(57)【要約】【課題】従来の複数光源を有する光空間通信装置では、複数の光ビームによる合成照射パターンが略長円形状となるため、光ビームがその短径方向において相手方装置の受光部からずれたり外れたりし易い。【解決手段】離れた地点に設置された相手方装置に対して光ビームにより通信を行う光空間通信装置１０において、それぞれ略長円形状の照射パターン１５ａ〜１５ｄを形成する光ビームを発する複数の発光部１１ａ〜１１ｄを設け、相手方装置の受光部において、複数の発光部のうち少なくとも２つの発光部からのビーム照射パターンの一部同士が重なって、１つの発光部からのビーム照射パターンの短径方向における複数の発光部からの光ビーム群により形成される合成照射パターンの幅が、上記１つの発光部からの光ビームの照射パターンの短径方向幅の１．５倍以上となるように発光部を設定する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた地点に設置された相手方装置に対して光ビームにより通信を行う光空間通信装置であって、
それぞれ略長円形状の照射パターンを形成する光ビームを発する複数の発光部を有し、
前記複数の発光部が、前記相手方装置の受光部において、前記複数の発光部のうち少なくとも２つの発光部からのビーム照射パターンの一部同士が重なって、１つの発光部からのビーム照射パターンの短径方向における前記複数の発光部からの光ビーム群により形成される合成照射パターンの幅が、前記１つの発光部からの光ビームの照射パターンの短径方向幅の１．５倍以上となるように設定されていることを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記複数の発光部が、前記受光部における前記１つの発光部からのビーム照射パターンの短径方向における前記複数の発光部からの光ビーム群により形成される合成照射パターンの幅が、前記１つの発光部からの光ビームの照射パターンの幅の２倍以上となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光空間通信装置。
【請求項３】
前記複数の発光部が、前記受光部における前記複数の発光部からの複数のビーム照射パターンが、前記１つの発光部からの光ビームの照射パターンの短径方向にて重なるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光空間通信装置。
【請求項４】
前記複数の発光部が、前記受光部における前記複数の発光部のうち少なくとも２つの発光部からのビーム照射パターンの長径方向軸が交差するように、前記相手方装置に向けて光ビームを照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の光空間通信装置。
【請求項５】
前記各発光部が、光源と、この光源から発せられた光を集光する光学系とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光空間通信装置。
【請求項６】
前記光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項５に記載の光空間通信装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光空間通信装置と、この光空間通信装置から照射された光ビームを受光する受光部を有する相手方装置とを有することを特徴とする光空間通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離れた地点に設置された相手方装置に対して光ビームにより通信を行う光空間通信装置および光空間通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような光空間通信装置において、光源は１個であっても光信号を送信することは可能である。但し、自由空間を伝搬するという性格上、雨や霧などの減衰に強くするために複数個の光源を使用して送信出力を大きくした装置も多い。
【０００３】
図４（ａ）に、複数の光源を有する光空間通信装置４０を示している。図４（ａ）において、４３ａ〜４３ｄは光源、４１ａ〜４１ｄはそれぞれ光源４３ａ〜４３ｄから発せられた信号を含む光を集光してビーム化し、相手方装置（図示せず）に向けて射出する送信光学系である。
【０００４】
また、４２は受信光学系である。相手方装置からの光は受信光学系４２を介してＡＰＤ、Ｐｉｎ−Ｐｈｏｔｏ　　Ｄｉｏｄｅなどの光信号の検出素子４４に集光され、光信号が受信される。
【０００５】
ここで、光源４３ａ〜４３ｄとしては、高速変調、高出力、出力光の光学系との結合容易性などの理由で、半導体レーザがよく使用される。
【０００６】
半導体レーザ（半導体レーザーダイオードチップ）の照射パターンは、図５に示すように略長円形状を有しており、その長径方向および短径方向においてガウス強度分布を有している。短径方向のガウス強度分布は、長径方向のそれに比べて扁平化している。
【０００７】
この半導体レーザを光源４３ａ〜４３ｄとして複数使用した光空間通信装置４０において、遠方の相手方装置が全ての光ビームを効率的に受光するように、送信光学系４１ａ〜４１ｄは光軸が互いに平行になるように設定されている。この結果、相手方装置の受光部の位置での各光ビームの照射パターンは、図４（ｂ）に示すように、中心が送信光学系４１ａ〜４１ｄの光軸の間隔分のみ離れて大部分が重なり合う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の複数光源を有する光空間通信装置では、相手方装置の受光部での複数の光ビームによる合成照射パターンが、図４（ｂ）に示すように略長円形状となるため、その短径方向の幅が狭い。
【０００９】
特に、光空間通信装置を設置した建物や設置架台に、風圧や振動による揺れ、温度変動による歪、経時変化による角度変動などが発生した場合に、光ビームがその短径方向において相手方装置の受光部からずれたり外れたりし易い。このため、受光部での受光量が落ちたりなくなったりして、安定した通信が難しい。
【００１０】
本発明は、長円形状のビーム照射パターンを形成する発光部を用いた場合に、ビーム照射パターンの短径方向における相手方装置からのずれ等が大きくても安定した通信を行うことが可能な光空間通信装置および光空間通信システムを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
上記の目的を達成するために、本発明では、離れた地点に設置された相手方装置に対して光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、それぞれ略長円形状の照射パターンを形成する光ビームを発する複数の発光部（例えば、半導体レーザを光源とするもの）を設け、相手方装置の受光部において、複数の発光部のうち少なくとも２つの発光部からのビーム照射パターンの一部同士が重なって、１つの発光部からのビーム照射パターンの短径方向における複数の発光部からの光ビーム群により形成される合成照射パターンの幅が、上記１つの発光部からの光ビームの照射パターンの短径方向幅の１．５倍以上（好ましくは２倍以上）となるように、発光部を設定している。
【００１２】
これにより、１つ１つの発光部からのビーム照射パターンが略長円形状であっても、これらが合成された合成照射パターンの幅が１つのビーム照射パターンの短径方向において該１つのビーム照射パターンの幅の１．５倍以上となるため、相手方装置からのずれ等がいずれの方向に大きくても安定した通信を行うことが可能となる。
【００１３】
具体的には、相手方装置の受光部における複数の発光部のうち少なくとも２つの発光部からのビーム照射パターンが１つの発光部からの光ビームの照射パターンの短径方向にて重なるように発光部を設定したり、受光部における複数の発光部のうち少なくとも２つの発光部からのビーム照射パターンの長径方向軸（もしくは短径方向軸）が交差するように発光部を設定したりすればよい。前者によれば、受光強度のピーク近傍の領域がビーム照射パターンの短径方向に広がるため、相手方装置からのずれ等が大きくてもより安定した通信を行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である光空間通信装置の概略構成を示している。図１において、１０は光空間通信装置であり、１３ａ〜１３ｄは光源としての半導体レーザ、１１ａ〜１１ｄはそれぞれ半導体レーザ１３ａ〜１３ｄから発せられた信号を含むレーザ光を集光してビーム化し、相手方装置（図示せず）に向けて射出する送信光学系である。１つの半導体レーザと１つの送信光学系とにより１つの発光部が構成され、本実施形態では４つの発光部を有している。
【００１５】
また、光空間通信装置１０と相手方装置とにより光空間通信システムが構成される。
【００１６】
１２は受信光学系である。相手方装置からの光は受信光学系１２を介してＡＰＤ、Ｐｉｎ−Ｐｈｏｔｏ　　Ｄｉｏｄｅなどの光信号の検出素子１４に集光され、光信号が受信される。４つの半導体レーザ１３ａ〜１３ｄは受信光学系１２を中心とした４つの放射方向に配置されている。
【００１７】
ここで、本実施形態においては、それぞれ半導体レーザおよび送信光学系からなる４つの発光部は、これらの光軸１１ａ’〜１１ｄ’が照射パターン１５ａ〜１５ｄの短径方向に角度差ができる向きで装置１０に固定されている。
【００１８】
なお、発光部から射出する光ビームの相手方装置の受光部における照射パターン１５ａ〜１５ｄを形成する光線の拡がり角は、図５のθよりわずかに小さい値θ１である。なお、ここにいう、照射パターンは、光強度のピーク値からピーク値の１／ｅ２　となる光強度分布域である。
【００１９】
さらに具体的に説明すると、受信光学系１２の光軸（相手方装置の方向）を本装置１０の基準光軸１２ａとし、＋を図１中の左方向、−を同右方向とすると、基準光軸１２ａに対して、発光部（１３ａ，１１ａ）の光軸１１ａ’は＋０．５θ１だけ傾き、発光部（１３ｃ，１１ｃ）の光軸１１ｃ’は＋１．５θ１だけ傾いている。また、発光部（１３ｂ，１１ｂ）の光軸１１ｂ’は−０．５θ１だけ傾き、発光部（１３ｄ，１１ｄ）の光軸１１ｄ’は−１．５θ１だけ傾いている。
【００２０】
これにより、４つのビーム照射パターン１５ａ〜１５ｄのうち２つずつが各ビーム照射パターンの短径方向にてその一部において重なる。そして、これら４つのビーム照射パターン１５ａ〜１５ｄ（つまりはレーザビーム群）が合成された合成照射パターンの各ビーム照射パターンにおける短径方向の幅Ｂは、１つのビーム照射パターンの短径方向幅Ａの数倍（１．５倍若しくは２倍以上）となる。
【００２１】
また、各ビーム照射パターン（１５ａ〜１５ｄ）における短径方向での光強度分布は、図５に示すような扁平なガウス分布であるが、本実施形態における合成照射パターンでの同方向での光強度分布は、図１に示すようにピーク強度近傍の領域（概ね強度が均一の領域）の幅が従来に比べて広くなる。
【００２２】
したがって、装置１０の光軸（基準光軸）が相手方装置の方向からいずれの方向に大きくずれても、相手方装置の受光部での光量落ちが少なく、安定した通信を行うことができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図２には、本発明の第２実施形態である光空間通信装置に設けた４つの発光部からの相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示している。なお、本実施形態の基本構成は第１実施形態のものと同じであるため、第１実施形態と共通した符号を用いて本実施形態を説明する。
【００２４】
本実施形態は、第１実施形態にて説明した発光部の半導体レーザ１３ｂ，１３ｃを、これらによるビーム照射パターン１５ｂ，１５ｃが横長パターンとなるように軸回りで回転させたものである。また、発光部（図１の１３ａ，１１ａ）の光軸を、基準光軸（図１の１２ａ）に対して、水平（左右）方向に＋０．５θ１、垂直方向に０°になるように設定し、発光部（１３ｄ，１１ｄ）の光軸を、基準光軸１２ａに対して、水平（左右）方向に−０．５θ１、垂直方向に０°になるように設定する。
【００２５】
さらに、発光部（１３ｂ，１１ｂ）の光軸を、基準光軸１２ａに対して、水平（左右）方向に０°、垂直方向に＋０．５θ１になるように設定し、発光部（１３ｃ，１１ｃ）の光軸を、基準光軸１２ａに対して、水平（左右）方向に０°、垂直方向に−０．５θ１になるように設定する。
【００２６】
これにより、相手方装置の受光部では、左右方向の光強度分布が上下方向の光強度分布とほぼ同じになる。しかも、これら４つのビーム照射パターン１５ａ〜１５ｄが合成された合成照射パターンの、例えばビーム照射パターン１５ａにおける短径方向（左右方向）の幅Ｂおよびビーム照射パターン１５ｂにおける短径方向（上下方向）の幅Ｂ’は、１つのビーム照射パターンの短径方向幅Ａの数倍（１．５倍若しくは２倍以上）となる。
【００２７】
さらに、合成照射パターンでの左右方向および上下方向での光強度分布は、図１に示すようにピーク強度近傍の領域の幅が従来に比べて広くなる。
【００２８】
したがって、装置の光軸（基準光軸）が相手方装置の方向からいずれの方向に大きくずれても、相手方装置の受光部での光量落ちが少なく、安定した通信を行うことができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図３には、本発明の第３実施形態である光空間通信装置に設けた４つの発光部からの相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示している。なお、本実施形態の基本構成は第１実施形態のものと同じであるため、第１実施形態と共通した符号を用いて本実施形態を説明する。
【００３０】
本実施形態は、第１実施形態にて説明した４つの発光部の半導体レーザ１３ａ〜１３ｄを、隣合う光ビームが基準光軸（図１の１２ａ）回りに４５°ずつ離れているように、軸回りで回転させる。
【００３１】
光源がｎ個の場合は、隣合う光ビームが３６０／（ｎ×２）°ずつ離れるように各光源を回転させる。
【００３２】
なお、各発光部の光軸は、基準光軸１２ａに対して水平方向および垂直方向ともに０°をなし、平行になるよう設定する。
【００３３】
本実施形態の場合、４つのビーム照射パターン１５ａ〜１５ｄが合成された合成照射パターンの中心からいずれの方向についても対称な光強度分布が得られ、かつ中心部の強度が最も強くなる。また、先の第２実施形態と同様に、４つのビーム照射パターン１５ａ〜１５ｄが合成された合成照射パターンの、例えばビーム照射パターン１５ａにおける短径方向（左右方向）の幅Ｂおよびビーム照射パターン１５ｃにおける短径方向（上下方向）の幅Ｂ’は、１つのビーム照射パターンの短径方向幅Ａの数倍（１．５倍若しくは２倍以上）となる。
【００３４】
したがって、装置の光軸（基準光軸）が相手方装置の方向からいずれの方向に大きくずれても、相手方装置の受光部での光量落ちが少なく、安定した通信を行うことができる。
【００３５】
なお、上記各実施形態では、４つの発光部を有する場合について説明したが、発光部の数は、コストや性能の要求等に応じて２つ以上であればいくつ設けてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つ１つの発光部からのビーム照射パターンが略長円形状であっても、これらが合成された合成照射パターンの幅が、１つのビーム照射パターンの短径方向において該１つのビーム照射パターンの短径方向幅の１．５倍以上となるため、相手方装置からのずれ等がいずれの方向に大きくても安定した通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である光空間通信装置の構成および相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図２】本発明の第２実施形態である光空間通信装置による相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図３】本発明の第３実施形態である光空間通信装置による相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図４】従来の光空間通信装置の構成および相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図５】半導体レーザのビーム照射パターンを示す図。
【符号の説明】
１０　　光空間通信装置
１１ａ〜１１ｄ　　送信光学系
１２　　受信光学系
１３ａ〜１３ｄ　　半導体レーザ
１４　　光検出素子
１５ａ〜１５ｄ　　ビーム照射パターン
【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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