[发明专利]光电转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种在输出大小对应于入射的光的强度的电信号的光电转换电路中，用于确保较宽的动态范围的同时解决基于量程切换处理的迟延的技术。

背景技术

在进行光强度测定的光谱分析器或光功率计中使用输出与入射的光的强度成比例的电压信号的I/V(电流电压)转换型光电转换电路。

如图6所示，该I/V转换型光电转换电路由阴极侧连接于电源的正电压Va(+)并从阳极侧输出与入射光的强度成比例的电流Ip的光电二极管11及利用非反转输入端子接地的运算放大器12a和反馈电阻12b的反转放大器12构成，通过将光电二极管11的输出电流Ip供给至反转放大器12的输入，对其输出端子输出等于-Ip×R的电压Vout。

此现象为，在利用运算放大器的反转放大器中，其反转输入端子和非反转输入端子成为假想短路连接的状态(称作虚短)，当非反转输入端子接地而其电位固定于零伏特时，反转输入端子的电位也变成零伏特，而且由于其输入电阻非常大，因此从光电二极管11流入的电流Ip经运算放大器12a的反馈电阻12b流向输出端子侧，其结果，输出等于-Ip×R的电压Vout。

在这种I/V转换型光电转换电路中，光电二极管11的动态范围一般具有以输入光功率换算(以下相同)为80dB以上的宽度，但由于放大器侧的有效动态范围为30～40dB左右，因此进行对应于光电二极管11的整个动态范围的光电转换时，需要在放大器侧进行量程切换。

例如，如图7所示，设为能够通过开关12e选择具有不同电阻值Ra、Rb(Ra＜Rb)的2个反馈电阻12c、12d的任一个，在入射光的强度较低且光电二极管11的输出电流Ip小于某阈值Ith(例如，Ith＝Vb(-)/Rb)的范围(非饱和区域)内，利用电阻值较大一方的反馈电阻12d得出Vout＝-Ip×Rb的输出电压。

另外，设为如下，在入射光强度较高且光电二极管11的输出电流Ip超过阈值Ith的范围(但，不超过Vb(-)/Ra)内，利用电阻值较小一方的反馈电阻12c得出Vout＝-Ip×Ra的输出电压。其中，Vb(+)、Vb(-)为反转放大器12的电压正负相同的电源电压，设为等于饱和输出电压。

在此，例如，若设为Ra＝100Ω、Rb＝1MΩ、放大器的电源电压＝饱和电压＝Vb(-)＝-10V，则当连接电阻值Rb的反馈电阻12d时，相对于|Vb(-)|/Rb＝10V/1MΩ＝10μA以下的电流Ip能够得到-10V为止的非饱和输出电压。

另外，当连接电阻值Ra的反馈电阻12c时，相对于|Vb(-)|/Ra＝10V/100Ω＝10mA以下的电流Ip能够得到-10V为止的非饱和输出电压。

若将考虑了残留噪声的级别等的放大器的有效动态范围设为40dB(10000倍)，则其有效的输出范围成为-10V～-1mV，当连接有反馈电阻12d时的输出电压-1mV相当于1mV/1MΩ＝1nA，因此能够相对于光电二极管的输出电流Ip的1nA～10μA的范围得到-1mV～-10V的输出电压。

另外，由于连接有反馈电阻12c时的输出电压-1mV相当于1mV/100Ω＝10μA，因此相对于光电二极管的输出电流Ip的10μA～100mA的范围能够得到-1mV～-10V的输出电压。

因此，当入射光的强度在以光电二极管11的输出电流换算为1nA～10μA的范围内时，将开关12e连接于反馈电阻12d侧(高增益侧)，将那时的运算放大器12a的输出电压作为有效输出来选择，而当入射光的强度在以光电二极管11的输出电流换算为10μA～100mA的范围内时，将开关12e连接于反馈电阻12c侧(低增益侧)，将那时的运算放大器12a的输出电压作为有效输出来选择。

在此，连接有反馈电阻12c时的输出被压缩为连接有反馈电阻12d时的输出的Ra/Rb(＝1/10000)，因此为了设为对应于实际入射光的强度的输出，需以后续的运算电路换算为Rb/Ra倍(如有需要，还进行去掉负符号的绝对值处理)。

另外，例如在专利文献1中公开了如上述般通过I/V转换电路的反馈电阻的切换(调整量程)放大放大器侧的动态范围的技术。

专利文献1：日本特开2007-300340号公报