KR20200087175A - 광 검출 회로 - Google Patents

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겐지 마키노
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

광 검출 회로는 제1 애노드 및 제1 캐소드를 가지고, 입사광량에 따라서 발생한 광기전력에 의해서 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 전압이 발생하는 제1 광 검출 소자와, 제1 비반전 입력 단자, 제1 반전 입력 단자 및 제1 출력 단자를 가지는 제1 연산 증폭기를 구비하고, 제1 비반전 입력 단자는 고정 전위에 접속되고, 제1 애노드 및 제1 캐소드 중 한쪽은 제1 반전 입력 단자에 접속되고, 제1 애노드 및 제1 캐소드 중 다른 쪽은 제1 출력 단자에 접속된다.

Description

광 검출 회로
본 개시는 광 검출 회로에 관한 것이다.
포토다이오드를 구비하는 광 검출 회로가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조). 포토다이오드에서는, P형 반도체 및 N형 반도체로 구성되는 PN 접합부에 입사광의 광량(입사광량)에 따른 수의 전자 및 정공이 생성된다. 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 광 검출 회로에서는, 포토다이오드의 애노드가 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 접속되어 있고, 연산 증폭기의 반전 입력 단자 및 출력 단자 사이에는, 병렬로 마련된 귀환 저항 및 귀환 용량이 접속되어 있다. 포토다이오드에 입사광이 입사됨으로써, 입사광량에 따른 광 전류가 연산 증폭기, 귀환 저항 및 귀환 용량으로 구성되는 증폭 회로(트랜스임피던스 앰프; TransImpedance Amplifier)에 입력되고, 광 전류가 증폭되어 전압 신호로서 출력된다.
일본 특개 2002-134761호 공보 일본 특개 2005-216984호 공보
상술한 광 검출 회로에 있어서, 예를 들면 입사광량 1W당 생성되는 광 전류가 수 mA인 것과 같은 수광 감도를 가지는 포토다이오드가 이용되는 경우, 입사광량에 따른 적절한 전압 신호를 얻기 위해서는 수 MΩ 정도의 큰 저항값을 가지는 귀환 저항을 마련할 필요가 있다. 이 때문에, 트랜스임피던스 앰프의 시정수가 커져, 포토다이오드에 입사광이 입사되고 나서 광 검출 회로가 입사광량에 따른 전압 신호(출력전압)를 출력하기까지 시간을 필요로 할 우려가 있다.
본 개시는 입사광이 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압이 출력될 때까지의 응답 시간을 단축시키는 것이 가능한 광 검출 회로를 설명한다.
본 개시의 일 측면에 따른 광 검출 회로는, 제1 애노드 및 제1 캐소드를 가지고, 입사광량에 따라서 발생한 광기전력에 의해서 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 전압이 발생하는 제1 광 검출 소자와, 제1 비반전 입력 단자, 제1 반전 입력 단자 및 제1 출력 단자를 가지는 제1 연산 증폭기를 구비한다. 제1 비반전 입력 단자는 고정 전위에 접속되고, 제1 애노드 및 제1 캐소드 중 한쪽은 제1 반전 입력 단자에 접속되고, 제1 애노드 및 제1 캐소드 중 다른 쪽은 제1 출력 단자에 접속된다.
이 광 검출 회로에서는, 제1 연산 증폭기의 제1 비반전 입력 단자는 고정 전위에 접속되고, 제1 광 검출 소자의 제1 애노드 및 제1 캐소드 중 한쪽은 제1 연산 증폭기의 제1 반전 입력 단자에 접속되고, 제1 광 검출 소자의 제1 애노드 및 제1 캐소드 중 다른 쪽은 제1 연산 증폭기의 제1 출력 단자에 접속된다. 예를 들면, 입사광량에 따라서 제1 광 검출 소자에서 발생한 광 전류가, 제1 광 검출 소자의 내부에 포함되는 병렬 저항 성분에 흐르는 경우, 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에는 입사광량에 따른 전압이 발생한다. 제1 반전 입력 단자의 전위는 고정 전위와 대략 같게 되므로, 제1 출력 단자의 출력전압은 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 발생하는 전압에 기초한 값이 된다. 이것에 의해, 입사광량에 따라서 제1 광 검출 소자에 있어서 발생한 전압이, 그대로 제1 연산 증폭기로부터 출력되는 출력전압이 되므로, 입사광이 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압이 출력될 때까지의 응답 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
광 검출 회로는 제1 출력 단자에 발생하는 출력전압을 증폭시키는 증폭 회로를 추가로 구비해도 된다.
이 경우, 제1 출력 단자의 출력전압이 증폭 회로에 의해서 증폭된다. 이것에 의해, 제1 광 검출 소자의 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 발생하는 전압을 증폭시킴으로써 얻어지는 출력전압에 기초하여, 입사광량을 검출하는 것이 가능하게 된다.
증폭 회로는 제2 연산 증폭기, 제1 저항 소자 및 제2 저항 소자를 가져도 된다. 제2 연산 증폭기는 제2 비반전 입력 단자, 제2 반전 입력 단자 및 제2 출력 단자를 가져도 된다. 제1 저항 소자의 일단은 제2 반전 입력 단자에 접속되어도 되고, 제1 저항 소자의 타단은 제1 출력 단자에 접속되어도 된다. 제2 저항 소자의 일단은 제2 반전 입력 단자에 접속되어도 되고, 제2 저항 소자의 타단은 제2 출력 단자에 접속되어도 된다. 제2 비반전 입력 단자는 고정 전위에 접속되어도 된다.
이 경우, 제2 저항 소자의 저항값을 제1 저항 소자의 저항값으로 나눔으로써 얻어지는 증폭율로, 제1 출력 단자의 출력전압을 증폭시키는 것이 가능하게 된다.
제1 저항 소자는 제2 애노드 및 제2 캐소드를 가지는 제2 광 검출 소자여도 된다. 제2 광 검출 소자에서는, 입사광량에 따라서 발생한 광기전력에 의해서 제2 애노드와 제2 캐소드의 사이에 전압이 발생해도 된다.
제1 광 검출 소자의 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 발생하는 전압은, 제1 광 검출 소자에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값에 대략 비례한 값이 된다. 증폭 회로의 증폭율은, 제2 광 검출 소자에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값에 기초하여 정해진다. 상기 구성에서는, 예를 들면, 광 검출 회로의 주위 온도가 높아지면, 제1 광 검출 소자에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값이 감소하기 때문에, 제1 출력 단자의 출력전압은 감소한다. 한편, 광 검출 회로의 주위 온도가 높아지면, 제2 광 검출 소자에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값도 감소하기 때문에, 증폭 회로의 증폭율은 증가한다. 이 때문에, 주위 온도에 기초하여 제1 출력 단자의 출력전압이 감소해도, 증폭 회로의 증폭율은 증가한다. 또한 주위 온도에 기초하여 제1 출력 단자의 출력전압이 증가해도, 증폭 회로의 증폭율은 감소한다. 이것에 의해, 주위 온도에 기초한 제2 출력 단자의 출력전압의 변동을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
제2 광 검출 소자는 제1 광 검출 소자와 동일한 칩에 구성되어도 된다.
이 경우, 제1 광 검출 소자에 있어서의 병렬 저항 성분의 온도 특성과, 제2 광 검출 소자에 있어서의 병렬 저항 성분의 온도 특성이 대략 동일하게 되므로, 주위 온도에 기초한 제2 출력 단자의 출력전압의 변동을 보다 저감시키는 것이 가능하게 된다.
제1 광 검출 소자는 단일 또는 직렬로 접속된 복수의 제1 포토다이오드로 구성되어도 된다. 제2 광 검출 소자는 단일 또는 직렬로 접속된 복수의 제2 포토다이오드로 구성되어도 된다.
이 경우, 제1 포토다이오드의 P형 반도체 층 및 N형 반도체 층에 입사광량에 따른 수의 정공 및 전자가 생성되므로, 입사광량에 따른 출력전압을 검출하는 것이 가능하게 된다.
제2 포토다이오드의 개수는, 제1 포토다이오드의 개수보다도 적어도 된다.
제1 출력 단자의 출력전압은, 제1 포토다이오드의 병렬 저항 성분의 저항값과 제1 포토다이오드의 개수를 곱한 값에 대략 비례한다. 예를 들면, 증폭 회로가 반전 증폭 회로인 경우, 증폭율은 제2 포토다이오드의 병렬 저항 성분의 저항값과 제2 포토다이오드의 개수를 곱한 값에 대략 반비례한다. 이 때문에, 상기 구성에서는, 제2 출력 단자의 출력전압은, 제1 포토다이오드의 개수를 제2 포토다이오드의 개수로 나눈 값에 대략 비례한다. 따라서, 제2 포토다이오드의 개수를 제1 포토다이오드의 개수보다도 적게 함으로써, 주위 온도에 기초하는 제2 출력 단자의 출력전압의 변동을 저감시키면서, 높은 전압값을 가지는 제2 출력 단자의 출력전압을 출력하는 것이 가능하게 된다.
제1 애노드는 제1 반전 입력 단자에 접속되어도 되고, 제1 캐소드는 제1 출력 단자에 접속되어도 된다.
이 경우, 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 발생하는 전압이 제1 출력 단자의 출력전압이 되므로, 입사광이 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압이 출력될 때까지의 응답 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
제1 캐소드는 제1 반전 입력 단자에 접속되어도 되고, 제1 애노드는 제1 출력 단자에 접속되어도 된다.
이 경우, 제1 애노드와 제1 캐소드의 사이에 발생하는 전압이 제1 출력 단자의 출력전압이 되므로, 입사광이 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압이 출력될 때까지의 응답 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
광 검출 회로는 용량 소자를 더 구비해도 된다. 용량 소자의 일단은 제1 애노드에 접속되어도 되고, 용량 소자의 타단은 제1 캐소드에 접속되어도 된다.
이 경우, 용량 소자에 의해서 제1 연산 증폭기의 동작을 안정시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 광 검출 소자에 포함되는 병렬 저항 성분과 용량 소자에 의해서 로우 패스 필터가 구성되어, 제1 출력 단자의 출력전압에 포함되는 고주파 성분을 제거하는 것이 가능하게 된다.
광 검출 회로는 제3 저항 소자를 더 구비해도 된다. 제3 저항 소자의 일단은 제1 애노드에 접속되어도 되고, 제3 저항 소자의 타단은 제1 캐소드에 접속되어도 된다.
이 경우, 제3 저항 소자에 의해서 제1 연산 증폭기의 이득에 대한 주위 온도의 영향을 완화시키는 것이 가능하게 된다.
본 개시에 의하면, 입사광이 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압이 출력될 때까지의 응답 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 포토다이오드의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는, 도 1에 도시되는 광 검출 회로에 있어서의 입사광량과 출력전압의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 (b)는, 비교예의 광 검출 회로에 있어서의 입사광량과 출력전압의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 광 검출 소자의 주위 온도와 병렬 저항 성분의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 12는 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 실시 형태에 따른 광 검출 회로를 설명한다. 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「접속」은, 특별히 설명이 없는 경우에는, 전기적인 접속을 의미한다. 예를 들면, 하나의 요소가 다른 요소에 접속되는 양태에는, 하나의 요소가 저항 소자 등의 다른 회로 소자를 통해서 다른 요소에 접속되는 것이 포함될 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시되는 광 검출 회로(1)는, 입사광량을 검출하기 위한 회로이다. 구체적으로는, 광 검출 회로(1)는 입사광량에 따른 출력전압 Vout1을 생성하고, 출력전압 Vout1을 외부로 출력한다. 광 검출 회로(1)는 광 검출 소자(2)(제1 광 검출 소자)와, 연산 증폭기(3)(제1 연산 증폭기)를 구비한다.
광 검출 소자(2)는 입사광량에 따른 전기신호를 생성하는 광전 변환 소자이다. 광 검출 소자(2)는 직렬로 접속된 복수의 포토다이오드(20)(복수의 제1 포토다이오드)로 구성된다. 각 포토다이오드(20)는 P형 반도체 및 N형 반도체로 구성되는 PN 접합부를 가지는 PN형 포토다이오드이다. 포토다이오드(20)는, 예를 들면, I㎁sSb 포토다이오드이다. I㎁sSb 포토다이오드는 반절연성 기판과, 반절연성 기판 상에 마련된 PN 접합부를 가지며, PN 접합부는 화합물 반도체인 I㎁sSb(인듐 비소 안티몬)로 구성된다. 반절연성 기판은, 예를 들면, 화합물 반도체인 GaAs(비화 갈륨)로 구성된다. I㎁sSb 포토다이오드는, 예를 들면 3㎛~5㎛ 부근의 파장을 가지는 적외선의 검출에 적합하다. 또한, 광 검출 소자(2)는 광기전력 소자라고도 불린다.
각 포토다이오드(20)는 PN 접합부에 있어서의 P형 반도체에 접속된 애노드(양전극)와, PN 접합부에 있어서의 N형 반도체에 접속된 캐소드(음전극)를 가진다. 각 포토다이오드(20)의 PN 접합부에 있어서, 입사광량에 대략 비례한 수의 전자 및 정공(캐리어)이 생성됨으로써, 각 포토다이오드(20)의 PN 접합부에 있어서의 P형 반도체 층과 N형 반도체 층의 사이에 광기전력이 생성된다. 이 때문에, 포토다이오드(20)의 애노드와 캐소드의 사이가 전기적으로 접속됨으로써, 입사광량에 따른 전류량을 가지는 광 전류 Ip가 흐른다.
도 2는 포토다이오드의 등가 회로를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 각 포토다이오드(20)는 전류원(12)과, 다이오드(13)와, 용량 성분(14)과, 병렬 저항 성분(션트 저항)(15)과, 직렬 저항 성분(16)을 구비하는 등가적인 회로(등가 회로)(11)로 나타내질 수 있다. 전류원(12)은 입사광량에 대략 비례한 전류량을 가지는 광 전류 Ip를 흘린다. 다이오드(13)는 전류원(12)에 대해서 병렬로 접속된다. 용량 성분(14)은 전류원(12)에 대해서 병렬로 접속된다. 병렬 저항 성분(15)은 전류원(12)에 대해서 병렬로 접속되고, 저항값 Rsh0를 가진다. 직렬 저항 성분(16)은 전류원(12)에 대해서 직렬로 접속된다. 각 포토다이오드(20)의 병렬 저항 성분(15)은, PN 접합부의 리크 전류에 의해서 발생하는 저항 성분이다. 병렬 저항 성분(15)의 저항값 Rsh0는, PN 접합부에 있어서의 밴드 갭의 크기에 의존한다. PN 접합부에 있어서의 밴드 갭이 넓을수록, 저항값 Rsh0는 커지며, PN 접합부에 있어서의 밴드 갭이 좁을수록, 저항값 Rsh0는 작아진다.
도 1에서는 4개의 포토다이오드(20)가 도시되어 있지만, 광 검출 회로(1)에서는, 예를 들면 200개의 포토다이오드(20)가 직렬로 접속됨으로써, 광 검출 소자(2)가 구성된다. 광 검출 소자(2)에서는, 서로 이웃하는 2개의 포토다이오드(20) 중 한쪽이 가지는 애노드가, 다른 쪽이 가지는 캐소드에 접속되도록, 복수의 포토다이오드(20)가 직렬로 접속된다. 광 검출 소자(2)에 있어서 일단에 배치되는 포토다이오드(20)의 애노드는, 다른 포토다이오드(20)의 캐소드에 접속되어 있지 않고, 광 검출 소자(2)의 애노드(21)를 구성한다. 광 검출 소자(2)에 있어서 타단에 배치되는 포토다이오드(20)의 캐소드는, 다른 포토다이오드(20)의 애노드에 접속되어 있지 않고, 광 검출 소자(2)의 캐소드(22)를 구성한다. 즉, 광 검출 소자(2)는 애노드(21)(제1 애노드) 및 캐소드(22)(제1 캐소드)를 가진다.
복수의 포토다이오드(20)가 직렬로 접속되어 구성되는 광 검출 소자(2)도, 각 포토다이오드(20)와 마찬가지의 등가 회로로 나타내질 수 있다. 각 포토다이오드(20)의 밴드 갭이 좁은 경우, 광 전류 Ip의 대부분이 병렬 저항 성분(15)으로 흐르기 때문에, 광 검출 소자(2)에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값 Rsh1은, 저항값 Rsh0에 포토다이오드(20)의 개수를 곱함으로써 얻어지는 값과 대략 같게 된다. 이 저항값 Rsh1은, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이의 저항값이다. 또한, 직렬 저항 성분(16)의 저항값은, 저항값 Rsh0에 비해 매우 작기 때문에, 직렬 저항 성분(16)의 영향을 무시할 수 있다.
연산 증폭기(3)는 비반전 입력 단자(31)(제1 비반전 입력 단자)와, 반전 입력 단자(32)(제1 반전 입력 단자)와, 출력 단자(33)(제1 출력 단자)을 가지는 OP 앰프이다. 비반전 입력 단자(31)는 접지 전위(고정 전위)에 접속된다. 반전 입력 단자(32)에는 애노드(21)가 접속된다. 출력 단자(33)에는 캐소드(22)가 접속된다. 광 검출 회로(1)는 출력 단자(33)에 있어서의 출력전압 Vout1을 검출 결과로서 외부로 출력한다. 또한, 비반전 입력 단자(31)는 접지 전위 이외의 고정 전위에 접속되어도 된다. 이 경우, 고정 전위는 양음 중 어느 것의 일정값을 가지고 있어도 된다.
이상과 같이 구성된 광 검출 회로(1)에 있어서, 광 검출 소자(2)에 입사광이 입사되면, 입사광량에 대략 비례한 수의 전자 및 정공이 광 검출 소자(2)에 생성된다. 각 포토다이오드(20)가 I㎁sSb 포토다이오드인 경우, I㎁sSb 포토다이오드의 밴드 갭은 좁기 때문에, 저항값 Rsh1은 작다. 예를 들면, 200~300개의 I㎁sSb 포토다이오드를 직렬로 접속했을 경우에 있어서의 저항값 Rsh1은 수백 ㏀이다. 또한, 연산 증폭기(3)의 반전 입력 단자(32)에 입력 가능한 전류는 매우 작기 때문에, 애노드(21)로부터 광 검출 소자(2)의 외부로 광 전류 Ip가 흐를 수 없다. 이 때문에, 광 검출 소자(2)에 생성된 광 전류 Ip의 대략 전부가, 광 검출 소자(2)에 포함되는 병렬 저항 성분으로 흐른다. 그 결과, 광 검출 소자(2)의 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에는, 저항값 Rsh1과 광 전류 Ip를 곱한 값과 대략 같은 전압이 발생한다. 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압은, 애노드(21)의 전위와 캐소드(22)의 전위의 전위차이다.
비반전 입력 단자(31)는 접지 전위에 접속되어 있고, 반전 입력 단자(32)의 전위와 비반전 입력 단자(31)의 전위는 대략 동일하게 되므로, 반전 입력 단자(32)의 전위는 대략 0V가 된다. 이 때문에, 출력 단자(33)의 출력전압 Vout1은, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압과 동일하게 간주될 수 있다. 이것에 의해, 출력전압 Vout1은 입사광량에 따른 값이 되므로, 출력전압 Vout1을 계측하는 것에 의해서 입사광량을 검출할 수 있다. 또한, 비반전 입력 단자(31)가 접지 전위 이외의 고정 전위에 접속되는 경우, 출력 단자(33)의 출력전압 Vout1은, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압에 고정 전위를 더한 값으로 된다.
다음으로, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 이용하여 입사광량과 출력전압의 관계를 설명한다. 도 3의 (a)는, 도 1에 도시되는 광 검출 회로에 있어서의 입사광량과 출력전압의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)에서는, 가로축은 입사광량을 나타내고 있으며, 그 단위는 임의 단위(arbitrary unit)이다. 세로축은 출력전압 Vout1을 나타내고 있으며, 그 단위는 밀리 볼트(㎷)이다. 도 3의 (b)는, 비교예의 광 검출 회로에 있어서의 입사광량과 출력전압의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 비교예의 광 검출 회로에서는, 트랜스임피던스 앰프에 의해서 포토다이오드로부터 출력되는 광 전류가 출력전압으로 변환된다. 이 트랜스임피던스 앰프에서는, 광 검출 소자의 캐소드가 접지 전위에 접속되고, 광 검출 소자의 애노드가 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 접속되며, 서로 병렬로 접속된 귀환 용량 및 귀환 저항의 일단이 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 접속되고, 타단이 연산 증폭기의 출력 단자에 접속된다. 도 3의 (b)에서는, 가로축은 입사광량을 나타내고 있으며, 그 단위는 임의 단위(arbitrary unit)이다. 세로축은 출력전압을 나타내고 있으며, 그 단위는 밀리 볼트(㎷)이다.
도 3의 (a)에 도시되는 바와 같이, 입사광량이 증가하면 출력전압 Vout1은 증가한다. 또한, 출력전압 Vout1은, 도 3의 (b)에 있어서의 비교예의 광 검출 회로와 마찬가지로, 입사광량에 대략 비례하고 있고, 입사광량과 출력전압 Vout1은 선형적인 관계를 가진다. 또한, 광 검출 회로(1)에서는 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압에 기초하여 출력전압 Vout1이 검출되므로, 광 검출 회로(1)는 전압 판독 타입(전압 모드)으로 불린다. 한편, 비교예의 광 검출 회로는, 광 검출 소자의 애노드 및 캐소드 사이의 전위차를 변화시키지 않게 동작하므로, 광 전류가 애노드로부터 트랜스임피던스 앰프로 흐른다. 이 때문에, 비교예의 광 검출 회로에서는 광 검출 소자의 애노드로부터 귀환 저항으로 흐르는 전류에 기초하여 출력전압이 검출되므로, 비교예의 광 검출 회로는 전류 판독 타입(전류 모드)으로 불린다.
광 검출 회로(1)에서는, 광 검출 소자(2)에서 발생한 입사광량에 대략 비례한 광 전류 Ip가, 광 검출 소자(2)의 내부에 포함되는 병렬 저항 성분으로 흐르기 때문에, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에는 입사광량에 따른 전압이 발생한다. 반전 입력 단자(32)의 전위는 접지 전위와 대략 같기 때문에, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압이 출력 단자(33)에 있어서 발생하는 출력전압 Vout1이 된다. 이와 같이, 광 검출 소자(2)에 있어서 발생한 입사광량에 따른 전압이, 그대로 연산 증폭기(3)로부터 출력되는 출력전압 Vout1이 되므로, 입사광이 광 검출 소자(2)에 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압 Vout1을 출력할 때까지의 응답 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
연산 증폭기(3)의 반전 입력 단자(32)와 출력 단자(33)의 사이에, 병렬 접속된 귀환 저항 및 귀환 용량이 마련되는 광 검출 회로에서는, 광 검출 회로의 응답 시간은, 광 전류 Ip를 전압 신호로 변환하는 트랜스임피던스 앰프의 시정수의 영향을 받는다. 이에 대하여, 광 검출 회로(1)에서는, 반전 입력 단자(32)와 출력 단자(33)의 사이에는 광 검출 소자(2)만이 마련된다. 이 때문에, 광 검출 소자(2)에 입사광이 입사되고 나서 입사광량에 따른 출력전압 Vout1이 출력될 때까지의 응답 시간은, 광 검출 소자(2) 그 자체의 응답 시간 및 연산 증폭기(3)의 응답 시간 중 어느 늦은 쪽에 의해서 정해진다.
입사광량에 따른 출력전압을 검출하는 광 검출 회로로서, 임피던스 변환을 행하는 버퍼 회로(전압 폴로어)를 이용하는 것이 생각된다. 구체적으로는, 버퍼 회로에서는, 캐소드(22)가 접지 전위에 접속되고, 애노드(21)가 연산 증폭기의 비반전 입력 단자에 접속되며, 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자의 사이가 단락된다. 그렇지만, 이 버퍼 회로에서는, 반전 입력 단자 및 비반전 입력 단자의 어느 것에도 일정값을 가지는 고정 전압이 입력되지 않아, 연산 증폭기에 입력되는 노이즈 또는 연산 증폭기에서 발생하는 노이즈에 의해서 연산 증폭기의 동작이 안정되지 않을 우려가 있다. 이에 대하여, 광 검출 회로(1)에서는, 비반전 입력 단자(31)는 접지 전위에 접속되므로, 연산 증폭기(3)의 동작의 안정성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 광 검출 회로(1A)는, 도 1에 도시된 광 검출 회로(1)와 비교하여, 광 검출 소자(2)의 접속 형태에 있어서 상위하다. 구체적으로는, 애노드(21)가 출력 단자(33)에 접속되고, 캐소드(22)가 반전 입력 단자(32)에 접속된다.
광 검출 회로(1A)에 있어서도 광 검출 회로(1)와 마찬가지의 효과가 달성된다. 광 검출 회로(1A)에 있어서의 출력전압 Vout1의 극성(양음)은, 광 검출 회로(1)에 있어서의 출력전압 Vout1의 극성과 반대이지만, 출력전압 Vout1의 전압값(절대값)은 동일하다. 즉, 광 검출 회로(1A)에 있어서의 출력전압 Vout1은, 광 검출 회로(1)에 있어서의 출력전압 Vout1과 반대의 극성을 가지지만, 광 검출 회로(1)와 마찬가지로, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압이 출력 단자(33)의 출력전압 Vout1이 된다. 이와 같이, 광 검출 회로(1, 1A)에서는, 애노드(21) 및 캐소드(22) 중 한쪽이 반전 입력 단자(32)에 접속되고, 애노드(21) 및 캐소드(22) 중 다른 쪽이 출력 단자(33)에 접속된다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 광 검출 회로(1B)는, 도 1에 도시된 광 검출 회로(1)와 비교하여, 용량 소자(캐패시터)(23)를 더 구비하는 점에 있어서 상위하다. 용량 소자(23)는 광 검출 소자(2)에 병렬로 접속되어 있다. 용량 소자(23)의 일단은 애노드(21)(반전 입력 단자(32))에 접속되고, 용량 소자(23)의 타단은 캐소드(22)(출력 단자(33))에 접속된다.
광 검출 회로(1B)에 있어서도 광 검출 회로(1)와 마찬가지의 효과가 달성된다. 광 검출 회로(1B)에서는, 용량 소자(23)에 의해서, 위상 여유가 작은 경우에 연산 증폭기(3)의 발진을 억제할 수 있으므로, 연산 증폭기(3)의 동작이 안정된다. 또한, 광 검출 소자(2)에 포함되는 병렬 저항 성분과 용량 소자(23)에 의해서 로우 패스 필터가 구성되어, 광 검출 회로(1B)에 있어서의 출력전압 Vout1에 포함되는 고주파 성분이 제거된다. 또한, 제2 변형예에 있어서, 제1 변형예와 마찬가지로, 캐소드(22)가 반전 입력 단자(32)에 접속되어도 되고, 애노드(21)가 출력 단자(33)에 접속되어도 된다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제3 변형예를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 광 검출 회로(1C)는, 도 1에 도시된 광 검출 회로(1)와 비교하여, 저항 소자(24)(제3 저항 소자)를 더 구비하는 점에 있어서 상위하다. 저항 소자(24)는 광 검출 소자(2)에 병렬로 접속되어 있다. 저항 소자(24)의 일단은 애노드(21)(반전 입력 단자(32))에 접속되고, 저항 소자(24)의 타단은 캐소드(22)(출력 단자(33))에 접속된다.
광 검출 회로(1C)에 있어서도 광 검출 회로(1)와 마찬가지의 효과가 달성된다. 광 검출 회로(1C)에서는, 주위 온도에 기초하는 저항 소자(24)의 특성의 변동이 작으면, 병렬로 접속된 저항 소자(24) 및 광 검출 소자(2)의 병렬 저항 성분으로 구성되는 합성 저항의 저항값의 주위 온도에 기초하는 변동은, 광 검출 소자(2)의 병렬 저항 성분만의 저항값 Rsh1의 변동보다도 작다. 이 때문에, 저항 소자(24)에 의해서 출력전압 Vout1에 대한 주위 온도의 영향이 완화된다. 또한, 제3 변형예에 있어서, 제1 변형예와 마찬가지로, 캐소드(22)가 반전 입력 단자(32)에 접속되어도 되고, 애노드(21)가 출력 단자(33)에 접속되어도 된다. 제3 변형예에 따른 광 검출 회로(1C)에 제2 변형예가 적용되어도 된다. 즉, 서로 병렬로 접속된 용량 소자(23) 및 저항 소자(24)의 일단이 애노드(21)(반전 입력 단자(32))에 접속되어도 되고, 타단이 캐소드(22)(출력 단자(33))에 접속되어도 된다.
다음으로, 도 7을 이용하여 제2 실시 형태에 따른 광 검출 회로를 설명한다. 도 7은 제2 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 광 검출 회로(10)는, 제1 실시 형태에 따른 광 검출 회로(1)와 비교하여, 반전 증폭 회로(4)(증폭 회로)를 더 구비하는 점에 있어서 상위하다. 반전 증폭 회로(4)는 출력전압 Vout1을 반전 증폭시키는 회로이다. 반전 증폭 회로(4)는 연산 증폭기(40)(제2 연산 증폭기)와, 저항값 R1을 가지는 저항 소자(44)(제1 저항 소자)와, 저항값 R2를 가지는 저항 소자(45)(제2 저항 소자)를 구비한다.
연산 증폭기(40)는 비반전 입력 단자(41)(제2 비반전 입력 단자)와, 반전 입력 단자(42)(제2 반전 입력 단자)와, 출력 단자(43)(제2 출력 단자)를 가진다. 연산 증폭기(3)의 출력 단자(33)는, 저항 소자(44)를 통해서 연산 증폭기(40)의 반전 입력 단자(42)에 접속된다. 구체적으로는, 저항 소자(44)의 일단이 반전 입력 단자(42)에 접속되고, 저항 소자(44)의 타단이 출력 단자(33)에 접속된다. 이것에 의해, 반전 증폭 회로(4)에 출력전압 Vout1이 입력된다. 저항 소자(45)의 일단은 반전 입력 단자(42)(저항 소자(44)의 일단)에 접속되고, 저항 소자(45)의 타단은 출력 단자(43)에 접속된다. 비반전 입력 단자(41)는 접지 전위(고정 전위)에 접속된다. 또한, 비반전 입력 단자(41)는 접지 전위 이외의 고정 전위에 접속되어도 된다. 이 경우, 고정 전위는 양음 중 어느 것의 일정값을 가지고 있어도 된다. 비반전 입력 단자(41)에 접속되는 고정 전위는, 연산 증폭기(3)의 비반전 입력 단자(31)에 접속되는 고정 전위와 차이가 있어도 되고, 동일해도 된다.
반전 증폭 회로(4)의 증폭율은, 저항값 R1에 대한 저항값 R2의 비(R2/R1)이므로, 반전 증폭 회로(4)는 출력전압 Vout1을 -(R2/R1)배로 증폭시킨 출력전압 Vout2를 생성한다. 예를 들면, 출력전압 Vout1을 -100배로 증폭시킨 출력전압 Vout2를 얻고 싶은 경우, 증폭율이 100이 되도록 하는 저항값 R1 및 저항값 R2가 설정된다. 광 검출 회로(10)는 출력전압 Vout2를 검출 결과로서 외부로 출력한다.
이상과 같이 구성된 광 검출 회로(10)에서는, 출력전압 Vout1이 반전 증폭 회로(4)에 의해서 증폭된다. 이것에 의해, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압을 증폭시킴으로써 얻어지는 출력전압 Vout2에 기초하여, 입사광량을 검출하는 것이 가능하게 된다.
광 검출 회로(10)는, 반전 증폭 회로(4) 대신에, 도시되지 않은 비반전 증폭 회로(증폭 회로)를 구비하고 있어도 된다. 비반전 증폭 회로는, 반전 증폭 회로(4)와 마찬가지로, 연산 증폭기(40)와, 저항 소자(44)와, 저항 소자(45)를 구비한다. 연산 증폭기(3)의 출력 단자(33)는, 연산 증폭기(40)의 비반전 입력 단자(41)에 접속된다. 저항 소자(44)의 일단은 반전 입력 단자(42)에 접속되고, 저항 소자(44)의 타단은 접지 전위에 접속된다. 저항 소자(45)의 일단은 반전 입력 단자(42)(저항 소자(44)의 일단)에 접속되고, 저항 소자(45)의 타단은 출력 단자(43)에 접속된다. 비반전 증폭 회로는 출력전압 Vout1을 (1＋R2/R1)배로 증폭시킨 출력전압 Vout2를 생성한다. 또한, 제2 실시 형태에 따른 광 검출 회로(10)에 제1 실시 형태의 제1 변형예 ~ 제3 변형예 및 그것들의 조합이 적용되어도 된다.
다음으로, 도 8을 이용하여 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로를 설명한다. 도 8은 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로(100)는, 제2 실시 형태에 따른 광 검출 회로(10)와 비교하여, 반전 증폭 회로(4) 대신에 반전 증폭 회로(4A)를 구비하는 점에 있어서 상위하다. 반전 증폭 회로(4A)는 반전 증폭 회로(4)와 비교하여, 저항 소자(44) 대신에 광 검출 소자(50)(제2 광 검출 소자)를 구비하는 점에 있어서 상위하다. 도 8에서는, 광 검출 소자(50)의 애노드(52)(제2 애노드)가 출력 단자(33)에 접속되고, 광 검출 소자(50)의 캐소드(53)(제2 캐소드)가 반전 입력 단자(42)에 접속된다.
광 검출 소자(50)는 직렬로 접속된 복수의 포토다이오드(51)(복수의 제2 포토다이오드)를 가진다. 예를 들면, 광 검출 소자(50)는 2개의 포토다이오드(51)로 구성된다. 각 포토다이오드(51)는, 예를 들면 I㎁sSb 포토다이오드이며, 포토다이오드(20)와 동일한 재료로 구성되어도 된다. 광 검출 소자(50)에는, 저항값 Rsh2를 가지는 병렬 저항 성분이 포함된다. 광 검출 소자(50)의 병렬 저항 성분은, 애노드(52)와 캐소드(53)의 사이에 발생하는 저항 성분이다. 즉, 광 검출 소자(50)의 병렬 저항 성분은, 연산 증폭기(3)의 출력 단자(33)와 연산 증폭기(40)의 반전 입력 단자(42)의 사이에 접속되는 저항 소자(제1 저항 소자)를 구성한다. 이 때문에, 반전 증폭 회로(4A)의 증폭율은, 저항값 Rsh2에 대한 저항값 R2의 비(R2/Rsh2)로 되므로, 광 검출 회로(100)에서는, 출력전압 Vout1을 -(R2/Rsh2)배로 증폭시킴으로써 얻어진 출력전압 Vout2가 생성된다. 또한, 포토다이오드(51)(광 검출 소자(50))의 직렬 저항 성분의 저항값은, 포토다이오드(51)(광 검출 소자(50))의 병렬 저항 성분의 저항값에 비해 매우 작기 때문에, 직렬 저항 성분의 영향을 무시할 수 있다.
도 9는 광 검출 소자의 주위 온도와 병렬 저항 성분의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9에서는, 직렬로 접속된 245개의 I㎁sSb 포토다이오드를 가지는 광 검출 소자(2)의 병렬 저항 성분의 저항값 Rsh1(Ω)과 주위 온도(℃)의 관계가 나타내지고 있다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 광 검출 소자(2)의 주위 온도가 높아지면 저항값 Rsh1은 감소하고, 광 검출 소자(2)의 주위 온도가 낮아지면 저항값 Rsh1은 증가한다. 이와 같이, 광 검출 소자(2)의 주위 온도에 따라서, 저항값 Rsh1은 다른 값으로 되므로, 입사광량이 같았다고 해도 출력전압 Vout1이 다른 값으로 될 우려가 있다.
광 검출 소자(2)가 직렬로 접속된 n1개(n1은 2 이상의 정수)의 포토다이오드(20)를 가지는 경우, 광 전류 Ip가 광 검출 소자(2)의 병렬 저항 성분에 모두 흐른다고 하면, 저항값 Rsh1은 n1×Rsh0가 된다. 광 검출 소자(50)가 직렬로 접속된 n2개(n2는 2 이상의 정수)의 포토다이오드(51)를 가지는 경우, 포토다이오드(51)에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값이 포토다이오드(20)의 저항값 Rsh0와 동일하다고 하면, 저항값 Rsh2는 n2×Rsh0가 된다. 이때, 출력전압 Vout2는 하기의 식(1)에 의해서 구해진다. 추가로 식(1)을 정리함으로써, 하기의 식(2)가 얻어진다.
Figure pct00001
Figure pct00002
식(2)로 나타내지는 바와 같이, 각 포토다이오드(51)에 포함되는 병렬 저항 성분의 저항값이 광 검출 소자(2)를 구성하는 포토다이오드(20)의 저항값 Rsh0와 동일하다고 하면, 출력전압 Vout2는 각 포토다이오드(51) 및 각 포토다이오드(20)의 저항값에 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 주위 온도에 따라서 저항값 Rsh0(Rsh1)가 다른 값을 가지고 있었다고 해도, 입사광량이 동일하면, 출력전압 Vout2는 대략 동일하게 된다.
일례로서, 광 검출 소자(2)가 200개(n1=200)의 포토다이오드(20)로 구성되고, 광 검출 소자(50)가 2개(n2=2)의 포토다이오드(51)로 구성되는 경우에 있어서의 출력전압 Vout1의 계산 결과를 나타낸다. 주위 온도가 15℃일 때, 저항값 Rsh1은 200㏀(Rsh0는 1㏀)이며, 저항값 Rsh2는 2㏀이다. 광 전류 Ip가 10㎁라고 하면, 이 때의 출력전압 Vout1은 2㎷가 된다. 저항값 R2가 10㏀이라고 하면, 반전 증폭 회로(4)의 증폭율은 5배가 되어 출력전압 Vout2는 10㎷가 된다. 한편, 주위 온도가 35℃일 때, 저항값 Rsh1은 100㏀(Rsh0는 0.5㏀)이고, 저항값 Rsh2는 1㏀이다. 이 때의 출력전압 Vout1은 1㎷가 되어, 반전 증폭 회로(4)의 증폭율은 10배이며 출력전압 Vout2는 10㎷가 된다. 이와 같이, 주위 온도에 기초하는 저항 소자(45) 및 연산 증폭기(3, 40)의 특성 변동이 작으면, 주위 온도가 차이가 있었다고 해도, 입사광량이 동일한 때의 출력전압 Vout2는 대략 동일하게 되므로, 광 검출 소자(50)에 의해서 온도 보상을 행하는 것이 가능하게 된다.
광 검출 소자(2) 및 광 검출 소자(50)에서는, 각각의 병렬 저항 성분의 온도 특성이 대략 동일하게 되도록, 광 검출 소자(50)는 광 검출 소자(2)와 동일한 칩에 구성되어도 된다. 구체적으로는, 같은 반절연성 기판 상에 각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)의 PN 접합부가 마련된다. 이 경우, 캐소드(22)와 애노드(52)가 반절연성 기판 상에서 서로 접속되고, 광 검출 소자(2) 및 광 검출 소자(50)가 구성된 반절연성 기판 상에, 캐소드(22) 및 애노드(52)가 서로 접속된 전극과, 애노드(21)와, 캐소드(53)로 이루어지는 3개의 외부 접속용 단자가 마련되어도 된다. 또한, 각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)는, 동일 구조의 PN 접합부를 가지고 있어도 된다. 또한, 광 검출 소자(50)는 차광되어도 되고, 광 검출 소자(50)에는 광 검출 소자(2)와 마찬가지로 입사광이 입사되어도 된다.
이상과 같이 구성된 광 검출 회로(100)에서는, 애노드(21)와 캐소드(22)의 사이에 발생하는 전압은, 저항값 Rsh1에 광 전류 Ip를 곱한 값과 대략 같다. 광 검출 회로(1)의 주위 온도가 높아지면, 저항값 Rsh1가 감소하기 때문에 출력전압 Vout1은 감소한다. 한편, 광 검출 회로(1)의 주위 온도가 높아지면, 저항값 Rsh2도 감소하기 때문에 반전 증폭 회로(4)의 증폭율은 증가한다. 이 때문에, 설령 주위 온도에 기초하여 출력전압 Vout1이 감소되었다고 해도, 반전 증폭 회로(4)의 증폭율은 증가하기 때문에, 주위 온도에 의한 저항값 Rsh1의 변동의 영향이 저감(상쇄)된다. 마찬가지로, 광 검출 회로(1)의 주위 온도가 낮아지면, 저항값 Rsh1이 증가하기 때문에 출력전압 Vout1은 증가한다. 한편, 광 검출 회로(1)의 주위 온도가 낮아지면, 저항값 Rsh2도 증가하기 때문에 반전 증폭 회로(4)의 증폭율은 감소한다. 이 때문에, 설령 주위 온도에 기초하여 출력전압 Vout1이 증가했다고 해도, 반전 증폭 회로(4)의 증폭율은 감소하기 때문에, 주위 온도에 의한 저항값 Rsh1의 변동의 영향이 저감(상쇄)된다. 이것에 의해, 주위 온도에 기초한 출력전압 Vout2의 변동을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
광 검출 소자(50)가 광 검출 소자(2)와 동일한 칩에 구성되므로, 각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)의 병렬 저항 성분이 동일한 저항값 Rsh0를 가진다. 이 때문에, 각 포토다이오드(20)의 병렬 저항 성분과 각 포토다이오드(51)의 병렬 저항 성분은, 대략 동일한 온도 특성을 가진다. 이것에 의해, 식(2)로 나타내지는 바와 같이, 출력전압 Vout2는 각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)의 병렬 저항 성분에 영향을 받지 않기 때문에, 주위 온도에 기초한 출력전압 Vout2의 변동을 보다 저감시키는 것이 가능하게 된다.
식(2)로 나타내지는 바와 같이, 출력전압 Vout2는, 포토다이오드(20)의 개수 n1을 포토다이오드(51)의 개수 n2로 나눈 값(n1/n2)에 대략 비례한다. 따라서, 포토다이오드(51)의 개수 n2를 포토다이오드(20)의 개수 n1보다도 적게 함으로써, 주위 온도에 기초하는 출력전압 Vout2의 변동을 저감시키면서, 높은 전압값을 가지는 출력전압 Vout2를 출력하는 것이 가능하게 된다.
광 검출 소자(2)가 생성하는 광 전류 Ip는, 양자 효율에 의해서 정해지므로, 광 검출 소자(2, 50)의 개체 차에 기초하는 광 전류 Ip의 변동은 작다. 양자 효율은 입사광량에 따라서 생성되는 전자 또는 정공의 수를 입사광의 광자 수로 나눔으로써 얻어지는 값이다. 한편, 저항값 Rsh1, Rsh2는, 광 검출 소자(2, 50)의 개체 차에 의해서 변동한다. 동일한 칩에 광 검출 소자(2) 및 광 검출 소자(50)가 구성되는 경우, 각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)의 병렬 저항 성분의 저항값은 서로 동일한 값(저항값 Rsh0)이 된다. 이 때문에, 상술한 식(2)로 나타내지는 바와 같이, 출력전압 Vout2는 각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)의 병렬 저항 성분의 영향을 받지 않게 되어, 개체 차에 기초하는 출력전압 Vout2의 변동을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 포토다이오드(51)의 병렬 저항 성분이, 각 포토다이오드(20)와 마찬가지로 주위 온도의 증가에 수반하여 저항값이 감소하고, 주위 온도의 감소에 수반하여 저항값이 증가하도록 하는 온도 특성을 가지고 있으면, 광 검출 소자(2) 및 광 검출 소자(50)는 다른 칩으로 구성되어도 된다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 광 검출 회로(100A)는, 도 8에 도시된 광 검출 회로(100)과 비교하여, 반전 증폭 회로(4A) 대신에 반전 증폭 회로(4B)를 구비하는 점에 있어서 상위하다. 반전 증폭 회로(4B)는, 반전 증폭 회로(4A)와 비교하여, 광 검출 소자(50)의 접속 형태에 있어서 상위하다. 반전 증폭 회로(4B)에서는, 캐소드(53)가 출력 단자(33)에 접속되고, 애노드(52)가 반전 입력 단자(42)에 접속된다.
광 검출 회로(100A)에 있어서도 광 검출 회로(100)와 마찬가지의 효과가 달성된다. 즉, 광 검출 회로(100A)에 있어서의 광 검출 소자(50)의 극성이, 광 검출 회로(100)에 있어서의 광 검출 소자(50)의 극성과 반대여도, 광 검출 회로(100)와 마찬가지의 효과가 달성된다.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 11에 도시되는 바와 같이, 광 검출 회로(100B)는, 도 8에 도시된 광 검출 회로(100)와 비교하여, 광 검출 소자(2)의 접속 형태에 있어서 상위하다. 광 검출 회로(100B)에서는, 캐소드(22)가 반전 입력 단자(32)에 접속되고, 애노드(21)가 출력 단자(33)에 접속된다.
광 검출 회로(100B)에 있어서도 광 검출 회로(100)와 마찬가지의 효과가 달성된다. 즉, 광 검출 회로(100B)에 있어서의 광 검출 소자(2)의 극성이, 광 검출 회로(100)에 있어서의 광 검출 소자(2)의 극성과 반대여도, 광 검출 회로(100)와 마찬가지의 효과가 달성된다.
도 12는 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로의 제3 변형예를 나타내는 도면이다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 광 검출 회로(100C)는, 도 10에 도시된 광 검출 회로(100A)와 비교하여, 광 검출 소자(2)의 접속 형태에 있어서 상위하다. 광 검출 회로(100C)에서는, 캐소드(22)가 반전 입력 단자(32)에 접속되고, 애노드(21)가 출력 단자(33)에 접속된다.
광 검출 회로(100C)에 있어서도 광 검출 회로(100)와 마찬가지의 효과가 달성된다. 즉, 광 검출 회로(100C)에 있어서의 광 검출 소자(50)의 극성과 광 검출 소자(2)의 극성이, 동시에 광 검출 회로(100)에 있어서의 광 검출 소자(50) 및 광 검출 소자(2)의 극성과 반대여도, 광 검출 회로(100)와 마찬가지의 효과가 달성된다.
또한, 제3 실시 형태에 따른 광 검출 회로(100, 100A, 100B, 100C)에, 제1 실시 형태의 제2 변형예 및 제3 변형예 그리고 그것들의 조합이 적용되어도 된다.
상술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 있어서, 광 검출 소자(2)의 병렬 저항 성분이 연산 증폭기(3)의 동작이 가능한 저항값 Rsh1을 가지고 있으면, 각 포토다이오드(20)의 PN 접합부는, I㎁sSb 이외의 반도체 재료로 구성되어도 된다. 예를 들면, 각 포토다이오드(20)의 PN 접합부는, 단일 원소 반도체인 Si(실리콘) 또는 Ge(게르마늄)으로 구성되어도 된다. 각 포토다이오드(20)의 PN 접합부는, 화합물 반도체인 InGaAs(인듐 갈륨 비소), GaAs(갈륨 비소), GaAlAs(비화 알루미늄 갈륨), 또는 InP(인화 인듐)로 구성되어도 된다. 각 포토다이오드(51)의 PN 접합부는, 각 포토다이오드(20)의 PN 접합부와 다른 반도체 재료로 구성되어도 된다.
광 검출 소자(2)에 포함되는 포토다이오드(20)의 개수는 1개(n1=1)여도 된다. 광 검출 소자(50)에 포함되는 포토다이오드(51)의 개수는 1개(n2=1)여도 된다. 포토다이오드(51)의 개수 n2는, 포토다이오드(20)의 개수 n1 이상이어도 된다.
각 포토다이오드(20) 및 각 포토다이오드(51)는, PIN 접합부를 가지는 PIN형 포토다이오드여도 된다.
출력전압 Vout1을 증폭시키는 회로로서, 반전 증폭 회로(4) 및 비반전 증폭 회로 이외의 증폭 회로가 이용되어도 된다. 출력전압 Vout1을 증폭시키는 회로는, 연산 증폭기(40)를 구비하지 않아도 된다.
1, 1A, 1B, 1C, 10, 100, 100A, 100B, 100C…광 검출 회로, 2…광 검출 소자, 21…애노드, 22…캐소드, 3…연산 증폭기, 4, 4A, 4B…반전 증폭 회로, 50…광 검출 소자.

Claims (11)

  1. 제1 애노드 및 제1 캐소드를 가지고, 입사광량에 따라서 발생한 광기전력에 의해서 상기 제1 애노드와 상기 제1 캐소드의 사이에 전압이 발생하는 제1 광 검출 소자와,
    제1 비반전 입력 단자, 제1 반전 입력 단자 및 제1 출력 단자를 가지는 제1 연산 증폭기를 구비하고,
    상기 제1 비반전 입력 단자는 고정 전위에 접속되고,
    상기 제1 애노드 및 상기 제1 캐소드 중 한쪽은 상기 제1 반전 입력 단자에 접속되고, 상기 제1 애노드 및 상기 제1 캐소드 중 다른 쪽은 상기 제1 출력 단자에 접속되는 광 검출 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 출력 단자에 발생하는 출력전압을 증폭시키는 증폭 회로를 더 구비하는 광 검출 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 증폭 회로는 제2 연산 증폭기, 제1 저항 소자 및 제2 저항 소자를 가지고,
    상기 제2 연산 증폭기는 제2 비반전 입력 단자, 제2 반전 입력 단자 및 제2 출력 단자를 가지고,
    상기 제1 저항 소자의 일단은 상기 제2 반전 입력 단자에 접속되고, 상기 제1 저항 소자의 타단은 상기 제1 출력 단자에 접속되며,
    상기 제2 저항 소자의 일단은 상기 제2 반전 입력 단자에 접속되고, 상기 제2 저항 소자의 타단은 상기 제2 출력 단자에 접속되며,
    상기 제2 비반전 입력 단자는 고정 전위에 접속되는 광 검출 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 저항 소자는 제2 애노드 및 제2 캐소드를 가지는 제2 광 검출 소자이며,
    상기 제2 광 검출 소자에서는, 입사광량에 따라서 발생한 광기전력에 의해서 상기 제2 애노드와 상기 제2 캐소드의 사이에 전압이 발생하는 광 검출 회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 광 검출 소자는 상기 제1 광 검출 소자와 동일한 칩에 구성되는 광 검출 회로.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 광 검출 소자는 단일 또는 직렬로 접속된 복수의 제1 포토다이오드로 구성되고,
    상기 제2 광 검출 소자는 단일 또는 직렬로 접속된 복수의 제2 포토다이오드로 구성되는 광 검출 회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 포토다이오드의 개수는, 상기 제1 포토다이오드의 개수보다도 적은 광 검출 회로.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 애노드는 상기 제1 반전 입력 단자에 접속되고, 상기 제1 캐소드는 상기 제1 출력 단자에 접속되는 광 검출 회로.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐소드는 상기 제1 반전 입력 단자에 접속되고, 상기 제1 애노드는 상기 제1 출력 단자에 접속되는 광 검출 회로.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    용량 소자를 더 구비하고,
    상기 용량 소자의 일단은 상기 제1 애노드에 접속되고, 상기 용량 소자의 타단은 상기 제1 캐소드에 접속되는 광 검출 회로.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 저항 소자를 더 구비하고,
    상기 제3 저항 소자의 일단은 상기 제1 애노드에 접속되고, 상기 제3 저항 소자의 타단은 상기 제1 캐소드에 접속되는 광 검출 회로.
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