JP2007116576A - 空間光通信用受光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を小さく抑えることのできる空間光通信用受光装置を提供する。
【解決手段】送光装置から光を受光する受光素子と、受光素子が光を受光したときに電気信号を出力する電気回路部とを一組とした基本セル２が複数設けられ、これら複数の基本セル２がマトリックス状に配列された空間光通信用受光装置であって、基本セル２は、受光素子が光を受光したことを基本セル２自身で判断する機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送光装置から送られてくる光信号を受光する空間光通信用受光装置に関する。

送光装置から送られてくる光信号を受光する空間光通信受光装置として、１つの受光素子と１つのプリアンプとを一組とした受光部を複数設けるとともに、各受光部の前方にレンズを配置したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記空間光通信受光装置においては、各受光部に比較回路及び選択回路が接続され、各受光部からの信号が比較回路及び選択回路に入力される。そして、比較回路は、各受光部から入力される信号の信号レベルを比較して、最大の信号レベルを検出する一方、選択回路は、信号レベルが最大の受光部に外部出力端子が接続されるよう回線を切り換えて、最も強い光を受光している受光部からの信号が外部へ出力されるようにしている。
特開平１１−１５０５１４号公報

しかしながら、上記従来技術では、プリアンプを動作させるために受光部の全てに駆動電流を常時流しており、消費電力が非常に大きいという問題がある。

また、選択回路が回線を切り換えたときに、外部へ出力される信号が一瞬途切れるため、信号の伝送エラーが発生しやすいという問題もある。

さらに、各受光部のプリアンプと比較回路との間、各受光部のプリアンプと選択回路との間、及び比較回路と選択回路との間に各々配線が必要で、配線が非常に複雑化する。

本発明の第１の課題は、消費電力を小さく抑えることのできる空間光通信用受光装置を提供することにある。

また、本発明の第２の課題は、消費電力が小さく、かつ信号の伝送エラーの発生を抑えることのできる空間光通信用受光装置を提供することにある。

上記第１の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、送光装置から光を受光する受光素子と、該受光素子が光を受光したときに電気信号を出力する電気回路部とを一組とした受光部が複数設けられ、前記複数の受光部がマトリックス状に配列された空間光通信用受光装置であって、前記受光部は、前記受光素子が光を受光したことを受光部自身で判断する機能を有することを特徴としている。

上記構成によれば、受光素子が光を受光したときだけ電気回路部は能動状態となって、電気回路部に電流が流れ、受光素子が光を受光していないときは、電気回路部は非能動状態であるから、電気回路部には電流が流れない。その結果、消費電力を小さく抑えることが可能となる。

上記第２の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、送光装置から光を受光する受光素子と、該受光素子が光を受光したときに電気信号を出力する電気回路部とを一組とした受光部が複数設けられ、前記複数の受光部がマトリックス状に配列された空間光通信用受光装置であって、前記受光部は、前記受光素子が光を受光したことを受光部自身で判断する機能を有し、送光装置から光のビーム径は、マトリックス状に配列された前記受光部のうち隣り合う少なくとも４つの受光部を同時に照射する大きさであることを特徴としている。

上記構成によれば、上述したように、受光素子が光を受光していないときは電気回路部に電流が流れないので、消費電力を小さく抑えることが可能となる。また、上記構成によれば、送光装置から光のビーム径が、複数の受光部のうち隣り合う少なくとも４つの受光部を同時に照射する大きさであるので、マトリックス状に配列された複数の受光部に対して光のビームが任意の方向にずれても、受光部のどれかには光のビームが常に当たっていることになり、受光部からの出力信号が途切れることがない。その結果、信号の伝送エラーの発生を抑えることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記各電気回路部は前記受光素子からの出力信号を増幅する増幅器を有し、該増幅器は、前記受光素子が受光する光量が所定値以上のときに動作し、受光する光量が所定値未満のときは動作を停止することを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記電気回路部は、前記受光素子からの出力信号のうち直流成分の変化から、当該受光素子が受光する光量が所定値以上または所定値未満かを判断することを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２において、前記電気回路部は、前記受光素子が光を受光したときに該受光素子から出力される直流成分の信号と予め設定された閾値とを比較する比較器と、前記受光素子が光を受光したときに該受光素子から出力される交流成分の信号を増幅する増幅器と、前記比較器からの信号によってオン／オフ制御されるスイッチング素子とを備え、前記比較器での比較結果に基づいて該比較器から駆動信号が出力されたときに、該駆動信号によって、前記増幅器が動作するとともに前記スイッチング素子がオンされて、前記増幅器で増幅した交流成分の信号が外部へ出力されることを特徴としている。

本発明によれば、消費電力が小さい空間光通信用受光装置を実現することができる。

また、本発明によれば、消費電力が小さく、かつ信号の伝送エラーの発生を抑えることのできる空間光通信用受光装置を実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る空間光通信用受光装置の構成図である。この空間光通信用受光装置１には、図に示すように、受光部としての基本セル２がマトリックス状に配列されている。本実施例では、基本セル２は６行６列に合計３６個配列されている。なお、基本セル２の個数は３６個に限らず、複数個設けられていればよい。例えば、５行５列で合計２５個や、７行７列で合計４９個であってもよいし、また５行６列や７行５列等、行方向の個数と列方向の個数とが異なっていてもよい。

各基本セル２は矩形をなしており、その一辺（図１においては上辺）には信号線３が取り付けられている。各基本セル２の信号線３は行方向に配索された信号取出線４に接続されており、本実施例では基本セル２が６行に配列されているので、信号取出線４は６本配索されている。

そして、６本の信号取出線４は１本の信号主取出線５に纏められ、この信号主取出線５はコンデンサＣ及びＣＭＯＳコンバータＡを介して出力端子６に接続されている。なお、ＣＭＯＳコンバータＡには、抵抗Ｒを有する帰還回路が設けられている。

図２は、基本セル２の詳細構成を示している。基本セル２は、図に示すように、外形が矩形（本実施例では正方形）をなしており、その矩形の角部に電気回路部としてアンプ部７が設けられている。アンプ部７以外の部分には受光素子８が設けられ、この受光素子８はアンプ部７と電気的に接続されている。

図３は、受光素子８を含むアンプ部７の回路構成を示している。受光素子８であるフォトダイオードＤのアノード側は接地され、カソード側には抵抗Ｒ₁が接続されている。抵抗Ｒ₁には、図示していない電源から直流電圧Ｖddが印加されている。

フォトダイオードＤのカソード側は、抵抗Ｒ₂を介して比較器Ａ₁の入力側に、またコンデンサＣ₁を介して増幅器Ａ₂の入力側にそれぞれ接続されている。なお、抵抗Ｒ₂と比較器Ａ₁の入力側とを接続する配線はコンデンサＣ₂を介して接地されている。

比較器Ａ₁にも、図示していない電源から直流電圧Ｖddが印加されている。なお、比較器Ａ₁及び増幅器Ａ₂は、図４に示すように、ＣＭＯＳインバータで構成されている。

また、増幅器Ａ₂には、図３に示すように、その駆動電源として比較器Ａ₁の出力電圧が印加される。増幅器Ａ₂には、抵抗Ｒ₃を有する帰還回路が設けられている。

増幅器Ａ₂の出力側には、スイッチング素子としてエレクトリックスイッチＳ₁が接続されている。このエレクトリックスイッチＳ₁には比較器Ａ₁の出力側が接続され、エレクトリックスイッチＳ₁のＯＮ／ＯＦＦは比較器Ａ₁からの出力信号によって制御される。また、エレクトリックスイッチＳ₁は、抵抗Ｒ₄を有する信号線３を介して信号取出線４に接続されている。

次に、本実施例による空間光通信受光装置の作用について説明する。

図３において、フォトダイオードＤに光が照射されていないときは、比較器Ａ₁の入力側の電圧Ｖ₁としては、直流電圧Ｖddがそのまま加わっており、
Ｖ₁ ＝ Ｖdd
である。

図示していない送光装置（レーザダイオード等）からの光がフォトダイオードＤに照射されると、フォトダイオードＤには逆方向に電流Ｉ₁が流れるので、比較器Ａ₁の入力側の電圧はＶ₁’は、
Ｖ₁’＝ Ｖdd−Ｒ₁ ・Ｉ₁
となる。

上述したように、比較器Ａ₁は図４の示すようなＣＭＯＳインバータで構成されており、そのスレッショルド電圧（つまり閾値）は約Ｖdd／２に予め設定されている。そして、比較器Ａ₁はＶ₁’とＶdd／２とを比較し、Ｖ₁’＞Ｖdd／２のときは０ボルトを、Ｖ₁’＜Ｖdd／２のときはＶddボルトをそれぞれ出力する。すなわち、比較器Ａ₁の出力は、フォトダイオードＤが受光していないときは０ボルトであるが、フォトダイオードＤが受光したときはＶddボルトとなり、比較器Ａ₁は増幅器Ａ₂に電源電圧を供給し、増幅器Ａ₂を作動させる。

また、同時に比較器Ａ₁はエレクトリックスイッチＳ₁に制御信号を送って、エレクトリックスイッチＳ₁をオン／オフする。具体的には、比較器Ａ₁から出力信号がＶddボルトのときに、エレクトリックスイッチＳ₁をオンにし、比較器Ａ₁から出力信号が０ボルトのときは、エレクトリックスイッチＳ₁をオフにする。

そして、各基本セル２で受光した交流成分はすべて加算され、帰還抵抗を持つＣＭＯＳコンバータＡで増幅された後、出力端子６から外部に出力される。すなわち、本実施例では、図示してない送光装置から光のビーム径は、図１に示すように、マトリックス状に配列された基本セル２のうち隣り合う少なくとも４つの基本セル２を同時に照射する大きさに設定されており、この場合は、基本セル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄで受光した交流成分がすべて加算され、ＣＭＯＳコンバータＡで増幅された後に出力端子６から出力される。なお、図１において、円形の破線は送光装置から照射されたビームを示している。

本実施例によれば、送光装置からの光が当たっている基本セル（図１の場合は基本セル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）だけが能動状態となり、他の基本セルは能動状態ではないので、消費電力を小さく抑えることが可能となる。

また、本実施例によれば、マトリックス状に配列された基本セル２のうち隣り合う少なくとも４つの基本セル２を同時に照射する大きさに設定されているので、光のビームが任意の方向（図１において、横方向及び縦方向）にずれても、基本セル２のどれかには光のビームが常に当たっていることになり、基本セル２からの出力信号が途切れることがない。その結果、信号の伝送エラーの発生を抑えることができる。

また、本実施例によれば、複数の基本セル２に分割されているので、大きな１つの受光素子を設けた場合に比べて、接合容量が小さくなり、周波数特性が向上する。

また、本実施例によれば、各基本セル２には１本の信号線３しか設けられておらず、その信号線３が１本の信号取出線４に接続された構成であるから、配線が極めて簡略化されている。

さらに、本実施例によれば、受光していない基本セルからの雑音が入力されないので、Ｓ／Ｎがよくなる。

なお、本実施例の空間光通信用受光装置は、２枚のプリントサーキットボード間における光通信に適用することができる。例えば、一方のプリントサーキットボードにレーザダイオード等からなる送光装置を、他方のプリントサーキットボードに本実施例の空間光通信受光装置をそれぞれ取り付ける。そして、送光装置からの光を空間光通信受光装置で受光するようにすれば、２枚のプリントサーキットボードの取付位置に多少ずれが生じて、送光装置からの光ビームが空間光通信受光装置の中央からずれても、両プリントサーキットボード間で正確に光通信を行うことができる。

本発明に係る空間光通信用受光装置の構成図である。 基本セルの詳細構成を示す平面図である。 受光素子を含むアンプ部の回路構成図である。 ＣＭＯＳインバータの構成図である。

符号の説明

１ 空間光通信用受光装置
２ 基本セル（受光部）
３ 信号線
４ 信号取出線
５ 信号主取出線
７ アンプ部（電気回路部）
８ 受光素子
Ａ₁ 比較器
Ａ₂ 増幅器
Ｄ フォトダイオード（受光素子）
Ｓ₁ エレクトリックスイッチ（スイッチング素子）

Claims (5)

1. 送光装置から光を受光する受光素子と、該受光素子が光を受光したときに電気信号を出力する電気回路部とを一組とした受光部が複数設けられ、前記複数の受光部がマトリックス状に配列された空間光通信用受光装置であって、
   前記受光部は、前記受光素子が光を受光したことを受光部自身で判断する機能を有することを特徴とする空間光通信用受光装置。
2. 送光装置から光を受光する受光素子と、該受光素子が光を受光したときに電気信号を出力する電気回路部とを一組とした受光部が複数設けられ、前記複数の受光部がマトリックス状に配列された空間光通信用受光装置であって、
   前記受光部は、前記受光素子が光を受光したことを受光部自身で判断する機能を有し、
   送光装置から光のビーム径は、マトリックス状に配列された前記受光部のうち隣り合う少なくとも４つの受光部を同時に照射する大きさであることを特徴とする空間光通信用受光装置。
3. 前記各電気回路部は前記受光素子からの出力信号を増幅する増幅器を有し、該増幅器は、前記受光素子が受光する光量が所定値以上のときに動作し、受光する光量が所定値未満のときは動作を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光通信用受光装置。
4. 前記電気回路部は、前記受光素子からの出力信号のうち直流成分の変化から、当該受光素子が受光する光量が所定値以上または所定値未満かを判断することを特徴とする請求項３に記載の空間光通信用受光装置。
5. 前記電気回路部は、前記受光素子が光を受光したときに該受光素子から出力される直流成分の信号と予め設定された閾値とを比較する比較器と、前記受光素子が光を受光したときに該受光素子から出力される交流成分の信号を増幅する増幅器と、前記比較器からの信号によってオン／オフ制御されるスイッチング素子とを備え、
   前記比較器での比較結果に基づいて該比較器から駆動信号が出力されたときに、該駆動信号によって、前記増幅器が動作するとともに前記スイッチング素子がオンされて、前記増幅器で増幅した交流成分の信号が外部へ出力されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光通信用受光装置。

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