JPS63273021A - 交流光成分増幅装置 - 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、ホトダイオードを用いて入射光の交流成分や
変動光成分を取り出して増幅する光電変換回路に間する
ものである。

従来の技術 測光分野や光センシンク、光応用計測の分野において、
チョッピングした入射光の交流成分のみ測定したり、あ
るいは入射光の不規則な変動成分のみを取り出して測定
する場合がある。このような目的の回路として、従来、
第３図のような回路が使用されてきた。すなわち、ホト
ダイオード１の出力を演算増幅器２で受け、電流−電圧
変換した後、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１より成る微分回
路により交流成分のみ取り出し、演算増幅器３により電
圧増幅を行なうというものである。演算増幅器２は、ホ
トダイオードの直線性を保つため、Ｒ１とともに電流−
電圧変換器として構成し、入射光の時間的な平均光量レ
ベルに対応した直流成分に交流成分が重畳された信号を
出力する。そこで、微分回路により、その直流成分を遮
断し、交流成分のみを取り出す、演算増幅器２による電
流−電圧変換回路の増幅度（Ｒｔの値）は、人力信号が
最大の時でも演算増幅器２のダイナミックレンジを越え
ないように設定される。したがって、入射光の直流成分
に対して交流成分が小さい場合は、微分回路の出力が小
さくなるため、演算増幅器３により電圧増幅を行なって
必要な振幅の出力信号を得る。

発明が解決しようとする問題点 上記の従来の光電変換回路では、入射光の直流成分に対
して交流成分が微小な場合、初段の電流−電圧変換器の
増幅度が直流成分のレベルで制限されるため、微小な交
流信号に対しては、次段で電圧増幅を行なっても十分な
Ｓ／Ｎ比が得られないという問題があった。また、自然
光にかかわる測定では、直流光レベルが予想外に高くな
って初段の電流−電圧変換器が飽和し、信号が得られな
くなるという問題があった。

本発明は上記の従来の問題点を解決するもので、光電変
換の直線性がよく、かつ、微小な交流光成分に対するＳ
／Ｎ比の高い光電変挽回路を提供することを目的とする
。

問題点を解決するための手段 本発明は、電流−電圧変換器Ａ％Ｂと、前記電流−電圧
変換器Ａ、Ｂそれぞれの入力端子間に接続されたホトダ
イオードと、前記電流−電圧変換器Ｂの出力信号の極性
を反転する反転増幅器と、その反転増幅器の出力端子と
前記電流−電圧変換器Ａの入力端子の間に接続された抵
抗素子とから構成され、電流−電圧変換器Ａの増幅度を
電流−電圧変換器Ｂの増幅度より大きく設定し、電流−
電圧変換器Ｂの時定数を電流−電圧変換器Ａのそれより
大きく設定し、電流−電圧変換器Ｂの入力電流の直流成
分に等しい電流を、前記抵抗素子を通じて電流−電圧変
換器Ａの入力端子に帰還させるように前記抵抗素子の抵
抗値を決定したものである。

作用 本発明は、上記の構成により、ホトダイオードの出力電
流の直流成分が電流−電圧変換器Ｂにより取り出され、
反転増幅器と抵抗素子を通じて、電流−電圧変換器Ａの
入力端子に帰還されるので、電流−電圧変換器Ａの入力
端子では直流成分が相殺されて交流成分のみが入力され
るよう動作する。

したがって、電流−電圧変換器Ｂが飽和しない限り、電
流−電圧変換器Ａが飽和することがなく、電流−電圧変
換器Ａの増幅度を大幅に高めてＳ／Ｎ比の高い増幅を行
なうことができる。

実施例 第１図は、本発明の交流光成分増幅装置の一実施例を示
す回路図である。第１図において、１はシリコンホトダ
イオード、２．３、および４は演算増幅器である。　第
２図は、第１図の回路の各部の信号の波形を示したもの
で、（ａ）はシリコンホトダイオード１の出力、（ｂ）
は演算増幅器３の出力、（ｃ）は演算増幅器２の出力を
それぞれ表している。以下、本実施例の交流光成分増幅
回路について、その動作を説明する。

第１図において、シリコンホトダイオード１は、ある光
環境の中に置かれ、ゆるやかに強度が変化する直流光に
、周波数のより高い、振幅の小さな交流光が重畳された
ものを受光し、第２図（ａ）のような電流を出力するも
のとする。シリコンホトダイオード１の出力電流は、同
じ値で極性の相異なる信号として演算増幅器２および演
算増幅器３に入力される。演算増幅器２は、抵抗Ｒ，と
ともに電流−電圧変換器を構成している。演算増幅器３
は、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ１とともに電流−電圧
変換器を構成し、τ２＝Ｒ２・Ｃ１なる時定数τ２を有
し、この時定数により交流成分を除去して直流成分のみ
を取り出し、第２図（ｂ）のような信号を出力する。演
算増幅器４は、抵抗Ｒ３、Ｒ４とともに反転増幅器を構
成し、第２図（ｂ）の信号の極性を反転した信号を出力
する。ここで、演算増幅器３による電流−電圧変換器の
直流に対する増幅度Ｇ２は、 Ｇ２＝　　Ｒ２［Ｖ／Ａ］　　　　　・・・・（１）演
算増幅器４による反転増幅器の増幅度Ｇ３は、Ｇ３＝　
　Ｒ４／Ｒ３・・・・（２） で表される。つぎに、シリコンホトダイオード１から演
算増幅器２に流入する直流電流を１ｏとすると、Ｒ５か
ら演算増幅器の入力端子に流入する直流電流１１は、 ！　！　＝　　ｉ　ｏ−Ｒ２・Ｒ４／　（Ｒ３・Ｒ５）
　　・・・（３）で表される。そこで、Ｒ５の値を、 Ｒ５＝Ｇ２・Ｇ３ ＝Ｒ２・Ｒ４／　Ｒ３・・・・（４） のように決定すれば、（３）式、（４）式から、１、＝
−１ｏ　　　　　　　　　　・・・・（５）が得られ、
演算増幅器２の入力端子において、シリコンホトダイオ
ード１の出力電流の直流成分が相殺され、演算増幅器２
は交流成分のみを増幅して、第２図（Ｃ）のような信号
を出力する。

このように、演算増幅器２は、演算増幅器３の出力が飽
和しない限り、入射光の直流成分で飽和することなく動
作するので、演算増幅器２の増幅度を、演算増幅器３の
増幅度に比べて大幅に（１０倍〜１００倍）高く設定す
ることができる。

シリコンホトダイオードの出力を演算増幅器により電流
−電圧変換する場合は、通−常、シリコンホトダイオー
ドの内部インピーダンスがきわめて高いため、演算増幅
器の出力雑音電圧が電流電圧変換の増幅度（フィードバ
ック抵抗の値）に関係なくほとんど一定となる。したが
って、この電流電圧変換の段階で増幅度を大幅に高める
ことにより、大幅なＳ／Ｎ比の改善が実現できる。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、比較的簡単な回路構成
で、入射光の微小な交流成分に対して、きわめてＳ／Ｎ
比の良い、直線性の良い光電変換・増幅が可能となり、
精密側光や高感度の光応用センサなとの光電変換回路と
して多方面に利用でき、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における交流光成分増幅装置
の回路図、第２図は、第１図の回路の各部の信号の波形
図、第３図は、従来例における交流光成分増幅装置の回
路図である。 １００．シリコンホトダイオード、２８１．演算増幅器
、３００．演算増幅器、４００．演算増幅器代理人の氏
名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 増幅度がＧ＿１［Ｖ／Ａ］、時定数がτ＿１なる電流−
   電圧変換器Ａと、Ｇ＿２≪Ｇ＿１なる関係の増幅度Ｇ＿
   ２［Ｖ／Ａ］を有し、τ＿２≫τ＿１なる関係の時定数
   τ＿２を有する電流−電圧変換器Ｂと、前記電流−電圧
   変換器Ａ、Ｂそれぞれの入力端子間に接続されたホトダ
   イオードと、前記電流−電圧変換器Ｂの出力信号の極性
   を反転する、増幅度Ｇ＿３の反転増幅器と、その反転増
   幅器の出力端子と前記電流−電圧変換器Ａの入力端子の
   間に接続され、抵抗値がＧ＿２・Ｇ＿３［Ω］に等しい
   抵抗素子とから構成されることを特徴とする交流光成分
   増幅装置。