JPH0856012A - フォトカプラおよびこれを用いた回線接続検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光素子と受光素子を対向配置して両者を光
学的に結合させてなるフォトカプラにおいて、低電流で
あっても安定した発光動作をするようにする。 【構成】 フォトカプラを構成する発光素子１は、半導
体基板１０上に発光領域を有する半導体層１２が設けら
れ、この半導体層１２は、電流阻止層１３によって発光
領域が狭窄されている電流狭窄型発光ダイオードで構成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトカプラおよびこ
れを用いた回線接続検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フォトカプラを構成する発光素
子が、たとえば、ＧaＡlＡsやＧaＡs等の発光ダイオー
ドからなるものでは、通常、１〜２０mＡ程度の駆動電
流が用いられる。その理由は、これより低い電流値で
は、発光量が少なくて出力が十分に得られずＳ／Ｎ比が
劣化したり、また、発光素子の信頼性が欠けたものとな
るからである。

【０００３】したがって、従来、フォトカプラへの入力
電流が十分に得られないような場合には、フォトカプラ
の前段に増幅器を設置し、入力電流を増幅器で一旦増幅
した後、フォトカプラに加えるようにしている。

【０００４】しかし、増幅器を別途設けるのは、余分な
回路部品が必要でコストアップとなるばかりか、近年の
省電力化の要請にも反することになる。このため、１m
Ａ以下の低電流であっても、安定した発光動作を行う発
光素子を備えたフォトカプラが要求されている。

【０００５】一方、ＩＳＤＮ(総合デジタル通信網)にお
いては、通信端末をたとえば、オヒィスビルや宅内で自
由に持ち歩き、必要に応じて適宜箇所に設けられた回線
接続用のモジュラージャックに接続することで、通信回
線を介して局側に接続できるという、いわゆる可搬性の
あることが大きな特徴となっている。

【０００６】そして、一つの通信端末をモジュラージャ
ックに接続した場合には、通信端末は局側と接続された
ことを認識して、通信端末の割り当てＩＤ番号の設定要
求を局側に出し、これに応じて、局側が新たに接続され
た通信端末に対してＩＤ番号を割り当てる。これによ
り、このＩＤ番号の割り当てられた通信端末と局側との
通信が可能となる。

【０００７】ところで、上述のごとく、新たに加入され
た一つの通信端末が局側にＩＤ番号の設定要求を出す上
で、通信端末側は、先ず、通信回線に接続されたことを
認識することが必要不可欠となる。

【０００８】そのため、従来より、局側からは、通信回
線に対して局供給電源(直流のファントム電源)を供給す
る一方、各通信端末には、回線接続検出回路を設け、通
信端末がモジュラージャックに接続された場合には、通
信回線に供給されているファントム電源からの電流が通
信端末の回線接続検出回路に流れて、その接続が検出さ
れるようになっている。

【０００９】ところで、上記のファントム電源により供
給される電流は、７０μＡ程度で小さい。また、通信回
線を通じて流入するサージ電流等が通信端末に流れるの
を回避する必要性や、アース電流の回り込みによる通信
端末への雑音混入等を防止するため、通信回線と通信端
末とは電気的に分離(アイソレーション)する必要があ
る。

【００１０】そのため、従来、通信端末に設けられてい
る回線接続検出回路には、微小電力による入力駆動が可
能で、かつ、アイソレーションも行えるようにするため
に、高周波トランスを有するＤＣ−ＤＣコンバータを設
けた構成が採られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＤＣ−
ＤＣコンバータは、上述のように、高周波トランス、ス
イッチングトランジスタ、ダイオード、抵抗等の多数の
回路素子を組み合わて構成されており、そのため、部品
の小型化およびコストダウンを図る上で多くの制約があ
る。

【００１２】一方、回線接続検出回路において、フォト
カプラを使用すれば、アイソレーションを行えるが、上
述のように、従来のフォトカプラでは、局側のファント
ム電源から供給される微小な電流によっては、発光動作
が不安定となるので、従来のフォトカプラをそののまま
適用し難いという問題がある。

【００１３】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、低電流であっても安定した発光動作を
するフォトカプラを得ること、および、このフォトカプ
ラを用いることで、通信端末等における回線接続の検出
が確実に行え、かつ、入出力間のアイソレーションも可
能にすることを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、次の構成を採る。

【００１５】すなわち、請求項１に係るフォトカプラで
は、発光素子が、半導体基板上に発光領域を有する半導
体層が設けられ、この半導体層は、電流阻止層によって
発光領域が狭窄されている電流狭窄型発光ダイオードで
構成されている。

【００１６】請求項２に係る回線接続検出回路は、通信
回線への接続に応じて、局側から通信回線を介して供給
されている局供給電流を、請求項１記載のフォトカプラ
の発光素子に供給するように構成されている。

【００１７】請求項３に係る回線接続検出回路は、フォ
トカプラの発光素子に対して並列にバリスタを接続して
いる。

【００１８】請求項４に係る回線接続検出回路は、フォ
トカプラの発光素子の入力側の前段に、ダイオードブリ
ッジ回路を接続している。

【００１９】

【作用】請求項１に係るフォトカプラでは、発光素子が
電流狭窄型発光ダイオードで構成されているから、発光
部分の電流密度が増加して発光効率が高まり、数１０μ
Ａ程度の微小電流でも、安定した発光が行われる。

【００２０】請求項２に係る回線接続検出回路は、請求
項１記載のフォトカプラを使用しているから、局側から
通信回線を介して供給されている微小な局供給電流がこ
のフォトカプラに供給された場合には、その発光素子が
安定した発光動作を行う。しかも、フォトカプラによっ
て通信回線とアイソレーションされる。

【００２１】請求項３に係る回線接続検出回路は、請求
項１記載の構成のフォトカプラの発光素子に対して並列
にバリスタを接続しているので、通信回線を通じてサー
ジ電流等が流入しても、このバリスタによってバイパス
され、発光素子の損傷が回避される。

【００２２】請求項４に係る回線接続検出回路は、請求
項１記載のフォトカプラの発光素子の入力側の前段に、
ダイオードブリッジ回路を接続しているので、発光素子
の逆バイアス方向に印加されて素子が破損されてしまう
といった不具合を確実に回避することができる。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係るフォトカプラ
の縦断面図である。

【００２４】同図において、１発光素子、２は受光素子
である。

【００２５】両素子１、２は、発光素子１からの光が効
率良く受光素子２に受光され、かつ、互いに電気的には
分離されるように、両者１、２の光軸を一致させた状態
で、互いに所定の間隔を存して対向配置されている。

【００２６】そして、両素子１、２は、その間が透明な
シリコーン樹脂等からなるゲル状の充填材３が設けられ
て光学的に結合されている。

【００２７】また、４a、５aは発光素子１の電極部を電
気的に接続するためのリードフレームおよび金線、４
b、５bは受光素子２の電極部を電気的に接続するための
リードフレームおよび金線である。

【００２８】６は遮光性のエポキシ樹脂からなる封止材
であり、両素子１、２や充填材３、さらにリードフレー
ム４a、４bの先端部分を覆って設けられている。

【００２９】上記の発光素子１は、本例では、図３に示
すような、ガリウムヒ素(ＧaＡs)を組成とする赤外線を
発光する電流狭窄型の発光ダイオードからなる。

【００３０】すなわち、この電流狭窄型の発光ダイオー
ド１は、p型ＧaＡsからなる半導体基板１０を備え、こ
の半導体基板１０の上に、発光領域を有する半導体層１
２が設けられている。

【００３１】この半導体層１２は、n型ＧaＡsからなる
電流阻止層１３、p型ＧaＡlＡsからなる第１クラッド層
１４、p型ＧaＡlＡsからなる活性層１５、およびp型Ｇa
ＡlＡsからなる第２クラッド層１６を順次積層して構成
されている。

【００３２】そして、半導体基板１０には、中央部が浅
く、周辺部が深い湾曲した溝１０aが形成され、この溝
１０aの周りの半導体基板１０表面を覆う状態で電流阻
止層１３が設けられ、また、第１クラッド層１４が電流
阻止層１３を通過して溝１０aを埋めており、これによ
って、溝１０aによって規定される発光領域が電流阻止
層１３で狭窄された構成となっている。

【００３３】なお、１８は半導体基板１０の下面に設け
られたp側電極、１９は半導体層１２の上面に設けられ
た環状のn側電極である。

【００３４】この電流狭窄型発光ダイオード１は、発光
領域の面積が電流阻止層１３によって狭窄されること
で、発光領域の電流密度が増加する。その結果、発光効
率が高まり、数１０μＡ程度の微小電流でも、安定した
発光が行われる。

【００３５】一方、受光素子２としては、高感度で、か
つ、漏れ電流の小さい受光特性を備えたものが適用され
る。たとえば、直流増幅率h_FEが大きく、しかも、有効
受光面積を大きく設定した、シリコン(Ｓi)を組成とす
るフォトトランジスタが使用される。

【００３６】この受光素子２を用いれば、出力電流と漏
れ電流と差が大きくとれるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【００３７】図１に示した構成のフォトカプラにおいて
は、微小電流によっても発光素子１が安定して発光する
とともに、受光素子２の受光感度が大きくなるが、それ
だけでなく、発光素子１から受光素子２への充填材３を
介しての直接光に加えて、充填材３と封止材６との界面
反射光も受光素子２に入射されるので、光伝達効率が大
きいという利点がある。

【００３８】図２は、本発明の他の実施例に係るフォト
カプラの縦断面図であり、図１に対応する部分には、同
一の参照符号を付す。

【００３９】図２において、１は発光素子、２は受光素
子であり、これらの素子１、２は、図１に示した構成と
同様のものである。そして、この実施例では、発光素子
１の周囲のみが、透明なシリコーン樹脂等でできたラバ
ー状の保護層７で覆われ、さらに、両素子１、２、保護
層７、リードフレーム４a、４bの先端部分を覆って半透
明なエポキシ樹脂からなる充填材８が設けられ、さら
に、これらの充填材８を覆って、遮光性のエポキシ樹脂
等でできた封止材６が設けられている。

【００４０】上記の保護層７を設けている理由は、半透
明なエポキシ樹脂からなる充填材８で直接に発光素子１
を封止した場合には、樹脂の硬化に伴って発光素子１に
過剰な応力が加わり、発光素子１の出力が著しく劣化す
るようになるので、このような不具合発生を防ぐためで
ある。

【００４１】その他の構成は、図１に示した実施例と同
様であるから、詳しい説明は省略する。

【００４２】図２に示した実施例のフォトカプラは、図
１の構成のフォトカプラと同様に、微小電流によっても
発光素子１が安定して発光するとともに、受光素子２の
受光感度が大きくなる。

【００４３】一方、図２の構成のフォトカプラは、充填
材８と封止材６との界面反射光の寄与が少ないので、図
１の構成のものに比べて光伝達効率が若干劣るが、絶縁
耐圧性能が高いという利点がある。

【００４４】図４は、ＩＳＤＮにおける通信網の一部を
取り出して示す構成図である。

【００４５】同図において、２０は回線終端装置(ＤＳ
Ｕ)、２２は通信端末(ＴＥ)、２４はモジュラージャッ
クである。

【００４６】回線終端装置２０は、２線の通信回線を介
して局側(いずれも図示省略)に接続されており、また、
通信端末２２は、４線の通信回線２６の途中に設けられ
たモジュラージャック２４に差し込むことで、回線終端
装置２０に電気的に接続される。

【００４７】通信端末２２は、回線接続検出回路２８を
備えており、この回線接続検出回路２８は、通信回線２
６に対して送受信を行う回線ドライバ／レシーバＩＣ３
０が備える送信用と受信用の各誘導コイル３１、３２に
フォトカプラ３４を接続し、さらに、このフォトカプラ
３４の発光素子１に並列にバリスタ３８を接続して構成
されている。

【００４８】この場合のフォトカプラ３４は、前述の図
１または図２に示した構成のものが適用されている。

【００４９】いま、一つの通信端末２０がモジュラージ
ャック２４に接続された場合には、局のファントム電源
により通信回線に供給されている電流が、回線終端装
置、モジュラージャックを経由して通信端末の回線接続
検出回路２８に流れる。この場合の、通信回線２６への
供給電力は、３mＷ程度(直流のファントム電源の電流と
しては７０μＡ程度)である。

【００５０】このような微小電流であっても、図１また
は図２に示した構成のフォトカプラ３４を使用している
から、その発光素子１は安定して発光動作し、また、受
光素子２は、高感度で漏れ電流の小さい受光特性を備え
ているから、通信端末２０がモジュラージャック２４に
接続されたことを確実に検出することができる。

【００５１】しかも、フォトカプラ３４によって通信網
に対してアイソレーションされることになる。

【００５２】さらに、フォトカプラ３４を構成する発光
素子１に対して並列にバリスタ３８を接続しているの
で、通信回線２６を通じてサージ電流等が流入しても、
このバリスタ３８によってバイパスされ、発光素子１の
損傷が回避される。

【００５３】図５は、回線接続検出回路２８の他の実施
例を示すもので、回線接続検出回路は、フォトカプラ３
４の発光素子１の入力側の前段に、複数(本例では４つ)
のダイオードをブリッジ状に接続してなるダイオードブ
リッジ回路４０を接続している。

【００５４】この構成とすれば、通信回線からのサージ
電圧が回線接続検出回路２８に混入した場合でも、この
サージ電圧が発光素子１の逆バイアス方向に印加されて
発光素子印加が破損されてしまうといった不具合発生を
確実に防止することができるという利点がある。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００５６】(１) 請求項１に係るフォトカプラでは、
発光素子が電流狭窄型発光ダイオードで構成されている
から、発光部分の電流密度が増加して発光効率が高ま
り、数１０μＡ程度の微小電流でも、安定した発光が行
える。

【００５７】(２) 請求項２に係る回線接続検出回路
は、請求項１記載のフォトカプラを使用しているから、
局側から通信回線を介して供給されている微小な局供給
電流がこのフォトカプラに供給された場合には、その発
光素子が安定した発光動作を行うので、通信端末等にお
ける回線接続の検出が確実に行える。しかも、フォトカ
プラに７よって通信回線との間がアイソレーションされ
る。

【００５８】したがって、従来のようなＤＣ−ＤＣコン
バータを省略できるので、小型化とコストダウンを図る
ことができる。

【００５９】(３) 請求項３に係る回線接続検出回路
は、請求項１記載の構成のフォトカプラの発光素子に対
して並列にバリスタを接続しているので、通信回線を通
じてサージ電流等が流入しても、このバリスタによって
バイパスされ、発光素子の損傷が回避される。

【００６０】(４) 請求項４に係る回線接続検出回路
は、請求項１記載のフォトカプラの発光素子の入力側の
前段に、ダイオードブリッジ回路を接続しているので、
発光素子に逆バイアス方向に過剰な電圧が印加されて該
素子が破損されるといった不具合を確実に回避すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るフォトカプラの縦断面
図である。

【図２】本発明の他の実施例に係るフォトカプラの縦断
面図である。

【図３】図１または図２のフォトカプラを構成する発光
素子としての電流狭窄型発光ダイオードの断面図であ
る。

【図４】本発明のフォトカプラを備えた回線接続検出回
路を含む通信網の一部を取り出して示す構成図である。

【図５】本発明のフォトカプラを備えた他の実施例の回
線接続検出回路を含む通信網の一部を取り出して示す構
成図である。

【符号の説明】

１…発光素子(電流狭窄型発光ダイオード)、２…受光素
子、２８…回線接続検出回路、３４…フォトカプラ、３
８…バリスタ、４０…ダイオードブリッジ回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子を対向配置して両者
   を光学的に結合させてなるフォトカプラにおいて、 前記発光素子は、半導体基板上に発光領域を有する半導
   体層が設けられ、この半導体層は、電流阻止層によって
   発光領域が狭窄されている電流狭窄型発光ダイオードで
   構成されていることを特徴とするフォトカプラ。
2. 【請求項２】 通信回線への接続に応じて、局側から通
   信回線を介して供給されている局供給電流を、請求項１
   記載のフォトカプラの発光素子に供給するように構成さ
   れていることを特徴とする回線接続検出回路。
3. 【請求項３】 請求項２記載の回線接続検出回路におい
   て、フォトカプラの発光素子に対して並列にバリスタを
   接続したことを特徴とする回線接続検出回路。
4. 【請求項４】 請求項２記載の回線接続検出回路におい
   て、フォトカプラの発光素子の入力側の前段に、ダイオ
   ードブリッジ回路を接続したことを特徴とする回線接続
   検出回路。