(57)【要約】【課題】本発明はデジタル通信光学系及びこれに用いる集光素子に関するもので、デジタル通信に適したデジタル通信光学系及びこれに用いる集光素子を提供する。【解決手段】特にデジタル通信光学系において、集光素子３を光源１側に配置された第１のレンズ５と受光素子２側に配置された第２のレンズ６とから形成し、第１のレンズ５の像点７と第２のレンズ６の物点８とを一致させたことで、集光素子３の有効径を大きくすることが出来るとともに、高感度な小型の受光素子２を用いることができ、デジタル通信に適したデジタル通信光学系を提供できるのである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられたデジタル光信号を受光素子に入射し電気信号に変換するデジタル通信光学系において、前記デジタル光信号を前記受光素子に集光させる集光素子を前記光源側に配置された第１のレンズと前記受光素子側に配置された第２のレンズとから形成し、前記第１のレンズの像点と前記第２のレンズの物点とを一致させたことを特徴とするデジタル通信光学系。
【請求項２】
第１のレンズと第２のレンズとを鏡筒を用いて一体化したことを特徴とする請求項１に記載の集光素子。
【請求項３】
光源から発せられたデジタル光信号を受光素子に集光させる集光素子は、前記光源側に配置された第１のレンズと前記受光素子側に配置された第２のレンズとから形成し、前記第１のレンズの像点と前記第２のレンズの物点とを一致させたことを特徴とする集光素子。
【請求項４】
第１のレンズと第２のレンズとを鏡筒を用いて一体化したことを特徴とする請求項３に記載の集光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル通信光学系及びこれに用いる集光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ活用が進められる中、その情報伝達形態においても単にＬＡＮケーブル等を用いて直接的に接続する配線接続方式から、接続レイアウトを簡易化できるワイアレスＬＡＮのような電波信号を用いた無線接続方式に移行してきている。
【０００３】
また、転送データの大容量化に伴い転送レートを高めるため光ファイバ等のデジタル光信号を用いる形態が利用されるようになってきており、さらにはデジタル光信号を用いた無線接続形態が考えられている。
【０００４】
この場合、図４に示されるような光源１から発せられたデジタル光信号を受光素子２に集光させる集光素子３が必要となるのであるが、このようなデジタル通信光学系に用いられる集光素子３には、一点鎖線で示す光源１の光軸合わせが容易と出来るように大きな有効径を備えたものであることと、デジタル光信号の入射角の変動に対して焦点位置の変動が受光素子２の受光領域内に収めることが要求される。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１９２２３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デジタル処理回路のクロックスピードが速くなるにつれ、それに対応する受光素子２はより高感度なものが要求されることとなり、結果として受光素子２が非常に小さなものを用いることとなってしまう。
【０００８】
そして、先に述べた集光素子３における有効径を大きくするという条件と、受光素子の受光領域内に焦点移動領域を設定するという条件とを勘案する場合、集光素子の有効径は（数１）によって表され、
【０００９】
【数１】
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【００１０】
受光素子における受光領域は（数２）によって表される。
【００１１】
【数２】
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【００１２】
つまり、集光素子３の有効径Ａを大きくするためには焦点距離ｆや開口数ＮＡを大きくすることになるが、焦点距離ｆを大きくする場合、受光領域ｄが一定であることから正接条件に従う画角θを小さくしなければならない。そして、この画角θを小さくすることは、この画角θの正弦条件に従う開口数ＮＡの値を小さなものとすることとなり、必然的に集光素子３の有効径Ａを大きくすることに対して制限が加わることとなる。
【００１３】
また、有効径Ａを大きくするのにあたって開口数ＮＡを大きくする場合、画角θを大きくするのであるが、この時受光領域ｄを決定する正接値も併せて大きくなるため、焦点距離ｆを小さくしなければならず、先と同様に集光素子３の有効径Ａを大きくすることに対して制限が加わることになる。
【００１４】
従って、集光素子３の有効径Ａをデジタル通信に適した大きさに設定することが困難なものとなっていた。
【００１５】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、デジタル通信に適したデジタル通信光学系及びこれに用いる集光素子を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、特にデジタル通信光学系において、集光素子を光源側に配置された第１のレンズと受光素子側に配置された第２のレンズとから形成し、第１のレンズの像点と第２のレンズの物点とを一致させたことで、集光素子の有効径を大きくすることが出来るとともに、高感度な小型の受光素子を用いることができ、デジタル通信に適したデジタル通信光学系を提供できるのである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、特に第１のレンズと第２のレンズとを鏡筒を用いて一体化したことで、集光素子の取り扱いが容易に出来るとともに、集光素子の収差を抑制することが出来るのである。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、特にデジタル通信光学系において、集光素子を光源側に配置された第１のレンズと受光素子側に配置された第２のレンズとから形成し、第１のレンズの像点と第２のレンズの物点とを一致させたことで、集光素子の有効径を大きくすることが出来るとともに、高感度な小型の受光素子を用いることができ、デジタル通信に適した集光素子を提供できるのである。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、特に第１のレンズと第２のレンズとを鏡筒を用いて一体化したことで、集光素子の取り扱いが容易に出来るとともに、集光素子の収差を抑制することが出来るのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。なお前述した従来の技術と同様の構成については同じ符号を付して説明するものとする。
【００２１】
図１は、光源１から発せられたデジタル光信号を無線方式、いわゆる空間伝送方式を用いて受光素子２に集光させ電気信号に変換させるデジタル光学系を装置として示したもので、光源１から発せられたデジタル光信号をコリメータレンズ４を介して発散光から平行光に変換し、この平行光となったデジタル光信号の光束を集光素子３を用いて受光素子２であるフォトディテクタの受光領域に結像させ電気信号に変換させる構造となっている。
【００２２】
そしてこの装置において集光素子３は、２枚のレンズ５，６を組み合わせることにより形成しており、光源１側に位置するレンズ５の像点７を受光素子２側に位置するレンズ６の物点８と一致させた構造として、集光素子３の有効径を大きくするとともに、デジタル光信号の入射角の変動に伴う焦点位置の変動を小さくしている。
【００２３】
これは、集光素子３の有効径を決定するレンズ５を大きく設定しても、このレンズ５により光束を一旦集光させ、この像点７を通過する光束を再度レンズ６を用いて受光素子２に結像させることで、レンズ６が縮小レンズの役割を果たし受光素子２に対する焦点位置９の変動を小さくすることができるのである。
【００２４】
すなわち、図４に示された従来の構成においては、集光素子３が１枚のレンズで形成されていたため、前述したように集光素子３の有効径が開口数によって制限を受けていたのであるが、この図１に示す集光素子３のように光源１側のレンズ５と受光素子２側のレンズ６による２枚組構成とすることで、集光素子３の有効径を形成するレンズ５と焦点移動量を制御するレンズ６とを独立して設計できるようになり、レンズ５はその開口数に制限されることなくその有効径を決定でき、このレンズ５によって集光された光束をレンズ６で収縮できるので、図２に示されるように集光素子３に対してある傾斜角をもって入射した光束においてもレンズ５により一旦結像してからレンズ６に入射され収縮された後に再度受光素子２に結像されることになり、結果として焦点移動が少なくデジタル通信に適したデジタル通信光学系を構成できるのである。
【００２５】
また、受光素子２に対する焦点位置９の変動の抑制においては、レンズ５，６の焦点距離ｆ１，ｆ２の比により自在に調節可能であり、互いのレンズ５，６の開口数によって調節することができ、多様な受光領域に対応することができるのである。
【００２６】
さらに、このような集光素子３においては特に図示していないが、レンズ５，６を鏡筒（図示せず）を用いて一体化したことで、２枚のレンズ５，６における光軸ズレを組立によって制御でき、集光素子３の取り付けなどにおける取り扱いが容易にでき、集光素子３の収差の発生を抑制することが出来るのである。
【００２７】
なお、単に受光素子２に対する焦点位置９の変動を小さくするのであれば、図３に示すように光源１側のレンズ１０の像点に至る手前部分に受光素子２側のレンズ１１を配置することも考えられるが、この場合光軸に沿ってレンズ１０に入射される光束はレンズ１１によって受光素子２に結像できるのであるが、破線で示すようにレンズ１０に対してある傾斜角をもって入射された光束はレンズ１１によって分散されてしまい、結果として光利用効率が極端に低くなってしまうため、デジタル通信光学系に適合しないものとなってしまうのである。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、特にデジタル通信光学系において、集光素子を光源側に配置された第１のレンズと受光素子側に配置された第２のレンズとから形成し、第１のレンズの像点と第２のレンズの物点とを一致させたことで、集光素子の有効径を大きくすることが出来るとともに、高感度な小型の受光素子を用いることができ、デジタル通信に適したデジタル通信光学系を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるデジタル通信光学系を示す概略図
【図２】同デジタル通信光学系の入射位置の変動に対する光路変動を示す概略図
【図３】同デジタル通信光学系の比較例を示す概略図
【図４】従来のデジタル通信光学系を示す概略図
【符号の説明】
１  光源
２  受光素子
３  集光素子
５  （第１の）レンズ
６  （第２の）レンズ
７  像点
８  物点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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