JPS631914A - パルス信号光電流抜取回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置検出装置ＰＳＤ （Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅ
ｃｔｏｒ）からの背景光等の直流あるいは低周波電流成
分の光電流に重畳されるパルス信号光電流を抜きとるパ
ルス信号光電流抜取回路に関する。

（従来の技術） 光源より赤外線をパルス光の形で被測定物に照射し、反
射光を半導体装置検出装置ＰＳＤを用い検出し、三角測
量の原理により被測定物までの距離を測定する距離検出
装置が知られている。

第２図はＰＳＤを用いた距％ＩＩｔ検出装置の光学系を
示す略図である。

投光用のＬ　Ｅ　Ｄから放出されたパルス光は投光レン
ズＬ１により前方の被測定物ｏｂに投射され、その反射
光は受光レンズＬ２を介してＰＳＤに入射する。

ＰＳＤは背景光または外来光とパルス光を、背景光また
は外来光のレベルとパルス光の入射位置情報を含む電流
に変換して出力する。

したがって、ＰＳＤから前記背景光または外来光に原因
する電流（以下外来光電流）に重畳された必要なパルス
信号電流のゐを抜き取り、距離演算を実行する必要があ
る。

第３図は前記距離検出装置の信号処理回路のブロック図
である。

ＰＳＤの出力端子はそれぞれ同一の構成のパルス信号抜
取り回路１．Ｈに接続されている。

パルス信号抜取り回路１．Ｈにより、パルス光電流が対
数圧縮して取り出され、差動回路により距離情報が取り
出される。

第４図は、従来のパルス信号光電流抜取回路を示す回路
図である。

ＰＳＤからの電流と定電流源からの電流は比較器の一方
の入力端子とＦＥＴのソースに接続されている。

この比較器の他方の入力端子にはリファレンス電圧Ｖｒ
ｅｆ２が接続されている。

ＮＰＮ　ｌ・ランジスタ１のコレクタはＮ　Ｐ　Ｎ　ト
ランジスタ２のベースと前記ＦＥＴに接続されている。

比較器４はこのＮＰＮＬランジスタ２のベース電圧とリ
ファレンス電圧Ｖｒｅｆを比較し、ＭＯ３ＦＥＴスイッ
チ３を通じＮＰＮトランジスタ１のベースを制御してい
る。

この時メモリコンデンサ１０はこの時のベース電圧を記
憶しておくので、常に一定電流がＮＰＮ　トランジスタ
ｌに流れることになる。

この状態で信号発生に同期して前記ＭＯＳトランジスタ
３をオフにすると、信号成分電流はＮＰＮトランジスタ
２で増幅される。

パルス信号光電流は、ＰＮＰ　トランジスタ５，６゜７
を通じダイオード８．９で対数圧縮されて、出力される
ことになる。

第５図は、従来のパルス信号光電流抜取回路の他の例を
示す回路図である。

ＮＰＮ　トランジスタ１１のベースにＰＳＤの一方の出
力端子と定電流源■が接続されている。

ＮＰＮ　トランジスタ１１のベースはＮＰＮ　トランジ
スタ１２のコレクタが接続されており、このトランジス
タのベースにはメモリコンデンサ２１が接続されている
。

ＮＰＮ　トランジスタ１１のエミッタとＮＰＮ　トラン
ジスタ１２のベースを接続し、ＮＰＮトランジスタ１１
のコレクタをミラー回路と接続し、エミッタに定電流を
流すＮＰＮトランジスタ１６を接続する。

ＮＰＮトランジスタ１６で流す電流は電流源２０で出力
端子から流す電流を相殺している。

定常状態（信号が発生していない状態）では出力電圧が
一定となるよう比較器１７のＶｒｅｆと比較する。

この出力がＮＰＮトランジスタ１６を制御し、この結果
としてＮＰＮ　トランジスタ１２のベースを制御する。

このＮＰＮトランジスタ１２のベース電圧はメモリコン
デンサ２１に記憶される。

信号電流がＮＰＮ　Ｉ−ランジスタ１１のベースに入る
と、この電流はＰＮＰ　トランジスタ１３．１４゜１５
で作られたミラー回路に接続されダイオード１８．１９
で対数圧縮されて出力される。

（発明が解決しようとする問題点） 第４図に示した従来の回路で、定常電流（信号が入力さ
れない状態でのＰＳＤからの背景光光電流と定電流源の
電流との和）が大きくなると、ＮＰＮトランジスタ１の
アーリー効果の影響が大きくなる。

アーリー効果によりＮＰＮ　トランジスタ１に流れ込む
電流△■は次の式で与えられる。

△Ｉ＝　［Ｉ、ｏ−ＶＴＩｎ　（βＩ　ｎ　／　ｌ　Ｂ
ｉａｓ）　）／　Ｖ　ａ　　　　　　　　　　　・・・
（１）ただし　ＩＯ；定常電流 Ｉｎ；信号電流 ＩＢｉａｓ；バイアス電流 β　；電流増幅率 ＶＴ；ｋＴ／ｑ ｖａ；アーリー電圧 この電流△Ｉ分だけ信号電流成分が少なくなる。

第５図の回路の問題点は、入力電圧がＮＰＮｈランジス
タ１１と１２のＶＢＨの和で決定されることである。

ずなわら ＶＩＮ＝ＶＴ　ｆｆｎ　（Ｉｏ　／Ｉ　ｓ）　＋ＶＴ　
ｆｆｎ　（Ｉ。

／β　ト　１＋）／Ｉｓ）　　　　・・・　　（２）た
だし　＋１　　ｉ電流源の電流 ＩＳ；飽和電流 で与えられる。

したがって入力電圧がＶＢＨ分だけ高くなりこの結果Ｐ
ＳＤ等を使用した場合、バンドギャップリファレンスを
用いてバイアス回路を作った場合、ＰＳＤに逆バイアス
することができなくなっζしまう。

本発明の目的は、前述した各先行例の問題点を解決する
ことができるパルス信号光電流抜取回路を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明によるパルス信号光
電流抜取回路において、ベースにＰＳＤからの光電流と
定電流が接続されておりエミッタが接地されている第１
のＮＰＮトランジスタと、Ｍｉ７　Ｅ第１のＮＰＮ　ト
ランジスタのベースにコレクタが接続されておりエミッ
タが抵抗を介して接地されている第２のＮ　Ｐ　Ｎ　ｈ
ランジスタと、前記第１のＮ　ｌ）　Ｎ　トランジスタ
のコレクタに第ｊのＰＮＰトランジスタが接続されてい
るミラー回路と、前記ミラー回路の第２のＰＮＰ　トラ
ンジスタのコレクタと前記第２のＮＰＮ　トランジスタ
のベースの接続点にコレクタが接続されエミッタが接地
されている定電流設定用の第３のＮＰＮ　トランジスタ
と、前記第３のトランジスタのコレクタと接地点間に接
続されたメモリコンデンサとからなり、前記第２のトラ
ンジスタによりあらかじめ設定した電流源の電流と低周
波成分電流を抜き取り、前記第１のトランジスタから信
号成分を抽出するように構成されている。

（実施例） 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は本発明によるパルス信号光電流抜取回路の実施
例を示す回路図である。

第１のＮ　Ｐ　Ｎ　＋−ランジスタ２３のベースには、
ＰＳＤからの光電流と定電流源３８からの定電流が比較
器３７およびＦＥＴ３６を介して接続されておりエミッ
タは接地されている。

第２のＮ　Ｐ　Ｎ　トランジスタ２２は前記第１のＮＰ
Ｎトランジスタ２３のベースにコレクタが接続されてお
りエミッタが抵抗３９を介して接地されている。

ＰＮＰＩ−ランジスタ２５．２．６，２７．２８からな
るミラー回路のトランジスタ２６のコレクタは、前記第
１のＮＰＮ　トランジスタ２３のコレクタに接続されて
いる。

第３のＮＰＮ　トランジスタ２４ば、前記ミラー回路の
第２のＰＮＩ）トランジスタ２７のコレクタと前記第２
のＮＰＮ　トランジスタ２２のベースの接続点にコレク
タが接続されており、エミッタは接地されている。

また前記第３の１−ランジスタ２４の二ルクタと接地点
間にメモリコンデンサ３５が接続されている。

そして前記第２のトランジスタ２２によりあらがしめ設
定した電流源の電流と低周波成分電流を抜き取り、前記
第１のトランジスタ２３から信号成分を抽出する。

前記実施例において、比較器３７とＦＥＴ３６はＰＳＤ
の出力端子を一定電圧に保ち、ＦＥＴ３６は電流を取り
出す。

ＮＰＮ　トランジスタ２２は定常電流（定電流と信号入
力前のＰＳＤの出力電流の和の電流）抜取用トランジス
タである。

ＮＰＮ　Ｉ−ランジスタ２３は信号増幅用トランジスタ
である。

Ｉ−ランジスタ２５，２６．２７．２８はミラー回路を
形成しており、ダイオード’２９．３０は信号の対数圧
縮用ダイオードを形成している。このダイオード２９．
３０に並列に定電流源３１が接続されている。

比較器３２．３３はサンプルホールド回路を形成してお
り、トランジスタ２４はキャリヤ電流抜取用ＮＰＮトラ
ンジスタを形成している。

コンデンサ３４はサンプルホールドコンデンサである。

比較器３２はスイッチＳＷを介して電源に接続されてい
るときに帰還ループが形成され、メモリコンデンサ３５
．サンプルホールドコンデンサ３４の電位はこの帰還ル
ープ形成の際に決定され、光信号の入力に同期して前記
スイッチＳＷをオフにしたときに、スイッチＳＷをオフ
にする直前の電位を保持する。

この電位により定常電流（光信号以外の電流）はＮＰＮ
トランジスタ２２で抜き取られる。

このときトランジスタ２２のベース電圧は、Ｖ＆Ｅ”＝
ＩｏＲ１＋ＶＴＪｎＩｏ／Ｉｓ　　・＝（３１で与えら
れる。

この電圧は電流源３８及び定常電流の一部がＮＰＮトラ
ンジスタ２３のベースへ入り増幅され、ミラー回路のＰ
ＮＰ　トランジスタ２７を通り、−部はＮＰＮトランジ
スタ２４へ入り、−部がメモリコンデンサ３５へ蓄えら
れて電圧を与える。

この結果ＮＰＮ）ランラスタ２３０５ベース電圧はＶＩ
Ｎ＝ＶＴ　７！ｎ　（（Ｉ　ｏ／β＋１＋）／Ｉｓ）・
・・（４） で与えられる。

そして、これは（２）式と比較してＶＴ＃ｎ（Ｉｏ／Ｉ
ｓ）分入力電圧が上がったことになる。

このため入力端子の電圧設定にはＦＥＴ３６．比　　　
　“較器３７で作られた定電圧回路を用いることが可能
となる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明によるパルス信号光
電流抜取回路において、ベースにＰＳＤからの光電流と
定電流が接続されておりエミッタが接地されている第１
のＮＰＮトランジスタと、前記第１のＮＰＮ　トランジ
スタのベースにコレクタが接続されておりエミッタが抵
抗を介して接地されている第２のＮＰＮ　トランジスタ
と、前記第１のＮＰＮ　トランジスタのコレクタに第１
のＰＮＰトランジスタが接続されているミラー回路と、
前記ミラー回路の第２のＰＮＰ　トランジスタのコレク
タと前記第２のＮＰＮ　トランジスタのベースの接続点
にコレクタが接続されエミッタが接地されている定電流
設定用の第３のＮＰＮトランジスタと、前記第３のトラ
ンジスタのコレクタと接地点間に接続されたメモリコン
デンサとからなり、前記第２のトランジスタによりあら
かじめ設定した電流源の電流と低周波成分電流を抜き取
り、前記第１のトランジスタから信号成分を抽出するよ
うに構成されている。

このような本発明によるパルス信号光電流抜取回路は、
距離センサのプリアンプとして用いるこきができる。

そして先に第４図に示した従来例の回路よりも、距離精
度の高い測定が可能になる。

第５図に示した回路ではクロストークタイプのＰＳＤＬ
か使えない。

クロストークタイプのＰＳＤはＳｉ中のデパ゛イ長でサ
イズ制限を受けるため基線長の選択が自由にならない。

本発明の回路は抵抗層形のＰＳＤに使用することができ
基線長の選択の自由度が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による充電流抜取回路の実施例を示す
回路図である。 第２図は、ＰＳＤを用いた距離針の原理を示す略図であ
る。 第３図は、前記距離針の基本回路構成を示すブロック図
である。 第４図は、従来のパルス信号光電流抜取回路の第１の例
を示す回路図である。 第５図は、従来のパルス信号光電流抜取回路の第２の例
を示す回路図である。 ＰＳＤ・・・半導体装置検出装置 ２２．２３．２４・・・ＮＰＮトランジスタ２５．２６
，２７．２８・・・ＰＮＰ　１ランジスタ２９．３０・
・・対数圧縮ダイオード ３１．３８・・・定電流源 ３２．３３．３７・・・比較器 ３４・・・サンプルホールドコンデンサ３５・・・メモ
リコンデンサ ３６・・・ＦＥＴ ３９・・・抵抗 特許出願人　浜松ホｌ−ニクス株式会社チノン株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　１１　　　壽手続補正書 昭和６１年　８月　１日 印６１年特　許　廓第１４５７７］号 ２、発明の名称 パルス信号光電流抜取回路 ３、補正をする考 事件との関係　　特許出願人 ４、代　理　人 ６、補正の対象　　　　　　図面の第１図７、補正の内
容　　　　　　別紙のとおり　　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベースにＰＳＤからの光電流と定電流が接続されており
   エミッタが接地されている第１のＮＰＮトランジスタと
   、前記第１のＮＰＮトランジスタのベースにコレクタが
   接続されておりエミッタが抵抗を介して接地されている
   第２のＮＰＮトランジスタと、前記第１のＮＰＮトラン
   ジスタのコレクタに第１のＰＮＰトランジスタが接続さ
   れているミラー回路と、前記ミラー回路の第２のＰＮＰ
   トランジスタのコレクタと前記第２のＮＰＮトランジス
   タのベースの接続点にコレクタが接続されエミッタが接
   地されている定電流設定用の第３のＮＰＮトランジスタ
   と、前記第３のトランジスタのコレクタと接地点間に接
   続されたメモリコンデンサとからなり、前記第２のトラ
   ンジスタによりあらかじめ設定した電流源の電流と低周
   波成分電流を抜き取り、前記第１のトランジスタから信
   号成分を抽出するように構成したパルス信号光電流抜取
   回路。