(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置であって、
前方に向いた第１の回転曲面を含む凹面状の第１の反射面であって、前記第１の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第１の反射面と、
前記開口の前方の前記中心軸上に配置され、前記開口を向いた第２の回転曲面を含む凸面状の第２の反射面であって、当該第２の反射面の直径の方が前記開口の口径より大きい第２の反射面と、
前記開口から後退した位置に配置された受光部と、
前記受光部と前記開口との間に配置された光を拡散する拡散板と、を有する空間光通信装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記拡散板と前記受光部との間に配置され、前記受光部の方向に狭くなるテーパー状の絞り部材を有する、空間光通信装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記中心軸上の前記第２の反射面の前方に配置された、前方を向いた第３の回転曲面を含む凹面状の第３の反射面と、
前記第３の反射面の前方に配置され、前記第３の反射面に向かって通信信号を重畳させた光を出力する発光部とを有する、空間光通信装置。
【請求項４】
請求項３において、
後方に前記第２の反射面を備え、前方に前記第３の反射面を備えた反射部材を有する、空間光通信装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記第２の回転曲面の曲率半径と前記第３の回転曲面の曲率半径とが異なる、空間光通信装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２の回転曲面の曲率半径が、前記第３の回転曲面の曲率半径より大きい、空間光通信装置。
【請求項７】
請求項４において、
前記反射部材の外縁部の一部と、前記第１の反射面を構成する第１の部材の外縁部とを接続する固定部材を有する、空間光通信装置。
【請求項８】
通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置であって、
前方に向いた第１の回転曲面を含む凹面状の第１の反射面であって、前記第１の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第１の反射面と、
前記開口の前方の前記中心軸上に配置され、前記開口を向いた第２の回転曲面を含む凸面状の第２の反射面であって、当該第２の反射面の直径の方が前記開口の口径より大きい第２の反射面と、
前記開口から後退した位置に配置された受光部と、
前記中心軸上の前記第２の反射面の前方に配置された、前方を向いた第３の回転曲面を含む凹面状の第３の反射面と、
前記第３の反射面の前方に配置され、前記第３の反射面に向かって通信信号を重畳させた光を出力する発光部と、
後方に前記第２の反射面を備え、前方に前記第３の反射面を備えた反射部材と、
前記反射部材の外縁部の一部と、前記第１の反射面を構成する第１の部材の外縁部とを接続する固定部材とを有する、空間光通信装置。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記固定部材は、前記中心軸近傍まで延びた状態で、前記発光部が取り付けられている、空間光通信装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、
前記受光部は、前記開口から後退した位置に並べられた複数の受光素子を含む、空間光通信装置。
【請求項１１】
通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置であって、
前方に向いた第１の回転曲面を含む凹面状の第１の反射面であって、前記第１の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第１の反射面と、
前記開口の前方の前記中心軸上に配置され、前記開口を向いた第２の回転曲面を含む凸面状の第２の反射面であって、当該第２の反射面の直径の方が前記開口の口径より大きい第２の反射面と、
前記開口から後退した位置に配置された受光部と、を有し、
前記受光部は、前記開口から後退した位置に並べられた複数の受光素子を含む、空間光通信装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の空間光通信装置を複数有する空間光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置およびこれを用いた空間光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、通信用光線の経路の調節作業が容易になるとともに、通信用光線の経路を小さくし得る光空間通信装置を提供することが記載されている。特許文献１の光空間通信装置は、通信回路と、この通信回路に接続された発光素子および受光素子と、投光レンズおよび集光レンズとから構成された光通信器を２台有する光空間通信装置であって、投光レンズを集光レンズの後方に配置するとともに、両レンズの光軸が同一光軸となるように配置したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１５３８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらに、コンパクトで感度の高い光通信装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置は、前方に向いた第１の回転曲面を含む凹面状の第１の反射面であって、第１の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第１の反射面と、開口の前方の中心軸上に配置され、開口を向いた第２の回転曲面を含む凸面状の第２の反射面であって、当該第２の反射面の直径の方が開口の口径より大きい第２の反射面と、開口から後退した位置に配置された受光部とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
この空間光通信装置の集光系は、第１の反射面と、その中心軸上で向かい合うように配置された第２の反射面とを有し、凹面状の第１の反射面で前方に反射された光を凸面状の第２の反射面で折り返すことにより、集光系の光路を折りたたんで集光系の全長を短縮できる。それとともに、凸面状の第２の反射面で焦点距離を延ばし、焦点を第１の反射面から後退した位置とし、受光部を第１の反射面から後退した位置、すなわち、集光系から後退した位置に配置できる。このため、集光系をコンパクトにできるとともに、受光部を集光系の内部ではなく後退した位置に分離でき、受光部の構成および配置の自由度が増し、コンパクトで感度の高い空間光通信装置を提供できる。
【０００７】
この空間光通信装置においては、第１の反射面の中心軸上に開口を設け、その開口の前方の中心軸上に開口の口径より大きい直径の第２の反射面を配置し、これらの反射面を介さずに受光部に直に入る光線を避けることにより受光部に対するノイズとなる光の影響を低減している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】空間光通信装置の外観を示す斜視図。
【図２】空間光通信装置の概略構成を示す断面図。
【図３】空間光通信装置の受発光部の構成を示す展開図。
【図４】異なる空間光通信装置の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、空間光通信装置の一例を示している。この空間光通信装置を２つ備えることで、空間光通信システムとなる。この空間光通信システムは、２つのハンディーライト型の空間光通信装置１を含み、双方の空間光通信装置１の前方（発光側）を向き合わせることにより、光６５に搭載（重畳）された信号６６を交換（送受信）することができる。信号６６の一例は音声信号であり、これらの空間光通信装置１は、マイクロホンおよびイヤホーンを接続するインターフェイス５を備えており、これらの空間光通信装置１を介して遠距離で音声情報を交換できる。空間光通信装置は以降では通信装置と称することがある。
【００１０】
図２に通信装置１の概略構造を断面図により示している。また、図３に、通信装置１の受発光部の構成を展開して示している。この通信装置１は、空間を介して通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置である。この通信装置１は、前方６１に向いた第１の回転曲面２１ａを含む凹面状の第１の反射面２１であって、第１の回転曲面２１ａの中心軸２９上に開口２４が設けられた第１の反射面２１と、開口２４の前方の中心軸２９上に配置され、開口２４を向いた第２の回転曲面２２ａを含む凸面状の第２の反射面２２であって、第２の反射面２２の直径Ｄ２の方が開口２４の口径Ｄ１より大きい第２の反射面２２と、開口２４から後退した位置に配置された受光部２８とを有する。
【００１１】
さらに、この通信装置１は、中心軸２９上の第２の反射面２２の前方に配置され、前方６１を向いた第３の回転曲面３１ａを含む凹面状の第３の反射面３１と、第３の反射面３１の前方６１に配置され、第３の反射面３１に向かって通信信号を重畳させた光６５ｂを出力する発光部３２とを有する。
【００１２】
具体的には、通信装置１は、ハンディーライト型のハウジング３と、ハウジング３の前方６１に設けられた受発光部１０と、受発光部（受発光ユニット）１０において受信した受信光６５ａから信号を抽出したり、受発光部１０から送信する送信光６５ｂに信号を重畳する機能などを含む制御基板４と、バッテリー８と、マイクロホンなどの入出力装置を接続するインターフェイス（コネクタ）５と、通信装置１を手持ちするための取手９とを含む。
【００１３】
受発光部１０は、通信信号６６が重畳された受信用の光（受信光）６５ａであって、前方６１から到来する受信光６５ａを集光し、受発光部１０の後方のハウジング３の内部に配置された受光部２８に集光する集光系２０と、通信信号６６を重畳させた送信用の光（送信光）６５ｂを前方６１に出力する投光系３０とを含む。
【００１４】
集光系２０は、前方６１に向いた凹面状の第１の反射面２１と、反対側を向いた凸面状の第２の反射面２２とを含む。第１の反射面２１は、受信光６５ａを第２の反射面２２に向けて集光するように反射する回転曲面（第１の回転曲面）２１ａを含む。回転曲面としては、楕円放物面、双曲面などを挙げることができる。第１の反射面２１の中心軸２９の上に、円形の開口（孔、穴）２４が設けられており、その後方のハウジング３の内部に受光部２８が配置されている。
【００１５】
第２の反射面２２は、開口２４の前方の中心軸２９上に配置され、開口２４を向き、第１の反射面２１で反射された受信光６５ａを反射して（折り返して）、開口２４の後方の受光部２８に向けて集光する第２の回転曲面２２ａを含む。第２の反射面２２の直径Ｄ２は、開口２４の口径Ｄ１より大きく、前方６１から見ると、開口２４は第２の反射面２２により覆われた状態となる。
【００１６】
投光系３０は、中心軸２９上の第２の反射面２２の前方に配置され、前方６１を向いた凹面状の第３の反射面３１を含む。第３の反射面３１は、その前方６１に配置された発光部３２から第３の反射面３１に向かって後方に放出された送信光６５ｂを前方６１に向けてほぼ平行な光束として出力する回転曲面（第３の回転曲面）３１ａを含む。本例においては発光部３２としてはＬＥＤが採用されている。
【００１７】
さらに具体的には、受発光部１０は、円筒状のハウジング３の前方６１に取り付けられるパラボラ型で、前方６１の面（前面）に第１の反射面２１が設けられた第１の反射部材１２と、第１の反射部材１２よりも小径のパラボラ型で、前方６１の面に第３の反射面３１が設けられ、逆側の後方の面に第２の反射面２２が設けられた第２の反射部材１３と、第１の反射部材１２および第２の反射部材１３の前方６１を覆う透明なアクリル製で円盤状のカバー１５と、これらカバー１５、第２の反射部材１３および第１の反射部材１２を前方６１から順番にハウジング３との間に挟んで取り付けるためのリング状の枠１１とを含む。
【００１８】
受発光部１０は、さらに、パラボラ型の第２の反射部材１３の外縁部１３ａの一部と、第１の反射面２１を構成する第１の反射部材１２の外縁部１２ａとを接続する棒状または薄い板状の固定部材１４を有する。受発光部１０は、さらに、固定部材１４を中心軸２９の近傍まで延長する部材１６を含み、固定部材１４を中心軸２９の近傍まで延びた状態で、その先端に発光部であるＬＥＤ３２が取り付けられている。したがって、ハウジング３の前方６１に、第１の反射部材１２と、固定部材１４と、カバー１５とを枠１１で挟み込むように固定することにより、第１の反射部材１２の前方に第２の反射部材１３とＬＥＤ３２とを組み込むことができる。また、延長部材１６および固定部材１４を介して熱をハウジング３に逃す経路を形成でき、ＬＥＤ３２から放熱を促し、ＬＥＤ３２が過熱することを抑制できる。延長部材１６および固定部材１４は、放熱のための熱伝達を考慮すると金属製であるか、金属のコーディングが施された部材であることが望ましい。
【００１９】
この通信装置１においては、受信光６５ａを集光する集光系２０が、第１の反射面２１と、その中心軸２９の上で向かい合うように配置された第２の反射面２２とを有し、第１の反射面２１で前方に反射された受信光６５ａを第２の反射面２２で折り返す構成を採用している。したがって、受信光６５ａを集光する光路は折りたたまれ、集光系２０の全長を短縮でき、受発光部１０をコンパクトに纏めることができる。
【００２０】
さらに、第２の反射面２２により集光系２０の光路を折り返すことにより集光系２０の焦点距離を延ばし、焦点を第１の反射面２１から後退した、ハウジング３の内部の位置に設定できる。受信光６５ａを検出する受光部２８は集光系２０の焦点近傍に配置することが望ましく、このため、受光部２８を第１の反射面２１から後退した位置に配置でき、集光系２０の内部に受光部２８を設置する必要がなく、集光系２０から受光部２８を分離して配置できる。このため、受光部２８の構成の自由度が増し、受信光６５ａの検出感度の高い構成を採用できる。
【００２１】
本例においては、受光部２８として、複数のフォトダイオード２８ａを平面的に並べた構成とし、その前方に拡散板２６を配置している。したがって、集光系２０で集めた受信光６５ａを複数のフォトダイオード２８ａで検出することができ、受信感度を向上できる。
【００２２】
また、第２の反射面２２として凸面を採用し、焦点距離を延ばすことにより、受光部２８をハウジング３の内部に配置した構成で、第２の反射面２２の配置位置を、第１の反射面２１の有効面積が最も大きな位置に配置でき、入射量を最大化できるというメリットもある。本例においては、第２の反射面２２の前方６１の縁２２ｂと、第１の反射面２１の前方６１の縁２１ｂとが中心軸２９の方向でほぼ一致する配置を採用している。この配置を採用することにより、第２の反射面２２を第１の反射面２１の空間内部に収めることができ、全体としてコンパクトな集光系２０を提供できる。それとともに、第１の反射面２１の前方の縁２１ｂの近傍で反射された受信光６５ａも第２の反射面２２の前方の縁２２ｂの近傍で開口２４の方向に集光することが可能となり、第１の反射面２１の有効面積を最大化して受信光６５ａの集光能力を高めることにより、通信装置１の受信感度を向上できる。
【００２３】
さらに、受光部２８を第１の反射面２１の後方に配置できることを利用し、第１の反射面２１に受信光６５ａを通過する開口２４を設け、光通信とは関係のない外部からの光が開口２４から後方には入りにくくなることによりノイズ成分の低減を図っている。すなわち、ターゲットとなる受信光６５ａは前方６１から集光系２０に入る光であり、前方６１から外れた方向から集光系２０に入る光が開口２４を介して後方に侵入しにくくすることができる。具体的には、第１の反射面２１を構成する第１の反射部材１２の中心軸２９に沿った部分に後方に凹んだ円筒状の空洞（孔、穴）２５を設け、その底面に複数のフォトダイオード２８ａを配置している。
【００２４】
また、開口２４の前方に配置される第２の反射面２２の直径Ｄ２を開口２４の口径Ｄ１より大きくすることにより、最も強度の高いノイズとなる可能性がある前方からの直に受光部２８に侵入する光を第２の反射面２２、具体的には第２の反射面２２を構成する第２の反射部材１３により排除できるようにしている。このため、受光部２８に、集光系２０を構成する第１の反射面２１および第２の反射面２２により導かれた受信光６５ａを集光させ、受光部２８における他の光の影響を抑制できるので、受信感度の高い通信装置１を提供できる。
【００２５】
さらに、この通信装置１においては、後面に第２の反射面２２が設けられた第２の反射部材１３の前面に投光系３０の第３の反射面３１を設け、第２の反射部材１３を集光系２０および投光系３０に共用している。このため、集光系２０のスペース内部に、投光系３０を一体に組み込むことが可能となり、コンパクトな受発光部１０を備えた通信装置１を提供できる。さらに、第２の反射部材１３を集光系２０および投光系３０に共用することにより、受発光部１０を構成する部品点数を少なくでき、経済的な通信装置１を提供できる。
【００２６】
第２の反射部材１３の前面に設けられる第３の反射面３１は、凹面鏡であり、第３の反射面３１の前方６１に配置された発光部であるＬＥＤ３２から第３の反射面３１に向けて後方に放出される送信光６５ｂがほぼ平行光線となるように反射する。一方、第２の反射部材１３の後面に設けられる第２の反射面２２は、凸面鏡であり集光系２０の一部を構成する。このため、第３の反射面３１の回転曲面（第３の回転曲面）３１ａの曲率半径ｒ３と、第２の反射面２２の回転曲面（第２の回転曲面）２２ａの曲率半径ｒ２とは異なり、曲率半径ｒ２の方が曲率半径ｒ３よりも大きくなる。すなわち、第３の反射面３１は、近くに配置されたＬＥＤ３２からの送信光６５ｂを平行光にするために曲率が大きく（曲率半径ｒ３が小さく）なるのに対し、第２の反射面２２は、集光系２０の焦点距離を延ばすことが主目的となるために曲率は小さく（曲率半径ｒ２が大きく）なる傾向となる。
【００２７】
図４に、異なる通信装置１の概略構成を、断面を用いて、受発光部１０を中心に示している。この通信装置１の受発光部１０は、上記と共通する構成の集光系２０と、投光系３０とを含む。集光系２０により集光された受信光６５ａを検出する受光部２８は、第１の反射面２１から後退した位置の、空洞２５の底面に配置された１つのフォトダイオード２８ａと、フォトダイオード２８ａと開口２４との間に配置された拡散板２６と、拡散板２６とフォトダイオード２８ａとの間に配置されたテーパー状の反射面からなる絞り部材２７とを含む。集光系２０で集光され、開口２４に導かれた受信光６５ａは拡散板２６で拡散され、その後、絞り部材２７によりフォトダイオード２８ａに導かれる。
【００２８】
開口２４の後方に拡散板２６を配置することにより、開口２４に導かれた受発光部１０で拡散板２６の後方の集光性（フォーカシング）をブロードにすることができる。このため、集光系２０で捉える受信光６５ａの範囲を、受発光部１０の中心軸２９の方向から所定の角度範囲だけずれた方向まで広げることが可能となり、通信装置１で送受信できる角度範囲が広がる。この通信装置１においては、拡散板２６で拡散された受信光６５ａを、フォトダイオード２８ａの方向に狭くなったテーパー状の絞り部材２７の反射面によりフォトダイオード２８ａに集める。このため、数少ないフォトダイオード２８ａで比較的広い角度範囲の受信光６５ａを検出できる。
【００２９】
なお、以上においては、１つの受発光部（受発光ユニット）１０を備えたハンディータイプの空間光通信装置１を例に本発明を説明したが、同じ方向または異なる方向を向いた複数の受発光部１０を備えた空間光通信装置１であってもよい。異なる方向を向いた複数の受発光部１０を備えた空間光通信装置１を用いることにより２以上の空間光通信装置１を備えた空間光通信システムを構成することも可能である。この空間光通信装置１により送受信される光は可視光域であってもよく、紫外あるいは赤外の非可視光域であってもよい。上述したハンディータイプの空間光通信装置１においては、可視光域の光を受信光６５ａおよび送信光６５ｂとして用いることにより、ハンディーライトとして機能を備えた空間光通信装置１を提供でき、災害などの非常時において有用な、通信と照明とを兼ねた装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  空間光通信装置
１０  受発光部、  １２  第１の反射部材、  １３  第２の反射部材
２０  集光系、  ２１  第１の反射面、  ２２  第２の反射面
３０  投光系、  ３１  第３の反射面
【図１】
0006614441.tif 000002
【図２】
0006614441.tif 000003
【図３】
0006614441.tif 000004
【図４】
0006614441.tif 000005