(57)【要約】【課題】光を集光でき、意図した波長に対するフィルタリングを行うことができる光通信装置の受光装置。【解決手段】入射光を集光する集光レンズ３と、集光レンズ３の焦点距離よりも短い焦点距離を有し、集光レンズ３からの光を平行光に変換するコリメートレンズ４と、コリメートレンズ４からの平行光をフィルタ表面５ａに対して垂直に入射させ且つ入射光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタ５と、バンドパスフィルタ５によって透過された光を検知する受光素子６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を集光する第１集光レンズと、
前記第１集光レンズの焦点距離よりも短い焦点距離を有し、前記第１集光レンズからの光を平行光に変換するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズからの平行光をフィルタ表面に対して垂直に入射させ且つ前記入射光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタによって透過された光を検知する受光素子と、
を備えることを特徴とする光通信装置の受光装置。
【請求項２】
前記バンドパスフィルタと前記受光素子との間に配置され、前記バンドパスフィルタによって透過された光を集光して前記受光素子に導光する第２集光レンズを備えることを特徴とする請求項１記載の光通信装置の受光装置。
【請求項３】
前記第１集光レンズと前記コリメートレンズとの間で且つ第１集光レンズの焦点位置に配置され、前記第１集光レンズの焦点位置で集光されない光を遮断するためのアパーチャーを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光通信装置の受光装置。
【請求項４】
入射光を平行光に変換する凹レンズと、
前記凹レンズからの平行光をフィルタ表面に対して垂直に入射させ且つ前記入射光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタによって透過された光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズで集光された光を検知する受光素子と、
を備えることを特徴とする光通信装置の受光装置。
【請求項５】
前記コリメートレンズと前記コリメートレンズを３軸方向に移動させる移動機構とを収納する受光容器を備え、前記移動機構は、前記受光容器の外部からの制御信号により駆動することを特徴とする請求項１記載の光通信装置の受光装置。
【請求項６】
前記第２集光レンズと前記第２集光レンズを３軸方向に移動させる移動機構とを収納する受光容器を備え、前記移動機構は、前記受光容器の外部からの制御信号により駆動することを特徴とする請求項２記載の光通信装置の受光装置。
【請求項７】
前記アパーチャーと前記アパーチャーを３軸方向に移動させる移動機構とを収納する受光容器を備え、前記移動機構は、前記受光容器の外部からの制御信号により駆動することを特徴とする請求項３記載の光通信装置の受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号により離れた地点間で通信を行う光通信装置の受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信装置は、送信側に配置された光源と、受信側に光源とは離間して配置された受光部とを備えている。この光通信装置によれば、光源からの変調光信号を受光部が受信することで、送信側と受信側との通信が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された光通信装置は、光源である半導体レーザからのレーザ光をコリメートレンズにより平行光に変換し空間に光信号を送出する。送出された光信号は、集光レンズ、バンドパスフィルタを介して受光部で受光される。
【０００４】
さらに、水中での光無線通信技術が知られている。特許文献２は、水中機器間で各種のデータの送受信を光信号により行う水中通信システムを開示する。特許文献３は、水中移動体に対して、水中に設置された観測装置から、観測データを可視光通信を用いて送信する水中可視光通信システムを開示する。
【０００５】
光無線通信の受光技術は、以下の３つの課題を有していた。
（１）光源と受光部の距離が大きくなるに伴って、光は、空気中・水中の微粒子や水・雨に光吸収・光拡散されて、光量が減衰する。（２）また、装置の小型化を図ることや高い水圧がかかる水中・海中で受光容器を使用するために、受光容器の窓を大きくすることはできない。（３）さらに、太陽光等の光ノイズが光信号受信感度に大きく影響するため、ノイズ除去が必要である。
【０００６】
（１）（２）の課題に対しては、受光容器の窓を透過した限られた光を有効に受光部に集光できるため、集光レンズを用いることが有効である。（３）の課題に対しては、光通信に使用する波長のみを透過させるバンドパスフィルタを使用することが有効である。
【０００７】
また、レーザ光の単一波長性の利点を活用するためには、狭い波長幅のみを透過するフィルタを用いることが有効である。このため、狭帯域バンドパスフィルタには誘電体多層膜フィルタが用いられる。特許文献１では、集光レンズとバンドパスフィルタとが用いられており、上記３つの課題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−１７７０９０号公報
【特許文献２】特開２００９−５５４０８号公報
【特許文献３】特開２００９−２７８４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、誘電体多層膜フィルタを用いたバンドパスフィルタを使用する場合には、誘電体多層膜フィルタの角度依存性がある。特許文献１に記載されるように、集光レンズの後に、バンドパスフィルタを配置する場合には、集光角度によって誘電体多層膜フィルタの角度依存性が生じる。即ち、集光レンズの中心からの光は、バンドパスフィルタに垂直に入射されるが、集光レンズの中心以外からの光は、バンドパスフィルタに垂直に入射されない。このため、意図した波長に対してフィルタリングができないという課題を有していた。
【００１０】
本発明の課題は、光を集光でき、意図した波長に対するフィルタリングを行うことができる光通信装置の受光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光通信装置の受光装置は、上記課題を解決するために、入射光を集光する第１集光レンズと、前記第１集光レンズの焦点距離よりも短い焦点距離を有し、前記第１集光レンズからの光を平行光に変換するコリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光をフィルタ表面に対して垂直に入射させ且つ前記入射光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタによって透過された光を検知する受光素子とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光通信装置の受光装置は、入射光を平行光に変換する凹レンズと、前記凹レンズからの平行光をフィルタ表面に対して垂直に入射させ且つ前記入射光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタによって透過された光を集光する集光レンズと、前記集光レンズで集光された光を検知する受光素子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コリメートレンズにより第１集光レンズからの光を平行光に変換し、バンドパスフィルタにコリメートレンズからの平行光が垂直入射されるので、光を集光でき、意図した波長に対するフィルタリングを行うことができる。
【００１４】
また、凹レンズにより入射光を平行光に変換し、バンドパスフィルタに凹レンズからの平行光を垂直入射させるので、光を集光でき、意図した波長に対するフィルタリングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の光通信装置の受光装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２の光通信装置の受光装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例３の光通信装置の受光装置の構成図である。
【図４】本発明の実施例４の光通信装置の受光装置の構成図である。
【図５】本発明の実施例５の光通信装置の受光装置の構成図である。
【図６】本発明の実施例６の光通信装置の受光装置の構成図である。
【図７】本発明の実施例７の光通信装置の受光装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施例１）
以下、本発明の実施形態に係る光通信装置の受光装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１の光通信装置の受光装置の構成図である。図１に示す実施例１の光通信装置の受光装置は、入射光１１を受光する受光容器１を有する。入射光１１は、図示しない半導体レーザ等からなる光源から発せられた信号光である。水中伝搬を経て一定の角度では入射しないものとする。
【００１７】
受光容器１は、横方向（水平方向）に長いアルミニウム等からなる円筒体で構成され、筒体の左側面には入射光１１を入射するための光学窓２が形成されている。光学窓２は、ガラス、アクリル等からなる。
【００１８】
受光容器１の円筒体内には、集光レンズ３、コリメートレンズ４、バンドパスフィルタ５、受光素子６が配置されている。光学窓２、集光レンズ３、コリメートレンズ４、バンドパスフィルタ５、受光素子６は、入射光１１の光軸上に配置されている。
【００１９】
集光レンズ３は、本発明の第１集光レンズに対応し、第１焦点距離を有する凸レンズ等からなり、光学窓２の近傍に配置され、光学窓２から入射される入射光１１を第１焦点距離に集光させる。集光された光線は、光線１２である。
【００２０】
コリメートレンズ４は、集光レンズ３の第１焦点距離よりも短い第２焦点距離を有し、集光レンズ３により第１焦点距離に集光された後に発散した光を平行光に変換する。
【００２１】
バンドパスフィルタ５は、所定の帯域の周波数のみを通過させる帯域フィルタであり、例えば、誘電体多層膜フィルタからなり、角度依存性を有する。バンドパスフィルタ５は、コリメートレンズ４からの平行光をフィルタ表面５ａに対して垂直に入射させ且つ入射光１１の波長のみを透過させる。
【００２２】
受光素子６は、例えば、フォトダイオードであり、バンドパスフィルタ５によって透過された光を検知する。
【００２３】
なお、集光レンズ３、コリメートレンズ４は、受光容器１及び光学窓２の外側に配置しても良い。
【００２４】
このように実施例１の光通信装置の受光装置によれば、入射光１１が光学窓２を通過して、集光レンズ３により第１焦点距離に集光される。さらに、コリメートレンズ４により集光レンズ３からの光を平行光に変換し、バンドパスフィルタ５の表面５ａにコリメートレンズ４からの平行光を垂直入射させることで、限られた光を有効にフィルタリングして受光素子６に導く。
【００２５】
即ち、コリメートレンズ４の中心からの光も中心以外からの光も、平行光であるので、バンドパスフィルタ５の表面５ａに垂直入射される。このため、集光角度によって生ずる誘電体多層膜フィルタの角度依存性をなくすことができる。従って、光を集光でき、意図した波長に対するフィルタリングを行うことができる。
【００２６】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２の光通信装置の受光装置の構成図である。実施例２の光通信装置の受光装置は、図１に示す実施例１の光通信装置の受光装置に対して、さらに、受光容器１ａが、バンドパスフィルタ５と受光素子６との間に集光レンズ７を配置したことを特徴とする。
【００２７】
集光レンズ７は、本発明の第２集光レンズに対応し、凸レンズ等からなり、バンドパスフィルタ５によって透過された光を集光して受光素子６に導光する。
【００２８】
このように実施例２の光通信装置の受光装置によれば、コリメートレンズ４を透過した平行光が、受光素子６の受光面よりも大きい場合には、一度、バンドパスフィルタ５を透過した光を集光レンズ７により集光して受光素子６に導光する。従って、限られた光を有効に受光素子６で検知することができる。
【００２９】
（実施例３）
図３は、本発明の実施例３の光通信装置の受光装置の構成図である。図３に示す実施例３の光通信装置の受光装置は、図１に示す実施例１の光通信装置の受光装置に対して、さらに、受光容器１ｂが、集光レンズ３とコリメートレンズ４との間で且つ集光レンズ３の焦点位置に配置されたアパーチャー８を備えることを特徴とする。
【００３０】
アパーチャー８は、開口８ａを有し、集光レンズ３の焦点位置で集光された光のみを開口８ａにより通過させ、集光レンズ３の焦点位置で集光されない光を遮断するものである。
【００３１】
入射光の角度分散が大きい場合に、集光レンズ３よって、十分に光が集光されず、コリメートレンズ４でも光を平行光に変換することができない場合がある。
【００３２】
また、バンドパスフィルタ５により所望の波長のみをフィルタリングするためには、バンドパスフィルタ５の表面５ａに垂直入射することが必要である。このため、集光レンズ３とコリメートレンズ４との間でアパーチャー８を配置したものである。
【００３３】
アパーチャー８を集光レンズ３の焦点位置に配置し、迷光線のような集光レンズ３への入射角が大きくずれていることで、集光レンズ３の焦点位置で集光されない光は、アパーチャー８の開口８ａ以外の部分に導かれるため、アパーチャー８により遮断される。
【００３４】
これに対して、集光レンズ３の焦点位置で集光し、アパーチャー８の開口８ａを透過した光は、コリメートレンズ４により平行光となり、この平行光は、バンドパスフィルタ５の表面５ａに垂直に入射される。
【００３５】
即ち、入射光の角度分散が大きい場合でも、アパーチャー８を用いることで、集光レンズ３の焦点位置で集光できるので、コリメートレンズ４で光を平行光に変換でき、平行光をバンドパスフィルタ５の表面５ａに垂直に入射できる。従って、実施例１の光通信装置の受光装置の効果と同様な効果が得られる。
【００３６】
なお、実施例２の光通信装置の受光装置と実施例３の光通信装置の受光装置とを組み合わせても良い。このように構成することにより、実施例２の光通信装置の受光装置の効果と実施例３の光通信装置の受光装置の効果とを得ることができる。
【００３７】
（実施例４）
図４は、本発明の実施例４の光通信装置の受光装置の構成図である。図４に示す実施例４の光通信装置の受光装置は、受光容器１ｃが、凹レンズ９、バンドパスフィルタ５、集光レンズ３、受光素子６を備えている。凹レンズ９、バンドパスフィルタ５、集光レンズ３、受光素子６は、入射光１１の光軸上で且つ受光容器１ｃの中心軸Ｏ上に配置されている。
【００３８】
凹レンズ９は、光学窓２の近傍に配置され、光学窓２から入射される入射光１１を平行光に変換する。バンドパスフィルタ５は、凹レンズ９からの平行光をフィルタ表面５ａに対して垂直に入射させ且つ入射光１１の波長のみを透過させる。
【００３９】
集光レンズ３は、バンドパスフィルタ５によって透過された光を集光する。受光素子６は、集光レンズ３で集光された光を検知する。
【００４０】
このように実施例１−３の光通信装置の受光装置では、集光レンズ３、コリメートレンズ４を用いて入射光１１を平行光に変換したが、実施例４の光通信装置の受光装置によれば、入射光１１が受光容器１ｃの中心軸Ｏに対して大きな角度、例えば、６０°で入射する場合には、凹レンズ９により一度で入射光１１を平行光に変換できる。このため、光学系を簡素化することができる。特に、入射光１１が受光容器１ｃの中心軸Ｏに対して大きな角度で入射する場合に有効である。
【００４１】
（実施例５）
図５は、本発明の実施例５の光通信装置の受光装置の構成図である。図５に示す実施例５の光通信装置の受光装置は、図１に示す実施例１の光通信装置の受光装置の構成に、さらに、コリメートレンズ４を覆うホルダ２１と、ホルダ２１の一端に連結された棒体２２と、棒体２２の他端に連結されたＸＹＺステージ２３とを備えている。ホルダ２１と棒体２２とＸＹＺステージ２３とは、受光容器１内に設けられている。
【００４２】
ＸＹＺステージ２３は、本発明の移動機構に対応し、受光容器１の外部からの制御信号により駆動し、棒体２２を介してホルダ２１内のコリメートレンズ４をＸ軸方向（左右方向）とＹ軸方向（上下方向）とＺ軸方向（前後方向）との３軸方向に移動させる。
【００４３】
従って、ＸＹＺステージ２３を駆動させることで、光入射角に合わせてコリメートレンズ４を最適な位置に調整することができる。
【００４４】
（実施例６）
図６は、本発明の実施例６の光通信装置の受光装置の構成図である。図６に示す実施例６の光通信装置の受光装置は、図２に示す実施例２の光通信装置の受光装置の構成に、さらに、集光レンズ７を覆うホルダ２１と、ホルダ２１の一端に連結された棒体２２と、棒体２２の他端に連結されたＸＹＺステージ２３とを備える。ホルダ２１と棒体２２とＸＹＺステージ２３とは、受光容器１内に設けられている。
【００４５】
ＸＹＺステージ２３は、本発明の移動機構に対応し、受光容器１の外部からの制御信号により駆動し、棒体２２を介してホルダ２１内の集光レンズ７をＸ軸方向（左右方向）とＹ軸方向（上下方向）とＺ軸方向（前後方向）との３軸方向に移動させる。
【００４６】
従って、ＸＹＺステージ２３を駆動させることで、光入射角に合わせて集光レンズ７を最適な位置に調整することができる。
【００４７】
なお、実施例６の光通信装置の受光装置と実施例５の光通信装置の受光装置とを組み合わせて用いても良い。このように構成すれば、実施例６の光通信装置の受光装置の効果と実施例５の光通信装置の受光装置の効果を得ることができる。
【００４８】
（実施例７）
図７は、本発明の実施例７の光通信装置の受光装置の構成図である。図７に示す実施例７の光通信装置の受光装置は、図３に示す実施例３の光通信装置の受光装置の構成に、さらに、アパーチャー８の一端に連結された棒体２２と、棒体２２の他端に連結されたＸＹＺステージ２３とを備える。棒体２２とＸＹＺステージ２３とは、受光容器１内に設けられている。
【００４９】
ＸＹＺステージ２３は、本発明の移動機構に対応し、受光容器１の外部からの制御信号により駆動し、棒体２２を介してアパーチャー８をＸ軸方向（左右方向）とＹ軸方向（上下方向）とＺ軸方向（前後方向）との３軸方向に移動させる。
【００５０】
従って、ＸＹＺステージ２３を駆動させることで、光入射角に合わせてアパーチャー８を最適な位置に調整することができる。
【００５１】
なお、実施例７の光通信装置の受光装置と実施例６の光通信装置の受光装置と実施例５の光通信装置の受光装置とを組み合わせて用いても良い。このように構成すれば、実施例７の光通信装置の受光装置の効果と実施例６の光通信装置の受光装置の効果と実施例５の光通信装置の受光装置の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、レーザ加工等に適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  受光容器
２  光学窓
３，７  集光レンズ
４  コリメートレンズ
５  バンドパスフィルタ
６  受光素子
８  アパーチャー
９  凹レンズ
１１  入射光
１２  光線
１３  迷光線
２１  ホルダ
２２  棒体
２３  ＸＹＺステージ
【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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