JPH0690083B2 - Bias automatic variable metering circuit - Google Patents

Bias automatic variable metering circuit

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JPH0690083B2
JPH0690083B2 JP28121787A JP28121787A JPH0690083B2 JP H0690083 B2 JPH0690083 B2 JP H0690083B2 JP 28121787 A JP28121787 A JP 28121787A JP 28121787 A JP28121787 A JP 28121787A JP H0690083 B2 JPH0690083 B2 JP H0690083B2
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photodiode
voltage
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reverse bias
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義弘 大野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ホトダイオードを用いて精密測光を行なうバ
イアス自動可変測光回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic bias variable photometry circuit for performing precision photometry using a photodiode.

従来の技術 シリコンホトダイオードなどの光起電力型の光電変換素
子を用いて精密測光を行なう場合、光電流出力の直線性
を保つため、素子の出力電流を低入力インピーダンスで
受けて増幅する必要があり、一般に、第2図のような演
算増幅器を用いた電流−電圧変換器が用いられる。
Conventional technology When performing precision photometry using a photovoltaic type photoelectric conversion element such as a silicon photodiode, it is necessary to receive the output current of the element with a low input impedance and amplify it in order to maintain the linearity of the photocurrent output. Generally, a current-voltage converter using an operational amplifier as shown in FIG. 2 is used.

ホトダイオード(特にシリコンホトダイオード)は、広
いダイナミックレンジを有しており、応答速度も比較的
速いが、光電変換の直線性の上限をさらに伸ばしたい場
合や応答速度をさらに速くしたい場合に、第3図のよう
に逆バイアス電圧を印加する方法が広く用いられてい
る。また、ホトダイオードの内部量子効率を100%に近
づけたい場合にも逆バイアス電圧が用いられる。第3図
の回路では、一般に、第4図に示すように逆バイアス電
圧に応じて直線性の上限がある程度引き上げられるた
め、より高い出力電流の範囲で精密測光を行なうことが
できる。
Photodiodes (particularly silicon photodiodes) have a wide dynamic range and a relatively fast response speed, but when the upper limit of the linearity of photoelectric conversion is desired to be further extended or the response speed is desired to be further increased, FIG. The method of applying a reverse bias voltage is widely used. The reverse bias voltage is also used when it is desired to bring the internal quantum efficiency of the photodiode close to 100%. In the circuit of FIG. 3, in general, the upper limit of linearity is raised to some extent according to the reverse bias voltage as shown in FIG. 4, so that precise photometry can be performed in a higher output current range.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、第3図のような逆バイアス電圧を印加す
る従来の光電変換回路では、応答速度と直線性は改善さ
れるが、これに引き換えて、逆バイアス電圧の印加によ
りホトダイオードのノイズ成分が増加してS/N比が悪く
なるという問題があった。
Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional photoelectric conversion circuit applying the reverse bias voltage as shown in FIG. 3, the response speed and the linearity are improved, but in exchange for this, the application of the reverse bias voltage is applied. Therefore, there is a problem that the noise component of the photodiode increases and the S / N ratio deteriorates.

第5図は、代表的なシリコンホトダイオードの雑音電圧
と逆バイアス電圧の関係を示したもので、逆バイアス電
圧があるレベルを越えると急激に雑音が増加しはじめ、
それ以降、バイアス電圧の増加とともに雑音が増加する
傾向がある。このため、逆バイアス電圧を印加した状態
では微弱光の測定に対してきわめて不利となり、測定範
囲の上限を引き上げてしまうという問題があった。した
がって、ホトダイオードを用いた測定範囲のきわめて広
い精密測光器では、測定精度を最高に保つためには入射
光の強度レベルに応じて逆バイアス電圧を断続または調
節する必要があった。
FIG. 5 shows the relationship between the noise voltage and the reverse bias voltage of a typical silicon photodiode. When the reverse bias voltage exceeds a certain level, the noise starts to increase rapidly.
After that, noise tends to increase as the bias voltage increases. Therefore, when the reverse bias voltage is applied, there is a disadvantage that the measurement of weak light is extremely disadvantageous and the upper limit of the measurement range is increased. Therefore, in a precision photometer using a photodiode having an extremely wide measurement range, it is necessary to intermittently or adjust the reverse bias voltage according to the intensity level of incident light in order to maintain the highest measurement accuracy.

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ホトダイ
オードの測定範囲を最大限に広くして入射光の任意の強
度レベルに対して最高の測定精度を引き出せるバイアス
自動可変測光回路を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides an automatic bias variable photometry circuit that can maximize the measurement range of a photodiode and bring out the highest measurement accuracy for an arbitrary intensity level of incident light. With the goal.

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、測定回路をホトダイ
オードと、前記ホトダイオードの一方の端子からの出力
電流を受け、正(負)の入力電流に対して正(負)の出
力電圧を出力するよう極性を設定した電流−電圧変換器
とで構成し、かつ前記電流−電圧変換器の出力を前記ホ
トダイオードの他方の端子に接続したものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a measurement circuit that receives a photodiode and an output current from one terminal of the photodiode, and receives a positive (negative) current with respect to a positive (negative) input current. ) And a current-voltage converter whose polarity is set so as to output the output voltage, the output of the current-voltage converter is connected to the other terminal of the photodiode.

作用 前記電流−電圧変換器はホトダイオードの一方の端子か
らの出力電流を低インピーダンスで受けて増幅し電圧に
変換して出力し、この出力を帰還してホトダイオードの
他方の端子に接続することにより、前記電流−電圧変換
器の出力電圧を前記ホトダイオードの逆バイアスとして
印加するように作用する。この作用により、本発明は、
ホトダイオードの出力電流に比例した逆バイアス電圧を
ホトダイオードに印加し、入射光の強度レベルに応じて
逆バイアス電圧を最適な大きさに自動的に調節するとい
う効果をもつ。
Action The current-voltage converter receives the output current from one terminal of the photodiode with a low impedance, amplifies it and outputs it by converting it into a voltage, and by connecting this output to the other terminal of the photodiode, It serves to apply the output voltage of the current-to-voltage converter as a reverse bias of the photodiode. Due to this action, the present invention
A reverse bias voltage proportional to the output current of the photodiode is applied to the photodiode, and the reverse bias voltage is automatically adjusted to an optimum level according to the intensity level of incident light.

実施例 第1図は本発明の一実施例におけるバイアス自動可変測
光回路の回路構成を示すものである。第1図において、
1はシリコンホトダイオード、2および3は演算増幅器
である。
Embodiment FIG. 1 shows a circuit configuration of an automatic bias variable photometry circuit in an embodiment of the present invention. In FIG.
Reference numeral 1 is a silicon photodiode, and 2 and 3 are operational amplifiers.

以下、本実施例のバイアス自動可変測光回路について、
その動作を説明図する。
Hereinafter, regarding the bias automatic variable photometry circuit of the present embodiment,
The operation will be described.

第1図において、シリコンホトダイオード1は、そのア
ノードが演算増幅器2の反転入力端子に、カソードが演
算増幅器3の出力端子に接続されている。シリコンホト
ダイオード1に光が入射すると、アノードに正孔が集ま
るため、アノードから正の出力電流が流出し、演算増幅
器2に入力される。演算増幅器2は、抵抗R1とともに電
流−電圧変換器を構成しており、出力端子から入力電流
に比例した電圧が出力される。この電圧は、演算増幅器
2が反転モードで動作しているため、正の入力電流に対
して負の極性となる。シリコンホトダイオード1に逆バ
イアスを加えるには、アノードが零電位(仮想接地)で
あるため、カソードに正の電圧を加える必要がある。そ
こで、演算増幅器3および抵抗R2,R3により構成された
反転増幅器により前記電流−電圧変換器の出力電圧の極
性を反転して正の出力電圧を得、この電圧をシリコンホ
トダイオード1のカソードに印加して逆バイアスとして
作用させる。反転増幅器3の増幅度は、抵抗R2,R3によ
って決まるが、シリコンホトダイオード1の直線性が崩
れ始める領域で、逆バイアス電圧が有効な大きさとなる
ように決定する。この逆バイアス電圧は、出力電流の大
きさ、すなわち入射光の強度レベルに比例して変化す
る。したがって、微弱光の測定時、すなわち直線性に問
題がなく、雑音電圧が問題となる領域では、逆バイアス
電圧はほとんど零となって、S/N比の最も高い条件で動
作し、強度の強い光を測定する時、すなわちS/N比は問
題とならないが直線性に問題がある領域では、十分なバ
イアス電圧を印加することによって直線性の上限を延ば
して、より広い測定範囲を実現することができる。
In FIG. 1, the silicon photodiode 1 has its anode connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 2 and its cathode connected to the output terminal of the operational amplifier 3. When light is incident on the silicon photodiode 1, holes are collected at the anode, so that a positive output current flows out from the anode and is input to the operational amplifier 2. The operational amplifier 2 constitutes a current-voltage converter together with the resistor R 1 , and a voltage proportional to the input current is output from the output terminal. This voltage has a negative polarity with respect to the positive input current because the operational amplifier 2 operates in the inverting mode. In order to apply a reverse bias to the silicon photodiode 1, it is necessary to apply a positive voltage to the cathode because the anode has a zero potential (virtual ground). Therefore, the polarity of the output voltage of the current-voltage converter is inverted by the inverting amplifier composed of the operational amplifier 3 and the resistors R 2 and R 3 to obtain a positive output voltage, and this voltage is applied to the cathode of the silicon photodiode 1. It is applied to act as a reverse bias. The amplification degree of the inverting amplifier 3 is determined by the resistances R 2 and R 3 , but it is determined so that the reverse bias voltage has an effective level in the region where the linearity of the silicon photodiode 1 begins to break down. This reverse bias voltage changes in proportion to the magnitude of the output current, that is, the intensity level of the incident light. Therefore, when measuring weak light, that is, in the region where there is no problem in linearity and noise voltage is a problem, the reverse bias voltage becomes almost zero, operating under the highest S / N ratio condition, and strong intensity. When measuring light, that is, in the region where S / N ratio is not a problem but linearity is a problem, extend the upper limit of linearity by applying a sufficient bias voltage to achieve a wider measurement range. You can

発明の効果 以上のように、本発明のバイアス自動可変測光回路は、
ホトダイオードの出力電流を受ける電流−電圧変換器の
出力をホトダイオードに帰還して逆バイアスとして作用
させることにより、入射光の強度レベルに応じてホトダ
イオードの逆バイアス電圧を最適な大きさに自動的に調
節する機能を実現でき、ホトダイオードを用いた精密測
光器の測定範囲を大幅に拡大できるなど、その実用的効
果は大きい。
As described above, the bias automatic variable photometric circuit of the present invention is
The output of the current-voltage converter that receives the output current of the photodiode is fed back to the photodiode and acts as a reverse bias, so that the reverse bias voltage of the photodiode is automatically adjusted to the optimum level according to the intensity level of the incident light. It has a great practical effect, such as being able to realize the function to perform, and greatly expanding the measurement range of a precision photometer using a photodiode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるバイアス自動可変測
光回路の回路図、第2図は一般的なホトダイオード用光
電変換回路の従来例を示す回路図、第3図は第2図の光
電変換回路の特性の一部を改善するために使われる光電
変換回路の従来例を示す回路図、第4図は代表的なシリ
コンホトダイオードの逆バイアス電圧と直線性の関係を
示すグラフ、第5図は代表的なシリコンホトダイオード
の逆バイアス電圧と雑音電圧の関係を示すグラフであ
る。 1……シリコンホトダイオード、2……演算増幅器、3
……演算増幅器。
FIG. 1 is a circuit diagram of a bias automatic variable photometry circuit in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional example of a general photoelectric conversion circuit for photodiodes, and FIG. 3 is the photoelectric conversion of FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional example of a photoelectric conversion circuit used to improve some of the characteristics of the circuit, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the reverse bias voltage and the linearity of a typical silicon photodiode, and FIG. It is a graph which shows the relation between the reverse bias voltage of a typical silicon photodiode, and a noise voltage. 1 ... Silicon photodiode, 2 ... Operational amplifier, 3
…… Operational amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ホトダイオードと、前記ホトダイオードの
一方の端子からの出力電流を受け、正(負)の入力電流
に対して正(負)の出力電圧を出力するよう極性を設定
した電流−電圧変換器とから構成され、前記電流−電圧
変換器の出力を前記ホトダイオードの他方の端子に接続
したことを特徴とするバイアス自動可変測光回路。
1. A current-voltage converter in which a polarity is set so as to receive an output current from a photodiode and one terminal of the photodiode and output a positive (negative) output voltage with respect to a positive (negative) input current. And a bias automatic variable photometric circuit in which the output of the current-voltage converter is connected to the other terminal of the photodiode.
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