JP2931226B2 - 光帰還式光検出装置 - Google Patents
光帰還式光検出装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定体からの戻り光
により発生した光源の出射光の光強度変化を検出する光
帰還式光検出装置に関するものである。
により発生した光源の出射光の光強度変化を検出する光
帰還式光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ共振器から出射された光が何等か
の物質を照射したとき、その光の一部が物質に反射され
て再びレーザ共振器に帰還入射すると、その相対的な帰
還量が極めて僅かであっても、レーザ特性に大きな変化
が生じる。このレーザ外部からの戻り光により誘起され
る特性変動は、半導体レーザでは特に顕著に現れ、各種
の応用に際して雑音の増大などの形で大きな障害をもた
らすものである。
の物質を照射したとき、その光の一部が物質に反射され
て再びレーザ共振器に帰還入射すると、その相対的な帰
還量が極めて僅かであっても、レーザ特性に大きな変化
が生じる。このレーザ外部からの戻り光により誘起され
る特性変動は、半導体レーザでは特に顕著に現れ、各種
の応用に際して雑音の増大などの形で大きな障害をもた
らすものである。
【０００３】一方、この現象を積極的に利用して、半導
体レーザの出射光を所定の物体に照射し、その物体から
の返ってくる反射光、散乱光、又は回折光の強度を検出
し、測定するレーザフィードバック光検出法と呼ばれる
技術がある。
体レーザの出射光を所定の物体に照射し、その物体から
の返ってくる反射光、散乱光、又は回折光の強度を検出
し、測定するレーザフィードバック光検出法と呼ばれる
技術がある。
【０００４】以下、このレーザフィードバック光検出法
の動作原理を、図１２を用いて説明する。
の動作原理を、図１２を用いて説明する。
【０００５】半導体レーザ７００の一方の出射面（前
面）から出射した光を、レンズ等から構成される光学系
７１０を介して被測定体７２０に照射すると、被測定体
７２０で反射、散乱等された光の一部が、再び光学系７
１０を介して半導体レーザ７００の出射面に帰還入射す
る。このときの半導体レーザ７００に帰還入射する光
を、戻り光と呼ぶ。
面）から出射した光を、レンズ等から構成される光学系
７１０を介して被測定体７２０に照射すると、被測定体
７２０で反射、散乱等された光の一部が、再び光学系７
１０を介して半導体レーザ７００の出射面に帰還入射す
る。このときの半導体レーザ７００に帰還入射する光
を、戻り光と呼ぶ。
【０００６】この戻り光により半導体レーザ７００の出
射光の光強度が変化する。一般的に、半導体レーザ７０
０への注入電流を一定とした場合には、戻り光の増加に
伴って半導体レーザ７００の出射光の光強度も増大す
る。
射光の光強度が変化する。一般的に、半導体レーザ７０
０への注入電流を一定とした場合には、戻り光の増加に
伴って半導体レーザ７００の出射光の光強度も増大す
る。
【０００７】また、半導体レーザ７００の他方の出射面
（後面）側には、光検出器として例えばフォトダイオー
ド７３０が設置されている。このフォトダイオード７３
０は、その一方の端子が電源７４０に接続され、他方の
端子が抵抗Ｒを介して接地されて、所定の電圧が印加さ
れるようになっている。
（後面）側には、光検出器として例えばフォトダイオー
ド７３０が設置されている。このフォトダイオード７３
０は、その一方の端子が電源７４０に接続され、他方の
端子が抵抗Ｒを介して接地されて、所定の電圧が印加さ
れるようになっている。
【０００８】このため、このフォトダイオード７３０に
は、半導体レーザ７００への戻り光によって光強度が変
化した半導体レーザ７００の出射光が入射し、その光強
度に応じた光電流が発生する。そしてこの光電流は、フ
ォトダイオード７３０に接続された増幅器７５０によっ
て増幅され、出力信号として出力される。
は、半導体レーザ７００への戻り光によって光強度が変
化した半導体レーザ７００の出射光が入射し、その光強
度に応じた光電流が発生する。そしてこの光電流は、フ
ォトダイオード７３０に接続された増幅器７５０によっ
て増幅され、出力信号として出力される。
【０００９】従って、このフォトダイオード７３０の出
力信号から、半導体レーザ７００の出射光の光強度変化
を検出し、それによって戻り光の光量を計測し、更には
被測定体７２０で反射、散乱等された光の強度を計測す
ることができる。
力信号から、半導体レーザ７００の出射光の光強度変化
を検出し、それによって戻り光の光量を計測し、更には
被測定体７２０で反射、散乱等された光の強度を計測す
ることができる。
【００１０】このようにレーザフィードバック光検出法
は、被測定体で反射、散乱等された光の強度を直接に検
出する方法と比較すると、光源としての半導体レーザへ
の戻り光を抑制するための光アイソレータや、被測定体
で反射、散乱等された光を光検出器に誘導入射させるた
めの光分岐手段や、光検出器への雑音の混入を防止する
ためのピンホール板などが不要になるため、光学的な構
成が極めて簡単になるという特長がある。
は、被測定体で反射、散乱等された光の強度を直接に検
出する方法と比較すると、光源としての半導体レーザへ
の戻り光を抑制するための光アイソレータや、被測定体
で反射、散乱等された光を光検出器に誘導入射させるた
めの光分岐手段や、光検出器への雑音の混入を防止する
ためのピンホール板などが不要になるため、光学的な構
成が極めて簡単になるという特長がある。
【００１１】このため、極度に光学系の簡単小型化が要
求される光ディスクのピックアップ技術として有望視さ
れ、研究されてきた（柳井久義編「光通信ハンドブッ
ク」，（朝倉書店，1984），pp610-611 及びY.Mitsuhas
i,et al.,Optics Communications.April 1976,Vol.17,N
o.1,pp95-97 参照）。
求される光ディスクのピックアップ技術として有望視さ
れ、研究されてきた（柳井久義編「光通信ハンドブッ
ク」，（朝倉書店，1984），pp610-611 及びY.Mitsuhas
i,et al.,Optics Communications.April 1976,Vol.17,N
o.1,pp95-97 参照）。
【００１２】また、近年、上記の用途とは異なるが、レ
ーザフィードバック光検出法を共焦点レーザ走査顕微鏡
に応用して良好な結果が得られたという報告が、オック
スフォード大学の研究グループから報告されている（R.
Juskaitis,et al.,Optics Communications.109(1994)16
7-177 及びR.Juskaitis,et al.,Optics Letters.July19
93,Vol.18,No.14,pp1135-1137参照）。
ーザフィードバック光検出法を共焦点レーザ走査顕微鏡
に応用して良好な結果が得られたという報告が、オック
スフォード大学の研究グループから報告されている（R.
Juskaitis,et al.,Optics Communications.109(1994)16
7-177 及びR.Juskaitis,et al.,Optics Letters.July19
93,Vol.18,No.14,pp1135-1137参照）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
レーザフィードバック光検出法においては、一般的に半
導体レーザの端面反射率が０．３程度と小さく、その共
振器長も数百μｍ程度と他のレーザと較べて著しく小さ
いため、僅かな戻り光に対しても影響を受け易く、雑音
が増大するという問題がある。
レーザフィードバック光検出法においては、一般的に半
導体レーザの端面反射率が０．３程度と小さく、その共
振器長も数百μｍ程度と他のレーザと較べて著しく小さ
いため、僅かな戻り光に対しても影響を受け易く、雑音
が増大するという問題がある。
【００１４】この戻り光による雑音の増大には、戻り
光の影響で出射光のスペクトルが変化するため、特定の
周波数領域で半導体レーザの本質的な量子雑音が増大す
るものと、戻り光の影響でレーザ発振が不安定化する
ため、数百ＭＨｚ以下の低周波数領域全体で雑音が増大
するものとがある。前者の雑音は、主に光通信などにお
いて問題となるが、大きな光量の変化を伴う場合の戻り
光の検出においては、後者の雑音の低減が課題となる。
光の影響で出射光のスペクトルが変化するため、特定の
周波数領域で半導体レーザの本質的な量子雑音が増大す
るものと、戻り光の影響でレーザ発振が不安定化する
ため、数百ＭＨｚ以下の低周波数領域全体で雑音が増大
するものとがある。前者の雑音は、主に光通信などにお
いて問題となるが、大きな光量の変化を伴う場合の戻り
光の検出においては、後者の雑音の低減が課題となる。
【００１５】例えば、上記の光ディスクのピックアップ
技術にレーザフィードバック光検出法を応用する場合、
この雑音の問題が深刻である。即ち、単一モード発信状
態において使用すると光路長変化による干渉ノイズが発
生し、多モード発信状態において使用するとモード変換
ノイズが発生し、実用化にとって大きな障害となってい
る。このため、戻り光の影響でレーザ発振が不安定化す
るために生ずる雑音を低減する方法として、単一モード
の安定化や、モード変換ノイズの少ない多モード化を実
現しようとする試み等、各方面での雑音対策が検討され
ている。しかしながら、半導体レーザの動作条件にもよ
るが、いずれの方法によっても雑音レベルは０．１〜１
％程度であり、略１００％〜０．０１％程度の広い範囲
の戻り光を計測したい場合には、レーザフィードバック
光検出法を用いるに十分な雑音の低減が達成されていな
い。従って、レーザフィードバック光検出法を用いたピ
ックアップ技術は現在に至るまで成功例がなく、結局実
用化されていない。
技術にレーザフィードバック光検出法を応用する場合、
この雑音の問題が深刻である。即ち、単一モード発信状
態において使用すると光路長変化による干渉ノイズが発
生し、多モード発信状態において使用するとモード変換
ノイズが発生し、実用化にとって大きな障害となってい
る。このため、戻り光の影響でレーザ発振が不安定化す
るために生ずる雑音を低減する方法として、単一モード
の安定化や、モード変換ノイズの少ない多モード化を実
現しようとする試み等、各方面での雑音対策が検討され
ている。しかしながら、半導体レーザの動作条件にもよ
るが、いずれの方法によっても雑音レベルは０．１〜１
％程度であり、略１００％〜０．０１％程度の広い範囲
の戻り光を計測したい場合には、レーザフィードバック
光検出法を用いるに十分な雑音の低減が達成されていな
い。従って、レーザフィードバック光検出法を用いたピ
ックアップ技術は現在に至るまで成功例がなく、結局実
用化されていない。
【００１６】また、例えば、上記の共焦点レーザ走査顕
微鏡にレーザフィードバック光検出法を応用する場合、
レーザフィードバック光検出法の原理上、発光点と受光
点とが同一であるため、集光光学系に顕微鏡を用いた場
合に極めて簡単に共焦点光学系を構成することができる
という、レーザフィードバック光検出法の本質的な特長
を利用してはいるが、しかしながら、前述の雑音対策に
ついては何ら新しい試みはなされておらず、依然として
未解決の課題として残されている。
微鏡にレーザフィードバック光検出法を応用する場合、
レーザフィードバック光検出法の原理上、発光点と受光
点とが同一であるため、集光光学系に顕微鏡を用いた場
合に極めて簡単に共焦点光学系を構成することができる
という、レーザフィードバック光検出法の本質的な特長
を利用してはいるが、しかしながら、前述の雑音対策に
ついては何ら新しい試みはなされておらず、依然として
未解決の課題として残されている。
【００１７】更に、レーザフィードバック光検出法を用
いる場合の雑音を低減する方法としては、半導体レーザ
を所定周波数で変調し、戻り光をフォトダイオードなど
の光検出器で受光し、ロックインアンプなどの同期検波
手段で検出して、Ｓ／Ｎ比を向上させる方法も可能であ
る。しかしながら、ロックインアンプの周波数は高々１
００ｋＨｚ程度であるため、高速応答を期待することが
できないという問題がある。また、装置が複雑で高価に
なるため、上記の光ディスクのピックアップ技術などの
用途には実用上使用することができないという問題もあ
る。
いる場合の雑音を低減する方法としては、半導体レーザ
を所定周波数で変調し、戻り光をフォトダイオードなど
の光検出器で受光し、ロックインアンプなどの同期検波
手段で検出して、Ｓ／Ｎ比を向上させる方法も可能であ
る。しかしながら、ロックインアンプの周波数は高々１
００ｋＨｚ程度であるため、高速応答を期待することが
できないという問題がある。また、装置が複雑で高価に
なるため、上記の光ディスクのピックアップ技術などの
用途には実用上使用することができないという問題もあ
る。
【００１８】本発明は、上記の状況を鑑みてなされたも
のであり、雑音を抑制して、高いＳ／Ｎ比と広いダイナ
ミックレンジをもつと共に、高速応答が可能な光帰還式
光検出装置を提供することを目的とする。
のであり、雑音を抑制して、高いＳ／Ｎ比と広いダイナ
ミックレンジをもつと共に、高速応答が可能な光帰還式
光検出装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の光帰還式光検出
装置は、（ａ）所定周波数の同期信号を発振する発振器
と、（ｂ）前記発振器から出力された同期信号に基づ
き、前記所定周波数で変調した駆動信号を出力する駆動
信号出力部と、（ｃ）前記駆動信号出力部から出力され
た駆動信号を入力して、前記所定周波数で光強度を変調
した光を外部に出射すると共に、外部から入射する光に
よる光増幅機能を有する光源と、（ｄ）前記光源から出
射された光を被測定体に照射すると共に、前記被測定体
から返ってくる光を前記光源に帰還入射させる光学系
と、（ｅ）前記発振器から出力された同期信号に基づ
き、前記所定周波数の交流電圧信号を出力する電圧印加
部と、（ｆ）前記光源から出射された光を受光すると共
に、前記電圧印加部から出力された交流電圧信号が印加
されて、前記光源から出射された光を前記所定周波数で
同期検波する光導電型受光器と、（ｇ）前記光導電型受
光器を流れる変調電流を電圧信号に変換して出力する電
流電圧変換部と、（ｈ）前記電流電圧変換部から出力さ
れた電圧信号の低周波成分を抽出して出力する周波数フ
ィルタ部と、を備え、前記光源から出射された光の、前
記被測定体からの戻り光により発生した信号成分を検出
することを特徴とする。
装置は、（ａ）所定周波数の同期信号を発振する発振器
と、（ｂ）前記発振器から出力された同期信号に基づ
き、前記所定周波数で変調した駆動信号を出力する駆動
信号出力部と、（ｃ）前記駆動信号出力部から出力され
た駆動信号を入力して、前記所定周波数で光強度を変調
した光を外部に出射すると共に、外部から入射する光に
よる光増幅機能を有する光源と、（ｄ）前記光源から出
射された光を被測定体に照射すると共に、前記被測定体
から返ってくる光を前記光源に帰還入射させる光学系
と、（ｅ）前記発振器から出力された同期信号に基づ
き、前記所定周波数の交流電圧信号を出力する電圧印加
部と、（ｆ）前記光源から出射された光を受光すると共
に、前記電圧印加部から出力された交流電圧信号が印加
されて、前記光源から出射された光を前記所定周波数で
同期検波する光導電型受光器と、（ｇ）前記光導電型受
光器を流れる変調電流を電圧信号に変換して出力する電
流電圧変換部と、（ｈ）前記電流電圧変換部から出力さ
れた電圧信号の低周波成分を抽出して出力する周波数フ
ィルタ部と、を備え、前記光源から出射された光の、前
記被測定体からの戻り光により発生した信号成分を検出
することを特徴とする。
【００２０】ここで、前記光源に入力される駆動信号の
変調位相と前記光導電型受光器に印加される交流電圧信
号の変調位相とを調整する位相調整部を更に備えて構成
することが可能である。
変調位相と前記光導電型受光器に印加される交流電圧信
号の変調位相とを調整する位相調整部を更に備えて構成
することが可能である。
【００２１】また、前記光導電型受光器の動作バイアス
電圧を調整するバイアス調整部を更に備えて構成するこ
とも可能である。
電圧を調整するバイアス調整部を更に備えて構成するこ
とも可能である。
【００２２】上記の光帰還式光検出装置では、光源は、
半導体レーザ又はスーパールミネッセントダイオードで
あることが好適である。また、上記の半導体レーザは、
スレッショルド電流値より小さい範囲の駆動電流によっ
て動作する、ことが好適である。
半導体レーザ又はスーパールミネッセントダイオードで
あることが好適である。また、上記の半導体レーザは、
スレッショルド電流値より小さい範囲の駆動電流によっ
て動作する、ことが好適である。
【００２３】また、上記の光帰還式光検出装置では、光
導電型受光器は、受光する光強度を一定とし、印加電圧
を独立変数とした場合、印加電圧値が０Ｖを含む所定の
定義域において、前記光導電型受光器を流れる光導電電
流が印加電圧の略奇関数であると共に、印加電圧を一定
とし、受光強度を独立変数とした場合、受光強度が所定
の定義域において、前記光導電型受光器を流れる光導電
電流が受光強度の略線形関数であり、前記光導電型受光
器に印加される電圧信号は、周期的であり、時間平均値
が略０であり、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中
点の時刻を原点として、振幅が時間の略偶関数である、
ことが好適である。上記の光導電型受光器は、金属−半
導体−金属（Metal-Semiconductor-Metal ；以下、「Ｍ
ＳＭ」と略する）フォトディテクタである、ことが実用
的である。また、上記の光導電型受光器は、受光物質と
してＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣ
ｄＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＳ、又はＣｄＳｅを用
いたフォトディテクタを、好適に使用することができ
る。
導電型受光器は、受光する光強度を一定とし、印加電圧
を独立変数とした場合、印加電圧値が０Ｖを含む所定の
定義域において、前記光導電型受光器を流れる光導電電
流が印加電圧の略奇関数であると共に、印加電圧を一定
とし、受光強度を独立変数とした場合、受光強度が所定
の定義域において、前記光導電型受光器を流れる光導電
電流が受光強度の略線形関数であり、前記光導電型受光
器に印加される電圧信号は、周期的であり、時間平均値
が略０であり、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中
点の時刻を原点として、振幅が時間の略偶関数である、
ことが好適である。上記の光導電型受光器は、金属−半
導体−金属（Metal-Semiconductor-Metal ；以下、「Ｍ
ＳＭ」と略する）フォトディテクタである、ことが実用
的である。また、上記の光導電型受光器は、受光物質と
してＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣ
ｄＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＳ、又はＣｄＳｅを用
いたフォトディテクタを、好適に使用することができ
る。
【００２４】
【作用】本発明の光帰還式光検出装置においては、発振
器が所定周波数の同期信号を発振し、その同期信号を駆
動信号出力部及び電圧印加部へ出力するため、光源には
駆動信号出力部を介して所定周波数で変調された駆動信
号が入力されると共に、光導電型受光器には電圧印加部
を介して所定周波数で変調された交流電圧信号が印加さ
れる。
器が所定周波数の同期信号を発振し、その同期信号を駆
動信号出力部及び電圧印加部へ出力するため、光源には
駆動信号出力部を介して所定周波数で変調された駆動信
号が入力されると共に、光導電型受光器には電圧印加部
を介して所定周波数で変調された交流電圧信号が印加さ
れる。
【００２５】従って、光源は、駆動信号出力部からの変
調駆動信号に基づいて、所定周波数で光強度を変調した
光を外部に出射して、光学系を介して被測定体を照射す
る。そしてこの照射光は、被測定体で反射、散乱等さ
れ、再び光学系を介して光源に帰還入射する。ここで、
光源は外部からの入射光による光増幅機能を有している
ため、被測定体から帰還入射した戻り光により、光源の
出射光の光強度が変動する。
調駆動信号に基づいて、所定周波数で光強度を変調した
光を外部に出射して、光学系を介して被測定体を照射す
る。そしてこの照射光は、被測定体で反射、散乱等さ
れ、再び光学系を介して光源に帰還入射する。ここで、
光源は外部からの入射光による光増幅機能を有している
ため、被測定体から帰還入射した戻り光により、光源の
出射光の光強度が変動する。
【００２６】この被測定体から帰還入射した戻り光によ
って光強度が変動する光源の出射光は、光導電型受光器
により受光される。このとき、光導電型受光器には電圧
印加部からの変調電圧信号が印加されているため、この
光導電型受光器において光源の出射光が所定周波数で同
期検波される。この結果、光導電型受光器を流れる光導
電電流は変調電流信号となり、光源の出射光の変調周波
数成分と変調電圧信号の変調周波数成分との積値に応じ
た値の低周波成分を含むことになる。なお、低周波と
は、戻り光の強度変調周波数よりも低周波の意味であ
り、実際の動作上はかなり高い周波数（例えば、１ＭＨ
ｚ）程度のものも指す。
って光強度が変動する光源の出射光は、光導電型受光器
により受光される。このとき、光導電型受光器には電圧
印加部からの変調電圧信号が印加されているため、この
光導電型受光器において光源の出射光が所定周波数で同
期検波される。この結果、光導電型受光器を流れる光導
電電流は変調電流信号となり、光源の出射光の変調周波
数成分と変調電圧信号の変調周波数成分との積値に応じ
た値の低周波成分を含むことになる。なお、低周波と
は、戻り光の強度変調周波数よりも低周波の意味であ
り、実際の動作上はかなり高い周波数（例えば、１ＭＨ
ｚ）程度のものも指す。
【００２７】この光導電型受光器を流れる変調電流信号
は、電流電圧変換部により電圧信号に変換され、続い
て、周波数フィルタ部によりその電圧信号の低周波成分
のみが抽出され、光帰還式光検出装置の出力信号として
出力される。
は、電流電圧変換部により電圧信号に変換され、続い
て、周波数フィルタ部によりその電圧信号の低周波成分
のみが抽出され、光帰還式光検出装置の出力信号として
出力される。
【００２８】即ち、本発明の光帰還式光検出装置では、
周波数の高い信号の処理は全て光導電型受光器において
行い、電気的に取扱い易い周波数領域の信号のみを電気
的な増幅などを施して測定を実施する。
周波数の高い信号の処理は全て光導電型受光器において
行い、電気的に取扱い易い周波数領域の信号のみを電気
的な増幅などを施して測定を実施する。
【００２９】また、光導電型受光器の印加電圧信号とし
て、周期的であり、時間平均値が略０であり、且つ、振
幅が０となる隣り合う時刻の中点の時刻を原点として、
振幅が時間の略偶関数である電圧信号を選択することに
より、背景光の直流成分の除去がされると共に、変調電
圧信号の周波数以外の交流的な背景光に対してもこれを
低減して測定を実施する。
て、周期的であり、時間平均値が略０であり、且つ、振
幅が０となる隣り合う時刻の中点の時刻を原点として、
振幅が時間の略偶関数である電圧信号を選択することに
より、背景光の直流成分の除去がされると共に、変調電
圧信号の周波数以外の交流的な背景光に対してもこれを
低減して測定を実施する。
【００３０】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、各実施例において同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。
説明する。なお、各実施例において同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】（第１実施例）図１は、本発明の光帰還式
光検出装置の第１実施例の構成図である。本実施例の装
置は、例えば光ディスクの読出しに使用する光ピックア
ップ装置に利用するのに好適な装置である。
光検出装置の第１実施例の構成図である。本実施例の装
置は、例えば光ディスクの読出しに使用する光ピックア
ップ装置に利用するのに好適な装置である。
【００３２】図１に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）所定周波数ｆo の同期信号を発振する発振回路１
００と、（ｂ）発振回路１００から出力された同期信号
に基づき、周波数ｆo で変調した駆動信号を出力する駆
動信号出力回路１１０と、（ｃ）駆動信号出力回路１１
０から出力された変調駆動信号を入力して、周波数ｆo
で光強度を変調した光を外部に出射すると共に、外部か
らの入射光による光増幅機能を有する光源としての半導
体レーザ１２０と、（ｄ）半導体レーザ１２０の出射光
を被測定体１３０に照射すると共に、被測定体１３０か
ら返ってくる光を半導体レーザ１２０に帰還入射させる
光学系１４０と、（ｅ）発振回路１００から出力された
同期信号に基づき、周波数ｆo の変調電圧信号を出力す
る電圧印加部１５０と、（ｆ）半導体レーザ１２０の後
部に配置され、半導体レーザ１２０の後方出射光を受光
すると共に、電圧印加部１５０から出力された変調電圧
信号が印加され、半導体レーザ１２０の出射光を周波数
ｆo で同期検波する光導電型受光器１６０と、（ｇ）光
導電型受光器１６０を流れる変調電流信号を電圧信号に
変換して出力する電流電圧変換部１７０と、（ｈ）電流
電圧変換部１７０から出力された電圧信号の低周波成分
を抽出して出力する周波数フィルタ部１８０と、を備
え、更に（ｉ）発振回路１００と電圧印加部１５０との
間に設置され、半導体レーザ１２０に入力される駆動信
号の変調位相と光導電型受光器１６０に印加される交流
電圧信号の変調位相とを調整する位相調整回路１９０
と、（ｊ）光導電型受光器１６０に接続して設置され、
光導電型受光器１６０の動作バイアス電圧を調整するバ
イアス調整部２００と、を備えている。
（ａ）所定周波数ｆo の同期信号を発振する発振回路１
００と、（ｂ）発振回路１００から出力された同期信号
に基づき、周波数ｆo で変調した駆動信号を出力する駆
動信号出力回路１１０と、（ｃ）駆動信号出力回路１１
０から出力された変調駆動信号を入力して、周波数ｆo
で光強度を変調した光を外部に出射すると共に、外部か
らの入射光による光増幅機能を有する光源としての半導
体レーザ１２０と、（ｄ）半導体レーザ１２０の出射光
を被測定体１３０に照射すると共に、被測定体１３０か
ら返ってくる光を半導体レーザ１２０に帰還入射させる
光学系１４０と、（ｅ）発振回路１００から出力された
同期信号に基づき、周波数ｆo の変調電圧信号を出力す
る電圧印加部１５０と、（ｆ）半導体レーザ１２０の後
部に配置され、半導体レーザ１２０の後方出射光を受光
すると共に、電圧印加部１５０から出力された変調電圧
信号が印加され、半導体レーザ１２０の出射光を周波数
ｆo で同期検波する光導電型受光器１６０と、（ｇ）光
導電型受光器１６０を流れる変調電流信号を電圧信号に
変換して出力する電流電圧変換部１７０と、（ｈ）電流
電圧変換部１７０から出力された電圧信号の低周波成分
を抽出して出力する周波数フィルタ部１８０と、を備
え、更に（ｉ）発振回路１００と電圧印加部１５０との
間に設置され、半導体レーザ１２０に入力される駆動信
号の変調位相と光導電型受光器１６０に印加される交流
電圧信号の変調位相とを調整する位相調整回路１９０
と、（ｊ）光導電型受光器１６０に接続して設置され、
光導電型受光器１６０の動作バイアス電圧を調整するバ
イアス調整部２００と、を備えている。
【００３３】ここで、光導電型受光器１６０は、受光強
度を一定とし、印加電圧Ｖを独立変数とした場合、印加
電圧値が０Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受
光器１６０を流れる光導電電流Ｉが印加電圧Ｖの略奇関
数である、という特性を有している。図２（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の光帰還式光検出器において採用可能
な光導電型受光器１６０の受光強度を一定とした場合に
おけるＶ−Ｉ特性を例示した図である。また、光導電型
受光器１６０は、原理上、構造上、印加電圧Ｖの極性に
対して対称な応答を示す受光器であり、印加電圧Ｖの極
性により光導電電流Ｉの極性も変化する。
度を一定とし、印加電圧Ｖを独立変数とした場合、印加
電圧値が０Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受
光器１６０を流れる光導電電流Ｉが印加電圧Ｖの略奇関
数である、という特性を有している。図２（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の光帰還式光検出器において採用可能
な光導電型受光器１６０の受光強度を一定とした場合に
おけるＶ−Ｉ特性を例示した図である。また、光導電型
受光器１６０は、原理上、構造上、印加電圧Ｖの極性に
対して対称な応答を示す受光器であり、印加電圧Ｖの極
性により光導電電流Ｉの極性も変化する。
【００３４】従って、これらの特性を利用することによ
り、半導体レーザ１２０の後方出射光の受光によって発
生する光導電電流Ｉに対して印加電圧Ｖによる利得変調
が可能であり、その変調特性が略直線であれば、光導電
型受光器１６０の応答周波数の範囲において、受光した
半導体レーザ１２０の出射光信号と印加された変調電圧
信号との積を演算し、光現象の同期検波を光導電型受光
器１６０自体で行わせることが可能である。
り、半導体レーザ１２０の後方出射光の受光によって発
生する光導電電流Ｉに対して印加電圧Ｖによる利得変調
が可能であり、その変調特性が略直線であれば、光導電
型受光器１６０の応答周波数の範囲において、受光した
半導体レーザ１２０の出射光信号と印加された変調電圧
信号との積を演算し、光現象の同期検波を光導電型受光
器１６０自体で行わせることが可能である。
【００３５】次に、本実施例の装置の要部の回路構成
を、図３〜図５を用いて説明する。
を、図３〜図５を用いて説明する。
【００３６】図３〜図５は、それぞれ、電圧印加部１５
０、光導電型受光器１６０、電流電圧変換部１７０、周
波数フィルタ部１８０、及びバイアス調整部２００に関
する詳細回路及び相互接続の一例を示す構成図である。
０、光導電型受光器１６０、電流電圧変換部１７０、周
波数フィルタ部１８０、及びバイアス調整部２００に関
する詳細回路及び相互接続の一例を示す構成図である。
【００３７】図３に示すように、電圧印加部１５０は、
電圧信号の交流分の電圧信号を光導電型受光器１６０に
印加するための接続コンデンサＣ１、Ｃ２を有する電圧
印加回路１５１から構成されている。
電圧信号の交流分の電圧信号を光導電型受光器１６０に
印加するための接続コンデンサＣ１、Ｃ２を有する電圧
印加回路１５１から構成されている。
【００３８】光導電型受光器１６０としては、例えば金
属−半導体−金属を接合したＭＳＭフォトディテクタ１
６１が使用されている。また、ＭＳＭフォトディテクタ
１６１には、ＭＳＭフォトディテクタ１６１に発生する
光電流の低周波成分を通すチョークコイルＬ１，Ｌ２が
接続されている。なお、このＭＳＭフォトディテクタ１
６１は、１００ＧＨｚ以上の応答周波数をもつものが容
易に得られるため高速変調を行う場合に適していると共
に、暗電流が小さいため発生ノイズが小さいという特徴
がある。また、光導電型受光素子の受光物質である半導
体部位の材料としては、半導体レーザ１２０の出射光が
可視領域から近赤外領域の場合にはＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰなどのIII-Ｖ族半導体が適しているが、光通信に
用いられる長波長領域の用途に対してはＩｎＧａＡｓ、
ＨｇＣｄＴｅなどの混晶化合物半導体が適しており、ま
た、応答周波数は制限されるが、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｃ
ｄＳ、ＣｄＳｅなどを使用することもできる。
属−半導体−金属を接合したＭＳＭフォトディテクタ１
６１が使用されている。また、ＭＳＭフォトディテクタ
１６１には、ＭＳＭフォトディテクタ１６１に発生する
光電流の低周波成分を通すチョークコイルＬ１，Ｌ２が
接続されている。なお、このＭＳＭフォトディテクタ１
６１は、１００ＧＨｚ以上の応答周波数をもつものが容
易に得られるため高速変調を行う場合に適していると共
に、暗電流が小さいため発生ノイズが小さいという特徴
がある。また、光導電型受光素子の受光物質である半導
体部位の材料としては、半導体レーザ１２０の出射光が
可視領域から近赤外領域の場合にはＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰなどのIII-Ｖ族半導体が適しているが、光通信に
用いられる長波長領域の用途に対してはＩｎＧａＡｓ、
ＨｇＣｄＴｅなどの混晶化合物半導体が適しており、ま
た、応答周波数は制限されるが、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｃ
ｄＳ、ＣｄＳｅなどを使用することもできる。
【００３９】電流電圧変換部１７０は、演算増幅器Ａ１
及び抵抗Ｒ１から構成され、入力された変調電流信号を
抵抗Ｒ１によって電圧に変換し、電圧信号として出力す
るようになっている。
及び抵抗Ｒ１から構成され、入力された変調電流信号を
抵抗Ｒ１によって電圧に変換し、電圧信号として出力す
るようになっている。
【００４０】周波数フィルタ部１８０は、演算増幅器Ａ
２、抵抗Ｒ２、及びコンデンサＣ４から構成され、電流
電圧変換部１７０から出力された電圧信号をコンデンサ
Ｃ４の容量値と抵抗Ｒ２の抵抗値との積で決まる時定数
に応じて積分して時間平均値の演算を実行することによ
り、目的とする周波数域の電圧信号を出力するようにな
っている。
２、抵抗Ｒ２、及びコンデンサＣ４から構成され、電流
電圧変換部１７０から出力された電圧信号をコンデンサ
Ｃ４の容量値と抵抗Ｒ２の抵抗値との積で決まる時定数
に応じて積分して時間平均値の演算を実行することによ
り、目的とする周波数域の電圧信号を出力するようにな
っている。
【００４１】バイアス調整部２００は、バイアス電圧値
を調整する可変抵抗ＶＲ１と、可変抵抗ＶＲ１の端子と
接続される、直列接続された直流電源Ｅ１，Ｅ２と、か
らなり、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２との接続点が接地
電位に設定され、光導電型受光器１６０に対するバイア
ス電圧値を調整するようになっている。
を調整する可変抵抗ＶＲ１と、可変抵抗ＶＲ１の端子と
接続される、直列接続された直流電源Ｅ１，Ｅ２と、か
らなり、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２との接続点が接地
電位に設定され、光導電型受光器１６０に対するバイア
ス電圧値を調整するようになっている。
【００４２】なお、図３の回路構成から電圧信号の印加
方法を変更して、電圧印加回路１５１の代わりに、図４
に示す電圧印加回路１５２を採用した回路構成例にして
もよいし、或いはまた図５に示す電圧印加回路１５３を
採用した回路構成例にしてもよい。
方法を変更して、電圧印加回路１５１の代わりに、図４
に示す電圧印加回路１５２を採用した回路構成例にして
もよいし、或いはまた図５に示す電圧印加回路１５３を
採用した回路構成例にしてもよい。
【００４３】また、図３の電流電圧変換部１７０及び周
波数フィルタ部１８０を一体化して、図４及び図５に示
すフィルタ部２１０を採用した回路構成例にしてもよ
く、フィルタ部２１０により、目的とする周波数領域よ
り高い周波数成分を除去する。
波数フィルタ部１８０を一体化して、図４及び図５に示
すフィルタ部２１０を採用した回路構成例にしてもよ
く、フィルタ部２１０により、目的とする周波数領域よ
り高い周波数成分を除去する。
【００４４】即ち、このフィルタ部２１０は、演算増幅
器Ａ３、抵抗Ｒ３、及びコンデンサＣ５から構成され、
入力された変調電流信号を抵抗Ｒ３によって電圧に変換
すると共に、コンデンサＣ５の容量値と抵抗Ｒ３の抵抗
値との積で決まる時定数に応じて積分して時間平均値の
演算を実行することにより、目的とする周波数域より高
い周波数成分を除去するようになっている。
器Ａ３、抵抗Ｒ３、及びコンデンサＣ５から構成され、
入力された変調電流信号を抵抗Ｒ３によって電圧に変換
すると共に、コンデンサＣ５の容量値と抵抗Ｒ３の抵抗
値との積で決まる時定数に応じて積分して時間平均値の
演算を実行することにより、目的とする周波数域より高
い周波数成分を除去するようになっている。
【００４５】次に、本実施例の装置の動作を説明する。
【００４６】発振回路１００が、例えば１０ＭＨｚ程度
の周波数ｆo の同期信号を発振して、その同期信号を駆
動信号出力回路１１０及び電圧印加部１５０へ出力す
る。この発振回路１００から出力された同期信号に基づ
き、駆動信号出力回路１１０は周波数ｆo で変調した駆
動電流を光源としての半導体レーザ１２０へ出力する一
方、電圧印加部１５０は周波数ｆo で変調した電圧信号
を光導電型受光器１６０へ出力する。
の周波数ｆo の同期信号を発振して、その同期信号を駆
動信号出力回路１１０及び電圧印加部１５０へ出力す
る。この発振回路１００から出力された同期信号に基づ
き、駆動信号出力回路１１０は周波数ｆo で変調した駆
動電流を光源としての半導体レーザ１２０へ出力する一
方、電圧印加部１５０は周波数ｆo で変調した電圧信号
を光導電型受光器１６０へ出力する。
【００４７】また、発振回路１００と電圧印加部１５０
との間に設置された位相調整回路１９０は、発振回路１
００から電圧印加部１５０へ出力される同期信号を遅延
させることにより、半導体レーザ１２０に入力される駆
動信号の変調位相と光導電型受光器１６０に印加される
交流電圧信号の変調位相とを調整する。
との間に設置された位相調整回路１９０は、発振回路１
００から電圧印加部１５０へ出力される同期信号を遅延
させることにより、半導体レーザ１２０に入力される駆
動信号の変調位相と光導電型受光器１６０に印加される
交流電圧信号の変調位相とを調整する。
【００４８】次いで、半導体レーザ１２０は、駆動信号
出力回路１１０からの変調駆動信号に基づいて周波数ｆ
o で光強度を変調した光を外部に出射し、レンズ等から
構成される光学系１４０を介して、例えば光ディスクな
どの被測定体１３０を照射する。この照射光は被測定体
１３０で反射、散乱、回折等されるが、その一部は再び
光学系１４０で集光され半導体レーザ１２０に帰還入射
する。ここで、半導体レーザ１２０は外部からの入射光
による光増幅機能を有しているため、被測定体１３０か
ら帰還入射した戻り光により、半導体レーザ１２０の出
射光の光強度が変動する。
出力回路１１０からの変調駆動信号に基づいて周波数ｆ
o で光強度を変調した光を外部に出射し、レンズ等から
構成される光学系１４０を介して、例えば光ディスクな
どの被測定体１３０を照射する。この照射光は被測定体
１３０で反射、散乱、回折等されるが、その一部は再び
光学系１４０で集光され半導体レーザ１２０に帰還入射
する。ここで、半導体レーザ１２０は外部からの入射光
による光増幅機能を有しているため、被測定体１３０か
ら帰還入射した戻り光により、半導体レーザ１２０の出
射光の光強度が変動する。
【００４９】なお、駆動信号出力回路１１０から半導体
レーザ１２０へ出力する駆動信号、即ち駆動電流は、半
導体レーザ１２０のスレッショルド電流値Ｉthよりやや
小さい順方向電流値に設定することが望ましい。このよ
うな駆動条件では半導体レーザは自然放出光成分が支配
的な多モード発振となり、特定のモードが極端に強調さ
れない動作状態を保つため戻り光による発生ノイズが極
めて小さくなる。
レーザ１２０へ出力する駆動信号、即ち駆動電流は、半
導体レーザ１２０のスレッショルド電流値Ｉthよりやや
小さい順方向電流値に設定することが望ましい。このよ
うな駆動条件では半導体レーザは自然放出光成分が支配
的な多モード発振となり、特定のモードが極端に強調さ
れない動作状態を保つため戻り光による発生ノイズが極
めて小さくなる。
【００５０】次いで、半導体レーザ１２０の後部に配置
されている光導電型受光器１６０が、被測定体１３０か
らの戻り光によって光強度が変動する半導体レーザ１２
０の後方出射光を受光すると共に、電圧印加部１５０か
ら出力された電圧信号が印加される。このときの電圧印
加部１５０を介して光導電型受光器１６０に印加される
電圧信号は、周波数ｆo で変調された正負対称の交流電
圧信号であって、その振幅が例えば±０．３〜２０Ｖで
あり、時間平均値が略０Ｖである。
されている光導電型受光器１６０が、被測定体１３０か
らの戻り光によって光強度が変動する半導体レーザ１２
０の後方出射光を受光すると共に、電圧印加部１５０か
ら出力された電圧信号が印加される。このときの電圧印
加部１５０を介して光導電型受光器１６０に印加される
電圧信号は、周波数ｆo で変調された正負対称の交流電
圧信号であって、その振幅が例えば±０．３〜２０Ｖで
あり、時間平均値が略０Ｖである。
【００５１】そして光導電型受光器１６０は、半導体レ
ーザ１２０の後方出射光の受光によって発生する光導電
電流に対して印加電圧による強度変調を行い、受光した
半導体レーザ１２０の出射光信号と印加された変調電圧
信号との積を演算し、半導体レーザ１２０の後方出射光
を周波数ｆo で同期検波する。こうして光導電型受光器
１６０により半導体レーザ１２０の出射光が同期検波さ
れる結果、光導電型受光器１６０を流れる光導電電流は
変調電流信号となり、光源の出射光の変調周波数成分と
変調電圧信号の変調周波数成分との積値に応じた値の低
周波成分を含むことになると共に、同期検波周波数ｆo
以外の周波数成分は減衰させられる。
ーザ１２０の後方出射光の受光によって発生する光導電
電流に対して印加電圧による強度変調を行い、受光した
半導体レーザ１２０の出射光信号と印加された変調電圧
信号との積を演算し、半導体レーザ１２０の後方出射光
を周波数ｆo で同期検波する。こうして光導電型受光器
１６０により半導体レーザ１２０の出射光が同期検波さ
れる結果、光導電型受光器１６０を流れる光導電電流は
変調電流信号となり、光源の出射光の変調周波数成分と
変調電圧信号の変調周波数成分との積値に応じた値の低
周波成分を含むことになると共に、同期検波周波数ｆo
以外の周波数成分は減衰させられる。
【００５２】次いで、電流電圧変換部１７０は、光導電
型受光器１６０を流れる変調電流信号を電圧信号に変換
して周波数フィルタ部１８０へ出力し、周波数フィルタ
部１８０は、その電圧信号の低周波成分を抽出し、本実
施例の装置の出力信号として出力する。
型受光器１６０を流れる変調電流信号を電圧信号に変換
して周波数フィルタ部１８０へ出力し、周波数フィルタ
部１８０は、その電圧信号の低周波成分を抽出し、本実
施例の装置の出力信号として出力する。
【００５３】このとき、光導電型受光器１６０に接続し
て設置されているバイアス調整部２００が、光導電型受
光器１６０の動作バイアス電圧を調整することにより、
光導電型受光器１６０の動作上の微小なアンバランス等
に起因する電流電圧変換部１７０の入力オフセット電圧
を補償する。また、光導電型受光器１６０の暗電流、半
導体レーザ１２０のバイアス光や外乱光などにより発生
する直流信号成分は、電流電圧変換部１７０及び周波数
フィルタ部１８０において平坦化され、その平均値が零
となるため、周波数フィルタ部１８０から出力されるこ
とはない。
て設置されているバイアス調整部２００が、光導電型受
光器１６０の動作バイアス電圧を調整することにより、
光導電型受光器１６０の動作上の微小なアンバランス等
に起因する電流電圧変換部１７０の入力オフセット電圧
を補償する。また、光導電型受光器１６０の暗電流、半
導体レーザ１２０のバイアス光や外乱光などにより発生
する直流信号成分は、電流電圧変換部１７０及び周波数
フィルタ部１８０において平坦化され、その平均値が零
となるため、周波数フィルタ部１８０から出力されるこ
とはない。
【００５４】このように本実施例の装置は、被測定体１
３０からの戻り光によって光強度が変動する半導体レー
ザ１２０の後方出射光が光導電型受光器１６０によって
同期検波されることにより、同期検波周波数ｆo 以外の
周波数成分が減衰されると共に、光導電型受光器１６０
の暗電流、半導体レーザ１２０のバイアス光や外乱光な
どにより発生する直流信号成分が電流電圧変換部１７０
及び周波数フィルタ部１８０において平坦化され、その
平均値が零となるため、半導体レーザ１２０で発生する
低周波数領域の雑音及び外乱光などにより発生する雑音
を大幅に低減でき、被測定体１３０からの戻り光により
発生する信号成分のみを高いＳ／Ｎ比で検出することが
できる。
３０からの戻り光によって光強度が変動する半導体レー
ザ１２０の後方出射光が光導電型受光器１６０によって
同期検波されることにより、同期検波周波数ｆo 以外の
周波数成分が減衰されると共に、光導電型受光器１６０
の暗電流、半導体レーザ１２０のバイアス光や外乱光な
どにより発生する直流信号成分が電流電圧変換部１７０
及び周波数フィルタ部１８０において平坦化され、その
平均値が零となるため、半導体レーザ１２０で発生する
低周波数領域の雑音及び外乱光などにより発生する雑音
を大幅に低減でき、被測定体１３０からの戻り光により
発生する信号成分のみを高いＳ／Ｎ比で検出することが
できる。
【００５５】また、光導電型受光器１６０として高速応
答可能なＭＳＭフォトディテクタ１６１を用いることに
より、高速変調を行うことが可能となるため、高周波応
答を実現することができる。
答可能なＭＳＭフォトディテクタ１６１を用いることに
より、高速変調を行うことが可能となるため、高周波応
答を実現することができる。
【００５６】なお、以上の説明は、半導体レーザ１２０
の変調位相、即ち光導電型受光器１６０の変調位相に対
して、被測定体１３０から半導体レーザ１２０に帰還入
射した戻り光の時間的遅れ、即ち位相遅れを無視するこ
とができる程度に小さいこと、例えば位相差として±９
０°以内であることを前提としている。従って、変調周
波数が高く、半導体レーザ１２０の出射端面と被測定体
１３０との間の物体距離が長い場合、戻り光の時間的遅
れ、即ち位相遅れが無視できなくなり、半導体レーザ１
２０のフィードバック効果を有効に生かせないことがあ
る。例えば位相差が１８０°になる程に位相がずれた場
合、装置の感度は零または最小になる。
の変調位相、即ち光導電型受光器１６０の変調位相に対
して、被測定体１３０から半導体レーザ１２０に帰還入
射した戻り光の時間的遅れ、即ち位相遅れを無視するこ
とができる程度に小さいこと、例えば位相差として±９
０°以内であることを前提としている。従って、変調周
波数が高く、半導体レーザ１２０の出射端面と被測定体
１３０との間の物体距離が長い場合、戻り光の時間的遅
れ、即ち位相遅れが無視できなくなり、半導体レーザ１
２０のフィードバック効果を有効に生かせないことがあ
る。例えば位相差が１８０°になる程に位相がずれた場
合、装置の感度は零または最小になる。
【００５７】以下、戻り光の位相遅れを無視することが
できない場合の物体距離と装置の感度との関係を、図６
を用いて説明する。
できない場合の物体距離と装置の感度との関係を、図６
を用いて説明する。
【００５８】図６（ａ）は、装置の概略構成図である。
図６（ｂ）は、周波数ｆo で変調された半導体レーザの
出射光信号が正弦波信号である場合における半導体レー
ザの出射端面から被測定体までの物体距離Ｌと装置の感
度との関係を示すグラフであり、図６（ｃ）は、周波数
ｆo で変調された半導体レーザの出射光信号が矩形波信
号である場合における半導体レーザの出射端面から被測
定体までの物体距離Ｌと装置の感度との関係を示すグラ
フである。
図６（ｂ）は、周波数ｆo で変調された半導体レーザの
出射光信号が正弦波信号である場合における半導体レー
ザの出射端面から被測定体までの物体距離Ｌと装置の感
度との関係を示すグラフであり、図６（ｃ）は、周波数
ｆo で変調された半導体レーザの出射光信号が矩形波信
号である場合における半導体レーザの出射端面から被測
定体までの物体距離Ｌと装置の感度との関係を示すグラ
フである。
【００５９】図６（ａ）に示すように、この装置は基本
的には図１に示される第１実施例の装置と同様である。
即ち、所定周波数ｆo の同期信号を発振する発振回路
（図示せず）と、この発振回路から出力された同期信号
に基づき、周波数ｆo で変調した駆動信号を出力する駆
動信号出力回路１１０と、この駆動信号出力回路１１０
から出力された変調駆動信号を入力して、周波数ｆo で
光強度を変調した光を外部に出射すると共に、外部から
入射する光による光増幅機能を有する光源としての半導
体レーザ１２０と、この半導体レーザ１２０の出射光を
被測定体１３０に照射すると共に、被測定体１３０から
返ってくる光を半導体レーザ１２０に帰還入射させる光
学系１４１と、発振回路から出力された同期信号に基づ
き、周波数ｆo の変調電圧信号を出力する電圧印加部
（図示せず）と、半導体レーザ１２０の後部に配置さ
れ、半導体レーザ１２０の後方出射光を受光すると共
に、電圧印加部から出力された変調電圧信号が印加さ
れ、半導体レーザ１２０の出射光を周波数ｆo で同期検
波する光導電型受光器１６０と、この光導電型受光器１
６０を流れる変調電流信号を電圧信号に変換して出力す
る電流電圧変換部（図示せず）と、この電流電圧変換部
から出力された電圧信号の低周波成分を抽出して出力す
る周波数フィルタ部（図示せず）と、を備えている。
的には図１に示される第１実施例の装置と同様である。
即ち、所定周波数ｆo の同期信号を発振する発振回路
（図示せず）と、この発振回路から出力された同期信号
に基づき、周波数ｆo で変調した駆動信号を出力する駆
動信号出力回路１１０と、この駆動信号出力回路１１０
から出力された変調駆動信号を入力して、周波数ｆo で
光強度を変調した光を外部に出射すると共に、外部から
入射する光による光増幅機能を有する光源としての半導
体レーザ１２０と、この半導体レーザ１２０の出射光を
被測定体１３０に照射すると共に、被測定体１３０から
返ってくる光を半導体レーザ１２０に帰還入射させる光
学系１４１と、発振回路から出力された同期信号に基づ
き、周波数ｆo の変調電圧信号を出力する電圧印加部
（図示せず）と、半導体レーザ１２０の後部に配置さ
れ、半導体レーザ１２０の後方出射光を受光すると共
に、電圧印加部から出力された変調電圧信号が印加さ
れ、半導体レーザ１２０の出射光を周波数ｆo で同期検
波する光導電型受光器１６０と、この光導電型受光器１
６０を流れる変調電流信号を電圧信号に変換して出力す
る電流電圧変換部（図示せず）と、この電流電圧変換部
から出力された電圧信号の低周波成分を抽出して出力す
る周波数フィルタ部（図示せず）と、を備えている。
【００６０】但し、この装置の場合、半導体レーザ１２
０の前方出射光は、光学系１４１によって略平行ビーム
光に変えられ、この平行ビーム光が半導体レーザ１２０
の出射端面から物体距離Ｌの位置に設置された被測定体
１３０を照射するようになっている。
０の前方出射光は、光学系１４１によって略平行ビーム
光に変えられ、この平行ビーム光が半導体レーザ１２０
の出射端面から物体距離Ｌの位置に設置された被測定体
１３０を照射するようになっている。
【００６１】図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、周波数
ｆo で変調された半導体レーザの出射光信号が正弦波信
号であると矩形波信号であるとを問わず、半導体レーザ
１２０の出射端面から被測定体１３０までの物体距離Ｌ
がＣ／２ｆo の整数倍となるときに装置の感度は最大に
なる。但し、Ｃは光の速度である。
ｆo で変調された半導体レーザの出射光信号が正弦波信
号であると矩形波信号であるとを問わず、半導体レーザ
１２０の出射端面から被測定体１３０までの物体距離Ｌ
がＣ／２ｆo の整数倍となるときに装置の感度は最大に
なる。但し、Ｃは光の速度である。
【００６２】従って、戻り光の位相遅れを無視すること
ができない場合は、変調周波数ｆｏが、 ｆｏ ＝Ｎ・Ｃ／２Ｌ 但し、 Ｎ：正の整数 を満足する、又はほぼ満足するように設定されることが
望ましい。例えば物体距離Ｌが１５ｃｍであるときは、
装置の感度を最大とするため、変調周波数ｆo は１０Ｍ
Ｈｚの略整数倍に設定されることが望ましい。
ができない場合は、変調周波数ｆｏが、 ｆｏ ＝Ｎ・Ｃ／２Ｌ 但し、 Ｎ：正の整数 を満足する、又はほぼ満足するように設定されることが
望ましい。例えば物体距離Ｌが１５ｃｍであるときは、
装置の感度を最大とするため、変調周波数ｆo は１０Ｍ
Ｈｚの略整数倍に設定されることが望ましい。
【００６３】この変調周波数ｆo と物体距離Ｌとの関係
を逆に利用して、物体距離Ｌを調節することにより計測
領域を限定することも可能である。例えば変調周波数ｆ
o が１０ＭＨｚのとき、装置の感度は物体距離Ｌが１５
ｃｍの整数倍の位置において最大となるため、被測定体
１３０が丁度この領域に設置されるように装置を構成す
れば、この領域から外れる領域にある障害物からの影響
を小さくすることができ、被測定体１３０からの戻り光
により発生する信号成分を高いＳ／Ｎ比で検出すること
ができる。
を逆に利用して、物体距離Ｌを調節することにより計測
領域を限定することも可能である。例えば変調周波数ｆ
o が１０ＭＨｚのとき、装置の感度は物体距離Ｌが１５
ｃｍの整数倍の位置において最大となるため、被測定体
１３０が丁度この領域に設置されるように装置を構成す
れば、この領域から外れる領域にある障害物からの影響
を小さくすることができ、被測定体１３０からの戻り光
により発生する信号成分を高いＳ／Ｎ比で検出すること
ができる。
【００６４】また、本実施例においては、光源として半
導体レーザ１２０を用いているが、外部からの信号によ
り出射光の光強度を所定周波数で変調することが可能で
あり、且つ、外部から入射する光による光増幅機能を有
する光源であれば、半導体レーザに限定されず、例えば
半導体レーザと類似した構造をもつスーパールミネッセ
ントダイオード（Super Luminescent Diode ；以下、
「ＳＬＤ」と略する）を光源として用いてもよい。
導体レーザ１２０を用いているが、外部からの信号によ
り出射光の光強度を所定周波数で変調することが可能で
あり、且つ、外部から入射する光による光増幅機能を有
する光源であれば、半導体レーザに限定されず、例えば
半導体レーザと類似した構造をもつスーパールミネッセ
ントダイオード（Super Luminescent Diode ；以下、
「ＳＬＤ」と略する）を光源として用いてもよい。
【００６５】以下、ＳＬＤについて、図７〜図９を用い
て説明する。
て説明する。
【００６６】図７は代表的なＳＬＤの構造を示す図であ
り、図７（ａ）はＳＬＤの共振器方向に垂直な断面を示
す断面図、図７（ｂ）はＳＬＤの斜視図である。図８は
ＳＬＤの発光スペクトルを示すグラフである。図９
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれＳＬＤの光放出側の反射率を
低減する構造を示す図である。
り、図７（ａ）はＳＬＤの共振器方向に垂直な断面を示
す断面図、図７（ｂ）はＳＬＤの斜視図である。図８は
ＳＬＤの発光スペクトルを示すグラフである。図９
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれＳＬＤの光放出側の反射率を
低減する構造を示す図である。
【００６７】図７（ａ）に示すように、ＳＬＤは、第１
電極３００と、この第１電極３００上に形成されたキャ
ップ層３１０と、このキャップ層３１０上に形成された
第１クラッド層３２０と、この第１クラッド層３２０上
に形成され、第１クラッド層３２０よりも禁制帯幅が小
さい活性層３３０と、この活性層３３０上にストライプ
リッジ形状に形成され、活性層３３０よりも禁制帯幅が
大きい第２クラッド層３４０と、この第２クラッド層３
４０のストライプリッジ側面及び底面上に形成された電
流ブロック層３５０と、第２クラッド層３４０のストラ
イプリッジ上面及び電流ブロック層３５０上に形成され
たＧａＡｓバッファ層３６０と、このＧａＡｓバッファ
層３６０上に形成されたＧａＡｓ基板３７０と、このＧ
ａＡｓ基板３７０上に形成された第２電極３８０とを、
備えている。
電極３００と、この第１電極３００上に形成されたキャ
ップ層３１０と、このキャップ層３１０上に形成された
第１クラッド層３２０と、この第１クラッド層３２０上
に形成され、第１クラッド層３２０よりも禁制帯幅が小
さい活性層３３０と、この活性層３３０上にストライプ
リッジ形状に形成され、活性層３３０よりも禁制帯幅が
大きい第２クラッド層３４０と、この第２クラッド層３
４０のストライプリッジ側面及び底面上に形成された電
流ブロック層３５０と、第２クラッド層３４０のストラ
イプリッジ上面及び電流ブロック層３５０上に形成され
たＧａＡｓバッファ層３６０と、このＧａＡｓバッファ
層３６０上に形成されたＧａＡｓ基板３７０と、このＧ
ａＡｓ基板３７０上に形成された第２電極３８０とを、
備えている。
【００６８】こうして、活性層３３０がその上下を第１
及び第２クラッド層３２０、３４０に挟まれたダブルヘ
テロ構造が形成されている。また、第２クラッド層３４
０のストライプリッジの両側が電流ブロック層３５０に
よって埋め込まれ、屈折率導波型構造が形成されてい
る。
及び第２クラッド層３２０、３４０に挟まれたダブルヘ
テロ構造が形成されている。また、第２クラッド層３４
０のストライプリッジの両側が電流ブロック層３５０に
よって埋め込まれ、屈折率導波型構造が形成されてい
る。
【００６９】図７（ｂ）に示すように、ＳＬＤの共振器
長は例えば２５０μｍであり、−方の端面（前面）には
無反射膜３９０がコーティングされ、他方の端面（後
面）には例えば５０％程度の反射膜４００がコーティン
グされている。また、図中に太い破線で示す光導波路の
方向は、一点鎖線で示す共振器方向に対して例えば３°
程度の角度をもって傾斜しており、いわゆる斜め光導波
路構造をなしている。
長は例えば２５０μｍであり、−方の端面（前面）には
無反射膜３９０がコーティングされ、他方の端面（後
面）には例えば５０％程度の反射膜４００がコーティン
グされている。また、図中に太い破線で示す光導波路の
方向は、一点鎖線で示す共振器方向に対して例えば３°
程度の角度をもって傾斜しており、いわゆる斜め光導波
路構造をなしている。
【００７０】従って、ＳＬＤは、基本的には半導体レー
ザとほぼ同一の電極構造を有する発光素子であるが、前
面の光出射端面には無反射膜３９０がコーティングさ
れ、また光出射端面からの反射光が光導波路に帰還しな
いように斜め光導波路構造が採用されている点におい
て、半導体レーザと異なる特徴がある。こうした特徴か
ら、ＳＬＤは、半導体レーザと同様の電極構造を有する
にも拘らず、共振による素子のレーザ作用が抑制される
ため、図８の発光スペクトルのグラフに示すように、明
確な発振モードをもたない自然放出光による連続スペク
トルの出力を得ることができる。通常、ＳＬＤの発光ス
ペクトル半値幅は８５０ｎｍのもので２０ｎｍ程度であ
り、コヒーレンス長は３５μｍ程度であり、半導体レー
ザとは明確に異なる特性を有する。
ザとほぼ同一の電極構造を有する発光素子であるが、前
面の光出射端面には無反射膜３９０がコーティングさ
れ、また光出射端面からの反射光が光導波路に帰還しな
いように斜め光導波路構造が採用されている点におい
て、半導体レーザと異なる特徴がある。こうした特徴か
ら、ＳＬＤは、半導体レーザと同様の電極構造を有する
にも拘らず、共振による素子のレーザ作用が抑制される
ため、図８の発光スペクトルのグラフに示すように、明
確な発振モードをもたない自然放出光による連続スペク
トルの出力を得ることができる。通常、ＳＬＤの発光ス
ペクトル半値幅は８５０ｎｍのもので２０ｎｍ程度であ
り、コヒーレンス長は３５μｍ程度であり、半導体レー
ザとは明確に異なる特性を有する。
【００７１】次に、ＳＬＤの光放出側の反射率を低減す
る構造を、図９（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。
る構造を、図９（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。
【００７２】図９（ａ）は、光導波路４１０の方向は半
導体レーザと同様に共振器方向と一致し、後面には５０
％程度の反射膜４００をコーティングしているものの、
前面の光出射端面に精密に制御された無反射膜３９０を
コーティングすることにより、光放出側の反射率を低減
したものである。
導体レーザと同様に共振器方向と一致し、後面には５０
％程度の反射膜４００をコーティングしているものの、
前面の光出射端面に精密に制御された無反射膜３９０を
コーティングすることにより、光放出側の反射率を低減
したものである。
【００７３】図９（ｂ）は、図７を用いて既に詳しく説
明したように、光出射端面に無反射膜３９０をコーティ
ングすると共に、光導波路４１１が共振器方向に対して
３°〜１０°程度の角度をもって傾斜している斜め光導
波路構造を採用し、光出射端面からの反射光が光導波路
４１１に帰還しないようにすることにより、光放出側の
反射率を低減したものである。
明したように、光出射端面に無反射膜３９０をコーティ
ングすると共に、光導波路４１１が共振器方向に対して
３°〜１０°程度の角度をもって傾斜している斜め光導
波路構造を採用し、光出射端面からの反射光が光導波路
４１１に帰還しないようにすることにより、光放出側の
反射率を低減したものである。
【００７４】図９（ｃ）は、光出射端面に無反射膜３９
０をコーティングすると共に、光導波路４１２が光出射
端面にまで至らないよう途中で途切れさせる構造を採
り、光出射端面からの反射光が光導波路４１２に帰還し
ないようにすることにより、光放出側の反射率を低減し
たものである。
０をコーティングすると共に、光導波路４１２が光出射
端面にまで至らないよう途中で途切れさせる構造を採
り、光出射端面からの反射光が光導波路４１２に帰還し
ないようにすることにより、光放出側の反射率を低減し
たものである。
【００７５】このようにＳＬＤは、半導体レーザと同様
に戻り光により出力パワーが変化するという特性を有す
るため、本実施例の装置の光源として使用することが可
能であると共に、半導体レーザと比較して戻り光による
ノイズ発生が１／１００程度と極めて小さいという特長
があることから、被測定体から反射、散乱等された戻り
光が微弱な場合や戻り光の微小な変化を測定する場合に
適している。
に戻り光により出力パワーが変化するという特性を有す
るため、本実施例の装置の光源として使用することが可
能であると共に、半導体レーザと比較して戻り光による
ノイズ発生が１／１００程度と極めて小さいという特長
があることから、被測定体から反射、散乱等された戻り
光が微弱な場合や戻り光の微小な変化を測定する場合に
適している。
【００７６】なお、本実施例において、光導電型受光器
１６０は、半導体レーザ１２０又はＳＬＤのパッケージ
内に一体的に収納されることが望ましい。これにより、
本実施例の装置の小型化を実現することができるからで
ある。
１６０は、半導体レーザ１２０又はＳＬＤのパッケージ
内に一体的に収納されることが望ましい。これにより、
本実施例の装置の小型化を実現することができるからで
ある。
【００７７】（第２実施例）図１０は、本発明の光帰還
式光検出装置の第２実施例の構成図である。本実施例の
装置は、第１実施例と同様に、例えば光ディスクの読出
しに使用する光ピックアップ装置に利用されるが、何等
かの事情によって光源としての半導体レーザの後方出射
光が得られない場合に好適な装置である。
式光検出装置の第２実施例の構成図である。本実施例の
装置は、第１実施例と同様に、例えば光ディスクの読出
しに使用する光ピックアップ装置に利用されるが、何等
かの事情によって光源としての半導体レーザの後方出射
光が得られない場合に好適な装置である。
【００７８】図１０に示すように、本実施例の装置の構
成は、第１実施例の装置の構成と比較して、光源として
の半導体レーザ１２０の前方に設置された光学系１４０
及び半導体レーザ１２０の後部に配置された光導電型受
光器１６０の代わりに、半導体レーザ１２０の前方に設
置された光学系１４２と、この光学系１４２内に設置さ
れ、半導体レーザ１２０の前方出射光を分岐する光分岐
手段５００と、この光分岐手段５００により分岐された
半導体レーザ１２０の出射光を集光する光学系５１０
と、この光学系５１０により集光された半導体レーザ１
２０の出射光を通過させるピンホール板５２０と、この
ピンホール板５２０を通過した半導体レーザ１２０の出
射光を受光すると共に、電圧印加部１５０から出力され
た変調電圧信号が印加されて、半導体レーザ１２０の出
射光を周波数ｆo で同期検波する光導電型受光器１６０
と、を備えている点で異なる。
成は、第１実施例の装置の構成と比較して、光源として
の半導体レーザ１２０の前方に設置された光学系１４０
及び半導体レーザ１２０の後部に配置された光導電型受
光器１６０の代わりに、半導体レーザ１２０の前方に設
置された光学系１４２と、この光学系１４２内に設置さ
れ、半導体レーザ１２０の前方出射光を分岐する光分岐
手段５００と、この光分岐手段５００により分岐された
半導体レーザ１２０の出射光を集光する光学系５１０
と、この光学系５１０により集光された半導体レーザ１
２０の出射光を通過させるピンホール板５２０と、この
ピンホール板５２０を通過した半導体レーザ１２０の出
射光を受光すると共に、電圧印加部１５０から出力され
た変調電圧信号が印加されて、半導体レーザ１２０の出
射光を周波数ｆo で同期検波する光導電型受光器１６０
と、を備えている点で異なる。
【００７９】次に、本実施例の装置の動作を説明する。
【００８０】上記の第１実施例の場合と同様に、発振回
路１００が、例えば１０ＭＨｚ程度の周波数ｆo の同期
信号を発振して、駆動信号出力回路１１０及び電圧印加
部１５０へ出力し、この同期信号に基づき、駆動信号出
力回路１１０は周波数ｆo の変調駆動電流を半導体レー
ザ１２０へ出力する一方、電圧印加部１５０は周波数ｆ
o の変調電圧信号を光導電型受光器１６０へ出力する。
このとき、位相調整回路１９０は、発振回路１００から
電圧印加部１５０へ出力される同期信号を遅延させるこ
とにより、半導体レーザ１２０に入力される駆動信号の
変調位相と光導電型受光器１６０に印加される交流電圧
信号の変調位相とを調整する。
路１００が、例えば１０ＭＨｚ程度の周波数ｆo の同期
信号を発振して、駆動信号出力回路１１０及び電圧印加
部１５０へ出力し、この同期信号に基づき、駆動信号出
力回路１１０は周波数ｆo の変調駆動電流を半導体レー
ザ１２０へ出力する一方、電圧印加部１５０は周波数ｆ
o の変調電圧信号を光導電型受光器１６０へ出力する。
このとき、位相調整回路１９０は、発振回路１００から
電圧印加部１５０へ出力される同期信号を遅延させるこ
とにより、半導体レーザ１２０に入力される駆動信号の
変調位相と光導電型受光器１６０に印加される交流電圧
信号の変調位相とを調整する。
【００８１】次いで、半導体レーザ１２０は、駆動信号
出力回路１１０からの変調駆動信号に基づいて、周波数
ｆo で光強度を変調した光を外部に出射し、光学系１４
２を介して被測定体１３０を照射する。この照射光は被
測定体１３０で反射、散乱、回折等されるが、その一部
は再び光学系１４２で集光され半導体レーザ１２０に帰
還入射する。ここで、半導体レーザ１２０は外部からの
入射光による光増幅機能を有しているため、被測定体１
３０から帰還入射した戻り光により、半導体レーザ１２
０の出射光の光強度が変動する。
出力回路１１０からの変調駆動信号に基づいて、周波数
ｆo で光強度を変調した光を外部に出射し、光学系１４
２を介して被測定体１３０を照射する。この照射光は被
測定体１３０で反射、散乱、回折等されるが、その一部
は再び光学系１４２で集光され半導体レーザ１２０に帰
還入射する。ここで、半導体レーザ１２０は外部からの
入射光による光増幅機能を有しているため、被測定体１
３０から帰還入射した戻り光により、半導体レーザ１２
０の出射光の光強度が変動する。
【００８２】次いで、被測定体１３０からの戻り光によ
って光強度が変動する半導体レーザ１２０の前方出射光
を、半導体レーザ１２０の前方の光学系１４２内に設置
された光分岐手段５００により分岐した後、光学系５１
０により集光し、ピンホール板５２０を通過させ、光導
電型受光器１６０に受光させる。同時に、光導電型受光
器１６０に、電圧印加部１５０から出力された変調電圧
信号が印加される。
って光強度が変動する半導体レーザ１２０の前方出射光
を、半導体レーザ１２０の前方の光学系１４２内に設置
された光分岐手段５００により分岐した後、光学系５１
０により集光し、ピンホール板５２０を通過させ、光導
電型受光器１６０に受光させる。同時に、光導電型受光
器１６０に、電圧印加部１５０から出力された変調電圧
信号が印加される。
【００８３】そして光導電型受光器１６０は、光分岐手
段５００、光学系５１０、及びピンホール板５２０を介
して受光した半導体レーザ１２０の前方出射光によって
発生する光導電電流に対して印加電圧による強度変調を
行い、受光した半導体レーザ１２０の出射光信号と印加
された変調電圧信号との積を演算し、半導体レーザ１２
０の出射光を周波数ｆo で同期検波する。この同期検波
により、光導電型受光器１６０を流れる光導電電流は変
調電流信号となり、光源の出射光の変調周波数成分と変
調電圧信号の変調周波数成分との積値に応じた値の低周
波成分を含むことになると共に、同期検波周波数ｆo 以
外の周波数成分は減衰させられる。
段５００、光学系５１０、及びピンホール板５２０を介
して受光した半導体レーザ１２０の前方出射光によって
発生する光導電電流に対して印加電圧による強度変調を
行い、受光した半導体レーザ１２０の出射光信号と印加
された変調電圧信号との積を演算し、半導体レーザ１２
０の出射光を周波数ｆo で同期検波する。この同期検波
により、光導電型受光器１６０を流れる光導電電流は変
調電流信号となり、光源の出射光の変調周波数成分と変
調電圧信号の変調周波数成分との積値に応じた値の低周
波成分を含むことになると共に、同期検波周波数ｆo 以
外の周波数成分は減衰させられる。
【００８４】次いで、電流電圧変換部１７０は、光導電
型受光器１６０を流れる変調電流信号を電圧信号に変換
して周波数フィルタ部１８０へ出力し、周波数フィルタ
部１８０は、その電圧信号の低周波成分を抽出し、本実
施例の装置の出力信号として出力する。このとき、光導
電型受光器１６０に接続して設置されているバイアス調
整部（図示せず）が、光導電型受光器１６０の動作バイ
アス電圧を調整することにより、光導電型受光器１６０
の動作上の微小なアンバランス等に起因する電流電圧変
換部１７０の入力オフセット電圧を補償する。また、光
導電型受光器１６０の暗電流、半導体レーザ１２０のバ
イアス光や外乱光などにより発生する直流信号成分は、
電流電圧変換部１７０及び周波数フィルタ部１８０にお
いて平坦化され、その平均値が零となるため、周波数フ
ィルタ部１８０から出力されることはない。
型受光器１６０を流れる変調電流信号を電圧信号に変換
して周波数フィルタ部１８０へ出力し、周波数フィルタ
部１８０は、その電圧信号の低周波成分を抽出し、本実
施例の装置の出力信号として出力する。このとき、光導
電型受光器１６０に接続して設置されているバイアス調
整部（図示せず）が、光導電型受光器１６０の動作バイ
アス電圧を調整することにより、光導電型受光器１６０
の動作上の微小なアンバランス等に起因する電流電圧変
換部１７０の入力オフセット電圧を補償する。また、光
導電型受光器１６０の暗電流、半導体レーザ１２０のバ
イアス光や外乱光などにより発生する直流信号成分は、
電流電圧変換部１７０及び周波数フィルタ部１８０にお
いて平坦化され、その平均値が零となるため、周波数フ
ィルタ部１８０から出力されることはない。
【００８５】このように本実施例の装置は、半導体レー
ザの後方出射光が得られない場合にも使用することがで
きるという特長を有している反面、上記の第１実施例の
装置と比較すると、光分岐手段５００、光学系５１０、
及びピンホール板５２０を設置し、これらを介して光導
電型受光器１６０が半導体レーザ１２０の出射光を受光
する分だけ、光学系が複雑になり、途中での損失が多少
増加し、感度が多少悪化することになるが、これらの点
を除けば、上記の第１実施例の場合と同様の効果を奏す
ることができる。
ザの後方出射光が得られない場合にも使用することがで
きるという特長を有している反面、上記の第１実施例の
装置と比較すると、光分岐手段５００、光学系５１０、
及びピンホール板５２０を設置し、これらを介して光導
電型受光器１６０が半導体レーザ１２０の出射光を受光
する分だけ、光学系が複雑になり、途中での損失が多少
増加し、感度が多少悪化することになるが、これらの点
を除けば、上記の第１実施例の場合と同様の効果を奏す
ることができる。
【００８６】なお、ピンホール板５２０は、検出領域を
制限するためのものであり、広範囲の領域からの信号を
検出する場合には設置しなくともよい。
制限するためのものであり、広範囲の領域からの信号を
検出する場合には設置しなくともよい。
【００８７】また、上記の第１実施例において説明した
ように、半導体レーザ１２０の代わりに、ＳＬＤを光源
として用いてもよい。この場合、半導体レーザと比較し
て戻り光によるノイズ発生が１／１００程度と極めて小
さいという特長があるため、被測定体１３０から反射、
散乱等された戻り光が微弱な場合や戻り光の微小な変化
を測定する場合に適している。
ように、半導体レーザ１２０の代わりに、ＳＬＤを光源
として用いてもよい。この場合、半導体レーザと比較し
て戻り光によるノイズ発生が１／１００程度と極めて小
さいという特長があるため、被測定体１３０から反射、
散乱等された戻り光が微弱な場合や戻り光の微小な変化
を測定する場合に適している。
【００８８】（第３実施例）図１１は、本発明の光帰還
式光検出装置の第３実施例の構成図である。本実施例の
装置は、例えばレーザ走査共焦点顕微鏡に利用するのに
好適な装置である。
式光検出装置の第３実施例の構成図である。本実施例の
装置は、例えばレーザ走査共焦点顕微鏡に利用するのに
好適な装置である。
【００８９】図１１に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）所定周波数ｆo の同期信号を発振する発振回路１
００と、（ｂ）発振回路１００から出力された同期信号
に基づき、周波数ｆo で変調した駆動信号を出力する駆
動信号出力回路１１０と、（ｃ）駆動信号出力回路１１
０から出力された変調駆動信号を入力して、周波数ｆo
で光強度を変調した光を外部に出射すると共に、外部か
らの入射光による光増幅機能を有する光源としての半導
体レーザ１２０と、（ｄ）半導体レーザ１２０の出射光
を所定の被測定体１３１に集束照射すると共に、被測定
体１３１から返ってくる光を半導体レーザ１２０に帰還
入射させる共焦点光学系１４３と、（ｅ）発振回路１０
０から出力された同期信号に基づき、周波数ｆo の変調
電圧信号を出力する電圧印加部１５０と、（ｆ）半導体
レーザ１２０の後部に配置され、半導体レーザ１２０の
後方出射光を受光すると共に、電圧印加部１５０から出
力された変調電圧信号が印加され、半導体レーザ１２０
の出射光を周波数ｆoで同期検波する光導電型受光器１
６０と、（ｇ）光導電型受光器１６０を流れる変調電流
信号を電圧信号に変換して出力する電流電圧変換部１７
０と、（ｈ）電流電圧変換部１７０から出力された電圧
信号の低周波成分を抽出して出力する周波数フィルタ部
１８０と、（ｉ）周波数フィルタ部１８０から出力され
た出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６００と、
（ｊ）共焦点光学系１４３と一体的に構成され、半導体
レーザ１２０の前方出射光の進行方向に垂直なＸ−Ｙ平
面で２次元的に出射光を走査するビーム走査部６１０
と、（ｋ）ビーム走査部６１０に走査信号を出力するビ
ーム走査回路６２０と、（ｌ）Ａ／Ｄ変換器６００によ
りＡ／Ｄ変換された出力信号とビーム走査回路６２０か
ら出力された２次元的な走査位置を示す位置信号を入力
し、記憶する画像処理装置６３０と、（ｍ）画像処理装
置６３０に記憶された出力信号と位置信号に基づき、２
次元分布を濃淡画像として表示する表示装置６４０と、
を備え、更に、（ｎ）発振回路１００と電圧印加部１５
０との間に設置され、半導体レーザ１２０に入力される
駆動信号の変調位相と光導電型受光器１６０に印加され
る交流電圧信号の変調位相とを調整する位相調整回路１
９０、を備えている。
（ａ）所定周波数ｆo の同期信号を発振する発振回路１
００と、（ｂ）発振回路１００から出力された同期信号
に基づき、周波数ｆo で変調した駆動信号を出力する駆
動信号出力回路１１０と、（ｃ）駆動信号出力回路１１
０から出力された変調駆動信号を入力して、周波数ｆo
で光強度を変調した光を外部に出射すると共に、外部か
らの入射光による光増幅機能を有する光源としての半導
体レーザ１２０と、（ｄ）半導体レーザ１２０の出射光
を所定の被測定体１３１に集束照射すると共に、被測定
体１３１から返ってくる光を半導体レーザ１２０に帰還
入射させる共焦点光学系１４３と、（ｅ）発振回路１０
０から出力された同期信号に基づき、周波数ｆo の変調
電圧信号を出力する電圧印加部１５０と、（ｆ）半導体
レーザ１２０の後部に配置され、半導体レーザ１２０の
後方出射光を受光すると共に、電圧印加部１５０から出
力された変調電圧信号が印加され、半導体レーザ１２０
の出射光を周波数ｆoで同期検波する光導電型受光器１
６０と、（ｇ）光導電型受光器１６０を流れる変調電流
信号を電圧信号に変換して出力する電流電圧変換部１７
０と、（ｈ）電流電圧変換部１７０から出力された電圧
信号の低周波成分を抽出して出力する周波数フィルタ部
１８０と、（ｉ）周波数フィルタ部１８０から出力され
た出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６００と、
（ｊ）共焦点光学系１４３と一体的に構成され、半導体
レーザ１２０の前方出射光の進行方向に垂直なＸ−Ｙ平
面で２次元的に出射光を走査するビーム走査部６１０
と、（ｋ）ビーム走査部６１０に走査信号を出力するビ
ーム走査回路６２０と、（ｌ）Ａ／Ｄ変換器６００によ
りＡ／Ｄ変換された出力信号とビーム走査回路６２０か
ら出力された２次元的な走査位置を示す位置信号を入力
し、記憶する画像処理装置６３０と、（ｍ）画像処理装
置６３０に記憶された出力信号と位置信号に基づき、２
次元分布を濃淡画像として表示する表示装置６４０と、
を備え、更に、（ｎ）発振回路１００と電圧印加部１５
０との間に設置され、半導体レーザ１２０に入力される
駆動信号の変調位相と光導電型受光器１６０に印加され
る交流電圧信号の変調位相とを調整する位相調整回路１
９０、を備えている。
【００９０】なお、ここでは、共焦点光学系１４３とビ
ーム走査部６１０とを別々の構成要素としているが、こ
れらを一体化してビーム走査光学系という１つの構成要
素としてもよい。
ーム走査部６１０とを別々の構成要素としているが、こ
れらを一体化してビーム走査光学系という１つの構成要
素としてもよい。
【００９１】また、上記の第１の実施例と同様に、光導
電型受光器１６０に接続して設置され、光導電型受光器
１６０の動作バイアス電圧を調整するバイアス調整部２
００を更に備えてもよい。更に、上記の第１の実施例に
おいて図３〜図５を用いて説明した装置要部の回路構成
例は、本実施例の装置についても適用できる。
電型受光器１６０に接続して設置され、光導電型受光器
１６０の動作バイアス電圧を調整するバイアス調整部２
００を更に備えてもよい。更に、上記の第１の実施例に
おいて図３〜図５を用いて説明した装置要部の回路構成
例は、本実施例の装置についても適用できる。
【００９２】次に、本実施例の装置の動作を説明する。
【００９３】発振回路１００が、例えば１０ＭＨｚ程度
の周波数ｆo の同期信号を発振して、その同期信号を駆
動信号出力回路１１０及び電圧印加部１５０へ出力す
る。この発振回路１００から出力された同期信号に基づ
き、駆動信号出力回路１１０は周波数ｆo で変調した駆
動電流を光源としての半導体レーザ１２０へ出力する一
方、電圧印加部１５０は周波数ｆo で変調した電圧信号
を光導電型受光器１６０へ出力する。また、発振回路１
００と電圧印加部１５０との間に設置された位相調整回
路１９０は、発振回路１００から電圧印加部１５０へ出
力される同期信号を遅延させることにより、半導体レー
ザ１２０に入力される駆動信号の変調位相と光導電型受
光器１６０に印加される交流電圧信号の変調位相とを調
整する。
の周波数ｆo の同期信号を発振して、その同期信号を駆
動信号出力回路１１０及び電圧印加部１５０へ出力す
る。この発振回路１００から出力された同期信号に基づ
き、駆動信号出力回路１１０は周波数ｆo で変調した駆
動電流を光源としての半導体レーザ１２０へ出力する一
方、電圧印加部１５０は周波数ｆo で変調した電圧信号
を光導電型受光器１６０へ出力する。また、発振回路１
００と電圧印加部１５０との間に設置された位相調整回
路１９０は、発振回路１００から電圧印加部１５０へ出
力される同期信号を遅延させることにより、半導体レー
ザ１２０に入力される駆動信号の変調位相と光導電型受
光器１６０に印加される交流電圧信号の変調位相とを調
整する。
【００９４】次いで、半導体レーザ１２０は、駆動信号
出力回路１１０からの変調駆動信号に基づいて周波数ｆ
o で光強度を変調した光を外部に出射し、レンズ等から
構成される共焦点光学系１４３を介して、所定の被測定
体１３１を集束照射する。この照射光は被測定体１３１
で反射、散乱されるが、その反射、散乱された光は再び
共焦点光学系１４３で集光され半導体レーザ１２０に帰
還入射する。
出力回路１１０からの変調駆動信号に基づいて周波数ｆ
o で光強度を変調した光を外部に出射し、レンズ等から
構成される共焦点光学系１４３を介して、所定の被測定
体１３１を集束照射する。この照射光は被測定体１３１
で反射、散乱されるが、その反射、散乱された光は再び
共焦点光学系１４３で集光され半導体レーザ１２０に帰
還入射する。
【００９５】この場合、従来型のレーザ走査共焦点顕微
鏡において必要とされる戻り光抑制のための光アイソレ
ータが不要であり、また半導体レーザ１２０の微小な光
出射点がそのまま受光のピンホールとなるため、理想的
な共焦点光学系を構成することが可能となることから、
被写界深度を極めて浅くして被測定体１３１の奥行き方
向のスライス画面が得られると共に、光学系が極めて簡
単になり、同時に光学系の調整が容易になるというレー
ザフィードバック法の特長を発揮することができる。
鏡において必要とされる戻り光抑制のための光アイソレ
ータが不要であり、また半導体レーザ１２０の微小な光
出射点がそのまま受光のピンホールとなるため、理想的
な共焦点光学系を構成することが可能となることから、
被写界深度を極めて浅くして被測定体１３１の奥行き方
向のスライス画面が得られると共に、光学系が極めて簡
単になり、同時に光学系の調整が容易になるというレー
ザフィードバック法の特長を発揮することができる。
【００９６】同時に、ビーム走査回路６２０からビーム
走査部６１０に走査信号が出力され、この走査信号に基
づき、共焦点光学系１４３と一体的に構成されているビ
ーム走査部６１０が、半導体レーザ１２０の前方出射光
の進行方向に垂直なＸ−Ｙ平面で２次元的に出射光を走
査する。
走査部６１０に走査信号が出力され、この走査信号に基
づき、共焦点光学系１４３と一体的に構成されているビ
ーム走査部６１０が、半導体レーザ１２０の前方出射光
の進行方向に垂直なＸ−Ｙ平面で２次元的に出射光を走
査する。
【００９７】従って、外部からの入射光による光増幅機
能を有している半導体レーザ１２０は、Ｘ−Ｙ平面の走
査位置ごとに被測定体１３１から反射、散乱された光が
帰還入射し、この戻り光により半導体レーザ１２０の出
射光の光強度が変動する。
能を有している半導体レーザ１２０は、Ｘ−Ｙ平面の走
査位置ごとに被測定体１３１から反射、散乱された光が
帰還入射し、この戻り光により半導体レーザ１２０の出
射光の光強度が変動する。
【００９８】次いで、半導体レーザ１２０の後部に配置
されている光導電型受光器１６０が、被測定体１３１か
らの戻り光によって光強度が変動する半導体レーザ１２
０の後方出射光を受光すると共に、電圧印加部１５０か
ら出力された変調電圧信号が印加される。そして光導電
型受光器１６０は、半導体レーザ１２０の後方出射光の
受光によって発生する光導電電流に対して印加電圧によ
る強度変調を行い、受光した半導体レーザ１２０の出射
光信号と印加された変調電圧信号との積を演算し、半導
体レーザ１２０の後方出射光を周波数ｆo で同期検波す
る。
されている光導電型受光器１６０が、被測定体１３１か
らの戻り光によって光強度が変動する半導体レーザ１２
０の後方出射光を受光すると共に、電圧印加部１５０か
ら出力された変調電圧信号が印加される。そして光導電
型受光器１６０は、半導体レーザ１２０の後方出射光の
受光によって発生する光導電電流に対して印加電圧によ
る強度変調を行い、受光した半導体レーザ１２０の出射
光信号と印加された変調電圧信号との積を演算し、半導
体レーザ１２０の後方出射光を周波数ｆo で同期検波す
る。
【００９９】このとき、通常のレーザ走査共焦点顕微鏡
は高速なＸ−Ｙ平面の走査を行うため光検出には１０Ｍ
Ｈｚ以上の応答周波数が要求され、このような高い周波
数での同期検波は従来技術では不可能であったが、光導
電型受光器１６０として例えば１００ＧＨｚ以上の応答
周波数をもつＭＳＭフォトディテクタを使用すれば、１
０ＭＨｚ程度の周波数での同期検波は容易に実現するこ
とができる。
は高速なＸ−Ｙ平面の走査を行うため光検出には１０Ｍ
Ｈｚ以上の応答周波数が要求され、このような高い周波
数での同期検波は従来技術では不可能であったが、光導
電型受光器１６０として例えば１００ＧＨｚ以上の応答
周波数をもつＭＳＭフォトディテクタを使用すれば、１
０ＭＨｚ程度の周波数での同期検波は容易に実現するこ
とができる。
【０１００】こうして光導電型受光器１６０により半導
体レーザ１２０の出射光が同期検波される結果、光導電
型受光器１６０を流れる光導電電流は変調電流信号とな
り、光源の出射光の変調周波数成分と変調電圧信号の変
調周波数成分との積値に応じた値の低周波成分を含むこ
とになると共に、同期検波周波数ｆo 以外の周波数成分
は減衰させられる。
体レーザ１２０の出射光が同期検波される結果、光導電
型受光器１６０を流れる光導電電流は変調電流信号とな
り、光源の出射光の変調周波数成分と変調電圧信号の変
調周波数成分との積値に応じた値の低周波成分を含むこ
とになると共に、同期検波周波数ｆo 以外の周波数成分
は減衰させられる。
【０１０１】次いで、光導電型受光器１６０を流れる変
調電流信号は、電流電圧変換部１７０により電圧信号に
変換され、また周波数フィルタ部１８０によりその電圧
信号の低周波成分が抽出され、出力信号となり、更にＡ
／Ｄ変換器６００によりその出力信号をＡ／Ｄ変換す
る。このとき、光導電型受光器１６０の暗電流、半導体
レーザ１２０のバイアス光や外乱光などにより発生する
直流信号成分は、電流電圧変換部１７０及び周波数フィ
ルタ部１８０において平坦化され、その平均値が零とな
るため、周波数フィルタ部１８０から出力されることは
ない。
調電流信号は、電流電圧変換部１７０により電圧信号に
変換され、また周波数フィルタ部１８０によりその電圧
信号の低周波成分が抽出され、出力信号となり、更にＡ
／Ｄ変換器６００によりその出力信号をＡ／Ｄ変換す
る。このとき、光導電型受光器１６０の暗電流、半導体
レーザ１２０のバイアス光や外乱光などにより発生する
直流信号成分は、電流電圧変換部１７０及び周波数フィ
ルタ部１８０において平坦化され、その平均値が零とな
るため、周波数フィルタ部１８０から出力されることは
ない。
【０１０２】次いで、画像処理装置６３０が、Ａ／Ｄ変
換器６００によりＡ／Ｄ変換された出力信号とビーム走
査回路６２０から出力されたＸ−Ｙ平面での２次元的な
走査位置を示す位置信号を入力し、記憶する。続いて、
この画像処理装置６３０に記憶された出力信号と位置信
号に基づき、表示装置６４０がＸ−Ｙ平面での２次元分
布を濃淡画像として表示する。
換器６００によりＡ／Ｄ変換された出力信号とビーム走
査回路６２０から出力されたＸ−Ｙ平面での２次元的な
走査位置を示す位置信号を入力し、記憶する。続いて、
この画像処理装置６３０に記憶された出力信号と位置信
号に基づき、表示装置６４０がＸ−Ｙ平面での２次元分
布を濃淡画像として表示する。
【０１０３】このように本実施例の装置は、戻り光抑制
のための光アイソレータが不要で、半導体レーザ１２０
の微小な光出射点がそのまま受光のピンホールとなるた
め、理想的な共焦点光学系１４３を構成することが可能
になる。従って、被写界深度を極めて浅くして、被測定
体１３１の奥行き方向のスライス画面を得ることができ
ると共に、光学系が極めて簡単になり、同時に光学系の
調整が容易になるという、従来技術のレーザフィードバ
ック法の特長を発揮することができる。
のための光アイソレータが不要で、半導体レーザ１２０
の微小な光出射点がそのまま受光のピンホールとなるた
め、理想的な共焦点光学系１４３を構成することが可能
になる。従って、被写界深度を極めて浅くして、被測定
体１３１の奥行き方向のスライス画面を得ることができ
ると共に、光学系が極めて簡単になり、同時に光学系の
調整が容易になるという、従来技術のレーザフィードバ
ック法の特長を発揮することができる。
【０１０４】また、被測定体１３１からの戻り光によっ
て光強度が変動する半導体レーザ１２０の出射光が光導
電型受光器１６０によって同期検波されることにより、
同期検波周波数ｆo 以外の周波数成分が減衰されると共
に、光導電型受光器１６０の暗電流、半導体レーザ１２
０のバイアス光や外乱光などにより発生する直流信号成
分が電流電圧変換部１７０及び周波数フィルタ部１８０
において平坦化され、その平均値が零となるため、従来
技術のレーザフィードバック法の欠点である戻り光雑音
を著しく改善することができ、例えばレーザ走査共焦点
顕微鏡に応用した場合に、高精度で高品質の画像の取得
を実現することができる。
て光強度が変動する半導体レーザ１２０の出射光が光導
電型受光器１６０によって同期検波されることにより、
同期検波周波数ｆo 以外の周波数成分が減衰されると共
に、光導電型受光器１６０の暗電流、半導体レーザ１２
０のバイアス光や外乱光などにより発生する直流信号成
分が電流電圧変換部１７０及び周波数フィルタ部１８０
において平坦化され、その平均値が零となるため、従来
技術のレーザフィードバック法の欠点である戻り光雑音
を著しく改善することができ、例えばレーザ走査共焦点
顕微鏡に応用した場合に、高精度で高品質の画像の取得
を実現することができる。
【０１０５】更に、光導電型受光器１６０として例えば
１００ＧＨｚ以上の応答周波数をもつＭＳＭフォトディ
テクタを使用することにより、１０ＭＨｚ程度の高い応
答周波数での同期検波が可能となるため、レーザ走査共
焦点顕微鏡の高速走査を行うことができる。
１００ＧＨｚ以上の応答周波数をもつＭＳＭフォトディ
テクタを使用することにより、１０ＭＨｚ程度の高い応
答周波数での同期検波が可能となるため、レーザ走査共
焦点顕微鏡の高速走査を行うことができる。
【０１０６】なお、本実施例の装置においても、第１実
施例に対する第２実施例への変形と同様な変形が可能で
ある。
施例に対する第２実施例への変形と同様な変形が可能で
ある。
【０１０７】また、上記の第１実施例において説明した
ように、半導体レーザ１２０の代わりに、ＳＬＤを光源
として用いてもよい。この場合、半導体レーザと比較し
て戻り光によるノイズ発生が１／１００程度と極めて小
さいという特長があるため、被測定体１３１からの反
射、散乱光が微弱な場合や戻り光の微小な変化を測定す
る場合に適している。また、共焦点光学系１４３におい
て、半導体レーザ１２０の場合と同様、ＳＬＤの微小な
光出射点がそのまま受光のピンホールとなるため、理想
的な共焦点光学系を構成することができる。
ように、半導体レーザ１２０の代わりに、ＳＬＤを光源
として用いてもよい。この場合、半導体レーザと比較し
て戻り光によるノイズ発生が１／１００程度と極めて小
さいという特長があるため、被測定体１３１からの反
射、散乱光が微弱な場合や戻り光の微小な変化を測定す
る場合に適している。また、共焦点光学系１４３におい
て、半導体レーザ１２０の場合と同様、ＳＬＤの微小な
光出射点がそのまま受光のピンホールとなるため、理想
的な共焦点光学系を構成することができる。
【０１０８】更に、上記の第１の実施例と同様に、装置
の小型化を図るため、光導電型受光器１６０は半導体レ
ーザ１２０又はＳＬＤのパッケージ内に一体的に収納さ
れることが望ましい。
の小型化を図るため、光導電型受光器１６０は半導体レ
ーザ１２０又はＳＬＤのパッケージ内に一体的に収納さ
れることが望ましい。
【０１０９】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能であり、例えば光センサ、光
ファイバージャイロなどへ応用することができる。
ではなく種々の変形が可能であり、例えば光センサ、光
ファイバージャイロなどへ応用することができる。
【０１１０】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
帰還式光検出装置によれば、光学系が極めて簡単になり
同時に光学系の調整が容易になるという、従来技術のレ
ーザフィードバック法の特長を生かしつつ、被測定体か
らの戻り光によって光強度が変動する光源の出射光を光
導電型受光器によって同期検波することにより、レーザ
フィードバック法の欠点である戻り光雑音を大幅に減少
させることができるため、簡単な回路構成にも拘らず、
外乱光など影響を大幅に抑制し、被測定体からの戻り光
により発生する信号成分のみを高いＳ／Ｎ比と広いダイ
ナミックレンジで検出することができる。
帰還式光検出装置によれば、光学系が極めて簡単になり
同時に光学系の調整が容易になるという、従来技術のレ
ーザフィードバック法の特長を生かしつつ、被測定体か
らの戻り光によって光強度が変動する光源の出射光を光
導電型受光器によって同期検波することにより、レーザ
フィードバック法の欠点である戻り光雑音を大幅に減少
させることができるため、簡単な回路構成にも拘らず、
外乱光など影響を大幅に抑制し、被測定体からの戻り光
により発生する信号成分のみを高いＳ／Ｎ比と広いダイ
ナミックレンジで検出することができる。
【０１１１】また、光導電型受光器として高速応答可能
なＭＳＭフォトディテクタを使用することにより、従来
のロックイン検波による場合よりも高い周波数での同期
検波が可能となり、高周波応答を実現することができ
る。
なＭＳＭフォトディテクタを使用することにより、従来
のロックイン検波による場合よりも高い周波数での同期
検波が可能となり、高周波応答を実現することができ
る。
【０１１２】更に、外部からの入射光による光増幅機能
を有する光源として半導体レーザ又はＳＬＤを用いるこ
とが可能であるが、ＳＬＤを用いた場合、半導体レーザ
を用いた場合よりも低ノイズで高感度な高検出を行うこ
とができる。
を有する光源として半導体レーザ又はＳＬＤを用いるこ
とが可能であるが、ＳＬＤを用いた場合、半導体レーザ
を用いた場合よりも低ノイズで高感度な高検出を行うこ
とができる。
【図１】本発明の光帰還式光検出装置の第１実施例の構
成図である。
成図である。
【図２】光導電型受光器の特性の説明図である。
【図３】第１実施例の装置の要部の回路の第１構成図で
ある。
ある。
【図４】第１実施例の装置の要部の回路の第２構成図で
ある。
ある。
【図５】第１実施例の装置の要部の回路の第３構成図で
ある。
ある。
【図６】第１実施例の装置の感度と物体距離との関係の
説明図である。
説明図である。
【図７】ＳＬＤの構造図である。
【図８】ＳＬＤの発光スペクトル特性の説明図である。
【図９】各種のＳＬＤの構造図である。
【図１０】本発明の光帰還式光検出装置の第２実施例の
構成図である。
構成図である。
【図１１】本発明の光帰還式光検出装置の第３実施例の
構成図である。
構成図である。
【図１２】レーザフィードバック光検出法の動作原理を
説明するための構成図である。
説明するための構成図である。
１００…発振回路、１１０…駆動信号出力回路、１２０
…半導体レーザ、１３０、１３１…被測定体、１４０、
１４１、１４２…光学系、１４３…共焦点光学系、１５
０…電圧印加部、１５１、１５２、１５３…電圧印加回
路、１６０…光導電型受光器、１６１…ＭＳＭフォトデ
ィテクタ、１７０…電流電圧変換部、１８０…周波数フ
ィルタ部、１９０…位相調整回路、２００…バイアス調
整部、２１０…フィルタ部、３００…第１電極、３１０
…キャップ層、３２０…第１クラッド層、３３０…活性
層、３４０…第２クラッド層、３５０…電流ブロック
層、３６０…ＧａＡｓバッファ層、３７０…ＧａＡｓ基
板、３８０…第２電極、３９０…無反射膜、４００…反
射膜、４１０、４１１、４１２…光導波路、５００…光
分岐手段、５１０…光学系、５２０…ピンホール板、６
００…Ａ／Ｄ変換器、６１０…ビーム走査部、６２０…
ビーム走査回路、６３０…画像処理装置、６４０…表示
装置、７００…半導体レーザ、７１０…光学系、７２０
…被測定体、７３０…フォトダイオード、７４０…電
源、７５０…増幅器。
…半導体レーザ、１３０、１３１…被測定体、１４０、
１４１、１４２…光学系、１４３…共焦点光学系、１５
０…電圧印加部、１５１、１５２、１５３…電圧印加回
路、１６０…光導電型受光器、１６１…ＭＳＭフォトデ
ィテクタ、１７０…電流電圧変換部、１８０…周波数フ
ィルタ部、１９０…位相調整回路、２００…バイアス調
整部、２１０…フィルタ部、３００…第１電極、３１０
…キャップ層、３２０…第１クラッド層、３３０…活性
層、３４０…第２クラッド層、３５０…電流ブロック
層、３６０…ＧａＡｓバッファ層、３７０…ＧａＡｓ基
板、３８０…第２電極、３９０…無反射膜、４００…反
射膜、４１０、４１１、４１２…光導波路、５００…光
分岐手段、５１０…光学系、５２０…ピンホール板、６
００…Ａ／Ｄ変換器、６１０…ビーム走査部、６２０…
ビーム走査回路、６３０…画像処理装置、６４０…表示
装置、７００…半導体レーザ、７１０…光学系、７２０
…被測定体、７３０…フォトダイオード、７４０…電
源、７５０…増幅器。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−94530（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−281243（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−92732（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 1/42 - 1/44 G01B 11/00 G01C 3/06 G11B 7/00 - 7/135
Claims (9)
- 【請求項１】 所定周波数の同期信号を発振する発振器
と、 前記発振器から出力された同期信号に基づき、前記所定
周波数で変調した駆動信号を出力する駆動信号出力部
と、 前記駆動信号出力部から出力された駆動信号を入力し
て、前記所定周波数で光強度を変調した光を外部に出射
すると共に、帰還入射する光による光増幅機能を有する
光源と、 前記光源から出射された光を被測定体に照射すると共
に、前記被測定体から返ってくる光を前記光源に帰還入
射させる光学系と、 前記発振器から出力された同期信号に基づき、前記所定
周波数の交流電圧信号を出力する電圧印加部と、 前記光源から出射された光を受光すると共に、前記電圧
印加部から出力された交流電圧信号が印加されて、前記
光源から出射された光を前記所定周波数で同期検波する
光導電型受光器と、 前記光導電型受光器を流れる変調電流を電圧信号に変換
して出力する電流電圧変換部と、 前記電流電圧変換部から出力された電圧信号の低周波成
分を抽出して出力する周波数フィルタ部と、 を備え、前記光源から出射された光の、前記被測定体か
らの戻り光により発生した信号成分を検出することを特
徴とする光帰還式光検出装置。 - 【請求項２】 前記光源に入力される駆動信号の変調位
相と前記光導電型受光器に印加される交流電圧信号の変
調位相とを調整する位相調整部を更に備える、ことを特
徴とする請求項１記載の光帰還式光検出装置。 - 【請求項３】 前記光導電型受光器の動作バイアス電圧
を調整するバイアス調整部を更に備える、ことを特徴と
する請求項１記載の光帰還式光検出装置。 - 【請求項４】 前記光源は、半導体レーザ又はスーパー
ルミネッセントダイオードである、ことを特徴とする請
求項１記載の光帰還式光検出装置。 - 【請求項５】 前記半導体レーザは、スレッショルド電
流値より小さい範囲の駆動電流によって動作する、こと
を特徴とする請求項４記載の光帰還式光検出装置。 - 【請求項６】 前記光導電型受光器は、 受光する光強度を一定とし、印加電圧を独立変数とした
場合、印加電圧値が０Ｖを含む所定の定義域において、
前記光導電型受光器を流れる光導電電流が印加電圧の略
奇関数であると共に、印加電圧を一定とし、受光強度を
独立変数とした場合、受光強度が所定の定義域におい
て、前記光導電型受光器を流れる光導電電流が受光強度
の略線形関数であり、 前記光導電型受光器に印加される電圧信号は、周期的で
あり、時間平均値が略０であり、且つ、振幅が０となる
隣り合う時刻の中点の時刻を原点として、振幅が時間の
略偶関数である、 ことを特徴とする請求項１記載の光帰還式光検出装置。 - 【請求項７】 前記光導電型受光器は、金属−半導体−
金属フォトディテクタである、ことを特徴とする請求項
６記載の光帰還式光検出装置。 - 【請求項８】 前記光導電型受光器は、受光物質として
ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＨｇＣｄＴ
ｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＳ又はＣｄＳｅを用いたフ
ォトディテクタである、ことを特徴とする請求項６記載
の光帰還式光検出装置。 - 【請求項９】 前記光源に入力される駆動信号及び前記
光導電型受光器に印加される電圧信号の変調周波数ｆo
と、前記光源から前記被測定体まで物体距離Ｌとが、 ｆo ＝Ｎ・Ｃ／２Ｌ 但し、 Ｎ：正の整数 Ｃ：光の速度 を満足する、又はほぼ満足するように設定されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光帰還式光検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7011012A JP2931226B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 光帰還式光検出装置 |
| US08/591,392 US5614708A (en) | 1995-01-26 | 1996-01-25 | Optical feedback photodetection apparatus |
| DE69623830T DE69623830T2 (de) | 1995-01-26 | 1996-01-26 | Optische Rückkopplungs-Photodetektorvorrichtung |
| EP96300568A EP0724258B1 (en) | 1995-01-26 | 1996-01-26 | Optical feedback photodetecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7011012A JP2931226B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 光帰還式光検出装置 |
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|---|---|
| JPH08201168A JPH08201168A (ja) | 1996-08-09 |
| JP2931226B2 true JP2931226B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=11766213
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7011012A Expired - Fee Related JP2931226B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 光帰還式光検出装置 |
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| Country | Link |
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| EP (1) | EP0724258B1 (ja) |
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| JP3128247B2 (ja) * | 1996-03-06 | 2001-01-29 | 株式会社東芝 | フォーカシング装置およびこれを用いた光ディスク装置 |
| SG93825A1 (en) * | 1999-03-24 | 2003-01-21 | Sony Prec Engineering Ct Singa | Method and apparatus for measuring characteristics of optical pickup |
| US20040224421A1 (en) * | 2000-06-15 | 2004-11-11 | Deweerd Herman | Bi-directional scanning method |
| US6737223B2 (en) * | 2000-08-07 | 2004-05-18 | Shipley Company, L.L.C. | Fiber optic chip with lenslet array and method of fabrication |
| US20040005959A1 (en) * | 2002-06-17 | 2004-01-08 | Shigeo Takizawa | Rehabilitation device |
| JP3669352B2 (ja) * | 2002-09-11 | 2005-07-06 | オムロン株式会社 | 光電センサ |
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| WO2005101530A1 (en) | 2004-04-19 | 2005-10-27 | Edward Sargent | Optically-regulated optical emission using colloidal quantum dot nanocrystals |
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| US7746681B2 (en) | 2005-01-07 | 2010-06-29 | Invisage Technologies, Inc. | Methods of making quantum dot films |
| CA2519608A1 (en) | 2005-01-07 | 2006-07-07 | Edward Sargent | Quantum dot-polymer nanocomposite photodetectors and photovoltaics |
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| US8624682B2 (en) | 2011-06-13 | 2014-01-07 | Honeywell International Inc. | Vapor cell atomic clock physics package |
| JP5265050B1 (ja) * | 2012-02-27 | 2013-08-14 | 株式会社シンクロン | Ｌｅｄ光源装置、膜厚測定装置及び薄膜形成装置 |
| CN112654899A (zh) * | 2018-08-02 | 2021-04-13 | 利特洛普技术有限公司 | 用于在空腔内存储波信号的装置和方法 |
| CN110007439B (zh) * | 2019-04-29 | 2023-11-28 | 佛山科学技术学院 | 一种数字航空测绘全色相机远心光学系统 |
| CN114520141A (zh) * | 2020-11-20 | 2022-05-20 | 浜松光子学株式会社 | 用于检测荷电粒子或光的检测器 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS53126553A (en) * | 1977-04-12 | 1978-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High frequency wave heating device |
| JPS5636185A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-09 | Mitsubishi Electric Corp | Optical information reader |
| JPS5927974B2 (ja) * | 1980-03-31 | 1984-07-10 | 工業技術院長 | 光情報処理装置 |
| JPS57133531A (en) * | 1981-02-12 | 1982-08-18 | Agency Of Ind Science & Technol | Optical information processor |
| JPS6145414A (ja) * | 1984-08-10 | 1986-03-05 | Nec Corp | 光学的信号の読出し回路 |
| JP2661114B2 (ja) * | 1988-03-10 | 1997-10-08 | ソニー株式会社 | 光学記録媒体の再生装置 |
| JPH0758801B2 (ja) * | 1989-06-08 | 1995-06-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 受光素子の電極設計方法およびその受光素子 |
| JPH0589465A (ja) * | 1991-06-28 | 1993-04-09 | Hitachi Ltd | 光学式情報記録再生方法およびその装置 |
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| JP2785921B2 (ja) * | 1992-10-21 | 1998-08-13 | シャープ株式会社 | 光メモリ読み出し装置用の半導体レーザ駆動回路 |
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- 1995-01-26 JP JP7011012A patent/JP2931226B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-01-25 US US08/591,392 patent/US5614708A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1996-01-26 EP EP96300568A patent/EP0724258B1/en not_active Expired - Lifetime
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| EP0724258A2 (en) | 1996-07-31 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |