(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、前記複数の発光素子を駆動する制御回路部と、複数の受光素子と、前記複数の受光素子の信号処理回路部とを有し、前記複数の発光素子がそれぞれ異なる発光波長及び前記複数の受光素子の感度波長がそれぞれ前記発光素子の発光波長と略同一の組み合わせの少なくとも２組を信号の伝送経路に備え、前記複数の受光素子は第１、第２の受光素子で構成され、前記第１の受光素子は第１の増幅器の入力端子に接続され、前記第１の増幅器の出力端子は第１の演算増幅器の反転入力端子及び第２の演算増幅器の非反転入力端子に、それぞれ接続され、前記第２の受光素子は第２の増幅器の入力端子に接続され、前記第２の増幅器の出力端子は前記第１の演算増幅器の非反転入力端子及び前記第２の演算増幅器の反転入力端子に、それぞれ接続され、前記第１の演算増幅器及び前記第２の演算増幅器から、それぞれ波長域の異なる複数の信号を出力することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記複数の受光素子は、それぞれ分光透過率の異なる樹脂または光学フィルターで受光領域を覆うことで、感度波長の整合を成したことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信機器に利用可能な光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信機器に利用されるモジュール機能を持つ光電変換装置としては、例えば、図８に示すように、金属フレーム１上にレーザーダイオードまたはＬＥＤ５と複数のフォトダイオード６，７との発光，受光半導体素子をマウントし、これらの半導体素子と外部リードとを金属細線８で結線し、全体を透明樹脂９でモールドしたものが知られている（特開昭６３−７３６７８号公報）。
【０００３】
この通信用モジュールは、透明樹脂９に接続された光ファイバーケーブルを通じて、光伝送を行う。
【０００４】
また、空間伝送用モジュールの例として、図９の外観斜視図に示されるような構造のものがある。図９において、１〜４は部品を搭載し外部と電気的に接続するリードフレーム、５は発光素子、６は受光素子、８は金線、９は透明樹脂、１０は発光素子の駆動用ＩＣまたはトランジスタ、１１は信号処理ＩＣ、１２は導電性の銀ペーストを表している。この光電変換装置は、空間伝送により、送信と受信を交互に繰り返して信号を伝送する、いわゆる、半二重方式と呼ばれる伝送方式で光通信を行う。空間伝送の半二重方式では、発信と受信が交互に行われることから、受信時における外光の影響が少なく、構成を簡素化するために、受光素子、発光素子、発光素子の駆動回路と受光素子の増幅回路を含む信号処理ＩＣとを、同一基板に搭載し、透明樹脂で一体的に封止されている。
【０００５】
通信方式は、有線の場合、受信側で自発的にタイミングをとる非同期方式と、送信側からデータ信号と同期信号とを送り、通信品質を高める、同期方式とがあるが、空間伝送方式の場合は、非同期方式である。
【０００６】
近年、双方向テレビジョン等の情報家電機器の制御には、従来の単方向通信のリモコン装置とは別に、双方向リモコン装置等の光データ伝送装置が利用されているが、光データ伝送装置用の光電変換装置は、従来の技術で述べたような発光素子と受光素子とが一対でパッケージされた構造を用い、半二重方式の光通信が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光データ伝送装置においては、従来の通信距離を保ちながら従来よりも多大な情報量を扱いたいという市場の要望があるにもかかわらず、人工的外光、とりわけ、最近多用されているインバータ方式の照明機器から発生するパルス光の周波数が光データ伝送装置に使用されるパルス光の周波数に近いことにより、誤動作が生じ、その回避のため、結果として光データ伝送装置の通信可能な距離が短くなるという問題がある。
【０００８】
インバータ照明機器からの光の影響を緩和する為に、使用する周波数を高くし、通信プロトコルを工夫することで誤動作を防ぐ方式もあるが、回路的に複雑になる、若しくは、通信プロトコルが複雑になり、後段のソフトウェアの処理に時間を要する等、この問題を完全に解決するには至っていない。
【０００９】
本発明は、このような光データ伝送装置で、インバータ方式のパルス光を含む外乱光のノイズに強い光電変換装置を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を駆動する制御回路部と、複数の受光素子と、前記複数の受光素子の信号処理回路部とを有し、前記複数の発光素子がそれぞれ異なる発光波長及び前記複数の受光素子の感度波長がそれぞれ前記発光素子の発光波長と略同一の組み合わせの、少なくとも２組を、信号の伝送経路に備えた光電変換装置であり、これにより、インバータ方式の照明機器からのパルス光を含む外乱光のノイズに強い光データ伝送装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の光電変換装置は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を駆動する制御回路部と、複数の受光素子と、前記複数の受光素子の信号処理回路部とを有し、前記複数の発光素子がそれぞれ異なる発光波長及び前記複数の受光素子の感度波長がそれぞれ前記発光素子の発光波長と略同一の組み合わせの少なくとも２組を信号の伝送経路に備えたことにより、データ信号光を処理するチャンネルとは別に同期信号用のチャンネルを設け、同期信号を用いて光データ伝送機器間の同期をとること及び同期信号とデータ信号との同時演算処理により信号成分とノイズ成分との分離を容易にすることができる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の光電変換装置は、前記複数の受光素子が、それぞれ分光透過率の異なる樹脂または光学フィルターで受光領域を覆うことで、感度波長の整合を成したことにより簡素な構造でありながら、信号光とノイズ光とを分離するのに必要な複数の感度波長が異なる受光素子を実現できる。
【００１３】
本発明に記載の光電変換装置は、第１、第２の受光素子で構成され、前記第１の受光素子は第１の増幅器の入力端子に接続され、前記第１の増幅器の出力端子は第１の演算増幅器の反転入力端子及び第２の演算増幅器の非反転入力端子に、それぞれ接続され、前記第２の受光素子は第２の増幅器の入力端子に接続され、前記第２の増幅器の出力端子は前記第１の演算増幅器の非反転入力端子及び前記第２の演算増幅器の反転入力端子に、それぞれ接続され、前記第１の演算増幅器及び前記第２の演算増幅器から、それぞれ波長域の異なる複数の信号を出力することにより、複数の信号光の分離、ないしは信号光とノイズ光との分離に必要な信号処理が確実に実現できる。
【００１４】
つぎに、本発明の実施の形態を、実施例により詳しく述べる。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の光電変換装置の外観斜視図である。図１において符号の１〜４は銅または鉄系からなるリードフレーム、５はＧａＡｓ等の固体の発光素子、５’はＧａＡｌＡｓ等の固体の発光素子、６はシリコンフォトダイオードの受光領域が２分割された受光素子、８は金線、９は透明樹脂、１０，１０’は各発光素子を駆動するための制御用半導体集積回路（ＩＣ）またはトランジスタ、１１は受光素子の信号処理回路を内蔵したＩＣ、１２は導電性の銀ペースト、１９ａ，１９ｂは光学フィルターを表しておりこの装置は透明樹脂９で一体的にモールドされている。
【００１６】
発光素子５，５’とそれら駆動用のＩＣ１０，１０’で送信部を構成し、受光素子６と光学フィルター１９ａ，１９ｂ及び信号処理回路を内蔵したＩＣ１１で受信部を構成している。ここで、発光素子５は、ピーク発光波長が９５０ｎｍのＧａＡｓを主成分とするＬＥＤ、別の発光素子５’は、ピーク発光波長が８８０ｎｍのＧａＡｌＡｓを主成分とするＬＥＤ、及び受光素子６は、受光領域を２つに分割し、各々の受光領域の表面に吸収波長の異なる各光学フィルター１９ａ，１９ｂを装着することで、９５０ｎｍと８８０ｎｍとにピーク感度をもたせた２つの受光領域をもつフォトダイオードである。
【００１７】
図２は、受光素子６の概要を示した平面図であり、図３は、受光素子６の波長−感度特性図である。すなわち、この受光素子６は、２つの受光領域をもつＳｉフォトダイオード（ＰＤ１，ＰＤ２）の表面に、例えば、赤外カットフィルターと可視カットフィルターとでなる、互いに吸収波長の異なる光学フィルター１９ａ，１９ｂを装着することで、図３に示されるように、ＰＤ１は９５０ｎｍ、ＰＤ２は８８０ｎｍに、それぞれピーク感度を有している。図３によると８８０ｎｍの光が入射した場合には、ＰＤ１に対してＰＤ２の感度が相対的に大きくなり、９５０ｎｍの光が入射した場合には、ＰＤ１に対してＰＤ２の感度が相対的に小さくなるように設定されている。
【００１８】
尚、ここでは、ＰＤ１とＰＤ２の面積が等しくかつ、ＰＤ１のピーク感度とＰＤ２のピーク感度が等しい場合で説明しているが、例えば同一面積ではＰＤ２のピーク感度がＰＤ１のそれより高くなる場合は、ＰＤ２の受光面積をＰＤ１よりも小さくすることで感度を揃えることが可能である。
【００１９】
さらに、２つの受光領域をもつ１個のフォトダイオードとしたが、個別の２個のフォトダイオードを並べて、ＰＤ１，ＰＤ２を個別に形成して用いてもかまわない。
【００２０】
つぎに、これら発光，受光素子で構成された光電変換装置について説明する。図４及び図５は、送信部及び受信部の各機能を説明する回路構成図及び信号波形図である。
【００２１】
送信部では、図４に示されるように、光電変換装置の発光素子（ＬＥＤ１）５及び発光素子（ＬＥＤ２）５’から同期光信号２１及びデータ光信号２２を発生するために、（ＬＥＤ１）駆動用ＩＣ１０へ入力端子２３から同期電気信号２４が入力され、同様に、（ＬＥＤ２）駆動用ＩＣ１０’へ入力端子２５からデータ電気信号２６が入力される。これによりＬＥＤ１よりピーク波長９５０ｎｍの同期光信号２１及びＬＥＤ２よりピーク波長８８０ｎｍのデータ光信号２２が、送信部から通信相手の光電変換装置に向けて空間へ放射される。
【００２２】
受信部では、図５に示されるように、通信相手の光電変換装置から放射された同期光信号２７若しくはデータ光信号２８が受光素子６内の２つのフォトダイオード（ＰＤ１及びＰＤ２）に入射する。
【００２３】
同期光信号が入射した場合は、図３より、ＰＤ１よりもＰＤ２の感度が低いために、Ａ増幅器２９の出力端子３０からの出力電圧は、Ｂ増幅器３１の出力端子３２からの出力電圧よりも高くなるので、この出力端子３０に接続された反転入力端子３３及び出力端子３２に接続された非反転入力端子３４をもつＣ演算増幅器３５の出力端子３６から同期電気信号出力４１が出力される。一方、Ｄ演算増幅器３７は、非反転入力端子３８がＡ増幅器２９の出力端子３０に、そして、反転入力端子３９がＢ増幅器３１の出力端子３２に、それぞれ接続されているのでその出力端子４０からはデータ電気信号出力４２が得られる。ここで、Ａ増幅器２９とＢ増幅器３１の増幅度はほぼ等しく調整され、また、Ｃ演算増幅器３５は非反転端子と反転端子との間に所定のオフセット電圧が与えられており、出力端子３６は、通常、ハイレベル（Ｈ）であるが、反転入力端子に与えられた電圧が、オフセット電圧より高い場合にローレベル（Ｌ）となるように調整されている。Ｄ演算増幅器３７についても同様にオフセット電圧を与え、その出力端子４０は、通常、ハイレベル（Ｈ）であるが、反転入力端子に与えられた電圧がオフセット電圧より高い場合にローレベル（Ｌ）となるように調整されているため、同期光信号が入射してもＤ演算増幅器３７の出力端子４０はハイレベル（Ｈ）のままで信号が出力されない。
【００２４】
データ光信号が入射した場合は、同期光信号が入射した場合とは逆に、ＰＤ１よりＰＤ２の感度が高くなっているために、Ａ増幅器２９の出力電圧はＢ増幅器３１の出力電圧より低くなる。そのためＣ演算増幅器３５の反転入力端子３３の電圧は非反転入力端子３４の電圧より低くなり、かつＤ演算増幅器３７の反転入力端子３９の電圧は非反転入力端子３８の電圧よりも高くなることから、Ｃ演算増幅器３５の出力端子３６はハイレベル（Ｈ）のままとなり、信号は出力されず、Ｄ演算増幅器３７の出力端子４０からデータ電気信号出力４２が出力される。
【００２５】
なお、図４に示す送信部の同期光信号２１及びデータ光信号２２と図５に示す受信部の同期光信号２７及びデータ光信号２８とは、符号を異にして表しているが、この実施例の光電変換装置では、空間を介して、別の光電変換装置と光信号の送受信を行う場合を想定しており、単一の光電変換装置の内部で光信号の授受を行うものではない。
【００２６】
図６、図７は、それぞれ図４、図５を補足するための回路構成図及び信号波形図であり、図６は送信部の同期光信号２１及びデータ光信号２２の各タイミング、そして、図７は受信部の同期電気信号４１及びデータ電気信号４２の各タイミングをそれぞれ図示している。
【００２７】
図６に示すように、同期光信号２１がＬＥＤ１より放射された後、遅れ時間Ｔ１の後にデータ光信号２２の放射が開始されることにより、図７に示すように、同期電気信号４１を検出し、Ｔ１の遅れ時間後にデータ電気信号４２を読み取るように、光電変換装置の後段回路を適宜設定することで、同期がとれた状態でデータ電気信号４２を検出することができる。
【００２８】
ここで、データ光信号と同時にインバータ照明機器からの光が、外光として、入射された場合、通常のインバータ照明機器では８８０ｎｍと９５０ｎｍとの光の強さにほとんど差がないため、この外光成分によるＰＤ１、ＰＤ２における光電流の大きさはほぼ同じであり、Ｃ演算増幅器、Ｄ演算増幅器の各出力端子には信号として出力されない。
【００２９】
インバータ照明機器からの光の強さが強く、データ光信号との分離が困難な場合は、各演算増幅器のオフセット電圧を調整するか、同期電気信号をモニター信号として活用し、そのデータ信号読み取りのタイミングをずらす等の調整可能な手段を講じればよく、通常の動作に支障なく、容易に実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光電変換装置は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を駆動する制御回路部と、複数の受光素子と、前記複数の受光素子の信号処理回路部とを有し、前記複数の発光素子がそれぞれ異なる発光波長及び前記複数の受光素子の感度波長がそれぞれ前記発光素子の発光波長と略同一の組み合わせの少なくとも２組を、信号の伝送経路に備えたことにより、互いに入出力光のピーク波長が近い発光素子と受光素子との組み合わせを複数個設置し、信号光を処理するチャンネルとは別に、同期信号用のチャンネルを設けることで、外乱光等のノイズに強い同期方式の通信形態を得ることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の光電変換装置の斜視図
【図２】本発明の一実施例の光電変換装置の要部平面図
【図３】本発明の一実施例の光電変換装置の波長−感度特性図
【図４】本発明の一実施例の光電変換装置の送信部の回路構成図及び波形図
【図５】本発明の一実施例の光電変換装置の受信部の回路構成図及び波形図
【図６】本発明の一実施例の光電変換装置の送信部の回路構成図及び波形図
【図７】本発明の一実施例の光電変換装置の受信部の回路構成図及び波形図
【図８】従来の光電変換装置の一例の斜視図
【図９】従来の光電変換装置の他例の斜視図
【符号の説明】
１〜４  リードフレーム
５，５’  発光素子
６  受光素子
８  金線
９  透明樹脂
１０，１０’  駆動用のＩＣ
１１  信号処理回路を内蔵したＩＣ
１２  導電性銀ペースト
１９ａ，１９ｂ  光学フィルター
２１  同期光信号
２２  データ光信号
２３  入力端子
２４  同期電気信号
２５  入力端子
２６  データ電気信号
２７  同期光信号
２８  データ光信号
２９  Ａ増幅器
３０  出力端子
３１  Ｂ増幅器
３２  出力端子
３３  反転入力端子
３４  非反転入力端子
３５  Ｃ演算増幅器
３６  出力端子
３７  Ｄ演算増幅器
３８  非反転入力端子
３９  反転入力端子
４０  出力端子
４１  受信部の同期電気信号
４２  受信部のデータ電気信号
【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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