(57)【要約】【課題】光無線を介して信号を伝送する光無線伝送装置において、装置の小型化を図ると共に、光軸調整を高精度且つ高速に行うことを可能とし、屋内使用にも適したものとする。【解決手段】光軸調整用の光を受光する第１受光素子６と、通信光を受光する第２受光素子３６とを同一受光エリア内に設け、入射光の一部を反射し、残りを透過する光制御素子３と、入射光の光軸に対する偏向角を制御可能な反射光学系４とを組み合わせ、第２受光素子３６により相手装置からの通信光を受光すると共に、第１受光素子６により受光した光軸調整用の光に基づいて反射光学系４の偏向角を制御することにより、相手装置との間で送受信される通信光の光軸調整を同軸で行う構成とした。【選択図】      図１
2004356890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号により強度変調された通信用の光又は光軸調整用の光を出射する発光素子、前記発光素子から出射された光を平行光に近いビーム光に成形する第１光学素子、入射光の一部を反射し、残りを透過する光制御素子、入射光を反射し且つ当該入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段を有する反射光学系、相手装置から送信された光を集光する第２光学素子、前記第２光学素子で集光された光を受光する第１、第２受光素子を有し、前記発光素子から出射された光は前記第１光学素子で平行光に近いビーム光に成形され、前記光制御素子を透過又は反射され、前記反射光学系で所定方向に反射して前記相手装置に送信され、前記相手装置から入射した光は前記反射光学系で反射され又は透過し、前記光制御素子で反射された後、前記第２光学素子を経て前記第１、第２受光素子で受光されるように構成された受発光部と、
前記第１受光素子で受光した光軸調整用の光に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御するための偏向角制御信号を演算し、当該偏向角制御信号を前記反射光学系の駆動手段に供給する偏向角制御信号供給部と、
を備え、前記第２受光素子において前記相手装置から送信された光を受光し、前記第１受光素子において受光した光軸調整用の光に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御することにより、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸合わせを行うことを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光無線伝送装置において、
前記光制御素子の透過面は、前記反射光学系で反射される光の面積よりも小さいことを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の光無線伝送装置において、
前記第１、第２受光素子は、同一受光エリア内において第１分割領域と第２分割領域に区分された受光素子により構成され、
前記偏向角制御信号供給部は、
前記第１分割領域での受光量に基づいて前記反射光学系の移動方向と移動量を演算して偏向角制御信号を得る演算手段と、
前記演算手段で演算された偏向角制御信号に基づいて前記反射光学系の駆動手段を水平方向又は垂直方向に駆動して、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸調整を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光無線伝送装置において、
前記受発光部及び前記データ受信部を同一基板上に一体に配置したことを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法において、
前記相手装置から入射する光軸調整用の光を前記第１受光素子で受光し、当該第１受光素子の受光量に基づいて前記反射光学系の移動方向と移動量を演算して偏向角制御信号を得ると共に、当該偏向角制御信号に基づいて前記反射光学系の駆動手段を水平方向又は垂直方向に駆動することにより、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸調整を行うことを特徴とする光無線伝送装置の光軸調整方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光無線伝送装置を第１、第２の光無線伝送装置として所定間隔で対向配置し、前記第１、第２の光無線伝送装置について前記請求項５に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法により光軸調整を行った後、前記第１、第２の光無線伝送装置を用いて双方向通信を行うことを特徴とする光無線通信方法。
【請求項７】
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光無線伝送装置を第１、第２の光無線伝送装置として所定間隔で対向配置した光無線伝送システムであって、
前記第１、第２の光無線伝送装置について前記請求項５に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法により光軸調整を行った後、前記第１、第２の光無線伝送装置を用いて双方向通信を行うことを特徴とする光無線伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ信号等により強度変調された光を送信・受信することによりデータ伝送を行う光無線伝送装置、光無線伝送装置の光軸調整方法、光無線通信方法、及び光無線伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光無線を介して信号を伝送する場合、送信側の発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）やレーザダイオードが用いられている。このうち、ＬＥＤにより信号を送信する装置では、指向性の広いＬＥＤ光のビーム径を集束レンズで絞らなければならないが、この絞りに限界があるために長距離を伝送するとビーム径が広がり、受信されるパワーが減少することになる。
【０００３】
これを解決するため、例えば図２２に示すような屋内光無線伝送装置が提案されている。この光無線伝送装置では、一方の装置（親機５１）にデータ信号送信のための発光部５２とは別に発光手段５３を設け、この発光手段５３から光軸調整用のパイロット光５３Ａを送信し、他方の光無線伝送装置（子機５４）では、その光軸方向を変位させて受光装置５４Ａによりパイロット光５３Ａを受信し、このパイロット光５３Ａの受光レベルに基づいて光軸調整を行うように構成されている。本装置は、ＬＥＤ光をパラボラリフレクタにより平行化してビーム径を絞るようにしたもので、指向性の狭いビーム光を送信する受光装置５４Ａをステッピングモータ等により回転させることにより、水平・垂直方向に走査して、２次元座標において最大の受光レベルが得られる点をサーチするという形態で具体化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、レーザダイオードを用いた屋外光無線伝送装置においては、ミラーとビームスプリッタによる光軸調整方法が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０５９８７０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特許第３２０６９９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の屋内光無線伝送装置で光軸調整を行うには、受光素子、及びその光学系を含む受光装置と、発光素子及びその光学系を含む発光装置とを同時に回転させる必要があるため、屋内で使用するには装置が大型なものとなる。
【０００８】
また、より高速な伝送を行うためには、受信側で、相手装置からの送信光を高効率に受光する必要があり、送信光は指向角数度［ｄｅｇ］程度の非常に狭い指向角のビームにしなければならない。双方向通信を行う場合は、同一装置内に配置された発光装置と受光装置の光軸とを一致させる必要があるが、送信光の指向性が非常に狭い場合、本装置のように上下に配置された発光装置と受光装置の光軸調整を高精度且つ高速に行うことは困難であった。
【０００９】
さらに、送信と受信の光軸とを一致させる光軸調整方法として、上記の屋外光無線伝送装置の調整方法が考えられるが、本装置は多数の光学素子が用いられた大規模なものであるために装置が大型なものとなり、また、ある程度光軸調整を行った後の微調整に用いられているため、相手装置をサーチ可能な範囲が数度程度と狭く、屋内の様々な場所に移動して使用される装置には適さないものとなっている。
【００１０】
本発明の目的は、装置の小型化を図ると共に、光軸調整を高精度且つ高速に行うことが可能であり、屋内使用にも適した光無線伝送装置、光無線伝送装置の光軸調整方法、光無線通信方法、及び光無線伝送システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、データ信号により強度変調された通信用の光又は光軸調整用の光を出射する発光素子、前記発光素子から出射された光を平行光に近いビーム光に成形する第１光学素子、入射光の一部を反射し、残りを透過する光制御素子、入射光を反射し且つ当該入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段を有する反射光学系、相手装置から送信された光を集光する第２光学素子、前記第２光学素子で集光された光を受光する第１、第２受光素子を有し、前記発光素子から出射された光は前記第１光学素子で平行光に近いビーム光に成形され、前記光制御素子を透過し、前記反射光学系で所定方向に反射して前記相手装置に送信され、前記相手装置から入射した光は前記反射光学系で反射され、前記光制御素子で反射された後、前記第２光学素子を経て前記第１、第２受光素子で受光されるように構成された受発光部と、前記第１受光素子で受光した光軸調整用の光に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御するための偏向角制御信号を演算し、当該偏向角制御信号を前記反射光学系の駆動手段に供給する偏向角制御信号供給部と備え、前記第２受光素子において前記相手装置から送信された通信用の光を受光し、前記第１受光素子において受光した光軸調整用の光に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御することにより、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸合わせを行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、データ信号により強度変調された通信用の光又は光軸調整用の光を出射する発光素子、前記発光素子から出射された光を平行光に近いビーム光に成形する第１光学素子、入射光の一部を反射し、残りを透過する光制御素子、入射光を反射し且つ当該入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段を有する反射光学系、相手装置から送信された光を集光する第２光学素子、前記第２光学素子で集光された光を受光する第１、第２受光素子を有し、前記発光素子から出射された光は前記第１光学素子で平行光に近いビーム光に成形され、前記光制御素子で反射され、前記反射光学系で所定方向に反射して前記相手装置に送信され、前記相手装置から入射した光は前記反射光学系で反射され、前記光制御素子を透過した後、前記第２光学素子を経て前記第１、第２受光素子で受光されるように構成された受発光部と、前記第１受光素子で受光した光軸調整用の光に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御するための偏向角制御信号を演算し、当該偏向角制御信号を前記反射光学系の駆動手段に供給する偏向角制御信号供給部とを備え、前記第２受光素子において前記相手装置から送信された通信用の光を受光し、前記第１受光素子において受光した光軸調整用の光に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御することにより、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸調整を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２において、前記光制御素子の透過面は、前記反射光学系で反射される光の面積よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記第１、第２受光素子は同一受光エリア内において第１分割領域と第２分割領域に区分された受光素子により構成され、前記偏向角制御信号供給部は、前記第１分割領域での受光量に基づいて前記反射光学系の移動方向と移動量を演算して偏向角制御信号を得る演算手段と、前記演算手段で演算された偏向角制御信号に基づいて前記反射光学系の駆動手段を水平方向又は垂直方向に駆動して、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸調整を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記受発光部及び前記データ受信部を同一基板上に一体に配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項において、前記相手装置から入射する光軸調整用の光を前記第１受光素子で受光し、当該第１受光素子の受光量に基づいて前記反射光学系の移動方向と移動量を演算して偏向角制御信号を得ると共に、当該偏向角制御信号に基づいて前記反射光学系の駆動手段を水平方向又は垂直方向に駆動することにより、前記発光素子から出射する光と前記相手装置から入射する光の光軸調整を行うことを特徴とする光無線伝送装置の光軸調整方法である。
【００１７】
また、上記目的を達成するため、請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光無線伝送装置を第１、第２の光無線伝送装置として所定間隔で対向配置し、前記第１、第２の光無線伝送装置について前記請求項６に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法により光軸調整を行った後、前記第１、第２の光無線伝送装置を用いて双方向通信を行うことを特徴とする光無線通信方法である。
【００１８】
さらに、上記目的を達成するため、請求項８の発明は、前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光無線伝送装置を第１、第２の光無線伝送装置として所定間隔で対向配置した光無線伝送システムであって、前記第１、第２の光無線伝送装置について前記請求項６に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法により光軸調整を行った後、前記第１、第２の光無線伝送装置を用いて双方向通信を行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光無線伝送装置、光無線伝送装置の光軸調整方法、光無線通信方法、及び光無線伝送システムの実施の形態について説明する。
【００２０】
以下の説明においては、データ信号により強度変調された通信用の光を適宜に通信光といい、光軸調整用の光を適宜にパイロット光という。また、この通信光やパイロット光などを総称して適宜に光という。さらに、これらの光を発することを送信といい、受けることを受光又は受信という。
【００２１】
［実施の形態１］
まず図１を参照して、実施の形態１に係わる光無線伝送装置の構成について説明する。
【００２２】
図１は、実施の形態１に係わる光無線伝送装置の概略構成図である。
【００２３】
受発光部９は、データ信号により強度変調された通信用の光、並びに光軸調整用のパイロット光を出射する発光素子１と、コリメータレンズなどのレンズ２と、入射光の一部を反射し、残りを透過する光制御素子３と、入射光を反射し且つ当該入出射光の光軸に対する偏向角を制御する図示しない駆動手段を有する反射光学系４と、図示しない相手装置から送信された光を集光するレンズ５と、このレンズ５で集光された光を受光するフォトダイオード（以下、適宜にＰＤという）などの第１受光素子６及び第２受光素子３６とを備えている。なお、レンズ２、レンズ５は、それぞれ本実施の形態における第１光学素子、第２の光学素子を構成する。
【００２４】
発光素子１とレンズ２は発光部４１を構成し、発光素子１からレンズ２を経て発せられた出射光が、光制御素子３を透過（一部は反射、以下同様）し、反射光学系４で反射されて通信光として送信されるように配置されている。また、レンズ５と第１受光素子６及び第２受光素子３６は受光部４０を構成し、相手装置から入射した光が反射光学系４で反射され、光制御素子３で反射（一部は透過、以下同様）された後、レンズ５を経て第１受光素子６及び第２受光素子３６で受光されるように配置されている。
【００２５】
上記構成において、発光素子１はデータ供給部７、外部インターフェース７Ａと接続されている。また、第１受光素子６及び反射光学系４は偏向角制御信号供給部８と接続され、第２受光素子３６は受信信号処理部３８、外部インターフェース３８Ａと接続されている。
【００２６】
受発光部９において、外部インターフェース７Ａからデータ信号が供給されたデータ供給部７により、データ信号に応じて強度変調された光が発光素子１から出射される。これらの光はレンズ２により平行光に近いビーム光に成形され、光制御素子３を通過した後、反射光学系４で反射されて通信光として送信される。また、相手装置から送信された光は、反射光学系４で反射されて光制御素子３で反射された後、レンズ５で集光されて第１受光素子６及び第２受光素子３６で受光される。第２受光素子３６では、受光した光が光−電気変換され、データ信号により強度変調された光信号として受信信号処理部３８に供給される。また第１受光素子６では、受光した光が光−電気変換され、位置情報信号として偏向角制御信号供給部８に供給される。
【００２７】
次に、図２〜図８を参照して、受発光部９を構成する各部について更に詳細に説明する。
【００２８】
発光素子１としては、レーザダイオードを用いることができる。レーザダイオードは出射光のビームが細く、それを更にレンズ２によって平行に近いビーム光にすることによって、出射光を高効率で光制御素子３及び反射光学系４に照射することができる。レーザの波長は近赤外に限らず、長波長のものでもよい。
【００２９】
図２は、データ供給部７の構成を示すブロック図である。データ供給部７は、外部インターフェース７Ａからのデータ信号を、光によって伝送可能な信号に変換する信号処理部１１と、信号処理された信号によって、光が点滅する様に発光素子１を駆動する発光駆動部１０とから構成される。
【００３０】
本装置二機を所定間隔で対向配置して屋内光無線伝送システムを構築し、そのアプリケーションとしてＬＡＮを考え、外部インターフェース７Ａから入力される信号が１００Ｂａｓｅ−ＦＸである場合、データ供給部７内の信号処理部１１では、図３のブロック図に示すように、４Ｂ／５Ｂエンコーダ１０１によりクロック自己再生のための４Ｂ／５Ｂ符号化を行い、デスクランブル／スクランブル部１０２によりデータをスクランブル化し、パラレル／シリアル変換部１０３によりパラレルデータをシリアルデータに変換し、更にＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換部１０４（及びＰＬＬ１０５）により、ＤＣ成分を持たない信号にするためにＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換を行う、という信号処理がなされ、データ信号として発光駆動部１０に入力される。
【００３１】
図４は、偏向角制御信号供給部８の構成を示すブロック図である。受光部４０の第１受光素子６は、相手装置からのパイロット光を光−電気変換し、受光量に応じた振幅の電気信号を位置情報信号として偏向角制御信号供給部８へ供給する。偏向角制御信号供給部８は、受発光部９から得られた位置情報信号に基づいて、相手装置から送信される光に自身の受信の光軸を合わせるように、反射光学系４を動かす移動方向及び移動量を演算して偏向角制御信号を得る演算部１３と、反射光学系４の図示しない駆動手段を前記偏向角制御信号に基づいて水平方向又は垂直方向に駆動する制御部１２から成る。
【００３２】
受信信号処理部３８は、第２受光素子３６で受光された、データ信号により強度変調された光信号をアプリケーションに適した信号に変換する。屋内光無線伝送システムのアプリケーションとしてＬＡＮを考え、外部インターフェース３８Ａへ出力する光信号が１００Ｂａｓｅ−ＦＸである場合、受信信号処理部３８では、図５のブロック図に示すように、受信した光信号をＮＲＺＩ／ＮＲＺ変換部１１１（及びＰＬＬ１１２）によりＮＲＺＩ／ＮＲＺ変換を行い、シリアル／パラレル変換部１１３によりシリアルデータをパラレルデータに変換し、続いてスクランブル／デスクランブル部１１４によりスクランブル化された信号をデスクランブルし、更に４Ｂ／５Ｂデコーダ１１５により４Ｂ／５Ｂ符号化された信号のデコードを行う、という信号処理がなされ、データ信号として外部インターフェース３８Ａに入力される。なお、クロック再生回路１１６では、データ信号に含まれるクロックのタイミング間隔を再生している。
【００３３】
図６は、反射光学系４の駆動手段として、光歪アクチュエータを用いた場合の構成図である。光歪アクチュエータは、光反応物質の収縮効果を応用したもので、図６（ａ）のように反射光学系４の反射部１８の裏側の４箇所に光歪アクチュエータ１９を設けている（図６ではそのうちの２つを示す）。各光歪アクチュエータ１９は、光源２０が照射する光量によって図６（ｂ）、（ｃ）に示すように伸張する。したがって、４つの光歪アクチュエータ１９に異なる光量を印加して反射光学系を３次元で偏向させることにより、光軸に対する偏向角を制御することができる。図６（ｄ）は、光歪アクチュエータ１９の概略構成図である。光源２０には光ファイバ１９Ａが接続され、その他端部（出射端部）には筐体１９Ｃが装着されている。筐体１９Ｃの内部には、軸方向に移動自在に挿入された駆動片１９Ｄと、光の照射を受けて体積が膨張する光吸収性流体１９Ｂが収納されている。上記構成において、光源２０から光ファイバ１９Ａを介して光を入射すると、筐体１９Ｃ内の光吸収性流体１９Ｂが膨張（又は収縮）して、駆動片１９Ｄが軸方向（図中矢印方向）に移動する。
【００３４】
なお、本発明における駆動手段は光歪アクチュエータに限定されるものではなく、電流、電圧、光又は熱等により制御可能なアクチュエータを適宜に用いることができる。例えば、リニアモータアクチュエータ、回転変位型アクチュエータ、圧電アクチュエータ、記憶形状変形アクチュエータ等を用いることができる。また、本発明における駆動手段は小型に形成されることが望ましく、とくに超小型（マイクロサイズ）のマイクロアクチュエータが望ましい形態として挙げられる。さらに、反射光学系４の反射部１８が曲面を有し、その曲面が凹凸に駆動されることによって、光軸に対する偏向角を制御するような可変焦点構造としてもよい。
【００３５】
反射光学系４の反射部１８としては、光学樹脂へＡｕ（金）を蒸着することにより生成されたミラーを用いることができる。Ａｕ膜の反射率分光特性を図７に示す。また、特定の波長のみ反射するような薄膜を蒸着した場合、受信した通信光における外来光成分をカットするフィルタの機能も果たすことにもなる。
【００３６】
光制御素子３としては、無偏光ビームスプリッタ（以下、単にビームスプリッタという）を用いることができる。また、特定の波長のみを通過（反射）するようなビームスプリッタを用いることも可能であり、その場合は、受信光における外来光成分をカットするフィルタの機能も果たすことにもなる。
【００３７】
第１受光素子６及び第２受光素子３６は、同一受光エリア内において、第１分割領域と第２分割領域に区分された同一の（又は異なる）受光素子により構成することができる。図８は、第１受光素子６と第２受光素子３６の概略構成図であり、第１受光素子６と第２受光素子３６を同一の多分割受光素子で構成した場合の例を示している。図８のような５分割ＰＤとした場合、第１分割領域となる周辺の４つのＰＤ（ＰＤ＿Ａ、＿Ｂ、＿Ｃ、＿Ｄ）を第１受光素子６として、パイロット光を受光し、その受光量に応じた振幅を有する電気信号を位置情報信号として偏向角制御信号供給部８へ出力する。また、第２分割領域となる中心の１つのＰＤ（ＰＤ＿Ｅ）を第２受光素子３６として、通信光を受光し、データ信号により強度変調された光信号として受信信号処理部３８へ出力する。
【００３８】
第１受光素子６と第２受光素子３６を、図８のように配置された５分割ＰＤとした場合、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第２受光素子３６の上部に配置したレンズ５−１により通信光を集光し、また第１受光素子６の上部に配置したドーナツ状のレンズ５−２によりパイロット光を集光する構成とすることができる。なお、図９（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する概略断面図である。
【００３９】
次に、図１０〜図１２を参照して、偏向角制御信号供給部８において、第１受光素子６で得られた情報に基づいて光軸に対する偏向角を制御する場合の動作について説明する。
【００４０】
図１０は、偏向角制御信号供給部８による反射光学系４の制御手順を示すフローチャート。図１１は、５分割ＰＤで構成された第１受光素子６及び第２受光素子３６上で受光したパイロット光の受光スポットが段階的に移動する様子を示す説明図。図１２は、偏向角制御信号供給部８において図１０の制御手順を実現するための構成を示すブロック図である。
【００４１】
ここでは、図１１並びに図１２に示すように、第１受光素子６及び第２受光素子３６が５分割された同一のフォトダイオード（ＰＤ＿Ａ、＿Ｂ、＿Ｃ、＿Ｄ、＿Ｅ）により構成され、このうち周辺の４つのＰＤ（ＰＤ＿Ａ、＿Ｂ、＿Ｃ、＿Ｄ）を第１受光素子６とし、中心の１つのＰＤ（ＰＤ＿Ｅ）を第２受光素子３６とし、且つ反射光学系４が３次元に制御可能な場合を例とする。以下、図１０のフローチャートに従って、適宜に図１１、１２を参照しながら説明する。
【００４２】
相手装置からのパイロット光は、ある周波数を有する光信号であり、受光部４０では、５分割されたＰＤのうち、第１受光素子６となる周辺の４つのＰＤ（ＰＤ＿Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）での受光量が光−電気変換され、受光量に応じた振幅を有する電気信号（ＳＩＧ＿Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が位置情報信号として偏向角制御信号供給部８に送られる（ステップＳ１）。偏向角制御信号供給部８内の演算部１３では、それぞれの信号振幅をアンプ２１、２２、２３、２４によって増幅し（ステップＳ２）、Ａ／Ｄコンバータ２５、２６、２７、２８によってその振幅値をＡ／Ｄ変換することによって、信号レベル、すなわち各ＰＤでの受光量をＤＣ値として得る（ステップＳ３）。
【００４３】
続いて、マイコン・ＤＳＰなどのマイクロプロセッサ２９によって、水平方向（Ｐａｎ）・垂直方向（Ｔｉｌｔ）に対向するＰＤ同士の受光レベルの差を演算し（ステップＳ４）、その受光レベル差を０とするための、反射光学系４の移動方向・及び移動量を演算して、制御部１２に送る（ステップＳ５→Ｓ６、ステップＳ９→Ｓ１０）。制御部１２は、与えられた値をＤ／Ａコンバータ３０、３１によりＤ／Ａ変換し、偏向角制御信号としてドライバ３２、３３に与え、ドライバ３２、３３によって反射光学系４を水平・垂直方向に駆動する（ステップＳ７→Ｓ８、ステップＳ１１→Ｓ１２）。
【００４４】
次に、５分割ＰＤ上での受光スポットの動きを図１１により説明する。図中、符号６Ａはパイロット光が照射したときの５分割ＰＤ上での受光スポットを示す。
【００４５】
図１１において、▲１▼のステップでは、まず垂直方向に対向する領域Ａ、領域ＢそれぞれのＰＤの受光量の差を演算し、差を０にする方向（図１１では下方向）に光が照射されるように、反射光学系４を垂直方向に動かす。次いで、▲２▼のステップでは、水平方向に対向する領域Ｃ、領域ＤのそれぞれのＰＤの受光量の差を演算し、差を０にする方向（図１１では右方向）に光が照射されるように、反射光学系４を水平方向に動かす。
【００４６】
このように、受発光部９においては、相手装置との間で送受信される通信光が光制御素子３により同軸で制御可能であるため、同一構成の相手装置から送信される光と本装置で受信する光の光軸とを合わせることによって、本装置からの通信光が相手装置に照射することになる。また、相手装置も同様に光軸調整を行うことにより、相手装置からの通信光が本装置に照射されることになり、２つの装置のそれぞれの受発光部９の光軸が一致することになる。
【００４７】
さらに、上記の制御手順により光軸が一致した状態では、相手装置からの通信光は５分割ＰＤの中心に照射され、中心のＰＤ（第２受光素子３６）によってデータ信号の受信が可能となる。
【００４８】
また、上記の制御手順により光軸調整を行った後の通信状態において、相手装置からの通信光が中心のＰＤ（第２受光素子３６）で受光できなくなった場合は、光軸がはずれたとみなして、再度光軸調整を行う、という制御を実施することによって、さらに安定した双方向通信を実現することができる。図１３は、第２受光素子３６で光軸がずれたことを検出する構成を示す概略構成図であり、図１と同等部分を同一符号で示している。図１３に示す受発光部９では、第２受光素子３６で通信光が受光できない場合に、受信信号処理部３８から偏向角制御信号供給部８へ光軸調整要求を発行するように構成されている。他の構成は図１と同じであるため説明を省略する。
【００４９】
図１４は、第２受光素子３６で光軸がずれたことを検出して、再度光軸調整を行う場合の制御手順を示すフローチャートである。受発光部９は電源投入により処理をスタートし、偏向角制御信号供給部８において、図１０の制御手順により光軸調整を行い（ステップＳ１〜Ｓ１２）、光軸が一致した時点で双方向の通信を行う（ステップＳ１３）。この間、受信信号処理部３８では第２受光素子３６において通信光を受光しているかどうかを判断し（ステップＳ１４）、通信光を受光していなければ、偏向角制御信号供給部８へ光軸調整要求を発行する（ステップＳ１５）。この光軸調整要求の発行により、偏向角制御信号供給部８は、再び図１０の制御手順に従って、光軸調整を行う。
【００５０】
本実施の形態では、第１受光素子６及び第２受光素子３６を５分割ＰＤで構成した例について示したが、分割数は２分割、３分割、４分割でもよいし、或いは６分割、７分割…というように更に分割数を多くしたものであってもよい。また、本実施の形態では、パイロット光を受光する４つのＰＤ（第１受光素子６）での受光量の差がゼロになるように反射光学系４の移動方向と移動量を演算する例について示したが、他のアルゴリズムにより移動方向と移動量を演算するようにしてもよい。
【００５１】
上記実施の形態１に係わる光無線伝送装置では、第１受光素子６で受光したパイロット光に基づいて反射光学系４の偏向角を制御することにより、相手装置との間で送受信される通信光の光軸調整を同軸で行うように構成されているため、受光装置と発光装置を同時に回転させる従来装置に比べて可動部分や光学素子が少なくなり、装置の小型化を図ることができる。特定の従来装置との比較では、少なくとも体積比で１／２以下を達成している。
【００５２】
また、実施の形態１に係わる光無線伝送装置の光軸調整方法により光軸調整を実施したところ、従来のモータを用いた屋内光無線伝送装置のサーチ精度が０．２［ｄｅｇ］程度、サーチ速度が１００〜３００［ｒａｄ／ｓｅｃ］程度であったのに対し、本実施の形態の装置ではサーチ精度は０．００１［ｄｅｇ］以下、サーチ速度は５００［ｒａｄ／ｓｅｃ］以上となり、高精度且つ高速な光軸調整を実現している。このように、互いに相手装置から送信されるパイロット光と自装置で受信する光軸とを一致させる構成とすることによって、屋内光無線伝送システムとして通信光に狭い指向角のビームを用いた場合でも、高精度な双方向通信を行うことが可能となる。
【００５３】
さらに、相手装置をサーチ可能な範囲が広いため、屋内使用において様々な場所に移動させて使用することができる。
【００５４】
図１５は、実施の形態１に係わる光無線伝送装置の他の構成例を示す概略構成図であり、図１と同等部分を同一符号で示している。図１５に示す受発光部９では、第１受光素子６と第２受光素子３６とが異なるＰＤで構成され、同一受光エリア内に近接して設置されている。各受光素子の平面形状は図８と同じものとなる。他の構成は図１と同じであるため説明を省略する。
【００５５】
図１６（ａ）は、第１受光素子６において通信光の有無を検出し、偏向角制御信号供給部８へ通信光の有無という情報のみを供給する場合の構成を示したものである。この例では、それぞれ単体の第１受光素子６と第２受光素子３６とが、同一受光エリア内に並べて設置されている。図１６（ｂ）は、単体の第１受光素子６を中心として、その周囲に４つの第２受光素子３６を近接して設定した場合の構成を示したものである。本例においても、偏向角制御信号供給部８では、第１受光素子６と第２受光素子３６とを同一の５分割ＰＤで構成した場合の制御手順と同様に、第１受光素子６の４つのＰＤの受光量の差がゼロとなるように反射光学系４の移動方向と移動用を演算し、反射光学系４を駆動する。第１受光素子６の４つのＰＤの受光量の差がゼロとなった際には、受光スポット６Ａは第１受光素子６の４つのＰＤの中心、すなわち第２受光素子３６に照射されることになる。
【００５６】
［実施の形態２］
次に、図１７〜１９を参照して、実施の形態２に係わる光無線伝送装置の構成について説明する。
【００５７】
図１７は、実施の形態２に係わる光無線伝送装置の概略構成図である。図１と同等部分を同一符号で示している。
【００５８】
実施の形態２では、発光素子１とレンズ２、及びレンズ５と第１受光素子６及び第２受光素子３６が図１とは逆に配置されている。すなわち、発光素子１とレンズ２は、発光素子１からレンズ２を経て発せられた出射光が、光制御素子３で反射された後、反射光学系４で反射されて通信光として送信されるように配置されている。また、レンズ５と第１受光素子６は、相手装置から入射した通信光やパイロット光が反射光学系４で反射され、光制御素子３を透過し、レンズ５で集光されて第１受光素子６及び第２受光素子３６で受光されるように配置されている。
【００５９】
本実施の形態のように、図１における発光素子１とレンズ２、及びレンズ５と第１受光素子６及び第２受光素子３６の配置を入れ替えた構成とした場合でも、図１のように構成された受発光部９と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
続いて、実施の形態２に係わる光無線伝送装置の他の構成例について説明する。光無線伝送装置では、第２受光素子３６において相手装置からの通信光を高効率に受光することによって、より高速、長距離のデータ伝送が可能となる。そのため実施の形態１に示す光無線伝送装置の構成（図１）では、光制御素子３の透過面を、反射光学系４で反射される光の面積と同等、もしくは大きくする必要がある。
【００６１】
実施の形態２の他の構成例としては、図１８に示すように、発光素子１とレンズ２、及びレンズ５と第１受光素子６及び第２受光素子３６の配置を入れ替えると共に、光制御素子３の透過面３Ａが、反射光学系４によって反射される光の面積４Ａより小さくなるように、図１７よりもサイズの小さい光制御素子３を配置している。他の構成は図１７と同じであるため説明を省略する。
【００６２】
図１８の構成において、第１受光素子６に照射される光は光制御素子３の透過光であるため、光制御素子３が小さく、透過面３Ａが反射光学系４で反射される光の面積４Ａより小さい場合でも、光制御素子３に照射されない光は、直接に第１受光素子６及び第２受光素子３６に照射される。このため、図１７に示すように光制御素子３の透過面が大きい場合と同等、もしくはそれ以上の受光量を得ることが出来る。発光素子１がレーザダイオードなどの場合、通信光の指向性は狭いため、光制御素子３の透過面は小さくてもよい。
【００６３】
また、本実施の形態においては、光制御素子３を小型化にすることにより、図１９に示すように、反射光学系４を光制御素子３に近づけることができるため、受発光部９全体を小型化することが可能となり、受発光部９の設計にも柔軟性をもたせることができる。
【００６４】
［実施の形態３］
図２０は、実施の形態３に係わる光無線送伝送装置の構成例を示す説明図である。実施の形態１又は２における受発光部９の光学部材を同一の基板３４上に配置することによって、光無線伝送装置を小型のモジュール３４Ａとして構成することができる。例えば、ホログラムピックアップの組み立て技術などを応用し、５ｍｍ角〜３０ｍｍ角程度の大きさのモジュールとした場合、図２１のようにパソコン３５などの機器に組み込むことも可能である。
【００６５】
本実施の形態に示すように、受発光部９を同一基板上に一体に配置した場合は、装置の小型化が可能となるだけでなく、それに伴う低コスト化、サーチ時間の短縮などの効果が得られる。また、一体構造とする際に、現在のＩＣの微細加工技術、及びホログラムピックアップの組み立て技術などを応用することができるため、高精細な配置が可能となり、送信と受信の光軸調整もさらに容易なものとなる。
【００６６】
［実施の形態４］
次に、上記各実施の形態におけるレーザ出力について説明する。
【００６７】
光無線伝送装置において、装置から送信される光は安全基準によって制限される。例えば、レーザダイオードの場合、ＩＥＣ６０８２５−１（日本ではＪＩＳＣ６８０２：レーザ製品の放射安全基準）によって、その放射強度などが定められている。この基準は、装置から出力される光を制限するものであり、上記各実施の形態に示す光無線伝送装置において、発光素子１をレーザダイオードとした場合、装置からの出力を基準内とするためのレーザ出力は、実際にレーザダイオードが出力可能なレベルに比べ十分小さい。そのため、実施の形態１の場合には、光制御素子３の透過・反射の比率を変え、透過率を低く、反射率を高くすることによって、通信光を安全な出力レベルで送信し、且つ、受信光を高効率で第１受光素子６及び第２受光素子３６に集光することが可能となる。例えば、装置から送信可能な出力のレベルに対して、レーザダイオードが出力可能なレベルが１０倍とすると、光制御素子３の透過率を１０％、反射率を９０％とする。
【００６８】
また、上記各実施の形態に示す発光素子１において、その出力レベルを減衰可能なものとし、光制御素子３を透過し、反射光学系４によって反射されて装置外に送信される通信光が安全基準によって制限されたレベル以下になるよう、調整可能なものとすることによって、目に安全なレベルの強度で高速な双方向通信が可能となる。
【００６９】
なお、上述した各実施の形態においては、光軸調整用のパイロット光を発光素子１から発するように構成しているが、パイロット光は受発光部９の内部又は外部に配置した別の発光素子から出射するように構成してもよい。この発光素子の光軸は受発光部９の光軸と同軸又は略並行となるように配置される。また、発光素子１から出射する通信光をパイロット光として使用することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、反射光学系の偏向角を制御することにより、相手装置との間で送受信される通信光の光軸調整を同軸で制御することができるため、受光装置と発光装置とを同時に回転させる従来装置に比べて可動部分が少なくなり、装置を小型化することができる。また、送信する通信光に狭い指向角のビームを用いた場合でも、高精度且つ高速な光軸調整が可能となる。さらに、相手装置をサーチ可能な範囲が広いため、屋内使用において様々な場所に移動させて使用することができる。
【００７１】
したがって、本発明に係わる光無線伝送装置、光無線伝送装置の光軸調整方法、光無線通信方法、及び光無線伝送システムを屋内光無線伝送システムに適用した場合は、高精度な双方向通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係わる光無線伝送装置の概略構成図。
【図２】データ供給部の構成を示すブロック図。
【図３】信号処理部の構成を示すブロック図。
【図４】偏向角制御信号供給部の構成を示すブロック図。
【図５】受信信号処理部の構成を示すブロック図。
【図６】（ａ）は反射光学系の駆動手段として光歪アクチュエータを用いた場合の構成図。（ｂ）、（ｃ）はピエゾアクチュエータを伸張させた場合の説明図。（ｄ）は光歪アクチュエータの概略構成図。
【図７】Ａｕ膜の反射率分光特性を示す説明図。
【図８】５分割ＰＤで構成された第１受光素子と第２受光素子の概略構成図。
【図９】（ａ）は５分割ＰＤで構成された第１受光素子と第２受光素子及びレンズの概略構成図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する概略断面図。
【図１０】偏向角制御信号供給部による反射光学系の制御手順を示すフローチャート。
【図１１】５分割ＰＤで構成された受光素子により受光したパイロット光の受光スポットが段階的に移動する様子を示す説明図。
【図１２】偏向角制御信号供給部おいて図１０の制御手順を実現するための構成を示すブロック図。
【図１３】第２受光素子で光軸がずれたことを検出する構成を示す概略構成図。
【図１４】第２受光素子で光軸がずれたことを検出して再度光軸調整を行う場合の制御手順を示すフローチャート。
【図１５】実施の形態１に係わる光無線伝送装置の他の構成例を示す概略構成図。
【図１６】（ａ）は第１受光素子において通信光の有無を検出して偏向角制御信号供給部へ通信光の有無という情報のみを供給する場合の概略構成図。（ｂ）は単体の第１受光素子の周囲に４つの第２受光素子を近接して設定した場合の概略構成図。
【図１７】実施の形態２に係わる光無線伝送装置の概略構成図。
【図１８】実施の形態２に係わる光無線伝送装置の他の構成例を示す概略構成図。
【図１９】図１８において反射光学系を光制御素子に近づけた場合の概略構成図。
【図２０】実施の形態３に係わる光無線伝送装置の構成例を示す説明図。
【図２１】実施の形態３に係わる光無線伝送装置をパソコンに搭載した場合の説明図。
【図２２】従来の屋内光無線伝送装置の概略構成図。
【符号の説明】
１…発光素子
２…レンズ
３…光制御素子
４…反射光学系
５…レンズ
６…第１受光素子
７…データ供給部
７Ａ…外部インターフェース
８…偏向角制御信号供給部
９…受発光部
１０…発光駆動部
１１…信号処理部
１２…制御部
１３…演算部
１８…反射部
１９…光歪アクチュエータ
１９Ａ…光ファイバ
１９Ｂ…光吸収性流体
１９Ｃ…筐体
１９Ｄ…駆動片
２０…光源
２５…コンバータ
２９…マイクロプロセッサ
３０…コンバータ
３２…ドライバ
３４…基板
３５…パソコン
３６…第２受光素子
３７…レンズ
３８…受信信号処理部
３８Ａ…外部インターフェース
４０…受光部
４１…発光部
５１…親機
５２…発光部
５３…発光手段
５３Ａ…パイロット光
５４…子機
５４Ａ…受光装置
１０１…４Ｂ／５Ｂエンコーダ
１０２…デスクランブル／スクランブル部
１０３…パラレル／シリアル変換部
１０４…ＮＲＺ／ＮＲＺＩ変換部
１０５，１１２…ＰＬＬ
１１１…ＮＲＺＩ／ＮＲＺ変換部
１１３…シリアル／パラレル変換部
１１４…スクランブル／デスクランブル部
１１５…４Ｂ／５Ｂデコーダ
１１６…クロック再生回路
【図１】
2004356890.tif 000003
【図２】
2004356890.tif 000004
【図３】
2004356890.tif 000005
【図４】
2004356890.tif 000006
【図５】
2004356890.tif 000007
【図６】
2004356890.tif 000008
【図７】
2004356890.tif 000009
【図８】
2004356890.tif 000010
【図９】
2004356890.tif 000011
【図１０】
2004356890.tif 000012
【図１１】
2004356890.tif 000013
【図１２】
2004356890.tif 000014
【図１３】
2004356890.tif 000015
【図１４】
2004356890.tif 000016
【図１５】
2004356890.tif 000017
【図１６】
2004356890.tif 000018
【図１７】
2004356890.tif 000019
【図１８】
2004356890.tif 000020
【図１９】
2004356890.tif 000021
【図２０】
2004356890.tif 000022
【図２１】
2004356890.tif 000023
【図２２】
2004356890.tif 000024