特許 6557994 光電変換回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6557994

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】光電変換回路

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/50 20130101AFI20190805BHJP

   H03F 3/08 20060101ALI20190805BHJP

   H04B 10/116 20130101ALI20190805BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H04B10/50

   H03F3/08

   H04B10/116

   H01L33/00 J

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-39603(P2015-39603)

(22)【出願日】2015年2月27日

(65)【公開番号】特開2016-163164(P2016-163164A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2017年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129067

【弁理士】

【氏名又は名称】町田 能章

(74)【代理人】

【識別番号】100183162

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 義文

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正紀

【審査官】 佐藤 敬介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０４９９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３１６７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１９４８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５１３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０３Ｆ ３／０８

Ｈ０４Ｂ １０／１１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可視光通信可能な周波数帯域を発光する光電変換素子と、
高周波電力を前記光電変換素子に供給する電力増幅器と、
前記電力増幅器と前記光電変換素子との間に配置される出力インピーダンス整合回路と、を備え、
前記出力インピーダンス整合回路は、
前記光電変換素子の周波数特性の高周波領域にピークを持つ整合状態にあらかじめ設定されている
ことを特徴とする光電変換回路。

【請求項2】

前記出力インピーダンス整合回路は、
前記電力増幅器と前記光電変換素子との間に直列に挿入される出力側インダクタと、前記電力増幅器および前記出力側インダクタのノードと接地との間に挿入される出力側キャパシタと、を有し、
前記出力側インダクタおよび前記出力側キャパシタの値は、前記光電変換素子の周波数特性が、高周波領域にピークを持つ整合状態にあらかじめ設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換回路。

【請求項3】

前記電力増幅器の前段に、さらに、外部の信号源と前記電力増幅器との間に配置される入力インピーダンス整合回路を備え、
前記入力インピーダンス整合回路は、
前記外部の信号源と前記電力増幅器と間に直列に挿入される入力側インダクタと、外部の信号源と前記入力側インダクタのノードと接地との間に挿入される入力側キャパシタと、を有し、
前記入力側インダクタ、前記入力側キャパシタ、前記出力側インダクタおよび前記出力側キャパシタの各値は、前記光電変換素子の周波数特性が、高周波領域にピークを持つ整合状態にあらかじめ設定されている
ことを特徴とする請求項２に記載の光電変換回路。

【請求項4】

前記光電変換素子は、発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光電変換回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換回路に関し、特に、可視光通信に用いる発光ダイオードを使用した電気・光変換回路や、フォトダイオード等を用いた光・電気変換回路に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に発光ダイオードは、周波数応答が遅いために、その特性に応じた周波数帯域や変調方式に沿った可視光通信に限られてきた。そのため、データ伝送容量に関しては十分なものではなかった（例えば、特許文献１参照）。
図８は、従来の発光ダイオードを用いた可視光通信用途の電気・光変換回路（以下、光電変換回路という）構成を示す図である。
図８に示すように、可視光通信用途の光電変換回路１は、ＲＦｉｎ端子と、電力増幅器１と、図示しない伝送線路上に設けられたバイアス回路２と、光電変換素子としての発光ダイオード３と、光受光素子としてのフォトダイオード４と、図示しない伝送線路上に設けられたバイアス回路５と、高周波の低雑音増幅に適した低雑音増幅器（low noise amplifier）６と、ＲＦｏｕｔ端子と、を備える。なお、伝送線路の特性インピーダンスＺ₀は、一般的な装置で使用されている５０Ωである。

【0003】

ＲＦｉｎ端子は、外部の信号源（内部インピーダンスＺｓ＝５０Ω、出力電圧Ｖｏ）からアナログ信号（高周波電力）を入力する端子である。
電力増幅器１は、一段または複数段のスイッチング素子（例えばＦＥＴ）からなり、最終段に電力増幅段を設けて増幅電流を出力する。
発光ダイオード３は、図示しない伝送線路の出力側と接地との間に接続され、フォトダイオード４は、図示しない伝送線路の入力側と接地との間に接続される。
バイアス回路２は、伝送線路を通る高周波信号に影響を与えないように、キャリア周波数に対して外乱が小さくなるようにするものであり、図示しない電流源が発生する電流を発光ダイオード３に流す。
バイアス回路５は、フォトダイオード４をいわゆる光導電モードで使用する逆バイアスをかける。
低雑音増幅器６は、GaAs FETやGaAs HEMT等の増幅素子を使用し、静電保護回路等を含む整合回路をパッケージ化した例えばＧＰＳ（Global Positioning System）用低雑音増幅器である。

【0004】

発光ダイオード３は、バイアス回路２により電圧または電流が印加されて駆動される。発光ダイオード３を強度変調する場合、発光ダイオード３の周波数帯域は小さいので、変調帯域幅を狭くする必要がある。周波数が十分低い場合、高周波回路に必要であるインピーダンス変換による整合回路は不要である。図８の回路では、バイアス回路２と発光ダイオード３とは、直接接続している。発光ダイオード３へ入力するアナログ信号の信号レベルが小さい場合には、電力増幅器１により信号を増幅する。
発光ダイオード３で強度変調された光は、光学的に接続されたフォトダイオード４で受光され、光・電気変換される。変換された電気信号の信号レベルは、非常に小さいので、低雑音増幅器６で復調可能な信号レベルまで増幅し、ＲＦｏｕｔ端子から出力される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−３１８２２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、可視光通信用途の光電変換回路１に使用される発光ダイオード３は、周波数特性が低く、また発光強度を大きくするために発光面積を増加させる構造を採ると更に周波数特性が低くなるという問題がある。
図９は、高速動作が可能とされる発光ダイオードの可視光帯域における周波数特性を示す図である。
図９に示すように、３ｄＢ利得帯域で７０ＭＨｚまで周波数特性が伸びていることが分かる。一般に購入できる発光ダイオードは、これよりも周波数特性は低く、発光強度の大きい発光ダイオードは更に周波数特性が低くなる。論文発表レベルの発光ダイオードでも動作周波数は数百ＭＨｚである。
また、一般的な発光ダイオードの周波数特性内での伝送容量は小さく、今後のデータ容量増大に向けて変調帯領域を大きくする必要がある。キャリア周波数の低い領域、例えば数十ＭＨｚ程度のキャリア周波数において、数十ＭＨｚ程度の変調帯域を用いる場合、数ＧＨｚ帯で用いる場合に比べ、相対的に変調帯域幅が非常に大きいと考えられる。

【0007】

図１０は、ＯＦＤＭ信号の変調周波数帯域における周波数特性を示す図であり、図１０（ａ）は周波数特性が平坦な場合の周波数特性を、図１０（ｂ）は周波数特性が平坦でない場合の周波数特性をそれぞれ示す。図１０は、低周波数側の利得が小さい時の伝送特性の結果である。一般的な発光ダイオードの場合、高周波側の利得が下がるので、図１０では右肩下がりの特性となる。
発光ダイオードの周波数特性とほぼ同じ変調帯域幅を使用する場合、変調帯域内の平坦度が伝送特性に大きな影響を与え、特に利得が圧縮される利得圧縮部にかかる領域（図９の７０〜１００ＭＨｚの領域）では伝送特性を悪化させる問題がある。

【0008】

図１１は、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のコンスタレーション（Constellation）を示す図であり、図１１（ａ）は周波数特性が平坦な場合のコンスタレーションを、図１１（ｂ）は周波数特性が平坦でない場合のコンスタレーションをそれぞれ示す。
図１１（ｂ）に示すように、周波数特性が平坦でない場合、コンスタレーションは劣化する。
このように、変調帯域内で利得変動がある場合、伝送特性の指標であるＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が劣化し、伝送品質の劣化・データ伝送容量の低下、そして最終的には伝送できなくなるという問題がある。
現在のところ、可視光通信に用いる光電変換素子を使用した光電変換回路は提案されていない。

【0009】

そこで、本発明は、可視光通信用途の光電変換素子を用いた光電変換回路を提供することを目的とする。また、「光電変換」とは、光と物質の相互作用により、光の持つ情報を電気信号に変換すること、あるいは逆に、電気信号を光信号に変換することも光電変換という。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を達成するために、本発明の光電変換回路は、可視光通信可能な周波数帯域を発光する光電変換素子と、高周波電力を前記光電変換素子に供給する電力増幅器と、前記電力増幅器と前記光電変換素子との間に配置される出力インピーダンス整合回路と、を備え、前記出力インピーダンス整合回路は、前記光電変換素子の周波数特性の高周波領域にピークを持つ整合状態にあらかじめ設定されていることを特徴とする。なお、「光電変換」とは、光と物質の相互作用により、光の持つ情報を電気信号に変換すること、あるいは逆に、電気信号を光信号に変換することも光電変換という。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、可視光通信用途の光電変換素子を用いた光電変換回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る光電変換回路の構成を示すブロック図である。

【図2】上記第１の実施の形態に係る光電変換回路の構成を示す回路図である。

【図3】上記第１の実施の形態に係る光電変換回路の発光ダイオードの可視光帯域における周波数特性を示す図である。

【図4】本発明の第２の実施の形態に係る光電変換回路の構成を示すブロック図である。

【図5】上記第２の実施の形態に係る光電変換回路の構成を示す回路図である。

【図6】上記第２の実施の形態に係る光電変換回路の発光ダイオードの可視光帯域における周波数特性を示す図である。

【図7】インピーダンス整合回路の変形例を示す回路図である。

【図8】従来の発光ダイオードを用いた可視光通信用途の光電変換回路の構成を示す図である。

【図9】高速動作が可能とされる発光ダイオードの可視光帯域における周波数特性を示す図である。

【図10】ＯＦＤＭ信号の変調周波数帯域における周波数特性を示す図である。

【図11】６４ＱＡＭのコンスタレーションを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施の形態」と称する）につき詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光電変換回路１００の構成を示すブロック図である。本実施の形態の光電変換回路１００は、可視光通信に用いる発光ダイオードを使用した電気・光変換回路や、フォトダイオード等を用いた光・電気変換回路に適用した例である。
発光ダイオード等を用いた電気・光変換回路において、特にIEEE802.11a/n/acに代表されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号と、例えば１０ＭＨｚ以上の広帯域変調帯域幅を用いて、大容量データ伝送を実現するものがある。
本実施の形態は、可視光通信に用いる発光ダイオードを使用した光電変換回路について、可視光通信向け高周波アナログ回路構成を提案する。

【0014】

図１に示すように、可視光通信用途の光電変換回路１００は、ＲＦｉｎ端子と、電力増幅器２１０と、インピーダンス整合回路２１１と、図示しない伝送線路上に設けられたバイアス回路２２０と、発光ダイオード１３０と、フォトダイオード１４０と、図示しない伝送線路上に設けられたバイアス回路２５０と、高周波の低雑音増幅に適した低雑音増幅器２６０と、ＲＦｏｕｔ端子と、を備える。なお、伝送線路の特性インピーダンスＺ₀は、一般的な装置で使用されている５０Ωである。

【0015】

ＲＦｉｎ端子は、外部の信号源（内部インピーダンスＺｓ＝５０Ω、出力電圧Ｖｏ）からデータ信号（高周波電力）を入力する端子である。本実施形態では、ＲｏＦ（Radio over(on)Fiber）を前提にしているので、この信号源は複数の周波数帯の高周波信号を発生するものとする。ＲｏＦは、放送や無線電波と同じ高周波信号で光をアナログ変調し、この光を光ファイバに通して送信し、光検出器により元の高周波信号に戻され、アンテナから放射される無線方式である。

【0016】

電力増幅モジュールモジュール１１０は、モジュールまたはＭＭＩＣ（monolithic microwave integrated circuit：モノリシックマイクロ波集積回路）で構成される。

【0017】

第１バイアス回路１２０は、電力増幅モジュールモジュール１１０を通る高周波信号に影響を与えないように、キャリア周波数に対して外乱が小さくなるようにするものであり、図示しない電流源が発生する電流Ｉ_LEDを発光ダイオード１３０に流す。第１バイアス回路１２０は、電力増幅器１１３の駆動方式や電圧電流値がそれぞれ異なるので、発光ダイオード１３０の直近に設ける。
第２バイアス回路１５０は、低雑音増幅モジュール１６０を通る高周波信号に影響を与えないように、キャリア周波数に対して外乱が小さくなるようにするものであり、図示しない電圧源が発生する電圧ＶＰＤをフォトダイオード１４０に逆バイアスで印加する。

【0018】

低雑音増幅モジュール１６０はGaAs FETやGaAs HEMT等の増幅素子を使用し、静電保護回路等を含む整合回路をパッケージ化した例えばＧＰＳ用低雑音増幅器である。
なお、図１に示す光電変換回路１００は、見かけの構成は、図８に示す従来の光電変換回路１０の構成と同じである。

【0019】

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光電変換回路１００の構成を示す回路図である。
図２に示すように、可視光通信用途の光電変換回路１００は、ＲＦｉｎ端子と、カップリングキャパシタＣ１と、電力増幅モジュールモジュール１１０と、第１バイアス回路１２０と、光電変換素子としての発光ダイオード１３０と、光受光素子としてのフォトダイオード１４０（光電変換素子）と、第２バイアス回路１５０と、低雑音増幅モジュール１６０と、ＲＦｏｕｔ端子と、を備える。

【0020】

ＲＦｉｎ端子は、外部の信号源（内部インピーダンスＺｓ＝５０Ω、出力電圧Ｖｏ）からデータ信号（高周波電力）を入力する端子である。本実施形態では、ＲｏＦを前提にしているので、この信号源は複数の周波数帯の高周波信号を発生するものとする。ＲｏＦは、放送や無線電波と同じ高周波信号で光をアナログ変調し、この光を光ファイバに通して送信し、光検出器により元の高周波信号に戻され、アンテナから放射される無線方式である。

【0021】

電力増幅モジュールモジュール１１０は、インダクタＬ₁₁およびキャパシタＣ₁₁からなる入力インピーダンス整合回路１１１と、インダクタＬ₁₂およびキャパシタＣ₁₂からなる出力インピーダンス整合回路１１２と、ＦＥＴからなる電力増幅器（PA：Power Amplifier）１１３と、カップリングキャパシタＣ₁と、を備える。電力増幅モジュールモジュール１１０は、モジュールまたはＭＭＩＣ（monolithic microwave integrated circuit：モノリシックマイクロ波集積回路）で構成される。

【0022】

電力増幅器１１３は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いた一段構成を示したが多段構成であってもよい。また、電力増幅器１１３のバイアス回路は省略している。本実施形態では、可視光通信用途の光電変換回路１００は、IEEE802.11a/n/acに代表されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号と、例えば１０ＭＨｚｓ以上の広帯域変調帯域幅を用いて、大容量データ伝送を実現する。このため、電力増幅器１１３は、線形性と優れたＥＶＭ（Error Vector Magnitude ：変調精度）特性が必要である。例えば、一般的なGaAs FETのほか、InGaP/GaAs HBTプロセスを適用したＰＡが用いられる。

【0023】

入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０に対して直列にＬ₁₁，Ｌ₁₂を挿入し、並列にキャパシタＣ₁₁，Ｃ₁₂を挿入して構成され、発光ダイオード１３０と電力増幅器１１３とをインピーダンス整合する。
特に、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０の周波数特性において、高周波領域にピークを持つようなインピーダンス整合に調整されている。なお、出力インピーダンス整合回路１１２のみで、上記高周波領域にピークを持つようなインピーダンス整合に調整することも可能であるが、電力増幅器１１３の前段に入力インピーダンス整合回路１１１を設けることで、インピーダンス整合の調整がより容易となる。

【0024】

第１バイアス回路１２０は、直列にＬ₁₃を挿入し、並列にキャパシタＣ₁₃を挿入して構成され、電力増幅モジュールモジュール１１０を通る高周波信号に影響を与えないように、キャリア周波数に対して外乱が小さくなるようにするものであり、図示しない電流源が発生する電流Ｉ_LEDを発光ダイオード１３０に流す。第１バイアス回路１２０は、電力増幅器１１３の駆動方式や電圧電流値がそれぞれ異なるので、発光ダイオード１３０の直近に設ける。
第２バイアス回路１５０は、直列にＬ１４を挿入し、並列にキャパシタＣ₁₄を挿入して構成され、低雑音増幅モジュール１６０を通る高周波信号に影響を与えないように、キャリア周波数に対して外乱が小さくなるようにするものであり、図示しない電圧源が発生する電圧Ｖ_PDをフォトダイオード１４０に逆バイアスで印加する。これにより、フォトダイオード１４０は、光導電モードで動作する。バイアス回路１５０は、低雑音増幅器１６３の駆動方式や電圧電流値がそれぞれ異なるので、フォトダイオード１４０の直近に設ける。

【0025】

低雑音増幅モジュール１６０は、インダクタＬ₁₅およびキャパシタＣ₁₅からなる入力インピーダンス整合回路１６１と、インダクタＬ₁₆およびキャパシタＣ₁₆からなる出力インピーダンス整合回路１６２と、ＦＥＴからなる低雑音増幅器１６３と、カップリングキャパシタＣ３，Ｃ４と、を備え、モジュール構成されている。
低雑音増幅器（LNA：Low Noise Amplifier）１６３は、光電変換された微弱な信号にノイズを付加しないで増幅する。低雑音増幅器１６３は、GaAs FETやGaAs HEMT等の増幅素子を使用し、図示しない静電保護回路等を含んでパッケージ化されている。図２では、低雑音増幅器１６３は、ＦＥＴを用いた一段構成を示したが多段構成であってもよい。

【0026】

入出力インピーダンス整合回路１６１，１６２は、フォトダイオード１４０に対して直列にＬ₁₅，Ｌ₁₆を挿入し、並列にキャパシタＣ₁₅，Ｃ₁₆を挿入して構成され、フォトダイオード１４０と低雑音増幅器１６３とをインピーダンス整合する。
カップリングキャパシタＣ₁〜Ｃ₄は、直流成分遮断用のカップリングコンデンサである。カップリングキャパシタＣ₁〜Ｃ₄は、ＤＣ入力を認めている場合は、挿入する必要はない。カップリングキャパシタＣ₁〜Ｃ₄は、キャリア周波数が低くなると，１／２πｆｃ（ｃ＝const．）より抵抗成分が大きくなる性質を有している。なお、カップリングキャパシタＣ₁〜Ｃ₄は、例えば、ＧＨｚ帯ならば数十ｐＦあれば十分であるが、ＭＨｚ帯では１μＦ程度である。

【0027】

以上のように構成された光電変換回路１００の動作について説明する。
図３は、高速動作が可能とされる発光ダイオード１３０の可視光帯域における周波数特性を示す図である。
図３の太破線に示すように、発光ダイオード１３０単体では、可視光帯域における周波数特性は右肩下がりの特性となっている。
発光ダイオード１３０と電力増幅器１１３は、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２によりインピーダンス整合される。ここで、図３の細破線に示すように、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０の周波数特性において、高周波領域にピークを持つようなインピーダンス整合に調整されている。
入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０の右肩下がりの周波数特性を補償するようなインピーダンス整合の調整を行うので、図３の実線に示すように、電力増幅器１１３による電力増幅後の発光ダイオード１３０の周波数特性は、変調帯域特性が平坦、かつ、高周波帯域側での落ち込みが減少する。これにより、使用の変調帯域幅を増大することができる。

【0028】

本実施の形態では、電力増幅モジュールモジュール１１０は、電力増幅器１１３と入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２とを内部に有する。入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０と電力増幅器１１３とをインピーダンス整合する。このとき、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０の周波数特性において、高周波領域にピークを持つようなインピーダンス整合となるように調整される。

【0029】

本来の発光ダイオード１３０と電力増幅器１１３とのインピーダンス整合の際、発光ダイオード１３０の右肩下がりの周波数特性を補償するようなインピーダンス整合の調整を行うので、発光ダイオード１３０の周波数特性は、変調帯域特性が平坦、かつ、高周波帯域側での落ち込みを減少させることができる。図８および図９の従来技術に比べて、電気・光変換部（本実施の形態では、電力増幅モジュールモジュール１１０側）の周波数および利得平坦度が向上し、大きな変調帯域幅を使用することができる。この場合、前記図１１（ａ）に示すように、コンスタレーションも向上する。その結果、可視光通信に用いる発光ダイオード１３０を使用した光電変換回路１００を、可視光通信向け無線システムに適用可能となり、新たな用途およびデータ伝送容量の向上が可能となる。

【0030】

また、本実施の形態では、電力増幅モジュールモジュール１１０内の既設の入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２を用いるので、新たな部材の追加がなく、低コストで実施することができる。

【0031】

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光電変換回路２００の構成を示すブロック図である。図２と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図４に示すように、可視光通信用途の光電変換回路２００は、ＲＦｉｎ端子と、電力増幅器２１０と、インピーダンス整合回路２１１と、図示しない伝送線路上に設けられたバイアス回路２２０と、発光ダイオード１３０と、フォトダイオード１４０と、図示しない伝送線路上に設けられたバイアス回路２５０と、高周波の低雑音増幅に適した低雑音増幅器２６０と、ＲＦｏｕｔ端子と、を備える。なお、伝送線路の特性インピーダンスＺ₀は、一般的な装置で使用されている５０Ωである。

【0032】

ここで、電力増幅器２１０とインピーダンス整合回路２１１は、図２の光電変換回路１００のようにモジュール化されていない。
電力増幅器２６０は、汎用品であり周波数特性が規格内に限定されているものである。電力増幅器２６０は、一段または複数段のスイッチング素子（例えばＦＥＴ）からなり、最終段に電力増幅段を設けて増幅電流を出力する。電力増幅器２６０は、汎用品であるので、インピーダンス整合回路２１１を別体で伝送線路上に挿入する。インピーダンス整合回路２１１は、発光ダイオード１３０の前段に挿入する。この場合、発光ダイオード１３０の前段であればよく、この例ではバイアス回路２２０の前段である。バイアス回路２２０の構成によっては、バイアス回路２２０の後段でもよい。

【0033】

インピーダンス整合回路２１１は、発光ダイオード１３０と電力増幅器２６０とのインピーダンス整合の際、発光ダイオード１３０の右肩下がりの周波数特性を補償するようなインピーダンス整合の調整を行う。
バイアス回路２２０は、伝送線路を通る高周波信号に影響を与えないように、キャリア周波数に対して外乱が小さくなるようにするものであり、図示しない電流源が発生する電流を発光ダイオード１３０に流す。
バイアス回路２５０は、フォトダイオード１４０をいわゆる光導電モードで使用する逆バイアスをかける。
低雑音増幅器２６０は、GaAs FETやGaAs HEMT等の増幅素子を使用し、静電保護回路等を含む整合回路をパッケージ化した例えばＧＰＳ（Global Positioning System）用低雑音増幅器である。

【0034】

図５は、本実施の形態に係る光電変換回路２００の構成を示す回路図である。図２および図４と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図５に示すように、可視光通信用途の光電変換回路２００Ａは、図２の光電変換回路１００と異なり、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２および電力増幅器２１０とがモジュール化されていない。すなわち、光電変換回路２００Ａは、電力増幅器２６０が、汎用品であり、インピーダンス整合回路２１１も別体で伝送線路上に挿入される。同様に、入出力インピーダンス整合回路１６１，１６２および低雑音増幅器２６０とがモジュール化されていない。

【0035】

本実施の形態の光電変換回路２００，２００Ａは、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２および電力増幅器２１０とがモジュール化されていない点を除けば、図２の光電変換回路１００と機能は同一である。機能が同一であるので、光電変換回路２００，２００Ａは、第１の実施の形態の光電変換回路１００と同様の動作を行う。すなわち、光電変換回路２００，２００Ａは、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２（図４のインピーダンス整合回路２１１）が、発光ダイオード１３０の周波数特性において、高周波領域にピークを持つようなインピーダンス整合となるように調整しつつ、発光ダイオード１３０と電力増幅器１１３とをインピーダンス整合する。

【0036】

図６は、高速動作が可能とされる発光ダイオード１３０の可視光帯域における周波数特性を示す図である。
図６の太破線に示すように、発光ダイオード１３０単体では、可視光帯域における周波数特性は右肩下がりの特性となっている。これに対して、図６の太実線に示すように、入出力インピーダンス整合回路１１１，１１２は、発光ダイオード１３０の右肩下がりの周波数特性を補償するようなインピーダンス整合の調整を行うので、電力増幅器１１３による電力増幅後の発光ダイオード１３０の周波数特性は、変調帯域特性が平坦、かつ、高周波帯域側での落ち込みが減少する。これにより、使用の変調帯域幅を増大することができる。

【0037】

ここで、本実施の形態では、光電変換回路２００は、電力増幅器１１３を備えているが、例えば発光ダイオード１３０へのアナログ信号強度が十分ある場合、電力増幅器１１３を省略することも可能である。電力増幅器１１３を用いない構成の場合、電気・光変換部の消費電力を下げる効果が得られる。

【0038】

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｄ）のようなものがある。
（ａ） 上記各実施の形態では、電気・光変換部に本インピーダンス整合回路を適用した例について説明したが、光・電気変換部に本インピーダンス整合回路を適用してもよく、フォトダイオード１４０と低雑音増幅器１６３とのインピーダンス整合において、同様の効果を得ることができる。

【0039】

（ｂ） 上記各実施の形態では、発光ダイオード１３０およびフォトダイオード１４０は、１つの例を示したが、複数用いた回路構成でもよい。

【0040】

（ｃ） 上記各実施の形態では、発光ダイオード１３０の高域側（利得圧縮部の領域）の特性改善について説明したが、発光ダイオード１３０の低域側の利得を落とす回路構成に応用することもできる。この場合、本インピーダンス整合回路は、ハイパスフィルタ構成を採る。

【0041】

（ｄ） 上記各実施の形態の各インピーダンス整合回路１１１，１１２，２１１，１１６，１６２について、図７（ａ）〜（ｆ）に示す回路構成を採ることができる。図７（ａ）〜（ｆ）において、入力インピーダンスＺ_INは、Ｚ_IN＝５０［Ω］である。Ｚ_Lは、発光ダイオード１３０またはフォトダイオード１４０の負荷インピーダンスである。一般に、伝送線路の特性インピーダンスが、入力インピーダンスＺ_INと負荷インピーダンスＺ_Lとが整合状態にない場合、反射が起こる。このため、インピーダンス整合回路１１１，１１２，２１１，１１６，１６２を用いて、インピーダンス整合を図る。上記各実施の形態では、このインピーダンス整合において周波数特性を補償するようなインピーダンス整合の調整を行う。

【符号の説明】

【0042】

１００，２００ 光電変換回路
１１０ 電力増幅モジュールモジュール
１１１，１６１ 入力インピーダンス整合回路
１１２，１６２ 出力インピーダンス整合回路
１１３，２１０，２６０ 電力増幅器
１２０ 第１バイアス回路
１３０ 発光ダイオード（光電変換素子）
１４０ フォトダイオード（光電変換素子）
１５０ 第２バイアス回路
１６０ 低雑音増幅モジュール
１６３ 低雑音増幅器
２１１ インピーダンス整合回路
２２０，２５０ バイアス回路
Ｌ，Ｌ₁₁〜Ｌ₁₆ インダクタ
Ｃ，Ｃ₁₁〜Ｃ₁₆ キャパシタ
Ｃ₁〜Ｃ₄ カップリングキャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】