(57)【要約】【課題】従来の多チャンネル型光結合装置がチャンネル数だけ発光素子と受光素子を必要とすることに着目し、発光素子と受光素子を一つにまとめることで、全体の回路部品点数の削減、ピン数の削減、及び装置のパッケージの小型化を図る。【解決手段】入力側を、各チャンネルの入力信号を時分割して一つの信号にまとめる入力信号結合回路３と、その信号を出力側に伝える一つの発光素子４とで構成し、出力側を、入力側の発光素子４からの時分割信号を受ける一つの受光素子５と、受け取った時分割信号を一定のレベルに増幅する増幅回路６と、増幅後の時分割信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離回路７とで構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多チャンネル型光結合装置において、
入力側に、各チャンネルの入力信号を時分割する時分割手段と、その時分割信号を出力側に伝える一つの発光素子とを備え、
出力側に、前記発光素子からの時分割信号を受ける一つの受光素子と、その時分割信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離手段とを備えたことを特徴とする多チャンネル型光結合装置。
【請求項２】
入力側から出力側に各チャンネル信号を伝達する場合にその信号を所定のクロック信号で同期させる同期手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項３】
入力側の同期手段は、各チャンネルの入力信号を所定のクロックで時分割する場合に一つ目のチャンネル信号の前にスタートビットを発生させ、
出力側の同期手段は、このスタートビットを検出する機能を備えていることを特徴とする請求項２に記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項４】
クロック同期信号を入力側から出力側に伝達する手段として、入力側に、信号を伝達する前記発光素子とは別にクロック信号伝達用の一つの発光素子を備え、
出力側に、信号を伝達する前記受光素子とは別にクロック信号伝達用の一つの受光素子を備えたことを特徴とする請求項２に記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項５】
クロック同期信号を入力側から出力側に伝達する手段として、信号を伝達する前記発光素子及び前記受光素子を兼用して各チャンネル信号と同時にクロック同期信号も伝達することを特徴とする請求項２に記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項６】
クロック同期信号と各チャンネル信号とを区別する手段として、
入力側では、出力側に伝達する各チャンネル信号とクロック同期信号とを前記発光素子に流す電流を変えて光量に差をつけて出力側に伝達し、
出力側では、前記受光素子で受けた光量差のある信号を各チャンネル信号とクロック同期信号に分離する手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項７】
多チャンネル型光結合装置において、
入力側に、出力側に信号を伝達する一つの発光素子と、各チャンネルの入力信号をレベル結合することにより前記発光素子の光量に変化をもたせて出力側に伝達するレベル結合手段とを備え、
出力側に、前記発光素子からの光量に変化をもたせた信号を受ける一つの受光素子と、その信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離手段とを備えたことを特徴とする多チャンネル型光結合装置。
【請求項８】
前記入力側にモニター用受光素子を設け、前記発光素子の光量経時変化を前記レベル結合手段にフィードバックすることを特徴とする請求項７に記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項９】
各チャンネルの出力段がトランジスタ素子からなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項１０】
各チャンネルの出力段がサイリスタ素子からなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の多チャンネル型光結合装置。
【請求項１１】
各チャンネルの出力段がトライアック素子からなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の多チャンネル型光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とが光学的に結合された多チャンネルのフォトカプラ、フォトサイリスタカプラまたはフォトトライアックカプラ型の光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、発光素子からの光を受けてオンする受光素子を備えた多チャンネル型光結合装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００３】
図１１は、従来の多チャンネル型光結合装置の一例として、４チャンネル型フォトトランジスタタイプの光結合装置の等価回路を示している。
【０００４】
この光結合装置は、入力側に発光素子１ａ〜１ｄを有し、出力側に発光素子１ａ〜１ｄの光を受けてオンするフォトトランジスタ素子２ａ〜２ｄを有する。
この光結合装置は、入力側の発光素子１ａ〜１ｄに電流を流すと発光素子１ａ〜１ｄが発光し、その光を受けて出力側のフォトトランジスタ素子２ａ〜２ｄに電流が流れるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１６８２８４号公報
【特許文献２】
特開平４−７２８１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の多チャンネル型光結合装置は、チャンネル数に比例した発光素子と受光素子とが必要となり、全体の回路部品点数が増えて光結合装置のパッケージが大きくなる、ピン数が増える、価格も高くなるといった問題があった。さらに、この光結合装置を電子機器等の基板に実装する際にも実装面積が大きくなるといった問題もあった。
【０００７】
本発明は係る問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、従来の多チャンネル型光結合装置がチャンネル数だけ発光素子と受光素子を必要とすることに着目し、発光素子と受光素子を一つにまとめることで、全体の回路部品点数の削減、ピン数の削減、及び装置のパッケージの小型化を図った多チャンネル型光結合装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の多チャンネル型光結合装置は、入力側を各チャンネルの入力信号を時分割して一つの信号にまとめる時分割手段である入力信号結合回路と、その信号を出力側に伝える一つの発光素子とで構成し、出力側を入力側の発光素子からの時分割信号を受ける一つの受光素子と、その信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離手段である出力信号分離回路とで構成している。
【０００９】
また、入力側から出力側に各チャンネル信号を伝達する場合に、その信号を所定のクロックで同期させるようにしてもよい。これにより、時分割信号のエンコードとデコードが容易となる。
【００１０】
この場合、クロック同期信号を入力側から出力側に伝達する一つの方法として、信号を伝達する発光素子及び受光素子とは別に、クロック信号伝達用の発光素子及び受光素子を用いて伝達する方法がある。
【００１１】
また、他の方法として、信号を伝達する発光素子及び受光素子を、クロック同期信号を伝達する手段として兼用し、各チャンネル信号と同時にクロック同期信号も伝達する方法がある。この場合、入力側から出力側に伝達する各チャンネル信号とクロック同期信号とを、発光素子に流す電流を変えて光量に差をつけて出力側に伝達し、出力側では、受光素子で受けた光量差のある信号を各チャンネル信号とクロック同期信号に分離する方法が考えられる。
【００１２】
また、本発明の多チャンネル型光結合装置は、入力側を出力側に信号を伝達する一つの発光素子と、各チャンネルの入力信号をレベル結合することにより発光素子の光量に変化をもたせて出力側に伝達するレベル結合手段である入力信号結合回路とで構成し、出力側を発光素子からの光量に変化をもたせた信号を受ける一つの受光素子と、その信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離回路とで構成している。
【００１３】
この場合、発光素子の光量が経時変化することにより、出力側に伝達された光量信号が初期の値から変化して所定の各チャンネルに分離できないことも考えられる。そのため、入力側に発光素子の光量をモニターする別の受光素子を設け、発光素子の光量経時変化をレベル結合手段にフィードバックすることで、発光素子からの光量を常に各チャンネル信号に正確に分離できるように構成してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
＜実施形態１＞
図１は、本発明に係わる４チャンネル型光結合装置の実施形態１を示す等価回路である。
【００１６】
本実施形態１の光結合装置は、入力側が、各チャンネルの入力信号を時分割して一つの信号にまとめる入力信号結合回路３と、その信号を出力側に伝える一つの発光素子４とで構成され、出力側が、入力側の発光素子４からの時分割信号を受ける一つの受光素子５と、受け取った時分割信号を一定のレベルに増幅する増幅回路６と、増幅後の時分割信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離回路７とで構成されている。
【００１７】
このような構成の光結合装置によれば、入力側の４チャンネルの入力端子「１ｃｈ入力」〜「４ｃｈ入力」の各チャンネルの入力信号の状態を、入力信号結合回路３で時分割して一つの信号（時分割信号）にまとめ、次段の発光素子４で光信号に変換して出力側に伝達する。そして、出力側の受光素子５でこの時分割信号を受け取り、次段の増幅回路６でその信号を一定のレベルに増幅した後、出力信号分離回路７で時分割信号をデコードして４チャンネルの出力信号に分離し、対応する各チャンネル「１ｃｈ出力」〜「４ｃｈ出力」の出力端子に出力する。
【００１８】
＜実施形態２＞
図２は、本発明の多チャンネル型光結合装置の実施形態２を示しており、所定のクロック信号ＣＫで同期させる手段を設けた４チャンネル型光結合装置の等価回路である。
【００１９】
本実施形態２の光結合装置は、上記実施形態１の光結合装置において、入力側に、信号を伝達する発光素子４とは別にクロック信号伝達用の一つの発光素子８が設けられ、出力側に、信号を伝達する受光素子５とは別にクロック信号伝達用の一つの受光素子９が設けられたものである。その他の構成は実施形態１と同じであるので、ここでは同ブロックに同符号を付している。
【００２０】
次に、上記構成の４チャンネル型光結合装置の具体的な動作について、図８に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００２１】
まず、クロック信号ＣＫ（図８（ａ））は、図２に示すクロック信号伝達用発光素子８とクロック信号伝達用受光素子９とで入力側から出力側に伝達して入出力のクロック同期をとる。
【００２２】
次に、入力信号結合回路３は、入力側の４チャンネルの入力端子「１ｃｈ入力」〜「４ｃｈ入力」の各チャンネルの入力信号（図８（ｂ）〜（ｅ））の状態を、クロック信号ＣＫ「１」〜「４」のそれぞれの立ち上がりで検出し、各チャンネルの入力端子がその時点で「Ｌ」レベルであるか「Ｈ」レベルあるかによって、図８（ｆ）「発光素子→受光素子信号１」に示した波形のように時分割信号Ａを生成する。
【００２３】
すなわち、期間Ｔ１では、各クロック信号ＣＫ「１」〜「４」の立ち上がりにおいて、「１ｃｈ入力」が「Ｈ」レベル、他の「２ｃｈ入力」〜「４ｃｈ入力」が「Ｌ」レベルとなっているため、この期間の時分割信号は図中Ａ１で示すように、スタートビットとしてのクロック信号「Ｓ」（これについては後述する）に続いてクロック信号ＣＫ「１」に対応する「１ｃｈ入力」のみが「Ｈ」レベル、他の「２ｃｈ入力」〜「４ｃｈ入力」が「Ｌ」レベルとなっている。
【００２４】
また、期間Ｔ２では、各クロック信号「１」〜「４」の立ち上がりにおいて、「１ｃｈ入力」と「２ｃｈ入力」とが「Ｈ」レベル、他の「３ｃｈ入力」と「４ｃｈ入力」とが「Ｌ」レベルとなっているため、この期間の時分割信号は、図中Ａ２で示すように、スタートビットとしてのクロック信号「Ｓ」に続いてクロック信号ＣＫ「１」に対応する「１ｃｈ入力」とクロック信号ＣＫ「２」に対応する「２ｃｈ入力」とがＨレベル、他の「３ｃｈ入力」と「４ｃｈ入力」とが「Ｌ」レベルとなっている。
【００２５】
以下説明は省略するが、同様にして各期間Ｔ３〜Ｔ５の時分割信号Ａ３〜Ａ５が生成されている。
【００２６】
このような時分割信号Ａが発光素子４から受光素子５に伝えられ、出力信号分離回路７で、時分割された４チャンネルの入力信号をデコード（図８（ｇ）〜（ｊ））して、各出力端子「１ｃｈ出力」〜「４ｃｈ出力」に出力する。
【００２７】
＜実施形態３＞
次に、本発明の多チャンネル型光結合装置の実施形態３について説明する。
【００２８】
本実施形態３の回路構成は、図２に示す回路構成と同じである。違うところは、上記実施形態２の動作において、各チャンネルの入力信号の状態を時分割する場合にノイズ等の影響によるビット落ちを防ぐために、図８のタイミングチャートにも示した通り、１チャンネル目の信号の前にスタートビットとしてクロック信号「Ｓ」を設けて信号伝達を行うようにしている点である。
【００２９】
＜実施形態４＞
次に、本発明の多チャンネル型光結合装置の実施形態４について説明する。
【００３０】
本実施形態４も、上記実施形態３と同様に、入力側から出力側にクロック信号ＣＫを伝送するのであるが、上記実施形態３と違うところは、クロック信号ＣＫを入力側から出力側に伝達する手段として、信号を伝達する発光素子４及び受光素子５を兼用する点である。従って、本実施形態４の回路構成自体は、図１に示す回路構成と同じであるが、入力信号結合回路３での処理が図１に対応した上記実施形態１の動作とは異なっている。
【００３１】
具体的には、図８のタイミングチャートの（ｋ）「発光素子→受光素子信号２」に示した通り、各チャンネル信号と同時に信号レベルの高いクロック信号ＣＫを畳重させた信号を発生させ、この信号を発光素子４から受光素子５に伝えている。そして、増幅回路６で一定のレベルに増幅された信号から、出力信号分離回路７でクロック信号ＣＫと時分割信号とに分離し、時分割された４チャンネルの入力信号をデコード（図８（ｇ）〜（ｊ））して、各出力端子「１ｃｈ出力」〜「４ｃｈ出力」に出力する。
【００３２】
＜実施形態５＞
図３は、本発明に係わる４チャンネル型光結合装置の実施形態５を示す等価回路である。
【００３３】
本実施形態５の光結合装置は、入力側が、出力側に信号を伝達する一つの発光素子４と、各チャンネルの入力信号をレベル結合することにより発光素子４の光量に変化をもたせて出力側に伝達する入力信号結合回路３とで構成され、出力側が、発光素子４からの光量に変化をもたせた信号を受ける一つの受光素子５と、受け取った時分割信号を一定のレベルに増幅する増幅回路６と、増幅後の時分割信号をデコードして各チャンネルに出力する出力信号分離回路７とで構成されている。
【００３４】
このような構成の光結合装置によれば、入力側の４チャンネルの入力端子「１ｃｈ入力」〜「４ｃｈ入力」の各チャンネルの入力信号の状態を、入力信号結合回路３で光量の変化に応じてレベル結合して一つの信号（レベル結合信号）にまとめ、次段の発光素子４で光信号に変換して出力側に伝達する。そして、出力側の受光素子５でこのレベル結合信号を受け取り、次段の増幅回路６で全体を一定のレベルに増幅した後、出力信号分離回路７でレベル結合信号の光量の変化をデコードして４チャンネルの出力信号に分離し、対応する各チャンネル「１ｃｈ出力」〜「４ｃｈ出力」の出力端子に出力する。
【００３５】
次に、上記構成の４チャンネル型光結合装置の具体的な動作について、図９に示すタイミングチャート及び図１０に示す「発光素子→受光素子信号レベル表」を参照して説明する。
【００３６】
まず、入力側の４チャンネルの入力端子「１ｃｈ入力」〜「４ｃｈ入力」の各チャンネルの入力信号（図９（ａ）〜（ｄ））の状態を、図１０の「発光素子→受光素子信号レベル表」に示すように、信号レベルを「０」から「１５」の１６分類に分けて各レベルに割り当てる。そして、この信号レベルに合わせて、入力信号結合回路３で図９（ｅ）の「発光素子→受光素子信号レベル」に示した波形のようにレベル結合する。このレベル結合信号が発光素子４から受光素子５に伝えられ、出力信号分離回路７で、レベル結合された４チャンネルの入力信号をデコード（図９（ｆ）〜（ｉ））して、各出力端子「１ｃｈ出力」〜「４ｃｈ出力」に出力する。
【００３７】
＜実施形態６＞
図４は、本発明に係わる４チャンネル型光結合装置の実施形態６を示す等価回路である。
【００３８】
本実施形態６の光結合装置は、図３に示す実施形態５の光結合装置において、入力側に発光素子４の光量をモニターする別の受光素子１０を設けたものである。すなわち、入力側の発光素子４の光量が経時変化することによって、出力側に伝達された光量信号が初期の値から変化して所定の各チャンネルに分離できないことも考えられるため、本実施形態６では、入力側に発光素子４の光量をモニターする別の受光素子１０を設けて発光素子４の光量経時変化を入力信号結合回路３にフィードバックし、発光素子４からの光量を常に各チャンネル信号に正確に分離できるように補正を行うものである。
【００３９】
図５ないし図７は、上記各実施形態における出力信号分離回路７の出力段における各種実施例の等価回路を示している。
【００４０】
図５は、出力段をトランジスタ素子からなる構成としたものである。トランジスタ出力とすることにより、次段回路には汎用性の高い回路を接続することができる。
【００４１】
図６は、出力段をサイリスタ素子からなる構成としたものである。サイリスタ出力とすることにより、次段回路にはＡＣ電源で使用される回路等を接続することができる。
【００４２】
図７は、出力段をトライアック素子からなる構成としたものである。トライアック出力とすることにより、次段回路には上記と同じくＡＣ電源で使用される回路等を接続することができる。また、トライアック出力のため双方向の動作が可能となる。
【００４３】
なお、本発明の多チャンネル型光結合装置は、ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）やそれらを用いた電子機器等に使用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の多チャンネル型光結合装置によれば、発光素子と受光素子を入力信号結合回路と出力信号分離回路で一つにまとめることにより、全体の回路部品点数を大幅に減らすことができる。また、光結合装置のパッケージを小さくすることができるとともに、パッケージのピン数を減らすことができ、より安価な光結合装置を実現することができる。さらに、この光結合装置を電子機器等の基板に実装する際にも実装面積が小さくなり高密度実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多チャンネル型光結合装置に係わる４チャンネル型光結合装置の実施形態１を示す等価回路である。
【図２】本発明に係わる多チャンネル型光結合装置の実施形態２を示す等価回路である。
【図３】本発明に係わる４チャンネル型光結合装置の実施形態５を示す等価回路である。
【図４】本発明に係わる４チャンネル型光結合装置の実施形態６を示す等価回路である。
【図５】本発明に係わる出力信号分離回路の出力段における一実施例の等価回路である。
【図６】本発明に係わる出力信号分離回路の出力段における他の実施例の等価回路である。
【図７】本発明に係わる出力信号分離回路の出力段におけるさらに他の実施例の等価回路である。
【図８】本発明の多チャンネル型光結合装置の一動作例を表すタイミングチャートである。
【図９】本発明の多チャンネル型光結合装置の他の動作例を表すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の多チャンネル型光結合装置の他の動作例を説明するための発光素子→受光素子信号レベル表を示す説明図である。
【図１１】従来の多チャンネル型光結合装置の一例を示す等価回路である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ  発光素子
２ａ〜２ｄ  フォトトランジスタ素子
３  入力信号結合回路
４  発光素子
５  受光素子
６  増幅回路
７  出力信号分離回路
８  クロック信号伝達用発光素子
９  クロック信号伝達用受光素子
１０  モニター用受光素子
【図１】
2004320135.tif 000003
【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】
2004320135.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004320135.tif 000011
【図１０】
2004320135.tif 000012
【図１１】
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