JP4742913B2 - 電流電圧変換回路、光電変換装置、光信号測定装置および電流電圧変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、フォトダイオード等の光電変換器からの光電流を、アンプ及び帰還素子とによって電圧に変換する電流電圧変換回路、光電変換装置、光信号測定装置および電流電圧変換方法に関し、詳しくは、短時間に少ない誤差で電流を電圧に変換できる電流電圧変換回路、光電変換装置、光信号測定装置および電流電圧変換方法に関するものである。

図５は、光電変換器からの光電流を電圧に変換する従来の電流電圧変換回路を用いた光電変換装置の構成を示した図である（例えば、特許文献１〜３参照）。図５において、フォトダイオードアレイＰＤＡは、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３が１次元または２次元に配列される。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３は、光電変換器の一種であり、受光した光信号の光強度（光パワーとも呼ばれる）に対応した光電流を出力する。

スイッチＳＷ１は、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３への接続を切り替える。

アンプＡ１は、反転入力端子側にスイッチＳＷ１が選択したフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３からの光電流が入力電流として入力される。また、アンプＡ１は、非反転入力端子が共通電位に接続される。さらに、アンプＡ１は、出力端子の出力が反転入力端子に帰還される。

抵抗Ｒ１は、帰還抵抗であり、アンプＡ１の出力端子と反転入力端子間に設けられる。コンデンサＣ１は、帰還容量であり、抵抗Ｒ１と並列に設けられる。抵抗Ｒ２は、帰還抵抗であり、アンプＡ１の出力端子と反転入力端子間に、抵抗Ｒ１と並列に設けられる。コンデンサＣ２は、帰還容量であり、抵抗Ｒ２と並列に設けられる。なお、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とが組になっており第１の帰還素子Ｆ１を構成し、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とが組になっおり、第２の帰還素子Ｆ２を構成している。

スイッチＳＷ２は、アンプＡ１の出力端子側と組にした帰還素子Ｆ１，Ｆ２との間に設けられ、組にした帰還素子Ｆ１、Ｆ２のなかから所望の帰還素子Ｆ１，Ｆ２を選択する。例えば、第２の帰還素子Ｆ２とアンプＡ１の出力端子との接続のオン・オフを行なう。

スイッチ制御部１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続の切り替えを制御する。

ここで、（抵抗Ｒ１の抵抗値）＞（抵抗Ｒ２の抵抗値）とする。つまり、スイッチＳＷ２によって第１の帰還素子（抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との組）Ｆ１が選択された場合の方が、第２の帰還素子（抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との組）Ｆ２が選択された場合よりも、アンプＡ１の増幅率が大きい。

また、アンプＡ１の高周波特性は、第１の帰還素子Ｆ１が選択された場合、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との時定数（抵抗値×容量値）で決まり、第２の帰還素子Ｆ２が選択された場合、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の時定数で決まる。

このような装置の動作を説明する。
フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３が、入射した光を光電流に変換し、スイッチＳＷ１に出力する。スイッチ制御部１０からの制御信号に基づいて、スイッチＳＷ１がフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３への接続を切り替える。そして、スイッチＳＷ１で選択されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の光電流が、抵抗Ｒ１または抵抗Ｒ２を流れて所定の増幅率で電圧に変換される。なお、スイッチ制御部１０からの制御信号に基づいて、スイッチＳＷ２が、第１、第２の帰還素子Ｆ１，Ｆ２の選択を行なう。異なる増幅率で電流電圧変換するのは、ダイナミックレンジを大きくしたり、最適な増幅率で精度よく電流電圧変換するためである。

次に、フォトダイオードアレイＰＤＡの各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３からの光電流を電圧に変換する動作を説明する。変換方法には２通りの方法がある。

第１の変換方法は、スイッチＳＷ１が、フォトダイオードＰＤ１を選択した後、スイッチＳＷ２で抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２への接続を切り替えて、２通りの増幅率で電圧変換して出力する。次に、スイッチＳＷ１が、フォトダイオードＰＤ２を選択し、スイッチＳＷ２で抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２を切り替えて電圧変換する。そして、フォトダイオードＰＤ３を選択し、同様に変換を行なう。つまり、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３ごとに、２通りの増幅率で電流電圧変換後に、次のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の電流電圧変換を行なう。

第２の変換方法は、スイッチＳＷ２で抵抗Ｒ１を選択（ＳＷ２をオフする）した状態で、スイッチＳＷ１の接続をフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２，ＰＤ３と順次切り替えて、変換を行なう。そして、抵抗Ｒ１を用いた各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の電圧変換が終了すると、スイッチＳＷ２で抵抗Ｒ２を選択（スイッチＳＷ２をオンする）した状態で、スイッチＳＷ１の接続をフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２，ＰＤ３と順次切り替えて、抵抗Ｒ２によって電圧変換を行なう。つまり、一方の増幅率で、全フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の電流電圧変換した後に、他方の増幅率に変更し、全フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の電流電圧変換する。

特開平９−５５６５０号公報 特開２０００−５８９０１ 特開２００３−１６３５４６号公報

一般的に、図５に示すように、アンプＡ１の出力に生じる雑音を低減するため、帰還抵抗Ｃ１，Ｃ２を設けるが、増幅率によって雑音強度が変化しないようにする必要がある。そこで、増幅率の大きい抵抗Ｒ１を選択した場合の時定数を、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２で定まる時定数よりも大きく設定する。

しかしながら、前回の変換における光電流が、次に変換する光電流よりも非常に大きい場合、特にアンプＡ１の出力が飽和した場合、帰還素子Ｆ１，Ｆ２の時定数によって、アンプＡ１の出力が安定するまで光電流を精度よく電圧変換することがでない。そのため、精度よく変換するためには変換間隔、つまり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替え間隔を長く取る必要があり、変換に時間がかかるという問題があった。

例えば、フォトダイオードＰＤ２からの光電流を変換する場合、フォトダイオードＰＤ２の直前に変換を行なったフォトダイオードＰＤ１からの光電流が、フォトダイオードＰＤ２からの光電流に対して非常に大きい（例えば、電流の振幅値が１桁以上異なる）場合、フォトダイオードＰＤ２からの光電流を精度よく電圧変換するために変換間隔を長く取る必要がある。

具体的に第１の変換方法で説明すると、第１の変換方法は、フォトダイオードＰＤ１で抵抗Ｒ１（増幅率大）→抵抗２（増幅率小）の順で電流電圧変換し、フォトダイオードＰＤ２で抵抗Ｒ１→Ｒ２の順で電流電圧変換する。そして、フォトダイオードＰＤ１からの光電流が非常に大きい場合、抵抗Ｒ１，Ｒ２のどちらの増幅率であってもアンプＡ１が飽和し、フォトダイオードＰＤ２からの光電流を精度よく電圧変換するには、抵抗Ｒ１をスイッチＳＷ２で選択後、アンプＡ１の出力が安定するまで変換間隔（スイッチＳＷ２の切り替え間隔）を長くとる必要があった。

また、第２の変換方法は、時定数の大きい増幅率（第１の帰還素子Ｆ１を選択）でフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３を連続して電流電圧変換する。そして、フォトダイオードＰＤ１からの光電流が、フォトダイオードＰＤ２からの光電流に対して非常に大きい場合、フォトダイオードＰＤ２からの光電流を精度よく電圧変換するためには、変換間隔（スイッチＳＷ１の切り替え間隔）を長く取る必要があった、

一方、変換に十分な時間をかけられない場合、つまり、短時間で変換を行なう場合は、変換誤差が大きくなり、精度よく電流電圧変換することができないという問題があった。

特に、図５に示す装置のように、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の出力を順次電圧変換し、アンプＡ１の出力に基づいて演算部（図示せず）がフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３への入射光の大きさを測定したり、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３への光強度分布を測定するような光パワーメータや光スペクトラムアナライザ等の光信号測定装置の場合、精度よく測定するためには測定時間が長くなるという問題があり、短時間で測定するためには測定精度を犠牲にして測定しなければならない問題があった。

そこで本発明の目的は、短時間に少ない誤差で電流を電圧に変換できる電流電圧変換回路、この電流電圧変換回路を用いた光電変換装置、この光電変換装置を用いた光信号測定装置および電流電圧変換方法を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
帰還抵抗と帰還容量とを組にして所定の時定数を有する帰還素子を、アンプの出力端子と入力端子との間に並列に設け、前記複数の帰還素子のなかから所望の帰還素子を出力側スイッチで選択し、入力電流を前記所望の帰還素子に流して前記入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路において、
前回の変換が終了し次の変換を行なう前に、前記出力側スイッチに前記所望の帰還素子よりも時定数および増幅率の小さい帰還素子を選択させてから前記所望の帰還素子を選択させ前記入力電流の大きさに関わらず所定の期間接続させるスイッチ制御部を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、
入射光を光電流に変換する光電変換器と、
この光電変換器からの光電流を入力電流として電圧に変換する請求項１記載の電流電圧変換回路と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、
入射光を光電流に変換する光電変換器を複数備え、
前記複数の光電変換器からの光電流を選択して入力電流として前記アンプに出力する入力側スイッチを有する請求項１記載の電流電圧変換回路と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、
請求項２または３記載の光電変換装置から出力される電圧に基づいて、前記光電変換器に入射する光信号の光強度を求める演算部を設けたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、
帰還抵抗と帰還容量とを組にして所定の時定数を有する帰還素子を、アンプの出力端子と入力端子との間に並列に設け、前記複数の帰還素子のなかから所望の帰還素子を出力側スイッチで選択し、入力電流を前記所望の帰還素子に流して前記入力電流を電圧に変換する電流電圧変換方法において、
前回の変換が終了後に、スイッチ制御部が、前記出力側スイッチに前記所望の帰還素子よりも時定数および増幅率の小さい帰還素子を選択させるステップと、
前記スイッチ制御部が、前記出力側スイッチに前記所望の帰還素子を選択させ前記入力電流の大きさに関わらず所定の期間接続させて次の変換を行なうステップと
を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１によれば、所望のレンジとなる帰還素子を選択して電流電圧変換を行なう場合、スイッチ制御部が、前回の変換が終了し次の変換を行なう前に、所望のレンジの時定数より小さいレンジの帰還素子を選択させてから、所望のレンジの帰還素子を選択させるので、アンプの出力端から出力される電圧が、所望のレンジのときよりも短時間で増減する。これにより、所望のレンジのみを選択して変換する場合に比較して、短時間に少ない誤差で電流を電圧に変換できる
請求項２、３によれば、光電変換器からの光電流を請求項１記載の電流電圧変換回路にて電圧に変換するので、短時間に少ない誤差で光電変換器からの光電流を電圧に変換できる。
請求項４によれば、演算部が、請求項１記載の電流電圧変換回路にて変換された電圧に基づいて、光電変換器に入射する光信号の光強度を求めるので、短時間に少ない誤差で光電変換器に入射する光信号の光強度を求めることができる。
請求項５によれば、前回の変換が終了後に、出力側スイッチに所望の帰還素子よりも時定数の小さい帰還素子を選択させるステップと、出力側スイッチに所望の帰還素子を選択させ次の変換を行なうステップとを備えるので、アンプの出力端から出力される電圧が、所望のレンジのときよりも短時間で増減する。これにより、所望のレンジのみを選択して変換する場合に比較して、短時間に少ない誤差で電流を電圧に変換できる

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例（本発明の電流電圧変換回路を用いた光電変換装置）を示した構成図である。ここで、図５と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図１において、スイッチ制御部２０が、スイッチ制御部１０の代わりに設けられる。スイッチ制御部２０は、スイッチＳＷ２の接続切り替えを制御して、複数の帰還素子Ｆ１，Ｆ２のなかから所望の帰還素子Ｆ１、Ｆ２をスイッチＳＷ２で選択させ、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３からの光電流（入力電流）を所望の帰還素子Ｆ１，Ｆ２に流して入力電流を電圧に変換させる。また、スイッチ制御部２０は、スイッチＳＷ１の接続切り替えを制御して、所望のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３とアンプＡ１の入力端子、帰還素子Ｆ１，Ｆ２とを接続させる。

なお、図１において、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３を３個のみ図示しているが、何個設けてもよい。また、スイッチＳＷ１は、入力側スイッチであり、スイッチＳＷ２は、出力側スイッチである。

ここで、例えば、抵抗Ｒ１を１００［ｋΩ］、抵抗Ｒ２を１０［ｋΩ］として説明する。そして、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の変換効率を１．０［Ａ／Ｗ］とする。この場合、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３に光強度が、−１０［ｄＢｍ］（０．１［ｍＷ］）の光を入射し、スイッチＳＷ２の接続をオンにすると、アンプＡ１の出力端子側で生ずる電圧は１．０［Ｖ］になる。

また、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３に光強度が、−２０［ｄＢｍ］（０．０１［ｍＷ］）の光を入射し、スイッチＳＷ２の接続をオフにすると、アンプＡ１の出力端子側で生ずる電圧は１．０［Ｖ］になる。

従って、第２の帰還素子（抵抗Ｒ２と容量Ｃ２とを組）Ｆ２をスイッチＳＷ２で選択した場合のレンジを−１０［ｄＢｍ］レンジと呼び、第１の帰還素子（抵抗Ｒ１と容量Ｃ１とを組）のみを選択した場合のレンジを−２０［ｄＢｍ］レンジと呼ぶ。なお、厳密には、スイッチＳＷ２によって、第２の帰還素子への接続をオン、オフするので、接続をオンしている状態（−１０［ｄＢｍ］レンジ）であっても、抵抗Ｒ１、Ｒ２の両方に光電流は流れるが、Ｒ１＞＞Ｒ２なので抵抗Ｒ１の影響は無視できるものとして説明する。

また、帰還素子Ｆ２を選択して電圧変換した場合と、帰還素子Ｆ１のみを選択して電圧変換した場合とでは、アンプＡ１の出力端に生ずる雑音強度は、帰還素子Ｆ１のみを選択したときの方が、約１０倍になる。従って、上述のように雑音強度を同程度にするには、第１の帰還素子Ｆ１の時定数を、第２の帰還素子Ｆ２の時定数よりも大きくする。ここで、雑音強度は、時定数の２乗に比例するので、雑音強度を同じ（つまり、１／１０）にするには、時定数を１００倍にする必要があり、第２の帰還素子Ｆ２の時定数に対して、第１の帰還素子Ｆ１の時定数を１００倍にするとよい。つまり、増幅率および時定数共に、（第１の帰還素子Ｆ１）＞（第２の帰還素子Ｆ２）である。

このような回路の動作を説明する。
フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３が、入射される被測定光を受光し、受光した被測定光の光強度に対応した大きさをもつ光電流に変換し、スイッチＳＷ１に出力する。スイッチ制御部２０からの制御信号に基づいてスイッチＳＷ１が、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３への接続を切り替える。そして、スイッチＳＷ１で選択されたフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３からの光電流が帰還素子Ｆ１または帰還素子Ｆ２を流れ、アンプＡ１が、抵抗Ｒ１，Ｒ２で定まる所定の増幅率で光電流を電圧に変換する。なお、スイッチ制御部２０からの制御信号に基づいて、スイッチＳＷ２が、第１、第２の帰還素子Ｆ１，Ｆ２の選択を行ないレンジ変更を行なう。

第２の変換方法の場合を一例に−２０［ｄＢｍ］レンジにて電流電圧変換する動作を詳細に説明する。ここで、図２は、図１に示す装置の動作を示した図である。図１（ａ）は、スイッチＳＷ１の接続の状態を示し、図２（ｂ）は、図５に示す従来の電流電圧変換回路と同様の動作にてスイッチＳＷ２が選択したレンジの状態を示し、図２（ｃ）は、図１に示す本発明におけるスイッチ制御部２０の制御信号に基づいてスイッチＳＷ２が選択したレンジの状態を示している。

図２（ｄ）は、アンプＡ１の出力端子に生ずる出力信号（縦軸は、振幅）である。なお、図２（ｄ）において、実線（細線）は、図５に示す回路におけるアンプＡ１の出力端子から実際に出力される信号の波形である。実線（太線）は、図１に示す本発明のアンプＡ１の出力端子から実際に出力される信号の波形である。

スイッチ制御部２０からの制御信号に基づいてスイッチＳＷ１が、時刻ｔ０〜ｔ１の間、フォトダイオードＰＤ１に接続を切り替える。この切り替えに同期させて、スイッチ制御部２０が、スイッチＳＷ２の接続をオフにし、−２０［ｄＢｍ］レンジにする。そしてアンプＡ１が、フォトダイオードＰＤ１の光電流を−２０［ｄＢｍ］レンジで１回目の電圧変換を行なう

次に、スイッチ制御部２０からの制御信号に基づいてスイッチＳＷ１が、時刻ｔ１〜ｔ２の間、フォトダイオードＰＤ２に接続を切り替える。フォトダイオードＰＤ１からフォトダイオードＰＤ２への切り替えに同期させて、スイッチ制御部２０が、時刻ｔ１〜ｔ１’の間、スイッチＳＷ２の接続をオンにして−１０［ｄＢｍ］レンジにする。これにより、アンプＡ１の出力電圧が、−２０［ｄＢｍ］レンジよりも１／１００の時間で、光電流に追従して増減（図２では、低下）する。そして、時刻ｔ１’が経過すると、スイッチ制御部２０が、時刻ｔ１’〜ｔ２の間、スイッチＳＷ２の接続を再びオフにして−２０［ｄＢｍ］レンジに戻す。そしてアンプＡ１が、フォトダイオードＰＤ２の光電流を−２０［ｄＢｍ］レンジで２回目の電圧変換を行なう

次に、３回目の電流電圧変換を行なうが、レンジ変更は、２回目の変換と同様に行なう。すなわち、スイッチ制御部２０からの制御信号に基づいてスイッチＳＷ１が、時刻ｔ２〜ｔ３の間、フォトダイオードＰＤ３に接続を切り替える。フォトダイオードＰＤ２からフォトダイオードＰＤ３への切り替えに同期させて、スイッチ制御部２０が、時刻ｔ２〜ｔ２’の間、スイッチＳＷ２の接続をオンにして−１０［ｄＢｍ］レンジにする。これにより、アンプＡ１の出力電圧が、−２０［ｄＢｍ］レンジよりも１／１００の時間で、光電流に追従して増減（図２では、低下）する。そして、時刻ｔ２’が経過すると、スイッチ制御部２０が、時刻ｔ２’〜ｔ３の間、スイッチＳＷ２の接続を再びオフにして−２０［ｄＢｍ］レンジに戻す。そしてアンプＡ１が、フォトダイオードＰＤ３の光電流を−２０［ｄＢｍ］レンジで３回目の電圧変換を行なう

また、−１０［ｄＢｍ］レンジにて電流電圧変換を行なう場合は、スイッチＳＷ２で抵抗Ｒ２を選択（スイッチＳＷ２をオン）した状態で、スイッチＳＷ１の接続をＰＤ１、ＰＤ２，ＰＤ３と順次切り替えて、変換を行なう。

なお、光信号測定装置で、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３に入射する被測定光の光強度を測定する場合、アンプＡ１の出力が安定している時刻、例えば、スイッチＳＷ１の切り替え直前の時刻ｔｍ１、ｔｍ２、ｔｍ３にて、アンプＡ１から出力される電圧を測定するとよい。例えば、ＡＤ変換器（図示せず）が、出力される電圧をアナログデジタル変換する。そして、デジタル変換後のデータから、演算部（図示せず）が、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３に入射する被測定光の光強度の大きさを求めたり、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３への光強度分布を求める。

このように、−２０［ｄＢｍ］レンジにて電流電圧変換を行なう場合、スイッチ制御部２０が、前回の変換が終了し次の変換を行なう前に、スイッチＳＷ１の切り替えに同期させて、スイッチＳＷ２の時定数より小さい−１０［ｄＢｍ］レンジの帰還素子Ｆ２を選択させてから、−２０［ｄＢｍ］レンジの帰還素子Ｆ１を選択させるので、アンプＡ１の出力端から出力される電圧が、−２０［ｄＢｍ］レンジのときよりも、１／１００の時間で電圧が増減する。

また、オペアンプＡ１の出力が増減するとき、その増減は、ｅｘｐ（−Ｔ／τ）で増減する。なお、Ｔは時間で、τは時定数である。しかし、アンプのＡ１の出力が増減して真値に近づく場合に増減後の相対的な誤差が同じになるには、アンプＡ１の出力が増加する場合に対して減少する場合には、約２倍の時間がかかる。

例えば、アンプＡ１の出力が０．０１［Ｖ］から１［Ｖ］に増加するときに誤差１％以下となる時間は、アンプＡ１の出力が１．０［Ｖ］から０．０１［Ｖ］に減少するときに誤差１％以下となる時間の１／２になる。

従って、時刻ｔ１’で−２０［ｄＢｍ］レンジに戻してｔｍ２で変換した電圧値の誤差は、図５に示す従来回路でｔｍ２で変換した電圧値の誤差に比較して少ない。すなわち、精度よく変換を行なうことができる。

また、（ｔ１からｔ１’の時間）＜＜（ｔ１’からｔ２の時間）であれば、変換誤差が従来回路と同等でよい場合、ｔｍ２’で変換した電圧値を用いることにより、図５に示す従来回路の１／２の時間で変換を行なうことができ、スイッチＳＷ１の変換間隔を短くすることができる。すなわち、短時間に少ない誤差で電流を電圧に変換できる。

そして、演算部（図示せず）が、図１に示す光電変換装置からの電圧に基づいて、光電変換器に入射する光信号の光強度を求めるので、短時間に少ない誤差でフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３に入射する光信号の光強度を測定することができる。

なお、前回の変換に対して次回の変換で光電流が増加する場合（フォトダイオードＰＤ２→ＰＤ３）であっても、上述のようにアンプＡ１の出力電圧が増加する場合は、短時間で誤差が小さくなるので、増幅率の低い−１０［ｄＢｍ］に接続後、増幅率の大きい−２０［ｄＢｍ］に接続しても図５に示す従来回路と比較して、誤差の影響はほとんどない。

本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
（１）第２の変換方法の場合を一例に電流電圧変換する場合を説明したが、第１の変換方法の場合に本発明を適用してもよい。例えば、図３に示すように、スイッチ制御部２０が、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続切り替えを制御するとよい。なお、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２の光電流を電圧変換する部分のみを図示している。ここで、図３（ａ）は、スイッチＳＷ１の接続の状態を示し、図３（ｂ）は、図５に示す従来の電流電圧変換回路と同様の動作にてスイッチＳＷ２が選択したレンジの状態を示し、図３（ｃ）は、図１に示す本発明におけるスイッチ制御部２０の制御信号に基づいてスイッチＳＷ２が選択したレンジの状態を示している。図３に示すように、スイッチ制御部２０が、前回の変換が終了し次の変換を行なう前に、スイッチＳＷ１の切り替えに同期して、スイッチＳＷ２に帰還素子Ｆ１よりも時定数の小さい帰還素子Ｆ２選択させて光電流の増減に素早く追従させてから、変換を行なう帰還素子Ｆ１を選択させる。

（２）１回目のフォトダイオードＰＤ１からの光電流の電圧変換では、スイッチ制御部２０が、スイッチＳＷ２に−２０［ｄＢｍ］レンジのみを選択させる構成を示したが、２回目、３回目の電圧変換と同時に、スイッチＳＷ１でフォトダイオードＰＤ１を選択するのに同期して、一旦、−１０［ｄＢｍ］レンジを選択した後、−２０［ｄＢｍ］レンジに変更してもよい。

（３）スイッチＳＷ２で、第２の帰還素子Ｆ２とアンプＡ１の出力端子との接続のオン、オフを行なって帰還素子Ｆ１，Ｆ２の選択を行なう構成を示したが、図４に示すように、スイッチ制御部２０からの制御信号に基づいてスイッチＳＷ２が、帰還素子Ｆ１，Ｆ２のいずれか一方のみをアンプＡ１の出力端子と接続させるようにしてもよい。

（４）帰還素子Ｆ１，Ｆ２を２個設ける構成を示したが、帰還素子Ｆ１，Ｆ２は、並列に何個設けてもよい。その際、各帰還素子の雑音強度が同程度になるように時定数を定めるとよい。そして、スイッチ制御部２０が、前回の電流電圧変換が終了し次の電流電圧変換を行なう前に、スイッチＳＷ２に所望の帰還素子よりも時定数の小さい帰還素子を選択させて、アンプＡ１の出力を減少させてから所望のレンジの帰還素子を選択させるとよい。

（５）スイッチＳＷ２を帰還素子Ｆ１，Ｆ２とアンプＡ１の出力端子との間に設ける構成を示したが、帰還素子Ｆ１，Ｆ２とアンプＡ１の入力端子との間に設けてもよい。

（６）抵抗Ｒ１を１００［ｋΩ］、抵抗Ｒ２を１０［ｋΩ］とする構成を示したが、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、どのような値でもよい。

（７）フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３の光電流を電圧に変換する構成を示したが、光電流でなく、どのような電流（光電変換器から出力される電流でなく、例えば、被測定対象の電気回路から出力される電流）を変換してもよい。なお、図１に示すように光電変換器のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３から出力される光電流を電圧に変換するものを光電変換装置と呼び、光電変換器を取り外し光電流の代わりに通常の電流を変換するものを電流電圧変換回路と呼ぶ。なお、スイッチＳＷ１は、必要に応じて設けるとよい。

（８）複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３からの光電流を電圧に変換する構成を示したが、単一のフォトダイオードからの光電流を電圧に変換してもよい。例えば、所定の周期で変化する信号（例えば、クロック信号）に同期して光強度が変化する光信号を単一のフォトダイオードで受光してもよい。この場合、スイッチ制御部２０が、クロック信号に同期をとって、スイッチＳＷ２の接続切り替え制御して、光電流を電圧変換するとよい。この場合は、スイッチＳＷ１を設けなくともよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示す装置の動作例を説明した図である。 図１に示す装置のその他の動作例を説明した図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 従来の光電変換装置の構成を示した図である。

符号の説明

２０ スイッチ制御部
Ａ１ アンプ
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ（帰還容量）
Ｆ１ 第１の帰還素子
Ｆ２ 第２の帰還素子
ＰＤ１〜ＰＤ３ フォトダイオード
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗（帰還抵抗）
ＳＷ１ スイッチ（入力側スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（出力側スイッチ）

Claims (5)

1. 帰還抵抗と帰還容量とを組にして所定の時定数を有する帰還素子を、アンプの出力端子と入力端子との間に並列に設け、前記複数の帰還素子のなかから所望の帰還素子を出力側スイッチで選択し、入力電流を前記所望の帰還素子に流して前記入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路において、
   前回の変換が終了し次の変換を行なう前に、前記出力側スイッチに前記所望の帰還素子よりも時定数および増幅率の小さい帰還素子を選択させてから前記所望の帰還素子を選択させ前記入力電流の大きさに関わらず所定の期間接続させるスイッチ制御部を設けたことを特徴とする電流電圧変換回路。
2. 入射光を光電流に変換する光電変換器と、
   この光電変換器からの光電流を入力電流として電圧に変換する請求項１記載の電流電圧変換回路と
   を設けたことを特徴とする光電変換装置。
3. 入射光を光電流に変換する光電変換器を複数備え、
   前記複数の光電変換器からの光電流を選択して入力電流として前記アンプに出力する入力側スイッチを有する請求項１記載の電流電圧変換回路と
   を設けたことを特徴とする光電変換装置。
4. 請求項２または３記載の光電変換装置から出力される電圧に基づいて、前記光電変換器に入射する光信号の光強度を求める演算部を設けたことを特徴とする光信号測定装置。
5. 帰還抵抗と帰還容量とを組にして所定の時定数を有する帰還素子を、アンプの出力端子と入力端子との間に並列に設け、前記複数の帰還素子のなかから所望の帰還素子を出力側スイッチで選択し、入力電流を前記所望の帰還素子に流して前記入力電流を電圧に変換する電流電圧変換方法において、
   前回の変換が終了後に、スイッチ制御部が、前記出力側スイッチに前記所望の帰還素子よりも時定数および増幅率の小さい帰還素子を選択させるステップと、
   前記スイッチ制御部が、前記出力側スイッチに前記所望の帰還素子を選択させ前記入力電流の大きさに関わらず所定の期間接続させて次の変換を行なうステップと
   を備えたことを特徴とする電流電圧変換方法。

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