JP3239563B2

JP3239563B2 - Ａｖ光空間伝送の受光回路

Info

Publication number: JP3239563B2
Application number: JP28342293A
Authority: JP
Inventors: 英行中西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 2001-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH07135488A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は赤外線によってＡＶ信号
を空間伝送する装置の受光回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、ＡＶ機器間の信号伝送をコードレ
スで行おうとする試みがなされている。その方法として
は、本来電波を用いるのが好ましいが、電波法の規制か
らもっぱら赤外線による光伝送が用いられている。図７
は光伝送の代表的な構成図で、１は変調回路、２は発光
素子駆動回路、３は電気信号を光信号に変換する発光素
子である。これらの構成要素１〜３で送信回路８を構成
している。また、４は発光素子３から出力された光信号
を受けて電気信号（光電流）に変換する受光素子、５は
受光素子４から出力される光電流を検出し信号電圧に変
換して出力する光電流検出抵抗、６は光電流検出抵抗５
で発生する信号電圧を所定の振幅に増幅するオートゲイ
ンコントロール回路（以下、ＡＧＣと略記する。）、７
は元の信号に復調する復調回路である。これらの構成要
素４〜７で受信回路９を構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図７に示す構成で光伝
送を実用化しようと考えた場合、Ｓ／Ｎを確保できる到
達距離をいかに延ばすかということが問題になってく
る。到達距離を延ばす（すなわち、受光信号レベルを大
きくする。）には例えば発光素子の発光パワーを大きく
すれば良いが、一般に発光素子の発光パワーと高速応答
性とはトレードオフ関係にあり、発光パワーを大きくす
れば、周波数特性が劣化し、伝送周波数帯まで周波数特
性を平坦にすることができなくなる。また、発光素子の
数を増やすことによって発光パワーを大きくする方法が
あるが、コスト上の問題や取付スペースの問題も出て来
る。受光側では、光電流検出抵抗５の値を大きくする
か、受光素子の受光面積を大きくする方法により、前者
は小さな光電流でも大きな信号電圧が得られ、後者は伝
送距離が長くても大きな光電流が得られるが、いずれも
受光素子の端子間容量の影響で、周波数特性が劣化する
ため、両者の値を大きくするにも限度がある等の問題点
を有していた。

【０００４】本発明は上述の問題点を解消するためにな
されたもので、受光素子の端子間容量により周波数特性
が劣化しない受光回路を構築し、かつ微小な光入力でも
大きな光信号を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のＡＶ光空間伝送の受光回路は、光変調信号が
入力されることによって光信号電流を出力する受光素子
と、前記受光素子の光信号電流が入力され、入力インピ
ーダンスが小さく設計されまた小さな出力容量で、前記
光信号電流をそのまま出力するインピーダンス変換手段
と、前記インピーダンス変換手段から出力される光信号
電流を増幅する増幅手段を備えたものである。

【０００６】

【作用】本発明では、インピーダンス変換手段に受光素
子からの光信号電流が入力される。このとき、インピー
ダンス変換手段の入力インピーダンスは小さく設計され
ているので、光信号電流は受光素子の端子間に寄生する
コンデンサに流れることはなく、光信号電流のほとんど
がインピーダンス変換手段の入力電流となる。また、イ
ンピーダンス変換手段の出力容量は受光素子の端子間の
寄生容量より小さいので、後段にインピーダンスの大き
な光電流検出抵抗を接続できる。また、出力容量が小さ
いので周波数特性も良好となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【０００８】図１は本発明の第１の実施例におけるＡＶ
光空間伝送の受光回路のブロック図を示したものであ
る。図１において、１００は入力インピーダンス、出力
容量がともに小さく設定されたインピーダンス変換回
路、２００はインピーダンス変換回路１００から出力さ
れる信号電流を増幅する電流増幅回路である。以下、図
１の回路の動作を説明する。

【０００９】光信号を受けて受光素子４から出力される
光信号電流ｉｐは受光素子４の端子間に寄生するコンデ
ンサと、インピーダンス変換回路１００の入力端子に流
れる。ここで、受光素子４の負荷インピーダンスが大き
いと、光信号電流ｉｐは周波数が高くなるにつれて受光
素子４の端子間に寄生するコンデンサに流れるが、本発
明のＡＶ光空間伝送の受光回路では、この光信号電流ｉ
ｐが入力インピーダンスの小さいインピーダンス変換回
路１００に流れるように構成している。従って、かなり
の高周波まで光信号電流ｉｐはインピーダンス変換回路
１００に流れ込み、受光素子４の端子間のコンデンサに
はほとんど流れないことになる。従って、インピーダン
ス変換回路１００に流れる信号電流ｉｐの周波数特性は
高周波まで平坦となる。次いで、光信号電流ｉｐはその
まま出力容量の小さいインピーダンス変換回路１００か
ら出力され、たとえばカレントミラー回路などで構成さ
れる電流増幅回路２００で増幅して出力され、光電流検
出抵抗５で信号電圧に変換してＡＧＣ回路６に入力され
る。この過程で存在する寄生容量、たとえばインピーダ
ンス変換回路１００，電流増幅回路２００の入力端子や
出力端子に寄生する容量は、一般に受光素子４の端子間
容量に比べて十分小さく、受光素子４から出力される光
信号電流ｉｐを直接光電流検出抵抗５で電圧に変換する
よりもはるかに有利となる。以上のように、光信号電流
ｉｐを一旦、入力インピーダンスの小さいインピーダン
ス変換回路１００で受けて、出力容量を小さくして信号
電流ｉｐを出力することにより、光電流検出抵抗５で電
流信号を電圧信号に変換する際、光電流検出抵抗５のイ
ンピーダンスを比較的大きくすることができ、また、電
流増幅回路２００により信号電流ｉｐを増幅できるの
で、受光素子４に入射される光信号のパワーが小さく、
受光素子４から出力される光信号電流ｉｐが小さくても
大きな信号電圧を得ることができる。従って、光空間伝
送における到達距離を拡大でき、Ｓ／Ｎが向上するなど
多大なる効果を有する。

【００１０】図２は上記第１の実施例を具体回路で実現
した例であり、１０１は直流電圧源、１０２〜１０６，
２０１，２０２はトランジスタ、１０７〜１０９は電流
源回路である。なお、図２において、トランジスタ１０
２〜１０６、電流源回路１０７，１０８はオペアンプ回
路を構成し、トランジスタ１０２のベースが非反転入力
端子、トランジスタ１０３のベースが反転入力端子、ト
ランジスタ１０６のエミッタが出力端子である。ここ
で、トランジスタ１０６のエミッタとトランジスタ１０
３のベース端子が接続されてヴォルテージフォロワ回路
を構成するとともに、このヴォルテージフォロワ回路で
インピーダンス変換回路１００を構成している。すなわ
ち、ヴォルテージフォロワ回路の出力端子がインピーダ
ンス変換回路１００の入力端子になり、トランジスタ１
０６のコレクタがインピーダンス変換回路１００の出力
端子になる。また、トランジスタ２０１，２０２で電流
増幅回路２００を構成している。また、直流電圧源１０
１はヴォルテージフォロワ回路の非反転端子に基準電圧
を与えている。以下動作について説明する。

【００１１】受光素子４から出力される光信号電流ｉｐ
は、インピーダンス変換回路１００の入力端子であるト
ランジスタ１０６のエミッタに流入し、電流源回路１０
８の電流と共にトランジスタ１０６のコレクタから出力
される。周知のように、ヴォルテージフォロワ回路の出
力インピーダンスＺOはヴォルテージフォロワ回路を構
成するオペアンプの出力インピーダンスをｚo、オペア
ンプの裸のゲインをＡとすれば、

【００１２】

【数１】

【００１３】となり、オペアンプの裸のゲインＡが大き
いほどＺ_Oは小さくなる。図２の実施例の場合、オペア
ンプの出力インピーダンスはトランジスタ１０６のエミ
ッタ動抵抗となるため、トランジスタ１０６のエミッタ
動抵抗をｒｅとすれば、ヴォルテージフォロワ回路の出
力インピーダンスは本実施例ではインピーダンス変換回
路１００の入力インピーダンスＺｉになることから、

【００１４】

【数２】

【００１５】となる。ここで、従ってＡの値を大きく設
定すれば、かなりの高周波まで光信号電流ｉｐはインピ
ーダンス変換回路１００の入力端子に流れ込み、受光素
子４の端子間のコンデンサにはほとんど流れないことに
なる。従って、インピーダンス変換回路１００から出力
される信号電流ｉｐの周波数特性は高周波まで平坦とな
る。また、電流源回路１０９はトランジスタ１０６のコ
レクタから流れる電流のうち電流源回路１０８の電流を
除去するために設けたもので、次段以降の回路で電流源
回路１０８のＤＣ電流によるバイアス電流が問題になら
なければ特に必要はない。図２に示す回路では、電流源
回路１０９によりインピーダンス変換回路１００に入力
された光信号電流ｉｐはそのままトランジスタ１０６の
インピーダンス変換回路１００から出力される。電流増
幅回路２００はトランジスタ２０１，２０２からなるカ
レントミラー回路で構成されており、トランジスタ２０
１とトランジスタ２０２のエミッタ面積の比を１：Ｎと
すれば、トランジスタ２０２のコレクタからは、光信号
電流ｉｐのＮ倍の信号電流が出力され、光電流検出抵抗
５で発生する信号電圧Ｖは、

【００１６】

【数３】

【００１７】となる。このとき、トランジスタ２０２の
コレクタで寄生容量が存在するが、この寄生容量は一般
に受光素子４の端子間容量に比べて十分小さいため、光
電流検出抵抗５で発生する信号電圧の周波数特性も良好
となる。また、トランジスタ２０１とトランジスタ２０
２からなるカレントミラー回路のミラー比を大きくする
ために、トランジスタ２０２のコレクタ面積をある程度
大きくする必要があるなら、これによりトランジスタ２
０２のコレクタに寄生する容量値は大きくなるが、図３
に示すように、コレクタ面積が小さいトランジス２０３
をトランジスタ２０２と光電流検出抵抗５の間に設ける
ことにより、トランジスタ２０２のコレクタ容量が大き
くても、トランジスタ２０３のエミッタでの動作点イン
ピーダンスが小さいため、周波数特性の劣化とはなら
ず、またコレクタ面積が小さいトランジスタ２０３のコ
レクタから信号電流を出力するようにしたので、光電流
検出抵抗５で発生する信号電圧の周波数特性も劣化しな
い。また、このときトランジスタ２０３のエミッタでの
動作点インピーダンスはトランジスタ２０３のエミッタ
動抵抗によって決まり、これはトランジスタ２０３のエ
ミッタ電流が大きいほど小さくなる。トランジスタ２０
３のエミッタにバイアス電流を流すには電流源回路１０
９を図４に示すようにトランジスタ２０３のコレクタ側
に設ければ、電流源回路１０８の電流値のＮ倍のバイア
ス電流がトランジスタ２０３のエミッタに流れ、トラン
ジスタ２０３のエミッタでの動作点インピーダンスも小
さくなる。

【００１８】以上のように、受光素子４から出力される
光信号電流ｉｐを動作点インピーダンスの極めて小さい
ヴォルテージフォロワ回路の出力端子で受けて、電流増
幅後、出力容量が受光素子４の端子間容量より小さい回
路で出力するようにしたので、従来のように受光素子４
からの光信号電流ｉｐを直接、光電流検出抵抗５で受け
て信号電圧に変換するよりも、周波数特性が著しく向上
する。従って、従来受光素子４の端子間容量を考慮し
て、光電流検出抵抗５の値をある程度小さくする必要が
あり、このため大きな信号電圧は得られず光空間伝送の
到達距離の拡大や、Ｓ／Ｎの向上を阻害していたが、本
発明のＡＶ光空間伝送の受光回路では光信号電流ｉｐを
信号電圧に変換する前に増幅回路２００により信号電流
を増幅できるのと、インピーダンスの大きな光電流検出
抵抗５を用いることができるので、受光素子４の光信号
電流ｉｐが微小電流でも、大きな信号電圧が得られる。
従って、到達距離の拡大やＳ／Ｎの向上など極めて大き
な効果が得られることになる。

【００１９】上記図２の実施例では、インピーダンス変
換回路１００をヴォルテージフォロワ回路で実現した
が、これは特にヴォルテージフォロワ回路に限ったもの
ではなく他の回路でも実現できる。図５はインピーダン
ス変換回路１００をエミッタフォロワ回路で実現したも
ので、１１０はエミッタフォロワ回路を構成するトラン
ジスタである。図５の例では、インピーダンス変換回路
１００の入力インピーダンスはトランジスタ１１０のエ
ミッタ動抵抗で決まる。従って、インピーダンス変換回
路１００の入力インピーダンスＺｉは、

【００２０】

【数４】

【００２１】となる。この値は（数２）から図２の場合
より大きくなるが、簡単な回路で実現できる効果があ
る。

【００２２】さらに、上記図２の実施例では、インピー
ダンス変換回路１００から出力される光信号電流ｉｐを
電流増幅回路２００で増幅して光電流検出抵抗５で電圧
信号に変換したが、図６に示すように、インピーダンス
変換回路１００の出力電流を直接光電流検出抵抗５で受
けて電圧信号に変換してもよく、この場合もインピーダ
ンス変換回路１００の出力容量が小さいので、従来のよ
うに受光素子４の出力を直接抵抗に接続するよりも周波
数特性は改善される。さらに、インピーダンス変換回路
１００および電流増幅回路２００として、他の回路を用
いることなど様々な応用展開があり、何れの場合も上記
効果があることは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明のＡＶ光空間伝送の
受光回路では、受光素子の光信号電流を一旦入力インピ
ーダンスの小さい回路で受けて、出力容量を小さくして
出力するようにしたので受光素子の端子間容量による周
波数特性の劣化が改善され、光信号電流を電圧信号に変
換する際も、インピーダンスの大きな光電流検出抵抗を
用いることができ、受光素子からの光信号電流が微小信
号でも、大きな信号電圧を得ることができる。このた
め、光空間伝送の到達距離の拡大や、Ｓ／Ｎの改善に大
きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるＡＶ光空間伝送の受
光回路の構成を示すブロック図

【図２】図１における受光回路の第１の具体回路例を示
すブロック図

【図３】図１における受光回路の第２の具体回路例を示
すブロック図

【図４】図１における受光回路の第３の具体回路例を示
すブロック図

【図５】図１における受光回路の第４の具体回路例を示
すブロック図

【図６】図１における受光回路の第５の具体回路例を示
すブロック図

【図７】従来のＡＶ光空間伝送装置の構成を示すブロッ
ク図

【符号の説明】

４受光素子５光電流検出抵抗１００インピーダンス変換回路２００電流増幅回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/26 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 H03F 3/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光変調信号が入力されることによって光
信号電流を出力する受光素子と、前記受光素子の光信号電流が入力され、入力インピーダ
ンスが小さく設計されまた小さな出力容量で、前記光信
号電流をそのまま出力するインピーダンス変換手段と、前記インピーダンス変換手段から出力される光信号電流
を増幅する増幅手段を備えたことを特徴とするＡＶ光空
間伝送の受光回路。
【請求項２】インピーダンス変換手段は、非反転端子
が基準電位点に接続され、出力端子と反転端子が接続さ
れた演算増幅回路で構成され、前記演算増幅回路の出力
端子に受光素子の光信号電流が入力されるようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載のＡＶ光空間伝送の受光回
路。