(57)【要約】【課題】  小型、かつ傾動範囲の大きなミラー傾動装置を提供する。【解決手段】  可動部は光ビームを反射するミラー１１３と、このミラーを上面に保持するミラーステージ１１４と、ミラーステージの裏面の中心かつ裏面に対して垂直に固定されているベアリング１１５から構成され、ベアリングはスピンドル１１２の先端と一点で接し、固定部（ベース１１１、スピンドル１１２）に対し自由に傾動可能なピボット軸受となる。直動アクチュエータを４個用い、スピンドルを中心として９０°間隔に配置する。直動アクチュエータとして、可動側であるミラーステージの裏面にはマグネット１１６が固定され、固定側であるベースにはコイル１１７がマグネットに対向するように固定される。【選択図】  図２
2005347868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
先端が円錐状に形成されて前記ベース上に固定されたスピンドルと、
入力光を反射するミラーと、
上面方向に前記ミラーが支持されたミラー支持部材と、
前記ミラー支持部材の裏面において前記スピンドルの先端を中心に傾動可能に固定された軸受部と、
前記ミラー支持部材の裏面において前記軸受部の回りに９０°の間隔で固定された４個のマグネット、及び前記ベースの上面において前記４個のマグネットのそれぞれに対向するように固定された４個のコイルで少なくとも構成され、前記４個のコイルのそれぞれに印加される電圧に応じて前記ミラーを前記スピンドルの先端を中心に傾動させる直動アクチュエータとを、
備える構成としたミラー傾動装置。
【請求項２】
前記４個のコイルは、前記スピンドルの先端を中心に挟む２個のコイルを１組として前記中心に対して偶力が働くように巻線が巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のミラー傾動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー傾動装置に関し、特にデータ信号により変調された光信号を送信、受信することによりデータ伝送を行う光無線伝送装置に好適なミラー傾動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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る。このうちＬＥＤにより信号を送信する装置では、ＬＥＤの有効出射角が広いため長距離を伝送すると送信光は広がり、受信側へ到達する光パワーが減少し、信号伝送ができなくなる。
【０００３】
これを解決するため、例えば図１１に示すような屋内用光無線伝送装置が提案されている（下記の特許文献１参照）。この光無線伝送装置では、一方の装置（親機１４）にデータ信号送信のための発光部１５とは別に発光手段１６を設け、この発光手段１６から光軸合わせ用のパイロット光１６Ａを送出し、他方の光無線伝送装置（子機１７）では、その光軸方向を転向させて受光装置１８によりパイロット光１６Ａを受信し、このパイロット光１６Ａの受光レベルに基づいて光軸合わせを行うように構成されている。本装置１７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った送信手段（不図示）と、狭い指向角を有する受光装置１８をステッピングモータなどにより回転させ、両者を水平・垂直方向に走査して、２次元座標において受光手段の出力レベルが最大となる点を探し出すように構成されている。
【０００４】
上記の光無線伝送装置で光軸合わせを行うには、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。したがって、屋内で使用する装置としては大型なものとなる。これに対し、屋内用光無線伝送装置の小型化を狙った図１２に示すような装置２１０が提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。これは使用するレンズ２１２、２１３や不図示のモータ、減速機構などの配置、構成を最適化することで装置の小型化を試みている。
【０００５】
一方、レーザダイオードを用いた屋外用光無線伝送装置においては、図４に示すように傾動可能なミラー４とビームスプリッタ３による光軸調整方法が採用されている。従来のミラー傾動装置としては、例えば、図１３（下記の特許文献３参照）に示すように２軸スプリング２０１によりミラー２０２をＸ軸回り方向、Ｙ軸回り方向に傾動させるものが提案されている。２軸スプリング２０１はＸ軸ブリッジ２０３、Ｙ軸ブリッジ２０４などにより構成される。
【特許文献１】特許第３０５９８７０号公報（図１４、図１８）
【特許文献２】特開平１０−２７６１３１号公報（要約書）
【特許文献３】特開平１１−２１５０６０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今後、屋内で使用する光無線伝送装置には、頻繁に位置を変える機器や移動体（機器）への搭載（内蔵）が求められる。しかしながら、前述のように従来の屋内用光無線伝送装置では可動部が大きいことから小型化が難しく、他機器に内蔵することが困難である。
【０００７】
一方、可動部がミラーだけとなる屋外用光無線装置においては、各光学素子を小さくすることで小型化が可能である。しかし、屋外用途の場合、各光無線装置は固定設置されるのが通常であり、光軸を微調整するために可動ミラーが使用されることになる。すなわち、ミラーの可動範囲は非常に微小なものでしかない。図１３に示す例では、ミラー取付部材と回転軸、ミラー部保持部材が同部材（板材）で構成され、ミラーの可動範囲は前記板材のねじり可能な領域となる。したがって、屋外用光無線装置をそのまま小型化しても、広範囲な振り角を必要とする屋内用光無線伝送装置として使用するには限界がある。
【０００８】
本発明の目的は、小型かつ傾動範囲の大きなミラー傾動装置を提供することにあり、かつ屋内使用に適した小型な光無線伝送装置に好適なミラー傾動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために、ベースと、
先端が円錐状に形成されて前記ベース上に固定されたスピンドルと、
入力光を反射するミラーと、
上面方向に前記ミラーが支持されたミラー支持部材と、
前記ミラー支持部材の裏面において前記スピンドルの先端を中心に傾動可能に固定された軸受部と、
前記ミラー支持部材の裏面において前記軸受部の回りに９０°の間隔で固定された４個のマグネット、及び前記ベースの上面において前記４個のマグネットのそれぞれに対向するように固定された４個のコイルで少なくとも構成され、前記４個のコイルのそれぞれに印加される電圧に応じて前記ミラーを前記スピンドルの先端を中心に傾動させる直動アクチュエータとを、
備える構成とした。
また、前記４個のコイルは、前記スピンドルの先端を中心に挟む２個のコイルを１組として前記中心に対して偶力が働くように巻線が巻かれている構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小型、かつ傾動範囲の大きなミラー傾動装置を提供することができ、更には、屋内使用に適した小型な光無線伝送装置に好適なミラー傾動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。まず図１〜図３を参照して実施の形態に係るミラー傾動装置の構成について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るミラー傾動装置の平面図であり、図２は図１の概略Ａ−Ａ線断面図である。本発明の実施の形態に係るミラー傾動装置は固定部、可動部、駆動手段の３つからなる。固定部は図２に示すように、この装置の土台となるベース１１１と、このベース１１１の中心に、かつベース１１１の上面に対して垂直になるように固定されているスピンドル１１２により構成される。可動部は光ビームを反射するミラー１１３と、このミラー１１３を上面に保持するミラーステージ１１４と、ミラーステージ１１４の裏面の中心、かつ裏面に対して垂直に固定されているベアリング１１５から構成される。ベアリング１１５はスピンドル１１２の先端と一点で接し、固定部（ベース１１１、スピンドル１１２）に対し自由に傾動可能なピボット軸受となる。
【００１２】
上記の傾動を自在に行う駆動手段として、直動アクチュエータを４個用い、図１で示すようにスピンドル１１２を中心としてその周囲に９０°間隔に配置する。直動アクチュエータとして、可動側であるミラーステージ１１４の裏面にはマグネット１１６が固定され、固定側であるベース１１１にはコイル１１７がマグネット１１６に対向するように固定される。そして、対向するマグネット１１６とコイル１１７により、それぞれ直動アクチュエータ（マグネット１１６、コイル１１７）が構成される。
【００１３】
図３は４つの直動アクチュエータ（マグネット１１６、コイル１１７）を構成する４つのコイル１１７の配置を示している。この図からスピンドル１１２を挟む２組のコイル列が存在し、両コイル列は直交することがわかる。ここで各コイル列は、ピボット点を中心として偶力が働くようにコイル１１７の巻線が巻かれ、その巻線両端が基板１１８上の４個の端子１１９のそれぞれへ接続される。このため端子１１９間の電圧を制御することで、それに対応するコイル列に偶力が働き、結果的にミラー１１３が傾斜することになる。
【００１４】
次に図４を参照して、図１〜図３に示すミラー傾動装置を組み込んだ光無線伝送装置について説明する。図４は、光無線伝送装置の概略構成図である。この光無線伝送装置の受発光部９は、データ信号により変調された光信号を出射する発光素子１と、コリメートレンズなどのレンズ２と、入射光を透過光と反射光に分割する光制御素子（ビームスプリッタ）３と、光無線伝送装置への入射光又は出射光を反射し、かつ当該光軸に対する偏光角を制御する図示しない駆動手段を有する反射光学系（ミラー）４と、図示しない相手装置から送出されたパイロット光を集光するレンズ５と、このレンズ５で集光されたパイロット光を受光するフォトダイオード（以下、適宜ＰＤという）などからなる受光素子６を備えている。発光素子１はデータ信号供給部７、外部インターフェース７Ａと接続され、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と接続されている。ここで、駆動手段を有する反射光学系４として、本発明のミラー傾動装置を使用する。
【００１５】
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信号供給部７によって、データ信号に応じた光信号に強度変調された光信号が発光素子１から出射され、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で透過光として分割された後、反射光学系４で反射されて送信光として送出される。また、図示しない相手装置から送出されたパイロット光は、反射光学系４で反射されて光制御素子３で反射光として分割した後、レンズ５で集光されて受光素子６で受光される。受光素子６では、受光したパイロット光が光−電気変換され、相手装置の位置情報として偏向角制御信号供給部８へ出力される。
【００１６】
次に図５〜図７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。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。図５は、データ信号供給部７の構成を詳細に示し、データ信号供給部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、この信号処理された信号によって光が点滅するように発光素子１を駆動する発光駆動部１０から成る。
【００１７】
屋内用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から入力される信号が１００Base−ＦＸである場合、データ信号供給部７内の信号処理部１１では、図６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、さらに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。
【００１８】
図７は、偏向角制御信号供給部８の構成を詳細に示すブロック図である。受発光部９の受光素子６は、相手装置からのパイロット光を光−電気変換し、受信光の有無、又は受光量、受光方向などの情報を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から得られた情報に基づいて、相手装置からの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する演算部１３と、反射光学系４の図示しない駆動手段を水平方向又は垂直方向に駆動する制御部１２から成る。
【００１９】
次に図８〜図１０を参照して、偏向角制御信号供給部８において、受発光部９から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。図８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９は、４分割ＰＤで構成された受光素子６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１０は、偏向角制御信号供給部８において図８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。
【００２０】
ここでは、図９に示すように、受光素子６が２×２に４分割されたフォトダイオード（ＰＤ−Ａ、ＰＤ−Ｂ、ＰＤ−Ｃ、ＰＤ−Ｄ）により構成され、かつ、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８のフローチャートに従って、適宜に図９、図１０を参照しながら説明する。相手装置からの送信光は、ある周波数を有する光信号であり、受発光部９では、４分割されたＰＤ（受光素子６）のそれぞれのＰＤ（ＰＤ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）での受信光が光−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）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−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの受光量をＤＣ値として得ることができる（ステップＳ３）。
【００２１】
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）に対向する各ＰＤ（ＰＤ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）同士の受光レベルの差を算出し（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・及び移動量を算出し、制御部１２に与える（ステップＳ５→Ｓ６、ステップＳ９→Ｓ１０）。制御部１２はＤ／Ａコンバータ３０、３１によって与えられた値をＤ／Ａ変換し、駆動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をそれぞれ垂直・水平方向に駆動する（ステップＳ７→Ｓ８、Ｓ１１→Ｓ１２）。
【００２２】
次に４分割ＰＤ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ上での受光スポットの動きを図９により説明する。図９中、符号６Ａはパイロット光が照射したときの４分割ＰＤ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ上での受光スポットを示す。図９において、ステップ（１）では、まず垂直方向に対向するＡ、ＢそれぞれのＰＤの受光量の差＝Ａ−Ｂを演算し、差＝Ａ−Ｂを０にする方向（図９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、ステップ（２）で水平方向に対向するＣ、ＤのそれぞれのＰＤの受光量の差＝Ｃ−Ｄを演算し、差＝Ｃ−Ｄを０にする方向にスポットが照射されるように、反射光学系４を水平方向に動かす。
【００２３】
このように、受発光部９では光制御素子３によって送信光と受信光とを同軸で制御可能である。その結果、相手側装置から送出される光と本装置で受信する光軸とを合わせることによって、本装置の送信光を相手側装置に照射することになる。前述した実施の形態に係る光無線伝送装置では、受発光部９の反射光学系４として本発明のミラー傾動装置を用い、送信光とパイロット光との光軸合わせを行うように構成している。これにより、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、装置の小型化を図ることが可能である。例えば、従来装置との比較において、少なくとも体積比で１／２以下を達成するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態のミラー傾動装置を示す平面図である。
【図２】図１のミラー傾動装置を示す概略Ａ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のコイルの構成を示す平面図である。
【図４】図１のミラー傾動装置が適用される光無線伝送装置及び従来の光無線伝送装置の一例を示す構成図である。
【図５】図４のデータ信号供給部の構成を詳細に示すブロック図である。
【図６】図５の信号処理部を詳細に示すブロック図である。
【図７】図４の偏向角制御信号供給部の構成を詳細に示すブロック図である。
【図８】図４の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である。
【図９】４分割ＰＤで構成された受光素子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である。
【図１０】図４の偏向角制御信号供給部において図８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。
【図１１】従来の光無線伝送装置を示す構成図である。
【図１２】他の光無線伝送装置の従来の光送受信装置を示す構成図である。
【図１３】従来のミラー傾動装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  発光素子
２、５  レンズ
３  光制御素子（ビームスプリッタ）
４  反射光学系（ミラー）
６  受光素子
６Ａ  受光スポット
７  データ信号供給部
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
２１〜２４  アンプ
２５〜２８  Ａ／Ｄコンバータ
２９  マイクロプロセッサ
３０、３１  Ｄ／Ａコンバータ
３２、３３  ドライバ
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  ＰＬＬ
１１１  ベース
１１２  スピンドル
１１３  ミラー
１１４  ミラーステージ
１１５  ベアリング
１１６  マグネット（コイル１１７と共に直動アクチュエータを構成する）
１１７  コイル
１１８  基板
１１９  端子
【図１】
2005347868.tif 000003
【図２】
2005347868.tif 000004
【図３】
2005347868.tif 000005
【図４】
2005347868.tif 000006
【図５】
2005347868.tif 000007
【図６】
2005347868.tif 000008
【図７】
2005347868.tif 000009
【図８】
2005347868.tif 000010
【図９】
2005347868.tif 000011
【図１０】
2005347868.tif 000012
【図１１】
2005347868.tif 000013
【図１２】
2005347868.tif 000014
【図１３】
2005347868.tif 000015