(57)【要約】【課題】  機構・スペース的、コスト的な問題なく、単体で広帯域の光信号を受光できるようにした広帯域複合受光素子を提供する。【解決手段】  高域の光信号（以下、高速信号と言う）を受光して電気信号を出力する高速用受光部３１ａと、高速用受光部３１ａに比べ受光面積が広く設計され、低域の光信号（以下、低速信号と言う）を受光して電気信号を出力する低速用受光部３２ａとを同心円状に配置し、この高速用受光部３１ａおよび低速用受光部３２ａから出力される電気信号を選択的に切り替えて光信号を受光する。【選択図】  図３
2008042006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の受光部を有する第１の受光素子と、
前記受光素子の受光部より面積の大きい第２の受光部を有する第２の受光素子と
を複合化した広帯域複合受光素子。
【請求項２】
前記第２の受光部は、
前記第１の受光部を同心円状に囲んで配設される
請求項１記載の広帯域複合受光素子。
【請求項３】
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力を選択的に切り替える切替手段
を更に具備する請求項１または２記載の広帯域複合受光素子。
【請求項４】
前記切替手段は、
受光信号の伝送速度に応じて前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力を選択的に切り替える
請求項３記載の広帯域複合受光素子。
【請求項５】
前記切替手段は、
受光信号の伝送速度と光量とに応じて前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力を選択的に切り替える
請求項３記載の広帯域複合受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域複合受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは、発光素子から出射される光信号が、例えば、光ファイバーケーブル等で構成された伝送路を経て受光素子に到達することで、各種情報の伝達が実現される。受光素子は、光信号を受光しその受光した光信号に基づいて電気信号を発生する機能を有する。この受光素子には、フォトダイオードが用いられることが多い。
【０００３】
従来、受光素子はその受光効率や応答性を向上させるために、種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、所定の大きさの受光素子を複数個に分割することで、寄生容量による悪影響を低減させる技術が開示される。これは、寄生容量の大きさが受光素子の受光部の面積に比例することから、元の受光素子を分割することで、受光素子全体としての受光部の面積を維持しながら受光素子各々の受光部の面積を小さくし、寄生容量を小さくするというものである。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、複数の受光素子を設けることで、高い受光効率と高速応答性を両立できるようにした技術が開示される。これは、受光素子の受光部の面積を大きくしたいが、面積を大きくすると受光素子の端子間容量が大きくなることから高速対応できないため、受光素子を複数に分割することで受光部の面積を維持しつつ高域の光信号にも対応できるというものである。
【特許文献１】特開平１１−３４０９２５号
【特許文献２】特開２００４−０３１５７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、受光素子は一般に、図１２に示す等価回路で表すことができる。同図に示すように受光素子には、端子間容量（接合容量）Ｃｊや抵抗成分Ｒｓ/Ｒｓｈが含まれ、受光素子の時定数はこの端子間容量や抵抗成分によって決まるため、時定数が受光信号の帯域に大きく影響する。
【０００６】
高域の光信号（以下、高速信号と言う）を受光する場合には、高速応答性が必要となるため端子間容量の小さい受光部の面積の小さな受光素子（以下、高速用受光素子と言う）が用いられ、低域の光信号（以下、低速信号と言う）を受光する場合には、蓄積時間が稼げることにより安定した光量が得られることから、安価な受光部の面積の大きい受光素子（以下、低速用受光素子と言う）が用いられる。
【０００７】
これは、図１３（ａ）に示すように、受光信号が低速の場合は、時定数の大きい低速用受光素子で波形なまりが生じても信号の誤りは起こらないが、図１３（ｂ）に示すように、受光信号が高速の場合に時定数の大きい低速用受光素子を用いると、上記時定数による波形なまりにより信号誤りが生じ、正確な光信号の受信ができないからである。
【０００８】
以上から高速信号を受光する場合には、受光部の面積の小さな受光素子、低速信号を受光する場合には、受光部の面積の大きな受光素子を用いれば良いことが分かるが、広帯域な光信号を計測する計測器からの出力信号や、アナログ信号（ＲＯＳレーザ信号、アナログビデオ信号等）などを伝送する際には信号の帯域が広くなるため、いずれか一方の受光素子だけでは対応が困難であった。
【０００９】
これに対処するためには、単純に両方の受光素子を配し、これら両方の受光素子で対応すればよいが、この場合、受光素子を別々に複数配する必要があり、コストや機構、スペース面で問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、機構・スペース的、コスト的な問題なく、単体で広帯域の光信号を受光できるようにした広帯域複合受光素子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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１の広帯域複合受光素子の発明は、第１の受光部を有する第１の受光素子と、前記受光素子の受光部より面積の大きい第２の受光部を有する第２の受光素子とを複合化した。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第２の受光部は、前記第１の受光部を同心円状に囲んで配設される。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力を選択的に切り替える切替手段を更に具備する。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記切替手段は、受光信号の伝送速度に応じて前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力を選択的に切り替える。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記切替手段は、受光信号の伝送速度と光量とに応じて前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の出力を選択的に切り替える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の広帯域複合受光素子によれば、単体で高域、低域の両方の光信号に対応できるため、機構・スペース的、コスト的な問題なく、幅広い帯域の光信号を受光できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明に係わる広帯域複合受光素子の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明に係わる広帯域複合受光素子を適用した光通信システムの全体構成の一例を示す図である。
【００１９】
この光通信システムは、光信号を出射する送信側装置１０と、この光信号が入射される受信側装置２０とを具備して構成され、この送信側装置１０からの光信号は、光ファイバーケーブル等を伝送路として受信側装置２０へと入射される。
【００２０】
送信側装置１０は、その機能構成として、電気信号を光信号に変換するための発光素子１２と発光素子駆動回路１１とを具備して構成される。
【００２１】
受信側装置２０は、その機能構成として、送信側装置１０の発光素子１２から出射された光信号を受光しそれを電気信号に変換する広帯域複合受光素子２１と、その微弱な電気信号を増幅する増幅回路２２とを具備して構成される。
【００２２】
ここで、送信側装置１０に電気信号が入力されると、送信側装置１０では、発光素子駆動回路１１においてその信号を変換し、その変換された信号に基づいた光信号を発光素子１２から伝送路（例えば、光ファイバーケーブル）へ出射する。この光信号が、伝送路を通過して受信側装置２０に入射されると、受信側装置２０では、この光信号を広帯域複合受光素子２１で受光し、これを微弱な電気信号に変換する。そして、この微弱電気信号が、増幅回路２２へ入力され電気伝送に適した電気信号に変換される。
【００２３】
次に、上述した広帯域複合受光素子２１の概要について説明する。まず、図２を用いて、広帯域複合受光素子２１の機能構成の一部について説明する。
【００２４】
広帯域複合受光素子２１は、高域の光信号（以下、高速信号と言う）を受光するための高速用受光素子３１と、低域の光信号（以下、低速信号と言う）を受光するための低速用受光素子３２と、この高速用受光素子３１および低速用受光素子３２からの出力をそれぞれ切り替えて選択する切替部３３とを具備して構成される。ここで、高速用受光素子３１および低速用受光素子３２は、例えば、シリコンＰＩＮフォトダイオードなどに代表される電流出力型のフォトディテクタで実現される。
【００２５】
広帯域複合受光素子２１の高速用受光素子３１および低速用受光素子３２各々の受光部は、例えば、図３に平面図で示すように構成される。
【００２６】
図３に示すように、広帯域複合受光素子２１の受光部２１ａには、中心に設けられた略円形の高速用受光部３１ａと、この高速用受光部３１ａを同心円上に囲む低速用受光部３２ａが配置される。
【００２７】
ここで、高速用受光部３１ａを有する高速用受光素子３１は、低速用受光部３２ａを有する低速用受光素子３２に比べ受光面積が小さく、その端子間容量も小さく設計されているので高速応答が可能となり高速信号に対応することができるが、少ない光量で大きな電流出力が得られる回路構成となっているので、光量が大きくなりがちな低速信号に対しては不適である。
【００２８】
そこで、この高速用受光素子３１が不適とする低速信号等に対応するために低速用受光部３２ａを有する低速用受光素子３２が設けられる。すなわち、低速用受光部３２ａを有する低速用受光素子３２は、受光面積が広く端子間容量も大きく設計されているため暗電流が大きく小光量かつ高速信号には不向きであるので、高利得回路構成にせずに飽和しにくい特性を活かして光量の稼げる低速信号に用いられる。
【００２９】
この高速用受光素子３１および低速用受光素子３２各々の受光特性は、図４に示す一覧のようになる。この図４を参照して分かるように、高速用受光素子３１および低速用受光素子３２は、それぞれ全く異なる特性を持っており、この特性の違いを活かして幅広い帯域の光信号を受光できることになる。
【００３０】
ここで、図５は、受光信号が、高速で光量が小の場合、高速で光量が大の場合、低速で光量が小の場合、低速で光量が大の場合のそれぞれについて高速用受光素子３１の出力特性を説明する図であり、図６は、同様に、受光信号が、高速で光量が小の場合、高速で光量が大の場合、低速で光量が小の場合、低速で光量が大の場合のそれぞれについて低速用受光素子３２の出力特性を説明する図である。
【００３１】
図５に示すように、高速用受光素子３１では、受光信号の光量が小の場合は、良好な受光出力信号を得ることができるが、受光信号の光量が大の場合は、端子間容量が小さいために、受光出力信号が飽和して、良好な受光出力信号を得ることができない。
【００３２】
また、図６に示すように、低速用受光素子３２では、受光信号が低速で光量が大の場合でも、良好な受光出力信号を得ることができるが、受光信号が高速の場合若しくは光量が小の場合は、端子間容量により出力レベルが小さくなり、ノイズの影響を受けやすくなるので、良好な受光出力信号を得ることができない。
【００３３】
すなわち、高速用受光素子３１は、受光信号の光量が小さな場合でも、利得を上げて高速動作が可能であるが、低速用受光素子３２では、受光信号が高速の場合若しくは光量が小の場合は、端子間容量により受光出力信号が小さくなるので、これに対応できない。
【００３４】
そこで、図７に示すように、高速用受光素子３１は、受光信号が高速で光量が小の受光信号に対して良好な受光出力信号を得られるように利得を上げて調整する。低速用受光素子３２では、高速用受光素子３１の利得を上げたことにより高速用受光素子３１では対応しきれない受光信号、例えば、低速で光量が大の受光信号等を受光する。
【００３５】
さて、広帯域複合受光素子２１には、先に述べた通り、高速用受光素子３１および低速用受光素子３２からの出力をそれぞれ切り替えて選択する切替部３３が設けられる。この切替部３３による切替は、例えば、図８に示すように、外部からのコントロール信号に基づき行われる。
【００３６】
ここで、高速用受光素子３１および低速用受光素子３２各々の受光特性が上述した図７に示す状態にあると仮定する。この場合、切替部３３においては、伝送速度が速ければ、その光量の多少に拘わらず高速用受光素子３１からの出力を選択することになるが、比較的伝送速度が遅い場合には、高速用受光素子３１からの出力を選択することもあるが、ほとんどの場合、低速用受光素子３２からの出力を選択することになる。切替部３３では、伝送速度とその光量に基づき高速用受光素子３１および低速用受光素子３２からの出力を切り替える。なお、この切替を、伝送速度のみに基づき行うようにしてもよい。
【００３７】
以上が本発明の代表的な実施形態の一例であるが、本発明は、上記および図面に示す実施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
【００３８】
例えば、高速用受光素子３１および低速用受光素子３２は、図９（ａ）のように、カソードを共用するタイプであってもよいし、また、図９（ｂ）のように、単純に２つの受光素子を１つの部品内に収めたタイプであってもよい。
【００３９】
また、上記実施例では、高速用受光素子３１および低速用受光素子３２からの出力の切り替えを、外部から入力されるコントロール信号に基づいて行う場合を例に挙げて説明したが、例えば、図１０に示すように、機械的な構成により高速用受光素子３１および低速用受光素子３２からの出力をメカニカルに切り替えるように構成してもよい。また、図１１（ａ）に示すように、アンプで増幅後の光信号に基づき受光素子からの出力を切り替えるように構成してもよいし、図１１（ｂ）に示すように、アンプにコントロール信号を入力することで、増幅された信号の出力を切り替えるように構成してもよい。
【００４０】
ここで、各受光素子の最適帯域範囲は、使用する受光部の受光面積等で決まるため、受光素子からの出力信号の帯域に基づいて最適な受光面積を有する受光素子を選択するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の広帯域複合受光素子は、光信号を受光しその受光した光信号に基づいて電気信号を発生する受光素子全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係わる広帯域複合受光素子を適用した光通信システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示す広帯域複合受光素子の機能構成の一部を示す図である。
【図３】図１に示す広帯域複合受光素子の平面図の一例を示す図である。
【図４】図２および図３に示す高速用受光素子および低速用受光素子の受光特性を示す一覧図である。
【図５】図２および図３に示す高速用受光素子の受光特性を示す図である。
【図６】図２および図３に示す低速用受光素子の受光特性を示す図である。
【図７】図２および図３に示す高速用受光素子および低速用受光素子の各々で対応できる光量と、その伝送速度の関係を示す図である。
【図８】図２および図３に示す高速用受光素子および低速用受光素子と切替部を含む回路構成の一例を示す図である。
【図９】図２および図３に示す高速用受光素子および低速用受光素子の回路構成の一部を示す図である。
【図１０】図２および図３に示す高速用受光素子および低速用受光素子の切り替え回路についての第１の変形例を示す図である。
【図１１】図２および図３に示す高速用受光素子および低速用受光素子の切り替え回路についての第２の変形例を示す図である。
【図１２】受光素子を構成する一般的な等価回路の一例を示す図である。
【図１３】低速信号と高速信号の一般的な波形形状を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    送信側装置
１１    発光素子駆動回路
１２    発光素子
２０    受信側装置
２１    広帯域複合受光素子
２１ａ    受光部
２２    増幅回路
３１    高速用受光素子
３１ａ    高速用受光部
３２    低速用受光素子
３２ａ    低速用受光部
３３    切替部
【図１】
2008042006.tif 000003
【図２】
2008042006.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008042006.tif 000006
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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