JP3554954B2 - Photodiode array - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードアレイの信号読み出し方式の改善及びモジュール化の手法の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は従来のフォトダイオードアレイの一例を示す回路図である。
同図において、フォトダイオード1a〜1dはフォトダイオードアレイ10を構成し、スイッチ回路8a〜8dおよび9a〜9dはマルチプレクサ11bを構成している。
【0003】
フォトダイオード1aのアノードはスイッチ回路8aおよび9aの一端に接続され、スイッチ回路8aおよび9aの制御端子には制御回路11aからの制御信号がそれぞれ接続される。
【0004】
フォトダイオード1b〜1dにおいても、フォトダイオード1aと同様の回路構成でスイッチ回路8b〜8dおよび9b〜9dに接続されている。尚、図4においては制御回路11aからスイッチ回路8aおよび9aに接続される制御線15は簡単のために1本の線で表記しているが各スイッチ回路に接続される制御線15は互いに独立したものでスイッチ回路の個数分存在する。
【0005】
以上の構成により、目的とするフォトダイオードから出力された光電流は、マルチプレクサ11bにより選択され、マルチプレクサ11bの出力端子に接続された電流電圧変換器11cより電圧信号として出力される。このようなフォトダイオードアレイは例えば、本願出願人が提案した特願平7−206934号に記載されている。
【0006】
次に、図6で説明した回路構成により制作したフォトダイオードアレイの制作例を図7に示す。
同図において、フォトダイオードアレイ10は、その上面に複数のフォトダイオードの受光部1a〜1dが配列されると共に、電源線用と信号線用の複数の配線パターン2,3が敷設されている。各配線パターンの一端にあるパッドとプリント基板4の所定のパッドとはボンディングワイヤ5により接続される。尚、フォトダイオードアレイ10の下面は半田によりプリント基板4に接続されている。
【0007】
マルチプレクサと電流電圧変換器を搭載した制御回路11はその下面に電極面が形成され、半田バンプ6を介してフォトダイオードアレイ10のパターンとそれぞれ接続するようになっている。
このようなフォトダイオードアレイは例えば、本願出願人が提案した特願平8−18645号に記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、フォトダイオードアレイのセンサー部と制御回路部はそれそれ別個のモジュールとして制作されるため、従来の回路構成ではフォトダイオードアレイのセンサー部と制御回路部との結線作業が必要となる。例えば、256チャンネルのフォトダイオードアレイを制作する場合、前記ボンディングワイヤや半田バンプ等を用いて256個所もの接続作業を行わなければならない。
【0009】
この場合、フォトダイオードアレイとしての性能を保証するためには、すべての接続点が完璧に処理されている必要があるうえ、全てが精密な作業であるため人件費や材料費およびリードタイムの増大を招くといった課題があった。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するもので、フォトダイオードアレイのセンサー部品と制御回路部品とのボンディングワイヤや半田バンプ等による接続工程をなくすことにより、短時間で容易に制作が可能であると共に電気的結合不良の問題を排除した信頼性の高いフォトダイオードアレイを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために請求項1、2に記載の発明では、フォトダイオード毎に設けられたフォトダイオード付き発振回路の固有発振周波数の違いを利用し、フォトダイオード数分の周波数成分が統合した出力信号から目的とするフォトダイオードの周波数スペクトラムを検出することによって目的のフォトダイオードの光パワー信号を検出することが可能な出力信号を発生するように構成されたことを特徴とするものである。
【0012】
請求項3、4に記載の発明では、フォトダイオード付き発振回路で扱う周波数帯とマイクロ波帯あるいはミリ波帯とし、シンプルな構造のストリップライン共振器を用いることにより回路全体を小型化できるためフォトダイオードアレイのセンサー部と信号選択回路などの制御回路部を同一基板上にモノリシックICとして作り込むことが可能となる。従って、ボンディングワイヤや半田バンプ等による複雑な製造工程を排除し信頼性の高いフォトダイオードアレイを製造することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図1は本発明に係るフォトダイオードアレイの一実施例を示す回路図である。同図は256個のチャンネルを有するフォトダイオードアレイの1チャンネル目と256チャンネル目の回路を図示したものである。
【0014】
フォトダイオードアレイの1チャンネルを構成するフォトダイオード付き発振回路101において、フォトダイオード21のアノードはトランジスタ23のベースとストリップライン共振器20の一端に接続され、カソードは抵抗26の一端に接続される。またストリップライン共振器20の他の一端は出力抵抗25の一端とトランジスタ23のコレクタに接続され、トランジスタ23のエミッタは接地されている。更に、トランジスタ23のコレクタにはトランジスタ駆動用電圧Vcが印加され、抵抗26の他の一端にはフォトダイオードの逆バイアス電圧−Vbが逆バイアスされている。
【0015】
以上説明したフォトダイオード付き発振回路と同様の回路が同一基板上にチャンネルの数だけ配列され、すべてのチャンネルの出力抵抗25の他端がすべて出力信号線30に統合された後、信号読み出し装置40に接続される。
【0016】
ここで図1に示す実施例の動作を説明する。同図の1チャンネルを構成するフォトダイオード付き発振回路101において、予めトランジスタ駆動用電圧Vcとフォトダイオードの逆バイアス電圧−Vbを印加する。この時のフォトダイオードの逆バイアス電圧−Vbは、−0.5V程度とする。
【0017】
ここでフォトダイオード21に光が入射されると内部に逆方向電流が発生し、これが増大していくとトランジスタ23の利得が1以上となる。この時、ストリップライン共振器20とトランジスタ23との閉ループにより発振が開始される。
【0018】
この時の発振周波数はストリップライン共振器20のλ/2共振器(図示せず)の共振長によって決定され、発振の振幅はトランジスタ23のゲインに依存する。
【0019】
つまりフォトダイオード付き発振回路101の出力信号の発振周波数は、ストリップライン共振器20のλ/2共振器の共振長によって決定され、振幅はフォトダイオード21に入射される光のパワーに依存する。
【0020】
ここで得られた出力信号を信号30を信号読み出し装置40を用いてフォトダイオード付き発振回路101の周波数スペクトラムを検出することによって1チャンネルの光パワー信号50を検出するすることが可能である。
【0021】
このようにして得られた光パワー信号の出力例を図2に示す。これは、256チャンネルを有するフォトダイオードアレイの出力信号をFFTアナライザやスペクトラムアナライザ等を用いて、各フォトダイオードに入射される光パワー信号を検出した一例である。
【0022】
このように構成された回路の具体的な実施例を図3を用いて説明する。
同図は図1と同様に256個のチャンネルを有するフォトダイオードアレイの実施例を図示したものである。
【0023】
フォトダイオードアレイの1チャンネルを構成するフォトダイオード付き発振回路101において、フォトダイオード21のアノードはストリップライン共振器20の片方のλ/2共振器20aを介してトランジスタ23のベースと接続される。また、ストリップラインカプラ24を介して結合された他方のλ/2共振器20bはトランジスタ23のコレクタとバイアスT回路を構成するDCカット用コンデンサ27の一端とRFカット用インダクタンス28の一端に接続される。
【0024】
フォトダイオード21の、カソードには抵抗26を介してフォトダイオードの逆バイアス電圧−Vbが印加され、トランジスタ23のコレクタには、抵抗29と前記バイアスT回路を構成するDCカット用コンデンサ27とRFカット用インダクタンス28を介してトランジスタ駆動用電圧Vcが印加される。
【0025】
以上説明したフォトダイオード付き発振回路と同様の回路が同一基板上にチャンネルの数だけ配列され、すべてのチャンネルの出力抵抗25の他端がすべて出力信号線30に統合される。
【0026】
図3において、フォトダイオード付き発振回路101の発振周波数は前記ストリップライン共振器20のλ/2共振器20a、20bの共振長L1により決定される。この共振長L1の長さを各フォトダイオード付き発振回路毎に少しずつ変えることにより、すべてのチャンネルで異なった発振周波数を有するフォトダイオード付き発振回路を構成することが可能である。
【0027】
このようにして得られた各フォトダイオード付き発振回路の出力信号を、DCカット用コンデンサとRFカット用インダクタンスとで構成されるバイアスT回路を介して接続し、すべてのチャンネルの出力信号が統合された出力信号30が得られる。
【0028】
ここで得られた出力信号30を信号読み出し装置40を用いて目的とするフォトダイオード付き発振回路の周波数スペクトラムを検出することによって目的とするチャンネルの光パワー信号50を検出するすることが可能である。
【0029】
ここでストリップライン共振器を用いた発振器の動作例を図4と図5を用いて説明する。図4は図1で説明したストリップライン共振器を用いたフォトダイオード付き発振回路を簡易的に制作した実施例であり、図5はその出力信号を示したものである。
【0030】
図4において、共振長30mmのλ/2共振器20a、20bがストリップラインカプラ24によって結合されたストリップライン共振器20とヘテロバイポーラトランジスタ23を用いて構成されたストリップライン発振回路20は、トランジスタ駆動用電圧Vcと、フォトダイオードの模擬入力信号である模擬信号電圧Vsが抵抗Rsを介して印加されている。
【0031】
このような発振器の出力信号30をオシロスコープを用いて測定すると、図5に示す波形が得られる。この例では、λ/2共振器の共振長が30mmであるため、1.2GHzで発振している。また、振幅の大きさは模擬信号電圧Vsの大きさに依存するため、模擬信号電圧Vsと抵抗Rsをフォトダイオードに置き換えた場合フォトダイオードの入射光強度に応じた振幅を持つ1.2GHzの出力信号が得られる。
【0032】
この出力信号をスペクトラム解析し、1.2GHzの周波数成分を求めることにより、フォトダイオードの光パワー信号を得ることが可能である。
【0033】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
請求項1、2に記載の発明では、フォトダイオードアレイの出力信号選択手段をフォトダイオード付き発振回路の周波数スペクトラムを検出する方式としたため、同一基板上にフォトダイオードと制御回路を作り込むことが可能となったためボンディングワイヤや半田バンプ等による接続工程が不要となる。従って、フォトダイオードアレイの制作を容易に短時間で行うことが可能となると共に、電気的結合不良の問題が無くなるため信頼性の高いフォトダイオードアレイを提供することが可能となる。
【0035】
請求項3、4に記載の発明では、フォトダイオードアレイのセンサー部と信号選択回路などの制御回路部を同一基板上にモノリシックICとして作り込むことが可能となるためフォトダイオードアレイの部品構成が非常にシンプルとなる。従って、品質の管理を行い易くなると共に信頼性の高いフォトダイオードアレイを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフォトダイオードアレイの一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明に係るフォトダイオードアレイの出力信号の一例を示す図である。
【図3】本発明に係るフォトダイオードアレイの具体的な実施例を示す回路図である。
【図4】ストリップライン共振器を用いた発振器の実施例を示す回路図である。
【図5】ストリップライン共振器を用いた発振器の出力信号の一例を示す図である。
【図6】従来のフォトダイオードアレイの一例を示す構成図である。
【図7】従来のフォトダイオードアレイの具体的な実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
20 ストリップライン共振器
20a λ/2共振器
20b λ/2共振器
21 フォトダイオード
23 トランジスタ
24 ストリップラインカプラ
25 出力抵抗
26 抵抗
27 DCカット用コンデンサ
28 RFカット用インダクタンス
29 抵抗
30 統合された出力信号
40 信号読み出し装置
50 光パワー信号
101 フォトダイオード付き発振回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a signal reading method of a photodiode array and an improvement in a method of modularization.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a conventional photodiode array.
In the figure, photodiodes 1a to 1d constitute a
[0003]
The anode of the photodiode 1a is connected to one end of the
[0004]
The photodiodes 1b to 1d are also connected to the
[0005]
With the above configuration, the photocurrent output from the target photodiode is selected by the multiplexer 11b, and is output as a voltage signal from the current-voltage converter 11c connected to the output terminal of the multiplexer 11b. Such a photodiode array is described, for example, in Japanese Patent Application No. 7-206934 proposed by the present applicant.
[0006]
Next, FIG. 7 shows a production example of a photodiode array produced by the circuit configuration described in FIG.
In FIG. 1, a
[0007]
The control circuit 11 on which the multiplexer and the current-voltage converter are mounted has an electrode surface formed on the lower surface thereof, and is connected to the pattern of the
Such a photodiode array is described, for example, in Japanese Patent Application No. 8-18645 proposed by the present applicant.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the sensor unit and the control circuit unit of the photodiode array are usually manufactured as separate modules, a connection work between the sensor unit and the control circuit unit of the photodiode array is required in the conventional circuit configuration. For example, when producing a 256-channel photodiode array, it is necessary to perform as many as 256 connection operations using the bonding wires and solder bumps.
[0009]
In this case, in order to guarantee the performance as a photodiode array, all connection points need to be perfectly processed, and since all are precise operations, labor costs, material costs, and lead times increase. There was a problem that invited.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and eliminates a connection step between a sensor component and a control circuit component of a photodiode array using a bonding wire, a solder bump, or the like, so that production can be easily performed in a short time and electric power can be obtained. It is an object of the present invention to provide a highly reliable photodiode array which eliminates the problem of poor coupling.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the invention according to
[0012]
According to the third and fourth aspects of the present invention, the whole circuit can be miniaturized by using a strip line resonator having a simple structure with a frequency band handled by an oscillation circuit with a photodiode and a microwave band or a millimeter wave band. The sensor section of the diode array and the control circuit section such as the signal selection circuit can be formed as a monolithic IC on the same substrate. Therefore, it is possible to eliminate a complicated manufacturing process using bonding wires, solder bumps, and the like, and to manufacture a highly reliable photodiode array.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a photodiode array according to the present invention. This figure shows the first and 256th channel circuits of a photodiode array having 256 channels.
[0014]
In the
[0015]
Circuits similar to the above-described oscillation circuit with a photodiode are arranged on the same substrate by the number of channels, and the other ends of the
[0016]
Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. In the
[0017]
Here, when light is incident on the
[0018]
The oscillation frequency at this time is determined by the resonance length of the λ / 2 resonator (not shown) of the
[0019]
That is, the oscillation frequency of the output signal of the
[0020]
From the output signal obtained here, the
[0021]
FIG. 2 shows an output example of the optical power signal thus obtained. This is an example in which an output signal of a photodiode array having 256 channels is detected by using an FFT analyzer, a spectrum analyzer, or the like to detect an optical power signal incident on each photodiode.
[0022]
A specific embodiment of the circuit configured as described above will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows an embodiment of a photodiode array having 256 channels, similarly to FIG.
[0023]
In the
[0024]
A reverse bias voltage -Vb of the photodiode is applied to a cathode of the
[0025]
Circuits similar to the above-described oscillation circuit with photodiode are arranged on the same substrate by the number of channels, and the other ends of the
[0026]
3, the oscillation frequency of the
[0027]
The output signals of the oscillation circuits with photodiodes obtained in this way are connected via a bias T circuit composed of a DC cut capacitor and an RF cut inductance, and the output signals of all channels are integrated. The resulting
[0028]
It is possible to detect the
[0029]
Here, an operation example of the oscillator using the stripline resonator will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an embodiment in which an oscillation circuit with a photodiode using the stripline resonator described in FIG. 1 is simply manufactured, and FIG. 5 shows an output signal thereof.
[0030]
In FIG. 4, a strip
[0031]
When the
[0032]
By spectrum analysis of this output signal to obtain a frequency component of 1.2 GHz, an optical power signal of the photodiode can be obtained.
[0033]
It should be noted that the foregoing description has been directed to specific preferred embodiments for the purpose of explanation and illustration of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes many more changes and modifications without departing from the spirit thereof.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
According to the first and second aspects of the present invention, since the output signal selecting means of the photodiode array detects the frequency spectrum of the oscillation circuit with the photodiode, the photodiode and the control circuit can be built on the same substrate. Therefore, a connection step using a bonding wire, a solder bump, or the like becomes unnecessary. Therefore, it is possible to easily manufacture a photodiode array in a short time, and it is possible to provide a highly reliable photodiode array because the problem of poor electrical coupling is eliminated.
[0035]
According to the third and fourth aspects of the present invention, since the sensor unit of the photodiode array and the control circuit unit such as the signal selection circuit can be formed as a monolithic IC on the same substrate, the component configuration of the photodiode array is extremely low. It becomes simple. Therefore, it is possible to easily control the quality and to manufacture a highly reliable photodiode array.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a photodiode array according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an output signal of a photodiode array according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific example of a photodiode array according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of an oscillator using a stripline resonator.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an output signal of an oscillator using a stripline resonator.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional photodiode array.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a specific example of a conventional photodiode array.
[Explanation of symbols]
Claims (4)
前記フォトダイオードと
共振器と
化合物系トランジスタと
から成るフォトダイオード付き発振回路を同一基板上に前記フォトダイオード毎に構成し、これを前記フォトダイオードの数だけ配列して構成し、前記フォトダイオード付き発振回路は、それぞれ異なる発振周波数を持つように構成されたことを特徴とするフォトダイオードアレイ。In a photodiode array configured by arranging a plurality of photodiodes,
With the photodiode
Oscillation circuits with photodiodes each including a resonator and a compound transistor are configured on the same substrate for each of the photodiodes , and are arranged by the number of the photodiodes. A photodiode array having different oscillation frequencies .
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