(57)【要約】【課題】特別な位置検出素子を使用することなく、簡単な構成で角度ずれを行い、低コストの光軸補正機能をもつ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であって、相手側装置からの光ビームを受信するための受信光学系を持ち、前記受信光学系は相手側装置から送られてくる光ビームを光ファイバ束の端面上に集光する光学的手段と、一つ以上の光検出器と、前記集光した光ビームを前記光検出器に送るための光ファイバの束とを有する事を特徴とする光空間通信装置により光ビームの角度ずれを検出する【選択図】図１
2004096155.tif 000002
【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であって、相手側装置からの光ビームを受信するための受信光学系を持ち、前記受信光学系は相手側装置から送られてくる光ビームを光ファイバ束の端面上に集光する光学的手段と、一つ以上の光検出器と、前記集光した光ビームを前記光検出器に送るための光ファイバの束とを有する事を特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記光ファイバは、受光口前面に光ビームを集光する光学的手段を有する事を特徴とする請求項１記載の光空間通信装置
【請求項３】
前記光学的手段は、マイクロレンズアレーであることを特徴とする請求項２記載の光空間通信装置
【請求項４】
複数の前記光検出器で検出したそれぞれの信号の強度を検出するための信号強度検出器を有し、前記信号の強度から相手側装置から送られてくる光ビームの入射方法を解析する手段を有する事を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光空間通信装置
【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、特に装置の角度ずれによる光ビームの光軸補正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。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、時間経過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。
【０００３】
このような問題を解決するために、図５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考案されている。
【０００４】
図５は対向する１対の装置の片側を示す。図５において、２０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２１から放出され、集光レンズ２２で集光される。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。偏光された光は偏光ビームスプリッタ２３で送受光レンズ２４の方向に反射され、送受光レンズ２４で、僅かに拡がりを持つほぼ平行の光ビーム２５となって相手側装置の方向に送信される。
【０００５】
その一方で、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２４から偏光ビームスプリッタ２３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、偏光ビームスプリッタ２３をそのまま透過し、ビームスプリッタ２６に入る。受信光の大部分はビームスプリッタ２６で反射し、光信号検出用の受光素子２７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２６を透過して、光位置検出素子２８に入射する。
【０００６】
光位置検出素子２８は、例えば図６に示すような４分割されたフォトダイオードである。図６には、２８ａから２８ｄ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３３が当たっている様子が示されている。４つのフォトダイオード２８ａから２８ｄの出力を比較することにより、光スポット３３の位置を知ることができる。光位置検出素子２８から送信される信号は、角度補正情報として制御回路２９で演算処理され、光学系２０の駆動回路３０に駆動信号が出力される。そして駆動回路３０により、垂直方向の駆動機構３１および水平方向の駆動機構３２を動かして、光スポット３３の位置が光位置検出素子２８の中心に来て、４つのフォトダイオード２８ａから２８ｄの出力が全て等しくなるような方向に駆動・制御される。
【０００７】
光位置検出素子２８、発光素子２１、光信号検出用の受光素子２７は全て光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２８の中心に光スポット３３が当たった状態では、光信号検出用の受光素子２７の中心にも光が入射しており、かつ発光素子２１よりの光の中心は相手側装置の方向に放射される。
【０００８】
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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術で説明した発明には、第１に光軸ずれ検出用に受光した光ビームの一部を使用している分受光効率が落ちるという問題がある。
【００１０】
第２に光軸ずれ検出用の素子に光を当てるための分岐光学系が必要であり、光学系が複雑になるという問題がある。
【００１１】
第３に信号を検出するための検出器のほかに特別な位置検出器が必要になるという問題がある。
【００１２】
また、上記第２、第３の問題には、製作や調節の為のコストが高くなるという問題がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の光空間伝送装置は、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であって、相手側装置からの光ビームを受信するための受信光学系を持ち、この受信光学系は相手側装置から送られてくる光ビームを光ファイバ束の端面上に集光する光学的手段と、一つ以上の光検出器と、集光した光ビームを光検出器に送るための光ファイバの束を有する事を特徴とする。
このように本発明では、集光されたビームが光ファイバの束を介して光検出器に送られる。従って、相手側装置から送られてくる光ビームの入射角度が変化しても別の光ファイバに光ビームが入射され、有効受光角度を広範囲にすることが出来る。
【００１４】
また、光ファイバの一つ一つの受光口前面に光ビームを集光する光学的手段を設けてもよい。このように本発明では、光ファイバの受光口前面に光ビームが集光される。従って、効率よくそれぞれの光ファイバに光ビームを入射させることができる。
【００１５】
また、光ファイバの一つ一つの受光口前面に光ビームを集光する光学的手段として、マイクロレンズアレーを使用してもよい。
【００１６】
また、上記光空間通信装置において、複数の光検出器で検出されたそれぞれの信号の強度を検出するための信号強度検出器と、この信号の強度により相手側装置から送られてくる光ビームの入射方法を解析する手段とを有するようにしてもよい。このように本発明では、複数の光検出器で検出されたそれぞれの信号の強度が信号強度検出器により検出される。従って、別途光軸ずれを検出する為の光学系手段、特別な位置検出素子を使用する事なく、簡単な構成で角度ずれ検出を行なう事が出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態である光空間伝送装置をもっとも良く表した図である。図５の従来例の受信光学系の構成のうち偏光ビームスプリッタ２３以降の部分を図１のごとく変更したものである。
【００１８】
図１において相手側装置から送られてきた光ビーム１０は、集光レンズ１１で集光され４本の光ファイバからなる光ファイバ束１２の端面に入射する。ここで例えば光ファイバ束は図２のように構成されている。
【００１９】
図２は光ファイバ１２ａ〜１２ｄを束ねた光ファイバ束１２の断面に集光された光スポット１７が入射している状態を示している。ここで光スポット１７は相手側装置から送られてくる光ビーム１０の入射角度により移動するが、光ファイバを束ねる事により、受光範囲を広範囲にすることができる。
【００２０】
光ファイバ束１２に入射した光は、受光素子１３ａ〜１３ｄに入射する。受光素子１３ａ〜１３ｄに入射した光は、電気信号に変換され、合波部１４で合波され受信信号出力部１５から受信信号として出力される。また一方で、光軸ずれ検出部１６で、受光素子１３ａ〜１３ｄに入射した光信号強度を検出し、それぞれの光信号強度を比較する事により、光スポット１７の位置を検出する事ができる。
【００２１】
これは図６の４分割フォトダイオードで光スポットを検出したのと同じ原理である。光スポット１７の位置から、相手側装置から送られてくる光ビーム１０の入射角度を知ることができる。この情報を基に、従来例１と同様に光学系２０を相手側装置の方向に向けて光軸ずれの補正を行なう事ができる。
【００２２】
このように第１の実施形態の光空間伝送装置では、光軸ずれを検出する為の光学系手段、特別な位置検出素子を使用する事なく、簡単な構成で角度ずれ検出を行なう事が出来る。
【００２３】
第２の実施形態の光空間伝送装置では、光を光ファイバ内に無駄なく入射させるために、集光レンズ１１と光ファイバ束１２の間に、マイクロレンズアレー１８は配置している点を除けば第１の実施と同様である。図３はマイクロレンズアレー１８に集光された光スポット１７が入射している状態を示している。
【００２４】
図４は本発明の第２の実施形態である光空間伝送装置をもっともよくあらわした図である。図４で相手装置から入射した光ビーム１０は集光レンズ１１に集光されマイクロレンズアレー１８に入射する。マイクロレンズアレー１８は入射した光を光ファイバ束１２のそれぞれの光ファイバのコアに集光させるように配置してある。
【００２５】
したがってマイクロレンズアレー１８に入射した光ビーム１０は効率よく、それぞれの光ファイバのコアに入射することができる。光ファイバ束１２に入射された光は、第１の実施形態と同様の方法で処理され角度ずれの検出が行われる。このように、集光レンズ１１と光ファイバ束１２の間に、マイクロレンズアレー１８を入れる事により、受信した光ビーム１０を効率よく受光素子１３ａ〜１３ｄに取り入れる事ができる。
【００２６】
第１、第２の実施形態では、４本の光ファイバーを束ねた場合について説明したが、４本に限らず、複数本で相手側装置の方向を検出できる構成であれば問題はない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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、複数の前記光検出器で検出したそれぞれの信号の強度を検出するための信号強度検出器を有し、前記信号の強度から相手側装置から送られてくる光ビームの入射方法を解析する手段を有する事を特徴とすることにより、光信号を検出する為の光検出器のほかに、特別な位置検出素子を使用する事なく、簡単な構成で角度ずれ検出を行なう事ができるとともに低コストで光軸補正機能を持つ光空間通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態である光空間伝送装置を示した図
【図２】ファイバ束と光スポットの図
【図３】マイクロレンズアレーと光スポットの図
【図４】本発明の第二の実施形態である光空間伝送装置を示した図
【図５】従来の光空間伝送装置を示した図
【図６】従来のスポット位置検出素子を示した図
【符号の説明】
１０　光ビーム
１１　集光レンズ
１２　光ファイバ束
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ　光ファイバ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ　受光素子
１４　合波部
１５　受信信号出力部
１６　光軸ずれ検出部
１７　光スポット
１８　マイクロレンズアレー
２０　光学系
２１　発光素子
２２　集光レンズ
２３　偏光ビームスプリッタ
２４　送受光レンズ
２５　光ビーム
２６　ビームスプリッタ
２７　受光素子
２８　位置検出素子
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ　フォトダイオード
２９　制御回路
３０　駆動回路
３１　垂直方向の駆動機構
３２　垂直方向の駆動機構
【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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