(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号により変調されたデータ信号光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射されたデータ信号光を平行光に近いビーム光に成形する第１のレンズと、
入射光の一部を反射し、残りを透過するビームスプリッタと、
入射光を反射する反射部と当該反射部の前記入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段とを有する反射光学系と、
相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光とを集光する第２のレンズと、
前記第２のレンズで集光された前記相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光とを受光する受光素子と、
前記ビームスプリッタおよび前記反射光学系よりも前方であって、前記反射光学系にて反射される前記発光素子からのデータ信号光、および前記相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光の通路近傍に設けられ、前記相手装置に向けてパイロット光を発光するパイロット光発光部とを備え、
前記発光素子から出射されたデータ信号光は前記第１のレンズで平行光に近いビーム光に成形され、前記ビームスプリッタを透過し、前記反射光学系で所定方向に反射して前記相手装置に送信され、前記パイロット光発光部から出射されたパイロット信号光は前記第１のレンズ、前記ビームスプリッタおよび前記反射光学系を介さず直接に前記相手装置に向けて送信され、前記相手装置から送信されたパイロット光およびデータ信号光は前記反射光学系で反射され、前記ビームスプリッタで反射された後、前記第２のレンズを経て前記受光素子で受光されるように構成され、
前記パイロット光は、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍであり、
前記受光素子は、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの受光感度であること、
を特徴とする光無線伝送装置。
【請求項２】
データ信号により変調されたデータ信号光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射されたデータ信号光を平行光に近いビーム光に成形する第１のレンズと、
入射光の一部を反射し、残りを透過するビームスプリッタと、
入射光を反射する反射部と当該反射部の前記入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段とを有する反射光学系と、
相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光とを集光する第２のレンズと、
前記第２のレンズで集光された前記相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光とを受光する受光素子と、
前記ビームスプリッタおよび前記反射光学系よりも前方であって、前記反射光学系にて反射される前記発光素子からのデータ信号光、および前記相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光の通路近傍に設けられ、前記相手装置に向けてパイロット光を発光するパイロット光発光部とを備え、
前記発光素子から出射されたデータ信号光は前記第１のレンズで平行光に近いビーム光に成形され、前記ビームスプリッタを透過し、前記反射光学系で所定方向に反射して前記相手装置に送信され、前記パイロット光発光部から出射されたパイロット信号光は前記第１のレンズ、前記ビームスプリッタおよび前記反射光学系を介さず直接に前記相手装置に向けて送信され、前記相手装置から送信されたパイロット光およびデータ信号光は前記反射光学系で反射され、前記ビームスプリッタで反射された後、前記第２のレンズを経て前記受光素子で受光されるように構成され、
前記パイロット光は、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍであり、
前記相手装置から送信されるパイロット光およびデータ信号光が入射する前記反射光学系の前段に、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの光のみを透過するフィルタを設けたこと、
を特徴とする光無線伝送装置。
【請求項３】
データ信号により変調されたデータ信号光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射されたデータ信号光を平行光に近いビーム光に成形する第１のレンズと、
入射光の一部を反射し、残りを透過するビームスプリッタと、
入射光を反射する反射部と当該反射部の前記入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段とを有する反射光学系と、
相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光とを集光する第２のレンズと、
前記第２のレンズで集光された前記相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光とを受光する受光素子と、
前記ビームスプリッタおよび前記反射光学系よりも前方であって、前記反射光学系にて反射される前記発光素子からのデータ信号光、および前記相手装置から送信されたデータ信号光とパイロット光の通路近傍に設けられ、前記相手装置に向けてパイロット光を発光するパイロット光発光部とを備え、
前記発光素子から出射されたデータ信号光は前記第１のレンズで平行光に近いビーム光に成形され、前記ビームスプリッタを透過し、前記反射光学系で所定方向に反射して前記相手装置に送信され、前記パイロット光発光部から出射されたパイロット信号光は前記第１のレンズ、前記ビームスプリッタおよび前記反射光学系を介さず直接に前記相手装置に向けて送信され、前記相手装置から送信されたパイロット光およびデータ信号光は前記反射光学系で反射され、前記ビームスプリッタで反射された後、前記第２のレンズを経て前記受光素子で受光されるように構成され、
前記パイロット光は、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍであり、
前記相手装置から送信されるパイロット光およびデータ信号光が入射する前記反射光学系の前段に、波長領域９３０ｎｍ以上の光のみを透過するフィルタを設け、
前記受光素子は、波長領域９６０ｎｍ以下の光にのみ受光感度を有する受光素子であること、
を特徴とする光無線伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ信号により変調された光信号を送信・受信することによりデータ伝送を行う光無線伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の光無線伝送装置を用いた屋内光無線システムでは、システムを構成する一方の装置が自動的に相手を見つけて通信を行うものが主流となっている。このようなシステムでは、相手の装置から発せられる光（以下、パイロット光という）を受光して、その方向を検知し、その方向に向けて送信光を発するように構成されている。例えば、図６に示すように、一方の装置（親機２１）にデータ信号送信のための発光部２２とは別に発光手段２３を設け、発光手段２３から光軸合わせのためのパイロット光２３Ａを送出し、他方の光無線伝送装置（子機２４）では、その光軸方向を変位させて受光装置２４Ａによりパイロット光２３Ａを受信し、パイロット光２３Ａの受光レベルに基づいて光軸合わせを行うようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０５９８７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光軸合わせのために送出されるパイロット光を妨害する光として、蛍光灯などの照明がある。蛍光灯への対策としては、可視光をカットするフィルタを設け、且つ変調した光をパイロット光とし、その周波数で受信光を受光することが行われている。
【０００５】
また同じくパイロット光を妨害する光として太陽光がある。一般にパイロット光としては波長８５０ｎｍ前後の近赤外域の光が使用されるが、太陽光は蛍光灯の光と比べて近赤外域の光が桁違いに強いため、上述のような可視光をカットするフィルタを設けるだけでは太陽光への対策として不十分であった。このように、太陽光が室内に直接入射する状況下では、太陽光によりパイロット光が妨害されやすく、相手の装置より発光されるパイロット光から相手の位置を正確に検知することが難しくなるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、太陽光が入射する状況下においても相手装置の発するパイロット光から相手装置の位置を正確に検知することができ、且つ装置の小型化および簡略化を図ることができる光無線伝送装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加えて、受光素子として通常の広い波長帯域に受光感度を有する素子の使用することにより、部品の共通化によりコストダウンを図ることができる光無線伝送装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、光信号を相手装置に向けて発光する発光部と、前記相手装置から発光された光信号を受光する受光部と、前記相手装置にパイロット光を発光するパイロット光発光部とを備え、前記相手装置から発光されたパイロット光を前記受光部で受光して、前記パイロット光の発光方向を検知し、当該検知した発光方向に向けて前記光信号を発光するように構成された装置であって、前記パイロット光発光部は波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍのパイロット光を発光し、前記受光部は９３０ｎｍから９６０ｎｍの波長領域にのみ受光感度を有する受光素子を備えることを特徴とする光無線伝送装置である。
【０００８】
好ましい形態として、前記受光素子は、ＩｎＰ基板上に、バンドギャップエネルギーが９６０ｎｍ相当のＧａＩｎＡｓＰからなる光受光層と、バンドギャップエネルギーが９３０ｎｍ相当のＧａＩｎＡｓＰからなる光吸収層とを形成した構成とする。
【０００９】
請求項２の発明は、データ信号により変調された光信号を相手装置に向けて発光する送信部と、前記相手装置から発光された光信号を受光すると共に当該光信号をデータ信号に復調する受光部と、前記相手装置にパイロット光を発光するパイロット光発光部を備え、前記相手装置から発光されたパイロット光を前記受光部で受光して、前記パイロット光の発光方向を検知し、当該検知した発光方向に向けて前記光信号を発光するように構成された装置であって、前記パイロット光発光部は波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍのパイロット光を発光し、前記受光部は波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの光のみを透過するフィルタを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、データ信号により変調された光信号を相手装置に向けて発光する送信部と、前記相手装置から発光された光信号を受光すると共に当該光信号をデータ信号に復調する受光部と、前記相手装置にパイロット光を発光するパイロット光発光部を備え、前記相手装置から発光されたパイロット光を前記受光部で受光して、前記パイロット光の発光方向を検知し、当該検知した発光方向に向けて前記光信号を発光するように構成された装置であって、前記パイロット光発光部は波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍのパイロット光を発光し、  前記受光部は波長９３０ｎｍ以上の光のみを透過するフィルタと、波長９６０ｎｍ以下にのみ受光感度を有する受光素子とを備えることを特徴とする光無線伝送装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光無線伝送装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、実施の形態１に係わる光無線伝送装置の概略構成図である。本装置の受発光部９は、データ信号により変調された光信号を送出する発光素子１と、コリメータレンズ等からなるレンズ２と、入射光を透過光・反射光に分割する光学素子としてのビームスプリッタ３と、図示しない駆動部により偏向角が可変となるように構成された反射光学系４と、平行光を集光するレンズ５と、相手装置から送出された送信光やパイロット光を受光する受光素子６と、パイロット光を送出するパイロット光発光部２０とを備え、更に、データ供給部７、外部インターフェース７Ａ、及び偏向制御信号供給部８と接続されている。
【００１３】
このうち、発光素子１、レンズ２、ビームスプリッタ３、反射光学系４は、光信号を相手装置に向けて送出する発光部として機能する。また受光素子６、レンズ５、ビームスプリッタ３、反射光学系４は、相手装置から送出されたパイロット光を受光する受光部として機能する。
【００１４】
発光素子１は、データ信号により変調された光信号を出射する。発光素子１としては、例えばレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオードは出射光のビームが細く、それを更にレンズ２によって平行に近いビーム光にすることによって、出射光を高効率でビームスプリッタ３、反射光学系４に照射することができる。
【００１５】
パイロット光発光部２０は、同一構成の図示しない相手装置との間で光軸合わせを行うためのパイロット光として、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの光を発光する。パイロット光発光部２０を構成する素子としては、９３０ｎｍから９６０ｎｍの波長域の光を出す端面発光型の半導体レーザや面発光レーザ、或いは発光ダイオード等が用いることができる。
【００１６】
受光素子６は、波長領域が９３０ｎｍから９６０ｎｍにのみ受光感度を有する素子である。受光素子６としては、例えばフォトダイオード等を用いることができる。
【００１７】
図３は、受光素子６の概略構成図である。受光素子６は、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に、同じ導電型のｎ−ＩｎＰ層１２を成長させ、その上に９６０ｎｍに相当するバンドギャップを持つアンドープＧａＩｎＡｓＰ層１３を所定の厚みに成長させている。更に、ｐ−ＩｎＰ層１４を成長させ、その上に所定の厚みの９３０ｎｍに相当するバンドギャップを持つｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層１５を成長させている。素子の上下には、ｎ電極１０、ｐ電極１６がそれぞれ形成されている。このように構成された受光素子６では、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層１３のみに電界がかかるため、この層で吸収された光のみが光電流として信号となる。
【００１８】
図３の素子構成において、上部から９３０ｎｍより短い波長の光が入射した場合について見てみると、その光は表面のｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層１５で吸収されるために、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層１３までは届かず、光電流を生じることはない。ここで、ｐ−ＩｎＰ層１４は吸収によって生じたキャリアが光電流を生じるアンドープ層に漏れないようにバリアの働きをしている。一方、波長領域が９３０ｎｍから９６０ｎｍの光は上の層では吸収されず、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層１３で吸収されて光電流となる。なお、波長９６０ｎｍ以上の光はアンドープＧａＩｎＡｓＰ層１３のバンドギャップエネルギーより小さいために、アンドープＧａＩｎＡｓＰ層１３で吸収されず光電流を生じない。そのため、波長領域が９３０ｎｍから９６０ｎｍの光にのみ受光感度を有する受光素子となる。
【００１９】
また、図３において、ｎ−ＩｎＰ層１２とｐ−ＩｎＰ層１４の導電型は逆の構成としてもよい。
【００２０】
図４は、室内に入射した太陽光のスペクトル強度と波長との関係を示す説明図であり、縦軸はスペクトル強度、横軸は波長をそれぞれ示している（ただし、スペクトル強度は任意のスケールで表している）。図４から明らかなように、波長９３０ｎｍから９６０ｎｍの間に、水の吸収によりスペクトル強度が弱い領域がある。
【００２１】
したがって、波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの光をパイロット光として採用し、且つ波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの光にのみ受光感度を有する受光素子を使用することにより、太陽光による影響を小さくすることができるため、室内に太陽光が入射する状況下においても、パイロット光を良好に受信することができる。
【００２２】
図１の受発光部９において、外部インターフェース７Ａからデータ信号が供給されたデータ供給部７では、供給されたデータ信号によって強度変調された光信号が発光素子１から出射され、レンズ２により平行光に近いビーム光に成形された後、ビームスプリッタ３を透過して反射光学系４で反射されて送信光として送出される。また、同一構成の図示しない相手装置から受光した受信光は反射光学系４で反射されてビームスプリッタ３で反射され、レンズ５を経て受光素子６に集光される。受光素子６では、受光した光が光電変換され、相手装置の位置情報として偏向制御信号供給部８へ出力される。
【００２３】
受発光部９は、送信光と受信光とがビームスプリッタ３により同軸で制御可能であるため、同一構成の図示しない相手装置から送出される光と本装置で受光する光軸とを一致させることによって、本装置の送信光を相手装置に照射することになる。また、相手装置も同様に光軸調整を行い、本装置からの送信光が照射されることになり、２つの装置のそれぞれの受発光部９の光軸が一致することになる。
【００２４】
図２は、光無線伝送装置を２つ組み合わせて屋内光無線伝送システムとして構成した場合の概略構成図である（図１と同等部分を同一符号で示す）。図２に示すように、それぞれのパイロット光発光部２０からは広い範囲に向かってパイロット光が送出される。同一構成の相手装置から送出されたパイロット光は、受発光部９の反射光学系４、ビームスプリッタ３、レンズ５を経て受光素子６で受光され、受信光の有無、受光量、受光方向などの情報が偏向制御信号供給部８へ出力される。偏向制御信号供給部８では、受光素子６から得られた位置情報に基づいて、相手装置からのパイロット光に自装置の受信の光軸を合わせるように反射光学系４を動かす方向及び移動量を演算することにより、反射光学系４の図示しない駆動部を制御するための制御信号を形成する。
【００２５】
本実施の形態に係わる光無線伝送装置を組み合わせて図２に示すような屋内光無線伝送システムを構築した場合は、一方の装置から波長領域が９３０ｎｍから９６０ｎｍのパイロット光を送出し、他方の装置では同波長領域にのみ受光感度を有する受光素子で受光するため、近赤外域の光が強い太陽光の影響を受けにくくなる。したがって、太陽光が入射する状況下においても、太陽光によりパイロット光が妨害されることがなく、相手装置より送出されるパイロット光を用いて互いに光軸合わせを正確に行うことができる。
【００２６】
各光無線伝送装置の受発光部９においては、送信光と受信光はビームスプリッタ３により同軸で制御可能であるため、互いに相手装置から送出されるパイロット光と自装置で受光する光軸とを一致させることによって、高精度な双方向通信を行うことが可能となる。
【００２７】
図５は、実施の形態２に係わる光無線伝送装置の概略構成図である（図１と同等部分を同一符号で示す）。本実施の形態では、相手装置からの送信光、パイロット光が入射する反射光学系４の前段に、波長領域が９３０ｎｍから９６０ｎｍの光のみを透過するフィルタ３０が配置されている。パイロット光発光部２０は、実施の形態１と同じく波長領域が９３０ｎｍから９６０ｎｍの光を送出する素子で構成されている。一方、受光素子６は、通常の広い波長領域に受光感度を有する素子で構成されている。
【００２８】
本実施の形態によれば、相手装置から送出される送信光、パイロット光はフィルタ３０を透過して受光素子６に到達するが、近赤外域の光が強い太陽光はフィルタ３０を透過することができないため、太陽光によりパイロット光が妨害されることがない。したがって、本実施の形態に係わる光無線伝送装置を組み合わせて図２に示すような屋内光無線伝送システムを構築した場合は、相手装置より送出されるパイロット光を用いて互いに光軸合わせを正確に行うことができる。また、受光素子として通常の広い波長領域に受光感度を有する素子を用いることができるため、部品の共通化によるコストダウンを図ることができる。
【００２９】
次に、実施の形態３に係わる光無線伝送装置について説明する。なお、本実施の形態に係わる光無線伝送装置の基本構成は図５と同じであるため図示を省略するものとし、該当する部分を図５と同一符号を用いて説明する。
【００３０】
本実施の形態では、波長９３０ｎｍ以上の光のみを透過するフィルタ３０と、波長領域９６０ｎｍ以下にのみ受光感度を有する受光素子６とを備えている。その他の構成は実施の形態２と同じである。
【００３１】
相手装置から送出される送信光、パイロット光はフィルタ３０を透過して受光素子６に到達するが、近赤外域の光が強い太陽光のうち、波長９３０ｎｍまでの光はフィルタ３０を透過することができず、また波長９６０ｎｍを超える光は受光素子６で受光されないため、結果として波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍの光のみが受光素子６で受光されることになる。したがって、他の実施の形態と同じく太陽光によりパイロット光が妨害されることがなく、本実施の形態に係わる光無線伝送装置を組み合わせて図２に示すような屋内光無線伝送システムを構築した場合は、相手装置より送出されるパイロット光を用いて互いに光軸合わせを正確に行うことができる。
【００３２】
なお、上述した各実施の形態では、図２に示すような屋内光無線伝送システムに適用した例について説明したが、図６に示すような親機、子機で構成されるシステムにも適用することができる。
【００３３】
また、本発明は図２に示すような双方向通信を行うための光無線伝送装置に限らず、片方向の光無線受信装置や光無線送信装置として用いることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる光無線伝送装置によれば、太陽光の影響を受けにくい波長領域９３０ｎｍから９６０ｎｍのパイロット光により光軸合わせを行うようにしたので、太陽光が入射する状況下においても、相手の発するパイロット光から相手の位置を正確に検知することができる。したがって、本発明に係わる光無線伝送装置を組み合わせて屋内光無線伝送システムを構築した場合は、高精度な双方向通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係わる光無線伝送装置の概略構成図。
【図２】  光無線伝送装置を２つ組み合わせて屋内光無線伝送システムとして構成した場合の概略構成図。
【図３】  受光素子の概略構成図。
【図４】  室内に入射した太陽光のスペクトル強度と波長との関係を示す説明図。
【図５】実施の形態２に係わる光無線伝送装置の概略構成図。
【図６】従来の光無線伝送装置を用いた屋内光無線システムの概略構成図。
【符号の説明】
１…発光素子
２…レンズ
３…ビームスプリッタ
４…反射光学系
５…レンズ
６…受光素子
７…データ供給部
７Ａ…外部インターフェース
８…偏向制御信号供給部
９…受発光部
１０…ｎ電極
１１…ＩｎＰ基板
１２…ｎ−ＩｎＰ層
１３…アンドープＧａＩｎＡｓＰ層
１４…ｐ−ＩｎＰ層
１５…ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層
１６…ｐ電極
２０…パイロット光発光部
２１…親機
２２…発光部
２３…発光手段
２３Ａ…パイロット光
２４…子機
２４Ａ…受光装置
３０…フィルタ
【図１】
0003724483.tif 000002
【図２】
0003724483.tif 000003
【図３】
0003724483.tif 000004
【図４】
0003724483.tif 000005
【図５】
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【図６】
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