CN101142468A - 光检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种光检测电路，具有选择性地对多个受光电路的输出进行加法运算的加法器。各个受光电路具有：光检测元件；受光用跨阻放大器，在第1输入端子上连接有光检测元件；跨导放大器，在第1输入端子上连接有受光用跨阻放大器的输出端子；反馈电路，连接在受光用跨阻放大器的输出端子和受光用跨阻放大器的第1输入端子之间，进行用于使受光用跨阻放大器的输出电压保持为一定的反馈。

Description

光检测电路
技术领域
本发明涉及一种在车载用雷达装置中使用的光检测电路。
背景技术
近年来，为了减轻驾驶员的负荷、提高便利性以及提高安全性，正在进行使用激光的车载雷达装置的开发。该车载用雷达装置，利用具有多个反射角的多角镜(polygon mirror)，至少跨越车宽度方向的规定角度范围内向多个方向照射来自发光元件的激光。车载用雷达装置利用光检测电路接收对应于该各个激光的反射光，根据从激光的照射定时到反射光的受光定时的时间检测反射物体。
对于该车载用雷达装置中使用的光检测电路，要求高检测精度，例如在下述专利文献1中公开了一种提高由反射物体反射的反射光的检测灵敏度的光检测电路。下述专利文献1中记载的光检测电路，对基于相邻照射的规定个数的激光而输出的规定个数的受光信号进行积分，输出积分信号。通过对规定个数的受光信号进行积分，使对应于来自反射物体的反射光的受光信号成分放大。因此，可以提高来自反射物体的反射光的检测灵敏度。
专利文献1：日本特开2004-177350号公报
发明内容
来自反射物体的反射光的受光定时是，积分信号、即对应于反射光的强度的电压与基准电压相交的定时。因此，为了提高光检测电路的检测精度，一般将基准电压设定为接近对应于反射光的强度的电压的直流电压，以使得即使对应于反射光的强度的电压很小也与基准电压相交。
但是，通常在光检测电路所接收的接收光中，除了反射光，还包括存在于屋外环境中的干扰光，在该干扰光很大的情况下，对应于接收光强度的电压的直流电压，即对应于干扰光的强度的电压发生变动，而使对应于反射光的强度的电压不与基准电压相交。而且，在干扰光较大的情况下，在光检测电路中使用的放大电路等达到饱和，光检测电路的输出成为不是对应于干扰光的强度的电压。
因此，本发明的目的在于，提供一种不受存在于屋外环境中的干扰光的影响，而可提高由反射物体反射的反射光的检测精度，且可由简单的电路结构将其实现的光检测电路。
第1发明的光检测电路，具有选择性地对多个受光电路的输出进行加法运算的加法器，各个所述受光电路，具有：光检测元件；受光用跨阻放大器(transimpedance amplifier)，在第1输入端子上连接有光检测元件；跨导放大器，在第1输入端子上连接有受光用跨阻放大器的输出端子；反馈电路，连接在受光用跨阻放大器的输出端子和受光用跨阻放大器的第1输入端子之间，进行用于使受光用跨阻放大器的输出电压保持为一定的反馈。而且，第1输入端子例如为运算放大器的反转输入端子。
根据本发明，由于反馈电路进行用于使受光用跨阻放大器的输出电压保持为一定的反馈，因此即使存在于屋外环境的干扰光发生变动，加法器的输出电压也保持为一定。
第2发明的光检测电路，其特征为，第1发明的光检测电路的反馈电路包括反馈用误差放大器、平滑电路、反馈用晶体管。反馈用误差放大器，在第1输入端子上连接有受光用跨阻放大器的输出端子，并在第2输入端子上输入有受光用基准电压。平滑电路，在输入端子上连接有反馈用误差放大器的输出端子。反馈用晶体管，在控制端子上连接有平滑电路的输出端子，在与光检测元件相连接的端子上连接有受光用跨阻放大器的第1输入端子。
根据本发明，在反馈用晶体管中流过受光用跨阻放大器的输入电流的直流成分和低频成分，而使受光用跨阻放大器的输出电压的低频成分降低，并使直流成分保持为受光用基准电压。即，反馈电路，通过去除受光用跨阻放大器的输入电流的直流成分和低频成分，而使受光用跨阻放大器的输出电压的低频成分降低，并使直流成分保持为一定。因此，即使存在于屋外环境的干扰光发生变动，加法器的输出电压的低频成分也降低，直流成分保持为一定。
第3发明的光检测电路，其特征为，第1发明的光检测电路的反馈电路包括反馈用误差放大器、平滑电路、反馈用晶体管。反馈用误差放大器，在第1输入端子上连接有受光用跨阻放大器的输出端子，并在第2输入端子上连接有受光用跨阻放大器的第1输入端子。平滑电路，在输入端子上连接有反馈用误差放大器的输出端子。反馈用晶体管，在控制端子上连接有平滑电路的输出端子，在与光检测元件相连接的端子上连接有受光用跨阻放大器的第1输入端子。
根据本发明，在反馈用晶体管中流过受光用跨阻放大器的输入电流的直流成分和低频成分，而使受光用跨阻放大器的输出电压的低频成分降低，并使直流成分保持为受光用跨阻放大器的第1输入端子的电压。即，反馈电流，通过去除受光用跨阻放大器的输入电流的直流成分和低频成分，而使受光用跨阻放大器的输出电压的低频成分降低，并使直流成分保持为一定。因此，即使存在于屋外环境的干扰光发生变动，加法器的输出电压的低频成分也降低，直流成分保持为一定。
第4发明的光检测电路为，第2发明的光检测电路的受光用跨阻放大器包括受光用运算放大器、和第1受光用反馈电阻。受光用运算放大器，在作为受光用跨阻放大器的第1输入端子的第1输入端子上连接有光检测元件，在第2输入端子上连接有受光用基准电压。第1受光用反馈电阻，连接在作为受光用跨阻放大器的输出端子的受光用运算放大器的输出端子与受光用运算放大器的第1输入端子之间。
第5发明的光检测电路为，第3发明的光检测电路的受光用跨阻放大器包括受光用晶体管、电流控制电阻、和第2受光用反馈电阻。受光用晶体管，在作为受光用跨阻放大器的第1输入端子的控制端子上连接有光检测元件。电流控制电阻，连接在作为受光用跨阻放大器的输出端子的受光用晶体管的输出端子与固定电位之间。第2受光用反馈电阻连接在受光用晶体管的输出端子和受光用晶体管的控制端子之间。
根据本发明，成为不需要受光用基准电压。因此，可以删减电路。第6发明的光检测电路的特征为，第5发明的光检测电路的反馈用误差放大器的第2输入端子，与所述受光用晶体管的所述控制端子相连接。
根据本发明，将受光用晶体管的控制端子的电压用作受光用基准电压。第2发明的受光用跨阻放大器的第1输入端子的电压和第2输入端子的电压大致相同，据此，将在第2发明中与受光用跨阻放大器的第2输入端子连接的反馈用误差放大器的第2输入端子，在第3发明中与受光用跨阻放大器的第1输入端子连接。因此，由受光用晶体管、电流控制电阻和第2受光用反馈电阻构成本发明的受光用跨阻放大器，而成为不要受光用基准电压。所以，可以削减电路。
受光用晶体管的控制端子的电压，由受光用晶体管的输出端子的电流决定，并为大致一定。因此，反馈电路，通过去除受光用跨阻放大器的输入电流的直流成分和低频成分，而使受光用跨阻放大器的输出电压的低频成分降低，并使直流成分保持为大致一定。因此，即使存在于屋外环境的干扰光增大，加法器的输出电压的低频成分也降低，并且直流成分保持为一定。
第7发明的光检测电路为，第2～6中任何一个发明的光检测电路的反馈用误差放大器包括第1误差放大用晶体管、第2误差放大用晶体管、第1误差放大用负载、第2误差放大用负载、和误差放大用电流源。第1误差放大用晶体管，在受光用跨阻放大器的输出端子上连接有控制端子。第2误差放大用晶体管，在控制端子上输入受光用基准电压。第1误差放大用负载与第1误差放大用晶体管的输出端子相连接。第2误差放大用负载与第2误差放大用晶体管的输出端子相连接。误差放大用电流源，与第1误差放大用晶体管和所述第2误差放大用晶体管的共同节点相连接。另外，平滑电路仅为，连接在输入端子和输出端子之间的电容器。
根据本发明，利用反馈用误差放大器的较大的输出阻抗和平滑电路的电容器构成必要且足够的低通滤波器。因此，能够对受光用跨阻放大器的输入电流的直流成分和低频成分进行充分的反馈。
第8发明的光检测电路为，第1～7中任何一个发明的光检测电路的跨导放大器包括第1变换用晶体管、第2变换用晶体管、第1变换用负载、第2变换用负载、和变换用电流源。第1变换用晶体管在受光用跨阻放大器的输出端子上连接有控制端子。第2变换用晶体管，在控制端子上输入变换用基准电压。第1变换用负载，与第1变换用晶体管的输出端子相连接。第2变换用负载，与第2变换用晶体管的输出端子相连接。变换用电流源与第1变换用晶体管和第2变换用晶体管的共同节点相连接。
第9发明的光检测电路为，第1～8中任何一个发明的光检测电路，还具有：选择控制电路，对多个受光电路的输出进行选择；和多个选择开关，插入在多个受光电路和上述加法器之间，根据选择控制电路的输出进行动作。加法器具有，通过多个所述选择开关而在输入端子上连接有多个受光电路的加法运算用跨阻放大器。加法运算用跨阻放大器包括：加法运算用运算放大器，在第1输入端子上通过所述选择开关连接有多个受光电路的输出端子，在第2输入端子上连接有加法运算用基准电压；和加法运算用反馈电阻，连接在加法运算用运算放大器的输出端子和上述加法运算用运算放大器的上述第1输入端子之间。
根据本发明，由于加法器进行电流的加法运算，因此，不存在如进行电压的加法运算的情况那样，其增益一频率特性因加法运算的通道数量而改变。即，加法器的增益和频带不发生变化。在进行根据从激光照射定时到反射光受光定时的时间来检测反射物体的、基于飞行时间(time of flight)的测量的情况下，光检测电路的增益或频带的变化会成为测量误差的原因，但是，根据本发明不会发生测量误差。
另外，根据来自选择控制电路的信号进行动作的各选择开关，将各受光电路选择性地与加法器相连接。因此，为了防止反射脉冲光的入射位置预测和反射脉冲光的虚假光(ghost light)的入射位置预测、以及反射脉冲光的受光时的缺陷，可以仅将多个受光电路中的必要且足够的受光电路与加法器连接。即，由于可以将没有输出信号的受光电路从加法器断开，因此可以使光检测电路的输出S/N比增大。
另外，由于在光检测电路的输入端将干扰光所发生的电流去除，因此，可以与由干扰光导致的放大器的饱和无关地将初级增益设定得较大，从而将初级放大器的灵敏度设定得较大，可使放大器成为低噪声。
第10发明的光检测电路为，第1～8中任何一个发明的光检测电路还具有选择控制电路，通过对跨导放大器的动作或非动作进行控制，而对多个上述受光电路的输出进行选择。加法器具有在输入端子上连接有多个受光电路的加法运算用跨阻放大器。加法运算用跨阻放大器包括：加法运算用运算放大器，在第1输入端子上连接有多个受光电路的输出端子，并在第2输入端子上连接有加法运算用基准电压；以及加法运算用反馈电阻，连接在加法运算用运算放大器的输出端子和上述加法运算用运算放大器的上述第1输入端子之间。
根据本发明，由于加法器进行电流加法运算，因此，不存在如进行电压的加法运算的情况那样，其增益一频率特性因加法运算的通道数量而改变。即，加法器的增益和频带不发生变化。因此，根据本发明不会如上所述发生测量误差。
另外，各受光电路的跨导放大器根据来自选择控制电路的信号而动作。因此，如上所述，可以仅使多个受光电路中必要且足够的受光电路动作。即，由于使没有输出信号的受光电路预先处于非动作状态，因此，可以提高光检测电路的输出的S/N比，且可以降低光检测电路的消耗电力。
第11发明的光检测电路为，第1～10中任何一个发明的光检测电路还具有受光定时检测电路，该受光定时检测电路具有：比较用电容器，在第1端子上连接有加法器的输出端子；比较器，在第1输入端子上连接有比较用电容器的第2端子，并在第2输入端子上输入比较用基准电压；比较用直流电压源，向比较器的第1输入端子供给直流电压；充放电控制电路，插入在比较器的第1输入端子和比较用直流电压源之间，并对比较用电容器的电位进行控制。
第12发明的基准电压生成电路具有：光检测元件；受光用晶体管，在控制端子上连接有光检测元件；电流控制电阻，连接在受光用晶体管的输出端子和固定电位之间；(第2)受光用反馈电阻，连接在受光用晶体管的输出端子和受光用晶体管的控制端子之间；反馈用误差放大器，在第1输入端子上连接有受光用晶体管的输出端子，并在第2输入端子上连接有受光用晶体管的控制端子；平滑电路，在输入端子上连接有反馈用误差放大器的输出端子；反馈用晶体管，在控制端子上连接有平滑电路的输出端子，并在与光检测元件相连接的端子上连接有受光用晶体管的控制端子。
根据本发明，在光检测元件接受光时，在受光用晶体管的输出端子上产生电压。在光检测元件所接受的光的强度发生变动时，在(第2)受光用反馈电阻中流过的电流发生变动，受光用晶体管的输出端子的电压发生变动，但是，通过由反馈用误差放大器检测该变动，而由平滑电路和受光用晶体管去除在(第2)受光用反馈电阻中流过的电流的直流成分和低频成分。因此，使受光用晶体管的输出端子的电压的低频成分降低，并使直流成分与受光用晶体管的控制端子的电压的直流成分相等且保持为一定。
这里，受光用晶体管的控制端子的电压由受光用晶体管的输出端子的电流决定，并为大致一定。因而，使受光用晶体管的输出端子的电压的低频成分降低，并使直流成分总是保持为一定。
根据本发明，由于反馈电路将干扰光成分去除，并使光检测电路的输出电压的低频成分降低，使直流成分保持为一定，因此，可以将光检测电路的输出电压，与接近该电压的直流成分而设定的基准电压进行比较。从而，如果使用本发明的光检测电路，可以不受存在于屋外环境的干扰光的影响，而提高由反射物体反射的反射光的检测精度。
另外，由于对受光电路进行分割，因此减轻了由光检测元件的寄生电容导致的频带劣化。
另外，由于在每个光检测元件上连接放大器，因此，即使增减光检测元件的数量，也不会造成该放大器的增益一频率特性的差异，使光检测电路的检测精度稳定。
另外，由于加法器进行电流的加法运算，因此不会如进行电压加法运算的情况那样，其增益一频率特性因进行加法运算的通道数量而发生变化。即，加法器的频带不发生变化。从而，本发明的光检测电路，即使用于根据从激光的照射定时至反射光的受光定时的时间来检测反射物体的、基于飞行时间的测量，也可以高精度地检测达到检测物体的距离。
另外，由于对于每个受光电路去除干扰光，因此，即使对于每个光检测元件的干扰光存在差异，也可以保持高检测精度。
另外，由于具有仅选择多个受光电路中的必要的受光电路的选择电路，因此，可以仅对必要的受光电路的输出进行加法运算。即，由于对不需要的受光电路的输出不进行加法运算，因此可以去除由不需要的干扰光造成的噪音。从而可以利用简单的电路结构提高光检测精度。
另外，由于具有仅使多个受光电路中的必要的受光电路进行动作的选择电路，因此可以降低消耗电力。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的光检测电路的构成的电路图。
图2是表示将本发明的第1实施方式的光检测电路具体化的一例的电路图。
图3(a)是光强度的时间图；图3(b)是电压的时间图；图3(c)是光强度的时间图；图3(d)是电压的时间图；图3(e)是电压的时间图。
图4是表示本发明的第2实施方式的光检测电路的构成的电路图。
图5是表示本发明的第2实施方式的受光电路的构成的一个变形例的电路图。
图6是表示本发明的第2实施方式的受光电路的构成的一个变形例的电路图。
图7是表示本发明的第2实施方式的受光电路的构成的一个变形例的电路图。
图8是表示本发明的第1实施方式的受光电路的构成的一个变形例的电路图。
图9是表示本发明的第2实施方式的受光电路的构成的一个变形例的电路图。
符号说明
10  光检测电路
12  受光电路
14  加法器
16  光检测元件
18  受光用跨阻放大器
20a 受光用基准电压
20b 变换用基准电压
22  跨导放大器
24  反馈电路
30  受光用运算放大器
32  受光用反馈电阻
34  反馈用误差放大器
36  平滑电路
38  反馈用晶体管
40  加法运算用跨阻放大器
42  加法运算用基准电压
60  选择控制电路
62  选择开关
70  受光定时检测电路
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细说明。而且，在各附图中对于相同或者相当的部分标记相同的符号。
图1是表示本发明的第1实施方式的光检测电路的构成的电路图。图1中所示的光检测电路10具有多个受光电路12、加法器14、选择控制电路60、多个选择开关62以及受光定时检测电路70。各个受光电路12具有光检测元件16、受光用跨阻放大器(transimpedanceamplifier)18、受光用基准电压20a、变换用基准电压20b、跨导放大器(transconductance amplifier)22以及反馈电路24。
在光检测元件16中使用例如光电二极管。光检测元件16的阴极与第1电源线26a连接，光检测元件16的阳极与输入节点28a(受光用跨阻放大器18的第1输入端子)连接。光检测元件16接受接收光，并生成对应于接收光的电流。
受光用跨阻放大器18包括受光用运算放大器30和第1受光用反馈电阻32。受光用运算放大器30的反转输入端子(第1输入端子)与输入节点28a连接，在受光用运算放大器30的非反转输入端子(第2输入端子)上输入有受光用基准电压20a。受光用运算放大器30的输出端子与反馈节点28b(受光用跨阻放大器18的输出端子)连接。
第1受光用反馈电阻32的一端与输入节点28a连接，第1受光用反馈电阻32的另一端与反馈节点28b连接。受光用跨阻放大器18输入有光检测元件16的输出电流，并输出对应于该电流的电压。
而且，受光用基准电压20a是，由称为带隙基准电路(band gapreference circuit)的生成恒定的电压的电路所生成的恒定的电压。
在跨导放大器22中使用例如差动放大器。跨导放大器22的第1输入端子21a与反馈节点28b连接，在跨导放大器22的第2输入端子21b上输入有变换用基准电压20b。跨导放大器22的输出端子连接于输出节点28c。跨导放大器22输入有受光用跨阻放大器18的输出电压，并对包含至极性而与该电压对应的电流进行输出。
而且，变换用基准电压20b是由称为带隙基准电路的生成恒定的电压的电路所生成的恒定的电压。变换用基准电压20b可以与受光用基准电压20a相同。在此情况下，由于无须了解受光用基准电压20a和变换用基准电压20b之间的跟踪(tracking)，因此，可以使用不对温度变动和电源电压变动进行控制的比较简单的构成的基准电压生成电路。
反馈电路24包括反馈用误差放大器34、平滑电路36以及反馈用晶体管38。反馈用误差放大器34的负输入端子(第1输入端子)与反馈节点28b连接，反馈用误差放大器34的正输入端子(第2输入端子)与受光用基准电压20a连接。反馈用误差放大器34的输出端子与平滑电路36的输入端子连接。平滑电路36的输出端子与反馈用N型晶体管38的控制端子(栅极)连接。
反馈用N型晶体管38的第1端子(漏极)与输入节点28a连接，反馈用N型晶体管38的第2端子(源极)与第2电源线26b连接。
反馈电路24，通过将受光用跨阻放大器18的输入电流的直流成分和低频成分去除，而降低受光用跨阻放大器18的输出电压的低频成分，并将直流成分保持在受光用基准电压20a。
另外，反馈用N型晶体管38大致可以除去受光用跨阻放大器18的输入电流的直流成分和低频成分，即，大致可以除去干扰光的直流成分和低频电流，不需要增大晶体管大小。
加法器14包括例如，与受光用跨阻放大器18同样的加法运算用跨阻放大器40和加法运算用基准电压42。加法运算用跨阻放大器40的负输入端子(第1输入端子)分别通过选择开关62与多个输出节点28c连接，加法运算用跨阻放大器40的正输入端子(第2输入端子)与加法运算用基准电压42连接。加法器14对多个受光电路12的输出电流选择性地进行加法运算，并输出对应于该加法运算后的电流的电压。
在选择开关62中使用例如晶体管。选择开关62利用选择控制电路60对接通(ON)、断开(OFF)进行切换。选择控制电路60输出信号，该信号用于对多个受光电路12中，要向加法器14输入的受光电路12的输出电流进行选择。
而且，加法运算用基准电压42是，由带隙基准电路这样的生成恒定的电压的电路所生成的恒定的电压，可以与受光用基准电压20a相同。
受光定时检测电路70具有比较器和比较用基准电压。受光定时检测电路70的详细构成在以后进行说明。受光定时检测电路70接受来自加法器14的输出电压，利用比较器对该输出电压和比较用基准电压进行比较，并检测受光定时。将对受光定时的检测方法在以后进行详细说明。
图2是表示将本发明的第1实施方式的光检测电路具体化的一例的电路图。如图2所示，在跨导放大器22和反馈电路24的反馈用误差放大器34中，可以使用例如差动放大电路，在平滑电路36中，可以使用例如低通滤波器或电容器。
反馈用误差放大器34具有第1误差放大用P型晶体管Tr1、第2误差放大用P型晶体管Tr2、N型晶体管Tr3(第1误差放大用负载)、N型晶体管Tr4(第2误差放大用负载)以及误差放大用电流源Icm1。
第1误差放大用P型晶体管Tr1的控制端子(栅极)与反馈节点28b连接，第1误差放大用P型晶体管Tr1的第1端子(漏极)与N型晶体管Tr3的第1端子(漏极)连接，第1误差放大用P型晶体管Tr1的第2端子(源极)与共同节点N1连接。N型晶体管Tr3的第2端子(源极)与第2电源线26b连接，N型晶体管Tr3的控制端子(栅极)与共同节点N2连接。另外，使第1误差放大用P型晶体管Tr1的第1端子(漏极)为反馈用误差放大器34的输出端子，与平滑电路36的输入端子连接。
在第2误差放大用P型晶体管Tr2的控制端子(栅极)上输入有受光用基准电压20a。第2误差放大用P型晶体管Tr2的第1端子(漏极)与N型晶体管Tr4的第1端子(漏极)连接，第2误差放大用P型晶体管Tr2的第2端子(源极)与共同节点N1连接。N型晶体管Tr4的第2端子(源极)与第2电源线26b连接，N型晶体管Tr4的控制端子(栅极)与共同节点N2连接。该共同节点N2与N型晶体管Tr4的第1端子(漏极)连接。
误差放大用电流源Icm1的一方端子与共同节点N1连接，误差放大用电流源Icm1的另一方端子与第1电源线26a连接。在误差放大用电流源Icm1中，可以使用例如电流反射镜电路或电阻。在本实施方式中，在第1误差放大用负载和第2误差放大用负载中使用有源负载电路，但是也可以分别使用电阻。
同样，跨导放大器22具有第1变换用P型晶体管Tr5、第2变换用P型晶体管Tr6、N型晶体管Tr7(第1变换用负载)、N型晶体管Tr8(第2变换用负载)以及变换用电流源Icm2。
第1变换用P型晶体管Tr5的控制端子(栅极)与反馈节点28b连接，第1变换用P型晶体管Tr5的第1端子(漏极)与N型晶体管Tr7的第1端子(漏极)连接，第1变换用P型晶体管Tr5的第2端子(源极)与共同节点N3连接。N型晶体管Tr7的第2端子(源极)与第2电源线26b连接，N型晶体管Tr7的控制端子(栅极)与共同节点N4连接。另外，第1变换用P型晶体管Tr5的第1端子(漏极)与输出节点28c连接，并与选择开关62连接。
在第2变换用P型晶体管Tr6的控制端子(栅极)上输入有变换用基准电压20b。第2变换用P型晶体管Tr6的第1端子(漏极)与N型晶体管Tr8的第1端子(漏极)连接，第2变换用P型晶体管Tr6的第2端子(源极)与共同节点N3连接。N型晶体管Tr8的第2端子(源极)与第2电源线26b连接，N型晶体管Tr8的控制端子(栅极)与共同节点N4连接。该共同节点N4与N型晶体管Tr8的第1端子(漏极)连接。
变换用电流源Icm2的一方端子与共同节点N3连接，变换用电流源Icm2的另一方端子与第1电源线26a连接。在误差放大用电流源Icm2中，可以使用例如电流反射镜电路或电阻。在本实施方式中，在第1变换用负载和第2变换用负载中使用有源负载电路，但是也可以是可以将Tr5和Tr6的输入电压差变换为电流的其它实施方式。
受光定时检测电路70具有比较用电容器71、比较用直流电压源75、比较器76、充放电控制电路77以及比较用基准电压78。
比较用电容器71的第1端子与加法器14的输出端子连接。比较用电容器71的第2端子与比较器76的第1输入端子连接。在比较器76的第1输入端子上，通过充放电控制电路77连接有比较用直流电压源75的一方的端子。比较用直流电压源75的另一方端子连接于与第2电源线26b同电位的第3电源线26c连接。在比较器76的第2输入端子上输入有比较用基准电压78。充放电控制电路77，由相对于串联连接的电阻73和开关74并联连接的电阻72构成。
而且，比较用基准电压78是，由带隙基准电路这样的生成恒定的电压的电路所生成的恒定的电压，可以与受光用基准电压20a、变换用基准电压20b以及加法运算用基准电压42相同。
下面，对本发明的第1实施方式的光检测电路10的动作进行说明。首先，对光检测电路10所接受的接收光进行说明。未图示的车载用雷达装置，利用具有多个反射角的多角镜，至少跨越车宽度方向的规定角度范围内向多个方向照射来自发光元件的激光。该各激光由反射物体反射成为反射光。另外，在屋外环境中存在太阳光等干扰光。在光检测电路10所接受的接收光中包括该反射光和干扰光。
首先，考虑过渡状态。光检测元件16接受该接收光，并向受光用跨阻放大器18输入于对应于接收光的电流。受光用跨阻放大器18进行动作，以使输入节点28a的电压与受光用基准电压20a成为相等，并且所输入的电流流过受光用反馈电阻32。因此，反馈节点28b的电压因受光用反馈电阻32的电压下降，而比受光用基准电压20a降低。
反馈电路24的反馈用误差放大器34，对反馈节点28b的电压和受光用基准电压20a的误差进行放大，并输出放大后的误差电压。利用平滑电路36使放大后的误差电压平滑，并输入至反馈用N型晶体管38的控制端子(栅极)。利用该控制端子(栅极)的电压，在反馈用N型晶体管38的第1端子(漏极)一第2端子(源极)间流过直流电流。因此，在通常的动作状态下，流入受光用跨阻放大器18的电流的直流成分被去除，使反馈节点28b的电压的直流成分与受光用基准电压20a相等并保持一定。
实际上，由平滑电路36的电容器和反馈用误差放大器34的输出阻抗构成低通滤波器，因此，流入受光用跨阻放大器18的电流的低频成分，即低通滤波器的截止频率以下的低频成分也被去除，使反馈节点28b的电压的低频成分降低，使直流成分与受光用基准电压20a相等并保持一定。
跨导放大器22，将该反馈节点28b的电压和变换用基准电压20b的差电压变换为电流，将该电流输出至输出节点28c，因此，使该输出电流的低频成分降低，直流成分成为一定。加法器14对作为来自多个输出节点28c的电流且低频成分被降低且直流成分为一定的电流进行加法运算，变换为电压，并输出该电压，因此，使该输出电压的低频成分降低，直流成分根据由选择控制电路60和选择开关62所选择的受光电路12的个数而成为一定。
图3是表示接收光和加法器14的输出电压的关系的图。即，图3(a)是光强度的时间图，图3(b)是电压的时间图，图3(c)是光强度的时间图，图3(d)是电压的时间图，图3(e)是电压的时间图。如图3(a)所示，接收光是在干扰光上重叠了脉冲状的反射光的光。本实施方式的光检测电路10，在接受该接收光时，从加法器14输出如图3(b)所示的、在与干扰光相对应的直流电压上重叠了与脉冲状的反射光相对应的脉冲电压的电压。
受光定时检测电路70，通过比较用电容器71，以去掉直流部分的形状取出来自该加法器14的输出。去掉了直流部分后的来自加法器14的输出，通过充放电控制电路77而重叠比较用直流电压源75的直流电压，并输入至比较器76的第1输入端子，上述充放电控制电路77为与将电阻73和开关74串联后的电路并联地安装有电阻72。比较器76对输入至第1输入端子的输出电压与比较用基准电压78相交的受光时间进行检测，根据从激光的照射定时至反射光的受光定时的时间检测反射物体。为了提高该受光定时的检测精度，可以使基准电压接近输出电压的直流电压而设定。
而且，与将该电阻73和开关74串联后的电路并联地安装有电阻72的充放电控制电路77，为了去除偏移(offset)变动，在需要时使开关74为接通，而使其成为快速充电(quick charge)电路，即，使用具有与电阻72相比充分小的值的电阻73，以较小的时间常数对电容器71进行急速充放电。
但是，在不具有本实施方式的反馈电路24的情况下，如图3(c)所示，在切换进行加法运算的选择通道时，例如，在从干扰光小的通道切换至大的通道时，输入至受光用跨阻放大器18的电流增加，因受光用反馈电阻32的电压下降，反馈节点28b的电压的直流成分降低。因此，跨导放大器22的输出电流的直流成分增加，加法器14的输出电压的直流成分下降。
如图3(d)所示，加法器14的输出电压成为不存在与受光定时检测电路70的比较用基准电压78相交的定时。保持原样地以直流对加法器14的输出进行处理并不是通常的情况，而是如上所述，一次由比较用电容器71将直流部分切掉以后，再次偏置而进行处理，但是，即使将直流部分切掉，由于通常是以不具有开关74的CR的高通滤波器进行结合，因此由于CR的时间常数，在通过高通滤波器后，也成为如图3(d)所示，在比较器76中不存在与比较用基准电压78相交的定时，而不能检测反射光的受光定时。
另外，在改变进行加法运算的选择通道的数量时，例如在增加时，即使进入各通道的干扰光为相同水平，加法器14的输出电压的直流成分降低，也会引起相同问题。
在本实施方式中，反馈电路24去除输入至受光用跨阻放大器18的电流的直流成分和低频成分，降低反馈节点28b的电压的低频成分，使直流成分与受光用基准电压20a相等并保持一定。从而，使跨导放大器22的输出电流的低频成分降低，并使直流成分保持一定。所以，使加法器14的输出电压的低频成分降低，直流成分保持一定。
如图3(e)所示，加法器14的输出电压总是与受光定时检测电路70的比较用基准电压78相交，能够检测反射光的受光定时。这即使在进行通道切换的情况下，或改变加法运算的选择通道的数量的情况下也相同。
如上所述，根据本发明的实施方式，反馈电路24除去干扰光成分，降低光检测电路10的输出电压的低频成分，并使直流成分保持一定，因此，可以将光检测电路10的输出电压，与接近该电压的直流成分而设定的基准电压进行比较。从而，如果使用本发明的光检测电路10，可以不受存在于屋外环境的干扰光的影响，提高由反射物体反射的反射光的检测精度。
另外，由于对受光电路12进行分割，因此，减轻了由光检测元件16的寄生电容导致的频带的劣化。
另外，由于在每个光检测元件16上连接放大器(受光用跨阻放大器18和跨导放大器22)，因此，即使增减利用选择控制电路60和选择开关62而与加法器14相连接的受光电路12的数量，即光检测元件16的数量，也不会造成该放大器的增益一频率特性差异，使光检测电路10的检测精度稳定。
另外，由于加法器14进行电流的加法运算，因此，不存在如在进行电压加法运算时那样，其增益一频率特性因进行加法运算的通道数量而发生变化的情况。即，加法器14的增益和频带不会发生变化。在进行根据从激光的照射定时至反射光的受光定时的时间来检测反射物体的、基于飞行时间的测量的情况下，光检测电路10的增益或频带的变化成为测量误差的原因，但是，根据本发明则不会发生测量误差。
另外，根据来自选择控制电路60的信号进行动作的各选择开关62，将各受光电路12选择性地与加法器14相连接。因此，为了防止反射脉冲光的入射位置预测和反射脉冲光的虚假光(ghost light)的入射位置预测、以及反射脉冲光的受光时的缺陷，可以仅将多个受光电路12中的必要且足够的受光电路12与加法器14连接。即，由于可以将没有输出信号的受光电路12从加法器14断开，因此可以使光检测电路10的输出的S/N比增大。
另外，由于对于每个受光电路12去除干扰光，因此，即使每个光检测元件16中的干扰光存在差异，也可以保持高检测精度。
而且，可以利用简单的电路提高光检测精度。
下面，对本发明第2实施方式的光检测电路进行说明。图4是表示本发明第2实施方式的光检测电路的构成的电路图。图4所示的光检测电路10a与第1实施方式的不同点在于，各个受光电路12a是使受光用跨阻放大器18为受光用跨阻放大器18a且不具有受光用基准电压20a的构成。另外，光检测电路10a与第1实施方式的不同点在于，反馈电路24的反馈用误差放大器34的正输入端子(第2输入端子)与输入节点28a连接。
即，光检测电路10a与第1实施方式的不同点在于，取代受光用基准电压20a而使用受光用N型晶体管50的栅极-源极间电压Vgs。另外，与第1实施方式的不同点在于，不使用选择开关62，跨导放大器22为跨导放大器22a，具有接受来自选择控制电路60的信号的跨导放大器动作控制端子64。
受光用跨阻放大器18a包括受光用N型晶体管50、第2受光用反馈电阻52以及电流控制电阻54。受光用N晶体管50的控制端子(栅极)与输入节点28a连接。受光用N型晶体管50的第1端子(漏极)与反馈节点28b连接，受光用N型晶体管50的第2端子(源极)与第2电源线26b连接。
第2受光用反馈电阻52的一端与输入节点28a连接，第2受光用反馈电阻52的另一端与反馈节点28b连接。电流控制电阻54的一端与第1电源线26a连接，电流控制电阻54的另一端与反馈节点28b连接。受光用跨阻放大器18a输入有光检测元件16的输出电流，并输出对应于该电流的电压。
反馈电路24，通过去除受光用跨阻放大器18a的输入电流的直流成分，使受光用跨阻放大器18a的输出电压的直流成分与受光用跨阻放大器18a的输入电压的直流成分相等并保持一定。
跨导放大器22a，由跨导放大器动作控制端子64接受来自选择控制电路60的信号，并根据该信号决定动作或者不动作。例如，利用输入至跨导放大器动作控制端子64的信号来控制电流源Icm2接通或断开。
下面，对本发明的第2实施方式的光检测电路10a的动作进行说明。
首先，考虑过渡状态。光检测元件16接受接收光，并向受光用跨阻放大器18a输入电流。受光用跨阻放大器18a，通过第2受光用反馈电阻52，在受光用N型晶体管50的第1端子(漏极)一第2端子(源极)间流过输入的电流。因此，反馈节点28b的电压，因第2受光用反馈电阻52的电压下降，而下降至低于输入节点28a的电压。
反馈电路24的反馈用误差放大器34，对反馈节点28b的电压和输入节点28a的电压的误差进行放大，并输出放大后的误差信号。利用平滑电路36使放大后的误差电压平滑，并输入反馈用晶体管38的控制端子(栅极)。利用该控制端子(栅极)的电压，使反馈用晶体管38第1端子(漏极)一第2端子(源极)间流过直流电流。
在此，输入节点28a的电压由受光用N型晶体管50的漏极电流来决定，并为大致一定。因此，在通常的动作状态下，流入受光用跨阻放大器18a的电流的直流成分被去除，使反馈节点28b的电压的直流成分与输入节点28a的电压的直流成分相等并保持为一定。
实际上，由平滑电路36的电容器和反馈用误差放大器34的输出阻抗构成低通滤波器，因此，流入受光用跨阻放大器18的电流的低频成分，即低通滤波器的截止频率以下的低频成分也被去除，使反馈节点28b的电压的直流成分与受光用基准电压20a相等并保持为一定。
如上所述，根据本发明的实施方式，反馈电路24由于去除干扰光成分并使光检测电路10a的输出电压的直流成分保持一定，因此，可以将光检测电路10a的输出电压与接近该电压的直流成分而设定的基准电压相比较。从而，若使用本发明的光检测电路10a，则可以不受存在于屋外环境的干扰光的影响，提高由反射物体反射的反射光的检测精度。
另外，由于对受光电路12a进行分割，因此，减轻了由光检测元件16的寄生电容导致的频带的劣化。
另外，由于在每个光检测元件16上连接放大器(受光用跨阻放大器18a和跨导放大器22a)，并且由于根据输入至选择控制电路60和跨导放大器动作控制端子64中的信号来控制电流源Icm2接通或断开，而对与加法器14相连接的受光电路12选择地进行连接，因此，即使增减与加法器14相连接的受光电路12的数量，即光检测元件16的数量，也不会造成该放大器的增益一频率特性差异，使光检测电路10a的检测精度稳定。
另外，由于加法器14进行电流的加法运算，因此，不存在如在进行电压加法运算时那样，其增益一频率特性因进行加法运算的通道数量而发生变化的情况。即，加法器14的增益和频带不会发生变化。在进行根据从激光的照射定时至反射光的受光定时的时间来检测反射物体的基于飞行时间的测量的情况中，光检测电路10的增益或频带的变化成为测量误差的原因，但是，根据本发明则不会发生测量误差。
另外，由于根据从选择控制电路60输入至跨导放大器动作控制端子64的信号来控制电流源Icm2接通或断开，所以，可以将各受光电路12选择性地与加法器14相连接。因此，为了防止反射脉冲光的入射位置预测和反射脉冲光的虚假光的入射位置预测、以及反射脉冲光的受光时的缺陷，可以仅将多个受光电路12中的必要且足够的受光电路12与加法器14连接。即，由于可以将没有输出信号的受光电路12从加法器14上断开，因此，可以使光检测电路10的输出的S/N比增大。
另外，由于对于每个受光电路12a去除干扰光成分，因此，即使各个光检测元件16中的干扰光存在差异，也可以保持高检测精度。
而且，可以利用简单的电路提高光检测精度。
并且，本发明并不局限于上述的本实施方式，可进行各种变形。如图5所示，受光电路12a也可以为受光电路12b的构成。受光电路12b与受光电路12a的不同之处在于，是将受光用跨阻放大器18a取代为受光用跨阻放大器18b的构成。受光用跨阻放大器18b与受光用跨阻放大器18a的不同点在于，将受光用晶体管50从N型晶体管代替为P型晶体管的构成。因此，成为受光用晶体管50的第2端子(源极)与第1电源线26a连接，电流控制电阻54与第2电源线26b连接。
另外，如图6所示，受光电路12a也可以为受光电路12c的构成。受光电路12c与受光电路12a的不同点在于，将由第1电源线26a决定光检测元件的电压下降，即大致一定的电压的构成改变为，由第2电源线26b决定的构成。此时，由于反馈节点28b的电压变动与受光电路12a成为相反方向，因此受光电路12c与受光电路12a的不同在于，将将反馈电路24取代为反馈电路24b、将跨导放大器22a取代为跨导放大器22b的构成。
反馈电路24b与反馈电路24的不同点在于，将第1误差放大用晶体管Tr1和第2误差放大用晶体管Tr2由P型晶体管取代为N型晶体管；将晶体管Tr3和晶体管Tr4由N型晶体管取代为P型晶体管；将反馈用晶体管38由N型晶体管取代为P型晶体管。
因此，成为使晶体管Tr3和晶体管Tr4的第2端子(源极)与第1电源线26a连接，误差放大用电流源Icm1与第2电源线26b连接。另外，成为使平滑电路36的电容器和反馈用晶体管38的第2端子(源极)与第1电源线26a连接。
跨导放大器22b与跨导放大器22的不同点在于，将第1变换用晶体管Tr5和第2变换用晶体管Tr6由P型晶体管取代为N型晶体管；将晶体管Tr7和晶体管Tr8由N型晶体管取代为P型晶体管。因此，成为使晶体管Tr7和晶体管Tr8的第2端子(源极)与第1电源线26a连接，使误差放大用电流源Icm2与第2电源线26b连接。
另外，如图7所示，受光电路12c也可以为受光电路12d的构成。受光电路12d与受光电路12c的不同在于，将受光用跨阻放大器18a取代为受光用跨阻放大器18b的构成。
另外，如图8所示，光检测电路10也可以为光检测电路100的构成。光检测电路100与光检测电路10的不同在于，取代受光电路12而使用受光电路120的构成。受光电路120与受光电路12的不同点在于，反馈用误差放大器34的第2输入端子，不与受光用基准电压20a相连接，而与受光用跨阻放大器18的第1输入端子相连接。由于受光用跨阻放大器18的第1输入端子的电压和第2输入端子的电压大致相同，因此，受光电路120进行与受光电路12相同的动作。即，光检测电路100进行与光检测电路10相同的动作。
另外，如图9所示，光检测电路10a也可以为光检测电路100a的构成。光检测电路100a与光检测电路10a的不同在于，取代受光电路12a而使用受光电路120a的构成。受光电路120a与受光电路12a的不同在于，不具有变换用基准电压20b的构成。另外，受光电路120a与受光电路12a的不同点在于，跨导放大器22a的第2变换用P型晶体管Tr6的控制端子与输入节点28a相连接。即，受光电路120a与受光电路12a的不同点在于，取代变换用基准电压20b而使用受光用N型晶体管50的栅极一源极间电压Vgs。由于如上所述受光用N型晶体管50的Vgs为大致一定，因此受光电路120a进行与受光电路12a相同的动作。即，光检测电路100a进行与光检测电路10a相同的动作。
另外，在本实施方式中，关于晶体管使用场效应晶体管，但是也可以使用双极型晶体管(bipolar transistor)。
另外，作为跨导放大器动作控制端子的实现方法，也可以在电流源Icm1和电流源Icm2上设置开关元件。具体为，设置使电流反射镜电路的晶体管的控制端子(栅极)与第1或第2电源线短路的开关元件。根据该构成，可以将不使用的受光电路停止，可实现低耗电。另外，可以减轻因不使用的受光电路造成的频率特性的劣化。
也可以在跨阻放大器和误差放大电路等中设置与跨导放大器动作控制端子同样的控制端子。在此情况下，有必要在使受光电路动作的规定时间前，使受光电路的电源为接通，使反馈环路(LOOP)稳定，但是，根据该构成，可以进一步实现低耗电，并可以进一步减轻频率特性的劣化。

Claims (13)

1.一种光检测电路，其特征在于，
所述光检测电路具有选择地对多个受光电路的输出进行加法运算的加法器，
各个所述受光电路具有：
光检测元件；
受光用跨阻放大器，在第1输入端子上连接有所述光检测元件；
跨导放大器，在第1输入端子上连接有所述受光用跨阻放大器的输出端子；
反馈电路，连接在所述受光用跨阻放大器的所述输出端子和所述受光用跨阻放大器的所述第1输入端子之间，进行用于使所述受光用跨阻放大器的输出电压保持为一定的反馈。
2.如权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，
所述反馈电路包括：
反馈用误差放大器，在第1输入端子上连接有所述受光用跨阻放大器的所述输出端子，并在第2输入端子上输入有受光用基准电压；
平滑电路，在输入端子上连接有所述反馈用误差放大器的输出端子；
反馈用晶体管，在控制端子上连接有所述平滑电路的输出端子，并在与所述光检测元件相连接的端子上连接有所述受光用跨阻放大器的所述第1输入端子。
3.如权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，
所述反馈电路包括：
反馈用误差放大器，在第1输入端子上连接有所述受光用跨阻放大器的所述输出端子，并在第2输入端子上连接有所述受光用跨阻放大器的所述第1输入端子；
平滑电路，在输入端子上连接有所述反馈用误差放大器的输出端子；
反馈用晶体管，在控制端子上连接有所述平滑电路的输出端子，在与所述光检测元件相连接的端子上连接有所述受光用跨阻放大器的所述第1输入端子。
4.如权利要求2所述的光检测电路，其特征在于，
所述受光用跨阻放大器包括：
受光用运算放大器，在作为所述受光用跨阻放大器的所述第1输入端子的第1输入端子上连接有所述光检测元件，在第2输入端子上连接有所述受光用基准电压；
第1受光用反馈电阻，连接在作为所述受光用跨阻放大器的所述输出端子的所述受光用运算放大器的输出端子与所述受光用运算放大器的所述第1输入端子之间。
5.如权利要求3所述的光检测电路，其特征在于，
所述受光用跨阻放大器包括：
受光用晶体管，在作为所述受光用跨阻放大器的所述第1输入端子的控制端子上连接有所述光检测元件；
电流控制电阻，连接在作为所述受光用跨阻放大器的所述输出端子的所述受光用晶体管的输出端子与固定电位之间；
第2受光用反馈电阻，连接在所述受光用晶体管的所述输出端子与所述受光用晶体管的所述控制端子之间。
6.如权利要求5所述的光检测电路，其特征在于，
所述反馈用误差放大器的所述第2输入端子，与所述受光用晶体管的所述控制端子相连接。
7.如权利要求2所述的光检测电路，其特征在于，
所述反馈用误差放大器包括：
第1误差放大用晶体管，在所述受光用跨阻放大器的所述输出端子上连接有控制端子；
第2误差放大用晶体管，在控制端子上输入有所述受光用基准电压；
第1误差放大用负载，与所述第1误差放大用晶体管的输出端子相连接；
第2误差放大用负载，与所述第2误差放大用晶体管的输出端子相连接；
误差放大用电流源，与所述第1误差放大用晶体管和所述第2误差放大用晶体管的共同节点相连接，
所述平滑电路为连接在所述输入端子与所述输出端子之间的电容器。
8.如权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，
所述跨导放大器包括：
第1变换用晶体管，在所述受光用跨阻放大器的所述输出端子上连接有控制端子；
第2变换用晶体管，在控制端子上输入有变换用基准电压；
第1变换用负载，与所述第1变换用晶体管的输出端子相连接；
第2变换用负载，与所述第2变换用晶体管的输出端子相连接；
变换用电流源，与所述第1变换用晶体管和所述第2变换用晶体管的共同节点相连接。
9.如权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，
还具有：
选择控制电路，对多个所述受光电路的输出进行选择；和
多个选择开关，插入在多个所述受光电路和所述加法器之间，根据所述选择控制电路的输出进行动作，
所述加法器具有加法运算用跨阻放大器，该加法运算用跨阻放大器通过多个所述选择开关而在输入端子上连接有多个所述受光电路，
所述加法运算用跨阻放大器包括：加法运算用运算放大器，在第1输入端子上通过所述选择开关连接有多个所述受光电路的输出端子，在第2输入端子上连接有加法运算用基准电压；和加法运算用反馈电阻，连接在所述加法运算用运算放大器的输出端子和所述加法运算用运算放大器的所述第1输入端子之间。
10.如权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，
还具有选择控制电路，通过对所述跨导放大器的动作或非动作进行控制，来对多个所述受光电路的输出进行选择；
所述加法器具有在输入端子上连接有多个所述受光电路的加法运算用跨阻放大器；
所述加法运算用跨阻放大器包括：加法运算用运算放大器，在第1输入端子上连接有多个所述受光电路的输出端子，并在第2输入端子上连接有加法运算用基准电压；和加法运算用反馈电阻，连接在所述加法运算用运算放大器的输出端子与所述加法运算用运算放大器的所述第1输入端子之间。
11.如权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，
还具有受光定时检测电路，所述受光定时检测电路具有：
比较用电容器，在第1端子上连接有所述加法器的输出端子；
比较器，在第1输入端子上连接有所述比较用电容器的第2端子，并在第2输入端子上输入有比较用基准电压；
比较用直流电压源，向所述比较器的所述第1输入端子供给直流电压；
充放电控制电路，插入在所述比较器的所述第1输入端子和所述比较用直流电压源之间，并对所述比较用电容器的电位进行控制。
12.一种基准电压生成电路，其特征在于，具有：
光检测元件；
受光用晶体管，在控制端子上连接有所述光检测元件；
电流控制电阻，连接在所述受光用晶体管的输出端子与固定电位之间；
受光用反馈电阻，连接在所述受光用晶体管的所述输出端子与所述受光用晶体管的所述控制端子之间；
反馈用误差放大器，在第1输入端子上连接有所述受光用晶体管的所述输出端子，并在第2输入端子上连接有所述受光用晶体管的所述控制端子；
平滑电路，在输入端子上连接有所述反馈用误差放大器的输出端子；
反馈用晶体管，在控制端子上连接有所述平滑电路的输出端子，并在与所述光检测元件相连接的端子上连接有所述受光用晶体管的所述控制端子。
13.一种光检测电路，其特征在于，
具有与多个受光电路相连接的加法器，
各个所述受光电路具有：
光检测元件；
受光用跨阻放大器，与所述光检测元件相连接；
跨导放大器，与所述受光用跨阻放大器的输出端子相连接；
反馈电路，介于所述受光用跨阻放大器的输入输出端子之间。
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