JP2013502787A - 光を受光するための受光器および光電子測定装置 - Google Patents
光を受光するための受光器および光電子測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013502787A JP2013502787A JP2012525052A JP2012525052A JP2013502787A JP 2013502787 A JP2013502787 A JP 2013502787A JP 2012525052 A JP2012525052 A JP 2012525052A JP 2012525052 A JP2012525052 A JP 2012525052A JP 2013502787 A JP2013502787 A JP 2013502787A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- data signal
- energy storage
- voltage
- storage unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 112
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 claims 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
- H04B10/806—Arrangements for feeding power
- H04B10/808—Electrical power feeding of an optical transmission system
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本発明は、有益な交流光信号を受信し、外部光から得られる電気エネルギーを蓄積するための受光器(1)であって、外部光および外部光よりも高い周波数を有する有益な交流光信号成分を含む光を受光し、前記光を有益な信号電流(IN)および外部光電流(IF)を含む光電流(IP)に変換するためのフォトダイオードと、前記有益な光交流光信号成分によって生じた有益な信号電流を、前記外部光によって生じた前記外部光電流から減結合および分離するための結合ユニット(3)と、前記有益な信号電流を増幅するための増幅ユニット(4)と、前記外部光電流(IF)によって充電され、且つ電圧を増加するための回路を含むエネルギー蓄積ユニット(5)と、を備え、前記エネルギー蓄積ユニット(5)に蓄積された前記エネルギーが、前記受光器(1)にエネルギーを少なくとも部分的に供給するためおよび/または前記受光器(1)を備える測定装置(16)にエネルギーを少なくとも部分的に供給するために使用される受光器に関する。
Description
本発明は、交流光データ信号を受信し、外部光から得られる電気エネルギーを蓄積するための受光器であって、光を受光し、この光を光電流に変換するためのフォトダイオードを有する受光器に関する。前記受光される光は、外部光と、この外部光よりも高い周波数を有し、データ信号を発する光源によって生成される交流光データ信号とを含む。前記受光された光の変換によって生じる光電流は、データ信号電流と外部光電流とを含む。
また、本発明は、データ信号光源および補償光源を有する外部光補償、フォトダイオードおよび増幅部を有する受光器、および外部光補償回路を備える光電子測定装置に関する。本発明は、更に、外部光から得られる電気エネルギーを蓄積する方法、光学的交流光データ信号を受信する方法に関する。
光センサは、データ信号光源が能動的に発する光に加えて、環境に広く存在する外部光、特に日光を含む光を受光する。受光された周辺光は、一般的に、データ信号光源(有効信号光源)が放射する光成分より実質的にはかなり強い。
この種の受光器は、光源を含み且つ光を発する受光器に加えて、例えば、能動的光センサの部品として使用される。この光センサが発する光は「被照」物体で反射され、反射が受光されると、これらの「被照」物体の情報を取得することができる。ここでは周辺光の成分もデータ信号光成分よりもかなり大きいので、これらのセンサは、例えば、受光器に到達する周辺光ができるだけ少なくなるような方法で遮蔽および遮光される。外部光補償回路を有する光センサによって異なる経路が取られる。このような光センサまたは受光器は、例えば、以下の出願から既知である。
周辺光は、データ信号の解析のための、特に遠くにある物体および/またはそれらの位置の検出のための有益な情報を含まない。高い光強度のために、受光器のフォトダイオードでは高い光電流レベルが生成され、それによってこの種のセンサの受光器増幅器が飽和するまで駆動される。したがって、光電流のデータ信号成分が増幅される前に、光電流の外部光や周辺光の成分が抑制される。その際、周辺光がデータ信号よりも低い周波数であるという事実が利用される。例えば、人工照明によって生成される光は、50Hzまたは60Hzの周波数およびその高調波を有することが多い。自然の周辺光、または日光は、光電流に直流成分をもたらす。
受光器では、フォトダイオードは、逆方向にバイアスされることが多く、それにより、最も単純な場合、光電流は抵抗器を通って電源に辿り着くまでに散逸する。しかしながら、これは、この種の回路に起因して、逆方向へバイアスされたフォトダイオードがソースとしてではなく「シンク(sink)」として働くために、光電流が全回路の消費電力を増加し、周辺光によって生成される光電流成分が電源によって発生されなくてはならないという不利な点がある。
周辺光によって生成される光電流による電源の負荷を最小化するため、フォトダイオードを順方向にバイアスされる方向に操作することが有益であることが証明されている。このように接続されると、センサの電源には少なくとも負荷がかからない。
欧州特許第1956493号公報には、データおよびエネルギーをコンピュータから外部デバイスへ伝送する光インターフェースモジュールが記載されている。そのエネルギーは、光ファイバを介して伝送され電気信号に再変換される、能動発光された光を介して供給される。信号分離器によってデータ信号がエネルギー信号から分離される。エネルギーは、非常にシャープに集光させられて、特別な光エネルギー変圧器に衝突させられ、それによって少なくとも5.5Vの出力電圧が配給される。しかし、受光面積の小さいこの種のエネルギー変圧器は、非常に高価で、製造するには複雑な要素であり、従来のフォトダイオードの数倍のコストがかかる。十分なエネルギーを伝送させるためには、ケーブル結合光エネルギー伝送を使用しなければならない。加えて、光エネルギー信号を発生するのは手間がかかり、パワーレーザを必要とする。このようにすることによってのみ十分なエネルギーを伝送することができ、ショットキーダイオードおよびダウンストリーム蓄積キャパシタの形状で、信号分離器を供給することができる。しかし、ショットキーダイオードのために、出力電圧は約0.4V降下するという不利益が残る。
欧州特許第0367333号公報には、赤外光の形でデータ信号を送信する赤外線遠隔制御ユニットが記述されている。同時に、この遠隔制御ユニットのバッテリに対してエネルギー支援を行うため、この遠隔制御ユニットは周辺光からエネルギーを受け取るよう意図されている。この目的のため、バッテリを充電するのに必要な出力電圧を発生できるように複数のフォトダイオードが直列接続されている。
したがって、最先端の技術では、特にバッテリから供給される時の光センサの動作期間を大幅に延長することができる、可能な限りエネルギー効率のよい受光器を提供することが目的となる。加えて、その受光器は製造のコスト効率が良好であるべきである。
本発明の目的は、請求項1の特徴を有する受光器、請求項2の特徴を有する光電子測定装置、および請求項15の特徴を有する方法によって達成される。
本発明の受光器は、交流光信号を受信し、この受光された光の外部光成分から得られる電気エネルギーを蓄積するために使用される。したがって、本発明は、周辺光が遮蔽されず前記受光器によって受光される環境で前記受光器が使用されることを前提とする。受光器に組み込まれるフォトダイオードは、外部光と、外部光よりも高い周波数を有する交流光データ信号成分を含む光を受光し、この光を、外部光電流とデータ信号電流を含む光電流に変換する。外部光電流が自然の周辺光から生成される場合、データ信号電流は直流電流である外部光電流よりも高い周波数を有する。
本発明において、フォトダイオードという用語は、可視または不可視光(電磁波)を電気エネルギーに、好ましくは電流に変換するためのあらゆる光要素を意味するものと理解される。これは、好ましくは約0.01から1cm2の受光面積を有する信号処理用の特別なダイオードであり得る。しかし、1から100cm2の受光面積を有し、例えば低消費電力デバイスにエネルギーを供給するために使用されるフォトセルモジュールも含まれる。
本発明における外部光という用語は、自然の周辺光および人工の(人為的な)周辺光の両方を含む。また、外部光という用語は、光データ伝送に使用されない、または特に光エネルギー伝送に使用されるその他の光源を含む。したがって、外部光は、データ光信号の形でフォトダイオードに伝送されない全ての光成分を含む。この場合のデータ信号(すなわち、有益な信号)とは、データまたは情報を伝送する(および物体を検出するために使用される)情報信号と、フォトダイオードに接続される電気回路または蓄積ユニットにエネルギーを供給するためのエネルギー信号の両方である。
外部光電流からデータ信号電流を分離するために、本発明は、フォトダイオードは飽和状態にならない限り順方向に作動させることができるという知識を用いる。この回路の変形では、フォトダイオードは供給電圧の負荷ではない。一方、飽和電圧未満であるフォトダイオードの対応する順方向電圧は、調整されなければならない。ドイツ国特許第4431117号から、可変負荷をフォトダイオードに並列接続した一種の動作点調節が知られている。
受光にはフォトダイオードを一つだけ使用することが好ましい。二つ以上のフォトダイオードを使用することもできるが、これらは直列接続されることが好ましい。使用するフォトダイオードは最大で5つが好ましい。
本発明では、フォトダイオードを順方向に適切に配線(バイアス)することによって、装置全体の、特に受光器の効率を上げるために周辺光が生成する光電流を使用することもできることが認識された。このために、受光器は、前記光のうち光交流光データ信号成分に基づくデータ信号電流が、受光された外部光に基づく外部光電流から減結合(decouple)および分離(separate)される結合ユニットを備える。データ信号電流は、解析ユニットが解析および更なる処理に利用可能なように、増幅ユニットにおいて増幅される。低周波数信号を除去し、低周波数信号が増幅されないように、増幅ユニットがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを備えることが好ましい。
結合ユニットの機能は、低周波数の光電流成分を、より高い周波数のデータ信号電流から分離することである。これは、誘導変圧器によって実行され得る。この装置のコイルの一次側が低周波数の電流成分を伝送し、高周波数の成分は二次側に伝送される。動作周波数によっては、信号分離に大きなインダクタンスが必要であり、更に、集積回路(IC)ではコイルが不十分にしか実施されないので、コイルをジャイレータに置き換えることが有益である。
ジャイレータは、任意の所望のインピーダンスを、二重性を有するそれ自体のインピーダンスに変換することができる変圧回路である。例えば、キャパシタを使用することによって、外部的にはインダクタとして機能する二ポートデバイスが実装可能である。例えば、エネルギー蓄積ユニットを制御するためのエネルギー蓄積レギュレータはジャイレータを備えることができる。ジャイレータという用語は、例えば、いわゆるトランスコンダクタンス増幅器から、つまり、電圧制御された電流源として働くオペアンプから形成される回路装置として理解される。
本発明の受光器は、電圧を増加するための回路を有するエネルギー蓄積ユニットを備える。エネルギーは、この回路に、少なくとも一時的に、途中で蓄積できることが好ましい。エネルギー蓄積ユニットの入力に印加される電圧は、電圧レベルを上げ、入力電圧に対して出力電圧を増加するように、電圧を増加するための前記回路で増加される。エネルギー蓄積ユニットにおけるエネルギー蓄積は、途中でキャパシタの電界においてこの目的のために、蓄積され得る。この場合、電圧増加回路は「チャージポンプ」となる。或いは、エネルギー蓄積は、エネルギー蓄積ユニットで行われ得、インダクタンスまたはコイルの電磁場においても実施可能である。この例は、電圧変圧器や「アップコンバータ」である。この場合、電圧を増加するための回路は、少なくとも一つのインダクタおよび一つのスイッチを備える。インダクタに加えて、電圧を増加するための回路は、二つのスイッチまたはスイッチとダイオードの組み合わせを有することもできる。当然のことながら、複数のインダクタおよび/または複数のスイッチを使用することもできる。
エネルギー蓄積ユニットは、少なくとも二つのキャパシタおよび少なくとも一つのスイッチを含み、キャパシタが直列配置および/または並列配置で接続されるように配線されることが好ましい。直列回路から並列回路へ、および並列回路から直列回路へと切り替え可能であることが好ましい。充電する際、エネルギー蓄積ユニットは並列接続され、放電するには、例えば、その電荷をエネルギーアキュムレータに伝送するために、エネルギー蓄積ユニットは直列接続される。この回路装置によって、複数のキャパシタを使用する際、より高い電圧、すなわち、フォトダイオード出力電圧の数倍に電圧を増加させることもできる。したがって、このように構成されたエネルギー蓄積ユニットもチャージポンプとなる。エネルギー蓄積ユニットは、通常、エネルギー蓄積コントローラによって制御される。
エネルギー蓄積コントローラは、エネルギー蓄積ユニットのスイッチを制御し、切替える。エネルギー蓄積コントローラは、基準電圧源から供給されるタイミング要素および/または発振器を備えることができる。エネルギー蓄積コントローラは、比較器および基準電圧源によって実施される電圧閾値に基づいて制御可能である。本発明における基準電圧源は、不安定な供給電圧から、例えば、エネルギーアキュムレータ(またはそのキャパシタ)での電圧から、定義された値を有する正確な電圧を発生する回路として理解される。しかし、基準電圧源はエネルギーを供給するエネルギー源ではない。簡単な方法は、直列抵抗を介してZダイオードへ供給電圧(またはエネルギー蓄積ユニットによって提供される電圧)を通すことから成る。その場合、Zダイオードでの逆方向バイアス電圧は基準電圧として使用可能である。
エネルギー蓄積ユニットに蓄積される電荷の再蓄積は、より高い電荷レベルを提供するエネルギーアキュムレータに対して行われることが好ましい。このエネルギーアキュムレータは、例えば、適切に選択されたキャパシタンスまたはキャパシタでもよい。エネルギーアキュムレータは、充電式バッテリ(充電コントローラを有する)または類似の充電される蓄電ユニットを備えることもできる。
エネルギーアキュムレータ、例えば、充電式バッテリにおける電圧がより高い電圧レベルに増加されると、その電圧は、受光器の一部であるユニットおよびコンポーネントに電圧を供給する電圧源を形成することができる。少なくとも2ボルトまたは2.5ボルトの電圧レベルが、光電子測定装置に供給され得る。それによって、どのような場合にも受光器または測定装置が、少なくともその時間の一部で追加の電源無しに稼働および機能することができるように、スタンドアロンモードで受光器または測定装置を夫々作動させることがほぼ可能である。
本発明の受光器は(バッテリによってまたは充電式バッテリによって)、先行技術のその他の受光器よりも大幅に長い動作時間が可能である。これは、特に、例えば商用電源を利用することができない自動車またはレジャー用ボートのアラームシステムの一部として受光器が車両に配置される場合に有益である。
受光器は、更に、その他の電圧源によって、例えば、バッテリによって、または、もしあれば、適度に変圧された商用電圧によって更に供給され得る。しかし、エネルギー蓄積ユニットに充電されたエネルギーは、回路の他のコンポーネントのために、特に受光器が組み込まれた測定装置または測定システムに使用することもできる。エネルギー蓄積ユニットは、例えば、電圧バッファユニットの機能を担うことができる。
エネルギー蓄積ユニットの単純な実施形態では、好ましくは順方向にバイアスされたフォトダイオードによって充電されるので、エネルギー蓄積ユニットは、0.5ボルトの電圧を提供することができる。約0.5ボルトがフォトダイオードの好ましい動作点であるため、エネルギー蓄積ユニットの出力電圧は約0.5ボルトである。
好適な実施形態では、エネルギー蓄積ユニットは電圧変圧器を備える。電圧変圧器は、DC−DC変圧器でもよい。DC−DC変圧器は、例えば、インダクタンスとキャパシタンスの組み合わせによって、およびその他のコンポーネントによって形成可能である。電圧変圧器は少なくとも一つのインダクタンスおよび一つの、好ましくは二つの、スイッチを含むことができ、二つ目のスイッチはダイオードであってもよい。
本発明によれば、光電子測定装置は、また、フォトダイオードを有する受光器に加えて、増幅ユニット、結合ユニットおよびエネルギー蓄積ユニット、データ信号光源、補償光源、および外部光補償回路を備える。受光器のエネルギー蓄積ユニットは、少なくとも一つの蓄積要素を備え、外部光電流によって充電される。蓄積要素は好ましくはキャパシタである。或いは、キャパシタの代わりに、測定装置は蓄積要素としてインダクタを有することができる。充電によってエネルギー蓄積ユニットに蓄積されたエネルギーが、受光器にエネルギーを供給するため、少なくともそのエネルギー供給の一部のために使用されるように、受光器が回路に接続される。
エネルギー蓄積ユニットは、エネルギーが一時的に蓄積、すなわち、少なくとも短期間、例えば、1秒より長い時間蓄積できる、電圧を増加するための回路を有することが好ましい。外部光または外部光成分から得られたエネルギーがエネルギー蓄積ユニットの少なくとも一つのキャパシタに蓄積されることが好ましい。エネルギー蓄積ユニットは、好ましくは直列および/または並列に接続された複数のキャパシタを備え得ることが好ましく、その複数のキャパシタは直列と並列接続を切替え可能であるか、そのスイッチ間で交互に切り替え可能であることが好ましい。或いは、測定装置のエネルギー蓄積ユニットは、コイルおよび少なくとも一つのスイッチを有する電圧変圧器を備えることができる。
外部光補償回路は、クロック発生器、データ信号電流のクロック同期解析用復調器、データ信号光源用にデータ信号制御電流を発生するための変調器、補償光源用に補償信号制御電流を発生するための変調器、および少なくとも一つの前記変調器用に少なくとも一つの制御信号を発生するためのレギュレータユニットを含む。約2.5ボルトの電圧がエネルギー蓄積ユニットによってまたは光エネルギー集積アキュムレータによって提供されると、この電圧源は、光電子測定装置の受光器、および、例えばLEDによって実装されるデータ信号光源および補償光源に動作電圧を提供することができる。更に、この電圧源は、外部光補償回路の変調器のために使用することもできる。
本発明によれば、(上記の)光電子測定装置は、データ信号光源および補償光源が特定の位相関係にある、すなわち時系列的に計時された光を発するように設計されている。レギュレータユニットを使用して補償信号制御電流を制御するので、異なる位相間で発生するクロック同期交流光データ信号成分(データ信号光源および補償信号光源から生じる交流光データ信号成分)がゼロに設定されるように、補償光源の光強度が振幅および位相において制御可能である。この種の外部光補償回路は、例えば、ドイツ国特許第10300223号および欧州特許第0706648号に詳述されている。これらの開示内容は参照として本出願で援用される。
本発明の光電子測定装置は、外部光電流をエネルギー蓄積ユニットの充電に利用可能になるように、データ信号電流が結合ユニットにおいて外部光電流から分離されることを特徴とする。この場合のエネルギー蓄積ユニットは、少なくとも一つのキャパシタを備える。エネルギー蓄積ユニットで充電されたエネルギーは、少なくとも部分的に光電子測定装置にエネルギーを供給するために使用可能である。
本発明は、図面に示す具体的な実施形態を使用して以下により詳細に説明される。その中で示される特別な特徴は、本発明の好適な構成を創出するために、別々にまたは組み合わせて使用することができる。記述される実施形態は本発明の制限を示すものではなく、本発明はその一般概念が特許請求の範囲によって規定される。
図1は、光を受光し、その光を光電流に変換するためのフォトダイオード2と、前記光電流のデータ信号電流が前記光電流の外部光電流から分離される結合ユニット3と、更なる処理のために測定解析ユニットに提供されるように、前記データ信号電流が増幅または電圧電流変圧器(V/I変圧器、すなわち、トランスインピーダンス増幅器)によって電圧に変換される増幅ユニット4と、エネルギー蓄積ユニット5とを有する光増幅器1の概略図を示す。前記光電流の外部光電流は、エネルギー蓄積ユニット5に蓄積されて、エネルギー蓄積ユニット5が充電される。エネルギー伝送またはデータ送信に使用されず、周辺光または外部光として受光器の環境に現れる光は、エネルギー蓄積ユニット5に供給するために使用され、受光器(増幅器)1に対する少なくとも一部のエネルギー供給を可能にする。既知の光増幅器および測定装置とは対照的に、外部光(周辺光)は、遮蔽される必要が無く、むしろ供給に用いられる。
図2は、図1の受光器1の特定の実施形態を示す。エネルギー蓄積ユニット5は、いわゆるチャージポンプ6の形態で実装され、少なくとも一つのキャパシタを含む。チャージポンプ6として、エネルギー蓄積ユニット5は直列および/または並列に接続された複数のキャパシタおよび複数のスイッチを有する。順方向にバイアスされたフォトダイオード2は、エネルギー蓄積ユニット5を充電するが、エネルギー蓄積ユニットの前記少なくとも一つのキャパシタを通った電圧は、フォトダイオードの出力電圧に相当する電圧となる。
受光器1は、データ信号成分および外部光成分、または周辺光成分を含む光を処理することができる。外部光成分は、受光器1に対して少なくとも部分的にエネルギーを供給するために使用される。交流光データ信号成分および外部光を含む光はフォトダイオード2によって受光され、光電流IPに変換される。光電流IPは、データ信号電流INおよび外部光電流IFを含む。外部光電流IFは、典型的には低周波または直流電流である。光電流IPはフォトダイオードから結合ユニット3を通って流れ、そこでデータ信号電流INは外部光電流IFから分離される。外部光電流IFは、エネルギー蓄積ユニット5に流れ、エネルギー蓄積ユニット5を充電する。データ信号電流INは、結合ユニット3によって伝送され、増幅ユニット4に流入し、そこで増幅される。データ信号電流INは増幅ユニット4の出力4aでの更なる処理に利用可能である。
エネルギー蓄積ユニット5は、好ましくは、チャージポンプ6として実装され、複数(少なくとも二つ)のキャパシタ7および複数(少なくとも二つ)のスイッチ8を備える。図3は、エネルギー蓄積ユニット5の一実施形態を示しているが、そこには4つのキャパシタ7が存在している。キャパシタ7は並列接続でき、キャパシタ7を介して約0.5ボルトのフォトダイオード2のフォトダイオード出力電圧が印加される。キャパシタ7を直列接続すると、エネルギー集積アキュムレータ9における電圧をフォトダイオード出力電圧の何倍にも増加できる。4つのキャパシタ7を有する本例では、電圧は4倍になり、その結果、エネルギー集積アキュムレータ9には約2ボルトの電圧が存在する。これは、周期的に繰り返されるプロセスによって達成される。したがって、更なるエネルギー源を加える必要なく、エネルギー蓄積ユニット5を充電し、ちょうど一つのフォトダイオード2を有する受光器1をスタンドアロンモードで動作させることができる。また、二つ以上のフォトダイオード2を使用することもできるが、それらは直列接続されることが好ましい。複数のフォトダイオードを使用する場合、信号対ノイズ比が低下するため、フォトダイオードの数は最大で5つに制限されることが好ましい。
エネルギー蓄積ユニット5内で使用されるスイッチ8は、これらのスイッチが、既に働いている、すなわち、スイッチが、電圧0.4ボルト、好ましくは電圧0.3ボルトで切り替え可能であるように実装されることが好ましい。スイッチ8は電圧0.2ボルトでも切り替え可能であることが特に好ましい。これは、特に、スイッチ8が統合スイッチ8である場合、すなわち、スイッチ8が集積回路または集積回路部品として実装される場合に当てはまる。したがって、統合スイッチ8の閾値電圧は、0.4ボルト未満でなくてはならず、好ましくは0.3ボルト未満、特に好ましくは0.25ボルト前後である。スイッチ8は、この閾値電圧以上で機能可能である。これは、受光器1を補助電圧無しで外部から起動させられることを意味する。
エネルギー蓄積ユニット5がCMOS技術において実現される場合、決定的なパラメータは、NMOSおよびPMOSトランジスタの閾値電圧であり、このためにこの閾値電圧は0.25ボルト以下であるべきである。この場合、光センサ1は外部補助電圧無しに、例えば、バッテリからまたは商用電源から作動させることができる。外部電源が利用可能な場合、より高い閾値電圧を有する電子スイッチ8および制御要素を使用することもできる。
エネルギー蓄積ユニット5を制御するためにエネルギー蓄積コントローラ10が設けられている。エネルギー蓄積コントローラ10は、エネルギー蓄積ユニット5に存在するスイッチ8のクロックされた所定の切替えを行うために、タイミング要素、例えばタイマまたは発振器を含むことができる。エネルギー蓄積コントローラ10は、エネルギー蓄積ユニット5に統合されることが好ましい。制御プロセスは、中間エネルギー蓄積器のキャパシタを介して電圧をモニタリングすることを含むこともでき、この場合、コンパレータおよび参照電圧源が適用される。両方の方法(タイミング要素に基づく制御および電圧レベルに基づく制御)を組み合わせることもできる。
図2の受光器1の結合ユニット3は、変圧器11、つまり、アナログおよび/またはデジタル信号の信号伝送のための変圧器である。光電流に含まれる外部光成分のデータ信号成分の出力結合または分離は、変圧器11によってだけでなく、一般的に、結合ユニット3が含むジャイレータによって行うことができる。
変圧器11を使用する場合、キャパシタ、または、エネルギー蓄積ユニット5またはチャージポンプ6のキャパシタが、変圧器11のコイルの一次側11aを介して充電される。変圧器11のコイルの一次側は直流信号に対して低抵抗を有する。したがって、外部光から生じる外部光電流成分は、妨げられることなくエネルギー蓄積ユニット5に流れることができる。しかしながら、典型的には数キロヘルツ前後、好ましくは数メガヘルツ前後の光電流のより高い周波のデータ信号成分に関しては、変圧器11のコイルは高い抵抗を有する。したがって、変圧器11の出力(トランスミッタの出力)では、交流信号が発生し、変圧器の二次側11bに存在する増幅ユニット4に供給され、そこで増幅される。
図2の実施形態では、増幅ユニット4は、少なくとも一時的に増幅ユニット4からフォトダイオード2を絶縁するスイッチ12を備える。エネルギー蓄積ユニット5からエネルギー集積アキュムレータ9への蓄積エネルギーの移動が起きる時、フォトダイオード2と増幅ユニット4とは完全に絶縁されていることが好ましい。
増幅ユニット4のこのような実施形態は、電荷移動が起きている時、増幅ユニット4でのデータ信号電流INの解析を中断しなくてはならないため、有益である。そうでなければ、データ信号にスイッチングパルスが重畳され、例えば物体の検出のための測定に間違いが生じる。変圧器11のコイルの二次側11bのスイッチ12を開放することによって、例えば、トランスインピーダンス増幅器として実装される増幅ユニット4は接続が切断される。
図4および図5における信号電圧の時間波形は、エネルギー取得と測定プロセスとの相互作用を示す。図5は、2.74ミリ秒から2.89ミリ秒の時間間隔における図4の詳細を示す。エネルギー蓄積ユニット5のキャパシタ7が充電されている間、図2におけるノード2aと0aの間の電圧V2は直線的に増加する。電圧波形V2は、図4および図5の下側の図に示されている。キャパシタ7が充電されている間、測定を実行可能である。データ信号電流INは、変圧器11を介して結合され、増幅ユニット4の出力4aに現れる。データ信号電流INの測定は、エネルギー蓄積ユニット5の放電中およびエネルギー集積アキュムレータ9への電荷の移動中は中断される。ノード2aと0aの間のフォトダイオード2の電圧V2が約0.5ボルトまで上昇するとすぐに、エネルギー集積アキュムレータ9への電荷の移動が生じる。上側の図には、エネルギー集積アキュムレータ9を横断した(ノード9aと0aの間)電圧V9の波形が見られる。キャパシタ7が、結合ユニット3とフォトダイオード2によって形成される直列回路と並列になるようにエネルギー蓄積ユニット5のスイッチ8が再び接続されるとすぐに、エネルギー蓄積ユニット5のキャパシタ7が放電され、充電プロセスが再び開始される。
図6は、受光器1の回路変形例を示し、結合ユニット3がジャイレータ41を有するジャイレータ回路14によって実装されている。結合ユニット3は、ジャイレータ14に加え、出力キャパシタ15も備え、それによってエネルギー蓄積ユニット5のキャパシタ7(およびフォトダイオード2)が充電中に並列接続される。エネルギー抽出効率をできるだけ高めるため、データ信号電流IN用の出力キャパシタ15はエネルギー蓄積ユニット5のキャパシタ7よりも小さくなければならない。しかしながら、これは、キャパシタ値の比にしたがってキャパシタを介して電圧が分割されるため、データ信号電流INが減少する、すなわち、データ信号が減衰されることを意味する。
したがって、図6に示す回路を配線し、エネルギー蓄積ユニット5のキャパシタ7がフォトダイオード2から減結合された時にのみデータ信号が読み出し可能である。この場合、相互コンダクタンス増幅器41およびNMOSトランジスタを含むジャイレータ14は、フォトダイオードを点安定作動させる機能を担う。ジャイレータ回路14は、このようにフォトダイオード電圧リミッタとして働き、したがってフォトダイオード電圧リミッタ回路26として実装される。したがって、確実にダイオードの順電圧が約0.5ボルトに制限されて安定化される。電流を節約するためには、測定と測定の間、すなわち、データ信号のサンプリングは、典型的には実際の測定期間の少なくとも10倍である。このため、連続動作に対するこの制限は重大ではない。しかし、このために、受光器回路の効率は最大で20%低下する。
図面に示す受光器1の実施形態は、受光器1への電力の蓄積および最終的にはその供給に特に適している。フォトダイオード2によって受光される周辺光からのエネルギーは、例えば充電式バッテリとして実装されるエネルギー集積アキュムレータ9に蓄積され「フィードバック」され得る。したがって、フォトダイオード2の十分な被照により、受光器1のスタンドアロン動作も可能である。本発明は、一つのフォトダイオードによって、電圧源、例えば、バッテリや充電式バッテリ無しでのスタンドアロン動作が可能であるという利点を有する。当然のことながら、エネルギー蓄積ユニットのためのより高い起動電圧を得るために二つ以上のフォトダイオードを直列接続することができる。しかし、これはコストとともに受光器ユニットの大きさも増加させる。したがって、一つのフォトダイオード2を有する受光器1は、受光器または光センサが一体化された受光器1が商用電源を利用できず、したがって消費電流を特に小さくしなくてはならない場合での使用に特に適している。例えば、このようなセンサは夜間に充電式バッテリまたは「電気二重層キャパシタ」によって支援されることが考えられる。日中に再充電することによって、周辺光レベルが十分に高い場合、エネルギーバッファを再充電することができる。これは、このようなセンサのメンテナンス間隔を大幅に長くすることができる。
有益なのは、エネルギー蓄積に必要なフォトダイオードがデータ信号を受信するための受光器に既に存在しているため、受光器1の製造コストがほとんど増加しないことである。特に、強い周辺光の下でも使用でき、エラーを起こさずに機能可能な光測定装置では、この種の受光器は非常に有利である。正確には、受光器1におけるエネルギー抽出を有意義な方法で使用できるようにするためにはこの特性(強い周辺光)が重要である。
更に、例えば、レンズによってフォトダイオードの有効範囲を拡大することが考えられる。このように、反射器および集光器は、プラスチック材料から製造でき、したがって、例えばフォトダイオードおよびそのシリコン面積を拡大することよりもはるかに安価であるため、前記したような受光器や光センサのコストをあまり増加することなく光電流を最大化することができる。
図7は、光電子測定装置16に一体化された受光器1の一実施形態を示す。光電子測定装置16は、一つ(またはそれ以上)のフォトダイオードを有する受光器1に加え、データ信号光源17、補償光源18、および外部光補償回路19を備える。外部光補償回路19は、クロック発生器20、データ信号電流Inのクロック同期解析のための復調器21、データ信号光源17のためのデータ信号制御電流INsを発生するための変調器22、補償光源18のための補償信号制御電流IKsを発生するための変調器23、および変調器22および23の少なくとも一方のための少なくとも一つの制御信号を発生するためのレギュレータユニット24を含む。
データ信号光源17および/または補償光源18はLEDとして実装されることが好ましい。両光源は、特定の位相関係にある、すなわち時系列的にクロックされた光を放射するように駆動される。データ信号制御電流INsと補償信号制御電流IKsの位相は、180°位相ずれしている。この二つの制御電流は、したがって、異なる符号を有する。
図7の実施形態では、補償光源18によって放射される光強度および/または位相を調整できるように補償信号制御電流IKsを整流(regulate)させるような方法で、変調器23がレギュレータユニット24によって駆動される。したがって、フォトダイオード2から結合ユニット3を通って外部光補償回路19へ流入する、異なる位相間で発生するクロック同期交流光データ信号電流がゼロになるような方法で、補償光源18が調整される。外部光補償回路の厳密な機能はドイツ国特許第10300223号に記述されている。
光電子測定装置16は、エネルギー蓄積コントローラ10、およびジャイレータ回路14として実装されるフォトダイオードリミッタ回路26を備える。フォトダイオードリミッタ回路26は、ダイオード2の順方向電圧が0.5ボルトで一定に保持されるように十分な電流を引き出すよう調整された負荷によって構成されることが好ましい。ジャイレータ回路14は、トランスコンダクタンス増幅器41、フィルタキャパシタ42、基準電源43、および電界効果トランジスタ44を備える。したがって、ジャイレータ回路14はローパス特性を有する。これにより、確実に、時間的に一定の周辺光から生じる外部光電流IFはエネルギー蓄積ユニット5へ供給されるが、データ信号光源17および補償光源18を介して交流データ信号の形で放射された高周波電流成分(データ信号電流IN)は供給されない。光電流IPのデータ信号電流は、出力キャパシタ15を介して結合され、増幅ユニット4および外部光補償回路19へ供給される。
データ信号を結合(情報出力結合)するためには、フォトダイオード2をできるだけ高い内部抵抗で動作させることが必要である。したがって、この場合内部抵抗が非常に低くデータ信号電流を容量結合させることができないため、フォトダイオード2は完全に順方向にバイアスされなくてもよい。したがって、ジャイレータ回路14は、フォトダイオード電圧リミッタとして機能し、フォトダイオード2の動作点を0.2ボルトから0.6ボルト、好ましくは0.5ボルトまでの順方向電圧に設定する。これによって、内部抵抗は、データ信号電流を結合するのに十分な程高くなる。高い内部抵抗によって、フォトダイオード2のセンサ機能に必要な高感度が得られる。同時に、フォトダイオード2は、必要に応じて、エネルギー供給源として機能する。
光電子測定装置16において、(低周波の)外部光電流IFは、エネルギー蓄積ユニット5およびエネルギー蓄積ユニット5の少なくとも一つのキャパシタ8へ供給され、そこで一時的に蓄積されるように、ジャイレータ回路14を介して結合される。エネルギー蓄積ユニット5は、好ましくはチャージポンプ6として実装されるが、好ましくは一つのフォトダイオード2の電圧レベルを高めることができる。例えば、この電圧は、2.5ボルトまで上げることができる。例えば、チャージポンプは、少なくとも二つのキャパシタおよび少なくとも二つのスイッチによって形成可能である。これは、データ信号光源17および補償光源18を含む光電子測定装置に動作電圧を提供可能であることを意味する。LEDとして実装される光源は、LEDのダイオード順方向電圧は典型的には1.2から1.8ボルトであるため、例えば、約2ボルトの動作電圧を必要とする。例えば、二つのフォトダイオードが直列接続される場合、チャージポンプ6はそれに適応させることができる。或いは、チャージポンプは、アップコンバータと置き換えることができる。アップコンバータは、少なくとも一つのコイルおよび一つのスイッチ、好ましくは二つのスイッチを有し、スイッチのうち一つはダイオードでもよい。電圧コンバータは、例えば、DC−DCコンバータでもよい。
光電子測定装置16または光センサを実現するために使用する技術(IC技術)によっては、外部電圧源または補助電圧源無しでエネルギー蓄積ユニット5およびジャイレータ回路14(フォトダイオードリミッタ回路26)を作動させること、およびフォトダイオード2によって提供される約0.5から0.7ボルトの電圧のみで起動することが困難または不可能な場合もある。追加の電圧源(外部電圧源、バッテリや充電式バッテリ等の補助電圧源)を省くことを意図する場合、図8に示す一実施形態を使用することができる。図7の実施形態と比較すると、図8の光電子測定装置16は、追加の始動回路25を有し、この始動回路25は、例えば、チャージポンプ6と同様に、複数のキャパシタから組み立てられたものでもよい。図8の回路装置では、結合ユニット3がジャイレータ回路14および出力キャパシタ15から形成されている。エネルギー蓄積ユニット5の入力容量CINは、電界効果トランジスタ44を介して出力キャパシタ15に接続される。同時に、入力容量CINおよび出力キャパシタ15は、電界効果トランジスタ44によって絶縁される。この場合、ジャイレータ41(トランスコンダクタンス増幅器)は、PMOSトランジスタ技術によって実装される。この回路装置を使用することによって、データ信号電流INを測定するのと同時にエネルギー蓄積ユニット5を作動させる、すなわち同時にエネルギーを蓄積する(エネルギー蓄積ユニット5のキャパシタが充電される)こと、および情報転送を実行することが可能である。このため、この回路装置は非常に効率的である。
始動回路25は、典型的には、非常に低い作動電圧でも機能するような形で実装される。始動回路25は、フォトダイオード電圧を約0.5ボルト以上の電圧レベルに変圧するために使用することができるので、エネルギー蓄積ユニット5とともにジャイレータ(ジャイレータ回路14)に十分に高い作動電圧を供給することができる。始動回路25は、チャージポンプ6またはエネルギー蓄積ユニット5よりもエネルギー効率が低い。
光電子測定装置16は、この場合、別個の電圧源無しで作動させることができる。したがって、測定装置16は、スタンドアロン装置として動作し、特に、携帯機器または車両において使用することができる。追加のバッテリやその他の電圧供給の必要が無いので、このような蓄積装置のメンテナンス要件は少なくなる。ここで重要なのは、図8に示されている参照電圧源43、45が交換可能であることである。これらの電圧源は、夫々エネルギー蓄積ユニット5またはエネルギー集積アキュムレータ9によって提供される。したがって、これらの電圧源は、図面上では機能を概略的に説明するものとしてみなされるべきであって、この回路装置では実装されるとみなされるものではない。
受光器1および光電子測定装置16がスタンドアロンモードで働くことができるようにするためには、例えば、ジャイレータ回路14または同様の電圧変圧器回路に十分高い電圧レベルを供給できる様に、フォトダイオード2によって提供される電圧をそれに応じて増加させなくてはならない。この目的で使用される始動回路25は、それに応じて設計されなければならない。
図9は、図8の回路装置において使用される始動回路25の第一の実施形態の概略図を示す。オプションの一時蓄積ユニット29またはエネルギー集積アキュムレータ9およびエネルギー蓄積ユニット5の二つのキャパシタ7を、典型的には0.5ボルトから0.7ボルトであるフォトダイオード電圧まで充電するためには、充電プロセスの始めに、まずスイッチS0およびS1が閉じられる。エネルギー蓄積ユニット5のキャパシタ7またはエネルギー集積アキュムレータ9または一時蓄積ユニット29がほぼ充電されるとすぐに、スイッチS0およびS1が開放される。そしてスイッチS2を閉じることによって、二つのキャパシタ7の電荷をエネルギー集積アキュムレータ9へ移動させる。続いて、スイッチS0が開いている間にスイッチS1とS2を交互に切り替えることによって、エネルギー集積アキュムレータ9の電圧を漸増させる。このプロセスは、例えば、エネルギー集積アキュムレータ9における電圧がフォトダイオード2のフォトダイオード電圧の少なくとも2倍に等しくなるまで続けることができる。スイッチS0、S1、および/またはS2は、CMOS技術によって実現可能である。
図10aは、図9の始動回路25を制御するスイッチS0、S1、およびS2の回路装置30の一実施形態を示す。回路装置30は、入力30a、出力30b、およびスイッチ入力30cを有し、対応する切り替え信号が印加される。この回路によって、CMOSアナログスイッチとして実装されるスイッチS0、S1、S2の始動抵抗が減少する。この装置によって、スイッチとしてのCMOSトランジスタは典型的には閾値電圧よりも高い切り替え電圧での確実な切り替え機能しか保証しないという問題が解決される。低いフォトダイオード電圧の場合、スイッチの始動抵抗が減少可能である時しか確実な切り替えが保証されない。
一般に、CMOSアナログスイッチの切り替えプロセスは、PMOSおよびNMOSトランジスタのゲート電圧を介して行われる。基板端子BN、BPの電位は、ソース端子Sと同じまたはより負にあるので、基板ダイオードは逆方向へバイアスされる。図10cは、PMOSトランジスタの基板電圧VBPおよびNMOSトランジスタの基板電圧VBNの回転方向を示す。基板ダイオードは、したがって、時間的に一定の逆方向バイアス電圧によって作動し、その結果、0ボルトの最大電圧を有する。
基板電圧VBN、VBPが基板ダイオードの順方向電圧よりも約0.2ボルト小さい正の値に調整または設定されるように回路装置が調整される場合、トランジスタの閾値電圧は減少する。始動抵抗は、所与のゲート電圧で最小化される。トランジスタがオフ状態の時にできるだけ高インピーダンスであるように、基板電圧を0ボルト以下の値に設定または調整することが望ましい。これによって、トランジスタの閾値電圧が増加し、トランジスタが確実にオフにされる。基板電圧BVNまたはVBPをオフ状態の最大負電圧からオン状態の基板ダイオードの順方向電圧未満の正電圧へ切替えることによって、トランジスタの確実且つ正確なオン・オフ切り替えが保証される。
図10aから、スイッチオン信号(切り替え入力30cに印加される)に同期して、PMOSトランジスタの基板電圧VBPおよびNMOSトランジスタの基板電圧VBNをいずれも正の値、例えば、約0.4ボルトに設定するユニットによって、トランジスタの基板端子が制御されるのが分かる。オフ状態では、電圧は0ボルト、好ましくは最大の負の値、すなわち、0ボルト未満に設定される。
図10bに示す回路装置31は、始動回路25を制御するのに必要な基板電圧コントローラを実装するために使用することができる。ショットキーダイオードを使用することによって、「最も正の」および「最も負の」電圧がアナログスイッチの二つの端子で抽出される。二つの電界効果トランジスタP1およびN1を介して対応する切り替えが行われる。
これによって発生する出力電圧VBPは、PMOSトランジスタの基板電圧である。電圧VBNはNMOSトランジスタの基板電圧である。
二つのトランジスタN1およびP1の代わりに制御された電流源を使用することも有益であり得る。当業者には、類似の実施形態および回路装置も同じ目的に繋がることは明白である。0.7ボルト未満、好ましくは0.5ボルト以下の低電圧でも確実に機能する信頼性のあるスイッチを製造することのみが必須の特徴である。したがって、エネルギー蓄積は、フォトダイオード2の所与のフォトダイオード電圧によって充電され得る。受光器のエネルギー蓄積ユニット5の制御はこのエネルギー蓄積を使用することによって確実に機能する。
Claims (15)
- 交流光データ信号を受信し、外部光から得られる電気エネルギーを蓄積するための受光器であって、
外部光および当該外部光よりも高い周波数を有する交流光データ信号成分を含む光を受光し、当該光をデータ信号電流(IN)および外部光電流(IF)を含む光電流(IP)に変換するためのフォトダイオード(2)と、
前記光交流光データ信号成分によって生じた前記データ信号電流(IN)を、前記外部光によって生じた前記外部光電流(IF)から減結合および分離するための結合ユニット(3)と、
前記データ信号電流(IN)を増幅するための増幅ユニット(4)と、
前記外部光電流(IF)によって充電され、且つ電圧を増加するための回路を有するエネルギー蓄積ユニット(5)と、を備え、
前記エネルギー蓄積ユニット(5)に蓄積された前記エネルギーが、前記受光器(1)に前記エネルギーを少なくとも部分的に供給するためおよび/または前記受光器(1)を有する測定装置(16)に前記エネルギーを少なくとも部分的に供給するために使用されることを特徴とする受光器。 - 前記エネルギー蓄積ユニット(5)における電圧を増加するための前記回路が少なくとも二つのキャパシタ(7)およびスイッチ(8)を含み、前記キャパシタ(7)同士が直列または並列に接続され、前記直列回路から前記並列回路へ切り替えが生じるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の受光器。
- 前記充電されたエネルギー蓄積ユニット(5)の前記エネルギーをより高い電圧レベルのエネルギー集積アキュムレータ(9)へ移動させるために、前記キャパシタ(7)同士が直列接続されることを特徴とする請求項2に記載の受光器。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(5)から前記エネルギー集積アキュムレータ(9)への電荷移動が行われている時に前記フォトダイオード(2)を前記増幅ユニット(4)と絶縁するように、前記フォトダイオード(2)を前記増幅ユニット(4)と少なくとも一時的に絶縁するスイッチを有すること特徴とする請求項3に記載の受光器。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(5)を制御するためのエネルギー蓄積コントローラ(10)を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の受光器。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(5)がジャイレータ(41)によって前記フォトダイオード(2)から減結合可能であることを特徴とする請求項5に記載の受光器。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(5)が、好ましくは少なくとも一つのコイルおよび一つのスイッチを有する電圧変換器を備えることを特徴とする請求項1に記載の受光器。
- 前記結合ユニット(3)が変圧器(11)またはジャイレータ(41)を備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の受光器。
- 前記増幅ユニット(4)がバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを備えることおよび/または前記増幅ユニット(4)が電流増幅器として設計されるまたは電流電圧変圧器として機能することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の受光器。
- 前記フォトダイオード(2)が順方向にバイアスされ、好ましくはフォトダイオードリミッタ回路(26)が前記フォトダイオード(2)の順方向電圧を0.7ボルト未満に制御し、好ましくは前記順方向電圧を0.2から0.6ボルトの範囲内に制御し、特に好ましくは0.5ボルトに制御することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の受光器。
- 前記エネルギー蓄積ユニット(5)で使用される前記スイッチ(8)は、特に、当該スイッチが統合スイッチ(8)である場合、当該スイッチ(8)の閾値が0.4ボルト未満、好ましくは0.3ボルト未満、特に好ましくは0.25ボルト近くになるように、0.4ボルトの電圧から、好ましくは0.3ボルトの電圧から、特に好ましくは0.2ボルトの電圧から始動可能なように当該スイッチ(8)が切替えられるように、実装されることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の受光器。
- 光電子測定装置であって、
特定の位相関係にある、すなわち時系列的にクロックされた光を放射するデータ信号光源(17)および補償光源(18)と、
前記光源(17、18)によって放射されるクロック同期交流光データ信号成分、および外部光成分を含む光を受光するためのフォトダイオード(2)と、前記受光された交流光データ信号成分に基づいてデータ信号電流(IN)を増幅するための増幅ユニット(4)とを有する受光器(1)であって、特に請求項1から11のいずれかに記載の受光器(1)と、
データ信号電流(IN)が供給される外部光補償回路(19)と、を備え、
前記外部光補償回路(19)が、
クロック発生器(20)と、
前記データ信号電流(IN)のクロック同期解析のための復調器(21)と、
前記データ信号光源(17)用データ信号制御電流(INS)を発生するための変調器(22)と、
前記補償光源(18)用補償信号制御電流(IKS)を発生するための変調器(23)と、
前記変調器(22、23)のうちの少なくとも一方のための少なくとも一つの制御信号を発生するためのレギュレータユニット(24)と、を備え、
異なる位相間で発生する前記クロック同期交流光データ信号成分がゼロに設定されるように前記補償信号制御電流を制御することによって、前記レギュレータユニット(24)によって、前記補償光源(18)は、その光強度が振幅および位相において制御される光電子測定装置であって、
前記光に含まれる前記外部光成分によって発生される外部光電流(IF)から前記データ信号電流(IN)を分離するための結合ユニット(3)と、
前記外部光電流(IF)によって充電され、且つエネルギー蓄積用の少なくとも一つの蓄積要素を含むエネルギー蓄積ユニット(5)と、を備え、
前記少なくとも一つの蓄積要素が前記外部光電流(IF)によって充電され、前記エネルギー蓄積ユニット(5)内に充電されたエネルギーが、前記光電子測定装置(16)へエネルギーを供給するために少なくとも部分的に使用されることを特徴とする光電子測定装置。 - 前記エネルギー蓄積ユニット(5)よりも高い電圧電位を有するように前記エネルギー蓄積ユニット(5)によって充電されるエネルギー集積アキュムレータ(9)を有することを特徴とする請求項12に記載の光電子測定装置。
- 前記データ信号光源(17)および/または前記補償光源(18)がLEDであることを特徴とする請求項12または13に記載の光電子測定装置。
- 外部光から得られる電気エネルギーを蓄積し、光交流光データ信号を受信するための方法であって、
交流光データ信号成分および外部光成分を含む光を受光するための受光器(1)を有し、前記受光器(1)がフォトダイオード(2)と、結合ユニット(3)と、増幅ユニット(4)と、エネルギー蓄積ユニット(5)とを含み、前記方法が、
前記受光器(1)の前記フォトダイオード(2)によって光を受光し、当該光を、前記光交流光データ信号成分に基づくデータ信号電流(IN)および前記外部光成分に基づく外部光電流(IF)を含む電気光電流(IP)に変換するステップと、
前記結合ユニット(3)によって前記電気データ信号電流(IN)を前記電気外部光電流(IF)から分離するステップと、
前記増幅ユニット(4)によって前記データ信号電流(IN)を増幅し、増幅した前記データ信号(IN)を更なる処理のために解析ユニットへ提供するステップと、
前記外部光電流(IF)によって前記エネルギー蓄積ユニット(5)を充電するステップであって、前記エネルギー蓄積ユニット(5)が前記外部光電流(IF)によって充電される少なくとも一つの蓄積要素を備えるステップと、
前記受光器(1)へエネルギーを少なくとも部分的に供給するために前記エネルギー蓄積ユニット(5)に蓄積されたエネルギーを提供および使用するステップと、を備えることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP09168185A EP2288053A1 (de) | 2009-08-19 | 2009-08-19 | Optischer Empfänger zum Empfangen von Licht |
EP09168185.8 | 2009-08-19 | ||
PCT/EP2010/004145 WO2011020525A1 (de) | 2009-08-19 | 2010-07-07 | Optischer empfänger zum empfangen von licht und optoelektronische messanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013502787A true JP2013502787A (ja) | 2013-01-24 |
Family
ID=41310014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012525052A Pending JP2013502787A (ja) | 2009-08-19 | 2010-07-07 | 光を受光するための受光器および光電子測定装置 |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8731414B2 (ja) |
EP (2) | EP2288053A1 (ja) |
JP (1) | JP2013502787A (ja) |
KR (1) | KR101355239B1 (ja) |
CN (1) | CN102687425B (ja) |
CA (1) | CA2771237A1 (ja) |
IL (1) | IL217413A0 (ja) |
MX (1) | MX2012001785A (ja) |
RU (1) | RU2012110293A (ja) |
SG (1) | SG178423A1 (ja) |
WO (1) | WO2011020525A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019513979A (ja) * | 2016-03-02 | 2019-05-30 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | 光の強度変動を交流電圧測定信号に変換する光/電圧変換器回路 |
RU2783484C1 (ru) * | 2022-02-07 | 2022-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Струйно-фотокомпенсационный интегральный регулятор |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8805126B2 (en) * | 2012-08-17 | 2014-08-12 | International Business Machines Corporation | Photonic modulator with forward-and reverse-biased diodes for separate tuning and modulating elements |
US20150335231A1 (en) * | 2012-11-08 | 2015-11-26 | Koninklijke Philips N.V. | An optical probe system |
DE102013012691A1 (de) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Gerd Reime | Verfahren und Schaltung zum Energie sparenden Betrieb einer Photodiode |
CN103767712B (zh) * | 2014-01-09 | 2015-10-21 | 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 | 一种抗环境光干扰的血氧测量装置及其方法 |
US20150370409A1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-12-24 | International Business Machines Corporation | Disambiguation of touch-based gestures |
KR102312260B1 (ko) * | 2015-01-09 | 2021-10-13 | 삼성디스플레이 주식회사 | 플렉서블 터치 패널 및 플렉서블 표시 장치 |
CN114034384B (zh) * | 2021-11-19 | 2023-10-13 | 恒玄科技(上海)股份有限公司 | 一种光电采样组件及可穿戴设备 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH639196A5 (de) | 1977-11-23 | 1983-10-31 | Asea Ab | Messgeraet zum messen von physikalischen groessen mittels optischer mittel. |
NL8802661A (nl) * | 1988-10-31 | 1990-05-16 | Philips Nv | Afstandsbedieningsontvanger met energie teruglevering aan batterij. |
US5223707A (en) * | 1992-06-01 | 1993-06-29 | Honeywell Inc. | Optically powered remote sensor apparatus with synchronizing means |
EP0706648B1 (de) | 1993-07-02 | 1997-09-03 | Gerd Reime | Anordnung zum messen oder erkennen einer veränderung an einem rückstrahlenden element |
DE4431117C2 (de) | 1994-09-01 | 1997-09-25 | Gerd Reime | Schaltung zum Einstellen des Arbeitspunktes einer Photodiode |
US5739938A (en) * | 1996-09-10 | 1998-04-14 | Northrop Grumman Corporation | Optically-powered directly-modulated fiber optic link |
EP0924880A1 (de) * | 1997-12-17 | 1999-06-23 | Siemens Aktiengesellschaft | System zur kabellosen optischen Energie- und Datenübertragung |
JP3766950B2 (ja) * | 1999-02-19 | 2006-04-19 | 富士通株式会社 | Apdバイアス回路 |
DE19953882C2 (de) | 1999-11-09 | 2001-10-18 | Infineon Technologies Ag | Ladungspumpe zum Erzeugen von hohen Spannungen für Halbleiterschaltungen |
US6359517B1 (en) * | 2000-01-28 | 2002-03-19 | Integration Associates Incorporated | Photodiode transimpedance circuit |
GB2364831A (en) * | 2000-07-12 | 2002-02-06 | Mitel Semiconductor Ab | Optical fibre cable to extend electrical bus |
DE10133823A1 (de) | 2001-07-16 | 2003-02-27 | Gerd Reime | Optoelektronische Vorrichtung zur Positions- und Bewegungserfassung sowie zugehöriges Verfahren |
US7406263B2 (en) * | 2002-10-17 | 2008-07-29 | Aoptix Technologies | Combined wavefront sensor and data detector for a free space optical communications system with adaptive optics |
DE10300223B3 (de) | 2003-01-03 | 2004-06-24 | Gerd Reime | Optoelektronische Messanordnung mit Fremdlichtkompensation sowie Verfahren zur phasenkorrekten Kompensation eines Signals der Messanordnung |
US20050089334A1 (en) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Zvi Regev | Protocol independent managed optical system |
US7359647B1 (en) * | 2004-04-06 | 2008-04-15 | Nortel Networks, Ltd. | Method and apparatus for transmitting and receiving power over optical fiber |
JP4550015B2 (ja) * | 2006-06-13 | 2010-09-22 | シャープ株式会社 | 光空間通信機 |
DE102006036561B4 (de) * | 2006-08-04 | 2009-06-18 | Continental Automotive Gmbh | Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie in einem Kraftfahrzeug |
US8180225B2 (en) * | 2006-12-20 | 2012-05-15 | Jan-Gustav Werthen | Optical data link |
-
2009
- 2009-08-19 EP EP09168185A patent/EP2288053A1/de not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-07-07 WO PCT/EP2010/004145 patent/WO2011020525A1/de active Application Filing
- 2010-07-07 CA CA2771237A patent/CA2771237A1/en not_active Abandoned
- 2010-07-07 MX MX2012001785A patent/MX2012001785A/es not_active Application Discontinuation
- 2010-07-07 JP JP2012525052A patent/JP2013502787A/ja active Pending
- 2010-07-07 SG SG2012010419A patent/SG178423A1/en unknown
- 2010-07-07 CN CN201080036526.5A patent/CN102687425B/zh active Active
- 2010-07-07 EP EP10731476A patent/EP2467954B1/de active Active
- 2010-07-07 RU RU2012110293/07A patent/RU2012110293A/ru not_active Application Discontinuation
- 2010-07-07 KR KR1020127004279A patent/KR101355239B1/ko active IP Right Grant
-
2012
- 2012-01-08 IL IL217413A patent/IL217413A0/en unknown
- 2012-02-01 US US13/363,774 patent/US8731414B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019513979A (ja) * | 2016-03-02 | 2019-05-30 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | 光の強度変動を交流電圧測定信号に変換する光/電圧変換器回路 |
RU2783484C1 (ru) * | 2022-02-07 | 2022-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Струйно-фотокомпенсационный интегральный регулятор |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012110293A (ru) | 2013-10-20 |
CN102687425A (zh) | 2012-09-19 |
IL217413A0 (en) | 2012-02-29 |
KR101355239B1 (ko) | 2014-01-27 |
SG178423A1 (en) | 2012-03-29 |
MX2012001785A (es) | 2012-05-08 |
KR20120039030A (ko) | 2012-04-24 |
US8731414B2 (en) | 2014-05-20 |
CA2771237A1 (en) | 2011-02-24 |
EP2467954A1 (de) | 2012-06-27 |
WO2011020525A1 (de) | 2011-02-24 |
EP2288053A1 (de) | 2011-02-23 |
EP2467954B1 (de) | 2013-02-20 |
US20130028593A1 (en) | 2013-01-31 |
CN102687425B (zh) | 2015-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013502787A (ja) | 光を受光するための受光器および光電子測定装置 | |
EP2622942B1 (en) | Driver circuit for leds for time-of-flight calculation | |
US7638750B2 (en) | Optical power for electronic circuits using a single photovoltaic component | |
CA2695134A1 (en) | Transimpedance amplifier circuit for a photodetector | |
KR101430298B1 (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 동작 제어 방법 | |
US5252820A (en) | Photoelectric conversion circuit having a tuning circuit and changeover switcher | |
KR102279479B1 (ko) | 근접 센서 | |
TW201324074A (zh) | 最大功率點追蹤控制器、最大功率點追蹤系統和最大功率點追蹤方法 | |
CN103023461A (zh) | Rc振荡电路 | |
US20140028404A1 (en) | Random number generating device | |
Haydaroglu et al. | Optically powered optical transmitter using a single light-emitting diode | |
CN107682955B (zh) | 控制器、退磁检测方法及所适用的led驱动系统 | |
Mostafa et al. | Design and analysis of a buck-boost converter circuit for piezoelectric energy harvesting system | |
CN110389328A (zh) | 基于动态门限电压的像素单元与光电调制方法及其应用 | |
CN112152307B (zh) | 一种自供电的振动能、热能和光能协同收集系统 | |
SU1698653A1 (ru) | Фотодатчик | |
SU1659741A1 (ru) | Фотоприемное устройство | |
Polster et al. | A novel optical integrate and dump receiver for clocking signals | |
JP2022041633A (ja) | 水栓装置 | |
CN115708000A (zh) | 接近传感器及电子机器 | |
Yang et al. | A 80V output voltage boost converter with low voltage ripple for Avalanche Photodiode (APD) | |
GB2459310A (en) | Chip with power supply derived from input signal |