JP2009004841A - 変調方法および変調回路ならびに復調方法および復調回路 - Google Patents

Abstract

【課題】立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子を用いる場合の伝送速度を高速化すること。
【解決手段】立ち上がりビットのビットタイムｂｒと立ち下がりビットのビットタイムｂｆとを発光素子１０２の立ち上がり時間ｔｒ、立ち下がり時間ｔｆに合わせて設定する変調方法とすることにより、立ち下がり時間ｔｆに合わせて全てのビットタイムを設定する一般的な変調方法と比べて平均的なビットタイムを短くすることとなり高速に信号を伝送することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子を変調して光信号伝送を行う変調方法および変調回路ならびに復調方法および復調回路に関するものである。

近年、照明光を変調して信号を伝送する照明光通信が注目されている。このような照明光通信では、白色ＬＥＤや蛍光灯などの光源が用いられる。図１３は、照明用に多く用いられる蛍光体タイプの白色ＬＥＤ１０を示している。白色ＬＥＤ１０は、青色ＬＥＤ１１からの出射光１２を蛍光体１３で黄色光１４に変換し、蛍光体１３で変換されない青色光１５と同時に出射することにより白色光を放射するものが多く用いられている。

しかしながら、図１３に示した蛍光体タイプの白色ＬＥＤ１０や蛍光灯は、蛍光材を介して光を放出するため、蛍光材の蓄光作用により応答速度が遅いという特性がある。この入力電気信号に対する光出力応答特性が遅いという特性は、照明光通信においては伝送速度が遅くなると言う欠点となる。

このため従来の照明光通信装置としては、図１３の蛍光体１３で変換されない青色光１５のみを受信側で選択して受信するものが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。図１４は、前記特許文献１に記載された従来の照明光通信装置を示すものである。

図１４において、蛍光体タイプの白色ＬＥＤ２０に内蔵された青色ＬＥＤ１１からの放射光１２は蛍光体２３により黄色光１４に変換される。図１４では、蛍光体２３の一部に蛍光作用の無い拡散材１６が配置されており、積極的に、蛍光体２３で変換されない青色光１５を放出する構成としていた。また、受光素子２２は、その表面に図１５の破線で示した反射特性の光学膜２２が形成されている。これにより白色ＬＥＤ２０からの放射光の発光強度スペクトル分布（図１５の実線）の内、蛍光体２３で変換されない青色光１５（図１５の斜線部）のみを受光する構成としていた。これにより、蛍光体２３を介することによる応答速度の劣化を回避していた。
特開２００４−３６３７５６号公報（第５頁、図１）

しかしながら、前記従来の構成では、蛍光体２３で変換されない青色光１５のみを信号伝送に使用するので、図１５に示されているように、照明光の一部のみを使用することになる。このため、光電力の信号伝送への利用効率が低く、長距離伝送が困難になるという課題を有していた。図１４の従来の構成では、拡散材１６を用いることで蛍光体２３で変換されない青色光１５を積極的に放出するようにしているが、白色ＬＥＤ２０からの放出光の色調を自然なものとするためには、極端に青色光を多くすることも出来ない。また逆に、照明用ＬＥＤでは、演色性を高めるため、複数の種類の蛍光材で青色光を変換し、図１６に示したような発光強度スペクトル分布にしているものもある。このようなスペクトル分布では、蛍光体に変換されない青色光の電力は、更に割合の低い分布となり、信号伝送への光電力の利用効率が低下することになる。また、蛍光灯を照明光源に使用する場合には、従来の構成を適用することが出来ない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、照明用光源の電力を有効に活用しながら、蛍光体を介して光を放出することによる伝送速度の低下を抑えることが可能な変調方法および変調回路を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の発明の変調回路は、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子を変調する変調回路であって、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイム（ここでは、「ビットタイム」を１ビットの伝送に割り当てる時間を意味することとする）と、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第１の発明の変調回路によれば、光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の短い側に対応するビットタイムは、長い側に影響されることなく短くすることが出来るので、全体として伝送速度の低下を抑えることが可能となる。

また本発明の第２の発明の変調回路は、第１の発明に従属する発明であって、高位レベルのビット後、同じ高位レベルが連続するビットのビットタイムと、低位レベルのビット後、同じ低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第２の発明の変調回路によれば、高位レベルのビット後のビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第３の発明の変調回路は、第１の発明に従属する発明であって、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子を変調する変調回路であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ種類の発光レベルのうち、最高位レベル以外のレベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、最高位レベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る変調を行う。

上記第３の発明の変調回路によれば、ビットタイムの短い立ち上がりビットを多用し、ビットタイムの長い立ち下がりビットを少なくすることになるので、全体として伝送速度を上げることが出来る。

また本発明の第４の発明の変調回路は、第３の発明に従属する発明であって、最高位レベルのビット後に同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムと、最高位以外のレベルのビット後に同じレベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第４の発明の変調回路によれば、最高位以外のレベルのビットにおけるビット時間を短くできると共に、最高位レベルのビット後のビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第５の発明の変調回路は、第１の発明に従属する発明であって、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子を変調する変調回路であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、その直後に最下位レベルに下げるとともに、上記Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取る際のビットタイムと、上記最下位レベルに下げる時間とを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なる時間とする変調を行う。

上記第５の発明の変調回路によれば、Ｎビットごとのビットタイムの合計時間が一定となり、大きな容量のバッファを使用せずに、等速度のデータ入出力が可能となる。

また本発明の第６の発明の変調回路は、第１の発明に従属する発明であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第６の発明の変調回路によれば、光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の短い側に対応するビットタイムは、長い側に影響されることなく短くすることが出来るので、全体として伝送速度の低下を抑えることが可能となる。

また本発明の第７の発明の変調回路は、第６の発明に従属する発明であって、前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、最低位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最低位レベルのビット後、同じ最低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとし、前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、最高位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最高位レベルのビット後、同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第７の発明の変調回路によれば、最低位のレベルのビットの次のビットタイムまたは最高位のレベルのビットの次のビットタイムを短くできると共に、同一レベルのビットが連続するビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第８の発明の復調回路は、Ｎ種類のレベルで発光素子を駆動する第７の発明の変調回路に対応する復調回路であって、最低位と最高位を除く中間レベルのビット後のビットにおいて、前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、先ず立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別し、高位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、先ず立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、低位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別する復調を行う。

上記第８の発明の変調回路によれば、同一レベルが連続するビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第９の発明の変調方法は、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子の変調方法であって、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第９の発明の変調方法によれば、光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の短い側に対応するビットタイムは、長い側に影響されることなく短くすることが出来るので、全体として伝送速度の低下を抑えることが可能となる。

また本発明の第１０の発明の変調方法は、第９の発明に従属する発明であって、高位レベルのビット後、同じ高位レベルが連続するビットのビットタイムと、低位レベルのビット後、同じ低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第１０の発明の変調方法によれば、高位レベルのビット後のビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第１１の発明の変調方法は、第９の発明に従属する発明であって、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子の変調方法であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ種類の発光レベルのうち、最高位レベル以外のレベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、最高位レベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る変調を行う。

上記第１１の発明の変調方法によれば、ビットタイムの短い立ち上がりビットを多用し、ビットタイムの長い立ち下がりビットを少なくすることになるので、全体として伝送速度を上げることが出来る。

また本発明の第１２の発明の変調方法は、第１１の発明に従属する発明であって、最高位レベルのビット後に同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムと、最高位以外のレベルのビット後に同じレベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第１２の発明の変調方法によれば、最高位以外のレベルのビットにおけるビット時間を短くできると共に、最高位レベルのビット後のビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第１３の発明の変調方法は、第９の発明に従属する発明であって、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子の変調方法であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、その直後に最下位レベルに下げるとともに、上記Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取る際のビットタイムと、上記最下位レベルに下げる時間とを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なる時間とする変調を行う。

上記第１３の発明の変調方法によれば、Ｎビットごとのビットタイムの合計時間が一定となり、大きな容量のバッファを使用せずに、等速度のデータ入出力が可能となる。

また本発明の第１４の発明の変調方法は、第９の発明に従属する発明であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第１４の発明の変調回路によれば、光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の短い側に対応するビットタイムは、長い側に影響されることなく短くすることが出来るので、全体として伝送速度の低下を抑えることが可能となる。

また本発明の第１５の発明の変調回路は、第１４の発明に従属する発明であって、前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、最低位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最低位レベルのビット後、同じ最低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとし、前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、最高位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最高位レベルのビット後、同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調を行う。

上記第１５の発明の変調回路によれば、最低位のレベルのビットの次のビットタイムまたは最高位のレベルのビットの次のビットタイムを短くできると共に、同一レベルのビットが連続するビットにおけるレベル判定が容易となる。

また本発明の第１６の発明の復調方法は、Ｎ種類のレベルで発光素子を駆動する第１５の発明の変調方法に対応する復調方法であって、最低位と最高位を除く中間レベルのビット後のビットにおいて、前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、先ず立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別し、高位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、先ず立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、低位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別する復調を行う。

上記第１６の発明の変調方法によれば、同一レベルが連続するビットにおけるレベル判定が容易となる。

本発明の変調方法および変調回路によれば、光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の短い側に対応するビットタイムは、長い側に影響されることなく短くすることが出来るので、全体として伝送速度の低下を抑えることが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における変調方法および変調回路を含む光空間伝送装置の構成図である。

図１において、光送信器１００は入力信号に応じて変調回路１０１が変調信号を生成し、変調回路１０１で生成した変調信号により発光素子１０２の発光強度を変調する。これにより、発光素子１０２から信号光１０９が出射される。ここで、発光素子１０２は、例えば照明用の発光素子であり、図１３に示した蛍光タイプのＬＥＤ１０や蛍光灯などを用いる。この場合、信号光１０９は照明光を兼ねることになる。なお、入力信号は必要に応じて入力バッファ１０３を介して変調回路１０１に入力される。

発光素子１０２から出射した信号光１０９は、光受信器１１０の受光素子１１１に入射し、受光素子１１１は受光した信号光１０９を電気信号に変換し、変換された電気信号が復調回路１１２に入力される。復調回路１１２では、入力された電気信号に基づいて、光送信器１００への入力信号に準じた信号を復調し、光受信器１１０から出力信号が出力される。なお、復調回路１１２からの復調信号は、必要に応じて出力バッファ１１３を介して出力される。

以上の構成は、一般的な光空間伝送装置の構成と同様である。次に本実施の形態１の特徴的な部分について説明する。本実施の形態１において特徴的な点は、図２の変調波形で示される。本実施の形態１では、伝送ビット“１”に対して高位レベル（Ｈレベル）、伝送ビット“０”に対して低位レベル（Ｌレベル）を割り当てるＮＲＺ（ｎｏｎ−ｒｅｔｕｒｎ−ｚｅｒｏ）変調に類似した変調を行っているが、その立ち上がり時のビットタイムｂｒと立ち下がり時のビットタイムｂｆとが異なっていることが大きな特徴である。

通常のＮＲＺ変調では、図３に示すように、伝送ビットに無関係に、ビットタイムを一定にする。このビットタイムは、発光素子等の使用デバイスの応答特性に応じて決められる。ここで、発光素子１０２に蛍光タイプのＬＥＤ１０や蛍光灯などを用いた場合、蛍光材を介して発光することによる遅い応答特性に合わせたビットタイムとなり、伝送速度が制限されることになる。特に、蛍光材を介した発光素子の応答特性は、立ち下がり時の蓄光作用による応答特性の低下が顕著であり、図３のように、立ち上がり時は十分な応答特性があるにもかかわらず、発光素子の立ち下がり時間ｔｆに近い値に全てのビットタイムを揃えることになってしまう（ｂｒ＝ｂｆ≒ｔｆ）。このため、伝送速度は発光素子の立ち下がり時間ｔｆに制限される。

これに対して、図２に示した本実施の形態における変調では、立ち下がり時のビットタイムｂｆは立ち下がり時間ｔｆに合わせて長くしているが、立ち上がり時のビットタイムｂｒを、比較的高速な立ち上がり時間ｔｒに合わせて短く設定する。例えば、立ち上がり時および立ち下がり時のビットタイムｂｒ、ｂｆを、立ち上がり時間ｔｒおよび立ち下がり時間ｔｆに近い値に設定する（ｂｒ≒ｔｒ、ｂｆ≒ｔｆ）。こうすることにより、立ち上がり時のビットタイムは発光素子の長い立ち下がり時間ｔｆに合わせることなく短い立ち上がり時間ｔｒに合わすことが出来るので、平均的なビットタイムが短くなり、高速化が可能になる。

以上のようにかかる構成によれば、立ち上がり時間ｔｒが立ち下がり時間ｔｆより短い発光素子１０２を変調する変調回路１０１において、立ち上がりビットのビットタイムｂｒと立ち下がりビットのビットタイムｂｆとを発光素子１０２の立ち上がり時間ｔｒ、立ち下がり時間ｔｆに合わせて設定する変調方法とすることにより、立ち下がり時間ｔｆに合わせて全てのビットタイムを設定する一般的な変調方法と比べて平均的なビットタイムを短くすることとなり高速に信号を伝送することができる。

なお、本実施の形態１において、立ち上がり時間ｔｒが立ち下がり時間ｔｆより短い発光素子１０２を変調する場合を例に説明したが、立ち上がり時間ｔｒより立ち下がり時間ｔｆが短いデバイスを用いる場合の変調においては、それに合わせて立ち下がりビットのビットタイムｂｆを立ち上がりビットのビットタイムｂｒより短く設定すればよいことは言うまでもない。

また、立ち上がりや立ち下がりが生じないビット、すなわち同じレベルが連続するビットについては、下位レベルのビットが連続する場合のビットタイムｂＬは立ち上がり時間ｔｒに合わせ、上位レベルのビットが連続する場合のビットタイムｂＨは立ち下がり時間ｔｆに合わせる（例えば、ｂＬ＝ｂｒ≒ｔｒ、ｂＨ＝ｂｆ≒ｔｆ）ことにより、高位レベルのビットの後のビットにおける判別が容易となる。図４は、このようにビットタイムを設定したときに、“１”のビットと“０”のビットの出現確率が同一の場合の１ビットあたりの伝送時間を、一般的なＮＲＺ変調を基準として示したものである。ｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が小さい、すなわちｔｒとｔｆの違いが大きいほど、１ビットあたりの伝送時間が短くなり、高速化の効果が得られるのである。

また、本実施の形態１における変調方法および変調回路では、伝送するビット列によって、短時間でみると伝送レートが変動してインターフェースの速度が保てない場合がある。そのような場合、図１に示したように必要に応じて入力バッファ１０３や出力バッファ１１３を設けて伝送レートの変動を吸収する構成とすればよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の実施の形態２の変調方法および変調回路を含む光空間伝送装置の構成は図１と同一であるため説明を省略する。

図５は、本発明の実施の形態２の変調方法および変調回路を含む光空間伝送装置における発光素子１０２の出力波形の例を示している。

発明の実施の形態１では、ＨレベルとＬレベルの２値の変調であったが、実施の形態２ではレベル０（Ｌ０）からレベル３（Ｌ３）の４値の多値変調としている。また、最高位レベル（Ｌ３）以外のレベル（Ｌ０〜Ｌ２）にあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットが“１”の時に１レベルだけ上位のレベルに遷移し、伝送信号ビットが“０”の時には同一レベルのままとしている。最高位レベル（Ｌ３）にあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットが“１”の時に最下位レベル（Ｌ０）に遷移し、伝送信号ビットが“０”の時には最高位レベル（Ｌ３）のままとする変調方法を採っている。そして、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムｂｒと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムｂｆとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆに合わせて異なるビットタイムとしているのである。例えば、例えば、立ち上がり時および立ち下がり時のビットタイムｂｒ、ｂｆを、立ち上がり時間ｔｒおよび立ち下がり時間ｔｆに近い値に設定する（ｂｒ≒ｔｒ、ｂｆ≒ｔｆ）。

かかる構成によれば、立ち上がり時間ｔｒが立ち下がり時間ｔｆより短い発光素子１０２を変調する変調回路１０１において、立ち上がりビットのビットタイムｂｒと立ち下がりビットのビットタイムｂｆとを発光素子１０２の立ち上がり時間ｔｒ、立ち下がり時間ｔｆに合わせて設定する変調方法とすることにより、立ち下がり時間ｔｆに合わせて全てのビットタイムを設定する一般的な変調方法と比べて平均的なビットタイムを短くすることとなり高速に信号を伝送することができる。

さらに実施の形態２の構成によれば、Ｌ３以外のレベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、Ｌ３にあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る変調方法とすることにより、短い立ち上がりビットタイムｂｒが長い立ち下がりビットタイムｂｆより頻繁に出現する変調方法となり、実施の形態１と比較し、さらに平均的なビットタイムを短くすることができ、高速に信号を伝送することができる。

なお、本実施の形態２において、４値の多値変調とする場合を例示したが、４値以外の多値変調としても良いことは言うまでもない。

また、伝送信号ビットが“１”の時に１レベルだけ上位のレベルに遷移し、伝送信号ビットが“０”の時には同一レベルのままとする変調を例示したが、”１”と“０”を逆にした場合など、他の変換方法により、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、最高位レベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る変調とすれば同様の効果が得られる。

なお、立ち上がりや立ち下がりが生じないビット、すなわち同じレベルが連続するビットについては立ち上がり時間ｔｒに合わせることにより、平均的なビットタイムを短くすることができる。図６は、このようにビットタイムを設定したときに、“１”のビットと“０”のビットの出現確率が同一の場合の１ビットあたりの伝送時間を、一般的なＮＲＺ変調を基準として示したものである。また、多値レベルを有する一般的な変調方式として、全てのビットタイムを一定とした４値振幅変調（４−ｌｅｖｅｌ Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：４値ＰＡＭ）についても比較のために示している。ｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が小さい、すなわちｔｒとｔｆの違いが大きいほど、１ビットあたりの平均の伝送時間が短くなり、高速化の効果が得られる。また、４値ＰＡＭと比較しても、ｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が約０．４より小さい範囲で高速化の効果が得られ、特に有効である。

また、図７のように、同じレベルが連続するビットについて、最高位レベル以外のＬ０〜Ｌ２レベルのビットが連続する場合のビットタイムｂＬは立ち上がり時間ｔｒに合わせ、最高位レベルのＬ３レベルのビットが連続する場合のビットタイムｂＨは立ち下がり時間ｔｆに合わせる（例えば、ｂＬ＝ｂｒ≒ｔｒ、ｂＨ＝ｂｆ≒ｔｆ）ことにより、Ｌ３レベルのビットの後のビットにおける判別が容易となる。図８は、このようにビットタイムを設定したときに、“１”のビットと“０”のビットの出現確率が同一の場合の１ビットあたりの伝送時間を、一般的なＮＲＺ変調を基準として示したものである。また、全てのビットタイムを一定とした４値ＰＡＭについても比較のために示している。ｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が小さい、すなわちｔｒとｔｆの違いが大きいほど、１ビットあたりの伝送時間が短くなり、高速化の効果が得られる。また、一般的なＮＲＺと比較するとｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が約０．８５より小さい範囲で、４値ＰＡＭと比較してもｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が約０．２５より小さい範囲で高速化の効果が得られ、特に有効である。

また、本実施の形態２における変調方法および変調回路では、伝送するビット列によって、短時間でみると伝送レートが変動してインターフェースの速度が保てない場合がある。そのような場合、図１に示したように必要に応じて入力バッファ１０３や出力バッファ１１３を設けて伝送レートの変動を吸収する構成とすればよい。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の実施の形態３の変調方法および変調回路を含む光空間伝送装置の構成は図１と同一であるため説明を省略する。

図９は、本発明の実施の形態３の変調方法および変調回路を含む光空間伝送装置における発光素子１０２の出力波形の例を示している。

実施の形態２と同様、レベル０（Ｌ０）からレベル３（Ｌ３）の４値の多値変調としている。また、最高位レベル（Ｌ３）以外のレベル（Ｌ０〜Ｌ２）にあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットが“１”の時に１レベルだけ上位のレベルに遷移し、伝送信号ビットが“０”の時には同一レベルのままとしている点は同様である。実施の形態２と異なる点は３ビット伝送後、最下位のＬ０レベルまで光出力を下げていることである。また、３ビット伝送する間の立ち上がり時はビットタイムｂｒを発光素子の立ち上がり時間ｔｒにあわせて短くし、最下位のＬ０レベルまで光出力を下げる立ち下がり時はビットタイムｂｆを発光素子の立ち下がり時間ｔｆに合わせて長くしている（例えば、ｂｒ≒ｔｒ、ｂｆ≒ｔｆ）。このような変調方法とした場合、平均的なビットタイムは実施の形態２に比べれば長くなるが、３ビットを伝送する時間を常に一定とすることが出来る。このため、図１に示した入力バッファ１０３や出力バッファ１１３は小さな容量のものを用いることが可能となる。

なお、図１０は、本実施の形態３において、“１”のビットと“０”のビットの出現確率が同一の場合の１ビットあたりの伝送時間を、一般的なＮＲＺ変調を基準として示したものである。また、全てのビットタイムを一定とした４値ＰＡＭについても比較のために示している。ｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が小さい、すなわちｔｒとｔｆの違いが大きいほど、１ビットあたりの伝送時間が短くなり、高速化の効果が得られる。また、一般的なＮＲＺと比較するとｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が約０．６５より小さい範囲で、４値ＰＡＭと比較してもｂｒ／ｂｆ（≒ｔｒ／ｔｆ）が約０．１８より小さい範囲で高速化の効果が得られ、特に有効である。

以上の通りかかる構成によれば、Ｌ３以外のレベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、Ｌ３にあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る変調方法とすることにより、短い立ち上がりビットタイムが長い立ち下がりビットタイムより頻繁に出現する変調方法となり、さらに平均的なビットタイムを短くすることとなり高速に信号を伝送することができる。また、３ビット伝送後に最下位レベルまで下げる変調方法とすることにより、３ビットを伝送する時間が一定となり、入力バッファ１０３や出力バッファ１１３は小さな容量のものを用いることが可能となる。また、立ち下がりのタイミング設定が容易となる効果もある。

なお、本実施の形態において、４値の多値変調とする場合を例示したが、４値以外のＮ値の多値変調の場合においても、Ｎ−１ビットの伝送後に最下位レベルに下げる変調方法とすることにより同様の効果が得られる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の実施の形態４の変調方法および変調回路ならびに復調方法および復調回路を含む光空間伝送装置の構成は図１と同一であるため説明を省略する。

図１１は、本発明の実施の形態４の変調方法および変調回路ならびに復調方法および復調回路を含む光空間伝送装置における発光素子１０２の出力波形の例を示している。

実施の形態４ではレベル０（Ｌ０）からレベル３（Ｌ３）の４値の多値変調としている。伝送データを２ビットずつに分け、２ビット列の値、“００”、“０１”、“１１”、“１０”に対応してＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のレベルを取る変調である。これは、一般的な４値ＰＡＭと同様である。一般的な４値ＰＡＭと異なる点は、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムｂｒと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムｂｆとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆに合わせて異なるビットタイムとしていることである（例えば、ｂｒ≒ｔｒ、ｂｆ≒ｔｆ）。

かかる構成によれば、立ち上がり時間ｔｒが立ち下がり時間ｔｆより短い発光素子１０２を変調する変調回路１０１において、立ち上がりビットのビットタイムｂｒと立ち下がりビットのビットタイムｂｆとを発光素子１０２の立ち上がり時間ｔｒ、立ち下がり時間ｔｆに合わせて設定する変調方法とすることにより、立ち下がり時間ｔｆに合わせて全てのビットタイムを設定する一般的な変調方法と比べて平均的なビットタイムを短くすることとなり高速に信号を伝送することができる。

なお、本実施の形態４において、立ち上がり時間ｔｒが立ち下がり時間ｔｆより短い発光素子１０２を変調する場合を例に説明したが、立ち上がり時間ｔｒより立ち下がり時間ｔｆが短いデバイスを用いる場合の変調においては、それに合わせて立ち下がりビットのビットタイムｂｆを立ち上がりビットのビットタイムｂｒより短く設定すればよいことは言うまでもない。

なお、本実施の形態４において、４値の多値変調とする場合を例示したが、４値以外の多値変調としても良いことは言うまでもない。

また、伝送ビット列と多値レベルとの対応方法は、本実施の形態４以外の組合せで対応させた場合でも、立ち上がりビットのビットタイムｂｒと立ち下がりビットのビットタイムｂｆとを発光素子１０２の立ち上がり時間ｔｒ、立ち下がり時間ｔｆに合わせて設定することにより、同様の効果が得られる。

なお、同じレベルが連続するビットについて、最低位のＬ０レベルのビットが連続する場合のビットタイムｂＬは立ち上がり時間ｔｒに合わせ、最低位以外のＬ１〜Ｌ３レベルのビットが連続する場合のビットタイムｂＨは立ち下がり時間ｔｆに合わせる（例えば、ｂＬ＝ｂｒ≒ｔｒ、ｂＨ＝ｂｆ≒ｔｆ）ことにより、復調回路１１２におけるレベル判別が容易となる。

この場合、復調回路１１２では、最低位と最高位を除く中間レベルのビット後のビットにおいて、先ず立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別し、高位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別する復調方法とすればよい。図１２は、この復調方法の説明図である。Ｌ１のレベルにあるビット後のビットでは、ビットタイムｂｒの立ち上がりビット（１）か、ビットタイムｂｆの立ち下がりビット（２）か、ビットタイムｂｆの同一レベルビット（３）の可能性がある。これを判別する時、先ず、図１２の（ａ）で示した立ち上がり時間に合わせたタイミングで識別することで、立ち上がりビットである場合には判別できる。立ち上がりビットで無い場合には、続いて、図１２の（ｂ）で示した立ち下がり時間に合わせたタイミングでの識別により、立ち下がりビットか、同一レベルビットかの識別ができる。このように識別することにより、変調回路１０１で立ち上がりビットのビットタイムｂｒを発光素子の立ち上がり時間ｔｒに合わせる変調方法を行っても、復調回路１１２での復調が容易となる。

なお、発光素子１０２の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、先ず立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、低位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別する復調方法とすれば良い。

本発明にかかる変調方法および変調回路ならびに復調方法および復調回路は、入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子の変調において伝送速度を高速化できるという効果を有し、光空間伝送装置等の用途として有用である。また、光ファイバ伝送装置や、光を用いない通信装置等、あるいはセンサ装置等の用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１乃至３における変調方法および変調回路と含む光空間伝送装置の構成図 本発明の実施の形態１における変調方法および変調回路による発光素子の出力波形図 一般的なＮＲＺ変調方法による発光素子の出力波形図 本発明の実施の形態１における１ビットあたりの伝送時間を示す特性図 本発明の実施の形態２における変調方法および変調回路による発光素子の出力波形図 本発明の実施の形態２における１ビットあたりの伝送時間を示す特性図 本発明の実施の形態２における変調方法および変調回路の改変例による発光素子の出力波形図 本発明の実施の形態２の改変例における１ビットあたりの伝送時間を示す特性図 本発明の実施の形態３における変調方法および変調回路による発光素子の出力波形図 本発明の実施の形態３における１ビットあたりの伝送時間を示す特性図 本発明の実施の形態４における変調方法および変調回路による発光素子の出力波形図 本発明の実施の形態４における復調方法および復調回路における判別方法の説明図 一般的な蛍光タイプ白色ＬＥＤの構成図 従来の光空間伝送装置の構成図 蛍光タイプ白色ＬＥＤの発光強度スペクトル分布を示す特性図 蛍光タイプ白色ＬＥＤの他の発光強度スペクトル分布を示す特性図

符号の説明

１００ 光送信器
１０１ 変調回路
１０２ 発光素子
１０３ 入力バッファ
１０９ 信号光
１１０ 光受信器
１１１ 受光素子
１１２ 復調回路
１１３ 出力バッファ
１０ 蛍光タイプの白色ＬＥＤ
１１ 青色ＬＥＤ
１３ 蛍光体

Claims (16)

1. 入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子を変調する変調回路であって、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調回路。
2. 高位レベルのビット後、同じ高位レベルが連続するビットのビットタイムと、低位レベルのビット後、同じ低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
   請求項１に記載の変調回路。
3. 入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子を変調する変調回路であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ種類の発光レベルのうち、最高位レベル以外のレベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、最高位レベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る、
   請求項１記載の変調回路。
4. 最高位レベルのビット後に同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムと、最高位以外のレベルのビット後に同じレベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
   請求項３に記載の変調回路。
5. 入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子を変調する変調回路であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、その直後に最下位レベルに下げるとともに、前記Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取る際のビットタイムと、前記最下位レベルに下げる時間とを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なる時間とする、
   請求項１に記載の変調回路。
6. Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
   請求項１に記載の変調回路。
7. 前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、
   最低位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最低位レベルのビット後、同じ最低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとし、
   前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、
   最高位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最高位レベルのビット後、同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
   請求項６に記載の変調回路。
8. Ｎ種類のレベルで発光素子を駆動する請求項７記載の変調回路に対応する復調回路であって、
   最低位と最高位を除く中間レベルのビット後のビットにおいて、
   前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、
   先ず立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別し、高位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、
   前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、
   先ず立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、低位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別する復調回路。
9. 入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間と立ち下がり時間の異なる発光素子の変調方法であって、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする変調方法。
10. 高位レベルのビット後、同じ高位レベルが連続するビットのビットタイムと、低位レベルのビット後、同じ低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
    請求項９に記載の変調方法。
11. 入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子の変調方法であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルのうち、最高位レベル以外のレベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、最高位レベルにあるビットの次のビットでは、伝送信号ビットに従って、最高位レベルと最下位のレベルとのいずれかのレベルを取る、
    請求項９記載の変調方法。
12. 最高位レベルのビット後に同じ最高位レベルが連続するビットのビットタイムと、最高位以外のレベルのビット後に同じレベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
    請求項１１に記載の変調方法。
13. 入力電気信号に対する光出力応答特性の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い発光素子の変調方法であって、Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取り、その直後に最下位レベルに下げるとともに、前記Ｎ−１ビットの送信データに対して、伝送信号ビットに従って、同一レベルと１レベルだけ上位のレベルとのいずれかのレベルを取る際のビットタイムと、前記最下位レベルに下げる時間とを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なる時間とする、
    請求項９に記載の変調方法。
14. Ｎ（２以上の整数）種類の発光レベルで前記発光素子を駆動し、低位の発光レベルから高位の発光レベルに遷移する立ち上げビットタイムと、高位の発光レベルから低位の発光レベルに遷移する立ち下げビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
    請求項９に記載の変調方法。
15. 最低位以外のレベルのビット後、同じレベルが連続するビットのビットタイムと、最低位レベルのビット後、同じ低位レベルが連続するビットのビットタイムとを、それぞれ前記発光素子の立ち下がり時間と立ち上がり時間に合わせて異なるビットタイムとする、
    請求項１４に記載の変調方法。
16. Ｎ種類のレベルで発光素子を駆動する請求項１５記載の変調回路に対応する復調方法であって、
    最低位と最高位を除く中間レベルのビット後のビットにおいて、
    前記発光素子の立ち上がり時間が立ち下がり時間より短い場合には、
    先ず立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別し、高位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、
    前記発光素子の立ち下がり時間が立ち上がり時間より短い場合には、
    先ず立ち下がり時間に合わせた識別により低位レベルに遷移しているか否かを識別し、低位レベルに遷移していると判別されない場合には、続いて立ち上がり時間に合わせた識別により高位レベルに遷移しているか否かを識別する復調方法。

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