DE19961097B4

DE19961097B4 - Detektor für optische Signale und Verfahren zum Detektieren optischer Signale

Info

Publication number: DE19961097B4
Application number: DE19961097A
Authority: DE
Inventors: Toshiya Kiyota
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: US6426494B1; DE19961097A1; JP2000200922A

Abstract

Detektor für optische Signale, der einen ersten Fotodetektor, einen zweiten Fotodetektor, Differenzausgangsmittel zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben eines Differenzsignals sowie Steuermittel, die die Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Fotodetektors bestimmen und den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des zweiten Fotodetektors gemäß der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad variieren, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Fotodetektor einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich und Mittel zum Anlegen einer Vorspannung an den fotoelektrischen Umwandlungsbereich aufweisen, und die, Vorspannung, die an den zweiten Fotodetektor anzulegen ist, von den Steuermitteln gesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Detektor für optische Signale und ein Verfahren zum Detektieren von optischen Signalen und insbesondere auf einen Detektor für optische Signale, der zwei oder mehr Fotodetektoren besitzt und eine Funktion aufweist, um den Unterschied zwischen den Ausgangssignalen von zwei dieser Fotodetektoren zu berechnen, um ein Differenzsignal auszugeben, und ein Verfahren zum Detektieren optischer Signale für den Detektor für optische Signale.
In einem Detektor für optische Signale mit zwei oder mehr Fotodetektoren muß das Verhältnis zwischen dem einfallenden Licht und dem elektrischen Ausgangssignal der beiden Fotodetektoren, d.h. der Wirkungsgrad der fotoelektrischen Umwandlung zwischen den beiden Fotodetektoren relativ konstant sein, wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Fotodetektoren gebildet wird, um ein Differenzsignal zu erzeugen.
Um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen den Fotodetektoren anzugleichen sind die erhältlichen Fotodetektoren jedoch nur auf solche Fotodetektoren eingeschränkt, die einen relativ niedrigen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad und eine gleichförmige Charakteristik aufweisen. Daher kann der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad nicht durch den Detektor für optische Signale erhöht werden, um das Differnzsignal zu erzeugen.
Andererseits kann ein fotoelektrisches Umwandlungselement mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad, wie etwa eine Lawinenfotodiode, verwendet werden, um einen Detektor für optische Signale mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungwirkungsgrad zu verwirklichen. Die Lawinenfotodiode hat jedoch unter verschiedenen Elementen eine große Dispersion im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad und daher ist sie zur Erzeugung des Differenzsignals ungeeignet. Daher war es schwierig, einen Detektor für Differenzsignale mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu verwirklichen.

Die folgenden Veröffentlichungen beziehen sich auf die vorliegende Erfindung: Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-158042 offenbart, daß ein Gleichstrom-Offset zwischen ersten Fotodetektionsmitteln und zweiten Fotodetektionsmitteln detektiert wird und dann einem Eingang eines Operationsverstärkers zugeführt wird, und die japanische Offenlegungsschrift 7-282458 offenbart, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers, der das erste Fotodetektionsausaangssignal eines ersten Fotodetektionselements verstärkt, gesteuert wird und folglich das Gleichgewicht zwischen dem ersten Fotodetektionsausgangssignal und dem zweiten Fotodetektionsausgangssignal, das von einem zweiten Fotodetektionselement ausgegeben wird, zu einem optimalen Zustand gesteuert werden kann.

Ferner zeigt EP 0 654 785 A1 einen optischen Signaldetektor mit Fotodioden 1 und 2, Verstärkern 3 und 4, spannungsgesteuerten Verstärkern (VCA) 50 und 51, Tiefpaßfiltern (EPS) 5 und 6, eine Differenzsignalerzeugungsschaltung 7, einer Steuerschaltung 14, einer Vergleichsschaltung 15, einem Hightechschaltkreis und einem D/A-Konverter 17. Die Kontrollschaltung 14, der Halteschaltkreis und D/A-Konverter 17 steuern die Verstärkungsrate der VCA's 50 und 51.

Hierbei wird aber die Vorspannspannung, die dem Fotodetektor zugeführt wird, nicht gesteuert, um die fotoelektrische Konversionseffizienz des Fotodetektors in Übereinstimmung mit der Differenz in der fotoelektrischen Konversionseffizienz zwischen dein Fotodetektor und einem anderen Fotodetektor zu variieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für optische Signale und ein Verfahren zum Selektieren optischer Signale zu schaffen, die ein Differenzsignal ohne Dispersion in der differenziellen Detektion erzeugen können und die einen hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Detektor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Detektieren gemäß Anspruch 3.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Erfindungsgemäß werden, selbst wenn Fotodetektoren wie etwa Lawinenfotodioden verwendet werden, bei denen es schwierig ist, einen gleichförmigen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu erzielen, die Ausgangssignale der beiden Fotodetektoren, die zum Erzeugen eines Differenzsignals benötigt werden, miteinander verglichen, um die Differenz im fotoelektronischen Umwandlungswirkungsgrad des ersten Fotodetektors und des zweiten Fotodetektors zu bestimmen, und es wird z.B. entsprechend der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad eine Vorspannung an den zweiten Fotodetektor angelegt, so daß die beiden Fotodetektoren scheinbar den gleichen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad aufweisen, wodurch die Detektionsgenauigkeit des Differenzsignals erhöht wird. Entsprechend kann eine Vorrichtung zum Detektieren von Differenzsignalen verwirklicht werden, in der eine Lawinenfotodiode mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad oder ähnliches verwendet wird.

1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors für optische Signale zeigt;

2 ist ein Diagramm, das einen ersten Fotodetektor zeigt;

3 ist ein Diagramm, das einen zweiten Fotodetektor zeigt;

4 ist ein Diagramm, das ein Detektionsverfahren für den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad einer Lawinenfotodiode zeigt; und

5a und 5b sind Diagramme, die ausschnittsweise die Konstruktion einer optischen Plattenvorrichtung zeigen.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors für optische Signale zeigt, 2 ist ein Diagramm, das einen ersten Fotodetektor zeigt und 3 ist ein Diagramm, das einen zweiten Fotodetektor zeigt.
Wie in 2 gezeigt, schließt der erste Fotodetektor 101 eine Lawinenfotodiode 11 mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad, eine Vorspannschaltung 21 zum Anlegen einer konstanten Vorspannung an die Lawinenfotodiode 11 und einen Operationsverstärker 31 zum Umwandeln des Ausgangsstroms der Lawinenfotodiode 11 in eine Spannung ein.
Wie in 3 gezeigt, schließt der zweite Fotodetektor 102 eine Lawinenfotodiode 12, eine Vorspannschaltung 22 zum Anlegen einer Vorspannung, die gemäß des Ausgangssignal eines Steuermittels 41 variiert, und einen Operationsverstärker 32 zum Umwandeln des Ausgangsstroms der Lawinenfotodiode 12 in eine Spannung ein.
Wie in 1 gezeigt, werden das Ausgangssignal des ersten Fotodetektors 101 und das Ausgangssignal des zweiten Fotodetektors 102 in eine Differenzausgangsschaltung 201 eingegeben und dann als ein Differenzausgangssignal ausgegeben. Außerdem werden die Ausgangssignale des ersten Fotodetektors 101 und des zweiten Fotodetektors 102 in das Steuermittel 41 eingegeben, und das Steuermittel 41 erzeugt ein Steuer-Ausgangssignal, das die Vorspannung des zweiten Fotodetektors 102 so variiert, daß der fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad in einem speziellen Frequenzbereich im ersten Fotodetektor 101 und im zweiten Fotodetektor 102 gleich ist.
Als Resultat haben der erste Fotodetektor 101 und der zweite Fotodetektor 102 den gleichen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad, so daß ein genaues Differenzsignal von der Differenzausgangsschaltung 201 ausgegeben wird. Daher kann ein Detektor für optische Signale verwirklicht werden, der einen hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad aufweist und ein genaues Differenzsignal ausgibt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Detektionsverfahren für den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad der Lawinenfotodioden 101 und 102 zeigt.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung in einer optischen Plattenvorrichtung (disc) angewendet. Im Fall der optischen Plattenvorrichtung wird die Differenzdetektion ausgeführt, um zu bewirken, daß ein Strahl (Lichtfluß) gleichmäßig auf den ersten und den zweiten Fotodetektor 101 und 102 abgestrahlt wird.
Um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des ersten und des zweiten Fotodetektors 101 und 102 zu bestimmen und diese fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrade zu vergleichen, wird zuerst die gesamte Lichtmenge in den ersten Fotodetektor 101 abgestrahlt und die so erhaltene Ausgangsspannung A des ersten Fotodetektors wird in der Ausgangshalteschaltung 301 gehalten. Danach wird die gesamte Lichtmenge auf den zweiten Fotodetektor 102 abgestrahlt und die so erhaltene Ausgangsspannung B des zweiten Fotodetektors 102 wird in der Ausgangshalteschaltung 302 gehalten. Die Differenz zwischen der Ausgangsspannung A und der Ausgangsspannung B wird von einem Differenzverstärker 401 bestimmt. Ist die Differenzspannung (A-B) nicht gleich 0, so wird die Vorspannung des Fotodetektors 102 entsprechend der Differenzspannung (A-B) von der Steuerschaltung 501 für die Vorspannung variiert, und die Ausgangsspannung B des Fotodetektors 102 wird auf die Ausgangsspannung B' eingestellt, die gleich der Ausgangsspannung A ist. Daher kann der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad der Fotodetektoren 101 und 102 aneinander angepaßt (in Übereinstimmung gebracht) werden.
Die 5a und 5b sind Diagramme, die Ausschnittsweise den Aufbau der optischen Plattenvorrichtung zeigen.
Wie in 5a gezeigt, wird von einer Laserlichtquelle 5 emittiertes Licht durch einen Strahlteiler 3, eine Sammellinse 2 und eine Objektlinse 1 auf die optische Platte 7 eingestrahlt. Das von der optischen Platte 7 reflektierte Licht wird durch die Objektlinse 1, die Sammellinse 2, den Strahlteiler 3 und die Detektionslinse 4 geleitet und dann in den Detektor 6 eingestrahlt.
Wie in 5b gezeigt, umfaßt der Detektor 6 die Fotodetektoren 101 und 102 und führt die Steuerung der Spurführung und ähnliches auf der Basis des Differenzsignals, das aus den Ausgangssignalen der Fotodetektoren 101 und 102 erzeugt wird, aus.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden zwei Fotodetektoren verwendet. Dieselbe Wirkung kann jedoch erzielt werden, wenn drei oder mehr Fotodetektoren verwendet werden. Z.B. wird das Differenzausgangssignal zwischen dem Ausgang eines Fotodetektors und dem Ausgang eines anderen Fotodetektors erhalten, und die Vorspannung für den anderen Fotodetektor wird auf der Basis des Differenzausgangssignals gesteuert, wodurch der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad zwischen den beiden Fotodetektoren angepaßt werden kann (in Übereinstimmung gebracht wird). Der Fotodetektor ist nicht auf eine Lawinenfotodiode beschränkt, und jedes Element kann verwendet werden, selbst wenn der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad unter den Elementen eine große Dispersion oder Streuung aufweist.
Wie oben beschrieben worden ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung Lawinenfotodioden oder andere Elemente, die bisher für eine Detektiervorrichtung für Differenzsignale nicht brauchbar waren, weil sie untereinander eine große Dispersion im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad aufweisen, verwendet werden, um eine Detektorvorrichtung für ein Differenzsignal ohne Dispersion in der Differenzdetektion und mit einem hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu verwirklichen.

Claims

Detektor für optische Signale, der einen ersten Fotodetektor, einen zweiten Fotodetektor, Differenzausgangsmittel zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben eines Differenzsignals sowie Steuermittel, die die Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Fotodetektors bestimmen und den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des zweiten Fotodetektors gemäß der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad variieren, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Fotodetektor einen fotoelektrischen Umwandlungsbereich und Mittel zum Anlegen einer Vorspannung an den fotoelektrischen Umwandlungsbereich aufweisen, und die, Vorspannung, die an den zweiten Fotodetektor anzulegen ist, von den Steuermitteln gesteuert wird.
Detekor für optische Signale nach Anspruch 1, in der der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt eine Lawinenfotodiode umfaßt.
Verfahren zum Detektieren optischer Signale zum Bilden der Differenz zwischen den Ausgangssignalen eines ersten Fotodetektors und eines zweiten Fotodetektors und zum Ausgeben eines Differenzsignals, welches umfaßt: Bestimmen der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Fotodetektor auf der Basis der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Fotodetektors, und Variieren des fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrades des zweiten Fotodetektors gemäß der Differenz im fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Fotodetektor einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt sowie Mittel zum Anlegen einer Vorspannung an den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt einschließen, und die Vorspannung, die an den zweiten Fotodetektor angelegt wird, gesteuert wird, um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad des zweiten Fotodetektors zu variieren.
Verfahren zum Detektieren optischer Signale nach Anspruch 3, in welchen der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt eine Lawinenfotodiode umfaßt.