JP2904696B2

JP2904696B2 - 空間光伝送装置

Info

Publication number: JP2904696B2
Application number: JP5301748A
Authority: JP
Inventors: 淳下中; 元隆種谷; 秀典河西; 達也森岡
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH07154336A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光をある立体角に発散
させて空間を伝送させ、データ通信を行なうワイヤレス
光通信方式の空間光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来技術】光を用いた空間データ伝送は、電波を媒体
とした伝送と異なり、室内間の干渉が無く、従来、近距
離の情報伝送として用いられてきた。

【０００３】この伝送システムでは、発光ダイオード
（ＬＥＤ）を送信光源として用い、その光強度を変調す
ることでデータの復調を可能とするもの強度変調検波
（ＩＭＤＤ）方式であった。その一方で、コヒーレント
検波を用いた空間光伝送装置も実用化されている。今
日、デジタル動画伝送等、より高速のデータ伝送が求め
られている。しかしながら、通信距離の４乗に比例して
光電流パワーが減少し、長距離のデータ伝送が出来なか
った。

【０００４】一例として、送信側は発光パワー１００ｍ
ＷのＬＥＤを用いて±６０度の範囲に発散させ空間伝送
させ、受信側は受光部の大きさを直径１ｃｍの円とした
場合を考えてみると、伝送速度１００ＭＢｉｔ／ｓ、伝
送誤り率（ＢＥＲ）１０^-9をベースバンド変調で実現で
きる通信距離は、１ｍ以内である。以下の記述では、信
号対雑音比（ＳＮＲ）が２０ｄＢでＢＥＲ〜１０^-9とな
るものとする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
コヒーレント検波方式を用いた空間光伝送装置では、球
面波（信号光）と平面波（局部発振光）とのコヒーレン
ト検波を用いているため、以下に示す問題点がある。

【０００６】今、円形の受光部をもつ受光素子が、その
中心を原点にしてｘ−ｙ面上に半径Ｒの大きさを持って
いるとする。

【０００７】更に、送信光源はｚ軸上（０，０，ｚ）に
ある時、原点からの距離ｒの点に励起される光電流、Ｉ
（ｚ，ｒ）は、

【０００８】

【数１】

【０００９】と表される。

【００１０】ここで、Ｐ1 、Ｐ2 は送信光源、局発光源
のパワー密度、ｈωは光のエネルギー、ｅは素電荷、ε
は信号光のパワー透過率、ηは光子−電子変換効率、λ
は光の中心波長をそれぞれ表す。また、Δω、Δφはそ
れぞれ送信光と局発光の光角周波数と光位相の差を表
し、この式の第３項がビート信号となる。

【００１１】ここで、受光素子全体に流れる電流、Ｉ
_Total （ｚ）はこれを受光面で積分して、

【００１２】

【数２】

【００１３】と表される。なお、ここで、

【００１４】

【数３】

【００１５】の近似式を用いた。

【００１６】上記より明らかな様に、受光素子全体にわ
たって観測されるビート信号電流の振幅は、距離ｚによ
り振動する。

【００１７】このため、距離ｚが大きいときには、微弱
な信号光を受光し復調するために受光部の大きさを大き
くしなければならない。

【００１８】一方、距離ｚが小さいときには、ビート信
号の振幅が安定せず、信頼性の高い受信が出来ない。

【００１９】図７ａに１００ＭＨｚのＩＭＤＤ方式の受
信パワーと雑音パワーの特性を示した。ここで、信号光
源のパワーは１００ｍＷ、放射角±６０°、受光素子の
大きさ半径５ｍｍ、受信帯域幅１００ＭＨｚの時の結果
を示す。同じく図７ｂには１００Ｍｂｉｔ／ｓのコヒー
レント検波の信号パワーと雑音パワーの特性を示す。こ
こでは、送信光源として半導体レーザー（ＬＤ）を用い
パワー１００ｍＷ、線幅１０ＭＨｚ、放射角度±６０°
とした。受光素子は、大きさ半径２ｍｍで、受信帯域幅
１００ＭＨｚの時の結果である。それぞれの図で、○は
復調信号パワーを、●は雑音パワーをそれぞれ示す。こ
の図より明らかな様に、ＩＭＤＤでは、近距離では高Ｓ
ＮＲの伝送ができるが、遠距離では急激にＳＮＲは悪く
なる。コヒーレントにおいては、遠距離ではＩＭＤＤに
対して高ＳＮＲを維持できるが、近距離では安定した受
信が出来ない。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、本発明
による空間光伝送装置は、受信部においてコヒーレント
検波を行うための局部発振光を発生させるための局部発
振光発生手段と、前記光送信部から送信される信号光と
前記局部発振光発生手段より供給される局部発振光との
合成を行う光合成手段と、前記光合成手段から出力され
る信号光を受けて電気信号に変換する受光手段と、前記
受光手段で変換された電気信号の電力値を予め定められ
た値と比較を行い比較結果に応じた制御信号を出力する
比較手段と、前記受光手段より供給される電気信号より
直接検波を行うための直接検波手段と、前記受光手段よ
り供給される電気信号よりコヒーレント検波を行うため
のコヒーレント検波手段と、前記直接検波手段からの出
力信号とコヒーレント検波手段からの出力信号とを入力
し前記比較手段より出力される制御信号に応答して前記
直接検波手段からの出力信号とコヒーレント検波手段か
らの出力信号とのいづれか一方の出力を行う切換手段
と、前記比較手段から出力される制御信号に応答して局
部発振光発生手段の発振周波数を切り換える発振周波数
切換手段とを具備することによって達成される。

【００２１】また、前記光受信部において、前記比較手
段からの制御信号に応じて前記光送信部にデータを送信
する送信手段を備えるとともに、前記光送信部において
前記送信手段から送信されるデータを受信する受信手段
と、前記受信手段によって受信されたデータに応答して
変調方式を変更する変更手段を備えることが望ましい。

【００２２】更に、光受信部において、前記受光手段に
入力する光量を制御する光量制御手段と、前記受光手段
から供給されるビート信号の最大値を検出する最大値検
出手段と、前記最大値検出手段からの出力に応答して前
記光量制御手段を制御する制御手段とを備えておくこと
がさらに望ましい。

【００２３】そして、光受信部において、前記受光手段
に隣接して設けられた他の受光手段と、前記受光手段か
らの信号と前記他の受光手段からの信号の位相差を検出
する位相差検出手段と、前記受光手段か前記他の受光手
段のいずれか一方に接続され前記位相差検出手段の出力
に応答して位相を反転させる位相反転手段と、前記位相
反転手段を通過した信号と通過しない信号とを加算させ
る加算手段とを備えていることが望ましい。

【００２４】また、前記受光手段の前面に集光手段を具
備することが望ましい。

【００２５】そして、入射光を絞るための絞り手段を具
備することが更に望ましい。

【００２６】

【作用】光受信部では、局部発振光発生手段が、コヒー
レント検波を行うための局部発振光を発生させる。光合
成手段は、前記光送信部から送信される信号光と前記局
部発振光発生手段より供給される局部発振光との合成を
行い、受光手段に供給する。受光手段では、前記光合成
手段から出力される信号光を受けて電気信号に変換す
る。変換された電気信号は、比較手段において、前記受
光手段で変換された電気信号の電力値を予め定められた
値と比較を行い、比較結果に応じた制御信号を出力す
る。直接検波手段により直接検波された信号と、コヒー
レント検波手段によりコヒーレント検波された信号は切
換手段に入力され、前記比較手段より出力される制御信
号に応答していづれか一方が出力される。また、局部発
振光発生手段の発振周波数は、発振周波数切換手段によ
り前記比較手段から出力される制御信号に応答して切り
換えられる。

【００２７】ここで、更に光受信部に送信手段を、光送
信部に受信手段及び変更手段を夫々備えた場合には、送
信手段は前記比較手段からの制御信号に応じて前記送信
部にデータを送信し、光送信部に設けられた受信手段に
送られる。変更手段は、前記受信手段によって受信され
たデータに応答して変調方式を変更する。

【００２８】また、光送信部に光量制御手段、最大値検
出手段及び制御手段を備えた場合には、最大値検出手段
は前記受光手段から供給されるビート信号の最大値を検
出する。検出されたビート信号により制御手段は前記光
量制御手段を制御し、前記受光手段に入力する光量が制
御される。

【００２９】一方、光送信部に他の受光手段、位相差検
出手段、位相反転手段及び加算手段を備えた場合には、
他の受光手段から出力される信号と前記受光手段から出
力される信号との位相差は位相差検出手段によって検出
され、位相反転手段に送られる。位相反転手段は、前記
受光手段か他の受光手段のいずれか一方に接続されてお
り、前記位相差検出手段の出力に応答して位相を反転さ
せ、前記位相反転手段を通過した信号と通過しない信号
とが加算手段により加算される。

【００３０】また、受光手段に集光手段を備えた場合に
は、入射光が波面を変換され、局部発振光の波面と同調
させられる。これにより、高効率のコヒーレント検波を
実現できる。

【００３１】更に、受光手段に絞り手段を備えた場合に
は、絞り手段により入射光が制御され、ビート信号の最
大値検出を行うことができる。

【００３２】

【実施例】本発明を空間光伝送装置に適用した第１の実
施例を図１ａ，図１ｂを用いて、以下詳述していく。空
間光伝送装置は、送信部と受信部からなる。

【００３３】まず、図１ａに示す送信部について述べ
る。

【００３４】送信部は、発振光源である半導体レーザー
（ＬＤ）１０１と、デジタルデータを保存しているデー
タ源１０３と、デジタル信号をアナログ信号に変換する
ためのＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）１０２と、前記半導体レ
ーザー１０１及びＤ／Ａ変換器１０２に電源を供給する
ための定電流源１０４とで構成される。

【００３５】以下、上記の構成にてなる送信部につい
て、詳述していく。

【００３６】半導体レーザー１０１としては、ＧａＡｓ
系ＤＦＢ−ＬＤを用い、発振波長８３０ｎｍ、光パワー
１００ｍＷ、線幅５００ＫＨｚ、発散角度±３０度とす
る。この条件は、ＪＩＳ規格により定められたレーザー
光の安全規格を満たす最大パワーの光密度である。

【００３７】データ源１０３から出力されるデータが、
図２（ａ）に示す様に時間で変化し、０、１のパルス列
を出力するとき、その信号をＤ／Ａ変換器１０２によ
り、半導体レーザー１０１駆動に適した電圧に変換す
る。

【００３８】データ源１０３は、１００ＭＢｉｔ／ｓの
データ伝送能力がある。

【００３９】また半導体レーザー１０１は、定電流源１
０４によりＤ／Ａ変換器１０２の出力の如何にかかわら
ず発振しているものとし、その光出力は図２（ｂ）に示
す様になる。

【００４０】また、この時、半導体レーザーの発振光周
波数も、その注入電流に応じて図２（ｃ）に示す様に変
化する。

【００４１】受光部は、光学部と電気処理部とからな
り、光学部は、背景光を軽減するための光フィルタ１０
５と、局部発振光を発生させるための局部発振光源用半
導体レーザー１０８と、前記局部発振光源用レーザー１
０８からの光を集束させるためのコリメートレンズ１０
７と、前記光フィルタ１０５を通過した光と前記コリメ
ートレンズ１０７からの光を合成を行う光合波器（Ｂ
Ｓ）１０６と、前記光合波器１０６からの光を受け電気
信号に変換するためのするためのアバランシェフォトダ
イオード（ＰＤ）１０９とで構成される。

【００４２】また、電気処理部は、前記アバランシェフ
ォトダイオード１０９から供給される信号のレベル調整
を行う自動利得調整器（ＡＧＣ）１１１と、前記自動利
得調整器１１１より供給される信号のうち予め定められ
た帯域幅１ＭＨｚの成分のみを通過させるための帯域幅
１ＭＨｚの狭帯域フィルタ１１２と、前記狭帯域フィル
タ１１２を通過した信号よりデジタル信号へ復調を行う
ための復調器（ＤＥＭ）１１４と、前記自動利得調整器
１１１より供給される信号より帯域幅２００ＭＨｚの信
号を通過させるための帯域幅２００ＭＨｚの広帯域フィ
ルタ１１３と、前記広帯域フィルタ１１３から供給され
る信号よりデジタル信号を復調させるための復調器（Ｄ
ＥＭ）１２６と、前記アバランシェフォトダイオード１
０９より供給される電力値を予め定められた値との比較
を行うための電力比較器１１０と、前記復調器１１４、
１２６からの出力と前記電力比較器１１０からの出力を
入力する論理回路１１６〜１１８とで構成される。

【００４３】受信部において、入射した信号光は背景光
を軽減するための光フィルタ１０５を通過したのち、光
合波器１０６を経てアバランシェフォトダイオード１０
９に入射する。ここで、本実施例では受光面の大きさを
２ｍｍとし、増幅率を１００倍とした。

【００４４】この時アバランシェフォトダイオード１０
９に励起された光電流は、図２（ｂ）と同様に直流分＋
パルス分となる。この内の直流分のみが、電力比較器１
１０に入力される。

【００４５】前記電力比較器１１０は、入力された電力
が−４５ｄＢｍ以下ならば、デジタル信号の１を出力
し、半導体レーザー１０１と同様の半導体レーザーを用
いている局部発振光源用レーザー１０８を発振させ、コ
ヒーレント検波モードとなり、光合波器１０６にて入射
光と局部発振光源用レーザー１０８からの出力光が合波
される。

【００４６】なお、電力値＝−４５ｄＢｍは、背景光強
度等により異なるが、本実施例では送信部〜受信部間の
距離が約０．７ｍの場合に相当する。

【００４７】一方、前記電力比較器１１０は、入力され
た電力が−４５ｄＢｍ以上であれば、前記電力比較器１
１０は０を出力し、局部発振光源用レーザー１０８は発
振せず、直接検波モードとなる。

【００４８】コヒーレント検波モード時には、局部発振
光の発振波長はν₂ にわずかに異なるν₃ であり、前記
電力比較器１１０から出力されるデータが０の時にはビ
ート信号周波数は｜ν₃−ν₁｜であって、これは数１０
ＧＨｚに相当し、アバランシェフォトダイオード１０９
にて検出できない。

【００４９】データが１の時には、｜ν₃−ν₂｜の周波
数のビート信号が検出される。アバランシェフォトダイ
オード１０９の出力のうち直流分を差し引いた交流分
は、自動利得調整器１１１を経て、帯域幅１ＭＨｚの狭
帯域フィルタ１１２と復調器１１４にて元のデジタル信
号に復調される。

【００５０】この時、信号光の進行方向と，局部発振光
の進行方向を一致させる機能を持つことにより、より効
率的なコヒーレント検波が可能となる。

【００５１】一方、直接検波モード時には、同じく直流
分を差し引いたパルス分は自動利得調節器１１１を経
て、帯域幅２００ＭＨｚの広帯域フィルタ１１３と復調
器１２６にて元のデジタル信号に復調される。

【００５２】電力比較器１１０からの出力は論理回路１
１６の反転入力端子と論理回路１１７の入力端子に、復
調器１１４からの出力は論理回路１１６の他方の入力端
子に、復調器１２６の出力は論理回路１１７の他方の入
力端子にそれぞれ接続され、論理回路１１６及び論理回
路１１７の出力がともに論理回路１１８に入力される。

【００５３】信号光のパワーが強いときには、送信光の
強度変調に生じる電気信号（ベースバンド変調）が自動
利得調整器１１１、広帯域フィルタ１１３、復調器１２
６からなる回路にて復調される。この時、前記電力比較
器１１０からはデジタル信号の０が出力されており、復
調器１２６からの信号により論理回路１１６がＯＮし、
論理回路１１８よりデータが出力される。

【００５４】一方強度が弱いときには、局部発振光と信
号光とのビード信号を自動利得調節器１１１、狭帯域フ
ィルタ１１２、復調器（ＤＥＭ）１１４にて復調する。
この時、前記電力比較器１１０からはデジタル信号の１
が出力されており、復調器１１４からの信号により論理
回路１１７がＯＮし、論理回路１１８よりデータとして
出力される。

【００５５】以上の様に構成した空間光伝送装置によ
り、送信部〜受信部間が０〜１０ｍの通信距離で、ＳＮ
比２０ｄＢ以上を確保可能となる。

【００５６】その実測値の一例を図８ａに示す。

【００５７】図８ａより明らかなように、１ｍ程度の距
離で直接検波からコヒーレント検波へ切る替えることに
より最適の通信が確保できた。本実施例により送信側が
送信方法を変えることなく受信側が簡単な構成にして直
接検波とコヒーレント検波を切り替える伝送を可能とし
た。

【００５８】本発明による空間光伝送装置の第２の実施
例を図３ａ、図３ｂに示し、以下詳細に説明していく。

【００５９】この実施例でも、データ伝送は１００ＭＢ
ｉｔ／ｓで行うこととし、第１の実施例と同様に、送信
光源として半導体レーザー（ＬＤ）３０１を用い、発光
強度８０ｍＷ、空間中に±３０°の範囲に放射する。

【００６０】送信側は、図３ａに示され、信号光を送信
するための半導体レーザー３０１と、受光素子３０９ｃ
と、前記受光素子３０９ｃに接続され入力された信号の
レベル調整を行う自動利得調整器３０５と、前記自動利
得調整器３０５より入力される信号の増幅を行う増幅器
３０４と、前記増幅器３０４より入力される信号のフィ
ルタリングを行うフィルタ３０３と、前記フィルタ３０
３から入力される信号により前記半導体レーザー３０１
から送信される信号の変調を行う変調器３０２とで構成
される。

【００６１】受信側は図３ｂに示され、背景光を遮断す
る光フィルタ３２０と、前記光フィルタ３２０を通過し
た光を受けるコヒーレント検波用受光素子３０９ａと、
直接検波用受光素子３０９ｂと、前記受光素子３０９ａ
に接続されている電力比較器３１０と、前記電力比較器
３１０から入力される信号のレベル調整を行う自動利得
調整器３１１と、前記自動利得調整器３１１から入力さ
れる信号のフィルタリングを行うフィルタ３１２と、前
記フィルタ３１２から入力される信号復調を行う復調器
３１３と、局部発振光の発振を行う局部発振光源用レー
ザー３０８と、前記局部発振光源用レーザー３０８から
出力される光の集束を行うためのレンズ３０７と、前記
光フィルタ３０５から入力される光と前記レンズ３０７
から入力される光の合成を行う光合波器（ＢＳ）３０６
と、前記光合波器３０６からの光を受けるコヒーレント
検波用受光素子３０９ａと、前記コヒーレント検波用受
光素子３０９ａからの信号を受ける自動利得調整器３１
５と、前記自動利得調整器３１５から入力する信号のフ
ィルタリングを行うフィルタ３１６と、前記フィルタ３
１６から供給される信号の復調を行う復調器３１７と、
電力比較器３１０からの切り換え信号を受けて前記復調
器３１３または復調器３１７からの信号のいずれか一方
の出力を行うスイッチ３１４と、前記電力比較器３１０
からの出力を受けて変調を行う変調器３２３と、前記変
調器３２３により変調された帰還光の出力を行う帰還用
レーザー３２４とで構成される。

【００６２】ここで、コヒーレント検波用受光素子３０
９ａ及び直接検波用受光素子３０９ｂは、アバランシェ
フォトダイオードで１００倍に増幅している。

【００６３】送信部の半導体レーザー３０１より送信さ
れた信号光は、背景光を遮断する光フィルタ３０５を透
過した後、コヒーレント検波用受光素子３０９ａ、直接
検波用受光素子３０９ｂに入射する。

【００６４】電力比較器３１０は、入力した信号光が−
５０ｄＢｍ以上（これは距離２．２ｍに相当する）の場
合には、直接検波を行う様に制御信号をスイッチ３１４
に供給する。

【００６５】その場合、送信側に直接検波用受光素子３
０９ｂで受けた電力を帰還するため、変調器３２３で帰
還用信号に変調し、帰還用レーザー３２４を駆動する。

【００６６】このデータは低速の伝送で十分であり、従
って、送信側では十分なＳＮ比で直接検波により復調で
きる。

【００６７】本実施例では、受信電力が強い時、送信側
は図４に示す様にベースバンド変調によりデータを伝送
する。また、受信電力が弱い時には、図２ｃの様に変調
して、局部発振光レーザー３０８を駆動し、コヒーレン
ト検波するものである。

【００６８】受信側では、前記電力比較器３１０からの
出力が自動利得調整器３１１によってレベル調整が行わ
れフィルタ３１２でフィルタリングが行われ、復調器３
１３で復調後、スイッチ３１４に供給される。

【００６９】また、局部発振光源用レーザー３０８から
出力される光は、レンズ３０７にて光合波器３０６上に
集束される。光合波器３０６では、レンズ３０７より入
力した光と前記光フィルタ３２０から入力される光を合
成し、受光素子３０９ａに供給する。前記受光素子３０
９ａより出力された信号は、自動利得調整器３１５にて
レベル調整された後、フイルタ３１６でフィルタリング
され、復調器３１７で復調される。復調された信号は、
スイッチ３１４へ供給される。

【００７０】スイッチ３１４では、電力比較器３１０か
らの出力に応答して、復調器３１３または復調器３１７
からの出力のうち伝送距離に応じたいずれか一方の出力
を行う。

【００７１】なお、受光部分の大きさはコヒーレント検
波の場合、あまり大きくするとビート信号振幅が安定し
ないので、コヒーレント検波用受光素子３０９ａの受光
部の大きさを直径３．５ｍｍに、直接検波用受光素子３
０９ｂの受光部の大きさを直径１０ｍｍとした。

【００７２】以上のような装置構成により、送信部〜受
信部間が０〜２０ｍの距離でＳＮ比２０ｄＢ以上を確保
可能となる。

【００７３】その実測値の一例を、図８ｂに示す。

【００７４】図８ｂより明らかなように、２ｍ程度の距
離で直接検波、コヒーレント検波の切り替えを行なうこ
とがもっとも適切であることがわかる。

【００７５】本発明による空間光伝送装置の第３の実施
例を図５を参照しながら、以下に説明していく。

【００７６】ここでは送信側は、図１に示した第１の実
施例と同じものである。

【００７７】受信部は、光フィルタ５０５と、局部発振
光源用レーザー５０８と、前記局部発振光源用レーザー
（ＬＤ）５０８からの光を集光させるためのレンズ５０
６と、前記光フィルタ５０５を通過してくる光とレンズ
５０６を通過してくる光の合成させるための光合波器
（ＢＳ）５０７と、前記光合波器５０７からの光を受け
る受光素子５０９ａと、受光素子５０９ａの中心に組み
込まれた受光素子５０９ｂと、前記受光素子５０９ａか
ら供給される信号のレベルを調整を行う自動利得調整器
（ＡＧＣ）５１１と、前記受光素子５０９ｂから供給さ
れる信号のレベルを調整を行う自動利得調整器５１５
と、前記自動利得調整器５１１から供給される信号と前
記自動利得調整器５１５から供給される信号とで位相の
比較を行うための位相比較器５１２と、前記自動利得調
整器５１１からの信号のフィルタリングを行う電気フィ
ルタ５１３と、前記自動利得調整器５１５からの信号の
フィルタリングを行う電気フィルタ５１６と、前記電気
フィルタ５１６から供給される信号の位相の反転を行う
ための位相反転器５１７と、前記電気フィルタ５１３及
び位相反転器５１７から供給される信号の復調を行う復
調器５１４とで構成される。

【００７８】信号光は、光フィルタ５０５を透過した
後、受光素子５０９ａ、受光素子５０９ｂに入射する。
受光素子５０９ｂは直径８００μｍであり、受光素子５
０９ａはその中心に５０９ｂが組み込まれたもので、そ
の外径は直径４ｍｍとなっている。

【００７９】本実施例では、２つの受光素子は同軸上に
設置されているが、必ずしも同軸上でなくても同様の効
果が期待できる。

【００８０】局部発振光源用レーザー５０８からの光と
送信部から入射した信号光とのビート信号は、受光素子
５０９ａと５０９ｂとで検出され、受光素子５０９ａか
らのビート信号は自動利得調整器５１１、電気フィルタ
５１３で、受光素子５０９ｂからのビート信号は、自動
利得調整器５１５、電気フィルタ５１６にて処理され
る。

【００８１】自動利得調整器５１１及び自動利得調整器
５１５からのビート信号は同時に、位相比較器５０９に
入力され位相比較される。

【００８２】ここで、受光素子５０９ａからの出力と、
受光素子５０９ｂからの出力とが同位相であるあれば、
位相反転器５１７を機能させず２つの電気フィルタの出
力は加算され、復調器５１４により元のデジタル信号に
復調される。

【００８３】一方、受光素子５０９ａからの出力と、受
光素子５０９ｂからの出力とが逆位相であれば、電気フ
ィルタ５１６の出力は位相反転器５１４により位相反転
された後、もう一方の電気フィルタ５１３の出力と加算
され、復調される。

【００８４】本実施例では信号光源のパワーを検出し、
検波方法を切り替える必要がなく、送信光源の強度の揺
らぎによらず最適のコヒーレント検波ができた。

【００８５】本第３の実施例を実施した際の効果を、図
８ｃに示す。

【００８６】この図より明らかな様に、送信部から受信
部までの距離が３０ｍまでＳＮ比２０ｄＢを確保でき
た。本発明による空間光伝送装置の第４の実施例を図６
を用いて説明する。

【００８７】ここで送信側は、図１に示す第１の実施例
の送信側と同じ構成とする。

【００８８】受信部は、光フィルタ６０１と、前記光フ
ィルタ６０１から入射される光量を調整するための絞り
６０２と、局部発振光源用レーザー（ＬＤ）６０９と、
前記局部発振光源用レーザー６０９からの光を集光させ
るためのレンズ６１０と、前記絞り６０２を通過した光
と前記レンズ６１０を通過した光との合成を行うための
光合波器６１２と、前記光合波器６１２から供給される
ビート信号を電気信号に変換するための受光素子６０３
と、前記受光素子６０３から供給される信号のレベル調
整を行う自動利得調整器６０６と、前記自動利得調整器
６０６からの信号のフィルタリングを行う電気フィルタ
６０７と、前記電気フィルタ６０７から供給される信号
の復調を行う復調器６０８と、前記受光素子６０３から
供給されるビート信号強度の最大値を検出するピーク検
出器６０５と、前記ピーク検出器６０５からの信号に応
答して前記絞り６０２の制御を行う制御回路６０４とで
構成される。

【００８９】以下、上記構成にてなる受信部の動作を以
下詳述していく。

【００９０】入射した信号光は、光フィルタ６０１を透
過した後、絞り６０２を通って、受光素子６０３に入射
する。

【００９１】ここで、光素子６０９は、直径１ｃｍとな
っている。

【００９２】局部発振レーザー６０８からの光と入射し
た信号光とのビート信号は、受光素子６０３で検出さ
れ、自動利得調整器６０６、電気フィルタ６０７にて処
理され、復調器６０８により元のデジタル信号に復調さ
れる。

【００９３】この時、絞り６０２を制御回路６０４にて
可変とし、検出されるビート信号強度の最大値をピーク
検出器６０５で検出し、ビート信号強度が最大となる様
に絞り６０２を制御する。

【００９４】絞り６０２を変えることにより、等価的に
受光素子の大きさを変えることになり、常に安定したビ
ード信号検出が可能となった。

【００９５】また、上記実施例で信号光の発振波長差｜
ν₁−ν₂｜を小さくして、局部発振光の波長をν₃とし
た場合、ビート信号は｜ν₃−ν₁｜と｜ν₃−ν₂｜の２
値の周波数をもち、それぞれ０、１に復調されるような
変復調方式を採用することが可能なことは明らかであ
る。

【００９６】図９を用いて、本発明による光空間伝送装
置の第５の実施例を述べる。

【００９７】ここで送信側は、図１に示す第１の実施例
の送信部と同じ構成とする。受信部は、集光レンズ９２
７と、光フィルタ９０２と、局部発振光源用ＬＤ９０８
と、前記局部発振光源用レーザー９０８からの光を集光
させるためのレンズ９０９と、前記光フィルタ９０２を
通過した光と前記レンズ９０９を通過した光との合成を
行うための光合波器９０３と、前記光合波器９０３から
供給されるビート信号を電気信号に変換するための受光
素子９０４と、前記受光素子９０４から供給される信号
のレベル調整を行う自動利得調整器９０５と、前記自動
利得調整器９０５からの信号のフィルタリングを行う電
気フィルタ９０６と、前記電気フィルタ９０６から供給
される信号の復調を行う復調器９０７とで構成され
る。、本実施例は、光フィルタ９０２の前に集光レンズ
９０１を挿入したものである。この集光レンズ９０１は
焦点距離１０ｍであり、このレンズにより、送信光源と
受信装置の距離１０ｍ以上の時、受光する信号光の波面
は見かけ上、距離約１０ｍからの球面波となる。

【００９８】さらにレンズ９０１の位置を調整すること
により、局部発振光の波面の曲率を信号光の曲率と一致
させておくことで効率良くコヒーレント検波することが
できる。

【００９９】さらには、本実施例においても、信号光の
進行方向と局発光の進行方向を一致させておくことによ
り効率的なビート信号検出できることは言うまでもな
い。

【０１００】本実施例では固定焦点レンズを用いたが、
可変焦点レンズを用い、受信信号強度、または検出され
るビート信号強度に応じて該可変焦点レンズを制御する
ことによりなお一層の効果が期待できる。

【０１０１】本実施例では、かかる課題を解決するため
に、送信光源として、コヒーレント性の高い半導体レー
ザー（ＬＤ）を用いて、短距離では光の強度変調を用い
た直接検波方式をとり、長距離では局部発振光を用いて
コヒーレント検波を行なうことにより短距離及び長距離
の双方において、安定したデータ転送が可能となった。

【０１０２】また、距離によりコヒーレント検波する受
光部の大きさを変換する機能を持つことにより、数ｃｍ
〜数１０ｍで安定したビート信号検出を可能とした。

【０１０３】第１の実施例に示す様に、送信側は受信側
の状況にかかわらずデータを送信し、受信側にて最適の
受信方法を選択するとが可能である。

【０１０４】また、第２の実施例に示す様に送信側に伝
送方法を変えることを低速にて送信することにより、送
信側にその距離に応じた伝送方法を取らせることが可能
となる。

【０１０５】更に、コヒーレント検波方式だけを用い、
本質的に受光部の大きさが可変となる受光素子を採用す
ることにより、通信距離によらず安定したデータ伝送が
可能となる。

【０１０６】そして、受信側が、集光レンズを具備する
ことにより、長距離伝送におけるビート信号強度を稼
ぎ、ある距離幅で最適の受信を行うことが可能となる。

【０１０７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により今までのワイヤレス光通信において、直接検波方
式では実現できなかった長距離のデータ伝送と、コヒー
レント検波方式では実現できなかった短距離の安定した
データ伝送を、距離に応じた検波方式を採用することに
より、短距離及び長距離の双方において安定したデータ
伝送が可能となった。

【０１０８】また、コヒーレント検波方式においても、
本質的に受光部の大きさが可変となる受光素子を用いる
事により、通信距離に寄らず安定したデータ伝送を可能
とする空間伝送装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】本発明による空間光伝送装置の第１の実施例
の送信部を示す。

【図１ｂ】本発明による空間光伝送装置の第１の実施例
受信部を示す。

【図２】実施例１に用いる変調方式の説明に用いる図を
示す。

【図３ａ】本発明による空間光伝送装置の第２の実施例
の送信部を示す。

【図３ｂ】本発明による空間光伝送装置の第２の実施例
の受信部を示す。

【図４】実施例２に用いた変調方式の説明に用いる図を
示す。

【図５】本発明による空間光伝送装置の第３の実施例を
示す。

【図６】本発明による空間光伝送装置の第４の実施例を
示す。

【図７ａ】ＩＭＤＤ方式のＳ／Ｎ比を表すグラフであ
る。

【図７ｂ】コヒーレント検波のＳ／Ｎ比を表すグラフで
ある。

【図８ａ】第１の実施例の実測値の一例を示す。

【図８ｂ】第２の実施例の実測値の一例を示す。

【図８ｃ】第３の実施例の実測値の一例を示す。

【図９】本発明による空間光伝送装置の第５の実施例を
示す。

【符号の説明】

１０１送信光源用レーザー１０２Ｄ／Ａ変換器１０３データ源１０４定電流源１０５光フィルタ１０６光合波器１０７コリメートレンズ１０８局部発振光源用レーザー１０９受光素子１１０電力比較器１１１自動利得調整器１１２狭帯域フィルタ１１３広帯域フィルタ１１４、１２６復調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/142 10/22 (72)発明者森岡達也大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平５−14427（ＪＰ，Ａ) 特開平５−191351（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信するデータに応じて光の強度もしく
は光周波数の少なくとも一方を変調する変調手段を具備
し前記変調手段によって変調された信号光を送信する光
送信部と、前記光送信部からの信号光を受信し、検波、
復調する光受信部からなり、前記光受信部が、コヒーレント検波を行うための局部発振光を発生させる
ための局部発振光発生手段と、前記光送信部から送信される信号光と前記局部発振光発
生手段より供給される局部発振光との合成を行う光合成
手段と、前記光合成手段から出力される信号光を入力し電気信号
に変換する受光手段と、前記受光手段で変換された電気信号の電力値を予め定め
られた値と比較を行い比較結果に応じた制御信号を出力
する比較手段と、前記受光手段より供給される電気信号より直接検波を行
うための直接検波手段と、前記受光手段より供給される電気信号よりコヒーレント
検波を行うためのコヒーレント検波手段と、前記直接検波手段からの出力信号とコヒーレント検波手
段からの出力信号とを入力し前記比較手段より出力され
る制御信号に応答して前記直接検波手段からの出力信号
とコヒーレント検波手段からの出力信号とのいづれか一
方の出力を行う切換手段と、前記比較手段から出力される制御信号に応答して局部発
振光発生手段の発振周波数を切り換える発振周波数切換
手段と、を具備することを特徴とする空間光伝送装置。
【請求項２】前記光受信部が、前記比較手段からの制御信号に応じて前記送信部にデー
タを送信する送信手段を更に備えるとともに、前記光送信部が、前記送信手段から送信されるデータを受信する受信手段
と、前記受信手段によって受信されたデータに応答して変調
方式を変更する変更手段と、を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の空間
光伝送装置。
【請求項３】前記光受信部が、前記受光手段に入力する光量を制御する光量制御手段
と、前記受光手段から供給されるビート信号の最大値を検出
する最大値検出手段と、前記最大値検出手段からの出力に応答して前記光量制御
手段を制御する制御手段と、を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の空間
光伝送装置。
【請求項４】前記光受信部が、前記受光手段に隣接して設けられた他の受光手段と、前記受光手段からの信号と前記他の受光手段からの信号
の位相差を検出する位相差検出手段と、前記受光手段か前記他の受光手段のいずれか一方に接続
され前記位相差検出手段の出力に応答して位相を反転さ
せる位相反転手段と、前記位相反転手段を通過した信号と通過しない信号とを
加算する加算手段と、を更に具備することを特徴とする
請求項１に記載の空間光伝送装置。
【請求項５】前記受光手段の前面に入射光を集光させ
るための集光手段を具備したことを特徴とする請求項１
に記載の空間光伝送装置。
【請求項６】前記受光手段の前面に入射光を制限する
ための絞り手段を具備したことを特徴とする請求項１に
記載の空間光伝送装置。