JP6523046B2 - 光センサ - Google Patents
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Description
〈光センサの構成〉
まず、本発明の実施形態1に係る光センサ1について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る光センサ1の構成を示す回路図である。光センサ1は、信号光の受光に伴って、電圧を出力する機器であり、図1に示すように、フォトダイオード11、クエンチング抵抗12、スイッチ13、可変電流源14、トランジスタ15、および、制御部16を備えている。
逆バイアス電圧が印加されたフォトダイオード11に光が入射すると、アバランシェ増幅が発生して、フォトダイオード11からクエンチング抵抗12に電流が出力される。これにより、電位V1と、接地電位V0との間に電位差が発生する。この電位差は、クエンチング抵抗12における、フォトダイオード11からの電流量と、可変電流源14からの電流値との差に応じて変動し得る。その電位差がトランジスタ15の閾値電圧を超えるとデジタル信号に変換されて、ガイガーモード出力信号♯1として出力される。ただし、フォトダイオード11に外乱光が入射すると、フォトダイオード11の受光感度が変動することにより、トランジスタ15の閾値電圧を越えた状態となり、信号光に対して、スイッチング動作ができなくなる。
次に、本発明の実施形態1に係る、信号光を正確に検出する方法の実施例について、図6を参照して説明する。図6(a)は、光源信号の波形を示すグラフである。図6(b)は、電位V1を補正する前のトランジスタ15への出力信号の波形を示すグラフである。図6(c)は、電位V1を補正した後のトランジスタ15への出力信号の波形を示すグラフである。この方法では、受光信号の信号検出レベルをトランジスタ15の閾値電圧に合わせる。
外乱光には直流成分だけでなく、例えば、室内の蛍光灯などのインバータ光による交流成分も存在する。これに対して、フォトダイオード11の出力電圧から外乱光の直流成分、および、交流成分の両方を除去することにより、出力電圧を安定させて、信号光を正確に検出することができる。すなわち、光センサ1の外乱光耐性を改善することができる。
〈光センサの構成〉
本発明の実施形態2に係る光センサは、図2に示す光センサ1aおよび2を備えている。以下では、光センサ1aおよび2について、図2を参照して説明する。図2は、本実施形態に係る光センサ1aおよび2の構成を示す回路図である。図2に示すように、光センサ1aは、信号光を受光し、受光量に応じた電圧を出力する機器であり、フォトダイオード11、クエンチング抵抗12、スイッチ13、可変電流源14、トランジスタ15、制御部16a、および、発光素子17を備えている。フォトダイオード11、クエンチング抵抗12、スイッチ13、可変電流源14、および、トランジスタ15の機能、接続に関しては、実施形態1と同様である。制御部16aに関しては、後述する。
逆バイアス電圧が印加されたフォトダイオード21に光が入射すると、受光量に追従した電流が、フォトダイオード21から抵抗22に出力される。これにより、電位V2と、接地電位V0との間に電位差が発生する。この電位差は、抵抗22における、フォトダイオード21からの電流値と、可変電流源23からの電流値との差に応じて変動し得る。その電位差、すなわち、フォトダイオード21の出力電圧がリニアモード出力信号♯2として出力される。
光センサ1aにおいて、フォトダイオード11をガイガーモードで用いる場合に、外乱光や電気ノイズの交流成分等により、信号光の受信感度が変動する可能性がある。そこで、外乱光の交流成分および直流成分の比を検出して、クエンチング抵抗12の抵抗値、および、可変電流源14の電流値を演算し、または、当該抵抗値、および、当該電流値にフィードバックする。これにより、フォトダイオード11の出力電圧から外乱光成分を除去することにより、信号光を正確に検出することができる。すなわち、光センサ1aの外乱光耐性を改善することができる。
次に、本発明の実施形態2に係る、制御部16aが外乱光を検出して信号光の検出精度を上げる実施例について、図3を参照して説明する。図3(a)は、発光素子17の光源信号の波形を示すグラフである。図3(b)は、光センサ1aにおけるガイガーモード出力信号♯1の波形を示すグラフである。図3(c)は、光センサ2におけるリニアモード出力信号♯2の波形を示すグラフである。
〈光センサの構成と動作〉
本発明の実施形態3に係る光センサは、アレイ状に配置された複数のフォトダイオードを備えており、ガイガーモードのフォトダイオードと、リニアモードのフォトダイオードとを交互に配置したものである。
光は、屈折等により受光面内において均一に分布することはない。そこで、上記のように、ガイガーモードのフォトダイオードと、リニアモードのフォトダイオードとを交互に配置し、各フォトダイオードの出力電圧を用いて信号光検出の出力電圧を演算することにより、信号光の検出のばらつきを軽減することができる。そして、ガイガーモードのフォトダイオードにおいては、隣接するピクセルでの電子雪崩に誤反応して別の雪崩を引き起こすクロストーク現象が生じ得るが、ガイガーモードのフォトダイオードを一つ置きに配置することにより、クロストーク現象の発生を低減させることができる。
本発明の態様1に係る光センサ(1)は、受光素子(11)と、上記受光素子に対して直列に接続された抵抗と、上記受光素子および上記抵抗に対して直列に接続された電流源と、上記抵抗の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御し、上記電流源の電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する制御部と、を備えている。
1a 光センサ
2 光センサ
11 フォトダイオード(受光素子)
12 クエンチング抵抗(抵抗)
14 可変電流源(電流源)
21 フォトダイオード(他の受光素子)
31 フォトダイオード(一部のフォトダイオード、他のフォトダイオード)
Claims (4)
- 受光素子と、
上記受光素子に対して直列に接続された抵抗と、
上記受光素子および上記抵抗に対して直列に接続された電流源と、
上記抵抗の抵抗値を外乱光の交流成分に応じて制御し、上記電流源の電流値を外乱光の直流成分に応じて制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする光センサ。 - 上記受光素子は、逆バイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで動作するフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項1に記載の光センサ。 - 上記受光素子とは異なる他の受光素子をさらに備えており、
上記外乱光は、上記他の受光素子が受光したものである
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光センサ。 - 上記他の受光素子は、逆バイアス電圧が印加されることによりリニアモードで動作するフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項3に記載の光センサ。
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