JPH04269637A - 光電変換装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、広範囲にわたって入
射光量が変化する入射光線を電気信号に変換する光電変
換装置に関し、特に、入射光線の強度に対する電気信号
の直線性を保持しつつ、かつ、応答性を向上させた光電
変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】色温度計、輝度温度計などの光学的測温
装置において、光電変換素子として太陽電池やＰＩＮフ
オト・ダイオードを用いた場合には、光電変換素子の出
力を増幅する増幅器として、多段に接続されたトランジ
スタ増幅器やＩＣ化された増幅器を使用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光電変換素子となる太
陽電池やＰＩＮフオト・ダイオードに入射する光量が、
微弱な光量から数万ｌｘにわたって大幅に変化し、光電
変換素子の出力も大幅に変化する場合があり、その出力
を通常の増幅器を使用して増幅しようとすると、その増
幅器の利得を　１００ｄｂ以上にわたって広範囲に調整
する必要があり、このような広範囲の利得調整は極めて
困難であるから、許容される入射光量には限度があり、
入射光量が多過ぎる場合には絞りによって制限しなけれ
ばならなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、こ
のような問題点を解決するために考えられたものであっ
て、光電変換素子の出力を増幅する増幅器として光電子
増倍管を使用し、光電子増倍管が有する広範囲な利得調
整機能を活用し、そして、光電変換素子にバイアス光線
を入射させることにより応答性を向上させたものである
。

【０００５】

【実施例】（この発明の前提となる技術）図３に示すよ
うに、光電子増倍管１は、光１０が入射したとき光電子
を放出する光電面を有するカソード電極１ｋと、複数段
のダイノード電極１ｄと、１つのアノード電極１ａを具
備するものである。

【０００６】通常の使用状態においては、直列に接続さ
れた複数の分圧抵抗Ｒを介して、カソード電極１ｋと全
ダイノード電極１ｄに対して順次に上昇する電圧を直流
可変電圧源２より印加しておく。そして、カソード電極
１ｋに光が入射すると、このカソード電極１ｋより入射
光量に比例した光電子を放出するので、その光電子は、
隣接する各段のダイノード電極１ｄへ衝突するごとに２
次電子の数を増加させ、最後にアノード電極１ａに捕捉
されるものである。そして、このアノード電極１ａに接
続された負荷抵抗ＲＬより入射光量に比例した出力電圧
を得ている。

【０００７】このように、光電子増倍管１は、カソード
電極１ｋに入射する光量が少なくて放出される光電子が
少ない場合でも、アノード電極１ａに捕捉される電子の
量は多くなり、高利得の増幅機能を具備している。そし
て、直流可変電圧源２から分圧抵抗Ｒに印加する電圧を
調整することにより、その増倍率を　１０２〜１０１１
倍と大幅に変えることが可能である。

【０００８】（構成）図１に示すように、可変電圧源２
に対して直列接続された分圧抵抗Ｒを介し、全ダイノー
ド電極１ｄに対して順次に上昇する電圧が印加されてい
る光電子増倍管１を使用し、この光電子増倍管１のカソ
ード電極１ｋと直流可変電圧源２との間に入射光線を電
気信号に変換する太陽電池やＰＩＮフオト・ダイオード
のような光電変換素子４が接続され、アノード電極１ａ
は、電流を電圧に変換する演算増幅器３の入力端子に接
続されている。

【０００９】そして、光電変換素子４に対して、電気信
号に変換すべき入射光線１３の他に、バイアスとなる一
定光量のバイアス光線１２を入射させる第１の光源１１
と、光電子増倍管１のカソード電極１ｋに対して一定光
量の光線１４を常に照射する発光ダイオードのような第
２の光源１１が設けられている。

【００１０】演算増幅器３の出力は、信号の処理に利用
されるとともに、ピーク検知回路８に導かれ、このピー
ク検知回路８のピーク値出力は、比較回路９において基
準電圧ｒｅｆ　と比較され、両者の偏差が直流可変電圧
源２に帰還されて発生電圧を調整する自動利得制御系を
形成している。

【００１１】この発明の光電子増倍管１および光電変換
素子４を含む光電変換装置を、たとえば、色温度計に適
用する場合には、光電変換素子４となる太陽電池やＰＩ
Ｎフオト・ダイオードに対する入射光路の途中に、通過
波長がλａ、λｂと異なる２種のフィルタ６ａ、６ｂと
光線を遮断する遮光部６ｃとを有し、モータ７によって
回転させられる回転フィルタ６を設ける。

【００１２】（動作）光電変換素子４に対して光線が全
く入射していない状態においては、光電変換素子４より
電流を発生しないので、光源１１より光電子増倍管１の
カソード電極１ｋに対して一定光量の光線が入射してい
ても電流を流すことができないから、カソード電極１ｋ
より光電子を放出することはない。

【００１３】しかし、光電変換素子４に光線が入射する
と、その入射光量に比例した電流を発生し、その発生し
た電流と同じ量の光電子を光電子増倍管１のカソード電
極１ｋより放出する。そして、カソード電極１ｋより放
出された光電子は、各段のダイノード電極１ｄで増倍さ
れたのち、アノード電極１ａで捕捉され、電流となって
演算増幅器３に入力される。

【００１４】このとき、光電子増倍管１のアノード電極
１ａより発生する電流は、光電変換素子４に入射した光
量に比例するとともに、光電子増倍管１の利得に比例す
る。

【００１５】光電子増倍管１の利得は、直流可変電圧源
２を調整して分圧抵抗Ｒに印加される電圧、すなわち、
カソード電極１ｋおよび各段のダイノード電極１ｄ相互
間に印加されている電圧を調整することにより、その利
得を　１０２〜１０１１倍と大幅に変えることが可能で
あるから、光電変換素子４に入射する光線が大幅に変化
しても、直流可変電圧源２の発生電圧を調整することに
より、最適な利得で増幅することができる。

【００１６】しかし、光電変換素子４の入射光量が零の
状態における光電子増倍管１のアノード電極１ａより発
生する電流を基準値として利用なければ、正確な信号処
理をすることができないので、回転フイルタ６に遮光部
６ｃを設けている。

【００１７】２つの波長λａ、λｂを通過させるフイル
タ６ａ、６ｂおよび遮光部６ｃを有する回転フイルタ６
によって、光電変換素子４に入射する光線を変化させる
と、遮光部６ｃにより遮光したとき、光電変換素子４は
著しく高インピーダンスになって、光電変換素子４およ
び光電子増倍管１のアノード電極１ａに残留している電
子のために、図２のＡに示すように入射光量が変化して
も、光電子増倍管１のアノード電極１ａから出力される
信号の波形は、図２のＢに示すように変化し、応答性が
著しく劣化する。

【００１８】そこで、第１の光源５より、光電変換素子
４に対して微弱な一定光量のバイアス光線１２を常に入
射させておくと、光電変換素子４が高インピーダンス状
態になるときがないので、入射光量の変化に追従した波
形の信号を得ることができ、応答性を向上させることが
できる。

【００１９】

【効果】以上で説明したように、この発明の光電変換装
置によると、入射光量が大幅に変化しても、増幅器とし
て動作する光電子増倍管の利得を大幅に変化させ得るの
で、入射光量に対する直線性を保持しつつ入射光線を忠
実に電気信号に変換することができ、また、光電変換素
子にバイアス光線を常に入射させておくことにより、急
激な入射光量の変化に対する応答性を向上することでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光電変換装置の一実施例を示す回路
図である。

【図２】図１に示す光電変換装置の動作を説明するため
に用いる波形図である。

【図３】この発明の光電変換装置の前提をなす技術を説
明するために用いる回路図である。

【符号の説明】

１　　光電子増倍管 ２　　直流可変電圧源 ３　　演算増幅器 ４　　光電変換素子 ５　　第１の光源 ６　　回転フィルタ ７　　モータ １１　　第２の光源 １２　　バイアス光線 １３　　入射光線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入射光量に対応した光電子を放出する
   光電面を有するカソード電極、複数段のダイノード電極
   、アノード電極を備えた光電子増倍管と、上記複数段の
   ダイノード電極に順次増加する電圧を印加する直列接続
   された分圧抵抗と、該分圧抵抗に直流電圧を印加する直
   流電源と、該直流電源と上記カソード電極との間に接続
   され、変換すべき光線が入射する光電変換素子と、該光
   電変換素子にほぼ一定のバイアス光線を入射させる第１
   の光源と、上記光電子増倍管のカソード電極にほぼ一定
   の光線を入射させる第２の光源とを具備し、上記光電変
   換素子から発生する電流を上記光電子増倍管のアノード
   電極より増幅された電流として導き出すことを特徴とす
   る光電変換装置。
2. 【請求項２】上記分圧抵抗に直流電圧を印加する直流電
   源に直流可変電圧源を使用し、該直流可変電圧源の発生
   電圧を変えて光電子増倍管の利得を調整することを特徴
   とする請求項１に記載の光電変換装置。