JP7417167B2 - 光給電システム - Google Patents

Description

本発明は、光給電システムに関する。

光通信の方式としてＰＯＮ(Passive Optical Network)がある。ＰＯＮを用いた光通信においては、通信会社の局側に設置されるＯＬＴ(Optical Line Terminal)と加入者宅側に設置されるＯＮＵ(Optical Network Unit)とが光ファイバにより接続される。光ファイバの途中には光スプリッタが備えられ、光スプリッタがＯＬＴとＯＮＵとが送受信する光信号の分離や合成を行う。

図９は光通信システム１００を示す図である。
光通信システム１００は、ＯＬＴ９０、ＯＮＵ９１－１…９１－（Ｎ＋１）、等分岐光スプリッタ９２－１…９２－Ｎ、分岐ファイバ９３－１…９１－Ｎ、幹線ファイバ９４を備える。

以下では、ＯＮＵ９１－１…９１－（Ｎ＋１）に共通する事項については、「ＯＮＵ９１－１…９１－（Ｎ＋１）」は、符号の一部が省略されて、「ＯＮＵ９１」と表記される。また、「等分岐光スプリッタ９２－１～…９２－Ｎ」及び「分岐ファイバ９３－１～…９３－Ｎ」も、それぞれ同様に、「等分岐光スプリッタ９２」及び「分岐ファイバ９３」と表記される。ＯＬＴ９０は、通信会社の局側に設置されるＯＬＴである。ＯＮＵ９１は加入者宅側に設置されるＯＮＵである。等分岐光スプリッタ９２は１つの入力ポートと２つの出力ポートを備え、１つの入力ポートに入力される光信号を分岐し２つの出力ポートから出力する。２つの出力ポートから出力される光信号の強度は等しい。等分岐光スプリッタ９２は、幹線ファイバ９４上に設けられる。

ＯＬＴ９０とＯＮＵ９１－（Ｎ＋１）は幹線ファイバ９４により接続される。ＯＮＵ９１－１…９１－Ｎはそれぞれ分岐ファイバ９３－１…９３－Ｎにより幹線ファイバ９４上に設けられた等分岐光スプリッタ９２と接続される。等分岐光スプリッタ９２はＯＬＴ９０側から送信される光信号（下り信号）を分岐して、接続される分岐ファイバ９３と幹線ファイバ９４に分岐した下り信号を出力する。また、等分岐光スプリッタ９２が下り信号を分岐した結果生じた２つの下り信号の強度は等しい。そのため、等分岐光スプリッタ９２が下り信号を分岐した結果生じた下り信号の強度は、分岐される下り信号の強度の半分である。同様に、等分岐光スプリッタ９２はＯＮＵ９１から送信される光信号（上り信号）を分岐して、分岐した上り信号を幹線ファイバ９４に出力する。等分岐光スプリッタ９２が上り信号を分岐した結果生じた２つの上り信号の強度は等しい。そのため、上り信号の場合と同様に、等分岐光スプリッタ９２が上り信号を分岐した結果生じた上り信号の強度は、分岐される上り信号の強度の半分である。

図１０は、ＯＮＵ９１－１…９１－３が受信する光信号の強度を示した図である。
図１０においてＰ_ｔｘはＯＬＴが送信する光信号の強度、Ｐ_ｍｉｎはＯＮＵ９１が光信号を誤りなく受信するために最低限必要となる最小受信感度、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３はそれぞれＯＮＵ９１－１、ＯＮＵ９１－２、ＯＮＵ９１－３が受信する光信号の強度である。伝送距離はＯＬＴ９０と幹線ファイバ９４の各地点との距離である。

図１０に示すグラフは、Ｐ_ｔｘ＝＋４ｄＢｍ、Ｐ_ｍｉｎ＝－１８ｄＢｍ、幹線ファイバ１４の伝送損失α＝０．５ｄＢｍ／ｋｍ、直近の２つの等分岐光スプリッタ９２間の距離Ｄ＝１０ｋｍ、分岐ファイバ９３の距離Ｌ＝０ｋｍとしたときの伝送距離と光強度の関係を示すグラフである。

ＯＬＴ９０が送信する光信号は幹線ファイバ１４により伝送損失を受け、等分岐光スプリッタ９２により分岐されるため、ＯＬＴ９０からの伝送距離が長いあるいは光信号が通過する等分岐光スプリッタ９２が多いほどＯＮＵ９１が受信する光信号の強度は弱くなる。図１１においてはＰ_１＝－４ｄＢｍ、Ｐ_２＝－１２ｄＢｍ、Ｐ_３＝－２１ｄＢｍであり、Ｐ_１及びＰ_２はＰ_ｍｉｎより大きいため、ＯＮＵ９１－１及びＯＮＵ９１－２はＯＬＴ９０から正しく光信号を受信することができるが、Ｐ_３はＰ_ｍｉｎよりも小さいためＯＮＵ９１－３はＯＬＴ９０から光信号を正しく受信することができない。

より遠くまで光信号を伝送する手法として、分岐比が対称でない不等分岐光スプリッタを使用することが提案されている（例えば非特許文献１）。図１１は不等分岐光スプリッタ９５を使用する光通信システム１００を示す図である。図１１に示す光通信システム１００は、図９に示す光通信システム１００における等分岐光スプリッタ９２を不等分岐光スプリッタ９５に置き換えた構成である。不等分岐光スプリッタ９５は１つの入力ポートと２つの出力ポートを備え、１つの入力ポートに入力される光信号を分岐し２つの出力ポートから出力する。不等分岐光スプリッタ９５は等分岐光スプリッタ９２と異なり、２つの出力ポートから出力される光信号の強度は必ずしも等しくない。

例えば、図１１に示す例においては、不等分岐光スプリッタ９５－１はＯＬＴ９０から送信される光信号を分岐し、強度比２％の光信号をＯＮＵ９１－１に出力し、残りの強度比９８％の光信号を不等分岐光スプリッタ９５－２に出力する。不等分岐光スプリッタ９５－２はＯＬＴ９０側から送信される光信号を分岐し、強度比６％の光信号をＯＮＵ９１－２に出力し、残りの強度比９４％の光信号を不等分岐光スプリッタ９５－３に出力する。不等分岐光スプリッタ９５－３はＯＬＴ９０側から送信される光信号を分岐し、強度比２０％の光信号をＯＮＵ９１－３に出力し、残りの強度比８０％の光信号を不等分岐光スプリッタ９５－４に出力する。

図１１に示す光通信システム１００において、ＯＬＴ９０に近い不等分岐光スプリッタ９５は幹線ファイバ９４に出力する光信号の強度が大きくなるように分岐比を調整することで、ＯＬＴ９０が送信する光信号が分岐されることでＯＮＵ９１が受信する光信号の強度が低下するのを抑えている。
図１２は、図１１に示される光通信システム１００における伝送距離と光強度の関係を示すグラフである。図１２における光スプリッタの分岐比以外の条件は図１０のグラフと同一であり、Ｐ_ｔｘ＝＋４ｄＢｍ、Ｐ_ｍｉｎ＝－１８ｄＢｍ、幹線ファイバ１４の伝送損失α＝０．５ｄＢｍ／ｋｍ、直近の２つの等分岐光スプリッタ９２間の距離Ｄ＝１０ｋｍ、分岐ファイバ９３の距離Ｌ＝０ｋｍである。図１２において、Ｐ_１＝－１８ｄＢｍであり、Ｐ_２及びＰ_３もおよそ－１８ｄＢｍである。そのため、ＯＮＵ９１－３もＯＬＴ９０から正しく光信号を受信することができる。また、分岐ファイバ９４を伝搬する光信号の強度を小さくすることで幹線ファイバ９３を伝搬する光の強度を相対的に大きくすることができ、ＯＬＴ９０はより遠くのＯＮＵ９１に光信号を送信することができる。

不等分岐光スプリッタ９５の最適の分岐比は、光通信システム１００が備えるＯＮＵ９１の数や不等分岐光スプリッタ９５の数、分岐ファイバ９３の長さや幹線ファイバ９４の長さによって変化し、これらが変化したときには不等分岐光スプリッタ９５の分岐比を再度設定することが望ましい。しかし、これらが変化するたびに不等分岐光スプリッタ９５を異なる分岐比の光スプリッタと交換することは維持費の増大につながる。この問題を解決する手段として、不等分岐光スプリッタ９５として分岐比を製造後に変更できる光スプリッタ（例えば非特許文献２）を使用し，その分岐比を外部からの信号で遠隔制御することが考えられる。

非特許文献３には、受信した光を電気に変換することで電気エネルギーを生成することが開示されている。

P. Lafata et al., "Perspective Application of Passive Optical Network with Optimized Bus Topology", Journal of Applied Research and Technology", vol. 10, no.3, pp. 340-345, June 2012. Z. Yun et al., "A 1 × 2 Variable Optical Power Splitter Development", J. Lightw. Technol., vol. 24, no. 3, pp. 1566-1570, Mar. 2006. H. Ramanitra et al., "Optical access network using a self-latching variable splitter remotely powered through an optical fiber link", Optical Engineering, Vol. 46 (4), April 2007.

ただし、光スプリッタを外部からの信号で制御するためには、外部からの信号を受信し分岐比を変更するために電力を必要とする。そのため、各光スプリッタを駆動するための電源を各光スプリッタに確保する必要がある。
本発明の目的は、スプリッタごとに設置される電源を不要とする光給電システムを提供することにある。

本発明の一態様は、光給電部と、前記光給電部から光を入力可能に構成され、入力された光を分岐して出力する複数のドロップ部とを備え、前記光給電部は給電光を出力する給電光生成部と、前記ドロップ部は、前記給電光 を第１分岐光と第２分岐光とに分岐させ、前記第２分岐光を他の前記ドロップ部に出力する光スプリッタと、前記第１分岐光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換により生じた電気により駆動し前記第１分岐光と前記第２分岐光の比である分岐比を制御する分岐比制御部とを備える光給電システム。

本発明によれば、スプリッタごとに設置される電源が不要になる。

第１の実施形態に係る光給電システムの構成を示す図である。 ＯＴＤＲによる幹線ファイバの測定結果の一例である。 第１の実施形態に係るドロップ部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る光給電部の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る光給電部１０の構成を示す図である。 第２の実施形態に係るドロップ部の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る第一光スプリッタの第二光合分波器への透過率と充電部の充電率の関係例を示す表である。 第２の実施形態に係る光給電部が充電部の充電率を確認する動作のフローチャートである。 光通信システムを示す図である。 ＯＮＵが受信する光信号の強度を示した図である。 不等分岐光スプリッタを使用する光通信システムを示す図である。 図１１に示される光通信システムにおける伝送距離と光強度の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
図１は、第１の実施形態に係る光給電システム１の構成を示す図である。

光給電システム１は、ＯＬＴとＯＮＵとの通信に用いる光通信システムに給電するために用いられる。光通信システムは、ＯＬＴをルートノードとし、光信号を分岐させるドロップ部を中間ノードとし、ＯＮＵをリーフノードとする木構造ネットワークを構成する。光給電システム１は、ドロップ部１２を給電する。
光給電システム１は、光給電部１０、ドロップ部１２－１…１２－Ｎ、分岐ファイバ１３－１…１３－Ｎ、幹線ファイバ１４を備える。
以下では、ドロップ部１２－１～…１２－Ｎに共通する事項については、「ドロップ部１２－１～…１２－Ｎ」は、符号の一部が省略されて、「ドロップ部１２」と表記される。また、「分岐ファイバ１３－１～…１３－Ｎ」も同様に、「分岐ファイバ１３」と表記される。

幹線ファイバ１４上には、ドロップ部１２－１…１２－Ｎが設けられる。分岐ファイバ１３－１…１３－Ｎはそれぞれ幹線ファイバ１４上に設けられたドロップ部１２と接続される。ドロップ部１２は光給電部１０側から送信される光信号を分岐して、接続される分岐ファイバ１３と幹線ファイバ１４に分岐した光信号を出力する。つまり、光給電システム１は、光給電部１０をルートノードとし、ドロップ部１２－１…１２－（Ｎ－１）を中間ノードとし、ドロップ部１２－Ｎをリーフノードとする木構造ネットワークを構成する。光給電システム１はドロップ部１２に光を出力し、ドロップ部１２が備える電池を充電するシステムである。光給電システム１が備える分岐ファイバ１３、幹線ファイバ１４は、それぞれ図６に示す光通信システム１００が備える分岐ファイバ９３、幹線ファイバ９４に相当する。また、光給電システム１が備える光給電部１０とドロップ部１２はそれぞれ光通信システム１００におけるＯＬＴ９０と不等分岐光スプリッタ９５を置き換えたものである。

光通信システムの設計者は、光給電システム１を用いて各ドロップ部１２に給電し、光給電部１０をＯＬＴに置き換え、かつ、分岐ファイバ１３のドロップ部１２と接続している端点と逆の端点にＯＮＵを接続することで、光通信システムを構築することができる。
光給電システム１の使用例としては、光給電部１０側にＯＬＴが備えられており、光給電を行う際は光給電部１０に幹線ファイバ１４を接続し、光通信を行う際はＯＬＴに幹線ファイバ１４を接続するといった使用例が挙げられる。

《光給電部の構成》
光給電部１０は、給電光生成部１０１、光ファイバ測定部１０２、第一光合分波器１０３、充電率判定部１０６を備える。
給電光生成部１０１は、給電光を第一光合分波器１０３に出力する。光ファイバ測定部１０２は、測定光を第一光合分波器１０３に出力し、ドロップ部１２の分岐比を測定する。光ファイバ測定部１０２の例としてはＯＴＤＲ(Optical Time Domain Reflectometer)が挙げられる。給電光の波長と測定光の波長は異なる。第一光合分波器１０３は、給電光生成部１０１及び光ファイバ測定部１０２から入力される光を合波し、ドロップ部１２－１に出力する。また、ドロップ部１２－１から入力される光を分波し、給電光生成部１０１及び光ファイバ測定部１０２に出力する。充電率判定部１０６は、光ファイバ測定部１０２の測定結果に基づいてドロップ部１２により備えられる蓄電部１２６の充電率を判定する。
ドロップ部１２は、光スプリッタを備え、入力される光を分岐する。ドロップ部１２の詳細な構成は後述する。

ここで、光ファイバ測定部１０２による測定について説明する。図２は、ＯＴＤＲによる幹線ファイバ１４の測定結果の一例である。図２に示すグラフの横軸はＯＴＤＲからの距離、縦軸は測定光の強度を表す。ＯＴＤＲは、測定光（光パルス信号）を出力し、光ファイバ内で散乱しＯＴＤＲに戻る後方散乱光を測定する。ＯＴＤＲは、後方散乱光の強度から測定光の強度を算出する。また、ＯＴＤＲは、測定光を出力した時刻と後方散乱光を検出した時刻との差に基づいて、散乱が生じた地点とＯＴＤＲとの距離を算出する。

ＯＴＤＲから出力され幹線ファイバ１４を伝搬する光は距離に応じて幹線ファイバ１４による損失を受ける。幹線ファイバ１４による損失は図２に示すグラフにおいて例えば右肩下がりの部分Ａに表れる。また、ドロップ部１２において光が分岐され一部の光が分岐ファイバ１３に入射される。この分岐する点においてＯＴＤＲは損失を観測する。ドロップ部１２による損失は図２に示すグラフにおいて、縦軸と平行に強度が下がっている部分Ｂに表れる。図２に示すグラフにおいて、Ｂで示される損失の局地的な変化はドロップ部１２によるものである。そのため、光ファイバ測定部１０２は横軸を参照することで幹線ファイバ１４の長さやドロップ部１２が位置する地点を得ることができる。また、光ファイバ測定部１０２はＢで示される強度の減衰量を測定することでドロップ部１２における分岐比を得ることができる。

《ドロップ部の構成》
図３は、第１の実施形態に係るドロップ部１２の構成を示す図である。ここではドロップ部１２－１は、第一光スプリッタ１２１－１、第二光合分波器１２２－１、終端器１２３－１、第三光合分波器１２４－１、光電変換部１２５－１、蓄電部１２６－１、分岐比制御部１２７－１を備える。

第一光スプリッタ１２１－１は、光給電部１０から入力される光を分岐し、分岐した光を第二光合分波器１２２－１及びドロップ部に出力する。第一光スプリッタ１２１－１のドロップ部１２－２への透過率をＳ_１と定義し、第一光スプリッタ１２１－１の第二光合分波器１２２－１への透過率をＴ_１と定義する。透過率Ｓ_１と透過率Ｔ_１の和は１であり、Ｓ_１及びＴ_１は、いずれも０以上１以下である。第一光スプリッタ１２１－１の分岐比はＳ_１：Ｔ_１と定義される。

第二光合分波器１２２－１は第一光スプリッタ１２１－１から入力される光を波長によって分波し、分波した光を第三光合分波器１２４－１及び終端器１２３－１に出力する。第二光合分波器１２２－１は、測定光を終端器１２３－１に出力するように設計される。
終端器１２３－１は、入力される測定光を終端する。

第三光合分波器１２４－１は第二光合分波器１２２－１から入力される光を波長によって分波し、分波した光を分岐ファイバ１３－１及び蓄電部１２６－１に出力する。第三光合分波器１２４－１は、給電光を蓄電部１２６－１に出力するように設計される。

光電変換部１２５－１は、入力される光のエネルギーを電気エネルギーに変換する。光電変換部１２５－１は例えばフォトダイオードである。蓄電部１２６－１は光電変換部１２５－１により生成される電気エネルギーを蓄電する。蓄電部１２６－１は例えば充電池である。

分岐比制御部１２７－１は、第一光スプリッタ１２１－１の分岐比を制御する。分岐比制御部１２７－１は、蓄電部１２６－１に充電される電気エネルギーにより駆動する。分岐比制御部１２７－１は、例えば信号発生器である。分岐比制御部１２７－１は、また、あらかじめ第一光スプリッタ１２１－１の第二光合分波器１２２－１への透過率Ｔ_１には、下限値Ｌが設定されることで透過率Ｔ_１が極端に小さくなることを防ぐ。これにより、光電変換部１２５－１が電気エネルギーを生成できないために給電時間が増大してしまうことを防ぐことができる。

第二光合分波器１２２－１及び終端器１２３－１は分岐ファイバ１３－１において測定光が散乱し、光ファイバ測定部１０２が光ファイバの距離や損失を測定できなくなるのを防ぐためにドロップ部１２－１に備えられる。そのため、測定光が分岐ファイバ１３－１に入射しても光ファイバ測定部１０２が光ファイバの距離や損失を測定できる場合には、ドロップ部は第二光合分波器１２２－１及び終端器１２３－１を備えなくてもよい。

ドロップ部１２－１以外のドロップ部１２の内部の構成はドロップ部１２－１の内部の構成と同じであるが、外部との接続関係が異なる。例えば、ドロップ部１２－２が備える第一光スプリッタ１２１－２はドロップ部１２－１から入力される光を分岐し、分岐した光をドロップ部１２－３及び第二光合分波器１２２－２に出力する。以下では便宜上第一光スプリッタ１２１の分岐比をＳ_１：Ｔ_１として説明するが、このことはすべてのドロップ部１２において分岐比が等しいことを意味しない。ドロップ部１２によって第一光スプリッタ１２１の分岐比はそれぞれ異なる値であってよい。

《第１の実施形態に係る充電方法》
次に給電光生成部１０１が給電光を出力し、蓄電部１２６の充電が完了するまでの光給電システム１の動作を説明する。図４は第１の実施形態に係る光給電システム１の動作を示すフローチャートである。給電開始時において、各ドロップ部１２の第一光スプリッタ１２１の第二光合分波器１２２への透過率Ｔ_１は下限値Ｌを下回らない任意の値をとる。初めに、給電光生成部１０１が給電光を出力する（ステップＳ１０１）。給電光は、幹線ファイバ１４を介して各ドロップ部１２に供給される。ドロップ部１２の光電変換部１２５が給電光のエネルギーを電気エネルギーに変換し（ステップＳ２０１）、蓄電部１２６に電気エネルギーを供給する。これにより蓄電部１２６に電気が蓄電される（ステップＳ２０２）。分岐比制御部１２７が蓄電部１２６の充電が完了したかどうかを判定する（ステップＳ２０３）。蓄電部１２６の充電が完了した場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、分岐比制御部１２７は第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１を下限値Ｌに設定する（ステップＳ２０４）。蓄電部１２６の充電が完了していない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、ステップＳ２０１に処理を戻し、給電光による充電を継続する。

給電光生成部１０１がステップＳ１０１で給電光の出力を開始すると、光ファイバ測定部１０２は、測定光を出力する（ステップＳ１０２）。給電光と測定光の波長は異なるため、給電光生成部１０１による給電と光ファイバ測定部１０２による測定は同時に行うことができる。測定光は、第１光合分波器１０３により給電光と合波され、幹線ファイバ１２へ供給される。幹線ファイバ１２による後方散乱光は、第一光合分波器１０３において給電光の後方散乱光と測定光の後方散乱光とに分離される。光ファイバ測定部１０２は、測定光の後方散乱光に基づいて、各ドロップ部１２の第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１を算出する（ステップＳ１０２）。充電率判定部１０６が透過率Ｔ_１が下限値Ｌであるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。例えば充電率判定部１０６は透過率Ｔ_１と下限値Ｌとの差が所定値未満であるか否かを判定する。算出された透過率Ｔ_１が下限値Ｌであった場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、給電光生成部１０１は一定時間後に、蓄電部１２６の充電が完了したとみなし給電光の出力を終了する（ステップＳ１０４）。算出された透過率Ｔ_１が下限値Ｌでなかった場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、処理をステップＳ１０２に戻す。

ステップＳ１０４において給電光生成部１０１が一定時間待機する理由は、充電が完了していないにもかかわらず透過率Ｔ_１が下限に設定されている第一光スプリッタ１２１がある可能性があるためである。また、一定時間とは蓄電部１２６の充電が完了していない場合に、蓄電部１２６の充電が完了するまでに要する時間であり、給電光の強度から判断される時間である。透過率Ｔ_１が下限値Ｌである場合にも給電光生成部１０１は一定時間給電光の出力を続けることで、蓄電部１２６の充電を確実に完了することができる。ただし、ここでいう「一定時間」は各ドロップ部１２により異なる。例えば、光給電部１０からドロップ部１２の間に光が受ける損失が大きい場合、当該ドロップ部１２に入射する給電光の強度は小さくなり、蓄電部１２６の充電が完了するまでに要する「一定時間」は長くなる。つまり、光給電部１０は、各ドロップ部１２の第一光スプリッタ１２１の分岐比、幹線ファイバ１４における損失及び給電光の出力強度などから蓄電部１２６の充電が完了するまでに要する「一定時間」を計算し、その時間分だけ待機したのち、充電完了を判断する。

なお、光給電システム１がドロップ部１２を複数個備えている場合は、全てのドロップ部１２の透過率Ｔ_１を測定し、ドロップ部１２の透過率Ｔ_１が全て下限になるまで給電光の出力を続ける。

すべての蓄電部１２６の充電が完了した後、光給電部１０がＯＬＴに置き換えられ、かつ、分岐ファイバ１３のドロップ部１２と接続している端点と逆の端点にＯＮＵを接続されることで、ＯＬＴとＯＮＵとの間で通信を行うことができる。

《作用・効果》
このように、第１の実施形態によれば、給電光生成部１０１が給電光を出力し、ドロップ部１２の蓄電部１２６を充電する。蓄電部１２６の充電が完了すると分岐比制御部１２７は第一光スプリッタ１２１の第二光合分波器１２２への透過率Ｔ_１を下限に設定する。光ファイバ測定部１０２により第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１が下限に設定されていることを測定することにより、蓄電部１２６の充電が完了しているかどうかを判定する。これにより、ドロップ部１２に電源を設置することなく、分岐比の設定をすることができる。

〈第２の実施形態〉
第１の実施形態においては、蓄電部１２６の充電が完了したときに分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１を下限値Ｌに設定する。その後、光給電部１０が透過率Ｔ_１が下限値Ｌであるか否かを判定し、蓄電部１２６の充電が完了したことを確認していた。第２の実施形態においては、分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１をより柔軟に蓄電部１２６の充電率に応じて設定する。

図５は、第２の実施形態に係る光給電部１０の構成を示す図である。第２の実施形態に係る光給電部１０は、第１の実施形態に係る光給電部１０の構成に加え、制御信号生成部１０４及び第四光合分波器１０５を備える。

制御信号生成部１０４は、ドロップ部１２を制御する制御信号を第四光合分波器１０５に出力する。

第四光合分波器１０５は、第一光合分波器１０３及び制御信号生成部１０４から入力される光を合波し、ドロップ部１２－１に出力する。また、第四光合分波器１０５は、ドロップ部１２－１から入力される光を分波し、第一光合分波器１０３及び制御信号生成部１０４に出力する。制御信号の波長と給電光の波長は異なる。

第２の実施形態に係る第一光合分波器１０３は、給電光生成部１０１及び光ファイバ測定部１０２から入力される光を合波し、第四光合分波器１０５に出力する。また、第一光合分波器１０３は、第四光合分波器１０５から入力される光を分波し、給電光生成部１０１及び光ファイバ測定部１０２に出力する。

図６は、第２の実施形態に係るドロップ部１２の構成を示す図である。
第２の実施形態に係るドロップ部１２は、第１の実施形態に係るドロップ部１２の構成に加え、第五光合分波器１２８を備える。

第五光合分波器１２８は、第一光スプリッタ１２１、第二光合分波器１２２及び分岐比制御部１２７と接続される。第五光合分波器１２８は、第一光スプリッタ１２１から入力される光を波長によって分波し、分波した光を第二光合分波器１２２及び分岐比制御部１２７に出力する。第五光合分波器１２８は、光給電部１０の制御信号生成部１０４が出力する制御信号を分岐比制御部１２７に出力する。第２の実施形態に係る分岐比制御部１２７には、第五光合分波器１２８より制御信号が入力される。

《分岐比の制御方法》
ここで分岐比制御部１２７の第一光スプリッタ１２１の分岐比の制御方法について説明する。
分岐比制御部１２７は、蓄電部１２６から電力の供給を受けて駆動する。蓄電部１２６の充電率が所定値（例えば、３０％）未満である場合には、分岐比制御部１２７は蓄電部１２６からの電力の供給を受けず、スリープ状態となる。他方、蓄電部１２６の充電率が所定値以上である場合には、分岐比制御部１２７は、蓄電部１２６からの電力の供給を受け、蓄電部１２６の充電率により第一光スプリッタ１２１の分岐比Ｓ_１：Ｔ_１を決定し制御する。また、分岐比制御部１２７が電力の供給を受けている場合に、分岐比を設定する制御信号を受信すると、充電率に関わらず、分岐比を制御信号が示す値に設定する。
すなわち、分岐比制御部１２７は蓄電部１２６の充電率がある決められた値以下であるとき第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御しない。分岐比制御部１２７は蓄電部１２６の充電率がある決められた値以上であるとき第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する。

分岐比制御部１２７は、充電率に基づいて第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する場合、蓄電部１２６の充電率が大きいほど第一光スプリッタ１２１から第二光合分波器１２２への透過率Ｔ_１を小さくする。分岐比制御部１２７は蓄電部１２６の充電が完了し充電率が１００％であるとき、第二光合分波器１２２への透過率Ｔ_１を予め設定された最小値に制御する。
図７は第２の実施形態に係る第一光スプリッタ１２１の第二光合分波器１２２への透過率と蓄電部１２６の充電率の関係例を示す表である。
蓄電部１２６の充電率が０％以上３０％未満のとき、分岐比制御部１２７は第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御しない。蓄電部１２６の充電率が３０％以上１００％以下のとき、分岐比制御部１２７は蓄電部１２６の充電率により第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する。蓄電部１２６の充電率が３０％以上４０％未満のとき、Ｔ_１は０．４に制御され、充電率が４０％以上６０％未満のとき、Ｔ_１は０．３に制御される。このようにして分岐比制御部１２７は蓄電部１２６の充電率が大きくなるにつれてＴ_１をより小さい値に制御する。蓄電部１２６の充電率が１００％であるとき、Ｔ_１を予め設定した下限値Ｌ（図７においては０．０５）に制御する。

分岐比制御部１２７は、制御信号に基づいて第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する場合、制御信号が示す分岐比の値に従って、第一光スプリッタ１２１の分岐比を一定時間制御する。制御信号の受信から一定時間が経過すると、分岐比制御部１２７は、充電率に基づく分岐比の制御に処理を戻す。
ただし、蓄電部１２６の充電率が低く、分岐比制御部１２７が電力の供給を受けていない場合には、分岐比制御部１２７に制御信号が入力されたとしても第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御しない。
図７の例において、蓄電部１２６の充電率が０％以上３０％未満のとき、分岐比制御部１２７は第一光スプリッタ１２１の分岐比に対して制御信号に基づく制御を行わないが、充電率が３０％以上１００％以下のとき、分岐比制御部１２７は制御信号の情報に基づいて第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する。
分岐比制御部１２７は制御信号を受信し第一光スプリッタ１２１の分岐比を一定時間制御信号に基づいて制御した後、再び蓄電部１２６の充電率に基づいて第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する。

つまり、制御信号生成部１０４が異なる分岐比の情報を含む２つの制御信号を送信したときに、第一光スプリッタ１２１の分岐比が変化しなければ、分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御していないことが分かる。すなわち、分岐比制御部１２７がスリープ状態であることが分かる。他方、制御信号生成部１０４が異なる分岐比の情報を含む制御信号を送信したときに、第一光スプリッタ１２１の分岐比が変化すれば、分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御していることが分かる。なお、１つの制御信号による分岐比の変化の観察では、予め設定されていた分岐比がたまたま制御信号に係る分岐比と一致している場合に、充電率の判断を誤る可能性がある。

《第２の実施形態に係る充電方法》
図８は第２の実施形態に係る光給電部１０が蓄電部１２６の充電率を確認する動作のフローチャートである。なお、ここでは単純化のためドロップ部１２が１つである場合の光給電部１０及びドロップ部１２の動作について説明する。
給電開始時において、各ドロップ部１２の第一光スプリッタ１２１の第二光合分波器１２２への透過率Ｔ_１は下限値Ｌを下回らない任意の値をとる。初めに、給電光生成部１０１が給電光を出力する（ステップＳ３００）。給電光は、幹線ファイバ１４を介して各ドロップ部１２に供給される。ドロップ部１２の光電変換部１２５が給電光のエネルギーを電気エネルギーに変換し（ステップＳ４０１）、蓄電部１２６に電気エネルギーを供給する。これにより蓄電部１２６に電気が蓄電される（ステップＳ４０２）。

給電光生成部１０１がステップＳ３００で給電光の出力を開始すると、光給電部１０の制御信号生成部１０４が制御信号（第一制御信号）を送信する（ステップＳ３０１）。制御信号は、第四光合分波器１０５により給電光と合波され、幹線ファイバ１２へ供給される。ドロップ部１２の分岐比制御部１２７に制御信号が入力される（ステップＳ４０３）。ドロップ部１２がスリープ状態でなければ、分岐比制御部１２７は、第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御信号に基づいて制御する（ステップＳ４０４）。

光ファイバ測定部１０２は、測定光を出力する。測定光は、第１光合分波器１０３により給電光と合波され、幹線ファイバ１２へ供給される。幹線ファイバ１２による後方散乱光は、第一光合分波器１０３において給電光の後方散乱光と測定光の後方散乱光とに分離される。光ファイバ測定部１０２が測定光の後方散乱光に基づいて、ドロップ部１２における透過率Ｔ_１（第一透過率）を測定する（ステップＳ３０２）。

次に制御信号生成部１０４が制御信号（第二制御信号）を送信する（ステップＳ３０３）。その後、制御信号生成部１０４が第一制御信号を送信した後と同様に、分岐比制御部１２７に制御信号が入力される（ステップＳ４０５）。ドロップ部１２がスリープ状態でなければ、分岐比制御部１２７は、第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御信号に基づいて制御する（ステップＳ４０６）。分岐比制御部１２７は、光ファイバ測定部１０２がドロップ部１２における透過率Ｔ_１（第二透過率）を測定する（ステップＳ３０４）。なお、第二制御信号が示す分岐比は第一制御信号が示す分岐比と異なる。

充電率判定部１０６が第一透過率と第二透過率とが等しいか否かを判定する（ステップＳ３０５）。

第一透過率と第二透過率が等しい場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、充電率判定部１０６が分岐比制御部１２７がスリープ状態であると判定し、蓄電部１２６の充電率が一定値以下であると判定する（ステップＳ３０６）。第一透過率と第二透過率が異なる場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、充電率判定部１０６が分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１を制御しており、充電率が一定値以上であると判定する（ステップＳ３０７）。光ファイバ測定部１０２は、一定時間待機する（ステップＳ３０８）。

分岐比制御部１２７はステップＳ４０６の動作を行ってから一定時間後に蓄電部１２６の充電率に基づいて第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御する（ステップＳ４０７）。光ファイバ測定部１０２は、一定時間待機後にドロップ部１２における透過率Ｔ_１（第三透過率）を測定する（ステップＳ３０９）。第三透過率は第一光スプリッタ１２１の分岐比により決まるが、分岐比は蓄電部１２６の充電率により決定される値である。そのため、充電率判定部１０６は測定した第三透過率に基づいて蓄電部１２６の充電率を算出する（ステップＳ３１０）。充電率判定部１０６が算出される充電率から蓄電部１２６の充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ３１１）。充電が完了している場合（ステップＳ３１１：ＹＥＳ）、給電光生成部１０１は給電光の出力を終了する（ステップＳ３１２）。充電が完了していない場合（ステップＳ３１１：ＮＯ）、処理をステップＳ３０１に戻す 。

以上の説明はドロップ部１２が１つの場合であるが、複数のドロップ部１２の蓄電部１２６の充電率を一度に判定することも可能である。この場合、光給電部１０は透過率Ｔ_１の測定結果によってドロップ部１２ごとに充電率が一定値以下であるか以上であるか場合分けを行う。また、第２の実施形態では、制御信号と給電光の波長を異ならせることで、光給電部１０が給電中に分岐比を制御するが、他の実施形態においては、光給電部１０が給電光を変調することで、給電光を制御信号として機能させてもよい。この場合、給電光の波長と制御信号の波長は一致する。

《作用・効果》
このように第２の実施形態によれば、制御信号生成部１０４が異なる２種類の制御信号を出力し、光ファイバ測定部１０２がそれぞれの制御信号に対応するドロップ部１２における損失を測定する。測定した２つの損失に基づいて、分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御しているか否かを判定する。分岐比制御部１２７が制御をしている場合、一定時間後に再度ドロップ部１２における損失を測定することで蓄電部１２６の充電率を判定する。これにより、ドロップ部１２の蓄電部１２６の充電率を光給電部１０においてより細かく確認することができる。

〈第３の実施形態〉
第３の実施形態に係る光給電部１０は、ドロップ部１２における接続損失を測定する。
接続損失とは光ファイバの接続部分においてずれが生じたり間隙が生じたりすることに起因する光信号の損失である。接続損失が大きい場合、光ファイバ測定部１０２が測定する分岐比が実際の第一光スプリッタ１２１の分岐比と大きく異なることがあり、正確に充電完了の判定するうえで妨げとなる。そのため、第３の実施形態においては光給電部１０がドロップ部１２における分岐比を測定する前にドロップ部１２における接続損失を測定し、その後接続損失を用いて測定する分岐比を補正することでより正確な値を算出する。

分岐比制御部１２７が第一光スプリッタ１２１の分岐比を制御可能であるとき、制御信号生成部１０４は制御信号を送信し、第一光スプリッタ１２１の分岐比をある値（透過率Ｔ_１＝αとなる分岐比）にする。その後、光ファイバ測定部１０２はドロップ部１２における損失を測定する。ここで測定される損失をβとする。βは第一光スプリッタ１２１の分岐による損失とドロップ部１２における接続損失を合わせた損失である。光給電部１０は、α及びβから接続損失を算出する。光給電部１０は接続損失を測定した後、光ファイバ測定部１０２が測定する損失を接続損失により補正することで、第一光スプリッタ１２１の分岐比を算出する。

《作用・効果》
このように第３の実施形態によれば、光給電部１０は接続損失を算出し、測定する損失を補正する。これにより、光給電部１０はドロップ部１２の第一光スプリッタ１２１の分岐比をより正確に得ることができる。

〈第４の実施形態〉
第４の実施形態に係る分岐比制御部１２７は、蓄電部１２６の充電率が１００％になったときに第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１が０となることと０より大きくなることを周期的に繰り返すように制御する。
光給電部１０は、光ファイバ測定部１０２により分岐比が周期的に繰り返されることを検出することにより蓄電部１２６の充電が完了したことを判断する。各分岐比制御部１２７は蓄電部１２６が受信する給電光の強度の変化を検出することで、第一光スプリッタ１２１の分岐比の変化の周期を同期する。
光給電部１０はすべての蓄電部１２６の充電率が１００％になったと判断したとき、制御信号生成部１０４は第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１が０より大きくなるタイミングで制御信号を送信する。分岐比制御部１２７は制御信号を受信すると第一光スプリッタの透過率Ｔ_１を下限値Ｌに設定する。

《作用・効果》
このように第４の実施形態によれば、分岐比制御部１２７は、蓄電部１２６の充電率が１００％になったときに第一光スプリッタ１２１の透過率Ｔ_１が０となることと０より大きくなることを周期的に繰り返すように制御する。また、分岐比制御部１２７はＴ_１＞０となるタイミングで制御信号を受信する。これにより、光給電システム１の充電効率を向上させ、かつ、ドロップ部１２を制御することができる。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

１…光給電システム、１０…光給電部、１２…ドロップ部、１３、９３…分岐ファイバ、１４、９４…幹線ファイバ、１０１…給電光生成部、１０２…光ファイバ測定部、１０３…第一光合分波器、１０４…制御信号生成部、１０５…第四光合分波器、１０６…充電率判定部、１２１…第一光スプリッタ、１２２…第二光合分波器、１２３…終端器、１２４…第三光合分波器、１２５…光電変換部、１２６…蓄電部、１２７…分岐比制御部、１２８…第五光合分波器、９０…ＯＬＴ、９１…ＯＮＵ、９２…等分岐光スプリッタ、９５…不等分岐光スプリッタ

Claims (6)

1. 光給電部と、
   前記光給電部から光を入力可能に構成され、入力された光を分岐して出力する複数のドロップ部とを備え、
   前記光給電部は給電光を出力する給電光生成部を備え、
   前記ドロップ部は、
   前記給電光を第１分岐光と第２分岐光とに分岐させ、前記第２分岐光を他の前記ドロップ部に出力する光スプリッタと、
   前記第１分岐光を光電変換する光電変換部と、
   前記光電変換により生じた電気により駆動し前記第１分岐光と前記第２分岐光の比である分岐比を制御する分岐比制御部とを備える
   光給電システム。
2. 前記分岐比制御部は、前記給電光の強度に対する前記第１分岐光の強度の割合である透過率が一定値以上になるように、前記光スプリッタを制御する
   請求項１に記載の光給電システム。
3. 前記ドロップ部は、前記給電光を光電変換することで生じた前記電気を蓄電する蓄電部を備え、
   前記ドロップ部の分岐比制御部は、前記蓄電部の充電率により、前記分岐比を設定し、
   前記光給電部は、
   前記分岐比を測定する光ファイバ測定部と、
   前記分岐比から前記蓄電部の充電率を判定する充電率判定部と
   を備える
   請求項１又は請求項２に記載の光給電システム。
4. 前記光給電部は、前記ドロップ部に対して前記分岐比を制御するための制御信号として光信号を送信する制御信号生成部をさらに備え、
   前記充電率判定部は、前記分岐比から、前記分岐比制御部が前記分岐比を制御しているか否かを判定する
   請求項３に記載の光給電システム。
5. 前記光給電部は前記ドロップ部における光信号の損失を算出し、前記損失に基づいて測定する分岐比を補正する
   請求項３又は請求項４に記載の光給電システム。
6. 前記分岐比制御部は、前記蓄電部の充電が完了しているとき、前記給電光の強度に対する前記第１分岐光の強度の割合である透過率が異なる値を一定時間ごとに繰り返すように前記光スプリッタを制御する
   請求項３に記載の光給電システム。

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