(57)【要約】【課題】  各種構成部材のばらつきに左右されず、要求される送受信光軸の平行度を満たす。【解決手段】  送信光軸１８を光受信装置６２に対して垂直方向と水平方向の両方に合わせる用途では、受光面を直交する２本の受光素子分割直線２１１ｂと２１２ｂで４つに分割した４分割受光素子２１ｂを用い、光送信ユニット１０と光受信ユニット２０は、２本の受光素子分割直線２１１ｂと２１２ｂにそれぞれ平行な調整回転軸９１１ｂ、９１２ｂの廻りに独立に回転する機構部９１により連結される。【選択図】  図９
2005033564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機に対して光信号を送信する光無線伝送装置の光送受信ユニットであって、
前記光信号を出射する発光素子を有する光送信ユニットと、
受光面が水平方向及び／又は垂直方向に分割され、前記受信機から送信される光軸調整用の光を受光して前記発光素子の光軸を前記受信機に合わせるための受光素子を有する光受信ユニットと、
前記受光素子の受光面の分割線に平行な軸を回転軸として前記光送信ユニットを回転可能に前記光受信ユニットに連結して前記発光素子の光軸と前記受光素子の受光軸を平行化するための連結機構とを、
備えた光送受信ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光無線伝送装置の光送受信ユニットに関し、特に受信機に対して光信号を送信する送信機の光送受信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空間光を用いてデジタルデータ伝送を行う光空間伝送技術がある。一般に、これを応用した双方向光空間伝送システムでは、データの送受信を行う光送受信機を対向させて１：１あるいは１：ｎの形態で使用する。このシステムを構成する各光送受信機は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子を用いた光送信手段と、フォトダイオードなどの半導体受光素子を用いた光受信手段から構成される光送受信ユニットを備えている。
【０００３】
ここで、１つの伝送路を構成する２つの光送受信機間の距離を十分にとりたい場合、あるいは高速な伝送路を構成したい場合には、光送信手段が空間へ送出する光エネルギーを高める必要がある。しかし広い範囲に対し高い光エネルギーを送出することは伝送相手のいない不必要なエリアへのエネルギー送出が多く、非常にエネルギー効率が悪い。そこで光送信手段として、半導体発光素子から送出された光をレンズなどでビーム状に変換してから空間へ送出する方法がとられている。あるいは光受信手段として、空間から到来する光をレンズなどにより効率良く受光素子へ取り込む方法もある。
【０００４】
また、システムの形態によっては、光送信手段と光受信手段の両方にレンズなどを用いた光送受信ユニットを有する光送受信機で構成することがある。この場合、送信手段、受信手段共に狭い角度範囲（高指向性）を有することから、伝送路を確保するには両手段の光軸を伝送相手に向けるための光軸合わせが必要である。その際の前提として、光送受信ユニットには光送信手段の光軸と光受信手段の光軸が同じ方向に向いていることが要求される。
【０００５】
その一例として、下記の特許文献１では、出射角の狭い光送信手段と入射角の狭い光受信手段を有する光送受信ユニットを搭載する光送受信装置に関して、光軸合わせを行う具体的な機構を提案している。特許文献１の図８、図１１にあるように、一般的な光送受信ユニットは、光送信手段と光受信手段を並列に配置し、両者を構成する要素すべてが同一部材に取り付けられた構成となっている。これにより送受信の両光軸は略平行を保つことができる。
【特許文献１】特開平１０−２７６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光空間伝送システムに、より高速かつ長距離での伝送を求められた場合、光エネルギーの更なる効率化を図り、光送信手段からの送出光を極めて狭い出射角のものとする必要がある。また出射角が狭いため、送受信の両光軸の平行度への要求も厳しくなる。しかしながら、従来の光送受信ユニット構造では、発光素子の光学的ばらつきや保持部材形状のばらつきにより、送信光軸の振れが大きくなり、要求される送受信両光軸の平行度を満足できないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、各種構成部材のばらつきに左右されず、要求される送受信光軸の平行度を満たすことができる光送受信ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、光送信ユニットと光受信ユニットを別々に構成し、受光素子の受光面の分割線を回転軸として光送信ユニットを回転可能に光受信ユニットに連結して、発光素子の光軸と受光素子の受光軸を平行化するようにしたものである。
すなわち本発明によれば、受信機に対して光信号を送信する光無線伝送装置の光送受信ユニットであって、
前記光信号を出射する発光素子を有する光送信ユニットと、
受光面が水平方向及び／又は垂直方向に分割され、前記受信機から送信される光軸調整用の光を受光して前記発光素子の光軸を前記受信機に合わせるための受光素子を有する光受信ユニットと、
前記受光素子の受光面の分割線に平行な軸を回転軸として前記光送信ユニットを回転可能に前記光受信ユニットに連結して前記発光素子の光軸と前記受光素子の受光軸を平行化するための連結機構とを、
備えた光送受信ユニットが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、光送信ユニットと光受信ユニットを別々に構成し、受光素子の受光面の分割線を回転軸として光送信ユニットを回転可能に光受信ユニットに連結して、発光素子の光軸と受光素子の受光軸を平行化するようにしたので、送受信光軸の高い平行度を補償できるため、送信光の指向性を極めて高くする（出射角を狭くする）ことが可能になる。これにより、伝送システムの伝送速度の向上と伝送距離の長距離化を図ることができ、また、レンズや素子、保持部材などの各部品に求められる精度を抑えることになり、部品製造コストを下げる効果もある。さらに受光素子の受光面の分割線に平行な軸を回転軸として光送信ユニットを回転するので、調整が容易になり、調整工程の簡易化さらには調整費用のコストダウンも図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明が使われると予想される光空間映像伝送システムのイメージの一例を示す説明図である。この図１の例は、映像表示装置（例えばプラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）テレビのような高品位表示装置）５０側に設置された光受信装置６２に対して、映像表示装置５０が表示するデジタル映像信号データを光無線により伝送する光空間映像伝送システム５であり、この光空間映像伝送システム５は映像表示装置５０に接続（設置）された光受信装置６２に対して、チューナなどの映像制御装置５１上に置かれた光送信装置６１よりデジタル映像信号を光無線により伝送を行う。
【００１１】
この光空間映像伝送システム５では、光送信装置６１は送信光１９を送出することにより光受信装置６２へデジタル映像データを伝送する。限られた光エネルギーで効率よくデータを伝送するため、この送信光１９は狭い出射角（高指向性）を有する。ここで、この送信光１９が光受信装置６２に確実に当たることが重要な伝送条件となる。このように、送信光１９を光受信装置６２へ当てることが必要な光空間映像伝送システム５には、光軸調整（光軸合わせ）という機能が求められる。
【００１２】
図１の光空間映像伝送システム５を家庭で使用する場合、光送信装置６１はチューナなどの映像制御装置５１上もしくはそれが収まるラック上に置かれることが予想される。その場合、通常行われる部屋の掃除などにより、光送信装置６１の置かれる位置が移動する可能性は十分に考えられる。このとき送信光１９の光軸がずれ、送信光１９が光受信装置６２に当たらない状況となり、データ伝送を行えなくなるので、その度にユーザが光軸を調整しなければならなくなる。
【００１３】
そこで、この状況を回避することを目的として、光送信装置６１には自動的に光軸を調整する機能の搭載が期待される。この機能について簡単に述べる。まず光受信装置６２が基準信号光３９を送出する。一方の光送信装置６１は、その基準信号光３９を検出しながら、機械的に送信光１９の光軸を調整する。基準信号光３９を検出した信号レベルが最適値になる方向（位置）を見つけ、その位置で停止すると、光送信装置６１の送信光１９が光受信装置６２に当たることになる。ここで、光受信装置６２が送出する基準信号光３９には広い出射角（低指向性）が必要となる。
【００１４】
次に、図２を用いて前記したような本発明が用いられると予想される光空間伝送システムの具体的構成例を示す。この図２で示す光空間伝送システムの例では、光送信装置６１は、ここには記載していない外部のデータ発生機器から送られる信号（例えば映像信号）を受信し、光空間伝送を行うための処理を行う送信信号処理回路１４によって処理された信号を発光素子ドライバ１３により発光素子１１を駆動し発光レンズ１２を介して送信光１９を空間へ送出する。
【００１５】
光受信装置６２は光送信装置６１によって伝送される送信光１９を受光するための比較的広い入射角（低指向性）の光受信素子（例えばＰＤやＡＰＤ及び集光レンズなどで構成される）４１によって受信し、受光回路４２で電気的に増幅するなどの処理を加え、ここでは記載されていない外部機器（例えば受像装置など）へ送信するための信号処理を行う受信信号処理回路４３を備え、加えて、光受信装置６２は低い指向性を持つ光送信素子（例えばＬＥＤ又はこれにレンズを加えたもの）３１及びその基準信号を発生する発信回路３３、発光素子ドライバ３２を持ち、光送信装置６１へ自身の位置を示すため基準信号光３９を送信する。
【００１６】
光送信装置６１は、光受信装置６２からの基準信号光３９を受信するための複数の受光素子２１（例えばＰＤ）を持ち、受光レンズ２２を介して受信した各受光素子２１の受信信号を受光回路２３で電気的に増幅するなどの処理を加える。この受光回路２３で処理された各受光素子２１からの受信信号は信号セレクト回路２４を用いて制御部７０からの制御によって特定の受信信号のみを選択し、受信レベル検出回路２５でその受信レベルを検出し、制御部７０へその結果を渡す。
【００１７】
制御部（例えば、ＭＰＵやＤＳＰなど）７０は、光送信装置６１からの送信光１９の送信光軸１８を光受信装置６２へ合わせるために適時、信号セレクト回路２４を用いて必要な受光素子２１による受信信号を選択し、受信レベル検出回路２５によって得られる各信号のレベルを比較して駆動制御部８０を制御し、パン駆動手段８１及びチルト駆動手段８２（例えば、ステッピングモータなど）を制御し、発光素子１１及び受光素子２１の向きを調整する。ここで重要なのは光送信装置６１における送信光１９の送信光軸１８と、基準信号光３９の受信光軸２８の平行度である。その重要性について図３、図４、図５を用いて簡単に説明し、図６、図７、図８でその目的を達成するための具体的構造の実施例を示す。
【００１８】
まず、双方向に光信号のやりとりを行う光空間伝送システムでの光軸に対する基本的な考え方を説明する。図３は理想的な通信状況を図示しており、一対の光送受信ユニット９０が対向した様子である。各光送受信ユニット９０は、発光素子１１と受光素子２１がそれぞれの送信光軸１８、受信光軸２８が平行になるよう配置されている。ここで、一方の送信光軸１８と相手の受信光軸２８が同一直線上にある場合、送信光の指向性にかかわらず伝送路が確立される。逆方向の伝送路についても同様である。つまり光送受信ユニット９０内で送信光軸１８と受信光軸２８が平行を保つことができれば、理想の双方向伝送路を確立できる。
【００１９】
しかし、実際には図４に示すように、光学素子のばらつきや組立時のばらつきにより送信光軸１８と受信光軸２８の平行が崩れ、理想的な双方向伝送路の確保ができない。ここで関係するのが送信光１９の指向性（出射角）である。送信光１９の出射角が広ければ送信光軸１８がずれても送信光１９は受光素子２１’に到達し、伝送路は確保される。
【００２０】
ところが、前記した本発明が用いられると予想されるシステムでは、伝送性能（伝送距離、伝送速度など）を確保するために、送信光の指向性を極力高く（出射角を狭く）する必要がある。この場合、図５に示すように、光学素子や組立時のばらつきによる光軸ずれが発生すると、送信光１９が受光素子２１’に当たらない状況となり伝送路が確保できないことになる。
【００２１】
そこで、図６（ａ）に示すように光送受信ユニット９０を光送信ユニット１０と光受信ユニット２０に分離することで、光軸がずれていても図６（ｂ）のように光送信ユニット１０の送信光軸１８を調整することで、送信光１９は受光素子２１へ到達し、伝送路を確保することが可能となる。
【００２２】
次に図７に基づいて以下に光軸調整機構を説明する。光送受信ユニット９０は光送信ユニット１０と、光受信ユニット２０と、両者を３６０°回転可能に連結する機構部９１で構成される。光受信ユニット２０では、受光素子２１はこの受光素子２１からの情報を抽出する光受信基板２６上に固定されており、この光受信基板２６と受光レンズ２２は受信保持部材２７に固定される。この際、受光レンズ２２の中心と受光素子２１の中心が一直線上に並ぶように配置する。この直線が受信光軸２８である。
【００２３】
同様に、光送信ユニット１０では、発光素子１１はこの発光素子１１を駆動する光送信基板１６上に固定されており、この光送信基板１６と発光レンズ１２は送信保持部材１７に固定される。この際、発光レンズ１２の中心と発光素子１１の中心が一直線上に並ぶように配置し、この直線が送信光軸１８になる。機構部９１は送信ユニット１０を３６０°回転可能に光受信ユニット２０に連結するため、送信保持部材１７と受信保持部材２７それぞれに固定され、方向関係機構としてボールジョイントを使用する。以上の構成から受信光軸２８と送信光軸１８の方向関係は３６０°変更可能となり、その結果両光軸の平行関係を築くことができる。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
ところで、図７に示す構造では、送信ユニット１０が３６０°回転可能であるので、回転方向が無数にあり、光軸調整操作が煩雑となる。そこで、図８は第１の実施の形態として、送信光軸１８を光受信装置６２に対して垂直方向（又は水平方向）のみ合わせればよい用途に対応した構成を示し、このため受光素子２１ａは垂直方向（又は水平方向）のみに２分割されている。すなわち、受光素子２１として、受光面を受光素子分割直線２１１ａにより２つに分割した２分割受光素子２１ａを使用した場合、受光素子分割直線２１１ａに平行な調整回転軸９１１の廻りに回転する機構部９１を用いる。この構成によれば、送信光軸１８を垂直方向（又は水平方向）にのみ回転させて受信光軸２８と平行化すればよいので、光軸調整操作が簡単になる。
【００２５】
＜第２の実施の形態＞
図９は第２の実施の形態として、送信光軸１８を光受信装置６２に対して垂直方向と水平方向の両方に合わせる用途に対応した構成を示し、このため２分割受光素子２１ａは垂直方向＝２と水平方向＝２に４分割されている。すなわち、受光素子２１として、受光面を直交する２本の受光素子分割直線２１１ｂと２１２ｂで４つに分割した４分割受光素子２１ｂを用いた場合、２本の受光素子分割直線２１１ｂと２１２ｂにそれぞれ平行な調整回転軸９１１ｂ、９１２ｂの廻りに独立に回転する機構部９１を用いる。この構成によれば、送信光軸１８を垂直方向と水平方向の２方向に回転させて受信光軸２８と平行化すればよいので、光軸調整操作が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明が使われると予想される光空間映像伝送システムのイメージの一例を示す説明図である。
【図２】本発明が用いられると予想される光空間伝送システムの具体的構成の一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る光空間伝送システムの光軸を示す説明図である。
【図４】本発明に係る光空間伝送システムの光軸ずれを示す説明図である。
【図５】本発明に係る光空間伝送システムの光軸ずれを示す説明図である。
【図６】本発明に係る光軸調整を示す説明図である。
【図７】光軸調整機構を示す説明図である。
【図８】本発明に係る光送受信ユニットの第１の実施の形態を示す構成図である。
【図９】本発明に係る光送受信ユニットの第２の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
５  光空間映像伝送システム
１０  光送信ユニット
１１  発光素子
１２  発光レンズ
１３、３２  発光素子ドライバ
１４  送信信号処理回路
１６  光送信基板
１７  送信保持部材
１８  送信光軸  
１９  送信光
２０  光受信ユニット
２１、２１’  受光素子
２１ａ  ２分割受光素子
２１ｂ  ４分割受光素子
２２  受光レンズ
２３、４２  受光回路
２４  信号セレクト回路
２５  受信レベル検出回路
２６  光受信基板  
２７  受信保持部材
２８  受信光軸
３１  光送信素子
３３  発信回路
３９  基準信号光
４１  光受信素子
４３  受信信号処理回路
５０  映像表示装置
５１  映像制御装置
６１  光送信装置
６２  光受信装置
７０  制御部
８０  駆動制御部
８１  パン駆動手段
８２  チルト駆動手段
９０  光送受信ユニット
９１  機構部
２１１ａ、２１１ｂ、２１２ｂ  受光素子分割直線
９１１、９１１ａ、９１１ｂ、９１２ｂ  調整回転軸
【図１】
2005033564.tif 000003
【図２】
2005033564.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005033564.tif 000006
【図５】
2005033564.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005033564.tif 000009
【図８】
2005033564.tif 000010
【図９】
2005033564.tif 000011