JPS61198904A - 光電変換回路 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、一定周波数で変調を受けた光を電気信号に変
換する光電変換回路に関する。

〔従来技術〕

従来、光電変換素子としてフォトダイオードを用い、こ
のフォトダイオードを演算増幅器の２つの入力端子間に
ｆ１ｃ続し、この演算増幅器の反転入力端子とその出力
端子間を抵抗を介して接続した光電変換回路が公知とな
っている。また、上述の抵抗をダイオードに置き換える
ことにより対数圧縮型にした光電変換回路も既に提案さ
れて実用に供されている。

これらの回路のうちで、前者の回路は、光強度の高いレ
ベルにおいて、その光強度が当該演算増幅器に印加され
る電源電圧の範囲を越える場合もあるので、光のダイナ
ミック・レンジの広い範囲をカバーすることが出来ない
という欠点を有していた。

一方、後者の対数圧縮型の光電変換回路では、その対数
圧縮効果により光の輝度の広い範囲に亘ってカバーする
ことが出来るものの、一定周波数で変調を受けた光の光
電変換回路としては、直流光成分のダイナミック・レン
ジによって出力レベルが大きく変動する上に、交流光成
分がその直流光成分の直流レベルに重畳されるのでその
入力信号も圧縮されて出力レベルが小さくなるという欠
点を有していた。また、この圧縮された信号を増幅する
ための増幅器を付加する等のことが必要となって、回路
が複雑になるという問題もあった。

〔目　的〕

本発明の目的は、上述した従来回路の欠点を除去すると
同時に、簡潔で廉価に得られ、Ｓ／Ｎ比の高い高感度な
光電変換回路を提供することにある。

本目的達成のため、本発明は演算増幅器の２つの入力端
子間に接続された光電変換素子と、光電変換素子の光電
変換電流を対数圧縮すべく演算増幅器の反転入力端子と
出力端子間に接続された対数圧縮器と、対数圧縮器に並
列に接続されたフィルタ回路とを具備し、一定周波数で
変調された光信号を電気信号に変換することを特徴とす
る。

すなわち、本発明光電変換回路は、対数圧縮型の光電変
換回路の機能と、バンド−パス・フィルタあるいはハイ
・パス・フィルタの機能とを合せ持つ機能を有し、これ
により光の輝度の直流あるいは低周波の成分に対しては
対数圧縮効果を与え、微弱な高周波の信号成分に対して
は、バンド・パス・フィルタ・アンプあるいはハイ−バ
ス赤フイルタ・アンプとして動作して大きな出力レベル
が得られるようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明光電変換回路の回路構成例を示す。ここ
で、１は入力インピーダンスが十分に高く、オフセット
電圧やリーク電流が十分に小さく、且つ増幅率が十分に
高い演算増幅器である。

また、２は演算増幅器１の２つの入力端子間に接続した
フォトダイオードであり、２１はその陽極、２２はその
陰極を示し、フォトン（光子）はその両極２１．２２の
接合部に入射して光電流ＩＬを発生する。

３は演算増幅器ｌの反転入力端子と出力端子間に接続し
た対数圧縮用のダイオードであり、このダイオード３は
フォトダイオード２の光電流工を対数圧縮するために理
想的な指数特性を有する電圧・電流特性を示すことが望
ましい、４は対数圧縮用ダイオード３と並列接続したバ
ンド・パス−フィルタまたはバイパスフィルタであるフ
ィルタ回路であって、直流カット形回路であることが望
ましい、５は出力をあるレベルに設定するためのバイア
ス電圧が与えられる端子である。また、６は出力端子で
ある。

上述のフォトダイオード２に流れる電流（光電変換電流
）Ｉは、順方向を正とし、飽和電流を工≦２　、その端
子間電圧ｖ２、一定の直流光による光電流ＩＬ、一定の
角周波数ωで変調された微弱な信号光の交流振幅をＩＬ
　とすると、その一般式は次式（１）で与えられる。

Ｉ　”　ｌ５２（ｅ’１）−（ＩＬ十ｂｓ＝ｕｔ）　　
　　　　（１）ここで、真はポルツマン常数、ｑは電子
電荷量、Ｔは絶対温度を示す、第１図の回路構成によれ
ば、理想演算増幅器においては、ｖ２＝ｏであるので、
（１）式は次式（２）となる。

Ｉ　＝　−（ＩＬ＋　Ｉｊ　５’ｌ？１（Ｌｌ七）　　
　　　　　　（２）すなわち、光電波成分のみとなる。

この光電流Ｉが、対数圧縮ダイオード３とフィルタ回路
４とに分流する。直流カット形フィルタ４においては、
光電流Ｉのうちの交流光成分のみが通過し、一方、対数
圧縮ダイオード３は交直青成分の光電流が通過する。ま
た、演算増幅器ｌの出力電圧をＶｏ　、対数圧縮ダイオ
ード３の端子間電圧を（Ｖｏ　−ＶＲＥＦ　）　、その
飽和電流ｌ５ｆｆとすると、次式（３）が成立する。

ＩＬ＋１１ｓ；ｔ＋ｕ）ｔ　＝　Ｊｓ３（ｅ１各丘“１
０−１）　　　　　（３）（３）式により上述の出力電
圧ｖＯは１次式（４）で得られる。

ここで、一般にＩ［＞ＩＩ　　とすると、（４）式は直
流光出力ＶＯＩの次式（５）となる。

Ｖｏ＋　：　’ｈｖｐ　＋Ｍ工ＩＴｌｈ　　　　　　Ｃ
ｓ）’ｉｔ　　　　　　工ｓう 一方、フィルタ４の直列インピーダンスをＺとすると、
交流光出力ＶＯ２は次式（６）で与えられる。

ＶＯ２＝　ＺＦ　（Ｉｚｓ；ηｗｂ）（６）信号成分で
ある交流光は（６）式で与えられる成分の両方があるが
、レベル的に言って、（８）式で与えられる成分の方が
高いことが分かる。

第２図は第１図の回路の動作特性を示すものであり、本
図（Ａ）の電圧電流特性はフォトダイオード２の特性を
示し、ここで符号■で示す曲線は光の入射が零の場合を
示し、通常のＰＮ接合ダイオードの特性を示す。また第
２図（Ａ）で符号■で示す曲線は光の入射があった場合
を示す、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）の電圧が零のとき
の直流光成分Ｉ［と交流光成分Ｉｊ　の様子を示したも
のである。

〔効　果〕

以上説明したように、従来装置では光電流のピコアンペ
アのレベルからミリアンペアのレベルまで変化する広い
ダイナミックレンジに対しては通常実施されている対数
圧縮効果路が極めて有効であるが、信号で変調された光
を対象とする場合にはその対数圧縮効果が信号成分まで
も小さくしてしまうという欠点を有していた。

本発明によれば、交流の信号成分に対してはフィルタに
よる選択的バイパスを設けたので、信号成分のみは対数
圧縮されず、しかも直流レベルの大きな変動に対して追
随できるという顕著な効果を合せて得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光電変換回路の構成例を示す回路図、第
２図（Ａ）および（Ｂ）はその回路の動作特性を示す特
性図である。 １・・・・・・演算増幅器、 ２・・・・・・フォトダイオード、 ３・・・・・・対数圧縮ダイオード、 ４・・・・・・フィルタ回路、 ５・・・・・・電圧端子、 ６・・・・・・出力端子。 ｐＥＦ 第２図 （Ａ）（Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 演算増幅器の２つの入力端子間に接続された光電変換素
   子と、 該光電変換素子の光電変換電流を対数圧縮すべく前記演
   算増幅器の反転入力端子と出力端子間に接続された対数
   圧縮器と、 該対数圧縮器に並列に接続されたフィルタ回路とを具備
   し、一定周波数で変調された光信号を電気信号に変換す
   ることを特徴とする光電変換回路。