光通信用接收装置、光通信装置和光通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光通信用接收装置，光通信装置和光通信方法，并且更具体地涉及使用光子计数技术的光通信用接收装置，光通信装置和光通信方法。
【背景技术】
[0002]作为用于检测微弱的光的装置，有一种光子计测装置。
[0003]该光子计测装置通过将入射光电倍增管或雪崩光电二极管(以下，简称为“APD”)的光子所发射的光电子放大至可检测的水平，从而使得能够检测微弱的光。
[0004]光子计测装置一般主要用于光谱分析、高能物理学、天文学、医疗诊断、血液分析、环境测定、生物技术、半导体制造、材料开发等用途。
[0005]从中作为光子计测装置的一个例子，有一种假定从卫星接收雷达波束的在专利文献1中记载的单光子计测装置。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平7-167709号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]参考这些现有技术，有如下要改进的地方或问题点。
[0011](1)在专利文献1所记载的光子检测元件中，利用多个由Aro构成的扇形元件的集合体构成圆形的光检测元件部。从而，能够在利用某一扇形元件检测到光子后到该扇形元件恢复对光子可受光的状态期间，以概率期望用其他扇形元件来检测光子。然而，在该光子计测装置中，仅仅是在单比特通信上提高了表观计数率，而不是在光子同时到达多个扇形元件的情况下，多个光子计测装置分别同时检测光子，进行多比特信息通信。
[0012](2)为了尽可能增大到达受光装置的微弱光的光强度，以设置聚光装置为前提。
[0013](3)在信息通信领域，还没有使用光子计测技术或光子计数技术的例子。
[0014]S卩，本发明的目的是提供一种即使是微弱的光也可以进行信息通信的光通信用接收装置，光通信装置和光通信方法。
[0015]用于解决问题的方案
[0016]为了解决如上所述改进和问题点等而作出的本发明具体如下。
[0017]本发明的光通信用接收装置的特征在于，包括:多个光子检测元件，和将各个光子检测元件是否检测到光子作为数字信息信号提取的控制部。
[0018]此外，在所述发明中，还可以包括用于检测得到所述多个光子检测元件中的光子检测时刻的时刻收集部。
[0019]此外，在所述发明中，还可以包括将所述多个光子检测元件是否检测到光子积累一定期间而作为一个数字信息信号的加算部。
[0020]此外，在所述发明中，还可以在所述多个光子检测元件的前方配设扩散装置或聚光装置。
[0021]此外，本发明的光通信装置具有上述发明所述的光通信用接收装置，和设置于该光通信用接收装置的前方的光源选择装置，其特征在于:所述光源选择装置至少包括空间分割装置，所述空间分割装置由在平面空间上排列的、能够分别任意地改变反射角度的镜的集合体构成，对于向所述集合体入射的多个光线，通过对所述镜的反射角度的控制，可以切换是否导入受光器。
[0022]此外，根据本发明的光通信方法，其特征在于:将多个光子检测元件是否检测到光子作为数字信息信号提取。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明，可获得在下面描述的效果中的至少一个效果。
[0025](1)使用微弱光的信息通信成为可能。
[0026](2)使用微弱光的基于并行传输的信息通信成为可能。
[0027](3)通过按预定时刻对各光子检测元件是否检测到光子的情况进行提取，可以降低基于其它光源的背景噪声的影响。
[0028](4)通过设置比用微弱的送信光所假定的光子的数量多的光子检测元件，并且该光子检测元件使用光子计数元件(photon counting device)，可以用其余的APD检测在检测到了光子的光子检测元件的脉冲恢复期间中所到达的后续光子，能以接近电子雪崩时间间隔的间隔进行信息通信。即，能够进行可接收的最大频率为光子的计数间隔的倒数的光通信。
[0029](5)根据需要，通过在光子检测元件的前方配设聚光装置或扩散装置，可以将到达所述光子检测元件的光子数量(光子密度)调整到适当的水平。
[0030](6)根据需要，通过在光子检测元件的前方放置与用于通信的波长对应、且适合于光子检测元件的配置而作成的全息图(hologram)，可以将高可干涉性光源的光分散。
【附图说明】
[0031]图1是示出根据实施例1的光通信用接收装置的原理的图。
[0032]图2A是示出根据实施例2的光通信用接收装置(扩散装置)的原理的图。
[0033]图2B是示出根据实施例2的光通信用接收装置(聚光装置)的原理的图。
[0034]图2C是示出根据实施例2的光通信用接收装置(光量限制装置)的原理的图。
[0035]图3是示出根据实施例3的光通信用接收装置的原理的图。
[0036]图4是示出根据实施例4的光通信用接收装置的原理的图。
[0037]图5是示出根据实施例5的光通信装置的原理的图。
【具体实施方式】
[0038]下文中，参考各附图，对本发明的光通信用接收装置、光通信装置和光通信方法的实施例进行说明。
[0039]实施例1
[0040]〈1>整体结构
[0041]图1是示出根据实施例1的光通信用接收装置的原理的图。
[0042]根据本发明的光通信用接收装置至少包括用于接收光的接收装置A。因而，根据本发明的光通信用接收装置不是检测由所述接收装置A接收的光子数的绝对数量，而是通过对光子数的时间变化进行检测来执行信息通信。
[0043]根据本发明的光通信用接收装置除了所述接收装置A以外，还可以设置具有向其它光通信装置投射光的光源B的发送装置，但是这并非是本发明中必不可少的配置。关于设置发送装置的方法，在使用环境中在公知技术的范围内适当选择即可。
[0044]此外，光源B可以使用LED光源、能够照射激光等的光线的公知部件。
[0045]在下文中，将对各个部件进行说明。
[0046]<2>接收装置
[0047]接收装置A是用于接收从光源B发送来的光的装置。
[0048]接收装置A至少包括多个光子检测元件1，和基于该多个光子检测元件1是否检测到光子C来控制数字信息的提取处理的控制部2。
[0049]<2-1>光子检测元件
[0050]光子检测元件1是一种用于检测光子的元件。
[0051][光子检测元件的实例]
[0052]光子检测元件1可以使用能够对在一定时间内所入射的光子C的数量进行检测和计数的公知的光子计数元件(photon counting device)。
[0053]例如，可以作为光子检测元件1使用的构件有:将在盖革模式下使用的雪崩光电二极管(APD)和粹灭电阻(quenching resistance)组合了的构件、光电倍增管、单个或多个像素光子计数(MPPC)元件等。
[0054][光子检测元件的数量]
[0055]在增加能同时检测的光子C的数量方面，期望光子检测元件1的配置数量越多越好。
[0056][光子检测元件的配置]
[0057]接收装置A的对于来自光源B的光的接收表面，是通过将多个光子检测元件1 二维或三维地配置而构成的。例如，可以将各个光子检测元件1配置在同一平面上，也可以立体曲面的方式配置。
[0058][光接收表面的调整功能]
[0059]多个光子检测元件1期望是能够任意改变每个光子检测元件1的空间位置的结构。这是因为，在有多个光源B的情况下，能够为了更有效地接收来自特定的光源B的光，而将光接收表面调整到最佳形状。
[0060]〈2-2> 控制部
[0061]控制部2是将各个光子检测元件1是否检测到光子C作为数字信息信号加以提取的装置。
[0062]控制部2将各个光子检测元件1是否检测到光子C转换成数字信号，并在各个光子检测元件1之间取得同步后作为多位数据发送，或将各数字信号按各光子检测元件1计数。
[0063]<2-3>基本原理
[0064]参照图1，对根据本发明的光通信装置的基本原理进行说明。
[0065]在本发明中，将从光源B向自由空间D发送的光的强度(光子C的数量或密度)的变化判定为发送信息。
[0066][信息信号的提取方法(1)]
[0067]从光的强度中提取信息信号的方法可以考虑各种方法。
[0068]例如这样的方法:预先构成为能够在所述光子检测元件1检测到光子C的检测时亥IJ，按预定的定时捕获是否检测到光子C，并作为数字信息信号提取。
[0069]当假设如图1中所示由8个光子检测元件1构成光通信装置时，因为在时刻t0光子还没有到达，所以能够提取“00000000”这样的8位的数据串。
[0070]另一方面，在时刻tl 一个光子到达的情况下，通过将检测到的光子检测元件Id的输出设为1，而将其它的光子检测元件的输出设为0，则可以提取“00010000”这样的8位的数据串。
[0071][信息信号的提取方法(2)]
[0072]此外存在如下方法:对在预定期间内到达的光子C的检测数进行计数，将该计数信息作为数字信息信号而提取。
[0073]例如，在tl时