(57)【要約】【課題】増幅器を備えることなく、ノイズ耐量を高めることが可能な光結合素子を実現する。【解決手段】光結合素子１は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズを検出するための検出用容量Ｃ３と、検出用容量Ｃ３によって検出されるｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、検出用容量Ｃ３から電流を注入する注入モードのノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す整流素子Ｄ１と、検出用容量Ｃ３によって検出されるｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、検出用容量Ｃ３に電流を引き抜く引き抜きモードの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す整流素子Ｄ２と、発光ダイオードＬＥＤ１の発光状態に応じて、整流素子Ｄ１およびＤ２の一方を選択的に動作させる制御回路１３とを備えている。【選択図】図１
2007288076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側に設けられた発光素子と、２次側に設けられた第１の受光素子と、前記第１の受光素子に流れる光電流を電圧に変換する第１の電流−電圧変換回路と、前記第１の受光素子からの出力信号を弁別する弁別手段へ出力する出力端子とを有する光結合素子であって、
前記１次側の回路と前記２次側の回路との間のｄＶ／ｄｔに起因するノイズを検出するための検出用容量と、
前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、前記検出用容量から電流を注入する第１の極性のノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより前記出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す第１の調整手段と、
前記検出用容量によって検出されるｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、前記検出用容量に電流を引き抜く第２の極性のノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより前記出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す第２の調整手段と、
前記発光素子の発光状態に応じて、前記第１および第２の調整手段の一方を選択的に動作させる選択手段とを備えることを特徴とする光結合素子。
【請求項２】
さらに、遮光された第２の受光素子と、
当該第２の受光素子に流れる電流を電圧に変換する第２の電流−電圧変換回路と、
前記第１および第２の電流−電圧変換回路の出力信号の差に応じた出力信号を、前記出力端子へ出力する演算回路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の光結合素子。
【請求項３】
前記第１の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第１の極性であれば、前記第１の電流−電圧変換回路の入力端子と１次側の回路との間に形成される第１の結合容量、並びに、前記第２の電流−電圧変換回路の入力端子と１次側の回路との間に形成される第２の結合容量のうちの少なくとも一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消し、
前記第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第２の極性であれば、前記第１の結合容量並びに前記第２の結合容量のうちの少なくとも一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消すことを特徴とする請求項２記載の光結合素子。
【請求項４】
前記第１および第２の受光素子の受光面は、互いに異なる面積に設定されており、
前記第１の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第１の極性であれば、前記第１の結合容量並びに前記第２の結合容量のうちの一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消し、
前記第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第２の極性であれば、前記第１の結合容量並びに前記第２の結合容量のうちの一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消すことを特徴とする請求項２記載の光結合素子。
【請求項５】
前記第１の受光素子の受光面の面積は、前記第２の受光素子の遮光されている受光面よりも広く設定されており、
前記第１および第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量が検出したノイズが、自らの打ち消す方の極性であれば、前記第２の結合容量に前記検出用容量を加算して、上記ノイズ成分を打ち消すことを特徴とする請求項４記載の光結合素子。
【請求項６】
前記第１の受光素子の受光面の面積は、前記第２の受光素子の遮光されている受光面よりも狭く設定されており、
前記第１および第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量が検出したノイズが、自らの打ち消す方の極性であれば、前記第２の結合容量に前記検出用容量を減算して、上記ノイズ成分を打ち消すことを特徴とする請求項４記載の光結合素子。
【請求項７】
前記第１および第２の調整手段は、前記検出用容量に接続され、自らが打ち消す方の極性のノイズによる電流を流すように整流する整流素子と、
前記検出用容量から、当該整流素子を介し、前記第１および第２の電流−電圧変換回路のうち、前記検出用容量を加算または減算する方の結合容量に接続されている電流−電圧変換回路の入力端子までの間の電流経路上に設けられ、前記選択手段の指示により導通／遮断されるスイッチ素子とを備え、当該スイッチ素子を導通させることによって、当該結合容量に前記検出用容量を加算することを特徴とする請求項３、４または５記載の光結合素子。
【請求項８】
前記第１および第２の調整手段は、前記検出用容量に接続され、自らが打ち消す方の極性のノイズによる電流を流すように整流する整流素子と、
前記検出用容量から、当該整流素子を介し、前記第１および第２の電流−電圧変換回路のうち、前記検出用容量を加算または減算する方の結合容量に接続されている電流−電圧変換回路の入力端子までの間の電流経路上に設けられ、前記選択手段の指示により導通／遮断されるスイッチ素子と、
当該電流経路上に設けられ、電流の向きを反転する電流反転素子とを備え、当該スイッチ素子を導通させることによって、当該結合容量から前記検出用容量を減算することを特徴とする請求項３、４または６記載の光結合素子。
【請求項９】
前記電流反転素子は、カレントミラー回路であることを特徴とする請求項８記載の光結合素子。
【請求項１０】
前記整流素子は、前記カレントミラー回路を構成するトランジスタのうち、入力側になり、ダイオード接続されたトランジスタにより実現されていることを特徴とする請求項９記載の光結合素子。
【請求項１１】
前記カレントミラー回路を構成するトランジスタのうち、入力側になり、ダイオード接続されたトランジスタの制御端子は、抵抗を介して電源ラインに接続されていることを特徴とする請求項９または１０記載の光結合素子。
【請求項１２】
前記スイッチ素子の出力端子には、当該スイッチ素子の制御端子への制御信号とは逆位相の制御信号が、その制御端子に入力されるダミーのスイッチ素子が接続されていることを特徴とする請求項７または８記載の光結合素子。
【請求項１３】
１次側の回路と２次側の回路との間に形成され、前記検出用容量を除いた結合容量の重心に対して対称配置された電極が、前記検出用容量の２次側の電極として形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光結合素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と受光素子とを含む光結合素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光結合素子は、図１４に示されるように、発光素子と受光素子とを対向させる構造となっており、異なる電位を持つ２つの回路を、電気的に絶縁しつつ光信号によってデータ伝達を行う機能を有する。前記光結合素子は、電子部品的な見方をすれば、電気的に絶縁されているものの、容量結合していると考えられる。ここで、前記発光素子と受光素子との間にｄＶ／ｄｔなる急峻なノイズが発生した場合、容量結合の容量Ｃとすると、Ｃ・ｄＶ／ｄｔなる電流が発生し、当該電流は、受光素子側にノイズとして伝達され受光素子側の誤動作の原因となる。
【０００３】
上記問題を解決するために、従来の光結合素子１０１は、図１５に示されるように、発光ダイオードＬＥＤ１０１と、フォトダイオードＰＤ１０１およびＰＤ１０２と、第１の電流−電圧変換回路１１１、第２の電流−電圧変換回路１１２と、オフセット抵抗Ｒ１０１と、差動増幅器ＤＩＦ１０１とを備えている。また、第１の電流−電圧変換回路１１１は、増幅器ＡＭＰ１０１と抵抗Ｒ１０２とを備えており、第２の電流−電圧変換回路１１２は、増幅器ＡＭＰ１０２と抵抗Ｒ１０２とを備えている。さらに、発光ダイオードＬＥＤ１０１と、フォトダイオードＰＤ１０１およびＰＤ１０２との間は、容量Ｃ１０１およびＣ１０２を介して結合されているものとする。
【０００４】
ここで、発光ダイオードＬＥＤ１０１とフォトダイオードＰＤ１０１およびＰＤ１０２との間にｄＶ／ｄｔなる急峻なノイズが発生すると、フォトダイオードＰＤ１０１およびＰＤ１０２には、容量Ｃ１０１およびＣ１０２を介して、それぞれＣ１０１・ｄＶ／ｄｔおよびＣ１０２・ｄＶ／ｄｔの電流が発生する。しかしながら、差動増幅器ＤＩＦ１０１を備えているために、容量Ｃ１０１およびＣ１０２を等しくすることにより、ｄＶ／ｄｔなるノイズに起因する誤動作を低減することができる。
【０００５】
上記回路構成を持つ従来の光結合素子として、例えば特許文献１では、発光ダイオードＬＥＤ１０１と、フォトダイオードＰＤ１０１およびＰＤ１０２とのそれぞれの距離が相対的に等しくなる構造をもつ光結合素子が開示されている。
【０００６】
しかしながら、近年要求されるｄＶ／ｄｔのノイズに対する耐量は、２０００Ｖ／μｓ〜５０００Ｖ／μｓと高まりつつあり、特許文献１のように、発光ダイオードとフォトダイオードとの間の距離を等しく設計することができても、容量Ｃ１０１およびＣ１０２のばらつきを完全になくすことはできない。加えて、構成する各素子の構造にも製造上のばらつきがあるため、ｄＶ／ｄｔのノイズに対する耐量は、３０００Ｖ／μｓ程度までの効力しか持つことができない。
【０００７】
そこで、ｄＶ／ｄｔのノイズに対する耐量をさらに高めるために、例えば特許文献２では、図１５に示された光結合素子１０１において、フォトダイオードＰＤ１０２に接続されている第２の電流−電圧変換回路１１２と、差動増幅器ＤＩＦ１との間に、増幅器を接続する構成をもつ光結合素子が開示されている。
【特許文献１】特許第２５３１０７０号（発行日１９９６年９月４日）
【特許文献２】特許第２６８９９６７号（発行日１９９７年１２月１０日）
【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、上記特許文献２では、ｄＶ／ｄｔのノイズに対する耐量を５０００Ｖ／μｓ程度まで高めることができるものの、前記増幅器を備える構成となっているために、回路構成が複雑になる虞がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記増幅器を備えることなく、前記ノイズに対する耐量を高めることが可能な光結合素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光結合素子は、上記課題を解決するために、１次側に設けられた発光素子と、２次側に設けられた第１の受光素子と、前記第１の受光素子に流れる光電流を電圧に変換する第１の電流−電圧変換回路と、前記第１の受光素子からの出力信号を弁別する弁別手段へ出力する出力端子とを有する光結合素子であって、前記１次側の回路と前記２次側の回路との間のｄＶ／ｄｔに起因するノイズを検出するための検出用容量と、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、前記検出用容量から電流を注入する第１の極性のノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより前記出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す第１の調整手段と、前記検出用容量によって検出されるｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、前記検出用容量に電流を引き抜く第２の極性のノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより前記出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す第２の調整手段と、前記発光素子の発光状態に応じて、前記第１および第２の調整手段の一方を選択的に動作させる選択手段とを備えている。
【００１１】
上記構成では、上記発光素子の発光状態に応じて、上記第１および第２の調整手段の一方が選択的に動作しており、第１の調整手段が動作している状態では、上記検出用容量によって検出されｄＶ／ｄｔノイズが第１の極性であれば、検出結果に基づいて、ノイズ成分が打ち消される。これとは逆に、第２の調整手段が動作している状態では、上記検出用容量によって検出されｄＶ／ｄｔノイズが第２の極性であれば、検出結果に基づいて、ノイズ成分が打ち消される。
【００１２】
ここで、仮に、第１および第２の調整手段が、発光素子の発光状態に拘らず、常時、動作しているとすると、検出用容量の容量値を充分に高精度に設定しないと、弁別手段が誤動作する虞れがある。
【００１３】
具体的には、検出用容量の容量値が小さ過ぎると、弁別手段による判定結果を誤らせる極性の上記ノイズ成分を第１および第２の調整手段が打ち消すことができず、上記弁別手段が出力信号を誤判定してしまう。これとは逆に、検出用容量の容量値が大き過ぎると、第１および第２の調整手段は、弁別手段による判定結果を誤らせる極性とは逆極性の上記ノイズ成分を打ち消し過ぎて、上記弁別手段が出力信号を誤判定してしまう。なお、いずれの極性の上記ノイズ成分が、上記弁別手段による判定結果を誤らせるかは、発光素子の発光状態によって変化する。
【００１４】
これに対して、上記構成では、上記発光素子の発光状態に応じて、上記第１および第２の調整手段の一方が選択的に動作している。従って、検出用容量の容量値が、検出結果に基づいて上記ノイズ成分を打ち消すために必要な値よりも大きく設定されたとしても、第１および第２の調整手段は、予め定められた発光状態とは異なった発光状態のときは動作を停止しているため、上記ノイズ成分の打ち消し過ぎに起因する誤判定の発生を抑制できる。
【００１５】
この結果、増幅器を備えていない構成であっても、フォトダイオードの容量とダミーのフォトダイオードの容量とを完全に揃えてノイズを削減する構成と比較して、検出用容量の容量値を余り高精度に設定しなくても、ｄＶ／ｄｔノイズに対する耐量の向上可能な光結合素子を実現できる。
【００１６】
本発明に係る光結合素子では、さらに、遮光された第２の受光素子と、当該第２の受光素子に流れる電流を電圧に変換する第２の電流−電圧変換回路と、前記第１および第２の電流−電圧変換回路の出力信号の差に応じた出力信号を、前記出力端子へ出力する演算回路とを備えていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、第１の受光素子を備えることによって、第１の電流−電圧変換回路の入力端子と１次側の回路との間に形成される第１の結合容量が生じるのと同様に、第２の受光素子を備えることによって、第２の電流−電圧変換回路の入力端子と１次側の回路との間に形成される第２の結合容量が生じる。これにより、ノイズが発生した場合、第２の電流−電圧変換回路の出力は、当該ノイズによって、第１の電流−電圧変換回路の出力と同一の傾向で変化する。さらに、上記演算回路は、第１および第２の電流−電圧変換回路の出力信号の差に応じた出力信号を、前記出力端子へ出力する。この結果、第２の受光素子、第２の電流−電圧変換回路および演算回路が備えられていない構成と比較して、前記出力端子に重畳されるノイズ成分の大きさを抑制できる。なお、第２の受光素子は遮光されているので、発光素子からの光信号に起因する第１の電流−電圧変換回路の出力変動は抑制されない。
【００１８】
さらに、第２の受光素子、第２の電流−電圧変換回路および演算回路によって前記出力端子の信号に重畳されるノイズ成分の大きさが抑制されるので、検出用容量に必要な容量値を削減できる。
【００１９】
本発明に係る光結合素子では、前記第１の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第１の極性であれば、前記第１の電流−電圧変換回路の入力端子と１次側の回路との間に形成される第１の結合容量、並びに、前記第２の電流−電圧変換回路の入力端子と１次側の回路との間に形成される第２の結合容量のうちの少なくとも一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消し、前記第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第２の極性であれば、前記第１の結合容量並びに前記第２の結合容量のうちの少なくとも一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消すことが好ましい。
【００２０】
上記構成において、第１および第２の結合容量の容量値が互いに異なっていると、第２の受光素子、第２の電流−電圧変換回路および演算回路は、前記出力端子に重畳されるノイズ成分を完全には消去することができず、両者の容量値の大小関係と発生したノイズの極性との組み合わせに応じた極性で、しかも、両者の容量値の差に応じた大きさのノイズが、前記出力端子の信号に重畳される。
【００２１】
従って、第１および第２の調整手段は、第１および第２の結合容量の容量値が異なっている場合であっても、第１の結合容量および第２の結合容量の何れかに加算または減算することによって、何ら支障なく、出力信号に重畳される第１および第２の電流−電圧変換回路の出力信号の差に応じた前記ノイズ成分を打ち消すことが可能となる。
【００２２】
例えば、第１の結合容量が第２の結合容量より大きい場合は、発光素子が消光状態で、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが第１の極性のとき、および、発光素子が発光状態で、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが第２の極性のときには、各点灯状態が示す方向とは反対方向のノイズが発生する。この場合には、検出用容量を、第１の結合容量から減算するか、または、第２の結合容量に加算して、ノイズ成分を打ち消せばよい。これとは逆に、第１の結合容量が第２の結合容量より小さい場合には、発光素子が消光状態で、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが第２の極性のとき、および、発光素子が発光状態で、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが第１の極性のときには、各点灯状態が示す方向のノイズとは反対方向のノイズが発生する。この場合には、検出用容量を、第２の結合容量から減算するか、第１の結合容量に加算して、ノイズ成分を打ち消せばよい。
【００２３】
なお、上述したように、第１および第２の調整手段は、予め定められた点灯状態とは異なった点灯状態のときは動作を停止しているため、上記ノイズ成分の打ち消し過ぎに起因する誤判定の発生を抑制できる。
【００２４】
本発明に係る光結合素子では、前記第１および第２の受光素子の受光面は、互いに異なる面積に設定されており、前記第１の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第１の極性であれば、前記第１の結合容量並びに前記第２の結合容量のうちの一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消し、前記第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが前記第２の極性であれば、前記第１の結合容量並びに前記第２の結合容量のうちの一方に、前記検出用容量を加算または減算して、上記ノイズ成分を打ち消すことが好ましい。
【００２５】
上記構成によれば、第１および第２の受光素子の受光面が予め異なる面積に設定されているため、両者の面積を互いに同じに設定する場合とは異なって、生産バラツキに拘らず、第１の結合容量の静電容量値と第２の結合容量の静電容量値との大小関係を設定できる。この結果、検出用容量を、第１の結合容量および第２の結合容量のいずれか一方に加算または減算するだけで、前記ノイズ成分を打ち消すことが可能となる。
【００２６】
本発明に係る光結合素子では、前記第１の受光素子の受光面の面積は、前記第２の受光素子の遮光されている受光面よりも広く設定されており、前記第１および第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量が検出したノイズが、自らの打ち消す方の極性であれば、前記第２の結合容量に前記検出用容量を加算して、上記ノイズ成分を打ち消すことが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、第１の受光素子の受光面の面積が、第２の受光素子の遮光されている受光面より予め広く設定されているため、第１の結合容量の静電容量値を、第２の結合容量よりも大きく設定できる。この結果、検出用容量を、第１および第２の結合容量の何れにも加算可能とすることによって、いずれが大きいかが生産バラツキに応じて変化しても誤判定の発生を抑制可能にする構成とは異なって、検出用容量を加算する結合容量を、第２の結合容量に限定することが可能となり、回路構成を簡略化できる。
【００２８】
また、結合容量を第２の結合容量に限定することにより、検出用容量を第１の受光素子に接続しなくてよいため、検出用容量に起因する寄生容量が第１の受光素子側の経路、すなわち、光信号経路に付加されることを防ぐことが可能となる。従って、光結合素子の応答特性の低下を防ぐことが可能となる。
【００２９】
さらに、光結合素子の感度は、第１の受光素子の受光面の広さによって決まるため、当該第１の受光素子は、当該感度を満たすだけの広さに設定する必要がある。従って、例えば、第２の受光素子の受光面の面積を第１の受光素子の受光面の面積よりも広く設定しようとすると、光結合素子のチップサイズを低減させることが難しい。これに対して、上記構成においては、第２の受光素子が第１の受光素子よりも小さく設定されている。従って、光結合素子のチップサイズを低減させることが可能となる。
【００３０】
本発明に係る光結合素子では、前記第１の受光素子の受光面の面積は、前記第２の受光素子の遮光されている受光面よりも狭く設定されており、前記第１および第２の調整手段は、動作している場合、前記検出用容量が検出したノイズが、自らの打ち消す方の極性であれば、前記第２の結合容量に前記検出用容量を減算して、上記ノイズ成分を打ち消すことが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、第１の受光素子の受光面の面積が、第２の受光素子の遮光されている受光面より予め狭く設定されているため、第１の結合容量の静電容量値を、第２の結合容量よりも小さく設定できる。この結果、検出用容量を、第１および第２の結合容量の何れからも減算可能とすることによって、いずれが大きいかが生産バラツキに応じて変化しても誤判定の発生を抑制可能にする構成とは異なって、検出用容量を減算する結合容量を、第２の結合容量に限定することが可能となり、回路構成を簡略化できる。
【００３２】
また、結合容量を第２の結合容量に限定することにより、検出用容量を第１の受光素子に接続しなくてよいため、検出用容量に起因する寄生容量が第１の受光素子側の経路、すなわち、光信号経路に付加されることを防ぐことが可能となる。従って、光結合素子の応答特性の低下を防ぐことが可能となる。
【００３３】
本発明に係る光結合素子では、前記第１および第２の調整手段は、前記検出用容量に接続され、自らが打ち消す方の極性のノイズによる電流を流すように整流する整流素子と、前記検出用容量から、当該整流素子を介し、前記第１および第２の電流−電圧変換回路のうち、前記検出用容量を加算または減算する方の結合容量に接続されている電流−電圧変換回路の入力端子までの間の電流経路上に設けられ、前記選択手段の指示により導通／遮断されるスイッチ素子とを備え、当該スイッチ素子を導通させることによって、当該結合容量に前記検出用容量を加算することが好ましい。
【００３４】
上記構成によれば、発光素子の点灯状態に応じて、制御回路がスイッチ素子を制御することにより、検出用容量を第１の結合容量および第２の結合容量の何れかに加算することが可能となる。
【００３５】
本発明に係る光結合素子では、前記第１および第２の調整手段は、前記検出用容量に接続され、自らが打ち消す方の極性のノイズによる電流を流すように整流する整流素子と、前記検出用容量から、当該整流素子を介し、前記第１および第２の電流−電圧変換回路のうち、前記検出用容量を加算または減算する方の結合容量に接続されている電流−電圧変換回路の入力端子までの間の電流経路上に設けられ、前記選択手段の指示により導通／遮断されるスイッチ素子と、当該電流経路上に設けられ、電流の向きを反転する電流反転素子とを備え、当該スイッチ素子を導通させることによって、当該結合容量から前記検出用容量を減算することが好ましい。また、本発明に係る光結合素子では、前記電流反転素子は、カレントミラー回路であることが好ましい。さらに、本発明に係る光結合素子では、前記整流素子は、前記カレントミラー回路を構成するトランジスタのうち、入力側になり、ダイオード接続されたトランジスタにより実現されていることが好ましい。
【００３６】
上記構成によれば、電流反転素子を備えていることにより、整流素子に流れる電流を反転することができるため、検出用容量を第１の結合容量および第２の結合容量の何れかから減算することが可能となる。
【００３７】
また、入力側のトランジスタがダイオード接続となっている構成では、当該トランジスタが整流作用も兼ね備えている。従って、カレントミラー回路とは別の整流素子を備えなくてもよい。これにより、光結合素子のチップサイズを低減させることが可能となる。
【００３８】
本発明に係る光結合素子では、前記カレントミラー回路を構成するトランジスタのうち、入力側になり、ダイオード接続されたトランジスタの制御端子は、抵抗を介して電源ラインに接続されていることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、急峻に発生する直流以外の直流電流を流れないようにすることが可能となる。すなわち、ｄＶ／ｄｔなる急峻なノイズが発生した場合にのみ動作することになるため、当該ノイズが発生した場合以外の動作を安定させることが可能となる。
【００４０】
本発明に係る光結合素子では、前記スイッチ素子の出力端子には、当該スイッチ素子の制御端子への制御信号とは逆位相の制御信号が、その制御端子に入力されるダミーのスイッチ素子が接続されていることが好ましい。
【００４１】
上記構成によれば、スイッチ素子による寄生容量を介して、第１および第２の電流−電圧変換回路の入力端子に発生する漏れ電流をキャンセルすることが可能となる。
【００４２】
本発明に係る光結合素子では、１次側の回路と２次側の回路との間に形成され、前記検出用容量を除いた結合容量の重心に対して対称配置された電極が、前記検出用容量の２次側の電極として形成されていることが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、第１および第２の結合容量にばらつきがある場合であっても、１次側と形成する容量の重心に対称に配置することにより、当該ばらつきを低減させることができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係る光結合素子は、以上のように、前記１次側の回路と前記２次側の回路との間のｄＶ／ｄｔに起因するノイズを検出するための検出用容量と、前記検出用容量によって検出される前記ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、前記検出用容量から電流を注入する第１の極性のノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより前記出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す第１の調整手段と、前記検出用容量によって検出されるｄＶ／ｄｔに起因するノイズが、前記検出用容量に電流を引き抜く第２の極性のノイズの場合に、当該検出結果に基づいて、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズにより前記出力端子に重畳されているノイズ成分を打ち消す第２の調整手段と、前記発光素子の発光状態に応じて、前記第１および第２の調整手段の一方を選択的に動作させる選択手段とを備えている。
【００４５】
これにより、増幅器を備えていない構成であっても、フォトダイオードの容量とダミーのフォトダイオードの容量とを完全に揃えてノイズを削減する構成と比較して、検出用容量の容量値を余り高精度に設定しなくても、ｄＶ／ｄｔノイズに対する耐量の向上可能な光結合素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図５に基づいて説明すると以下の通りである。
【００４７】
本実施形態に係る光結合素子１は、受光素子としてのフォトダイオードＰＤ１に流れる光電流と、フォトダイオードＰＤ２（ダミーのフォトダイオード）に流れる電流との差に基づいて、フォトダイオードＰＤ１が受光しているか否かを示す出力信号Ｖｏｕｔを出力するものであって、図１に示すように、発光素子としての発光ダイオードＬＥＤ１と、当該発光ダイオードＬＥＤ１からの光を受光するフォトダイオードＰＤ１と、フォトダイオードＰＤ２と、当該フォトダイオードＰＤ１に流れる光電流を電圧に変換する第１の電流−電圧変換回路１１と、フォトダイオードＰＤ２に流れる電流を電圧に変換する第２の電流−電圧変換回路１２と、両回路１１・１２の出力電圧の差を示す出力信号Ｖｏｕｔを出力する差動増幅器ＤＩＦ１とを備えている。
【００４８】
より詳細には、前記第１の電流−電圧変換回路１１には、前記フォトダイオードＰＤ１のアノードに入力が接続され、入出力間が抵抗Ｒで接続された増幅器ＡＭＰ１が設けられており、フォトダイオードＰＤ１に流れる光電流を電圧に変換できる。同様に、第２の電流−電圧変換回路１２には、前記フォトダイオードＰＤ２のアノードに入力が接続され、入出力間が抵抗Ｒで接続された増幅器ＡＭＰ２が設けられており、フォトダイオードＰＤ１に流れる光電流を電圧に変換できる。なお、本実施形態では、第１の電流−電圧変換回路１１の出力（前記ＡＭＰ１の出力）が、前記差動増幅器ＤＩＦ１の非反転入力端子に接続されており、第２の電流−電圧変換回路１２の出力（前記増幅器ＡＭＰ２の出力）が、前記差動増幅器ＤＩＦ１の反転入力端子に接続されている。
【００４９】
さらに、本実施形態に係る光結合素子１には、前記差動増幅器ＤＩＦ１の動作入力電圧を制御するオフセット抵抗Ｒ１が設けられており、光信号がオフセットに相当する光強度に達するまでは、差動増幅器ＤＩＦ１での出力が反転しないように構成されている。本実施形態では、前記第１の電流−電圧変換回路１１の出力と差動増幅器ＤＩＦ１の入力端子（本実施形態では非反転入力端子）との間に、前記オフセット抵抗Ｒ１が設けられている。
【００５０】
前記構成では、発光ダイオードＬＥＤ１からの光信号がフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２に照射されると、フォトダイオードＰＤ１では当該光信号に起因する光電流が発生する。その後、前記光電流は、第１の電流−電圧変換回路１１によって、電圧信号に変換される。一方、フォトダイオードＰＤ２は、例えば、図２に示すように、メタルＭで遮光されているために、光信号が照射されても光電流を発生させることはない。従って、ノイズが発生していない状態では、差動増幅器ＤＩＦ１は、光信号の強度が予め定められた閾値を越えるか否かに応じた出力信号Ｖｏｕｔを出力でき、例えば、トランジスタ（図示しない）などからなる後段のロジック回路を、ロジック動作させることができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、前記閾値は、前記オフセット抵抗Ｒ１によって設定されており、光信号の光強度が、オフセット抵抗Ｒ１によって設定されたオフセット電圧に相当する光強度に達するまでは、差動増幅器ＤＩＦ１での出力は反転しない。
【００５２】
ここで、前記発光ダイオードＬＥＤ１と、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２とは、電子部品的な見方をすれば、電気的に絶縁されているものの、容量結合していると考えられる。従って、前記発光ダイオードＬＥＤ１とフォトダイオードＰＤ１との間には、容量Ｃ１が形成されてしまい、前記発光ダイオードＬＥＤ１とフォトダイオードＰＤ２との間には、容量Ｃ２が形成されてしまう。
【００５３】
一方、前記フォトダイオードＰＤ２は、例えば、図２に示すように、上述したように遮光されているために、光信号が照射されても光電流を発生させることはない。ただし、発光ダイオードＬＥＤ１側の回路から、容量Ｃ１を介して、第１の電流−電圧変換回路１１にノイズが伝えられるのと同様に、第２の電流−電圧変換回路１２には、容量Ｃ２を介して、発光ダイオードＬＥＤ１側の回路からノイズが伝えられる。
【００５４】
従って、前記容量Ｃ１およびＣ２の静電容量値が互いに同一であれば、差動増幅器ＤＩＦ１が、前記両回路１１・１２の出力電圧の差に応じた出力信号Ｖｏｕｔを生成することによって、光結合素子１は、ノイズの影響を受けずに、発光ダイオードＬＥＤ１の発光／消光に応じた出力信号Ｖｏｕｔを出力でき、後段のロジック回路をＯＮ／ＯＦＦ駆動できる。
【００５５】
また、本実施形態に係る光結合素子１には、１次側（発光側；発光ダイオードＬＥＤ１側）の回路と、２次側（受光側；フォトダイオードＰＤ１側）の回路との間に、検出用容量Ｃ３が設けられており、上述した容量Ｃ１およびＣ２と同様に、検出用容量Ｃ３を介して、１次側の回路から２次側の回路にノイズが伝えられる。当該検出用容量Ｃ３は、例えば、図２に示すように、２つずつフォトダイオードＰＤ１・ＰＤ２からなるフォトダイオードアレイの周囲（図の例では、４隅）に設けられた電極Ｅ１と、図示しない発光ダイオードＬＥＤ１側の電極と、両者の間の誘電体とから構成されており、１次側の回路と２次側の回路とを容量結合できる。
【００５６】
ここで、１次−２次間にｄＶ／ｄｔなるノイズが発生する際、当該ノイズは、１次側から、容量Ｃ１、Ｃ２またはＣ３を介して、２次側へ電流が流れる極性（注入モード）のノイズと、それとは逆に、２次側から、容量Ｃ１、Ｃ２またはＣ３を介して、１次側へ電流が流れる極性（引き抜きモード）のノイズとに大別される。
【００５７】
一方、本実施形態に係る光結合素子１は、整流素子Ｄ１およびＤ２と、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４と、制御回路１３とを備えている。なお、整流素子Ｄ１およびＤ２には整流作用のあるダイオード、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４にはスイッチング特性をもつＭＯＳトランジスタを用いることが可能であるが、これに限られたものではなく、他の整流機能を持った素子、あるいは、他のスイッチング機能を持った素子を使用できる。
【００５８】
前記整流素子Ｄ１は、前記検出用容量Ｃ３に一端が接続されており、その極性は、発生したノイズが前記注入モードの場合にのみ有効となるように、すなわち、検出用容量Ｃ３から整流素子Ｄ１に流れる方向の電流のみを通過させるように設定されている。一方、前記整流素子Ｄ２は、発生したノイズが前記引き抜きモードの場合にのみ有効となるように、すなわち、整流素子Ｄ２から検出用容量Ｃ３に流れる方向の電流のみを通過させるように設定されている。
【００５９】
また、前記整流素子Ｄ１は、スイッチ素子ＳＷ１を介して、また、前記整流素子Ｄ２は、スイッチ素子ＳＷ２を介して、フォトダイオードＰＤ１に接続されている。同様に、前記整流素子Ｄ１は、スイッチ素子ＳＷ３を介して、また、前記整流素子Ｄ２は、スイッチ素子ＳＷ４を介して、フォトダイオードＰＤ２に接続されている。
【００６０】
一方、制御回路１３は、例えば、差動増幅器ＤＩＦ１の出力などに基づいて、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態（発光／消光）を検出しており、当該発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦを制御できる。これにより、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態、および、１−２次間のｄＶ／ｄｔノイズの極性に応じて、上記Ｃ３を、上記容量Ｃ１およびＣ２のいずれか一方に加算できる。
【００６１】
より詳細には、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態である場合、制御回路１３は、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４がＯＮとなり、スイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３がＯＦＦとなるように制御する。
【００６２】
これにより、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態の期間に引き抜きモードのノイズが発生した場合は、前記検出用容量Ｃ３が、前記整流素子Ｄ２およびスイッチ素子ＳＷ４を介して、前記容量Ｃ２に加算される。なお、この期間中は、スイッチ素子ＳＷ１もＯＮしているが、引き抜きモードのノイズにより発生した検出用容量Ｃ３への電流は、整流素子Ｄ１を通過できないので、検出用容量Ｃ３が容量Ｃ１に加算されることはない。
【００６３】
また、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態の期間に注入モードのノイズが発生した場合は、前記検出用容量Ｃ３が、前記整流素子Ｄ１およびスイッチ素子ＳＷ１を介して、前記容量Ｃ１に加算される。なお、この期間中は、スイッチ素子ＳＷ４もＯＮしているが、注入モードのノイズにより発生した検出用容量Ｃ３からの電流は、整流素子Ｄ２を通過できないので、検出用容量Ｃ３が容量Ｃ２に加算されることはない。
【００６４】
これとは逆に、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態である場合、制御回路１３は、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４がＯＦＦとなり、スイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３がＯＮとなるように制御する。これにより、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態の期間に、引き抜きモードのノイズが発生した場合は、前記検出用容量Ｃ３が、前記整流素子Ｄ２およびスイッチ素子ＳＷ２を介して、前記容量Ｃ１に加算される。なお、この期間中は、スイッチ素子ＳＷ３もＯＮしているが、引き抜きモードのノイズにより発生した検出用容量Ｃ３への電流は、整流素子Ｄ１を通過できないので、検出用容量Ｃ３が容量Ｃ２に加算されることはない。
【００６５】
また、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態の期間に、注入モードのノイズが発生した場合は、前記検出用容量Ｃ３が、前記整流素子Ｄ１およびスイッチ素子ＳＷ３を介して、前記容量Ｃ２に加算される。なお、この期間中は、スイッチ素子ＳＷ２もＯＮしているが、注入モードのノイズにより発生した検出用容量Ｃ３からの電流は、整流素子Ｄ２を通過できないので、検出用容量Ｃ３が容量Ｃ１に加算されることはない。
【００６６】
前記制御回路１３は、例えば、図３に示されるように構成されている。具体的には、前記制御回路１３は、例えば、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２を備えている。また、図３に示す例では、上記各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれの制御端子に、Ｌｏｗレベルの信号が印加された場合にＯＮし、Ｈｉｇｈレベルの信号が印加された場合にＯＦＦするように構成されている。さらに、前記インバータＩＮＶ１には、差動増幅器ＤＩＦ１の出力信号Ｖｏｕｔが入力されており、インバータＩＮＶ１は、出力信号Ｖｏｕｔの反転信号を、スイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３の制御端子に印加できる。また、インバータＩＮＶ２には、前記インバータＩＮＶ１の出力が入力されており、インバータＩＮＶ２は、インバータＩＮＶ１の出力の反転信号を、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４の制御端子に印加できる。
【００６７】
発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態である場合、図４に示されるように、増幅器ＡＭＰ１の出力電圧が低下するため、差動増幅器ＤＩＦ１から発光状態を示す信号（例えば、Ｌｏｗ信号）がインバータＩＮＶ１に出力される。
【００６８】
インバータＩＮＶ１は、前記Ｌｏｗ信号に基づいて、後段のスイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３の制御端子、並びに、インバータＩＮＶ２にＨｉｇｈ信号を出力する。一方、スイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３は、前記Ｈｉｇｈ信号に基づいて、ＯＦＦとなる。また、インバータＩＮＶ２は、インバータＩＮＶ１の出力結果に基づき、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４の制御端子にＬｏｗ信号を出力する。さらに、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４は、前記Ｌｏｗ信号に基づいて、ＯＮとなる。
【００６９】
これとは逆に、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある場合、増幅器ＡＭＰ１の出力電圧が増加するため、差動増幅器ＤＩＦ１からＨｉｇｈ信号が出力される。従って、上記とは逆に、制御回路１３によって、スイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３がＯＮとなり、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４がＯＦＦとなる。
【００７０】
これにより、図３に示す制御回路１３は、上述したように、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦを制御できる。
【００７１】
ここで、ｄＶ／ｄｔなるノイズが発生しない場合、または、容量Ｃ１およびＣ２にばらつきがなければｄＶ／ｄｔなるノイズが発生した場合であっても、差動増幅器ＤＩＦ１の出力信号ＶｏｕｔにｄＶ／ｄｔに起因するノイズが重畳されることはない。
【００７２】
しかしながら、容量Ｃ１およびＣ２にばらつきがある場合には、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが発生し、しかも、検出用容量Ｃ３が設けられていないと、図５に示されるように、｜Ｃ１−Ｃ２｜・ｄＶ／ｄｔなるノイズＡ〜Ｄが前記出力信号Ｖｏｕｔに重畳される虞れがある。
【００７３】
より詳細には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある期間（図５に示す期間Ｔ１）において、ノイズが発生すると、そのノイズは、消光状態を示す前記出力信号Ｖｏｕｔを強めるノイズＡになるか、あるいは、当該出力信号Ｖｏｕｔを弱めるノイズＢになる。また、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある期間（図５に示す期間Ｔ２）において、ノイズが発生した場合も同様に、そのノイズは、発光状態を示す前記出力信号Ｖｏｕｔを強めるノイズＤになるか、あるいは、当該出力信号Ｖｏｕｔを弱めるノイズＣになる。
【００７４】
ここで、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの方向（発光または消光状態を示す前記出力信号Ｖｏｕｔを強めるか否か）は、容量Ｃ１と容量Ｃ２との大小関係、および、当該ノイズが注入モードであるか引き抜きモードであるかによって決まる。
【００７５】
具体的には、容量がＣ１＞Ｃ２であり、かつ、前記ノイズの極性が注入モードである場合には、前記ノイズは、フォトダイオードＰＤ１に光電流を発生させることと同等の機能を持つ。このため、前記出力信号Ｖｏｕｔには、発光状態を示す方向（この場合ではＬｏｗ方向）のノイズが重畳されることとなる。従って、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態である場合にはノイズＤとして、消光状態である場合には、ノイズＢとして前記出力信号Ｖｏｕｔに重畳されてしまう。
【００７６】
また、容量がＣ１＞Ｃ２であり、かつ、前記ノイズの極性が引き抜きモードである場合には、前記ノイズは、フォトダイオードＰＤ１にマイナスの光電流を発生させることと同等の機能をもつ。このため、前記出力信号Ｖｏｕｔには、消光状態を示す方向（この場合ではＨｉｇｈ方向）のノイズが重畳されることとなる。従って、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態である場合にはノイズＣとして、消光状態にはノイズＡとして前記出力に重畳されてしまう。
【００７７】
同様に、容量がＣ１＜Ｃ２であり、かつ、前記ノイズの極性が注入モードである場合には、前記ノイズは、フォトダイオードＰＤ２に光電流を発生させることと同等の機能を持つため、前記出力信号Ｖｏｕｔには、消光状態を示す方向のノイズが重畳されることとになる。従って、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態である場合にはノイズＣとして、消光状態である場合には、ノイズＡとして前記出力信号Ｖｏｕｔに重畳されてしまう。
【００７８】
さらに、容量がＣ１＜Ｃ２であり、かつ、前記ノイズの極性が引き抜きモードである場合には、前記ノイズは、フォトダイオードＰＤ１にマイナスの光電流を発生させることと同等の機能をもつため、前記出力信号Ｖｏｕｔには、発光状態を示す方向のノイズが重畳されることとなる。従って、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態である場合にはノイズＤとして、消光状態である場合には、ノイズＢとして前記出力信号Ｖｏｕｔに重畳されてしまう。
【００７９】
これに対して、本実施形態に係る光結合素子１には、検出用容量Ｃ３が設けられており、制御回路１３は、上述したように、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御している。なお、検出用容量Ｃ３の静電容量値は、当該検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１またはＣ２に加算することによって、ノイズＢまたはノイズＣを反転することができるように、｜Ｃ１−Ｃ２｜＜Ｃ３に予め設定されている。
【００８０】
具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３をＯＮにする。この場合は、上述したように、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ２を介して、容量Ｃ１に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＜Ｃ２の場合であってもＣ１＋Ｃ３＞Ｃ２となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＞Ｃ２である場合には、Ｃ１＋Ｃ３＞Ｃ２となるため、ノイズＡは大きくなるものの反転することはない。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ３を介して容量Ｃ２に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２であっても、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＜Ｃ２である場合には、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３となるため、ノイズＡは大きくなるものの反転することはない。
【００８１】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４をＯＮにする。この場合は、上述したように、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ１を介して容量Ｃ１に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量Ｃ１＜Ｃ２であってもＣ１＋Ｃ３＞Ｃ２となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＞Ｃ２である場合には、Ｃ１＋Ｃ３＞Ｃ２となるため、ノイズＤは大きくなるものの反転することはない。また、この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ４を介して容量Ｃ２に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２であっても、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＜Ｃ２である場合には、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３となるため、ノイズＤは大きくなるものの反転することはない。
【００８２】
上述のように、本実施形態に係る光結合素子１は、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御している。これにより、ｄＶ／ｄｔなるノイズが注入モードか否かによって、検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１およびＣ２の何れかに加算することが可能となる。
【００８３】
従って、容量Ｃ１と容量Ｃ２との大小関係、並びに、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになる。一方、発光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになる。従って、容量Ｃ１と容量Ｃ２との大小関係、並びに、発生するノイズが注入モードか否かに拘らず、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【００８４】
また、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、整流素子Ｄ１およびＤ２の後段に備えられている構成となっているが、これに限られたものではなく、検出用容量Ｃ３と、当該整流素子Ｄ１およびＤ２との間に備えられていてもよい。但し、この場合には、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４のそれぞれの後段に整流素子Ｄ１またはＤ２を備えることとなるため、素子数が増えることとなる。従って、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、整流素子Ｄ１およびＤ２の後段に備えることが好ましい。
【００８５】
また、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２は、図２に示されるように、発光ダイオードＬＥＤ１との間に形成される結合容量の重心に対して、対称となるように配置（以下、クロス配置と称する）されることが好ましい。これにより、製造上のばらつきによる容量値のばらつきが発生しても、ばらつきを低減することが可能である。
【００８６】
さらに、検出用容量Ｃ３は、図２に示されるように、クロス配置されたフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２と同様に、発光ダイオードＬＥＤ１との間に形成される結合容量の重心に対して、クロス配置されたフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の周囲４隅に、対称となるように配置されることが好ましい。これにより、製造上のばらつきによる各容量の比を一定にすることが可能となるため、発光ダイオードＬＥＤ１との容量を常に均一にすることが可能となる。
【００８７】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下の通りである。なお、実施形態１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明は省略する。
【００８８】
本実施形態に係る光結合素子１ａは、図６に示されるように、フォトダイオードＰＤ２の面積がフォトダイオードＰＤ１の面積よりも予め小さく設定されており、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２が設けられていない点で、実施形態１に係る光結合素子１と異なる。
【００８９】
容量Ｃ１およびＣ２の静電容量値は、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の面積に比例して形成されるため、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係は、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２によって決まる。従って、本実施形態に係る光結合素子１ａでは、フォトダイオードＰＤ２の面積がフォトダイオードＰＤ１の面積よりも予め小さく設定されているため、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係についても、予めＣ１＞Ｃ２となる。
【００９０】
このため、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ３をＯＮ、ＳＷ４をＯＦＦにする。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、容量がＣ１＞Ｃ２であるため、ノイズＡが反転することはない。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ３を介して容量Ｃ２に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２であっても、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。従って、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【００９１】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３がＳＷ３をＯＦＦ、ＳＷ４をＯＮにする。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、容量がＣ１＞Ｃ２であるため、ノイズＤが反転することはない。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ４を介して容量Ｃ２に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２であっても、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。従って、発光状態では、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【００９２】
上述のように、容量が予めＣ１＞Ｃ２と決まっている場合、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４を制御するだけで、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。従って、本実施形態では、フォトダイオードＰＤ１に接続されているスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２を取り外すことが可能となる。これにより、光結合素子１ａのチップサイズを低減させることが可能となる。
【００９３】
ここで、実施形態１に係る光結合素子１では、フォトダイオードＰＤ１にスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２が接続されているため、前記光信号経路に、検出用容量Ｃ３に起因する寄生容量が必然的に付加されてしまう。これにより、前記光結合素子１の応答特性が低下してしまう虞がある。
【００９４】
これに対して、本実施形態に係る光結合素子１ａは、フォトダイオードＰＤ２にスイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４を備えているが、フォトダイオードＰＤ１にはスイッチ素子を備えていない構成となっている。これにより、フォトダイオードＰＤ１に検出用容量Ｃ３を接続する必要がないため、前記光信号経路に、検出用容量Ｃ３に起因する寄生容量が付加することがない。従って、前記光結合素子１ａの応答特性が低下することを防ぐことが可能となる。
【００９５】
また、光結合素子１ａの感度は、フォトダイオードＰＤ１の大きさによって決まるため、フォトダイオードＰＤ１は、当該感度を満たすだけの大きさが必要である。従って、フォトダイオードＰＤ１は、前記感度を満たすだけの大きさであればよいため、特定の大きさに固定することができる。このため、フォトダイオードＰＤ２の面積がフォトダイオードＰＤ１の面積よりも予め小さく設定することにより、フォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の占有面積を低減させることが可能となる。従って、光結合素子１ａのチップサイズをさらに低減させることが可能となる。
【００９６】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下の通りである。なお、実施形態１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明は省略する。
【００９７】
本実施形態に係る光結合素子１ｂは、実施形態２に係る光結合素子１ａとは逆に、フォトダイオードＰＤ２の面積がフォトダイオードＰＤ１の面積よりも、予め大きく設定されている。このため、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係は、予めＣ１＜Ｃ２となっている。
【００９８】
また、本実施形態に係る光結合素子１ｂは、図７に示されるように、電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２を備えている点で、実施形態２に係る光結合素子１ａの構成と異なる。
【００９９】
前記電流反転素子ＲＶ１は、整流素子Ｄ１の後段に接続されており、スイッチ素子ＳＷ３を介して、また、前記電流反転素子ＲＶ２は、スイッチ素子ＳＷ４を介して、フォトダイオードＰＤ２に接続されている。これにより、整流素子Ｄ１およびＤ２に流れる電流を反転させることが可能となる。なお、電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２の一例として、カレントミラー回路を用いることが可能であるが、これに限られたものではなく、整流素子Ｄ１およびＤ２に流れる電流を反転させる素子を使用できる。
【０１００】
上記構成は、整流素子Ｄ１およびＤ２に流れる電流を反転させることができるため、検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１に加算するのではなく、容量Ｃ２から減算することができる。これに伴い、制御回路１３ｂは、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、実施形態２に係る光結合素子１ａにおけるスイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４のタイミングを反転するように、スイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４を制御している。
【０１０１】
これにより、本実施形態に係る光結合素子１ｂにおいても、前記点灯状態に応じて、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係を変更することが可能であるため、図５に示されるように、各点灯状態を示す前記出力信号Ｖｏｕｔを弱めるノイズＢおよびノイズＣを反転させることが可能となる。なお、検出用容量Ｃ３の静電容量値は、当該検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１またはＣ２から減算することによって、ノイズＢまたはノイズＣを反転することができるように、｜Ｃ１−Ｃ２｜＜Ｃ３に予め設定されている。
【０１０２】
より詳細には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態である場合、制御回路１３ｂは、スイッチ素子ＳＷ３がＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ４がＯＮとなるように制御する。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ４を介して、容量Ｃ２から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量がＣ１＜Ｃ２の場合であってもＣ１＞Ｃ２−Ｃ３となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、容量がＣ１＜Ｃ２であるため、ノイズＡが反転することはない。従って、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１０３】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３ｂは、スイッチ素子ＳＷ３がＯＮ、スイッチ素子ＳＷ４がＯＦＦとなるように制御する。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ３を介して、容量Ｃ１から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量Ｃ１＜Ｃ２であってもＣ１＞Ｃ２−Ｃ３となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。また、この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、容量がＣ１＜Ｃ２であるため、ノイズＤが反転することはない。従って、発光状態では、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１０４】
上述のように、容量が予めＣ１＜Ｃ２と決まっている場合、制御回路１３ｂがスイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４を制御するだけで、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。従って、本実施形態においても、実施形態２と同様、フォトダイオードＰＤ１に接続されているスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２を取り外すことが可能となる。これにより、光結合素子１ａのチップサイズを低減させることが可能となる。
【０１０５】
また、本実施形態においても、実施形態２と同様、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２がフォトダイオードＰＤ１に接続されていない構成となっている。これにより、フォトダイオードＰＤ１に検出用容量Ｃ３を接続する必要がないため、前記光信号経路に、検出用容量Ｃ３に起因する寄生容量が付加することがない。従って、前記光結合素子１ａの応答特性が低下することを防ぐことが可能となる。
【０１０６】
より詳細には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態である場合、制御回路１３ｂは、スイッチ素子ＳＷ３がＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ４がＯＮとなるように制御する。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ４を介して、容量Ｃ２から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量がＣ１＜Ｃ２の場合であってもＣ１＞Ｃ２−Ｃ３となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、容量がＣ１＜Ｃ２であるため、ノイズＡが反転することはない。従って、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１０７】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３ｂは、スイッチ素子ＳＷ３がＯＮ、スイッチ素子ＳＷ４がＯＦＦとなるように制御する。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ３を介して、容量Ｃ１から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量Ｃ１＜Ｃ２であってもＣ１＞Ｃ２−Ｃ３となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。また、この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、容量がＣ１＜Ｃ２であるため、ノイズＤが反転することはない。従って、発光状態では、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１０８】
さらに、前記電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２の一例として、図８に示されるように、カレントミラー回路１４を用いることができる。
【０１０９】
カレントミラー回路１４には、第１のカレントミラー回路２１および第２のカレントミラー回路２２が備えられている。そして、第１のカレントミラー回路２１には、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２が備えられており、第２のカレントミラー回路２２には、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４が備えられている。
【０１１０】
トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のエミッタ端子は、接地されている。また、トランジスタＴｒ１のベース端子とトランジスタＴｒ２のベース端子とが接続されており、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のベース端子と、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子とが接続されている。さらに、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子は、スイッチ素子ＳＷ５を介して、検出用容量Ｃ３と接続されており、トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、スイッチ素子ＳＷ３を介して、フォトダイオードＰＤ２と接続されている。また、スイッチ素子ＳＷ５の制御端子には、制御回路１３ｂが接続されており、当該スイッチ素子ＳＷ５は、スイッチ素子ＳＷ３と同じタイミングで制御されている。
【０１１１】
また、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４のエミッタ端子は、電源Ｖｃｃに接続されている。また、トランジスタＴｒ３のベース端子とトランジスタＴｒ４のベース端子とが接続されており、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４のベース端子と、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子とが接続されている。さらに、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子は、スイッチ素子ＳＷ６を介して、検出用容量Ｃ３と接続されており、トランジスタＴｒ４のコレクタ端子は、スイッチ素子ＳＷ４を介して、フォトダイオードＰＤ２と接続されている。また、スイッチ素子ＳＷ６の制御端子には、制御回路１３ｂが接続されており、当該スイッチ素子ＳＷ６は、スイッチ素子ＳＷ４と同じタイミングで制御されている。
【０１１２】
上記構成により、注入モードでは、第１のカレントミラー回路２１が動作することとなる。このため、制御回路１３ｂによって、スイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ５がＯＮすると、検出用容量Ｃ３で発生した電流がトランジスタＴｒ１のコレクタ端子に注入されるのと同時に、フォトダイオードＰＤ２からトランジスタＴｒ２のコレクタ端子に電流が引き抜かれる。従って、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のコレクタ端子には、検出用容量Ｃ３で発生する電流と同じ大きさの電流を、それぞれ逆向きに流すことが可能となる。
【０１１３】
これとは逆に、引き抜きモードでは、第２のカレントミラー回路２２が動作することになる。このため、スイッチ素子ＳＷ４およびＳＷ６がＯＮすると、検出用容量Ｃ３で発生した電流がトランジスタＴｒ３のコレクタ端子から引き抜かれると同時に、トランジスタＴｒ４のコレクタ端子からフォトダイオードＰＤ２に電流が注入される。従って、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４のコレクタ端子には、検出用容量Ｃ３で発生する電流と同じ大きさの電流を、それぞれ逆向きに流すことが可能となる。
【０１１４】
また、トランジスタＴｒ１のベース端子およびコレクタ端子と、トランジスタＴｒ３のベース端子およびコレクタ端子とは、それぞれダイオード接続となっているため、整流作用も兼ね備えている。従って、カレントミラー回路１４は、整流素子Ｄ１およびＤ２を備えている構成となっているため、前記２次側の回路に当該カレントミラー回路１４を備えた場合には、カレントミラー回路１４とは別の当該整流素子Ｄ１およびＤ２を備えていなくてもよい。
【０１１５】
さらに、前記電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２の一例として、図９に示されるように、カレントミラー回路１４ａを用いることができる。カレントミラー回路１４ａは、第１のカレントミラー回路２１ａおよび第２のカレントミラー回路２２ａを備えている。第１のカレントミラー回路２１ａは、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２と、プルダウン抵抗Ｒ２とを備えており、また、第２のカレントミラー回路２２ａは、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４と、プルアップ抵抗Ｒ３とを備えている。なお、カレントミラー回路１４ａは、プルダウン抵抗Ｒ２およびプルアップ抵抗Ｒ３を備える構成となっているが、これに限られたものではなく、プルダウン抵抗Ｒ２およびプルアップ抵抗Ｒ３の一方を備える構成であってもよい。
【０１１６】
プルダウン抵抗Ｒ２は、一端がトランジスタＴｒ１のエミッタ端子に接続されている。従って、プルダウン抵抗Ｒ２は、接地（電源ライン）されている。また、プルダウン抵抗Ｒ２の他端は、トランジスタＴｒ１のベース端子およびコレクタ端子が接続されている部分と、スイッチ素子ＳＷ５との間に接続されている。
【０１１７】
また、プルアップ抵抗Ｒ３は、一端がトランジスタＴｒ３のエミッタ端子に接続されている。従って、プルアップ抵抗Ｒ３は、電源Ｖｃｃ（電源ライン）に接続されている。また、プルアップ抵抗Ｒ３の他端は、トランジスタＴｒ３のベース端子およびコレクタ端子が接続されている部分と、スイッチ素子ＳＷ６との間に接続されている。
【０１１８】
これにより、プルアップ抵抗Ｒ３およびプルダウン抵抗Ｒ２を介して、直流成分をキャンセルすることができるため、カレントミラー回路１４ａは、急峻に発生する直流以外の直流電流を流れないようにすることが可能となる。すなわち、カレントミラー回路１４ａは、ｄＶ／ｄｔなる急峻なノイズが発生した場合にのみ動作することになるため、当該ノイズが発生した場合以外の動作を安定させることが可能となる。
【０１１９】
上述のように、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係が予め決まっている場合には、スイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２を取り外すことが可能である。しかしながら、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係が予め決まっている場合には、スイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４を取り外すことも可能である。
【０１２０】
光結合素子１ｃは、本実施形態に係る光結合素子１ｂと同様、フォトダイオードＰＤ２の面積がフォトダイオードＰＤ１の面積よりも、予め大きく設定されている。このため、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係は、予めＣ１＜Ｃ２となっている。但し、光結合素子１ｃは、図１０に示されるように、フォトダイオードＰＤ１にＳＷ１およびＳＷ２が接続されており、スイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４と、電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２が取り外されている点で、前記光結合素子１ｂと異なる。
【０１２１】
具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１をＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ２をＯＮとする。この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ２を介して、容量Ｃ１に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＜Ｃ２の場合であってもＣ１＋Ｃ３＞Ｃ２となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、なお、容量がＣ１＜Ｃ２であるため、ノイズＡが反転することはない。従って、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１２２】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１をＯＮ、スイッチ素子ＯＦＦとする。この場合は、上述したように、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ１を介して容量Ｃ１に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量Ｃ１＜Ｃ２であってもＣ１＋Ｃ３＞Ｃ２となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。また、この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、容量がＣ１＜Ｃ２であるため、ノイズＤが反転することはない。従って、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、発光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになるため、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１２３】
上述のように、容量が予めＣ１＜Ｃ２と決まっている場合、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ２を制御するだけで、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。従って、本変形例においては、フォトダイオードＰＤ１に接続されているスイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４を取り外すことが可能となる。これにより、光結合素子１ｃのチップサイズを低減させることが可能となる。
【０１２４】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下の通りである。なお、実施形態１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明は省略する。
【０１２５】
本実施形態に係る光結合素子１ｄは、図１１に示されるように、電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２を備えている点で、実施形態１に係る光結合素子１の構成と異なる。
【０１２６】
前記電流反転素子ＲＶ１は、整流素子Ｄ１の後段に接続されており、スイッチ素子ＳＷ１を介して、また、前記電流反転素子ＲＶ２は、スイッチ素子ＳＷ２を介して、フォトダイオードＰＤ１に接続されている。同様に、前記電流反転素子ＲＶ１は、スイッチ素子ＳＷ３を介して、また、前記電流反転素子ＲＶ２は、スイッチ素子ＳＷ４を介して、ダミーのフォトダイオードＰＤ２に接続されている。これにより、整流素子Ｄ１およびＤ２に流れる電流を反転させることが可能となる。なお、電流反転素子ＲＶ１およびＲＶ２の一例としてカレントミラー回路を用いることが可能であるが、これに限られたものではなく、整流素子Ｄ１およびＤ２に流れる電流を反転させる素子を使用できる。
【０１２７】
上述のように、本実施形態に係る光結合素子１ｄでは、整流素子Ｄ１およびＤ２に流れる電流を反転させることができるため、検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１に加算することなく、容量Ｃ２から減算することが可能となる。また、同様に、検出用容量Ｃ３を容量Ｃ２に加算することなく、容量Ｃ１から減算することが可能となる。これに伴い、制御回路１３ｂは、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、実施形態１に係る光結合素子１におけるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４のタイミングを反転するように、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御している。
【０１２８】
従って、本実施形態に係る光結合素子１ｄにおいても、前記点灯状態に応じて、容量Ｃ１およびＣ２の大小関係を変更することが可能となるため、図５に示されるように、各点灯状態を示す前記出力信号Ｖｏｕｔを弱めるノイズＢおよびノイズＣを反転させることが可能となる。
【０１２９】
具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある場合には、制御回路１３ｂがスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４をＯＮにする。この場合には、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ４を介して、容量Ｃ１から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量Ｃ１＜Ｃ２の場合であってもＣ１＞Ｃ２−Ｃ３となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＞Ｃ２である場合には、Ｃ１＞Ｃ２−Ｃ３となるため、ノイズＡは大きくなるものの反転することはない。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ１を介して容量Ｃ１から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２であっても、Ｃ１−Ｃ３＜Ｃ２となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＜Ｃ２である場合には、Ｃ１−Ｃ３＜Ｃ２となるため、ノイズＡは大きくなるものの反転することはない。
【０１３０】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３をＯＮにする。この場合は、上述したように、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ３を介して容量Ｃ２から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量Ｃ１＜Ｃ２であってもＣ１＞Ｃ２−Ｃ３となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＞Ｃ２である場合には、Ｃ１＞Ｃ２−Ｃ３となるため、ノイズＤは大きくなるものの反転することはない。また、この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ２を介して容量Ｃ１から検出用容量Ｃ３が減算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２であっても、Ｃ１−Ｃ３＜Ｃ２となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。なお、容量がＣ１＜Ｃ２である場合には、Ｃ１−Ｃ３＜Ｃ２となるため、ノイズＤは大きくなるものの反転することはない。
【０１３１】
上述のように、本実施形態に係る光結合素子１ｄは、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、制御回路１３ｂがスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御している。これにより、ｄＶ／ｄｔなるノイズが注入モードか否かによって、検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１およびＣ２の何れかから減算することが可能となる。
【０１３２】
従って、容量Ｃ１と容量Ｃ２との大小関係、並びに、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになる。一方、発光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになる。従って、容量Ｃ１と容量Ｃ２との大小関係、並びに、発生するノイズが注入モードか否かに拘らず、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１３３】
〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下の通りである。なお、実施形態１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明は省略する。
【０１３４】
本実施形態に係る光結合素子１ｅは、図１２に示されるように、フォトダイオードＰＤ２を備えていない点で、実施形態１に係る光結合素子１と異なる。すなわち、フォトダイオードＰＤ２に起因する容量Ｃ２が発生しないことになるため、光結合素子１での容量Ｃ２の静電容量値を０とみなすことができる。
【０１３５】
具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１が消光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ２およびＳＷ３をＯＮにするが、容量がＣ１＞Ｃ２（Ｃ１＞０）である場合には、Ｃ１＋Ｃ３＞Ｃ２（Ｃ１＋Ｃ３＞０）となるため、ノイズＡは大きくなるものの反転することはない。また、この場合、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が注入モードであれば、スイッチ素子ＳＷ３を介して容量Ｃ２に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２（Ｃ１＞０）であっても、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３）となる。これにより、ノイズＢを反転させることが可能となる。
【０１３６】
同様に、発光ダイオードＬＥＤ１が発光状態にある場合には、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１およびＳＷ４をＯＮにする。容量がＣ１＞Ｃ２（Ｃ１＞０）である場合には、Ｃ１＋Ｃ３＞Ｃ２（Ｃ１＋Ｃ３＞０）となるため、ノイズＤは大きくなるものの反転することはない。また、この場合は、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズの極性が引き抜きモードであれば、スイッチ素子ＳＷ４を介して容量Ｃ２に検出用容量Ｃ３が加算されるため、容量がＣ１＞Ｃ２（Ｃ１＞０）であっても、Ｃ１＜Ｃ２＋Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３）となる。これにより、ノイズＣを反転させることが可能となる。
【０１３７】
上述のように、本実施形態に係る光結合素子１ｅは、発光ダイオードＬＥＤ１の点灯状態に応じて、制御回路１３がスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御している。これにより、ｄＶ／ｄｔなるノイズが注入モードか否かによって、検出用容量Ｃ３を容量Ｃ１およびＣ２（Ｃ２＝０）の何れかに加算することが可能となる。
【０１３８】
従って、発生するノイズ（ｄＶ／ｄｔ）が注入モードか否かに拘らず、消光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず消光状態を示す方向に重畳されるノイズになる。一方、発光状態では、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが出力信号Ｖｏｕｔに重畳されたとしても、そのノイズは、必ず発光状態を示す方向に重畳されるノイズになる。従って、発生するノイズが注入モードか否かに拘らず、前記ノイズによる差動増幅器ＤＩＦ１の出力での誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１３９】
なお、上記光結合素子１ｅの構成において、整流素子Ｄ１およびＤ２を備えることによって、スイッチ素子ＳＷ３およびＳＷ４、並びに、第２の電流−電圧変換回路１２を取り外すことが可能となる。これにより、光結合素子１ｅの構成から、さらに素子数を減らすことが可能となるため、光結合素子１ｅのチップサイズをさらに低減させることが可能となる。
【０１４０】
また、本発明に係る光結合素子１〜１ｅに備えられているスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４（以下、スイッチ素子ＳＷ１１とする）は、図１３に示されるように、ダミーのスイッチ素子ＳＷ１２を用いてもよい。なお、スイッチ素子ＳＷ１１およびダミーのスイッチ素子ＳＷ１２は、図１３においては、ＭＯＳトランジスタにより構成されているが、これに限られたものではなく、他のスイッチング機能を持った素子を使用してもよい。
【０１４１】
ＭＯＳトランジスタによって構成されるスイッチ素子ＳＷ１１のソース端子には検出用容量Ｃ３、当該ドレイン端子には第１または第２の電流−電圧変換回路１１または１２がそれぞれ接続されている。また、スイッチ素子ＳＷ１１のゲート端子には制御信号が入力される。なお、制御信号は、電源−接地間でフルスイングするＴＴＬ出力であることが好ましい。
【０１４２】
また、ダミーのスイッチ素子ＳＷ１２のソース端子およびドレイン端子は、スイッチ素子ＳＷ１１のドレイン端子と、第１または第２の電流−電圧変換回路１１または１２との接続によって構成されている信号線に接続されており、当該ゲート端子には、インバータ（図示しない）が接続されており、当該インバータを介して、スイッチ素子ＳＷ１１に入力される制御信号とは逆位相の制御信号が入力される。なお、スイッチ素子ＳＷ１１およびダミーのスイッチ素子ＳＷ１２は、ＭＯＳトランジスタにより構成されているが、これに限られたものではなく、他のスイッチング機能を持った素子を使用してもよい。
【０１４３】
ここで、前記制御信号はデジタル信号であるため、スイッチ素子ＳＷ１１による寄生容量を介して、第１または第２の電流−電圧変換回路１１または１２の入力端子には、漏れ電流が発生してしまう虞がある。しかしながら、スイッチ素子ＳＷ１１に入力される制御信号とは逆位相の制御信号を入力するインバータを、ダミーのスイッチ素子ＳＷ１２に接続する構成により、当該漏れ電流をキャンセルすることが可能となるため、漏れ電流による誤動作の発生を防ぐことができる。
【０１４４】
また、スイッチ素子ＳＷ１１にＭＯＳトランジスタを用いることにより、ダミーのスイッチ素子ＳＷ１２のソース端子およびドレイン端子は、第１または第２の電流−電圧変換回路１１または１２の入力端子と接続していることになるため、前記制御信号が入力されるスイッチ素子ＳＷ１１のゲート−ソース間容量およびゲート−ドレイン間容量を等しくすることが可能となる。これにより、ダミーのスイッチ素子ＳＷ１２の大きさを、スイッチ素子ＳＷ１１の大きさの半分にすることができる。
【０１４５】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る光結合素子は、フォトカプラ等の光を用いた信号伝達手段に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の実施形態１を示すものであり、光結合素子の構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係る受光素子および検出用容量の電極の一配置例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光結合素子で用いられる制御回路の一構成例を示す回路図である。
【図４】発光ダイオードの各点灯状態における差動増幅器の出力信号、および、各スイッチ素子の切り替えを示すタイムチャートである。
【図５】発光ダイオードの各点灯状態において、ｄＶ／ｄｔに起因するノイズが差動増幅器の出力信号に重畳される一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２を示すものであり、光結合素子の一構成例を示す回路図である。
【図７】本発明の実施形態３を示すものであり、光結合素子の一構成例を示す回路図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る光結合素子における電流反転素子の一例を示すものであり、カレントミラー回路の回路図である。
【図９】上記カレントミラー回路の変形例を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る光結合素子の変形例を示す回路図である。
【図１１】本発明の実施形態４を示すものであり、光結合素子の一構成例を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施形態５を示すものであり、光結合素子の一構成例を示す回路図である。
【図１３】本発明に係るスイッチ素子の一構成例を示す回路図である。
【図１４】光結合素子の構造を示す断面図である。
【図１５】従来の光結合素子の一構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ    光結合素子
ＬＥＤ１    発光ダイオード（発光素子）
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    第１の電流−電圧変換回路
１２    第２の電流−電圧変換回路
Ｃ３    検出用容量
１３、１３ｂ    制御回路（選択手段）
Ｖｏｕｔ    出力信号
ＤＩＦ１    差動増幅器（演算回路）
Ｃ１    容量（第１の結合容量）
Ｃ２    容量（第２の結合容量）
Ｄ１    整流素子（第１の調整手段）
Ｄ２    整流素子（第２の調整手段）
ＳＷ１、ＳＷ３    スイッチ素子（第１の調整手段）
ＳＷ２、ＳＷ４    スイッチ素子（第２の調整手段）
ＳＷ１１    スイッチ素子（第１および第２の調整手段）
ＲＶ１、ＲＶ２    電流反転素子
１４、１４ａ    カレントミラー回路
Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４    トランジスタ
Ｒ２    プルダウン抵抗（抵抗）
Ｒ３    プルアップ抵抗（抵抗）
ＳＷ１２    ダミーのスイッチ素子
Ｅ１    電極
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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