(57)【要約】【課題】狭帯域の信号のみを用いる伝送方法を提案することにより、信号に用いる周波数を特定し、その周波数に関して、伝送系を含めた設計を実施することにより、超高速信号伝送を可能にする光信号通信装置を提供する。【解決手段】光源３と、光源を変調する光源変調手段４と、前記光源３から発光した変調光信号を検出する信号検出手段（６、７、８、９、１０）を有する光信号通信装置において、前記光源変調手段４は、前記光源３を、常時発光した状態で変調し、かつ狭帯域の変調周波数を使用する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源を変調する光源変調手段と、前記光源から発光した変調光信号を検出する信号検出手段を有する光信号通信装置において、前記光源変調手段は、前記光源を、常時発光した状態で変調し、かつ狭帯域の変調周波数を使用することを特徴とする光信号通信装置。
【請求項２】
前記光源変調手段は基準信号として正弦波を用いることを特徴とする請求項１記載の光信号通信装置。
【請求項３】
前記光源変調手段は前記光源を振幅変調により変調することを特徴とする請求項２記載の光信号通信装置。
【請求項４】
前記光源変調手段は前記光源を周波数変調により変調することを特徴とする請求項２記載の光信号通信装置。
【請求項５】
前記光源は散乱光であることを特徴とする請求項１記載の光信号通信装置。
【請求項６】
前記光源は可視光である照明光とすることを特徴とする請求項５記載の光信号通信装置。
【請求項７】
前記光源は、励起光源として紫外線もしくは青色光を発光し、前記励起光源から発光した光を、蛍光体を有する光散乱手段に入射することにより照明光とすることを特徴とする請求項６記載の光信号通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常の光ファイバを用いた光通信はもちろん、光無線通信に属する可視光通信、照明光通信、赤外線通信、ユビキタス可視光表示通信などに応用が可能である、光を用いて情報を伝達する光信号通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている光ファイバを用いた光伝送は、ますます高速化して実現されてきており、現在、各家庭に光ファイバ網が構築される時代に来ている。一方、高速通信技術の発展とともに、光を用いた無線通信技術に関しても開発されるようになってきた（例えば、特許文献１および２参照）。
無線通信技術は、例えば、ビル間をコヒーレント光で通信する光無線通信、赤外線を用いて室内で散乱光通信を行うなど、オフィスや学校などに少しずつ普及してきている。
また、照明を用いた散乱光通信に関しては、特許文献１に開示されているように、専用の通信装置を持たずに、照明光自体を通信手段として用いるユビキタス通信が提案されている。また、例えば、特許文献２に開示されているように、光源変調方式として、２値変調方式であるパルス幅変調方式に関するものも存在している。
【０００３】
図８は従来の光変調方式の実施例に使用される方形波を示す概略図である。図９は図８の実施例におけるスペクトルを示す概略図である。図１０は図８の従来例における信号透過率と周波数の関係をグラフで示す図である。従来、光を変調する方式としては、２値変調、つまり、オン、オフ変調を行うのが一般的であった。
たとえ、オフレベルが電圧的に０Ｖではない場合でも、方形波の信号伝送を行い、或る基準電位をスライスレベルとして２値化することが論理的にも容易であり、これまで多くの信号伝送系で実施されてきている。その場合問題となるのがスペクトルである。
方形波は、原理的に、多くの周波数の正弦波の重ね合わせで実現されるために、図９に示すように、スペクトルを見ると、広帯域に渡ってスペクトルが発生する伝送方法である。
【０００４】
伝送速度が比較的低速の場合にはほとんど問題にならないが、近年のように、数ＧＨｚを超える伝送速度になってくると、光自体の伝送は可能であるが、その前段で光を変調する伝送部の速度限界が発生する。
伝送部の速度限界の原因は、数ＧＨｚを超えて１０ＧＨｚ以上になった場合に、信号そのものが所望の伝送をすることができない課題が発生する。これはプリント回路基板（ＰＣＢ）上の配線における導体損、誘電損をはじめ、コネクタや抵抗などの素子における反射、クロストークなどに起因する。
また、ＰＣＢ上のスタブビアにおける反射、ＰＣＢの物理的サイズそのものから発生する共振現象など、さまざまな原因がある。ここで、スタブビアにおける反射とは層状に形成されたＰＣＢに設けたスタブビア（貫通孔）を通過する光が異常な共振を発生する反射を指している。
【０００５】
図１０は、或るＰＣＢにおいて、変調信号の透過率（Ｓパラメータ）を見るとき、周波数が上がるにしたがって、伝達する信号の信号透過率が減衰していくことを示している。
また、その減衰が一様であればよいが、実際には図において丸で囲んだように、或る特定の周波数Ｆ０において、共振が発生し、特定の周波数の信号を伝送しなくなる。すなわち、上述した、スタブビア（貫通孔）を通過する光の共振により光伝送が消滅してしまう場合もある。
かかる原因を、かかる共振を無くすように、そのような原因を除去することが設計上で要求されるが、スタブビアによる共振、また、ＰＣＢの物理的サイズにも影響されるなど多種多様であるため、個々の対応が必要であり、非常に実現が困難である。
【特許文献１】特開２００４−２２９２７３公報
【特許文献２】特開２００３−１０３８３１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現在の光変調方式では、基本的に光を２値変調（オン、オフ変調）するため、高速化を進めていく場合、その用いる周波数帯域が非常に広帯域であるため、電気信号伝送部において、速度限界を生じてしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、狭帯域の信号のみを用いる伝送方法を提案することにより、信号に用いる周波数を特定し、その周波数に関して、伝送系を含めた設計を実施することにより、超高速信号伝送を可能にする光信号通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源と、光源を変調する光源変調手段と、前記光源から発光した変調光信号を検出する信号検出手段を有する光信号通信装置において、前記光源変調手段は、前記光源を、常時発光した状態で変調し、かつ狭帯域の変調周波数を使用することを特徴とする光信号通信装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記光源変調手段は基準信号として正弦波を用いる請求項１記載の光信号通信装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記光源変調手段は前記光源を振幅変調により変調することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、前記光源変調手段は前記光源を周波数変調により変調することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記光源は散乱光である請求項１記載の光信号通信装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記光源は可視光である照明光とする請求項５記載の光信号通信装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記光源は、励起光源として紫外線もしくは青色光を発光し、前記励起光源から発光した光を、蛍光体を有する光散乱手段に入射することにより照明光とする請求項６記載の光信号通信装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光変調方式として、光をオン、オン変調する狭帯域な変調方式を採用することにより、電気信号伝送部の負荷を低減し、またオン、オン変調であるため、光源をより高速に変調することができ、かつ、変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は簡単な伝送方法として使用する単一周波数の正弦波を示す概略図である。図２は図１の正弦波によるスペクトルを示す概略図である。
図１は単一周波数の正弦波であり、そのスペクトルを図４に示している。単に正弦波の信号を伝送する場合には、極狭帯域のみを考慮すればよいため、電装路を含めた信号伝送が容易となる。
本発明は、狭帯域の信号のみを用いる伝送方法を提案することにより、信号に用いる周波数を特定し、その周波数に関して、電装系を含めた設計を実施することにより、超高速信号伝送を可能にしようとするものである。
光源変調装置は、基準信号として正弦波を用いることにより、周波数範囲がより狭帯域となるので、変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
【００１１】
図３は振幅変調の変調例を示す概略図である。図４は図３の変調例のスペクトルを示す概略図である。図３では、振幅変調（ＡＭ変調）の例を示している。スペクトルに関しては図４に示すように、搬送波を含めて、周波数は異なるが、伝送するさいに考慮しなければならない周波数は特定されるため、伝送システム全体の設計が容易である。
光源変調装置は、振幅変調であることにより、周波数範囲を特定の周波数に限定することができるので、変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
図５は周波数変調の変調例におけるスペクトルを示す概略図である。波形表示は図示しないが、周波数変調（ＦＭ変調）の場合も同様であり、スペクトルは図５に示すようになる。
この場合も、変調する周波数により特定のスペクトルが立つが、伝送するさいに考慮しなければならない周波数が特定されるのは上記と同様である。このように、伝送する信号の周波数を狭帯域にするか、もしくは周波数を限定してシステムを構築する周波数管理をすることにより、伝送系を含めた高速信号伝送が可能となる。
光源変調手段は、周波数変調であることにより、周波数範囲がより狭帯域となるので、変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
【００１２】
図６は本発明による光通信装置の第１の実施の形態を示す回路図である。この回路図では、送信側に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１、パワーアンプ（ＰＡ）２、光源３には半導体レーザ若しくはＶＣＳＥＬ（面発光型半導体レーザ）、光源変調装置４、および発振器５を含んでいる。
また、受信側には、受光器６、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８、復調装置９、および発振器１０を含んでいる。受信側は全体として本発明で用いる信号検出手段を構成している。
この第１の実施の形態の光信号通信装置は、光源３と、光源を変調する光源変調手段（変調装置）４と、光源３から発光した変調光信号を検出する信号検出手段（受光器６、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８、復調装置９、および発振器１０）を有している。
光源を変調する光源変調手段４は、光源３を、消灯若しくは消灯と同等とみなせる発光量とすることなく、常時発光した状態で変調し、かつ狭帯域の変調周波数使用している。
【００１３】
図７は本発明による光通信装置の第２の実施の形態を示す回路図である。この第２の実施の形態でも、送信側に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１、パワーアンプ（ＰＡ）２、光源３には半導体レーザ若しくはＶＣＳＥＬ、光源変調装置４、および発振器５を含んでいる。
また、受信側には、受光器６、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８、復調装置９、および発振器１０を含んでいる。第１の実施の形態と同様に、受信側は全体として本発明で用いる信号検出手段を構成している。第２の実施の形態では、光源３から発光された光は、散乱部（光散乱手段）１１により散乱されて、例えば照明光となる。
光源３が散乱光であることにより、光無線通信の適応範囲が広がり、かつ変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
一方、光源３に関しては、オン、オフ変調するよりも、オン状態で変調を掛けるオン、オン変調（例えば、振幅変調や周波数変調）の方が高速で動作することが知られている。
【００１４】
例えば、半導体レーザでは、オフ状態からオン状態となる場合、電荷の注入や、寄生容量の充電が必要であり、方形波のような２値変調をしようとする場合に、素子の特性からくる速度限界が発生する。
しかし、オン状態を続けて変調する場合には、ＬＥＤ領域は使用せず、ＬＤ領域で用いるため、オン、オフ変調する場合に比較して、高速で動作する。とくに端面発光型半導体レーザの場合には、その特性が顕著であり、ＬＥＤ領域の励起電流（発振開始閾値電流）が大きいため、連続発光状態での変調の方が高速である。
例えば、ＶＣＳＥＬなどの面発光半導体レーザに関しては、ＬＥＤ領域の励起電流（発振開始閾値電流）が端面発光型半導体レーザよりは小さいため、より高速動作が期待できる。
【００１５】
しかしながら、オン、オフ変調させるための駆動電流変化と、オン、オン変調させるための駆動電流変化量は、オン、オン変調させる場合の方が小さく、寄生容量への充電・放電が少ないため、やはりより高速で動作する。
その他、ＬＥＤ光源に関しても同様であり、ＬＥＤ光源の場合には、照明光としての利用も今後非常に期待されており、さらにユビキタス化を推進する場合、ＬＥＤ光源変調にもこのようなオン、オン変調をすることにより、より高速な可視光通信も可能となる。
光源３を可視光である照明光とすることにより、光無線通信の適応範囲が広がり、将来のユビキタス化を容易に推進することが可能となり、かつ変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
散乱光を用いた光通信において、オン、オン変調は、光量変動がオン、オフ変調に比較して小さいため、照明としての利用方法としても、より有効な方法である。
光源３を、励起光源として紫外線もしくは青色光を発光し、励起光源から発光した光を、蛍光体を有する光散乱手段に入射することにより照明光とする。これによって、光無線通信の適応範囲が広がり、将来のユビキタス化を容易に推進することが可能となり、かつ変調、検出、復調などの電気信号処理伝送系をより容易に作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】簡単な伝送方法として使用する単一周波数の正弦波を示す概略図である。
【図２】図１の正弦波によるスペクトラムを示す概略図である。
【図３】振幅変調の変調例を示す概略図である。
【図４】図３の変調例のスペクトラムを示す概略図である。
【図５】周波数変調の変調例におけるスペクトラムを示す概略図である。
【図６】本発明による光通信装置の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図７】本発明による光通信装置の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図８】従来の光変調方式の実施例に使用される方形波を示す概略図である。
【図９】図８の実施例におけるスペクトラムを示す概略図である。
【図１０】図８の従来例における信号透過率と周波数の関係をグラフで示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２  パワーアンプ（ＰＡ）、３  光源、４  光源変調手段（光源変調装置）、５  発振器、６  信号検出手段（受光器）、７  信号検出手段（ローノイズアンプ（ＬＮＡ））、８  信号検出手段（バンドパスフィルタ（ＢＰＦ））、９  信号検出手段（復調装置）、１０  信号検出手段（発振器）、１１  光散乱手段（散乱部）
【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】
2007159019.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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