JP2005283279A - 光電変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の光電変換素子に対して１個のＯ／Ｅ変換器で対応し、また、クロストークが発生しないようにする。
【解決手段】 電源Ｅの＋側（−側は接地）は、インピーダンス素子２を介してＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各カソードに共通に接続され、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各アノードはそれぞれ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を介して接地されている。また、インピーダンス素子とＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の接続点はコンデンサＣを介して高入力インピーダンス増幅器（ＡＭＰ）３に接続され、高入力インピーダンスＡＭＰの出力は交流レベル電圧変換回路４を介して演算回路（マイコン）５に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の光電変換素子を用いて光電変換する光電変換回路に関する。

図６は、複数の光電変換素子として４つのフォトダイオード（ＰＤ）１−１、１−２、１−３、１−４を有する従来例を示している（例えば、下記の特許文献１参照）。図６において、電流／電圧変換部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４はそれぞれ、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４により光電変換された電流を電圧に変換する。演算部１３は電流／電圧変換部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４により変換された電圧に対して所定の演算を行い、レベルシフト部１４は演算部１３により演算された電圧をレベルシフトする。また、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４を、１つのＰＤを２×２に４分割して形成することにより、ＣＤやＤＶＤなどのプレーヤのフォーカスエラー検出素子や光無線装置（例えば、下記の特許文献２参照）に用いて光の到来方向を検出することができる。
特開平１０−２９３０６１号公報（要約書） 特許第３０５９８７０号公報（図２８）

しかしながら、上記従来例では、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４ごとにＯ／Ｅ変換器として電流／電圧変換部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４が必要となり、回路規模が大きいという問題点がある。また、特許文献２に示されるような光無線装置に用いて、相手側からの高い周波数で強度変調されたパイロット光を受光して光軸合わせを行う場合、電流／電圧変換部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４同士の干渉によりクロストークが発生して正確な検出ができないという問題点がある。

本発明は上記従来例の問題点に鑑み、複数の光電変換素子に対して１個のＯ／Ｅ変換器で対応することができ、また、クロストークが発生しない光電変換回路を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、複数の光電変換素子の一方の端子に共通に接続されたインピーダンス回路と、
前記複数の光電変換素子の他方の各端子にそれぞれ接続され、時分割で前記光電変換素子を選択的にオンオフする複数のスイッチング手段と、
前記インピーダンス回路のＡＣ出力成分を増幅する高入力インピーダンス増幅器と、
前記高入力インピーダンス増幅器により増幅されたＡＣ出力成分をＤＣ電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段の出力から前記スイッチング手段がオンのときに対応する光電変換素子の前記ＤＣ電圧を取り出す手段とを、
備えた構成とした。
上記構成により、複数の光電変換素子のそれぞれから時分割でＯ／Ｅ変換するので、複数の光電変換素子に対して１個のＯ／Ｅ変換器で対応することができ、また、クロストークが発生しない。さらに、共振回路によりＡＣ出力成分を取り出すので、照明光などのＤＣ光の影響を受けることなく、ＡＣ成分の光のみを高感度で検出することができる。

また、本発明は上記目的を達成するために、複数の光電変換素子の一方の各端子にそれぞれ接続され、時分割で前記光電変換素子を選択的にオンオフする複数のスイッチング手段と、
前記複数の光電変換素子の一方又は他方の端子のＡＣ出力成分を増幅するトランスインピーダンス増幅器と、
前記トランスインピーダンス増幅器により増幅されたＡＣ出力成分をＤＣ電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段の出力から前記スイッチング手段がオンのときに対応する光電変換素子の前記ＤＣ電圧を取り出す手段とを、
備えた構成とした。
上記構成により、複数の光電変換素子のそれぞれから時分割でＯ／Ｅ変換するので、複数の光電変換素子に対して１個のＯ／Ｅ変換器で対応することができ、また、クロストークが発生しない。さらに、トランスインピーダンス増幅器によりＡＣ出力成分を取り出すので、照明光などのＤＣ光の影響を受けることなく、ＡＣ成分の光のみを高感度で検出することができる。

本発明によれば、複数の光電変換素子に対して１個のＯ／Ｅ変換器で対応することができ、また、クロストークが発生せず、さらに照明光などのＤＣ光の影響を受けることなく、ＡＣ成分の光のみを高感度で検出することができるという効果がある。

＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る光電変換回路の第１の実施の形態を示すブロック図、図２は図１の要部の具体例を示す回路図である。

図１において、電源Ｅの＋側（−側は接地）は、インピーダンス素子２を介してＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各カソードに共通に接続され、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各アノードはそれぞれ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を介して接地されている。また、インピーダンス素子２とＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の接続点はコンデンサＣを介して高入力インピーダンス増幅器（ＡＭＰ）３の入力端子に接続され、高入力インピーダンスＡＭＰ３の出力は交流レベル電圧変換回路４を介して演算回路（マイコン）５に接続されている。

図２はインピーダンス素子２とスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の具体例を示し、インピーダンス素子２としてはインダクタンスＬが用いられ、電圧ＶccがインダクタンスＬを介してＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各カソードに共通に接続されている。なお、特許文献２に示されるような光無線装置に用いて相手側からのパイロット光を受光して光軸合わせを行う場合、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４を、１つのＰＤを２×２に４分割して形成し、ＰＤ１−１を上左、ＰＤ１−２を上右、ＰＤ１−３を下左、ＰＤ１−４を下右に配置することにより、パイロット光の各方向の位置ずれを検出することができる。

また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４としてはそれぞれトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４が用いられ、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４は、演算回路（マイコン）５によりそのうちの１つだけが時分割でオンになるように制御される。このため、図１においてスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４がオンになったＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４のみに光電流が流れるので、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４には同時に光電流が流れないことから、クロストークは発生しない。また、クロストークが発生しない程度に２以上のＰＤを同時にオンにし、例えば、
（上左＋上右）→（上右＋下右）→（下右＋下左）→（下左＋上左）
のように、隣接する２つのＰＤをペアとして同時にオンにすることにより、受信時のＣ／Ｎ比を向上させることができる。しかも、オンにするペアの切り換えにおいてペアの内１つのＰＤはオンの状態のままであるので、ペア切り換え時のショックノイズを抑えることが可能である。
以上、図２の回路について光軸調整の動作について説明したが、光軸調整終了後、パイロット光をデータ信号による変調波（ＦＳＫ、ＰＳＫなど）に置き換えれば、同回路はデータ伝送の受信回路として使用することができる。
パイロット光を基に、光軸調整を行うことにより、図２の各ＰＤはパイロット光を最大に受けられる方向に転回する。光軸調整完了により、各ＰＤにはこれらを分割する田の字状の分割線の中央にパイロット光のスポットが形成される。すなわち、全ＰＤの各ＰＤに均等に受信光が入射することとなる。この状態を維持してデータ信号伝送に移行する際、最も高感度で受信信号を得るには、全ＰＤをオンにする必要がある。図２の回路ではその要求に対してもＴｒ１〜Ｔｒ４をすべてオンとする簡単な制御によりこたえられるので、高感度な受信が容易に達成される。

このとき、光電流がインピーダンス素子２に流れ、インピーダンス素子２には光電流に応じた電圧が発生する。この光電流Ｉは、特許文献２に示すような光無線装置に用いて相手側からの高い周波数で強度変調されたパイロット光を受光して光軸合わせを行う場合、
Ｉ＝ｍ（Ｐdc＋Ｐac）
ただし、Ｐdc：照明光などの直流光の光受信パワー
Ｐac：パイロット光のＡＣ成分の光受信パワー
ｍ：ＰＤの光電流変換効率
となる。

図１及び図２において、インピーダンス素子２としてはインダクタンスＬが用いられ、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の逆バイアスによる接合容量もインダクタンスＬに並列に接続された構成となるので、総合インピーダンスはＬとＣの並列インピーダンスとなる。このため、Ｌ、Ｃの共振周波数をパイロット光の強度変調周波数に合わせることにより、パイロット光の受信電圧は最大となる。一方、ＤＣ光については、インダクタンスＬによりインピーダンスが下がるので、発生電圧は低く抑えられる。
なお、共振周波数の設定については、ＰＤの接合容量とインダクタンスＬのみで行うだけではなくコンデンサを接続してもよい。また、インピーダンス素子をインピーダンス回路に置換えて用いてもよい。

この発生電圧は、コンデンサＣの次段の高入力インピーダンスＡＭＰ３により増幅され、この場合、図２に示すように高入力インピーダンスＡＭＰ３の負荷もＬ、Ｃによる共振回路に構成することにより、照明光などのＤＣ光の影響を受けることなく、パイロット光のみを高感度で受信することができる。高入力インピーダンスＡＭＰ３の出力は交流レベル電圧変換回路４に印加されて、交流レベルに応じた直流レベルの電圧が検出され、光受信レベルに応じた電圧が検出される。この電圧がマイコン５に印加され、マイコン５はスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４のいずれか１つを選択的にオンにして各ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の受信レベルを取り込み、各受信レベルが同じになるように相手側に対して自己の光軸を合わせるなどの制御を行う。

＜第２の実施の形態＞
図３は第２の実施の形態として図１の変形例を示し、電源Ｅの＋側（−側は接地）は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を介してそれぞれＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各カソードに接続され、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各アノードは、共通にインピーダンス素子２を介して接地されている。他の構成は第１の実施の形態と同じであるのでその詳細な説明は省略する。この構成により、第１の実施の形態と同様に、照明光などのＤＣ光の影響を受けることなく、ＡＣ成分のパイロット光のみを高感度で検出することができる。

＜第３の実施の形態＞
図４は第３の実施の形態として図１の他の変形例を示し、インピーダンス素子２及びコンデンサＣと高入力インピーダンス増幅器（ＡＭＰ）３の代わりに、トランスによりＤＣ成分をカットするトランス結合形のトランスインピーダンスＡＭＰ３ａが用いられている。すなわち、図４では、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各カソードが共通にトランスインピーダンスＡＭＰ３ａに接続され、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各アノードがそれぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を介して接地されている。他の構成は第１の実施の形態と同じであるのでその詳細な説明は省略する。この構成により、第１、第２の実施の形態と同様に、照明光などのＤＣ光の影響を受けることなく、ＡＣ成分のパイロット光のみを高感度で検出することができる。

＜第４の実施の形態＞
図５は第４の実施の形態として図４の変形例を示し、インピーダンス素子２及びコンデンサＣと高入力インピーダンス増幅器（ＡＭＰ）３の代わりにトランスインピーダンスＡＭＰ３ａが用いられており、電源Ｅの＋側（−側は接地）は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を介してそれぞれＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各カソードに接続され、ＰＤ１−１、１−２、１−３、１−４の各アノードは、共通にトランスインピーダンスＡＭＰ３ａに接続されている。

本発明に係る光電変換回路の第１の実施の形態を示すブロック図である。 図１の要部の具体例を示す回路図である。 第２の実施の形態を示すブロック図である。 第３の実施の形態を示すブロック図である。 第４の実施の形態を示すブロック図である。 従来の光電変換回路を示すブロック図である。

符号の説明

１−１、１−２、１−３、１−４ ＰＤ
２ インピーダンス素子
３ 高入力インピーダンス増幅器（ＡＭＰ）
３ａ トランスインピーダンスＡＭＰ
４ 交流レベル電圧変換回路
５ 演算回路（マイコン）
Ｃ コンデンサ
Ｌ インダクタンス
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチ
Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４ トランジスタ

Claims (2)

1. 複数の光電変換素子の一方の端子に共通に接続されたインピーダンス回路と、
   前記複数の光電変換素子の他方の各端子にそれぞれ接続され、時分割で前記光電変換素子を選択的にオンオフする複数のスイッチング手段と、
   前記インピーダンス回路のＡＣ出力成分を増幅する高入力インピーダンス増幅器と、
   前記高入力インピーダンス増幅器により増幅されたＡＣ出力成分をＤＣ電圧に変換する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段の出力から前記スイッチング手段がオンのときに対応する光電変換素子の前記ＤＣ電圧を取り出す手段とを、
   備えた光電変換回路。
2. 複数の光電変換素子の一方の各端子にそれぞれ接続され、時分割で前記光電変換素子を選択的にオンオフする複数のスイッチング手段と、
   前記複数の光電変換素子の一方又は他方の端子のＡＣ出力成分を増幅するトランスインピーダンス増幅器と、
   前記トランスインピーダンス増幅器により増幅されたＡＣ出力成分をＤＣ電圧に変換する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段の出力から前記スイッチング手段がオンのときに対応する光電変換素子の前記ＤＣ電圧を取り出す手段とを、
   備えた光電変換回路。
   

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