JPH05199187A - 導波管を使用せずに電気信号を双方向に光または赤外線によって伝送するための装置 - Google Patents

導波管を使用せずに電気信号を双方向に光または赤外線によって伝送するための装置

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JPH05199187A
JPH05199187A JP3050538A JP5053891A JPH05199187A JP H05199187 A JPH05199187 A JP H05199187A JP 3050538 A JP3050538 A JP 3050538A JP 5053891 A JP5053891 A JP 5053891A JP H05199187 A JPH05199187 A JP H05199187A
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optical
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Marco Heck
ヘック マルコ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ２つの装置ユニット間において、導波管を用
いることなく、電気信号、特に音響信号、ディジタル信
号、測定値または運動するテレビジョン画像を、光ある
いは赤外線によって、双方向に、同時刻に伝送すること
のできる装置を提供する。 【構成】 光の輻射線が、２つの装置ユニット間２１、
２２に、直接的に、あるいは反射、または分散または屈
折を介して伝送される。各装置ユニット２１、２２に対
して、送信並びに受信のために、単一の周波数発振器３
３が備えられていれば足りるため、伝送パラメータの適
当な選択によってその製作コストを特に低くすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の目的】本発明は、導波管を使用せずに電気信号
を双方向に光または赤外線によって伝送するための装置
に関するものである。
【０００２】電気信号を、変調光線によって伝送するこ
とが従来より知られている。すなわち、以下のような方
法が存在する。
【０００３】a)遠隔操作システム 情報の伝送は、たいてい、ディジタル情報機能を用いた
輻射源の光学的な出力の直接的な制御によってなされて
いる。例えば、娯楽用電子機器に対する遠隔制御が挙げ
られる。このシステムは、一時に、ただ１つの情報を、
１方向にしか伝送することができないという欠点を有し
ている。
【０００４】b)音響信号伝送システム 赤外線音響信号伝送、例えば、音を、電池によって作動
するヘッドフォンまで伝送するテレビが知られている。
この機能の原理は、情報機能をもった補助搬送波の周波
数変調に基づいている。そして、ここにおいて、赤外線
光源が、変調された補助搬送波の瞬間の振動数によっ
て、スイッチをオンオフされる。しかしながら、エミッ
ターおよびレシーバー間の直接的な光学的接続が必要で
あり、また、伝送は１方向にのみなされる。
【０００５】c)双方向音響信号伝送システム 双方向の接続を行うために、各光学的送信器によって送
信された変調輻射線を、互いに反対側のステーションの
受信器にのみ当たるように束ねることが必要な、b)によ
る赤外線音響信号伝送が知られている（ジャーナル エ
レクトール リヒトテレフォン (jounal ELEKTOR: Lich
ttelefon) １９８３年５月号 ５５頁以下、および エ
レクトール ヴァイトベライクス−ＩＲ−センダー／エ
ンプフェンガー (ELEKTOR: Weitbereichs-IR-Sender/Em
pfaenger) １９８７年１１月号５２頁以下、エレクトー
ル出版社 ガンゲルト １ ５１３３ ドイツ 参
照）。このシステムは、互いに情報交換を行うステーシ
ョンが、正確に整列していなければならないという欠点
を有している。
【０００６】さらに、各装置に送信器および受信器を装
備し、送信器だけでなく受信器にも周波数変調および周
波数復調のための周波数発振器を備えることによって、
周波数変調および周波数復調を用いて、光学的方法に基
づいて２つの装置間に電気信号を伝送することが可能で
ある。このとき、４つの発振器および４つの異なる周波
数のすべてが使用されなければならない。すなわち、こ
のような装置は、製作コストが高くつく。
【０００７】ドイツのディスクロージャーレター３８３
２４８５によれば、１つの中央処理装置、前記中央処理
装置から少なくとも数メートル離れて配置され、かつデ
ータ伝送用プロセッサに接続された複数のデータ処理端
末機が知られており、これによって、プロセッサだけで
なくデータ処理端末機もまた、赤外線信号に対する送信
器および受信器を備えており、データの伝送は赤外線に
よってなされ、また、プロセッサは連続的に各データ処
理端末機と共に作動する。したがって、このような装置
は、中央処理装置と周辺装置との間の双方向への情報交
換を可能とする。しかしながら、このような装置によれ
ば、情報の同時的な双方向への交換は不可能であること
は明らかである。
【０００８】本発明は、２つの装置ユニット間におけ
る、電気信号の同時的かつ実質上故障を生じない、双方
向への伝送が可能な、製作コストのかからない上述のよ
うな装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の構成および効果】本発明によれば、この課題
は、特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴を有す
る装置とすることによって解決される。
【００１０】本発明による、２つの装置ユニットが互い
に情報を伝達する装置において、光学的受信器によって
与えられた電気信号は、それぞれ、ミキシング段におけ
るこの装置の周波数発振器（送信機能によって変調され
た発振器の周波数）の発生された振動と混合される。こ
れによって、とりわけ、送信機能によって変調された発
振器周波数と、他の装置の受信機能によって変調された
発振器周波数との和がとられる。そして、この周波数の
和が処理され、すなわち復調される。受信機能は、この
復調された信号から確認される。なぜならば、この装置
の送信機能が知られているからである。
【００１１】両方の装置ユニットの周波数発振器は、異
なる平均周波数を有している。１つの装置ユニット毎の
単一の周波数発振器によって、光学的送信器に対するパ
ルス繰り返し周波数が発生するだけでなく、光学的受信
器によって与えられる受信周波数が、よく定義されかつ
混合された中間周波数（和をとられた周波数）に変換さ
れ得る。同一の装置ユニット内における光学的送信器か
ら光学的受信器へ直接伝送される輻射線は、いかなる劣
化をも生じない。なぜならば、反対側のステーションが
受信した（微弱な）電気信号が、正確にこの周波数と混
合されて周波数の和を生じさせるからである。その後、
この周波数の和が周波数復調作用を受けることにより、
受信されるべき情報機能の、送信されるべき情報機能と
の線型の重ね合わせからなる信号が発生する。なぜなら
ば、この装置の周波数発振器の周波数変調された信号
は、中間周波数（周波数の和）を形成するために使用さ
れるからである。
【００１２】本発明の実施例において、両方の装置ユニ
ットの周波数発振器の平均周波数は可変となっており、
この場合、ある種のよく定義された周波数（チャンネ
ル）が選択可能である。両方の装置ユニットの周波数発
振器は、その周波数の和がそれぞれ同一のよく定義され
た一定値となる、互いに関係する複数の平均周波数の対
を有している。すなわち、本発明による装置における装
置ユニットは、その発振器平均周波数が、このよく定義
された一定値に、関係する装置ユニットの発振器平均周
波数を正確に加えられ得るこの種の別の装置ユニットと
のみ情報交換を行い得る。したがって、対応する装置ユ
ニットの対応する平均周波数を選択することによって、
どの装置ユニットが他のどの装置ユニットと情報交換を
行うのかを決定することができる。
【００１３】詳細には、装置ユニットの２つのグループ
を規定するのが好ましい。そこで、この装置における装
置ユニットは、正確にグループＩおよびグループＩＩの
２つのグループに分類され、常にグループＩに属する装
置ユニットがグループＩＩに属する装置ユニットと情報
交換を行うようにするのが好ましい。情報交換するとい
う言葉は、音響信号、ディジタル信号、測定信号または
運動するテレビジョン画像を表す電気信号が、装置ユニ
ット相互間において双方向に同時に伝送されることを意
味する。すなわち、自由に決定可能なチャンネル指定に
対する周波数の関連が、もし、いくつかのチャンネル指
定が両方の装置ユニットに関して調整されているなら
ば、グループＩの装置ユニットが、正確にその時点でグ
ループＩＩの装置ユニットと情報交換を行うように、正
確に選択可能である。言い換えれば、周波数発振器の平
均周波数とチャンネル指定との一致が、１つのグループ
のすべての装置ユニットに対して成立している必要があ
る。
【００１４】しかしながら、本発明によれば、チャンネ
ルと平均周波数との一致は任意になされるものではな
く、むしろ、それぞれ１つのチャンネルに属するグルー
プＩおよびグループＩＩの周波数の数学的な和が、常に
一定のチャンネルに無関係な和を生じせしめる。
【００１５】ミキシング段における周波数の和は、も
し、同一のチャンネル選択が相互に情報交換を行ってい
る装置ユニットにおいてなされるならば、既知のよく定
義された周波数となる。
【００１６】したがって、各装置ユニットは、音響信
号、ディジタル信号、測定値または運動するテレビジョ
ン画像が送信される間に、同時に、別の同様の装置ユニ
ットからの送信を受信しこれを処理する。複数の装置ユ
ニットが、光学的作動範囲において並列的に作動する場
合には、接続されるべき装置ユニットが、その受信部、
特にその電気的フィルターに関するこの選択された平均
周波数に対して感度が良ければ、前記複数の装置ユニッ
トの内の特定の装置ユニットが平均周波数の選択によっ
て接続され得る。
【００１７】周波数発振器の平均周波数は、位相ロック
ループ制御回路によって安定化されるのが好ましい。こ
のような制御回路は、予め決定される平均周波数の極め
て正確な維持を可能とする一方、周波数変調に対して必
要な場合には、短時間の平均周波数の変調が可能とな
る。さらに、位相ロックループ制御回路に使用によっ
て、一定の周波数パターン（チャンネル選択）における
平均周波数の簡単な調整が可能となる。
【００１８】光ダイオードが光学的送信器として使用さ
れることが好ましい。送信される輻射線の波長は、３８
０nm〜１０００nmの範囲にあることが好ましい。輻射光
線の波長は、装置ユニットの機能にいかなる影響も及ぼ
さない。すなわち、輻射光線の波長は自由に選択され得
る。
【００１９】７５０nm〜１０００nmの範囲の波長を有す
る赤外領域に対する光ダイオードの使用が、特に好まし
い。なぜならば、これらのダイオードは、コンポーネン
ト技術のために特に高い性能を有しており、その結果、
輻射線の高いフローが得られるからである。高い光学的
出力が、伝送の可能な有効範囲を広げることに関して好
ましい。
【００２０】広い伝送範囲を達成するためには、さら
に、カレントフローを光学的送信器を介して正弦半波形
法によって制御することが好ましい。すなわち、周波数
発振器によって発生せしめられた、周波数変調された正
弦波形状の振動は、ダイオードによるカレントが、正の
正弦半波形の間に周波数発振器の正の正弦半波形の瞬間
的な値に比例するように、光ダイオードによるカレント
フローを直接制御する。周波数発振器の負の正弦半波形
の間には、いかなるカレントも、光ダイオードを通じて
流れることはない。
【００２１】この種のダイオードによって送信された光
学的な出力のスペクトルにおける周波数変調された振動
の基本波形部分を制御するカレントは、ダイオードの信
号効率に関して最大値をもつ。
【００２２】１つの装置ユニット内において複数個の光
学的受信器を使用するのが有利である。なぜならば、そ
れによって、作動範囲が広がるからである。フォトバリ
アー受信器（フォトダイオード）が、光学的受信器とし
て特に適している。もちろん、光学的受信器は、光学的
送信器によって送信された輻射線に対して良好な感度を
有している。
【００２３】広い感光領域を有するフォトダイオードが
好ましい。なぜならば、より多くの輻射光線がそれから
受信されるからである。広い伝送範囲という観点から、
感光領域の増大は、複数の平行に配置されたフォトダイ
オードを使用することによって可能となる。
【００２４】送信されるべき情報機能が存在するので、
これらは、特に削除段階において、周波数復調器の信号
から取り除かれる。その結果、受信された情報機能が乱
されずに得られる。
【００２５】
【実施例の説明】以下、添付の図面を参照しながら本発
明の実施例について説明する。
【００２６】図１に示した装置ユニットは、伝送すべき
送信機能を与えられた低域フィルター１０を有してい
る。この低域フィルター１０は、送信機能の周波数スペ
クトルを、例えば２０kHz に制限する。
【００２７】周波数発振器４は、この周波数帯に制限さ
れた信号によって周波数変調される。この発振器４は、
よく知られた方法で、位相ロックループ制御回路によっ
てその平均周波数に対して安定化される。このような安
定化された発振器の平均周波数は、簡単なよく知られた
方法で、固定された周波数値に対して可変とされ得る。
この実施例では、平均周波数は、２．７６MHz の値を有
している。変調される送信機能によって得られる周波数
ストロークは１０kHz を超えることがない。
【００２８】発振器４によって与えられる正弦波形の振
動は、カレント源１１に、光学的送信器１２として用い
られる光ダイオードを通じて正弦半波形のカレントを送
信させるべく制御する貫通させるようにする。この実施
例では、赤外線を輻射する光ダイオードが、これから輻
射される輻射線が８３０nmの波長範囲内にあるようにす
べく使用される。光学的送信器１２は、電力変調された
輻射光線を、周囲に送信する。
【００２９】この電力変調された輻射線は、本発明によ
る装置における（図示されない）別の同様の装置ユニッ
トの光学的受信器１に、例えば、物体での反射を通じて
あるいは直接受信される。相互に信号が伝送されるこれ
ら２つの装置ユニットは、それぞれの安定化された周波
数発振器４の選択された平均周波数だけ互いに異なって
いる。
【００３０】別の装置ユニット（この装置ユニットの構
成要素に対しては、図示した装置に対して使用したもの
と同一の参照番号を付す）の光学的受信器１に当たる電
力変調された輻射線は、図示した装置ユニットの光学的
送信器がパルスを発生する周波数と同一の周波数を有す
る電気信号カレントを発生する。光学的受信器１とし
て、平行に操作され、８３０nmの波長を有する輻射線に
対して感度のよい、複数個のフォトダイオードが使用さ
れる。
【００３１】バンドフィルター２は、光学的受信器１に
よって与えられる電気信号を、そのスペクトル内に制限
する。このようなフィルター２の平均周波数は、例え
ば、２．６MHz の値を有している。ここで、バンドの幅
は１MHz である。強く変調された干渉輻射源（例えば蛍
光ランプ）を通じた特殊な干渉が、バンドフィルター２
によって阻止される。
【００３２】次に、信号は、ミキサー３における対応す
る周波数発振器４の局所的な（この装置ユニットの変調
された送信機能を有する）周波数と混合される。このミ
キサー３は、例えば、倍率手段となり得る。
【００３３】（この装置ユニットの周波数変調された送
信機能をもつ）局所的な周波数発振器、およびミキサー
３におけるバンドフィルター２を介して光学的受信器１
によって与えられた受信周波数から生じる周波数の和
は、フィルター５を介して周波数複製器６に与えられ
る。フィルター５は、５．３５MHz の固定された平均周
波数をもつバンドフィルターである。
【００３４】相互に電気信号が伝送される２つの装置ユ
ニットは、各周波数発振器４の周波数だけが互いに異な
っている。周波数は、常に、周波数の和がよく定義され
た一定値となるように選択される。任意の数の周波数の
対が、この要件を満たすものとして見出され得る。
【００３５】もし、周波数の対が、２つの装置ユニット
の周波数発振器４内に適合するように決定されるなら
ば、簡単な方法で、それぞれの周波数発振器４の信号に
よって、対応する送信器１２をカレント源１１を通じて
制御するだけでなく、また（反対側のステーションにお
ける）別の装置ユニットのミキサー３内において信号を
正確に周波数の和に混合することが可能となる。
【００３６】この実施例では、図示された装置ユニット
の発振器４の平均周波数は２．７６MHz に調整されてお
り、一方、（図示されない）別の装置ユニットの発振器
の周波数は２．５９MHz に調整されている。もし、両方
の装置ユニットが作動連結しているならば、図示された
装置ユニットのミキサー３内だけでなく、また図示され
ない装置ユニットのミキサー３内においても、このよう
な周波数の和は、すなわち５．３５MHz となる。別の周
波数の対、例えば、１．８９MHz と３．４６MHz 、１．
９９MHz と３．３６MHz 、・・・、２．５６MHz と２．
７９MHz 、・・・、２．８６MHz と２．４９MHz 等の対
に対しても同様である。
【００３７】周波数複製器６は、例えば、バンドフィル
ター５の同一の信号が、その２つの入力に対して与えら
れる倍率手段として形成される。別のバンドフィルター
７が、周波数複製器６の次に、選択的な手段として準備
される。最後に、周波数復調器８が、送信機能および受
信機能の線型な重ね合わせからなる電気信号を発生す
る。なぜならば、受信信号の周波数変換のために使用さ
れる周波数発振器４は、送信機能によって変調されるか
らである。
【００３８】受信機能は、減算器９において、周波数変
調器８の信号から送信機能を減じることによって得られ
る。
【００３９】図２は、実際に使用される実施例のブロッ
ク図を示したものであり、装置の２つのトランシーバー
２１、２２を示してある。以下では、トランシーバー２
１のみについて説明する。なぜならば、他方のトランシ
ーバー２２は同様の構成を有しているからである。
【００４０】図２から明らかなように、トランシーバー
２１は、第２のトランシーバー２２の赤外線送信器３６
によって送信される赤外線信号を電気信号に変換するフ
ォトダイオード２３を備えている。フォトダイオード２
３によって与えられた信号は、インピーダンスコンバー
タ２４、およびバンドパス（同調回路）２５、並びにミ
キシング増幅段２６に順次送られ、ここで電圧制御され
た発振器２３の局所的なＶＣＯ周波数と混合され、第１
の中間周波数５．３５MHz が得られる。
【００４１】増幅器２７による増幅が行われた後、１
０．７MHz に倍増した周波数が周波数倍増器２８におい
て得られる。この信号は濾波された後、ＩＦ増幅器２９
において通常のように制限される。
【００４２】ＦＭ弁別器３０は、この場合、他方のトラ
ンシーバー２２によって伝送された情報と、それ自体に
よって送信された情報との線型の重ね合わせからなる基
準バンド情報を獲得する。そして、受信されるべき情報
が、負の増幅段３１において、この信号の混合からそれ
自体の送信機能を減じることによって得られる。
【００４３】送信されそしてこのトランシーバー２１の
信号入力３７において存在する信号は、低域フィルター
３２において当該フィルターのバンド幅に制限される。
これは、変調の後にスペクトルバンド幅を制限するため
に必要である。この信号は、よく知られた方法で、電圧
制御された発振器３３の周波数を変調する。平均周波数
がチャンネル選択手段３４によって調整され得る。
【００４４】電圧制御された発振器３３による信号（Ｖ
ＣＯ信号）出力は、対応する赤外線送信器３６を、電力
増幅器３５を介して制御する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置が２つの装置ユニットを有す
る場合の一方の装置ユニットの概略的な構成を示したブ
ロック図である。
【図２】本発明による装置の実際に使用される実施例を
示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 光学的受信器 ３ ミキシング段 ４ 周波数発振器 ８ 周波変調器 １２ 光学的送信器

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気信号、特に音響信号、ディジタル信
    号、測定信号、あるいは運動するテレビジョン画像を、
    ２つの装置ユニット間において、導波管を用いることな
    く双方向に光または赤外線によって伝送するための装置
    であって、 各装置ユニットが、少なくとも１つの光学的送信器およ
    び少なくとも１つの光学的受信器を有し、伝送されるべ
    き電気信号がその周波数でよく定義された平均周波数に
    よって周波数発振器を制御し、こうして制御された前記
    周波数発振器の周波数が前記光学的受信器の光学的出力
    を制御して、前記光学的送信器によって周囲に出力され
    た電力変調された輻射線が、別の装置ユニットに配置さ
    れた送信された輻射線の波長に対して感度のよい光学的
    受信器に、直接または自然あるいは人口の物体での反射
    を通じて、または分散あるいは屈折を通じて当たるよう
    にし、前記光学的受信器に当たった前記電力変調された
    輻射線が電気信号に変換され、伝送されるべき電気信号
    が前記受信された電気信号の処理によって回復されるも
    のにおいて、 前記各装置ユニットが、単一の周波数発振器４を備え、
    前記周波数発振器の変調された周波数が、前記光学的送
    信器１２の光学的出力を制御するだけでなく、前記装置
    のミキシング段３に与えられ、前記２つの装置ユニット
    の周波数発振器４が異なる平均周波数を有し、前記光学
    的受信器によって与えられる信号が、前記ミキシング段
    ３において前記装置ユニットの周波数発振器４の変調さ
    れた周波数と混合され、前記受信された周波数と前記変
    調された発振器周波数との混合によって生じる周波数の
    和が、周波数変調器８によって変調され、受信機能がそ
    の結果生じる信号によって得られるものであることを特
    徴とする、電気信号を導波管を用いることなく双方向に
    光または赤外線によって伝送するための装置。
  2. 【請求項２】 前記周波数発振器４の平均周波数が可変
    となっており、一定のよく定義された周波数あるいはチ
    ャンネルが選択され得るものであることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記２つの装置ユニットそれぞれの周波
    数発振器４が、互いに関係する複数の平均周波数の対を
    有し、前記各平均周波数の対の周波数の和が、それぞれ
    同一のよく定義された一定値となるものであることを特
    徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 装置ユニットの２つのグループが、チャ
    ンネル数を両方の周波数発振器４の調整可能な平均周波
    数に関係させることによって規定され、前記チャンネル
    数が両方の装置ユニットで調整される場合、すなわち第
    １の周波数および第２の周波数が各チャンネルに関係す
    る場合に、第１のグループに属する装置ユニットが、第
    ２のグループに属する装置ユニットと情報交換を行うよ
    うになっていることを特徴とする請求項３に記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 対応するチャンネル数に関係する平均周
    波数が、あるチャンネルに関係する前記第１および第２
    のグループからの周波数の和が、常によく定義された一
    定値を生じるように選択されることを特徴とする請求項
    ４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記周波数発振器４の平均周波数が、位
    相ロックループ制御回路によって安定化されることを特
    徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記光学的受信器１によって与えられた
    電気信号が、周波数変換およびそれに続く周波数増幅に
    よってさらに処理されるのに適した周波数範囲内に変換
    されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか
    １項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記混合から生じる信号和が、バンドフ
    ィルターによって前記バンドフィルターのバンド幅に制
    限された後、周波数復調器８に与えられ、それに続く負
    の増幅段において、前記装置ユニットの周波数発振器４
    を変調する前記信号が、前記周波数復調器８の信号から
    減じられることを特徴とする請求項１〜請求項７のいず
    れか１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 複数個の光ダイオードが光学的送信器と
    して使用され、送信された輻射線が３８０nm〜１０００
    nmの範囲にあることを特徴とする請求項１〜請求項８の
    いずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記光ダイオードが、それぞれ周波数
    発振器４によって、前記光ダイオードを通じて発生する
    カレントフローが、正弦半波形を有するように制御され
    るものであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ３８０nm〜１０００nmの波長範囲にお
    いて感度のよい１個またはそれ以上のフォトバリアー受
    信器、すなわちフォトダイオードが光学的受信器として
    使用されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０
    のいずれか１項に記載の装置。
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