(57)【要約】【課題】サイズを増加させることなく広いダイナミックレンジが得られ、幅広い用途に対応することが可能な光信号受信装置を提供する。【解決手段】光ファイバを収納したファイバフェルール１０の出射端面から出射された光信号が受光素子に受光されるまでの光路中に、調光フィルタ作用を有するガラス板５が設けられていることで、光信号に含まれる所定強度以上の成分が減衰された後受光されるので、ダイナミックレンジが拡大され、幅広い用途に用いることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号受信装置において、
光信号を送信し、出射端面から出射する光ファイバと、
出射された前記光信号を受光して、電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を与えられ、増幅して出力するアンプと、
前記光ファイバの出射端面から出射された前記光信号が前記受光素子に受光されるまでの光路中に設けられ、前記光信号を光強度が高くなるに従い減衰する調光作用を有する調光ガラス板と、
を備えることを特徴とする光信号受信装置。
【請求項２】
光信号受信装置において、
光信号を送信し、出射端面から出射する光ファイバと、
出射された前記光信号を受光して、電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を与えられ、増幅して出力するアンプと、
前記光ファイバの出射端面から出射された前記光信号が前記受光素子に受光されるまでの光路中に設けられ、前記光信号を光強度が高くなるに従い減衰する調光フィルタと、
を備えることを特徴とする光信号受信装置。
【請求項３】
前記調光フィルタが、前記光路中に少なくとも２個所設けられていることを特徴とする請求項２記載の光信号受信装置。
【請求項４】
前記調光フィルタが、前記光路中に設けられたガラス板の表面に設けられた調光フィルタ膜であることを特徴とする請求項２記載の光信号受信装置。
【請求項５】
前記ガラスの表面に設けられた前記調光フィルタ膜は、少なくとも２層積層されていることを特徴とする請求項４記載の光信号受信装置。
【請求項６】
前記光路中において、前記光信号を集光して前記受光素子に受光させるためのレンズをさらに備え、
前記調光フィルタが、前記レンズの表面に設けられた調光フィルタ膜であることを特徴とする請求項２記載の光信号受信装置。
【請求項７】
前記調光フィルタが、前記光ファイバの出射端面に設けられた調光フィルタ膜であることを特徴とする請求項２記載の光信号受信装置。
【請求項８】
前記調光フィルタが、前記受光素子の表面に設けられた調光フィルタ膜であることを特徴とする請求項２記載の光信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号受信装置に関し、特にトランスインピーダンスアンプを内蔵する装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２に、従来のトランスインピーダンスアンプ内蔵型光信号受信装置の光学系側面断面構造を示す。
【０００３】
パッケージ１内に基板２が収納され、基板２上にトランスインピーダンスアンプ３が搭載され、キャリア４に電気的に接続されている。
【０００４】
キャリア４の表面上には受光素子５が搭載されており、パッケージ１のガラス板６を通過した入射光が受光素子５に受光される。
【０００５】
一方、パッケージ１にはレンズホルダ７が結合されており、レンズホルダ７内にはレンズ８が収納されている。レンズホルダ７にはフェルールホルダ９が結合されており、フェルールホルダ９内にはファイバフェルール１０が収納され、ファイバフェルール１０内には図示されていない光ファイバが収納されており、光信号が伝送される。
【０００６】
ファイバフェルール１０の端面から出射された光信号１１が、レンズ８により集光され、ガラス板６を通過して受光素子５に入射する。
【０００７】
入射した光信号１１は、受光素子５によって光信号から電気信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ３で増幅された後出力される。
【０００８】
図１３に、トランスインピーダンスアンプ３の入力電流に対する出力信号の振幅の関係を示す。さらに、図１３に示されたＡ点、Ｂ点、Ｃ点におけるアイパターンデータをそれぞれ図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
【０００９】
図１３におけるＣ点のように、入力電流が所定値（例えば、１２００μＡ）を超えると、トランスインピーダンスアンプ３は飽和して図１４（ｃ）に示されたようにアイ開口が得られず、所定値以上に入力電流値が大きい領域では符号誤り率特性が劣化することになる（最大受信感度特性：Ｐｏ）。
【００１０】
また、入力信号値が小さすぎる領域においても、ノイズによりアイ開口が得られなくなり符号誤り率特性が劣化する（最小受信感度：Ｐｓ）。
【００１１】
このようなトランスインピーダンスアンプ３の入出力特性が原因となって、受信装置の符号誤り率特性における最大受信感度と最小受信感度が得られる領域（ダイナミックレンジ）が決まる。
【００１２】
図１５に、受光感度０．８（Ａ／Ｗ）で図１３に示された入出力特性を有するトランスインピーダンスアンプ３を使用したときのＰＤモジュールの入力光信号レベルに対する入力電気信号レベルを線Ｌ１１に示し、入力光信号レベルに対するトランスインピーダンスアンプ３の出力振幅の一例を線Ｌ１２に示す。
【００１３】
図１３及び図１４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明したように、最大受信感度、最小受信感度は、トランスインピーダンスアンプ３の入出力特性によって決まる要因が大きい。
【００１４】
ここで、最大受信感度Ｐｏが得られるときの入力電気信号レベルを１２００μＡとし、最小受信感度Ｐｓを得られるときトランスインピーダンスアンプ３の出力振幅を２５Ｖｐ−ｐとすると、図１５に示されたＰＤモジュールの誤り率特性における最大受信感度は、＋１．５ｄＢｍ、最小受信感度は−１７．５ｄＢｍとなり、このＰＤモジュールのダイナミックレンジは、１９．０ｄＢとなる。
【００１５】
受光感度０．８Ａ／Ｗ、増倍率Ｍ＝９で図１５に示された入出力特性を有するトランスインピーダンスアンプ３を使用したＡＰＤモジュールの入力光信号レベルに対する入力電気信号レベルを図１６において線Ｌ１３として示し、トランスインピーダンスアンプ３の出力振幅の一例を線Ｌ１４として示す。
【００１６】
この場合に、図１６においてＡＰＤモジュールの誤り率特性の最大受信感度は、−７．５ｄＢｍ、最小受信感度は−２６．５ｄＢｍとなり、このＡＰＤモジュールのダイナミックレンジは１９．０ｄＢとなる。
【００１７】
ＡＰＤモジュールに関しては、入力光信号レベルが大きい場合、増倍率を下げることにより最大受信感度−４ｄＢｍが得られるようになり、ダイナミックレンジは２２．５ｄＢとなる。
【００１８】
従来の光受信モジュールを開示する文献を以下に示す。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１１−１６８４３１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６１０８３号公報
【特許文献３】
特開２００２−２６１３００号公報
【特許文献４】
特開２００２−２６９８９５号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来の光信号受信装置では、ダイナミックレンジが狭いため、短距離通信用、長距離通信用というように用途に応じてモジュールを使い分ける必要があり、幅広い用途に対応することができなかった。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑み、サイズを増加させることなく広いダイナミックレンジが得られ、幅広い用途に対応することが可能な光信号受信装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光信号受信装置は、
光信号を送信し、出射端面から出射する光ファイバと、
出射された前記光信号を受光して、電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を与えられ、増幅して出力するアンプと、
前記光ファイバの出射端面から出射された前記光信号が前記受光素子に受光されるまでの光路中に設けられ、前記光信号を光強度が高くなるに従い減衰する調光作用を有する調光ガラス板とを備えることを特徴とする。
【００２３】
あるいは本発明の光信号受信装置は、
光信号を送信し、出射端面から出射する光ファイバと、
出射された前記光信号を受光して、電気信号に変換する受光素子と、
前記電気信号を与えられ、増幅して出力するアンプと、
前記光ファイバの出射端面から出射された前記光信号が前記受光素子に受光されるまでの光路中に設けられ、前記光信号を光強度が高くなるに従い減衰する調光フィルタとを備えることを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記調光フィルタは前記光路中に少なくとも２個所設けられていることが望ましい。
【００２５】
前記調光フィルタは、前記光路中に設けられたガラス板の表面に設けられた調光フィルタ膜であってもよく、この調光フィルタ膜は少なくとも２層積層されていてもよい。
【００２６】
前記光路中において、前記光信号を集光して前記受光素子に受光させるためのレンズをさらに備え、前記調光フィルタが、前記レンズの表面に設けられた調光フィルタ膜であってもよい。
【００２７】
前記調光フィルタが、前記光ファイバの出射端面に設けられた調光フィルタ膜であってもよい。
【００２８】
前記調光フィルタが、前記受光素子の表面に設けられた調光フィルタ膜であってもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
（１）第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態による光信号受信装置は、図１に示される断面構成を備えている。
【００３１】
この光信号受信装置は、パッケージ１内に基板２が収納され、基板２上にトランスインピーダンスアンプ３が搭載され、キャリア４に電気的に接続されている。
【００３２】
キャリア４の表面上には受光素子５が搭載されており、パッケージ１の調光フィルタガラス板１０６を通過した入射光が受光素子５に受光される。
【００３３】
一方、パッケージ１にはレンズホルダ７が結合されており、レンズホルダ７内にはレンズ８が収納されている。レンズホルダ７にはフェルールホルダ９が結合されており、フェルールホルダ９内にはファイバフェルール１０が収納され、ファイバフェルール１０内には図示されていない光ファイバが収納されており、光信号が伝送される。
【００３４】
ファイバフェルール１０の端面から出射された光信号１１が、レンズ８により集光され、調光フィルタガラス板１０６を通過して受光素子５に入射する。入射した光信号１１は、受光素子５によって光信号から電気信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ３で増幅された後出力される。
【００３５】
ここで、従来の装置と比較し、ガラス板を調光フィルタガラス板１０６に置き換えた点に特徴がある。この調光フィルタガラス板１０６は、光の強度変動により色や光の吸収程度を変える調光フィルタとしての作用を備えるものであり、例えば光学ガラス、石英ガラス、ソーダガラス等の材質にクロム、低反射クロム等の物質を表面に蒸着したものを用いることができる。
【００３６】
このような調光フィルタガラス板１０６を備えることにより、ファイバフェルール１０の出射端面から出射された光信号１１がレンズ８で集光された後、調光フィルタガラス１０６によって光信号１１の所定のレベル以上の成分において光強度が減衰され、受光素子５に受光されて電気信号に変換された後、トランスインピーダンスアンプに入力される。
【００３７】
図２に、調光フィルタガラス板１０６における光強度の変化（入力光信号レベル）に対する透過率の変動の一例を線Ｌ１に示す。光強度が高くなるにつれて透過率が減少していく様子がわかる。この場合の入力光信号レベルに対する透過後の光信号レベルは、線Ｌ２に示される通りである。
【００３８】
図２に示された特性を有する調光フィルタガラス板１０６を使用したときのＡＰＤモジュールの入力光信号レベルに対する入力電気信号レベルを図３の線Ｌ３に示し、入力光信号レベルに対するトランスインピーダンスアンプ３の出力振幅の一例を線Ｌ４に示す。
【００３９】
図１６に示された従来の装置と比較し、最大受信感度が−７．５ｄＢｍから−６．５ｄＢｍへというように１．０ｄＢ向上し、ダイナミックレンジが１９．０ｄＢから２０ｄＢへと拡がっている。
【００４０】
また、入力光信号レベルが大きいときに増倍率を下げることにより、最大受信感度が＋２ｄＢｍとなり、ダイナミックレンジが２８．５ｄＢとなる。
【００４１】
尚、ＰＤモジュ−ルの場合には、最大受信感度が＋７．５ｄＢｍ、最小受信感度が−１７ｄＢｍとなり、ダイナミックレンジは２４．５ｄＢとなる。
【００４２】
（２）第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態による光信号受信装置について説明する。
【００４３】
本第２の実施の形態は図４に示された構成を備え、上記第１の実施の形態と比較し、ガラス板２０６の入射光側の表面と出射光側の表面の両面に、調光フィルタ膜２０１が設けられている点で相違する。この調光フィルタ膜２０１は、上記第１の実施の形態における調光フィルタガラス板１０６と同様に、光の強度変動により色や光の吸収程度を変える作用を有する。
【００４４】
このような調光フィルタ膜２０１が施されたガラス板２０６を備えることにより、ファイバフェルール１０の出射端から出射された光信号１１がレンズ８で集光された後、調光フィルタ膜２０１によって光信号１１の所定のレベル以上の成分において光強度が減衰され、受光素子５に受光されて電気信号に変換された後、トランスインピーダンスアンプに入力される。
【００４５】
ここで、本実施の形態ではガラス板２０６の両面に設けられた調光フィルタ膜２０１を通過するので、調光フィルタ膜を２度通過することとなり、受光素子５に受光される光信号１１は、上記第１の実施の形態より大きく減衰される。
【００４６】
図５に調光フィルタ膜２０１への入力光信号レベルと調光フィルタ膜２０１を通過した後の透過後光信号レベルの一例を示す。
【００４７】
ＰＤモジュールの場合、最大受信感度が＋１３．５ｄＢｍ、最小受信感度が−１７ｄＢｍとなり、ダイナミックレンジが３０．５ｄＢとなる。
【００４８】
一方、ＡＰＤモジュールの場合には、最大受信感度が−５．５ｄＢｍ、最小受信感度が−２６．５ｄＢｍとなり、ダイナミックレンジは２１ｄＢとなる。
【００４９】
また、入力光信号レベルが大きいときは増倍率を下げることにより、最大受信感度として＋８ｄＢｍが得られるようになり、ダイナミックレンジはより拡大されて３４．５ｄＢとなる。
【００５０】
（３）第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態について、図６を用いて説明する。
【００５１】
本実施の形態は、レンズ３０８における入射光側の表面と出射光側の表面、即ち両面に調光フィルタ膜３０１が設けられている点に特徴がある。この調光フィルタ膜３０１は、上記第２の実施の形態における調光フィルタ膜２０１と同様に、光の強度変動により色や光の吸収程度を変える作用を有する。
【００５２】
このような調光フィルタ膜３０１が施されたレンズ３０８を備えることにより、ファイバフェルール１０の出射端から出射された光信号１１が先ずレンズ３０８で集光される前、また集光された後において、調光フィルタ膜３０１によって２回光信号１１の所定のレベル以上の成分における光強度が減衰され、受光素子５に受光されて電気信号に変換された後、トランスインピーダンスアンプに入力される。
【００５３】
このように、本実施の形態ではレンズ３０６の両面に設けられた調光フィルタ膜３０１を通過するので、調光フィルタ膜を２度通過することとなり、受光素子５に受光される光信号１１は、上記第２の実施の形態と同様に上記第１の実施の形態より大幅に減衰される。
【００５４】
よって、本実施の形態では上記第２の実施の形態と同様に、幅広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００５５】
（４）第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態について、図面を参照し説明する。
【００５６】
本実施の形態は、図７に示されたように、ファイバフェルール４１０の光出射端面に調光フィルタ膜４０１が設けられている点に特徴がある。この調光フィルタ膜４０１は、上記第２の実施の形態における調光フィルタ膜２０１、上記第３の実施の形態における調光フィルタ膜３０１と同様に、光の強度変動により色や光の吸収程度を変える作用を有する。
【００５７】
このような調光フィルタ膜４０１が出射端面に施されたファイバフェルール４１０を備えることにより、ファイバフェルール４１０の出射端から出射される際に所定のレベル以上の成分における光強度が減衰され、光信号１１がレンズ３０８で集光された後、受光素子５に受光されて電気信号に変換されてトランスインピーダンスアンプに入力される。
【００５８】
本実施の形態は、上記第１の実施の形態とほぼ同等のダイナミックレンジを得ることができる。
【００５９】
（５）第５の実施の形態
本発明の第５の実施の形態について、その構成を示した図８を用いて説明する。
【００６０】
本実施の形態は、受光素子５０５の受光表面に調光フィルタ膜５０１が設けられている点に特徴がある。この調光フィルタ膜５０１は、上記第４の実施の形態における調光フィルタ膜４０１と同様に、光の強度変動により色や光の吸収程度を変える作用を奏するものである。
【００６１】
このような調光フィルタ膜５０１が受光表面に設けられた受光素子５０５を備えることにより、ファイバフェルール１０の端面から出射された光信号１１がレンズ８で集光され、ガラス板６を通過した後、受光素子５０５の受光表面に施された調光フィルタ膜５０１で減衰された状態で受光され、電気信号に変換されてトランスインピーダンスアンプ３に入力される。
【００６２】
本実施の形態は、上記第１の実施の形態とほぼ同等のダイナミックレンジを得ることができる。
【００６３】
（６）第６の実施の形態
本発明の第６の実施の形態について、その構成を示した図９を用いて説明する。
【００６４】
本実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様に、ガラス板６０６の両面に調光フィルタ膜６０２、６０３、上記第４の実施の形態と同様にファイバフェルール６１０の出射端面上に調光フィルタ膜６０４、上記第５の実施の形態と同様に受光素子６０５の受光表面上に調光フィルタ膜６０１をそれぞれ備えている。
【００６５】
これらの調光フィルタ膜６０１〜６０４は、光の強度変動により色や光の吸収程度を変える作用を有する。
【００６６】
このように、本実施の形態によれば調光フィルタ膜６０１〜６０４によって光が４回に渡って減衰されるので、上記第１〜第５の実施の形態以上に幅広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００６７】
（７）第７の実施の形態
本発明の第７の実施の形態は、図１０に示される構成を備えている。
【００６８】
本実施の形態は、上記第１の実施の形態における調光フィルタガラス板を２枚直列に光路上に設けたものに相当する。
【００６９】
これにより、ファイバフェルール１０の端面から出射された光信号１１が、レンズ８により集光され、２枚の調光フィルタガラス板７０１、７０２を通過して受光素子５に入射し、受光素子５によって光信号から電気信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ３で増幅された後出力される。
【００７０】
本実施の形態によれば、調光フィルタガラス板７０１、７０２によって光が２回に渡って減衰されるので、上記第２、第３の実施の形態とほぼ同等に幅広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００７１】
（８）第８の実施の形態
本発明の第８の実施の形態について、その構成を示した図１１を参照して説明する。
【００７２】
本実施の形態は、図４に示された上記第２の実施の形態において、ガラス板２０６の両面に設けている調光フィルタ膜２０１を、それぞれ２層以上の積層構造にしたものに相当する。他の構成は上記第２の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
【００７３】
図１１に、調光フィルタ膜２０１を積層構造とした場合の一例を示す。ガラス板２０６の両面に、少なくとも２層の調光フィルタ膜が積層されており、ここでは３層の調光フィルタ膜８０１、８０２、８０３が積層されている。
【００７４】
このようなガラス板２０６を用いることにより、光信号がガラス板２０６の両面において複数回に渡って減衰されることとなり、上記第２の実施の形態以上に幅広いダイナミックレンジを得ることができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光信号受信装置によれば、光信号が通過する光路上のいずれかにおいて調光フィルタ膜により所定レベル以上の成分が減衰されることにより、従来の装置と同等のサイズでダイナミックレンジの幅をより拡げることができるため、短距離通信から長距離通信に至る幅広い用途に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図２】上記第１の実施の形態において、調光フィルタガラス板における光強度の変化に対する透過率の変動の一例、及び入力光信号レベルに対する透過後の光信号レベルを示すグラフ。
【図３】図２に示された特性を有する調光フィルタガラス板を使用したときのＡＰＤモジュールの入力光信号レベルに対する入力電気信号レベル、及び入力光信号レベルに対するトランスインピーダンスアンプの出力振幅の一例を示すグラフ。
【図４】本発明の第２の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図５】上記第２の実施の形態における入力光信号に対する透過後の光信号のレベルを示したグラフ。
【図６】本発明の第３の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図７】本発明の第４の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図９】本発明の第６の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図１１】本発明の第８の実施の形態による光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図１２】従来の光信号受信装置の構成を示した縦断面図。
【図１３】本発明の適用が可能な光信号受信装置において用いられるトランスインピーダンスアンプの入出力特性を示したグラフ。
【図１４】図１３におけるＡ、Ｂ、Ｃ点におけるアイパターンデータを示す説明図。
【図１５】ＰＤモジュールにおける入力光信号レベルに対する入力電気信号レベルとトランスインピーダンスアンプの出力振幅の関係を示したグラフ。
【図１６】ＡＰＤモジュールにおける入力光信号レベルに対する入力電気信号レベルとトランスインピーダンスアンプの出力振幅の関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１  パッケージ
２  基板
３  トランスインピーダンスアンプ
４  キャリア
５、５０５、６０５  受光素子
６、２０６  ガラス板
７  レンズホルダ
８、３０８  レンズ
９  フェルールホルダ
１０、４１０、６１０  ファイバフェルール
１１  光信号
１０６  調光フィルタガラス板
２０１、３０１、４０１、５０１、６０１〜６０４、７０１〜７０２、８０１〜８０３  調光フィルタ膜
【図１】
2004325562.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
2004325562.tif 000012
【図１１】
2004325562.tif 000013
【図１２】
2004325562.tif 000014
【図１３】
2004325562.tif 000015
【図１４】
2004325562.tif 000016
【図１５】
2004325562.tif 000017
【図１６】
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