(57)【要約】【課題】省電力化が可能であるとともに、容量の大きなデータでも高速で応答することができる光受信機を提供する。【解決手段】光受信機１１は、光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１を備え、該光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１にて受信した光信号を電気信号に変換する光受信回路を備える。また、上記光受信機１１は、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２と、該光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２に入射される光信号の有無に応じて、上記光受信回路への電源供給が遮断されているシャットダウンモードと、上記光受信回路への電源供給が行われている動作モードとを切り替えるシャットダウン回路２３とを備える光検出回路を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の受光素子にて受信した光信号を電気信号に変換する光受信回路を備える光受信機において、
第２の受光素子と、
該第２の受光素子に入射される光信号の有無に応じて、上記光受信回路への電源供給が遮断されているシャットダウンモードと、上記光受信回路への電源供給が行われている動作モードとを切り替えるシャットダウン回路と、
を備える光検出回路を備えることを特徴とする光受信機。
【請求項２】
光ファイバリンクに使用される光受信機であって、
第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部を備え、
上記受光部では、第２の受光素子が、第１の受光素子の中心付近に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
【請求項３】
光ファイバリンクに使用される光受信機であって、
第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部を備え、
上記受光部では、第２の受光素子が、第１の受光素子の中心と外周との間に少なくとも２つ以上配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
【請求項４】
光ファイバリンクに使用される光受信機であって、
第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部を備え、
上記受光部では、第２の受光素子が、第１の受光素子の周辺を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を電気信号に変換する光受信機に関し、例えば、光信号を伝送する光ファイバリンクを形成するために用いられる光受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバリンクは、送信側で電気信号を光信号に変換して伝送し、受信側では受信した光信号を電気信号に再変換することで、音声信号や映像信号等の複数チャネルの信号を１本の光ファイバで手軽に高速伝送できる。そのため、このような光ファイバリンクは、光送信回路および光受信回路を搭載したデジタル機器の普及に伴って、近年、広く一般家庭にも普及してきている。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）プレーヤーやアンプなどに光デジタル信号を入出力する光ファイバリンク用受発光デバイスが用いられている。また、最近では、ノート型パソコン、携帯電話、ＭＰ３プレーヤーなどの携帯機器に音楽信号を伝送する用途として普及してきている。さらにまた、前記光ファイバリンクは、電気的に絶縁が必要な箇所での信号伝送用としても使用される。さらに、光ファイバは軽量性、耐ノイズ性に優れており、車載向けの光ファイバリンクが実用段階となっている。
【０００３】
一方、前記デジタル機器で、特に携帯可能な機器では、バッテリ動作時間を左右する消費電力の低減が常に要求されている。このため、光受信回路には、従来では、図５に示すような構成が用いられている。すなわち、図示しない電源から光受信回路１への間にはシャットダウン機能を備えるレギュレータＩＣ２が介在され、該レギュレータＩＣ２は、シャットダウン入力端子Ｐ１に入力されるシャットダウン信号に応答して、前記図示しない電源から電源入力端子Ｐ２に入力される電源電圧Ｖｃｃを、電源出力端子Ｐ３から前記光受信回路１へ出力するか否かを制御する。
【０００４】
これによって、前記光受信機１の動作が不要な時には、前記シャットダウン入力端子Ｐ１にシャットダウン信号を入力することによって、レギュレータＩＣ２の出力をシャットダウンし、低消費電力化を実現している。
【０００５】
しかしながら、専用のレギュレータＩＣ２を設けると、回路基板のスペースを占有し、小型化に不利であり、またコスト面でも不利である。
【０００６】
これに対し、例えば、特許文献１および特許文献２では、光受信回路において、光信号を受信するためのフォトダイオードを共用して、送信されてくる光信号の有無に応じて光受信回路の低消費電力化を行っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−０７８０９１号公報（公開日：平成１２年３月１４日）
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−０１３３３１号公報（公開日：平成１２年１月１４日）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２の構成では、信号を受信するためのフォトダイオードに対して、送信されてくる光信号の有無を検出するための光検出回路が接続されることとなる。この光検出回路が接続されることにより入力の寄生容量が増加し、アンプ出力ノイズの増加によるＳＮ比の悪化やアンプの周波数特性にピーキングが発生することによる群遅延特性の悪化により、受信ＩＣの伝送速度の高速化および高感度化の障害になる。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、省電力化が可能であるとともに、容量の大きなデータでも高速で応答することができる光受信機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光受信機は、上記の課題を解決するために、第１の受光素子にて受信した光信号を電気信号に変換する光受信回路を備える光受信機において、第２の受光素子と、該第２の受光素子に入射される光信号の有無に応じて、上記光受信回路への電源供給が遮断されているシャットダウンモードと、上記光受信回路への電源供給が行われている動作モードとを切り替えるシャットダウン回路と、を備える光検出回路を備えることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、光検出回路にて、光受信回路に供給される電力の遮断が判定される。つまり、この光検出回路にて光受信回路を動作モードとシャットダウンモードとに切り替える判断がなされる。ここで、光検出回路では、第２の受光素子に入射される光信号の有無を検出するだけであるので、消費電流は小さくて済む。さらに、上記光受信回路には、省電流化を達成するために付加される光受信回路の動作を制御するための回路が付加する必要はない。そのため、本発明の光受信回路では、寄生容量の増加がなく、充分な応答速度を低消費電力で実現することができる。つまり、上記光受信機では、高速の応答速度を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の光受信機は、上記の構成に加えて、光ファイバリンクに使用される光受信機であって、第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部を備え、上記受光部では、第２の受光素子が、第１の受光素子の中心付近に配置されていることが好ましい。
【００１４】
光ファイバリンクに使用される場合、光受信機における光を受信する領域（受光部）が限定される。つまり、第１の受光素子と第２の受光素子とに入射される光の領域が限定される。光ファイバから受光部に入射される光の光強度は中心部が一番強いため、上記の構成によれば、この光の中心部に第２の受光素子を配置しているので、第２の受光素子の面積を小さくても光の有無を検出することができる。したがって、第１の受光素子の面積を確保するとともに、第２の受光素子にて光の検出を行うことができる。これにより、省電力化を図ることができるとともに、感度のよい光受信機を提供することができる。
【００１５】
また、本発明の光受信機は、上記の構成に加えて、光ファイバリンクに使用される光受信機であって、第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部を備え、上記受光部では、第２の受光素子が、第１の受光素子の中心と外周との間に少なくとも２つ以上配置されていることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、光受信機の受光部に入射する光の強度分布は中心部で一番強いため、最も光強度が強い中心部の光を第１の受光素子で光電変換することにより光受信機の感度が高くなり効率が良くすることができる。
【００１７】
また、本発明の光受信機は、上記の構成に加えて、光ファイバリンクに使用される光受信機であって、第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部を備え、上記受光部では、第２の受光素子が、第１の受光素子の周辺を取り囲むように配置されていることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、最も光強度が強い中心部の光を第１の受光素子で光電変換することができるため、高感度で効率の良い光受信機を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態にかかる光受信機について、図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２０】
図１は、本実施の形態にかかる光受信機の回路構成を示すブロック図である。この光受信機１１は、光信号受信用のフォトダイオード（第１の受光素子）ＰＤ１を含む光受信回路と、光信号検出用のフォトダイオード（第２の受光素子）ＰＤ２を含む光検出回路と、出力回路１３とを備えている。この光受信回路および光検出回路は１チップにモノリシック形成されている。
【００２１】
上記光受信回路は、外部から送信されてくる光信号を受信し、電気信号に変換するための回路である。この光受信回路は、大略的に、フォトダイオードＰＤ１と、第１の電流−電圧変換アンプ１２と、容量Ｃｐｄと、第２の電流−電圧変換アンプ１３と、差動アンプＡＭＰ３と、コンパレータＣＯＭＰ１と、出力回路１４と、バイアス回路１５とを備えている。上記第１の電流−電圧変換アンプ１２は、初段アンプＡＭＰ１と、抵抗Ｒｆ１と、容量Ｃｆ１とを備えている。上記第２の電流−電圧変換アンプ１３は、初段アンプＡＭＰ２と、抵抗Ｒｆ２と、容量Ｃｆ２とを備えている。上記容量Ｃｐｄは、フォトダイオードＰＤ１とＧＮＤ間の寄生容量と同じ容量を有している。
【００２２】
上記光検出回路は、外部から送信されてくる光信号の有無を検出し、光受信回路の動作モードとシャットダウンモードとを切り替える回路である。この光検出回路は、大略的に、フォトダイオードＰＤ２と、電流−電圧変換アンプ２１と、ローパスフィルタ２２と、コンパレータＣＯＭＰ２と、シャットダウン制御回路１６とを備えている。
【００２３】
以下各回路における動作について説明する。
【００２４】
上記光受信回路では、フォトダイオードＰＤ１が、光を受光し、その光信号強度に比例した電流信号が発生する。この電流信号は、上記第１の電流−電圧変換アンプにて線形に電圧に変換されて出力される。この第１の電流−電圧変換アンプ１２からの出力は、容量Ｃ１によりＤＣ成分が除去され、ＤＣ電位を決めるために定電圧源Ｖｒｅｆに接続された抵抗Ｒ１で受けられ、ＡＭＰ３に入力される。
【００２５】
一方、フォトダイオードＰＤ１とＧＮＤ間の寄生容量と同じ容量値Ｃｐｄ２をＡＭＰ２、Ｒｆ２、Ｃｆ２で構成されるアンプは同相のノイズ成分の除去をするために設けてある。この第２の電流−電圧変換アンプ１３からの出力は、容量Ｃ２および定電圧源Ｖｒｅｆに接続された抵抗Ｒ２で受けられてＤＣ成分を除去された後、ＡＭＰ３に入力される。
【００２６】
そして、差動アンプＡＭＰ３では、第１の電流−電圧変換アンプ１２（初段アンプＡＭＰ１）からの入力と第２の電流−電圧変換アンプ１３（初段アンプＡＭＰ２）からの入力とのの差分を増幅して、差動の電圧信号で出力する。これにより、電源ラインノイズなどの同相ノイズ成分は差動回路によって除去される。
【００２７】
また、差動アンプＡＭＰ３の出力は、コンパレータＣＯＭＰ１に入力されて波形整形され、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗのデジタル信号に変換され、出力回路１４に出力される。
【００２８】
前記出力回路１４は、電源入力端子Ｐ１１に入力される電源電圧Ｖｃｃと、接地端子Ｐ１２に与えられるＧＮＤ電位とを電源とし、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ１とから成るＣＭＯＳ構成のプッシュプルアンプである。そしてこの出力回路１４から出力端子Ｐ１３への出力Ｖｏｕｔは、前記差動アンプＡＭＰ３からの出力を反転して、かつ前記電源電圧ＶｃｃまたはＧＮＤ電位の何れかとなる。
【００２９】
前記初段アンプＡＭＰ１，ＡＭＰ２、差動アンプＡＭＰ３、およびコンパレータＣＭＰ１には、バイアス回路１５からバイアス電流供給が行われる。そのバイアス回路１５がバイアス電流供給を行うか否かは、光検出回路におけるシャットダウン制御回路２３によって制御される。
【００３０】
前記光検出回路１３では、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２が、光を受光し、その光信号強度に比例した電流信号が発生する。この電流信号は、上記電流−電圧変換アンプ２１にて電圧に変換され、ローパスフィルタ２２を通過して、コンパレータＣＯＭＰ２に入力される。ＣＯＭＰ２に入力された電圧がＣＯＭＰ２の閾値を超えた場合には、シャットダウン制御回路２３によりバイアス回路１５が動作し、光受信回路がシャットダウンモードから動作モードに入る。逆に、光受信回路が動作モードの時に光信号が停止した場合、フォトダイオードＰＤ２から光電流が閾値以下になり、シャットダウン制御回路２３によってバイアス回路１５がシャットダウンされる。これにより、光受信回路はシャットダウンモードに入り、光受信回路の消費電流を低減することができる。なお、電流−電圧変換アンプ２１、コンパレータＣＯＭＰ２、シャットダウン制御回路２３には、常時電源が供給されているが、フォトダイオードＰＤ２からの電流信号を検出するためだけに使用されるため、消費電流が低く設定されている。したがって、光受信機の消費電流に大きな影響を及ぼさない。
【００３１】
以上のように、上記の構成によれば、光検出回路にて、光受信回路を動作モードとシャットダウンモードとで切り替える判断がなされる。したがって、光受信回路には、光受信回路の動作を制御するための回路が付加されない。そのため、上記光受信回路では、寄生容量の増加がなく、充分な応答速度を低消費電力で実現することができる。
【００３２】
なお、上記フォトダイオードＰＤ２は、フォトダイオードＰＤ１にて受信する光信号を検出するために、フォトダイオードＰＤ１に近接して配置されていることが好ましい。
【００３３】
以下では、特に光ファイバリンクを形成するために好適に使用される光受信機における、光受信回路のフォトダイオードＰＤ１と、光検出回路のフォトダイオードＰＤ２との配置について、図２ないし図４に基づいて説明する。なお、光ファイバリンクでは、光ファイバの端面を光受信機における受光部（フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の受光面）に接触（近接）させてデータを送信する。したがって、光ファイバから入射される光は、光ファイバの端面の形状とほぼ同一となるため、光受信機における受光部も光ファイバの端面の形状に一致させることが好ましい。したがって、光受信機の受光部を光ファイバの端面の形状、すなわちほぼ円形あるいは多角形の形状とすることが好ましい。
【００３４】
図２に、光受信機の受光部におけるフォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２との配置の一例を示す。この例は、光受信機の受光部において、光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１の受光面の中心付近に、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２の受光面を配置した構成である。
【００３５】
例えば、光受信機の受光部に入射される光信号の光強度が−２４ｄＢｍの場合、フォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２の光電変換率を０．３Ａ／Ｗとすると、フォトダイオードＰＤ１に流れる光電流は
１ｍＷ×１０＾（−２４ｄＢｍ／１０）×０．３Ａ／Ｗ＝１．１９μＡ
になる。ここで、簡略化のためフォトダイオードＰＤ１の受光面における全面に均一に光ファイバから光が入射すると仮定する。さらに、光信号を検出するために、フォトダイオードＰＤ２で発生される光電流が１０ｎＡ必要であるとすると、フォトダイオードＰＤ２の受光面に必要な面積は
（フォトダイオードＰＤ２の面積）
＝（１０ｎＡ／１．１９μＡ）×（フォトダイオードＰＤ１の面積）
＝（１／１１９）×（フォトダイオードＰＤ１の面積）
となる。つまり、フォトダイオードＰＤ２の面積は、フォトダイオードＰＤ１の面積の１／１１９となる。フォトダイオードＰＤ１の面積に比較してフォトダイオードＰＤ２の面積は１／１１９と小さいため、フォトダイオードＰＤ２による光受信機のチップ面積の増加による影響はほとんどない。実際には光ファイバからフォトダイオードＰＤ１に入射する光の光強度は中心部が一番強く、周辺になるにつれて光強度が小さくなるガウス分布になる。そのため、上記のようにフォトダイオードＰＤ２の受光面を受光部の中心付近（フォトダイオードＰＤ１の中心付近）に配置した場合、光ファイバと光受信機の受光部とのアライメント誤差が小さくすることにより、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２の面積をさらに小さくすることができる。
【００３６】
また、図３に光受信機の受光部におけるフォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２との配置の他の一例を示す。この例は、光受信機の受光部において、光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１の受光面の中心と外周との間に、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２の受光面を配置した構成である。図３では、複数個（ここでは４個）のフォトダイオードＰＤ２ａ〜２ｄを配置した構成である。この光信号検出用のフォトダイオードの個数は特に限定されるものではない。
【００３７】
上記の通り、光受信機の受光部に入射する光の強度分布は中心部で一番強いため、最も光強度が強い中心部の光を光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１で光電変換した方が光受信機の感度が高くなり効率が良くなる。つまり、光受信機の受光部において、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２を光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１の中心から外して配置することにより、光受信機の感度を高めることができる。また、上記の構成によれば、光受信機の受光部に入射する光信号のスポット（最も光強度が強い光の中心部）がフォトダイオードＰＤ１の中心からずれた場合でも、フォトダイオード２ａ〜２ｄの何れかに十分な光信号が入射することになる。これにより、光ファイバと光受信機の受光部とのアライメントのずれに対応することが可能である。さらに、光信号検出用のフォトダイオードＰＤ２を複数個配置する際に、モノリシック半導体プロセスを用いる場合、複数個のフォトダイオード２のカソードは、抵抗値が低い配線であることが好ましく、特にＡｌＳｉ配線で接続することが好ましい。
【００３８】
また、図４に光受信機の受光部におけるフォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２との配置のさらに他の一例を示す。この例は、フォトダイオード１の周辺を取り囲むように光信号検出用のフォトダイオード２を配置した構成である。上記の構成によれば、最も光強度が強い中心部の光を光信号受信用のフォトダイオードＰＤ１で光電変換することができるため、高感度で効率の良い光受信機を得ることができる。
【００３９】
また、上記のように、本発明の光受信機は、光信号受信用のフォトダイオードに近接して光信号検出用のフォトダイオードを設けているだけであるので、コスト的にも安価である。
【００４０】
また、上述の本発明の光受信機を、例えば電気信号を光信号に変換する光送信機とを組み合わせることにより、光通信を行うための電子機器（光送受信機）を構成することができる。
【００４１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の光受信機は、以上のように、第１の受光素子（光信号受信用のフォトダイオード）と第２の受光素子（光信号検出用のフォトダイオード）が設けられた構成である。上記の構成によれば、光信号が入力されると光信号検出用の受光素子が光電流を光検出回路にて検出し、光受信回路をシャットダウンモードから動作モードにするとともに、逆に光信号がない場合は動作モードからシャットダウンモードに切換える。ここで、光検出回路では光信号検出用のフォトダイオードに入射される光信号の有無を検出するだけであるので、消費電流は小さくて済む。さらに、上記光受信回路には、省電流化を達成するために付加される光受信回路の動作を制御するための回路が付加する必要はない。そのため、本発明の光受信回路では、寄生容量の増加がなく、充分な応答速度を低消費電力で実現することができる。
【００４３】
また、本発明の光受信機は、光ファイバリンクに使用されることが好ましい。また、上記光受信機は、第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部にて、第２の受光素子が、第１の受光素子の中心付近に配置されていることが好ましい。
【００４４】
光ファイバリンクに使用される場合、光受信機における光を受信する領域（受光部）が限定される。つまり、第１の受光素子と第２の受光素子とに入射される光の領域が限定される。光ファイバから受光部に入射される光の光強度は中心部が一番強いため、上記の構成によれば、この光の中心部に第２の受光素子を配置しているので、第２の受光素子の面積を小さくても光の有無を検出することができる。したがって、第１の受光素子の面積を確保するとともに、第２の受光素子にて光の検出を行うことができる。これにより、省電力化を図ることができるとともに、感度のよい光受信機を提供することができるという効果を奏する。
【００４５】
また、本発明の光受信機は、第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部にて、第２の受光素子が、第１の受光素子の中心と外周との間に少なくとも１つ配置されていることが好ましい。上記の構成によれば、光受信機の受光部に入射する光の強度分布は中心部で一番強いため、最も光強度が強い中心部の光を第１の受光素子で光電変換することにより光受信機の感度が高くなり効率が良くすることができるという効果を奏する。
【００４６】
また、本発明の光受信機は、第１の受光素子と第２の受光素子とからなる受光部にて、第２の受光素子が、第１の受光素子の周辺を取り囲むように配置されていることが好ましい。上記の構成によれば、最も光強度が強い中心部の光を第１の受光素子で光電変換することができるため、高感度で効率の良い光受信機を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる光受信機の回路構成を示すブロック図である。
【図２】上記光受信機に備えられている光信号受信用のフォトダイオードと光信号検出用のフォトダイオードとの配置の一例を示す平面図である。
【図３】上記光受信機に備えられている光信号受信用のフォトダイオードと光信号検出用のフォトダイオードとの配置の他の一例を示す平面図である。
【図４】上記光受信機に備えられている光信号受信用のフォトダイオードと光信号検出用のフォトダイオードとの配置のさらに他の一例を示す平面図である。
【図５】従来のシャットダウン制御を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＰＤ１  フォトダイオード（第１の受光素子）
ＰＤ２  フォトダイオード（第２の受光素子）
１１    光受信機
１５    バイアス回路
２３    シャットダウン回路
【図１】
2004364195.tif 000003
【図２】
2004364195.tif 000004
【図３】
2004364195.tif 000005
【図４】
2004364195.tif 000006
【図５】
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