JP2012175321A

JP2012175321A - 光受信回路およびその制御方法

Info

Publication number: JP2012175321A
Application number: JP2011034300A
Authority: JP
Inventors: Shuji Suzuki; 修司鈴木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】強い光信号直流分による回路飽和を防止する光受信回路およびその制御方法を提供する。
【解決手段】光信号を電流信号に変換するフォトダイオード（２０）と、電流信号に応じた電荷を蓄積するコンデンサ（７０）、コンデンサに蓄積されている電荷量を検出する検出部（６０）、コンデンサへ流入する電流信号を一定量減少させるバイパス回路（５３、６４）と、コンデンサに蓄積された電荷量が所定値を超えるとバイパス回路を一定時間だけ駆動する制御回路（６２，６３，６５，６６）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は光信号を受信する光受信回路に係り、特に入射光による回路の飽和を防止するための光受信回路およびその制御方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子による照明機器の普及が始まろうとしているが、それに伴い固体発光素子からの光を強度変調することによってデータ通信を行う可視光通信も利用され始めている。このような光通信に用いられる光受信回路では、強度の強い光や背景光が雑音として入射する場合があり、このような雑音に対する対策が種々提案されている。

たとえば、特許文献１に開示された光受信装置は、強度の強い光が短時間に立ち上がることによる光サージに対して耐性を高めるために、フォトダイオードに半導体可変抵抗素子を直列接続し、半導体可変抵抗素子に流れる電流を飽和させることでフォトダイオードに流れる電流を制限している。

また特許文献２に開示された個体撮像素子では、フォトダイオードに流れる光電流を２つの容量に電荷蓄積する際、蓄積電荷の極性を一定時間毎に反転させることで背景光に起因する成分を相殺して信号成分だけを抽出している。

特開２００８−３００７２６号公報特開２００８−０８９３４６号公報

しかしながら、光信号に強度の強い直流の妨害光が混入すると、受信回路が飽和して目的とする光信号が受信できなくなる問題があった。特に受信回路のフロントエンドにおいて強い直流分を含む光信号が入力されると、高い電圧が発生することによって電気回路が飽和してしまい光信号が受信できなり、後段で回路利得を調整しても防止できない。上述した特許文献１のように半導体可変抵抗素子をフォトダイオードに直列接続する構成では、信号光に大きな直流分の雑音光が重なった場合、半導体可変抵抗素子が常に飽和した状態となり、信号成分自体を受信できなくなる。

本発明の目的は、強い光信号直流分による回路飽和を防止する光受信回路およびその制御方法を提供することにある。

本発明による光受信回路は、前記光信号を電流信号に変換する光電変換手段と、前記電流信号に応じた電荷を蓄積する少なくとも１つの電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷量を検出する検出手段と、前記電荷蓄積手段へ流入する前記電流信号を一定量減少させるバイパス手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると前記バイパス手段を一定時間だけ駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による光受信回路の制御方法は、検出手段により前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷量を検出し、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると、バイパス手段を駆動して前記電荷蓄積手段へ流入する前記電流信号を一定量減少させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、強い光信号直流分による回路飽和を有効に防止することができる。

図１は本発明の第１実施形態による光受信回路の構成を示すブロック図である。図２（ａ）は直流成分が小さい光信号の強度が高いレベルから低いレベルに変化する場合の第１実施形態の動作を示す波形図であり、図２（ｂ）は直流成分が大きい光信号の強度が高いレベルから低いレベルに変化する場合の第１実施形態の動作を示す波形図である。図３（ａ）は直流成分が小さい光信号の強度が低いレベルから高いレベルに変化する場合の第１実施形態の動作を示す波形図であり、図３（ｂ）は直流成分が大きい光信号の強度が低いレベルから高いレベルに変化する場合の第１実施形態の動作を示す波形図である。図４（ａ）は直流成分が小さい光信号の強度が一定レベルである場合の第１実施形態の動作を示す波形図であり、図４（ｂ）は直流成分が大きい光信号の強度が一定レベルである場合の第１実施形態の動作を示す波形図である。図５は本発明の第２実施形態による光受信回路の構成を示すブロック図である。図６は直流成分が小さい光信号の強度が変化する場合の第２実施形態の動作を示す波形図である。図６は直流成分が大きい光信号の強度が変化する場合の第２実施形態の動作を示す波形図である。

本発明による光受信回路は、コンデンサを用いて光電流を電圧に変換しコンデンサの両端の電圧から信号を抽出する基本的な動作に加えて、光強度の高い直流妨害光が入射することでコンデンサの電圧が所定電圧を超えるとバイパス回路を開き光電流を一定量バイパスする。これによって強い直流分の雑音が混入しても受信回路の飽和を防止することができる。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

１．第１実施形態
１．１）構成
図１において、フォトダイオード２０はバイアス電源１０によって逆バイアスされている。フォトダイオード２０に入射された光信号３０は光電流４０に変換される。光電流４０は、通常は実線の矢印が示すように、アナログスッチ５０、アナログスイッチ５１を経由してコンデンサ７０に入力し、コンデンサ７０に電荷が蓄積され、蓄積電荷によりコンデンサ両端に電圧が生じる。アナログスイッチ５０はタイミング制御回路６３からの制御信号７１によってオン／オフ（開／閉）制御され、アナログスイッチ５１はタイミング制御回路６３からの制御信号７２によって実線矢印の経路と破線矢印の経路のいずれかに切替制御される。すなわち、アナログスイッチ５１は制御信号７２によってコンデンサ７０内の電荷を光電流４０によって充電（実線矢印）あるいは放電（破線矢印）する回路接続を実現する。

コンデンサ７０の両端の電圧は入力インピーダンスの高い差電圧検出回路６０によって高精度で検出される。またコンデンサ７０の両端にはアナログスイッチ５２が並列接続されており、コンデンサ７０を短絡して蓄積電圧をリセットする事ができる。

差電圧検出回路６０の出力である差電圧信号７４はサンプル・ホールド回路６１ならびに電圧比較回路６２に入力する。サンプル・ホールド回路６１はタイミング制御回路６３からの制御信号７６によって差電圧信号７４の電圧値を所定の期間保持する。

電圧比較回路６２は制御信号７３のタイミングで差電圧信号７４と定電圧回路６５の所定電圧値Ｖ１とを比較し、比較結果をＡＮＤ回路６６へ出力する。ただし電圧比較回路６２は比較結果を維持する機能を有する。すなわち、制御信号７３のタイミングで差電圧信号７４が所定電圧値Ｖ１を超えている場合（あるいはＶ１以下である場合）には電圧比較回路６２は比較結果であるＨレベル（あるいはＬレベル）を出力し、それを次の制御信号７３まで維持する。

またＡＮＤ回路６６にはタイミング制御回路６３から制御信号７３が入力されるので、電圧比較回路６２の比較出力が制御信号７３のタイミングでアナログスイッチ５３へ出力され、アナログスイッチ５３がオン／オフ制御される。アナログスイッチ５３がオンの場合は、定電流回路６４がアナログスイッチ５３経由でフォトダイオード４０に接続される。

なお、電圧比較回路６２、ＡＮＤ回路６６およびタイミング制御回路６３は、図示しないメモリに格納されたプログラムをＣＰＵ等のプログラム制御プロセッサ上で実行することにより同等の機能を実現することもできる。

１．２）動作
続いて、図２〜図４を参照しながら図１の受信回路の動作を詳細に説明する。

図２(a)は、フォトダイオード２０に入射する光信号３０が小さい直流分を有し、その強度が前半Ｌ２、後半Ｌ１と時間変化する場合の動作例を示す。Ｌ２はＬ１より大きい強度レベルである。制御信号７１は時刻t1からt3および時刻t4からt6においてＨレベルとなる。制御信号７２は前半がＬレベル、後半がＨレベルに変化しアナログスイッチ５１の経路を実線矢印の経路から破線矢印の経路へ切り替える。これにより、前半（時刻t1からt3）においてコンデンサ７０が光電流４０によって充電され、後半（時刻t4からt6）において光電流４０によって放電される。

図２(a)の時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになると、コンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出結果である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ２が余り大きくないので時刻t2においても定電圧回路の電圧V1に達しておらず、従って制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＬレベルである。したがってＡＮＤ回路６６経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。時刻t3までコンデンサ７０は充電され差電圧信号７４はV2まで到達する。

次に時刻t4からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ１に比例する光電流４０によって放電されるので、差電圧信号７４は電圧V2から減少はじめる。ここで時刻t1からt3までの時間間隔、時刻t4からt6までの時間間隔は同じであるので時刻t6においてはコンデンサ７０には電荷が残っており差電圧信号７４は時刻t6において正の電圧V+となっている。サンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値V+を保持して出力信号７５が得られる。また制御信号７６によってアナログスイッチ５２はコンデンサ７０の両端をショートさせ初期化も行う。

図２(b)は、フォトダイオード２０に入射する光信号３０が大きい直流分を有し、その強度が強度が前半Ｌ４、後半Ｌ３と時間変化する場合の例を示す。Ｌ４はＬ３より大きくかつ図２(a)のＬ２、Ｌ１とくらべて直流分が大きい。

図２(b)の時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出結果である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。図２(b)の場合、このときの光信号の強度が大きいので時刻t2で定電圧回路の電圧V1以上の電圧V3に達する。したがって制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＨレベルとなり、制御信号７３のタイミングでＡＮＤ回路６６を通してアナログスイッチ５３をオンにする。これにより定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０に流入する電流が減少し、時刻t2からt3までの差電圧信号７４の上昇を小さく抑えることがでる。したがって、差電圧信号７４が回路の制限電圧V4に到達する事態を未然に防止できる。

続いて、時刻t4からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ３に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路６２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t5からt6までの時間間隔で制御信号７３がＨレベルになるとアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。この結果、時刻t6においてコンデンサ７０に残存している電荷が信号分に相当する正の電圧V+となる。よってサンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。

このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、光電流をバイパスすることでコンデンサ７０の蓄積電荷量を抑制し受信回路内での飽和を未然に防ぐことができる。これによって光信号が前半から後半にかけて僅かに減少したという変化をV+パルスで示す出力信号７５を取り出すことができる。

図３(a)はフォトダイオード２０に入射する光信号３０が小さい直流分を有し、その強度が前半Ｌ１、後半Ｌ２と時間変化する場合の動作例を示す。時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出結果である差電圧信号７４は図３(a)に示すように初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ１が余り大きくないので時刻t2においても定電圧回路６５の電圧V1に達しておらず、従って制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＬレベルであり、したがってＡＮＤ回路６６経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。時刻t3までコンデンサ７０は充電され差電圧信号はV5まで到達する。

次に時刻t4からコンデンサ７０は光信号４１の強度Ｌ１より大きな強度Ｌ２に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は電圧V5から減少しはじめる。ここで時刻t1からt3までの時間間隔、時刻t4からt6までの時間間隔は同じであるので時刻t6においてはコンデンサ７０の差電圧信号７４は負の電圧V-となる。サンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。また制御信号７６によってアナログスイッチ５２がオンとなりコンデンサ７０の両端をショートして初期化も行う。

図３(b)は、フォトダイオード２０に入射する光信号３０が大きい直流分を有し、その強度が前半Ｌ３、後半Ｌ４と時間変化する場合の例を示す。Ｌ４はＬ３より大きくかつ図３(a)のＬ２、Ｌ１とくらべて直流分が大きい場合である。時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出結果である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度が大きいので時刻t2において定電圧回路の電圧V1以上の電圧V8に達する。これによって制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＨレベルとなりＡＮＤ回路６６経由でアナログスイッチ５３は時刻t2からt3の間にオンとなり、定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０に流入する電流が減少する。これにより時刻t2からt3までの差電圧信号７４の上昇が小さく抑えられる。すなわち、差電圧信号７４は回路の制限値である電圧V4に到達する前に抑制される。

図３(b)の時刻t4からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ４に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路６２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t5からt6までの時間間隔で制御信号７３がＨレベルになるとアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。この結果、時刻t6においてコンデンサ７０に残存している電荷が信号分に相当する負の電圧V-となる。よってサンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。

このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、光電流をバイパスすることでコンデンサ７０の蓄積電荷量を抑制し受信回路内での飽和を未然に防ぐことができる。これによって光信号が前半から後半にかけて僅かに増加したという変化をV-パルスで示す出力信号７５を得ることができる。

図４(a)は、フォトダイオード２０に入射する光信号３０が小さい直流分を有し、その強度がＬ２一定で時間変化しない場合の例を示す。時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出結果である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ２が余り大きくないので時刻t2においても定電圧回路の電圧V1に達しておらず、従って制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＬレベルであり、ＡＮＤ回路６６経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。時刻t3までコンデンサ７０は充電され差電圧信号はV2まで到達する。

次に時刻t4からコンデンサ７０は同じ光電流４０によって放電されるので、差電圧信号７４は電圧V2から減少はじめる。ここで時刻t1からt3までの時間間隔、時刻t4からt6までの時間間隔は同じであるので時刻t6においてはコンデンサ７０の差電圧信号７４は時刻t6においてゼロとなる。サンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。また制御信号７６によってアナログスイッチ５２を制御してコンデンサ７０の両端をショートして初期化も行う。

図４(b)は、フォトダイオード２０に入射する光信号３０が大きい直流分を有し、その強度がＬ４一定で時間変化しない場合の例を示す。Ｌ４はＬ２とくらべて直流分が大きい場合である。時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出結果である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ４が大きいので時刻t2において定電圧回路の電圧V1以上の電圧V3に達する。これによって制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＨレベルとなりＡＮＤ回路６６経由でアナログスイッチ５３は時刻t2からt3の間にオンとなる。これによって、定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０に流入する電流が減少し、時刻t2からt3までの差電圧信号７４上昇が小さく抑えられる。したがって、差電圧信号７４は回路の制限電圧V4に到達する前に抑制される。

時刻t4からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ４に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路６２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t5からt6までの時間間隔で制御信号７３がＨレベルになるとアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。この結果、時刻t6においてコンデンサ７０に残存している電荷がゼロになる。よってサンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。

このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、光電流をバイパスすることでコンデンサ７０の蓄積電荷量を抑制し受信回路内での飽和を未然に防ぐことができる。これによって光信号が前半から後半にかけて変化がなかったことを示す出力信号７５を得ることができる。

１．３）効果
上述したように，本実施形態によれば、光電流を電圧に変換する手段として通常の抵抗に替えてコンデンサを用い、コンデンサの検出電圧が所定値より大きくなると光電流を一定量バイパスする回路を設ける。これよって強い光信号直流分によって高い電圧がコンデンサで発生することがなくなり、後段の電気回路での回路飽和を防止することができる。

２．第２実施形態
２．１）構成
図５において、バイアス電源１０、フォトダイオード２０、アナログスッチ５０、アナログスッチ５１、コンデンサ７０、アナログスイッチ５２、差電圧検出回路６０、サンプル・ホールド回路６１、電圧比較回路６２、定電圧回路６５、ＡＮＤ回路６６、アナログスイッチ５３および定電流回路６４は、図１に示す回路と同じ構成および機能を有するので、同じ参照番号を付して説明は省略する。

本実施形態による光受信回路は、さらに、図１の回路と同様に接続されたアナログスッチ５５、アナログスッチ５６、コンデンサ９０、アナログスイッチ５７、差電圧検出回路８０、サンプル・ホールド回路８１、電圧比較回路８２、定電圧回路８５およびＡＮＤ回路８６を有する。すなわち、光電流４０は、通常は実線の矢印が示すように、アナログスッチ５５、アナログスイッチ５６を経由してコンデンサ７０に入力し、コンデンサ９０に電荷が蓄積され、蓄積電荷によりコンデンサ両端に生じる電圧が差電圧検出回路８０により検出される。以下、図１の回路と同様に、アナログスイッチ５７、差電圧検出回路８０、サンプル・ホールド回路８１、電圧比較回路８２、定電圧回路８５およびＡＮＤ回路８６が接続されているので、それらの構成および機能の説明は省略する。

異なる構成としては、本実施形態による光受信回路では、図５に示すように、サンプル・ホールド回路６１および８１からそれぞれ出力される出力信号７５および９５が加算回路８８により加算されて出力信号９９となる。また、ＡＮＤ回路６６および８６のＡＮＤ出力がそれぞれＯＲ回路８９に入力し、その論理和出力によってアナログスイッチ５３がオン／オフ制御される。さらに、タイミング制御回路８７は制御信号７１をアナログスイッチ５０へ、制御信号９１をアナログスイッチ５５へそれぞれ出力し、制御信号７２をアナログスイッチ５１および５６へ共通に出力し、制御信号７６をアナログスイッチ５２およびサンプル・ホールド回路６１へ、制御信号９６をアナログスイッチ５７およびサンプル・ホールド回路８１へそれぞれ共通に出力する。さらに、制御信号７３を電圧比較回路６２およびＡＮＤ回路６６へ、制御信号９３を電圧比較回路８２およびＡＮＤ回路８６へそれぞれ共通に出力する。

２．２）動作
続いて、図６および図７を参照しながら図５に示す光受信回路の動作を詳細に説明する。

図６は直流分の小さい光信号３０の強度がＬ１、Ｌ２と時間変化する場合の例を示す。図６の時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出値である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ２が余り大きくないので時刻t2において定電圧回路６５の電圧V1に達しておらず、制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＬレベルである。この時点で他方のアナログスイッチ５５側の回路は動作していないので、ＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。時刻t3までコンデンサ７０は充電され差電圧信号はV2まで到達する。

次に図６の時刻t6からコンデンサ７０は光信号４１の強度Ｌ２より小さい強度Ｌ１に比例する光電流３０によって放電されるので、差電圧信号７４は電圧V2から減少しはじめる。ここで時刻t1からt3までの時間間隔、時刻t6からt8までの時間間隔は同じであるので時刻t8においてはコンデンサ７０の差電圧信号７４は正の電圧V+となる。サンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。また制御信号７６によってアナログスイッチ５２を制御してコンデンサ７０の両端をショートして初期化も行う。

さらに時刻t11において、アナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電がまた開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出値である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ１が余り大きくないので時刻t12においても定電圧回路６５の電圧V1に達しておらず、制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＬレベルである。したがって、ＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。このまま時刻t13までコンデンサ７０は充電される。次に時刻t16からコンデンサ７０は光信号３０のＬ１より大きな強度Ｌ２に比例する光電流３０によって放電されるので、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで時刻t11からt13までの時間間隔、時刻t16からt18までの時間間隔は同じであるので時刻t18においてはコンデンサ７０の差電圧信号７４は負の電圧V-となる。サンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。また制御信号７６によってアナログスイッチ５２を制御してコンデンサ７０の両端をショートして初期化も行う。

ひき続き時刻t21において、アナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が再度開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出値である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ１が余り大きくないので時刻t22においても定電圧回路６５の電圧V1に達しておらず電圧比較回路６２の出力はＬレベルなのでＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。時刻t23までコンデンサ７０は充電される。次に時刻t27からコンデンサ７０は同じ光電流４０によって放電されるので、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで時刻t21からt23までの時間間隔、時刻t27からt29までの時間間隔は同じであるので時刻t29においてはコンデンサ７０の差電圧信号７４はゼロとなる。サンプル＆ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。また制御信号７６によってアナログスイッチ５２を制御してコンデンサ７０の両端をショートして初期化も行う。

一方、図６の時刻t8において、アナログスイッチ５５が制御信号９１によってオンになるとコンデンサ９０の充電が再度開始される。コンデンサ９０の両端の電圧の検出値である差電圧信号９４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ１が余り大きくないので時刻t10においても定電圧回路８５の電圧V1に達しておらず、制御信号９３のタイミングで電圧比較回路８２の出力はＬレベルであり、ＡＮＤ回路８６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。このまま時刻t10までコンデンサ９０は充電される。次に時刻t13からコンデンサ９０は同じレベルＬ１の光電流３０によって放電されるので、差電圧信号９４は減少しはじめる。ここで時刻t8からt10までの時間間隔、時刻t13からt15までの時間間隔は同じであるから時刻t15においてはコンデンサ９０の差電圧信号９４はゼロとなる。サンプル・ホールド回路８１が制御信号９６に応じてこの電圧値を保持して出力信号９５が得られる。また制御信号９６によってアナログスイッチ５７を制御してコンデンサ９０の両端をショートして初期化も行う。

引き続き時刻t18において、アナログスイッチ５５が制御信号９１によってオンになるとコンデンサ９０の充電が再度開始される。コンデンサ９０の両端の電圧の検出値である差電圧信号９４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ２が余り大きくないので時刻t19においても定電圧回路８５の電圧V1に達しておらず、制御信号９３のタイミングで電圧比較回路８２の出力はＬレベルであるから、ＡＮＤ回路８６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３はオンにならない。このまま時刻t20までコンデンサ９０は充電され差電圧信号はV2まで到達する。次に時刻t23からコンデンサ９０は光信号３０のＬ２より小さい強度Ｌ１に比例する光電流４０によって放電されるので、差電圧信号９４は電圧V2から減少はじめる。ここで時刻t18からt20までの時間間隔、時刻t25からt27までの時間間隔は同じであるので時刻t27においてはコンデンサ９０の差電圧信号９４は正の電圧V+となる。サンプル・ホールド回路８１が制御信号９６に応じてこの電圧値を保持して出力信号９５が得られる。また制御信号９６によってアナログスイッチ５７を制御してコンデンサ９０の両端をショートして初期化も行う。

そして出力信号７５と出力信号９５を加算回路８８にて処理することによって加算出力信号９９が得られる。加算出力信号９９は光信号が減少した変化をV+パルスで、増加したという変化をV-パルスで示す信号として利用することができる。

図７は、直流分の大きい光信号３０の強度がＬ４、Ｌ３と時間変化する場合の例を示す。Ｌ４はＬ３より大きくかつ図６のＬ２、Ｌ１とくらべて直流分が大きい。時刻t1においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出値である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度が大きいので時刻t2において定電圧回路６５の電圧V1以上の電圧に達している。これによって制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＨレベルとなり、ＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３は時刻t2からt3の間にオンとなる。これにより定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０に流入する電流が減少し、時刻t2からt3までの差電圧信号７４の上昇が抑制される。すなわち、差電圧信号７４は回路制限電圧V4に到達する前に抑制されている。

続いて、時刻t6からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ３に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路６２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t7からt8までの時間間隔で制御信号７３がＨレベルになるとＯＲ回路８９を通してアナログスイッチ５３がオンとなり定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。これにより時刻t8においてはコンデンサ７０には電荷が残っており差電圧信号７４は正の電圧V+となる。よってサンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、受信回路内での飽和を防止でき、光信号が僅かに減少したという変化をV+パルスで示す出力信号７５を得ることができる。

続いて時刻t11において、アナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出値である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって再び上昇する。このときの光信号の強度が大きいので時刻t12において定電圧回路の電圧V1以上の電圧に達する。これによって制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＨレベルとなりＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３は時刻t12からt13の間にオンとなる。これにより定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０に流入する電流が減少する。したがって時刻t12からt13までの差電圧信号７４の上昇が小さく抑えられ、回路制限電圧V4に到達するような事態を防止できる。

つづいて時刻t16からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ４に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路６２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t17からt18までの時間間隔で制御信号７３がＨレベルになるとＯＲ回路８９を通してアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。これにより時刻t18においてコンデンサ７０の差電圧信号７４は負の電圧V-となる。よってサンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、受信回路内での飽和を防止でき、光信号が僅かに増加したという変化をV-パルスで示す出力信号７５を得ることができる。

引き続き、時刻t21においてアナログスイッチ５０が制御信号７１によってオンになるとコンデンサ７０の充電が開始される。コンデンサ７０の両端の電圧の検出値である差電圧信号７４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ４が大きいので時刻t22においても定電圧回路の電圧V1以上の電圧に達する。これによって制御信号７３のタイミングで電圧比較回路６２の出力はＨレベルとなりＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３は時刻t22からt23の間にオンとなる。これにより定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０に流入する電流が減少し、時刻t22からt23までの差電圧信号７４の上昇が小さく抑えられるので、回路の制限電圧V4に到達するような事態を防止できる。時刻t27からコンデンサ７０は光信号３０の強度Ｌ４に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号７４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路６２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t28からt29までの時間間隔で制御信号７３がＨレベルになるとＯＲ回路８９を通してアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。これにより時刻t29においてはコンデンサ７０の差電圧信号７４はゼロとなる。よってサンプル・ホールド回路６１が制御信号７６に応じてこの電圧値を保持して出力信号７５が得られる。このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、受信回路内での飽和を防止でき、光信号が変化が無かったことを示す出力信号７５を得ることができる。

一方、時刻t8においてアナログスイッチ５５が制御信号９１によってオンになるとコンデンサ９０の充電が開始される。コンデンサ９０の両端の電圧の検出値である差電圧信号９４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度Ｌ３が大きいので時刻9において定電圧回路の電圧V1以上の電圧に達する。これによって制御信号９３のタイミングで電圧比較回路８２の出力はＨレベルとなりＡＮＤ回路８６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３は時刻t9からt10の間にオンとなる。これにより定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ９０に流入する電流が減少し、時刻t9からt10までの差電圧信号９４の上昇が小さく抑えられるので、回路制限電圧V4に到達するような事態を防止できている。続いて時刻t13からコンデンサ９０は光信号３０の強度Ｌ３に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号９４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路８２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t14からt15までの時間間隔で制御信号９３がＨレベルになるとＯＲ回路８９を通してアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。これにより時刻t15においてコンデンサ９０の差電圧信号９４はゼロとなり、サンプル・ホールド回路８１が制御信号９６に応じてこの電圧値を保持して出力信号９５が得られる。このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、受信回路内での飽和を防止でき、光信号が変化が無かったことを示す出力信号９５を得ることができる。

さらに、時刻t18においてアナログスイッチ５５が制御信号９１によってオンになるとコンデンサ９０の充電が開始される。コンデンサ９０の両端の電圧の検出値である差電圧信号９４は初期値ゼロから充電によって上昇する。このときの光信号の強度が大きいので時刻t19において定電圧回路の電圧V1以上の電圧に達する。これによって制御信号９３のタイミングで電圧比較回路８２の出力はＨレベルとなりＡＮＤ回路６６およびＯＲ回路８９経由でアナログスイッチ５３は時刻t19からt20の間にオンとなる。したがって定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ９０に流入する電流が減少し、時刻t19からt20までの差電圧信号９４の上昇が小さく抑えられ、差電圧信号９４が回路制限電圧V4に到達するような事態を防止できる。

続いて時刻t23からコンデンサ９０は光信号３０の強度Ｌ３に比例する光電流４０によって放電され、差電圧信号９４は減少しはじめる。ここで電圧比較回路８２の出力はＨレベルを維持しているので、時刻t24からt25までの時間間隔で制御信号９３がＨレベルになるとＯＲ回路８９を通してアナログスイッチ５３がオンとなり、後半も同様に定電流回路６４の電流値の分だけコンデンサ７０から流出する電流を減らすことができる。これにより時刻t25においてコンデンサ９０には電荷が残っており差電圧信号７４は正の電圧V+となる。よってサンプル・ホールド回路８１が制御信号９６に応じてこの電圧値を保持して出力信号９５が得られる。このように直流分の大きな光信号が入力された場合も、受信回路内での飽和を防止でき、光信号が僅かに減少したという変化をV+パルスで示す出力信号９５を得ることができる。

なお、上述した第１および第２実施形態において、アナログスイッチに替えてトランジスタスイッチ、ＦＥＴスイッチ、化合物半導体スイッチなどのスイッチを利用しても得られる効果は同様である。

２．３）効果
上述したように，本実施形態によれば、位相をずらしたタイミングで受信信号を得ることができ、さらに第１実施形態と同様に、強い光信号直流分によって高い電圧がコンデンサで発生することがなくなり後段の電気回路での回路飽和を防止できるという効果を得ることができる。

本発明は可視光通信などの光通信システムに使用される光受信回路に適用可能である。

１０バイアス電源
２０フォトダイオード
５０、５１、５２、５５、５６、５７アナログスッチ
７０，９０コンデンサ７０
６０、８０差電圧検出回路
６１、８１サンプル・ホールド回路
６２、８２電圧比較回路
６３、８７タイミング制御回路
６５、８５定電圧回路
６６、８６ＡＮＤ回路
８８加算回路
８９ＯＲ回路

Claims

光信号を受信する光受信回路であって、
前記光信号を電流信号に変換する光電変換手段と、
前記電流信号に応じた電荷を蓄積する少なくとも１つの電荷蓄積手段と、
前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷量を検出する検出手段と、
前記電荷蓄積手段へ流入する前記電流信号を一定量減少させるバイパス手段と、
前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると前記バイパス手段を一定時間だけ駆動する制御手段と、
を有することを特徴とする光受信回路。
前記制御手段は、さらに、前記電荷蓄積手段に対して前記電流信号による充電と放電とを順次実行し、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると、充電時および放電時の両方で前記バイパス手段を前記一定時間だけ駆動することを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
複数の電荷蓄積手段を有し、前記制御手段は、前記複数の電荷蓄積手段に対して一定の周期の異なる位相タイミングで前記電流信号による充電と放電とを繰り返し、
さらに、各周期の充電および放電により得られる各電荷蓄積手段の残留電荷に基づいて受信信号を生成する出力手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光受信回路。
光信号を電流信号に変換する光電変換手段と、前記電流信号に応じた電荷を蓄積する少なくとも１つの電荷蓄積手段と、を有する光受信回路の制御方法であって、
検出手段により前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷量を検出し、
前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると、バイパス手段を駆動して前記電荷蓄積手段へ流入する前記電流信号を一定量減少させる、
ことを特徴とする光受信回路の制御方法。
前記電荷蓄積手段に対して前記電流信号による充電と放電とを順次実行し、
前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると、充電時および放電時の両方で前記バイパス手段を前記一定時間だけ駆動する、
ことを特徴とする請求項４に記載の光受信回路の制御方法。
複数の電荷蓄積手段を有し、前記複数の電荷蓄積手段に対して一定の周期の異なる位相タイミングで前記電流信号による充電と放電とを繰り返し、
各周期の充電および放電により得られる各電荷蓄積手段の残留電荷に基づいて受信信号を生成する、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光受信回路の制御方法。
光信号を電流信号に変換する光電変換手段と、前記電流信号に応じた電荷を蓄積する少なくとも１つの電荷蓄積手段と、を有する光受信回路の制御機能をプログラム制御プロセッサにより実現するためのプログラムであって、
検出手段が前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷量を検出し、
前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると、バイパス手段が前記電荷蓄積手段へ流入する前記電流信号を一定量減少させる、
ように前記プログラム制御プロセッサを機能させることを特徴とするプログラム。
前記電荷蓄積手段に対して前記電流信号による充電と放電とを順次実行し、
前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷量が所定値を超えると、充電時および放電時の両方で前記バイパス手段を前記一定時間だけ駆動する、
ように前記プログラム制御プロセッサを機能させることを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
複数の電荷蓄積手段を有し、前記複数の電荷蓄積手段に対して一定の周期の異なる位相タイミングで前記電流信号による充電と放電とを繰り返し、
各周期の充電および放電により得られる各電荷蓄積手段の残留電荷に基づいて受信信号を生成する、
ように前記プログラム制御プロセッサを機能させることを特徴とする請求項７または８に記載のプログラム。