(57)【要約】【課題】高電圧印加に起因して発生する不具合を回避することが可能であり、且つ、メッシュ型ネットワーク通信における通信時間の遅れを短くすることができる光子検出受光素子及びそれを用いた通信装置を提供する。【解決手段】光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されている。光無線通信装置は、筐体と、受信光から電気信号を生成する光子検出受光素子と、該光子検出受光素子からの電気信号より受信データ信号を生成する受信部と、送信データ信号より電気信号を生成する送信部と、該送信部からの電気信号を入力して送信光を生成する発光素子と、外部機器のプロトコルに対応した受信データ又は送信データを生成する光無線通信コントローラと、を有する。【選択図】図１Ａ
2020065034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子検出アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）とクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作する、光子検出受光素子。
【請求項２】
請求項１記載の光子検出受光素子において、前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦである、光子検出受光素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光子検出受光素子において、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光子検出受光素子。
【請求項４】
複数の光子検出受光素子がアレイ状に接続された光子検出受光素子アレイにおいて、
前記光子検出受光素子の各々は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作する、光子検出受光素子アレイ。
【請求項５】
請求項４記載の光子検出受光素子アレイにおいて、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光子検出受光素子アレイ。
【請求項６】
筐体と、受信光から電気信号を生成する光子検出受光素子と、該光子検出受光素子からの電気信号より受信データ信号を生成する受信部と、送信データ信号より電気信号を生成する送信部と、該送信部からの電気信号を入力して送信光を生成する発光素子と、外部機器のプロトコルに対応した受信データ又は送信データを生成する光無線通信コントローラと、を有し、
前記光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作する、光無線通信装置。
【請求項７】
請求項６記載の光無線通信装置において、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光無線通信装置。
【請求項８】
請求項６記載の光無線通信装置において、
前記筐体は複数の面を有し、前記複数の面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、光無線通信装置。
【請求項９】
請求項６記載の光無線通信装置において、
前記筐体は３つの面を有し、前記３つの面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、光無線通信装置。
【請求項１０】
請求項６記載の光無線通信装置において、
前記光子検出受光素子と前記発光素子は、光拡散媒体によって覆われており、該光拡散媒体は、透明な母材と該母材内に分散した粒子状の光拡散粒子を含む、光無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光子検出受光素子及びそれを用いた光無線通信装置に関し、特に、メッシュ型ネットワーク通信に好適な光子検出受光素子及びそれを用いた光無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高感度の受光素子として、アバランシェ降伏（アバランシェブレークダウン）を利用したアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）が広く使用されている。アバランシェ降伏は、自由電子が電界で加速され衝突電離を次々に繰り返し引き起こすことで大電流が流れる現象である。特開２０１７−４１７８２には、複数のＡＰＤをアレイ状に配列した受光素子を用いた受光装置及び可視光通信システムの例が記載されている。
【０００３】
ＡＰＤの動作モードには、降伏電圧（ブレークダウン電圧）より低い逆バイアス電圧で動作させるリニアモードと降伏電圧よりも高い逆バイアス電圧で動作させるガイガーモードとがある。リニアモードでは、出力電流は、入射光量にほぼ比例し、入射光量の測定に用いられる。電子・正孔対が生成される割合よりも消滅する割合のほうが大きく、アバランシェは自然に止まる。ガイガーモードでは、シングルフォトン（単一光子）の入射でもアバランシェ降伏を引き起こすことができる。従って、ガイガーモードで動作させるものはシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ）とも呼ばれる。
【０００４】
ＳＰＡＤでは、シングルフォトン（単一光子）が１個ずつ分離されたデジタル量として観測される。このように、光子を１個ずつを計測する技術は「フォトンカウンティング」または「光子計数法」と呼ばれる。ＳＰＡＤは、光学的なイベントに対して、数十ｐｓ程度の高い時間分解能で応答できる。そのため、タイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）のような、弱い光信号に対する時間測定に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０４４９８（東芝）
【特許文献２】特開２０１７−４１７８２（ランプサーブ株式会社）
【特許文献３】特開２０１４−８２４２０（浜松ホトニクス）
【特許文献４】ＷＯ２０１７／０９４２７７（シャープ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）では、ガイガーモードで動作させるため、ＡＰＤに降伏電圧よりも高い逆バイアス電圧を印加する。そのため、高電圧印加により発生する微小リーク電流も増幅され、ノイズとして計測される。従って、従来のＳＰＡＤでは、高電圧印加に起因したノイズを除去する必要がある。
【０００７】
従来のシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）では、出力電流がゼロになるまでは、次のシングルフォトンに対してアバランシェ降伏は起きない。これはパルス不感時間（パルスデッドタイム）又は回復時間と呼ばれる。ＳＰＡＤの不感時間では、アバランシェ増幅機能は得られない。この不感時間は数百ナノ秒程度となる。そのため、ＳＰＡＤを通信装置に用いる場合には、この不感時間に相当する時間の遅れが生じる。例えば、メッシュ型ネットワーク通信では、Ｎ個の通信装置を中継してデータを送信する。そのため、１個の通信装置における遅れがＴ時間の場合、Ｎ個の通信装置を中継するとＴ×Ｎ時間の遅れとなる。
【０００８】
本発明の目的は、高電圧印加に起因して発生する不具合を回避することが可能であり、且つ、メッシュ型ネットワーク通信における通信時間の遅れを短くすることができる光子検出受光素子及びそれを用いた光無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によると、光子検出受光素子は、
光子検出アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）とクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作する、としてよい。
【００１０】
本発明の実施形態によると前記光子検出受光素子において、前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦである、としてよい。
【００１１】
本発明の実施形態によると、前記光子検出受光素子において、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、としてよい。
【００１２】
本発明の実施形態によると、光子検出受光素子アレイは、
複数の光子検出受光素子がアレイ状に接続された光子検出受光素子アレイにおいて、
前記光子検出受光素子の各々は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作する、としてよい。
【００１３】
本発明の実施形態によると、前記光子検出受光素子アレイにおいて、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、としてよい。
【００１４】
本発明の実施形態によると、光無線通信装置は、
筐体と、受信光から電気信号を生成する光子検出受光素子と、該光子検出受光素子からの電気信号より受信データ信号を生成する受信部と、送信データ信号より電気信号を生成する送信部と、該送信部からの電気信号を入力して送信光を生成する発光素子と、外部機器のプロトコルに対応した受信データ又は送信データを生成する光無線通信コントローラと、を有し、
前記光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作する、としてよい。
【００１５】
本発明の実施形態によると、前記光無線通信装置において、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、としてよい。
【００１６】
本発明の実施形態によると、前記光無線通信装置において、
前記筐体は複数の面を有し、前記複数の面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、としてよい。
【００１７】
本発明の実施形態によると、前記光無線通信装置において、
前記筐体は３つの面を有し、前記３つの面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、としてよい。
【００１８】
本発明の実施形態によると、前記光無線通信装置において、
前記光子検出受光素子と前記発光素子は、光拡散媒体によって覆われており、該光拡散媒体は、透明な母材と該母材内に分散した粒子状の光拡散粒子を含む、としてよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実施形態によれば、高電圧印加に起因して発生する不具合を回避することが可能であり、且つ、メッシュ型ネットワーク通信における通信時間の遅れを短くすることができる光子検出受光素子及びそれを用いた光無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態による光無線通信装置の構成の例を説明する図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光無線通信コントローラの構成例を説明する図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光無線通信接続部の例を説明する図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光無線通信接続部の他の例を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子の第１の例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子の第２の例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本願の発明者が行った光子検出ＡＰＤのリニアモードにおける出力電圧波形の実験結果について説明する図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、従来の受光素子におけるガイガーモードにおけるＡＰＤの出力電圧波形の例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子のシングルフォトンアバランシェ降伏について説明する第１の図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子のシングルフォトンアバランシェ降伏について説明する第２の図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子のシングルフォトンアバランシェ降伏について説明する第３の図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第１の例を説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施形態の光無線通信装置における送信光の出射角と受信光の入射角について説明する図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第１の例における発光素子からの送信光の拡がり角（θ）と光子検出受光素子による受信光の拡がり角（θ）について説明する図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第２の例における発光素子からの送信光の拡がり角（θ）と光子検出受光素子による受信光の拡がり角（θ）について説明する図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第３の例における発光素子からの送信光の拡がり角（θ）と光子検出受光素子による受信光の拡がり角（θ）について説明する図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第４の例を説明する図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第５の例を説明する図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第６の例を説明する図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施形態の光無線通信装置の第７の例を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態による光無線通信装置を含む光無線通信ネットワークの構成の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１Ａを参照して本発明の実施形態の光無線通信装置の構成例を説明する。本例の光無線通信装置１は、受発光部５と光無線通信コントローラ２０を有する。受発光部５と光無線通信コントローラ２０は、光無線通信接続部３０によって接続されている。受発光部５と光無線通信コントローラ２０は一体的に構成されてよいが、互いに遠隔的に配置されてもよい。例えば、受発光部５を電柱等の高所に配置し、光無線通信コントローラ２０を地上に配置してもよい。受発光部５は、発光素子１２、光子検出受光素子１４、発光素子制御回路１６、及び、受光素子制御回路１８を有する。
【００２３】
送信光１２１及び受信光１４１は、近紫外光（波長：２８０〜４００ｎｍ）、可視光（波長：３６０〜８３０ｎｍ）、及び、赤外光（波長：０．７μｍ〜１０００μｍ）のいずれであってもよい。本実施形態によると、送信光１２１及び受信光１４１は、好ましくは、可視光（波長：３６０〜８３０ｎｍ）であり、更に、好ましくは、青色から紫色（波長：４０５〜４７０ｎｍ）である。
【００２４】
発光素子１２は、点光源であってもよいが面光源であってもよい。発光素子１２は、高輝度放電ランプを含むものであってよいが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を含むものであってもよい。発光素子１２は、光拡散媒体を有するＬＤ（レーザーダイオード）を含むものであってよい。発光素子１２は、好ましく、可視光を発光する光源、例えば、青色ＬＥＤ又は青色ＬＤを含んでもよい。
【００２５】
光子検出受光素子１４は、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＡＰＤアレイ、ＭＰＰＣ（登録商標）（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）等を含むものであってよい。本発明の実施形態によると、光子検出受光素子１４は、シングルフォトンアバランシェ降伏を引き起こすＡＰＤであればどのようなものであってもよく、好ましくは、以下に図３Ａ及び図３Ｂに示す本発明の実施形態の実施形態に係る光子検出ＡＰＤ、又は、光子検出ＡＰＤアレイを含むものであってよい。これについては後に詳細に説明する。
【００２６】
光無線通信コントローラ２０は、インターフェース部２２を介して、各種の端末機器に接続されることができる。端末機器は、イーサネット（登録商標）機器、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）機器、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ‐Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）機器、等であってよい。光無線通信コントローラ２０は、インターフェース部２２に接続された各種の端末機器のプロトコルに対応して信号を変換し、又は、生成する。
【００２７】
本例の光無線通信装置１は、ネットワークを介してデータを送信する送信機能と、ネットワークを介してデータを受信する受信機能と、ネットワークを介してデータを中継する中継機能とを有する。
【００２８】
先ず、本例の光無線通信装置の送信機能について説明する。光無線通信コントローラ２０は、インターフェース部２２を介して接続された機器のプロトコルに対応して送信データ信号を生成し、この送信データ信号を電気信号に変換し、発光素子制御回路１６に提供する。発光素子制御回路１６は、この電気信号を発光素子１２に提供する。発光素子１２は、送信データを含む送信光１２１を生成する。
【００２９】
次に、本例の光無線通信装置の受信機能について説明する。光子検出受光素子１４は、受信光１４１より電気信号を生成し、この電気信号を受光素子制御回路１８に提供する。受光素子制御回路１８は、電気信号を光無線通信コントローラ２０に提供する。光無線通信コントローラ２０は、インターフェース部２２に接続された機器のプロトコルに対応した受信データを生成する。受信データは、インターフェース部２２に接続された端末機器に提供される。
【００３０】
最後に、本例の光無線通信装置の中継機能について説明する。光子検出受光素子１４は、受信光１４１を受信し、電気信号を生成し、この電気信号を受光素子制御回路１８介して光無線通信コントローラ２０に提供する。光無線通信コントローラ２０は、受信データ信号より送信データ信号を生成し、送信データ信号を発光素子制御回路１６に提供する。発光素子制御回路１６は送信データ信号より電気信号を生成し、この電気信号を発光素子１２に提供する。発光素子１２は、送信データを含む送信光１２１を生成する。
【００３１】
図１Ｂを参照して本発明の実施形態による光無線通信装置の光無線通信コントローラ２０の構成の例を説明する。光無線通信コントローラ２０は、ＲＦ変換回路２０１、Ｄ／Ａ回路２０２、及び、変調回路２０３を有する。変調回路２０３は、光無線通信コントローラ２０を介して提供された送信データを所定の変調信号に変換する。本例ではどの様な変調方式を用いてもよく、例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式であってよい。Ｄ／Ａ回路２０２はデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＲＦ変換回路２０１は、搬送波に信号波が重畳されたＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号、即ち、高周波信号を生成する。
【００３２】
光無線通信コントローラ２０は、更に、ＲＦ増幅回路２１１、Ａ／Ｄ回路２１２、及び、復調回路２１３を有する。ＲＦ増幅回路２１１は、受信データ信号を増幅し、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に変換する。Ａ／Ｄ回路２１２はアナログ信号をデジタル信号に変換する。復調回路２１３は変調信号を復調し、受信データを生成する。
【００３３】
図２Ａを参照して本発明の実施形態による光無線通信装置の光無線通信接続部３０の構成の例を説明する。本例の光無線通信接続部３０は、光無線通信コントローラ２０に設けられたＴＸ端子３２とＲＸ端子３３を有する。特に、高周波回路では、送り出し側の回路の出力インピーダンスと受け側回路の入力インピーダンスをインピーダンス・マッチング（整合）させないと、接続部で反射が起きるため、損失が大きくなり効率が低下する。本発明の実施形態では、ＴＸ端子３２とＲＸ端子３３には、それぞれ、ＳＭＡ−ＩＰＥＸ規格の端子が設けられている。これらの端子に、インピーダンス・マッチング用に特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル３１Ａ、３１Ｂが接続される。
【００３４】
図２Ｂを参照して本発明の実施形態による光無線通信装置の光無線通信接続部３０（図１Ａ）の構成の他の例を説明する。本例の光無線通信接続部３０は、受発光部５に設けられたＯ／Ｅ変換回路３５、及び、Ｅ／Ｏ変換回路３６と、光無線通信コントローラ２０に設けられたＥ／Ｏ変換回路３８、及び、Ｏ／Ｅ変換回路３９を有する。受発光部５に設けられたＯ／Ｅ変換回路３５、３６と光無線通信コントローラ２０（図１Ｂ）に設けられたＥ／Ｏ変換回路３８、３９は、それぞれ、光ファイバケーブル３７Ａ、３７Ｂを介して接続される。Ｏ／Ｅ変換回路３５、３９は、光信号を電気信号に変換し、Ｅ／Ｏ変換回路３６、３８は電気信号を光信号に変換する。
【００３５】
図３Ａを参照して本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子の第１の例について説明する。本例の光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤ受光素子１４０を含む。光子検出ＡＰＤ受光素子１４０は、光子検出ＡＰＤ１４０１、クエンチング抵抗１４０２、及び、キャパシタ１４０３を有する。光子検出ＡＰＤ１４０１はカソード側の端子１４０５とアノード側の端子１４０６を有する。クエンチング抵抗１４０２の一端は光子検出ＡＰＤ１４０１のアノード側の端子１４０６に接続されている。キャパシタ１４０３の一端は光子検出ＡＰＤ１４０１のアノード側の端子１４０６に接続されている。即ち、クエンチング抵抗１４０２の一端とキャパシタ１４０３の一端は、光子検出ＡＰＤ１４０１に接続されている。キャパシタ１４０３の他端には信号出力端子１４０８が設けられている。本例の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０の特徴は、キャパシタ１４０３を設けることにある。キャパシタ１４０３の機能については後に詳細に説明する。
【００３６】
光子検出ＡＰＤ１４０１のカソード側の端子１４０５とクエンチング抵抗１４０２の他方の端子１４０７の間に直流電源１４０４を接続する。光子検出ＡＰＤ１４０１に印加される逆バイアス電圧は、直流電源１４０４の電圧Ｖよりクエンチング抵抗１４０２による電圧降下量を差し引いた値である。
【００３７】
本例の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０の光子検出ＡＰＤ１４０１に印加する電圧について説明する。一般に、ＡＰＤには、降伏電圧（ブレークダウン電圧）より低い逆バイアス電圧で動作させるリニアモードと降伏電圧よりも高い逆バイアス電圧で動作させるガイガーモードとがある。ガイガーモードでは、シングルフォトンアバランシェ降伏を引き起こすことができる。
【００３８】
図３Ａにおいて、本例の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０は、リニアモードで動作させる。光子検出ＡＰＤ１４０１に印加される逆バイアス電圧は、降伏電圧より低い。本例の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０ではリニアモードで動作させるとき、シングルフォトンアバランシェ降伏を引き起こすことができる。
【００３９】
図３Ａにおいて、光子検出ＡＰＤ１４０１に逆バイアス電圧が印加されると、光子検出ＡＰＤ１４０１内において自由キャリアが活性化された状態になる。光子検出ＡＰＤ１４０１に受信光１４１が照射されると、シングルフォトンアバランシェ降伏が起きる。光子検出ＡＰＤ１４０１のカソード側の端子１４０５からアノード側の端子１４０６に増倍された電流ｉが流れる。クエンチング抵抗１４０２は、光子検出ＡＰＤ１４０１に大電流が流れることを防止する機能を有する。電流ｉは直流成分と交流成分を含む。直流成分はクエンチング抵抗１４０２によって消費され、交流成分はキャパシタ１４０３を流れ、信号出力端子１４０８より取り出すことができる。電流ｉの交流成分は、光子検出ＡＰＤ１４０１に照射された光子の加速度的な揺らぎに対応しており、受信光１４１に含まれる受信データを取り出すことができる。即ち、信号出力端子１４０８からの出力電流波形より受信データを取り出すことができる。出力電流波形については後に詳細に説明する。
【００４０】
図３Ｂを参照して本発明の実施形態による光無線通信装置の光子検出受光素子１４の第３の例について説明する。本例の光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａを含む。光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａは、複数の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０、例えば、３６００個の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０を含む。光子検出ＡＰＤ受光素子１４０の構成は図３Ａを参照して説明した。各光子検出ＡＰＤ受光素子１４０の光子検出ＡＰＤのカソード側の端子とアノード側の端子は、光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａの端子１４０５、１４０７にそれぞれ接続される。各光子検出ＡＰＤ受光素子１４０のキャパシタの信号出力端子は、光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａの信号出力端子１４０８に接続されている。本例では、全ての光子検出ＡＰＤ受光素子１４０において、光子検出ＡＰＤには同一の逆バイアス電圧が印加される。全ての光子検出ＡＰＤ受光素子１４０のキャパシタ１４０３の信号出力端子１４０８からの出力電流の合計は、信号出力端子１４０８から取り出される。
【００４１】
図４Ａを参照して本願の発明者が行った光子検出ＡＰＤのリニアモードにおける出力電圧波形の実験及びその結果について説明する。本実験では、図３Ｂに示す光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａを用いた。この光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａは３６００個の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０を含む。各光子検出ＡＰＤ受光素子１４０のキャパシタ１４０３の容量Ｃは０．１〜５ｐＦ、クエンチング抵抗１４０２の抵抗値Ｒは数百Ω、光子検出ＡＰＤ１４０１の受信光１４１の波長のピークは４０５〜４７０ｎｍに設定した。本実験では、光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａをリニアモードで動作させた。即ち、各光子検出ＡＰＤ受光素子１４０の光子検出ＡＰＤ１４０１に降伏電圧よりも低い逆バイアス電圧を印加し、シングルフォトンアバランシェ降伏を引き起こした。
【００４２】
図４Ａのグラフの横軸は時間（単位：ナノ秒）、縦軸は、シングルフォトンアバランシェ降伏を示す電圧波形（単位：ボルト）である。この電圧波形は、光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａの信号出力端子１４０８から得られる電流に基づいて電圧計より測定した。図示のように、シングルフォトンアバランシェ電圧パルスの波形の下端の幅を不感時間と称することとする。即ち、出力電圧のパルスが立ち上がった時点からゼロになるまでの時間を不感時間と称する。本実験例では不感時間は１．３ナノ秒であり、ピーク電圧は０．１７ボルトであった。キャパシタ１４０３の容量Ｃを十分に小さくすることによって、時定数を小さくすることができる。不感時間は、この受信素子を用いた光無線通信装置の通信遅延を表す。
【００４３】
本発明による実施形態の光子検出受光素子では、キャパシタ１４０３の容量Ｃは０．１〜５ｐＦ、好ましくは、０．５〜３ｐＦである。クエンチング抵抗１４０２の抵抗値Ｒは、１０〜１０００Ωであり、好ましくは、１０〜５００Ωである。本発明による実施形態の光子検出受光素子は、リニアモードで動作させる。ここで、リニアモードとは、印加電圧が７０ボルト以下の動作状態をいう。本例の光子検出ＡＰＤ１４０１の印加電圧は、数ボルトから７０ボルトであり、好ましくは、１０〜７０ボルトであり、更に好ましくは、３０〜７０ボルトである。光子検出ＡＰＤ１４０１の受信光１４１は、近紫外光、可視光、近赤外光、及び、赤外光が可能であるが、好ましくは、波長４０５〜４７０ｎｍにピークを有する青色から紫色の可視光である。光子検出ＡＰＤ１４０１の不感時間は５００ピコ秒〜５ナノ秒であり、アバランシェ電圧波形のピーク電圧は、０．１〜０．５ボルトである。
【００４４】
図４Ｂは従来の受光素子におけるＡＰＤの出力電圧波形の例を示す。図４Ｂのグラフの横軸は時間（単位：ナノ秒）、縦軸は、アバランシェ降伏を示す電圧波形（単位：ボルト）である。従来の受光素子では、キャパシタ１４０３（図３Ａ）が設けられていない。即ち、従来の受光素子は、ＡＰＤとクエンチング抵抗からなり、ガイガーモードで動作する。図示のように、不感時間は２５０ナノ秒であり、ピーク電圧は０．１３ボルトであった。
【００４５】
本発明による実施形態の光子検出受光素子では、リニアモードで動作させる。即ち、光子検出ＡＰＤ受光素子１４０に降伏電圧より小さな逆バイアス電圧を印加する。従って、従来のＡＰＤのように高電圧印加に起因して不具合が発生することはない。更に、本発明による実施形態の光子検出受光素子では、不感時間は５ナノ秒以下である。従って、本発明による実施形態の光子検出受光素子を備えた光無線通信装置を用いてもメッシュ型ネットワーク通信における通信時間の遅れを短くすることができる。
【００４６】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃを参照して、シングルフォトンアバランシェ降伏について説明する。図５Ａは、図３Ｂの本実施形態による光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａの例を示す。光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ１４０Ａは複数の光子検出ＡＰＤ受光素子１４０を含む。光は、波と粒子の２つの性質を有する。図５Ａに示すように、受信光１４１を受光するとき、単一の光子１４１ｐとして受光することができる。例えば、受信光１４１が波長４７０ｎｍの青色光のとき、単一の光子１４１ｐのエネルギーは２．６ｅＶとなる。図５Ｂは、光子検出ＡＰＤ受光素子１４０ｎにおいて単一の光子１４１ｐによってシングルフォトンアバランシェ降伏が生じた状態を示す。図５Ｃに示すように、シングルフォトンアバランシェ降伏が生じた光子検出ＡＰＤ受光素子１４０ｎでは、出力電流がゼロになるまで、更なるシングルフォトンアバランシェ降伏は起きない。即ち、不感時間内では、次のシングルフォトンアバランシェ降伏は起きない。
【００４７】
図６Ａを参照して、本発明の実施形態による光無線通信装置１の例を説明する。本例の光無線通信装置１は、筐体１０と、筐体の前面１０Ａに配置された発光素子１２と光子検出受光素子１４を有する。図６Ａに示すように、空間にＸＹＺ軸を設定する。Ｚ軸を鉛直上方沿って設定し、Ｘ軸、Ｙ軸を水平面上に設定する。本例では、光無線通信装置１は、筐体の前面１０Ａが垂直面に沿って配置されるように、配置されている。発光素子１２からの送信光１２１は実線矢印で示し、光子検出受光素子１４によって受光される受信光１４１は破線矢印で示す。
【００４８】
図６Ｂを参照して、発光素子１２からの送信光１２１の出射角と光子検出受光素子１４における受信光１４１の入射角（θ）について説明する。出射角と入射角は、通常立体角によって表されるが、ここでは、簡略化し、２次元平面で考察する。光無線通信装置１の筐体１０の前面１０Ａに垂直線Ｏ−Ｏを立てる。垂直線Ｏ−Ｏに対する送信光１２１の傾斜角をθＯＵＴとし、垂直線Ｏ−Ｏに対する受信光１４１の傾斜角をθＩＮとする。例えば、光源としてＬＥＤを用いる場合、光強度は光軸に沿った方向で最大となり、光軸に対して傾斜角が大きくなると小さくなる。すなわち、送信光１２１の光強度は、傾斜角θＯＵＴがゼロのとき最大となり、傾斜角θＯＵＴが大きくなるにつれて、小さくなる。
【００４９】
そこで、送信光１２１の光強度が所定の値より大きくなる範囲を、照射角θＯＵＴとし、その２倍を拡がり角θ１と称することとする。受信光１４１についても同様である。受信光１４１の光強度が所定の値より大きくなる範囲を、受光角θＯＵＴＩＮとし、その２倍を拡がり角θ２と称する。以下に、送信光１２１及び受信光１４１は、所定の光強度より大きい光強度の光束の意味で用いる。
【００５０】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを参照して、本発明の実施形態の光無線通信装置の第１、第２及び第３の例における発光素子１２からの送信光１２１の拡がり角θ１と光子検出受光素子１４による受信光１４１の拡がり角θ２について説明する。図７Ａに示す光無線通信装置の場合、送信光１２１の拡がり角θ１と受信光１４１の拡がり角θ２は、比較的小さく、例えば、それぞれ３０〜９０度である。図７Ｂに示す光無線通信装置の場合、送信光１２１の拡がり角θ１と受信光１４１の拡がり角θ２は、比較的大きく、それぞれ９０〜１２０度である。図７Ｃに示す光無線通信装置の場合、送信光１２１の拡がり角θ１と受信光１４１の拡がり角θ２は、十分に大きく、それぞれ１２０〜１８０度である。
【００５１】
図８Ａを参照して、本発明の実施形態の光無線通信装置の第４の例を説明する。本例の光無線通信装置１は、筐体１０と、筐体の２つの面１０Ａ、１０Ｂにそれぞれ配置された発光素子１２Ａ、１２Ｂと光子検出受光素子１４Ａ、１４Ｂを有する。本例の光無線通信装置１は、箱型の筐体１０によって一体的に構成されている。図示のように、空間にＸＹＺ軸を設定する。Ｚ軸を鉛直上方沿って設定し、Ｘ軸、Ｙ軸を水平面上に設定する。本例では、光無線通信装置１は、筐体の２つの面１０Ａ、１０Ｂが垂直に配置されるように、配置されている。発光素子１２Ａ、１２Ｂから送信光１２１は実線矢印で示す。送信光１２１の拡がり角θ１は、十分に大きく、１８０度である。本例の光無線通信装置１は、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂを備えるため、両者の送信光１２１の拡がり角θ１を合わせると３６０度となる。光子検出受光素子１４によって受光される受信光の図示は省略する。受信光１４１の拡がり角θ２は、同様に、十分に大きく、１８０度である。本例の光無線通信装置１は、２つの光子検出受光素子１４Ａ、１４Ｂを備えるため、両者の受信光１４１の拡がり角θ２を合わせると３６０度となる。
【００５２】
図８Ｂを参照して、本発明の実施形態の光無線通信装置の第５の例を説明する。本例の光無線通信装置１は、筐体１０と、筐体の３つの面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにそれぞれ配置された発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと光子検出受光素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを有する。本例の光無線通信装置１は、三角柱型の筐体１０によって一体的に構成されている。図示のように、空間にＸＹＺ軸を設定する。Ｚ軸を鉛直上方沿って設定し、Ｘ軸、Ｙ軸を水平面上に設定する。本例では、光無線通信装置１は、筐体の３つの面１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが垂直に配置されるように、配置されている。発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから送信光１２１は実線矢印で示す。送信光１２１の拡がり角θ１は、十分に大きく、１２０度である。本例の光無線通信装置１は、３つの発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備えるため、全ての送信光１２１の拡がり角θ１を合わせると３６０度となる。光子検出受光素子１４によって受光される受信光の図示は省略する。受信光１４１の拡がり角θ２は、同様に、十分に大きく、１２０度である。本例の光無線通信装置１は、３つの光子検出受光素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを備えるため、全ての受信光１４１の拡がり角θ２を合わせると３６０度となる。
【００５３】
図９Ａを参照して本発明の実施形態の光無線通信装置の第６の例を説明する。本例の光無線通信装置１は、筐体１０と、筐体の前面１０Ａに配置された発光素子１２と光子検出受光素子１４とを有する。筐体の前面１０Ａには、反射面１２３、１４３、光拡散媒体１２５、１４５が設けられている。発光素子１２は、反射面１２３の焦点の位置に配置され、且つ、光拡散媒体１２５によって覆われている。光子検出受光素子１４は、反射面１４３の焦点の位置に配置され、且つ、光拡散媒体１４５によって覆われている。光拡散媒体１２５、１４５は透明な樹脂又はガラスによって形成される。
【００５４】
本例の光無線通信装置によると、発光素子１２からの送信光１２１は、筐体の前面１０Ａの空間に略全域に３６０度の広い角度に亘って放射される。本例の光無線通信装置によると、光子検出受光素子１４は、筐体の前面１０Ａの空間に略全域に３６０度の広い角度に亘って入射される受信光１４１を受信することができる。
【００５５】
図９Ｂを参照して本発明の実施形態の光無線通信装置の第７の例を説明する。本例の光無線通信装置１は、筐体１０と、筐体の前面１０Ａに配置された発光素子１２と光子検出受光素子１４とを有する。発光素子１２と光子検出受光素子１４は、近接して配置され、又は、一体的に構成されている。筐体の前面１０Ａには、反射面１２３、光拡散媒体１２５が設けられている。発光素子１２及び光子検出受光素子１４は、反射面１２３の焦点の位置に配置され、且つ、光拡散媒体１２５によって覆われている。光拡散媒体１２５は、樹脂又はガラスのような透明な母材に酸化チタン粒子、コアシェル型粒子等の光拡散粒子を分散して含むように構成されてよい。
【００５６】
図１０を参照して本発明の実施形態による光無線通信装置を含む光無線通信ネットワークの構成の例を説明する。光無線通信装置１は図８Ｂに示す例を用いた。光無線通信装置１は３つの面を有する筐体を有する。３つの面のそれぞれに、発光素子及び光子検出受光素子が配置されているが、ここでは図示を省略し、発光素子からの送信光１２１のみを示す。本例によると、光無線通信装置１は３つの面に配置された発光素子及び光子検出受光素子を有するため、通信空間内に障害物が存在する場合でも、不意に障害物が発生した場合でも、光無線通信ネットワークを構成することができる。
【００５７】
本例の光無線通信装置は、高感度の光子検出受光素子１４を備える。そのため、発光素子１２からの送信光１２１が空間に広い角度に亘って放射されても、光子検出受光素子１４は受信光１４１を十分に受信することができる。尚、本例の光無線通信装置は、発光素子からの送信光１２１を狭い角度にて放射させてもよい。即ち、本例の光無線通信装置は、レーザダイオードにようなビーム状の光を放射する発光素子を使用したもよい。その場合には、発信側と受信側の軸合わせを行うためのトラッキングが必要となる。
【００５８】
メッシュ型ネットワーク通信において本発明の実施形態の光子検出受光素子を用いた光無線通信装置の通信速度と、従来の受光素子を用いた通信装置の通信速度を比較する。例えば、メッシュ型ネットワーク通信では、Ｎ個の通信装置を中継してデータを送信する。本発明の実施形態による光子検出受光素子の不感時間を５ナノ秒とし、従来の受光素子の不感時間を２５０ナノ秒とする。本実施形態による光無線通信装置を用いた場合の通信の遅れは、５×Ｎナノ秒である。一方の従来の受光素子を用いた通信装置を用いた場合の遅れは、２５０×Ｎナノ秒となる。従って、本発明に実施形態では、メッシュ型ネットワーク通信における通信時間の遅れを十分に小さくすることができる。
【００５９】
以上、本実施形態に係る光子検出受光素子及びそれを用いる光無線通信装置について説明したが、これらは例示であって、本発明の実施形態の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の実施形態の範囲内である。本発明の実施形態の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００６０】
１…光無線通信装置、５…受発光部、１０…筐体、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…面、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…発光素子、１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…光子検出受光素子、１６…発光素子制御回路、１８…受光素子制御回路、２０…光無線通信コントローラ、２２…インターフェース部、３０…光無線通信接続部、３１Ａ、３１Ｂ…同軸ケーブル、３２…ＴＸ端子、３３…ＲＸ端子、３５…Ｏ／Ｅ変換回路、３６…Ｅ／Ｏ変換回路、３７Ａ、３７Ｂ…光ファイバケーブル、３８…Ｅ／Ｏ変換回路、３９…Ｏ／Ｅ変換回路、  １２１…送信光、１２３…反射面、１２５…光拡散媒体、１４０…光子検出ＡＰＤ受光素子、１４０Ａ…光子検出ＡＰＤ受光素子アレイ、１４１…受信光、１４１ｐ…光子、１４３…反射面、１４５…光拡散媒体、２０１…ＲＦ変換回路、２０２…Ｄ／Ａ回路、２０３…変調回路、２１１…ＲＦ増幅回路、２１２…Ａ／Ｄ回路、２１３…復調回路、１４０１…光子検出アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、１４０２…クエンチング抵抗、１４０３…キャパシタ、１４０４…直流電源、１４０５…端子、１４０６…端子、１４０７…端子、１４０８…端子
【図１Ａ】
2020065034.tif 000003
【図１Ｂ】
2020065034.tif 000004
【図２Ａ】
2020065034.tif 000005
【図２Ｂ】
2020065034.tif 000006
【図３Ａ】
2020065034.tif 000007
【図３Ｂ】
2020065034.tif 000008
【図４Ａ】
2020065034.tif 000009
【図４Ｂ】
2020065034.tif 000010
【図５Ａ】
2020065034.tif 000011
【図５Ｂ】
2020065034.tif 000012
【図５Ｃ】
2020065034.tif 000013
【図６Ａ】
2020065034.tif 000014
【図６Ｂ】
2020065034.tif 000015
【図７Ａ】
2020065034.tif 000016
【図７Ｂ】
2020065034.tif 000017
【図７Ｃ】
2020065034.tif 000018
【図８Ａ】
2020065034.tif 000019
【図８Ｂ】
2020065034.tif 000020
【図９Ａ】
2020065034.tif 000021
【図９Ｂ】
2020065034.tif 000022
【図１０】
2020065034.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月29日(2019.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子検出アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）とクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作し、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦである、光子検出受光素子。
【請求項２】
請求項１記載の光子検出受光素子において、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光子検出受光素子。
【請求項３】
複数の光子検出受光素子がアレイ状に接続された光子検出受光素子アレイにおいて、
前記光子検出受光素子の各々は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作し、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光子検出受光素子アレイ。
【請求項４】
筐体と、受信光から電気信号を生成する光子検出受光素子と、該光子検出受光素子からの電気信号より受信データ信号を生成する受信部と、送信データ信号より電気信号を生成する送信部と、該送信部からの電気信号を入力して送信光を生成する発光素子と、外部機器のプロトコルに対応した受信データ又は送信データを生成する光無線通信コントローラと、を有し、
前記光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作し、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光無線通信装置。
【請求項５】
請求項４記載の光無線通信装置において、
前記筐体は複数の面を有し、前記複数の面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、光無線通信装置。
【請求項６】
請求項４記載の光無線通信装置において、
前記筐体は３つの面を有し、前記３つの面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、光無線通信装置。
【請求項７】
請求項４記載の光無線通信装置において、
前記光子検出受光素子と前記発光素子は、光拡散媒体によって覆われており、該光拡散媒体は、透明な母材と該母材内に分散した粒子状の光拡散粒子を含む、光無線通信装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月9日(2019.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子検出アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）とクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、該キャパシタの他端は、出力電流を取り出すための信号出力端子に接続されており、
前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作し、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦである、光子検出受光素子。
【請求項２】
請求項１記載の光子検出受光素子において、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光子検出受光素子。
【請求項３】
複数の光子検出受光素子がアレイ状に接続された光子検出受光素子アレイにおいて、
前記光子検出受光素子の各々は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、該キャパシタの他端は、出力電流を取り出すための信号出力端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作し、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光子検出受光素子アレイ。
【請求項４】
筐体と、受信光から電気信号を生成する光子検出受光素子と、該光子検出受光素子からの電気信号より受信データ信号を生成する受信部と、送信データ信号より電気信号を生成する送信部と、該送信部からの電気信号を入力して送信光を生成する発光素子と、外部機器のプロトコルに対応した受信データ又は送信データを生成する光無線通信コントローラと、を有し、
前記光子検出受光素子は、光子検出ＡＰＤとクエンチング抵抗とキャパシタを有し、該クエンチング抵抗の一端と該キャパシタの一端は、前記光子検出ＡＰＤの一方の端子に接続されており、該キャパシタの他端は、出力電流を取り出すための信号出力端子に接続されており、前記光子検出ＡＰＤは、降伏電圧より低い逆バイアス電圧が印加されるリニアモードで動作し、
前記逆バイアス電圧は、１０〜７０ボルトであり、前記クエンチング抵抗の抵抗値Ｒは１０〜１０００Ωであり、前記キャパシタの容量Ｃは０．１〜５ｐＦであり、
前記光子検出ＡＰＤの受信光の波長のピークが４０５〜４７０ｎｍのとき、前記光子検出ＡＰＤのシングルフォトンアバランシェ電圧波形のピーク電圧は０．１〜０．５ボルトであり、前記光子検出ＡＰＤの不感時間は５００ピコ秒から５ナノ秒である、光無線通信装置。
【請求項５】
請求項４記載の光無線通信装置において、
前記筐体は複数の面を有し、前記複数の面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、光無線通信装置。
【請求項６】
請求項４記載の光無線通信装置において、
前記筐体は３つの面を有し、前記３つの面の各々に前記光子検出受光素子と前記発光素子がそれぞれ配置されている、光無線通信装置。
【請求項７】
請求項４記載の光無線通信装置において、
前記光子検出受光素子と前記発光素子は、光拡散媒体によって覆われており、該光拡散媒体は、透明な母材と該母材内に分散した粒子状の光拡散粒子を含む、光無線通信装置。