JPH10234675A - 偏光通信装置、送信機、レーザおよび生体用偏光通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人体等の強散乱媒体内とその外との間で全二
重通信ができ、体内の装置の消費電力を低減できる偏光
通信装置等を提供する。 【解決手段】 生体機能補助手段１は、体内に埋め込ま
れており、体外制御手段２と通信するための送信機１１
および受信機１２を備えている。体外制御手段２は、体
内に埋め込まれている生体機能補助手段１を体外から制
御等するものである。体外制御手段２は、生体機能補助
手段１と通信するための送信機２１および受信機２２を
備えている。送信機１１、２１は、レーザ光の偏光面を
変調して伝送信号として出射する。受信機１２、２２
は、所定の偏光状態の光を選択的に受光する受光手段を
備えている。そして、受信機１２、２２は、それぞれ受
光した光の偏光状態（偏光角または楕円率）に対応した
電気信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光したレーザ光
を伝送信号として用いる偏光通信装置に関し、特に、人
体などの強散乱媒体内とその外との間における通信など
に好適な偏光通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の無線通信では、一般に電波を用い
た通信が行われている。ここで、より高転送レートの無
線データ通信が求められており、新たな周波数の開拓が
必要とされている。また、電波の分野では準ミリ波、ミ
リ波が実用化を目指して開発が進められている。

【０００３】一方、法律上は電波には分類されない光も
無線通信への利用が拡大しつつある。光を用いた無線デ
ータ通信においては電波として規制されていない広大な
帯域を利用して、高速なデータ通信を提供できる可能性
がある。光の特性として壁などの不透明な物体を透過し
ないため、部屋単位の無線ＬＡＮや近距離のデータ通信
に適している。現在、赤外線を用いた無線通信のなかで
最も代表的なものがＩｒＤＡ（Infrared Data Associat
ion）方式の赤外線データ通信機能である。これらは赤
外線発光ダイオードと受光素子からなり、１１５．２ｋ
ｂｐｓから４Ｍｂｐｓの速度でデータ交換を実現してい
る。通信の距離は１ｍ以内と短いが最大の特徴は低コス
トで無線データ通信を提供できる点である。

【０００４】ところで、今後は転送容量が更に大きい、
そして、通信距離の大きい光無線データ通信が必要にな
る。しかし、光源に発光ダイオードを使用する場合は、
発光ダイオードから出射される光は１００ｎｍ以上の波
長幅を有するので帯域の有効利用の点で問題がある。さ
らに、ＬＥＤではキャリアの寿命による制限のため、１
００ＭＨｚを超える変調は困難である。これらの問題を
解決するために、光源として半導体レーザを用いること
は有効である。半導体レーザを用いれば、１ｎｍ以下の
波長幅を得ることも容易であるし、また、１ＧＨｚ以上
の変調も原理的に可能である。しかし、起こりうる問題
として混線による誤動作が挙げられる。無線搬送波とし
ての光は電波のように法律で規制されていないために、
自由に利用することが可能である一方、同じ波長を利用
した光無線機器どうしはお互いに干渉する弊害が起こり
うる。例えば、既存の光無線データ通信、ＩｒＤＡ方式
はピーク波長として８５０ｎｍから９００ｎｍの波長を
利用している。もし、半導体レーザを使って、高速転送
で通信距離の長い通信装置を実現したとしても、この８
５０ｎｍから９００ｎｍに渡るいずれかの波長を使う
と、ＩｒＤＡ方式と干渉してしまうことになる。ＩｒＤ
Ａ方式は既存のコンピュータに広く普及しているので、
これと干渉することは、法律上問題ないとしても実用上
は避けなければならない。

【０００５】ところで、医療の分野では、病変部位の継
続的な監視をするために、各種センサ類で体内の状態を
検知することが行われている。このように、生体内で起
きている現象を記録、解析することは生体機能の解明の
ためにも、種々の疾患の診断、治療のためにも重要であ
り、これまで多くの方法が検討されてきた。この場合、
生体内に発生する信号を直接計測しようして侵襲的な従
来方法を用いると、計測場所が病院のベットサイドに限
られるという問題があり、逆に日常の自然な環境下にお
ける生体内現象を計測しようとすると、間接的な計測方
法となってしまい、生体内信号を直に把握することがで
きない。そこで、自然な環境下において、生体内部で発
生する信号を直接計測することを目的として、生体内に
コンピュータならびに計測回路などの、生体内信号の直
接計測に必要な一切の要素を埋め込み、体内でその装置
を自律的に完結させることが考えられている。しかし、
この場合に問題になるのが、体内の装置と体外の装置と
の通信手法である。

【０００６】例えば、有線で行うとすれば、感染症に対
する不安が生じてしまうとともに、その装置の使用者の
日常生活に支障を来してしまう。また、その通信に電波
を用いると、他の通信装置などから生ずる電波の影響を
受ける可能性があり、また、無線通信機器以外にも、一
般の電子機器や雷などからは電磁波が放出されており、
これらの電磁波による誤動作の危険性もある。さらに、
電波は遠距間の伝搬においてもＳＮ比を保持できるの
で、他人によるその電波の傍受、妨害の問題が生じてし
まう。このような問題は、生体の計測を行う機器のみな
らず、ペースメーカ、人工腎臓またはインシュリンポン
プなどの生体補助手段についても同様に発生する。すな
わち、体内に埋め込まれた生体補助手段から、体外の機
器に何らかのモニタ信号を送信する場合、あるいは、体
外の機器から生体補助手段に制御信号などを送信する場
合においては、それらの間で通信を行わなければならな
いが、その際に生じる問題は上記の場合と全く同様であ
る。

【０００７】そこで、上述の問題を回避するために、発
光ダイオードを用いて光（赤外線）を強度変調し、その
光で生体の内外間で通信することが考えられている（電
子情報通信学会 信学技報 １９９５年１０月 MBE９５
−８９）。具体的には、図１５に示すように体内、体外
双方のコンピュータシステム１３１、１３４のシリアル
・インターフェースに赤外線送受信回路を接続するもの
がある。赤外線送受信回路では、送信回路１３２、１３
６がシリアルインターフェースから出力されるディジタ
ルデータを赤外線光として送信する。また受信回路１３
３、１３５が受信した赤外線光をディジタルデータに変
換してコンピュータに伝える。体内側のコンピュータシ
ステム１３１としては、ＣＰＵ、メモリ、カレンダー付
きリアルタイムクロック、Ａ／Ｄコンバータ、外部との
通信用シルアルインターフェースなどを装備しており、
表面実装技術により名刺大の大きさに小型化されてい
る。上述の装置によれば、電波を用いる場合の弊害は解
消することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人体の
内外で通信を行うために、光を伝送信号として用いた場
合には、全２重通信ができないという問題が生じてい
た。以下、この点について説明する。

【０００９】ここで、図１４は、強度変調した光を伝送
信号として生体の内外間で通信する通信装置の一例であ
る。体内には、生体機能補助手段２０１が埋め込まれて
いる。そして、生体機能補助手段２０１が具備する送信
機２１１は、発光ダイオードの発光量を制御して強度変
調した光ａを出射している。そして、体外制御手段２２
２の受信機２２２は、生体機能補助手段２０１の送信機
２１１から出射された光ａを受信する。一方、生体機能
補助手段２０１の受信機２１２は、体外制御手段２０２
の送信機２２１から出射され強度変調された光（図示せ
ず）を受信する。

【００１０】しかし、生体は、散乱の極めて大きい媒質
（強散乱媒質）からなっており、体液、細胞、組織など
の散乱源によって複雑に構成されているので、生体内を
進む光ａは、次々と散乱されて様々な方向へ拡散してい
く。この結果、図１４に示すように、生体内補助手段の
送信機２１１が出射した光ａの一部は、生体内補助手段
２０１の受信機２１２にも到達してしまう。この影響
で、体内の送信機２１１または体外の送信機２２１の一
方が光信号を送信している間は、その送信している装置
は光信号を受信することができない。すなわち、同時に
一方向の通信しかできない半二重通信しかできず、同時
に送信および受信の双方向の通信ができる全二重通信を
実現することができなかった。

【００１１】全二重通信は、緊急を要する制御や警告が
必要な場合に無くてはならない方式である。例えば、生
体機能補助手段が生体の計測データを送信中に環境が変
化して、外部から生体機能補助手段に対して緊急に制御
を行う必要が生じる場合がある。このとき、全二重通信
ができない場合は、生体外装置の送信部から生体内の装
置に対して命令やデータを送信しようとしても、先の計
測データの送受信が終了するのを待つ必要がある。生体
内の装置の制御は、一刻を争うこともあるので、送受信
動作の遅れは重大な問題となり、全二重通信が必要とな
ってくる。

【００１２】また、生体という強散乱媒体を介しての通
信では、送信部が出射した光量に対して受信部が受信で
きる光量は僅かな比率になってしまう。これを補うに
は、出射する光量を十分大きくしなければならず、大電
力が必要となる。生体の外部から生体内への送信では、
外部の送信機は電力を豊富に使うことができる。一方、
生体内から外部への送信の際には、生体内の装置の使用
可能電力量に制限があるため、送信機が電力を大量に消
費することは実用上好ましくない。また、発光ダイオー
ドを光源に用いるた場合は、皮膚を透過する際の減衰が
大きいという問題も報告されている（電子情報通信学
会、ＭＢＥ−９７−５、「レーザダイオードを用いた経
皮光テレメトリシステム」井上 雄茂 他）。

【００１３】本発明は、このような背景の下になされた
ものであり、人体などの強散乱媒体の内と外で通信を行
う際に、減衰が少なく、また、全二重通信をすることが
できる偏光通信装置、送信機、面発光レーザおよび生体
用偏光通信装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、上述した課題を
解決するために本発明に係る偏光通信装置は、レーザ光
の偏光面を変調して伝送信号として出射する送信機と、
所定の偏光状態の光を選択的に受光する受光手段を有す
る受信機とを有することを特徴とする。ここで、前記送
信機および受信機のうちの一つを強散乱媒体内に配置す
ることで、生体等の強散乱媒体の内外間で通信を行うの
が好ましい。また、前記受信機を強散乱媒体内に配置す
るとともに、前記送信機を前記強散乱媒体の外に配置す
ることで、強散乱媒体外から強散乱媒体内への一方向の
通信に本偏光通信装置を適用してもよい。また、強散乱
媒体内には前記送信機および前記受信機からなる体内送
受信装置を配置し、強散乱媒体の外には、前記送信機お
よび前記受信機からなる体外送受信装置を配置すること
が好ましい。このように、強散乱媒体の内外に２組の送
受信機を配置することで、全二重通信を行う。

【００１５】これらにより、本発明においては、伝送信
号として偏光変調方式を用いているので、強散乱媒体を
介して全二重通信を行っても２組の伝送信号が相互に干
渉することがない。それは、強散乱媒体中において強度
に散乱した光は偏光状態を維持しないという性質などに
よるものである。

【００１６】本発明に係る偏光通信装置は、強散乱媒体
内には、前記送信機と、受光量に応じた信号を出力する
受光量検出手段を有する光量受信機とからなる体内送受
信装置を配置し、前記強散乱媒体の外には、発光量を変
調して伝送信号として出射する光強度送信機と、前記受
信機とをからなる体外送受信装置を配置し、前記体内送
受信装置と前記体外送受信装置との間で全二重通信をす
ることが好ましい。これは、一方の通信を偏光変調方式
の通信とし、他方の通信を光強度変調方式の通信とする
ことは、送信電力の低減化に有効であるからである。ま
た、強散乱媒体内には、発光量を変調して伝送信号とし
て出射する光強度送信機と、前記受信機とをからなる体
内送受信装置を配置し、前記強散乱媒体の外には、前記
送信機と、受光量に応じた信号を出力する受光量検出手
段を有する光量受信機とからなる体外送受信装置を配置
し、前記体内送受信装置と前記体外送受信装置との間で
全二重通信をすることもできる。

【００１７】本発明に係る偏光通信装置は、前記送信機
が、異なる偏光方向を持つ面発光レーザ素子を同一半導
体基板上に複数生成した発光手段と、前記面発光レーザ
素子を選択的に給電する駆動手段とを有することが好ま
しい。これにより、体内等に埋め込む送受信機を極めて
小型にすることができるとともに、その消費電力を低減
することができる。同様な理由で、前記光強度送信機と
しては、面発光レーザを光源とすることが好ましい。

【００１８】本発明に係る偏光通信装置は、前記送信機
が、通常の通信では前記発光手段における複数の面発光
レーザのうちの一部の面発光レーザのみを前記駆動手段
が駆動し、前記駆動手段が駆動している面発光レーザが
所望の状態ではなくなったときは、前記通常の通信では
使用していない前記発光手段における面発光レーザを前
記駆動手段が駆動することが好ましい。すなわち、光源
となる面発光レーザを同一半導体基板上等に複数設け、
そのうちの一部を予備の光源とするものである。これに
より、体内等に埋め込む送受信機の信頼性を向上させる
ことができ、その修理の必要性を低減できる。

【００１９】本発明に係る偏光通信装置は、異なる偏光
方向を持つ複数の面発光レーザ素子を同一半導体基板上
に生成したものを光源とすることが好ましい。これによ
り、偏光変調方式の送信機を極めて小型にすることがで
き、その送信機の消費電力を低減することができる。こ
こで、その複数の面発光レーザ素子を送信信号に対応さ
せて選択的に給電することで、レーザ光の偏光面を変調
して伝送信号とすることが好ましい。

【００２０】本発明に係る生体用偏光通信装置は、生体
内に設けられ、レーザ光の偏光面を変調して伝送信号と
して出射する生体埋込型送信機と、前記生体外に設けら
れ、所定の偏光状態の光を選択的に受光する受光手段、
前記受光手段の受光信号に対応した表示を行う表示部、
および前記受光手段が前記生体埋込型送信機の出射光を
受光するように前記受光手段を前記生体に固定する装着
手段を有する生体装着型受信機とを具備することを特徴
とする。

【００２１】本発明に係る生体用偏光通信装置は、前記
生体埋込型送信機内に設けられ、所定の偏光状態の光を
選択的に受光する第２受光手段と、前記生体装着型受信
機内に設けられ前記第２受光手段に対して、レーザ光の
偏光面を変調して伝送信号として出射する第２送信機と
を具備し、前記生体埋込型送信機と前記生体装着型受信
機との間で全２重通信を行うことが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。 Ａ：第１実施形態 （１）構成 図１は、本実施形態に係る偏光通信装置の全体構成を示
すブロック図である。ここで、生体機能補助手段１は、
ペースメーカ、人工臓器またはインシュリンポンプなど
生体の機能を補助する装置であり、体内に埋め込まれる
物である。また、生体機能補助手段１は、体内に埋め込
まれてその体内における病変部位を継続的に監視する物
であって、各種センサを有して体内の状態を検知する物
としてもよい。生体機能補助手段１は、体外制御手段２
と通信するための送信機１１および受信機１２を備えて
いる。ここで、体内とは、例えば人体の内部をいうが、
動物の生体内などの他、光を強度に散乱させる強散乱媒
体の内部としてもよい。

【００２３】一方、体外制御手段２は、体内に埋め込ま
れている生体機能補助手段１を体外から制御するもので
あり、例えば、コンピュータなどが該当する。また、体
外制御手段２は、生体機能補助手段１が検出した体内情
報を体外において受け取り、その体内情報を表示および
蓄積する。そして、体外制御手段２は、生体機能補助手
段１と通信するための送信機２１および受信機２２を備
えている。

【００２４】送信機１１、２１は、レーザ光の偏光面を
変調して伝送信号として出射する。受信機１２、２２
は、所定の偏光状態の光を選択的に受光する受光手段を
備えている。そして、受信機１２、２２は、それぞれ受
光した光の偏光状態（偏光角または楕円率）に対応した
電気信号を出力する。

【００２５】ここで、偏光面の変調について説明する。
偏光には、例えば、直線偏光や、右回り、左回りの円、
楕円の偏光があるが、偏光面の変調は、偏光の状態を変
調信号に応じて変化させることによって行われる。例え
ば、直線偏光を用いるとすれば、直交した直線偏光をそ
れぞれ”１”信号、”０”信号に対応させて、偏光面を
切り替えて変調を行う。また、仮に、右回りと左回りの
円偏光の組を用いるとすれば、“１”信号と“０”信号
に応じて、偏光方向を切り替えるように変調を行う。受
信側では、いずれの方向に偏光されているかを検出する
ことによって復調を行う。

【００２６】また、一般的な半導体レーザーは、直線偏
光しか出射できないが、４分の１波長板を使って、直線
偏光を円偏光に変換することができる。すなわち、直線
偏光の光軸に対し４５度傾けた位置に４分の１波長板を
配置し、直線偏光の方位を切り替えることにより、右回
り、または左回りの円偏光を発生することができる。さ
らに、垂直共振型面発光半導体レーザー（以下、面発光
レーザーという）では、４分の１波長板を使わずとも偏
光面の変調ができる。なお、面発光レーザーについて
は、後に詳述する。

【００２７】また、受信する場合には、送信のときとは
逆の過程となるように、４分の１波長板を用いて、円偏
光を２つの軸の直線偏光に変換し、各軸の偏光成分の大
きさを検出することで復調を行うことができる。一例を
あげれば、４分の１波長板の光学軸から±４５度傾いた
位置に、それぞれＸ軸、Ｙ軸を定め、Ｘ軸に平行な偏光
成分を反射し、Ｙ軸に平行な偏光成分を透過するような
偏光ビームスプリッタを設け、これにより分離された偏
光成分を検出する光検出器を設ければよい。そして、そ
れぞれの光検出器の出力を差動増幅器に入力すれば、偏
光が変調された成分のみを増幅して、無偏光の外乱の影
響による同相成分を除去することができ、これによって
良好なＳＮ比の信号を得ることができる。

【００２８】（２）動作 次に、本偏光通信装置の主要動作について図１を参照し
て説明する。まず、送信機１１および送信機２１が出射
するレーザ光Ｓ１、Ｓ２は、ともに偏光面を変調したレ
ーザ光であって光強度は一定である。外乱光Ｎ１は、本
偏光通信装置の近辺に配置された通信装置や蛍光灯が出
射した光である。また、その外乱光Ｎ１には、太陽光の
ような直流光、既存技術によって強度変調された光が含
まれている。そして、受信機２２が送信機１１が出射し
たレーザ光Ｓ１および外乱光Ｎ１を受光したとする。こ
の場合において、外乱光Ｎ１は強度変調された無偏光で
あるので、受信機２２にこの無偏光の外乱光が入射して
も受信機２２の受光面における偏光状態の交流成分には
影響を与えない。すなわち、受信機２２に無偏光の外乱
光が入射しても受信機２２の受光面における偏光状態に
は影響を与えない。これらの動作は、受信機１２がレー
ザ光Ｓ２および外乱光Ｎ２を受光した場合も同じであ
る。

【００２９】（本実施形態の効果）以上の動作により、
本偏光通信装置は、偏光面を変調した光を伝送信号とし
ているので、既存の光通信装置などが発する光強度変調
された光の影響を受けにくく、より安全な生体内外間通
信を実現することができる。また、逆に本偏光通信装置
の近辺に既存の光強度変調方式の通信装置があったとし
ても、本偏光通信装置の発する光は、既存の通信装置に
影響を与えることがない。

【００３０】また、上述の例では、体外にある体外制御
手段２と体内にある生体機能補助手段１との間で双方向
に通信を行う形態について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば、体外にある体外制御
手段２から体内にある生体機能補助手段１への一方向の
みの通信に本発明の偏光通信装置を適用してもよい。

【００３１】このような、適用例の一例として、例え
ば、生体機能補助手段１に心臓ペースメーカを適用する
ことができる。この場合、本実施形態の生体機能補助手
段１としての心臓ペースメーカは、体外制御手段２の送
信機２１から所定の信号を受けるように構成する。この
ようにすることで、例えば、整調パルスを発生させるタ
イミングを微調整するの制御を外部から行うことができ
る。なお、フィードバック制御を行いたい場合には、例
えば、ペースメーカ装着者の呼吸状態、動脈を流れる血
液の移動状態、心拍数または心電などを別のセンサで観
測し、その観測内容に基づいて心臓ペースメーカに対す
る制御状態を変化させればよい。

【００３２】このように、心臓ペースメーカなどの生体
機能補助手段に対し、偏光状態を変調した光を伝送信号
として用いることにより、電波、各種照明光および自然
光などの影響をほとんど受けず、より安全かつ高い信頼
性を達成することができる。

【００３３】Ｂ：第２実施形態 （構成）図２は、本実施形態に係る偏光通信装置の構成
および動作を示すブロック図である。本偏光通信装置
は、第１実施形態の偏光通信装置と同様に偏光状態を変
調した光を伝送信号としているが、生体機能補助手段１
と体外制御手段２との間で全二重通信をする装置である
点で第１実施形態の偏光通信装置と異なる。

【００３４】本偏光通信装置において図１に示す装置と
異なる構成は、生体機能補助手段１が体内送受信制御手
段３を具備し、体外制御手段２が体外送受信制御手段４
を具備している点である。その他の構成は図１に示す偏
光通信装置と同様である。体内送受信制御手段３は、送
信機１１および受信機１２の動作を制御する。体外送受
信制御手段４は、送信機２１および受信機２２の動作を
制御する。

【００３５】そして、体内送受信制御手段３および体外
送受信制御手段４は、相互に協調して動作し、送信機１
１と受信機２２、送信機２１と受信機１２の２組の通信
経路を同時に使用して全二重通信を行う。

【００３６】（動作）次に、本偏光通信装置の具体的動
作について図２を参照して説明する。まず、送信機１
１、２１は、偏光面を変調したレーザ光を出射する。こ
こで、送信機１１、１２が出射したレーザ光のうちで、
体内において散乱を受けなかった光および散乱角の小さ
い（散乱の度合いの小さい）光ｂ１、ｂ２は、偏光状態
を維持して受信機２２、１２にそれぞれ到達する。この
様な直進する光と看做することができる光を準直進光と
称する。

【００３７】一方、送信機１１、２１が出射したレーザ
光のうちで、体内の強散乱物質によって強度の散乱を受
けた光ａも受信機１２、２２に到達してしまう。このた
め、光強度変調信号を伝送信号として全二重通信しよう
とすれば、受信機において、体外から体内へ出射した光
信号に、体内から体外へ出射された光信号の一部が加わ
ってしまう。なお、体内から体外へ出射した光信号につ
いても同様である。

【００３８】しかし、強度の散乱を受けた光ａは、偏光
状態を維持しないという性質がある。すなわち、本光通
信装置における送信機１１が出射したレーザ光のうち
で、強度の散乱を受けた光ａは偏光状態を維持していな
い無偏光である。したがって、その無偏光が受信機１２
に入射しても、受信機１２の受信状態および復調機能に
及ぶ影響は小さい。一方、送信機１１が出射したレーザ
光のうちで、体内において散乱を受けなかった光および
散乱角の小さい光ｂ１は偏光状態を維持して受信機２２
に到達する。この現象は、送信機２１から受信機１２へ
出射されたレーザ光ｂ２の場合も同じである。

【００３９】これらにより、本偏光通信装置では、生体
の内外間において送信機１１および送信機２１が同時に
送信信号を出射しても、その出射光および散乱光は出射
側の受信機に影響を与えないので、生体の内外間におい
て２組の通信経路でそれぞれ送受信を同時に行う全二重
通信を実現することができる。

【００４０】したがって、本偏光通信装置によれば、生
体の内外間で全二重通信ができるので、例えば生体機能
補助手段１が生体の計測データを送信機１１が送信中に
環境が変化して、体外制御手段２から生体機能補助手段
１に対して緊急に制御を行う必要が生じた場合でも、そ
の緊急の制御を送信機２１および受信機１２を用いて迅
速に実行することができる。すなわち、本偏光通信装置
によれば、全二重通信ができるので、体外制御手段２送
信機２１から生体機能補助手段１に対して命令やデータ
を送信しようとした時に、その時に実行中の計測データ
等の送受信が終了するのを待つ必要がなく、一刻を争う
生体外通信に対処することができる。

【００４１】さらに、本偏光通信装置によれば、２組の
伝送経路の送信信号が相互に干渉しないので、送信機１
１と受信機１２との配置間隔を極めて小さくすることが
でき、生体内に埋め込まれる生体機能補助手段１の外形
が大きくなることを防ぐことができる。

【００４２】（３）変形例 生体などの強散乱媒体の内外間において全二重通信を行
うためには、２組の通信路の双方向とも偏光変調方式を
用いるのが最も理想的であるが、以下に説明するよう
に、一方向の通信路だけ偏光面変調を使い、他方向の通
信路は光の強度を変調した光強度変調を使って全二重通
信を実現することができる。

【００４３】（構成）図３は、本変形例に係る偏光通信
装置を示すブロック図である。本装置における図２に示
す偏光通信装置と異なる構成は、送信機１１に対応する
送信機１１ａが光の強度（発光量）を変調して送信信号
として出射している点と、受信機２２ａが受光した光の
強度（受光量）を受信信号としている点である。その他
の構成は、図２に示す偏光通信装置と同様である。

【００４４】（動作）次に、本偏光通信装置の動作につ
いて図３を参照して説明する。動作の概要としては、偏
光面変調をしたレーザ光ｂ２を体外から体内への通信に
用いる。そして、強度変調をした光ｂ１１を体内から体
外への通信に用いる。

【００４５】まず、偏光面変調されて送信機２１から出
射されたレーザ光における準直進光ｂ２は、出射時の偏
光面を保存した状態で受信機１２に到達する。また、送
信機２１から偏光面変調されて出射されたレーザ光のう
ち体内で強度に散乱した成分光ａ２、ａ３は、無偏光の
光となり、上述の受信機１２には、この光ａ３も入射さ
れる。さらに、送信機１１ａが出力する光のうちの体内
で散乱した強度変調された無偏光の光ａ４も受信機１２
に入射される。しかしながら、光ａ３、ａ４は無偏光で
あるから、受信機１２の受信状態、復調機能に与える影
響は小さく、受信機１２は、光ｂ２に基づいて、良好に
復調を行うことができる。つまり、受信機１２におい
て、受光した光の偏光状態を差動検出することで、外乱
である光ａ３，ａ４を同相成分として除去することがで
きる。

【００４６】一方、強度変調されて送信機１１ａから出
射された光のうち準直進光ｂ１１および散乱光ａ１は、
両方とも受信機２２ａに到達する。ここで、準直進光ｂ
１１および散乱した成分光ａ１の両方が同じ信号で光強
度変調されてほぼ同時に受信機２２ａに到達するので、
両方とも受信機２２ａにおける受信信号成分として寄与
しうる。また、送信機２１から出射された光のうちの体
内で散乱した成分光ａ２も受信機２２ａに到達するが、
この光は光強度変調されていないので、受信機２２ａに
対しては、単純な直流分として作用するだけであり、容
易に除去することができる。

【００４７】以上の作用により、本偏光通信装置では、
２つの伝送路における一方向の通信路だけ偏光面変調を
使い、他方向の通信路は光の強度を変調した光強度変調
を使って全二重通信を実現することができる。

【００４８】さらに、本偏光通信装置においては、受信
機２２ａが受光する光のうち体内で散乱された光ａ１も
準直進光ｂ１１と同様に受信信号成分となるので、送信
信号を効率的に伝送することができ、送信機１１ａの消
費電力を低減することができる。これは、偏光面変調の
場合は、体内において強度に散乱された光は偏光状態を
維持しないため、たとえ光ａ３のように受信機１２に入
射しても無偏光成分として除去され、信号成分とならな
いことと対照的である。すなわち、生体内外間の全二重
通信において、体内に埋め込まれた生体機能補助手段１
がもつ限られた電力を有効に使うためには、体内から体
外への通信に光強度変調方式を用いる本実施形態が大き
な効果をもつこととなる。

【００４９】（４）送信機の具体例 ここで、本実施形態および前述の第１実施形態における
送信機１１、２１、１１ｂについて説明する。発光素子
としては、その光出力を変調できる素子は一般的である
が、偏光状態を変調できる素子はあまり一般的ではな
い。しかし、このような偏光変調発光素子は単一の素
子、あるいは、複数の素子の組み合わせで実現が可能で
ある。この場合、２つの半導体レーザの偏光面を正確に
直交させ、さらに、それぞれの半導体レーザの照射範囲
が一致するように光軸調整をおこなう必要がある。

【００５０】例えば、複数の素子を組み合わせるとすれ
ば、レーザ光源から出た光をネマッチック液晶を利用し
た旋光素子で偏光面の向きを変調することが可能であ
る。また、通常の半導体レーザなどの光源とその他の偏
光変調素子とを組み合わせることで本発明に係る送信機
を実現することができる。ここで、偏光変調素子として
は、ファラデー回転子、液晶または電気光学素子などを
使うことができる。また、２つの半導体レーザーを用い
て、それぞれの偏光面を直交させて配置し、これらを交
互に駆動することによっても偏光を変調できる素子を実
現可能である。この場合、２つの半導体レーザの偏光面
を正確に直交させ、さらに、それぞれの半導体レーザの
照射範囲が一致するように光軸調整をおこなう必要があ
る。

【００５１】しかし、そのような複数の素子を組み合わ
せることでは送信機が複雑かつ大型化してしまい、生体
機能補助手段１の一部として生体内に埋め込むには不適
当なものとなる。また、この場合、液晶の応答速度は通
信に利用できるほど高速でないのが欠点である。

【００５２】一方、通常の半導体レーザは偏光面が一定
の直線偏光を出射するが、構造を工夫することによって
偏光面を変調することが可能である。そこで、その例と
して垂直共振型面発光レーザについて説明する。図４
は、送信機１１、２１、１１ｂそれぞれにおける発光手
段となる垂直共振器型面発光半導体レーザ（以下、面発
光レーザと称す）の外観を示す斜視図である。面発光レ
ーザの特徴は、レーザ光７３が開口部７２から基板７１
に対して垂直に出射する点である。面発光レーザは、基
板７１上にエピタキシャル技術によって形成された半導
体層をフォトリソグラフィ技術で加工して作製する。

【００５３】図５は、面発光レーザの断面図である。下
部電極８６、上部電極８２から電子または正孔キャリア
が注入されると、これらのキャリアは拡散を続け、活性
層８４に達する。上部電極８２から注入されたキャリア
が電流狭窄層８３によって絞られて、開口部７２直下の
活性層８４に集められる構造がより望ましい。活性層８
４に到達した電子、正孔は再結合して光を放出する。こ
の光は、下部半導体ミラー８５と上部半導体ミラー８１
とで形成された共振器中を往復する。往復する光は活性
層８４を通過する際に誘導放出を誘起することによって
増幅され、大きな出力の光が共振器中に閉じこめられ
る。その一部が上部ミラー８１を透過して外部にレーザ
光７３として出射される。

【００５４】このようにして面発光レーザは動作する
が、図４からもわかるように共振器７４の形状はフォト
リソグラフィによる加工によって自由に設計することが
できるため、偏光の制御が可能となる。例えば図４のよ
うに断面が円形の共振器７４を作製すると、特定の方位
ができないためレーザ光７３の偏光面の自由度が大き
い。そのため、図６に示すように注入電流量を変化させ
ることによって偏光面を切り替えることができる。図６
は光出力の平行方向（ここで平行とは便宜的な方向）の
偏光成分３１と垂直方向（平行方向に垂直な方向）の偏
光成分２３２との注入電流依存性を示したものである。
注入電流がＩｔｈ未満では主に平行方向の直線偏光が出
射されているが、Ｉｔｈを越えると垂直方向の直線偏光
に切り替わることがわかる。つまり、注入電流をＩｔｈ
の周りで変調することによって直線偏光の偏光面を変調
することができる。ここでは、注入電流を変調する例を
示したが、他のも、電界や磁界の印加、歪みの付与、偏
光の注入などによっても偏光面を変調することができ
る。このような面発光レーザを直線偏光変調発光素子と
して用いることによって本実施形態の送信機を実現する
ことができる。

【００５５】なお、上述の面発光レーザは、送信機１１
ａにおける光強度変調用の光源として用いることもでき
る。

【００５６】これらにより、本偏光通信装置は、面発光
レーザを送信機の光源とすることで、以下に述べる新た
な効果が生ずる。第１の効果としては、送信機の消費電
力を低減することができることである。従来から一般に
用いられている半導体レーザである端面発光レーザに比
べて、面発光レーザが発光に要するしきい電流は小さ
い。すなわち、わずかな電流を供給することで面発光レ
ーザは発光するので、その消費電力を抑えることができ
るものである。

【００５７】第２の効果としては、面発光レーザは非常
に指向性の強い円錐または円筒ビームを出射するので、
出射光のうち受信機に到達しない無駄となる光を低減で
き、低電力での遠距離通信、あるいは高速通信を実現で
きる。ＬＥＤを光源としたのでは、その光放射角が大き
く、発光面そのものが大きいのでレンズでコリメートす
ることは困難である。これに対して面発光レーザは、円
錐または円筒状のビームを出射するので、一方向に光強
度を集中させることができる。生体という強散乱媒体中
ではいずれも散乱され光が拡散するには違いないが、最
初から広がった光を入射するのと、細く絞った平行光を
入射するのとでは、受信機に到達する光の割合は後者の
方がはるかに有利である。その結果として、面発光レー
ザを用いた本偏光通信装置は、低パワーで通信でき消費
電力を抑えることができる。

【００５８】さらに、送信電力すなわち光量または光度
と通信速度とはトレードオフの関係にあるので、送信電
力を上げるほど高速の通信が可能となる。したがって、
本偏光通信装置は、より高速な通信をすることができ
る。

【００５９】第３の効果としては、面発光レーザを用い
ることで、通信におけるＳＮ比を改善できる点がある。
ＬＥＤは波長が１００ｎｍ以上に渡って広がっているの
に対して、面発光レーザの光は１ｎｍ以下の広がりにす
ることが可能である。そして、受信機側に干渉フィルタ
のような狭帯域のフィルタを使えばＳＮ比を向上させる
ことができる。

【００６０】Ｃ：第３実施形態 図７は、図４および図５に示す単体の面発光レーザ素子
を半導体基板上に２つ設けた複開口型面発光レーザであ
る。それら２つの面発光レーザ素子はそれぞれ偏光面が
異なるレーザ光を出射する。そこで、それら２つの面発
光レーザ素子のうちの一つを伝送信号に対応させて選択
駆動することで、偏光面を変調したレーザ光を出射す
る。

【００６１】具体的には、図７中に示す断面が長方形の
共振器７４ａ、７５ｂを形成することによって偏光面を
所定の一定方向に向けるような制御が可能となる。長方
形の共振器７４ａ、７５ｂを形成すると、偏光面は長方
形の短辺に平行な方向に固定される。つまり、一つの基
板７１上に短辺がｘ軸に平行な長方形共振器７４ａと短
辺がｙ軸に平行な長方形共振器７４ｂとを隣接させて形
成することによってそれぞれｘ軸に平行な直線偏光１４
ｄ、ｙ軸に平行な直線偏光１５ｃを得ることができる。
これは、単一の開口部から直交した直線偏光を変調して
出射する訳ではないが、非常に隣接した開口部７２ａ、
７２ｂからそれぞれお互いに直交した直線偏光を出射す
る構造である。ｘ軸に平行な直線偏光を出射するときに
は上部電極８２ａから電流を注入して、ｙ軸に平行な直
線偏光を出射するときには上部電極８２ｂから電流を注
入すればよい。

【００６２】図８は、図７に示す２つの面発光レーザ素
子をもつ複開口型面発光レーザ１０１を直線偏光変調発
光素子として動作させるための回路を示す回路図であ
る。図８において、オペアンプＯＰ１、トランジスタＴ
Ｒ１、抵抗Ｒ１は、可変抵抗ＶＲで設定した電圧に対応
する電流をトランジスタＴＲ１のエミッタから供給する
定電流源を構成している。可変抵抗ＶＲで電圧Ｖ１にオ
ペアンプＯＰ１の＋端子が設定されている場合、トラン
ジスタＴＲ１からは電流Ｉｅ＝（Ｖ−Ｖ１）／Ｒ１が給
電される。

【００６３】また、トランジスタＴＲ２、トランジスタ
ＴＲ３はスイッチング用のトランジスタで、電流Ｉｅを
面発光レーザ素子ＬＤＸまたはＬＤＹに切り替える働き
をする。トランジスタＴＲ２、ＴＲ３のベースは、送信
２値データ５１によって、または、インバータＩＮＶを
通過した反転信号によって駆動される。つまり、ＴＲ２
とＴＲ３は相補的にオン／オフが切り替えされ、一方が
オンのときは他方がオフであるような動作をする。その
ため、ある時間においては、面発光レーザ素子ＬＤＸま
たはＬＤＹの一方にだけ電流Ｉｅが流れる。この面発光
レーザ素子ＬＤＸ、ＬＤＹこそ同一基板７１上に形成し
た複開口型面発光レーザ１０１である。面発光レーザ素
子ＬＤＸはｘ軸に平行な直線偏光を、面発光レーザ素子
ＬＤＹはｙ軸に平行な直線偏光を出射するものとする
と、送信２値データ５１が”１”のときｘ軸に平行な直
線偏光が、”０”のときｙ軸に平行な直線偏光が複開口
型面発光レーザ１０１から出射されることとなる。

【００６４】このような複開口型面発光レーザ１０１を
直線偏光変調発光素子として用いて図８の回路で駆動す
ることによって送信機１１、２１、１１ａを実現するこ
とができる。ここで、図８に示すトランジスタＴＲ１か
らは定電流を流し、トランジスタＴＲ２、トランジスタ
ＴＲ３で電流の経路を変えるこの種の回路構成は高速な
変調ができる特徴を持っている。

【００６５】なお、図７に示す実施形態では、２つの面
発光レーザ素子を同一半導体基板上に具備する送信機に
ついて説明したが、これと同様にして、複数の面発光レ
ーザを同一半導体基板上に具備する送信機についても実
現できる。

【００６６】上述した偏光通信装置によれば、伝送信号
として偏光を用いているので、全二重通信をした場合に
おける２つの伝送信号相互の干渉を防ぐことができる。
これは、図１の生体機能補助手段が具備する送信機１１
と受信機１２とを極めて接近させて配置できることを示
している。すなわち、図７に示すような複数の面発光レ
ーザ素子と図８に示すような面発光レーザ駆動回路とを
同一半導体基板上に形成することができ、本発明に係る
偏光通信装置の外形を極めてコンパクトなものとするこ
とができる。

【００６７】Ｄ：第４実施形態 （構成）第４実施形態は、図１または図２における送信
機１１、２１、１１ａとして、複数の面発光レーザ素子
を同一半導体基板上に複数生成したものからなるアレー
型面発光レーザ（複開口型面発光レーザ）を用いたもの
である。本実施形態に係る偏光通信装置は、図４および
図５に示す面発光レーザ素子を同一半導体基板上に複数
生成したものを送信機１１、２１、１１ｂの光源として
用いる。そして、複数の面発光レーザ素子のうちの幾つ
かを選択し、これらの面発光レーザ素子を伝送信号に対
応させて選択駆動することで、偏光面を変調したレーザ
光を出射する。

【００６８】一方、通常時に駆動していた面発光レーザ
が所望の状態ではなくなったとき（例えば、故障したと
き）は、他の面発光レーザ（予備のレーザ）を駆動して
通信を継続する。

【００６９】（動作）次に、本偏光通信装置の動作につ
いて図１などを参照して説明する。体内に埋め込んだ生
体機能補助手段１は、その埋め込んだ状態のままで半永
久的に継続して使用できることが望ましい。これは、生
体機能補助手段１の一部である送信機１１、２１などに
も要求されることである。

【００７０】一方、図４などに示す面発光レーザは、複
数の当該面発光レーザを半導体基板の１チップ上に形成
することができ、その各面発光レーザの間隔を非常に短
くして（例えば、４０から５０マイクロメータ）配置す
ることができる。そして、その複数の面発光レーザのう
ちの一部を予備の光源とする。そして、通信に用いてい
る面発光レーザの出力が低下したり壊れた場合は、予備
の面発光レーザに切り替えることで、その修理をしなく
とも継続した通信が可能となる。

【００７１】さらに、通信速度を上げたい場合などは、
送信機においてより大きな発光量を必要とする。これに
対しては、複数の面発光レーザを同時に変調して駆動す
ることにより、発光量を増大させて通信速度を向上させ
ることもできる。

【００７２】図１０は、本実施形態に係る偏光通信装置
の送信機１１０の構成例を示すブロック図である。複数
の面発光レーザ素子１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｚは、
ＣＰＵ１１１の出力信号Ｏ１、Ｏ２に基づいて駆動され
る。ここで、出力信号Ｏ１は、供給電流量を制御する信
号であり、出力信号Ｏ２は駆動させる面発光レーザ素子
を選択する信号である。そして、出力信号Ｏ１は、Ｄ／
Ａコンバータ１１２でアナログ量に変換される。マルチ
プレクザ１１３では、Ｄ／Ａコンバータ１１２の出力信
号を入力して、出力信号Ｏ２が特定する面発光レーザ素
子に出力する。ここで、マルチプレクサ１１３の出力信
号は、増幅器１１４によって増幅されて面発光レーザ素
子の駆動電流となる。

【００７３】一方、各面発光レーザ素子１１５ａ、１１
５ｂ、１１５ｃの近辺には、それぞれフォトダイオード
１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃが設けてある。そして、
現在、光通信の光源として駆動されている面発光レーザ
素子の発光量を検出する。その発光量は、マルチプレク
サ１１７、サンプル＆ホールド回路１１８およびＡ／Ｄ
コンバータ１１９を介して、ＣＰＵ１１１に入力され
る。また、ＣＰＵ１１１は、光通信の相手方である体外
の受信機１２１における受信信号の振幅値を、送信機１
２２および受信機１２３を介して入力する。

【００７４】そして、ＣＰＵ１１１は、出力信号Ｏ１の
値と、現在駆動中の面発光レーザ素子の発光量と、通信
相手方の受信信号の振幅値とに基づいて、現在駆動中の
面発光レーザの動作に異常がないか否かを判断する。こ
こで、例えば、出力信号Ｏ１の値に比べてその発光量ま
たは受信信号振幅が小さいときは、その面発光レーザが
故障したと、ＣＰＵ１１１は判断する。そして、ＣＰＵ
１１１は、出力信号Ｏ２を変更して、現在駆動している
面発光レーザ素子への給電を停止し、他の面発光レーザ
素子へ給電して光源となる面発光レーザ素子を切り替え
る。

【００７５】そして、上述の送信機１１０の構成要素と
なる全ての電子部品は、同一半導体基板上に設けてある
ことが好ましい。これにより、上述の送信機１１０を極
めてコンパクトな形状にすることができる。

【００７６】これらにより本偏光通信装置によれば、送
信機１１、２１などの故障の発生を抑えることができる
ので、より安全に長期間連続使用することができる生体
内外間の通信装置を提供することができる。また、複数
の面発光レーザを光源とすることで、通信速度を向上さ
せることもできる。

【００７７】（変形例）図９は、複数の面発光レーザ素
子をもつ複開口型面発光レーザを駆動する回路の一例を
示す回路図である。データ出力源９１は、送信機１１な
どから送出する伝送信号の基となる信号を出力する。ス
イッチ制御手段９３は、プログラマブル・スイッチアレ
イ９２における出力端子Ｓ１〜Ｓ８のうち活性状態とす
る出力端子を選択する信号を出力する。プログラマブル
・スイッチアレイ９２は、データ出力源９１から受けた
信号をスイッチ制御手段９３で選択された出力端子から
出力する。面発光レーザ９４は、複数の面発光レーザ素
子９４ａ〜９４ｈからなっている。トタンジスタ９７ａ
〜９７ｈは、プログラマブル・スイッチアレイの出力端
子Ｓ１〜Ｓ８からそれぞれ出力される電流でオン／オフ
し、それぞれ面発光レーザ素子９４ａ〜９４ｈに電流を
供給する。

【００７８】これらにより、本回路によれば、スイッチ
制御手段９３が選択する面発光レーザ素子についてのみ
駆動電流を供給することができ、複数の面発光レーザ素
子のうちから光源となる面発光レーザ素子を任意に選ぶ
ことができる。ここで、スイッチ制御手段９３の動作は
生体外にある送信機２１の送信信号で制御することがで
きるので、生体外から生体内送信機の光源となる面発光
素子を任意に選択することができる。

【００７９】Ｅ：その他の実施形態 以下では、本発明に係る偏光通信装置を携帯機器と組み
合わせた実施形態について説明する。なお、実際には以
下に説明する形態に限られるものではなく、その他の日
常身の回りにあるものに組み込むことも可能である。

【００８０】図１１は、本発明に係る偏光通信装置の体
外制御手段を腕時計と組み合わせた形態を示す斜視図で
ある。この図において、４０は腕時計，４１は腕時計の
本体，４２〜４３は各種の表示を行うための表示部であ
る。また、４４〜４６はボタンであり、表示部４２〜４
３の表示内容を変更したり、光源となる面発光レーザ素
子を変更したりするときに操作する。さらに、４７は送
信機、４８は受信機であって、腕の中に埋め込まれてい
る生体機能補助手段（図示略）と相互に通信するもので
ある。なお、送信機４７および受信機４８は、腕時計の
本体４１の裏側に設けてもよい。

【００８１】送信機４７および受信機４８は取り付け具
４８の裏面に取り付けられており、取り付け具５０は時
計バンド４９に摺動自在に取り付けられている。そし
て、ボタン４４が手の甲の中心線上にくるように腕時計
４０を手首に装着することで、体内にある生体機能補助
手段の送信機と受信機４８が向き合い、生体機能補助手
段の受信機と送信機４７が向き合うこととなる。

【００８２】そして、体内にある生体機能補助手段の送
信機および受信機と体外にある送信機４７および受信機
４８との位置関係の微調整は、表示部４３に表示された
受信機４８における受信状態を装着者が見ながら、取り
付け具５０の位置を調整することで行う。また、その微
調整は、装着者がボタン４６などを操作して生体機能補
助手段の送信機の光源となる面発光レーザ素子の選択を
変更することでも行うこともできる。

【００８３】図１２は、本発明に係る偏光通信装置の体
外制御手段をネックレスと組み合わせた形態を示す斜視
図である。この図において、６１はセンサパッドであっ
て、たとえばスポンジ状の緩衝材で構成される。センサ
パッド６１の中には、送信機および受信機からなる送受
信装置６２が皮膚面に接触するように取り付けられてい
る。これにより、このネック送受信装置６２が首の後ろ
側の皮膚に接触して、首の中に埋め込んである生体内機
能補助手段と相互に通信することができる。

【００８４】また、中空部を有する本体６３には、この
偏光通信装置の制御機能部分が組み込まれている。この
本体６３はブローチ様の形状をしたケースであって、そ
の前面には例えばグラフィック表示部やボタンが設けら
れている。また、送受信装置６２と本体６３はそれぞれ
鎖６７に取り付けられており、この鎖６７の中に埋め込
まれたリード線（図示略）を介して電気的に接続されて
いる。

【００８５】図１３は、本発明に係る偏光通信装置の体
外制御手段を眼鏡と組み合わせた形態を示す斜視図であ
る。なお、この眼鏡の形態では、使用者に対する告知手
段としての表示装置も一緒に組み込まれた構造になって
いる。

【００８６】図のように、装置本体は本体１７５ａと本
体１７５ｂに分かれ、それぞれ別々に眼鏡の蔓１７６に
取り付けられており、これら本体が蔓１７６内部に埋め
込まれたリード線を介して互いに電気的に接続されてい
る。

【００８７】本体１７５ａは表示制御回路を内蔵してお
り、この本体１７５ａのレンズ１７７側の側面には全面
に液晶パネル１７８が取り付けられ、また、該側面の一
端には鏡１７９が所定の角度で固定されている。さらに
本体１７５ａには、光源（図示略）を含む液晶パネル１
７８の駆動回路と、表示データを作成するための回路が
組み込まれている。この光源から発射された光は、液晶
パネル１７８を介して鏡１７９で反射されて、眼鏡のレ
ンズ１７７に投射される。また、本体１７５ｂには、装
置の主要部が組み込まれており、その上面には各種のボ
タンが設けられている。なお、これらボタン１８０，１
８１の機能は装置毎に異なる。

【００８８】一方、レーザ光を送受信する送信機および
受信機はパッド８２，８３に内蔵されると共に、パッド
１８２，１８３を耳朶へ固定するようになっている。こ
れらのパッド１８２，１８３は、本体１７５ｂから引き
出されたリード線１８４，１８４によって電気的に接続
されている。そして、パッド１８２、１８３を耳朶へ固
定することで、その耳朶内に埋め込んである生体内機能
手段の送受信機とパッド内の送受信機がそれぞれ向き合
うこととなり、相互に通信することができる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外乱光または光無線機どうしの干渉などの影響を回避で
き、さらに、強散乱媒体の内外間で全二重通信をするこ
とができる。また、本実施形態においては、レーザー光
を用いているので、測定光が皮膚を透過する際の減衰が
少ないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る偏光通信装置の
全体構成を示すブロック図である。

【図２】 同実施形態に係る偏光通信装置の構成および
動作を示すブロック図である。

【図３】 同実施形態の変形例に係る偏光通信装置の構
成および動作を示すブロック図である。

【図４】 本発明の偏光通信装置に用いる面発光レーザ
の外観を示す斜視図である。

【図５】 図４に示す面発光レーザの断面図である。

【図６】 図４に示す面発光レーザにおける偏光方向の
光出力と注入電流との関係を示す特性図である。

【図７】 本発明の偏光通信装置に用いる他の面発光レ
ーザの外観を示す平面図と断面図である。

【図８】 図７に示す面発光レーザの駆動回路を示す回
路図である。

【図９】 本発明の偏光通信装置に用いる面発光レーザ
の他の駆動回路を示す回路図である。

【図１０】 本発明の偏光通信装置における送信機の具
体例を示す回路図である。

【図１１】 本発明の偏光通信装置を腕時計に組み合わ
せた形態を示す斜視図である。

【図１２】 本発明の偏光通信装置をネックレスに組み
合わせた形態を示す斜視図である。

【図１３】 本発明の偏光通信装置を眼鏡に組み合わせ
た形態を示す斜視図である。

【図１４】 従来の通信装置の構成および動作を示すブ
ロック図である。

【図１５】 従来の通信装置の全体構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１ 生体機能補助手段 ２ 体外制御手段 ３ 体内送受信制御手段 ４ 体外送受信制御手段 １１ 送信機（偏光変調方式） １１ａ 送信機（光強度変調方式） １２ 受信機 ２１ 送信機 ２２ 受信機 Ｓ１、Ｓ２ レーザ光（偏光） ａ、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４ 光（強散乱光） ｂ１、ｂ２ 光（弱散乱光） ｂ１１ 光（強度変調光）

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光の偏光面を変調して伝送信号と
   して出射する送信機と、 所定の偏光状態の光を選択的に受光する受光手段を有す
   る受信機とを有することを特徴とする偏光通信装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏光通信装置において、 前記送信機および受信機のうちの一つを強散乱媒体内に
   配置することを特徴とする偏光通信装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の偏光通信装置において、 前記送信機および受信機を強散乱媒体内に配置し、 前記送信機および受信機を前記強散乱媒体の外に配置す
   ることを特徴とする偏光通信装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の偏光通信装置に
   おいて、 前記強散乱媒体は、生体であることを特徴とする偏光通
   信装置。
5. 【請求項５】 請求項２または３記載の偏光通信装置に
   おいて、 前記強散乱媒体は、人体であることを特徴とする偏光通
   信装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の偏光通信装置において、 強散乱媒体内には、前記送信機および前記受信機からな
   る体内送受信装置を配置し、 前記強散乱媒体の外には、前記送信機および前記受信機
   からなる体外送受信装置を配置し、 前記体内送受信装置と前記体外送受信装置との間で通信
   をすることを特徴とする偏光通信装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の偏光通信装置において、 強散乱媒体内には、前記送信機と、受光量に応じた信号
   を出力する受光量検出手段を有する光量受信機とからな
   る体内送受信装置を配置し、 前記強散乱媒体の外には、発光量を変調して伝送信号と
   して出射する光強度送信機と、前記受信機とをからなる
   体外送受信装置を配置し、 前記体内送受信装置と前記体外送受信装置との間で通信
   をすることを特徴とする偏光通信装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の偏光通信装置において、 強散乱媒体内には、発光量を変調して伝送信号として出
   射する光強度送信機と、前記受信機とをからなる体内送
   受信装置を配置し、 前記強散乱媒体の外には、前記送信機と、受光量に応じ
   た信号を出力する受光量検出手段を有する光量受信機と
   からなる体外送受信装置を配置し、 前記体内送受信装置と前記体外送受信装置との間で通信
   をすることを特徴とする偏光通信装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８記載の偏光通信装置にお
   いて、 前記送信機は、 異なる偏光方向を持つ面発光レーザ素子を同一半導体基
   板上に複数生成した発光手段と、 前記面発光レーザ素子を選択的に給電する駆動手段とを
   有することを特徴とする偏光通信装置。
10. 【請求項１０】 請求項７または８記載の偏光通信装置
    において、 前記光強度送信機は、面発光レーザを光源とすることを
    特徴とする偏光通信装置。
11. 【請求項１１】 請求項９記載の偏光通信装置におい
    て、 前記送信機は、 通常の通信では、前記発光手段における複数の面発光レ
    ーザのうちの一部の面発光レーザのみを前記駆動手段が
    駆動し、 前記駆動手段が駆動している面発光レーザが所望の状態
    ではなくなったときは、前記通常の通信では使用してい
    ない前記発光手段における面発光レーザを前記駆動手段
    が駆動することを特徴とする偏光通信装置。
12. 【請求項１２】 異なる偏光方向を持つ複数の面発光レ
    ーザ素子を同一半導体基板上に生成したことを特徴とす
    るアレー型面発光レーザ。
13. 【請求項１３】 異なる偏光方向を持つ複数の面発光レ
    ーザ素子を同一半導体基板上に生成した発光手段と、 前記面発光レーザ素子を選択的に給電する駆動手段とを
    有することを特徴とする送信機。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の送信機において、 前記駆動手段は、送信信号に対応させて、所望の偏光方
    向の前記面発光レーザ素子を選択的に給電することを特
    徴とする送信機。
15. 【請求項１５】 生体内に設けられ、レーザ光の偏光面
    を変調して伝送信号として出射する生体埋込型送信機
    と、 前記生体外に設けられ、所定の偏光状態の光を選択的に
    受光する受光手段、前記受光手段の受光信号に対応した
    表示を行う表示部、および前記受光手段が前記生体埋込
    型送信機の出射光を受光するように前記受光手段を前記
    生体に固定する装着手段を有する生体装着型受信機とを
    具備することを特徴とする生体用偏光通信装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の生体用偏光通信装置
    において、前記生体埋込型送信機内に設けられ、所定の
    偏光状態の光を選択的に受光する第２受光手段と、前記
    生体装着型受信機内に設けられ前記第２受光手段に対し
    て、レーザ光の偏光面を変調して伝送信号として出射す
    る第２送信機とを具備し、前記生体埋込型送信機と前記
    生体装着型受信機との間で全２重通信を行うことを特徴
    とする生体用偏光通信装置。