(57)【要約】【課題】簡単な回路構成でコストのかからない光／ディジタル変換器を提供する。【解決手段】光強度からディジタル信号への変換である。光強度を表すフォトダイオードの電流出力が、電圧に変換されて、１つの入力として比較器に提供される。鋸波発生器が、比較器の他方の入力に信号を送る。比較器の出力は、パルス幅が光強度に比例するパルス幅変調された（ＰＷＭ）ディジタル信号である。鋸波発生器は、外部ソースに同期がとられることが可能である。 【選択図】図１
2005260954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号をディジタル信号に変換するための装置であって、
光信号を電流に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの電流を電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器と、
鋸波を生成する鋸波発生器と、
前記鋸波を前記トランスインピーダンス増幅器の電圧出力と比較して、パルス幅変調されたディジタル出力を生成する比較器
とを備える、装置。
【請求項２】
前記鋸波発生器はまた、同期入力部を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トランスインピーダンス増幅器、前記鋸波発生器、及び前記比較器は、共通のパッケージ内に存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記フォトダイオード、前記トランスインピーダンス増幅器、前記鋸波発生器、及び前記比較器は、共通のパッケージ内に存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードは、光フィルタを更に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
各々の変換器ユニットが、
光フィルタを有するフォトダイオードと、
トランスインピーダンス増幅器と、
比較器
とを備える、複数の変換器ユニットが、共通の鋸波発生器によって駆動される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の変換器ユニットは、該変換器ユニットのうちの１つの内部の鋸波発生器によって駆動される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の変換器ユニットは、全ての該変換器ユニットの外部の鋸波発生器によって駆動される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
各々の変換器ユニットが、
光フィルタを有するフォトダイオードと、
トランスインピーダンス増幅器と、
比較器と、
鋸波発生器
とを備える、複数の変換器ユニットが、同期化される、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
光信号をディジタル信号に変換する方法であって、
光信号を電流に変換するステップと、
前記光信号を表す前記電流を、前記光信号を表す電圧に変換するステップと、
鋸波を生成するステップと、
前記鋸波と前記光信号を表す前記電圧とを比較して、ディジタルのパルス幅変調された出力を生成するステップ
とを含む、方法。
【請求項１１】
前記鋸波は、外部の信号と同期をとられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光信号をフィルタリングするステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光／電気変換器に関し、特に、光／ディジタル変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのデバイスは、光強度（又は輝度）のような光学的な特性を電気信号に変換することを必要とする。変換問題に対する一般的な解決方法は、従来のアナログ／ディジタル変換器を使用することであり、この場合、フォトダイオードのようなセンサからのアナログ入力が、入力信号の強度レベルを表す複数ビットのディジタル出力を生成するアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に供給される。
【非特許文献１】Ｈｏｒｏｗｉｔｚ、及びＨｉｌｌ著、「The Art of Electronics」第２版、79頁、184頁、235頁、962頁、1039頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような解決方法の実施は、レイアウトと信号経路とに細心の注意を払うことを必要とする。フォトダイオードとアナログ／ディジタル変換器との間には、アナログ信号の調整（又は条件付け）が必要である。安定した基準電圧が、アナログ／ディジタル変換器、並びに変換クロックに対して供給されなければならない。全てのこうした回路構成は、空間を占有し、コストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、光からＰＷＭ（Pulse Width Modulated）への変換器（光／ＰＷＭ変換器）が提供される。フォトダイオードからの光電流は、トランスインピーダンス増幅器のような増幅器によって電圧に変換される。光強度を表す増幅器の出力電圧は、比較器の入力のうちの１つに提供される。鋸波発生器が、比較器の他方の入力に信号を送る。比較器のディジタル出力は、パルス幅変調された信号であり、そのパルス幅は、光のレベルに比例する。鋸波発生器は、外部ソースに同期をとられることが可能である。
【発明の効果】
【０００５】
簡単な回路構成でコストのかからない光／ディジタル変換器を提供することができる。
【実施例】
【０００６】
本発明は、添付図面と共に関連させて読んだ場合に、本発明による実施形態の下記の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解されるであろう。
【０００７】
本発明は、光／ディジタル変換に関する。下記の説明は、当業者が、製造することができるように、且つ、本発明を使用することができるように提示され、特許出願とその要件とに関して提供される。開示した実施形態に対する様々な修正は、当業者であれば容易に明らかであり、本明細書における包括的な原理を他の実施形態に適用することができる。従って、本発明は、示された実施形態に限定されることが意図されず、添付の特許請求の範囲と、本明細書に記載された原理及び特徴とに矛盾しない最も広い範囲が与えられる。
【０００８】
次に図面、特に図１を参照すると、フォトダイオード１００が、光を光電流１０５に変換している。このわずかな光電流は、トランスインピーダンス増幅器１１０によって電圧に変換される。トランスインピーダンスは、トランスレジスタンスとしてもまた知られ、それらの増幅器は、例えば非特許文献１のように、当該技術分野において周知である。トランスインピーダンス増幅器１１０の出力電圧１１５が、１つの入力として比較器１３０に提供されている。
【０００９】
鋸波発生器１２０は、鋸波形１２５を他方の入力として、比較器１３０に提供する。鋸波発生器の出力は、第１の低電圧から第２のピーク電圧へと（ある傾きで）増加し、第１の低電圧へと急速にリセットする。鋸波発生器は、当該技術分野において周知であり、典型的には、閾値電圧に合致するまでタイミングコンデンサを充電する電流源を備える。その閾値電圧に合致した時点で、該タイミングコンデンサは放電される。理想的な鋸波形において、その電圧増加の傾きは線形であり、そのリセット時間は非常に短い。鋸波発生器１２０はまた、オプションの同期入力１２２を有する。この入力を、発生された鋸波形を外部信号と同期をとるために使用することができる。
【００１０】
比較器１３０は、鋸波形１２５を、フォトダイオード１００により検出された光強度を表す基準電圧１１５と比較する。比較器の出力１４０は、ディジタル信号である。比較器の出力は、基準電圧１１５が鋸波形１２５より高い時には、ハイである。
【００１１】
このことは、図２内に示されている。ライン１１５ａは、ハイの光レベルを表す電圧を示す。波形１２５は、図１の鋸波発生器１２０からの鋸波形を示す。鋸波発生器１２０の周期は、図２内に１２８として示されている。ＰＷＭ波形１４０ａは、結果として生じた、比較器１３０のパルス幅変調された出力を表す。この波形のパルス幅は、１５０ａとして示されている。比較器１３０の出力は、比較器１３０に対する入力１１５ａが鋸波発生器１２０からの鋸波形１２５より高い時には、ハイである。ライン１１５ｂは、ローの光レベルを表す電圧を示す。鋸波形１２５と比較された時に、ＰＷＭ波形１４０ｂは、結果として、１５０ｂで表されたパルス幅となる。電圧１１５が増加する（すなわち光強度の増加を表す）につれ、出力信号１４０のパルス幅が増加する。このレスポンスの線形性は、鋸波発生器１２０の線形性に依存する。
【００１２】
図示のように、出力波形のオンタイム（又はオンである状態の時間）は、入力光レベルに比例する。比較器に対する入力を反対にすることによって、又は比較器の出力を反転させることによって、出力波形のオフタイムが光レベルに比例する信号が生成される。
【００１３】
本発明は、個別の構成要素において実施されることができるが、全ての構成要素が共通の基板上にある状態の集積された形態（又は統合された形態）で実施されることもできる。このことによって、アース、プラス電源、ＰＷＭ出力、及びオプションの鋸波同期入力を有する、３つか又は４つのピンからなるモジュールとすることができる。この集積化は、単一の集積回路の形態である必要はなく、基板の片側上か又は両側上にパッケージ化されたか又はパッケージ化されていない構成要素のような中間の形態とすることができる。鋸波発生器内で使用されるタイミングコンデンサのサイズに依存して、この構成要素が基板の外部に配置されることを可能にするために、１つか又は複数のピンを提供することができる。代替の実施形態において、フォトダイオードを除く全ての処理構成要素を、外部のフォトダイオードに接続している単一のパッケージ内へと集積化することができる。
【００１４】
使用の際には、システムのスペクトル応答は、フォトダイオードと、そのパッケージングの光学特性とによって決定される。多くの用途において、光学フィルタ材料を光路内に配置することによって、フォトダイオードのスペクトル応答を形成することが望ましい可能性がある。
【００１５】
図３は、本発明による、３つのセンサを使用する一実施形態を示す。赤色フィルタ３１０は、センサ３１２に対する光をフィルタリングして、センサ３１２が、赤色の光のレベルに比例する赤色ＰＷＭ出力１１４を生成する。緑色フィルタ３２０は、センサ３２２に対する光を同様にフィルタリングして、センサ３２２が、緑色ＰＷＭ出力１２４を生成する。青色フィルタ３３０は、センサ３３２に対する光をフィルタリングして、センサ３３２が、青色ＰＷＭ出力１３４を生成する。オプションの同期ライン３４０もまた示されており、該同期ライン３４０が、センサ３１２、３２２、及び３３２に、同期がとられたＰＷＭ出力信号を生じさせる。実施の詳細内容に依存して、同期は、前述のように同期パルスを印加することによって提供されることができるか、又はセンサのグループ内の比較器を同じ鋸波発生器から駆動することによって得られることができる。
【００１６】
本発明の上述の詳細な説明は、説明の目的のために提供され、本発明を網羅したり又は開示した明確な実施形態そのものに本発明を限定する意図はない。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって画定される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による、光／ＰＷＭ変換器のブロック図である。
【図２】本発明の波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１００  フォトダイオード
１１０  トランスインピーダンス増幅器
１２０  鋸波発生器
１３０  比較器
３１０  光フィルタ
３２０  光フィルタ
３３０  光フィルタ
【図１】
2005260954.tif 000003
【図２】
2005260954.tif 000004
【図３】
2005260954.tif 000005