(57)【要約】【課題】フロントモニタ用受光素子は温度に対する感度が変化する。その為、レーザーモニタ出力が一定となるように制御されても温度変化によりレーザー光源から出射されるレーザー光の光量が変動する問題があった。【解決手段】基準温度に設定して基準レーザー制御出力により駆動した際のレーザー光源２０から発生されるレーザー光の光量に対応する基準レーザーパワー値をパワーメータ３１により測定すると共に、レーザー光源２０を動作保証の温度範囲内で温度調節し、任意の複数の各温度ごとにレーザー光源２０が基準レーザーパワー値になる際にＡＰＣ回路２３にフィードバックするレーザーモニタ出力を発生するモニタ用受光素子２２からの受光出力を検出し、この検出した受光出力に対応するレーザーモニタ出力値を設定温度ごとにテーブルデータとして記憶させ、送信時にこのテーブルデータに基づいてＡＰＣ回路２３に設定信号を設定する。【選択図】図３
2005072890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報データで変調したレーザー光によって送信信号を空間を介して相手ユニットに送信すると共に、相手ユニットから送信されてきたレーザー光を受信信号として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、送信するレーザー光を発光するレーザー光源から前方に出射されるレーザー光を受光するモニタ用受光素子と、このモニタ用受光素子の受光出力を監視してレーザー光源から出射されるレーザー光の光量を適切な一定値に制御するＡＰＣ回路と、このＡＰＣ回路からのレーザー制御出力に応じてレーザー光源を駆動するレーザー駆動回路と、モニタ用受光素子の温度を検出する温度センサとを備え、基準温度に設定してレーザー光源を基準レーザー制御出力により駆動した際のレーザー光源から発生されるレーザー光の光量に対応する基準レーザーパワー値をパワーメータにより測定すると共に、レーザー光源を動作保証の温度範囲内で温度調節し、任意の複数の各温度ごとにレーザー光源が基準レーザーパワー値になる際の前記モニタ用受光素子により発生される受光出力を検出し、この検出した受光出力に対応するレーザーモニタ出力値を設定温度ごとにテーブルデータとして記憶させ、送信時にこのテーブルデータに基づいて前記ＡＰＣ回路に設定信号を設定し、ＡＰＣ回路から発生されるレーザー制御出力を温度変化に応じて補正することを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
情報データで変調したレーザー光によって送信信号を空間を介して相手ユニットに送信すると共に、相手ユニットから送信されてきたレーザー光を受信信号として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、レーザー光の光量レベルが安全規格上の規定値を越えないようにレーザー光の光量レベルを監視するフェールセーフモニタ用受光素子と、このモニタ用受光素子の受光出力を監視してレーザー光源の発光停止を制御するフェールセーフ制御機能と、前記モニタ用受光素子の温度を検出する温度センサとを備え、基準温度に設定してレーザー光源を基準レーザー制御出力により駆動した際のレーザー光源から発生されるレーザー光の光量に対応する基準レーザーパワー値をパワーメータにより測定すると共に、レーザー光源を動作保証の温度範囲内で温度調節し、任意の複数の各温度ごとにレーザー光源が基準レーザーパワー値になる際の前記モニタ用受光素子により発生される受光出力を検出し、この検出した受光出力に対応するレーザーモニタ出力値を設定温度ごとにテーブルデータとして記憶させ、送信時にこのテーブルデータに基づいて前記フェールセーフ制御機能を作動させることを特徴とする光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報データで変調したレーザー光を空間を介して送信すると共に、送信されてきたレーザー光を受信して情報データを通信する光空間通信装置に関し、特に、送信時に温度変化に応じて発光されるレーザー光量をモニタするモニタ用受光素子から発生されるレーザーモニタ出力値の変化を補償するようにした光空間通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報データの伝送をレーザー光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レーザー光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レーザー光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、レーザー光の送受信可能な距離を伸ばすために拡散光のレーザー光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】
ところで、光空間通信装置は、空間にレーザー光を出射するため安全規格によりその出射されるレーザー光の光量レベルが安全規格上の規定値以内に収まるようにする必要がある。
【０００６】
また、光空間通信装置においては、通常、レーザー光源の前方から出射されるレーザー光をフロントモニタ用受光素子により受光すると共に、このフロントモニタ用受光素子の受光出力（レーザーモニタ出力）をＡＰＣ（Auto Power Control）回路に供給し、これにより前記ＡＰＣ回路によりレーザー光源から出射されるレーザー光の光量を適切な一定値に制御するようにしている。
【０００７】
前記ＡＰＣ回路が正常に動作すれば、レーザー光源から出射されるレーザー光の光量が一定値に制御されるので、レーザー光の光量レベルが安全規格上の規定値を超えることはない。
【０００８】
しかしながら、光空間通信装置のようにレーザー光源を使用する製品においては、安全規格（ＩＥＣ規格）によっては回路の故障や部品の不良を想定する必要があり、ＡＰＣ回路が故障した場合においてもレーザー光の光量レベルが安全規格上の規定値を超えないようにしなければならない。
【０００９】
したがって、光空間通信装置において、レーザー光の光量レベルが安全規格上の規定値に達する以前にレーザー光源の発光を停止させるようにレーザー光源の駆動を制御するフェールセーフを考慮したレーザー制御回路を備えることが必要である。
【特許文献１】特開平９−６４８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光空間通信装置に通常使用されるレーザー光源となる半導体レーザーは、温度依存性を有しているので、送信時に温度変化が発生すると、出射するレーザー光の光量変化が生じるが、レーザー光の光量変化が生じると、そのレーザー光量に対応するレーザ
ーモニタ出力がＡＰＣ回路にフィードバックされ、そのレーザーモニタ出力が一定となるように制御される。
【００１１】
しかしながら、ＡＰＣ回路にフィードバックするレーザーモニタ出力を発生するフロントモニタ用受光素子は温度に対する感度が変化する。その為、レーザーモニタ出力が一定となるように制御されても温度変化によりレーザー光源から出射されるレーザー光の光量が変動する問題があった。
【００１２】
また、前述のＡＰＣ回路用のフロントモニタ用受光素子とは別にフェールセーフ用に第２のフロントモニタ用受光素子を備えた光空間通信装置の場合、この第２のフロントモニタ用受光素子も温度に対する感度の変動があるために、フェールセーフを達成するために温度に対する感度の変化を考慮して安全規格上の規定値に対して大きなマージンをとる必要があり、この為、レーザー光の送信可能な距離を伸ばすのに不利となった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、基準温度に設定してレーザー光源を基準レーザー制御出力により駆動した際のレーザー光源から発生されるレーザー光の光量に対応する基準レーザーパワー値をパワーメータにより測定すると共に、レーザー光源を動作保証の温度範囲内で温度調節し、任意の複数の各温度ごとにレーザー光源が基準レーザーパワー値になる際にＡＰＣ回路にフィードバックするレーザーモニタ出力を発生するモニタ用受光素子により発生される受光出力を検出し、この検出した受光出力に対応するレーザーモニタ出力値を設定温度ごとにテーブルデータとして記憶させ、送信時にこのテーブルデータに基づいてＡＰＣ回路に設定信号を設定し、ＡＰＣ回路から発生されるレーザー制御出力を温度変化に応じて補正する。
【００１４】
請求項２記載の発明は、基準温度に設定してレーザー光源を基準レーザー制御出力により駆動した際のレーザー光源から発生されるレーザー光の光量に対応する基準レーザーパワー値をパワーメータにより測定すると共に、レーザー光源を動作保証の温度範囲内で温度調節し、任意の複数の各温度ごとにレーザー光源が基準レーザーパワー値になる際のフェールセーフモニタ用受光素子により発生される受光出力を検出し、この検出した受光出力に対応するレーザーモニタ出力値を設定温度ごとにテーブルデータとして記憶させ、送信時にこのテーブルデータに基づいてフェールセーフ制御機能を作動させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光空間通信装置は、温度変化に応じてモニタ用受光素子の感度が変化してもあらかじめ記憶されるテーブルデータによりＡＰＣ回路から発生されるレーザー制御出力を温度変化に応じて補正し、温度変化に依らずＡＰＣ回路によりレーザー光源から発生されるレーザー光の光量を一定に制御でき、あるいは、レーザー光源から発生されるレーザー光の光量の検出が温度変化に依らず正確となり、フェールセーフのためにレーザー光源の発光を停止するレーザーパワー値を精度良く検出可能となる利点がある。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の光空間通信装置の一実施例を示す回路ブロック図である。
【００１７】
図１及び図２はそれぞれ本発明に係る光空間通信装置の光学配置を示す平面図及び斜視図である。
【００１８】
図に示す光空間通信装置にはプリント基板１が設定され、プリント基板１のオモテ面にフォトダイオードから成る光検出器２がハンダ付けにより取り付けられ、前記プリント基板１の裏面にレーザーダイオードから成るレーザー光源３がハンダ付けにより取り付けら
れている。
【００１９】
前記レーザー光源３はリード端子３ｂが折曲されてプリント基板１に固定されており、レーザー光源３から発光されるレーザー光の光軸方向をプリント基板１の面方向に対して５０度傾け、すなわちプリント基板１の面方向に対して垂直から４０度傾けるべくレーザー光源３を前記プリント基板１に対して斜めに取り付けられている。
【００２０】
レーザー光源３のレーザーチップ３ａから発光されるレーザー光は、コリメータレンズ４により平行光に光整形され、アパーチャ板５に形成された真円形のアパーチャ５ａを介して反射ミラー６による反射により光軸が折曲されてプリント基板１に形成される孔７からこのプリント基板１のオモテ側に導出される。
【００２１】
前記反射ミラー６は、ミラー面の向きが制御可能な駆動ミラーにより構成されている。
【００２２】
また、コリメータレンズ４の手前には、図２に示す如く、レーザー光源３から出射されるレーザー光の光量を監視する第１及び第２のフロントモニタ用光検出器８ａ及び８ｂがレーザー光の経路を阻害しないように形成された窓孔９ａを有するフロントモニタ用プリント基板９に設置されており、コリメータレンズ４よりレーザー光源３に近いレーザー光の拡散光路上に配置されている。第１及び第２のフロントモニタ用光検出器８ａ及び８ｂはレーザー光のファーフィールドパターン１１内に配置されており、このファーフィールドパターン１１の楕円の長軸に対応する位置にレーザー光の光軸を挟んで両側にこの光軸から互いに等しい位置となるようにそれぞれ前記窓孔９ａの上下に配置されている。
【００２３】
このように構成される光空間通信装置は、レーザー光源３から発光されるレーザー光を送信系の各光学素子を介して出射する。この光空間通信装置から出射されるレーザー光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ており、光量変化により送信される情報データとなる。
【００２４】
一方、相手の光空間通信装置から送信されるレーザー光は入射レンズ１０に入力され、該入射レンズ１０を介して光検出器２の受光領域が形成される受光チップ２ａに受光される。前記光検出器２は受光されたレーザー光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。
【００２５】
ところで、前述した光空間通信装置は、図３に示す回路ブロック図によりレーザー光源３のレーザー出力が制御される。
【００２６】
レーザー光源３のレーザーチップ３ａにより構成されるレーザーダイオード２０はレーザー駆動回路２１により駆動されるようになっている。
【００２７】
第１のフロントモニタ用光検出器８ａの第１モニタダイオード２２にはレーザーダイオード２０が発光したレーザー光が受光され、この受光されるレーザー光の光量に応じて電流信号のモニタ出力が発生される。このモニタ出力はＡＰＣ（Auto Power Control）回路２３に供給されて平滑化されると共に電圧信号に変換され、この平滑された電圧信号のモニタ出力はＡＰＣ回路２３により電圧発生回路２４から発生される基準電圧と比較される。
【００２８】
前記ＡＰＣ回路２３はモニタ出力と基準電圧との差に応じてレーザー駆動回路２１を制御する。そして、送信する情報データが前記ＡＰＣ回路２３を介してレーザー駆動回路２１に供給される。
【００２９】
したがって、レーザーダイオード２０は、レーザー駆動回路２１によりレーザー出力の平均が一定光量に制御されるべく情報データに対応されて駆動される。
【００３０】
ここで、電圧発生回路２４から発生される基準電圧は、システムマイコン２５内のＣＰＵ２６により発生される制御データがＤＡ（デジタル・アナログ）コンバータ２７を介して制御信号として電圧発生回路２４に供給されることにより送信可能距離に適合させて適切な値に設定される。その為、レーザーダイオード２０は安全規格上の規定値内で送信可能距離に適合した適切な光量のレーザー出力により駆動されることになる。
【００３１】
また、第２のフロントモニタ用光検出器８ｂの第２モニタダイオード２８にも第１モニタダイオード２２と同様にレーザーダイオード２０が発光したレーザー光が受光され、この受光されるレーザー光の光量に応じて電流信号のモニタ出力が発生される。
【００３２】
このモニタ出力はシステムマイコン２５内のＡＤ（アナログ・デジタル）コンバータ２９に供給されてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ２６はこのデジタル信号のモニタ出力をあらかじめ設定される安全規格上の規定値データと比較し、前記モニタ出力が規定値データに達したと判断されると、レーザー駆動回路２１からのレーザーダイオード２０を駆動する駆動信号を停止させる制御信号がＡＰＣ回路２３から発生されるようにＡＰＣ回路２３を制御する。
【００３３】
ところで、図３に示す光空間通信装置は、モニタ用受光素子の第１モニタダイオード２２の温度を検出する温度センサ３０を備えており、この温度センサ３０により検出される温度信号はＡＤコンバータ２９を介してデジタルの温度データとしてＣＰＵ２６により計測される。
【００３４】
また、図３に示す光空間通信装置は、生産完了後の調整工程において、レーザーダイオード２０から発生されるレーザー光の光量を測定するパワーメータ３１と、レーザーダイオード２０及び第１モニタダイオード２２の温度を調節する温度調節器３２と、パワーメータ３１により測定されるレーザー光量値を取り込むと共に、温度調節器３２を制御するパソコン３３とが用いられ、第１モニタダイオード２２の温度に対する感度変化が測定される。尚、温度調節器３２はヒータ及びペルチェ素子により構成されており、光空間通信装置の各光学素子が設置される筐体のレーザーダイオード２０と第１モニタダイオード２２及び第２モニタダイオード２８との間の空間に配置されるので、温度調節器３２によりレーザーダイオード２０、第１モニタダイオード２２及び第２モニタダイオード２８が同時に温度調節される。
【００３５】
第１モニタダイオード２２の温度に対する感度変化の測定方法は図４に示すフローチャートのとおりである。
【００３６】
まず、パソコン３３により温度調節器３２を制御し、温度センサ３０の検出出力をシステムマイコン２５により計測した温度をパソコン３３により監視しながら、第１モニタダイオード２２を温度を計測し、この第１モニタダイオード２２を基準温度に設定する。この基準温度は光空間通信装置が一般的に使用されると想定される環境の摂氏２５度に設定されている。
【００３７】
この基準温度において、送信時の規定レベルの駆動信号によりレーザーダイオード２０を駆動し、このときにレーザーダイオード２０から出射されるレーザー光のレーザー光量をパワーメータ３１により測定する。このときに測定されたレーザー光量はパソコン３３によりレーザーパワーの基準データとして取り込まれて記憶される（ステップａ）。
【００３８】
次に、温度調節器３２を制御して温度調節を行う（ステップｂ）。この場合、光空間通信装置の動作保証の温度範囲（摂氏−１０度〜６０度）で例えば最初にその動作保証の温度範囲の最下限温度まで冷やし、この最下限温度に到達した時点から暖めてステップｂ以降の動作を実行する。温度調節が行われている際には光空間通信装置の動作保証の温度範囲内か否かが、所定のタイミングで判断され（ステップｃ）、動作保証の温度範囲内である場合はあらかじめ設定した複数の所定温度のいずれかの所定温度に到達したか否かがパソコン３３により判断される（ステップｄ）。
【００３９】
所定温度に到達していない場合は、所定温度に到達するまで温度調節が行われる。
【００４０】
所定温度に到達すると、レーザーダイオード２０から出射されるレーザー光のレーザー光量をパワーメータ３１により測定しながら、この測定されたレーザー光量のレーザーパワーを基準データと比較し、このレーザーパワーが基準データと一致するようにレーザーダイオード２０が駆動されるようにパソコン３３からの命令でシステムマイコン２５を介してＡＰＣ回路２３を制御する。
【００４１】
一方、パワーメータ３１により測定されたレーザーパワーが基準データと一致する際のＡＰＣ回路２３から発生するレーザー制御信号を設定するレーザー制御データを取得し、かつ、この際にレーザーダイオード２０から出射されるレーザー光のレーザーパワー値を第１モニタダイオード２２により測定してこの測定されたレーザーパワー値のデータをパソコン３３により取得する（ステップｅ）。
【００４２】
レーザー制御データ及びレーザーパワー値データが取得されると、最低限必要な各所定温度のレーザー制御データ及びレーザーパワー値データが全て取得済みか否かが判断され（ステップｆ）、取得済みでない場合、更に温度調節されてステップｃ以降の処理が行われて順次次の所定温度のレーザー制御データの取得が試みられ、最終的に最低限必要な各所定温度におけるパワーメータ３１によるレーザーパワー値が基準データと一致する時点のレーザー制御データ及びレーザーパワー値データが全て取得されて図４のプログラムは終了される。
【００４３】
このようにして取得される各所定温度におけるレーザー制御データ及びレーザーパワー値データは、システムマイコン２５内のフラッシュメモリ３４にデータテーブルとして記憶され、光空間通信装置は前記データテーブルが記憶されて出荷される。
【００４４】
光空間通信装置の使用時において、パワーメータ３１、温度調節器３２及びパソコン３３は取り外されているが、温度センサ３０は光学モジュールに組み込まれているので、この温度センサ３０により検出される温度をシステムマイコン２５により計測する。
【００４５】
実使用時において、この計測温度に対応してレーザーダイオード２０から出射されるレーザー光のレーザーパワー値を所定値に設定するレーザー制御データがあらかじめフラッシュメモリ３４に記憶させたデータテーブルに基づいて算出し、これにより第１フロントモニタダイオード２２の温度に対する感度変化が補償されて実使用時の計測温度に対応してレーザーダイオード２０から所定のレーザーパワー値のレーザー光を出射させることが出来る。
【実施例２】
【００４６】
上述の実施例１においては、ＡＰＣ回路２３にレーザーダイオード２０から出射されるレーザー光の光量に応じたモニタ出力を帰還する第１モニタダイオード２２を用いて各所定温度におけるレーザー制御データ及びレーザーパワー値データの関係を示すテーブルデータを作成するようにしたが、本実施例２ではフェールセーフモニタ用の第２モニタダイ
オード２８を用いて各所定温度におけるレーザー制御データ及びレーザーパワー値データの関係を示すテーブルデータを作成するようにする。すなわち、第１モニタダイオード２２を第２モニタダイオード２８に置き換えて図４のフローチャートの動作処理が行われる。
【００４７】
これによりレーザーダイオード２０から出射されるレーザー光の光量レベルが第２モニタダイオード２８の温度に対する感度変化に依らず正確に安全規格上の規定値を越えないように第２モニタダイオード２８によりレーザー光の光量レベルを監視することが可能となり、第２モニタダイオード２８の温度に対する感度変化を補償してレーザーダイオード２０の発光停止を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る光空間通信装置の光学系を平面的に示す光学配置図である。
【図２】本発明に係る光空間通信装置の光学系を立体的に示す光学配置図である。
【図３】図１の光空間通信装置におけるレーザー出力制御系を示す回路ブロックである。
【図４】第１モニタダイオード２２の温度に対する感度変化の測定方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１      プリント基板
３        レーザー光源
６        反射ミラー
８ａ，８ｂ        フロントモニタ用光検出器
１０        入射レンズ
２０        レーザーダイオード
２１        レーザー駆動回路
２２        第１モニタダイオード
２３        ＡＰＣ回路
２４        電圧発生回路
２５        システム制御回路
２８        第２モニタダイオード
３０        温度センサ
３１        パワーメータ
３２        温度調節器
３３        パソコン
【図１】
2005072890.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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