JP2010093778A

JP2010093778A - 光電変換装置

Info

Publication number: JP2010093778A
Application number: JP2009157209A
Authority: JP
Inventors: Akira Mazaki; 明真崎
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP5570148B2

Abstract

【課題】無給電時に無バイアスモードで光電変換を行うことでＦＭ信号の如き所定帯域の電気信号を出力する光電変換装置において、当該所定帯域の電気信号のＤＵ比を向上させることができる光電変換装置を提供すること。
【解決手段】光伝送システムにおいて光信号を電気信号に変換する光受信機１であって、光信号を電気信号に変換するＰＤ２と、ＰＤ２のカソード側とアノード側を短絡させる短絡路６と、短絡路６に設けられたもので所定帯域の電気信号を減衰させるＦＭＢＥＦ７と、ＰＤ２のアノード側に接続され当該ＰＤ２フォトダイオードから出力された電気信号を出力するＲＦ出力端子３と、短絡路６におけるＰＤ２のカソード側に接続されＦＭ帯域の電気信号を出力するＦＭ出力端子４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送システムにおいて光送信機から光伝送路を介して送信された光信号を受信して電気信号に変換する光電変換装置に関する。

近年では、光通信技術の進展に伴い、光ケーブルを用いた光伝送システムが普及している。この光伝送システムによれば、数１０Ｋｍ程度の無中継伝送が可能となるため、伝送システムを容易に広域化できる。この光伝送システムは、概略的には、送信者側に配置した光送信機と、受信者側に配置した光受信機としての光回線終端装置（ＯＮＵ：ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とを、光ケーブルにて構成された長距離用の光伝送路を介して接続して構成されている。そして、送信者側においてＴＶ信号や告知放送信号を混合し、この混合された電気信号を光送信機によって光信号に変換し、この光信号を光伝送路を介して光回線終端装置に送信する。この光回線終端装置では、光信号を電気信号（ＲＦ信号）に変換してＴＶ受像機に出力する。この光電変換装置には、光信号を電気信号に変換するためのＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）が組み込まれており、このＰＤに逆電圧を印加することで、ＰＤに入射した光エネルギーの光強度変化に比例した電流（逆電流）が流れ、光電変換を行うことができる。

ここで、緊急告知放送を行う放送システムにおいては、災害等に伴う停電時においても告知放送を継続できる体制が必要になる。しかしながら、停電によって光電変換装置に対する電源供給が停止すると、ＰＤに逆電圧が印加されなくなるため、光電変換を行うことができなくなる。このような事態を防止するため、乾電池や大容量キャパシタをバックアップ電源として光電変換装置に内蔵し、停電時においても逆電圧を印加することで光電変換を継続可能とすることが提案されていた（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、乾電池をバックアップ電源として用いた場合には、乾電池のメンテナンスに手間を要するという問題があるため、ＰＤを逆電圧印加のない無バイアスモード（太陽電池モード）で使用し、このＰＤから出力される信号を出力端子を介して出力することで、乾電池を用いることなく光電変換を行うことが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００６−１７４２１１号公報特開２００８−７８９８８号公報

このような無バイアスモードでの光電変換を可能とした光電変換装置では、例えば、ＣＡＴＶ信号を伝送する場合、給電時には、全チャンネルの放送信号を所要性能を満足した高品質で伝送し、無給電時には、緊急告知放送等を行うＦＭ帯の放送信号のみを所要性能を満足したＦＭ信号として伝送していた。しかしながら、この場合には、各チャンネルの多くの歪成分がＦＭ信号に落ち込み、ＦＭ信号のＤＵ比を低下させるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無給電時に無バイアスモードで光電変換を行うことでＦＭ信号の如き所定帯域の電気信号を出力する光電変換装置において、当該所定帯域の電気信号のＤＵ比を向上させることができる光電変換装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の光電変換装置は、光伝送システムにおいて光信号を電気信号に変換する光電変換装置であって、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のカソード側とアノード側を短絡させる短絡路と、前記短絡路に設けられたもので、所定帯域の電気信号を減衰させる減衰手段と、前記フォトダイオードに接続され、当該フォトダイオードから出力された電気信号を出力する出力手段とを備える。

請求項２に記載の光電変換装置は、請求項１に記載の光電変換装置において、逆電圧を前記フォトダイオードに印加する逆電圧印加手段と、前記逆電圧の無給電時にのみ前記短絡路を閉状態とする開閉手段とを備える。

請求項３に記載の光電変換装置は、請求項１又は２に記載の光電変換装置において、前記所定帯域の電気信号を通過させる濾過手段を、前記短絡路と前記出力手段との間に設けた。

請求項１に記載の光電変換装置によれば、無給電時においても、フォトダイオードのカソード側とアノード側が短絡され、無バイアスモードのフォトダイオードから出力された電気信号が第２出力端子から出力されることで、光電変換出力を行うことが可能となる。特にこの構成では、所定帯域の電気信号が減衰手段にて減衰させるので、不要なチャンネルの電気信号が短絡されてフォトダイオード自身にそのチャンネルの電圧が発生しなくなり、したがってその電気信号による歪も発生しなくなる。よって、これら電気信号の歪成分が所定帯域の電気信号に落ち込むことが防止され、当該所定帯域の電気信号のＤＵ比を向上させることができる。

請求項２に記載の光電変換装置によれば、さらに給電時には、逆電圧がフォトダイオードに印加され、フォトダイオードから出力された電気信号が第１出力端子から出力されることで、光電変換出力を行うことが可能となる。

また、請求項３に記載の光電変換装置によれば、所定帯域の電気信号を通過させる濾過手段を設けたので、不要な帯域の電気信号を排除して、所定帯域の電気信号のＤＵ比を一層向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る光受信機の回路図である。図１の回路における無給電時における信号の流れを模式的に示す図である。ＰＤ２の電圧−電流特性図である。実施の形態２に係る光受信機の回路図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る光電変換装置の実施の形態を詳細に説明する。ただし、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔I〕実施の形態１
最初に、本発明の実施の形態１について説明する。

〔構成〕
本実施の形態１に係る光受信機の構成について説明する。図１は本実施の形態１に係る光受信機の回路図である。この光受信機１は、光電変換を行うＰＤ２と、ＲＦ信号を出力するＲＦ出力端子３と、ＦＭ信号を出力するＦＭ出力端子４とを、線路を介して接続して構成されている。これらＲＦ出力端子３及びＦＭ出力端子４は、特許請求の範囲における出力手段に対応する。

ＰＤ２のアノード側には、増幅器Ａ１が接続されており、この増幅器Ａ１の出力段側に上述したＲＦ出力端子３が接続されている。また、ＰＤ２のアノード側には、抵抗Ｒ１とコイルＬ１が接続されており、これら抵抗Ｒ１とコイルＬ１の間には、コンデンサＣ１と制御回路５がそれぞれ接続されている。

ＰＤ２のカソード側には、正電源＋Ｖｃが抵抗Ｒ２を介して接続されている。この抵抗Ｒ２は、特許請求の範囲における逆電圧印加手段を構成する。また、抵抗Ｒ２の両端には、コンデンサＣ２、Ｃ３が接続されている。

さらに、光受信機１には、ＰＤ２のカソード側とアノード側を短絡させる短絡路６（図１、２において一点鎖線で示す）が設けられている。この短絡路６には、ＰＤ２に対してＦＭＢＥＦ（ＦＭＢａｎｄＥｌｉｍｉｎａｔｅＦｉｌｔｅｒ）７とスイッチ８が直列に接続されており、このＦＭＢＥＦ７にはコイルＬ２が並列に接続されている。このＦＭＢＥＦ７は、所定帯域の電気信号（ここではＦＭ信号。以下同じ）を減衰させるもので、特許請求の範囲における減衰手段に対応する。また、スイッチ８は、逆電圧の無給電時にのみ短絡路６を閉状態とするもので、特許請求の範囲における開閉手段に対応する。

このように構成された短絡路６におけるＰＤ２のカソード側には、ＦＭＢＰＦ（ＦＭＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）９が接続されている。このＦＭＢＰＦ９は、所定帯域の電気信号を出力するもので、特許請求の範囲における濾過手段に対応する。

〔動作−給電時〕
次に、このように構成された回路の動作について説明する。正電源＋Ｖｃの給電時には、スイッチ８は開状態とされており、正電源＋Ｖｃから給電された逆電圧がＰＤ２に印加され、このＰＤ２にて光電変換され電気信号が出力され、この電気信号がＲＦ出力端子３から出力されると共に、ＦＭＢＰＦ９を通過したＦＭ信号がＦＭ出力端子４から出力される。

〔動作−無給電時〕
図２は、図１の回路における無給電時における信号の流れを模式的に示す図であり、当該信号を二点鎖線で示す。図３はＰＤ２の電圧−電流特性図である。停電等によって、正電源＋Ｖｃが無給電状態になった時には、無バイアスモードで駆動されたＰＤ２にエネルギ・バンドキャップ以上の光エネルギーが入射されると、この光エネルギーが空乏層で吸収され、伝導電子と正孔との生成及びドリフトが行われることにより、光強度に比例した起電力が発生する。また、この無給電時には、スイッチ８は公知の方法によって閉状態とされることで、短絡路６が形成される。このような動作により、例えば、ＣＡＴＶ信号を伝送する場合、ＦＭ帯域以外の帯域の電気信号が、ＦＭＢＥＦ７にて減衰させるので、不要なチャンネルの電気信号のみが短絡されてフォトダイオード自身にそのチャンネルの電圧が発生しなくなり、したがってその電気信号による歪も発生しなくなる。よって、これら電気信号の歪成分がＦＭ帯域の電気信号に落ち込むことが防止される。従って、ＦＭ信号のみが非短絡状態となって電圧を持ち、ＦＭ出力端子４から出力されるので、ＤＵ比の高いＦＭ信号を得ることができる。特に、ＦＭ帯域以外の電気信号は、ＦＭＢＰＦ９を通過できないため、ＦＭ出力端子４から出力されるＦＭ信号のＤＵ比を一層向上させることができる。

〔効果〕
これまで説明したように本実施の形態１によれば、給電時には、逆電圧がＰＤ２に印加され、ＰＤ２から出力された電気信号がＲＦ出力端子３から出力されることで、光電変換出力を行うことが可能となる。また、無給電時には、ＰＤ２のカソード側とアノード側が短絡され、無バイアスモードのＰＤ２から出力された電気信号がＦＭ出力端子４から出力されることで、光電変換出力を行うことが可能となる。特にこの構成では、ＦＭ帯域の電気信号がＦＭＢＥＦ７にて減衰させるので、不要なチャンネルの電気信号のみが短絡されてフォトダイオード自身にそのチャンネルの電圧が発生しなくなり、したがってその電気信号による歪も発生しなくなる。よって、これら電気信号の歪成分がＦＭ信号に落ち込むことが防止され、ＦＭ信号のＤＵ比を向上させることができる。

また、ＦＭ信号を通過させるＦＭＢＰＦ９を設けたので、不要な帯域の電気信号を排除して、ＦＭ信号のＤＵ比を一層向上させることができる。

〔II〕実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。ただし、特記した場合を除いて、実施の形態２に示す構成及び処理は、実施の形態１に示す構成及び処理と同様であり、実施の形態１に示す構成及び処理と同じ内容については、必要に応じて、実施の形態１の説明で使用したものと同じ符号を用いることで、その説明を省略する。

〔構成〕
図４は本実施の形態２に係る光受信機１０の回路図である。この光受信機１０は、図１に示した実施の形態１に係る光受信機１の構成の中で、ＰＤ２、ＦＭ出力端子４、短絡路６、ＦＭＢＥＦ７、ＦＭＢＰＦ９、及びコイルＬ２のみを残し、他の構成要素を省略することにより構成されている。すなわち、実施の形態１に係る光受信機１では、給電時（逆電圧の印加時）と無給電時（逆電圧の非印加時）の２つの状態を想定しているため、給電時用の構成要素と無給電時用の構成要素の両方を備えた上で、給電状態に応じてスイッチ８で短絡路６を開閉することで、各給電状態に応じた回路構成としていた。しかし、このことから自明であるように、無給電時のみが想定される環境下では、給電時用の構成要素等を省略しても、無給電時における光電変換を行うことが可能である。そこで、実施の形態２においては、無給電時のみを想定し、無給電時用の構成要素を備える一方、給電時に必要になる構成要素や短絡路６を開閉するスイッチ８を省略している。

〔動作−無給電時〕
このような構成において、光受信機１０によれば、光受信機１の無給電時における動作と同様に、ＦＭ信号のみが非短絡状態となって電圧を持ち、ＦＭ出力端子４から出力されるので、ＤＵ比の高いＦＭ信号を得ることができる。特に、ＦＭ帯域以外の電気信号は、ＦＭＢＰＦ９を通過できないため、ＦＭ出力端子４から出力されるＦＭ信号のＤＵ比を一層向上させることができる。

〔効果〕
これまで説明したように本実施の形態２によれば、実施の形態１における無給電時と同様の効果を得ることができる。特に、無給状態のみが想定される環境下では、実施の形態１の光受信機１に代えてこの光受信機１０を使用するようにしておくことで、光受信機１０を極めて簡易に構成でき、光受信機１０の製造コストを大幅に低減することができる。

〔変形例〕
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例の一部について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

（ＦＭ出力について）
ＦＭＢＰＦ９は必須ではなく、ＦＭＢＰＦ９を設けなくてもＦＭ信号の所望の品質を維持できる場合には、ＦＭＢＰＦ９を省略してもよい。また、無給電時に出力する信号（バックアップすべき信号）は、ＦＭ信号に限られず、例えばＶＨＦ信号であってもよく、この場合には、ＦＭＢＥＦ７に代えてＶＨＦ帯域の信号のみを減衰させる減衰手段を設けると共に、ＦＭＢＰＦ９に代えてＶＨＦ帯域の信号のみ通過させる濾過手段を設け、ＦＭ出力端子４からＶＨＦ信号を出力させてもよい。

（その他の回路構成について）
上述した回路構成は一例であり、公知の技術を用いて任意に変更することができる。例えば、ＦＭ出力端子４の前段に適度な大きさのトランスを設けることで、無給電時におけるＦＭ信号の出力向上を図ってもよい。また、ＰＤ２のカソード側にＲＦ出力端子３を接続し、ＰＤ２のアノード側に所定帯域のＦＭ出力端子４を接続してもよい。また、ＲＦ出力端子３とＦＭ出力端子４は一つの出力端子で兼用してもよい。このように兼用化する場合は、ＦＭＢＰＦ９や増幅器Ａ１を削除するか、あるいはリレーで分岐させて、給電時には増幅器Ａ１を挿入すると共にＦＭＢＰＦ９を取り外し、無給電時にはＦＭＢＰＦ９を挿入すると共に増幅器Ａ１を取り外してもよい。

１、１０光受信機
２ＰＤ
３ＲＦ出力端子
４ＦＭ出力端子
５制御回路
６短絡路
７ＦＭＢＥＦ
８スイッチ
９ＦＭＢＰＦ
Ａ１増幅器
Ｒ１、Ｒ２抵抗
Ｌ１、Ｌ２コイル
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３コンデンサ
＋Ｖｃ正電源

Claims

光伝送システムにおいて光信号を電気信号に変換する光電変換装置であって、
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のカソード側とアノード側を短絡させる短絡路と、
前記短絡路に設けられたもので、所定帯域の電気信号を減衰させる減衰手段と、
前記フォトダイオードに接続され、当該フォトダイオードから出力された電気信号を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする光電変換装置。
逆電圧を前記フォトダイオードに印加する逆電圧印加手段と、
前記逆電圧の無給電時にのみ前記短絡路を閉状態とする開閉手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
前記所定帯域の電気信号を通過させる濾過手段を、前記短絡路と前記出力手段との間に設けたこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。