JP2693674B2 - 光通話装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバの外部より
非破壊で光ファイバ内を伝搬する光に対して強度変調を
行なう、光通信に適用して有用な光通話装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバケーブルは、長距離・大容量
伝送方式に適した伝送媒体として、全国の主要な幹線ル
ートに布設されている。このため、光ケーブルの布設、
及び切り替え工事の数は年々増加の傾向をたどってい
る。光ケーブルの工事では、中継所−マンホール間のよ
うに作業者が離れて同時に作業を行なうことが多い。そ
こで、作業を円滑に進めるためには、作業者間の打ち合
わせを容易に行なえるようにする必要がある。

【０００３】従来から、前記作業者間の打ち合わせ通話
は、光ファイバケーブル中のメタル介在対を用いて行な
われてきた。しかし、光伝送線路の長距離化により、メ
タル介在対による通話が不可能になる。また、光ファイ
バケーブルの無誘導化・軽量化を実現するためメタル介
在対の無いノンメタリック光ファイバケーブルが導入さ
れたことによって、光ファイバを用いて打ち合わせ通話
ができることが必要となってきた。これまで、光ファイ
バを用いた打ち合わせ通話は、図１８（ａ）に示すよう
に、中間点において光ファイバ１を一旦切断点２３より
切断し、その間に、図１８（ｂ）に示すようにＯ／Ｅ変
換器（光−電気変換器）１８、Ｅ／Ｏ変換器（電気−光
変換器）１７を融着接続点２４で接続して挿入し、その
電気部において復調回路２０による復調および変調回路
１９による変調を行ない、発信の機能を持たせて通話を
行なってきた。しかし、この方法によると、光ファイバ
の切断、光コネクタ付きコードの融着、または光コネク
タ取り付け等の作業に時間を要し、効率的に作業を行な
うことができなかった。また、通話を行なうたびに光フ
ァイバを切断し、端面処理を行なうため、光ファイバ長
が徐々に短くなり、クロージャ内の光ファイバ余長が足
りなくなることがありうる。したがって、光ファイバを
切断することなく任意の場所で通話が可能となる通話方
法が望ましい。 光ファイバを切断することなく任意の
場所で通話ができる従来から考えられている通話方法と
して、送信にローカルインジェクション、受信にローカ
ルディテクションを用いる方法がある。ローカルインジ
ェクション法は、図１９に示すように、光ファイバ曲げ
部に、入力信号源６から光源２１に変調信号を送出し、
光ファイバ１の外部から変調された光２２を照射し、光
ファイバのコアに強制的に入射する方法である。ローカ
ルディテクション法とは、光ファイバ曲げ部から放射す
る光を受光する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ローカルイン
ジェクション法は、光ファイバ外部から光ファイバコア
中に入射する光の結合効率が低く、数ｋｍ程度しか信号
を伝送できないという問題点や、照射光パワーを安定か
つ強力に供給することが難しいという問題点がある。し
たがって、ローカルインジェクション法による送信法の
実用性は低く、他の送信法が必要である。

【０００５】また、光ファイバに曲げを加えたり解放し
たりして光ファイバ内を伝搬する光に強度変化を与える
方式が提案されている（特開昭６４−３５５０４号公報
参照）。本方式によると、光ファイバ内を伝搬する光に
はディジタル的な強度変調しか加わらないという問題点
がある。音声信号のようなアナログ変調を加えられるよ
うな方式が望ましい。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、光ファイバを用いた光伝送路において、光ファイバ
を切断することなく任意の場所で伝搬する光を高効率で
強度変調し、任意の場所で伝搬する信号光を受光するこ
とによって、簡易かつ効率的に良質な通話ができる光通
話装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、光が伝搬する光ファイバの曲げ径を変化さ
せることによって伝搬光に強度変化が生じることを利用
して、Ｕ字形に曲げた光ファイバの一方を固定する固定
板と、前記曲げた光ファイバのもう一方から振動を与え
る振動板と、前記固定板と前記振動板の間隔を伝搬光の
通信品質に与える影響が小なく、かつ曲げ損失特性にお
ける凹凸間の直線部分の領域に曲げ径を調整することが
可能な微動調整機構とを有する光変調器と、前記光変調
器の前記振動板を振動させる電磁加振器と、音声を電気
信号に変調して前記電磁加振器に供給する手段と、光フ
ァイバの曲げ付与部から漏洩する光を受光してＯ／Ｅ変
調器で電気信号に変換し、前記電気信号を音声に復調す
る手段とを有することを特徴とする光通話装置である。

【０００８】

【作用】上記手段により、光ファイバを用いた光伝送路
において、光ファイバを切断することなく任意の場所で
伝搬する光を高効率で強度変調し、任意の場所で伝搬す
る信号光を受光することによって、簡易かつ効率的に良
質な通話ができるものであり、非破壊で光ファイバ外部
より、光ファイバ内を伝搬する光に対して強度変調を行
う光通信に適用して有用なものである。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００１０】本発明は、光ファイバを切断することな
く、光ファイバの任意の場所において通話を可能とする
ため、送信法として、光ファイバに曲げを付与し、その
曲げ径を高効率に変調ができる領域に調整し、その曲げ
径を中心とする振動によって曲げ径を微小に変化させる
ことを特徴としている。

【００１１】従来、光ファイバを切断することなく、光
ファイバの任意の場所で信号を送信する方法として、図
１９に示すようなローカルインジェクション法があっ
た。しかし、本方法は、光ファイバ外部から光ファイバ
コア中に入射する照射光２２の結合効率が小さく、かつ
照射光パワーを安定かつ強力に供給することが難しく、
数ｋｍ程度しか信号が伝送できないという問題点があっ
た。したがって、本発明の特徴であるところの、高効率
な強度変調を実現するために講じた技術的手段は有効で
あり、それを以下に記す。

【００１２】図２は、図１に示すように光ファイバをＵ
字形（１８０°）に曲げた箇所における挿入損失の曲げ
付与間隔依存性を表したグラフである。測定波長は１．
５０μｍ、１．５５μｍ、１．６５μｍである。曲げ付
与間隔２Ｒを大きくすることによって挿入損失は凹凸を
繰り返しながら、徐々に減少していく。このように、特
性の凹凸が生じる要因を以下に示す。

【００１３】図６に示すように、光ファイバコアを中心
に伝搬する伝搬光モードの一部は、光ファイバ曲げ領域
において光ファイバコアから漏れ出し漏洩光モードにモ
ード変換される。この漏洩光モードは、光ファイバクラ
ッド中をしばらく直進して伝搬し、クラッド外壁におい
て、一部はクラッド外部へ放射され、一部はクラッド中
に反射され、再度クラッド外壁に到達するまで伝搬す
る。以後、同様にして放射かつ反射が繰り返される。こ
のようなクラッド外壁における多重反射光は、曲げ付与
間隔を変えることによって、反射角度が変わり、再度、
コアに入射された伝搬モードになる場合がある。すなわ
ち、図６（ａ）は多重反射を繰り返し、曲げ終了箇所に
おいて最後の反射光が放射モードになる。図６（ａ）の
放射光モードになる現象は図３の特性中の極大部（凸
部）、すなわちｂ₁ 〜ｂ₃ に、図６（ｂ）の伝搬光モー
ドになる現象は図３の極小部（凹部）、すなわちａ₁ 〜
ａ₃ に相当する。図３中、イは測定結果を示し、ロは漏
洩光モードが全て放射した場合の特性を示す。したがっ
て、本特性を利用すると、凸部と凹部の間の傾斜の大き
な箇所に曲げ付与間隔２Ｒを調整することによって、最
も深い強度変調を得ることができる。すなわち、図３中
の傾きが小さいＡ点、傾きが大きいＢ点、それぞれの曲
げ付与間隔において変調を行なった場合の変調波形を図
４に示す。無変調光である入力光に対して、Ａ点で行な
った変調波形はＰ_1AVEを中心として振幅ΔＰ₁ で変調さ
れる。一方、Ｂ点で行なった変調波形Ｐ_1AVEよりも大き
いＰ_2AVEを中心として振幅ΔＰ₂ で変調され、振幅も大
きくなる。また、凸部と凹部の間の傾斜が大きい箇所の
選出は、できるだけ曲げ付与間隔２Ｒが大きい領域の傾
斜を選ぶことにより、低挿入損失で、かつ高効率な変調
を得ることができる。

【００１４】［実施例１］図１は、本発明の第１の実施
例に係わる光変調器を示す構造図である。同図に示すよ
うに、光ファイバ１は１８０°のＵ字形の曲げが与えら
れており、かかる状態の一方側（図中右側）を固定具２
ａを介して固定板３に固定するとともに、他方側（図中
左側）を固定具２ｂを介して振動板４に固定してある。
電磁加振器５は、可動コイル部５ａ及び可動コイル振動
器５ｂを有するとともに、固定板３との間で所定位置関
係を保持してこの固定板３とともに取り付けベース７に
固着してある。可動コイル部５ａの端部には振動板４が
固着してあり、例えば音声帯域の電気信号を供給するよ
うになっている。かくして、電磁加振器５は、入力信号
源６が送出する電気信号に応じて振動板４を振動し、こ
の振動板４の振動を介して光ファイバ１の曲げ径を変化
させる。

【００１５】図７は光ファイバに１８０°のＵ字形の曲
げを加え、この曲げ径を変化させた場合の曲げ損失測定
結果である。なお、測定波長は１．５５μｍ、被測定光
ファイバは１．３μｍ帯用標準光ファイバである。この
結果から、曲げ径１４、１８、及び２２ｍｍ近傍を中心
として、曲げ損失量の変化が大きいことがわかる。い
ま、光ファイバをＵ字形に曲げたときの曲げ付与間隔２
Ｒの初期値がＡ点にあるとする。このときの曲げ径変化
に対する曲げ損失値の変化量は小さいため、変調度は小
さい。曲げ径をＡ点から、Ｂ点、もしくはＣ点に微調整
することによって、曲げ径変化に対する曲げ損失値の変
化量は大きくなり、変調度は大きくなる。

【００１６】図１５は、図１に微動調整つまみを設けた
構成を説明する図であり、５−１は光ファイバ、５−２
は信号源、５−３は固定板（ａ：初期位置、ｂ：微調整
により最適化された位置）、５−４は振動板、５−５は
ケース、５−６は微調整つまみである。

【００１７】光ファイバ５−１を固定板５−３と振動板
５−４との間にＵ字形に曲げる。信号源５−２に接続さ
れた振動板５−４は矢印方向に周波数ｆ、振幅±Δｄで
振動し、光ファイバに±Δｄの曲げ径変化が生じる。こ
れにより、光ファイバ中を伝搬する光は周波数ｆで強度
変調される。さらに低挿入損失で、かつ効率良く深い変
調を実現するために、微調整つまみ５−６により固定板
５−３の位置を調整し、最適化状態にして変調を行う。

【００１８】［実施例２］図９（ａ），（ｂ）は、本発
明の実施例１に示す光変調器を用いた、本発明の実施例
２に係わる光通話装置を示す構造図であり、図９（ａ）
は上面図、図９（ｂ）は正面図である。同図において、
光送受話器８は、実施例１に係わる光変調器を利用して
構成してあり、この光変調器の電磁加振器５（図１参
照）をスピーカ８ａで構成するとともに、微動台８ｂ、
光ファイバガイド８ｃ、Ｏ／Ｅ変換器８ｄ、初段アンプ
８ｅを組み合わせたものである。スピーカ８ａは、音声
帯域の入力電気信号を光ファイバ１の曲げ径の変化に変
換するものである。微動台８ｂは、光ファイバガイド８
ｃにより位置が規制される光ファイバ１の曲げ径を、特
定曲げ径範囲の中心曲げ径に設定するものである。フォ
トダイオードであるＯ／Ｅ変換器８ｄは、光ファイバ１
の曲げ付与部先端に相対向して配置し、この光ファイバ
１から漏洩する光を電気信号に変換するものである。マ
イク９は音声を音声信号に変換し、この音声信号を、変
調用オーディオアンプ１０を介してスピーカ８ａに供給
する。スピーカ１２は、初段アンプ８ｅおよび復調用オ
ーディオアンプ１１を介してＯ／Ｅ変換器８ｄで変換し
た電気信号を再生する。

【００１９】［実施例３］図８は、本発明の第３の実施
例を説明するための図で、横軸は線路損失、縦軸はＳ／
Ｎを表している。実線および破線は、実施例１で示した
系を用いた変調器を用いて変調し、線路終端において直
接受光した際のＳ／Ｎを、それぞれ変調度が小さいとき
（１％）と、変調度が大きいとき（８％）の測定結果を
表している。変調度が小さいと、Ｓ／Ｎは小さく通信品
質は劣ることがわかる。例えば、通信品質としてＳ／Ｎ
＞２０ｄＢを満足することを要求条件とすると、変調度
１％のときは線路損失約２２ｄＢ以下でないと要求条件
に満足しないのに対して、変調度８％のときは線路損失
約３１ｄＢであっても要求条件を満たすことがわかる。
したがって、曲げ付与間隔２Ｒを微調整することによっ
て、できるだけ大きな変調度にして通話を行なうことが
望ましい。

【００２０】［実施例４］図５は、本発明の第４の実施
例を説明するための図では、横軸は変調周波数、縦軸は
変調出力を表している。このグラフは、実施例１で示し
た系を用いた変調器を用いて変調し、線路終端において
直接受光した際の変調周波数特性を測定した結果であ
る。ここで、曲げ付与間隔２Ｒは１８ｍｍ、伝搬光波長
λは１．５５μｍである。測定は、数本の異なるパラメ
ータを有する光ファイバを用いて行なった。その結果、
光ファイバのパラメータによって若干のばらつきＸがあ
るものの、変調周波数特性の傾向はほぼ同じである。し
たがって、光ファイバのパラメータに殆ど依存しないで
変調できることがわかる。

【００２１】［実施例５］図１６は、本発明の第５の実
施例を説明する図であり、１１−１は波長１．５５μｍ
のＬＤ光源、１１−２は光ファイバ外部変調器、１１−
３はマイク、１１−４はシングルモード光ファイバ、１
１−５は受光素子、１１−６は増幅器、１１−７はスピ
ーカ、１１−８は音声発生源、１１−９は耳、１１−１
０は曲げ付与間隔微調整つまみである。

【００２２】本実施例の系の構成を以下に示す。音声発
生源１１−８から発せられる音は、マイク１１−３によ
って電気信号に変換され、光ファイバ外部変調器１１−
２に入力される。光ファイバ外部変調器１１−２に入力
された音声電気信号は振動板を振動させＵ字形に曲げら
れた光ファイバに振動を伝達し、光ファイバの曲げ径を
微小に変化させる。ここで、光ファイバをＵ字形に曲げ
た際の曲げ付与間隔をｄとする。また、曲げ付与間隔ｄ
は、微調整つまみ１１−１０で微小に変えることができ
る。光源１１−１から発せられる波長１．５５μｍの光
は、光ファイバ１１−４に入射され、光フアイバ外部変
調器１１−２における微小な曲げ径変化によって変調さ
れる。変調された光は、光ファイバ１１−４中を更に伝
搬し、終端において受光素子１１−５で電気信号に変換
され、増幅器１１−６によって増幅され、スピーカ１１
−７で音を再生し、耳１１−９でその明瞭度を判断す
る。

【００２３】以下の系により、スピーカ１１−７から聞
こえる音の明瞭度の曲げ付与間隔依存性を評価する。そ
の結果、曲げ付与間隔ｄ＝１９．８ｍｍのときの音の明
瞭度は非常に悪く、殆ど音声を聞き取れない状態であ
る。この状態から、微調整つまみ１１−１０により、曲
げ付与間隔ｄを２０．０ｍｍにすると音の明瞭度は非常
に良好な状態にすることができる。

【００２４】本結果は、図１７に示すような曲げ部から
の放射光の受光を用いた系においても同様の結果を得る
ことができる。図１７中、図１６と同一部分は同一符号
を付してその説明を省略する。

【００２５】［実施例６］図１０は、本発明の第６の実
施例を説明するための図で、実施例１に示した光変調器
を用いた光通話システムを示す図である。同図に示すよ
うに、この光通信システムは、キャリア信号を出射する
光源１３ａ、１３ｂ、逆方向からの光を減衰しレーザを
保護するためのアイソレータ１４ａ、１４ｂを有してお
り、両端局より１心の光ファイバ１に対してキャリア信
号として出力０ｄＢｍのＣＷ光を対向入力し、中間点に
スピーカを用いた光通話装置を有する光通話局Ａ、Ｂを
設けたものである。光通話局ＡおよびＢでは、復調系と
して曲げ部から放射する光を受光し復調回路１１を介し
てスピーカ１２から他地点からの音声を流し、変調系と
してマイク９から音声信号を取り込み、変調回路を介し
て光ファイバ振動系に伝達する構成になっている。本光
通話システムにおける通話は、両端局（１３ａ、１３
ｂ）、光通話局Ａ、Ｂの間で多者間双方向同時通話が可
能となる。

【００２６】［実施例７］図１１は、本発明の第７の実
施例を説明するための図で、実施例１に示した光変調器
を用いた光通話システムを示す図である。本実施例は実
施例６における片側の光源を全反射コネクタ１５に置き
換えたものである。本実施例は、片端がユーザー、ある
いは切断されている場合の構成として有効である。本光
通話システムにおける通話は、端局（１３ａ）、光通話
局Ａ、Ｂの間で多者間双方向同時通話が可能となる。図
１１中、図１０と同一部分は同一符号を付してその説明
を省略する。

【００２７】［実施例８］図１２は、本発明の第８の実
施例を説明するための図で、実施例１に示した光変調器
を用いた光通話システムを示す図である。本実施例の構
成は、実施例６において、光ファイバ１を２心用いた場
合に相当する。光ファイバを上り、下り方向として別の
光ファイバ１ａ、１ｂを使用するので、光が対向せず、
このためレーザ保護のアイソレータを必要としない。本
光通話システムにおける通話は、端局（１３ａ、１３
ｂ）、光通話局Ａ、Ｂの間で多者間双方向同時通話が可
能となる。図１２中、図１０と同一部分は同一符号を付
してその説明を省略する。

【００２８】［実施例９］図１３は、本発明の第９の実
施例を説明するための図で、実施例１に示した光変調器
を用いた光通話システムを示す図である。本実施例の構
成は、実施例６において、片端の光源を光ファイバのル
ープバックに置き換えたものである。すなわち、端局か
らの信号は光ファイバ１ｂにより光通話局Ａ、Ｂに伝送
され、光通話局Ａからの信号は光ファイバ１ｂにより光
通話局Ｂに伝送され、ループバックされ光ファイバ１ａ
を介して端局（１３ａ）に伝送され、光通話局Ｂからの
信号はループバックされ光ファイバ１ａ介して光通話局
Ａや端局（１３ａ）に伝送される。したがって、本光通
話システムにおける通話は、端局（１３ａ）、光通話局
Ａ、Ｂの間で多者間双方向同時通話が可能となる。本実
施例は、実施例７と同様に、片端がユーザー、あるいは
切断されている場合の構成として有効である。図１３
中、図１０と同一部分は同一符号を付してその説明を省
略する。

【００２９】［実施例１０］図１４は、前記図１１の構
成において、キャリア信号にパルス光を使用した場合の
構成である。図においてＣ、Ｄは、前記実施例２に係わ
る光送受話器８とともに、同期制御回路１６を有する光
通話局である。両端局より同期制御回路１６を用いて音
声帯域より十分に高い周波数のパルス光をパルスが重な
り合わないように送出する。光通話局Ｃ、Ｄからの送信
は、実施例１に係わる光変調器を使用し、受信は、同期
制御回路１６によりパルスを信号の送信方向別に分けて
受信する。このようにパルスを分けて送受信することで
Ｓ／Ｎを改善することができる。また、パルス光を使用
するためレーザへの影響がないのでレーザ保護のための
アイソレータを必要としない。図１４中、図１１と同一
部分は同一符号を付してその説明を省略する。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、非破
壊で光ファイバ外部より、光ファイバ内を伝搬する光に
対して、入力電気信号に比例したアナログ光強度変調を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す構造図である。

【図２】光ファイバにＵ字形の曲げ（１８０°）を加え
た場合の曲げ損失特性の測定結果を示すグラフである。

【図３】光ファイバにＵ字形の曲げ（１８０°）を加え
た場合の曲げ損失特性において、変調するべき曲げ径を
説明するためのグラフである。

【図４】変調波形を説明するための波形図である。

【図５】本発明の実施例４を示すグラフである。

【図６】光ファイバ曲げ部においてクラッド外壁におい
て生じる多重反射光のふるまいを説明するための説明図
である。

【図７】本発明の実施例１を説明するための特性図であ
る。

【図８】本発明の実施例３を示すグラフである。

【図９】本発明の実施例２を示す構成説明図である。

【図１０】本発明の実施例６を示す構成説明図である。

【図１１】本発明の実施例７を示す構成説明図である。

【図１２】本発明の実施例８を示す構成説明図である。

【図１３】本発明の実施例９を示す構成説明図である。

【図１４】本発明の実施例１０を示す構成説明図であ
る。

【図１５】図１に微動調整つまみを設けた構成を説明す
る構成説明図である。

【図１６】本発明の実施例５を示す構成説明図である。

【図１７】本発明の実施例５の変形例を示す構成説明図
である。

【図１８】従来の技術であるところのローカルインジェ
クション法を示す構成説明図である。

【図１９】従来の光ファイバを用いた通話方法を示す構
成説明図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…光ファイバ、２ａ、２ｂ…固定具、３
…固定板、４…振動板、５…電磁加振器、５ａ…可動コ
イル部、５ｂ…可動コイル振動器、６…入力信号源、７
…取り付けベース、８…光送受話器、８ａ…スピーカ、
８ｂ…微動台、８ｃ…光ファイバガイド、８ｄ…Ｏ／Ｅ
変換器、８ｅ…初段アンプ、９…マイク、１０…変調用
オーディオアンプ、１１…復調用オーディオアンプ、１
２…スピーカ、１３ａ、１３ｂ…端局光源、１４ａ、１
４ｂ…アイソレータ、１５…全反射コネクタ、１６…同
期制御回路、１７…Ｅ／Ｏ変換器、１８…Ｏ／Ｅ変換
器、１９…変調回路、２０…復調回路、２１…光源、２
２…照射光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑木 伸夫 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 井川 信弘 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 福田 晶 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 桑原 明夫 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−28917（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−35504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253915（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−60907（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｕ字形に曲げた光ファイバの一方を固定
   する固定板と、前記曲げた光ファイバのもう一方から振
   動を与える振動板と、前記固定板と前記振動板の間隔を
   伝搬光の通信品質に与える影響が少ない曲げ径に調整す
   ることが可能な微動調整機構とを有する光変調器と、前
   記光変調器の振動板を振動させる電磁加振器と、音声を
   電気信号に変調して前記電磁加振器に供給する手段と、
   光ファイバの曲げ付与部から漏洩する光を受光してＯ／
   Ｅ変換器で電気信号に変換し、前記電気信号を音声に復
   調する手段とを有することを特徴とする光通話装置。