JPH0263330A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光電変換装置に関し、特に光が消えると速や
かに出力電圧も消滅するようにして、ソリッドステート
リレー等を高速にオン・オフできるようにした光電変換
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のソリッドステートリレーの光電変換装置は、第８
図の破線内に示すように、フォトダイオードアレー１と
抵抗Ｒ１とジャンクションＦＥＴ（以下、ＪＦＥＴ）と
から構成されている。なお、第８図におけるコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２は、それぞれフォトダイオードアレー１の浮
遊容量および光電変換装置の負荷（この場合には、ＭＯ
ＳＦＥＴの入力容量）である。ソリシトステートリレー
は、高信頼性が要求され、例えば回線側と端末側とが完
全に遮断されることから、通信用リレーに使用される。

第８図においては、入力端子ＩＮＩ、ＩＮ２に電圧を印
加することにより発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）が起
動すると、ＬＥＤから発光した光が光電変換装置（破線
内の部分）のフォトダイオードアレー１を照射すること
により、フォトダイオードアレー１で光電変換されて電
圧を発生する。フォトダイオードアレー１から発生した
出力電流はコンデンサＣ１に充電されるとともに、抵抗
Ｒ１を経由してコンデンサＣ２にも充電される。コンデ
ンサＣ２への充電電圧が一定値になると、出力端子Ａ、
Ｂ間に接続されたＮＭＯ３Ｉ、２のトランジスタがオン
することにより、負荷に電流が流れる。この時点までの
間は、抵抗Ｒ１に発生する電圧により、Ｊ　ＦＥＴはピ
ンチオフ状態になって、非導通になっている。コンデン
サＣ２がある一定電圧まで充電されると、抵抗Ｒ１を流
れる電流が減少して端子電圧が低くなるため、ＪＦＥＴ
はピンチオフ状態からオン状態となって、Ｊ　ＦＥＴを
通して電流が流れるようになる。この場合、抵抗Ｒ１を
流れる電流による抵抗Ｒ１の両端電圧がＪＦＥＴのゲー
ト電圧になっており、従ってＪＦＥＴを流れる電流はゲ
ート電圧の関数になっている。この結果、抵抗Ｒ１を流
れる電流とＪ　ＦＥＴを流れる電流とは、ある電流値に
おいて平衡状態に達するため、抵抗Ｒ１を流れる電流は
一定値を維持する。ただし、Ｊ　ＦＥＴの特性にばらつ
きがあると、平衡点に達する電圧もばらついてしまう。

その結果、ソリッドステートリレーの出力端子Ａ。

８間の電圧（つまり、光電変換装置の出力電圧）もばら
つくことになる。また、コンデンサＣ２への充電は、抵
抗Ｒ１を経由して行われるので、充電時間が長くかかり
、電流の平衡状態に達するまでの時間が相当かかってし
まうという問題もある。

なお、ソリッドステートリレーについては、例えば、　
　ｌｉ’ｆｉ子通信ハンドブック」昭和５４年３月３０
日（株）オーム社発行、４１５頁に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来のソリッドステートリレーの光電変換
装置では、ＪＦＥＴが使用されているが、この、７　Ｆ
　Ｅ　Ｔは製造工程でのばらつきに起因するピンチオフ
電圧のばらつきが大きい。その結果。

Ｊ　ＦＥＴを使用する光電変換装置の出力電圧に大きな
ばらつきが生じたり、光に対する応答特性がばらつくと
いう問題があった。また、光電変換装置の製品の歩留り
を低下させる原因にもなっている。さらに、第８図では
、フォトダイオードアレー１と光電変換装置の出力端子
Ａ、Ｂの間に直列抵抗Ｒ１が存在するため、コンデンサ
Ｃ２の充電時間がかかり、その結果、光応答速度が遅く
なるという問題もあった。

本発明の目的は、このような従来の課題を解決し、光に
対して高速に応答するとともに、高歩留りで安定して製
造することができる光電変換装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の光電変換装置は、光
を受けて出力を発生するフォトダイオードアレーと、該
フォトダイオードアレーの両端に並列に接続された第１
のコンデンサと、装置の出力に接続された第２のコンデ
ンサとを備え、」二記光が照射されている間、出力電圧
を供給する光電変換装置において、上記光の有無を検出
する光検出回路と、該光検出回路の出力によりオンオフ
が制御され、かつ一方は上記フォトダイオードアレーと
第２のコンデンサの間に直列接続され、他方は上記第２
のコンデンサに並列に接続された第１および第２のスイ
ッチとを具備し、上記光検出回路は光が照射されている
期間には、上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイ
ッチをオフして、出力電圧を供給し、光が照射されない
期間には、上記第１のスイッチをオフ、上記第２のスイ
ッチをオンにして、出力電圧を高速に消滅させることに
特徴がある。

〔作　　用〕 本発明においては、ＪＦＥＴを使用せずに、バイポーラ
トランジスタおよびＭＯＳトランジスタ等の安定した特
性が得られる素子を使用して、歩留りの向上を図り、か
つオンオフ速度を向上させる。そのために、本発明では
、ＬＥＤの発光の有無を検出する光検出回路を新たに設
けるとともに、フォトダイオードアレーとコンデンサＣ
２との間に挿入された抵抗Ｒ１の代りにバイポーラトラ
ンジスタまたはＭＯＳトランジスタによるスイッチ２を
、またＪＦＥＴの代りにバイポーラトランジスタまたは
ＭＯＳトランジスタによるスイッチ１を、それぞれ接続
する。これらのスイッチ１，２は上記光検出回路の出力
によりオンオフするようにして、光があるときにはスイ
ッチ１をオフ、スイッチ２をオンに、光がないときには
スイッチ１をオン、スイッチ２をオフに、それぞれ制御
する。

すなわち、フォトダイオードアレー１に照射されるＬＥ
Ｄの光が検出されると、コンデンサＣ２を高速に充電す
るために、充電通路の途中にあるスイッチ２をオンにし
、バイパス通路のスイッチ１をオフにする一方、ＬＥＤ
の光がなくなったときには、コンデンサＣ２の電荷を高
速に放電させるために、放電通路のスイッチ１をオンに
し、充電通路にあるスイッチ２をオフにするのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を１図面により詳細に説明する。

第１図は１本発明の第１の実施例を示す光電変換装置の
構成図であり、第４図、第５図および第６図は、それぞ
れ第１図の光検出回路、スイッチ１およびスイッチ２を
構成する具体的回路である。

第１図の光電変換装置は、ＬＥＤからの光を受けると電
圧を発生するフォトダイオードアレー３と、ＬＥＤから
の光の有無を検出する光検出回路４と、この光検出回路
４によりオンオフ制御されるスイッチ１およびスイッチ
２とから構成される。

なお、その他に、従来の光電変換装置と同じように、フ
ォトダイオードアレー３の浮遊容量であるコンデンサＣ
１と、出力端子Ａ、Ｂ間に接続された負荷容量のコンデ
ンサＣ２とが設けられている。

ここで、光検出回路４は、第４図（１）に示すような逆
バイアスのフォトダイオードと直列抵抗か、第４図（２
）に示すようなフォトダイオードとＮＰＮトランジスタ
と抵抗からなる回路で構成される。

すなわち、第４図（１）では、ＬＥＤから逆バイアスさ
れたフォトダイオードに光が照射されると、フォトダイ
オードで光電変換が行われ、逆方向電流が発生して、抵
抗に電流が流れるため、Ｄ端子にはローレベルの電位、
Ｃ端子にはそれより高い電位を与える。また、光が検出
されないときには、逆方向電流が少ないため、Ｄ端子に
はハイレベルの電位を、Ｃ端子にも同レベルの電位を与
える。

第４図（２）では、ＬＥＤから光が照射されると、フォ
トダイオードの出力がＮＰＮ）−ランジスタをオンにし
、抵抗に電流が流れるため、Ｄ端子にはローレベルの電
位を、またＣ端子にはそれより高いレベルの電位を与え
る。また、光が検出されないときには、ＮＰＮトランジ
スタがオフになって、Ｄ端子にはハイレベルの電位が与
えられる。

次に、スイッチ１は、第５図（１）のＮＰＮトランジス
タか、第５図（２）のダーリントン接続のＮＰＮトラン
ジスタか、第５図（３）のＮチャネルＭｏＳトランジス
タを使用することができる。すなわち、第５図（１）で
は、第４図（１）または（２）の光検出回路で光が検出
され、Ｄ端子から抵抗による電位降下分だけＣ端子より
低い電位が加わるときには、トランジスタのゲートにス
レッショルド電圧より低い電位しか加わらないため、ト
ランジスタはオフする。第５図（２）（３）においても
、同じようにして、トランジスタはオフする。また、第
４図（１）（２）の光検出回路が光を検出しないときに
は、端子Ｃ，Ｄともに同一電位となるので、第５図（１
）（２）（３）の各トランジスタはオンする。

次に、スイッチ２は、第６図（１）のＰＮＰＩ−ランジ
スタか、第６図（２）のＰチャネルＭｏＳトランジスタ
を使用することができる。すなわち、第６図（１）では
、第４図（１）または（２）の光検出回路が光を検出し
たときには、抵抗の電圧降下分だけＣ端子より低い電位
がＤ端子に与えられるので、第６図（１）（２）の各ト
ランジスタはベースまたはゲートにローレベル電位が印
加され、両方ともオンする。

第１図の光電変換装置では、先ず、ＬＥＤその他の素子
により発した光がフォトダイオードアレー３に照射され
ると、フォトダイオードアレー３に出力が発生して、コ
ンデンサＣ１が充電される。

また、このとき光は同時に光検出回路４にも照射される
ので、光検出回路４はスイッチ２がオン。

スイッチ］−がオフとなるような出力を端子Ｃ，Ｄに発
生する。これにより、フォトダイオードアレー３の出力
は、スイッチ２を経由してコンデンサＣ２を充電する。

この場合に、スイッチ２は能動素子であるため、そのオ
ン抵抗はかなり低い値であって、従来の光電変換装置の
ように応答速度を大きく低下させることはない。また、
スイッチ１は同じく能動素子であるため、大きなオフ抵
抗となり、光電変換装置の出力電圧（Ａ、８間電圧）を
低下させることもない。従って、ばらつきの少ない安定
した製品を製造することが可能である。

次に、光が切れた瞬間には、フォトダイオードアレー３
からの出力はなくなるが、コンデンサＣ１およびコンデ
ンサＣ２には電荷が残っているので、光電変換装置の出
力（Ａ、８間電圧）には光が照射されていた時とほぼ同
一の電圧が出力される。

しかし、光がなくなると光検出回路４はスイッチ１をオ
ン、スイッチ２をオフするような出力を端子Ｃ，Ｄに発
生するので、コンデンサＣ２に蓄積されている電荷はス
イッチ】、を通して放電される。

また、この時、スイッチ２がオフすることにより、コン
デンサＣ１の電荷はある時間保持されるため、光検出回
路４が動作を続けるための電流を供給することになる。

第２図は１本発明の第２の実施例を示す光電変換装置の
構成図であり、第７図は第２図の光スィッチの詳細構成
図である。

第２図において、第１図の装置と異なる点は、スイッチ
２の代りに光スィッチ５を接続したことである。すなわ
ち、第２の実施例の光電変換装置は、フォ１へダイオー
ドアレー３と、光検出回路４と、光検出回路４によりオ
ンオフ制御されるスイッチ１と、ＬＥＤからの光が直接
照射される光スィッチ５とから構成される。光検出回路
４は、第４図（１）に示すような逆バイアスのフォＩ・
ダイオードと直列抵抗からなる回路か、あるいは第４図
（２）に示すようなフォトダイオードとＮＰＮトランジ
スタと抵抗からなる回路で構成される。スイッチ１は重
連と同じように、第５図（１）に示すようなＮＰＮトラ
ンジスタか、あるいは第５図（２）に示すようなダーリ
ントン接続されたＮＰＮ　トランジスタか、あるいは第
５図（３）に示すようなＮチャネルＭＯ５Ｉ−ランジス
タを使用することができる。

光スィッチ５は、第７図（１）に示すような光通方向電
流を使用したフォトダイオードからなる回路か、あるい
は第７図（２）に示すようなフォトダイオードとＮ　Ｐ
　Ｎ　トランジスタからなる回路を使用することができ
る。これらの光スィッチにおいては、第７図（１）のフ
ォトダイオードに光が照射されると、逆方向電流が発生
してＪ端子にローレベルの電位、■端子にそれによりハ
イレベルの電位を与えるので、第５図（１）（２）（３
）に示すスイッチ１はＧ端子がローレベルになって、オ
フする。

光がなくなると、光スィッチ５は電流が流れないため、
Ｊ端子にはハイレベルの電位を、■端子にも同レベルの
電位を与えるため、スイッチ１はオンする。また、第７
図（２）のフォトダイオードに光が照射されると、順方
向の電流を発生してＮ　Ｉ−”Ｎトランジスタをオンす
るため１．■端子にローレベルの電位を、■端子にそれ
よりハイレベルの電位を与える。これにより、スイッチ
１のＧ端子にローレベルの電位が加わるため、スイッチ
１はオフする。逆に光がなくなると、電流が発生しない
ので、トランジスタがオフ状態となり、Ｊ端子にハイレ
ベルの電位を、■端子にも同レベルの電位を与える。こ
れにより、スイッチ１はオンする。

第２図においては、ＬＥＤ等の光源から発生した光がフ
ォトダイオードアレー３に照射されると、フォトダイオ
ードアレー３に出力が発生し、コンデンサＣ１が充電さ
れる。また、同時に、光は光検出回路４と光スィッチ５
にも照射されるので、光検出回路４はスイッチ１がオフ
になるような出力を発生する。一方、光スィッチ５は、
光を受けるとオン状態となる。これにより、フォトダイ
オードアレー３の出力が光スィッチ５を経由して伝達さ
れ、コンデンサＣ２を充電する。この場合。

光スィッチ５のオン抵抗は素子サイズを適当に選択する
ことにより低くすることができるので、従来の光電変換
装置のように応答速度が低下することはない。また、ス
イッチ１は能動素子であるため、大きなオフ抵抗となり
、光電変換装置の出力電圧（Ａ、、１３間の電圧）を低
下させることはない。

その結果、ばらつきの少ない安定した製品を製造するこ
とが可能となる。

次に、光が切れた瞬間には、フォトダイオードアレー３
からの出力はなくなるが、コンデンサＣ１およびコンデ
ンサＣ２には電荷が残っており、光電変換装置の出力に
は光が照射されていた時とほぼ同一の電圧が出力される
。しかし、光がなくなると、光スィッチ５がオフすると
ともに、光検出回路４はスイッチ１をオンさせる出力を
発生するので、スイッチ１はオンし、コンデンサＣ２に
蓄積されていた電荷はスイッチ１を通して放電する。ま
た、この時、光スィッチ５がオフすることにより、コン
デンサＣ１に蓄積されていた電荷はある時間だけ保持さ
れるので、光検出回路４が動作を続けるための電流を供
給することになる。

第３図は、本発明の第３の実施例を示す光電変換装置の
構成図である。

第３図の光電変換装置では、出力端子に電流を供給する
ためのフォトダイオードアレー３の他に、もう１組のフ
ォトダイオードアレー６を設け、このアレー６が発生す
る出力により光検出回路４とコンデンサＣ１に電流を供
給する。すなわち、ソリッドステートリレーのコンデン
サＣ２を充電する電流を発生させるための第１のフォ（
・ダイオードアレー３と、コンデンサＣ１を充電する電
流を発生させるための第２のフォトダイオードアレ６と
を、別個に設ける。これにより、光スィッチ５またはス
イッチ２は不要となる。

第３図における光検出回路４は、第４図（］）（２）に
示すような回路で構成され、スイッチ１は第５図（１，
）（２）（３）に示すような回路で構成される。

第３図においては、ＬＥＤ等の光源から発生した光がフ
ォトダイオードアレー３およびフォトダイオードアレー
６ならびに光検出回路４に照射されると、フォトダイオ
ードアレー３とフォトダイオードアレー６には起電力が
発生するとともに、光検出回路４はスイッチ１をオフに
するような出力を発生する。これにより、フォトダイオ
ードアレー６により発生された電流はコンデンサＣ１を
充電し、フォトダイオードアレー３により発生された電
流はコンデンサＣ２を充電する。このとき、光電変換装
置の出力に電圧が発生している状態になる。この充電過
程では、充電経路に従来の光電変換装置のような抵抗分
がないため、応答速度は高速となる。また、スイッチ１
はオフ抵抗の大きな能動素子であるため、光電変換装置
の出力電圧（Ａ、８間電圧）を低下させることはない。

次に、光が切れた瞬間には、フォトダイオードアレー３
，６からの出力はなくなるが、コンデンサＣ２に蓄積さ
れている電荷によりほぼ同じ電圧が出力される。しかし
、光がなくなると、光検出回路４がスイッチ１をオンに
するので、コンデンサＣ２の電荷はスイッチ１を通して
放電する。また、コンデンサＣ１の電荷がある時間保持
されるため、光検出回路４に動作を続ける電流を供給す
る。

このように、本発明の各実施例では、従来の光電変換装
置のようにジャンクションＦＥＴを使用せず、バイポー
ラトランジスタやＭｏ５ｔ〜ランジスタを使用するので
、安定した特性を得ることができるとともに、高速応答
が可能であり、かつ製造過程での歩留り向−１−を図る
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ソリッドステー
トリレー等に利用した場合にも、光に対して高速に応答
することができ、かつ光電変換装置を高歩留りで安定し
て製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光電変換装置の構
成図、第２図は本発明の第２の実施例を示す光電変換装
置の構成図、第３図は本発明の第３の実施例を示す光電
変換装置の構成図、第４図は第１図〜第３図に使用され
る光検出回路の詳細構成図、第５図は第１図〜第３図に
使用されるスイッチ１の詳細構成図、第６図は第１図に
使用されるスイッチ２の詳細構成図、第７図は第２図に
使用される光スィッチの詳細構成図、第８図は従来の光
電変換装置の構成図である。 １．２：スイッチ、３，６：フォトダイオードアレー、
４：光検出回路、５：光スィッチ、Ｃ１゜Ｃ２：コンデ
ンサ、Ａ、Ｂ：光電変換装置の出力端子。 特許出願人　株式会社　リ　　コ　　−（ほか１名）Ｖ
′！ 区 ト 派

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を受けて出力を発生するフォトダイオードアレ
   ーと、該フォトダイオードアレーの両端に並列に接続さ
   れた第１のコンデンサと、装置の出力に接続された第２
   のコンデンサとを備え、上記光が照射されている間、出
   力電圧を供給する光電変換装置において、上記光の有無
   を検出する光検出回路と、該光検出回路の出力によりオ
   ンオフが制御され、かつ一方は上記フォトダイオードア
   レーと第２のコンデンサの間に直列接続され、他方は上
   記第２のコンデンサに並列に接続された第１および第２
   のスイッチとを具備し、上記光検出回路は光が照射され
   ている期間には、上記第１のスイッチをオン、上記第２
   のスイッチをオフして、出力電圧を供給し、光が照射さ
   れない期間には、上記第１のスイッチをオフ、上記第２
   のスイッチをオンにして、出力電圧を高速に消滅させる
   ことを特徴とする光電変換装置。