JP2000216425A - 光電式混合器 - Google Patents
光電式混合器Info
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- optical signal
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- G01S7/491—Details of non-pulse systems
- G01S7/4912—Receivers
- G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
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- Remote Sensing (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光電式混合器において、僅かな回路コストと
製造コストのもとで良好な混合効果を提供できるように
改善を行うこと。 【解決手段】 光センサは個別に制御可能な少なくとも
２つのセンサ電極を有しており、前記基準周波数発生器
は、光信号の信号周波数のクロックで生成される電荷キ
ャリヤを、基準周波数のクロックで一方のセンサ電極ま
たは他方のセンサ電極に交互に導くために前記２つのセ
ンサ電極に接続されるように構成される。
製造コストのもとで良好な混合効果を提供できるように
改善を行うこと。 【解決手段】 光センサは個別に制御可能な少なくとも
２つのセンサ電極を有しており、前記基準周波数発生器
は、光信号の信号周波数のクロックで生成される電荷キ
ャリヤを、基準周波数のクロックで一方のセンサ電極ま
たは他方のセンサ電極に交互に導くために前記２つのセ
ンサ電極に接続されるように構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号周波数でもっ
て高周波振幅変調された光信号の復調のための光電式混
合器であって、前記光信号を自由電荷キャリヤに変換す
る光センサと、基準周波数の交流電圧を光センサに印加
するための基準周波数発生器とを含み、該基準周波数発
生器は前記光センサに接続されている、光電式混合器に
関する。
て高周波振幅変調された光信号の復調のための光電式混
合器であって、前記光信号を自由電荷キャリヤに変換す
る光センサと、基準周波数の交流電圧を光センサに印加
するための基準周波数発生器とを含み、該基準周波数発
生器は前記光センサに接続されている、光電式混合器に
関する。
【０００２】また本発明は請求項１０に記載の、距離測
定機器にも関する。
定機器にも関する。
【０００３】
【従来の技術】冒頭に述べたような形式の光電式混合器
ないし復調器はドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６
４３２８７号公報から公知である。この公知の混合器で
は、アバランシホトダイオード（以下ではＡＰＤとも称
する）によって、高周波振幅変調された光信号が自由荷
電キャリヤに変換されている。その際このＡＰＤは基準
周波数発生器と接続され、それによって適切な混合周波
数ないし基準周波数を有する高周波光信号が比較的低い
周波数領域へ変換されている。
ないし復調器はドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６
４３２８７号公報から公知である。この公知の混合器で
は、アバランシホトダイオード（以下ではＡＰＤとも称
する）によって、高周波振幅変調された光信号が自由荷
電キャリヤに変換されている。その際このＡＰＤは基準
周波数発生器と接続され、それによって適切な混合周波
数ないし基準周波数を有する高周波光信号が比較的低い
周波数領域へ変換されている。
【０００４】この公知の光電式混合器のもとで光センサ
として用いられているＡＰＤは、高電圧を介して遮断方
向でバイアスされなければならず、光信号のフォトンノ
イズに起因する固有ノイズと、高くはあるが高電圧及び
温度に高感度に依存した利得レベルを有している。それ
故に、例えば前記ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９
６４３２８７号公報に記載のような公知の混合器を距離
測定機器に用いる場合には、比較的高価な較正装置が必
要とされる。
として用いられているＡＰＤは、高電圧を介して遮断方
向でバイアスされなければならず、光信号のフォトンノ
イズに起因する固有ノイズと、高くはあるが高電圧及び
温度に高感度に依存した利得レベルを有している。それ
故に、例えば前記ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９
６４３２８７号公報に記載のような公知の混合器を距離
測定機器に用いる場合には、比較的高価な較正装置が必
要とされる。
【０００５】米国特許第５，７２１，４２４号明細書か
ら公知の光電式混合器では、光センサとしてのアバラン
シホトダイオードによって制御される温度依存性と、非
線形のＡＰＤ特性曲線及びＡＰＤの固有ノイズと共に混
合効果が著しくなる。
ら公知の光電式混合器では、光センサとしてのアバラン
シホトダイオードによって制御される温度依存性と、非
線形のＡＰＤ特性曲線及びＡＰＤの固有ノイズと共に混
合効果が著しくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光電
式混合器において、僅かな回路コストと製造コストのも
とで良好な混合効果を提供できるように改善を行うこと
である。
式混合器において、僅かな回路コストと製造コストのも
とで良好な混合効果を提供できるように改善を行うこと
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、光センサは個別に制御可能な少なくとも２つのセン
サ電極を有しており、前記基準周波数発生器は、光信号
の信号周波数のクロックで生成される電荷キャリヤを、
基準周波数のクロックで一方のセンサ電極または他方の
センサ電極に交互に導くために前記２つのセンサ電極に
接続されるように構成されて解決される。
り、光センサは個別に制御可能な少なくとも２つのセン
サ電極を有しており、前記基準周波数発生器は、光信号
の信号周波数のクロックで生成される電荷キャリヤを、
基準周波数のクロックで一方のセンサ電極または他方の
センサ電極に交互に導くために前記２つのセンサ電極に
接続されるように構成されて解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】少なくとも２つの個別に制御可能
な、光センサのセンサ電極に、基準周波数発生器は、補
数的交流電圧を印加するので、これによって振幅変調ク
ロックで光センサに対して生成される基準周波数クロッ
クの荷電キャリヤは、２つのセンサ電極の一方または他
方に交互に案内される。これは多重的混合過程であり、
これは光センサとしてのＡＰＤの場合と異なり、顕著な
固有ノイズが含まれるべきではない。
な、光センサのセンサ電極に、基準周波数発生器は、補
数的交流電圧を印加するので、これによって振幅変調ク
ロックで光センサに対して生成される基準周波数クロッ
クの荷電キャリヤは、２つのセンサ電極の一方または他
方に交互に案内される。これは多重的混合過程であり、
これは光センサとしてのＡＰＤの場合と異なり、顕著な
固有ノイズが含まれるべきではない。
【０００９】本発明の有利な実施形態によれば、前記光
センサは、相互に間隔を置いて配置された個別にコンタ
クトされる複数のセグメントを備えたマルチセグメント
形ホトダイオードであり、この場合前記個別に制御可能
な少なくとも２つのセンサ電極が前記セグメントによっ
て形成される。最も簡易なマルチセグメントホトダイオ
ードは、モノリシックに結晶半導体上に配置された、数
マイクロｍ〜数十μｍの間隔で分離された２つのセグメ
ントを有する差動ダイオードである。これらのセグメン
ト、すなわち低抵抗で透過性の面は、該当するセグメン
ト内で生成される全ての電荷キャリヤを統合し、それら
はセグメントのコンタクトを介して検出可能な電流とし
て導出される。本発明によれば、光電式混合器ないし復
調器が大量生産で得られる、モード的にも限界のない差
動ダイオードまたはカドラントダイオードで構成されて
もよい。なぜならマルチセグメントホトダイオードは既
に僅かなバイアス電圧（例えば５Ｖ）のもとでも、効果
的な光センサであるので、本発明による混合器の回路コ
ストは、従来技法に比べて著しく低減できる。
センサは、相互に間隔を置いて配置された個別にコンタ
クトされる複数のセグメントを備えたマルチセグメント
形ホトダイオードであり、この場合前記個別に制御可能
な少なくとも２つのセンサ電極が前記セグメントによっ
て形成される。最も簡易なマルチセグメントホトダイオ
ードは、モノリシックに結晶半導体上に配置された、数
マイクロｍ〜数十μｍの間隔で分離された２つのセグメ
ントを有する差動ダイオードである。これらのセグメン
ト、すなわち低抵抗で透過性の面は、該当するセグメン
ト内で生成される全ての電荷キャリヤを統合し、それら
はセグメントのコンタクトを介して検出可能な電流とし
て導出される。本発明によれば、光電式混合器ないし復
調器が大量生産で得られる、モード的にも限界のない差
動ダイオードまたはカドラントダイオードで構成されて
もよい。なぜならマルチセグメントホトダイオードは既
に僅かなバイアス電圧（例えば５Ｖ）のもとでも、効果
的な光センサであるので、本発明による混合器の回路コ
ストは、従来技法に比べて著しく低減できる。
【００１０】本出願人は、混合過程がマルチセグメント
ホトダイオードのセグメント間に存在する領域において
のみ行われるだけでよい事実を見つけた。それ故光学的
結像装置により、光信号がマルチセグメントホトダイオ
ードの２つのセグメント間に存在する領域に結像され、
２つのセンサ電極がこの領域に隣接するセグメントによ
って形成されている場合には、特に高い混合効果が得ら
れる。その際マルチセグメントホトダイオードのセグメ
ント間の間隙ないし領域内に入射する光信号の光は大き
な偏見に抗して荷電キャリヤに変換される。この間隙内
で生成され大抵の適用ケースで無視できるフォトンない
し正孔は、２つの隣接するセグメントに遷移する。２つ
のセグメントがマルチセグメントホトダイオードの慣用
的適用ケースに応じて同じ阻止電圧におかれている場合
には、間隙内で生成される荷電キャリヤが２つの隣接す
るセグメントに分割される。この場合の分割比は、間隙
内の光スポットの位置に依存し得る。隣接するセグメン
トを異なる高い阻止電圧に置くならば、間隙内で生成さ
れる電子（正孔）は有利には正（負）の電極に遷移す
る。
ホトダイオードのセグメント間に存在する領域において
のみ行われるだけでよい事実を見つけた。それ故光学的
結像装置により、光信号がマルチセグメントホトダイオ
ードの２つのセグメント間に存在する領域に結像され、
２つのセンサ電極がこの領域に隣接するセグメントによ
って形成されている場合には、特に高い混合効果が得ら
れる。その際マルチセグメントホトダイオードのセグメ
ント間の間隙ないし領域内に入射する光信号の光は大き
な偏見に抗して荷電キャリヤに変換される。この間隙内
で生成され大抵の適用ケースで無視できるフォトンない
し正孔は、２つの隣接するセグメントに遷移する。２つ
のセグメントがマルチセグメントホトダイオードの慣用
的適用ケースに応じて同じ阻止電圧におかれている場合
には、間隙内で生成される荷電キャリヤが２つの隣接す
るセグメントに分割される。この場合の分割比は、間隙
内の光スポットの位置に依存し得る。隣接するセグメン
トを異なる高い阻止電圧に置くならば、間隙内で生成さ
れる電子（正孔）は有利には正（負）の電極に遷移す
る。
【００１１】さらなる実施形態では、マルチセグメント
フォトダイオードの個々のセグメントが透光性のもので
覆われる。それにより、付加的なフォトンノイズや過制
御の原因となる周辺光が大幅に減衰される。
フォトダイオードの個々のセグメントが透光性のもので
覆われる。それにより、付加的なフォトンノイズや過制
御の原因となる周辺光が大幅に減衰される。
【００１２】本出願人によれば、基準周波数が印加され
る電極自体は、光の荷電キャリヤへの変換に対しては関
与されず、さらに光センサとしてのマルチセグメントフ
ォトダイオードのもとで一般的には無視されてきた光電
式混合器の機能のためのセグメント間の間隙領域が重要
であることが確認された。この場合セグメントの感光性
自体は可及的に完全に抑圧される。
る電極自体は、光の荷電キャリヤへの変換に対しては関
与されず、さらに光センサとしてのマルチセグメントフ
ォトダイオードのもとで一般的には無視されてきた光電
式混合器の機能のためのセグメント間の間隙領域が重要
であることが確認された。この場合セグメントの感光性
自体は可及的に完全に抑圧される。
【００１３】光センサが、光信号搬送波の波長領域に整
合されたスペクトルフィルタと共に積層されている場合
には、ノイズ光源がさらに効果的に抑圧される。この関
係において留意すべき点は、本願における“光”とは適
切なセンサに対応付けされ得るあらゆる信号搬送波のこ
とである。従って本願は可視光スペクトル領域に限定さ
れるものではない。
合されたスペクトルフィルタと共に積層されている場合
には、ノイズ光源がさらに効果的に抑圧される。この関
係において留意すべき点は、本願における“光”とは適
切なセンサに対応付けされ得るあらゆる信号搬送波のこ
とである。従って本願は可視光スペクトル領域に限定さ
れるものではない。
【００１４】本願の別の有利な実施形態によれば、基準
周波数発生器が非常に小さなキャパシタンスを介してセ
ンサ電極に接続されている。特に光センサとしてのマル
チセグメントフォトダイオードのもとでは、それによっ
て基準周波数が効果的且つ節電的に光センサ内へ入力結
合される。
周波数発生器が非常に小さなキャパシタンスを介してセ
ンサ電極に接続されている。特に光センサとしてのマル
チセグメントフォトダイオードのもとでは、それによっ
て基準周波数が効果的且つ節電的に光センサ内へ入力結
合される。
【００１５】さらなる別の有利な実施形態によれば、光
センサのセグメントが高抵抗な抵抗を介して阻止方向に
バイアスされている。なぜなら信号周波数及び基準周波
数の周波数帯域が狭い場合に生じる低い混合周波数のも
とでは、電圧信号が相応の高抵抗な増幅回路によって非
常に効果的に低ノイズで評価できるからである。センサ
電極から供給される電圧信号のバッファとローパスフィ
ルタリングのために、高抵抗な増幅器がセンサ電極と評
価ユニットの間に接続されている場合には、比較的高い
周波数の信号が前述したように評価に用いられる低周波
信号によって分離可能となる。
センサのセグメントが高抵抗な抵抗を介して阻止方向に
バイアスされている。なぜなら信号周波数及び基準周波
数の周波数帯域が狭い場合に生じる低い混合周波数のも
とでは、電圧信号が相応の高抵抗な増幅回路によって非
常に効果的に低ノイズで評価できるからである。センサ
電極から供給される電圧信号のバッファとローパスフィ
ルタリングのために、高抵抗な増幅器がセンサ電極と評
価ユニットの間に接続されている場合には、比較的高い
周波数の信号が前述したように評価に用いられる低周波
信号によって分離可能となる。
【００１６】本発明のさらなる別の観点によれば、本発
明は、本発明による光電式混合器の、振幅変調される光
信号を測定すべき対象物まで送信する光送信器を備えた
距離測定機器への適用にも関している。この場合光セン
サは、対象物から反射されて戻ってきる光信号を検出
し、評価ユニットは送信された光信号と戻ってきた光信
号の間の位相ずれを検出する。これによって得られる距
離測定機器は、比較的僅かな光出力のもとでも、つまり
対象物までの距離が離れている場合でも、および/また
はエネルギ消費が少ない場合でも、あるいは振幅変調周
波数が比較的高い場合、すなわち距離測定精度が高い場
合でも容易に評価が可能である。なぜなら本発明による
光電式混合器によって、比較的低い周波数領域への変換
が信号経路における広帯域な電気的増幅がまだ行われて
いない箇所で実施されるからである。
明は、本発明による光電式混合器の、振幅変調される光
信号を測定すべき対象物まで送信する光送信器を備えた
距離測定機器への適用にも関している。この場合光セン
サは、対象物から反射されて戻ってきる光信号を検出
し、評価ユニットは送信された光信号と戻ってきた光信
号の間の位相ずれを検出する。これによって得られる距
離測定機器は、比較的僅かな光出力のもとでも、つまり
対象物までの距離が離れている場合でも、および/また
はエネルギ消費が少ない場合でも、あるいは振幅変調周
波数が比較的高い場合、すなわち距離測定精度が高い場
合でも容易に評価が可能である。なぜなら本発明による
光電式混合器によって、比較的低い周波数領域への変換
が信号経路における広帯域な電気的増幅がまだ行われて
いない箇所で実施されるからである。
【００１７】
【実施例】次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１８】図１に示されている本発明による光電式混
合器１の実施例は、光センサとして差動ダイオード２で
実施されているマルチセグメントホトダイオードを有し
ている。この差動ダイオード２は、アース電位に置かれ
た電極３と２つの個別に制御可能なセンサ電極５及び７
を含んでいる。それらは、非常に高い（例えば１０Ｍ
Ω）抵抗９，１１と入力側１３を介して例えば５〜１５
Ｖの遮断電圧に置かれている。
合器１の実施例は、光センサとして差動ダイオード２で
実施されているマルチセグメントホトダイオードを有し
ている。この差動ダイオード２は、アース電位に置かれ
た電極３と２つの個別に制御可能なセンサ電極５及び７
を含んでいる。それらは、非常に高い（例えば１０Ｍ
Ω）抵抗９，１１と入力側１３を介して例えば５〜１５
Ｖの遮断電圧に置かれている。
【００１９】センサ電極５，７は低抵抗な透過性のセグ
メント面１４，１５を有している。これらのモノリシッ
クな半導体結晶部１７上に配設されたセグメント１４，
１５は、マルチセグメントホトダイオードの公知技法と
して周知の適用法のもとで感光性のセンサ領域として用
いられている。
メント面１４，１５を有している。これらのモノリシッ
クな半導体結晶部１７上に配設されたセグメント１４，
１５は、マルチセグメントホトダイオードの公知技法と
して周知の適用法のもとで感光性のセンサ領域として用
いられている。
【００２０】但し本発明によれば、これらのセグメント
１４，１５を分離している、差動ダイオード２の分離領
域１９が感光性センサ要素をなしており、その上に光信
号２１が概略的に示されている結像光学系２３を用いて
結像される。この感光性のセンサ領域１９は典型的には
数μｍ〜数十μｍの幅である。
１４，１５を分離している、差動ダイオード２の分離領
域１９が感光性センサ要素をなしており、その上に光信
号２１が概略的に示されている結像光学系２３を用いて
結像される。この感光性のセンサ領域１９は典型的には
数μｍ〜数十μｍの幅である。
【００２１】図１に示されている基準周波数発生器によ
れば、センサ電極５，７に、小さなキャパシタンス２
５，２７（例えば１ｐＦ〜１０ｐＦのオーダ）と基準周
波数入力側２９，３０を介して、基準周波数ｆrefの相
補的な交流電圧が供給される。この基準周波数ｆ
refは、例えば数百ＭＨｚであってもよく、またこの交
流電圧の振幅は数ボルトであってもよい。但しその際は
入力側１３のバイアス電圧を上回ることはない。
れば、センサ電極５，７に、小さなキャパシタンス２
５，２７（例えば１ｐＦ〜１０ｐＦのオーダ）と基準周
波数入力側２９，３０を介して、基準周波数ｆrefの相
補的な交流電圧が供給される。この基準周波数ｆ
refは、例えば数百ＭＨｚであってもよく、またこの交
流電圧の振幅は数ボルトであってもよい。但しその際は
入力側１３のバイアス電圧を上回ることはない。
【００２２】感光性の領域１９、すなわちセグメント１
４と１５の間の間隙にて生成される光電子は基準周波数
ｆrefに応じて選択的にセンサ電極５かまたはセンサ電
極７まで遷移し、これによって乗算的混合過程が、信号
周波数ｆsigで振幅変調された光信号２１と基準周波数
ｆrefの間で作用せしめられる。
４と１５の間の間隙にて生成される光電子は基準周波数
ｆrefに応じて選択的にセンサ電極５かまたはセンサ電
極７まで遷移し、これによって乗算的混合過程が、信号
周波数ｆsigで振幅変調された光信号２１と基準周波数
ｆrefの間で作用せしめられる。
【００２３】その際出願人は、この乗算的混合過程に対
しては、感光領域１９に入射する光のみが寄与すること
を発見した。それ故にセグメント１４と１５には有利に
は透過性のカバー膜３１，３３が対応付けされている。
しては、感光領域１９に入射する光のみが寄与すること
を発見した。それ故にセグメント１４と１５には有利に
は透過性のカバー膜３１，３３が対応付けされている。
【００２４】センサ電極５，７からタップされた信号
は、高抵抗な増幅器３５，３７、有利にはＦＥＴ増幅器
と、これに後置接続されたローパスフィルタ３９，４１
を介して次のようにバッファされフィルタリングされ
る。すなわち信号成分が、信号周波数ｆsigと基準周波
数ｆrefと和周波数ｆsig＋ｆrefとによって抑圧される
ようにバッファされフィルタリングされる。従って、後
置接続された差動増幅器４３を用いた差分形成によって
形成される出力信号は、実質的に差分周波数ｆsig−ｆ
refのみを含む。故に出力側４５からは差分周波数ｆsig
−ｆrefの混合信号が後続処理のためにピックアップさ
れる。
は、高抵抗な増幅器３５，３７、有利にはＦＥＴ増幅器
と、これに後置接続されたローパスフィルタ３９，４１
を介して次のようにバッファされフィルタリングされ
る。すなわち信号成分が、信号周波数ｆsigと基準周波
数ｆrefと和周波数ｆsig＋ｆrefとによって抑圧される
ようにバッファされフィルタリングされる。従って、後
置接続された差動増幅器４３を用いた差分形成によって
形成される出力信号は、実質的に差分周波数ｆsig−ｆ
refのみを含む。故に出力側４５からは差分周波数ｆsig
−ｆrefの混合信号が後続処理のためにピックアップさ
れる。
【００２５】この実施例のもとでは、低い差分周波数の
もとでダイオード回路接続が極端に高抵抗であってもよ
い。それにより光信号２１の強度が比較的僅かな場合で
も、良好に評価可能な信号が生じる。基準周波数の生成
を除いて、高周波な信号の処理が必要なところはどこに
もない。それにより、光信号２１の信号周波数は、より
高価な評価コストをかけることなく非常に高く選定する
ことが可能である。電圧供給が通常の機器小電圧（例え
ば１５Ｖ）範囲を超えて上昇することはないので、基準
周波数発生器を除いた全ての構成要素を非常に節電的に
設計することが可能である。
もとでダイオード回路接続が極端に高抵抗であってもよ
い。それにより光信号２１の強度が比較的僅かな場合で
も、良好に評価可能な信号が生じる。基準周波数の生成
を除いて、高周波な信号の処理が必要なところはどこに
もない。それにより、光信号２１の信号周波数は、より
高価な評価コストをかけることなく非常に高く選定する
ことが可能である。電圧供給が通常の機器小電圧（例え
ば１５Ｖ）範囲を超えて上昇することはないので、基準
周波数発生器を除いた全ての構成要素を非常に節電的に
設計することが可能である。
【００２６】図２には、図１による光電式混合器１を含
んだ距離測定機器がブロック回路で示されている。その
際送信ユニット４９は、ダイオードレーザー４７によっ
て振幅変調された光信号５１を、ここでは図示されてい
ない被測定対象物まで発している。光信号５１は当該対
象物から反射され、差動ダイオード２を含んだ光電式混
合器１によって光信号２１として検出される。
んだ距離測定機器がブロック回路で示されている。その
際送信ユニット４９は、ダイオードレーザー４７によっ
て振幅変調された光信号５１を、ここでは図示されてい
ない被測定対象物まで発している。光信号５１は当該対
象物から反射され、差動ダイオード２を含んだ光電式混
合器１によって光信号２１として検出される。
【００２７】信号周波数発生器５３は、光信号５１の振
幅に印加される信号周波数ｆsigを生成し、基準周波数
発生器５５は、基準周波数ｆrefを生成する。この基準
周波数は、比較的小さな絶対値ｆNF分だけ信号周波数ｆ
sigと異なっている。基準周波数ｆrefは、図１に示され
ている基準周波数入力側２９，３０を介して復調器ない
し光電式混合器１に供給される。この信号周波数ｆsig
および基準周波数ｆr efは、さらに信号周波数発生器５
３ないし基準周波数発生器５５からさらなるミクサ５７
へ供給される。このミクサ５７の出力側は、位相比較器
５９に接続されており、この位相比較器５９は、さらに
図１に示された光電式混合器１の出力側４５に接続され
ている。それにより、送信された光信号５１に印加され
る位相が、受信した光信号２１の位相位置と比較でき
る。これにより、反射された対象物までの距離が検出可
能となる。
幅に印加される信号周波数ｆsigを生成し、基準周波数
発生器５５は、基準周波数ｆrefを生成する。この基準
周波数は、比較的小さな絶対値ｆNF分だけ信号周波数ｆ
sigと異なっている。基準周波数ｆrefは、図１に示され
ている基準周波数入力側２９，３０を介して復調器ない
し光電式混合器１に供給される。この信号周波数ｆsig
および基準周波数ｆr efは、さらに信号周波数発生器５
３ないし基準周波数発生器５５からさらなるミクサ５７
へ供給される。このミクサ５７の出力側は、位相比較器
５９に接続されており、この位相比較器５９は、さらに
図１に示された光電式混合器１の出力側４５に接続され
ている。それにより、送信された光信号５１に印加され
る位相が、受信した光信号２１の位相位置と比較でき
る。これにより、反射された対象物までの距離が検出可
能となる。
【００２８】図３には光電式混合器１を含んだ距離測定
機器のさらなる実施形態が示されており、この場合、図
２の構成要素と同じ図３の構成要素には、図２の場合と
同じ符号が用いられている。
機器のさらなる実施形態が示されており、この場合、図
２の構成要素と同じ図３の構成要素には、図２の場合と
同じ符号が用いられている。
【００２９】図２による距離測定機器との相違は、図３
による距離測定機器の基準周波数ｆ refが別個の基準周
波数発生器によって生成されるのではなく、シングルサ
イドバンドモジュレータ（ＳＳＭ）として構成された周
波数オフセット器（６１）を用いて信号周波数ｆregか
ら生成されていることである。それに対しては低周波発
生器６３が信号周波数ｆsigよりも小さい低周波ｆNFを
生成する。この低周波は、周波数オフセット器６１によ
って信号周波数ｆsigに加えられるか信号周波数ｆsigか
ら減じられる。それにより、基準周波数ｆrefが生成さ
れ、当該光電式混合器１に供給される。
による距離測定機器の基準周波数ｆ refが別個の基準周
波数発生器によって生成されるのではなく、シングルサ
イドバンドモジュレータ（ＳＳＭ）として構成された周
波数オフセット器（６１）を用いて信号周波数ｆregか
ら生成されていることである。それに対しては低周波発
生器６３が信号周波数ｆsigよりも小さい低周波ｆNFを
生成する。この低周波は、周波数オフセット器６１によ
って信号周波数ｆsigに加えられるか信号周波数ｆsigか
ら減じられる。それにより、基準周波数ｆrefが生成さ
れ、当該光電式混合器１に供給される。
【００３０】光電式混合器１は、受信した光信号２１に
印加された信号周波数ｆsigと、周波数オフセット器６
１を介して供給される基準周波数ｆrefから再び低周波
ｆNFの測定信号を生成する。この測定信号の位相位置
は、低周波発生器６３の位相位置と剛性的に結合され
る。なぜならこの測定信号は、２つの測定過程（まず周
波数オフセット器６１、次に混合器１）によって、当該
低周波発生器６３の周波数から導出されているからであ
る。しかしながらこの測定信号は、送信ユニット４９と
混合器１における伝播時間並びに距離測定方式に応じた
光学経路、すなわち送信ユニット４９から受信器（差分
ダイオード２）までの送信光の反射経路に起因する位相
シフトを生じる。この位相シフトは、位相比較器５９に
おいて測定され、間隔距離に対する尺度となる。
印加された信号周波数ｆsigと、周波数オフセット器６
１を介して供給される基準周波数ｆrefから再び低周波
ｆNFの測定信号を生成する。この測定信号の位相位置
は、低周波発生器６３の位相位置と剛性的に結合され
る。なぜならこの測定信号は、２つの測定過程（まず周
波数オフセット器６１、次に混合器１）によって、当該
低周波発生器６３の周波数から導出されているからであ
る。しかしながらこの測定信号は、送信ユニット４９と
混合器１における伝播時間並びに距離測定方式に応じた
光学経路、すなわち送信ユニット４９から受信器（差分
ダイオード２）までの送信光の反射経路に起因する位相
シフトを生じる。この位相シフトは、位相比較器５９に
おいて測定され、間隔距離に対する尺度となる。
【図１】本発明による光電式混合器を概略的に示した図
である。
である。
【図２】本発明による光電式混合器を含んだ距離測定機
器のブロック回路図である。
器のブロック回路図である。
【図３】本発明による光電式混合器を含んださらなる別
の距離測定機器のブロック回路図である。
の距離測定機器のブロック回路図である。
１ 光電式混合器 ２ 光センサ ５ センサ電極 ７ センサ電極 １４ セグメント １５ セグメント １９ 分離領域 ２１ 光信号 ２３ 結像装置 ３１ 光透過膜
Claims (11)
- 【請求項１】 信号周波数（ｆsig）でもって高周波振
幅変調された光信号（２１）の復調のための光電式混合
器であって、 前記光信号（２１）を自由電荷キャリヤに変換する光セ
ンサ（２）と、 基準周波数（ｆref）の交流電圧を光センサ（２）に印
加するための基準周波数発生器とを含み、該基準周波数
発生器は前記光センサ（２）に接続されている形式のも
のにおいて、 前記光センサ（２）は個別に制御可能な少なくとも２つ
のセンサ電極（５，７）を有しており、前記基準周波数
発生器は、光信号（２１）の信号周波数（ｆsi g）のク
ロックで生成される電荷キャリヤを、基準周波数（ｆ
ref）のクロックで一方のセンサ電極（５）または他方
のセンサ電極（７）に交互に導くために前記２つのセン
サ電極（５，７）に接続されていることを特徴とする光
電式混合器。 - 【請求項２】 前記光センサ（２）は、相互に間隔を置
いて配置された個別にコンタクトされる複数のセグメン
ト（１４，１５）を備えたマルチセグメント形ホトダイ
オードであり、この場合前記個別に制御可能な少なくと
も２つのセンサ電極（５，７）が前記セグメント（１
４，１５）によって形成されている、請求項１記載の光
電式混合器。 - 【請求項３】 光学的結像装置（２３）によって光信号
（２１）が、前記２つのセグメント（１４，１５）間に
存在する、光センサ（２）の領域（１９）に結像され、
２つの電極（５，７）がこの領域に隣接したセグメント
（１４，１５）によって形成されている、請求項２記載
の光電式混合器。 - 【請求項４】 前記光センサ（２）の個々のセグメント
（１４，１５）は、光透過膜（３１，３３）によって覆
われている、請求項３記載の光電式混合器。 - 【請求項５】 前記光センサ（２）に、光信号搬送波
（２１）の波長領域に同調されたスペクトルフィルタが
対応付けされている、請求項１〜４いずれか１項記載の
光電式混合器。 - 【請求項６】 前記基準周波数発生器は、小さなキャパ
シタンス（２５，２７）を介して前記センサ電極（５，
７）に接続されている、請求項１〜５いずれか１項記載
の光電式混合器。 - 【請求項７】 前記光センサ（２）のセグメント（１
４，１５）が高抵抗な抵抗（９，１１）を介して阻止方
向にバイアスされている、請求項２〜６いずれか１項記
載の光電式混合器。 - 【請求項８】 前記センサ電極（５，７）から供給され
る電圧信号のバッファとローパスフィルタリングのため
に、前記センサ電極（５，７）と差動増幅器（４３）の
間に高抵抗の差動増幅器（４３）が接続されている、請
求項１〜７いずれか１項記載の光電式混合器。 - 【請求項９】 前記高抵抗な増幅器（３５，３７）と差
動増幅器（４３）の間にローパスフィルタ（３９，４
１）が接続されている、請求項８記載の光電式混合器。 - 【請求項１０】 振幅変調された光信号（５１）を送信
する光送信器（４７，４９）を備え、光センサ（２）が
測定すべき対象から反射されフィードバックされた光信
号（２１）を検出し、位相比較器（５９）が送信された
光信号（５１）とフィードバックされた光信号（２１）
の間の位相シフトを検出する、距離測定機器内への請求
項１〜９いずれか１項記載の光電式混合器の適用。 - 【請求項１１】 基準周波数を周波数オフセット器（６
１）により信号周波数から生成する、請求項１０記載の
距離測定機器内への光電式混合器の適用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19902612.2 | 1999-01-23 | ||
| DE19902612A DE19902612A1 (de) | 1999-01-23 | 1999-01-23 | Optoelektronischer Mischer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216425A true JP2000216425A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=7895172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11892A Pending JP2000216425A (ja) | 1999-01-23 | 2000-01-20 | 光電式混合器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6373559B1 (ja) |
| EP (1) | EP1022584A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000216425A (ja) |
| DE (1) | DE19902612A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6373559B1 (en) * | 1999-01-23 | 2002-04-16 | Carl-Zeiss-Stiftung | Optoelectronic mixer |
| KR20140038869A (ko) * | 2012-09-21 | 2014-03-31 | 한국전자통신연구원 | 포토믹서 및 그의 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10039422C2 (de) * | 2000-08-11 | 2002-08-01 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtungen zum Betrieb eines PMD-System |
| DE102004044581B4 (de) * | 2004-09-13 | 2014-12-18 | Pmdtechnologies Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Laufzeitsensitiven Messung eines Signals |
| DE102006003269A1 (de) * | 2006-01-24 | 2007-07-26 | Mechaless Systems Gmbh | Verfahren zur Lichtlaufzeitmessung |
| DE102007019527A1 (de) * | 2007-04-25 | 2008-10-30 | Siemens Ag | Abstandssensor mit elektro-optischen Mischer und verbessertem Diplexer |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3619058A (en) * | 1969-11-24 | 1971-11-09 | Hewlett Packard Co | Distance measuring apparatus |
| CH634419A5 (de) * | 1978-10-11 | 1983-01-31 | Kern & Co Ag | Verfahren zur elektrooptischen distanzmessung, sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. |
| JP3534443B2 (ja) * | 1994-07-06 | 2004-06-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光周波数混合装置 |
| JP3441169B2 (ja) * | 1994-07-06 | 2003-08-25 | 浜松ホトニクス株式会社 | 同期型信号検出装置 |
| US5721424A (en) * | 1996-06-10 | 1998-02-24 | Alcatel Network Systems, Inc. | Avalanche photodiode apparatus biased with a modulating power signal |
| DE19704496C2 (de) * | 1996-09-05 | 2001-02-15 | Rudolf Schwarte | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle |
| DE19643287A1 (de) | 1996-10-21 | 1998-04-23 | Leica Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Entfernungsmeßgeräten |
| DE19821974B4 (de) * | 1998-05-18 | 2008-04-10 | Schwarte, Rudolf, Prof. Dr.-Ing. | Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Phase und Amplitude elektromagnetischer Wellen |
| DE19902612A1 (de) * | 1999-01-23 | 2000-07-27 | Zeiss Carl Fa | Optoelektronischer Mischer |
| JP2004512723A (ja) * | 2000-10-16 | 2004-04-22 | シュワルテ ルドルフ | 信号波を検出して処理する方法およびデバイス |
| JP4814095B2 (ja) * | 2003-09-18 | 2011-11-09 | イーツェー−ハウス ゲーエムベーハー | ３次元距離測定用の光電子センサおよびデバイス |
-
1999
- 1999-01-23 DE DE19902612A patent/DE19902612A1/de not_active Ceased
- 1999-12-11 EP EP99124691A patent/EP1022584A3/de not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-01-20 JP JP11892A patent/JP2000216425A/ja active Pending
- 2000-01-20 US US09/487,872 patent/US6373559B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6373559B1 (en) * | 1999-01-23 | 2002-04-16 | Carl-Zeiss-Stiftung | Optoelectronic mixer |
| KR20140038869A (ko) * | 2012-09-21 | 2014-03-31 | 한국전자통신연구원 | 포토믹서 및 그의 제조방법 |
| KR101700779B1 (ko) | 2012-09-21 | 2017-01-31 | 한국전자통신연구원 | 포토믹서 및 그의 제조방법 |
| US9618823B2 (en) | 2012-09-21 | 2017-04-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Photo mixer and method for manufacturing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19902612A1 (de) | 2000-07-27 |
| US6373559B1 (en) | 2002-04-16 |
| EP1022584A2 (de) | 2000-07-26 |
| EP1022584A3 (de) | 2006-10-18 |
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