(57)【要約】【課題】面状に均一な光電力分布を形成し、光受信装置での受光電力変化を小さくすること。【解決手段】線状に配列した光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈからなる送信部１０１と１０２を備え、光受信装置の設置範囲１３６を挟んで送信部１０１と１０２を対向して配置し、光受信装置２００が送信部１０１と１０２からの光信号の双方を受光する構成とすることにより、光信号の双方で受光電力の変化を補償し合うこととなるので面状に均一性の高い受光電力分布が得られる。【選択図】図１
2008048333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間を介して光送信装置から光受信装置に光信号を伝送する光空間伝送システムであって、
前記光送信装置は光受信装置の設置領域を有し、前記設置領域の両側に対向して設け、前記設置領域に向けて光信号を送出する２個の送信部から成る送信部対を備え、
前記光受信装置は、前記２個の送信部からの光信号を加算して受光する受光部を備えることを特徴とする、光空間伝送システム。
【請求項２】
前記光送信装置の前記２個の送信部は、それぞれ複数の光源を備え、前記複数の光源の光軸は、ほぼ平行であり、光軸に略直角なライン状に前記複数の光源を配列して構成した、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項３】
ライン状に配列した前記複数の光源の間隔をｄ１、前記光源の放射電力分布指向特性における半値角（半角）をθ１としたとき、前記光源からｄ１／（２・ｔａｎθ１）以上離れた領域を前記光受信装置の設置領域とする、請求項２に記載の光空間伝送システム。
【請求項４】
前記光送信装置の対向する２個の送信部間の中間点における、前記光受信装置の受光部の受光電力を、前記光受信装置の最小受光電力にほぼ等しい電力となるように、前記２個の送信部の光出力を制御する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項５】
前記光送信装置は、前記２個の送信部のそれぞれに受光素子を備え、前記受光素子で検出した対向する送信部からの光電力検出結果に基づき、対向する送信部の光出力を制御する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項６】
前記電力検出部における電力密度を、前記光受信装置が最小受光電力を受光する電力密度の１／４程度になるよう前記送信部の光出力を制御する、請求項５に記載の光空間伝送システム。
【請求項７】
前記対向して設けた２個の送信部のそれぞれは、互いに直交する偏光角の直線偏光を出射する、請求項１から６のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項８】
前記対向して設けた２個の送信部のそれぞれは、互いに異なる波長の光を出射し、前記送信部の出射面には、互いの波長の光を透過しない光学フィルタを備えた、請求項１から６のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項９】
前記２個の送信部の出射面に備えた前記光学フィルタは、対向する送信部からの光線と直交しない方向に傾けて設置した、請求項８に記載の光空間伝送システム。
【請求項１０】
前記送信部対は複数の光源をライン状に配列した光源列を複数列設けて構成した、請求項１または３または４から９までのいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項１１】
前記光送信装置は、前記送信部対を複数対備え、前記光受信装置の設置領域を前記送信部で多角形状に囲む構成とした、請求項１から９のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項１２】
前記送信部対の少なくとも一方の送信部には、ライン状に配列した光検出部を備え、前記光検出部の出力結果から光受信装置の位置を検出し、光受信装置の位置に応じて前記送信部の光源の信号位相を調節する、請求項１１に記載の光空間伝送システム。
【請求項１３】
前記光受信装置の受光部は、受光素子を有し、前記受光素子は、前記光送信装置の送出する光信号の波長に対して透過性のある材料の一主面付近に受光層を形成し、前記２個の送信部からの光信号を前記受光層の表裏両面から受光する構成とした、請求項１から１２のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項１４】
前記光受信装置の受光部は、少なくとも２つの受光素子を有し、前記２つの受光素子を異なる方向に向けて設置し、前記受光素子の出力信号を合成して検出する構成とした、請求項１から１３のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項１５】
前記２つの受光素子を基板の両面に実装した、請求項１４に記載の光空間伝送システム。
【請求項１６】
前記光受信装置の受光部は、受光素子と、受光素子前面に設けた複数の反射面を有し、前記反射面での反射により、複数の方向からの光を受光する構成とした、請求項１から１３のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【請求項１７】
前記光送信装置に備えた光受信装置の設置領域に、複数の光受信装置を設置し、前記複数の光受信装置のそれぞれが、前記送信部からの光信号を受光することにより、前記複数の光受信装置が同時に光信号の受信を行う、請求項１から１６のいずれかに記載の光空間伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号、音声信号、デジタルデータ信号などの情報データを、光送信装置と光受信装置との間で、自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムは、その広帯域性により、電波を用いた無線伝送と比較して高速な伝送が可能となることが大きな特徴である。この特徴を活用する用途として、例えば、サーバに蓄積された大容量のデータを高速で携帯端末に伝送する等の用途への適用も検討されている（例えば、特許文献１参照）。この用途に限る訳ではないが、電力効率や秘匿性などの面から、光送信装置から送出される光信号の電力分布は、光受信装置の設置可能な範囲が明確で、設置範囲内においては極力均一であることが望ましい。
【０００３】
光受信装置の設置範囲内での電力変化を少なくし、伝送範囲を確保する構成としては、複数個の光源を線状に配列して線状の伝送範囲を確保するもの（例えば、特許文献２参照）や、複数個の光源を面状に配列して面状の伝送範囲を確保するもの（例えば、特許文献３参照）があった。図２２は、前記特許文献２に記載された従来の光空間伝送システムを示すものである。図２２において、光送信装置１１は入力信号に応じて光信号を送出し、自由空間を介して光受信装置１２が受光することによって信号が伝送される。光送信装置１１は入力信号に基づき、変調器１６で変調信号を生成し、変調信号を分配器１５で分岐し、複数の駆動部１４により複数の発光素子１３から光信号を送出する。複数の発光素子１３を線状に配置することによって、複数の光源１３の光軸に直角な図中の破線に沿って光電力の変化を低減している。これにより、受光装置１２は図２２の破線に沿って移動しても、いずれかの発光素子からの光を受信できることとなり、線状の受信領域を得ている。
【０００４】
また、図２３は、前記特許文献３に記載された従来の光送信装置の発光部を示すものである。図２３において、発光素子２１と、その前面にそれぞれ設けられたレンズ２２、２３およびレンズアレイ２４で構成される発光光学系をマトリックス状に並べる構成としている（紙面と直角方向にも、同様の構成を配列する）。これによって、発光素子の光軸（図２３における一点鎖線）に直角な面における電力分布のムラを低減するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１２３４３８号公報（第４−６頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−１６８８０３号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献３】特開平９−４９９７０号公報（第３−５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２２の従来の構成では、線状の光源の配列では、線状に電力の均一な領域を形成しているが、光源の光軸方向には電力密度が大きく変化し、面状に電力の均一な領域を形成することができないという課題を有していた。また、図２３の従来の構成では、面状に電力分布のムラを低減できるが、光源の光軸方向では、やはり電力密度が変化する分布となっていた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、線状に配列した光源により、面状に均一な光電力分布を形成することができ、光受信装置での受光電力変化を極めて小さくできる光空間伝送システム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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の発明の光空間伝送システムは、光送信装置から光受信装置から成り、前記光送信装置は光受信装置の設置領域を有し、前記設置領域の両側に対向して設け、前記設置領域に向けて光信号を送出する２個の送信部から成る送信部対を備え、前記光受信装置は、前記２個の送信部からの光信号を加算して受光する受光部を備える構成を有している。
上記第１の発明の光空間伝送システムによれば、２個それぞれの送信部からの距離による受光電力の変化を互いに相殺することにより、光軸方向に均一な受光電力分布を得ることができる。
【０００８】
また本発明の第２の発明の光空間伝送システムは、第１の発明に従属する発明であって、前記光送信装置の前記２個の送信部は、それぞれ複数の光源をライン状に配列した構成を有している。
上記第２の発明の光空間伝送システムによれば、２個のそれぞれの送信部からの受光電力が距離に反比例する特性に近くなり、２個それぞれの送信部からの距離による受光電力の変化を互いに相殺することにより、複数の光源の光軸を含む面内で、均一性の高い受光電力分布を得ることができる。
【０００９】
また本発明の第３の発明の光空間伝送システムは、第２の発明に従属する発明であって、ライン状に配列した前記複数の光源の間隔をｄ１、前記光源の放射電力分布指向特性における半値角（半角）をθ１としたとき、前記光源からｄ１／（２・ｔａｎθ１）以上離れた領域を前記光受信装置の設置領域とする構成を有している。
上記第３の発明の光空間伝送システムによれば、前記設置領域内で面状の均一性の高い受光電力分布を得ることができる。
【００１０】
また本発明の第４の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光送信装置の対向する２個の送信部間の中間点における、前記光受信装置の受光部の受光電力を、前記光受信装置の最小受光電力にほぼ等しい電力となるように、前記２個の送信部の光出力を制御する。
上記第４の発明の光空間伝送システムによれば、光受信装置の設置領域内で光受信装置の受光電力がほぼ最小受光電力に等しい均一な電力が得られ、また設置領域を外れると最小受光電力より小さい受光電力となるので、傍受されにくい光空間伝送システムを構成することができる。
【００１１】
また本発明の第５の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光送信装置は、前記２個の送信部のそれぞれに電力検出部を備え、前記電力検出部で検出した対向する送信部からの光電力検出結果に基づき、対向する送信部の光出力を制御する構成としている。
上記第５の発明の光空間伝送システムによれば、光受信装置の設置領域内で光受信装置の受光電力をほぼ均一な所定の電力に制御できる。
【００１２】
また本発明の第６の発明の光空間伝送システムは、第５の発明に従属する発明であって、前記電力検出部における電力密度を、前記光受信装置が最小受光電力を受光する電力密度の１／４程度になるよう前記送信部の光出力を制御する。
上記第６の発明の光空間伝送システムによれば、光受信装置の設置領域内で光受信装置の受光電力がほぼ最小受光電力に等しい均一な電力が得られ、また設置領域を外れると最小受光電力より小さい受光電力となるので、傍受されにくい光空間伝送システムを構成することができる。
【００１３】
また本発明の第７の発明の光空間伝送システムは、第１または第６の発明に従属する発明であって、前記対向して設けた２個の送信部のそれぞれは、互いに直交する偏光角の直線偏光を出射する。
また本発明の第８の発明の光空間伝送システムは、第１または第６の発明に従属する発明であって、前記対向して設けた２個の送信部のそれぞれは、互いに異なる波長の光を出射し、前記送信部の出射面には、互いの波長の光を透過しない光学フィルタを備えた構成としている。
上記第７または第８の発明の光空間伝送システムによれば、対向した送信部からの光が互いに光源に結合することがなく、雑音の増加を抑制できる。
【００１４】
また本発明の第９の発明の光空間伝送システムは、第８の発明に従属する発明であって、前記２個の送信部の出射面に備えた前記光学フィルタは、対向する送信部からの光線と直交しない方向に傾けて設置している。
上記第９の発明の光空間伝送システムによれば、光学フィルタで反射した光が光受信装置に入射しないので、雑音の増加を抑制できる。
【００１５】
また本発明の第１０の発明の光空間伝送システムは、第１または第３または第４から第９までのいずれかに従属する発明であって、前記送信部対は複数の光源をライン状に配列した光源列を複数列設けた構成を有している。
上記第１０の発明の光空間伝送システムによれば、３次元的に受光電力の均一な領域を形成することができる。
【００１６】
また本発明の第１１の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第９のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光送信装置は、前記送信部対を複数対備え、前記光受信装置の設置領域を前記送信部で多角形状に囲む構成を有している。
上記第１１の発明の光空間伝送システムによれば、光受信装置の傾きによる受光電力の変化を緩和することができる。
【００１７】
また本発明の第１２の発明の光空間伝送システムは、第１１の発明に従属する発明であって、前記光送信装置は、前記送信部対を複数対備え、前記光受信装置の設置領域を前記送信部で多角形状に囲む構成を有している。
上記第１２の発明の光空間伝送システムによれば、光受信装置と対向する送信部との距離の差による受信信号の位相差を補償することができる。
【００１８】
また本発明の第１３の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第１２のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光受信装置の受光部は、受光素子を有し、前記受光素子は、前記光送信装置の送出する光信号の波長に対して透過性のある材料の一主面付近に受光層を形成し、前記２個の送信部からの光信号を前記受光層の表裏両面から受光する構成を有している。
上記第１３の発明の光空間伝送システムによれば、単一の受光素子で送信部対からの受光電力和を検出することができる。
【００１９】
また本発明の第１４の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第１３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光受信装置の受光部は、少なくとも２つの受光素子を有し、前記２つの受光素子を異なる方向に向けて設置し、前記受光素子の出力信号を合成して検出する。
上記第１４の発明の光空間伝送システムによれば、送信部対からの受光電力和を検出することができる。
【００２０】
また本発明の第１５の発明の光空間伝送システムは、第１４の発明に従属する発明であって、前記２つの受光素子を基板の両面に実装した構成を有している。
上記第１５の発明の光空間伝送システムによれば、２つの受光素子間の配線長を短縮できるので、雑音の増加を抑制することができる。
【００２１】
また本発明の第１６の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第１３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光受信装置の受光部は、受光素子と、受光素子前面に設けた複数の反射面を有し、前記反射面での反射により、複数の方向からの光を受光する構成を有している。
上記第１６の発明の光空間伝送システムによれば、単一の受光素子で送信部対からの受光電力和を検出することができる。
【００２２】
また本発明の第１７の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第１６のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光送信装置に備えた光受信装置の設置領域に、複数の光受信装置を設置し、前記複数の光受信装置のそれぞれが、前記送信部からの光信号を受光することにより、前記複数の光受信装置が同時に光信号の受信を行う。
上記第１７の発明の光空間伝送システムによれば、複数の光受信装置への同時信号伝送が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光空間伝送システムによれば、線上に配置した光源を用いて、光源の光軸を含む面内において電力密度の均一な領域を面状に形成し、光受信装置での受光電力変化を極めて小さくできる光空間伝送システム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】
【００２４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの斜視図である。また図２および図３は、本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの、それぞれ光送信装置および光受信装置の構成を示すブロック図である。
【００２６】
図１〜図３において、光送信装置１００は、光受信装置の設置領域１３６を挟むように両側に対向して２個の送信部１０１、１０２から成る送信部対を備えている。２個の送信部１０１、１０２には、それぞれ複数の光源１１１ａ、１１１ｂ、・・・、１１１ｈと光源１１２ａ、１１２ｂ、・・・、１１２ｈがライン状にほぼ等間隔で配列されている。光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子、あるいはそれら発光素子とレンズ等の光学系を組合わせた光源等を使用することができる。
光送信装置１００は、図２に示すように、入力信号に応じた変調信号を変調部１３１で生成し、信号分配部１３２で光源駆動部１３３ａ、１３３ｂに分配し、光源駆動部１３３ａ、１３３ｂにより光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈを光強度変調などで駆動して、光信号を送出する。このとき、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈは、ほぼ同じ光信号を送出するように駆動する。
【００２７】
一方、図３に示すように、光受信装置２００は、送信部１０１からの光信号と送信部１０２からの光信号の加算電力信号を受光する受光部２０１を備えている。受光部２０１は、例えば同図に示すように、背中合わせに設けた２個の受光素子２０２ａ、２０２ｂからの受光信号を合成部２０３で合成する構成である。この受光部２０１については、他の構成について後述する。加算電力信号は、復調部２０４において、入力信号に準じた信号に復調される。例えば、光受信装置２００が映像データをダウンロードする端末等の場合は、入力信号に準じた信号は、一旦データ格納部２０５に格納されたのち、表示部２０６への表示や出力信号として出力するなどの処理がなされる。あるいはデータ格納部に格納せずに直接表示部２０６への表示や出力信号として出力するなどの処理がなされる。ただし、データ格納部２０５や表示部２０６の構成は、例として示したものであり、本発明の構成を限定するものではない。
【００２８】
つぎに、本実施の形態１が従来例と比べて特徴的な構成とこれによる特徴的な効果について説明する。本実施の形態に於いて構成上の特徴は、光送信装置１００では光受信装置の設置領域１３６を挟むように２つの送信部１０１、１０２を対向して設けていることと、光受信装置２００では受信部２０１が、送信部１０１からの光信号と送信部１０２からの光信号の双方を受光する構成になっていることである。この構成により、光源１１１ａ〜ｈ、１１２ａ〜ｈの光軸方向に均一性の高い受光電力分布を形成している。
【００２９】
また、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈは、それぞれ線状にほぼ等間隔に配列している。光源を等間隔に配列することは、図２２に示した従来例に於いても実施されていることである。しかし、従来例に於いては、配列した光源と平行な方向における電力分布を均一にすることを目的になされている。これに対し、本実施の形態では、光源１１１ａ〜ｈまたは光源１１２ａ〜ｈの一方からの電力が光源からの距離の一乗に反比例する電力分布へ近づけるために実施している。一般に、光源が一ヶ所に集中している場合、光軸方向の電力分布は、光源からの距離の二乗に反比例する。この光源を本実施の形態のように線状に配列すると、線光源に近くなり、光軸方向の電力分布は、光源からの距離の一乗に反比例する分布に近付くのである。これにより、送信部１０１からの光信号と送信部１０２からの光信号を加算したときに、面的に均一性の高い電力分布が得られる。
【００３０】
実際に本実施の形態のように、それぞれ線状に配列した複数の光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈを対向して配置した場合の、光軸方向の受光電力分布を図４に示す。図４において、右下がりの曲線は送信部１０１からの受光電力、右上がりの曲線は送信部１０２からの受光電力である。これらを加算することにより、図４の範囲では中央の最小値を基準にしたとき、加算後の受光電力は最大でも１．５倍程度に収まっており、極めて均一性の高い電力分布が得られている。また、図５は、光軸と直角な方向も含めた２次元的な受光電力分布を示している。面状に均一性の高い受光電力分布が得られているのがわかる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態１の構成によれば、線状に配列した光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈにより送信部１０１と１０２を構成し、光受信装置の設置範囲１３６を挟んで送信部１０１と１０２を対向して配置した上、光受信装置２００が送信部１０１と１０２からの光信号の双方を受光する構成とすることにより、光受信装置の設置領域１３６において面状に均一性の高い受光電力分布を形成できるという効果が得られる。
このような面状に均一性の高い受光電力分布は、従来の手法では、光源を面状に（マトリックス状に）配列する必要があり、多数の光源を必要としていた。これに対し本実施の形態では、線状に配列した光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈを対向して配置すればよいので、より少ない数の光源により、面状の領域で均一性の高い受光電力分布が得られるのである。
【００３２】
また、従来の手法では、面状に配列した光源の配列面と平行で、所定の距離だけ離れた面内に於いて電力分布が均一化される。このため、受信装置の設置領域を含めた光伝送システムとしては、大きな容積を必要としていた。これに対し、本実施の形態では、電力分布を均一化する受信装置の設置領域面と同一平面内に光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈを配列すればよいので、光受信装置の設置領域１３６を含めて、図１のように薄型の光空間伝送システムが実現できることも本実施の形態の特徴と言える。
【００３３】
また、図１および図２の光受信装置２００の設置領域１３６において均一性の高い受光電力分布が得られるので、設置領域１３６内においては複数の光受信装置が同時に信号受信することも可能である。
【００３４】
さらに、この設置領域１３６内の受光電力を光受信装置２００の最小受光電力近くに低く設定しておけば、図５からも分かるように、設置領域１３６範囲外では最小受光電力を大きく下回る受光電力となるので、意図しない光受信装置が光伝送信号を傍受することも防止できる。このように設置領域１３６内の受光電力を制御する場合には、図１および図２に示しているように、送信部１０１および１０２に受光素子１２１ａ、ｂと受光素子１２２ａ、ｂを設けると良い。送信部１０１と１０２を対向して設置しているので、受光素子１２１ａ、ｂと受光素子１２２ａ、ｂでの受光電力を電力検出部１３４で検出し、この結果に基づいて、送信電力制御部１３５が光源駆動部１３３ａ、ｂを制御して光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈからの光出力をコントロールすることができる。このとき、送信部１０１または送信部１０２の一方からの電力分布は、距離の一乗にほぼ反比例するので、受光素子１２１ａ、ｂと受光素子１２２ａ、ｂにおける電力密度が、光受信装置２００の最小受光電力に相当する電力密度の約１／４になるようにすれば、受光領域１３６の中央付近の受光電力が最小受光電力程度となるようにコントロールできる。
【００３５】
なお、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈに近い範囲では、受光電力分布にムラが生じるので、図６に示すように、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈの間隔をｄ１、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈの放射電力分布指向特性における半値角（半角）をθ１としたとき、前記光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈからｄ１／（２・ｔａｎθ１）以上離れた領域を前記光受信装置の設置領域とすると、複数の光源からの電力を加算して受光できるので均一性の高い受光電力分布がえられる。
【００３６】
また、光源１１１ａと光源１１２ａ、光源１１１ｂと光源１１２ｂ、・・・、光源１１１ｈと１１２ｈは、必ずしもそれぞれ互いに光軸が一致している必要はない。例えば、光源１１１ａの光軸方向は光源１１２ａ、１１２ｂ間の中点方向を向き、光源１１２ａの光軸方向は光源１１１ｂ、１１１ｃ間の中点方向を向くように、互い違いになっていても良い。
【００３７】
また、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈの光軸は、互いに平行であることが好ましいが、放射電力分布指向特性における半値角（半角）θ１の１／４程度の角度ずれであれば、発光ダイオードなど多くの光源の放射分布特性において放射分布の誤差は１０％程度となるので、受光電力の均一性に対する影響はあまり大きくない。
【００３８】
つぎに、光受信装置２００の受信部２０１についてさらに詳しく説明する。前述のように、受信部２０１は送信部１０１からの光信号と送信部１０２からの光信号の加算電力信号を受光するものであり、例えば図３のように、背中合わせに設けた２個の受光素子２０２ａ、２０２ｂからの受光信号を合成部２０３で合成する構成である。このとき、図７のように受光素子２０２ａ、２０２ｂを基板２１１の両面に実装すれば、基板２１１に設けたスルーホール部２１１ａを介して接続することにより受光素子２０２ａ、２０２ｂの接続配線長を短縮でき、電力加算時の雑音を抑制することができる。
【００３９】
また、図８のように、受光素子２１２の受光面前面に複数の反射面２１３ａ、２１３ｂを有する光学素子２１３を設ければ、単一の受光素子で送信部１０１と１０２の両側からの加算電力を受光することができる。
【００４０】
また、図９においては、受光素子２１４として、光信号の波長に対して透過性のある材料の一主面に受光層２１４ａを形成し、受光素子２１４をガラス材料や穴付きの材料などを用いた基板２１５に実装することにより、単一の受光素子２１４の表裏面から受光可能な構成としている。このような構成とすることにより、受光素子の数を増やしたり、受光素子の面積を大きくすることなく、送信部１０１と１０２の両側からの加算電力を受光することができるので、雑音の増加や応答速度の劣化を抑制することが可能となる。
【００４１】
なお、図３、図７〜９に示した実施例においては、集光のためのレンズ等を用いていないが、図１０のように、レンズ２１６ａ、ｂ等で集光しても良いことは言うまでもない。
【００４２】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２の光空間伝送システムの斜視図である。また図１２は、本発明の実施の形態２の光空間伝送システムの光送信装置の構成を示すブロック図である。ただし、図１２の中に光受信装置２００も図示している。図１１および図１２において、図１、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、光受信装置２００は実施の形態１と同じ構成であるので説明を省略する。
【００４３】
図１１および図１２において、光送信装置１１００は、光受信装置の設置領域１１３６を挟むように両側に対向して２個の送信部１１０１、１１０２から成る送信部対を備えていることは図１および図２の実施の形態１と同様である。これに加えて光送信装置１１００は、２個の送信部１１０３、１１０４から成るもう１対の送信部対を備えている。都合４個の送信部１１０１、１１０２、１１０３、１１０４のそれぞれは、図１および図２の実施の形態１と同様に、それぞれ複数の光源１１１ａ〜ｈ、光源１１２ａ〜ｈ、光源１１３ａ〜ｈ、光源１１４ａ〜ｈが線状にほぼ等間隔で配列されている。
【００４４】
光送信装置１１００は、図１２に示すように、入力信号に応じた変調信号を変調部１３１で生成し、信号分配部１１３２で４分配した後、後述する遅延部１１３９を介して光源駆動部１３３ａ〜ｄに分配し、光源１１１ａ〜ｈ、１１２ａ〜ｈ、１１３ａ〜ｈ、１１４ａ〜ｈを光強度変調などで駆動して、光信号を送出する。
【００４５】
実施の形態１と同様、線状に配列した光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈを対向して配置し、光受信装置２００では受信部２０１が、送信部１０１からの光信号と送信部１０２からの光信号の双方を受光することにより、均一性の高い受光電力分布を形成している。
【００４６】
さらに、本実施の形態２では、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈの光軸に直交する方向で、線状に配列した光源１１３ａ〜ｈと光源１１４ａ〜ｈを対向して配置している。このため、光受信装置２００が設置領域１１３６と平行な方向に回転したときの受光電力の変動を抑制することができる。すなわち、図１３に示すように、光受信装置２００の回転により、光源１１１ａ〜ｈと光源１１２ａ〜ｈから受光するＸ方向側からの受光電力の減少を補償するように、光源１１３ａ〜ｈと光源１１４ａ〜ｈから受光するＹ方向側からの受光電力が増加するので、結果として回転による受光電力の変化を抑制することができるのである。
【００４７】
なお、図１１および図１２の実施の形態２においては、送信部対を２対設けて、４角形状の光受信装置２００の設置範囲１１３６内での受光電力の均一性を高め、また光受信装置２００の回転による受光電力の変化を抑制したが、図１４のように送信部２１０１と送信部２１０１の送信部対、送信部２１０３と送信部２１０４の送信部対、送信部２１０５と送信部２１０６の送信部対の３対の送信部対を設けて、６角形状にするなど、他の多角形状でも同様の効果が得られることは言うまでもない。但し、対向する送信部対に挟まれた範囲内で受光電力がほぼ均一になるので、図１４の形状に於いては、斜線で示した受信装置設置範囲２１３６内が、ほぼ均一な受光電力となる。
【００４８】
つぎに、実施の形態２が実施の形態１と異なる他の点について説明する。本実施の形態２の光空間伝送システムの送信装置１１００は、送信部１１０１と送信部１１０３のそれぞれに、光検出部１１２１ａ〜ｈと光検出部１１２３ａ〜ｈを備え、また、位置判別部１１３７，位相制御部１１３８、遅延部１１３９を備えている。以下、これらの構成の動作・機能について説明する。
【００４９】
前述のように本実施の形態２では、実施の形態１と同様、対向する送信部対である送信部１１０１と送信部１１０２（および送信部１１０３と送信部１１０４）の双方からの光信号を受光することにより、光受信装置２００の受光電力の均一性を高めている。しかし、図１２に示すように、光受信装置２００が図の右側にずれて設置されると、送信部１１０１および１１０２から光受信装置２００まで、それぞれＬ１、Ｌ２の異なる距離となる。このため、同位相で変調された光信号を送信部１１０１と１１０２から送出すると、光受信装置で受光する光信号は、（Ｌ２−Ｌ１）／ｃの時間差を生じることになる（ｃは光の速度）。特に高速な信号伝送においては、この時間差が信号周期に対して無視できない時間となるので、伝送特性を大きく劣化させる要因となる。光検出部１１２１ａ〜ｈ、光検出部１１２３ａ〜ｈ、位置判別部１１３７，位相制御部１１３８、遅延部１１３９は、この時間差による伝送特性の劣化を解消するために設けている。送信部１１０４からの光信号を、対向する送信部１１０３に設けた光検出部１１２３ａ〜ｈで検出するが、光受信装置２００によって、その一部が遮断されるため、光検出部１１２３ａ〜ｈでの受光電力は図１５に示す様なレベル差を生じる。このレベル差を位置判別部１１３７で検出することにより、光受信装置２００の位置が最も受光電力レベルの落ち込んでいる光検出部１１２３ｇの正面付近であることを特定することができる。これにより、送信部１１０１および１１０２から光受信装置２００までの距離Ｌ１、Ｌ２が検出できる。そして、その結果に基づき、位相制御部１１３８が遅延部１１３９を制御し、送信部１１０２からの光信号を、送信部１１０１からの光信号に対して（Ｌ２−Ｌ１）／ｃだけ遅延させるのである。このように動作することにより、光受信器２００で受信する送信部１１０１および１１０２からの双方の信号位相をほぼ一致させることが可能となり、良好な伝送特性を得ることができるのである。また、同様に、光検出部１１２３ａ〜ｈでの受光電力のレベル差から光受信装置２００のＹ方向の位置を検出し、送信部１１０３と１１０４からの受信信号の位相ずれも補償することができ、良好な伝送特性を得ることができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態２の構成によれば、光送信装置１１００に送信部１１０１、１１０２および送信部１１０３、１１０４を設けることにより、光受信装置２００が回転したときの受光電力の変動を抑制することができる。また、光検出部１１２１ａ〜ｈ、１１２３ａ〜ｈでの受光電力レベル差により光受信装置２００の位置を特定して送信部１１０１、１１０２および送信部１１０３、１１０４からの光信号の位相を制御することにより、光受信装置２００での受信信号の位相ずれを解消し、良好な伝送特性を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図１６は、本発明の実施の形態３の光空間伝送システムの光送信装置の構成を示すブロック図である。ただし、図１６の中に光受信装置２００、２００’も図示している。図１６において、図１、図２、図１１、図１２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、光受信装置２００、２００’は２台設置しているが、それぞれ図３の実施の形態１における光受信装置２００と同じ構成であるので説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態３は、実施の形態２に類似した構成であるが、以下の点が異なる。実施の形態２に於いては、送信部１１０１、１１０２、１１０３、１１０４の、同一送信部内の光源間は、それぞれ同位相で駆動していた。これに対し、本実施の形態３に於いては、信号分配部１１３２と信号分配部２１３２ａ〜ｄにより、変調部１３１からの変調信号を全ての光源の数に対応する信号数に分配し、位相制御部２１３８が遅延部２１３９ａ〜ｄを制御することにより、それぞれ別個に位相差を調節する構成としている。この構成は、図１６に示すように複数の光受信装置２００、２００’を設置した場合において、位相差を適切に調節することを目的としている。光受信装置２００は送信部１１０１と１１０２からＬ１およびＬ２の距離にあるが、光受信装置２００’は、送信部１１０１と１１０２からＬ１’およびＬ２’の距離となっている。このため、実施の形態２の構成では、光受信装置２００の位置に合わせて送信部１１０１と１１０２からの光信号の時間差を調整しても光受信装置２００’で良好な伝送特性を得ることができない。これを解決するため、本実施の形態３では以下のように動作する。
【００５３】
送信部１１０４からの光信号を、対向する送信部１１０３に設けた光検出部１１２３ａ〜ｈで検出するが、光受信装置２００と光受信装置２００’によって、その一部が遮断されるため、光検出部１１２３ａ〜ｈでの受光電力は図１７に示す様なレベル差を生じる。光受信装置２００と光受信装置２００’の２台があるため、光検出部１１２３ｂと光検出部１１２３ｇの受光電力に落ち込みがあり、これらの正面付近に光受信装置が位置していることが検出される。また、光受信装置２００または２００’が光検出部１１２３ａ〜ｈの近くにあるほど、その直近の光検出部での受光電力を集中的に下げる事になるので、図１７のレベル差から、光検出部１１２３ｇの正面付近の光受信装置が、光検出部１１２３ｂの正面付近の光受信装置よりも送信部１１０３に近い位置にあることも検出できる。同様に、光検出部１１２１ａ〜ｈでの受光電力は図１８に示す様なレベル差となり、光検出部１１２１ｃと光検出部１１２１ｇの正面付近に光受信装置が位置していることと共に、光検出部１１２１ｇの正面付近の光受信装置が光検出部１１２１ｃの正面付近の光受信装置よりも送信部１１０１に近い位置にあることが検出できる。これらの情報により、位置判別部１１３７は、２台の光受信装置２００と光受信装置２００’の位置を特定することが可能となる。この位置情報に基づき、位相制御部２１３８は、例えば光源１１１ａ〜ｄに対して光源１１２ａ〜ｄからの光信号を（Ｌ１−Ｌ２）／ｃだけ遅延させると共に、光源１１２ｅ〜ｈに対して光源１１１ｅ〜ｆからの光信号を（Ｌ２’−Ｌ１’）／ｃだけ遅延させるように遅延部２１３９ａ、ｂを制御する。また、同様に送信部１１０３と１１０４の光源１１３ａ〜ｈ、１１４ａ〜ｈからの光信号の時間差も調整する。このように動作することによって、２台の光受信装置２００と光受信装置２００’の受信信号の時間差を補償して、良好な伝送特性を得ることが可能となるのである。
【００５４】
以上のように、本実施の形態３の構成によれば、光送信装置２１００において、光検出部１１２１ａ〜ｈ、１１２３ａ〜ｈでの受光電力レベル差により複数の光受信装置の位置を特定して光源１１１ａ〜ｈ、１１２ａ〜ｈ、１１３ａ〜ｈ、１１４ａ〜ｈからの光信号の位相を個別に制御することにより、光受信装置での受信信号の位相ずれを解消し、良好な伝送特性を得ることができる。
【００５５】
（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４の光空間伝送システムの斜視図である。図１９において、図１、図２、図１１、図１２、図１６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。実施の形態１〜３においては、光源１１１ａ〜ｈ、１１２ａ〜ｈ、１１３ａ〜ｈ、１１４ａ〜ｈを、ライン状に１列に配列して送信部を構成していた。これに対して、本実施の形態３においては、光源３１１１ａ〜ｎ、３１１２ａ〜ｎをそれぞれ複数列に配列した送信部３１０１、３１０２を対向して配置している。このように構成することにより、受信装置２００での受光電力がほぼ均一となる受信装置の設置範囲３１３６を３次元的に形成すること事が可能となる。
【００５６】
（実施の形態５）
図２０は、本発明の実施の形態５の光空間伝送システムの斜視図である。実施の形態１に類似した構成であるが、本実施の形態５においては、送信部４１０１の光源４１１１ａ〜ｈと送信部４１０２の光源４１１２ａ〜ｈとは、共に直線偏光を出射し、また対向する送信部４１０１と送信部４１０２とで、直交する直線偏光としている。かかる構成によれば、光源４１１１ａ〜ｈと光源４１１２ａ〜ｈにコヒーレンス性の高い半導体レーザ等を用いた場合でも対向する光源からの出射光が互いに結合することによる光源の雑音の増加を防止することが可能となる。
【００５７】
また、図２１は、本発明の実施の形態５の光空間伝送システムの改変例を示す断面図である。図２１の構成に於いては、送信部５１０１の光源５１１１ａ〜ｈには波長λ１の光源を用い、送信部５１０２の光源５１１２ａ〜ｈには波長λ１と異なる波長λ２の光源を用いた上、送信部５１０１の光信号出射部に波長λ１を透過して波長λ２を反射する光フィルタを、送信部５１０２の光信号出射部に波長λ２を透過して波長λ１を反射する光フィルタを設置している。この構成により、図２０の構成と同様、対向する光源からの出射光が互いに結合することによる光源の雑音の増加を防止することが可能となる。また、図２１に示したように、光フィルタ５１０３、５１０４を光源５１１１ａ〜ｈ、５１１２ａ〜ｈに対して傾けて設置することにより、光フィルタ５１０３、５１０４での反射光が光源５１１１ａ〜ｈ、５１１２ａ〜ｈに結合して光源の雑音が増加することも防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかる光空間伝送システムは、線状の光源配置によって面状に均一性の高い受光電力分布を形成できるという特徴を有し、自由空間を介して情報データを伝送する光空間伝送システム等として有用である。また映像信号や音声信号等の空間伝送等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光送信装置の構成ブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光受信装置の構成ブロック図
【図４】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光軸方向の受光電力分布特性図
【図５】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの２次元的な受光電力分布特性図
【図６】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光受信装置設置領域の説明図
【図７】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光受信装置受光部の構成図
【図８】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光受信装置受光部の第１の改変例の構成図
【図９】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光受信装置受光部の第２の改変例の構成図
【図１０】本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの光受信装置受光部の第３の改変例の構成図
【図１１】本発明の実施の形態２における光空間伝送システムの斜視図
【図１２】本発明の実施の形態２における光空間伝送システムの光送信装置の構成ブロック図
【図１３】本発明の実施の形態２における光空間伝送システムの光受信装置の回転による受光電力変化特性図
【図１４】本発明の実施の形態２における光空間伝送システムの改変例の平面図
【図１５】本発明の実施の形態２における光空間伝送システムの光検出部の受光電力レベル差を示す特性図
【図１６】本発明の実施の形態３における光空間伝送システムの光送信装置の構成ブロック図
【図１７】本発明の実施の形態３における光空間伝送システムの光検出部の受光電力レベル差を示す特性図
【図１８】本発明の実施の形態３における光空間伝送システムの他の光検出部の受光電力レベル差を示す特性図
【図１９】本発明の実施の形態４における光空間伝送システムの斜視図
【図２０】本発明の実施の形態５における光空間伝送システムの斜視図
【図２１】本発明の実施の形態５における光空間伝送システムの改変例の断面図
【図２２】従来の光空間伝送システムの構成図
【図２３】従来の光送信装置の発光部の構成図
【符号の説明】
【００６０】
１００    光送信装置
１０１、１０２    送信部
１１１ａ〜ｈ、１１２ａ〜ｈ    光源
１２１ａ、ｂ    受光素子
１２２ａ、ｂ    受光素子
１３１    変調部
１３２    信号分配部
１３３ａ〜ｄ    光源駆動部
１３４    電力検出部
１３５    送信電力制御部
１３６    設置領域
２００    光受信装置
２０１    受光部
２０２ａ、ｂ    受光素子
２０３    合成部
２０４    復調部
２１１    基板
２１２    受光素子
２１３    光学素子
２１３ａ、ｂ    反射面
２１４    受光素子
２１４ａ    受光層
２１５    基板
２１６ａ、ｂ    レンズ
１１００    光送信装置
１１０１、１１０２、１１０３、１１０４    送信部
１１３ａ〜ｈ、１１４ａ〜ｈ    光源
１１２１ａ〜ｈ、１１２３ａ〜ｈ    光検出部
１１３２    信号分配部
１１３９    遅延部
１１３６    設置領域
１１３７    位置判別部
１１３８    位相制御部
１１３９    遅延部
２１０１、２１０２、２１０３、２１０４、２１０５、２１０６    送信部
２１３６    設置領域
２１３２ａ〜ｄ    信号分配部
２１３８    位相制御部
２１３９ａ〜ｄ    遅延部
３１０１、３１０２    送信部
３１１１ａ〜ｎ、３１１２ａ〜ｎ    光源
３１３６    設置領域
４１０１、４１０２    送信部
４１１１ａ〜ｈ、４１１２ａ〜ｈ    光源
５１０１、５１０２    送信部
５１１１ａ〜ｈ、５１１２ａ〜ｈ    光源
【図１】
2008048333.tif 000003
【図２】
2008048333.tif 000004
【図３】
2008048333.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008048333.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008048333.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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