(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部（１）から出射された光パルス（ａ）を光分岐器（３）を介して測定対象光ファイバ（４）へ入射して、この測定対象光ファイバから出射される後方散乱光（ｂ）を前記光分岐器を介して受光器（５）で受光して電気信号（ｃ）に変換し、この変換された電気信号から前記後方散乱光の特性（Ｐ）を得る光パルス試験装置において、
前記光パルスの出射時刻からの経過時間を計時するためのクロック信号（ｅ）を送出するクロック回路（６）と、
前記受光器から前記光パルスの出射時刻からの時間経過とともに出力される電気信号における各経過時間（ｔ）の測定値を前記クロック信号に同期して一定間隔で記憶する測定値メモリ（１５）と、
前記各経過時間における前記受光器の裾引き電流に相当する補正値（Ｒ）を、該当経過時間における前記測定値メモリに記憶された測定値（Ｄ）と、一つ先の経過時間における補正値（Ｒ）とに基づいて算出する補正値算出手段（２２）と、
前記測定値メモリに記憶された各経過時間における測定値から、前記算出された各経過時間における補正値を減算して、各経過時間における前記後方散乱光の特性値（Ｐ）を算出する特性値算出手段（２３）とを備え、
前記補正値算出手段は、
任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が前記裾引き電流の変化度で定まる単位量以下のとき、該当経過時間における補正値を該当経過時間における測定値とし、
任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が前記裾引き電流の変化度で定まる単位量を越えると、該当経過時間における補正値を前記一つ先の経過時間における補正値に前記単位量を加算した値とすることを特徴とする光パルス試験装置。
【請求項２】
光源部（１）から出射された光パルス（ａ）を光分岐器（３）を介して測定対象光ファイバ（４）へ入射して、この測定対象光ファイバから出射される後方散乱光（ｂ）を前記光分岐器を介して受光器（５）で受光して電気信号（ｃ）に変換し、この変換された電気信号から前記後方散乱光の特性（Ｐ）を得る光パルス試験装置において、
前記光パルスの出射時刻からの経過時間を計時するためのクロック信号（ｅ）を送出するクロック回路（６）と、
前記受光器から前記光パルスの出射時刻からの時間経過とともに出力される電気信号における各経過時間（ｔ）の測定値を前記クロック信号に同期して一定間隔で記憶する測定値メモリ（１５）と、
前記各経過時間における前記受光器の裾引き電流に相当する補正値（Ｒ）を、該当経過時間における前記測定値メモリに記憶された測定値（Ｄ）と、一つ先の経過時間における補正値（Ｒ）とに基づいて算出する補正値算出手段（２２）と、
前記測定値メモリに記憶された各経過時間における測定値から、前記算出された各経過時間における補正値を減算して、各経過時間における前記後方散乱光の特性値（Ｐ）を算出する特性値算出手段（２３）とを備え、
前記補正値算出手段は、
任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が前記裾引き電流の変化度で定まる単位量以下のとき、該当経過時間における補正値を該当経過時間における測定値とし、
任意の経過時間における測定値が前記裾引き電流の増加分を無視できる大きさに予め定められた基準値以下で、かつ前記任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が前記裾引き電流の変化度で定まる単位量を越えると、該当経過時間における補正値を前記一つ先の経過時間における補正値に前記単位量を加算した値とし、
任意の経過時間における測定値が前記裾引き電流の増加分を無視できる大きさに予め定められた基準値を越えると、該当経過時間における補正値を該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値とすることを特徴とする光パルス試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象の光ファイバの一端から光パルスを入射して、この測定対象の光ファイバから出射される後方散乱光を検出して、この後方散乱光の特性を用いて測定対象の光ファイバの各種特性試験を行う光パルス試験装置（ＯＴＤＲ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムに使用される光ファイバが有する各種の光信号の伝送特性試験や異常発生時における異常発生箇所の検出作業等に後方散乱光を利用した光パルス試験装置が採用される。
【０００３】
図６は、一般的な光パルス試験装置の概略構成図である。
例えば、半導体レーザが組込まれた光源部１は、図７に示すように、数μｓ（マイクロ・セック）のパルス幅Ｗを有する光パルスａを出射する。光源部１は、光パルスａを出射すると同時にクロック回路６へ測定開始信号ｇを送出する。クロック回路６は、測定開始信号ｇが入力されると、Ａ／Ｄ変換器７へ光パルスａの出射時刻からの経過時間ｔを計時するためのクロック信号ｅを送出する。
【０００４】
光源部１から出射された光パルスａは、光分岐器２を透過して、コネクタ３を介して、このコネクタ３に接続された測定対象の光ファイバ４の一端４ａへ入射される。一端４ａから光ファイバ４内へ入射した光パルスａは、この光ファイバ４内を他端４ｂ方向へ伝送される過程で、光ファイバ４内の各位置で散乱反射を起こし、これらが後方散乱光ｂとして、光パルスａの進行方向と逆方向に進む。この後方散乱光ｂは光ファイバ４の一端４ａから出射され、光分岐器２で分岐されて受光器５へ入射される。
【０００５】
受光器５へ入射される後方散乱光ｂは、図７に示すように、光パルスａの出射時刻からの経過時間ｔの増加に伴って減少し、光パルスａが他端４ｂに達した経過時間ｔに大きな遠端（他端）反射９が生じる。受光器５は入射した後方散乱光ｂを図７に示す電気信号ｃに変換して、次のＡ／Ｄ変換器７へ送出する。
【０００６】
Ａ／Ｄ変換器７は、入力された後方散乱光ｂに対応する電気信号ｃを、クロック回路６から出力されるクロック信号ｅに同期して、各デジタルデータの測定値ＤＡに変換してデータ処理部８へ送出する。
【０００７】
データ処理部８は、クロック信号ｅに同期して入力される、光パルスａの出射時刻からの経過時間ｔに対応した各測定値ＤＡ（ｔ）から、該当測定対象の光ファイバ４における後方散乱光の特性Ｆ（ｔ）を求める。そして、この後方散乱光の特性Ｆ（ｔ）を用いて、測定対象の光ファイバ４の各種の伝送特性試験や異常発生時における異常発生箇所の検出処理を実施する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図６に示した光パルス試験装置においても、未だ改良すべき次のような課題があった。
【０００９】
すなわち、後方散乱光ｂを電気信号ｃに変換する受光器５は、一般に、アパランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）で構成されている。この受光器５は、入射光に比例した電気信号（電流）を出力する。しかしながら、詳細に測定すると、光信号入射後に非常に低いレベル（信号に対して数１０ｄＢ低いレベル）であるが長時間（１００μｓ〜数ｍｓ）なだらかな電流（信号）を出力する。
【００１０】
例えば、図８（ａ）に示すように、パルス幅が極く短い光パルス１０が受光器５に入射した場合、この受光器５から出力される電気信号１１には、光パルス１０に相当する信号１１ａの他に、低レベルの裾引き電流に対応する裾引き信号１１ｂが生じる。
【００１１】
この低レベルの裾引き電流に対応する裾引き信号１１ｂの継続時間である１００μｓ〜数ｍｓは、図６に示した光パルス試験装置で測定対象の光ファイバ４における後方散乱光ｂで測定する距離に換算すると、数１０ｋｍに相当し、図８（ｃ）に示す波形の後方散乱光ｂが受光器５に入射したとしても、受光器５から出力される電気信号ｃの波形は、裾引き電流に対応する裾引き信号１１ｂが重畳した波形となる。
【００１２】
電気信号ｃに対する裾引き信号１１ｂの影響は、光パルスａの出射時刻からの経過時間ｔが小さく、電気信号ｃが大きい領域においては、さほど問題にならないが、経過時間ｔが遠端（他端）反射９の発生位置近傍になると、後方散乱光ｂのレベルが低くなり、それに伴い電気信号ｃのレベルも低くなり、無視できない値となる。
【００１３】
その結果、この光パルス試験装置で得られる後方散乱光特性の測定精度が低下し、この後方散乱光特性を用いて算出する測定対象の光ファイバの各種特性や異常位置の算出精度が低下する。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、後方散乱光の経過時間に対する変化率と裾引き電流の経過時間に対する変化率との差異を利用することにより、受光器から出力される電気信号から、裾引き電流に起因する信号成分を確実に除去し、後方散乱光特性の測定精度を大幅に向上できる光パルス試験装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源部から出射された光パルスを光分岐器を介して測定対象光ファイバへ入射して、この測定対象光ファイバから出射される後方散乱光を光分岐器を介して受光器で受光して電気信号に変換し、この変換された電気信号から後方散乱光の特性を得る光パルス試験装置に適用される。
【００１６】
そして、上記課題を解消するために、本発明の光パルス試験装置においては、光パルスの出射時刻からの経過時間を計時するためのクロック信号を送出するクロック回路と、受光器から光パルスの出射時刻からの時間経過とともに出力される電気信号における各経過時間の測定値をクロック信号に同期して一定間隔で記憶する測定値メモリと、各経過時間における受光器の裾引き電流に相当する補正値を、該当経過時間における測定値メモリに記憶された測定値と、一つ先の経過時間における補正値とに基づいて算出する補正値算出手段と、測定値メモリに記憶された各経過時間における測定値から、算出された各経過時間における補正値を減算して、各経過時間における後方散乱光の特性値を算出する特性値算出手段とを備えている。
さらに、補正値算出手段は、任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が裾引き電流の変化度で定まる単位量以下のとき、該当経過時間における補正値を該当経過時間における測定値とする。
また、補正値算出手段は、任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が裾引き電流の変化度で定まる単位量を越えると、該当経過時間における補正値を記一つ先の経過時間における補正値に前記単位量を加算した値とする。
【００１７】
このように構成された光パルス試験装置の動作原理を説明する。
図８（ｂ）を用いて説明したように、裾引き電流に対する裾引き信号は、レベルは低いが長時間に亘って継続する。そして、その裾引き信号の経過時間に対する変化度は、本来の後方散乱光に対応する電気信号における経過時間に対する変化度に比較して、非常に少ない。
【００１８】
光パルスの出射時刻から後方散乱光が十分減衰したとみなせる規定時間が経過すると、裾引き信号が本来の後方散乱光に対応する電気信号を大きく越える。この規定時間における電気信号の値は裾引き電流に対する裾引き信号の値とみなせる。
【００１９】
したがって、受光器から出力される電気信号から、裾引き電流に対する裾引き信号、すなわち、各経過時間における補正値を求める場合、規定時間における補正値から経緯時間を遡る方向に存在する各補正値を順次求めていくことができる。
【００２０】
よって、この発明においては、各経過時間における補正値を、該当経過時間における測定値と一つ先の経過時間における補正値とに基づいて算出している。
【００２３】
また、別の発明においては、上述した発明の光パルス試験装置における補正値算出手段は、
任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が前記裾引き電流の変化度で定まる単位量以下のとき、該当経過時間における補正値を該当経過時間における測定値とし、
任意の経過時間における測定値が前記裾引き電流の増加分を無視できる大きさに予め定められた基準値以下で、かつ前記任意の経過時間における測定値と該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値との差が前記裾引き電流の変化度で定まる単位量を越えると、該当経過時間における補正値を前記一つ先の経過時間における補正値に前記単位量を加算した値とし、
任意の経過時間における測定値が前記裾引き電流の増加分を無視できる大きさに予め定められた基準値を越えると、該当経過時間における補正値を該当経過時間の一つ先の経過時間における補正値とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は実施形態に係る光パルス試験装置の概略構成を示す図である。図６に示す従来の光パルス試験装置と同一部分には同一符号が付してある。したがって、重複する部分の詳細説明を省略する。
【００２５】
光源部１から出射された図７に示す数μｓ（マイクロ・セック）のパルス幅Ｗを有する光パルスａは、光分岐器２及びコネクタ３を介して測定対象の光ファイバ４へ入射される。一端４ａから光ファイバ４内へ入射した光パルスａは、この光ファイバ４内を他端４ｂ方向へ伝送される過程で、光ファイバ４内の各位置で散乱反射を起こし、これらが後方散乱光ｂとして、光ファイバ４の一端４ａから出射され、光分岐器２で分岐されて受光器５へ入射される。受光器５へ入射された後方散乱光ｂは図７に示す電気信号ｃに変換されて、次のＡ／Ｄ変換器７へ送出される。
【００２６】
なお、光源部１は、光パルスａを出射すると同時にクロック回路６へ測定開始信号ｇを送出する。クロック回路６は、測定開始信号ｇが入力されると、Ａ／Ｄ変換器７へ光パルスａの出射時刻からの経過時間ｔを計時するためのクロック信号ｅを送出する。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器７は、入力された後方散乱光ｂに対応する電気信号ｃを、クロック回路６から出力されるクロック信号ｅのクロックに同期して、各デジタルデータの測定値ＤＡに変換してデータ処理部１２へ送出する。
【００２８】
コンピュータ等の情報処理装置で構成されたデータ処理部１２内には、読取データメモリ１３、平均値メモリ１４、測定値メモリ１５、補正値メモリ１６、特性値メモリ１７、基準値Ｄｍと単位量Ａと規定時間ＴＳを記憶する設定値メモリ１８等が設けられている。
【００２９】
さらに、このデータ処理部１２内には、アプリケーションプリグラム上に形成された、測定値読取部１９、移動平均化部２０、並べ替え部２１、補正値算出部２２、特性値算出部２３、特性出力部２４が設けられている。
【００３０】
そして、上述した各部１９〜２４は、図４に示す流れ図に従って、測定対象の後方散乱光ｂの特性の算出処理を実施する。
【００３１】
先ず、測定値読取部１９が起動して、Ａ／Ｄ変換器７から、クロック信号ｅのクロックに同期して順次入力される、光パルスａの出射時刻からの経過時間ｔが付された電気信号ｃの各値を各測定値ＤＡ（ｔ）として、読取って時系列的に読取データメモリ１３へ書込む（Ｓ１）。
【００３２】
次に、移動平均部２０が起動して、読取データメモリ１３に書込まれた各測定値ＤＡ（ｔ）の移動平均を算出して、新たな各経過時間ｔの測定値Ｄ（ｔ）として、平均値メモリ１４へ書込む（Ｓ２）。
【００３３】
次に、並べ替え部２１が起動して、平均値メモリ１４に各経過時間ｔ順に書込まれた各測定値Ｄ（ｔ）を、設定値メモリ１８に記憶された規定時間ＴＳを起点（演算時間ｎ＝０）として、経過時間ｔが減少する方向に並べ替えて、新たな測定値Ｄ（ｎ）として、測定値メモリ１５へ書込む（Ｓ３）。
【００３４】
ここで、ｎは後方散乱光ｂの正しい特性の特性値Ｐを経過時間ｔの方向に対して逆方向から順次算出していくためのパラメータとしての演算時間であり、次式で定義される。
演算時間ｎ＝ＴＳ―ｔ
なお、規定時間ＴＳは、図２に示すように、受光器５から出力される電気信号ｃが十分減衰した経過時間ｔに設定されている。
【００３５】
次に、補正値算出部２２が起動して、測定値メモリ１５に書込まれた、各演算時間ｎにおける、裾引き電流に相当する補正値Ｒｎの算出処理を開始するために、演算時間ｎを１に設定（ｎ＝１）し、読出データの初期化を実施する（Ｓ４）。そして、測定値メモリ１５からｎ番目、すなわち演算時間ｎの測定値Ｄｎを読出す（Ｓ５）。
【００３６】
そして、この読出した測定値Ｄｎが設定値メモリ１８に記憶された図２に示す基準値Ｄｍ以下であることを確認する（Ｓ６）。基準値Ｄｍ以下の場合、測定値Ｄｎは十分小さいので、次に、補正値メモリ１６に記憶された一つ前の演算時間（ｎ―１）の補正値Ｒｎ−１を読出す。なお、補正値メモリ１６においては、ｎ＝１の補正値Ｒ１は予め固定の初期値ＲＳＴに設定されている。
【００３７】
そして、測定値Ｄｎから補正値Ｒｎ−１を減算した値が設定値メモリ１８に記憶された単位量Ａ未満か否かを判定する（Ｓ７）。
【００３８】
Ｄｎ―Ｒｎ−１＜Ａ…（１）
なお、この単位量Ａは前述した裾引き電流の単位時間（１クロック）当たりの変化量（この場合増加量）に基づいて予め定められて、設定値メモリ１８に設定されている。
【００３９】
単位量Ａ未満の場合は、測定値Ｄｎは十分小さく、変化が少ないので、補正値Ｒｎを測定値Ｄｎとする（Ｓ８）。
Ｒｎ＝Ｄｎ…（２）
そして、算出された今回の演算時間ｎにおける補正値Ｒｎを補正値メモリ１６に書込む（Ｓ９）。さらに、特性値算出部２３が起動して、測定値ＤＡ（ＴＳ―ｎ）からこの補正値Ｒｎを減算して、後方散乱光ｂに対応する特性値Ｐｎを求め、特性値メモリ１７へ書込む（Ｓ１０）。
Ｐｎ＝ＤＡ（ＴＳ―ｎ）―Ｒｎ…（３）
以上で、一つの演算時間ｎにおける特性値Ｐｎの算出処理が終了したので、Ｓ１１にて、演算時間ｎを更新する（ｎ＝ｎ＋１）。そして、更新後の演算時間ｎが最終の演算時間ｎＥ（＝ＴＳ）を越えていなければ、Ｓ５へ戻り、測定値メモリ１５から、更新後の演算時間ｎの測定値Ｄｎを読出して、更新後の演算時間ｎに対する特性値Ｐｎの算出処理を開始する。
【００４０】
そして、Ｓ７にて、測定値Ｄｎから補正値Ｒｎ−１を減算した値が設定値メモリ１８に記憶された単位量Ａを越えた場合は、図２に示すように、電気信号ｃに含まれる後方散乱光の成分が上昇したと判断する。そして、今回の演算時間ｎの補正値Ｒｎを補正値メモリ１６に記憶されている前回の演算時間（ｎ―１）の補正値Ｒｎ−１に単位量Ａを加算した値とする（Ｓ１３）。
Ｒｎ＝Ｒｎ−１＋Ａ…（４）
そして、算出した今回の演算時間ｎの補正値Ｒｎを特性値メモリ１６へ書込む（Ｓ９）。
【００４１】
さらに、Ｓ６にて、今回の演算時間ｎの測定値Ｄｎが、設定値メモリ１８に記憶された基準値Ｄｍを越えると、図２に示すように、電気信号ｃに含まれる後方散乱光の成分が十分に大きく、裾引き電流の増加分を無視できると判断する。そして、今回の演算時間ｎの補正値Ｒｎを補正値メモリ１６に記憶されている前回の演算時間（ｎ―１）の補正値Ｒｎ−１とする（Ｓ１４）。
Ｒｎ＝Ｒｎ−１…（５）
そして、算出した今回の演算時間ｎの補正値Ｒｎを特性値メモリ１６へ書込む（Ｓ９）。
【００４２】
図１の特性出力部２４は、特性値メモリ１７に記憶された各演算時間ｎの特性値Ｐｎを、図３（ｂ）に示すように、元の経過時間ｔの特性Ｐに編集して例えば表示器に表示出力する。
【００４３】
このように構成された光パルス試験装置においては、図２の拡大図に示すように、受光器５から出力される電気信号ｃに含まれる裾引き電流に相当する補正値Ｒを算出する手法として、後方散乱光ｂが十分減衰し、電気信号ｃには裾引き電流のみが含まれると見なせる規定時間ＴＳ経過した経過時間ｔを基準として、逆方向へ補正値Ｒを順番に算出している。
【００４４】
この場合、最初は、測定値Ｄｎ（電気信号ｃ）に含まれる後方散乱光ｂの成分は非常に少なく、大部分は裾引き電流に相当する成分である。よって、この区間においては補正値Ｒｎを測定値Ｄｎとしている。
【００４５】
次に、測定値Ｄｎ（電気信号ｃ）の増加度が裾引き電流の増加度（単位量Ａ）を越えると、補正値Ｒｎの増加量を単位量Ａに制限している。
【００４６】
そして、測定値Ｄｎ（電気信号ｃ）が規定値Ｄｍに達すると、この測定値Ｄｎ（電気信号ｃ）に含まれる後方散乱光ｂの成分が十分に大きく、裾引き電流の増加分を無視できるので、補正値Ｒｎの増加を停止する。
【００４７】
したがって、図３（ａ）に示すように、測定値Ｄ（電気信号ｃ）に含まれる裾引き電流に対応する補正値Ｒが正確に算出される。その結果、図３（ｂ）に示すように、裾引き電流に対応する成分が除去され、後方散乱光ｂの成分のみを含む後方散乱光ｂの特性Ｐを高い精度で測定することができた。
【００４８】
図５（ａ）は、実施形態の光パルス試験装置で測定された後方散乱光ｂにおける受光器５から出力された電気信号ｃの波形図である。この電気信号ｃには、２５ｄＢ近傍に裾引き電流に対応する成分（補正値Ｒ）が含まれていることが理解できる。
【００４９】
図５（ｂ）は、実施形態の光パルス試験装置で測定された後方散乱光ｂにおけるデータ処理部１２から出力された後方散乱光ｂの特性Ｐを示す波形図である。この特性Ｐには、２５ｄＢ近傍に裾引き電流に対応する成分（補正値Ｒ）が除去されていることが理解できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光パルス試験装置においては、後方散乱光の経過時間に対する変化率と裾引き電流の経過時間に対する変化率との差異を利用して、受光器から出力される電気信号から、裾引き電流に起因する信号成分を除去している。したがって、後方散乱光特性の測定精度を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる光パルス試験装置の概略構成を示す図
【図２】同実施形態の光パルス試験装置のデータ処理部における補正値の算出手順を説明するための図
【図３】同実施形態の光パルス試験装置における測定値から後方散乱光の特性値を得る手順を示す図
【図４】同実施形態の光パルス試験装置におけるデータ処理部における特性値を得る手順を示す流れ図
【図５】同実施形態の光パルス試験装置における後方散乱光の実測図
【図６】一般的な光パルス試験装置の概略構成を示す図
【図７】同一般的な光パルス試験装置の動作を示すタイムチャート
【図８】同一般的な光パルス試験装置の問題点を説明するための図
【符号の説明】
１…光光源
２…光分岐器
３…コネクタ
４…光ファイバ
５…受光器
６…クロック回路
７…Ａ／Ｄ変換器
１２…データ処理部
１５…測定値メモリ
１６…補正値メモリ
１７…特性値メモリ
１８…設定値メモリ
１９…測定値読取部
２０…移動平均化部
２１…並べ替え部
２２…補正値算出部
２３…特性値算出部
２４…特性出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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