JP2003229602A - 発光素子駆動装置および絶縁伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 速い入力電流にも速く追従し、高速の光輝度
変調や高速の信号伝送を可能にし、構成が簡単で小型、
低コスト、低消費電力を実現すること。 【解決手段】 発光ダイオード１１１を駆動するトラン
ジスタ１２０のベースと発光ダイオード１１１の他端
を、フォト・トランジスタ１１３と光結合したフォト・
トランジスタ１１２の電流経路に並列に接続し、トラン
ジスタ１２０のベースを入力端とし、発光ダイオード１
１１の光出力を出力端とする発光素子駆動回路２００を
構成する。さらにこの発光素子駆動回路２００と、フォ
ト・トランジスタ１１３のコレクタを出力端とした回路
とで絶縁伝送装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、 発光ダイオードやレー
ザー・ダイオードなどの発光素子を駆動する装置と、 同
装置を利用して信号を光で伝送する絶縁伝送装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー・ダイオードや発光ダイオード
の光出力は、周囲温度変化、使用時間経過による劣化で
変動するため、光出力の量が重要な用途では、光出力を
モニタするフォト・トランジスタまたはフォト・ダイオ
ードを設け、温度変化や劣化による変動をフィードバッ
クして抑える発光素子駆動装置が用いられている。

【０００３】従来、この種の発光素子駆動装置は、発光
素子、受光素子、駆動回路などから構成され、発光素子
の光出力を主光出力と副光出力に分け、副光出力を受光
素子に印加し、副光出力の量に応じた電流を発生させ、
駆動回路はその電流を目標値になるように発光素子に流
す電流を加減するように構成されている。その結果、温
度変化や発光素子の劣化があっても、副光出力は目標の
光出力が得られ、かつ、副光出力と比例関係にある主光
出力も目標の光出力が得られる。

【０００４】さらに、絶縁伝送装置は、上記発光素子駆
動装置の主光出力端に、副光出力の受光素子と同じ特性
の受光素子を設けることで構成することができる。駆動
回路は、副光出力モニタ用の受光素子の電流が目標値に
なるように発光素子を制御するため、主光出力モニタ用
の受光素子にも、この目標値に比例した電流が得られ
る。すなわち、信号を目標の電流に置き換えることで、
副光出力モニタ用の受光素子と、主光出力モニタ用の受
光素子の間に、信号を伝送することができ、伝送は光に
よってのみ行われているため、相互の電気的な絶縁が図
れる。

【０００５】図６はヒューレット・パッカード社のフォ
トカプラＣＮＲ２００のデータシートに記載された基本
絶縁アンプを基にした従来の絶縁伝送装置の構成を示
す。発光素子を駆動する左側が発光素子駆動装置であ
り、全体が絶縁伝送装置である。以下、その構成につい
て図６を参照しながら説明する。

【０００６】図６において、送信側は、第１接地１と、
バイアス用電圧源１１と、信号電圧源１２と、発光素子
駆動回路６００とで構成されている。発光素子駆動回路
６００は、抵抗１３と、発光ダイオード１１１とフォト
・トランジスタ１１２、１１３とからなるフォトカプラ
１１０と、演算増幅器６３０と、コンデンサ６３１と、
抵抗６３２と、電圧源１５とで構成される。受信側は、
第２接地２と、演算増幅器１７と、抵抗１８と、コンデ
ンサ１９と、出力端４とで構成される。

【０００７】次に、上記従来例の動作について、図６と
ともに説明する。図６において、被伝送信号である電圧
源１２の電圧は、バイアス用電圧源１１に重畳され、発
光素子駆動回路６００の入力端である抵抗１３の一端に
入力される。この入力電圧値は、回路構成上、正である
ように設定されている。発光素子駆動回路６００に流入
する電流は、抵抗１３を介して、演算増幅器６３０の負
端子の電位を増加させる。そのため、演算増幅器６３０
の出力端の電位は低下し、発光ダイオード１１１と抵抗
６３２からなる直列回路の端子電圧を増大させ、発光ダ
イオード１１１の電流を増加させる。発光ダイオード１
１１の電流が増加すると、その光出力が増し、フォト・
トランジスタ１１２の受光量を大きくし、フォト・トラ
ンジスタ１１２の出力電流であるコレクタ電流を大きし
て、演算増幅器６３０の負端子の電位を減少させる。演
算増幅器６３０の増幅度を大きくすれば、発光素子駆動
回路６００に流入した電流は、すべてフォト・トランジ
スタ１１２のコレクタ電流になる。この演算増幅器１３
０の大きな増幅度は、負端子電位を正端子電位と同じに
するため、発光素子駆動回路６００に流入する電流値
は、入力電圧を抵抗１３の値で除した大きさになる。最
終的に、発光ダイオード１１１の光出力は、フォト・ト
ランジスタ１１２のコレクタ電流が、発光素子駆動回路
６００に流入する電流に等しくなるように加減されるた
め、この光出力に比例したもう一つのフォト・トランジ
スタ１１３にも、発光素子駆動回路６００に流入する電
流に比例した大きさの電流が得られる。

【０００８】次に、フォト・トランジスタ１１３のコレ
クタ電流は、演算増幅器１７の負端子の電位を減少させ
る。そのため、演算増幅器１７の出力端の電位は増加
し、抵抗１８の端子電圧を増大させ、抵抗１８の電流を
増加させる。演算増幅器１７の増幅度を大きくすれば、
フォト・トランジスタ１１３のコレクタ電流は、すべて
抵抗１８に流れるため、抵抗１８の両端にはフォト・ト
ランジスタ１１３のコレクタ電流に比例した電圧が現れ
る。演算増幅器１７の増幅度が大きく、かつ、正端子が
接地されているため、負端子も接地電位になる。最終的
に、発光素子駆動回路６００に入力された電圧は、出力
端４に伝送され、また、送信側の接地電位と受信側の接
地電位は独立させることができる。なお、コンデンサ６
３１、コンデンサ１９は信号の位相を調整し、演算増幅
器６３０、１７の動作遅延による負帰還の不安定さを防
ぐ。

【０００９】図６の従来例では、絶縁伝送装置として説
明しているが、発光素子駆動回路６００までの説明部分
は、発光素子駆動装置の説明である。またここでは、入
力信号、出力信号ともに電圧としているが、回路動作原
理上、電流としても良い。さらに、ここでは触れていな
いが、発光ダイオードの代わりにレーザー・ダイオード
を用いても良く、レーザー・ダイオードの一般的な駆動
方法は、図６とはやや異なるが、基本的な仕組みは、上
記の従来の技術の基本構成と同じなので説明を省略す
る。

【００１０】このように、上記従来の発光素子駆動装置
および絶縁伝送装置でも、温度変化や発光素子の劣化に
よって生ずる、駆動電流に対する発光出力の変動を防ぐ
ことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発光素子駆動装置および絶縁伝送装置では、入力電
流と受光素子のモニタ電流の比較を演算増幅器で行い、
その結果を発光素子に帰還するため、演算増幅器の動作
遅れや、帰還ループが長くなるため、高速の光輝度変調
および信号伝送ができない問題があった。

【００１２】本発明は、上記の問題点を解決するもの
で、第１の目的は、高速な輝度変調および高速な信号伝
送に好適な、発光素子駆動装置および絶縁伝送装置を提
供することである。

【００１３】本発明の第２の目的は、入力信号を電流と
して用いる場合、より少ない素子数で構成でき、小型、
低コスト、低消費電力の発光素子駆動装置および絶縁伝
送装置を提供することである。

【００１４】本発明の第３の目的は、発光出力および信
号出力が温度変化や発光素子の劣化に影響しない発光素
子駆動装置および絶縁伝送装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
上記第１、第２、第３の目的を達成するために、発光素
子駆動装置を、発光手段と受光手段と駆動手段とで構成
し、発光手段の他端と駆動手段の入力端を受光手段の電
流経路に並列に接続したものである。

【００１６】本発明の第２の構成は、上記第１、第２、
第３の目的を達成するために、絶縁伝送装置を、発光手
段と第１受光手段および第２受光手段と駆動手段とで構
成し、発光手段の他端と駆動手段の入力端を第１受光手
段の電流経路に並列に接続したものである。

【００１７】

【作用】上記第１の構成の発光素子駆動装置によれば、
発光手段の他端と駆動手段の入力端を受光手段の電流経
路に直接に並列接続することで、入力電流の変化を速や
かに発光手段の駆動電流に変換できるため、第２光出力
には、速く変化する入力信号に追従した高速な輝度変調
がかけられる。さらに、駆動手段の構成要素も少なくで
き、かつ、発光出力が温度変化や発光素子の劣化に影響
しない効果を有する。

【００１８】上記第２の構成の絶縁伝送装置によれば、
発光手段の他端と駆動手段の入力端を第１受光手段の電
流経路に直接に並列接続することで、入力電流の変化を
速やかに発光手段の駆動電流に変換できるため、第２光
出力が入力された第２受光手段の出力電流は、速く変化
する入力信号に追従した高速な変化を伝送できる。さら
に、駆動手段の構成要素も少なくでき、かつ、信号出力
が温度変化や発光素子の劣化に影響しない効果を有す
る。

【００１９】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例に
おける発光素子駆動装置とこれを利用した絶縁伝送装置
の構成を示すものであり、特に従来例の図６に近い構成
にしたもので、図６の従来例の発光素子駆動回路６００
を、発光素子駆動回路１００に置き換えている点が主な
違いである。

【００２０】図１において、発光素子を駆動する左側が
発光素子駆動装置であり、全体が絶縁伝送装置である。
送信側は、第１接地１と、バイアス用電圧源１１と、信
号電圧源１２と、発光素子駆動回路１００とで構成され
ている。発光素子駆動回路１００は、抵抗１３と、発光
ダイオード１１１とフォト・トランジスタ１１２、１１
３とからなるフォトカプラ１１０と、発光素子である発
光ダイオード１１１を駆動するトランジスタ１２０と、
演算増幅器１３０と、電圧源１５とで構成される。受信
側は、第２接地２と、バイアス用電圧源１６と、演算増
幅器１７と、抵抗１８と、コンデンサ１９と、出力端４
とで構成される。

【００２１】以下、本発明の第１実施例の動作につい
て、図１の回路図とともに具体的に説明する。図１にお
いて、被伝送信号である電圧源１２の電圧は、バイアス
用電圧源１１に重畳され、発光素子駆動回路１００の入
力端である抵抗１３の一端に入力される。この入力電圧
値は、回路構成上、正であるように設定されている。発
光素子駆動回路１００に流入する電流は抵抗１３を介し
て、演算増幅器１３０の負端子の電位を増加させる。そ
のため、演算増幅器１３０の出力端の電位は低下し、発
光ダイオード１１１とトランジスタ１２０とフォト・ト
ランジスタ１１２からなる直並列回路のトランジスタ１
２０のベースから発光ダイオード１１１のカソード間の
端子電圧を増大させる。

【００２２】この直並列回路の端子電圧の大きさは、発
光ダイオード１１１の順方向電圧とトランジスタ１２０
のベース・エミッタ間電圧の和である。また、直並列回
路の流入電流の大きさは、トランジスタ１２０のベース
電流が少ないので、フォト・トランジスタ１１２のコレ
クタ電流と同じ値であり、その電流値は発光ダイオード
１１１に流れる電流によって制御されるが、発光ダイオ
ード１１１の電流自身はその順方向電圧によって決ま
る。そのため、直並列回路の端子電圧が増大すると、フ
ォト・トランジスタ１１２のコレクタ電流が増大する。

【００２３】フォト・トランジスタ１１２のコレクタ電
流が増大によって、演算増幅器１３０の負端子の電位は
減少する。演算増幅器１３０の増幅度を大きくすれば、
発光素子駆動回路１００に流入した電流は、すべてフォ
ト・トランジスタ１１２のコレクタ電流になる。この演
算増幅器１３０の大きな増幅度は、負端子電位を正端子
電位と同じにするため、発光素子駆動回路１００に流入
する電流値は、入力電圧を抵抗１３の値で除した大きさ
になる。最終的に、発光ダイオード１１１の光出力は、
フォト・トランジスタ１１２のコレクタ電流が、発光素
子駆動回路１００に流入する電流に等しくなるように加
減されるため、この光出力に比例したもう一つのフォト
・トランジスタ１１３にも、発光素子駆動回路１００に
流入する電流に比例した大きさの電流が得られる。

【００２４】次に、フォト・トランジスタ１１３のコレ
クタ電流は、演算増幅器１７の負端子の電位を減少させ
る。そのため、演算増幅器１７の出力端の電位は増加
し、抵抗１８の端子電圧を増大させ、抵抗１８の電流を
増加させる。演算増幅器１７の増幅度を大きくすれば、
フォト・トランジスタ１１３のコレクタ電流はすべて抵
抗１８に流れるため、抵抗１８の両端には、フォト・ト
ランジスタ１１３のコレクタ電流に比例した電圧が現れ
る。演算増幅器１７の増幅度が大きく、かつ、正端子が
接地されているため、負端子も接地電位になる。最終的
に、発光素子駆動回路１００に入力された電圧は、出力
端４に伝送され、また、送信側の接地電位と受信側の接
地電位は独立させることができる。

【００２５】なお、バイアス用電圧源１６は、フォト・
トランジスタ１１２、１１３のコレクタ・エミッタ間電
圧を同じ大きさにし、フォト・トランジスタ１１２、１
１３のコレクタ電流がコレクタ・エミッタ間電圧の違い
に影響することで生ずる誤差を防止するために設けてい
る。

【００２６】このような第１の実施例の動作は、上記し
た従来例の動作に良く似ているが、発光ダイオード１１
１とトランジスタ１２０とフォト・トランジスタ１１２
からなる直並列回路の動作が大きく異なっている。すな
わち、この直並列回路のトランジスタ１２０のベース側
のノードに流入電流を印加すると、直並列回路の端子電
圧が増大し、トランジスタ１２０のベース・エミッタ間
電圧と発光ダイオード１１１の順方向電圧を大きくし、
トランジスタ１２０のコレクタ電流と発光ダイオード１
１１の電流を増大させる。そして、発光ダイオード１１
１の発光量が増加し、フォト・トランジスタ１１２のコ
レクタ電流が増大する。もし、フォト・トランジスタ１
１２のコレクタ電流がコレクタ・エミッタ間電圧の変化
に影響せず、かつ、トランジスタ１２０のベース電流が
流入電流に対して無視できる大きさであるならば、直並
列回路の流入電流は、増大したフォト・トランジスタ１
１２のコレクタ電流によって全て吸い取られる。これ
は、出力抵抗が大きなフォト・トランジスタと、電流増
幅率の高いトランジスタを用いることで、容易に達成で
きる。

【００２７】このように、発光ダイオード１１１とトラ
ンジスタ１２０とフォト・トランジスタ１１２からなる
直並列回路は、それだけで入力電流をフォト・トランジ
スタ１１２のコレクタ電流に変換する機能を有し、しか
も、動作遅延の大きい演算増幅器を用いず、かつ、短い
負帰還ループでこれを実現するため、速い入力電流の変
化にも速く追従し、高速の光輝度変調や高速の信号伝送
を可能にする。また、構成が簡単であるため、小型、低
コストで製造することができる。なお、発光素子駆動回
路１００の演算増幅器１３０は、抵抗１３を介して流入
する電流に見合う電流を、発光ダイオード１１１とトラ
ンジスタ１２０とフォト・トランジスタ１１２からなる
直並列回路のトランジスタ１２０のベース側のノードに
導く働きが主で、発光ダイオード１１１を駆動するのは
トランジスタ１２０が主に行う。このため、従来例の図
６の演算増幅器６３０のような性能への要求度は軽減さ
れる。また、この直並列回路は、電流変化に対する端子
電圧の変化が少なく、演算増幅器１３０の出力端の電圧
振幅を小さくできるため、従来例の図６の演算増幅器６
３０のようなスルーレイト性能への要求度は軽減され
る。

【００２８】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
における発光素子駆動装置とこれを利用した絶縁伝送装
置の構成を示すものであり、上記第１の実施例の図１の
構成に対し、電圧であった入出力信号を電流に代えてい
る。送信側は、第１接地１と、バイアス用電流源２１
と、信号電流源２２と、発光素子駆動回路２００とで構
成されている。発光素子駆動回路２００は、発光ダイオ
ード１１１とフォト・トランジスタ１１２、１１３とか
らなるフォトカプラ１１０と、発光素子である発光ダイ
オード１１１を駆動するトランジスタ１２０と、電圧源
１５とで構成されている。受信側は、第２接地２と、バ
イアス用電圧源２１６と、カスケード・トランジスタ２
１７と、負荷２１８と、電圧源２１５と、出力端２０４
とで構成されている。

【００２９】本実施例は、図１に示した上記第１の実施
例から、演算増幅器１３０と抵抗１３からなる電圧電流
変換機能と、演算増幅器１７と抵抗１８からなる電流電
圧変換機能を、単に除いただけの構成である。そのた
め、基本的な動作は、上記第１の実施例動作と同じであ
る。以下、その違い部分を中心に説明する。

【００３０】図２において、被伝送信号である電流源２
２の電流は、バイアス用電流源２１に重畳され、発光素
子駆動回路２００の入力端であるトランジスタ１２０の
ベースのノードに入力される。この入力電流値は、回路
構成上、流入であるように設定されている。発光素子駆
動回路２００に流入する電流は、発光ダイオード１１１
とトランジスタ１２０とフォト・トランジスタ１１２か
らなる直並列回路の端子電圧を増大させ、トランジスタ
１２０のベース・エミッタ間電圧と発光ダイオード１１
１の順方向電圧を大きくし、トランジスタ１２０のコレ
クタ電流と発光ダイオード１１１の電流を増大させる。
そして、発光ダイオード１１１の発光量が増加し、フォ
ト・トランジスタ１１２のコレクタ電流が増大する。出
力抵抗が大きなフォト・トランジスタと、電流増幅率の
高いトランジスタを用いることで、直並列回路の流入電
流は、増大したフォト・トランジスタ１１２のコレクタ
電流によって相殺される。

【００３１】その結果、発光ダイオード１１１の光出力
は、フォト・トランジスタ１１２のコレクタ電流が、発
光素子駆動回路２００に流入する電流に等しくなるよう
に加減されるため、この光出力に比例したもう一つのフ
ォト・トランジスタ１１３にも、発光素子駆動回路２０
０に流入する電流に比例した大きさの電流が得られる。

【００３２】次に、フォト・トランジスタ１１３のコレ
クタ電流は、ベース電位が電圧源２１６によって抑えら
れたカスケード・トランジスタ２１７のエミッタ電位を
減少させ、ほぼ同じ大きさのコレクタ電流となり、出力
端２０４を介して、負荷２１８に流れる。最終的に、発
光素子駆動回路２００に入力された電流は、出力端２０
４に伝送され、また、送信側の接地電位と受信側の接地
電位は独立させることができる。

【００３３】なお、バイアス用電圧源２１６は、フォト
・トランジスタ１１２、１１３のコレクタ・エミッタ間
電圧を同じ大きさにし、フォト・トランジスタ１１２、
１１３のコレクタ電流がコレクタ・エミッタ間電圧の違
いに影響することで生ずる誤差を防止するために設けて
いる。

【００３４】このように、本発明の第２の実施例は、発
光素子駆動回路２００を、発光ダイオード１１１とトラ
ンジスタ１２０とフォト・トランジスタ１１２からなる
直並列回路だけで構成しているため、上記第１の実施例
と同様に、速い入力電流の変化にも速く追従し、高速の
光輝度変調や高速の信号伝送を可能にする。また、構成
が簡単であるため、より小型、低コスト、低消費電力で
装置構成することができる。

【００３５】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
における発光素子駆動装置とこれを利用した絶縁伝送装
置の構成を示すものであり、上記第２の実施例の図２の
構成に対し、流入であった入出力電流の向きを流出に代
えている。送信側は、第１接地１と、バイアス用電流源
３１と、信号電流源３２と、発光素子駆動回路３００と
で構成されている。発光素子駆動回路３００は、発光ダ
イオード１１１とフォト・トランジスタ１１２、１１３
とからなるフォトカプラ１１０と、発光素子である発光
ダイオード１１１を駆動するトランジスタ３２０と、電
圧源１５とで構成されている。受信側は、第２接地２
と、カスケード・トランジスタ３１７と、バイアス電位
を発生させるトランジスタ３２１、３２２、発光ダイオ
ード３２３、電流源３１６と、負荷３１８と、電圧源２
１５と、出力端３０４とで構成されている。

【００３６】本実施例は、図２に示した上記第２の実施
例のトランジスタ１２０をＮＰＮ型からＰＮＰ型に代
え、接地していた発光ダイオード１１１とフォト・トラ
ンジスタ１１２の他端を電圧源１５に接続し、フォト・
トランジスタ１１２とフォト・トランジスタ１１３の出
力電流の取り出し口をコレクタからエミッタに代え、カ
スケード・トランジスタ２１７をＮＰＮからＰＮＰに代
え、バイアス用電圧源２１６をトランジスタ３２１、３
２２、発光ダイオード３２３、電流源３１６とで発生さ
せるように代えているが、基本的な動作は、上記第２の
実施例の動作と同じである。以下、その違いの部分を中
心に説明する。

【００３７】図３において、被伝送信号である電流源３
２の電流は、バイアス用電流源３１に重畳され、発光素
子駆動回路３００の入力端であるトランジスタ３２０の
ベースのノードに入力される。この入力電流値は、回路
構成上、流出であるように設定されている。発光素子駆
動回路３００に流出する電流は、発光ダイオード１１１
とトランジスタ３２０とフォト・トランジスタ１１２か
らなる直並列回路の端子電圧を増大させ、トランジスタ
３２０のベース・エミッタ間電圧と発光ダイオード１１
１の順方向電圧を大きくし、トランジスタ３２０のコレ
クタ電流と発光ダイオード１１１の電流を増大させる。
そして、発光ダイオード１１１の発光量が増加し、フォ
ト・トランジスタ１１２のコレクタ電流が増大する。出
力抵抗が大きなフォト・トランジスタと、電流増幅率の
高いトランジスタを用いることで、直並列回路の流出電
流は、増大したフォト・トランジスタ１１２のコレクタ
電流によって相殺される。

【００３８】その結果、発光ダイオード１１１の光出力
は、フォト・トランジスタ１１２のコレクタ電流が、発
光素子駆動回路３００に流入する電流に等しくなるよう
に加減されるため、この光出力に比例したもう一つのフ
ォト・トランジスタ１１３にも、発光素子駆動回路３０
０に流入する電流に比例した大きさの電流が得られる。

【００３９】次に、フォト・トランジスタ１１３のエミ
ッタ電流は、ベース電位がトランジスタ３２１、３２
２、発光ダイオード３２３、電流源３１６とで発生した
バイアス電位で抑えられたカスケード・トランジスタ３
１７のエミッタ電位を増加させ、ほぼ同じ大きさのコレ
クタ電流となり、出力端３０４を介して負荷３１８に流
れる。最終的に、発光素子駆動回路３００に入力された
電流は、出力端３０４に伝送され、また、送信側の接地
電位と受信側の接地電位は独立させることができる。

【００４０】なお、トランジスタ３２１、３２２、発光
ダイオード３２３、電流源３１６とで発生するバイアス
電位は、フォト・トランジスタ１１２、１１３のコレク
タ・エミッタ間電圧を同じ大きさにし、フォト・トラン
ジスタ１１２、１１３のコレクタ電流がコレクタ・エミ
ッタ間電圧の違いに影響することで生ずる誤差を防止す
るために設けている。この場合、フォト・トランジスタ
１１２のコレクタ・エミッタ間電圧は、発光ダイオード
１１１の順方向電圧とトランジスタ３２０のベース・エ
ミッタ間電圧の和となり、他方のフォト・トランジスタ
１１３は、発光ダイオード３２３の順方向電圧とトラン
ジスタ３２１とトランジスタ３２２のベース・エミッタ
間電圧の和からトランジスタ３１７のベース・エミッタ
間電圧を減じた値になるため、フォト・トランジスタ１
１２、１１３のコレクタ・エミッタ間電圧の値は、ほぼ
同じになる。

【００４１】このように、本発明の第３の実施例もま
た、上記第２の実施例と同様に、発光素子駆動回路３０
０を、発光ダイオード１１１とトランジスタ１２０とフ
ォト・トランジスタ１１２からなる直並列回路だけで構
成しているため、上記第２の実施例と同様に、速い入力
電流の変化にも速く追従し、高速の光輝度変調や高速の
信号伝送を可能にする。また、構成が簡単であるため、
より小型、低コスト、低消費電力で装置を構成すること
ができる。

【００４２】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
における発光素子駆動装置とこれを利用した絶縁伝送装
置の構成を示すものであり、上記第２の実施例の図２の
構成に対し、バイポーラ型トランジスタであった受光素
子や駆動回路などをＭＯＳ型トランジスタに代えてい
る。送信側は、第１接地１と、バイアス用電流源２１
と、信号電流源２２と、発光素子駆動回路４００とで構
成されている。発光素子駆動回路４００は、発光ダイオ
ード１１１とフォト・トランジスタ４１２、４１３とか
らなるフォトカプラ４１０と、発光素子である発光ダイ
オード１１１を駆動するトランジスタ４２０と、電圧源
１５とで構成される。受信側は、第２接地２と、カスケ
ード・トランジスタ４１７と、バイアス電位を発生させ
るトランジスタ４２１、４２２、発光ダイオード３２
３、電流源３１６と、負荷３１８と、電圧源２１５と、
出力端３０４とで構成される。

【００４３】本実施例は、図２に示した上記第２の実施
例のフォト・トランジスタ１１２とフォト・トランジス
タ１１３をバイポーラ型からＭＯＳ型に代え、トランジ
スタ１２０をバイポーラ型からＭＯＳ型に代え、出力電
流の向きを上記第３の実施例のような流入から流出に代
えているが、基本的な動作は、上記第２の実施例の動作
と同じである。以下、その違いの部分を中心に説明す
る。

【００４４】図４において、被伝送信号である電流源２
２の電流は、バイアス用電流源２１に重畳され、発光素
子駆動回路４００の入力端であるトランジスタ４２０の
ゲートのノードに入力される。この入力電流値は、回路
構成上、流入であるように設定されている。発光素子駆
動回路４００に流入する電流は、発光ダイオード１１１
とトランジスタ４２０とフォト・トランジスタ４１２か
らなる直並列回路の端子電圧を増大させ、トランジスタ
４２０のゲート・ソース間電圧と発光ダイオード１１１
の順方向電圧を大きくし、トランジスタ４２０のドレイ
ン電流と発光ダイオード１１１の電流を増大させる。そ
して、発光ダイオード１１１の発光量が増加し、フォト
・トランジスタ４１２のドレイン電流が増大する。出力
抵抗が大きなフォト・トランジスタを用いることで、直
並列回路の流入電流は、増大したフォト・トランジスタ
４１２のコレクタ電流によって相殺される。

【００４５】その結果、発光ダイオード１１１の光出力
は、フォト・トランジスタ４１２のドレイン電流が、発
光素子駆動回路４００に流入する電流に等しくなるよう
に加減されるため、この光出力に比例したもう一つのフ
ォト・トランジスタ４１３にも、発光素子駆動回路４０
０に流入する電流に比例した大きさの電流が得られる。

【００４６】次に、フォト・トランジスタ４１３のドレ
イン電流は、ゲート電位がトランジスタ４２１、４２
２、発光ダイオード３２３、電流源３１６とで発生した
バイアス電位で抑えられたカスケード・トランジスタ４
１７のソース電位を増加させ、同じ大きさのドレイン電
流となり、出力端３０４を介して、負荷３１８に流れ
る。最終的に、発光素子駆動回路４００に入力された電
流は出力端３０４に伝送され、また、送信側の接地電位
と受信側の接地電位は独立させることができる。

【００４７】なお、トランジスタ４２１、４２２、発光
ダイオード３２３、電流源３１６とで発生するバイアス
電位は、フォト・トランジスタ４１２、４１３のドレイ
ン・ソース間電圧を同じ大きさにし、フォト・トランジ
スタ４１２、４１３のドレイン電流がドレイン・ソース
間電圧の違いに影響することで生ずる誤差を防止するた
めに設けている。この場合、フォト・トランジスタ４１
２のドレイン・ソース間電圧は、発光ダイオード１１１
の順方向電圧とトランジスタ４２０のゲート・ソース間
電圧の和となり、他方のフォト・トランジスタ４１３は
発光ダイオード３２３の順方向電圧とトランジスタ４２
１とトランジスタ４２２のゲート・ソース間電圧の和か
らトランジスタ４１７のゲート・ソース間電圧を減じた
値になるため、これらドレイン・ソース間電圧の値は、
ほぼ同じになる。

【００４８】このように、本発明の第４の実施例もま
た、上記第２の実施例と同様に、発光素子駆動回路４０
０を、発光ダイオード１１１とトランジスタ４２０とフ
ォト・トランジスタ４１２からなる直並列回路だけで構
成しているため、上記第２の実施例と同様に、速い入力
電流の変化にも速く追従し、高速の光輝度変調や高速の
信号伝送を可能にする。また、構成が簡単であるため、
より小型、低コスト、低消費電力で装置を構成すること
ができる。

【００４９】なお、上記した本発明の第１、２、３、４
の実施例では、一つの発光素子と２つの受光素子で構成
されたフォトカプラを用いていたが、このようなフォト
カプラは市場で多く利用されていないため、価格が高
く、装置全体のコストを高くする恐れがある。そこで、
市販されている安価なフォトカプラを利用した例を次の
参考例で示す。

【００５０】（参考例）図５は、本発明の参考例におけ
る発光素子駆動装置とこれを利用した絶縁伝送装置の構
成を示すものであり、上記第２の実施例の図２の構成に
対し、１入力２出力型（１つの発光素子と２つの受光素
子の構成）であったフォトカプラを、市販されている安
価な複数の１入力１出力型に代えている。送信側は、第
１接地１と、バイアス用電流源２１と、信号電流源２２
と、発光素子駆動回路５００とで構成されている。発光
素子駆動回路５００は、発光ダイオード５１１とフォト
・トランジスタ５１２とからなるフォトカプラ５１０
と、発光ダイオード５２１とフォト・トランジスタ５２
２とからなるフォトカプラ５２０と、発光ダイオード５
３１とフォト・トランジスタ５３３とからなるフォトカ
プラ５３０と、発光ダイオード５４１とフォト・トラン
ジスタ５４３とからなるフォトカプラ５４０と、それぞ
れのフォトカプラ内の発光ダイオード５１１、５２１、
５３１、５４１を直列接続した鎖を駆動するトランジス
タ１２０と、電圧源１５とで構成されている。受信側
は、第２接地２と、バイアス用電圧源２１６と、カスケ
ード・トランジスタ２１７と、負荷２１８と、電圧源２
１５と、出力端２０４とで構成されている。

【００５１】本実施例は、図２に示した第２の実施例の
１入力２出力型フォトカプラ１１０を、４組の１入力１
出力型フォトカプラ５１０、５２０、５３０、５４０の
組合せに代えているが、基本的な動作は、上記第２の実
施例の動作と同じである。以下、その違いの部分を中心
に説明する。

【００５２】ここでの基本的な概念は、より安価な２つ
の１入力１出力型フォトカプラの各発光ダイオードを直
列接続し、各フォト・トランジスタを並列接続すること
で、高価な１入力２出力型フォトカプラの機能を果たさ
せようとするものである。すなわち、２つの発光ダイオ
ードの電流光変換特性がほぼ同じで、各発光ダイオード
の駆動電流が等しくなるように各発光ダイオードを直列
接続すれば、同じ大きさの光出力が得られ、各々の光出
力が同じ損失で各々のフォト・トランジスタに伝達さ
れ、かつ、各々のフォト・トランジスタの光電流変換特
性がほぼ同じなので、各々の電流出力は比例関係を保つ
ことができる。その結果、２つの１入力１出力型フォト
カプラの複合体は、１入力２出力型フォトカプラの機能
を果たすことになる。本実施例では、特に１入力１出力
型フォトカプラのばらつきを緩和させるため、使用する
１入力１出力型フォトカプラの数を増やす方法も明らか
にしている。

【００５３】図５において、被伝送信号である電流源２
２の電流は、バイアス用電流源２１に重畳され、発光素
子駆動回路５００の入力端であるトランジスタ１２０の
ベースのノードに入力される。この入力電流値は、回路
構成上、流入であるように設定されている。発光素子駆
動回路５００に流入する電流は、直列接続された発光ダ
イオード５１１、５２１、５３１、５４１鎖とトランジ
スタ１２０とコレクタとエミッタが並列接続されたフォ
ト・トランジスタ５１２、５２２からなる直並列回路の
端子電圧を増大させ、トランジスタ１２０のベース・エ
ミッタ間電圧と発光ダイオード５１１、５２１、５３
１、５４１直列鎖の順方向電圧を大きくし、トランジス
タ１２０のコレクタ電流と発光ダイオード５１１、５２
１、５３１、５４１直列鎖の電流を増大させる。そし
て、発光ダイオード５１１、５２１、５３１、５４１の
発光量が増加し、フォト・トランジスタ５１２、５２２
のコレクタ電流が増大する。出力抵抗が大きなフォト・
トランジスタと、電流増幅率の高いトランジスタを用い
ることで、直並列回路の流入電流は、増大したフォト・
トランジスタ５１２、５２２のコレクタ電流の和によっ
て相殺される。

【００５４】その結果、発光ダイオード５１１、５２１
の光出力は、フォト・トランジスタ５１２、５２２のコ
レクタ電流の和が、発光素子駆動回路５００に流入する
電流に等しくなるように加減されるため、この光出力に
比例したもう一組のフォト・トランジスタ５３３、５４
３にも、発光素子駆動回路５００に流入する電流に比例
した大きさの電流が得られる。

【００５５】次に、フォト・トランジスタ５３３と５４
３のコレクタ電流の和は、ベース電位が電圧源２１６に
よって抑えられたカスケード・トランジスタ２１７のエ
ミッタ電位を減少させ、ほぼ同じ大きさのコレクタ電流
となり、出力端２０４を介して負荷２１８に流れる。最
終的に、発光素子駆動回路５００に入力された電流は、
出力端２０４に伝送され、また、送信側の接地電位と受
信側の接地電位は独立させることができる。

【００５６】なお、バイアス用電圧源２１６は、フォト
・トランジスタ５１２と５２２、フォト・トランジスタ
５３３と５４３のコレクタ・エミッタ間電圧を同じ大き
さにし、フォト・トランジスタ５１２と５２２、フォト
・トランジスタ５３３と５４３のコレクタ電流がコレク
タ・エミッタ間電圧の違いに影響することで生じる誤差
を防止するために設けている。

【００５７】このように、本発明の参考例は、発光素子
駆動回路５００を、より安価な２つの１入力１出力型フ
ォトカプラの各発光ダイオードを直列接続し、各フォ
ト・トランジスタを並列接続することで、１入力、２出
力型フォトカプラの機能を実現し、かつ、発光ダイオー
ド５１１、５２１、５３１、５４１の直列鎖とトランジ
スタ１２０とコレクタとエミッタが並列接続されたフォ
ト・トランジスタ５１２、５２２からなる直並列回路で
構成しているため、上記第２実施例と同様に、速い入力
電流の変化にも速く追随し、高速の光輝度変調や高速の
信号伝送を可能にする。また、より安価なフォトカプラ
を利用しているため、より低コストで発光素子駆動装置
および絶縁伝送装置を構成することができる。

【００５８】（実施例の補足）なお、上記第１から第４
の実施例および参考例において、発光素子駆動手段とし
て構成が簡単なトランジスタのエミッタ・フォロワまた
はソース・フォロワを用いていたが、これは入力電流が
少なく、入出力が同位相であれば良い。また、１を越え
た利得を設定することで、発光素子駆動手段の入力端の
電位変動を小さく抑え、このノードを仮想接地点とする
ことにより、信号入力電圧源と仮想接地点に抵抗を介す
るだけで、電圧電流変換機能を持たせることができ、ま
た、小型、低コスト、低消費電力で、装置を構成するこ
とができる。

【００５９】また、上記第１から第４の実施例および参
考例において、発光素子駆動手段と発光手段の直列回路
は、受光素子のコレクタとエミッタの端子に直接接続さ
れているが、これは受光素子のコレクタやエミッタに直
列に挿入された抵抗やダイオードなどの素子を介したノ
ードに接続しても良い。例えば、フォト・トランジスタ
のコレクタ・エミッタ間電圧を一定にすべくカスケード
・トランジスタのエミッタ〜コレクタを、フォト・トラ
ンジスタのコレクタまたはエミッタに直列に挿入した直
列体の端子間に、発光素子駆動手段と発光手段の直列回
路を接続しても良く、この場合は、出力抵抗の小さいフ
ォト・トランジスタや出力寄生容量の大きいフォト・ト
ランジスタであっても、各実施例の装置に使用すること
ができる。

【００６０】また、上記第１から第３の実施例および参
考例において、受光素子としてＮＰＮ型フォト・トラン
ジスタを用いているが、これはＰＮＰ型フォト・トラン
ジスタであってもフォト・ダイオードであっても良く、
受光量の増加によって出力される電流が増大する受光素
子であれば良い。また、上記第１から第５の実施例の発
光素子についても、発光ダイオードの代わりに、レーザ
ー・ダイオードであっても良く、駆動電流値の増加によ
って出力される光出力が増大する発光素子であれば良
い。

【００６１】また、上記参考例において、４つのフォト
カプラを利用しているが、これはもっと数を増やすこと
で、ばらつきの影響をさらに薄めることができる。ま
た、送信側と受信側のフォトカプラの数をそれぞれ違え
ることで、伝送利得を変えることもできる。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、上記実施例から明らかなよう
に、次のような効果を有する。 （１）発光素子駆動回路を、発光ダイオードとトランジ
スタとフォト・トランジスタからなる直並列回路だけで
構成しているので、動作遅延の大きい演算増幅器を用い
ず、短い負帰還ループで、入力電流をフォト・トランジ
スタのコレクタ電流に変換するため、速い入力電流の変
化にも速く追随し、高速の光輝度変調や高速の信号伝送
を可能にするとともに、小型、低コスト、低消費電力の
発光素子駆動装置および絶縁伝送装置を実現することが
できる。 （２）入力電圧を電流に変換する演算増幅器を有してい
ても、入力電流をフォト・トランジスタのコレクタ電流
に変換する作用のほとんどを、発光素子駆動手段が短い
負帰還ループで行うため、演算増幅器の速度性能要求レ
ベルを低くすることができる。加えて、発光素子駆動手
段と発光ダイオードからなる直並列回路の電流変化に対
する端子電圧の変化が小さいことで、スルーレイト性能
要求レベルも低くすることができるため、速い入力電流
の変化にも速く追随し、高速の光輝度変調や高速の信号
伝送を可能にするとともに、小型、低コスト、低消費電
力の発光素子駆動装置および絶縁伝送装置を実現するこ
とができる。 （３）トランジスタのエミッタ・フォロワまたはソース
・フォロワを発光素子駆動手段として利用できるため、
さらに小型、低コスト、低消費電力の発光素子駆動装置
および絶縁伝送装置を実現することができる。 （４）発光素子駆動手段の利得を高めることで、電流入
力端が仮想接地電位になるため、抵抗を介するだけで、
電圧電流変換機能を持たせることができ、さらに小型、
低コスト、低消費電力の発光素子駆動装置および絶縁伝
送装置を実現することができる。 （５）送信側フォト・トランジスタと受信側フォト・ト
ランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧またはドレイン
・ソース間電圧を同じ値にすることで、伝送誤差を低減
した絶縁伝送装置を実現することができる。 （６）２つの１入力１出力型フォトカプラの各発光ダイ
オードを直列接続し、各フォト・トランジスタを並列接
続することで、１入力２出力型フォトカプラの機能を実
現できるため、安価なフォトカプラを利用でき、より低
コストの発光素子駆動装置および絶縁伝送装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における発光素子駆動装
置とこれを利用した絶縁伝送装置の構成を示すブロック
図

【図２】本発明の第２の実施例における発光素子駆動装
置とこれを利用した絶縁伝送装置の構成を示すブロック
図

【図３】本発明の第３の実施例における発光素子駆動装
置とこれを利用した絶縁伝送装置の構成を示すブロック
図

【図４】本発明の第４の実施例における発光素子駆動装
置とこれを利用した絶縁伝送装置の構成を示すブロック
図

【図５】本発明の参考例における発光素子駆動装置とこ
れを利用した絶縁伝送装置の構成を示すブロック図

【図６】従来例における発光素子駆動装置とこれを利用
した絶縁伝送装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ 第１接地 ２ 第２接地 １２、２２ 信号電圧源 ３２ 信号電流源 １１、１６、２１６ バイアス用電圧源 ２１、３１ バイアス用電流源１００、２００、３０
０、４００、５００、６００ 発光素子駆動回路 １１０、４１０、５１０、５２０、５３０、５４０ フ
ォトカプラ １１１、３２３、５１１、５２１、５３１、５４１ 発
光ダイオード（発光手段） １１２、１１３、４１２、４１３、５１２、５２２、５
３３、５４３ フォト・トランジスタ（受光手段） １２０、３２０、４２０ トランジスタ（発光手段を駆
動する駆動手段） ３２１、３２２、４２１、４２２ トランジスタ ２１７、３１７、４１７ カスケード・トランジスタ １７、１３０、６３０ 演算増幅器 １３、１８、６３２ 抵抗 １９、６３１ コンデンサ ２１８、３１８ 負荷 ４、２０４、３０４ 出力端 １５、２１５ 電圧源 ３１６ 電流源

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１１月２１日（２００２．１１．
２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
上記第１、第２、第３の目的を達成するために、発光素
子駆動装置を、入力電流をバイアスさせて駆動電流を得
るバイアス手段と、前記駆動電流の増大によって光量が
増大する第１光出力と第２光出力を発生する発光手段
と、前記第１光出力の受光量の増大によって電流が増大
する受光手段と、前記発光手段の一端に接続されて前記
発光手段を駆動する駆動手段とを備え、前記発光手段の
第１光出力が前記受光手段の入力に結合し、前記発光手
段の他端と前記駆動手段の入力端とが前記受光手段の電
流経路に並列接続され、前記受光手段の電流が前記駆動
手段の入力端に負帰還するように構成され、前記受光手
段の電流を装置入力とし、前記発光手段の第２光出力を
装置出力としたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】本発明の第２の構成は、上記第１、第２、
第３の目的を達成するために、絶縁伝送装置を、入力電
流をバイアスさせて駆動電流を得るバイアス手段と、前
記駆動電流の増大によって光量が増大する第１光出力と
第２光出力を発生する発光手段と、前記第１光出力の受
光量の増大によって電流が増大する第１受光手段および
第２受光手段と、前記発光手段の一端に接続されて前記
発光手段を駆動する駆動手段とを備え、前記発光手段の
第１光出力が前記第１受光手段の入力に結合し、前記発
光手段の第２光出力が前記第２受光手段の入力に結合
し、前記発光手段の他端と前記駆動手段の入力端とが前
記第１受光手段の電流経路に並列接続され、前記第１受
光手段の電流が前記駆動手段の入力端に負帰還するよう
に構成され、前記第１受光手段の電流を装置入力とし、
前記第２受光手段の電流を装置出力としたものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/10 10/105 10/14 10/22 Ｆターム(参考） 5F041 AA24 AA47 BB02 BB10 BB22 BB24 BB26 BB27 FF14 5F049 MA12 MA15 NA03 NA18 NA19 NB01 UA07 5J050 AA02 AA03 BB21 CC12 DD03 EE14 EE34 FF04 FF05 FF11 5K102 AA68 AB15 AL23 MA01 MA02 MB02 MB08 MC05 MC12 MD01 MH02 MH03 MH12 MH23 PB02 PH34 RD05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動電流の増大によって光量が増大する
   第１光出力と第２光出力を発生する発光手段と、受光量
   の増大によって電流が増大する受光手段と、前記発光手
   段の一端に接続されて発光手段を駆動する駆動手段とを
   備え、前記発光手段の第１光出力が前記受光手段の入力
   に結合し、前記発光手段の他端と前記駆動手段の入力端
   が前記受光手段の電流経路に並列接続され、前記受光手
   段の電流を装置入力とし、前記発光手段の第２光出力を
   装置出力とする発光素子駆動装置。
2. 【請求項２】 駆動電流の増大によって光量が増大する
   第１光出力と第２光出力を発生する発光手段と、受光量
   の増大によって電流が増大する第１受光手段および第２
   受光手段と、前記発光手段の一端に接続されて発光手段
   を駆動する駆動手段とを備え、前記発光手段の第１光出
   力が前記第１受光手段の入力に結合し、前記発光手段の
   第２光出力が前記第２受光手段の入力に結合し、前記発
   光手段の他端と前記駆動手段の入力端が前記第１受光手
   段の電流経路に並列接続され、前記第１受光手段の電流
   を装置入力とし、前記第２受光手段の電流を装置出力と
   する絶縁伝送装置。
3. 【請求項３】 駆動手段を、バイポーラ型トランジスタ
   のエミッタ・フォロアで構成したことを特徴とする請求
   項１記載の発光素子駆動装置。
4. 【請求項４】 駆動手段を、バイポーラ型トランジスタ
   のエミッタ・フォロアで構成したことを特徴とする請求
   項２記載の絶縁伝送装置。
5. 【請求項５】 駆動手段を、ＭＯＳ型トランジスタのソ
   ース・ フォロアで構成したことを特徴とする請求項１記
   載の発光素子駆動装置。
6. 【請求項６】 駆動手段を、ＭＯＳ型トランジスタのソ
   ース・フォロアで構成したことを特徴とする請求項２記
   載の絶縁伝送装置。
7. 【請求項７】 受光手段の出力端に、カスケード・トラ
   ンジスタを設けたことを特徴とする請求項１記載の発光
   素子駆動装置。
8. 【請求項８】 第１受光手段または第２受光手段の少な
   くとも何れか一方の出力端に、カスケード・トランジス
   タを設けたことを特徴とする請求項２記載の絶縁伝送装
   置。
9. 【請求項９】 第１受光手段および第２受光手段の出力
   端子間電圧を同じ値になるように構成したことを特徴と
   する請求項２記載の絶縁伝送装置。