JPH0832364A - Optical pulse current detection circuit - Google Patents

Optical pulse current detection circuit

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JPH0832364A
JPH0832364A JP16783694A JP16783694A JPH0832364A JP H0832364 A JPH0832364 A JP H0832364A JP 16783694 A JP16783694 A JP 16783694A JP 16783694 A JP16783694 A JP 16783694A JP H0832364 A JPH0832364 A JP H0832364A
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current
switch
transistor
detection circuit
npn transistor
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JP16783694A
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Inventor
Nagahisa Shibuya
修寿 渋谷
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To improve the linearity, S/N, an error and a dynamic range of an optical pulse current by using an operational amplifier for negative feedback and using a transistor(TR) so as to extract a DC optical current flowing to a photoelectric conversion element via a switch. CONSTITUTION:A photo current flows to a photoelectric conversion element 1 to cause an output voltage VOUT through an NPN transistor(TR) 4 and a logarithmic transformation diode 2. The output voltage VOUT is applied to an inverting input terminal of an operational amplifier 7 whose noninverting input terminal connects to a cathode of a logarithmic transformation diode 3 and a constant current soure 8, a switch 9 is controlled by the operational amplifier 7 to apply negative feedback control to an NPN TR 5. Thus, only the pulsive constant current of the element 1 is extracted via the TR 5, by which the optical pulse current is detected with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、いわゆるアクティブ
方式の測距装置におけるパルス光電流検出回路に関し、
特にLEDなどの光ビーム投射手段から測距対象に向け
て投射されたパルス状の光ビームの反射光を受光し、パ
ルス光電流を発生する光電変換素子の出力電流から、外
光による直流光電流成分を抜取り、前記パルス光電流の
みを次段以降の信号処理回路に伝えるパルス光電流検出
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 a pulsed photocurrent detection circuit in a so-called active distance measuring device,
In particular, a DC photocurrent generated by external light from the output current of a photoelectric conversion element that receives reflected light of a pulsed light beam projected from a light beam projection unit such as an LED toward a distance measurement target and generates a pulsed photocurrent. The present invention relates to a pulsed photocurrent detection circuit that extracts a component and transmits only the pulsed photocurrent to a signal processing circuit in the next and subsequent stages.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来のパルス光電流検出回路の回
路図である。図5において、21は光電変換素子、22
は対数変換用ダイオード、23,24,25はNPNト
ランジスタ、26はコンデンサ、27はスイッチ、28
はオペアンプ、29は定電流源である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional pulsed photocurrent detection circuit. In FIG. 5, reference numeral 21 denotes a photoelectric conversion element, 22
Is a logarithmic conversion diode, 23, 24 and 25 are NPN transistors, 26 is a capacitor, 27 is a switch, 28
Is an operational amplifier, and 29 is a constant current source.

【0003】図6は、パルス光電流検出回路へパルス光
を照射する光ビーム投射手段の回路図である。図6にお
いて、30は常時はオフでスイッチ27のオフと同期し
て(後述の実施例の場合には、スイッチ9あるいは12
と同期して)オンとなるスイッチ、31はスイッチ30
のオン時に発光する発光ダイオードなどの発光素子、3
2は発光制御用のトランジスタ、33,34はそれぞれ
抵抗、35は直流電源、36は被測距物である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a light beam projection means for irradiating a pulsed photocurrent detection circuit with pulsed light. In FIG. 6, numeral 30 is normally off and is synchronized with the turning off of the switch 27 (in the case of an embodiment described later, the switch 9 or 12 is used).
A switch that is turned on (in synchronization with), 31 is a switch 30
Light-emitting elements such as light-emitting diodes that emit light when the power is turned on
Reference numeral 2 is a transistor for controlling light emission, 33 and 34 are resistors, 35 is a DC power source, and 36 is an object to be measured.

【0004】動作について説明すると、図6において、
スイッチ30がオンとなると、トランジスタ32がオン
となって直流電源35から給電されて、発光素子31が
発光する。そして、発光素子31の光がレンズ37を通
して外部へ投射され、例えば測距物36に当たって反射
し、レンズ38を通して光電変換素子21(SPDもし
くはPSD)に入射する。
The operation will be described with reference to FIG.
When the switch 30 is turned on, the transistor 32 is turned on and power is supplied from the DC power source 35, and the light emitting element 31 emits light. Then, the light of the light emitting element 31 is projected to the outside through the lens 37, hits the distance measuring object 36, is reflected, and enters the photoelectric conversion element 21 (SPD or PSD) through the lens 38.

【0005】一方、図5において、スイッチ27は通常
オンしており、パルス光が投光され光電変換素子21に
パルス光電流が発生するタイミングでオフする。通常状
態ではオペアンプ28を介した負帰還でNPNトランジ
スタ23に流れる電流はI0となっており、光電変換素
子21の直流光電流成分のうちトランジスタ23のベー
ス電流を除く電流がNPNトランジスタ24のコレクタ
に流れる。また、パルス光電流発生時にはスイッチ27
がオフすることによってコンデンサ26の電荷保持効果
によりトランジスタ24のベース電位が保持され、トラ
ンジスタ24のコレクタ電流はパルス光電流が発生する
直前の状態を維持する。このため、パルス光電流成分の
みがトランジスタ23のベースに流れ込み、トランジス
タ23によりhFE倍の増幅を受け、対数変換用ダイオー
ド22にパルス光電流のhFE倍の電流が流れる。これに
よってVOUT にパルス光に対応した対数圧縮された出力
電圧が出力され、次段回路に伝達される。
On the other hand, in FIG. 5, the switch 27 is normally turned on, and is turned off at the timing when the pulsed light is projected and the pulsed photocurrent is generated in the photoelectric conversion element 21. In the normal state, the current flowing in the NPN transistor 23 due to the negative feedback via the operational amplifier 28 is I 0, and the current excluding the base current of the transistor 23 in the DC photocurrent component of the photoelectric conversion element 21 is the collector of the NPN transistor 24. Flow to. Also, when the pulsed photocurrent is generated, the switch 27
Is turned off, the base potential of the transistor 24 is held by the charge holding effect of the capacitor 26, and the collector current of the transistor 24 maintains the state immediately before generation of the pulse photocurrent. Therefore, only the pulsed photocurrent component flows into the base of the transistor 23, the transistor 23 receives the amplification of h FE times, and the logarithmic conversion diode 22 flows a current of h FE times the pulsed photocurrent. As a result, a logarithmically compressed output voltage corresponding to the pulsed light is output to V OUT and is transmitted to the next stage circuit.

【0006】図5の従来回路において、スイッチ27が
オンしている通常状態での各部の電流と電圧および光電
変換素子にパルス光電流が発生し同タイミングでスイッ
チ27をオフしたパルス光受光状態での各部の電流と電
圧は次式のようになる。ただし、各記号の内容は下記の
通りである。 IPD : 光電変換素子の電流 IDC : 光電変換素子の外光による直流光電流成分 IAC : 光電変換素子のパルス光によるパルス光電流
成分 IBN : トランジスタNのベース電流 ICN : トランジスタNのコレクタ電流 IEN : トランジスタNのエミッタ電流 IDN : ダイオードNの電流 K : ボルツマン定数 T : 絶対温度 q : 電子の電荷 IS : トランジスタの逆方向飽和電流 hFEN : トランジスタNのhFE 〔通常状態の各部の電圧電流〕
In the conventional circuit shown in FIG. 5, in a normal state in which the switch 27 is on, a pulsed photocurrent is generated in the current and voltage of each part and the photoelectric conversion element, and the switch 27 is turned off at the same timing. The current and voltage of each part of is as follows. However, the contents of each symbol are as follows. I PD : Current of photoelectric conversion element I DC : DC photocurrent component due to external light of photoelectric conversion element I AC : Pulse photocurrent component due to pulsed light of photoelectric conversion element I BN : Base current of transistor N I CN : Transistor N Collector current I EN : Emitter current of transistor N I DN : Current of diode N K: Boltzmann constant T: Absolute temperature q: Electron charge I S : Reverse saturation current of transistor h FEN : h FE of transistor N [normal state] Voltage and current of each part of

【0007】[0007]

【数1】IPD=IDC [Equation 1] I PD = I DC

【0008】[0008]

【数2】ID22 =IC23 =I0 ## EQU00002 ## I D22 = I C23 = I 0

【0009】[0009]

【数3】IC24 =IPD−IB23 =IDC−I0 /hFE23 ## EQU3 ## I C24 = I PD -I B23 = I DC -I 0 / h FE23

【0010】[0010]

【数4】VOUT =VT ×ln(ID22 /IS ) =VT ×ln(I0 /IS ) ただし、(4) V OUT = V T × ln (I D22 / I S ) = V T × ln (I 0 / I S ).

【0011】[0011]

【数5】VT =KT/q 〔パルス光受光状態の各部の電圧電流〕[Formula 5] V T = KT / q [Voltage / current of each part in pulsed light receiving state]

【0012】[0012]

【数6】IPD=IDC+IACC24 の電流はコンデンサ26で直前の通常状態を維持
しているので、
[Equation 6] Since the current of I PD = I DC + I AC I C24 maintains the normal state immediately before by the capacitor 26,

【0013】[0013]

【数7】IC24 =IPD−IB23 =IDC−I0 /hFE23 (数6)と(数7)より[ Equation 7] I C24 = I PD −I B23 = I DC −I 0 / h FE23 From ( Equation 6) and ( Equation 7)

【0014】[0014]

【数8】IB23 =IAC+I0 /hFE23 [ Equation 8] I B23 = I AC + I 0 / h FE23

【0015】[0015]

【数9】∴ID22 =IC23 =IB23 ×hFE23 =IAC×hFE23+I0 [Equation 9] ∴I D22 = I C23 = I B23 × h FE23 = I AC × h FE23 + I 0

【0016】[0016]

【数10】∴VOUT =VT ×ln(ID22 /IS ) =VT ×ln{(IAC×hFE23+I0 )/IS } 図7に図5および図6の各部のタイムチャートを示す。
図7において、(a)はスイッチ27のオンオフ状態を
示し、(b)はスイッチ30のオンオフ状態を示し、
(c)は発光素子の点灯状態を示し、(d)は光電変換
素子21の光電流IPDを示し、(e)はトランジスタ2
4のコレクタ電流IC24 を示し、(f)はトランジスタ
23のコレクタ電流IC23 を示している。なお、このタ
イムチャートについては、実施例も同様の波形である。
∴V OUT = V T × ln (I D22 / I S ) = V T × ln {(I AC × h FE23 + I 0 ) / I S } FIG. 7 shows the time of each part. A chart is shown.
In FIG. 7, (a) shows the on / off state of the switch 27, (b) shows the on / off state of the switch 30,
(C) shows the lighting state of the light emitting element, (d) shows the photocurrent I PD of the photoelectric conversion element 21, (e) shows the transistor 2
4 shows the collector current I C24 , and (f) shows the collector current I C23 of the transistor 23. Note that this time chart also has the same waveform in the embodiment.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成ではパルス光電流が小さくなると、(数1
0)が示すように、I0 成分が誤差電流として出力電圧
に影響する。この影響を抑えるために、I0 を小さくす
ると、通常状態でトランジスタ23と対数変換用ダイオ
ード22に流れる電流が少なくなり、トランジスタ23
と対数変換用ダイオード22のインピーダンスが高くな
って出力信号のノイズレベルが大きくなり、S/N比を
劣化させるという問題があった。
However, when the pulsed photocurrent becomes small in the above-mentioned configuration, (Equation 1)
0), the I 0 component affects the output voltage as an error current. In order to suppress this effect, if I 0 is reduced, the current flowing through the transistor 23 and the logarithmic conversion diode 22 in the normal state is reduced, and the transistor 23 is reduced.
There is a problem that the impedance of the logarithmic conversion diode 22 becomes high, the noise level of the output signal becomes high, and the S / N ratio is deteriorated.

【0018】その理由は以下のとおりである。入力端子
であるトランジスタ23のベースの入力インピーダンス
b23 は、 rb23 =hFEN ・(KT/qI0 ) である。よって、電流I0 が小さくなると、入力インピ
ーダンスrb23 は大きくなり、入力端子に飛び込む外因
性ノイズに対して、ノイズが乗りやすくなる。また、ト
ランジスタ23のベースで見た入力雑音電流/i
n 2 (≒2qIDCΔf)による出力電圧の変動、つまり
出力雑音電圧/v0 は、 /v0 =/in ・hFEN ・(kT/qI0 ) である。よって、出力雑音電圧/v0 はI0 が小さくな
ると大きくなる。この2つの要因で、I0 を小さくする
と出力信号のノイズレベルが大きくなる。
The reason is as follows. The input impedance r b23 of the base of the transistor 23, which is the input terminal, is r b23 = h FEN · (KT / qI 0 ). Therefore, when the current I 0 becomes small, the input impedance r b23 becomes large, and the noise easily rides on the external noise jumping into the input terminal. Also, the input noise current / i seen at the base of the transistor 23
The fluctuation of the output voltage due to n 2 (≈2qI DC Δf), that is, the output noise voltage / v 0 is / v 0 = / i n · h FEN · (kT / qI 0 ). Therefore, the output noise voltage / v 0 increases as I 0 decreases. Due to these two factors, when I 0 is reduced, the noise level of the output signal increases.

【0019】また、トランジスタ23のhFEの電流依存
性から生じるhFEの非直線性により、パルス光電流の変
動時に感度が変動するという問題があった。さらに、I
0 成分が誤差電流として含まれているので、入力電流の
ダイナミックレンジが狭かった。この発明の目的はこの
ような従来回路の問題点を解決し、外因性ノイズも含め
たノイズレベルの低減を図り、入力電流であるパルス光
電流に対する出力のS/N比を向上させることができる
パルス光電流検出回路を提供することである。
Further, there is a problem that the sensitivity fluctuates when the pulsed photocurrent fluctuates due to the non-linearity of h FE caused by the current dependency of h FE of the transistor 23. Furthermore, I
Since the 0 component is included as the error current, the dynamic range of the input current was narrow. The object of the present invention is to solve the problems of such a conventional circuit, to reduce the noise level including the extrinsic noise, and to improve the S / N ratio of the output with respect to the pulsed photocurrent which is the input current. It is to provide a pulsed photocurrent detection circuit.

【0020】この発明の他の目的は、入力電流であるパ
ルス光電流に対する出力の直線性が良好なパルス光電流
検出回路を提供することである。この発明のさらに他の
目的は、誤差が小さく入力電流のダイナミックレンジに
優れたパルス光電流検出回路を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a pulse photocurrent detection circuit which has a good output linearity with respect to a pulse photocurrent which is an input current. Still another object of the present invention is to provide a pulsed photocurrent detection circuit having a small error and an excellent dynamic range of input current.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のパルス光
電流検出回路は、光電変換素子のアノードを第1のNP
Nトランジスタのベースと第2のNPNトランジスタの
コレクタに接続し、第1のNPNトランジスタのコレク
タと第1の対数変換用ダイオードのカソードとオペアン
プの反転入力を出力端に接続し、オペアンプの非反転入
力を第1の定電流源の一端と第2の対数変換用ダイオー
ドのカソードに接続し、オペアンプの出力を光電変換素
子の受光時にオフとなる第1のスイッチを介して第2の
NPNトランジスタのベースとコンデンサの一端に接続
し、光電変換素子のカソードと第1および第2の対数変
換用ダイオードのアノードを電源に接続し、第2のNP
Nトランジスタのエミッタとコンデンサの他端と第1の
定電流源の他端を接地し、光電変換素子のパルス光電流
を第1のNPNトランジスタでhFE倍し、hFE倍した電
流を第1の対数変換用ダイオードで対数変換し、その出
力電圧VOUT からオペアンプで負帰還をかけ、光電変換
素子に流れる直流光電流を第2のNPNトランジスタで
抜取り、パルス光電流のみを検出して出力端に出力す
る。
According to another aspect of the pulse photocurrent detection circuit of the present invention, the anode of the photoelectric conversion element is a first NP.
The base of the N-transistor is connected to the collector of the second NPN transistor, the collector of the first NPN transistor, the cathode of the first logarithmic conversion diode, and the inverting input of the operational amplifier are connected to the output terminal, and the non-inverting input of the operational amplifier is connected. Is connected to one end of the first constant current source and the cathode of the second logarithmic conversion diode, and the output of the operational amplifier is connected to the base of the second NPN transistor via the first switch which is turned off when the photoelectric conversion element receives light. And a capacitor, and the cathode of the photoelectric conversion element and the anodes of the first and second logarithmic conversion diodes are connected to the power source, and the second NP is connected.
The other end is grounded in the N emitter and the other end of the first constant current source of the capacitor of the transistor, a pulsed photocurrent of photoelectric conversion elements in the first NPN transistor multiplied by h FE, h FE and multiplied by the current first Logarithmic conversion is performed by the logarithmic conversion diode of, the negative feedback is applied from the output voltage V OUT by the operational amplifier, the DC photocurrent flowing in the photoelectric conversion element is extracted by the second NPN transistor, only the pulse photocurrent is detected, and the output terminal is output. Output to.

【0022】請求項2記載のパルス光電流検出回路は、
請求項1に加えて、第2の定電流源を電源と第1のNP
Nトランジスタのコレクタとの間に接続し、第1のスイ
ッチがオンして負帰還がかかった状態で第1のNPNト
ランジスタに定電流が流れるようにしている。請求項3
記載のパルス光電流検出回路は、請求項1または2に加
えて、第1のNPNトランジスタのコレクタに、第1の
スイッチと同期してオンオフする第2のスイッチを介し
て、第1の定電流源と同じ電流値の第3の定電流源の一
端を接続し、第3の定電流源の他端を接地し、光電変換
素子の受光時に第1のスイッチと第2のスイッチがオフ
したときに、第1の対数変換用ダイオードに流れる電流
を減算して誤差電流を原理的にゼロにするようにしてい
る。
According to another aspect of the pulse photocurrent detection circuit,
In addition to claim 1, the second constant current source is a power source and a first NP.
It is connected to the collector of the N-transistor so that a constant current flows through the first NPN transistor when the first switch is turned on and negative feedback is applied. Claim 3
In addition to claim 1 or 2, the pulsed photocurrent detection circuit described in the first constant current is added to the collector of the first NPN transistor via a second switch that is turned on and off in synchronization with the first switch. When one end of a third constant current source having the same current value as the source is connected, the other end of the third constant current source is grounded, and the first switch and the second switch are turned off when the photoelectric conversion element receives light. In addition, the current flowing through the first logarithmic conversion diode is subtracted to make the error current zero in principle.

【0023】[0023]

【作用】請求項1記載のパルス光電流検出回路は、光電
変換素子を第1のNPNトランジスタのベースに接続
し、その第1のNPNトランジスタのコレクタを対数変
換ダイオードに接続し、その接続点を出力端子となし、
その出力端子から直流光電流を抜き取るための負帰還を
かけ、パルス光電流を高精度に検出する。従来例の回路
では、出力端子の前段である第1のNPNトランジスタ
のベース電位で負帰還をかけるため、差動増幅器のオフ
セットに加え、第1の対数変換用ダイオードおよび第1
のNPNトランジスタのベース・エミッタ間電圧のばら
つきが誤差に影響を与えるが、本発明のパルス光電流検
出回路では、出力電圧を決める第1の対数変換用ダイオ
ードに直接負帰還をかけて定電流源の電流に相当する電
流I0を流すので、第1のNPNトランジスタのベース
・エミッタ間電圧のばらつきが誤差要因から除外され、
高精度になる。
According to another aspect of the pulse photocurrent detection circuit of the present invention, the photoelectric conversion element is connected to the base of the first NPN transistor, and the collector of the first NPN transistor is connected to the logarithmic conversion diode. Without output terminal,
Negative feedback for extracting the DC photocurrent from the output terminal is applied to detect the pulse photocurrent with high accuracy. In the circuit of the conventional example, since the negative feedback is applied by the base potential of the first NPN transistor which is the preceding stage of the output terminal, in addition to the offset of the differential amplifier, the first logarithmic conversion diode and the first logarithmic conversion diode are used.
In the pulsed photocurrent detection circuit of the present invention, the first logarithmic conversion diode that determines the output voltage is directly negatively fed back to the constant current source. Since a current I 0 corresponding to the current of (1) is passed, the variation in the base-emitter voltage of the first NPN transistor is excluded from the error factor,
High accuracy.

【0024】上記のように、負帰還をかけると、以下の
請求項2,3に示すような改良が容易に実現可能とな
り、結果として(数10)で示した電流I0 の増加によ
る誤差電流の増加と、電流I0 の減少によるノイズの増
大との相反する課題を解決することが可能となる。請求
項2記載のパルス光電流検出回路は、さらに、出力端す
なわち第1のNPNトランジスタのコレクタに第2の定
電流源から定電流を流し込み、第1のNPNトランジス
タに定電流が流れることによって、パルス光電流の信号
成分の変動に対する直線性を向上させる。
By applying the negative feedback as described above, the following improvements in claims 2 and 3 can be easily realized, and as a result, the error current due to the increase of the current I 0 shown in (Equation 10) is obtained. It is possible to solve the contradictory problem between an increase in the noise and an increase in the noise due to the decrease in the current I 0 . The pulsed photocurrent detection circuit according to claim 2 further causes a constant current to flow from the second constant current source to the output terminal, that is, the collector of the first NPN transistor, and the constant current flows to the first NPN transistor. The linearity with respect to the fluctuation of the signal component of the pulsed photocurrent is improved.

【0025】請求項3記載のパルス光電流検出回路は、
さらに、検出誤差を極力小さくしダイナミックレンジの
幅、特に低電流時の精度を向上させるために、出力端す
なわち第1の対数変換ダイオードのカソードに第3の定
電流源を接続し、第2のスイッチによって定電流を第1
の対数変換ダイオードに流れる電流から減算する。
The pulsed photocurrent detection circuit according to claim 3 is
Furthermore, in order to reduce the detection error as much as possible and improve the width of the dynamic range, especially the accuracy at low current, the third constant current source is connected to the output terminal, that is, the cathode of the first logarithmic conversion diode, and the second constant current source is connected. Switch to constant current first
Subtract from the current flowing in the logarithmic conversion diode of.

【0026】[0026]

【実施例】この発明のパルス光電流検出回路の第1の実
施例(請求項1に対応する)を図1に示す。図1におい
て、1は光電変換素子、2,3は対数変換用ダイオー
ド、4,5はNPNトランジスタ、6はコンデンサ、7
はオペアンプ、8は定電流源、9はパルス光受光時にオ
フとなるスイッチである。この回路では、直流光電流抜
取りのための負帰還をかけるオペアンプ7の反転入力を
出力端VOUT すなわち初段のトランジスタ4のコレクタ
と対数変換用ダイオード2のカソードに接続する。
FIG. 1 shows a first embodiment (corresponding to claim 1) of a pulsed photocurrent detection circuit according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a photoelectric conversion element, 2 and 3 are logarithmic conversion diodes, 4 and 5 are NPN transistors, 6 is a capacitor, and 7
Is an operational amplifier, 8 is a constant current source, and 9 is a switch that is turned off when receiving pulsed light. In this circuit, the inverting input of an operational amplifier 7 for applying negative feedback for extracting a DC photocurrent is connected to the output terminal V OUT, that is, the collector of the transistor 4 in the first stage and the cathode of the logarithmic conversion diode 2.

【0027】この実施例のパルス光電流検出回路は、光
電変換素子1を第1のNPNトランジスタ4のベースに
接続し、その第1のNPNトランジス4タのコレクタを
対数変換ダイオード2に接続し、その接続点を出力端子
となし、その出力端子から直流光電流を抜き取るための
負帰還をかけ、パルス光電流を高精度に検出する。従来
例の回路では、出力端子の前段である第1のNPNトラ
ンジスタ23のベース電位で負帰還をかけるため、差動
増幅器28のオフセットに加え、第1の対数変換用ダイ
オード22および第1のNPNトランジスタ23のベー
ス・エミッタ間電圧のばらつきが誤差に影響を与える
が、本実施例のパルス光電流検出回路では、出力電圧を
決める第1の対数変換用ダイオード2に直接負帰還をか
けて電流I0 を流すので、第1のNPNトランジスタ4
のベース・エミッタ間電圧VBEのばらつきが誤差要因か
ら除外され、高精度になる。
In the pulse photocurrent detection circuit of this embodiment, the photoelectric conversion element 1 is connected to the base of the first NPN transistor 4, and the collector of the first NPN transistor 4 is connected to the logarithmic conversion diode 2. The connection point is used as an output terminal, and negative feedback for extracting the DC photocurrent from the output terminal is applied to detect the pulse photocurrent with high accuracy. In the circuit of the conventional example, since the negative feedback is applied by the base potential of the first NPN transistor 23 which is the previous stage of the output terminal, in addition to the offset of the differential amplifier 28, the first logarithmic conversion diode 22 and the first NPN transistor 22 are provided. Although the variation in the voltage between the base and the emitter of the transistor 23 affects the error, in the pulse photocurrent detection circuit of the present embodiment, the first logarithmic conversion diode 2 that determines the output voltage is directly negatively fed back to obtain the current I. Since 0 flows, the first NPN transistor 4
The variation in the base-emitter voltage V BE of the above is excluded from the error factors, resulting in high accuracy.

【0028】上記のように、負帰還をかけると、以下の
実施例に示すような改良が容易に実現可能となり、結果
として(数10)で示した電流I0 の増加による誤差電
流の増加と、電流I0 の減少によるノイズの増大との相
反する課題を解決することが可能となる。この発明のパ
ルス光電流検出回路の第2の実施例(請求項2に対応す
る)を図2に示す。この回路では、図1の回路におい
て、さらに電源とトランジスタ4のコレクタとの間に定
電流源10を接続することによって、負帰還のかかった
通常状態でトランジスタ4にI0 と独立な電流I1 を流
すことで、I1 をパルス光電流のhFE倍の電流と比べて
十分大きく取ることによって、トランジスタ4のhFE
電流依存性によるパルス光電流変動時の感度の変動を低
減し、パルス光電流のレベルに因らず直線性の優れた初
段電流増幅を実現し、結果としてパルス光電流検出性能
を向上することができる。
By applying the negative feedback as described above, the improvement as shown in the following embodiment can be easily realized, and as a result, the error current increases due to the increase of the current I 0 shown in (Equation 10). Thus, it is possible to solve the problem that conflicts with the increase of noise due to the decrease of the current I 0 . A second embodiment (corresponding to claim 2) of the pulsed photocurrent detection circuit of the present invention is shown in FIG. In this circuit, a constant current source 10 is further connected between the power supply and the collector of the transistor 4 in the circuit of FIG. 1, so that a current I 1 independent of I 0 is supplied to the transistor 4 in a normal state where negative feedback is applied. By making I 1 sufficiently larger than the current of h FE times the pulse photocurrent, the fluctuation of the sensitivity at the time of pulse photocurrent fluctuation due to the current dependency of h FE of the transistor 4 is reduced, and First-stage current amplification with excellent linearity can be realized regardless of the photocurrent level, and as a result, the pulsed photocurrent detection performance can be improved.

【0029】この発明のパルス光電流検出回路の第3の
実施例(請求項3に対応する)を図3に示す。この回路
は、図1の回路において、図1のスイッチ9に同期して
オフするスイッチ12と、定電流源11とを付加したも
のである。定電流源11の電流値I0'を、I0'=I0
設定することによって、通常状態で対数変換用ダイオー
ド2に流れていた電流I0 をパルス光電流発生時に0に
することができ、真の入力信号パルス光電流のhFE倍の
電流を対数変換用ダイオード2に流し、誤差電流を理想
的にゼロにすることができる。
A third embodiment (corresponding to claim 3) of the pulsed photocurrent detection circuit of the present invention is shown in FIG. This circuit is obtained by adding a switch 12 that turns off in synchronization with the switch 9 of FIG. 1 and a constant current source 11 to the circuit of FIG. By setting the current value I 0 ′ of the constant current source 11 as I 0 ′ = I 0 , the current I 0 flowing in the logarithmic conversion diode 2 in the normal state can be set to 0 when the pulse photocurrent is generated. It is possible to flow a current that is h FE times the true input signal pulse photocurrent through the logarithmic conversion diode 2 and ideally make the error current zero.

【0030】この発明のパルス光電流検出回路の第4の
実施例(請求項3に対応する)を図4に示す。この回路
は、図2と図3の構成を組み合わせることにより最適な
パルス光電流検出回路を実現したものである。図4の回
路において、スイッチ9とスイッチ12がオンしている
通常状態での各部の電流と電圧、光電変換素子にパルス
光電流が発生し同タイミングでスイッチ9とスイッチ1
2をオフしたパルス光受光状態での各部の電流と電圧は
次式のようになる。ただし、各記号の内容は下記のとお
りである。
FIG. 4 shows a fourth embodiment (corresponding to claim 3) of the pulsed photocurrent detection circuit of the present invention. This circuit realizes an optimum pulsed photocurrent detection circuit by combining the configurations of FIG. 2 and FIG. In the circuit of FIG. 4, when the switch 9 and the switch 12 are in the normal state, the current and voltage of each part and the pulse photocurrent are generated in the photoelectric conversion element, and the switch 9 and the switch 1 are synchronized at the same timing.
The current and voltage of each part in the pulsed light receiving state in which 2 is turned off are as follows. However, the contents of each symbol are as follows.

【0031】IPD : 光電変換素子の電流 IDC : 光電変換素子の外光による直流光電流成分 IAC : 光電変換素子のパルス光によるパルス光電流
成分 IBN : トランジスタNのベース電流 ICN : トランジスタNのコレクタ電流 IEN : トランジスタNのエミッタ電流 IDN : ダイオードNの電流 K : ボルツマン定数 T : 絶対温度 q : 電子の電荷 IS : トランジスタの逆方向飽和電流 hFEN : トランジスタNのhFE 〔通常状態の各部の電圧電流〕
I PD : Current of photoelectric conversion element I DC : DC photocurrent component due to external light of photoelectric conversion element I AC : Pulsed photocurrent component due to pulsed light of photoelectric conversion element I BN : Base current of transistor N I CN : Collector current of transistor N I EN : Emitter current of transistor N I DN : Current of diode N K: Boltzmann's constant T: Absolute temperature q: Electron charge I S : Reverse saturation current of transistor h FEN : Transistor N h FE [Voltage and current of each part in normal state]

【0032】[0032]

【数11】IPD=IDC [Equation 11] I PD = I DC

【0033】[0033]

【数12】ID2=I0 [Equation 12] I D2 = I 0

【0034】[0034]

【数13】ID2+I1 =IC4+I0'[Equation 13] I D2 + I 1 = I C4 + I 0 '

【0035】[0035]

【数14】∴IC4=I1 [Equation 14] ∴I C4 = I 1

【0036】[0036]

【数15】IC5=IPD−IB4 =IDC−I1 /hFE4 [Equation 15] I C5 = I PD −I B4 = I DC −I 1 / h FE4

【0037】[0037]

【数16】VOUT =VT ×ln(ID2/IS ) =VT ×ln(I0 /IS ) 〔パルス光受光状態の各部の電圧電流〕## EQU16 ## V OUT = V T × ln (I D2 / I S ) = V T × ln (I 0 / I S ) [Voltage / current of each part in pulsed light receiving state]

【0038】[0038]

【数17】IPD=IDC+IACC5の電流はコンデンサ6で直前の通常状態を維持して
いるので、
Since the current of I PD = I DC + I AC I C5 is maintained in the normal state immediately before by the capacitor 6,

【0039】[0039]

【数18】IC5=IPD−IB4 =IDC−I1 /hFE4 (数17)と(数18)より[Equation 18] I C5 = I PD −I B4 = I DC −I 1 / h FE4 From ( Equation 17) and ( Equation 18)

【0040】[0040]

【数19】IB4=IAC+I1 /hFE4 [Formula 19] I B4 = I AC + I 1 / h FE4

【0041】[0041]

【数20】∴IC4=IB4×hFE4 =IAC×hFE4 +I1 [Number 20] ∴I C4 = I B4 × h FE4 = I AC × h FE4 + I 1

【0042】[0042]

【数21】ID2=IC4−I1 =IAC×hFE4 [Expression 21] I D2 = I C4 −I 1 = I AC × h FE4

【0043】[0043]

【数22】∴VOUT =VT ×ln(ID2/IS ) =VT ×ln(IAC×hFE23/IS ) なお、光ビーム投射手段については、例えば従来例と同
様のものが使用される。
Equation 22] ∴V OUT = V T × ln ( I D2 / I S) = V T × ln (I AC × h FE23 / I S) Here, the light beam projection means, for example, those similar to the prior art Is used.

【0044】[0044]

【発明の効果】請求項1記載のパルス光電流検出回路に
よれば、負帰還オペアンプの反転入力を第1のNPNト
ランジスタのコレクタとすることにより、hFE倍に増幅
された電流で負帰還をかけることができ、パルス光電流
を高精度に検出することができる。
According to the pulse photocurrent detection circuit of the first aspect of the present invention, by using the inverting input of the negative feedback operational amplifier as the collector of the first NPN transistor, the negative feedback is performed by the current amplified by h FE times. The pulsed photocurrent can be detected with high accuracy.

【0045】請求項2記載のパルス光電流検出回路によ
れば、第1のNPNトランジスタに負帰還電流I0 と独
立の定電流I1 を第2の定電流源から流すことによっ
て、第1のNPNトランジスタのhFEの電流依存性によ
るパルス光電流変動時の感度の変動を低減し、パルス光
電流のレベルに関係なく直線性の優れた初段電流増幅を
実現し、結果としてパルス光電流検出性能を向上させる
ことができる。
According to the pulse photocurrent detection circuit of the second aspect, the constant current I 1 independent of the negative feedback current I 0 is caused to flow from the second constant current source to the first NPN transistor, whereby the first constant current I 1 is supplied. The sensitivity variation due to the current dependence of h FE of the NPN transistor during pulsed photocurrent fluctuations is reduced, and first-stage current amplification with excellent linearity is realized regardless of the pulsed photocurrent level, resulting in pulsed photocurrent detection performance. Can be improved.

【0046】請求項3記載のパルス光電流検出回路によ
れば、負帰還電流I0 と等しい電流I0'をパルス光電流
発生時に第1の対数変換ダイオードから減算することに
よって、誤差電流を理想的にゼロにすることができ、結
果として入力電流のダイナミックレンジを低電流側に広
げることができる。
According to the pulse photocurrent detection circuit of the third aspect, the error current is idealized by subtracting the current I 0 'equal to the negative feedback current I 0 from the first logarithmic conversion diode when the pulse photocurrent is generated. Can be made zero, and as a result, the dynamic range of the input current can be expanded to the low current side.

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

【図1】この発明のパルス光電流検出回路の第1の実施
例の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a pulsed photocurrent detection circuit of the present invention.

【図2】この発明のパルス光電流検出回路の第2の実施
例の回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of a pulsed photocurrent detection circuit of the present invention.

【図3】この発明のパルス光電流検出回路の第3の実施
例の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a pulse photocurrent detection circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図4】この発明のパルス光電流検出回路の第4の実施
例の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a pulse photocurrent detection circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来のパルス光電流検出回路の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional pulsed photocurrent detection circuit.

【図6】光ビーム投射手段の一例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a light beam projection means.

【図7】光ビーム投射手段およびパルス光電流検出回路
の動作を示すタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart showing the operations of the light beam projection means and the pulsed photocurrent detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光電変換素子 2 対数変換用ダイオード 3 対数変換用ダイオード 4 NPNトランジスタ 5 NPNトランジスタ 6 コンデンサ 7 オペアンプ 8 定電流源 9 スイッチ 10 定電流源 11 定電流源 12 スイッチ 1 photoelectric conversion element 2 logarithmic conversion diode 3 logarithmic conversion diode 4 NPN transistor 5 NPN transistor 6 capacitor 7 operational amplifier 8 constant current source 9 switch 10 constant current source 11 constant current source 12 switch

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電変換素子のアノードを第1のNPN
トランジスタのベースと第2のNPNトランジスタのコ
レクタに接続し、前記第1のNPNトランジスタのコレ
クタと第1の対数変換用ダイオードのカソードとオペア
ンプの反転入力を出力端に接続し、前記オペアンプの非
反転入力を第1の定電流源の一端と第2の対数変換用ダ
イオードのカソードに接続し、前記オペアンプの出力を
前記光電変換素子の受光時にオフとなる第1のスイッチ
を介して前記第2のNPNトランジスタのベースとコン
デンサの一端に接続し、前記光電変換素子のカソードと
前記第1および第2の対数変換用ダイオードのアノード
を電源に接続し、前記第2のNPNトランジスタのエミ
ッタと前記コンデンサの他端と前記第1の定電流源の他
端を接地したパルス光電流検出回路。
1. The anode of the photoelectric conversion element is a first NPN.
The base of the transistor and the collector of the second NPN transistor are connected, the collector of the first NPN transistor, the cathode of the first logarithmic conversion diode, and the inverting input of the operational amplifier are connected to the output terminal, and the non-inverting of the operational amplifier is connected. The input is connected to one end of the first constant current source and the cathode of the second logarithmic conversion diode, and the output of the operational amplifier is connected to the second switch via the first switch which is turned off when the photoelectric conversion element receives light. The base of the NPN transistor and one end of the capacitor are connected, the cathode of the photoelectric conversion element and the anodes of the first and second logarithmic conversion diodes are connected to a power source, and the emitter of the second NPN transistor and the capacitor are connected. A pulsed photocurrent detection circuit in which the other end and the other end of the first constant current source are grounded.
【請求項2】 第2の定電流源を電源と第1のNPNト
ランジスタのコレクタとの間に接続し、第1のスイッチ
がオンして負帰還がかかった状態で前記第1のNPNト
ランジスタに定電流が流れるようにした請求項1記載の
パルス光電流検出回路。
2. A second constant current source is connected between a power source and a collector of the first NPN transistor, and the first switch is turned on to provide negative feedback to the first NPN transistor. The pulsed photocurrent detection circuit according to claim 1, wherein a constant current is allowed to flow.
【請求項3】 第1のNPNトランジスタのコレクタ
に、第1のスイッチと同期してオンオフする第2のスイ
ッチを介して、第1の定電流源と同じ電流値の第3の定
電流源の一端を接続し、前記第3の電流源の他端を接地
し、光電変換素子の受光時に前記第1のスイッチと前記
第2のスイッチがオフしたときに、第1の対数変換用ダ
イオードに流れる電流を減算するようにした請求項1ま
たは請求項2記載のパルス光電流検出回路。
3. A collector of the first NPN transistor is provided with a third constant current source of the same current value as that of the first constant current source via a second switch which is turned on / off in synchronization with the first switch. One end is connected, the other end of the third current source is grounded, and when the first switch and the second switch are turned off when the photoelectric conversion element receives light, the current flows to the first logarithmic conversion diode. The pulsed photocurrent detection circuit according to claim 1 or 2, wherein the current is subtracted.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216951A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Tdk Corp Current control circuit

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