(57)【要約】【課題】  空間伝送光通信において、信号光と雑音光が混在する場合、光学的、電気的フィルタを使用することなく、雑音の消去が可能の差動検出機を提供する。【解決手段】  本発明の差動検出機１は、等しい応答度を持ったフォトダイオード（ＰＤ） ２個と可変抵抗器２個と １個の差動増幅機２で構成されている。２個のＰＤにおける信号光と雑音光の結合効率は、それぞれの物理的差異によって、差異が生ずる。本発明は、この結合効率の差異を利用する方式に注目したものであって、２個のＰＤで受光した雑音光の信号に対する結合効率の比を２個の可変抵抗器の調整値の比と等価であるようにして雑音光の影響を削減した。ＰＤを１個のみを使用した場合の信号対雑音比と、ＰＤを２個使用した場合の信号対雑音比と、の差をΔSNRとすると、ΔSNRはβ/α及び雑音光の結合比C21/C22によって変わり、β/α＝C21/C22において最大値となる。【選択図】図２
2006108957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と雑音光とを受光し電気信号に変換する第１の受光素子及び
前記受光素子の出力端子に接続する可変抵抗器よりなる第１の負荷抵抗器と、
前記第１の受光素子と同一の応答度を有し、前記信号光と前記雑音光とを受光し、電気信号に変換する第２の受光素子及び前記受光素子の出力端子に接続する可変抵抗器よりなり、前記第１の負荷抵抗器と同一の抵抗値を有する第２の負荷抵抗器と、
前記第１及び第２の負荷抵抗器より得られる出力信号を減算する差動増幅器と、
よりなる差動検出器において、
前記雑音光に対する第１の受光素子の結合効率と、
前記雑音光に対する第２の受光素子の結合効率と、の比を、
前記出力信号の比の逆数と等しくすることによって、
雑音光の成分を削減した出力信号電圧を得ることを特徴とする空間伝送光通信における差動検出器。
【請求項２】
前記結合効率は、前記受光素子の出力端子における電圧と、前記電圧をうるに要する光入力と受光素子の応答度と受光素子に接続している負荷抵抗器の抵抗値との積と、の比である請求項１に記載の空間伝送光通信における差動検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間伝送光通信における雑音光削減装置に係わるものであり、雑音光の成分を削減した出力信号電圧を得るための差動検出機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間伝送光通信は、自由空間を送信媒体として利用するので日の光、蛍光燈、白熱燈のような周辺の雑音光の影響をうける。このような雑音光の影響を削減するために、外乱光を遮蔽するための遮蔽器を使用する手法、光軸を調整して信号光対雑音光比の改善を図る手法、光学的フィルタを使って雑音光成分を取り除く手法又はそれらの手法の組み合わせた光学的な手法が使われたり、受光素子と検出器の後段に電気的フィルタを用いて雑音成分を取り除く電気的な方法が使われている。
【０００３】
さらに、雑音対策として、複数の受光素子を用い、差動増幅器又は差動回路を利用して雑音を削減する方式が見受けられる（特願２０００−１５１５０９公報）。複数の受光素子が、複数の信号光に対応することが条件となっているので、汎用的でなく、光ネットワーク・レイアウトを構築する際わずらわしい。
また、逆極性電圧がかけられている一対の光感知器と差動回路を利用して、共通ノイズを減少する方法が提案されているが（特願２００１−２０３６４０公報）、雑音光が信号光と混在する場合には対応していない。  
【０００４】
また、ノイズと相関関係にある別のノイズをフィルタリングし、変化するノイズに応じてフィルタ係数を変化させて、ノイズをキャンセルする方式が提案されている（特許第３０４９３０７号）。この方式で採用されている２個の受光部のうち１個は、ノイズと相関関係にある別のノイズに対応する外乱光のみ入射するように、構成することが条件になっている。
【０００５】
【特許文献１】特願２０００−１５１５０９公報
【特許文献２】特願２００１−２０３６４０公報
【特許文献３】特許第３０４９３０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、かかる諸問題に鑑み発明されたものであり、空間伝送光通信において、信号光と類似の性質を持った雑音光が混在する場合、一般には、雑音光の影響の削減は困難であるが、光学的手法や、電気的フィルタを使用することなく、雑音光の影響の削減が可能の差動検出機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機は、等しい特性を有する２個のフォトダイオードと 等しい抵抗値を有する２個の負荷抵抗器 と１個の差動増幅機で構成されている。２個のフォトダイオードにおける信号光と雑音光の結合効率は、それぞれの物理的差異によって、差異が生ずる。本発明は、この結合効率の差異を利用する方式に注目したものであって、２個のフォトダイオードで受光し、光電変換したそれぞれの信号を差動増幅して雑音光の影響を削減しようとするものである。
【０００８】
詳しくは、信号光及び雑音光を受光し電気信号に変換する第１の受光素子及び前記受光素子の出力端子に接続する可変抵抗器よりなる第１の負荷抵抗器と、
前記信号光及び前記雑音光を受光し、電気信号に変換し、前記第１の受光素子と同一の応答度を有する第２の受光素子及び前記受光素子の出力端子に接続する可変抵抗器よりなり、前記第１の負荷抵抗器と同一の抵抗値を有する第２の負荷抵抗器と、
前記第１及び第２の負荷抵抗器より得られる出力信号を減算する差動増幅器と、
よりなる差動検出器において、
前記雑音光に対する第１の受光素子の結合効率と、前記雑音光に対する第２の受光素子の結合効率と、の比を、前記出力信号の比の逆数と等しくすることによって、空間伝送光通信における雑音信号を削減することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機は、単純な構造であり、フォトダイオードが、信号光と類似の波長を含む雑音光を、信号光と隣接したチャンネルとして同時に受光した場合、隣接したチャンネルの雑音光の混信なしに信号光の信号のみ検出できる。また、互いに異なる信号光が混在している場合でも、それぞれの信号成分のみを分離することが出来るという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機は、等しい特性を有する２個のフォトダイオードと等しい抵抗値を有する２個の負荷抵抗器と１個の差動増幅器よりなる。空間伝送光通信において、信号光と雑音光が混在して同時に受光される場合に雑音成分を消去して信号成分のみ検出する機能を持つ。
【００１１】
本明細書に記載の結合効率とは、受光素子の出力端子における電圧と、前記電圧をうるに要する光入力と受光素子の応答度と受光素子に接続している負荷抵抗器の抵抗値との積と、の比を数値化したものである。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機の概略を示す構成図である。
図１において、空間伝送光通信機能の説明上、LED１３を信号光源とし、 LED２４を雑音光源とする。本発明に係る差動検出機１は、２個のフォトダイオードもしくはトランジスタ光検出器PD１５、PD２６と２個の負荷抵抗器RL1７、RL2８と１個の差動増幅器２とよりなる。差動増幅器２は、差動回路と増幅回路よりなる。PD１５、PD２６は等しい応答度を有し、LED１３からの信号光出力P１と、LED２４からの雑音光出力P2とを受光する。これらの光出力P１、P2は、図１に示すように、PD１５及びPD２６において、混在し、 PD１５及びPD２６には、信号光と雑音光が照射されている。前記負荷抵抗器は、等しい抵抗値を有する可変抵抗器であって、調整軸と出力端子を有し、前記調整軸の回転により前記出力端子における抵抗値を所定の調整値に設定できる。
【００１３】
図２は、本発明に係る差動検出機１の機能ブロック図である。
LED１３からPD１５への結合効率をC11、 LED１３からPD２６への結合効率をC12、LED２４から PD１５への結合効率をC21、LED２４からPD２６への結合効率をC22とする。
PD１５の応答度をρ1、 PD２６の応答度をρ2とし、負荷抵抗をRL1７、RL2８とする。差動増幅器２のゲインをＧとする。α及びβは、それぞれRL1７及びRL2８の調整値を表す。
【００１４】
PD１５が、LED１３からの信号光出力P１を受光した場合、PD１５の出力電圧ｖpd1は、数式１によって表すことが出来る。
（数１）
2006108957.tif 000003
【００１５】
図１によって明らかなように、PD１５は、LED１３からの信号光出力P１のみならずLED２４からの雑音光出力P2を受光しているので、PD１５の出力電圧ｖpd1は、数式２のように書き改めることが出来る。
（数２）  
2006108957.tif 000004
ここで、ｖpd1(sig)は、PD１５の 出力電圧ｖpd1の信号成分であり、
ｖpd1(sig)＝P1C11ρ1RL１
と表すことが出来る。ｖpd1(nos) は、PD１５の 出力電圧ｖpd1の雑音成分であり、
ｖpd1(nos)＝P2C21ρ1RL１
と表すことが出来る。
【００１６】
同様に、PD２６の出力電圧ｖpd2は、数式３によって表すことが出来る。
（数３）
2006108957.tif 000005
【００１７】
PD１５の出力電圧ｖpd1における信号成分対雑音成分比をSNRpd1とすると、SNRpd1は数式４によって表すことが出来る。
（数４）
2006108957.tif 000006
第２の受光素子PD２６は第１の受光素子PD１５と同一の特性を有するものを選択するので、応答度は等しく、ρ1＝ρ2＝ρとおくことが出来、受光素子PD１５の出力端子に接続する第１の負荷抵抗器RL1７は、PD２６の出力端子に接続する第２の負荷抵抗器RL2８と同一の抵抗値であるので、RL1＝RL2＝RLとおくことが出来る。
【００１８】
α及びβを、それぞれRL1７及びRL2８の調整値を示すものとすると、図２において、PD１５の出力電圧ｖpd1 の一部（αｖpd1 ）は差動増幅器２の＋端子に入力され、PD２６の出力電圧ｖpd2 の一部（βｖpd2）は差動増幅器２の−端子に入力される。差動増幅器２の出力電圧をｖ0とすると、ｖ0は数式５によって表すことが出来る。
（数５）
2006108957.tif 000007
ここで、ｖ0(sig)は、差動増幅器２の 出力電圧ｖ0の信号成分であり、
ｖ0(sig)＝P1（αC11−βC12）ρRLG
と表すことが出来、ｖ0(nos)は、差動増幅器２の 出力電圧ｖ0の雑音成分であり、
ｖ0(nos)＝P2（αC21−βC22）ρRLG
と表すことが出来る。
【００１９】
差動増幅器２の 出力端における出力電圧の信号成分対雑音成分比をSNR0とすると、SNR0は数式６によって表すことが出来る。
（数６）
2006108957.tif 000008
【００２０】
PD１５のみを使用した場合の差動増幅器２の 出力端における出力電圧の信号成分対雑音成分比SNRpd1と、 PD１５及びPD２６を使用した場合の差動増幅器２の 出力端における出力電圧の信号成分対雑音成分比SNR0と、の差をΔSNRとすると、ΔSNRは数式７によって表すことが出来る。数式７によって明らかなように、ΔSNRはβ/α及び雑音光の結合比C21/C22によって変わり、β/α＝C21/C22において最大値となる。
（数７）
2006108957.tif 000009
【００２１】
図３は、ΔSNRがβ/αによって変化する模様を示した。C12/C11＝0.5とした。曲線(a)(b)(c)は、C21/C22がそれぞれ0.5、1.0、1.5とした時の計算値を示している。横軸は、２個の負荷抵抗器の調整値の比、縦軸は、ΔSNRをdbで示す。図３からわかるように、
β/α＝0.5、C21/C22＝0.5
β/α＝1.0、C21/C22＝1.0
β/α＝1.5、C21/C22＝1.5
において、ΔSNRは理論的には無限大となり、雑音光の削減が最大となる。
【００２２】
実験に使われた、部品、常数などは次の通りである。 LED１３、 LED２４は、GaAsで波長が８３０nm、出力３０W、発光ビーム幅は、約１０度、PD１５、PD２６との距離を１mにした。PD１５、PD２６は、Si-PINで、応答度は０．５A/W、PD１５、PD２６の光軸は平行であり、間隔は５cmにセットした。負荷抵抗器RL1７、RL2８の抵抗値は、１KΩである。この状態では、C21/C22＝1.0であり、前記曲線の(b)にあたる。実験値は、最大値を示すものの約２０db程度であった。
【００２３】
C21/C22＝1.0は、雑音光の強さが PD１５とPD２６の位置で同じ大きさを持つことを意味する。 PD１５とPD２６の間隔は数cmであり、光源からの距離に較べて小さいので、PD１５とPD２６に対する雑音光の入力の強度は均一であると考えられるからである。これは、通常の室内における照明光がある場合に相当する。本発明の差動検出機を用いれば、明るい室内においても、光通信が可能となる。電気的、光学的フィルタでは、雑音を消去出来ない場合でも、効果的である。光経路上に障害物が存在するような場合でも、この技術は、効果的である。
【００２４】
前節までは、LED２４からの光出力P2を雑音として扱ったが、LED２４からの光出力P2を、LED１３からの信号光出力P１に隣接する信号光として考えると、本発明に係る差動検出機を、空間伝送光通信において、信号光と隣接する信号光とが混合している信号光を同時に受光する場合に適用すると、隣接する信号光成分を消去して信号成分のみ検出することが出来る。同様に、信号光成分を消去して隣接する信号光成分のみ検出することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る差動検出機の原理を応用すれば、複数チャンネルが介在する環境下において、混信なしに信号光の信号成分のみ検出できるばかりでなく、特定のチャンネルの信号成分を分離することも可能である。
【００２６】
本発明に係る差動検出機は、雑音光の影響を抑制することが出来るので、この技術は、空間伝送光通信における中継器に利用することが出来る。また、この技術は、電子機器内部のボード内又はボード間の光連結に応用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機の実施例の概略を示す構成図である。
【図２】本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機の機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る空間伝送光通信における差動検出機のΔSNRの改善の模様を示す線図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  差動検出機
２  差動増幅器
３  LED１  送信光源（信号光）
４  LED２  送信光源（雑音光）
５  PD１  受光素子
６  PD２  受光素子
７  RL1  負荷抵抗器
８  RL2  負荷抵抗器
P１、P2  光出力
C11、C12、C21、C22  結合効率
ρ1、ρ2  応答度
α、β  RL1及びRL2の調整値
G  ゲイン
【図１】
2006108957.tif 000010
【図２】
2006108957.tif 000011
【図３】
2006108957.tif 000012