JP2009111445A - 光受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源の停電時においても使用することができる光受信機を実現すること。
【解決手段】ＰＩＮフォトダイオード５のアノードとカソードは、フォトＭＯＳリレー２４の２次側を介して接続していて、直流リターン回路１１０を形成している。商用電源が通電している場合は、フォトＭＯＳリレー２４により直流リターン回路１１０は切断し、商用電源が停電している場合は、フォトＭＯＳリレー２４により直流リターン回路１１０が導通する。直流リターン回路１１０全体の抵抗値は、自己バイアス電圧によってＰＩＮフォトダイオード５が無バイアス時の内部電界を破壊されない範囲に設定する。これにより、ＰＩＮフォトダイオード５が無バイアスであっても光信号から電気信号への変換効率が劣化しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、テレビジョン放送や告知放送などの光信号を電気信号に変換し、増幅する光受信機に関するものである。

従来より、光ファイバー網を利用して、テレビジョン放送と告知放送とを多重化して各家庭に配信する告知放送システムが知られていて、地域に密着した情報システムとして利用されている。このような光ファイバー網を利用する告知放送システムの場合、告知放送受信端末装置の前段に、光信号を電気信号に変換するための光受信機が必要となる。たとえば特許文献１には、告知放送システムに用いる光受信機が示されている。

告知放送は、災害情報などの放送にも利用されるため、商用電源の停電時においても光受信機が動作し、告知放送を聞けることが必要である。特許文献１には、大容量キャパシタや電池をバックアップ電源として有した光受信機が示されていて、停電時にはバックアップ電源を動作させることで告知放送を聞くことができる。

また、特許文献２には、告知放送用の光送信機とテレビジョン放送用の光送信機を設け、光信号を電気エネルギーに変換して自身を動作させる告知放送用の光受信機を、テレビジョン放送用の光受信機とは別に設けることにより、停電時においても告知放送を聞くことができる告知放送システムが示されている。

また、特許文献３には、光入力レベルが低い場合には、電源を利用せずにフォトダイオードを無バイアス状態とし、光入力レベルが高い場合には、電池と接続してフォトダイオードを逆バイアス状態とする光受信機が示されている。これにより、光入力レベルが高い場合に生じる相互歪を防止している。
特開２００６−１７４２１１ 特開２００７−８１８７５ 特開２００７−１５８６６９

しかし、特許文献１のように、電池などをバックアップ電源として使用する場合、その電池のメンテナンスが必要であり、長時間のバックアップにも問題があった。また特許文献２では、告知放送用の光受信機からの出力レベルが低い場合には、告知放送用の送信機側において変調度を調整する必要があった。また、特許文献３の光受信機も、電池を使用しているためメンテナンスが必要となる。

そこで本発明の目的は、告知放送専用の光受信機とすることなく、またバックアップ電源を必要とすることなく、商用電源の停電時においても長時間使用することができる光受信機を実現することである。

第１の発明は、告知放送システムに用い、光伝送路を介して入力される光信号を電気信号に変換して増幅し、出力装置に供給する光受信機において、電気信号は、周波数多重化された広帯域テレビジョン放送信号と、該広帯域テレビジョン放送信号の帯域とは異なる帯域の告知放送信号と、が多重化された信号であって、光受信機は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードからの直流出力電流を、フォトダイオードのカソード・アノードで帰還させる直流リターン回路と、商用電源の通電時においては、その商用電源によりフォトダイオードを逆バイアス状態にして直流リターン回路をオフにし、商用電源の停電時においては、フォトダイオードを無バイアス状態にして直流リターン回路をオンにする第１スイッチと、フォトダイオードの一方の端子側に接続し、フォトダイオードにより変換された全帯域の電気信号を増幅する高周波増幅回路と、フォトダイオードの他方の端子側に接続し、フォトダイオードにより変換された電気信号を出力する出力端子と、を有することを特徴とする光受信機である。

告知放送とは、一般的には７０〜９０ＭＨｚ帯の一部帯域を用いた音声放送であるが、広帯域テレビジョン放送信号の帯域よりも低い任意の帯域であってもよい。

全帯域とは、広帯域テレビジョン放送信号の帯域と告知放送信号の帯域を含む帯域を意味し、高周波増幅回路が増幅するのは、この意味での全帯域の電気信号である。

第１スイッチには、たとえばフォトＭＯＳリレーやメカニカルリレーなどを用いることができる。

商用電源の通電時には、高周波増幅回路から全帯域の電気信号が出力されるため、テレビジョン放送や告知放送を受信することができる。一方、出力端子からは、商用電源の通電、停電によらず常に告知放送信号の帯域の電気信号の出力があり、告知放送を聞くことができる。

第２の発明は、第１の発明において、直流リターン回路全体の抵抗値は、フォトダイオードが無バイアス状態の時における内部電界が、フォトダイオードに光信号が入力されたときに生じる自己バイアス電圧によって破壊されない範囲内に設定されていることを特徴とする光受信機である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第１スイッチは、フォトＭＯＳリレーであることを特徴とする光受信機である。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、高周波増幅回路および出力端子に接続し、商用電源の通電時においては、高周波増幅回路からの電気信号を出力し、商用電源の停電時においては、出力端子からの電気信号を出力する第２スイッチを有することを特徴とする光受信機である。

第１の発明の光受信機では、商用電源の通電時は直流リターン回路をオフにしてフォトダイオードを逆バイアス状態にして広帯域テレビジョン放送信号と告知放送信号の両方を利用できるように動作し、商用電源の停電時には直流リターン回路をオンにしてフォトダイオードの光起電力を利用している。告知放送信号は低域であるため、高周波増幅回路による増幅をしなくとも十分なレベルの告知放送信号を得られる。このように、第１の発明の光受信機は、商用電源の停電時においても告知放送を聞けるように動作させることができる。

また、第２の発明のように直流リターン回路全体の抵抗値を設定することで、光信号から電気信号への変換効率の劣化を抑えることができるので、電気信号を効率的に取り出すことができる。

また第３の発明のように、第１スイッチとしてフォトＭＯＳリレーを用いることができる。

また第４の発明のように、商用電源の停電時と通電時とで出力する電気信号を切り換える第２スイッチを設けることで、光受信機に告知放送信号用の出力ポートを独立して設ける必要がなくなる。

以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。

図１は、光ファイバー網を利用した告知放送システムに用いる実施例１の光受信機１の構成を示すブロック図である。光受信機１は、センタ装置からの光信号を光ケーブルを介して受信して、広帯域テレビジョン放送信号と告知放送信号を含む電気信号に変換、増幅し、告知放送受信端末装置やテレビジョン受像機に供給するものである。告知放送信号の帯域は、通常は７０〜９０ＭＨｚのＦＭ放送帯域である。

まず、光受信機１の構成について図１を参照して説明する。光受信機１は、光ファイバーにより伝送された光信号を受光し、電気信号に変換するＰＩＮフォトダイオード５を有し、ＰＩＮフォトダイオード５のアノード側には高周波トランス７が接続し、高周波トランス７の他方の端子は電流検出抵抗８を介して接地されている。また、高周波トランス７のセンタータップは高周波増幅回路１００に接続している。高周波増幅回路１００は、方向性結合器１２の入力端に接続している。方向性結合器１２のアイソレーション端子には、終端器１３が接続している。

高周波増幅回路１００は、周波数多重化された広帯域テレビジョン放送信号の帯域と、広帯域テレビジョン放送信号の帯域とは異なる帯域である告知放送信号の帯域と、を含む広帯域信号を増幅する広帯域増幅器である。高周波増幅器９ａ、９ｂ、９ｃと、高周波可変減衰器１０と、ＡＧＣ制御回路１１とで構成されていて、高周波増幅器９ａ、高周波可変減衰器１０、高周波増幅器９ｂ、９ｃの順に縦続接続している。ＡＧＣ制御回路１１は受光レベルに応じて高周波可変減衰器１０を制御し、高周波増幅回路１００の出力レベルが受光レベルに依らず一定となるよう制御している。

ＰＩＮフォトダイオード５のカソード側には高周波トランス１６が接続し、高周波トランス１６の他方の端子は電流制限抵抗４ａを介して電源端子２６に接続している。また、高周波トランス１６のセンタータップは整合用抵抗２１を介して低域フィルタ２２と接続している。低域フィルタ２２は、高周波トランス１６のセンタータップから出力される電気信号のうち、告知放送信号の帯域のみを通過させる。

高周波トランス７の接地側の端子と、高周波トランス１６の電源端子２６側の端子とは、フォトＭＯＳリレー２４（本発明の第１スイッチ）の２次側、バイパスコンデンサ６ａ、６ｂを介して接続していて、直流リターン回路１１０を形成している。フォトＭＯＳリレー２４の一次側発光ダイオード２４ａは、アノード側が電流制限抵抗４ｂを介して電源端子２６に接続し、カソード側は接地されている。このフォトＭＯＳリレー２４は常閉接点（ｂ接点）である。発光ダイオード２４ａが発光している場合、つまり、商用電源が通電し、電源端子２６から電力が供給されている場合は、フォトＭＯＳリレー２４の２次側は開いていて、直流リターン回路１１０は切断している。一方、発光ダイオード２４ａが発光していない場合、つまり、商用電源が停電し、電源端子２６から電力が供給されていない場合は、フォトＭＯＳリレー２４の２次側は閉じていて、直流リターン回路１１０は導通している。

次に、光受信機１の通電時の動作について説明する。商用電源が通電している場合、電源端子２６より電力が供給され、直流リターン回路１１０は切断し、ＰＩＮフォトダイオード５には逆バイアスがかかる。また、電源端子２６からの電力は高周波増幅回路１００を構成する高周波増幅器９ａ、９ｂ、９ｃにも供給される。したがって、ＰＩＮフォトダイオード５において光信号から電気信号に変換された広帯域テレビジョン信号と告知放送信号を含む広帯域信号は、高周波トランス７のセンタータップから出力されて、高周波増幅回路１００によって増幅される。そして、増幅された広帯域信号は、方向性結合器１２を介して、高周波出力端子１４、高周波モニター端子１５から出力される。また、高周波トランス１６からも広帯域信号が出力され、低域フィルタ２２によって告知放送信号の帯域のみが通過され、ＦＭ信号出力端子２３から出力される。

次に、光受信機１の停電時の動作について説明する。商用電源が停電している場合、電源端子２６からは電力が供給されない。そのため、直流リターン回路１１０が導通し、ＰＩＮフォトダイオード５は無バイアス状態となる。

ＰＩＮフォトダイオード５が無バイアス状態の時も、ＰＩＮフォトダイオード５が光信号を受光すると、光強度に応じて光電流が生じ、その光電流の高周波成分である広帯域信号が高周波トランス１６のセンタータップから出力される。そして、低域フィルタ２２により告知放送信号の帯域のみが通過され、ＦＭ信号出力端子２３から出力される。また、光電流の直流成分は、直流リターン回路１１０全体の抵抗により自己バイアス電圧を発生させる。この自己バイアス電圧が大きいと、ＰＩＮフォトダイオード５の内部電界が破壊されて高周波出力レベルが急激に低下してしまう。そこで、直流リターン回路１１０全体の抵抗値Ｒは、自己バイアス電圧によって内部電界が破壊されない範囲に設定する。このように抵抗値Ｒを設定することで、光信号から電気信号への変換効率の劣化を抑制することができ、また告知放送信号の帯域は７０〜９０ＭＨｚの低域であるので、ＦＭ信号出力端子２３から十分なレベルの告知放送帯域の信号を得ることができる。

図２は、直流リターン回路１１０全体の抵抗値Ｒを変化させたときの、光受光レベルと高周波出力レベルの関係を示したグラフである。光信号から電気信号への変換効率は、３００Ω以上では内部電界の破壊によって変換効率が劣化しているが、抵抗値Ｒが１００Ω以下では、抵抗値Ｒを０Ωとしたときと同等である。したがって、抵抗値Ｒが１００Ω以下の場合は自己バイアス電圧によって内部電界が破壊されず、光信号から電気信号への変換効率が劣化しないことがわかる。

以上のように、光受信機１は、商用電源が通電している場合は、ＰＩＮフォトダイオード５を逆バイアスして光信号を効率的に電気信号に変換し、電気信号を高周波増幅回路１００により増幅して出力することができ、商用電源が停電していて、ＰＩＮフォトダイオード５が無バイアス状態である場合は、直流リターン回路１１０全体の抵抗値Ｒが、ＰＩＮフォトダイオード５の内部電界を壊さない範囲に設定されているため、光信号から電気信号への変換効率の劣化を抑えることができ、十分なレベルの告知放送信号を得ることができる。

図３は、実施例２の光受信機２の構成を示すブロック図である。光受信機２は、実施例１の光受信機１の構成を、ＦＭ信号出力端子２３および高周波増幅回路１００と接続し、方向性結合器１２の入力端に接続するスイッチ２５（本発明の第２スイッチ）を設けた構成に変更したものである。スイッチ２５は、たとえば高周波リレーである。このスイッチ２５は、商用電源の通電時には高周波増幅回路１００からの信号を出力し、商用電源の停電時には低域フィルタ２２からの信号を出力する。このように構成することで、高周波出力端子１４を停電時に使用する告知放送信号用の出力端子として共用することができ、告知放送信号用の出力端子（光受信機１におけるＦＭ信号出力端子２３）を独立して設ける必要がなくなる。

図４は、実施例３の光受信機３の構成を示すブロック図である。実施例１の光受信機１との違いは、高周波トランス１６に替えて、２分配機能を有した高周波トランス１７を用いていることである。図５は、高周波トランス１７の構成を示す図である。黒丸はトランスの極性を示している。１次巻き線と２次巻き線の巻き数の比は２：１となっている。この高周波トランス１７の端子ｂはＰＩＮフォトダイオード５のカソード側に接続し、端子ｄは電流制限抵抗４ａを介して電源端子２６に接続し、端子ａは、ＦＭ信号出力端子１９に接続し、端子ｃは整合用抵抗２１、低域フィルタ２２を介してＦＭ信号出力端子１８に接続している。ＦＭ信号出力端子１８からの出力は告知放送に用い、ＦＭ信号出力端子１９からの出力は不正視聴防止制御用に用いる。

このような構成の高周波トランス１７を用いると、告知放送帯域の信号の出力が２ポートであっても、実施例１の光受信機１のような１ポート出力と同等の出力レベルが得られる。

実施例では、直流リターン回路の導通、切断にフォトＭＯＳリレーを用いているが、商用電源の停電、通電に応じてオン・オフを制御できるスイッチであればよく、たとえば、メカニカルリレーを用いてもよい。

また実施例では、告知放送帯域以外の信号が告知放送受信端末装置に影響を及ぼすのを防止するために、整合用抵抗と低域フィルタを設け、告知放送帯域の信号を取り出すようにしているが、これは必ずしも必要ではなく、告知放送帯域以外の信号の影響を無視するのであれば、整合用抵抗と低域フィルタを設けずともよい。

本発明の光受信機は、光ファイバー網を利用した告知放送システムに用いることができる。

実施例１の光受信機１の構成を示すブロック図。 光受光レベルと高周波出力レベルの関係を示したグラフ。 実施例２の光受信機２の構成を示すブロック図。 実施例３の光受信機３の構成を示すブロック図。 高周波トランス１７の構成を示す図。

符号の説明

１、２、３：光受信機
４ａ、４ｂ：電流制限抵抗
５：ＰＩＮフォトダイオード
６ａ、６ｂ：バイパスコンデンサ
７、１６、１７：高周波トランス
８：電流検出抵抗
９ａ、９ｂ、９ｃ：高周波増幅器
１０：高周波可変減衰器
１１：ＡＧＣ制御回路
１２：方向性結合器
１３：終端器
１４：高周波出力端子
１５：高周波モニター端子
２２：低域フィルタ
２３：ＦＭ信号出力端子
２４：フォトＭＯＳリレー
２５：スイッチ
１００：高周波増幅回路
１１０：直流リターン回路

Claims (4)

1. 告知放送システムに用い、光伝送路を介して入力される光信号を電気信号に変換して増幅し、出力装置に供給する光受信機において、
   前記電気信号は、周波数多重化された広帯域テレビジョン放送信号と、該広帯域テレビジョン放送信号の帯域とは異なる帯域の告知放送信号と、が多重化された信号であって、
   前記光受信機は、
   前記光信号を前記電気信号に変換するフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードからの直流出力電流を、前記フォトダイオードのカソード・アノードで帰還させる直流リターン回路と、
   商用電源の通電時においては、その商用電源により前記フォトダイオードを逆バイアス状態にして前記直流リターン回路をオフにし、商用電源の停電時においては、前記フォトダイオードを無バイアス状態にして前記直流リターン回路をオンにする第１スイッチと、
   前記フォトダイオードの一方の端子側に接続し、前記フォトダイオードにより変換された全帯域の前記電気信号を増幅する高周波増幅回路と、
   前記フォトダイオードの他方の端子側に接続し、前記フォトダイオードにより変換された前記電気信号を出力する出力端子と、
   を有することを特徴とする光受信機。
2. 前記フォトダイオードが無バイアス状態の時における内部電界が、前記フォトダイオードに前記光信号が入力されたときに生じる自己バイアス電圧によって破壊されない範囲内に、前記直流リターン回路全体の抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
3. 前記第１スイッチは、フォトＭＯＳリレーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光受信機。
4. 前記高周波増幅回路および前記出力端子に接続し、商用電源の通電時においては、前記高周波増幅回路からの電気信号を出力し、商用電源の停電時においては、前記出力端子からの電気信号を出力する第２スイッチを有す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１項に記載の光受信機。

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