JP2007024924A - 光アナログ／デジタル変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リファレンスとしての光信号を参照することなく，入力された光信号の光アナログ量を，直接デジタル値として導出する。
【解決手段】 入力された光信号を，相互に異なる所定の分割比で分割する分割導波路５１０と，上記分割された分割光信号を検出し，電気信号に変換する複数の光検出部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３とを備え，上記入力された光信号のデジタル値を直接導出することを特徴とする，光アナログ／デジタル変換装置が提供される。
【選択図】 図１０

Description

本発明は，光アナログ／デジタル変換装置に係り，さらに詳細には，光信号の光アナログ量をデジタル値に変換する光アナログ／デジタル変換装置に関する。

従来，光信号のアナログ量を電気信号のデジタル値に変換するため，先ず，フォトダイオード等の光検出器を通じて，光アナログ量を電気アナログ量に変換し，次に，その電気アナログ量を電気的なアナログ／デジタル変換器（以下，電気アナログ／デジタル変換器という。）を用いて最終的なデジタル値に変換していた。

しかし，光アナログ量を一旦電気アナログ量に変換する方法では，電気アナログ／デジタル変換器の変換速度の制限から高速化に限界が生じ，また，電気アナログ／デジタル変換器にリニアな信号を入力するために，光検出器の非直線性を補正する必要もあった。さらに，このような電気アナログ／デジタル変換器の消費電力も無視することができなかった。

また，デジタル値に変換されるべき電気アナログ量を，光の特性（光位相変調）を利用して，デジタル信号に変換する技術も知られている（例えば，特許文献１および特許文献２）。しかし，かかる技術は，光アナログ信号を直接，電気デジタル信号に変換するものではなく，シングルモードにおいてのみの利用に限られる。

また，入力される電気アナログ信号を一旦光信号に変換し，その光の強さを複数段階の光信号と比較して，電気デジタル信号を導出する技術も知られている（例えば，特許文献３）。しかし，かかる技術の入力と出力に焦点を当てると，単なる電気的なアナログ／デジタル変換を示しているに過ぎず，また，光のリファレンス信号や，信号毎に２つの光検出器が必要であるなど，構成が非常に複雑となる。

特開昭６１−２８２８２６号公報 特開昭６２−０１１８３５号公報 特開昭６３−１３１１２８号公報

本発明は，従来の，光アナログ量からのデジタル値の検出方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，リファレンスとしての光信号を参照することなく，入力された光信号の光アナログ量を，直接，デジタル値として導出することが可能な，新規かつ改良された光アナログ／デジタル変換装置を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，入力された光信号を，相互に異なる所定の分割比で分割する分割導波路と；上記分割された分割光信号を検出し，電気信号に変換する複数の光検出部と；を備え，上記入力された光信号のデジタル値を直接導出することを特徴とする，光アナログ／デジタル変換装置が提供される。上記導出できるデジタル値は，２段階以上，好ましくは，３段階以上である。

本発明は，光信号を相互に異なる所定の分割比で分割することによって，所定の比率を有する分割光信号を生成し，各分割光信号が閾値に達しているかどうかで入力された光信号のデジタル値を検出することができる。

かかる構成により，一旦電気アナログ量を導出するといった処理を介すことなく，入力された光信号の光アナログ量を，直接，デジタル値として導出することが可能となる。従って，変換速度が制限される電気アナログ／デジタル変換器の遅れが無いため，１ｂｉｔの光アナログ／デジタル変換装置と同様の高速変換が可能となり，コスト低減も可能となる。

また，本発明による光検出部は，従来のような光アナログ量に対応する電気アナログ量を検出するために利用するのではなく，オン・オフといった離散値を検出するだけなので，光検出部の非直線性を考慮する必要がない。

上記分割導波路は，導波路を，通過する光アナログ量が等しい所定本数の単位導波路に分割し，上記単位導波路を上記分割比になるように合成して形成されるとしても良い。上記単位導波路は，例えば，導波路の材質や断面積を等しくすることによって通過する光アナログ量を均一にすることができる。

かかる構成により，導波路を形成する工程上の寸法誤差の影響を受けにくく，高い精度で光信号の分割比を得ることができる。また，単位導波路を余剰に設け，任意の単位導波路を切断しその単位導波路を通過する光信号を遮断することによって，分割光信号の光量を調整することも可能となる。

導出するデジタル値がｎ段階であったとき，上記所定本数は，数式１の結果を約分したときの分子の値以上であるとしても良い。上記ｎ段階は，デジタル値として区別できる数値の個数を表し，例えば，「０，１，２，３」の４値で表されるデジタル値は４段階となる。このとき数式１を計算すると２３／１５となりこの分子２３が単位導波路の本数となる。

…（数式１）

かかる構成により，本発明を実施する場合の，単位導波路の最小本数を計算することができ，コストの低減化を維持できる。

上記分割導波路は，光アナログ量を等分割するバイナリ分割導波路を所定段設け，上記バイナリ分割導波路からの出力を上記分割比になるように合成して形成されるとしても良い。上記バイナリ分割導波路は，１の光信号の入力を２の出力に単純に分割する導波路であり，その２つの出力には光量が均等に分割される。このようなバイナリ分割導波路を連続して接続することにより，均一な光量を出力する２^ｎの光出力端を得ることができる。また，導波路の作成工程における寸法誤差の影響も受けにくいので，分割精度をさらに高める事ができる。さらに上記バイナリ分割導波路は，入射光の位相を保ったまま分割されるので，シングルモードにおける利用も可能となる。

上記バイナリ分割導波路の剰余分を合成して形成される剰余導波路と；上記剰余導波路から出力される光信号を検出する剰余光検出部と；をさらに備えるとしても良い。かかる構成により，剰余の導波路を，当該アナログ／デジタル変換装置の校正や，エラー検出，テスト信号印加，バックアップ等に利用することが可能となる。

導出するデジタル値がｎ段階であったとき，上記所定段の数は，ｌｏｇ_２（数式１の結果を約分したときの分子の値）以上であるとしても良い。かかる構成により，本発明を実施する場合の，単位導波路の最小段数を計算することができ，コストの低減化を維持可能となる。

…（数式１）

上記複数の光検出部は，実質的に等しい光検出特性を有するとしても良い。上記所定本数や所定段数は，光アナログ量の状態を正確に導出するため，各デジタル値の中間値に対応するアナログ量に閾値を設定している。従って，ある程度の光検出部の検出誤差は許容できるが，かかる光検出部の検出特性を等しくすることで，さらに正確に光アナログ量を検出することが可能となる。

上記複数の光検出部からの電気信号をリファレンス信号と比較する複数の比較器と；比較器からの出力信号を２進数の信号に変換するデコーダと；をさらに備えるとしても良い。かかる構成により光検出部からの検出信号を単に読み取るだけでなく，リファレンス信号を調整することで，より正確に光アナログ量を検出することが可能となる。

また，上記光アナログ／デジタル変換装置を備え，光伝送路からの光信号を受信する光信号受信装置も提供される。

以上説明したように本発明によれば，リファレンスとしての光信号の参照や，変換速度が遅い電気的アナログ／デジタル変換器を利用すること無く，入力された光信号のデジタル値を，直接，導出することができる。このことによって，光信号を高速にデジタル変換することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

先ず，本発明の実施形態を説明する前に，光信号のアナログ／デジタル変換装置の簡単な説明を行う。

図１は，従来から利用されている光信号のアナログ／デジタル変換を説明するための概略図である。ここでは，信号源ＬＤからの光信号が光ファイバ等の光伝送路１０を介して光検出器ＰＤに入力され，この光検出器ＰＤで一旦電気アナログ信号に変換される。そして，電気アナログ／デジタル変換装置２０によって上記光信号のデジタル値が導出される。

上記アナログ／デジタル変換装置２０は，光検出器ＰＤで変換された電気アナログ信号と，リファレンス電圧Ｖｒｅｆを抵抗部３０によって抵抗分割した各閾値とを比較器４０に入力する。そして，比較器４０の比較結果に応じて，即ち，入力された電気アナログ信号が各閾値より大きいと判断された比較器４０の出力を読み取り，１０進／２進変換器５０によって２ｂｉｔのデジタル信号に置き換えられる。ここでは，比較器光信号の４つの状態を検出することができる。

このような従来の光信号のデジタル値の検出では，フォトダイオード等の光検出器を通じて，光アナログ量を一旦電気アナログ量に変換し，その電気アナログ量を電気アナログ／デジタル変換器を用いて最終的なデジタル値に変換していた。

しかし，電気アナログ量の導出処理を介す上記の方法では，電気アナログ／デジタル変換器の変換速度の制限から，高速化に限界があり，また，電気アナログ／デジタル変換器にリニアな信号を入力するために，光検出器の非直線性を補正する必要もあった。さらに，このような電気アナログ／デジタル変換器の消費電力も無視することができなかった。

また，デジタル値に変換されるべき電気的なアナログ信号を，光の特性（光位相変調）を利用して，デジタル信号に変換する技術も知られている。しかし，このような技術では，光位相変調を利用するため，固定出力のシングルレーザを使用する必要があり，マルチモードによる光源や，単にＬＥＤを使った光源を利用できない。従って，単純な光信号のパワー（振幅）やＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号の変化を，直接，電気デジタル信号に変換することはできなかった。

また，入力される電気アナログ信号を，一旦光信号に変換し，その光の強さを固定された複数段階の光信号と比較し，電気デジタル信号を導出する技術も知られている。しかし，かかる技術は，入力と出力との関係では，単なる電気的なアナログ／デジタル信号である。また，その構成は，光リファレンスをフィルタで重み付けした信号と，入力信号とを２つの受光素子によって単純に比較するものであり，フラッシュ型電気アナログ／デジタルコンバータの構成をそのまま光に置き換えたに過ぎない。

（第１の実施形態：アナログ／デジタル変換装置）
本発明による実施形態では，光アナログ／デジタル変換装置が提供されるが，その変換理論の基本的な概念をここで説明する。

図２は，通常の電気アナログ／デジタル変換器の動作原理を説明するためのブロック図である。ここでは，フラッシュ型２ｂｉｔのアナログ／デジタル変換器１００を挙げている。

上記電気アナログ／デジタル変換器１００は，抵抗部１１０と，比較器１２０と，１０進／２進変換器１３０とを含んで構成される。

上記抵抗部１１０は，リファレンス電圧Ｖｒｅｆを所定の電圧に分割する。ここでは，抵抗Ｒ／２，Ｒ，Ｒ，Ｒ／２によって，リファレンス電圧Ｖｒｅｆの１／６，３／６，５／６倍の電圧が生成される。

上記比較器１２０は，アナログ／デジタル変換すべきアナログ電圧入力Ｖｉｎと，抵抗部１１０によって抵抗分割された各閾値電圧とをそれぞれ比較し，アナログ電圧入力Ｖｉｎが閾値電圧以上であるかどうかを検出する。例えば，アナログ電圧入力Ｖｉｎがリファレンス電圧Ｖｒｅｆの３／６以上かつ５／６未満であった場合，比較器１２０の「１」および「２」がオン信号を出力し，「３」が出力されない。この場合，上記アナログ信号は，デジタル値「２」となる。

上記１０進／２進変換器１３０は，比較器１２０からの出力を受信し，どの比較器１２０においてオン信号が出力されているかを判断して，２ｂｉｔのデジタル信号を出力する。例えば，上記のように比較器１２０の「１」および「２」のみがオン信号を出力し，「３」が出力されていないとき，１０進数における「２」と判断する。このとき，１０進／２進変換器１３０の出力は２進数「１０」となる。上記２ｂｉｔのデジタル信号では，入力されるアナログ信号の４つの状態を検出することができる。

図３は，上記抵抗部１１０の抵抗分割による閾値を説明するための説明図である。上記アナログ／デジタル変換器１００によると，検出すべきデジタル値は，２ｂｉｔ，即ち，４つの状態であり，図３においては，「０，１，２，３」で表される。

かかる「０，１，２，３」の状態を区別するためには，検出精度を上げるため，その閾値を「０．５，１．５，２．５」とすると良い。従って，閾値は，アナログ電圧入力Ｖｉｎの最大値である「３」に対して，１／６，３／６，５／６倍の値となる。この分割比は，リファレンス電圧Ｖｒｅｆを，直列に接続された抵抗Ｒ／２，Ｒ，Ｒ，Ｒ／２で抵抗分割することによって得られる。

上記閾値を設けることによって，アナログ電圧入力Ｖｉｎが０．５未満，即ち，判断すべきデジタル値のＬＳＢ（ここでは，「１」）×（１／２）未満であれば「０」，ＬＳＢ×（１／２）以上，ＬＳＢ×（３／２）未満であれば「１」，ＬＳＢ×（３／２）以上，ＬＳＢ×（５／２）未満であれば「２」，ＬＳＢ×（５／２）以上であれば「３」と判断することができる。

このアナログ／デジタル変換器１００では，比較器１２０に入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆの電圧値の範囲が広く，比較器１２０の検出範囲における電圧値の高いところや低いところでは，直線性や反応速度に問題があった。

図４は，図２に示したアナログ／デジタル変換器の構成を変えた場合の動作原理を説明するためのブロック図である。ここでは，フラッシュ型２ｂｉｔのアナログ／デジタル変換器２００を挙げている。

図２のアナログ／デジタル変換器１００は，アナログ電圧入力Ｖｉｎと，複数段の閾値とを比較することによって，デジタル値を検出していたが，当該アナログ／デジタル変換器２００は，一定の閾値（リファレンス電圧Ｖｒｅｆ）と，複数段のレベルに変更されたアナログ電圧入力Ｖｉｎとを比較することによって，デジタル値を検出している。

上記アナログ／デジタル変換器２００は，抵抗部２１０と，比較器２２０と，１０進／２進変換器２３０とを含んで構成される。

上記抵抗部２１０は，アナログ電圧入力Ｖｉｎを複数の電圧レベルに変換する。ここでは，４ＲとＲによる抵抗分割と，２ＲとＲによる抵抗分割によって，アナログ電圧入力Ｖｉｎの１，１／３，１／５倍の電圧が生成される。

上記比較器２２０は，上記アナログ電圧入力Ｖｉｎのレベルを変更した複数の信号と，一定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆとをそれぞれ比較し，変更された各アナログ電圧入力Ｖｉｎがリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上であるかどうかを検出する。例えば，アナログ電圧入力Ｖｉｎを１／３倍した値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上であると，比較器２２０の「１」および「２」がオン信号を出力し，アナログ電圧入力Ｖｉｎを１／５倍した値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ未満であると，比較器１２０の「３」が出力されない。この場合，上記アナログ信号は，デジタル値「２」となる。

上記１０進／２進変換器２３０は，比較器２２０からの出力を受信し，どの比較器２２０においてオン信号が出力されているかを判断し，２ｂｉｔのデジタル信号を出力する。例えば，入力される１０進数が上述したようにデジタル値「２」を示している場合，２進数「１０」を出力する。上記２ｂｉｔのデジタル信号では，入力されるアナログ信号の４つの状態を検出することができる。

図５は，上記抵抗部２１０の抵抗分割によるアナログ電圧入力Ｖｉｎのレベルを説明するための説明図である。上記アナログ／デジタル変換器２００によると，検出すべきアナログ値は，２ｂｉｔ，即ち，４つの状態であり，図５においては，「０，１，２，３」で表される。

かかる「０，１，２，３」の状態を区別するためには，アナログ電圧入力Ｖｉｎ自体のレベルを１，１／３，１／５倍して，アナログ電圧入力ＶｉｎのＬＳＢ×（１／２）に相当するリファレンス電圧Ｖｒｅｆと比較する。これは，図２における，アナログ電圧入力ＶｉｎのＬＳＢ×（１／２）であるリファレンス電圧Ｖｒｅｆの１／６倍の値を１，３，５倍して，アナログ電圧入力Ｖｉｎと比較するのと同様の結果を得ることができる。

例えば，アナログ電圧入力Ｖｉｎがデジタル値１に相当する場合，リファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上の値を示すので，比較器２２０の「１」では，オン信号を出力するが，アナログ電圧入力Ｖｉｎの１／３，１／５倍の信号はリファレンス電圧Ｖｒｅｆ未満となるので，他の比較器２２０は，オン信号を出力しない。アナログ電圧入力Ｖｉｎがデジタル値２に相当する場合，１，１／３倍の信号がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上の値を示すので，比較器２２０の「１」および「２」では，オン信号を出力するが，アナログ電圧入力Ｖｉｎの１／５倍の信号はリファレンス電圧Ｖｒｅｆ未満となるので，他の比較器２２０「３」は，オン信号を出力しない。同様に，アナログ電圧入力Ｖｉｎがデジタル値３に相当する場合，比較器２２０は全てオン信号を出力し，アナログ電圧入力Ｖｉｎがデジタル値０に相当する場合，比較器２２０は全てオン信号を出力しない。

かかる図４のアナログ／デジタル変換器２００は，比較器２２０の全てが一定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆとアナログ電圧入力Ｖｉｎとを比較することとなるので，比較器２２０の検出範囲の中心値，即ち，直線性の良いところで検出できる。また，検出範囲の中心値付近では比較器２２０の反応速度が速いので，アナログ／デジタル変換器１００と比較して反応速度が高くなる。このようにして，アナログ／デジタル変換速度の改善を図ることができる。

本発明による実施形態の光アナログ／デジタル変換装置は，後者，図４のアナログ／デジタル変換装置２００の原理を利用して形成される。即ち，入力される光信号自体を複数のレベルに分解し，そのレベルと，一定のリファレンス信号とを比較することによってデジタル値を導出する。

（第２の実施形態：光アナログ／デジタル変換装置３００）
図６は，第２の実施形態による光アナログ／デジタル変換装置の概略的な構成を示した構成図である。かかる光アナログ／デジタル変換装置３００は，分割導波路３１０と，複数の光検出部ＰＤとを含んで構成される。

上記分割導波路３１０は，信号源ＬＤからの光信号，または，光ファイバ等の光伝送路を介して入力される光信号を，相互に異なる所定の分割比，例えば図６の例では，１：１／３：１／５の比率で分割する。この１：１／３：１／５の比率で分割するということは，光信号の分岐路の断面積を１５：５：３にすることになる。

上記光検出部ＰＤは，分割導波路３１０により分割された分割光信号を各々検出する。光検出部ＰＤの検出電気量は，単位面積当たりの光量に応じて漸増するとしても良い。

また，分割導波路３１０の他の実施形態として後述する所定本数や所定段数は，光アナログ量の状態を正確に導出するため，各デジタル値の中間値に対応するアナログ量に閾値を設定している。従って，ある程度の光検出部ＰＤの検出誤差は許容できることとなる。しかし，上記光検出部ＰＤ全ての光検出特性を実質的に等しくすることで，さらに正確に光アナログ量を検出することが可能となる。

当該光アナログ／デジタル変換装置３００は，上記複数の光検出部３２０の検出状態に応じて，上記入力された光信号のデジタル値を直接導出できる。上記導出できるデジタル値は，２段階以上，好ましくは，３段階以上である。

本実施形態では，光信号を相互に異なる所定の分割比で分割することによって，所定の比率を有する分割光信号を生成し，各分割光信号が閾値に達しているかどうかで入力された光信号のデジタル値を検出することができる。

例えば，図６の場合，入力される光アナログ量は，分割導波路３１０において１５：５：３に分割される。従って，光検出部ＰＤ１には，入力された光アナログ量の１５／２３が出力され，光検出部ＰＤ２には５／２３が，光検出部ＰＤ３には３／２３が出力される。そして，光検出部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は，検出すべきデジタル値の単位（１ＬＳＢ）を１とすると，（１５／２３）×（１／２）＝１５／４６の光アナログ量を受光の閾値とすれば良い。このような構成により光アナログ量が０のとき光検出部ＰＤは全てオフし，１のとき光検出部ＰＤ１のみオンして，２のとき光検出部ＰＤ１，ＰＤ２がオンし，３のときに光検出部ＰＤ全てがオンする。

かかる構成により，一旦電気アナログ量を導出するといった処理を介すことなく，入力された光信号の光アナログ量を，デジタル値として直接導出することが可能となる。従って，変換速度が制限される電気的アナログ／デジタル変換器の遅れが無いため，高速変換が可能となり，コスト低減も可能となる。

また，光検出部ＰＤは，従来のような光アナログ量に対応する電気アナログ量を検出するために利用するのではなく，オン・オフといった離散値を検出するだけなので，光検出部の非直線性を考慮する必要がない。

（第３の実施形態：光アナログ／デジタル変換装置４００）
図７は，光アナログ／デジタル変換装置の他の構成を示した構成図である。かかる光アナログ／デジタル変換装置４００は，第２の実施形態同様，分割導波路４１０と，複数の光検出部ＰＤとを含んで構成される。上記光検出部ＰＤは第２の実施形態で既に述べた光検出部ＰＤと実質的に機能が同一なので重複説明を省略する。

上記分割導波路４１０は，通過する光アナログ量が等しい所定本数の単位導波路４２０に分割し，単位導波路４２０を所定の分割比になるように合成して形成される。上記単位導波路４２０は，例えば，導波路の材質や断面積を等しくすることによって通過する光アナログ量を均一にする。

かかる分割導波路４１０においても，分割導波路３１０と等しい分割比が設定される。従って，信号源ＬＤからの光信号，または，光ファイバ等の光伝送路を介して入力される光信号を，相互に異なる所定の分割比，例えば図７の例では，１：１／３：１／５の比率で分割する。この１：１／３：１／５の比率で分割するということは，光信号の分岐路の断面積を１５：５：３にすること，即ち，２３本の単位導波路４２０に分割することである。そして，１５本：５本：３本に分割された単位導波路４２０は，その分割単位で合成される。

本実施形態では，第２の実施形態同様，光信号を相互に異なる所定の分割比で分割することによって，光量を所定の比率で表し，各分割光信号が閾値に達しているかどうかで入力された光信号の光アナログ量を検出することができる。

例えば，図７の場合，入力される光アナログ量は，分割導波路４１０において２３本の単位導波路４２０を介し１５：５：３に分割される。従って，光検出部ＰＤ１には，入力された光アナログ量の１５／２３が出力され，光検出部ＰＤ２には５／２３が，光検出部ＰＤ３には３／２３が出力される。そして，光検出部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は，検出されるデジタル単位（１ＬＳＢ）を１とすると，（１５／２３）×（１／２）＝１５／４６の光アナログ量を，受光したかどうかの閾値とすれば良い。このような構成により光アナログ量が０のとき光検出部ＰＤは全てオフし，１のとき光検出部ＰＤ１のみオンして，２のとき光検出部ＰＤ１，ＰＤ２がオンし，３のときに光検出部ＰＤ全てがオンする。

上記の所定本数は，下記に示す数式１を利用して計算することができる。即ち，導出するデジタル値がｎ段階であったとき，数式１の結果を約分したときの分子の値，もしくは，その整数倍の値になる。

…（数式１）

例えば，上述したように導出するデジタル値が４段階（「０，１，２，３」）であった場合，１＋（１／３）＋（１／５）＝２３／１５となり，所定本数は，分子に示されたように２３本となる。また，導出するデジタル値が５段階の場合，１＋（１／３）＋（１／５）＋（１／７）＝１７６／１０５となって，所定本数は１７６本となる。上記数式１により単位導波路の最小限必要な本数を計算することができ，コストの低減化が可能となる。

図８は，導出するデジタル値と単位導波路の本数との関係を例示した説明図である。かかる図８において，「デジタル値」は検出できる段階数を，「レベル」は検出できる全てのレベルを，「分割枝数」は分割導波路の枝数を，「分割スレッショルド」はデジタル値を判断するための論理的な閾値を，「電圧分割→光量変換」は最大入力電圧とデジタル値を出力するための光量の閾値を，「単位導波路の本数」は分割比を保つため必要な単位導波路の本数を，「段数」はバイナリ分割導波路の段数を，「Ａ／Ｄ分解能」はデジタル値の分解能を示す。

図８を参照すると，導出するデジタル値が３値の場合，単位導波路は４本となり，６値では５６３本必要であることが分かる。

上記図８の「電圧分割→光量変換」を詳細に説明すると，例えば，３（「電圧分割」）に相当する最大入力電圧の入力を１／５倍（「光量変換」）したときに，光検出部が光を検知すれば良いことになる。即ち，電気アナログ／デジタル変換器でいうところの３に相当する信号の入力に対して，１に相当する信号の１／２倍のリファレンス信号（最大値３の１／６）を光検出部の閾値に設定する。例えば，閾値が最大入力電圧の１／６倍で定義される場合，最大入力電圧３を１／５倍した３／５が３×（１／６）以上となり，入力電圧３を検出したことになる。

しかし，上述したように，実際の光アナログ／デジタル変換装置では，かかる１／５倍は，３／２３倍に当たり，閾値を１５／４６とすることで，最大入力電圧３を検知できる。

上記の光アナログ／デジタル変換装置４００の構成により，電気アナログ量を検出する電気アナログ／デジタル変換装置を介すことなく，入力された光信号の光アナログ量を，直接，導出することが可能となる。従って，変換速度が制限される電気的アナログ／デジタル変換器の遅れが無いため，高速変換が可能となり，コストの低減も可能となる。

さらに，導波路を作成する工程上の寸法誤差の影響を受けにくく，高い精度で光信号の正確な分割比を得ることができる。また，単位導波路を余剰に設け，任意の単位導波路を切断し，その単位導波路を通過する光信号を遮断することによって，分割光信号の光量を調整することも可能となる。

（第４の実施形態：光アナログ／デジタル変換装置５００）
図９は，光アナログ／デジタル変換装置の他の構成を示した構成図である。かかる光アナログ／デジタル変換装置５００は，第２の実施形態同様，分割導波路５１０と，複数の光検出部ＰＤとを含んで構成される。かかる光検出部ＰＤは第２の実施形態で既に述べた光検出部ＰＤと実質的に機能が同一なので重複説明を省略する。

上記分割導波路５１０は，光アナログ量を等分割するバイナリ分割導波路５２０を所定段設け，バイナリ分割導波路５２０からの出力を上記分割比になるように合成して形成される。上記バイナリ分割導波路５２０は，１の光信号の入力を２の出力に単純に分割する導波路であり，その２つの出力には光量が均等に分割される。また，ここでは，光アナログ量を２つに等分割することを述べているが，かかる場合に限られず，３以上の整数に等分割されるとしても良い。

かかる分割導波路５１０においても，分割導波路３１０と等しい分割比が設定される。従って，信号源ＬＤからの光信号，または，光ファイバ等の光伝送路を介して入力される光信号を，相互に異なる所定の分割比，例えば図７の例では，１：１／３：１／５の比率で分割する。この１：１／３：１／５の比率で分割するということは，光信号の分岐路の断面積を１５：５：３にすること，即ち，バイナリ分割導波路５２０を５段連続的に設け，２^５＝３２本の分岐路を形成し，その中から２３本を抽出し，さらに１５本：５本：３本毎にまとめるということになる。

本実施形態でも，第２の実施形態同様，光信号を相互に異なる所定の分割比で分割することによって，光量を所定の比率で表し，各分割光信号が閾値に達しているかどうかで入力された光信号の光アナログ量を検出することができる。

例えば，図９の場合，入力される光アナログ量は，分割導波路５１０において３２本に分割され，それを１５：５：３の分割比になるように合成される。従って，光検出部ＰＤ１には，入力された光アナログ量の１５／３２が出力され，光検出部ＰＤ２には５／３２が，光検出部ＰＤ３には３／３２が出力される。そして，光検出部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は，入力される光アナログ量の検出単位（１ＬＳＢ）を１とすると，（１５／３２）×（１／２）＝１５／６４の光アナログ量を受光の閾値とすれば良い。このような構成により光アナログ量が０のとき光検出部ＰＤは全てオフし，１のとき光検出部ＰＤ１のみオンして，２のとき光検出部ＰＤ１，ＰＤ２がオンし，３のときに光検出部ＰＤ全てがオンする。

上記の所定段の数は，下記に示す数式１を利用して計算することができる。即ち，導出するデジタル値がｎ段階であったとき，ｌｏｇ_２（数式１の結果を約分したときの分子の値）以上の値をとる。

…（数式１）

例えば，上述したように導出するデジタル値が４段階（「０，１，２，３」）であった場合，１＋（１／３）＋（１／５）＝２３／１５となり，最低限必要な分岐路は，分子をとって２３本となる。従って，ｌｏｇ_２２３＝４．５２となって，段数は５段となる。また，導出するデジタル値が５段階の場合，１＋（１／３）＋（１／５）＋（１／７）＝１７６／１０５となって，必要な分岐路は１７６本となり，段数は８段となる。このような段数の他の例は，第３の実施形態における単位導波路の本数同様，図８の段数として示される。

上述したようにバイナリ分割導波路を連続して接続することにより，均一な光量を出力する２^ｎの光出力端を得ることができる。また，導波路の作成工程における寸法誤差の影響も受けにくいので，分割精度をさらに高めることができる。

また，図９の例では，３２本の分岐路中の２３本のみ利用されているので，剰余の分岐路を他の用途に利用できる。本実施形態においては，バイナリ分割導波路５１０の剰余分を合成して形成される剰余導波路５３０と，剰余導波路５３０から出力される光信号を検出する剰余光検出部ＰＤＸとをさらに備える。かかる構成により，剰余の分岐路を，当該アナログ／デジタル変換装置の校正や，エラー検出，テスト信号印加，バックアップ等に利用することが可能となる。

例えば，図９に示した剰余分９本分岐路による剰余導波路５３０により，分割比でいうところの３／５の光アナログ量を得ることができる。従って，デジタル値「１」に対してもかろうじて反応する。このことによって，光検出部ＰＤ１の故障を検出することができる。

また，剰余導波路５３０を電気アナログ／デジタル変換器（図示せず）に接続し，光アナログ量検出の校正のためのリファレンス値として参照することができる。このとき，剰余光検出部ＰＤＸと電気的なアナログ／デジタル変換器という構成を用いることから変換速度が遅くなることが想定されるが，上記構成はテスト信号としての利用であり，通常の利用には影響しない。

図９では，剰余導波路５３０として，剰余の分岐路全てを合成しているが，かかる場合に限られず，１以上の本数を選択して合成し，複数の剰余導波路５３０を設けるとしても良い。

（第５の実施形態：光アナログ／デジタル変換装置６００）
図１０は，光アナログ／デジタル変換装置の他の構成を示した構成図である。かかる光アナログ／デジタル変換装置６００は，第４の実施形態における光アナログ／デジタル変換装置５００に，さらに，複数の比較器６１０と，デコーダとしての１０進／２進変換器６２０を追加したものである。第４の実施形態で既に述べた光アナログ／デジタル変換装置５００に関しては，実質的に機能が同一なので重複説明を省略する。

上記比較器６１０は，複数の光検出部ＰＤからの電気信号をリファレンス信号と比較する。かかるリファレンス信号は，分割導波路の分割比によって比較器６１０全体を一度に，また個別に調整することが可能であり，例えば，第４の実施形態における分割導波路５１０では，入力される光アナログ量の検出単位（１ＬＳＢ）を１とすると，光検出部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の受光閾値は，（１５／３２）×（１／２）＝１５／６４の光アナログ量となる。従って，光検出部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に上記１５／６４の光アナログ量が入力されたとき，比較器６１０の出力が確実にオンになるようなリファレンス信号が選択される。また，上記リファレンス信号を入力される光信号の規格に応じてリアルタイムに制御することも可能である。

また，第１の実施形態で説明したように，比較器６１０は，全て１つのリファレンス信号と比較されるので，比較器の，直線性が良く，反応速度の速い領域（例えば，検出範囲の中心）にリファレンス信号を設定することにより，従来のアナログ／デジタル変換器を利用した場合と比較して反応速度を速くすることができる。

上記デコーダとしての１０進／２進変換器６２０は，比較器６１０からの出力信号を２進数の信号に変換する。このような比較器６１０と，１０進／２進変換器６２０との構成により光検出部ＰＤからの検出信号を単に読み取るだけでなく，リファレンス信号を調整することで，より正確に光アナログ量を検出することが可能となる。

図１１は，光検出部ＰＤからの入力と１０進／２進変換器６２０の出力との関係を示した説明図である。かかる図１１を参照すると，光検出部ＰＤが全てオフのとき，１０進／２進変換器６２０は，２進数「００」を出力し，全てオンのとき，２進数「１１」を出力する。このようにして，入力される光アナログ量の４つの状態を判別することが可能となる。

上述した実施形態を参照すると，本発明による光アナログ／デジタル変換器は，リファレンスとしての光信号の参照や，変換速度が遅い電気アナログ／デジタル変換器を利用すること無く，入力された光信号の光アナログ量を直接導出でき，光信号を高速にデジタル変換することが可能となる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，第５の実施形態において，光アナログ量を光検出部の信号に変換する分割導波路として，第４の実施形態の分割導波路を参照しているが，かかる場合に限られず，第２または第３の実施形態における分割導波路を参照して，形成することもできる。

また，上述したデコーダは，第５の実施形態で説明した１０進／２進変換器に限られず，光アナログ量と閾値の関係で光検出部から出力される電気信号を２進数に変換可能な様々な構成をとることもできる。

また，光ファイバと連結される光信号受信装置に上記光アナログ／デジタル変換装置を設けることによって，入力された光信号の光アナログ量を，直接デジタル量として導出することも可能である。

従来の光信号のアナログ／デジタル変換を説明するための概略図である。 電気的なアナログ／デジタル変換器の動作原理を説明するためのブロック図である。 抵抗部の抵抗分割による閾値を説明するための説明図である。 アナログ／デジタル変換器の構成を変えた場合の動作原理を説明するためのブロック図である。 抵抗部の抵抗分割によるアナログ電圧入力Ｖｉｎのレベルを説明するための説明図である。 第２の実施形態による光アナログ／デジタル変換装置の概略的な構成を示した構成図である。 光アナログ／デジタル変換装置の他の構成を示した構成図である。 導出するデジタル値と単位導波路の本数を例示した説明図である。 光アナログ／デジタル変換装置の他の構成を示した構成図である。 光アナログ／デジタル変換装置の他の構成を示した構成図である。 光検出部からの入力と１０進／２進変換器の出力との関係を示した説明図である。

符号の説明

３１０，４１０，５１０ 分割導波路
４２０ 単位導波路
５３０ 剰余導波路
６１０ 比較器
６２０ デコーダ
ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３ 光検出部
ＰＤＸ 剰余光検出部

Claims (8)

1. 入力された光信号を，相互に異なる所定の分割比で分割する分割導波路と；
   前記分割された分割光信号を検出し，電気信号に変換する複数の光検出部と；
   を備え，
   前記入力された光信号のデジタル値を直接導出することを特徴とする，光アナログ／デジタル変換装置。
2. 前記分割導波路は，導波路を，通過する光アナログ量が等しい所定本数の単位導波路に分割し，前記単位導波路を前記分割比になるように合成して形成されることを特徴とする，請求項１に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
3. 導出するデジタル値がｎ段階であったとき，前記所定本数は，数式１の結果を約分したときの分子の値以上であることを特徴とする，請求項２に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
   

   

   …（数式１）
4. 前記分割導波路は，光アナログ量を等分割するバイナリ分割導波路を所定段設け，前記バイナリ分割導波路からの出力を前記分割比になるように合成して形成されることを特徴とする，請求項１に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
5. 前記バイナリ分割導波路の剰余分を合成して形成される剰余導波路と；
   前記剰余導波路から出力される光信号を検出する剰余光検出部と；
   をさらに備えることを特徴とする，請求項４に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
6. 導出するデジタル値がｎ段階であったとき，前記所定段の数は，ｌｏｇ_２（数式１の結果を約分したときの分子の値）以上であることを特徴とする，請求項４に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
   

   

   …（数式１）
7. 前記複数の光検出部は，実質的に等しい光検出特性を有することを特徴とする，請求項１に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
8. 前記複数の光検出部からの電気信号をリファレンス信号と比較する複数の比較器と；
   比較器からの出力信号を２進数の信号に変換するデコーダと；
   をさらに備えることを特徴とする，請求項１に記載の光アナログ／デジタル変換装置。
   

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