(57)【要約】【課題】本発明では、光源から受光素子へ直接光が飛び込むクロストークを防止することを目的とする。【解決手段】本発明に於いては、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの受光素子と、該光源からの投光光束を入射出ポート方向に透過又は反射すると共に、該入射出ポートから入射した受光光束を該受光素子側へ反射又は透過する光束分離手段とを有する光学系において前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも一つの受光素子は、前記光束分離手段に対して同じ側に位置する構成としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの受光素子と、該光源からの投光光束を入射出ポート方向に透過又は反射すると共に、該入射出ポートから入射した受光光束を該受光素子側へ反射又は透過する光束分離手段とを有する光学系において
前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも一つの受光素子は、前記光束分離手段に対して同じ側に位置することを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光空間伝送装置、等の通信装置に用いられ、光源からの光を相手装置側へ投光し、相手装置側からの光を受光素子へと導く光束分離手段を有する光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、特許文献１に見られる、従来技術を表す図である。
【０００３】
図中、１は光源、２と３は受光素子、１１０は、光源１を発した光を図示していない相手装置側へ反射すると共に、相手装置からの光を受光素子２および３側へ透過する光束分離手段を施した面１１１を有するプリズムである。１２０は、面１１１を透過した相手装置からの光を受光素子２または６へと導くためのプリズムである。
【０００４】
光空間伝送装置全体の機能を光の進行方向に合わせて説明する。
【０００５】
光源１を発した光は、まず、コリメートレンズ１０３によりほぼコリメートされ、プリズム１１０に入射する。次に１１１面に施された光束分離手段によりビームエキスパンダ１４０側に反射され、プリズム１１０を入射出ポート１１２から射出する。さらにビームエキスパンダ１４０によりビームを広げて、図示しない相手装置に向け自装置を射出する。
【０００６】
相手装置から届いた光は、ビームエキスパンダ１４０を逆に透過し、入射出ポート１１２からプリズム１１０に入射し、光束分離面１１１を透過してプリズム１２０に入射する。入射した光の一部は、１２２面に施されたハーフミラーにより、受光素子２の方向に反射し、レンズ１０２により集光されて受光素子２に到達する。一方ハーフミラーを透過した光は、プリズム１３０を通って射出し、レンズ１０３にて集光されて受光素子６に到達する。
【０００７】
光源１と受光素子２は、これらのプリズムを介して、相対する位置関係となっている。そのため、プリズム１２０には、光軸１０５と平行な平行部１２１を設けている。
【０００８】
この平行部１２１の働きは、光源１から発した光が、受光素子２に入射することを防ぐことである。つまり平行部１２１の距離Ｚを長く取ることにより、太い破線１５０で示すように、光源１から発した光は、受光部２に入射することが無くなるのである。これによりクロストークを防止出来る。
【０００９】
【特許文献１】
特許３３３９０１４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来例に於いては、クロストークを防止するため、平行部１２１を設ける必要があり、プリズム１２０は、その分大型になってしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いては、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの受光素子と、該光源からの投光光束を入射出ポート方向に透過又は反射すると共に、該入射出ポートから入射した受光光束を該受光素子側へ反射又は透過する光束分離手段とを有する光学系において
前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも一つの受光素子は、前記光束分離手段に対して同じ側に位置する構成としている。
【００１２】
それによって、光源から受光素子へ直接光が飛び込むクロストークを防止することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、光空間伝送装置に適用した実施例を用いて本発明の投・受光装置について説明する。
【００１４】
（第１の実施例）
図１は、本発明の実施例１の説明図である。
【００１５】
１はレーザーダイオード光源（以下ＬＤ）、２はＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を使った受光素子、３は光源を発した光を略平行とするコリメートレンズ、４は略コリメートされた光を受光素子２に集光するレンズ、本実施例１では、３と４は同一レンズである。
【００１６】
４０は、凸レンズ４１と凹レンズ４２からなるビームエキスパンダ、１０は光源からの光をビームエキスパンダ４０側へ反射して相手装置へ光を偏向すると共に、ビームエキスパンダ４０から入射した相手装置からの光を受光素子側へ透過する光束分離手段を１２面に施した第一のプリズム（以下１２面を光束分離面と称す）。２０は、光束分離面１２と貼合する面２１とほぼ平行な面２２を有するプリズムである。
【００１７】
光空間伝送装置全体の機能を光の進行方向に合わせて説明する。
【００１８】
光源１を発した投光光束は、まず、コリメートレンズ３によりほぼコリメートされ、プリズム１０に入射する。次に１２面に施された光束分離手段によりビームエキスパンダ側に反射され、プリズム１０を入射出ポート１１から射出する。さらにビームエキスパンダ４０によりビームを広げて、図示しない相手装置に向け自装置を射出する。
【００１９】
相手装置から届いた受光光束は、ビームエキスパンダ４０を逆に透過し、入射出ポート１１からプリズム１０に入射し、光束分離面１２を透過してプリズム２０に入射する。入射した受光光束は、２２面で受光素子２側に全反射し、レンズ４により集光されて受光素子２に到達する。
【００２０】
光束分離面１２に施されている光束分離手段について説明する。本実施例では光源１にＬＤを使用しているため、それから発する投光光束は、一方向に非常によく偏光されている。その偏光比は、数百：一となることもある。そのため、光束分離手段１２としては、偏光を利用した分離が高い分離効率が得られるので、実施例でもダイクロイック膜を利用した偏光分離を行っている（以下偏光分離膜）。
【００２１】
光源１を発した投光光束の電場の振動方向（偏光方向）は、光束分離面のＳ成分方向と一致するように配置している。このため、原理上は、光源１から発した投光光束を１００％反射するが、光源や偏光分離膜の偏光比が、完全な一方向の偏光（無限：一）でなかったり、光源１の偏光方向と偏光分離膜との角度がずれていたりして、実際上は僅かながらも透過成分が生じている。このように漏れた自装置の光が自装置の受光素子２に直接的に飛び込んだ場合は、ノイズ成分となり通信に大きな支障を与える。
【００２２】
第一の実施例では図１に示すように、光源１と受光素子２をプリズム１０とプリズム２０に対して、同じ側に配置する構成を取っている。そのため、光源１を発し、偏光分離膜から漏れた自装置の光が直接的に受光素子２に飛び込むことを防止できる。そして、従来例に示す平行部１２１のような部分を必要としないため、プリズム部を小型にすることが可能である。
【００２３】
また、プリズム２０の偏光分離膜に対して光源１と反対側に位置する壁面（第３の面）、つまり偏光分離膜から漏れた光があたる面には、漏れた光が間接的に受光素子に飛び込まない措置を施している。例えば、反射防止コーティングをしたり、擦りガラス状にし、光学塗料を塗るなどしたりすることなどが考えられる。このようにすることで、漏れた光をトラップすることが出来る。
【００２４】
次に第一の実施例で使用した構成要素について、他に考えられる構成等について以下に示す。
【００２５】
プリズム２０の二つの面２１と２２はほぼ平行としているが、設計的に平行とすることで、プリズムの加工時には、高精度の平行平板を加工できる両面ラップ盤と言われる研削機械を使うことが出来る。これにより二つの面を一度の工程で、高精度に研磨可能となる。平行平板状に二つの面を研磨した後、他の面を研磨することで、プリズムとすることが出来る。そのため、一面一面を研磨していかなければならない、平行部を持たないプリズムと比較して、加工費を安くできる利点を持たせられる。
【００２６】
光源１には、ＬＤの他、ＬＥＤなどの光源を利用することなども考えられる。その場合、光源だけでは、高い偏光比が得られないため、光源１と光束分離手段１２との間に偏光子を設けて、光束分離手段１２に偏光分離膜を使用したり、自装置と相手装置の光源の発光波長を変えて、光束分離手段に波長分離膜を使用したりすることが考えられる。
【００２７】
この他、図３に示すように、一度レンズ８（例えばボール状レンズ）を使ってファイバー９に光を取り込み、ファイバー９の反対側端面を光源１とすることも可能である。ファイバー９に偏波面保存タイプを使えば、偏光を利用した光束分離手段をそのまま使える。
【００２８】
受光素子２では、ＡＰＤの他、ＰＩＮフォトダイオードなども考えられる。また、一度、ファイバーに取り込み、図２と逆の経路を使って受光素子に取り込むことも考えられる。
【００２９】
偏光分離手段（光束分離手段１２）としてダイクロイック膜を使った偏光分離膜だけでなく、微細構造体を利用したものであっても何ら支障はない。
【００３０】
コリメートレンズ３、４を使って、プリズム内を通る光束をコリメート光としているが、偏光分離手段の角度依存性が許容できるならば、必ずしもコリメートする必要はない。当然ながら３と４の二つのレンズは、同じものである必要はなく、場合によっては、どちらか一方、あるいは両方のレンズが無いことも考えられる。
【００３１】
光束分離手段１２を設ける位置についても、本実施例では面１２としたが、面２１に施すことも考えられる。
【００３２】
（第２の実施例）
図３は、本発明の実施例２の説明図である。
【００３３】
第１の実施例と同じ構成物には、同一の符号を用いている。第１の実施例からの変更点は、受光素子６、第三のプリズム７０、三つ目のコリメートレンズ７が増えたことと、第二のプリズムの形状を変えたことである。
【００３４】
受光素子２は、相手装置が発した光を受光し、それに載せられている主信号成分を取り出す機能を受け持つＡＰＤである。そして、受光素子６は、相手装置の光がどの方向から入射しているかを検知するための位置検出用の受光素子、たとえば、４分割フォトダイオード（ＱＰＤ）などである。
【００３５】
プリズム６０とプリズム７０は、面６２に於いて貼合されている。また、面６２の貼合部には、ハーフミラー等により、二つの受光素子２と６に光が分配されるようにしている。プリズム７０は、面６２を透過した光を受光素子６へと導く役目をし、コリメートレンズ７は、プリズム７０を射出した光を受光素子６に集める機能を受け持っている。
【００３６】
第二のプリズム６０の形状は、第１の実施例に使用したプリズム２０の面２３と角度の異なる面６３を有している。面６３は、光源の光軸５１に対して、垂直な面ではなく、角度を持たせている。
【００３７】
光空間伝送装置全体の機能を光の進行方向に合わせて説明する。
【００３８】
投光については、第一の実施例と同じであるが、改めて説明すると、光源１を発した光は、まずコリメートレンズ３によりほぼコリメートされ、プリズム１０に入射する。次に１２面に施された光束分離手段によりビームエキスパンダ側に反射され、プリズム１０を入射出ポート１１から射出する。
【００３９】
さらにビームエキスパンダ４０によりビームを広げて、図示しない相手装置に向け自装置を射出する。
【００４０】
次に受光についてである。相手装置から届いた光は、ビームエキスパンダ４０を逆に透過し、入射出ポート１１からプリズム１０に入射し、光束分離面１２を透過してプリズム６０に入射する。入射した光の一部は、６２面に施されたハーフミラーにより、受光素子２の方向に反射し、レンズ４により集光されて受光素子２に到達する。一方ハーフミラーを透過した光は、プリズム７０を通って射出し、レンズ７にて集光されて受光素子６に到達する。
【００４１】
第二の実施例に示すような位置検出用の受光素子６を用いる構成は、相手装置からの光が自装置に入射する方向を検知し、自装置の検出位置と共に自装置が発する光の方向を実時間で補正し、より微少な光を受光するような装置に見られる。このような装置を使うことで、より長い距離の光通信を行うことが目的である。
【００４２】
このような装置では、相手装置からの光が、伝送媒体である空気の吸収などの影響により、非常に強度の低下した、微少な光を扱うため、自装置のクロストークもその光に影響を与えないほど小さくする必要がある。したがって第一の実施例の様に主に光源からの直接的な光が受光素子に飛び込むことを防止するだけでは、不十分な場合がある。
【００４３】
第二の実施例では、プリズム６０の面６３（第三の面）は、反射防止コーティングをしたり、擦りガラス状にし、光学塗料を塗るなど、偏光分離膜から漏れた光が間接的に受光素子に飛び込まない措置を施すと共に、光源の光軸５１に対して、垂直な面ではなく、角度を持たせている。これにより、図中８０の太い破線で示す、反射光の強度分布が強い正反射成分の方向の光が、受光素子２や６に飛び込まない方向とすることが出来る。また、面６３は、投・受光機能に寄与しない面であるが故に、光源からの光が入射する面１２や相手装置からの光が受光素子２に射出する面６４などと、平行である必要は全くない。
【００４４】
これにより、光源１と主信号検出用の受光素子２をプリズム１０、６０に対して同じ側に配置する構成とすることで、第一の実施例で説明したように、プリズム部（面１１からプリズム７０の射出面に至る長さ）を小型に保ったまま、第二の実施例のプリズム６０の形状とすることで、クロストークの防止に関してより大きな効果を得ることが出来る。
【００４５】
なお、実施例２において受光素子２を信号を取り出す素子であるＡＰＤ、受光素子６を相手装置からの光の入射方向を検出する素子であるＱＰＤとしたが、この配置が反対であっても良い。
【００４６】
（第３の実施例）
図４は、本発明の実施例３の説明図である。
【００４７】
第２の実施例同様、前述している実施例１と同じ構成物には、同一の符号を用いている。第二の実施例との相違点は、プリズム６０がプリズム９０に変更になったことである。
【００４８】
プリズム９０の面９３（第四の面）は、ほぼ平行な二つの面９１と９２に対して、ほぼ９０度の角度を成している。また、プリズム７０をプリズム９０に貼り合わせる部位の外側に、投・受光機能には寄与しない部位９２’を有している。
【００４９】
光空間伝送装置全体の機能は、第二の実施例と同じである。
【００５０】
第三の実施例に於いて、プリズム９０の面９３と９２´で示す部位に、反射防止コーティングをしたり、擦りガラス状にし、光学塗料を塗るなど、偏光分離膜から漏れた光が間接的に受光素子に飛び込まない措置を施している。第二の実施例では面６３の角度を、正反射成分の方向の光が、受光素子２や６に飛び込まない方向となるように設定したが、面９３は、その正反射成分の方向の光が、９２’で示す部位に向くように設定した。これにより、偏光分離膜から漏れた光をトラップする面を簡単な構成で、複数の面とすることが出来る。結果、第二の実施例より更に大きなクロストーク防止効果が得られる。
【００５１】
次に、面９３を、ほぼ平行な二つの面９１と９２に対して、ほぼ９０度の角度とした理由について説明する。第一の実施例で説明したように、面９１と面９２をほぼ平行とすることで、プリズムの加工時には、平行平板研磨加工にて、二面を一度の工程で、高精度な研磨が可能となる。第一および第二の実施例では、その後、相手装置からの光を受光素子２に射出させるための面を研磨する。更にこれらとは別に、面２３や面６３の角度を出す加工が必要があった。
【００５２】
しかしながら、いずれに於いても、平行平板研磨加工を行うにあたって、材料の粗取りが、必要である。面９３を、ほぼ平行な二つの面９１と９２に対して、ほぼ９０度の角度とすることで、この粗取りで形成された面をそのまま使うことが可能となり、クロストーク効果を高めると同時に、工数削減によるコストダウン効果も得ることが出来る。
【００５３】
［本発明の実施態様］
本発明の様々な例と実施形態が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【００５４】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００５５】
［実施態様１］
少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの受光素子と、該光源からの投光光束を入射出ポート方向に透過又は反射すると共に、該入射出ポートから入射した受光光束を該受光素子側へ反射又は透過する光束分離手段とを有する光学系において
前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも一つの受光素子は、前記光束分離手段に対して同じ側に位置することを特徴とする光学系。
【００５６】
［実施態様２］
前記光学系は、第一のプリズム及び第二のプリズムを含む少なくとも２つのプリズムを有し、前記光束分離手段は、第一のプリズムと第二のプリズムの貼合部に設けられており、
前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも一つの受光素子は、第一のプリズム及び第二のプリズムに対して同じ側に位置する実施態様１記載の光学系。
【００５７】
［実施態様３］
前記光学系が有する受光素子は、位置検出用素子と主信号検出用受光素子を含み、前記光源と前記主信号検出用受光素子は、前記光束分離手段に対して同じ側に位置する実施態様１又は実施態様２記載の光学系。
【００５８】
［実施態様４］
第二のプリズムは、第一のプリズムと貼合される第一の面と第一の面と平行な第二の面を有する実施態様２又は実施態様３記載の光学系。
【００５９】
［実施態様５］
第二のプリズムは、第一の面に対して前記光源と反対側に位置する第三の面が前記投光光束の光軸に対して垂直でない実施態様２〜４のいづれか一項記載の光学系。
【００６０】
［実施態様６］
第二のプリズムは、第一の面に対して光源と反対側に位置する第三の面が第一のプリズムの投光光束が入射する第四の面に対して平行でない実施態様２〜５のいづれか一項記載の光学系。
【００６１】
［実施態様７］
第二のプリズムは、第一の面に対して光源と反対側に位置する第三の面が第二のプリズムの第一の面及び第二の面の両面に対して、９０度の角度を成す実施態様２〜６のいづれか一項記載の光学系。
【００６２】
［実施態様８］
実施態様１〜７のいづれか一項記載の光学系を備えた光空間伝送装置。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源と受光素子を、光束分離手段を有するプリズムに対して同じ側に配置した構成とすることで、光源から発した光が、直接的に受光素子に飛び込むことを防止出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に関する要部断面図
【図２】光源とファイバの結合を示す要部断面図
【図３】本発明の第二の実施例に関する要部断面図
【図４】本発明の第三の実施例に関する要部断面図
【図５】従来例に関する要部断面図
【符号の説明】
１  光源
２、６  受光素子
３、４、７  レンズ
１０  第一のプリズム
１１  入射出ポート
２０、６０、９０  第二のプリズム
４０  ビームエキスパンダ
１１０  第一のプリズム
１２０  第二のプリズム
【図１】
2004312596.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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