JP2014169893A - 光伝送装置 - Google Patents

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沢ニ 真家
Katsuhito Mure
勝仁 牟禮
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志展 矢澤
Junichi Kosugi
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Abstract

【課題】過入力によるアンプの破損を防止すること。
【解決手段】電界計測装置1は、アンテナ10で検出された電磁波の電界強度に応じた検出信号Saに基づいて、変調光L2を出力するヘッド部20と、変調光L2に基づいて、電磁波の電界強度を示す測定信号Smを出力するコントローラ部40と、を備え、ヘッド部20は、検出信号Saを伝送するための伝送線路12及び検出信号Saを増幅するためのアンプ15を有する第1伝送部21と、検出信号Saを伝送するための伝送線路13を有する第2伝送部22と、第1伝送部21または第2伝送部22によって伝送された検出信号Saを変換して変調光L2を出力する光変調器25と、を備え、第2伝送部22の許容入力は、第1伝送部21の許容入力よりも大きい。
【選択図】図1

Description

本発明は、光伝送装置に関する。
電波暗室に設置された被測定装置から放射される微弱な電磁波を測定するための電界計測装置等の光伝送装置がある。例えば、特許文献1には、電波暗室に設置されるヘッド部と、測定室に設置されるコントローラ部とを備え、ヘッド部とコントローラ部とが光ファイバによって接続された電界計測装置が記載されている。
この電界計測装置では、電波暗室に設置されたアンテナによって電磁波が検出され、検出された電磁波の電界強度に応じた出力信号がヘッド部に供給される。そして、ヘッド部の光変調器によって変調光に変換され、変調光はコントローラ部に送信される。また、検出される電磁波の電界強度は微弱であると想定されていることから、ヘッド部は、アンテナの出力信号を増幅するためのアンプを備えている。
特開2012−207942号公報
しかしながら、放射ノイズ(EMI)測定等では、不特定の被測定装置を測定対象とすることから、想定範囲を超える電界強度を有する電磁波が検出される場合がある。このような場合、アンテナからの出力信号が、ヘッド部のアンプの入力上限値を超えることがあり、過入力によってアンプが破損するおそれがある。
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、過入力によるアンプの破損を防止可能な構造を有する光伝送装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る光伝送装置は、検出された電磁波の電界強度に応じた検出信号に基づいて変調光を出力するヘッド部と、変調光に基づいて電磁波の電界強度を示す測定信号を出力するコントローラ部と、を備える。ヘッド部は、検出信号を伝送するための第1伝送線路及び検出信号を増幅するための増幅器を有する第1伝送部と、検出信号を伝送するための第2伝送線路を有する第2伝送部と、第1伝送部または第2伝送部によって伝送された検出信号を変換して変調光を出力する光変調器と、を備え、第2伝送部の許容入力は、第1伝送部の許容入力よりも大きい。
このような光伝送装置では、第1伝送線路及び増幅器を有する第1伝送部と、第2伝送線路を有する第2伝送部と、が設けられており、第2伝送部の許容入力は、第1伝送部の許容入力よりも大きい。ここで、許容入力とは、破壊されることなく動作可能な限度を示す入力特性を意味し、例えば絶対最大定格入力電力等が挙げられる。このため、被測定装置から出力される電磁波の電界強度の大きさが不明である場合には、第2伝送部が検出信号を伝送することにより、増幅器を使用することなく、検出信号の電力レベルを確認できる。その結果、過入力による増幅器の破損を防止することができる。また、例えば、測定信号の信号電力が第1伝送部の許容入力、すなわち増幅器の許容入力よりも小さい場合には、第1伝送部が検出信号を伝送してもよい。
本発明の他の側面に係る光伝送装置では、コントローラ部は、第1伝送部と第2伝送部との切り替えを制御するための切替制御信号を含む駆動信号に応じて制御信号光を出力する光源を備えてもよい。ヘッド部は、制御信号光を制御信号に変換する第1受光素子と、制御信号に基づいて切替信号を出力する切替指示回路と、切替信号に基づいて第1伝送部と第2伝送部とを切り替えて検出信号を伝送させる切替回路と、をさらに備えてもよい。
電磁波の電界強度の測定中においては、測定者がヘッド部を直接触ってヘッド部の切替回路の設定を変更することはできない。しかし、この構成によれば、コントローラ部からの制御信号光を変換した制御信号に基づいて、切替指示回路は、切替回路に第1伝送部と第2伝送部とを切り替えて検出信号を伝送させることができる。このため、測定者が直接触れることなく、コントローラ部からの遠隔操作によって第1伝送部と第2伝送部との切替が可能となる。
本発明の他の側面に係る光伝送装置では、ヘッド部は、光変調器の動作点を調整するためのバイアス電圧を光変調器に供給するバイアス回路をさらに備えてもよい。この場合、駆動信号は、バイアス電圧をバイアス回路に供給させるためのバイアス制御信号をさらに含んでもよく、バイアス回路は、制御信号に基づいてバイアス電圧を光変調器に供給してもよい。
この構成によれば、切替制御信号とバイアス制御信号とを含む駆動信号に応じた制御信号光を出力することによって、光ファイバ配線の増加を抑えながら、切替回路の切り替えと光変調器の動作点の調整とをコントローラ部から制御することができる。
本発明の他の側面に係る光伝送装置では、切替回路は、検出信号が入力する入力線路を第1伝送線路及び第2伝送線路のいずれかに切り替えて接続する第1スイッチと、増幅器の入力端子を保護抵抗回路及び第1伝送線路のいずれかに切り替えて接続する第2スイッチと、を備えてもよく、第1スイッチが第1伝送線路から第2伝送線路に切り替える前または切り替えると同時に、第2スイッチは第1伝送線路から保護抵抗回路に切り替えてもよい。
この構成によれば、第1スイッチによって検出信号の入力線路を第1伝送線路に接続し、第2スイッチによって増幅器の入力端子を第1伝送線路に接続することにより、第1伝送部によって検出信号を伝送できる。また、第1スイッチによって入力線路を第2伝送線路に接続し、第2スイッチによって増幅器の入力端子を保護抵抗回路に接続することにより、第2伝送部によって検出信号を伝送できる。ところで、増幅器の入力端子が開放されることによって、増幅器の入力端子に静電気等の異常入力が生じ得る。上述の構成によれば、第1スイッチが第1伝送線路から第2伝送線路に切り替える前または切り替えると同時に、第2スイッチは第1伝送線路から保護抵抗回路に切り替えることにより、増幅器を使用しなくなった際に増幅器の入力端子を保護抵抗回路に確実に接続することができる。このため、異常入力による増幅器の破損を防止することが可能となる。
本発明の他の側面に係る光伝送装置では、コントローラ部は、変調光に基づいて駆動信号を出力する制御回路を備えてもよく、制御回路は、第2伝送部によって伝送された検出信号を変換した変調光に基づいて、第2伝送部から第1伝送部に切替回路を切り替えるための制御信号光を光源に出力させてもよい。
この構成によれば、第2伝送部によって伝送された検出信号を変換した変調光に基づいて、制御回路が検出信号の電力レベルを判断できる。そして、例えば、検出信号の電力が増幅器の許容入力よりも小さいと判断された場合に、第2伝送部から第1伝送部に切替回路を切り替えるための制御信号光を光源に出力させることができる。これにより、過入力による増幅器の破損を防止することが可能となる。
本発明によれば、過入力によるアンプの破損を防止できる。
一実施形態に係る光伝送装置である電界計測装置の構成を概略的に示す図である。 (a)はモード切替指示信号の一例を示す図、(b)は切替制御信号の一例を示す図、(c)は割込信号の一例を示す図、(d)はバイアス制御信号の一例を示す図、(e)は重畳信号の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、一実施形態に係る光伝送装置である電界計測装置の構成を概略的に示す図である。電界計測装置1は、被測定装置(不図示)から放射される電磁波を測定するための装置であって、テストモードと測定モードとを切り替えて動作する機能を有している。テストモードとは、被測定装置から放射される電磁波の電界強度に応じた検出信号の電力レベルを確認するためのモードである。測定モードとは、被測定装置から放射される電磁波の電界強度を測定するためのモードである。図1に示されるように、電界計測装置1は、ヘッド部20と、コントローラ部40と、を備えている。ヘッド部20は、アンテナ10とともに例えば電波暗室に配置され、コントローラ部40は、測定器60とともに測定室に配置される。また、被測定装置は電波暗室に設置される。
ここで、電波暗室は、被測定装置から放射される電磁波を検出するためのエリアであって、例えば外部からの電磁波が遮断された空間である。電波暗室は、オープンサイトなどであってもよい。また、本実施形態ではアンテナ10の設置場所が電波暗室の例で説明するが、これに限定されない。また、アンテナで受信した電磁波を検出するものであればよく、例えば衛星用のパラボラアンテナを用いて屋外で受信する場合や、ROF(Radio over fiber)システムなどアンテナを利用する電界計測装置全般に用いることができる。測定室は、電波暗室において検出された電磁波を計測するためのエリアであって、被測定装置から放射される電磁波によって計測に障害が生じないエリアである。測定室は、例えば電波暗室の外部、被測定装置から十分離れた場所、または、被測定装置から放射される電磁波の漏出を遮断した空間などである。
ヘッド部20には、アンテナ10が接続されている。アンテナ10は、被測定装置から放射される電磁波を受信する。アンテナ10は、受信した電磁波の電界強度に応じた電気信号である検出信号Saをヘッド部20に出力する。アンテナ10には、伝送線路11(入力線路)の一端が電気的に接続されており、アンテナ10から出力された検出信号Saは、伝送線路11によって伝送される。
ヘッド部20は、検出信号Saに基づいて変調光L2を出力する。ヘッド部20は、第1伝送部21と、第2伝送部22と、切替回路23と、抵抗器24(保護抵抗回路)と、光変調器25と、光合分波器26と、受光素子27(第1受光素子)と、信号出力回路28と、バッテリー29と、を備えている。
第1伝送部21は、伝送線路11によってヘッド部20に導入される検出信号Saを伝送する。第1伝送部21は、伝送線路12(第1伝送線路)及びアンプ15(増幅器)を有する。伝送線路12は、伝送線路11によって導入される検出信号Saを伝送するための線路である。アンプ15は、高周波の信号を増幅ための増幅器であって、例えばRF(Radio Frequency)アンプである。アンプ15は、バッテリー29から電力供給を受けて駆動し、伝送線路12によって伝送される検出信号Saを増幅する。第1伝送部21は、アンプ15によって増幅された検出信号Saを伝送線路14を介して変調信号Smdとして光変調器25に出力する。ところで、アンプ15では、許容入力として、許容できる入力電力の上限値である絶対最大定格入力電力が規定されており、例えば−20dBm程度である。伝送線路12の絶対最大定格入力電力は、アンプ15の絶対最大定格入力電力よりも大きいことから、第1伝送部21の絶対最大定格入力電力は、アンプ15の絶対最大定格入力電力により定まる。
第2伝送部22は、伝送線路11によってヘッド部20に導入される検出信号Saを伝送する。第2伝送部22は、伝送線路13(第2伝送線路)を有する。伝送線路13は、伝送線路11によって導入される検出信号Saを伝送するための線路である。第2伝送部22は、伝送線路13によって伝送された検出信号Saを伝送線路14を介して変調信号Smdとして光変調器25に出力する。伝送線路13の絶対最大定格入力電力は、アンプ15の絶対最大定格入力電力よりも大きいことから、第2伝送部22の絶対最大定格入力電力は、第1伝送部21の絶対最大定格入力電力よりも大きい。
切替回路23は、アンテナ10から出力される検出信号Saを伝送する伝送経路を切り替えるための回路である。切替回路23は、切替信号Scに基づいて第1伝送部21と第2伝送部22とを切り替えて検出信号Saを伝送させる。具体的には、測定モードからテストモードに切り替えることを指示する切替信号Scの受信に応じて、切替回路23は、第1伝送部21から第2伝送部22に切り替えて、第2伝送部22に検出信号Saを伝送させる。一方、テストモードから測定モードに切り替えることを指示する切替信号Scの受信に応じて、切替回路23は、第2伝送部22から第1伝送部21に切り替えて、第1伝送部21に検出信号Saを伝送させる。切替回路23は、例えば、スイッチ231(第1スイッチ)と、スイッチ232(第2スイッチ)と、を備えている。
スイッチ231は、高周波信号の伝送経路を切り替えるためのスイッチであって、例えばRFスイッチである。スイッチ231は、伝送線路11を伝送線路12及び伝送線路13のいずれかに切り替えて接続する。スイッチ231の第1端子231aは、伝送線路11の他端に接続され、スイッチ231の第2端子231bは、伝送線路12の一端に接続され、スイッチ231の第3端子231cは、伝送線路13の一端に接続されている。測定モードからテストモードに切り替えることを指示する切替信号Scの受信に応じて、スイッチ231は、第1端子231aと第2端子231bとの接続を解除し、第1端子231aと第3端子231cとを接続する。すなわち、スイッチ231は、伝送線路11を伝送線路12から伝送線路13に切り替えて接続する。一方、テストモードから測定モードに切り替えることを指示する切替信号Scの受信に応じて、スイッチ231は、第1端子231aと第3端子231cとの接続を解除し、第1端子231aと第2端子231bとを接続する。すなわち、スイッチ231は、伝送線路11を伝送線路13から伝送線路12に切り替えて接続する。
スイッチ232は、高周波信号の伝送経路を切り替えるためのスイッチであって、例えばRFスイッチである。スイッチ232は、アンプ15の入力端子を抵抗器24及び伝送線路12のいずれかに切り替えて接続する。スイッチ232の第1端子232aは、アンプ15の入力端子に接続され、スイッチ232の第2端子232bは、伝送線路12の他端に接続され、スイッチ232の第3端子232cは、抵抗器24の一端に接続されている。測定モードからテストモードに切り替えることを指示する切替信号Scの受信に応じて、スイッチ232は、第1端子232aと第2端子232bとの接続を解除し、第1端子232aと第3端子232cとを接続する。すなわち、スイッチ232は、アンプ15の入力端子を伝送線路12から抵抗器24に切り替えて接続する。一方、テストモードから測定モードに切り替えることを指示する切替信号Scの受信に応じて、スイッチ232は、第1端子232aと第3端子232cとの接続を解除し、第1端子232aと第2端子232bとを接続する。すなわち、スイッチ232は、アンプ15の入力端子を抵抗器24から伝送線路12に切り替えて接続する。
ヘッド部20の電源オフ時には、スイッチ232は、アンプ15の入力端子を抵抗器24に接続する。具体的には、バッテリー29から供給される電圧値を検出する電圧検出回路(不図示)によって、バッテリー29の電圧値が所定の値以下となったことが検出されると、後述のモード切替回路281(切替指示回路)は、アンプ15の入力端子を抵抗器24に接続するようスイッチ232に切替信号Scを出力する。この電源オフ時の切替動作は、例えば、不図示のコンデンサに予め充電された電力を用いて行われる。なお、コントローラ部40の電源がオフになった場合には、その時点における切替回路23の状態が不図示の記憶回路に保持されるようにしてもよい。
抵抗器24は、例えば50Ω程度の抵抗値を有し、一端がスイッチ232の第3端子232cに接続され、他端が接地電位に接続されている。アンプ15の入力端子が抵抗器24を介して接地電位に接続されることにより、抵抗器24は、アンプ15に静電気等による異常入力が発生するのを抑制可能な保護抵抗回路として機能する。
光変調器25は、第1伝送部21または第2伝送部22によって伝送された検出信号Sa(変調信号Smd)を光信号に変換するデバイスであって、例えばマッハツェンダ型の光変調器である。光変調器25は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO)などの電気光学効果を奏する誘電体材料から構成されている。光変調器25は、コントローラ部40から出力される連続光L1を光ファイバF1を介して入力する。また、光変調器25は、伝送線路14を介して入力される変調信号Smdで連続光L1を変調し、変調した光である変調光L2を光合分波器26及び光ファイバF2を介してコントローラ部40に出力する。
また、光変調器25には、信号出力回路28によって供給されるバイアス電圧Vbが印加され、バイアス電圧Vbによって光変調器25の動作点(バイアス点)が定められる。なお、本実施形態では、光変調器25は所謂Xカットの基板を有するが、これに限定されない。光変調器25は、例えば、所謂Zカットの基板を有してもよい。
光合分波器26は、互いに異なる波長を有する光を合波、または、互いに異なる波長を有する光に分波する光学素子であって、例えばWDM(Wavelength Division Multiplexing)カプラである。光合分波器26は、光変調器25から出力される変調光L2を入力して、変調光L2を光ファイバF2に出力し、光ファイバF2から出力される制御信号光L3を入力して、制御信号光L3を受光素子27に出力する。
受光素子27は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。受光素子27は、光合分波器26によって出力される制御信号光L3を電気信号に変換し、制御信号Spdとして信号出力回路28に出力する。
信号出力回路28は、受光素子27によって出力される制御信号Spdに基づいて、光変調器25の動作点を調整するためのバイアス電圧Vbを光変調器25に供給するとともに、切替回路23を切り替えるための切替信号Scを切替回路23に出力する。信号出力回路28は、モード切替回路281と、バイアス回路282と、を備えている。
モード切替回路281は、制御信号Spdに基づいて切替信号Scを出力する。具体的に説明すると、モード切替回路281は、例えばハイパスフィルタによって制御信号Spdから切替信号Scのための信号を抽出する。バイアス回路282は、抽出した信号に応じて、切替回路23を切り替えるための切替信号Scを出力する。例えば、テストモードから測定モードに切り替えるための信号及び測定モードからテストモードに切り替えるための信号は同じであってもよい。この場合、モード切替回路281は、切替信号Scの状態、すなわち、テストモードまたは測定モードのいずれの動作モードであるかを記憶回路に記憶する。そして、モード切替回路281は、制御信号Spdから切替信号Scのための信号が抽出されると、記憶回路に記憶されている動作モードを読み出し、その動作モードから他方の動作モードに切り替えるための切替信号Scを切替回路23に出力する。
バイアス回路282は、制御信号Spdに基づいてバイアス電圧Vbを光変調器25に供給する。具体的に説明すると、バイアス回路282は、例えばローパスフィルタによって制御信号Spdから切替信号Scのための信号を除去する。ローパスフィルタの時定数は、切替信号Scのための信号のパルス幅に応じて定められ、例えば100msec以下の信号を除去する時定数とする。バイアス回路282は、切替信号Scのための信号が除去された制御信号Spdに応じてバイアス電圧Vbを光変調器25に供給する。
バッテリー29は、DC電源であって、アンプ15及び信号出力回路28のそれぞれに電力を供給する。
コントローラ部40は、変調光L2に基づいて、電磁波の電界強度を示す測定信号Smを出力する。コントローラ部40は、光源41と、制御回路42と、光源43と、光合分波器44と、光分岐器45と、受光素子46と、受光素子47と、ローパスフィルタ48と、を備えている。
光源41は、連続光L1を出力する光源であって、例えばレーザダイオードである。連続光L1は、一定のレベルの連続光であって、第1波長を有する。第1波長は例えば1.55μmである。光源41は、光ファイバF1を介して、ヘッド部20の光変調器25に連続光L1を出力する。
制御回路42は、光変調器25の動作点を制御(バイアス制御)するとともに、切替回路23の切り替えを制御する回路である。具体的に説明すると、制御回路42は、バイアス回路282にバイアス電圧Vbを出力させるためのバイアス制御信号を生成する。制御回路42は、受光素子47によって検出される光強度の平均値が一定の値となるように、バイアス制御信号の電圧値を調整する。制御回路42は、例えばコントローラ部40が起動してからコントローラ部40が停止するまでの間、光変調器25のバイアス制御を連続的に行っている。バイアス制御信号は、例えば0〜12Vの範囲の電圧値を有する。
制御回路42は、切替信号Scをモード切替回路281に出力させるための切替制御信号を生成する。切替制御信号は、バイアス制御信号と識別可能な信号であればよい。バイアス制御信号は急峻な変動を有することはないので、切替制御信号は、例えば10msec以下のパルス信号としてもよい。切替制御信号の電圧値は、バイアス制御信号の最大電圧値と同程度であって、例えば12V程度としてもよい。また、誤動作防止のため、パルス信号の立ち下がりエッジから所定の時間(例えば、50msec以下)に同様のパルス信号を送信してもよい。この例では、テストモードから測定モードに切り替えるための切替制御信号及び測定モードからテストモードに切り替えるための切替制御信号は同じであるが、異なっていてもよい。
制御回路42は、第2伝送部22によって伝送された検出信号Saを変換した変調光L2に基づいて、第2伝送部22から第1伝送部21に切替回路23を切り替えるための切替制御信号を含む制御信号光L3を光源43に出力させる。具体的に説明すると、制御回路42は、テストモード動作時において、受光素子47から出力されるモニタ信号Smonの電圧値が予め設定された電圧値よりも小さいと判断した場合、テストモードから測定モードに切り替えるための切替制御信号を生成する。予め設定された電圧値は、アンプ15の絶対最大定格入力電力に応じて定められ、アンプ15の破損が生じない程度の値である。なお、テストモードではアンプ15が使用されないので、テストモードのモニタ信号Smonの電力は測定モードにおけるモニタ信号Smonの電力よりも20〜40dB程度減衰するが、制御回路42は、モニタ信号Smonによって過大入力を検出できる。また、制御回路42は、電界計測装置1がいずれの動作モードで動作しているのかを不図示の記憶回路に記憶している。
制御回路42は、バイアス制御信号と切替制御信号とを重畳した重畳信号を生成し、重畳信号を駆動信号Sdとして光源43に出力する。つまり、制御回路42は、変調光L2に基づいて光源43に制御信号光L3を出力させる。また、制御回路42は、光源41を駆動する。
図2を用いて、制御回路42による重畳信号の生成方法の一例を説明する。図2の(a)はモード切替指示信号の一例を示す図、図2の(b)は切替制御信号の一例を示す図、図2の(c)は割込信号の一例を示す図、図2の(d)はバイアス制御信号の一例を示す図、図2の(e)は重畳信号の一例を示す図である。図2の(a)〜(e)において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。
図2の(a)に示されるように、制御回路42は、例えば、測定者によって動作モードの切り替えを指示する操作などによって、動作モードの切り替え指示がなされたタイミングt1,t2において、例えば10μsec程度の微分出力を生成し、ロジック回路によってパルス幅Δtのモード切替指示信号を生成する。そして、図2の(b)に示されるように、制御回路42は、例えばインバータ回路及び微分(CR)回路によって、モード切替指示信号よりも1パルスΔt分遅れたパルス幅Δtの切替制御信号を生成する。図2の(c)に示されるように、制御回路42は、例えば、モード切替指示信号の立ち上がりでセットし、切替制御信号の立ち下がりでリセットするラッチ回路により、割込信号を生成する。割込信号は、タイミングt1,t2から2パルス2×Δt分の期間、ハイレベルを維持している。
図2の(d)に示されるように、制御回路42は、コントローラ部40が起動してからコントローラ部40が停止するまでの間、バイアス制御信号を連続的に出力している。制御回路42は、受光素子47によって検出される光強度が一定値となるようにバイアス制御信号の電圧値を調整している。図2の(e)に示されるように、制御回路42は、割込信号がハイレベルの期間、バイアス制御信号の出力をオフにし、そこに切替制御信号を重畳して重畳信号を生成する。
この重畳信号によれば、切替制御信号は、割込信号によってバイアス制御信号の出力がオフとされている期間に出力されるので、バイアス制御信号の電圧値が上限または下限付近の場合であっても、バイアス制御信号と切替制御信号とが識別可能である。
図1に戻って、電界計測装置1の説明を続ける。
光源43は、制御信号光L3を出力する光源であって、例えば発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)である。制御信号光L3は、連続光L1の第1波長と異なる波長の第2波長を有する。第2波長は例えば1.31μmである。光源43は、制御回路42によって出力される駆動信号Sdに応じて制御信号光L3を生成し、光合分波器44及び光ファイバF2を介して制御信号光L3をヘッド部20に出力する。なお、変調光L2への影響を少なくするために、制御信号光L3の光強度は、変調光L2の光強度の100分の1程度に設定されてもよい。
光合分波器44は、互いに異なる波長を有する光を合波、または、互いに異なる波長を有する光に分波する光学素子であって、例えばWDMカプラである。光合分波器44は、光源43によって出力される制御信号光L3を入力して、制御信号光L3を光ファイバF2に出力し、光ファイバF2から出力される変調光L2を入力して、変調光L2を光分岐器45に出力する。
光分岐器45は、所定の波長の光を一定の比率で分岐するデバイスであって、例えば分岐カプラである。光分岐器45は、光合分波器44によって出力される変調光L2を入力し、変調光L2を信号光L21と信号光L22とに分岐する。光分岐器45は、信号光L21を受光素子46に出力し、信号光L22を受光素子47に出力する。
受光素子46は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。受光素子46は、光分岐器45によって出力される信号光L21を電気信号に変換し、変換した電気信号をアンプ(不図示)を介して測定信号Smとして外部の測定器60に出力する。
受光素子47は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。受光素子47は、光分岐器45によって出力される信号光L22を電気信号に変換し、変換した電気信号をモニタ信号Smonとして制御回路42及びローパスフィルタ48に出力する。
ローパスフィルタ48は、所定の周波数以下の電気信号を透過するデバイスである。ローパスフィルタ48は、受光素子47によって出力されるモニタ信号Smonの高周波成分を除去して制御回路42に出力する。すなわち、受光素子47から出力されるモニタ信号Smonは分岐され、一方はローパスフィルタ48を介してバイアス制御に用いられ、他方は測定モードへの切替判定に用いられる。
光ファイバF1は、コントローラ部40の光源41とヘッド部20の光変調器25とを接続する光ファイバであって、例えば偏波保持ファイバ(Polarization Maintaining Fiber:PMF)である。光ファイバF1は、コントローラ部40からヘッド部20に連続光L1を伝送する。光ファイバF2は、ヘッド部20の光合分波器26とコントローラ部40の光合分波器44とを接続する光ファイバであって、例えばシングルモードファイバ(Single Mode Fiber:SMF)である。光ファイバF2は、ヘッド部20からコントローラ部40に変調光L2を伝送するとともに、コントローラ部40からヘッド部20に制御信号光L3を伝送する。
次に、電界計測装置1を用いた電磁波の測定方法を、電界計測装置1の動作とともに説明する。まず、測定開始前の電界計測装置1の動作を説明する。測定開始前においては、切替回路23は、予めテストモードに設定されている。すなわち、スイッチ231は、伝送線路11を伝送線路13に接続し、スイッチ232は、アンプ15の入力端子を抵抗器24を介して接地電位に接続している。
また、制御回路42は、光源41を制御して連続光L1を出力させている。この連続光L1は、光ファイバF1を介して光変調器25に入力している。そして、光変調器25は、バイアス回路282によって供給されたバイアス電圧Vbに応じて連続光L1を変調し、変調した連続光L1を変調光L2として出力する。変調光L2は、光合分波器26及び光ファイバF2を介して、コントローラ部40に入力する。
コントローラ部40に入力した変調光L2は、光合分波器44を介して光分岐器45に入力する。そして、光分岐器45は、変調光L2を信号光L21と信号光L22とに分岐して、信号光L21を受光素子46に出力し、信号光L22を受光素子47に出力する。受光素子47は、信号光L22を電気信号に変換し、電気信号をモニタ信号Smonとしてローパスフィルタ48を介して制御回路42に出力する。制御回路42は、受光素子47によって受光された信号光L22の光強度の最大値と最小値との中点となるように、バイアス制御信号を生成する。そして、制御回路42は、バイアス制御信号を駆動信号Sdとして光源43に出力する。
光源43は、駆動信号Sdに応じて制御信号光L3を出力する。制御信号光L3は、光合分波器44、光ファイバF2及び光合分波器26を介して受光素子27に入力する。受光素子27は、制御信号光L3に含まれる光信号を制御信号Spdに変換し、制御信号Spdを信号出力回路28に出力する。そして、信号出力回路28において、バイアス回路282は、制御信号Spdからバイアス信号を抽出し、バイアス信号に応じてバイアス電圧Vbを光変調器25に供給する。このようにして、変調光L2の光出力の強度が最大値と最小値との中点となるように、バイアス電圧Vbが調整される。この光変調器25のバイアス制御は、コントローラ部40が起動してからコントローラ部40が停止するまでの間、連続的に行われている。
続いて、測定時の電界計測装置1の動作を説明する。測定者は不図示の入力部を用いて、被測定装置の電磁波の測定を開始するための指示をコントローラ部40に出力する。この指示に応じて、コントローラ部40は、テストモードで電界計測装置1を動作させ、被測定装置から放射される電磁波の電界強度に応じた検出信号Saの電力レベルを確認する。テストモードでは、例えば通常の測定モードと同じ条件で電界計測装置1を動作させ、アンテナ10を一通り動かして検出信号Saを取得する。アンテナ10によって検出された検出信号Saは、第2伝送部22によって伝送され、伝送線路14を介して変調信号Smdとして光変調器25に供給される。光変調器25は、第2伝送部22によって伝送された変調信号Smdで連続光L1を変調し、変調光L2を光合分波器26及び光ファイバF2を介してコントローラ部40に出力する。すなわち、テストモードでは、アンプ15を介さずに第2伝送部22から検出信号Saが光変調器25に供給されて、変調光L2が出力される。
コントローラ部40に入力した変調光L2は、光合分波器44を介して光分岐器45に入力する。そして、光分岐器45は、変調光L2を信号光L21と信号光L22とに分岐して、信号光L21を受光素子46に出力し、信号光L22を受光素子47に出力する。そして、受光素子47は、信号光L22をモニタ信号Smonに変換し、変換したモニタ信号Smonを制御回路42に出力する。制御回路42は、テストモードの期間中、モニタ信号Smonの電圧値が予め設定された電圧値より小さいか否かを判定する。そして、テストモードの期間中に、モニタ信号Smonの電圧値が予め設定された電圧値以上と判定された場合、コントローラ部40は、被測定装置の電磁波の測定を終了する。このとき、コントローラ部40は、被測定装置の電磁波の電界強度が大きいので、測定を終了する旨を測定器60に出力させてもよい。
一方、テストモードの期間中に亘ってモニタ信号Smonの電圧値が予め設定された電圧値より小さいと判定された場合、制御回路42は、テストモードから測定モードに切り替えるための駆動信号Sdを光源43に出力する。具体的には、制御回路42は、テストモードから測定モードに切り替えるための切替制御信号をバイアス制御信号に重畳させた重畳信号を生成し、重畳信号を含む駆動信号Sdを光源43に出力する。そして、光源43は、駆動信号Sdに応じて制御信号光L3を出力する。制御信号光L3は、光合分波器44、光ファイバF2及び光合分波器26を介して受光素子27に入力する。
続いて、受光素子27は、制御信号光L3に含まれる光信号を制御信号Spdに変換し、制御信号Spdを信号出力回路28に出力する。そして、信号出力回路28において、モード切替回路281は、制御信号Spdから切替信号Scのための信号を抽出し、切替信号Scを切替回路23に出力する。切替回路23は、切替信号Scを受信して、テストモードから測定モードに切り替える。すなわち、スイッチ231は、伝送線路11を伝送線路13から伝送線路12に切り替えて接続し、スイッチ232は、アンプ15の入力端子を抵抗器24から伝送線路12に切り替えて接続する。一方、バイアス回路282は、制御信号Spdからバイアス信号を抽出し、バイアス信号に応じてバイアス電圧Vbを光変調器25に供給する。
測定モードでは、アンテナ10によって検出された検出信号Saは、第1伝送部21によって伝送され、伝送線路14を介して変調信号Smdとして光変調器25に供給される。すなわち、検出信号Saはアンプ15によって増幅され、増幅された検出信号Saは変調信号Smdとして光変調器25に供給される。そして、光変調器25は、第1伝送部21によって伝送された変調信号Smdで連続光L1を変調し、変調光L2を光合分波器26及び光ファイバF2を介してコントローラ部40に出力する。
コントローラ部40に入力した変調光L2は、光合分波器44を介して光分岐器45に入力する。そして、光分岐器45は、変調光L2を信号光L21と信号光L22とに分岐して、信号光L21を受光素子46に出力し、信号光L22を受光素子47に出力する。そして、受光素子46は、信号光L21を測定信号Smに変換し、変換した測定信号Smを測定器60に出力する。そして、測定器60は、測定信号Smに基づいて電磁波の強度等を測定する。信号光L22に基づく処理については、上述のとおりであるので、ここでは説明を省略する。
測定モードにおける一連の測定が終了すると、制御回路42は、測定モードからテストモードに切り替えるための駆動信号Sdを光源43に出力する。具体的には、制御回路42は、測定モードからテストモードに切り替えるための切替制御信号をバイアス制御信号に重畳させた重畳信号を生成し、重畳信号を含む駆動信号Sdを光源43に出力する。そして、光源43は、駆動信号Sdに応じて制御信号光L3を出力する。制御信号光L3は、光合分波器44、光ファイバF2及び光合分波器26を介して受光素子27に入力する。
続いて、受光素子27は、制御信号光L3に含まれる光信号を制御信号Spdに変換し、制御信号Spdを信号出力回路28に出力する。そして、信号出力回路28において、モード切替回路281は、制御信号Spdから切替信号Scのための信号を抽出し、切替信号Scを切替回路23に出力する。切替回路23は、切替信号Scを受信して、測定モードからテストモードに切り替える。すなわち、スイッチ231は、伝送線路11を伝送線路12から伝送線路13に切り替えて接続し、スイッチ232は、アンプ15の入力端子を伝送線路12から抵抗器24に切り替えて接続する。そして、被測定装置の電磁波の測定を終了する。
以上のように、電界計測装置1は、テストモードと測定モードとを切り替えて動作可能である。電界計測装置1では、伝送線路12及びアンプ15を有する第1伝送部21と、伝送線路13を有する第2伝送部22と、が設けられており、第2伝送部22の絶対最大定格入力電力は、第1伝送部21の絶対最大定格入力電力よりも大きい。そして、テストモードでは第2伝送部22によって検出信号Saが伝送され、測定モードでは第1伝送部21によって検出信号Saが伝送される。このため、テストモードでは、アンプ15を使用することなく、検出信号Saの電力レベルを判断することが可能となる。したがって、被測定装置から出力される電磁波の電界強度の大きさが不明である場合には、電界計測装置1をテストモードで動作させ、第2伝送部22によって検出信号Saを伝送させることにより、アンプ15を使用することなく、測定モードで動作させるか否かを判断することができる。その結果、過入力によるアンプ15の破損を防止することが可能となる。
電磁波の電界強度の測定中においては、測定者がヘッド部20を直接触ってヘッド部20の切替回路23の設定を変更することはできない。しかし、電界計測装置1では、コントローラ部40は、切替制御信号を含む制御信号光L3を出力し、モード切替回路281は、制御信号光L3を変換した制御信号Spdに基づいて、切替回路23に第1伝送部21と第2伝送部22とを切り替えて検出信号Saを伝送させている。このため、測定者が直接触れることなく、コントローラ部40からの遠隔操作によって第1伝送部21と第2伝送部22との切替が可能となる。
電界計測装置1では、コントローラ部40は、切替制御信号とバイアス制御信号とを重畳させた重畳信号を生成し、重畳信号を光に変換した制御信号光L3を光ファイバF2を介してヘッド部20に出力している。このため、光ファイバ配線の増加を抑えながら、切替回路23の切り替えと光変調器25の動作点の調整とをコントローラ部40から制御することが可能となる。その結果、光ファイバの増設によるノイズの影響を抑制できる。
電界計測装置1では、アンプ15を使用しない場合には、スイッチ232によってアンプ15の入力端子を抵抗器24を介して接地電位に接続している。また、スイッチ232を用いて切り替えるので、アンプ15を使用しなくなった時に、即座にアンプ15の入力端子を抵抗器24に切り替えて接続することができる。このように、アンプ15の不使用時に、アンプ15の入力端子を抵抗器24に接続することによって、アンプ15の入力端子が開放されることを防止できる。その結果、ノイズ及び静電気等の異常入力によるアンプ15の破損を防止することが可能となる。
電界計測装置1では、第2伝送部22によって伝送された検出信号Saを変換した変調光L2に基づいて、制御回路42が検出信号Saの信号電力を判断する。そして、検出信号Saの電力がアンプ15の絶対最大定格入力電力よりも小さいと判断された場合に、第2伝送部22から第1伝送部21に切替回路23を切り替えるための制御信号光L3を光源43に出力させる。これにより、過入力によるアンプ15の破損を防止するとともに、測定者がさらなる操作をすることなく電磁波の電界強度の測定を行うことが可能となる。
なお、電磁波は高速であるので、ヒューズ及びブレーカのような動作時間を要する保護機器ではアンプ15は破損するおそれがある。また、これらの保護機器を用いることによって、検出信号Saの伝送遅延が生じる可能性もある。さらに、保護機器を用いた場合、保護機器でのノイズ及び信号の減衰が発生するおそれがある。これに対し、電界計測装置1では、切替回路23として高周波信号に対応したRFスイッチを用いることによって、信号の減衰を低減できる。
また、ヘッド部20は、アンテナ10の近傍に設置する必要があるので、ヘッド部20は小型化が望まれる。しかし、保護機器を設けた場合、専用の基板が必要となり小型化が実現しにくい。これに対し、電界計測装置1では、切替回路23を用いることにより、ヘッド部20のサイズの増大及びノイズの影響を抑えつつ、アンプ15の保護に有効な構成とすることができる。
なお、本発明に係る光伝送装置は上記実施形態に限定されない。例えば、光伝送装置は、電界計測装置1に限られず、電気的に検出される高速の過渡現象のデータ伝送等に適用されてもよい。
また、上記実施形態では、第1伝送部21及び第2伝送部22の許容入力として絶対最大定格入力電力を用いているが、第1伝送部21及び第2伝送部22が破壊されることなく動作可能な限度を示す他の特性を用いてもよい。例えば、使用する素子によっては、絶対最大定格入力電力と、絶対最大定格入力電圧及び絶対最大定格入力電流が個別に設定されており、それらの特性と使用条件とによって、絶対最大定格入力電力ではなく、絶対最大定格入力電圧や、絶対最大定格入力電流が、当該伝送部の許容入力を限定する場合も有り得るので、許容入力として、どのような特性を用いるかは、第1伝送部21及び第2伝送部22の設計によって、適宜選択するとよい。
電界計測装置1の動作モードの切替えは、初期起動時に限らず任意の条件で発生する。このため、測定者は入力部を用いて、電界計測装置1の動作モードの切り替えを指示するためのモード切替指示信号をコントローラ部40に出力してもよい。この場合、制御回路42は、モード切替指示信号をコントローラ部40が受信したことに応じて、切替制御信号が重畳された駆動信号Sdを出力してもよい。
また、検出信号Saの電力レベルが想定できる場合は、測定開始時におけるテストモードでの動作を省略できる。この場合、測定者は入力部を用いて、テストモードを省略する旨の指示をコントローラ部40に出力してもよい。
また、制御回路42は、被測定装置の電磁波の測定を開始するための指示をコントローラ部40が受信したことに応じて、測定モードからテストモードに切り替えるための切替制御信号が重畳された駆動信号Sdを出力してもよい。
また、上記実施形態では、制御回路42は、受光素子47から出力されるモニタ信号Smonに基づいて、テストモードから測定モードに切り替えるか否かを判断しているが、受光素子46から出力される測定信号Smに基づいて、テストモードから測定モードに切り替えるか否かを判断してもよい。
モード切替回路281は、スイッチ231及びスイッチ232に切替信号Scをそれぞれ出力してもよい。この場合、スイッチ231の切り替えとスイッチ232の切り替えとを独立して制御することができる。
例えば、測定モードからテストモードに切り替えられる際には、スイッチ231が伝送線路11を伝送線路12から伝送線路13に切り替えて接続する前、または、スイッチ231が伝送線路11を伝送線路12から伝送線路13に切り替えて接続すると同時に、スイッチ232はアンプ15の入力端子を伝送線路12から抵抗器24に切り替えて接続してもよい。また、テストモードから測定モードに切り替えられる際には、スイッチ231が伝送線路11を伝送線路13から伝送線路12に切り替えて接続すると同時、または、スイッチ231が伝送線路11を伝送線路13から伝送線路12に切り替えて接続した後に、スイッチ232はアンプ15の入力端子を抵抗器24から伝送線路12に切り替えて接続してもよい。これによって、アンプ15の不使用時において、アンプ15の入力端子を抵抗器24に確実に接続することができ、異常入力によるアンプ15の破損を防止することが可能となる。
また、切替回路23は、スイッチ231及びスイッチ232に限られず、1つのスイッチで構成してもよい。
また、光変調器25のバイアス制御は必須ではなく、バイアス回路282及び受光素子47は省略され得る。
また、上記実施形態では、バッテリー29はヘッド部20の内部に設けられているが、ヘッド部20の外部に設けられてもよい。
また、上記実施形態では、テストモードから測定モードへの切り替えを測定者が介することなく制御回路42が自動で行っているが、これに限定されない。例えば、テストモード時に測定者が測定器60の出力を確認して、入力部を介して手動でモード切替指示信号を制御回路42に出力してもよい。
また、切替回路23を使用することなく、各測定の前に測定者が手動で伝送線路11を第2伝送部22に接続することによって、電界計測装置1をテストモードとして動作させてもよい。また、テストモード時に測定者が測定器60の出力を確認し、測定者が手動で伝送線路11を第2伝送部22から第1伝送部21につなぎ替えることによって、電界計測装置1を測定モードとして動作させてもよい。
本実施形態によれば、過入力によるアンプの破損を防止可能な光伝送装置を提供できる。
1…電界計測装置(光伝送装置)、11…伝送線路(入力線路)、12…伝送線路(第1伝送線路)、13…伝送線路(第2伝送線路)、15…アンプ(増幅器)、20…ヘッド部、21…第1伝送部、22…第2伝送部、23…切替回路、24…抵抗器(保護抵抗回路)、25…光変調器、27…受光素子(第1受光素子)、40…コントローラ部、42…制御回路、43…光源、231…スイッチ(第1スイッチ)、232…スイッチ(第2スイッチ)、281…モード切替回路(切替指示回路)、282…バイアス回路、L2…変調光、L3…制御信号光、Sa…検出信号、Sc…切替信号、Sd…駆動信号、Sm…測定信号、Spd…制御信号、Vb…バイアス電圧。

Claims (5)

  1. 検出された電磁波の電界強度に応じた検出信号に基づいて、変調光を出力するヘッド部と、
    前記変調光に基づいて、前記電磁波の電界強度を示す測定信号を出力するコントローラ部と、
    を備え、
    前記ヘッド部は、
    前記検出信号を伝送するための第1伝送線路及び前記検出信号を増幅するための増幅器を有する第1伝送部と、
    前記検出信号を伝送するための第2伝送線路を有する第2伝送部と、
    前記第1伝送部または前記第2伝送部によって伝送された前記検出信号を変換して前記変調光を出力する光変調器と、
    を備え、
    前記第2伝送部の許容入力は、前記第1伝送部の許容入力よりも大きいことを特徴とする光伝送装置。
  2. 前記コントローラ部は、前記第1伝送部と前記第2伝送部との切り替えを制御するための切替制御信号を含む駆動信号に応じて制御信号光を出力する光源を備え、
    前記ヘッド部は、
    前記制御信号光を制御信号に変換する第1受光素子と、
    前記制御信号に基づいて切替信号を出力する切替指示回路と、
    前記切替信号に基づいて前記第1伝送部と前記第2伝送部とを切り替えて前記検出信号を伝送させる切替回路と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。
  3. 前記ヘッド部は、前記光変調器の動作点を調整するためのバイアス電圧を前記光変調器に供給するバイアス回路をさらに備え、
    前記駆動信号は、前記バイアス電圧を前記バイアス回路に供給させるためのバイアス制御信号をさらに含み、
    前記バイアス回路は、前記制御信号に基づいて前記バイアス電圧を前記光変調器に供給することを特徴とする請求項2に記載の光伝送装置。
  4. 前記切替回路は、
    前記検出信号が入力する入力線路を前記第1伝送線路及び前記第2伝送線路のいずれかに切り替えて接続する第1スイッチと、
    前記増幅器の入力端子を保護抵抗回路及び前記第1伝送線路のいずれかに切り替えて接続する第2スイッチと、
    を備え、
    前記第1スイッチが前記第1伝送線路から前記第2伝送線路に切り替える前または切り替えると同時に、前記第2スイッチは前記第1伝送線路から前記保護抵抗回路に切り替えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の光伝送装置。
  5. 前記コントローラ部は、前記変調光に基づいて前記駆動信号を出力する制御回路を備え、
    前記制御回路は、前記第2伝送部によって伝送された前記検出信号を変換した前記変調光に基づいて、前記第2伝送部から前記第1伝送部に前記切替回路を切り替えるための前記制御信号光を前記光源に出力させることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の光伝送装置。
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