(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送すべきデータを多値符号化し、多値符号化されたデータを伝送する光伝送システムであって、
前記伝送すべきデータを、各々の差分が前記伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値符号及び第２の多値符号へと変換する駆動部と、
前記第１の多値符号に対応する強度の第１の多値光信号を出力する第１の発光部と、
前記第２の多値符号に対応する強度の第２の多値光信号を出力する第２の発光部と、を含む光送信装置と、
前記第１の多値光信号を受光し、前記第１の多値光信号を第１の電気信号へと変換する第１の受光部と、
前記第２の多値光信号を受光し、前記第２の多値光信号を第２の電気信号へと変換する第２の受光部と、
前記第１及び第２の電気信号の差分に予め割り当てられたデータを復号する復号部と、を含む光受信装置とを備える、光伝送システム。
【請求項２】
前記第１の発光部は、Ｍ値の発光強度レベルで、前記第１の多値信号を強度変調し、
前記第２の発光部は、Ｎ値の発光強度レベルで、前記第２の多値信号を強度変調し、
前記復号部は、前記第１の電気信号の振幅と前記第２の電気信号の振幅との差分を検出し、
Ｍは３以上の整数であり、Ｎは３以上の整数であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記第１の多値符号は、１つの符号がＭ個の値をとるＭ値符号であり、
前記Ｍ個の値は、Ｍ個の値から選択された２個の差分が、任意の２個の値の組み合わせ毎に相違するように設定されることを特徴とする、請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記第２の多値符号は、１つの符号がＮ個の値をとるＮ値符号であり、
前記Ｎ個の値は、Ｎ個の値から選択された２個の差分が、任意の２個の値の組み合わせ毎に相違するように設定されることを特徴とする、請求項３に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記第１の多値符号は、１つの符号がＭ個の値をとるＭ値符号であり、
前記第２の多値符号は、１つの符号がＮ個の値をとるＮ値符号であり、
前記Ｍ個の値及び前記Ｎ個の値は、前記Ｍ個の値から選択された１つの正の値と、前記Ｎ個の値から選択された１つの正の値との差分が一意となるように設定されることを特徴とする、請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記第１の多値光信号と前記第２の多値光信号とは、多重化されており、
前記受信装置は、前記第１の多値光信号と前記第２の多値光信号とを互いに分離する分離部を更に含む、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項７】
前記第１の発光部は、第１の波長の光を出射し、
前記第２の発光部は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射し、
前記分離部は、
前記第１の受光部を覆うように配置され、前記第１の波長の光が透過する第１の波長フィルタと、
前記第２の受光部を覆うように配置され、前記第２の波長の光が透過する第２の波長フィルタとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の光伝送システム。
【請求項８】
前記第１の波長及び前記第２の波長の少なくとも一方は、可視光領域に含まれることを特徴とする、請求項７に記載の光伝送システム。
【請求項９】
前記第１の発光部は、第１の偏光面を有する光を出射し、
前記第２の発光部は、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する光を出射し、
前記分離部は、
前記第１の受光部を覆うように配置され、前記第１の偏光面を有する光が透過する第１の偏光フィルタと、
前記第２の受光部を覆うように配置され、前記第２の偏光面を有する光が透過する第２の偏光フィルタとを含むことを特徴とする、請求項６の記載の光伝送システム。
【請求項１０】
前記第１の発光部及び前記第２の発光部の各々は、半導体レーザ及び発光ダイオードのいずれかを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項１１】
前記駆動部は、前記第１の発光部と前記第２の発光部とをそれぞれ異なる変調速度で駆動することを特徴とする、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項１２】
伝送すべきデータを多値符号化し、多値符号化されたデータを送信する光送信装置であって、
前記伝送すべきデータを、各々の差分が前記伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値符号及び第２の多値符号へと変換する駆動部と、
前記第１の多値符号に対応する強度の第１の多値光信号を出力する第１の発光部と、
前記第２の多値符号に対応する強度の第２の多値光信号を出力する第２の発光部とを備える、光送信装置。
【請求項１３】
伝送すべきデータを、各々の差分が前記伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値光信号及び第２の多値光信号を受信する光受信装置であって、
前記第１の多値光信号を受光し、前記第１の多値光信号を第１の電気信号へと変換する第１の受光部と、
前記第２の多値光信号を受光し、前記第２の多値光信号を第２の電気信号へと変換する第２の受光部と、
前記第１の電気信号と第２の電気信号との差分に予め割り当てられたデータを復号する復号部とを備える、光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システム、光送信装置及び光受信装置に関する。より特定的には、本発明は、伝送すべきデータを多値符号化し、多値符号化されたデータを伝送する光伝送システムと、当該システムを構成する光送信装置及び光受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野においては、伝送速度を高速化する技術として、伝送データを時間軸に沿って多重化するＴＤＭ（時分割多重）や、波長軸に沿って多重化するＷＤＭ（波長分割多重）が一般に知られている。
【０００３】
また、周波数利用効率を高め、かつ、伝送速度の高速化を実現する技術として、振幅や位相を多値符号化し、多値符号化された信号を伝送する多値光伝送が知られている。特に、光源から出射される光の強度を変調することによって、送信信号の振幅レベルに多値符号を割り当てる方式は、位相に多値符号を割り当てる方式と比べて、送信装置及び受信装置の構成を簡易にすることができる点で利点がある。
【０００４】
従来、振幅レベルに多値符号を割り当てる方法として、単一の発光素子を使用する方式（例えば、特許文献１参照）と、複数の発光素子を使用する方式（例えば、特許文献２参照）とが知られている。以下、両方の方式について簡単に説明する。
【０００５】
図１１は、単一の発光素子を用いる多値光信号伝送方式を説明するための図である。
【０００６】
図１１を参照して、送受信回路７６０は、Ｄ／Ａ変換回路７００と、発光素子７１０と、光ファイバ７２０と、受光素子７３０と、増幅器７４０と、Ａ／Ｄ変換回路７５０とを備える。
【０００７】
まず、送信側において、Ｄ／Ａ変換回路７００は、複数チャンネルから入力されるデジタル信号の組み合わせを、多値の論理レベルに変換し、変換された論理レベルに応じたアナログ信号を生成する。発光素子７１０は、Ｄ／Ａ変換回路７００から出力されるアナログ信号を受け取り、受け取ったアナログ信号を電気光変換する。発光素子７１０は、電気光変換によって得られた光信号を光ファイバ７２０に出射する。
【０００８】
次に、受信側において、受光素子７３０は、光ファイバ７２０から出射される光信号を受け取り、受け取った光信号の強度に応じた電気信号を生成する。増幅器７４０は、受光素子７３０から出力される電気信号を増幅し、増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換回路７５０へと出力する。Ａ／Ｄ変換回路７５０は、増幅器７４０から出力された電気信号をデジタル信号へとＡ／Ｄ変換し、複数のデジタル信号を復元する。
【０００９】
図１２は、複数の発光素子を用いる多値光信号伝送方式を説明するための図である。
【００１０】
図１２を参照して、光伝送装置８６０は、４つのチャンネルから２値信号を受け取る駆動回路８００と、当該４つのチャンネルの各々に割り当てられる発光素子８１１〜８１４とを備える。
【００１１】
駆動回路８００は、受け取った２値信号の各々に対応して、発光素子８１１〜８１４の各々が点灯または消灯するように、発光素子８１１〜８１４を別個に駆動する。また、駆動回路８００は、各々の発光強度が互いに異なるように発光素子８１１〜８１４を駆動する。したがって、光伝送装置８６０は、発光素子８１１〜８１４の各々の点灯及び消灯の１６種類の組み合わせに対応して、光強度が互いに異なる１６種類の多値光信号を出力することができる。
【特許文献１】特開平８−７９１８６号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来の多値光信号伝送技術には、それぞれ、次のような問題がある。
【００１３】
第１に、多値光信号を生成するために単一の発光素子が使用される場合、現実に設定することができる多値レベルの数が限られるため、伝送速度の高速化には限界がある。以下、多値レベルの設計方法について詳細に説明する。
【００１４】
図１３は、半導体レーザの電流−光強度特性を示す図である。
【００１５】
半導体レーザの出力光強度は、図１３に示されるように、供給される電流量がある値以下である領域Ａにおいては線形であるが、供給される電流量がある値を超える領域Ｂにおいては非線形である。半導体レーザの出力光強度が領域Ｂにおいて非線形性を示す理由は、領域Ｂにおいて半導体レーザの出力が飽和するためである。
【００１６】
そこで、第１条件として、発光素子に供給される電気信号の波形変化に追従して、光信号の強度を変化させるために、領域Ａにおける最大の光強度Ｐ５より小さい範囲で複数の光強度レベルＰ０〜Ｐ４を設定する必要がある。
【００１７】
更に、第２条件として、光受信装置の特性を考慮する必要がある。一般に、光受信装置が受光する光信号強度が増加するにつれて、光受信装置内で発生する雑音も大きくなる。そこで、光信号に対する雑音の影響を低減し、かつ、光信号レベルの識別を容易にするため、光信号の強度が高くなるにつれて、隣接する２つのレベルの差が大きくなるようにレベル設計を行うことが好ましい。例えば、図１３に示されるように、出力光強度Ｐ０〜Ｐ５が次の不等式の関係を満たすようにレベルが設計される。
Ｐ５−Ｐ４＞Ｐ４−Ｐ３＞・・・＞Ｐ１−Ｐ０
【００１８】
しかしながら、仮に、上記の第１条件及び第２条件を満たすようにレベル設計が行われたとしても、線形性が確保される光強度の範囲のうち（図１３の領域Ａ）、光出力強度が低い範囲に複数の多値レベルが集中する。
【００１９】
発光素子が半導体レーザやＬＥＤである場合、発光素子に供給されるバイアス電流が小さくなるにつれて、周波数帯域が狭帯域化するため、低バイアス電流で発光素子が駆動される場合には、光源の周波数帯域が入力信号の周波数帯域に比べて不足する。その結果、波形歪み（アイ閉塞）に起因する多値レベル間の干渉が生じ、伝送品質の劣化に繋がる。
【００２０】
それ故、多値光信号の生成が単一の発光素子によってなされる場合、光出力強度が線形を示す範囲に設定することが可能なレベルの数は、実際には限られてしまう。
【００２１】
第２に、多値光信号を生成するために複数の発光素子が用いられる場合には、同相ノイズの影響によって伝送品質が劣化するという問題がある。
【００２２】
具体的には、例えば図１２に示される光送信装置において、ノイズが発生すると、発生したノイズが、各発光素子からの出力光信号に、同相ノイズとして含まれる可能性がある。一方、光受信装置は、各発光素子から出力された光信号を一括して受光し、受光した光信号の強度に応じた電気信号を出力する。この結果、光受信装置は、各発光素子の出力光に含まれる同相ノイズが加算された光信号を光電変換するので、光信号に対する同相ノイズの影響が大きくなり、伝送品質の劣化に繋がる。
【００２３】
それ故に、本発明は、多値レベル数の増加によって伝送速度を向上することができ、かつ、同相ノイズによる伝送品質の劣化を低減することができる光伝送システムと、当該システムを構成する光送信装置及び光受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の第１の局面は、伝送すべきデータを多値符号化し、多値符号化されたデータを伝送する光伝送システムに向けられている。当該光伝送システムは、光送信装置と光受信装置とを備える。
【００２５】
より特定的には、光送信装置は、伝送すべきデータを、各々の差分が伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値符号及び第２の多値符号へと変換する駆動部と、第１の多値符号に対応する強度の第１の多値光信号を出力する第１の発光部と、第２の多値符号に対応する強度の第２の多値光信号を出力する第２の発光部とを含む。
【００２６】
一方、光受信装置は、第１の多値光信号を受光し、第１の多値光信号を第１の電気信号へと変換する第１の受光部と、第２の多値光信号を受光し、第２の多値光信号を第２の電気信号へと変換する第２の受光部と、第１及び第２の電気信号の差分に予め割り当てられたデータを復号する復号部とを含む。
【００２７】
このような構成によれば、光送信装置は、伝送すべきデータを第１の多値符号と第２の多値符号との組み合わせに変換し、第１及び第２の多値符号の各々に対応する第１及び第２の多値光信号を出力する。したがって、本発明に係る光伝送システムでは、単一の光源のみを有する多値光伝送システムと比べて、多値光信号のレベル数を多く設定することができ、それ故、伝送速度を高速化することができる。
【００２８】
また、伝送すべきデータは、第１及び第２の多値符号の差分に対応するように予め定められており、光受信装置は、伝送されたデータを復号するために、２つの多値光信号から変換された２つの電気信号の差分を算出する。その結果、駆動部や伝送経路において同相ノイズが発生しても、２つの多値光信号に含まれる同相ノイズが相殺されるので、伝送品質が向上する。
【００２９】
第１の発光部は、Ｍ値（ただし、Ｍは３以上の整数）の発光強度レベルで、第１の多値信号を強度変調し、第２の発光部は、Ｎ値（ただし、Ｎは３以上の整数）の発光強度レベルで、第２の多値信号を強度変調し、復号部は、第１の電気信号の振幅と第２の電気信号の振幅との差分を検出しても良い。
【００３０】
このような構成によれば、Ｍ及びＮの値を適宜に設定することによって、最大で（Ｍ×Ｎ）の符号化を実現することができる。
【００３１】
また、第１の多値符号は、１つの符号がＭ個の値をとるＭ値符号であり（ただし、Ｍは３以上の整数）、Ｍ個の値は、Ｍ個の値から選択された２個の差分が、任意の２個の値の組み合わせ毎に相違するように設定されることが好ましい。
【００３２】
このような構成によれば、第１の多値符号は、互いに異なる値に設定されるため、符号化の効率が向上する。
【００３３】
更に、第２の多値符号は、１つの符号がＮ個の値をとるＮ値符号であり（ただし、Ｎは３以上の整数）、Ｎ個の値は、Ｎ個の値から選択された２個の差分が、任意の２個の値の組み合わせ毎に相違するように設定されることがより好ましい。
【００３４】
このような構成によれば、第２の多値符号は、互いに異なる値に設定されるため、符号化の効率が向上する。
【００３５】
あるいは、第１の多値符号は、１つの符号がＭ個の値をとるＭ値符号であり（ただし、Ｍは３以上の整数）、第２の多値符号は、１つの符号がＮ個の値をとるＮ値符号であり（ただし、Ｎは３以上の整数）、Ｍ個の値及びＮ個の値は、Ｍ個の値から選択された１つの正の値と、Ｎ個の値から選択された１つの正の値との差分が一意となるように設定されても良い。
【００３６】
このような構成によれば、第１の多値符号と第２の多値符号との差分が一意な値になるので、符号化の効率を最大にすることが可能となる。
【００３７】
また、第１の多値光信号と第２の多値光信号とは、多重化されており、受信装置は、第１の多値光信号と第２の多値光信号とを互いに分離する分離部を更に含んでも良い。
【００３８】
このような構成によれば、第１の多値光信号及び第２の多値光信号を分けて送信する必要がないので、光伝送システムの構成の自由度が向上する。
【００３９】
また、第１の発光部は、第１の波長の光を出射し、第２の発光部は、第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射し、分離部は、第１の受光部を覆うように配置され、第１の波長の光が透過する第１の波長フィルタと、第２の受光部を覆うように配置され、第２の波長の光が透過する第２の波長フィルタとを含んでも良い。
【００４０】
このような構成によれば、第１の多値光信号と第２の多値光信号とを分離することが可能となる。また、第１の多値光信号及び第２の多値光信号以外の外乱光を除去することができる。
【００４１】
また、第１の波長及び第２の波長の少なくとも一方は、可視光領域に含まれても良い。
【００４２】
このような構成によれば、光送信装置から出射される可視光を、光軸調整のためのガイド光として利用することが可能となる。また、通信装置としての機能と、照明器具としての機能を兼ね備えた光伝送システムを実現することができる。
【００４３】
また、第１の発光部は、第１の偏光面を有する光を出射し、第２の発光部は、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する光を出射し、分離部は、第１の受光部を覆うように配置され、第１の偏光面を有する光が透過する第１の偏光フィルタと、第２の受光部を覆うように配置され、第２の偏光面を有する光が透過する第２の偏光フィルタとを含んでも良い。
【００４４】
このような構成によれば、第１の多値光信号と第２の多値光信号とを分離することが可能となる。また、ノイズの原因となる第１の多値光信号及び第２の多値光信号以外の外乱光や反射光の影響を低減することができる。
【００４５】
また、第１の発光部及び第２の発光部の各々は、半導体レーザ及び発光ダイオードのいずれかを含んでも良い。
【００４６】
このような構成によれば、数１０Ｍｂｐｓから数Ｇｂｐｓの高速変調を実現することが可能となる。
【００４７】
また、駆動部は、第１の発光部と第２の発光部とをそれぞれ異なる変調速度で駆動しても良い。
【００４８】
このような構成によれば、発光部の一方を変調速度が遅いが安価な発光素子を用いて構成し、光伝送システムの製造コストを低減することができる。
【００４９】
第２の局面は、伝送すべきデータを多値符号化し、多値符号化されたデータを送信する光送信装置に向けられている。当該光送信装置は、伝送すべきデータを、各々の差分が伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値符号及び第２の多値符号へと変換する駆動部と、第１の多値符号に対応する強度の第１の多値光信号を出力する第１の発光部と、第２の多値符号に対応する強度の第２の多値光信号を出力する第２の発光部とを備える。
【００５０】
このような構成によれば、光送信装置は、単一の光源のみを有する多値光伝送システムと比べて、多値光信号のレベル数を多く設定することができるので、伝送速度を高速化することができる。
【００５１】
第３の局面は、伝送すべきデータを、各々の差分が伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値光信号及び第２の多値光信号を受信する光受信装置に向けられている。当該光受信装置は、第１の多値光信号を受光し、第１の多値光信号を第１の電気信号へと変換する第１の受光部と、第２の多値光信号を受光し、第２の多値光信号を第２の電気信号へと変換する第２の受光部と、第１の電気信号と第２の電気信号との差分に予め割り当てられたデータを復号する復号部とを備える。
【００５２】
このような構成によれば、駆動部や伝送経路において同相ノイズが発生した同相ノイズを相殺し、伝送品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、光送信装置において、伝送すべきデータが２つの多値光信号の差分に対応付けられるので、光受信装置において、２つの多値光信号の差分を求めることによって、データが復号される。それ故、伝送速度を高速化することができ、かつ、データ復号時における同相ノイズの相殺によりＳ／Ｎ比を改善することができる光伝送システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光伝送システムの概略構成を示す機能ブロック図であり、図２は、図１に示される駆動部が保持する符号変換表の一例を示す図である。
【００５５】
光伝送システム１０１は、光送信装置１０２と光受信装置１０３とを備える。光送信装置１０２は、送信すべきデータＤｔを、２系統の多値光信号ＯＳｍ１及びＯＳｍ２に変換し、変換された２つの光信号を出力する。光受信装置１０３は、伝送媒体１９０を通じて受光した２つの多値光信号ＯＳｍ１及びＯＳｍ２の強度の差分に基づいて、データＤｔを復号する。尚、伝送媒体１９０は、例えば、光ファイバや光導波路、自由空間である。
【００５６】
光送信装置１０２は、駆動部１００と、第１の発光部１３１と、第２の発光部１３２とを含む。駆動部１００は、多値信号発生部１１０と、ドライバ１２１及び１２２とを含む。第１の発光部１３１の発振波長は、第２の発光部１３２の発振波長と異なる。
【００５７】
一方、光受信装置１０３は、第１の受光部１４１と、第２の受光部１４２と、復号部１７０とを含む。第１の受光部１４１は、第１の波長フィルタ１８１と、第１の受光素子１５１と、増幅器１６１とを含み、第２の受光部１４２は、第２の波長フィルタ１８２と、第２の受光素子１５２と、増幅器１６２とを含む。第１の波長フィルタ１８１は、第１の発光部１３１の発振波長を有する光を透過し、第２の波長フィルタ１８２は、第２の発光部１３２の発振波長を有する光を透過する。
【００５８】
以下、光伝送システム１０１におけるデータ伝送の流れに沿って、上記の各構成要素の更なる詳細について説明する。尚、以下においては、説明を容易にするため、第１の多値符号Ｄｍｃ１及び第２の多値符号Ｄｍｃ２は、それぞれ、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２の発光強度を表す。
【００５９】
まず、光送信装置１０２による多値光信号送信処理について説明する。
【００６０】
駆動部１００の多値信号発生部１１０は、伝送すべきデータＤｔを受け取り、予め定められる符号変換表に従って、受け取ったデータＤｔを第１の多値光信号ＯＳｍ１及び第２の多値光信号ＯＳｍ２に変換する。
【００６１】
図２を参照して、駆動部１００が保持する符号変換表には、所定単位のデータ毎に、ドライバ１２１へ出力される第１の多値符号Ｄｍｃ１と、ドライバ１２２へ出力される第２の多値符号Ｄｍｃ２との組み合わせが予め定義されている。特に、第１の多値符号Ｄｍｃ１及び第２の多値符号Ｄｍｃ２は、両者の差分が一意にデータに対応するように定められている。詳細には、図２に示されるように、３ビットの入力データ列の各々に、互いに相違し、かつ、第１の多値符号Ｄｍｃ１及び第２の多値符号Ｄｍｃ２との差分値と等しい変換符号の各々が割り当てられている。
【００６２】
ここで、伝送すべきデータがシリアルデータである場合を想定する。多値信号発生部１１０は、伝送すべきデータを連続する３ビット単位で変換符号に変換する。そして、多値信号発生部１１０は、各々の差分が変換符号と等しくなるように予め定められた第１の多値符号Ｄｍｃ１（ａ０、ａ１及びａ２のいずれか）と、第２の多値符号Ｄｍｃ２（ｂ０、ｂ１及びｂ２のいずれか）とを生成する。
【００６３】
一例として、伝送すべきデータＤｔの一部として、送信装置２に入力データ列”０１０”が入力された場合を想定する。多値信号発生部１１０は、図２に示される符号変換表に従い、入力データ列”０１０”に対応する変換符号（ａ０−ｂ２）に予め割り当てられている第１の多値符号ａ０と、第２の多値符号ｂ２とを生成する。
【００６４】
多値信号発生部１１０は、生成した第１の多値符号Ｄｍｃ１をドライバ１２１に出力し、生成した第２の多値符号Ｄｍｃ２をドライバ１２２に出力する。
【００６５】
尚、電送すべきデータＤｔは、必ずしもシリアルデータである必要はなく、パラレルデータであっても良い。
【００６６】
次に、ドライバ１２１は、多値信号発生部１１０から出力された第１の多値符号Ｄｍｃ１に基づいて、第１の発光部１３１を駆動するための第１の駆動信号ＥＳｄ１を生成する。同様に、ドライバ１２２は、多値信号発生部１１０から出力される第２の多値符号Ｄｍｃ２に基づき、第２の発光部１３２を駆動するための第２の駆動信号ＥＳｄ２を生成する。
【００６７】
次に、第１の発光部１３１は、ドライバ１２１から出力される第１の駆動信号ＥＳｄ１を電気光変換し、第１の多値符号Ｄｍｃ１に対応する強度を有する第１の多値光信号ＯＳｍ１を出力する。同様に、第２の発光部１３２は、ドライバ１２２から出力される第２の駆動信号ＥＳｄ２を電気光変換して、第２の多値符号Ｄｍｃ２に対応する強度を有する第２の多値光信号ＯＳｍ２を出力する。第１の多値光信号ＯＳｍ１と、第２の多値光信号ＯＳｍ２は、伝送媒体１９０を通じて、光受信装置１０３へと伝送される。
【００６８】
次に、光受信装置１０３における多値光信号受信処理について説明する。
【００６９】
第１の受光部１４１は、第１の多値光信号ＯＳｍ１を受光し、受光した第１の多値光信号ＯＳｍ１を第１の電気信号ＥＳｒ１へと変換する。より詳細には、第１の受光部１４１において、第１の波長フィルタ１８１は、伝送媒体１９０中を伝送された光信号のうち、第１の発光部１３１の発振波長を有する第１の多値光信号ＯＳｍ１のみを透過させ、第２の多値光信号Ｏｓｍ２を吸収または反射によって取り除く。第１の受光素子１５１は、第１の波長フィルタ１８１を透過した光を光電変換する。そして、増幅器１６１は、第１の受光素子１５１からの出力信号を増幅し、増幅した信号を第１の電気信号ＥＳｒ１として復号部１７０に出力する。
【００７０】
同様に、第２の受光部１４２において、第２の受光素子１５２が、第２の波長フィルタ１８２を透過した第２の多値光信号ＯＳｍ２を光電変換し、続いて、増幅器１６２が、第２の受光素子１５２の出力信号を増幅し、増幅した信号を第２の電気信号ＥＳｒ２として復号部１７０に出力する。
【００７１】
復号部１７０は、第１の電気信号ＥＳｒ１及び第２の電気信号ＥＳｒ２の振幅レベルの差分を求める。得られた振幅レベルの差分は、入力データ列に割り当てられた変換符号（図２）に相当する。復号部１７０は、予め用意されている符号変換表に従って、求められた振幅レベルの差分と極性とに割り当てられているデータＤｔを復号し、復号されたデータＤｔを出力する。
【００７２】
ここで、第１の多値光信号ＯＳｍ１及び第２の多値光信号ＯＳｍ２のレベル設計方法について詳細に説明する。
【００７３】
図３は、第１の多値光信号のレベルと、第２の多値光信号のレベルとの組み合わせを示すマトリクス図である。
【００７４】
図３には、第１の多値光信号ＯＳｍ１が取り得るレベルａ０〜ａ２の各々から、第２の多値光信号ＯＳｍ２が取り得るレベルｂ０〜ｂ２の各々を差し引いた差分値が示されている。すなわち、差分値が正である場合は、光受信装置１０３において検出される第１の電気信号ＥＳｒ１の出力レベルが第２の電気信号ＥＳｒ２の出力レベルより高いことを示す。逆に、差分値が負である場合は、第１の電気信号ＥＳｒ１の出力レベルが第２の電気信号ＥＳｒ２の出力レベルより小さいことを示す。また、差分値が”０”である場合は、第１の受信信号の出力レベルと、第２の受信信号の出力レベルとがほぼ等しいことを示す。更に、差分の絶対値”１”は、光受信装置１０３の復号部１７０が判別可能な最小値を示す。
【００７５】
図３に示されるように、第１の多値光信号レベルａ０、ａ１及びａ２は、次の数式（１）を満たすように設定されている。
ａ０：ａ１：ａ２＝１：６：８  ・・・（１）
【００７６】
同様に、第２の多値光信号レベルｂ０、ｂ１及びｂ２は、次の数式（２）を満たすように設定されている。
ｂ０：ｂ１：ｂ２＝１：４：５  ・・・（２）
【００７７】
更に、第１の多値光信号レベルａ０、ａ１及びａ２は、任意の２個の値の差分が、２個の値の組み合わせ毎に相違するように設定されている。すなわち、ａ０〜ａ２は、次の数式（３）を更に満たす。
（ａ１−ａ０）：（ａ２−ａ０）：（ａ２−ａ１）＝５：７：２  ・・・（３）
【００７８】
同様に、第２の多値光信号レベルｂ０、ｂ１及びｂ２は、任意の２個の値の差分が、２個の値の組み合わせ毎に相違するように設定されている。すなわち、ｂ０〜ｂ２は、次の数式（４）を更に満たす。
（ｂ１−ｂ０）：（ｂ２−ｂ０）：（ｂ２−ｂ１）＝３：４：１  ・・・（４）
【００７９】
尚、本実施形態においては、第１の発光部１３１は、４値の多値光信号（０、ａ０、ａ１、ａ２）を出力する。第２の発光部１３２も同様である。ただし、光受信装置において、多値光信号のレベルが０（発光素子が無灯状態）である場合として、伝送すべきデータがないケースと、光送信装置から出力された多値光信号を何らかの障害によって受光できないケースとが想定される。そこで、図３に示されるように、第１及び第２の多値光信号のゼロレベルは、データ伝送のためには割り当てられない。
【００８０】
第１の多値符号Ｄｍｃ１及び第２の多値符号Ｄｍｃ２を上記のように設計すると、第１の多値光信号ＯＳｍ１が表す任意の多値レベルと、第２の多値光信号ＯＳｍ２が表す任意の多値レベルとの差分は、図３に示されるように、一意となる。したがって、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２がそれぞれＭ値及びＮ値の光信号を出力する場合、最大で｛（Ｍ−１）×（Ｎ−１）｝値の多値信号を伝送することができる（ただし、Ｍ及びＮは、３以上の整数である）。
【００８１】
また、復号部１７０は、第１の電気信号ＥＳｒ１と第２の電気信号ＥＳｒ２との出力レベルの差に応じてデータＤｔを復号するため、駆動部１００における電源電圧の変動や飛び込みノイズ等に起因する同相ノイズを除去することが可能となる。
【００８２】
更に、本実施の形態に係る光送信装置１０２及び光受信装置１０３が同期を取る方法について説明する。
【００８３】
図４は、図１に示される光送信装置が出力する信号の一例を示す図である。尚、図４の上段には、第１の発光部１３１から出力された信号の波形が示され、図４の下段には、第２の発光部１３２から出力された信号の波形が示されている。
【００８４】
光送信装置１０２は、多値光信号の伝送を開始する際に、光受信装置１０３と同期するために、発光強度が０と所定レベルとを交互に繰り返す交番信号を、予め定められた同期期間に出力する。
【００８５】
特に、本実施形態においては、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２は、同期信号の振幅を段階的に変化させる。例えば、図４の上段に示されるように、第１の発光部１３１は、同期期間において、最初に振幅がａ０である交番信号を出力し、次に振幅がａ１である交番信号を出力し、最後に振幅がａ２である交番信号を出力する。同様に、第２の発光部１３２も振幅が段階的に変化する同期信号を出力する（図４の下段）。
【００８６】
一方、光受信装置１０３は、検出した同期信号に基づいて、光送信装置１０２との同期を取る。更に、光受信装置１０３において、増幅器１６１及び１６２は、受信した同期信号の最大振幅レベルに基づいて増幅率を決定する。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態に係る光伝送システム１０１は、２つの発光部、すなわち、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２を備える。それ故、単一の発光素子を有する光伝送システムと比べて、多値光信号のレベル数を増加させることができ、伝送速度の高速化を実現することができる。
【００８８】
これに加えて、本実施の形態に係る光伝送システム１０１は、送信すべきデータに２つの多値符号の差分が割り当てられる。したがって、復号部１７０がデータを復号するために、第１の電気信号ＥＳｒ１と第２の電気信号ＥＳｒ２との差分を求めることによって、同相ノイズを相殺することができ、Ｓ／Ｎ比の改善に繋がる。特に、Ｍ値の第１の多値符号Ｄｍｃ１とＮ値の第２の多値符号Ｄｍｃ２とが、図３に示されるように設計される場合、最大｛（Ｍ−１）×（Ｎ−１）｝個の多値信号を用いてデータを伝送することができる（ただし、Ｍ及びＮは、３以上の整数）。
【００８９】
尚、上記の実施の形態１においては、駆動部１００は、多値信号発生部１１０とドライバ１２１及び１２２とを含んでいるが、駆動部１００は、伝送すべきデータＤｔを、各々の差分が当該伝送すべきデータに予め割り当てられた第１の多値符号Ｄｍｃ１及び第２の多値符号Ｄｍｃ２へと変換するように構成されていれば良い。
【００９０】
また、実施の形態１において、第１の多値符号Ｄｍｃ１から選択された任意の２値の差分（ａ２−ａ１、ａ１−ａ０、ａ２−ａ１）の各々と、第２の多値符号Ｄｍｃ２から選択された任意の２値の差分（ｂ２−ｂ１、ｂ１−ｂ０、ｂ２−ｂ１）の各々とが全て異なるように、第１の多値符号Ｄｍｃ１及び第２の多値符号Ｄｍｃ２とが設定されることが好ましい。
【００９１】
更に、２つの多値光信号ＯＳｍ１及びＯＳｍ２の強度が等しい場合に、第１の電気信号ＥＳｒ１及び第２の電気信号ＥＳｒ２のレベルが等しくなるように、第１の受光素子１５１及び第２の受光素子１５２の光電変換効率がほぼ等しいことがより好ましい。また、多値光信号の一方の発光強度レベルが外部要因等によって低下した場合に、増幅器１６１及び１６２のゲイン制御によってその低下分を補うことができるように、第１の受光部１４１及び第２の受光部１４２は、ＡＧＣ（自動ゲイン制御装置）を更に含んでいても良い。
【００９２】
更に、光送信装置１０２が多値光信号の伝送を開始する際に出力する同期信号は、図４の例に限定されるものではない。例えば、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２は、２値（０と一定レベル）の交番信号を出力しても良い。
【００９３】
更に、実施の形態１においては、伝送すべきデータＤｔに、第１の多値符号Ｄｍｃ１から第２の多値符号Ｄｍｃ２を差し引いた値が割り当てられているが、伝送すべきデータに、第２の多値符号Ｄｍｃ２から第１の多値符号Ｄｍｃ１を差し引いた値が割り当てられても良い。
【００９４】
更に、上記の実施の形態１において、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２は、互いに発振波長の異なる光を出力する代わりに、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２が互いに直交する偏光面を有する直線偏光を出力しても良い。この場合、第１の受光部１４１は、第１の発光部１３１の出力光が有する偏光面の光を透過させる第１の偏光フィルタを含み、第２の受光部１４２は、第２の発光部１３２の出力光が有する偏光面の光を透過する第２の偏光フィルタを含んでいれば良い。
【００９５】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る多値光伝送システムの構成は、実施の形態１に係るものと同様である。ただし、本実施の形態に係る多値光伝送システムは、発光部を駆動するためのバイアス電流の設定方法に特徴を有する。以下では、本実施の形態の特徴的な点を中心に説明する。
【００９６】
図５は、第１の発光部に供給されるバイアス電流と、第１の発光部の発光強度レベルとの関係を示す図であり、図６は、第２の発光部に供給されるバイアス電流と、第２の発光部の発光強度レベルとの関係を示す図である。更に、図７は、第１の発光部の周波数応答帯域とバイアス電流との関係を示す図であり、図８は、第２の発光部の周波数応答帯域とバイアス電流との関係を示す図である。
【００９７】
図５及び６を参照して、第１の発光部１３１及び第２の発光部１３２の発光強度レベルは、供給されるバイアス電流によって規定される。ここで、第１の発光部１３１の発光強度ａ０、ａ１及びａ２である時のバイアス電流をそれぞれＩａ０、Ｉａ１及びＩａ２とし、第２の発光部１３２の発光強度ｂ０、ｂ１及びｂ２である時のバイアス電流をそれぞれＩｂ０、Ｉｂ１及びＩｂ２とする。
【００９８】
図７及び８を参照して、一般に、半導体レーザや発光ダイオードは、バイアス電流ＩＢの増加に伴い周波数応答帯域が広帯域化する特性を有する。そこで、本実施の形態においては、第１の発光部１３１の発光強度ａ０に対応するバイアス電流Ｉａ０は、次式（５）の条件を満たすように設定される。ここで、ｆａ０は、バイアス電流がＩａ０である時の第１の発光部１３１の周波数応答帯域であり、ｆｓ１は、第１の発光部１３１が出力する変調信号の周波数帯域である。
ｆａ０≧ｆｓ１×０．７  ・・・（５）
【００９９】
同様に、第２の発光部１３２の発光強度ｂ０に対応するバイアス電流Ｉｂ０は、次式（６）の条件を満たすように設定される。ここで、ｆｂ０は、バイアス電流がＩｂ０の時の第２の発光部１３２の周波数応答帯域であり、ｆｓ２は、第２の発光部１３２が出力する変調信号の周波数帯域である。
ｆｂ０≧ｆｓ２×０．７  ・・・（６）
【０１００】
上記のバイアス設定によれば、第１の発光部１３１と第２の発光部１３２の周波数応答帯域を補償することが可能となる。したがって、発光素子の変調帯域不足による伝送品質の劣化が抑制される。また、第１の多値光信号及び第２の多値光信号の波形歪みや、最小発光強度レベルで顕著に生じるアイ閉塞が改善され、それ故、符号間干渉の影響が低減される。
【０１０１】
尚、第１の多値光信号の変調速度と、第２の多値光信号の変調速度とは、互いに異なっていても良い。第１の多値光信号と第２の多値光信号とで変調速度が異なる場合、第１の多値光信号の変調速度は、第２の多値光信号の変調速度のＫ倍、あるいは、１／Ｋ倍（ただし、Ｋは、自然数とする）であることが好ましい。
【０１０２】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る多値光送信装置の概略構成を示す図である。
【０１０３】
本実施の形態に係る光送信装置３０２は、照明器具若しくはその一部として実現され、例えば、天井３４０に取り付けられた状態で使用される。光受信装置は、図示されていないが、実施の形態１に係るものと同様の機能を有していれば良い。例えば、光受信装置（図示せず）は、例えば携帯型コンピュータ等の端末装置に接続された状態、または、組み込まれた状態で、光送信装置３０２の下方に配置される。受信装置は、光送信装置３０２から照射される光を利用して、光送信装置３０２から伝送されるデータを受信する。
【０１０４】
光送信装置３０２は、多値信号発生部３１０とドライバ３２１及び３２２を含む駆動部３００と、第１の発光部３３１と、第２の発光部３３２とを備える。第１の発光部３３１は、ドライバ３２１から出力される駆動信号に従って、Ｍ値の発光強度レベルの可視光を出力する複数の発光素子を含む。また、第２の発光部３３２は、ドライバ３２２から出力される駆動信号に従って、Ｎ値の発光強度レベルの赤外光を出力する半導体レーザを含む。
【０１０５】
図１０は、図９に示される光送信装置が出力する信号の一例を示す図である。
【０１０６】
一般に、半導体レーザは、ＬＥＤに比べて、より高速に信号を変調することができるので、本実施形態に係る光送信装置３０２において、駆動部３００は、第１の発光部３３１と第２の発光部３３２とを異なる変調速度で駆動する。例えば、駆動部３００は、図１０に示されるように、第２の発光部３３２を第１の発光部３３１の４倍の変調速度で駆動する。したがって、第１の発光部３３１が多値光信号を１回伝送する間に、第２の発光部３３２は、４回多値光信号を出力する。
【０１０７】
特に、本実施の形態においては、第１の発光部３３１と第２の発光部３３２との位置関係は、第２の発光部３３２から出力される赤外光の照射領域３３３が、第１の発光部３３１から出力される可視光の照射領域３３４内に含まれるように設定されている。具体的には、図９に示されるように、第１の発光部３３１及び第２の発光部３３２は、第１の発光部３３１の中心軸と、第２の発光部３３２の光軸とが一致するように配置されていれば良い。
【０１０８】
第１の発光部３３１及び第２の発光部３３２をこのように配置する理由は、次の通りである。
【０１０９】
本実施形態に係る光送信装置３０２からデータを受信するためには、利用者は、第１の多値光信号（可視光）と、第２の多値光信号（赤外光）の両方を受光できる位置に光受信装置を配置する必要がある。ただし、利用者にとって、光受信装置が赤外光である第２の多値光を受光しているか否かを目視で判断することは容易ではない。そこで、第２の多値光信号が照射位置を大まかに示すガイド光として機能するように、第１の発光部３３１及び第２の発光部３３２の配置が上記のように調整されているのである。
【０１１０】
このような構成によれば、利用者は、２つの多値光信号を受信するために、光送信装置３０２の下方における可視光の照射範囲内に、単純に光受信装置を配置するだけで良いので、利用者にとっての利便性が向上する。
【０１１１】
以上のように、本実施の形態に係る光送信装置３０２は、実施の形態１に係るものと同様の効果を奏することができる。更に、本実施形態によれば、データ伝送機能に加えて、照明機能、光軸調整のためのガイド機能を有する送信装置を実現することができる。
【０１１２】
尚、本実施の形態においては、第２の発光部３３２は、赤外光を出力しているが、赤外光の代わりに可視光を出力しても良い。
【０１１３】
また、本実施の形態においては、第２の発光部３３２による光の照射範囲は、第１の発光部３３１による光の照射範囲より小さいが、第２の発光部３３２による光の照射範囲は、第１の発光部３３１による光の照射範囲以上であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、多値光伝送システムにおいて、受信信号のノイズと、波形歪みによる符号間干渉とを低減することができるので、例えば、光伝送装置の伝送品質の向上を図る構成として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光伝送システムの概略構成を示す機能ブロック図
【図２】図１に示される駆動部が保持する符号変換表の一例を示す図
【図３】第１の多値光信号のレベルと、第２の多値光信号のレベルとの組み合わせを示すマトリクス図
【図４】図１に示される光送信装置が送信する信号の一例を示す図である。
【図５】第１の発光部に供給されるバイアス電流と、第１の発光部の発光強度レベルとの関係を示す図
【図６】第２の発光部に供給されるバイアス電流と、第２の発光部の発光強度レベルとの関係を示す図
【図７】第１の発光素子の周波数応答帯域とバイアス電流との関係を示す図
【図８】第２の発光素子の周波数応答帯域とバイアス電流との関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態３に係る多値光送信装置の概略構成を示す図
【図１０】図９に示される光送信装置が出力する信号の一例を示す図
【図１１】単一の発光素子を用いる多値光信号伝送方式を説明するための図
【図１２】複数の発光素子を用いる多値光信号伝送方式を説明するための図
【図１３】半導体レーザの電流−光強度特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００、３００  駆動部
１０１  光伝送システム
１０２、３０２  光送信装置
１０３  光受信装置
１１０、３１０  多値信号発生部
１２１、１２２、３２１、３２２  ドライバ
１３１、３３１  第１の発光部
１３２、３３２  第２の発光部
１４１  第１の受光部
１４２  第２の受光部
１５１  第１の受光素子
１５２  第２の受光素子
１６１、１６２  増幅器
１７０  復号部
１８１  第１の波長フィルタ
１８２  第２の波長フィルタ
１９０  伝送媒体
【図１】
0004792349.tif 000002
【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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