JP2011015164A

JP2011015164A - 光電変換装置

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Publication number: JP2011015164A
Application number: JP2009157210A
Authority: JP
Inventors: Akira Mazaki; 明真崎
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP5599581B2

Abstract

【課題】ＦＭ信号の如き所定帯域の電気信号を光電変換にて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出力を一層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から出力された電気信号のうち、所定の高域信号を出力するＲＦ出力端子３と、ＰＤ２から出力された電気信号のうち、所定の低域信号を出力するＦＭ出力端子４と、ＰＤ２から出力された電気信号の一部を、ＲＦ出力端子３及びＦＭ出力端子４を経ることなくＰＤ２に還流させる伝送路であって、高域信号のみを還流可能な高域伝送路１０及び低域信号を還流可能な低域伝送路１１と、ＰＤ２から出力された電流のうち、ＦＭ出力端子４に至る電流の分流比を調節するための抵抗Ｒ１とを備える。
【選択図】図２

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）。

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。

そこで、本願発明者は、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発明した（例えば特許文献３参照。ただし、本願出願時において特許文献３に記載の発明は未公開）。

図５には、この特許文献３に記載の従来の光電変換装置の回路図を示す。この光電変換装置（光受信機）１００は、光電変換を行うＰＤ１０１と、ＲＦ信号を出力するＲＦ出力端子１０２と、ＦＭ信号を出力するＦＭ出力端子１０３とを、線路を介して接続して構成されている。ＰＤ１０１のアノード側には、増幅器Ａ１００が接続されており、この増幅器Ａ１００の出力段側に上述したＲＦ出力端子１０２が接続されている。また、ＰＤ１０１のアノード側には、コイルＬ１００と抵抗Ｒ１００が接続されており、これらコイルＬ１００と抵抗Ｒ１００の間には、コンデンサＣ１００と制御回路１０４がそれぞれ接続されている。ＰＤ１０１のカソード側には、正電源＋Ｖｃが抵抗Ｒ２００を介して接続されている。また、抵抗Ｒ２００の両端には、コンデンサＣ２００、Ｃ３００が接続されている。さらに、光受信機１００には、ＰＤ１０１のカソード側とアノード側を短絡させる短絡路１０５（図３に示した一点鎖線に沿った伝送路）が設けられている。この短絡路１０５には、ＰＤ１０１に対してＦＭＢＥＦ（ＦＭＢａｎｄＥｌｉｍｉｎａｔｅＦｉｌｔｅｒ）１０６とスイッチ１０７が直列に接続されており、このＦＭＢＥＦ１０６にはコイルＬ２００が並列に接続されている。このＦＭＢＥＦ１０６は、所定帯域の電気信号（ここではＦＭ信号。以下同じ）を減衰させる減衰手段である。また、スイッチ１０７は、逆電圧の無給電時にのみ短絡路１０５を閉状態とする開閉手段である。このように構成された短絡路１０５におけるＰＤ１０１のカソード側には、ＦＭＢＰＦ（ＦＭＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）１０８が接続されている。このＦＭＢＰＦ１０８は、所定帯域の電気信号を出力する濾過手段である。

この光電変換装置１００において、無給電時には、スイッチ１０７を閉じることでＰＤ１０１を短絡でき、無バイアスモードにおいてＰＤ１０１から出力される信号の中からＦＭ信号のみを取り出し、このＦＭ信号をＦＭ出力端子１０３から出力することが可能となる。特に、この光電変換装置１００では、ＦＭ信号に含まれ得る不要なチャンネルの電気信号のみを短絡路１０５を用いて短絡することで、これらの電気信号の歪成分がＦＭ信号に落ち込むことを防止でき、ＦＭ信号のＤＵ比を向上させることができる。

特開２００６−１７４２１１号公報特開２００８−７８９８８号公報特願２００８−２３４２２１号明細書

しかしながら、特許文献３に記載の光電変換装置１００においては、ＤＵ比の高いＦＭ信号を出力することができるものの、ＦＭ信号の出力の大きさの面では依然として改善の余地があった。すなわち、この光電変換装置１００においては、ＦＭ信号に含まれ得る不要なチャンネルの電気信号は短絡路１０５を用いて短絡することができるものの、ＦＭ信号を含むその他の信号については、その一部はＦＭ出力端子１０３から出力されるが、他の部分はＦＭ出力端子１０３から出力されずに伝送路１０９（増幅器Ａ１００の接地からコンデンサＣ３００を経てＰＤ１０１に至る伝送路であり、図３に示した一点鎖線に沿った伝送路）を還流する。この伝送路１０９には、高域信号（ＲＦ信号）と低域信号（ＦＭ信号）の両方が還流し、低域信号（ＦＭ信号）が還流する分だけ、ＦＭ出力端子１０３から出力されるＦＭ信号の出力が低下してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＦＭ信号の如き所定帯域の電気信号を光電変換にて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出力を一層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から出力された電気信号のうち、所定の高域信号を出力する高域信号出力手段と、前記フォトダイオードから出力された電気信号のうち、所定の低域信号を出力する低域信号出力手段と、前記フォトダイオードから出力された電気信号の一部を、前記高域信号出力手段及び前記低域信号出力手段を経ることなく前記フォトダイオードに還流させる伝送路であって、前記高域信号のみを還流可能な高域伝送路及び前記低域信号を還流可能な低域伝送路と、前記フォトダイオードから出力された電流のうち、前記低域信号出力手段に至る電流の分流比を調節するための電流調節手段とを備える。

また、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、前記低域信号出力手段に接続される外部機器との間におけるインピーダンス整合を行うための整合手段を設けた。

請求項１に記載の光電変換装置によれば、高域伝送路と低域伝送路を設け、低域伝送路には電流調節手段を設けて低域信号出力手段に至る電流の分流比を調節することにより、低域信号出力手段からの低域信号出力を大きくすることができる。また、このように高域伝送路と低域伝送路を設けたので、高域信号については高域伝送路を介してフォトダイオードに還流させることで、高域信号が電流調節手段を通過する場合に生じるロスを回避できる。

また、請求項２に記載の光電変換装置によれば、整合手段を設けることで、後段機器との間におけるインピーダンス整合を整合手段によって取ることが可能となるので、インピーダンス整合と切り離して、電流調節手段の抵抗値を大きくすることが可能となる。

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。実施の形態２に係る光受信機の回路図である。図３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。従来の光電変換装置の回路図である。

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、所定の高域信号（以下、ＲＦ信号）を出力する高域信号出力手段であるＲＦ出力端子３と、所定の低域信号（以下、ＦＭ信号）を出力する低域信号出力手段であるＦＭ出力端子４とを、図示のように線路を介して接続して構成されている。

ＰＤ２のカソード側には、正電源＋Ｖｃが、コイルＬ１とコイルＬ２により構成される整合手段である整合回路５を介して接続されている。すなわち、この整合回路５がない場合には、ＦＭ出力端子側から見ると後述する抵抗Ｒ１が光受信機１の内部インピーダンスとなり、この内部インピーダンスを後段側の外部機器の内部インピーダンス（例えば外部機器がＴＶである場合には７５Ω）とする必要があり、後述する電流調節手段としての機能を抵抗Ｒ１に発揮させることが困難となる。このため、整合回路５を設けることで、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくして電流調節手段としての機能を発揮させることを可能としている。なお、整合回路５を構成する素子は、コイルＬ１やコイルＬ２に限定されず、整合機能を奏する限りにおいて任意の素子を使用でき、例えばトランスにて代替することも可能である。

これらコイルＬ１とコイルＬ２の相互間には、ＦＭＢＰＦ（ＦＭＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）６を介して、上述したＦＭ出力端子４が接続されている。また、正電源＋Ｖｃと整合回路５の相互間には、結合用のコンデンサＣ３が接続されており、このコンデンサＣ３は接地されている。

一方、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の出力段側には、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、コイル（チョークコイル）Ｌ３と抵抗Ｒ２が接続されており、これらコイルＬ３と抵抗Ｒ２の相互間には、光受信機１を制御する制御回路７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８が設けられている。この短絡路８には、ＰＤ２に対してコイルＬ４とスイッチ９が直列に接続されている。スイッチ９は、逆電圧の無給電時にのみ短絡路８を閉状態とする開閉手段である。

ここで、ＰＤ２のカソード側には、抵抗（マッチング抵抗）Ｒ１とコンデンサ（結合コンデンサ）Ｃ１が直列に接続されており、このコンデンサＣ１は接地されている。抵抗Ｒ１は、ＰＤ２から出力された電流のうち、ＦＭ出力端子４に至る電流の分流比を調節するための電流調節手段である。この抵抗Ｒ１として抵抗値の大きな抵抗を使用することで、後述する低域伝送路１１を通過する電流に比べて、ＦＭ出力端子４に至る電流を大きくすることができ、従ってＦＭ出力端子４からのＦＭ信号の出力を大きくすることができる。このため、抵抗Ｒ１としては抵抗値が極力大きな抵抗を使用することが好ましい。コンデンサＣ１は、ＰＤ２から出力され電気信号の一部のうち、少なくとも低域信号を結合して通過させるための低域信号通過手段である。このため、コンデンサＣ１としては、低域ではローインピーダンスになるように、後述するＣ２よりも容量の大きいものが使用される。ただし、コンデンサＣ１の機能は低域信号を通過させる点にあるため、同等の機能を奏する限りにおいてコンデンサＣ１に代えて他の手段を配置してもよく、任意のローパスフィルタを配置してもよい。さらに、後述するコンデンサＣ２に高域信号を通過させることとしているため、コンデンサＣ１は、低域信号を通過させる限りにおいて、さらに他の帯域の信号を通過させるように構成してもよい。

また、ＰＤ２のカソード側には、コンデンサ（結合コンデンサ）Ｃ２が直列に接続されており、このコンデンサＣ２は接地されている。このコンデンサＣ２は、ＰＤ２から出力され電気信号の一部のうち、高域信号のみを結合して通過させるための高域信号通過手段である。このため、コンデンサＣ２としては、低域ではハイインピーダンスになると共に、高域ではローインピーダンスとなるように、容量が数ｐＦの小さいものが使用される。ただし、コンデンサＣ２の機能は高域信号を通過させる点にあるため、同等の機能を奏する限りにおいてコンデンサＣ２に代えて他の手段を配置してもよく、任意のハイパスフィルタを配置してもよい。

〔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９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、ＦＭＢＰＦ６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９は公知の方法によって閉状態とされることで、短絡路８が形成される。

さらに、図２の回路においては、従来と同様の短絡路８に加えて、ＰＤ２から出力された電気信号の一部を、ＲＦ出力端子３とＦＭ出力端子４を経ることなくＰＤ２に還流させる伝送路であって、ＲＦ信号のみを還流可能な高域伝送路１０と、ＦＭ信号を還流可能な低域伝送路１１が形成されている。

このため、ＰＤ２から出力された電気信号は、ＲＦ出力端子３から出力されるＲＦ信号とＦＭ出力端子４から出力されるＦＭ信号の他に、高域伝送路１０を還流する信号、低域伝送路１１を還流する信号、又は短絡路８を循環する信号となる。

具体的には、ＲＦ出力端子３から出力されなることなく増幅器Ａ１から接地側に伝送されたＲＦ信号は、高域でハイインピーダンスであるコンデンサＣ１は通過せず、高域でローインピーダンスであるコンデンサＣ２のみを通過して、ＰＤ２のカソード側に還流されるため、高域伝送路１０を還流する信号となる。特に、ＲＦ信号が高域伝送路１０のコンデンサＣ２のみを通過し、低域伝送路１１の抵抗Ｒ１を通過しないので、抵抗Ｒ１でＲＦ信号にロスが生じることを防止できる。

また、ＦＭ出力端子４から出力されなることなく増幅器Ａ１から接地側に伝送されたＦＭ信号は、低域でハイインピーダンスであるコンデンサＣ２は通過せず、低域でローインピーダンスであるコンデンサＣ１のみを通過して、ＰＤ２のカソード側に還流されるため、低域伝送路１１を還流する信号となる。

また、これら高域伝送路１０や低域伝送路１１に還流しない信号は、不要信号として短絡路８を循環するので、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。

〔効果〕
これまで説明したように本実施の形態１によれば、高域伝送路１０と低域伝送路１１を設け、低域伝送路１１には抵抗Ｒ１を設けてＦＭ出力端子４に至る電流の分流比を調節することにより、ＦＭ出力端子４からのＦＭ出力を大きくすることができる。また、このように高域伝送路１０と低域伝送路１１を設けたので、ＲＦ信号については高域伝送路１０を介してＰＤ２に還流させることで、ＲＦ信号が抵抗Ｒ１を通過する場合に生じるロスを回避できる。

また、整合回路５を設けることで、後段機器との間におけるインピーダンス整合を整合回路５によって取ることが可能となるので、インピーダンス整合と切り離して、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくすることが可能となる。

〔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３は本実施の形態２に係る光受信機２０の回路図である。この光受信機２０は、図１に示した実施の形態１に係る光受信機１の構成に対して、ＰＤ２に対するＲＦ出力端子３とＦＭ出力端子４の接続極性を入れ替えたものである。すなわち、ＰＤ２のカソード側には、増幅器Ａ１が接続されており、この増幅器Ａ１の出力段側にＲＦ出力端子３が接続されている。一方、ＰＤ２のアノード側には、整合回路５が接続されており、この整合回路５のコイルＬ１とコイルＬ２の相互間には、ＦＭＢＰＦ６を介してＦＭ出力端子４が接続されている。また、ＰＤ２のアノード側には、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が直列に接続されていると共に、コンデンサＣ２が直列に接続されている。

その他、ＰＤ２のカソード側においては、正電源＋ＶｃからＰＤ２に至る線路上におけるコンデンサＣ３の接続点と増幅器Ａ１の接続点との相互間に抵抗Ｒ３が設けられている。また、ＰＤ２のアノード側においては、整合回路５と抵抗Ｒ２との相互間にコンデンサＣ４が接続されており、このコンデンサＣ４は接地されている。

〔動作−給電時〕
このように構成された回路は、実施の形態１と同様に動作する。すなわち、給電時には、スイッチ９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、ＦＭＢＰＦ６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４は、図３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。無給電時には、スイッチ９は閉状態とされることで、短絡路８が形成される。そして、ＰＤ２から出力された電気信号は、ＲＦ出力端子３から出力されるＲＦ信号とＦＭ出力端子４から出力されるＦＭ信号の他に、高域伝送路１０を還流する信号、低域伝送路１１を還流する信号、又は短絡路８を循環する信号となる。

〔効果〕
これまで説明したように本実施の形態２によれば、ＰＤ２に対するＲＦ出力端子３とＦＭ出力端子４の接続極性を入れ替えて光受信機２０を構成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

〔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。

（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。

１、２０、１００光受信機
２、１０１ＰＤ
３、１０２ＲＦ出力端子
４、１０３ＦＭ出力端子
５整合回路
６、１０８ＦＭＢＰＦ
７、１０４制御回路
８、１０５短絡路
９、１０７スイッチ
Ａ１、Ａ１００増幅器
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１００、Ｒ２００抵抗
Ｌ１、Ｌ２。Ｌ３、Ｌ１００、Ｌ２００コイル
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ１００、Ｃ２００、Ｃ３００コンデンサ
＋Ｖｃ正電源
１０６ＦＭＢＥＦ
１０９伝送路

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から出力された電気信号のうち、所定の高域信号を出力する高域信号出力手段と、
前記フォトダイオードから出力された電気信号のうち、所定の低域信号を出力する低域信号出力手段と、
前記フォトダイオードから出力された電気信号の一部を、前記高域信号出力手段及び前記低域信号出力手段を経ることなく前記フォトダイオードに還流させる伝送路であって、前記高域信号のみを還流可能な高域伝送路及び前記低域信号を還流可能な低域伝送路と、
前記フォトダイオードから出力された電流のうち、前記低域信号出力手段に至る電流の分流比を調節するための電流調節手段と、
を備える光電変換装置。
前記低域信号出力手段に接続される外部機器との間におけるインピーダンス整合を行うための整合手段を設けた、
請求項１に記載の光電変換装置。