(57)【要約】【課題】  広い周波数帯域を使用可能であり、雑音特性が優れたビデオオーバーレイ光受信器を提供する。【解決手段】  ビデオオーバーレイ光受信器１００であって、光信号を電気信号に変換する受光素子１１０と、５０Ωの出力インピーダンス値を有し、電気信号増幅するトランスインピーダンス増幅器１４０とを有する。【選択図】図１
2006109436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオオーバーレイ光受信器であって、
光信号を電気信号に変換する受光素子と、
５０Ωの出力インピーダンス値を有し、前記電気信号を増幅するトランスインピーダンス増幅器とを有することを特徴とするビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項２】
前記トランスインピーダンス増幅器から入力された５０Ωの電気信号を１：１.５の比率でインピーダンス変換して７５Ωの電気信号を出力するインピーダンス変換器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項３】
前記受光素子は、フォトダイオードを含み、前記トランスインピーダンス増幅器に接続されることを特徴とする請求項１に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項４】
前記トランスインピーダンス増幅器は、自動利得制御機能を含まないことを特徴とする請求項１に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項５】
接地と前記受光素子とに接続されるレジスタと、
前記受光素子と前記トランスインピーダンス増幅器との間に接続されるブロッキングキャパシタとを有することを特徴とする請求項１に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項６】
前記トランスインピーダンス増幅器は、自動利得制御機能を外部から制御するための自動利得制御端子を有することを特徴とする請求項１に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項７】
ビデオオーバーレイ光受信器であって、
光信号を電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子の出力側に接続され、前記電気信号を７５Ωのインピーダンス値で出力するトランスインピーダンス増幅器とを有することを特徴とするビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項８】
前記トランスインピーダンス増幅器は、自動利得制御機能を含まないことを特徴とする請求項７に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項９】
前記トランスインピーダンス増幅器は、自動利得制御機能を外部から制御するための自動利得制御端子を有することを特徴とする請求項７に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項１０】
ビデオオーバーレイ光受信器であって、 
光信号を電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子の出力側に接続され、電気信号を５０Ωの出力インピーダンス値を有し、相違する極性を有する２又はそれ以上の電気信号に差動増幅させるトランスインピーダンス増幅器と、
差動増幅された前記電気信号から２次調波による信号歪みのない電気信号を生成するバランとを有することを特徴とするビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項１１】
前記トランスインピーダンス増幅器と前記バランとの間に配置され、差動増幅された前記電気信号を増幅させて前記バランに出力させるプッシュプルを有することを特徴とする請求項１０に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項１２】
前記ビデオオーバーレイ光受信器は、対応する電気信号を１：１.５の比率でインピーダンス変換させることを特徴とする請求項１０に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【請求項１３】
前記受光素子は、フォトダイオードを有することを特徴とする請求項１０に記載のビデオオーバーレイ光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光受信器に関して、特に、映像信号を受信するためのビデオオーバーレイ方式の光受信器に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
１.２５Ｇｂｐｓの光送受信モジュールを含む受動型光ネットワーク(Ｐａｓｓｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋ)は、よく知られているものである。このような光送受信モジュールは、光送信及び受信手段をまとめてパッケージ化された形態で構成されており、両方向送受信が可能である。
【０００３】
上述した受動型光ネットワークは、アップリンク光信号の波長帯域として１３１０nmの波長帯域を、ダウンリンク光信号の波長帯域として１４９０nmの波長帯域を使用して、両方向通信を行う。また、１５５０nm又は１５５８nmの波長帯域を用いる受動型光ネットワークもよく知られている。この受動型光ネットワークは、各家庭に有線放送を提供するものである。
【０００４】
受動型光ネットワークに接続される加入者装置は、光信号を通じて伝送される有線及び衛星放送を受信するために、ビデオオーバーレイ光受信器(Ｖｉｄｅｏ  ｏｖｅｒｌａｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ)を備える必要がある。一般的なビデオオーバーレイ光受信器は、光信号を電気信号に変換するためのフォトダイオードを備え、このビデオオーバーレイ光受信器により受信された光信号は、電気信号に変換された後に、ケーブル放送のための７５Ωの入力及び出力インピーダンス値を有する光帯域光増幅器に伝送される。
【０００５】
しかしながら、光信号を電気信号に変換するためのフォトダイオードは、上記光帯域増幅器より高い内部インピーダンスを有する。このため、該フォトダイオードにて変換された電気信号が、光帯域増幅器とフォトダイオードとの間のインピーダンス差によって、光帯域増幅器で反射される現象が頻繁に発生してしまう問題があり、このフォトダイオードと光帯域増幅器との間のインピーダンス差は、信号の歪み及び損失をもたらしてしまう。
【０００６】
このような問題点を解決するために、フォトダイオードと光帯域増幅器との間に７５Ωのインピーダンス値を有するマッチングレジスタ(ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ)を挿入する方法が用いられるが、該マッチングレジスタを含む光受信器は、雑音（ノイズ）特性が悪くなる問題があった。 
【０００７】
なお、この上記雑音特性を改善するためのインピーダンス変換器(Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＩＭＴＦ)を備える構造としては、Ｍａｔｓｕｍｏｔｏらによって提案された“ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ”に詳しく開示されている（特許文献１参照）。また、線形特性を改善するためのバラン(Ｂａｌａｎｃｅ ｔｏ  ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ)を含む構造としては、Ｊｏｅｌらによって提案された“Ｂａｌｕｎ  ｆｏｒ  ｃｏａｘｉａｌ  ｃａｂｌｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”に詳しく開示されている（特許文献２参照）に詳しく開示されている。 
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，４１０，９０２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７４１，８１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように上記従来のインピーダンス変換器は、フォトダイオードで変換された電気信号の有する高いインピーダンス値を、光帯域増幅器の７５Ωのインピーダンス値に変換するので、インピーダンス変換の比率が高くなってしまう。さらに、使用可能な帯域幅(ｂａｎｄｗｉｄｔｈ)が狭くなるため、光受信器は、２ＧＨｚ以上の広い周波数帯域に使用できないという問題があった。 
【００１０】
そこで、上記の従来技術による問題点を解決するための本発明の目的は、広い周波数帯域を使用可能であり、かつ雑音特性が優れたビデオオーバーレイ光受信器を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の１つの側面としてのビデオオーバーレイ光受信器は、光信号を電気信号に変換する受光素子と、５０Ωの出力インピーダンス値を有し、前記電気信号を増幅するトランスインピーダンス増幅器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、５０Ωの出力インピーダンス値を有するトランスインピーダンス増幅器を備えているので、２.０ＧＨｚ以上の広帯域の光信号を受信可能で、かつ受信される光信号の雑音を最小化し、高線形の光信号を受信することが可能なビデオオーバーレイ光受信器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下に、以下の説明において、本発明の要旨を不明にぼかすと判断される場合には、関連する公知の機能や構成についての詳細な説明を適宜省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器の構造を示すブロック構成図である。図１に示すように、本実施形態のビデオオーバーレイ光受信器１００は、光信号を電気信号に変換するための受光素子１１０と、電気信号を増幅するための５０Ωの出力インピーダンス値を有するトランスインピーダンス増幅器(Ｔｒａｎｓ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＴＩＡ)１４０と、トランスインピーダンス増幅器１４０で増幅された電気信号が７５Ωの出力インピーダンス値を有するようにインピーダンス変換するためのインピーダンス変換器(Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＩＴ)１５０と、直流電流を接地(ｅａｒｔｈ)するためのレジスタ１３０と、ブロッキングキャパシタ(ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ)１２０とを含む。
【００１５】
トランスインピーダンス増幅器１４０は、ケーブル放送(ＣＡＴＶ)を受信するために、８７０ＭＨｚ以上の周波数帯域幅を有しており、地上波放送(ＭＡＴＶ)と衛星放送(ＳＡＴＶ)とを受信するためには、２.１５ＧＨｚの周波数帯域幅を有する必要がある。すなわち、本実施形態のビデオオーバーレイ光受信器１００は、ビデオオーバーレイ光受信器１００の入力側１０１から入力された光信号を７５Ωの出力インピーダンス値を有する電気信号に変換して、ビデオオーバーレイ光受信器１００の出力側１０２に出力する。
【００１６】
また、トランスインピーダンス増幅器１４０は、過負荷の発生を防止するために自動利得調節(Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ)機能を備えている。図２は、図１に示したトランスインピーダンス増幅器１４０の特性を示すグラフである。図２に示すように、トランスインピーダンス増幅器１４０に入力される入力電流が閾値１００μＡ以下の振幅である場合、トランスインピーダンス増幅器１４０は、高い定数値のトランスインピーダンス(ｄＶｏ/ｄｌｉ)値を有することになる。
【００１７】
一方、１００μＡを超える振幅の電流がトランスインピーダンス増幅器１４０に入力されると、トランスインピーダンス増幅器１４０から出力される電気信号の強さは常に一定の値を維持し、また、非常に小さいトランスインピーダンス値を有することになる。本実施形態におけるトランスインピーダンス増幅器１４０は、閾値電流を越える電流が入力される場合には、線形性が低下する。
【００１８】
このため、レジスタ１３０は、電気信号の特性の劣化防止のために、受光素子１１０で変換された電気信号のうちの直流電流成分のみを接地（アース）する。すなわち、該直流電流成分のみがレジスタ１３０により接地される。また、本実施形態のレジスタ１３０は、数ＫΩに設定されており、当該レジスタ１３０による熱雑音を最小化させ、トランスインピーダンス増幅器１４０の利得(ゲイン)特性を劣化させないようにしている。すなわち、有線放送のための光信号においては、チャンネル毎の大きな直流電流(−６ｄＢｍ＝２５０μＷ)によって１０μＷよりも小さい信号(〜１０μＷ)が搬送されるので、直流電流成分は、受光素子１１０で変換された電気信号から除去される必要がある。
【００１９】
受光素子１１０の光入力と電流出力との比（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ）が１(Ａ/Ｗ)である場合には、ブロッキングキャパシタ１２０は、レジスタ１３０で接地（アース）された直流電流（２５０μＡ）を除いた残りの電気信号（１０μＡ）をトランスインピーダンス増幅器１４０に送出する。そして、トランスインピーダンス増幅器１４０は、ブロッキングキャパシタ１２０から入力されたこの電気信号を増幅する。
【００２０】
図３は、図１に示したビデオオーバーレイ光受信器１００の帯域幅特性を示すグラフである。図３に示すグラフは、受光素子１１０の等価モデルとトランスインピーダンス増幅器１４０とで測定されたＳ-パラメータを用い、シミュレーションを通じて得られたものである。このグラフにおいて、ビデオオーバーレイ光受信器１００は、２.４８ＧＨｚの帯域幅を有している。 
【００２１】
図４は、ビデオオーバーレイ受信器１００に入力される光信号のパワー分布を説明するためのグラフである。光通信標準化規格であるＩＴＵＴ−Ｇ  ９８３.３によると、アナログ放送であるＡＭ-ＶＳＢ伝送形態のＳＣＭ(Ｓｕｂ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)光伝送システムでは、光受信器は−６.７〜７.７ｄＢｍの最小入力パワーを有している。図４のグラフにおいて、−６ｄＢｍ(２５０μＷ)の平均パワーを有する入力光信号に最大チャンネル数の信号が乗せられて入力される場合には、ビデオオーバーレイ受信器１００に入力される光信号の全体の光パワーが時間に従って−６ｄＢｍを中心にガウス(Ｇａｕｓｓｉａｎ)分布を有する。
【００２２】
すなわち、０〜５００μＷの光パワーを有する光信号が、ビデオオーバーレイ光受信器１００に入力され、受光素子１１０の光入力と電流出力との比が１(Ａ/Ｗ)である場合には、０〜５００μＡの電流がトランスインピーダンス増幅器１４０に入力される。なお、１００μＡの振幅を有する光信号を歪みなしに受信できるトランスインピーダンス増幅器としては、チャンネル数が制限された一般的なビデオオーバーレイ光受信器でも十分適用可能である。
【００２３】
一方、地上波放送、有線ケーブル放送、衛星放送のチャンネルのような多様な放送媒体（放送メディア）を収容するためには、ビデオオーバーレイ光受信器１００は、最大のチャンネル数を維持し、かつ帯域幅は５０〜２１５０ＭＨｚの範囲を有していなければならない。そして、上述したような最大のチャンネル数を確保するためには、トランスインピーダンス増幅器１４０は、２５０μＡの振幅を有する光信号に対して線形性を維持する必要がある。 
【００２４】
すなわち、多様な形態の放送信号を受信するために、トランスインピーダンス増幅器１４０は、２５０μＡの強さを有する光信号に対しても線形性を保証（維持）する必要がある。２５０μＡの強さを有する光信号に対して線形性を保証（維持）するためには、当該ビデオオーバーレイ光受信器１００に入力される光信号のパワーに関係なく、当該ビデオオーバーレイ光受信器１００の外部から別途、自動利得制御(ＡＧＣ)端子に印加された電圧に基づいて定められたトランスインピーダンス値を有するトランスインピーダンス増幅器を適用するとよい。
【００２５】
また、自動利得制御機能を有していないトランスインピーダンス増幅器では、定数のインピーダンス値(ｔｚ)を用いることが好ましい。なお、自動利得制御機能を有していない製品としては、Ｅｕｄｙｎａ社のＦ０１００４０８Ｂ、Ｆ０１００４０４Ｂなどが挙げられる。
【００２６】
（第２の実施形態） 
図５は、本発明の第２の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器２００の構造を示すためのブロック構成図である。図５に示すように、本実施形態のビデオオーバーレイ光受信器２００は、光信号を電気信号に変換する受光素子２１０と、５０Ωの出力インピーダンス値を有するトランスインピーダンス増幅器２２０と、インピーダンス変換器２３０とを含んでいる。本実施形態のビデオオーバーレイ光受信器２００は、レジスタとブロッキングキャパシタのような直流電流(ＤＣ)ブロッキング手段（例えば、上記第１の実施形態におけるレジスタ１３０、ブロッキングキャパシタ１２０）を別途使用することなく、受光素子２１０がトランスインピーダンス増幅器２２０に直接接続されている。また、インピーダンス変換器２３０は、トランスインピーダンス増幅器２２０から入力される信号を１：１.５の比率でインピーダンス変換し、当該入力された信号が７５Ωの出力インピーダンス値を有するようにする。 
【００２７】
また、本実施形態のトランスインピーダンス増幅器２２０として、別途の自動利得制御端子ＶＡＧＣを有するトランスインピーダンス増幅器を適用することも可能であり、自動利得制御端子ＶＡＧＣに電圧が印加された場合には、トランスインピーダンス増幅器２２０が、自動利得制御機能を停止し、印加された電圧に応じて予め設定されたトランスインピーダンス値(ｔｚ)を有するように構成してもよい。この別途の自動利得制御端子を備えるトランスインピーダンス増幅器としては、Ｍｉｎｄｓｐｅｅｄ社のＭ０２０１６、Ｍ０２０１３などが挙げられ、それ以外にもＰｈｉｌｉｐｓ社のＴＺＡ３０４３ＢＵなども適用することができる。 
【００２８】
一方、デジタル放送信号においては、ＣＮＲ(Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ)の基準(ＱＰＳＫ：１６ｄＢ，１６-ＱＡＭ：２２ｄＢ，６４-ＱＡＭ：３４ｄＢ)が、アナログ方式(ＡＭ-ＶＳＢ：４４ｄＢ)に比べて軽減されるため、受信器の入力直流電流レベル(ｍｉｎｍｕｍ  ｒｅｑｕｉｒｅｄ  ｐｏｗｅｒ  ｌｅｖｅｌ，ＱＰＳＫ：−１８.３ｄＢｍ，６４-ＱＡＭ：−１３.６ｄＢｍ，２５６-ＱＡＭ：−１０.５ｄＢｍ)を−１０ｄＢｍ以下に低くすることが可能である。  
【００２９】
この場合、自動利得制御の高い閾値(ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ)電流(１００μＡ)を有するトランスインピーダンス増幅器を適用することが可能であり、将来、アナログ方式による放送が終了し、すべての放送がデジタル方式に切り替わった場合でも、上記第１の実施形態による最大チャンネル数の収容が可能である。また、本実施形態において、トランスインピーダンス増幅器２２０を一般的な自動利得制御機能を有する増幅器に代えても最大チャンネル数の収容が可能である。 
【００３０】
（第３の実施形態） 
図６は、本発明の第３の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器３００を示すためのブロック構成図である。図６に示すように、本実施形態のビデオオーバーレイ光受信器３００は、初期段(ｉｎｉｔｉａｌ  ｓｔａｇｅ)光受信部３１０と、この初期段光受信部３１０に接続されるプッシュプル(ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ)３２０と、このプッシュプル３２０に接続されるバラン(ｂａｌｕｎ)３３０と、このバラン３３０に接続されるインピーダンス変換器３４０とを含む。
【００３１】
初期段光受信部３１０は、受光素子３１１及びトランスインピーダンス増幅器３１２を備えている。受光素子３１１は、受信された光信号を電気信号に変換してトランスインピーダンス増幅器３１２に電気信号を出力する。トランスインピーダンス増幅器３１２は、この電気信号を差動増幅し、５０Ωの入力インピーダンス値を有する増幅された電気信号をプッシュプル３２０に出力する。 
【００３２】
バラン３３０は、プッシュプル３２０で差動増幅された各々の電気信号を一つの電気信号に統合させ、この統合された電気信号をインピーダンス変換器３４０に出力する。インピーダンス変換器３４０は、１：１.５のインピーダンス変換比率を有し、バラン３３０からの電気信号を７５Ωのインピーダンス値を有するようにインピーダンス変換させる。一方、トランスインピーダンス増幅器３１２が十分な利得（ゲイン）を有する場合に、プッシュプル３２０の動作は省略可能である。また、バラン３３０が、バラン３３０自体でインピーダンスを変換させる場合には、インピーダンス変換器３４０の動作も省略することが可能である。 
【００３３】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器４００を示すブロック構成図である。本実施形態のビデオオーバーレイ光受信器４００は、光信号を電気信号に変換するための受光素子４１０と、トランスインピーダンス増幅器４４０を備え、受光素子４１０とトランスインピーダンス増幅器４４０との間にブロッキングキャパシタ４２０が設けられている。そして受光素子４１０は、トランスインピーダンス増幅器４４０にブロッキングキャパシタ４２０を介して直接的に接続されている。 
【００３４】
そして、本実施形態では、トランスインピーダンス増幅器４４０は、電気信号をデータ通信に用いるために、７５Ωのインピーダンス値に増幅させて出力する。 
【００３５】
すなわち、ビデオオーバーレイ光受信器４００は、入力側４０１に入力された光信号を７５Ωのインピーダンス値を有する電気信号に変換し、出力側４０２を通じて増幅された電気信号を出力している。
【００３６】
また、ビデオオーバーレイ光受信器４００は、データ通信のために、５０Ωの出力インピーダンスを有するトランスインピーダンス増幅器４４０の代わりに、７５Ωの出力インピーダンスを有するトランスインピーダンス増幅器を使用してもよい。この場合に、インピーダンス変換器は、１：１.５のインピーダンス変換器を設ける必要がなくなる。
【００３７】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の変更が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示したトランスインピーダンス増幅器の特性を示すためのグラフである。
【図３】図１に示したビデオオーバーレイ光受信器の帯域幅特性を示すグラフである。
【図４】ビデオオーバーレイ光受信器に複数のチャンネルが同時に印加される場合に、光信号のパワー分布を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器を示すブロック構成図である。
【図７】本発明の第４の実施形態におけるビデオオーバーレイ光受信器を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  ビデオオーバーレイ光受信器
１１０  受光素子
１２０  ブロッキングキャパシタ
１３０  レジスタ
１４０  トランスインピーダンス増幅器
１５０  インピーダンス変換器
【図１】
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【図２】
2006109436.tif 000004
【図３】
2006109436.tif 000005
【図４】
2006109436.tif 000006
【図５】
2006109436.tif 000007
【図６】
2006109436.tif 000008
【図７】
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