(57)【要約】【課題】受光素子を過電流から保護するために電流がバイパスされるような場合であっても、受光素子が受光した光の強度を計測することのできる光受信モジュールを提供すること。【解決手段】光受信モジュールは、受光した光の強さに応じて電流を流す受光素子と、前記受光素子を流れる電流を少なくとも流す自己バイアス抵抗と、前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超える場合に前記自己バイアス抵抗を流れる電流の一部を前記受光素子を介さずに流すバイパス回路と、前記受光素子を流れる電流量を示す信号を出力する受光電流検出部と、前記バイパス回路を流れる電流量を示す信号を出力するバイパス電流検出部と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光の強さに応じて電流を流す受光素子と、
前記受光素子を流れる電流を少なくとも流す自己バイアス抵抗と、
前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超える場合に前記自己バイアス抵抗を流れる電流の一部を前記受光素子を介さずに流すバイパス回路と、
前記受光素子を流れる電流量を示す信号を出力する受光電流検出部と、
前記バイパス回路を流れる電流量を示す信号を出力するバイパス電流検出部と、
を含むことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記受光電流検出部が出力する信号と、前記バイパス電流検出部が出力する信号とに基づいて前記受光素子が受光した光の強さを演算し出力する演算部、
をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光受信モジュール。
【請求項４】
前記演算部は、前記受光素子を流れる電流の量の２次式と前記バイパス回路を流れる電流の量の１次式との和からなる多項式を用いて前記受光素子が受光した光の強さを演算し出力する、
ことを特徴とする請求項３に記載の光受信モジュール。
【請求項５】
前記受光素子を流れる電流の量と光の強さとの関係を示す第１のルックアップテーブル、および、前記バイパス回路を流れる電流の量と光の強さとの関係を示す第２のルックアップテーブルを含む記憶部をさらに含み、
前記演算部は、前記受光電流検出部が出力する信号と前記第１のルックアップテーブルとに基づいて第１の光の強さを取得し、前記バイパス電流検出部が出力した信号と前記第２のルックアップテーブルとに基づいて第２の光の強さを取得し、前記第１の光の強さと前記第２の光の強さの和を前記受光素子が受光した光の強さとして出力する、
ことを特徴とする請求項３に記載の光受信モジュール。
【請求項６】
前記受光素子を流れる電流の量を計測する電流モニタ部と、
前記電流モニタ部が計測した電流の量が、前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超えることを示す場合に、前記バイパス回路に電流を流させる過電流検出部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光受信モジュール。
【請求項７】
前記自己バイアス抵抗の前記受光素子と反対側の一端には、第１の電位を供給する第１電位供給源からの電位が供給され、
前記受光素子と前記自己バイアス抵抗の間に前記バイパス回路の一端が接続され、
前記バイパス回路の他端には前記第１の電位と異なる電位を供給する第２電位供給源からの電位が供給され、
前記バイパス回路は前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超える場合に前記一端と前記他端との間に電流を流す、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光受信モジュール。
【請求項８】
前記電流モニタ部と、前記受光素子と、前記自己バイアス抵抗とは直列に接続される、
ことを特徴とする請求項７に記載の光受信モジュール。
【請求項９】
前記電流モニタ部は前記受光素子と前記自己バイアス抵抗との間に設けられ、
前記バイパス回路の前記一端は、前記自己バイアス抵抗の前記受光素子側の一端に接続される、
ことを特徴とする請求項８に記載の光受信モジュール。
【請求項１０】
受光した光の強さに応じて電流を流す受光素子と、
一端が定電圧源に接続される自己バイアス抵抗と、
前記受光素子の一端と前記自己バイアス抵抗との間に設けられ電流量を計測する電流モニタ部と、
電流量を検出するバイパス電流検出部と、
一端が前記自己バイアス抵抗の他端に接続され、他端が前記バイパス電流検出部を介して接地配線に接続されるバイパススイッチと、
前記受光素子の他端に接続され電流量を検出する受光電流検出部と、
前記電流モニタ部が計測した電流量に基づいて前記バイパススイッチを制御する過電流検出部と、
を含むことを特徴とする光受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光受信モジュールに関し、特にアバランシェフォトダイオードなどの受光素子を用いた光受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいて光信号を受信する装置として、アバランシェフォトダイオード（Avalanche Photodiode、以下ＡＰＤと記す）を受光素子に用いる光受信モジュールが知られている。この受光素子は、ある範囲のバイアス電圧が印加されかつ光信号が入力されると、電子雪崩効果により電流を流す性質をもつ。
【０００３】
その光受信モジュールには、例えば、受光素子にＡＰＤを用いたＡＰＤモジュールを含んでいる。ＡＰＤモジュールは、ＡＰＤモジュールに対するバイアス電圧（例えば３０Ｖ前後）と光の入力により生じた電流を、トランスインピーダンスアンプ等で電流−電圧変換し、電気信号として出力する。光受信モジュールは、ＡＰＤモジュールに印加するバイアス電圧を入力される光信号のパワーによって変化させる。より詳細には、光受信モジュールは光信号のパワーが弱い程ＡＰＤバイアス電圧を高くして増倍率を上げ、光信号のパワーが強い程バイアス電圧を低くして増倍率を下げる制御を行う。この制御を実現する方式の１つに、自己バイアス抵抗方式がある。自己バイアス抵抗方式ではＡＰＤモジュールとバイアス抵抗とを電圧源に対して直列に接続し、受光素子を流れる電流に応じてＡＰＤモジュールに印加するバイアス電圧を変化させる。
【０００４】
ここで、光ファイバーの接続時や光受信モジュールの電源投入時に、瞬時的もしくは定常的に強いパワーの光信号が入力される場合がある。すると、上述のバイアス電圧を変化させる制御ではＡＰＤを流れる電流が最大定格を超えてしまい、ＡＰＤモジュールが破壊に至る危険がある。特許文献１にはこれに対処する技術として、過電流が検出された場合に過電流がＡＰＤを流れないように電流をバイパスする回路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０２８５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
受光素子に入力される光の強度は、その受光素子を流れる電流を測定することにより求められる。しかし特許文献１に示す回路では、電流がバイパスされる場合には、受光素子を流れる電流を測定しても入力された光の強度を求めることができなかった。
【０００７】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、受光素子を過電流から保護するために電流がバイパスされるような場合であっても、受光素子が受光した光の強度を計測することのできる光受信モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下
の通りである。
【０００９】
（１）受光した光の強さに応じて電流を流す受光素子と、前記受光素子を流れる電流を少なくとも流す自己バイアス抵抗と、前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超える場合に前記自己バイアス抵抗を流れる電流の一部を前記受光素子を介さずに流すバイパス回路と、前記受光素子を流れる電流量を示す信号を出力する受光電流検出部と、前記バイパス回路を流れる電流量を示す信号を出力するバイパス電流検出部と、を含むことを特徴とする光受信モジュール。
【００１０】
（２）（１）において、前記受光素子はアバランシェフォトダイオードである、ことを特徴とする光受信モジュール。
【００１１】
（３）（１）または（２）において、前記受光電流検出部が出力する信号と、前記バイパス電流検出部が出力する信号とに基づいて前記受光素子が受光した光の強さを演算し出力する演算部、をさらに含むことを特徴とする光受信モジュール。
【００１２】
（４）（３）において、前記演算部は、前記受光素子を流れる電流の量の２次式と前記バイパス回路を流れる電流の量の１次式との和からなる多項式を用いて前記受光素子が受光した光の強さを演算し出力する、ことを特徴とする光受信モジュール。
【００１３】
（５）（３）において、前記受光素子を流れる電流の量と光の強さとの関係を示す第１のルックアップテーブル、および、前記バイパス回路を流れる電流の量と光の強さとの関係を示す第２のルックアップテーブルを含む記憶部をさらに含み、前記演算部は、前記受光電流検出部が出力する信号と前記第１のルックアップテーブルとに基づいて第１の光の強さを取得し、前記バイパス電流検出部が出力した信号と前記第２のルックアップテーブルとに基づいて第２の光の強さを取得し、前記第１の光の強さと前記第２の光の強さの和を前記受光素子が受光した光の強さとして出力する、ことを特徴とする光受信モジュール。
【００１４】
（６）（１）から（５）のいずれかにおいて、前記受光素子を流れる電流の量を計測する電流モニタ部と、前記電流モニタ部が計測した電流の量が、前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超えることを示す場合に、前記バイパス回路に電流を流させる過電流検出部と、をさらに含むことを特徴とする光受信モジュール。
【００１５】
（７）（１）から（６）のいずれかにおいて、前記自己バイアス抵抗の前記受光素子と反対側の一端には、第１の電位を供給する第１電位供給源からの電位が供給され、前記受光素子と前記自己バイアス抵抗の間に前記バイパス回路の一端が接続され、前記バイパス回路の他端には前記第１の電位と異なる電位を供給する第２電位供給源からの電位が供給され、前記バイパス回路は前記受光素子を流れる電流量が所定の値を超える場合に前記一端と前記他端との間に電流を流す、ことを特徴とする光受信モジュール。
【００１６】
（８）（７）において、前記電流モニタ部と、前記受光素子と、前記自己バイアス抵抗とは直列に接続される、ことを特徴とする光受信モジュール。
【００１７】
（９）（８）において、前記電流モニタ部は前記受光素子と前記自己バイアス抵抗との間に設けられ、前記バイパス回路の前記一端は、前記自己バイアス抵抗の前記受光素子側の一端に接続される、ことを特徴とする光受信モジュール。
【００１８】
（１０）受光した光の強さに応じて電流を流す受光素子と、一端が定電圧源に接続される自己バイアス抵抗と、前記受光素子の一端と前記自己バイアス抵抗との間に設けられ電流量を計測する電流モニタ部と、電流量を検出するバイパス電流検出部と、一端が前記自己バイアス抵抗の他端に接続され、他端が前記バイパス電流検出部を介して接地配線に接続されるバイパススイッチと、前記受光素子の他端に接続され電流量を検出する受光電流検出部と、前記電流モニタ部が計測した電流量に基づいて前記バイパススイッチを制御する過電流検出部と、を含むことを特徴とする光受信モジュール。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光受信モジュールは、受光素子を過電流から保護するために電流がバイパスされるような場合であっても、受光素子が受光した光の強度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態にかかる光受信モジュールの構成の一例を示す図である。
【図２】ＡＰＤモジュールの構成の一例を示す図である。
【図３】受光素子を流れる電流の量から計算した光強度およびバイパス回路を流れる電流の量と、光信号入力の光強度との関係の一例を示す図である。
【図４】光信号入力の光強度と、受光素子を流れる電流の量およびバイパス回路を流れる電流の量との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。以下では、受光素子としてアバランシェフォトダイオード（以下ＡＰＤ）を用いた光受信モジュールについて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態にかかる光受信モジュールの構成の一例を示す図である。光受信モジュールは、ＡＰＤモジュール１と、自己バイアス抵抗２と、バイパス回路３と、電流モニタ部４と、過電流検出部５と、バイパス電流検出部６と、演算部７と、記憶部８と、を含む。ＡＰＤモジュール１は、受光素子を含み、入力される光信号である光信号入力Ｓｌを電気信号Ｖｐｐに光電変換して出力する。自己バイアス抵抗２は、定電圧源９からみて少なくともＡＰＤモジュール１と直列に設けられており、一端は電位Ｖｏを供給する定電圧源９（電位供給源）が接続されるノードＮｖに接続し、他端は電流モニタ部４を介してＡＰＤモジュール１が接続されるノードＮａｐｄに接続する。自己バイアス抵抗２の他端はバイパス回路３の一端にも接続する。自己バイアス抵抗２は受光素子を流れる電流を少なくとも流す。自己バイアス抵抗２を流れる電流が増えると、自己バイアス抵抗２の両端の間の電位差が増加し、受光素子に印加するバイアス電圧が減少する。これにより自己バイアス抵抗２は受光素子を流れる電流を制御する。
【００２３】
バイパス回路３の一端は自己バイアス抵抗２のＡＰＤモジュール側の一端に接続され、バイパス回路３の他端はバイパス電流検出部６を介して接地電位を供給する配線（電位供給源）に接続される。バイパス回路３はバイパススイッチを含んでおり、バイパススイッチの一端はバイパス回路３の一端に相当し、バイパススイッチの他端はバイパス回路３の他端に相当する。電流モニタ部４は、一端がＡＰＤモジュール１に、他端が自己バイアス抵抗２に接続される。電流モニタ部４は、ＡＰＤモジュール１を流れる電流量Ｉａｐｄを計測し、その電流量Ｉａｐｄを示す信号を出力する。電流モニタ部４は、電流をモニタするＩＣなどにより構成される。過電流検出部５は、電流モニタ部４から信号を取得し、電流モニタ部４が計測した電流量Ｉａｐｄが所定の値を超過したことを検出すると、バイパス回路３に含まれるバイパススイッチをオンし、バイパス回路３に電流を流させる。ここで、バイパス回路３が電流を流す場合、自己バイアス抵抗２には受光素子（ＡＰＤモジュール１）を流れる電流とバイパス回路を流れる電流とを併せた電流が流れる。見方を換えれば、バイパス回路３は、自己バイアス抵抗２を流れる電流の一部（過電流に相当）を受光素子を介さずに流している。
【００２４】
バイパス電流検出部６は、バイパス回路３を流れる電流の電流量Ｉｂを検出し、その電流量Ｉｂを示す信号を出力する。演算部７は、電気信号Ｖｐｐと、バイパス電流検出部６がモニタした電流量Ｉｂを示す信号とに基づいて、受光素子が受光した光の強さを演算し出力する。記憶部８は、演算部７での計算に用いるパラメータなどを記憶する。
【００２５】
図２は、ＡＰＤモジュール１の構成の一例を示す図である。ＡＰＤモジュール１は、受光素子であるＡＰＤ１１と、受光電流検出部１２とを含む。ＡＰＤ１１の一端は電流モニタ部４が接続されるノードＮａｐｄに接続される。ＡＰＤ１１の他端は受光電流検出部１２に接続される。ＡＰＤ１１は、ノードＮａｐｄに印加される電位により生じるバイアス電圧と受光した光の強さとに応じて電流量Ｉａｐｄの電流を流す。受光電流検出部１２は、図２の例ではトランスインピーダンスアンプからなる。受光電流検出部１２は、ＡＰＤ１１を流れる電流に対して電流−電圧変換を行い、その電圧を、電流量Ｉａｐｄを示す電気信号Ｖｐｐとして出力する。なお、上述の例では上述の計算に用いる電流量Ｉａｐｄを測定する受光電流検出部１２は必ずしもＡＰＤモジュール１内になくてもよい。
【００２６】
この光受信モジュールの動作と入力光の光強度Ｐｉｎの計算について以下で説明する。電流モニタ部４が計測した電流量Ｉａｐｄが所定の値より小さい、つまり、光信号入力Ｓｌの光強度が小さく過電流が発生していない場合には、バイパス回路３に含まれるバイパススイッチはオフであり、バイパス電流は流れない。一方、光信号入力Ｓｌの光強度が増加し電流モニタ部４が計測した電流量Ｉａｐｄが所定の値を超えると、過電流検出部５にて過電流が検出され、バイパス回路３は過電流に相当する電流量Ｉｂの電流を流す。すると、受光素子を流れる電流量Ｉａｐｄのみでは光信号入力Ｓｌの光強度は計算できなくなる。
【００２７】
図３は、受光素子を流れる電流の電流量Ｉａｐｄから計算した光強度Ｐｍおよびバイパス回路３を流れる電流の電流量Ｉｂと、光信号入力Ｓｌの光強度Ｐｉｎとの関係の一例を示す図である。本実施形態に示す構成ではバイパス回路３が電流を流すと、実際の光強度Ｐｉｎが大きくなっても電流量Ｉａｐｄがほぼ一定になるため、仮に電流量Ｉａｐｄを用いて光強度Ｐｍを計算すると、バイパス回路３がオンオフされるバイパス動作点Ｐｓより強い光が入力されても光強度Ｐｍは増加せずほぼ一定となる。一方、バイパス電流の電流量Ｉｂはバイパス動作点Ｐｓから発生し、そこから光が強くなるにつれ大きくなる。演算部７はこのバイパス電流の電流量Ｉｂを利用して光信号入力Ｓｌの光強度Ｐｉｎを求める。
【００２８】
演算部７は、受光電流検出部１２が出力する電流量Ｉａｐｄを示す信号と、バイパス電流検出部６が検出する電流量Ｉｂを示す信号とに基づいて、光信号入力Ｓｌの光強度Ｐｉｎを求める。図４は、光信号入力Ｓｌの光強度Ｐｉｎと、受光素子を流れる電流の電流量Ｉａｐｄおよびバイパス回路３を流れる電流の電流量Ｉｂとの関係の一例を示す図である。バイパス動作点Ｐｓより光が弱い場合は電流量Ｉａｐｄの２次式で光強度Ｐｉｎが近似でき、バイパス動作点Ｐｓより光が強い場合は電流量Ｉｂの１次式で光強度Ｐｉｎが近似できる。これらから、電流量Ｉａｐｄの２次式と電流量Ｉｂの１次式との和からなる以下の多項式で光強度Ｐｉｎを近似的に求めることができる。
【００２９】
【数１】
2012147226.tif 000003
【００３０】
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、記憶部８に記憶されるパラメータである。また、これらのパラメータは、光受信モジュールの製造時に実験的に決めることができる。ここで、ＡからＣはバイパス動作点Ｐｓより光が弱い状態の測定結果で決定し、ＤおよびＥはバイパス動作点Ｐｓより光が強い状態の測定結果で決定するとよい。このような演算を行うことで、過電流状態においても光強度を計測することができる。なお、電流と光強度Ｐｉｎとの関係式は上述の式には限られず、他の適切な式を関係式として作成してもよい。
【００３１】
また、上述のような近似式を用いる代わりに、ルックアップテーブルを用いてよい。この場合は、記憶部８に電流量Ｉａｐｄと光の強さとの関係を示す第１のルックアップテーブルと、電流量Ｉｂと光の強さとの関係を示す第２のルックアップテーブルと、を記憶させる。演算部７は、受光電流検出部１２が出力し電流量Ｉａｐｄを示す信号と第１のルックアップテーブルとに基づいて、電流量Ｉａｐｄによる光の強さを取得し、バイパス電流検出部６が出力し電流量Ｉｂを示す信号と第２のルックアップテーブルとに基づいて電流量Ｉｂによる光の強さを取得する。さらに演算部７は、電流量Ｉａｐｄによる光の強さと電流量Ｉｂによる光の強さとの和を演算し、光強度Ｐｉｎとして出力する。
【００３２】
このように、バイパス回路３を流れる電流もモニタリングすることにより、過大光入力状態においても光信号入力Ｓｌの光強度Ｐｉｎをより正確に求めることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ＡＰＤモジュール、２  自己バイアス抵抗、３  バイパス回路、４  電流モニタ部、５  過電流検出部、６  バイパス電流検出部、７  演算部、８  記憶部、９  定電圧源、１１  ＡＰＤ、１２  受光電流検出部、Ｎａｐｄ，Ｎｖ  ノード、Ｓｌ  光信号入力、Ｖｐｐ  電気信号、Ｉａｐｄ，Ｉｂ  電流量、Ｐｓ  バイパス動作点、
【図１】
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【図２】
2012147226.tif 000005
【図３】
2012147226.tif 000006
【図４】
2012147226.tif 000007