JP3471584B2 - ワイヤレス光通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自由空間を介して
可視光や赤外光により通信情報を送受信するワイヤレス
光通信システムに関し、特に、ＡＴＭセル等のバースト
状パケット信号を通信情報の単位として双方向に送受信
する光通信モジュールを用いたワイヤレス光通信システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】非同期転送モード（Asynchronous Trans
fer Mode：以下、「ＡＴＭ」という）の通信技術を用い
たＷＡＮ（Wide Area Network)、ＬＡＮ（Local Area N
etwork) 等が、光ファイバ通信等の分野にて普及しつつ
ある。

【０００３】このような有線通信におけるＡＴＭ通信の
技術が、ワイヤレス光通信でも応用されることになると
考えられるため、以下では、まず、有線のＡＴＭ通信で
の通信方式について概説する。

【０００４】現在、幹線系光ファイバ伝送では、図１６
に示すように、ＡＴＭセル５１は、同期デジタルハイア
ラーキ（Synchronous Digital Hierarchy ：以下、「Ｓ
ＤＨ」という）ベースのフレーム５２に格納されて、た
とえば伝送速度155.52Ｍbpsで伝送される。ここで、Ａ
ＴＭセル５１とは、ＡＴＭ通信で送受される情報の取扱
い単位であり、当該セル５１の転送に必要な制御情報を
格納するヘッダ部５３と、ユーザ情報を収容するペイロ
ード部５４とからなっている。一方、ＳＤＨベースのフ
レーム５２構造は、ネットワークの運用、管理に必要な
情報が入るオーバヘッド部５５と、ＡＴＭセル５１が格
納可能であり、また、送るべきＡＴＭセル５１が存在し
ない場合には、空きセル５６を代わりに必ず格納するペ
イロード部５７とからなっている。

【０００５】尚、上記各ＡＴＭセル５１は、ヘッダ部５
３が５バイト、ペイロード部５４が48バイトで合計53バ
イトからなり、各フレーム５２は、オーバヘッド部５５
が90バイト、ペイロード部５７が2340バイトで合計2430
バイトからなる。

【０００６】上記フレーム５２を125 マイクロ秒間隔で
連続的に生成すると、一秒間当たり8000フレーム換算と
なる。従って、2430バイト×8 ビット／バイト×8000フ
レーム＝155.52メガビット／秒という計算の結果、上記
の場合、伝送速度155.52Ｍbps が導き出される。ＡＴＭ
セル５１は、上述のように、53バイトからなり、１フレ
ーム当たり2340÷53＝44.151セル格納でき、フレーム５
２の最後尾に格納されるＡＴＭセル５１は、53バイト全
体が収まらないために、次に続くフレーム５２のペイロ
ード部５７先端部までまたがって格納されるが、これは
この通信方式では、許容され問題とはならない。

【０００７】上記の通信方式では、通信のデータ単位と
なるＡＴＭセル５１自体は、バースト的（間欠的）に発
生するが、空きセル５６を絡めながらＳＤＨベースのフ
レーム５２に乗せているのは、該フレーム５２に格納す
ることで、155.52Ｍbps の連続同期信号列にして長距離
を信頼性よく通信させるためである。

【０００８】プライベートなネットワークであるＡＴＭ
−ＬＡＮに関しても、ほぼ上述のＳＤＨベースのフレー
ム５２による情報伝送の説明と同様である。

【０００９】次に、ワイヤレス光空間伝送においても、
ＡＴＭ通信方式を採用する場合に、ＳＤＨベースのフレ
ーム５２に格納する上述の方式にて、連続同期信号列を
作り通信することが容易に推測される。これは、光ファ
イバ伝送等の有線伝送と、ワイヤレス光伝送とを１つの
通信ネットワークの中で併存させる上で、ＳＤＨ等のフ
レーム５２をベースにする方法に共通化すると、通信方
式相互間の変換等が不要となり、通信をシームレス化で
きるからである。つまり、光ファイバ通信で受信した連
続信号列を、そのままワイヤレス光伝送用の送信器にデ
ータとして入力し光空間伝送できる。

【００１０】ＡＴＭ−ＬＡＮの場合には、有線で繋がる
端末機器までは、伝送速度25Ｍbps等でシールドなしツ
イストペア線で簡易に送る方法もとられており、この端
末機器からワイヤレス光伝送で携帯情報機器まで同じ伝
送速度25Ｍbps で双方向にシームレスな通信がなされる
システムが考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＡＴＭ
−ＬＡＮでの端末機器と携帯情報機器との間のワイヤレ
ス光伝送において、ＳＤＨをベースとしたフレーム５２
を用いると、光送信器の発光素子は、フレーム５２に格
納された空きセル５６部分にて有効なデータが無いにも
かかわらず発光せねばならず、不要な消費電力を要する
といった問題を生ずる。

【００１２】より具体的には、空きセル５６を使用する
ことによって、実質伝送すべきデータはないものの、セ
ル同期を取るため等のヘッダ部５６ａによって光送信器
内の発光素子が発光し、場合によっては、ペイロード部
５６ｂに仮に挿入された無効な情報による発光素子の発
光が起こることになる。

【００１３】従って、例えば、充電地等のバッテリ駆動
型の携帯情報機器側から端末機器に送信する場合には、
有効なデータの無い部分での発光によって電力を消費す
る結果、バッテリに不要な負担をかけることとなり、連
続通信時間を長く確保することができないといった問題
を生ずる。

【００１４】一方、有線通信の場合は、光送信器を含む
光伝送装置は、専用の電源が備わっているため、データ
伝送を伴わない発光が頻繁に起こっても、バッテリ駆動
のように消費電力の節減を要する場合とは異なり、著し
い不都合は生じない。

【００１５】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ワイヤレス光通信において、
データの通信形式に伴う不要な発光をなくして消費電力
の節減を実現するワイヤレス光通信システムを提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るワ
イヤレス光通信システムは、上記の課題を解決するため
に、発光素子を有する光送信器と受光素子を有する光受
信器との間で、通信情報をＡＴＭセルのごとき情報単位
に分割した形態で送受信するワイヤレス光通信システム
であって、通信情報を送信する前記光送信器は、通信情
報を格納した情報単位と、前記発光素子を発光させるヘ
ッダ部をもち、かつ、通信情報をもっていない空の情報
単位とによって構成される連続信号から、前記通信情報
をもっていない空の情報単位を除いて、情報単位を間欠
的に生成させ、もって通信情報を非連続的な情報単位に
分割した形態とする手段と、通信情報送信時に、前記情
報単位が無い部分では発光素子を消灯させる発光素子駆
動手段とを備えていることを特徴としている。

【００１７】上記の構成によれば、通信情報を送信する
光送信器では、有効なデータを有していない空きセルの
ごとき空の情報単位を除いた形態として送信データを非
連続的な情報単位に分割し、送信時には、情報単位が存
在しない部分では発光素子を発光させないよう駆動して
光伝送する。

【００１８】従って、有効なデータを有していない部分
での不要な発光をなくすことができるので、不要な電力
消費を抑制し、バッテリ等の長寿命化を実現すると共
に、バッテリ等による長時間駆動を図ることができる。

【００１９】尚、ここで「情報単位」とは、情報の取扱
い単位であり、固定長を有し、ＡＴＭセルのようなバー
スト状（間欠的）に発生するセルを含む意味である。間
欠的情報等の通信情報は、この固定長の情報単位に分割
され送受信される。

【００２０】請求項２の発明に係るワイヤレス光通信シ
ステムは、上記の課題を解決するために、請求項１の構
成において、前記光受信器は、間欠的に受信される複数
の情報単位間のビット位相の同期をとるための同期手段
を備えていることを特徴としている。

【００２１】上記の構成によれば、光受信器において、
間欠的に受信されるＡＴＭセル等の情報単位の１ビット
目からビット位相同期をとることができる。これは、例
えば、受信したバースト状の信号の各ビットを受信側の
ローカルオシレータに同期させる回路を備えることによ
って実現される。

【００２２】請求項３の発明に係るワイヤレス光通信シ
ステムは、上記の課題を解決するために、請求項１また
は２の構成において、前記光受信器は、受信される信号
強度の変動に応じて、デジタル信号の“０”又は“１”
を識別するためのしきい値レベルを調整する調整手段を
備えていることを特徴としている。

【００２３】上記の構成によれば、受信される信号強度
に応じてしきい値レベルは最適なものに調整されるの
で、受信レベルに適合した正確な受信が可能となる。こ
れは、例えば、ＡＴＭセル等の光出力レベルのピーク値
及びボトム値を検出し、その中間値を“０”又は“１”
を判別するためのしきい値レベルとすることで、当該し
きい値レベルを自動的に最適レベルに調整するしきい値
レベル制御回路を備えることによって実現される。

【００２４】請求項４の発明に係るワイヤレス光通信シ
ステムは、上記の課題を解決するために、請求項１〜３
のいずれかの構成において、前記光受信器は、受光素子
の受光領域の外側に、光検出電流の応答速度を低下させ
る不要なキャリアの受光領域外部から内部への移動を妨
げる不要キャリア吸収領域を備えていることを特徴とし
ている。

【００２５】上記の構成によれば、ホトダイオード等の
受光素子の応答性、とりわけ立ち下がり時間を小さくし
て、高速伝送を達成できる。

【００２６】つまり、受信器方向に空間伝播してくる光
は、受光素子の受光径近辺に重点的に指向性を持つよう
にシステムを設計することが多い。ここで、受光径のす
ぐ外側に入射する光成分は、受光径外部から受光径内部
に移動する不要キャリアを生成する。このキャリアは移
動速度が遅く、再結合までの時間が大きいため、受光素
子の応答性、とりわけ立ち下がり時間を大きくしてしま
う。

【００２７】従って、例えば、受光素子の受光径のすぐ
外側に不要キャリア吸収領域を設けて、不要キャリアを
受光領域内部に侵入させない構造とすることで、受光素
子の応答性、とりわけ立ち下がり時間を小さくして、高
速伝送を実現できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１〜図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２９】図２は、非同期転送モードのローカルエリ
アネットワークであるＡＴＭ−ＬＡＮのシステム構成を
示す図である。ＡＴＭ−ＬＡＮは、端末機器１及び携帯
情報端末（携帯情報機器）２を含み、ＡＴＭ網３、ＡＴ
Ｍスイッチ４、及び他の端末機器５から構成されてい
る。

【００３０】端末機器１は、ＡＴＭスイッチ４を介し
て、ＡＴＭ網３及び他の端末機器５と情報のやりとりを
行う。この情報のやりとりは、光ファイバ６を通じて行
われる。端末機器１は、また、携帯情報端末２との間
で、バースト的に生成するＡＴＭセルの光空間伝送を双
方向でワイヤレスに行う。

【００３１】上記の端末機器１及び携帯情報端末２が、
本実施形態のワイヤレス光通信システムを構成すること
になる。即ち、端末機器１も携帯情報端末２も、それぞ
れ、後述の光送信器７及び光受信器８（図１（ａ）参
照）を備えた光通信モジュールを含んでおり、両者間の
空間光伝送路を介して可視光や赤外光により通信情報を
送受信することが可能な構成になっている。

【００３２】例えば、後述するように、端末機器１は、
携帯情報端末２から間欠的に光伝送されたＡＴＭセル
を、端末機器１にてＳＤＨフレーム等へ格納して、連続
信号列にして上り方向９に光ファイバ伝送する。また、
逆に、下り方向１０に光ファイバ伝送されてきた、ＳＤ
Ｈフレーム等に格納され連続信号列の形態のＡＴＭセル
は、端末機器１でＳＤＨフレーム等の中から取り出され
てバースト状に生じるＡＴＭセルとなって、ワイヤレス
光伝送により携帯情報端末２に送信される。

【００３３】図１（ａ）は、端末機器１及び携帯情報端
末２の双方に設けられた光送信器７並びに光受信器８を
模式的に示す図である。前記光送信器７は、半導体レー
ザ、発光ダイオード等の発光素子１１を有する一方、前
記光受信器８は、ＰＩＮホトダイオード、アバランシェ
ホトダイオード等の受光素子１２を有しており、端末機
器１又は携帯情報端末２の一方に設けられた光送信器７
と、他方に設けられた光受信器８との間でワイヤレス光
伝送が行われる。

【００３４】図３は、端末機器１に内蔵されている光送
信器７ａの概略的構成を示すブロック図である。光送信
器７ａは、ＳＤＨフレーム等からＡＴＭセルを逐次取り
出し、連続信号列からバースト状信号化を行う信号変換
部１３と、当該バースト状ＡＴＭ信号の１レベル又は０
レベルに合わせて発光又は消灯する発光素子駆動部（発
光素子駆動手段）１４と、半導体レーザや発光ダイオー
ド等の発光素子１５とを備えている。

【００３５】端末機器１に光ファイバ６を通じて送られ
てくる情報は、図１６に示すように、通信データを格納
したＡＴＭセル５１と通信データを有していない空きセ
ル５６とがＳＤＨフレーム５２等に格納されて連続信号
列の形態となっている。信号変換部１３は、かかる連続
信号から空きセル５６を除いて、図１（ｂ）に示すよう
に、ＡＴＭセル１６を間欠的に生成させ、もって通信情
報を非連続的なＡＴＭセル１６に分割した形態とする。
また、発光素子駆動部１４は、ＡＴＭセル１６が無い部
分１７では、発光素子１５を消灯させるよう駆動する。

【００３６】従って、ＡＴＭセル１６がある場合のみ、
光送信器７ａの発光素子１５は、セル内のデータ１又は
０に合わせて点灯又は消灯を行い、ＡＴＭセル１６が無
い場合は、発光素子１５も動作せず、全く何も送信され
ない。即ち、光送信器７ａは、通信データを格納したＡ
ＴＭセル５１と通信データが無い場合の空きセル５６と
によって連続信号列を構成してクロック成分を含んだ一
連の連続信号として光伝送するのではなく、通信データ
のあるＡＴＭセル１６部分のみ空間光伝送を行い、通信
データの無い空きセル相当部分１７では発光素子１５を
発光させないのである。換言すれば、光送信器７ａは、
空きセル相当部分１７でクロック成分を送信することな
く、その結果、全体として連続信号列とはならないバー
スト状セルそのままを間欠的に光伝送するものである。

【００３７】これによって、光送信器７ａは、有効なデ
ータを有していない部分での不要な発光をなくすことが
できるので、不要な電力消費を抑えることができる。

【００３８】一方、図４は、携帯情報端末２に内蔵され
ている光送信器７ｂの概略的構成を示すブロック図であ
る。光送信器７ｂは、送信したいデータをバースト状、
即ち間欠的なＡＴＭセル１６に分割した形態とするＡＴ
Ｍセル化部１８と、このバースト状に間欠発生したＡＴ
Ｍセル１６の１レベル又は０レベルに合わせて発光又は
消灯する発光素子駆動部１９と、半導体レーザや発光ダ
イオード等の発光素子２０とを備えている。ここで、Ａ
ＴＭセル化部１８は、信号変換部１３と同様に、本実施
形態において、通信情報をもっていない空の情報単位を
除いて、情報単位を間欠的に生成させ、もって通信情報
を非連続的な情報単位に分割した形態とする手段となっ
ている。また、発光素子駆動部１９は、発光素子駆動部
１４と同様に、バースト状ＡＴＭ信号が無い場合、発光
素子２０を消灯させるよう駆動する。

【００３９】従って、光送信器７ａと同様に、ワイヤレ
ス光伝送において、光送信器７ｂの発光素子２０は、Ａ
ＴＭセル１６がある場合のみ、セル内のデータ１又は０
に合わせて点灯又は消灯を行い、ＡＴＭセル１６が無い
場合は、発光素子２０も動作せず、全く何も送信されな
い。これによって、光送信器７ｂは、有効なデータを有
していない部分での不要な発光をなくすことができるの
で、不要な電力消費を抑えることができ、バッテリ駆動
の場合には、負担軽減により連続長時間の通信が可能と
なる。

【００４０】図５は、端末機器１に内蔵されている光受
信器８ａの概略的構成を示すブロック図である。光受信
器８ａは、ワイヤレス光伝送されてきたバースト状のＡ
ＴＭセル１６を受信するＰＩＮホトダイオードやアバラ
ンシェホトダイオード等の受光素子２１と、バースト状
のＡＴＭセル１６の光レベルに合わせて自動的にしきい
値レベルを決めて、受信信号をデジタル信号化するＡＴ
Ｃ（しきい値レベル自動制御器）付プリアンプ回路部２
２と、デジタル信号化したＡＴＭセル１６のビット位相
を光受信器８ａのローカルオシレータ２４に同期させる
データ同期回路部２３と、得られたバースト信号をＳＤ
Ｈフレーム等のフレームに格納して連続信号列化する信
号変換部２５とを備えている。

【００４１】一方、図６は、携帯情報端末２に内蔵され
ている光受信器８ｂの概略的構成を示すブロック図であ
る。光受信器８ｂは、受光素子２６、ＡＴＣ付プリアン
プ回路部２７、データ同期回路部２８、ローカルオシレ
ータ２９、及びＡＴＭセル分解部３０を備えている。こ
こで、受光素子２６、ＡＴＣ付プリアンプ回路部２７、
データ同期回路部２８、及びローカルオシレータ２９
は、それぞれ、上記の受光素子２１、ＡＴＣ付プリアン
プ回路部２２、データ同期回路部２３、及びローカルオ
シレータ２４と同様の構成及び機能を有する。また、Ａ
ＴＭセル分解部３０は、受信されたＡＴＭセル１６から
データを取り出す。

【００４２】図７は、調整手段であるＡＴＣ付プリアン
プ回路部２２・２７の回路の一例を示す図である。この
回路は、大略的に、プリアンプ３１とＡＴＣ機能部３２
とを備えて構成されている。受光素子２１・２６によっ
て受信された信号Ｓ１は、プリアンプ３１に与えられ、
信号Ｓ１の受光レベルに応じた出力Ｓ２が、プリアンプ
３１からＡＴＣ機能部３２に入力される。ＡＴＣ機能部
３２では、この出力Ｓ２に応じた比較電圧Ｖ１が生成、
出力され、これがプリアンプ３１の基準電圧Ｖ２とな
る。詳細には、ＡＴＣ機能部３２は、出力Ｓ２に基づ
き、ＡＴＭセル１６の光出力レベルのピーク値及びボト
ム値を検出し、その中間値を“０”又は“１”を判別す
るためのしきい値レベルとして、比較電圧Ｖ１を生成、
出力する。これによって、受信される信号強度に応じて
しきい値レベルを最適なものに調整できる。

【００４３】図８は、同期手段であるデータ同期回路部
２３・２８の回路の一例を示す図である。この回路は、
大略的に、再生部３３とラッチ部３４とを備えて構成さ
れている。ラッチ部３４には、受信したバースト状のＡ
ＴＭセル１６であるバースト信号Ｓ３が入力されるが、
これらバースト状のＡＴＭセル１６間では、ビット位相
がずれている。そのため、バースト信号Ｓ３は、再生部
３３にも入力され、再生部３３にて各バースト信号Ｓ３
から再生したクロックＣＫ１がラッチ部３４に出力され
る。ラッチ部３４には、また、ローカルオシレータ２４
・２９から信号読み出し用のクロックＣＫ２が入力され
る。そして、ラッチ部３４に入力されたバースト信号Ｓ
３を再生部３３からのクロックＣＫ１に同期して読み込
み、さらに、ローカルオシレータ２４・２９からのクロ
ックＣＫ２に同期して読み出す。これによって、ローカ
ルオシレータ２４・２９からのクロックＣＫ２に同期し
た信号Ｓ４が得られ、ラッチ部３４は当該信号Ｓ４を出
力する。

【００４４】図９は、バースト状のＡＴＭセル１６のワ
イヤレス光伝送のための光受信器８ａ・８ｂに設けられ
た光検出器３５を模式的に示した図である。光検出器３
５は、ホトダイオード等の受光素子２１・２６を備え、
受光素子２１・２６の受光領域３６の外側に、不要キャ
リア吸収領域（ガードリング）３７を設けている。不要
キャリア吸収領域３７は、光検出電流の応答速度を低下
させる原因となる不要なキャリアの受光領域３６外部か
ら受光領域３６内部への拡散を妨げる働きをする。光ワ
イヤレス伝送では、たとえ指向性を上げたとしても受光
領域３６外部に伝播光が入射するため、何ら対策を施さ
なければ受光領域３６外部からの不要拡散電流により、
応答特性が遅れ高速伝送に支障を来すおそれがある。そ
こで、光検出器３５に不要キャリア吸収領域３７を設け
て不要なキャリアの拡散を妨げ、これにより高速伝送を
実現している。

【００４５】上記不要キャリア吸収領域３７について、
図１０〜図１５を参照して、さらに詳細に説明する。

【００４６】図１０は、本実施形態に使用されるホトダ
イオードであって、拡散電流防止構造として上記不要キ
ャリア吸収領域３７を有するpin ホトダイオードを示す
平面図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ａ線にお
ける断面図である。

【００４７】一方、図１２は、従来のpin ホトダイオー
ドを示す平面図であり、図１３は、図１２のＢ−Ｂ線に
おける断面図である。

【００４８】本実施形態では、光伝送でよく用いられる
波長帯１．３μｍ、１．５５μｍを受光感度領域内に持
つInGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）系のpin ホト
ダイオードを用いているが、これ以外のものを用いても
よい。

【００４９】図１０及び図１１に示すように、本実施形
態のpin ホトダイオードは、n+−InP(インジウム・リ
ン) 基板６１、n −InP バッファ層６２、n-−InGaAs光
吸収層（ｉ層）６３、n-−InP 窓層６４、Ｚｎ拡散など
の不純物拡散によって導電型を反転させたｐ＋領域６
５、ｐ型電極（アノード）６７、反射防止膜６８、表面
保護膜６９、ｎ型電極（カソード）７０、及び、空乏層
７１を備えて構成されている。

【００５０】上記のｐ＋領域６５と空乏層７１とによ
り、受光領域３６が形成される。表面保護膜６９は、例
えば、シリコン窒化膜等の絶縁膜により形成され、光を
透過するものになっている。

【００５１】さらに、本実施形態のpin ホトダイオード
は、不要キャリア吸収領域３７として、リング状ｐ＋領
域６６とガードリング空乏層７２とを有しており、これ
により、拡散電流防止構造を形成している。

【００５２】図１１において、７３・７３’は入射光を
示している。また、７４ａ・７４ｂは、電子を示してお
り、７５ａ・７５ｂは、正孔を示している。図１１で
は、入射光７３が光吸収層６３内で吸収され、電子７４
ａ及び正孔７５ａのペアが生成され、ホトダイオードの
光電流に寄与する様子が概念的に示される。

【００５３】一方、従来のpin ホトダイオードは、図１
２及び図１３に示すように、n+−InP 基板８１、n −In
P バッファ層８２、n-−InGaAs光吸収層（ｉ層）８３、
n-−InP 窓層８４、Ｚｎ拡散などの不純物拡散によって
導電型を反転させたｐ＋領域８５、ｐ型電極（アノー
ド）８７、反射防止膜８８、表面保護膜８９、ｎ型電極
（カソード）９０、及び、空乏層９１を備えて構成され
ている。

【００５４】図１３において、９３・９３’は入射光を
示している。また、９４ａ・９４ｂは、電子を示してお
り、９５ａ・９５ｂは、正孔を示している。図１３で
は、入射光９３が光吸収層８３内で吸収され、電子９４
ａ及び正孔９５ａのペアが生成され、ホトダイオードの
光電流に寄与する様子が概念的に示される。

【００５５】上記従来のpin ホトダイオードは、不要キ
ャリア吸収領域３７としてリング状ｐ＋領域６６とガー
ドリング空乏層７２とを有していない点で、本実施形態
のpin ホトダイオードと異なっている。

【００５６】ところで、バースト伝送方式による双方向
通信を行う光送受信モジュールにおける受光素子の使用
条件の特徴としては、以下の点が挙げられる。

【００５７】高速応答特性を要することから、ＲＣ時
定数τＲＣを小さくするために接合容量Ｃｊを小さくす
ることが必要で、ホトダイオードの構造としては、Ｃｊ
∝Ｓ／Ｗ（Ｓ；接合面積、Ｗ；空乏層幅）の関係がある
ことから、接合面積Ｓを小さくするために、受光領域３
６を形成するｐ＋領域６５及び空乏層７１の面積を小さ
くしなければならない。このため、光伝送用pin ホトダ
イオードは、通常、受光面となる反射防止膜６８につい
て受光径１００μｍ以下のものが使用されている。

【００５８】ワイヤレス光伝送システムにおいては、
信号レベルの異なるバースト信号を受信する。

【００５９】使用条件の特徴である上記から、光送受
信モジュールにおいては、光送信器から出射した光を、
受光素子の受光面となる反射防止膜６８に入射するよう
に集光させているが、受光面積が小さいことから一部の
光が空乏層７１外の光吸収層６３で吸収され、光生成キ
ャリアである電子７４ｂ及び正孔７５ｂが生成されるこ
ととなる。

【００６０】これにより、拡散電流成分の割合が増える
結果、従来では、pin ホトダイオードの応答特性が劣化
するという問題が生じていた。かかる拡散電流成分の発
生及びその応答特性への影響について、従来のpin ホト
ダイオードを示す図１２及び１３に基づいて説明する。

【００６１】図１３に示すように、空乏層９１内で生成
した電子９４ａ及び正孔９５ａは、空乏層９１内の電界
によるドリフト電流として外部回路へ流出し光電流とな
る。また、空乏層９１外の光吸収層８３内において、電
子９４ｂ及び正孔９５ｂのペアが生成した場合、この生
成キャリアたる電子９４ｂ及び正孔９５ｂが、空乏層９
１まで拡散により達したものが光電流に寄与することと
なる。

【００６２】しかし、このうち正孔９５ｂは拡散が遅い
ため、空乏層９１内及びその近傍で生成したキャリアた
る電子９４ａ及び正孔９５ａと比較して、光電流への寄
与が遅くなる。このような空乏層外生成キャリアによる
光電流成分が、拡散電流である。この拡散電流成分は、
ホトダイオードの応答速度の支配要因として挙げられる
２つの要因(1) ＲＣ時定数τＲＣ（ホトダイオードの接
合容量Ｃｊ、ダイオードパッケージの端子容量Ｃｔ、負
荷抵抗ＲＬ）、及び(2) 空乏層外生成キャリアが空乏層
端まで拡散する時間τdiff（応答速度を速くするために
は、τＲＣ、τdiffのそれぞれを小さくすることが必
要）のうちの上記(2) に関連する。即ち、pin ホトダイ
オードの応答特性及び受光感度を高めるためには、拡散
電流の割合を小さくする必要があり、また空乏層９１か
ら遠い領域での生成キャリアの光電流への寄与をなくし
て上記τdiffを小さくする必要がある。

【００６３】一方、不要キャリア吸収領域３７の役割と
しては、図１０及び図１１に示すように、空乏層７１外
で生成したキャリアたる電子７４ｂ及び正孔７５ｂの拡
散は、不要キャリア吸収領域３７により形成されるガー
ドリング空乏層７２によって吸収され、空乏層７１に達
することがないため、光電流に寄与する拡散電流成分を
除外することができる。特に、空乏層７１から遠い不要
キャリア吸収領域３７外側の拡散電流成分を除外できる
ため、τdiffを小さくすることができる。

【００６４】ここで、入射光波形が図１４（ａ）に示す
ようなパルス状の場合、ホトダイオードの光電流波形
は、τＲＣ≫τdiffにおいては図１４（ｂ）に示すよう
になり、τＲＣ≪τdiffにおいては図１４（ｃ）に示す
ようになる。

【００６５】空乏層７１から遠い空乏層外生成キャリア
の光電流への寄与が多い場合、τdiffが大きくなり、図
１４（ｃ）に示すように、光電流波形はパルス頭部の傾
斜及び裾引きが発生する。このような裾引きは、符号間
干渉を招き、符号誤り率を増大させることになる。

【００６６】また、受光素子の使用条件の特徴の上記
については、ワイヤレス光伝送システムにおいて、信号
レベルの異なるバースト信号を受信することから、τＲ
Ｃ≪τdiffでは、信号レベルの異なるバースト信号（つ
まり、信号レベルの高いバースト信号と信号レベルの低
いバースト信号との連続）を受信した場合の出力信号波
形は、図１５に示すように、信号レベルの高い出力信号
７７の裾引き部分の強度が、信号レベルの低い出力信号
７８のパルス符号の強度と同等となる。よって、信号レ
ベルの異なるバースト信号を受信する場合のホトダイオ
ードの出力信号波形の裾引き発生は、信号伝送の誤り率
の増大の原因となる。

【００６７】このように、τＲＣ≪τdiffにおける裾引
き発生は、高速応答特性が要求される光伝送において、
なかでも信号レベルの異なるバースト伝送方式の光伝送
に悪影響を与える。よって、拡散電流成分を除去するこ
とによってτdiffを小さくすることのできる不要キャリ
ア吸収領域３７を設けることは、応答特性及び受光感度
を良好なものにすることができることから、特に望まし
いものである。

【００６８】以上のように、本実施形態のワイヤレス光
通信システムは、光送信器７及び光受信器８を備えた光
通信モジュールをそれぞれ有する端末機器１と携帯情報
端末２との間で行われるＡＴＭワイヤレス光伝送におい
て、ＳＤＨ等のフレームにＡＴＭセルを格納して連続信
号列の形態で送受信するのではなく、間欠的に生成する
ＡＴＭセル１６自体をバースト信号の状態のまま伝送し
ている。

【００６９】これによって、電力消費の節減を実現し、
バッテリ駆動の携帯情報端末２から端末機器１にワイヤ
レス光伝送する際にも、間欠的に生じるＡＴＭセル１６
を通信データ単位にする場合の通信に伴う不要な発光が
なくなり、消費電力削減効果を生み、携帯情報端末２の
長時間バッテリ駆動が可能になるという効果を奏するこ
ととなる。

【００７０】

【発明の効果】請求項１の発明に係るワイヤレス光通信
システムは、以上のように、通信情報を送信する光送信
器は、通信情報をもっていない空の情報単位を除いて、
情報単位を間欠的に生成させ、もって通信情報を非連続
的な情報単位に分割した形態とする手段と、通信情報送
信時に、前記情報単位が無い部分では発光素子を消灯さ
せる発光素子駆動手段とを備えた構成である。

【００７１】これにより、有効なデータを有していない
部分での不要な発光をなくすことができる。

【００７２】それゆえ、不要な電力消費を抑制し、バッ
テリ等の長寿命化を実現すると共に、バッテリ等による
長時間駆動を図ることができるという効果を奏する。

【００７３】請求項２の発明に係るワイヤレス光通信シ
ステムは、以上のように、請求項１の構成において、前
記光受信器は、間欠的に受信される複数の情報単位間の
ビット位相の同期をとるための同期手段を備えた構成で
ある。

【００７４】それゆえ、光受信器において、間欠的に受
信されるＡＴＭセル等の情報単位間でビット位相同期を
とることができるという効果を奏する。

【００７５】請求項３の発明に係るワイヤレス光通信シ
ステムは、以上のように、請求項１または２の構成にお
いて、前記光受信器は、受信される信号強度の変動に応
じて、デジタル信号の“０”又は“１”を識別するため
のしきい値レベルを調整する調整手段を備えた構成であ
る。

【００７６】それゆえ、受信される信号強度に応じてし
きい値レベルは最適なものに調整されるので、受信レベ
ルに適合した正確な受信が可能になるという効果を奏す
る。

【００７７】請求項４の発明に係るワイヤレス光通信シ
ステムは、以上のように、請求項１〜３のいずれかの構
成において、前記光受信器は、受光素子の受光領域の外
側に、光検出電流の応答速度を低下させる不要なキャリ
アの受光領域外部から内部への移動を妨げる不要キャリ
ア吸収領域を備えた構成である。

【００７８】それゆえ、ホトダイオード等の受光素子の
応答性、とりわけ立ち下がり時間を小さくして、高速伝
送を達成できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るワイヤレス光通信
システムによる光伝送を模式的に示す図であり、（ａ）
は、端末機器及び携帯情報端末に設けられた光送信器並
びに光受信器を示す図であり、（ｂ）は、ワイヤレス光
伝送において通信データを格納したバースト状のＡＴＭ
セルを模式的に示す図である。

【図２】上記端末機器及び携帯情報端末を含んだＡＴＭ
−ＬＡＮシステムの構成を示す図である。

【図３】上記端末機器に内蔵の光送信器の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】上記携帯情報端末に内蔵の光送信器の構成を示
すブロック図である。

【図５】上記端末機器に内蔵の光受信器の構成を示すブ
ロック図である。

【図６】上記携帯情報端末に内蔵の光受信器の構成を示
すブロック図である。

【図７】上記光受信器のＡＴＣ付プリアンプ回路部の概
略的構成を示す図である。

【図８】上記光受信器のデータ同期回路部の概略的構成
を示すブロック図である。

【図９】上記光受信器の光検出器の構成を模式的に示す
図である。

【図１０】上記光受信器に使用されるホトダイオードで
あって、拡散電流防止構造として不要キャリア吸収領域
を有するpin ホトダイオードを示す平面図である。

【図１１】図１０のＡ−Ａ線における断面図である。

【図１２】従来のpin ホトダイオードを示す平面図であ
る。

【図１３】図１２のＢ−Ｂ線における断面図である。

【図１４】（ａ）は、入射光波形を示す図であり、
（ｂ）は、τＲＣ≫τdiffにおけるホトダイオードの光
電流波形を示す図であり、（ｃ）は、τＲＣ≪τdiffに
おけるホトダイオードの光電流波形を示す図である。

【図１５】τＲＣ≪τdiffにおいて、信号レベルの異な
るバースト信号を受信した場合に、信号レベルの高い出
力信号の裾引き部分の強度が、信号レベルの低い出力信
号のパルス符号の強度と同等となっている状態を示す図
である。

【図１６】ＳＤＨベースのＵＮＩ（ユーザー・網インタ
フェース）における１５５．５２Ｍｂｐｓのフレーム構
造を示す図である。

【符号の説明】

１ 端末機器 ２ 携帯情報端末 ７・７ａ・７ｂ 光送信器 ８・８ａ・８ｂ 光受信器 １１・１５・２０ 発光素子 １２・２１・２６ 受光素子 １３ 信号変換部 １４・１９ 発光素子駆動部（発光素子駆動手段） １６ ＡＴＭセル（情報単位） １７ 空きセル相当部分 １８ ＡＴＭセル化部 ２２・２７ ＡＴＣ付プリアンプ回路部（調整手段） ２３・２８ データ同期回路部（同期手段） ２４・２９ ローカルオシレータ ２５ 信号変換部 ３０ ＡＴＭセル分解部 ３７ 不要キャリア吸収領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/22 10/26 10/28 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子を有する光送信器と受光素子を有
   する光受信器との間で、通信情報をＡＴＭセルのごとき
   情報単位に分割した形態で送受信するワイヤレス光通信
   システムであって、 通信情報を送信する前記光送信器は、通信情報を格納した情報単位と、前記発光素子を発光さ
   せるヘッダ部をもち、かつ、通信情報をもっていない空
   の情報単位とによって構成される連続信号から、前記 通
   信情報をもっていない空の情報単位を除いて、情報単位
   を間欠的に生成させ、もって通信情報を非連続的な情報
   単位に分割した形態とする手段と、 通信情報送信時に、前記情報単位が無い部分では発光素
   子を消灯させる発光素子駆動手段とを備えていることを
   特徴とするワイヤレス光通信システム。
2. 【請求項２】前記光受信器は、間欠的に受信される複数
   の情報単位間のビット位相の同期をとるための同期手段
   を備えていることを特徴とする請求項１記載のワイヤレ
   ス光通信システム。
3. 【請求項３】前記光受信器は、受信される信号強度の変
   動に応じて、デジタル信号の“０”又は“１”を識別す
   るためのしきい値レベルを調整する調整手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項１または２記載のワイヤレス
   光通信システム。
4. 【請求項４】前記光受信器は、受光素子の受光領域の外
   側に、光検出電流の応答速度を低下させる不要なキャリ
   アの受光領域外部から内部への移動を妨げる不要キャリ
   ア吸収領域を備えていることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載のワイヤレス光通信システム。