JP2906797B2 - 光ビーム追尾受信器 - Google Patents

光ビーム追尾受信器

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JP2906797B2 JP433592A JP433592A JP2906797B2 JP 2906797 B2 JP2906797 B2 JP 2906797B2 JP 433592 A JP433592 A JP 433592A JP 433592 A JP433592 A JP 433592A JP 2906797 B2 JP2906797 B2 JP 2906797B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は到来する光ビームの方向
を検出しこの光ビームを追尾する光ビーム追尾受信器に
関し、特に広い受信ダイナミックレンジを有する光ビー
ム追尾受信器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の光ビーム追尾受信器は複
数に分割された受光面を有する受光器によって到来光ビ
ームを検出し、受光器は各受光面上の光ビームの強度分
布に比例する電流を上記受光面のそれぞれから出力す
る。これらの電流は別々の増幅器によって電圧に変換さ
れ増幅される。さらに、これらの増幅器出力が比較器で
比較され、この比較結果によって到来光ビームが受光器
の中心からどの方向へずれているかが判定される。この
際、比較器の入力電圧範囲は限定されており、過大入力
では正確な電圧強度比較が行われず、逆に過小な入力の
場合には信号対雑音比が不足してやはり比較が不正確に
なる。そこで、上記受光器の各受光面の電気出力を増幅
する複数の増幅器は、入力光ビームの強さに応じて利得
を可変できるとともに全ての増幅器利得を同一とする必
要がある。従来、この種の増幅器は、異った増幅器を互
いに同一利得であるとともに可変利得にするため、帰還
抵抗器を備える逆相増幅器を用いるとともに利得を変化
するために上記帰還抵抗器を切替えていた。
【0003】以下、図2の光ビーム追尾受信器の基本構
成を示す回路図を参照して説明すると、変調信号によっ
て振幅変調されている入射光ビームS1は4分割型の受
光器2に入射され、受光器2の4分割された受光面2
a,2b,2cおよび2dからはそれぞれに入射した光
ビームS1の強度に比例する電流出力A,B,C,Dを
生じる。これらの出力A〜Dは、各々増幅器3〜6によ
って増幅後、検波器7〜10によって各々の電流出力
A,B,CおよびDに比例する直流電圧A1,B1,C
1およびD1に変換され、これらの直流電圧A1〜D1
は演算回路11に供給される。演算回路11は、{(A
1+B1)−(B1+C1)},{(A1+B1)−
(C1+D1)}および(A1+B1+C1+D1)の
演算を行って、それぞれ電圧V1,V2およびV3を生
じる。これら電圧V1〜V3は、割算器12によってV
4=V1/V3={(A1+B1)−(B1+C1)}
/(A1+B1+C1+D1);また、割算器13によ
ってV5=V2/V3={(A1+B1)−(C1+D
1)}/(A1+B1+C1+D1)なる成分を方向信
号出力端子14,15に取り出す。
【0004】光ビームS1の到来方向と受光器2の各受
光面2a〜2dとの位置関係を図2に示すX−Y座標の
とおりとすれば、端子14の出力電圧V4は受光器2上
のX軸成分の光ビームS1の大小を、端子15の出力電
圧V5はY軸成分の大小を正・負を含めて示すことは図
から明らかである。
【0005】ここで、割算器12,13に入力する電圧
V1〜V3が過大な場合には正確な割算が行えず、逆に
過小の場合には信号対雑音比が劣化して正確に光ビーム
S1の受光器2の中心からのズレの方向成分に比例した
出力が得られない。そこで、増幅器3〜6は可変利得増
幅器とする必要が生じるが、検波器7〜10の電圧出力
A1〜D1は電流出力A〜Dの大きさの比率を正確に表
した値でなければならない。従って、各増幅器3〜6の
利得は、各各の利得を変化した場合にも互いに同一でな
ければならない。このため増幅器3〜6には、利得変化
用素子としてバラツキの大きなFET可変抵抗器やサー
ミスタ等は使用できず、固定抵抗器を切替えて増幅器利
得を変化させたり、抵抗減衰器を縦続に接続してその減
衰量を切替えていた。
【0006】図3は図2の光ビーム追尾受信器の増幅器
3(増幅器4〜6も同じ構成)として従来用いられてい
る可変利得増幅器の回路図である。上記受光器2の受光
面2aからの電流出力Aを入力抵抗26を介して供給さ
れる逆相増幅器3aは、その帰還抵抗器23,24およ
び25をスイッチ21によって切換えて利得を変化させ
る。これら抵抗器23〜26の抵抗値と電流出力B,C
およびDを増幅する増幅器4,5および6の対応する3
個の抵抗器の抵抗値とが正確に同じであり、しかも増幅
器3aおよび対応する増幅器4〜6の逆相増幅器の裸利
得が十分大であれば、全ての増幅器3〜6の利得を同一
かつ3段階に切り換えることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した光ビーム追尾
受信器は、可変利得増幅器の利得を連続的に変化でき
ず、しかも利得切換え時に一瞬雑音が発生するので、切
換え中の光ビーム追尾データを削除するように光ビーム
追尾受信器を構成する必要があった。
【0008】また、常に相互に利得の等しい複数の可変
利得増幅器(AGC付き増幅回路)を必要とするが、こ
のような可変利得増幅器を特性にバラツキのある可変抵
抗素子を用いて実現することができないという問題があ
った。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の追尾受信器用A
GC回路は、上記の課題を解決するために、光ビームの
強さを表現するパラメータとは異なる性質の電気信号を
比較信号として、全可変利得増幅器の入力に加え、この
比較信号成分の上記可変利得増幅器の出力端における大
きさと、上記パラメータとの比率を同一に制御すること
によって、FET等のバラツキの多い可変利得用素子を
使用することによっても各可変利得増幅器間で均一な可
変利得を得ている。
【0010】例えば、本発明の光ビーム追尾受信器の一
実施態様は、振幅変調された光ビームを複数の受光面に
受けてそれぞれ電流に変換する受光器と、前記受光面か
らの電流のうちの一つを利得制御信号の制御によって可
変利得増幅するとともに電圧に変換する前記各受光面そ
れぞれに対応した増幅器と、前記増幅器出力の一つを受
けてこの増幅器出力の交流成分を検波する前記増幅器そ
れぞれに対応した検波器と、全ての前記検波器出力を加
算して合計電圧を生じる演算器と、前記合計電圧を一定
値に保つような前記利得制御信号を作るAGC制御回路
とを備える光ビーム追尾受信器において、前記増幅器の
各各が、入力端に前記受光面の一つからの電流とともに
直流の比較電圧を入力し、前記AGC制御回路の各各
が、前記増幅器の出力端に生じる増幅後の前記比較電圧
と前記合計電圧とを一定の比率に制御して全ての前記増
幅器の利得をほぼ同一にする手段を備えている。
【0011】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0012】図1は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。但し、この図には説明の便宜のため、図2の光ビー
ム追尾受信器のうち、増幅器3A,4Aで示す増幅器
3,4、検波器7,8および演算器11のみを抽出して
示してある。
【0013】振幅変調された光ビームS1を受けた受光
器2の受光面2aおよび2bからの電流出力AおよびB
は、それぞれ増幅器3Aおよび4Aに供給される。増幅
3Aおよび4Aそれぞれにおいて、電流出力Aおよび
Bは、コンデンサ31,32,抵抗器33,34を通っ
た交流成分A11およびB11が逆相増幅器35,36
に加えられて電圧に変換されるとともに増幅され、さら
にコンデンサ37,38を通った交流成分A12および
B12に変換される。
【0014】上記検波器7および8は交流成分A12お
よびB12を検波して検波出力A1およびB1を生じ
る。検波出力A1およびB1は、別の受光面2cおよび
2dからの電流出力CおよびDを基に作られた検波出力
C1およびD1とともに上記演算回路11に加えられ
る。
【0015】演算回路11内の加算器が作る上記電圧V
3=(A1+B1+C1+D1)と逆相増幅器35の出
力から抵抗器44とコンデンサ46からなる低域ろ波器
により取り出された直流電圧A13との差、および同様
に取り出した逆相増幅器36の出力の直流成分である直
流電圧B13と上記電圧V3との差は、各々差動増幅器
48,49で差動増幅されてそれぞれ電圧A14および
B14を生じる。これら直流電圧A14,B14はそれ
ぞれ、FET50および51のゲートに加えられる。
【0016】従って、各増幅器3〜6の出力する電圧A
1,B1,C1およびD1を全て加算した合計電圧V3
が増加すると、差動増幅器48,49の出力する直流電
圧A14,B14は正方向に上昇し、各FET50,5
1のゲート電圧が増加してドレイン・ソース間の抵抗値
が減少することにより逆相増幅器35,36の負帰還量
が増加する。この結果、増幅器3A,4Aの利得が減少
して各々の出力する交流電圧A12,B12を減少さ
せ、演算回路11の出力する電圧V3=(A1+B1+
C1+D1)が一定となる方向へ制御される。
【0017】ここで、差動増幅器48,49は、電圧V
3=(A1+B1+C1+D1)成分と各々比較電圧源
54,55から抵抗器52および53を介して受けた比
較電圧A10およびB10が逆相増幅器35,36で増
幅された直流電圧とを比較し、この比較結果からFET
50,51のゲート電圧を作っている。従って、各FE
T50,51のゲート電圧対ドレイン・ソース間抵抗値
に差があっても、比較電圧A10,B10から逆相増幅
器35,36へ、さらに差動増幅器48,49、FET
50,51、逆相増幅器35,35へという負帰還ルー
プの一巡利得によって上記FET50,51それぞれの
ドレイン・ソース間の抵抗値の差が圧縮されるので、各
逆相増幅器35,36間の利得の差は公知の適切なルー
プの設計によって非常に小さくすることが可能である。
【0018】なお、光ビームS1が無変調信号である場
合には、比較電圧A10,B10を交流電圧とし、差動
増幅器48,49は逆相増幅器35,36で増幅された
比較電圧(A13,B13)を検波してこの検波電圧と
電圧V3=(A1+B1+C1+D1)とを比較すれば
よく、このとき検波回路7,8が不要となることも明ら
かである。
【0019】さらに、光ビームS1が変調されていて
も、比較電圧A11,B11を変調周波数とは異なる周
波数の電圧とすれば、逆相増幅器35,36の出力端で
上記比較電圧A10,B10の周波数成分を帯域ろ波器
によって分離後、この分離周波数成分を検波してそれぞ
れ差動増幅器48,49へ加えればよく、この手段によ
っても上記2例と同様に増幅器間の利得に相互の差の少
ないAGC回路が構成できることは説明をまたない。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
ビームの強さを表現するパラメータとは異なる性質の電
気信号を比較信号として全可変利得増幅器の入力端に加
え、この比較信号成分の上記可変利得増幅器の出力端に
おける大きさと、上記パラメータとの比率を同一に制御
することによって、可変利得増幅器の利得可変素子に特
性にバラツキのある可変抵抗素子を用いても相互に利得
の等しい複数の可変利得増幅器を実現できるので、ダイ
ナミックレンジのせまい割算回路を用いても広い入力光
レベル範囲で正確な追尾動作が可能になるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の特徴である可変利得増幅器の回路図で
ある。
【図2】光ビーム追尾受信器の基本構成を示す回路図で
ある。
【図3】図2の光ビーム追尾受信器に用いる従来の可変
利得増幅器の回路図である。
【符号の説明】
2 受光器 2a〜2d 受光面 3〜6 増幅器 3A,4A 増幅器 3a 逆相増幅器 7〜10 検波器 11 演算器 12,13 割算器 14,15 方向信号出力端子 21 スイッチ 23〜26 抵抗器 31,32,37,38,46,47 コンデンサ 33,34,44,45,52,53 抵抗器 35,36 増幅器 48,49 差動増幅器 54,55 比較電圧源

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振幅変調された光ビームを複数の受光面
    に受けてそれぞれ電流に変換する受光器と、前記受光面
    からの電流のうちの一つを利得制御信号の制御によって
    可変利得増幅するとともに電圧に変換する前記各受光面
    それぞれに対応した増幅器と、前記増幅器出力の一つを
    受けてこの増幅器出力の交流成分を検波する前記増幅器
    それぞれに対応した検波器と、全ての前記検波器出力を
    加算して合計電圧を生じる演算器と、前記合計電圧を一
    定値に保つような前記利得制御信号を作るAGC制御回
    路とを備える光ビーム追尾受信器において、 前記増幅器の各各が、入力端に前記受光面の一つからの
    電流とともに直流の比較電圧を入力し、 前記AGC制御回路の各各が、前記増幅器の出力端に生
    じる増幅後の前記比較電圧と前記合計電圧とを一定の比
    率に制御して全ての前記増幅器の利得をほぼ同一にする
    手段を備えることを特徴とする光ビーム追尾受信器。
  2. 【請求項2】 前記増幅器の各各が、逆相増幅器と、前
    記逆相増幅器の信号入力端および出力端との間に接続さ
    ,増幅後の前記比較電圧と前記合計電圧とに応答する
    前記利得制御信号の制御によって前記信号入力端と出力
    端との間の抵抗値を変える可変抵抗値手段とを含み、 前記AGC制御回路が、前記増幅器の出力端に生じる
    幅後の前記比較電圧と前記合計電圧とを差動増幅して前
    記利得制御信号を生じる回路であることを特徴とする請
    求項1記載の光ビーム追尾受信器。
  3. 【請求項3】 無変調信号の光ビームを複数の受光面に
    受けてそれぞれ電流に変換する受光器と、前記受光面か
    らの電流のうちの一つを利得制御信号の制御によって可
    変利得増幅するとともに電圧に変換する前記各受光面そ
    れぞれに対応した増幅器と、全ての前記増幅器出力の直
    流成分を加算して合計電圧を生じる演算器と、前記合計
    電圧を一定値に保つような前記利得制御信号を作るAG
    C制御回路とを備える光ビーム追尾受信器において、 前記増幅器の各各が、入力端に前記受光面の一つからの
    電流と一定振幅の交流電圧または電流のいずれか一方と
    を入力し、 前記AGC制御回路の各各が、前記増幅器の出力端に生
    じる前記交流電圧を検波して検波電圧を生じる検波手段
    と、前記検波電圧と前記合計電圧とを一定の比率に制御
    して全ての前記増幅器の利得をほぼ同一にする手段
    備えることを特徴とする光ビーム追尾受信器。
  4. 【請求項4】 振幅変調された光ビームを複数の受光面
    に受けてそれぞれ電流に変換する受光器と、前記受光面
    からの電流のうちの一つを利得制御信号の制御によって
    可変利得増幅するとともに電圧に変換する前記各受光面
    それぞれに対応した増幅器と、前記増幅器出力の一つを
    受けてこの増幅器出力の前記振幅変調周波数成分を検
    波する前記増幅器それぞれに対応する検波器と、全ての
    前記検波器出力を加算して合計電圧を生じる演算器と、
    前記合計電圧を一定値に保つような前記利得制御信号を
    作るAGC制御回路とを備える光ビーム追尾受信器にお
    いて、 前記増幅器の各各が、入力端に前記受光面の一つからの
    電流と前記光ビームの変調周波数とは異る周波数の比較
    電圧とを入力し、 前記AGC制御回路の各各が、前記増幅器の出力端に生
    じる増幅後の前記比較電圧の周波数成分を検波した検波
    電圧と前記合計電圧とを一定の比率に制御して全ての前
    記増幅器の利得をそれぞれほぼ同一にする手段を備える
    ことを特徴とする光ビーム追尾受信器。
  5. 【請求項5】 光ビームを複数の受光面に受けてそれぞ
    れ電流に変換する受光器と、前記受光面からの電流のう
    ちの一つを利得制御信号の制御によって可変利得増幅す
    るとともに電圧に変換する前記各受光面それぞれに対応
    した増幅器と、前記増幅器出力の一つを受けてこの増幅
    器出力の交流成分を検波する前記増幅器それぞれに対応
    した検波器と、全ての前記検波器出力を加算して合計電
    圧を生じる演算器と、前記合計電圧を一定値に保つよう
    な前記利得制御信号を作るAGC制御回路とを備える光
    ビーム追尾受信器において、 前記増幅器の各各が、入力端に前記受光面の一つからの
    電流とともに前記光ビームの強さを表現するパラメータ
    とは異なる性質の比較信号を入力し、 前記AGC制御回路の各各が、前記増幅器の出力端に生
    じる増幅後の前記比較信号と前記合計電圧とを一定の比
    率に制御して全ての前記増幅器の利得をほぼ同一にする
    手段を備えることを特徴とする光ビーム追尾受信器。
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