(57)【要約】【課題】光軸ずれ検出・補正機能を有する光空間通信装置で光ビームの角度を検出するための光ビーム位置検出素子や、このために必要な集光用光学系との光分岐手段を必要としない光空間通信装置を提供する。【解決手段】離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、相手側装置からの光ビームを受信し、この光信号を検出する光検出部を有する光受信手段と、この光受信手段の受信方向の向きを変化させる可変手段と、光検出部に集光される光束の一部を遮光するとともに、この遮光される光束の位置を時系列的に変化させる遮光手段とを備えた。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、
相手側装置からの光ビームを受信し、この光信号を検出する光検出部を有する光受信手段と、
この光受信手段の受信方向の向きを変化させる可変手段と、
前記光検出部に集光される光束の一部を遮光するとともに、この遮光される光束の位置を時系列的に変化させる遮光手段とを備えたことを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記遮光手段が、前記光検出器に対して回転可能な羽部材であることを特徴とする特許請求項１に記載の光空間通信装置。
【請求項３】
前記遮光手段が、液晶フィルタであることを特徴とする特許請求項１に記載の光空間通信装置。
【請求項４】
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、
相手側装置からの光ビームを受信し、この光信号を検出する光検出部を有する光受信手段と、
この光受信手段の受信方向の向きを変化させる可変手段と、
相手装置からの光束を前記光検出部に反射させ、独立して反射角度を可変な複数の反射部とを備え、
前記複数の反射部のうち少なくとも１つの反射部における反射角度を変えることにより、この反射部で反射された光を前記光検出部外に導くことを特徴とする光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離れた二地点間に対向設置されて、自由空間中を伝搬する光ビームにより光信号を送り通信を行う光空間通信装置であって、特に装置の角度ずれによる光ビームの光軸ずれを補正する機能を持つ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置は、光のパワーを効率よく伝送するために、光ビームの拡がり角を極力小さくした狭い光ビームで伝送する必要がある。
【０００３】
しかし、光ビームを狭くすると、建物あるいは設置架台の風圧や振動による揺れ、温度変動による歪み、経時変化による角度変動などのため、光ビームが相手方装置から外れやすくなり、安定した通信が難しい。
【０００４】
そのために図８のように、装置の角度が変わっても角度変化を補正して常に光ビームが相手側装置を向くような光軸ずれ補正機能を持つ装置が提案されている。
【０００５】
図８は、対向する１対の装置のうち一方の装置を示す。図８において、５０は光ビームの送信／受信のための光学系である。相手側装置への送信光信号は半導体レーザ等の発光素子５１より放出される。
【０００６】
半導体レーザの光は偏光しており、偏光方向は紙面に水平になるように設定されている。この方向の偏光は偏光ビームスプリッタ５２で送受光レンズ５３の方向に反射され、送受光レンズ５３で、僅かに拡がりを持つほぼ平行の光ビーム５４となって相手側装置の方向に送信される。
【０００７】
一方、相手側装置から送られて来た光は、自装置よりの送信光信号と同じ光軸上で逆の進路をたどり、送受光レンズ５３から偏光ビームスプリッタ５２に入るが、相手方装置からの受信光は偏光方向が送信光と直交するように（偏光方向は紙面に垂直）設定されているために、偏光ビームスプリッタ５２をそのまま透過し、ビームスプリッタ５８に入る。
【０００８】
受信光の大部分はビームスプリッタ５８で反射し、光信号検出用の受光素子５９に入射して、通信用の信号が検出されるが、一部の光はビームスプリッタ５８を透過して、光位置検出素子５５に入射する。
【０００９】
光位置検出素子５５は、例えば図９に示すような４分割されたフォトダイオードである。図９は６０ａから６０ｄまでの４つに分割されたフォトダイオードに光スポット６１が当たっている様子を示す。
【００１０】
４つのフォトダイオード６０ａから６０ｄの出力を比較することにより、光スポット６１の位置を知ることができる。光位置検出素子５５よりの信号は、角度補正情報として制御回路５６で演算処理され、光学系５０の駆動回路５７に駆動信号が出力される。
【００１１】
そして、駆動回路５７により、垂直方向の駆動機構５８および水平方向の駆動機構５９を動かして、光スポット６１の位置が光位置検出素子５５の中心に来て、４つのフォトダイオード６０ａから６０ｄの出力が全て等しくなるような方向に駆動・制御される。
【００１２】
光位置検出素子５５と発光素子５１、光信号検出用の受光素子５９は全て光学軸が一致するように位置調整がなされており、光位置検出素子５５の中心に光スポット６１が当たった状態では、光信号検出用の受光素子５９の中心にも光が入射しており、かつ発光素子５１よりの光の中心は相手側装置の方向に放射される。
【００１３】
このようにして常に送信光が受信光の方向、即ち相手側装置の方向になるように光軸ずれ補正が行われる。
【００１４】
また、鏡筒全体を駆動することにより光軸ずれ補正を行う代わりに、図１０に示すような、駆動回路５７により水平方向偏向ミラー６２と垂直方向偏向ミラー６３とを駆動することにより、鏡筒内で光を偏向させることにより光軸ずれ補正を行う方法もある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、通信用の光信号を検出するための受光素子５９の他に、相手側装置からの光ビームの角度を検出するための光ビーム位置検出素子５５が必要である。また、上記のそれぞれの素子に受信光を集光させるための光学系と光の分岐手段が必要となる。
【００１６】
このために装置が複雑となり、装置が高価になるなどの欠点がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、相手側装置からの光ビームを受信し、この光信号を検出する光検出部を有する光受信手段と、この光受信手段の受信方向の向きを変化させる可変手段と、光検出部に集光される光束の一部を遮光するとともに、この遮光される光束の位置を時系列的に変化させる遮光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、相手側装置からの光ビームの角度を検出するための光ビーム位置検出素子が必要無くなるとともに、素子に受信光を集光させるための光学系と光の分岐手段が必要なくなるため、装置の構成が簡単になり、安価な光空間通信装置が実現できる。
【００１９】
ここで、遮光手段として、光検出器に対して回転可能な羽部材を用いることができる。また、液晶フィルタを用いてもよい。
【００２０】
本願第２の発明は、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、相手側装置からの光ビームを受信し、この光信号を検出する光検出部を有する光受信手段と、この光受信手段の受信方向の向きを変化させる可変手段と、相手装置からの光束を光検出部に反射させ、独立して反射角度を可変な複数の反射部とを備え、複数の反射部のうち少なくとも１つの反射部における反射角度を変えることにより、この反射部で反射された光を光検出部外に導くことを特徴とする。
【００２１】
このような構成においても、第１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態である光空間伝送装置について説明する。図１に本実施形態における光空間伝送装置を示す。
【００２３】
１０は光ビームの送信／受信のための光学系である。相手側装置への送信光信号は、半導体レーザ等の発光素子１１より放出され送信光用の光学系１２、偏光ビームスプリッタ１３を通る。
【００２４】
半導体レーザの光は偏光しており、偏光方向は紙面に水平になるように設定されている。この方向の偏光は偏光ビームスプリッタ１３で送受光レンズ１４の方向に反射され、送受光レンズ１４で、僅かに拡がりを持つほぼ平行の光ビーム１５となって相手側装置の方向に送信される。
【００２５】
一方、相手側装置から送られて来た光は、自装置よりの送信光信号と同じ光軸上で逆の進路をたどり、送受光レンズ１４から偏光ビームスプリッタ１３に入るが、相手方装置からの受信光は偏光方向が送信光と直交するように（偏光方向は紙面に垂直）設定されているために、偏光ビームスプリッタ１３をそのまま透過し、遮光部１６に入る。
【００２６】
遮光部１６によって入射光の一部が遮光された受信光は、受信光用の光学系１７を通り、受光素子１８に入射する。受光素子１８に入射した受信光は受光素子１８によって光電変換される。光電変換された電気信号は、信号検出／制御回路部１９にて通信用の信号が検出されるのと同時に、各時系列で変化する受信光パワーが検出され、それを比較する事により受信光の光軸方向が検出される。
【００２７】
信号検出／制御回路部１９にて検出された受信光の光軸方向の信号は、角度補正情報として信号検出／制御回路部１９で演算処理され、光学系１０の駆動回路部２０に駆動信号が出力される。
【００２８】
そして、駆動回路部２０により、垂直方向の駆動機構２１および水平方向の駆動機構２２を動かして、受信光の光軸方向と送信光の光軸方向が常に一致するような方向に制御・駆動される。
【００２９】
発光素子１１と、受光素子１８は全て光学軸が一致するように位置調整がなされており、受光素子１８上に光スポットが当たった状態では、発光素子１１よりの光の中心は相手側装置の方向に放射される。
【００３０】
このようにして常に送信光が受信光の方向、即ち相手側装置の方向になるように光軸ずれ補正が行われる。
【００３１】
この時、各時系列で変化する受信光は、遮光部１６によって入射光の一部が遮光される事により可能となるが、これは信号検出／制御回路部１９にて作製された遮光のための時間情報と遮光の位置情報が遮光制御回路部２３に送られ、この遮光制御回路部２３にて遮光部１６を動作せる事により受光素子１８に入射する受信光パワーを時系列で変化すされる事が可能になる。
【００３２】
図２に時系列的に遮光する位置の例を示す。図２に示すように時間的な経過によって遮光される位置が異なる。
【００３３】
この時、（ａ）〜（ｄ）の受信光パワーを比較すると受信光の光軸方向が判る。例えば、（ｂ）―（ａ）で右半分の受信光パワーが検出でき、（ｄ）―（ｃ）で左半分の受信光パワーが検出できる。
【００３４】
この受信光パワーを比較する事により水平方向のビーム位置が検出可能となる。更に、（ｄ）―（ａ）で上半分の受信光パワーが検出でき、（ｃ）―（ｂ）で下半分の受信光パワーが検出できる。
【００３５】
この受信光パワーを比較する事により上下方向のビーム位置が検出可能となる。この受信光パワーの比較する順番は上記の通りで無くともかまわない。更に、上記のようなビーム位置が検出方法でなくともかまわない。
【００３６】
図３から図６においては、遮光部１６の遮光方法を示している。
【００３７】
図３に示すように遮光される光束の位置を時系列的に変化させる手段は、光路上に配置された回転する羽２４である。この回転する羽２４が、遮光制御回路部２３の信号により、ある時間間隔で一定角度回転し偏光ビームスプリッタ１３を通った受信光を遮光する。
【００３８】
この時、この回転する羽２４の回転軸は光軸と一致させなければならない。また、回転する羽２４の別の実施例は図４に示す如く、受信光束より大きいリングと羽とで構成されている。この時、このリングがある時間間隔で一定角度回転する事により受信光を遮光する。
【００３９】
図５は、他の遮光される光束の位置を時系列的に変化させる手段であり、図５に示す如く光路上に配置された液晶２５と偏光板２６によって構成される。
【００４０】
図５のように液晶２５は分割されており遮光制御回路部２３の信号により、ある時間間隔で液晶２５の分割された一部の部分の偏波面が９０°回転して偏光板２６を透過できなくなる事により偏光ビームスプリッタ１３を通った受信光の一部が遮光され、残りの光が受光素子１８にて受信される。
【００４１】
この時、図５においては４分割してあるが、この分割数はｎ分割で可能であ
る。この液晶２５をある時間間隔で異なる部分を偏向させる事により受信光を遮光していく。
【００４２】
更に、図６、図７は、他の遮光される光束の位置を時系列的に変化させる手段である。図６に示す如く光路上に４分割された反射ミラー２７が配置されている。ただし、図６（ａ）と図６（ｂ）は同じものを示しており、遮光部１６を見る方向が異なるものである。
【００４３】
偏光ビームスプリッタ１３を通った受信光はこの反射ミラー２７によって反射され受光素子１８にて受信される。この時、図７で示す如く、遮光制御回路部２３の信号により、ある時間間隔で４分割された一部のミラーが順次、別方向を向く。ただし、図７（ａ）と図７（ｂ）は同じものを示しており、遮光部１６を見る方向が異なるものである。
【００４４】
その別方向を向いたミラー２８に当たった受信光２９は、受光素子１８とは別の場所に結像し受光素子１８にて受光される事が無く、その他の残りの受信光が受光素子１８にて受信される。この時、図６、７においては反射ミラー２６を４分割してあるが、この分割数はｎ分割で可能である。
【００４５】
この反射ミラーをある時間間隔で異なる部分を順次、別方向を向かせる事により受信光を遮光していく。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光軸ずれ検出・補正機能を有する光空間通信装置において、受光素子に集光される光束の一部を遮光し、かつ、遮光される光束の位置を時系列的に変化させる手段を有する。
【００４７】
この構成により、相手側装置からの光ビームの角度を検出するための光ビーム位置検出素子が必要無くなるとともに、素子に受信光を集光させるための光学系と光の分岐手段が必要なくなるため、装置の構成が簡単になり、安価な光空間通信装置の光軸ずれ検出が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における光空間通信装置の構成図。
【図２】本実施形態において時系列的に遮光する位置の例。
【図３】本実施形態における遮光方法を説明する図。
【図４】本実施形態における遮光方法を説明する図。
【図５】本実施形態における遮光方法を説明する図。
【図６】本実施形態における遮光方法を説明する図。
【図７】本実施形態における遮光方法を説明する図。
【図８】従来技術における光空間通信装置の構成図。
【図９】位置検出素子上のスポット例。
【図１０】従来技術における光空間通信装置の構成図。
【符号の説明】
１０・・・送信／受信のための光学系
１３・・・偏光ビームスプリッタ
１４・・・送受光レンズ
１５・・・光ビーム
１６・・・遮光部
１７・・・受信光用の光学系
１８・・・受光素子
１９・・・信号検出／制御回路部
２０・・・駆動回路部
２３・・・遮光制御回路部
【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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