JP2503864B2 - Optical switch element drive controller - Google Patents

Optical switch element drive controller

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JP2503864B2 JP9903093A JP9903093A JP2503864B2 JP 2503864 B2 JP2503864 B2 JP 2503864B2 JP 9903093 A JP9903093 A JP 9903093A JP 9903093 A JP9903093 A JP 9903093A JP 2503864 B2 JP2503864 B2 JP 2503864B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光データ信号により情
報処理を行う光情報処理装置に用いられる光スイッチ素
子駆動制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch element drive control device used in an optical information processing device for processing information by an optical data signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】光入射の有無に応じて動作状態が変化す
る光スイッチ素子は、光情報処理装置のキーデバイスと
して、開発が進められている。その中で、pnpn接合
をもつサイリスタ構造に光検出器機能を組み込んだ光ス
イッチ素子では、図4の電圧−電流特性に示すように、
高インピーダンスのオフ状態と、低インピーダンスのオ
ン状態との間をスイッチングすることが可能である。こ
の時のスイッチ電圧は、光入射が無い場合にはV0 、光
入射が有る場合にはV1 となり、光入射の有無に応じて
変化する。従って、光スイッチ素子へ印加する駆動電圧
をスイッチ電圧V0 以下のセット電圧に設定し、一定エ
ネルギー以上の光入射を行うことにより、光スイッチ素
子をオフ状態からオン状態へとスイッチングさせること
ができる。この場合、スイッチングに必要な光エネルギ
ーは、セット電圧がスイッチ電圧V0 に近ずくほど小さ
くなる。発光機能がある光スイッチ素子では、オン状態
で光出力が得られ、光論理素子として機能させることが
できる。なおオフ状態へのスイッチングは、駆動電圧を
ホールド電圧V2 以下のリセット電圧とすることにより
実行される(例えば、特開平1−221727号公報に
記載の光論理素子を参照)。
2. Description of the Related Art An optical switch element whose operating state changes depending on the presence or absence of incident light is under development as a key device of an optical information processing apparatus. Among them, in the optical switch element in which the photodetector function is incorporated in the thyristor structure having the pnpn junction, as shown in the voltage-current characteristic of FIG.
It is possible to switch between a high impedance off state and a low impedance on state. The switch voltage at this time is V 0 when there is no light incident and V 1 when there is light incident, and changes depending on the presence or absence of light incident. Therefore, by setting the drive voltage applied to the optical switch element to a set voltage equal to or lower than the switch voltage V 0 and making light incident with a certain energy or more, the optical switch element can be switched from the off state to the on state. . In this case, the light energy required for switching becomes smaller as the set voltage approaches the switch voltage V 0 . An optical switch element having a light emitting function can obtain an optical output in an ON state and can function as an optical logic element. The switching to the off state is executed by setting the drive voltage to the reset voltage equal to or lower than the hold voltage V 2 (for example, refer to the optical logic element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-2221727).

【0003】このような光スイッチ動作は、LED素子
やレーザ素子とフォトトランジスタとを組み合わせた素
子などでも実現できる。
Such an optical switching operation can be realized by an LED element or an element in which a laser element and a phototransistor are combined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】光情報処理装置では通
常、クロック動作を行うが、上述のような光スイッチ素
子では、例えば図5に示すように、光スイッチ素子1に
対し駆動回路12から一定のセット電圧およびリセット
電圧が交互に繰り返す駆動電圧であるクロックパルスを
印加し、光入力4によってスイッチング制御を行う。こ
の場合の信号タイミングを図6に例示する。光スイッチ
素子1に加えるクロックパルスの周波数が高くなると、
リセット電圧の印加時間が短くなるため、光スイッチ素
子1を十分なオフ状態に移行させることが難しくなり、
それに伴って光スイッチ素子1のスイッチ電圧が低下す
る。これは、リセット動作が不十分であると、光スイッ
チ素子1の内部に残留キャリアを生じるからである。こ
のようにスイッチ電圧が低下すると、スイッチングに必
要となる光エネルギーが低下するため、図6に示すよう
に光入力4のパルス立上りから光出力14のパルス立上
りが得られるまでの時間が変化してしまう(t1
2 )。これに応じて光出力14のパルス幅も変化して
しまうが、このようなパルス幅の変動は、クロック同期
動作を行うときに不安定化の原因となる。
In an optical information processing apparatus, a clock operation is normally performed. However, in the above optical switch element, as shown in FIG. 5, for example, as shown in FIG. A clock pulse, which is a drive voltage in which the set voltage and the reset voltage are alternately repeated, is applied, and switching control is performed by the optical input 4. The signal timing in this case is illustrated in FIG. When the frequency of the clock pulse applied to the optical switch element 1 becomes high,
Since the application time of the reset voltage becomes short, it becomes difficult to shift the optical switch element 1 to a sufficiently off state,
Along with that, the switch voltage of the optical switch element 1 decreases. This is because if the reset operation is insufficient, residual carriers are generated inside the optical switch element 1. When the switch voltage thus decreases, the light energy required for switching decreases, so that the time from the rise of the pulse of the optical input 4 to the rise of the pulse of the optical output 14 changes as shown in FIG. End up (t 1
t 2 ). The pulse width of the optical output 14 also changes accordingly, but such fluctuations in the pulse width cause instability when performing the clock synchronization operation.

【0005】本発明の目的は、このような問題点を解消
して安定したパルス幅の光出力が得られる光スイッチ素
子駆動制御装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical switch element drive control device which solves such problems and can obtain a stable optical output with a pulse width.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の光スイッチ素子
駆動制御装置は、一定値以上の駆動電圧および光入力に
応答してスイッチング動作を行う光スイッチ素子と、こ
の光スイッチ素子が前記光入力のパルス立上りに応答し
て光パルスを出力し始めるまでの動作時間の長さに応じ
てその動作時間を所定の長さに揃えるよう前記駆動電圧
を設定するための制御信号を発生する制御手段と、前記
制御信号に応じ前記駆動電圧を設定して前記光スイッチ
素子に印加する駆動手段とを備える。
An optical switch element drive controller according to the present invention is an optical switch element that performs a switching operation in response to a drive voltage and an optical input of a certain value or more, and the optical switch element has the optical input. A control means for generating a control signal for setting the drive voltage so that the operating time is adjusted to a predetermined length according to the length of the operating time until the optical pulse is started to be output in response to the pulse rise of Drive means for setting the drive voltage according to the control signal and applying the drive voltage to the optical switch element.

【0007】[0007]

【作用】本発明では、図1に示すように、光スイッチ素
子1および駆動回路2のほかに、光スイッチ素子1の動
作時間を検出するパルス幅検出回路3を備えている。パ
ルス幅検出回路3は、光スイッチ素子1の過去のクロッ
ク周期における光出力14のパルス幅を検出し、駆動回
路2から出力するセット電圧を変化させる。パルス幅が
増大した場合にはセット電圧を低下させ、パルス幅が減
少した場合にはセット電圧を上昇させることにより、リ
セット時の光スイッチ素子1内の残留キャリアを減少ま
たは増大させて、光入力4のパルス立上りから光出力1
4のパルス立上りまでの時間長を安定化できる。
In the present invention, as shown in FIG. 1, in addition to the optical switch element 1 and the drive circuit 2, a pulse width detection circuit 3 for detecting the operating time of the optical switch element 1 is provided. The pulse width detection circuit 3 detects the pulse width of the optical output 14 in the past clock cycle of the optical switch element 1 and changes the set voltage output from the drive circuit 2. When the pulse width is increased, the set voltage is decreased, and when the pulse width is decreased, the set voltage is increased, thereby decreasing or increasing the residual carriers in the optical switch element 1 at the time of resetting, and thereby the optical input. Optical output 1 from pulse rise of 4
It is possible to stabilize the time length until the rise of pulse No. 4 of FIG.

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0009】図1は本発明の一実施例を示すブロック図
である。本実施例の光スイッチ素子駆動制御装置は、光
スイッチ素子1と、これに対し駆動電圧を印加する駆動
回路2と、光入力4に対する光スイッチ素子1からの光
出力14の応答時間を検出して、駆動回路2を制御する
パルス幅検出回路3とを備えている。光スイッチ素子1
には、pnpn接合構造に発光受光機能を組み合わせた
ものを使用している。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. The optical switch element drive controller of the present embodiment detects the response time of the optical switch element 1, the drive circuit 2 for applying a drive voltage thereto, and the optical output 14 from the optical switch element 1 with respect to the optical input 4. And a pulse width detection circuit 3 for controlling the drive circuit 2. Optical switch element 1
For this, a combination of a pnpn junction structure and a light emitting / receiving function is used.

【0010】図2は、本実施例の各回路の詳細構成例を
示すブロック図である。パルス幅検出回路3において
は、光出力検出回路5が光スイッチ素子1の出力光14
のパルスを検出して電気パルスに変換し、パルス幅測定
回路6がその電気パルスの幅をクロック回路8からのク
ロックパルスを計数することにより検出する。検出され
たパルス幅に対応して制御信号発生回路7は、予め記憶
させてあるセット電圧を表わすディジタル信号を読出し
て出力する。駆動回路2では、セット電圧発生回路9が
セット電圧のディジタル信号をアナログ電圧に変換して
切換えスイッチ11に送出する。リセット電圧発生回路
10は一定電圧を出力しており、その一定電圧とセット
電圧発生回路9からの送出電圧とを切換えスイッチ11
で切換えて、光スイッチ素子1に印加する駆動電圧を生
成する。クロック回路8は各回路の動作タイミングを指
示するクロックパルスを発生する。
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration example of each circuit of this embodiment. In the pulse width detection circuit 3, the optical output detection circuit 5 outputs the output light 14 of the optical switch element 1.
Pulse is detected and converted into an electric pulse, and the pulse width measuring circuit 6 detects the width of the electric pulse by counting the clock pulse from the clock circuit 8. In response to the detected pulse width, control signal generation circuit 7 reads and outputs a digital signal representing a set voltage stored in advance. In the drive circuit 2, the set voltage generation circuit 9 converts the digital signal of the set voltage into an analog voltage and sends it to the changeover switch 11. The reset voltage generating circuit 10 outputs a constant voltage, and the switch 11 switches between the constant voltage and the output voltage from the set voltage generating circuit 9.
And the drive voltage applied to the optical switch element 1 is generated. The clock circuit 8 generates a clock pulse indicating the operation timing of each circuit.

【0011】図3は本実施例の動作を例示する信号タイ
ミング図である。一定の周期およびデューティ比をもつ
クロックパルスを、駆動電圧として使用した場合、図6
について説明したように、リセット動作が不十分な状態
になると光スイッチ素子1内に残留キャリアを生じて光
出力14のパルス立上りが早目に生じ、光出力14のパ
ルス幅が増大する。本実施例では、パルス幅検出回路3
のパルス幅測定回路6でのパルス幅検出結果が増大(減
少)すると、制御信号発生回路7から駆動回路2のセッ
ト電圧発生回路9へ送出されるセット電圧の指示値をV
a からVb に減少(増大)させる。この結果、オン状態
にスイッチングするのに必要な光エネルギーが大きく
(小さく)なるので、光出力14のパルス立上りが早目
(遅目)になるのを防ぎ、安定したパルス幅の光出力1
4が得られる。
FIG. 3 is a signal timing diagram illustrating the operation of this embodiment. When a clock pulse having a fixed cycle and a duty ratio is used as a drive voltage, FIG.
As described above, when the reset operation becomes inadequate, residual carriers are generated in the optical switch element 1, the pulse rise of the optical output 14 occurs earlier, and the pulse width of the optical output 14 increases. In this embodiment, the pulse width detection circuit 3
When the pulse width detection result of the pulse width measuring circuit 6 increases (decreases), the set value instruction value sent from the control signal generating circuit 7 to the set voltage generating circuit 9 of the drive circuit 2 is V
Decrease (increase) from a to V b . As a result, the optical energy required for switching to the ON state becomes large (small), so that the pulse rise of the optical output 14 is prevented from being early (late), and the optical output 1 having a stable pulse width is provided.
4 is obtained.

【0012】なお本実施例では、光出力14のパルス幅
の増減に応じてセット電圧を降昇させているが、このよ
うな制御に限定する必要は無い。例えば光スイッチ素子
1に流れる電流の増減に応じてセット電流を降昇させた
り、あるいは光入力4のパルス立上りからこれに対応す
る光出力14のパルス立上りまでの時間の増減に応じて
セット電圧を昇降させるよう構成するのは容易であり、
本実施例と同様の効果が得られるのは明らかである。
In the present embodiment, the set voltage is lowered according to the increase / decrease of the pulse width of the optical output 14, but it is not necessary to limit to such control. For example, the set current is decreased according to the increase or decrease of the current flowing through the optical switch element 1, or the set voltage is changed according to the increase or decrease of the time from the pulse rise of the optical input 4 to the pulse rise of the corresponding optical output 14. Easy to configure to raise and lower,
It is obvious that the same effect as that of this embodiment can be obtained.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
イッチング動作時間を安定化した光スイッチ素子駆動制
御装置が実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an optical switch element drive control device in which the switching operation time is stabilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1における駆動回路2および検出回路3の詳
細構成を示すブロック図。
2 is a block diagram showing a detailed configuration of a drive circuit 2 and a detection circuit 3 in FIG.

【図3】本発明の一実施例の動作を例示する信号タイミ
ング図。
FIG. 3 is a signal timing diagram illustrating the operation of one embodiment of the present invention.

【図4】従来装置および本発明の一実施例で使用する光
スイッチ素子の電圧−電流特性を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing voltage-current characteristics of an optical switch element used in a conventional device and an embodiment of the present invention.

【図5】従来装置を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a conventional device.

【図6】従来装置の動作を例示する信号タイミング図。FIG. 6 is a signal timing diagram illustrating the operation of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光スイッチ素子 2 駆動回路 3 パルス幅検出回路 4 光入力 5 光出力検出回路 6 パルス幅測定回路 7 制御信号発生回路 8 クロック回路 9 セット電圧発生回路 10 リセット電圧発生回路 11 切換えスイッチ 14 光出力 1 Optical Switch Element 2 Drive Circuit 3 Pulse Width Detection Circuit 4 Optical Input 5 Optical Output Detection Circuit 6 Pulse Width Measurement Circuit 7 Control Signal Generation Circuit 8 Clock Circuit 9 Set Voltage Generation Circuit 10 Reset Voltage Generation Circuit 11 Changeover Switch 14 Optical Output

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一定値以上の駆動電圧および光入力に応
答してスイッチング動作を行う光スイッチ素子と、この
光スイッチ素子が前記光入力のパルス立上りに応答して
光パルスを出力し始めるまでの動作時間の長さに応じて
その動作時間を所定の長さに揃えるよう前記駆動電圧を
設定するための制御信号を発生する制御手段と、前記制
御信号に応じ前記駆動電圧を設定して前記光スイッチ素
子に印加する駆動手段とを備えることを特徴とする光ス
イッチ素子駆動制御装置。
1. An optical switch element that performs a switching operation in response to a drive voltage and an optical input of a certain value or more, and until the optical switch element starts to output an optical pulse in response to a pulse rise of the optical input. Control means for generating a control signal for setting the drive voltage so that the operation time is adjusted to a predetermined length in accordance with the length of the operation time; and the drive voltage is set according to the control signal to set the optical voltage. An optical switch element drive control device, comprising: a drive unit for applying to the switch element.
【請求項2】 前記制御手段が、前記光スイッチ素子の
出力光のパルス幅を検出するパルス幅検出手段と、その
検出結果に応じて前記制御信号を発生する制御信号発生
手段とを有する請求項1記載の光スイッチ素子駆動制御
装置。
2. The control means includes pulse width detection means for detecting the pulse width of the output light of the optical switch element, and control signal generation means for generating the control signal according to the detection result. 1. The optical switch element drive control device according to 1.
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