JP2009182148A - 受信機、送受信機、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】一般的な送受信機を使用した上で、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能な受信機を提供する。
【解決手段】赤外線通信機１００は、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂに対して、所定の電圧値ＶＲの逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加手段１７２を備える。また、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂは、逆バイアス電圧印加手段１７２により印加される逆バイアス電圧の電圧値に応じて、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂの接合面積が設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信機、送受信機、およびこれらのいずれかを備えた電子機器に関する。特に、本発明は、赤外線通信における世界標準規格であるＩｒＤＡ（Infra-red Data Association）規格において、通信速度が最大４Ｍｂｐｓと高速なＦＩＲ（Fast Infra Red）規格に準拠した受信機、送受信機、およびこれらのいずれかを備えた電子機器に関する。

複数の電子機器間におけるデータ通信の分野においては、赤外線通信が注目されている。

赤外線通信は、携帯電話端末、ワイヤレスイヤホン等の様々な電子機器において採用されている。中でも、ＩｒＤＡ規格に準拠した赤外線通信デバイスである、ＩｒＤＡ通信デバイスは、ユーザー間の情報交換手段として、多くの携帯電話端末に採用されている。また、近年では、ＦＩＲ規格に準拠したＩｒＤＡ通信デバイスの普及が著しい。

図６は、複数の電子機器間におけるデータ通信を行う、一般的な送受信機の等価回路を示す図である。

図６に示す赤外線通信機ＩＣ（Integrated Circuit）６００は、複数の電子機器間におけるデータ通信を行う送受信機の一構成例であり、ＦＩＲ規格に準拠した一般的なＩｒＤＡ通信デバイスに使用されている赤外線通信機のＩＣを例示するものである。つまり、図６に示す赤外線通信機ＩＣ６００は、赤外線通信によるデータ受信機能およびデータ送信機能を兼備することで、他のＩｒＤＡ通信デバイスとの双方向通信を可能とする、赤外線通信機のＩＣである。

図６に示す赤外線通信機ＩＣ６００は、受信処理回路６１０と送信処理回路６２０とを備える構成である。

まずは、赤外線通信機ＩＣ６００におけるデータ受信機能について説明する。

赤外線通信機ＩＣ６００は、受信処理回路６１０において、図示しない他のＩｒＤＡ通信デバイスから送信された光信号を、受光素子６０１により受信する。

受光素子６０１は、受信した光信号を、光電変換により電気信号に変換し、アンプ６０２へと出力する。なお、この時点で電気信号は、いわゆる光電流と呼ばれる電流である。

アンプ６０２は、受光素子６０１からの電気信号に対して、電流‐電圧変換を行うと共に、該電圧としての電気信号を増幅し、アンプ６０３へと出力する。

アンプ６０３は、アンプ６０２からの電気信号をさらに増幅し、コンパレータ６０４の一方の入力端、例えば非反転入力端へと出力する。なお、ここでは、アンプ６０３が出力した電気信号を、出力ＡＯ６０３と称する。

コンパレータ６０４の一方の入力端には、上述したとおり、出力ＡＯ６０３が入力される。一方、コンパレータ６０４の他方の入力端、例えば反転入力端には、所定の電圧レベルを有する信号である検出用閾値信号が、端子６０５から入力される。コンパレータ６０４は、出力ＡＯ６０３の電圧レベルと、検出用閾値信号の電圧レベルと、を比較し、比較結果に応じてデジタル信号ＣＯ６０４を生成する、即ち、出力ＡＯ６０３の信号波形を整形してデジタル信号ＣＯ６０４を生成する。コンパレータ６０４は、生成したデジタル信号ＣＯ６０４を、インバータ６０６へと出力する。

インバータ６０６は、コンパレータ６０４からのデジタル信号ＣＯ６０４に対して論理反転処理を施し、出力端子６０７から図示しない後段のシステムへと出力する。

次は、赤外線通信機ＩＣ６００におけるデータ送信機能について説明する。

赤外線通信機ＩＣ６００では、送信処理回路６２０において、図示しない前段のシステムから送信された電気信号が、入力端子６１１を介して制御回路６１２へと入力される。なお、この時点で電気信号は、電圧である。

制御回路６１２は、入力された電気信号に対して各種の信号処理を行い、駆動回路６１３へと出力する。なお、説明を省略している参照符号６１４の部材は、制御回路６１２のシャットダウン端子である。

駆動回路６１３は、制御回路６１２からの電気信号に基づいて、発光素子６１５を駆動するための電気信号を、電流として生成し、端子６１６を介して発光素子６１５へと出力する。

発光素子６１５は、駆動回路６１３からの電気信号（電流）に応じて発光する、即ち、光信号を出力する。発光素子６１５から出力された光信号は、上記他のＩｒＤＡ通信デバイスへと送信される。

ここで、通信レートは現在、２．４ｋｂｐｓ〜４Ｍｂｐｓである。また、データ送信に用いられる光の放射強度は、２０ｃｍのデータ通信を可能とする程度の強度であるローパワーと、１ｍのデータ通信を可能とする程度の強度であるハイパワーと、が存在する。つまり、送信処理回路６２０は、通信レートと、発光素子６１５が出力する光の放射強度と、に応じたデータ送信を実施するシステムである。

また、特許文献１に開示されている受光モジュールは、集光レンズと受光素子とからなる受光部を２つ有する構成を採用しており、この構成により、受光感度を向上させ、かつ、指向角を広大化させている。

また、特許文献２には、アバランシェフォトダイオードに逆バイアス電圧を印加することで、受光感度を向上させる光検出器回路が開示されている。
特開２００５−３５３９２８号公報（２００５年１２月２２日公開） 特表２００５−５３２６９５号公報（２００５年１０月２７日公表） 特開２００４−１２０１４５号公報（２００４年４月１５日公開） 特開２００４−３２８０６１号公報（２００４年１１月１８日公開）

ところで、複数の電子機器間におけるデータ通信を行う、受信機または送受信機の受信処理回路（以下、「受信側」と称する）に関しては、通信距離（受信距離）の長距離化が要求されている。

そして、上記通信距離の長距離化は、受信側のパッケージを大型化すると共に、受光素子のサイズを大型化すること、即ち、該受光素子の接合面積を広大化することで実現可能である。

しかしながら、上記通信距離の長距離化のために、受光素子の接合面積を広大化すると、該受光素子の接合容量は、非常に大きくなってしまい、受信側において要求される設計上の許容値から大幅に逸脱してしまう。そしてこれにより、受信側では、高周波ノイズに対する耐ノイズ性が劣化してしまうという問題が発生する。また、該耐ノイズ性の劣化に伴い、受信側では、通信距離が短くなってしまうという問題が発生する。

とりわけ、ＩｒＤＡ通信デバイスの市場においては、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側に関して、通信距離（受信距離）の長距離化が要求されている。以下では、ＩｒＤＡ通信デバイスにおける上記の問題について説明する。

ＩｒＤＡ規格上、データ送信に用いられる光の放射強度が１００ｍＷ／ｓｒである場合、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側における通信距離は、最大で１ｍとなる。その一方で、ＩｒＤＡ通信デバイスでは、該通信距離の仕様値を満足できる範囲において、パッケージの小型化が要求される。これらのことを考慮した結果、従来、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側の受光素子としては、接合容量が１０ｐＦ前後となるような接合面積を有する素子が使用されてきた。またこの場合、ＩｒＤＡ通信デバイスで使用されている赤外線通信機のＩＣでは、受光素子の接合容量が１０ｐＦ前後である場合において最適となるように、耐ノイズ性が決定されてきた。

ここで、上記通信距離の長距離化を実現するためには、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側に備えられる受光素子の接合面積を、例えば従来の４倍にすることが考えられる。しかしながら、受光素子の接合面積を従来の４倍とした場合、接合容量についても同様に、４倍の４０ｐＦ前後となってしまう。結果、受光素子の接合容量は、上記赤外線通信機のＩＣにおける設計上の許容値（例えば、１０ｐＦ以下）から大幅に逸脱してしまう。これにより、該赤外線通信機のＩＣの高周波ノイズに対する耐ノイズ性は劣化してしまい、通信距離は短くなってしまう。

また、特許文献１に開示されている受光モジュールは、受光部を２つ有する構成とするために、受信した信号の入力端子を２端子設ける必要があるため、複数の電子機器間におけるデータ通信を行う、一般的な送受信機（図６参照）への適用が容易でないという問題が発生する。

一般的な送受信機を使用した上で、上記通信距離の長距離化を実現するためには、接合面積が広大化された受光素子において、接合容量の増大を抑制させるための設計が要求される。

また、特許文献２に開示されている光検出器回路では、アバランシェフォトダイオードに逆バイアス電圧を印加することで、受光感度を向上させているため、ある程度の通信距離の長距離化が可能である。しかしながら、特許文献２に開示されている光検出器回路では、当然ながら、予め定められた接合面積を有しているアバランシェフォトダイオードの耐圧を超える逆バイアス電圧を印加することができないため、通信距離の長距離化に限界がある。

本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、一般的な送受信機を使用した上で、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能な受信機、送受信機、およびこれらのいずれかを備えた電子機器を提供することにある。

本発明に係る受信機は、上記の問題を解決するために、受光素子を備える受信機であって、上記受光素子に対して所定の逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加手段を備え、上記逆バイアス電圧の電圧値に応じて、上記受光素子の接合面積が設定されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る受信機は、逆バイアス電圧印加手段により、受光素子に逆バイアス電圧を印加することで、該受光素子の接合容量を低下させることができるため、受光感度を向上させることが可能であり、受信側に関し、通信距離の長距離化が可能である。

さらに、本発明に係る受信機では、受光素子に逆バイアス電圧を印加することで、該受光素子の接合容量を低下させることができるという特徴を利用して、受光素子の接合面積を、逆バイアス電圧の電圧値に応じて設定している。

例えば、通常、接合容量が１０ｐＦである受光素子の接合面積が４倍になると、接合容量も同様に、約４倍の４０ｐＦ程度と大きくなってしまう。しかしながら、２０Ｖの逆バイアス電圧が、該接合面積が４倍である受光素子に印加される場合は、該受光素子の接合容量を、４０ｐＦ程度から約２０ｐＦにまで低下させることができる。このことから、本発明に係る受信機では、接合容量が１０ｐＦである受光素子の接合面積を４倍にしたとしても、接合容量を約２０ｐＦとすることが可能である。そのため、該接合面積が４倍である受光素子を用いたとしても、受光素子の応答速度の低速化、および受信側における高周波ノイズに対する耐ノイズ性の劣化に係る悪影響を抑制することができる。

また、上記接合面積が４倍である受光素子を用いることにより、受信側に関し、上記通信距離のさらなる長距離化が可能であることは言うまでもない。

さらに、本発明に係る受信機は、受光素子（受光部）を１つ有する構成であっても、上記通信距離の充分な長距離化が実現可能であるため、例えば一般的な送受信機（図６参照）への適用に際しても都合がよい。

従って、一般的な送受信機を使用した上で、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能であるという効果を奏する。

また、本発明に係る受信機は、上記受光素子からの信号を復調する復調手段をさらに備え、上記受光素子の接合面積は、上記逆バイアス電圧が印加された上記受光素子の接合容量が、上記復調手段における設計上の許容値を満足するような接合面積に設定されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、受光素子の接合面積は、逆バイアス電圧が印加された受光素子の接合容量が、復調手段における設計上の許容値を満足するような接合面積に設定されている。つまり、受光素子の接合面積は、該許容値の範囲内において、可能な限り広大化することができるため、上記通信距離のさらなる長距離化が実現可能である。

また、本発明に係る受信機は、上記逆バイアス電圧は、上記復調手段の電源電圧よりも高い電圧値であることを特徴としている。

上記の構成によれば、復調手段の電源電圧よりも高い電圧値である逆バイアス電圧を受光素子に印加することにより、該受光素子の接合容量を充分に低下させることが可能となるため、受光素子の応答速度の低速化、および受信側における高周波ノイズに対する耐ノイズ性の劣化に係る悪影響をさらに抑制することが可能となる。またこれにより、受信側では、通信距離をさらに長距離化することができる。

また、本発明に係る受信機は、上記受光素子が、ミラーウエハを含む素子であることを特徴としている。

上記の構成によれば、受光素子として、接合容量が比較的低いミラーウエハを含む素子を採用することにより、拡散型のウエハを含む素子を使用した場合よりも、同一接合面積に対する接合容量を低下させることができる。具体的に、ミラーウエハを含む受光素子は、拡散型のウエハを含む受光素子と比較して、接合容量が約半分であるため、受光素子の接合面積の広大化に伴う接合容量の増大を、さらに抑制することができる。

また、本発明に係る受信機は、上記受光素子と上記逆バイアス電圧印加手段との間に、ローパスフィルタが接続されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、受光素子と逆バイアス電圧印加手段との間に、ローパスフィルタが接続されることにより、外部から受信機の信号入力端子へと侵入する雑音成分（飛び込みノイズ成分または電源ノイズ成分）を低減することができる。これにより、通信距離を短くさせる要因となる雑音成分を除去することが可能となるため、上記通信距離をさらに長距離化することができる。

また、本発明に係る受信機は、発光素子を駆動する駆動手段を備えることにより送受信機として構成されており、上記発光素子が受信機自身の内部から省略されており、上記発光素子が省略された受信機自身の内部に、上記受光素子をさらに備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、本来送受信機として構成された受信機において、発光素子のかわりに受光素子をさらに備える構成とすることができる。

つまり、本発明に係る受信機では、受光素子（受光部）を２つ有する構成とする場合であっても、受信した信号の入力端子を１端子だけ設ける構成で充分であるため、例えば一般的な送受信機（図６参照）への適用に際しても都合がよい。また、受光素子を２個、ひいては受光素子を複数個設ける構成とすることにより、上記通信距離を飛躍的に長距離化することが可能となる。

また、本発明に係る受信機は、自身の外部に接続された発光素子をさらに備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、本来送受信機として構成された受信機において、発光素子のかわりに受光素子をさらに備える構成とする場合であっても、発光素子を、受信機自身の外部に設け、駆動手段に外付けすることにより、光信号の送信が可能となる。

また、本発明に係る受信機は、上記受光素子は、ＩｒＤＡ規格に準拠した通信方式に基づく光信号を受光するものであるのが好ましく、さらには、通信速度が４Ｍｂｐｓ以上であるのが好ましい。

上記の構成によれば、ＩｒＤＡ規格に準拠した赤外線受信機において、一般的なＩｒＤＡ通信デバイスを使用した上で、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能であるという効果を奏する。

即ち、従来、ＩｒＤＡ通信デバイスで使用されている赤外線通信機のＩＣでは、受光素子の接合容量が例えば１０ｐＦ前後である場合において最適となるように、耐ノイズ性が決定されてきた。

ここで、上記通信距離の長距離化を実現するために、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側に備えられる受光素子の接合面積を、例えば従来の４倍にする場合は、該受光素子の接合容量を、従来の４０ｐＦ前後から、例えば２０ｐＦ前後にまで低下させることができる。結果、受光素子の接合容量を、上記赤外線通信機のＩＣにおける設計上の許容値に近づけることができる。そのため、該接合面積が４倍である受光素子を用いたとしても、受光素子の応答速度の低速化、およびＩｒＤＡ通信デバイスの受信側における高周波ノイズに対する耐ノイズ性の劣化に係る悪影響を抑制することができる。

また、上記接合面積が４倍である受光素子を用いることにより、ＩｒＤＡ通信デバイスの受信側に関し、上記通信距離のさらなる長距離化が可能であることは言うまでもない。

さらに、本発明に係る受信機は、受光素子（受光部）を１つ有する構成であっても、上記通信距離の充分な長距離化が実現可能であるため、例えば一般的なＩｒＤＡ通信デバイス（図６参照）への適用に際しても都合がよい。

さらにこうした構成は、通信速度が４Ｍｂｐｓ以上と高速な受信機に適用されるのが特に都合よい。

本発明に係る送受信機は、上記の問題を解決するために、受光素子と、発光素子と、該発光素子を駆動する駆動手段と、を備える送受信機であって、上記発光素子が送受信機自身の内部から省略されており、上記発光素子が省略された送受信機自身の内部に、上記受光素子をさらに備え、上記駆動手段は、送受信機自身の外部に接続された発光素子を駆動するものであることを特徴としている。

上記の構成によれば、本来発光素子が備えられる送受信機部分において、該発光素子のかわりに受光素子をさらに備える構成とすることができる。

つまり、本発明に係る送受信機では、受光素子（受光部）を２つ有する構成とする場合であっても、受信した信号の入力端子を１端子だけ設ける構成で充分であるため、例えば一般的な送受信機（図６参照）への適用に際しても都合が良い。また、受光素子を２個、ひいては受光素子を複数個設ける構成とすることにより、上記通信距離を飛躍的に長距離化することが可能となる。

また、上記の構成によれば、駆動手段は、送受信機自身の外部に接続された発光素子を駆動するものであるため、本来発光素子が備えられる送受信機部分において、該発光素子のかわりに受光素子をさらに備える構成とする場合であっても、該発光素子を、送受信機自身の外部に設け、駆動手段に外付けすることにより、光信号の送信が可能となる。

本発明に係る電子機器は、上記のいずれかの受信機、もしくは送受信機を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、一般的な送受信機を使用した上で、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能な電子機器を提供することができる。

以上のとおり、本発明に係る受信機は、受光素子を備える受信機であって、上記受光素子に対して所定の逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加手段を備え、上記逆バイアス電圧の電圧値に応じて、上記受光素子の接合面積が設定されている構成である。

また、本発明に係る送受信機は、受光素子と、発光素子と、該発光素子を駆動する駆動手段と、を備える送受信機であって、上記発光素子が送受信機自身の内部から省略されており、上記発光素子が省略された送受信機自身の内部に、上記受光素子をさらに備え、上記駆動手段は、送受信機自身の外部に接続された発光素子を駆動する構成である。

従って、一般的な送受信機を使用した上で、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能であるという効果を奏する。

本発明は、従来の受信機（例えば、ＦＩＲ規格に準拠したＩｒＤＡ通信デバイス）に内蔵される受光素子よりも大きなサイズの受光素子を使用する、および／または複数個の受光素子を並列使用するものであり、これにより、受信側に関し、通信距離の長距離化を可能にするものである。

本発明の一実施の形態について、図１〜図５に基づいて説明すると以下の通りである。
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施形態を示すものであり、受信機の等価回路を示す図である。

図１に示す赤外線通信機（受信機）１００は、複数の後述する電子機器間におけるデータ通信を行う受信機の一構成例であり、好ましくは、ＩｒＤＡ規格に準拠した通信方式に基づく光信号を受信（受光）する、および／または、通信速度が４Ｍｂｐｓ以上である、受信機を例示するものである。図１に示す赤外線通信機１００は例えば、赤外線通信によるデータ受信機能を具備する受信機である。

図１に示す赤外線通信機１００は、並列に接続された受光素子１０１Ａ、１０１Ｂと、赤外線通信機のＩＣ１５０と、を備える構成である。

受光素子１０１Ａ、１０１Ｂは、ＩｒＤＡ通信デバイス等の、図示しない他の通信デバイスから送信された光信号を受信し、該光信号を光電変換により電気信号に変換し、ＩＣ１５０へと出力する。なお、この時点で電気信号は、いわゆる光電流と呼ばれる電流である。受光素子１０１Ａ、１０１Ｂ等の、本発明に係る受光素子としては、ＰＤ（Photo Diode：フォトダイオード）、ＰＤとトランジスタとを含んで構成されるフォトトランジスタ（Photo Transistor）、または、ＰＤと信号処理回路（後述する、受信処理回路１１０、送信処理回路１２０等）とが同一のＩＣに内蔵された受光ＩＣであるＯＰＩＣ（Optical Integrated Circuit：登録商標）等の素子が使用される。

なお、受光素子がＰＤである場合は、該ＰＤのアノード面積が、本発明に係る「受光素子の接合面積」である。また、受光素子がフォトトランジスタである場合は、該フォトトランジスタのＰＮ接合部分の接合面積が、本発明に係る「受光素子の接合面積」である。また、受光素子がＯＰＩＣである場合は、該ＯＰＩＣ自身に設けられているＰＤのアノード面積が、本発明に係る「受光素子の接合面積」である。さらに、該「受光素子の接合面積」等に応じて決定される、受光素子の容量値は、本発明に係る「受光素子の接合容量」である。

ＩＣ１５０は、受信処理回路（復調手段）１１０を備える構成である。なお、受信処理回路１１０は、アンプ１０２、１０３、コンパレータ１０４、およびインバータ１０６を含んで構成されている。

ＩＣ１５０は、受信処理回路１１０において、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂから送信された電気信号を、アンプ１０２により受信する。

アンプ１０２は、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂからの電気信号に対して、電流‐電圧変換を行うと共に、該電圧としての電気信号を増幅し、アンプ１０３へと出力する。

アンプ１０３は、アンプ１０２からの電気信号をさらに増幅し、コンパレータ１０４の一方の入力端、例えば非反転入力端へと出力する。なお、ここでは、アンプ１０３が出力した電気信号を、出力ＡＯ１０３と称する。

コンパレータ１０４の一方の入力端には、上述したとおり、出力ＡＯ１０３が入力される。一方、コンパレータ１０４の他方の入力端、例えば反転入力端には、所定の電圧レベルを有する信号である検出用閾値信号が、端子１０５から入力される。

コンパレータ１０４は、出力ＡＯ１０３の電圧レベルと、検出用閾値信号の電圧レベルと、を比較し、比較結果に応じてデジタル信号ＣＯ１０４を生成する、即ち、出力ＡＯ１０３の信号波形を整形してデジタル信号ＣＯ１０４を生成する。コンパレータ１０４は、生成したデジタル信号ＣＯ１０４を、インバータ１０６へと出力する。

インバータ１０６は、コンパレータ１０４からのデジタル信号ＣＯ１０４に対して論理反転処理を施し、ＩＣ１５０の出力端子１０７Ｉおよび赤外線通信機１００の出力端子１０７Ｒを介して、後段のシステム（例えば、図７に示すインターフェース回路７０２）へと出力する。

また、赤外線通信機１００において特に機能を有するものではないが、ＩＣ１５０は、送信処理回路１２０を備える構成である。なお、送信処理回路１２０は、制御回路１１２および駆動回路（駆動手段）１１３を含んで構成されている。

制御回路１１２は、前段のシステム（例えば、図７に示すインターフェース回路７０２）から送信された電気信号が、赤外線通信機１００の入力端子１１１ＲおよびＩＣ１５０の入力端子１１１Ｉを介して入力されると、該電気信号に対して各種の信号処理を行った後、駆動回路１１３へと出力することが可能なものである。駆動回路１１３は、制御回路１１２からの電気信号に基づいて、別の電気信号を、電流として生成し、ＩＣ１５０の出力端子１１６Ｉおよび赤外線通信機１００の出力端子１１６Ｒを介して、出力することが可能なものである。なお、説明を省略している参照符号１１４Ｉ、１１４Ｒの部材はいずれも、制御回路１１２のシャットダウン端子である。

ＩＣ１５０の電源入力端子１６０Ｉは、赤外線通信機１００の電源入力端子１６０Ｒを介して、図示しない電圧源に接続されている。ＩＣ１５０には、該電圧源からの電源電圧（例えば、３Ｖ）が印加されている。

図１に示す赤外線通信機１００では、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂとして、ＰＤが使用されている。受光素子１０１Ａ、１０１ＢとしてのＰＤはいずれも、カソードが、ＩＣ１５０の端子（信号の入力端子）１７０Ｉを介して、受信処理回路１１０のアンプ１０２に接続されており、アノードが、赤外線通信機１００の端子１７０Ｒ、ＲＣフィルタ回路（ローパスフィルタ）１７１を介して、逆バイアス電圧源（逆バイアス電圧印加手段）１７２に接続されている。なお、説明を省略している参照符号１７３Ｒの部材は、逆バイアス電圧源１７２の接地端子である。ＲＣフィルタ回路１７１は、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との並列回路により構成されている。

逆バイアス電圧源１７２は、所定の電圧値ＶＲの逆バイアス電圧を、受光素子１０１Ａ、１０１ＢとしてのＰＤのアノードに印加するものである。ここで、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲは、ＩＣ１５０の電源電圧、即ち、受信処理回路１１０の電源電圧よりも高い電圧値であるのが好ましい。例えば、上述したとおり、受信処理回路１１０（ＩＣ１５０）の電源電圧が３Ｖである場合、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲは、２０Ｖ以上、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂの耐圧以下とするのが好ましい。ちなみに、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂの耐圧は、例えば３０Ｖ以下である。

また、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂは、その接合面積が、逆バイアス電圧源１７２から印加される逆バイアス電圧の電圧値に応じて設定されている。具体的に、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂは、逆バイアス電圧源１７２からの逆バイアス電圧が印加された受光素子１０１Ａ、１０１Ｂの接合容量が、ＩＣ１５０における該接合容量の設計上の許容値、即ち、受信処理回路１１０における該接合容量の設計上の許容値を満足するような接合面積に設定されているのが好ましい。

ここで、受光素子１０１Ａまたは受光素子１０１Ｂ（以下、「受光素子１０１」と称する）における、有効面積（接合面積）と容量値（接合容量）と逆バイアス電圧源１７２からの逆バイアス電圧の電圧値ＶＲとの関係について、図２に基づいて説明する。

図２は、受光素子１０１の有効面積、受光素子１０１の容量値、および受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値の相関を示すグラフである。なお、図２に示すグラフにおいて、縦軸は、受光素子１０１の容量値（フォトダイオード容量値）を、横軸は、受光素子１０１の有効面積（フォトダイオードアノード有効面積）をそれぞれ示している。

図２に示すグラフでは、受光素子１０１として、拡散ウエハ（拡散型のウエハ）を含むＰＤを使用した例と、ミラーウエハを含むＰＤを使用した例と、について示しており、かつ、各々のＰＤに対して、印加する逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを、０．５Ｖとした例と、２Ｖとした例と、について示している。

ここからは、受光素子１０１として、拡散ウエハを含むＰＤを使用した場合について、受光素子１０１の有効面積、受光素子１０１の容量値、および受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値の相関を説明する。

まずは、受光素子１０１として拡散ウエハを含むＰＤを使用し、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを０．５Ｖとした場合について考察する。なお、この場合における上記相関は、図２のグラフ内に点線で示すと共に、考察を行ったグラフ部分に黒三角を付した。

この場合は、受光素子１０１の有効面積が約１ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が１０ｐＦ程度となっているが、受光素子１０１の有効面積が約４ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が４倍の４０ｐＦ程度となり、受光素子１０１の有効面積が約１６ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が１００ｐＦ近くにまで増大してしまう。

続いては、受光素子１０１として拡散ウエハを含むＰＤを使用し、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを２０Ｖとした場合について考察する。なお、この場合における上記相関は、図２のグラフ内に実線で示すと共に、考察を行ったグラフ部分に白三角を付した。

この場合は、受光素子１０１の有効面積が約１ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が５ｐＦ程度となり、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを２０Ｖとした場合と大差ない。一方で、この場合は、受光素子１０１の有効面積が約４ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が２０ｐＦ程度となり、受光素子１０１の有効面積が約１６ｍｍ^２であるときでも、受光素子１０１の容量値が４０ｐＦ程度となる。

受光素子１０１として、同じ拡散ウエハを含むＰＤを使用する場合であっても、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを０．５Ｖにするのと２０Ｖにするのとでは、受光素子１０１の有効面積を広大化した場合において、受光素子１０１の容量値が大幅に異なる。受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲは、大きいほうが、受光素子１０１の容量値をより低下させることができる。

ここからは、受光素子１０１として、ミラーウエハを含むＰＤを使用した場合について、受光素子１０１の有効面積、受光素子１０１の容量値、および受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値の相関を説明する。

まずは、受光素子１０１としてミラーウエハを含むＰＤを使用し、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを０．５Ｖとした場合について考察する。なお、この場合における上記相関は、図２のグラフ内に点線で示すと共に、考察を行ったグラフ部分に黒四角を付した。

この場合は、受光素子１０１の有効面積が約４ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が２５ｐＦ程度となり、受光素子１０１の有効面積が約１６ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が７０ｐＦ程度となる。

逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを、同じ０．５Ｖとする場合であっても、受光素子１０１として、拡散ウエハを含むＰＤを使用するのとミラーウエハを含むＰＤを使用するのとでは、受光素子１０１の有効面積を広大化した場合において、受光素子１０１の容量値が大幅に異なる。即ち、受光素子１０１としては、ミラーウエハを含む素子が使用されるほうが、容量値をより低下させることができる。

続いては、受光素子１０１としてミラーウエハを含むＰＤを使用し、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを２０Ｖとした場合について考察する。なお、この場合における上記相関は、図２のグラフ内に実線で示すと共に、考察を行ったグラフ部分に白四角を付した。

この場合は、受光素子１０１の有効面積が約４ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が１０ｐＦ程度となり、受光素子１０１の有効面積が約１６ｍｍ^２であるとき、受光素子１０１の容量値が２０ｐＦ程度となる。

以上のことから、受光素子１０１の容量値は、受光素子１０１としてミラーウエハを含む素子が使用されており、かつ、受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲが大きい場合において、最も低下可能であることが分かる。

受光素子１０１において、例えば１０倍以上の受光感度（電流感度）を得たい場合には、受光素子１０１の有効面積も同様に、１０倍以上とする必要がある。ここで、受信処理回路１１０における受光素子１０１の接合容量の許容値は、設計上、ＩＣ１５０の内部に設けられている図示しないダミー容量との整合により決定される。受光素子１０１の接合容量が、この設計上の許容値から大幅に逸脱してしまうと、ＩＣ１５０の耐ノイズ性は劣化してしまい、通信距離は短くなってしまう。

上記通信距離が短くなってしまうことを抑制するためには、受光素子１０１の接合容量を、上記設計上の許容値に極力近づける必要があるため、受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを、受光素子１０１の耐圧付近にまで上昇させると共に、受光素子１０１としてミラーウエハを含む素子を使用することが有効である。

なお、逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを、受光素子１０１の耐圧付近とした場合は、受光素子１０１の接合容量を、約１／２に低下することが可能となる。また、受光素子１０１を、拡散ウエハを含む素子からミラーウエハを含む素子へと変更した場合は、受光素子１０１の接合容量を、上記逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを受光素子１０１の耐圧付近とした場合と独立に、約１／２に低下することが可能となる。

従って、これらの対策により、例えば、受光素子１０１の接合面積を４倍以上とした場合における接合容量は、上記設計上の許容値（例えば、１０ｐＦ以下）を達成こそしないものの充分に低下できるため、これらの対策が為された赤外線通信機１００では、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能である。

また、図３は、受光素子１０１の有効面積、通信距離、および、受光素子１０１の構成および印加される逆バイアス電圧の電圧値の相関を示すグラフである。なお、図２に示すグラフにおいて、縦軸は、通信距離を、横軸は、受光素子１０１の有効面積（フォトダイオード有効面積）をそれぞれ示している。

受光素子１０１として拡散ウエハを含むＰＤを使用し、かつ、受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲが０．７Ｖである場合、受光素子１０１の有効面積が約１ｍｍ^２であるときの通信距離は、１００ｃｍ、即ち、１ｍ程度となる。

受光素子１０１として拡散ウエハを含むＰＤを使用し、かつ、受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲが１８Ｖである場合、受光素子１０１の有効面積が約４ｍｍ^２であるときの通信距離は、１９０ｃｍ、即ち、１．９ｍ程度となる。

受光素子１０１としてミラーウエハを含むＰＤを使用し、かつ、受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲが１８Ｖである場合、受光素子１０１の有効面積が約１６ｍｍ^２であるときの通信距離は、３８０ｃｍ、即ち、３．８ｍ程度となる。

１．受光素子１０１としてミラーウエハを含む素子を使用すること
２．受光素子１０１に印加される逆バイアス電圧の電圧値ＶＲを充分大きくすること
３．受光素子１０１の接合面積を充分大きくすること
により、通信距離の実力が３ｍ以上の赤外線通信機１００が実現可能である。

なお、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂに逆バイアス電圧を印加することによる効果は、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂの接合容量を充分に低下させる効果だけでなく、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂの応答速度を高速化させる効果も存在する。

また、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂを、ＩＣ１５０の外部に備えることによって、赤外線通信機１００の端子１７０Ｒ、もしくはＩＣ１５０の端子１７０Ｉ、等に発生し得る雑音成分（飛び込みノイズ成分、電源ノイズ成分、電磁ノイズ成分等）を低減するためには、図１に示すとおり、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂと逆バイアス電圧源１７２との間に、ＲＣフィルタ回路１７１が接続されているのが好ましい。これにより、通信距離を短くする要因となる雑音成分を除去することが可能となるため、通信距離をさらに長距離化することができる。

また、ＩＣ１５０は、受光素子および発光素子が省略されている点を除けば、図６に示す赤外線通信機ＩＣ６００と実質同一の構成を有するものであると言える。即ち、ＩＣ１５０は、図６に示す赤外線通信機ＩＣ６００において、受光素子６０１および発光素子６１５を省略することのみで得られるため、該ＩＣ１５０に受光素子１０１Ａ、１０１Ｂを接続した赤外線通信機１００の構成は、図６に示す赤外線通信機ＩＣ６００への適用に際しても都合がよいものであると言える。

即ち、図６に示す赤外線通信機ＩＣ６００等の、受光素子および発光素子を備える送受信機では一般的に、該受光素子および発光素子の総数だけ、図示しない集光レンズを備えるが、赤外線通信機１００は、こうした送受信機を、受信専用の通信デバイス（受信機）として流用することで得られるものである。赤外線通信機１００は、受光素子および発光素子を備える送受信機において、該発光素子を省略し、該発光素子が省略された部分に、別の受光素子を備えることにより、該省略された発光素子用に備えられた上記集光レンズを該別の受光素子用として流用することにより構成された受信機であると解釈することができる。つまり、赤外線通信機１００は、一般的な送受信機を受信専用のデバイスとして流用することで、本来発光素子が備えられるべき部分にも、受光素子を備える構成を実現している。結果、赤外線通信機１００では、発光素子が省略されるかわりに、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂという、２個の受光素子を備える構成を可能としている。

従って、受光素子を２つ有する構成とする場合であっても、受信した信号の入力端子をＩＣ１５０の端子１７０Ｉの１端子だけ設ける構成で充分であるため、例えば一般的な送受信機（図６参照）への適用に際しても都合がよい。また、受光素子を２個、ひいては受光素子を複数個設ける構成とすることにより、上記通信距離を飛躍的に長距離化することが可能となる。
〔実施の形態２〕
図４は、本発明の実施形態を示すものであり、別の受信機の等価回路を示す図である。なお、説明の便宜上、すでに図面を用いて説明した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記してその説明を省略する。

図４に示す赤外線通信機４００は、図１に示す赤外線通信機１００の構成において、発光素子１１５をさらに備える構成である。

発光素子１１５は、ＩＣ１５０の出力端子１１６Ｉおよび赤外線通信機４００の出力端子１１６Ｒを介して、送信処理回路１２０の駆動回路１１３に接続されている。また、発光素子１１５は、赤外線通信機４００の外部に備えられる、即ち、赤外線通信機４００に外付けされている。発光素子１１５等の、本発明に係る発光素子としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の素子が使用される。

図４に示す赤外線通信機４００は、受信機としてのデータ受信機能に加え、発光素子１１５および送信処理回路１２０によるデータ送信機能をさらに具備するものである。

即ち、赤外線通信機４００のＩＣ１５０では、送信処理回路１２０において、上記前段のシステムから送信された電気信号が、赤外線通信機４００の入力端子１１１ＲおよびＩＣ１５０の入力端子１１１Ｉを介して、制御回路１１２へと入力される。なお、この時点で電気信号は、電圧である。

制御回路１１２は、入力された電気信号に対して各種の信号処理を行い、駆動回路１１３へと出力する。

駆動回路１１３は、制御回路１１２からの電気信号に基づいて、発光素子１１５を駆動するための電気信号を、電流として生成し、ＩＣ１５０の出力端子１１６Ｉおよび赤外線通信機４００の出力端子１１６Ｒを介して、発光素子１１５へと出力する。

発光素子１１５は、駆動回路１１３からの電気信号（電流）に応じて発光する、即ち、光信号を出力する。発光素子１１５から出力された光信号は、図示しない他の通信デバイスへと送信される。

なお、送信処理回路１２０は、通信レート（２．４ｋｂｐｓ〜４Ｍｂｐｓ）と、発光素子１１５が出力する光の放射強度（２０ｃｍのデータ通信を可能とする程度の強度であるローパワーおよび１ｍのデータ通信を可能とする程度の強度であるハイパワー）と、に応じたデータ送信を実施するシステムである。

上記の構成によれば、図４に示す赤外線通信機４００内部のように、本来発光素子が備えられる赤外線通信機４００部分において、該発光素子のかわりに受光素子を備える構成とする場合であっても、発光素子１１５を、赤外線通信機４００自身の外部に設け、駆動回路１１３に外付けすることにより、光信号の送信が可能となる。結果、図４に示す赤外線通信機４００は、例えば赤外線通信によるデータ受信機能およびデータ送信機能を兼備することで、他の通信デバイスとの双方向通信を可能とする、受信機として好適に用いることができる。

なお、便宜上、本実施の形態では、図４に示す赤外線通信機４００を、「データ送信機能をさらに備える受信機」と定義してきたが、当然ながら、この赤外線通信機４００は、データ受信機能およびデータ送信機能を兼備する「送受信機」と定義することも可能である。

つまり、図４に示す赤外線通信機４００は、受光素子１０１Ａと、発光素子１１５と、駆動回路１１３と、を備え、赤外線通信機４００内部から発光素子１１５を省略し、発光素子１１５が省略された赤外線通信機４００内部に受光素子１０１Ｂをさらに備え、駆動回路１１３が、赤外線通信機４００に外付けされた発光素子１１５を駆動する「送受信機」と解釈することも可能である。
〔実施の形態３〕
図５は、本発明の実施形態を示すものであり、別の受信機の等価回路を示す図である。なお、説明の便宜上、すでに図面を用いて説明した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記してその説明を省略する。

図５に示す赤外線通信機５００は、図１に示す赤外線通信機１００の構成において、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂのかわりに、受光素子１０１を備える構成である。即ち、赤外線通信機５００は、赤外線通信機１００の構成において、受光素子が１個省略された構成である。

図５に示す赤外線通信機５００の構成においては、受光素子および発光素子の総数が１個（即ち、受光素子１０１）であるため、上述した集光レンズについても同様に、１個備えるだけで充分である。

そのため、図５に示す赤外線通信機５００では、図１に示す赤外線通信機１００、および図４に示す赤外線通信機４００と比較して、省スペース化が実現可能である。
〔実施の形態４〕
図７は、本発明の実施形態を示すものであり、電子機器の構成例を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、すでに図面を用いて説明した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記してその説明を省略する。

図７に示すとおり、本電子機器は、例えばＩｒＤＡ規格に準拠した赤外線通信機能を具備しており、赤外線によって他の通信デバイスとの間でデータ通信を行うものである。図７に示す電子機器は、ＩｒＤＡモジュール７００と、インターフェース回路７０２と、電池７０３と、筐体７０４と、を備える構成である。

赤外線通信素子であるＩｒＤＡモジュール７００は、送信回路７１１および受信回路７１２を内蔵すると共に、発光素子７１５および受光素子７０１を有しており、発光素子７１５および受光素子７０１を外部に露出させるように筐体７０４に取り付けられている。筐体７０４の内部には、インターフェース回路７０２および電池７０３が設けられている。

インターフェース回路７０２は、送信情報に基づいて変調処理等を行うことにより、送信回路７１１に与えるための送信データ（送信信号）を生成する。また、インターフェース回路７０２は、受信回路７１２からの受信データ（受信信号）に基づいて復調処理等を行うことにより受信情報を出力する。

電池７０３は、ＩｒＤＡモジュール７００に電力を供給するために設けられており、電源ライン（Ｖｃｃ）およびＧＮＤラインを介して、ＩｒＤＡモジュール７００に接続されている。なお、この電池７０３は、インターフェース回路７０２に電力を供給していてもよい。なお、説明を省略している参照符号Ｉｃｃの部材は、図示しない保護回路用の電源ラインである。

受信回路７１２は、受光素子７０１によって受信した光信号を光電変換して得られた電気信号を増幅して、受信データを出力する回路である。受信回路７１２としては、受信処理回路１１０（図１、図４、図５参照）が、受光素子７０１としては、受光素子１０１Ａ、１０１Ｂ（図１、図４参照）、もしくは受光素子１０１（図５参照）が、それぞれ用いられる。

送信回路７１１は、送信信号（電気信号）を、発光素子７１５によって光信号に変換して外部に送信するために、発光素子７１５を駆動する駆動回路を含んでいる。送信回路７１１としては、送信処理回路１２０（図１、図４、図５参照）が、発光素子７１５としては、発光素子１１５（図４参照）が用いられる。

つまり、本電子機器では、受信回路７１２として、図１に示す赤外線通信機１００、もしくは図５に示す赤外線通信機５００を、送信回路７１１および受信回路７１２を兼備するものとして、図４に示す赤外線通信機４００を、それぞれ適用することが可能である。

これにより、電子機器においても、一般的な送受信機を使用した上で、受信側に関し、通信距離の充分な長距離化が実現可能である。

このように、本発明に係る受信機は、伝送された光信号を受信する電子機器における受信機として、好適に適用することができる。また同様に、本発明に係る送受信機は、伝送された光信号を受信する機能と、かつ、光信号を送信する機能とを兼備する電子機器における送受信機として、好適に適用することができる。こうした電子機器としては、携帯電話機をはじめとする携帯端末、赤外線ワイヤレスイヤホン等が挙げられる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、受信機、送受信機、およびこれらのいずれかを備えた電子機器に適用可能である。特に、本発明は、ＩｒＤＡ規格のＦＩＲ規格に準拠した赤外線受信機、赤外線送受信機、およびこれらのいずれかを備えた電子機器に適用可能である。

本発明の実施形態を示すものであり、受信機の等価回路を示す図である。 受信機の受光素子の有効面積、該受光素子の接合容量、および該受光素子に印加される逆バイアス電圧の電圧値の相関を示すグラフである。 上記受光素子の有効面積、通信距離、および、該受光素子の構成および該受光素子に印加される逆バイアス電圧の電圧値の相関を示すグラフである。 本発明の実施形態を示すものであり、別の受信機の等価回路を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、別の受信機の等価回路を示す図である。 複数の電子機器間におけるデータ通信を行う、一般的な送受信機の等価回路を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、電子機器の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１００、４００、５００ 赤外線通信機（受信機）
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、７０１ 受光素子
１１０ 受信処理回路（復調手段）
１１３ 駆動回路（駆動手段）
１１５、７１５ 発光素子
１７１ ＲＣフィルタ回路（ローパスフィルタ）
１７２ 逆バイアス電圧源（逆バイアス電圧印加手段）
７００ ＩｒＤＡモジュール（受信機、送受信機）

Claims (12)

1. 受光素子を備える受信機であって、
   上記受光素子に対して所定の逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加手段を備え、
   上記逆バイアス電圧の電圧値に応じて、上記受光素子の接合面積が設定されていることを特徴とする受信機。
2. 上記受光素子からの信号を復調する復調手段をさらに備え、
   上記受光素子の接合面積は、
   上記逆バイアス電圧が印加された上記受光素子の接合容量が、上記復調手段における設計上の許容値を満足するような接合面積に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 上記逆バイアス電圧は、上記復調手段の電源電圧よりも高い電圧値であることを特徴とする請求項２に記載の受信機。
4. 上記受光素子が、ミラーウエハを含む素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の受信機。
5. 上記受光素子と上記逆バイアス電圧印加手段との間に、ローパスフィルタが接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の受信機。
6. 発光素子を駆動する駆動手段を備えることにより送受信機として構成されており、
   上記発光素子が受信機自身の内部から省略されており、
   上記発光素子が省略された受信機自身の内部に、上記受光素子をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の受信機。
7. 自身の外部に接続された発光素子をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の受信機。
8. 上記受光素子は、ＩｒＤＡ規格に準拠した通信方式に基づく光信号を受光するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の受信機。
9. 通信速度が４Ｍｂｐｓ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の受信機。
10. 受光素子と、発光素子と、該発光素子を駆動する駆動手段と、を備える送受信機であって、
    上記発光素子が送受信機自身の内部から省略されており、
    上記発光素子が省略された送受信機自身の内部に、上記受光素子をさらに備え、
    上記駆動手段は、送受信機自身の外部に接続された発光素子を駆動するものであることを特徴とする送受信機。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の受信機を備える電子機器。
12. 請求項１０に記載の送受信機を備える電子機器。

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