(57)【要約】【課題】光近接空間にて情報データを伝送するに際し、安価に効率良く、かつ高転送レートでの光伝送を可能とする。【解決手段】第１の通信デバイス４２に設けたＬＤ４１の後、第２の通信デバイス４４に設けたＰＤ４３の前のどちらか、あるいは両方には光拡散防止用のレンズを備えている。また、ＬＤ４１からＰＤ４３に向かう光のＬＤ４１側のスポット径を、ＰＤ４３側のスポット径よりも、大きくし、軸ずれ方向振動量より大きくしている。【選択図】　図１
2004064430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光近接空間にて情報データを光伝送する光近接空間伝送装置であって、
発光素子及び／又は受光素子を搭載している第１の通信デバイスと、
前記第１の通信デバイスの発光素子からの光を受光する受光素子及び／又は前記第１の通信デバイスの受光素子へ光を発光する発光素子を搭載している第２の通信デバイスと、
前記第１の通信デバイス及び／又は前記第２の通信デバイスの発光素子の後及び／又は前記受光素子の前に配設される光拡散防止用のレンズとを備えてなり、
前記第１の通信デバイスは、前記発光素子から出る光及び／又は受光素子に入る光の光軸に一致させた軸中心に回転し、前記第２の通信デバイスは前記光軸上に前記受光素子及び／又は発光素子を搭載して固定されてなることを特徴とする光近接空間伝送装置。
【請求項２】
前記発光素子から前記受光素子に向かう光の前記発光素子側のスポット径を前記回転による軸ずれ方向振動量より大きくすることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項３】
前記発光素子から前記受光素子に向かう光の前記発光素子側のスポット径を前記受光素子側のスポット径より大きくすることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項４】
前記情報データは、ベースバンド伝送されることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項５】
前記情報データの伝送速度は、２００Ｍｂｐｓ以上であることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項６】
前記発光素子は、レーザーダイオードであることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項７】
前記第１の通信デバイスは回転ドラムヘッド装置の回転側ドラム上に搭載された回転側基板であり、前記第２の通信デバイスは回転ドラムヘッド装置の固定側ドラムに接続された固定側基板であることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項８】
前記回転側基板上の発光素子及び／又は受光素子と、前記固定側基板上の受光素子及び／又は発光素子とを、光ファイバーにより結合し、
前記回転側基板または前記固定側基板上の発光素子及び／又は受光素子と前記光ファイバーとの間に光拡散防止用のレンズを設けることを特徴とする請求項１記載の光近接空間伝送装置。
【請求項９】
前記回転ドラムヘッド装置の回転側ドラムと固定側ドラム中に設けられる、回転側ドラムの回転軸受け用中空部を用いた光空間伝送を行うことを特徴とする請求項７記載の光近接空間伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光近接空間中で情報データを光伝送する光近接空間伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来までに広く普及している通信形態を根本的な性質にしたがって近距離通信、遠距離通信に分けてまとめると、図２５、図２６のようになる。この図２５、図２６からも分かるとおり、近距離通信及び遠距離通信は、物理形態によってそれぞれ接触方式と非接触方式という通信方式を持つ。各通信方式には、通信用途によって、長所、短所があり、通信方法を決定するに至っては、使用用途や周辺条件を見定めて決定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以下のような使用条件が定められている場合、すなわち、
（１−１）１対１、もしくは１対多の装置間の近距離通信であり、
（１−２）それぞれの装置は、通信するにあたって、接触することなく、
（１−３）それぞれの装置は、接触していない為、通信中に（ある範囲内で）移動、回転あるいは振動するが、その間も、上質な通信性能を保っており、
（１−４）通信速度は、２００Ｍｂｐｓ以上の、高速転送レートを実現し、
（１−５）通信を行うにあたって、周囲の電子回路や、電子機器等に与える影響が最小限であり、
（１−６）通信内容が傍受される可能性が出来るだけ低く、
（１−７）製造価格は安いほど良い。
【０００４】
という使用条件を満たさねばならない。このような場合、従来の技術では、図２５の枠５０１内にある方法で解決しなければならなかった。すなわち、使用条件の都合上、近距離通信であり、非接触方式を採用しなければならない（上記条件（１−１）、及び（１−２）より）。この条件で、２００Ｍｂｐｓ高速ディジタル信号を伝送するためには、電磁波通信（無線通信）、あるいは光近接空間伝送を用いる必要がある。
【０００５】
まず電磁波通信（無線通信）では、高速通信の条件を満たすことや、通信装置同士の位置関係の変動があったとしても比較的問題が少ないことは分かっている。しかし、問題は、電磁波通信である以上、さらに、２００Ｍｂｐｓ以上の高速転送レートであるため、通信波が、周辺の電子回路や周辺装置に、多少ならずとも影響を与えたり、あるいは、影響を与えられたりすることは避けられない。また、これを避けるためには、かなりのコストをかけて回路設計を行うとか、電磁シールド材を用いるなどの対策を講じなければならなかった。また、これは一番の問題点であるが、電磁波通信である以上、ある電力をもって電磁波が空間に放射されるため、第三者に傍受されることは避けがたい。出来る限り避けようとしても、結合部を電磁シールド材等で完全にシールドする必要があるが、上記条件（１−３）にある様に、それぞれの装置が移動、回転、あるいは振動するためには、可動部の完全密封は、条件（１−７）を考慮すると、かなり難しい問題となる。
【０００６】
一方、光近接空間伝送についてであるが、これは、電磁波通信でないため、第三者からの傍受という点では、電磁波通信とは比較にならないほど優れており、セキュリティーはかなり強いと言える。また、光を用いる為に、通信信号が電磁波と基本的に干渉し合わない。また、高速通信を行うことについても、通信用の半導体レーザーダイオードを用いることによって、レーザーを直接変調させて信号データを送る方法によっても数ＧＨｚから数１０ＧＨｚ程度は可能である。しかし一方でレーザー光は、その光の性質上、あるスポット径で発光した光線は殆ど広がることなく、また、光であるがゆえに直進性に優れている。そのため、電磁波通信方式と比較して、それぞれの通信デバイスの位置関係に関しては、かなり厳密な精度で制御がなされなければならない。
【０００７】
半導体レーザーダイオードは構造上、その他のガスレーザーなどとは違って、一般に発光したレーザー光は、ある一定の放射角度をもって広がってゆくとはいえ、電磁波通信とは比較にならないほど、光の届く範囲は限定される。したがって、伝送位置の制限は大きいといわざるを得ず、これが、光近接空間伝送を用いる場合の大きな問題点であった。
【０００８】
仮に上述した問題点が解決されたとしても、実際にデバイスとして使用する場合には、やはり種々問題がある。以下に例を挙げる。これらの例は近距離通信を何らかの方法で実現して、様々な装置に組み込み、使用している例である。
【０００９】
従来、回転体に搭載されている、あるいは回転体部分を搭載している各種制御ロボット、回転体に搭載されている計測器、ゲームのコントローラーなどで手によって回転させある種のコマンドを入力するゲーム器用コントローラーなど、固定しているものから軸中心に回転しているものへ、あるいは軸中心に回転しているものから固定側へ、各種の制御データの送信や回転部に与える電源供給を行うことがある。
【００１０】
この際、一般的に用いられる方法として、図２７に示すように、ブラシ１１と、そのブラシ１１に加わる一定の圧力を受けとめながら、軸中心に回転するスリップリング２１を用いる方法がある。ブラシ１１は固定側１０にあってブラシ固定部１２に固定されている。ブラシ固定部１２は固定台座１３上に設けられている。固定台座１３の下部には配線１４が接続されている。また、スリップリング２１は回転側２０にあって台座２３上に軸中心で回転するように配設されている。このスリップリング２１には、固定側１０のブラシ１１がある一定の圧力で、スリップリング２１に押しつけられたとき、ブラシ１１が接触する接触部２２が形成されている。台座５３の下部にも配線５４が接続されている。
【００１１】
しかし、このブラシ１１とスリップリング２１を用いた方法は、物理的に導電性の金属同士、ブラシ１１とスリップリング２１が接触しながら回転する必要があるため、以下のような短所がある。
【００１２】
すなわち、
（２−１）ブラシ１１、及びスリップリング２１の磨耗による短寿命、及び、磨耗及び磨耗粉やごみ等の付着による伝達信号の劣化。
（２−２）回転体の回転数が非常に高速な場合、上記の短い寿命が助長されると同時に、わずかな軸の周ぶれや、わずかなリングの変形により、ブラシ１１がジャンプし、伝達信号の欠落を招く。
【００１３】
この様なスリップリングとブラシの欠点を補うために、たとえば、特開平７−６５２８１号公報等の前提条件にあるような、電磁結合を原理とした回転体用トランスミッタがある。特開平７−６５２８１号公報に記載の発明は、回転体用トランスミッタの固定方法であって、回転体の歪み、振動、トルク、温度、加速度などの測定データを固定部に伝送し、表示する、回転体用テレメータシステムに使用されている回転体用トランスミッタについての発明である。このなかで、回転体用トランスミッタは、回転側から固定側へのデータ転送、及び、固定側から回転側への電力供給の方法として、電磁結合を原理とする方法をとっている。
【００１４】
このような電磁結合を原理とする方法を適用した電磁結合方式の基本構造を、図２８の電磁結合回転カプラーを例にして説明する。図２８（ａ）は平面を示し、図２８（ｂ）はＸ−Ｘ’からの断面を示す。電磁結合回転カプラー３０は、固定側本体３１と回転側本体３２とを僅かな空隙３３を介して対面させている。回転側本体３２は、コア３４ａからなり、コア３４ａの同心円状の溝にコイル３５ａが巻回しされている。また、固定側本体３１は、コア３４ｂからなり、コア３４ｂの同心円状の溝にコイル３５ｂが巻回しされている。回転側本体３２が軸中心に回転することにより、固定側本体３１との間で、コイル３５ａ、３５ｂを介して電磁結合し、データ転送が可能となる。
【００１５】
通常、この方法では、上述のスリップリングを用いた方法のような物理的直接接触がないため、スリップリングよりは上質なデータ転送が可能であるが、電磁結合を用いているがゆえ、以下のような欠点が見うけられる。
（３−１）　固定側本体３１と回転側本体３２は、あるわずかな空隙３３を介してコイル３５ａ、コイル３５ｂを対面させている。この空隙３３はμｍオーダーでの製造管理が通常必要である。なぜなら、この固定側本体３１から回転側本体３２への空隙３３の距離が、製造ばらつきや、回転することによる振動にて変化すると、伝送される信号の効率に大きな影響を与え、受信される信号の振幅変動が大きくなってしまうからである。この現象を回避するための、この、空隙３３をμｍオーダーで管理するには、従来から大変な工数と組みたて技術をもって対処されているが、とても経済的とはいえない。
（３−２）　電磁結合の原理を用いての方法なため、高周波数の信号を授受するには、伝送効率を考えたときに、周波数限界があることが一般的に知られている。現状では約１００ＭＨｚ程度までが周波数限界とされている。従って、転送レートにおのずと限界が出てきてしまう。
（３−３）　上記（３−２）の限界周波数以上の信号を送信したい場合、コイルを多チャンネル化し、パラレルに信号を伝送することを考えた場合、チャンネルが増えた分だけ伝送部の占有スペースが拡大すると同時に、各チャンネル間の相互結合（クロストーク）の影響が大きくなり、上質な信号伝送が難しくなる。特に、固定側から回転側へ、電磁結合による電源供給装置を併設するとなると、回転側の消費電力がとても大きい場合、コイルに与えられる交流電流量は大きくならざるを得ず、同じく電磁結合方式を利用しているデータ伝送部に、この電源電流が飛び込むことによって、伝送信号の劣化が著しくなってしまうことが考えられる。
【００１６】
また、特開平２００１−４４９４０には、回転光結合装置による、光を用いた伝送に関する技術が開示されている。この技術は、固定側、回転側に一組ずつの光送受信装置を設置しているが、配置する受信デバイスはほぼ回転中心軸の近くに配置し、送信デバイスも回転中心軸付近に、一定の条件（相手側受信デバイスに向けてある角度をもって設置する。また、固定側、回転側の送信デバイスどうしがぶつからず、しかもお互いの送信光が“出来るだけ干渉しない”という条件）にて装着する。これを実現する為に、「発光素子と受光素子の光軸を定める役目と、発光素子の不要光ビーム投射を制御する役目と受光素子への不用入射光を制限する役目を備えたケース」なるものが必要である。このデバイスを作るだけでも非経済的である上に、実はこの方式だと以下の点が短所となる。
（４−１）　送光素子がぶつからないようにする為には、回転側と固定側の隙間をそれ相応に大きくしなければならず、このシステム全体の小型化には不利である。
（４−２）　この前記「・・・・役目を持つケース」をとりつけた場合、送光素子がある一定の角度をもっているため、そのデバイスそのもののとりつけ精度がかなり厳密に要求されるだけではなく、固定側と回転側の隙間の精度もかなり要求されることになる。理由は、この高さ精度が狂うと、送信光の受光素子の受光部に到達する光のスポット位置が回転と平行な方向（軸と垂直な方向）へずれてしまい、受光部にあたる光の量が大きく変動してしまうことが考えられるからである。
（４−３）　また、前記「・・・・役目を持つケース」を“出来るだけ軸付近に”持ってくると、送光素子の角度はだんだん立ちあがって９０°近くとなる。このとき、一方の送光素子から発せられた光が軸中心付近にある受光素子にあたる際、受光部及びその周辺にある、受光素子に存在するわずかな凸凹等により光が散乱し、別のもう一方の受光素子に光が入光しやすくなってしまうことが考えられる。
【００１７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、光近接空間にて情報データを伝送するに際し、安価に効率良く、かつ高転送レートでの光伝送を可能とする光近接空間伝送装置の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光近接空間伝送装置は、前記課題を解決するために、光近接空間にて情報データを光伝送する光近接空間伝送装置であって、発光素子及び／又は受光素子を搭載している第１の通信デバイスと、前記第１の通信デバイスの発光素子からの光を受光する受光素子及び／又は前記第１の通信デバイスの受光素子へ光を発光する発光素子を搭載している第２の通信デバイスと、前記第１の通信デバイス及び／又は前記第２の通信デバイスの発光素子の後及び／又は前記受光素子の前に配設される光拡散防止用のレンズとを備えてなり、前記第１の通信デバイスは、前記発光素子から出る光及び／又は受光素子に入る光の光軸に一致させた軸中心に回転し、前記第２の通信デバイスは前記光軸上に前記受光素子及び／又は発光素子を搭載して固定されてなることにより前記課題を解決する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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が、先ず、本発明の基本となるいくつかの構成について説明する。
【００２０】
第１の基本構成は、図１に示す光近接空間伝送装置４０である。光近接空間伝送装置４０は、レーザ光を発光するレンズ付レーザダイオード（ＬＤ）４１を搭載する第１の通信デバイス（Ａ）４２と、第１の通信デバイス（Ａ）４２からの前記レーザ光を受光するレンズ付フォトダイオード（ＰＤ）４３を搭載する第２の通信デバイス（Ｂ）４４とを備え、ＬＤ４１とＰＤ４３とを数μｍ〜数ｃｍ程度のわずかな空隙４５を隔てて対面配置することによって１本の光路を形成し、第１の通信デバイス（Ａ）４２から第２の通信デバイス（Ｂ）４４へ２００Ｍｂｐｓ以上の高転送レートで情報データを伝送する。
【００２１】
ＬＤ４１の後、ＰＤ４３の前のどちらか、あるいは両方には光拡散防止用のレンズを備えている。また、ＬＤ４１からＰＤ４３に向かう光のＬＤ４１側のスポット径を、ＰＤ４３側のスポット径よりも、大きくし、軸ずれ方向振動量より大きくしている。
【００２２】
この光近接空間伝送装置４０は、１対１のデバイス（Ａ），（Ｂ）同士の近距離通信に用いられ、それぞれのデバイス（Ａ）、（Ｂ）は、通信するにあたって、接触することなく、接触しないうえ、通信中に所定の範囲で移動、回転、あるいは振動するが、その間も、上質な通信性能を保っている。
【００２３】
また、通信速度は、２００Ｍｂｐｓ以上の、高速転送レートを実現し、通信を行うにあたって、周囲の電子回路や、電子機器等に与える影響が最小限であり、通信内容が傍受される可能性が出来るだけ低く、製造価格は安いという使用条件を満たすものである。
【００２４】
次に、第２の基本構成について説明する。この第２の基本構成は、図２に示すように、第２の通信デバイス（Ｂ’）４４にＬＤ４１を搭載し、第１の通信デバイス（Ａ’）４２にＰＤ４３を搭載して、ＬＤ４１とＰＤ４３とを数μｍ〜数ｃｍ程度のわずかな空隙４５を隔てて対面配置した光近接空間伝送装置４０’である。
【００２５】
もちろん、この光近接空間伝送装置４０’も１本の光路を形成し、第２の通信デバイス（Ｂ’）４４から第１の通信デバイス（Ａ’）４２へ２００Ｍｂｐｓ以上の高転送レートで情報データを伝送する。
【００２６】
ここでも、ＬＤ４１の後、ＰＤ４３の前のどちらか、あるいは両方には光拡散防止用のレンズを備えている。また、ＬＤ４１からＰＤ４３に向かう光のＬＤ４１側のスポット径を、ＰＤ４３側のスポット径よりも、大きくし、軸ずれ方向振動量より大きくしている。
【００２７】
次に、第３の基本構成について説明する。この第３の基本構成は、図３に示す光近接空間伝送装置５０である。この光近接空間伝送装置５０は、レーザ光を発光するレンズ付ＬＤ５１を搭載して回転軸５６を中心に回転する第１の通信デバイス（Ａ）５２と、第１の通信デバイス（Ａ）５２からの前記レーザ光を受光するレンズ付ＰＤ５３を搭載して固定される第２の通信デバイス（Ｂ）５４とを備え、ＬＤ５１とＰＤ５３とを数μｍ〜数ｃｍ程度のわずかな空隙５５を隔てて対面配置することによって１本の光路を形成し、第１の通信デバイス（Ａ）５２から第２の通信デバイス（Ｂ）５４へ２００Ｍｂｐｓ以上の高転送レートで情報データを伝送する。
【００２８】
第１の通信デバイス（Ａ）５２は、回転軸５６を中心に回転するため、Ａ→Ｂへの光路において、図４に示すように、軸ずれ方向Ｚ、空間距離方向（光軸方向）Ｘ、軸折れ方向Ｙが振動することによる受信信号振幅の変動が生じる。この受信信号振幅の変動を、受信側の許容範囲以内に抑えこむため、この光近接空間伝送装置５０においても、ＬＤ５１の後、ＰＤ５３の前のどちらか、あるいは両方に光拡散防止用のレンズを備えている。また、ＬＤ５１からＰＤ５３に向かう光のＬＤ５１側のスポット径を、ＰＤ５３側のスポット径よりも、大きくし、軸ずれ方向振動量より大きくしている。
【００２９】
この光近接空間伝送装置５０は、１対１のデバイス（Ａ），（Ｂ）同士の近距離通信に用いられ、それぞれのデバイス（Ａ）、（Ｂ）は、通信するにあたって、接触することなく、接触しないうえ、通信中に所定の範囲で移動、回転、あるいは振動するが、その間も、上質な通信性能を保っている。
【００３０】
また、通信速度は、２００Ｍｂｐｓ以上の、高速転送レートを実現し、通信を行うにあたって、周囲の電子回路や、電子機器等に与える影響が最小限であり、通信内容が傍受される可能性が出来るだけ低く、製造価格は安いという使用条件を満たすものである。
【００３１】
次に、第４の基本構成について説明する。この第４の基本構成は、図５に示すように、固定側の第２の通信デバイス（Ｂ’）５４にＬＤ５１を搭載し、回転側の第１の通信デバイス（Ａ’）５２にＰＤ５３を搭載して、ＬＤ５１とＰＤ５３とを数μｍ〜数ｃｍ程度のわずかな空隙５５を隔てて対面配置した光近接空間伝送装置５０’である。
【００３２】
もちろん、この光近接空間伝送装置５０’も１本の光路を形成し、第２の通信デバイス（Ｂ’）５４から第１の通信デバイス（Ａ’）５２へ２００Ｍｂｐｓ以上の高転送レートで情報データを伝送する。
【００３３】
ここでも、ＬＤ５１の後、ＰＤ５３の前のどちらか、あるいは両方には光拡散防止用のレンズを備えている。また、ＬＤ５１からＰＤ５３に向かう光のＬＤ５１側のスポット径を、ＰＤ５３側のスポット径よりも、大きくし、軸ずれ方向振動量より大きくしている。
【００３４】
次に、前記第３の基本構成の光近接空間伝送装置５０の回路構成について図６を参照しながら説明する。種々の送信側デバイス５７からの送信データ信号は、第１の通信デバイス５２のインターフェース回路５２１に入る。このインターフェース回路５２１は、送信側デバイス５７の使用している電気信号規格を、ＬＤドライバ５２２に適した規格の信号に変換する。現状では、２００Ｍｂｐｓ以上の信号を扱う場合、信号規格は、差動伝送のＥＣＬを用いるのが一般的であるが、送信側デバイス５７がそうでない規格の信号である場合、ＬＤドライバ５２２に適したレベルに変換するためにある。たとえば、ＴＴＬレベルをＰＥＣＬレベル等に変換している。
【００３５】
インターフェース回路５２１によって適正レベルにされた送信信号は、ＬＤドライバ５２２に送られる。ＬＤドライバ５２２は、ＬＤ５１を駆動する為に、ＬＤ５１に依存する適正順方向バイアスを加えると同時に、送信信号に対応した、ＬＤ駆動電流を発生する。これらがＬＤ５１に加えられ、ＬＤ５１は送信信号に応じた光変調信号を発光し、光信号をレーザ光の形態で送信する。
【００３６】
第２の通信デバイス５４のＰＤ５３は、前記光信号を受信し、光電変換して、わずかな電流信号を生成し、トランスインピーダンスアンプ（Ｔｒａｎｓ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ＡＭＰ）５４１に送る。トランスインピーダンスアンプ５４１は、わずかな電流信号を増幅すると同時に、必要な周波数帯域制限等をおこなって、増幅した信号をインターフェース回路５４２に入力する。
【００３７】
インターフェース回路５４２では、第１の通信デバイス５２と第２の通信デバイス５４の距離関係の変動等で起きる、受信信号の振幅変動補正を行い、加えて閾値レベルを定めロジック判定が行われ、それと同時に、インターフェース回路５４２に接続される種々の受信側デバイス５８の信号規格にあったレベルの信号に変換する。変換された信号が受信側デバイス５８に送られる。
【００３８】
この光近接空間伝送装置５０は、前述したように、第１の通信デバイス５２、第２の通信デバイス５４が、移動、回転及び振動をすることが想定されている。このため、光学経路は、（５−１）光軸ずれ方向の振動、（５−２）発光素子と受光素子間の距離方向（空隙距離方向）の振動、（５−３）光軸折れ方向の振動を生じることを前提としている。この各振動の大きさは、本発明装置を搭載する装置の使用条件、要求されるスペックや設定コストにより、さまざまである。
【００３９】
そこで、光近接空間伝送装置は、前記（５−１）、（５−２）、（５−３）の各方向の振動を出来る限り吸収し、本装置を搭載する装置が許容できる範囲の受信信号の状態を維持できるように、光学系を設計する必要がある。
【００４０】
ここではいくつかの光学例と各例に適した振動や回転精度例についてとＡＧＣ回路付加について述べる。ここでは、本発明の光学設計手法を説明する。
【００４１】
先ず、前記光近接空間伝送装置５０の第１の通信デバイス５２に搭載するＬＤ５１の採用について説明する。
【００４２】
図７に、一般的な半導体レーザーダイオードの構造とＦＦＰ（ファーフィールドパターン）の様子を示す。図７（ａ）に示す、一般的に良く用いられる端面発光型のレーザーダイオードのＦＦＰは、図のように楕円となる。一方、図７（ｂ）に示す、比較的低価格で作成可能であり、しかもＦＦＰが真円となる通称“ＶＣＳＥＬ”と呼ばれる面発光レーザーがある。本発明例のように、光軸を中心に回転しながら、対向するＰＤに向かって光データを送信するような用途に適している。（もちろん、ＶＣＳＥＬ以外のＬＤでも実現可能である）。
【００４３】
次に、光送受信部光学設計例を説明する。この光送受信部光学設計例は、光の拡散を防止し、送受信効率を上げるために採られた具体例を挙げたものである。
【００４４】
送受信効率を上げるため、発光素子（ＬＤ）５１から出された光線を、コリメートレンズ等で集光させる方式等について述べる。これらのうちどのような方法を採用するかは、回転系の回転精度、及び、製造コストを考え合わせ、より適したものを採用するべきである。
【００４５】
図８にはタイプＡからタイプＣまでの設計例を、また図９にはタイプＤからタイプＦまでの設計例を、それぞれ通信効率、空間飛距離（空間伝送距離）、Ｘ軸対受光振幅、ＹＺ軸対受光振幅、適性、経済性の評価結果とともに示す。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図１０に示す通りである。
【００４６】
先ず、比較のため、単にＬＤとＰＤを、レンズを介さずに直接対抗させた場合をタイプＡとして説明する。この場合、ＬＤから出た光が放射角θをもって発散し、ＰＤ側もその発散光の集光するすべを持たないため、空間伝送距離は相当短く、また、通信効率の点からも良くない。従って、ＬＤ及びＰＤの距離が短ければ実現が可能かもしれないが、実際の使用は考えにくい。
【００４７】
そこで、以下のタイプＢ〜タイプＦの設計例を考えた。これらタイプＢ〜タイプＦは、特に光の拡散防止に用いる集光レンズの挿入の仕方、組み合わせを異ならせている。それぞれのタイプについて、使用条件を検討する。
【００４８】
タイプＢは、レンズ付ＬＤパッケージを用いた場合である。このとき、ＰＤパッケージにはレンズは付いていない。ＬＤより一定の放射角θにて拡散する光を、ＬＤパッケージ付属のレンズにてコリメートさせて、ＰＤに放射させる方式である。したがって、光軸方向の空間伝送距離（空間飛距離）の変化による、受信信号振幅変動は少ない。また、光軸方向ずれに関しても、ＬＤからレンズまでの距離で決まるスポット径の範囲であるなら、ほぼ受信信号の振幅変動は避けられる。また、ＰＤの受光部において結像しているわけではないので、やや効率は落ちるが、使用するレーザーによっては、焦点系光学設計でしばしば問題になる、レーザー戻り光によるノイズ発生や発光不安定発生を減らすことが出来る。
【００４９】
タイプＣは、ＬＤパッケージにはレンズを付けず、ＰＤパッケージにレンズをつけ、光を集光させＰＤ受光面に到達させる方式である。この方式では、ＬＤ発光面から光は一定の放射角θで広がりよってスポット径も広がる。そして、ＰＤ側では、その広がった光の一部分をレンズにより集光してＰＤに送る。この方法では、固定側と回転側の空間伝送距離を大きくすることにより、スポット径を大きくすることができる。したがって、回転体の光軸ずれ方向の回転精度が悪い場合でも対応できる方法である。一方、光軸方向の回転精度が悪い場合、すなわち光軸方向の空間伝送距離が変化すると、受信信号振幅がやや変動する。また、同時にＰＤ受光面に対して、基本的に結像しているので、効率は良いように思われるが、空隙距離を大きくし、ＬＤからの放射光の一部だけをＰＤが拾うため、実際の効率はそれほど高くはない。
【００５０】
タイプＤは、ＬＤより一定の放射角θにて拡散する光を、ＬＤパッケージ付属のレンズにて光をコリメートさせて、さらに、ＰＤパッケージにレンズをつけ、光をコリメートさせＰＤ受光面に到達させる方式である。この方法は、今まで述べたすべてのタイプの中で、最も送受信効率が高い方法であり、空間転送距離を長くせざるを得ない使用条件の場合に有力な方法である。かつ光軸方向空間距離変動を原因とする受信信号振幅変動も少ない方法である。光軸ずれ方向位置変動を原因とする受信信号振幅変動はやや発生する方法である。しかし、この方法は、ＬＤ及びＰＤパッケージのいずれにもレンズが付いているため、コストに関しては少々不利になる。
【００５１】
タイプＥは、タイプＤに類似しているが、ＬＤのスポット径の大きさを、ＰＤ受光レンズの大きさより、予測される光軸ずれ方向の振動量を加味し、充分大きくし、ＰＤ受光部では、その大きなスポット径の光から、一部分を取り出すという方式である。この方法ならば、光軸方向の振動、及び光軸ずれ方向の振動が起きても、受信信号の振動は原理的に殆ど発生しない。本実施の形態の光近距離空間伝送装置に用いるにあたって、受信信号の安定度、性能面では最も良好な方法である。但し、大きいスポット径の光のうち一部しかＰＤに入光しないため、効率に関しては不利であり、またコストに関しても少々不利である。
【００５２】
タイプＦは、ＰＤのスポット径の大きさを、ＬＤパッケージに付けているレンズの大きさより、予想される光軸ずれ方向の振動量を加味し、充分大きくする方法である。この方法ならば、光軸方向の振動、及び光軸ずれの方向の振動がおきても、受信信号の振動は原理的に殆ど発生しない。しかも、伝送効率に関しても良好である。従って本実施の形態の光近距離空間伝送装置に用いるにあたって、受信信号の安定度、性能面、効率の面から見て最も良好な方法である。しかし、コストに関しては少々不利である。
【００５３】
以上のタイプＢ〜タイプＦのうちどのような方法を採用するかは、回転系の回転精度、及び、製造コストを考え合わせ、より適したものを採用するべきである。
【００５４】
次に、一例として、上記タイプＣについて、光学特性を評価した実験データについて図１１を参照して説明する。これはあくまで、本発明に適合する光学系の一例であり、この光学系及びデータに限定されるものではない。これは、ＰＤとＬＤとを対向させ、光軸中央で、基準位置から空間伝送距離（Ｘ方向）を変えながら、受信信号の振幅をプロットしたもの（図１１（ａ）グラフ１）と、Ｘがある一定位置で、ＰＤの位置を光軸ずれ方向２方向（Ｙ及びＺ方向）に少しずつ動かし、受信信号の振幅レベルをプロットしたもの（図１１（ｂ）グラフ２）である。
【００５５】
ＬＤとＰＤの光軸方向の空間伝送距離と受信信号振幅の測定例を示す（グラフ１）より、基準点（Ｘ軸＝０ｍｍ）の点から、約０．９ｍｍの地点では、信号振幅レベルが、ほぼ一定である。したがって、実際に使用する系で、回転側の回転による振動のうち、光軸に平行な成分が、約０．９ｍｍ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ）であるならば、ＬＤ−ＰＤ素子間の距離を、このグラフのＸ＝０．４５ｍｍ程度に配置すれば、振幅変動が極力少ない高品質な光空間伝送が行えることになる。
【００５６】
次に、ＬＤとＰＤの光軸ずれ方向（Ｙ及びＺ方向）位置と受信信号振幅の測定例を示す（グラフ２）について、（グラフ１）により求まった最適点Ｘ＝０．４５ｍｍにて、光軸ずれ方向に動かして、殆ど信号レベルに変化が無い範囲の幅を求めると、Ｙ方向≒１６０μｍ、Ｚ方向≒１４０μｍであった。したがって、実際に使用する系で、回転側の回転による振動のうち、光軸に平行な成分が、約０．９ｍｍ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ）であり、光軸ずれ方向成分については、≒１５０μｍ（ｐｐ）以内であれば受信信号の振幅変調が極力少ない、高品質な光空間伝送が行えるといえる。
【００５７】
次に、前記第３の基本構成や、第４の基本構成からなる光近接空間伝送装置を適用した具体例として、回転光カプラー装置（電磁結合電源伝送併用タイプ、スリップリング電源伝送併用タイプ）について図１２〜図１６を参照して説明する。この例では、前記第３の基本構成の光近接空間伝送装置５０でいうところの第１の通信デバイス５２である回転部からのデータ信号を第２の通信デバイス５４である固定部に送信するという前提で説明を進める。逆の場合、すなわち、第２の通信デバイス５４である固定部からの信号を回転部である第１の通信デバイス５２に伝送する場合に関しては、固定部と回転部の回路基板にある機能のうち、電源伝送以外の伝送信号部分の機能、及び発光素子、受光素子の位置が第４の基本構成に示したように入れ替わる。
【００５８】
先ず、回転光カプラー６０の各部分ごとに説明をする。回転光カプラー６０としての部分は、図１２中のモーター７１と、その上部にあるギヤ７２、そして回転物固定台７３を除いた部分である。つまり、この回転光カプラー６０は、回転部６１と固定部６２とからなる。
【００５９】
固定部６２の台座６２１は、シャーシ６００を固定し、また、固定部本体６２２を固定している。固定部本体６２２には基板固定具（固定側）６２３を介して回路基板６２４が固定されている。回路基板６２４の中央には受光素子６２５が配置されている。受光素子６２５の受光面の上方には、対向して、わずかな空隙をはさんで後述する回転部６１の発光素子６１１が配置されている。
【００６０】
発光素子６１１は回転部本体６１２に基板固定具６１３を介して配置されている回路基板６１４の中央に配置してある。
【００６１】
回転部本体６１２の中央には、中空軸６１５が固定してあり、この中空軸６１５には軸受け６１６が配置され、軸受け６１６はシャーシ６００に固定されている。中空軸６１５の中の中空部６１７には回転部の基板６１４から出ている、送信するべき信号、及び、固定側から伝送され、整流、平滑処理をされ、一定電圧となった電源が導線６１８により導かれている。また、固定部の回路基板６２４からは、受信された信号が固定部本体、及び台座にあいている穴を通して、固定部配線６２６を通じて出されている。
【００６２】
また、固定部本体６２と回転部本体６１の外側円周方向にわたって溝が形成されており、その溝にそって固定部電磁結合伝送部（コア）６２７ａ、回転部電磁結合伝送部（コア）６１９ａが配置されてあり、そのコアの中に、平面状に巻いてあるコイル６２７ｂ、６１９ｂが配置されている。
【００６３】
そして、図のように、回転部６１に外部から回転力を与えるモータ７１及び回転力を伝えるギヤ７２を取り付けると、回転部６１はモータ７１の駆動力に応じて自在に回転運動を行うことができ、しかも、必要とされる電源も固定部６２より供給され、回転部６１で発生する信号も高品質で固定部に供給することが可能な、回転光カプラー６０が構築できる。
【００６４】
また、固定部の台座６２１、シャーシ６００、固定部本体６２２、回転部本体６１２を鉄などの磁場に影響を与える金属製のものとすると、電磁結合伝送のために、周囲に発生する磁界を遮蔽でき、回転光カプラー６０の外部に磁束が漏れ，周辺の回路に与える影響を少なくすることができる。
【００６５】
次に、図１３を用いて回転光カプラー６０の回路構成及び動作を説明する。
【００６６】
この例では、第１の通信デバイスである回転部（回転光カプラー回転側）６１からのデータ信号を、第２の通信デバイスである固定部（回転光カプラー固定側）６２に送信するという前提で述べる。逆の場合、すなわち、固定部６２からの信号を回転部６１に伝送する場合に関しては、固定部６２と回転部６１の基板にある機能のうち、電源伝送以外の伝送信号部分の機能が、固定部６２と回転部６１の該当部分が入れ替わり、発光素子（ＬＤ）６１１、受光素子（ＰＤ）６２５の位置が入れ替わる。
【００６７】
前記送信側デバイスに相当するパラレル伝送データ部より、複数本の回転側パラレル伝送データ（図中では合計４本）ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，ＤＡＴＡ３，基準クロックが回転部６１に入力される。回転部６１の光伝送用符号処理回路８１は、前記複数本のパラレル伝送データに、後の光伝送による信号の劣化等を考慮し、光伝送に適したビットパターンを作成するための冗長ビットの追加、受信側（固定部６２）でのクロック再生が容易になるようなパターン変換等の光伝送用符号処理を施し、符号処理後の回転側パラレル伝送データＩｎＤＡＴＡ１，ＩＮＤＡＴＡ２，ＩＮＤＡＴＡ３，ＩＮＤＡＴＡ４を得る。この符号処理後の回転側パラレル伝送データはパラレル−シリアル変換器８２によりパラレル−シリアル変換される。するとパラレル−シリアル変換部８２は、１本のシリアル信号を出力する。
【００６８】
パラレル−シリアル変換部８２が出力する、このときの信号クロック周波数は回転側パラレル伝送データのビット倍以上の速度となる。すなわち、例えば１００ＭＨｚクロックで同期している５本のパラレル信号が入力されるとすると、５００ＭＨｚ以上のクロック信号で同期するシリアル信号となる。この信号がＬＤドライバ８３に入力され、ＬＤを駆動させるのに充分な変調電流を増幅作成し、ＬＤ（送信側）６１１を点滅発光させる。この点滅している光が、わずかな空隙の間を空間伝送し、固定部６２の受光素子（ＰＤ）６２５に入力される。
【００６９】
固定部６２のＰＤ６２５により、光信号は電流信号に変換され、ＰＤ−ＡＭＰ（トランスインピーダンスアンプ）９１にて増幅され、その後のロジック回路を動作させるために必要なだけの電圧変調信号となる。また、アンプに一定の周波数特性を持たせて、不要帯域の信号やノイズ成分を除去し、ディテクター９８にて閾値レベルの設定及びロジック判定がなされ、この信号がシリアル−パラレル変換回路９２に入力され、シリアル信号から、パラレル信号用クロック（Ｉｎ　ｃｌｏｃｋ）が再生復元されると同時に、シリアル信号がパラレル信号ＩｎＤＡＴＡ１，ＩＮＤＡＴＡ２，ＩＮＤＡＴＡ３，ＩＮＤＡＴＡ４に変換される。このパラレル信号は、光伝送用復号処理回路９３に入力され、元のビット数のパラレル信号ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，ＤＡＴＡ３に変換される。以上の過程を経て、伝送するべきデータ信号が回転部６１側から固定部６２側に伝送される。
【００７０】
このとき、回転部６１の発光素子６１１として、実際に、通信用８５０ｎｍ発光レーザーを、固定部６２の受光素子６２５としてＧａＡｓのＰＤを用い、約３ｍｍの空隙を介して、約１Ｇｂｐｓ（ＮＲＺ）のベースバンド通信を光空間転送により行った時の、受信側シリアルデータのアイパターンを図１４に示す。ＬＤ及びＰＤには、光の発散を抑え、ＰＤ受光面に効率良く光が入光するようにした前述の光学系が作られている。
次に、固定側本体６２２から回転側本体６１２へ、電磁結合方式によって電源を供給する方法について、図１３に基づいて述べる。まず電源用交流発生器９４により、交流信号を発生させ、電源用ドライバ９５により最適な電流量を回転電磁結合カプラ１００に供給する。最適電流量、発生周波数、ならびに発生波形形状は、回転電磁結合カプラー１００の固定側１０１および回転側１０２のコイルのインダクタンス、コイルの周辺に配置されているコアの材料特性及び形状に依存する結合係数、及び、空間結合を行うため、回転精度に見合った固定側と回転側空隙の距離に応じた結合係数、回転側に搭載される装置の電源消費量（負荷）により、最適なように調節、及び決定する。
【００７１】
回転電磁結合カプラー１００で電磁結合により送信された交流信号は整流・平滑回路８４を経て直流電源となり、定電圧回路８５により、回転側に搭載される装置、及び回転光カプラーの回転部６１側にある各回路素子、すなわち光伝送用符号処理回路８１、パラレル−シリアル変換部８２、ＬＤドライバ８３等に必要とされる電源電圧に調節されて回転側各部へ電源供給部８６から供給される。このようにして、固定部６２側から回転部６１側への電源供給が行われる。
【００７２】
回転部６１は、回転操作パネル７４を用いたオペレータの操作に応じたモータコントローラ７５の制御によって駆動されるモータ７１からの回転駆動力に応じて自在に回転運動を行う。
【００７３】
なお、固定部６２側から回転部６１側への電源伝送を上記の電磁結合方式で行う他に、スリップリングにて行う場合の構造の詳細図を図１５に示す。スリップリング方法は、既に図２７を用いて説明した構成である。すなわち、軸中心に回転するスリップリング２１にブラシ１１を一定の圧力により押しつけることにより、配線６２６を介して固定部６２側から回転部６１側へ送信された電圧信号は、ノイズ除去フィルターを経て、定電圧回路８５により、回転側に搭載される装置、及び回転光カプラーの回転部６１側にある各回路素子、すなわち光伝送用符号処理回路８１、パラレル−シリアル変換部８２、ＬＤドライバ８３等に必要とされる電源電圧に調節されて回転側各部へ電源供給部８６から供給される。このようにして、固定部６２側から回転部６１側への電源供給が行われる。
【００７４】
他の構成については前記図１２に示したものと同様であり同符号を付して説明を省略する。また、動作についても図１３を用いて説明を準用できるのでここでは省略する。
【００７５】
なお、上記図１１を用いて説明した測定法にて定められた範囲を超えて、さらに、この光学系を用いなければならないような場合について説明する。すなわち、回転による振動によって、上記許容範囲を超えることにより、信号振幅が変動し、その変動が要因となって、正しく信号が受信できない状態である。
【００７６】
このような場合は、図１６に示す様に、ＰＤ６２５の後段にあるプリアンプ９１の後段に、ＡＧＣ回路９６を付加することにより、ある程度の回復は見込める。但し、このＡＧＣ回路９６が回転による振動の周波数に追従でき、しかも、ＡＧＣ回路入力前の信号振幅が、小さすぎず、必要なＳ／Ｎ比を満たしている必要がある。
【００７７】
次に、前記第１の基本構成や、第２の基本構成からなる光近接空間伝送装置を使用した具体例について説明する。
【００７８】
先ず、図１７は、本発明を応用的に利用したシステムである、高速通信機能付き携帯情報端末装置（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、及びＰＤＡ端末用クレードル（Ｃｒａｄｌｅ）の外観等を示している。
【００７９】
ＰＤＡは、一般的なＰＩＭ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）機能である、電子スケジュール管理、電子アドレス帳、電子メモ帳、行動リスト管理などの機能を実行する各アプリケーションソフトを例えばＲＯＭ内に格納している。
【００８０】
ＰＤＡ端末本体１１０は、上部側にＬＣＤからなる表示画面１１１を有している。下部側には例えば予定表ボタン、アドレス帳ボタン、Ｔｏ　Ｄｏボタン、メモ帳ボタン等を有する操作部１１２を設けている。また、内部には、付属メモリがバスを介して接続されたＣＰＵ並びにそれぞれバスを介して接続された表示部、文字認識部、音声認識部、通信部などを有する。さらに、ＰＤＡは、スピーカ、撮像部を備え、マイクロホンも設けている。また、ヘッドホン端子、ライン入力及び出力端子が設けられている。よって、音声の出力、入力や、撮像による画像の取り込みなども実行できる。さらに、ＩＥＥＥ１３９４端子や、ＵＳＢ端子を備えている。もちろん、モデムを搭載しており、インターネットに接続することもできる。
【００８１】
ＰＤＡ端末本体１１０の底部１１３の面１１３ａにはＰＤＡ充電のためのＰＤＡ側充電用導電端子（−）１１４、ＰＤＡ側充電用導電端子（＋）１１５、光近接通信デバイス受光部１１６、光近接通信デバイス送信光発光部１１７を備える。
【００８２】
ＰＤＡ端末用クレードル１２０には、クレードル側充電用導電端子（−）１２１、クレードル側充電用導電端子（＋）１２２、光近接通信デバイス送信光発光部１２３、光近接通信デバイス受光部１２４、電源コンセントコード１２６、及びデータ信号線１２５が内蔵、及び付属している。
【００８３】
ＰＤＡ端末本体１１０を、ＰＤＡ端末用クレードル１２０に装着すると、クレードル側充電用導電端子（−）１２１とＰＤＡ側充電用導電端子（−）１１４が、またクレードル側充電用導電端子（＋）１２２とＰＤＡ側充電用導電端子（＋）１１５が密着して、充電が行われる。これと同時に光近接通信デバイス送信光発光部１２３と光近接通信デバイス受光部１１６、光近接通信デバイス受光部１２４と光近接通信デバイス送信光発光部１１７が対向し、わずかな空隙を挟んで配置されるようになっている。すなわち、ＰＤＡ１１０をクレードル１２０に装着する状態で、本発明の光近接通信デバイス２組が通信可能な状態になる。この状態でＰＤＡ１１０が存在するとき、充電が行われると同時に、２組の本発明の光近接通信デバイスによって、ＰＤＡ１１０とクレードル１２０間の双方向の通信が可能となる。
【００８４】
この例で前記第１の基本構成、第２の基本構成の光近接空間伝送装置を使用することによって、ＰＤＡ１１０とクレードル１２０からなるシステムは以下の利点を得る。すなわち、ＰＤＡ本体１１０をクレードル１２０に納めるときに生じる、メカ位置ずれによる、通信不良が起きにくい。また、通信は２組のＬＤ＆ＰＤによって行われるため、電磁波を用いての通信とは異なり、電磁波による周辺電子機器への影響は少なく、同時にデータの傍受はされにくい。また、各組それぞれ２００Ｍｂｐｓ以上の転送レートで、双方向の通信が可能となる。
【００８５】
次に、前記第３の基本構成や、第４の基本構成からなる光近接空間伝送装置を用いた回転光カプラーを応用したシステムについて説明する。
【００８６】
図１８に、本発明を応用的に利用したシステムである、回転型監視ＶＴＲカメラシステム１３０の構成を示す。この回転型監視ＶＴＲカメラシステム１３０は、データ信号を近接光空間伝送で、電源供給を電磁結合方式によって送信するタイプの回転光カプラーを用いた応用システム例である。
【００８７】
回転型監視ＶＴＲカメラシステム１３０は、図１８に示すように、ビデオカメラ本体１３１と、ビデオカメラレンズ部１３２と、本発明の回転光カプラー回転部６１と、本発明の回転光カプラー固定部６２と、回転力供給用モータ７１と、設置台１４０と、回転コントロールボックス１４１、得られた映像を見るためのディスプレー１４２より構成される。
【００８８】
図１９には、ビデオカメラ本体部１３１、回転光カプラー回転部６１、回転光カプラー固定部６２、モータ７１の接続関係を示す。なお、本システムの回転光カプラー部分、つまり回転光カプラー回転部６１と、回転光カプラー固定部６２の詳細な構成図と、その周辺部品の配置は図１２、図１３に示した回転光カプラー６０の詳細図に順ずる。
【００８９】
図１９において、回転光カプラー回転部１３３の上に乗っているビデオカメラ本体部１３１のビデオカメラレンズ部１３２には、被写体の映像が入ってくる。この映像光をＣＣＤ受光面１３３に結像させることにより、電気信号に変換する。この信号を色調整やノイズ除去等、各種の映像信号処理を映像信号処理部１３４にておこなう。処理された信号は出力インターフェイス部１３５にて、例えば、映像の各色情報と同期信号やフレーム信号を合成させ、基準クロック信号ともにディジタルＶＴＲ出力信号として、合計４本のパラレルデータ信号（図中のＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２、ＤＡＴＡ３、基準クロック）として、回転光カプラーの回転部６１側のデータ信号入力部に接続される。その後の光回転カプラー６０内部で行われる信号伝送については、既に図１３を用いて詳しく説明しているためここでは省略する。
【００９０】
固定側に伝送されたディジタルＶＴＲ信号は、ディジタルＶＴＲ信号を、通常のテレビモニターに入力できる形のアナログ信号に変換する“ＶＴＲ信号変換器”を通じて、テレビモニターに接続される。
【００９１】
回転台に載っているビデオカメラ本体部１３１に用いられる電源は、電源として外から与えられるものであり、回転光カプラー６０の固定部６２側に供給され、回転光カプラー固定部６２側の電源交流発生器９４により発生した交流信号が、回転電磁結合カプラー１００の電磁結合により回転部６１側に送られ、回転部６１側の整流・平滑回路８４にて整流、平滑され、定電圧回路８５によって一定レベルのＤＣ電圧となり、電源供給部８６を介してビデオカメラ本体部１３１に供給される。
【００９２】
カメラが載っている回転部６１の回転制御は、回転操作パネル７４上の、回転及び停止制御、回転方向制御、回転速度制御の為のスイッチを、人間が操作することにより成される。回転操作パネル７４は操作され決定した情報を、適切な電気信号に変え、モーターコントロール部７５に送る。モーターコントロール部７５は受け取った電気信号をモーター制御するのに適した信号に変換し、モーター７１を制御する。
【００９３】
以上の様にして、回転するカメラの捕えた映像が、ディスプレイ１４２に写し出される。
【００９４】
また、既に詳述した、電源供給用にスリップリング併用型を用いたタイプの構成も図２０に示す。軸中心に回転するスリップリング２１にブラシ１１を一定の圧力により押しつけることにより、配線を介して固定部６２側から回転部６１側へ送信された電圧信号は、ノイズ除去フィルター８７を経て、定電圧回路８５により、一定レベルのＤＣ電圧となり、電源供給部８６を介してビデオカメラ本体部１３１に供給される。回転光カプラーの部分の動作は同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００９５】
以上に説明したように、本実施の形態の光近接空間伝送装置は、１対１、もしくは１対多の装置に対し、それぞれの装置が接触することなく数μｍ〜数ｃｍ程度のわずかな距離だけ離れており、しかも使用目的によって限定される範囲で移動、回転、あるいは振動が通信中に行われ、通信転送レートが２００Ｍｂｐｓ以上であり、周囲の電子回路や電子機器に与え、あるいは与えられる影響が最小限であり、通信内容が傍受される可能性がとても低いという、とても厳しい通信条件を、安い価格で実現できる。
【００９６】
また、軸中心に回転している物体に固定側がらデータを送る、あるいは回転側から固定側にデータを送るという形態をもつあらゆる使用用途に対して、電源供給方法として、導体接触方式（スリップリング）や、電磁結合方式を併設することにより、データ信号伝送は光で行われるため、クロストークなどの影響を受けずに、２００Ｍｂｐｓ以上の高品質なデータ通信を、提供することができる。
【００９７】
また、それぞれの通信装置へのデータ転送が非接触でおこなわれるため、各装置が使用目的によって限定される範囲を移動、回転、あるいは振動などで位置関係が変るようなことがあっても、従来の接触式伝送方法と違い、接点が疲弊、磨耗して劣化することがなくなる。
【００９８】
次に、前記第３の基本構成や、第４の基本構成からなる光近接空間伝送装置の他の適用例として、図２１〜図２４を参照して回転ドラムヘッド装置１５０について説明する。
【００９９】
従来、ヘリカルスキャンテープ磁気記録において、記録信号の回転ヘッドへの伝達又は再生信号の回転ヘッドからの伝達は、電磁結合方式を用いるロータリートランス（以下ＲＴ）が用いられている。
【０１００】
ヘリカルスキャンテープ磁気記録においては、今後ますます高転送レート化が期待されているが、高転送レート化のためには、一般的に、回転ヘッドの回転数を上げることが考えられる。これにより磁気テープに対する相対速度を上げることができる。しかし、ＲＴ方式では、転送可能周波数の限界（〜約１００ＭＨｚ）があり、相対速度を上げるにも限界がある。また、高転送レート化のためには、回転ヘッドに搭載するヘッドの数を増やすことも考えられる。しかし、ＲＴのｃｈ数が多くなり、ＲＴ自身が物理的に大きくなるので、ドラムが大きくなり、現行及び将来の商品にそぐわない。また、ＲＴ自身の物理的な大きさの問題を克服するためには、ＲＴの各ｃｈ間を狭める必要があるが、ＲＴが電磁結合方式であるためｃｈ間クロストークが増大することになる。また、各ヘッド間、及びＲＴヘッド間のクロストークが増大する。
【０１０１】
そこで、この図２１に示す回転ドラムヘッド装置１５０は、光伝送ＲＴを搭載した、光伝送ドラムの形態を採る（以下、光伝送回転ドラムヘッド装置１５０という）。この光伝送回転ドラムヘッド装置１５０は、回転側ドラム１５１と、固定側ドラム１７１と、セット搭載記録再生コントロール基板１８１と、光ファイバー１９０とからなる。
【０１０２】
回転側ドラム１５１には、回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５２が搭載されている。また、回転側ドラム１５１には、記録信号受信用レンズ付受光素子１５３と、再生信号送信用レンズ付発光素子１５４が、回転軸と光軸を一致させて配設される。また、回転側ドラム１５１には、磁気ヘッド１５５が設けられている。また、電力パワー伝送用のロータリートランスの回転側も設けられている。
【０１０３】
固定側ドラム１７１には、電力パワー伝送用のロータリートランスの固定側１７２が設けられている。回転側ドラム１５１と固定側ドラム１７１の内部には、回転軸を含む位置に、中空軸受け（光空間転送スペース）１６０が設けられている。
【０１０４】
セット搭載記録再生コントロール基板１８１には、パラレル−シリアル変換部や、アンプや、パワー用信号ジェネレータが設けられている。また、セット搭載記録再生コントロール基板１８１には、記録信号送信用レンズ付発光素子及びファイバ結合コネクタ１８２と、再生信号受信用レンズ付受光素子１８３も設けられている。
【０１０５】
光ファイバー１９０は、セット搭載記録再生コントロール基板１８１に設けられた記録信号送信用レンズ付発光素子及びファイバ結合コネクタ１８２に結合され、前記発光素子によって発光された光をコリメーターレンズ付ファイバーコネクタ１９１を介して回転側ドラム１５１の記録信号受信用レンズ付受光素子１５３に導く。また、回転側ドラム１５１の再生信号送信用レンズ付発光素子１５４から発光された送信光をコリメーターレンズ付ファイバーコネクタ１９２を介してセット搭載記録再生コントロール基板１８１に設けられた再生信号受信用レンズ付受光素子１８３に導く。
【０１０６】
また、セット搭載記録再生コントロール基板１８１の前記パワー用信号ジェネレータで発生された交流電圧はパワー信号配線部１９５を介して固定側ドラム１７１に供給される。
【０１０７】
上述したような構成の光伝送回転ドラムヘッド装置１５０の記録、再生、電源供給動作について以下に説明する。
【０１０８】
先ず、記録動作について説明する。セットに固定された記録再生コントロール基板１８１のパラレル−シリアル変換部により各チャンネルの記録信号がシリアル信号に変換され、記録信号送信用レンズ付発光素子及びファイバ結合コネクタ１８２内部の発光素子により変調光が光ファイバー１９０に入光する。反対側のファイバー端にはコリメーターレンズが装着されており、コリメート光が回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５２基板内に配置されているレンズ付き受光素子１５３に入光する。するとその変調光はドラム上の記録再生コントロール基板１５２内で光電変換され、適当な電圧レベルに増幅され、フィルターにより波形成形がなされた後、ディテクターにより閾値レベルが定められ、ロジック判定が行われ、その後パラレル信号に変換され各ｃｈに送られる。そして記録アンプにより記録電流を流し、各ｃｈの磁気ヘッド１５５に伝わる。磁気ヘッド１５５からでた磁束により、テープに磁気パターンが記録される。
【０１０９】
次に、再生動作について説明する。磁気ヘッド１５５によりテープの磁化パターンが電流信号となり、回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５２内の再生ヘッドアンプにより最適な電圧レベルに信号増幅される。また、磁気記録特性に付随して起こる信号特性変化をイコライジング回路でイコライズし、符号処理回路にてエラー等を訂正するための符号処理を施す。その後、光伝送するために、各ｃｈの信号をパラレル−シリアル変換部にてシリアル信号に変換し、発光素子ドライバーにより発光素子を駆動できる電流信号へと変換し、レンズつき発光素子１５４より中空軸受け１６０に向かい光信号が発光される。軸受け１６０内を光が伝送し、コリメーターレンズ付ファイバコネクタ１９２から光ファイバー１９０に光が入光し、光ファイバー１９０内を光が伝わり、再生信号受信用レンズ付受光素子１８３に入光し光電変換され、セット搭載記録再生コントロール基板１８１上のアンプにより信号を電圧信号とし、電圧レベルを最適化し、フィルターにより波形整形がなされた後、ディテクターにより閾値レベルが定められ、ロジック判定が行われた後、シリアル−パラレル変換部によりパラレル信号に変換を行い、各ｃｈの再生信号とする。
【０１１０】
次に、電源供給動作について説明する。セット搭載記録再生コントロール基板１８１の中にあるパワー用信号ジェネレータより発生する交流電圧はパワー信号配線部１９５を通り固定側ドラム部１７１に供給される。そして、パワー信号は、固定側ドラム１７１からロータリートランス内固定側１７２にドラム内部で供給される。供給された信号はロータリートランス回転側に電磁結合され、回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５２に伝達される。伝達されたパワー信号は、基板１５２内にある整流回路、及び定電圧回路を通すことにより、直流定電圧電源となり、基板１５２上の各電子回路部品に電源として供給される。
【０１１１】
次に、固定側ドラム１７１にパワー信号配線部１９５を介してパワーを供給し、さらに回転側ドラム１５１上に設けられた記録再生コントロール基板１５２に記録光を供給し、記録再生コントロール基板１５２から再生光を供給されるセット搭載記録再生コントロール基板１８１と、記録再生コントロール基板１５２の詳細な構成、動作について説明する。
【０１１２】
先ず、セット搭載記録再生コントロール基板１８１について説明する。この基板は、大きく分けて、パワー供給（Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ）部２００、記録コントロール（Ｗｒｉｔｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）部２１０、再生コントロール（Ｒｅａｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）部２２０という３つの機能部からなる。
【０１１３】
パワー供給部２００は、ロータリートランスを通して回転ドラムの回転側１５１に電源を与えるためのものである。パワーロータリートランス用交流発生器＆ドライバ２０１は、パワーロータリートランス用交流を発生すると共に、パワーロータリートランス２０２を駆動する。パワーロータリートランス用交流発生器＆ドライバ２０１の発生波形は矩形波、台形波、正弦波等の交流である。この信号がロータリートランス２０２に送られる。発振周波数及び振幅電圧、電流等は、ロータリートランス２０２の巻き線の太さ、巻き状態、巻き状態、空隙の大きさ、コア材料及び回転側での消費電力等により、その系での効率の良い状態に決定される。
【０１１４】
記録コントロール部２１０は、セットよりヘッド各ｃｈに送られてきた記録されるべき信号（ｃｈＡ　Ｗｒｉｔｅ，ｃｈＢ　Ｗｒｉｔｅ，ｃｈＣ　Ｗｒｉｔｅ，ｃｈＤ　Ｗｒｉｔｅ）を変調し、記録信号送信用レンズ付発光素子及びファイバ結合コネクタ１８２内の発光素子２１４から発光するための処理を行う。このとき、セットからはシステムクロックが送られてくる。光伝送変調器２１１は、前記記録信号（ｃｈＡ　Ｗｒｉｔｅ，ｃｈＢ　Ｗｒｉｔｅ，ｃｈＣ　Ｗｒｉｔｅ，ｃｈＤ　Ｗｒｉｔｅ）を前記システムクロックを基に光伝送用変調する。この系を実現するのに最適な光伝送用変調がかけられる。また、同時に、エラーコレクション用Ｂｉｔの追加等が行われる。次に送信処理（Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）回路のパラレル−シリアル変換部により多ｃｈのパラレル信号がシリアル信号にされてから、ＬＤドライバ２１３に送られる。このＬＤドライバ２１３にて発光素子２１４の駆動電流が作成され、発光素子２１４が発光し、変調パターンに従って点滅する。
【０１１５】
次に、再生コントロール部２２０について説明する。この再生コントロール部２２０は、回転ドラム搭載記録再生コントロール基板１５２から送られてきた再生用光信号を受信して復調するためのものである。回転ドラム搭載記録再生コントロール基板１５２の発光素子１５４から送られてきた光信号を再生信号受信用レンズ付受光素子１８３の受光素子２２１にて光電変換し、変換された電流をアンプ２２２にて最適電圧レベルまで増幅し、フィルター２２３により、波形の成形を行い、ディテクター２２６により閾値レベルが定められ、ロジック判定を行い、受信処理（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）回路２２４に送る。この受信処理回路２２４にてシリアル信号がパラレル信号に復元され、の光伝送用復調器２２５に送られ、復調（とエラー訂正処理）が行われる。復調された各ｃｈの再生信号はパラレルのデータ（ｃｈＡ　Ｒｅａｄ，ｃｈＢ　Ｒｅａｄ，ｃｈＣ　Ｒｅａｄ，ｃｈＤ　Ｒｅａｄ）に戻され、セットに送られる。なお、フィルタ２２３で受けたシリアル信号から復元されたクロックは光伝送復調回路２２５及び、セットに戻される。
【０１１６】
次に、回転ドラム搭載電子回路基板１５２について説明する。この基板も、大きく分けて、パワー供給（Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ）部、記録コントロール（Ｗｒｉｔｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）部、再生コントロール（Ｒｅａｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）部という３つの機能部からなる。
【０１１７】
パワー供給部について説明する。パワーロータリートランス２０２から電磁結合された結果、ドラムヘッド固定側１７１から交流信号が伝送されてくる。この信号を整流・平滑回路及び定電圧回路２３１にて一定電圧の電源とし、基板上の各電子回路素子に供給する。
【０１１８】
記録コントロール部は、セット（固定）側より送られてきた記録用光信号を受光素子２４１によって光電変換し、電気信号とする。これをアンプ２４２により最適電圧レベルまで増幅し、フィルター２４３により、波形の成形を行い、ディテクター２４９により閾値レベルが定められロジック判定を行い、受信処理（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）回路２４４に送る。受信処理回路２４４は、シリアルデータをパラレルに変換して光伝送復調回路２４５に供給する。光伝送復調回路２４５は、信号を復調（及びエラー訂正）する。その結果、各ｃｈ用の記録信号に戻され、磁気記録符号化処理回路２４６に送られ、（及びエラーコレクション用のｂｉｔが追加され）磁気記録チャネルに適切するように符号化処理される。その後各記録ヘッドアンプ２４７に信号が送られて増幅され、各記録ヘッド２４８が増幅された電気信号を磁気信号に変化させ、テープに磁化パターンを形成する。
【０１１９】
再生コントロール部では、テープに形成されている磁化パターンを各再生ヘッド２５１が再生電気信号に変換し、各再生アンプ２５２により最適な電圧レベルまで増幅される。そして、磁気記録復号化処理回路２５３によって、磁気記録に最適な符号系列になっていた信号を復元（及びエラー訂正）する。次に光伝送用変調回路２５４を通して、（エラーコレクション用ｂｉｔを追加し）光伝送に最適な変調処理が行われる。続いて送信処理（Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）回路２５５によって多ｃｈパラレル信号をシリアル信号に変換し、発光素子ドライバー２５６で発光素子２５７を駆動させ、発光素子２５７が発光点滅し光信号が発生される。なお磁気記録復号化処理回路２５３により復元された再生クロックは最適化され、光伝送変調回路２５４及び送信処理回路２５５に送られ、光データ送信基準クロックとして用いられる。
【０１２０】
次に、この回転ドラムヘッド装置１５０における、光学系について詳細に説明する。図２３には、記録時、再生時における光学系の構成を示す。
【０１２１】
記録時においては、図２３（ａ）に示すように、セット搭載記録再生コントロール基板１８１に設けられた発光素子（ＬＤ２１４）とレンズからなる記録信号送信用レンズ付発光素子及びファイバー結合コネクタ１８２から発光された光が、光ファイバー１９０を通り、コリメーターレンズ付ファイバーコネクタ１９１を介して、空間伝送（右斜め上がりの→で示す）され、回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５１上に設けられたレンズと受光素子（ＰＤ２４１）からなる記録信号受信用レンズ付受光素子１５３に入る。
【０１２２】
再生時においては図２３（ｂ）に示すように、回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５１上に設けられた発光素子（ＬＤ２５７）とレンズからなる再生信号送信用レンズ付発光素子１５４から発光された光が、中空軸受け（光空間転送スペース）を空間伝送（右斜め上がりの→で示す）され、コリメータレンズ付ファイバコネクタ１９２を介して光ファイバー１９０に導かれ、セット搭載記録再生コントロール基板１８１に設けられたレンズと受光素子（ＰＤ２２１）からなる再生信号受信用レンズ付受光素子１８３に入る。
【０１２３】
よって、この回転ドラムヘッド装置１５０においては、固定側のセット搭載記録再生コントロール基板１８１と、回転側の回転ヘッド搭載記録再生コントロール基板１５１との間で、近距離空間伝送を行っているといえる。
【０１２４】
なお、セット搭載記録再生コントロール基板１８１は、図２２に示したように、固定側ドラム１７１の一部という認識でここまでの説明を進めてきた。
【０１２５】
図２４には、前記図２３に示した光学系の他、回転ドラムヘッド装置１５０に適用可能な光学系の具体例を示す。
【０１２６】
基本的には、発光素子部（レンズを含んでも良い）と受光素子部（レンズを含んでも良い）を突き合わせた、タイプＡによって近距離空間伝送が可能である。ここで、発光素子部は回転部又は固定部のいずれに設けてもよい。もちろん、受光素子部も前記発行素子部に合わせて固定部又は回転部のいずれにもうけてもよい。
【０１２７】
また、タイプＢとしては、発光素子に光ファイバー（ＰＯＦ）を結合させ、その反対端（レンズを含んでも良い）を受光素子の受光部（レンズを含んでもよい）の近接位置まで持っていき受光部に近距離空間伝送を行う構成がある。このタイプでも発光素子部、受光素子は回転部又は固定部のいずれに設けてもよい。
【０１２８】
また、タイプＣとしては、受光素子に光ファイバー（ＰＯＦ）を結合させ、その反対端（レンズを含んでも良い）を発光素子の発光部（レンズを含んでもよい）の近接位置まで持っていき発光部と近距離空間伝送を行う構成がある。このタイプでも発光素子部、受光素子は回転部又は固定部のいずれに設けてもよい。
【０１２９】
また、タイプＤとしては、発光素子（レンズを含んでもよい）、及び受光素子（レンズを含んでも良い）にそれぞれ光ファイバー（ＰＯＦ）の片方端を結合固定させ、それぞれの反対端を突き合わせ、近距離空間伝送を行う構成がある。このタイプでも発光素子部、受光素子は回転部又は固定部のいずれに設けてもよい。
【０１３０】
なお、回転ドラムヘッド装置１５０は、回転側ドラム１５１と固定側ドラム１７１中に設けられる、回転側ドラムの回転軸受け用中空部１６０を、再生時はもちろん、記録時にも光空間伝送に用いることもできる。
【０１３１】
以上に説明した回転ドラムヘッド装置１５０は、光近接空間伝送装置を備えるために、伝達信号がヘッド及びヘッドアンプ等に与える悪影響、つまりクロストーク及び飛び込みノイズなどを低減することができる。
【０１３２】
また、搭載ヘッド数が多くなっても（従来ロータリートランスの様に）伝送部が大きくならず、小型で高転送レートが可能となる。
【０１３３】
また、従来のＲＴでは、約１００ＭＨｚ／ｃｈが限界であったが、それ以上の高転送レートを実現できる。
【０１３４】
また、ヘッド記録再生アンプ、変調処理、エラー訂正機能等を搭載できるため、質の高い記録再生信号が得られ、記録再生の性能を向上することができる。
【０１３５】
また、一般光通信用途と比較して伝送距離が微少でよいため、発光素子の省電力化を達成でき、かつ簡単な光学系で実現可能なため、経済的である。
【０１３６】
また、発光部及び受光部にコリメーターレンズを使用することにより光学位置決めがラフで済むため、製造工程を削減でき経済的である。
【０１３７】
また、光ファイバーを引き回して光を受光素子（発光素子）のそばまでもって行けるため、製品を作る際の配置自由度が増すことになる。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明に係る光近接空間伝送装置は、第１の通信デバイス及び／又は第２の通信デバイスの発光素子の後及び／又は前記受光素子の前に光拡散防止用のレンズを配設し、かつ第１の通信デバイスを、前記発光素子から出る光及び／又は受光素子に入る光の光軸に一致させた軸中心に回転させ、前記第２の通信デバイスを前記光軸上に前記受光素子及び／又は発光素子を搭載して固定してなるので、光近接空間にて情報データを伝送するに際し、安価に効率良く、かつ高転送レートでの光伝送を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光近接空間伝送装置の第１の基本構成を示す図である。
【図２】光近接空間伝送装置の第２の基本構成を示す図である。
【図３】光近接空間伝送装置の第３の基本構成を示す図である。
【図４】軸ずれ方向を示す図である。
【図５】光近接空間伝送装置の第４の基本構成を示す図である。
【図６】第３の基本構成の光近接空間伝送装置の回路構成図である。
【図７】発光素子に使う半導体レーザーを説明するための図である。
【図８】各種光学系の設計例を示す図である。
【図９】各種光学系の設計例を示す図である。
【図１０】軸ずれ方向を示す図である。
【図１１】ＬＤとＰＤの光軸方向の空間伝送距離と受信信号振幅の測定例を示す図である。
【図１２】電磁結合電源伝送併用タイプ回転光カプラー装置の断面図である。
【図１３】電磁結合電源伝送併用タイプ回転光カプラー装置の回路図である。
【図１４】受信側シリアルデータのアイパターンを示す図である。
【図１５】スリップリング電源伝送併用タイプ回転光カプラー装置の断面図である。
【図１６】電磁結合電源伝送併用タイプ回転光カプラー装置の他の回路図である。
【図１７】高速通信機能付き携帯情報端末装置（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ：ＰＤＡ）、及びＰＤＡ端末用クレードル（Ｃｒａｄｌｅ）からなるシステムの構成図である。
【図１８】回転型監視ＶＴＲカメラシステムの概略構成図である。
【図１９】回転型監視ＶＴＲカメラシステムのブロック回路図である。
【図２０】回転型監視ＶＴＲカメラシステムの他のブロック回路図である。
【図２１】回転ドラムヘッド装置の外観図である。
【図２２】回転ドラムヘッド装置のブロック回路図である。
【図２３】回転ドラムヘッド装置の光学系を示す図である。
【図２４】回転ドラムヘッド装置に適用可能な他の光学系を示す図である。
【図２５】近距離通信の形態を説明するための図である。
【図２６】遠距離通信の形態を説明するための図である。
【図２７】電源供給を行うスリップリングとブラシを示す図である。
【図２８】電磁結合回転カプラー装置の平面及び断面図である。
【符号の説明】
１　光近接空間伝送装置、４１　レンズ付ＬＤ、４２　第１の通信デバイス、４３　レンズ付ＰＤ、４４　第２の通信デバイス、５０　光近接空間伝送装置、５１　レンズ付ＬＤ、５２　第１の通信デバイス、５３　レンズ付ＰＤ、５４　第２の通信デバイス
【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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【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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