(57)【要約】【課題】  高精度な保護カバーを用いなくとも精度良く光軸調整を行うことが可能な光軸調整装置を提供する。【解決手段】  通信相手から送信されるパイロット光を受光する受光部の保護カバー１８と受光素子１０の間に拡散性の透過拡散膜２０を配するか、あるいは保護カバーを透過拡散性を有する部材で構成するか、さらにあるいは保護カバーの表面に拡散性の処理を施すようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信相手から送信されるパイロット光を受光する複数のあるいは分割された受光素子と前記受光素子を保護する保護カバーとを有する受光部と、前記受光部にて受光して得た受信信号を処理して前記パイロット光の光軸に一致させるための所定の表示を行う信号処理・表示部とを有する光軸調整装置において、
前記受光素子と前記保護カバーとの間に前記保護カバーを介して伝搬する前記パイロット光を透過させて前記受光素子に供給する透過拡散膜を設けたことを特徴とする光軸調整装置。
【請求項２】
通信相手から送信されるパイロット光を受光する複数のあるいは分割された受光素子と前記受光素子を保護する保護カバーとを有する受光部と、前記受光部にて受光して得た受信信号を処理して前記パイロット光の光軸に一致させるための所定の表示を行う信号処理・表示部とを有する光軸調整装置において、
前記保護カバーを透過拡散性を有する部材で構成したことを特徴とする光軸調整装置。
【請求項３】
通信相手から送信されるパイロット光を受光する複数のあるいは分割された受光素子と前記受光素子を保護する保護カバーとを有する受光部と、前記受光部にて受光して得た受信信号を処理して前記パイロット光の光軸に一致させるための所定の表示を行う信号処理・表示部とを有する光軸調整装置において、
前記保護カバーの表面に拡散性の処理を行ったものを用いたことを特徴とする光軸調整装置。
【請求項４】
前記透過拡散膜における拡散の拡散角度を５〜１５度に設定したことを特徴とする請求項１に記載の光軸調整装置。
【請求項５】
前記保護カバーにおける拡散の拡散角度を５〜１５度に設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載の光軸調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光無線伝送システムの送・受光部の光軸調整装置に関し、特に狭い指向角を有する送信又は受信の光軸方向を通信相手の方向に対向させるための光軸調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信装置と受信装置とを用いた光無線伝送装置においては、送信装置側は、データ信号に応じて変調した赤外光を発光部から送出し、受信装置側は、受光部で受光し復調することによってデータ伝送を行っている。このような光無線伝送装置においては、伝送速度を高速化してより効率的なデータ伝送を行うために、発光部は光が散乱してパワー密度が低下するのを防止すべく指向角の狭いビーム光を送信し、受光部は大口径レンズを用いて到来光を効率的に集光することによって所望の感度を得るようにしている。したがって、光無線伝送装置において信頼性の高いデータ伝送を行うためには、発光部と受光部との光軸を正確に合わせた送信装置及び受信装置の対向設置が必要である。
【０００３】
従来、対向設置を正確に行う方法として照準器を用いて調整する方法が知られている。また、光無線伝送装置における送受信間の光軸をより高精度に調整する方法として、下記の特許文献１に記載されたような分割受光素子を用いた自動調整方法が知られている。特許文献１に記載された発明によれば、送信装置は受信装置から発光されたパイロット光をレンズを介した分割受光素子で受光し、光の到来方向を正確に検出しながら光軸合わせをサーボ制御によって自動的に調整するものである。
【０００４】
一方、分割受光素子を検出手段として用い、自動ではなく、手動により光軸の調整を行う方法が下記の特許文献２に記載されている。手動による方法は、自動サーボ制御のためのメカニズムやモーターなどが省けるので、特にセットの小型化、ローコスト化が必要な場合、有効な手段である。手動による方法では特許文献２に記載されているように、分割受光手段により検出されたパイロット光の受信レベルを基に左右の光軸ずれ量、上下の光軸ずれ量を検出し、ずれ量に応じたレベル表示を画面に独立表示し、手動による光軸調整のガイドとしている。
【特許文献１】特開平１１−０７４８４４号公報
【特許文献２】特開２００５−０９４４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
手動による光軸調整において、高精度、例えば３度以内の精度が要求される場合は、光軸のずれを正確に検出することが必要となる。しかしながら、光軸調整装置を構成する場合、図５に示すように分割受光素子や送受光手段を保護するため、通信光に対しては前面に透明な保護カバーを設ける必要がある。保護カバーの形状はデザイン上の理由から図５に示すように曲率を設けた形状にしたい要求があり、希望する形状の保護カバーは金型を用いた成形で作成する。保護カバーは分割受光素子の前面に配されることから、パイロット光の通り道に存在し、光学的な作用を及ぼす。特に光軸調整を高精度で行う場合は、保護カバーの成形精度をそれに見合った精度にしなければならないため、保護カバーをレンズ並の高精度な金型成形により製作する必要が生じ、コストアップの原因となるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑み、高精度な保護カバーを用いなくとも精度良く光軸調整を行うことが可能な光軸調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、通信相手から送信されるパイロット光を受光する受光部の保護カバー（１８）と受光素子（１０）の間に拡散性の透過膜を配するか、あるいは保護カバーを透過拡散性を有する部材で構成するか、さらにあるいは保護カバー（１８）の表面に拡散性の処理を施すようにしたものである。
【０００８】
すなわち本発明によれば、通信相手から送信されるパイロット光を受光する複数のあるいは分割された受光素子（１０）と前記受光素子を保護する保護カバー（１８）とを有する受光部と、前記受光部にて受光して得た受信信号を処理して前記パイロット光の光軸に一致させるための所定の表示を行う信号処理・表示部とを有する光軸調整装置において、
前記受光素子と前記保護カバーとの間に前記保護カバーを介して伝搬する前記パイロット光を透過させて前記受光素子に供給する透過拡散膜（２０）を設けたことを特徴とする光軸調整装置が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、通信相手から送信されるパイロット光を受光する複数のあるいは分割された受光素子（１０）と前記受光素子を保護する保護カバー（１８）とを有する受光部と、前記受光部にて受光して得た受信信号を処理して前記パイロット光の光軸に一致させるための所定の表示を行う信号処理・表示部とを有する光軸調整装置において、
前記保護カバーを透過拡散性を有する部材で構成したことを特徴とする光軸調整装置が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、通信相手から送信されるパイロット光を受光する複数のあるいは分割された受光素子（１０）と前記受光素子を保護する保護カバー（１８）とを有する受光部と、前記受光部にて受光して得た受信信号を処理して前記パイロット光の光軸に一致させるための所定の表示を行う信号処理・表示部とを有する光軸調整装置において、
前記保護カバーの表面に拡散性の処理を行ったものを用いたことを特徴とする光軸調整装置が提供される。
【００１１】
なお、透過拡散膜（２０）における拡散の拡散角度あるいは、保護カバーにおける拡散の拡散角度を５〜１５度に設定することは、本発明の好ましい態様である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、保護カバーの精度が高精度でなくとも精度良く光軸調整を行うことが可能となり、保護カバーの作成コストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る光軸調整装置の要部を示すブロック図、図２は図１の表示器及びその表示内容を示す構成図、図３は図１の受光素子としての４分割ＰＤとその４分割ＰＤによる表示特性を示す説明図、図５は本発明の光軸調整装置の実施の形態における受光部を示す断面図である。光軸合わせ用のパイロット光を受光する４分割ＰＤ１０は、分割線が０°、９０°になるように配置された左上ＰＤ１と、右上ＰＤ２と、左下ＰＤ３と右下ＰＤ４により構成されている。また、４分割ＰＤ１０の受光面には、図５に示すように４分割ＰＤレンズ（以下単にレンズとも言う）２２が接着され、レンズ２２によりパイロット光は集光され、４分割ＰＤ１０上に所定のスポットが形成される。なお、図面では４分割ＰＤ１０を単に４ＰＤと表示している。
【００１４】
光軸ずれを表示するための表示器１６は、図２に示すように上下左右共に４個のＬＥＤにより構成されている。ＰＤ１〜ＰＤ４の出力はそれぞれＯ／Ｅ変換器(図中単にＯ／Ｅと表示)１１−１〜１１−４に印加されてＰＤ１〜ＰＤ４の各受光レベルに比例した電気信号レベルに変換される。続くＭＩＸ回路（図中ＭＩＸと表示）１２−１〜１２−４では、
ＭＩＸ回路１２−１：ＰＤ１＋ＰＤ２（上側２個のＰＤの受信信号）
ＭＩＸ回路１２−２：ＰＤ２＋ＰＤ４（右側２個のＰＤの受信信号）
ＭＩＸ回路１２−３：ＰＤ１＋ＰＤ３（左側２個のＰＤの受信信号）
ＭＩＸ回路１２−４：ＰＤ３＋ＰＤ４（下側２個のＰＤの受信信号）
が得られる。
【００１５】
ＭＩＸ回路１２−１〜１２−４の各ＭＩＸ出力はそれぞれレベル検出器（図中レベルと表示）１３−１〜１３−４を経由して減算器１４−１〜１４−４に印加される。減算器１４−１〜１４−４では、
減算器１４−１：上−下
減算器１４−２：下−上
減算器１４−３：左−右
減算器１４−４：右−左
の上下、左右のレベル差信号（電圧）を得る。
【００１６】
減算器１４−１〜１４−４の各出力（上−下）、（下−上）、（左−右）、（右−左）のレベル差電圧は、それぞれ比較回路１５−１〜１５−４に印加される。各比較回路１５−１〜１５−４には、この例では４段階の正電圧の比較電圧が設定されており、レベル差電圧と各比較電圧の関係に応じて表示器１６の上下左右の各４個のＬＥＤの点灯／消灯を行う。
【００１７】
例えば上−下のレベルが４段階の最高電位の比較電圧より大きいと、図２に示すように上ＬＥＤ１から上ＬＥＤ４までの全ＬＥＤを点灯する。レベル差電圧が減少し、第一番目に高い比較電圧と第二番目に高い比較電圧の間の電圧になると、上ＬＥＤ１〜上ＬＥＤ３が点灯し、さらにレベル差電圧が減少することにより、同様に上ＬＥＤ１、上ＬＥＤ２のみ点灯し、次に上ＬＥＤ１のみ点灯し、最後に最低レベルの比較電圧以下にレベル差電圧が達すると、上ＬＥＤ〜上ＬＥＤ４の点灯は無くなる。さらに転回すると、下−上のレベル差電圧が正電圧となり、転回とともに比較回路１５−２の最小の比較電圧よりレベル差電圧が高くなると、順次下ＬＥＤ４が、次に下ＬＥＤ４と下ＬＥＤ３が、次に下ＬＥＤ４、下ＬＥＤ３、下ＬＥＤ２が、最後に下ＬＥＤ４、下ＬＥＤ３、下ＬＥＤ２、下ＬＥＤ１すなわち全部の下ＬＥＤが点灯する。
【００１８】
図３（ａ）はスポット光がやや左側にずれた状態で上下方向に（１）＋１０度、（２）＋５度、（３）０度、（４）−５度、（５）−１０度にずれた状態を示し、図３（ｂ）はこのときの左右のＰＤのレベル差電圧と上下のレベル差電圧を示している。図３（ａ）から明らかなように、左右のＰＤを分割する線が９０度であるので、図３（ｂ）に示すように左右のＰＤのレベル差電圧は変化せず、また、上下のＰＤを分割する線が０度であるので、上下のレベル差電圧は直線となる。
【００１９】
図４はスポット光がやや右側にずれた状態で上下方向に光軸調整を行った場合のＬＥＤの点灯／消灯の変位を示し、左右方向の位置ずれ量の表示は変化しない。また、上下方向の位置ずれ量の表示は、実際の位置ずれ量に比例している。したがって、使用者は、上下方向と、左右方向の転回でそれぞれのＬＥＤ群点滅の変化を確認しながら容易に方向調整を行うことができる。使用者に対しては、光軸調整装置の方向がずれている状況をＬＥＤの点灯数の多さで視覚的に捕らえやすくする効果がある。また、転回により位置ずれが減少すると、ＬＥＤ点滅数が減少し、かつ点灯の変化が動かすべき方向をガイドする役割を果たす。ずれ量が少なくなるとともに、ＬＥＤ点滅数が減少し、点灯ＬＥＤがＬＥＤ群のセンターに動いていく様子を使用者が確認することにより、容易な調整が可能となる。
【００２０】
また、本発明の４分割ＰＤの配置とすることにより、上下の転回においては左右のレベル差電圧変化は発生せず、左右の転回においては上下のレベル差電圧は変化しないので、上下と左右の方向調整が独立性を持って行うことができる。また、転回角度に比例して得られるレベル差電圧を基に表示を行うことができるので、使用者は戸惑うことなく簡単に調整を行うことが可能となる。ＬＥＤの点灯方法については、ずれの多い場合に複数点灯する方法以外に、順次１個ずつ点灯する方法でもよく、利用形態によりいずれの方法をとってもよい。また、ＬＥＤによる表示以外に、他の表示手段を用いてもよい。例えば、テレビ受像機などに表示してもよい。
【００２１】
以上の方法による手動光軸調整において、高精度、例えば３度以内の精度が要求される場合は、光軸のずれを正確に検出しなければならない。特性的には図３（ｂ）において上下のレベル差検出電圧が角度の変化に対して直線的に変化することが必要となる。その直線性は介在する光学系の精度に依存するので、４分割ＰＤの前面レンズは所望の精度で製作される。
【００２２】
図６に保護カバー有無、透過拡散膜の有無によるずれ角度対左右レベル差の特性例を示す。図６において、保護カバー無しの特性に対し、保護カバー有りの特性は直線性において大きな違いが認められる。図６の特性を持つ光軸調整装置において光軸調整の精度への影響度について考える。表示ＬＥＤを全て消灯するしきい値レベルを±５に設定したとすると、保護カバー無しの場合は右に０．８度（Ａ点）、左に２度（Ｂ点）の範囲がＬＥＤ全消灯のＯＫ範囲となる。一方、保護カバー有りの場合は右に１度（Ｃ点）左に２．２度（Ｄ点）がＬＥＤ全消灯のＯＫ範囲となり、大きな誤差を生じる。一方、保護カバー有りの状態で４分割ＰＤと保護カバーの間に透過拡散膜を配した場合は拡散角度を５度、１０度と増加させるに従って保護カバーの影響を緩和する効果が得られ、拡散角度を１０度に設定するとほぼ保護カバー無しの特性に近づくことが確認できる。
【００２３】
保護カバーによる誤差信号の発生原因としては、保護カバー表面又は裏面の周期的な歪みによる面精度の低下や、成形後の材料の屈折率の不均一性、さらには微少なキズや凹凸などによる透過光の散乱などが考えられる。
【００２４】
図７、図８は、光軸調整装置が理想的な保護カバーを有する場合の同保護カバーへの垂直入射及び斜め入射における正常光線軌跡（光路）の模式図である。なお、図７〜図１０及び図１３〜図１５では、光路を示す側面から見た模式図に加えて、各図の右端に、入射した光スポットが４分割ＰＤの、どの位置に投影されるかを示す端面の模式図を併せて示している。図７のように理想的な保護カバーでの垂直入射においては、４分割ＰＤの各出力にレベル差は発生しない。また図８のように斜め入射においては、４分割ＰＤ上のスポットは、全体が一方向にシフトしレベル差による誤差信号を発生する。
【００２５】
図９は、保護カバー表面に、成形金型加工時に発生する周期的な歪みや成形材料の屈折率の不均一性がある場合の異常光線（偏光）の光線軌跡の模式図である。図９のように保護カバー１８の一部に図のような歪みがある場合、入射光束の一部が正常光線とは異なる角度で出射され異常光線としてレンズ２２を介して４分割ＰＤ１０に入射される。その結果、保護カバー１８への入射光束が垂直入射であるにもかかわらず４分割ＰＤ１０の出力にレベル差が生じ、誤算信号を発生する。この保護カバー１８による異常光線は、斜め入射の場合は、正常な誤差信号の値を増加させ、実際とは異なる入射角を導き出す。
【００２６】
図１０は、保護カバー裏面の一部に微少な凹凸やキズ、しぼがある場合の異常光線（散乱）の光線軌跡図の模式図である。図１０のように保護カバー１８の一部に凹凸やキズがある場合、入射光束の一部が偏光又は拡散され異常光線としてレンズ２２を介して４分割ＰＤ１０に入射される。その結果、図９と同様に垂直入射であるにもかかわらず誤差信号を発生し、斜め入射においても誤った誤差信号を発生する。
【００２７】
本発明で用いた透過拡散膜は、これら異常光線による影響を緩和する。図１１に本発明の光軸調整装置の受光部が有する透過拡散膜２０の一例を示す。図１１のように透過拡散膜２０は、入射した光束を拡散膜によって任意の角度に透過拡散する。拡散の方法としては、図１１に示したように出射面又は入射面に形成されたマイクロオーダーの凹凸がランダムに配置されたホログラムパターンで実現される。基材にはプラスティックなどの成形材料が用いられる。ホログラムパターンによる凹凸のサイズや角度を変えることで、任意の拡散角度を持たせることが可能である。拡散の他の手法としては、プラスティック基材に、基材とは異なる屈折率を有するマイクロオーダーの粒子を添加することで実現できる。又はプラスティックやガラス材料の表面をサンドブラスト加工などにより微少な凹凸を形成することでも実現できる。
【００２８】
図１２は、本実施の形態に用いたホログラムパターンによる透過拡散膜の放射特性の代表値である。図１２のように透過拡散膜は、ガウス分布に近い特性を有する。
【００２９】
図１３は、本発明の光軸調整装置における保護カバー表面に歪曲などがある場合における透過拡散膜による補正作用を示す光線軌跡の模式図である。図１３のように、保護カバー１８の歪曲などにより偏光された異常光線は、透過拡散膜によって拡散され異常光線の低減が図られる。
【００３０】
図１４は、本発明の光軸調整装置における保護カバー表面に微少な凹凸などがある場合における透過拡散膜による補正作用を示す光線軌跡の模式図である。図１４のように、保護カバー１８の一部分の微少な凹凸などにより拡散された異常光線は、透過拡散膜によって拡散され異常光線である軸状強度の低減が図られる。
【００３１】
図１５は、本発明の光軸調整装置における保護カバーの裏面に透過拡散面を施した場合の補正作用を示す光線軌跡の模式図である。図１５のようにあらかじめ保護カバーを成形する際、裏面又は表面又は両面に微少な凹凸による拡散性をもたせることで、面の歪みや成形材料の不均一性、又は部分的な微少な凹凸による異常光線の強度の低減を図る。保護カバーに施す拡散性は、表面の加工により施してもよいし、成形材料自体に持たせてもよい。
【００３２】
図１３、図１４に示すように、保護カバー１８とレンズ２２の間に透過拡散膜２０を配置した場合、異常光線の低減と共に正常光線が拡散される。異常光源の低減には、透過拡散膜の拡散性を５度、１０度と増加させることで高い効果が得られるが、反面、レンズ開口付近の光線に関しては、拡散角度が高いほど、レンズ開口への入射光束が減少し、又はレンズ開口内に入射した場合においても、４分割ＰＤ１０の指向角以外のレンズ入射角度の場合、４分割ＰＤ１０の受信レベルは低下する（本実施の形態においては拡散角度５度の場合の受信レベル低下は約１ｄＢ、１０度の場合は約３ｄＢ）。したがって受信感度を考慮して最適な拡散角度を選択することが望ましい。透過拡散膜による受信レベル低下を補うには、パイロット光の出力アップ、４分割ＰＤ１０の感度アップの対応が必要となる。受信レベルの低下を６ｄＢ程度に抑えればそれら対応に要する光軸調整装置規模の増大、コストアップは許容範囲に収まる。拡散角度１５度を用いた場合、受信レベルの低下は約６ｄＢとなることから、透過拡散膜の拡散角度は５〜１５度から適宜選択するのが望ましい。
【００３３】
以上のように、透過拡散膜２０を間に挟むことにより、保護カバー１８の悪影響を緩和できるが、保護カバー１８を透過拡散性を有する部材で構成したり、保護カバー１８の表面に拡散性の処理を行うことにより同様な効果が得られる。透過拡散膜２０を挟む方法は、膜の大きさを４分割ＰＤ１０の大きさに合わせればよいので部材を最小限の大きさとできる利点があり、他の２方法は透過拡散膜２０を間に挟むための構造を設けなくてもよいという利点がある。保護カバー１８の形状、大きさなど光軸調整装置の状況により適宜３方法から選択することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光軸調整装置の要部を示すブロック図である。
【図２】図１の表示器及びその表示内容を示す構成図である。
【図３】図１の受光素子としての４分割ＰＤとその４分割ＰＤによる表示特性を示す説明図である。
【図４】図１の表示器の他の表示内容を示す構成図である。
【図５】本発明の光軸調整装置の実施の形態における受光部を示す断面図である。
【図６】本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図７】光軸調整装置が理想的な保護カバーを有する場合の、同保護カバーへの垂直入射における正常光線軌跡の模式図である。
【図８】光軸調整装置が理想的な保護カバーを有する場合の、同保護カバーへの斜め入射における正常光線軌跡の模式図である。
【図９】光軸調整装置の受光部が歪みなどのある保護カバーを有する場合の、異常光線（偏光）の光線軌跡の模式図である。
【図１０】光軸調整装置の受光部が微少な凹凸などのある保護カバーを有する場合の、異常光線(散乱)の光線軌跡の模式図である。
【図１１】本発明の光軸調整装置の実施の形態における受光部が有する透過拡散膜周辺の光線軌跡の模式図である。
【図１２】図１１に示した透過拡散膜の放射特性図である。
【図１３】本発明の光軸調整装置における透過拡散膜による補正作用を示す光線軌跡の模式図である。
【図１４】本発明の光軸調整装置における透過拡散膜による補正作用を示す光線軌跡の模式図である。
【図１５】本発明の光軸調整装置における透過拡散膜を施した保護カバーによる補正作用を示す光線軌跡の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ４分割ＰＤ（受光素子）
１１−１〜１１−４  Ｏ／Ｅ変換器
１２−１〜１２−４  ＭＩＸ回路
１３−１〜１３−４  レベル検出器
１４−１〜１４−４  減算器
１５−１〜１５−４  比較回路
１６  表示器
１８  保護カバー
２０  透過拡散膜
２２  ４分割ＰＤレンズ
【図１】
2006319924.tif 000003
【図２】
2006319924.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006319924.tif 000012
【図１１】
2006319924.tif 000013
【図１２】
2006319924.tif 000014
【図１３】
2006319924.tif 000015
【図１４】
2006319924.tif 000016
【図１５】
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