JPS58165020A - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
- Publication number
- JPS58165020A JPS58165020A JP57046381A JP4638182A JPS58165020A JP S58165020 A JPS58165020 A JP S58165020A JP 57046381 A JP57046381 A JP 57046381A JP 4638182 A JP4638182 A JP 4638182A JP S58165020 A JPS58165020 A JP S58165020A
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- Japan
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- circuit
- current
- apd
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
- H04B10/691—Arrangements for optimizing the photodetector in the receiver
- H04B10/6911—Photodiode bias control, e.g. for compensating temperature variations
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光波測距儀、光通信システム等の広いダイナ
ミックレンジを有する光を受けて電械信号に変換する光
電変換装置に関するものである。
ミックレンジを有する光を受けて電械信号に変換する光
電変換装置に関するものである。
従来、光波測距儀、光通信システム等の広帯域の微少光
量検出用の受光素子としては、アバランシェフォトダイ
オード(以下、APDと略称する)が一般的に用いられ
て来た。これはAPDが電子なだれ効果によって微小な
入射塵量に対早で高い電流増幅を示すからである。
量検出用の受光素子としては、アバランシェフォトダイ
オード(以下、APDと略称する)が一般的に用いられ
て来た。これはAPDが電子なだれ効果によって微小な
入射塵量に対早で高い電流増幅を示すからである。
電子なだれ効果に於ける電流増幅度Mは第1図に示した
如く逆バイアス電圧■の関数であり、 M = f (V) で示される。電流増幅度MFi7レークダウン電圧V、
?、に漸近する関数である。このように、APDに於い
ては、逆バイアス電圧をブレークダウン電圧に近づける
雫、よ−り高い−が得られる。従って、一般に逆バイア
ス電圧はブレークダウン−圧に近い値に選ばれる。
如く逆バイアス電圧■の関数であり、 M = f (V) で示される。電流増幅度MFi7レークダウン電圧V、
?、に漸近する関数である。このように、APDに於い
ては、逆バイアス電圧をブレークダウン電圧に近づける
雫、よ−り高い−が得られる。従って、一般に逆バイア
ス電圧はブレークダウン−圧に近い値に選ばれる。
しかし、ブレークダウン電圧がAPDの各素子ごと−大
きく異なり、又、電流増幅度Mと逆バイアス電圧■との
゛特性及びブレークダウン電圧vBDはそれぞれ温度依
存性を有する。第1図では逆バイアス電圧をV、とした
。
きく異なり、又、電流増幅度Mと逆バイアス電圧■との
゛特性及びブレークダウン電圧vBDはそれぞれ温度依
存性を有する。第1図では逆バイアス電圧をV、とした
。
ところが、温度変化によシミ流増幅度Mの特性がM=f
’(V)となり、ブレークダウン電圧が予め設定してお
いた逆バイアス電圧v1より低くなる場合には、APD
には多量の電流が流れ込み、APDは破損する。
’(V)となり、ブレークダウン電圧が予め設定してお
いた逆バイアス電圧v1より低くなる場合には、APD
には多量の電流が流れ込み、APDは破損する。
従って、APDを機器に組み込む際には、素子毎にブレ
ークダウン電圧を測定し、その測定に合わせて逆バイア
ス電圧を調節しなければならないばかシでなく、精度の
よい温度補正回路を付加しなければならないという欠点
があった。
ークダウン電圧を測定し、その測定に合わせて逆バイア
ス電圧を調節しなければならないばかシでなく、精度の
よい温度補正回路を付加しなければならないという欠点
があった。
本発明は、これらの欠点を解消し、APDの各素子ごと
の逆バイアス電圧の調整及び温度補正回路を必要としな
い光電変換装置を提供することを目的とする。
の逆バイアス電圧の調整及び温度補正回路を必要としな
い光電変換装置を提供することを目的とする。
第2図にて本発明の実施例に於ける回路構成を示す。
第2図の回路は、APDIと、APDlに流れる電流i
、を電圧v0に変換するトランスインピーダンスアンプ
2と、トランスインピーダンスアンプ2の出力であるコ
レクタ電圧vcのピークをホールドする検出回路3と、
検出回路3の出力である直流電圧V、と基準電圧vbと
の差に基づいた増幅電圧V u を出力する差動回路4
と、差動回路4の出力に基づきAPDIに負帰還をかけ
るバイアス回路5とによって構成されている。
、を電圧v0に変換するトランスインピーダンスアンプ
2と、トランスインピーダンスアンプ2の出力であるコ
レクタ電圧vcのピークをホールドする検出回路3と、
検出回路3の出力である直流電圧V、と基準電圧vbと
の差に基づいた増幅電圧V u を出力する差動回路4
と、差動回路4の出力に基づきAPDIに負帰還をかけ
るバイアス回路5とによって構成されている。
トランスインピーダンスアンプ2は、トランジスタQ1
sQtと抵抗Rt z Rz % Rs為R4と出力電
圧V。の引き出し用端子Pから成る。抵抗Rztiトラ
ンスインピーダンスアンプ2のトラレ、スインピーダン
スであシ、負帰還をかけ、人、′1カインピーダンスを
−小さくするためにトランジスタスタQlのベースとト
ランジスタQ2のエミッターの間に接続されている。
sQtと抵抗Rt z Rz % Rs為R4と出力電
圧V。の引き出し用端子Pから成る。抵抗Rztiトラ
ンスインピーダンスアンプ2のトラレ、スインピーダン
スであシ、負帰還をかけ、人、′1カインピーダンスを
−小さくするためにトランジスタスタQlのベースとト
ランジスタQ2のエミッターの間に接続されている。
トランジスタQ!のコレクタはトランジスタQ2のベー
スに接続されている。トランジスタQlのコレクタには
抵抗R1が接続されている。トランジスタQ2のコレク
タ、エミ゛ ツタには、それぞれ抵抗R3、R4が接
続されている。
スに接続されている。トランジスタQlのコレクタには
抵抗R1が接続されている。トランジスタQ2のコレク
タ、エミ゛ ツタには、それぞれ抵抗R3、R4が接
続されている。
検出回路3はダイオードDとコンデンサC1から成る。
差動回路4は、抵抗R5、R6と回路の調整用としての
可変抵抗VRとオペアンプUとから成る。
可変抵抗VRとオペアンプUとから成る。
抵抗vR%R5はオペアンプUの反転入力端子に接続さ
れ、抵抗R6はオペアンプUの負帰還路を成す。
れ、抵抗R6はオペアンプUの負帰還路を成す。
バイアス回路5はトランジスタQs 、Q4と抵抗R7
、R8とコンデンサC!、C3とから成る。
、R8とコンデンサC!、C3とから成る。
APDlは、トランジスタQ4のエミッタとトランジス
タQ・lのベースとの間に逆バイアス電圧がかかる如く
接続されている。
タQ・lのベースとの間に逆バイアス電圧がかかる如く
接続されている。
電源v4は、トランスインピーダンスアンプ2と差動回
路4の電源であり、電源vBは、バイアス回路5の電源
である。
路4の電源であり、電源vBは、バイアス回路5の電源
である。
ところで、光波測距儀に於いては、所定の周期で光量が
変化する光(以下、信゛号光とする)を目標地点に出力
し、信号光を目標地点で反射させ、反射して戻ってきた
信号光に基づいて測距を行なう。しかし、信号光を受光
する際に、周囲から信号光とは無関係な光、即ち背景光
をも受光することになる。
変化する光(以下、信゛号光とする)を目標地点に出力
し、信号光を目標地点で反射させ、反射して戻ってきた
信号光に基づいて測距を行なう。しかし、信号光を受光
する際に、周囲から信号光とは無関係な光、即ち背景光
をも受光することになる。
本発明の実施例を光波測距儀に使用した場合、APDI
は前述した信号光及び背景光を受光し、受光した光量に
基づき電流i を出カする。
は前述した信号光及び背景光を受光し、受光した光量に
基づき電流i を出カする。
以下、本実施例の動作を説明する。
抵抗R2、R3、R4の抵抗値をそれぞれR2′、R3
′、R,/ とし、トランジスタQ1のベース・エミ
ッタ間の電圧をvBE とし、電源vAの電圧をy 、
/とし、トランジスタQ2のコレクタの電位をWe
とすると、APDIが電流ip を出力しているとき、
出力電圧V。は0式の如く示される。
′、R,/ とし、トランジスタQ1のベース・エミ
ッタ間の電圧をvBE とし、電源vAの電圧をy 、
/とし、トランジスタQ2のコレクタの電位をWe
とすると、APDIが電流ip を出力しているとき、
出力電圧V。は0式の如く示される。
vo= VBH−R2” i −■但し、APDl
の出力電流i、はトランジスタQ1のベースには、はと
んど流れ込まないので、抵抗R2に流れる電流はi、と
なる。
の出力電流i、はトランジスタQ1のベースには、はと
んど流れ込まないので、抵抗R2に流れる電流はi、と
なる。
更に、vcは0式の如く示される。
3
vc= V7 v
4
・・・■
又、APDlへの入射光量をpとすれば、電流1pは電
流増幅度Mにより■式の如く示される。
流増幅度Mにより■式の如く示される。
ip =M・、 、・、1 ・・・■従って、
APDlに所定の逆バイアス電圧をかけている際には、
APDIIfi光tpに応じた電流l、を出力し、出力
端子Pから電流i、に応じた電圧v0 を取り出せる。
APDlに所定の逆バイアス電圧をかけている際には、
APDIIfi光tpに応じた電流l、を出力し、出力
端子Pから電流i、に応じた電圧v0 を取り出せる。
ところが、温度変化によりAPDlのブレークダウン電
圧がAPDlのバイアス電圧以下に変化すると、電流増
幅度Mが無限大に変化し、電流i、が増大する。このと
き、APD1#′i、所定時間多量の電流i、が流れる
と破損してしまうが、検出回路3と差動回路4とバイア
ス回路5がAPDlに負帰還をかけて電流i、が一定に
保たれているので、APDlは破損しない。
圧がAPDlのバイアス電圧以下に変化すると、電流増
幅度Mが無限大に変化し、電流i、が増大する。このと
き、APD1#′i、所定時間多量の電流i、が流れる
と破損してしまうが、検出回路3と差動回路4とバイア
ス回路5がAPDlに負帰還をかけて電流i、が一定に
保たれているので、APDlは破損しない。
以下、検出回路・3と差動回路4とバイアス回路5の動
作を説明する。
作を説明する。
温度変化に応じて電流増幅度Mが増加し、■式で示した
如く・電流i、が増大すると、電圧We も増加する=
電圧V6は、ダイオードDとコンデンサCl l’jl
から°成る検出回路3を介し□ 。
如く・電流i、が増大すると、電圧We も増加する=
電圧V6は、ダイオードDとコンデンサCl l’jl
から°成る検出回路3を介し□ 。
てオペアンプUに大力され、オペアンプUは基準電圧v
b に基づき電圧We を増幅し出力する。従って、
抵抗R7に流れる電流は増加し、トランジスタQ3のベ
ース・エミッタ間の電流も増加し、抵抗R8の電圧降下
も増加する。抵抗R8の電圧降下の増大により、トラン
ジスタQ4のベースの電位は下がり、APDlにかかる
逆バイアス電圧は下がる。
b に基づき電圧We を増幅し出力する。従って、
抵抗R7に流れる電流は増加し、トランジスタQ3のベ
ース・エミッタ間の電流も増加し、抵抗R8の電圧降下
も増加する。抵抗R8の電圧降下の増大により、トラン
ジスタQ4のベースの電位は下がり、APDlにかかる
逆バイアス電圧は下がる。
従って、電流増幅度Mも低下し、電流i も低下し、A
PDlは破損しない。
PDlは破損しない。
検出回路3は前述した如くピークホールド回路であシ、
コレクタ電圧vcのピーク値を検出し、ピーク値に相当
する直流電圧vd を出力する。差動回路4とバイアス
回路5は直流電圧vd に基づき、電流1 が常に一定
になるように逆バイアス電圧Vlを制御し、結果として
電圧V、は一定、になる。又、回路の調整用としての可
変抵抗VRを調節することにより、電流jp及び直流電
圧V、を調節できる。従って、電圧vd を電源v4の
電圧y 、/に近くなるように調節すればトランスイン
ピーダンスアンプ2のゲインは最も高い状態を保つこと
ができる。但し、電圧V、3が電源vAの電圧に等しく
なるように可変抵抗’VRを調節した場合、電流i、が
増加してもコレクタ電圧vcは電源vAのつ壕り、電圧
Vd を越えられず、電流i、の増加を検出できない。
コレクタ電圧vcのピーク値を検出し、ピーク値に相当
する直流電圧vd を出力する。差動回路4とバイアス
回路5は直流電圧vd に基づき、電流1 が常に一定
になるように逆バイアス電圧Vlを制御し、結果として
電圧V、は一定、になる。又、回路の調整用としての可
変抵抗VRを調節することにより、電流jp及び直流電
圧V、を調節できる。従って、電圧vd を電源v4の
電圧y 、/に近くなるように調節すればトランスイン
ピーダンスアンプ2のゲインは最も高い状態を保つこと
ができる。但し、電圧V、3が電源vAの電圧に等しく
なるように可変抵抗’VRを調節した場合、電流i、が
増加してもコレクタ電圧vcは電源vAのつ壕り、電圧
Vd を越えられず、電流i、の増加を検出できない。
従って、電圧Vdは電源■4 の電圧■A′より低くな
るよう調節する。
るよう調節する。
本実施例に於いて、検出回路3はピークホールド回路で
あったが、ピークホールド回路の代りに入力信号の直流
成分を出力する積分回路であってもかまわない。検出回
路3を積分回路に置き換えた場合、コレクタ電圧vcの
直流成分は常に一定であるように差動回路4とバイアス
回路5により制御される。又、コレクタ電圧vc の直
流成分は可変抵抗VRにより調節することができる。可
変抵抗VRの調整は、信号光だけがAPDに入射する場
合にコレクタ電圧V のピーク値が電圧vA′より低く
なるように行なう。信号光の変調度が10096であれ
ば、コレクタ電圧Vc の直流成分が0式で示した電圧
(VA’−輛V B H)4 と電圧y 、/の平均値以下になるように可変抵抗VR
を調整する。
あったが、ピークホールド回路の代りに入力信号の直流
成分を出力する積分回路であってもかまわない。検出回
路3を積分回路に置き換えた場合、コレクタ電圧vcの
直流成分は常に一定であるように差動回路4とバイアス
回路5により制御される。又、コレクタ電圧vc の直
流成分は可変抵抗VRにより調節することができる。可
変抵抗VRの調整は、信号光だけがAPDに入射する場
合にコレクタ電圧V のピーク値が電圧vA′より低く
なるように行なう。信号光の変調度が10096であれ
ば、コレクタ電圧Vc の直流成分が0式で示した電圧
(VA’−輛V B H)4 と電圧y 、/の平均値以下になるように可変抵抗VR
を調整する。
又、可変抵抗VRは前述の如く本発明の実施例の調整を
するものであり、予め設定すべき抵抗値が明らかであれ
ば代わりに固定抵抗を設けても良い。
するものであり、予め設定すべき抵抗値が明らかであれ
ば代わりに固定抵抗を設けても良い。
光波測距儀やファイバーを使わない光通信システムの場
合、信号光の強度はもちろん背景光強度のダイナミック
レンジも非常に広い。
合、信号光の強度はもちろん背景光強度のダイナミック
レンジも非常に広い。
信号光に比べ背景光の量が多い場合でも本発明の回路を
用いれば背景光によってトランスインピーダンスアンプ
が飽和しない範囲でAPDの電流増幅度Mは常に最大に
なっており高い信号出力電圧が得られる。また信号光
・に比べ背景光が少ない場。、合本回路は信号光に対す
る増幅度の制御回路、、として働く為APD1 の電流増幅能力を充分1.←、、:利用でき特に近距離
の通信、測距で過大光□信舟が入る場合でもバイアス電
圧をコントロールしMを1近くまで下げることができる
ので広いダイナミックレンジの光量を扱うことができる
。
用いれば背景光によってトランスインピーダンスアンプ
が飽和しない範囲でAPDの電流増幅度Mは常に最大に
なっており高い信号出力電圧が得られる。また信号光
・に比べ背景光が少ない場。、合本回路は信号光に対す
る増幅度の制御回路、、として働く為APD1 の電流増幅能力を充分1.←、、:利用でき特に近距離
の通信、測距で過大光□信舟が入る場合でもバイアス電
圧をコントロールしMを1近くまで下げることができる
ので広いダイナミックレンジの光量を扱うことができる
。
第1図はアバランシェホトダイオードの逆バイアス電圧
と電流増幅度との特性を示したグラフを示す図、第2図
は本発明の一実施例の回路図である。 〔主要部分の符号の説明〕 1・・・・・・アバランシェフォトダイオード2・・・
・・・変換回路 3・・・・・・検出回路 4・・・・・・差動回路 5・・・・・・バイアス電圧 i、・・・・・・出力電流 vc ・・・・・・変換された電圧 ■b ・・・・・・基準電圧 ■、・・・・・・直流電圧 ・9 ・・・・・・差−圧 Vl・・・・・・逆パ・イアス電圧
と電流増幅度との特性を示したグラフを示す図、第2図
は本発明の一実施例の回路図である。 〔主要部分の符号の説明〕 1・・・・・・アバランシェフォトダイオード2・・・
・・・変換回路 3・・・・・・検出回路 4・・・・・・差動回路 5・・・・・・バイアス電圧 i、・・・・・・出力電流 vc ・・・・・・変換された電圧 ■b ・・・・・・基準電圧 ■、・・・・・・直流電圧 ・9 ・・・・・・差−圧 Vl・・・・・・逆パ・イアス電圧
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 アバランシェフォトダイオードと、 該アバランシェフォトダイオードの出力電流を電圧に変
換する変換回路を含む光、電変換装置において、 前記変換された電圧に基づいて直流電圧を中力する検出
!路と、 基準電圧を有し、前記置体電圧と該基準電圧との差に基
づいた差電圧を出力する差動回路と、 前記差電圧に基づいて前記アバランシェフォトダイオー
ドに印加する逆バイアス電圧を制御するバイアス回路と
を設けたことを特徴とする光電変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57046381A JPS58165020A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57046381A JPS58165020A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 光電変換装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58165020A true JPS58165020A (ja) | 1983-09-30 |
Family
ID=12745558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57046381A Pending JPS58165020A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58165020A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2571148A1 (fr) * | 1984-09-28 | 1986-04-04 | Electricite De France | Detecteur de faisceau lumineux a photodiode a circuit de reglage du point de fonctionnement |
JP2002050784A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-15 | Hamamatsu Photonics Kk | アバランシェホトダイオードのバイアス回路 |
JP2007078424A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Topcon Corp | 測量装置及び測量方法 |
JP2008215878A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Yamaha Motor Co Ltd | 受光装置、レーザレーダ装置および乗り物 |
JP2008286669A (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Sokkia Topcon Co Ltd | 光波距離計 |
-
1982
- 1982-03-25 JP JP57046381A patent/JPS58165020A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2571148A1 (fr) * | 1984-09-28 | 1986-04-04 | Electricite De France | Detecteur de faisceau lumineux a photodiode a circuit de reglage du point de fonctionnement |
JP2002050784A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-15 | Hamamatsu Photonics Kk | アバランシェホトダイオードのバイアス回路 |
JP2007078424A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Topcon Corp | 測量装置及び測量方法 |
JP2008215878A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Yamaha Motor Co Ltd | 受光装置、レーザレーダ装置および乗り物 |
JP2008286669A (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Sokkia Topcon Co Ltd | 光波距離計 |
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