(57)【要約】【課題】要求する視野角性能を満たした上で、高速の伝送速度に対応させた受光領域の狭い受光素子に対応させるのに有利な光空間通信装置を提供する。【解決手段】受信する光ビームが入射される入射レンズ１０は入射側１１が長焦点距離に設定されると共に、出射側１２が短焦点距離に設定され、入射レンズ１０の出射側１２から出射される光ビームを受光素子３により受光するようにしている。入射レンズ１０の入射側１１を長焦点距離に設定することで、大口径レンズにより広範囲に光ビームを入射させて光量を確保すると共に、入射レンズ１０の出射側１２を短焦点距離に設定することで、入射レンズ１０への光ビームの入射角に応じて散らばる焦点の範囲を焦点距離を短くして入射レンズ１０の光軸から離れない位置としている。【選択図】図２
2004194182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報データで変調した光ビームを空間を介して送信し、この光ビームを受信して情報データを通信する光空間通信装置において、受信する光ビームが入射される入射レンズは入射側が長焦点距離に設定されると共に、出射側が短焦点距離に設定され、前記入射レンズの出射側から出射される光ビームを受光素子により受光するようにしたことを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記入射レンズは入射側が低パワーの凸レンズ面により形成されると共に、出射側が高パワーの凸レンズ面により形成される単レンズにより構成されることを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項３】
前記入射レンズは入射側に配置される長焦点距離の凸レンズと、出射側に配置される短焦点距離の凸レンズとの組合せレンズにより構成されることを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【請求項４】
前記受光素子が取り付けられる基板には裏面に情報信号で変調した光ビームを発光する発光素子が取り付けられ、この発光素子から発光される光ビームは反射ミラーにより光軸が折曲されて前記基板に形成される孔からこの基板のオモテ側に導出されることを特徴とする請求項１記載の光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、情報データで変調した光ビームを空間を介して送信し、この光ビームを受信して情報データを通信する光空間通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報データの伝送を光ビームの送受信により行う光通信装置が知られており、光通信装置としては光ビームを空間を介して伝送する光空間通信装置が存在する。
【０００３】
この光空間通信装置としては、通信範囲の関係から光ビームの送受信が可能な距離を直線距離で１００ｍまでに対応させた仕様のニーズがある。
【０００４】
光空間通信装置は、光ビームの送受信可能な距離を伸ばすために拡散光の光ビームをコリメータレンズにより平行光として空間に伝播することが行われる（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−６４８２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、情報データを伝達するために光ビームは情報データによって変調されるが、情報データとしては一般にデジタルデータであり、この場合、デジタルデータに応じてスイッチングされる光ビームが送受信される。
【０００７】
そして、送受信の高速化も図れているので、光ビームのスイッチング周波数も高くなっている。
【０００８】
ところで、送信された光ビームを受光する受光素子は、通常フォトダイオードであり、その半導体の構造上、受光領域の広さによって周波数特性が変化し、受光領域を拡大すると受光可能な光ビームの対応周波数が低下する。
【０００９】
その為、光空間通信装置においては、送受信する光ビームのスイッチング周波数に対応して使用される受光素子の受光領域が限定され、情報データの伝送速度の高速化が図られ、前記スイッチング周波数が高くなると、受光領域が狭い受光素子を使用することになる。
【００１０】
したがって、光空間通信装置においては、送信された光ビームを決められた受光範囲内に集光させる必要がある。
【００１１】
ところで、受光素子へは一般に入射レンズを介して送信された光ビームが入射され、受光素子に受光させる光ビームは要求する視野角性能を満たすため入射レンズの光軸に対して例えば半角±５度程度許容する。
【００１２】
その為、この許容された角度内の光ビームを入射レンズを介して受光素子の受光領域に導く必要があるが、対応させる情報データの伝送速度によって受光素子の受光領域が限定されるので、受光素子の受光領域内に受光可能な光ビームが入射レンズへの入射を許容した光ビームの許容角度を満たさない問題が生じた。特に、光ビームの送受信可能な距離を伸ばすために入射レンズとして大口径レンズを使用する場合は、入射レンズの焦点距離が限定されるために上述の問題が発生し易くなった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、受信する光ビームが入射される入射レンズは入射側が長焦点距離に設定されると共に、出射側が短焦点距離に設定され、前記入射レンズの出射側から出射される光ビームを受光素子により受光するようにしている。入射レンズの入射側を長焦点距離に設定することで、大口径レンズにより広範囲に光ビームを入射させて光量を確保すると共に、入射レンズの出射側を短焦点距離に設定することで、入射レンズへの光ビームの入射角に応じて散らばる焦点の範囲を焦点距離を短くして入射レンズの光軸から離れない位置としている。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明に係る光空間通信装置の光学系を示す光学配置図である。
【００１５】
図１の光空間通信装置の筐体１内には、筐体１内に設置されるプリント基板２のオモテ面にフォトダイオードから成る受光素子３がハンダ付けにより取り付けられ、前記プリント基板２の裏面にレーザーダイオードから成る半導体レーザーの発光素子４がハンダ付けにより取り付けられている。
【００１６】
前記発光素子４はリード端子が折曲されてプリント基板２に固定されており、光ビーム（レーザービーム）の出射方向がプリント基板２の面方向に対して５０度傾けられている。
【００１７】
発光素子４のレーザーチップ４ａから出射される光ビームは、コリメータレンズ５により平行光にビーム整形され、アパーチャ板６に形成された真円形のアパーチャ６ａを介して反射ミラー７による反射により光軸が折曲されてプリント基板２に形成される孔８からこのプリント基板２のオモテ側に導出され、筐体１の導出口９から送信される。
【００１８】
発光素子４から発光され、送信系の各光学素子を介して出射される光ビームは、デジタルの情報データによって変調されてスイッチングされ、光量変化により情報データを送信する。
【００１９】
一方、相手の光空間通信装置から送信される光ビームは入射レンズ１０に入力され、該入射レンズ１０を介して受光素子３の受光領域が形成される受光チップ３ａに受光される。前記受光素子３は受光された光ビームの光量に応じた受光信号を発生するので、この受光信号から情報データが抽出される。
【００２０】
上述の構成により、受光素子３が設置される同一のプリント基板２に発光素子４を設置するようにしながら、発光素子４から反射ミラー７までの距離を含め、光ビームの送信系の光学設計を光ビームの受信系の光学設計に影響されずに高い自由度を持って行える。
【００２１】
ところで、入射レンズ１０は、図２に示す如く、入射側が低パワーの凸レンズ面１１により形成される長焦点距離に設定されると共に、出射側が高パワーの凸レンズ面１２により形成される短焦点距離に設定されており、単レンズにより構成されている。この場合、図示の１１ａは入射側の凸レンズ面１１の主点を示し、１２ａは出射側の凸レンズ面１２の主点を示している。
【００２２】
その為、入射レンズ１０に入射される光ビームは、入射側の凸レンズ面１１により１段集光された後、更に出射側の凸レンズ面１２で入射側より高パワーにより集光される。
【００２３】
ここで、入射レンズ１０の入射側の凸レンズ面１１を長焦点距離に設定するのは、大口径レンズにより広範囲に光ビームを入射させて光量を確保して光ビームの送受信可能な距離を長距離に対応させている。コリーメータレンズ５により送信される光ビームを平行光にビーム整形してもアパーチャ６ａの回折効果により実際に送信される光ビームは微小な角度であるが拡散光となっているので、送受信可能な距離を長距離に対応させるには入射レンズ１０として大口径レンズを必要とし、物理的な大きさの点とコストとの兼ね合いで入射レンズ１０の入射側の凸レンズ面１１は長焦点距離に設定される。
【００２４】
そして、入射レンズ１０の出射側の凸レンズ面１２を短焦点距離に設定するのは、光ビームの入射角に応じて散らばる焦点の範囲を焦点距離を短くして入射レンズの光軸（１点鎖線に示す）から離れない位置としている。
【００２５】
入射角の許容境界（例えば半角５度）の光ビームが入射レンズ１０に入射された場合、入射レンズ１０の入射側の凸レンズ面１１のみでの焦点ｆ１は、図示のようになり、入射レンズ１０の光軸から距離Ｌ１離れた位置となるが、入射レンズ１０の出射側の凸レンズ面１２がある場合の焦点ｆ０は、図示のようになり、入射レンズ１０の光軸から距離Ｌ０離れた位置となる。
【００２６】
Ｌ０＜Ｌ１であるので、入射レンズ１０の出射側に凸レンズ面１２を形成することにより要求される光ビームの許容角を満足させて受光チップ３ａの受光領域（例えば１辺０．４ｍｍ）の狭い受光素子３に対応し、受光チップ３ａの受光領域が高速伝送に対応した受光素子３を使用することが出来る。
【００２７】
この場合、特に、入射レンズ１０の出射側においては、光ビームの取り込み範囲が直接影響する入射レンズ１０の入射側に比べて口径の設定の自由が高く、入射レンズ１０の入射側に比べて有効レンズ径を小さくして入射レンズ１０の入射側に比べて高パワーに設定出来、これにより焦点距離の短縮化が図られ、入射レンズ１０の光軸からの距離を大幅に短縮出来る。
【００２８】
尚、上述した実施例において、入射レンズ１０は入射側が凸レンズ面１１により形成されると共に、出射側が凸レンズ面１２により形成される単レンズにより構成されているが、これに限定されず、図２の破線に示す如く、入射側及び出射側にそれぞれ別体のレンズ１３及び１４を使用して入射レンズ１０を組合せレンズにより構成しても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明に依れば、大口径レンズにより広範囲に光ビームを入射させて光量を確保しながら、入射レンズへの光ビームの入射角に応じて散らばる焦点の範囲を入射レンズの光軸に近い位置とすることが出来、要求する視野角性能を満たした上で、高速の伝送速度に対応させた受光領域の狭い受光素子に対応させるのに有利な光空間通信装置が提供出来る。
【００３０】
また、本発明に依れば、同一基板のオモテ面及び裏面にそれぞれ受光素子及び発光素子を取り付けるようにしているので、受光素子と発光素子とでそれぞれ別の基板を必要としないようにしながら、光ビームの受信系の光学設計に影響されずに高い自由度により発光素子から反射ミラーまでの距離を含め、光ビームの送信系の光学設計を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光空間通信装置の光学系を示す光学配置図である。
【図２】図１の光空間通信装置に使用される入射レンズを説明するための説明図である。
【符号の説明】
２      プリント基板
３      受光素子
３ａ      受光チップ
４        発光素子
７        反射ミラー
１０        入射レンズ
１１        入射側凸レンズ面
１２        出射側凸レンズ面
【図１】
2004194182.tif 000003
【図２】
2004194182.tif 000004