(57)【要約】【課題】光検出器の限流形大電流監視回路を提供する。【解決手段】光検出器（１２）の大電流監視回路は、光検出器（１２）に流れる電流に応動する電流センサ（５２）、及び電流センサと光検出器（１２）とに応動する可変インピーダンス・トランジスタ（５０）を有する。可変インピーダンス・トランジスタ（５０）は、光検出器（１２）に流れる電流に応動して抵抗を増大させ、光検出器（１２）及びフロントエンド感知用電子機器（１６）を高レベルの電流から保護する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出器に流れる電流に応答する電流センサ、及び該電流センサと光検出器とに応答して光検出器に流れる電流に従い抵抗値を増大させることにより光検出器を高レベル電流から保護する可変インピーダンス素子を備えてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項２】
請求項１の回路において、前記光検出器をホトダイオードとしてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項３】
請求項１の回路において、前記電流センサを電源と光検出器との間に接続した抵抗器としてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項４】
請求項１の回路において、前記可変インピーダンス素子を、前記光検出器に接続したドレーン及び前記電流センサに接続したソースを有し光検出器に流れる電流に応じてドレーン／ソース抵抗が変わるトランジスタとしてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項５】
請求項４の回路において、前記トランジスタがバイアス電圧源へ接続されたゲートを有してなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項６】
請求項５の回路において、前記バイアス電圧源に前記トランジスタのゲート電圧を安定させるコンデンサを含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項７】
請求項６の回路において、前記バイアス電圧源に前記コンデンサと並列の抵抗器を含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項８】
請求項５の回路において、前記バイアス電圧源は前記電源から電圧を引き出してなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項９】
請求項８の回路において、前記バイアス電圧源に、前記電源とトランジスタのゲートとの間に相互接続した複数のダイオードを含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１０】
請求項８の回路において、前記バイアス電圧源に、前記電源とトランジスタのゲートとの間に接続したツェナダイオードを含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１１】
請求項５の回路において、前記バイアス電圧源を電池としなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１２】
電源に接続した光検出器、電源と光検出器との間に接続した電流センサ抵抗器、バイアス電圧源、及び前記電流センサ抵抗器に接続したソースと前記光検出器に接続したドレーンと前記バイアス電圧源に接続したゲートとを有し且つゲート／ソース電圧の低下時にドレーン／ソース抵抗を増大させることにより光検出器を大電流から保護するトランジスタを備えてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１３】
請求項１２の回路において、前記光検出器をホトダイオードとしてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１４】
請求項１２の回路において、前記バイアス電圧源を電源に接続し且つ前記バイアス電圧源の電圧を前記電源から引き出してなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１５】
請求項１４の回路において、前記バイアス電圧源に、前記電源とトランジスタのゲートとの間に接続したダイオードの列を含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１６】
請求項１５の回路において、前記バイアス電圧源に前記トランジスタのゲートと前記ダイオードの列との間に置かれ且つ大地電位に接続されたコンデンサを含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１７】
請求項１２の回路において前記バイアス電圧源に、前記電源とトランジスタのゲートとの間に接続したツェナダイオードを含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１８】
請求項１２の回路において、前記バイアス電圧源を電池としなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項１９】
電源に接続した光検出器、電源と光検出器との間に接続した可変インピーダンス、及び光検出器の電流に応答し且つ光検出器の電流の増大時に前記可変インピーダンスの増加を駆動する可変電圧を備えてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項２０】
請求項１９の回路において、前記光検出器をホトダイオードとしてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項２１】
請求項１９の回路において、前記可変インピーダンスを、電源と光検出器との間に接続したトランジスタのソース／ドレーンインピーダンスとしてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項２２】
請求項２１の回路において、前記トランジスタのソースと電源との間に接続した抵抗器を前記回路へ更に含めてなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項２３】
請求項１９の回路において、前記可変電圧をトランジスタのゲート／ソース電圧とし、該ゲートをバイアス電圧源に接続し且つ該ソースを前記光検出器と電源との間に接続してなる光検出器の大電流監視回路。
【請求項２４】
電源に接続した光検出器；バイアス電圧源；並びに前記光検出器と電源との間に相互接続したソースとドレーン、及びバイアス電圧源に接続したゲートを有するトランジスタを備え、
前記バイアス電圧源は前記トランジスタをオンとするように作動し、前記トランジスタは、前記光検出器の電流が微小レベルにある時には低いソース／ドレーン抵抗を有して前記光検出器の動作に影響せず且つ前記光検出器の電流が前記微小レベルを上回る時には該トランジスタの飽和により高いソース／ドレーン抵抗を有して前記光検出器を前記微小レベル以上の電流から保護してなる光検出器の大電流監視回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０００年１１月１１日提出の米国特許仮出願第６０／２３１，７９３号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は限流回路に関し、とくにアバランシ・ホトダイオード等の光検出器に流れる電荷の量を制限してその損傷を防止すると共にフロントエンド感知用電子機器の損傷をも防止する回路に関する。
【０００３】
【従来の技術】
光検出器は、光度（ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を電気信号に変換する装置である。最も普通な三つのタイプの光検出器は、ホトダイオード、アバランシ・ホトダイオード、及び光電子増倍管である。最初の二タイプの光検出器は、半導体装置であって低レベルの電磁放射（ホトン）を検出すると共に、更にホトンにより電子（一次電子）を放出させ正孔・電子対を創出させる構造を有する。これらの正孔及び電子は、ホトダイオードに加えられる電界に従い半導体装置内で反対向きに移動する。この構造内の電子移動は光電流と呼ばれ、光度に比例する。アバランシ・ホトダイオードでは、一次電子が格子構造内で十分大きな速度とエネルギーで他の原子に衝突し、付加的な正孔・電子対を創出する。アバランシ・ホトダイオードのカスケード効果は、有効な利得を生み出し、極く低レベルの光の検出を可能にする。能動的クェンチ回路（ａｃｔｉｖｅ ｑｕｅｎｃｈ ｃｉｒｃｕｉｔ）をアバランシ・ホトダイオードと組み合わせて使えば、実に単一ホトンの検出さえも可能である。アバランシ・ホトダイオードをそのブレークダウン電圧以上にバイアスして使う時、アバランシ・ホトダイオードのこのタイプの動作がガイガー・モードと呼ばれる。能動的クェンチ回路の三つの例を米国特許第５，５３２，４７４号、第５，９３３，０４２号及び第４，９４５，２７７号の記載への言及により引用し、これらの例をこの引用により本説明に含める。
【０００４】
光電子増倍管型の光検出器は、真空管内でホトンを電子に変換する縦続接続ダイノードを含み、一次ホトン電子の増倍効果は所要の電気的利得を創り出す。
【０００５】
通常の動作条件での光検出器のバイアスはブレークダウン電圧以下であり、光電流は比較的小さい。殆どの用途において、光検出器の光電流を次段電子機器の背景雑音以上の電圧レベルへ変換するために、フロントエンド感知用電子機器、特に増幅器回路が必要である。その結果得られる電圧信号は、光検出器に入射する光度を表わす。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すべての光検出器の用途において、誤り光によって誘起される光電流がフロントエンド感知用電子機器の所定ブレークダウン・レベルを超える場合には、損傷が生じる。誤り光が光検出器に入射するのは、例えば光検出器の極く近くにレーザが存在する時、及びレーザ光が散乱されて光検出器へ向けられる時である。フロントエンド感知用電子機器に対する大きな光電流の影響を低減するのは容易な仕事ではなく、多くの場合、雑音や速度降下等の性能低下が生じる。何れにせよ、フロントエンド感知用電子機器の改良は、光検出器自体を保護するものではなく、永久破壊発生に到る前の限られた光電流を維持できるに過ぎない。
【０００７】
例えばライダー（ＬＩＤＡＲ）、蛍光（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）、及び粒径測定（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｉｎｇ）などの多くの用途において、１個以上の光検出器と共に強力なレーザが使われる。これらの用途においては、光検出器へ入射するレーザ光の誤り後方反射（ｅｒｒａｎｔ ｂａｃｋ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が、光検出器を飽和させて永久損傷の原因となる問題をしばしば生じさせている。研究室の実験によれば、商用の能動的クェンチ・アバランシ・ホトダイオードにおける永久損傷の閾値は、２０ｍＡ以上のホトダイオード電流を発生させる１ナノ秒内の百万ホトン前後である。多くのホトダイオード用途で用いるレーザは、この永久損傷閾値を複数桁上回る大きさの光レベルを発生する。このため、単一ホトン検出のような低い光レベルの検出においてホトダイオードの損傷を防止するには、誤り光レーザに起因するホトダイオード電流を急速に止めることが必要とされている。
【０００８】
ホトダイオード電流を制限する従来の一方法では、ホトダイオードと直列に高オ−ム値（例えば、１ｋΩ以上）の抵抗器を使う。このアプローチには、いくつかの限界がある。オームの法則に従って、この高オ−ム値の抵抗器内の電流は、ホトダイオードの定常動作モード時にも抵抗器電圧降下を発生し、ホトダイオード端子間にバイアス電圧を生じさせる。この電圧降下は、ホトダイオードの光検出効率を低下させるが、その理由はホトダイオードの光検出効率がその検出器の端子間のバイアス電圧に直接に関係することにある。他方、低抵抗の使用ではホトダイオードに対する十分な保護が得られない。
【０００９】
また、フロントエンド感知用電子機器を誤り光源に起因する光検出器電流から保護するため、クリッパー回路を使用することが当業者には知られている。しかし、クリッパー回路は光検出器の電流を制限しないので、大きな光検出器電流に対する光検出器保護を与えない。
【００１０】
従って本発明の一目的は、ホトダイオード、アバランシ・ホトダイオード、及び光電子増倍管を含む光検出器に対して限流形大電流監視回路を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、誤り大電流に対する耐力を、光検出器又はフロントエンド感知用電子回路機器に、その性能劣化を伴うことなく与える光検出器の限流形大電流監視回路を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、光検出器に流れる電流を制限してその損傷を防止する光検出器の限流形大電流監視回路を提供することにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、定常動作領域における光検出器の検出効率に影響を与えることがない光検出器の限流形大電流監視回路を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に別の目的は、光検出器の出力側に接続したフロントエンド感知用電子機器の入力インピーダンスに影響を与えることがない光検出器の限流形大電流監視回路を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、光検出器に加えられる電源電圧のレベルとは無関係に動作する光検出器の限流形大電流監視回路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トランジスタのソースを光検出器電流監視用のセンサ抵抗器へ接続すると共にそのトランジスタのドレーンを光検出器へ接続すれば、光検出器の電流がトリガ点に達した時にのみ、トランジスタのドレーン／ソース抵抗を当該トランジスタの飽和点まで増大させて光検出器を誤り光源に起因する大電流から保護することができ、光検出器の検出効率を、トランジスタのドレーン／ソース抵抗が非常に小さくトリガ点以下である時のレベルに維持できるとの知見に基づくものである。図３を参照するに、本発明による光検出器の大電流監視回路は、光検出器１２に流れる電流に応答する電流センサ５２、及び該電流センサ５２と光検出器１２とに応答して光検出器１２に流れる電流に従い抵抗値を増大させることにより光検出器１２を高レベル電流から保護する可変インピーダンス素子５０を備えてなるものである。本発明の好ましい実施例においては、トランジスタのゲートをバイアス電圧源へ接続し、光検出器の電流の増大に応じてトランジスタのゲート／ソース電圧を減少させてトランジスタのドレーン／ソース抵抗の増大を駆動する。更に好ましい実施例においては、バイアス電圧を光検出器に加えられる電圧の極性とは無関係にする。
【００１７】
図３を参照するに、本発明による光検出器の大電流監視回路は、光検出器１２に流れる電流に応答する電流センサ５２、及び該電流センサ５２と光検出器１２とに応答して光検出器１２に流れる電流に従い抵抗値を増大させることにより光検出器１２を高レベル電流から保護する可変インピーダンス素子５０を備えてなるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
一実施例において、光検出器はホトダイオードである。電流センサは電源と光検出器との間に接続した抵抗器である。この実施例において、可変インピーダンス素子は、光検出器に接続したドレーンと前記抵抗器に接続したソースとを有するトランジスタであり、そのドレーン／ソース抵抗が光検出器に流れる電流に応じて変化する。そのトランジスタのゲートをバイアス電圧源へ接続する。そのバイアス電圧源には、トランジスタのゲート電圧を安定に保持するためのコンデンサ、及び該コンデンサと並列の抵抗器を含めることができる。この実施例のバイアス電圧源は、電圧を電源から受け取り、また電源とトランジスタのゲートとの間で相互接続した複数のダイオードを有する。
【００１９】
本発明の他の実施例においては、バイアス電圧源に、前記電源とトランジスタのゲートとの間に接続したツェナダイオードを含める。更に他の実施例においては、前記バイアス電圧源を電池とする。
【００２０】
本発明の好ましい実施例においては、監視回路に、電源に接続した光検出器、電源と光検出器との間に接続した電流センサ抵抗器、バイアス電圧源、及び前記電流センサ抵抗器に接続したソースと前記光検出器に接続したドレーンと前記バイアス電圧源に接続したゲートとを有し且つゲート／ソース電圧の低下時にドレーン／ソース抵抗を増大させることにより光検出器を大電流から保護するトランジスタを含める。
【００２１】
広い意味において、電源に接続した光検出器；電源と前記光検出器との間に接続した可変インピーダンス；及び前記光検出器の電流に応答して該光検出器の電流の増大に従い前記可変インピーダンスを上向きに駆動する可変電圧を設ける。典型的な場合においては、可変インピーダンスを、電源と光検出器との間に接続したトランジスタのソースとドレーンとの間のものとする。次いで、そのトランジスタのソースと電源との間に抵抗器を接続し、且つそのトランジスタのゲートとソースとの間の電圧を可変電圧とし、該ゲートをバイアス電圧源に接続すると共に該ソースを光検出器と抵抗器との間に接続する
【００２２】
また好ましい実施例においては、監視回路に、電源へ接続した光検出器；バイアス電圧源；並びに前記光検出器・電源の間に接続したソース及びドレーンとバイアス電圧源へ接続したゲートとを有するトランジスタを含め、前記バイアス電圧源をして前記トランジスタをオンに維持するごとく作用させる。光検出器の電流が微小レベル（例えば２０ｍＡ）である時には、前記トランジスタをして低いソース／ドレーン抵抗（例えば８５０オーム）を示させて光検出器の動作が影響を受けないようにする。しかし、光検出器の電流が前記微小レベルを超える時には、前記トランジスタをして飽和させ、高いソース／ドレーン抵抗値（例えば無限大）を示させ、光検出器を高レベルの電流値から保護する。特定例においては、トランジスタが、約２０ｍＡを上回る値の光電流を阻止し、しかも光電流が２０ｍＡの微小レベル以下の時はそのソース／ドレーン抵抗値を僅か８５オームにする。このため、ガイガー・モードで動作するアバランシ・ホトダイオードさえも、光電流がこの微小レベル以下である限り、この特定例の監視回路によって影響されることがない。
【００２３】
本発明の他の目的、特徴及び利点が、好ましい実施例に関する以下の説明及び図面の記載から当業者には明らかになるであろう。
【００２４】
【実施例】
発明の背景で論じたように、図１のホトダイオード１２のような典型的光検出器は電源１４へ接続され、光１５がホトダイオード１２へ入射すると、入射光１５の光度に比例したホトダイオード電流（光電流）を出力する。次いで、このホトダイオード電流は、フロントエンド感知用電子機器１６によって増幅され且つ電圧又は他の信号に変換され、出力１８に提供される。その結果生じる出力信号は、入射光のレベルを表し、特にアバランシ・ホトダイオードの場合にはホトダイオード１２へ入射する単一ホトンの存在を表わす。
【００２５】
しかし、例えばレーザからホトダイオード１２向きへ散乱された誤り光１３のような過大入射光の場合には、生起するホトダイオード電流がホトダイオード１２を破壊し、またフロントエンド感知用電子機器１６に悪影響を与えることがあり得る。
【００２６】
従来は、高抵抗の抵抗器２０（典型的には数千オーム）によって、誤り光１３に起因する高レベルのホトダイオード電流を阻止してきた。残念ながら、高抵抗の抵抗器２０は同時にホトダイオード１２にバイアス電圧降下を発生させ、その感度と効率とを低下させる。
【００２７】
従来技術においても、フロントエンド感知用電子機器１６を高レベルのホトダイオード電流から保護するために、図２に示すようなダイオード３２、抵抗器３４、３６及びコンデンサ３８を含むクリッパー回路３０を使うことが知られていた。しかし上記背景の説明に略記したようにクリッパー回路３０は、誤り入射光に起因する高レベルのホトダイオード電流による損傷に対してホトダイオード１２を保護することができない。
【００２８】
本発明においては、図３のホトダイオード１２のような光検出器を、当該ホトダイオード１２と電流センサ５２との間に可変インピーダンス５０を含めることにより、高レベルのホトダイオード電流から保護する。可変インピーダンス５０は、ホトダイオード１２の正常動作時には、例えば８５オームのような低い値である。しかし、電流センサ５２が、誤り光１３に起因する所定の閾値（例えば２０ｍＡ）を超えるホトダイオード電流を感知すると、可変インピーダンス５０が上向きに駆動されてホトダイオード１２を保護する。好ましい実施例においては、可変インピーダンス５０の高インピーダンス値を無限大と想定することができる。しかし、誤り光１３を取り除いた後には、可変インピーダンス５０のインピーダンス値は低いレベルに復帰し、その後はホトダイオード１２が通常態様で動作する。従って、光検出器の電流レベルがトリガ点に達した時にのみ可変インピーダンス５０が高抵抗を与える。バイアス電圧源５４がトリガ点を設定し、最大光電流の限界値を定義する。他の全ての時、例えばトリガ点への到達前及び光検出器電流がトリガ点以下まで減少した後は、可変インピーダンス５０の抵抗が小さく、光検出器の検出効率を維持する。図１の従来技術の回路では、抵抗器２０が高抵抗値に固定されているので、本発明による上記の効果が得られない。
【００２９】
好ましい実施例において、図３の可変インピーダンス５０は、図４の電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＦＥＴと言うことがある。）６８のソース６４とドレーン６２との間の抵抗であり、その抵抗はゲート６６／ソース６４間電圧に比例する。この実施例の図３における電流センサ５２は、図４の電源１４とホトダイオード１２との間に接続された低抵抗の抵抗器６０（例えば１００オーム）である。図３のバイアス電圧源５４は、図４の特定実施例におけるＦＥＴ６８のゲート６６に接続され、電源１４へのノード７０とダイオード７２の列と並列のコンデンサ７４及び抵抗器７６とを有する。
【００３０】
従って、本発明の特徴は、ホトダイオード１２の安全領域での動作時におけるその直列抵抗の低抵抗値と、ホトダイオード１２に流れる電流が予め定めたトリガ点に達した時に急変するその直列抵抗の高抵抗値にある。前記トリガ点を、使用する光検出器の損傷閾値及び／又はフロントエンド感知用電子機器１６の損傷電流閾値以下に注意深く設定することにより、高光度の誤り光１３が入射して高密度電流が発生した時にも、その光検出器とフロントエンド感知用電子機器１６との何れもが害を受けないように保護できる。即ち、低インピーダンスから高インピーダンスへの高速切替が、光検出器の通常光での動作条件下の性能を損なうことなしに光検出器を高光度レベルから保護する。監視回路の光検出器トリガ点は、特定の光検出器に対してバイアス電圧源５４と抵抗器６０との組み合わせによって独自に定めることができる。ノード７０を介してバイアス電源５４と電源１４とを関連付けることにより、本発明回路を光検出器１２の動作電圧に対して独立にする。従って、本発明は、ホトダイオード、アバランシ・ホトダイオード、及び光電子増倍管等の異なるタイプの光検出器に対する各種動作条件の全ての要求に応えるに必要な柔軟性を有する。
【００３１】
図４において、電流センサ素子たる抵抗器６０が光検出器１２に流れる電流を監視する。可変インピーダンス素子たるトランジスタ６８をそのセンサ素子によって制御することにより、ホトダイオードの電流を制限する。バイアス素子たるコンデンサ７４（例えば、１０ｎＦ）が、センサ素子の制御入力上のホトダイオード・バイアス電圧に対して、一定のオフセット電圧を維持する。
【００３２】
好ましい実施例においては、バイアス電圧源５４が監視回路及び光検出器に対するバイアスを与える。光検出器と直列の低抵抗の抵抗器６０が光検出器に流れる電流に対するセンサ素子として作用する。光検出器及びセンサ素子と直列の可変インピーダンス素子６８が、この実施例ではＦＥＴであり、このＦＥＴのゲート／ソース電圧が、そのインピーダンス値を制御する入力として使われる。光検出器バイアス電圧に対する一定オフセットが、多重ダイオード列７２の両端間の電圧降下として作り出される。抵抗器７６（例えば、１ｍΩ）が、そのダイオード列に対する直流の電路を確保するために使われる。共通の基準ノード（例えば大地）に対する減結合コンデンサ（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が、オフセット定数を維持する。
【００３３】
しかし本発明は、図４に示される特定のバイアス電圧源に限定されない。他の例として、図５のバイアス電圧源５４’、及び図６のバイアス電圧源５４”が挙げられる。注意すべきことに、図５のバイアス電圧源５４’に含まれるツェナーダイオード８０は、図４に示すダイオード列よりも多くの電流をノード７０から引出す。図６のバイアス電圧源５４”は、電池のような一定バイアス電圧源を有する。
【００３４】
また、図４のトランジスタ６８は、Ｐ型ＦＥＴ（部品番号ＶＰ０５５０）である。しかし、図７におけるトランジスタ６８’は、Ｎ型ＦＥＴ（部品番号ＶＮ０５５０）であり、バイアス電圧源５４”のダイオード７２’は図４に示すダイオード７２とは逆極性である。
【００３５】
図４の好ましい実施例ではアバランシ・ホトダイオード１２の電流を約２０ｍＡに制限している。ホトダイオードが光を検出していない初期には、ＦＥＴ６８のドレーン６２に電流が殆ど流れない。ガイガー回路利用の典型的なホトン計数装置の場合、実験室の測定では光が２ｍＡないし１０ｍＡの光電流パルスをトリガする。すでに略述したように、上記の監視回路はこの範囲の光電流ではホトダイオードの正常動作に干渉しない。電源１４によって光検出器バイアスが与えられる。ダイオード７２の列に流れる電流は、電源１４の電圧レベルより低い電圧降下を発生するに過ぎないので、ダイオード７２の列の両端における電圧降下は電源１４の電圧と無関係である。ＦＥＴ６８のゲート／ソース間に一定バイアスを維持できるように抵抗器７６を正しく選べば、電源１４と光検出器１２との間における抵抗値が、抵抗器６０の抵抗とＦＥＴ６８のオン抵抗との和になる。ＦＥＴのオン抵抗は約８５オームであり、正常なホトダイオード電流の動作領域における全抵抗値が１８５オームとなり、この抵抗値は、ガイガー・モードであってもホトダイオード１２の性能に悪影響を与えない。
【００３６】
しかし、ホトダイオード１２へは異常に大量の光が入射することがあり、例えば、ホトダイオード１２への誤り光１３としてレーザ光が入射する時、又はホトダイオード１２自体が第二ブレークダウン状況における短絡のような特定の誤動作をする時である。両例において、ＦＥＴ６８及び抵抗器６０を流れるホトダイオード電流（光電流）が急速に増大し始める。この光電流の増大は、抵抗器６０の電圧降下を発生させ、ＦＥＴ６８のゲート／ソース電圧を減少させる。ゲート／ソース電圧はドレーン／ソース抵抗を支配し、ゲート／ソース電圧が低下するとＦＥＴ６８のドレーン／ソース抵抗を増大させ、そこに流れる電流を制限する。ＦＥＴ６８の高い（飽和）抵抗は、また光検出器１２に流れる電流の電荷量を制限する。
【００３７】
コンデンサ７４の機能は、ＦＥＴ６８がオン状態から飽和状態へ遷移する期間中においてＦＥＴ６８のゲート電圧を維持することにある。コンデンサ７４がない場合には、この期間にＦＥＴ６８の内部ゲート／ドレーン間静電容量に起因してそのＦＥＴ６８のゲート６６の電圧も下降し、ゲート／ソース電圧の低下が阻害される。
【００３８】
図８は、図４におけるＦＥＴトランジスタ６８の飽和ドレーン電流Ｉｄ対ゲート／ソース電圧（Ｖｇｓ）関係、及び抵抗器６０の負荷線Ｒ１を示す。低い光レベルでは、光検出器１２が正常動作モードにあって光電流（Ｉｄに等しい）が小さい。この動作状態では、監視回路両端間の電圧降下Ｖｇｓが図８の負荷線Ｒ１に従う。ホトダイオードの異常電流がトランジスタ６８のドレーン６２を通って流れ始めると、電圧Ｖｇｓが負荷線Ｒ１によって図８のように減少し始める。光電流（Ｉｄに等しい）は、特定のゲート／ソース電圧Ｖｇｓ値に対し許容される光検出器通過電流の最大値であるＩｄ飽和値（例えばｍＡ）に等しくなるまで増大する。この平衡点に達すると、光電流Ｉｄはもはや増加し得ない。
【００３９】
従って本発明は、光検出器における光電流を制限して光検出器に対する永久的損傷を防止し、更にフロントエンド感知用電子機器を過大電流による破損から保護する。一部の実施例において、フロントエンド感知用電子機器の性質によっては従来のクリッパー回路（図２）を本発明の監視回路に加えて使用し、フロントエンド感知用電子機器の入力で発生し得る電圧スパイク（ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐｉｋｅｓ）を防止することが可能である。
【００４０】
図４に示す本発明の好ましい実施例は、三つのサブ回路（ｓｕｂ−ｃｉｒｃｕｉｔ）を有する。第１のサブ回路は、本発明の被制御可変インピーダンス回路、即ち動的抵抗器（ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）として使われるＦＥＴ６８である。第２のサブ回路は、好ましくはホトダイオード１２の極性（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）電源１４とは無関係であるトランジスタ６８のバイアス電圧付与用のバイアス電源回路である。これは、広範囲に亘るホトダイオード特性のために各種極性電圧値の使用が必須となる生産環境において重要である。好ましい実施例におけるバイアス用サブ回路は、ダイオード７２（ＢＡＳ３２）の列、抵抗器７６、及びコンデンサ７４からなる。この好ましい実施例のバイアス用サブ回路は、約５．７ボルトのゲート／ソース電圧Ｖｇｓを与える。この電圧を、トランジスタ６８のピンチオフ（ｐｉｎｃｈ ｏｆｆ）電圧より大きくすることが望ましい。第３のサブ回路は、本発明のセンサ素子としての抵抗器６０からなる。当業者は、トランジスタ６８及びホトダイオード１２の両者における正常動作範囲の特性を考慮に入れて抵抗器６０の抵抗値を選択する。他の実施例においては、ここに説明した特定回路パラメータが特定用途に選択した特定回路素子に依存して変化する。
【００４１】
本発明の特定の特徴を一部の図面に示し他の図面に示さなかったが、これは便宜上のものに過ぎず、本発明に従って各特徴を任意の又は総ての他の特徴と組み合わせることができる。更に本説明で用いた「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「持つ（ｗｉｔｈ）」等の語は、広く包括的に解釈されるべきであり、いかなる物理的相関にも限定されない。更にまた、ここに開示した如何なる実施例も限定的な実施可能例と解すべきではなく、他の諸実施例が当業者には可能であり且つ前記特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、高オーム抵抗値の抵抗器を用いた従来の光検出器用監視回路の図式的説明図である。
【図２】は、光検出器に結合したフロントエンド感知用電子機器を高レベルの光検出器電流に対し保護するために使う従来のクリッパー回路の回路図である。
【図３】は、本発明の監視回路に関連する一次部品を示す図式的ブロック図である。
【図４】は、本発明による光検出器の大電流監視回路の一実施例を示す回路図である。
【図５】は、図４に示すバイアス電圧源の他の実施例を示す回路図である。
【図６】は、図４におけるバイアス電圧源の更に他の実施例を示す回路図である。
【図７】は、光検出器における本発明による大電流監視回路の他の実施例を示す回路図である。
【図８】は、本発明の好ましい実施例で使う典型的な光検出器の電流飽和レベル対トランジスタのゲート／ソース電圧の関係、及び本発明の好ましい実施例における典型的な光検出器の電流飽和対センサ抵抗器の負荷線の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１２…ホトダイオード　　　１３…誤り光
１４…電源　　　　　　　　１５…光
１６…フロントエンド感知用電子機器
１８…出力　　　　　　　　２０…（高抵抗の）抵抗器
３０…クリッパー回路　　　３２…ダイオード
３４…抵抗器　　　　　　　５０…可変インピーダンス
５２…電流センサ　　　　　５４…バイアス電圧源
６０…（低抵抗の）抵抗器　６６…ゲート
６８…電界効果トランジスタ（Ｐ型）
６８’…Ｎ型電界効果トランジスタ
７０…ノード
７２…バイアス電圧源のダイオード
７４…コンデンサ　　　　　７６…抵抗器
８０…ツェナダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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