JP3534443B2 - 光周波数混合装置 - Google Patents
光周波数混合装置Info
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- JP3534443B2 JP3534443B2 JP15491094A JP15491094A JP3534443B2 JP 3534443 B2 JP3534443 B2 JP 3534443B2 JP 15491094 A JP15491094 A JP 15491094A JP 15491094 A JP15491094 A JP 15491094A JP 3534443 B2 JP3534443 B2 JP 3534443B2
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- H04B—TRANSMISSION
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、受光した強度変調光の
変換信号と所定の周波数信号との積値を演算して出力す
る光周波数混合装置に関するものである。
変換信号と所定の周波数信号との積値を演算して出力す
る光周波数混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速現象測定、高精度測定などに光が多
用されている。これは、光が非常に短い波長の電磁波で
あり、原理的に測定現象の情報を短時間の内に多量に担
うことが可能であることによる。また、レーザ技術の発
展によりコヒーレント性が良く、高い強度の光が得られ
るようになったことも、光の実際的な使用の拡大の原動
力となっている。一方、測定装置の大半は電気的な手法
を使用する。一般に、電気的な制御が最も精度良く且つ
簡易に実施可能であることによる。
用されている。これは、光が非常に短い波長の電磁波で
あり、原理的に測定現象の情報を短時間の内に多量に担
うことが可能であることによる。また、レーザ技術の発
展によりコヒーレント性が良く、高い強度の光が得られ
るようになったことも、光の実際的な使用の拡大の原動
力となっている。一方、測定装置の大半は電気的な手法
を使用する。一般に、電気的な制御が最も精度良く且つ
簡易に実施可能であることによる。
【０００３】しかし、被測定光が担った情報（すなわ
ち、光の波形）を直接的に電気信号に変換したのでは、
現状の電子回路部品では応答性能が不十分である場合が
多々ある。そこで、被測定光の担った情報を保存したま
ま、電子回路で精度良く制御可能な信号形態とする必要
がある。
ち、光の波形）を直接的に電気信号に変換したのでは、
現状の電子回路部品では応答性能が不十分である場合が
多々ある。そこで、被測定光の担った情報を保存したま
ま、電子回路で精度良く制御可能な信号形態とする必要
がある。
【０００４】こうした、信号変換の代表的なものは、被
測定光と適当な既知の参照光とを干渉させて、２つの光
波長の差に応じた周波数に一致する電気信号に変換する
ものである。この方式の第１の例は、レーザドップラ速
度計などで用いられる照射光と物体での反射光とを干渉
させ、ビート周波数を計測する方式であり、この方式の
第２の例は、ヘテロダイン干渉計である。これらの方式
は、夫々の周波数が異なる２つの光波を空間的なコヒー
レンスを保った状態で受光器の光電変換面に入射させ、
受光器から得られる２つの光の波長の差に応じた周波数
に一致する電気信号を計測の対象とする。
測定光と適当な既知の参照光とを干渉させて、２つの光
波長の差に応じた周波数に一致する電気信号に変換する
ものである。この方式の第１の例は、レーザドップラ速
度計などで用いられる照射光と物体での反射光とを干渉
させ、ビート周波数を計測する方式であり、この方式の
第２の例は、ヘテロダイン干渉計である。これらの方式
は、夫々の周波数が異なる２つの光波を空間的なコヒー
レンスを保った状態で受光器の光電変換面に入射させ、
受光器から得られる２つの光の波長の差に応じた周波数
に一致する電気信号を計測の対象とする。
【０００５】近年、測定現象の高速化および高精度化に
伴い、上記の２つの光の波長の差に応じた周波数に一致
する信号についても、後段の電気回路の応答特性を超え
るものの計測が要求されてきている。また、後段の電気
回路の応答特性を超える既知の周波数範囲で強度変調さ
れた光を受光する場合もある。以上の場合には、更に入
力光の特性周波数を低減する必要がある。
伴い、上記の２つの光の波長の差に応じた周波数に一致
する信号についても、後段の電気回路の応答特性を超え
るものの計測が要求されてきている。また、後段の電気
回路の応答特性を超える既知の周波数範囲で強度変調さ
れた光を受光する場合もある。以上の場合には、更に入
力光の特性周波数を低減する必要がある。
【０００６】図９は、こうした周波数の低減を行う、従
来の典型的な周波数混合装置の構成図である。図９に示
すように、この装置は、２つの周波数（ｆ１，ｆ２）の
成分を含む光を受光器（ＰＤ）９１０で受光する。受光
の結果、受光器９１０で生じた電気信号は、増幅器９２
０へ入力して増幅された後、周波数が略｜ｆ１−ｆ２｜
の信号成分のみがバンドパスフィルタ９３０で選択され
る。バンドパスフィルタ９３０を通過した電気信号は、
信号混合器９４０で周波数ｆ３の電気信号と混合され、
双方の信号の積値に応じた電気信号に変換される。この
変換後の信号は２つの周波数（｜｜ｆ１−ｆ２｜−ｆ３
｜，｜ｆ１−ｆ２｜＋ｆ３）成分を含む。バンドパスフ
ィルタ９５０は、一方の周波数（｜｜ｆ１−ｆ２｜−ｆ
３｜）成分を選択して出力する。
来の典型的な周波数混合装置の構成図である。図９に示
すように、この装置は、２つの周波数（ｆ１，ｆ２）の
成分を含む光を受光器（ＰＤ）９１０で受光する。受光
の結果、受光器９１０で生じた電気信号は、増幅器９２
０へ入力して増幅された後、周波数が略｜ｆ１−ｆ２｜
の信号成分のみがバンドパスフィルタ９３０で選択され
る。バンドパスフィルタ９３０を通過した電気信号は、
信号混合器９４０で周波数ｆ３の電気信号と混合され、
双方の信号の積値に応じた電気信号に変換される。この
変換後の信号は２つの周波数（｜｜ｆ１−ｆ２｜−ｆ３
｜，｜ｆ１−ｆ２｜＋ｆ３）成分を含む。バンドパスフ
ィルタ９５０は、一方の周波数（｜｜ｆ１−ｆ２｜−ｆ
３｜）成分を選択して出力する。
【０００７】また、強度変調光を交流成分が重畳された
信号でバイアスされたアバランシェフォトダイオード
（以後、ＡＰＤと呼ぶ）で受光し、光−電気変換と周波
数混合とを同時に行う装置が、特開昭６２−２７９７３
２で提案されている。図１０は、この装置の回路構成図
である。この装置では、変調周波数ｆ１で変調された強
度変調光を、直流信号に重畳された周波数ｆ３の信号で
バイアスされたＡＰＤ９６０で受光する。受光の結果、
ＡＰＤ９６０で電流が生じ、位置Ｐでは２つの周波数
（｜ｆ１−ｆ３｜，ｆ１＋ｆ３）成分を含む電圧信号が
発生する。バンドパスフィルタ９７０は、一方の周波数
（｜ｆ１−ｆ３｜）成分を選択して出力する。
信号でバイアスされたアバランシェフォトダイオード
（以後、ＡＰＤと呼ぶ）で受光し、光−電気変換と周波
数混合とを同時に行う装置が、特開昭６２−２７９７３
２で提案されている。図１０は、この装置の回路構成図
である。この装置では、変調周波数ｆ１で変調された強
度変調光を、直流信号に重畳された周波数ｆ３の信号で
バイアスされたＡＰＤ９６０で受光する。受光の結果、
ＡＰＤ９６０で電流が生じ、位置Ｐでは２つの周波数
（｜ｆ１−ｆ３｜，ｆ１＋ｆ３）成分を含む電圧信号が
発生する。バンドパスフィルタ９７０は、一方の周波数
（｜ｆ１−ｆ３｜）成分を選択して出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の光周波数混合装
置は上記のように構成されているので、次のような問題
点があった。
置は上記のように構成されているので、次のような問題
点があった。
【０００９】図９に示す従来の光周波数混合装置は、受
光器９１０に入射する２つの光波の振幅が変動した場
合、受光器９１０、増幅器９２０、信号混合器９４０の
電気的動作点が変動するので検出動作が安定しない。ま
た、背景光（直流光あるいは測定に関係しない強度変調
成分を含む光）の大きな環境下においては、受光器９１
０で使用される受光素子の飽和や装置の回路素子の混変
調特性により十分な性能を発揮することができない。更
に、光波間のヘテロダイン検出を行うにあたって、受光
器９１０で電気信号に変換してからミキシングを行うた
め、初段に高速増幅器を必要とするので、回路構成要素
が多くなり、また、各回路要素の発生するノイズ、ドリ
フト、またはオフセットにより差周波数の検出精度が制
限される場合もある。
光器９１０に入射する２つの光波の振幅が変動した場
合、受光器９１０、増幅器９２０、信号混合器９４０の
電気的動作点が変動するので検出動作が安定しない。ま
た、背景光（直流光あるいは測定に関係しない強度変調
成分を含む光）の大きな環境下においては、受光器９１
０で使用される受光素子の飽和や装置の回路素子の混変
調特性により十分な性能を発揮することができない。更
に、光波間のヘテロダイン検出を行うにあたって、受光
器９１０で電気信号に変換してからミキシングを行うた
め、初段に高速増幅器を必要とするので、回路構成要素
が多くなり、また、各回路要素の発生するノイズ、ドリ
フト、またはオフセットにより差周波数の検出精度が制
限される場合もある。
【００１０】図１０に示すような、ＡＰＤ９６０の直流
バイアス電圧に高周波電圧を重畳してヘテロダイン信号
を受光器から直接得る従来の光周波数混合装置は、損失
の大きな電気的ミキサを用いることなく、高い変換効率
で必要なヘテロダイン信号を容易に取り出すことができ
る。しかしながら、ＡＰＤは一般に図１１に示すような
指数関数的な電圧−電流特性を有する。したがって、深
い変調を施すために大きな振幅値の高周波電圧を印加す
ることは、取り出すヘテロダイン信号の歪みに対しては
有効ではない。また、アバランシェ増倍ゲインを確保す
るには、ブレークダウン電圧値の極近くまでバイアス電
圧を印加することが要求されるので、温度に対して敏感
な特性を持つブレークダウン電圧値を制御するためバイ
アス電圧の温度補償回路が必須となる。更に、光−電気
変換ゲインを大きくするため、バイアス電圧値（Ｖ1 ）
を高いレベルに設定して大きな増倍ゲインをＡＰＤに持
たせている場合、直流的背景光あるいは測定に関係しな
い強度変調成分を含む光によって動作点が変動するとと
もに、平均電流（Ｉ0 ）が増加することによりＡＰＤ自
身が飽和しやすくなる。
バイアス電圧に高周波電圧を重畳してヘテロダイン信号
を受光器から直接得る従来の光周波数混合装置は、損失
の大きな電気的ミキサを用いることなく、高い変換効率
で必要なヘテロダイン信号を容易に取り出すことができ
る。しかしながら、ＡＰＤは一般に図１１に示すような
指数関数的な電圧−電流特性を有する。したがって、深
い変調を施すために大きな振幅値の高周波電圧を印加す
ることは、取り出すヘテロダイン信号の歪みに対しては
有効ではない。また、アバランシェ増倍ゲインを確保す
るには、ブレークダウン電圧値の極近くまでバイアス電
圧を印加することが要求されるので、温度に対して敏感
な特性を持つブレークダウン電圧値を制御するためバイ
アス電圧の温度補償回路が必須となる。更に、光−電気
変換ゲインを大きくするため、バイアス電圧値（Ｖ1 ）
を高いレベルに設定して大きな増倍ゲインをＡＰＤに持
たせている場合、直流的背景光あるいは測定に関係しな
い強度変調成分を含む光によって動作点が変動するとと
もに、平均電流（Ｉ0 ）が増加することによりＡＰＤ自
身が飽和しやすくなる。
【００１１】本発明は上記を鑑みてなされたものであ
り、背景光のような不要な入射光に対する許容性が大き
いとともに入射光強度に対して直線性のよい出力特性を
備え、且つ、ゲイン変調を深く設定することのできるた
め変換効率の高い光周波数混合装置を提供することを目
的とする。
り、背景光のような不要な入射光に対する許容性が大き
いとともに入射光強度に対して直線性のよい出力特性を
備え、且つ、ゲイン変調を深く設定することのできるた
め変換効率の高い光周波数混合装置を提供することを目
的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光周波数混合装
置は、（ａ）第１の周波数を有する交流電気信号を発生
する信号発生器と、（ｂ）信号発生器から出力された交
流電気信号を入力し、所定の出力態様の電圧信号に変換
して出力する信号供給部と、（ｃ）信号供給部が出力す
る電圧信号を入力する電気信号印加端子を有するととも
に、第２の周波数の成分を含む被測定光を受光する光導
電型受光器と、（ｄ）光導電型受光器を介して流れる電
流信号に応じた電圧信号を出力する変換増幅部と、
（ｅ）変換増幅部から出力された電圧信号を入力し、第
１の周波数と第２の周波数との和の周波数と略同一の周
波数の電圧信号または第１の周波数と第２の周波数との
差の絶対値の周波数と略同一の周波数の電圧信号を選択
して通過する周波数選択器と、を備えることを特徴とす
る。さらに、光導電型受光器は、被測定光強度が一定、
印加電圧値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、光導電型受光器を流れる電
流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電圧が
一定、被測定光強度値を独立変数とした場合、被測定光
強度が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる
電流量が照射信号強度の略線形関数であり、また、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。ここで、所定の出力態様の電
圧信号は、低出力インピーダンス状態で出力される電圧
信号であるのが好適である。
置は、（ａ）第１の周波数を有する交流電気信号を発生
する信号発生器と、（ｂ）信号発生器から出力された交
流電気信号を入力し、所定の出力態様の電圧信号に変換
して出力する信号供給部と、（ｃ）信号供給部が出力す
る電圧信号を入力する電気信号印加端子を有するととも
に、第２の周波数の成分を含む被測定光を受光する光導
電型受光器と、（ｄ）光導電型受光器を介して流れる電
流信号に応じた電圧信号を出力する変換増幅部と、
（ｅ）変換増幅部から出力された電圧信号を入力し、第
１の周波数と第２の周波数との和の周波数と略同一の周
波数の電圧信号または第１の周波数と第２の周波数との
差の絶対値の周波数と略同一の周波数の電圧信号を選択
して通過する周波数選択器と、を備えることを特徴とす
る。さらに、光導電型受光器は、被測定光強度が一定、
印加電圧値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、光導電型受光器を流れる電
流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電圧が
一定、被測定光強度値を独立変数とした場合、被測定光
強度が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる
電流量が照射信号強度の略線形関数であり、また、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。ここで、所定の出力態様の電
圧信号は、低出力インピーダンス状態で出力される電圧
信号であるのが好適である。
【００１３】本発明の光周波数混合装置は、（ａ）第１
の周波数を有する交流電気信号を発生する信号発生器
と、（ｂ）信号発生器から出力された交流電気信号を入
力し、所定の出力態様の電流信号に変換して出力する信
号供給部と、（ｃ）信号供給部が出力する電流信号を入
力する電気信号印加端子を有するとともに、第２の周波
数の成分を含む被測定光を受光する光導電型受光器と、
（ｄ）光導電型受光器を介して流れる電流信号に応じた
電圧信号を出力する変換増幅部と、（ｅ）変換増幅部か
ら出力された電圧信号を入力し、第１の周波数と第２の
周波数との和の周波数と略同一の周波数の電圧信号また
は第１の周波数と第２の周波数との差の絶対値の周波数
と略同一の周波数の電圧信号を選択して通過する周波数
選択器と、を備えることを特徴とする。さらに、光導電
型受光器は、被測定光強度が一定、印加電流値を独立変
数とした場合、印加電流値が０Ａを含む所定の定義域に
おいて、光導電型受光器の両端に発生する電圧値が印加
電流の略奇関数であるとともに、印加電流が一定、被測
定光強度値を独立変数とした場合、被測定光強度が所定
の定義域において、光導電型受光器の両端に発生する電
圧値が照射信号強度の略線形関数であり、また、光導電
型受光器に印加される電流信号の非直流成分は、周期的
であり、時間平均値が略０であり、且つ、非直流成分の
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。こ
こで、所定の出力態様の電流信号は、高出力インピーダ
ンス状態で出力される電流信号であるのが好適である。
の周波数を有する交流電気信号を発生する信号発生器
と、（ｂ）信号発生器から出力された交流電気信号を入
力し、所定の出力態様の電流信号に変換して出力する信
号供給部と、（ｃ）信号供給部が出力する電流信号を入
力する電気信号印加端子を有するとともに、第２の周波
数の成分を含む被測定光を受光する光導電型受光器と、
（ｄ）光導電型受光器を介して流れる電流信号に応じた
電圧信号を出力する変換増幅部と、（ｅ）変換増幅部か
ら出力された電圧信号を入力し、第１の周波数と第２の
周波数との和の周波数と略同一の周波数の電圧信号また
は第１の周波数と第２の周波数との差の絶対値の周波数
と略同一の周波数の電圧信号を選択して通過する周波数
選択器と、を備えることを特徴とする。さらに、光導電
型受光器は、被測定光強度が一定、印加電流値を独立変
数とした場合、印加電流値が０Ａを含む所定の定義域に
おいて、光導電型受光器の両端に発生する電圧値が印加
電流の略奇関数であるとともに、印加電流が一定、被測
定光強度値を独立変数とした場合、被測定光強度が所定
の定義域において、光導電型受光器の両端に発生する電
圧値が照射信号強度の略線形関数であり、また、光導電
型受光器に印加される電流信号の非直流成分は、周期的
であり、時間平均値が略０であり、且つ、非直流成分の
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。こ
こで、所定の出力態様の電流信号は、高出力インピーダ
ンス状態で出力される電流信号であるのが好適である。
【００１４】また、光導電型受光器の動作点を調整する
バイアス調整手段を更に備える、ことが可能である。
バイアス調整手段を更に備える、ことが可能である。
【００１５】
【００１６】
【００１７】更に、光導電型受光器として、整流性接
合が反対向きに接続された構造を有する金属−半導体−
金属フォトディテクタ、またはオーム性接触電極が対
向して接続された構造のフォトディテクタを採用するこ
とが実用的である。
合が反対向きに接続された構造を有する金属−半導体−
金属フォトディテクタ、またはオーム性接触電極が対
向して接続された構造のフォトディテクタを採用するこ
とが実用的である。
【００１８】また、光導電型受光器の略同一領域に入射
する波長が異なった略単色の２つの光であって、光導電
型受光器上でヘテロダインビート信号を生じる２つの光
を被測定光とすることも可能である。
する波長が異なった略単色の２つの光であって、光導電
型受光器上でヘテロダインビート信号を生じる２つの光
を被測定光とすることも可能である。
【００１９】
【作用】本発明の光信号検出装置では、信号発生器が発
生した交流信号（周波数＝ｆ3）が信号供給部を介して
光導電型受光器の信号供給端子に変調電気信号が供給さ
れる。こうした変調電気信号の態様としては、低出力イ
ンピーダンス状態で出力された電圧信号あるいは高出力
インピーダンス状態で出力された電流信号が使用でき
る。この状態で、２つの波長の光信号（光周波数＝
ｆ1 ，ｆ2 ）が光導電型受光器の略同一の受光領域に入
力する。２つの光信号は光導電型受光器上で混合され、
２つの光信号の差周波数（｜ｆ1 −ｆ2 ｜）を有するビ
ート信号がヘテロダイン検波される。一方、光導電型受
光器は上記のように変調電気信号が供給されているの
で、ビート信号は変調電気信号で変調される。この結
果、光導電型受光器を流れる変調電流信号は、ビート信
号の周波数と変調電気信号の周波数との和および差の値
の周波数（｜ｆ1 −ｆ2 ｜＋ｆ3 ，｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−
ｆ3 ｜）を有する成分を含む。変調電流信号は変換増幅
部を介した後に電圧信号として出力される。変換増幅部
から出力された電圧信号は周波数選択透過器に入力し、
ビート信号の周波数と変調電圧信号の周波数との和ある
いは差の値の周波数の一方の周波数成分のみが選択され
て出力される。すなわち、本発明の光周波数混合装置で
は、周波数の混合処理は全て光導電型受光器で行い、電
気的に取扱い易い周波数領域の信号に変換後、電気的な
増幅などを施す。また、入射光が１つの場合、強度変調
周波数（ｆ1 ）で強度変調されている場合であっても、
本発明の光周波数混合装置は上記と同様に作用し、２つ
の周波数（ｆ1 ＋ｆ3 ，｜ｆ1 −ｆ3｜）のいずれか一
方の周波数を有する信号を得る。
生した交流信号（周波数＝ｆ3）が信号供給部を介して
光導電型受光器の信号供給端子に変調電気信号が供給さ
れる。こうした変調電気信号の態様としては、低出力イ
ンピーダンス状態で出力された電圧信号あるいは高出力
インピーダンス状態で出力された電流信号が使用でき
る。この状態で、２つの波長の光信号（光周波数＝
ｆ1 ，ｆ2 ）が光導電型受光器の略同一の受光領域に入
力する。２つの光信号は光導電型受光器上で混合され、
２つの光信号の差周波数（｜ｆ1 −ｆ2 ｜）を有するビ
ート信号がヘテロダイン検波される。一方、光導電型受
光器は上記のように変調電気信号が供給されているの
で、ビート信号は変調電気信号で変調される。この結
果、光導電型受光器を流れる変調電流信号は、ビート信
号の周波数と変調電気信号の周波数との和および差の値
の周波数（｜ｆ1 −ｆ2 ｜＋ｆ3 ，｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−
ｆ3 ｜）を有する成分を含む。変調電流信号は変換増幅
部を介した後に電圧信号として出力される。変換増幅部
から出力された電圧信号は周波数選択透過器に入力し、
ビート信号の周波数と変調電圧信号の周波数との和ある
いは差の値の周波数の一方の周波数成分のみが選択され
て出力される。すなわち、本発明の光周波数混合装置で
は、周波数の混合処理は全て光導電型受光器で行い、電
気的に取扱い易い周波数領域の信号に変換後、電気的な
増幅などを施す。また、入射光が１つの場合、強度変調
周波数（ｆ1 ）で強度変調されている場合であっても、
本発明の光周波数混合装置は上記と同様に作用し、２つ
の周波数（ｆ1 ＋ｆ3 ，｜ｆ1 −ｆ3｜）のいずれか一
方の周波数を有する信号を得る。
【００２０】また、光導電型受光器への供給電気信号の
非直流成分が周期的であり、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気信号を選択す
るとともに、印加電気信号値のバイアスを調整すれば、
背景光の直流成分の除去がされるとともに、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
して測定が実施される。
非直流成分が周期的であり、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気信号を選択す
るとともに、印加電気信号値のバイアスを調整すれば、
背景光の直流成分の除去がされるとともに、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
して測定が実施される。
【００２１】
【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、図面の説明において、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。
を説明する。なお、図面の説明において、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。
【００２２】図１は、本発明の光周波数混合装置の基本
構成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）
被測定光を受光する光導電型受光器を備えた受光部１０
０と、（ｂ）受光部１００の光導電型受光器に変調周波
数（ｆ3 ）を有する信号を供給する信号発生器２００
と、（ｃ）受光の結果、受光部１００で発生した電流信
号に応じた電圧信号を出力する変換増幅部３００と、
（ｄ）変換増幅部部３００から出力された電圧信号の含
む所定の周波数成分を通過させる周波数選択器４００
と、を備える。本発明の光周波数混合装置では、入射光
強度の有する周波数と信号発生器２００が発生する交流
信号の周波数（ｆ3 ）との混合、すなわち双方の信号の
積演算を周波数混合を受光部１００の光導電型受光器で
実行する。そして、この積演算の結果として得られる双
方の信号の周波数の和および差の周波数成分の一方を周
波数選択器４００を使い、選択して取り出す。ここで、
光導電型受光器に入射する光信号は、光強度に交流成分
（周波数＝ｆ1 ）を有する１つの光信号であってもよい
し、光強度が一定で異なる波長（光周波数＝ｆ1 ，
ｆ2 ）成分を有し、光導電型受光器の略同一の受光領域
に入射する２つの光信号であってもよい。
構成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）
被測定光を受光する光導電型受光器を備えた受光部１０
０と、（ｂ）受光部１００の光導電型受光器に変調周波
数（ｆ3 ）を有する信号を供給する信号発生器２００
と、（ｃ）受光の結果、受光部１００で発生した電流信
号に応じた電圧信号を出力する変換増幅部３００と、
（ｄ）変換増幅部部３００から出力された電圧信号の含
む所定の周波数成分を通過させる周波数選択器４００
と、を備える。本発明の光周波数混合装置では、入射光
強度の有する周波数と信号発生器２００が発生する交流
信号の周波数（ｆ3 ）との混合、すなわち双方の信号の
積演算を周波数混合を受光部１００の光導電型受光器で
実行する。そして、この積演算の結果として得られる双
方の信号の周波数の和および差の周波数成分の一方を周
波数選択器４００を使い、選択して取り出す。ここで、
光導電型受光器に入射する光信号は、光強度に交流成分
（周波数＝ｆ1 ）を有する１つの光信号であってもよい
し、光強度が一定で異なる波長（光周波数＝ｆ1 ，
ｆ2 ）成分を有し、光導電型受光器の略同一の受光領域
に入射する２つの光信号であってもよい。
【００２３】以下、本発明の光周波数混合装置の具体的
な実施例を説明する。
な実施例を説明する。
【００２４】図２は、図１に基本構成を示した光周波数
混合装置の第１実施例の構成図である。図２に示すよう
に、この装置は、（ａ）被測定光を受光する光導電型受
光器を備えた受光部１１０と、（ｂ）受光部１１０の光
導電型受光器に変調周波数（ｆ3 ）を有する信号を供給
する信号発生器２００と、（ｃ）受光の結果、受光部１
１０で発生した電流信号を電圧信号に変換する電流電圧
変換部３１０と、（ｄ）電流電圧変換部３１０から出力
された電圧信号の含む所定の周波数成分を通過させるバ
ンドパスフィルタ（以後、ＢＰＦと呼ぶ）４００と、を
備える。
混合装置の第１実施例の構成図である。図２に示すよう
に、この装置は、（ａ）被測定光を受光する光導電型受
光器を備えた受光部１１０と、（ｂ）受光部１１０の光
導電型受光器に変調周波数（ｆ3 ）を有する信号を供給
する信号発生器２００と、（ｃ）受光の結果、受光部１
１０で発生した電流信号を電圧信号に変換する電流電圧
変換部３１０と、（ｄ）電流電圧変換部３１０から出力
された電圧信号の含む所定の周波数成分を通過させるバ
ンドパスフィルタ（以後、ＢＰＦと呼ぶ）４００と、を
備える。
【００２５】ここで、受光部１１０は、信号発生器２
００から出力された電気信号を入力し、低インピーダン
ス状態で電圧信号を出力する電圧印加部１１１と、電
圧印加部１１１が出力する電圧信号（ＶI ）を入力する
電圧印加端子を有するともに、被測定光を受光する光導
電型受光器１１２と、背景光などの直流光入射に対し
て出力電流値がゼロとなるように光導電型受光器１１２
の動作を設定するバイアス調整部１１３と、これらの
要素を誘起的に接続する受動素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｃ３）
と、を備える。そして、光導電型受光器１１２に生じた
電流は、チョークコイルＬ１，Ｌ２を介して流れる。
００から出力された電気信号を入力し、低インピーダン
ス状態で電圧信号を出力する電圧印加部１１１と、電
圧印加部１１１が出力する電圧信号（ＶI ）を入力する
電圧印加端子を有するともに、被測定光を受光する光導
電型受光器１１２と、背景光などの直流光入射に対し
て出力電流値がゼロとなるように光導電型受光器１１２
の動作を設定するバイアス調整部１１３と、これらの
要素を誘起的に接続する受動素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｃ３）
と、を備える。そして、光導電型受光器１１２に生じた
電流は、チョークコイルＬ１，Ｌ２を介して流れる。
【００２６】図３は、本実施例で採用可能な電圧印加部
の回路構成図である。図３（ａ）の回路は、信号発生器
２００から出力された電圧信号をフローティング状態の
交流電圧信号とするにあたってコンデンサＣ１およびコ
ンデンサＣ２を信号ライン挿入したものである。図３
（ｂ）の回路は、図３（ａ）の回路の信号極性を反転し
たものである。図３（ｃ）の回路は、トランスＴ１で信
号発生器２００から出力された電圧信号を入力した、フ
ローティング状態の交流電圧信号とするものである。な
お、本実施例の装置では、図３（ａ）の回路を使用し
た。
の回路構成図である。図３（ａ）の回路は、信号発生器
２００から出力された電圧信号をフローティング状態の
交流電圧信号とするにあたってコンデンサＣ１およびコ
ンデンサＣ２を信号ライン挿入したものである。図３
（ｂ）の回路は、図３（ａ）の回路の信号極性を反転し
たものである。図３（ｃ）の回路は、トランスＴ１で信
号発生器２００から出力された電圧信号を入力した、フ
ローティング状態の交流電圧信号とするものである。な
お、本実施例の装置では、図３（ａ）の回路を使用し
た。
【００２７】また、光導電型受光器１１２は、ＧａＡｓ
を材料として用いた金属−半導体−金属（ＭＳＭ）受光
器などで構成される。この光導電型受光器１２０は、照
射光量が一定、印加電圧値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
光器を流れる電流量が印加電圧の奇関数である、という
特性を有している。
を材料として用いた金属−半導体−金属（ＭＳＭ）受光
器などで構成される。この光導電型受光器１２０は、照
射光量が一定、印加電圧値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
光器を流れる電流量が印加電圧の奇関数である、という
特性を有している。
【００２８】バイアス調整部１１３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との接続点は接地
電位に設定される。
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との接続点は接地
電位に設定される。
【００２９】また、電流電圧変換部３１０は、正入力端
子が接地され、負入力端子が出力端子と抵抗Ｒ１を介し
て接続された演算増幅器３２０から構成される。
子が接地され、負入力端子が出力端子と抵抗Ｒ１を介し
て接続された演算増幅器３２０から構成される。
【００３０】図４は、本実施例の装置で採用可能なバン
ドパスフィルタの回路構成図である。図４（ａ）は受動
型のバンドパスフィルタの回路構成例であり、図４
（ｂ）および図４（ｃ）は能動型のバンドパスフィルタ
の回路構成例である。なお、本実施例では、図４（ａ）
の受動型のバンドパスフィルタを採用した。なお、各素
子の特性値は、対象とする周波数値によって決定され
る。
ドパスフィルタの回路構成図である。図４（ａ）は受動
型のバンドパスフィルタの回路構成例であり、図４
（ｂ）および図４（ｃ）は能動型のバンドパスフィルタ
の回路構成例である。なお、本実施例では、図４（ａ）
の受動型のバンドパスフィルタを採用した。なお、各素
子の特性値は、対象とする周波数値によって決定され
る。
【００３１】本実施例の装置は、以下のようにして光周
波数混合を実行する。なお、入射光は、光導電型受光器
の略同一の受光領域に入射する強度一定の２つの光信号
であり、夫々の光周波数ｆ1 ，ｆ2 であるとする。ま
た、最終結果として得る信号は、入射光のヘテロダイン
ビート信号の周波数（＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜）と信号発生器
２００の発生する交流信号の周波数（＝ｆ3 ）との差の
周波数（｜｜ｆ1 −ｆ2｜−ｆ3 ｜）の信号とする。
波数混合を実行する。なお、入射光は、光導電型受光器
の略同一の受光領域に入射する強度一定の２つの光信号
であり、夫々の光周波数ｆ1 ，ｆ2 であるとする。ま
た、最終結果として得る信号は、入射光のヘテロダイン
ビート信号の周波数（＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜）と信号発生器
２００の発生する交流信号の周波数（＝ｆ3 ）との差の
周波数（｜｜ｆ1 −ｆ2｜−ｆ3 ｜）の信号とする。
【００３２】信号発生器２００は周波数（ｆ3 ）の成分
を有する交流信号を発生し、受光部１１０に供給する。
受光部１１０では、信号発生器２００から供給された交
流信号を電圧印加部１１１を介して光導電型受光器１１
２の電圧印加端子に変調電圧信号を印加する。光導電型
受光器１１２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、振幅が時間の偶関数で
ある電圧信号が選択され、また、バイアス回路の調整に
よって背景光のみの入射の状態で、光導電型受光器を流
れる電流値（ＩB ）が「０Ａ」に設定される。図５は、
この状態に設定された光導電型受光器１１２による変調
特性の説明図である。図５に示すように、印加電圧によ
る変調にあたって「０Ｖ］が変調電圧信号のバイアスの
中心電圧値（ＶB ）に設定される。この結果、振幅が大
きな変調電圧信号を使用しても、変調出力の直線性が保
証される。
を有する交流信号を発生し、受光部１１０に供給する。
受光部１１０では、信号発生器２００から供給された交
流信号を電圧印加部１１１を介して光導電型受光器１１
２の電圧印加端子に変調電圧信号を印加する。光導電型
受光器１１２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、振幅が時間の偶関数で
ある電圧信号が選択され、また、バイアス回路の調整に
よって背景光のみの入射の状態で、光導電型受光器を流
れる電流値（ＩB ）が「０Ａ」に設定される。図５は、
この状態に設定された光導電型受光器１１２による変調
特性の説明図である。図５に示すように、印加電圧によ
る変調にあたって「０Ｖ］が変調電圧信号のバイアスの
中心電圧値（ＶB ）に設定される。この結果、振幅が大
きな変調電圧信号を使用しても、変調出力の直線性が保
証される。
【００３３】この状態で、２つの光信号Ｌ1 ，Ｌ2 （周
波数＝ｆ1 ，ｆ2 ）が光導電型受光器１１２の略同一の
受光領域に入力される。２つの光信号Ｌ1 ，Ｌ2 は光導
電型受光器１１２上で混合され、２つの光信号Ｌ1 ，Ｌ
2 の差周波数（｜ｆ1 −ｆ2｜）を有するビート信号が
ヘテロダイン検波される。一方、光導電型受光器１１２
は上記のように変調電圧信号が印加されているので、ビ
ート信号は変調電圧信号で変調される。この結果、光導
電型受光器１１２を流れる変調電流信号は、ビート信号
の周波数と変調電圧信号の周波数との和（｜ｆ1 −ｆ2
｜＋ｆ3 ）および差（｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−ｆ3 ｜）の値
の周波数を有する成分を含む。この変調電流信号は、チ
ョークコイルＬ２を介して電流電圧変換部３１０に入力
し、電圧信号に変換されて出力される。電流電圧変換部
３１０から出力された、２つの周波数（｜ｆ1 −ｆ2 ｜
＋ｆ3 ，｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−ｆ3 ｜）成分の内、差周波
数（｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−ｆ3 ｜）成分のみがバンドパス
フィルタ４００を通過し、装置の出力となる。
波数＝ｆ1 ，ｆ2 ）が光導電型受光器１１２の略同一の
受光領域に入力される。２つの光信号Ｌ1 ，Ｌ2 は光導
電型受光器１１２上で混合され、２つの光信号Ｌ1 ，Ｌ
2 の差周波数（｜ｆ1 −ｆ2｜）を有するビート信号が
ヘテロダイン検波される。一方、光導電型受光器１１２
は上記のように変調電圧信号が印加されているので、ビ
ート信号は変調電圧信号で変調される。この結果、光導
電型受光器１１２を流れる変調電流信号は、ビート信号
の周波数と変調電圧信号の周波数との和（｜ｆ1 −ｆ2
｜＋ｆ3 ）および差（｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−ｆ3 ｜）の値
の周波数を有する成分を含む。この変調電流信号は、チ
ョークコイルＬ２を介して電流電圧変換部３１０に入力
し、電圧信号に変換されて出力される。電流電圧変換部
３１０から出力された、２つの周波数（｜ｆ1 −ｆ2 ｜
＋ｆ3 ，｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−ｆ3 ｜）成分の内、差周波
数（｜｜ｆ1 −ｆ2 ｜−ｆ3 ｜）成分のみがバンドパス
フィルタ４００を通過し、装置の出力となる。
【００３４】本実施例の装置は、変形が可能である。図
６は、本実施例の装置の第１変形例の構成図である。こ
の装置は、上記の第１実施例の装置と電流電圧変換部の
構成のみが異なる。図６に示すように、この装置の電流
電圧変換部３２０は、光導電型受光器１１２で発生し
た電流を流すことにより電流値を電圧値変換する抵抗Ｒ
２と、抵抗Ｒ２の両端に生じた電圧信号の直流分を除
去するコンデンサＣ４と、コンデンサＣ４を介して伝
達された交流信号を増幅する増幅回路３２１と、から構
成される。電流電圧変換部３２０は、第１実施例の電流
電圧変換部３１０と機能的には同一であるが、増幅回路
で生じる１／ｆノイズを低減できる点で性能的に優れて
いる。
６は、本実施例の装置の第１変形例の構成図である。こ
の装置は、上記の第１実施例の装置と電流電圧変換部の
構成のみが異なる。図６に示すように、この装置の電流
電圧変換部３２０は、光導電型受光器１１２で発生し
た電流を流すことにより電流値を電圧値変換する抵抗Ｒ
２と、抵抗Ｒ２の両端に生じた電圧信号の直流分を除
去するコンデンサＣ４と、コンデンサＣ４を介して伝
達された交流信号を増幅する増幅回路３２１と、から構
成される。電流電圧変換部３２０は、第１実施例の電流
電圧変換部３１０と機能的には同一であるが、増幅回路
で生じる１／ｆノイズを低減できる点で性能的に優れて
いる。
【００３５】図７は、本実施例の装置の第２変形例の構
成図である。この装置は、上記の第１変形例の装置とバ
イアス調整位置が異なる。図７に示すように、この装置
のバイアス調整点は、抵抗Ｒ２のコンデンサＣ４接続端
子とは異なる端子の位置である。この装置構成によって
も、第１実施例の装置と同一の機能を実現できる。
成図である。この装置は、上記の第１変形例の装置とバ
イアス調整位置が異なる。図７に示すように、この装置
のバイアス調整点は、抵抗Ｒ２のコンデンサＣ４接続端
子とは異なる端子の位置である。この装置構成によって
も、第１実施例の装置と同一の機能を実現できる。
【００３６】また、入射光が１つで強度変調周波数（ｆ
1 ）で強度変調されている場合であっても、本実施例お
よび変形例の装置は上記と同様に機能し、周波数（｜ｆ
1 −ｆ3 ｜）を有する信号を得ることができる。
1 ）で強度変調されている場合であっても、本実施例お
よび変形例の装置は上記と同様に機能し、周波数（｜ｆ
1 −ｆ3 ｜）を有する信号を得ることができる。
【００３７】図８は、図１に基本構成を示した光周波数
混合装置の第２実施例の構成図である。光導電型受光器
の中には小さな暗抵抗を示すものがあるため、第１実施
例で行った電圧印加で用いるには適さないものがある
（例えば、波長が２〜１７μｍの赤外域に感度を有する
ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）受光器では、暗抵抗が４０Ωで
ある）。こうした光導電型受光器を採用する場合には、
電圧印加で受光器のゲインを変調するよりも、等価的に
出力インピーダンスが非常に大きな電流源から電流を供
給するとともに、この供給電流を変調し、受光器の両端
間に発生する電圧を検出する方式が安定度やＳＮ比の点
で優れている。本実施例はこの方式を採用したものであ
る。
混合装置の第２実施例の構成図である。光導電型受光器
の中には小さな暗抵抗を示すものがあるため、第１実施
例で行った電圧印加で用いるには適さないものがある
（例えば、波長が２〜１７μｍの赤外域に感度を有する
ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）受光器では、暗抵抗が４０Ωで
ある）。こうした光導電型受光器を採用する場合には、
電圧印加で受光器のゲインを変調するよりも、等価的に
出力インピーダンスが非常に大きな電流源から電流を供
給するとともに、この供給電流を変調し、受光器の両端
間に発生する電圧を検出する方式が安定度やＳＮ比の点
で優れている。本実施例はこの方式を採用したものであ
る。
【００３８】図８に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）被測定光を受光する光導電型受光器を備えた受光
部１３０と、（ｂ）受光部１３０の光導電型受光器に変
調周波数（ｆ3 ）を有する信号を供給する信号発生器２
００と、（ｃ）受光の結果、受光部１３０で発生した電
流によって発生した電圧信号を増幅する差動増幅器３２
０と、（ｄ）差動増幅器３２０から出力された電圧信号
の含む所定の周波数成分を通過させるバンドパスフィル
タ４２０と、を備える。
（ａ）被測定光を受光する光導電型受光器を備えた受光
部１３０と、（ｂ）受光部１３０の光導電型受光器に変
調周波数（ｆ3 ）を有する信号を供給する信号発生器２
００と、（ｃ）受光の結果、受光部１３０で発生した電
流によって発生した電圧信号を増幅する差動増幅器３２
０と、（ｄ）差動増幅器３２０から出力された電圧信号
の含む所定の周波数成分を通過させるバンドパスフィル
タ４２０と、を備える。
【００３９】ここで、受光部１３０は、信号発生器２
００から出力された電気信号を入力し、この電気信号の
有する交流成分値に応じて高いインピーダンス状態で電
流信号を供給する定電流駆動回路１３１と、定電流駆
動回路１３１から供給された電流を入出力する電流供給
端子を有するともに、被測定光を受光する光導電型受光
器１３２と、定電流駆動回路１３１の平均駆動電流値
を設定するバイアス調整部１１３と、を備える。そし
て、定電流駆動回路１３１は、信号発生器２００から
出力された電圧信号を一方の端子に入力するとともに、
バイアス調整部１１３から出力されたバイアス電圧（Ｖ
B ）を他方の端子に入力し、他方の端子からバイアス電
圧値だけ直流バイアスされた交流電圧信号（Ｖ4 （ｔ）
＝ＶB ＋Ｖ3 （ｔ））を出力するコンデンサＣ１１と、
電圧信号Ｖ4 （ｔ）を正入力端子に入力し、負入力端
子に入力した電圧との差を増倍（ゲイン＝Ｇ１）して出
力（２出力）する演算増幅器１３５と、演算増幅器１
３５の正出力をベース端子に入力するとともにコレクタ
端子が正電源（＋Ｖ）に接続されたトランジスタＴｒ
１、および、演算増幅器１３５の負出力をベース端子に
入力するとともにコレクタ端子が負電源（−Ｖ）に接続
され、エミッタ端子がトランジスタＴｒ１のエミッタ端
子と接続されたトランジスタＴｒ２と、トランジスタ
Ｔｒ１のエミッタ端子（およびトランジスタＴｒ２のエ
ミッタ端子）と一方の端子が接続され、光導電型受光器
１３２の一方の電流入出力端子と他方の端子が接続され
た抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１の一方の端子と正入力端
子が接続されるとともに抵抗Ｒ１１の他方の端子と負入
力端子が接続され、出力が演算増幅器１３５の負入力端
子と接続された差動増幅器１３６と、を備える。
００から出力された電気信号を入力し、この電気信号の
有する交流成分値に応じて高いインピーダンス状態で電
流信号を供給する定電流駆動回路１３１と、定電流駆
動回路１３１から供給された電流を入出力する電流供給
端子を有するともに、被測定光を受光する光導電型受光
器１３２と、定電流駆動回路１３１の平均駆動電流値
を設定するバイアス調整部１１３と、を備える。そし
て、定電流駆動回路１３１は、信号発生器２００から
出力された電圧信号を一方の端子に入力するとともに、
バイアス調整部１１３から出力されたバイアス電圧（Ｖ
B ）を他方の端子に入力し、他方の端子からバイアス電
圧値だけ直流バイアスされた交流電圧信号（Ｖ4 （ｔ）
＝ＶB ＋Ｖ3 （ｔ））を出力するコンデンサＣ１１と、
電圧信号Ｖ4 （ｔ）を正入力端子に入力し、負入力端
子に入力した電圧との差を増倍（ゲイン＝Ｇ１）して出
力（２出力）する演算増幅器１３５と、演算増幅器１
３５の正出力をベース端子に入力するとともにコレクタ
端子が正電源（＋Ｖ）に接続されたトランジスタＴｒ
１、および、演算増幅器１３５の負出力をベース端子に
入力するとともにコレクタ端子が負電源（−Ｖ）に接続
され、エミッタ端子がトランジスタＴｒ１のエミッタ端
子と接続されたトランジスタＴｒ２と、トランジスタ
Ｔｒ１のエミッタ端子（およびトランジスタＴｒ２のエ
ミッタ端子）と一方の端子が接続され、光導電型受光器
１３２の一方の電流入出力端子と他方の端子が接続され
た抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１の一方の端子と正入力端
子が接続されるとともに抵抗Ｒ１１の他方の端子と負入
力端子が接続され、出力が演算増幅器１３５の負入力端
子と接続された差動増幅器１３６と、を備える。
【００４０】本実施例の装置は、以下のようにして光周
波数混合を実行する。なお、入射光は、光強度が周波数
ｆ1 の交流成分を有する光信号とする。また、最終結果
として得る信号は、入射光の強度変調周波数（＝ｆ1 ）
と信号発生器２００の発生する交流信号の周波数（＝ｆ
3 ）との差の周波数（｜ｆ1 −ｆ3 ｜）の信号とする。
波数混合を実行する。なお、入射光は、光強度が周波数
ｆ1 の交流成分を有する光信号とする。また、最終結果
として得る信号は、入射光の強度変調周波数（＝ｆ1 ）
と信号発生器２００の発生する交流信号の周波数（＝ｆ
3 ）との差の周波数（｜ｆ1 −ｆ3 ｜）の信号とする。
【００４１】抵抗Ｒ１１（抵抗値＝ｒ１１）を流れる電
流Ｉｄによって抵抗Ｒ１１の端子間に生じた電圧（＝ｒ
１１・Ｉｄ）は、差動増幅器１３６によって増倍され、
演算増幅器１３５の負入力端子に入力される。演算増幅
器１３５は、演算増幅器１３５の負入力端子の電圧値が
正入力端子に入力する電圧値Ｖ4 （ｔ）と一致させるよ
うに、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２を
制御する。この結果、光導電型受光器１３２を流れる電
流値Ｉｄは、 Ｉｄ＝Ｖ4 （ｔ）／（Ｇ１・ｒ１１） ＝（ＶB ／（Ｇ１・ｒ１１））＋（Ｖ3 （ｔ）／（Ｇ１・ｒ１１）） …（１） となる。すなわち、電流値Ｉｄは光導電型受光器１３２
の抵抗値に影響されず、その変化分は変調電圧信号すな
わち信号発生器２００が発生した電圧信号の交流成分Ｖ
3 （ｔ）に比例する。
流Ｉｄによって抵抗Ｒ１１の端子間に生じた電圧（＝ｒ
１１・Ｉｄ）は、差動増幅器１３６によって増倍され、
演算増幅器１３５の負入力端子に入力される。演算増幅
器１３５は、演算増幅器１３５の負入力端子の電圧値が
正入力端子に入力する電圧値Ｖ4 （ｔ）と一致させるよ
うに、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２を
制御する。この結果、光導電型受光器１３２を流れる電
流値Ｉｄは、 Ｉｄ＝Ｖ4 （ｔ）／（Ｇ１・ｒ１１） ＝（ＶB ／（Ｇ１・ｒ１１））＋（Ｖ3 （ｔ）／（Ｇ１・ｒ１１）） …（１） となる。すなわち、電流値Ｉｄは光導電型受光器１３２
の抵抗値に影響されず、その変化分は変調電圧信号すな
わち信号発生器２００が発生した電圧信号の交流成分Ｖ
3 （ｔ）に比例する。
【００４２】この状態で、光信号Ｌ1 （強度変調周波数
＝ｆ1 ）が光導電型受光器１３２に入力されると、変調
電圧Ｖ3 （ｔ）と入射光の交流成分との積値に応じた電
圧信号が光導電型受光器１３２の電流入出力端子間に発
生する。この電圧信号には、２つの周波数（｜ｆ１−ｆ
３｜，ｆ１＋ｆ３）の交流成分を含む。これらの交流成
分を含む電圧信号は、差動増幅器３２０で増幅された
後、周波数＝｜ｆ１−ｆ３｜の成分がバンドパスフィル
タ４２０で選択されて通過して装置の出力となる。
＝ｆ1 ）が光導電型受光器１３２に入力されると、変調
電圧Ｖ3 （ｔ）と入射光の交流成分との積値に応じた電
圧信号が光導電型受光器１３２の電流入出力端子間に発
生する。この電圧信号には、２つの周波数（｜ｆ１−ｆ
３｜，ｆ１＋ｆ３）の交流成分を含む。これらの交流成
分を含む電圧信号は、差動増幅器３２０で増幅された
後、周波数＝｜ｆ１−ｆ３｜の成分がバンドパスフィル
タ４２０で選択されて通過して装置の出力となる。
【００４３】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、変形が可能である。例えば、光導電型受光器
には、ＭＳＭと同様の電極構造を有し、エネルギ−バン
ドギャップに対応する波長よりも長波長に感度を有する
ものや、ＭＳＭの電極構造に加えて背面にショットキ接
触電極を設けて、基板（ＧａＡｓ）のエネルギ−バンド
ギャップに対応する波長よりも長波長に感度を有するも
のを使用することが可能である。また、上記のＧａＡｓ
に代えて、ＩｎＰやＧａＰが好適に使用できる。また、
光通信の長波長域の用途に関してはＩｎＧａＡｓなどの
混晶化合物半導体が使用できる。更に、応答周波数は制
限されるがＰｂＳ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅなどの光導電型受
光器を使用することも可能である。
ではなく、変形が可能である。例えば、光導電型受光器
には、ＭＳＭと同様の電極構造を有し、エネルギ−バン
ドギャップに対応する波長よりも長波長に感度を有する
ものや、ＭＳＭの電極構造に加えて背面にショットキ接
触電極を設けて、基板（ＧａＡｓ）のエネルギ−バンド
ギャップに対応する波長よりも長波長に感度を有するも
のを使用することが可能である。また、上記のＧａＡｓ
に代えて、ＩｎＰやＧａＰが好適に使用できる。また、
光通信の長波長域の用途に関してはＩｎＧａＡｓなどの
混晶化合物半導体が使用できる。更に、応答周波数は制
限されるがＰｂＳ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅなどの光導電型受
光器を使用することも可能である。
【００４４】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
周波数混合装置によれば、受光素子に光導電型受光器を
採用し、２つの光信号の入射の場合のヘテロダインビー
ト信号の生成を含めて所定の周波数信号による光検出信
号の変調をこの光導電型受光器で一挙に行うこととした
ので、部品点数を減らしつつ広い周波数測定範囲に渡っ
て周波数混合動作を実行し、後段の電気回路にとって取
扱い易い周波数成分の電気信号を供給することができ
る。
周波数混合装置によれば、受光素子に光導電型受光器を
採用し、２つの光信号の入射の場合のヘテロダインビー
ト信号の生成を含めて所定の周波数信号による光検出信
号の変調をこの光導電型受光器で一挙に行うこととした
ので、部品点数を減らしつつ広い周波数測定範囲に渡っ
て周波数混合動作を実行し、後段の電気回路にとって取
扱い易い周波数成分の電気信号を供給することができ
る。
【００４５】更に、光導電型受光器として、金属−半導
体−金属ホトディテクタ（ＭＳＭ）などの照射光量が一
定で印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定で照射光量値を独立変数とした場合、照射光量
が所定の定義域において、前記光導電型受光器を流れる
電流量が照射光量の略線形関数であるものを採用し、光
導電型受光器に印加される電圧信号として、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、振幅が時間の偶
関数である電圧信号を採用したので、背景光の影響を低
減でき、精度良く周波数混合を実行できる。
体−金属ホトディテクタ（ＭＳＭ）などの照射光量が一
定で印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定で照射光量値を独立変数とした場合、照射光量
が所定の定義域において、前記光導電型受光器を流れる
電流量が照射光量の略線形関数であるものを採用し、光
導電型受光器に印加される電圧信号として、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、振幅が時間の偶
関数である電圧信号を採用したので、背景光の影響を低
減でき、精度良く周波数混合を実行できる。
【図１】本発明の光周波数混合装置の基本構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の光周波数混合装置の第１実施例の構成
図である。
図である。
【図３】第１実施例の光周波数混合装置で採用可能な電
圧印加部の回路構成図である。
圧印加部の回路構成図である。
【図４】第１実施例の光周波数混合装置で採用可能なバ
ンドパスフィルタの回路構成図である。
ンドパスフィルタの回路構成図である。
【図５】第１実施例の光周波数混合装置での変調特性の
説明図である。
説明図である。
【図６】第１実施例の光周波数混合装置の第１変形例の
構成図である。
構成図である。
【図７】第１実施例の光周波数混合装置の第２変形例の
構成図である。
構成図である。
【図８】本発明の光周波数混合装置の第２実施例の構成
図である。
図である。
【図９】光周波数混合装置の従来例１の構成図である。
【図１０】光周波数混合装置の従来例２の構成図であ
る。
る。
【図１１】従来例２の変調特性の説明図である。
１００，１１０，１２０，１３０…受光部、１１１…電
圧印加部、１１２，１３２…光導電型受光器、１１３…
バイアス調整部、１３１…定電流駆動回路、１３５…演
算増幅器、１３６…差動増幅器、２００…信号発生器、
３００…変換増幅部部、３１０，３２０…電流電圧変換
部、３３０…差動増幅器、４００…周波数選択器、４１
０…バンドパスフィルタ、９１０…受光器、９２０…増
幅器、９３０，９５０…バンドパスフィルタ、９４０…
混合器。
圧印加部、１１２，１３２…光導電型受光器、１１３…
バイアス調整部、１３１…定電流駆動回路、１３５…演
算増幅器、１３６…差動増幅器、２００…信号発生器、
３００…変換増幅部部、３１０，３２０…電流電圧変換
部、３３０…差動増幅器、４００…周波数選択器、４１
０…バンドパスフィルタ、９１０…受光器、９２０…増
幅器、９３０，９５０…バンドパスフィルタ、９４０…
混合器。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０４Ｂ 10/14
10/142
10/152
10/18
10/26
10/28
(56)参考文献 特開 平５−276017（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−251936（ＪＰ，Ａ)
ＬＩＵ ＥＴ ＡＬ，Ｃｏｎｔｒｏｌ
ｌｅｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｍ
ｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｍｉｘｉｎｇ ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＩＥ
ＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮ
ＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，米国，Ｉ
ＥＥＥ，1993年12月，ｖｏｌ．５，ｎ
ｏ．12，ｐｐ．1403−1406
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04B 10/00 - 10/28
H04J 14/00 - 14/08
G01B 9/02
G01D 5/36
Claims (8)
- 【請求項１】 第１の周波数を有する交流電気信号を発
生する信号発生器と、 前記信号発生器から出力された交流電気信号を入力し、
所定の出力態様の電圧信号に変換して出力する信号供給
部と、 前記信号供給部が出力する電圧信号を入力する電気信号
印加端子を有するとともに、第２の周波数の成分を含む
被測定光を受光する光導電型受光器と、 前記光導電型受光器を介して流れる電流信号に応じた電
圧信号を出力する変換増幅部と、 前記変換増幅部から出力された電圧信号を入力し、前記
第１の周波数と前記第２の周波数との和の周波数と略同
一の周波数の電圧信号または前記第１の周波数と前記第
２の周波数との差の絶対値の周波数と略同一の周波数の
電圧信号を選択して通過する周波数選択器と、 を備え、 前記光導電型受光器は、被測定光強度が一定、印加電圧
値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電流量
が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電圧が一
定、被測定光強度値を独立変数とした場合、被測定光強
度が所定の定義域において、前記光導電型受光器を流れ
る電流量が照射信号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、 ことを特徴とする光周波数混合装置。 - 【請求項２】 第１の周波数を有する交流電気信号を発
生する信号発生器と、 前記信号発生器から出力された交流電気信号を入力し、
所定の出力態様の電流信号に変換して出力する信号供給
部と、 前記信号供給部が出力する電流信号を入力する電気信号
印加端子を有するとともに、第２の周波数の成分を含む
被測定光を受光する光導電型受光器と、 前記光導電型受光器を介して流れる電流信号に応じた電
圧信号を出力する変換増幅部と、 前記変換増幅部から出力された電圧信号を入力し、前記
第１の周波数と前記第２の周波数との和の周波数と略同
一の周波数の電圧信号または前記第１の周波数と前記第
２の周波数との差の絶対値の周波数と略同一の周波数の
電圧信号を選択して通過する周波数選択器と、 を備え、 前記光導電型受光器は、被測定光強度が一定、印加電流
値を独立変数とした場合、印加電流値が０Ａを含む所定
の定義域において、前記光導電型受光器の両端に発生す
る電圧値が印加電流の略奇関数であるとともに、印加電
流が一定、被測定光強度値を独立変数とした場合、被測
定光強度が所定の定義域において、前記光導電型受光器
の両端に発生する電圧値が照射信号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流信号の非直流成分
は、周期的であり、時間平均値が略０であり、且つ、非
直流成分の振幅が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、 ことを特徴とする光周波数混合装置。 - 【請求項３】 前記所定の出力態様の電圧信号は、低出
力インピーダンス状態で出力される電圧信号である、こ
とを特徴とする請求項１記載の光周波数混合装置。 - 【請求項４】 前記所定の出力態様の電流信号は、高出
力インピーダンス状態で出力される電流信号である、こ
とを特徴とする請求項２記載の光周波数混合装置。 - 【請求項５】 前記光導電型受光器の動作点を調整する
バイアス調整手段を更に備える、ことを特徴とする請求
項１または２に記載の光周波数混合装置。 - 【請求項６】 前記光導電型受光器は、整流性接合が反
対向きに接続された構造を有する金属−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１また
は２に記載の光周波数混合装置。 - 【請求項７】 前記光導電型受光器は、オーム性接触電
極が対向して接続された構造のフォトディテクタであ
る、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光周波
数混合装置。 - 【請求項８】 前記被測定光は、前記光導電型受光器の
略同一領域に入射する波長が異なった略単色の２つの光
であり、前記光導電型受光器上でヘテロダインビート信
号を生じる、ことを特徴とする請求項１または２に記載
の光周波数混合装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15491094A JP3534443B2 (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | 光周波数混合装置 |
| US08/480,787 US5535044A (en) | 1994-07-06 | 1995-06-07 | Optical frequency mixing apparatus |
| DE69528320T DE69528320T2 (de) | 1994-07-06 | 1995-07-06 | Optische Frequenzmischanordnung |
| EP95304738A EP0691757B1 (en) | 1994-07-06 | 1995-07-06 | Optical frequency mixing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15491094A JP3534443B2 (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | 光周波数混合装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0821704A JPH0821704A (ja) | 1996-01-23 |
| JP3534443B2 true JP3534443B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=15594639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15491094A Expired - Fee Related JP3534443B2 (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | 光周波数混合装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5535044A (ja) |
| EP (1) | EP0691757B1 (ja) |
| JP (1) | JP3534443B2 (ja) |
| DE (1) | DE69528320T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751830A (en) * | 1995-05-24 | 1998-05-12 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | Method and apparatus for coherent imaging of infrared energy |
| US5838473A (en) * | 1995-10-13 | 1998-11-17 | British Telecommunications Public Limited Company | Optical communications system |
| DE19902612A1 (de) * | 1999-01-23 | 2000-07-27 | Zeiss Carl Fa | Optoelektronischer Mischer |
| JP4536873B2 (ja) * | 2000-06-05 | 2010-09-01 | キヤノン株式会社 | 三次元形状計測方法及び装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4093380A (en) * | 1976-11-04 | 1978-06-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical systems utilizing three-wave heterodyne detectors |
| US4156135A (en) * | 1976-11-11 | 1979-05-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Electronic heterodyning in an optical detector |
| JPS62279732A (ja) | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Agency Of Ind Science & Technol | アバランシエフオトダイオ−ドの増幅度変調によるヘテロダイン検波法 |
| JPH0239131A (ja) * | 1988-07-29 | 1990-02-08 | Hitachi Ltd | 周波数間隔安定化方法、光ヘテロダイン又は光ホモダイン通信方法 |
| JP2723960B2 (ja) * | 1989-03-29 | 1998-03-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光論理演算システム |
| GB8921244D0 (en) * | 1989-09-20 | 1989-11-08 | Hewlett Packard Co | Optical mixer |
| JP3191062B2 (ja) * | 1992-03-03 | 2001-07-23 | 株式会社アドバンテスト | 周波数変換装置 |
-
1994
- 1994-07-06 JP JP15491094A patent/JP3534443B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-07 US US08/480,787 patent/US5535044A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-07-06 DE DE69528320T patent/DE69528320T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-07-06 EP EP95304738A patent/EP0691757B1/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＬＩＵ ＥＴ ＡＬ，Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｉｘｉｎｇ ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，米国，ＩＥＥＥ，１９９３年１２月，ｖｏｌ．５，ｎｏ．１２，ｐｐ．１４０３−１４０６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0821704A (ja) | 1996-01-23 |
| DE69528320T2 (de) | 2003-07-31 |
| EP0691757A1 (en) | 1996-01-10 |
| DE69528320D1 (de) | 2002-10-31 |
| US5535044A (en) | 1996-07-09 |
| EP0691757B1 (en) | 2002-09-25 |
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