技術 光レベルチェッカー

0001

本発明は、光ファイバー通信網に於いて、光通信信号がファイバーケーブル終端まで適正な信号レベルで来ているか否かを確認する為の装置に関するものである。

0002

従来、この種装置としては、光ファイバー終端の光出力をメーター表示する「光パワーメーター」や、受光レベルをＬＥＤで表示する「光レベルモニター」等の装置がある。
而して、上記装置には、適正受光レベルに達しているか否かを判別する回路として、入力電圧Ｖinと比較基準電圧Ｖrefとを比較するコンパレータ回路１が一般的に使用されている。而して、この回路は、受光レベルによる入力電圧Ｖinが比較基準電圧Ｖrefに等しくなると、その出力電圧Ｖoutが反転するようになっている（図１参照）。
また、特定複数の受光レベルを表示する場合、複数の比較器２〜４を並列接続すると共に、夫々の比較基準電圧は、基準電源に固定抵抗器５〜７、または可変抵抗器８〜１０を接続して一定の順序で分圧供給し得る様にして、各比較器の出力側に接続した発光素子１１〜１３を受光レベルに応じて点灯させるようにした、レベル表示用の「マルチレベルコンパレータ」が使用されている（図２、図３参照）。

0003

従来の光出力をメーター表示したものは、内部構成が複雑であり、必要としない範囲まで測定するようになっているため、コスト高になり普及するに至っていない。
上記図２で示すように、多段接続コンパレータの比較基準電圧を、基準電圧電源に検出レベル点数の抵抗器を接続して分圧して得るようにした場合には、抵抗値の誤差により基準電圧が変わるため、抵抗値の誤差の少ない抵抗器を使用しなければならない。また、抵抗値は温度・湿度により変化するため、比較基準電圧が変化し易いので、安定した受光レベルのチェックが出来ない。
上記図３で示すように、多段接続コンパレータの比較基準電圧を調整するために、可変抵抗器及び固定抵抗器を併用するようにした場合は、各々の抵抗器の温度特性誤差、又は接触部を有する抵抗器により、温度変化・湿度変化に対し誤差を生じやすくなる欠点がある。
また、図２では、比較基準電圧を設定する場合に、抵抗器を必要段数直列に接続してあるため、一部の動作レベルの変更を必要とする場合には全ての抵抗値に対して考慮しなければならないので、光の検出レベルを変更する事が極めて面倒であった。
さらに、比較基準電圧及び信号入力が各表示段毎に異なるので、比較器のスレッシュルド特性により、ＯＮ・ＯＦＦ切替わり時の不安定領域のばらつきが発生し、安定した動作が得難い欠点もあった。
本発明は、上記難点に鑑み、光ファイバーの終端の光レベルを、容易かつ安定的にチェックすることができると共に、構成が簡単であって安価に提供することができる光レベルチェッカーを提供しようとするものである。

0004

上記目的を達成するために、本発明に係る光レベルチェッカーは、光信号を電気信号に変換する受光素子と、受光素子の出力信号を増幅する光電増幅器と、複数段並列接続され、光電増幅器の出力を夫々所定の増幅率で増幅する演算増幅器と、複数段並列接続され、入力電圧と比較基準電圧を比較する比較器と、各比較器の出力側に接続した発光素子と、各比較器に同一の比較基準電圧を供給する基準電圧源とからなり、上記光電増幅器の出力を前記比較器に直接入力して信号レベルの上限値を表示させると共に、その出力を所定の演算増幅器を介して比較器に夫々入力して信号レベルの下限値及び任意のレベル値を表示させるようにしてある。
また、前記光電増幅器と各演算増幅器との増幅率を設定する帰還抵抗値を、可変抵抗器により変更可能にして、信号レベルのチェック範囲を調整することが出来るようにすることも出来る。

0005

本発明では、光出力のチェックレベルを実用レベルの上限及び下限の２ポイント以上で設定するようにしてあるので、光ファイバー終端の出力レベルが実用域であるか否か、また受光レベルの変動を容易に確認することができる。
また、複数段並列接続した比較器の比較基準電圧は、各比較器とも同一に設定し、入力信号をその前段に接続した増幅器より夫々入力するようにしてあるから、各段毎に独立しており、設定変更があっても他に影響を与えることがない。
複数段並列接続した比較器の比較基準電圧を得るために、従来のように分圧抵抗器を使用しないため、比較器が安定して動作する。
チェックレベルの上限及び下限値を変更する場合でも、直列分圧抵抗器による分圧比較電圧を使用しないから、その設定変更を容易に行うことが出来る。
各比較器の比較基準電圧及び動作点入力が同一のため、比較器による、ＯＮ・ＯＦＦ切り替わり点のスレショルドレベルによる不安定領域のばらつきが統一される。従って、比較器の安定動作が得られる。
また、回路構成も簡単であり、受光レベルをメーターなどを使用せず、ＬＥＤでチェックし得るようにしてあるので、携帯が容易であり、極めて安価に提供することできる。

0006

図４は、本発明に係る光レベルチェッカーの概略図であり、光ファイバー終端の出力強度（レベル）が、実用範囲の上限、中間、下限レベルであることを確認する事が出来るようにしてある。
本装置は、受光素子２０、光電増幅器２１、２段に並列接続された演算増幅器２２、２３、３段に並列接続された比較器２４、２５、２６、各比較器の出力側に接続された発光素子２７、２８、２９、比較基準電圧用ツェナーダイオード３０、電圧制御用抵抗素子３１、基準電圧源３２より構成されている。
前記受光素子２０は、入力光の強度（レベル）に比例した電気信号を出力するものであり、逆バイアス電圧を印加してある。
前記光電増幅器２１は、受光素子１１の出力電流を電圧に変換するものであり、上限レベルの光が受光素子１１に入力された場合に、その出力電圧Ｖ１が、比較器に印加された比較基準電圧Ｖrefと等しいか、より高くなるように、その増幅率が設定されている。
前記演算増幅器２２、２３は、中間及び下限レベルの光強度を表示させる為の増幅器であり、光電増幅器２１の出力電圧Ｖ１を、夫々所定の増幅率で増幅するように設定されている。即ち、演算増幅器２２は、中間レベルの光が入力された時に、その出力電圧Ｖ２が比較基準電圧Ｖrefと等しいか、より高くなるように、その増幅率が設定されている。また、演算増幅器２３は、下限レベルの光が入力された時に、その出力電圧Ｖ３が比較基準電圧Ｖrefと等しいか、高くなるようにその増幅率が設定されている。而して、光電増幅器の増幅率を変えることにより、光電増幅器を基準としたシフト動作を可能としている。
前記各比較器２４、２５、２６には夫々、基準電源より同一の比較基準電圧Ｖrefを印加するようにしてある。而して、比較基準電圧Ｖrefを、所定の光受信レベルに相当する電圧に設定しておくと、光電増幅器２１及び演算増幅器２２、２３の出力電圧と比較基準電圧Ｖrefが各比較器２４〜２６によって比較され、その大小関係により、各比較器の出力状態が変化する。
また、前記各発光素子２７、２８、２９には、順方向電圧を印加してあり、各比較器２４〜２６の出力電圧が反転すると電流が流れ、発光するようにしてある。

0007

以上のように構成した本チェッカーは、次のように動作する。
（１）上限レベルの光が入力した場合：
Ｖ１、Ｖ２，Ｖ３≧Ｖref
発光素子２７・・・・・・・点灯
発光素子２８・・・・・・・点灯
発光素子２９・・・・・・・点灯
（２）中間レベルの光が入力された場合：
Ｖ１＜Ｖref、 Ｖ２、Ｖ３≧Ｖref
発光素子２７・・・・・・・不点灯
発光素子２８・・・・・・・点灯
発光素子２９・・・・・・・点灯
（２）下限レベルの光が入力された場合：
Ｖ１ 、Ｖ２＜Ｖref、Ｖ３≧Ｖref
発光素子２７・・・・・・・不点灯
発光素子２８・・・・・・・不点灯
発光素子２９・・・・・・・点灯
而して、どの発光素子が点灯しているかを確認することで、光ファイバー終端の光レベルがどの程度であるか、及び光レベルの低下を容易にチェックすることが出来る。

0008

図５は本発明の光レベルチェッカーの実施態様を示す回路図であり、基本的な構成は前記図４に示したものと同一である。
本実施例に於いては、帰還抵抗値が異なる複数の演算増幅器４１〜４３により、上限レベルＬ１、下限レベルＬ４と、その間の２つの光レベルＬ２、Ｌ３（Ｌ２＞Ｌ３）をチェックできるように構成してある。
また、オペアンプの反転増幅回路からなる光電増幅器４０及び演算増幅器４１〜４３の増幅率を決定する帰還抵抗値を、可変抵抗器４４〜４７で調整するようにしてあるので、チェックする光レベルを可変調整することが出来る。
４８はフォトダイオード（受光素子）、４９〜５２は４段に並列接続した比較器、５３〜５６は各比較器の出力側に夫々接続したＬＥＤ（発光素子）、５７は基準電圧用ツェナーダイオードを示す。
また、５８は、レギュレータ５９を備えた安定化電源回路であって、その外部端子に直流電源６０を接続して、装置に安定した基準電圧等を供給し得るようにしてある。

0009

本実施例におけるチェッカーの動作は、図４に示したものと略同一であるが、簡単に説明すると以下の様になる。
即ち、上限レベルＬ１のレーザー光がフォトダイオード４８に入力されると、光電増幅器４０の出力電圧Ｖ１が全比較器４９〜５２の比較基準電圧Ｖrefと等しく又は高くなるため、全てのＬＥＤ５３〜５６が点灯する。
レベルＬ２のレーザー光が入力された場合には、演算増幅器４１〜４３の出力電圧Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が比較器５０〜５２の比較基準電圧Ｖrefと等しく又は高くなるため、ＬＥＤ５４〜５６が点灯する。
レベルＬ３のレーザー光が入力された場合には、演算増幅器４２、４３の出力電圧Ｖ３、Ｖ４が比較器５１、５２の比較基準電圧Ｖrefと等しく又は高くなるため、ＬＥＤ５５、５６が点灯する。
下限レベルＬ４のレーザー光が入力された場合には、演算増幅器４３の出力電圧Ｖ４のみが比較器５２の比較基準電圧Ｖrefと等しく又は高くなるため、ＬＥＤ５６のみ点灯する。
以上のように、本実施例においても、どのＬＥＤが点灯しているかを確認することで、光ファイバー終端の光レベルがどの程度であるか、及び光レベルの低下を容易にチェックすることが出来る。

0010

一般的な比較器の説明図である。
従来のレベル表示用マルチレベルコンパレータの回路図である。
従来の可変抵抗器を用いたレベル表示用マルチレベルコンパレータの回路図である。
本発明に係るレベルチェッカーの概略図である。
本発明に係るレベルチェッカーの実施状態を示す回路図である。

0011

２０受光素子
２１光電増幅器
２２演算増幅器
２３ 演算増幅器
２４比較器
２５ 比較器
２６ 比較器
２７発光素子
２８ 発光素子
２９ 発光素子
３０比較基準電圧用ツェナーダイオード
３１電圧制御用抵抗素子
３２基準電圧源
４０ 光電増幅器
４１ 演算増幅器
４２ 演算増幅器
４３ 演算増幅器
４４可変抵抗器
４５ 可変抵抗器
４６ 可変抵抗器
４７ 可変抵抗器
４８フォトダイオード
４９ 比較器
５０ 比較器
５１ 比較器
５２ 比較器
５３ＬＥＤ
５４ ＬＥＤ
５５ ＬＥＤ
５６ ＬＥＤ
５７ 比較基準電圧用ツェナーダイオード
５８安定化電源回路
５９レギュレータ
６０ 外部電源