JP6343816B2

JP6343816B2 - 光電変換装置

Info

Publication number: JP6343816B2
Application number: JP2013253759A
Authority: JP
Inventors: 明真崎
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: JP2015115621A

Description

本発明は、光伝送システムにおいて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し、特に無給電状態でも光信号を電気信号に変換して出力することのできる光電変換装置に関する。

光ファイバーを用いた光伝送システムにおいては、受信者側に光回線終端装置が配置される。光回線終端装置は、光信号を電気信号に変換する光電変換装置を有しており、光信号によって伝送されたＲＦ信号やＦＭ信号を出力する。地震などの災害に関する情報や地域の情報、あるいは行政情報などを伝達する告知放送システムにおいて、かかる光電変換装置が広く用いられている。

告知放送は、災害時などの緊急時において情報を告知するが、そのような場合には停電となっている可能性が高い。このため、停電時であっても光電変換装置が動作して、光信号を電気信号に変換することが可能であることが必要となる。このように無給電時でも光信号を電気信号に変換することのできる光電変換装置としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特許文献１の光電変換装置は、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増幅手段にて増幅された上で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、無給電時には、スイッチがオンとなることでフォトダイオードのアノード側とカソード側が短絡路によって短絡され、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。

特開２０１２−２５７２８３号公報

従来の光電変換装置では、フォトダイオードの両側を短絡させる短絡路を設けると共に、この短絡路に無給電時にのみオンとなるスイッチを設けることで、無給電時にフォトダイオードからの出力を取り出すことができるように構成されているが、短絡路に設けるスイッチを給電状態から無給電状態となる際に何らかの手段で動作させる必要があり、そのために回路構成がやや複雑になると共に、部品点数も増加するという問題があった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、フォトダイオードの短絡路を、スイッチを設けることなく無給電時にのみ導通させることのできる光電変換装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る光電変換装置は、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において、
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、
給電時に前記フォトダイオードに逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
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前記フォトダイオードのアノード側からカソード側に向かう方向を順方向とするダイオードと、を備え、
前記フォトダイオードは、給電時は前記逆電圧印加手段による逆電圧で動作し、無給電時は無バイアスモードで動作することを特徴として構成されている。

請求項１に係る発明によれば、給電時にはフォトダイオードに印加される逆電圧が維持され、無給電時にはフォトダイオードからの光電流が短絡路を流れて光信号を取り出すことができる。

また、請求項２の発明に係る光電変換装置は、前記ダイオードはゲルマニウムダイオードまたはショットキーバリアダイオードからなることを特徴として構成されている。

請求項２に係る発明によれば、ダイオードの順電圧降下を抑えることができる。

さらに、請求項３の発明に係る光電変換装置は、前記ダイオードは順電圧降下が０．１Ｖ以下であることを特徴として構成されている。また、請求項４の発明に係る光電変換装置は、前記短絡路は、前記フォトダイオードのアノードと前記ダイオードのアノードとの間に直流抵抗成分が略存在せず、前記ダイオードのカソードと前記フォトダイオードのカソードとの間に直流抵抗成分が略存在しないことを特徴として構成されている。

請求項３に係る発明によれば、フォトダイオードの内部電界が破壊されることによる出力レベルの低下を防止することができる。

本発明に係る光電変換装置によれば、ダイオードの作用によって給電時と無給電時の動作を切替えることができ、スイッチ等を設ける必要がないので、簡単な回路構成で無給電時にも動作可能とすることができる。

本実施形態における光電変換装置の回路図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における光電変換装置の回路図を示している。本実施形態の光電変換装置は、告知放送のシステムにおいて用いられるものであって、各家庭に設置される光回線終端装置内に設けられるものである。光回線終端装置には光ファイバー網からの光ケーブルが接続され、光電変換装置は光ケーブルからの光信号を電気信号に変換して出力する。

光電変換装置は、光信号を電気信号に変換するためのフォトダイオード１と、変換した電気信号のうちＦＭ信号を出力するＦＭ出力端子６と、変換した電気信号のうちＲＦ信号を出力するＲＦ出力端子７とを、線路を介して接続して構成されている。フォトダイオード１のカソード側はコイルＬ２を介して正電源＋Ｖｃに接続され、フォトダイオード１のアノード側はコイルＬ３及び抵抗Ｒ１を介して接地されている。すなわち、正電源＋Ｖｃは、給電時にはフォトダイオード１に逆電圧を印加する逆電圧印加手段に相当する。なお、コイルＬ３と抵抗Ｒ１の間は、コンデンサＣ２を介して接地されている。

フォトダイオード１のカソードと正電源＋Ｖｃの間からは線路が引き出され、該線路には、電気信号のうちＦＭ放送の周波数帯域のみを取り出すことのできるバンドパスフィルタ２及びＦＭ出力端子６が接続されている。

フォトダイオード１のアノードと抵抗Ｒ１の間からも線路が引き出され、該線路にはコンデンサＣ１とアンプ３及びＲＦ出力端子７が接続されている。コンデンサＣ１により、フォトダイオード１で変換した電気信号のうち交流成分のみを取り出すことができ、さらにアンプ３で増幅することで、ＲＦ信号としてＲＦ出力端子７から出力することができる。

フォトダイオード１のアノード側とカソード側は、短絡路５によって接続されている。短絡路５には、コイルＬ１とダイオード４が配置されている。ダイオード４は、短絡路５においてフォトダイオード１のアノード側からカソード側に向かう方向を順方向とするように接続されている。このダイオード４は、順電圧降下の小さいゲルマニウムダイオードまたはショットキーバリアダイオードによって構成されている。

給電時における光電変換装置の動作について説明する。給電時には、正電源＋Ｖｃによってフォトダイオード１には逆電圧が印加される。この状態において光ケーブルからの光信号が光電変換され、フォトダイオード１からは電気信号が出力される。出力された電気信号のうち交流成分については、コンデンサＣ１によって取り出され、アンプ３で増幅された上でＲＦ出力端子７から出力されると共に、ＦＭ放送の周波数帯域の信号が、バンドパスフィルタ２を介してＦＭ出力端子６から出力される。このとき、短絡路５にはダイオード４の逆方向に電圧が印加された状態となっているから、短絡路５には電流は流れない。なお、コイルＬ２とコイルＬ３及びコンデンサＣ２の作用により、ＲＦ信号は電源やグランドには流れ込まない。

次に、無給電時における光電変換装置の動作について説明する。停電などによって光電変換装置に対する給電が停止すると、正電源＋Ｖｃによるフォトダイオード１に対する電圧の印加がなされなくなる。この場合、フォトダイオード１は無バイアスモードとなり、光ケーブルからバンドギ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によって光強度に比例した起電力が発生する。

フォトダイオード１の起電力により、短絡路５にはダイオード４の順方向に電流が流れる。前述のように、給電時にはダイオード４の逆方向に電圧が印加されているので短絡路５に電流は流れないが、無給電時には無バイアスモードのフォトダイオード１による起電力がダイオード４の順方向に印加されるので、短絡路５に電流が流れる。これにより、電気信号のうちＦＭ放送の周波数帯域の信号が、バンドパスフィルタ２を介してＦＭ出力端子６から出力される。

フォトダイオード１からの電流の直流成分により、短絡路５には自己バイアス電圧が発生する。線路の抵抗は十分小さいので、自己バイアス電圧は主にダイオード４の順電圧降下の値によって定まる。自己バイアス電圧が大きいと、フォトダイオード１の内部電界が破壊され、出力レベルが低下することとなるので、自己バイアス電圧を小さくする必要がある。したがって、自己バイアス電圧を規定するダイオード４には、順電圧降下の小さい特性を有するものを選択する必要がある。本実施形態では、ダイオード４として順電圧降下の小さいゲルマニウムダイオードまたはショットキーバリアダイオードを用いている。特に、順電圧降下が０．１Ｖ以下の特性を有するものを選択することで、フォトダイオード１の出力レベルを低下させることがないようにすることができる。

このように、光電変換装置においてフォトダイオード１の両端を短絡させる短絡路５を設け、短絡路５にはフォトダイオード１のアノード側からカソード側に向かう方向を順方向とするダイオード４を設けたことにより、給電時にはフォトダイオード１に印加される逆電圧が維持され、無給電時にはフォトダイオード１からの光電流が短絡路５を流れて光信号を取り出すことが可能となる。また、ダイオード４の作用によって給電時と無給電時の動作が切替わるので、簡単な回路構成でかかる機能を実現することができる。さらには、ダイオード４に順電圧降下が０．１Ｖ以下のものを選択することで、フォトダイオード１の内部電界が破壊されることによる出力レベルの低下も防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。

１フォトダイオード
２バンドパスフィルタ
３アンプ
４ダイオード
５短絡路
６ＦＭ出力端子
７ＲＦ出力端子

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において、
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、
給電時に前記フォトダイオードに逆電圧を印加する逆電圧印加手段と、
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前記フォトダイオードのアノード側からカソード側に向かう方向を順方向とするダイオードと、を備え、
前記フォトダイオードは、給電時は前記逆電圧印加手段による逆電圧で動作し、無給電時は無バイアスモードで動作することを特徴とする光電変換装置。
前記ダイオードはゲルマニウムダイオードまたはショットキーバリアダイオードからなることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
前記ダイオードは順電圧降下が０．１Ｖ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の光電変換装置。
前記短絡路は、前記フォトダイオードのアノードと前記ダイオードのアノードとの間に直流抵抗成分が略存在せず、前記ダイオードのカソードと前記フォトダイオードのカソードとの間に直流抵抗成分が略存在しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置。