JPH04223626A - 光伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポイント間の信号伝送
のための光伝送方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、強度変調方式による光伝送方式が
提案されており、図１４はそのブロック図であって、１
は信号入力端子、２は発光素子駆動回路、３は発光素子
、４は光ファイバ、５は受光素子、６は受光増幅器、７
は信号識別回路、８は信号出力端子、９は信号光出力モ
ニタ用受光素子、１０はＡＰＣ回路、１１はＡＧＣ回路
をそれぞれ表している。

【０００３】信号入力端子１から入力されたデジタル信
号（０または１レベル）は発光素子駆動回路２を介して
発光素子３を直接駆動する。すなわち、入力デジタル値
が０レベルの時、発光素子３は消光状態、入力デジタル
値が１レベルの時は発光状態になる。この時、温度変動
や入力デジタル信号のマーク率等によって最大出力光パ
ワーが変動するのを防ぐため、信号光モニタ用受光素子
９とＡＰＣ回路１０を用いて平均出力光パワーが一定と
なるようにフィードバックを施している。

【０００４】発光素子３から出力された光信号は光ファ
イバ４を通って受光素子５に供給され、そこで受光電流
に変換され、受光増幅器６に入力される。受光増幅器６
では受光電流を電圧に変換し、所望の振幅になるまでそ
の振幅を増幅する。受光増幅器６の出力電圧は信号識別
回路７においてあらかじめ設定されたしきい値電圧と比
較され、出力電圧がしきい値電圧よりも大きいときは１
レベルのデジタル信号を、小さいときは０レベルのデジ
タル信号をそれぞれ信号出力端子８から出力する。

【０００５】この時、伝送路途中での外乱や雑音等によ
る識別回路入力点での電圧変動を抑制するためにＡＢＣ
回路１１が用いられている。図１５は図１４の装置にお
いて信号識別回路７の入力点に現れる電圧の確率密度分
布であり、横軸は電圧、縦軸は確率密度をそれぞれ表し
ている。電圧０および電圧Ｖ１で確率密度が極大値を取
っているがこれらのピークはそれぞれデジタル値０、１
が伝送された場合に相当している。

【０００６】確率密度が電圧値０、Ｖ１を中心としてそ
れぞれ分布しているのは光を用いることによるショット
雑音および電気回路での熱雑音の影響による。このため
図１４の信号識別回路７におけるしきい値Ｖｔｈは雑音
による誤りが最小となるように、Ｖ１／２付近の電圧値
に設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の伝
送方式は単極符号伝送であるためにデジタル値０と１の
受光増幅器６の出力点での電圧差を大きく取ることはで
きないこと、最適しきい値はＶ１の値、すなわち受光出
力により大きく変化すること、これらの問題を解決する
ためにＡＰＣ回路、ＡＧＣ回路等の信号制御用の回路が
必用になり、回路規模が大きくなってしまうという課題
があった。

【０００８】またアナログ信号伝送を行う場合、発光素
子、受光素子、受光増幅器等の装置を構成する素子が飽
和特性を有しており、かつ単極信号しか伝送できないた
めにダイナミックレンジを大きく取ることができないと
いう課題があった。

【０００９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、最適しきい値が受光出力の大きさによって支配
されず、アナログ伝送時のダイナミックレンジが広い装
置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【００１０】このような課題を解決するために本発明は
、２系統の伝送路と、その伝送路にそれぞれ極性の異な
る性質の信号を独立に供給する光送信手段と、伝送路を
伝送された光信号を検出してそれぞれの伝号の差分を検
出する光受信手段を設けたものである。

【００１１】

【作用】一方の系統を伝送される信号と他方の系統を伝
送される信号の極性が異なるので、その差分を取ること
によってしきい値が０付近の値となり、識別が容易にな
ると共に、ダイナミックレンジが広がる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施令を示すブロック図で
あり、３−１、３−２は発光素子、４−１、４−２は光
ファイバ、５−１、５−２は受光素子、１２は差動出力
発光素子駆動回路、１３は差分検出器である。

【００１３】信号入力端子１から入力されたデジタル値
（０、１）は差動出力発光素子駆動回路１２に入力され
る。この発光素子駆動回路１２の出力はそれぞれ発光素
子３−１、３−２に接続されている。このような構成に
すると信号入力端子１から１レベルの信号が入力された
場合には発光素子３−１のみが発光し、０レベルの信号
が入力された場合は発光素子３−２のみが発光すること
になる。

【００１４】２つの発光素子の出力信号はそれぞれ光フ
ァイバ４−１、４−２を介して、受光素子５−１、５−
２に供給され、そこで検出された信号は差分検出器１３
から出力される。差分検出器１３では受光素子４−１か
ら供給された信号によって正電圧が、受光素子５−２か
ら供給された信号によって負電圧が発生し、互いに加え
合わされるようになっている。

【００１５】従って差分検出器１３の出力は入力信号が
１レベルならば正電圧を、０レベルならば負電圧をそれ
ぞれ出力することになる。差分検出器１３の出力は受光
増幅器６で増幅され、信号識別回路７でデジタル信号に
変換された後、信号出力端子８から出力される。

【００１６】図２には図１の装置において信号識別回路
７の入力点に現れる電圧の確率密度分布を示している。 横軸は電圧、縦軸は確率密度をそれぞれ表している。図
２に示すように、伝送された０、１のレベルに応じて電
圧−Ｖ１およびＶ１でそれぞれ確率密度が極大値を取っ
ている。このように図１に示す方式では両極符号伝送が
可能になり、単極符号伝送の場合に比べてデジタル信号
レベル、すなわち０と１の電圧差を２倍にできる。

【００１７】また図１の方式において０レベルと１レベ
ルの信号伝送用に回路が同じ特性を有していれば、雑音
による符号誤り率を最小にする最適しきい値は受光光強
度に関係なく電圧値０となる。従って図１の方式によれ
ば０レベルと１レベルの時の電圧差を２倍にできると共
に、最適しきい値が一定値を取るために受光レベルの変
動による伝送特性劣化が緩和されるという利点がある。

【００１８】すなわち両回路の特性が同じであるから外
乱等出信号振幅が変化しても両信号とも同様に変化する
。一方、入力信号はＶ１と−Ｖ１であるからしきい値は
つねに０である。したがって、一方の入力信号は正側に
あり、他方の入力信号は負側にあり、しかも両信号の振
幅は常に同じであることから、しきい値は常に０で変動
することがない。このため、しきい値は一定の値を取る
ことができる。このことはＡＰＣ回路、ＡＧＣ回路等の
信号強度制御用に回路がなくてもある程度の伝送品質が
確保できるということであり、伝送装置全体を簡略化で
きるという特徴がある。

【００１９】図３は差動出力発光素子駆動回路１２の構
成例であり、１４は信号入力端子、１５は参照電圧入力
端子、１６−１、１６−２はトランジスタである。この
回路では入力信号Ｖｉｎが参照電圧Ｖｒｅｆと比較され
るようになっており、その電圧が大きい方のトランジス
タが導通状態となって電流が流れるものである。従って
、参照電圧Ｖｒｅｆを入力信号Ｖｉｎのデジタル値１と
０の中間にしておけば、デジタル値が１の時はトランジ
スタ１６−１が導通状態となり、発光素子３−１に電流
が流れる。一方、デジタル値０が入力された場合はトラ
ンジスタ１６−２が導通状態となり、発光素子３−２に
電流が流れる。

【００２０】図４はこの装置に使用する受光回路の構成
例を示す。ここでは２つの受光素子５−１、５−２を直
列接続して、２つの受光素子の中点から出力を取り出す
ようになっている。このような構成では受光素子５−１
に光が入射したときは受光増幅器６の入力点に正の電圧
が現れ、受光素子５−２に光が入射したときは負の電圧
が現れる。従って、図３の発光素子３−１の出力光を受
光素子５−１に、発光素子３−２の出力光を受光素子５
−２に結合すれば、受光増幅器６の入射点において、入
力デジタル値が１の時は正の電圧が、０のときは負の電
圧がそれぞれ現れることになる。

【００２１】図５は受光回路の他の構成例を示し、１７
−１、１７−２はトランジスタである。受光素子５−１
、５−２で受光された信号はそれぞれ受光増幅器６−１
、６−２で増幅された後に、トランジスタ１７−１、１
７−２で構成される差動増幅器に有力される。この差動
増幅器では受光増幅器６−１、６−２の出力電圧を比較
し、電圧の大きい方のトランジスタが導通状態となって
電流が流れる。すなわち、受光素子５−１に光が入射し
たときはトランジスタ１７−１に電流が流れ、トランジ
スタ１７−２には流れないから、信号出力端子８には正
電圧が生じ、受光素子５−２に光が入射したときはトラ
ンジスタ１７−２が導通状態となり、信号出力端子８の
電圧は０に近くなる。従って、図３の発光素子３−１の
出力光を受光素子５−１に、発光素子３−２の出力光を
受光素子５−２に結合すれば、識別されたデジタル値が
信号出力端子８に現れることになる。

【００２２】図５の受光回路構成において、トランジス
タ１７−１、１７−２により構成されル差動増幅器波識
別回路として働き、受光素子５−１により受光された信
号は入力信号として、受光素子５−２により受光された
信号はしきい値としてそれぞれ差動増幅器に入力される
。このとき差動増幅器への入力信号電圧の確率密度分布
およびしきい値電圧の関係を図６、図７に示す。

【００２３】図６において横軸は電圧、縦軸は確率密度
をそれぞれ示している。図６はデジタル値１を識別する
場合、図７はデジタル値０を識別する場合にそれぞれ相
応している。伝送されたデジタル値が１の場合、図５に
おいて受光素子５−１のみが光信号を受光し、受光素子
５−２には光は入力されない。従って差動増幅器の受信
信号電圧はＶ１であり、この時のしきい値電圧は０であ
る。

【００２４】一方、入力デジタル値が０の場合、図５の
受光素子５−１は光を受けず、受光素子５−２は光信号
を受光する。従って差動増幅器の受信信号は０、しきい
値電圧はＶ１となる。このように図５の受光回路構成に
おいても入力信号電圧としきい値との電圧差はＶ１であ
り、従来の単極符号伝送の場合に比べてその電圧差が２
倍になる。

【００２５】図８は発光素子の具体例を示す他の例であ
り、電気光学結晶（例えばＬｉＮｂＯ３）３０に光導波
路３１−１、３１−２を形成するとともに電極３２−１
、３２−２を設けている。そして例えば光導波路３１−
１の左側から連続した入力光を供給すると電極３２−１
、３２−２に入力信号が供給されていない場合、供給さ
れた光は光導波路３１−２の右側から出力光２として出
力され、光導波路３１−１の右側からはまったく出力さ
れない、すなわち出力光１は送出されない。ところが、
電極３２−１と３２−２の間に入力信号が供給されると
今度は出力光１が送出され、出力光２は送出されない。 このように光りスイッチ（ここでは方向性結合形光スイ
ッチ）を用いても図３の回路と同様の作用を奏すること
ができる。図９はこのときの入出漁信号を表しており、
（ａ）は入力信号、（ｂ）は出力光１、（ｃ）は出力光
２を示している。

【００２６】図１０は本発明の装置の第２の実施例を示
し、１８はコリメートレンズ、１９はコリメート光、２
０は結像レンズをそれぞれ示す。この例では発光素子３
−１、３−２からそれぞれ放射された光がコリメートレ
ンズ１８によりコリメート光１９に変換され、伝送され
た後に結像レンズ２０によって受光素子５−１、５−２
にそれぞれ結合されている。このように伝送路として光
空間結線を使用することにより例えば物理的な結線が不
要になり、集積回路間の結線等、比較的小さい領域に高
密度な結線が必用とされる領域に適用できるという利点
がある。

【００２７】図１１は第３の実施例を示し、２１は波長
多重回路、２２は波長分離回路をそれぞれ示している。 このように、発光素子３−１は波長λ１の光を発する発
光素子、光発光素子３−２は波長λ２の光を発する発光
素子である。発光素子３−１、３−２の出力光は波長多
重回路２１により合波され１本の光ファイバ４に結合さ
れる。光ファイバ４の出口では波長分離回路２２によっ
て出力光がλ１、λ２の光に分離されて、波長λ１の光
は受光素子５−１へλ２の光は受光素子５−２へ、それ
ぞれ結合される。このように２つの波長を用いることに
より１本の伝送路で本発明の伝送方式を実現できる。従
ってこの例は長距離の信号伝送に利用できる。

【００２８】図１２は第４の実施例を示し、図１におけ
る光送信回路の構成を示している。信号入力端子１から
アナログ信号が入力された場合、入力信号が正電圧の場
合には発光素子３−１が入力信号に比例した強度の光を
出力し、入力信号が負の場合には発光素子３−２が入力
信号電圧の絶対値に比例した強度の光を出力する。図１
の受光回路として図４に示したものを適用すれば、図１
に示した構成でアナログ伝送が可能となる。図１１は装
置への入力信号電圧と出力信号電圧の関係を示している
。

【００２９】入力信号電圧の絶対値が大きくなると発光
素子、受光素子、受光増幅器の飽和特性のため出力電圧
が飽和するので、アナログ伝送では線形な領域のみが使
われる。図１３はこの回路の特性であり、線形領域が２
Ｖｍａｘとなることがわかる。従来の光を用いたアナロ
グ伝送では単極の光しか扱えないため、線形領域はＶｍ
ａｘである。従ってこの例は従来のアナログ光伝送方式
に比べてダイナミックレンジを２倍にできるという利点
がある。また、負の値を有するアナログ信号を容易に伝
送できるという利点も有する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、２系統を
有する伝送装置を用い、一方に系統はデジタル値１また
は正符号を持つアナログ信号の伝送に、他方の系統はデ
ジタル値または負符号を持つアナログ信号の伝送にそれ
ぞれ独立して用いることによって、光伝送において両極
符号伝送を可能としている。両極符号伝送の適用によっ
て、デジタル伝送では許容できる信号対雑音比を大きく
できる、デジタル信号を再生する際のしきい値が受光光
信号強度に依存せず、一定にできるといた利点が生じ、
装置構成を簡単にできるという効果を有する。また、ア
ナログ伝送ではダイナミックレンジが従来のものの２倍
になり、負の値を有するアナログ信号を容易に伝送でき
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すブロック図

【図２】図
１の回路の信号識別回路入力端における入力信号の確率
密度曲線を示すグラフ

【図３】図１の作動出力発光素子駆動回路の構成を示す
回路図

【図４】図１の受光素子の一実施例を示す回路図

【図５
】受光素子の他の実施例を示す回路図

【図６】図５の回
路における入力信号Ｖ１としきい値の関係を示す図

【図７】図５の回路における０を表す入力信号としきい
値の関係を示す図

【図８】作動出力発光素子の実施例を示す斜視図

【図９
】図８の装置の動作を示す波形図

【図１０】本発明の第
２の実施例を示すブロック図

【図１１】本発明の第３の
実施例を示すブロック図

【図１２】本発明の第４の実施
例を示す回路図

【図１３】図１０の回路の特性を示すグ
ラフ

【図１４】従来方式の一例を示すブロック図

【図１
５】図１４の装置の特性を示すグラフ

【符号の説明】

１，１ａ　　信号入力端子 ２　　発光素子駆動回路 ３，３−１，３−２　　発光素子 ４，４−１，４−２　　光ファイバ ５，５−１，５−２　　受光素子　 ６　　受光増幅器 ７　　信号識別回路 ８　　信号出力端子 ９　　信号光出力用モニタ用受光素子 １０　　ＡＰＣ回路 １１　　ＡＧＣ回路 １２　　作動出力発光素子駆動回路 １３　　作動検出器 １５　　参照電圧入力端子 １６−１，１６−２　　トランジスタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光送信回路、光伝送路、光受信回路を
   用いて、２値のデジタル信号を伝送する光伝送方式にお
   いて、２つの発光チャンネルを有する光送信回路と、２
   つの受光チャンネルを有する光受信回路と、前記２つの
   発光チャンネルの出力光を同時に前記２つの受光チャン
   ネルに伝送する光伝送路とにより構成され、前記光送信
   回路は入力された前記１値のデジタル信号が２値のうち
   一方に値の時は前記２つの発光チャンネルのうち一方の
   発光チャンネルのみを変調し、前記２値のデジタル信号
   が２値のうち他方の値の時は前記２つの発光チャンネル
   のうち他方の発光チャンネルのみを変調する変調手段を
   備え、前記光受信回路は前記２つの発光チャンネルのう
   ち一方の発光チャンネルの出力光を前記２つの受光チャ
   ンネルのうち一方の受光チャンネルのみに結合し、前記
   ２つの発光チャンネルのうち他方の発光チャンネルの出
   力光を前記２つの受光チャンネルのうち他方の受光チャ
   ンネルのみに結合する結合手段と、前記２つの受光チャ
   ンネルの出力信号の差分を検する差分検出手段とを備え
   てなり、前記差分の値から伝送されたデジタル値を識別
   することを特徴とする光伝送方式。
2. 【請求項２】　　請求項１において、前記２つの発光チ
   ャンネルが互いに離れた位置にある２つの発光素子で形
   成され、前記光伝送路がレンズ導波路によって形成され
   、さらに前記光結合手段が前記レンズ導波路通過後の２
   つの発光チャンネルの結像位置に各々受光チャンネルを
   設置することによってなることを特徴とする光伝送方式
   。
3. 【請求項３】　　請求項１において、前記２つの発光チ
   ャンネルが互いに異なる波長の光を発光する手段および
   これら２つの光を合成する手段によって形成され、前記
   光結合手段が合波された前記２つの光を分波し、これら
   分波された光を前記２つの受光チャンネルに結合する手
   段によってなることを特徴とする光伝送方式。
4. 【請求項４】　　光送信回路、光伝送路、光受信回路を
   用いて、２値のデジタル信号を伝送する光伝送方式にお
   いて、２つの発光チャンネルを有する光送信回路と、２
   つの受光チャンネルを有する光受信回路と、前記２つの
   発光チャンネルの出力光を同時に前記２つの受光チャン
   ネルに伝送する光伝送路とにより構成され、前記光送信
   回路は装置に入力された前記アナログ信号が正の値の時
   は前記２つの発光チャンネルのうち一方の発光チャンネ
   ルのみを変調し、装置に入力された前記アナログ信号が
   負の値の時は前記２つの発光チャンネルのうち他方の発
   光チャンネルのみを変調する変調手段と、前記光受信回
   路は前記２つの発光チャンネルのうち一方の発光チャン
   ネルの出力光を前記２つの受光チャンネルのうち一方の
   受光チャンネルのみに結合し、前記２つの発光チャンネ
   ルのうち他方の発光チャンネルの出力光を前記２つの受
   光チャンネルのうち他方の受光チャンネルのみに結合す
   る結合手段と、前記２つの受光チャンネルの出力信号の
   差分を検する差分検出手段とを有することを特徴とする
   光伝送方式。