(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光の光量を前記光量に応じた電気信号に変換する光電変換素子と、受光素子選択信号に応じて前記電気信号を出力制御するスイッチ素子と、をそれぞれ備える複数の受光素子と、
アドレス信号を入力し、前記アドレス信号に応じて前記複数の受光素子の内の何れかの受光素子を指示する前記受光素子選択信号を出力する受光素子選択部と、
前記受光素子選択信号によって指示された前記受光素子から出力される前記電気信号を入力して、前記電気信号に応じた出力信号を出力する出力部と、
を備えて、半導体基板上にモノリシックに形成されることを特徴とする光電子集積回路。
【請求項２】
前記光電変換素子は、フォトダイオードであり、
前記スイッチ素子は、エミッタ端子が前記フォトダイオードのカソード端子に接続するｎｐｎ型バイポーラトランジスタであり、
前記出力部は、前記受光素子選択信号によって指定された前記受光素子の前記ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に流れる電流信号を入力して前記電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光電子集積回路。
【請求項３】
前記受光素子選択信号は、前記ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベース端子に入力する、ことを特徴とする請求項２記載の光電子集積回路。
【請求項４】
前記受光素子選択信号は、前記フォトダイオードのアノード端子に入力する、ことを特徴とする請求項２記載の光電子集積回路。
【請求項５】
前記光電変換素子は、フォトダイオードであり、
前記スイッチ素子は、エミッタ端子が前記フォトダイオードのアノード端子に接続するｐｎｐ型バイポーラトランジスタであり、
前記出力部は、前記受光素子選択信号によって指定された前記受光素子の前記ｐｎｐ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に流れる電流信号を入力して前記電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光電子集積回路。
【請求項６】
前記受光素子選択信号は、前記ｐｎｐ型バイポーラトランジスタのベース端子に入力する、ことを特徴とする請求項５記載の光電子集積回路。
【請求項７】
前記受光素子選択信号は、前記フォトダイオードのカソード端子に入力する、ことを特徴とする請求項５記載の光電子集積回路。
【請求項８】
前記フォトダイオードはｐｉｎ型フォトダイオードである、ことを特徴とする請求項２または５記載の光電子集積回路。
【請求項９】
前記複数の受光素子は前記半導体基板上に２次元状に配列される、ことを特徴とする請求項１記載の光電子集積回路。
【請求項１０】
前記半導体基板はＩｎＰである、ことを特徴とする請求項１記載の光電子集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ通信などで使用される、光を受信して電気信号に変換する光電子集積回路、および、これを用いる光情報伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信の発展に伴い、この分野で使用される光送受信器や光情報伝送網は高速性や小型化が要求されている。これらの要求を満たすため、受光素子とトランジスタとを組み合わせた光電子集積回路や、光電子集積回路と光伝送路網を用いた光情報伝送システムが、研究・試作されている。
【０００３】
光電子集積回路として、例えば、「Ｓ．  Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ，  ｅｔａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．３，  Ｎｏ．９，  １９９１，  ｐｐ．８２３−８２５  」や「矢野ら、１９９１年電子情報通信学会春季大会、Ｃ−１７９」に示されるような光電子集積回路が報告されている。
【０００４】
図８は、従来の光電子集積回路の回路図である。この図に示される光電子集積回路では、８個のフォトダイオードＰＤ１ないしＰＤ８と、多数のトランジスタや抵抗、および、フォトダイオードＰＤ１ないしＰＤ８それぞれに対応する同数の出力端子ＯＰ１ないしＯＰ８とが、半導体基板上に形成されて、それぞれのフォトダイオードＰＤｉ（ｉ＝１，２，３，．．，８）に入射した光の光量に応じた電気信号を、そのフォトダイオードに対応する出力端子ＯＰｉから、半導体基板外部に取り出していた。そして、この光電子集積回路の出力端子ＯＰｉから出力されたそれぞれの信号を、別に設けたセレクタ回路に入力して、所望の１つのフォトダイオードが受信した光信号を選択して取り出していた。
【０００５】
又、従来、光情報伝送システムとして、例えば、「Ｃ．  Ｌｉｎ，  ”Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，  Ｃｈａｐ．１８，  Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  （１９８９）  」に示されるような光情報伝送システムがある。
【０００６】
図９は、従来の光情報伝送システムの光伝送路網トポロジである。従来の光情報伝送システムでは、複数の光接続ノードは、スター状（図９（ａ））、バス状（図９（ｂ））またはループ状（図９（ｃ））のトポロジの光伝送路網で接続されて、１つの光接続ノードから出力された光信号は、この光伝送路網を経由して、他の光接続ノードへ伝送される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の光電子集積回路では、集積化しようとするフォトダイオードの数が増加すると、単純にはそのフォトダイオード数に比例して半導体基板面積が増加する。しかし、半導体基板上に形成されるフォトダイオードの個数に応じて、それぞれの出力端子からの電気信号を、その半導体基板が実装されているパッケージ外部へ取り出す為のボンディングパッドも増える。これらのボンディングパッドを半導体基板上の周辺部に配置する必要があるため、実際には、フォトダイオードの集積度は半導体基板上のボンディングパッドの数に制約されるという問題点がある。更に、ボンディングパッド数が増えると、半導体基板を実装するパッケージが大きくなり、又、実装不良の割合が増加するという問題点もある。
【０００８】
又、通常、フォトダイオードから直接出力される信号は弱いので、増幅回路を設けて増幅する必要がある。もし、増幅回路を光電子集積回路内に設けるとすれば、それぞれのフォトダイオードに対応して同数の増幅回路を設ける必要があるため、半導体基板面積は更に大きくなり、又、消費電力が大きくなるという問題点がある。一方、増幅回路を光電子集積回路とは別に設けると、光電子集積回路から出力されたフォトダイオード出力が、セレクタ回路を経て増幅回路に到達するまでに雑音が混入して誤動作やクロストークを招くという問題点がある。
【０００９】
従来の光情報伝送システムでは、光伝送路網に接続される複数の光接続ノードが同時に光信号を伝送する場合に問題がある。即ち、スター状の光伝送路網の場合には、第１の光接続ノードから他の第２の光接続ノードへ光信号を伝送するに際して、これらとは別の第３の光接続ノードを経由することがある。又、バス状またはループ状の光伝送路網の場合には、１本の光ファイバに対して同時に光信号を出力することができる光接続ノードは唯１つに限られ、その他の光接続ノードは、光信号が伝送されてくるのを待っている状況であり、処理が実質的に停止している。従って、複数の光接続ノードから同時に光信号を出力することはできないので、光情報伝送速度向上に関して問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型で、消費電力が少なく、安定した出力を得ることができる光電子集積回路、及び、この光電子集積回路を用いるのに好適で光情報伝送を高速に行うことができる光情報伝送システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電子集積回路は、（１）入射する光の光量を光量に応じた電気信号に変換する光電変換素子と、受光素子選択信号に応じて電気信号を出力制御するスイッチ素子と、をそれぞれ備える複数の受光素子と、（２）アドレス信号を入力し、アドレス信号に応じて複数の受光素子の内の何れかの受光素子を指示する受光素子選択信号を出力する受光素子選択部と、（３）受光素子選択信号によって指示された受光素子から出力される電気信号を入力して、電気信号に応じた出力信号を出力する出力部と、を備えて、半導体基板上にモノリシックに形成されることを特徴とする。
【００１２】
光電変換素子は、フォトダイオードであり、スイッチ素子は、エミッタ端子がフォトダイオードのカソード端子に接続するｎｐｎ型バイポーラトランジスタであり、出力部は、受光素子選択信号によって指定された受光素子のｎｐｎ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に流れる電流信号を入力して電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する、こととしてもよい。この時、受光素子選択信号は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベース端子に入力してもよいし、フォトダイオードのアノード端子に入力してもよい。
【００１３】
光電変換素子は、フォトダイオードであり、スイッチ素子は、エミッタ端子がフォトダイオードのアノード端子に接続するｐｎｐ型バイポーラトランジスタであり、出力部は、受光素子選択信号によって指定された受光素子のｐｎｐ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に流れる電流信号を入力して電流信号に応じた電圧信号に変換して出力する、こととしてもよい。この時、受光素子選択信号は、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタのベース端子に入力してもよいし、フォトダイオードのカソード端子に入力してもよい。
【００１４】
フォトダイオードはｐｉｎ型フォトダイオードであるのが好ましい。複数の受光素子は半導体基板上に２次元状に配列されるのが好ましい。半導体基板はＩｎＰであるのが好ましい。
【００２２】
【作用】
本発明に係る光電子集積回路は上述のように構成されるので以下のように作用する。
【００２３】
受光素子選択部にアドレス信号が入力されると、そのアドレス信号に応じた受光素子選択信号が出力される。この受光素子選択信号は、複数の受光素子の内の何れかの受光素子を指示する。受光素子選択信号により指定された受光素子では、スイッチ素子がオン状態となり、光電変換素子に入射して光電変換された電気信号は、受光素子から出力される。それ以外の受光素子では、スイッチ素子がオフ状態となり、光電変換素子に入射して光電変換された電気信号は、受光素子から出力されない。これによって、アドレス信号に応じた受光素子選択信号によって選択された受光素子からのみ電気信号が出力され、その電気信号は、出力部に入力し、その電気信号に応じた出力信号に変換されて出力される。
【００２４】
光電変換素子がフォトダイオードであり、スイッチ素子が、エミッタ端子がフォトダイオードのカソード端子に接続するｎｐｎ型バイポーラトランジスタである場合には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベース端子またはフォトダイオードのアノード端子に入力される受光素子選択信号によって、フォトダイオードで光電変換された電気信号が、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に電流信号として出力されるのが制御される。このコレクタ端子に出力される電流信号は、出力部に入力されて、電圧信号に変換されて出力される。
【００２５】
光電変換素子がフォトダイオードであり、スイッチ素子が、エミッタ端子がフォトダイオードのアノード端子に接続するｐｎｐ型バイポーラトランジスタである場合には、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタのベース端子またはフォトダイオードのカソード端子に入力される受光素子選択信号によって、フォトダイオードで光電変換された電気信号が、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に電流信号として出力されるのが制御される。このコレクタ端子に出力される電流信号は、出力部に入力されて、電圧信号に変換されて出力される。
【００２６】
フォトダイオードがｐｉｎ型フォトダイオードである場合には、低い動作電圧で動作し、半導体基板上に集積化するに好適である。複数の受光素子が半導体基板上に２次元状に配列される場合には、光伝送路と受光素子との位置調整を容易に行える。半導体基板がＩｎＰである場合には、その基板上に形成されるフォトダイオードは、広い波長帯域の光信号を受信し得る。
【００３４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３５】
（第１の実施例）
先ず、第１の実施例について説明する。本実施例は、外部から与えられるアドレス信号に応じて複数の受光素子から１つの受光素子が選択されて、その１つの受光素子から出力される信号を外部に出力する光電子集積回路である。図１は、第１の実施例に係る光電子集積回路の構成図である。
【００３６】
本実施例に係る光電子集積回路は、（１）半導体基板１００上に２次元状に形成された複数の受光素子からなる受光部１１０と、（２）外部から入力されるアドレス信号２００の値に応じて受光部１１０内の複数の受光素子の内の１つの受光素子を指示する受光素子選択信号を出力する受光素子選択部１２０および１２１と、（３）受光素子選択部１２０および１２１から出力された受光素子選択信号で指示された受光素子からの出力を増幅して半導体基板１００外部に向けて出力する出力バッファ１３０と、を備える。
【００３７】
半導体基板１００は、この光電子集積回路が受光すべき光の波長に対して感度よい受光素子を形成することができる材料であることが好ましい。一般に光ファイバ通信には、ＧａＡｓ基板上に形成され０．８μｍないし１．０μｍ帯の波長の光を出力する発光素子、或いは、ＩｎＰ基板上に形成され１．３μｍないし１．５５μｍ帯の波長の光を出力する発光素子が使用される。これらの波長帯域の光を効率よく受光する受光素子を形成するために、半導体基板１００は、ＩｎＰを用いるのが好ましい。
【００３８】
受光部１１０は、半導体基板１００上に２次元状に複数の受光素子が形成されてなる。受光素子は、入射した信号光の光量に応じた電気信号に変換する光電変換素子と、その電気信号を出力制御するスイッチ素子とからなる。光電変換素子として例えばフォトダイオードが形成される。スイッチ素子として例えばトランジスタが形成される。本実施例の説明においては、受光部１１０は、６４（＝８×８）個の受光素子ＰＤｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，．．，７）が２次元状に配置されているとする。尚、受光部１１０において第  （ｉ＋１）行第  （ｊ＋１）列（ｉ，ｊ＝０，１，２，．．，７）にある受光素子を符号ＰＤｉｊで表す。
【００３９】
受光素子選択部１２０と１２１は、半導体基板１００外部から入力されたアドレス信号２００を入力し、そのアドレス信号２００の値に応じて、受光部１１０内の６４個の受光素子ＰＤｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，．．，７）の内から１つの受光素子ＰＤｍｎを指示する受光素子選択信号を出力する。受光素子の個数が６４個である場合には、アドレス信号２００の値は６ビット（＝ｌｏｇ２  ６４）でよい。
【００４０】
例えば、受光素子選択部１２０は、６ビットのアドレス信号２００の値の内の上位３ビット信号２１０の値を入力して、指定されるべき受光素子の行位置ｍを指定する行選択信号２２０を出力する。受光素子選択部１２１は、６ビットのアドレス信号２００の値の内の下位３ビット信号２１１の値を入力して、指定されるべき受光素子の列位置ｎを指定する列選択信号２２１を出力する。受光素子選択部１２０から出力された行選択信号２２０の値と受光素子選択部１２１から出力された列選択信号２２１の値とから、受光部１１０から１つの受光素子ＰＤｍｎが指定される。
【００４１】
出力バッファ１３０は、受光素子選択部１２０および１２１で指定された１つの受光素子ＰＤｍｎからの出力２３０を増幅して、半導体基板１００外部に向けて出力信号２４０を出力する。
【００４２】
次に、１つの受光素子の構成について説明する。図２は、１つの受光素子の回路図である。
【００４３】
受光素子は、光電変換素子であるｐｉｎ型フォトダイオードと、スイッチ素子であるバイポーラトランジスタとを含んで構成される。ｐｉｎ型フォトダイオードは、アバランシュフォトダイオードが要求するような高い動作電圧が必要でなく、集積化に好適である。バイポーラトランジスタは、電界効果型トランジスタに比べてしきい値電圧が一定であって、比較器機能を実現するのに好適である。
【００４４】
図２（ａ）に示した受光素子は、ｐｉｎ型フォトダイオード３００とｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０とから構成され、ｐｉｎ型フォトダイオード３００のカソード端子３００ｃとｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のエミッタ端子３１０ｅとが接続される。
【００４５】
このような受光素子が、光電子集積回路の受光部１１０に２次元状に配置される。全ての受光素子のｎｐｎ型バイポーラトランジスタのコレクタ端子が共通にされて、出力バッファ１３０の入力端に接続される。或いは、全ての受光素子のｐｉｎ型フォトトランジスタのアノード端子が共通にされて、出力バッファ１３０の入力端に接続されてもよい。
【００４６】
この受光素子が受光素子選択部１２０および１２１で指定されている時には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃの電位およびベース端子３１０ｂの電位は、ｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａの電位よりも高電位に設定される。指定されていない時には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃの電位またはベース端子３１０ｂの電位は、ｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａの電位よりも低電位に設定される。
【００４７】
そして、受光素子が受光素子選択部１２０および１２１で指定されている時には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃとｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａとの間に流れる電流信号は、出力バッファ１３０に入力し、出力バッファ１３０で増幅され電圧信号に変換される。
【００４８】
例えば、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃには常に１Ｖが印加されている。そして、この受光素子が受光素子選択部１２０および１２１で指定されている時には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のベース端子３１０ｂには０Ｖが、ｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａには−２Ｖが、印加される。指定されていない時には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のベース端子３１０ｂには−４Ｖが、ｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａには−２Ｖが、印加される。又、指定されていない時には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のベース端子３１０ｂには０Ｖが、ｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａには２Ｖが、印加されてもよい。
【００４９】
このように、受光素子選択部１２０から出力される行選択信号２２０および受光素子選択部１２１から出力される列選択信号２２１に応じて、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃとベース端子３１０ｂおよびｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａの各電位を設定すれば、受光素子選択部１２０および１２１で指定されている受光素子ＰＤｍｎについては、ｐｉｎ型フォトダイオード３００には逆バイアス電圧が印加され、且つ、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃとエミッタ端子３１０ｅとの間は低抵抗状態になるので、ｐｉｎ型フォトダイオード３００が受光した光の光量に応じて発生した電流が、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃとｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａとの間に流れる。それ以外の受光素子については、ｐｉｎ型フォトダイオード３００には順バイアス電圧が印加されるので、ｐｉｎ型フォトダイオード３００に入射した光の光量に応じた電流が、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ３１０のコレクタ端子３１０ｃとｐｉｎ型フォトダイオード３００のアノード端子３００ａとの間には流れることはない。従って、出力バッファ１３０には、受光素子選択部１２０および１２１で指定された受光素子ＰＤｍｎのｐｉｎ型フォトダイオードが受光した光信号に応じて発生した電流信号２３０のみが入力される。
【００５０】
図２（ｂ）に示した受光素子は、ｐｉｎ型フォトダイオード３２０とｐｎｐ型バイポーラトランジスタ３３０とから構成され、ｐｉｎ型フォトダイオード３２０のアノード端子３２０ａとｐｎｐ型バイポーラトランジスタ３３０のエミッタ端子３３０ｅとが接続される。
【００５１】
この場合も、図２（ａ）の場合と同様に、ｐｉｎ型フォトトランジスタ３２０のカソード端子３２０ｃの電位に対して、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ３３０のコレクタ端子３３０ｃおよびベース端子３３０ｂの電位を適切に設定することにより、この受光素子が受光素子選択部１２０および１２１で指定されている時にのみ、ｐｉｎ型フォトダイオード３２０が受光した光の光量に応じて発生した電流が、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ３３０のコレクタ端子３３０ｃとｐｉｎ型フォトダイオード３２０のカソード端子３２０ｃとの間に流れる。
【００５２】
以上のように構成すれば、受光素子ＰＤｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，．．，７）の内から受光素子選択部１２０および１２１によって指定された１つの受光素子ＰＤｍｎに到達した光信号に応じて発生した電流信号は、出力バッファ１３０に入力して、出力バッファ１３０において電圧信号に変換されて、出力信号２４０として光電子集積回路から取り出される。従って、出力信号２４０を取り出すのに必要な端子数は１つでよいので、光電子集積回路の半導体基板のサイズやパッケージは小さい。又、出力バッファを１つだけ備えればよいので、消費電力は少ない。
【００５３】
本実施例に係る光電子集積回路は以上のように構成されるので以下のように作用する。
【００５４】
例えば、半導体基板１００外部から入力されたアドレス信号２００の値が２進表記で１０１０１１２  であるとする。この時、受光素子選択部１２０に入力される３ビットのアドレス信号２１０の値は１０１２  であり、受光素子選択部１２０から出力される行選択信号２２０の値は５である。受光素子選択部１２１に入力される３ビットのアドレス信号２１１の値は０１１２  であり、受光素子選択部１２１から出力される列選択信号２２１の値は３である。従って、このアドレス信号２１０の値は、受光素子ＰＤ５３が指定されるべきことを示している。
【００５５】
従って、受光部１１０内の６４個の受光素子ＰＤｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，．．，７）の内、ＰＤ５３のみが指定された状態となる。即ち、ＰＤ５３を構成するｐｉｎ型フォトダイオードとバイポーラトランジスタの各端子に所定の電位が印加されて、ＰＤ５３を構成するｐｉｎ型フォトダイオードが受光した光の光量に応じて発生した電流信号２３０のみが、出力バッファ１３０に入力し、電圧信号に変換され適当に増幅され、出力信号２４０として半導体基板１００外部へ出力される。
【００５６】
（第２の実施例）
次に、第２の実施例について説明する。本実施例は、それぞれ光情報送信部と光情報受信部とを有する複数の光接続ノードの相互間を光伝送路網で接続して、これら光接続ノード間で光信号を伝送する光情報伝送システムである。
【００５７】
図３は、第２の実施例に係る光情報伝送システムの構成図である。図４は、光接続ノードの光情報送信部の光電子集積回路と光伝送路の配置図である。図５は、光接続ノードの光情報受信部の光電子集積回路と光伝送路の配置図である。尚、図３では、説明を簡便にする為に光接続ノードの個数を４としているが、更に多数の光接続ノードがある場合でも同様である。
【００５８】
本実施例に係る光情報伝送システムは、（１）光信号を送信する光情報送信部と光信号を受信する光情報受信部とをそれぞれ有する光接続ノード４００ないし４０３と、（２）光接続ノード４００ないし４０３の間で光信号を伝送する光伝送路網５００、とからなる。
【００５９】
光接続ノード４００ないし４０３のそれぞれは光情報送信部と光情報受信部とを備える。例えば、光接続ノード４００は、光情報送信部４００Ｔと光情報受信部４００Ｒとを備える。１つの光接続ノードの光情報送信部から出力された光信号は、他の１つの光接続ノードの光情報受信部へ、光伝送路網５００を介して伝送される。
【００６０】
光接続ノード４００の光情報送信部４００Ｔは、自己以外の光接続ノードの数である３個（またはそれ以上の）の発光素子を備え、自己以外の光接続ノードそれぞれに対応する発光素子から、その自己以外の光接続ノードの光情報受信部へ向けて光信号を出力する。光情報送信部４００Ｔは、例えば、アレイ状に配列された発光素子を備えてもよい。又、図４に示すように半導体基板６００上に発光素子ＬＥＤｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３，．．）がアレイ状に形成された光電子集積回路を備えてもよい。この場合、発光素子として例えばＬＥＤやレーザダイオードが形成される。尚、第  （ｉ＋１）行第  （ｊ＋１）列（ｉ，ｊ＝０，１，２，．．）にある発光素子ＬＥＤを符号ＬＥＤｉｊで表す。他の光接続ノード４０１ないし４０３の光情報送信部も同様である。
【００６１】
光情報送信部４００Ｔが、図４に示すような半導体基板６００上に発光素子ＬＥＤｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３，．．）がアレイ状に形成された光電子集積回路を備える場合には、この光電子集積回路とは別に設けられる情報信号部（図示せず）から、光信号を送信しようとする相手の光接続ノードに対応した発光素子に対して、送信すべき情報信号が入力される。光電子集積回路は、指定された発光素子から、情報信号に応じた光信号を出力する。
【００６２】
光接続ノード４００の光情報受信部４００Ｒは、自己以外の光接続ノードの数である３個（またはそれ以上の）受光素子を備え、自己以外の光接続ノードそれぞれに対応する受光素子で、その自己以外の光接続ノードの発光部から到達する光信号を入力する。光情報受信部４００Ｒは、例えば、アレイ状に配列された受光素子を備えてもよい。又、図５に示すように前述の第１の実施例で説明した光電子集積回路を備えてもよい。他の光接続ノード４０１ないし４０３の光情報受信部も同様である。
【００６３】
光情報受信部４００Ｒが、図５に示すような前述の第１の実施例で説明した光電子集積回路を備える場合には、以下のようにして光信号を受信する。光情報受信部４００Ｒには、更にこの光電子集積回路を制御する受光素子検索部（図示せず）が設けられる。この受光素子検索部は、光電子集積回路の受光素子ＰＤｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３，．．）それぞれに対応するアドレス信号２００の値を順次出力して、光電子集積回路に対して入力させ、同時に、光電子集積回路の出力バッファ１３０から出力される出力信号２４０を入力して監視して、光信号を受光している受光素子ＰＤｉｊを検索する。受光素子検索部は、光電子集積回路の出力バッファ１３０から出力される出力信号２４０が、光電子集積回路の何れかの受光素子ＰＤｉｊが光信号を受けてその光信号に応じて出力した信号であると判断すると、その時のアドレス信号２００の値が示す受光素子ＰＤｍｎが光信号を受光していると判断する。以降、受光素子検索部は、そのアドレス信号２００の値を出力して光電子集積回路に入力させ、その受光素子ＰＤｍｎが受光する光信号に応じて出力される出力信号２４０を入力し、必要に応じてその出力信号２４０の内容を処理、表示あるいは保存をする。受光素子検索部は、その受光素子ＰＤｍｎに光信号が伝送され終えたと判断すると、再び、光信号を受光している受光素子ＰＤｉｊを検索する。
【００６４】
光伝送路網５００は、１つの光接続ノード４０ｉ（ｉ＝０，１，２，３  ）の光情報送信部４０ｉＴから出力される光信号を、他の１つの光接続ノード４０ｊ（ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）の光情報受信部４０ｊＲへ伝送する光伝送路５ｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）からなる。これら光伝送路５ｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）として例えば光ファイバが用いられる。
【００６５】
光伝送路網５００の入射端と光接続ノードの光情報送信部の光電子集積回路とは、図４のように配置される。例えば、光伝送路５０１ないし５０３それぞれの入射端は、光接続ノード４００の光情報送信部４００Ｔの発光素子の発光面に対面して配置される。
【００６６】
光伝送路網５００の出射端と光接続ノードの光情報受信部の光電子集積回路とは、図５のように配置される。例えば、光伝送路５１０、５２０および５３０それぞれの出射端は、光接続ノード４００の光情報受信部４００Ｒの個々の受光素子の受光面に対面して配置される。
【００６７】
例えば、光接続ノード４００の光情報送信部４００Ｔから光接続ノード４０１の光情報受信部４０１Ｒへ光信号を伝送する光伝送路５０１は、光接続ノード４００の光情報送信部４００Ｔの発光素子の内、光接続ノード４０１の光情報受信部４０１Ｒに向けて光信号を送信する為の発光素子から出力される光信号を入力する。光伝送路５０１は、光接続ノード４０１の光情報受信部４０１Ｒの受光素子の内、光接続ノード４００の光情報送信部４００Ｔから到達する光信号を受信する為の受光素子に対して光信号を出力する。
【００６８】
以上のように構成すれば、例えば、光接続ノード４００から光接続ノード４０１へ光伝送路５０１を介して光信号を伝送している最中であっても、光接続ノード４０２と光接続ノード４０３との間で光伝送路５２３または５３２を介して光信号を伝送することができる。
【００６９】
本実施例に係る光情報伝送システムは以上のように構成されるので以下のように作用する。例えば、光接続ノード４００から光接続ノード４０１へ光信号を伝送する場合について説明する。
【００７０】
光接続ノード４００の光情報送信部４００Ｔでは、情報信号部より、光信号を送信しようとする相手の光接続ノード４０１に対応する発光素子へ、送信すべき情報信号が入力され、情報信号に応じた光信号がその発光素子から出力される。その発光素子から出力された光信号は、その発光素子の発光面に対面した位置に配置されている光伝送路５０１の入射端に入射し、光伝送路５０１内を伝送されて、光伝送路５０１の出射端から出力される。光伝送路５０１の出射端から出力された光信号は、光伝送路５０１の出射端に対面する位置にある、光接続ノード４０１の光情報受信部４０１Ｒの光電子集積回路にある１つの受光素子の受光面に照射される。
【００７１】
光接続ノード４０１の光情報受信部４０１Ｒでは、受光素子検索部が、光電子集積回路の受光素子それぞれに対応するアドレス信号２００の値を順次出力して、そのアドレス信号２００の値を光電子集積回路に入力し、同時に、光電子集積回路の出力バッファ１３０から出力される出力信号２４０を監視することにより、光信号が到達した受光素子を検索する。その結果、受光素子検索部は、光伝送路５０１の出射端に対面する位置にある受光素子に光信号が到達していることを知る。そして、受光素子検索部は、光電子集積回路に対し、その受光素子に対応するアドレス信号２００の値を入力し続けて、光電子集積回路の出力バッファ１３０から出力される出力信号２４０を入力する。
【００７２】
（第３の実施例）
次に、第３の実施例について説明する。本実施例は、接続ボックスを設けて、その接続ボックスと光接続ノードとの間を接続用光伝送路で接続して光伝送路網を形成して、光接続ノード間で光信号の伝送を行う光情報伝送システムである。図６は、第３の実施例に係る光情報伝送システムの構成図である。図７は、第３の実施例に係る光情報伝送システムに用いられる接続ボックスの構成図である。
【００７３】
本実施例に係る光情報伝送システムは、（１）光信号を送信する光情報送信部と光信号を受信する光情報受信部とをそれぞれ有する光接続ノード４００ないし４０３と、（２）光接続ノード４００ないし４０３それぞれの発光素子それぞれに対応する光入力端子と、光接続ノード４００ないし４０３それぞれの受光素子それぞれに対応する光出力端子と、任意の１つの光接続ノードの任意の１つの発光素子に対応する光入力端子と他の任意の１つの光接続ノードの任意の１つの受光素子に対応する光出力端子との間で光信号を伝送する中継用光伝送路、とを備える接続ボックス７００と、（３）光接続ノード４００ないし４０３それぞれについて、発光素子それぞれとそれに対応する接続ボックス７００の光入力端子との間、および、受光素子それぞれとそれに対応する接続ボックス７００の光出力端子との間で光信号を伝送する接続用光伝送路８００ないし８０３と、からなる。
【００７４】
接続ボックス７００は、▲１▼光接続ノード４０ｉの光情報送信部４０ｉＴ（ｉ＝０，１，２，３  ）の発光素子それぞれに対応する光入力端子７ｉｊＴ（ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）と、▲２▼光接続ノード４０ｉの光情報受信部４０ｉＲ（ｉ＝０，１，２，３  ）の受光素子それぞれに対応する光出力端子７ｊｉＲ（ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）と、▲３▼光入力端子７ｉｊＴ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）に入力された光信号を光出力端子７ｉｊＲへ伝送する中継用光伝送路７ｉｊと、を備える。
【００７５】
光入力端子７ｉｊＴ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）は、光接続ノード４０ｉの光情報送信部４０ｉＴから接続用光伝送路８０ｉを経由して伝送されてきた光信号を、中継用光伝送路７ｉｊへ中継する。中継用光伝送路７ｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）は、光入力端子７ｉｊＴに入力した光信号を光出力端子７ｉｊＲへ伝送する。これら中継用光伝送路７ｉｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）は例えば光ファイバが用いられる。光出力端子７ｉｊＲ（ｉ，ｊ＝０，１，２，３  、ｊ≠ｉ）は、中継用光伝送路７ｉｊから伝送されてきた光信号を、接続用光伝送路８０ｊを経由して光接続ノード４０ｊの光情報受信部４０ｊＲへ向けて中継する。
【００７６】
接続用光伝送路８００ないし８０３それぞれは、光接続ノード４００ないし４０３と接続ボックス７００との間で、光信号を伝送する。即ち、接続用光伝送路８０ｉ（ｉ＝０，１，２，３  ）は、光接続ノード４０ｉの光情報送信部４０ｉＴの発光素子それぞれから出力した光信号を、その発光素子に対応する接続ボックス７００の光入力端子７ｉｊＴ（ｊ≠ｉ）へ伝送する送信用光伝送路、及び、光接続ノード４０ｉの光情報受信部４０ｉＲの受光素子それぞれへ、その受光素子に対応する接続ボックス７００の光出力端子７ｊｉＲ（ｊ≠ｉ）から光信号を伝送する受信用光伝送路からなる。
【００７７】
以上のような構成にすれば、接続ボックス７００と接続用光伝送路８００ないし８０３との接続、及び、光接続ノード４００ないし４０３と接続用光伝送路８００ないし８０３との接続が容易となり、光情報伝送システムを容易にかつ確実に構築することができる。又、接続用光伝送路８００ないし８０３としてアレイファイバを用いれば、更に、接続ボックス７００、光接続ノード４００ないし４０３および接続用光伝送路８００ないし８０３との間の接続が容易となる。
【００７８】
本実施例に係る光情報伝送システムは以上のように構成されるので以下のように作用する。例えば、前述の第２の実施例と同じく、光接続ノード４００から光接続ノード４０１へ光信号を伝送する場合について説明する。
【００７９】
光接続ノード４００では、前述の第２の実施例の場合と同様に、光信号を送信する。光信号を送信しようとする相手の光接続ノード４０１に対応する、光情報送信部４００Ｔの発光素子から出力された光信号は、その発光素子の発光面に対面した位置に配置されている接続用光伝送路８００の内の１本の光伝送路の入射端に入射する。この光信号は、その光伝送路内を伝送されて、接続ボックス７００の光入力端子７０１Ｔに到達し、中継用光伝送路７０１内を伝送されて、光出力端子７０１Ｒに到達する。そして、この光信号は、接続ボックス７００の光出力端子７０１Ｒに接続されている、接続用光伝送路８０１の内の１本の光伝送路に入力し、その光伝送路内を伝送されて、その光伝送路の出射端から出力される。この光伝送路の出射端から出力された光信号は、この光伝送路の出射端に対面する位置にある、光接続ノード４０１の光情報受信部４０１Ｒにある１つの受光素子の受光面に照射される。光接続ノード４０１では、前述の第２の実施例の場合と同様に、光信号を受信する。
【００８０】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光電子集積回路の半導体基板上に発光素子または受光素子は１次元状に配列されていても構わない。光電子集積回路に形成される発光素子または受光素子の個数は任意で構わない。
【００８１】
又、光電子集積回路の半導体基板上に複数の発光素子と発光素子選択部とが形成され、光電子集積回路は、これら複数の発光素子の内の１つを指定するアドレス信号と、光信号に変換されて出力されるべき電気信号とを入力して、発光素子選択部がアドレス信号に従って指定した１つの発光素子から光信号を出力してもよい。光情報伝送システムの光接続ノードは、このような光電子集積回路を備えてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり本発明によれば、光電子集積回路の半導体基板上に、複数の受光素子、複数の受光素子の内の１つを指定する受光素子選択部、及び、指定された受光素子に到達した光信号に応じた電気信号を出力する出力バッファを形成し、外部から入力するアドレス信号に応じて受光素子選択部により指定された１つの受光素子からの信号のみを出力する。従って、受光素子の集積個数が増えても、出力端子の個数は１個で済み、半導体基板のサイズは受光素子の個数にのみ略依存し、半導体基板を実装するパッケージは小さくて済み、実装不良の割合は小さい。又、半導体基板上に１個の出力バッファが形成されるので、消費電力は小さく、雑音やクロストークの問題は発生しない。
【００８３】
受光素子として、光電変換素子であるｐｉｎ型フォトダイオードと、スイッチ素子であるバイポーラトランジスタとを組み合わせれば、低い動作電圧で動作可能であり集積化に好適であり、又、しきい値電圧が一定であって比較器機能を実現するのに好適である。
【００８４】
光電子集積回路の半導体基板としてＩｎＰ基板を用いれば、一般に光伝送路通信でよく用いられる、０．８μｍないし１．０μｍ帯の波長の光を出力するＧａＡｓ基板上に形成される発光素子、或いは、１．３μｍないし１．５５μｍ帯の波長の光を出力するＩｎＰ基板上に形成される発光素子から出力されるこれらの波長帯域の光を効率よく受光することができる受光素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係る光電子集積回路の構成図である。
【図２】受光素子の回路図である。
【図３】第２の実施例に係る光情報伝送システムの構成図である。
【図４】光接続ノードの光電子集積回路の送信部と光伝送路の配置図である。
【図５】光接続ノードの光電子集積回路の受信部と光伝送路の配置図である。
【図６】第３の実施例に係る光情報伝送システムの構成図である。
【図７】第３の実施例に係る光情報伝送システムに用いられる接続ボックスの構成図である。
【図８】従来の光電子集積回路の回路図である。
【図９】従来の光情報伝送システムの光伝送路網トポロジである。
【符号の説明】
１００…半導体基板、１１０…受光部、１２０，１２１…受光素子選択部、１３０…出力バッファ、ＰＤ００，・・，ＰＤ７７…受光素子、２００…アドレス信号、２４０…出力信号、３００，３２０…ｐｉｎ型フォトダイオード、３１０…ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ、３３０…ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ、４００，４０１，４０２，４０３…光接続ノード、５００…光伝送路網、７００…接続ボックス、８００，８０１，８０２，８０３…接続用光伝送路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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