JP2013211731A

JP2013211731A - 水中発散光通信装置

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Publication number: JP2013211731A
Application number: JP2012081297A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Murayama; 文孝村山; Hiroyuki Kurokawa; 裕之黒川; Hiroshi Kobayashi; 拓小林
Original assignee: Outstanding Technology Co Ltd
Current assignee: Outstanding Technology Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP5967643B2

Abstract

【課題】発散光線を使用して安定した水中発散光通信を行うことが可能な水中発散光通信装置を提供する。
【解決手段】水中発散光通信装置は、変調された送信信号を重畳した発散光線を水中に放射して送信する発散光送信器６と、発散光送信器６から放射され送信信号を重畳した発散光線を水中で受信する発散光受信器７とから構成される。発散光送信器６は、発光素子から放射される発散光線を、第１口径の開口部から放射する送信側レンズ光学系８を備え、発散光受信器７は、発散光送信器６の発光素子及び送信側レンズ光学系８から放射された発散光線を、送信側レンズ光学系８より広角の角度範囲で且つ第１口径より大きい第２口径の開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系９を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中で発散光線を使用して音声、画像、映像などの各種データを送受信する水中発散光通信装置に関する。

水中での無線通信は、地上での電波を使用した無線通信それとは大きく条件が異なり、水中における電波は著しく減衰するため、通常、音波を使用して水中無線通信が行われている。しかし、音波の周波数は、電磁波に比べ非常に低いため、水中音響通信の単位時間当たりの伝送可能な情報量は、電波を使用した通信に比べ著しく少ない。

そこで、音波ではなく、レーザ光を使用して水中通信を行う水中通信装置が、下記特許文献１等で、提案されている。このレーザ光を使用する水中通信装置は、レーザ発振器を有したレーザ送信器と、レーザ送信器から送信されたレーザ光を受光する受光器を有したレーザ受信器とを備え、レーザ送信器はレーザ発振器から放射されるレーザ光に送信する情報信号を重畳させ、レーザ受信器に向けて送信する。

特開２００９−５５４０８号公報

しかし、レーザ光は非常に指向性が強く、レーザ光を使用する水中通信では、レーザビームが少しそれただけで、受信器側の受信感度が大きく低下する。このために、レーザ光を使用する水中レーザ光通信では、レーザ送信器から放射されるレーザビームの光軸とレーザ受信器側の受光器の光軸を正確に合わせる必要がある。一方、水中におけるレーザ光通信装置では、必然的にレーザ送信器とレーザ受信器が水中に置かれ、海中などでは水流によりレーザ送信器やレーザ受信器に揺れが発生しやすい。このために、レーザ送信器とレーザ受信器間のレーザビームの光軸にずれが生じることとなり、受信感度が著しく低下し、安定した水中光通信ができなくなる。

そこで、上記特許文献１の水中レーザ光通信装置では、レーザ受信器に、可動光学レンズを備えた追尾装置を搭載し、レーザ送信器から放射されるレーザビームを受信するレーザ受信器が常時、その受信感度を監視し、受信感度が最良となるように、可動光学レンズを動かして制御するように構成される。

しかしながら、海中などにおいては、常に水流があって、レーザ送信器及びレーザ受信器の両方の水中機器が常に揺動し、可動光学レンズは制御モータにより制御されるが、水中機器は３次元方向に複雑に揺動し、可動光学レンズは機械的に制御される構造であるため、レーザ送信器側とレーザ受信器側の光軸を常時正確に合わせるように制御することが難しく、レーザビームを使用して安定した水中光通信を行うことは現実的に不可能であった。

また、海水中などの懸濁物質が存在する環境下で、懸濁物質の粒子の断面積がレーザビームの光束より圧倒的に小さい場合では、レーザビームは散乱しにくく、レーザビームによる水中光通信は可能であるが、懸濁物質の粒子の断面積がレーザビームの光束より大きい場合、或いは粒子の断面積がレーザビームの光束より小さい場合であっても、無視できるほど圧倒的に小さくはない場合、レーザビームの減衰率が大幅に増大し、レーザビームを使用する水中光通信は実施することができない。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、発散光線を使用して安定した水中発散光通信を行うことが可能な水中発散光通信装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水中発散光通信装置は、
変調された送信信号を重畳した発散光線を水中に放射して送信する発散光送信器と、該発散光送信器から放射され送信信号を重畳した発散光線を水中で受信する発散光受信器とを備えた水中発散光通信装置であって、
該発散光送信器は、変調された送信信号を発散光線に重畳させるように発光素子を駆動する発光駆動部と、該発光素子から放射される発散光線を、開口部を通して狭角で放射する送信側レンズ光学系と、を備え、
該発散光受信器は、該発散光送信器の発光素子及び送信側レンズ光学系から放射された発散光線を、前記送信側レンズ光学系より広角の角度範囲で開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系と、該受信側レンズ光学系を通して入射した光を受光する受光器と、該受光器で受光され出力された受光信号を増幅して受信信号を出力する受光回路と、を備えたことを特徴とする。

なお、ここで、発散光線とは、前方への広がり放射角度を０°より大きい角度で放射される、略円錐状でスポットライト状の光束を意味する。

この発明によれば、水中の発散光送信器の発光素子及び送信側レンズ光学系から放射された発散光線は、より狭角でスポットライト状の発散光線として放射されて送信され、それを受信する発散光受信器は、受光素子が、狭角のスポットライト状の発散光線を、より広角で受光するので、発散光送信器、発散光受信器ともに水中で揺動した場合でも、その影響を受けにくく、短距離間から長距離間まで、水中発散光通信を安定して行なうことができ、高速大容量のデータ通信も可能となる。

また、例えば仮に発散光送信器の送信側レンズ光学系が広角で発散光線を放射し、且つ発散光受信器の受信側レンズ光学系が広角で発散光を受光するように構成すると、電源電力を小さく制限される水中発散光通信装置の場合、放射された発散光線が受信器側の受光器に到達する割合が低下して発散光線の減衰が著しく、受信器側の受光・光電変換効率が悪化するが、本発明のように、比較的電力消費の大きい発散光送信器が放射する発散光線を狭角の光束とし、発散光受信器がより広角で開口部を通して受光するので、高い受光・光電変換効率で信号の受信が可能となり、長距離間の水中光通信が可能となる。また、受信側レンズ光学系の開口部の口径を、送信側レンズ光学系の開口部の口径より大きく形成すれば、より効率良く発散光線を受光することができる。

別の水中発散光通信装置は、
送信信号を重畳した発散光線を水中に放射して送信する発散光送信器と、該発散光送信器から放射され送信信号を重畳した発散光線を水中で受信する発散光受信器とを備えた水中発散光通信装置であって、
該発散光送信器は、変調された送信信号を発散光線に重畳させるように発光素子を駆動する発光駆動部と、該発光素子から放射される発散光線を、開口部を通して広角で放射する送信側レンズ光学系と、を備え、
該発散光受信器は、該発散光送信器の発光素子及び送信側レンズ光学系から放射された発散光線を、前記送信側レンズ光学系より狭角の角度範囲で開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系と、該受信側レンズ光学系を通して入射した光を受光する受光器と、該受光器で受光され出力された受光信号を増幅して受信信号を出力する受光回路と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、水中の発散光送信器の発光器及び送信側レンズ光学系から放射される発散光線は広角の開口部を通して放射されて送信され、それを受信する発散光受信器は、送信された発散光線より狭角の開口部を通して受光器が発散光線を受光するので、発散光送信器、発散光受信器ともに水中で揺動した場合でも、その影響を受けにくく、短距離間から長距離間まで、水中発散光通信を安定して行なうことができ、高速大容量のデータ通信も可能となる。

また、発散光送信器の送信側レンズ光学系が広角で発散光線を放射するため、長距離通信を行う場合、発散光送信器の発光素子が高出力となり、電力消費が増大して大型電源を必要とするが、一方、発散光受信器は、狭角で発散光線を受光するので、電力消費の制限される環境でも使用可能であり、例えば、発散光送信器は、電源電力に余裕のある船舶などに設置し、発散光受信器は、小型電源の水中移動体に設置すれば、船舶と水中移動体間で、長距離の水中発散光通信を行なうことができる。また、受信側レンズ光学系の開口部の口径を、送信側レンズ光学系の開口部の口径より小さく形成すれば、より効率良く発散光線を受光することができる。

ここで、上記発散光送信器の発光素子には、波長約４００ｎｍ〜約６００ｎｍの略青色光から略緑色光の有彩色光を発光する発光ダイオードを使用することが好ましい。これによれば、汚濁や懸濁のある水中であっても、発散光線をより長距離にわたり伝搬させ、良好に発散光通信を行うことができる。

また、上記発散光受信器の受光器には、凹面鏡の前面に受光素子を鏡面に向けて配置し、凹面鏡の内側を透明合成樹脂で充填し、受光素子の受光面を透明合成樹脂で被覆した構成の反射集光型受光器を使用することが好ましい。これによれば、発散光受信器の受光器が微弱な発散光線を受光することができ、高い受光・光電変換効率で信号を受信して、長距離での水中通信を安定して行うことができる。

本発明の水中発散光通信装置によれば、従来のような光軸合わせのための追尾装置を不要とし、発散光送信器、発散光受信器ともに水中で揺動し送信側と受信側の光軸がずれた場合でも、その影響を受けにくく、発散光線を使用して、長距離間での高速大容量光通信も可能となる。

本発明の一実施形態を示す水中発散光通信装置の構成ブロック図である。発散光送信器の構成ブロック図である。発散光受信器の構成ブロック図である。第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号の電力スペクトル密度の関係を示す波形説明図である。他の実施形態の水中発散光通信装置の構成ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。この水中発散光通信装置は、変調された送信信号を重畳した発散光線を水中に放射して送信する発散光送信器６と、発散光送信器６から水中で放射され送信信号を重畳した発散光線を水中で受信する発散光受信器７とから構成され、発散光送信器６及び発散光受信器７間で、水中の発散光線を使用して、音声、画像、映像などの各種信号・データを送受信する装置である。

概略的には、発散光送信器６は、図１に示すように、変調された送信信号を発散光線に重畳させるように、上記発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）３０を駆動する発光駆動部３３と、ＬＥＤ３０から放射される発散光線を、第１口径Ａの開口部から放射する送信側レンズ光学系８と、を備える。発散光送信器６のＬＥＤ３０は、発散光線を放射する発散光源であり、発散光線とは、前方への広がり放射角度を０°より大きい角度で放射される、略円錐状でスポットライト状の光束である。なお、発散光送信器６で使用する発光素子としては、発散光線を放射する光源であれば、ＬＥＤの他、光を放出し光源として可能な他の発光素子、投光器、投光素子などを使用することができる。

また、発散光受信器７は、図１に示すように、発散光送信器６のＬＥＤ３０及び送信側レンズ光学系８から放射された発散光線を、送信側レンズ光学系８より広角の角度範囲βで且つ第１口径Ａより大きい第２口径Ｂの開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系９と、受信側レンズ光学系９を通して入射した光を受光する受光器５０と、受光器５０で受光され出力された受光信号を増幅して受信信号を出力する受光回路５１と、を備えて構成される。

水中発散光通信装置の発散光送信器６及び発散光受信器７は、例えば、水中移動体や船舶の水中に浸漬される部位に設置され、或いは水中で作業を行なうダイバーなどに装着されて使用されるため、水流などによって発散光送信器６及び発散光受信器７がランダムに揺動し、投光側（送信側）と受光側（受信側）の光軸にずれが生じ、水中で光軸を合わせることは難しい。

このために、図１に示すように、本水中発散光通信装置では、発散光送信器６の送信側レンズ光学系８の開口部は、比較的小径の第１口径Ａを有して形成され、且つ比較的狭角の角度範囲αで発散光線を放射するように、送信側レンズ光学系８は構成される。また、発散光受信器７の受信側レンズ光学系９の開口部は、送信側の第１口径Ａより大きい第２口径Ｂを有して形成され、且つ送信側の角度範囲α（発散光送信器６の送信側レンズ光学系８から放射される発散光線の放射角度）より広角の、角度範囲βで発散光線を入射させるように、受信側レンズ光学系９は構成される。

発散光送信器６は、図２に示すように、パケット化された送信データ信号の各データを、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）の第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に、交互に割り当てるように送信データを組み替える送信データ処理部１と、送信データ処理部１から送られる第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調する一方、第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号及び第２サブキャリアの第２デジタル変調信号をフィルタリングした後、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とを合成して直交変調し、送信信号を出力するＯＦＤＭ変調器２と、合成された送信信号を可視光に重畳させるようにＬＥＤ（発光ダイオード）３０を駆動するＬＥＤ駆動部３と、を備えて構成される。

図１に示すように、ＯＦＤＭ変調器２は、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２とからなるデジタル変調部２０を有し、第１デジタル変調部２１は、送信データ処理部１から送られる第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調（アップコンバージョン）する。第２デジタル変調部２２は、送信データ処理部１から送られる第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調（アップコンバージョン）する。またこのとき、デジタル変調部２０の第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２は、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成したとき、図４に示すように、合成信号の電力スペクトル密度（値）が打ち消されて零となるように、第１サブキャリアで変調した第１デジタル変調信号と第２サブキャリアで変調した第２デジタル変調信号を、直交関係に配置するようになっている。

さらに、ＯＦＤＭ変調器２は、第１デジタル変調部２１で変調されたデジタル送信信号を入力し、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第１フィルター回路としてのローパスフィルター２３、第２デジタル変調部２２で変調されたデジタル送信信号を入力し、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみをフィルタリングして出力する第２フィルター回路としてのハイパスフィルター２４、及びローパスフィルター２３から出力された第１デジタル変調信号と、ハイパスフィルター２４から出力され第１デジタル変調信号とは周波数帯域が重なる第２デジタル変調信号とを合成して直交変調し、ＯＦＤＭの送信信号を出力する信号合成部２７、を備えている。

ＬＥＤ３０には、波長約４００ｎｍ〜約６００ｎｍの略青色光から略緑色光の有彩色光を発光する発光ダイオードを使用することができるが、より好ましくは、波長約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍの青色光・緑色光を発光する青色発光ダイオードを使用することが望ましい。水中で放射される発散光線は、通常、水中の溶存物質、懸濁物質、或いは水分子に吸収・散乱されて、減衰する。水分子の吸収は、６００ｎｍより長波長側で高く、水分子の散乱は、波長の４乗に反比例するため、短波長ほど高くなる。一般的な水中の懸濁物質は、波長に反比例した散乱・吸収特性を示し、特に植物プランクトンは波長が４４０ｎｍ付近と６７０ｎｍ付近の光に強い吸収帯を持つ。また、一般的な水中の溶存物質も波長に反比例した吸収特性を示す。

そのため、波長約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍの青色光・緑色光は、一般的な海水中や湖水中の減衰率が比較的小さく、長距離伝送が可能であるため、水中発散光通信に好適に使用することができる。また、波長約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍの青色光・緑色光を発光する発光ダイオードは、高周波特性に優れ、数百ＭＨｚの高周波信号を重畳した信号で動作することができ、大容量の高速通信を実現することが可能となる。

なお、水中の濁度が非常に高く、且つ比較的短距離伝送を行なう場合には、赤色系ＬＥＤの使用が有利であり、このような場合、赤色系ＬＥＤは青色系ＬＥＤに比べ、発散光線の減衰率の低下や伝送速度の低下を小さくすることができる。

図２に示すように、送信データ処理部１のデータ処理部１３は、ＣＰＵ、メモリ、レジスタなどから構成され、イーサネット（登録商標）インタフェース１１を通して、ＬＡＮから送られた送信用のパケットデータを入力する。そして、データバッファ１２にそれらのバケットデータを一時格納し、さらに、データ処理部１３は、データメモリ１４を用いて、パケットデータをＯＦＤＭ用に組み直し、各データを時分割して、第１サブキャリア用の送信データと第２サブキャリア用の送信データに交互に割り付けるように、入出力部１５からＯＦＤＭ変調器２に出力する構成である。

ＯＦＤＭ変調器２は、上述のように、第１サブキャリアと第２サブキャリア用に時分割して交互に割り当てられた送信データ信号の各データを、各々デジタル変調する第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２とからなるデジタル変調部２０を備え、第１デジタル変調部２１の出力側にはローパスフィルター２３が接続され、第２デジタル変調部２２の出力側にはハイパスフィルター２４が接続される。

第１デジタル変調部２１は、送信データ処理部１から送られた第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを入力し、例えば１６ＱＡＭ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫなどのデジタル変調方式により、第１サブキャリアをその送信データ信号の各データで変調して出力するものである。また、第２デジタル変調部２２は、送信データ処理部１から送られた第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを入力し、同様のデジタル変調方式により、第２サブキャリアをその送信データ信号の各データで変調して出力するものである。

図４は、第１サブキャリアにより変調した第１デジタル変調信号と第２サブキャリアにより変調した第２デジタル変調信号の電力スペクトル密度（値）を示しており、ここで、ＯＦＤＭの搬送波（サブキャリア）の基本周波数をｆｃ、送信データつまりベースバンド信号の周波数をｆｏとすると、第１デジタル変調信号の周波数は（ｆｃ＋ｋｆｏ）となり、第２デジタル変調信号の周波数は｛ｆｃ＋（ｋ＋１）ｆｏ｝、（ｋはｋ番目のデジタル変調信号を示す）となるように選択される。第１デジタル変調信号の周波数つまり第１サブキャリアの第１周波数と第２デジタル変調信号の周波数つまり第２サブキャリアの第２周波数は、その周波数帯域が図４のように重なって選定され、非常に狭い狭帯域となっている。

さらに、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とは直交関係、つまり第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号とを合成したとき、その電力スペクトル密度が打ち消されて零となる関係に配置される。デジタル変調信号はサブキャリアを送信データのベースバンド信号で変調したものであるので、送信データのシンボルレートで、直交関係となる周波数及び位相が決まることになる。

第１デジタル変調部２１の出力側に接続されるローパスフィルター２３は第１サブキャリアを送信データで変調した第１デジタル変調信号のみを通過させるように設定され、第２デジタル変調部２２の出力側に接続されるハイパスフィルター２４は第２サブキャリアを送信データで変調した第２デジタル変調信号のみを通過させるように設定される。ローパスフィルター２３とハイパスフィルター２４の出力側は第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成する信号合成部２７に接続される。信号合成部２７は、第１デジタル変調部２１からローパスフィルター２３を通して出力された第１デジタル変調信号と、第２デジタル変調部２２からハイパスフィルター２４を通して出力された第２デジタル変調信号とを、時間軸方向に加算する加算器であり、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を時間軸方向に加算して合成し、ＯＦＤＭ信号を出力するように構成される。

なお、ＯＦＤＭ信号は第１サブキャリアによって変調された第１デジタル変調信号と第２サブキャリアによって変調された第２デジタル変調信号の合成波であるので、サブキャリアまたはベースバンド信号の合成によっては、同時に発生する複数の振幅の高い波が合成され、ピーク値の高いピーク波が現れるが、信号合成部２７の出力側に補正回路を接続し、その補正回路に予め閾値を設定し、閾値を超えるピーク波が現れた場合、ピーク波のデータを線形圧縮補正するように構成することができる。

このように、ＯＦＤＭ変調器２は、送信データ処理部１から送られた送信データ信号の各データを、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２に交互に割り当て、その送信データを第１デジタル変調部２１にて第１サブキャリアでデジタル変調し、第２デジタル変調部２２では第１サブキャリアとは周波数帯域が重なる第２サブキャリアで送信データをデジタル変調すると共に、デジタル変調した第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を合成したとき、合成信号の電力スペクトル密度が打ち消されて零になるように、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が直交関係に配置される。このような第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号は、各々フィルター回路２５のローパスフィルター２３またはハイパスフィルター２４を通して信号合成部２７に入力され、信号合成部２７でこれらの信号が時間軸方向に加算して合成され、ＯＦＤＭ信号としてＬＥＤ駆動部３に出力される。

ＬＥＤ駆動部３は、ＯＦＤＭ信号を入力して増幅する増幅器３１及び帯域補正増幅器３２を有し、増幅したＯＦＤＭ信号を発光駆動部３３に入力し、発光駆動部３３によりＬＥＤ３０を発光駆動すると共に、発光した可視光にＯＦＤＭ信号を重畳させるように構成される。このために、増幅器３１の出力側が帯域補正増幅器３２に接続され、帯域補正増幅器３２の出力側が発光駆動部３３に接続される。

発光駆動部３３には、ＬＥＤ３０を定電流で駆動する回路が使用されるが、ＬＥＤ３０のＩＶ特性（電流電圧特性）は、ＬＥＤ３０の温度の上昇と共に電圧が低下し、また、調光により電流が低下したとき、電流の高い場合に比べ、そのＩＶ特性曲線の傾きが変化する。このため、ＬＥＤ駆動部３には、ＬＥＤの温度補償を行う温度補償回路３５が設けられている。

温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０またはその近傍の温度を検出しその温度に基づき増幅器３１の直流オフセットレベルを調整して、ＬＥＤ３０のＩＶ特性によるひずみを補正して温度補償を行なう。また、ＤＣオフセット回路３７は、増幅器３１の直流オフセットレベルを制御する回路で、温度補償回路３５からの信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度によるＩＶ特性のひずみを補正する。

通常、ＬＥＤの温度係数は約−２ｍＶ／℃であり、高温時のＬＥＤ電圧は低温時のＬＥＤ電圧より低くなり、ＩＶ特性曲線は電圧の低い方に平行移動して照度が低下し、ＩＶ特性曲線の傾きも変化する。このため、ＬＥＤ３０の温度またはＬＥＤ３０の近傍の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正する。

つまり、ＬＥＤ３０の温度が上昇した場合、ＬＥＤ３０の端子電圧は低下し、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線はＬＥＤ３０の照度の高さに応じても変化する。このため、送信信号を増幅する増幅器３１の直流オフセットレベルを、温度信号に基づき調整するようにし、ＬＥＤ３０の動作の温度補償を行なっている。

このために、温度補償回路３５が増幅器３１に接続され、ＬＥＤ３０またはその近傍の温度を検出する温度センサの温度検出信号に基づき、増幅器３１の直流オフセットレベルを調整する。

上述のように、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に帯域補正増幅器３２を接続し、帯域補正増幅器３２により帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、高周波信号を良好な直線性をもって増幅するようにしている。帯域補正増幅器３２の出力側には、ＬＥＤ３０を発光駆動する発光駆動部３３が接続される。

ＬＥＤ３０の周波数特性は、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性となっている。このために、帯域補正増幅器３２は、このようなＬＥＤ３０の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するようになっている。

発散光受信器７は、上記の如く、発散光送信器６のＬＥＤ３０及び送信側レンズ光学系８から放射された発散光線を、図１のように、送信側レンズ光学系８より広角の角度範囲βで且つ第１口径Ａより大きい第２口径Ｂの開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系９と、受信側レンズ光学系９を通して入射した光を受光する受光器５０と、受光器５０で受光され出力された受光信号を増幅して受信信号を出力する受光回路５１と、を備えて構成される。

また、発散光受信器７は、上記構成の発散光送信器６から送信された送信信号、つまり、送信データ信号の各データを、第１サブキャリア用と第２サブキャリア用に交互に割り当て、第１サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数の第１サブキャリアによりデジタル変調し、第２サブキャリア用の送信データ信号の各データを、第１周波数とは周波数帯域が重なる第２周波数の第２サブキャリアによりデジタル変調し、フィルターを通して得られた第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、合成して直交変調し、直交変調された送信信号をＬＥＤ３０から照射される発散光線に重畳させて送信される送信信号を、受光器５０により受光（受信）し、復調するように構成される。

すなわち、発散光受信器７は、図３に示すように、発散光送信器６から放射された発散光線を、受信側レンズ光学系９を通して受光し、受光信号を出力する受光器５０と、受光器５０から出力された受光信号を増幅する受光回路５１と、受光回路５１から出力され直交変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を含む高周波受信信号をフィルタリングして第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を分離して取り出すフィルター回路とを備えている。受光回路５１には、受信信号に同調する同調回路が設けられ、２波のＯＦＤＭ信号である狭帯域の受信信号を、高いＳ／Ｎ比で高感度に増幅するようになっている。

受光器５０には、フォトダイオードなどの受光素子を単独で使用することができるが、反射集光型受光器を使用することが好ましい。反射集光型受光器は、小形の凹面鏡（放物面鏡）の正面に、受光素子を鏡面側に向けて配設して構成され、前方から凹面鏡に入射する発散光線を鏡面で反射させ集光して、受光素子の受光面に入射させる構造である。

反射集光型受光器の受光素子の受光面の位置は、凹面鏡の正確な焦点位置から鏡面側或いは反鏡面側に僅かにずらして配置され、太陽光などの強力な光が入射した場合の受光素子の焼損を防止し、且つ受光器の向く角度に応じた受光効率の角度依存性を小さくするようにしている。また、凹面鏡の内側に透明合成樹脂が充填されるとともに、受光素子の受光面を透明合成樹脂で被覆するようにして、受光素子を保護する構造となっている。受光素子には、通常のフォトダイオードを使用することができるが、例えばシリコンアバランシュフォトダイオードを使用することにより、受光回路において逆バイアスを印加して光電流を増幅させ、高速の信号を高感度で受光することができ、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

発散光受信器７のフィルター回路は、図３に示すように、高周波受信信号から第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみを取り出すローパスフィルター５２と、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみを取り出すハイパスフィルター５３とから構成され、ローパスフィルター５２の出力側に、分離された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を入力して、第１デジタル信号に復調する第１復調器５４が接続され、ハイパスフィルター５３の出力側に、分離された第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を入力して、第２デジタル信号に復調する第２復調器５５が接続される。

ローパスフィルター５２とハイパスフィルター５３は、発散光送信器６の第１サブキャリアの第１デジタル変調信号の周波数が例えばｆｃ＋ｋｆｏ（図４）で、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の周波数がｆｃ＋（ｋ＋１）ｆｏ（図４）の場合、より低い周波数の第１サブキャリアの第１デジタル変調信号を、ローパスフィルター５２を通して出力し、より高い周波数の第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を、ハイパスフィルター５３を通して出力するように構成される。

さらに、第１復調器５４から出力された第１デジタル信号と第２復調器５５から出力された第２デジタル信号を交互に取り込み、第１デジタル信号と第２デジタル信号を時間的に交互に繋ぎ合わせて合成し、受信データとして出力するデータ合成部５６が、第１復調器５４と第２復調器５５の出力側に接続される。

第１復調器５４と第２復調器５５は、デジタル変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号を復調（ダウンコンバージョン）してデータ信号を出力する回路であり、第１復調器５４では、第１デジタル変調信号と同じ周波数信号を、ミキサで第１デジタル変調信号に乗算して第１データ信号を得るようにし、第２復調器５５では、第２デジタル変調信号と同じ周波数、同位相の周波数信号を、ミキサで第２デジタル変調信号に乗算して第２データ信号を得るように構成される。

データ合成部５６は、第１復調器５４から各々出力された第１データ信号を取り込むと共に、第２復調器５５から各々出力された第２データ信号を取り込み、第１データ信号と第２データ信号を時間的に交互に繋ぎ合わせ、送信された元のデータ信号として出力するように構成される。

つまり、発散光送信器６の送信データ処理部１で送信データを時分割して交互に出力したときの処理と逆の処理を行なうように、第１データ信号と第２データ信号を交互に繋ぎ合わせ、元のデータ信号として、データ処理部５７に出力するものである。

データ処理部５７は、復調されたデータ信号に基づき、発散光送信器６から送信された文字や画像の情報を表示器５８に表示し、或いは送信されたデータ信号が音声データであれば、その音声を音声出力部５９に出力するように構成される。音声出力部５９は、その音声データに基づき図示しないスピーカーから音声を発生させるようになっている。

このように発散光受信器７は、発散光線に重畳して送信されたＯＦＤＭ信号を受信することになるが、そのＯＦＤＭ信号は、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号と第２サブキャリアの第２デジタル変調信号の２波の信号のみを用いてデータを変調しているため、通常のＯＦＤＭ信号を復調する際に使用する高速離散フーリエ変換回路などのＬＳＩが不要となり、受信回路を非常に簡素化し小型化することができる。さらに、受信回路の簡素化に伴い、その消費電力も極めて少なくなるので、発散光受信器７は、小型電源を有する小型携帯型のケースに収納するが可能である。

次に、上記構成の水中発散光通信装置の動作を説明する。水中発散光通信装置の発散光送信器６と発散光受信器７は、例えば、潜水艦、水中探査機などの複数の水中移動体間での各種データの通信、或いは水中作業を行なうダイバーが他のダイバーとの間で双方向通信等を行う場合に使用され、例えば複数のダイバー間で双方向通信を行なう場合、各ダイバーは発散光送信器６と発散光受信器７を備えた水中発散光通信装置を携帯することとなる。

船舶と水中移動体間などで長距離の水中発散光通信を行なう場合、発散光送信器６のＬＥＤ３０には高出力の素子を使用して強力な発散光線を放射することになるが、この発散光送信器６のように、送信側レンズ光学系８が小さい第１口径Ａの開口部から狭い角度範囲αで発散光線を放射するので、比較的低出力の素子をＬＥＤ３０に使用することができ、且つ送信器の電源も小型化することができるため、小型の蓄電池等を電源とする水中移動体にはこの発散光送信器６は最適である。

発散光送信器６が起動すると、送信データ処理部１のデータ処理部１３は、イーサネットインタフェース１１を通してＬＡＮから送られた送信用のパケットデータを入力し、データメモリ１４を用いて、パケットデータをＯＦＤＭ用に組み直し、データの各データを時分割して、第１サブキャリア用の送信データと第２サブキャリア用の送信データに交互に割り付けるように、入出力部１５からＯＦＤＭ変調器２に出力する。

ＯＦＤＭ変調器２は、送信データ処理部１から送られた送信データ信号の各データを時分割して、第１デジタル変調部２１と第２デジタル変調部２２に交互に割り当てるように入力する。このとき、第１デジタル変調部２１はその送信データを第１サブキャリアでデジタル変調し、第２デジタル変調部２２は、第１サブキャリアとは周波数帯域が重なる第２サブキャリアで送信データをデジタル変調する。デジタル変調は、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，ＱＡＭなどの方式により行なわれ、第１デジタル変調部２１からはデジタル変調された第１デジタル変調信号が出力され、第２デジタル変調部２２からはデジタル変調された第２デジタル変調信号が出力される。

第１デジタル変調部２１から出力された第１デジタル変調信号はローパスフィルター２３を通して信号合成部２７に入力され、第２デジタル変調部２２から出力された第２デジタル変調信号はハイパスフィルター２４を通して信号合成部２７に入力される。信号合成部２７では第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号を時間軸方向に加算して合成するが、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号は、合成されたとき、合成信号の電力スペクトル密度を打ち消して零となるように直交関係に配置された信号であり、このような第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が合成され、これによって、ＯＦＤＭ変調器２において直交変調が行なわれ、信号合成部２７からはＯＦＤＭ信号がＬＥＤ駆動部３の増幅器３１に出力される。

増幅器３１は、ＯＦＤＭ信号の第１サブキャリアと第２サブキャリアの送信信号を増幅し、増幅された送信信号が帯域補正増幅器３２により帯域補正された後、発光駆動部３３に入力され、発光駆動部３３はＬＥＤ３０を発光駆動する。これにより、ＬＥＤ３０が発光し、ＯＦＤＭ変調された高周波の送信信号を重畳した発散光線が、ＬＥＤ３０から送信側レンズ光学系８を通してその開口部から放射される。

このとき、発散光送信器６は、図１のように、送信側レンズ光学系８の第１口径Ａの比較的狭い開口部から発散光線を、角度範囲αを持つスポットライト状の光束として放射し、その発散光線にＯＦＤＭ信号を重畳させて送信する。この発散光送信器６から放射される発散光線は、受信側の角度範囲βより狭い角度範囲αのスポットライト状の光束として放射され、発散光受信器７は送信側より広角の角度範囲βでその発散光線を受光することとなる。また、このとき、発散光送信器６のＬＥＤ駆動部３は、ＬＥＤ３０が高周波領域で周波数特性にひずみの生じるＬＥＤであっても、増幅器３１に接続された帯域補正増幅器３２により、帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、これにより、高周波信号を良好な直線性をもって増幅する。

さらに、ＬＥＤ駆動部３の温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度と調光に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正する。

ＬＥＤの温度係数は例えば約−２ｍＶ／℃程度であり、定電流駆動される高温時のＬＥＤ電圧は低温時のＬＥＤ電圧より低くなり、ＩＶ特性曲線は電圧の低い方に平行移動して照度が低下し、ＩＶ特性曲線の傾きも変化するが、温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度またはＬＥＤ３０の近傍の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、ＬＥＤ３０の温度に応じて、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正する。ＬＥＤ３０の温度が上昇した場合、ＬＥＤ３０の端子電圧は低下するので、増幅器３１の直流オフセットレベルを、温度の上昇に応じて上昇させ、温度の下降に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを下げるように動作する。これにより、ＬＥＤ３０の温度の変化に伴う照度の不安定さを解消し、ＬＥＤとその駆動部の温度補償を行なうことができる。

また、ＬＥＤ駆動部３では、増幅器３１に帯域補正増幅器３２を接続し、帯域補正増幅器３２により帯域のイコライジング補正を加えるように高周波送信信号を増幅し、周波数帯域の広い高周波信号であっても、良好な直線性をもって増幅する。

また、ＬＥＤ３０の周波数特性は、上記の如く、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下するような非線形特性であるが、帯域補正増幅器３２は、このようなＬＥＤ３０の周波数特性の逆特性を信号に加えて帯域補正をしつつ高周波送信信号を増幅するので、高周波の周波数帯域を用いて信号を送信する際、周波数が低いほど発光レベルが高く、周波数が高くなるほど発光レベルが低下する周波数特性のＬＥＤ３０を可視光投光用に使用した場合でも、ひずみを生じさせずに、ＬＥＤ３０の発散光線に送信信号を重畳させて、情報を高速で送信することができる。

さらに、ＬＥＤ駆動部３の温度補償回路３５は、ＬＥＤ３０の温度を検出する温度センサの検出信号に基づき、増幅器３１の直流オフセットレベルを温度の上昇に応じて上昇させ、温度の下降に応じて増幅器３１の直流オフセットレベルを下げるように動作し、ＬＥＤ３０のＩＶ特性曲線の非線形ひずみを線形に補正するので、ＬＥＤ３０の温度の変化に伴う照度の不安定さを解消することができる。

発散光送信器６から送信され照射された発散光線は、水中を進み、発散光受信器７の受信側レンズ光学系９に集光されて受光器５０により受光されるが、受光器５０は、図１のように、送信された狭角のスポットライト状の発散光線を、第２口径Ｂの広い受信側レンズ光学系９を通して、より広角の角度範囲βで受光するので、発散光送信器６、発散光受信器７ともに水中で揺動した場合でも、その影響を受けにくく、送信された発散光線を安定して受信することができる。

送信された発散光線が受光器５０で受光されると、受光器５０から出力された受信信号は受光回路５１で増幅される。受信信号は、２波のＯＦＤＭ信号からなる非常に狭帯域の高周波信号であり、その狭帯域の高周波信号に同調する同調回路を設けた受光回路５１により、受信信号は高いＳ／Ｎ比で高感度に受信され増幅される。

受光回路５１から出力された受信信号は、ローパスフィルター５２を通すことにより、第１サブキャリアの第１デジタル変調信号のみが分離して第１復調器５４に入力され、ハイパスフィルター５３を通すことにより、第２サブキャリアの第２デジタル変調信号のみが分離して第２復調器５５に入力される。

第１復調器５４では、第１デジタル変調信号と同じ周波数信号を、ミキサで第１デジタル変調信号に乗算して第１データ信号を抽出し、第２復調器５５では、第２デジタル変調信号と同じ周波数、同位相の周波数信号を、ミキサで第２デジタル変調信号に乗算して第２データ信号を抽出するように動作し、これにより、デジタル変調された第１サブキャリアの第１デジタル変調信号に含まれる送信データ、及び第２サブキャリアの第２デジタル変調信号に含まれる送信データが復調（ダウンコンバージョン）され、第１復調器５４、第２復調器５５から復調された各々のデータ信号が出力される。

次に、復調されたデータ信号は、データ合成部５６に入力され、データ合成部５６では、第１復調器５４から各々出力された第１データ信号を取り込むと共に、第２復調器５５から各々出力された第２データ信号を取り込み、第１データ信号と第２データ信号を時間的に交互に繋ぎ合わせ、送信された元のデータ信号として出力する。出力されたデータ信号は、データ処理部５７に入力され、データ処理部５７は、復調されたデータ信号に基づき、発散光送信器６から送信された文字や画像の情報を表示器５８に表示し、或いは送信されたデータ信号が音声データであれば、その音声信号を音声出力部５９に出力し、スピーカーなどから音声を発生させる。

このように、上記水中発散光通信装置によれば、従来のような光軸合わせのための追尾装置が不要となり、発散光送信器６、発散光受信器７ともに水中で揺動し送信側と受信側の光軸がずれた場合でも、その影響を受けにくく、発散光線を使用して、長距離間での高速大容量光通信を行うことができる。

図５は他の実施形態の水中発散光通信装置を示している。なお、上記実施形態と同じ構成部分については、図５に上記と同じ符号を付してその説明は省略する。

この水中発散光通信装置の発散光送信器７６は、図５に示すように、送信側レンズ光学系９８が、ＬＥＤ３０から放射される発散光線を、発散光受信器７７の受信側レンズ光学系９９の第２口径Ｄより大きい第１口径Ｃの開口部から広角で放射するように構成される。また、発散光受信器７７の受信側レンズ光学系９９は、送信側レンズ光学系９８の放射角度範囲γより狭い角度範囲δで、且つ送信側レンズ光学系９８の第１口径Ｃより小さい第２口径Ｄの開口部を通して発散光線を入射させるように構成される。

また、発散光送信器７６は、図５に示すように、変調された送信信号を発散光線に重畳させるように、上記発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）３０を駆動する発光駆動部３３と、ＬＥＤ３０から放射される発散光線を、第１口径Ｃの開口部から放射する送信側レンズ光学系９８と、を備える。

水中発散光通信装置の発散光送信器７６及び発散光受信器７７は、例えば、水中移動体や船舶の水中に浸漬される部位に設置され、或いは水中で作業を行なうダイバーなどに装着されて使用されるため、水流などによって発散光送信器７６及び発散光受信器７７がランダムに揺動し、投光側（送信側）と受光側（受信側）の光軸にずれが生じ、水中で光軸を合わせることは難しい。

このために、図５に示すように、発散光送信器７６の送信側レンズ光学系９８の開口部は、比較的大径の第１口径Ｃを有して形成され、且つ比較的広角の角度範囲γで発散光線を放射するように、送信側レンズ光学系９８は構成される。また、発散光受信器７７の受信側レンズ光学系９９の開口部は、送信側の第１口径Ｃより小径の第２口径Ｄを有して形成され、且つ送信側の角度範囲γ（発散光送信器７６の送信側レンズ光学系９８から放射される発散光線の放射角度）より狭角の、角度範囲δで発散光線を入射させるように、受信側レンズ光学系９９は構成される。

これにより、発散光送信器７６から送信され照射された発散光線は、水中を広範囲に進み、その一部が、発散光受信器７７の受信側レンズ光学系９９に集光されて受光器５０により受光されるが、受光器５０は、図５のように、送信された狭角のスポットライト状の発散光線を、小径の第２口径Ｄの受信側レンズ光学系９９を通して、より狭角の角度範囲δで受光するので、発散光送信器７６、発散光受信器７７ともに水中で揺動した場合でも、その影響を受けにくく、送信された発散光線を安定して受信することができる。

また、このような発散光送信器７６は、送信側レンズ光学系９８が大口径の第１口径Ｃを通して広角の角度範囲γで発散光線を放射するため、長距離通信を行う場合、発散光送信器７６のＬＥＤ３０には高出力の素子を使用し、その電源も大型となるが、船舶などの大型電源を搭載し電源電力を充分に供給可能な移動体であれば、発散光送信器７６を搭載して、長距離にわたり発散光線を放射することができ、長距離通信を行うことができる。

つまり、このような場合には、大型電源を有した発散光送信器７６の高出力のＬＥＤ３０から、大口径で広角の発散光線を送信側レンズ光学系９８から放射し、一方、その発散光線を受信する発散光受信器７７は、その受光器５０が小径の第２口径Ｄの受信側レンズ光学系９９を通して狭角の角度範囲δで発散光線を受光するので、船舶と電源電力の少ない潜水艇などの水中移動体間で、長距離の水中発散光通信を行なう場合に非常に有効である。

このように、発散光送信器７６は、その送信側レンズ光学系７８が大口径の第１口径Ｃを通して広角の角度範囲γで発散光線を放射するため、長距離通信を行う場合、電源電力に余裕のある船舶などに発散光送信器７６を設置し、電源電力の少ない、潜水艇などの水中移動体には、小径の第２口径Ｄの受信側レンズ光学系９９を通して、より狭角の角度範囲δで受光する発散光受信器７７を設置する。さらに、小型電源を有する潜水艇などの水中移動体には送信器として、送信側レンズ光学系８が小口径の第１口径Ａを通して狭角の角度範囲αで発散光線を放射する、低出力型のＬＥＤ３０を有する図１の発散光送信器６を設置し、電源電力に余裕のある船舶などには受信器として、大口径の第２口径Ｂの受信側レンズ光学系９を通してより広角の角度範囲βで受光する発散光受信器７を設置すれば、水中の長距離間で双方向の発散光通信を行なうことができる。

発散光送信器７６と発散光受信器７７間の具体的な水中発散光通信では、発散光送信器７６から送信された発散光線が発散光受信器７７の受光器５０で受光されると、受光器５０から出力された受信信号は受光回路５１で増幅される。受信信号は、２波のＯＦＤＭ信号からなる非常に狭帯域の高周波信号であり、その狭帯域の高周波信号に同調する同調回路を設けた受光回路５１により、受信信号は高いＳ／Ｎ比で高感度に受信され増幅される。その後、受信信号は、上述の図３に示すように、ローパスフィルター５２，５３を通ることにより高周波信号をフィルタリングして、第１デジタル変調信号と第２デジタル変調信号が取り出され、それらの信号が第１復調器５４、第２復調器５５により復調されて第１データ信号と第２データ信号が抽出された後、データ合成部５６にて、時間的に交互に繋ぎ合わされて合成され、出力される。

このように、上記水中発散光通信装置によれば、従来のような光軸合わせのための追尾装置が不要となり、発散光送信器７６、発散光受信器７７ともに水中で揺動し送信側と受信側の光軸がずれた場合でも、その影響を受けにくくなる。また、上記のように、小型電源の水中移動体と比較的電源電力に余裕のある船舶との間などにおいて、発散光線を使用した長距離の高速大容量光通信を行うことができる。

なお、送信信号を重畳した発散光線を長距離間で伝送する場合、発散光送信器から放射する発散光線は狭角とすることが有利であるので、送信信号の伝送距離に応じて、送信側レンズ光学系の光の放射角度範囲を調整する角度範囲調整機構（ズームレンズ機構）を設け、伝送距離が短い場合、送信側レンズ光学系の光の放射角度範囲を広角側に調整し、伝送距離が長い場合、送信側レンズ光学系の光の放射角度範囲を狭角側に調整するように構成することができる。

また、発散光受信器の受信側レンズ光学系にも、角度範囲調整機構（ズームレンズ機構）を設け、伝送距離が長く、送信側レンズ光学系の光の放射角度範囲が狭角側に調整される場合、受信側レンズ光学系の角度範囲調整機構（ズームレンズ機構）を広角側に調整し、伝送距離が短く、送信側レンズ光学系の光の放射角度範囲が広角側に調整される場合、受信側レンズ光学系の角度範囲調整機構（ズームレンズ機構）を狭角側に調整するように構成することができる。

１送信データ処理部
２ＯＦＤＭ変調器
３ＬＥＤ駆動部
６発散光送信器
７発散光受信器
８送信側レンズ光学系
９受信側レンズ光学系
１１イーサネットインタフェース
１２データバッファ
１３データ処理部
１４データメモリ
１５入出力部
２０デジタル変調部
２１第１デジタル変調部
２２第２デジタル変調部
２３ローパスフィルター
２４ハイパスフィルター
２５フィルター回路
２７信号合成部
３０ＬＥＤ
３１増幅器
３２帯域補正増幅器
３３発光駆動部
３５温度補償回路
３７ＤＣオフセット回路
５０受光器
５１受光回路
５２ローパスフィルター
５３ハイパスフィルター
５４第１復調器
５５第２復調器
５６データ合成部
５７データ処理部
５８表示器
５９音声出力部
７６発散光送信器
７７発散光受信器
７８送信側レンズ光学系
９８送信側レンズ光学系
９９受信側レンズ光学系

Claims

変調された送信信号を重畳した発散光線を水中に放射して送信する発散光送信器と、該発散光送信器から放射され送信信号を重畳した発散光線を水中で受信する発散光受信器とを備えた水中発散光通信装置であって、
該発散光送信器は、変調された送信信号を発散光線に重畳させるように発光素子を駆動する発光駆動部と、該発光素子から放射される発散光線を、開口部を通して狭角で放射する送信側レンズ光学系と、を備え、
該発散光受信器は、該発散光送信器の発光素子及び送信側レンズ光学系から放射された発散光線を、前記送信側レンズ光学系より広角の角度範囲で開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系と、該受信側レンズ光学系を通して入射した光を受光する受光器と、該受光器で受光され出力された受光信号を増幅して受信信号を出力する受光回路と、を備えたことを特徴とする水中発散光通信装置。
前記送信側レンズ光学系は前記開口部として第１口径の開口部を有し、前記受信側レンズ光学系は該第１口径より大きい第２口径の開口部を通して前記発散光線を入射することを特徴とする請求項１記載の水中発散光通信装置。
送信信号を重畳した発散光線を水中に放射して送信する発散光送信器と、該発散光送信器から放射され送信信号を重畳した発散光線を水中で受信する発散光受信器とを備えた水中発散光通信装置であって、
該発散光送信器は、変調された送信信号を発散光線に重畳させるように発光素子を駆動する発光駆動部と、該発光素子から放射される発散光線を、開口部を通して広角で放射する送信側レンズ光学系と、を備え、
該発散光受信器は、該発散光送信器の発光素子及び送信側レンズ光学系から放射された発散光線を、前記送信側レンズ光学系より狭角の角度範囲で開口部を通して入射させる受信側レンズ光学系と、該受信側レンズ光学系を通して入射した光を受光する受光器と、該受光器で受光され出力された受光信号を増幅して受信信号を出力する受光回路と、を備えたことを特徴とする水中発散光通信装置。
前記送信側レンズ光学系は前記開口部として第１口径の開口部を有し、前記受信側レンズ光学系は該第１口径より小さい第２口径の開口部を通して前記発散光線を入射することを特徴とする請求項３記載の水中発散光通信装置。
前記発散光送信器の発光素子として、波長約４００ｎｍ〜約６００ｎｍの略青色光から略緑色光の有彩色光を発光する発光ダイオードが使用されることを特徴とする請求項１または３記載の水中発散光通信装置。
前記発散光受信器の受光器として、凹面鏡の前面に受光素子を鏡面に向けて配置し、該凹面鏡の内側を透明合成樹脂で充填するとともに、該受光素子の受光面を該透明合成樹脂で被覆した反射集光型受光器が使用されることを特徴とする請求項１または３記載の水中発散光通信装置。