(57)【要約】【課題】レーザ光源から放射されるレーザ光を拡散光として、その放射方向を高速で調整できる、小型、ローコストの機構を有する光送信器を提供する。【解決手段】送信のためのレーザ光のビーム径を所定のビーム径に拡大して送信する光送信器であって、情報で変調したレーザ光ａを放射する光源１と、入射するレーザ光ａを拡散光ｃに変換するディフューザ７と、光源１とディフューザ７との間に配置され、且つレーザ光ａをディフューザ７に導くための開口部１０を有し、ディフューザ７から出射する拡散光ｃをレーザ光ａの進行方向に反射するパラボラ状の反射膜８と、反射膜８から反射した拡散光ｃを、前記所定のビーム径の平行光である通信光ｄに変換して出射するレンズ９と、光源１と反射手段８との間に配置され、光源１から出射するレーザ光ａを反射して、反射膜８の開口部１０を介してディフューザ７に照射する角度可変ミラー３を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信のためのレーザ光のビーム径を所定のビーム径に拡大して送信する光送信器であって、
情報で変調したレーザ光を放射する光源と、
入射する前記レーザ光を拡散光に変換するディフューザと、
前記光源と前記ディフューザとの間に配置され、且つ前記レーザ光を前記ディフューザに導くための開口部を有し、前記ディフューザから出射する前記拡散光を前記レーザ光の進行方向に反射するパラボラ状の反射手段と、
前記反射手段から反射した前記拡散光を、前記所定のビーム径の平行光である通信光に変換して出射する光学手段と、
前記光源と前記反射手段との間に配置され、前記光源から出射する前記レーザ光を反射して、前記反射手段の前記開口部を介して前記ディフューザに照射する第２の反射手段を設けたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
請求項１に記載の光送信器であって、
前記光送信器から送信される通信光を受信する光受信器から出射する、当該光受信器の受信可能を示すパイロット光を受光する受光手段と、
前記第２の反射手段の方向を変えて前記通信光の出射方向を微調整するための調整手段とを有することを特徴とする光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光送信器に係り、特に、光無線伝送システムに用いられ、情報によって変調された光を、光源より放射された光よりも大きな光束で且つ平行光である通信光として所定の目標（光受信器）に放射するときに、その放射方向の微妙な調整を小型の装置構成で高速に行うのに好適な光送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像情報を光無線で伝送する光無線伝送システムが検討されている。
図７に示す光無線伝送システム３０は、レシーバユニット３１と、光送信器４０と、光受信器３２と、プラズマディスプレイパネル（以下、単にＰＤＰともいう）３３から構成される。
【０００３】
レシーバユニット３１と光送信器４０とは有線で接続されている。光受信器３２は有線でＰＤＰ３３に接続されている。光送信器４０と光受信器３２とは、離れて設置されている。
レシーバユニット３１は、映像ソース３４に接続されており、映像信号が供給される。光送信器４０は、レシーバユニット３１から供給される映像信号を、変調したレーザ光（通信光）に変換し光受信器３２に放射する。光受信器３２は、受光した光を電気信号に変換して、ＰＤＰ３３に出力する。ＰＤＰ３３は、電気信号を復調して、映像を表示する。
【０００４】
ここで、光受信器３２は、その存在を知らせるために、パイロット光を必要に応じて放射する。光送信器４０は、そのパイロット光を検出して、光受信器３２の位置を検出し、レーザ光（通信光）をその放射方向に向けて調整して、光受信器３２に放射する。
【０００５】
高速で高効率な光無線伝送を実現するためには、光送信器４０より放射する光としては、レーザダイオード等から放射するレーザビームを用いるのが好適である。平行度の高い光束であるレーザ光は、外気等の影響を受けにくく、ノイズに強い。
しかし、光送信器４０から放射されるレーザ光は高いエレルギー密度を有するので、光送信器４０と光受信器３２の間を通過する人の目に、直接照射されると障害が起きる。このような障害が起きることを防止するために、レーザ光を空間に放射するときは、国際規格ＩＥＣ６０８２５−１に定められた範囲にすることが必要であり、これにより安全性が確保される。
目に対する安全性を確保し、且つ劣化のないレーザ光を放射できる光送信器として以下のものがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
図８は、従来例の光送信器を示す構成図である。
従来例の光送信器４０は、レーザダイオード１と、光学系４及び受光素子５より構成される。レーザダイオード１から放射されるレーザ光ａ０は反射膜８に設けられている開口部１０よりレンズ９に入射し、レンズ９の中央部に設けられたディフューザ７にオフフォーカスで到達し、拡散光ｃ０となって反射する。拡散光ｃ０は、レンズ９のレーザダイオード側の面に形成されたパラボラ状の反射膜８によって反射され、レンズ９によって、平行光である通信光ｄ０として出射される。反射膜８は、レンズ９の一方の凸面上に形成しておいても良い。
【０００７】
通信光（拡散光）ｄ０は、レーザ光ａ０より光束が広がったものであるが、エレルギーは保持している。この通信光ｄ０は、拡散しているので、仮に人間の目に照射されたとしても、障害を引き起こすことなく高い安全性を有する。
この通信光ｄ０の光束は例えば直径２０ｍｍ程度である。
【０００８】
【非特許文献１】
パブロ・ベニテッツ（Ｐａｂｌｏ  Ｂｅｎｉｔｅｚ）他８名，”Ｅｙｅ−ｓａｆｅ  ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ｆｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧ  ＯＦ  ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｖ，（ＵＳ），ＳＰＩＥ−Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，平成１４年７月３０日、４８７３号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光無線伝送システムにおいては、光送信器４０から、目標（光受信器３２）に向けて、正確に通信光ｄ０を放射する必要がある。そのため、光送信器４０は、光受信器３２から放射されるパイロット光ｅを、受光素子５で受光し、パイロット光ｅの光軸方向を検出して、このパイロット光ｅの光軸方向に通信光ｄ０の光軸が一致するように調整する。
【００１０】
光軸の調整は２段階に分かれる。まず、光送信器４０を設置する際には、大まかに、放射される通信光の方向が光受信器３２の方向に向くように、光送信器４０を配置する。
次に、光受信器３２から放射されるパイロット光ｅを検出して、その光軸方向に向くように、通信光ｄ０の光軸方向を微妙に調整する。この調整は、図示しない、光送信器４０の全体を２軸の周りに回転できる機構を制御しておこなわれる。
【００１１】
しかし、光送信器４０全体を回転させるためには、大きなパワーを有するアクチュエータが必要であり、それには例えばステッピングモータ、それに付随する伝達機構（ギア等）、筐体などが必要であり、全体のサイズが大きくなってしまい、光送信器の大型化及びコストアップをまねくという問題がある。
【００１２】
そこで本発明は上記問題を解決し、光送信器において、レーザ光源から放射されるレーザ光を、その放射方向を高速で微妙に調整できる、小型、ローコストの機構を有する光送信器を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、第１の発明は、送信のためのレーザ光のビーム径を所定のビーム径に拡大して送信する光送信器であって、情報で変調したレーザ光ａを放射する光源（レーザダイオード１）と、入射する前記レーザ光ａを拡散光ｃに変換するディフューザ７と、前記光源（レーザダイオード１）と前記ディフューザ７との間に配置され、且つ前記レーザ光ａを前記ディフューザ７に導くための開口部１０を有し、前記ディフューザ７から出射する前記拡散光ｃを前記レーザ光ａの進行方向に反射するパラボラ状の反射手段（反射膜８）と、前記反射手段（反射膜８）から反射した前記拡散光ｃを、前記所定のビーム径の平行光である通信光ｄに変換して出射する光学手段（レンズ９）と、前記光源（レーザダイオード１）と前記反射手段（反射膜８）との間に配置され、前記光源（レーザダイオード１）から出射する前記レーザ光ａを反射して、前記反射手段（反射膜８）の前記開口部１０を介して前記ディフューザ７に照射する第２の反射手段（角度可変ミラー３）を設けたことを特徴とする光送信器である。
また、第２の発明は、第１の発明の光送信器であって、前記光送信器から送信される通信光ｄを受信する光受信器から出射する、当該光受信器の受信可能を示すパイロット光ｅを受光する受光手段（受光素子５）と、前記第２の反射手段（角度可変ミラー３）の方向を変えて前記通信光ｄの出射方向を微調整するための調整手段（角度制御回路６）とを有することを特徴とする光送信器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
＜第１実施例＞
図１は、本発明の光送信器の第１実施例を示すブロック図である。
図２は、第１実施例の光送信器の主要部を示す構成図である。
【００１５】
図１に示すように、第１実施例の光送信器２０は、レーザダイオード１と、角度可変ミラー３と、光学系４と、ミラー駆動回路１１と、位置−角度変換テーブル１２と、角度制御回路６と、受光素子とから構成される。
【００１６】
光送信器２０から一定距離離れた所定の放射方向には、光送信器２０から伝送される光を受信する、図示しない光受信器が配置されている。光受信器はその存在を知らせるためのパイロット光源を有し、常時又は通信光ｄと異なる周波数で強度変調されたパイロット光ｅをＬＥＤ等の発光素子を介して広く空間に放射する。
受光素子５は、複数または多分割されたフォトダイオードや、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の素子で構成されている。
【００１７】
例えば受光素子５がＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサの場合、このパイロット光ｅを集光してセンサ上の１素子（画素）に結像する。結像位置は、入射角に応じて変化する。例えばセンサに対して垂直に入射した場合は、センサの中央に結像するが、入射角度が大きくなるに従ってセンサ外周方向へ結像する。ＣＭＯＳイメージセンサでは、パイロット光の結像位置（素子）と強度の情報を位置情報として、角度制御回路６へ送る。
【００１８】
角度制御回路６は、その位置情報を位置−角度変換テーブル１２に送り、あらかじめ用意されている入射位置情報に対応する角度情報を得る。
角度制御回路６では、この角度情報に基づいて、角度可変ミラー３に必要な回転角に対応した駆動信号を生成し、ミラー駆動回路１１に送る。
ミラー駆動回路１１では、ミラー駆動信号に応じて、角度可変ミラー３の角度を制御する。
【００１９】
角度可変ミラー３は、レーザ光ａを反射光ｂとして出射するが、光学系４より放射される通信光ｄの出射光軸がパイロット光ｅの入射光軸に一致するように制御される。
ここで、光受信器が放射するパイロット光ｅに，通信光ｄを検出したレベルに応じた変調をかけておくことによって、光送信器２０はパイロット光ｅの方向を一層正確に検出でき、通信光ｄの放射方向の光軸調整が容易になる。
【００２０】
レーザダイオード１は、光受信器に送る情報により強度変調されたレーザ光ａを出射する。出射されたレーザ光ａは角度制御された角度可変ミラー３により反射されて、反射光ｂとなり光学系４に達する。レーザダイオード１は、面発光レーザダイオードでも良いし、端面発光レーザダイオードでも良い。
出射方向を制御された反射光ｂは光学系４で拡散（ディフューズ）され、通信光ｄとして、図示しない光受信器に向けて放射される。通信光ｄの光束は所定のサイズにディフューズされている。
【００２１】
次に、光送信器２０の主要部について説明する。
図２に示すように、レーザダイオード１から出射されるレーザ光ａの前方に、角度可変ミラー３が配置されている。角度可変ミラー３は、レーザー光ａの光軸に対して、そのミラー面が例えば４５度になるように初期的には配置されている。ここで、角度可変ミラー３としては、２軸偏光できる光偏向器を用いることができる。
【００２２】
角度可変ミラー３に入射したレーザ光ａは、反射されて反射光ｂとなり出射する。反射光ｂは、反射光ｂの進行方向に配置された光学系４に入射する。レーザ光ａの光軸と反射光ｂの光軸は略９０度をなしている。
光学系４は、レンズ９とレンズ９の中心部に設けたディフューザ７と、ミラー８より構成されている。
【００２３】
ディフューザ７は、例えば、平面又は凸面を有する形状のミラーより構成されている。ディフューザ７は、レンズ９の一方の凸面（通信光ｄが出射される側）の中央に明けられた孔の底に配置されている。例えば、面発光レーザダイオードから放射されるレーザ光は１０度以下の広がり角を有しているが、このようなレーザ光がディフューザ７に入射するとその反射光は広がったものになる。
レンズ９の他方の凸面（反射光ｂが入射する側すなわち角度可変ミラー３側）上には、中央部の入射口１０以外の部分に反射膜（ミラー）８が形成されている。
【００２４】
上記構成において、レーザダイオード１から出射されたレーザ光ａは、角度可変ミラー３で反射され、反射光ｂとなり、反射膜８に設けられた入射口（開口部）１０よりレンズ９に入射し、ディフューザ７に照射される。反射光ｂは、ディフューザ７で拡散反射されて拡散光ｃとなリ、レンズ９内を進む。拡散光ｃは、反射膜８に達すると、ここで反射された後、レンズ９で所定の大きさの光束（ビーム径）を有する平行光に変換されて、通信光ｄとして空間に放出される。反射膜８はパラボラ状であり、レンズ９のレーザ光が入射する側の凸面上に形成してある。通信光ｄのビーム径は、レーザダイオード１から放射されるレーザ光のビーム径より大きくされており、仮に人間の目に入っても障害を起さないエネルギー密度になっている。
【００２５】
次に、反射光ｂのディフューザ７上の照射位置と、通信光ｄの放射方向の関係を説明する。
図５は、本発明に係る光送信器における光学系の特性を説明するための図である。
図６は、本発明に係る光送信器における角度可変ミラーへの入射光の経路を説明するための図である。
通信光ｄによる遠視野像は、ディフューザ上に照射された反射光ｂの像と比例関係にある。
【００２６】
図５に示すように、光学系４に配置されたディフューザ７において、中心０よりΔｙ離れた位置（点ｐ）に、反射光ｂが入射するとする。光学系４のレンズ９の倍率をＭとする。光学系４から放射される通信光ｅの到達距離をＬとする。光学系４の中心光軸の到達点は点Ｏ’とする。通信光ｅの到達点を点ｐ’とする。
このとき、通信光ｄの放射角度θ（ｒａｄ）は下記の１式より得られる。
θ＝Δｙ×Ｍ／Ｌ                      （１）
【００２７】
一方、図６に示すように、ディフューザ７上の反射光ｂの照射位置をディフューザ７の中心ＯからΔｙ離れた点ｐとする。このときの角度可変ミラー３が初期位置からの傾き角をθｍとする。角度可変ミラー３の中心ｑとディフューザの中心Ｏを結ぶ直線（光軸）は、レーザ光ａに垂直である。初期位置において、レーザ光ａに対し反射光ｂが垂直に出射するように、ミラー面はレーザ光ａに対しπ／４（ｒａｄ）傾斜している。
【００２８】
角度可変ミラー３からディフューザ７までの距離（点ｑと中心Ｏまでの距離）をＬｍとすると、角度可変ミラー３の傾き角θｍ（ｒａｄ）は下記の２式より得られる。
θｍ＝Δｙ／（２×Ｌｍ）              （２）
例えば、通信光ｄの到達距離Ｌを５０００ｍｍとし、光学系４による倍率Ｍを７５０倍とし、Δｙを１ｍｍとすると、通信光ｄの放射角度θとして０．１５ｒａｄが得られる。このとき、通信光ｄによる像の位置（点Ｏ’と点ｐ’の距離）は７５０ｍｍである。
【００２９】
また、例えば、角度可変ミラー３からディフューザ７までの距離Ｌｍを１０ｍｍとしたときには、Δｙを１ｍｍであるから、角度可変ミラー３の傾き角θｍとして０．０５ｒａｄが得られる。
従来例においては、図示しない２軸の回転機構により、光送信器全体を回転させて、通信光の放射方向を変えていたが、本実施例においては、角度可変ミラー３の角度を変えることにより、通信光の放射方向を変えることができる。
【００３０】
角度可変ミラー３としてはレーザ光ａを反射する大きさを有していれば十分であるので、例えば小型で高速応答性を有するの２軸の圧電薄膜ミラー（直径１．５ｍｍ程度のもの）又はコイルを使った２軸のミラー（直径数ｍｍ）を用いることができる。
【００３１】
従って、従来装置に比較して、本実施例の光送信器２０は、▲１▼高速応答性に優れ（ミラーの瞬時の変角が可能）、▲２▼小型軽量であり（数ｍｍの大きさのミラーで光軸調整可能）、▲３▼ローコストであり（モータや機構部品の部品点数を削減可能）、▲４▼低消費電力化が可能な光送信器である。
【００３２】
本実施例の応用例としては、上述した図７の光通信伝送システムにおいて、光送信器４０に代えて、本実施例の光送信器２０とすればよい。
【００３３】
＜第２実施例＞
図３は、本発明の光送信器の第２実施例を示すブロック図である。
図４は、第２実施例の光送信器の主要部を示す構成図である。
これらの図に示すように、第２実施例の光送信器２０Ａは、第１実施例の光送信器２０において、レーザダイオード１と角度可変ミラーの間に集光光学系２を新たに配置した以外は、第１実施例の光送信器２０と同様に構成したものである。
【００３４】
レーザダイオードから出射されるレーザ光ａは所定の広がり角を有しているので、このように、集光光学系２を通過させることにより、その広がり角を所定の大きさになるように光束が集束され、集束光ａ’が得られる。
集束光ａ’は、角度可変ミラーによって反射されて反射光ｂ’となり、光学系４を介して、通信光ｄ’として空間に放出される。
【００３５】
従って、第２実施例の光送信器２０Ａは、第１実施例の光送信器２０と同様に、従来装置に比較して、▲１▼高速応答性に優れ（ミラーの瞬時の変角が可能）、▲２▼小型軽量であり（数ｍｍの大きさのミラーで光軸調整可能）、▲３▼ローコストである（モータや機構部品の部品点数を削減可能）、▲４▼低消費電力化が可能な光送信器である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光送信器は、請求項１乃至２記載によれば、情報で変調したレーザ光を放射する光源と、入射する前記レーザ光を拡散光に変換するディフューザと、前記光源と前記ディフューザとの間に配置され、且つ前記レーザ光を前記ディフューザに導くための開口部を有し、前記ディフューザから出射する前記拡散光を前記レーザ光の進行方向に反射するパラボラ状の反射手段と、前記反射手段から反射した前記拡散光を、前記所定のビーム径の平行光である通信光に変換して出射する光学手段と、前記光源と前記反射手段との間に配置され、前記光源から出射する前記レーザ光を反射して、前記反射手段の前記開口部を介して前記ディフューザに照射する第２の反射手段を設けたことにより、レーザ光源から放射されるレーザ光を拡散光として、その放射方向を高速で調整できる、小型、ローコストの機構を有する光送信器を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光送信器の第１実施例を示すブロック図である。
【図２】第１実施例の光送信器の主要部を示す構成図である。
【図３】本発明の光送信器の第２実施例を示すブロック図である。
【図４】第２実施例の光送信器の主要部を示す構成図である。
【図５】本発明に係る光送信器における光学系の特性を説明するための図である。
【図６】本発明に係る光送信器における角度可変ミラーへの入射光の経路を説明するための図である。
【図７】光無線伝送システムを示す構成図である。
【図８】従来例の光送信器を示す構成図である。
【符号の説明】
１…レーザダイオード（レーザ光源）、２…集光光学系、３…角度可変ミラー（反射光学系）、４…光学系、５…受光素子、６…角度制御回路、７…ディフューザ、８…反射膜、９…レンズ、１０…入射口、１１…ミラー駆動回路、１２…位置−角度変換テーブル、２０，２０Ａ…光送信器、３０…光無線伝送システム、３１…レシーバユニット、３２…光受信器、３３…プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、４０…光送信器。
【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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