簡単な光通信機の製作

先日私の大学で学園祭があり、無線部も出展しました。
展示を行うにあたり、目に見えて分かりやすいちょっとした無線通信の実験ができないものかと思い、手持ちの部品をできるだけ使って光通信機を作ってみました。
それが思ったよりもウケたので、ここで紹介します。

普段は実用的な工作ばかりしていますが、今回の光通信機はあくまでも展示用なので特に実用性はありません。


さて、光通信機を作るにあたり、考えた仕様は以下の通りです。
1. 音声信号を光によって伝送するもの
2. 信号到達距離2m
3. AC アダプタを使った単電源で動作すること
4. 簡単に製作できて再現性が高いこと
5. できるだけ筆者の手持ちの部品で製作できること

以上の仕様を満たすものとして設計したのは下のような回路です。

手持ちの部品を活用することを最優先したので、一部の定数が最適化されていない気もしますがまあ良いでしょう。

パワーオペアンプ LM675T をノート PC用 の AC アダプタ(19V)で動作させ、その出力を LEDに送り込むというごく単純なものです。回路としては、単電源で動作するオーディオアンプとほぼ変わりありません。信号入力には、携帯音楽プレイヤーを使います。
LED には秋月電子で売られている 3W 赤色 LED の OSR5XNE3C1E を使用し、無信号時の電流が約 350mA(絶対最大定格の約 44%)となるように R6(上図)を設定しました。

こんな感じで、ケース無しのむき出しです。解説のため部員が常駐しているのでこれでも大丈夫ですが、ふつう展示するものはケースに入れるべきでしょうね。

これを作るために新たに買ったのはセメント抵抗1つと LED とレンズ(100円ショップで購入)だけで、のこりの部品は全て持っていたものを使いました。3WのLEDを使用し、さらにレンズまで付けているため光源を直視すると危険です。また、LED の電流制限抵抗とオペアンプはかなり発熱します。
電源電圧を下げれば発熱は抑えられますが、16V 以下にするとアンプ IC が動作しなくなってしまうので仕方がありません。

次は受信機です。
受光素子にはいろいろありますが、今回は送信側に使ったのと同じパワーLEDを採用しました。
送信側のLEDを飛ばしてしまったときのための予備として買っておいたものを使っただけで、特にこれでないといけないというわけではありません。
また、こちらにも100円ショップのレンズを装着しました。

このLEDと直列に適当なコンデンサを入れてDCをカットしてやれば、立派なオーディオ信号が出てきます。　そのままイヤホンを繋げば音が聞こえますが、スピーカーを鳴らすには適当なアンプを繋いでやる必要があります。学園祭での展示ではPC用のアクティブスピーカーを繋いでいました。もちろんHiFiではありませんが、まあAM放送程度の音質にはなっていました。

実は受信側に入れるためにALC付きのアンプ(SA2011というICを使った)を作ったのですが、これをつけるとレンズなど一切なくても送信機と受信機が同じ部屋の中にあるだけで音声を拾えてしまい、かえって光によって通信していることが分かりにくくなってしまうと思ったので外しました。SA2011アンプ無しでも、レンズのおかげで上に書いた仕様2を満たすことができます。

下の画像は展示の様子です。受信機の後方から送信機側を写したものです。

こんな単純なものなのですが、特に光を手でさえぎると音が聞こえなくなるのがおもしろかったようで(?)、一時は列ができるほど人気でした。

展示の本題であるアマチュア無線とは直接の関係が無い物ですが、これも一種の無線通信であり、この光通信機をきっかけに無線に興味を持った人がいれば幸いです。