JPH0376167A - 光検出器とその光検出器を利用した投受光器，光伝達装置および，光通信装置 - 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〉 この発明は、特定の光半導体素子が用いられた光検出器
に関連し、さらにこの発明は、この光検出器を利用した
投受光器、光伝達装置および、光通信装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、光検出器として、フォトダイオードやフォトトラ
ンジスタを受光素子として用いたものが一般的である。

またこの光検出器を受光器として用い、発光ダイオード
や半導体レーザなどを投光素子とする投光器と組み合わ
せることにより、各種の光伝達装置や光通信装置が構成
されている。ここで光伝達装置とは、投光素子からの直
接光または反射光を受光素子で受光するようにしたもの
を総称しており、例えばフォトカブラのような素子やフ
ォトエンコーダ、フォトマイクロセンサなどの器具を含
んでいる。

また光通信装置は、第１Ｏ図にその具体例で示すように
、送信部２１と受信部２２とハーフミラ−２３とで構成
される。送信部２１は送信回路２４．投光素子２５．投
光光学系２６などから成り、また受信部２２は受信回路
２７．受信素子２８および、受光光学系２９などから成
る。なおハーフミラ−２３は光を直交方向に２分割する
ためのもので、これにより光通信装置Ａ、Ｂ間で双方向
の光通信を可能となす。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら従来の投光器と受光器（光検出器）の場合
、異なる光学素子、すなわち投光素子と受光素子とを用
いて構成されるため、投光器と受光器とを別個に製作し
かつその製品を個別に管理する必要があって煩雑である
。

また投光器と受光器とを必要とする装置にあっては、受
光器に用いる受光素子は入射光に対して波長感度をもつ
ため、その受光素子と投光器に用いる投光素子との組み
合わせに注意を払うなどの必要がある。

さらに第１図のような光通信装置においては、送信部２
１と受信部２２とを独立させて構成する必要があり、加
えてハーフミラ−２３のような光学系を用いる必要もあ
るため、装置の構造が複雑化してコスト高となり、また
装置が大型化するという問題がある。

この発明は、既存の発光素子を受光素子として機能させ
ることにより、従来の上記問題を一挙に解消する新規な
光検出器を提供することを目的とする。

またこの発明は、上記発光素子を投光素子および受光素
子のいずれにも機能させることによって、製作並びに製
品の管理を簡易化し得る投受光器を提供することを目的
とする。

さらにこの発明は、上記発光素子を２個用いるこ゛とに
より、投光素子と受光素子との組み合わせを注意する必
要のない光伝達装置を提供することを目的とする。

さらにこの発明は、上記発光素子を１個用いて送受信用
に兼用することにより、装置の構造の簡易化とコストの
低減とをはかり、また装置の小型化を実現した光通信装
置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 請求項１にかかるこの発明の光検出器は、発光ダイオー
ドを受光素子として用いて成るものである。

また請求項２にかかるこの発明の投受光器は、発光ダイ
オードを投光素子と受光素子とに兼用して用いたもので
ある。

さらに請求項３にかかるこの発明の光伝達装置は、２個
の発光ダイオードを投光素子および受光素子として含む
と共に、各発光ダイオードを光路を挟んで対向位置させ
て成るものである。

さらに請求項４にかかるこの発明の光通信装置は、投光
素子と受光素子とに兼用して用いた１個の発光ダイオー
ドに対し、切換スイッチを介して送信回路と受信回路と
を選択的に電気接続したものである。

〈作用〉 発光ダイオードを受光素子として用いた光検出器におい
て、この受光素子に光が当たると、光起電力が生じて受
光信号が得られる。

そこで発光ダイオードを投光素子と受光素子とに兼用さ
せて投受光器を製作すると、投光器と受光器を個別に製
作して管理する必要がなくなる。また発光ダイオードを
２個用いて光伝達装置を構成すれば、投光素子と受光素
子との組み合わせを考慮する必要がなく、さらに１個の
発光ダイオードを送信用と受信用とに兼用した光通信装
置を構成すれば、送信部と受信部とを独立してもつ従来
例と比較して、装置の構造が簡易化されてコストが低減
され、また装置も小型化される。

〈実施例〉 第４図は、この発明の原理説明図であって、一対の発光
ダイオード１．２を対向位置させである。各発光ダイオ
ード１．２は同じ波長の光を発する同タイプの素子であ
り、例えばＧａＡｌＡｓ系化合物半導体を材質とする可
視光超高輝度発光ダイオードを用いている。

発明者の実験によると、一方の発光ダイオード１に直流
電Ｒ３と適当な抵抗４とを接続して発光動作させた場合
、他方の発光ダイオード２にはアノードとカソードとの
間に大きな光起電力Ｅ、が発生することが判明した。こ
のことはこの発光ダイオード２が発光機能のみならずフ
ォトダイオードやフォトトランジスタのような従来の受
光素子と同様の受光機能を併せ持つことを示すものであ
る。この場合に発光ダイオード２は、発光ダイオードｌ
が発する光と同じ波長か、またはその付近の波長の入射
光に最大感度を有している。

このような光起電力効果は、可視光超高輝度発光ダイオ
ードのみならず、高出力赤外光発光ダイオードや一般の
発光ダイオードでも観測できる。

第２図は、上記の発光ダイオード２に負荷抵抗５を接続
した状態を示す。図中、■２は負荷抵抗５を流れる光電
流■２である。

第３図は、投光側の発光ダイオード１に流れる電流Ｉ、
に対する受光側の発光ダイオード２の出力端に生ずる光
起電力ＥＰの関係を示す特性曲線ａと、前記投光側の電
流りに対する受光側で観測される光電流Ｉ２の関係を示
す特性曲線すとを示している。特性曲Ｌ％ａは受光側の
発光ダイオード２の出力端を開放した第１図で示す回路
により得られ、また特性曲線すはこの出力端に５０オー
ムの抵抗５を接続した第２図で示す回路状態により得ら
れる。

同図によれば、光起電力ＥＰの最大値は約１．５ボルト
であり、シリコン系のフォトダイオードが０．５ボルト
程度であるのと比較すると十分に大きな値である。また
光電流■、も実用に供することのできる大きさの値であ
る。

第′４図は、前記の光電流■、の周波数特性Ｃ（Ｉ　Ｉ
＝４．３ｍＡ　、　　Ｉ　Ｐ　＝１０ｍＡ）を示してお
り、第５図にこの周波数特性Ｃを得るための計測系が示
しである。

第４図中、横軸は計測系における信号源６の周波数ｆを
示し、縦軸は光電流■、の周波数応答を示している。こ
の場合に周波数応答は、信号源６の周波数がｆのときの
光電流をＩ、（ｒ）、周波数が１　ｋＨｚのときの光電
流をｒＦ（ｆｌ）とすると、２０１ｏｇ　　Ｉ　Ｐ　（
ｆ）／　Ｉｐ　（Ｌ）　（ｄＢ）で与えられる。なお第
５図中、ＩＢは投光側の発光ダイオード１に与えられる
バイアス電流である。

第４図によれば、第５図に示す光送受信システムが約Ｉ
　ＭＨｚの帯域を有することを分かるが、この周波数特
性Ｃは投光側の発光ダイオードｌの発光の周波数応答性
をも含むものであることを考慮すると、受光側の発光ダ
イオード２の受光素子としての周波数応答性は数ＭＨｚ
程度はあると考えられ、光スィッチや光通信に利用する
には十分な応答速度である。

以上のように、発光ダイオードは投光素子だけでなく受
光素子としても用いることが可能であるから、第６図に
示す如く、発光ダイオード７と、光を集光するための光
学系８と、発光ダイオード７で得た受光信号を増幅し波
形整形するための受光回路９と組み合わせれば光検出器
Ｓを構成できる。

また発光ダイオードを投光素子と受光素子とに兼用する
ことが可能であるから、第７図に示す如く、発光ダイオ
ード７、光学系８．受光回路９の組み合わせに対し、発
光ダイオード７を発光動作させるための投光回路１０を
付加し、受光回路９と投光回路１０とを発光ダイオード
７に選択的に接続するようにすれば、投光器としても受
光器としても用いることのできる投受光器Ｔを構成でき
る。

第８図は、この発明の応用例である双方向のフォトカプ
ラ１１を示している。

このフォトカプラ１１は電気的に分離された入力と出力
との間の信号伝達を光を媒介として行うもので、ここで
は同一タイプの２個の発光ダイオード１２．１３を対向
位置させて、ひとつのパッケージ１４内に組み込んであ
る。

このような構成において、電気信号を一方の発光ダイオ
ード１２に与えて発光動作させると、他方の発光ダイオ
ード１３がこれを受光して電気信号に変換する。このこ
とは発光ダイオード１３を入力側とし、発光ダイオード
１２を出力側としても同様である。

第９図は、この発明の他の応用例である双方向の光通信
装置１５を示すもので、光ファイバ２０を光路として介
在させて相手の光通信装置１５′と光学的に結ばれてい
る。

各光通信装置１５．１５’は、投光素子と受光素子とに
兼用して用いた１個の発光ダイオード１６．１６’に対
し、切換スイッチ１７゜１７′を介して送信回路１８．
１８’と受信回路１９．１９’とを選択的に電気接続し
て成るものである。

このような構成において、通常時は切換スイッチ１７．
１７’は受信回路１９．１９’の方ヘセットして、相手
からの送信に待機する。

いま光通信装置１５より相手の光通信装置１５′へ送信
を行う場合、送信側では切換スイッチ１７を送信回路１
８の方ヘセットし、送信回路１８の入力端子に信号入力
を与える。これにより発光ダイオード１６が発光動作し
、光信号が光ファイバ２０を介して相手の光通信装置１
５′へ伝わり、発光ダイオード１６′で受光される。従
ってこの通信状態では送信側の発光ダイオード１６は投
光素子として機能し、受信側の発光ダイオード１６′は
受光素子として機能するもので、受光信号を受信回路１
９’で検波することにより元の信号が取り出される。

上記とは逆に光通信装置１５′より光通信回路１５へ送
信を行う場合も同様であり、この場合は発光ダイオード
１６′が投光素子として機能し、発光ダイオード１６が
受光素子として機能することになる。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、発光ダイオードを受光素子とし
て用いるようにしたから、従来にない新たな光検出器を
構成でき、殊に発光ダイオードを投光素子と受光素子と
に兼用して投受光器を形成したから、従来のように投光
器と受光器とを個別に製作して管理する必要がない。

また発光ダイオードを２個用いて光伝達装置を構成する
から、従来のように投光素子と受光素子との組み合わせ
を考慮する必要がない。

さらに１個の発光ダイオードを送信用と受信用とに兼用
して光通信装置を構成するから、送信部と受信部とを独
立してもつ従来例と比較して、装置の構造を簡易化して
コストを低減でき、また装置の小型化を実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の詳細な説明するための
電気回路図、第３図および第４図は発光ダイオードの受
光素子として特性を示す説明図、第５図は第４図の特性
を得るための計測系を示す電気回路図、第６図はこの発
明にかかる光検出器の構成例を示す説明図、第７図はこ
の発明にかかる投受光器の構成例を示す説明図、第８図
はこの発明にかかるフォトカブラの構成例を示す説明図
、第９図はこの発明にかかる光通信装置の構成例を示す
説明図、第１０図は従来の光通信装置の構成例を示す説
明図である。 １、　２．　７．１２．１３．１６．１６’・・・・発
光ダイオード １７、１７’・・・・切換スイッチ １８、１８’・−・・送信回路 １９、１９’・・・・受信回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光素子として発光ダイオードが用いられて成る
   光検出器。
2. （２）発光ダイオードが投光素子と受光素子とに兼用し
   て用いられて成る投受光器。
3. （３）２個の発光ダイオードを投光素子および受光素子
   として含むと共に、各発光ダイオードを光路を挟んで対
   向位置させて成る光伝達装置。
4. （４）投光素子と受光素子とに兼用される１個の発光ダ
   イオードに対し、切換スイッチを介して送信回路と受信
   回路とが選択的に電気接続されて成る光通信装置。