JP2000182263A - Photo-detecting device, and device for detecting quantum wobbling level of light beam and wobbling of light intensity - Google Patents

Photo-detecting device, and device for detecting quantum wobbling level of light beam and wobbling of light intensity

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JP2000182263A
JP2000182263A JP10375334A JP37533498A JP2000182263A JP 2000182263 A JP2000182263 A JP 2000182263A JP 10375334 A JP10375334 A JP 10375334A JP 37533498 A JP37533498 A JP 37533498A JP 2000182263 A JP2000182263 A JP 2000182263A
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current
operational amplifier
transistor
detecting
photodetector
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Japanese (ja)
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Atsushi Oishi
篤 大石
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Konica Minolta Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect light with a high sensitivity, low noise and at high speed by current-voltage conversion after current amplification by an operational amplifier having a current amplifying part in a feedback loop. SOLUTION: To convert a current signal converted by a photo-electric converting element into a voltage signal, the current signal is inputted to an inversion input terminal 2a of an operational amplifier 2. This inversion input terminal 2a is connected with an output terminal 2c of the operational amplifier 2 via a current amplifier 3, and forms a feedback loop. Non-inversion input terminal 2b is grounded. For the current amplifier 3, a Darlington connection connecting two transistors 3a, 3b in series is used, and current-voltage conversion is operated via a resister R1 put in series with the collectors of both transistors 3a, 3b. Here, the operational amplifier is preferred to be of FET input, that is excellent in having low input equivalent current noise, and has a large effect in an S/N when amplifying the current of the operational amplifier input part with a large amplification factor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度な光測定装
置などに適用される、高速で高感度で低雑音の光検出装
置、光ビームの量子揺らぎレベル検出装置及び光強度ゆ
らぎ検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed, high-sensitivity, low-noise photodetector, a quantum fluctuation level detector of a light beam, and a light intensity fluctuation detector applied to a high-precision optical measurement device and the like. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光検出装置としては、図8〜図1
1に示す装置が知られている。図8に示す装置は、フォ
トダイオード100に光エネルギーhνが当たると、光
起電力が発生し、微弱な電流が発生する。この光電変換
された電流を直接抵抗101を用いて電流-電圧変換
(I-V変換)するものである。この技術では、ゲイン
(増幅率)を上げようとすると、応答速度が遅くなる問
題がある。
2. Description of the Related Art As a conventional photodetector, FIGS.
1 is known. In the device illustrated in FIG. 8, when light energy hν strikes the photodiode 100, a photoelectromotive force is generated, and a weak current is generated. The photoelectrically converted current is directly subjected to current-voltage conversion (IV conversion) using the resistor 101. In this technique, there is a problem that the response speed is reduced when trying to increase the gain (amplification rate).

【0003】図9に示す装置は、フォトダイオード10
0により光電変換された電流を演算増幅器(オペアン
プ)102を用いてI-V変換するものである。オペア
ンプ102には、抵抗103が回路の動作を安定させる
ために負帰還接続されており、この抵抗103によって
電流-電圧変換のゲインが決まる。かかるオペアンプの
使用により、図8に示す装置より応答速度は速くなる
が、高ゲイン時、ノイズ(オペアンプノイズと熱ノイ
ズ)と応答の劣化の問題がある。これらのノイズは自由
電子運動による電圧のゆらぎ、熱運動に起因している。
[0003] The device shown in FIG.
The current photoelectrically converted by 0 is subjected to IV conversion using an operational amplifier (op-amp) 102. A resistor 103 is negatively connected to the operational amplifier 102 in order to stabilize the operation of the circuit. The gain of current-voltage conversion is determined by the resistor 103. The use of such an operational amplifier results in a faster response speed than the device shown in FIG. 8, but there is a problem of noise (operational amplifier noise and thermal noise) and response degradation at a high gain. These noises are caused by voltage fluctuations due to free electron motion and thermal motion.

【0004】図10に示す装置は、電流増幅手段として
トランジスターを用いたもので、NPN接合トランジス
ター106と、NPN接合トランジスター107とPN
P接合トランジスター108が接続された形で用いられ
ている。このトランジスターによって電流増幅し、それ
を抵抗109を介在せて、I-V変換し、出力電圧を得
るものである。この装置では、電流増幅部の入力インピ
ーダンスによる応答劣化の問題がある。
The device shown in FIG. 10 uses a transistor as a current amplifying means. An NPN junction transistor 106, an NPN junction transistor 107 and a PN
The P-junction transistor 108 is used in a connected form. The current is amplified by this transistor, and it is subjected to IV conversion through a resistor 109 to obtain an output voltage. In this device, there is a problem of response deterioration due to the input impedance of the current amplifier.

【0005】図11に示す装置は、光ゆらぎを計測する
装置であり、直流分は直接に抵抗110でI-V変換
し、交流分はコンデンサー111を介しオペアンプ11
3側に流れ、抵抗112でI-V変換する技術である。
この装置では、直流(DC)分を受ける抵抗の熱ノイズ
(電流成分)が交流(AC)分に重畳し、ノイズの問題
が大きい。また、抵抗110とコンデンサー111で決
まる周波数でカットオフされ、低周波の揺らぎが計測で
きない問題がある。
The device shown in FIG. 11 is a device for measuring light fluctuation. The DC component is directly subjected to IV conversion by a resistor 110, and the AC component is passed through a capacitor 111 to an operational amplifier 11.
This is a technique of flowing to the 3 side and performing IV conversion with a resistor 112.
In this device, thermal noise (current component) of a resistor receiving a direct current (DC) is superimposed on an alternating current (AC), and the problem of noise is large. Further, there is a problem that the frequency is cut off at a frequency determined by the resistor 110 and the capacitor 111, and fluctuation of low frequency cannot be measured.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の第1
課題は、高感度で高速に低ノイズで光検出できる光検出
装置を提供することにある。
Therefore, the first aspect of the present invention
It is an object of the present invention to provide a photodetector capable of detecting light with high sensitivity and high speed with low noise.

【0007】本発明の第2の課題は、広帯域で高速に光
量子揺らぎを検出できる光ビームの量子揺らぎレベル検
出装置を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a light beam quantum fluctuation level detecting device capable of detecting light quantum fluctuations in a wide band at high speed.

【0008】本発明の第3の課題は、高精度に光強度揺
らぎを検出できる光強度ゆらぎ検出装置を提供すること
にある。
A third object of the present invention is to provide a light intensity fluctuation detecting device capable of detecting light intensity fluctuation with high accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
の発明は、光電変換素子から発生する光電流を電流増幅
し、その後電圧信号に変換する光検出装置において、負
帰還ループ内に電流増幅部を有する演算増幅器で電流増
幅し、その後電流-電圧変換することを特徴とする光検
出装置である。
Means for Solving the Problems A first method for solving the above problems is described below.
The present invention relates to a photodetector that amplifies a photocurrent generated from a photoelectric conversion element and then converts the photocurrent into a voltage signal, wherein the current is amplified by an operational amplifier having a current amplifying unit in a negative feedback loop, and then the current-voltage conversion is performed. A photodetector characterized in that:

【0010】好ましい態様としては、(1)電流増幅部
がトランジスターであり、更に好ましくはトランジスタ
ーがダーリントン接続であること、(2)演算増幅器が
FET入力であること、(3)電流-電圧変換の方式が
トランジスターのコレクタに直列に設けられた抵抗であ
ること、(4)電流-電圧変換の方式がトランジスター
のコレクタをマイナス入力とする演算増幅器で構成され
る電流-電圧変換回路であることである。
In a preferred embodiment, (1) the current amplifying section is a transistor, more preferably, the transistor is Darlington connection, (2) the operational amplifier is an FET input, and (3) current-voltage conversion. The method is that a resistor is provided in series with the collector of the transistor. (4) The method of current-voltage conversion is that the current-voltage conversion circuit is composed of an operational amplifier having the transistor collector as a negative input. .

【0011】上記課題を解決する第2の発明は、ビーム
スプリッターで分割された2つの光ビームを別々に受け
る2つの光電変換素子を設けると共に該2つの光電変換
素子で各々光電変換された電流の差電流を得る回路と、
負帰還ループ内に電流増幅部を有している演算増幅器で
電流増幅し、その後電流-電圧変換する回路を有するこ
とを特徴とする光ビームの量子揺らぎレベル検出装置で
ある。
A second invention for solving the above-mentioned problem is to provide two photoelectric conversion elements which separately receive two light beams split by a beam splitter, and to provide a current of each of the photoelectrically converted by the two photoelectric conversion elements. A circuit for obtaining a difference current;
An optical beam quantum fluctuation level detecting device, comprising: a circuit for amplifying a current by an operational amplifier having a current amplifying unit in a negative feedback loop and thereafter performing a current-voltage conversion.

【0012】この発明の好ましい態様としては、(1)
電流増幅部は正負の電流の増幅が可能な2つの電流増幅
部からなること、(2)電流増幅部がトランジスターで
あり、より好ましくはトランジスターがダーリントン接
続であること、(3)演算増幅器がFET入力であるこ
と、(4)電流-電圧変換の方式がトランジスターのコ
レクタに直列に設けられた抵抗であること、(5)電流
-電圧変換の方式がトランジスターのコレクタをマイナ
ス入力とする演算増幅器で構成される電流-電圧変換回
路であることである。
[0012] As a preferred embodiment of the present invention, (1)
The current amplifying unit is composed of two current amplifying units capable of amplifying positive and negative currents, (2) the current amplifying unit is a transistor, more preferably, the transistor is a Darlington connection, and (3) the operational amplifier is an FET. (4) the current-voltage conversion method is a resistor provided in series with the collector of the transistor, and (5) the current
-The voltage conversion method is a current-voltage conversion circuit composed of an operational amplifier having a negative input to the collector of the transistor.

【0013】上記課題を解決する第3の発明は、光電変
換素子に直接に接続された電流増幅部をもつ光検出装置
において、光入射時に光電変換素子の2つの出力端子間
の電位差の変動をなくすように作動する電圧制御部を有
することを特徴とする光検出装置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a photodetector having a current amplifying unit directly connected to a photoelectric conversion element, wherein a change in a potential difference between two output terminals of the photoelectric conversion element when light is incident is described. A photodetector having a voltage control unit that operates so as to eliminate the photodetector.

【0014】また上記課題を解決する第4の発明は、光
電変換素子から発生する光電流と定電流発生部から発生
する電流の差電流を得る手段と、演算増幅器で電流-電
圧変換する手段を有することを特徴とする光強度ゆらぎ
検出装置であり、好ましい態様としては、定電流発生部
は定電圧源に検出対象の発光素子のPN接合の微分抵抗
よりも高い抵抗を接続してなることである。
According to a fourth aspect of the present invention, a means for obtaining a difference current between a photocurrent generated from a photoelectric conversion element and a current generated from a constant current generator, and means for performing current-voltage conversion by an operational amplifier are provided. It is a light intensity fluctuation detection device characterized by having, as a preferred embodiment, the constant current generator is connected to a constant voltage source with a resistance higher than the differential resistance of the PN junction of the light emitting element to be detected. is there.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0016】第1の発明は、光電変換素子から発生する
光電流を電流増幅し、その後電圧信号に変換する光検出
装置において、負帰還ループ内に電流増幅部を有する演
算増幅器(本明細書において、必要により「オペアン
プ」という)で電流増幅し、その後電流-電圧変換する
ことを特徴とする光検出装置であり、好ましい態様が図
1〜3に示されている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a photodetector for amplifying a photocurrent generated from a photoelectric conversion element and thereafter converting the photocurrent into a voltage signal. , And, if necessary, an “operational amplifier”), and then perform current-voltage conversion. A preferred embodiment is shown in FIGS.

【0017】図1において、1は光電変換素子であり、
光エネルギーhνを光電変換素子1が受光すると、微弱
な光電流(電流信号)に変換する。光電変換素子1とし
ては、本態様ではフォトダイオードが用いられている
が、アバランシエフォトダイオードや光電管等を用いる
こともできる。以下の説明では、フォトダイオードを用
いた例について説明する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a photoelectric conversion element;
When the light energy hν is received by the photoelectric conversion element 1, it is converted into a weak photocurrent (current signal). Although a photodiode is used as the photoelectric conversion element 1 in this embodiment, an avalanche photodiode, a photoelectric tube, or the like may be used. In the following description, an example using a photodiode will be described.

【0018】光電変換素子1で変換された電流信号は、
電圧信号に変換するために演算増幅器2の反転入力端子
(マイナス端子)2aに入力される。反転入力端子2aは
電流増幅部3を介して演算増幅器2の出力端子2cに接
続され、負帰還ループを形成している。また非反転入力
端子2bは接地されている。
The current signal converted by the photoelectric conversion element 1 is
It is input to an inverting input terminal (negative terminal) 2a of the operational amplifier 2 for conversion into a voltage signal. The inverting input terminal 2a is connected to the output terminal 2c of the operational amplifier 2 via the current amplifier 3 to form a negative feedback loop. The non-inverting input terminal 2b is grounded.

【0019】電流増幅部3としては、本態様では、最も
簡単な構成としてトランジスターが用いられており、か
かるトランジスター3a,3bを2個直列に接続するダーリ
ントン接続が採用されている。図示の例では演算増幅器
2の出力端子2cはトランジスター3aのエミッタに接続
されている。
In the present embodiment, a transistor is used as the current amplifier 3 as the simplest configuration, and a Darlington connection in which two such transistors 3a and 3b are connected in series is employed. In the illustrated example, the output terminal 2c of the operational amplifier 2 is connected to the emitter of the transistor 3a.

【0020】上記のようにダーリントン接続を採用する
ことにより、電流の増幅度を大きくすることができる。
By employing the Darlington connection as described above, the degree of current amplification can be increased.

【0021】トランジスター3a,3bのコレクターは直列
的に抵抗R1が設けられ。出力電圧が得られるように構
成されている。即ち、トランジスター3a,3bのコレクタ
に直列に設けられた抵抗R1を電流-電圧変換の方式とし
て採用している。
The collectors of the transistors 3a and 3b are provided with a resistor R1 in series. The output voltage is obtained. That is, the resistor R1 provided in series with the collectors of the transistors 3a and 3b is employed as a current-voltage conversion method.

【0022】図2は図1の態様で、抵抗R1による出力
に代えて、別途設ける演算増幅器4の負帰還ループ内に
抵抗R2を設けた構成を採用し、出力端子4cから出力電
圧を得るものである。トランジスターのベース側には適
切な電位で演算増幅器4と接続できるようにダイオード
D1が設けられている。この態様で、トランジスター3
a,3bのコレクタからの信号は反転入力端子4aに入力され
る。非反転入力端子4bは接地されている。この図2に示
す態様は、トランジスターのコレクタc1,c2をマイナス
入力とする演算増幅器4で構成されるI-V変換回路を採
用して電流-電圧変換するものである。
FIG. 2 shows an embodiment of FIG. 1 in which a resistor R2 is provided in a negative feedback loop of an operational amplifier 4 provided separately in place of the output by the resistor R1, and an output voltage is obtained from an output terminal 4c. It is. A diode D1 is provided on the base side of the transistor so that it can be connected to the operational amplifier 4 at an appropriate potential. In this manner, transistor 3
Signals from the collectors a and 3b are input to the inverting input terminal 4a. The non-inverting input terminal 4b is grounded. The embodiment shown in FIG. 2 employs an IV conversion circuit composed of an operational amplifier 4 having negative inputs to the collectors c1 and c2 of the transistors to perform current-voltage conversion.

【0023】図2に示す例は、PNP接合のトランジス
ターを2個接続したものであるが、これに限定されず、
図3(a)に示すようにダーリントン接続されたNPN
接合トランジスター3c,3dを用いる態様でもよいし、図
3(b)に示すようにNPN接合トランジスター3eと、
並列接続されたNPN接合トランジスター3f,3gを用い
る態様でもよい。
In the example shown in FIG. 2, two PNP-junction transistors are connected. However, the present invention is not limited to this.
NPN connected in Darlington as shown in FIG.
An embodiment using the junction transistors 3c and 3d may be used. Alternatively, as shown in FIG.
An embodiment in which NPN junction transistors 3f and 3g connected in parallel may be used.

【0024】図1〜3に示す態様で、演算増幅器4がF
ET入力であることが好ましい。トランジスター入力に
比べて入力等価電流ノイズが少ない点で優れており、演
算増幅器入力部の電流を大きな増幅率で増幅する本構成
では、S/N比の点で大きな効果がある。
In the embodiment shown in FIGS.
Preferably, it is an ET input. This configuration is excellent in that the input equivalent current noise is small as compared with the transistor input, and this configuration in which the current of the operational amplifier input section is amplified with a large amplification factor has a great effect in terms of the S / N ratio.

【0025】第2の発明は、ビームスプリッターで分割
された2つの光ビームを別々に受ける2つの光電変換素
子を設けると共に該2つの光電変換素子で各々光電変換
された電流の差電流を得る回路と、負帰還ループ内に電
流増幅部を有している演算増幅器で電流増幅し、その後
電流-電圧変換する回路を有することを特徴とする光ビ
ームの量子揺らぎレベル検出装置であり、好ましい態様
は図4に示されている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a circuit for providing two photoelectric conversion elements for separately receiving two light beams split by a beam splitter and obtaining a difference current between currents photoelectrically converted by the two photoelectric conversion elements. A light beam quantum fluctuation level detection device characterized by having a circuit for current amplification by an operational amplifier having a current amplification unit in a negative feedback loop, and thereafter performing a current-voltage conversion. This is shown in FIG.

【0026】図4において、5はビームスプリッターで
あり、ビームスプリッターの構成は特に限定されず、一
定方向から入射した光ビームを2つ同じ光量のビームに
分割できればよい。ビームスプリッター5で分割された
2つの光ビームは各々の光電変換素子(フォトダイオー
ド)6a,6bで受け、各々光電変換される。
In FIG. 4, reference numeral 5 denotes a beam splitter. The configuration of the beam splitter is not particularly limited, as long as a light beam incident from a certain direction can be split into two beams having the same light amount. The two light beams split by the beam splitter 5 are received by respective photoelectric conversion elements (photodiodes) 6a and 6b, and are respectively photoelectrically converted.

【0027】本態様では光電変換素子6aと6bの各々で変
換された電流の差電流を得る回路が設けられている。光
電変換素子6aと6bで生成される光電流のうち、同量は直
列につながれた6aから6bに渡されるので、6aと6bの接点
からはその差電流が得られる。
In this embodiment, a circuit for obtaining a difference current between the currents converted by the photoelectric conversion elements 6a and 6b is provided. Since the same amount of the photocurrent generated by the photoelectric conversion elements 6a and 6b is passed from 6a to 6b connected in series, a difference current is obtained from the contact point between 6a and 6b.

【0028】上記において得られた差電流は、負帰還ル
ープ内に電流増幅部7を有している演算増幅器8の反転
入力端子8aに入力され、電流増幅される。
The difference current obtained as described above is input to the inverting input terminal 8a of the operational amplifier 8 having the current amplifier 7 in the negative feedback loop, and the current is amplified.

【0029】電流増幅部7は正負の電流の増幅が可能な
2つの電流増幅部からなることが好ましく、より好まし
くは電流増幅部7がトランジスターであることであり、
更にトランジスターがダーリントン接続であることが、
高い感度で測定できるために更に好ましい。
The current amplifying section 7 preferably comprises two current amplifying sections capable of amplifying positive and negative currents. More preferably, the current amplifying section 7 is a transistor.
Furthermore, that the transistor is Darlington connection,
It is more preferable because the measurement can be performed with high sensitivity.

【0030】演算増幅器8はFET入力であることが、
ノイズ性能を向上させるので好ましい。
The operational amplifier 8 is an FET input,
This is preferable because it improves noise performance.

【0031】上記によって増幅された電流は、次いで電
流-電圧変換されるが、その変換方式として、図示の態
様では、トランジスターのコレクタをマイナス入力とす
る演算増幅器9で構成されるI-V変換回路が採用され
ている。かかる回路の採用によって、+と−の両極に変
化するゆらぎ信号を計測できる。
The current amplified as described above is then subjected to current-voltage conversion. In the illustrated embodiment, an IV conversion circuit comprising an operational amplifier 9 having a negative input to the collector of the transistor is used as the conversion method. Has been adopted. By employing such a circuit, it is possible to measure a fluctuation signal that changes to both positive and negative poles.

【0032】光電変換素子6a,6bに同光量が入射したと
き、その微小な差電流がビームスプリッターで分割前の
光ビームの標準量子ゆらきレベルとなるが、本発明で
は、差電流を電流のまま増幅し、その後電圧変換すると
いう構成なので、広帯域で高速に光量子揺らぎを検出で
きる光ビームの量子揺らぎレベル検出装置を提供するこ
とができる。
When the same amount of light is incident on the photoelectric conversion elements 6a, 6b, the minute difference current becomes the standard quantum fluctuation level of the light beam before splitting by the beam splitter. Since the configuration is such that amplification is performed as it is and then voltage conversion is performed, it is possible to provide a light beam quantum fluctuation level detection device capable of detecting light quantum fluctuations in a wide band and at high speed.

【0033】第3の発明は、光電変換素子に直接に接続
された電流増幅部をもつ光検出装置において、光入射時
に光電変換素子の2つの出力端子間の電位差の変動をな
くすように作動する電圧制御部を有することを特徴とす
る光検出装置である。この発明の好ましい態様は、図5
及び図6に示されている。
According to a third aspect of the present invention, in a photodetector having a current amplifying unit directly connected to a photoelectric conversion element, an operation is performed so as to eliminate a fluctuation in a potential difference between two output terminals of the photoelectric conversion element when light is incident. A photodetector comprising a voltage controller. A preferred embodiment of the present invention is shown in FIG.
And in FIG.

【0034】図5に示す装置は、図10の従来装置にお
いて、光電変換素子10で変換された電流信号で変動す
る電位を演算増幅器12の非反転入力端子12bで受け、
光電変換素子の両端が同様の変位で変動するように、演
算増幅器12の出力12cをコンデンサ11を介し制御し
ている。これにより、光入射時に光電変換素子の2つの
出力端子間の電位差の変動をなくすように作動するの
で、フォトダイオードの並列容量成分に起因する応答性
の劣化を防ぐことができ、高速高感度な光検出が可能と
なる。
The device shown in FIG. 5 is different from the conventional device shown in FIG. 10 in that the non-inverting input terminal 12b of the operational amplifier 12 receives a potential fluctuating with the current signal converted by the photoelectric conversion element 10,
The output 12c of the operational amplifier 12 is controlled via the capacitor 11 so that both ends of the photoelectric conversion element fluctuate by the same displacement. This operates to eliminate the fluctuation of the potential difference between the two output terminals of the photoelectric conversion element at the time of light incidence, so that it is possible to prevent deterioration in responsiveness due to the parallel capacitance component of the photodiode, and to achieve high speed and high sensitivity. Light detection becomes possible.

【0035】図5に示すダーリントン接続されたトラン
ジスター回路の構成は、図6に示すように並列に複数設
けたトランジスター回路に代えてもよい。
The configuration of the Darlington-connected transistor circuit shown in FIG. 5 may be replaced with a plurality of transistor circuits provided in parallel as shown in FIG.

【0036】第4の発明は、光電変換素子から発生する
光電流と定電流発生部から発生する電流の差電流を得る
手段と、演算増幅器で電流-電圧変換する手段を有する
ことを特徴とする光強度ゆらぎ検出装置であり、図7に
は好ましい態様が示されている。
According to a fourth aspect of the present invention, there are provided means for obtaining a difference current between a photocurrent generated from a photoelectric conversion element and a current generated from a constant current generator, and means for performing current-voltage conversion by an operational amplifier. This is a light intensity fluctuation detecting device, and FIG. 7 shows a preferred embodiment.

【0037】図7において、13は光電変換素子14の
直流の光電流に相当する定電流発生部であり、この定電
流発生部13には定電圧源に検出対象の発光素子のPN
接合の微分抵抗よりも高い抵抗R4を接続してなること
が好ましい。その理由は、定電流がもつノイズが発光素
子の発光する光の量子ゆらぎレベルより小さな電流ノイ
ズとなり、光の量子特性を計測する上で良好なS/N比
が得られるからである。
In FIG. 7, reference numeral 13 denotes a constant current generating unit corresponding to a DC photocurrent of the photoelectric conversion element 14. The constant current generating unit 13 includes a PN of a light emitting element to be detected as a constant voltage source.
It is preferable to connect a resistor R4 higher than the differential resistance of the junction. The reason is that the noise of the constant current becomes a current noise smaller than the quantum fluctuation level of light emitted from the light emitting element, and a good S / N ratio can be obtained in measuring the quantum characteristics of light.

【0038】光電変換素子14で変換された光電流信号
は、上記の定電流と合流し、その光電変換された直流分
をキャンセルして、演算増幅器14の負帰還ループに設
けられる抵抗R5に光ビームの強度の揺らぎ量のみを検出
できるように構成される。この構成では、非常に低ノイ
ズの定電流で光電流の直流分をカットできるので、高精
度な光強度ゆらぎの検出が可能となる。
The photocurrent signal converted by the photoelectric conversion element 14 merges with the above-described constant current, cancels the photoelectrically converted DC component, and transmits the signal to the resistor R5 provided in the negative feedback loop of the operational amplifier 14. It is configured so that only the fluctuation amount of the beam intensity can be detected. In this configuration, the DC component of the photocurrent can be cut with a very low noise constant current, so that it is possible to detect light intensity fluctuation with high accuracy.

【0039】以上の各発明は、光電流を検出する装置と
して説明したが、それら構成は微小電流出力をもつ他の
センサ(例えば、IC温度センサ)にもそのまま応用可
能でる。
Although each of the above-described inventions has been described as a device for detecting a photocurrent, their configurations can be applied to other sensors (for example, IC temperature sensors) having a small current output as they are.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、高感度で高速に低ノイ
ズで光検出できる光検出装置、広帯域で高速に光量子揺
らぎを検出できる光ビームの量子揺らぎレベル検出装
置、高精度に光強度揺らぎを検出できる光強度ゆらぎ検
出装置を提供することができる。
According to the present invention, a photodetector capable of detecting light with high sensitivity, high speed and low noise, a quantum fluctuation level detector for a light beam capable of detecting photon fluctuation in a wide band and high speed, and a light intensity fluctuation with high accuracy Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態を示す回路図FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施の形態を示す回路図FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施の形態を示す回路図FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施の形態を示す回路図FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施の形態を示す回路図FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施の形態を示す回路図FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施の形態を示す回路図FIG. 7 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図8】従来例を示す回路図FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional example.

【図9】従来例を示す回路図FIG. 9 is a circuit diagram showing a conventional example.

【図10】従来例を示す回路図FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional example.

【図11】従来例を示す回路図FIG. 11 is a circuit diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:光電変換素子 2:演算増幅器 2a:反転入力端子 2b:非反転入力端子 2c:出力端子 3:電流増幅部 3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g:トランジ
スター 4:演算増幅器 4c:出力端子 4a:反転入力端子 4b:非反転入力端子 5:ビームスプリッター 6a,6b:光電変換素子 7:電流増幅部 8:演算増幅器 8a:反転入力端子 9:演算増幅器 10,14:光電変換素子 11:コンデンサー 12:演算増幅器 12a:反転入力端子 12b:非反転入力端子 13:定電流発生部 15:演算増幅器 D1:ダイオード R1、R2、R3、R4、R5:抵抗
1: photoelectric conversion element 2: operational amplifier 2a: inverted input terminal 2b: non-inverted input terminal 2c: output terminal 3: current amplifier 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g: transistor 4: operational amplifier 4c: Output terminal 4a: inverting input terminal 4b: non-inverting input terminal 5: beam splitter 6a, 6b: photoelectric conversion element 7: current amplifier 8: operational amplifier 8a: inverting input terminal 9: operational amplifier 10, 14: photoelectric conversion element 11 : Capacitor 12: Operational amplifier 12a: Inverting input terminal 12b: Non-inverting input terminal 13: Constant current generator 15: Operational amplifier D1: Diode R1, R2, R3, R4, R5: Resistance

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光電変換素子から発生する光電流を電流増
幅し、その後電圧信号に変換する光検出装置において、
負帰還ループ内に電流増幅部を有する演算増幅器で電流
増幅し、その後電流-電圧変換することを特徴とする光
検出装置。
1. A photodetector for amplifying a photocurrent generated from a photoelectric conversion element and thereafter converting the photocurrent to a voltage signal.
A photodetector characterized in that current is amplified by an operational amplifier having a current amplifier in a negative feedback loop, and then current-voltage conversion is performed.
【請求項2】電流増幅部がトランジスターであることを
特徴とする請求項1記載の光検出装置。
2. The photodetector according to claim 1, wherein the current amplifier is a transistor.
【請求項3】トランジスターがダーリントン接続である
ことを特徴とする請求項2記載の光検出装置。
3. The photodetector according to claim 2, wherein the transistor has a Darlington connection.
【請求項4】演算増幅器がFET入力であることを特徴
とする請求項1、2又は3記載の光検出装置。
4. The photodetector according to claim 1, wherein the operational amplifier is an FET input.
【請求項5】電流-電圧変換の方式がトランジスターの
コレクタに直列に設けられた抵抗であることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかに記載の光検出装置。
5. The photodetector according to claim 1, wherein the method of current-voltage conversion is a resistor provided in series with the collector of the transistor.
【請求項6】電流-電圧変換の方式がトランジスターの
コレクタをマイナス入力とする演算増幅器で構成される
電流-電圧変換回路であることを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載の光検出装置。
6. The current-voltage conversion circuit according to claim 1, wherein the current-voltage conversion method is a current-voltage conversion circuit comprising an operational amplifier having a negative input to the collector of the transistor.
5. The photodetector according to any one of 4.
【請求項7】ビームスプリッターで分割された2つの光
ビームを別々に受ける2つの光電変換素子を設けると共
に該2つの光電変換素子で各々光電変換された電流の差
電流を得る回路と、負帰還ループ内に電流増幅部を有し
ている演算増幅器で電流増幅し、その後電流-電圧変換
する回路を有することを特徴とする光ビームの量子揺ら
ぎレベル検出装置。
7. A circuit for providing two photoelectric conversion elements for separately receiving two light beams split by a beam splitter and obtaining a difference current between currents photoelectrically converted by the two photoelectric conversion elements, and a negative feedback. An optical beam quantum fluctuation level detecting device, comprising: a circuit for amplifying a current by an operational amplifier having a current amplifying unit in a loop, and thereafter performing a current-voltage conversion.
【請求項8】電流増幅部は正負の電流の増幅が可能な2
つの電流増幅部からなることを特徴とする請求項7記載
の光ビームの量子揺らぎレベル検出装置。
8. A current amplifying unit capable of amplifying positive and negative currents.
8. The apparatus for detecting a quantum fluctuation level of a light beam according to claim 7, comprising two current amplifiers.
【請求項9】電流増幅部がトランジスターであることを
特徴とする請求項7又は8記載の光ビームの量子揺らぎ
レベル検出装置。
9. An apparatus for detecting a quantum fluctuation level of a light beam according to claim 7, wherein the current amplifier is a transistor.
【請求項10】トランジスターがダーリントン接続であ
ることを特徴とする請求項7、8又は9記載の光ビーム
の量子揺らぎレベル検出装置。
10. An apparatus for detecting a quantum fluctuation level of a light beam according to claim 7, wherein the transistor has a Darlington connection.
【請求項11】演算増幅器がFET入力であることを特
徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の光ビームの
量子揺らぎレベル検出装置。
11. An apparatus for detecting a quantum fluctuation level of a light beam according to claim 7, wherein the operational amplifier is an FET input.
【請求項12】電流-電圧変換の方式がトランジスター
のコレクタに直列に設けられた抵抗であることを特徴と
する請求項7〜11のいずれかに記載の光ビームの量子
揺らぎレベル検出装置。
12. An apparatus for detecting a quantum fluctuation level of a light beam according to claim 7, wherein the method of current-voltage conversion is a resistor provided in series with the collector of the transistor.
【請求項13】電流-電圧変換の方式がトランジスター
のコレクタをマイナス入力とする演算増幅器で構成され
る電流-電圧変換回路であることを特徴とする請求項7
〜11のいずれかに記載の光ビームの量子揺らぎレベル
検出装置。
13. The current-voltage conversion circuit is a current-voltage conversion circuit comprising an operational amplifier having a negative input to the collector of the transistor.
12. The apparatus for detecting a quantum fluctuation level of a light beam according to any one of claims 11 to 11.
【請求項14】光電変換素子に直接に接続された電流増
幅部をもつ光検出装置において、光入射時に光電変換素
子の2つの出力端子間の電位差の変動をなくすように作
動する電圧制御部を有することを特徴とする光検出装
置。
14. A photodetector having a current amplifying section directly connected to a photoelectric conversion element, wherein a voltage control section operable to eliminate a fluctuation in a potential difference between two output terminals of the photoelectric conversion element when light is incident. A photodetector, comprising:
【請求項15】光電変換素子から発生する光電流と定電
流発生部から発生する電流の差電流を得る手段と、演算
増幅器で電流電圧変換する手段を有することを特徴とす
る光強度ゆらぎ検出装置。
15. A light intensity fluctuation detecting device, comprising: means for obtaining a difference current between a photocurrent generated from a photoelectric conversion element and a current generated from a constant current generating unit; and means for converting current to voltage by an operational amplifier. .
【請求項16】定電流発生部は定電圧源に検出対象の発
光素子のPN接合の微分抵抗よりも高い抵抗を接続して
なることを特徴とする請求項15記載の光強度ゆらぎ検
出装置。
16. The light intensity fluctuation detecting device according to claim 15, wherein the constant current generator is connected to a constant voltage source with a resistance higher than a differential resistance of a PN junction of a light emitting element to be detected.
JP10375334A 1998-12-14 1998-12-14 Photo-detecting device, and device for detecting quantum wobbling level of light beam and wobbling of light intensity Pending JP2000182263A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102650546A (en) * 2011-02-23 2012-08-29 夏普株式会社 Optical sensor and electronic equipment
KR101250745B1 (en) * 2010-11-19 2013-04-04 박춘덕 Measurement Apparatus for hotosynthetic photon flux density

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