(57)【要約】【課題】１本の光ファイバー信号を受光面が複数個に分割された受光素子を用いて受光して２組の信号を形成し、差動増幅器で２組の信号の差信号をとるという簡単な構成で、かつ低コストで信頼性も高く、更に受光素子の高い組立精度も必要としない光受信装置及び受光量に応じた信号生成方法を提供する。【解決手段】光受信装置５０は、点対称の位置に位置する一対の受光素子が複数対存在する受光素子５１、５２、５３、５４と、前記受光素子の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号を合成した第１の合成信号と、他方の組の受光部が出力する信号を合成した信号であって、かつ第１の合成信号に対して極性を反転させた第２の合成信号とを出力する結合器５５、５６と、第１の合成信号と第２の合成信号との差を表わす差信号を出力する差動増幅器５７とを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路を介して伝送された光信号を受光して受光量に応じた信号を出力すると共に、点対称の位置に位置する一対の受光部が複数対存在する受光手段と、
前記受光手段の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号を合成した第１の合成信号と、他方の組の受光部が出力する信号を合成した信号であって、かつ前記第１の合成信号に対して極性を反転させた第２の合成信号とを出力する合成手段と、
前記合成手段から出力された第１の合成信号と第２の合成信号との差を表わす差信号を出力する差信号出力手段と、
を含む光受信装置。
【請求項２】
前記受光手段は、各受光面の面積が等しい受光部を有することを特徴とする請求項１記載の光受信装置。
【請求項３】
受光面の中心に対して点対称になるように一対の受光部が複数対存在し、光伝送路を介して伝送された光信号を受光して受光量に応じた信号を出力する受光手段を用いて、
前記受光手段の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号を合成した第１の合成信号と、他方の組の受光部が出力する信号を合成した信号であって、かつ前記第１の合成信号に対して極性を反転させた第２の合成信号とを生成し、
生成された第１の合成信号と第２の合成信号との差を表わす差信号に基づいて、受光量に応じた信号を生成する、
受光量に応じた信号生成方法。
【請求項４】
前記受光手段は、各受光面の面積が等しい受光部で受光する請求項３記載の受光量に応じた信号生成方法。
【請求項５】
光伝送路を介して伝送された光信号を受光して受光量に応じた信号を出力するための光センサであって、
点対称の位置に位置する一対の受光部が複数対存在する受光手段と、
前記受光手段の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号及び他方の組の受光部が出力する信号とをそれぞれ取り出す取出手段と、を有する光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信装置及び光伝送方法に係り、特に低コストで、かつ信頼性の高い光伝送を行うことができる光受信装置及び光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速化・高画質化が進む画像記録装置において、光ファイバーを用いた光伝送によるデータ転送が考えられている。光伝送は、光送信装置より光信号を光ファイバー等の光伝送路を経由して光受信装置で受信するものであり、大容量のデータを高速で送受信することができるという特徴があるが、更に、高い信頼性と低いコストで行うことが求められている。
【０００３】
高い信頼性、即ち、ノイズのない高品質の光伝送を行うための方法としては、２つの受光素子を使用して、１つは信号を受信して１つは遮光し、両者の差をとることで外部環境からのノイズをキャンセルする方法（例えば、特許文献１参照）、２つの受光素子からの出力を結合器で合成し、その出力側に前置増幅器を持つ受光回路（例えば、特許文献２参照。）があるが、これらは何れも２つの受光素子を使用しているが、信号は一方の受光素子のみで受信したり、差動増幅器ではなく前置増幅器を用いているため、ノイズキャンセルが不十分であった。
【０００４】
また、複数の受光素子を用いて送信側から強度が相補的である第１光と第２光を、それぞれ第１受光部と第２受光部で受光し差動増幅器に入力してノイズキャンセルする方法（例えば、特許文献３参照。）等が知られているが、この方法では２本の光ファイバーを用いるため、材料や組立コストが高くなるという欠点があった。また、２つの受光部からの出力レベルを揃える必要があるために高い組立精度も必要になる。
【０００５】
この欠点を解消する方法として、図１に示すように、入力信号１０を受けて光送信装置１１の光源１２が発光する光信号を、１本の光ファイバー１３を介して光受信装置１４が受光する方法がある。この方法では、第１受光部１５と第２受光部１６の２つの受光素子で受光し、これら２つの受光素子が出力する信号を差動増幅器１７に入力して両信号の差をとることにより、ノイズキャンセルした出力信号１８を出力する。
【０００６】
この方法による場合の、光の強度分布と受光素子の受光範囲の関係を示したものが図２である。同図に示すように、光ファイバーコア２０の中に第１受光素子２１と第２受光素子２２の２本の受光素子を配置し、この２本の受光素子で光ファイバーを介して伝送された光信号を受光する。この際の光の強度分布は光ファイバー２５の中心部分が最も強く、中心から遠ざかるほど弱くなるが、２本の受光素子を用いるために１本の受光素子の断面積、即ち、受光面積が小さい上に、２本の受光素子間にできる間隙ができることによって、光強度が最も強い部分を受光できず、光強度が弱い部分しか受光できないという欠点があった。
【０００７】
更に、この欠点を解消する方法として、図３に示すように、２つの受光素子ではなく１つの受光素子を２つに分割して受光する方法が知られている。この方法では、図３（Ａ）に示すように、光ファイバーコア３０と２つの受光素子（第１受光素子３１と第２受光素子３２）の位置が合っていれば、２本の受光素子を用いる場合と比べて受光面積が大きくなるため、受光範囲３３は広くなり光強度が強い部分も受光可能となる。
【特許文献１】特開昭５７−８３０６７公報
【特許文献２】特開平３−１４１７３６公報
【特許文献３】特開２００４−２８２２４６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この方法では、図３（Ｂ）のように、光ファイバーコア３４と２つの受光素子（第１受光素子３５と第２受光素子３６）の位置が横にずれると受光範囲３７もずれて左右の受光レベルが異なるため、ノイズキャンセルができなくなってしまう。即ち、受光素子を縦に分割した場合には、縦方向のずれに対しては左右に分割した２つの受光素子を組み合わせて使用することにより受光レベルを揃えることで対応できるが、横方向の位置ずれに対しては受光レベルを揃えることができず、対応できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、１本の光ファイバー信号を受光面が複数個に分割された受光素子を用いて受光して２組の信号を形成し、差動増幅器で２組の信号の差信号をとるという簡単な構成で、かつ低コストで信頼性も高く、更に受光素子の高い組立精度も必要としない光受信装置及び受光量に応じた信号生成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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の光受信装置は、光伝送路を介して伝送された光信号を受光して受光量に応じた信号を出力すると共に、点対称の位置に位置する一対の受光部が複数対存在する受光手段と、前記受光手段の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号を合成した第１の合成信号と、他方の組の受光部が出力する信号を合成した信号であって、かつ前記第１の合成信号に対して極性を反転させた第２の合成信号とを出力する合成手段と、前記合成手段から出力された第１の合成信号と第２の合成信号との差を表わす差信号を出力する差信号出力手段、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、点対称の位置に位置する複数対の受光部が存在する受光手段によって受光するため、受光手段と光伝送路の位置ずれが発生した場合でも、対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組と偶数番目の受光部の組との２組の信号の出力レベルが揃い易く、組立精度が緩和される。
【００１２】
また、請求項２記載の光受信装置は、請求項１記載の光受信装置において、前記受光手段は、各受光面の面積が等しい受光部を有する構成としたものである。
【００１３】
これにより、複数の方向に生ずる受光手段と光伝送路の位置ずれに対して、等しく対応することが可能となる。
【００１４】
請求項３記載の受光量に応じた信号生成方法は、受光面の中心に対して点対称になるように一対の受光部が複数対存在し、光伝送路を介して伝送された光信号を受光して受光量に応じた信号を出力する受光手段を用いて、前記受光手段の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号を合成した第１の合成信号と、他方の組の受光部が出力する信号を合成した信号であって、かつ前記第１の合成信号に対して極性を反転させた第２の合成信号とを生成し、生成された第１の合成信号と第２の合成信号との差を表わす差信号に基づいて、受光量に応じた信号を生成することを特徴とする。即ち、上述の光受信装置を用いた信号生成方法である。
【００１５】
このような受光量に応じた信号生成方法により、点対称の位置に位置する複数対の受光部を有する受光手段によって受光するため、受光手段と光ファイバーの位置ずれが発生した場合でも、２組の信号の出力レベルが揃い易く、組立精度が緩和される。
【００１６】
また、請求項４記載の受光量に応じた信号生成方法は、請求項３記載の受光量に応じた信号生成方法において、前記受光手段は、各受光面の面積が等しい受光部で受光する構成としたものである。
【００１７】
これにより、複数の方向に生ずる受光手段と光ファイバーの位置ずれに対して、等しく対応することが可能となる。
【００１８】
請求項５記載の光センサは、光伝送路を介して伝送された光信号を受光して受光量に応じた信号を出力するための光センサであって、点対称の位置に位置する一対の受光部が複数対存在する受光手段と、前記受光手段の対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、及び偶数番目の受光部の組の一方の組の受光部が出力する信号及び他方の組の受光部が出力する信号とをそれぞれ取り出す取出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、点対称の位置に位置する複数対の受光部が存在するように分割された受光手段によって受光すると供に、対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組と偶数番目の受光部の組とに分けて信号を合成することにより、受光手段と光伝送路の位置ずれが発生した場合でも、２組の信号の出力レベルが揃い易いため、確実にノイズをキャンセルすることが可能となり、また、受光部と光ファイバーの様々な方向に生ずる位置ずれに対して対応することが可能となるため、組立精度が緩和される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態は、図４に示すように１個の受光領域を４等分して各々の領域に受光素子を配置して用いる場合の適用例である。
【００２１】
同図では、第１受光素子４１と第３受光素子４３、第２受光素子４２と第４受光素子４４の点対称に位置する２対の受光素子が存在する。光ファイバーを介して伝送される光信号５０をこの４つに分割された受光素子で受光し、各々の受光素子はその受光した受光量に応じた信号を出力する。
【００２２】
図５は、本実施の形態に係る光受信装置５０の構成図である。同図に示す受光素子５１、受光素子５２、受光素子５３及び受光素子５４の各々の受光面は、光信号を伝送する光ファイバーの光射出端に対向して配置され、光ファイバーより伝送された光信号を受光入力する。
【００２３】
ここで、これら４つの受光素子は対称の中心周りに沿った奇数番目の受光部の組、即ち、第１受光素子５１（図４の第１受光素子４１）及び第３受光素子５３（図４の第３受光素子４３）のカソード側を第１結合器５５に接続し、偶数番目の受光部の組、即ち、第２受光素子５２（図４の第２受光素子４２）及び第４受光素子５４（図４の第４受光素子４４）のアノード側を第２結合器５６に接続する。
【００２４】
このように接続することによって、第１受光素子５１及び第３受光素子５３が出力する信号を第１結合器５５で加算することにより合成して第１の合成信号を出力し、同様に第２受光素子５２及び第４受光素子５４が出力する信号を第２結合器５６で加算することにより合成して第２の合成信号を出力する。
【００２５】
この際、奇数番目の第１受光素子５１及び第３受光素子５３と、偶数番目の第２受光素子５２及び第４受光素子５４とでは、上述のように、アノードとカソードを逆方向に接続することによって極性を反転させているため、第１の合成信号と第２の合成信号とでは極性が逆となって第１結合器５５及び第２結合器５６から出力される。
【００２６】
更に、差動増幅器５７は、この極性が逆である第１の合成信号と第２の合成信号とを入力して、両信号の差を表わす差信号を更に増幅した信号を出力する。
【００２７】
図６は、本実施の形態に係る光受信装置に含まれる受光素子、結合器及び差動増幅器の動作を示すタイミングチャートであり、各信号の電圧値の時間変化を示す。
【００２８】
図６（Ａ）は光送信装置から光ファイバーを介して送信された信号の電圧値の時間変化６１を示す。図６（Ｂ）は奇数番目の受光部が出力する信号を合成した信号、即ち図５の第１の合成信号の電圧の時間変化６１を示す。図６（Ｃ）は偶数番目の受光部が出力する信号を合成した信号、即ち図５の第２の合成信号の電圧の時間変化６３を示す。図６（Ｄ）は差動増幅器５７が出力する信号、即ち図５の差信号の電圧値の時間変化６４を示す。
【００２９】
また、図６（Ｂ）に示す第１の合成信号と図６（Ｃ）に示す第２の合成信号とでは、一方の信号を反転させたものが他方の信号であるため、図６（Ｂ）と図６（Ｃ）とでは電圧値の時間変化を比較すると、一方がハイレベルのときは他方がローレベル、一方がローレベルのときは他方がハイレベル、即ちハイレベル／ローレベルが逆になっている。また、第１の合成信号には第１受光素子５１及び第３受光素子５３が受光する際に発生したノイズ６５が、第２の合成信号には第２受光素子５２及び第４受光素子５４が受光する際に発生したノイズ６６が含まれている。
【００３０】
ここで、差動増幅器５７は第１の合成信号と第２の合成信号との差を表わす信号を出力する。本実施の形態では、図６（Ｃ）第２の合成信号の電圧値の時間変化６３から図６（Ｂ）第１の合成信号の電圧値の時間変化６３を減じたもの、即ち、両者の差信号の電圧値の時間変化６４となる。
【００３１】
図６（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を比較すれば明らかなように、図６（Ｃ）がローレベルで図６（Ｂ）がハイレベルの場合には図６（Ｄ）では電圧値が負となり、図６（Ｃ）がハイレベルで図６（Ｂ）がローレベルの場合には図６（Ｄ）では電圧値が正となっている。
【００３２】
また、図６（Ｂ）及び（Ｃ）の各合成信号でノイズ６５、６６が存在した部分では、両者の差分が抽出されることによりノイズ成分が相殺され、図６（Ｄ）の差信号の電圧値の変化６４ではノイズが存在していた部分６７からノイズが除去され、通常の信号成分のみを得ることが可能となり、本発明の目的である機能が十分に発揮される。
【００３３】
図７は、本実施の形態に係る受光素子を４等分した場合の光の強度分布と受光範囲の関係を示す図である。同図では、光ファイバーコア７０に対して４等分した受光素子（第１受光素子７１、第２受光素子７２、第３受光素子７３及び第４受光素子７４）の位置が横方向にずれている。
【００３４】
この受光素子で光ファイバー７５を介して伝送された光信号を受光すると、光の強度分布７７と受光素子の受光範囲７８は同図に示すようにずれてしまうが、受光素子の側面図７６に示すように点対称の位置に位置する一対の受光素子同士、即ち、第１受光素子７１と第３受光素子７３、第２受光素子７２と第４受光素子７４をそれぞれ組み合わせて使用することで２対の受光素子の受光レベルを揃えることができる。このように受光素子を４等分した場合には、縦方向だけでなく横方向のずれに対しても対応することが可能となる。
【００３５】
図８は、本実施の形態よりも更に分割数を増やして、１つの受光領域を８等分して各々の領域に受光素子を配置した場合を示す。この場合も４等分の場合と同様に、受光素子の対称の中心周りに沿った奇数番目の第１受光素子８１、第３受光素子８３、第５受光素子８５及び第７受光素子８７の組と、偶数番目の第２受光素子８２、第４受光素子８４、第６受光素子８６及び第８受光素子８８の組との２組に分けて出力する信号を合成して、一方の合成信号と該合成信号に対して極性を反転させた他方の合成信号の差信号を出力することによってノイズがキャンセルされる。
【００３６】
図８のように受光領域を８等分した場合には、縦方向、横方向以外に２つの斜め方向も含めて、４方向のずれに対応可能となる。分割数を多くすると更に色々な方向のずれに対して対応できるため、受光素子と光ファイバーとの位置精度が緩和されるという利点がある。
【００３７】
なお、８等分する場合には、上述のように点対称の中心周りにそって奇数番目と偶数番目の２つの組、言い換えれば、分割された受光素子を１つおきに２組に分ける方法以外にも、例えば、２つおきに２組に分ける方法、即ち、第１受光素子８１、第２受光素子８２、第５受光素子８５、第６受光素子８６の組と、第３受光素子８３、第４受光素子８４、第７受光素子８７及び第８受光素子８８の組とに分ける方法もある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の光送信装置及び光受信装置の構成図である。
【図２】従来の受光素子を２個使用した場合の光の強度分布と受光範囲の関係を示す図である。
【図３】従来の受光素子を半分に分割した場合の光の強度分布と受光範囲の関係を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る受光領域を４等分した図である。
【図５】本実施の形態に係る光受信装置の構成図である。
【図６】本実施の形態に係る光受信装置に含まれる受光素子、結合器及び差動増幅器の動作を示すタイミングチャート図である。
【図７】本実施の形態に係る受光領域を４等分した場合の光の強度分布と受光範囲の関係を示す図である。
【図８】他の実施の形態に係る受光領域を８等分した図である。
【符号の説明】
【００３９】
５０  光受信装置
４１、５１、７１  第１受光素子
４２、５２、７２  第２受光素子
４３、５３、７３  第３受光素子
４４、５４、７４  第４受光素子
５５  第１結合器
５６  第２結合器
５７  差動増幅器
６１、６２、６３、６４  信号の電圧の時間変化
６５、６６  ノイズ
６７  ノイズが存在していた部分
７０  光ファイバーコア
７５  光ファイバー
７６  受光素子の側面図
７７  光の強度分布
７８  受光素子の受光範囲
【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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