(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電流を増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の入力と出力との間に接続された帰還抵抗と、
前記帰還抵抗に並列に接続された整流素子と、
前記第１の増幅回路の入力に接続され、該入力電流を吸収する電流吸収回路と、
前記電流吸収回路を動作させるか否かを選択するスイッチ回路と、
一端が第１の電源線に接続された第１の抵抗と、一端が前記第１の抵抗の他端及び出力部に接続され、制御端がバイアス源に接続され、かつ、他端が前記第１の増幅回路の出力に接続された出力トランジスタと、一端が前記出力トランジスタの他端に接続され、他端が第２の電源線に接続された第２の抵抗とを有する第２の増幅回路とを備え、
前記入力電流が所定の値より大きい場合には、前記スイッチ回路は、前記電流吸収回路を動作させて、前記入力電流を吸収するとともに前記第１の増幅回路の入力を前記整流素子及び帰還抵抗によってクランプすることにより、前記第１の増幅回路を非飽和にするとともに前記出力トランジスタの動作を停止させ、それによって前記第２の増幅回路の出力電圧を所定の電圧値に固定し、
前記入力電流が所定の値より小さい場合には、前記スイッチ回路は前記電流吸収回路の動作を停止させて前記出力トランジスタを動作させることにより、前記第２の増幅回路の出力電圧を前記第１の増幅回路の出力電圧に応じた電圧にすることを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項２】
前記整流素子はｎ個のダイオードから成り、個数ｎは、
前記第２の増幅回路の出力トランジスタの飽和電圧をＶsatとし、前記第１の電源線の電位をＶccとし、前記第１の抵抗の値をＲ１とし、前記第２の抵抗の値をＲ２とし、前記第２の増幅回路の入力電圧をＶＡとし、前記ダイオードの順方向の電圧降下をＶＦとすると、
Ｖsat≧〔Ｖcc−Ｒ１・(ＶＡ／Ｒ２)〕−ｎＶＦ
の関係式により決めることを特徴とする請求項１記載の電流電圧変換回路。
【請求項３】
前記入力電流が所定の値より大きい場合はライトモード又はイレーズモードであり、前記入力電流が所定の値より小さい場合はリードモード又はベリファイモードであることを特徴とする請求項１記載の電流電圧変換回路。
【請求項４】
光を受けて電流を発生する第１の受光素子と、前記光の反射光を受けて前記電流と逆相の電流を発生する第２の受光素子と、前記第１の受光素子の出力電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換回路と、前記第２の受光素子の出力電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換回路と、前記第１及び第２の電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する差動増幅器とを備え、
前記第１及び第２の電流電圧変換回路が請求項１、請求項２又は請求項３記載のいずれかの電流電圧変換回路から成ることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
光を受けて電流を発生する第１の受光素子と、前記光の反射光を受けて前記電流と逆相の電流を発生する第２の受光素子と、前記第１の受光素子の出力電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換回路と、前記第２の受光素子の出力電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換回路と、前記第１及び第２の電流電圧変換回路の出力の加算動作に必要な基準電圧を発生する基準電源と、前記基準電源に基づいて前記第１及び第２の電流電圧変換回路の出力電圧を加算する加算器とを備え、
前記第１、第２の電流電圧変換回路及び基準電源が請求項１、請求項２又は請求項３記載のいずれかの電流電圧変換回路から成ることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流電圧変換回路及び光電変換装置に関するものであり、更に詳しく言えば光信号を電圧に変換する回路及びそれを応用した情報読み取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理装置は画像編集や情報伝送等の多機能化に伴い膨大な情報量を取扱うようになってきている。このため数百メガ以上の情報量が記憶可能な光磁気記憶装置が開発されている。光磁気記憶装置は情報の書込み（ライト）、読出し（リード）、消去（イレーズ）及び誤り検証（ベリファイ）等のモードを実行する。光磁気記憶装置では情報の読出しは情報読取り部が行い、この情報読取り部には光電変換装置が使用されている。
【０００３】
図８（Ａ）は、従来例に係る光磁気記憶装置の情報読取り部の構成図を示している。図８（Ａ）において、100 は光磁気記憶装置の光磁気記憶媒体である。200 は光磁気記憶媒体100 から情報を読み取る情報読み取り部である。情報読み取り部200 は、レーザ光を発生するレーザ光源201 と、このレーザ光を光磁気記憶媒体に導いたり、レーザ光を集光したり、光磁気記憶媒体からのレーザ反射光を受光系に導いたりする光学手段202 〜206 と、光磁気記憶媒体からのレーザ反射光を受光して電圧に変換する光電変換装置207 とを有している。202 ,206は偏光ビームスプリッタ、203 はミラー、204 はレンズ、205 は１／２波長板である。
【０００４】
光電変換装置207 は光磁気記憶媒体100 からのレーザ反射光を受光して光電流を発生するフォトダイオード１と、光磁気記憶媒体からの反射光を受光してダイオード１と逆相の光電流を発生するフォトダイオード３と、各フォトダイオード１，３の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路２，４と、電流電圧変換回路２，４の出力電圧を増幅する差動増幅器５から成る。
【０００５】
電流電圧変換回路２や４は、本発明者らが先に特許出願（特開平７−２１２１４７号）した電流電圧変換回路を応用している。電流電圧変換回路２や４は図８（Ｂ）に示すように、光信号を増幅する電流電圧変換用のアンプ６と、アンプ６の出力を入力に帰還する帰還抵抗７と、アンプ６を非飽和にするクランプ用のダイオード８と、大きな光信号（電流）が入力したときにその電流を流入する電流吸収回路９と、電流吸収回路９を動作させるか否かを選択するスイッチ回路１０とを有している。
【０００６】
次に、光磁気記憶装置の情報読取り部のリード時の動作を説明する。まず、レーザ光源201 からレーザ光が発生されると、このレーザ光は偏光ビームスプリッタ202 、ミラー203 及びレンズ204 を介して光磁気記憶媒体100 に導かれる。光磁気記憶媒体100 からの読出し情報を含んだレーザ反射光はレンズ204 、ミラー203 、偏光ビームスプリッタ202 、１／２波長板205 及び偏光ビームスプリッタ206 を介して受光系に導かれる。偏光ビームスプリッタ206 に取り込まれたレーザ反射光は、フォトダイオード１及び３に入射する。フォトダイオード１はレーザ反射光を受光して光電流を発生し、フォトダイオード３は、レーザ反射光を受光してダイオード１と逆相の光電流を発生する。そして、電流電圧変換回路２，４は各フォトダイオード１，３の出力電流を電圧に変換し、差動増幅器５は電流電圧変換回路２，４の出力電圧を増幅する。これにより、情報読み取り部200 は光磁気記憶媒体100 から情報を読み取ることができる。
【０００７】
次に、情報読取り部のライト及びイレーズ時の動作を説明する。光磁気記憶装置では、光磁気記憶体100 に情報を書込んだり、光磁気記憶媒体100 の情報が消去されたりすると、その直後に、情報読取り部200 が光磁気記憶媒体100 から情報を読み取る動作を実行する。したがって、ライト及びイレーズ時には情報読取り部200 は情報を読み取らず、電流電圧変換回路２や４のアンプ６が飽和しないように、次のようなクランプ動作を行う。
【０００８】
例えば、電流電圧変換回路２について見ると、ライト及びイレーズ時には大きな光信号がフォトダイオード１から電流電圧変換回路２へ出力されている。そして、ライト及びイレーズ時にスイッチ回路１０をオンさせることによって電流吸収回路９が動作する。すると、大きな光信号（電流）は、電流吸収回路９に吸収される。そして、ダイオード８は帰還抵抗７の両端の電圧をクランプしてアンプ６を非飽和にする。これにより、アンプ６の入力トランジスタの飽和を防ぎ、アンプ６の出力電圧を一定にすることができる。そして、通常の信号電流（リード時）に戻った際に、スイッチ回路１０をオフすることで、早期にアンプ６を増幅動作に復帰させることができる。
【０００９】
したがって、従来の電流電圧変換回路を応用した光電変換装置では、ライト又はイレーズモードからリードモードへの切り替え時間が短縮できるので、光電変換装置のスピードアップを図ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光磁気記憶装置の大容量化に伴い光磁気記憶媒体の記憶密度（単密で１２０Ｍバイト）が倍密（２４０Ｍバイト）、４倍密（６４０Ｍバイト）と高くなると、光電変換装置は更に動作スピードの高速化が要求されてくる。
例えば、４倍密の光磁気記憶媒体から情報を読み出す情報読出し部では、動作スピードの高速化を図るために電流電圧変換回路２及び４と差動増幅器５とが、コンデンサ結合によらずに、これら回路２及び４の出力を直接、差動増幅器５の入力に接続する方法が採られるようになる。いわゆる直結アンプ形式である。
【００１１】
これに対して、単密度の光磁気記憶媒体を備えた光磁気記憶装置の情報読出し部では、コンデンサ結合方式を採ることができるので、電流電圧変換回路２及び４の出力間に生じた出力オフセットはコンデンサによってカットすることができる。しかし、４倍密の光磁気記憶媒体から情報を読み出す情報読出し部では、動作スピードの高速化の妨げとなるコンデンサ結合が採用できないので、新たな方法によって電流電圧変換回路２及び４の出力間の出力オフセットを取り除かなければならない。だからと言って電流電圧変換回路２や４を飽和させるとアンプ６の動作の回復が遅くなり、高速読出し動作の妨げとなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創作されたものであり、入力電流が大きくなった場合でも、電流電圧変換用のアンプを飽和させることなく、入力電流に無関係な回路を飽和させて一定の電圧を出力することが可能となる電流電圧変換回路及び光電変換装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流電圧回路は、その一実施の形態を図１に示すように、入力電流を増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路の入力と出力との間に接続された帰還抵抗と、前記帰還抵抗に並列に接続された整流素子と、前記第１の増幅回路の入力に接続され、該入力電流を吸収する電流吸収回路と、前記電流吸収回路を動作させるか否かを選択するスイッチ回路と、一端が第１の電源線に接続された第１の抵抗と、一端が前記第１の抵抗の他端及び出力部に接続され、制御端がバイアス源に接続され、かつ、他端が前記第１の増幅回路の出力に接続された出力トランジスタと、一端が前記出力トランジスタの他端に接続され、他端が第２の電源線に接続された第２の抵抗とを有する第２の増幅回路とを備え、前記入力電流が所定の値より大きい場合には、前記スイッチ回路は、前記電流吸収回路を動作させて、前記入力電流を吸収するとともに前記第１の増幅回路の入力を前記整流素子及び帰還抵抗によってクランプすることにより、前記第１の増幅回路を非飽和にするとともに前記出力トランジスタの動作を停止させ、それによって前記第２の増幅回路の出力電圧を所定の電圧値に固定し、前記入力電流が所定の値より小さい場合には、前記スイッチ回路は前記電流吸収回路の動作を停止させて前記出力トランジスタを動作させることにより、前記第２の増幅回路の出力電圧を前記第１の増幅回路の出力電圧に応じた電圧にすることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電流電圧変換回路において、前記整流素子はｎ個のダイオードから成り、個数ｎは、前記第２の増幅回路の出力トランジスタの飽和電圧をＶsatとし、前記第１の電源線の電位をＶccとし、前記第１の抵抗の値をＲ１とし、前記第２の抵抗の値をＲ２とし、前記第２の増幅回路の入力電圧をＶＡとし、前記ダイオードの順方向の電圧降下をＶＦとすると、
Ｖsat≧〔Ｖcc−Ｒ１・(ＶＡ／Ｒ２)〕−ｎＶＦ
の関係式により決めることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１の光電変換装置は、光を受けて電流を発生する第１の受光素子と、前記光の反射光を受けて前記電流と逆相の電流を発生する第２の受光素子と、前記第１の受光素子の出力電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換回路と、前記第２の受光素子の出力電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換回路と、前記第１及び第２の電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する差動増幅器とを備え、前記第１及び第２の電流電圧変換回路が本発明のいずれかの電流電圧変換回路から成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の光電変換装置は、光を受けて電流を発生する第１の受光素子と、前記光の反射光を受けて前記電流と逆相の電流を発生する第２の受光素子と、前記第１の受光素子の出力電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換回路と、前記第２の受光素子の出力電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換回路と、前記第１及び第２の電流電圧変換回路の出力の加算動作に必要な基準電圧を発生する基準電源と、前記基準電圧に基づいて前記第１及び第２の電流電圧変換回路の出力電圧を加算する加算器とを備え、前記第１、第２の電流電圧変換回路及び基準電源が本発明のいずれかの電流電圧変換回路から成ることを特徴とし、上記目的を達成する。
【００１８】
次に、電流電圧変換回路の動作を説明する。例えば、本発明の電流電圧変換回路を光磁気記憶装置の情報読出し部に適用した場合を例に説明する。光磁気記憶装置では、光磁気記憶媒体に情報を書込むライトモードやこの情報を消去するイレーズモード時に、第１の増幅回路が飽和するような大きな電流が入力される。しかも、光磁気記憶装置のライトモードやイレーズモードの直後にはリードが行われるため、第１の増幅回路の増幅動作の回復を早めなければならない。
【００１９】
したがって、ライトモードやイレーズモードでも第１の増幅回路の増幅動作を継続して置く必要がある。換言すれば、第１の増幅回路を非飽和にして置く必要がある。そこで、第１の増幅回路が飽和しないように、このような大きな電流を定電流源に流入する。このためには、ライトモードやイレーズモード時に、スイッチ回路をオンして定電流源を動作させる。スイッチ回路をオンすると、この大きな電流は定電流源に流入される。これと共に、帰還抵抗に並列に接続された整流素子に電流が流れる。整流素子に電流が流れることにより、第２の増幅回路の入力電圧が上昇する。
【００２０】
そして、この入力電圧が第２の増幅回路の動作基準電圧を越えると、第２の増幅回路は増幅動作を停止する。この結果、第１の増幅回路が飽和するような大きな電流が第１の増幅回路に入力されても、第２の増幅回路の出力は変化しない。したがって、光磁気記憶装置におけるライトモードやイレーズモード時に、大きな電流が第１の増幅回路に流入するような場合に第２の増幅回路の出力を固定することができる。
【００２１】
また、光磁気記憶媒体から情報を読み出すリードモードや情報を検証するベリファイモードでは、第１の増幅回路に入力する電流は、先のライトモードやイレーズモード時の電流に比べて数千分の１程度に低下する。そして、この微小電流ｉは帰還抵抗ＲＦに流入すると共に第１の増幅回路によって増幅される。第１の増幅回路の出力電圧ＶＡはｉ×ＲＦとなって、第２の増幅回路の入力電圧となる。なお、整流素子には逆バイアスが印加されるので、整流素子に電流が流れない。そして、ライトモードやイレーズモード時に比べてリードモードやベリファイモードでは、第２の増幅回路の入力電圧が低下する。
【００２２】
したがって、入力電圧が第２の増幅回路の動作基準電圧よりも低くなると、第２の増幅回路は増幅動作をするようになる。この結果、第２の増幅回路は第１の増幅回路の出力電圧ＶＡを増幅するので、光磁気記憶装置のリードモードやベリファイモード時には、第１の増幅回路の出力電圧ＶＡを増幅した電圧を第２の増幅回路から得ることがきる。
【００２３】
このように本発明の電流電圧変換回路では、第１の増幅回路への入力電流が大きくなる場合には、スイッチ回路をオンすることにより、定電流源に電流を流入するとともに、整流素子は第１の増幅回路を非飽和にしたまま、第２の増幅回路の入力電圧を上昇させる。このため、動作基準電圧を越える入力電圧によって、第２の増幅回路の増幅動作を停止できるので、第２の増幅回路の出力を固定することができる。
【００２４】
また、第１の増幅回路への入力電流が小さくなる場合には、スイッチ回路をオフすることにより、非飽和の第１の増幅回路を早期に増幅動作へ回復させることができる。第１の増幅回路が早期に増幅動作を回復することで、第２の増幅回路は第１の増幅回路の出力を増幅するようになる。
なお、本発明の電流電圧変換回路において、第２の増幅回路は第１及び第２の抵抗とベース接地のトランジスタとを有し、整流素子はｎ個のダイオードを有している。そして、ダイオードの個数ｎが、前述の関係式により決められているので、ｎ個のダイオードによって、第２の増幅回路のトランジスタの動作を停止することができる。第２の増幅回路のトランジスタの動作が停止することにより、第２の増幅回路の出力を固定することができる。
【００２５】
次に、本発明の第１の光電変換装置の動作を説明する。まず、第１の受光素子は光を受けて電流を発生し、第２の受光素子はこの光の反射光を受けて第１の受光素子の出力電流と逆相の電流を発生する。そして、本発明の電流電圧変換回路から成る第１の電流電圧変換回路は第１の受光素子の出力電流を電圧に変換する。この際に、第１の電流電圧変換回路は、第１の受光素子から第１の増幅回路への入力電流が大きくなる場合には、スイッチ回路をオンすることにより、定電流源を動作させて電流を流入するとともに、整流素子は第１の増幅回路を非飽和にし、第２の増幅回路の動作を停止させて、第２の増幅回路の出力を固定する。
【００２６】
同様に、本発明の電流電圧変換回路から成る第２の電流電圧変換回路は、第２の受光素子から第１の増幅回路への入力電流が大きくなる場合には、スイッチ回路をオンすることにより、定電流源を動作させて電流を流入するとともに、整流素子は第１の増幅回路を非飽和にし、第２の増幅回路の動作を停止して第２の増幅回路の出力を固定する。
【００２７】
また、第１及び第２の受光素子から各電流電圧変換回路の第１の増幅回路への入力電流が小さくなる場合には、各スイッチ回路をオフすることにより、各電流電圧変換回路の非飽和の第１の増幅回路は急激に増幅動作を回復するので、各電流電圧変換回路の第２の増幅回路は第１の増幅回路の出力に従った電圧を出力する。そして、差動増幅器は第１の電流電圧変換回路の出力電圧と、第２の電流電圧変換回路の逆相の出力電圧を増幅し、同位相の出力電圧を次段の増幅回路に出力する。
【００２８】
このように本発明の第１の光電変換装置では、第１及び第２の電流電圧変換回路を本発明の電流電圧変換回路から構成することにより、各電流電圧変換回路の第１の増幅回路の非飽和、ダイオードの接続個数及び第２の増幅回路の出力条件等が揃えられるので、第１及び第２の電流電圧変換回路間の出力オフセットを少なくすることができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の光電変換装置の動作を説明する。まず、第１の受光素子は光を受けて電流を発生し、第２の受光素子はこの光の反射光を受けて第１の受光素子の出力電流と逆相の電流を発生する。そして、本発明の電流電圧変換回路から成る第１の電流電圧変換回路は第１の受光素子の出力電流を電圧に変換し、本発明の電流電圧変換回路から成る第２の電流電圧変換回路は第２の受光素子の出力電流を電圧に変換する。そして、本発明の電流電圧変換回路から成る基準電源は、加算器に基準電圧を出力する。すると、加算器は基準電圧に基づいて第１及び第２の電流電圧変換回路の出力電圧を加算する。
【００３０】
このように本発明の第２の光電変換装置では、第１、第２の電流電圧変換回路及び基準電源を本発明の電流電圧変換回路から構成することにより、各電流電圧変換回路の第１の増幅回路の非飽和、ダイオードの接続個数及び第２の増幅回路の出力条件等と、基準電源の第１の増幅回路の非飽和、ダイオードの接続個数及び第２の増幅回路の出力条件等とを揃えることができるので、使用環境が変化した場合でも第１、第２の電流電圧変換回路と同じ出力条件の基準電圧を基準電源から加算器に出力することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に図を参照しながら本発明の実施の形態について説明をする。図１〜７は本発明の実施の形態に係る電流電圧変換回路及び光電変換装置の説明図である。
（１）第１の実施の形態
図１は、本発明の各実施の形態に係る電流電圧変換回路の構成図を示している。電流電圧変換回路は光磁気記憶装置の情報読出し部に適用可能である。電流電圧変換回路を情報読出し部に適用する場合には、該電流電圧変換回路の入力に破線円内図に示すようなフォトダイオードを接続する。
【００３２】
また、電流電圧変換回路を情報読出し部の基準電源に適用する場合には、フォトダイオードは接続せずに使用する。これら電流電圧変換回路を応用した光電変換装置については図４（Ａ），（Ｂ）において説明する。
図１において、１１は、入力電流を増幅するトランスインピーダンスアンプであり、第１の増幅回路の一例である。トランスインピーダンスアンプ１１の回路例は図２において詳述する。
【００３３】
ＲＦはアンプ１１の出力電圧を入力に帰還する帰還抵抗であり、トランスインピーダンスとも呼ばれる。帰還抵抗はアンプ１１の入力と出力との間に接続されている。１２は帰還抵抗の両端にかかる電圧をクランプしてアンプを非飽和にするクランプ回路である。クランプ回路１２はｎ個のダイオードＤ１，Ｄ２…を有している。ダイオードの段数の決め方は後述する。ダイオードＤ１，Ｄ２…は整流素子の一例であり、帰還抵抗に並列に接続されている。整流素子は電界効果トランジスタをダイオード接続しても良い。
【００３４】
１３は入力電流が大きくなったときに該入力電流を流入する電流吸収回路である。電流吸収回路１３はアンプ１１の入力に接続されている。電流吸収回路１３は定電流源２０と、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタＱ21、Ｑ22から成るカレントミラー回路と、カレントミラー回路を動作させるｎｐｎ型のバイポーラトランジスタＱ23及びこのＱ23にベース電圧を供給する抵抗Ｒ21、Ｒ22から成る。
【００３５】
１４は電流吸収回路１３を動作させるか否かを選択するスイッチ回路である。スイッチ回路１４は外部制御信号によって動作する。スイッチ回路１４は入力電流が大きいときはオンさせる。スイッチ回路１４がオンすると電流吸収回路１３が動作するので、その電流は定電流源２０に流入される。入力電流が小さいときはオフさせる。スイッチ回路１４がオフすると電流吸収回路１３が非動作になるので、その電流はアンプ１１に入力される。
【００３６】
１５はスイッチ回路１４によって、クランプ回路１２及び電流吸収回路１３が動作されたときには飽和して一定の電圧を出力し、クランプ回路１２及び電流吸収回路１３が動作されないときは、アンプ１１の出力に従って電圧を出力する出力イネーブル回路である。出力イネーブル回路１５は第２の増幅回路の一例であり、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタＱ１、バイアス源（ＶREF ）から成る。
【００３７】
抵抗Ｒ１の一端は電源線（第１の電源線）ＶCCに接続され、その他端は出力ＯＵＴ及びトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１のベースはバイアス源に接続され、エミッタがアンプ１１の出力及び抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は接地線（第２の電源線）ＧNDに接続されている。
【００３８】
次に、クランプ用のダイオードの個数ｎの決め方を説明する。まず、トランジスタＱ１の飽和電圧をＶsat とし、電源線ＶCCの電位をＶＣＣとし、抵抗Ｒ１の値をＲ１、抵抗Ｒ２の値をＲ２、アンプ１１の入力電圧をＶＡとし、ダイオードの順方向の電圧降下をＶＦとすると、クランプ用のダイオードの個数ｎは、次式，すなわち、
Ｖsat ≧〔ＶＣＣ−Ｒ１・（ＶＡ／Ｒ２）〕−ｎＶＦ…（１）
によりを決める。この（１）式を用いて実際にダイオードの個数ｎを決めてみる。トランジスタＱ１の飽和電圧Ｖsat を０．３Ｖとし、ダイオードの順方向の電圧降下ＶＦを０．７Ｖとする。また、トランスインピーダンスアンプの性質によりアンプ１１の出力もほぼＶＡになる。また、抵抗Ｒ２に流れる電流は、（２）式、すなわち、
ＶＡ／Ｒ２…（２）
により与えられる。更に、トランジスタＱ１のコレクタ電圧ＶＣは、（３）式、すなわち、
ＶＣ＝〔ＶＣＣ−Ｒ１・（ＶＡ／Ｒ２）〕…（３）
である。ここで、スイッチ回路１４をオンしてダイオードＤ１，Ｄ２…を動作させると、Ｑ１のエミッタ電圧ＶＥは、（４）式、すなわち、
ＶＥ＝０．７×ｎ…（４）
となる。したがって、（３），（４）式からＱ１の飽和電圧Ｖsat の関係式は、
０．３≧〔ＶＣＣ−Ｒ１・（ＶＡ／Ｒ２）〕−ｎ×０．７…（５）
となる。（５）式を満足するダイオードの数を決めれば良い。電源線ＶCCの電位ＶＣＣを５Ｖ、Ｒ１＝６６Ω、抵抗Ｒ２の値をＲ２＝２８Ω、ＶＡを１．４Ｖとすると、ダイオードの数は２になる。本実施の形態ではダイオードが２個の場合を例にして説明することにする。
【００３９】
なお、図２は、トランスインピーダンスアンプの内部構成例を示している。図２において、トランスインピーダンスアンプ１１は負荷抵抗Ｒ11、Ｒ12と、エミッタ接地された入力トランジスタＱ11と、エミッタフォロア回路を構成する出力トランジスタＱ12から成る。ＲＦは帰還抵抗であり、Ｄ１，Ｄ２はクランプ用のダイオードである。トランジスタＱ11は、例えば、入力インピーダンスが１０Ω、入力電圧ＶＡが０．７Ｖで増幅動作をする。アンプ１１は大きな入力電流が入力された場合に、ダイオードＤ１，Ｄ２をオンすることによって、トランジスタＱ11の飽和を防いでいる。
【００４０】
次に、図３を参照しながら、電流電圧変換回路の動作を説明する。動作条件は、バイアス源ＶREF の電圧ＶＢが２Ｖ程度である。電源線ＶCCが５Ｖである。まず、アンプ１１への入力電流が、該アンプの入力トランジスタを飽和させてしまうような大きな電流の場合には、スイッチ回路１４をオンする。すると、定電流源２０が動作して大きな入力電流は定電流源２０に吸収される。そして、帰還抵抗ＲＦに並列に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２は、該帰還抵抗ＲＦの両端にかかる電圧ＶＡ＝１．４Ｖをクランプしてアンプ１１を非飽和にする。この際に、ダイオードＤ１，Ｄ２が動作することによって出力イネーブル回路１５のトランジスタＱ１は飽和し、Ｑ１はカットオフになる。すなわち、Ｄ１，Ｄ２によって、トランジスタＱ１のエミッタ電圧が通常動作時の０．７Ｖに比べて約２倍の１．４Ｖに固定されるので、Ｑ１はカットオフする。これにより、Ｑ１にコレクタ電流が流れなくなるので、出力イネーブル回路１５の出力は、電源線ＶCCの電位がそのまま出力電圧ＶＯＵＴとして出力される。
【００４１】
次に、アンプ１１への入力電流が小さくなる場合には、スイッチ回路１４をオフする。すると、定電流源２０が動作しなくなるので、小さな入力電流はアンプ１１に入力される。そして、非飽和のアンプ１１は早期に増幅動作を回復するので、アンプ１１は入力電流を増幅し、トランジスタＱ１はアンプ１１の出力ＶＡ（例えば、０．７Ｖ）に従った電圧を出力する。ここで、トランジスタＱ１のエミッタ抵抗をｒｅとすれば、Ｑ１は、〔Ｒ１／（ｒｅ＋Ｒ２）〕×ＶＡの電圧を出力する。
【００４２】
このように本発明の各実施の形態に係る電流電圧変換回路では、アンプ１１への入力電流が大きくなる場合には、スイッチ回路１４をオンすることにより、定電流源２０を動作させて電流を流入するとともに、ダイオードＤ１，Ｄ２はアンプ１１を非飽和にし、入力電流に無関係なトランジスタＱ１の動作を停止させ、出力イネーブル回路１５の出力を固定する。また、アンプ１１への入力電流が小さくなる場合には、スイッチ回路１４をオフすることにより、非飽和のアンプ１１を急激に増幅動作へ回復させることができるので、トランジスタＱ１はアンプ１１の出力ＶＡに従った電圧〔Ｒ１／（ｒｅ＋Ｒ２）〕×ＶＡを出力するようになる。
【００４３】
なお、本発明の各実施の形態ににおいて、出力イネーブル回路１５は抵抗Ｒ１、Ｒ２とベース接地のトランジスタＱ１とを有し、クランプ回路は（１）式により決められた２個のダイオードＤ１，Ｄ２を有している。このため、ダイオードＤ１，Ｄ２に流れる電流によって生ずる電圧により、トランジスタＱ１の動作を停止させることができる。Ｑ１の動作を停止させることにより、出力イネーブル回路１５の出力を固定することができる。
【００４４】
次に、本発明の電流電圧変換回路を応用した光磁気記憶装置の情報読出し部の説明をする。図４（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る光磁気記憶装置の情報読出し部の構成図である。図５はその情報読出し部の動作説明図である。
情報読出し部は第１の光電変換装置の一例である。図４（Ａ）において、２１は光磁気記憶装置の光磁気記憶媒体からの光を受けて電流を発生するフォトダイオードであり、第１の受光素子の一例である。２２は、同様に光磁気記憶媒体からの光の反射光を受けてフォトダイオード２１の出力電流と逆相の電流を発生するフォトダイオードであり、第２の受光素子の一例である。２３はフォトダイオード２１の出力電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換回路であり、本発明の電流電圧変換回路から成る。
【００４５】
２４はフォトダイオード２２の出力電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換回路であり、本発明の電流電圧変換回路から成る。電流電圧変換回路２３及び２４は図１で説明したようなアンプ１１、帰還抵抗ＲＦ、クランプ回路１２、電流吸収回路１３、スイッチ回路１４及び出力イネーブル回路１５をそれぞれ有している。電流電圧変換回路２３及び２４のクランプ回路１２もダイオードＤ１，Ｄ２を有し、電流吸収回路１３は定電流源２０を有している。２５は電流電圧変換回路２３、２４の出力電流を増幅する差動増幅器である。
【００４６】
次に、光磁気記憶装置の光磁気記憶媒体について説明をする。図５（Ａ）は、光磁気記憶媒体のデータ構造を示すフォーマットである。図５（Ａ）において、ＩＤ（Ｎ）は光磁気記憶媒体の個体識別コードを設けた領域である。ＩＤ（Ｎ）はリード時に読み取られる。ＶＦＯは、光磁気記憶装置のＰＬＬ（位相ループ固定）回路を動作させる電圧発振コードを設けた領域である。電圧発振コードはリード時に読み取られる。ＭＤは情報（ＤＡＴＡ）を記憶する領域である。ＭＤ領域は、ライト時に情報が書き込まれ、リード時に情報が読み取られ、イレーズ時に情報が消去され、ベリファイ時に情報の検証が行われる。このライト又はイレーズ時に大きな電流がアンプ１１の方向に流れる。そして、ＩＤ（Ｎ）とＩＤ（Ｎ＋１）との間に空きスペースが設けてある。この期間に電流電圧変換回路は、クランプ状態のアンプ１１を増幅動作に復帰しなければならない。無信号時にも小さな電流がアンプ１１の方向に流れている。
【００４７】
次に、図５（Ｂ）を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る光磁気記憶装置の情報読出し部の動作を説明する。まず、ライト又はイレーズ時の情報読出し部の動作を説明する。図５（Ｂ）において、ライト又はイレーズ時には、フォトダイオード２１から電流電圧変換回路２３のアンプ１１への入力電流が大きくなる。通常、ライト又はイレーズ時には、フォトダイオード２１は１０μＡ〜１００μＡの電流を発生する。従って、電流電圧変換回路２３のスイッチ回路１４をオンすることにより、定電流源２０を動作させてこの電流を流入する。これとともに、電流電圧変換回路２３のダイオードＤ１，Ｄ２はアンプ１１を非飽和にし、出力イネーブル回路１５の動作を停止させる。このときクランプ回路１２のダイオードＤ１，Ｄ２によって、トランジスタＱ１のエミッタ電圧が１．４Ｖに固定され、Ｑ１はカットオフになる。これにより、Ｑ１にコレクタ電流が流れなくなるので、電流電圧変換回路２３の出力イネーブル回路１５は、出力を電源電圧ＶＣＣに固定するようになる。
【００４８】
同様に、フォトダイオード２２から電流電圧変換回路２４のアンプ１１への入力電流も大きくなっている。従って、電流電圧変換回路２４のスイッチ回路１４をオンすることにより、定電流源２０を動作させて電流を流入する。これとともに、電流電圧変換回路２４のダイオードＤ１，Ｄ２はアンプ１１を非飽和にし、入力電流に無関係な出力イネーブル回路１５の動作を停止させる。これにより電流電圧変換回路２４の出力イネーブル回路１５の出力は固定される。
【００４９】
また、光磁気記憶装置では、図５（Ａ）のフォーマットで説明したようにライト又はイレーズ時に大きな電流がアンプ１１の方向に流れ、その直後にリードになる。従って、図５（Ｂ）において、空きスペースの期間を利用して電流電圧変換回路２３，２４の各アンプ１１の動作を回復する必要がある。このために電流電圧変換回路２３，２４の各スイッチ回路１４をオフする。これにより、電流電圧変換回路２３、２４の非飽和の各アンプ１１は急激に増幅動作を回復する。
【００５０】
図５（Ｂ）において、Ｔｄはスイッチ回路１４をオフにした時点からアンプ１１が増幅動作に回復するまでの遅延時間である。遅延時間Ｔｄは空きスペース期間内に収まっていなければならず、Ｔｄが短いほど空きスペースの期間を縮めることができるので、高速読み取り処理が可能となる。
なお、リード時には、フォトダイオード２１から電流電圧変換回路２３のアンプ１１への入力電流及びフォトダイオード２２から電流電圧変換回路２４のアンプ１１への入力電流が小さくなる。リード時の電流は、ライト又はイレーズ時の電流１０μＡ〜１００μＡに比べて数１００ｎＡ〜数μＡ程度と小さくなる。
【００５１】
そして、フォトダイオード２１は、例えば、光磁気記憶媒体のＩＤ領域からの光を受けて電流を発生し、フォトダイオード２２はこの光を図８（Ａ）で説明したような偏光ビームスプリッタを介して受光し、フォトダイオード２１の出力電流と逆相の電流を発生する。すると、電流電圧変換回路２３はフォトダイオード２１の出力電流を電圧に変換し、電流電圧変換回路２４はフォトダイオード２２の出力電流を電圧に変換する。
【００５２】
各電流電圧変換回路２３、２４の出力イネーブル回路１５はアンプ１１の出力に従った電圧を出力するようになる。そして、差動増幅器２５は電流電圧変換回路２３の出力電圧と、電流電圧変換回路２４の逆相の出力電圧を増幅し、同位相の出力電圧を次段アンプに出力する。
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る光電変換装置では、電流電圧変換回路２３、２４を本発明の電流電圧変換回路から構成することにより、各電流電圧変換回路２３、２４のアンプ１１の非飽和、クランプ回路１２のダイオードの接続個数及び出力イネーブル回路１５の出力条件等が揃えられるので、アンプ１１の動作切り換え時間の短縮を図りつつ、電流電圧変換回路２３、２４間の出力オフセットを少なくすることができる。
【００５３】
次に、クランプ用のダイオードの個数と出力オフセットの関係についてシミュレーションをした結果について説明する。図６及び図７は、本発明に係る電流電圧変換回路の出力電圧レベルを示す図である。図６及び図７において、縦軸は電流電圧変換回路の出力電圧であり、横軸は印加時間である。ＶＯＵＴ１ｘは電流電圧変換回路２３の出力電圧レベルであり、ＶＯＵＴ２ｘは電流電圧変換回路２４の出力電圧レベルである。ｘは１と２を採る。ｘ＝１は、クランプ用のダイオードが１個の場合であり、電流電圧変換回路２３の出力電圧レベルをＶＯＵＴ11と記述し、同様に、電流電圧変換回路２４の出力電圧レベルをＶＯＵＴ21と記述する。ｘ＝２は、クランプ用のダイオードが２個の場合であり、電流電圧変換回路２３の出力電圧レベルをＶＯＵＴ12と記述し、電流電圧変換回路２４の出力電圧レベルをＶＯＵＴ22と記述している。
【００５４】
シミュレーションの動作条件は、電流電圧変換回路２３及び２４の入力に共通の定電流源２６を接続し、定電流源２６から４００、２００、１００、５０μＡの電流を入力する。そして、クランプ用のダイオードが２個の場合と１個の場合について電流電圧変換回路２３及び２４の出力電圧ＶＯＵＴ12、ＶＯＵＴ22、ＶＯＵＴ11、ＶＯＵＴ21を求める。次に、出力電圧ＶＯＵＴ12、ＶＯＵＴ22から出力オフセットＶoff2を求め、ＶＯＵＴ11、ＶＯＵＴ21からＶoff1を求め、このＶoff1及びＶoff2を比較してダイオードの設置個数による効果を評価した。
【００５５】
図６において、クランプ用のダイオードが２個で、電流が４００、２００、１００、５０μＡの場合、平均してＶＯＵＴ12が２．８９５Ｖとなった。また、ＶＯＵＴ22が２．８２５Ｖとなった。そして、出力オフセットＶoff2が７０ｍＶを生じていた。
また、図７において、クランプ用のダイオードが１個で、電流が４００、２００、１００、５０μＡの場合、平均してＶＯＵＴ12が２．９３２Ｖとなった。また、ＶＯＵＴ22が２．７７８Ｖとなった。そして、出力オフセットＶoff1が１５４ｍＶを生じていた。
【００５６】
これら２つのシミュレーション結果からクランプ用のダイオードが１個の場合に比べて、ダイオードが２個の場合の方が出力オフセットを１／２に低減できることが明確になった。このように出力オフセットが少なくなると、信号の立ち上がりで動作する直結アンプの動作スピードが高速化できる。
（２）第２の実施の形態
図４（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光磁気記憶装置の情報読み取り部の構成図を示している。第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なり、情報読み取り部に電流電流変換回路と同じ構成の基準電源を接続するものである。
【００５７】
すなわち、第２の実施の形態に係る情報読み取り部は、図４（Ｂ）において、光磁気記憶装置の光磁気記憶媒体からの光を受けて電流を発生するフォトダイオード３１と、同様に光磁気記憶媒体からの光の反射光を受けてフォトダイオード３１の出力電流と逆相の電流を発生するフォトダイオード３２と、フォトダイオード３１の出力電流を電圧に変換する第１の電流電圧変換回路３３と、フォトダイオード３２の出力電流を電圧に変換する第２の電流電圧変換回路３４と、電流電圧変換回路３３、３４の出力の加算動作に必要な基準電圧（ＶＲ）を発生する基準電源３５と、基準電圧に基づいて電流電圧変換回路３３、３４の出力電圧を加算する加算アンプ３６から成る。そして、電流電圧変換回路３３、３４及び基準電源３５が本発明の電流電圧変換回路から成る。
【００５８】
すなわち、電流電圧変換回路３３、３４及び基準電源３５は図１で説明したようなアンプ１１、帰還抵抗ＲＦ、クランプ回路１２、電流吸収回路１３、スイッチ回路１４及び出力イネーブル回路１５をそれぞれ有している。電流電圧変換回路３３、３４及び基準電源３５のクランプ回路１２もダイオードＤ１，Ｄ２を有し、電流吸収回路１３は定電流源２０を有している。その他の構成及び第１の実施の形態と同じ名称のものは、同じ機能を有するため、その説明を省略する。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光磁気記憶装置の情報読出し部の動作を説明する。まず、フォトダイオード３１は光を受けて電流を発生し、フォトダイオード３２はこの光の反射光を受けてフォトダイオード３１の出力電流と逆相の電流を発生する。そして、電流電圧変換回路３３はフォトダイオード３１の出力電流を電圧に変換し、電流電圧変換回路３４はフォトダイオード３２の出力電流を電圧に変換する。そして、基準電源３５は、加算アンプ３６に基準電圧を出力する。すると、加算アンプ３６は基準電圧に基づいて電流電圧変換回路３３と３４の出力電圧を加算する。
【００６０】
このようにして本発明の第２の実施の形態に係る光電変換装置では、第１、第２の電流電圧変換回路３３、３４及び基準電源３５を本発明の電流電圧変換回路から構成することにより、各電流電圧変換回路３３、３４のアンプ１１の非飽和、クランプ回路１２のダイオードの接続個数及び出力イネーブル回路１５の出力条件等と、基準電源のアンプ１１の非飽和、クランプ回路１２のダイオードの接続個数及び出力イネーブル回路１５の出力条件等とを揃えることができるので、温度、入力電流の強弱等の使用環境が変化した場合でも、電流電圧変換回路３３、３４と同じ出力条件の基準電圧を基準電源３５から加算器３６に出力することができる。
【００６１】
これにより、使用環境の変化による加算器３６の加算動作を正確に行うことができる。従って、電流電圧変換回路３３、３４及び基準電源３５を応用した高精度で、高速読出し可能な情報読出し部が提供できる。この結果、記憶密度が倍密、４倍密になる光磁気記憶装置の情報読出し部に十分対処できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電流電圧変換回路によれば、第１の増幅回路への入力電流が大きくなる場合には、スイッチ回路をオンすることにより、定電流源を動作させて電流を流入するとともに、整流素子は第１の増幅回路を非飽和にし、入力電流に無関係な第２の増幅回路の動作を停止させるようになる。また、第１の増幅回路への入力電流が小さくなる場合には、スイッチ回路をオフすることにより、非飽和の第１の増幅回路を急激に増幅動作へ回復させることができる。
【００６３】
本発明の光電変換装置では第１及び第２の電流電圧変換回路を本発明の電流電圧変換回路から構成することにより、各電流電圧変換回路の第１の増幅回路の非飽和、ダイオードの接続個数及び第２の増幅回路の出力条件等が揃えられるので、第１及び第２の電流電圧変換回路間の出力オフセットを少なくすることができる。
【００６４】
本発明の他の光電変換装置では、第１、第２の電流電圧変換回路及び基準電源を本発明の電流電圧変換回路から構成することにより、第１、第２の電流電圧変換回路及び基準電源の各々の第１の増幅回路の非飽和、ダイオードの接続個数及び第２の増幅回路の出力条件を揃えることができるので、使用環境が変化した場合でも第１、第２の電流電圧変換回路と同じ条件により発生した基準電圧を加算器に出力することができる。
【００６５】
このような電流電圧変換回路を応用した高速読出し可能な光電変換装置により、高密度化する光磁気記憶装置の情報読出し部を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態に係る電流電圧変換回路の構成図である。
【図２】本発明の各実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプの内部構成図である。
【図３】本発明の各実施の形態に係る電流電圧変換回路の動作説明図である。
【図４】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る光電変換装置の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る情報読出し部の動作説明図である。
【図６】本発明の各実施の形態に係る光電変換装置の出力電圧（改善後）を比較する図である。
【図７】本発明の各実施の形態に係る光電変換装置の出力電圧（改善前）を比較する図である。
【図８】従来例に係る光電変換装置及びその電流電圧変換回路の構成図である。
【符号の説明】
１，６，１１…アンプ（第１の増幅回路）、１２…クランプ回路、９，１３…電流吸収回路、１０，１４…スイッチ回路、１５…出力イネーブル回路（第２の増幅回路）、１，３，２１，２２，３１，３２…フォトダイオード、２，４，２２，２３，３３，３４…電流電圧変換回路、５，２５…差動増幅器、３５…基準電源、３６…加算アンプ、８，Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、７，ＲＦ…帰還抵抗、２０…定電流源、Ｑ１，Ｑ11，Ｑ12，Ｑ21，Ｑ22，Ｑ23…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ11, Ｒ12, Ｒ21, Ｒ22…抵抗、100 …光磁気記憶媒体、200 …情報読み取り部、201 …レーザ光源、202 ，206 …偏光ビームスプリッタ、203 …ミラー、204 …レンズ、205 …１／２波長板、207 …光電変換装置。
【図１】
0003765856.tif 000002
【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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