(57)【要約】【課題】特に光学系要素の部品点数の削減、構造の簡単化及び通信対象に対する高い指向性を実現できる光通信装置を提供することにある。【解決手段】光通信装置の光学系要素として、発光素子、受光素子、レンズが実装された基板２０及びその可動機構であるアクチュエータ１１を含む構造の光学系要素１０である。光学系要素１０は、光通信装置の光通信を実行するときに、アクチュエータ１１により通信対象に対して基板２０が微小可動するように調整される構造である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データで変調された光を受光して電気信号に変換する受光素子、及び前記受光素子の受光部を構成するレンズ部材が実装された基板と、
前記基板を微小可動させる可動機構と、
前記受光素子から出力される電気信号に基づいて、前記送信データを復調する復調手段と、
前記可動機構を制御して、前記基板の微小可動を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記基板は、前記受光素子と発光素子が同一平面上に実装されて、前記受光素子と前記発光素子のそれぞれが前記レンズ部材を介して受光または発光する構成であり、
前記発光素子から送信データで変調された光を発光させるための変調手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項３】
前記基板は、前記電気信号の信号処理を実行する信号処理回路が実装された構成であり、
前記復調手段は、前記信号処理回路から出力されるディジタル信号から前記送信データを復調する構成であることを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項４】
前記基板は、前記受光素子から出力される電気信号の信号処理、及び前記発光素子を駆動するためのドライバを含む信号処理回路が実装された構成であることを特徴とする請求項２に記載の光通信装置。
【請求項５】
前記可動機構は、前記基板を２次元方向に微小駆動可能なジンバル機構を含むアクチュエータから構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光通信装置。
【請求項６】
前記基板は、ＭＥＭＳ方法により構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光通信装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記復調手段からの復調結果に基づいて前記可動機構を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光通信装置。
【請求項８】
前記可動機構は、前記基板を２次元方向に微小駆動可能なアクチュエータが構成されており、
前記制御手段は、発光又は受光する通信対象に対して前記基板の指向性を調整するために前記アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光通信装置。
【請求項９】
前記基板と前記可動機構とを組とする複数組の光学系要素を有し、
前記制御手段は、前記各可動機構を制御して、前記各基板の微小可動をそれぞれ独立して制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光通信装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記各基板の微小可動を連動するように制御し、前記各基板の中で一部を通信対象に対する指向性を調整するために制御し、それ以外の各基板を通信対象の探索または追従するために制御するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光通信装置に適用する光学系要素技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、可視光通信などの光通信装置の開発が推進されている。光通信装置は、光の発光及び受光を利用してデータの送受信を行なうため、装置の構成要素として光学系要素の技術が重要である。
【０００３】
光学系要素としては、光を発光する発光素子及び光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子以外に、ミラー、レンズまたはプリズムなどが含まれる。ミラーやレンズは、ミラー面の方向やレンズの光軸を調整するための微小可動機構（アクチュエータ）に搭載されている場合が多い。微小可動機構には、各種の方式が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、ミラー及びそのアクチュエータなどは、特にＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）と称する半導体製造技術を応用した微細加工技術により小型化が実現されている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００３−１８５９４９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ミラー及びそのアクチュエータなどは、ＭＥＭＳ技術などにより小型化が実現されている。しかしながら、ＭＥＭＳ技術などにより小型化が実現されても、光学系要素としてミラー及びそれを微小可動するためのアクチュエータを使用する光通信装置は、相対的に部品点数が多く、かつ構造が複雑化する。また、ミラーにより反射される反射光の光軸調整は高い精度が要求されるため、通信対象に対する高い指向性を得ることは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、特に光学系要素の部品点数の削減、構造の簡単化及び通信対象に対する高い指向性を実現できる光通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の観点は、受光素子及びレンズ部材を実装した基板及びその可動機構を有する構成の光通信装置である。
【０００８】
本発明の観点に従った光通信装置は、送信データで変調された光を受光して電気信号に変換する受光素子、及び前記受光素子の受光部を構成するレンズ部材が実装された基板と、
前記基板を微小可動させる可動機構と、前記受光素子から出力される電気信号に基づいて、前記送信データを復調する復調手段と、前記可動機構を制御して、前記基板の微小可動を制御する制御手段とを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ミラー及びその可動機構を使用することなく、光学系要素の部品点数の削減、構造の簡単化及び通信対象に対する高い指向性を実現できる光通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（光通信装置の構成）
図１は、本実施形態に関する光通信装置に使用される光学系要素の構造を説明するための図である。図２は、本実施形態に関する光学系要素の基板２０の構造を説明するための図である。図３は、本実施形態に関する光通信装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００１２】
本実施形態に関する光通信装置１は、図３に示すように、例えば可視光を利用した双方向性の光通信装置である。光通信装置１は大別して、光入出力部１０と、アクチュエータ制御部３０と、変復調部３１とを有する。光入出力部１０は、図１を参照して後述する本実施形態の光学系要素を有し、通信対象の光通信装置２から発光された光１３０を受光する受光部と、送信データを光１２０で送信するための発光部とを含む要素である。
【００１３】
アクチュエータ制御部３０は、図１を参照して後述するアクチュエータ１１を駆動制御する。変復調部３１は、送信データを変調して光入出力部１０の発光部に出力する変調部と、光入出力部１０の受光部から出力される電気信号１１０から送信データを復調する復調部とを含む。
【００１４】
光入出力部１０は、変復調部３１から出力される送信データの変調信号１００に応じて発光部に含まれる発光素子（発光ダイオード素子：ＬＥＤ素子）を駆動して、送信データが重畳された光（可視光）１２０を発光する。また、光入出力部１０は、通信対象の光通信装置２からの光１３０を受光部の受光素子（フォトダイオード素子）により電気信号１１０に変換し、変復調部３１に出力する。
【００１５】
（光学系要素の構造）
本実施形態の光入出力部１０は、図１に示すように、大別して基板２０とアクチュエータ１１を含む光学系要素から構成されている。基板２０は、図２を参照して後述するように、発光部及び受光部を構成する各種素子や信号処理回路がＭＥＭＳ技術により実装されている。
【００１６】
アクチュエータ１１は、基板２０をＸ軸方向に可動な状態で支持する支持部材１２、基板２０をＹ軸方向に可動な状態で支持する支持部材１３及び４個のマグネット１４からなるジンバル機構を構成している。即ち、アクチュエータ１１は、アクチュエータ制御部３０の制御に応じて、基板２０の方向や位置を微小調整する微小可動機構である。
【００１７】
基板２０は、図２（Ａ）に示すように、一方面上には、ＬＥＤ素子からなる発光素子２３と、フォトダイオード素子からなる受光素子２４とが例えば交互に配列されている。さらに、基板２０は、平面的に配列されている発光素子２３と受光素子２４とをカバーするようにマイクロレンズ２５が設けられている。即ち、発光素子２３と受光素子２４は、マイクロレンズ２５を介して発光または受光する構造である。
【００１８】
ここで、基板２０上には、例えば２×２のマトリックス状に配列された発光素子２３と受光素子２４、さらに１個のマイクロレンズ２５を１組として、多数組分の素子群がＭＥＭＳ技術により一体的に実装されている。また、基板２０は、図２（Ｂ）に示すように、一方面２１に対する他方面上には、信号処理回路２２がＭＥＭＳ技術により実装されている。信号処理回路２２は、例えば、受光素子２４で受光された光から変換された電気信号を増幅しかつディジタル信号に変換する回路や、発光素子２３を駆動するドライバなどを含む。
【００１９】
（作用効果）
以上のように構成された光通信装置１は、通信対象の光通信装置２との間で光１２０，１３０によるデータ通信を行なう。即ち、光通信装置１が送信データを通信対象の光通信装置２に送信する場合には、変復調部３１に含まれる変調部は、送信データを変調した変調信号１００を光入出力部１０に出力する。光入出力部１０では、基板２０上に実装されている信号処理回路に含まれるドライバは、変調信号１００に応じて発光素子２３を駆動する。これにより、光入出力部１０は、送信データ（変調信号１００）を重畳した光（可視光）１２０を発光する。
【００２０】
一方、光通信装置１が通信対象の光通信装置２から送信データを受信する場合には、光入出力部１０は、光通信装置２から発光された光１３０を受光する。光入出力部１０では、基板２０上の受光素子２４は、受光した光１３０を電気信号に変換する。基板２０上に実装されている信号処理回路は、受光素子２４から出力された電気信号を増幅し、ディジタル信号１１０に変換して変復調部３１に含まれる復調部に出力する。復調部は、ディジタル信号１１０から、通信対象の光通信装置２から送信された送信データを復調する。
【００２１】
ここで、光入出力部１０では、アクチュエータ制御部３０により制御されるアクチュエータ１１の微小可動により、基板２０の位置や方向が調整される。従って、送信データを通信対象の光通信装置２に送信する場合には、マイクロレンズ２５を介した発光素子２３の位置や方向が調整される。これにより、通信対象の光通信装置２に対する指向性の優れた発光を行なうことができるため、高精度の光送信を実現できる。
【００２２】
また、通信対象の光通信装置２から発光された光１３０を受光する場合にも、同様にしてアクチュエータ制御部３０により制御されるアクチュエータ１１の微小可動により、基板２０の位置や方向が調整される。従って、マイクロレンズ２５を介した受光素子２４の位置や方向が調整される。これにより、通信対象の光通信装置２に対する指向性の優れた受光を行なうことができるため、高精度の光受信を実現できる。なお、アクチュエータ制御部３０は、変復調部３１に含まれる復調部からの復調結果（受信エラー）１４０に基づいて、受光素子２４の受光状態が最適になるように、アクチュエータ１１の微小可動を制御する構成でも良い。
【００２３】
以上要するに本実施形態の光通信装置１であれば、光入出力部１０は、マイクロレンズ２５を含む発光部と受光部とが微小可動の可能な基板２０上に一体的に実装された構造の光学系要素により実現される。従って、光の方向を変化させるミラー及びその可動機構を必要とすることなく、小型かつ高精度で、しかも通信対象に対して指向性の優れた光学系要素を実現できるため、部品点数を削減した簡単な構造で高精度の光通信装置を提供することができる。
【００２４】
（応用例）
図５から図７は、本実施形態の光通信装置１に関する応用例１〜３を説明するための図である。
【００２５】
応用例１として、本実施形態の光通信装置１の光入出力部１０は、アクチュエータ１１と基板２０からなる光学系要素を複数分備えており、各基板２０がアクチュエータ制御部３０によりそれぞれ独立して制御可能な構成である。
【００２６】
このような光通信装置１であれば、図５に示すように、複数の通信対象の光通信装置（通信相手Ａ〜Ｅ）のそれぞれに対して、発光部と受光部を有する各基板２０を対応付けて、光通信を行なうことができる。即ち、各基板２０をそれぞれ独立して制御することで、いわゆる多チャンネル同時通信を容易に行なうことができるため、結果として通信レートを上げることが可能となる。
【００２７】
次に、図６を参照して応用例２を説明する。応用例２の場合も、光通信装置１の光入出力部１０は、アクチュエータ１１と基板２０からなる光学系要素を複数分備えており、各基板２０がアクチュエータ制御部３０によりそれぞれ独立して制御可能な構成である。
【００２８】
応用例２では、図６に示すように、通信対象の光通信装置（通信相手）に対して、各基板２０は連動して、それぞれ異なる方向または位置に調整されるように、アクチュエータ制御部３０に制御される。このような構成により、例えば、通常形態では、広範囲で通信相手を探索する場合に有効である。即ち、各基板２０を同時に異なる方向または位置に設定できるため、光入出力動作に基づいて、通信相手を発見する時間を短縮することができる。また、高指向性形態では、通信対象の光通信装置（通信相手）に対して広範囲での光通信をカバーできるため、長距離の場合でも安定した光通信を実現することが可能となる。
【００２９】
さらに、図７を参照して応用例３を説明する。応用例３の場合も、光通信装置１の光入出力部１０は、アクチュエータ１１と基板２０からなる光学系要素を複数分備えており、各基板２０がアクチュエータ制御部３０によりそれぞれ独立して制御可能な構成である。
【００３０】
応用例３では、図７に示すように、各基板２０の大部分は連動して、既存の通信対象の光通信装置（通信相手）に対して光通信を行なうように、アクチュエータ制御部３０に制御される。一方、各基板２０の一部分は、既存の通信対象以外の新規の通信対象（既存の通信対象の移動も含む）を探索するように、アクチュエータ制御部３０に制御される。
【００３１】
このような構成により、既存の通信対象とは高指向性形態での光通信機能と、新規の通信対象を探索する機能とを連動させることが可能となる。即ち、既存の通信対象とは高指向性形態での光通信により、通信レートを上げることができる。一方、既存の通信対象以外の新規の通信対象の探索や、既存の通信対象の移動に追従する動作を、既存の通信対象との光通信と同時に行なうことができる。従って、新規の通信対象を高速に発見し、既存の通信対象の移動に高速に追従することが可能となる。
【００３２】
（他の本実施形態）
図４は、他の本実施形態に関する光通信装置３の構成を説明するためのブロック図である。
【００３３】
本実施形態に関する光通信装置３は、例えば可視光を利用した片方向性の光通信装置であり、通信対象の光通信装置４から送信されるデータを受信する機能を有する。即ち、光通信装置３は、通信対象の光通信装置２から発光された光を受光する光入力部４０と、光入力部４０から出力される電気信号１１０から送信データを復調する復調部とを含む。アクチュエータ制御部３０は、光入力部４０のアクチュエータを駆動制御する。
【００３４】
要するに、本実施形態の光通信装置３は、光受信機能を有し、光送信機能を備えていない構成である。光入力部４０は、基本的には図１に示す構造と同様であり、基板２０とアクチュエータ１１を含む光学系要素から構成されている。但し、基板２０は、発光部である発光素子はなく、受光素子及び信号処理回路がＭＥＭＳ技術により実装されている。アクチュエータ１１は、同様に基板２０をＸ軸方向及びＹ軸方向に可動な状態で支持するジンバル機構からなり、基板２０の方向や位置を微小調整する微小可動機構である。
【００３５】
基板２０は、フォトダイオード素子からなる受光素子を有し、マイクロレンズを介して受光する構造である。信号処理回路は、受光素子で受光された光から変換された電気信号を増幅しかつディジタル信号（１１０）に変換する。
【００３６】
本実施形態の光通信装置３の場合も、通信対象の光通信装置４から発光された光を受光する際に、アクチュエータ制御部３０により制御されるアクチュエータ１１の微小可動により、光入力部４０に含まれる基板の位置や方向が調整される。従って、マイクロレンズを介した受光素子の位置や方向が調整される。これにより、通信対象の光通信装置４に対する指向性の優れた受光を行なうことができるため、高精度の光受信を実現できる。なお、アクチュエータ制御部３０は、復調部４１からの復調結果（受信エラー）１４０に基づいて、受光素子２４の受光状態が最適になるように、アクチュエータ１１の微小可動を制御する構成でも良い。
【００３７】
さらに、本実施形態の場合でも、光入力部４０は、マイクロレンズを含む受光部が微小可動の可能な基板上に一体的に実装された構造の光学系要素により実現される。従って、光の方向を変化させるミラー及びその可動機構を必要とすることなく、小型かつ高精度で、しかも通信対象に対して指向性の優れた光学系要素を実現できるため、部品点数を削減した簡単な構造で高精度の光通信装置を提供することができる。
【００３８】
なお、本実施形態及び他の実施形態では、可視光を利用する光通信装置について説明したが、これに限ることなく、別方式の光通信装置についても適用できる。また、他の実施形態として、光受信機能を有し、光送信機能を備えていない構成の光通信装置に本発明を適用する場合について説明したが、これに限ることなく、逆に光送信機能のみを有する構成の光通信装置にも本発明を適用することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に関する光通信装置に使用される光入出力部（光学系要素）の構造を説明するための図。
【図２】本実施形態に関する光学系要素の基板の構造を説明するための図。
【図３】本実施形態に関する光通信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図４】他の実施形態に関する光通信装置の構成を説明するためのブロック図。
【図５】本実施形態に関する応用例１を説明するための図。
【図６】本実施形態に関する応用例２を説明するための図。
【図７】本実施形態に関する応用例３を説明するための図。
【符号の説明】
【００４１】
１…光通信装置（双方向）、２…通信対象の光通信装置、３…光通信装置（片方向）、
４…通信対象の光通信装置、１０…光入出力部、１１…アクチュエータ、
１２…Ｘ軸方向に可動な支持部材、１３…Ｙ軸方向に可動な支持部材、
２０…基板、２２…信号処理回路、２３…発光素子、２４…受光素子、
２５…マイクロレンズ、３０…アクチュエータ制御部、３１…変復調部、
４０…光入力部、４１…復調部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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