JP2003218791A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部からの影響を受けにくく、安定性の高い
空間光伝送の手段を提供する。 【解決手段】 光送信器３１において、第１発光素子
３２は、第１デジタル変調信号５１ａに応じて直接強度
変調して、第１光デジタル信号５２を生成する。第２発
光素子３３は、第１デジタル変調信号５１ａの位相と反
転した位相を有する第２デジタ変調信号５１ｂに応じて
第２光デジタル信号５３を生成する。第１光デジタル信
号５２と第２光デジタル信号５３とは、空気中を伝播し
て、光受信器４１に到達する。第１受光素子４２は、第
１光デジタル信号５２に応じて第１電気信号５２ａを生
成し、第２受光素子４３は、第２光デジタル信号５３に
応じて第２電気信号５３ａを生成する。第１電気信号５
２ａと第２電気信号５３ａとが比較されて、デジタル出
力信号５４が再生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光伝送システムに関
し、特に、空間を介して光を伝播させる光伝送システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、光を用いる通信のシステ
ムとしては、光ファイバーを媒体とする，長距離大容量
の伝送を用途とする手段が多いが、自由空間あるいは空
気中を伝播する光によって、より簡便に短距離の機器間
通信を行う手段もある。従来の空間伝送による光通信の
代表的な規格としては、IrDA (Infrared Data Associat
ion) 規格がある。

【０００３】従来の空間を介する光伝送システムの構成
の例について、図７を参照しながら説明する。図７は、
従来の空間を介する光伝送装置の構成を示した図であ
る。

【０００４】図７に示すように、従来の空間を介する光
伝送システムでは、発光ダイオード素子１０２および出
射レンズ１０３を有する光送信器１０１と、入射レンズ
１１２および受光素子１１３を有する光受信器１１１と
が用いられる。デジタル変調信号１２１が光送信器１０
１に到達すると、光送信器１０１では、デジタル変調信
号１２１に基づいて発光ダイオード素子１０２が強度変
調し、信号光１２２が形成される。信号光１２２は、出
射レンズ１０３により出射方向を絞られた後、空間中を
伝播して光受信器１１１に到達する。信号光１２２は、
光受信器１１１に到達すると、入射レンズ１１２により
集光された後に受光素子１１３に入射する。すると、受
光素子１１３では、信号光１２２の入射強度に基づいて
デジタル受信信号１２３が形成され、デジタル受光信号
１２３が再生される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空間を介する光伝送システムにおいては、外乱による影
響が大きいという不具合があった。それについて、図７
を参照しながら説明する。

【０００６】まず、受光素子１１３には、光送信器１０
１からの信号光１２２に加えて、外部からの自然光や照
明光などである外乱光１２４，外乱光１２５が入射す
る。すると、受光素子１１３は、信号光１２２にオフセ
ットが加わって入射光レベル全体が上昇した入射光を受
光することになる。ここで、信号光１２２が赤外線であ
る場合には、赤外線透過（可視光吸収）フィルターを用
いると、外乱光１２４のうち可視光領域にある光をある
程度抑制できるが、可視光領域にある外乱光１２４のう
ちの一部は受光素子１１３に到達してしまう。また、赤
外線透過フィルターは、外乱光１２４のうち赤外線領域
にある光を透過してしまう。

【０００７】以上のように光受信器１１１が受ける入射
光が変化した場合に、通常は、デジタル変調信号１２１
におけるハイ／ローの出現確率に偏りをなくすため、元
となる信号を加工し、受信時に平均受光レベルを閾値と
して信号レベルのハイ／ロー判別を行う手法などを用い
ることにより外乱の影響を抑制している。この手法は、
通信時において、外乱光１２４の強度が一定である場合
には有効である。

【０００８】しかし、通信時において、外乱光１２４の
強度が一定でなく、信号光強度に対して無視できないノ
イズ成分を含む場合、一時的に受光素子１１３に外部か
ら光が当たる場合、あるいは当たっていた光が遮断され
る場合には、受光素子１１３への入射光のオフセットレ
ベルが変化するので、光受信器１１１は信号レベルを判
別できない。例えば、受光素子１１３に変動する外乱光
１２５が入射すると、光受信器１１１の出力信号は、外
乱光１２５の影響を受けた出力信号１２６となってしま
い、もとのデジタル変調信号１２１を再現することがで
きない。受光素子１１３が外部からの電磁波ノイズを受
けた場合も、同様の影響を被ってしまう。

【０００９】さらに、通信時において、光送信器１０１
と光受信器１１１との間の距離や相対的な位置関係が変
わることなどによって光送信器１０１と光受信器１１１
との光学的結合状態が変化すると、受光素子１１３が受
光する入射光の振幅が変化してしまい、光受信器１１１
では信号の再生に失敗する。例えば、光送信器１０１あ
るいは光受信器１１１の一方が移動した場合、両者の向
き合う角度がずれた場合、光が伝播する空間の一部を遮
蔽物が横切った場合などでは、光受信器１１１に伝達す
る入射光の信号レベルが変化する。

【００１０】このように信号光１２２に対する入射光の
強度が変化すると、以下のような不具合が生じてしま
う。例えば、光受信器１１１において、入射光のハイ／
ローの判別を行う閾値レベルが、信号光１２２の信号振
幅の１／２のレベルに設定されている場合には、入射光
の強度が信号光１２２の強度の１／２未満になると、入
射光は全てローレベルと判断されてしまう。つまり、外
乱の影響により変動した後の入射光の強度が、通信の維
持自体には十分な強度を保っていても、外乱の影響を受
ける前の信号光１２２の強度と比較して変化が大きけれ
ば、光受信器１１１が平均受光レベルの変化を検知して
閾値を修正するまでの間、正しく信号を再生することが
できない。

【００１１】これらの不具合は、信号再生エラーにより
通信が遮断されたり、通信効率が著しく低下する原因と
なる。特に、音声や動画像などのストリーム信号の伝送
において、このような通信の中断や通信状態の劣化は、
アプリケーションのサービス品質を著しく劣化させる。

【００１２】ところで、光通信における発光素子として
発光ダイオード素子を用いる場合には、素子の応答速度
が遅く、伝送速度が限定されていた。そのため、従来か
ら、駆動部に微分回路を用いることによって、発光ダイ
オード素子の駆動の高速化が図られていたものの、十分
な効果は得られていなかった。

【００１３】本発明の目的は、上述のような課題を解決
することにより、外部からの影響を受けにくく、安定性
の高い空間光伝送の手段を提供することを目的とする。
また、発光ダイオード素子を用いた場合に、伝送速度を
改善することも目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光伝送システム
は、信号を受けて上記信号に応じて強度変調された第１
光信号を出力する第１発光素子と、上記信号を受け，上
記信号の位相を反転してなる反転信号を生成する手段
と、上記反転信号に応じて強度変調された第２光信号を
出力する第２発光素子とを有する光送信器と、上記第１
光信号を受けて第１信号を生成する第１受光素子と、上
記第２光信号を受けて第２信号を生成する第２受光素子
とを有し、上記第１信号と上記第２信号とを比較した結
果の出力信号を出力する光受信器とを備える。

【００１５】これにより、光受信器において、第１受光
素子が生成する第１信号と、第２受光素子が生成する第
２信号とでは、信号に起因する値の位相は反転している
が、外乱に起因する値の位相は反転していないので、第
１信号と第２信号を比較して出力信号を生成することに
より、外乱の影響を抑制することができる。

【００１６】上記第１光信号と上記第２光信号とが、気
体中を伝播して上記光受信器に到達することにより、生
じやすい外乱の影響を効果的に抑制することができる。

【００１７】上記光送信器において、上記第１光信号と
上記第２光信号とが、１つの出射レンズにより絞られて
出力されることにより、第１光信号と第２光信号との光
軸のずれが抑制され、両者の光結合状態は同等となるた
め、通信時における光結合状態の調整が容易になり、さ
らに、通信の安定化を図ることができる。

【００１８】上記光受信器において、上記第１光信号と
上記第２光信号とが、１つの入射レンズにより集光され
ることにより、第１光信号と第２光信号との光軸のずれ
が抑制され、両者の光結合状態は同等となるため、通信
時における光結合状態の調整が容易になり、さらに、通
信の安定化を図ることができる。

【００１９】上記光送信器では、上記第１発光素子と上
記第２発光素子とが、上記信号および上記反転信号を微
分する機能を有する駆動回路により駆動されることによ
り、立ち上げ時，立ち下げ時の応答を高速化することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下に、本実
施形態の光伝送システムについて、図１を参照しながら
説明する。図１は、第１の実施形態における光伝送シス
テムに用いる装置の構成を示す図である。

【００２１】図１に示すように、本実施形態の光伝送シ
ステムでは、遅延回路６，インバータ７，第１発光素子
（発光ダイオード素子）２，第２発光素子（発光ダイオ
ード素子）３，第１出射レンズ４，第２出射レンズ５か
らなる光送信器１と、第１入射レンズ１４，第２入射レ
ンズ１５，第１受光素子（フォトダイオード素子）１
２，第２受光素子（フォトダイオード素子）１３からな
る光受信器１１とが用いられる。

【００２２】光送信器１にデジタル変調信号２１が入射
すると、デジタル変調信号２１は、第１デジタル変調信
号２１ａと第２デジタル変調信号２１ｂとに分かれる。
第１デジタル変調信号２１ａは、遅延回路６を介して、
第１発光素子２に到達する。すると、第１発光素子２は
第１デジタル変調信号２１ａに応じて直接強度変調さ
れ、第１波長を有する第１光デジタル信号２２を出射す
る。

【００２３】一方、第２デジタル変調信号２１ｂは、イ
ンバータ７に到達して位相が反転してから、第２発光素
子３に到達する。すると、第２発光素子３は直接強度変
調され、第２波長を有する第２光デジタル信号２３を出
射する。

【００２４】なお、第１光デジタル信号２２および第２
光デジタル信号２３の波長としては、用途に応じて発光
ダイオード素子を選択することにより、任意の波長を選
択することができる。例えば、第１波長と第２波長とし
て、赤外線領域では、７００ｎｍと８５０ｎｍ、８５０
ｎｍと９５０ｎｍ、可視光−赤外線領域では、６００ｎ
ｍと８５０ｎｍ、可視光領域では、４１０ｎｍと６００
ｎｍ、６００ｎｍと６５０ｎｍなどを選択することがで
きる。ここで、第１光デジタル信号２２の波長と第２光
デジタル信号２３の波長とが２０ｎｍ以上異なると、光
フィルター等により分離することが容易になる。また、
第１波長および第２波長は、いずれもが３００ｎｍ以上
１０００ｎｍ以下であると、本実施形態の光伝送システ
ムを構成することが容易となる。特に、光伝送の形態が
空間伝送である場合には、第１波長および第２波長が、
いずれも７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の領域にある
ことにより、人体の視覚に対して安全であり、また可視
光線の影響抑制を容易にすることができる。また、光伝
送の形態がプラスティック光ファイバーを用いる伝送で
ある場合には、第１波長および第２波長が、いずれも３
００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の領域にあることにより、
光伝送効率を良好に保つことが容易となる。

【００２５】第１光デジタル信号２２および第２光デジ
タル信号２３は、それぞれ、第１出射レンズ４および第
２出射レンズ５により絞られた後、外部に放射され、自
由空間中（通常は空気中）を伝播して、光受信器１１に
到達する。

【００２６】ここで、上記のような出射レンズを設ける
かわりに、各発光素子のパッケージや封止体にレンズの
機能を持たせる方法や、各発光素子の発光面上に、波長
選択性の光フィルターを設ける方法などを用いてレンズ
を省略してもよい。このような方法は、特に、近距離間
の空間光伝送を行なう場合や、プラスチック光ファイバ
ーを突き合わせて結合させる場合に有効である。

【００２７】光受信器１１において、第１入射レンズ１
４には、第１光デジタル信号２２の第１波長の光を透過
しやすく、第２光デジタル信号２３の第２波長の光を遮
断しやすいレンズが用いられている。一方、第２入射レ
ンズ１５には、第２波長の光を透過しやすく、第１波長
の光を遮断しやすいレンズが用いられている。そのた
め、第１受光素子１２には、第１入射レンズ１４を通過
した第１光デジタル信号２２が主に到達し、第２受光素
子１３には、第２入射レンズ１５を通過した第２光デジ
タル信号２３が主に到達する。

【００２８】ここで、上記のような入射レンズを設ける
方法の他に、各受光素子のパッケージや封止体にレンズ
の機能を持たせる方法、各受光素子の入射面上に、波長
選択性の光フィルターを設ける方法および受光素子自身
の波長選択性を利用する方法などを用いてもよい。この
ような方法は、特に、近距離間の空間光伝送を行なう場
合や、プラスチック光ファイバーを突き合わせて結合さ
せる場合に有効である。これらの方法を用いた場合に
も、第１受光素子１２および第２受光素子１３が検出す
る光の波長に選択性を持たせることができる。ここで、
レンズを用いる方法，光フィルターを用いる方法など、
どの方法においても、第１受光素子１２と第２受光素子
１３とが検出する第１波長と第２波長の入射光に対する
感度の選択比は、３倍以上にすることが好ましい。

【００２９】次に、光受信器１１は、第１受光素子１２
が生成する第１電気信号２２ａと、第２受光素子１３が
生成する第２電気信号２３ａとを比較して、その比較結
果に基づいてデジタル出力信号２４を生成し、信号再生
を行う。

【００３０】ここで、光受信器１１における第１電気信
号２２ａと第２電気信号２３ａとを比較してデジタル出
力信号２４を生成する方法としては、例えば、２つの信
号値の差の値をもとにデジタル出力信号２４を出力する
方法や、２つの信号の強弱を比較判定した結果に応じて
デジタル出力信号２４を出力する方法などがある。

【００３１】上記の２つの方法のうち、まず、２つの信
号値の差の値をもとにデジタル出力信号を出力する方法
について述べる。この方法を用いた場合に、光受信器１
１に外乱の影響が加わった場合には、外乱に対する第１
受光素子１２および第２受光素子１３の感度が同一であ
れば、外乱に起因する第１電気信号２２ａの変化と、第
２電気信号２３ａにおける変化とは同じになる。つま
り、第１電気信号２２ａと第２電気信号２３ａとにおい
て、必要な信号の強度変化は互いに相反する変化を示す
のに対し、外乱に起因する不要な信号は同一の変化を示
す。このとき、光受信器１１は、各受光素子が生成する
電気信号の差の値を元にしてデジタル出力信号２４を再
生するので、外乱に起因する信号は消去される。このと
き、デジタル出力信号２４を生成する基礎となる差信号
の振幅レベルは、第１電気信号２２ａおよび第２電気信
号２３ａの振幅レベルの約２倍となる。ここで、各受光
素子の外乱に対する感度は、同一でなくても、同程度で
あれば、外乱の影響を十分抑制することができる。

【００３２】次に、２つの信号の強弱を比較判定し、そ
の結果に応じてデジタル出力信号２４を出力する方法に
ついて述べる。この方法を用いた場合には、上記の方法
と同様の外乱の影響を抑制することができる。それに加
えて、２つの信号の強度変化が互いに逆となる信号変化
のみ検出する処理を行うことで、第１受光素子１２と第
２受光素子１３とにおける外乱の影響が異なる場合に
も、光受信器１１は、各受光素子が生成する電気信号の
うち互いに逆の変化を示す部分以外は排除してデジタル
出力信号２４を再生するため、外乱の影響を抑制するこ
とができる。

【００３３】ここで、外部からの光の入射に起因する外
乱の例として、外乱光２５が光受信器１１に入射する場
合を考える。この場合には、第１受光素子１２が生成す
る第１電気信号２２ａと第２受光素子１３が生成する第
２電気信号２３ａとが変化するが、光受信器１１は、こ
れら２つの電気信号を比較してデジタル出力信号２４を
再生するため、外乱光２５の影響を排除することができ
る。

【００３４】なお、外乱光２５が可視光線である場合に
は、第１光デジタル信号２２および第２光デジタル信号
２３の波長を赤外線領域とすることにより、攪乱を効果
的に防ぐことができる。

【００３５】また、蛍光灯光などの照明光に対する第１
受光素子１２の感度と第２受光素子１３の感度との比が
１／２以上でかつ２倍以下であることにより、照明光の
影響を１／２未満に抑制することができる。

【００３６】次に、光学的結合の変化に起因する外乱の
例として、光送信器１と光受信器２との間の空間を遮蔽
物が横切ることにより、両者の光学的な結合が急激に１
／２未満となる場合を考える。第１受光素子１２および
第２受光素子１３に入射する光強度が減少するので、各
受光素子の電気的出力も１／２未満となる。しかし、各
受光素子の電気的出力が同じだけ減少するので、光受信
器２の再生するデジタル出力信号２４には外乱の影響が
現れない。つまり、第１受光素子１２および第２受光素
子１３が受光する光の強度が、通信の維持自体に必要な
強度の最低レベル以上であれば、通信が可能となる。

【００３７】さらに、本実施形態においては、信号光の
ハイ／ローレベルの判定は、光受信器１１における２つ
の信号光の強度比較により行うことができるため、従来
のように、平均受光レベルをモニターして閾値を設定す
る必要がない。これにより、外乱の影響により信号の強
度が変化しても、ハイ／ロー判定を正確に行うことが可
能となる。また、光受信器１１の回路を簡素化でき、従
来には必要であった光送信器１の前段階の変調器と、光
受信器の後段階の復調器とを省略することができる。

【００３８】（第２の実施の形態）以下に、本実施形態
の光伝送システムについて、図２を参照しながら説明す
る。図２は、第２の実施形態における光伝送システムに
用いる装置の構成を示す図である。

【００３９】図２に示すように、本実施形態の光伝送シ
ステムでは、遅延回路３６，インバータ３７，第１発光
素子（発光ダイオード素子）３２，第２発光素子（発光
ダイオード素子）３３，出射レンズ３４からなる光送信
器３１と、入射レンズ４４，第１受光素子４２，第２受
光素子４３からなる光受信器４１とからなる。

【００４０】光送信器３１にデジタル変調信号５１が入
射すると、デジタル変調信号５１は、第１デジタル変調
信号５１ａと第２デジタル変調信号５１ｂとに分かれ
る。第１デジタル変調信号５１ａは、遅延回路３６を介
して、第１発光素子３２に到達する。すると、第１発光
素子３２は、第１デジタル変調信号５１ａに応じて直接
強度変調して、第１波長を有する第１光デジタル信号５
２を出射する。

【００４１】一方、第２デジタル変調信号５１ｂは、イ
ンバータ３７に到達して、位相が反転してから、第２発
光素子３３に到達する。すると、第２発光素子３３は、
直接強度変調し、第２波長を有する第２光デジタル信号
５３を出射する。

【００４２】ここで、図２においては、第１発光素子３
２と第２発光素子３３とが１ｍｍ以下の距離で近接して
設けられていることにより、第１発光素子３２の発光領
域と、第２発光素子３３の発光領域とは、近似する発光
面を有している。ただし、本発明においては、光結合器
や積層型の発光素子を用いることによって、各発光素子
の発光領域が同一の発光面を有することも可能である。

【００４３】次に、第１光デジタル信号５２と第２光デ
ジタル信号５３とは、出射レンズ３４により絞られて放
射され、自由空間中（通常は空気中）を伝播する。ここ
で、上記のような出射レンズを設けるかわりに、各発光
素子の発光面上に、波長選択性の光フィルターを設ける
方法などを用いてレンズを省略してもよい。

【００４４】光受信器４１に到達した第１光デジタル信
号５２および第２光デジタル信号５３は、入射レンズ４
４を介して、第１受光素子４２および第２受光素子４３
に到達する。ここで、第１受光素子４２と第２受光素子
４３とは、１ｍｍ以下の距離で近接して設けられてい
る。これにより、２つの受光素子の受光領域は近似する
受光面を有することになるので、単一の入射レンズ４４
を透過する第１光デジタル信号５２と第２光デジタル信
号５３とを受光することができる。ただし、本発明にお
いては、光結合器や積層型の受光素子を用いることによ
って、各受光素子が同一の受光面を有することも可能で
ある。

【００４５】第１受光素子４２および第２受光素子４３
の入射面には、波長選択性の光フィルターが設けられて
いる。これにより、第１受光素子４２では、第１光デジ
タル信号５２の第１波長の光に対する感度が第２波長の
光に対する感度より十分に高くなり、第１波長の光を選
択的に受光することができる。一方、第２受光素子４３
では、第２光デジタル信号５３の第２波長の光に対する
感度が第１波長の光に対する感度より十分高くなり、第
２波長の光を選択的に受光することができる。ここで、
各受光素子の波長選択比は、３倍以上であることが好ま
しい。

【００４６】次に、光受信器４１は、第１受光素子４２
が生成する第１電気信号５２ａと、第２受光素子４３が
生成する第２電気信号５３ａとを比較して、その比較結
果に基づいてデジタル出力信号５４を生成し、信号再生
を行なう。信号再生の方法は、第１の実施形態の方法と
同様である。

【００４７】以下に、本実施形態の光受信器４１の具体
的な構成例について、図３を参照しながら説明する。図
３は、第２の実施形態の光受信器の構成を示す図であ
る。

【００４８】図３に示すように、本実施形態の光受信器
４１は、入射レンズ４４と、第１光フィルター４５と、
第１フォトダイオード素子４２ａと、第１負荷抵抗４７
と、第２光フィルター４６と、第２フォトダイオード素
子４３ａと、第２負荷抵抗４８と、比較装置４９と、波
形成形装置５０とから構成されている。ここで、第１光
フィルター４５は、第１波長の光を、第２波長の光より
も３倍以上透過しやすい性質を有している。第２光フィ
ルター４６は、第２波長の光を、第１波長の光よりも３
倍以上透過しやすい性質を有している。

【００４９】第１光デジタル信号５２と第２光デジタル
信号５３とが光受信器４１に到達すると、まず、入射レ
ンズ４４を透過する。その後、第１光デジタル信号５２
は第１波長を有するので、主に、第１光フィルター４５
を透過して第１フォトダイオード素子４２ａに到達し、
第２光デジタル信号５３は第２波長を有するので、主
に、第２光フィルター４６を透過して第２フォトダイオ
ード素子４３ａに到達する。

【００５０】第１フォトダイオード素子４２ａおよび第
２フォトダイオード素子４３ａは、、それぞれ、第１負
荷抵抗４７および第２負荷抵抗４８を介して接地されて
おり、通信時には、逆バイアス電圧を印加される。第１
負荷抵抗４７および第２負荷抵抗４８の電位は、差動増
幅機能を有する比較装置４９に入力されて比較される。
比較結果が波形成形装置５０に入力されることにより、
デジタル出力信号５４が外部に出力される。

【００５１】もし、第１負荷抵抗４７の電位および第２
負荷抵抗４８の電位を各々一度電圧増幅した後に比較す
ると、初期増幅段において外乱光等による共通電位部分
も増幅することになるので、混入する雑音の強度が増大
してしまう。しかし、図３に示すような光受信器におい
ては、比較装置４９に各電位が直接入力されて比較さ
れ、共通電位が初段でキャンセルされるので、従来より
も初期増幅に伴う雑音の混入を抑制することができる。

【００５２】しかし、本発明においては、例えば第１光
デジタル信号５２と第２光デジタル信号５３との強度，
伝達効率および受信感度等が異なる場合には、初段で各
電位を電圧増幅することによって両者の電圧振幅を揃え
てから、各電位を比較することで信号再生を安定化して
もよい。

【００５３】なお、図３においては、光フィルターによ
り２種類の波長の光の分岐を行っているが、そのかわり
に、波長選択性を有する半反射鏡や光分岐装置を用いて
もよい。その場合には、第１フォトダイオード素子４２
ａへの入射光と第２フォトダイオード素子４３ａへの入
射光の光軸を一致させることができる。上記構成は、特
に、光ファイバーを媒体として光伝送する際のファイバ
ー端との光結合に適している。

【００５４】本実施形態では、第１の実施形態と同様の
効果を得ることができ、外乱光，光学的結合状態の変化
および電磁ノイズなどによる外部からの影響を抑制し、
安定な光通信を実現することができる。さらに、出射レ
ンズ３４および入射レンズ４４を単一にすることにより
得られる効果について、第１の実施形態の場合と比較し
ながら説明する。

【００５５】まず、第１の実施形態では、光送信器１に
おいて、第１波長の第１光デジタル信号２２と、第２波
長の第２光デジタル信号２３とを、別の出射レンズを介
して出射する。光受信器１１においても、第１光デジタ
ル信号２２と第２光デジタル信号２３とを、別の入射レ
ンズにより入射する。

【００５６】それに対し、本実施形態では、光送信器３
１において、第１発光素子３２の発光領域と第２発光素
子３３の発光領域とが同一あるいは近似の発光面を有し
ており、単一の出射レンズ３４が用いられる。光受信器
４１において、第１受光素子４２の受光領域と第２受光
素子４３の受光領域とが同一または近似の受光面を有し
ており、単一の入射レンズ４４が用いられる。これによ
り、第１光デジタル信号５２と第２光デジタル信号５３
との光放射時と光集光時における光軸のずれが抑制さ
れ、２つの信号光の空間中における伝播経路はほぼ一致
し、両者の光結合状態は同等となっている。このことか
ら、通信時には、２つの光信号の結合状態を調整する必
要がなく、２つの光信号のうちの一方の光結合（あるい
は両者の光結合の和）が通信可能となるように設定する
と、２つの光信号を通信可能とすることができるので、
光結合状態の調整が容易になり、さらに通信が安定化す
る。また、第１の実施の形態と比較して、放射レンズお
よび入射レンズの使用数を少なくすることができる。こ
のことから、本実施形態においては、光軸合わせが容易
となり、部品コストの削減も図ることができる。

【００５７】（第３の実施の形態）以下に、本実施形態
の光伝送システムについて、図４を参照しながら説明す
る。図４は、第３の実施形態における光伝送システムに
用いる装置の構成を示す図である。 図４に示すよう
に、本実施形態の光伝送システムでは、遅延回路６６，
インバータ６７，第１発光素子（発光ダイオード素子）
６２，第２発光素子（発光ダイオード素子）６３，出射
レンズ６４からなる光送信器６１と、入射レンズ７４，
第１受光素子７２，第２受光素子７３からなる光受信器
７１とからなる。

【００５８】光送信器７１にアナログ変調信号８１が入
射すると、アナログ変調信号８１は、第１アナログ変調
信号８１ａと第２アナログ変調信号８１ｂとに分かれ
る。第１アナログ変調信号８１ａは、遅延回路６６を介
して、第１発光素子６２に到達する。すると、第１発光
素子６２は、第１アナログ変調信号８１ａに応じて直接
強度変調して、第１波長を有する第１光アナログ信号８
２を出射する。

【００５９】一方、第２アナログ変調信号８１ｂは、イ
ンバータ６７に到達して、位相が反転してから、第２発
光素子６３に到達する。すると、第２発光素子６３は、
直接強度変調し、第２波長を有する第２光アナログ信号
８３を出射する。

【００６０】ここで、図４においては、第２の実施形態
と同様に、第１発光素子６２と第２発光素子６３とが１
ｍｍ以下の距離で近接して設けられている。しかし、光
結合器や積層型の発光素子を用いることにより、各発光
素子の発光領域が同一の発光面を有することも可能であ
る。

【００６１】次に、第１光アナログ信号８２と第２光ア
ナログ信号８３とは、出射レンズ６４により絞られて放
射され、自由空間中（通常は空気中）を伝播する。ここ
で、出射レンズ６４のかわりに、第１光アナログ信号８
２を主に透過するための第１出射レンズと、第２光アナ
ログ信号８３を主に透過するための第２出射レンズとを
設けてもよい。また、各発光素子のパッケージや封止材
にレンズとしての機能を備えることにより、出射レンズ
６４を省略することもできる。

【００６２】第１受光素子７２および第２受光素子７３
の入射面には、波長選択性の光フィルターが設けられて
いる。これにより、第１受光素子７２では、第１光アナ
ログ信号８２の第１波長の光に対する感度が第２波長の
光に対する感度より十分に高くなり、第１波長の光を選
択的に受光することができる。一方、第２受光素子７３
では、第２光アナログ信号８３の第２波長の光に対する
感度が第１波長の光に対する感度より十分高くなり、第
２波長の光を選択的に受光することができる。ここで、
各受光素子の波長選択比は、３倍以上であることが好ま
しい。

【００６３】次に、光受信器７１は、第１受光素子７２
が生成する第１電気信号８２ａと、第２受光素子７３が
生成する第２電気信号８３ａとを比較して、その比較結
果に基づいてアナログ出力信号８４を生成し、信号再生
を行なう。信号再生の方法は、第１の実施形態のデジタ
ル出力信号の再生方法と同様である。

【００６４】ここで、光受信器７１において、入射レン
ズ７４のかわりに、第１光アナログ信号８２を主に透過
するための第１入射レンズと、第２光アナログ信号８３
を主に透過するための第２入射レンズとを設けてもよ
い。また、各受光素子のパッケージや封止材にレンズと
しての機能を備えることにより、入射レンズ７４を省略
することもできる。

【００６５】また、以上では、アナログ信号を伝搬する
場合について述べたが、本発明においては、光伝送シス
テムの途中において、アナログ信号をデジタル信号に変
換してもよい。例えば、デジタル信号により変調したア
ナログ信号を本発明の伝送システムを用いて伝送する
と、帯域の異なる複数のデジタル信号やアナログ信号が
混合した信号を伝達することもできる。

【００６６】本実施形態では、第１の実施形態と同様の
効果を得ることができ、外乱光，光学的結合状態の変化
および電磁ノイズなどによる外部からの影響を抑制し、
安定な光通信を実現することができる。さらに、単一の
出射レンズ６４と単一の入射レンズ７４とを用いた場合
には、第２の実施形態と同様の効果を得ることができ、
光軸合わせが容易となり、部品コストの削減が可能にな
り、さらに通信を安定化させることができる。

【００６７】（第４の実施の形態）以下に、本実施形態
の光伝送システムについて、図５を参照しながら説明す
る。図５は、第４の実施形態における光送信器の構成を
示す図である。

【００６８】図５に示すように、本実施形態の光送信器
９１は、信号分岐部９５と、遅延回路８９と、インバー
タ９０と、第１駆動部９６と、第２駆動部９７と、第１
発光ダイオード素子９２と、第２発光ダイオード素子９
３と、出射レンズ９４とを備えている。

【００６９】光送信器９１に到達したデジタル変調信号
９８は、信号分岐部９５において、第１デジタル変調信
号９８ａと第２デジタル変調信号９８ｂとに分かれる。
第２デジタル変調信号９８ｂは、インバータ９０により
位相が反転する。

【００７０】第１駆動部９６および第２駆動部９７は、
ＣＲ（静電容量−抵抗）回路等の微分回路を備えてお
り、入力信号を所定の微分量で微分する機能を有してい
る。この機能により、第１デジタル変調信号９８ａが第
１駆動部９６に入射することにより、ハイ／ロー信号の
立ち上がり時，立ち下がり時にピークを有する（ピーキ
ングされた）電流が、第１発光ダイオード素子９２を駆
動する。同様に、第２デジタル変調信号９８ｂが第２駆
動部９７に入射することにより、ハイ／ロー信号の立ち
上がり時，立ち下がり時にピークを有する電流が、第２
発光ダイオード素子９３を駆動する。

【００７１】すると、第１発光ダイオード素子９２から
は、第１波長を有する第１光デジタル信号９９が放射さ
れ、第２発光ダイオード素子９３からは、第２波長を有
する第２光デジタル信号１００が放射される。第１光デ
ジタル信号９９と第２光デジタル信号１００とは、互い
に反転した位相を有しており、いずれも出射レンズ９４
によって絞られて外部に放射される。

【００７２】放射された第１光デジタル信号９９および
第２光デジタル信号１００は、例えば、第２の実施形態
の受信器４１を用いることによって信号再生をすること
ができる。

【００７３】以下に、本発明の光送信器９１における第
１駆動部９６および第２駆動部９７の機能について、従
来と比較しながら説明する。

【００７４】従来から、光通信における発光素子として
発光ダイオード素子を用いる場合には、素子の応答速度
の遅さを改善するため、駆動部に微分回路を用いること
によって、発光ダイオード素子の駆動の高速化が図られ
ていた。それについて、以下に、図６（ａ），（ｂ）を
参照しながら説明する。図６（ａ），（ｂ）は、微分回
路を用いた場合の光デジタル信号を示したグラフ図であ
る。

【００７５】図６（ａ）に示すように、従来において
は、発光ダイオード素子におけるハイ／ロー信号の立上
り応答は比較的容易に改善できるものの、立下り応答を
改善することが困難であった。発光が開始する立上げ時
において、発光ダイオード素子に電荷を注入することが
比較的容易であるのに対し、発光が終了する立下げ時に
おいて、発光ダイオード素子から一時的に大電流を引き
抜くことは困難であるからである。発光ダイオード素子
から大電流を引き抜くためには、電流引き抜き用の回路
を設けたり、正負電源を用いたりするなどの複雑な回路
が必要であり、駆動のための消費電力も増大してしま
う。さらに、発光ダイオード素子においては、高電流注
入時（発光時）と、低電流注入時（消光時）とでは電気
的特性が異なり、発光応答時定数も異なるため、立上り
時と立下り時の両方に適応可能である微分回路を設定す
ることも困難である。

【００７６】一方、立下り応答を高速化するために、さ
らに微分量を増大すると、図６（ｂ）に示すように、立
ち下がり時における応答はある程度改善されるものの、
立ち上がり時においては、駆動回路の微分量が発光ダイ
オード素子の時定数を超えることによってオーバーシュ
ートして、光応答にピークが発生してしまうおそれが生
じる。

【００７７】従来の光送信器においては、光応答にピー
クが発生すると、発光立上りの直後の光出力の強度と、
一定時間経過後の光出力の強度とが異なることから、光
受信器におけるハイ／ロー判別のための閾値設定が困難
になる。例えば、ハイ／ローが交互に送信され、ハイに
立ち上がる回数が通常より著しく多いような状態では、
全体としての平均信号レベルが増加するので、閾値が高
くなってしまう。その後、しばらくの間ハイの状態が続
くと光出力は徐々に低下してしまうので、その信号にお
けるハイ状態をロー状態と誤認識するおそれがある。

【００７８】また、ハイ状態の信号が入力されて、立ち
上がり時のピークの減衰時間が１ｂｉｔの送信時間を超
える場合には、その次にロー状態の信号が入力されても
発光強度が十分立下がらずに、ハイ状態と誤認識される
可能性もある。

【００７９】それに対し、本実施形態の光送信器９１に
おいては、第１駆動部９６と第２駆動部９７とに微分回
路が備わっており、第１発光ダイオード素子９２と第２
発光ダイオード素子９３とが、立ち上がり時，立ち下が
り時にピークを有する第１光デジタル信号９９と第２光
デジタル信号１００とを生成する。そして、この２つの
光デジタル信号が光受信器に到達すると、２つの光デジ
タル信号を比較することによりハイ／ロー判別が行われ
る。ここでは、従来のように、１つの光信号の強度から
ハイ／ロー判別の閾値を設定する必要がないので、２つ
の光デジタル信号が、図６（ｂ）に示すように、オーバ
ーシュートによるピークを有している場合にも、ハイ／
ロー判別には影響が及ばない。むしろ、オーバーシュー
トによってピークが発生すると、第１光デジタル信号９
９と第２光デジタル信号１００との強度差が大きくなる
ので、ハイ／ロー判別が容易となる。以上のことから、
第１駆動部９６と第２駆動部９７とにおいては、大微分
量の微分を行なうことが可能となるため、立ち上げ時，
立ち下げ時の応答を高速化することができる。さらに、
第１光デジタル信号９９と第２光デジタル信号１００と
のうちの一方の応答が高速化されておれば、他方の応答
が遅い場合でも、その遅さをカバーすることができる。
なお、以上では、オーバーシュートにより発生するピー
クは、立ち上げ時と立ち下げ時のどちらに発生してもよ
い。

【００８０】なお、本実施形態の光送信器９１において
は、出射レンズ９４のかわりに、第１光デジタル信号９
９を主に透過するための第１出射レンズと、第２光デジ
タル信号１００を主に透過するための第２出射レンズと
を設けてもよい。また、各発光ダイオード素子のパッケ
ージや封止材にレンズとしての機能を備えることによ
り、出射レンズ９４を省略することもできる。これらの
場合には、第１の実施形態の光受信器１１を用いること
によって信号再生を行うことができる。

【００８１】また、本実施形態の光送信器９１は、デジ
タル信号ではなく、アナログ信号を用いた場合にも適用
することができる。その場合には、第３の実施形態の光
受信器７１を用いることによって、信号再生をすること
ができる。

【００８２】（その他の実施形態）本発明においては、
外乱の原因として、外乱光の入射や遮蔽物の通過の他
に、光送信器・光受光器の位置関係の変動、屋外におけ
る通信時の雨粒、霧の発生、受光素子への電磁ノイズ侵
入、発光素子駆動部への電磁のノイズ侵入、発光素子の
温度上昇などが考えられ、これらに起因する外乱の影響
を抑制することができる。

【００８３】上記のような外乱の原因の中で、特に、受
光素子を外部電磁場からシールドすることは困難であ
り、通信品質の劣化を招く要因であったが、本発明の光
伝送システムを適用することにより、電磁ノイズの影響
を効果的に抑制できる。従って、外部電磁場がある場合
でも、通信の信頼性を向上することができる。

【００８４】上記実施形態では、発光素子として発光ダ
イオード素子を用いた空間光伝送について述べたが、本
発明においては、発光素子として、面発光型レーザ素
子、あるいはその他の発光素子を用いても同様の効果を
得ることができる。また、伝送媒体として、プラスチッ
ク光ファイバー、導波路、あるいはその他の媒体を用い
てもよい。

【００８５】上記実施形態の光伝送システムは、特に、
空間を介する光伝送に適用することが有効である。それ
は、空間を介する光伝送においては、光の伝送速度は波
長に依存せず同一であり、長距離の通信を行っても信号
到着時刻の差異は発生しないからである。

【００８６】また、上記実施形態の光伝送システムは、
光ファイバーを用いた光伝送の場合には、５００ｍ以下
の短距離の通信において適用すると、波長分散による到
着時刻の差異の影響が小さいので、上記のような効果を
得ることができる。

【００８７】さらに、光ファイバーを用いた光伝送の場
合で、かつ長距離の通信を行なう場合には、波長が分散
することから光の伝達速度はその光の波長によって異な
り、光受信器への光の到達時刻にも差異が生じてしま
う。しかし、伝送距離に応じて、一方の信号光を遅延さ
せたり逆分散ファイバーを利用することによって信号の
到達時刻を調整すると、上記実施形態を適用した場合
に、効果を得ることができる。

【００８８】

【発明の効果】本発明の光伝送システムにおいては、外
乱からの影響を受けにくく、安定性が高く、伝送速度の
速い光伝送システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における光伝送システムに用い
る装置の構成を示す図である。

【図２】第２の実施形態における光伝送システムに用い
る装置の構成を示す図である。

【図３】第２の実施形態の光受信器の構成を示す図であ
る。

【図４】第３の実施形態における光伝送システムに用い
る装置の構成を示す図である。

【図５】第４の実施形態における光送信器の構成を示す
図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は、微分回路を用いた場合の光
信号を示したグラフ図である。

【図７】従来の空間を介する光伝送装置の構成を示した
図である。

【符号の説明】

１ 光送信器 ２ 第１発光素子 ３ 第２発光素子 ４ 第１出射レンズ ５ 第２出射レンズ ６ 遅延回路 ７ インバータ １１ 光受信器 １２ 第１受光素子 １３ 第２受光素子 １４ 第１入射レンズ １５ 第２入射レンズ ２１ デジタル変調信号 ２１ａ 第１デジタル変調信号 ２１ｂ 第２デジタル変調信号 ２２ 第１光デジタル信号 ２３ 第２光デジタル信号 ２４ デジタル出力信号 ２５ 外乱光 ３１ 光送信器 ３２ 第１発光素子 ３３ 第２発光素子 ３４ 出射レンズ ４１ 光受信器 ４２ 第１受光素子 ４２ａ 第１フォトダイオード素子 ４３ 第２受光素子 ４３ａ 第２フォトダイオード素子 ４４ 入射レンズ ４５ 第１光フィルター ４６ 第２光フィルター ４７ 第１負荷抵抗 ４８ 第２負荷抵抗 ４９ 比較装置 ５０ 波形成形装置 ５１ デジタル変調信号 ５１ａ 第１デジタル変調信号 ５１ｂ 第２デジタル変調信号 ５２ 第１光デジタル信号 ５３ 第２光デジタル信号 ５４ デジタル出力信号 ６１ 光送信器 ６２ 第１発光素子 ６３ 第２発光素子 ６４ 出射レンズ ７１ 光受信器 ７２ 第１受光素子 ７３ 第２受光素子 ７４ 入射レンズ ８１ アナログ変調信号 ８１ａ 第１アナログ変調信号 ８１ｂ 第２アナログ変調信号 ８２ 第１光アナログ信号 ８３ 第２光アナログ信号 ８４ アナログ出力信号 ９１ 光送信器 ９２ 第１発光ダイオード素子 ９３ 第２発光ダイオード素子 ９４ 出射レンズ ９５ 信号分岐部 ９６ 第１駆動部 ９７ 第２駆動部 ９８ デジタル変調信号 ９８ａ 第１デジタル変調信号 ９８ｂ 第２デジタル変調信号 ９９ 第１光デジタル信号 １００ 第２光デジタル信号

フロントページの続き (72)発明者 出口 正洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 朝実良 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 古屋 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 BA02 BA05 BA14 CA02 DA02 EA03 FA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を受けて上記信号に応じて強度変調
   された第１光信号を出力する第１発光素子と、上記信号
   を受けて上記信号の位相を反転してなる反転信号を生成
   する手段と、上記反転信号に応じて強度変調された第２
   光信号を出力する第２発光素子とを有する光送信器と、 上記第１光信号を受けて第１信号を生成する第１受光素
   子と、上記第２光信号を受けて第２信号を生成する第２
   受光素子とを有し、上記第１信号と上記第２信号とを比
   較した結果の信号を出力する光受信器とを備える光伝送
   システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光伝送システムであっ
   て、 上記第１光信号と上記第２光信号とが、気体中を伝播し
   て上記光受信器に到達することを特徴とする光伝送シス
   テム。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光伝送システ
   ムであって、 上記光送信器において、上記第１光信号と上記第２光信
   号とが、１つの出射レンズにより絞られて出力されるこ
   とを特徴とする光伝送システム。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載
   の光伝送システムであって、 上記光受信器において、上記第１光信号と上記第２光信
   号とが、１つの入射レンズにより集光されることを特徴
   とする光伝送システム。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載
   の光伝送システムであって、 上記光送信器では、上記第１発光素子と上記第２発光素
   子とが、上記信号および上記反転信号を微分する機能を
   有する駆動回路により駆動されることを特徴とする光伝
   送システム。