JP5082143B2 - 光受信回路および光端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、光受信回路および光端末装置に関し、特に光ファイバで伝送される光信号を受信し、所望の電気信号を出力する光受信回路および光端末装置に関する。

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）などに使用される光端末装置は、光ファイバで伝送されるＦＭ放送信号、ＣＡＴＶ（テレビの有線放送サービス）信号やＢＳ（放送衛星）／ＣＳ（通信衛星）信号等を受信し、チューナ、セットトップボックスなどを接続してテレビ受像機で映像を見ることが可能である。一方、災害などで商用電源が遮断された場合に、光ファイバを介して送られる音声情報信号による告知放送サービスを受けることの可能なシステムが特許文献１〜３に開示されている。

また、特許文献４には、構成が簡単で低コストの光端末ユニットおよびこの光端末ユニットを備えた光加入者端末装置が記載されている。この光端末ユニットは、光ファイバで伝送された光信号を無バイアス状態において受信し、その光信号に応じた電圧を発生するフォトダイオードを備えている。このフォトダイオードの両端間に負荷が接続され、フォトダイオードの発生電圧に応じた出力を発生する。負荷としては、フォトダイオードの両端に接続された抵抗器や、一次側がフォトダイオードの両端に接続された変成器や、フォトダイオードの両端に接続されたコイルを使用することができる。また、フォトダイオードに対する逆バイアス回路と、フォトダイオードを無バイアス状態とするか、逆バイアス回路による逆バイアス状態とするかを切換える切換手段とを、設けることもできる。

特開２００７−８１８７４号公報 特開２００７−８１８７５号公報 特開２００７−２８８３８４号公報 特開２００７−１５８６６９号公報

以下の分析は本発明において与えられる。

ところで、特許文献１〜３に記載のシステムは、光受信機と分配器とを備え、テレビ映像信号と告知放送などの音声情報信号をそれぞれ別の光ファイバ又は別光波長で伝送するシステムを開示している。使用されている光モジュール内部には光信号を受信する受光面を共通としたＦＭ周波数帯のＲＦ信号を出力する受光部と電気エネルギーを出力する光電変換部を備えている特殊な素子を使用している。また、ＲＦ信号変圧部に関しては詳細が不明な素子である。

一方、特許文献４に開示された装置によれば、無バイアス状態のフォトダイオードで音声情報信号を出力できることが記載されている。しかしながら、本技術の本質は単にフォトダイオードを無バイアスでＲＦ出力を出すことであり既存技術で容易に類推することが出来る。また、この装置は、フォトダイオードにトランスを接続しただけの構成であるため、これだけでは光受信端末に求められている広帯域で高出力な信号を出力することが難しい。すなわち、例えばＣＡＴＶなどに使用する光受信端末では、ＲＦ信号の帯域が７０ＭＨｚから２６００ＭＨｚと広く、出力レベルも高いものが求められ、このような信号を出力するには不十分と考えられる。

本発明の目的は、光信号を受信し、電源供給の有無に応じて所望の電気信号を出力する光受信回路および光端末装置を提供することにある。

本発明の１つのアスペクト（側面）に係る光受信回路は、受信する光信号に応じた電気信号を発生する光電変換部と、光電変換部に接続され、電源供給によって電気信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力に接続される第１の出力端子と、電源供給がなされた場合に開放状態となり、電源供給がなされない場合に短絡状態となる第１のスイッチ素子と、光電変換部に第１のスイッチ素子を介して接続される第２の出力端子と、を備える。

本発明の光受信回路において、光電変換部には、電源供給によって直流電流が流れ、直流電流の電流値を検出可能とする抵抗素子と、電源供給がなされた場合に短絡状態となり、電源供給がなされない場合に開放状態となる第２のスイッチ素子と、をさらに備え、第２のスイッチ素子は、電源供給がなされた場合に抵抗素子を交流的に短絡状態とするように機能してもよい。

本発明の光受信回路において、第１のスイッチ素子と第２の出力端子との間に変圧器をさらに備えてもよい。

本発明の光受信回路において、変圧器の一次側および／または二次側にインピーダンスマッチング用のインピーダンス素子を備えてもよい。

本発明の光受信回路において、インピーダンス素子は、インダクタおよび／またはキャパシタであってもよい。

本発明の光受信回路において、第１のスイッチ素子は、機械式リレーまたは半導体リレーであってもよい。

本発明の光受信回路において、第２のスイッチ素子は、機械式リレーまたは半導体リレーであってもよい。

本発明の光受信回路において、光電変換部は、ｐｉｎフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードを備えてもよい。

本発明の光端末装置において、光ファイバから光信号を受信する上記の光受信回路を備えてもよい。

本発明の光端末装置において、電源供給がなされない場合に所定の周波数帯域の電気信号を第２の出力端子から出力し、電源供給がなされた場合に所定の周波数帯域を含むより高い周波数帯域の電気信号を第１の出力端子から出力するようにしてもよい。

本発明によれば、電源供給の有無に応じて所望の電気信号を出力することができる。

本発明の実施形態に係る光受信回路は、受光モジュール（図１のＰＤ）、増幅器（図１のＡＭＰ）、第１の出力端子（図１のＪ１）、第２の出力端子（図１のＪ２）、第１のスイッチ素子（図１のＳＷ１）、第２のスイッチ素子（図１のＳＷ２）、トランス（変圧器）（図１のＴ１）、抵抗素子（図１のＲ２）を備える。受光モジュールは、光信号に応じた電気信号を発生する。増幅器は、電源（図１のＶ＋）供給によってこの電気信号を増幅し、第１の出力端子に出力する。第１のスイッチ素子は、電源供給がなされた場合に開放状態となり、電源供給がなされない場合に短絡状態となる。第２の出力端子は、受光モジュールに第１のスイッチ素子およびトランスを介して接続される。受光モジュールには、電源供給によって直流電流が流れ、直流電流の電流値を検出可能とする抵抗素子と、電源供給がなされた場合に短絡状態となり、電源供給がなされない場合に開放状態となる第２のスイッチ素子とを接続し、第２のスイッチ素子は、電源供給がなされた場合にトランスと抵抗素子を交流的に短絡状態とするように機能する。

このような光受信回路によれば、光受信回路に電源電圧がかかっている時には、受光モジュールが発生する電流を効率よく増幅器に伝達して広帯域、高出力のＦＭ放送信号、ＣＡＴＶ信号やＢＳ／ＣＳ信号等を第１の出力端子から出力することができる。一方、光受信回路に電源電圧がかかっていない時には、受光モジュールが発生する電流をトランスに流してＦＭ放送信号などの低い帯域の信号を効率よく第２の出力端子から出力することができる。

以下、実施例に即し、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る光受信回路の回路図である。図１において、光受信回路は、受光モジュールＰＤ、増幅器ＡＭＰ、出力端子Ｊ１、Ｊ２、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、コンデンサＣ１〜Ｃ６、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、トランスＴ１を備える。

受光モジュールＰＤは、ｐｉｎフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードであって、カソードを抵抗器Ｒ１を介して電源＋Ｖに接続し、アノードを、トランスＴ１の一次側を介して一端が接地された抵抗器Ｒ２の他端に接続すると共にスイッチ素子ＳＷ２およびコンデンサＣ４を介して接地する。また、カソードを、コンデンサＣ１を介して増幅器ＡＭＰの入力端に接続すると共にスイッチ素子ＳＷ１を介して抵抗器Ｒ２の他端に接続する。

抵抗器Ｒ２には並列にコンデンサＣ６が接続される。コンデンサＣ６は、スイッチ素子ＳＷ２が開放された場合に、受光モジュールＰＤのアノードにおける浮遊容量の影響を軽減し、トランスＴ１の二次側への信号伝達特性を改善する。

また、電源＋Ｖと接地間には、コンデンサＣ３が接続される。コンデンサＣ３は、電源＋Ｖにおける不要な雑音を除去する。また、コンデンサＣ３は、受光モジュールＰＤで発生した信号が電源＋Ｖへ漏れ出さないように働く。ここで電源＋Ｖは、外部から直接供給されても良く、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータやシリーズレギュレータなどで昇圧、降圧されたりして加えられてもよい。

増幅器ＡＭＰは、出力端をコンデンサＣ２を介して出力端子Ｊ１に接続し、電源＋Ｖが供給された場合に受光モジュールＰＤのカソードの信号を増幅して出力端子Ｊ１に出力する。

トランスＴ１は、二次側の一端をコンデンサＣ５を介して接地し、二次側の他端を出力端子Ｊ２に接続する。コンデンサＣ５は、トランスＴ１の二次側における出力端子Ｊ２側とのインピーダンスマッチングを改善する働きを有する。出力端子Ｊ２に信号が出力される場合、このコンデンサＣ５によって出力端子Ｊ２の出力レベルが増加する。

以上のような構成の光受信回路において、通常動作として電源＋Ｖが供給される場合、スイッチ素子ＳＷ２が短絡されスイッチ素子ＳＷ１が開放される。また、電源＋Ｖが供給されない場合、図１に示すようにスイッチ素子ＳＷ２が開放されスイッチ素子ＳＷ１が短絡される。なお、スイッチ素子ＳＷ２は、機械式リレー、あるいは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＰＩＮダイオード、光ＭＯＳリレーのような半導体リレーなどで構成され、受光モジュールＰＤに電源Ｖ＋がかかっている状態では閉じ、あるいは低インピーダンスとなり、電源Ｖ＋がかかっていない時には開き、あるいは高インピーダンスとなるスイッチ機能を有すればよい。また、スイッチ素子ＳＷ１は、機械式リレー、あるいは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＰＩＮダイオード、光ＭＯＳリレーのような半導体リレーなどで構成され、受光モジュールＰＤに電源Ｖ＋がかかっている状態では開き、あるいは高インピーダンスとなり、電源Ｖ＋がかかっていない時には閉じ、あるいは低インピーダンスとなるスイッチ機能を有すればよい。

光受信回路に電源＋Ｖが供給される場合、図示されない光ファイバから伝送されてきたＦＭ放送信号、ＣＡＴＶ信号やＢＳ／ＣＳ信号などが強度光変調された光ＲＦ信号は、受光モジュールＰＤで受信され、ＲＦ（高周波）電流に変換され、抵抗器Ｒ１でＲＦ信号になる。このＲＦ信号は、直流信号分を除去するコンデンサＣ１を介し、増幅器ＡＭＰによって増幅され、出力端子Ｊ１から出力される。この時、スイッチ素子ＳＷ１は開いていて、抵抗器Ｒ２、コンデンサＣ６、トランスＴ１は、実質接続されていない状態になる。一方、受光モジュールＰＤから流れる直流電流は、トランスＴ１の一次側を通り抵抗器Ｒ２でモニタ電圧として観測可能である。ここで、スイッチ素子ＳＷ２は閉じているので、受光モジュールＰＤのアノードは、交流的に接地された状態となる。したがって、抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ６とトランスＴ１は、高周波的にはショート状態となりグラウンドに接続され、増幅器ＡＭＰによる増幅動作に影響を与えることがない。

一方、光受信回路に電源＋Ｖが供給されない場合は、図１に示すようにスイッチ素子ＳＷ１が閉じて、光ファイバから伝送されてきたＦＭ放送信号などが強度光変調された光ＲＦ信号は、光受信モジュールＰＤで受信され、光ＲＦ電流に変換され、トランスＴ１の一次側に流れる。トランスＴ１の一次側にＲＦ電流が流れると、一次側のＲＦ電流に対応したＲＦ電圧が二次側に励起され、出力端子Ｊ２から出力される。この時、光受信回路には電源＋Ｖが供給されないために増幅器ＡＭＰは動作状態に無く、受光モジュールＰＤで発生した光ＲＦ電流は、増幅器ＡＭＰによって増幅されることがない。また、スイッチ素子ＳＷ２は開いているために、コンデンサＣ４は、受光モジュールＰＤのアノードから切り離された状態となり、トランスＴ１の一次側に対し影響を与えない。

なお、電源電圧がかからない状態での出力端子Ｊ２における信号の帯域は、コンデンサＣ５、Ｃ６やトランスＴ１の最適化によって変更され、通常のＣＡＴＶ帯域やＢＳ／ＣＳ帯域まで使用が可能である。

図２は、電源＋Ｖが供給されない場合における光受信回路の出力端子Ｊ２における周波数特性を示す図である。図２を参照するならば、７０〜９０ＭＨｚのＦＭ放送帯域において平坦な周波数特性が得られることが示される。なお、図２で２本の周波数特性が示されているのは、光受信回路の受光レベルが０ｄＢｍ時（上の線）と−６ｄＢｍ時（下の線）を示しており、光信号レベルの６ｄＢの変化に対し、電気レベルで１２ｄＢの変化があることを示している。

図３は、本発明の第２の実施例に係る光受信回路の回路図である。図３において、図１と同一の符号は、同一物を表し、その説明を省略する。図３に示す光受信回路は、図１の抵抗器Ｒ２を廃し、代わりに受光モジュールＰＤのアノードと接地間に抵抗器Ｒ３を接続する。

電源＋Ｖの供給がなされる場合、抵抗器Ｒ１、受光モジュールＰＤ、抵抗器Ｒ３を介して電流が流れる。抵抗器Ｒ３は、受光モジュールＰＤに流れる電流値をモニタするためのものである。ただし、この抵抗器Ｒ３は、高周波的には不要であるため、電源＋Ｖの供給がなされる場合、スイッチＳＷ２を閉じて、受光モジュールＰＤのアノード側は、コンデンサＣ４で交流的に短絡状態とする。一方、電源＋Ｖの供給がなされない場合には、スイッチＳＷ２が開放され、受光モジュールＰＤで発生したＲＦ電流は、コンデンサＣ４を通して流れることがないため、効率よくトランスＴ１へ流れる。

図４は、本発明の第３の実施例に係る光受信回路の回路図である。図４において、図１と同一の符号は、同一物を表し、その説明を省略する。図４に示す光受信回路では、受光モジュールＰＤのカソードとスイッチＳＷ１間にインダクタＬ２が挿入される。また、受光モジュールＰＤのアノードとトランスＴ１の一次側の間にインダクタＬ３が挿入される。さらに、トランスＴ１の二次側と出力端子Ｊ２間にも次段とのマッチングをとるためのインダクタＬ１が挿入される。インダクタＬ１、Ｌ２およびＬ３が挿入されることで、受光モジュールＰＤとトランスＴ１とのインピーダンスマッチングが良好となり、出力端子Ｊ２におけるＲＦ信号の減衰量が低減される。

上記の実施例１〜３で説明した光受信回路は、ＦＴＴＨなどに使用される光端末装置等に適用される。光端末装置は、電源電圧がかかっているときには７０ＭＨｚから２６００ＭＨｚ程度までのＦＭ放送信号、ＣＡＴＶ信号やＢＳ／ＣＳ信号を出力することが可能である。一方、電源電圧がかかっていないときには、７０ＭＨｚから９０ＭＨｚ程度までのＦＭ放送信号などを出力することが可能である。なお、この帯域は、コンデンサＣ４、Ｃ６やトランスＴ１の適切な選定によって、通常のＣＡＴＶ帯域やＢＳ／ＣＳ帯域まで使用することも可能である。

以上のような光端末装置は、例えば、通常家庭において商用電源がきているときには、電源が供給されている状態となり、光端末装置を通してチューナ、セットトップボックスなどを使用してテレビ受信機で映像を見ることが可能である。一方、災害などで商用電源が遮断された場合、光端末装置は、緊急放送などの放送信号を受信することができる。したがって、光端末装置の出力側に電池で動作するようなＦＭラジオ受信機などが接続されていれば緊急放送を聞くことが可能である。

本発明の第１の実施例に係る光受信回路の回路図である。 本発明の第１の実施例に係る電源が供給されない場合における光受信回路の周波数特性を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る光受信回路の回路図である。 本発明の第３の実施例に係る光受信回路の回路図である。

符号の説明

ＡＭＰ 増幅器
Ｃ１〜Ｃ６ コンデンサ
Ｊ１、Ｊ２ 出力端子
Ｌ１〜Ｌ３ インダクタ
ＰＤ 受光モジュール
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗器
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ素子
Ｔ１ トランス

Claims (10)

1. 受信する光信号に応じた電気信号を発生する光電変換部と、
   前記光電変換部に接続され、電源供給によって前記電気信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力に接続される第１の出力端子と、
   前記電源供給がなされた場合に開放状態となり、前記電源供給がなされない場合に短絡状態となる第１のスイッチ素子と、
   前記光電変換部に前記第１のスイッチ素子を介して接続される第２の出力端子と、
   を備えることを特徴とする光受信回路。
2. 前記光電変換部には、前記電源供給によって直流電流が流れ、
   前記直流電流の電流値を検出可能とする抵抗素子と、
   前記電源供給がなされた場合に短絡状態となり、前記電源供給がなされない場合に開放状態となる第２のスイッチ素子と、
   をさらに備え、
   前記第２のスイッチ素子は、前記電源供給がなされた場合に前記抵抗素子を交流的に短絡状態とするように機能することを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
3. 前記第１のスイッチ素子と前記第２の出力端子との間に変圧器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
4. 前記変圧器の一次側および／または二次側にインピーダンスマッチング用のインピーダンス素子を備えることを特徴とする請求項３記載の光受信回路。
5. 前記インピーダンス素子は、インダクタおよび／またはキャパシタであることを特徴とする請求項４記載の光受信回路。
6. 前記第１のスイッチ素子は、機械式リレーまたは半導体リレーであることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
7. 前記第２のスイッチ素子は、機械式リレーまたは半導体リレーであることを特徴とする請求項２記載の光受信回路。
8. 前記光電変換部は、ｐｉｎフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信回路。
9. 光ファイバから前記光信号を受信する請求項１乃至８のいずれか一に記載の光受信回路を備える光端末装置。
10. 前記電源供給がなされない場合に所定の周波数帯域の前記電気信号を前記第２の出力端子から出力し、前記電源供給がなされた場合に前記所定の周波数帯域を含むより高い周波数帯域の前記電気信号を前記第１の出力端子から出力する請求項９記載の光端末装置。

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