光変調素子の異常検出回路、それを使った光送信装置及び光変調素子の異常検出方法
【解決手段】光変調素子ＥＡＭを駆動する駆動回路１５と前記光変調素子ＥＡＭとの間の線路Ｌに設けられた１個又は複数個の検出点Ｐにおいて、当該線路Ｌを流れる光変調素子ＥＡＭを駆動する駆動電流を検出し、検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、前記線路Ｌの断線を判定する。
【効果】前記線路Ｌの断線を判定することができ、光変調素子の光透過率が上がったままで光を遮断しなくなるという事態を防止することができる。
【効果】前記線路Ｌの断線を判定することができ、光変調素子の光透過率が上がったままで光を遮断しなくなるという事態を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子を駆動する駆動電流の異常を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電界吸収型光変調素子(EAM; Electro-Absorption Modulator)が開発され、実用化されている。また、このＥＡ変調素子を分布帰還型レーザ素子と合わせてモノリシックに集積した変調器集積型レーザ素子（EAM−integrated Laser Diode：EAM−LD）も開発され、実用化されている。
このＥＡ変調素子を駆動する駆動回路は、ＥＡ変調素子のアノードに負電圧を与えて光透過率を制御する。駆動回路の形式には、ＡＣ結合素子（キャパシタ）を介したＡＣ結合駆動回路と、ＡＣ結合素子を介さないＤＣ結合駆動回路とがある。
【０００３】
図７は、ＡＣ結合駆動回路を示す回路図である。ＥＡ変調素子（ＥＡＭと表示）のアノードには、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２、インダクタＬ１、バイアス電流源であるトランジスタＱを介して、負電圧源−ＶＢが接続されている。ＥＡ変調素子に並列に接続されているのは、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２である。この構成によってＥＡ変調素子にバイアス電流が流される。このバイアス電流は、トランジスタＱのベースに印加されるバイアス制御電圧によって変化させられる。またインピーダンス整合用抵抗Ｒ２とインダクタＬ１との接続点には、ＡＣ結合素子（キャパシタ）Ｃを介して高周波の変調信号が印加される。これにより、高周波の変調信号がＥＡ変調素子に供給され、発光素子ＬＤからの発光が強度変調される。
【０００４】
図８は、ＤＣ結合駆動回路を示す回路図である。ＡＣ結合駆動回路と違っているところは、ＡＣ結合素子（キャパシタ）Ｃがなく、高周波の変調信号出力がＥＡ変調素子に直接与えられることと、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２とトランジスタＱとの接続点に、他のインピーダンス整合用抵抗Ｒ３が接続されているところである。この回路も、ＡＣ結合駆動回路と同様、ＥＡ変調素子にバイアス電流を流すとともに、高周波の変調信号をＥＡ変調素子に供給するという動作を実現できる。
【０００５】
以下、高周波の変調信号による電流とバイアス電流との合計の電流を、「駆動電流」という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平11-223802公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バイアス電流源とＥＡ変調素子とを接続する線路が、半田不良、パターン剥がれ、機構部品の当たりによって起こる損傷などにより断線することがある。この断線が発生すれば駆動電流が流れなくなり、ＥＡ変調素子のアノード側が開放状態になり、光透過率が上がったままで光を遮断しなくなる。したがって、信号の伝送ができないのでシステム上の障害が起こり得るのみならず、発光素子から出る光を常時素通しすることとなり、断線故障のため強い光が出ていることを知らない修理者の眼を損傷したり、受信器側のＡＰＤなどの受光素子を壊したりする。
【０００８】
従来の駆動回路では、この線路の断線故障を検出することができないため、発光素子の発光パワーを下げておくことが対策となっているが、それでは光変調特性を犠牲にすることとなる。発光パワーを下げると、光透過率の直線性の良い部分、あるいは光の伝送に悪影響を与えるチャープが出にくい部分を使うことが出来なくなるからである。
また変調後の光を分岐させてモニタ用のフォトダイオードを置くという対策も考えられているが、この場合、モニタ用に光を分岐させるので発光素子のパワーを余分に強める必要があり、消費電力の増加につながる。また、構造も複雑になる。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、光変調特性を犠牲にすることなく、断線故障をすばやく検出することのできる光変調素子の異常検出回路、それを使った光送信装置及び光変調素子の異常検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の異常検出回路は、光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、光変調素子の異常を判断する異常判断手段とを備える。
【００１１】
この構成によれば、光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路を流れる光変調素子の駆動電流を検出することによって、前記線路の断線による異常を判定することができる。当該線路の異常が検出されれば、直ちに対策をすることができ、ＥＡ変調素子が光を遮断しなくなる状態が継続することで起きる障害を食い止めることができる。
【００１２】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の１つの検出点の電圧を検出することによって、前記駆動電流を検出するものである場合は、前記正常範囲に対応して、接地電圧と光変調素子のバイアス電流源を駆動する電源電圧との間に存在する基準電圧範囲を設定すればよい。１つの検出点で検出される１つの電圧を処理すればよいので、駆動電流検出手段の構成が簡単になる。
【００１３】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の複数の検出点の電圧差を検出することによって、前記駆動電流を検出するものである場合は、前記正常範囲に対応して、零電圧と、バイアス電流源を駆動する電源電圧と接地電圧との差電圧との間に存在する基準電圧範囲を設定すればよい。この場合、駆動電流検出手段は、前記線路の複数の検出点の電圧差を検出するので、差動増幅回路を採用する必要があるが、前記線路に突発的なノイズが乗った場合に誤検出する確率が減少するという利点がある。
【００１４】
また、本発明の光送信装置は、発光素子と、前記発光素子から出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子を駆動する駆動回路とを有するものであって、前述した本発明の異常検出回路が設けられているものである。
前記異常検出回路で、光変調素子の異常を判断した場合、前記発光素子の発光を停止するようにすれば、この発光の継続により信号の伝送ができなくて生じるシステム上の障害を未然に防ぐことができ、断線故障のため強い光が出ていることを知らない修理者の眼を損傷したり、受信器側のＡＰＤなどの受光素子を壊したりすることもない。
【００１５】
また光変調素子の異常を判断した場合、光送信装置の外部に異常を通知するようにして、システムの維持管理者に速やかに知らせることも有効である。
また本発明の光変調素子の異常検出方法は、前記本発明の異常検出回路と実質同一の発明に係る異常検出方法である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、光変調素子の異常をすばやく発見することができる。したがって、発光素子の発光パワーを下げておかなくても、故障のため強い光が出ていることを知らない修理者の眼を損傷するおそれはなくなる。またシステムの運用上、すばやく次の修理対策に入ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路の断線を検出する断線検出回路の一例を示す回路図である。
【図２】図１の回路における断線故障時の検出電圧の変化を示すグラフである。
【図３】断線検出回路の他の一例を示す回路図である。
【図４】図３の回路における断線故障時の検出電圧の変化を示すグラフである。
【図５】ＰＯＮシステムの概略図である。
【図６】断線検出回路を光送信装置に組み込んだＰＯＮシステムのブロック図である。
【図７】ＥＡ変調素子を駆動するＡＣ結合型駆動回路の回路図である。
【図８】ＥＡ変調素子を駆動するＤＣ結合型駆動回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ＥＡ変調素子にバイアス電流及び変調信号（あわせて「駆動電流」という）を供給する線路Ｌの断線を検出する断線検出回路１１の一例を示す回路図である。
同図を参照して、ＥＡ変調素子（ＥＡＭと表示）のアノードには、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２１，Ｒ２２、インダクタＬ１、バイアス電流源１５を構成するトランジスタＱを介して、負電圧源−ＶＢが接続されている。ＥＡ変調素子に並列に接続されているのはインピーダンス整合用抵抗Ｒ１である。抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の合計の抵抗値は、図７，図８で説明したＲ２の抵抗値に等しい。Ｒ２を、Ｒ２１とＲ２２に配分比率は、０：１００から１００：０まで任意である。例えば、配分比率を０：１００にしても良く、この場合、Ｒ２２は零になりＲ２１（その抵抗値はＲ２に等しい）とインダクタＬ１との接続点が断線検出点Ｐとなる。配分比率を１００：０にしても良く、この場合、Ｒ２１は零になりＲ２２（その抵抗値はＲ２に等しい）と抵抗Ｒ１との接続点が断線検出点Ｐとなる。なお、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は外付けの抵抗素子で作っても良いし、線路のインピーダンスで作っても良い。
【００１９】
この構成によって抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介して、ＥＡ変調素子にバイアス電流および変調信号が流される。このバイアス電流は、トランジスタＱ５のベースに印加されるバイアス制御電圧によって変化させられる。またＲ２１，Ｒ２２とインダクタＬ１４との接続点には、変調信号出力回路１７より高周波の前記変調信号が印加される。これにより、高周波の変調信号がＥＡ変調素子に供給され、発光素子（図示せず）から出射されＥＡ変調素子を透過した光が強度変調される。
【００２０】
バイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に分岐点Ｐを設け、そこにローパスフィルタ１２、バッファアンプ１３及び電圧判定回路１４をこの順に接続している。前記分岐点Ｐを、ＥＡ変調素子の断線を検出する点という意味で「断線検出点Ｐ」という。
ローパスフィルタ１２は、高周波信号を遮断するための回路であり、例えばインダクタンスを形成する空芯コイルからなる。このローパスフィルタ１２の機能により、変調信号出力回路１７から出力される変調信号の高周波成分はローパスフィルタ１２を通過することなく、ＥＡ変調素子側に流れて行く。ローパスフィルタ１２を通過するのは、駆動電流の直流成分および低周波成分であり、実質的には、ＥＡ変調素子のバイアス電流が断線検出回路１１の検出対象となる。このようにして、ＥＡ変調素子を定常的に流れるバイアス電流に着目して断線を検出するよう、この実施例は構成されている。なお、バッファアンプ１３や電圧判定回路１４の中に高周波をカットする機能が付属していれば、このローパスフィルタ１２は省略できる。
【００２１】
バッファアンプ１３は、電圧判定回路１４を接続しても、バイアス電流源１５からＥＡ変調素子側を見たインピーダンスが極力変化しないように挿入される回路であり、演算増幅回路が使用できる。バッファアンプ１３の入力インピーダンスは大きく、出力インピーダンスは小さく設定されている。入力インピーダンスの値は、抵抗Ｒ１，Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値として０に近い値から数１０Ωまでのものを使用しているとすれば、それよりはるかに大きな値、例えば数百ＭΩ〜数ＧΩに設定するとよい。なお、バッファアンプ１３は、電圧判定回路１４に内蔵されていてもよい。
【００２２】
電圧判定回路１４は、バッファアンプ１３の出力電圧Ｖをしきい値と比較する回路であり、演算増幅回路が使用できる。なお、電圧判定回路１４をディジタル制御回路によって構成しても良い。この場合、入力電圧をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換されたディジタル信号を、メモリに記憶しているしきい値と比較する。この比較処理は、所定のプログラムを実行するマイクロコンピュータによって実現する。
【００２３】
以上説明した断線検出回路１１の動作を、図２を用いて説明する。図２は、バッファアンプ１３の出力電圧Ｖ、すなわち電圧判定回路１４の入力電圧Ｖの時間変化を表わしたグラフである。
ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが正常で、所定の駆動電流が流れている場合、電圧判定回路１４の入力電圧は、図示した電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの間（基準電圧範囲という）の値をとる。ここで基準電圧範囲の上限電圧Ｖａは、接地電圧（０Ｖ）から所定のマージンを引いた電圧であり、基準電圧範囲の下限電圧Ｖｂは、電源電圧−ＶＢに所定のマージンを足した電圧である。
【００２４】
断線検出点ＰよりもＥＡ変調素子に近い側、例えばＲ２１が断線した場合、断線検出点Ｐの、接地レベルとの間の電圧は、バイアス電流源１５を通って負の電源電圧−ＶＢに引かれて下降する。下限電圧Ｖｂは、その下降した電圧を検出することができるように、電源電圧−ＶＢ（例えば−１．３Ｖ）に所定のマージン（例えば０．３Ｖ）を足した値（例えば−１Ｖ）に設定される。
【００２５】
断線検出点Ｐよりもバイアス電流源１５に近い側、例えばＲ２２が断線した場合、断線検出点Ｐの、接地レベルとの間の電圧は接地電圧（０Ｖ）に引かれて上昇する。上限電圧Ｖａは、その上昇した電圧を検出することができるように、上限電圧Ｖａは、接地電圧（０Ｖ）から所定のマージン（例えば−０．３Ｖ）を引いた値（例えば−０．３Ｖ）に設定される。
【００２６】
なお本明細書で「断線」と言う場合、線路Ｌが完全に切れる（破断する）場合だけでなく、線路Ｌの抵抗値が異常に上昇する場合を含む。線路Ｌの抵抗値が異常に上昇するのは、例えば線路Ｌを固定している半田付け端子の融着部分や圧着端子の圧接部分が切れかかって無視できない抵抗が生じている場合や、線路Ｌ自体が曲げ応力や引張り応力を受けて断面積が減少し無視できない抵抗が生じている場合である。
【００２７】
前記各「マージン」は、線路Ｌが完全に切れる（破断する）場合だけ検出すればよいのであれば比較的小さな値に設定してもよいが、前記無視できない抵抗が生じている場合も検出したいのであれば、比較的大きな値に設定する。マージンは、どのくらいまでの抵抗を検出したいのかに応じて、実験的に設定される値である。
図２を参照して、三角でマークした時点で、ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが断線したとする。断線検出点Ｐよりもバイアス電流源１５に近い側が断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧Ｖは上限電圧Ｖａを超えて上昇する。この動きを、図２の実線グラフで表示している。断線検出点ＰよりもＥＡ変調素子に近い側が断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧Ｖは下限電圧Ｖｂを超えて下降する。この動きを、図２の破線グラフで表示している。
【００２８】
電圧判定回路１４は、その入力電圧Ｖが基準電圧範囲からはみだしたことを検知すると、バイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に断線が生じていると判断して、発光素子の発光を停止する、異常ランプを点灯させて通知する、などの措置を行う。
図３は、他の実施形態にかかる断線検出回路１１′の一例を示す回路図である。
この断線検出回路１１′では、ＥＡ変調素子を駆動するバイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２を設け、それぞれローパスフィルタ１２１，１２２、バッファアンプ１３１，１３２を接続し、差動増幅回路１６で、２つのバッファアンプ１３１，１３２の出力電圧差（例えば正の値とする）を検出している。電圧判定回路１４は、差動増幅回路１６の出力電圧値をしきい値と比較する。バッファアンプ１３、差動増幅回路１６、電圧判定回路１４とも、演算増幅回路が使用できるが、電圧判定回路１４の機能を、マイクロコンピュータによって実現してもよいことは、図１の断線検出回路１１′と同様である。
【００２９】
図４は、差動増幅回路１６の出力側の電圧Ｖ、すなわち電圧判定回路１４の入力電圧Ｖの時間変化を表わしたグラフである。
ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが正常で、所定のバイアス電流が流れている場合、２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２には、バイアス電流×Ｒ２の抵抗値に相当する電圧差が生じている。この電圧差は、差動増幅回路１６の出力電圧として表れる。差動増幅回路１６の出力電圧は、図示したように上限電圧Ｖｃと下限電圧Ｖｄとの間の値をとる。
【００３０】
断線検出点Ｐ１よりもＥＡ変調素子に近い側又は断線検出点Ｐ２よりもバイアス電流源１５に近い側が断線した場合、抵抗Ｒ２には電流が流れなくなり、差動増幅回路１６に入る２つの電圧の差は小さくなる。したがって、差動増幅回路１６の出力電圧Ｖも小さくなる。下限電圧Ｖｄは、この小さくなった電圧を検出することができように、零電圧（０Ｖ）に所定のマージン（例えば０．３Ｖ）を足した電圧である値（例えば０．３Ｖ）に設定される。
【００３１】
２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２の内側、すなわち抵抗R２が断線した場合、ＥＡ変調素子に近い断線検出点Ｐ１の電圧は接地電圧（０Ｖ）に引かれて上昇するが、バイアス電流源１５に近い断線検出点Ｐ２の電圧は、バイアス電流源１５を経由して負の電源電圧−ＶＢに引かれて下降する。したがって、２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２の電位差は増大する。電圧Ｖｃは、その増大した電圧差を検出することができるように、接地電圧（０Ｖ）から負の電源電圧−ＶＢ（例えば−１．３Ｖ）を引いた値、すなわち電源電圧の絶対値（１．３Ｖ）から、所定のマージン（例えば０．３Ｖ）を引いた値（例えば１Ｖ）に設定される。
【００３２】
前記各「マージン」は、前述したのと同様であり、どのくらいまでの抵抗を検出したいのかに応じて、実験的に設定される値である。
図４の三角でマークした時点で、ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが断線したとする。２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２の内側で断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧は上限電圧Ｖｃを超えて上昇する。この動きを、図２の実線グラフで表示している。２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２よりも外側で断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧は下限電圧Ｖｄを超えて下降する。この動きを、図２の破線グラフで表示している。
【００３３】
電圧判定回路１４は、入力電圧Ｖが基準電圧範囲からはみだしたことを検知すると、バイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に断線が生じていると判断して、発光素子の発光を停止する、異常ランプを点灯させて通知する、などの措置を行う。
この複数の断線検出点Ｐ１，Ｐ２で電圧差を検出する差動増幅回路１６を採用した検出回路によれば、単一の断線検出点Ｐで電圧を検出する場合に比べて、線路Ｌに突発的なノイズが乗った場合に誤検出する確率が減少するという利点がある。
【００３４】
次に、本発明の断線検出回路１１，１１′が適用されるＰＯＮ(Passive Optical Network)光通信システムについて説明する。
図５は、ＰＯＮ光通信システムの構成例を示す概略図である。
ＰＯＮ光通信システムは、局舎に備えられる局側装置ＯＬＴと複数の加入者に備えられる宅側装置ＯＮＵとが、光ファイバ４及び光分岐器３を介して接続されている。
【００３５】
宅側装置ＯＮＵは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなどで光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを有している。
光分岐器３は、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的に信号を分岐・多重するスターカプラで構成されている。
【００３６】
局側装置ＯＬＴ及び光分岐器３、光分岐器３及び宅側装置ＯＮＵに接続されている光ファイバ４は、それぞれ１本（上り下りあわせて２本）のシングルモードファイバを用いている。つまり、１台の局側装置ＯＬＴは、１本の幹線光ファイバ４を通して光分岐器３に接続されている。そして光分岐器３は、Ｍ台（Ｍは１以上の整数）の宅側装置ＯＮＵと、支線光ファイバ４で接続されている。よって、１局の局側装置ＯＬＴが送受する信号は、光分岐器３によって、Ｍ台の宅側装置ＯＮＵに分配される。
【００３７】
本発明の実施形態の光通信システムは、前記ＰＯＮ光通信システムに、イーサネット（イーサネット（Ethernet）は、登録商標である）の技術を取り込み、高速で光ファイバのアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）方式若しくは１０Ｇ−ＥＰＯＮ方式を採用している。
前記ＧＥ−ＰＯＮ方式若しくは１０Ｇ−ＥＰＯＮ方式に従えば、局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵの相互の通信は、可変長なフレームを単位として行われる。
【００３８】
まず、上位のネットワークから放送形態で各局側装置ＯＬＴに入ってくる下りフレームは、局側装置ＯＬＴにおいて所定の処理が行われ、中継されるべき論理リンク（MPCPリンクという）が特定される。そして、局側装置ＯＬＴを通して、光信号として光ファイバ４に送信される。光ファイバ４に送信させた光信号は、光分岐器３で分岐され、光分岐器３につながる宅側装置ＯＮＵに送信されるが、フレームの宛先アドレスに基づき、当該MPCPリンクを構成する宅側装置ＯＮＵのみが所定の下りフレームを取り込み、フレームを宅内ネットワークインタフェースに中継する。
【００３９】
一方、上り光信号には、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの上りフレームが含まれている。上り光信号は、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの光信号どうしが互いに時間的に競合しないように送信される必要がある。そのために、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵに対して上り光信号を送信してもよい期間ウインドウ（以下、単にウインドウという）を割り当て、上り帯域割当用制御フレームとして通知する。ウインドウを割り当てられた宅側装置ＯＮＵは、その割り当てられたウインドウ期間に上り光信号を送信する。この上り光信号を「バースト光信号」という。バースト光信号は、各宅側装置ＯＮＵから送信され、ベースバンド信号で発光状態を変調した、有限時間の光信号列である。
【００４０】
したがって、各宅側装置ＯＮＵ間の上り光信号の競合は回避される。各宅側装置ＯＮＵは、あるウインドウが与えられたとき、そのウインドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。そして、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵからの一連のフレーム信号を含んだバースト光信号を受信することができる。
図６は、ＰＯＮ光通信システムのさらに詳細なブロック構成図である。局側装置ＯＬＴに対して、宅側装置ＯＮＵを１台のみ描いている。
【００４１】
宅側装置ＯＮＵは、光合分波器２７、光送信装置２０、光受信装置２８、上位処理系（コンピュータ）２９、警告用ＬＥＤ２４、光送信装置２０のための電源装置２５を備えている。局側装置ＯＬＴは、光合分波器３７、光送信装置３０、光受信装置３８、上位処理系（コンピュータ）３９、警告用ＬＥＤ３４、光送信装置３０のための電源装置３５、通信端末３６を備えている。なお白抜きの矢印は光の伝送を、実線の矢印は電気信号の伝送を表わす。
【００４２】
本発明の断線検出回路１１又は１１′は、宅側装置ＯＮＵ、局側装置ＯＬＴの光送信装置２０，３０にそれぞれ搭載されている。以下、宅側装置ＯＮＵに搭載されているものを「異常検出回路２１」、局側装置ＯＬＴに搭載されているものを「異常検出回路３１」という。
まず宅側装置ＯＮＵの光送信装置２０の構成を説明する。光送信装置２０は、発光素子ＬＤ、発光素子ＬＤからの発光を強度変調するＥＡ変調素子（ＥＡＭと表示）、発光素子ＬＤに発光のための電力を供給するパワー制御回路２２、変調素子駆動回路２３、及びＥＡ変調素子の異常検出回路２１を備えている。
【００４３】
変調素子駆動回路２３は、図７，図８を用いて説明したのと同様の回路であり、ＥＡ変調素子にバイアス電流を流すとともに、高周波の変調信号出力を印加して、これにより光の強度変調を実現する。ＥＡ変調素子の異常検出回路２１は、図１〜図４を用いて説明したとおり、線路Ｌの断線を検出する断線検出回路１１に相当する回路である。
ＥＡ変調素子の故障がない平常時は、発光素子ＬＤからの発光は強度変調され、光合分波器２７を介して、ＰＯＮを構成する光ファイバに出力される。この光は光分岐器３（図５参照）を通して局側装置ＯＬＴに入力される。
【００４４】
ところが、ＥＡ変調素子に断線異常が生じた場合、異常検出回路２１がこの異常を検出する。異常検出の仕組みは、図１〜図４を参照して説明したとおりである。異常検出回路２１は、異常を検出するとただちにパワー制御回路２２に働きかけて、発光素子ＬＤの発光を停止する。もし発光素子ＬＤからの発光を続けると、局側装置ＯＬＴに常時、光が入力され、当該宅側装置ＯＮＵだけでなく他の宅側装置ＯＮＵからの上り通信も不能になってしまうからである。それとともに異常検出回路２１は、上位処理系２９に、故障が発生したことを通知する。上位処理系２９は、異常検出回路２１から故障の通知を受けた場合、電源装置２５を制御して、光送信装置２０への電源供給を最小限の機器だけにとどめるとともに、警告用ＬＥＤ２４を点灯させて故障を通知する。この状態では、当該宅側装置ＯＮＵはデータの受信のみ可能な状態となっている。
【００４５】
局側装置ＯＬＴの維持管理者は、警告用ＬＥＤ２４の点灯を認識した宅側装置ＯＮＵのユーザから連絡を受けるか、又は受信されるべき上りのデータが受信されないことを認識すれば、当該宅側装置ＯＮＵの修理を行う。このとき、当該宅側装置ＯＮＵの発光素子ＬＤからの発光が停止しているので、光が修理者の眼に入ることがない。したがって修理者の目を保護することができるという効果がある。特に発光素子ＬＤの発光波長が近赤外線であれば視覚で認識できないので、この効果は大きい。
【００４６】
次に、局側装置ＯＬＴの光送信装置３０の構成を説明すると、ＥＡ変調素子、発光素子ＬＤ、パワー制御回路３２、変調素子駆動回路３３、及びＥＡ変調素子の異常検出回路３１を備えた構成は宅側装置ＯＮＵの光送信装置と同様である。
ＥＡ変調素子の故障がない平常時は、発光素子ＬＤからの発光は、駆動回路３３により強度変調され、光合分波器３７を介して、ＰＯＮを構成する光ファイバに出力される。この光は光分岐器３（図５参照）を通して、全ての宅側装置ＯＮＵに同時に入力される。このとき宛て先とされた宅側装置ＯＮＵのみが下りデータを取得できることは、前述したとおりである。
【００４７】
ＥＡ変調素子に異常が生じた場合、異常検出回路３１がこの異常を検出し、ただちにパワー制御回路３２に働きかけて、発光素子ＬＤの発光を停止する。もし発光素子ＬＤからの発光を続けると、全ての宅側装置ＯＮＵに常時、光が伝送され、全ての宅側装置ＯＮＵへの下り通信が不能になってしまうからである。この状態では、当該宅側装置ＯＮＵはデータの受信のみ可能な状態となっている。この状態では、当該局側装置ＯＬＴは上りデータの受信のみ可能な状態となっている。
【００４８】
それとともに異常検出回路３１は、上位処理系３９に、故障が発生したことを通知する。上位処理系３９は、異常検出回路３１から故障の通知を受けた場合、電源装置３５を制御して、光送信装置３０への電源供給を最小限の機器だけにとどめるとともに、警告用ＬＥＤ３４を発行させて故障を通知する。
局側装置ＯＬＴの維持管理者は、警告用ＬＥＤ３４の点灯を認識すれば、局側装置ＯＬＴの修理を行う。このとき、当該局側装置ＯＬＴの発光素子ＬＤの発光が停止しているので、光が修理者の目に入ることがない。特に発光素子ＬＤの発光波長が近赤外線であれば、視覚で認識できないので、維持管理者の目を保護することができるというメリットがある。
【００４９】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１１，１１′断線検出回路
１２，１２１，１２２ ローパスフィルタ
１３，１３１，１３２ バッファアンプ
１４ 電圧判定回路
１５ バイアス電流源
１６ 差動増幅回路
１７ 変調信号出力回路
２０，３０ 光送信装置
２１，３１ 異常検出回路
２２，３２ パワー制御回路
２３，３３ 変調素子駆動回路
ＥＡＭ ＥＡ変調素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子を駆動する駆動電流の異常を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電界吸収型光変調素子(EAM; Electro-Absorption Modulator)が開発され、実用化されている。また、このＥＡ変調素子を分布帰還型レーザ素子と合わせてモノリシックに集積した変調器集積型レーザ素子（EAM−integrated Laser Diode：EAM−LD）も開発され、実用化されている。
このＥＡ変調素子を駆動する駆動回路は、ＥＡ変調素子のアノードに負電圧を与えて光透過率を制御する。駆動回路の形式には、ＡＣ結合素子（キャパシタ）を介したＡＣ結合駆動回路と、ＡＣ結合素子を介さないＤＣ結合駆動回路とがある。
【０００３】
図７は、ＡＣ結合駆動回路を示す回路図である。ＥＡ変調素子（ＥＡＭと表示）のアノードには、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２、インダクタＬ１、バイアス電流源であるトランジスタＱを介して、負電圧源−ＶＢが接続されている。ＥＡ変調素子に並列に接続されているのは、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２である。この構成によってＥＡ変調素子にバイアス電流が流される。このバイアス電流は、トランジスタＱのベースに印加されるバイアス制御電圧によって変化させられる。またインピーダンス整合用抵抗Ｒ２とインダクタＬ１との接続点には、ＡＣ結合素子（キャパシタ）Ｃを介して高周波の変調信号が印加される。これにより、高周波の変調信号がＥＡ変調素子に供給され、発光素子ＬＤからの発光が強度変調される。
【０００４】
図８は、ＤＣ結合駆動回路を示す回路図である。ＡＣ結合駆動回路と違っているところは、ＡＣ結合素子（キャパシタ）Ｃがなく、高周波の変調信号出力がＥＡ変調素子に直接与えられることと、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２とトランジスタＱとの接続点に、他のインピーダンス整合用抵抗Ｒ３が接続されているところである。この回路も、ＡＣ結合駆動回路と同様、ＥＡ変調素子にバイアス電流を流すとともに、高周波の変調信号をＥＡ変調素子に供給するという動作を実現できる。
【０００５】
以下、高周波の変調信号による電流とバイアス電流との合計の電流を、「駆動電流」という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平11-223802公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バイアス電流源とＥＡ変調素子とを接続する線路が、半田不良、パターン剥がれ、機構部品の当たりによって起こる損傷などにより断線することがある。この断線が発生すれば駆動電流が流れなくなり、ＥＡ変調素子のアノード側が開放状態になり、光透過率が上がったままで光を遮断しなくなる。したがって、信号の伝送ができないのでシステム上の障害が起こり得るのみならず、発光素子から出る光を常時素通しすることとなり、断線故障のため強い光が出ていることを知らない修理者の眼を損傷したり、受信器側のＡＰＤなどの受光素子を壊したりする。
【０００８】
従来の駆動回路では、この線路の断線故障を検出することができないため、発光素子の発光パワーを下げておくことが対策となっているが、それでは光変調特性を犠牲にすることとなる。発光パワーを下げると、光透過率の直線性の良い部分、あるいは光の伝送に悪影響を与えるチャープが出にくい部分を使うことが出来なくなるからである。
また変調後の光を分岐させてモニタ用のフォトダイオードを置くという対策も考えられているが、この場合、モニタ用に光を分岐させるので発光素子のパワーを余分に強める必要があり、消費電力の増加につながる。また、構造も複雑になる。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、光変調特性を犠牲にすることなく、断線故障をすばやく検出することのできる光変調素子の異常検出回路、それを使った光送信装置及び光変調素子の異常検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の異常検出回路は、光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、光変調素子の異常を判断する異常判断手段とを備える。
【００１１】
この構成によれば、光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路を流れる光変調素子の駆動電流を検出することによって、前記線路の断線による異常を判定することができる。当該線路の異常が検出されれば、直ちに対策をすることができ、ＥＡ変調素子が光を遮断しなくなる状態が継続することで起きる障害を食い止めることができる。
【００１２】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の１つの検出点の電圧を検出することによって、前記駆動電流を検出するものである場合は、前記正常範囲に対応して、接地電圧と光変調素子のバイアス電流源を駆動する電源電圧との間に存在する基準電圧範囲を設定すればよい。１つの検出点で検出される１つの電圧を処理すればよいので、駆動電流検出手段の構成が簡単になる。
【００１３】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の複数の検出点の電圧差を検出することによって、前記駆動電流を検出するものである場合は、前記正常範囲に対応して、零電圧と、バイアス電流源を駆動する電源電圧と接地電圧との差電圧との間に存在する基準電圧範囲を設定すればよい。この場合、駆動電流検出手段は、前記線路の複数の検出点の電圧差を検出するので、差動増幅回路を採用する必要があるが、前記線路に突発的なノイズが乗った場合に誤検出する確率が減少するという利点がある。
【００１４】
また、本発明の光送信装置は、発光素子と、前記発光素子から出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子を駆動する駆動回路とを有するものであって、前述した本発明の異常検出回路が設けられているものである。
前記異常検出回路で、光変調素子の異常を判断した場合、前記発光素子の発光を停止するようにすれば、この発光の継続により信号の伝送ができなくて生じるシステム上の障害を未然に防ぐことができ、断線故障のため強い光が出ていることを知らない修理者の眼を損傷したり、受信器側のＡＰＤなどの受光素子を壊したりすることもない。
【００１５】
また光変調素子の異常を判断した場合、光送信装置の外部に異常を通知するようにして、システムの維持管理者に速やかに知らせることも有効である。
また本発明の光変調素子の異常検出方法は、前記本発明の異常検出回路と実質同一の発明に係る異常検出方法である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、光変調素子の異常をすばやく発見することができる。したがって、発光素子の発光パワーを下げておかなくても、故障のため強い光が出ていることを知らない修理者の眼を損傷するおそれはなくなる。またシステムの運用上、すばやく次の修理対策に入ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路の断線を検出する断線検出回路の一例を示す回路図である。
【図２】図１の回路における断線故障時の検出電圧の変化を示すグラフである。
【図３】断線検出回路の他の一例を示す回路図である。
【図４】図３の回路における断線故障時の検出電圧の変化を示すグラフである。
【図５】ＰＯＮシステムの概略図である。
【図６】断線検出回路を光送信装置に組み込んだＰＯＮシステムのブロック図である。
【図７】ＥＡ変調素子を駆動するＡＣ結合型駆動回路の回路図である。
【図８】ＥＡ変調素子を駆動するＤＣ結合型駆動回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ＥＡ変調素子にバイアス電流及び変調信号（あわせて「駆動電流」という）を供給する線路Ｌの断線を検出する断線検出回路１１の一例を示す回路図である。
同図を参照して、ＥＡ変調素子（ＥＡＭと表示）のアノードには、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２１，Ｒ２２、インダクタＬ１、バイアス電流源１５を構成するトランジスタＱを介して、負電圧源−ＶＢが接続されている。ＥＡ変調素子に並列に接続されているのはインピーダンス整合用抵抗Ｒ１である。抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の合計の抵抗値は、図７，図８で説明したＲ２の抵抗値に等しい。Ｒ２を、Ｒ２１とＲ２２に配分比率は、０：１００から１００：０まで任意である。例えば、配分比率を０：１００にしても良く、この場合、Ｒ２２は零になりＲ２１（その抵抗値はＲ２に等しい）とインダクタＬ１との接続点が断線検出点Ｐとなる。配分比率を１００：０にしても良く、この場合、Ｒ２１は零になりＲ２２（その抵抗値はＲ２に等しい）と抵抗Ｒ１との接続点が断線検出点Ｐとなる。なお、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は外付けの抵抗素子で作っても良いし、線路のインピーダンスで作っても良い。
【００１９】
この構成によって抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介して、ＥＡ変調素子にバイアス電流および変調信号が流される。このバイアス電流は、トランジスタＱ５のベースに印加されるバイアス制御電圧によって変化させられる。またＲ２１，Ｒ２２とインダクタＬ１４との接続点には、変調信号出力回路１７より高周波の前記変調信号が印加される。これにより、高周波の変調信号がＥＡ変調素子に供給され、発光素子（図示せず）から出射されＥＡ変調素子を透過した光が強度変調される。
【００２０】
バイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に分岐点Ｐを設け、そこにローパスフィルタ１２、バッファアンプ１３及び電圧判定回路１４をこの順に接続している。前記分岐点Ｐを、ＥＡ変調素子の断線を検出する点という意味で「断線検出点Ｐ」という。
ローパスフィルタ１２は、高周波信号を遮断するための回路であり、例えばインダクタンスを形成する空芯コイルからなる。このローパスフィルタ１２の機能により、変調信号出力回路１７から出力される変調信号の高周波成分はローパスフィルタ１２を通過することなく、ＥＡ変調素子側に流れて行く。ローパスフィルタ１２を通過するのは、駆動電流の直流成分および低周波成分であり、実質的には、ＥＡ変調素子のバイアス電流が断線検出回路１１の検出対象となる。このようにして、ＥＡ変調素子を定常的に流れるバイアス電流に着目して断線を検出するよう、この実施例は構成されている。なお、バッファアンプ１３や電圧判定回路１４の中に高周波をカットする機能が付属していれば、このローパスフィルタ１２は省略できる。
【００２１】
バッファアンプ１３は、電圧判定回路１４を接続しても、バイアス電流源１５からＥＡ変調素子側を見たインピーダンスが極力変化しないように挿入される回路であり、演算増幅回路が使用できる。バッファアンプ１３の入力インピーダンスは大きく、出力インピーダンスは小さく設定されている。入力インピーダンスの値は、抵抗Ｒ１，Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値として０に近い値から数１０Ωまでのものを使用しているとすれば、それよりはるかに大きな値、例えば数百ＭΩ〜数ＧΩに設定するとよい。なお、バッファアンプ１３は、電圧判定回路１４に内蔵されていてもよい。
【００２２】
電圧判定回路１４は、バッファアンプ１３の出力電圧Ｖをしきい値と比較する回路であり、演算増幅回路が使用できる。なお、電圧判定回路１４をディジタル制御回路によって構成しても良い。この場合、入力電圧をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換されたディジタル信号を、メモリに記憶しているしきい値と比較する。この比較処理は、所定のプログラムを実行するマイクロコンピュータによって実現する。
【００２３】
以上説明した断線検出回路１１の動作を、図２を用いて説明する。図２は、バッファアンプ１３の出力電圧Ｖ、すなわち電圧判定回路１４の入力電圧Ｖの時間変化を表わしたグラフである。
ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが正常で、所定の駆動電流が流れている場合、電圧判定回路１４の入力電圧は、図示した電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの間（基準電圧範囲という）の値をとる。ここで基準電圧範囲の上限電圧Ｖａは、接地電圧（０Ｖ）から所定のマージンを引いた電圧であり、基準電圧範囲の下限電圧Ｖｂは、電源電圧−ＶＢに所定のマージンを足した電圧である。
【００２４】
断線検出点ＰよりもＥＡ変調素子に近い側、例えばＲ２１が断線した場合、断線検出点Ｐの、接地レベルとの間の電圧は、バイアス電流源１５を通って負の電源電圧−ＶＢに引かれて下降する。下限電圧Ｖｂは、その下降した電圧を検出することができるように、電源電圧−ＶＢ（例えば−１．３Ｖ）に所定のマージン（例えば０．３Ｖ）を足した値（例えば−１Ｖ）に設定される。
【００２５】
断線検出点Ｐよりもバイアス電流源１５に近い側、例えばＲ２２が断線した場合、断線検出点Ｐの、接地レベルとの間の電圧は接地電圧（０Ｖ）に引かれて上昇する。上限電圧Ｖａは、その上昇した電圧を検出することができるように、上限電圧Ｖａは、接地電圧（０Ｖ）から所定のマージン（例えば−０．３Ｖ）を引いた値（例えば−０．３Ｖ）に設定される。
【００２６】
なお本明細書で「断線」と言う場合、線路Ｌが完全に切れる（破断する）場合だけでなく、線路Ｌの抵抗値が異常に上昇する場合を含む。線路Ｌの抵抗値が異常に上昇するのは、例えば線路Ｌを固定している半田付け端子の融着部分や圧着端子の圧接部分が切れかかって無視できない抵抗が生じている場合や、線路Ｌ自体が曲げ応力や引張り応力を受けて断面積が減少し無視できない抵抗が生じている場合である。
【００２７】
前記各「マージン」は、線路Ｌが完全に切れる（破断する）場合だけ検出すればよいのであれば比較的小さな値に設定してもよいが、前記無視できない抵抗が生じている場合も検出したいのであれば、比較的大きな値に設定する。マージンは、どのくらいまでの抵抗を検出したいのかに応じて、実験的に設定される値である。
図２を参照して、三角でマークした時点で、ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが断線したとする。断線検出点Ｐよりもバイアス電流源１５に近い側が断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧Ｖは上限電圧Ｖａを超えて上昇する。この動きを、図２の実線グラフで表示している。断線検出点ＰよりもＥＡ変調素子に近い側が断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧Ｖは下限電圧Ｖｂを超えて下降する。この動きを、図２の破線グラフで表示している。
【００２８】
電圧判定回路１４は、その入力電圧Ｖが基準電圧範囲からはみだしたことを検知すると、バイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に断線が生じていると判断して、発光素子の発光を停止する、異常ランプを点灯させて通知する、などの措置を行う。
図３は、他の実施形態にかかる断線検出回路１１′の一例を示す回路図である。
この断線検出回路１１′では、ＥＡ変調素子を駆動するバイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２を設け、それぞれローパスフィルタ１２１，１２２、バッファアンプ１３１，１３２を接続し、差動増幅回路１６で、２つのバッファアンプ１３１，１３２の出力電圧差（例えば正の値とする）を検出している。電圧判定回路１４は、差動増幅回路１６の出力電圧値をしきい値と比較する。バッファアンプ１３、差動増幅回路１６、電圧判定回路１４とも、演算増幅回路が使用できるが、電圧判定回路１４の機能を、マイクロコンピュータによって実現してもよいことは、図１の断線検出回路１１′と同様である。
【００２９】
図４は、差動増幅回路１６の出力側の電圧Ｖ、すなわち電圧判定回路１４の入力電圧Ｖの時間変化を表わしたグラフである。
ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが正常で、所定のバイアス電流が流れている場合、２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２には、バイアス電流×Ｒ２の抵抗値に相当する電圧差が生じている。この電圧差は、差動増幅回路１６の出力電圧として表れる。差動増幅回路１６の出力電圧は、図示したように上限電圧Ｖｃと下限電圧Ｖｄとの間の値をとる。
【００３０】
断線検出点Ｐ１よりもＥＡ変調素子に近い側又は断線検出点Ｐ２よりもバイアス電流源１５に近い側が断線した場合、抵抗Ｒ２には電流が流れなくなり、差動増幅回路１６に入る２つの電圧の差は小さくなる。したがって、差動増幅回路１６の出力電圧Ｖも小さくなる。下限電圧Ｖｄは、この小さくなった電圧を検出することができように、零電圧（０Ｖ）に所定のマージン（例えば０．３Ｖ）を足した電圧である値（例えば０．３Ｖ）に設定される。
【００３１】
２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２の内側、すなわち抵抗R２が断線した場合、ＥＡ変調素子に近い断線検出点Ｐ１の電圧は接地電圧（０Ｖ）に引かれて上昇するが、バイアス電流源１５に近い断線検出点Ｐ２の電圧は、バイアス電流源１５を経由して負の電源電圧−ＶＢに引かれて下降する。したがって、２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２の電位差は増大する。電圧Ｖｃは、その増大した電圧差を検出することができるように、接地電圧（０Ｖ）から負の電源電圧−ＶＢ（例えば−１．３Ｖ）を引いた値、すなわち電源電圧の絶対値（１．３Ｖ）から、所定のマージン（例えば０．３Ｖ）を引いた値（例えば１Ｖ）に設定される。
【００３２】
前記各「マージン」は、前述したのと同様であり、どのくらいまでの抵抗を検出したいのかに応じて、実験的に設定される値である。
図４の三角でマークした時点で、ＥＡ変調素子に駆動電流を供給する線路Ｌが断線したとする。２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２の内側で断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧は上限電圧Ｖｃを超えて上昇する。この動きを、図２の実線グラフで表示している。２つの断線検出点Ｐ１，Ｐ２よりも外側で断線した場合、電圧判定回路１４の入力電圧は下限電圧Ｖｄを超えて下降する。この動きを、図２の破線グラフで表示している。
【００３３】
電圧判定回路１４は、入力電圧Ｖが基準電圧範囲からはみだしたことを検知すると、バイアス電流源１５とＥＡ変調素子とを接続する線路Ｌ上に断線が生じていると判断して、発光素子の発光を停止する、異常ランプを点灯させて通知する、などの措置を行う。
この複数の断線検出点Ｐ１，Ｐ２で電圧差を検出する差動増幅回路１６を採用した検出回路によれば、単一の断線検出点Ｐで電圧を検出する場合に比べて、線路Ｌに突発的なノイズが乗った場合に誤検出する確率が減少するという利点がある。
【００３４】
次に、本発明の断線検出回路１１，１１′が適用されるＰＯＮ(Passive Optical Network)光通信システムについて説明する。
図５は、ＰＯＮ光通信システムの構成例を示す概略図である。
ＰＯＮ光通信システムは、局舎に備えられる局側装置ＯＬＴと複数の加入者に備えられる宅側装置ＯＮＵとが、光ファイバ４及び光分岐器３を介して接続されている。
【００３５】
宅側装置ＯＮＵは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなどで光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを有している。
光分岐器３は、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的に信号を分岐・多重するスターカプラで構成されている。
【００３６】
局側装置ＯＬＴ及び光分岐器３、光分岐器３及び宅側装置ＯＮＵに接続されている光ファイバ４は、それぞれ１本（上り下りあわせて２本）のシングルモードファイバを用いている。つまり、１台の局側装置ＯＬＴは、１本の幹線光ファイバ４を通して光分岐器３に接続されている。そして光分岐器３は、Ｍ台（Ｍは１以上の整数）の宅側装置ＯＮＵと、支線光ファイバ４で接続されている。よって、１局の局側装置ＯＬＴが送受する信号は、光分岐器３によって、Ｍ台の宅側装置ＯＮＵに分配される。
【００３７】
本発明の実施形態の光通信システムは、前記ＰＯＮ光通信システムに、イーサネット（イーサネット（Ethernet）は、登録商標である）の技術を取り込み、高速で光ファイバのアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）方式若しくは１０Ｇ−ＥＰＯＮ方式を採用している。
前記ＧＥ−ＰＯＮ方式若しくは１０Ｇ−ＥＰＯＮ方式に従えば、局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵの相互の通信は、可変長なフレームを単位として行われる。
【００３８】
まず、上位のネットワークから放送形態で各局側装置ＯＬＴに入ってくる下りフレームは、局側装置ＯＬＴにおいて所定の処理が行われ、中継されるべき論理リンク（MPCPリンクという）が特定される。そして、局側装置ＯＬＴを通して、光信号として光ファイバ４に送信される。光ファイバ４に送信させた光信号は、光分岐器３で分岐され、光分岐器３につながる宅側装置ＯＮＵに送信されるが、フレームの宛先アドレスに基づき、当該MPCPリンクを構成する宅側装置ＯＮＵのみが所定の下りフレームを取り込み、フレームを宅内ネットワークインタフェースに中継する。
【００３９】
一方、上り光信号には、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの上りフレームが含まれている。上り光信号は、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの光信号どうしが互いに時間的に競合しないように送信される必要がある。そのために、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵに対して上り光信号を送信してもよい期間ウインドウ（以下、単にウインドウという）を割り当て、上り帯域割当用制御フレームとして通知する。ウインドウを割り当てられた宅側装置ＯＮＵは、その割り当てられたウインドウ期間に上り光信号を送信する。この上り光信号を「バースト光信号」という。バースト光信号は、各宅側装置ＯＮＵから送信され、ベースバンド信号で発光状態を変調した、有限時間の光信号列である。
【００４０】
したがって、各宅側装置ＯＮＵ間の上り光信号の競合は回避される。各宅側装置ＯＮＵは、あるウインドウが与えられたとき、そのウインドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。そして、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵからの一連のフレーム信号を含んだバースト光信号を受信することができる。
図６は、ＰＯＮ光通信システムのさらに詳細なブロック構成図である。局側装置ＯＬＴに対して、宅側装置ＯＮＵを１台のみ描いている。
【００４１】
宅側装置ＯＮＵは、光合分波器２７、光送信装置２０、光受信装置２８、上位処理系（コンピュータ）２９、警告用ＬＥＤ２４、光送信装置２０のための電源装置２５を備えている。局側装置ＯＬＴは、光合分波器３７、光送信装置３０、光受信装置３８、上位処理系（コンピュータ）３９、警告用ＬＥＤ３４、光送信装置３０のための電源装置３５、通信端末３６を備えている。なお白抜きの矢印は光の伝送を、実線の矢印は電気信号の伝送を表わす。
【００４２】
本発明の断線検出回路１１又は１１′は、宅側装置ＯＮＵ、局側装置ＯＬＴの光送信装置２０，３０にそれぞれ搭載されている。以下、宅側装置ＯＮＵに搭載されているものを「異常検出回路２１」、局側装置ＯＬＴに搭載されているものを「異常検出回路３１」という。
まず宅側装置ＯＮＵの光送信装置２０の構成を説明する。光送信装置２０は、発光素子ＬＤ、発光素子ＬＤからの発光を強度変調するＥＡ変調素子（ＥＡＭと表示）、発光素子ＬＤに発光のための電力を供給するパワー制御回路２２、変調素子駆動回路２３、及びＥＡ変調素子の異常検出回路２１を備えている。
【００４３】
変調素子駆動回路２３は、図７，図８を用いて説明したのと同様の回路であり、ＥＡ変調素子にバイアス電流を流すとともに、高周波の変調信号出力を印加して、これにより光の強度変調を実現する。ＥＡ変調素子の異常検出回路２１は、図１〜図４を用いて説明したとおり、線路Ｌの断線を検出する断線検出回路１１に相当する回路である。
ＥＡ変調素子の故障がない平常時は、発光素子ＬＤからの発光は強度変調され、光合分波器２７を介して、ＰＯＮを構成する光ファイバに出力される。この光は光分岐器３（図５参照）を通して局側装置ＯＬＴに入力される。
【００４４】
ところが、ＥＡ変調素子に断線異常が生じた場合、異常検出回路２１がこの異常を検出する。異常検出の仕組みは、図１〜図４を参照して説明したとおりである。異常検出回路２１は、異常を検出するとただちにパワー制御回路２２に働きかけて、発光素子ＬＤの発光を停止する。もし発光素子ＬＤからの発光を続けると、局側装置ＯＬＴに常時、光が入力され、当該宅側装置ＯＮＵだけでなく他の宅側装置ＯＮＵからの上り通信も不能になってしまうからである。それとともに異常検出回路２１は、上位処理系２９に、故障が発生したことを通知する。上位処理系２９は、異常検出回路２１から故障の通知を受けた場合、電源装置２５を制御して、光送信装置２０への電源供給を最小限の機器だけにとどめるとともに、警告用ＬＥＤ２４を点灯させて故障を通知する。この状態では、当該宅側装置ＯＮＵはデータの受信のみ可能な状態となっている。
【００４５】
局側装置ＯＬＴの維持管理者は、警告用ＬＥＤ２４の点灯を認識した宅側装置ＯＮＵのユーザから連絡を受けるか、又は受信されるべき上りのデータが受信されないことを認識すれば、当該宅側装置ＯＮＵの修理を行う。このとき、当該宅側装置ＯＮＵの発光素子ＬＤからの発光が停止しているので、光が修理者の眼に入ることがない。したがって修理者の目を保護することができるという効果がある。特に発光素子ＬＤの発光波長が近赤外線であれば視覚で認識できないので、この効果は大きい。
【００４６】
次に、局側装置ＯＬＴの光送信装置３０の構成を説明すると、ＥＡ変調素子、発光素子ＬＤ、パワー制御回路３２、変調素子駆動回路３３、及びＥＡ変調素子の異常検出回路３１を備えた構成は宅側装置ＯＮＵの光送信装置と同様である。
ＥＡ変調素子の故障がない平常時は、発光素子ＬＤからの発光は、駆動回路３３により強度変調され、光合分波器３７を介して、ＰＯＮを構成する光ファイバに出力される。この光は光分岐器３（図５参照）を通して、全ての宅側装置ＯＮＵに同時に入力される。このとき宛て先とされた宅側装置ＯＮＵのみが下りデータを取得できることは、前述したとおりである。
【００４７】
ＥＡ変調素子に異常が生じた場合、異常検出回路３１がこの異常を検出し、ただちにパワー制御回路３２に働きかけて、発光素子ＬＤの発光を停止する。もし発光素子ＬＤからの発光を続けると、全ての宅側装置ＯＮＵに常時、光が伝送され、全ての宅側装置ＯＮＵへの下り通信が不能になってしまうからである。この状態では、当該宅側装置ＯＮＵはデータの受信のみ可能な状態となっている。この状態では、当該局側装置ＯＬＴは上りデータの受信のみ可能な状態となっている。
【００４８】
それとともに異常検出回路３１は、上位処理系３９に、故障が発生したことを通知する。上位処理系３９は、異常検出回路３１から故障の通知を受けた場合、電源装置３５を制御して、光送信装置３０への電源供給を最小限の機器だけにとどめるとともに、警告用ＬＥＤ３４を発行させて故障を通知する。
局側装置ＯＬＴの維持管理者は、警告用ＬＥＤ３４の点灯を認識すれば、局側装置ＯＬＴの修理を行う。このとき、当該局側装置ＯＬＴの発光素子ＬＤの発光が停止しているので、光が修理者の目に入ることがない。特に発光素子ＬＤの発光波長が近赤外線であれば、視覚で認識できないので、維持管理者の目を保護することができるというメリットがある。
【００４９】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１１，１１′断線検出回路
１２，１２１，１２２ ローパスフィルタ
１３，１３１，１３２ バッファアンプ
１４ 電圧判定回路
１５ バイアス電流源
１６ 差動増幅回路
１７ 変調信号出力回路
２０，３０ 光送信装置
２１，３１ 異常検出回路
２２，３２ パワー制御回路
２３，３３ 変調素子駆動回路
ＥＡＭ ＥＡ変調素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子の異常を検出する回路であって、
光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、光変調素子の異常を判断する異常判断手段とを備える、異常検出回路。
【請求項２】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の１つの検出点の電圧を検出することによって、前記駆動電流を検出するものであり、
前記正常範囲に対応して、接地電圧と前記光変調素子のバイアス電流源を駆動する電源電圧との間に存在する基準電圧範囲が設定される請求項１記載の異常検出回路。
【請求項３】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の複数の検出点の電圧差を検出することによって、前記駆動電流を検出するものであり、
前記正常範囲に対応して、零電圧と、前記光変調素子のバイアス電流源を駆動する電源電圧と接地電圧との差電圧との間に存在する基準電圧範囲が設定される請求項１記載の異常検出回路。
【請求項４】
発光素子と、前記発光素子から出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子を駆動する駆動回路とを有する光送信装置において、
前記光変調素子の異常を検出する異常検出回路が設けられ、当該異常検出回路は、光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、光変調素子の異常を判断する異常判断手段とを備えるものである、光送信装置。
【請求項５】
前記異常判断手段は、光変調素子の異常を判断した場合、前記発光素子の発光を停止するものである、請求項４記載の光送信装置。
【請求項６】
前記異常判断手段は、光変調素子の異常を判断した場合、光送信装置の外部に異常を通知するものである、請求項４記載の光送信装置。
【請求項７】
光変調素子の異常を検出する方法であって、
光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点を設け、
前記検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出し、
前記検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定し、
正常範囲外であれば、前記光変調素子の異常を判断する、光変調素子の異常検出方法。
【請求項１】
光変調素子の異常を検出する回路であって、
光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、光変調素子の異常を判断する異常判断手段とを備える、異常検出回路。
【請求項２】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の１つの検出点の電圧を検出することによって、前記駆動電流を検出するものであり、
前記正常範囲に対応して、接地電圧と前記光変調素子のバイアス電流源を駆動する電源電圧との間に存在する基準電圧範囲が設定される請求項１記載の異常検出回路。
【請求項３】
前記駆動電流検出手段は、前記線路の複数の検出点の電圧差を検出することによって、前記駆動電流を検出するものであり、
前記正常範囲に対応して、零電圧と、前記光変調素子のバイアス電流源を駆動する電源電圧と接地電圧との差電圧との間に存在する基準電圧範囲が設定される請求項１記載の異常検出回路。
【請求項４】
発光素子と、前記発光素子から出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子を駆動する駆動回路とを有する光送信装置において、
前記光変調素子の異常を検出する異常検出回路が設けられ、当該異常検出回路は、光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定することによって、光変調素子の異常を判断する異常判断手段とを備えるものである、光送信装置。
【請求項５】
前記異常判断手段は、光変調素子の異常を判断した場合、前記発光素子の発光を停止するものである、請求項４記載の光送信装置。
【請求項６】
前記異常判断手段は、光変調素子の異常を判断した場合、光送信装置の外部に異常を通知するものである、請求項４記載の光送信装置。
【請求項７】
光変調素子の異常を検出する方法であって、
光変調素子を駆動する駆動回路と前記光変調素子との間の線路に設けられた１個又は複数個の検出点を設け、
前記検出点において、当該線路を流れる光変調素子を駆動する駆動電流を検出し、
前記検出された駆動電流が正常範囲内か正常範囲外かを判定し、
正常範囲外であれば、前記光変調素子の異常を判断する、光変調素子の異常検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２６８４７（Ｐ２０１１−２２６８４７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５０１８（Ｐ２０１０−９５０１８）
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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