JPH0451774B2 - - Google Patents
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- JPH0451774B2 JPH0451774B2 JP17676387A JP17676387A JPH0451774B2 JP H0451774 B2 JPH0451774 B2 JP H0451774B2 JP 17676387 A JP17676387 A JP 17676387A JP 17676387 A JP17676387 A JP 17676387A JP H0451774 B2 JPH0451774 B2 JP H0451774B2
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、フオトダイオードなどの光電変換素
子によつて光電変換された光電流のうち信号光に
よるもののみを増幅して出力する光検出装置に関
する。
子によつて光電変換された光電流のうち信号光に
よるもののみを増幅して出力する光検出装置に関
する。
一般に、フオトダイオードなどの光電変換素子
と光電変換素子によつて光電変換された光電流を
電流−電圧変換して増幅する増幅器とからなる光
検出装置では、検出されるべき信号光と同時に、
太陽光などの外乱光が光電変換素子に入射する場
合に、信号光による光電流のみを増幅して出力す
る必要がある。
と光電変換素子によつて光電変換された光電流を
電流−電圧変換して増幅する増幅器とからなる光
検出装置では、検出されるべき信号光と同時に、
太陽光などの外乱光が光電変換素子に入射する場
合に、信号光による光電流のみを増幅して出力す
る必要がある。
特に信号光が交流変調光あるいはパルス変調光
であり、外乱光が直流光あるいは信号光の周波数
よりもかなり低い周波数の光である場合に、増幅
回路において、光電変換された光電流から直流成
分および低周波数成分を取除くことで、信号光に
よる光電流のみを抽出して出力することができ
る。
であり、外乱光が直流光あるいは信号光の周波数
よりもかなり低い周波数の光である場合に、増幅
回路において、光電変換された光電流から直流成
分および低周波数成分を取除くことで、信号光に
よる光電流のみを抽出して出力することができ
る。
第３図および第４図はこの種の従来の光検出装
置の構成図である。
置の構成図である。
第３図の光検出装置は、フオトダイオードなど
の光電変換素子５０と、光電変換素子５０によつ
て光電変換された光電流を電流電圧変換し増幅す
る増幅器５１と、増幅器５１の出力端子に直列に
接続されている結合コンデンサ５２とを備えてい
る。
の光電変換素子５０と、光電変換素子５０によつ
て光電変換された光電流を電流電圧変換し増幅す
る増幅器５１と、増幅器５１の出力端子に直列に
接続されている結合コンデンサ５２とを備えてい
る。
第３図の構成の光検出装置では、増幅器５１か
らの信号光による交流電圧成分と外乱光による直
流電圧成分、低周波電圧成分とが結合コンデンサ
５２に入力するが、結合コンデンサ５２は、信号
光による交流電圧成分だけを通過させ出力するの
で、外乱光による電圧成分を取除くことができ
る。
らの信号光による交流電圧成分と外乱光による直
流電圧成分、低周波電圧成分とが結合コンデンサ
５２に入力するが、結合コンデンサ５２は、信号
光による交流電圧成分だけを通過させ出力するの
で、外乱光による電圧成分を取除くことができ
る。
また第４図の電圧検出装置は、光電変換素子５
０と、光電変換素子５０によつて光電変換された
光電流を電流電圧変換し増幅する増幅器５１と、
増幅器５１からの出力電圧のうち直流電圧成分お
よび低周波電圧成分を通過させるローパスフイル
タ６２と、ローパスフイルタ６２からの直流電圧
成分および低周波電圧成分を電圧−電流変換して
増幅器５１に負帰還入力させる増幅器６３とを備
えている。
０と、光電変換素子５０によつて光電変換された
光電流を電流電圧変換し増幅する増幅器５１と、
増幅器５１からの出力電圧のうち直流電圧成分お
よび低周波電圧成分を通過させるローパスフイル
タ６２と、ローパスフイルタ６２からの直流電圧
成分および低周波電圧成分を電圧−電流変換して
増幅器５１に負帰還入力させる増幅器６３とを備
えている。
第４図の電圧検出装置では、増幅器５１からの
外乱光による直流電圧成分および低周波電圧成分
は、ローパスフイルタ６２、増幅器６３を介して
増幅器５１に負帰還入力するので、これにより増
幅器５１の出力電圧から外乱光による直流電圧成
分、低周波電圧成分を取除くことができる。
外乱光による直流電圧成分および低周波電圧成分
は、ローパスフイルタ６２、増幅器６３を介して
増幅器５１に負帰還入力するので、これにより増
幅器５１の出力電圧から外乱光による直流電圧成
分、低周波電圧成分を取除くことができる。
しかしながら第３図の光検出装置では、増幅器
５１からは信号光による交流電圧成分とは外乱光
による直流電圧成分、低周波電圧成分との両方が
出力され、しかる後結合コンデンサ５２によつて
直流電圧成分、低周波電圧成分を取除いているの
で、外乱光の光量が多い場合に増幅器５１にはそ
のダイナミツクレンジ以上の光電流が加わること
になり、増幅器５１の出力特性が飽和し、その出
力中に含まれる信号光による交流電圧成分が消失
するという事態が生ずる。このために、増幅器５
１の入力電流のダイナミツクレンジをゲインに対
して相対的に大きくとる必要がある。換言すれ
ば、増幅器５１の出力ダイナミツクレンジに対
し、ゲインを小さくしておく必要がある。しかし
ながら、増幅器５１のゲインを小さくすると、外
乱光の光量が多い場合に増幅器５５の出力特性が
飽和するという事態を防止できるものの、信号光
による交流電圧成分に対するゲインも小さくなる
ので、感度を良くするためには増幅器５１の後段
でこれをさらに増幅しなければならないという問
題がある。
５１からは信号光による交流電圧成分とは外乱光
による直流電圧成分、低周波電圧成分との両方が
出力され、しかる後結合コンデンサ５２によつて
直流電圧成分、低周波電圧成分を取除いているの
で、外乱光の光量が多い場合に増幅器５１にはそ
のダイナミツクレンジ以上の光電流が加わること
になり、増幅器５１の出力特性が飽和し、その出
力中に含まれる信号光による交流電圧成分が消失
するという事態が生ずる。このために、増幅器５
１の入力電流のダイナミツクレンジをゲインに対
して相対的に大きくとる必要がある。換言すれ
ば、増幅器５１の出力ダイナミツクレンジに対
し、ゲインを小さくしておく必要がある。しかし
ながら、増幅器５１のゲインを小さくすると、外
乱光の光量が多い場合に増幅器５５の出力特性が
飽和するという事態を防止できるものの、信号光
による交流電圧成分に対するゲインも小さくなる
ので、感度を良くするためには増幅器５１の後段
でこれをさらに増幅しなければならないという問
題がある。
また第４図の光検出装置では、増幅器５１の入
力に直流電圧成分および低周波電圧成分が負帰還
されるので、増幅器５１の入力は実質的に信号光
による交流電圧成分だけとなる。これにより、外
乱光の光量が多い場合でも、増幅器５１が飽和す
ることはなく、増幅器５１のゲインを小さくせず
とも外乱光に対してダイナミツクレンジを大きく
とることができる。しかしながら第４図の光検出
装置では、負帰還を行なうためのローパスフイル
タ６２に大容量のコンデンサが必要であり、さら
には負帰還を行なうことで回路を常に安定して動
作させることが難かしいなどの問題があつた。
力に直流電圧成分および低周波電圧成分が負帰還
されるので、増幅器５１の入力は実質的に信号光
による交流電圧成分だけとなる。これにより、外
乱光の光量が多い場合でも、増幅器５１が飽和す
ることはなく、増幅器５１のゲインを小さくせず
とも外乱光に対してダイナミツクレンジを大きく
とることができる。しかしながら第４図の光検出
装置では、負帰還を行なうためのローパスフイル
タ６２に大容量のコンデンサが必要であり、さら
には負帰還を行なうことで回路を常に安定して動
作させることが難かしいなどの問題があつた。
本発明は、光電変換素子によつて光電変換され
た光電流のうち信号光によるもののみを安定した
状態で、高感度に出力することの可能な光検出装
置を提供することを目的としている。
た光電流のうち信号光によるもののみを安定した
状態で、高感度に出力することの可能な光検出装
置を提供することを目的としている。
本発明は、第１の光電変換素子と、第１の光電
変換素子と、第１の光電変換素子からの光電流を
電圧に変換して増倍する第１の電流−電圧変換増
幅手段と、第２の光電変換素子と、前記第１の電
流−電圧変換増幅手段の周波数帯域幅よりも狭い
帯域幅をもち第２の光電変換素子からの低周波の
光電流に応答しこれを電流に変換して増幅する第
２の電流−電圧変換増幅手段と、第２の電流−電
圧変換増幅手段からの出力電圧を所定の利得で電
流に変換して前記第１の電流−電圧変換増幅手段
の入力端に加える電圧−電流変換増幅手段とを備
え、前記電圧−電流変換増幅手段からの電流は、
前記第１の光電変換素子からの光電流を相殺する
方向に前記第１の電流−電圧変換増幅手段の入力
端に流入するようになつていることを特徴とする
光検出装置によつて、上記従来技術の問題点を改
善するものである。
変換素子と、第１の光電変換素子からの光電流を
電圧に変換して増倍する第１の電流−電圧変換増
幅手段と、第２の光電変換素子と、前記第１の電
流−電圧変換増幅手段の周波数帯域幅よりも狭い
帯域幅をもち第２の光電変換素子からの低周波の
光電流に応答しこれを電流に変換して増幅する第
２の電流−電圧変換増幅手段と、第２の電流−電
圧変換増幅手段からの出力電圧を所定の利得で電
流に変換して前記第１の電流−電圧変換増幅手段
の入力端に加える電圧−電流変換増幅手段とを備
え、前記電圧−電流変換増幅手段からの電流は、
前記第１の光電変換素子からの光電流を相殺する
方向に前記第１の電流−電圧変換増幅手段の入力
端に流入するようになつていることを特徴とする
光検出装置によつて、上記従来技術の問題点を改
善するものである。
本発明では、入射した光により第１の光電変換
素子から出力される光電流を第１の電流−電圧変
換増幅手段によつて電圧に変換し増幅して出力す
るようになつている。ところで本発明では、さら
に第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子か
らの光電流を電圧に変換して増幅する第２の電流
−電圧変換増幅手段と、第２の電流−電圧変換増
幅手段からの出力電圧を電流に変換して第１の電
流−電圧変換増幅手段の入力端を加える電圧−電
流変換手段とを備えている。この第２の電流−電
圧変換増幅手段は、第１電流−電圧変換増幅手段
の周波数帯域幅よりも狭い帯域幅をもち、第２の
光電変換素子からの低周波の光電流だけに応答す
るので、第２の電流−電圧変換増幅手段から出力
される電圧は、第２の光電変換素子に入射する光
のうち、外乱光によるものだけとなり、これが電
圧−電流変換手段を介して第１の電流−電圧変換
増幅手段に第１の光電変換素子からの光電流を相
殺する方向に流入する。これにより、第１の電流
−電圧変換増幅手段に流入する光電流のうち外乱
光による直流電圧成分、低周波成分を減少させ、
第１の電流−電圧変換増幅手段の利得を小さく設
定せずとも、第１の電流−電圧変換増幅手段から
信号光による交流成分を感度良く出力させること
ができる。
素子から出力される光電流を第１の電流−電圧変
換増幅手段によつて電圧に変換し増幅して出力す
るようになつている。ところで本発明では、さら
に第２の光電変換素子と、第２の光電変換素子か
らの光電流を電圧に変換して増幅する第２の電流
−電圧変換増幅手段と、第２の電流−電圧変換増
幅手段からの出力電圧を電流に変換して第１の電
流−電圧変換増幅手段の入力端を加える電圧−電
流変換手段とを備えている。この第２の電流−電
圧変換増幅手段は、第１電流−電圧変換増幅手段
の周波数帯域幅よりも狭い帯域幅をもち、第２の
光電変換素子からの低周波の光電流だけに応答す
るので、第２の電流−電圧変換増幅手段から出力
される電圧は、第２の光電変換素子に入射する光
のうち、外乱光によるものだけとなり、これが電
圧−電流変換手段を介して第１の電流−電圧変換
増幅手段に第１の光電変換素子からの光電流を相
殺する方向に流入する。これにより、第１の電流
−電圧変換増幅手段に流入する光電流のうち外乱
光による直流電圧成分、低周波成分を減少させ、
第１の電流−電圧変換増幅手段の利得を小さく設
定せずとも、第１の電流−電圧変換増幅手段から
信号光による交流成分を感度良く出力させること
ができる。
なお、第２の光電変換素子の受光面積を第１の
光電変換素子の受光面積よりも小さくし、第２の
電流−電圧変換増幅手段と電圧−電流変換手段と
による利得を第１および第２の光電変換素子の受
光面積比とほぼ同じに設定すると、第１の電流−
電圧変換増幅手段の入力端において外乱光による
直流成分、低周波成分は完全に相殺されるので、
信号光による交流成分を一層感度良く出力させる
ことができる。また、第２の光電変換素子に入射
する光量に対する第２の電流−電圧変換増幅手段
のダイナミツクレンジを第１の光電変換素子に入
射する光量に対する第１の電流−電圧変換増幅手
段のダイナミツクレンジよりも大きく設定するこ
とにより、強い外乱光の場合にも、第１の電流−
電圧変換増幅手段を何ら飽和させずに、信号光に
よる交流成分だけを感度良くかつ精度良く出力さ
せることができる。
光電変換素子の受光面積よりも小さくし、第２の
電流−電圧変換増幅手段と電圧−電流変換手段と
による利得を第１および第２の光電変換素子の受
光面積比とほぼ同じに設定すると、第１の電流−
電圧変換増幅手段の入力端において外乱光による
直流成分、低周波成分は完全に相殺されるので、
信号光による交流成分を一層感度良く出力させる
ことができる。また、第２の光電変換素子に入射
する光量に対する第２の電流−電圧変換増幅手段
のダイナミツクレンジを第１の光電変換素子に入
射する光量に対する第１の電流−電圧変換増幅手
段のダイナミツクレンジよりも大きく設定するこ
とにより、強い外乱光の場合にも、第１の電流−
電圧変換増幅手段を何ら飽和させずに、信号光に
よる交流成分だけを感度良くかつ精度良く出力さ
せることができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明に係る光検出装置の実施例の構
成図である。
成図である。
第１図の光検出装置は、２つの光電変換素子
１，２と、光電変換素子１，２によつて光電変換
された光電流をそれぞれ電圧に変換する電流−電
圧変換増幅手段３，４と、電流−電圧変換増幅手
段４の出力端と電流−電圧変換増幅手段３の入力
端とを接続する抵抗５とを備えている。
１，２と、光電変換素子１，２によつて光電変換
された光電流をそれぞれ電圧に変換する電流−電
圧変換増幅手段３，４と、電流−電圧変換増幅手
段４の出力端と電流−電圧変換増幅手段３の入力
端とを接続する抵抗５とを備えている。
光電変換素子１，２は、それぞれフオトダイオ
ードからなつており、光電変換素子１，２の受光
面積をそれぞれＡ，Ｂとすると、受光面積Ａ，Ｂ
が、 Ａ／Ｂ＞１ ……(1) の関係を満たすように構成されている。
ードからなつており、光電変換素子１，２の受光
面積をそれぞれＡ，Ｂとすると、受光面積Ａ，Ｂ
が、 Ａ／Ｂ＞１ ……(1) の関係を満たすように構成されている。
また電流−電圧変換増幅手段３は、高ゲインの
反転増幅器６と、反転増幅器６の出力をその入力
側に帰還させる帰還抵抗７とからなつており、電
流−電圧変換増幅手段４は、高ゲインの反転増幅
器８と、反転増幅器６の出力をその入力側に帰還
させる帰還抵抗９および帰還容量１０とからなつ
ている。電流−電圧変換増幅手段３，４における
直流の電流−電圧変換利得すなわちゲインは、そ
れぞれの帰還抵抗７，９の抵抗値RF1，RF2によ
つて決定される。すなわち電流−電圧変換増幅手
段３，４のゲインはそれぞれ、RF1，RF2となる。
また、電流−電圧変換増幅手段４は、帰還容量１
０を有しているが、この帰還容量１０の容量値
CFによつて、電流−電圧変換増幅手段４のカツ
トオフ周波数f0は、 f0＝１／2πCFRF2 ……(2) となり、第２図に示すように、電流−電圧変換増
幅手段４の帯域幅f2は、電流−電圧変換増幅手段
３の帯域幅f1よりもかなり小さくなつている。
反転増幅器６と、反転増幅器６の出力をその入力
側に帰還させる帰還抵抗７とからなつており、電
流−電圧変換増幅手段４は、高ゲインの反転増幅
器８と、反転増幅器６の出力をその入力側に帰還
させる帰還抵抗９および帰還容量１０とからなつ
ている。電流−電圧変換増幅手段３，４における
直流の電流−電圧変換利得すなわちゲインは、そ
れぞれの帰還抵抗７，９の抵抗値RF1，RF2によ
つて決定される。すなわち電流−電圧変換増幅手
段３，４のゲインはそれぞれ、RF1，RF2となる。
また、電流−電圧変換増幅手段４は、帰還容量１
０を有しているが、この帰還容量１０の容量値
CFによつて、電流−電圧変換増幅手段４のカツ
トオフ周波数f0は、 f0＝１／2πCFRF2 ……(2) となり、第２図に示すように、電流−電圧変換増
幅手段４の帯域幅f2は、電流−電圧変換増幅手段
３の帯域幅f1よりもかなり小さくなつている。
電流−電圧変換増幅手段４の出力端と電流−電
圧変換増幅手段３の入力端とを接続する抵抗５
は、電流−電圧変換増幅手段４からの出力電圧を
電流に変換して電流−電圧変換増幅手段３の入力
に加えるためのものであり、電圧−電流変換器と
して機能する。なおこの抵抗５の抵抗値をRCと
すると、この抵抗５による電圧−電流変換利得
は、１／RCとなる。
圧変換増幅手段３の入力端とを接続する抵抗５
は、電流−電圧変換増幅手段４からの出力電圧を
電流に変換して電流−電圧変換増幅手段３の入力
に加えるためのものであり、電圧−電流変換器と
して機能する。なおこの抵抗５の抵抗値をRCと
すると、この抵抗５による電圧−電流変換利得
は、１／RCとなる。
このような構成の光検出装置では、光電変換素
子１，２に同じ光量の光すなわち外乱光を含んだ
信号光を同時に入射させると、光電変換素子１，
２には光電流I1，I2がそれぞれ流れる。光電変換
素子１，２の受光面積Ａ，Ｂは、前述の(1)式の関
係のようになつているので、光電流I1，I2間に
は、ｋを定数として、 I1＝Ｋ・I2 ……(3) の関係が成立する。光電流I2が電流−電圧変換増
幅手段４に加わると、電流−電圧変換増幅手段４
の出力電圧V02は、 V02＝−I2・RF2＝−I1・RF2／ｋ ……(4) となり、この出力電圧V02により抵抗５を介して
電流−電圧変換増幅手段３の入力端に流入する電
流ICは、 IC＝V02／RC ＝−I1・RF2／（ｋ・RC） ……(5) となる。いま、帰還抵抗９の抵抗値RF2と抵抗５
の抵抗値RCとを RF2／RC＝ｋ ……(6) の関係を満たすように選定すると、(5)式から、抵
抗５を介して電流−電圧変換増幅手段３の入力端
に流入する電流ICは、 IC＝−I1 ……(7) となり、光電変換素子１からの光電流I1を相殺
し、電流−電圧変換増幅手段３に流入する電流を
零にすることができる。但し、全ての帯域におい
て電流を相殺すると、外乱光による直流成分、低
周波成分のみならず、信号光による交流成分も失
なわれてしまうので、本実施例では、帰還容量１
０によつて外乱光による直流成分、低周波成分の
電流だけを相殺するようにしている。すなわち第
２図に示すように帰還容量１０によつて電流−電
圧変換増幅手段４の周波数帯域（帯域幅f1）を信
号光による交流成分の周波数帯域（帯域幅f2）に
対して十分低く設定すれば、電流−電圧変換増幅
手段４の出力電圧V02は、信号光による交流成分
を含まず外乱光による直流成分、低周波成分だけ
のものとなり、従つて抵抗５を介して電流−電圧
変換増幅手段３に流入する電流ICも、直流成分、
低周波成分だけのものとなる、これにより、光電
変換素子１からの光電流I1のうち直流成分、低周
波成分のものだけを電流ICにより実質的に取除く
ことができる。このようにして電流−電圧変換増
幅手段３の入力端には、光電流I1のうち信号光に
よる交流成分のもののみが、加わるので、電流−
電圧変換増幅手段３は、この信号光による光電流
だけをゲインを小さくする必要なく利得RF1で電
流−電圧変換して出力することができるので、従
来のものに比べて感度を著しく向上させることが
可能となる。
子１，２に同じ光量の光すなわち外乱光を含んだ
信号光を同時に入射させると、光電変換素子１，
２には光電流I1，I2がそれぞれ流れる。光電変換
素子１，２の受光面積Ａ，Ｂは、前述の(1)式の関
係のようになつているので、光電流I1，I2間に
は、ｋを定数として、 I1＝Ｋ・I2 ……(3) の関係が成立する。光電流I2が電流−電圧変換増
幅手段４に加わると、電流−電圧変換増幅手段４
の出力電圧V02は、 V02＝−I2・RF2＝−I1・RF2／ｋ ……(4) となり、この出力電圧V02により抵抗５を介して
電流−電圧変換増幅手段３の入力端に流入する電
流ICは、 IC＝V02／RC ＝−I1・RF2／（ｋ・RC） ……(5) となる。いま、帰還抵抗９の抵抗値RF2と抵抗５
の抵抗値RCとを RF2／RC＝ｋ ……(6) の関係を満たすように選定すると、(5)式から、抵
抗５を介して電流−電圧変換増幅手段３の入力端
に流入する電流ICは、 IC＝−I1 ……(7) となり、光電変換素子１からの光電流I1を相殺
し、電流−電圧変換増幅手段３に流入する電流を
零にすることができる。但し、全ての帯域におい
て電流を相殺すると、外乱光による直流成分、低
周波成分のみならず、信号光による交流成分も失
なわれてしまうので、本実施例では、帰還容量１
０によつて外乱光による直流成分、低周波成分の
電流だけを相殺するようにしている。すなわち第
２図に示すように帰還容量１０によつて電流−電
圧変換増幅手段４の周波数帯域（帯域幅f1）を信
号光による交流成分の周波数帯域（帯域幅f2）に
対して十分低く設定すれば、電流−電圧変換増幅
手段４の出力電圧V02は、信号光による交流成分
を含まず外乱光による直流成分、低周波成分だけ
のものとなり、従つて抵抗５を介して電流−電圧
変換増幅手段３に流入する電流ICも、直流成分、
低周波成分だけのものとなる、これにより、光電
変換素子１からの光電流I1のうち直流成分、低周
波成分のものだけを電流ICにより実質的に取除く
ことができる。このようにして電流−電圧変換増
幅手段３の入力端には、光電流I1のうち信号光に
よる交流成分のもののみが、加わるので、電流−
電圧変換増幅手段３は、この信号光による光電流
だけをゲインを小さくする必要なく利得RF1で電
流−電圧変換して出力することができるので、従
来のものに比べて感度を著しく向上させることが
可能となる。
また第１図の光検出装置において、光電変換素
子２、電流−電圧変換増幅手段４、抵抗５が設け
られておらず電流−電圧変換増幅手段３の入力端
に抵抗５からの電流ICを流入させない場合には
（すなわち第３図に示すような従来の光検出装置
と同様の構成では）、光電変換素子１に入射する
光の光量は、電流−電圧変換増幅手段３の反転増
幅器６の飽和出力電圧VTHによつて制限される。
子２、電流−電圧変換増幅手段４、抵抗５が設け
られておらず電流−電圧変換増幅手段３の入力端
に抵抗５からの電流ICを流入させない場合には
（すなわち第３図に示すような従来の光検出装置
と同様の構成では）、光電変換素子１に入射する
光の光量は、電流−電圧変換増幅手段３の反転増
幅器６の飽和出力電圧VTHによつて制限される。
すなわち反転増幅器６を飽和させず動作させる
限界の光電流I1THは、 I1TH＝VTH／RF1 ……(8) となる。
限界の光電流I1THは、 I1TH＝VTH／RF1 ……(8) となる。
これに対して、本実施例のように光電変換素子
１の受光面積Ａに対して受光面積Ｂが１／ｋだけ
小さな光変換素子２と、電流−電圧変換増幅手段
４と、抵抗５とを設け、電流−電圧変換増幅手段
３の入力端に抵抗５からの電流ICを流入させる場
合には、電流ICを流入させない場合に比べてダイ
ナミツクレンジは著しく広くなる。すなわち、電
流−電圧変換増幅手段３の入力端に電流を流入さ
せる場合には、ダイナミツクレンジは、電流−電
圧変換増幅手段４の反転増幅器８の飽和出力電圧
によつて決定される。反転増幅器８が反転増幅器
６と同じ飽和出力電圧VTHをもつているとする
と、反転増幅器８を飽和させずに正常に動作させ
る限界の光電流I2THは、 I2TH＝VTH／RF2 ……(9) となる。(9)式を(8)式と比較するとわかるように電
流−電圧変換増幅手段４のダイナミツクレンジ
は、電流−電圧変換増幅手段３単体のダイナミツ
クレンジに比べて、 （I1TH・RF1）／（I2TH・RF2） ＝ｋ・RF1／RF2 ……(10) 倍、増加することになる。例えば帰還抵抗値
RF1，RF2が同じ値であるとすると、電流−電圧
変換増幅手段４では飽和出力電圧VTHになるまで
にｋ倍の光量を入射させることができる。従つ
て、電流ICを流入させないときの光量の限界値が
例えば1000ルクスであつたのを、1000kルクスの
光量まで許容することができることになる。電流
−電圧変換増幅手段４の出力がダイナミツクレン
ジ内にある限り、電流−電圧変換増幅手段３には
外乱光による直流成分、低周波成分の出力は現わ
れないので、本実施例の光検出装置では電流ICを
流入させないときに比べて、外乱光に対するダイ
ナミツクレンジを全体としてＫ・RF1／RF2倍に
することが可能となる。
１の受光面積Ａに対して受光面積Ｂが１／ｋだけ
小さな光変換素子２と、電流−電圧変換増幅手段
４と、抵抗５とを設け、電流−電圧変換増幅手段
３の入力端に抵抗５からの電流ICを流入させる場
合には、電流ICを流入させない場合に比べてダイ
ナミツクレンジは著しく広くなる。すなわち、電
流−電圧変換増幅手段３の入力端に電流を流入さ
せる場合には、ダイナミツクレンジは、電流−電
圧変換増幅手段４の反転増幅器８の飽和出力電圧
によつて決定される。反転増幅器８が反転増幅器
６と同じ飽和出力電圧VTHをもつているとする
と、反転増幅器８を飽和させずに正常に動作させ
る限界の光電流I2THは、 I2TH＝VTH／RF2 ……(9) となる。(9)式を(8)式と比較するとわかるように電
流−電圧変換増幅手段４のダイナミツクレンジ
は、電流−電圧変換増幅手段３単体のダイナミツ
クレンジに比べて、 （I1TH・RF1）／（I2TH・RF2） ＝ｋ・RF1／RF2 ……(10) 倍、増加することになる。例えば帰還抵抗値
RF1，RF2が同じ値であるとすると、電流−電圧
変換増幅手段４では飽和出力電圧VTHになるまで
にｋ倍の光量を入射させることができる。従つ
て、電流ICを流入させないときの光量の限界値が
例えば1000ルクスであつたのを、1000kルクスの
光量まで許容することができることになる。電流
−電圧変換増幅手段４の出力がダイナミツクレン
ジ内にある限り、電流−電圧変換増幅手段３には
外乱光による直流成分、低周波成分の出力は現わ
れないので、本実施例の光検出装置では電流ICを
流入させないときに比べて、外乱光に対するダイ
ナミツクレンジを全体としてＫ・RF1／RF2倍に
することが可能となる。
また本実施例の装置は、第４図に示す従来の装
置のような全体負帰還を有しておらず、外乱光の
直流成分、低周波成分を負帰還しないので、装置
全体を安定して動作させることができる。
置のような全体負帰還を有しておらず、外乱光の
直流成分、低周波成分を負帰還しないので、装置
全体を安定して動作させることができる。
このように、本実施例の光検出装置では、外乱
光に対するダイナミツクレンジが大きくかつ交流
変調光としての信号光に対する電流−電圧変換利
得が大きいので、信号光とともに強い外乱光が入
射したとしても、信号光による光信号のみを感度
良く増幅することができて、これにより電流−電
圧変換増幅手段３の後段に接続される信号処理回
路を簡素化することが可能となり、全体の回路規
模を小さくすることができる。
光に対するダイナミツクレンジが大きくかつ交流
変調光としての信号光に対する電流−電圧変換利
得が大きいので、信号光とともに強い外乱光が入
射したとしても、信号光による光信号のみを感度
良く増幅することができて、これにより電流−電
圧変換増幅手段３の後段に接続される信号処理回
路を簡素化することが可能となり、全体の回路規
模を小さくすることができる。
また全体負帰還しないことにより装置全体を安
定して動作させることができるので、容量１０の
容量値CFを小さな値にしても良く、これにより
容量１０を光電変換素子１，２、反転増幅器６，
８、抵抗７，９および信号処理回路（図示せず）
とともに１つのモノリシツクIC内に集積化して
形成することができる。
定して動作させることができるので、容量１０の
容量値CFを小さな値にしても良く、これにより
容量１０を光電変換素子１，２、反転増幅器６，
８、抵抗７，９および信号処理回路（図示せず）
とともに１つのモノリシツクIC内に集積化して
形成することができる。
なお、電流−電圧変換増幅手段３は、(3)式乃至
(7)式の条件が満たされれば、外乱光の直流成分、
低周波成分に対して全く応答しないが、光電変換
素子１，２の面積比Ａ／Ｂのずれ、あるいは抵抗
値RF2，RCの抵抗比RF2，RCのずれによつて、電
流−電圧変換増幅手段３が外乱光の直流成分、低
周波成分に対し僅かに応答することも考えられ
る。このために電流−電圧変換増幅手段３とこの
後段の信号処理回路（図示せず）との間に結合容
量を直列に接続し、電流−電圧変換増幅手段３か
ら出力される恐れのある外乱光の僅かな直流成
分、低周波成分を結合容量により取除いて後段の
信号処理回路に入力させるようにしても良い。
(7)式の条件が満たされれば、外乱光の直流成分、
低周波成分に対して全く応答しないが、光電変換
素子１，２の面積比Ａ／Ｂのずれ、あるいは抵抗
値RF2，RCの抵抗比RF2，RCのずれによつて、電
流−電圧変換増幅手段３が外乱光の直流成分、低
周波成分に対し僅かに応答することも考えられ
る。このために電流−電圧変換増幅手段３とこの
後段の信号処理回路（図示せず）との間に結合容
量を直列に接続し、電流−電圧変換増幅手段３か
ら出力される恐れのある外乱光の僅かな直流成
分、低周波成分を結合容量により取除いて後段の
信号処理回路に入力させるようにしても良い。
以上に説明したように、本発明によれば、第２
の光電変換素子からの低周波の光電流だけに応答
しこれを電圧に変換する第２の電流−電圧変換増
幅手段と、第２の電流−電圧変換増幅手段からの
出力電圧を電流に変換し、この電流を第１の光電
変換素子からの光電流を相殺する方向で第１の電
流−電圧変換増幅手段の入力端に流入させるよう
にしているので、第１の電流−電圧変換増幅手段
において信号光による交流成分のみを安定した状
態で高感度に出力することができる。
の光電変換素子からの低周波の光電流だけに応答
しこれを電圧に変換する第２の電流−電圧変換増
幅手段と、第２の電流−電圧変換増幅手段からの
出力電圧を電流に変換し、この電流を第１の光電
変換素子からの光電流を相殺する方向で第１の電
流−電圧変換増幅手段の入力端に流入させるよう
にしているので、第１の電流−電圧変換増幅手段
において信号光による交流成分のみを安定した状
態で高感度に出力することができる。
第１図は本発明に係る光検出装置の実施例の構
成図、第２図は電流−電圧変換増幅手段の周波数
応答特性を示す図、第３図および第４図はそれぞ
れ従来の光検出装置の構成図である。 １，２……光電変換素子、３，４……電流−電
圧変換増幅手段、５……抵抗、６，８……反転増
幅器、７，９……帰還抵抗、１０……帰還容量、
f0……カツトオフ周波数、f1，f2……周波数帯域
幅。
成図、第２図は電流−電圧変換増幅手段の周波数
応答特性を示す図、第３図および第４図はそれぞ
れ従来の光検出装置の構成図である。 １，２……光電変換素子、３，４……電流−電
圧変換増幅手段、５……抵抗、６，８……反転増
幅器、７，９……帰還抵抗、１０……帰還容量、
f0……カツトオフ周波数、f1，f2……周波数帯域
幅。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１の光電変換素子と、第１の光電変換素子
からの光電流を電圧に変換して増倍する第１の電
流−電圧変換増幅手段と、第２の光電変換素子
と、前記第１の電流−電圧変換増幅手段の周波数
帯域幅よりも狭い帯域幅をもち第２の光電変換素
子からの低周波の光電流に応答しこれを電流に変
換して増幅する第２の電流−電圧変換増幅手段
と、第２の電流−電圧変換増幅手段からの出力電
圧を所定の利得で電流に変換して前記第１の電流
−電圧変換増幅手段の入力端に加える電圧−電流
変換増幅手段とを備え、前記電圧−電流変換増幅
手段からの電流は、前記第１の光電変換素子から
の光電流を相殺する方向に前記第１の電流−電圧
変換増幅手段の入力端に流入するようになつてい
ることを特徴とする光検出装置。 ２ 前記第２の光電変換素子は、前記第１の光電
変換素子の受光面積よりも小さな受光面積をも
ち、前記第２の電流−電圧変換増幅手段と前記電
圧−電流変換手段とによる利得は、前記第１およ
び第２の光電変換素子の受光面積比とほぼ同じに
設定されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の光検出装置。 ３ 前記第２の光電変換素子に入射する光量に対
する前記第２の電流−電圧変換増幅手段のダイナ
ミツクレンジは、前記電圧−電流変換手段から前
記第１の電流−電圧変換増幅手段の入力端に電流
が流入しないとしたときの前記第１の光電変換素
子に入射する光量に対する前記第１の電流−電圧
変換増幅手段のダイナミツクレンジよりも大きく
なつていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載に光検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17676387A JPS6420418A (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | Photodetecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17676387A JPS6420418A (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | Photodetecting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6420418A JPS6420418A (en) | 1989-01-24 |
| JPH0451774B2 true JPH0451774B2 (ja) | 1992-08-20 |
Family
ID=16019387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17676387A Granted JPS6420418A (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | Photodetecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6420418A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000019015A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-21 | Toshiba Corp | 赤外線検出装置 |
| US7507982B2 (en) * | 2003-05-15 | 2009-03-24 | Niles Co. Ltd. | Rain sensor with ambient light compensation |
| JP2004340712A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | レインセンサ用の信号検出回路および信号検出方法 |
| JP4926408B2 (ja) | 2005-03-14 | 2012-05-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出回路 |
| JP2011007622A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Sharp Corp | センサ装置、携帯電話およびデジタルカメラ |
| JP5895232B2 (ja) * | 2011-04-19 | 2016-03-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 赤外線検出装置 |
| JP6812188B2 (ja) * | 2016-09-30 | 2021-01-13 | パナソニック デバイスＳｕｎｘ株式会社 | 受光回路及び光電センサ |
-
1987
- 1987-07-15 JP JP17676387A patent/JPS6420418A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6420418A (en) | 1989-01-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |