(57)【要約】  本発明は、光検出の精度を向上することができる受発光装置及び光検出方法を提供することを目的とする。受発光装置（１）は、半導体基板（１５）上に形成されたダイオード型の発光素子（１１）と、半導体基板（１５）上に形成されたダイオード型の受光素子（１３）と、第１のコモン電圧を発光素子（１１）のカソード電極（１１２）又はアノード電極（１１３）に供給して発光素子（１１）を駆動する光源駆動部（１７）と、受光素子（１３）から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準としてＩＶ変換する光信号処理部（１９）とを備えている。
2017222023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子と、
前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子と、
第１のコモン電圧を前記発光素子のアノード又はカソードに供給して前記発光素子を駆動する光源駆動部と、
前記受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換する光信号処理部と、
を備える受発光装置。
【請求項２】
前記第１のコモン電圧をＶｃｏｍ１、前記第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、以下の関係式（１）を満たす請求項１に記載の受発光装置。
｜Ｖｃｏｍ１−Ｖｃｏｍ２｜≦１［Ｖ］・・・（１）
【請求項３】
前記光源駆動部は、前記発光素子を駆動しないときは、前記発光素子のアノード及びカソードに、前記第１のコモン電圧を設定する
請求項１または２に記載の受発光装置。
【請求項４】
前記光源駆動部は、前記第１のコモン電圧を前記発光素子のカソードに供給し、  
第１フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記発光素子のアノードに供給し、
第２フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記発光素子のアノードに供給し、
前記光信号処理部は、前記第１フェーズにおける出力電圧と前記第２フェーズにおける出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
請求項１から３のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項５】
前記第一電圧をＶＬＥＤ１、前記第二電圧をＶＬＥＤ２、前記第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、以下の関係式（２）を満たす請求項４に記載の受発光装置。
２×（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）＞（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）・・・（２）
【請求項６】
前記光源駆動部は、前記第１のコモン電圧を前記発光素子のアノードに供給し、
第１フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
第２フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
前記光信号処理部は、前記第１フェーズにおける出力電圧と前記第２フェーズにおける出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
請求項１から３のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項７】
前記第一電圧をＶＬＥＤ１、前記第二電圧をＶＬＥＤ２、前記第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、以下の関係式（２）を満たす請求項６に記載の受発光装置。
２×（Ｖｃｏｍ２―ＶＬＥＤ２）＞（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）・・・（２）
【請求項８】
前記第一電圧及び前記第二電圧は、以下の関係式（３）を満たす請求項４から７のいずれか一項に記載の受発光装置。
（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）＝（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）・・・（３）
【請求項９】
前記第一電圧は、高電位側電源電圧である
請求項４から８のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項１０】
前記第二電圧は、低電位側電源電圧である
請求項４から９のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項１１】
前記光源駆動部は、前記発光素子のアノード又はカソードに駆動電圧又は駆動電流を供給し、
前記光信号処理部は、
第１フェーズで、前記受光素子から出力される出力電流を電流／電圧変換し、
第２フェーズで、前記第１フェーズとは出力極性が入れ替えられた前記受光素子から出力される出力電流を電流／電圧変換し、
前記第１フェーズにおいて変換された出力電圧と前記第２フェーズにおいて変換された出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
請求項１から３のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項１２】
前記光信号処理部は、
前記第２のコモン電圧が供給される第一入力端子、前記受光素子の一端と接続される第二入力端子、及び電流／電圧変換して得られた出力電圧が出力される出力端子を有する増幅器と、
前記増幅器の前記第二入力端子と前記出力端子との間に接続される帰還部と、
を有する
請求項１から１１のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項１３】
前記光信号処理部は、前記受光素子の他端を前記第２のコモン電圧に設定する
請求項１１に記載の受発光装置。
【請求項１４】
前記光源駆動部は、前記発光素子のアノードまたはカソードに駆動電圧又は駆動電流を供給し、
前記光信号処理部は、前記第２のコモン電圧を基準とした全差動増幅器を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項１５】
半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子のアノード及びカソードを第１のコモン電圧に設定するステップと、
前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子の出力電流を第２のコモン電圧を基準に電流／電圧変換するステップと、
を備える光検出方法。
【請求項１６】
前記受光素子のアノード又はカソードを前記第２のコモン電圧に設定するステップをさらに備える
請求項１５に記載の光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子とを備える受発光装置及び光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同一基板上に発光素子と受光素子とを備える光検出装置が知られている（例えば特許文献１から３）。このような光検出装置は、精度よく光を検出できることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４５４１１号
【特許文献２】特開２００９−１６６７７号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／１０５０４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、光検出の精度を向上することができる受発光装置及び光検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による受発光装置は、半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子と、前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子と、第１のコモン電圧を前記発光素子のアノード又はカソードに供給して前記発光素子を駆動する光源駆動部と、前記受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換する光信号処理部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、光検出の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態による受発光装置１に備えられた発光素子１１及び受光素子１３の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による受発光装置１の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による受発光装置１の概略構成を示すブロック図であって、発光素子１１がオフ状態における受発光装置１を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による受発光装置１の概略構成を示すブロック図であって、光検出の第１フェーズにおける受発光装置１を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態による受発光装置１の概略構成を示すブロック図であって、光検出の第２フェーズにおける受発光装置１を示す図である。
【図６】参考例としての受発光装置５を説明するブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態の変形例による受発光装置１の概略構成を示すブロック図であって、発光素子１１がオフ状態における受発光装置１を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による受発光装置２の概略構成を示すブロック図であって、光検出の第１フェーズにおける受発光装置２を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態による受発光装置２の概略構成を示すブロック図であって、光検出の第２フェーズにおける受発光装置２を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による受発光装置３の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による受発光装置４の概略構成を示すブロック図であって、発光素子１１がオフ状態における受発光装置４を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による受発光装置及び光検出方法について図１から図６を用いて説明する。まず、本実施形態による受発光装置１の概略構成について図１から図３を用いて説明する。図１に示すように、受発光装置１は、半導体基板１５と、半導体基板１５の主面１５１上に設けられた発光素子１１と、主面１５１上であって発光素子１１と隣り合って設けられた受光素子１３とを備えている。半導体基板１５は、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、サファイヤ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ又はＧｅ等の材料を用いて形成されている。
【０００９】
発光素子１１は、半導体基板１５の主面１５１上に形成された第１導電型の半導体層１１１ａと、半導体層１１１ａ上に形成された第２導電型の半導体層１１１ｂとを有している。第１導電型の半導体層１１１ａはＮ型半導体層であり、第２導電型の半導体層１１１ｂはＰ型半導体層である。半導体層１１１ａと半導体層１１１ｂとはＰＮ接合されてダイオード型の発光部１１１を構成している。発光素子１１は、半導体層１１１ａ上であって半導体層１１１ｂが配置されていない領域の一部に形成されたカソード電極１１２と、半導体層１１１ｂ上の一部に形成されたアノード電極１１３とを有している。このように、発光素子１１はダイオード型の素子である。発光素子１１は、発光部１１１に順方向に電圧が印加されることにより半導体基板１５に向かって光を出射する。発光素子１１から出射された光の一部は、半導体基板１５の主面１５１の裏面１５６で反射され、残余の光はこの裏面１５６を透過して半導体基板１５の外部に出射される。ここでは、発光素子１１の裏面側（半導体基板１５）から光を出射させる形態について説明したが、光の出射方向はこれに限られない。発光素子１１は、発光素子１１の表面側（第２導電型の半導体層１１１ｂの上面）から光を出射する形態や、発光素子１１の側面側（第１導電型の半導体層１１１ａ及び第２導電型の半導体層１１１ｂの側面）から光を出射する形態を取る事も可能である。
【００１０】
発光素子１１はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような成膜方法を用いて成膜されてもよい。発光素子１１は、発光部１１１に電力を供給することによって、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）として動作し、発光部１１１の材料のバンドギャップに応じた波長の光を放出することができる。発光部１１１（通称：活性層）がＩｎ又はＳｂを含むことにより赤外線領域の光（即ち、赤外線）を発光させることが可能になる。具体的には、活性層にＩｎＳｂやＩｎＡｌＳｂやＩｎＡｓＳｂを用いることにより、１μｍから１２μｍの波長を有する光を出力することができる。
【００１１】
受光素子１３は、半導体基板１５の主面１５１上に形成された第１導電型の半導体層１３１ａと、半導体層１３１ａ上に形成された第２導電型の半導体層１３１ｂとを有している。第１導電型の半導体層１３１ａはＮ型半導体層であり、第２導電型の半導体層１３１ｂはＰ型半導体層である。半導体層１３１ａと半導体層１３１ｂとはＰＮ接合されてダイオード型の受光部１３１を構成している。受光素子１３は、半導体層１３１ａ上であって半導体層１３１ｂが配置されていない領域の一部に形成されたカソード電極１３２と、半導体層１３１ｂ上の一部に形成されたアノード電極１３３とを有している。このように、受光素子１３はダイオード型の素子である。
受光素子１３は、受光部１３１に逆方向に電圧を印加された状態（逆バイアス状態）において、発光素子１１から出射された光、又は、受発光装置１の外部の光源や熱源から入射された光を受光部１３１で受光すると、受光した光の強度に応じた出力電流をカソード電極１３２及びアノード電極１３３から出力する。なお、受光素子１３は、電圧が印加されない状態（無バイアス状態）において、光を受光部１３１で受光すると、受光した光の強度に応じた出力電流をカソード電極１３２及びアノード電極１３３から出力してもよい。
受光素子１３は、後述する真正半導体層を有するＰＩＮ接合構造のダイオード型素子である場合、電圧が印加されない状態（無バイアス状態）において、光を受光部１３１で受光すると、受光した光の強度に応じた出力電流をカソード電極１３２及びアノード電極１３３から出力してもよい。
【００１２】
信号処理の応答速度の観点から、受光素子１３の受光部１３１は、インジウム又はアンチモンの何れかの材料を含んでもよい。さらに、ダイオード構造は、インジウム又はアンチモンの何れかの材料にＧａ、Ａｌ及びＡｓからなる群より選択される少なくとも１つの材料をさらに含む混晶系の材料を含んでもよい。
【００１３】
第１導電型の半導体層１１１ａ，１３１ａは、例えば同一の材料で形成され、同一の膜厚を有している。また、第２導電型の半導体層１１１ｂ，１３１ｂは、例えば同一の材料で形成され、同一の膜厚を有している。
発光部１１１は、半導体層１１１ａと半導体層１１１ｂとの間に真正半導体層（いわゆるｉ型半導体層）を有し、ＰＩＮ接合を形成していてもよい。また、半導体層１１１ａと真正半導体層との間に第１導電型のバリア層が形成されてもよく、真正半導体層と半導体層１１１ｂとの間に第２導電型のバリア層が形成されてもよい。
同様に、受光部１３１は、半導体層１３１ａと半導体層１３１ｂとの間に真正半導体層（いわゆるｉ型半導体層）を有し、ＰＩＮ接合を形成していてもよい。また、半導体層１３１ａと真正半導体層との間に第１導電型のバリア層が形成されてもよく、真正半導体層と半導体層１３１ｂとの間に第２導電型のバリア層が形成されてもよい。
なお、バリア層は、そのエネルギーバンドギャップが、半導体層１１１ａ又は半導体層１３１ａのエネルギーバンドギャップよりも大きく、かつ、真性半導体層のエネルギーバンドギャップよりも大きい材料が用いられる。
【００１４】
図２に示すように、受発光装置１は、半導体基板１５上に形成されたダイオード型の発光素子１１と、同じ半導体基板１５上に形成されたダイオード型の受光素子１３と、コモン電圧と同電位の電圧を発光素子１１のカソード電極１１２（図２では不図示）に供給して発光素子１１を駆動する光源駆動部１７と、受光素子１３から出力される出力電流を、コモン電圧を基準として電流／電圧変換（以下、「ＩＶ変換」と称する場合がある）する光信号処理部１９とを備えている。
【００１５】
図３に示すように、光源駆動部１７は、発光素子１１のアノード電極１１３に接続された端子１７１と、発光素子１１のカソード電極１１２に接続された端子１７２とを有している。光源駆動部１７は、端子１７１に接続されたスイッチ１７３を有している。
【００１６】
スイッチ１７３は、端子１７１に印加する電圧を低電位側電源電圧ＶＳＳ、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び駆動電圧ＶＬＥＤのいずれかに切り替えるために設けられている。すなわち、スイッチ１７３は、発光素子１１のアノード電極１１３に印加する電圧を低電位側電源電圧ＶＳＳ、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び駆動電圧ＶＬＥＤのいずれかに切り替えるために設けられている。スイッチ１７３は、光源駆動部１７に設けられた制御部（不図示）によって切り替えが制御される。第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の電圧値は特には限定されないが、一例としては駆動電圧ＶＬＥＤと低電位側電源電圧ＶＳＳとの間の電圧に設定することができる。例えば、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１は、アナロググランドの電位であり、駆動電圧ＶＬＥＤと低電位側電源電圧ＶＳＳとの中間電位としてもよい。
【００１７】
端子１７２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されるようになっている。すなわち、発光素子１１のカソード電極１１２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されるようになっている。
【００１８】
光信号処理部１９は、受光素子１３から入力される出力電流ＩｐをＩＶ変換する増幅器１９１及び帰還抵抗（帰還部の一例）１９２と、増幅器１９１から出力される出力信号に基づいて光信号を算出する光信号算出部１９５とを有している。
【００１９】
増幅器１９１は、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給される非反転入力端子（第一入力端子の一例）（＋）と、受光素子１３のアノード電極（一端の一例）１３３と接続される反転入力端子（第二入力端子の一例）（−）と、ＩＶ変換して得られた出力電圧が出力される出力端子ＯＵＴとを有している。帰還抵抗１９２は、反転入力端子（−）と出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２は、光信号処理部１９における高電位側電源電圧ＶＤＤと、低電位側電源電圧ＶＳＳとの間の電圧であり、例えば、アナロググランドの電位としてもよく、高電位側電源電圧ＶＤＤと低電位側電源電圧ＶＳＳとの中間電位としてもよい。また、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２は、発光素子１１のアノード電極に印加される駆動電圧ＶＬＥＤよりも小さい電圧である。
【００２０】
光信号処理部１９は、受光素子１３のアノード電極１３３と、増幅器１９１の反転入力端子（−）と、帰還抵抗１９２の一端とに接続された端子１９３と、受光素子１３のカソード電極１３２に接続された端子１９４とを有している。端子１９４には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されるようになっている。すなわち、受光素子１３のカソード電極１３２には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されるようになっている。このように、光信号処理部１９は、受光素子１３のカソード電極（他端の一例）１３２を第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２に設定するようになっている。
【００２１】
図３において、発光素子１１を等価回路として表している。発光部１１１は、アノード電極１１３とカソード電極１１２との間で、素子内部ダイオード１１５と素子内部抵抗１１４が並列接続された等価回路で表される。
図３において、受光素子１３を等価回路として表している。受光素子１３は、アノード電極１３３とカソード電極１３２との間で、素子内部ダイオード１３５と素子内部抵抗１３４が並列接続された等価回路で表される。
【００２２】
発光素子１１及び受光素子１３の間には、半導体基板１５（図１参照）を介して寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５が形成されている。寄生抵抗１５２は、アノード電極１１３及びアノード電極１３３の間に形成されている。寄生抵抗１５３は、アノード電極１１３及びカソード電極１３２の間に形成されている。寄生抵抗１５４は、カソード電極１１２及びアノード電極１３３の間に形成されている。寄生抵抗１５５は、カソード電極１１２及びカソード電極１３２の間に形成されている。詳細は後述するが、寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５は、受発光装置１での光検出の精度を低下させる要因であるリーク電流が流れる経路となる。寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５が生じないように発光素子１１及び受光素子１３を形成することは極めて困難である。このため、本実施形態による受発光装置１は、発光素子１１を複数のステップ又はフェーズに分けて駆動することにより、リーク電流の影響を低減して光検出の精度の向上が図られている。
【００２３】
次に、本実施形態による光検出方法について、図３から図５を用いて説明する。まず、発光素子１１をオフ状態とするときの光検出方法について図３を用いて説明する。受発光装置１の光検出方法では、３つのステップを通して光検出処理が実行される。発光素子１１をオフ状態とするときの受発光装置１の光検出方法は、半導体基板１５上に形成されたダイオード型の発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１に設定するステップと、受光素子１３のカソード電極１３２を第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２に設定するステップと、半導体基板１５上に形成されたダイオード型の受光素子１３の出力電流Ｉｐを第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を基準にＩＶ変換するステップとを備えている。受発光装置１は、発光素子１１をオフ状態にさせて受光素子１３での検出を行うようになっている。ここで発光素子１１の「オフ状態」とは、発光素子１１の閾値電圧Ｖｔｈよりも小さな電圧が、発光素子１１の順方向に印加されている状態を意味する。発光素子１１の閾値電圧Ｖｔｈは、発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２間に１ｍＡの電流が流れる際の順方向電圧として定める。またここでは、受光素子１３の出力電流ＩｐをＩＶ変換するタイミングにおいて、発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２の電圧を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１に設定すればよく、受光素子１３の出力電流ＩｐをＩＶ変換しないタイミングにおいては、発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２の電圧は必ずしも第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１に設定する必要はない。
【００２４】
図３に示すように、受発光装置１は、発光素子１１をオフ状態とするときに第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が端子１７１に印加されるようにスイッチ１７３を切り替える。つまり、光源駆動部１７は、発光素子１１を駆動しないときは、発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２に、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１と同電位の電圧を設定する。ここで、アノード電極１１３に印加される電圧は、カソード電極１１２に印加される第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１と全く同じ電位でなくともよい。発光素子１１がオフ状態であり、かつ受光素子１３の受光による出力電流に対して、リーク経路に流れるリーク電流が影響しない程度に第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１と同電位であればよい。
【００２５】
発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２にはいずれも第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加される。これにより、発光部１１１には順方向電圧が印加されず、発光素子１１には電流が流れない。
また、受光素子１３のカソード電極１３２には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されている。そして、増幅器１９１の反転入力端子（−）は、仮想短絡により、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２となるため、受光素子１３のアノード電極１３３の電圧は、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２となる。
その結果、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２の値を適切に選択することで、発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２、受光素子１３のアノード電極１３３及びカソード電極１３２間の電位差を制御することができる。そのため、受光素子１３には、発光素子１１から寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５を通って流れるリーク電流を低減することが可能となる。
【００２６】
第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１と第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２は、以下の関係式（１）を満たすように選択されてもよい。
｜Ｖｃｏｍ１−Ｖｃｏｍ２｜≦１［Ｖ］・・・（１）
ここで一般的に、同一基板上に形成された発光素子と受光素子の素子間抵抗は通常数ＭΩ〜数十ＭΩ程度以上であるため、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２間の電位差が１Ｖ以下である事で、リーク電流を数百ｎＡ〜数十ｎＡ程度以下まで低減することができる。第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２間の電位差は０．５Ｖ以下であってもよく、０．１Ｖ以下であってもよい。
さらには、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２は略同一の電圧値であってもよい。関係式（１）において、「｜Ｖｃｏｍ１−Ｖｃｏｍ２｜」は、０から１の範囲の値を取り得る。
【００２７】
ここで、発光素子１１をオフ状態にして、発光素子１１以外の外部から入射される光を受光する場合において、半導体基板１５の寄生抵抗１５２〜１５５によるリーク電流の影響を低減して、外部から入力された光量に応じた出力電流Ｉｐを精度良く検出することができる。結果として、増幅器１９１から出力されるＩＶ変換後の出力電圧Ｖｏｕｔは、リーク電流の影響が低減された出力電流Ｉｐを電圧変換した信号となるため、光信号処理部１９は精度が向上された光信号を得ることができる。
【００２８】
なお、図３には図示していないが、発光側を停止させて受光を行う指令信号に応じて、スイッチ１７３を制御する制御部を有していてもよい。
図３では、帰還抵抗１９２を用いて電流−電圧変換回路を構成しているが、帰還抵抗の替わりに帰還容量を用いて積分型の電流−電圧変換回路を構成してもよいし、抵抗、容量、インダクタンスを組み合わせて適切なフィルタ特性を有する電流−電圧変換回路を構成しても良い。
【００２９】
次に、発光素子１１がオン状態における受発光装置１の光検出方法について図４及び図５を用いて説明する。受発光装置１は、第１フェーズ及び第２フェーズの２つのフェーズに分けて光信号を算出するようになっている。ここで発光素子１１の「オン状態」とは、発光素子１１の閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧が、発光素子１１の順方向に印加されている状態を意味する。
【００３０】
図４に示すように、第１フェーズでは、受発光装置１の光源駆動部１７は、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１よりも電圧値の大きい駆動電圧（第一電圧の一例）ＶＬＥＤを発光素子１１のアノード電極１１３に供給する。すなわち、光源駆動部１７は、端子１７１に駆動電圧ＶＬＥＤが印加されるようにスイッチ１７３を切り替える。これにより、発光素子１１のアノード電極１１３には、端子１７１を介して駆動電圧ＶＬＥＤが供給される。発光素子１１のカソード電極１１２には、駆動電圧ＶＬＥＤよりも電圧値の小さい第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。ここで、駆動電圧ＶＬＥＤ及び第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の値は、ＶＬＥＤ−Ｖｃｏｍ１≧Ｖｔｈを満たすように選択される。その結果、発光素子１１の発光部１１１には発光素子１１の閾値電圧Ｖｔｈ以上の順方向電圧が印加され、発光素子１１は発光部１１１から光を出射する。発光素子１１から出射された光は、半導体基板１５（図１参照）の裏面で反射して受光素子１３の受光部１３１で受光されてもよい。また発光素子１１の上面及び側面から出射された光が、受光部１３１で受光されても良い。
【００３１】
受光素子１３は、発光素子１１から出射された光を受光することにより、アノード電極１３３から出力電流Ｉｐ１を出力する。出力電流Ｉｐ１は、端子１９３を介して光信号処理部１９の帰還抵抗１９２に流れる。また、発光素子１１のアノード電極１１３には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２よりも電圧値の大きい駆動電圧ＶＬＥＤが供給されている。このため、寄生抵抗１５２を介して発光素子１１から受光素子１３に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋ１が流れる。リーク電流Ｉｌｅａｋ１は、端子１９３を介して光信号処理部１９の帰還抵抗１９２に流れる。したがって、増幅器１９１は、出力電流Ｉｐ１及びリーク電流Ｉｌｅａｋ１を合わせた電流を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ１を光信号算出部１９５に出力する。なお、その他、端子１７１から寄生抵抗１５３を経由して端子１９４に流れるリーク電流等については図示していない。
【００３２】
図５に示すように、第２フェーズでは、受発光装置１の光源駆動部１７は、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１よりも電圧値の小さい低電位側電源電圧（第二電圧の一例）ＶＳＳを発光素子１１のアノード電極１１３に供給する。すなわち、光源駆動部１７は、端子１７１に低電位側電源電圧ＶＳＳが印加されるようにスイッチ１７３を切り替える。これにより、発光素子１１のアノード電極１１３には、端子１７１を介して低電位側電源電圧ＶＳＳが供給される。発光素子１１のカソード電極１１２には、低電位側電源電圧ＶＳＳよりも電圧値の大きい第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。その結果、発光素子１１の発光部１１１には逆方向電圧が印加されるので、発光素子１１は発光部１１１から光を出射しない。このため、受光素子１３の受光部１３１は発光素子１１から出射された光に由来する出力電流を出力しない。なおここでは、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の電圧値を低電位側電源電圧ＶＳＳよりも大きな値として説明したが、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１は低電位側電源電圧ＶＳＳより発光素子１１の閾値電圧分低い電圧を下回らない範囲であれば低電位側電源電圧ＶＳＳよりも小さな値に設定してもよい。この場合にも、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の電圧値と低電位側電源電圧ＶＳＳの電圧値の差を発光素子１１の閾値電圧よりも小さな値とすることで、発光素子１１の発光部１１１から光が出射されないようにすることができる。
【００３３】
発光素子１１のアノード電極１１３には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２よりも電圧値の小さい低電位側電源電圧ＶＳＳが供給されている。このため、寄生抵抗１５２を介して受光素子１３から発光素子１１に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋ２が流れる。この場合、リーク電流Ｉｌｅａｋ２は、光信号処理部１９の増幅器１９１の出力端子ＯＵＴから端子１９３に向かって帰還抵抗１９２を通って流れる。ここで、帰還抵抗１９２において、増幅器１９１の反転入力端子（−）から出力端子ＯＵＴに向かう方向を正とすると、第２フェーズにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋ２は負の電流となる。したがって、増幅器１９１は、負のリーク電流Ｉｌｅａｋ２を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２を光信号算出部１９５に出力する。
【００３４】
光信号処理部１９は、第１フェーズにおける出力電圧Ｖｏｕｔ１と第２フェーズにおける出力電圧Ｖｏｕｔ２とに基づいて、光信号を算出する。具体的には、光信号処理部１９の光信号算出部１９５は、出力電圧Ｖｏｕｔ１と出力電圧Ｖｏｕｔ２とを加算する。出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２は、電流の向きが互いに逆向きの電流をＩＶ変換して得られている。また、出力電圧Ｖｏｕｔ１は、出力電流Ｉｐ１及びリーク電流Ｉｌｅａｋ１を合わせた電流をＩＶ変換して得られている。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ２は、リーク電流Ｉｌｅａｋ２のみをＩＶ変換して得られている。このため、出力電圧Ｖｏｕｔ１と出力電圧Ｖｏｕｔ２とを加算した加算電圧は、出力電流Ｉｐ１及びリーク電流Ｉｌｅａｋ１からリーク電流Ｉｌｅａｋ２を差し引いた電流をＩＶ変換した電圧と等価になる。
【００３５】
これにより、受発光装置１は、光信号処理部１９においてＩＶ変換する際に出力電流Ｉｐ１に混入するリーク電流Ｉｌｅａｋ１の影響を低減できるので、光検出の精度の向上を図ることができる。ここでは、出力電圧Ｖｏｕｔ１と出力電圧Ｖｏｕｔ２とを加算することで、リーク電流の影響を低減することについて説明したが、加算以外の演算を行ってもよい。
【００３６】
これに対し、図６に示すように、参考例としての受発光装置５は、本実施形態による受発光装置１と同様の構成を有する発光素子１１及び受光素子１３を有している。また、発光素子１１及び受光素子１３の間には、半導体基板（不図示）を介して寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５が形成されている。受発光装置５に設けられた光源駆動部５７は、発光素子１１を駆動する際に、発光素子１１のアノード電極１１３に駆動電圧ＶＬＥＤを供給し、発光素子１１のカソード電極１１２に低電位側電源電圧ＶＳＳを供給する。また、光源駆動部５７は、本実施形態における光源駆動部１７と異なり、発光素子１１を駆動する際に供給する電圧を変化させない。
【００３７】
受発光装置５が発光素子１１を駆動している場合、発光素子１１のアノード電極１１３には、受光素子１３のアノード電極１３３よりも高い電圧が印加されている。このため、例えば寄生抵抗１５２を介して発光素子１１側から受光素子１３に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋが流れる。その結果、受発光装置５に設けられた光信号処理部５９は、受光素子１３が出力する出力電流Ｉｐと発光素子１１側から流れるリーク電流Ｉｌｅａｋを、増幅器５９１及び帰還抵抗５９２においてＩＶ変換した出力電圧Ｖｏｕｔを外部回路（不図示）に出力する。このように、受発光装置５が出力する出力電圧Ｖｏｕｔは、受光素子１３が出力する出力電流Ｉｐだけでなくリーク電流Ｉｌｅａｋも含まれた電圧である。このため、受発光装置５の光検出の精度は劣化してしまう。
【００３８】
図４及び図５に戻って、本実施形態による受発光装置１において、第１フェーズにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値と、第２フェーズにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とが同一であれば、光信号算出部１９５が出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２を加算することにより、リーク電流Ｉｌｅａｋ１分の電圧がリーク電流Ｉｌｅａｋ２分の電圧によって相殺される。これにより、光信号算出部１９５が出力する光信号は、リーク電流が除去された出力電流Ｉｐに基づく高精度の信号となる。
【００３９】
リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値とリーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とが同一であれば、リーク電流Ｉｌｅａｋ１をリーク電流Ｉｌｅａｋ２によって完全に相殺できるため理想的である。しかしながら実際には、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値とリーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とを同一値とすることは困難である。また、リーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値の絶対値がリーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値の絶対値の２倍以上であると、出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２を加算した電圧には、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値と同等又はそれ以上の電流値のリーク電流Ｉｌｅａｋ２をＩＶ変換した電圧が含まれてしまう。
【００４０】
そこで、駆動電圧ＶＬＥＤをＶＬＥＤ１、低電位側電源電圧ＶＳＳをＶＬＥＤ２、第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、受発光装置１は、以下の関係式（２）を満たすように発光素子１１に電圧を供給できるようになっている。
２×（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）＞（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）
・・・（２）
【００４１】
これにより、リーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値の絶対値は、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値の絶対値の２倍よりも小さくできる。その結果、光信号算出部１９５が算出する加算電圧に対するリーク電流Ｉｌｅａｋ１の影響をリーク電流Ｉｌｅａｋ２によって低減できる。
【００４２】
本実施形態による受発光装置１では、第２フェーズにおいて発光素子１１のアノード電極１１３に印加される第二電圧は、低電位側電源電圧ＶＳＳであるがこれに限られない。第２フェーズにおいてアノード電極１１３に印加される第二電圧をＶＬＥＤ２と表し、第１フェーズにアノード電極１１３に印加される第一電圧をＶＬＥＤ１と表し、第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表すと、第二電圧は以下の関係式（３）を満たす電圧であってもよい。
（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）＝（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）・・・（３）
【００４３】
また、第二電圧は、以下の関係式（４）を満たしていてもよい。
ＶＬＥＤ１＞Ｖｃｏｍ２＞ＶＬＥＤ２  ・・・（４）
【００４４】
本実施形態では、関係式（２）及び関係式（３）又は関係式（４）が満たされ、発光素子１１がオフ状態のときに発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２の両電極に、受光素子１３のカソード電極１３２に供給する電圧（本実施形態では第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２）に対して例えば関係式（１）を満たす第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加される。これにより、受発光装置１は、発光素子１１のオフ状態及びオン状態のいずれの場合にもリーク電流の影響を低減できる。その結果、受発光装置１は、リーク電流に対する特別な処理を施さない参考例による受発光装置５と比較して、光検出の精度を向上できる。
【００４５】
光信号算出部１９５は、出力電圧Ｖｏｕｔ１をアナログ／デジタル変換（以下、「ＡＤ変換」と称する）してデジタル信号として出力電圧Ｖｏｕｔ１を格納又は保持しておき、ＡＤ変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２と比較してもよい。光信号算出部１９５は、加算電圧をデジタルの光信号として外部回路（不図示）に出力してもよいし、加算電圧をデジタル／アナログ変換してアナログの光信号として外部回路に出力してもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態による受発光装置及び光検出方法によれば、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制できる。すなわち、本実施形態による受発光装置及び光検出方法によれば、光検出の精度を向上することができる。
【００４７】
特に、受発光装置１は、発光素子１１をオフ状態にするときには、発光素子１１のアノード電極１１３をフローティング状態や低電位側電源電圧ＶＳＳに設定するのではなく、受光素子１３のカソード電極１３２に設定する電圧（本実施形態では、光信号処理部１９が受光素子１３から入力される出力電流ＩｐをＩＶ変換する際に基準となる電圧である第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２）と同電位の電圧（例えば関係式（１）を満たす第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１）をアノード電極１１３及びカソード電極１１２に設定している。これにより、受発光装置１は、発光素子１１から受光素子１３に流れるリーク電流を抑制できるので、光検出の精度を向上することができる。
【００４８】
以上の説明において、発光素子１１のアノード電極１１３に対し、駆動電圧（第一電圧ＶＬＥＤ１）を供給すると記載したが、この手段は電圧供給手段に限られない。
例えば、電流供給手段（駆動電流源）により発光素子１１の駆動を制御し、そのときの発光素子１１のアノード電極１１３の電圧値を、以上の説明における電圧へ設定することにより、上述の効果を得ることができる。他実施形態についても同様である。
第１フェーズと第２フェーズで、異なる第１のコモン電圧値及び第２のコモン電圧値を用いてもよい。その場合、第１フェーズの第１のコモン電圧を用いて発光素子を停止して受光素子で測定するフェーズと、第２フェーズの第１のコモン電圧を用いて発光素子を停止して受光素子で測定するフェーズを設けても良い。このとき、図１から図５を用いて説明した単一の第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を用いる場合と同じく、以下の関係式（５）又は（６）を満たすように、第１フェーズの第２のコモン電圧及び第２フェーズの第２のコモン電圧を設定してもよい。なお、関係式（５）及び関係式（６）において、「Ｖｃｏｍ２１」は、第１フェーズの第２のコモン電圧を表し、「Ｖｃｏｍ２２」は、第２フェーズの第２のコモン電圧を表している。
ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２１＝Ｖｃｏｍ２２−ＶＬＥＤ２・・・（５）
２×（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２１）＞（Ｖｃｏｍ２２−ＶＬＥＤ２）
・・・（６）
また、後段のＡＤ変換する参照電圧を第１フェーズと第２フェーズで変更してもよい。
【００４９】
（変形例）
また、以上の説明においては、光信号処理部１９は、受光素子１３のカソード電極１３２に第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を印加し、受光素子１３のアノード電極１３３から出力される出力電流Ｉｐを第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を基準としてＩＶ変換を行っているが、受光素子１３からの出力電流Ｉｐの取り出しは受光素子１３のアノード電極１３３からに限られない。例えば、図７に示すように、本実施形態の変形例による受発光装置１では、受光素子１３のアノード電極１３３に第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を印加し、受光素子１３のカソード電極１３２から出力される出力電流Ｉｐを第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を基準としてＩＶ変換を行ってもよい。すなわち、受光素子１３からの出力電流Ｉｐの取り出しは受光素子１３のカソード電極１３２から行っても良い。この場合、帰還抵抗１９２を流れる出力電流Ｉｐの向きは、図７に示したように、出力電流Ｉｐの取り出しを受光素子１３のアノード電極１３３から行った場合と逆になる。
【００５０】
また、発光素子１１がオン状態における受発光装置１の光検出時には、出力電流Ｉｐの取り出しを受光素子１３のアノード電極１３３から行った場合には、リーク電流Ｉｌｅａｋ１及びリーク電流Ｉｌｅａｋ２は寄生抵抗１５２を流れるが、出力電流Ｉｐの取り出しを受光素子１３のカソード電極１３２から行った場合には、リーク電流Ｉｌｅａｋ１及びリーク電流Ｉｌｅａｋ２は寄生抵抗１５３を流れる。この場合においても本変形例による受発光装置１及び光検出方法によれば、出力電流Ｉｐの取り出しを受光素子１３のアノード電極１３３から行った場合と同様に、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制でき、光検出の精度を向上することができる。
【００５１】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による受発光装置及び光検出方法について図１を参照しつつ図８及び図９を用いて説明する。本実施形態による受発光装置２は、上記第１実施形態による受発光装置１に備えられた発光素子１１及び受光素子１３と同一の構成を有し、同一の作用・機能を奏する発光素子１１及び受光素子１３を備えている。このため、本実施形態における発光素子１１及び受光素子１３については、同一の符号を付してその説明は省略する。なお、図８及び図９に示すように、受発光装置２においても、発光素子１１及び受光素子１３の間には、半導体基板（不図示）を介して寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５が形成されている。
【００５２】
図８に示すように、受発光装置２は、半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子１１と、半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子１３と、コモン電圧と同電位の電圧を発光素子１１のカソード電極１１２に供給して発光素子１１を駆動する光源駆動部２７と、受光素子１３から出力される出力電流を、コモン電圧を基準としてＩＶ変換する光信号処理部２９とを備えている。
【００５３】
光源駆動部２７は、発光素子１１のアノード電極１１３に接続された端子２７１と、発光素子１１のカソード電極１１２に接続された端子２７２とを有している。光源駆動部２７は、端子２７１に接続されたスイッチ２７３を有している。
【００５４】
スイッチ２７３は、端子２７１に印加する電圧を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び駆動電圧ＶＬＥＤのいずれかに切り替えるために設けられている。すなわち、スイッチ２７３は、発光素子１１のアノード電極１１３に印加する電圧を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び駆動電圧ＶＬＥＤのいずれかに切り替えるために設けられている。スイッチ２７３は、光源駆動部２７に設けられた制御部（不図示）によって切り替えが制御される。
【００５５】
端子２７２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されるようになっている。すなわち、発光素子１１のカソード電極１１２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されるようになっている。
【００５６】
受発光装置２は、上記第１実施形態による受発光装置１と同様に、発光素子１１をオフ状態にする場合には、スイッチ２７３を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１側に切り替えるようになっている。このため、受発光装置２は、発光素子１１をオフ状態にする場合にアノード電極１１３及びカソード電極１１２の双方に第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加される。受光素子１３のカソード電極１３２には第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されている。このため、例えば上述の関係式（１）を満たすように第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を設定することにより、発光素子１１から受光素子１３に向かうリーク電流を低減することができる。これにより、受発光装置２は、発光素子１１をオフ状態とする場合に受発光装置１が有する効果と同様の効果が得られる。
【００５７】
光信号処理部２９は、受光素子１３から入力される出力電流Ｉｐ２をＩＶ変換する増幅器２９１と、帰還抵抗（帰還部の一例）２９２と、増幅器２９１から出力される出力電圧に基づいて光信号を算出する光信号算出部２９５とを有している。さらに、光信号処理部２９は、端子２９３及び端子２９４と、受光素子１３の出力極性を変更する際に切り替えられるスイッチ２９６及びスイッチ２９７とを有している。
【００５８】
増幅器２９１は、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給される非反転入力端子（第一入力端子の一例）（＋）と、スイッチ２９６の一端に接続された反転入力端子（第二入力端子の一例）（−）と、ＩＶ変換して得られた出力電圧が出力される出力端子ＯＵＴとを有している。帰還抵抗２９２は、反転入力端子（−）と出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。
【００５９】
スイッチ２９６の他端の一方は、端子２９３を介して受光素子１３のアノード電極１３３に接続され、スイッチ２９６の他端の他方は、端子２９４を介して受光素子１３のカソード電極１３２に接続されている。スイッチ２９６は、増幅器２９１の反転入力端子（−）に接続される電極をアノード電極１３３及びカソード電極１３２の一方から他方へ切り替えることができるようになっている。
【００６０】
スイッチ２９７の一端には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給されている。スイッチ２９７の他端の一方は、受光素子１３のアノード電極１３３に接続され、スイッチ２９７の他端の他方は、受光素子１３のカソード電極１３２に接続されている。スイッチ２９７は、受光素子１３に供給する第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２をアノード電極１３３及びカソード電極１３２の一方から他方へ切り替えることができるようになっている。
【００６１】
スイッチ２９６及びスイッチ２９７は、光信号処理部２９に設けられた制御部（不図示）によって制御されるようになっている。この制御部は、スイッチ２９６がアノード電極１３３と増幅器２９１の反転入力端子（−）とが接続されるようにスイッチ２９６を切り替えている場合には、カソード電極１３２に第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されるようにスイッチ２９７を切り替える。また、この制御部は、スイッチ２９６がカソード電極１３２と増幅器２９１の反転入力端子（−）とが接続されるようにスイッチ２９６を切り替えている場合には、アノード電極１３３に第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されるようにスイッチ２９７を切り替える。
【００６２】
次に、本実施形態による受発光装置２の光検出方法について図８及び図９を用いて説明する。受発光装置２は、第１フェーズ及び第２フェーズの２つのフェーズに分けて光信号を検出するようになっている。
【００６３】
図８に示すように、受発光装置２の光信号処理部２９は、第１フェーズにおいて、受光素子１３のアノード電極１３３が増幅器２９１の反転入力端子（−）に接続されるようにスイッチ２９６を制御し、受光素子１３のカソード電極１３２に第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給されるようにスイッチ２９７を制御する。
【００６４】
さらに、第１フェーズでは、光源駆動部２７は、端子２７１に駆動電圧ＶＬＥＤが印加されるようにスイッチ２７３を切り替える。これにより、第１フェーズでは、受発光装置２の光源駆動部２７は、発光素子１１のアノード電極１１３に駆動電圧ＶＬＥＤを供給する。発光素子１１のカソード電極１１２には、アノード電極１１３の電圧値（駆動電圧ＶＬＥＤ）よりも電圧値の小さい第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。その結果、発光素子１１の発光部１１１には順方向電圧が印加され、発光素子１１は発光部１１１から光を出射する。発光素子１１から出射された光は、半導体基板の裏面で反射して受光素子１３の受光部１３１で受光されてもよい。
【００６５】
受光素子１３は、発光素子１１から出射された光を受光することにより、アノード電極１３３から出力電流Ｉｐ２を出力する。出力電流Ｉｐ２は、端子２９３を介して光信号処理部２９の帰還抵抗２９２に流れる。また、発光素子１１のアノード電極１１３には、駆動電圧ＶＬＥＤが供給されている。発光素子１１のカソード電極１１２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。このため、寄生抵抗１５２を介して発光素子１１から受光素子１３に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋが流れる。リーク電流Ｉｌｅａｋは、端子２９３を介して光信号処理部２９の帰還抵抗２９２に流れる。したがって、増幅器２９１は、出力電流Ｉｐ２及びリーク電流Ｉｌｅａｋを合わせた電流を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ１を光信号算出部２９５に出力する。
【００６６】
図９に示すように、受発光装置２の光信号処理部２９は、第２フェーズにおいて、受光素子１３のカソード電極１３２が増幅器２９１の反転入力端子（−）に接続されるようにスイッチ２９６を制御し、受光素子１３のアノード電極１３３に第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給されるようにスイッチ２９７を制御する。
【００６７】
さらに、第２フェーズでは第１フェーズと同様に、受発光装置２の光源駆動部２７は、発光素子１１のアノード電極１１３に駆動電圧ＶＬＥＤを供給し、発光素子１１のカソード電極１１２に第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１を供給する。その結果、発光素子１１の発光部１１１には順方向電圧が印加され、発光素子１１は発光部１１１から光を出射する。発光素子１１から出射された光は、半導体基板の裏面で反射して受光素子１３の受光部１３１で受光される。
【００６８】
上述のとおり、スイッチ２９６，２９７は、第２フェーズにおいて第１フェーズとは反対の接続状態に切り替えられている。このため、光信号処理部２９は、第２フェーズで、第１フェーズとは出力極性が入れ替えられた受光素子１３から出力される出力電流をＩＶ変換することになる。
【００６９】
より具体的に、受光素子１３は、発光素子１１から出射された光を受光することにより、カソード電極１３２からアノード電極１３３に向かって流れる出力電流Ｉｐ２を出力する。このため、帰還抵抗２９２を流れる出力電流Ｉｐ２の向きは、増幅器２９１の出力端子ＯＵＴからスイッチ２９６に向かう方向になり、第１フェーズとは逆方向になる。また、発光素子１１のアノード電極１１３には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１よりも電圧値の大きい駆動電圧ＶＬＥＤが供給され、アノード電極１１３の電圧値は、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１よりも大きい電圧となっている。これにより、リーク電流Ｉｌｅａｋは、寄生抵抗１５３及び端子２９４を介して光信号処理部２９に入力される。このため、帰還抵抗２９２を流れるリーク電流Ｉｌｅａｋの向きは、スイッチ２９６から増幅器２９１の出力端子ＯＵＴに向かう方向になり、第１フェーズと同方向になる。
【００７０】
ここで、帰還抵抗２９２において、増幅器２９１の反転入力端子（−）から出力端子ＯＵＴに向かう方向を正とすると、増幅器２９１は、負の出力電流Ｉｐ２及び正のリーク電流Ｉｌｅａｋを合わせた電流を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２を光信号算出部２９５に出力する。
【００７１】
光信号処理部２９に設けられた光信号算出部２９５は、第１フェーズにおいて変換された出力電圧Ｖｏｕｔ１と第２フェーズにおいて変換された出力電圧Ｖｏｕｔ２とに基づいて光信号を算出する。より具体的に、光信号算出部２９５は、出力電圧Ｖｏｕｔ１から出力電圧Ｖｏｕｔ２を減算して得た減算電圧の電圧値を１／２にした電圧の信号を光信号として外部回路に出力する。第１フェーズでのリーク電流Ｉｌｅａｋは寄生抵抗１５２を介し、第２フェーズでのリーク電流Ｉｌｅａｋは、寄生抵抗１５３を介して光信号処理部２９に入力される。このため、第１フェーズでのリーク電流Ｉｌｅａｋの電流値と、第２フェーズでのリーク電流Ｉｌｅａｋの電流値とは同一ではないものの、それぞれのリーク電流Ｉｌｅａｋの向きは同一である。このため、出力電圧Ｖｏｕｔ１から出力電圧Ｖｏｕｔ２を減算して得られる減算電圧は、出力電流Ｉｐ２の電流値に対するリーク電流Ｉｌｅａｋの電流値の割合が低減された電流をＩＶ変換して得られた電圧と等価になる。このように、受発光装置２は、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制できる。
【００７２】
光信号算出部２９５は、出力電圧Ｖｏｕｔ１をＡＤ変換してデジタル信号として出力電圧Ｖｏｕｔ１を記憶しておき、ＡＤ変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２と比較してもよい。光信号算出部２９５は、減算電圧をデジタルの光信号として外部回路（不図示）に出力してもよいし、減算電圧をデジタル／アナログ変換してアナログの光信号として外部回路に出力してもよい。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態による受発光装置及び光検出方法によれば、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制できるので、上記第１実施形態による受発光装置及び光検出方法と同様の効果が得られる。
【００７４】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態による受発光装置及び光検出方法について図１０を用いて説明する。本実施形態による受発光装置３は、上記第１実施形態による受発光装置１に備えられた発光素子１１及び受光素子１３と同一の構成を有し、同一の作用・機能を奏する発光素子１１及び受光素子１３を備えている。このため、本実施形態における発光素子１１及び受光素子１３については、同一の符号を付してその説明は省略する。なお、図１０に示すように、受発光装置３においても、発光素子１１及び受光素子１３の間には、半導体基板（不図示）を介して寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５が形成されている。
【００７５】
図１０に示すように、受発光装置３は、半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子１１と、半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子１３と、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１を発光素子１１のカソード電極１１２に供給して発光素子１１を駆動する光源駆動部２７と、受光素子１３から出力される出力電流を、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を基準としてＩＶ変換する光信号処理部３９とを備えている。本実施形態における光源駆動部２７は、上記第２実施形態における光源駆動部２７と同一の構成を有し、同一の作用・機能を奏するため、説明は省略する。
【００７６】
受発光装置３は、上記第１実施形態による受発光装置１と同様に、発光素子１１をオフ状態にする場合には、スイッチ２７３を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１側に切り替えるようになっている。このため、受発光装置３は、発光素子１１をオフ状態にする場合にアノード電極１１３及びカソード電極１１２の双方に第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加される。受光素子１３のカソード電極１３２には第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されている。このため、例えば上述の関係式（１）を満たすように第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を設定することにより、発光素子１１から受光素子１３に向かうリーク電流を低減することができる。これにより、受発光装置３は、発光素子１１のオフ状態とする場合に受発光装置１が有する効果と同様の効果が得られる。
【００７７】
光信号処理部３９は、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を基準とした全差動増幅器３９０と、端子３９６及び端子３９７と、全差動増幅器３９０から出力される出力電圧に基づいて光信号を算出する光信号算出部３９５とを有している。全差動増幅器３９０は、端子３９６及び端子３９７を入力とする差動入力と、差動入力のそれぞれに帰還部とを有し、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を基準として差動信号を出力するように構成されている。より具体的に、全差動増幅器３９０は、受光素子１３から入力される出力電流Ｉｐ３をＩＶ変換する増幅器３９１と、帰還抵抗（帰還部の一例）３９２とを有している。また、全差動増幅器３９０は、受光素子１３に出力される出力電流ＩｐをＩＶ変換する増幅器３９３と、帰還抵抗（帰還部の一例）３９４とを有している。
【００７８】
増幅器３９１は、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給される非反転入力端子（第一入力端子の一例）（＋）と、端子３９６に接続された反転入力端子（第二入力端子の一例）（−）と、ＩＶ変換して得られた出力電圧が出力される出力端子ＯＵＴとを有している。増幅器３９１の出力端子ＯＵＴは光信号算出部３９５に接続されている。帰還抵抗３９２は、増幅器３９１の反転入力端子（−）と出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。
【００７９】
増幅器３９３は、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が供給される非反転入力端子（第一入力端子の一例）（＋）と、端子３９７に接続された反転入力端子（第二入力端子の一例）（−）と、ＩＶ変換して得られた出力電圧が出力される出力端子ＯＵＴとを有している。増幅器３９３の出力端子ＯＵＴは光信号算出部３９５に接続されている。帰還抵抗３９４は、増幅器３９３の反転入力端子（−）と出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。
【００８０】
このように、全差動増幅器３９０では、増幅器３９１及び増幅器３９３のそれぞれの反転入力端子（−）が差動入力の端子となり、増幅器３９１及び増幅器３９３のそれぞれの出力端子ＯＵＴが差動出力の端子となる。
【００８１】
次に、本実施形態による受発光装置３の光検出方法について図１０を用いて説明する。
図１０に示すように、受発光装置３の光源駆動部２７は、スイッチ２７３を制御して発光素子１１のアノード電極１１３に駆動電圧ＶＬＥＤが供給されている。発光素子１１のカソード電極１１２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。その結果、発光素子１１の発光部１１１には順方向電圧が印加され、発光素子１１は発光部１１１から光を出射する。発光素子１１から出射された光は、半導体基板の裏面で反射して受光素子１３の受光部１３１で受光されてもよい。
【００８２】
受光素子１３は、発光素子１１から出射された光を受光することにより、カソード電極１３２からアノード電極１３３に向かって流れる出力電流Ｉｐ３を出力する。出力電流Ｉｐ３は、端子３９６を介して光信号処理部３９の帰還抵抗３９２に流れる。
発光素子１１のアノード電極１１３に駆動電圧ＶＬＥＤが供給されており、発光素子１１のカソード電極１１２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。このため、寄生抵抗１５２を介して発光素子１１から受光素子１３に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋ１が流れる。リーク電流Ｉｌｅａｋ１は、端子３９６を介して光信号処理部３９の帰還抵抗３９２に流れる。
したがって、増幅器３９１は、出力電流Ｉｐ３及びリーク電流Ｉｌｅａｋ１を合わせた電流を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ１を光信号算出部３９５に出力する。
【００８３】
カソード電極１３２からアノード電極１３３に向かって出力電流Ｉｐ３が流れることにより、帰還抵抗３９４には、増幅器３９３の出力端子ＯＵＴから端子３９７に向かって出力電流Ｉｐ３が流れる。
発光素子１１のアノード電極１１３に駆動電圧ＶＬＥＤが供給されており、発光素子１１のカソード電極１１２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。これにより、リーク電流Ｉｌｅａｋ２は、寄生抵抗１５３及び端子３９７を介して光信号処理部３９に入力され、帰還抵抗３９４を流れる。リーク電流Ｉｌｅａｋ２は、端子３９７から増幅器３９３の出力端子ＯＵＴに向かう方向に帰還抵抗３９４を流れるため、リーク電流Ｉｌｅａｋ２の向きは、出力電流Ｉｐ３とは逆方向になる。
【００８４】
ここで、帰還抵抗３９４において、増幅器３９３の反転入力端子（−）から出力端子ＯＵＴに向かう方向を正とすると、増幅器３９３は、負の出力電流Ｉｐ３及び正のリーク電流Ｉｌｅａｋ２を合わせた電流を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２を光信号算出部３９５に出力する。
【００８５】
光信号処理部３９に設けられた光信号算出部３９５は、増幅器３９１から入力される出力電圧Ｖｏｕｔ１と増幅器３９３から入力される出力電圧Ｖｏｕｔ２とに基づいて光信号を算出する。より具体的に、光信号算出部３９５は、出力電圧Ｖｏｕｔ１から出力電圧Ｖｏｕｔ２を減算して光信号として外部回路に出力する。リーク電流Ｉｌｅａｋ１は寄生抵抗１５２を介し、リーク電流Ｉｌｅａｋ２は、寄生抵抗１５３を介して光信号処理部３９に流入する。このため、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値と、リーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とは同一ではないものの、それぞれのリーク電流Ｉｌｅａｋの向きは同一である。このため、出力電圧Ｖｏｕｔ１から出力電圧Ｖｏｕｔ２を減算して得られる減算電圧は、出力電流Ｉｐ３の電流値に対するリーク電流Ｉｌｅａｋの電流値の割合が低減された電流をＩＶ変換して得られた電圧と等価になる。このように、受発光装置３は、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制できる。
【００８６】
全差動増幅器３９０は、出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２をほぼ同時に光信号算出部３９５に出力する。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態による受発光装置及び光検出方法によれば、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制できるので、上記第１実施形態による受発光装置及び光検出方法と同様の効果が得られる。
【００８８】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態による受発光装置及び光検出方法について図１を参照しつつ図１１を用いて説明する。本実施形態による受発光装置４は、上記第１実施形態による受発光装置１に備えられた発光素子１１及び受光素子１３と同一の構成を有し、同一の作用・機能を奏する発光素子１１及び受光素子１３を備えている。このため、本実施形態における発光素子１１及び受光素子１３については、同一の符号を付してその説明は省略する。なお、図１１に示すように、受発光装置４においても、発光素子１１及び受光素子１３の間には、半導体基板（不図示）を介して寄生抵抗１５２，１５３，１５４，１５５が形成されている。
【００８９】
また、本実施形態による受発光装置４は、上記第１実施形態による受発光装置１と同一の作用・機能を奏する光信号処理部１９を備えている。このため本実施形態における光信号処理部については、同一の符号を付してその説明は省略する。
【００９０】
図１１に示すように、受発光装置４は、半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子１１と、半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子１３と、コモン電圧と同電位の電圧を発光素子１１のアノード電極１１３に供給して発光素子１１を駆動する光源駆動部４７と、受光素子１３から出力される出力電流を、コモン電圧を基準としてＩＶ変換する光信号処理部１９を備えている。
【００９１】
光源駆動部４７は、発光素子１１のカソード電極１１２に接続された端子４７１と、発光素子１１のアノード電極１１３に接続された端子４７２と、を有している。光源駆動部４７は、端子４７１に接続されたスイッチ４７３を有している。
【００９２】
スイッチ４７３は、端子４７１に印加する電圧を高電位側電源電圧ＶＤＤ、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び駆動電圧ＶＬＥＤのいずれかに切り替えるために設けられている。すなわち、スイッチ４７３は、発光素子１１のカソード電極１１２に印加する電圧を高電位側電源電圧ＶＤＤ、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び駆動電圧ＶＬＥＤのいずれかに切り替えるために設けられている。スイッチ４７３は、光源駆動部４７に設けられた制御部（不図示）によって切り替えが制御される。第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の電圧値は特には限定されないが、一例としては駆動電圧ＶＬＥＤと高電位側電源電圧ＶＤＤとの間の電圧に設定することができる。例えば、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１は、アナロググランドの電位であり、駆動電圧ＶＬＥＤと高電位側電源電圧ＶＤＤとの中間電位としてもよい。
【００９３】
端子４７２には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されるようになっている。すなわち、発光素子１１のアノード電極１１３には、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されるようになっている。
【００９４】
受発光装置４は、上記第１実施形態による受発光装置１と同様に、発光素子１１をオフ状態にする場合には、スイッチ４７３を第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１側に切り替えるようになっている。このため、受発光装置４は発光素子１１をオフ状態にする場合にアノード電極１１３及びカソード電極１１２の双方に第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加される受光素子１３のカソード電極１３２には第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２が印加されている。このため、例えば上述の関係式（１）を満たすように第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を設定することにより、発光素子１１から受光素子１３に向かうリーク電流を低減することができる。これにより、受発光装置４は発光素子１１をオフ状態とする場合に受発光装置１が有する効果と同様の効果が得られる。
このように、受発光装置４においても受発光装置１と同様に、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１と第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２は、上述の関係式（１）を満たすように選択されてもよい。
【００９５】
また、受発光装置４においても受発光装置１と同様に、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２間の電位差は０．５Ｖ以下であってもよく、０．１Ｖ以下であってもよい。
また、受発光装置４においても受発光装置１と同様に、さらには、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１及び第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２は略同一の電圧値であってもよい。関係式（１）において、「｜Ｖｃｏｍ１−Ｖｃｏｍ２｜」は、０から１の範囲の値を取り得る。
なお、図１１には図示していないが、発光側を停止させて受光を行う指令信号に応じて、スイッチ４７３を制御する制御部を有していてもよい。
【００９６】
次に、発光素子１１がオン状態における受発光装置４の光検出方法について説明する。受発光装置４は、受発光装置１と同様に、第１フェーズ及び第２フェーズの２つのフェーズに分けて光信号を算出するようになっている。
【００９７】
第１フェーズでは、受発光装置４の光源駆動部４７は、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１よりも電圧値の小さい駆動電圧（第二電圧の一例）ＶＬＥＤを発光素子１１のカソード電極１１２に供給する。すなわち、光源駆動部４７は、端子４７１に駆動電圧ＶＬＥＤが印加されるようにスイッチ４７３を切り替える。これにより、発光素子１１のカソード電極１１２には、端子４７１を介して駆動電圧ＶＬＥＤが供給される。発光素子１１のアノード電極１１３には、駆動電圧ＶＬＥＤよりも電圧値の大きい第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。ここで、駆動電圧ＶＬＥＤ及び第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の値は、Ｖｃｏｍ１−ＶＬＥＤ≧Ｖｔｈを満たすように選択される。その結果、受発光装置１と同様に、発光素子１１の発光部１１１には発光素子１１の閾値電圧Ｖｔｈ以上の順方向電圧が印加され、発光素子１１は発光部１１１から光を出射する。発光素子１１から出射された光は、半導体基板１５（図１参照）の裏面で反射して受光素子１３の受光部１３１で受光されてもよい。また発光素子１１の上面及び側面から出射された光が、受光部１３１で受光されても良い。
【００９８】
受光素子１３は、発光素子１１から出射された光を受光することにより、アノード電極１３３から出力電流Ｉｐ１を出力する。出力電流Ｉｐ１は、端子１９３を介して光信号処理部１９の帰還抵抗１９２に流れる。また、発光素子１１のカソード電極１１２には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２よりも電圧値の小さい駆動電圧ＶＬＥＤが供給されている。このため、寄生抵抗１５４を介して受光素子１３から発光素子１１に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋ１が流れる。リーク電流Ｉｌｅａｋ１は、端子１９３を介して光信号処理部１９の帰還抵抗１９２に流れる。この場合、リーク電流Ｉｌｅａｋ１は、光信号処理部１９の増幅器１９１の出力端子ＯＵＴから端子１９３に向かって帰還抵抗１９２を通って流れる。ここで、帰還抵抗１９２において、増幅器１９１の反転入力端子（−）から出力端子ＯＵＴに向かう方向を正とすると、第１フェーズにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋ１は負の電流となる。したがって、増幅器１９１は、出力電流Ｉｐ１及び負のリーク電流Ｉｌｅａｋ１を合わせた電流を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ１を光信号算出部１９５に出力する。
【００９９】
第２フェーズでは、受発光装置４の光源駆動部４７は、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１よりも電圧値の大きい高電位側電源電圧（第一電圧の一例）ＶＤＤを発光素子１１のカソード電極１１２に供給する。すなわち、光源駆動部４７は、端子４７１に高電位側電源電圧ＶＤＤが印加されるようにスイッチ４７３を切り替える。これにより、発光素子１１のカソード電極１１２には、端子４７１を介して高電位側電源電圧ＶＤＤが供給される。発光素子１１のアノード電極１１３には、高電位側電源電圧ＶＤＤよりも電圧値の小さい第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加されている。その結果、発光素子１１の発光部１１１には逆方向電圧が印加されるので、発光素子１１は発光部１１１から光を出射しない。このため、受光素子１３の受光部１３１は発光素子１１から出射された光に由来する出力電流を出力しない。なおここでは、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の電圧値を高電位側電源電圧ＶＤＤよりも小さな値として説明したが、第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１は高電位側電源電圧ＶＤＤより発光素子１１の閾値電圧分高い電圧を上回らない範囲であれば高電位側電源電圧ＶＤＤよりも大きな値に設定してもよい。この場合にも、高電位側電源電圧ＶＤＤの電圧値と第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１の電圧値の差を発光素子１１の閾値電圧よりも小さな値とすることで、発光素子１１の発光部１１１から光が出射されないようにすることができる。
【０１００】
発光素子１１のカソード電極１１２には、第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２よりも電圧値の大きい高電位側電源電圧ＶＤＤが供給されている。このため、寄生抵抗１５４を介して発光素子１１から受光素子１３に向かってリーク電流Ｉｌｅａｋ２が流れる。したがって、増幅器１９１は、リーク電流Ｉｌｅａｋ２を電圧に変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２を光信号算出部１９５に出力する。
光信号処理部１９は、受発光装置１と同じく、第１フェーズにおける出力電圧Ｖｏｕｔ１と第２フェーズにおける出力電圧Ｖｏｕｔ２とに基づいて、光信号を算出する。
これにより、受発光装置４は、受発光装置１と同様に、光信号処理部１９においてＩＶ変換する際に出力電流Ｉｐ１に混入するリーク電流Ｉｌｅａｋ１の影響を低減できるので、光検出の精度の向上を図ることができる。
【０１０１】
本実施形態による受発光装置４において、第１フェーズにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値と、第２フェーズにおけるリーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とが同一であれば、光信号算出部１９５が出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２を加算することにより、リーク電流Ｉｌｅａｋ１分の電圧がリーク電流Ｉｌｅｋ２分の電圧によって相殺される。これにより、光信号算出部１９５が出力する光信号は、リーク電流が除去された出力電流Ｉｐに基づく高精度の信号となる。
【０１０２】
リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値とリーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とが同一であれば、リーク電流Ｉｌｅａｋ１をリーク電流Ｉｌｅａｋ２によって完全に相殺できるため理想的である。しかしながら実際には、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値とリーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値とを同一値とすることは困難である。また、リーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値の絶対値がリーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値の絶対値の２倍以上であると、出力電圧Ｖｏｕｔ１及び出力電圧Ｖｏｕｔ２を加算した電圧には、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値と同等又はそれ以上の電流値のリーク電流Ｉｌｅａｋ２をＩＶ変換した電圧が含まれてしまう。
【０１０３】
そこで、駆動電圧ＶＬＥＤをＶＬＥＤ２、高電位側電源電圧ＶＤＤをＶＬＥＤ１、第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、受発光装置１は、以下の関係式（２Ｂ）を満たすように発光素子１１に電圧を供給できるようになっている。
２×（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）＞（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）
・・・（２Ｂ）
【０１０４】
これにより、リーク電流Ｉｌｅａｋ２の電流値の絶対値は、リーク電流Ｉｌｅａｋ１の電流値の絶対値の２倍よりも小さくできる。その結果、光信号算出部１９５が算出する加算電圧に対するリーク電流Ｉｌｅａｋ１の影響をリーク電流Ｉｌｅａｋ２によって低減できる。
【０１０５】
本実施形態による受発光装置４では、第２フェーズにおいて発光素子１１のカソード電極１１２に印加される第一電圧は、高電位側電源電圧ＶＤＤであるがこれに限られない。第２フェーズにおいてカソード電極１１２に印加される第一電圧をＶＬＥＤ１と表し、第１フェーズにカソード電極１１２に印加される第二電圧をＶＬＥＤ２と表し、第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表すと、第一電圧は以下の関係式（３Ｂ）を満たす電圧であってもよい。
（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ１）＝（ＶＬＥＤ２−Ｖｃｏｍ２）
・・・（３Ｂ）
また、第一電圧は、以下の関係式（４Ｂ）を満たしていてもよい。
ＶＬＥＤ１＞Ｖｃｏｍ２＞ＶＬＥＤ２  ・・・（４Ｂ）
【０１０６】
本実施形態では、関係式（２Ｂ）及び関係式（３Ｂ）又は関係式（４Ｂ）が満たされ、発光素子１１がオフ状態のときに発光素子１１のアノード電極１１３及びカソード電極１１２の両電極に、受光素子１３のカソード電極１３２に供給する電圧（本実施形態では第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２）に対して例えば関係式（１）を満たす第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１が印加される。これにより、受発光装置１は、発光素子１１のオフ状態及びオン状態のいずれの場合にもリーク電流の影響を低減できる。その結果、受発光装置１は、リーク電流に対する特別な処理を施さない参考例による受発光装置５と比較して、光検出の精度を向上できる。
【０１０７】
以上説明したように、本実施形態による受発光装置及び光検出方法によれば、リーク電流を起因とする光検出の精度の低下を抑制できる。すなわち、本実施形態による受発光装置及び光検出方法によれば、光検出の精度を向上することができる。
【０１０８】
特に、受発光装置４は、発光素子１１をオフ状態にするときには、発光素子１１のカソード電極１１２をフローティング状態や高電位側電源電圧ＶＤＤに設定するのではなく、光信号処理部１９が受光素子１３から入力される出力電流ＩｐをＩＶ変換する際に基準となる電圧である、受光素子１３のカソード電極１３２に設定する電圧（本実施形態では第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２）に対して例えば関係式（１）を満たす第１のコモン電圧Ｖｃｏｍ１をアノード電極１１３及びカソード電極１１２に設定している。これにより、受発光装置４は、発光素子１１から受光素子１３に流れるリーク電流を抑制できるので、光検出の精度を向上することができる。
【０１０９】
以上の説明において、発光素子１１のカソード電極１１２に対し、駆動電圧（第二電圧ＶＬＥＤ２）を供給すると記載したが、この手段は電圧供給手段に限られない。
例えば、電流供給手段（駆動電流源）により発光素子１１の駆動を制御し、そのときの発光素子１１のカソード電極１１２の電圧値を、以上の説明における電圧へ設定することにより、上述の効果を得ることができる。他実施形態についても同様である。
【０１１０】
また、第１実施形態と同様に、第１フェーズと第２フェーズで、異なる第１のコモン電圧値及び第２のコモン電圧値を用いてもよい。その場合、第１フェーズの第１のコモン電圧を用いて発光素子を停止して受光素子で測定するフェーズと、第２フェーズの第１のコモン電圧を用いて発光素子を停止して受光素子で測定するフェーズを設けても良い。このとき、以上において説明した単一の第２のコモン電圧Ｖｃｏｍ２を用いる場合と同じく、以下の関係式（５Ｂ）又は（６Ｂ）を満たすように、第１フェーズの第２のコモン電圧及び第２フェーズの第２のコモン電圧を設定してもよい。なお、関係式（５Ｂ）及び関係式（６Ｂ）において、「Ｖｃｏｍ２１」は、第１フェーズの第２のコモン電圧を表し、「Ｖｃｏｍ２２」は、第２フェーズの第２のコモン電圧を表している。
Ｖｃｏｍ２１−ＶＬＥＤ１＝ＶＬＥＤ２−Ｖｃｏｍ２２・・・（５Ｂ）
２×（Ｖｃｏｍ２１−ＶＬＥＤ２）＞（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２２）
・・・（６Ｂ）
また、後段のＡＤ変換する参照電圧を第１フェーズと第２フェーズで変更してもよい。
【０１１１】
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
上記第１から第３実施形態において帰還部は帰還抵抗を有しているが、本発明は、これに限られない。帰還部が帰還容量を有していても、上記第１から第３実施形態による受発光装置と同様の効果が得られる。
【０１１２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１１３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１４】
１，２，３，４，５  受発光装置
１１  発光素子
１３  受光素子
１５  半導体基板
１７，２７，５７  光源駆動部
１９，２９，３９，５９  光信号処理部
１１１  発光部
１１１ａ，１１１ｂ，１３１ａ，１３１ｂ  半導体層
１１２，１３２  カソード電極
１１３，１３３  アノード電極
１１４，１３４  素子内部抵抗
１１５，１３５  素子内部ダイオード
１３１  受光部
１５１  主面
１５２，１５３，１５４，１５５  寄生抵抗
１５６  裏面
１７１，１７２，１９３，１９４，２７１，２７２，２９３，２９４，３９６，３９７  端子
１７３，２７３，２９６，２９７  スイッチ
１９１，２９１，３９１，３９３，５９１  増幅器
１９２，２９２，３９２，３９４，５９２  帰還抵抗
１９５，２９５，３９５  光信号算出部
３９０  全差動増幅器
【図１】
2017222023.tif 000003
【図２】
2017222023.tif 000004
【図３】
2017222023.tif 000005
【図４】
2017222023.tif 000006
【図５】
2017222023.tif 000007
【図６】
2017222023.tif 000008
【図７】
2017222023.tif 000009
【図８】
2017222023.tif 000010
【図９】
2017222023.tif 000011
【図１０】
2017222023.tif 000012
【図１１】
2017222023.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月11日(2018.4.11)
【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】
半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子と、
前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子と、
第１のコモン電圧を前記発光素子のアノード又はカソードに供給して前記発光素子を駆動する光源駆動部と、
前記受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換する光信号処理部と、
を備え、
前記光源駆動部は、前記第１のコモン電圧を前記発光素子のアノードに供給し、
第１フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
第２フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
前記光信号処理部は、前記第１フェーズにおける出力電圧と前記第２フェーズにおける出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
受発光装置。
【請求項２】
前記第一電圧をＶＬＥＤ１、前記第二電圧をＶＬＥＤ２、前記第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、以下の関係式（２）を満たす請求項１に記載の受発光装置。
２×（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）＞（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）・・・（２）
【請求項３】
半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子と、
前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子と、
第１のコモン電圧を前記発光素子のアノード又はカソードに供給して前記発光素子を駆動する光源駆動部と、
前記受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換する光信号処理部と、
を備え、
前記光源駆動部は、前記第１のコモン電圧を前記発光素子のアノードに供給し、
第１フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
第２フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
前記光信号処理部は、前記第１フェーズにおける出力電圧と前記第２フェーズにおける出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
受発光装置。
【請求項４】
前記第一電圧をＶＬＥＤ１、前記第二電圧をＶＬＥＤ２、前記第２のコモン電圧をＶｃｏｍ２と表したときに、以下の関係式（２）を満たす請求項３に記載の受発光装置。
２×（Ｖｃｏｍ２―ＶＬＥＤ２）＞（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）・・・（２）
【請求項５】
前記第一電圧及び前記第二電圧は、以下の関係式（３）を満たす請求項１から４のいずれか一項に記載の受発光装置。
（ＶＬＥＤ１−Ｖｃｏｍ２）＝（Ｖｃｏｍ２−ＶＬＥＤ２）・・・（３）
【請求項６】
前記第一電圧は、高電位側電源電圧である
請求項１から５のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項７】
前記第二電圧は、低電位側電源電圧である
請求項１から６のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項８】
前記光信号処理部は、
前記第２のコモン電圧が供給される第一入力端子、前記受光素子の一端と接続される第二入力端子、及び電流／電圧変換して得られた出力電圧が出力される出力端子を有する増幅器と、
前記増幅器の前記第二入力端子と前記出力端子との間に接続される帰還部と、
を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の受発光装置。
【請求項９】
第１フェーズにおいて、
半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子のカソードに第１のコモン電圧を供給し、
前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記発光素子のアノードに供給し、
前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換して出力電圧を出力し、
第２フェーズにおいて、
前記第１のコモン電圧を前記カソードに供給し、
前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記アノードに供給し、
前記受光素子から出力される出力電流を、前記第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換した出力電圧を出力し、
前記第１フェーズにおける前記出力電圧と、前記第２フェーズにおける前記出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
光検出方法。
【請求項１０】
第１フェーズにおいて、
半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子のアノードに第１のコモン電圧を供給し、
前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記発光素子のカソードに供給し、
前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換した出力電圧を出力し、
第２フェーズにおいて、
前記第１のコモン電圧を前記アノードに供給し、
前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記カソードに供給し、
前記受光素子から出力される出力電流を、前記第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換した出力電圧を出力し、
前記第１フェーズにおける前記出力電圧と前記第２フェーズにおける前記出力電圧とに基づいて、光信号を算出する
光検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による受発光装置は、半導体基板上に形成されたダイオード型の発光素子と、前記半導体基板上に形成されたダイオード型の受光素子と、第１のコモン電圧を前記発光素子のアノード又はカソードに供給して前記発光素子を駆動する光源駆動部と、前記受光素子から出力される出力電流を、第２のコモン電圧を基準として電流／電圧変換する光信号処理部と、を備え、前記光源駆動部は、前記第１のコモン電圧を前記発光素子のカソードに供給し、第１フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の大きい第一電圧を前記発光素子のアノードに供給し、第２フェーズでは、前記第１のコモン電圧よりも電圧値の小さい第二電圧を前記発光素子のアノードに供給し、前記光信号処理部は、前記第１フェーズにおける出力電圧と前記第２フェーズにおける出力電圧とに基づいて、光信号を算出することを特徴とする。
【国際調査報告】
2017222023.tif 000014
2017222023.tif 000015
2017222023.tif 000016
2017222023.tif 000017