(57)【要約】【課題】フォトダイオードに対する寄生容量が大きくても、高いゲインを確保しつつ、カットオフ周波数を高くすることが可能な光電変換回路を提供する。【解決手段】ＰＤＩＣ１は、光信号を、強度に応じた電流信号に変換するフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤと並列に接続された第１の定電流源Ｉ１を有する受信信号生成手段２と、電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する帰還抵抗Ｒｆが設けられたオペアンプＯＰ、第１の定電流源Ｉ１と同電流量を流す第２の定電流源Ｉ２を有する増幅手段３と、受信信号生成手段２の信号出力ノードが一側に接続され、増幅手段の信号入力ノードが他側に接続されて、受信信号生成手段２からの電流信号に応じて他側から一側に通電し、オペアンプの増幅度の算出における伝達関数に、受信信号生成手段２側のインピーダンスの算入を除外する分離手段としてトランジスタＱ１とを備えている。【選択図】図２
2011024164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を、強度に応じた電流信号に変換するフォトダイオード、前記フォトダイオードと並列に接続された第１の定電流源を有する受信信号生成手段と、
前記フォトダイオードからの電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する帰還抵抗が設けられたオペアンプ、前記オペアンプの入力端子と共に帰還抵抗に接続され、前記第１の定電流源と同電流量を流す第２の定電流源を有する増幅手段と、
前記受信信号生成手段の信号出力ノードが一側に接続され、前記増幅手段の信号入力ノードが他側に接続されて、前記受信信号生成手段からの電流信号に応じて他側から一側に通電し、前記オペアンプの増幅度の算出における伝達関数に、前記受信信号生成手段側のインピーダンスの算入を除外する分離手段とを備えたことを特徴とする光電変換回路。
【請求項２】
前記分離手段は、前記一側がエミッタであり、前記他側がコレクタであり、ベースが直流電圧でバイアスされたトランジスタである請求項１記載の光電変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の強度に応じた電流信号に変換する受光部と、電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備えた光電変換回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクに記録されたデータを読み出したり、書き込んだりする光ディスク装置には、受光した光信号を電気信号に変換してデータを読み取る光電変換回路による光ピックアップが設けられている。この光ピックアップには、光信号の強度に応じた電気信号に基づいて、光ディスクへ照射する光の強度などを調整するフロントモニタが搭載されている。このような光ピックアップが、特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の受光増幅装置は、フォトダイオードがレーザー光を受光したときに発生する電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路を有している。
【０００４】
ここで、従来の光電変換回路について、図３に基づいて説明する。受光部として機能するフォトダイオードＰＤは、光信号の信号強度に応じて電流信号ＩOが流れる。この電流信号は、オペアンプＯＰの帰還抵抗Ｒｆを流れるので、電圧出力端子Ｖoutには、ＶO＝Ｒｆ×ＩOの電圧が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５３９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の光電変換回路をフロントモニタ用に使用する場合には、光信号の強度に対する出力電流を大きくするために、フォトダイオードＰＤの受光面を広く形成するため、寄生容量Ｃｐが大きくなってしまう。従って、出力電圧を決定する帰還抵抗Ｒｆを流れる電流信号ＩOが、寄生容量Ｃｐの影響を受け、ゲインの高いオペアンプＯＰを使用していても、高い動作周波数を確保することが困難である。
【０００７】
そこで本発明は、フォトダイオードに対する寄生容量が大きくても、高いゲインを確保しつつ、カットオフ周波数を高くすることが可能な光電変換回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光電変換回路は、光信号を、強度に応じた電流信号に変換するフォトダイオード、前記フォトダイオードと並列に接続された第１の定電流源を有する受信信号生成手段と、前記フォトダイオードからの電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する帰還抵抗が設けられたオペアンプ、前記オペアンプの入力端子と共に帰還抵抗に接続され、前記第１の定電流源と同電流量を流す第２の定電流源を有する増幅手段と、前記受信信号生成手段の信号出力ノードが一側に接続され、前記増幅手段の信号入力ノードが他側に接続されて、前記受信信号生成手段からの電流信号に応じて他側から一側に通電し、前記オペアンプの増幅度の算出における伝達関数に、前記受信信号生成手段側のインピーダンスの算入を除外する分離手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、受信信号生成手段のフォトダイオードと増幅手段のオペアンプとの間に分離手段が設けられていることにより、フォトダイオードの寄生容量が大きくても、オペアンプはこの寄生容量の影響を受けないので、オペアンプに設けられた帰還抵抗を流れる電流による電圧降下の算出に、フォトダイオードの寄生容量を考慮する必要がない。よって、高いゲインを確保しつつ、カットオフ周波数を高くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る光電変換回路の一例であるＰＤＩＣのフォトダイオードが受光していないときの状態を示す回路図
【図２】本発明の実施の形態に係る光電変換回路の一例であるＰＤＩＣのフォトダイオードが受光しているときの状態を示す回路図
【図３】従来の光電変換装置を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願の第１の発明は、光信号を、強度に応じた電流信号に変換するフォトダイオード、フォトダイオードと並列に接続された第１の定電流源を有する受信信号生成手段と、フォトダイオードからの電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する帰還抵抗が設けられたオペアンプ、オペアンプの入力端子と共に帰還抵抗に接続され、第１の定電流源と同電流量を流す第２の定電流源を有する増幅手段と、受信信号生成手段の信号出力ノードが一側に接続され、増幅手段の信号入力ノードが他側に接続されて、受信信号生成手段からの電流信号に応じて他側から一側に通電し、オペアンプの増幅度の算出における伝達関数に、受信信号生成手段側のインピーダンスの算入を除外する分離手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１２】
第１の発明においては、受信信号生成手段のフォトダイオードと増幅手段のオペアンプとの間に分離手段が設けられている。この分離手段は、受信信号生成手段からの電流信号に応じて、増幅手段の信号入力ノードが接続された他側から、受信信号生成手段の信号出力ノードが接続された一側に通電するので、帰還抵抗には、フォトダイオードからの電流が分離手段を介在させて流れる。また、分離手段は、オペアンプの増幅度の算出における伝達関数に、受信信号生成手段側のインピーダンスの算入を除外する機能を備えている。従って、フォトダイオードの寄生容量が大きくても、オペアンプはこの寄生容量の影響を受けないので、オペアンプに設けられた帰還抵抗を流れる電流による電圧降下の算出に、フォトダイオードの寄生容量を考慮する必要がない。よって、高いゲインを確保しつつ、カットオフ周波数を高くすることが可能である。
【００１３】
本願の第２の発明は、分離手段は、一側がエミッタであり、他側がコレクタであり、ベースが直流電圧でバイアスされたトランジスタであることを特徴としたものである。
【００１４】
第２の発明においては、分離手段をトランジスタとすることで、簡単な構成で分離手段を実現することができる。
【００１５】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る光電変換装置を、フロントモニタに使用されるＰＤＩＣ（Photo Detector IC）を例に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る光電変換回路の一例であるＰＤＩＣのフォトダイオードが受光していないときの状態を示す回路図である。図２は、本発明の実施の形態に係る光電変換回路の一例であるＰＤＩＣのフォトダイオードが受光しているときの状態を示す回路図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、ＰＤＩＣ１は、受信信号生成手段２と、増幅手段３と、分離手段として機能するトランジスタＱ１とを備え、フロントモニタとして使用されるＩＣである。
【００１７】
受信信号生成手段２は、フォトダイオードＰＤと、第１の定電流源Ｉ１とを備えている。フォトダイオードＰＤは、光信号を、強度に応じた電流信号に変換する。第１の定電流源Ｉ１は、正側がフォトダイオードＰＤのアノードと接続され、負側がフォトダイオードＰＤのカソードと接続されていることで、フォトダイオードＰＤと並列に接続された定電流源である。
【００１８】
増幅手段３は、オペアンプＯＰと、帰還抵抗Ｒｆと、第２の定電流源Ｉ２とを備えている。オペアンプＯＰは、反転入力端子（−）に第２の定電流源Ｉ２の正側が接続され、非反転入力端子（＋）にバイアス電圧が付与されている。帰還抵抗Ｒｆは、オペアンプＯＰの電圧出力端子Ｖoutと反転入力端子（−）との間に接続されている。第２の定電流源Ｉ２は、第１の定電流源Ｉ１と同電流量を流す定電流源である。
【００１９】
トランジスタＱ１は、ベースに所定の直流電圧がバイアスとして付与されたベース接地トランジスタである。トランジスタＱ１は、一側のエミッタが、フォトダイオードＰＤのカソードに接続されていると共に、第１の定電流源Ｉ１の負側に接続されている（受信信号生成手段２の信号出力ノードＮ１）。また、トランジスタＱ１は、他側のコレクタがオペアンプＯＰの反転入力端子（−）に接続されていると共に、第２の定電流源Ｉ２の正側に接続されている（増幅手段３の信号入力ノードＮ２）。
【００２０】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係るＰＤＩＣの動作を図１および図２に基づいて説明する。
【００２１】
図１に示すように、フォトダイオードＰＤが光信号を受光していないときには、フォトダイオードＰＤには電流信号が発生しないので、第１の定電流源Ｉ１に流れる電流ＩCがトランジスタＱ１に流れる。トランジスタＱ１に流れる電流は、第１の定電流源Ｉ１と同電流を流す第２の定電流源Ｉ２から供給されるので、帰還抵抗Ｒｆには電流が流れない。つまり、電圧出力端子Ｖoutには帰還抵抗Ｒｆによる出力電圧が出力されない状態である。
【００２２】
次に、図２に示すように、受信信号生成手段２のフォトダイオードＰＤが光信号を受けると、光信号の強度に応じた電流ＩOが流れる。従って、トランジスタＱ１に流れる電流は、ＩC＋ＩOとなる。このトランジスタＱ１に流れる電流は、第２の定電流源Ｉ２からの電流量では不足するため、帰還抵抗Ｒｆから補われる。従って、帰還抵抗Ｒｆには、第２の定電流源Ｉ２からの電流ＩCで不足するＩOが流れることになる。つまり、帰還抵抗Ｒｆに、フォトダイオードＰＤに流れる電流ＩOに応じた電流が流れることで、電圧出力端子Ｖoutには、電流ＩOに応じた帰還抵抗Ｒｆによる電圧降下分の電圧が出力される。
【００２３】
ここで、図１および図２に示すオペアンプＯＰの伝達関数を求めると、以下の式（１）となる。
【００２４】
【数１】
2011024164.tif 000003
【００２５】
（但し、Ｖｏは電圧出力端子Ｖoutの出力電圧、Ａはオペアンプの開放ゲインである。）
この式（１）では、図１および図２に示すＰＤＩＣ１のオペアンプの伝達関数に、受信信号生成手段２のフォトダイオードＰＤに付加される寄生容量Ｃｐが算入されていないことがわかる。これは、トランジスタＱ１を、受信信号生成手段２のフォトダイオードＰＤと増幅手段３のオペアンプＯＰとの間に介在させているからである。つまり、トランジスタＱ１が、オペアンプＯＰの増幅度の算出における伝達関数に、受信信号生成手段２側のインピーダンスの算入を除外する分離手段として機能しているためである。
【００２６】
例えば、図３に示す従来の光電変換回路では、オペアンプＯＰの伝達関数は、以下の式（２）となる。
【００２７】
【数２】
2011024164.tif 000004
【００２８】
この式（２）では、オペアンプＯＰの伝達関数に、フォトダイオードＰＤに付加される寄生容量Ｃｐが算入されていることがわかる。従って、出力電圧を決定する帰還抵抗Ｒｆを流れる電流信号ＩOは、寄生容量Ｃｐの影響を受けるため、ゲインの高いオペアンプＯＰを使用していても、高い動作周波数を確保することが困難である。
【００２９】
このように、本実施の形態に係るＰＤＩＣ１は、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐが大きくても、オペアンプＯＰはこの寄生容量の影響を受けないので、フォトダイオードＰＤに対する寄生容量が大きくても、高いゲインを確保しつつ、カットオフ周波数を高くすることが可能である。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、光信号を受信して電圧信号を出力する他の光電変換回路にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、フォトダイオードに対する寄生容量が大きくても、高いゲインを確保しつつ、カットオフ周波数を高くすることが可能なので、光信号の強度に応じた電流信号に変換する受光部と、電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備えた光電変換回路に好適である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＰＤＩＣ
２  受信信号生成手段
ＰＤ  フォトダイオード
Ｉ１  第１の定電流源
３  増幅手段
ＯＰ  オペアンプ
Ｉ２  第２の定電流源
Ｒｆ  帰還抵抗
Ｑ１  トランジスタ
Ｖout  電圧出力端子
【図１】
2011024164.tif 000005
【図２】
2011024164.tif 000006
【図３】
2011024164.tif 000007