(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトダイオードを配列して構成されるフォトダイオードアレイにおいて、
前記フォトダイオードと
共振器と
化合物系トランジスタと
から成るフォトダイオード付き発振回路を同一基板上に前記フォトダイオード毎に構成し、これを前記フォトダイオードの数だけ配列して構成し、前記フォトダイオード付き発振回路は、それぞれ異なる発振周波数を持つように構成されたことを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記フォトダイオードアレイは、それぞれ異なる発振周波数を持つフォトダイオード付き発振回路から出力される全ての信号が統合された出力信号を発生するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のフォトダイオードアレイ。
【請求項３】
前記フォトダイオード付き発振回路は、発振周波数帯をマイクロ波帯あるいはミリ波帯とし、フォトダイオードアレイをマイクロ波モノリシックＩＣとして構成したことを特徴とする請求項１記載のフォトダイオードアレイ。
【請求項４】
前記共振器は、ストリップライン共振器を用いることを特徴とする請求項１記載のフォトダイオードアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードアレイの信号読み出し方式の改善及びモジュール化の手法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のフォトダイオードアレイの一例を示す回路図である。
同図において、フォトダイオード１ａ〜１ｄはフォトダイオードアレイ１０を構成し、スイッチ回路８ａ〜８ｄおよび９ａ〜９ｄはマルチプレクサ１１ｂを構成している。
【０００３】
フォトダイオード１ａのアノードはスイッチ回路８ａおよび９ａの一端に接続され、スイッチ回路８ａおよび９ａの制御端子には制御回路１１ａからの制御信号がそれぞれ接続される。
【０００４】
フォトダイオード１ｂ〜１ｄにおいても、フォトダイオード１ａと同様の回路構成でスイッチ回路８ｂ〜８ｄおよび９ｂ〜９ｄに接続されている。尚、図４においては制御回路１１ａからスイッチ回路８ａおよび９ａに接続される制御線１５は簡単のために１本の線で表記しているが各スイッチ回路に接続される制御線１５は互いに独立したものでスイッチ回路の個数分存在する。
【０００５】
以上の構成により、目的とするフォトダイオードから出力された光電流は、マルチプレクサ１１ｂにより選択され、マルチプレクサ１１ｂの出力端子に接続された電流電圧変換器１１ｃより電圧信号として出力される。このようなフォトダイオードアレイは例えば、本願出願人が提案した特願平７−２０６９３４号に記載されている。
【０００６】
次に、図６で説明した回路構成により制作したフォトダイオードアレイの制作例を図７に示す。
同図において、フォトダイオードアレイ１０は、その上面に複数のフォトダイオードの受光部１ａ〜１ｄが配列されると共に、電源線用と信号線用の複数の配線パターン２，３が敷設されている。各配線パターンの一端にあるパッドとプリント基板４の所定のパッドとはボンディングワイヤ５により接続される。尚、フォトダイオードアレイ１０の下面は半田によりプリント基板４に接続されている。
【０００７】
マルチプレクサと電流電圧変換器を搭載した制御回路１１はその下面に電極面が形成され、半田バンプ６を介してフォトダイオードアレイ１０のパターンとそれぞれ接続するようになっている。
このようなフォトダイオードアレイは例えば、本願出願人が提案した特願平８−１８６４５号に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、フォトダイオードアレイのセンサー部と制御回路部はそれそれ別個のモジュールとして制作されるため、従来の回路構成ではフォトダイオードアレイのセンサー部と制御回路部との結線作業が必要となる。例えば、２５６チャンネルのフォトダイオードアレイを制作する場合、前記ボンディングワイヤや半田バンプ等を用いて２５６個所もの接続作業を行わなければならない。
【０００９】
この場合、フォトダイオードアレイとしての性能を保証するためには、すべての接続点が完璧に処理されている必要があるうえ、全てが精密な作業であるため人件費や材料費およびリードタイムの増大を招くといった課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するもので、フォトダイオードアレイのセンサー部品と制御回路部品とのボンディングワイヤや半田バンプ等による接続工程をなくすことにより、短時間で容易に制作が可能であると共に電気的結合不良の問題を排除した信頼性の高いフォトダイオードアレイ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】
このような目的を達成するために請求項１、２に記載の発明では、フォトダイオード毎に設けられたフォトダイオード付き発振回路の固有発振周波数の違いを利用し、フォトダイオード数分の周波数成分が統合した出力信号から目的とするフォトダイオードの周波数スペクトラムを検出することによって目的のフォトダイオードの光パワー信号を検出することが可能な出力信号を発生するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３、４に記載の発明では、フォトダイオード付き発振回路で扱う周波数帯とマイクロ波帯あるいはミリ波帯とし、シンプルな構造のストリップライン共振器を用いることにより回路全体を小型化できるためフォトダイオードアレイのセンサー部と信号選択回路などの制御回路部を同一基板上にモノリシックＩＣとして作り込むことが可能となる。従って、ボンディングワイヤや半田バンプ等による複雑な製造工程を排除し信頼性の高いフォトダイオードアレイを製造することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るフォトダイオードアレイの一実施例を示す回路図である。同図は２５６個のチャンネルを有するフォトダイオードアレイの１チャンネル目と２５６チャンネル目の回路を図示したものである。
【００１４】
フォトダイオードアレイの１チャンネルを構成するフォトダイオード付き発振回路１０１において、フォトダイオード２１のアノードはトランジスタ２３のベースとストリップライン共振器２０の一端に接続され、カソードは抵抗２６の一端に接続される。またストリップライン共振器２０の他の一端は出力抵抗２５の一端とトランジスタ２３のコレクタに接続され、トランジスタ２３のエミッタは接地されている。更に、トランジスタ２３のコレクタにはトランジスタ駆動用電圧Ｖｃが印加され、抵抗２６の他の一端にはフォトダイオードの逆バイアス電圧−Ｖｂが逆バイアスされている。
【００１５】
以上説明したフォトダイオード付き発振回路と同様の回路が同一基板上にチャンネルの数だけ配列され、すべてのチャンネルの出力抵抗２５の他端がすべて出力信号線３０に統合された後、信号読み出し装置４０に接続される。
【００１６】
ここで図１に示す実施例の動作を説明する。同図の１チャンネルを構成するフォトダイオード付き発振回路１０１において、予めトランジスタ駆動用電圧Ｖｃとフォトダイオードの逆バイアス電圧−Ｖｂを印加する。この時のフォトダイオードの逆バイアス電圧−Ｖｂは、−０．５Ｖ程度とする。
【００１７】
ここでフォトダイオード２１に光が入射されると内部に逆方向電流が発生し、これが増大していくとトランジスタ２３の利得が１以上となる。この時、ストリップライン共振器２０とトランジスタ２３との閉ループにより発振が開始される。
【００１８】
この時の発振周波数はストリップライン共振器２０のλ／２共振器（図示せず）の共振長によって決定され、発振の振幅はトランジスタ２３のゲインに依存する。
【００１９】
つまりフォトダイオード付き発振回路１０１の出力信号の発振周波数は、ストリップライン共振器２０のλ／２共振器の共振長によって決定され、振幅はフォトダイオード２１に入射される光のパワーに依存する。
【００２０】
ここで得られた出力信号を信号３０を信号読み出し装置４０を用いてフォトダイオード付き発振回路１０１の周波数スペクトラムを検出することによって１チャンネルの光パワー信号５０を検出するすることが可能である。
【００２１】
このようにして得られた光パワー信号の出力例を図２に示す。これは、２５６チャンネルを有するフォトダイオードアレイの出力信号をＦＦＴアナライザやスペクトラムアナライザ等を用いて、各フォトダイオードに入射される光パワー信号を検出した一例である。
【００２２】
このように構成された回路の具体的な実施例を図３を用いて説明する。
同図は図１と同様に２５６個のチャンネルを有するフォトダイオードアレイの実施例を図示したものである。
【００２３】
フォトダイオードアレイの１チャンネルを構成するフォトダイオード付き発振回路１０１において、フォトダイオード２１のアノードはストリップライン共振器２０の片方のλ／２共振器２０ａを介してトランジスタ２３のベースと接続される。また、ストリップラインカプラ２４を介して結合された他方のλ／２共振器２０ｂはトランジスタ２３のコレクタとバイアスＴ回路を構成するＤＣカット用コンデンサ２７の一端とＲＦカット用インダクタンス２８の一端に接続される。
【００２４】
フォトダイオード２１の、カソードには抵抗２６を介してフォトダイオードの逆バイアス電圧−Ｖｂが印加され、トランジスタ２３のコレクタには、抵抗２９と前記バイアスＴ回路を構成するＤＣカット用コンデンサ２７とＲＦカット用インダクタンス２８を介してトランジスタ駆動用電圧Ｖｃが印加される。
【００２５】
以上説明したフォトダイオード付き発振回路と同様の回路が同一基板上にチャンネルの数だけ配列され、すべてのチャンネルの出力抵抗２５の他端がすべて出力信号線３０に統合される。
【００２６】
図３において、フォトダイオード付き発振回路１０１の発振周波数は前記ストリップライン共振器２０のλ／２共振器２０ａ、２０ｂの共振長Ｌ１により決定される。この共振長Ｌ１の長さを各フォトダイオード付き発振回路毎に少しずつ変えることにより、すべてのチャンネルで異なった発振周波数を有するフォトダイオード付き発振回路を構成することが可能である。
【００２７】
このようにして得られた各フォトダイオード付き発振回路の出力信号を、ＤＣカット用コンデンサとＲＦカット用インダクタンスとで構成されるバイアスＴ回路を介して接続し、すべてのチャンネルの出力信号が統合された出力信号３０が得られる。
【００２８】
ここで得られた出力信号３０を信号読み出し装置４０を用いて目的とするフォトダイオード付き発振回路の周波数スペクトラムを検出することによって目的とするチャンネルの光パワー信号５０を検出するすることが可能である。
【００２９】
ここでストリップライン共振器を用いた発振器の動作例を図４と図５を用いて説明する。図４は図１で説明したストリップライン共振器を用いたフォトダイオード付き発振回路を簡易的に制作した実施例であり、図５はその出力信号を示したものである。
【００３０】
図４において、共振長３０ｍｍのλ／２共振器２０ａ、２０ｂがストリップラインカプラ２４によって結合されたストリップライン共振器２０とヘテロバイポーラトランジスタ２３を用いて構成されたストリップライン発振回路２０は、トランジスタ駆動用電圧Ｖｃと、フォトダイオードの模擬入力信号である模擬信号電圧Ｖｓが抵抗Ｒｓを介して印加されている。
【００３１】
このような発振器の出力信号３０をオシロスコープを用いて測定すると、図５に示す波形が得られる。この例では、λ／２共振器の共振長が３０ｍｍであるため、１．２ＧＨｚで発振している。また、振幅の大きさは模擬信号電圧Ｖｓの大きさに依存するため、模擬信号電圧Ｖｓと抵抗Ｒｓをフォトダイオードに置き換えた場合フォトダイオードの入射光強度に応じた振幅を持つ１．２ＧＨｚの出力信号が得られる。
【００３２】
この出力信号をスペクトラム解析し、１．２ＧＨｚの周波数成分を求めることにより、フォトダイオードの光パワー信号を得ることが可能である。
【００３３】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
請求項１、２に記載の発明では、フォトダイオードアレイの出力信号選択手段をフォトダイオード付き発振回路の周波数スペクトラムを検出する方式としたため、同一基板上にフォトダイオードと制御回路を作り込むことが可能となったためボンディングワイヤや半田バンプ等による接続工程が不要となる。従って、フォトダイオードアレイの制作を容易に短時間で行うことが可能となると共に、電気的結合不良の問題が無くなるため信頼性の高いフォトダイオードアレイを提供することが可能となる。
【００３５】
請求項３、４に記載の発明では、フォトダイオードアレイのセンサー部と信号選択回路などの制御回路部を同一基板上にモノリシックＩＣとして作り込むことが可能となるためフォトダイオードアレイの部品構成が非常にシンプルとなる。従って、品質の管理を行い易くなると共に信頼性の高いフォトダイオードアレイを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトダイオードアレイの一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係るフォトダイオードアレイの出力信号の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るフォトダイオードアレイの具体的な実施例を示す回路図である。
【図４】ストリップライン共振器を用いた発振器の実施例を示す回路図である。
【図５】ストリップライン共振器を用いた発振器の出力信号の一例を示す図である。
【図６】従来のフォトダイオードアレイの一例を示す構成図である。
【図７】従来のフォトダイオードアレイの具体的な実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
２０  ストリップライン共振器
２０ａ  λ／２共振器
２０ｂ  λ／２共振器
２１  フォトダイオード
２３  トランジスタ
２４  ストリップラインカプラ
２５  出力抵抗
２６  抵抗
２７  ＤＣカット用コンデンサ
２８  ＲＦカット用インダクタンス
２９  抵抗
３０  統合された出力信号
４０  信号読み出し装置
５０  光パワー信号
１０１  フォトダイオード付き発振回路
【図１】
0003554954.tif 000002
【図２】
0003554954.tif 000003
【図３】
0003554954.tif 000004
【図４】
0003554954.tif 000005
【図５】
0003554954.tif 000006
【図６】
0003554954.tif 000007
【図７】
0003554954.tif 000008