(57)【要約】【課題】光空間通信装置において、光空間通信ユニット内の光導波路の端面における反射波による光信号の伝送品質の劣化を回避する。【解決手段】光空間通信装置の光空間通信ユニットＵ１において、光ファイバＦ１の端部である光導波路Ｕ１４のコリメータレンズＵ１２に対向する端面を光軸に対して非垂直に成形し、光導波路端面における反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となるように成形することで、反射波を光導波路Ｕ１４のコア部からクラッド部に漏出させて減衰させ、光空間通信における光信号の伝送品質の劣化を防ぐ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の光空間通信ユニットが光透過媒質を隔てて対向配置され、一方のユニットから照射される光信号を他方のユニットで受け取って光空間通信を行う光空間通信装置であって、
前記ユニット各々は、
光信号を伝播させる光導波路と、
照射された光信号の集光及び整形を行うコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの焦点が前記光導波路の端面に位置するように前記コリメータレンズと前記光導波路を位置決めするハウジングと
を具備し、
前記光導波路は、前記コリメータレンズ側の端面が光導波路の光軸に対して非垂直に成形されていることを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記光導波路は、前記コリメータレンズ側の端面が、当該端面における反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となる角度に成形されていることを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項３】
前記ユニットは、前記光導波路の前記コリメータレンズ側とは反対側の端面に一方の端面が接合されて、ハウジング外部からの光信号を前記光導波路に送る又は前記光導波路からの光信号をハウジング外部に送出する光伝送媒体をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記光導波路の光軸と前記コリメータレンズの光軸とのなす角度が、前記光導波路の端面からの光信号が前記コリメータレンズによりそのレンズ光軸を中心に対称な強度分布で平行光に整形される角度となるように、前記光導波路及びコリメータレンズを位置決めすることを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項５】
前記一対の光空間通信ユニットの各々で光信号の送信及び受信を行って双方向の通信を行うことを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項６】
一対の光空間通信ユニットが光透過媒質を隔てて対向配置され、一方のユニットから照射される光信号を他方のユニットで受け取って光空間通信を行う光空間通信装置に用いられ、
光信号を伝播させる光導波路と、
照射された光信号の集光及び整形を行うコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの焦点が前記光導波路の端面に位置するように前記コリメータレンズと前記光導波路を位置決めするハウジングと
を具備し、
前記光導波路は、前記コリメータレンズ側の端面が光導波路の光軸に対して非垂直に成形されていることを特徴とする光空間通信ユニット。
【請求項７】
前記光導波路は、前記コリメータレンズ側の端面が、当該端面における反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となる角度に成形されていることを特徴とする請求項６記載の光空間通信ユニット。
【請求項８】
前記光導波路の前記コリメータレンズ側とは反対側の端面に一方の端面が接合されて、ハウジング外部からの光信号を前記光導波路に送る又は前記光導波路からの光信号をハウジング外部に送出する光伝送媒体をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の光空間通信ユニット。
【請求項９】
前記ハウジングは、前記光導波路の光軸と前記コリメータレンズの光軸とのなす角度が、前記光導波路の端面からの光信号が前記コリメータレンズによりそのレンズ光軸を中心に対称な強度分布で平行光に整形される角度となるように、前記光導波路及びコリメータレンズを位置決めすることを特徴とする請求項６記載の光空間通信ユニット。
【請求項１０】
前記光信号の送信及び受信を選択的に行うことを特徴とする請求項６記載の光空間通信ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過媒質で隔てられた２地点間で光通信を行う光空間通信装置と、この通信装置に用いられる光空間通信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
光空間通信装置は、光透過媒質中の２地点に一対の光空間通信ユニットを互いに対向配置して、信号源から光ファイバを通じて伝送される光信号を一方のユニットから空間に向けて送出し、他方のユニットでその送出光を受け取って光ファイバに送り込み、当該光ファイバにより目的の情報処理装置に伝送する。
【０００３】
ここで、上記光空間通信ユニットには、光ファイバによる光導波路の端面から光透過媒質中へ送出する光信号を整形する、または、光透過媒質中から光信号を取り込んで光ファイバによる光導波路の端面に集光する光学部品として、コリメータレンズがよく用いられる（例えば非特許文献１参照）。すなわち、送信側の光空間通信ユニットにおいて、光ファイバを通じて伝送される光信号は、その光ファイバ（以下、ユニット内を光導波路と称する）の端面から放出され、コリメータレンズにより平行光へと整形されて光透過媒質へ伝送される。また、受信側の光空間通信ユニットにおいて、光透過媒質を伝播してきた光信号は、コリメータレンズにより光導波路の端面に集光され、当該光導波路からユニット外部に伝送される。
【０００４】
ところで、上記構成による従来の光空間通信装置では、各ユニットにおいて、光信号が光導波路から放出されるときに、光導波路のコア部の屈折率と光透過媒質の屈折率の差によって光導波路の端面において反射波が生じており、この反射波が光導波路内を逆行して伝送ロスや干渉が生じて伝送品質が劣化するという問題が指摘されている。
【０００５】
【非特許文献１】T. Tsujimura, K. Yoshida : “Active Free Space Optics Systems for Ubiquitous User Networks”, Conference on Optoelectronic and Microelectronic Materials and Device (COMMAD04), IEEE, pp. 197-200 (2004)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来の光空間通信装置では、光導波路の端面で光信号が反射してその反射波が逆行することにより、光信号の伝送品質が劣化していた。
そこで、本発明の目的は、光導波路内での反射波の逆行を抑え、光空間通信における伝送品質の劣化を防止することのできる光空間通信装置及び光空間通信ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、一対の光空間通信ユニットが光透過媒質を隔てて対向配置され、一方のユニットから照射される光信号を他方のユニットで受け取って光空間通信を行う光空間通信装置であって、前記ユニット各々は、光信号を伝播させる光導波路と、照射された光信号の集光及び整形を行うコリメータレンズと、前記コリメータレンズの焦点が前記光導波路の端面に位置するように前記コリメータレンズと前記光導波路を位置決めするハウジングとを具備し、前記光導波路は、前記コリメータレンズ側の端面が光導波路の光軸に対して非垂直に成形される。
【０００８】
このようにして、光導波路の端面での反射量を低減する。
特に、上記構成による光空間通信装置及び光空間通信ユニットにおいて、光導波路は、前記コリメータレンズ側の端面が、当該端面における反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となる角度に成形される。
【０００９】
このようにして、光導波路の端面で生じる光信号の反射波を抑制する。
また、前記ユニットは、前記光導波路の前記コリメータレンズ側とは反対側の端面に一方の端面が接合されて、ハウジング外部からの光信号を前記光導波路に送る又は前記光導波路からの光信号をハウジング外部に送出する光伝送媒体をさらに備える。
【００１０】
このようにして、ユニット内の光導波路とコリメータレンズとの位置関係を維持した状態で、外部に引き出す光伝送媒体に光導波路を接合する。
また、前記ハウジングは、前記光導波路の光軸と前記コリメータレンズの光軸とのなす角度が、前記光導波路の端面からの光信号が前記コリメータレンズによりそのレンズ光軸を中心に対称な強度分布で平行光に成形される角度となるように、前記光導波路及びコリメータレンズを位置決めする。
【００１１】
このようにして、光導波路の端面からの光信号がコリメータレンズによりそのレンズ光軸を中心に対称な強度分布で平行光に成形されるようにし、伝送光の強度分布の偏りを低減する。
また、前記ユニットが前記光信号の送信及び受信を選択的に行うことで、ユニット間の双方向通信を可能とする。
【００１２】
このようにして、前記ユニットの有効利用を図る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、光導波路の端面における反射波の逆行を抑制することができるため、光信号の伝送品質の劣化を防止することができる。したがって、本発明によれば、光空間通信における伝送品質の劣化を防止することのできる光空間通信装置及び光空間通信ユニット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】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光空間通信装置の概略構成を示す断面図である。図１に示す光空間通信装置は、一対の光空間通信ユニットＵ１，Ｕ２を備え、互いに対向して光軸が一致するように配置されて、一方が送信側、他方が受信側として用いられる。送信側の光空間通信ユニットＵ１は、光ファイバＦ１によって伝送される光信号を取り込んで平行光に整形し、光透過媒質中に送出する。受信側の光空間通信ユニットＵ２は、光透過媒質中を介して送信側からの光信号を取り込み、光ファイバＦ２に集光して伝送させる。
【００１５】
上記送信側の光空間通信ユニットＵ１は、一方の端面が開放された筒状のハウジングＵ１１を備える。このハウジングＵ１１の開放面側内部には、コリメータレンズＵ１２が装着される。また、ハウジングＵ１１の他方面側には、筒状のコネクタＵ１３を外部から内部へ挿通するための貫通孔が形成されている。このコネクタＵ１３は、筒内に光ファイバＦ１の端部が挿入され（以下、ここではコネクタＵ１３の筒内に挿入された光ファイバＦ１の端部を光導波路Ｕ１４と表記して区別する）、上記ハウジングＵ１１の貫通孔に圧入される。これにより、光導波路Ｕ１４は、その先端がハウジング内部に位置した状態でハウジングＵ１１に固着される。
【００１６】
上記ハウジングＵ１１は、上記光導波路Ｕ１４が固着された状態で、上記コリメータレンズＵ１２をその焦点が光導波路Ｕ１４のコア端面に位置するように調整する機能を有する。この調整により、ハウジング内で光導波路Ｕ１４のコア端部から照射される光信号は、コリメータレンズＵ１２で平行光に成形されて光透過媒質中に送出される。
【００１７】
上記受信側の光空間通信ユニットＵ２は、送信側のユニットＵ１と同構成であり、一方の端面が開放された筒状のハウジングＵ２１を備える。このハウジングＵ２１の開放面側内部にはコリメータレンズＵ２２が装着され、他方面側には筒状のコネクタＵ２３を外部から内部へ挿通するための貫通孔が形成されている。このコネクタＵ２３は、筒内に光ファイバＦ２の端部が挿入され（以下、コネクタＵ２３の筒内に挿入された光ファイバＦ２の端部を光導波路Ｕ２４と表記して区別する）、上記ハウジングＵ２１の貫通孔に圧入される。これにより、光導波路Ｕ２４は、その先端がハウジング内部に位置した状態でハウジングＵ２１に固着される。
【００１８】
上記ハウジングＵ２１は、上記光導波路Ｕ２４が固着された状態で、上記コリメータレンズＵ２２をその焦点が光導波路Ｕ２４のコア端面に位置するように調整する機能を有する。この調整により、ハウジング内でコリメータレンズＵ２２に入射された光信号は、光導波路Ｕ２４の端部に集光され、光導波路Ｕ２４内に入射されて光ファイバＦ２へ伝送される。
【００１９】
上記構成において、光空間通信ユニットＵ１，Ｕ２の光導波路Ｕ１４，Ｕ２４は、そのハウジング内先端面が光軸に対して非垂直に成形される。このように成形すれば、伝送される光信号が光導波路端面で反射される光量が低減され、これによって伝送ロスを低減することが可能となる。
【００２０】
より効果的には、上記光導波路Ｕ１４（Ｕ２４についても同様）における先端の光軸に対する角度を、その端面における反射波のコア部Ｕ１４１からクラッド部Ｕ１４２への入射角が臨界角以下となるように成形するとよい。このとき、光導波路Ｕ１４１のコア部を伝播する光信号の光路は図２に示すようになり、反射波の戻りを飛躍的に低減することができる。
【００２１】
図３は、上記実施形態の構成において、光導波路Ｕ１４の端面からコリメータレンズＵ１２へ照射される光信号の光路を示す断面図である。すなわち、光導波路Ｕ１４の端面から照射された光信号は、コリメータレンズＵ１２によって平行光に整形されて、光透過媒質中に出射される。このとき、光導波路Ｕ１４の端面から照射される光信号は、回折により光導波路Ｕ１４及びコリメータレンズＵ１２の光軸に対して非対称となる。
【００２２】
平行光化され、送信側の光空間通信ユニットＵ１から出射された光信号は、光透過媒質を介し、受信側の光空間通信ユニットＵ２に入射される。この光空間通信ユニットＵ２に入射された光信号は、コリメータレンズＵ２２により、その焦点に配置される光導波路Ｕ２４のコア端面に集光され、当該導波路Ｕ２４を経て光ファイバＦ２内送出される。
【００２３】
以上のように、上記第１の実施形態の構成によれば、光空間通信ユニットＵ１，Ｕ２において、光導波路Ｕ１４，Ｕ２４のハウジング内端面を光軸に対して非垂直に傾けて光信号の反射量を低減させ、その効果を高めるために、その端面の光軸に対する角度を、端面における反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となるように成形するようにしている。これにより、光導波路Ｕ１４の端面における反射波がコア部からクラッド部に漏出するため、反射波を飛躍的に減衰させることができ、光空間通信における光信号の伝送品質の劣化を防ぐことができる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光空間通信装置に用いられるユニット構成を示す断面図である。尚、図４において、図３と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
【００２４】
本実施形態の光空間通信ユニットＵ１では、第１の実施形態における光導波路Ｕ１４の先端部に相当する第１の光導波路Ｕ１４ａを単独部材として用意する。この第１の光導波路Ｕ１４ａは、コリメータレンズＵ１２に対向する側の端面が光軸に対して非垂直な形状で、端面反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となるように成形される。そして、予め、ハウジングＵ１１にコリメータレンズＵ１２の焦点が端面のコア部に位置するように固定される。
【００２５】
ハウジングＵ１１の開口面と反対側の面には、コネクタ挿入孔が形成されており、光ファイバＦ１の端部（この部分を第２の光導波路Ｕ１４ｂとする）に取り付けられたコネクタＵ１３をそのコネクタ挿入孔に圧入することで、第２の光導波路Ｕ１４ｂの端部を第１の光導波路Ｕ１４ａの端部に接合することができるようになされている。
【００２６】
上記構成において、光ファイバＦ１によって伝送される光信号は、光ファイバ端部の第２の光導波路Ｕ１４ｂからユニット内の第１の光導波路Ｕ１４ａに受け渡され、この第１の光導波路Ｕ１４ａのコリメータレンズＵ１２と対向した端面からコリメータレンズＵ１２へ照射される。このとき、第１の光導波路Ｕ１４ａの端面での反射波は、コア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となっているため、第１の光導波路Ｕ１４ａ及び第２の光導波路Ｕ１４ｂのコア部からクラッド部へ漏出して減衰する。コリメータレンズＵ１２へ照射された光信号は、コリメータレンズＵ１２により平行光へと整形され、光透過媒質中に出射される。この場合も、第１の実施形態と同様に、第１の光導波路の端面から照射される光信号は、回折が生じて第１の光導波路Ｕ１４ａの光軸に対して非対称となる。
【００２７】
上記構成のユニットを受信側として用いる場合（すなわち第１の実施形態のＵ２）、光透過媒質を透過した光信号は、コリメータレンズにて第１の光導波路の端面に集光され、その内部を伝送される。その後、第１の光導波路の端面から第２の光導波路（光ファイバ）の端面へと受け渡され、光ファイバＦ２に送出される。
【００２８】
以上のように、上記第２の実施形態の構成では、通常の端面を有する光ファイバＦ１をハウジングＵ１１に接続させるときでも、光軸に対して非垂直の端面を有する第１の光導波路Ｕ１４ａが予めハウジングＵ１１に取り付けられているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、コネクタＵ１３によって第１の光導波路Ｕ１４ａと第２の光導波路Ｕ１４ｂの端面間を接合させればよく、予め第１の光導波路Ｕ１４ａとコリメータレンズＵ１２とを位置決めしてハウジングＵ１１に固定することが可能となり、第１の実施形態のようなレンズの位置調整が不要となる。また、光ファイバＦ１の着脱に伴う光信号の伝送品質の劣化も防ぐことができる。
（第３の実施形態）
図５は、本発明に係る第３の実施形態に用いられる光空間通信装置のユニット構成を示す断面図である。尚、図５において、図４と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
【００２９】
本実施形態の光空間通信ユニットＵ１では、第２の実施形態における第１及び第２の光導波路Ｕ１４ａ，Ｕ１４ｂの取付けを、光導波路Ｕ１４ａ，Ｕ１４ｂの光軸とコリメータレンズＵ１２の光軸とのなす角度が、第１の光導波路Ｕ１４ａの端面から出射される光信号がレンズ光軸に対して対称となる強度分布で平行光へと整形される角度となるようにしている。
【００３０】
上記角度を満たすよう、ハウジングＵ１１に孔を開け、その孔に光導波路Ｕ１４ａを予め組み込む。上記ハウジングＵ１１に光ファイバＦ１の端部（第２の光導波路Ｕ１４ｂ）を接合することにより、光ファイバＦ１によって伝送される光信号は光導波路Ｕ１４ａへ受け渡され、コリメータレンズＵ１２に向けて照射される。
【００３１】
より具体的には、光導波路Ｕ１４ａ，Ｕ１４ｂの光軸とコリメータレンズＵ１２の光軸とのなす角度は、光導波路Ｕ１４ａの端面からの光信号が、コリメータレンズＵ１２により、レンズ光軸に対して対称となる強度分布で平行光へと整形されるときの、光導波路Ｕ１４ａの端面から出射された光信号の屈折角度（１１度程度）と端面の傾斜角度θ１（θ１は８度程度）との差であり、３度程度が望ましい。
【００３２】
以上のように、上記第３の実施形態の構成では、光導波路Ｕ１４ａの端面のその光軸に対する角度が、光導波路Ｕ１４ａの端面における反射波のコア部からクラッド部への入射角が臨界角以下となることを満たし、また、光導波路Ｕ１４ａの端面からの光信号がコリメータレンズＵ１２によりレンズ光軸に対して対称となる強度分布で平行光へと整形される。
【００３３】
したがって、光導波路Ｕ１４ａの端面における反射波が光ファイバＦ１及び光導波路Ｕ１４ａのコア部からクラッド部に漏出するため、反射波は減衰され、光空間通信の通信品質の劣化を防ぐことができ、また、第１及び第２の実施形態と比較し、光導波路Ｕ１４ａからの照射光をコリメータレンズＵ１２の中心に集光することができるため、色収差等の悪影響を回避することが可能である。
（その他の実施形態）
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１の実施形態では、光空間通信ユニットＵ１から光空間通信ユニットＵ２へ光信号が伝送される単方向通信系装置の例について説明したが、両ユニットの構造は同一であるため、本発明は双方向通信系装置としても実施可能である。
【００３４】
その他、装置の構成や、各構成要素の種類や構成等についてもこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光空間通信装置の概略構成を示す断面図。
【図２】上記実施形態の構成において、光導波路のコア部を伝播する光信号の光路を示す断面図。
【図３】上記実施形態の構成において、光導波路の端面からコリメータレンズへ照射される光信号の光路を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光空間通信装置のユニット構成を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光空間通信装置のユニット構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
Ｆ１，Ｆ２…光ファイバ、Ｕ１，Ｕ２…光空間通信ユニット、Ｕ１１，Ｕ２１…ハウジング、Ｕ１２，Ｕ２２…コリメータレンズ、Ｕ１３，Ｕ２３…コネクタ、Ｕ１４，Ｕ１４ａ，Ｕ１４ｂ，Ｕ２４…光導波路。
【図１】
2008028631.tif 000003
【図２】
2008028631.tif 000004
【図３】
2008028631.tif 000005
【図４】
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【図５】
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