DE19961097A1 - Detektor für optische Signale und Verfahren zum Detektieren optischer Signale - Google Patents

Abstract

In einem Detektor für optische Signale und einem Verfahren zum Detektieren optischer Signale mit denen die Differenz zwischen den Ausgangssignalen eines ersten Fotodetektors 101 und eines zweiten Fotodetektors 102 gebildet wird, um mit Differenzausgangsmitteln 201 ein Differenzsignal zu erzeugen, wird der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad des zweiten Fotodetektors 102 gemäß der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor 101 und 102 durch Steuermittel 41 variiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Detektor für optische Signale und ein Verfahren zum Detektieren von optischen Signalen und insbesondere auf einen Detektor für optische Signale, der zwei oder mehr Fotodetektoren besitzt und eine Funktion aufweist, um den Unterschied zwischen den Ausgangssignalen von zwei dieser Fotodetektoren zu berech­ nen, um ein Differenzsignal auszugeben, und ein Verfahren zum Detektieren optischer Signale für den Detektor für op­ tische Signale.

In einem Detektor für optische Signale mit zwei oder mehr Fotodetektoren muß das Verhältnis zwischen dem einfallenden Licht und dem elektrischen Ausgangssignal der beiden Foto­ detektoren, d. h. der Wirkungsgrad der fotoelektrischen Um­ wandlung zwischen den beiden Fotodetektoren relativ kon­ stant sein, wenn die Differenz zwischen den Ausgangssigna­ len der beiden Fotodetektoren gebildet wird, um ein Diffe­ renzsignal zu erzeugen.

Um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen den Fotodetektoren anzugleichen sind die erhältlichen Foto­ detektoren jedoch nur auf solche Fotodetektoren einge­ schränkt, die einen relativ niedrigen fotoelektrischen Um­ wandlungswirkungsgrad und eine gleichförmige Charakteristik aufweisen. Daher kann der fotoelektrische Umwandlungswir­ kungsgrad nicht durch den Detektor für optische Signale er­ höht werden, um das Differnzsignal zu erzeugen.

Andererseits kann ein fotoelektrisches Umwandlungselement mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad, wie etwa eine Lawinenfotodiode, verwendet werden, um einen Detektor für optische Signale mit einem hohen fotoelektri­ schen Umwandlungwirkungsgrad zu verwirklichen. Die Lawinen­ fotodiode hat jedoch unter verschiedenen Elementen eine große Dispersion im fotoelektrischen Umwandlungswirkungs­ grad und daher ist sie zur Erzeugung des Differenzsignals ungeeignet. Daher war es schwierig, einen Detektor für Dif­ ferenzsignale mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungs­ wirkungsgrad zu verwirklichen.

Die folgenden Veröffentlichungen beziehen sich auf die vor­ liegende Erfindung: Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-158042 offenbart, daß ein Gleichstrom-Offset zwischen ersten Fotodetektionsmitteln und zweiten Fotodetektionsmit­ teln detektiert wird und dann einem Eingang eines Operati­ onsverstärkers zugeführt wird, und die japanische Offenle­ gungsschrift 7-282458 offenbart, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers, der das erste Fotodetektionsausgangssignal eines ersten Fotodetektionselements verstärkt, gesteuert wird und folglich das Gleichgewicht zwischen dem ersten Fo­ todetektionsausgangssignal und dem zweiten Fotodetektions­ ausgangssignal, das von einem zweiten Fotodetektionselement ausgegeben wird, zu einem optimalen Zustand gesteuert wer­ den kann.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Detektor für optische Signale und ein Verfahren zum Detektieren opti­ scher Signale zur Verfügung zu stellen, die ein Differenz­ signal ohne Dispersion in der differenziellen Detektion er­ zeugen können, und dies außerdem mit einem hohen fotoelek­ trischen Umwandlungswirkungsgrad bewerkstelligen können.

Um das obengenannte Ziel zu erreichen, wird gemäß eines er­ sten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Detektor für optische Signale zur Verfügung gestellt, der einen ersten Fotodetektor aufweist, einen zweiten Fotodetektor, Diffe­ renzausgabemittel zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben eines Differenzsignals, und Steuermittel, die die Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungs­ grad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Fotodetektors bestimmt und den fotoelektrischen Umwand­ lungswirkungsgrad des zweiten Fotodetektors im Einklang mit dieser Differenz im fotoelektronischen Umwandlungswirkungs­ grad variiert.

Um das obengenannte Ziel zu erreichen, wird gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Detektieren optischer Signale zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen eines ersten Fotodetektors und eines zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben eines Dif­ ferenzsignals zur Verfügung gestellt, das umfaßt:
Bestimmen der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswir­ kungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zwei­ ten Fotodetektors, und Variieren des fotoelektrischen Um­ wandlungswirkungsgrads des zweiten Fotodetektors gemäß der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad.

Erfindungsgemäß werden, selbst wenn Fotodetektoren wie etwa Lawinenfotodioden verwendet werden, bei denen es schwierig ist, einen gleichförmigen fotoelektrischen Umwandlungswir­ kungsgrad zu erzielen, die Ausgangssignale der beiden Foto­ detektoren, die zum Erzeugen eines Differenzsignals benö­ tigt werden, miteinander verglichen, um die Differenz im fotoelektronischen Umwandlungswirkungsgrad des ersten Foto­ detektors und des zweiten Fotodetektors zu bestimmen, und es wird z. B. entsprechend der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad eine Vorspannung an den zweiten Fo­ todetektor angelegt, so daß die beiden Fotodetektoren scheinbar den gleichen fotoelektrischen Umwandlungswir­ kungsgrad aufweisen, wodurch die Detektionsgenauigkeit des Differenzsignals erhöht wird. Entsprechend kann eine Vor­ richtung zum Detektieren von Differenzsignalen verwirklicht werden, in der eine Lawinenfotodiode mit einem hohen foto­ elektrischen Umwandlungswirkungsgrad oder ähnliches verwen­ det wird.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Detektors für optische Signale zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen ersten Fotodetektor zeigt;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen zweiten Fotodetektor zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Detektionsverfahren für den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad einer Lawinen­ fotodiode zeigt; und

Fig. 5a und 5b sind Diagramme, die ausschnittsweise die Konstruktion einer optischen Plattenvorrichtung zeigen. Nachfolgend wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Detektors für optische Signale zeigt,

Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen ersten Fotodetektor zeigt und Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen zweiten Foto­ detektor zeigt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, schließt der erste Fotodetektor 101 eine Lawinenfotodiode 11 mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad, eine Vorspannschaltung 21 zum An­ legen einer konstanten Vorspannung an die Lawinenfotodiode 11 und einen Operationsverstärker 31 zum Umwandeln des Aus­ gangsstroms der Lawinenfotodiode 11 in eine Spannung ein.

Wie in Fig. 3 gezeigt, schließt der zweite Fotodetektor 102 eine Lawinenfotodiode 12, eine Vorspannschaltung 22 zum An­ legen einer Vorspannung, die gemäß des Ausgangssignal eines Steuermittels 41 variiert, und einen Operationsverstärker 32 zum Umwandeln des Ausgangsstroms der Lawinenfotodiode 12 in eine Spannung ein.

Wie in Fig. 1 gezeigt, werden das Ausgangssignal des ersten Fotodetektors 101 und das Ausgangssignal des zweiten Foto­ detektors 102 in eine Differenzausgangsschaltung 201 einge­ geben und dann als ein Differenzausgangssignal ausgegeben. Außerdem werden die Ausgangssignale des ersten Fotodetek­ tors 101 und des zweiten Fotodetektors 102 in das Steuer­ mittel 41 eingegeben, und das Steuermittel 41 erzeugt ein Steuer-Ausgangssignal, das die Vorspannung des zweiten Fo­ todetektors 102 so variiert, daß der fotoelektrischen Um­ wandlungswirkungsgrad in einem speziellen Frequenzbereich im ersten Fotodetektor 101 und im zweiten Fotodetektor 102 gleich ist.

Als Resultat haben der erste Fotodetektor 101 und der zwei­ te Fotodetektor 102 den gleichen fotoelektrischen Umwand­ lungswirkungsgrad, so daß ein genaues Differenzsignal von der Differenzausgangsschaltung 201 ausgegeben wird. Daher kann ein Detektor für optische Signale verwirklicht werden, der einen hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad aufweist und ein genaues Differenzsignal ausgibt.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Detektionsverfahren für den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad der Lawi­ nenfotodioden 101 und 102 zeigt.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die vorliegende Er­ findung in einer optischen Plattenvorrichtung (disc) ange­ wendet. Im Fall der optischen Plattenvorrichtung wird die Differenzdetektion ausgeführt, um zu bewirken, daß ein Strahl (Lichtfluß) gleichmäßig auf den ersten und den zwei­ ten Fotodetektor 101 und 102 abgestrahlt wird.

Um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des ersten und des zweiten Fotodetektors 101 und 102 zu bestimmen und diese fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrade zu verglei­ chen, wird zuerst die gesamte Lichtmenge in den ersten Fo­ todetektor 101 abgestrahlt und die so erhaltene Ausgangs­ spannung A des ersten Fotodetektors wird in der Ausgangs­ halteschaltung 301 gehalten. Danach wird die gesamte Licht­ menge auf den zweiten Fotodetektor 102 abgestrahlt und die so erhaltene Ausgangsspannung B des zweiten Fotodetektors 102 wird in der Ausgangshalteschaltung 302 gehalten. Die Differenz zwischen der Ausgangsspannung A und der Ausgangs­ spannung B wird von einem Differenzverstärker 401 bestimmt. Ist die Differenzspannung (A-B) nicht gleich 0, so wird die Vorspannung des Fotodetektors 102 entsprechend der Diffe­ renzspannung (A-B) von der Steuerschaltung 501 für die Vor­ spannung variiert, und die Ausgangsspannung B des Fotode­ tektors 102 wird auf die Ausgangsspannung B' eingestellt, die gleich der Ausgangsspannung A ist. Daher kann der foto­ elektrische Umwandlungswirkungsgrad der Fotodetektoren 101 und 102 aneinander angepaßt (in Übereinstimmung gebracht) werden.

Die Fig. 5a und 5b sind Diagramme, die Ausschnittsweise den Aufbau der optischen Plattenvorrichtung zeigen.

Wie in Fig. 5a gezeigt, wird von einer Laserlichtquelle 5 emittiertes Licht durch einen Strahlteiler 3, eine Sammel­ linse 2 und eine Objektlinse 1 auf die optische Platte 7 eingestrahlt. Das von der optischen Platte 7 reflektierte Licht wird durch die Objektlinse 1, die Sammellinse 2, den Strahlteiler 3 und die Detektionslinse 4 geleitet und dann in den Detektor 6 eingestrahlt.

Wie in Fig. 5b gezeigt, umfaßt der Detektor 6 die Fotode­ tektoren 101 und 102 und führt die Steuerung der Spurfüh­ rung und ähnliches auf der Basis des Differenzsignals, das aus den Ausgangssignalen der Fotodetektoren 101 und 102 er­ zeugt wird, aus.

In der oben beschriebenen Ausführungsform werden zwei Foto­ detektoren verwendet. Dieselbe Wirkung kann jedoch erzielt werden, wenn drei oder mehr Fotodetektoren verwendet wer­ den. Z. B. wird das Differenzausgangssignal zwischen dem Ausgang eines Fotodetektors und dem Ausgang eines anderen Fotodetektors erhalten, und die Vorspannung für den anderen Fotodetektor wird auf der Basis des Differenzausgangssig­ nals gesteuert, wodurch der fotoelektrische Umwandlungswir­ kungsgrad zwischen den beiden Fotodetektoren angepaßt wer­ den kann (in Übereinstimmung gebracht wird). Der Fotodetek­ tor ist nicht auf eine Lawinenfotodiode beschränkt, und je­ des Element kann verwendet werden, selbst wenn der foto­ elektrische Umwandlungswirkungsgrad unter den Elementen ei­ ne große Dispersion oder Streuung aufweist.

Wie oben beschrieben worden ist, können gemäß der vorlie­ genden Erfindung Lawinenfotodioden oder andere Elemente, die bisher für eine Detektiervorrichtung für Differenzsi­ gnale nicht brauchbar waren, weil sie untereinander eine große Dispersion im fotoelektrischen Umwandlungswirkungs­ grad aufweisen, verwendet werden, um eine Detektorvorrich­ tung für ein Differenzsignal ohne Dispersion in der Diffe­ renzdetektion und mit einem hohen fotoelektrischen Umwand­ lungswirkungsgrad zu verwirklichen.

Claims (6)

1. Detektor für optische Signale, der einen ersten Fotode­ tektor, einen zweiten Fotodetektor, Differenzausgangsmittel zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben eines Differenzsignals sowie Steuermittel, die die Differenz im fo­ toelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangssigna­ le des ersten und des zweiten Fotodetektors bestimmen und den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des zweiten Fotode­ tektors gemäß der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungs­ wirkungsgrad variieren, umfaßt.

2. Detektor für optische Signale nach Anspruch 1, in dem sowohl der erste als auch der zweite Fotodetektor einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich und Mittel zum An­ legen einer Vorspannung an den fotoelektrischen Umwandlungs­ bereich aufweisen, und die Vorspannung, die an den zweiten Fotodetektor anzulegen ist, von den Steuermitteln gesteuert wird.

3. Detektionsvorrichtung für optische Signale nach Anspruch 2, in der der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt eine Lawinen­ fotodiode umfaßt.

4. Verfahren zum Detektieren optischer Signale zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen eines ersten Fotode­ tektors und eines zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben ei­ nes Differenzsignals, welches umfaßt: Bestimmen der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen dem er­ sten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangs­ signale des ersten und des zweiten Fotodetektors, und Variie­ ren des fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrades des zwei­ ten Fotodetektors gemäß der Differenz im fotoelektrischen Um­ wandlungswirkungsgrad.

5. Verfahren zum Detektieren optischer Signale nach Anspruch 4, in dem sowohl der erste als auch der zweite Fotodetektor ei­ nen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt sowie Mittel zum Anlegen einer Vorspannung an den fotoelektrischen Umwand­ lungsabschnitt einschließen, und die Vorspannung, die an den zweiten Fotodetektor angelegt wird, gesteuert wird, um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des zweiten Fotode­ tektors zu variieren.

6. Verfahren zum Detektieren optischer Signale nach An­ spruch 5, in welchen der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt eine La­ winenfotodiode umfaßt.