JPH0637556A - 差動型フォトダイオード出力装置 - Google Patents

差動型フォトダイオード出力装置

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JPH0637556A
JPH0637556A JP4208618A JP20861892A JPH0637556A JP H0637556 A JPH0637556 A JP H0637556A JP 4208618 A JP4208618 A JP 4208618A JP 20861892 A JP20861892 A JP 20861892A JP H0637556 A JPH0637556 A JP H0637556A
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JP
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photodiode
cathode
anode
output device
differential
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JP4208618A
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English (en)
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Shinji Kaneko
真二 金子
Motoi Kimura
基 木村
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 改善されたS/N比を有するフォトダイオー
ド出力装置を得る。 【構成】 逆バイアスしたフォトダイオードのカソード
およびアノードの両方から互いに極性の異なった信号電
流を得るようにして差動型フォトダイオード出力装置を
構成する。具体的には、カソードおよびアノードにそれ
ぞれ接続された負荷抵抗4ー1、4ー2を介して、逆バ
イアス電圧が印加されたフォトダイオード1と、そのフ
ォトダイオードのカソードおよびアノードと負荷抵抗の
接続点にそれぞれ接続された2個の電流増幅器5ー1、
5ー2とにより構成され、それら2個の電流増幅器には
互いに逆方向の入力電流−iP、+iPが供給され、両
増幅器の出力端間から検出出力が得られる。そして、こ
の差動型フォトダイオード出力装置は、広く微弱な光信
号検出のための光ー電気変換装置に用いることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、差動型フォトダイオー
ド出力装置、特に微弱なエネルギーの光信号検出のため
の光学的情報記録再生機器における光ピックアップや光
信号を伝送する光ケーブル伝送装置における受光器等の
光ー電気変換装置に好適なフォトダイオード出力装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】コンパクトディスク(CD)やレーザデ
ィスク(LD)等の光ディスクの再生機器においては、
例えば半導体レーザからの微小レーザ光スポットを光デ
ィスクメモリに照射し、反射光(あるいは透過光)をフ
ォトダイオードを含む光検出器(光ピックアップ)によ
り受光して、ディスクに記録された情報を検出したり、
あるいは、レーザスポットのフォーカシング制御やトラ
ッキング制御のための信号を検出したりする。
【0003】この場合、例えば、従来の書き込みのでき
ないCDのようなROMディスクにおいては、ディスク
面にアルミ蒸着膜等による金属反射面が設けられてお
り、照射するレーザ光に対して高い反射率を示し、か
つ、高エネルギーの照射にも耐えられることから、高S
/N比の検出出力を得ることが可能であるが、最近注目
されている書き込み可能な追記型光ディスク(ライトワ
ンスあるいはWOディスク)、更には光磁気記録材料
(MO)や相変化型記録材料等を用いた記録再生可能な
可逆型光ディスク(RWディスク)においては、反射率
が小さく、また、再生のための照射エネルギーも大きく
はできず、特に今後の開発が期待されているいわゆる相
変化型記録材料についてみればその反射率の変化割合も
小さいことから、得られる信号レベルはCDの場合の1
/20にも低下することとなる。このような事情から、
改善策の一つとして、高S/N比かつ高出力のフォトダ
イオード出力装置が望まれている。
【0004】図1は、フォトダイオードからなる光検出
素子の等価回路であり、理想ダイオード1の両端に、例
えば半導体レーザLDから照射されるレーザ光の入射光
量に比例して電流iPが流れるとすれば、電流iPを発
生する電流源2と極間容量3が接続された回路構成とな
る。この光検出素子からの検出出力を導出するに当って
は、従来より、図2に示すように、フォトダイオード
(PD)1の応答速度や直線性の範囲を高めるために逆
バイアスVccを加えて極間容量を小さくし、負荷抵抗
4としてRLー1(4ー1)あるいはRLー2(4ー
2)をアノードあるいはカソードに接続する。そうする
と、入射光量に比例して電子・正孔対の移動が惹起され
て電流iPが流れ、それにより負荷抵抗4の両端からい
ずれかの極性の検出出力電圧が導出されることとなる
(同図aあるいはb)。そして、このようなフォトダイ
オードにおいては、その物理的構造から生ずる真性雑音
(熱雑音およびショット雑音)を含んでおり、フォトダ
イオードへの入射光量はその雑音等価電力を十分超える
ものでなければならない。
【0005】また、通常の光検出器においては、図3に
示すように、このような光検出素子にプリアンプ5が接
続されて一体的に構成されている。同図aは高入力イン
ピーダンスの電圧増幅器により電圧増幅し、同図bは負
帰還型の電流増幅器により電流増幅する例である。フォ
トダイオードの電流源としての性格から検出される信号
は電流源と考えることができ、同図aのように高抵抗で
受ければ大きい電圧が得られるが、極間容量やアンプの
入力容量、配線の分布容量等のために周波数帯域が減少
することから、電圧増幅は実際的でない。一般的には、
同図bのように、負帰還アンプで受ければ各種容量の影
響を軽減でき、広帯域化することができることから、電
流増幅が用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、上述したよう
にWOやMO等の高密度記録再生機器における光検出器
としてのフォトダイオードを考えると、十分な入射光量
を与えることができないことから、プリアンプのアンプ
ノイズが問題となってきている。すなわち、入射光量を
十分大きくすることができないにも拘らず、フォトダイ
オードによる真性雑音は物理的に決まっているのである
から、高出力かつ高S/N比の検出出力を得るために
は、フォトダイオードを最適な動作条件において動作さ
せると同時に、プリアンプにおいて信号利得を上げ、し
かも、雑音は増加させないことが必要となってきてい
る。
【0007】例えば、現在、WOディスクの再生におい
ては、S/Nの点から、盤面パワーを1.5mWと設定
しているが、アンプノイズとディスクの構造や記録構造
に起因するディスクノイズとの差は10dB程度あり、
CN比(Carrier to Noise ratio) を0.4dB程低下
させている。しかも、盤面パワー1.5mWではディス
クを消去してしまう可能性がありライフ上問題があるの
で、更に入射光量を小さくする必要もあることから、よ
りアンプS/Nの改善が望まれている。
【0008】しかしながら、上述した図3bの電流増幅
器において単に信号利得の増加を考えても、利得を上げ
るために帰還抵抗Rを大にすると却ってS/N比が低下
することとなり良好な改善策とはならないので、S/N
を低下させることなく信号利得を上げることのできるプ
リアンプの構成が必要である。アンプS/Nの改善のた
めには、アンプを2個並列に設ける方法、ディスクリー
トな構成により最適化設計を行う方法等があるが、可動
設計される光ピックアップ用のIC基板の基板面積から
見て、これらの方法はいずれも実現性に乏しいという問
題がある。そこで、本発明は、上述したWOディスクを
含む光ディスク記録再生用の光ピックアップや光信号を
伝送する光ケーブル伝送装置における受光器等の微弱な
光信号を検出するための光ー電気変換装置に用いること
のできる、改善されたS/N比を有するフォトダイオー
ド出力装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、逆バイ
アスしたフォトダイオードのカソードおよびアノードの
両方から互いに極性の異なった信号電流を得るようにし
て差動型フォトダイオード出力装置が構成される。具体
的には、カソードおよびアノードにそれぞれ接続された
負荷抵抗を介して逆バイアス電圧が印加されたフォトダ
イオードと、そのフォトダイオードのカソードおよびア
ノードと負荷抵抗の接続点にそれぞれ接続された2個の
電流増幅器とにより構成され、それら2個の電流増幅器
には互いに逆方向の入力電流が供給され、両増幅器の出
力端間から検出出力が得られる。そして、この差動型フ
ォトダイオード出力装置は、広く微弱な光信号を検出す
るための光ー電気変換装置に用いることができる。
【0010】
【作用】このような構成によれば、電流源であるフォト
ダイオードから差動出力の電流を取り出し、差動電流増
幅器が構成されることとなり、アンプノイズを増加させ
ることなく信号出力を倍増することができる。
【0011】
【実施例】図4は、本発明による差動型フォトダイオー
ド出力装置の原理を説明するための回路図であり、フォ
トダイオード1のカソード側およびアノード側にともに
負荷抵抗4ー1(抵抗値RLー1)および4ー2(抵抗
値RLー2)が接続されており、それらのフォトダイオ
ードとの接続点から2つの出力端子が取り出されてい
る。ここで、RLー1=RLー2=RLとする。この回
路は、図2aおよびbに示した従来回路を重ねた構成で
あり、2つの出力端子にはそれぞれ信号電圧−iPRL
およびiPRLが発生しており、互いに逆相となってい
る。そこで、これらの信号電圧をそれぞれ電流アンプで
受ければ、信号電流を2倍にすることができる。
【0012】図5は、そのための回路構成を示すもの
で、本発明による差動型フォトダイオード出力装置の基
本構成を示す回路図である。フォトダイオード1を電流
源として利用し、互いに逆方向の信号電流−iPおよび
iPを入力電流とするように各出力端子に電流アンプ5
ー1および5ー2を接続して差動入力電流アンプを構成
する。こうすれば、図示したように、電流源であるフォ
トダイオード1を介して電流アンプ5ー1から電流アン
プ5ー2に輪環電流iPが流れたこととなり、両アンプ
出力端間Vout ーVout に2倍のレベルの信号出力を得
ることができる。すなわち、従来の電流アンプ(図3
b)においてはフォトダイオードの誘起電流iPのみを
Rfにより電流電圧変換しているが、本発明の回路では
iPが輪環電流となって差動アンプを駆動するので、−
iPRf+iPRfが電流電圧変換されることとなり、
信号電流が2倍となって2倍のレベルの信号出力を得る
ことができる。これによって、アンプS/N比を6dB
アップすることができるのである。
【0013】図6は、本発明による差動型フォトダイオ
ード出力装置を上述したWO等の光ディスク記録再生装
置の光ピックアップに適用した例を示しており、図6a
およびbは、それぞれ、プリアンプとして常用されてい
る差動構成のアンプIC(CXAー1077)を用い
て、従来のフォトダイオード出力回路(シングル入力ア
ンプ)および本発明による差動型フォトダイオード出力
回路(差動入力アンプ)を構成した実際回路である。こ
れらの回路を0〜50MHzのテスト信号により変調さ
れた半導体レーザの発光を入射し、得られる出力レベル
を測定することにより比較テストした結果、ほぼ全域に
亙って本発明による差動型フォトダイオード出力回路の
S/N比が6dBアップしていることを確認した。
【0014】なお、上述した光ディスク記録再生装置に
おける実際の光ピックアップ用のフォトダイオードとし
ては、基板上に2あるいは4分割されたフォトダイオー
ドが集積化して形成されたものが用いられており、本発
明を適用するに当っては各フォトダイオードのカソード
を分離して形成する必要があることはいうまでもない。
【0015】また、本発明による差動型フォトダイオー
ド出力装置は、上述した光ディスク記録再生装置の光ピ
ックアップのほか、光信号を伝送する光ケーブル伝送装
置における受光器等の広く微弱な光信号を検出するため
の光ー電気変換装置に適用することができるものであ
る。
【0016】
【発明の効果】上述した本発明による差動型フォトダイ
オード出力装置によれば、ノイズのレベルを上げること
なく、信号レベルを倍増することができるので、例えば
WOディスクの再生に利用すれば光検出のS/Nを改善
することができるし、また、CDあるいはLD再生、あ
るいは、光ケーブル伝送装置における受光器等のレーザ
光信号検出が必要な機器やシステムに利用すれば、必要
とするレーザパワーを節減しつつ高S/Nを維持するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フォトダイオードからなる光検出素子の等価回
路を示す回路図である。
【図2】従来のフォトダイオード出力装置の原理を説明
するための回路図である。
【図3】従来のフォトダイオード出力装置の基本構成を
示す回路図である。
【図4】本発明による差動型フォトダイオード出力装置
の原理を説明するための回路図である。
【図5】本発明による差動型フォトダイオード出力装置
の基本構成を示す回路図である。
【図6】従来および本発明による光ピックアップの実際
回路の例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 フォトダイオード 2 電流源 3 極間容量 4 負荷抵抗 5 プリアンプ 6 アンプIC

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆バイアスしたフォトダイオードのカソ
    ードおよびアノードの両方から互いに極性の異なった信
    号電流を得ることを特徴とする差動型フォトダイオード
    出力装置。
  2. 【請求項2】 カソードおよびアノードにそれぞれ接続
    された負荷抵抗を介して逆バイアス電圧が印加されたフ
    ォトダイオードと、 上記フォトダイオードのカソードおよびアノードと負荷
    抵抗の接続点にそれぞれ接続された2個の電流増幅器と
    を備え、 上記2個の電流増幅器に互いに逆方向の入力電流が供給
    され、両増幅器の出力端間から検出出力が得られること
    を特徴とする差動型フォトダイオード出力装置。
  3. 【請求項3】 制御情報を含む情報信号により変調され
    たレーザ光を受光して情報信号を検出する光ー電気変換
    装置において、 カソードおよびアノードにそれぞれ接続された負荷抵抗
    を介して逆バイアス電圧が印加されたフォトダイオード
    と、 上記フォトダイオードのカソードおよびアノードと負荷
    抵抗の接続点にそれぞれ接続された2個の電流増幅器と
    を備え、 上記2個の電流増幅器に互いに逆方向の入力電流が供給
    され、両増幅器の出力端間から検出出力が得られること
    を特徴とする光ー電気変換装置。
JP4208618A 1992-07-14 1992-07-14 差動型フォトダイオード出力装置 Pending JPH0637556A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6072609A (en) * 1996-03-28 2000-06-06 Anritsu Corporation Optical signal processing apparatus
KR100519562B1 (ko) * 2000-02-29 2005-10-10 후지 샤신 필름 가부시기가이샤 물리 난수 발생 장치용 증폭 회로 및 그것을 이용한 물리난수 발생 장치
JP2008510383A (ja) * 2004-08-12 2008-04-03 トリアクセス テクノロジーズ インコーポレイテッド 信号パワーレベル検出方法及び回路
US7603043B2 (en) 2005-07-12 2009-10-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Light receiving element circuit and optical disk drive
CN108134581A (zh) * 2017-12-27 2018-06-08 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种光电二极管精密信号调理模块

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