JP2021061456A - Optical receiving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光した光を電気信号に変換する光受信回路に関する。 The present invention relates to an optical receiving circuit that converts received light into an electric signal.
レーザ光を対象物に照射し、当該対象物によって反射されたレーザ光を受光して解析することにより、対象物までの距離を計測する測距装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる測距装置では、例えば正弦波によって光強度を変調したパルス状のレーザ光を対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザ光を受光して、その光強度を電気信号に変換する。そして、電気信号に含まれる正弦波の成分と射出時のレーザ光の光強度に含まれる正弦波の成分との位相差を抽出し、抽出した位相差を遅延時間に変換し、当該遅延時間及び光速度に基づいて対象物との距離を算出する。 A ranging device that measures the distance to an object by irradiating the object with a laser beam and receiving and analyzing the laser beam reflected by the object is known (see, for example, Patent Document 1). ). In such a ranging device, for example, a pulsed laser beam whose light intensity is modulated by a sine wave is irradiated to an object, the laser beam reflected by the object is received, and the light intensity is converted into an electric signal. Then, the phase difference between the sine wave component contained in the electric signal and the sine wave component contained in the light intensity of the laser beam at the time of emission is extracted, and the extracted phase difference is converted into a delay time, and the delay time and the delay time are obtained. Calculate the distance to the object based on the speed of light.
ここで、受光したレーザ光の光強度を電気信号に変換する光受信回路として、フォトダイオードと、トランスインピーダンス増幅器と、を含むものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。トランスインピーダンス増幅器(以下、TIAと称する)は、入力端子及び出力端子同士が帰還抵抗で接続されており、フォトダイオードから出力された電流をその入力端子で受ける。かかる構成により、TIAは、フォトダイオードから出力された電流を電圧に変換し、これを出力端子から出力する。 Here, as an optical receiving circuit that converts the light intensity of the received laser light into an electric signal, a circuit including a photodiode and a transimpedance amplifier has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In a transimpedance amplifier (hereinafter referred to as TIA), an input terminal and an output terminal are connected to each other by a feedback resistor, and the current output from the photodiode is received by the input terminal. With such a configuration, the TIA converts the current output from the photodiode into a voltage and outputs this from the output terminal.
ところで、上記したTIAは、遠方の物体で反射された微弱な光を検出するために、その利得が比較的高く設定されている。 By the way, the above-mentioned TIA is set to have a relatively high gain in order to detect the weak light reflected by a distant object.
よって、近くの物体からの比較的高い強度の光がフォトダイオードに入射した場合には、TIAが飽和状態になる虞がある。この際、フォトダイオードは、TIAの線形動作の限界を超える大電流をTIAに供給し、TIAを飽和状態に至らしめる。TIAは、自身が飽和状態にあると、広いパルス幅の電気信号を出力することになる。 Therefore, when relatively high-intensity light from a nearby object enters the photodiode, the TIA may become saturated. At this time, the photodiode supplies the TIA with a large current exceeding the limit of the linear operation of the TIA, and brings the TIA to a saturated state. When the TIA is saturated, the TIA outputs an electric signal having a wide pulse width.
そこで、このような飽和状態を回避するために、TIAの入力端子には、ダイオードからなるクリップ回路が接続されている。このダイオードは、自身のアノードがTIAの入力端子に接続されている。また、当該ダイオードのカソードには、TIAが非飽和状態で動作するのか、又は飽和状態で動作するのかの境界の電圧値である飽和閾値が印加されている。 Therefore, in order to avoid such a saturation state, a clip circuit made of a diode is connected to the input terminal of the TIA. The diode has its anode connected to the input terminal of the TIA. Further, a saturation threshold value, which is a voltage value at the boundary of whether the TIA operates in the unsaturated state or the saturated state, is applied to the cathode of the diode.
かかる構成により、当該クリップ回路(ダイオード)は、TIAの入力端子に飽和閾値よりも高い電圧が印加された場合には、その入力端子の電圧値を強制的に飽和閾値より低い電圧値にクリップすることで飽和状態を回避している。 With this configuration, when a voltage higher than the saturation threshold is applied to the input terminal of the TIA, the clip circuit (diode) forcibly clips the voltage value of the input terminal to a voltage value lower than the saturation threshold. This avoids the saturation state.
ところで、TIAの入力端子の電圧値は、フォトダイオードから出力された電流のみならず、帰還抵抗を介したTIAの出力電圧に依存する。つまり、クリップ回路(ダイオード)は、飽和閾値を超えた電圧がTIAの入力端子に印加された後で上記した動作を開始する。よって、TIAは一時的に飽和閾値を超える電圧を受けて動作し、その結果、飽和状態となり、一定量に亘り広いパルス幅の電気信号を出力することになる。 By the way, the voltage value of the input terminal of the TIA depends not only on the current output from the photodiode but also on the output voltage of the TIA via the feedback resistor. That is, the clip circuit (diode) starts the above operation after a voltage exceeding the saturation threshold is applied to the input terminal of the TIA. Therefore, the TIA operates by temporarily receiving a voltage exceeding the saturation threshold value, and as a result, becomes saturated and outputs an electric signal having a wide pulse width over a certain amount.
これにより、本来、測定対象となる対象物からの反射光に対応した電気信号中のパルスが、上記した高強度の反射光に対応した電気信号中の幅広のパルスでマスクされてしまい、距離の測定が不能になる。 As a result, the pulse in the electric signal corresponding to the reflected light from the object to be measured is originally masked by the wide pulse in the electric signal corresponding to the high-intensity reflected light described above, and the distance is increased. Measurement becomes impossible.
したがって、特許文献2に記載の構成でも、高強度の光を受けた直後には一時的にTIAが飽和状態になるので、測定対象となる対象物からの反射光に対応したパルスを含む電気信号を生成することが困難になるという点が課題の一例として挙げられる。 Therefore, even with the configuration described in Patent Document 2, the TIA is temporarily saturated immediately after receiving high-intensity light, so that an electric signal including a pulse corresponding to the reflected light from the object to be measured is included. One example of the problem is that it becomes difficult to generate.
そこで、本発明は、高強度の光を受けた直後でも、対象物からの反射光に対応した信号を生成することが可能な光受信回路を提供することを目的の一つとしている。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide an optical receiving circuit capable of generating a signal corresponding to the reflected light from an object even immediately after receiving high-intensity light.
請求項1に記載の発明は、受光した光の強度に対応した電流を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された電流を入力端子で受け、前記入力端子で受けた前記電流に対応した信号レベルを有する受光信号を出力端子から出力するオペアンプと、前記入力端子及び前記出力端子間に電気的に接続されており、前記入力端子の電位が前記出力端子の電位よりも所定電位以上高い場合には前記入力端子から前記出力端子に向けて電流を送出する一方、前記入力端子の電位が、前記出力端子の電位よりも前記所定電位だけ高い電位よりも低い場合には電流の送出を停止するスイッチ素子と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 corresponds to a light receiving element that outputs a current corresponding to the intensity of the received light, and the current received from the light receiving element at the input terminal and corresponding to the current received at the input terminal. When the electric current that outputs a light receiving signal having a signal level from the output terminal is electrically connected between the input terminal and the output terminal, and the potential of the input terminal is higher than the potential of the output terminal by a predetermined potential or more. While the current is sent from the input terminal to the output terminal, the current transmission is stopped when the potential of the input terminal is lower than the potential of the output terminal by the predetermined potential. It is characterized by having a switch element.
請求項8に記載の発明は、受光した光の強度に対応した電流を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された電流を入力端子で受け、前記入力端子で受けた前記電流に対応した信号レベルを有する受光信号を出力端子から出力するオペアンプと、前記入力端子にアノードが接続されており、カソードが前記出力端子に接続されているダイオードと、を含むことを特徴する。 The invention according to claim 8 corresponds to a light receiving element that outputs a current corresponding to the intensity of the received light, and the current received from the light receiving element at the input terminal and corresponding to the current received at the input terminal. It is characterized by including an operational amplifier that outputs a light receiving signal having a signal level from an output terminal, and a diode in which an anode is connected to the input terminal and a cathode is connected to the output terminal.
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は、本発明に係る光受信回路を含む測距装置100を模式的に表す図である。尚、測距装置100は、所定の領域(以下、走査領域と称する)内をパルス状のレーザ光で走査し、その走査領域内に存在する対象物までの距離を測定する走査型の測距装置である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a distance measuring
測距装置100は、光源11、回動素子12、分離素子13、光受信部14、及び制御部15を有する。
The
光源11は、例えば赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を断続的に出射する。これにより、光源11は、パルス状のレーザ光(以下、パルス光と称する)を出射光L1として分離素子13に照射する。
The
分離素子13は、例えばビームスプリッタであり、光源11から出射された出射光L1を反射しこれを回動素子12に導く一方、回動素子12で反射された反射光を透過させ、これを光受信部14に導く。
The
回動素子12は、互いに直交する回動軸AX及びAYにて周期的に回動する1つの光反射面12Sを有する、いわゆる回動ミラーとしての例えばMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーである。光反射面12Sは、分離素子13を介して受けた出射光L1を反射し、その反射光を走査光L2として出射する。すなわち、回動素子12は、自身から所定の距離だけ離れた仮想の平面を走査面R1(図1の一点鎖線にて囲まれた領域)とし、この走査面R1に向け、且つ当該走査面R1内を走査するように、パルス状の反射光L1に基づくパルス光を走査光L2として出射する。
The rotating
ここで、かかる走査光L2が図1に示すように対象物OB(走査光L2に対して反射性又は散乱性を有する物体又は物質)に当たると、走査光L2は、この対象物OBによって反射又は散乱される。このように対象物OBで反射されたパルス状の光は、反射光L3として、走査光L2とほぼ同一の光路を走査光L2とは反対の方向に向かって進み、回動素子12に照射される。よって、この際、回動素子12は、自身の光反射面12Sでパルス光としての当該反射光L3を反射させ、これを分離素子13を介して光受信部14に導く。
Here, when the scanning light L2 hits an object OB (an object or substance having reflexivity or scattering property with respect to the scanning light L2) as shown in FIG. 1, the scanning light L2 is reflected or reflected by the object OB. Scattered. The pulsed light reflected by the object OB in this way travels in the same optical path as the scanning light L2 as the reflected light L3 in the direction opposite to the scanning light L2, and is irradiated to the
光受信部14は、例えば反射光L3を受光し、当該反射光L3の光強度に対応した信号レベルを有する受光信号RSを生成してこれを制御部15に供給する。
The
制御部15は、上記した光源11の駆動及び制御を行う光源制御部15A、及び回動素子12の駆動及び制御を行う回動素子制御部15Bを含む。
The
更に、制御部15は、光受信部14から供給された受光信号RSに基づき、図1に示すような対象物OBまでの距離を測定する測距部15Cを有する。
Further, the
測距部15Cは、例えば、先ず、受光信号RS中から、パルス状の反射光L3に対応したパルス波形を検出し、当該パルス波形の立ち上がり又は立下りエッジ分の時点を、反射光L3の受光タイミングとして得る。そして、測距部15Cは、かかる反射光L3の受光タイミングと走査光L2の出射タイミングとの間の時間差により、測距装置100から対象物OBまでの距離を求め、その距離を表す測定距離データLDを出力する。
For example, the ranging
尚、測距装置100では、上記した光受信部14として、高強度の光(反射光L3を含む)を受光した際に、自身に含まれるオペアンプの飽和を回避することが可能な光受信回路を含むものを採用している。
In the
図2は、光受信部14に含まれる光受信回路の一例を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an optical receiving circuit included in the optical receiving
図2に示すように、光受信回路は、光電変換回路14A及び電流電圧変換回路14Bを有する。
As shown in FIG. 2, the optical receiving circuit includes a
光電変換回路14Aは、光の照射、例えば反射光L3の照射を受けると当該反射光L3の光強度に対応した電流を出力する受光素子APDを含む。尚、受光素子APDとしては、例えば道路標識やカーブミラー等のような高い光反射率の表面を有する物体を除く一般的な対象物からの反射光は光強度が微弱であることを想定して、光検知感度が高いアバランシェフォトダイオードを用いる。
The
受光素子APDは、カソード端子に所定の電源電位Vhが印加されており、例えば反射光L3を受けると、当該反射光L3の光強度に対応した電流をアノード端子から出力し、これを電流電圧変換回路14Bに送出する。
A predetermined power supply potential Vh is applied to the cathode terminal of the light receiving element APD. For example, when the light receiving element APD receives the reflected light L3, a current corresponding to the light intensity of the reflected light L3 is output from the anode terminal, and this is converted into current and voltage. It is sent to the
電流電圧変換回路14Bは、オペアンプU1、抵抗Rf、及びダイオードDを含む。
The current-
オペアンプU1は、上記した受光素子APDから出力された電流を反転入力端子で受ける。オペアンプU1の非反転入力端子には、所定の基準電位Vrefが印加されている。 The operational amplifier U1 receives the current output from the light receiving element APD described above at the inverting input terminal. A predetermined reference potential Vref is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U1.
オペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間には、帰還抵抗としての抵抗Rf及びダイオードDが電気的に並列に接続されている。すなわち、抵抗Rfの一端がオペアンプU1の反転入力端子と電気的に接続されており、抵抗Rfの他端がオペアンプU1の出力端子と電気的に接続されている。更に、ダイオードDのアノード端子がオペアンプU1の反転入力端子と電気的に接続されており、且つ当該ダイオードDのカソード端子がオペアンプU1の出力端子と電気的に接続されている。 A resistor Rf as a feedback resistor and a diode D are electrically connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier U1. That is, one end of the resistor Rf is electrically connected to the inverting input terminal of the operational amplifier U1, and the other end of the resistor Rf is electrically connected to the output terminal of the operational amplifier U1. Further, the anode terminal of the diode D is electrically connected to the inverting input terminal of the operational amplifier U1, and the cathode terminal of the diode D is electrically connected to the output terminal of the operational amplifier U1.
上記した構成により、電流電圧変換回路14Bは、受光素子APDから出力された電流、つまり当該受光素子APDが受けた光の強度に対応した大きさの電流を、この電流に対応した大きさの電圧に変換する。尚、当該変換後の電圧の電圧値は、帰還抵抗である抵抗Rfの抵抗値に基づき設定されるオペアンプU1の利得に依存する。そして、電流電圧変換回路14Bは、当該電圧に対応したレベルを有する信号を、上記した受光信号RSとして出力する。
With the above configuration, the current-
ここで、図2に示す電流電圧変換回路14Bでは、受光素子APDが低強度の光、例えば上記したような一般的な対象物からの反射光L3を受光した場合には、受光素子APDから出力される電流は小さい。よって、当該電流によってオペアンプU1の反転入力端子と出力端子間の電圧はダイオードDの順方向電圧以下となり、それ故、ダイオードDはオフ状態となる。この際、ダイオードDは、等価的に自身の端子間の静電容量を有するキャパシタとなる。
Here, in the current-
図3Aは、受光素子APDが低強度の光を受光した場合における光受信回路(14A、14B)の等価回路図である。つまり、低強度の光を受光した場合、ダイオードDは、自身の端子間の静電容量を有するキャパシタCdとして表される状態となる。 FIG. 3A is an equivalent circuit diagram of an optical receiving circuit (14A, 14B) when the light receiving element APD receives low-intensity light. That is, when receiving low-intensity light, the diode D is in a state of being represented as a capacitor Cd having a capacitance between its own terminals.
よって、例えば受光素子APDが低強度のパルス状の反射光L3を受けた場合には、電流電圧変換回路14Bは、反射光L3の光強度に対応した信号レベルを有し且つ反射光L3のパルス幅と等しいパルス幅を有するパルスを含む受光信号RSを出力する。
Therefore, for example, when the light receiving element APD receives the low-intensity pulsed reflected light L3, the current-
一方、光源11、回動素子12、分離素子13及び光受信部14を含む光学系内で出射光L1が散乱又は反射することで生じる高強度の迷光や、測定対象物からの高強度の反射光を受光素子APDが受光した場合には、ダイオードDはオン状態となる。具体的には、高強度の光に応じて受光素子APDが出力した大電流を受けたが故に、オペアンプU1の反転入力端子と出力端子間の電圧が、ダイオードDの順方向電圧以上となる時に、ダイオードDがオン状態となる。この際、ダイオードDは、等価的に自身の抵抗成分にて表される抵抗となる。
On the other hand, high-intensity stray light generated by scattering or reflection of emitted light L1 in an optical system including a
図3Bは、受光素子APDが高強度の光を受光した場合における光受信回路(14A、14B)の等価回路図である。つまり、高強度の光を受光した場合には、ダイオードDは、自身の抵抗成分に対応した抵抗値を有する抵抗Rdとして表される状態となる。尚、この際、当該抵抗Rd及び帰還抵抗としての抵抗Rfによる合成抵抗は極めて低くなり、オペアンプU1に対して全帰還に近い状態となる。よって、オペアンプU1として、利得が「1」以上で発振が生じない、安定した動作を保証しているものを用いる。 FIG. 3B is an equivalent circuit diagram of an optical receiving circuit (14A, 14B) when the light receiving element APD receives high-intensity light. That is, when receiving high-intensity light, the diode D is in a state of being represented as a resistor Rd having a resistance value corresponding to its own resistance component. At this time, the combined resistance due to the resistor Rd and the resistor Rf as the feedback resistor becomes extremely low, and the operational amplifier U1 is in a state close to full feedback. Therefore, as the operational amplifier U1, an operational amplifier that guarantees stable operation with a gain of “1” or more and oscillation does not occur is used.
ダイオードDは、上記したようにオン状態になることで、オペアンプU1の反転入力端子から出力端子に向けて電流を送出し、当該オペアンプU1の出力端子の電圧をダイオードDの順方向電圧にクリップする。 When the diode D is turned on as described above, a current is sent from the inverting input terminal of the operational amplifier U1 toward the output terminal, and the voltage of the output terminal of the operational amplifier U1 is clipped to the forward voltage of the diode D. ..
これにより、オペアンプU1の反転入力端子が、当該オペアンプU1を飽和状態に至らしめるほどの過大入力を受けた時点でオペアンプU1の出力端子の電圧が当該順方向電圧にクリップされる。すなわち、オペアンプU1が当該過大入力に対応した動作を行う直前に、オペアンプU1が飽和するような状態が回避され、非飽和の状態を維持するのである。 As a result, the voltage of the output terminal of the operational amplifier U1 is clipped to the forward voltage when the inverting input terminal of the operational amplifier U1 receives an excessive input enough to bring the operational amplifier U1 to a saturated state. That is, immediately before the operational amplifier U1 performs the operation corresponding to the excessive input, the state in which the operational amplifier U1 is saturated is avoided, and the non-saturated state is maintained.
ところで、オペアンプU1が飽和状態にあると、受光素子APDが受光したパルス光(反射光L3を含む)のパルス幅に比べて、当該オペアンプU1から出力される受光信号RSに含まれるパルスのパルス幅が大幅に広がる。 By the way, when the operational amplifier U1 is saturated, the pulse width of the pulse included in the light receiving signal RS output from the operational amplifier U1 is compared with the pulse width of the pulsed light (including the reflected light L3) received by the light receiving element APD. Spreads significantly.
図4は、オペアンプU1が非飽和状態にある場合での受光信号RSのパルス波形と、飽和状態にある場合での受光信号RSのパルス波形と、を対比して示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a comparison between the pulse waveform of the light receiving signal RS when the operational amplifier U1 is in the non-saturated state and the pulse waveform of the light receiving signal RS when the operational amplifier U1 is in the saturated state.
図4に示すように、オペアンプU1が非飽和状態にある場合には、受光素子APDが受光したパルス光のパルス幅と等しいパルス幅W1を有するパルスP1が受光信号RS中に現れる。 As shown in FIG. 4, when the operational amplifier U1 is in the unsaturated state, a pulse P1 having a pulse width W1 equal to the pulse width of the pulsed light received by the light receiving element APD appears in the light receiving signal RS.
一方、オペアンプU1が飽和状態にある場合には、受光素子APDが受光したパルス光のパルス幅W1よりも広いパルス幅W2を有するパルスP2が受光信号RS中に現れる。よって、この間に、図1に示すような対象物OBからの反射光L3を受光素子APDが受光しても、当該反射光L3に対応したパルスは図4に示すパルスP2によってマスクされてしまう。したがって、対象物OBに対する距離測定は不可となる。 On the other hand, when the operational amplifier U1 is saturated, a pulse P2 having a pulse width W2 wider than the pulse width W1 of the pulsed light received by the light receiving element APD appears in the light receiving signal RS. Therefore, even if the light receiving element APD receives the reflected light L3 from the object OB as shown in FIG. 1 during this period, the pulse corresponding to the reflected light L3 is masked by the pulse P2 shown in FIG. Therefore, it is impossible to measure the distance to the object OB.
しかしながら、前述したように、電流電圧変換回路14Bでは、受光素子APDが迷光等による高強度のパルス光を受光したが故にオペアンプU1が過大入力を受けた場合でも、ダイオードDによるクリップ動作により、当該オペアンプU1の飽和が回避される。 これにより、オペアンプU1は、受光素子APDが受光した高強度の迷光(パルス光)に対応した、例えば図4の太実線にて示されるパルス幅W1を有するパルスP1を含む受光信号RSを出力する。
However, as described above, in the current-
よって、電流電圧変換回路14Bによれば、受光素子APDが高い強度の光を受けた直後でも、測定対象となる対象物からの反射光に対応したパルスを含む受光信号RSを生成することが可能となる。
Therefore, according to the current-
ここで、当該ダイオードDとしては、pn接合ダイオード及びショットキーバリアダイオード等を用いることが考えられるが、以下の理由により、ショットキーバリアダイオードを用いるのが望ましい。 Here, it is conceivable to use a pn junction diode, a Schottky barrier diode, or the like as the diode D, but it is desirable to use a Schottky barrier diode for the following reasons.
すなわち、pn接合ダイオードの場合、順バイアスの状態(図3A)から逆バイアスの状態(図3B)に切り替わっても、少数キャリア蓄積効果により、その切り替わり直後に比較的大きな逆電流が流れる。よって、ダイオードDとしてpn接合ダイオードを用いた場合、過大入力からの回復時にダイオードDの逆電流が抵抗Rfを介して電圧に変換され、その電圧分だけ受光信号RS中のパルスの幅が広がってしまう。 That is, in the case of a pn junction diode, even if the state is switched from the forward bias state (FIG. 3A) to the reverse bias state (FIG. 3B), a relatively large reverse current flows immediately after the switching due to the minority carrier accumulation effect. Therefore, when a pn junction diode is used as the diode D, the reverse current of the diode D is converted into a voltage via the resistor Rf when recovering from the excessive input, and the width of the pulse in the received signal RS is widened by that voltage. It ends up.
これに対して、ショットキーバリアダイオードでは、順方向に流れる電流は多数キャリアであるため、少数キャリア蓄積効果はほぼ生じることが無い。よって、ダイオードDとしてショットキーバリアダイオードを採用した場合には、pn接合ダイオードを採用した場合に比べて、過大入力時における受光信号RS中のパルスの幅を狭くすることが可能となる。 On the other hand, in the Schottky barrier diode, since the current flowing in the forward direction has a large number of carriers, the effect of accumulating a small number of carriers hardly occurs. Therefore, when the Schottky barrier diode is adopted as the diode D, the width of the pulse in the received light signal RS at the time of excessive input can be narrowed as compared with the case where the pn junction diode is adopted.
ところで、上記した過大入力時以外では、電流電圧変換回路14BのダイオードDはオフ状態となり、図3Aに示すように、等価的にキャパシタCdとして振る舞う。よって、このキャパシタCdがオペアンプU1の位相補償を兼ねることもある。しかしながら、過大入力時には、図3Bに示すようにキャパシタCdが無くなるため、その後、図3Aに示す状態への回復時に、受光信号RSに含まれるパルスのエッジ部にアンダーシュートを生じさせる場合がある。そこで、このようなアンダーシュートを生じさせたくない場合には、帰還抵抗としての抵抗Rfと並列に位相補償用のキャパシタを別途設けるようにしても良い。
By the way, except at the time of the above-mentioned excessive input, the diode D of the current-
また、図2に示す一例では、電流電圧変換回路14Bとして、オペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間に単一のダイオードDを電気的に接続したものを採用している。しかしながら、複数のダイオードDをオペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間に電気的に接続するようにしても良い。
Further, in the example shown in FIG. 2, as the current-
図5は、かかる点に鑑みて為された、電流電圧変換回路14Bの変形例としての電流電圧変換回路14Baの構成を示す回路図である。尚、図5に示す構成では、ダイオードDに代えて、順方向に直列接続されているダイオードD1〜Dn(nは2以上の整数)を採用した点を除く他の構成(14A、Rf、U1)については図2に示すものと同一である。図5に示す一例では、ダイオードD1〜DnのうちのD1のアノードがオペアンプU1の反転入力端子と電気的に接続されており、ダイオードDnのカソードがオペアンプU1の出力端子と電気的に接続されている。更に、ダイオードD1〜Dnの列において、k(kは1〜n−1の整数)番目のダイオードDkのカソードが(k+1)番目のダイオードD(k+1)のアノードに接続されている。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a current-voltage conversion circuit 14Ba as a modification of the current-
ここで、当該ダイオードD1〜Dn各々の順方向電圧をVfとした場合、上記したような過大入力時にオペアンプU1をクリップさせる電圧はn・Vfとなる。よって、光受信部14から出力された受光信号RSを受ける後段の回路素子(例えばAD変換器)の雑音やダイナミックレンジ等を考慮してダイオードDの個数nを決定することで、過大入力時における適切な受光信号RSの最大レベルを設定することが可能となる。
Here, when the forward voltage of each of the diodes D1 to Dn is Vf, the voltage for clipping the operational amplifier U1 at the time of the excessive input as described above is nVf. Therefore, by determining the number n of the diodes D in consideration of the noise and dynamic range of the circuit element (for example, AD converter) in the subsequent stage that receives the light receiving signal RS output from the optical receiving
図6は、光受信部14に含まれる光受信回路の他の一例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of the optical receiving circuit included in the optical receiving
図6に示す光受信部14では、光電変換回路14Aに代えて光電変換回路14Acを採用し、電流電圧変換回路14Bに代えて電流電圧変換回路14Bcを採用したものである。尚、図6において、受光素子APD、オペアンプU1、及び抵抗Rfについては、図2に示すものと同一である。
In the optical receiving
図6に示す光電変換回路14Acでは、受光素子APDは、電源電位Vhを抵抗Rlimを介してカソード端子で受ける。更に、受光素子APDのカソード端子には、その一端が接地されているキャパシタCphの他端が接続されている。 In the photoelectric conversion circuit 14Ac shown in FIG. 6, the light receiving element APD receives the power supply potential Vh at the cathode terminal via the resistor Rlim. Further, the other end of the capacitor Cph whose one end is grounded is connected to the cathode terminal of the light receiving element APD.
図6に示す電流電圧変換回路14Bcでは、オペアンプU1は、電源端子で電源電位Vccを受けることで動作する。尚、オペアンプU1の電源端子には、その一端に接地電位が印加されているキャパシタCp1の他端が接続されている。 In the current-voltage conversion circuit 14Bc shown in FIG. 6, the operational amplifier U1 operates by receiving the power supply potential Vcc at the power supply terminal. The power supply terminal of the operational amplifier U1 is connected to the other end of the capacitor Cp1 to which the ground potential is applied to one end thereof.
オペアンプU1の非反転入力端子には、電源電位Vccを抵抗Rb1及びRb2にて分圧した分圧電位が基準電位Vrefとして印加されている。また、当該非反転入力端子には、一端が接地されているキャパシタCp2の他端が接続されている。 A voltage dividing potential obtained by dividing the power supply potential Vcc by the resistors Rb1 and Rb2 is applied as a reference potential Vref to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U1. Further, the other end of the capacitor Cp2 whose one end is grounded is connected to the non-inverting input terminal.
オペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間には、互いに並列に接続されている抵抗Rf及び位相補償のキャパシタCfが接続されている。更に、オペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間には、互いに直列に接続されているダイオードD1及びD2が接続されている。この際、ダイオードD1のアノード端子がオペアンプU1の反転入力端子と電気的に接続されており、ダイオードD1のカソード端子がダイオードD2のアノード端子と接続されている。ダイオードD2のカソード端子は、オペアンプU1の出力端子と電気的に接続されている。尚、図6に示す構成においても、ダイオードD1及びD2としてショットキーバリアダイオードを用いる。 A resistor Rf and a phase compensation capacitor Cf, which are connected in parallel to each other, are connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier U1. Further, diodes D1 and D2 connected in series with each other are connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier U1. At this time, the anode terminal of the diode D1 is electrically connected to the inverting input terminal of the operational amplifier U1, and the cathode terminal of the diode D1 is connected to the anode terminal of the diode D2. The cathode terminal of the diode D2 is electrically connected to the output terminal of the operational amplifier U1. Also in the configuration shown in FIG. 6, Schottky barrier diodes are used as the diodes D1 and D2.
尚、上記実施例では、受光素子APDとして、アバランシェフォトダイオードを用いているが、高感度が要求されていない場合にはpn接合型のフォトダイオードを用いても良い。また、上記した受光素子APDに代えて、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、CCD(Charge−Coupled Device)、或いは光電子増倍管等の受光素子を用いても良い。つまり、光受信部14で用いる受光素子としては、受光した光の強度に対応した電流を出力するものであれば良いのである。
In the above embodiment, an avalanche photodiode is used as the light receiving element APD, but a pn junction type photodiode may be used when high sensitivity is not required. Further, instead of the above-mentioned light receiving element APD, a light receiving element such as a photoresistor, a phototransistor, a CCD (Charge-Coupled Device), or a photomultiplier tube may be used. That is, the light receiving element used in the
また、上記実施例では、オペアンプU1が飽和するような過大入力を受けた場合にその飽和状態を回避する為に、スイッチング素子としてショットキーバリアダイオードからなるダイオードDをオペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間に電気的に接続している。しかしながら、当該スイッチング素子としては、pn接合ダイオード又はトランジスタを用いても良い。 Further, in the above embodiment, in order to avoid the saturated state when the operational amplifier U1 receives an excessive input that saturates, a diode D composed of a Schottky barrier diode is used as a switching element for the inverting input terminal and the output of the operational amplifier U1. It is electrically connected between the terminals. However, a pn junction diode or a transistor may be used as the switching element.
要するに、過大入力時におけるオペアンプU1の飽和を回避する為に、以下のような動作を行うスイッチング素子を、オペアンプU1の反転入力端子及び出力端子間に電気的に接続しておけば良いのである。つまり、当該スイッチング素子は、オペアンプU1の反転入力端子の電位が出力端子の電位よりも所定電位(スイッチング素子自体の順方向電圧に相当)以上高い場合には、当該入力端子から出力端子に向けて電流を送出する。一方、オペアンプU1の反転入力端子の電位が、出力端子の電位よりも所定電位だけ高い電位より低い場合には、当該スイッチング素子は、上記したような電流の送出を停止する。 In short, in order to avoid saturation of the operational amplifier U1 at the time of excessive input, a switching element that performs the following operations may be electrically connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier U1. That is, when the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier U1 is higher than the potential of the output terminal (corresponding to the forward voltage of the switching element itself) or more, the switching element is directed from the input terminal to the output terminal. Sends an electric current. On the other hand, when the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier U1 is lower than the potential higher than the potential of the output terminal by a predetermined potential, the switching element stops the transmission of the current as described above.
14A 光電変換回路
14B 電流電圧変換回路
100 測距装置
APD 受光素子
D、D1〜Dn ダイオード
Rf 抵抗
U1 オペアンプ
14A
Claims (14)
前記受光素子から出力された電流を入力端子で受け、前記入力端子で受けた前記電流に対応した信号レベルを有する受光信号を出力端子から出力するオペアンプと、
前記入力端子及び前記出力端子間に電気的に接続されており、前記入力端子の電位が前記出力端子の電位よりも所定電位以上高い場合には前記入力端子から前記出力端子に向けて電流を送出する一方、前記入力端子の電位が、前記出力端子の電位よりも前記所定電位だけ高い電位よりも低い場合には電流の送出を停止するスイッチ素子と、を有することを特徴とする光受信回路。 A light receiving element that outputs a current corresponding to the intensity of the received light, and
An operational amplifier that receives the current output from the light receiving element at the input terminal and outputs a light receiving signal having a signal level corresponding to the current received at the input terminal from the output terminal.
When the input terminal and the output terminal are electrically connected and the potential of the input terminal is higher than the potential of the output terminal by a predetermined potential or more, a current is sent from the input terminal to the output terminal. On the other hand, the optical receiving circuit is characterized by having a switch element for stopping the transmission of a current when the potential of the input terminal is lower than the potential of the output terminal by the predetermined potential.
前記オペアンプの非反転入力端子には、所定の基準電位が印加されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1に記載の光受信回路。 The input terminal is an inverting input terminal of the operational amplifier.
The optical receiving circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein a predetermined reference potential is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier.
前記受光素子から出力された電流を入力端子で受け、前記入力端子で受けた前記電流に対応した信号レベルを有する受光信号を出力端子から出力するオペアンプと、
前記入力端子にアノードが接続されており、カソードが前記出力端子に接続されているダイオードと、を含むことを特徴する光受信回路。 A light receiving element that outputs a current corresponding to the intensity of the received light, and
An operational amplifier that receives the current output from the light receiving element at the input terminal and outputs a light receiving signal having a signal level corresponding to the current received at the input terminal from the output terminal.
An optical receiving circuit comprising a diode having an anode connected to the input terminal and a cathode connected to the output terminal.
前記オペアンプの非反転入力端子には、所定の基準電位が印加されていることを特徴とする請求項8〜13のいずれか1に記載の光受信回路。 The input terminal is an inverting input terminal of the operational amplifier.
The optical receiving circuit according to any one of claims 8 to 13, wherein a predetermined reference potential is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier.
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