簡易な双方向光通信実験装置の開発

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(1)簡易な双方向光通信実験装置の開発教科・領域教育学専攻生活・健康・総合内容コース. M10244児高田裕治 1． ‘ま1二め‘二. 試作した実験装置の回路図を図1に示す。部品. 近年の目覚しい情報技術の進歩に伴い，光による. 数の削減と機能性の向上のため，一つのLEDを. 情報通信は，われわれが目覚生活を送る上で欠くこ. 発光素子兼受光素子として用い，押しボタンスイ. とのできない技術になっている。そのため光通信技. ッチにより送受信の切り替えを行うようにした。. 術の理解は大変重要であり，その仕組みを知ること. また，スピーカーをマイクにも兼用し，コストダ. は，更なる情報技術の変化に対応できるカを身につ. ウンと小型化を図った。増幅素子には低価格で入. けることに繋がる。高輝度の発光ダイオード（LED）. 手が容易なアンプIC（LM386）を用いた。試作した. が安価で容易に入手できるようになったこともあり，L㎜を利用した光通信技術の理解を深めるための教材・教具開発や，それらを用いた授業実践が広. 回路は基板上の部品7個から構成され，スピーカ 2，000円未満で製作した。. く行われている。. 試作した装置の評価のため，発振器の正弦波信. 岡本ら。は中学校技術科の新しい教材として，LED. ーや乾電池，ユニバーサル基板等を含めて一対. 号を送信回路に入力し，受信回路の出力電圧波形. とフォトダイオードを使ってラジカセ等の音声信. をオシロスコープを用いて測定した。入力信号強. 号を光で伝送する回路を提案し，奥山ら2〕は受光素. 度は約工〔㎞V岬で，これは使用したスピーカーに. 子にもLEDを用いた回路を提案し，受信側回路のさ. 対して通常の大きさの声で会話をしたときの信号電圧にほぼ等しい。実験の結果，5∼15cmの通. らなる簡素化・低コスト化を実現した。また，受光. 素子にLEDを用いることで，光信号から電気信号への変換も可能であるというLEDの性質も学ぶことができ，豆電球などの他の光源との違いを知ることができる。長谷川ら3）はこの簡素化された送受信回路. 信距離に対して歪やノイズの少ない出力信号波形が得られた。. 刊．5V. をもとに模擬実験教材セットを開発し，授業実践を. 送量口切9警え. o. 打つだ。. ラジカセなどの音声出力信号を一方的に送受信するだけでなく，光通信を使って会話が体験できるようにすれば，実験に参加する生徒の関心をより高. 3o ・ClW挑12. ＿＿＿＿ @スイツチ. 石ユ0μ. ・圧1〕. 守 100μ. ｛肌MP一α15〕. スピーカー32Ω｝. めることができると思われる。このような実験を実現できるものとして，一対の送受信回路を使用したものが報告され4〕，キットが市販されている5）。. しかしこの回路は部品点数が多く，またコストがやや高い（一対で6，000円程度）。さらに，会話がヘッドセットを通して行われるため，実験に参加している本人以外には通信の様子がわかりにくいこと，. また発光素子と受光素子が別々であるため光路が 2本になり，光ファイバーや鏡を使った実験がしにくいことなども問題である。. 本研究は，このような問題を解決する簡易で低コ. ストかつ高性能の光通信会話実験装置を開発することを目的としている。. 2．冒作した回踊. 図1 試作した簑置の回路図. 3．送債回路の鴉O 送信回路の最適化のため，特性評価を行った。. 入力信号電圧により出力電圧及び光信号波形がどのような影響を受けるのかを評価した。. その結果，図2に示したように，出力信号電圧. が約3V〃を越えると波形がクリップされ，出力. 信号電圧が飽和することが分かった。これは LM386の特性による出力電圧の限界であり，波形がクリップされないようにするには電源電圧を大きくすればよい。図3は出力光信号強度の変. 化である。約1V阿で波形に変化が現れた。これ.

(2) 3，5. 1．2. 3. 1. 2．5. さ皿8 葛“. ＞. 一 2 匝. 土1．5. ）. ∼. o．4. 侭 1. 只. ≡目皿5. ヨ0．2. 0. 0. 050100150200250300 入力：”艸一m”. 国2 芸管回書の特性（出カ管号電圧ω入力管号電圧依存胆. 0 20 “ 60 ㎝ 100. 入力：”h（V”）図4 2管回書の特伍（出力管号■1圧の入力管号電圧依存性）. 1．8. 3. 1．6. 2．5. 1．4. ≧ 看，. 侭 …81. 1，2. 庄 2. ≧. 1. 言1．5. 0．8. ，. 1. 0．6. 何. 0．4. ヨ 0．5. 0．2. 0. 0 10 拠 30 絶靱. 020406080100120140160. 入力：”血（V”）. 入力：㌦（V｝. 図3 違管回書の讐伍（出力光管号萱度の入力管号電圧依存性）. 図5 コンデン’サI二よる桑管回路O）讐性改着. はLEDの動作点が低い（直流電流が小さい）ため. 通信実験装置を試作することができた。通常の会. に起こるものである。これを改善するには，低抗. 話実験の信号レベルでは，出力信号電圧の波形に. 値を下げて動作点を上げることが考えられるが，. は大きな歪やノイズは見られなかった。送信回路. 消費電流の増加や装置の故障等を招く恐れがあ. と受信回路を個別に評価し，出力信号電圧の飽和. る。. が起こる入力信号電圧レベルとその原因を明らかにし，解決するための方法について検討した。. 4．二管回路の課i□. 受信回路においてLEDが光信号を受け，その結果，発生した信号電圧がLM386を通して出力される過程で，㎜1386の性能がどのような影響を与えるのかを評価し，その改善を行った。. 図4は出力信号電圧の入力信号電圧に対する. 変化である。入力信号電圧が40∼60mV岬で出力信号電圧が飽和する。これは入力信号電圧に直流成分が含まれているために，㎜【386の出力の直流電位が変化したことによるものである。これを改善するために，入力の直流成分をカットする. 但し，これらは部品数やコストの増加を伴うので，. 使用する目的や状況に合せて対応する必要がある。. 参考文滅 1）岡本所正，松下文夫：中学校技術科のための新教材. 開発m，電気学会教育・研究に関する研究会資料， VoL㎜一一85，No−1’9．11・14，卵．1‘6（1985）. 2）臭山澄雄他：リフレッシュ理科教室のための教材試作と実践，応用物理教育，VoL27，No．1，pp．47・48 ⑫003）. ように回路にコンデンサを入れた。その結果，図. 3）長谷川誠：発光ダイオードを用いた光通信実験セットとそれを利用した漬示実験の実践，応用物理教育，. 5に示すように飽和し始める入力信号強度を高. Vo1．32，No，2，pp．27’32（2008）. くすることができた。すなわち，送信側と受信側. の距離が短くなったときに起こる波形の盃を軽. 4エレキジャック編集部籍1レーザー光空間通信にチャレンジ，CQ出版⑫o1o）. 減できることが分かった。. 5）秋月電子通商h吻〃幽曲de㎜阯。omノ. 5．まとめ少ない部品で犠成された低コストの双方向光. 主任指導教員小山英樹指導教員小山英樹.

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