JP2008160349A - Optical signal transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、データ信号等により変調された光信号を送信・受信することによりデータ伝送を行う光信号伝送装置に関する。 The present invention relates to an optical signal transmission apparatus that performs data transmission by transmitting and receiving an optical signal modulated by a data signal or the like.
近年、情報信号の伝送手段として、光を用いた光信号伝送技術が提案されている。このような光信号伝送技術としては、例えば、複数のコンピュータ間で通信を行ういわゆる「光無線LAN」や、映像情報や音声情報をAV(Audio-Visual)機器に伝送する技術などが提案されている。このような光信号伝送は、受発光装置により構成された機器間において、データ信号(デジタル情報)に応じて変調された光信号(光ビーム)を送受信することにより行われる。 In recent years, an optical signal transmission technique using light has been proposed as an information signal transmission means. As such an optical signal transmission technique, for example, a so-called “optical wireless LAN” for performing communication between a plurality of computers, a technique for transmitting video information and audio information to an AV (Audio-Visual) device, and the like have been proposed. Yes. Such optical signal transmission is performed by transmitting and receiving an optical signal (light beam) modulated in accordance with a data signal (digital information) between devices configured by the light emitting and receiving device.
このような光信号伝送装置において、光信号の伝送のためには、送信側の発光素子として、LED(発光ダイオード)やLD(レーザダイオード)が用いられている。発光素子としてLEDを用いる場合には、LEDからの光ビームは指向性が広いため、この光ビームを集束レンズによって集光させなければならない。しかし、集束レンズによって集光させることには限界があるため、発光素子としてLEDを用いた装置では、長距離に亘って光信号を伝送するとビーム径が広がってしまい、受信されるパワーが減少してしまう。 In such an optical signal transmission device, an LED (light emitting diode) or an LD (laser diode) is used as a light emitting element on the transmission side for transmitting an optical signal. When an LED is used as the light emitting element, the light beam from the LED has a wide directivity, and this light beam must be collected by a focusing lens. However, since there is a limit to condensing light with a focusing lens, in an apparatus using an LED as a light emitting element, when an optical signal is transmitted over a long distance, the beam diameter is expanded, and the received power is reduced. End up.
これに対し、発光素子としてLDを用いた場合には、出射光ビームの指向性をより狭くすることができ、長距離に亘る光信号の伝送が可能となる。しかしながら、この場合には、狭指向性の光ビームを正確に伝送相手となる装置の受光部に当てなければならない。そのため、例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3に記載されているように、可動ミラーを有する偏向光学系を用いて、送信側の装置と受信側の装置との間の光軸調整が行われている。
On the other hand, when an LD is used as the light emitting element, the directivity of the outgoing light beam can be made narrower, and an optical signal can be transmitted over a long distance. However, in this case, the light beam with a narrow directivity must be accurately applied to the light receiving unit of the device to be transmitted. Therefore, for example, as described in Patent Literature 1,
すなわち、このような光信号伝送装置の送受信部においては、図7に示すように、外部インターフェイス101から供給されるデータ信号にデータ供給部102により制御用信号(パイロット信号)を重畳し、この信号に基づいて、発光素子103の発光強度を変調する。発光素子103から出射された光ビームは、コリメータレンズ104によって平行光束となされて、ビームスプリッタ105,106を透過し、偏向光学系107に入射する。この偏向光学系107は、偏向制御可能な反射ミラーを有して構成され、ビームスプリッタ105,106を透過した光ビームを反射する。この反射ミラーにより反射された光ビームは、光信号伝送装置より出射される。
That is, in the transmission / reception unit of such an optical signal transmission device, a control signal (pilot signal) is superimposed on the data signal supplied from the
一方、通信相手となる光信号伝送装置から送信された光ビームは、偏向光学系107において反射され、ビームスプリッタ106,105においてそれぞれ一部が反射され、集光レンズ108,109によりそれぞれ集光され、受光素子110,111によって受光される。
On the other hand, the light beam transmitted from the optical signal transmission device that is the communication partner is reflected by the deflection
データ受信用の受光素子110から出力される光検出信号は、受信信号処理部112によって波形整形及びデジタルデータ化され、外部インターフェイス113に供給される。また、制御用の受光素子111から出力される光検出信号は、偏向角制御信号供給部114において、偏向光学系107を制御するための信号処理がなされる。この偏向角制御信号供給部114は、制御用の受光素子111から出力される光検出信号に基づいて、偏向光学系107を制御し、送受信する光ビームの光軸を通信相手となる光信号伝送装置の光軸に一致させる。
The light detection signal output from the
上述したように、光信号伝送装置においては、データ供給部102から発光素子103に対しては、データ信号と制御用信号とが重畳された信号が供給される。外部インターフェイス101から供給されるデータ信号は、図8中の(a)に示すように、直流(DC)成分を含む広いスペクトルを有するものとなっている。そして、制御用信号としては、背景光の影響を受けないようにするため、特定周波数(fps)の信号を用いている。
As described above, in the optical signal transmission device, the
送信される光信号は、図8中の(b)に示すように、データ信号に特定周波数の制御用信号が重畳された波形であり、このままでは安定なデータ受信が困難になる虞れがあった。 As shown in FIG. 8B, the transmitted optical signal has a waveform in which a control signal of a specific frequency is superimposed on the data signal, and there is a possibility that it is difficult to receive stable data. It was.
なお、ここで、背景光の影響を受けないようにするためには、受信側の光信号伝送装置において、受信された信号から直流成分を除いてしまうことも考えられる。しかし、上述のように、データ信号のスペクトルが直流成分を含んでいるため、受信された信号から直流成分を除いてしまうと、データ信号が正確に復調できなくなってしまう。 Here, in order not to be affected by the background light, it is also conceivable to remove the direct current component from the received signal in the optical signal transmission device on the receiving side. However, as described above, since the spectrum of the data signal includes a direct current component, if the direct current component is removed from the received signal, the data signal cannot be accurately demodulated.
従来の光信号伝送装置においては、前述の特許文献2及び特許文献3に記載されているように、受信側の光信号伝送装置において、図9中の(a)に示す受信された信号から制御用信号を分離させた後、図9中の(b)に示す分離された制御用信号の逆極性の信号を受信された信号に加算することによって、図9中の(c)に示すように、データ信号の波形整形を行っていた。
In the conventional optical signal transmission apparatus, as described in
しかし、このような従来の光信号伝送装置においては、高速に駆動する偏向光学系の動きによる波形変化が考慮されておらず、移動中の通信が困難となる虞れがある。 However, in such a conventional optical signal transmission device, the waveform change due to the movement of the deflection optical system that is driven at high speed is not taken into consideration, and there is a possibility that communication during movement becomes difficult.
なお、従来の光信号伝送装置のデータ供給部102においては、図10に示すように、制御用信号が重畳されたデータ信号が入力され、これらに応じた駆動電流を変調電流生成器115によって生成し、発光素子103に供給する。一方、バイアス電流(DC)生成器116により、一定のバイアス電流を生成し、データ信号に影響を与えないように、ローパスフィルタ117を介して、発光素子103に供給するようにしている。
In the
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、データ信号と制御用信号とを重畳して送信するとともに、受信した信号からデータ信号と制御用信号とを分離させる光信号伝送装置において、高速で駆動する偏向光学系の動きによる波形変化をも考慮して、より安定したデータ伝送が可能となる光信号伝送装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and transmits a data signal and a control signal superimposed on each other and separates the data signal and the control signal from the received signal. It is an object of the present invention to provide an optical signal transmission device that enables more stable data transmission in consideration of waveform changes due to the movement of a deflection optical system that is driven at high speed.
上述の課題を解決するため、本発明に係る光信号伝送装置は、以下の構成を有するものである。 In order to solve the above-described problem, an optical signal transmission device according to the present invention has the following configuration.
〔構成1〕
データ信号に基づいて変調した光信号を送信するとともにデータ信号に基づいて変調された光信号を受信して復調することによってデータ伝送を行う光信号伝送装置において、直流成分を持たない信号に変調する変調方式を用いて変調されたデータ信号に基づいて変調した光信号と偏向光学系を介して光信号を受信する他の光信号伝送装置の該偏向光学系を制御する制御用信号に基づいて変調した光信号とを重畳して送出する送信部を備え、他の光信号伝送装置の偏向光学系の動作制御帯域をf1とし、この偏向光学系を制御する制御用信号の搬送波周波数をf2とし、データ伝送を行う光信号の低域制限周波数をf3としたとき、
100・f1<10・f2<f3
という関係が成立しており、データ信号に基づく変調を行い光信号を発する発光素子に対してデータ信号に基づいて変調した信号に応じた駆動電流を供給するデータ発光制御部と、発光素子に対してローパスフィルタを介して接続され発光素子の直流発光量を制御する直流発光制御部と、発光素子に対してローパスフィルタを介して接続され制御用信号に基づく変調を行い発光素子に対して制御用信号に基づいて変調した信号に応じた駆動電流を供給する制御用信号発光制御部とを有することを特徴とするものである。
[Configuration 1]
In an optical signal transmission device that transmits an optical signal modulated based on a data signal and receives and demodulates an optical signal modulated based on the data signal, the optical signal is modulated to a signal having no DC component Modulation based on an optical signal modulated based on a data signal modulated using a modulation method and a control signal for controlling the deflection optical system of another optical signal transmission apparatus that receives the optical signal via the deflection optical system A transmission unit that superimposes and transmits the optical signal, and the operation control band of the deflection optical system of another optical signal transmission device is f1, and the carrier frequency of the control signal for controlling this deflection optical system is f2, When the low frequency limit frequency of the optical signal for data transmission is f3,
100 · f1 <10 · f2 <f3
A data emission control unit that supplies a drive current corresponding to a signal modulated based on a data signal to a light emitting element that modulates based on the data signal and emits an optical signal, and a light emitting element Connected via a low-pass filter to control the direct-current light emission amount of the light-emitting element, and connected to the light-emitting element via a low-pass filter for modulation based on the control signal and for controlling the light-emitting element And a control light emission control unit that supplies a drive current corresponding to the signal modulated based on the signal.
この光信号伝送装置においては、伝送するデータ信号を直流成分を持たない信号に変調し、この信号よりも低い周波数帯域に、他の光信号伝送装置の偏向光学系を制御する制御用信号のスペクトル及び該偏向光学系の動作制御帯域が存在するようにしたので、偏向光学系の動作中においても、安定して制御用信号を受信することができる。また、データ信号と制御用信号との分離は、周波数フィルタによって容易に行うことが可能となる。 In this optical signal transmission device, the spectrum of a control signal that modulates the data signal to be transmitted into a signal having no DC component and controls the deflection optical system of another optical signal transmission device in a frequency band lower than this signal. In addition, since the operation control band of the deflection optical system exists, the control signal can be stably received even during the operation of the deflection optical system. Further, the data signal and the control signal can be easily separated by the frequency filter.
また、この光信号伝送装置においては、一つの発光素子により、データ信号と制御用信号とを重畳した信号に応じた変調発光を行うので、送信部の構成を簡素化することができる。 Further, in this optical signal transmission device, the modulated light emission according to the signal obtained by superimposing the data signal and the control signal is performed by one light emitting element, so that the configuration of the transmission unit can be simplified.
本発明の実施形態に係る光信号伝送装置においては、伝送するデータ信号を直流成分を持たない信号に変調し、この光信号よりも低い周波数帯域に、他の光信号伝送装置の偏向光学系を制御する制御用信号のスペクトル及び該偏向光学系の動作制御帯域が存在するようにしている。 In an optical signal transmission device according to an embodiment of the present invention, a data signal to be transmitted is modulated into a signal having no DC component, and a deflection optical system of another optical signal transmission device is provided in a frequency band lower than the optical signal. A spectrum of a control signal to be controlled and an operation control band of the deflection optical system are present.
したがって、この光信号伝送装置においては、偏向光学系の動作中においても、安定した制御用信号の受信を実現することができ、高速動作可能な偏向光学系の動作中においても、データ信号と制御用信号とを重畳して伝送することが可能となる。また、データ信号と制御用信号との分離は、周波数フィルタによって容易に行うことが可能である。 Therefore, in this optical signal transmission device, stable control signal reception can be realized even during operation of the deflection optical system, and data signals and control can be performed even during operation of the deflection optical system capable of high-speed operation. It becomes possible to superimpose and transmit the signal for use. Further, the data signal and the control signal can be easily separated by a frequency filter.
また、この光信号伝送装置においては、一つの発光素子により、データ信号と制御用信号とを重畳した信号に応じた変調発光を行うので、送信部の構成を簡素化することができる。 Further, in this optical signal transmission device, the modulated light emission according to the signal obtained by superimposing the data signal and the control signal is performed by one light emitting element, so that the configuration of the transmission unit can be simplified.
すなわち、本発明は、データ信号と制御用信号とを重畳して送信するとともに、受信した信号からデータ信号と制御用信号とを分離させる光信号伝送装置において、高速で駆動する偏向光学系の動きによる波形変化をも考慮して、より安定したデータ伝送が可能となる光信号伝送装置を提供することができるものである。 In other words, the present invention relates to the movement of a deflection optical system that is driven at high speed in an optical signal transmission apparatus that superimposes a data signal and a control signal for transmission and separates the data signal and the control signal from the received signal. In consideration of the waveform change due to the above, it is possible to provide an optical signal transmission device capable of more stable data transmission.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明に係る光信号伝送装置は、通信の相手方となる光信号伝送装置の方向、換言するならば、光ビームの入射方向を検出し、また、発光素子の光軸を受光素子の光軸に常に追従させる機能を有する光信号伝送装置である。 The optical signal transmission device according to the present invention detects the direction of the optical signal transmission device that is the counterpart of communication, in other words, the incident direction of the light beam, and the optical axis of the light emitting element is set to the optical axis of the light receiving element. This is an optical signal transmission device having a function of always following.
〔光信号伝送装置の実施の形態における構成〕
図1は、本発明に係る光信号伝送装置の実施の形態における構成を示す側面図である。
[Configuration in Embodiment of Optical Signal Transmission Device]
FIG. 1 is a side view showing a configuration in an embodiment of an optical signal transmission apparatus according to the present invention.
本発明に係る光信号伝送装置においては、図1に示すように、外部インターフェイス1から供給されるデータ信号にデータ供給部2により制御用信号(パイロット信号)を重畳し、この信号に基づいて、発光素子3の発光強度を変調する。すなわち、発光素子3における発光強度は、データ信号に基づいて変調した光信号と、制御用信号に基づいて変調した光信号とを重畳した光信号となる。この発光素子3としては、例えば、レーザダイオード(Laser Diode)が使用される。
In the optical signal transmission device according to the present invention, as shown in FIG. 1, a control signal (pilot signal) is superimposed on the data signal supplied from the external interface 1 by the
外部インターフェイス1から供給されるデータ信号は、後述するように、直流成分を持たない信号に変調する変調方式を用いて変調されたものである。そして、制御用信号は、特定周波数の信号である。 As will be described later, the data signal supplied from the external interface 1 is modulated using a modulation method that modulates the signal to have no DC component. The control signal is a signal having a specific frequency.
発光素子3から出射された光ビームは、コリメータレンズ4によって平行光束となされて、ビームスプリッタ5,6を透過し、偏向光学系7に入射する。この偏向光学系7は、例えば、電磁的駆動機構によって、2軸方向に偏向制御可能な反射ミラーを有して構成されている。この偏向光学系7は、ビームスプリッタ5,6を透過した光ビームを反射し、入射した光ビームを2軸方向に偏向させて出射することができる。この反射ミラーにより反射された光ビームは、この光信号伝送装置より出射される。
The light beam emitted from the
そして、この光信号伝送装置は、通信相手となる他の光信号伝送装置から送信された光ビームを受信する。この受信光ビームは、この光信号伝送装置から送信される光ビームと同様に、データ信号と制御用信号(パイロット信号)とが重畳された信号に基づいて変調された光信号である。 And this optical signal transmission apparatus receives the light beam transmitted from the other optical signal transmission apparatus used as a communicating party. This received light beam is an optical signal modulated based on a signal in which a data signal and a control signal (pilot signal) are superimposed, similarly to the light beam transmitted from the optical signal transmission device.
通信相手となる他の光信号伝送装置から送信され受信された受信光ビームは、偏向光学系7において反射され、ビームスプリッタ6,5においてそれぞれ一部が反射され、集光レンズ8,9によりそれぞれ集光され、受信部となる第1及び第2の受光素子10,11によって受光される。
A received light beam transmitted and received from another optical signal transmission device as a communication partner is reflected by the deflecting
データ受信用の第1の受光素子10から出力される光検出信号は、受信信号処理部12によって波形整形及びデジタルデータ化され、外部インターフェイス13に供給される。また、制御用の第2の受光素子11から出力される光検出信号は、偏向角制御信号供給部14において、偏向光学系7を制御するための信号処理がなされる。この偏向角制御信号供給部14は、制御用の受光素子11から出力される光検出信号に基づいて、偏向光学系7を制御し、送受信する光ビームの光軸を通信相手となる光信号伝送装置の光軸に一致させる。
The photodetection signal output from the first
この光信号伝送装置の光学系は、通信相手となる他の光信号伝送装置から送信された受信光ビームが第2の受光素子11の受光面の中心に入射する状態において、送信する光ビームと受信光ビームとが同軸となるように調整されている。すなわち、この光学系において、第2の受光素子11の受光面の中心と、発光素子3の発光点とは、ビームスプリッタ5の反射面について共役な位置となっている。このように送信する光ビームと受信光ビームとが同軸となっている状態においては、受信側の光信号伝送装置の信号受信用の受光素子に対して、送信する光ビームを正確に入射させることができる。
The optical system of this optical signal transmission device includes a light beam to be transmitted in a state where a reception light beam transmitted from another optical signal transmission device that is a communication partner is incident on the center of the light receiving surface of the second
図2は、第2の受光素子11の構成を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing the configuration of the second
第2の受光素子11は、図2に示すように、入射された光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元PSD(Position Sensitive Detector)素子であり、例えば、受光部が中心より放射状に4つの領域に分割された4分割PD(Photo Detector)となっている。この第2の受光素子11は、光学的な位置計測において一般的に使用されている素子である。この第2の受光素子11は、受光面(位置検出部)11aに入射した光ビームのこの受光面11a内における入射位置に応じて4つの受光領域に対応する4つの出力信号を4本の出力端子から出力する。これら出力信号のそれぞれのレベルにより、受光面11a内における光ビームの入射位置が表現される。
As shown in FIG. 2, the second
この第2の受光素子11により受光される光ビームは、受光面11a上において、偏向光学系7を介して送信される光ビームの光軸と偏向光学系7を介して受信される受信光ビームの光軸とのズレに応じた位置に、光スポットを形成する。
The light beam received by the second
なお、第2の受光素子11は、4分割PDに限定されるものではなく、例えば、C−MOSSセンサなどに代えることができる。
Note that the second
図3Aは、偏向角制御信号供給部14の構成を示すブロック図である。
FIG. 3A is a block diagram illustrating a configuration of the deflection angle control
第2の受光素子11の各受光領域PD-A,PD-B,PD-C,PD-Dからの出力信号SIG-A,SIG-B,SIG-C,SIG-Dは、図3Aに示すように、それぞれ独立した可変ゲイン増幅回路となるAGCアンプ21,22,23,24により、それぞれ増幅される。増幅された信号は、検波・整流回路25,26,27,28により、それぞれの受光領域PD-A,PD-B,PD-C,PD-Dにおける受光光量に応じた直流(DC)電圧に変換される。これら受光光量に応じた直流電圧は、演算処理部29に送られる。この演算処理部29は、第2の受光素子11の各受光領域PD-A,PD-B,PD-C,PD-Dにおける受光光量に応じて、偏向光学系7の反射ミラーの偏向角及び偏向方向を適切に制御する信号を生成する。
Output signals SIG-A, SIG-B, SIG-C, and SIG-D from the respective light receiving regions PD-A, PD-B, PD-C, and PD-D of the second
この演算処理部29により生成された信号によって偏向光学系7の反射ミラーが偏向制御されることにより、偏向光学系7を介して送信される光ビームの光軸と偏向光学系7を介して受信される受信光ビームの光軸とが一致される。このとき、第2の受光素子11により受光される光ビームは、受光面11aの中心に光スポットを形成する。
The reflection mirror of the deflection
この偏向角制御信号供給部14において、各AGCアンプ21,22,23,24のゲイン設定は、可変ゲイン設定部30により、互いに同一値のゲインに設定される。可変ゲイン設定部30は、各AGCアンプ21,22,23,24により増幅された信号が入力され、これらAGCアンプ21,22,23,24により増幅された信号の総和が一定となるように、各AGCアンプ21,22,23,24のゲイン設定を行う。
In the deflection angle control
これにより、送信される光ビームと受信光ビームとの光軸のズレによる第2の受光素子11からの出力信号の変化と、各AGCアンプ21,22,23,24におけるゲイン変動による出力信号の変化とを分離することが可能となる。
As a result, the change in the output signal from the second
図3Bは、偏向角制御信号供給部14の構成の他の例を示すブロック図である。
FIG. 3B is a block diagram illustrating another example of the configuration of the deflection angle control
なお、この偏向角制御信号供給部14において、各AGCアンプ21,22,23,24のゲイン設定を行う可変ゲイン設定部30には、図3Bに示すように、検波・整流回路25,26,27,28の出力が入力されるようにしてもよい。
In the deflection angle control
この場合にも、可変ゲイン設定部30は、各AGCアンプ21,22,23,24のゲインを互いに同一値のゲインに設定するとともに、各AGCアンプ21,22,23,24により増幅され検波・整流回路25,26,27,28を経た信号が入力され、これら検波・整流回路25,26,27,28を経た信号の総和が一定となるように、各AGCアンプ21,22,23,24のゲイン設定を行う。
Also in this case, the variable
図4は、信号変調方式における変調信号のスペクトルを示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing a spectrum of a modulation signal in the signal modulation method.
そして、外部インターフェイス1からのデータ信号は、直流成分を持たない信号に変調する変調方式を用いて変調されている。このような変調方式としては、図4に示すように、「8B10B変調」(任意の8ビットの信号を正負の割合の等しい10ビット信号へ変換する変調方式)などが挙げられる。 The data signal from the external interface 1 is modulated by using a modulation method that modulates the signal without a DC component. As such a modulation method, as shown in FIG. 4, “8B10B modulation” (a modulation method for converting an arbitrary 8-bit signal into a 10-bit signal having an equal positive / negative ratio) and the like can be mentioned.
すなわち、「NRZ変調」など、直流成分を持つ信号に変調される変調方式を採用している従来の光信号伝送装置に対し、本発明に係る光信号伝送装置においては、光信号伝送が十分な伝送帯域を有している特性を利用して、「8B10B変調」などにより直流成分を持たない信号に変調し、送信データとしている。 In other words, the optical signal transmission apparatus according to the present invention has a sufficient optical signal transmission compared to a conventional optical signal transmission apparatus that employs a modulation method that is modulated to a signal having a DC component, such as “NRZ modulation”. Using the characteristics having a transmission band, the data is modulated into a signal having no DC component by “8B10B modulation” or the like, and used as transmission data.
したがって、従来の光信号伝送装置においては受信信号に対して波形整形等の信号処理等が必要となっていたのに対し、本発明に係る光信号伝送装置においては、利用されない低周波数帯域のスペクトルを制御用信号やAGCアンプの帯域に割り振ることにより、周波数フィルタ等の簡単な構成によって、安定して制御用信号及びデータ信号を分離させて得ることができる。 Therefore, in the conventional optical signal transmission apparatus, signal processing such as waveform shaping is required for the received signal, whereas in the optical signal transmission apparatus according to the present invention, a spectrum in a low frequency band that is not used. Can be obtained by separating the control signal and the data signal stably with a simple configuration such as a frequency filter.
また、高速のデータ伝送においては、直流成分を持たない変調方式を用いることが、伝送性能の向上にも効果がある。直流成分を持たないことは、直流(DC)バランス性能が高いことを意味し、DCバランスがとれた変調符号は、長さNのすべての期間において、0と1との数がほぼ等しくなる。例えば、「マンチェスタ符号」は、論理1を10、論理0を01と表記するため、完全なDCバランスを実現している。また、「8B10B符号」は、8ビットの符号を10ビットの符号に変換することにより、DCバランスを改善している。さらに、受光回路のアンプを交流結合とすることができるため、可変ゲイン増幅回路(AGC)の設計が容易となる。なお、本発明において「直流成分を持たない変調方式」とは、前記2種類に限られるものではない。 In high-speed data transmission, using a modulation method that does not have a DC component is effective in improving transmission performance. The absence of a direct current component means that the direct current (DC) balance performance is high, and the number of 0s and 1s of modulation codes that are balanced in DC are substantially equal in all periods of length N. For example, in the “Manchester code”, logic 1 is expressed as 10 and logic 0 is expressed as 01, so that complete DC balance is realized. The “8B10B code” improves the DC balance by converting an 8-bit code into a 10-bit code. Furthermore, since the amplifier of the light receiving circuit can be AC-coupled, the variable gain amplifier circuit (AGC) can be easily designed. In the present invention, the “modulation method having no DC component” is not limited to the above two types.
図5は、この光信号伝送装置におけるデータ信号及び制御用信号のスペクトルを示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the spectrum of the data signal and the control signal in this optical signal transmission apparatus.
この光信号伝送装置においては、図5に示すように、直流成分を持たない信号に変調されたデータ信号Dのスペクトルと、偏向光学系7の動作する制御帯域Aとの間に、制御用信号Sのスペクトルが存在するように設定する。
In this optical signal transmission device, as shown in FIG. 5, the control signal is between the spectrum of the data signal D modulated into a signal having no DC component and the control band A in which the deflection
偏向光学系7の動作する制御帯域Aの周波数f1は、せいぜい1kHz程度である。この制御帯域Aと制御用信号Sとのゲイン交点の周波数を1kHzに設定した場合には、制御用信号Sの中心周波数f2は、その10倍以上の周波数である必要がある。さらに、検波回路等の動作を考慮すると、制御用信号Sの中心周波数f2は、制御帯域Aの周波数f1の20倍以上が好ましく、20kHz以上ということになる。なお、制御用信号Sの変調方式は、FM変調、AM変調、PSK変調など、特に限定されるものではない。
The frequency f1 of the control band A in which the deflection
さらに、データ信号Dの周波数帯域f3を、制御用信号Sの中心周波数f2の10倍以上に設定すれば、データ信号Dと制御用信号Sとは、簡単な周波数フィルタで分離することができる。すなわち、データ信号Dは、例えば、200kHz以下の信号をHPFにより除くことによって分離することができる。HPFの構成としては、受光回路を交流結合によるアンプ構成とすることによっても、HPF特性を得られる。さらには、受光素子の素子面積によっても、交流結合アンプのHPF特性を調整することが可能である。 Furthermore, if the frequency band f3 of the data signal D is set to 10 times or more the center frequency f2 of the control signal S, the data signal D and the control signal S can be separated by a simple frequency filter. That is, the data signal D can be separated by, for example, removing a signal of 200 kHz or less by the HPF. As a configuration of the HPF, HPF characteristics can also be obtained by making the light receiving circuit an amplifier configuration using AC coupling. Furthermore, the HPF characteristic of the AC coupling amplifier can be adjusted also by the element area of the light receiving element.
また、制御用信号SのためのAGCアンプ21,22,23,24における可変ゲインの周波数特性は、偏向光学系7の動作する制御帯域Aの周波数f1であれば十分であることになる。
The frequency characteristics of the variable gain in the
このような検討から、本発明に係る光信号伝送装置においては、各信号の周波数スペクトルの分布について以下の関係を成立させていることにより、小規模な回路構成により、制御用信号S及びデータ信号Dを重畳させて送受信を行い、送信光及び受信光の光軸を制御する光信号伝送装置を構成することができる。
100・f1<10・f2<f3
From such examination, in the optical signal transmission device according to the present invention, the control signal S and the data signal can be obtained with a small circuit configuration by establishing the following relationship with respect to the frequency spectrum distribution of each signal. It is possible to configure an optical signal transmission apparatus that performs transmission and reception by superimposing D and controls the optical axes of transmission light and reception light.
100 · f1 <10 · f2 <f3
なお、偏向光学系7の制御にデジタル制御系を用いる場合には、制御用信号のサンプリング(A/D)が必要となる。サンプリングは、制御ループ内においては位相遅れ要素となる。零次ホールドによる伝達関数は、サンプリング周期Tにより、次式にて表現される。
(1−e−Ts)/s
When a digital control system is used to control the deflection
(1-e- Ts ) / s
この式より、サンプリング周期Tにより、所望のゲイン交点周波数における位相遅れが変化することがわかる。したがって、十分に高いサンプリング周波数が必要となる。サンプリング周波数をゲイン交点周波数に対して10倍以上に設定することにより、位相遅れを数度とすることができることから、制御用信号Sの中心周波数f2を偏向光学系7の制御帯域Aの周波数f1の10倍とするという数値は、デジタル制御系を用いる場合においても、設計時の一つの目安として用いることができる。
From this equation, it can be seen that the phase lag at the desired gain intersection frequency varies with the sampling period T. Therefore, a sufficiently high sampling frequency is required. By setting the sampling frequency to 10 times or more with respect to the gain crossover frequency, the phase delay can be set to several degrees, so that the center frequency f2 of the control signal S is set to the frequency f1 of the control band A of the deflection
図6は、この光信号伝送装置におけるデータ供給部の構成を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the data supply unit in this optical signal transmission apparatus.
この光信号伝送装置のデータ供給部2においては、図6に示すように、データ信号が入力され、このデータ信号に応じた駆動電流がデータ発光制御部となる変調電流生成器15によって生成され、発光素子3に供給される。すなわち、この変調電流生成器15は、データ信号に基づく変調を行い、発光素子3に対して、データ信号に基づいて変調した信号に応じた駆動電流を供給することとなる。
In the
一方、直流発光制御部となるバイアス電流(DC)生成器16により、一定のバイアス電流が生成され、データ信号に影響を与えないように、ローパスフィルタ17を介して、発光素子3に供給される。このバイアス電流生成器16は、発光素子3に対して、ローパスフィルタ17を介して接続されており、発光素子3の直流発光量を制御する。
On the other hand, a constant bias current is generated by a bias current (DC)
さらに 発光素子3に対しては、ローパスフィルタ17を介して、制御用信号発光制御部となる制御用信号生成器18が接続されている。この制御用信号生成器18は、制御用信号に基づく変調を行い、発光素子3に対して、制御用信号に基づいて変調した信号に応じた駆動電流を供給する。
Further, a
このデータ供給部2においては、バイアス電流と、制御用信号に基づいて変調された信号に応じた駆動電流とは、加算されて、ローパスフィルタ17を経て、発光素子3に供給される。ローパスフィルタ17の特性は、制御用信号に応じた駆動電流を通過させ、データ信号の帯域の信号を通過させないものとなっており、データ信号の品質を良好に維持しつつ、制御用信号に応じた駆動電流を重畳させることが可能となっている。
In the
なお、この光信号伝送装置においては、データ信号及び制御用信号の周波数スペクトルの分布が前述の関係を成立させていることにより、ローパスフィルタ17を構成することが容易となっている。
In this optical signal transmission device, the low-
1 外部インターフェイス
2 データ供給部
3 発光素子
4 コリメータレンズ
5,6 ビームスプリッタ
7 偏向光学系
8,9 集光レンズ
10 第1の受光素子
11 第2の受光素子
13 外部インターフェイス
14 偏向角制御信号供給部
15 変調電流生成器
16 バイアス電流生成器
17 ローパスフィルタ
18 制御用信号生成器
21,22,23,24 AGCアンプ
25,26,27,28 検波・整流回路
29 演算処理部
30 可変ゲイン設定部
A 動作制御帯域
S 制御用信号帯域
D データ信号帯域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
直流成分を持たない信号に変調する変調方式を用いて変調されたデータ信号に基づいて変調した光信号と、偏向光学系を介して光信号を受信する他の光信号伝送装置の該偏向光学系を制御する制御用信号に基づいて変調した光信号とを重畳して送出する送信部を備え、
前記他の光信号伝送装置の偏向光学系の動作制御帯域をf1とし、この偏向光学系を制御する制御用信号の搬送波周波数をf2とし、データ伝送を行う光信号の低域制限周波数をf3としたとき、
100・f1<10・f2<f3
という関係が成立しており、
前記データ信号に基づく変調を行い、前記光信号を発する発光素子に対して、データ信号に基づいて変調した信号に応じた駆動電流を供給するデータ発光制御部と、
前記発光素子に対して、ローパスフィルタを介して接続され、前記発光素子の直流発光量を制御する直流発光制御部と、
前記発光素子に対して、前記ローパスフィルタを介して接続され、前記制御用信号に基づく変調を行い、前記発光素子に対して、制御用信号に基づいて変調した信号に応じた駆動電流を供給する制御用信号発光制御部と
を有することを特徴とする光信号伝送装置。 In an optical signal transmission apparatus that transmits data by transmitting an optical signal modulated based on a data signal and receiving and demodulating the optical signal modulated based on the data signal,
An optical signal modulated based on a data signal modulated using a modulation method that modulates a signal having no DC component, and the deflection optical system of another optical signal transmission apparatus that receives the optical signal via the deflection optical system A transmission unit that superimposes and transmits an optical signal modulated based on a control signal for controlling
The operation control band of the deflection optical system of the other optical signal transmission apparatus is set to f1, the carrier frequency of the control signal for controlling this deflection optical system is set to f2, and the low frequency limit frequency of the optical signal for data transmission is set to f3. When
100 · f1 <10 · f2 <f3
The relationship is established,
A data emission control unit that performs modulation based on the data signal and supplies a driving current corresponding to the signal modulated based on the data signal to the light emitting element that emits the optical signal;
A direct current light emission control unit that is connected to the light emitting element via a low-pass filter and controls the direct current light emission amount of the light emitting element;
Connected to the light emitting element through the low-pass filter, performs modulation based on the control signal, and supplies a drive current corresponding to the signal modulated based on the control signal to the light emitting element. An optical signal transmission device comprising: a control signal light emission control unit.
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