JP2007214614A - 光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でダイナミックレンジを拡大することができる光通信システムを提供すること。
【解決手段】光ファイバ３を介して互いに接続される、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３に入力する発光部２を有する送信機１と、光ファイバ３を介して送信された光信号を電気信号に変換する受光部４を有する受信機５とから構成される光通信システムであって、発光部２は、同一の発光特性を有する複数の送信用発光素子６を含み、送信機１は、複数の送信用発光素子６を並列接続して電気信号を供給し駆動する駆動回路１０を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ファイバを用いた光通信システムに関する。

図１３は、従来の光ファイバを用いた光通信システムの構成例を示すブロック図である。この光通信システムは、光ファイバ１０３を介して互いに接続される光送信装置と光受信装置を備えている。光送信装置は、電力分配部２０１、位相調整部２０２、切り替えタイミング信号発生部２０３、レーザダイオード１０１およびバイアス切替制御部１０７を備えている。

光送信装置において、入力信号１０４のピーク・トゥ・ピークを、レーザダイオード１０１の線形動作領域の２倍に相当するレベルに予め拡大する。そして、入力信号１０４の極性が正である場合には、図１４（Ａ）に示すように、レーザダイオード１０１のバイアス電圧を線形動作領域の一方の飽和点近傍に設定する。入力信号１０４の極性が負である場合には、図１４（Ｂ）に示すように、バイアス電圧を他方の飽和点近傍に設定する。

光受信装置は、フォトダイオード１０２およびバイアス切替制御部２０７を備えている。光受信装置においては、伝送波形１０５の波形変化に追従してフォトダイオード１０２のバイアス電圧を切り替え、出力信号１０６を再生するようにしている。その結果、線形動作範囲がそれほど広くない電気／光変換素子あるいは光／電気変換素子を使用したとしても広いダイナミックレンジを確保することができる。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００４−１７０１０３号公報

しかしながら、上述の装置では、以下に示す問題がある。
（１）バイアス電圧を高速で切り替えることは困難である。
（２）バイアス電圧を高速で切り替えるような回路設計は複雑である。
（３）正負でのバイアス電圧切り替え部分で不連続な波形となるため、波形はスパイク状になり、高速になった場合、このスパイクの波形を読み取るために、実際の速度以上の感度がある受光素子が必要となる。
（４）レーザダイオード１０１においてショート等の故障発生時に、装置が使用不能になる。

そこで本発明は、上述した課題に鑑み、簡単な構成でダイナミックレンジを拡大することができる光通信システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、光ファイバを介して互いに接続される、電気信号を光信号に変換して前記光ファイバに入力する発光部を有する送信機と、前記光ファイバを介して送信された前記光信号を前記電気信号に変換する受光部を有する受信機とから構成される光通信システムであって、前記発光部は、同一の発光特性を有する複数の送信用発光素子を含み、前記送信機は、前記複数の送信用発光素子を並列接続して前記電気信号を供給し駆動する駆動回路を備えていることを特徴とする光通信システムに存する。

請求項１記載の発明においては、光通信システムは、送信機の発光部で電気信号を光信号に変換して光ファイバに入力し、受信機の受光部で光ファイバを介して送信された光信号を電気信号に変換する。発光部は、同一の発光特性を有する複数の送信用発光素子を含む。送信機は、複数の送信用発光素子を並列接続して電気信号を供給し駆動する駆動回路を備えている。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載の光通信システムにおいて、前記送信機は、前記複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、各々の送信用発光素子のショート故障を検出する複数の故障検知部と、前記複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、前記複数の故障検知部の各々の故障検知部の故障検知信号で制御されて、ショート故障した送信用発光素子への前記電気信号の供給を遮断する複数のスイッチとをさらに備えていることを特徴とする光通信システムに存する。

請求項２記載の発明においては、送信機は、複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、各々の送信用発光素子のショート故障を検出する複数の故障検知部と、複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、複数の故障検知部の各々の故障検知部の故障検知信号で制御されて、ショート故障した送信用発光素子への電気信号の供給を遮断する複数のスイッチとをさらに備えている。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光通信システムにおいて、前記送信機は、前記光ファイバに入力される光信号の一部を受光してその受光パワーをモニタする第１のモニタ用受光素子と、前記第１のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する第１の電流／電圧変換部と、前記第１の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第１の基準電圧と比較する第１のコンパレータと、前記第１のコンパレータの出力で制御され、前記電気信号のレベルを調整することにより前記光ファイバに入力される光信号の光パワーを一定にする調整手段とをさらに備えていることを特徴とする光通信システムに存する。

請求項３記載の発明においては、送信機は、第１のモニタ用受光素子、第１の電流／電圧変換部、第１のコンパレータ及び調整手段をさらに備えている。第１のモニタ用受光素子は、光ファイバに入力される光信号の一部を受光してその受光パワーをモニタする。第１の電流／電圧変換部は、第１のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する。第１のコンパレータは、第１の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第１の基準電圧と比較する。調整手段は、第１のコンパレータの出力で制御され、電気信号のレベルを調整することにより光ファイバに入力される光信号の光パワーを一定にする。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項３記載の光通信システムにおいて、前記送信機は、前記送信用発光素子への前記電気信号の供給を遮断していない前記スイッチの数をカウントし、その数が２個以上の場合と１個のみの場合にそれぞれ異なる論理値信号を出力して前記各々の故障検知部に供給するカウント回路をさらに備え、前記各々の故障検知部は、前記カウント回路より１個のみの場合に出力される論理値信号が供給された場合は、故障検知信号の出力が禁止されることを特徴とする光通信システムに存する。

請求項４記載の発明においては、送信機は、送信用発光素子への電気信号の供給を遮断していないスイッチの数をカウントし、その数が２個以上の場合と１個のみの場合にそれぞれ異なる論理値信号を出力して各々の故障検知部に供給するカウント回路をさらに備えている。各々の故障検知部は、カウント回路より１個のみの場合に出力される論理値信号が供給された場合は、故障検知信号の出力が禁止される。

上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、請求項４記載の光通信システムにおいて、前記各々の故障検知部は、対応する送信用発光素子を流れる電流を電圧に変換する電流／電圧変換部と、前記電流／電圧変換部で変換された電圧を予め決められた基準電圧と比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力と前記カウント回路の論理値信号が入力されて論理演算を行う論理演算部とを含み、前記論理演算部より前記故障検知信号を出力することを特徴とする光通信システムに存する。

請求項５記載の発明においては、各々の故障検知部は、電流／電圧変換部、コンパレータおよび論理演算部を含む。電流／電圧変換部は、対応する送信用発光素子を流れる電流を電圧に変換する。コンパレータは、電流／電圧変換部で変換された電圧を予め決められた基準電圧と比較する。論理演算部は、コンパレータの出力とカウント回路の論理値信号が入力されて論理演算を行う。そして、論理演算部より故障検知信号を出力する。

上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の光通信システムにおいて、前記送信機は、前記発光部と前記光ファイバの接続の有無を検出する光ファイバ接続検出手段と、光ファイバ接続検出手段で前記発光部と前記光ファイバが接続されていないことが検出された場合、前記調整手段で一定にされている前記光信号の光パワーを弱めるように、前記調整手段における前記電気信号の調整を変更させる調整変更手段とをさらに備えていることを特徴とする光通信システムに存する。

請求項６記載の発明においては、送信機は、光ファイバ接続検出手段及び調整変更手段とをさらに備えている。光ファイバ接続検出手段は、発光部と光ファイバの接続の有無を検出する。調整変更手段は、光ファイバ接続検出手段で発光部と光ファイバが接続されていないことが検出された場合、調整手段で一定にされている光信号の光パワーを弱めるように、調整手段における電気信号の調整を変更させる。

上記課題を解決するためになされた請求項７記載の発明は、請求項６記載の光通信システムにおいて、前記光ファイバ接続検出手段は、前記光ファイバの送信側端部からの反射光を受光してその受光パワーをモニタする第２のモニタ用受光素子と、前記第２のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する第２の電流／電圧変換部と、前記第２の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第２の基準電圧と比較する第２のコンパレータとを含み、前記調整変更手段は、前記第２のコンパレータの出力で切り替え制御され、前記第１のコンパレータの前記第１の基準電圧をより低いレベルに切り替える切り替え手段を含むことを特徴とする光通信システムに存する。

請求項７記載の発明においては、光ファイバ接続検出手段は、第２のモニタ用受光素子、第２の電流／電圧変換部及び第２のコンパレータを含む。第２のモニタ用受光素子は、光ファイバの送信側端部からの反射光を受光してその受光パワーをモニタする。第２の電流／電圧変換部は、第２のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する。第２のコンパレータは、第２の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第２の基準電圧と比較する。また、調整変更手段は切り替え手段を含み、この切り替え手段は、第２のコンパレータの出力で切り替え制御され、第１のコンパレータの第１の基準電圧をより低いレベルに切り替える。

上記課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、請求項６記載の光通信システムにおいて、前記光ファイバ接続検出手段は、前記光ファイバの端部に設けられた第１のコネクタと、前記発光部に設けられ、前記第１のコネクタが挿入される第２のコネクタと、前記第１のコネクタに設けられた第１の導体と、前記第２のコネクタに設けられ、前記第１のコネクタが前記第２のコネクタに挿入された時に前記第１の導体と接続されることにより所定の電流が流れる第２の導体とを含み、前記所定の電流は、前記第２の電流／電圧変換部に入力されることを特徴とする光通信システムに存する。

請求項８記載の発明においては、光ファイバ接続検出手段は、光ファイバの端部に設けられた第１のコネクタと、発光部に設けられ、第１のコネクタが挿入される第２のコネクタと、第１のコネクタに設けられた第１の導体と、第２のコネクタに設けられ、第１のコネクタが第２のコネクタに挿入された時に第１の導体と接続されることにより所定の電流が流れる第２の導体とを含む。所定の電流は、第２の電流／電圧変換部に入力される。

請求項１記載の発明によれば、光ファイバを介して互いに接続される、電気信号を光信号に変換して前記光ファイバに入力する発光部を有する送信機と、光ファイバを介して送信された光信号を前記電気信号に変換する受光部を有する受信機とから構成される光通信システムであって、発光部は、同一の発光特性を有する複数の送信用発光素子を含み、送信機は、複数の送信用発光素子を並列接続して電気信号を供給し駆動する駆動回路を備えているので、送信機において電気による複雑な制御を必要とせず、並列接続された複数の送信用発光素子を備えることにより、発光パワーを増加することができ、その結果、ダイナミックレンジを拡大することができる。

請求項２記載の発明によれば、光ファイバを介して互いに接続される、電気信号を光信号に変換して光ファイバに入力する発光部を有する送信機と、光ファイバを介して送信された光信号を電気信号に変換する受光部を有する受信機とから構成される光通信システムであって、送信機は、同一の発光特性を有する複数の送信用発光素子を含む前記発光部と、複数の送信用発光素子を並列接続して電気信号を供給し駆動する駆動回路と、複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、各々の送信用発光素子のショート故障を検出する複数の故障検知部と、複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、複数の故障検知部の各々の故障検知部の故障検知信号で制御されて、ショート故障した送信用発光素子への電気信号の供給を遮断する複数のスイッチとを備えているので、送信機において電気による複雑な制御を必要とせず、並列接続された複数の送信用発光素子を備えることにより、発光パワーを増加することができ、その結果、ダイナミックレンジを拡大することができる。また、発光部の送信用発光素子のショート故障の発生時に、当該送信用発光素子に流れるショート電流を遮断し、ショート故障が発生した送信用発光素子の分担していた発光パワーを他の正常な送信用発光素子で補うようにしたので、冗長性のあるシステムとなり、故障時も正常動作時と同じ一定の発光パワーで送信を継続することができる。

請求項３記載の発明によれば、送信機は、光ファイバに入力される光信号の一部を受光してその受光パワーをモニタする第１のモニタ用受光素子と、第１のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する第１の電流／電圧変換部と、第１の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第１の基準電圧と比較する第１のコンパレータと、第１のコンパレータの出力で制御され、電気信号のレベルを調整することにより光ファイバに入力される光信号の光パワーを一定にする調整手段とをさらに備えているので、送信用発光素子の一部が故障した場合でも、光ファイバに入力される全発光パワーを一定にすることができる。

請求項４記載の発明によれば、送信機は、送信用発光素子への電気信号の供給を遮断していないスイッチの数をカウントし、その数が２個以上の場合と１個のみの場合にそれぞれ異なる論理値信号を出力して各々の故障検知部に供給するカウント回路をさらに備え、各々の故障検知部は、カウント回路より１個のみの場合に出力される論理値信号が供給された場合は、故障検知信号の出力が禁止されるので、正常に動作している送信用発光素子が残り１個になって、電気信号がその残り１個の送信用発光素子に集中的に流れた場合でも、光通信システムは送信動作を維持することができる。

請求項５記載の発明によれば、各々の故障検知部は、対応する送信用発光素子を流れる電流を電圧に変換する電流／電圧変換部と、電流／電圧変換部で変換された電圧を予め決められた基準電圧と比較するコンパレータと、コンパレータの出力とカウント回路の論理値信号が入力されて論理演算を行う論理演算部とを含み、論理演算部より故障検知信号を出力するので、送信用発光素子がショート故障を起こした場合にそのショート電流を確実に検出して送信用発光素子の電流路を遮断したり、また、正常に動作している送信用発光素子が残り１個になって、電気信号がその残り１個の送信用発光素子に集中的に流れても、送信動作を途絶えることなく維持したりすることができる。

請求項６記載の発明によれば、送信機は、発光部と光ファイバの接続の有無を検出する光ファイバ接続検出手段と、光ファイバ接続検出手段で発光部と光ファイバが接続されていないことが検出された場合、調整手段で一定にされている光信号の光パワーを弱めるように、調整手段における電気信号の調整を変更させる調整変更手段とをさらに備えているので、送信機に光ファイバが接続されていない場合は、発光パワーが通常動作時よりも下げられ、省電力となると共に、万一ユーザーの目に光が入っても悪影響を及ぼすことがないアイセイフティ機能を発揮することができる。

請求項７記載の発明によれば、光ファイバ接続検出手段は、光ファイバの送信側端部からの反射光を受光してその受光パワーをモニタする第２のモニタ用受光素子と、第２のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する第２の電流／電圧変換部と、第２の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第２の基準電圧と比較する第２のコンパレータとを含み、調整変更手段は、第２のコンパレータの出力で切り替え制御され、第１のコンパレータの第１の基準電圧をより低いレベルに切り替える切り替え手段を含むので、送信機への光ファイバの接続状態を光学的に検出することができる。

請求項８記載の発明によれば、光ファイバ接続検出手段は、光ファイバの端部に設けられた第１のコネクタと、発光部に設けられ、第１のコネクタが挿入される第２のコネクタと、第１のコネクタに設けられた第１の導体と、第２のコネクタに設けられ、第１のコネクタが第２のコネクタに挿入された時に第１の導体と接続されることにより所定の電流が流れる第２の導体とを含み、前記所定の電流は、第２の電流／電圧変換部に入力されるので、送信機への光ファイバの接続状態を機械的に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。図１に示すように、光通信システムは、光ファイバ３を介して互いに接続された、１つの発光部２を有する送信機１と、受光部４を有する受信機５とから構成される。

送信機１において、発光部２は、図２に示すように、ケース２ａ内にレーザダイオードや発光ダイオード等からなる同一の発光特性を有する送信用発光素子６を２個以上（図２では、たとえば２個）並べて設置すると共に、フォトダイオード等からなるモニタ用受光素子７および８を設置し、各送信用発光素子６の発光をケース２ａ外に出射して光ファイバ３に入射するためにケース２ａに窓２ａ１が形成されている。モニタ用受光素子７は、送信用発光素子６の発光の一部を受光できる位置、すなわち、送信用発光素子６の前方であって送信用発光素子６と窓２ａ１間に設置されている。また、モニタ用受光素子８は、発光部２に接続された状態の光ファイバ３の端部の端面から反射する反射光を受光できる位置、すなわち、送信用発光素子６の後方側に設置されている。モニタ用受光素子７および８は、それぞれ請求項における第１及び第２のモニタ用受光素子として働く。

送信機１は、同じ電気信号を各送信用発光素子６に送り、その信号は同期されて各送信用発光素子６で光信号に変換され、光ファイバ３に出力される。光ファイバ３に入射された光信号は、受信機５の受光部４で受光される。

送信機１は、図３に示すように発光部２における複数（図３では、たとえば３個）の送信用発光素子６を駆動する駆動回路１０を備えている。駆動回路１０は、変調電流生成部１０ａ、コンパレータ１０ｂ、電流調整部１０ｃ、バイアス電流生成部１０ｄおよびチョークコイル１０ｅからなる。変調電流生成部１０ａは、変調入力信号ＩＮ−およびＩＮ＋が入力され、変調電流を生成する。バイアス電流生成部１０ｄはバイアス電流を生成する。コンパレータ１０ｂは、オペアンプからなり、その非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、反転入力端子にモニタ用受光素子７のモニタ電流をＩ／Ｖ変換部３０で電流／電圧変換したモニタ電圧が入力される。電流調整部１０ｃは、入力されるコンパレータ１０ｂの出力に応じてバイアス電流生成部１０ｄで生成されるバイアス電流を調整する。

Ｉ／Ｖ変換部３０は、請求項における第１の電流／電圧変換部として働く。コンパレータ１０ｂは、請求項における第１のコンパレータとして働く。電流調整部１０ｃは、請求項における調整手段として働く。

変調電流生成部１０ａからの変調電流とバイアス電流生成部１０ｄからのバイアス電流は合成点１０ｆで合成され、変調入力信号で変調された合成電流が駆動回路１０の駆動電流として、並列接続された各送信用発光素子６へ供給される。合成点１０ｆと各送信用発光素子６の間には、スイッチ回路１２が接続されている。スイッチ回路１２は、合成点１０ｆと各送信用発光素子６の間に、それぞれ、スイッチ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが接続されている。

また、送信機１は、送信用発光素子６の故障を検知する故障検知部１３を、それぞれの送信用発光素子６に対応して備えている。この故障検知部１３は、送信用発光素子６を流れる電流Ｉとカウント回路９の出力が入力され、もし送信用発光素子６のうちの１つがショートして発光が停止する故障を起こした場合、スイッチ１２ａ〜１２ｃのうち、故障した送信用発光素子６に対応するスイッチを切断するように（すなわち、オンからオフになるように）制御することにより、ショートした送信用発光素子６へ流れる電流を遮断する機能を持つ。したがって、送信用発光素子６がショートした場合、遮断により、ショートした送信用発光素子６の過電流が流れなくなるので、他の送信用発光素子６に流れる電流が小さくなって発光パワーが下がることがなくなる。

故障検知部１３は、図４に示すように、送信用発光素子６を流れる電流Ｉを電圧Ｖに変換するＩ／Ｖ変換部１３ａと、Ｉ／Ｖ変換部１３ａの出力電圧Ｖが印加される反転入力端子および基準電圧Ｖｒｅｆが印加されるオペアンプからなるコンパレータ１３ｂと、カウント回路９からの出力が入力されるインバータ１３ｃと、コンパレータ１３ｂの出力とインバータ１３ｃの出力がそれぞれ入力されるＮＡＮＤゲート１３ｄとからなる。インバータ１３ｃ及びＮＡＮＤゲート１３ｄは、請求項における論理演算部として働く。

コンパレータ１３ｂは、送信用発光素子６を流れる電流Ｉが通常値の場合は、Ｉ／Ｖ変換部１３ａの電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆ未満なので論理値Ｌとなり、送信用発光素子６がショート故障を起こして異常値となった場合はＩ／Ｖ変換部１３ａの電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆ以上になるので論理値Ｈとなる出力をＮＡＮＤゲート１３ｄに入力する。インバータ１３ｃは、カウント回路９の出力Ｖｎｖを反転した出力をＮＡＮＤゲート１３ｄに入力する。

カウント回路９は、スイッチ回路１２の各スイッチ１２ａ〜１２ｃのオン／オフ状況を監視し、送信用発光素子６のショート故障時にオンからオフになったスイッチに対してオンを維持しているスイッチの数が２個以上の場合は論理値Ｌとなり、オンを維持しているスイッチの数が残り１個になった場合は論理値Ｈとなる出力を発生する。

この故障検知部１３は、以下の表１で表される真理値表にしたがって動作する。真理値表において、ＳＷは、故障検知部１３から出力される故障検知信号である。

すなわち、通常動作時は、電流ＩをＩ／Ｖ変換した電圧Ｖは、基準電圧Ｖｒｅｆより小さく（真理値表のＩ＝Ｌ）、かつスイッチ１２ａ〜１２ｃはいずれもオンを維持しているので、カウント回路９の出力Ｖｎｖは論理値Ｌ（真理値表のＶｎｖ＝Ｌ）となり、故障検知信号ＳＷは論理値Ｈとなり（真理値表のＳＷ＝Ｈ）、スイッチ回路１２の各スイッチはオンを維持している。

一方、送信用発光素子６のうちの１つが故障によりショートし、異常値となった電流ＩをＩ／Ｖ変換した電圧Ｖは、基準電圧Ｖｒｅｆ以上になり（真理値表のＩ＝Ｈ）、かつオンを維持しているスイッチの数は２個以上なのでカウント回路９の出力Ｖｎｖは論理値Ｌ（真理値表のＶｎｖ＝Ｌ）となり、故障検知信号ＳＷは論理値Ｌとなり（真理値表のＳＷ＝Ｌ）、スイッチ回路１２の各スイッチはオンからオフになるように制御される（真理値表の故障Ａ）。それにより、ショートした送信用発光素子６の過電流が流れなくなるので、他の正常な送信用発光素子６に流れる電流が小さくなり発光パワーが下がることがなくなる。

また、すでに１個の送信用発光素子６がショート故障しており、残り２個の送信用発光素子６のうちの１個の送信用発光素子６がさらにショート故障した場合（真理値表のＩ＝Ｈ）、そのショートした送信用発光素子６に接続されているスイッチが切断されるが、切断後、もう一方の送信用発光素子６に、通常動作時に全部の送信用発光素子６に分配されていた全電流が流れてしまう。それにより、正常な送信用発光素子６が残り１個になった場合、それに対応する故障検知部１３に入力される電流Ｉも異常値となり、送信用発光素子６に異常がなくても、残り１個の正常なスイッチが切断されて発光部２からの発光が途絶えてしまう（すなわち、通信が途絶える）。

そこで、これを防止するために、残りの正常なスイッチが１個になった場合は、カウント回路９から論理値Ｈの出力を発生させ、残り１個の正常なスイッチに対応する故障検知部１３から論理値Ｈの故障検知信号ＳＷを出力し、スイッチのオンを維持するようにしている（真理値表の故障Ｂ）。したがって、正常な送信用発光素子６が残り１個になっても、光通信システムは、送信動作を維持することができる。

カウント回路９は、図５に示すように、スイッチ１２ａを介して送信用発光素子６に流れる電流ＩをＩ／Ｖ変換するＩ／Ｖ変換部９ａと、スイッチ１２ｂを介して送信用発光素子６に流れる電流ＩをＩ／Ｖ変換するＩ／Ｖ変換部９ｂと、スイッチ１２ｃを介して送信用発光素子６に流れる電流ＩをＩ／Ｖ変換するＩ／Ｖ変換部９ｃと、Ｉ／Ｖ変換部９ａの出力電圧Ｖが印加される反転入力端子および基準電圧Ｖｒｅｆが印加されるオペアンプからなるコンパレータ９ｄと、Ｉ／Ｖ変換部９ｂの出力電圧Ｖが印加される反転入力端子および基準電圧Ｖｒｅｆが印加されるオペアンプからなるコンパレータ９ｅと、Ｉ／Ｖ変換部９ｃの出力電圧Ｖが印加される反転入力端子および基準電圧Ｖｒｅｆが印加されるオペアンプからなるコンパレータ９ｆと、コンパレータ９ｄの出力を反転するインバータ９ｇと、コンパレータ９ｅの出力を反転するインバータ９ｈと、コンパレータ９ｆの出力を反転するインバータ９ｉと、コンパレータ９ｄの出力とインバータ９ｈおよび９ｉの出力がそれぞれ入力されるＡＮＤゲート９ｊと、コンパレータ９ｅの出力とインバータ９ｇおよび９ｉの出力がそれぞれ入力されるＡＮＤゲート９ｋと、コンパレータ９ｆの出力とインバータ９ｇおよび９ｈの出力がそれぞれ入力されるＡＮＤゲート９ｍと、ＡＮＤゲート９ｊ，９ｋ，９ｍの出力がそれぞれ入力されるＯＲゲート９ｎとからなる。

コンパレータ９ｄ〜９ｆは、送信用発光素子６を流れる電流Ｉが通常値の場合は、Ｉ／Ｖ変換部９ａ〜９ｃの電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆ未満なので論理値Ｌとなり、送信用発光素子６がショート故障を起こして異常値となった場合はＩ／Ｖ変換部９ａ〜９ｃの電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆ以上になるので論理値Ｈとなる出力をＡＮＤゲート９ｊ，９ｋ，９ｍに入力する。

このカウント回路９は、上述の構成により、スイッチ回路１２の各スイッチ１２ａ〜１２ｃのオン／オフ状況を監視し、以下の表２で示すように、送信用発光素子６のショート故障時にオンからオフになったスイッチに対してオンを維持しているスイッチの数が２個以上の場合は論理値Ｌとなり、オンを維持しているスイッチの数が残り１個になった場合は論理値Ｈとなる出力を発生する。なお、表２において、ＳＷ１〜ＳＷ３は、それぞれスイッチ１２ａ〜１２ｃに相当し、Ｈはスイッチオン状態、Ｌはオフ状態に相当する。

次に、送信機１は、上述のように複数の送信用発光素子６の一部が故障した場合に、故障前後で全発光パワーを一定にするために、図３に示すように、モニタ用受光素子７で全送信用発光素子６による発光パワーの一部を常時監視し、そのパワーが一定になるように電流調整部１０ｃでバイアス電流生成部１０ｄにおけるバイアス電流の調整を行い、発光パワーのコントロールを実施している。

すなわち、モニタ用受光素子７において、受光された光の強さに応じて変化するモニタ電流は、Ｉ／Ｖ変換部３０でモニタ電圧に変換され、駆動回路１０のコンパレータ１０ｂに入力される。コンパレータ１０ｂは、モニタ電圧が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると出力電圧を電流調整部１０ｃに供給し、それにより、電流調整部１０ｃは、コンパレータ１０ｂに入力されるモニタ電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１と常に一致するようにバイアス電流生成部１０ｄの電流を調整する。その結果、全送信用発光素子６による発光パワーは、正常動作時はもちろん、送信用発光素子６の故障時も常に一定となるようにコントロールされている。

次に、送信機１は、発光部２のモニタ用受光素子８により監視される光ファイバ３の端部（送信機１との接続側）からの反射光の受光パワーの変化から、送信機１に光ファイバ３が接続されているか否かを判断し、光ファイバ３が接続されている場合（モード０）に対して、光ファイバ３が接続されてない場合（モード１）には発光パワーをモード０の場合よりも下げるようにコントロールしている。そのため、電力の消費を抑えることができかつ強いレーザ光が人の目に入らない、省電力機能およびアイセイフティ（eye safety）機能を有する。

すなわち、送信機１は、上述のコントロールのために、図６に示すように、Ｉ／Ｖ変換部３１と反射光量判断部１４をさらに有している。反射光量判断部１４は、オペアンプからなるコンパレータ１５を有する。Ｉ／Ｖ変換部３１は、モニター用受光素子８からのモニタ電流をモニタ電圧に変換する。コンパレータ１５は、その非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、反転入力端子にモニタ電圧が入力される。コンパレータ１５の出力は、駆動回路１０のコンパレータ１０ｂの基準電圧Ｖｒｅｆ１のレベルを切り替えるスイッチＳＷ１を切り替え制御するために用いられる。モニタ用受光素子８、Ｉ／Ｖ変換部３１およびコンパレータ１５は、請求項における光ファイバ接続検出手段として働く。Ｉ／Ｖ変換部３１は、請求項における第２の電流／電圧変換部として働く。コンパレータ１５は、請求項における第２のコンパレータとして働く。スイッチＳＷ１は、請求項における調整変更手段及び切り替え手段として働く。

モード０の場合は、スイッチＳＷ１はオフ状態になっており、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、電源Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の分圧電圧に等しくなる。一方、モード１の場合には、スイッチＳＷ１はオン状態になり、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、電源Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の並列抵抗とによる分圧電圧に等しくなり、モード０の場合の電圧より低い電圧となる。

図６に示すように、図２の発光部２に内蔵されているモニタ用受光素子８により、光ファイバ３の端部の端面からの反射光を受光して流れるモニタ電流は、Ｉ／Ｖ変換部３１でモニタ電圧に変換される。モニタ電圧は、反射光量判断部１４へ入力され、コンパレータ１５により基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較される。モニタ電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きい場合（送信機１の発光部２と光ファイバ３が接続されているモード０の場合）は、コンパレータ１５からロー（Ｌ）レベルの出力、モニタ電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２未満の場合（送信機１の発光部２と光ファイバ３が接続されていないモード１の場合）は、コンパレータ１５からハイ（Ｈ）レベルの出力がスイッチＳＷ１に供給される。

それにより、コンパレータ１５の出力がロー（Ｌ）レベルの場合（モード０の場合）は、スイッチＳＷ１はオフ状態となるように制御され、またコンパレータ１５の出力がハイ（Ｈ）レベルの場合（モード１の場合）は、スイッチＳＷ１はオン状態となるように制御される。それにより、モード０では送信用発光素子６の発光パワー強、モード１では発光パワー弱になり、送信機１に光ファイバ３が接続されていない場合は、発光パワーが通常動作時よりも下げられ、省電力となると共に万一ユーザーの目に光が入っても悪影響を及ぼすことがなくなる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、送信機１において電気による複雑な制御を必要とせず、複数（２つ以上）の送信用発光素子６を備えることにより、発光パワーを増加することができ、その結果、ダイナミックレンジを拡大することができる。

また、発光部２の送信用発光素子６のショート故障の発生時に当該送信用発光素子６に流れるショート電流を遮断し、ショート故障が発生した送信用発光素子６の分担していた発光パワーを他の正常な送信用発光素子６で補うようにしたので、故障時も正常動作時と同じ一定の発光パワーで送信を継続することができる。

さらに、送信機に光ファイバ３が接続されていない場合は、発光部２における送信用発光素子６の発光パワーが通常動作時より下げられるので、省電力となる省電力機能とユーザーの目を保護するアイセイフティ機能が発揮される。

（第２の実施形態）次に、図７は、本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。図７に示すように、光通信システムは、光ファイバ３を介して互いに接続された、２つ以上（図７では、たとえば２つ）の発光部２を有する送信機１と、受光部４を有する受信機５とから構成される。２つ以上の発光部２は、光ファイバ３に同時に電気信号を入力する。その他の構成は、上述の第１の実施形態と同じである。

また、図７において、２つ以上の発光部２に代えて、図８に示すように、ケース１８ａ内に１個の送信用発光素子６を有し、窓１８ａ１から出射する発光部１８を２つ以上備えても良く、または発光部２および発光部１８の組み合わせを備えても良い。

（第３の実施形態）次に、図９は、本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。図９に示すように、光通信システムは、光ファイバ３を介して互いに接続された、２つ以上（図９では、たとえば２つ）の発光部２（または発光部１８、または発光部２および１８の組み合わせ）を有する送信機１と、受光部４を有する受信機５とから構成される。２つ以上の発光部２（または発光部１８、または発光部２および１８の組み合わせ）からの電気信号は、合波部１９で合波されて、光ファイバ３に入力される。その他の構成は、上述の第１の実施形態と同じである。

（第４の実施形態）次に、図１０は、本発明の第４の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。図１０に示すように、光通信システムは、光ファイバ３を介して互いに接続された、２つ以上（図１０では、たとえば２つ）の発光部２（または発光部１８、または発光部２および１８の組み合わせ）を有する送信機１と、受光部４を有する受信機５とから構成される。２つ以上の発光部２（または発光部１８、または発光部２および１８の組み合わせ）からの電気信号は、別々の光ファイバ３で送信され、合波部１９で合波されて、受信機５の受光部４に入力される。その他の構成は、上述の第１の実施形態と同じである。

（第５の実施形態）次に、図１１は、本発明の第５の実施形態に係る光通信システムの送信機の構成を示す構成図である。送信機以外の構成は、上述の第１の実施形態と同じである。図１１に示すように、送信用発光素子６がショートした場合の回路の切断は、駆動回路１０と送信用発光素子６の間にスイッチ１２ａ〜１２ｃに代えてヒューズ２０を設置し、ショートした送信用発光素子６への電流を遮断することも可能である。なお、ヒューズ２０の切断電流値は、１つの送信用発光素子６を単独で発光させるために必要な電流より高く、送信用発光素子６を全数で発光させるために必要な電流よりも低い電流値に設定する。

この場合、送信用発光素子６が２個で、一方の送信用発光素子６がショートしヒューズ２０で電流を遮断した場合、全電流がもう一方の送信用発光素子６に接続されているヒューズ２０に流れて当該ヒューズ２０が切断される前に、駆動回路１０で、当該ヒューズ２０が切断されない程度にバイアス電流を下げるようにコントロールを行う。すなわち、ショート故障で発光が停止したことによる発光パワーの減少を、発光部２に内蔵のモニタ用受光素子８で検出し、駆動部１０において、その検出出力が図５のコンパレータ１５の基準電圧Ｖｒｅｆ２より高くかつ正常動作時の発光パワーによる検出電圧より低く予め定められたしきい値以下に下がったと判定された場合に、バイアス電流を下げるようにコントロールする。

（第６の実施形態）次に、図１２は、本発明の第６の実施形態に係る光通信システムの送信機と光ファイバの接続構成を示す構成図である。その他の構成は、上述の第１の実施形態と同じである。この第６の実施形態では、第１の実施形態におけるモニタ用受光素子８に代えて、光ファイバ３の接続の有無を機械的に検出できるようにしたものである。

すなわち、図１２（Ａ）に示すように、光ファイバ３の端部にコネクタ２１を設けると共に、コネクタ２１が挿入されるコネクタ２２を発光部２に設ける。コネクタ２１には、たとえば環状の導体２１ａが設けられており、コネクタ２２には、たとえば円弧状の電極２２ａおよび２２ｂが設けられている。

図１２（Ｂ）に示すように、コネクタ２１をコネクタ２２に挿入、接続した時、導体２１ａが電極２２ａおよび２２ｂを短絡することにより、電極２２ａおよび２２ｂ間に電流が流れるように構成する。この電流をモニタして図６のＩ／Ｖ変換部３１に入力することにより、光ファイバ３が発光部２に接続されているかいないかを判定することができる。このように、コネクタ２１および２２は、それぞれ、請求項における第１及び第２のコネクタとして働く。導体２１ａは、請求項における第１の導体として働き、電極２２ａ及び２２ｂは、請求項における第２の導体として働く。

以上説明したように、本発明によれば、複数の送信用発光素子６は、並列接続されているため、送信用発光素子６の１つがショートした場合でも、ショートした部分の回路を切断する機能を持つことから、残りの送信用発光素子６で送信を継続することができる冗長性を有する光通信システムとなる。

また、送信用発光素子６に流せる電流には限界があるため、１個の送信用発光素子６による発光パワーにも限界がある。本発明では、送信用発光素子６を複数備えることにより、発光パワーを増加させることができる。その結果、送信用発光素子６が２個で３ｄＢ、４個で６ｄＢ、１６個で１２ｄＢのダイナミックレンジの拡大が可能となる。

また、モニタ用受光素子８は、光ファイバ３の端面からの反射光の受光パワーの変化から、光ファイバ３の接続の有無を検出し、送信機１と光ファイバ３が接続されていない場合に、送信用発光素子６は発光パワーを弱めるように制御されているため、強いレーザ光が人間の目に入ることがなく、また消費電力を抑えることができる。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。（第１の実施形態） 送信機における発光部の構造を示す図である。（第１の実施形態） 送信機における駆動回路の構成を示す回路図である。（第１の実施形態） 送信機における故障検知部の構成を示す回路図である。（第１の実施形態） 送信機におけるカウント回路の構成を示す回路図である。（第１の実施形態） 送信機におけるアイセイフティ機能のための回路図である。（第１の実施形態） 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。（第２の実施形態） 図６の光通信システムにおける送信機の発光部の構造の変形例を示す図である。（第２の実施形態） 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。（第３の実施形態） 本発明の第４の実施形態に係る光通信システムの基本構成を示す構成図である。（第４の実施形態） 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムの送信機の構成を示す構成図である。（第５の実施形態） （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明の第６の実施形態に係る光通信システムの送信機と光ファイバの接続前および接続後の状態を示す図である。（第６の実施形態） 従来の光ファイバを用いた光通信システムの構成例を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１２の光通信システムにおけるバイアス切替

符号の説明

１ 送信機
２ 発光部
３ 光ファイバ
４ 受光部
５ 受信機
６ 送信用発光素子
７ モニタ用受光素子（第１のモニタ用受光素子）
８ モニタ用受光素子（第２のモニタ用受光素子、光ファイバ接続検出手段の一部）
９ カウント回路
１０ 駆動回路
１０ｂ コンパレータ（第１のコンパレータ）
１０ｃ 電流調整部（調整手段）
１２ａ スイッチ
１２ｂ スイッチ
１２ｃ スイッチ
１３ 故障検知部
１３ａ Ｉ／Ｖ変換部（電流／電圧変換部）
１３ｂ コンパレータ
１３ｃ インバータ（論理演算部の一部）
１３ｄ ＮＡＮＤゲート（論理演算部の一部）
１５ コンパレータ（第２のコンパレータ、光ファイバ接続検出手段の一部）
２１ コネクタ（第１のコネクタ）
２１ａ 導体（第１の導体）
２２ コネクタ（第２のコネクタ）
２２ａ，２２ｂ 電極（第２の導体）
３０ Ｉ／Ｖ変換部（第１の電流／電圧変換部）
３１ Ｉ／Ｖ変換部（第２の電流／電圧変換部、光ファイバ接続検出手段の一部）
ＳＷ１ スイッチ（調整変更手段、切り替え手段）

Claims (8)

1. 光ファイバを介して互いに接続される、電気信号を光信号に変換して前記光ファイバに入力する発光部を有する送信機と、前記光ファイバを介して送信された前記光信号を前記電気信号に変換する受光部を有する受信機とから構成される光通信システムであって、
   前記発光部は、同一の発光特性を有する複数の送信用発光素子を含み、
   前記送信機は、前記複数の送信用発光素子を並列接続して前記電気信号を供給し駆動する駆動回路を備えている
   ことを特徴とする光通信システム。
2. 請求項１記載の光通信システムにおいて、
   前記送信機は、
   前記複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、各々の送信用発光素子のショート故障を検出する複数の故障検知部と、
   前記複数の送信用発光素子の各々に対応して設けられ、前記複数の故障検知部の各々の故障検知部の故障検知信号で制御されて、ショート故障した送信用発光素子への前記電気信号の供給を遮断する複数のスイッチとをさらに備えている
   ことを特徴とする光通信システム。
3. 請求項１または２記載の光通信システムにおいて、
   前記送信機は、
   前記光ファイバに入力される光信号の一部を受光してその受光パワーをモニタする第１のモニタ用受光素子と、
   前記第１のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する第１の電流／電圧変換部と、
   前記第１の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第１の基準電圧と比較する第１のコンパレータと、
   前記第１のコンパレータの出力で制御され、前記電気信号のレベルを調整することにより前記光ファイバに入力される光信号の光パワーを一定にする調整手段とをさらに備えている
   ことを特徴とする光通信システム。
4. 請求項３記載の光通信システムにおいて、
   前記送信機は、前記送信用発光素子への前記電気信号の供給を遮断していない前記スイッチの数をカウントし、その数が２個以上の場合と１個のみの場合にそれぞれ異なる論理値信号を出力して前記各々の故障検知部に供給するカウント回路をさらに備え、
   前記各々の故障検知部は、前記カウント回路より１個のみの場合に出力される論理値信号が供給された場合は、故障検知信号の出力が禁止される
   ことを特徴とする光通信システム。
5. 請求項４記載の光通信システムにおいて、
   前記各々の故障検知部は、
   対応する送信用発光素子を流れる電流を電圧に変換する電流／電圧変換部と、
   前記電流／電圧変換部で変換された電圧を予め決められた基準電圧と比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力と前記カウント回路の論理値信号が入力されて論理演算を行う論理演算部とを含み、
   前記論理演算部より前記故障検知信号を出力する
   ことを特徴とする光通信システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光通信システムにおいて、
   前記送信機は、
   前記発光部と前記光ファイバの接続の有無を検出する光ファイバ接続検出手段と、
   光ファイバ接続検出手段で前記発光部と前記光ファイバが接続されていないことが検出された場合、前記調整手段で一定にされている前記光信号の光パワーを弱めるように、前記調整手段における前記電気信号の調整を変更させる調整変更手段と
   をさらに備えていることを特徴とする光通信システム。
7. 請求項６記載の光通信システムにおいて、
   前記光ファイバ接続検出手段は、
   前記光ファイバの送信側端部からの反射光を受光してその受光パワーをモニタする第２のモニタ用受光素子と、
   前記第２のモニタ用受光素子から出力されるモニタ電流をモニタ電圧に変換する第２の電流／電圧変換部と、
   前記第２の電流／電圧変換部から出力されるモニタ電圧を予め決められた第２の基準電圧と比較する第２のコンパレータとを含み、
   前記調整変更手段は、前記第２のコンパレータの出力で切り替え制御され、前記第１のコンパレータの前記第１の基準電圧をより低いレベルに切り替える切り替え手段を含む
   ことを特徴とする光通信システム。
8. 請求項６記載の光通信システムにおいて、
   前記光ファイバ接続検出手段は、
   前記光ファイバの端部に設けられた第１のコネクタと、
   前記発光部に設けられ、前記第１のコネクタが挿入される第２のコネクタと、
   前記第１のコネクタに設けられた第１の導体と、
   前記第２のコネクタに設けられ、前記第１のコネクタが前記第２のコネクタに挿入された時に前記第１の導体と接続されることにより所定の電流が流れる第２の導体とを含み、
   前記所定の電流は、前記第２の電流／電圧変換部に入力される
   ことを特徴とする光通信システム。

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