(57)【要約】低歪みなＦＭ復調回路を使用した光信号受信機、光信号受信装置及び当該光信号受信機利用した光信号伝送システムを実現することを目的とする。  本発明の光信号受信機は、光信号を受信して周波数復調する光信号受信機であって、入力する光信号を２分岐する光分岐回路（１３）と、２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線（１５）と、前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路（１７）と、２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路（１９）と、第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号とを入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段（２１，２３，２５）と、前記矩形波形成手段からの矩形波信号を平滑化する平滑回路（１２）とを備える。
2005027380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受信して周波数復調する光信号受信機であって、
入力する光信号を２分岐する光分岐回路と、
２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線と、
前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路と、
２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路と、
第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号とを入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段と、
前記矩形波形成手段からの矩形波信号を平滑化する平滑回路と
を備えたことを特徴とする光信号受信機。
【請求項２】
前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第一の２値信号を出力する第一の識別回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第二の２値信号を出力する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路からの前記第一の２値信号と前記第二の識別回路からの前記第二の２値信号との論理積を演算して、前記単一の矩形波信号を出力する論理積回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号受信機。
【請求項３】
前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第一の２値信号を出力する第一の識別回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第二の２値信号を出力する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路からの前記第一の２値信号と前記第二の識別回路からの前記第二の２値信号との論理和を演算して、前記単一の矩形波信号を出力する論理和回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号受信機。
【請求項４】
前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号をリミッター増幅し第一の２値信号を出力する第一のリミッター増幅回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号をリミッター増幅し第二の２値信号を出力するする第二のリミッター増幅回路と、
前記第一のリミッター増幅回路からの前記第一の２値信号と前記第二のリミッター増幅回路から前記第二の２値信号とを加算して、３値信号を出力する加算回路と、
前記第一の光電変換回路及び前記第二の光電変換回路に光信号が入力したときのレベルと、前記第一の光電変換回路又は前記第二の光電変換回路のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルとの間の閾値で、前記加算回路からの前記３値信号を大小比較により識別して、前記単一の矩形波信号を出力するハイレベル識別器と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号受信機。
【請求項５】
前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号をリミッター増幅し第一の２値信号を出力する第一のリミッター増幅回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号をリミッター増幅し第二の２値信号を出力するする第二のリミッター増幅回路と、
前記第一のリミッター増幅回路からの前記第一の２値信号と前記第二のリミッター増幅回路から前記第二の２値信号とを加算して、３値信号を出力する加算回路と、
前記第一の光電変換回路及び前記第二の光電変換回路のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルと、前記第一の光電変換回路および前記第二の光電変換回路に光信号が入力しないときのレベルとの間の閾値で、前記加算回路からの前記３値信号を大小比較により識別して、前記単一の矩形波信号を出力するローレベル識別器と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号受信機。
【請求項６】
光信号を受信して周波数復調する光信号受信装置であって、
入力する光信号をＮ個（Ｎは２以上の整数）に分岐する光分岐器と、
前記光分岐器からの光信号を２分岐する光分岐回路、２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線、前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路、２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路、第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号とを入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段、および前記矩形波形成手段からの前記矩形波信号を平滑化する平滑回路を備えたＮ個の光信号受信機と、
前記Ｎ個の光信号受信機からそれぞれ出力されるＮ個の前記平滑化された前記矩形波信号を、位相を合わせて、合成する同相合成器と
を備えたことを特徴とする光信号受信装置。
【請求項７】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第一の２値信号を出力する第一の識別回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第二の２値信号を出力する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路からの前記第一の２値信号と前記第二の識別回路からの前記第二の２値信号との論理積を演算して、前記単一の矩形波信号を出力する論理積回路と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信装置。
【請求項８】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第一の２値信号を出力する第一の識別回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第二の２値信号を出力する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路からの前記第一の２値信号と前記第二の識別回路からの前記第二の２値信号との論理和を演算して、前記単一の矩形波信号を出力する論理和回路と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信装置。
【請求項９】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号をリミッター増幅し第一の２値信号を出力する第一のリミッター増幅回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号をリミッター増幅し第二の２値信号を出力するする第二のリミッター増幅回路と、
前記第一のリミッター増幅回路からの前記第一の２値信号と前記第二のリミッター増幅回路から前記第二の２値信号とを加算して、３値信号を出力する加算回路と、
前記第一の光電変換回路及び前記第二の光電変換回路に光信号が入力したときのレベルと、前記第一の光電変換回路又は前記第二の光電変換回路のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルとの間の閾値で、前記加算回路からの前記３値信号を大小比較により識別して、前記単一の矩形波信号を出力するハイレベル識別器と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信装置。
【請求項１０】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号をリミッター増幅し第一の２値信号を出力する第一のリミッター増幅回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号をリミッター増幅し第二の２値信号を出力するする第二のリミッター増幅回路と、
前記第一のリミッター増幅回路からの前記第一の２値信号と前記第二のリミッター増幅回路から前記第二の２値信号とを加算して、３値信号を出力する加算回路と、
前記第一の光電変換回路及び前記第二の光電変換回路のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルと、前記第一の光電変換回路および前記第二の光電変換回路に光信号が入力しないときのレベルとの間の閾値で、前記加算回路からの前記３値信号を大小比較により識別して、前記単一の矩形波信号を出力するローレベル識別器と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信装置。
【請求項１１】
ＦＭ一括変換方式を用いた光信号伝送システムであって、
ＦＭ一括変換回路を具備する光信号送信機と、
前記光信号送信機と光伝送路を介して接続され、前記光信号送信機からの光信号を２分岐する光分岐回路、２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線、前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路、２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路、第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号を入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段、および前記矩形波形成手段からの矩形波信号を平滑化する平滑回路を備えた光信号受信機と
を備えたことを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項１２】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第一の２値信号を出力する第一の識別回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第二の２値信号を出力する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路からの前記第一の２値信号と前記第二の識別回路からの前記第二の２値信号との論理積を演算して、前記単一の矩形波信号を出力する論理積回路と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光信号伝送システム。
【請求項１３】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第一の２値信号を出力する第一の識別回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号のレベルを閾値との大小比較により識別して、第二の２値信号を出力する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路からの前記第一の２値信号と前記第二の識別回路からの前記第二の２値信号との論理和を演算して、前記単一の矩形波信号を出力する論理和回路と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光信号伝送システム。
【請求項１４】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号をリミッター増幅し第一の２値信号を出力する第一のリミッター増幅回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号をリミッター増幅し第二の２値信号を出力するする第二のリミッター増幅回路と、
前記第一のリミッター増幅回路からの前記第一の２値信号と前記第二のリミッター増幅回路から前記第二の２値信号とを加算して、３値信号を出力する加算回路と、
前記第一の光電変換回路及び前記第二の光電変換回路に光信号が入力したときのレベルと、前記第一の光電変換回路又は前記第二の光電変換回路のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルとの間の閾値で、前記加算回路からの前記３値信号を大小比較により識別して、前記単一の矩形波信号を出力するハイレベル識別器と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光信号伝送システム。
【請求項１５】
前記光信号受信機の前記矩形波形成手段は、
前記第一の光電変換回路からの前記第一の電気信号をリミッター増幅し第一の２値信号を出力する第一のリミッター増幅回路と、
前記第二の光電変換回路からの前記第二の電気信号をリミッター増幅し第二の２値信号を出力するする第二のリミッター増幅回路と、
前記第一のリミッター増幅回路からの前記第一の２値信号と前記第二のリミッター増幅回路から前記第二の２値信号とを加算して、３値信号を出力する加算回路と、
前記第一の光電変換回路及び前記第二の光電変換回路のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルと、前記第一の光電変換回路および前記第二の光電変換回路に光信号が入力しないときのレベルとの間の閾値で、前記加算回路からの前記３値信号を大小比較により識別して、前記単一の矩形波信号を出力するローレベル識別器と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光信号伝送システム。
【請求項１６】
前記光信号送信機は、前記ＦＭ一括変換回路が発生する歪みと逆の歪みを予め付加するプリディストーション回路をさらに備えることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の光信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、広帯域信号を周波数変調（ＦＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）した光信号の伝送に使用する光信号受信機、光信号受信装置及び当該光信号受信機又は当該光信号受信装置を利用した光信号伝送システムに関する。より詳細には、周波数分割多重分割されている振幅変調（ＡＭ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）又は直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された多チャンネル映像信号の光信号伝送に使用する光信号受信機、光信号受信装置及び当該光信号受信機又は当該光信号受信装置を利用した光信号伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、周波数分割多重されている振幅変調、若しくは直交振幅変調された多チャンネル映像信号を光伝送する光信号受信機、光信号受信装置、及び光信号伝送システムとして、周波数分割多重された映像信号を一括して周波数変調するＦＭ一括変換方式を用いた光信号受信機、光信号受信装置、及び光信号伝送システムが知られている。【０００３】  このＦＭ一括変換方式を用いた光信号送信機及び光信号伝送システムは、国際標準ＩＴＵ−Ｔ  Ｊ．１８５「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ  ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  ｓｉｇｎａｌｓ  ｏｖｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｃｃｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｂｙ  ＦＭ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」に採用されている（非特許文献１参照）。【０００４】  図１に、従来のＦＭ一括変換方式を用いた光信号受信機及び光信号伝送システムの構成を示す。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに、図１のＡ、Ｂ、Ｃの箇所における信号スペクトルを示す。図１に示す光信号伝送システムは、ＦＭ一括変換回路８１、光源８２、および光増幅回路８３を備えた光信号送信機８０と、光伝送路８５と、光電変換回路９１およびＦＭ復調回路９２を備えた光信号受信機９０と、セットトップボックス９３と、テレビ受像機９４とを備えている。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃはそれぞれ図１におけるＡ、Ｂ、Ｃの信号スペクトルを表す。以後の各図におけるＡ、Ｂ、Ｃについても同様である。【０００５】  図１において、光信号送信機８０内では、図２Ａに示すような周波数分割多重された映像信号がＦＭ一括変換回路８１により、図２Ｂに示すような１つの広帯域な周波数変調信号に変換される。周波数変調信号は光源８２で強度変調され、さらに、光増幅回路８３で光増幅されて光伝送路８５に送信される。光信号受信機９０内では、光電変換回路９１で光電変換され、電気信号に戻される。この電気信号は広帯域な周波数変調信号であり、ＦＭ復調回路９２で周波数復調されて、図２Ｃに示すような、周波数分割多重された映像信号に復調される。復調された映像信号は、セットトップボックス９３を介して、受像機９４により、適当な映像チャンネルが選択される。【０００６】  このＦＭ一括変換方式に適用できる、光周波数変調部と光周波数局部発振部を用いたＦＭ一括変換回路構成を図３に示す（例えば、特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照。）。図３に示すＦＭ一括変換回路８１は、光周波数変調部１０１と、光合波部１０２と、光検波部としてのフォトダイオード１０３と、光周波数局部発振部１０４とを備える。【０００７】  ＦＭ一括変換回路８１では、光周波数変調部１０１において光周波数ｆｏのキャリア光源を用いて周波数ｆｓで周波数変調すると、光周波数変調部１０１の出力における光信号の光周波数Ｆｆｍｌｄは、周波数偏移をδｆとすると、
Ｆｆｍｌｄ＝ｆｏ＋δｆ・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （１）
となる。光周波数変調部１０１のキャリア光源としてはＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ、分布帰還型半導体レーザ）が使用されている。【０００８】  光周波数局部発振部１０４において、光周波数ｆｌの発振光源を用いて発振させ、光周波数変調部１０１からの光信号と光合波部１０２で合波する。光周波数局部発振部１０４の発振光源としてはＤＦＢ−ＬＤが使用されている。光合波部１０２で合波された２つの光信号が光検波部１０３で検波される。検波方式としては光ヘテロダイン方式が適用され、検波素子としてはフォトダイオードが使用されている。検波された電気信号の周波数ｆは、
ｆ＝ｆｏ−ｆｌ＋δｆ・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （２）
となる。ここで、光周波数変調部１０１のキャリア光源と光周波数局部発振部１０４の発振光源の光周波数を近接させれば、図２Ｂに示すような、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ−ｆｌが、数ＧＨｚで周波数偏移δｆの周波数変調された電気信号を得ることができる。【０００９】  一般にＤＦＢ−ＬＤは注入電流で変調することにより、その光周波数が注入電流に伴って数ＧＨｚの幅で変動するので、周波数偏移δｆとしては、数ＧＨｚの値を得ることができる。例えば、約９０ＭＨｚから約７５０ＭＨｚの周波数幅に周波数分割多重された多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号を、ＦＭ一括変換回路を用いて、図２Ｂに示すような中間周波数ｆｉ＝ｆｏ−ｆｌを約３ＧＨｚとする、帯域約６ＧＨｚの周波数変調信号に変換できる。【００１０】  このＦＭ一括変換方式に適用する他のＦＭ一括変換回路であって、２つの光周波数変調部をプッシュプル構成に用いたＦＭ一括変換回路の例を図４に示す。図４に示すＦＭ一括変換回路８１は、差動分配器１０５と、光周波数変調部１０６と、光周波数変調部１０７と、光合波部１０２と、光検波部１０３としてのフォトダイードを備える。【００１１】  ＦＭ一括変換回路８１では、図２Ａに示すような周波数分割多重された映像信号が差動分配部１０５で、位相が反転した２つの電気信号に分配される。差動分配部１０５からの２つの電気信号のうちの一方の電気信号を変調入力とし、光周波数変調部１０６において光周波数ｆｏ１のキャリア光源を用いて周波数変調すると、周波数偏移をδｆ／２のとき、光周波数変調部１０６の出力における光信号の光周波数Ｆｆｍｌｄ１は、
Ｆｆｍｌｄ１＝ｆｏ１＋（δｆ／２）・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （３）
が得られる。但し、（３）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。差動分配部１０５からの２つの電気信号のうちの他方の電気信号を変調入力とし、光周波数変調部１０６において周波数ｆｏ２のキャリア光源を用いて周波数変調すると、周波数偏移がδｆ／２のとき、光周波数変調部１０７の出力における光信号の光周波数をＦｆｍｌｄ２は、Ｆｆｍｌｄ２＝ｆｏ２−（δｆ／２）・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （４）
が得られる。但し、（４）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。光周波数変調部１０６、１０７のキャリア光源としてはＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ、分布帰還型半導体レーザ）を使用することができる。【００１２】  光周波数変調部１０６および１０７からの出力は光合波部１０２で合波され、光合波部１０２で合波された２つの光信号が光検波部１０３でヘテロダイン検波される。光検波部としては、ヘテロダイン検波素子として機能するフォトダイオードを使用することができる。光検波部１０３でヘテロダイン検波された電気信号は、周波数ｆが前記（３）式と前記（４）式で表される値の差となる電気信号である。即ち、
ｆ＝ｆｏ１−ｆｏ２＋δｆ・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （５）
となる。但し、（５）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。ここで、光周波数変調部１０６のキャリア光源の光周波数と光周波数変調部１０７のキャリア光源の光周波数とを近接させれば、図２Ｂに示すような、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ１−ｆｏ２が数ＧＨｚで、周波数偏移δｆの周波数変調された電気信号を得ることができる。【００１３】  一般にＤＦＢ−ＬＤは注入電流で変調することにより、その光周波数が注入電流に伴って数ＧＨｚの幅で変動するので、周波数偏移δｆとしては、数ＧＨｚの値を得ることができる。例えば、約９０ＭＨｚから約７５０ＭＨｚの周波数幅に周波数分割多重された多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号をＦＭ一括変換回路により、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ１−ｆｏ２を約３ＧＨｚとする図２Ｂに示すような、帯域約６ＧＨｚの周波数変調信号に変換できる。【００１４】  このＦＭ一括変換方式に適用する他のＦＭ一括変換回路であって、電圧制御発振素子を用いたＦＭ一括変換回路の例を図５に示す。図５に示すＦＭ一括変換回路８１は電圧制御発振素子を用いた電圧制御発振部１１１を備える。【００１５】  ＦＭ一括変換回路８１では、図２Ａに示すような周波数分割多重された映像信号を電圧制御発振部１１１において周波数ｆｏを中心周波数として周波数変調すると、出力の電気信号の周波数ｆｖは、周波数偏移がδｆのとき、
ｆｖ＝ｆｏ＋δｆ・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （６）
となり、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ、周波数偏移δｆの周波数変調信号が得られる。但し、（６）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。【００１６】  例えば、約９０ＭＨｚから約７５０ＭＨｚの周波数幅に周波数分割多重された多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号をＦＭ一括変換回路８１により、中間周波数ｆｉ＝ｆｏを約３ＧＨｚとする、図２Ｂに示すような帯域約６ＧＨｚの周波数変調信号に変換できる。【００１７】  このＦＭ一括変換方式に適用する他のＦＭ一括変換回路であって、２つの電圧制御発振素子をプッシュプル構成に用いたＦＭ一括変換回路の例を図６に示す。図６に示すＦＭ一括変換回路８１は、差動分配部１０５と、電圧制御発振部１１２と、電圧制御発振部１１４と、ミキサー１１５と、ローパスフィルタ１１７とを備える。【００１８】  ＦＭ一括変換回路８１では、図２Ａに示すような周波数分割多重された映像信号が差動分配部１０５で、位相が反転した２つの電気信号に分配される。差動分配部１０５からの２つの電気信号のうちの一方の電気信号変調入力とし、電圧制御発振部１１２において周波数ｆｏを中心周波数とする周波数変調すると、出力の電気信号の周波数ｆｖ１は、周波数偏移がδｆ／２のとき、
ｆｖ１＝ｆｏ１＋（δｆ／２）・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （７）
となり、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ１、周波数偏移δｆ／２の周波数変調信号が得られる。但し、（７）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。差動分配部１０５からの２つの電気信号のうちの他方の電気信号を変調入力とし、電圧制御発振部１１４において周波数ｆｏ１を中心周波数として周波数変調すると、出力の電気信号の周波数ｆｖ２は、周波数偏移がδｆ／２のとき、
ｆｖ２＝ｆｏ２−（δｆ／２）・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （８）
となり、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ２、周波数偏移δｆ／２の周波数変調信号が得られる。但し、（８）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。【００１９】  電圧制御発振部１１２および１１４からの出力をミキサー１１５でミキシングし、ミキサー１１５でミキシングされた２つの電気信号がローパスフィルタ１１７で平滑化される。中間周波数ｆｏ１と中間周波数ｆｏ２の差に等しい周波数の電気信号を通過させるローパスフィルタ１１７で平滑化された電気信号は、周波数ｆが前記（７）式と前記（８）式で表される値の差となる電気信号である。即ち、
ｆ＝ｆｏ１−ｆｏ２＋δｆ・ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）  （９）
となる。但し、（９）式では、変調信号を周波数ｆｓの信号としている。ここで、図２Ｂに示すような、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ１−ｆｏ２が数ＧＨｚで、周波数偏移δｆの周波数変調された電気信号を得ることができる。【００２０】  例えば、約９０ＭＨｚから約７５０ＭＨｚの周波数幅に周波数分割多重された多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号をＦＭ一括変換回路により、中間周波数ｆｉ＝ｆｏ１−ｆｏ２を約３ＧＨｚとする図２Ｂに示すような、帯域約６ＧＨｚの周波数変調信号に変換できる。【００２１】  これまで、歪みの低減を目的とした技術として、プリディストーション回路が知られている（例えば、特許文献２参照。）。図７に、プリディストーション回路をＦＭ一括変換回路の歪み補償に適用した従来のＦＭ一括変換方式を用いた光信号伝送システムの構成を示す。図７に示す光信号伝送システムは、プリディストーション回路８６、ＦＭ一括変換回路８１、送信回路としての光源８２、および光増幅回路８３を備えた光信号送信機８０と、光伝送路８５と、光電変換回路９１およびＦＭ復調回路９２を備えた光信号受信機９０と、セットトップボックス９３と、テレビ受像機９４とを備える。図７における、Ａ、Ｂ、Ｃの信号スペクトルは、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示す周波数スペクトルとなる。【００２２】  多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号をプリディストーション回路８６に入力すると、プリディストーション回路８６では、ＦＭ一括変換回路８１等が発生する歪みと逆の歪みを予め付加し、以後のＦＭ一括変換回路８１等で発生する歪みを補償する。プリディストーション回路８６の出力は、ＦＭ一括変換回路８１で周波数変調され、光源８２により電気信号から光信号に変換され、光増幅回路８３によって光増幅された後に光伝送路８５に送出される。送出された光信号は光伝送路８５を経て、光信号受信機９０の光電変換回路９１によって光信号が電気信号に変換され、ＦＭ復調回路９５で元のＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号に周波数復調される。【００２３】  プリディストーション回路の構成例を図８に示す。図８に示すプリディストーション回路８６は、同相分配部１２１と、遅延線１２２と、歪み発生回路１２３と、振幅調整部１２４と、遅延調整部１２５と、差動合成部１２６とを備える。同相分配部１２１に入力した多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号は、２つに分配される。分配された信号の一方は歪み発生回路１２３によってＦＭ一括変換回路等で発生する歪みを付加されて、振幅調整部１２４と遅延調整部１２５で振幅と遅延を調整される。分配された信号の他方は遅延線１２２で遅延される。遅延調整部１２５および遅延線１２２から出力される信号は差動合成部１２６で合成される。その結果、差動合成部１２６から出力される信号は、ＦＭ一括変換回路等が発生する歪みと逆の歪みを予め付加された信号となる。【００２４】  一方、周波数復調回路方式としては、遅延線検波方式がある。光信号受信機９０に適用できる、遅延線検波によるＦＭ復調回路の構成を図９に示す。図９に示すＦＭ復調回路９２は、リミッター増幅部１３１と、遅延線１３２と、ＡＮＤゲート１３３と、ローパスフィルタ１３４とを備える。【００２５】  ＦＭ復調回路９２内では、入力された周波数変調光信号は、リミッター増幅部１３１で矩形波に整形される。リミッター増幅部１３１の出力は２分岐され、一方はＡＮＤゲート１３３の入力端子に入力され、他方は極性が反転された後、遅延線１３２により時間τだけ遅延されてからＡＮＤゲート１３３の入力端子に入力される。このＡＮＤゲート１３３の出力がローパスフィルタ１３４により平滑されると周波数復調出力となる（例えば、非特許文献２参照。）。また、ＡＮＤゲートの代わりにＯＲゲートも適用可能なことが知られている（例えば、特許文献３参照。）。【００２６】  このような多チャンネル映像信号の伝送には低ひずみが要求される。非特許文献２では、ＦＭ一括変換方式を用いた光信号送信機及び光信号伝送システムにおいては、ＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）は４２ｄＢ以上、ＣＳＯ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｅｃｏｎｄ−Ｏｒｄｅｒ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）とＣＴＢ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｔｒｉｐｌｅ  Ｂｅａｔ）は−５４ｄＢ以下に設定されている。【００２７】  しかし、従来のＦＭ復調回路では、遅延線検波に使用する遅延線１３２の両端のインピーダンス不整合等によって、遅延線１３２が低周波と高周波とでは異なる遅延時間の特性を有していた。
つまり、低周波と高周波では位相歪みが生じていた。その結果、低周波と高周波の位相ひずみによってＣＳＯ、ＣＴＢが劣化することになる。【００２８】  従来のＦＭ一括変換方式を用いた光信号受信機ではＣＳＯとＣＴＢは、−５４ｄＢわずかに超えた値で飽和している。光信号受信機のＦＭ復調回路をより低歪みで構成することができれば、伝送特性の向上が期待できる。
【特許文献１】日本国特許２７００６２２号公報
【特許文献２】日本国特許３３７１３５５号公報
【特許文献３】日本国特開２００２−１４１７５０号公報
【非特許文献１】ＩＴＵ−Ｔ標準Ｊ．１８５「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ  ｔｅｌｅｖｉｓｏｎ  ｓｉｇｎａｌｓ  ｏｖｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｃｃｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｂｙ  ＦＭ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」，ＩＴＵ−Ｔ
【非特許文献２】柴田宣他著「ＦＭ一括変換方式を用いた光映像分配システム」電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｂ、Ｎｏ．７、ｐｐ．９４８−９５９、２０００年７月
【非特許文献３】鈴木他著「パルス化ＦＭ一括変換変調アナログ光ＣＡＴＶ分配方式」電子情報通信学会秋季大会、Ｂ−６０３、１９９１
【発明の開示】
【００２９】  従来のＦＭ復調回路で使用している遅延線の高周波位相歪みを改善することは困難で、低ひずみ特性を実現することが難しかった。そこで、本発明では、低歪みなＦＭ復調回路を使用した光信号受信機、光信号受信装置及び当該光信号受信機又は当該光信号受信装置を利用した光信号伝送システムを実現することを目的とする。
【００３０】  このような目的を達成するために、本願発明は、光信号を受信して周波数復調する光信号受信機であって、入力する光信号を２分岐する光分岐回路と、２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線と、前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路と、２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路と、第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号とを入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段と、前記矩形波形成手段からの矩形波信号を平滑化する平滑回路とを備えたことを特徴とする。
【００３１】  本願他の発明は、光信号を受信して周波数復調する光信号受信装置であって、入力する光信号をＮ個（Ｎは２以上の整数）に分岐する光分岐器と、前記光分岐器からの光信号を２分岐する光分岐回路、２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線、前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路、２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路、第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号とを入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段、および前記矩形波形成手段からの前記矩形波信号を平滑化する平滑回路を備えたＮ個の光信号受信機と、前記Ｎ個の光信号受信機からそれぞれ出力されるＮ個の前記平滑化された前記矩形波信号を、位相を合わせて、合成する同相合成器とを備えたことを特徴とする。
【００３２】  本願他の発明は、ＦＭ一括変換方式を用いた光信号伝送システムであって、ＦＭ一括変換回路を具備する光信号送信機と、前記光信号送信機と光伝送路を介して接続され、前記光信号送信機からの光信号を２分岐する光分岐回路、２分岐された光信号の一方を遅延させる光遅延線、前記光遅延線からの光信号を第一の電気信号に変換する第一の光電変換回路、２分岐された光信号の他方の光信号を第二の電気信号に変換する第二の光電変換回路、第一の光電変換回路からの第一の電気信号と第二の光電変換回路からの第二の電気信号を入力とし、単一の矩形波信号を出力する矩形波形成手段、および前記矩形波形成手段からの矩形波信号を平滑化する平滑回路を備えた光信号受信機とを備えたことを特徴とする。
【００３３】  本発明の光信号受信機、光信号受信装置及び光信号伝送システムは、遅延線に光ファイバやプレーナ型光導波路などを利用した光遅延線を使用することにより、遅延線の高周波位相歪みが改善され、良好な伝送特性を得ることができる。
【００３４】  さらに、低ひずみ特性を得ることができれば、映像信号の受信品質を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】［図１］図１は、ＦＭ一括変換方式を用いた従来の光信号受信機及び光信号伝送システムの構成を説明する図である。
［図２Ａ］図２Ａは、光信号受信機及び光信号伝送システムにおける信号スペクトルを説明する図である。
［図２Ｂ］図２Ｂは、光信号受信機及び光信号伝送システムにおける信号スペクトルを説明する図である。
［図２Ｃ］図２Ｃは、光信号受信機及び光信号伝送システムにおける信号スペクトルを説明する図である。
［図３］図３は、光周波数変調部と光周波数局部発振部を用いたＦＭ一括変換回路の構成図である。
［図４］図４は、２つの光周波数変調部をプッシュプル構成に用いたＦＭ一括変換回路の構成図である。
［図５］図５は、電圧制御発振素子を用いたＦＭ一括変換回路の構成図である。
［図６］図６は、２つの電圧制御発振素子をプッシュプル構成に用いたＦＭ一括変換回路の構成図である。
［図７］図７は、プリディストーション回路をＦＭ一括変換回路の歪み補償に適用した従来のＦＭ一括変換方式を用いた光信号伝送システムの構成図である。
［図８］図８は、例示的なプリディストーション回路の構成図である。
［図９］図９は、光信号受信機に適用できるＦＭ復調回路の構成図である。
［図１０］図１０は、実施の形態１の光信号受信機の構成図である。
［図１１］図１１は、実施の形態１の光信号受信機の各点における信号波形を説明する図である。
［図１２］図１２は、実施形態１の光信号受信機の周波数復調特性を説明する図である。
［図１３］図１３は、実施の形態２の光信号受信機の構成図である。
［図１４］図１４は、実施の形態２の光信号受信機の各点における信号波形を説明する図である。
［図１５］図１５は、実施の形態２の光信号受信機の周波数復調特性を説明する図である。
［図１６］図１６は、実施の形態３の光信号受信機の構成図である。
［図１７］図１７は、実施の形態３の光信号受信機の各点における信号波形を説明する図である。
［図１８］図１８は、実施の形態４の光信号受信機の構成図である。
［図１９］図１９は、実施の形態４の光信号受信機の各点における信号波形を説明する図である。
［図２０］図２０は、実施の形態５の光信号受信装置の構成図である。
［図２１］図２１は、実施の形態６の光信号伝送システムにおいて、パルス化した後に強度変調する光送信機の構成図である。
［図２２］図２２は、実施の形態６の光信号伝送システムにおいて、パルス化した後に強度変調する光送信機の各点における信号波形を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。【００３７】（実施の形態１）
本実施の形態は、光遅延線を利用して遅延検波する光信号受信機である。図１０に本実施の形態に係る光信号受信機の構成を示す。図１０に示す光信号受信機１０は、光増幅回路１１と、光分岐回路１３と、光遅延線１５と、第一の光電変換回路１７と、第一の識別回路２１と、第二の光電変換回路１９と、第二の識別回路２３と、論理積回路２５と、平滑回路１２とを備える。【００３８】  図１０を参照して本実施の形態の光信号受信機の構成を説明する。図１０に示す光信号受信機１０は、周波数変調された光信号を受信して周波数復調する機能を有する。光信号受信機の各回路とその動作について説明する。光増幅回路１１は入力する光信号を光増幅する。光増幅回路として、半導体光増幅回路又は光ファイバ型増幅回路を用いることができる。後述する第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９へ入力する光信号の光パワーが十分な場合は、光増幅回路１１を省略して、光信号を直接、光分岐回路１３に入力してもよい。【００３９】  光増幅回路１１で増幅された光信号は光分岐回路１３で２分岐される。光分岐回路１３として、光ファイバ結合型光分岐回路又はプレーナ型光分岐回路を用いることができる。分岐比は、後述する第一の光電変換回路１７へ入力する光信号の光パワーと第二の光電変換回路１９へ入力する光信号の光パワーとが等しくなるように調整されていることが好ましい。【００４０】  ２分岐された光信号の一方は光遅延線１５で遅延させられた後、第一の光電変換回路１７に入力される。２分岐された光信号の他方は第二の光電変換回路１９に入力される。光遅延線１５として、光ファイバ又はプレーナ型光導波路を用いることができる。また、光遅延線１５と光分岐回路１３とを一体に構成することができる。第一の光電変換回路１７および第二の光電変換回路１９は、光信号を電気信号に変換し、さらに必要に応じて電気信号を増幅して、それぞれ第一の識別回路２１および第二の識別回路２３に出力する。第一の光電変換回路１７および第二の光電変換回路１９として、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、またはフォトトランジスタなどの光電変換素子を適用することができる。本実施の形態の光遅延線では、電気回路での遅延線のような高周波での位相歪みがないため、高周波まで良好な周波数復調特性を得ることができる。【００４１】  第一の識別回路２１および第二の識別回路２３は周波数変調された電気信号をそれぞれ閾値との大小比較により振幅軸方向に識別し、矩形波の２値信号とする。入力する光信号がデューティ５０％であれば、第一の識別回路２１および第二の識別回路２３はそれぞれリミッター増幅回路でもよい。【００４２】  第一の識別回路２１および第二の識別回路２３からの電気信号は、論理積回路２５で論理積処理され、さらに、平滑回路１２で平滑されることによって、周波数復調される。【００４３】  図１０における（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｒ）の各点における信号波形を図１１に示す。図１１の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｒ）は図１０の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｒ）の各点における信号波形である。以下、光増幅回路１１に入力される光信号は、瞬時周波数がｆ＝１／Ｔで、光遅延線１５の遅延時間はτとして周波数復調動作を説明する。【００４４】  第一の光電変換回路１７へ入力される光信号（図１１（Ｍ））は、第二の光電変換回路１９へ入力される光信号（図１１（Ｎ））に比較して光遅延線１５によって時間τだけ遅延されている。図１１（Ｍ）、（Ｎ）における一点鎖線は、光電変換された後に第一の識別回路２１と第二の識別回路２３によって識別される際の閾値に相当する。光電変換された電気信号は、それぞれ、第一の識別回路２１と第二の識別回路２３によって、レベルが識別され、時間τの遅延を維持したまま矩形波になる（図１１（Ｐ）、（Ｑ））。２つの矩形波の電気信号は論理積回路２５で論理積演算され、パルス幅としてτだけ細くなる（図１１（Ｒ））。ここでは、正論理によって論理積演算されている。この論理積演算された電気信号が、平滑回路１２によって平滑化される。【００４５】  平滑回路１２の出力電圧Ｖｏｕｔは下記の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏ×（Ｔ／２−τ）／Ｔ
＝Ｖｏ×（１／２−τ／Ｔ）
＝Ｖｏ×（１／２−τ・ｆ）  （１０）
（１０）式より、図１２に示すような周波数復調特性を得ることができる。図１２は、横軸は周波数ｆ、縦軸は平滑回路出力電圧Ｖｏｕｔである。このように、入力する光信号の周波数に対して平滑回路出力電圧が線形に減衰していることから、本光信号受信機では周波数復調機能を実現することができる。なお、τは大きい程、出力電圧の周波数感度は高くなるが、（１０）式より、１／（２ｆ）より大きくすることはできない。【００４６】  以上説明したように、本実施の形態の光信号受信機は周波数変調された光信号を光受信して、周波数復調機能を実現することができる。また、光遅延線は高周波での位相歪みがないことから高周波まで良好な周波数復調特性を実現することができる。なお、図１０を用いて本実施の形態を説明したが、光信号受信機が十分な光パワーで光信号を受信する場合は、図１０における光増幅回路１１を省略することができる。【００４７】（実施の形態２）
本実施の形態は、光遅延線を利用して遅延検波する光信号受信機である。図１３に本実施の形態に係る光信号受信機の構成を示す。図１３に示す光信号受信機１０は、光増幅回路１１と、光分岐回路１３と、光遅延線１５と、第一の光電変換回路１７と、第一の識別回路２１と、第二の光電変換回路１９と、第二の識別回路２３と、論理和回路２７と、平滑回路１２とを備える。【００４８】  図１３を参照して本実施の形態の光信号受信機の構成を説明する。図１３に示す光信号受信機１０は、周波数変調された光信号を受信して周波数復調する機能を有する。光信号受信機の各回路とその動作について説明する。光増幅回路１１は入力する光信号を光増幅する。光増幅回路として、半導体光増幅回路又は光ファイバ型増幅回路を用いることができる。後述する第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９へ入力する光信号の光パワーが十分な場合は、光増幅回路１１を省略して、光信号を直接、光分岐回路１３に入力してもよい。【００４９】  光増幅回路１１で増幅された光信号は光分岐回路１３で２分岐される。光分岐回路１３として、光ファイバ結合型光分岐回路またはプレーナ型光分岐回路を用いることができる。分岐比は、後述する第一の光電変換回路１７へ入力する光信号の光パワーと第二の光電変換回路１９へ入力する光信号の光パワーとが等しくなるように調整されていることが好ましい。【００５０】  ２分岐された光信号の一方は光遅延線１５で遅延させられた後、第一の光電変換回路１７に入力される。２分岐された光信号の他方は第二の光電変換回路１９に入力される。光遅延線１５として、光ファイバまたはプレーナ型光導波路を用いることができる。また、光遅延線１５と光分岐回路１３とを一体に構成することができる。第一の光電変換回路１７および第二の光電変換回路１９は、光信号を電気信号に変換し、さらに必要に応じて電気信号を増幅して、それぞれ第一の識別回路２１および第二の識別回路２３に出力する。第一の光電変換回路１７および第二の光電変換回路１９として、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、またはフォトトランジスタなどの光電変換素子を適用することができる。本実施の形態の光遅延線では、電気回路での遅延線のような高周波での位相歪みがないため、高周波まで良好な周波数復調特性を得ることができる。【００５１】  第一の識別回路２１および第二の識別回路２３は周波数変調された電気信号をそれぞれ閾値との大小比較により振幅軸方向に識別し、矩形波の２値信号とする。入力する光信号がデューティ５０％であれば、第一の識別回路２１および第二の識別回路２３はそれぞれリミッター増幅回路でもよい。【００５２】  第一の識別回路２１および第二の識別回路２３からの電気信号は、論理和回路２７で論理和処理され、さらに、平滑回路１２で平滑されることによって、周波数復調される。【００５３】  図１３における（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｓ）の各点における信号波形を図１４に示す。図１４の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｓ）は図１３の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｓ）の各点における信号波形である。以下、光増幅回路１１に入力される光信号は、瞬時周波数がｆ＝１／Ｔで、光遅延線１５の遅延時間はτとして周波数復調動作を説明する。【００５４】  第一の光電変換回路１７へ入力される光信号（図１４（Ｍ））は、第二の光電変換回路１９へ入力される光信号（図１４（Ｎ））に比較して光遅延線１５によって時間τだけ遅延されている。図１４（Ｍ）、（Ｎ）における一点鎖線は、光電変換された後に第一の識別回路２１と第二の識別回路２３によって識別される際の閾値に相当する。光電変換された電気信号は、それぞれ、第一の識別回路２１と第二の識別回路２３によって、レベルが識別され、時間τの遅延を維持したまま矩形波になる（図１４（Ｐ）、（Ｑ））。２つの矩形波の電気信号は論理和回路２７で論理和演算され、パルス幅としてτだけ広くなる（図１４（Ｓ））。ここでは、正論理によって論理和演算されている。この論理和演算された電気信号が、平滑回路１２によって平滑化される。【００５５】  平滑回路１２の出力電圧Ｖｏｕｔは下記の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏ×（Ｔ／２＋τ）／Ｔ
＝Ｖｏ×（１／２＋τ／Ｔ）
＝Ｖｏ×（１／２＋τ・ｆ）  （１１）
（１１）式より、図１５に示すような周波数復調特性を得ることができる。図１５は、横軸は周波数量縦軸は平滑回路出力電圧Ｖｏｕｔである。このように、入力する光信号の周波数に対して平滑回路出力電圧が線形に増加していることから、本光信号受信機では周波数復調機能を実現することができる。【００５６】  以上説明したように、本実施の形態の光信号受信機は周波数変調された光信号を光受信して、周波数復調機能を実現することができる。また、光遅延線は高周波での位相歪みがないことから高周波まで良好な周波数復調特性を実現することができる。なお、図１３を用いて本実施の形態を説明したが、光信号受信機が十分な光パワーで光信号を受信する場合は、図１３における光増幅回路１１を省略することができる。【００５７】（実施の形態３）
本実施の形態は、光遅延線を利用して遅延検波する光信号受信機である。図１６に本実施の形態に係る光受信機の構成を示す。図１６に示す光信号受信機１０は、光増幅回路１１と、光分岐回路１３と、光遅延線１５と、第一の光電変換回路１７と、第一のリミッター増幅回路４１と、第二の光電変換回路１９と、第二のリミッター増幅回路４２と、加算回路４３と、ハイレベル識別器４４と、平滑回路１２とを備える。【００５８】  図１６を参照して本実施の形態の光信号受信機の構成を説明する。図１６に示す光信号受信機１０は、周波数変調された光信号を受信して周波数復調する機能を有する。光信号受信機の各回路とその動作について説明する。光増幅回路１１は入力する光信号を光増幅する。光増幅回路として、半導体光増幅回路又は光ファイバ型増幅回路を用いることができる。後述する第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９へ入力する光信号の光パワーが十分な場合は、光増幅回路１１を省略して、光信号を直接、光分岐回路１３に入力してもよい。【００５９】  光増幅回路１１で増幅された光信号は光分岐回路１３で２分岐される。光分岐回路１３として、光ファイバ結合型光分岐回路又はプレーナ型光分岐回路を用いることができる。分岐比は、後述する第一の光電変換回路１７へ入力する光信号の光パワーと第二の光電変換回路１９へ入力する光信号の光パワーとが等しくなるように調整されていることが好ましい。【００６０】  ２分岐された光信号の一方は光遅延線１５で遅延させられた後、第一の光電変換回路１７に入力される。２分岐された光信号の他方は第二の光電変換回路１９に入力される。光遅延線１５としては、光ファイバ又はプレーナ型光導波路を用いることができる。また、光遅延線１５と光分岐回路１３とを一体に構成することができる。第一の光電変換回路１７および第二の光電変換回路１９は、光信号を電気信号に変換し、さらに必要に応じて電気信号を増幅して、それぞれ第一のリミッター増幅回路４１、第二のリミッター増幅回路４２に出力する。第一の光電変換回路１７および第二の光電変換回路１９として、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、やフォトトランジスタなどの光電変換素子を適用することができる。本実施の形態の光遅延線は、電気回路での遅延線のような高周波での位相歪みがないため、高周波まで良好な周波数復調特性を得ることができる。【００６１】  第一のリミッター増幅回路４１および第二のリミッター増幅回路４２は周波数変調された電気信号をそれぞれ振幅軸方向にリミッター増幅し、矩形波の２値信号とする。第一のリミッター増幅回路４１および第二のリミッター増幅回路４２に代えて、それぞれ所定の振幅に増幅する自動利得制御増幅回路を用いることができる。【００６２】  第一のリミッター増幅回路４１および第二のリミッター増幅回路４２からの電気信号は、加算回路４３で加算され、３値信号になる。３値信号となった電気信号は、ハイレベル識別器４４で第一の光電変換回路１７及び第二の光電変換回路１９に光信号が入力したときのレベルと、第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルとの間の閾値で大小比較によ��振幅軸方向に識別される。ハイレベル識別器４４で再び２値信号となった電気信号は、平滑回路１２で平滑されることによって、周波数復調される。【００６３】  図１６における（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｔ）、（Ｕ）の各点における信号波形を図１７に示す。図１７の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｔ）、（Ｕ）は図１６の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｔ）、（Ｕ）の各点における信号波形である。
以下、光増幅回路１１に入力される光信号は、瞬時周波数がｆ＝１／Ｔで、光遅延線１５の遅延時間はτとして周波数復調動作を説明する。【００６４】  第一の光電変換回路１７へ入力される光信号（図１７（Ｍ））は、第二の光電変換回路１９へ入力される光信号（図１７（Ｎ））に比較して光遅延線１５によって時間τだけ遅延されている。図１７（Ｍ）、（Ｎ）における一点鎖線は、光電変換された後に第一のリミッター増幅回路４１、第二のリミッター増幅回路４２によってリミッター増幅される際の閾値に相当する。光電変換された電気信号は、それぞれ、第一のリミッター増幅回路４１、第二のリミッター増幅回路４２によって、リミッター増幅され、時間τの遅延を維持したまま矩形波になる（図１７（Ｐ）、（Ｑ））。２つの矩形波の電気信号は加算回路４３で加算され、３値信号になる（図１７（Ｔ））。３値信号をハイレベル識別器で閾値との大小比較により振幅軸方向に識別する（図１７（Ｕ））。識別する閾値は、第一の光電変換回路１７及び該第二の光電変換回路１９に光信号が入力したときのレベルと、第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルとの間である。図１７（Ｔ）における一点鎖線は閾値を表す。ハイレベル識別器で２値信号となった電気信号（図１７（Ｕ））は、平滑回路１２によって平滑化される。【００６５】  平滑回路１２の出力電圧Ｖｏｕｔは下記の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏ×（Ｔ／２−τ）／Ｔ
＝Ｖｏ×（１／２−τ／Ｔ）
＝Ｖｏ×（１／２−τ・ｆ）  （１２）
（１２）式より、図１２に示すような周波数復調特性を得ることができる。このように、入力する光信号の周波数に対して平滑回路出力電圧が線形に減衰していることから、本光信号受信機では周波数復調機能を実現することができる。なお、τは大きい程、出力電圧の周波数感度は高くなるが、（１２）式より、１／（２ｆ）より大きくすることはできない。【００６６】  以上説明したように、本実施の形態の光信号受信機は周波数変調された光信号を光受信して、周波数復調機能を実現することができる。また、光遅延線は高周波での位相歪みがないことから高周波まで良好な周波数復調特性を実現することができる。なお、図１６を用いて本実施の形態を説明したが、光信号受信機が十分な光パワーで光信号を受信する場合は、図１６における光増幅回路１１を省略することができる。【００６７】（実施の形態４）
本実施の形態は、光遅延線を利用して遅延検波する光信号受信機である。図１８に本実施の形態に係る光信号受信機の構成を示す。図１８に示す光信号受信機１０は、光増幅回路１１と、光分岐回路１３と、光遅延線１５と、第一の光電変換回路１７と、第一のリミッター増幅回路４１と、第二の光電変換回路１９と、第二のリミッター増幅回路４２と、加算回路４３と、ローレベル識別器４５と、平滑回路１２とを備える。実施の形態３で説明した図１６との違いは、図１６のハイレベル識別器４４に代えて、ローレベル識別器４５とした点である。【００６８】  実施の形態３との構成上の違いは、ハイレベル識別器４４とローレベル識別器４５との差であるため、その差について言及する。ハイレベル識別器４４の閾値が、第一の光電変換回路１７及び該第二の光電変換回路１９に光信号が入力したときのレベルと、第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルとの間であったのに対し、ローレベル識別器４５の閾値は、第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルと、第一の光電変換回路１７及び第二の光電変換回路１９に光信号が入力しないときのレベルとの間であることである。【００６９】  図１８における（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｔ）、（Ｕ）の各点における信号波形を図１９に示す。図１９の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｔ）、（Ｕ）は図１８の（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｐ）、（Ｑ）、（Ｔ）、（Ｕ）の各点における信号波形である。
以下、光増幅回路１１に入力される光信号は、瞬時周波数がｆ＝１／Ｔで、光遅延線１５の遅延時間はτとして周波数復調動作を説明する。【００７０】  実施の形態３との動作上の違いは、識別する閾値である。図１９（Ｔ）における一点鎖線は閾値を表す。この閾値は、第一の光電変換回路１７又は第二の光電変換回路１９のいずれか一方に光信号が入力したときのレベルと、第一の光電変換回路１７及び第二の光電変換回路１９に光信号が入力しないときのレベルとの間である。その結果、平滑回路１２によって平滑化された出力電圧Ｖｏｕｔは下記の式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏ×（Ｔ／２＋τ）／Ｔ
＝Ｖｏ×（１／２＋τ／Ｔ）
＝Ｖｏ×（１／２＋τ・ｆ）  （１３）【００７１】（１３）式より、図１５に示すような周波数復調特性を得ることができる。このように、入力する光信号の周波数に対して平滑回路出力電圧が線形に増加していることから、本光信号受信機では周波数復調機能を実現することができる。【００７２】  以上説明したように、本実施の形態の光信号受信機は周波数変調された光信号を光受信して、周波数復調機能を実現することができる。また、光遅延線は高周波での位相歪みがないことから高周波まで良好な周波数復調特性を実現することができる。なお、図１８を用いて本実施の形態を説明したが、光信号受信機が十分な光パワーで光信号を受信する場合は、図１８における光増幅回路１１を省略することができる。【００７３】（実施の形態５）
本実施の形態は、信号と雑音の相加則の違いを利用して雑音特性を向上するする光信号受信装置である。図２０に本実施の形態に係る光信号受信装置を示す。図２０に示す光信号受信装置２０は、光増幅器６１と、光分岐器６３と、それぞれ実施の形態１から４までのいずれかの光信号受信機１０−１、１０−２、１０−３と、同相合成器６５とを備える。【００７４】  図２０を参照して本実施の形態の光信号受信装置の構成を説明する。図２０に示す光信号受信装置２０は、周波数変調された光信号を受信して周波数復調する機能を有する。光信号受信装置２０の各回路とその動作について説明する。光増幅器６１は入力する光信号を増幅して出力する。後述する光信号受信機へ入力する光信号の光パワーが十分な場合は、光増幅器６１を省略して、光信号を直接、光分岐器６３に入力してもよい。【００７５】  光分岐器６３は、入力された光信号を３分岐する。図２０では、３分岐の例を示しているが、入力された光信号をＮ分岐（Ｎは２以上の整数）してもよい。この場合は、Ｎ分岐した光信号をＮ個の光信号受信機に入力することになる。光信号受信機１０−１、１０−２、１０−３に入力された光信号は、それぞれ周波数復調される。【００７６】  同相合成器６５は、光信号受信機１０−１、１０−２、１０−３で周波数復調された電気信号を同相で合成する。光信号受信機１０−１、１０−２、１０−３からの電気信号の位相が一致するように設定すれば、同相合成器６５により合成された電気信号は、信号成分は電圧加算となるが、雑音成分は電力加算となる。【００７７】  ３個の光信号受信機からの電気信号の信号成分をそれぞれ、Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３とし、これらが等しく、Ｖｓ１＝Ｖｓ２＝Ｖｓ３＝Ｖｓとすると、同相合成器６５の出力する電気信号の信号成分の電圧総和Ｖｓｔは、
Ｖｓｔ＝Ｖｓ１＋Ｖｓ２＋Ｖｓ３＝３×Ｖｓ  （１４）
となる。【００７８】  同相合成器６５の出力インピーダンスをＲとすれば、同相合成器６５に３個の光信号受信機のうち１個からだけ入力すると、同相合成器６５の出力する電気信号の信号成分の電力Ｐｓ１は、
Ｐｓ１＝（Ｖｓ）２／Ｒ  （１５）
となる。【００７９】  同相合成器６５に３個の光信号受信機から入力すると、同相合成器６５の出力する電気信号の信号成分の電力Ｐｓｔは、
Ｐｓｔ＝（Ｖｓｔ）２／Ｒ＝（３×Ｖｓ）２／Ｒ＝９×（Ｖｓ）２／Ｒ  （１６）
となる。【００８０】  一方、３個の光信号受信機からの出力の雑音成分の電力をそれぞれ、Ｐｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３とし、これらが等しく、Ｐｎ１＝Ｐｎ２＝Ｐｎ３＝Ｐｎとすると、同相合成器６５の出力する電気信号の雑音成分の総和Ｐｎｔは、
Ｐｎｔ＝Ｐｎ１＋Ｐｎ２＋Ｐｎ３＝３×Ｐｎ  （１７）
となる。【００８１】  同相合成器６５に、３個の光信号受信機のうち１個からだけ入力すると、同相合成器６５の出力する電気信号の雑音成分Ｐｎ１の電力は、
Ｐｎ１＝Ｐｎ  （１８）
となる。【００８２】  これらのことから、３個の光信号受信機からの電気信号を同相合成することにより、１個の光信号受信機からの電気信号のときと比較して、信号成分の電力比２０×ｌｏｇ（３）［ｄＢ］となるが、雑音成分の電力比は１０×ｌｏｇ（３）［ｄＢ］となるため、同相合成器６５の出力における信号電力対雑音電力比は１０×ｌｏｇ（３）［ｄＢ］だけ改善されることが分かる。【００８３】  なお、本実施の形態では、Ｎ＝３の場合、即ち、３個の光信号受信機から出力する電気信号の場合について説明したが、光信号受信機から出力する電気信号がＮ個（Ｎ：２以上の整数）の場合には、１個の光信号受信機から出力する電気信号の場合に比較して、１０×ｌｏｇ（Ｎ）［ｄＢ］だけ、信号電力対雑音電力比が改善できる。【００８４】  また、歪みについては、Ｎ個の光信号受信機から出力する電気信号の歪み特性が逆向きに歪んでいれば、同相合成により、互いに相殺されるので、１個の光信号受信機の場合に比較して、低歪み化を達成できる。【００８５】（実施の形態６）
本実施の形態は、実施の形態１から５に記載の光信号受信機又は光信号受信装置のうちいずれかを利用する光信号伝送システムである。図１を参照して本実施の形態の光信号伝送システムを説明する。本実施の形態では、図１に示す光信号送信機８０と、光信号送信機８０と光ファイバ伝送路８５を介して接続される実施の形態１から５に記載の光信号受信機又は光信号受信装置とを備える。【００８６】  光信号送信機８０のＦＭ一括変換回路８１に周波数分割多重された多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号を入力し、周波数変調する。周波数変調された電気信号を光源８２で強度変調して光信号に変換する。この光信号を光増幅回路８３で光増幅して光伝送路８５に出力する。光信号送信機８０からの光信号は、光伝送路８５を介して、実施の形態１から５に記載の光信号受信機又は光信号受信装置のうちいずれかで受信され周波数復調される。【００８７】  光源８２は、ＦＭ一括変換回路８１の出力を直接強度変調するか、あるいはＦＭ一括変換回路８１の出力をパルス化した後に強度変調することができる。パルス化した後に強度変調する場合の光送信機の構成を図２１に示す。図２１に示す光信号送信機８０は、ＦＭ一括変換回路８１と、リミッター回路８８と、光源８２と、光増幅回路８３とを備え光伝送路８５に光信号を出力する。【００８８】  周波数分割多重された多チャンネルのＡＭ映像信号又はＱＡＭ映像信号を光信号送信機８０のＦＭ一括変換回路８１で周波数変調する。周波数変調で得られた電気信号をリミッター回路８８で、入力レベルが閾値以上か以下かを識別してリミッター動作させることにより矩形波に波形整形してパルス化することができる。図２１に示す光信号送信機の各点における信号波形を図２２に示す。図２２の（Ｄ）、（Ｅ）は図２１の（Ｄ）、（Ｅ）の各点における信号波形である。図２２（Ｄ）の一点鎖線はリミッター回路の閾値である。
図２２（Ｄ）の周波数変調された電気信号をリミッター回路の閾値でリミッター動作すると矩形波に波形整形される。このパルス化されたＦＭ信号を光源８２で強度変調しても、光信号受信機又は光信号受信装置では周波数復調することができる。【００８９】  また、図７に示すような、プリディストーション回路８６を備える光信号送信機８０を利用すると、光信号送信機、光信号受信機、光信号受信装置で発生する歪みを低減することができる。即ち、図７の光信号送信機８０と、実施の形態１から５に記載の光信号受信機又は光信号受信装置のうちいずれかとを光伝送路を介して接続すると、歪みの少ない映像信号の伝送が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】  本発明の光信号受信機及び光信号受信装置は、映像信号のみならず各種の信号を周波数変調して送受信する光信号伝送システムに適用することができる。本光信号伝送システムは光伝送路の網形態がシングルスター（ＳＳ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｔａｒ）形式のトポロジである場合のみならず、パッシブダブルスター（ＰＤＳ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｔａｒ）形式のトポロジである場合にも適用することができる。
【図１】
2005027380.tif 000003
2005027380.tif 000004
【図３】
2005027380.tif 000005
【図４】
2005027380.tif 000006
【図５】
2005027380.tif 000007
【図６】
2005027380.tif 000008
【図７】
2005027380.tif 000009
【図８】
2005027380.tif 000010
【図９】
2005027380.tif 000011
【図１０】
2005027380.tif 000012
【図１１】
2005027380.tif 000013
【図１２】
2005027380.tif 000014
【図１３】
2005027380.tif 000015
【図１４】
2005027380.tif 000016
【図１５】
2005027380.tif 000017
【図１６】
2005027380.tif 000018
【図１７】
2005027380.tif 000019
【図１８】
2005027380.tif 000020
【図１９】
2005027380.tif 000021
【図２０】
2005027380.tif 000022
【図２１】
2005027380.tif 000023
【図２２】
2005027380.tif 000024
【国際調査報告】
2005027380.tif 000025
2005027380.tif 000026
2005027380.tif 000027
2005027380.tif 000028