JP4530487B2

JP4530487B2 - 多チャンネル光通信システムおよびそのための光送信装置

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Publication number: JP4530487B2
Application number: JP2000170514A
Authority: JP
Inventors: 俊弘津村
Original assignee: 俊弘津村
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: US7054563B2; JP2001298420A; US20010013967A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光を媒体として用いる光通信システムに関し、特に、コーナキューブに代表される再帰的反射装置を用いた多チャンネル光通信システムおよびそのための光送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
さまざまな法律の制約を受ける電波を用いた通信に代えることによって、電波通信のような法律上の制約を受けない光を用いた通信システムに関する研究が行なわれている。この様な光通信システムの一例が「コーナキューブにおける減衰全反射を用いた光強度変調の高速化について」（津村俊弘他、信学技報ＳＡＮＥ９４−９１、ＳＡＴ９４−９１、ｐｐ．１１１−１１４）に開示されている。
【０００３】
ここに開示されている通信システムは、レーザを利用した双方向空間光通信システムであって、一方にはレーザ発振器を、他方にはコーナキューブを設ける。レーザ発振器から出射されるレーザ光を外部信号により変調することによって受光側では受光したレーザ光から信号を復調することができる。
【０００４】
この入射した光をコーナキューブはレーザ発振器側に反射する。この際コーナキューブの特性として、ある方向から入射した光は同一方向に反射する。したがって反射光は必ずレーザ発振器のごく近傍に達する。コーナキューブの１面に、このコーナキューブ面の反射を全反射とするか、無反射とするかによって反射光を変調するための変調器を設ける。この変調器を外部信号で駆動することにより反射光上に情報を載せることができる。レーザ発振器側ではこの反射光を受光する受光センサを設け、この受光センサの出力から、コーナキューブ側から送信されてくる信号を復調することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した通信システムでは、双方向の光通信が行なえるものの、送受信に対してそれぞれ１チャンネルの割当てしかできないという問題がある。特に画像情報などを光通信により伝送しようとする場合、情報量が非常に多くなるので、１チャンネルのみを用いて行なうと１シンボル当りの信号区間が短くなり、特に光電変換素子を用いる光通信の場合にはその復調が困難となるという問題がある。
【０００６】
また光を用いた多チャンネル通信システムのための媒体として、光ファイバを用いたものがある。光ファイバを用いると効率よく光通信が行なえるが、光ファイバを広い地域にわたって張り巡らさなければならず、インフラストラクチャを構築するために莫大な資金が必要となるという問題がある。また、移動体との相互通信、および移動体と移動体との間の相互空間通信においては、光ファイバは有効ではない。
【０００７】
それゆえにこの発明の目的は、安価に大容量の光通信を行なうことができる多チャンネル光通信システムおよびそのための光送信装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面にかかる多チャンネル光通信システムは、入射する光を、入射方向と同一方向に反射する再帰反射手段と、再帰反射手段によって反射される光を、多チャンネルの伝送信号に基づいて変調するための変調手段とを含む光送信装置と、光を出射する光出射手段と、光出射手段から出射され再帰反射手段によって反射された光から、変調手段によって変調された多チャンネルの伝送信号を復調するための復調手段とを含む光受信装置とを含む多チャンネル光通信システムである。変調手段は、再帰反射手段の反射面上に、多チャンネルの伝送信号に対応して配列され、各々独立に光の反射を制御することが可能な複数個の全反射条件制御素子と、全反射条件制御素子の各々を、多チャンネルの伝送信号の内、各反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号に基づいて独立に制御するための駆動手段とを含み、復調手段は、反射された光を受光するための、複数個の全反射条件制御素子の配列に対応して配列された複数個の受光素子を有する受光手段と、複数個の受光素子の出力から、多チャンネルの伝送信号の内で各受光素子に対応する全反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号をそれぞれ再構築するための手段とを含む。
【０００９】
複数個の全反射条件制御素子がそれぞれ独立に光の反射を制御することができる。したがって、これら複数個の全反射条件制御素子の反射をそれぞれ別々の情報により制御することで、光送信装置から光受信装置に向けて、それぞれ別の情報により変調された光ビームの束として、信号を多チャンネルで送信することができる。多チャンネルで光通信を行なうので、シンボル期間を長くすることができ、光受信装置の受光手段では安定した光電変換を行なうことが可能になる。
【００１４】
請求項１に記載の発明にかかる多チャンネル光通信システムでは、全反射条件制御素子は、反射面上に配置され、透明カプセル中に封入された不透明な磁性体と、透明カプセル中の磁性体を磁力により移動させることにより全反射条件制御素子における光の反射率の分布を変化させるための磁力発生手段とを含む。
【００１５】
不透明な磁性体の分布を磁力で変えることにより、反射面における全反射と無反射とを制御できる。反射時には全反射が行なわれるので、光の損失が少なく、伝送誤りのおこるおそれが比較的少ない安定した通信が行える。
【００１６】
請求項２に記載の発明にかかる多チャンネル光通信システムでは、全反射条件制御素子は、再帰反射手段の全反射面に光が入射する方向とは逆の方向から再帰反射手段の全反射面に臨むように配置され、特定の波長の光が照射されたことに応答して、全反射面に密着した第１の形状と、全反射面との間に空隙が形成された第２の形状との間で形状を変化させる光駆動素子を含み、光駆動素子に対して特定の波長の光を照射することにより、全反射面の反射が制御される。
【００１７】
光によって全反射条件制御素子が駆動されるので、全反射条件制御素子に対して信号を送るための配線が不要となる。装置の構成が単純となり、全反射条件制御素子を小型化し、密度を高めることができる。そのため、利用できるチャンネル数が多くなる。
【００１８】
本発明の他の局面にかかる多チャンネル光通信システムのための光送信装置は、入射する光を、入射方向と同一方向に反射する再帰反射手段と、再帰反射手段によって反射される光を、多チャンネルの伝送信号に基づいて変調するための変調手段とを含む光送信装置であって、変調手段は、再帰反射手段の反射面上に、多チャンネルの伝送信号に対応して配列され、各々独立に光の反射を制御することが可能な複数個の反射条件制御素子と、反射条件制御素子の各々を、多チャンネルの伝送信号の内で各反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号に基づいて独立に制御するための駆動手段とを含む。
【００１９】
複数個の反射条件制御素子がそれぞれ独立に光の反射を制御することができる。したがって、これら複数個の反射条件制御素子の反射をそれぞれ別々の情報により制御することで、光送信装置から光受信装置に向けて、それぞれ別の情報により変調された光ビームの束として、信号を多チャンネルで送信することができる。多チャンネルで光通信を行なうので、シンボル期間を長くすることができ、光受信装置の受光手段では安定した光電変換を行なうことが可能になる。
【００２８】
請求項３に記載の発明にかかる多チャンネル光通信システムのための光送信装置では、反射条件制御素子は光反射面上に配置され、透明カプセル中に封入された不透明な磁性体と、透明カプセル中の磁性体を磁力により移動させることにより反射条件制御素子における光の反射率の分布を変化させるための磁力発生手段とを含む。
【００２９】
不透明な磁性体の分布を磁力で変えることにより、反射面における全反射と無反射とを制御できる。反射時には全反射が行なわれるので、光の損失が少なく、伝送誤りのおこるおそれが比較的少ない安定した通信が行える。
【００３０】
請求項４に記載の発明にかかる多チャンネル光通信システムのための光送信装置では、反射条件制御素子は、再帰反射手段の反射面を構成する透明板の裏面に配置され、特定の波長の光が照射されたことに応答して、裏面に密着した第１の形状と、裏面との間に空隙が形成された第２の形状との間で形状を変化させる光駆動素子を含み、光駆動素子に対して特定の波長の光を照射することにより、透明板の裏面の反射が制御される。
【００３１】
光によって反射条件制御素子が駆動されるので、反射条件制御素子に対して信号を送るための配線が不要となる。装置の構成が単純となり、反射条件制御素子を小型化し、密度を高めることができる。そのため、利用できるチャンネル数が多くなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
図１を参照して、この発明の第１の実施の形態に係る多チャンネル光学通信システム２０は、光送信装置２４および光受信装置２２を含む。光送信装置２４にはたとえばビデオカメラ２５が接続される。光送信装置２４はこのビデオカメラ２５から受けた信号を光を用いて光受信装置２２に伝送する。光受信装置２２はこの光信号からビデオカメラ２５の出力した映像信号を再生し信号処理回路２６およびモニタ２８に与えて表示する。
【００３７】
光受信装置２２は、やや広がりを持つ光束を光送信装置２４に向けて出射するための光源３０と、光源３０の光路上に置かれ、光送信装置２４側から反射してくる光を分岐するためのビームスプリッタ３２と、ビームスプリッタ３２によって分岐された光を受ける位置に配置されたＣＣＤ（固体撮像素子）３４と、ビームスプリッタ３２を中心軸周りに回転させることにより、ビームスプリッタ３２で反射される光をＣＣＤ３４の受光面上に導くためのステッピングモータ３１と、ＣＣＤ３４の出力に基づいて、光送信装置２４から送信されてくる信号中のクロック成分を再生するためのクロック再生回路３６と、クロック再生回路３６が再生するクロックに従ってＣＣＤ３４が出力する信号を、クロック再生回路３６の出力するクロック信号を逓倍した信号に従ってアナログ／デジタル変換するためのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路３８とを含む。Ａ／Ｄ変換回路３８の出力は信号処理回路２６に与えられ、モニタ２８に表示される。
【００３８】
光送信装置２４は、１面が多数の画素に分割されたコーナキューブ４０と、コーナキューブ４０の上記した１面の各画素の反射／無反射をビデオカメラ２５から与えられる映像信号に従って制御するための変調装置４２とを含む。
【００３９】
図２を参照して、コーナキューブ４０は互いに垂直に組合された３つの反射面５２、５４および５６を有する。これら反射面５２、５４および５６のうちたとえば反射面５２上が複数個の画素５８に分割されている。各画素５８は、変調装置４２によって各画素ごとにその全反射／無反射が制御される。
【００４０】
図４を参照して、図１に示す変調装置４２は、図２に示される多数の画素５８の配列と一致して配列された多数のデジタルマイクロミラーデバイス７０を含む。各デジタルマイクロミラーデバイス７０は、マイクロミラー７４と、印加される電圧によってマイクロミラー７４の方向を変化させるマイクロアクチュエータ７２とを含む。たとえばデジタルマイクロミラーデバイス７０に何ら電圧が印加されていない場合にはマイクロミラー７４は図４に示されるようにマイクロアクチュエータ７２と少し角度を持った方向を向き、デジタルマイクロミラーデバイス７０に対して所定の電圧が印加されると図５に示されるようにマイクロミラー７４はマイクロアクチュエータ７２の上面に密着する。
【００４１】
こうしたデジタルマイクロミラーデバイスについては「液晶より上？次世代ディスプレイの本命」（日経ビジネス、１９９９年１１月１５日号ｐｐ．６０−６４）に記載されている。
【００４２】
図６を参照して、反射面５２は透明なガラス板７６と、ガラス板７６の裏面に配置された多数のデジタルマイクロミラーデバイス７０（図４参照）とを含む。これらデジタルマイクロミラーデバイス７０はいずれも、電圧が印加されているときにはマイクロミラーの反射面がガラス板７６の裏面に密着し、電圧が印加されていないときにはマイクロミラー７４がガラス板７６の裏面から離れるような位置に配置されているものとする。マイクロミラー７４の屈折率がガラス板７６のそれと異なっていると、図６に示すように、電圧が印加されていないデジタルマイクロミラーデバイス７０に対応する位置（マイクロミラー７４Ａおよび７４Ｃ）では、光８０Ａおよび８０Ｃは反射せず、電圧が印加されるデジタルマイクロミラーデバイスに対応する反射面７４Ｂの位置では光８０Ｂは反射される。
【００４３】
したがって図２に示されるコーナキューブ４０では、複数の画素５８の各々について、対応するデジタルマイクロミラーデバイスに対する印加電圧を図１に示すビデオカメラ２５からの映像信号に従って変化させることにより、各画素ごとに全反射／無反射を制御することができる。本実施の形態の装置では、こうして各画素ごとにコーナキューブ４０における光の反射／無反射を制御し、それを光受信装置２２側で各画素ごとに受光し復調することによって各画素ごとの信号を復調することができる。
【００４４】
なおこの実施の形態のシステムではデジタルマイクロミラーデバイスを用いているが、この例のように光反射面を構成する透明板の背面に反射面７４を配置する場合には、反射面７４は必ずしも光を反射する性質のものである必要はない。透明板と反射面７４との屈折率が相違してさえいれば、透明板の裏面に反射面７４を密着させることにより光が全反射し、ある間隔を設ければ光が反射しなくなるからである。
【００４５】
この第１の実施の形態に係る光通信システム２０は以下のように動作する。なお光源３０とコーナキューブ４０とは、その相対的位置がほぼ一定となるように予め調整されているものとするが、後述するように光受信装置２２および光送信装置２４の一方またはその双方が移動体上にある場合のようにその相対的位置がずれたとしても、ビームスプリッタ３２の回転角度を調整することにより、安定してＣＣＤ３４が光送信装置２４からの反射光を受光するようにできる。
【００４６】
まず光源３０がコーナキューブ４０に向けて光束を出射する。この光はコーナキューブ４０に入射し反射され、光源３０に向けて戻る。このとき、コーナキューブ４０上の１つの反射面５２上の各画素５８における反射／無反射をビデオカメラ２５からの映像信号に従って制御することにより、ある画素に対応する位置では光が反射され、他の画素に対応する位置では光が反射されないことになる。
【００４７】
ビームスプリッタ３２はコーナキューブ４０から反射されてくる光の光路を９０°横方向に分岐させ、ＣＣＤ３４の受光面上に導く。ＣＣＤ３４は、予め定められた周期で受光と受光信号の出力とを繰返しているが、クロック再生回路３６の制御によってその受光期間が、光送信装置２４から送られてくる送信信号の１周期とできるだけ一致するように制御される。クロック再生回路３６はＣＣＤ３４の出力に基づいて上記したようにクロック信号を再生しＣＣＤ３４の動作を制御するとともに、このクロック信号を所定数で逓倍した信号をＡ／Ｄ変換回路３８に与える。Ａ／Ｄ変換回路３８は、ＣＣＤ３４から出力されるシリアルなアナログ信号を、クロック再生回路３６から与えられる逓倍されたクロック信号に従ってデジタル変換し信号処理回路２６に与える。信号処理回路２６に与えられる信号は、結果としてビデオカメラ２５から出力されるデジタルのシリアル信号と同様のものとなる。信号処理回路２６によってこの信号を処理しモニタ２８上に表示することにより、ビデオカメラ２５で撮影した映像がモニタ２８上に再生される。
【００４８】
このとき、光送信装置２４から光受信装置２２に向けて送信される光信号は、各画素ごとに並列となった多チャンネルの光信号である。したがって１チャンネルで映像信号をシリアルに伝送する場合と比較して、各チャンネルごとの信号周期ははるかに長くなる。そのためＣＣＤ３４による受光期間も長くすることができ、安定した復調を行なうことが可能となる。
【００４９】
なお本実施の形態では図６に示すようにガラス板７６上にマイクロミラー７４が密着するように配置し、それによってガラス板７６とマイクロミラー７４の界面（全反射面）における全反射を制御した。しかし本発明はこうした構成には限定されず、たとえばマイクロミラー７４を図２に示す反射面５２自体を形成するようにマトリックス状に配置してもよい。この場合通常位置ではマイクロミラーが光を正しく反射し、所定の電圧が印加されるとマイクロミラーが位置を変え光を所定方向とは別の方向に反射するようにしてもよいし、その逆の構成にしてもよい。この例については図１５、図１６を参照して後述する。
【００５０】
また、図６に示すようにマイクロミラー７４をガラス板７６と密着するように配置する場合、マイクロミラー７４の密度がガラス板７６の密度よりも高ければ前述のような全反射の制御が可能となる。マイクロミラー７４の上面自体が反射能を有する必要はない。
【００５１】
図３を参照して、光送信装置２４の、光受信装置２２に対する相対位置が図１に示す状態から変化した場合を想定する。前述したとおり光源３０から出射される光ビームは広がりを持っている。そのため、光送信装置２４の位置がずれたとしても一部の光ビームはコーナキューブ４０によって反射されて戻ってくる。この反射光はコーナキューブ４０への入射光と同じ向きであるから、図１の場合と比較してビームスプリッタ３２への入射角度が変化している。そのため、ビームスプリッタ３２の向きをそのままにしておくと、ＣＣＤ３４の受光面にこの反射光を導くことができない。
【００５２】
この場合には、ステッピングモータ３１によって、ビームスプリッタ３２の角度を調整することにより、入射ビームの反射方向を調整すれば、コーナキューブ４０からの反射光をＣＣＤ３４の受光面に導くことができる。
【００５３】
第２の実施の形態
上記した第１の実施の形態の光学通信システムでは、光通信自体はマルチチャンネルであるが、そのための入力信号および送信された後の復調信号はいずれもシリアル信号となっている。そのため結果として１チャンネル分の信号の送信が行なわれている。しかし本発明はそうした実施の形態のみに限定されるわけではない。たとえば複数チャンネルの信号を多数のチャンネルの光通信で送信し、受信側でそれぞれ別々の信号として復調することもできる。第２の実施の形態の光通信システム１２０はそのようなシステムである。
【００５４】
図７を参照して、この光通信システム１２０は、光受信装置１２２および光送信装置１２４を含む。
【００５５】
光送信装置１２４は、第１の実施の形態の光送信装置２４と同様に１つの面が複数の画素に分割されたコーナキューブ１４０と、この各画素を別々に駆動するための変調装置１４２とを含む。
【００５６】
図８を参照して、変調装置１４２はこの実施の形態では４つの部分変調回路１５２Ａ〜１５２Ｄを含む。そして図７に示されるように各部分変調回路１５２Ａ〜１５２Ｄは別々の信号源１２５Ａ〜１２５Ｄからの信号によって駆動される。この例の場合、各信号源１２５Ａ〜１２５Ｄからシリアルに入力された信号を一旦図８に示すような形に配列された記憶素子に保持させた後、保持された信号を一斉に変調装置１４２の各素子部分に与える。こうすることによりシリアルに入力された信号をパラレルに、かつその信号周期を長くして転送することができる。
【００５７】
光受信装置１２２は、第１の実施の形態の場合と同様に配置された光源３０およびビームスプリッタ３２と、ビームスプリッタ３２により分岐された光束を受光するためのＣＣＤ１３４と、ＣＣＤ１３４の出力に基づいてクロック信号を再生しＣＣＤ１３４による受光期間を制御するとともに、このクロック信号を逓倍した信号を出力するためのクロック再生回路１３８と、ＣＣＤ１３４のそれぞれ４つの領域から出力されるシリアル信号をパラレルに受け、クロック再生回路１３８から与えられる逓倍されたクロック信号に従ってアナログ／デジタル変換するためのＡ／Ｄ変換回路１３６Ａ〜１３６Ｄとを含む。これらＡ／Ｄ変換回路１３６Ａ〜１３６Ｄの出力はそれぞれ信号源１２５Ａ〜１２５Ｄに対応する送信先１２６Ａ〜１２６Ｄに与えられる。
【００５８】
この第２の実施の形態の光通信システム１２０は以下のように動作する。各信号源１２５Ａ〜１２５Ｄはそれぞれ独立に変調装置１４２に対して信号を与える。変調装置１４２の部分変調回路１５２Ａ〜１５２Ｄはこれらシリアルに与えられた信号を順次各画素ごとに格納し、あるタイミングで対応するデジタルマイクロミラーデバイスに与える。その結果光源３０から出射される光がコーナキューブ１４０で反射される際に、各画素ごとにその反射／無反射が制御される。こうして元の信号により変調された光がビームスプリッタ３２に入射し、さらにＣＣＤ１３４の受光面上に入射する。クロック再生回路１３８はＣＣＤ１３４の出力に基づいてクロック信号を再生しＣＣＤ１３４の出力周期を制御する。同時にクロック再生回路１３８はこのクロック信号を所定数で逓倍した信号を作り、Ａ／Ｄ変換回路１３６Ａ〜１３６Ｄに与える。各Ａ／Ｄ変換回路１３６Ａ〜１３６Ｄは、ＣＣＤ１３４の対応する１／４面からシリアルに出力される信号をデジタル信号に変換し対応する送信先１２６Ａ〜１２６Ｄに与える。こうして、複数の信号源１２５Ａ〜１２５Ｄから与えられた信号が、１つの多チャンネル光通信路を介して同時に光受信装置１２２に送信され、それぞれ対応の送信先１２６Ａ〜１２６Ｄに独立に送信される。
【００５９】
この第２の実施の形態では、画像信号ではないシリアル信号をまとめた形で光通信することができる。この場合にも光通信自体は多チャンネルで行なわれるため、各信号をシリアルで通信する場合と比較してシンボル期間を長くすることができ、安定した光通信を行なうことができる。
【００６０】
第３の実施の形態
第１の実施の形態の装置では、一旦ビデオカメラ２５（図１参照）から出力されたシリアルな映像信号を変調装置４２に与え、多チャンネルの信号として光通信により送信した。しかし本発明は、画像の伝送に使用した場合に限っても第１の実施の形態の形に限定されるものではない。たとえばこの第３の実施の形態の光通信システム２２０のように、画像信号の入力をパラレルに行なうこともできる。
【００６１】
図９を参照して、この光通信システム２２０は光送信装置２２４と光受信装置２２２とを含む。
【００６２】
光送信装置２２４はコーナキューブ２４０と、コーナキューブ２４０の１面の裏に配置され、固体撮像素子と上記したデジタルマイクロミラーデバイスとが一体に成形された受光・変調装置２４２と、受光・変調装置２４２のＣＣＤの撮像面（受光面）上に被写体の光学像を結像させるための光学系２４６と、受光・変調装置２４２による受光期間と、デジタルマイクロミラーデバイスへの電荷の転送とを制御するためのドライバ装置２４８とを含む。
【００６３】
ドライバ装置２４８は、ある期間に受光／変調装置２４２の受光面に生成された電荷を、一斉にデジタルマイクロミラーデバイスに与えることによりデジタルマイクロミラーデバイスの各反射面の向きを制御する。同時にドライバ装置２４８は受光面上の電荷を消去し、次の期間の受光を行なうという作業を繰返す。
【００６４】
光受信装置２２２は、既に述べた光源３０およびビームスプリッタ３２と、ビームスプリッタ３２によって分岐された光を受光する位置に配置されたＣＣＤ２３４と、ＣＣＤ２３４の各受光素子からの電荷を並列に受け保持し、シリアルに出力するための固体撮像素子と同様の構成を有する電荷転送素子２３６と、ＣＣＤ２３４の出力に基づいて送信信号に含まれるクロック成分を再生し、ＣＣＤ２３４と電荷転送素子２３６の動作を制御するためのクロック信号を生成し出力するとともに、このクロック信号を逓倍した信号を出力するためのクロック再生回路２３８と、クロック再生回路２３８から与えられる逓倍されたクロック信号に従って、電荷転送素子２３６から出力されるシリアルの信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路２３８とを含む。Ａ／Ｄ変換回路２３８の出力は第１の実施の形態の場合と同様に信号処理回路２６に与えられ、さらにモニタ２８により表示される。
【００６５】
この第３の実施の形態の光通信システム２２０は以下のように動作する。ドライバ装置２４８は受光／変調装置２４２の受光面の電荷を消去し受光を開始する。光学系２４６により受光面上に被写体の光学像が形成され、受光面上の光電変換素子はそれぞれ入射光量に応じた電荷を蓄積する。ドライバ装置２４８は所定のタイミングでこの電荷を対応するデジタルマイクロミラーデバイスに転送するとともに、ＣＣＤの受光素子上の電荷を消去する。このドライバ装置２４８の制御により、受光／変調装置２４２を構成する各マイクロミラーデバイスの反射面はそれぞれ全反射位置または無反射位置に変化する。
【００６６】
光受信装置２２２の光源３０から出射された光はコーナキューブ２４０により反射されビームスプリッタ３２に入射する。このとき、コーナキューブ２４０の１面において、受光・変調装置２４２によりある画素に対応する位置では光の反射はなく、他の画素に対応する位置では光の反射が行なわれる。その結果コーナキューブ２４０からビームスプリッタ３２に向けて反射される光は、これら各素子の状態に応じて各反射光が変調された多チャンネルの光束となっている。ビームスプリッタ３２で反射されたこの光束がＣＣＤ２３４上に入射することにより、被写体の光学像により形成されるのと同様の電荷の分布がＣＣＤ２３４上に形成される。クロック再生回路２３８は、１シンボル区間に対応する期間だけＣＣＤ２３４で電荷を蓄積した後各電荷をパラレルに電荷転送素子２３６に転送する。同時にクロック再生回路２３８はＣＣＤ２３４上の各光電変換素子の電荷を消去する。
【００６７】
電荷転送素子２３６はクロック再生回路２３８から与えられるクロック信号に応じて、蓄積された電荷をシリアルに出力しＡ／Ｄ変換回路２３８に与える。Ａ／Ｄ変換回路２３８はクロック再生回路２３８から出力される逓倍されたクロック信号に従ってこの信号をデジタル信号に変換し信号処理回路２６に与える。
【００６８】
こうしてこの第３の実施の形態の光通信システムでは、光送信装置側で受光面上に形成された被写体の光学像を直接パラレルの信号に変換し、それをさらにパラレルの光信号として光受信装置側に転送することができる。この場合にも、受信側では１チャンネルを用いてパラレルにこの映像信号を送信する場合と比較してシンボル区間が長くなるため、安定して光通信を行なうことができる。
【００６９】
なお図９に示す例では光学系２４６の位置が受光面上に被写体の像を結像するような位置に固定されている。しかし本発明はこれには限定されない。受光面上に被写体の光学像が結ばれることを条件として、光学系の配置はさまざまに変えることができる。
【００７０】
第４の実施の形態
第１〜第３の実施の形態からも明らかなように、この光通信システムは複数の信号源からの信号をパラレルに送信することができる。そのためのチャンネル数の最大数は、コーナキューブ上に形成された各画素（以下に述べるように、反射面での全反射条件を制御する機能を持つもので、以下「全反射条件制御素子」と呼ぶ。）の数と同じである。もちろん反射面の周辺位置に存在する全反射条件制御素子については利用可能でない場合もあるが、コーナキューブの中央付近に設けられている全反射条件制御素子のみを用いてもかなり多数のチャンネルを用いた光通信が行なえる。この第４の実施の形態の光通信システムはそのように各チャンネルごとに独立した通信を行なうことができるものである。
【００７１】
図１０を参照してこの第４の実施の形態に係る光通信システム３２０は、光送信装置３２４および光受信装置３２２を含む。
【００７２】
光送信装置３２４は、多数の信号源からの信号を集めるための集積装置３４４と、多数のデジタルマイクロミラーデバイスを含む変調装置３４２と、集積装置３４４により集積された各信号をそれぞれ独立に変調装置３４２の各デジタルマイクロミラーデバイスと接続するための接続線３４６と、変調装置３４２を駆動するためのドライバ装置３４８と、変調装置３４２がその反射面の１つの裏面に配置されたコーナキューブ３４０とを含む。
【００７３】
光受信装置３２２は、光源３０およびビームスプリッタ３２と、ビームスプリッタ３２により分岐された光束を受光する位置に配置されたＣＣＤ３３４と、ＣＣＤ３３４の出力に基づいてＣＣＤ３３４を駆動するためのクロック信号を再生するためのクロック再生回路３３８と、ＣＣＤ３３４の各光電変換素子の出力をパラレルに受けて増幅し、デジタル信号に変換して分岐して出力するための分岐回路３３６とを含む。
【００７４】
クロック再生回路３３８は、１シンボル期間の間ＣＣＤ３３４で光電変換を行なわせ、１期間が終了すると各光電変換素子の信号をパラレルに分岐回路３３６に出力させる。同時にクロック再生回路３３８はＣＣＤ３３４の各光電変換素子の電荷を消去し、次の期間の光電変換に備える処理を行なう。
【００７５】
この第４の実施の形態の光通信システム３２０は次のように動作する。それぞれ別個の多数の信号源から集められた信号は集積装置３４４により集積され接続線３４６によって変調回路３４２に与えられる。変調回路３４２はドライバ装置３４８の制御に従って、所定区間ごとに接続線３４６から与えられる信号を取込み、対応するデジタルマイクロミラーデバイスに与える。各デジタルマイクロミラーデバイスはこれら信号の値に従ってその反射面の位置を変化させる。
【００７６】
光源３０から出射された光はコーナキューブ３４０に入射し反射する。このときコーナキューブ３４０の１つの反射面上において、デジタルマイクロミラーデバイスの反射面の位置に応じて、各素子ごとに反射／無反射が制御される。したがってコーナキューブ３４０からビームスプリッタ３２に向けて反射される光は、各チャンネルごとに変調装置３４２によって変調された信号を搬送する多チャンネルの光信号となっている。
【００７７】
ビームスプリッタ３２によって反射されたこの光束はＣＣＤ３３４上に入射し、各素子に対応した電荷をＣＣＤ３３４の各素子ごとに生成する。クロック再生回路３３８の制御により各光電変換素子の出力は分岐回路３３６に与えられ、デジタル信号に変換されて各対応する送信先に向けて送信される。
【００７８】
この第４の実施の形態の光通信システムでは、多数の信号源とコーナキューブ上の全反射条件制御素子とを１対１の関係とすることにより、全反射条件制御素子の数と同じ数だけの光通信チャンネルを設けることができる。その結果、非常にコンパクトに数多くのチャンネル信号を安定に送信することができるという効果を奏する。たとえば全反射条件制御素子の配列が１０００×１０００であれば提供されるチャンネル数は１０００×１０００＝１，０００，０００となり、光通信を用いた広帯域の通信を行なうことができる。
【００７９】
全反射条件制御素子の他の例
以上の説明では、光反射面の表面にデジタルマイクロミラーデバイスを、または光反射面を構成する透明板の裏面にデジタルマイクロアクチュエータを配置することにより全反射条件制御素子を形成したコーナキューブを用いている。しかし全反射条件制御素子の構成はこうしたものには限定されない。その一例を図１１に示す。
【００８０】
図１１を参照して、このコーナキューブ４００のひとつの反射面上には、複数個の、プリズムの全反射条件を制御する全反射条件制御素子４０２が配列されている。図１２に示されるように、各全反射条件制御素子４０２は、透明カプセル４０４と、この透明カプセル４０４の中に封入された不透明な磁性流体４１０と、透明カプセル４０４のそれぞれ半分の領域に別々に形成され、電流が加えられると磁場を発生する二つの電磁石４２０および４２２とを含む。
【００８１】
たとえば図１２における電磁石４２０に電流を通ずると磁場が生じ、磁性流体４１０は電磁石４２０の方向に集まる。その結果、磁性流体４１０のない、透明な部分４１２が形成される。逆に電磁石４２２に電流を通ずると磁性流体４１０は電磁石４２２の方向に集まる。その結果図１２とは逆に参照符号４１０で示した領域が透明になり、その結果プリズム面に磁性流体が接する領域がなくなり、この領域ではプリズムは全反射状態となる。また、参照符号４１２で示した領域が不透明になるので、磁性流体がプリズム面に接する部分となり、全反射が阻害その結果、この全反射条件制御素子４０２においては、電磁石４２０および４２２のいずれに電流を通ずるかにしたがって異なる反射率の分布ができ、これによって入射光を変調して反射することが可能になる。
【００８２】
なお、図１２に示した例では磁性流体を用いたが、たとえばその方向が同一方向固定された多数のごく小さな棒磁石を細長い管に封入し、その管を多数束ねたものを用いたものを磁性流体に代えて用いてもよい。この場合、透明カプセル４０４の一端にたとえばＳ極の磁場を置くことにより、これらすべての棒磁石がそれら自身の磁極とこのＳ極との間の磁力によって同一方向に移動し、このＳ極に代えてＮ極をおけばこんどはこれらすべての棒磁石が反対方向に移動する。その結果、磁性流体を用いた場合と同様に全反射制御素子群における全反射部分の分布を変化させることができる。
【００８３】
なお、このようにごく小さな棒磁石を用いる場合、透明カプセル４０４の両端に同じ磁性の磁極を置くと、棒磁石に対して一方の磁極からは引力が、他方の磁極からは斥力が働く。この結果、この磁極の磁性を変化させたときの棒磁石の移動が早くなる。そのためそうした構成では磁極を一つしか使用しない場合と比較してレスポンスが向上するという効果がある。
【００８４】
全反射条件制御素子のさらに他の例
全反射条件制御素子の他の例として、電流により制御されるのではなく、光により制御されるマイクロアクチュエータを用いることもできる。特にポリジアセチレンと呼ばれる高分子化合物のように、光があたると変形するような性質を持つ物質を用いると、応答速度の高いアクチュエータを実現できる。
【００８５】
図１３に、そうした光により制御されるマイクロアクチュエータを備えた全反射条件制御素子４４０の断面図を示す。図１３を参照して、このマイクロアクチュエータは、コーナキューブのプリズム４５０の全反射面に配置されており、通常時にプリズム４５０の全反射面に密着するように配置される、薄くやや弾力のある、プリズム４５０の密度よりも高い密度を持つ物質からなる全反射制御体４５２と、全反射制御体４５２の、プリズム４５０と密着している面と反対側の面に接着された、前述のポリジアセチレンの薄膜４５４とを含む。全反射制御体４５２は、その周縁部分においてガラス面４５０の裏面に接着されている。全反射制御体４５２としては、プリズム４５０の全反射面に密着できることができ、かつ後述するように変形したときに、全反射面との間に生じる空隙が全反射を阻害する程度の大きさとなる弾力性を有するものが用いられる。
【００８６】
図１３に示されるように、第１の状態では全反射制御体４５２はプリズム４５０の全反射面に密着している。そのため、ガラス板４５０に入射する光はプリズム４５０の全反射面で全反射されず、全反射制御体４５２側に透過する。すなわち光は全反射面では反射されない。
【００８７】
ポリジアセチレンは、波長が４５０〜５５０ナノメートルの光を当てると体積が３％ほど増え、３５０〜４００ナノメートルの波長を持つ光を当てると元に戻る性質があることが知られている。
【００８８】
そこで、図１３の状態において、全反射をさせる部分に対応する全反射条件制御素子には、裏面から４５０〜５５０ナノメートルの波長を持つ光をあてる。この部分では、ポリジアセチレンの薄膜４５４は体積が増加し、図１４の中央に示すようにプリズム４５０の全反射面との間に空隙が生じる。したがって当該全反射条件制御素子に入射する光は全反射される。
【００８９】
一方、全反射をさせない部分に対応する全反射条件制御素子には、裏面から３５０〜４００ナノメートルの波長を持つ光を当てる。すると、図１４の左右に示されるように、ポリジアセチレンの薄膜４５４は体積が減少し、したがって全反射制御体４５２とともに全反射条件制御素子の全体が、その中央部がガラス面４５０に密着する様に変形する。その結果プリズム４５０の全反射面に入射する光は全反射されない。
【００９０】
このように光により変形する性質を持つ物質によって反射条件制御素子を駆動するようにすると、応答速度が高く、構造も比較的単純である。また、反射条件制御素子を光により駆動するため、反射条件制御素子を信号で駆動するための配船が不要となる。したがって装置を一層小型化することができ、高密度で多チャンネル光通信を実現することが可能となる。
【００９１】
反射条件制御素子の例
図２に示すコーナキューブ４０の変形例を図１５および図１６に示す。図１５に示す例では、コーナキューブ５００は、図２に示すコーナキューブ４０と比較して、図２における反射面５２に替えて、光を反射しない物質からなる、反射面５４および５６と直交するように設けられた基板５１０と、基板５１０の、反射面５４および５６に面する面上にマトリクス状に配列された複数個のマイクロミラーデバイス５１２とを含む点が異なる。基板５１０は透明な物質でも、不透明な物質でもよい。また光を反射する物質からなっていてもよい。
【００９２】
複数個のマイクロミラーデバイス５１２の各々は、いずれもその方向が第１の方向と第２の方向とに制御可能な反射面を有する。第１の方向とは、デジタルミラーマイクロデバイスの反射面が、反射面５４および５６と直交する面に含まれるような方向である。第２の方向は、第１の方向と異なる方向、すなわちマイクロミラーデバイスの反射面が反射面５４および５６と直交するような方向以外であればどのような方向でもよい。
【００９３】
このコーナキューブ５００を用いると、デジタルマイクロデバイスの反射面が第１の方向を向いているときにはそのデジタルマイクロデバイスの反射面に入射する光は、入射方向と平行に反射される。そしてデジタルマイクロデバイスの反射面が第２の方向を向いているときには、入射方向と異なる方向に反射される。したがって第１の実施の形態の場合と同様に、このコーナキューブ５００を多チャンネル光通信に用いることができる。
【００９４】
また、図１６に示されるコーナキューブ５２０は、図１５に示されるものと比較して、基板５１０を取り除いている点に特徴があり、マトリクス状に配列された複数個のデジタルマイクロデバイス５２２によって反射面を構成している。この場合にも、デジタルマイクロデバイス５２２の各々の反射面の方向を図１５の場合と同様の第１の方向と第２の方向とに制御できれば、多チャンネル光通信に用いることができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る光通信システムのブロック図である。
【図２】コーナキューブの外観を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る光通信システムにおいてビームスプリッタの角度を変えたときのブロック図である。
【図４】デジタルマイクロミラーデバイスの動作を説明するための図である。
【図５】デジタルマイクロミラーデバイスの動作を説明するための図である。
【図６】デジタルマイクロミラーデバイスを用いた反射／無反射の制御を説明するための図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態に係る光通信システムのブロック図である。
【図８】第２の実施の形態で用いられる部分変調回路の配置を示す図である。
【図９】この発明の第３の実施の形態に係る光通信システムのブロック図である。
【図１０】この発明の第４の実施の形態に係る光通信システムのブロック図である。
【図１１】全反射条件制御素子を有する他のコーナキューブ面の他の例を示す図である。
【図１２】図１１の例で用いられる全反射条件制御素子群の概略図である。
【図１３】全反射条件制御素子のさらに他の例を示す断面図である。
【図１４】図１３に示す全反射条件制御素子の動作原理を示す断面図である。
【図１５】デジタルマイクロミラーデバイスを用いたコーナキューブの変形例を示す斜視図である。
【図１６】デジタルマイクロミラーデバイスを用いコーナキューブのさらに他の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０，３２０光通信システム、２２，１２２，２２２，３２２光受信装置、２４，１２４，２２４，３２４光送信装置、３０光源、３２ビームスプリッタ、３４，１３４，２３４，３３４ＣＣＤ、４０，１４０，２４０，３４０コーナキューブ、４２，１４２，３４２変調装置、７０デジタルマイクロミラーデバイス、２４２受光・変調装置。

Claims

入射する光を、入射方向と同一方向に反射する再帰反射手段と、
前記再帰反射手段によって反射される光を、多チャンネルの伝送信号に基づいて変調するための変調手段とを含む光送信装置と、
光を出射する光出射手段と、
前記光出射手段から出射され前記再帰反射手段によって反射された光から、前記変調手段によって変調された前記多チャンネルの伝送信号を復調するための復調手段とを含む光受信装置とを含む多チャンネル光通信システムであって、
前記変調手段は、
前記再帰反射手段の反射面上に、前記多チャンネルの伝送信号に対応して配列され、各々独立に光の反射を制御することが可能な複数個の全反射条件制御素子と、
前記全反射条件制御素子の各々を、前記多チャンネルの伝送信号の内、各前記反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号に基づいて独立に制御するための駆動手段とを含み、
前記復調手段は、
前記反射された光を受光するための、前記複数個の全反射条件制御素子の配列に対応して配列された複数個の受光素子を有する受光手段と、
前記複数個の受光素子の出力から、前記多チャンネルの伝送信号の内で各受光素子に対応する前記全反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号をそれぞれ再構築するための手段とを含み、
前記全反射条件制御素子は、前記反射面上に配置され、透明カプセル中に封入された不透明な磁性体と、前記透明カプセル中の前記磁性体を磁力により移動させることにより前記全反射条件制御素子における光の反射率の分布を変化させるための磁力発生手段とを含む、多チャンネル光通信システム。
入射する光を、入射方向と同一方向に反射する再帰反射手段と、
前記再帰反射手段によって反射される光を、多チャンネルの伝送信号に基づいて変調するための変調手段とを含む光送信装置と、
光を出射する光出射手段と、
前記光出射手段から出射され前記再帰反射手段によって反射された光から、前記変調手段によって変調された前記多チャンネルの伝送信号を復調するための復調手段とを含む光受信装置とを含む多チャンネル光通信システムであって、
前記変調手段は、
前記再帰反射手段の反射面上に、前記多チャンネルの伝送信号に対応して配列され、各々独立に光の反射を制御することが可能な複数個の全反射条件制御素子と、
前記全反射条件制御素子の各々を、前記多チャンネルの伝送信号の内、各前記反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号に基づいて独立に制御するための駆動手段とを含み、
前記復調手段は、
前記反射された光を受光するための、前記複数個の全反射条件制御素子の配列に対応して配列された複数個の受光素子を有する受光手段と、
前記複数個の受光素子の出力から、前記多チャンネルの伝送信号の内で各受光素子に対応する前記全反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号をそれぞれ再構築するための手段とを含み、
前記全反射条件制御素子は、前記再帰反射手段の全反射面に光が入射する方向とは逆の方向から前記再帰反射手段の前記全反射面に臨むように配置され、特定の波長の光が照射されたことに応答して、前記全反射面に密着した第１の形状と、前記全反射面との間に空隙が形成された第２の形状との間で形状を変化させる光駆動素子を含み、前記光駆動素子に対して前記特定の波長の光を照射することにより、前記全反射面の反射が制御される、多チャンネル光通信システム。
入射する光を、入射方向と同一方向に反射する再帰反射手段と、
前記再帰反射手段によって反射される光を、多チャンネルの伝送信号に基づいて変調するための変調手段とを含む光送信装置であって、
前記変調手段は、
前記再帰反射手段の反射面上に、前記多チャンネルの伝送信号に対応して配列され、各々独立に光の反射を制御することが可能な複数個の反射条件制御素子と、
前記反射条件制御素子の各々を、前記多チャンネルの伝送信号の内で各前記反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号に基づいて独立に制御するための駆動手段とを含み、
前記反射条件制御素子は、前記反射面上に配置され、透明カプセル中に封入された不透明な磁性体と、前記透明カプセル中の前記磁性体を磁力により移動させることにより前記反射条件制御素子における光の反射率の分布を変化させるための磁力発生手段とを含む、多チャンネル光通信システムのための光送信装置。
入射する光を、入射方向と同一方向に反射する再帰反射手段と、
前記再帰反射手段によって反射される光を、多チャンネルの伝送信号に基づいて変調するための変調手段とを含む光送信装置であって、
前記変調手段は、
前記再帰反射手段の反射面上に、前記多チャンネルの伝送信号に対応して配列され、各々独立に光の反射を制御することが可能な複数個の反射条件制御素子と、
前記反射条件制御素子の各々を、前記多チャンネルの伝送信号の内で各前記反射条件制御素子に対応するチャンネルの伝送信号に基づいて独立に制御するための駆動手段とを含み、
前記反射条件制御素子は、前記再帰反射手段の前記反射面を構成する透明板の裏面に配置され、特定の波長の光が照射されたことに応答して、前記裏面に密着した第１の形状と、前記裏面との間に空隙が形成された第２の形状との間で形状を変化させる光駆動素子を含み、前記光駆動素子に対して前記特定の波長の光を照射することにより、前記透明板の裏面の反射が制御される、多チャンネル光通信システムのための光送信装置。