(57)【要約】【課題】光通信を行う受信装置において、読み出しノイズの影響を軽減すること。【解決手段】位相変調されＭ周期（Ｍは２以上の整数）の間同一位相を維持する強度変調光を受光して電荷を生成する光電変換部と、生成電荷を強度変調光と同一の周期でｍ回（ｍは１以上、Ｍ以下の整数）それぞれ蓄積するｐ個の電荷蓄積部と、電荷の読み出し後に電荷蓄積部をリセットするリセット部とを備え、各電荷蓄積部において強度変調光を受光し、強度変調光の１周期のうちそれぞれ異なる所定のタイミングで電荷を蓄積し、ｐ個の電荷蓄積部それぞれでｍ回蓄積された電荷を読み出し、電荷蓄積部がｍ回蓄積するまではリセットを行わずｍ回蓄積された電荷が読み出された後にリセットを行い、検出結果に基づいて強度変調光の位相を繰り返し算出し、算出された位相に対し位相変調に応じた復調を行い、送信されたビット列を生成する。【選択図】図１
2010199796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信対象のビット列に対し位相変調し、予め設定された時間周期で強度が変化し前記位相変調に応じて位相が変化し、Ｍ周期（Ｍは２以上の整数）の間同一の位相を維持する強度変調光を発光する送信装置から前記強度変調光を受光する受光部と、
受光された前記強度変調光の強度を、前記強度変調光の１周期当たりｐ回（ｐは３以上の整数）検出し、前記検出結果に基づいて前記強度変調光の位相を繰り返し算出する位相算出部と、
前記位相算出部によって算出された位相に対し前記位相変調に応じた復調を行い、送信されたビット列を生成する復調部と、
を備え、
前記受光部は、前記強度変調光を受光して光の強度に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部によって生成された電荷を前記強度変調光と同一の周期でｍ回（ｍは１以上、Ｍ以下の整数）それぞれ蓄積するｐ個の電荷蓄積部と、蓄積した電荷が読み出された後に前記電荷蓄積部の電荷をリセットするリセット部と、を備え、各電荷蓄積部は、前記強度変調光の１周期のうちそれぞれ異なる所定のタイミングで前記電荷を蓄積し、
前記位相算出部は、前記ｐ個の電荷蓄積部それぞれにおいてｍ回蓄積された電荷を読み出すことによって、蓄積された前記電荷に応じて前記強度変調光の強度を検出し、
前記受光部の前記リセット部は、前記電荷蓄積部がｍ回蓄積するまでは前記リセットを行わず、前記ｍ回蓄積された電荷が前記位相算出部によって読み出された後に前記リセットを行う受信装置。
【請求項２】
前記Ｍの値は（ｎ×ｍ）であり（ｎは２以上の整数）、
前記復調部は、前記位相算出部によって算出されたｎ個の位相に基づいて前記復調を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記受光部は、前記光電変換部、ｐ個の前記電荷蓄積部、及び前記リセット部を備える画素を複数備え、
前記位相算出部が一の画素から前記電荷を読み出す際に、他の画素は前記電荷の蓄積を行い、前記位相算出部は、前記他の画素から前記電荷を読み出す際に、前記一の画素は前記電荷の蓄積を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記受光部は、一の電荷蓄積部が電荷を蓄積し終えてから他の電荷蓄積部が電荷を蓄積し始めるまでの間に生成された電荷を破棄するドレイン部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の受信装置。
【請求項５】
前記ｍの値が２以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の受信装置。
【請求項６】
送信対象のビット列に対し位相変調し予め設定された時間周期で強度が変化し前記位相変調に応じて位相が変化し、Ｍ周期（Ｍは２以上の整数）の間同一の位相を維持する強度変調光を発光する送信装置から前記強度変調光を受光して光の強度に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部によって生成された電荷を前記強度変調光と同一の周期でｍ回（ｍは１以上、Ｍ以下の整数）それぞれ蓄積するｐ個の電荷蓄積部と、蓄積した電荷が読み出された後に前記電荷蓄積部の電荷をリセットするリセット部と、を備える受信装置が、各電荷蓄積部において、前記強度変調光を受光し、前記強度変調光の１周期のうちそれぞれ異なる所定のタイミングで前記電荷を蓄積するステップと、
前記受信装置が、前記ｐ個の電荷蓄積部それぞれにおいてｍ回蓄積された電荷を読み出すことによって、蓄積された前記電荷に応じて前記強度変調光の強度を検出するステップと、
前記受信装置の前記リセット部が、前記電荷蓄積部がｍ回蓄積するまでは前記リセットを行わず、前記ｍ回蓄積された電荷が読み出された後に前記リセットを行うステップと、
前記受信装置が、前記検出結果に基づいて前記強度変調光の位相を繰り返し算出する位相算出ステップと、
前記受信装置が、算出された位相に対し前記位相変調に応じた復調を行い、送信されたビット列を生成する復調ステップと、
を備える受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の分野に属し、変調された光を受信して復調する受信装置及び受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた光通信システムが提案されている。光通信システムでは、送信装置はＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の発光素子を備え、強度変調された光を発光素子によって発することによって情報を送信する。
【０００３】
一方、受信装置は、フォトダイオードを備え、送信装置によって発せられた光を受光し復調することによって情報を受信する。具体的には、受信装置は、強度変調された光によって構成される搬送波の１周期の間に、フォトダイオードにおける光電変換によって生じた電荷を複数回読み出すことによって、強度変調に応じた復調を行う（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６０３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、光電変換によって生じた電荷を読み出す場合、その度にスイッチングノイズ（読み出しノイズ）が発生してしまう。そのため、読み出し処理を行った回数に比例して読み出しノイズの影響が大きくなってしまうという問題があった。そこで本発明は、光通信を行う受信装置において、読み出しノイズの影響を軽減することを可能とする受信装置及び受信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、受信装置であって、送信対象のビット列に対し位相変調（例えば、実施形態におけるπ／４−ＤＱＰＳＫ）し、予め設定された時間周期で強度が変化し前記位相変調に応じて位相が変化し、Ｍ周期（Ｍは２以上の整数）の間同一の位相を維持する強度変調光を発光する送信装置から前記強度変調光を受光する受光部（例えば、実施形態における受光部３２）と、受光された前記強度変調光の強度を、前記強度変調光の１周期当たりｐ回（ｐは３以上の整数）検出し、前記検出結果に基づいて前記強度変調光の位相を繰り返し算出する位相算出部（例えば、実施形態における位相算出部３３）と、前記位相算出部によって算出された位相に対し前記位相変調に応じた復調を行い、送信されたビット列を生成する復調部（例えば、実施形態における復調器３４）と、を備え、前記受光部は、前記強度変調光を受光して光の強度に応じた電荷を生成する光電変換部（例えば、実施形態における微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄ）と、前記光電変換部によって生成された電荷を前記強度変調光と同一の周期でｍ回（ｍは１以上、Ｍ以下の整数）それぞれ蓄積するｐ個の電荷蓄積部（例えば、実施形態における電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄ）と、蓄積した電荷が読み出された後に前記電荷蓄積部の電荷をリセットするリセット部（例えば、実施形態におけるリセット電極３２１５ａ〜３２１５ｄ）と、を備え、各電荷蓄積部は、前記強度変調光の１周期のうちそれぞれ異なる所定のタイミングで前記電荷を蓄積し、前記位相算出部は、前記ｐ個の電荷蓄積部それぞれにおいてｍ回蓄積された電荷を読み出すことによって、蓄積された前記電荷に応じて前記強度変調光の強度を検出し、前記受光部の前記リセット部は、前記電荷蓄積部がｍ回蓄積するまでは前記リセットを行わず、前記ｍ回蓄積された電荷が前記位相算出部によって読み出された後に前記リセットを行う。
【０００７】
本発明の一態様において、前記Ｍの値は（ｎ×ｍ）であり（ｎは２以上の整数）、前記復調部は、前記位相算出部によって算出されたｎ個の位相に基づいて前記復調を行う、ように構成されても良い。
【０００８】
本発明の一態様において、前記受光部は、前記光電変換部、ｐ個の前記電荷蓄積部、及び前記リセット部を備える画素（例えば、実施形態における画素３２１ａ及び画素３２１ｂ）を複数備え、前記位相算出部が一の画素から前記電荷を読み出す際に、他の画素は前記電荷の蓄積を行い、前記位相算出部は、前記他の画素から前記電荷を読み出す際に、前記一の画素は前記電荷の蓄積を行う、ように構成されても良い。
【０００９】
本発明の一態様において、前記受光部は、一の電荷蓄積部が電荷を蓄積し終えてから他の電荷蓄積部が電荷を蓄積し始めるまでの間に生成された電荷を破棄するドレイン部（例えば、実施形態におけるドレイン領域３２１７）をさらに備えるように構成されても良い。
本発明の一態様において、前記ｍの値は２以上であるように構成されても良い。
【００１０】
本発明の一態様は、受信方法であって、送信対象のビット列に対し位相変調し予め設定された時間周期で強度が変化し前記位相変調に応じて位相が変化し、Ｍ周期（Ｍは２以上の整数）の間同一の位相を維持する強度変調光を発光する送信装置から前記強度変調光を受光して光の強度に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部によって生成された電荷を前記強度変調光と同一の周期でｍ回（ｍは１以上、Ｍ以下の整数）それぞれ蓄積するｐ個の電荷蓄積部と、蓄積した電荷が読み出された後に前記電荷蓄積部の電荷をリセットするリセット部と、を備える受信装置が、各電荷蓄積部において、前記強度変調光を受光し、前記強度変調光の１周期のうちそれぞれ異なる所定のタイミングで前記電荷を蓄積するステップと、前記受信装置が、前記ｐ個の電荷蓄積部それぞれにおいてｍ回蓄積された電荷を読み出すことによって、蓄積された前記電荷に応じて前記強度変調光の強度を検出するステップと、前記受信装置の前記リセット部が、前記電荷蓄積部がｍ回蓄積するまでは前記リセットを行わず、前記ｍ回蓄積された電荷が読み出された後に前記リセットを行うステップと、前記受信装置が、前記検出結果に基づいて前記強度変調光の位相を繰り返し算出する位相算出ステップと、前記受信装置が、算出された位相に対し前記位相変調に応じた復調を行い、送信されたビット列を生成する復調ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ｍが１以上である場合には、電荷の読み出し回数を減らすことが可能となり、消費電力を低減させることが可能となる。さらに、ｍが２以上である場合には、ｍ回蓄積された電荷を用いることにより１回蓄積された電荷を用いる場合に比べて環境光によるノイズ等の影響を軽減しより信頼性の高い位相の算出が可能となる。さらに、従来のように電荷が蓄積される都度読み出しを行うのではなく、ｍ回蓄積された電荷をまとめて一度に読み出すため、読み出しノイズの影響を軽減することが可能となる。
【００１２】
また、復調部がｎ個の位相に基づいて復調を行うように構成された態様によれば、位相の正確な算出に失敗することがあったとしても、他の正しく算出された位相に基づいて復調を行うことが可能となるため、復調の精度を向上させることが可能となる。
【００１３】
また、画素を複数備える態様によれば、一の画素に基づいて位相算出部及び復調部が処理を行っている際に、他の画素が受光及び電荷の蓄積を行うため、処理速度を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、ドレイン部を備えるように構成された態様によれば、各電荷蓄積部が蓄積する電荷の量を正確にし、位相の算出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光通信システムのシステム構成を表すシステム構成図である。
【図２】送信装置の変調器によって行われる変調の各方式の概略を表す概略図である。
【図３】送信装置の変調器によって生成される搬送波の部分的な構成を表す概略図である。
【図４】送信装置の変調器によって生成される搬送波の全体構成を表す図である。
【図５】搬送波の位相変化の具体例を表すチャートである。
【図６】発光器によって発光される強度変調光の具体例を表す図である。
【図７】受光部の構成の概略を表す概略図である。
【図８】受光部に用いられる画素の構成を表す構成図である。
【図９】図８の画素の等価回路を表す図である。
【図１０】第一実施形態における画素の動作を表すタイミングチャートである。
【図１１】画素から読み出された４つの電圧レベルに基づいて搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。
【図１２】復調器によって生成される復調テーブルの具体例を表す図である。
【図１３】受信装置の処理の流れを表すフローチャートである。
【図１４】ビット復元処理の詳細な処理の流れを表すフローチャートである。
【図１５】三つの電荷蓄積領域によって電荷を蓄積するように構成された画素の動作を表すタイミングチャートである。
【図１６】画素から読み出された３つの電圧レベルに基づいて搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。
【図１７】補正テーブルの具体例を表す図である。
【図１８】第二実施形態における画素の動作を表すタイミングチャートである。
【図１９】第三実施形態における画素の動作を表すタイミングチャートである。
【図２０】第三実施形態の復調器によって生成される復調テーブルの具体例を表す図である。
【図２１】第三実施形態におけるビット復元処理の詳細な処理の流れを表すフローチャートである。
【図２２】第三実施形態の光通信システムによる効果を説明するための図である。
【図２３】第四実施形態における受光部に用いられる画素の構成を表す図である。
【図２４】第四実施形態における画素の動作を表すタイミングチャートである。
【図２５】第五実施形態における受光部の構成の概略を表す概略図である。
【図２６】第五実施形態における画素の動作を表すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第一実施形態］
図１は、光通信システム１のシステム構成を表すシステム構成図である。光通信システム１は、送信装置２及び受信装置３を備える。
送信装置２は、符号器２１、変調器２２、発光器２３を備える。
【００１７】
符号器２１は、送信情報を符号化しビット列を生成する。
変調器２２は、符号器２１によって生成されたビット列を、ＤＢＰＳＫ（Differential Binary Phase Shift Keying）、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）、８ＤＰＳＫ、π／２−ＤＢＰＳＫ、π／４−ＤＱＰＳＫ等の方式に従って変調し搬送波を生成する。
【００１８】
発光器２３は、変調器２２によって生成された搬送波に基づいて強度変調された光（強度変調光）を発光する。発光器２３は、例えば高レート（繰り返し周波数）の可視光パルスを放射することのできる発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）又はレーザダイオードを用いて構成される。また、発光器２３は、高レートの赤外線パルスを放射する発光ダイオードを用いて構成されても良い。
【００１９】
図２は、送信装置２の変調器２２によって行われる変調の各方式の概略を表す概略図である。図２には、上記説明において例示した各変調方式が示されている。以下の説明では、変調器２２はπ／４−ＤＱＰＳＫによって変調を行うものとする。この場合、あるフレームにおける搬送波の位相と次のフレームにおける搬送波の位相とは異なり、この位相差が２桁のビット列を表す。具体的には、あるフレームにおける搬送波と次のフレームにおける搬送波との位相差が＋π／４である場合には“００”を表し、位相差が＋３π／４である場合には“０１”を表し、位相差が−π／４である場合には“１０”を表し、位相差が−３π／４である場合には“１１”を表す。
【００２０】
図３は、送信装置２の変調器２２によって生成される搬送波の部分的な構成を表す概略図である。図３の場合、搬送波の一つのフレームは１周期分の正弦波によって構成される。図３の第１フレームと第２フレームとの位相差は＋π／４であるため、第１フレームと第２フレームとによって表されるビット列は“００”となる。この後、第２フレームと第３フレームとの位相差、第３フレームと第４フレームとの位相差、・・・、第ｎフレームと第（ｎ＋１）フレームとの位相差それぞれに基づいてビット列が表される。なお、図３では搬送波一つのフレームは１周期分の正弦波によって構成されるが、複数周期分の連続する正弦波によって一つのフレームが構成されても良い。この場合、同一のフレームに含まれる各周期の正弦波の位相は同じである。
【００２１】
図４は、送信装置２の変調器２２によって生成される搬送波の全体構成を表す図である。図４において、横軸は時間を表し、左から右方向へ時間が進む。搬送波は、時間的な先頭に、所定の時間（リーダフレームタイム）の間同じ位相で送信されるリーダフレームを有する。その後、第１フレーム、第２フレーム、・・・、第Ｎフレームが順に送信され、最後にターミナルフレームが所定の時間（ターミナルフレームタイム）の間同じ位相で送信される。このように、搬送波は、時間的な先頭にリーダフレームを有し、時間的な最後尾にターミナルフレームを有し、リーダフレームとターミナルフレームとの間に実際のデータを含むＮ個のフレームを有する。なお、Ｎの値は、実際に送信される情報の量に応じて決まる。また、ターミナルフレームはなくても良い。
【００２２】
図５は、搬送波の位相変化の具体例を表すチャートである。図５では、横軸が時間を表し、縦軸が搬送波の各フレームにおける位相を表し、ビット列“０００１１０１１”が送信される。まず、リーダフレームがリーダフレームタイムの間一定の位相で送信される。このリーダフレームの位相は、位相算出部３３によって初期位相として算出される。リーダフレームタイムが終了すると、第１フレームがフレームタイムの間一定の位相で送信される。リーダフレームと第１フレームとの位相差がビット列を表し、この場合は位相差が＋π／４であり“００”を表す。次に、第１フレームのフレームタイムが終了すると、第２フレームがフレームタイムの間一定の位相で送信される。第１フレームと第２フレームとの位相差が次のビット列を表し、この場合は位相差が＋３π／４であり“０１”を表す。次に、第２フレームのフレームタイムが終了すると、第３フレームがフレームタイムの間一定の位相で送信される。第２フレームと第３フレームとの位相差が次のビット列を表し、この場合は位相差が−π／４であり“１０”を表す。次に、第３フレームのフレームタイムが終了すると、第４フレームがフレームタイムの間一定の位相で送信される。第３フレームと第４フレームとの位相差が次のビット列を表し、この場合は位相差が−３π／４であり“１１”を表す。そして、第４フレームのフレームタイムが終了すると、送信されるビット列は以上であるため、ターミナルフレームがターミナルフレームタイムの間、最後のビット列を表すフレーム（この場合は第４フレーム）と同じ位相で送信される。
【００２３】
図６は、発光器２３によって発光される強度変調光の具体例を表す図である。図６において、縦軸は光の強度を表し、横軸は時間を表す。図６に図示されるように、強度変調光は時間に応じて強度が変化し、強度の時間変化によって表される波形は変調器２２によって生成される搬送波の波形を表す。搬送波の周期は予め設定されており、この周期の値は送信装置２と受信装置３とで既知である。
【００２４】
なお、以下の説明において、強度変調の位相とは、強度変調光の強度の時間変化によって表される搬送波の位相を示し、強度変調光の周波数及び波長はそれぞれこの搬送波の周波数及び波長を示す。
【００２５】
図１に戻って光通信システム１の構成の説明を続ける。受信装置３は、レンズ３１、受光部３２、位相算出部３３、復調器３４を備える。
レンズ３１は、送信装置２から発光された強度変調光及び環境光を含む光束を通過させ、受光部３２に結像させる。
【００２６】
受光部３２は、複数の画素が二次元に配列された構造を有し、画素によって受光した光に応じた電荷を発生させて蓄積し、所定のタイミングで蓄積した電荷を位相算出部３３へ出力する。
【００２７】
位相算出部３３は、受光部３２によって蓄積された電荷に応じた電圧レベルを所定のタイミングで読み出し、強度変調光によって表される搬送波の振幅及び位相を算出する。
復調器３４は、位相算出部３３によって算出された位相に基づいて復調を行い、送信装置２から送信されたビット列を生成する。
復号器３５は、復調器３４によって生成されたビット列を復号し、送信情報を復元し出力する。
【００２８】
図７は、受光部３２の構成の概略を表す概略図である。受光部３２は、複数の画素３２１と、垂直走査回路３２２、水平走査回路３２３、読み出し回路３２４を備える。画素３２１は、二次元マトリックス状に配置され、レンズ３１を通過した光を受けて電荷を生成し蓄積する。各画素３２１に蓄積された電荷に応じた電圧レベルは、垂直走査回路３２２及び水平走査回路３２３による制御に応じて、読み出し回路３２４によって読み出され、読み出された電圧レベルは読み出し回路３２４から位相算出部３３へ出力される。
【００２９】
図８は、受光部３２に用いられる画素３２１の構成を表す構成図である。画素３２１は、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄを備える。各微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄは光電変換素子を用いて構成される。また、画素３２１は、４つの電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄと、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに対応する振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを備える。４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄは、電荷移送領域３２１３及び振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを介して、電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに接続される。
【００３０】
微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄにおける光電変換によって生成された電荷は、よりポテンシャルの低い電荷移送領域３２１３へ移動する。振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄのうちの一つが開かれると、電荷移送領域３２１３から、開かれたゲートＴｘａ〜Ｔｘｄに対応する電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄの一つに電荷が移動する。そして、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに移動した電荷は、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄによって所定のタイミングまで蓄積される。そして、蓄積された電荷は、所定のタイミングで読み出し電極３２１４ａ〜３２１４ｄから、読み出し回路３２４を介して位相算出部３３へ読み出される。
【００３１】
また、画素３２１は、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに隣接するリセットゲートＲａ〜Ｒｄ及びリセット電極３２１５ａ〜３２１５ｄを備える。リセットゲートＲａ〜Ｒｄが開かれると、リセット電極３２１５ａ〜３２１５ｄに加えられている電圧Ｖによって、電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄが充電されてリセット状態となる。このリセット処理は、受光部３２の全画素３２１の全電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに対して同時に行われる。
【００３２】
図９は、図８の画素３２１の等価回路を表す図である。図９において、微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄは、フォトダイオード及びコンデンサＣ０ａ〜Ｃ０ｄの対として表される。電荷移送領域３２１３は、コンデンサＣＴとして表される。振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄにそれぞれ隣接する電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄは、コンデンサＣａ〜Ｃｄとして表される。これらのコンデンサは、リセットゲートＲａ〜ＲｄのＦＥＴトランジスタがオンになることによって電圧Ｖで充電される。この動作は、前述したリセット処理であり、電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄの状態を、微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄによって生成される電荷を蓄積する前の状態（初期状態）に戻すための処理である。
【００３３】
ＦＥＴトランジスタＬａ〜Ｌｄは、レベルシフト・トランジスタである。ＦＥＴトランジスタＬａ〜Ｌｄは、読み出しゲートＴａ〜Ｔｄが開かれるとコンデンサＣａ〜Ｃｄにホールドされている電荷に応じた電流をそれぞれ読み出し回路３２４を介して位相算出部３３へ送り出す。
【００３４】
なお、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄ及び電荷移送領域３２１３は、Ｐ型領域（P-well）に埋め込まれた一体的なＮ型領域によって形成することができる。この一体的なＮ型領域の上方に遮光幕（遮光マスク）が設けられ、画素３２１の各構成のうち微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄだけに光が入るように構成される。
【００３５】
図１０は、第一実施形態における画素３２１の動作を表すタイミングチャートである。以下の説明において、１周期とは搬送波を構成する正弦波の１周期分の時間を表し一定の値である。また、図１０において、画素３２１による露光は１周期分の時間行われ、その後に１周期分の時間をかけて読み出し回路３２４による読み出し処理が行われる。以下の説明において、露光が行われる時間を「露光タイム」と呼び、読み出しが行われる時間を「読み出しタイム」と呼ぶ。１フレームの時間（フレームタイム）は、露光タイムと読み出しタイムとの和である。
【００３６】
まず、露光が開始される直前に画素３２１は、リセットゲートＲａ〜Ｒｄを開くとともに４つの振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを開くことによって、電荷移送領域３２１３及び電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄをリセットする（充電する）。露光タイムが開始すると、画素３２１はまず振り分けゲートＴｘａを開いて、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ａ（コンデンサＣａ）に蓄える。電荷移送領域３２１３から電荷蓄積領域３２１２ａに蓄えられる電荷は、コンデンサＣａの電圧を下げるように作用する。
【００３７】
次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから１／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘａを閉じ、１／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｂを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｂ（コンデンサＣｂ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから２／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｂを閉じ、２／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｃを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｃ（コンデンサＣｃ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから３／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｃを閉じ、３／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｄを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｄ（コンデンサＣｄ）に蓄える。そして、画素３２１は、露光タイムが開始してから１周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｄを閉じ、次のフレームに対する処理に備えてリセット処理を行う。このように、ある振り分けゲートが開いてから次の振り分けゲートが開くまでの時間は、露光タイムを振り分けゲート数で除算した値であり、各ゲートにおいて均等な長さの時間として設定される。
【００３８】
画素３２１は、こうして１周期分の処理を終えると、読み出しタイムの間に読み出しゲートＴａ〜Ｔｄを開く。レベルシフト・トランジスタＬａ〜ＬｄのゲートにはコンデンサＣａ〜Ｃｄの電圧が加えられているため、読み出しゲートＴａ〜Ｔｄが開かれることに応じて、それぞれのコンデンサの電圧レベルに応じた電流が位相算出部３３に流れる。位相算出部３３は、各読み出しゲートＴａ〜Ｔｄから読み出された電圧レベルに基づいて、搬送波の振幅及び位相を算出する。
【００３９】
図１１は、画素３２１から読み出された４つの電圧レベルに基づいて搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。図１１に表される波形は搬送波を構成する１周期分の正弦波を表し、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）は、それぞれ画素３２１の電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄから読み出された電圧レベル、則ち１／４周期毎の搬送波の強度を表す。位相算出部３３は、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）を数１に代入することによって、搬送波の振幅Ｒを算出する。
【００４０】
【数１】
2010199796.tif 000003
【００４１】
位相算出部３３は、全ての画素３２１毎に振幅Ｒを算出し、振幅Ｒが所定の閾値を超えた画素３２１（輝点画素）及びその周囲の画素３２１についてのみ、位相θを算出する。以下、輝点画素及びその周囲の画素３２１をまとめて「処理対象画素」という。一般的な環境光は、強度がほとんど変化しないため、その振幅Ｒは非常に小さくゼロに近い値となる。これに対し、強度変調光は送信装置２によって人為的に強度を周期的に変化させて振幅Ｒが大きな値となるように発光されるため、送信装置２と受信装置３との距離に応じて減衰はするものの、所定の閾値以上の値になる。そのため、位相算出部３３が上記のように閾値を用いて処理対象画素を検出することによって、強度変調光が受光された画素３２１に限って位相θを算出し、強度変調光の位相θのみを算出することが可能となる。このとき、位相算出部３３は、複数の処理対象画素から算出された位相の値が異なる場合、各値の平均値や代表値などを算出し、算出された値を位相θとして取り扱う。なお、上記の閾値は、送信装置２によって発光される強度変調光の振幅と、想定される送信装置２及び受信装置３の距離に応じて予め位相算出部３３に設定される。また、位相算出部３３は、処理対象画素が検出されない場合、前回の処理で算出された位相θを出力するように構成されても良いし、光が遮られた等の原因に起因する信号の欠落によるエラーが発生したと判定するように構成されても良いし、ターミナルフレームの代わりに信号の終端として検出するように構成されても良い。
【００４２】
上述したように、位相算出部３３は処理対象画素から得られたＣ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）及び数１で算出されたＲ及びＢの値を数２に代入することによって、搬送波の位相θを算出し、算出された位相θを復調器３４へ出力する。
【００４３】
【数２】
2010199796.tif 000004
【００４４】
図１２は、復調器３４によって生成される復調テーブルの具体例を表す図である。復調器３４は、位相算出部３３によって出力された各フレームの位相の差分に基づいて復調テーブルを生成し、送信装置２から送信されたビット列を生成する。そして、復号器３５が送信情報を復元する。復調テーブルは、フレームのナンバー毎に、各フレームの位相、各フレームにおける位相の差分、位相の差分に応じたデータ値を対応づけて有する。
【００４５】
フレームの位相は、位相算出部３３によって算出された各フレームの位相の値を表し、単位はπ／４であり、リーダフレームにおける位相が“０”（初期位相）となる。位相の差分は、各フレームと、その前に送信されたフレームとの位相差を表し、単位はπ／４である。データ値は、位相の差分に応じたビット列であり、図１２の場合はπ／４−ＤＱＰＳＫ方式に基づいて得られるビット列である。復調器３４は、復調テーブルを作成し、最終的に各フレームに対応するデータ値を順に並べることによって、送信されたビット列を生成する。そして、復号器３５が送信情報を復元する。
【００４６】
図１３は、受信装置３の処理の流れを表すフローチャートである。まず、受光部３２が探索時間の間（例えば２ミリ秒の間）露光を行う（ステップＳ１０１）。探索時間とは、リーダフレームを検出するために露光する時間であり、リーダフレームタイムに応じて予め受信装置３に設定される時間である。具体的には、探索時間は、サンプリング定理に基づき、リーダーフレームタイムの半分の時間よりも短く設定される。
【００４７】
次に、位相算出部３３が、受光部３２の全画素３２１について振幅Ｒを算出する（ステップＳ１０２）。次に、位相算出部３３が、各画素３２１の振幅Ｒと閾値とを比較し、輝点画素を検出する（ステップＳ１０３）。輝点画素が検出されない場合（ステップＳ１０３−ＮＯ）、受信装置３は、輝点画素が検出されるまでステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理を繰り返し実行する。
【００４８】
輝点画素が検出された場合（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、位相算出部３３は、処理対象画素の電圧レベルに基づいて強度変調光の位相を算出し、算出された位相の値を初期位相として記憶する（ステップＳ１０４）。そして、受光部３２は復元処理を実行し、送信情報を復元する（ステップＳ１０５）。
【００４９】
図１４は、ビット復元処理の詳細な処理の流れを表すフローチャートである。まず、受光部３２が所定の露光タイム（例えば５０マイクロ秒）の間露光を行う（ステップＳ２０１）。所定の露光タイムが経過すると、位相算出部３３が処理対象画素から電圧レベルの値を読み出す（ステップＳ２０２）。次に、位相算出部３３が読み出された電圧レベルの値に基づいて位相を算出する（ステップＳ２０３）。次に、復調器３４が、新たに算出された位相が前フレームの位相と異なるか否か判定する（ステップＳ２０４）。現在の処理対象となっているフレームの位相と前フレームの位相とが異なる場合（ステップＳ２０４−ＹＥＳ）、復調器３４が、算出された位相、位相の差分、データ値を復調テーブルに記録し（ステップＳ２０５）、読み出しタイムが経過するとステップＳ２０１以降の処理が繰り返し実行される。
【００５０】
一方、現在の処理対象となっているフレームの位相と前フレームの位相とが同じである場合（ステップＳ２０４−ＮＯ）、復調器３４は、ターミナルフレームが受信されたと判定し、復調テーブルに記録されたデータ値をフレーム順に並べることによってビット列を生成し送信情報を復元し（ステップＳ２０６）、ビット列復元処理を終了する。
【００５１】
このように構成された光通信システム１では、強度変調光を用いたデータ通信が可能となる。また、受信装置３では、強度変調光として可視光を用いることにより、可視光を用いたデータ通信が可能となる。また、光通信システム１では、受信装置３の画素３２１に図８及び図９のような構成が採用されているため、受信装置３において低消費電力及び小型化を実現することが可能となる。
【００５２】
＜変形例＞
画素３２１は三つの電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｃによって電荷を蓄積し、位相算出部３３は三つの電圧レベルに基づいて搬送波の振幅Ｒ及び位相θを算出するように構成されても良い。図１５は、三つの電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｃによって電荷を蓄積するように構成された画素３２１の動作を表すタイミングチャートである。図１５において、１周期とは、搬送波を構成する一つの正弦波の周期を表し、６０μ秒である。また、図１５において、画素３２１による露光タイムは１周期分の時間であり、その後の読み出しタイムも１周期分の時間である。
【００５３】
まず、露光が開始される直前に画素３２１は、リセットゲートＲａ〜Ｒｃを開くとともに３つの振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｃを開くことによって、電荷移送領域３２１３及び電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｃをリセットする（充電する）。露光タイムが開始すると、画素３２１はまず振り分けゲートＴｘａを開いて、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ａ（コンデンサＣａ）に蓄える。
【００５４】
次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから１／３周期が経過する前に振り分けゲートＴｘａを閉じ、１／３周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｂを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｂ（コンデンサＣｂ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから２／３周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｂを閉じ、２／３周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｃを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｃ（コンデンサＣｃ）に蓄える。そして、画素３２１は、露光タイムが開始してから１周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｃを閉じ、次のフレームに対する処理に備えてリセット処理を行う。
【００５５】
画素３２１は、こうして１周期分の処理を終えると、読み出しタイムの間に読み出しゲートＴａ〜Ｔｃを開く。レベルシフト・トランジスタＬａ〜ＬｃのゲートにはコンデンサＣａ〜Ｃｃの電圧が加えられているため、読み出しゲートＴａ〜Ｔｃが開かれることに応じて、それぞれのコンデンサの電圧レベルに応じた電流が位相算出部３３に流れる。位相算出部３３は、各読み出しゲートＴａ〜Ｔｃから読み出された電圧レベルに基づいて、搬送波の位相を算出する。
【００５６】
図１６は、画素３２１から読み出された３つの電圧レベルに基づいて搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。図１６に表される波形は搬送波を構成する１周期分の正弦波を表し、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）は、それぞれ画素３２１の電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｃから読み出された電圧レベル、則ち１／３周期毎の搬送波の強度を表す。位相算出部３３は、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）を数３に代入することによって、搬送波の振幅Ｒを算出する。
【００５７】
【数３】
2010199796.tif 000005
【００５８】
そして、位相算出部３３は、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）及び数３で算出されたＲ及びＢの値を数４に代入することによって、搬送波の位相θを算出し、算出された位相を復調器３４へ出力する。
【００５９】
【数４】
2010199796.tif 000006
【００６０】
このように構成された受信装置３によれば、三つの電圧レベルを測定すれば搬送波の振幅及び位相を算出することが可能であるため、画素３２１の電荷蓄積領域３２１２や振り分けゲート等の構成数を減らすことが可能となり、画素３２１の小型化、コスト削減などを実現できる。さらに、四つの電圧レベルを測定する場合に比べて、同じ周期の搬送波に対し露光時間をより長く設定することが可能となるため、振幅及び位相の算出精度を向上させることが可能となる。また、同様の理由により、四つの電圧レベルを測定する場合に比べて、露光時間の長さを維持しつつ搬送波の周波数を高く（周期を短く）することが可能となり、この場合には伝送レートを向上させることが可能となる。さらに、従来に比べて電荷の読み出し回数を減らすことにより消費電力を低減させることが可能となる。例えば、図１０の場合、従来の技術ではＴｘａ〜Ｔｘｄにおいてそれぞれ蓄積された電荷を読み出す場合には４回の読み出し処理が必要であったが、受信装置３では１回の読み出し処理によってそれぞれの電荷を読み出すことができる。
【００６１】
また、上記の説明（特に図１０）では読み出しタイムは１周期分の時間であったが、この時間は複数周期分の時間として設定されても良い。また、搬送波の１周期分の時間は、上述した具体例に限定される必要はなく、どのような長さの時間に設定されても良い。また、搬送波は正弦波とは異なる形状の波（例えば、鋸歯状波、三角波、方形波など）によって構成されても良い。搬送波が鋸歯状波を用いて構成される場合は、位相算出部３３は上述した処理によって位相を算出することができる。さらに、算出された位相の値をより正確な値とするために、位相算出部３３は補正テーブルに基づいて補正するように構成されても良い。図１７は、補正テーブルの具体例を表す図である。この場合、補正テーブルは、鋸歯状波から算出された位相（推定角）毎に正確な位相（補正角）を記憶し、各値は計算などによって算出され予め設定される。また、搬送波が方形波を用いて構成される場合、振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが開いている期間に幅を持たせるように設定される。具体的には、搬送波の１周期において３つの強度が検出される場合には２π／３、４つの強度が検出される場合にはπ／２の時間的な幅が設定される。このように構成されることにより、位相算出部３３は方形波を積分して鋸歯状波として扱い、上記のような処理によって位相を算出することができる。
【００６２】
［第二実施形態］
光通信システム１の第二実施形態は、搬送波の露光タイムが複数周期分設定される点で第一実施形態と異なり、他の構成は第一実施形態と同様である。以下、光通信システム１の第二実施形態について、第一実施形態と異なる点について説明する。
【００６３】
図１８は、第二実施形態における画素３２１の動作を表すタイミングチャートである。図１８において、画素３２１による露光タイムはｍ周期分（ｍは２以上の整数）の時間であり、その後に１周期分の読み出しタイムがある。すなわち、第二実施形態における送信装置２は、（ｍ＋１）周期分の正弦波を用いて１フレームの搬送波を生成し発光する。なお、ｍの値は送信装置２と受信装置３とで予め共有される。
【００６４】
次に、図１８を用いて第二実施形態における画素３２１の動作について説明する。まず、露光が開始される直前に画素３２１は、リセットゲートＲａ〜Ｒｄを開くとともに４つの振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを開いて、電荷移送領域３２１３及び電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄをリセットする（充電する）。露光タイムが開始すると、画素３２１はまず振り分けゲートＴｘａを開いて、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ａ（コンデンサＣａ）に蓄える。
【００６５】
次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから１／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘａを閉じ、１／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｂを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｂ（コンデンサＣｂ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから２／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｂを閉じ、２／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｃを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｃ（コンデンサＣｃ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから３／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｃを閉じ、３／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｄを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｄ（コンデンサＣｄ）に蓄える。そして、画素３２１は、露光タイムが開始してから１周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｄを閉じる。
【００６６】
画素３２１は、こうして１周期分の処理を終えると、次の周期の露光処理を開始し、各振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを１／４周期毎に開いて電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに電荷を繰り返し蓄積する露光処理をｍ回繰り返す。このとき、画素３２１は露光タイムが開始してからｍ周期分の露光が完了するまでリセット処理は行わない。そのため、コンデンサＣａ〜Ｃｄには各周期の処理で受け取る電荷が逐次積分されていく。ｍ周期分の露光タイムが終了すると、読み出しタイムが開始し読み出しゲートＴａ〜Ｔｄが開かれる。レベルシフト・トランジスタＬａ〜ＬｄのゲートにはコンデンサＣａ〜Ｃｄの電圧が加えられているため、それぞれのコンデンサの電圧レベルに応じた電流が位相算出部３３に流れる。位相算出部３３は、各読み出しゲートＴａ〜Ｔｄから読み出された電圧レベルに基づいて、搬送波の振幅及び位相を算出する。
【００６７】
第二実施形態におけるビット列復元処理は、図１４のステップＳ２０１における露光タイムがｍ周期分の長さになる点で第一実施形態と異なるのみであり、他の処理の流れは第一実施形態と同じである。
【００６８】
このように構成された第二実施形態の光通信システム１では、複数周期（ｍ周期）分の露光タイムにおける露光によって蓄積された電荷に基づいて位相算出部３３が搬送波の位相を算出する。そのため、１周期分の露光タイムにおける露光によって蓄積された電荷に基づいて搬送波の位相が算出される場合に比べて、環境光によるノイズ等の影響が軽減され、より信頼性の高い位相の算出が実現される。
【００６９】
また、従来の技術では、複数周期（ｍ周期）分の正弦波を測定対象として位相を算出する場合、ｍ周期分の各電荷蓄積タイミングにおいて蓄積された電荷を露光の都度読み出し、その読み出し結果を積分する必要があった。例えば、数１及び数２を用いてｍ周期分の搬送波の振幅及び位相を算出する場合、１／４周期毎の電荷の読み出し結果を取得するために、各１／４周期のタイミングでｍ回の露光及び読み出し処理を行い、その読み出し結果を積分する必要があった。ところが、電荷を読み出す際にはスイッチングノイズ（読み出しノイズ）が発生してしまう。そのため、ｍ周期分の読み出し結果（ｍ個の読み出し結果）を積分した場合にはｍ回分の読み出しノイズまでもが積分されてしまい、ｍの数の大きさに応じて読み出しノイズの影響が大きくなってしまっていた。
【００７０】
これに対し、第二実施形態の光通信システム１では、ｍ周期分の各電荷蓄積タイミングでは画素３２１が電荷を蓄積するのみであり、ｍ周期分蓄積された電荷が一度だけ読み出される。そのため、ｍ周期分の電荷の積分結果には、１回分の読み出しノイズが発生するのみであり、従来に比べて読み出しノイズの影響を軽減させることが可能となる。さらに、第二実施形態の光通信システム１０ａでは、画素３２１の感度を向上させることが可能となる。
【００７１】
＜変形例＞
第二実施形態は、第一実施形態における変形例と同様に変形して構成されても良い。
【００７２】
［第三実施形態］
光通信システム１の第三実施形態は、搬送波の一つのフレームタイムの間に複数回の露光タイム及び読み出しタイムが設定される点で第二実施形態と異なり、他の構成は第二実施形態と同様である。以下、光通信システム１の第三実施形態について、第二実施形態と異なる点について説明する。
【００７３】
図１９は、第三実施形態における画素３２１の動作を表すタイミングチャートである。図１９において、画素３２１による露光タイムはｍ周期分（ｍは２以上の整数）の時間であり、その後に１周期分の読み出しタイムがある。以下、一組の露光タイム及び読み出しタイムを、１ｉｎｄｅｘという単位で表す。第三実施形態では、一つのフレーム内に、“ｎ”ｉｎｄｅｘが設定される。すなわち、第三実施形態における送信装置２は｛（ｍ＋１）×ｎ｝周期分の正弦波を用いて１フレームの搬送波を生成し、第三実施形態における受信装置３は１フレームの搬送波に対して“ｎ”ｉｎｄｅｘ分（ｎ回）の露光処理及び読み出し処理を行う。
【００７４】
次に、図１９を用いて第三実施形態における画素３２１の動作について説明する。まず、露光が開始される直前に画素３２１は、リセットゲートＲａ〜Ｒｄを開くとともに４つの振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを開いて、電荷移送領域３２１３及び電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄをリセットする（充電する）。露光タイムが開始すると、画素３２１はまず振り分けゲートＴｘａを開いて、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ａ（コンデンサＣａ）に蓄える。
【００７５】
次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから１／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘａを閉じ、１／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｂを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｂ（コンデンサＣｂ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから２／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｂを閉じ、２／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｃを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｃ（コンデンサＣｃ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから３／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｃを閉じ、３／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｄを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｄ（コンデンサＣｄ）に蓄える。そして、画素３２１は、露光タイムが開始してから１周期が経過する前に振り分けゲートＴｘｄを閉じる。
【００７６】
画素３２１は、こうして１周期分の処理を終えると、次の周期の露光処理を開始し、各振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを１／４周期毎に開いて電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに電荷を繰り返し蓄積する露光処理をｍ回繰り返す。このとき、画素３２１は露光タイムが開始してからｍ周期分の露光が完了するまでリセット処理は行わない。そのため、コンデンサＣａ〜Ｃｄには各周期の処理で受け取る電荷が逐次積分されていく。ｍ周期分の露光タイムが終了すると、読み出しタイムが開始し読み出しゲートＴａ〜Ｔｄが開かれる。レベルシフト・トランジスタＬａ〜ＬｄのゲートにはコンデンサＣａ〜Ｃｄの電圧が加えられているため、それぞれのコンデンサの電圧レベルに応じた電流が位相算出部３３に流れる。位相算出部３３は、各読み出しゲートＴａ〜Ｔｄから読み出された電圧レベルに基づいて、搬送波の振幅及び位相を算出する。そして、画素３２１及び位相算出部３３は、以上の処理を各フレームに対してｎ回繰り返し実行し、各フレームについてｎ個の位相を算出する。
【００７７】
図２０は、第三実施形態の復調器３４によって生成される復調テーブルの具体例を表す図である。図２０の場合、一つのフレームに含まれるｉｎｄｅｘの数ｎは“３”である。第三実施形態における復調テーブルは、フレームのナンバー毎に、ｉｎｄｅｘの累積値、各ｉｎｄｅｘにおいて算出された位相、各フレームの代表位相、各フレームにおける位相の差分、位相の差分に応じたデータ値を対応づけて有する。
【００７８】
各フレームの代表位相は、各フレームにおいて算出されたｎ個の位相のうち多数決によって復調器３４により決定される。すなわち、復調器３４は、同一フレーム内の各ｉｎｄｅｘで算出された位相の値を比較し、最も多く算出された値を代表位相として決定する。例えば、図２０の第１フレームでは、算出された位相は“０”、“１”、“１”であり、“１”が最も多く算出された値であるため、代表位相が“１”となる。
【００７９】
位相の差分は、各フレームの代表位相と、その前に送信されたフレームの代表位相との位相差を表す。データ値は、位相の差分に応じたビット列であり、図２０の場合はπ／４−ＤＱＰＳＫ方式に基づいて得られるビット列である。復調器３４は、復調テーブルを作成し、最終的に各フレームに対応するデータ値を順に並べることによって、送信されたビット列を生成する。そして、復号器３５が生成されたビット列に対し復号処理を行うことによって送信情報を復元する。
【００８０】
図２１は、第三実施形態におけるビット復元処理の詳細な処理の流れを表すフローチャートである。まず、復調器３４がカウンタｘに１を代入することによってカウンタｘを初期化する（ステップＳ３０１）。次に、受光部３２が所定の露光タイムの間露光を行う（ステップＳ３０２）。所定の露光タイムが経過すると、位相算出部３３が処理対象画素から電圧レベルの値を読み出す（ステップＳ３０３）。次に、位相算出部３３が電圧レベルの値に基づいて位相を算出し（ステップＳ３０４）、復調器３４が算出された位相を復調テーブルの対応するｉｎｄｅｘの欄に記録する（ステップＳ３０５）。
【００８１】
次に、復調器３４は、カウンタｘの値が１フレームに含まれるｉｎｄｅｘの数（ｎ）以上であるか否か判定する（ステップＳ３０６）。カウンタｘの値がｎ未満である場合（ステップＳ３０６−ＮＯ）、ステップＳ３０２の処理に戻りステップＳ３０７までの処理が繰り返し実行される。
【００８２】
一方、カウンタｘの値がｎ以上である場合（ステップＳ３０６−ＹＥＳ）、復調器３４が代表位相を決定し、代表位相及び位相の差分を復調テーブルに記録する（ステップＳ３０８）。そして、復調器３４が、現在の処理対象となっているフレームの代表位相が前フレームの代表位相と異なるか否か判定する（ステップＳ３０９）。現在の処理対象となっているフレームの代表位相と前フレームの代表位相とが異なる場合（ステップＳ３０９−ＹＥＳ）、復調器３４が、位相の差分に応じたデータ値を復調テーブルに記録し（ステップＳ３１０）、読み出しタイムが経過するとステップＳ３０１以降の処理が繰り返し実行される。
【００８３】
一方、現在の処理対象となっているフレームの代表位相と前フレームの代表位相とが同じである場合（ステップＳ３０９−ＮＯ）、復調器３４は、ターミナルフレームが受信されたと判定し、復調テーブルに記録されたデータ値をフレーム順に並べることによってビット列を生成し送信情報を復元し（ステップＳ３１１）、ビット列復元処理を終了する。
【００８４】
このように構成された第三実施形態の光通信システム１では、受信装置３は、一つのフレームの位相（代表位相）を算出する際に、複数回の露光処理及び読み出し処理を行うことによって複数のタイミングにおける位相を算出し、その結果に基づいて多数決によって代表位相を決定する。そのため、各フレームの代表位相の算出精度を向上させることが可能となる。
【００８５】
図２２は、第三実施形態の光通信システム１による効果を説明するための図である。図２２において、符号Ｆによって示される太い矢印は一つのフレームのフレームタイムを表し、上向きの各矢印は受光部３２による１／４周期毎の各電荷蓄積タイミングを表す。図２２Ａは、一つのフレームに含まれるｉｎｄｅｘの数が１であり、一度算出された位相の値が代表位相の値となる場合の例を表す。図２２Ａのように位相を算出する回数が１回であるように構成されると、フレームタイムの開始タイミングと露光タイムの開始タイミングとがずれている場合に、露光タイムが終了する前に次のフレームの搬送波を受光してしまう可能性が有る。この場合、次のフレームの搬送波を受光して得られた電荷も蓄積領域３２１２ａ〜３２１２に蓄積され、次のフレームの搬送波の影響を受けた電圧レベルに基づいて位相が算出されてしまう。そのため、位相の算出精度が低下してしまうおそれがある。
【００８６】
図２２Ｂは、第三実施形態の受信装置３の動作を表す図であり、一つのフレームに含まれるｉｎｄｅｘ数が３であり、３回位相が算出され、多数決によって代表位相が決定される場合の例を表す。図２２Ｂのように位相を算出する回数が複数回（３回以上）であるように構成されると、フレームタイムの開始タイミングと露光タイムの開始タイミングとがずれているとしても、少なくとも何回か（図２２Ｂの場合は２回）は、次のフレームの搬送波の影響を受けていない電圧レベルに基づいて位相を算出することが可能である。そして、図２２Ｂのように位相をｉｎｄｅｘ数が３以上であれば、次のフレームの搬送波の影響を受けずに位相が算出される回数は、次のフレームの搬送波の影響を受けて位相が算出される回数よりも多くなる。そのため、第三実施形態の受信装置３のように多数決によって代表位相を決定することによって、次のフレームの搬送波の影響を受けていない電圧レベルに基づいて算出された位相が代表位相として決定される。したがって、第三実施形態では、上述したように各フレームの代表位相の算出精度を向上させ、正確な復調を行うことが可能となる。
＜変形例＞
第三実施形態は、第一実施形態における変形例と同様に変形して構成されても良い。
【００８７】
［第四実施形態］
光通信システム１の第四実施形態は、画素３２１がドレイン領域を備える点で第二実施形態と異なり、他の構成は第二実施形態と同様である。以下、光通信システム１の第四実施形態について、第二実施形態と異なる点について説明する。
【００８８】
図２３は、第四実施形態における受光部３２に用いられる画素３２１の構成を表す図である。第四実施形態における画素３２１は、第一実施形態〜第三実施形態における画素３２１（図８）の構成に加えてさらにドレインゲート３２１６及びドレイン領域３２１７を備える。
【００８９】
図２４は、第四実施形態における画素３２１の動作を表すタイミングチャートである。図２４において、画素３２１による露光タイムはｍ周期分（ｍは２以上の整数）の時間であり、その後に１周期分の読み出しタイムがある。
【００９０】
第四実施形態における画素３２１では、各振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが閉じてから次の振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが開くまでの間、ドレインゲート３２１６が開く。ドレインゲート３２１６が開くと、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷は電荷移送領域３２１３及びドレインゲート３２１６を介してドレイン領域３２１７へ移動する。そして、ドレイン領域３２１７に移動した電荷は破棄される。
【００９１】
このように構成された第四実施形態の受光部３２によれば、ある振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが閉じてから次の振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが開くまでの間に生成された電荷がドレイン領域３２１７によって破棄される。そのため、振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが開いたときに、前の振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄが閉じてから生成された電荷が電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに移動することを防止し、各電荷蓄積タイミングにおいて蓄積する電荷の量を正確にし、位相の算出精度を向上させることが可能となる。
＜変形例＞
第四実施形態は、第一実施形態における変形例と同様に変形して構成されても良い。また、第四実施形態におけるドレインゲート３２１６及びドレイン領域３２１７は、第一実施形態や第三実施形態における画素３２１に設けられても良い。
【００９２】
［第五実施形態］
光通信システム１の第五実施形態は、受光部３２が、複数の垂直走査回路３２２（３２２ａ及び３２２ｂ）、複数の水平走査回路３２３（３２３ａ及び３２３ｂ）、複数の読み出し回路３２４（３２４ａ及び３２４ｂ）を備える点で第三実施形態における受光部３２と異なり、他の構成は第三実施形態と同様である。以下、光通信システム１の第五実施形態について、第三実施形態と異なる点について説明する。
【００９３】
図２５は、第五実施形態における受光部３２の構成の概略を表す概略図である。第五実施形態における受光部３２は、垂直走査回路３２２ａ、水平走査回路３２３ａ、読み出し回路３２４ａに接続される複数の画素３２１ａと、垂直走査回路３２２ｂ、水平走査回路３２３ｂ、読み出し回路３２４ｂに接続される複数の画素３２１ｂと、を備える。
【００９４】
図２６は、第五実施形態における画素３２１ａ及び画素３２１ｂの動作を表すタイミングチャートである。画素３２１ａと画素３２１ｂとは、それぞれ交互に露光処理及び読み出し処理を行い、画素３２１ａが露光処理を行っている際には画素３２１ｂが読み出し処理を行い、画素３２１ａが読み出し処理を行っている際には画素３２１ｂが露光処理を行う。
【００９５】
このように構成された第五実施形態では、画素３２１ａが読み出し処理を行っている際には画素３２１ｂが露光処理を行うため、搬送波のフレームタイムにおいて読み出しタイムを設ける必要が無い。則ち、フレームタイムは露光タイムの和に一致させることが可能となり、フレームタイムを短縮させることが可能となる。
＜変形例＞
第五実施形態は、第一実施形態における変形例と同様に変形して構成されても良い。
【００９６】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１…光通信システム，  ２…送信装置，  ２１…符号器，  ２２…変調器，  ２３…発光器，  ３…受信装置，  ３１…レンズ，  ３２…受光部，  ３３…位相算出部，  ３４…復調器（復調部），  ３５…復号器，  ３２１…画素，  ３２２…垂直走査回路，  ３２３…水平走査回路，  ３２４…読み出し回路，  ３２１１ａ〜３２１１ｄ…微小変換部（光電変換部），  ３２１２ａ〜３２１２ｄ…電荷蓄積領域（電荷蓄積部），  ３２１３…電荷移送領域，  ３２１４ａ〜３２１４ｄ…読み出し電極，  ３２１５ａ〜３２１５ｄ…リセット電極（リセット部），  Ｔｘａ〜Ｔｘｄ…振り分けゲート，  Ｒａ〜Ｒｄ…リセットゲート，  ３２１６…ドレインゲート，  ３２１７…ドレイン領域（ドレイン部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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