JPS61290806A - 光通信用受光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光通信用の光受信機に係り、特に空間伝播によ
る強度変調された光信号を受信するに好適な光通信用受
光回路に関する。

〔発明の背景〕

従来から空間伝播による近距離光空間通信は一般家庭ま
たは工場等での各種機器制御等に多く利用されている。

これらの光空間通信では一般に送信機と受信機の距離が
一定しないうえに、太陽光や照明光等の外乱光の影響が
大きいため、　　　“その受光回路は微小入力から大入
力までの光信号を安定に受光するとともに、外乱光を除
去して必要な光信号成分のみを抽出する必要がある。

従来このような受光回路としては、例えば実公昭５９−
１０８３５号公報に示されるよう罠、受光素子の負荷抵
抗として光電素子を利用したものが知られている。この
受光回路は、受光素子の負荷抵抗である光導電素子が光
入力レベルの強度に比例して抵抗値を変化させるため、
信号光または外乱光の光入力レベルが高い場合には負荷
抵抗の値を低くして受光素子の感度を低下させること罠
より、受光素子が飽和することなく光信号を受信可能に
するものである。

しかしこの受光回路では、負荷抵抗値が本来の信号光だ
けでなく外光乱に対しても同一レベルで変化するため、
外光乱の強度に対して信号光の受信感度が変化して、外
乱光の強い通信環境では通信可能距離が短くなるという
問題があった。また一般に近距離光空間通信における外
乱光の雑音成分はそのほとんどが商用周波数付近の直流
を含む低周波帯域であることが知られていて、このため
光信号の変調周波数は８／Ｎ向上のためできるだけ高い
周波数を用いているが、この受光回路では光入力レベル
に比例して受信感度が変化しても、光電変換の周波数特
性が受光素子に依存して低周波成分の雑音を除くフィル
タ機能を有しない。このため不要な低周波の雑音を除去
して高周波の信号成分を取り出すには、後段の増幅回路
でフィルタ回路が必要となるので、光受信機の回路構成
が複雑で高価になる等の問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記した従来技術の問題点を解決し、簡
単で安価な回路構成で受光素子の負荷回路にフィルタ機
能およびＡＧＣ機能の両方を実現して、外乱光の強い通
信環境下でも微小入力から大入力までの光信号を安定に
受信できる光通信用受光回路を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は光通信とくに光空間通信用の受光回路において
、受光素子の負荷インピーダンス回路を通信に必要な光
入力信号のレベルの増加に比例してインピーダンスが低
くなるインピーダンス素子（光導電素子等）と、光入力
信号の変調周波数領域でインピーダンスが高くなる能動
素子回路とを直列に接続して構成することＫより、上記
受光素子と負荷インピーダンス回路の接続点から光入力
信号の変調周波数領域のみに反応し、かつ光入力信号の
レベルに応じた電気信号を得るような高周波フィルタ機
能とＡＧＯ機能の両方を簡単で安価な回路構成で実現し
た光通信用受光回路である。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の一実施例を図により説明する。

図は本発明による光通信用受信回路の一実施例を示す回
路図である。図において、１は信号受光用のホトダイオ
ード（受光素子）、２は入射光の強度の増加に伴って抵
抗（インピーダンス）が低くなる光導電素子（インピー
ダンス素子）、３は抵抗、４および５は各コンデンサ、
６はトランジスタ（能動素子）、７は交流バイパス用の
コンデンサ、８は信号増幅器、９は直流電源、１０は出
力端子である。このホトダイオード１のカソード側は直
流電源９の陽極に接続され、同じくアノード側は光導電
素子２と抵抗３とコンデンサ７の各一端とトランジスタ
６のコレクタとに接続され、かつ光導電素子２の他端は
コンデンサ４の一端に接続される。またトランジスタ６
０ペースはコンデン９−４と抵抗３の各他端とコンデン
サ５の一端とに接続され、トランジスタ６のエミッタと
コンデンサ５の他端と直流１源９の陰櫃とは共通に接地
され、さらにコンデンサ７の他端は信号増幅器８を介し
て出力端子１０へ接続される。

なお図の光導電素子２と、抵抗３と、コンデンサ４，５
と、トランジスタ６とはホトダイオード１の負荷インピ
ーダンス回路を構成する。

ここでコンデンサ４，５の容量値は光信号成分の高周波
領域では十分に低いインビーダンとなる一方、外乱光の
主な雑音成分とされる低周波領域では十分に高いインピ
ーダンスとなるような値に選び、抵抗３の抵抗値は光導
電素子２に入力する信号光が微弱なさいに抵抗３と光導
電素子２およびコンデンサ４との並列インピーダンスが
ホトダイオード１の内部接合容量と信号光の変調周波数
とのかね合いで可能な限り高インピーダンスとなるよう
に選定する。

つぎに上記の構成および選定値においてホトダイ万一ド
１および光導電素子２へ空間伝播等による外乱光を含む
強度変調された信号光が入射したさいの動作をホトダイ
オード１の負荷インピーダンス回路のイン、ビーダンス
の変化を中心に詳しく説明する。まずホトダイオード（
受光素子）１で光電変換された光電流の高周波成分すな
わち信号光の変調周波数成分の電流（電気信号）につい
ては、コンデンサ４，５のインビーダンスが十分に低い
ため、はとんど光導電素子（インピーダンス素子）２お
よびコンデンサ４と抵抗３とを通ってコンデンｆ５￥Ｃ
流れる。

このためトランジスタ（能動素子）６０ベース電流はほ
とんど流れず、実質上トランジスタ６のコレクタ・エミ
ッタ間はカットオフの状態となり、このときホトダイオ
ード１の負荷インピーダンスはほぼ光導電素子２と抵抗
３との並列インピーダンスとなる。ここで光導電素子２
は信号光の強度の増加量に比例して抵抗値が低くなるの
で、ホトダイオード１の負荷インピーダンスも同様に信
号光の強度の増加に比例して低下する。このことは信号
光の強度の増加によるホトダイオード１の電流の増加に
対して、その負荷インピーダンス回路の負荷インピーダ
ンスを低下させることにより、ホトダイオード１のアノ
ード端子からの出力電圧を一定化するいわゆる信号光の
ＡＧＯ機能として動作することを示す。

一方でホトダイオード１で光電変換された光電流の低周
波成分つまり外乱光の雑音成分の電流については、高周
波成分の電流とは逆にコンデンサ４，５のインピーダン
スが十分に高いため、その一部が抵抗３を介してトラン
ジスタ６のペース電流となる。このときトランジスタ６
のコレクタにはペース電流を電流増幅率ｈ　Ｆ　！＋倍
した電流が流れる。ここでトランジスタ６の電流増幅率
ｈｙｚは一般に数１００以上のものが容易に入手可能で
あることから、このトランジスタ６のコレクタ・エミッ
タ間はほに導通状態とみなすことができ、このときホト
ダイオード１の負荷インピーダンスは高周波成分に対す
るインピーダンスに比較して十分に低くなる。このこと
は低周波領域を主な雑音成分とする外乱光に対しては、
高周波領域の信号光に対するよりも負荷インピーダンス
を十分に低下させることにより、ホトダイオード１のア
ノード端子に電圧として出力されず、受光回路が反応し
ないことを示す。すなわちホトダイオード１の負荷イン
ピーダンス回路はその接続点から出力端子１０への低周
波領域の外乱光の電流を除去して、高周波領域の信号光
の電流のみを通過させるいわゆる入射光の高周波フィル
タ４！！！能として動作することを示す。また信号光の
ＡＧＣ機能に対する外乱光の影響については、低周波領
域の雑音成分九対してコンデンサ４は十分く高いインピ
ーダンスとなるので、光導電素子２．に外乱光が入射し
て光導電素子２の抵抗値が変化しても、高周波領域の信
号光成分く対するホトダイオード１の負荷インピーダン
スは実質上変化せず、したがって外乱光は信号光のＡＧ
Ｃ機能に影響を与えない。

ついで入射光の周波説領域によるホトダイオード１の負
荷インピーダンスの変化を具体的な数式で求めて示す。

いまホトダイオード１の負荷インピーダンス回路の負荷
インピーダンスを２１光導電素子２およびコンダンｆ４
と抵抗３との並列インピーダンスをＲ２１コンデンサ５
のインピーダンスをル、トランジスタ６のベース抵゛抗
をｒＢ、同じく電流増幅率をｈＦＫとすると、ホトダイ
オード１の負荷インピーダンス回路のインピーダンス２
は近似的に次式で与えられる。

そこで信号光の高周波領域の負荷インピーダンス２をｚ
（Ｈ）とし、外乱光の主な雑音成分の低周波領域の負荷
インピーダンスＺをＺ（Ｌ）として（１）式により求め
る。ここでコンデンサのインピーダンスＲＩｃは高周波
領域でＲｃ（ＩＫ）＝０、低周波領域でＲ１’（ｔ、）
＝■となるように選定しているので近似的に次式が得ら
れる。

Ｚ（＋１）吟　几ｚ（２） （２）　、　＋３）式より高周波領域の負荷インピーダ
ンスＺ（ｉ）と低周波領域の負荷インピーダンスＺ（Ｌ
）の比を求めると次式となる。

（４）式において通常のトランジスタ６のｈν鳶は数１
００以上であり、ペース抵抗ｒＢは並列インビ−ダンス
Ｒｚと同じオーダの値であることから、ホトダイオード
１の高周波領域と低周波領域の負荷インピーダンス比Ｚ
（１／Ｚ（ｂ）は一般に１００（４０ｄＢ）以上の値を
示す。よってホトダイオード１のアノード端子より外乱
光を含む信号光の電流を取り出すのに、ホトダイオード
１の負荷インピーダンス回路は外乱光の主な雑音成分の
低周波領域の電流を除去して信号光の高周波領域の電流
のみを通過させる高周波フィルタ機能として働くことを
示す。

また（２）式により信号光の高周波領域の負荷インピー
ダンスＺ（１）は光導電素子２およびコンデンサ４と抵
抗３との並列インピーダンスＲ，ｚ　ＩＣはぼ等しいこ
とが分るが、この信号光の強度に対する並列インピーダ
ンスＲｚの変化を具体的な数式で求めると次のようにな
る。すなわち、いま光導電素子２の抵抗値をｒＰ、コン
タクｆ４のインピーダンスをｒｃ、抵抗３の抵抗値をｒ
Ｒｌとすると、並列インピーダンスＲｚは次式で与えら
れる。

ここでコンタク＋４のインピーダンスｒ、は高周波領域
で７”ａ（１１）：Ｏとなるように選定しているので、
高周波領域の並列インピーダンスＲｚをＲｇ（ｉｒ）と
すると、（５）式から次の近似式が得られ（６）弐にお
いて抵抗３の抵抗値７”Ｒは一定であり、光導電素子２
の抵抗値ｒアは信号光の強度の増加に伴い減少するので
、並列インピーダンスＲ２（Ｈ）も同様に抵抗値Ｊ”ｐ
の変化に比例して減少することが分る。すなわち信号光
の強度に対してホトダイオード１の負荷インピーダンス
回路の負荷インピーダンスＺ（ｉ）つまり並列インピー
ダンスＦＬｚ　（！Ｉ　）が変化することＫより、信号
光のＡＧＣ機能として働くことを示す。一方の低周波領
域の外乱光による並列インピーダンスＲｚへの影響につ
いては、（５）式においてコンタクｆ４のインピーダン
スｒｃは低周波領域で７”ｃ（Ｌ）　＝ωとなるよう忙
選定しているので、低周波領域の並列インピーダンスＲ
ｒｚをＲＺ（Ｉ、）とすると、（５）式から次の近似式
が得られる。

Ｒｚ（ｂ）、ｒＲ（７） すなわち低周波領域の並列インピーダンス＆（１，）は
抵抗値？”Ｈによって決まり、光導電素子２の抵抗値ｒ
ｐの影響を受けない。よって外乱光の低周波領域の主な
雑音成分は信号光の強度に対する負荷インピーダンス回
路の負荷インピーダンスＺ（Ｈ＞の変化つまり信号光の
ＡＧＣ機能に全く影響を与えないことを示す。

以上のように本実施例の光通信用受光回路において、ホ
トダイオード（受光素子）１の負荷インピーダンス回路
を光導電素子（インピーダンス素子）２と、抵抗３およ
びコンタクｆ４゜５およびトランジスタ（ｌｆＩ動素子
）６を含む能動素子回路とを直列に接続して構成するこ
とにより、ホトダイオード１と負荷インピーダンス回路
の接続点から光入力信号の変調周波数領域のみに反応し
かつ光入力信号のレベルに応じた電気信号を得るような
高周波フィルタ機能とＡＧＣｆｌｌ能の両方を簡単で安
価な回路構成で実現できる。

〔発明の効果〕

以上の説明のように本発明によれば、簡単で安価な回路
構成で光通信用受光回路に外乱光による雑音の影響を除
去するフィルタ機能と、光信号の入力レベルに応じて微
小入力から大入力までを安定に受光するＡＧＣ機能を実
現でよるので、外来雑音光の多い通信環境下においても
従来回路に比較して一般に２０ｄＢ以上のＳＮ比の向上
が可能で、通信可能距離を拡大できる効果がある。特に
不特定多数の受光回路を設ける拡散方式による空間光空
間通信に使用した場合にはその効果は著しいものがある
。

【図面の簡単な説明】

１１図は本発明による光通信用受光回路の一実施例を示
す回路図である。 １・・・受光素子、２・・・光導電素子（インピーダン
ス素子）、３・・・抵抗、４，５・・・コンデンサ、６
・・・トランジスタ（能動素子）、７・・・交流バイパ
ス用コンデノナ、８・・・信号増幅器、９・・・直流電
流、１０・・・出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変調された光信号を受光する受光素子と、光入力信号の
   レベルの増加に伴ってインピーダンスが低くなるインピ
   ーダンス素子および光入力信号の変調周波数領域でイン
   ピーダンスが高くなる能動素子回路を直列に接続した負
   荷インピーダンス回路とを、所定の電位点の間に直列に
   接続して、上記受光素子と負荷インピーダンス回路の接
   続点から光入力信号の変調周波数領域のみに反応しかつ
   光入力信号のレベルに応じた電気信号を得るようにした
   光通信用受光回路。