　Ｒ２の間の１；の差分量はであり、サ
ンプリング回路（９）の出力に現われる。

したがって除算器（１７）の出力信号Ｐはん含まれてな
いが、容量Ｃ°も含まれておらず容量の温度変化には無
関係である。また、ｒｌ＋ｒ２＋　Ｒｈ、　Ｒは定数で
あるからこの信号Ｐは入射位置Ｘの変化に対しリニアに
変化し、位置信号に相当する。

さらに、第３図のパルスが反転した部分の電圧は使って
ないのでプリアンプは正又は負の一方のみで動作すれば
よく、オペアンプを単一電源で動作させてもよい。また
、オペアンプのオフセット電圧に影響されないのは従来
の検出回路と同じである。

また、サンプリングのタイミングＰｌ＋　Ｒ２、サンプ
リング間隔Δｔが変動しても信号Ｐは影響を受けないの
で、パルス光源との同期を正確に行なう必要もない。

なお、上記実施例の半導体装置検出素子は１火元型であ
ったが、２火元型であってもよくまた他のアナログ動作
する光ポテンショでもよい。また、入射面に光を入射さ
せたが放射線であっても動作する。

また、検出回路の演算器はアナログ素子を使って説明し
たが、たとえばＡ／Ｄコンバーターとマイクロコンピュ
ータ等で構成されるデジタル素子であってもよい。

〔発明の効果Ｊ 以上のようにこの発明によれば、１パルス内でサンプリ
ングしその変化量を演算するようにしたので、パルス光
との正確な同期は不要で、応用範囲が広がり、また回路
を安価に構成できる効果があろう

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による検出回路の回路図、
第２図は第１図のプリアンプの詳細図、第３図はこの発
明の動作説明のだめの電流波形図、第４図は従来の検出
回路の回路図、第５図は従来の動作説明のための電圧波
形図である。 図において、（１）はパルスビーム光、（２）は半導体
装置検出素子、（３）、　（４）は容量、（５）、　（
６）はプリアンプ、（９）　、　　（１０）はサンプリ
ング回路、（７）、　（８）、　　ｌ’１．７）はそれ
ぞれ減算器、加算器、除算器を示す。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルス光源によつて受光面に照射される半導体装置検出
   素子、この半導体装置検出素子の複数の出力端子にそれ
   ぞれ容量を介して接続されたオペアンプ、前記パルス光
   源の１パルス時間内に前記複数の出力端子毎に同一サン
   プリング間隔で出力信号の変化の値をサンプリングする
   サンプリング回路、前記複数のサンプリング値相互を演
   算し前記パルス光源が前記受光面を照射する位置信号を
   出力する演算回路とより成る検出回路。