WO2019102684A1 - 光検出回路 - Google Patents

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WO2019102684A1
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detection circuit
anode
cathode
input terminal
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牧野　健二
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H03F2200/99—A diode as rectifier being used as a detecting circuit in an amplifying circuit

Definitions

  • the present disclosure relates to a light detection circuit.
  • a light detection circuit including a photodiode (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the photodiode the number of electrons and holes corresponding to the light amount (incident light amount) of the incident light is generated at the PN junction composed of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor.
  • the anode of the photodiode is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, and a feedback resistor is provided in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier. And feedback capacitors are connected.
  • a photocurrent corresponding to the amount of incident light is input to an amplifier circuit (transimpedance amplifier; TransImpedance Amplifier) composed of an operational amplifier, a feedback resistor and a feedback capacitor, and the photocurrent is amplified. Output as a voltage signal.
  • Transimpedance amplifier TransImpedance Amplifier
  • the light detection circuit for example, when a photodiode having a light reception sensitivity such that the photocurrent generated per 1 W of incident light quantity is several mA is used, in order to obtain an appropriate voltage signal according to the incident light quantity It is necessary to provide a feedback resistor having a large resistance value of several M ⁇ or so. Therefore, the time constant of the transimpedance amplifier becomes large, and it may take time for the light detection circuit to output a voltage signal (output voltage) according to the amount of incident light after the incident light is incident on the photodiode.
  • the present disclosure describes a light detection circuit capable of shortening the response time from the incidence of incident light to the output of an output voltage corresponding to the amount of incident light.
  • a light detection circuit includes a first anode and a first cathode, and a voltage is generated between the first anode and the first cathode by the photovoltaic power generated according to the amount of incident light.
  • a first operational amplifier having a first light detection element, a first non-inverted input terminal, a first inverted input terminal, and a first output terminal.
  • the first non-inverting input terminal is connected to a fixed potential
  • one of the first anode and the first cathode is connected to the first inverting input terminal
  • the other of the first anode and the first cathode is the first output terminal Connected to
  • the first noninverting input terminal of the first operational amplifier is connected to a fixed potential, and one of the first anode and the first cathode of the first light detection element is the first inversion of the first operational amplifier
  • the other of the first anode and the first cathode of the first light detection element is connected to the input terminal, and the other is connected to the first output terminal of the first operational amplifier.
  • the amount of incident light between the first anode and the first cathode Generates a voltage according to the Since the potential of the first inverting input terminal is substantially equal to the fixed potential, the output voltage of the first output terminal is a value based on the voltage generated between the first anode and the first cathode.
  • the voltage generated in the first light detection element according to the amount of incident light becomes the output voltage output from the first operational amplifier as it is, so the output voltage corresponding to the amount of incident light is output after the incident light is incident It is possible to shorten the response time until it is done.
  • the light detection circuit may further include an amplification circuit that amplifies an output voltage generated at the first output terminal.
  • the output voltage of the first output terminal is amplified by the amplifier circuit. This makes it possible to detect the amount of incident light based on the output voltage obtained by amplifying the voltage generated between the first anode and the first cathode of the first light detection element.
  • the amplification circuit may include a second operational amplifier, a first resistance element, and a second resistance element.
  • the second operational amplifier may have a second noninverting input terminal, a second inverting input terminal, and a second output terminal.
  • One end of the first resistance element may be connected to the second inverting input terminal, and the other end of the first resistance element may be connected to the first output terminal.
  • One end of the second resistive element may be connected to the second inverting input terminal, and the other end of the second resistive element may be connected to the second output terminal.
  • the second non-inverting input terminal may be connected to a fixed potential.
  • the first resistance element may be a second light detection element having a second anode and a second cathode.
  • a voltage may be generated between the second anode and the second cathode by the photovoltaic power generated according to the amount of incident light.
  • the voltage generated between the first anode and the first cathode of the first light detection element has a value substantially proportional to the resistance value of the parallel resistance component included in the first light detection element.
  • the amplification factor of the amplification circuit is determined based on the resistance value of the parallel resistance component included in the second light detection element. In the above configuration, for example, when the ambient temperature of the light detection circuit rises, the resistance value of the parallel resistance component included in the first light detection element decreases, so the output voltage of the first output terminal decreases. On the other hand, when the ambient temperature of the light detection circuit rises, the resistance value of the parallel resistance component included in the second light detection element also decreases, so the amplification factor of the amplification circuit increases.
  • the amplification factor of the amplification circuit increases. Also, even if the output voltage of the first output terminal increases based on the ambient temperature, the amplification factor of the amplifier circuit decreases. This makes it possible to reduce the fluctuation of the output voltage of the second output terminal based on the ambient temperature.
  • the second light detection element may be configured on the same chip as the first light detection element.
  • the output voltage of the second output terminal based on the ambient temperature It is possible to further reduce the fluctuation.
  • the first light detection element may be configured of a single or a plurality of first photodiodes connected in series.
  • the second light detection element may be configured of a single or a plurality of second photodiodes connected in series.
  • the number of second photodiodes may be smaller than the number of first photodiodes.
  • the output voltage of the first output terminal is substantially proportional to the product of the resistance value of the parallel resistance component of the first photodiode and the number of first photodiodes.
  • the amplification circuit is an inversion amplification circuit
  • the amplification factor is approximately inversely proportional to the product of the resistance value of the parallel resistance component of the second photodiode and the number of second photodiodes. Therefore, in the above configuration, the output voltage of the second output terminal is substantially proportional to the value obtained by dividing the number of first photodiodes by the number of second photodiodes.
  • the number of second photodiodes smaller than the number of first photodiodes, the variation of the output voltage of the second output terminal based on the ambient temperature can be reduced while the second output terminal having a high voltage value is reduced. It becomes possible to output an output voltage.
  • the first anode may be connected to the first inverting input terminal and the first cathode may be connected to the first output terminal.
  • the voltage generated between the first anode and the first cathode is the output voltage of the first output terminal, the response from when the incident light is incident to when the output voltage corresponding to the amount of incident light is output It becomes possible to shorten time.
  • the first cathode may be connected to the first inverting input terminal and the first anode may be connected to the first output terminal.
  • the voltage generated between the first anode and the first cathode is the output voltage of the first output terminal, the response from when the incident light is incident to when the output voltage corresponding to the amount of incident light is output It becomes possible to shorten time.
  • the light detection circuit may further include a capacitive element.
  • One end of the capacitive element may be connected to the first anode, and the other end of the capacitive element may be connected to the first cathode.
  • the capacitance element can stabilize the operation of the first operational amplifier.
  • a low-pass filter is configured by the parallel resistance component and the capacitive element included in the first light detection element, and it becomes possible to remove the high frequency component included in the output voltage of the first output terminal.
  • the light detection circuit may further include a third resistance element.
  • One end of the third resistance element may be connected to the first anode, and the other end of the third resistance element may be connected to the first cathode.
  • the third resistance element can reduce the influence of the ambient temperature on the gain of the first operational amplifier.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a photodiode.
  • FIG. 3A shows an example of the relationship between the amount of incident light and the output voltage in the light detection circuit shown in FIG.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the relationship between the amount of incident light and the output voltage in the light detection circuit of the comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first modification of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a second modification of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing a third modification of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a photodiode.
  • FIG. 3A shows an example of the relationship between the amount of incident light and the output voltage in
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a view showing an example of the relationship between the ambient temperature of the light detection element and the parallel resistance component.
  • FIG. 10 is a view showing a first modification of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a view showing a second modification of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a view showing a third modification of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • connection means electrical connection unless specifically described.
  • an aspect in which one element is connected to another element can include that one element is connected to another element via another circuit element such as a resistive element.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • the light detection circuit 1 shown in FIG. 1 is a circuit for detecting the amount of incident light. Specifically, the light detection circuit 1 generates an output voltage Vout1 according to the amount of incident light, and outputs the output voltage Vout1 to the outside.
  • the light detection circuit 1 includes a light detection element 2 (first light detection element) and an operational amplifier 3 (first operational amplifier).
  • the light detection element 2 is a photoelectric conversion element that generates an electrical signal according to the amount of incident light.
  • the light detection element 2 is composed of a plurality of photodiodes 20 (a plurality of first photodiodes) connected in series.
  • Each photodiode 20 is a PN-type photodiode having a PN junction composed of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor.
  • the photodiode 20 is, for example, an InAsSb photodiode.
  • the InAsSb photodiode has a semi-insulating substrate and a PN junction portion provided on the semi-insulating substrate, and the PN junction portion is made of InAsSb (indium arsenide antimony) which is a compound semiconductor.
  • the semi-insulating substrate is made of, for example, GaAs (gallium arsenide) which is a compound semiconductor.
  • InAsSb photodiodes are suitable, for example, for the detection of infrared radiation having a wavelength around 3 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the light detection element 2 is also referred to as a photovoltaic element.
  • Each photodiode 20 has an anode (positive electrode) connected to the P-type semiconductor in the PN junction and a cathode (negative electrode) connected to the N-type semiconductor in the PN junction.
  • a layer of P-type semiconductor and an N-type semiconductor in the PN junction of each photodiode 20 are generated by generating electrons and holes (carriers) whose number is approximately proportional to the amount of incident light at the PN junction of each photodiode 20.
  • Photovoltaic power is generated between the Therefore, by electrically connecting the anode and the cathode of the photodiode 20, a photocurrent Ip having an amount of current corresponding to the amount of incident light flows.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a photodiode.
  • each photodiode 20 is an equivalent circuit including a current source 12, a diode 13, a capacitance component 14, a parallel resistance component (shunt resistance) 15, and a series resistance component 16.
  • the current source 12 supplies a photocurrent Ip having a current amount substantially proportional to the incident light amount.
  • the diode 13 is connected in parallel to the current source 12.
  • the capacitive component 14 is connected in parallel to the current source 12.
  • the parallel resistance component 15 is connected in parallel to the current source 12 and has a resistance value Rsh0.
  • the series resistance component 16 is connected in series to the current source 12.
  • the parallel resistance component 15 of each photodiode 20 is a resistance component generated by the leak current of the PN junction.
  • the resistance value Rsh0 of the parallel resistance component 15 depends on the size of the band gap at the PN junction. The wider the band gap at the PN junction, the larger the resistance value Rsh0, and the narrower the band gap at the PN junction, the smaller the resistance value Rsh0.
  • photodiodes 20 are shown in FIG. 1, in the light detection circuit 1, for example, 200 photodiodes 20 are connected in series to constitute the light detection element 2.
  • the plurality of photodiodes 20 are connected in series so that the anode of one of the two photodiodes 20 adjacent to each other is connected to the cathode of the other.
  • the anode of the photodiode 20 disposed at one end of the light detection element 2 is not connected to the cathode of another photodiode 20 and constitutes the anode 21 of the light detection element 2.
  • the cathode of the photodiode 20 disposed at the other end of the light detection element 2 is not connected to the anode of another photodiode 20 and constitutes the cathode 22 of the light detection element 2. That is, the light detection element 2 has the anode 21 (first anode) and the cathode 22 (first cathode).
  • the light detection element 2 configured by connecting a plurality of photodiodes 20 in series can also be represented by an equivalent circuit similar to each photodiode 20.
  • the resistance value Rsh1 of the parallel resistance component included in the light detection element 2 corresponds to the number of photodiodes 20 in the resistance value Rsh0. It becomes approximately equal to the value obtained by multiplying.
  • the resistance value Rsh1 is a resistance value between the anode 21 and the cathode 22. Since the resistance value of the series resistance component 16 is much smaller than the resistance value Rsh0, the influence of the series resistance component 16 can be ignored.
  • the operational amplifier 3 is an operational amplifier having a noninverting input terminal 31 (first noninverting input terminal), an inverting input terminal 32 (first inverting input terminal), and an output terminal 33 (first output terminal).
  • the noninverting input terminal 31 is connected to the ground potential (fixed potential).
  • the anode 21 is connected to the inverting input terminal 32.
  • the cathode 22 is connected to the output terminal 33.
  • the light detection circuit 1 outputs the output voltage Vout1 at the output terminal 33 to the outside as a detection result.
  • the non-inverted input terminal 31 may be connected to a fixed potential other than the ground potential. In this case, the fixed potential may have either positive or negative constant value.
  • the number of electrons and holes substantially proportional to the amount of incident light is generated in the light detection element 2.
  • the band gap of the InAsSb photodiode is narrow, so the resistance value Rsh1 is small.
  • the resistance value Rsh1 is several hundreds k ⁇ .
  • substantially all of the photocurrent Ip generated in the light detection element 2 flows to the parallel resistance component included in the light detection element 2.
  • a voltage substantially equal to the product of the resistance value Rsh1 and the photocurrent Ip is generated between the anode 21 and the cathode 22 of the light detection element 2.
  • the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22 is a potential difference between the potential of the anode 21 and the potential of the cathode 22.
  • the non-inverting input terminal 31 is connected to the ground potential, and the potential of the inverting input terminal 32 and the potential of the non-inverting input terminal 31 are substantially the same, so the potential of the inverting input terminal 32 is approximately 0V. Therefore, the output voltage Vout1 of the output terminal 33 can be regarded as the same as the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22. Thus, the output voltage Vout1 has a value corresponding to the amount of incident light, so that the amount of incident light can be detected by measuring the output voltage Vout1.
  • the output voltage Vout1 of the output terminal 33 is a value obtained by adding the fixed potential to the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22. .
  • FIG. 3A shows an example of the relationship between the amount of incident light and the output voltage in the light detection circuit shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the amount of incident light, and the unit is an arbitrary unit.
  • the vertical axis represents the output voltage Vout1, and its unit is millivolts (mV).
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the relationship between the amount of incident light and the output voltage in the light detection circuit of the comparative example. In the light detection circuit of the comparative example, the photocurrent output from the photodiode is converted to the output voltage by the transimpedance amplifier.
  • the cathode of the light detection element is connected to the ground potential
  • the anode of the light detection element is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier
  • one end of the feedback capacitor and the feedback resistor connected in parallel with each other is the operational amplifier The other end is connected to the output terminal of the operational amplifier.
  • the horizontal axis indicates the amount of incident light, and the unit thereof is an arbitrary unit.
  • the vertical axis represents the output voltage, and its unit is millivolts (mV).
  • the output voltage Vout1 increases.
  • the output voltage Vout1 is substantially proportional to the amount of incident light, as in the light detection circuit of the comparative example in FIG. 3B, and the amount of incident light and the output voltage Vout1 have a linear relationship. Since the output voltage Vout1 is detected based on the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22 in the light detection circuit 1, the light detection circuit 1 is referred to as a voltage readout type (voltage mode). On the other hand, since the light detection circuit of the comparative example operates so as not to change the potential difference between the anode and the cathode of the light detection element, the photocurrent flows from the anode to the transimpedance amplifier.
  • the output voltage is detected based on the current flowing from the anode of the light detection element to the feedback resistor, so the light detection circuit of the comparative example is referred to as current readout type (current mode). .
  • the photocurrent Ip substantially proportional to the amount of incident light generated in the light detection element 2 flows to the parallel resistance component included in the inside of the light detection element 2, so between the anode 21 and the cathode 22 A voltage corresponding to the amount of incident light is generated. Since the potential of the inverting input terminal 32 is substantially equal to the ground potential, the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22 is the output voltage Vout1 generated at the output terminal 33.
  • the voltage corresponding to the amount of incident light generated in the light detection element 2 becomes the output voltage Vout1 output from the operational amplifier 3 as it is, according to the amount of incident light after the incident light enters the light detection element 2 It is possible to shorten the response time until the output voltage Vout1 is output.
  • the response time of the photodetection circuit converts the photocurrent Ip into a voltage signal Affected by the time constant of the transimpedance amplifier.
  • the light detection circuit 1 only the light detection element 2 is provided between the inverting input terminal 32 and the output terminal 33. Therefore, the response time from the incidence of incident light to the light detection element 2 to the output of the output voltage Vout1 according to the amount of incident light is either the response time of the light detection element 2 itself or the response time of the operational amplifier 3 It depends on the slower one.
  • a buffer circuit (voltage follower) that performs impedance conversion as a light detection circuit that detects an output voltage according to the amount of incident light.
  • the cathode 22 is connected to the ground potential
  • the anode 21 is connected to the noninverting input terminal of the operational amplifier
  • the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier are shorted.
  • a fixed voltage having a constant value is not input to any of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal, and the operation of the operational amplifier is performed by noise input to the operational amplifier or noise generated by the operational amplifier. It may not be stable.
  • the non-inversion input terminal 31 since the non-inversion input terminal 31 is connected to the ground potential, the stability of the operation of the operational amplifier 3 can be improved.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first modification of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • the light detection circuit 1A shown in FIG. 4 is different from the light detection circuit 1 shown in FIG. 1 in the connection form of the light detection element 2.
  • the anode 21 is connected to the output terminal 33, and the cathode 22 is connected to the inverting input terminal 32.
  • the same effect as the light detection circuit 1 is exerted.
  • the polarity (positive or negative) of the output voltage Vout1 in the light detection circuit 1A is opposite to the polarity of the output voltage Vout1 in the light detection circuit 1, but the voltage value (absolute value) of the output voltage Vout1 is the same. That is, although the output voltage Vout1 in the light detection circuit 1A has the opposite polarity to the output voltage Vout1 in the light detection circuit 1, the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22 is output as in the light detection circuit 1 The output voltage Vout1 of the terminal 33 is obtained.
  • one of the anode 21 and the cathode 22 is connected to the inverting input terminal 32, and the other of the anode 21 and the cathode 22 is connected to the output terminal 33.
  • FIG. 5 is a diagram showing a second modification of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • the light detection circuit 1B shown in FIG. 5 is different from the light detection circuit 1 shown in FIG. 1 in that the light detection circuit 1B further includes a capacitive element (capacitor) 23.
  • the capacitive element 23 is connected in parallel to the light detection element 2.
  • One end of the capacitive element 23 is connected to the anode 21 (inverted input terminal 32), and the other end of the capacitive element 23 is connected to the cathode 22 (output terminal 33).
  • the same effect as the light detection circuit 1 is exerted.
  • the operation of the operational amplifier 3 is stabilized.
  • a low pass filter is formed by the parallel resistance component and the capacitive element 23 included in the light detection element 2, and the high frequency component included in the output voltage Vout1 in the light detection circuit 1B is removed.
  • the cathode 22 may be connected to the inverting input terminal 32, and the anode 21 may be connected to the output terminal 33.
  • FIG. 6 is a view showing a third modification of the light detection circuit according to the first embodiment.
  • the light detection circuit 1C shown in FIG. 6 is different from the light detection circuit 1 shown in FIG. 1 in that the light detection circuit 1C further includes a resistance element 24 (third resistance element).
  • the resistance element 24 is connected in parallel to the light detection element 2.
  • One end of the resistive element 24 is connected to the anode 21 (inverted input terminal 32), and the other end of the resistive element 24 is connected to the cathode 22 (output terminal 33).
  • the same effect as the light detection circuit 1 is exerted.
  • the cathode 22 may be connected to the inverting input terminal 32, and the anode 21 may be connected to the output terminal 33.
  • the second modification may be applied to the light detection circuit 1C according to the third modification. That is, one end of the capacitive element 23 and the resistive element 24 connected in parallel to each other may be connected to the anode 21 (inverted input terminal 32), and the other end may be connected to the cathode 22 (output terminal 33).
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the second embodiment.
  • the light detection circuit 10 according to the second embodiment is different from the light detection circuit 1 according to the first embodiment in that it further includes an inverting amplification circuit 4 (amplification circuit).
  • the inverting amplification circuit 4 is a circuit that inverts and amplifies the output voltage Vout1.
  • the inverting amplification circuit 4 includes an operational amplifier 40 (second operational amplifier), a resistive element 44 (first resistive element) having a resistance value R1, and a resistive element 45 (second resistive element) having a resistance value R2. Prepare.
  • the operational amplifier 40 has a noninverting input terminal 41 (second noninverting input terminal), an inverting input terminal 42 (second inverting input terminal), and an output terminal 43 (second output terminal).
  • the output terminal 33 of the operational amplifier 3 is connected to the inverting input terminal 42 of the operational amplifier 40 via the resistance element 44.
  • one end of the resistive element 44 is connected to the inverting input terminal 42, and the other end of the resistive element 44 is connected to the output terminal 33.
  • the output voltage Vout1 is input to the inverting amplification circuit 4.
  • One end of the resistive element 45 is connected to the inverting input terminal 42 (one end of the resistive element 44), and the other end of the resistive element 45 is connected to the output terminal 43.
  • the noninverting input terminal 41 is connected to the ground potential (fixed potential).
  • the noninverting input terminal 41 may be connected to a fixed potential other than the ground potential.
  • the fixed potential may have either positive or negative constant value.
  • the fixed potential connected to the noninverting input terminal 41 may be different from or the same as the fixed potential connected to the noninverting input terminal 31 of the operational amplifier 3.
  • the amplification factor of the inverting amplification circuit 4 is the ratio (R2 / R1) of the resistance value R2 to the resistance value R1
  • the inverting amplification circuit 4 amplifies the output voltage Vout1 by-(R2 / R1) times the output voltage Vout2 Generate
  • the resistance value R1 and the resistance value R2 are set such that the amplification factor is 100.
  • the light detection circuit 10 outputs the output voltage Vout2 to the outside as a detection result.
  • the output voltage Vout1 is amplified by the inverting amplification circuit 4. As a result, it is possible to detect the amount of incident light based on the output voltage Vout2 obtained by amplifying the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22.
  • the light detection circuit 10 may be provided with a non-inversion amplification circuit (amplification circuit) (not shown) in place of the inversion amplification circuit 4.
  • the non-inverting amplification circuit includes an operational amplifier 40, a resistance element 44, and a resistance element 45.
  • the output terminal 33 of the operational amplifier 3 is connected to the noninverting input terminal 41 of the operational amplifier 40.
  • One end of the resistive element 44 is connected to the inverting input terminal 42, and the other end of the resistive element 44 is connected to the ground potential.
  • One end of the resistive element 45 is connected to the inverting input terminal 42 (one end of the resistive element 44), and the other end of the resistive element 45 is connected to the output terminal 43.
  • the non-inverting amplifier circuit amplifies an output voltage Vout1 by (1 + R2 / R1) times to generate an output voltage Vout2.
  • the first to third modifications of the first embodiment and their combinations may be applied to the light detection circuit 10 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • the light detection circuit 100 according to the third embodiment is different from the light detection circuit 10 according to the second embodiment in that an inverting amplification circuit 4A is provided instead of the inverting amplification circuit 4. It is different.
  • the inverting amplification circuit 4A is different from the inverting amplification circuit 4 in that a light detection element 50 (second light detection element) is provided instead of the resistance element 44.
  • the anode 52 (second anode) of the light detection element 50 is connected to the output terminal 33
  • the cathode 53 (second cathode) of the light detection element 50 is connected to the inverting input terminal 42.
  • the light detection element 50 has a plurality of photodiodes 51 (a plurality of second photodiodes) connected in series.
  • the light detection element 50 is composed of two photodiodes 51.
  • Each photodiode 51 is, for example, an InAsSb photodiode, and may be made of the same material as the photodiode 20.
  • the light detection element 50 includes a parallel resistance component having a resistance value Rsh2.
  • the parallel resistance component of the light detection element 50 is a resistance component generated between the anode 52 and the cathode 53. That is, the parallel resistance component of the light detection element 50 constitutes a resistance element (first resistance element) connected between the output terminal 33 of the operational amplifier 3 and the inverting input terminal 42 of the operational amplifier 40.
  • the amplification factor of the inverting amplification circuit 4A is the ratio (R2 / Rsh2) of the resistance value R2 to the resistance value Rsh2. Therefore, in the light detection circuit 100, the output voltage Vout1 is amplified by-(R2 / Rsh2) times. An output voltage Vout2 obtained thereby is generated.
  • the resistance value of the series resistance component of the photodiode 51 (the light detection element 50) is much smaller than the resistance value of the parallel resistance component of the photodiode 51 (the light detection element 50). It can be ignored.
  • FIG. 9 is a view showing an example of the relationship between the ambient temperature of the light detection element and the parallel resistance component.
  • FIG. 9 shows the relationship between the resistance value Rsh1 ( ⁇ ) of the parallel resistance component of the light detection element 2 having 245 InAsSb photodiodes connected in series and the ambient temperature (° C.).
  • the resistance value Rsh1 decreases as the ambient temperature of the light detection element 2 increases, and the resistance value Rsh1 increases as the ambient temperature of the light detection element 2 decreases.
  • the output voltage Vout1 may vary depending on the amount of incident light.
  • the resistance value Rsh1 is It becomes n1 ⁇ Rsh0.
  • the resistance value of the parallel resistance component included in the photodiode 51 is the same as the resistance value Rsh 0 of the photodiode 20 Assuming that, the resistance value Rsh2 is n2 ⁇ Rsh0.
  • the output voltage Vout2 is obtained by the following equation (1). Furthermore, following Formula (2) is obtained by rearranging Formula (1).
  • the output voltage Vout2 is The resistance value of each photodiode 51 and each photodiode 20 is not affected. Therefore, even if the resistance value Rsh0 (Rsh1) has a different value depending on the ambient temperature, the output voltage Vout2 becomes substantially the same if the incident light amount is the same.
  • the resistance value Rsh1 is 100 k ⁇ (Rsh0 is 0.5 k ⁇ ), and the resistance value Rsh2 is 1 k ⁇ .
  • the output voltage Vout1 at this time is 1 mV
  • the amplification factor of the inverting amplification circuit 4 is 10 times
  • the output voltage Vout2 is 10 mV.
  • the light detection element 50 may be configured on the same chip as the light detection element 2 so that the temperature characteristics of the parallel resistance components are substantially the same.
  • the PN junctions of the respective photodiodes 20 and the respective photodiodes 51 are provided on the same semi-insulating substrate.
  • the cathode 22 and the anode 52 are connected to each other on the semi-insulating substrate, and the cathode 22 and the anode 52 are connected to each other on the semi-insulating substrate in which the light detection element 2 and the light detection element 50 are configured.
  • Three external connection terminals consisting of an electrode, an anode 21 and a cathode 53 may be provided.
  • Each photodiode 20 and each photodiode 51 may have a PN junction of the same structure.
  • the light detection element 50 may be shielded from light, and incident light may be incident on the light detection element 50 as in the light detection element 2.
  • the voltage generated between the anode 21 and the cathode 22 is substantially equal to the resistance value Rsh1 multiplied by the photocurrent Ip.
  • the resistance value Rsh1 decreases, and the output voltage Vout1 decreases.
  • the resistance value Rsh2 also decreases, and the amplification factor of the inverting amplification circuit 4 increases. Therefore, even if the output voltage Vout1 decreases based on the ambient temperature, the amplification factor of the inverting amplification circuit 4 increases, so the influence of the fluctuation of the resistance value Rsh1 due to the ambient temperature is reduced (cancelled).
  • the resistance value Rsh1 increases, and the output voltage Vout1 increases.
  • the resistance value Rsh2 also increases, and the amplification factor of the inverting amplification circuit 4 decreases. Therefore, even if the output voltage Vout1 increases based on the ambient temperature, the amplification factor of the inverting amplification circuit 4 decreases, so the influence of the fluctuation of the resistance value Rsh1 due to the ambient temperature is reduced (cancelled). This makes it possible to reduce the fluctuation of the output voltage Vout2 based on the ambient temperature.
  • the parallel resistance components of the respective photodiodes 20 and the respective photodiodes 51 have the same resistance value Rsh0. Therefore, the parallel resistance component of each photodiode 20 and the parallel resistance component of each photodiode 51 have substantially the same temperature characteristics. Thereby, as shown in the equation (2), the output voltage Vout2 is not influenced by the parallel resistance component of each photodiode 20 and each photodiode 51, so that the fluctuation of the output voltage Vout2 based on the ambient temperature is further reduced. Is possible.
  • the output voltage Vout2 is approximately proportional to the value (n1 / n2) obtained by dividing the number n1 of the photodiodes 20 by the number n2 of the photodiodes 51. Therefore, by making the number n2 of the photodiodes 51 smaller than the number n1 of the photodiodes 20, it is possible to output the output voltage Vout2 having a high voltage value while reducing the fluctuation of the output voltage Vout2 based on the ambient temperature. It becomes.
  • the photocurrent Ip generated by the light detection element 2 is determined by the quantum efficiency, the fluctuation of the photocurrent Ip based on the individual difference between the light detection elements 2 and 50 is small.
  • the quantum efficiency is a value obtained by dividing the number of electrons or holes generated according to the amount of incident light by the number of photons of incident light.
  • the resistance values Rsh1 and Rsh2 fluctuate due to the individual differences of the light detection elements 2 and 50.
  • the resistance value of the parallel resistance component of each photodiode 20 and each photodiode 51 becomes the same value (resistance value Rsh0).
  • the output voltage Vout2 is not influenced by the parallel resistance component of each photodiode 20 and each photodiode 51, and the fluctuation of the output voltage Vout2 based on the individual difference is reduced. It becomes possible.
  • the parallel resistance component of each photodiode 51 has a temperature characteristic such that the resistance value decreases as the ambient temperature increases, and the resistance value increases as the ambient temperature decreases.
  • the light detection element 2 and the light detection element 50 may be configured by different chips.
  • FIG. 10 is a view showing a first modification of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • the light detection circuit 100A differs from the light detection circuit 100 shown in FIG. 8 in that it includes an inverting amplification circuit 4B instead of the inverting amplification circuit 4A.
  • the inverting amplification circuit 4B is different from the inverting amplification circuit 4A in the connection form of the light detection element 50.
  • the cathode 53 is connected to the output terminal 33, and the anode 52 is connected to the inverting input terminal 42.
  • the same effect as that of the light detection circuit 100 is exerted. That is, even if the polarity of the light detection element 50 in the light detection circuit 100A is opposite to the polarity of the light detection element 50 in the light detection circuit 100, the same effect as that of the light detection circuit 100 can be obtained.
  • FIG. 11 is a view showing a second modification of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • the light detection circuit 100B differs from the light detection circuit 100 shown in FIG. 8 in the connection form of the light detection element 2.
  • the cathode 22 is connected to the inverting input terminal 32, and the anode 21 is connected to the output terminal 33.
  • the same effect as the light detection circuit 100 is exerted. That is, even if the polarity of the light detection element 2 in the light detection circuit 100B is opposite to the polarity of the light detection element 2 in the light detection circuit 100, the same effect as that of the light detection circuit 100 is achieved.
  • FIG. 12 is a view showing a third modification of the light detection circuit according to the third embodiment.
  • the light detection circuit 100C is different in the connection form of the light detection element 2 from the light detection circuit 100A shown in FIG.
  • the cathode 22 is connected to the inverting input terminal 32, and the anode 21 is connected to the output terminal 33.
  • the same effect as that of the light detection circuit 100 is exerted. That is, even if the polarity of the light detection element 50 in the light detection circuit 100C and the polarity of the light detection element 2 are both opposite to the polarities of the light detection element 50 and the light detection element 2 in the light detection circuit 100, the light detection circuit The same effect as 100 is achieved.
  • the second and third modifications of the first embodiment and the combination thereof may be applied to the light detection circuits 100, 100A, 100B, and 100C according to the third embodiment.
  • the PN junction of each photodiode 20 is And InAsSb may be made of a semiconductor material other than InAsSb.
  • the PN junction of each photodiode 20 may be made of single element semiconductor Si (silicon) or Ge (germanium).
  • the PN junction of each photodiode 20 may be made of compound semiconductor InGaAs (indium gallium arsenide), GaAs (gallium arsenide), GaAlAs (aluminum gallium arsenide), or InP (indium phosphide).
  • the PN junction of each photodiode 51 may be made of a semiconductor material different from the PN junction of each photodiode 20.
  • the number n 2 of the photodiodes 51 may be equal to or more than the number n 1 of the photodiodes 20.
  • Each photodiode 20 and each photodiode 51 may be a PIN photodiode having a PIN junction.
  • amplification circuits other than the inversion amplification circuit 4 and the non-inversion amplification circuit may be used.
  • the circuit for amplifying the output voltage Vout1 may not include the operational amplifier 40.
  • Photodetection circuit 2 ... Photodetection element, 21 ... Anode, 22 ... Cathode, 3 ... Operational amplifier, 4, 4A, 4B ... Inverted amplification circuit , 50 ... light detection element.

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Abstract

光検出回路は、第１アノード及び第１カソードを有し、入射光量に応じて生じた光起電力によって第１アノードと第１カソードとの間に電圧が発生する第１光検出素子と、第１非反転入力端子、第１反転入力端子及び第１出力端子を有する第１演算増幅器と、を備え、第１非反転入力端子は固定電位に接続され、第１アノード及び第１カソードのうちの一方は第１反転入力端子に接続され、第１アノード及び第１カソードのうちの他方は第１出力端子に接続される。

Description

光検出回路
　本開示は、光検出回路に関する。
　フォトダイオードを備える光検出回路が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。フォトダイオードでは、Ｐ型半導体及びＮ型半導体から構成されるＰＮ接合部に入射光の光量（入射光量）に応じた数の電子及び正孔が生成される。例えば特許文献１に記載の光検出回路では、フォトダイオードのアノードが演算増幅器の反転入力端子に接続されており、演算増幅器の反転入力端子及び出力端子の間には、並列に設けられた帰還抵抗及び帰還容量が接続されている。フォトダイオードに入射光が入射することで、入射光量に応じた光電流が演算増幅器、帰還抵抗及び帰還容量から構成される増幅回路（トランスインピーダンスアンプ；TransImpedance　Amplifier）に入力され、光電流が増幅されて電圧信号として出力される。
特開２００２－１３４７６１号公報 特開２００５－２１６９８４号公報
　上述の光検出回路において、例えば入射光量１Ｗあたりに生成される光電流が数ｍＡであるような受光感度を有するフォトダイオードが用いられる場合、入射光量に応じた適切な電圧信号を得るためには数ＭΩ程度の大きい抵抗値を有する帰還抵抗を設ける必要がある。このため、トランスインピーダンスアンプの時定数が大きくなり、フォトダイオードに入射光が入射してから光検出回路が入射光量に応じた電圧信号（出力電圧）を出力するまでに時間を要するおそれがある。
　本開示は、入射光が入射してから入射光量に応じた出力電圧が出力されるまでの応答時間を短縮することが可能な光検出回路を説明する。
　本開示の一側面に係る光検出回路は、第１アノード及び第１カソードを有し、入射光量に応じて生じた光起電力によって第１アノードと第１カソードとの間に電圧が発生する第１光検出素子と、第１非反転入力端子、第１反転入力端子及び第１出力端子を有する第１演算増幅器と、を備える。第１非反転入力端子は固定電位に接続され、第１アノード及び第１カソードのうちの一方は第１反転入力端子に接続され、第１アノード及び第１カソードのうちの他方は第１出力端子に接続される。
　この光検出回路では、第１演算増幅器の第１非反転入力端子は固定電位に接続され、第１光検出素子の第１アノード及び第１カソードのうちの一方は第１演算増幅器の第１反転入力端子に接続され、第１光検出素子の第１アノード及び第１カソードのうちの他方は第１演算増幅器の第１出力端子に接続される。例えば、入射光量に応じて第１光検出素子で発生した光電流が、第１光検出素子の内部に含まれる並列抵抗成分に流れる場合、第１アノードと第１カソードとの間には入射光量に応じた電圧が発生する。第１反転入力端子の電位は固定電位に略等しくなるので、第１出力端子の出力電圧は第１アノードと第１カソードとの間に発生する電圧に基づいた値となる。これにより、入射光量に応じて第１光検出素子において発生した電圧が、そのまま第１演算増幅器から出力される出力電圧となるので、入射光が入射してから入射光量に応じた出力電圧が出力されるまでの応答時間を短縮することが可能となる。
　光検出回路は、第１出力端子に発生する出力電圧を増幅する増幅回路をさらに備えてもよい。
　この場合、第１出力端子の出力電圧が増幅回路によって増幅される。これにより、第１光検出素子の第１アノードと第１カソードとの間に発生する電圧を増幅することで得られる出力電圧に基づいて、入射光量を検出することが可能となる。
　増幅回路は、第２演算増幅器、第１抵抗素子及び第２抵抗素子を有してもよい。第２演算増幅器は、第２非反転入力端子、第２反転入力端子及び第２出力端子を有してもよい。第１抵抗素子の一端は第２反転入力端子に接続されてもよく、第１抵抗素子の他端は第１出力端子に接続されてもよい。第２抵抗素子の一端は第２反転入力端子に接続されてもよく、第２抵抗素子の他端は第２出力端子に接続されてもよい。第２非反転入力端子は固定電位に接続されてもよい。
　この場合、第２抵抗素子の抵抗値を第１抵抗素子の抵抗値で除算することで得られる増幅率で、第１出力端子の出力電圧を増幅することが可能となる。
　第１抵抗素子は、第２アノード及び第２カソードを有する第２光検出素子であってもよい。第２光検出素子では、入射光量に応じて生じた光起電力によって第２アノードと第２カソードとの間に電圧が発生してもよい。
　第１光検出素子の第１アノードと第１カソードとの間に発生する電圧は、第１光検出素子に含まれる並列抵抗成分の抵抗値に略比例した値となる。増幅回路の増幅率は、第２光検出素子に含まれる並列抵抗成分の抵抗値に基づいて決まる。上記構成では、例えば、光検出回路の周囲温度が高くなると、第１光検出素子に含まれる並列抵抗成分の抵抗値が減少するので、第１出力端子の出力電圧は減少する。一方、光検出回路の周囲温度が高くなると、第２光検出素子に含まれる並列抵抗成分の抵抗値も減少するので、増幅回路の増幅率は増加する。このため、周囲温度に基づいて第１出力端子の出力電圧が減少しても、増幅回路の増幅率は増加する。また周囲温度に基づいて第１出力端子の出力電圧が増加しても、増幅回路の増幅率は減少する。これにより、周囲温度に基づいた第２出力端子の出力電圧の変動を低減することが可能となる。
　第２光検出素子は、第１光検出素子と同一のチップに構成されてもよい。
　この場合、第１光検出素子における並列抵抗成分の温度特性と、第２光検出素子における並列抵抗成分の温度特性とが略同一となるので、周囲温度に基づいた第２出力端子の出力電圧の変動をより低減することが可能となる。
　第１光検出素子は、単一又は直列に接続された複数の第１フォトダイオードで構成されてもよい。第２光検出素子は、単一又は直列に接続された複数の第２フォトダイオードで構成されてもよい。
　この場合、第１フォトダイオードのＰ型半導体の層及びＮ型半導体の層に入射光量に応じた数の正孔及び電子が生成されるので、入射光量に応じた出力電圧を検出することが可能となる。
　第２フォトダイオードの個数は、第１フォトダイオードの個数よりも少なくてもよい。
　第１出力端子の出力電圧は、第１フォトダイオードの並列抵抗成分の抵抗値と第１フォトダイオードの個数とを乗算した値に略比例する。例えば、増幅回路が反転増幅回路の場合、増幅率は第２フォトダイオードの並列抵抗成分の抵抗値と第２フォトダイオードの個数とを乗算した値に略反比例する。このため、上記構成では、第２出力端子の出力電圧は、第１フォトダイオードの個数を第２フォトダイオードの個数で除算した値に略比例する。従って、第２フォトダイオードの個数を第１フォトダイオードの個数よりも少なくすることで、周囲温度に基づく第２出力端子の出力電圧の変動を低減しつつ、高い電圧値を有する第２出力端子の出力電圧を出力することが可能となる。
　第１アノードは第１反転入力端子に接続されてもよく、第１カソードは第１出力端子に接続されてもよい。
　この場合、第１アノードと第１カソードとの間に発生する電圧が第１出力端子の出力電圧となるので、入射光が入射してから入射光量に応じた出力電圧が出力されるまでの応答時間を短縮することが可能となる。
　第１カソードは第１反転入力端子に接続されてもよく、第１アノードは第１出力端子に接続されてもよい。
　この場合、第１アノードと第１カソードとの間に発生する電圧が第１出力端子の出力電圧となるので、入射光が入射してから入射光量に応じた出力電圧が出力されるまでの応答時間を短縮することが可能となる。
　光検出回路は、容量素子をさらに備えてもよい。容量素子の一端は第１アノードに接続されてもよく、容量素子の他端は第１カソードに接続されてもよい。
　この場合、容量素子によって第１演算増幅器の動作を安定させることが可能となる。また、第１光検出素子に含まれる並列抵抗成分と容量素子とによってローパスフィルタが構成され、第１出力端子の出力電圧に含まれる高周波成分を除去することが可能となる。
　光検出回路は、第３抵抗素子をさらに備えてもよい。第３抵抗素子の一端は第１アノードに接続されてもよく、第３抵抗素子の他端は第１カソードに接続されてもよい。
　この場合、第３抵抗素子によって第１演算増幅器の利得に対する周囲温度の影響を緩和することが可能となる。
　本開示によれば、入射光が入射してから入射光量に応じた出力電圧が出力されるまでの応答時間を短縮することが可能となる。
図１は、第１実施形態に係る光検出回路の構成を示す図である。 図２は、フォトダイオードの等価回路を示す図である。 図３の（ａ）は、図１に示される光検出回路における入射光量と出力電圧との関係の一例を示す図である。図３の（ｂ）は、比較例の光検出回路における入射光量と出力電圧との関係の一例を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る光検出回路の第１変形例を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る光検出回路の第２変形例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る光検出回路の第３変形例を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る光検出回路の構成を示す図である。 図８は、第３実施形態に係る光検出回路の構成を示す図である。 図９は、光検出素子の周囲温度と並列抵抗成分との関係の一例を示す図である。 図１０は、第３実施形態に係る光検出回路の第１変形例を示す図である。 図１１は、第３実施形態に係る光検出回路の第２変形例を示す図である。 図１２は、第３実施形態に係る光検出回路の第３変形例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら、実施形態に係る光検出回路を説明する。各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において、「接続」とは、特に説明がない場合には、電気的な接続を意味する。例えば、一の要素が他の要素に接続される態様には、一の要素が抵抗素子等の他の回路素子を介して他の要素に接続されることが含まれ得る。
　図１は、第１実施形態に係る光検出回路の構成を示す図である。図１に示される光検出回路１は、入射光量を検出するための回路である。具体的には、光検出回路１は、入射光量に応じた出力電圧Ｖｏｕｔ１を生成し、出力電圧Ｖｏｕｔ１を外部に出力する。光検出回路１は、光検出素子２（第１光検出素子）と、演算増幅器３（第１演算増幅器）と、を備える。
　光検出素子２は、入射光量に応じた電気信号を生成する光電変換素子である。光検出素子２は、直列に接続された複数のフォトダイオード２０（複数の第１フォトダイオード）で構成される。各フォトダイオード２０は、Ｐ型半導体及びＮ型半導体から構成されるＰＮ接合部を有するＰＮ型フォトダイオードである。フォトダイオード２０は、例えば、ＩｎＡｓＳｂフォトダイオードである。ＩｎＡｓＳｂフォトダイオードは、半絶縁性基板と、半絶縁性基板上に設けられたＰＮ接合部と、を有し、ＰＮ接合部は化合物半導体であるＩｎＡｓＳｂ（インジウムヒ素アンチモン）で構成される。半絶縁性基板は、例えば、化合物半導体であるＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）で構成される。ＩｎＡｓＳｂフォトダイオードは、例えば３μｍ～５μｍ付近の波長を有する赤外線の検出に適している。なお、光検出素子２は光起電力素子とも称される。
　各フォトダイオード２０は、ＰＮ接合部におけるＰ型半導体に接続されたアノード（正電極）と、ＰＮ接合部におけるＮ型半導体に接続されたカソード（負電極）とを有する。各フォトダイオード２０のＰＮ接合部において、入射光量に略比例した数の電子及び正孔（キャリア）が生成されることで、各フォトダイオード２０のＰＮ接合部におけるＰ型半導体の層とＮ型半導体の層との間に光起電力が生成される。このため、フォトダイオード２０のアノードとカソードとの間が電気的に接続されることで、入射光量に応じた電流量を有する光電流Ｉｐが流れる。
　図２は、フォトダイオードの等価回路を示す図である。図２に示されるように、各フォトダイオード２０は、電流源１２と、ダイオード１３と、容量成分１４と、並列抵抗成分（シャント抵抗）１５と、直列抵抗成分１６と、を備える等価的な回路（等価回路）１１で表され得る。電流源１２は、入射光量に略比例した電流量を有する光電流Ｉｐを流す。ダイオード１３は、電流源１２に対して並列に接続される。容量成分１４は、電流源１２に対して並列に接続される。並列抵抗成分１５は、電流源１２に対して並列に接続され、抵抗値Ｒｓｈ０を有する。直列抵抗成分１６は、電流源１２に対して直列に接続される。各フォトダイオード２０の並列抵抗成分１５は、ＰＮ接合部のリーク電流によって生じる抵抗成分である。並列抵抗成分１５の抵抗値Ｒｓｈ０は、ＰＮ接合部におけるバンドギャップの大きさに依存する。ＰＮ接合部におけるバンドギャップが広いほど、抵抗値Ｒｓｈ０は大きくなり、ＰＮ接合部におけるバンドギャップが狭いほど、抵抗値Ｒｓｈ０は小さくなる。
　図１では４つのフォトダイオード２０が示されているが、光検出回路１では、例えば２００個のフォトダイオード２０が直列に接続されることで、光検出素子２が構成される。光検出素子２では、互いに隣り合う２つのフォトダイオード２０の一方が有するアノードが、他方が有するカソードに接続されるように、複数のフォトダイオード２０が直列に接続される。光検出素子２において一端に配置されるフォトダイオード２０のアノードは、他のフォトダイオード２０のカソードに接続されておらず、光検出素子２のアノード２１を構成する。光検出素子２において他端に配置されるフォトダイオード２０のカソードは、他のフォトダイオード２０のアノードに接続されておらず、光検出素子２のカソード２２を構成する。つまり、光検出素子２は、アノード２１（第１アノード）及びカソード２２（第１カソード）を有する。
　複数のフォトダイオード２０が直列に接続されて構成される光検出素子２も、各フォトダイオード２０と同様の等価回路で表され得る。各フォトダイオード２０のバンドギャップが狭い場合、光電流Ｉｐのほとんどが並列抵抗成分１５に流れるので、光検出素子２に含まれる並列抵抗成分の抵抗値Ｒｓｈ１は、抵抗値Ｒｓｈ０にフォトダイオード２０の個数を乗算することで得られる値に略等しくなる。この抵抗値Ｒｓｈ１は、アノード２１とカソード２２との間の抵抗値である。なお、直列抵抗成分１６の抵抗値は、抵抗値Ｒｓｈ０に比べて非常に小さいので、直列抵抗成分１６の影響を無視することができる。
　演算増幅器３は、非反転入力端子３１（第１非反転入力端子）と、反転入力端子３２（第１反転入力端子）と、出力端子３３（第１出力端子）とを有するオペアンプである。非反転入力端子３１は接地電位（固定電位）に接続される。反転入力端子３２にはアノード２１が接続される。出力端子３３にはカソード２２が接続される。光検出回路１は、出力端子３３における出力電圧Ｖｏｕｔ１を検出結果として外部に出力する。なお、非反転入力端子３１は接地電位以外の固定電位に接続されてもよい。この場合、固定電位は正負いずれの一定値を有していてもよい。
　以上のように構成された光検出回路１において、光検出素子２に入射光が入射すると、入射光量に略比例した数の電子及び正孔が光検出素子２に生成される。各フォトダイオード２０がＩｎＡｓＳｂフォトダイオードである場合、ＩｎＡｓＳｂフォトダイオードのバンドギャップは狭いので、抵抗値Ｒｓｈ１は小さい。例えば、２００～３００個のＩｎＡｓＳｂフォトダイオードを直列に接続した場合における抵抗値Ｒｓｈ１は数百ｋΩである。また、演算増幅器３の反転入力端子３２に入力可能な電流は非常に小さいので、アノード２１から光検出素子２の外部に光電流Ｉｐが流れることができない。このため、光検出素子２に生成された光電流Ｉｐの略全てが、光検出素子２に含まれる並列抵抗成分に流れる。その結果、光検出素子２のアノード２１とカソード２２との間には、抵抗値Ｒｓｈ１と光電流Ｉｐとを乗算した値に略等しい電圧が発生する。アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧は、アノード２１の電位とカソード２２の電位との電位差である。
　非反転入力端子３１は接地電位に接続されており、反転入力端子３２の電位と非反転入力端子３１の電位とは略同一となるので、反転入力端子３２の電位は略０Ｖとなる。このため、出力端子３３の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧と同一とみなされ得る。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１は入射光量に応じた値となるので、出力電圧Ｖｏｕｔ１を計測することによって入射光量を検出することができる。なお、非反転入力端子３１が接地電位以外の固定電位に接続される場合、出力端子３３の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧に固定電位を加えた値となる。
　次に、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）を用いて入射光量と出力電圧との関係を説明する。図３の（ａ）は、図１に示される光検出回路における入射光量と出力電圧との関係の一例を示す図である。図３の（ａ）では、横軸は入射光量を示しており、その単位は任意単位（arbitrary　unit）である。縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔ１を示しており、その単位はミリボルト（ｍＶ）である。図３の（ｂ）は、比較例の光検出回路における入射光量と出力電圧との関係の一例を示す図である。比較例の光検出回路では、トランスインピーダンスアンプによってフォトダイオードから出力される光電流が出力電圧に変換される。このトランスインピーダンスアンプでは、光検出素子のカソードが接地電位に接続され、光検出素子のアノードが演算増幅器の反転入力端子に接続され、互いに並列に接続された帰還容量及び帰還抵抗の一端が演算増幅器の反転入力端子に接続され、他端が演算増幅器の出力端子に接続される。図３の（ｂ）では、横軸は入射光量を示しており、その単位は任意単位（arbitrary　unit）である。縦軸は出力電圧を示しており、その単位はミリボルト（ｍＶ）である。
　図３の（ａ）に示されるように、入射光量が増加すると出力電圧Ｖｏｕｔ１は増加する。また、出力電圧Ｖｏｕｔ１は、図３の（ｂ）における比較例の光検出回路と同様に、入射光量に略比例しており、入射光量と出力電圧Ｖｏｕｔ１とは線形な関係を有する。なお、光検出回路１ではアノード２１とカソード２２との間に発生する電圧に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔ１が検出されるので、光検出回路１は電圧読出し型（電圧モード）と称される。一方、比較例の光検出回路は、光検出素子のアノード及びカソード間の電位差を変化させないように動作するので、光電流がアノードからトランスインピーダンスアンプに流れる。このため、比較例の光検出回路では光検出素子のアノードから帰還抵抗に流れる電流に基づいて出力電圧が検出されるので、比較例の光検出回路は電流読出し型（電流モード）と称される。
　光検出回路１では、光検出素子２で発生した入射光量に略比例した光電流Ｉｐが、光検出素子２の内部に含まれる並列抵抗成分に流れるので、アノード２１とカソード２２との間には入射光量に応じた電圧が発生する。反転入力端子３２の電位は接地電位に略等しいので、アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧が出力端子３３において発生する出力電圧Ｖｏｕｔ１となる。このように、光検出素子２において発生した入射光量に応じた電圧が、そのまま演算増幅器３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１となるので、入射光が光検出素子２に入射してから入射光量に応じた出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力するまでの応答時間を短縮することが可能となる。
　演算増幅器３の反転入力端子３２と出力端子３３との間に、並列接続された帰還抵抗及び帰還容量が設けられる光検出回路では、光検出回路の応答時間は、光電流Ｉｐを電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプの時定数の影響を受ける。これに対して、光検出回路１では、反転入力端子３２と出力端子３３との間には光検出素子２のみが設けられる。このため、光検出素子２に入射光が入射してから入射光量に応じた出力電圧Ｖｏｕｔ１が出力されるまでの応答時間は、光検出素子２そのものの応答時間及び演算増幅器３の応答時間のいずれか遅い方によって決まる。
　入射光量に応じた出力電圧を検出する光検出回路として、インピーダンス変換を行うバッファ回路（ボルテージフォロワ）を用いることが考えられる。具体的には、バッファ回路では、カソード２２が接地電位に接続され、アノード２１が演算増幅器の非反転入力端子に接続され、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間が短絡される。しかしながら、このバッファ回路では、反転入力端子及び非反転入力端子のいずれにも一定値を有する固定電圧が入力されず、演算増幅器に入力されるノイズ又は演算増幅器で発生するノイズによって演算増幅器の動作が安定しないおそれがある。これに対して、光検出回路１では、非反転入力端子３１は接地電位に接続されるので、演算増幅器３の動作の安定性を向上させることが可能となる。
　図４は、第１実施形態に係る光検出回路の第１変形例を示す図である。図４に示された光検出回路１Ａは、図１に示された光検出回路１と比較して、光検出素子２の接続形態において相違する。具体的には、アノード２１が出力端子３３に接続され、カソード２２が反転入力端子３２に接続される。
　光検出回路１Ａにおいても光検出回路１と同様の効果が奏される。光検出回路１Ａにおける出力電圧Ｖｏｕｔ１の極性（正負）は、光検出回路１における出力電圧Ｖｏｕｔ１の極性と反対であるが、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧値（絶対値）は同一である。つまり、光検出回路１Ａにおける出力電圧Ｖｏｕｔ１は、光検出回路１における出力電圧Ｖｏｕｔ１と反対の極性を有するが、光検出回路１と同様に、アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧が出力端子３３の出力電圧Ｖｏｕｔ１となる。このように、光検出回路１，１Ａでは、アノード２１及びカソード２２のうちの一方が反転入力端子３２に接続され、アノード２１及びカソード２２のうちの他方が出力端子３３に接続される。
　図５は、第１実施形態に係る光検出回路の第２変形例を示す図である。図５に示された光検出回路１Ｂは、図１に示された光検出回路１と比較して、容量素子（キャパシタ）２３をさらに備える点において相違する。容量素子２３は、光検出素子２に並列に接続されている。容量素子２３の一端はアノード２１（反転入力端子３２）に接続され、容量素子２３の他端はカソード２２（出力端子３３）に接続される。
　光検出回路１Ｂにおいても光検出回路１と同様の効果が奏される。光検出回路１Ｂでは、容量素子２３によって、位相余裕が小さい場合に演算増幅器３の発振を抑制できるので、演算増幅器３の動作が安定する。また、光検出素子２に含まれる並列抵抗成分と容量素子２３とによってローパスフィルタが構成され、光検出回路１Ｂにおける出力電圧Ｖｏｕｔ１に含まれる高周波成分が除去される。なお、第２変形例において、第１変形例と同様に、カソード２２が反転入力端子３２に接続されてもよく、アノード２１が出力端子３３に接続されてもよい。
　図６は、第１実施形態に係る光検出回路の第３変形例を示す図である。図６に示された光検出回路１Ｃは、図１に示された光検出回路１と比較して、抵抗素子２４（第３抵抗素子）をさらに備える点において相違する。抵抗素子２４は、光検出素子２に並列に接続されている。抵抗素子２４の一端はアノード２１（反転入力端子３２）に接続され、抵抗素子２４の他端はカソード２２（出力端子３３）に接続される。
　光検出回路１Ｃにおいても光検出回路１と同様の効果が奏される。光検出回路１Ｃでは、周囲温度に基づく抵抗素子２４の特性の変動が小さければ、並列に接続された抵抗素子２４及び光検出素子２の並列抵抗成分から構成される合成抵抗の抵抗値の周囲温度に基づく変動は、光検出素子２の並列抵抗成分のみの抵抗値Ｒｓｈ１の変動よりも小さい。このため、抵抗素子２４によって出力電圧Ｖｏｕｔ１に対する周囲温度の影響が緩和される。なお、第３変形例において、第１変形例と同様に、カソード２２が反転入力端子３２に接続されてもよく、アノード２１が出力端子３３に接続されてもよい。第３変形例に係る光検出回路１Ｃに第２変形例が適用されてもよい。つまり、互いに並列に接続された容量素子２３及び抵抗素子２４の一端がアノード２１（反転入力端子３２）に接続されてもよく、他端がカソード２２（出力端子３３）に接続されてもよい。
　次に、図７を用いて第２実施形態に係る光検出回路を説明する。図７は、第２実施形態に係る光検出回路の構成を示す図である。図７に示されるように、第２実施形態に係る光検出回路１０は、第１実施形態に係る光検出回路１と比較して、反転増幅回路４（増幅回路）をさらに備える点において相違する。反転増幅回路４は、出力電圧Ｖｏｕｔ１を反転増幅する回路である。反転増幅回路４は、演算増幅器４０（第２演算増幅器）と、抵抗値Ｒ１を有する抵抗素子４４（第１抵抗素子）と、抵抗値Ｒ２を有する抵抗素子４５（第２抵抗素子）と、を備える。
　演算増幅器４０は、非反転入力端子４１（第２非反転入力端子）と、反転入力端子４２（第２反転入力端子）と、出力端子４３（第２出力端子）と、を有する。演算増幅器３の出力端子３３は、抵抗素子４４を介して演算増幅器４０の反転入力端子４２に接続される。具体的には、抵抗素子４４の一端が反転入力端子４２に接続され、抵抗素子４４の他端が出力端子３３に接続される。これにより、反転増幅回路４に出力電圧Ｖｏｕｔ１が入力される。抵抗素子４５の一端は反転入力端子４２（抵抗素子４４の一端）に接続され、抵抗素子４５の他端は出力端子４３に接続される。非反転入力端子４１は接地電位（固定電位）に接続される。なお、非反転入力端子４１は接地電位以外の固定電位に接続されてもよい。この場合、固定電位は正負いずれの一定値を有していてもよい。非反転入力端子４１に接続される固定電位は、演算増幅器３の非反転入力端子３１に接続される固定電位と異なっていてもよく、同一であってもよい。
　反転増幅回路４の増幅率は、抵抗値Ｒ１に対する抵抗値Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）であるので、反転増幅回路４は出力電圧Ｖｏｕｔ１を－（Ｒ２／Ｒ１）倍に増幅した出力電圧Ｖｏｕｔ２を生成する。例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ１を－１００倍に増幅した出力電圧Ｖｏｕｔ２を得たい場合、増幅率が１００となるような抵抗値Ｒ１及び抵抗値Ｒ２が設定される。光検出回路１０は、出力電圧Ｖｏｕｔ２を検出結果として外部に出力する。
　以上のように構成された光検出回路１０では、出力電圧Ｖｏｕｔ１が反転増幅回路４によって増幅される。これにより、アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧を増幅することで得られる出力電圧Ｖｏｕｔ２に基づいて、入射光量を検出することが可能となる。
　光検出回路１０は、反転増幅回路４に代えて、不図示の非反転増幅回路（増幅回路）を備えていてもよい。非反転増幅回路は、反転増幅回路４と同様に、演算増幅器４０と、抵抗素子４４と、抵抗素子４５と、を備える。演算増幅器３の出力端子３３は、演算増幅器４０の非反転入力端子４１に接続される。抵抗素子４４の一端は反転入力端子４２に接続され、抵抗素子４４の他端は接地電位に接続される。抵抗素子４５の一端は反転入力端子４２（抵抗素子４４の一端）に接続され、抵抗素子４５の他端は出力端子４３に接続される。非反転増幅回路は、出力電圧Ｖｏｕｔ１を（１＋Ｒ２／Ｒ１）倍に増幅した出力電圧Ｖｏｕｔ２を生成する。なお、第２実施形態に係る光検出回路１０に第１実施形態の第１変形例～第３変形例及びそれらの組み合わせが適用されてもよい。
　次に、図８を用いて第３実施形態に係る光検出回路を説明する。図８は、第３実施形態に係る光検出回路の構成を示す図である。図８に示されるように、第３実施形態に係る光検出回路１００は、第２実施形態に係る光検出回路１０と比較して、反転増幅回路４に代えて反転増幅回路４Ａを備える点において相違する。反転増幅回路４Ａは、反転増幅回路４と比較して、抵抗素子４４に代えて光検出素子５０（第２光検出素子）を備える点において相違する。図８では、光検出素子５０のアノード５２（第２アノード）が出力端子３３に接続され、光検出素子５０のカソード５３（第２カソード）が反転入力端子４２に接続される。
　光検出素子５０は、直列に接続された複数のフォトダイオード５１（複数の第２フォトダイオード）を有する。例えば、光検出素子５０は２個のフォトダイオード５１で構成される。各フォトダイオード５１は、例えばＩｎＡｓＳｂフォトダイオードであり、フォトダイオード２０と同一の材料で構成されてもよい。光検出素子５０には、抵抗値Ｒｓｈ２を有する並列抵抗成分が含まれる。光検出素子５０の並列抵抗成分は、アノード５２とカソード５３との間に生じる抵抗成分である。つまり、光検出素子５０の並列抵抗成分は、演算増幅器３の出力端子３３と演算増幅器４０の反転入力端子４２との間に接続される抵抗素子（第１抵抗素子）を構成する。このため、反転増幅回路４Ａの増幅率は、抵抗値Ｒｓｈ２に対する抵抗値Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒｓｈ２）となるので、光検出回路１００では、出力電圧Ｖｏｕｔ１を－（Ｒ２／Ｒｓｈ２）倍に増幅することで得られた出力電圧Ｖｏｕｔ２が生成される。なお、フォトダイオード５１（光検出素子５０）の直列抵抗成分の抵抗値は、フォトダイオード５１（光検出素子５０）の並列抵抗成分の抵抗値に比べて非常に小さいので、直列抵抗成分の影響を無視することができる。
　図９は、光検出素子の周囲温度と並列抵抗成分との関係の一例を示す図である。図９では、直列に接続された２４５個のＩｎＡｓＳｂフォトダイオードを有する光検出素子２の並列抵抗成分の抵抗値Ｒｓｈ１（Ω）と周囲温度（℃）との関係が示されている。図９に示されるように、光検出素子２の周囲温度が高くなると抵抗値Ｒｓｈ１は減少し、光検出素子２の周囲温度が低くなると抵抗値Ｒｓｈ１は増加する。このように、光検出素子２の周囲温度によって、抵抗値Ｒｓｈ１は異なる値となるので、入射光量が同じであったとしても出力電圧Ｖｏｕｔ１が異なる値となるおそれがある。
　光検出素子２が直列に接続されたｎ１個（ｎ１は２以上の整数）のフォトダイオード２０を有する場合、光電流Ｉｐが光検出素子２の並列抵抗成分に全て流れるとすると、抵抗値Ｒｓｈ１はｎ１×Ｒｓｈ０となる。光検出素子５０が直列に接続されたｎ２個（ｎ２は２以上の整数）のフォトダイオード５１を有する場合、フォトダイオード５１に含まれる並列抵抗成分の抵抗値がフォトダイオード２０の抵抗値Ｒｓｈ０と同一であるとすると、抵抗値Ｒｓｈ２はｎ２×Ｒｓｈ０となる。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔ２は下記の式（１）によって求められる。さらに式（１）を整理することにより、下記の式（２）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）に示されるように、各フォトダイオード５１に含まれる並列抵抗成分の抵抗値が光検出素子２を構成するフォトダイオード２０の抵抗値Ｒｓｈ０と同一であるとすると、出力電圧Ｖｏｕｔ２は、各フォトダイオード５１及び各フォトダイオード２０の抵抗値に影響されない。このため、周囲温度によって抵抗値Ｒｓｈ０（Ｒｓｈ１）が異なる値を有していたとしても、入射光量が同一であれば、出力電圧Ｖｏｕｔ２は略同一となる。
　一例として、光検出素子２が２００個（ｎ１＝２００）のフォトダイオード２０で構成され、光検出素子５０が２個（ｎ２＝２）のフォトダイオード５１で構成される場合における出力電圧Ｖｏｕｔ１の計算結果を示す。周囲温度が１５℃のとき、抵抗値Ｒｓｈ１は２００ｋΩ（Ｒｓｈ０は１ｋΩ）であり、抵抗値Ｒｓｈ２は２ｋΩである。光電流Ｉｐが１０ｎＡであるとすると、このときの出力電圧Ｖｏｕｔ１は２ｍＶとなる。抵抗値Ｒ２が１０ｋΩであるとすると、反転増幅回路４の増幅率は５倍となり出力電圧Ｖｏｕｔ２は１０ｍＶとなる。一方、周囲温度が３５℃のとき、抵抗値Ｒｓｈ１は１００ｋΩ（Ｒｓｈ０は０．５ｋΩ）であり、抵抗値Ｒｓｈ２は１ｋΩである。このときの出力電圧Ｖｏｕｔ１は１ｍＶとなり、反転増幅回路４の増幅率は１０倍であり出力電圧Ｖｏｕｔ２は１０ｍＶとなる。このように、周囲温度に基づく抵抗素子４５及び演算増幅器３，４０の特性の変動が小さければ、周囲温度が異なったとしても、入射光量が同一のときの出力電圧Ｖｏｕｔ２は略同一となるので、光検出素子５０によって温度補償を行うことが可能となる。
　光検出素子２及び光検出素子５０では、それぞれの並列抵抗成分の温度特性が略同一となるように、光検出素子５０は光検出素子２と同一のチップに構成されてもよい。具体的には、同じ半絶縁性基板上に各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１のＰＮ接合部が設けられる。この場合、カソード２２とアノード５２とが半絶縁性基板上で互いに接続され、光検出素子２及び光検出素子５０が構成された半絶縁性基板上に、カソード２２及びアノード５２が互いに接続された電極と、アノード２１と、カソード５３と、から成る３つの外部接続用の端子が設けられてもよい。また、各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１は、同一構造のＰＮ接合部を有していてもよい。なお、光検出素子５０は遮光されてもよく、光検出素子５０には光検出素子２と同様に入射光が入射されてもよい。
　以上のように構成された光検出回路１００では、アノード２１とカソード２２との間に発生する電圧は、抵抗値Ｒｓｈ１に光電流Ｉｐを乗算した値と略等しい。光検出回路１の周囲温度が高くなると、抵抗値Ｒｓｈ１が減少するので出力電圧Ｖｏｕｔ１は減少する。一方、光検出回路１の周囲温度が高くなると、抵抗値Ｒｓｈ２も減少するので反転増幅回路４の増幅率は増加する。このため、たとえ周囲温度に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔ１が減少したとしても、反転増幅回路４の増幅率は増加するので、周囲温度による抵抗値Ｒｓｈ１の変動の影響が低減（相殺）される。同様に、光検出回路１の周囲温度が低くなると、抵抗値Ｒｓｈ１が増加するので出力電圧Ｖｏｕｔ１は増加する。一方、光検出回路１の周囲温度が低くなると、抵抗値Ｒｓｈ２も増加するので反転増幅回路４の増幅率は減少する。このため、たとえ周囲温度に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔ１が増加したとしても、反転増幅回路４の増幅率は減少するので、周囲温度による抵抗値Ｒｓｈ１の変動の影響が低減（相殺）される。これにより、周囲温度に基づいた出力電圧Ｖｏｕｔ２の変動を低減することが可能となる。
　光検出素子５０が光検出素子２と同一のチップに構成されるので、各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１の並列抵抗成分が同一の抵抗値Ｒｓｈ０を有する。このため、各フォトダイオード２０の並列抵抗成分と各フォトダイオード５１の並列抵抗成分とは、略同一の温度特性を有する。これにより、式（２）に示されるように、出力電圧Ｖｏｕｔ２は各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１の並列抵抗成分に影響されないので、周囲温度に基づいた出力電圧Ｖｏｕｔ２の変動をより低減することが可能となる。
　式（２）に示されるように、出力電圧Ｖｏｕｔ２は、フォトダイオード２０の個数ｎ１をフォトダイオード５１の個数ｎ２で除算した値（ｎ１／ｎ２）に略比例する。従って、フォトダイオード５１の個数ｎ２をフォトダイオード２０の個数ｎ１よりも少なくすることで、周囲温度に基づく出力電圧Ｖｏｕｔ２の変動を低減しつつ、高い電圧値を有する出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力することが可能となる。
　光検出素子２が生成する光電流Ｉｐは、量子効率によって決まるので、光検出素子２，５０の個体差に基づく光電流Ｉｐの変動は小さい。量子効率は、入射光量に応じて生成される電子又は正孔の数を入射光の光子数で除算することで得られる値である。一方、抵抗値Ｒｓｈ１，Ｒｓｈ２は、光検出素子２，５０の個体差によって変動する。同一のチップに光検出素子２及び光検出素子５０が構成される場合、各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１の並列抵抗成分の抵抗値は互いに同一の値（抵抗値Ｒｓｈ０）となる。このため、上述の式（２）に示されるように、出力電圧Ｖｏｕｔ２は各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１の並列抵抗成分の影響を受けなくなり、個体差に基づく出力電圧Ｖｏｕｔ２の変動を低減することが可能となる。なお、各フォトダイオード５１の並列抵抗成分が、各フォトダイオード２０と同様に周囲温度の増加に伴い抵抗値が減少し、周囲温度の減少に伴い抵抗値が増加するような温度特性を有していれば、光検出素子２及び光検出素子５０は異なるチップで構成されてもよい。
　図１０は、第３実施形態に係る光検出回路の第１変形例を示す図である。図１０に示されるように、光検出回路１００Ａは、図８に示された光検出回路１００と比較して、反転増幅回路４Ａに代えて反転増幅回路４Ｂを備える点において相違する。反転増幅回路４Ｂは、反転増幅回路４Ａと比較して、光検出素子５０の接続形態において相違する。反転増幅回路４Ｂでは、カソード５３が出力端子３３に接続され、アノード５２が反転入力端子４２に接続される。
　光検出回路１００Ａにおいても光検出回路１００と同様の効果が奏される。つまり、光検出回路１００Ａにおける光検出素子５０の極性が、光検出回路１００における光検出素子５０の極性と反対であっても、光検出回路１００と同様の効果が奏される。
　図１１は、第３実施形態に係る光検出回路の第２変形例を示す図である。図１１に示されるように、光検出回路１００Ｂは、図８に示された光検出回路１００と比較して、光検出素子２の接続形態において相違する。光検出回路１００Ｂでは、カソード２２が反転入力端子３２に接続され、アノード２１が出力端子３３に接続される。
　光検出回路１００Ｂにおいても光検出回路１００と同様の効果が奏される。つまり、光検出回路１００Ｂにおける光検出素子２の極性が、光検出回路１００における光検出素子２の極性と反対であっても、光検出回路１００と同様の効果が奏される。
　図１２は、第３実施形態に係る光検出回路の第３変形例を示す図である。図１２に示されるように、光検出回路１００Ｃは、図１０に示された光検出回路１００Ａと比較して、光検出素子２の接続形態において相違する。光検出回路１００Ｃでは、カソード２２が反転入力端子３２に接続され、アノード２１が出力端子３３に接続される。
　光検出回路１００Ｃにおいても光検出回路１００と同様の効果が奏される。つまり、光検出回路１００Ｃにおける光検出素子５０の極性と光検出素子２の極性とが、ともに光検出回路１００における光検出素子５０及び光検出素子２の極性と反対であっても、光検出回路１００と同様の効果が奏される。
　なお、第３実施形態に係る光検出回路１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに、第１実施形態の第２変形例及び第３変形例並びにそれらの組み合わせが適用されてもよい。
　上述の第１実施形態から第３実施形態において、光検出素子２の並列抵抗成分が演算増幅器３の動作が可能である抵抗値Ｒｓｈ１を有していれば、各フォトダイオード２０のＰＮ接合部は、ＩｎＡｓＳｂ以外の半導体材料で構成されてもよい。例えば、各フォトダイオード２０のＰＮ接合部は、単一元素半導体であるＳｉ（シリコン）又はＧｅ（ゲルマニウム）で構成されもよい。各フォトダイオード２０のＰＮ接合部は、化合物半導体であるＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ヒ化アルミニウムガリウム）、又はＩｎＰ（リン化インジウム）で構成されてもよい。各フォトダイオード５１のＰＮ接合部は、各フォトダイオード２０のＰＮ接合部と異なる半導体材料で構成されてもよい。
　光検出素子２に含まれるフォトダイオード２０の個数は１個（ｎ１＝１）であってもよい。光検出素子５０に含まれるフォトダイオード５１の個数は１個（ｎ２＝１）であってもよい。フォトダイオード５１の個数ｎ２は、フォトダイオード２０の個数ｎ１以上であってもよい。
　各フォトダイオード２０及び各フォトダイオード５１は、ＰＩＮ接合部を有するＰＩＮ型フォトダイオードであってもよい。
　出力電圧Ｖｏｕｔ１を増幅する回路として、反転増幅回路４及び非反転増幅回路以外の増幅回路が用いられてもよい。出力電圧Ｖｏｕｔ１を増幅する回路は、演算増幅器４０を備えていなくてもよい。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１０，１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…光検出回路、２…光検出素子、２１…アノード、２２…カソード、３…演算増幅器、４，４Ａ，４Ｂ…反転増幅回路、５０…光検出素子。

Claims (11)

  1. 　第１アノード及び第１カソードを有し、入射光量に応じて生じた光起電力によって前記第１アノードと前記第１カソードとの間に電圧が発生する第１光検出素子と、
    　第１非反転入力端子、第１反転入力端子及び第１出力端子を有する第１演算増幅器と、
    を備え、
    　前記第１非反転入力端子は固定電位に接続され、
    　前記第１アノード及び前記第１カソードのうちの一方は前記第１反転入力端子に接続され、前記第１アノード及び前記第１カソードのうちの他方は前記第１出力端子に接続される、
    光検出回路。
  2. 　前記第１出力端子に発生する出力電圧を増幅する増幅回路をさらに備える、
    請求項１に記載の光検出回路。
  3. 　前記増幅回路は、第２演算増幅器、第１抵抗素子及び第２抵抗素子を有し、
    　前記第２演算増幅器は、第２非反転入力端子、第２反転入力端子及び第２出力端子を有し、
    　前記第１抵抗素子の一端は前記第２反転入力端子に接続され、前記第１抵抗素子の他端は前記第１出力端子に接続され、
    　前記第２抵抗素子の一端は前記第２反転入力端子に接続され、前記第２抵抗素子の他端は前記第２出力端子に接続され、
    　前記第２非反転入力端子は固定電位に接続される、
    請求項２に記載の光検出回路。
  4. 　前記第１抵抗素子は、第２アノード及び第２カソードを有する第２光検出素子であり、
    　前記第２光検出素子では、入射光量に応じて生じた光起電力によって前記第２アノードと前記第２カソードとの間に電圧が発生する、
    請求項３に記載の光検出回路。
  5. 　前記第２光検出素子は、前記第１光検出素子と同一のチップに構成される、
    請求項４に記載の光検出回路。
  6. 　前記第１光検出素子は、単一又は直列に接続された複数の第１フォトダイオードで構成され、
    　前記第２光検出素子は、単一又は直列に接続された複数の第２フォトダイオードで構成される、
    請求項４又は請求項５に記載の光検出回路。
  7. 　前記第２フォトダイオードの個数は、前記第１フォトダイオードの個数よりも少ない、
    請求項６に記載の光検出回路。
  8. 　前記第１アノードは前記第１反転入力端子に接続され、前記第１カソードは前記第１出力端子に接続される、
    請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の光検出回路。
  9. 　前記第１カソードは前記第１反転入力端子に接続され、前記第１アノードは前記第１出力端子に接続される、
    請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の光検出回路。
  10. 　容量素子をさらに備え、
    　前記容量素子の一端は前記第１アノードに接続され、前記容量素子の他端は前記第１カソードに接続される、
    請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の光検出回路。
  11. 　第３抵抗素子をさらに備え、
    　前記第３抵抗素子の一端は前記第１アノードに接続され、前記第３抵抗素子の他端は前記第１カソードに接続される、
    請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の光検出回路。
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