(57)【要約】【課題】  昇圧回路等を使用することから生じる過渡応答から受光モジュール回路を保護する小型かつ簡単で、実用的な受光モジュール回路保護を提供する。【解決手段】  受光素子のカソードと昇圧回路と間に逆電流防止回路が挿入され、電気的に直列接続された受光モジュール回路を提供し、逆電流防止回路として整流作用を有する素子であるダイオードを使用することによって、小型化、省電力等の条件を満たす受光モジュール回路を構築することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子のカソードと昇圧回路とが電気的に直列接続された受光モジュール回路において、前記受光素子のカソードと前記昇圧回路との間に逆電流防止回路が挿入され、電気的に直列接続されることを特徴とする、受光モジュール回路。
【請求項２】
請求項１に記載の受光モジュール回路において、前記受光素子が、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であることを特徴とする、受光モジュール回路。
【請求項３】
ＰＩＮ構造フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）のカソードとサージ保護回路とが電気的に直列接続された受光モジュール回路において、前記ＰＩＮ−ＰＤのカソードと前記サージ保護回路との間に逆電流防止回路が挿入され、電気的に直列接続されることを特徴とする、受光モジュール回路。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の受光モジュール回路において、前記逆電流防止回路がダイオードを具えることを特徴とする、受光モジュール回路。
【請求項５】
請求項４に記載の受光モジュール回路において、前記ダイオードのカソードと前記受光素子のカソードとが電気的に直列接続されることを特徴とする、受光モジュール回路。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の受光モジュール回路を利用する光電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子装置に用いられる光検出器を過電流から保護する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を電気信号に変換する光検出器として、現在では半導体を用いた受光素子が用いられている。中でも低コスト、安定供給、小型化、長寿命、省電力等の条件を満たす素子として、フォトダイオードが多く使用されている。
【０００３】
フォトダイオードの種類には、ｐｎ接合フォトダイオード（ｐｎ−ＰＤ）、ＰＩＮ構造フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）、及びアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が含まれる。しかしｐｎ−ＰＤは、ＰＩＮ−ＰＤやＡＰＤと比べると低速であり、高速かつ高感度の動作が要求される現在の光電子装置では、フォトダイオードとしてＰＩＮ−ＰＤやＡＰＤが用いられることが多い。
【０００４】
ＰＩＮ−ＰＤとＡＰＤはその両端部に逆バイアスを印加してキャリアが励起された状態下で、それらの受光部からの入射光による内部原子の衝突電離によって、更にキャリアが励起されてブレイクダウンが誘発され、その結果として、大きな電流が流れるという特性を利用している。
【０００５】
従来、ＰＩＮ−ＰＤやＡＰＤのような受光素子を利用した受光モジュール回路は、電源投入時に生じる過渡応答によって破損しないように、例えばフリップフロップ回路のような回路規模の大きな順序回路を利用していた。しかし、受光モジュール回路を利用する光電子装置に対する小型化、省電力化の要請が強く、順序回路がこのような装置に搭載されないことが多い。その代替として、ＡＰＤの場合は受光素子用の安定した電力供給のために昇圧回路を用いて、装置電源からの出力を増幅している。また、ＰＩＮ−ＰＤの場合は急な電圧変動に対応するためにサージ保護回路等を用いることが一般的である。
【０００６】
しかしながら、ＡＰＤに用いられる昇圧回路は一般的に、ダイオードとトランジスタから構成されるスイッチと、コンデンサとから構成されており、電源投入時に受光素子に供給される電源供給は、昇圧回路の時定数分の遅れが常に生じる。その結果、電源投入時の過渡状態時間に、受光素子間に順バイアス（例えば、約１Ｖ〜２Ｖ）電圧が印加され、許容量を超える順バイアス電流が生ずるという新たな過渡応答の問題が生じる。これは、受光モジュール回路の特性変化及び回路に使用する素子の破損の一因となる。これと同様の現象はサージ保護回路等の保護回路を用いた場合にも生じる。
【０００７】
受光モジュール回路の安定動作に関連する技術が、特許文献１乃至３で開示されている。特許文献１では入射光を効率よく電圧に変換できる半導体受光素子が提案され、特許文献２では入射光の状態によらず最適な増倍率の出力を得るためのバイアス方法が提案され、特許文献３では過電圧によるＡＰＤの破損を防ぐための光受信回路が提案されている。
【特許文献１】特開２００８−１９８９３７号
【特許文献２】特開平６−１６４５０１号
【特許文献３】特開平１１−２７５７５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの特許文献１及び２に記載の技術は入射光を効率よく出力変換するための技術であり、上述のような過渡応答による受光モジュール回路に生ずる問題を解決するものではない。また、特許文献３には、過渡応答期の過電圧によるＡＰＤの破損を防止する保護回路について記載されているが、逆バイアスの過電圧に対する保護回路であり、上述のような過渡応答から受光モジュール回路を保護する回路を提供するものではない。従って、上述のような過渡応答から受光モジュール回路を保護する手段に対する要求は未だ残されたままである。
【０００９】
従って、上述のような過渡応答から受光モジュール回路を保護する小型かつ簡単な回路があれば、実用的な受光モジュール回路保護を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の受光モジュール回路は、受光素子のカソードと昇圧回路との間に逆電流防止回路が挿入され、電気的に直列接続されていることを最も主要な特徴とする。
【００１１】
具体的には、本発明の受光モジュール回路において、受光素子が、ＡＰＤであることを特徴とする。
【００１２】
別の様態において、本発明の受光モジュール回路は、ＰＩＮ−ＰＤのカソードとサージ保護回路との間に逆電流防止回路が挿入され、電気的に直列接続されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の受光モジュール回路の逆電流防止回路がダイオードを具えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の受光モジュール回路において、このダイオードのカソードと受光素子のカソードとが電気的に直列接続されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の受光素子モジュールは更に、様々な光電子装置に利用できることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
受光素子のカソードと昇圧回路との間に、逆電流防止回路を挿入し、電気的に直列接続することによって、過渡応答時に受光素子に許容量を超える順バイアス電流が流れるのを有効に防ぐことができる。従って、ＴＩＡから受光素子への電流流出による過電流でＴＩＡまたは受光素子が破損してしまうことはない。
【００１７】
更に、受光素子として、一般的な光電子装置に用いられるＡＰＤを用いることによって、本発明の受光モジュール回路を、既存の、及び将来開発されるであろう数多くの光電子装置に適用することができる。
【００１８】
ＰＩＮ−ＰＤのカソードとサージ保護回路との間に、逆電流防止回路を挿入し、電気的に直列接続することによって、過渡応答時に受光素子に許容量を超える順バイアス電流が流れるのを有効に防ぐことができる。従って、ＴＩＡから受光素子への電流流出による過電流がＴＩＡまたは受光素子を破損するのを防ぐ。それに加えて、サージ保護回路による急な電圧変動に対する保護効果も同時に保証することができる。
【００１９】
また、逆電流防止回路に、整流作用を有する素子であるダイオードを使用することによって、小型化、省電力等の条件を満たす受光モジュール回路を構築することができる。
【００２０】
また、このダイオードのカソードと、受光モジュール回路のカソードとを電気的に直列接続することによって、ダイオードの整流作用によって順バイアス電流が流れるのを防ぐことができる。
【００２１】
更に、本発明のＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤを利用した受光モジュール回路を、既存、又は今後開発されるであろう光通信分野、光制御分野の光電子装置等の専門的な光電子装置から、又はリモコン受光器等のような一般的な光電子装置に至るまでの幅広い分野に応用することによって、汎用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００２３】
図１に本発明の受光モジュール回路のブロック図を示す。受光モジュール回路は、昇圧回路１と、受光素子であるＡＰＤ２と、ＡＰＤ２で生じた逆バイアス電流を電圧に増幅変換するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）３と、受光モジュール回路に印加され、ＴＩＡ３の駆動にも用いられる外部供給電源４と、ダイオード５を具えている。
【００２４】
昇圧回路１は外部供給電源４から電源供給を受け、受光した際にＡＰＤ２が逆バイアス電流をＴＩＡ４に提供するのに必要な電圧（ＨＶ）を発生させる。昇圧回路からのＨＶはＡＰＤ２のカソード側に印加され、ＡＰＤ２は動作可能となる。また、ＡＰＤ２のアノードはＴＩＡ３に接続されている。ＡＰＤ２は通常、アノード−カソード間に逆電圧が印加される領域で使用される。
【００２５】
ここで図２を参照してダイオード５がない場合の回路について検討する。図２のＡＰＤ２では電源投入の過渡応答時に、昇圧回路１の時定数分だけＡＰＤ２のカソード側への電源供給に遅れが生じる。ここで、ＡＰＤ２のアソード側の電圧をＶ１、カソード側の電圧をＶ２、ＡＰＤの立ち上がり電圧をＶＦ（通常、０．６〜１Ｖ）とする。電源投入からの時間に対するＶ１とＶ２の変化を図３に示す。図３の過渡応答期間に示すように、ＶＦ≦Ｖ１−Ｖ２となる期間が存在し、この時Ｖ１−Ｖ２は１〜２Ｖ程度となる。この期間については、Ｖ１−Ｖ２がＡＰＤ２のＶＦを越えるため、ＡＰＤ２に順バイアス電流が流れてしまう。ＴＩＡ３は電流流出を想定した設計となっていないため、特性劣化や破損を生じ、ＡＰＤ２についても順バイアス電流を考慮した設計となっていないため、許容電流値を超えた順バイアス電流が流れることによって発熱などを生じ、結果として特性劣化や破損を生ずる。
【００２６】
しかしながら、図１に示す本発明の受光モジュール回路は、昇圧回路１とＡＰＤ２間に逆電流防止のダイオード５が挿入されている。このダイオード５の整流効果によって、電源投入時の過渡応答時に、ＡＰＤ２に順バイアス電流が生ずるのを防ぎ、本発明の受光モジュール回路の破損を防ぐことができる。
【００２７】
図４に、本発明の別の実施例である、受光素子にＰＩＮ−ＰＤ  ２−１を用いた本発明の受光モジュール回路のブロック図を示す。本発明では、昇圧回路１の位置に、サージ保護回路１−１が配置されている。このようなサージ保護回路１−１についても、一般的にはコンデンサを含むため、上述と同様に電圧供給に遅れが生じる。しかし、上述と同様に、ダイオード５の整流効果によって、電源投入時の過渡応答時に、ＰＩＮ−ＰＤ  ２−１に順バイアス電流が生ずるのを防ぎ、本発明の受光モジュール回路の破損を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、光通信、光制御分野から一般用途に至るまで幅広く利用することができる受光モジュール回路であり、高感度が要求される様々な光電子装置に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の一実施例である受光モジュール回路を示すブロック図である。
【図２】図２は、従来の受光モジュール回路を示すブロック図である。
【図３】図３は、電源投入後の図２の回路の定常状態までの電圧変化を示したグラフである。
【図４】図４は、本発明の別の実施例である受光モジュール回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      昇圧回路
１−１  サージ保護回路
２      ＡＰＤ
２−１  ＰＩＮ−ＰＤ
３      ＴＩＡ
４      外部供給電源
５      ダイオード
【図１】
2010157032.tif 000003
【図２】
2010157032.tif 000004
【図３】
2010157032.tif 000005
【図４】
2010157032.tif 000006