JPS637329B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光信号観測装置における光信号入力装
置に関する。

光信号を用いた光通信な光計測においては、光
パワーの強度変調された微弱な光信号を受光素子
により電気信号に変換して光の強度を測定する方
法や、光信号を一度熱に変換した後この温度を電
気的に計測することにより光の強度を測定する方
法が一般的な方法として行なわれている。この場
合、光信号を電気信号に変換する受光素子として
はPINホトダイオード、ホトトランジスタ、アバ
ランシエホトダイオード（APD）等が用いられ
ている。また光信号を熱に変換する受光素子とし
てはサーマルデイスク、サーモパイル等が用いら
れている。しかし、これらの受光素子はその特性
が温度や電気的使用条件により変化し測定確度を
悪化させることになる。特に暗電流の変化は大き
な問題である。またこれらの受光素子で電気に変
換する場合には、検波・整流された波形または光
強度のあらかじめ定められた時間平均値として出
力を得ているため光信号そのものの変調度、光強
度のレベル、光変調波形を正確に観測することが
困難であつた。

ここで、本発明が実施される光信号観測装置を
第１図Ａ，Ｂ，Ｃにて説明する。第１図Ａは光信
号観測装置のブロツク図、第１図Ｂは光信号観測
装置の要部信号波形図、第１図Ｃはブラウン管上
の表示波形例である。

第１図Ａの光信号観測装置において、光フアイ
バ等で入力される光信号１は光信号入力装置２の
チヨツパでチヨツパされると共に受光素子で電気
信号１５に変換される。この電気信号１５は増巾
装置３で増巾され第１図Ｂイに示すような出力信
号１１を得る。この出力信号１１をＹ軸偏向回路
７を通してブラウン管１０上に表示すると第１図
Ｃに示す波形となる。ここで５２は光信号がチヨ
ツパにより透過された光信号強度の変化波形で、
５３は光信号がチヨツパにより遮断されたときの
光信号強度が零レベルの波形である。従つて、光
信号のレベルの測定や変調度の測定ができる。第
１図Ａの４は光感度校正器で、発光素子、光フア
イバ、光コネクタ、光変調部等から構成され通常
のオシロスコープのキヤリブレータの機能を持つ
ている。時間軸回路６では、第１図Ｂに示すあら
かじめ定められたレベル５０でトリガ信号を発生
し掃引動作を行ない、第１図Ｂロに示す傾斜信号
を発生する。これは時間軸回路６の出力信号１７
となる。この出力信号１７はＸ軸偏向回路８を通
してブラウン管１０に印加される。また、時間軸
回路６から第１図Ｂハに示す波形の出力１６がＺ
軸回路９に印加される。ここで出力１６のＨレベ
ルで輝線が出、Ｌレベルでは輝線は出ない。一
方、制御回路５により第１図Ｂニに示すようなチ
ヨツパの同期信号１４を検出し、これを波形整形
（第１図Ｂホ）しチヨツパ同期信号を得る。また、
制御回路５では第１図Ｂヘに示す波形を作り、チ
ヨツパが光信号１を遮断したり透過したりすると
きの過渡時間が生ずる波形をブラウン管１０上に
表示しないようにしている。これは第１図Ａの時
間軸制御信号１３となる。さらに、制御回路５で
は第１図Ｂト及びチの信号を発生する。第１図Ｂ
トは第１図Ａの波形表示制御信号１９であり、こ
れがＬレベルのとき第１図Ｃの波形５２の表示を
可能にし、第１図Ｂチは第１図Ａのドリフト補償
制御信号１２であり、これがＬレベルのとき第１
図Ｃの波形５３の表示をすると共に第１図Ａの光
信号入力装置２や増巾装置３で使用される広帯域
増巾器のドリフト補償に使われている。なお、波
形５２のみを表示するときのドリフト補償は常に
行なうか、またはブラウン管に表示をしない期間
に行なう。また、制御回路５から光信号入力装置
２へ動作モード切換え信号１８が供給され動作モ
ードを切換える。

以上のように、光信号観測装置においては光信
号をチヨツパすることにより光信号の強度レベル
を観測することを可能にすると共に、受光素子の
ドリフトまで含めた増巾装置のドリフト補償を可
能としている。従つて、安定で確実に光信号をチ
ヨツパする装置と光信号を効率よく受光素子に入
力するための光―電気変換装置が重要となる。一
般に公知の音叉形チヨツパにおいては、チヨツパ
する光のビーム径が１mm以下と小さく、振動にも
弱く、また光断続周波数（以下チヨツパ周波数と
いう）を安定化しないと振動子のＱが低下し動作
が不安定となりやすい欠点がある。また、光学結
晶を用いた光変調器、液晶などはチヨツパ周波数
の安定度には優れているがまだ高能率での変調度
は難かしく、確実な光の断続が実現しにくい。

本発明の目的は光電変換効率がよく光信号入力
に対し平担な周波数特性を有する光信号観測装置
における光信号入力装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は容易にチヨツパ周波
数の安定度が得られる制御のしやすい光信号観測
装置における光信号入力装置を提供することであ
る。また、本発明のさらに他の目的は各種光フア
イバに対しても容易に光信号観測のできるように
した光信号観測装置における光信号入力装置を提
供することである。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は本発明の一実施例の光信号入力装置の
ブロツク図で、光フアイバ２０１から入力された
光信号は光入力コネクタ部２０９の集束形レンズ
２０２および集光レンズ２０３で集光され、この
集光された光信号ビーム２０４はモータ２１１、
例えばDCモータ、によつて駆動される回転円板
２０５の光透過部２０７を通つて受光素子２１
０、たとえばPINホトダイオードなど、に入力さ
れる。受光素子２１０は電源２９０により、抵抗
２３１とコンデンサ２３２で構成されるフイルタ
を介してバイアスされ50Ωの同軸ケーブル２２０
Ａで入力インピーダンス50Ωの広帯域増巾器２１
８に入力される。ところで、回転円板２０５は減
速用ギヤヘツド２１２付のモータ２１１により駆
動される。ここでギヤヘツド２１２は回転円板２
０５の回転安定性を増すと共にモータ停止時の制
御を容易にする働きを持つている。これはモータ
２１１の回転スピードの比較的速いものを使用し
て回転トルクの大きいところで減速して使用すれ
ば、光信号観測装置をDCモードからACモードに
切換えたときモータの慣性の影響を小さくでき回
転円板２０５の停止位置の変動も極力小さくでき
る利点がある。ここで、DCモードとは光信号を
チヨツパして第１図Ｃに示す波形を表示するモー
ドである。つまり光信号強度の零レベル５３の表
示と光信号波形５２の表示を同時に出来る。ま
た、ACモードとは光信号波形５２（光信号強度
の変化波形）のみを表示するモードである。この
ACモードではチヨツパの回転円板２０５は光透
過部２０７の位置で常に停止するようにモータ制
御回路２１３で制御される。このチヨツパのチヨ
ツパ周波数はブラウン管に表示される表示波形が
ちらつかない程度の低い周波数でよい。また、光
信号観測装置の時間軸の掃引スピードを遅くした
場合には自動的にACモードに設定され、回転円
板２０５は光信号を常時透過する位置に停止する
ようにモータ制御回路２１３により制御される。
このような動作モードの切換えは第１図Ａの制御
回路５からの動作モード切換え信号１８をモータ
制御回路２１３の入力端子２２３に入力して行な
われる。

第３図は光信号入力装置のチヨツパに使用され
る回転円板の一例である。ここで、２０７は第２
図に示す光信号ビーム２０４を透過するための透
過部、２０８はモータ２１１の回転スピード及び
回転円板２０５の停止位置を制御するために使用
される透過部である。一方、２０６は光を遮断す
る基部で光が反射しない色が望ましい。透過部２
０７は光信号ビーム２０４を完全に透過できる大
きさが必要である。なお、ここではそれぞれ４個
の透過部の回転円板を示したが必要に応じて変え
られる。また透過部の形状も同様に変更できるこ
とは言うまでもない。ところで、第２図に示すよ
うに回転円板２０５の透過部２０７，２０８に対
向する位置関係に例えばホトインターラプタから
なる光検出部２１５Ａ，２１５Ｂが設けられ、回
転円板２０５の回転に伴う透過部２０７，２０８
の断続信号をピツクアツプする。光検出部２１５
Ａの出力は波形整形回路２１７Ａで波形整形され
チヨツパの同期信号（第１図Ａの１４）として同
期信号端子２２２に出力される。この同期信号は
第１図Ａに示す制御回路５を経てドリフト補償制
御信号（第１図Ａの１２）として第２図の端子２
２４に入力され、広帯域増巾器２１８に取り付け
られたドリフト補償回路２１９を作動させる。こ
れによつて、受光素子２１０の暗電流に起因する
ドリフトや広帯域増巾器２１８自体がもつオフセ
ツト電圧の変動によるドリフトを消去することが
できる。また、光検出部２１５Ｂの出力は波形整
形回路２１７Ｂで波形整形され回転円板２０５の
回転同期パルスとしてモータ制御回路２１３にフ
イードバツクされモータ２１１の回転数を制御す
る。

さて、受光素子２１０で光電変換された光信号
はドリフト補償された広帯域増巾器２１８で増巾
され、その出力信号は50Ωの同軸ケーブル２２０
Ｂを通し同軸コネクタ２２１で接続されて第１図
Ａの増巾装置３に供給される。なお、広帯域増巾
器２１８は同軸ケーブル２２０Ｂとのマツチング
をとるため出力インピーダンスが50Ωになるよう
に作られている。また広帯域増巾器２１８の出力
は、ドリフト補償がなされているので光信号がチ
ヨツパで遮断されているときでもほとんど変動し
ない。更にこの広帯域増巾器２１８は受光素子２
１０の周波数特性をも補償しているので同軸コネ
クタ２２１に出力される信号は光信号入力に対し
て平坦な周波数特性を持つことになる。従つて、
第１図Ａの増巾装置３は平坦な周波数特性を持て
ばよいので、本発明の光信号入力装置に係わる第
１図Ａの光信号入力装置２を外して用いると、光
信号観測装置としてだけでなく50Ωの入力インピ
ーダンスを持つ通常のオシロスコープとしても使
用できる利点を持たせられる。

第４図は光信号入力装置の光入力コネクタ部の
詳細な構成図である。第２図と同じものは同じ番
号で示す。

ここで、２４３は集光レンズ２０３の組込まれ
た光コネクタレセプタクルであり、受光素子２１
０は光コネクタレセプタクル２４３の集光レンズ
２０３の光軸上に互いに配設されている。また、
光コネクタレセプタクル２４３には光コネクタア
ダプタ２４１がネジ込まれる。この光コネクタア
ダプタ２４１には図示の如く集束形レンズ２０２
Ａがスリーブ２００Ａで固定され、このスリーブ
２００Ａにより集光レンズ２０３と集束形レンズ
２０２Ａの光軸を合わせている。光コネクタレセ
プタクル２４３の点線２０２は光コネクタアダプ
タ２４１がネジ込まれたときの集束形レンズ２０
２Ａの位置を示すものである。更に光フアイバ２
０１の光コネクタプラグ２４０は光コネクタアダ
プタ２４１にネジ込まれ、光コネクタプラグ２４
０の突出部２４４は光コネクタアダプタ２４１の
スリーブ２００Ａに嵌合され、光フアイバの端部
２０１Ａは集束形レンズ２０２Ａの右側端面に突
き合わされる。このようにして光コネクタプラグ
２４０と光コネクタレセプタクル２４３とを光コ
ネクタアダプタ２４１で結合することにより、広
開口角を有する光フアイバであつても光の電力損
失を少なくして結合できる。すなわち、光フアイ
バ２０１から出力された光信号ビームは集束形レ
ンズ２０２Ａでほぼ平行光線に変換され、さらに
集光レンズ２０３で集光されて、光信号ビーム２
０４として受光素子２１０に入力される。このと
き、回転円板２０５を受光素子２１０と光コネク
タレセプタクル２４３の間に挿入するため、集光
レンズ２０３の焦点距離は例えば10〜25mmの程度
である。ところで光の波長による光の屈折の違い
のため、集束形レンズ２０２Ａを透過した光信号
ビームは必ずしも平行とならず多少のズレを生ず
るが集光レンズ２０３の焦点距離が入射光の光信
号ビーム径に比較して大きいため集光された光信
号ビームは受光素子２１０の受光面にほゞ垂直に
入射することができる。このため受光素子２１０
の光電変換効率が最大に近いところで動作させる
ことができる利点がある。

また、光コネクタアダプタの付いていない光フ
アイバに対しては、第４図の光コネクタアダプタ
２４２を用いることにより容易に光フアイバの接
続ができる。つまり光フアイバ２０１は光コネク
タアダプタ２４２のテーパー部に挿入し光フアイ
バ端面２０１Ａを集束形レンズ２０２Ｂに突き合
わせる。スリーブ２０２Ｂは先の例と同様に集束
形レンズ２０２Ｂを支持し光軸を合わせる。ここ
で、集光レンズ２０３には凸レンズ又は平凸レン
ズを、集束形レンズ２０２Ａ，Ｂには市販のロツ
ドレンズ（商品名：セルホツクレンズ）を使用す
ることができる。

このように光入力コネクタ部２０９を構成する
ことにより少ないレンズ数で、かつレンズの透過
率による光信号の強度の減衰も極力おさえられ
る。しかもチヨツパとして回転円板を使用するに
は集光した光信号ビームで一定の距離だけ放射す
る空間を確保しなければならない。そのために集
光レンズ２０３に長い焦点距離を持つたレンズを
使用しているので、必要な空間を確保できる。し
かも集光した光信号ビームを得ることができるの
で受光素子２１０にほゞ垂直に入射でき光電変換
効率の最大に近いところで受光でき、光信号の波
長による受光感度の変化をも小さくできる利点が
ある。第１図Ａの光感度校正器４の出力する光信
号を入力する場合もこの光コネクタアダプタを介
することにより、実際の使用状態と同じ光コネク
タアダプタを使用して測定のバラツキを小さくで
きる。

なお、集光レンズ２０３を受光素子２１０と回
転円板２０５の間に配設し、光入力コネクタ部か
ら出力された光信号を集光し受光素子２１０に入
力しても同等の効果を奏することは言うまでもな
い。

以上の説明から明らかなように本発明によれば
光信号入力に対し平坦な周波数特性を持つている
ので光信号観測装置の増巾装置も平坦な周波数特
性でよいのでより広帯域化が計れるし、また容易
にチヨツパ周波数の安定度が得られるのでDCモ
ードからACモードへの切換え制御も簡単にでき、
さらに光入力コネクタ部の採用により光電変換効
率がよくなり、また各種光フアイバに対して光コ
ネクタアダプタを交換するだけで接続可能となつ
たので光信号観測装置としての実用性はさらに向
上できた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは光信号観測装置のブロツク図、第１
図Ｂは光信号観測装置の要部信号波形図、第１図
Ｃはブラウン管上の表示波形例、第２図は本発明
の一実施例の光信号観測装置における光信号入力
装置のブロツク図、第３図は光信号入力装置のチ
ヨツパに使用される回転円板の一例、第４図は光
信号入力装置の光入力コネクタ部の構成図であ
る。 ２０１…光フアイバ、２０２…集束形レンズ、
２０３…集光レンズ、２０９…光入力コネクタ
部、２０４…光信号ビーム、２１０…受光素子、
２１８…広帯域増巾器、２１９…ドリフト補正回
路、２０５…回転円板、２１２…ギヤヘツド、２
１１…モータ、２１３…モータ制御回路、２１５
Ａ，Ｂ…光検出部、２１７Ａ，Ｂ…波形整形回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定光信号をチヨツパして零レベルを含む
   光信号波形を表示するDCモードと前記光信号波
   形のみを表示するACモードを有する光信号観測
   装置であつて、 前記被測定光信号を通す光フアイバが接続さ
   れ、この光フアイバから出力された前記被測定光
   信号を平行光線に変換する集束形レンズを有する
   光コネクタアダプタと、 該光コネクタアダプタが結合され前記平行光線
   を集光する集光レンズを有する光コネクタレセプ
   タクルと、 前記集光レンズで集光された前記被測定光信号
   を検出する受光手段と、 該受光手段と前記光コネクタレセプタクルとの
   間に設けられると共に集光された前記被測定光信
   号をチヨツパする第１の透過部と該透過部に対応
   して設けられ該透過部の透過領域より狭い第２の
   透過部とを有する回転体と、 前記第１の透過部を用いて回転同期信号を発生
   せしめる同期信号発生手段と、 前記第２の透過部を用いて回転制御信号を発生
   せしめ前記回転体の回転および停止を制御する回
   転体制御部と、 前記同期信号発生手段からの出力により制御さ
   れるドリフト補償回路を含み前記受光手段の出力
   を増巾し前記光信号観測装置の入力とする増巾手
   段と、 を具備したことを特徴とする光信号観測装置に
   おける光信号入力装置。