(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束から通信波長帯域の第１の光束を選択して出射し、且つ入射光束から前記通信波長帯域とは異なる背景光監視用の波長帯域の第２の光束を選択して出射する波長選択部と、
基準周波数を有する強度変調光を出力する基準光源と、
前記第１の光束と前記強度変調光との混合光を光電変換して第１の光検出信号を出力する第１の光検出器と、
前記第２の光束と前記強度変調光との混合光を光電変換して第２の光検出信号を出力する第２の光検出器と、
設定された利得で前記第１の光検出信号及び前記第２の光検出信号のうちの一方の光検出信号を増幅して増幅光検出信号を出力する検出感度補正部と、
前記第１の光検出信号及び前記第２の光検出信号のうちの他方の光検出信号から、前記基準周波数を有する第１の変調成分と該第１の変調成分以外の周波数成分である第１の周波数弁別信号とを分離する第１の周波数弁別器と、
前記増幅光検出信号から、前記基準周波数を有する第２の変調成分と該第２の変調成分以外の周波数成分である第２の周波数弁別信号とを分離する第２の周波数弁別器と、
信号光の非受信期間中に、前記利得を１に設定して前記第１の周波数弁別信号の振幅と前記第２の周波数弁別信号の振幅との比率を算出し且つ前記利得を当該比率に設定することにより利得制御を行う感度制御部と、
前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器のうちの少なくとも一方の光検出器を加熱または冷却する可変温度素子と、
前記第１の変調成分と前記第２の変調成分との間の位相誤差を示す誤差信号を出力する誤差検出部と、
前記誤差信号に基づいて前記可変温度素子の動作を制御することにより、前記位相誤差が低減するように前記少なくとも一方の光検出器の温度を制御する温度制御部と、
信号光の受信期間中に、前記第２の周波数弁別信号を用いて、前記第１の周波数弁別信号を補正して受信信号を出力する信号補正部と
を備えることを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
請求項１記載の光通信装置であって、前記可変温度素子は、前記温度制御部からの制御信号に応じて動作する電子冷却器からなることを特徴とする光通信装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光通信装置であって、前記比率は、前記第１の周波数弁別信号の時間的に平均化された振幅と、前記第２の周波数弁別信号の時間的に平均化された振幅との比率であることを特徴とする光通信装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光通信装置であって、前記感度制御部は、前記信号光の非受信期間中に、前記信号補正部の出力振幅が設定許容値未満となるまで前記利得制御を繰り返し実行することを特徴とする光通信装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の光通信装置であって、前記感度制御部は、前記信号光の非受信期間中に、前記第１の周波数弁別信号または前記第２の周波数弁別信号のいずれか一方の信号に基づいて、背景光に関する感度対ノイズ比を算出し、前記感度対ノイズ比が設定基準値を超える場合には前記利得を当該比率に設定し、前記感度対ノイズ比が前記設定基準値以下である場合には、前記利得を当該比率に設定せずに、前記感度対ノイズ比が前記設定基準値を超えるまで前記利得制御を繰り返し実行することを特徴とする光通信装置。
【請求項６】
請求項５記載の光通信装置であって、前記感度対ノイズ比は、前記一方の信号の振幅の平均値を当該振幅の標準偏差で除算して得られる値であることを特徴とする光通信装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の光通信装置であって、
前記波長選択部は、
前記入射光束のうち前記通信波長帯域の光束を前記第１の光束として透過させ、前記入射光束のうち前記通信波長帯域以外の帯域の光束を減衰させる第１の波長フィルタと、
前記入射光束のうち前記背景光監視用の波長帯域の光束を前記第２の光束として透過させ、前記入射光束のうち前記背景光監視用の波長帯域以外の帯域の光束を減衰させる第２の波長フィルタと
を含むことを特徴とする光通信装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の光通信装置であって、
前記波長選択部は、
前記入射光束を同一波長帯域の第１及び第２の分割光束に分割するビームスプリッタと、
前記第１の分割光束のうち前記通信波長帯域の光束を前記第１の光束として透過させ、前記第１の分割光束のうち前記通信波長帯域以外の帯域の光束を減衰させる第１の波長フィルタと、
前記第２の分割光束のうち前記背景光監視用の波長帯域の光束を前記第２の光束として透過させ、前記第２の分割光束のうち前記背景光監視用の波長帯域以外の帯域の光束を減衰させる第２の波長フィルタと
を含むことを特徴とする光通信装置。
【請求項９】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の光通信装置であって、前記波長選択部は、前記入射光束から前記通信波長帯域の光束を前記第１の光束として分離するとともに前記入射光束から前記背景光監視用の波長帯域の光束を前記第２の光束として分離する波長選択ビームスプリッタを含むことを特徴とする光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術に関し、特に、背景光が存在する通信環境下で信号光を受信するための光通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光や人工光などに起因する雑音光すなわち背景光が存在する通信環境下では、この通信環境下を伝搬する信号光に背景光が重畳して通信品質の劣化を招くことがある。信号光に対する背景光の影響を低減させる光通信技術は、たとえば、特許文献１（特開平１１−２１５０６２号公報）及び特許文献２（特開平５−４９０７２号公報）に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、相手側の送信装置で偏光特性が付与された信号光を受信する光空間通信装置であって、印加電圧に応じた旋光性を有する液晶板と、この液晶板を透過した光が入射する偏光板と、この偏光板から出射された光学像を撮像するＣＣＤ撮像素子とを備えた光空間通信装置が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２に開示されている赤外線リモコン装置は、キャリアである赤外線だけを透過させるキャリア用光学フィルタと、このキャリア用光学フィルタを透過した光線を受信し復調するキャリア用受信部と、キャリア以外の外来光を透過させる外来光用光学フィルタと、この外来光用光学フィルタを透過した光線を受信し復調するノイズ用受信部と、フリップ・フロップ回路（ゲート部）とを備えている。フリップ・フロップ回路は、ノイズ用受信部の出力（ノイズ信号）をリセット信号として、キャリア用受信部の出力である制御コード信号からフリッカ性のノイズを除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１５０６２号公報（たとえば、段落００２０〜００２８，図１及び図２）
【特許文献２】特開平５−４９０７２号公報（たとえば、段落００３１〜００５８，図１及び図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の光空間通信装置は、送信側で信号光に付与された偏光特性を利用して、受信信号中の背景光成分を低減することができる。しかしながら、信号光の到来方向に対して受信側の空間光通信装置の姿勢が一定とならない場合には、その姿勢に対して受信信号光の偏光方向が相対的に変化するので、旋光性を有する液晶板が受信信号光を減衰させて受信エラーを生じさせるおそれがある。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の従来技術では、除去可能なノイズは、制御コード信号と同じような周期で現れるフリッカ性のノイズに限定されるという課題がある。フリップ・フロップ回路は、キャリア用受信部の出力とノイズ用受信部の出力とに同一タイミングでノイズ信号のパルスが出現しないと、キャリア用受信部の出力である制御コード信号からノイズ信号を除去することができない。
【０００８】
上記に鑑みて本発明の目的は、信号光の到来方向に対して受信側の姿勢が変動する場合でも、信号光の受信エラーの発生を抑制することができる光通信装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様による光通信装置は、入射光束から通信波長帯域の第１の光束を選択して出射し、且つ入射光束から前記通信波長帯域とは異なる背景光監視用の波長帯域の第２の光束を選択して出射する波長選択部と、基準周波数を有する強度変調光を出力する基準光源と、前記第１の光束と前記強度変調光との混合光を光電変換して第１の光検出信号を出力する第１の光検出器と、前記第２の光束と前記強度変調光との混合光を光電変換して第２の光検出信号を出力する第２の光検出器と、設定された利得で前記第１の光検出信号及び前記第２の光検出信号のうちの一方の光検出信号を増幅して増幅光検出信号を出力する検出感度補正部と、前記第１の光検出信号及び前記第２の光検出信号のうちの他方の光検出信号から、前記基準周波数を有する第１の変調成分と該第１の変調成分以外の周波数成分である第１の周波数弁別信号とを分離する第１の周波数弁別器と、前記増幅光検出信号から、前記基準周波数を有する第２の変調成分と該第２の変調成分以外の周波数成分である第２の周波数弁別信号とを分離する第２の周波数弁別器と、信号光の非受信期間中に、前記利得を１に設定して前記第１の周波数弁別信号の振幅と前記第２の周波数弁別信号の振幅との比率を算出し且つ前記利得を当該比率に設定することにより利得制御を行う感度制御部と、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器のうちの少なくとも一方の光検出器を加熱または冷却する可変温度素子と、前記第１の変調成分と前記第２の変調成分との間の位相誤差を示す誤差信号を出力する誤差検出部と、前記誤差信号に基づいて前記可変温度素子の動作を制御することにより、前記位相誤差が低減するように前記少なくとも一方の光検出器の温度を制御する温度制御部と、信号光の受信期間中に、前記第２の周波数弁別信号を用いて、前記第１の周波数弁別信号を補正して受信信号を出力する信号補正部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による光通信装置は、信号光の到来方向に対して受信側の姿勢が変動する場合でも、入射光束の偏光状態に依存せずに信号光を受信し、当該受信信号光中の背景光成分を除去することができるので、信号光の受信エラー発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施の形態１の空間光通信装置の概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、受信光強度，受光感度及び受信強度の波長分布をそれぞれ例示するグラフである。
【図３】実施の形態１の感度制御部による動作手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図４】キャリブレーションモード時の利得決定期間中に動作する空間光通信装置の概略構成を示す図である。
【図５】キャリブレーションモード時の補正結果確認期間中に動作する空間光通信装置の概略構成を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、各種信号の強度波形の例を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明に係る実施の形態２の空間光通信装置の概略構成を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）は、各種信号の強度波形の例を概略的に示すタイミングチャートである。
【図９】誤差信号の電圧値と位相誤差との対応関係の一例を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２の温度制御部による動作手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、運用モード時における各種信号の強度波形の例を示すタイミングチャートである。
【図１２】実施の形態１の波長選択部の第１の変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１３】実施の形態１の波長選択部の第２の変形例の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をより詳細に説明するために、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の空間光通信装置１の概略構成を示す図である。この空間光通信装置１は、光送信器（図示せず）から送信されて宇宙空間や水中などの通信環境を伝搬した信号光を受信する機能を有するものである。
【００１５】
図１に示されるように、この空間光通信装置１は、略同一方向から同時に入射した光束ＩＬ１，ＩＬ２から、通信光伝搬用の通信波長帯域の光束ＯＬ１と、この通信波長帯域とは異なる背景光監視用の波長帯域の光束ＯＬ２とをそれぞれ選択して出射する波長選択部１１を備えている。また、空間光通信装置１は、出射光束ＯＬ１を受光面１３ａで受光し光電変換して光検出信号Ｄ１を出力する光検出器１３Ａと、出射光束ＯＬ２を受光面１３ｂで受光し光電変換して光検出信号Ｄ２を出力する光検出器１３Ｂとを備える。
【００１６】
波長選択部１１は、光軸ＯＡ１に沿って配列された波長フィルタ１１Ａ及び集光レンズ１２Ａの組と、光軸ＯＡ２に沿って配列された波長フィルタ１１Ｂ及び集光レンズ１２Ｂの組とで構成されている。波長フィルタ１１Ａは、入射光束ＩＬ１のうち通信波長帯域の光を透過させ、入射光束ＩＬ１のうち通信波長帯域以外の帯域の光を減衰させて当該光の透過を阻止する機能を有する。集光レンズ１２Ａは、波長フィルタ１１Ａの出射光を光検出器１３Ａの受光面１３ａに集光させる。
【００１７】
一方、波長フィルタ１１Ｂは、入射光束ＩＬ２のうち背景光監視用の波長帯域の光を透過させ、入射光束ＩＬ２のうち背景光監視用の波長帯域以外の帯域の光を減衰させて当該光の透過を阻止する機能を有する。これにより、波長フィルタ１１Ｂは、モニタ対象の背景光すなわち雑音光の一部を選択的に透過させることができる。集光レンズ１２Ｂは、波長フィルタ１１Ｂの出射光を光検出器１３Ｂの受光面１３ｂに集光させる。
【００１８】
更に、空間光通信装置１は、図１に示されるように、アナログ可変利得増幅器からなる検出感度補正部２１と、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ，２２Ｂ（以下「ＡＤＣ２２Ａ，２２Ｂ」という。）と、アナログ差分回路からなる信号補正部２３と、感度制御部３０とを備えている。感度制御部３０は、検出感度補正部２１に利得制御信号ＧＣを供給して当該検出感度補正部２１の利得Ｇを制御することができる。
【００１９】
検出感度補正部２１は、利得制御信号ＧＣにより設定された利得Ｇで光検出信号Ｄ２を増幅して増幅光検出信号Ｄ３を出力する。増幅光検出信号Ｄ３は、信号補正部２３のマイナス入力端子とＡＤＣ２２Ｂとにそれぞれ供給される。
【００２０】
光検出器１３Ａのアナログ出力である光検出信号Ｄ１は、信号補正部２３のプラス入力端子とＡＤＣ２２Ａとにそれぞれ供給される。ＡＤＣ２２Ａは、光検出信号Ｄ１をＡ／Ｄ変換して、ディジタル信号である光検出信号Ｄ１ｄを感度制御部３０に出力する。並行して、ＡＤＣ２２Ｂは、検出感度補正部２１のアナログ出力である増幅光検出信号Ｄ３をＡ／Ｄ変換して、ディジタル信号である増幅光検出信号Ｄ３ｄを感度制御部３０に出力する。
【００２１】
感度制御部３０は、これら光検出信号Ｄ１ｄ及び増幅光検出信号Ｄ３ｄに基づいて検出感度補正部２１の利得Ｇを制御することができる。感度制御部３０は、たとえば、信号入出力用のインタフェース部と、ディジタル信号処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むプロセッサとで構成することができる。この場合、プロセッサは、不揮発性メモリ（図示せず）から読み込んだ感度制御プログラムを実行することにより、感度制御部３０の機能を実現することが可能である。
【００２２】
本実施の形態の空間光通信装置１は、キャリブレーションモード及び運用モードという２種類の動作モードを有する。感度制御部３０は、外部から入力された動作制御信号Ｅ１に応じて、空間光通信装置１の動作モードをキャリブレーションモードまたは運用モードのいずれか一方に設定したり、動作制御信号Ｅ１に応じて、キャリブレーションモード及び運用モードのうちの一方から他方へ切り替えたりすることができる。
【００２３】
キャリブレーションモードは、空間光通信装置１が信号光を受信しない非受信期間中に実行されるように制御される。キャリブレーションモード下の感度制御部３０は、光検出信号Ｄ１ｄの平均振幅と増幅光検出信号Ｄ３ｄの平均振幅との比率ｋを補正係数として算出する。ここで、平均振幅とは、時間的に平均化された振幅をいう。今、光検出信号Ｄ１ｄの平均振幅を＜Ｖｓａ＞とし、増幅光検出信号Ｄ３ｄの平均振幅を＜Ｖｎａ＞とするとき、補正係数ｋは次式（１）に従って算出される。
ｋ＝＜Ｖｓａ＞／＜Ｖｎａ＞          （１）
【００２４】
感度制御部３０は、補正係数ｋをメモリ３３に格納し、利得制御信号ＧＣを検出感度補正部２１に供給して当該検出感度補正部２１の利得Ｇを補正係数ｋに設定する。これにより、検出感度補正部２１は、当該設定された利得Ｇ（＝ｋ）で光検出信号Ｄ２を増幅することが可能となる。
【００２５】
信号補正部２３は、増幅光検出信号Ｄ３と光検出信号Ｄ１とを入力とし、光検出信号Ｄ１から増幅光検出信号Ｄ３を減算して補正信号ＣＳを生成する。後述するように、信号補正部２３は、キャリブレーションモード下で動作するとき、補正信号ＣＳを補正結果確認用の信号として感度制御部３０に供給する。一方、運用モード下で動作するときの信号補正部２３は、補正信号ＣＳを受信信号として出力することとなる。
【００２６】
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、受信光強度、受光感度及び受信強度の波長分布をそれぞれ例示するグラフである。図２（Ａ）は、受信光強度（信号光成分及び背景光成分の強度を含む。）の波長分布の一例を示すグラフであり、図２（Ｂ）は、光検出器１３Ａ，１３Ｂの受光感度の波長分布の一例を示すグラフであり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の分布に対応する光検出信号Ｄ１，Ｄ２の信号強度である受信強度の波長分布を概略的に示すグラフである。図２（Ｃ）には、光検出信号Ｄ１の信号強度の波長分布Ｗｄ１と光検出信号Ｄ２の信号強度の波長分布Ｗｄ２とがそれぞれ示されている。
【００２７】
図２（Ａ）に示されるように、波長フィルタ１１Ａの光透過特性ＴＷ１は、信号光成分を選択的に透過させるための透過帯域幅ｗ１及び透過率Ｔ１を有し、波長フィルタ１１Ｂの光透過特性ＴＷ２は、背景光成分を選択的に透過させるための透過帯域幅ｗ２及び透過率Ｔ２を有している。また、図２（Ｂ）に示されるように、光検出器１３Ａは、透過中心波長λ１に対して受光感度Ｓ１を有し、光検出器１３Ｂは、透過中心波長λ２に対して受光感度Ｓ２を有する。このとき、補正係数ｋを近似的に次式（２）で表現することができる。
ｋ＝（Ｓ１／Ｓ２）×（Ｔ１／Ｔ２）×（ｗ１／ｗ２）      （２）
【００２８】
波長フィルタ１１Ａについては、たとえば、波長フィルタ１１Ａの透過波長を７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内とすることができる。太陽光や人工光などの入射光の発光スペクトルに依存して、波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂを透過する背景光の強度レベルに差異が生じ得る。それ故、この強度レベルの差異を小さくして受信信号中の背景光成分を除去する観点からは、波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂ間の透過波長差が数十ｎｍ以下となるように波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂを構成することが望ましい。
【００２９】
また、想定される人工光（たとえば、ナトリウムランプ、水銀灯、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤ）の発光スペクトルを減衰するように波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂの透過波長を適宜選択してもよい。
【００３０】
次に、図３〜図５を参照しつつ、上記構成を有する空間光通信装置１の動作について以下に詳細に説明する。図３は、感度制御部３０による動作手順の一例を概略的に示すフローチャートである。また、図４は、キャリブレーションモード時における利得決定期間Ｔａ中に動作する空間光通信装置１の構成を示す図であり、図５は、キャリブレーションモード時における補正結果確認期間Ｔｂ中に動作する空間光通信装置１の概略構成を示す図である。
【００３１】
図３を参照すると、キャリブレーションモードを指示する動作制御信号Ｅ１が入力されたとき、感度制御部３０は、当該動作制御信号Ｅ１に応じて空間光通信装置１の動作モードをキャリブレーションモードに設定し（ステップＳＴ１０）、次いで、利得制御信号ＧＣを検出感度補正部２１に供給して当該検出感度補正部２１の利得Ｇを１倍に設定する（ステップＳＴ１１）。このとき、図４に示されるように、検出感度補正部２１は、光検出器１３Ｂの出力である光検出信号Ｄ２の電圧振幅Ｖｎａを利得１で増幅して、増幅光検出信号Ｄ３をＡＤＣ２２Ｂに出力する。ＡＤＣ２２Ｂは、アナログ信号である増幅光検出信号Ｄ３をディジタル信号である増幅光検出信号Ｄ３ｄに変換して感度制御部３０に供給する。一方、ＡＤＣ２２Ａは、アナログ信号である光検出信号Ｄ１をディジタル信号である光検出信号Ｄ１ｄに変換して感度制御部３０に供給する。
【００３２】
動作制御信号Ｅ１は、たとえば、外部の制御機器（図示せず）から操作入力されたり、光通信ネットワークの上位装置（図示せず）から供給される。感度制御部３０は、動作制御信号Ｅ１の入力が無くとも、信号光の非受信期間を予測または検知して空間光通信装置１の動作モードを周期的または定期的にキャリブレーションモードに移行させるように構成されてもよい。
【００３３】
ステップＳＴ１１の実行後、感度制御部３０は、設定された平均化時間ΔＴの間、光検出信号Ｄ１ｄと増幅光検出信号Ｄ３ｄとを個別にサンプリングする（ステップＳＴ１２）。次いで、感度制御部３０は、光検出信号Ｄ１ｄまたは増幅光検出信号Ｄ３ｄのいずれか一方について、当該サンプリングされた信号の振幅値に基づき、背景光に関する感度対ノイズ比（ＳＮＲ：Sensitivity-to-Noise Ratio）を算出する。感度対ノイズ比は、たとえば、次式（３）で表現され得る。
ＳＮＲ＝μ／σ        （３）
【００３４】
ここで、μは、当該サンプリングされた信号の振幅値の平均、σは、当該振幅値の標準偏差である。
【００３５】
次に、感度制御部３０は、ステップＳＴ１３で算出されたＳＮＲが設定基準値を超えるか否かを判定する（ステップＳＴ１５）。ＳＮＲが設定基準値以下である場合（ステップＳＴ１５のＮＯ）、ＳＮＲが設定基準値を超えるまでステップＳＴ１２，ＳＴ１３が繰り返し実行される。なお、ＳＮＲが設定基準値未満である場合は（ステップＳＴ１５のＮＯ）、ＳＮＲを改善するために、平均化時間ΔＴをより長い値に設定し直してもよい。また、上記平均化時間ΔＴは、外部の操作入力より設定されてもよい。
【００３６】
背景光強度の平均レベルが略一定でも、背景光強度の時間変動幅が大きいほど、ＳＮＲは低くなり、信号光の受信エラー発生を抑制させ得る補正係数の算出が困難となる。そこで、本実施の形態の感度制御部３０は、ＳＮＲが設定基準値を超える場合に限り（ステップＳＴ１５のＹＥＳ）、補正係数ｋを算出する（ステップＳＴ１６）。具体的には、感度制御部３０は、上記ステップＳＴ１２でサンプリングされた信号の振幅値に基づいて、増幅光検出信号Ｄ３ｄの平均振幅＜Ｖｎａ＞に対する光検出信号Ｄ１ｄの平均振幅＜Ｖｓａ＞の比率ｋ（＝＜Ｖｓａ＞／＜Ｖｎａ＞）を算出する。その後、感度制御部３０は、当該比率ｋをメモリ３３に保存する（ステップＳＴ１７）。
【００３７】
ここで、平均振幅＜Ｖｓｎ＞，＜Ｖｎａ＞には、波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂの透過帯域幅ｗ１，ｗ２間の差、透過率Ｔ１，Ｔ２間の差、及び、光検出器１３Ａ，１３Ｂの受光感度Ｓ１，Ｓ２間の差、更には背景光レベルの強度差が反映されている。受信光中の信号光成分に重畳された背景光成分を検出するために、本実施の形態では、このような平均振幅＜Ｖｓｎ＞，＜Ｖｎａ＞の比率ｋがゲイン係数として用いられる。
【００３８】
上記ステップＳＴ１７で補正係数ｋがメモリ３３に保存された後、感度制御部３０は、利得制御信号ＧＣを検出感度補正部２１に供給して当該検出感度補正部２１の利得Ｇを補正係数ｋに設定する（ステップＳＴ１８）。このとき、図５に示されるように、検出感度補正部２１は、当該設定された利得Ｇ（＝ｋ）で光検出信号Ｄ２を増幅して、出力電圧ｋ・Ｖｎａを信号補正部２３のマイナス入力端子に供給する。一方、光検出器１３Ａの出力電圧Ｖｓａは、信号補正部２３のプラス入力端子に供給される。信号補正部２３は、出力電圧ｋ・Ｖｎａと出力電圧Ｖｓａとの差分ΔＶ（＝Ｖｓａ−ｋ・Ｖｎａ）を示す補正信号ＣＳを出力する。この補正信号ＣＳは、感度制御部３０に供給される。
【００３９】
次に、感度制御部３０は、補正信号ＣＳの振幅すなわち補正残差δを測定する（ステップＳＴ１９）。非零の補正残差δが存在する場合は、略直流成分（ＤＣ成分）の補正残差δが出力される。この補正残差δが設定許容値以上である場合（ステップＳＴ２１のＮＯ）、感度制御部３０は処理手順をステップＳＴ１２に戻す。
【００４０】
一方、補正残差δが設定許容値未満である場合には（ステップＳＴ２１のＹＥＳ）、感度制御部３０は、空間光通信装置１の動作モードをキャリブレーションモードから運用モードに切り替える（ステップＳＴ２２）。その後、信号補正部２３は、運用モード下で動作して補正信号ＣＳをアナログ受信信号として出力することとなる。
【００４１】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、各種信号の強度波形の例を示すタイミングチャートである。図６（Ａ）は、送信装置（図示せず）において生成される送信信号の波形の例を、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の送信信号に対応する光検出信号Ｄ１の強度波形を、図６（Ｃ）は、当該送信信号に対応する光検出信号Ｄ２の強度波形を、図６（Ｄ）は、補正信号ＣＳの強度波形をそれぞれ表している。図６（Ｂ），（Ｄ）中のレベル判定閾値ＴＨは、補正信号ＣＳのディジタル化の判定のために使用される。図６（Ｂ）に示す光検出信号Ｄ１には、レベル判定閾値ＴＨ以上の強度を持つ背景光成分が含まれているので、光検出信号Ｄ１に対し、レベル判定閾値ＴＨを用いて正確な判定をすることができない。これに対し、図６（Ｄ）に示す補正信号ＣＳでは背景光成分が除去されているので、レベル判定閾値ＴＨを用いた正確な判定をすることが可能である。
【００４２】
以上に説明したように本実施の形態の感度制御部３０は、信号光の非受信期間中に、光検出信号Ｄ１の平均振幅＜Ｖｓａ＞と増幅光検出信号Ｄ３の平均振幅＜Ｖｎａ＞との比率ｋ（＝＜Ｖｓａ＞／＜Ｖｎａ＞）を算出して、検出感度補正部２１の利得Ｇを比率ｋに設定し、信号光の受信期間中に、当該設定された利得で検出感度補正部２１を動作させる。したがって、信号光の到来方向に対して空間光通信装置１の姿勢が一定とならずに変動する場合でも、入射光束ＩＬ１，ＩＬ２の偏光状態に依存せずに信号光を受信し、当該受信信号光中の背景光成分を除去することができる。したがって、信号光の受信エラーの発生を抑制することができる。また、利得Ｇが平均振幅の比率ｋ（＝＜Ｖｓａ＞／＜Ｖｎａ＞）に設定されるので、背景光の受信強度が時間的に変動する通信環境下でも、受信信号光中の背景光成分を安定して除去することが可能である。
【００４３】
たとえば、空間光通信装置１の移動もしくは姿勢の変動が生じたり、点滅する人工光が入射したりする環境（たとえば、宇宙空間や空中）、並びに、海面の揺らぎにより太陽光の入射量が変動する水中環境において、空間光通信装置１を好適に使用することができる。
【００４４】
なお、検出感度補正部２１の利得Ｇを通信環境に適合する補正係数ｋに設定するために、空間光通信装置１の設置後または組み上げ後にキャリブレーションモードを１回実行することが好ましい。また、通信環境によっては背景光の強度レベルが変化する可能性もあるので、通信開始前にキャリブレーションモードを実行してもよい。
【００４５】
また、波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂの透過波長域の差を数十ｎｍに設定することが好ましい。これにより、空間光通信装置１の使用環境への依存性が低くなり、当該使用環境に合わせて補正係数ｋを正確に演算することが可能となる。
【００４６】
実施の形態２．
次に本発明に係る実施の形態２について説明する。
【００４７】
図７は、本発明に係る実施の形態２の空間光通信装置２の概略構成を示す図である。図１及び図７に示した構成要素のうち同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。たとえば、本実施の形態の空間光通信装置２は、波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂ、集光レンズ１２Ａ，１２Ｂ、光検出器１３Ａ，１３Ｂ、検出感度補正部２１、信号補正部２３及び感度制御部３０などの構成要素を備えている。これら構成要素１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，２１，２３，３０は、それぞれ、上記空間光通信装置１の構成要素１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，２１，２３，３０と同一の構成及び同一の機能を有するものである。
【００４８】
本実施の形態の空間光通信装置２は、図７に示されるように、単一の基準周波数ｆ０を有する正弦波信号ＳＷを変調基準信号として出力する発振器４１と、この正弦波信号ＳＷに応じて基準周波数ｆ０を有する強度変調光ＭＬを出力する基準光源４２と、反射ミラー４３と、波長選択部１１Ｎとを備えている。基準光源４２から出射された強度変調光ＭＬは、反射ミラー４３で反射して波長選択部１１Ｎに入射する。基準光源４２としては、たとえば、正弦波信号ＳＷの周波数ｆ０に応じて強度変調されたレーザ光を発振するレーザ光源を使用すればよい。
【００４９】
波長選択部１１Ｎの構成は、ハーフミラー４４及び反射ミラー４５を有する点を除いて、上記実施の形態１の波長選択部１１の構成と同一である。波長選択部１１Ｎは、上記波長選択部１１（図１）と同様に、略同一方向から同時に入射した光束ＩＬ１，ＩＬ２から、通信波長帯域の光束ＯＬ１と背景光監視用の波長帯域の光束ＯＬ２とをそれぞれ選択して出射する機能を有している。ハーフミラー４４は、反射ミラー４３から入射した強度変調光ＭＬの一部を集光レンズ１２Ａの光入射面の方向へ反射させる。これにより、ハーフミラー４４を出射した強度変調光ＭＬは、集光レンズ１２Ａにより集光された後、光束ＯＬ１と重畳して光検出器１３Ａの受光面１３ａに入射する。また、ハーフミラー４４は、強度変調光ＭＬの他の一部を反射ミラー４５の方向へ透過させる。反射ミラー４５は、ハーフミラー４４から入射した強度変調光ＭＬを集光レンズ１２Ｂの光入射面の方向へ反射させる。これにより、反射ミラー４５を出射した強度変調光ＭＬは、集光レンズ１２Ｂにより集光された後、光束ＯＬ２と重畳して光検出器１３Ｂの受光面１３ｂに入射する。
【００５０】
なお、本実施の形態では、基準光源４２の出射光である強度変調光ＭＬを受光面１３ａ，１３ｂへそれぞれ案内するための導光部材として光学部品４３，４４，４５が設けられているが、導光部材はこれら光学部品４３，４４，４５に限定されるものではない。
【００５１】
また、本実施の形態の空間光通信装置２は、図７に示されるように、周波数弁別器５１，５２、誤差検出部であるミキサ回路５３、Ａ／Ｄ変換器５４（以下「ＡＤＣ５４」）、温度制御部５５、Ｄ／Ａ変換器５６（以下「ＤＡＣ５６」）及び可変温度素子５７を備えている。可変温度素子５７は、光検出器１３Ａに接着されて、温度制御信号ＴＣに応じて光検出器１３Ａを加熱または冷却する機能を有する。可変温度素子５７としては、たとえば、ペルチェ素子などの電子冷却器が好ましい。
【００５２】
周波数弁別器５２は、検出感度補正部２１から出力された増幅光検出信号Ｄ３を入力とし、当該増幅光検出信号Ｄ３から、基準周波数ｆ０を有する変調成分Ｄｍ２を分離するとともに、変調成分Ｄｍ２以外の周波数成分である周波数弁別信号Ｄ５を分離する。変調成分Ｄｍ２は、ミキサ回路５３に供給され、周波数弁別信号Ｄ５は、信号補正部２３のマイナス入力端子とＡＤＣ２２Ｂとにそれぞれ供給される。
【００５３】
一方、周波数弁別器５１は、光検出器１３Ａから出力された光検出信号Ｄ１を入力とし、当該光検出信号Ｄ１から、基準周波数ｆ０を有する変調成分Ｄｍ１を分離するとともに、当該光検出信号Ｄ１から、変調成分Ｄｍ１以外の周波数成分である周波数弁別信号Ｄ４を分離する。変調成分Ｄｍ１は、ミキサ回路５３に供給され、周波数弁別信号Ｄ４は、信号補正部２３のプラス入力端子とＡＤＣ２２Ａとにそれぞれ供給される。
【００５４】
ＡＤＣ２２Ａは、入力された周波数弁別信号Ｄ４をＡ／Ｄ変換して、ディジタル信号である周波数弁別信号Ｄ４ｄを感度制御部３０に出力する。並行して、ＡＤＣ２２Ｂは、入力された周波数弁別信号Ｄ５をＡ／Ｄ変換して、ディジタル信号である周波数弁別信号Ｄ５ｄを感度制御部３０に出力する。感度制御部３０は、上記実施の形態１の場合と同様に図３のフローチャートに従い、周波数弁別信号Ｄ４ｄ，Ｄ５ｄに基づいて検出感度補正部２１の利得Ｇを制御することができる。
【００５５】
図８（Ａ）〜（Ｄ）は、各種信号の強度波形の例を概略的に示すタイミングチャートである。図８（Ａ）は、強度変調光ＭＬの光強度波形の一例を表している。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の光強度波形に対応する光検出信号Ｄ２の強度波形を、図８（Ｃ）は、背景光の検出結果を含む周波数弁別信号Ｄ５の強度波形を、図８（Ｄ）は、図８（Ａ）の光強度波形に対応する変調成分Ｄｍ２の強度波形をそれぞれ表している。
【００５６】
次に、ミキサ回路５３は、入力された変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２を互いに混合してミキシング信号を生成し、このミキシング信号から、変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２の周波数の差分の周波数を有する差周波信号を取り出し誤差信号Ｄｅとして出力する。この誤差信号Ｄｅは、変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２間の位相誤差Ｐｄを示す信号である。誤差信号Ｄｅは、ＡＤＣ５４によりディジタル誤差信号Ｄｅｄに変換された後に温度制御部５５に供給される。
【００５７】
温度制御部５５は、ＡＤＣ５４の出力であるディジタル誤差信号Ｄｅｄに基づいて、変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２間の位相誤差Ｐｄが低減するように光検出器１３Ａの温度を制御する。具体的には、温度制御部５５は、可変温度素子５７の動作を制御するディジタル信号ＴＣｄを出力する。このディジタル信号ＴＣｄは、ＤＡＣ５６により温度制御信号ＴＣに変換された後に可変温度素子５７に供給される。温度制御信号ＴＣに応じて可変温度素子５７が光検出器１３Ａを冷却または加熱することにより、光検出器１３Ａの温度調整が可能となる。光検出器１３Ａの温度と光検出信号Ｄ１の位相との間には相関が存在し、光検出器１３Ｂの温度と光検出信号Ｄ２の位相との間にも相関が存在する。このため、光検出信号Ｄ１，Ｄ２間に位相誤差Ｐｄが生じている場合、光検出器１３Ａ，１３Ｂのうちの一方の温度を制御することにより、あるいは光検出器１３Ａ，１３Ｂの温度を個別に制御することにより、光検出信号Ｄ１，Ｄ２間の位相誤差を零にすることができる。本実施の形態は、光検出器１３Ａのみの温度制御を実行するものであるが、これに限定されず、光検出器１３Ｂのみの温度制御、または、光検出器１３Ａ，１３Ｂの個別の温度制御を実行する形態を採用してもよい。
【００５８】
図９は、誤差信号Ｄｅの電圧値Ｖｅと位相誤差Ｐｄとの対応関係の一例を示すグラフである。ミキサ回路５３に入力される変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２という２つの信号間の位相誤差Ｐｄについては、図９に示されるように、当該位相誤差Ｐｄが零となる点で変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２の位相が一致する。温度制御部５５は、位相誤差Ｐｄが零に近づくように可変温度素子５７の動作を制御して光検出信号Ｄ１，Ｄ２の位相を互いに一致させることができる。
【００５９】
なお、温度制御部５５の動作状態は、外部から入力された動作制御信号Ｅ２に応じて、位相補正動作のオン状態またはオフ状態のいずれか一方に切り替えられる。
【００６０】
温度制御部５５は、上記感度制御部３０と同様に、たとえば、信号入出力用のインタフェース部と、ディジタル信号処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むプロセッサとで構成することができる。この場合、プロセッサは、不揮発性メモリ（図示せず）から読み込んだ温度制御プログラムを実行することにより、温度制御部５５の機能を実現することが可能である。なお、温度制御部５５及び感度制御部３０は、機能的には互いに分離して構成されているが、単一のハードウェア構成として実現されてよい。
【００６１】
次に、図１０を参照しつつ、上記構成を有する空間光通信装置２の動作について以下に説明する。図１０は、温度制御部５５による動作手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【００６２】
図１０を参照すると、温度制御部５５は、動作制御信号Ｅ２に基づいて動作を開始し、入力された位相補正動作指示に応じて、位相補正動作のオンまたはオフのいずれか一方の状態をとる。位相補正動作オフの場合、すなわち位相補正動作指示によりオフ状態が指示された場合は（ステップＳＴ３２のＮＯ）、温度制御部５５の位相補正動作は終了する。
【００６３】
一方、位相補正動作オンの場合、すなわち位相補正動作指示によりオン状態が指示された場合は（ステップＳＴ３２のＹＥＳ）、温度制御部５５は、入力されたサンプリング回数ｎ（ｎは正整数）に従って、ディジタル誤差信号Ｄｅｄをｎ回サンプリングし、当該サンプリングされた信号に基づいて平均化誤差＜Ｖｅ＞を算出する（ステップＳＴ３４）。たとえば、所定時間に亘って連続的にサンプリングされたｎ個の電圧Ｖｅの算術平均を、平均化誤差＜Ｖｅ＞として使用することができる。
【００６４】
次に、温度制御部５５は、入力された設定係数Ｋｃ，Ｃ１を用いて、次式（４）に従って制御電圧値Ｖｃを算出する（ステップＳＴ３６）。
Ｖｃ＝Ｋｃ・＜Ｖｅ＞＋Ｃ１              （４）
【００６５】
そして、温度制御部５５は、制御電圧値Ｖｃを有する温度制御信号ＴＣｄを生成する（ステップＳＴ３７）。この温度制御信号ＴＣｄは、ＤＡＣ５６によりアナログ信号ＴＣに変換された後に可変温度素子５７へ供給される。
【００６６】
その後、温度制御部５５は、入力された位相補正動作指示に応じて、位相補正動作のオフまたはオンのいずれか一方の状態をとる。位相補正動作オンの場合、すなわち位相補正動作指示によりオン状態が指示された場合は（ステップＳＴ３９のＮＯ）、ステップＳＴ３４に処理が戻り、ステップＳＴ３４以後の各ステップが実行される。一方、位相補正動作オフの場合、すなわち位相補正動作指示によりオフ状態が指示された場合には（ステップＳＴ３９のＹＥＳ）、位相補正動作は終了する。
【００６７】
以上に説明したように本実施の形態の空間光通信装置２がキャリブレーションモード及び運用モードで動作するとき、単一周波数ｆ０の強度変調光ＭＬは、出射光束ＯＬ１，ＯＬ２にそれぞれ重畳されて光検出器１３Ａ，１３Ｂに入射させられる。このとき、周波数弁別器５１は、光検出器１３Ａの出力Ｄ１から、強度変調光ＭＬに対応する変調成分Ｄｍ１と周波数弁別信号Ｄ４とを弁別して出力し、周波数弁別器５２は、検出感度補正部２１の出力Ｄ３から、強度変調光ＭＬに対応する変調成分Ｄｍ２と周波数弁別信号Ｄ５とを弁別して出力する。温度制御部５５は、ディジタル誤差信号Ｄｅｄに基づき、補正残差δを低減させて変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２の位相を互いに一致させるように光検出器１３Ａの温度を制御することができる。
【００６８】
よって、空間光通信装置２は、キャリブレーションモード時には、周波数弁別信号Ｄ４，Ｄ５との間の位相誤差を低減させて補正係数ｋの正確な値を算出し、利得Ｇを当該補正係数ｋに設定することができる。したがって、感度制御部３０は、運用モード時には、実施の形態１と比べると、受信信号中の背景光成分を高い精度で除去することができ、これにより、信号光の受信エラー発生を更に高い確率で防止することができる。
【００６９】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、運用モード時における各種信号の強度波形の例を示すタイミングチャートである。図１１（Ａ）は、送信装置（図示せず）において生成される送信信号の波形の一例を、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の送信信号に対応する光検出信号Ｄ１の強度波形を、図１１（Ｃ）は、当該送信信号に対応する周波数弁別信号Ｄ４の強度波形を、図１１（Ｄ）は、変調成分Ｄｍ１の強度波形をそれぞれ表している。
【００７０】
なお、基準となる単一周波数ｆ０の強度変調光ＭＬは、必ずしも信号光や背景光に対して高い周波数である必要はない。この場合、周波数弁別器５１，５２における変調成分Ｄｍ１，Ｄｍ２を弁別するための帯域幅は数ｋＨｚ以下となるようにすればよい。
【００７１】
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態の様々な変形例を採用することもできる。
【００７２】
たとえば、上記波長選択部１１（図１）に代えて、図１２に示す波長選択部１１Ｍを採用することができる。波長選択部１１Ｍは、ビームスプリッタ１５と、反射ミラー１６と、波長フィルタ１１Ａ及び集光レンズ１２Ａの組と、波長フィルタ１１Ｂ及び集光レンズ１２Ｂの組とで構成されている。ビームスプリッタ１５は、光軸ＯＡに沿って入射された光束ＩＬを同一波長帯域の分割光束ＩＬ１，ＩＬ２に分割する光学機能を有する。具体的には、ビームスプリッタ１５は、入射光束ＩＬの一部を分割光束ＩＬ１として波長フィルタ１１Ａの方向へ透過させ、入射光束ＩＬの他の一部を分割光束ＩＬ２として反射ミラー１６の方向へ反射させる。分割光束ＩＬ２は、反射ミラー１６で反射して波長フィルタ１１Ｂに入射する。図１２に示した波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂ及び集光レンズ１２Ａ，１２は、図１に示した波長フィルタ１１Ａ，１１Ｂ及び集光レンズ１２Ａ，１２とそれぞれ同じ光学機能を有する。
【００７３】
また、上記波長選択部１１（図１）に代えて、図１３に示す波長選択部１１Ｒを採用してもよい。波長選択部１１Ｒは、波長選択ビームスプリッタ１５Ｒ、反射ミラー１６及び集光レンズ１２Ａ，１２Ｂを備えて構成されている。波長選択ビームスプリッタ１５Ｒは、光軸ＯＡに沿って入射された光束ＩＬから通信波長帯域の光束ＳＬ１を分離するとともに、入射光束ＩＬから背景光監視用の波長帯域の光束ＳＬ２を分離する波長弁別性の光学機能を有する。図１３に示した集光レンズ１２Ａ，１２は、図１に示した集光レンズ１２Ａ，１２とそれぞれ同じ光学機能を有するものである。光束ＳＬ１は、集光レンズ１２Ａにより集光されて光検出器１３Ａに入射し、光束ＳＬ２は、反射ミラー１６で反射した後、集光レンズ１２Ｂにより集光されて光検出器１３Ｂに入射する。
【００７４】
上記した波長選択部１１Ｍ，１１Ｒを採用することにより、空間的な分布を有する背景光に対しても、視差が生じず、受信信号光中の背景光成分を高い精度で除去することができる。なお、上記波長選択部１１Ｍ，１１Ｒの構成を実施の形態２に適用することも可能である。
【００７５】
また、上記実施の形態１，２は、増幅光検出信号Ｄ３を用いて光検出信号Ｄ１を補正しているが、このような形態に代えて、光検出信号Ｄ１を増幅することで得られる増幅信号を用いて光検出信号Ｄ２を補正する変形例を採用してもよい。具体的には、キャリブレーションモード時には、光検出信号Ｄ１，Ｄ２に基づいて補正係数ｋ’（＝＜Ｖｎａ＞／＜Ｖｓａ＞）を算出し、運用モード時には、この補正係数ｋ’の利得で光検出信号Ｄ１の振幅を増幅して増幅信号Ｄ３’を生成することができる。そして、増幅信号Ｄ３’と光検出信号Ｄ２との差を補正信号として生成することが可能である。ただし、この変形例よりも上記実施の形態１，２の方が、雑音特性が良好であり、高品質の補正信号を得ることができる。よって、補正信号を高品質にする観点からは、この変形例よりも実施の形態１，２の方が好ましい。
【００７６】
なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ｍ  空間光通信装置、  ２  空間光通信装置、  １１，１１Ｍ，１１Ｒ  波長選択部、  １１Ａ，１１Ｂ  波長フィルタ、  １２Ａ，１２Ｂ  集光レンズ、  １３Ａ，１３Ｂ  光検出器、  １５  ビームスプリッタ、  １５Ｒ  波長選択ビームスプリッタ、  １６  反射ミラー、  ２１  検出感度補正部、  ２１  検出感度補正部、  ２３  信号補正部、  ３０  感度制御部、  ３３  メモリ、  ４１  発振器、  ４２  基準光源、  ４３，４５  反射ミラー、  ４４  ハーフミラー、  ５１，５２  周波数弁別器、  ミキサ回路、  ５５  温度制御部、  ５７  可変温度素子、  ＯＡ，ＯＡ１，ＯＡ２  光軸。
【図１】
0006333203.tif 000002
【図２】
0006333203.tif 000003
【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】
0006333203.tif 000008
【図８】
0006333203.tif 000009
【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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