(57)【要約】【課題】複数のＡＰＤを用いて受光して、その受信した信号を合成する光受信器において、ＡＰＤは増倍率によって符号誤り率特性が異なり、また、個々のＡＰＤの増倍率−逆バイアス特性が異なるため、ＡＰＤで受光した信号を合成する場合に、それぞれの信号のＳ／Ｎ比が異なり、所望の受信性能が得られない、といった問題があった。そこで、個々のＡＰＤの増倍率のバラつきを抑え、所望の受信特性が得られる光受信器を提供する。【解決手段】複数のアバランシェフォトダイオードと、電圧生成部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードの、各々の電流量を検出する複数の電流検出部と、前記電流検出部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とから構成され、上記構成により、個々のＡＰＤの増倍率のバラつきを抑えた光受信器を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を用いてデータ通信を行う光受信器において、
前記光信号を受光する複数のアバランシェフォトダイオードと、
電圧生成部と、
前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、
前記複数のアバランシェフォトダイオードの、各々の電流量を検出する複数の電流検出部と、
前記電流検出部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とを備える、光受信器。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電流検出部からの出力から光信号を受光しているかどうかを判定する受光検出部と、
前記電流検出部からの出力を記憶する電流記憶部と、
前記可変抵抗部の抵抗量を調整する抵抗調整部とから構成され、
前記受光検出部が光信号を受光していないと判定したときは、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御し、
前記受光検出部が光信号を受光したと判定したときは、前記電流記憶部は前記増倍率が略１のときの前記電流検出部の出力を記憶し、前記抵抗調整部は、前記電流検出部の出力と前記電流記憶部の出力との比が、所定の値になるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記制御部は、前記電流検出部の出力と前記電流記憶部の出力との比が、所定の値以上に変動した場合、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴とする、請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
光信号を用いてデータ通信を行う光受信器において、
前記光信号を受光する複数のアバランシェフォトダイオードと、
電圧生成部と、
前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、
前記複数の可変抵抗部の、各々の電圧値を検出する複数の電圧検出部と、
前記電圧検出部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とを備える、光受信器。
【請求項５】
前記制御部は、
前記電圧検出部からの出力から光信号を受光しているかどうかを判定する受光検出部と、
前記電圧検出部からの出力を記憶する電圧記憶部と、
前記電圧検出部の出力から、前記可変抵抗部を流れる電流量を求めて記憶する電流記憶部と、
前記可変抵抗部の抵抗量を調整する抵抗調整部とから構成され、
前記受光検出部が光信号を受光していないと判定したときは、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御し、
前記受光検出部が光信号を受光したと判定したときは、前記第１の電圧記憶部は前記増倍率が略１のときの前記電圧検出部の出力を記憶し、前記電圧検出部の出力と前記第１の電圧記憶部の出力との比が、所定の値になるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御して、前記第２の電圧記憶部は、前記電圧検出部の出力と前記第１の電圧記憶部の出力との比が所定の値となったときの前記可変抵抗部の両端電位を記憶し、前記抵抗調整部は、前記電圧検出部の出力が、前記第２の電圧記憶部の出力と略同等となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴とする、請求項４に記載の光受信器。
【請求項６】
前記制御部は、前記電圧検出部の出力と前記第２の電圧記憶部の出力の差が、所定の値以上に変動した場合、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴とする、請求項５記載の光受信器。
【請求項７】
光信号を用いてデータ通信を行う光受信器において、
前記光信号を受光する複数のアバランシェフォトダイオードと、
電圧生成部と、
前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、
前記複数のアバランシェフォトダイオードから出力される電気信号を加算する信号加算部と、
前記信号加算部の出力信号の振幅を検出する振幅検出部と、
前記振幅検出部の出力に応じて、前記複数の可変抵抗部の、夫々の抵抗量の設定値を記憶しておく可変抵抗量記憶部と、
前記可変抵抗量記憶部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とを備える、光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を用いてデータ通信を行う光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光伝送システムとしては、光ファイバを用いた光ファイバ伝送、あるいは光ファイバを用いず自由空間中に光信号を伝送する光空間伝送などがある。光受信器が受光する光パワーが小さい場合、受光素子としてＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を使用する。これは、通常のＰＤ（フォトダイオード）に比べて、高いＳ／Ｎ比を得ることができるためである。ＡＰＤの特徴としては、光信号を受光すると、増倍率と呼ばれる値に応じて光電流を増幅するため、小さい光信号を感度よく受光することができることが挙げられる。ＡＰＤの増倍率は、アノードとカソードとの間に加える電圧（逆バイアス）によって制御することが出来、必要に応じてＡＰＤの増倍率を制御することが可能である。図１０に示すように、光受信器のＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）動作を実現するために、増幅部５１の出力から、振幅検出部１１１により信号振幅を検出し、その検出した振幅が一定となるように、振幅検出部１１１の出力を用いて、高圧電圧生成部１の出力電圧を変化させることで、ＡＰＤの増倍率を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２５９７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、図９に示すように、光受信器の符号誤り率特性を考えたとき、ＡＰＤの増倍率が異なると、その特性が大きく変化する（図９は、ＡＰＤを用いた光受信器の符号誤り率特性の一例を示す図である）。図９において、増倍率が１０のとき、ＢＥＲ＝１Ｅ−１２を満たす受光パワーは約−３０ｄＢｍだが、増倍率７０では約―３７ｄＢｍと大きく異なる。また、図８に示すように、ＡＰＤの増倍率は、アノードとカソードに印加される逆バイアスによって変化するが、その逆バイアス−増倍率特性は個々のＡＰＤにより異なるため、同じ逆バイアスを印加すると、個々のＡＰＤの増倍率が異なってしまう。図８では、逆バイアスが約１２０Ｖだと、一方の増倍率は約１５、もう一方は約５０と、異なる増倍率を示している。より大きなＳ／Ｎ比を得るために、複数の受光素子を用いて受光し、その受光した信号を各々増幅した後で合成することでＳ／Ｎ比を高める構成の光受信器を考えた場合、受光素子にＡＰＤを用いたときに、個々の増倍率がばらつくと、個々のＡＰＤのＳ／Ｎが異なってしまい、所望のＢＥＲ特性が得られない、という課題を有していた。加えて、ＡＰＤに印加する逆バイアスは１００〜数百Ｖと大きな電圧となるため、個々のＡＰＤに適した高圧電圧発生部が必要となる、という課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数のＡＰＤを受光素子として使用する光受信器に対して、個々のＡＰＤの増倍率特性のバラつきを抑える方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光受信器は、光信号を用いてデータ通信を行う光受信器において、前記光信号を受光する複数のアバランシェフォトダイオードと、電圧生成部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードの、各々の電流量を検出する複数の電流検出部と、前記電流検出部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とを備えることを特徴としている。
【０００６】
更に本発明の光受信器は、前記制御部は、前記電流検出部からの出力から光信号を受光しているかどうかを判定する受光検出部と、前記電流検出部からの出力を記憶する電流記憶部と、前記可変抵抗部の抵抗量を調整する抵抗調整部とから構成され、前記受光検出部が光信号を受光していないと判定したときは、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御し、前記受光検出部が光信号を受光したと判定したときは、前記電流記憶部は前記増倍率が略１のときの前記電流検出部の出力を記憶し、前記抵抗調整部は、前記電流検出部の出力と前記電流記憶部の出力との比が、所定の値になるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴としている。
【０００７】
更に本発明の光受信器は、前記制御部は、前記電流検出部の出力と前記電流記憶部の出力との比が、所定の値以上に変動した場合、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴としている。
【０００８】
更に本発明の光受信器は、光信号を用いてデータ通信を行う光受信器において、前記光信号を受光する複数のアバランシェフォトダイオードと、電圧生成部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、前記複数の可変抵抗部の、各々の電圧値を検出する複数の電圧検出部と、前記電圧検出部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とを備えることを特徴としている。
【０００９】
更に本発明の光受信器は、前記制御部は、前記電圧検出部からの出力から光信号を受光しているかどうかを判定する受光検出部と、前記電圧検出部からの出力を記憶する電圧記憶部と、前記電圧検出部の出力から、前記可変抵抗部を流れる電流量を求めて記憶する電流記憶部と、前記可変抵抗部の抵抗量を調整する抵抗調整部とから構成され、前記受光検出部が光信号を受光していないと判定したときは、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御し、前記受光検出部が光信号を受光したと判定したときは、前記第１の電圧記憶部は前記増倍率が略１のときの前記電圧検出部の出力を記憶し、前記電圧検出部の出力と前記第１の電圧記憶部の出力との比が、所定の値になるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御して、前記第２の電圧記憶部は、前記電圧検出部の出力と前記第１の電圧記憶部の出力との比が所定の値となったときの前記可変抵抗部の両端電位を記憶し、前記抵抗調整部は、前記電圧検出部の出力が、前記第２の電圧記憶部の出力と略同等となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴としている。
【００１０】
更に本発明の光受信器は、前記制御部は、前記電圧検出部の出力と前記第２の電圧記憶部の出力の差が、所定の値以上に変動した場合、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が略１となるよう前記可変抵抗部の抵抗量を制御することを特徴としている。
【００１１】
更に本発明の光受信器は、光信号を用いてデータ通信を行う光受信器において、前記光信号を受光する複数のアバランシェフォトダイオードと、電圧生成部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードと直列に設置する複数の可変抵抗部と、前記複数のアバランシェフォトダイオードから出力される電気信号を加算する信号加算部と、前記信号加算部の出力信号の振幅を検出する振幅検出部と、前記振幅検出部の出力に応じて、前記複数の可変抵抗部の、夫々の抵抗量の設定値を記憶しておく可変抵抗量記憶部と、前記可変抵抗量記憶部からの入力に応じて、前記複数の可変抵抗部の抵抗量を制御する複数の制御部とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光受信器によれば、ＡＰＤの増倍率のバラつきを抑圧することで、受信性能を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１、２は、本発明の実施の形態１における光受信器の構成図である。実施の形態１は、光受信器１０１、高圧電圧生成部１、制御部２１、２２、電流検出部３１、３２、ＡＰＤ４１、４２、可変抵抗部８１、８２、増幅部５１、５２より成る。
【００１５】
光信号９はＡＰＤ４１、４２で光−電気変換される。高圧電圧生成部１から出力される高圧電圧を基に、可変抵抗部８１、８２を介して、ＡＰＤへの逆バイアスは印加されている。電流検出部３１、３２はそれぞれＡＰＤ４１、４２を流れる電流量を検出している。制御部２１、２２は、それぞれ電流検出部３１、３２の出力を基に可変抵抗部８１、８２の抵抗量を調整し、各ＡＰＤの増倍率を調整する。
【００１６】
図６に、ＡＰＤの増倍率の制御フローを示す。光受信器の電源がオンすると、制御部２１、２２はそれぞれ可変抵抗部８１、８２の値を大きな値に設定する。これは、ＡＰＤの逆バイアスが小さいとき、ＡＰＤの増倍率は略１となることを利用し（図８参照）、受光電流値から増倍率を決定する準備を行う。次に、光受信器１０１が光を受光して電流検出部３２（３１）に電流が流れ、受光検出部４が受光したと判断すると、電流記憶部５はこのときの電流量を記憶し、抵抗調整部６は可変抵抗部８２（８１）の抵抗量の調整を始める。電流記憶部５に記憶された電流量に対する、電流検出部３２（３１）が検出する電流量の比（即ち増倍率）が、所望の値となるように、抵抗調整部６は可変抵抗部８２（８１）の抵抗量を調節する。以上のように、各制御部が可変抵抗部の調整を行うことにより、各ＡＰＤの増倍率を所望の値に設定することが可能となる。
【００１７】
通信中に受光パワーが変動した場合には、電流量が変化してしまうため、可変抵抗部８１、８２での電圧降下量が変動し、各ＡＰＤへの逆バイアスが変化してしまう。受光パワーの変動が許容値内であれば、大きな特性変化とはならないが、許容値以上の変動が発生すると、ＡＰＤの逆バイアスが大きく変動して、増倍率が大きく変化するため符号誤り率特性が変動することになる。受光パワーが許容値以上に変動した場合には、可変抵抗部８１、８２の抵抗量を大きな値に設定することで、増倍率を略１に一旦設定する初期化を行う。そして、再度可変抵抗部の調整を実施することで、受光パワーが変動した場合においても、各ＡＰＤの増倍率を所望の値に設定することが可能となる。
【００１８】
以上より、各ＡＰＤの増倍率−逆バイアス特性が異なる場合においても、光受信器１０１の各ＡＰＤの増倍率を所望の値に設定することができ、光受信器１０１の受信性能を改善することができる。
【００１９】
なお、本実施の形態において、ＡＰＤや制御部の個数を２つとして説明したが、３つ以上であっても、同様の構成や制御を行う方法であればよい。
【００２０】
（実施の形態２）
図３、４は、本発明の実施の形態２における光受信器の構成図である。図３、４において、図１、２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
実施の形態２では、電圧検出部７１、７２で可変抵抗部８１、８２の両端電圧を検出し、その検出結果を基に可変抵抗部８１、８２の抵抗量を調節することで、各ＡＰＤの増倍率の制御を行う。
【００２１】
図７に、実施の形態２における、ＡＰＤの増倍率の制御フローを示す。光受信器の電源がオンすると、制御部２１、２２はそれぞれ可変抵抗部８１、８２の値を大きな値に設定する。次に、光受信器１０１が光を受光して可変抵抗部８２（８１）に電流が流れて電圧が発生し、その電圧を電圧検出部７２（７１）が検出し、受光検出部４が受光したと判断すると、電圧・電流記憶部７の中の電流記憶部７０１が、このときの電圧値から電流量を求めてその値を記憶し、抵抗調整部６は可変抵抗部８２（８１）の抵抗量の調整を始める。「電流記憶部７０１に記憶された電流量」に対する、「電圧検出部７２（７１）が検出する電圧値／可変抵抗部の抵抗量」の比（即ち増倍率）が、所望の値となるように、抵抗調整部６は可変抵抗部８２（８１）の抵抗量を調節する。各ＡＰＤの増倍率が所望の値となると、電圧記憶部７０２はこのときの電圧検出部７２（７１）の出力を記憶する。このあと、抵抗調整部６は、電圧記憶部７０２の出力と、電圧検出部７２（７１）の出力が略等しい値となるように、可変抵抗部８２（８１）の抵抗量を調整することで、各ＡＰＤの受光パワーが変動した場合でも、増倍率を所望の値に保持することが可能となる。
【００２２】
以上のように、各制御部が可変抵抗部の調整を行うことにより、各ＡＰＤの増倍率を所望の値に設定、保持することが可能となる。また、通信中に受光パワーが大きく変動した場合には、光受信器１０１の受信性能が劣化する可能性が生じるため、許容値以上の変動が発生すると、実施の形態１と同様に、可変抵抗部８１、８２の抵抗量を大きな値に設定することで、増倍率を略１に一旦設定する初期化を行う。そして、再度可変抵抗部の調整を実施する。
【００２３】
以上より、各ＡＰＤの増倍率−逆バイアス特性が異なる場合においても、光受信器１０１の各ＡＰＤの増倍率を所望の値に設定することができ、光受信器１０１の受信性能を改善することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態において、ＡＰＤや制御部の個数を２つとして説明したが、３つ以上であっても、同様の構成や制御を行う方法であればよい。
【００２５】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における光受信器の構成図である。図５において、図１〜４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２６】
実施の形態３では、光受信器１０１は、ＡＰＤ４１、４２で受光した信号を増幅部５１、５２で増幅し、その出力を信号加算部１１２で加算する構成となっている。振幅検出部１１１は、信号加算部１１２の出力信号の振幅を検出する。可変抵抗量記憶部１１０は、振幅検出部１１１の出力と、各制御部２１、２２が制御する可変抵抗部の抵抗量を関連づけて記憶している。図５に示す光受信器１０１の構成を考えたとき、ＡＰＤ４１、４２の受光パワーが略等しく、且つ増倍率を所定の値に固定しようとする場合、信号加算部１１２の出力信号の振幅値と、各可変抵抗部の抵抗量は、各々一意に決定される特徴を持つ（それぞれの抵抗量は異なる）。可変抵抗量記憶部１１０が、”振幅値−（それぞれの可変抵抗部の）抵抗量”の関係を記憶し、各制御部２１、２２は振幅検出部１１１の出力と可変抵抗量記憶部１１０の出力から、それぞれの可変抵抗量を制御することで、各ＡＰＤ４１、４２の増倍率は所定の値に固定される。光受信器１０１の受光パワーが変化し、信号加算部１１２の出力振幅が変化した場合においても、各制御部２１、２２が適正に各可変抵抗部８１、８２を制御することで、各ＡＰＤの増倍率を所定の値に調整されることになり、安定して光受信器１０１は動作することが可能となる。
【００２７】
以上より、各ＡＰＤの増倍率−逆バイアス特性が異なる場合においても、光受信器１０１の各ＡＰＤの増倍率を所望の値に設定することができ、光受信器１０１の受信性能を改善することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態において、ＡＰＤや制御部の個数を２つとして説明したが、３つ以上であっても、同様の構成や制御を行う方法であればよい。
なお、本実施の形態において、振幅検出部１１１の出力と可変抵抗部８１、８２の抵抗量との関係を可変抵抗量記憶部１１０は記憶して制御部２１、２２が制御を行ったが、ＡＰＤに流れる電流量もしくは可変抵抗部８１、８２の両端電圧と、可変抵抗部８１、８２の抵抗量との関係を可変抵抗量記憶部１１０が記憶して制御部２１、２２が制御する方法であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかる光受信器は、ＡＰＤの増倍率の特性バラつきを抑圧することで、受信性能改善が見込まれ、受光パワーが小さい光空間伝送のような用途においても、安定した光通信を行える光受信器等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の光受信器の構成を示す図
【図２】本発明の光受信器の構成を示す図
【図３】本発明の光受信器の構成を示す図
【図４】本発明の光受信器の構成を示す図
【図５】本発明の光受信器の構成を示す図
【図６】本発明の光受信器の制御フローを示す図
【図７】本発明の光受信器の制御フローを示す図
【図８】ＡＰＤの増倍率−逆バイアス特性を示す図
【図９】ＡＰＤを用いた光受信器の符号誤り率特性の一例を示す図
【図１０】従来の光受信器の構成を示す図
【符号の説明】
【００３１】
１    高圧電圧生成部
４    受光検出部
５    電流記憶部
６    抵抗調整部
７    電流・電圧記憶部
９    光信号
２１、２２    制御部
３１、３２    電流検出部
４１、４２    ＡＰＤ
５１、５２    増幅部
７１    電流記憶部
７２    電圧記憶部
８１、８２    可変抵抗部
１０１    光受信器
１１０    可変抵抗量記憶部
１１１    振幅検出部
１１２    信号加算部
【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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【図１０】
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