(57)【要約】光ファイバと協働する受信装置は、センサ（３）を備える。このセンサ（３）は２つ以上の別個のセンサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）を有し、当該センサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）は、当該センサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）に照射される強度に依存する強さを有する出力信号を送出する。センサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）の最大寸法は、最大でも、当該センサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）の位置における前記光ファイバ（１）から出射するビーム（２）の回折限界スポット（５）の直径の半分に等しい。センサ（３）のセンサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）を備えた部分の直径の寸法（ｃ）は、光ファイバ（１）から出射するビーム（２）の直径より大きい。各センサ素子（４ａ，．．．，４ｄ）からの出力信号の強さを決定するための手段（１５）が設けられる。
2004519680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと協働し、前記光ファイバからビームの形で出射する信号を異なった種類の信号に変換するための受信装置のセンサであって、２つ以上の互いに別個のセンサ素子を有し、前記センサ素子は、前記センサ素子に照射される強度に依存する強さを有する出力信号を送出する、センサにおいて、センサ素子の最大寸法が、最大でも、前記センサ素子の位置における前記光ファイバから出射するビームの回折限界スポットの直径の半分に等しいことと、前記センサのセンサ素子を備えた部分の直径の寸法が、前記光ファイバから出射する前記ビームの直径よりも大きいことと、前記各センサ素子からの前記出力信号の強さを決定する手段が存在することとを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサを有する装置において、当該装置が、前記センサ素子によって送出される出力信号を処理装置に供給するための調整可能な供給手段と、センサ素子から、出力信号を、前記センサ素子からの前記出力信号の強さに依存して、前記処理装置に供給するように又はしないように前記供給手段を調整するための調整手段とを含み、前記調整手段は前記各センサ素子からの前記出力信号の前記強さを決定するための前記手段を有する、ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記調整手段がしきい値回路を有することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の装置において、前記調整手段は、前記供給手段を所定の時点でセットするためのタイマー手段を有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２、３又は４に記載の装置において、前記調整手段は、前記供給手段が最も強い出力信号だけを供給するように前記供給手段を調整することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４に記載の装置において、前記所定の時点の間の期間が、前記センサ上の前記ビームの動きの最高周波数のサイクル周期の半分よりも小さいことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項２又は３に記載の装置において、前記供給手段は複数のセンサ素子から出力信号を供給するようにセットされることができることと、利用可能な出力信号のうちの多数に基づいて前記処理手段に供給される信号を決定する手段が設けられることとを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項２乃至５の何れか１項に記載の装置において、前記センサおよび前記調整手段が単一の集積回路の一部を形成することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記供給手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７並びに請求項８及び９の何れか１項に記載の装置において、前記決定手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと協働し、前記光ファイバからビームの形で出射する信号を異なった種類の信号に変換するための受信装置のセンサであって、２つ以上の互いに別個のセンサ素子を有し、前記センサ素子は、前記センサ素子に照射される強度に依存する強さを有する出力信号を送出する、センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなセンサは、公衆の閲覧に付された日本国特許公開平０６−０５９１６７から既知である。その中で開示されるセンサは、光ファイバの光軸を装置の他の光学部品の光軸と整列させるために用いられ、その結果、このセンサは、放射線を感知しない中心部を有し、円形対称の形状である。
【０００３】
光−光通信システムは、光ファイバの一端の、光送信器及び受信器との正確な整列を必要とする。このプロセスの機械的な複雑性のため、光ファイバを光通信システムに接続するときに種々の部品を互いに対して正確に整列させることが、主要なコスト要因である。多重モードファイバ及び合成光ファイバを用いる、２〜１０ｋｍの範囲という比較的短距離の低コストのアプリケーションにおいてさえ、部品の整列はやはり主なコスト要因である。機械的な自己整列技術の使用は、以前から既知であった整列が手動で実行されなければならなかった方法と比較すると、これらのシステムのコストの減少を既に生じていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、整列が自動的且つ非機械的な態様で行われることができ、このためこの整列が、大幅により速く且つより低コストで行われることができるようなセンサを提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、このようなトランシーバ装置の機械的頑丈さを向上させることである。
【０００６】
振動、温度差等の種々の原因によって、トランシーバ装置に対する光ファイバの入力／出力表面の定常的な機械的移動が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、センサに関する光ファイバの動的な整列を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、センサ素子の最大寸法が、最大でも、当該センサ素子の位置における前記光ファイバから出射するビームの回折限界スポットの直径の半分に等しいことと、前記センサのセンサ素子を備えた部分の直径の寸法が、前記光ファイバから出射する前記ビームの直径よりも大きいことと、前記各センサ素子からの前記出力信号の強さを決定する手段が存在することとにより達成される。
【０００９】
これによって、非常に低いキャパシタンスを有するセンサ素子を用いることが可能になり、この結果、センサは高周波数で信号を処理することが可能になる。
【００１０】
他の効果は、出射するビームが、全ての可能なセンサ素子のうちの限られた数にのみ照射するということであり、最も強い照射を受けたセンサ素子の出力信号のみが他の処理のために用いられるということである。センサ素子は、出射するビームの直径よりも大きな領域に亘って広がるので、振動などによって生じる機械的移動は、センサによって送出される信号に影響を及ぼさない。
【００１１】
このようなセンサを備えた装置の好適な実施例は、当該装置が、前記センサ素子によって送出される出力信号を処理装置に供給するための調整可能な供給手段と、センサ素子から、出力信号を、前記センサ素子からの前記出力信号の強さに依存して、前記処理装置に供給するように又はしないように前記供給手段を調整するための制御手段とを含むことと、前記供給手段は複数のセンサ素子から出力信号を供給するように設定可能であることと、供給されるべき出力信号のうちの多数に基づいて前記処理手段に供給される信号を決定するための手段が存在することとを特徴とする。
【００１２】
その結果、出力信号を実際に送出するセンサからの出力信号のみが供給され、センサによって他の処理装置に送出される全体としての出力信号の値に関しては、多数決がとられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ここで、添付の図面を参照して更に詳細に説明される。
【００１４】
図１において、参照番号１は光ファイバを示し、この光ファイバから、参照番号２によって概略的に示される放射ビームが出射することができる。出射するビーム２はセンサ３に当たる。センサ３はセンサ素子を有し、これらは、参照番号４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄによって概略的に示されており、ビーム２の放射を感知する。多くの場合センサ素子４ａ〜４ｄはフォトダイオードであり、入射放射線に応答してコンデンサ素子の電位差を誘導する。センサ素子の表面積が大きいほど関連したキャパシタンスは大きくなる。関連したキャパシタンスを可能な限り低く保持して、変調ビーム２の形の信号を最高変調周波数で処理することを可能にすることが望ましい。従来技術のセンサは、センサ４ａ〜４ｄ（以後センサ４とも呼ばれる）について、当該センサに関連したキャパシタンスとの関連で最小の寸法を用いたいという要求と、他方で、光ファイバ１の一端のセンサ３に対する容易な機械的位置決めを可能にするために、これらセンサが最大寸法を有するように設計することとの間の釣り合いを見付けようとする。センサ３が大きいほど、光ファイバ１の端がセンサ３に対して位置決めされるべき機械的精密さに対する要件は厳しくなくなる。
【００１５】
センサ３は、多数の高感度センサ素子４を有する（図３を参照のこと）。センサ素子４ａに対応するピクセルの直径の寸法は、矢印ａによって示される。光ファイバ１からのビーム２は、好適には、光ファイバ１を出射するときとセンサ３に当たったときとの両方のときに可能な限り小さい直径を有する。しかしながら、光ファイバ１の開口数と、光ファイバ１の一端とセンサ３との間に配置される光学素子（示されない）とにより決定される直径よりも小さい直径を有するスポットがセンサ３上に形成することは、光ファイバ１を通じて伝送されると共に前記光ファイバ１をビーム２として出射するビームの波の特性を考慮すると、可能でない。達成可能な最小のスポットサイズは、回折限界スポットサイズである。
【００１６】
センサ３のピクセルの直径の寸法ａは、センサ３のビーム２の回折限界スポットの直径の半分より小さい。このような態様で、多くのセンサ素子４に常にビーム２が当たる。回折限界直径を有するスポットは、図３の参照番号５によって概略的に示される。
【００１７】
ビーム２に存在する信号を電気信号、磁気信号、温度信号等の他の種類の信号に変換するセンサ３等のセンサに対して光ファイバ１を正確に整列することに関する主要な問題は、光ファイバ１の端の、センサ３に対しての永久的に正確な整列である。この整列は、機械的衝撃及び振動を受ける。このような衝撃及び振動は、両矢印ｂによって概略的に示されているように、ビーム２及びセンサ３を互いに対して移動させる。本発明の枠内においては、従来技術のように、振動及び衝撃の発生を可能な限り防止するということは試みられず、代わりにセンサ３を、ビーム２のセンサ３に対する移動がセンサ３によって送出される信号に対して悪影響を有しないように設計することが試みられた。
【００１８】
図３において、参照番号６及び７は、センサ３の位置におけるビーム２の寸法を例示により２つの位置に示す。ビーム６及び７の直径の寸法が、最小でも回折限界スポット５の対応する直径の寸法と同じ大きさであることは、理にかなっている。
【００１９】
図２は、種々のセンサ素子４ａ〜４ｄからの出力信号が処理回路８に供給される態様を示す。これらの信号は、供給手段９によって供給される。この供給手段９は、センサ３の各センサ素子４からの出力信号の全ては処理装置８に供給されないように構成される。これを可能にするために、供給手段９は調整可能である。更に、センサ３のセンサ素子４からの出力信号に依存して供給手段９の調整を制御する調整手段１０が示される。センサ３のセンサ素子４からの出力信号は、ライン１１を介して供給手段９の入力に供給される。ライン１２を介して同出力信号が調整手段１０の入力に供給される。
【００２０】
調整手段１０は、各センサ素子４について、その瞬間にライン１１に存在する当該センサ素子からの出力信号が、供給手段９によってライン１４を介して処理装置８に供給されることができるかできないかを決定する信号を、後述する態様でライン１３を介して送出するように構成される。調整手段１０は、ライン１２を介して調整手段１０に入る信号の強さを決定するための手段１５を有する。そのために、例えば前記手段１５は、例えばしきい値回路１６を有する。ライン１２上の出力信号の強さに依存して調整手段１０からの出力信号がライン１３に存在し、この調整手段は、ライン１１上の供給手段９の入力に存在する前記出力信号をライン１４を介して処理装置８に中継するように供給手段を調整する。
【００２１】
それ自体は既知である制御装置１７（図３を参照）は、センサ素子４を読み取るように構成される。この読み取りが起こる速度は、ビーム２の変調の正確な追従を可能にするのに十分なほど高い。
【００２２】
センサ素子４によってカバーされる領域が、参照番号６及び７によって示されるようなビーム２の直径より大きい（直径の寸法ｃを参照）ので、円６及び７に含まれる領域内のセンサ素子４のみが、それぞれ、ライン１１及び１２上にゼロでない出力信号を誘導する。他の全てのセンサ素子４は、ゼロ信号を誘導し、ライン１４上の信号に寄与しない。従って、ビーム２が毎回改めて当たらないセンサ素子４を読み取ることは、あまり意味がない。調整手段１０は、ライン１８を介して制御装置１７に接続されている。調整手段１０は、どのセンサ素子４がゼロ信号を誘導するか、従ってセンサ素子４の規則的な読取に含まれる必要がないか、について前記ライン１８を介して制御装置１７に知らせる。センサ３に対するビーム２の前記移動に追従することができるためには、ビーム２が当たるセンサ素子４のみが（好適には前記素子の周りのセンサ素子の円も）毎回改めて読み取られればよい。
【００２３】
センサ３上の限られた数のセンサ素子４のみを読み取るための上記の制御装置１７の調整は、センサ素子４が読み取られるたびに行われてもよいが、代わりにこれは、ある期間ごとに行われてもよく、この後制御装置１７の調整は多くの読取りの間変化されない。ライン１８を介した制御装置１７の再調整は、制御装置がナイキスト判定法によるセンサ３に対するビーム２の移動の周波数に追従することが可能であるような更新周波数でのみ起こればよい。即ち、制御装置１７が調整手段によってリセットされる所定の時点間の期間は、センサ３に対するビーム２の移動の最も高い周波数の期間の半分より小さい。調整手段１０は、この目的のためにタイマー手段２０を備えてもよい。図３は、センサ３を有し、更に、制御装置１７、調整手段１０及び供給手段９を有する集積回路２１を概略的に示す。制御装置１７及び／又は調整手段１０及び／又は供給手段９は、必ずしもセンサ３と同じ集積回路上に構成される必要があるわけではない。
【００２４】
前述において、調整手段１０は、センサ３のセンサ素子４からの出力信号の一部がライン１３上の信号に変換され、出力信号の他の一部が変換されないように構成されると説明された。この結果、供給手段９は当該の出力信号をライン１１からライン１４へ中継する。代わりに、最も強い出力信号、例えば電気信号の場合であれば電流又は電圧等が最大振幅を有するような信号だけを、ライン１１からライン１４に供給することが可能である。
【００２５】
上記した態様で、ある時点でのビーム２からの変調信号を表す、最終的にライン１４上に乗せられる信号は、センサ３に対するビーム２の如何なる動きにも独立して存在することになる。更に、調整手段１０を介して、最も強い出力信号だけがライン１４に供給されるように構成されることができる。
【００２６】
調整信号をライン１８を介して制御装置１７に供給して、ビーム２のセンサ３に対する機械的移動が信号損失に至る前に新しい調整が得られるようにすることによって得られる効果は、読み取られるセンサ３のセンサ素子４に対してのビーム２の動的で連続的な整列が起こるということである。
【００２７】
供給手段９は、多数決装置２２を含んでもよい。センサ３の読取りごとにライン１４に供給される複数のセンサ素子４からの出力信号の場合、読み取られるセンサ素子４のうちの多数によって示されるような信号を中継することが有利であり得る。場合によっては、種々の出力信号の重みづけを行ってもよい。ビーム直径７の中心近くの位置のセンサ素子４からの出力信号は、ビーム直径７の端近く又は端を僅かに越えた場所に配置されたセンサ素子４からの出力信号よりも、大きな重みを割り当てられてよい。
【００２８】
センサ３に対するビーム２の整列もまた、所定の時点での光ファイバ１を介した所定の信号の送信を通じて所定の時点で起こってもよく、光ファイバ１から生じるビーム２に対してどのセンサ素子４がどのような態様で応答するかを検知する。
【００２９】
図４は、トランシーバ装置３０を示す。受信モードにおいて、ビーム２は光ファイバ１から出射してセンサ３１に当たる。送信モードにおいて、ビーム形成器３２（それ自体は既知である）はビーム３３を形成し、このビームは、適切な集束手段及び半透明素子３５（それら自体は既知である）を介して光ファイバ１の入射表面３６上へ集束される。
【００３０】
前述においてはビーム２のセンサ３１との整列のみが説明されたが、今回は光ファイバ１によるビーム３３の整列も考慮する。そのために、装置３０は、半透明素子３５、反射素子３７、二次元位置感知センサ３１、制御手段３８及びビーム３３を移動するためのビーム移動素子３９を有する。
【００３１】
最初に、ビーム２は光ファイバ１からセンサ３１に向けられる。これは、ビーム２がセンサ３１に当たるセンサ３１の（図４の面及び図４の面に垂直な面内の）位置に関する情報を提供する。この情報は、中でも、センサ３１の制御装置３８へのライン４０で利用可能である。制御装置３８は、以下で更に詳細に説明されるように、当該情報が更に処理されるために記憶されることができるメモリ部分を有する。続いて、ビーム形成器３２は集束装置３４を介して半透明素子３５の方向にビーム３３を送信する。この素子３５において、ビーム３３は光ファイバ１の方向のビーム４１と、ミラー３７の方向に直進するビーム４２とに分割される。本実施例において、ミラー３７は、ビーム４２を矢印の端４３により示されるように来た方向に反射する平らなミラーである。このときミラー３７によって反射される放射線の一部は、半透明素子３５によってセンサ３１の方向にビーム４４として反射される。ビーム４４がセンサに当たる位置の座標がライン４０を介して制御装置３８に中継されることは、ビーム４４についてもあてはまる。従って制御装置３８は、ビーム２がセンサ３１に当たる位置及びビーム４４がセンサに当たる位置の両方を知ることになる。ビーム４４がビーム２と正確に同じ位置でセンサ３１に当たることを保証するために、センサ３１上のビーム２と４４との間の位置の差から、当業者に既知である適切なソフトウェアによって、ビーム３３がどの方向及びどの程度ビーム移動素子３９によって移動されるべきかが、単純に計算されることができる。ビーム４４がビーム２と同じ方向に伸びるため、ビーム４１もビーム２と同じ方向に伸びる。従って、ビーム４１はビーム２が出射する正確な位置で光ファイバ１の表面３６に当たり、ビーム４４がビーム２と正確に同じ位置でセンサ３１に当たることを保証する。このように、光ファイバ１とのビーム形成器３２の優れた整列が単純且つ非機械的な態様で得られる。
【００３２】
好適には、ビーム移動素子３９は２つの異なる方向にビームを移動することができる２つの電気的に駆動可能なビーム移動素子３９ａ及び３９ｂから成り、好適にはこれらビーム移動素子は互いに垂直に延在する。例えば、このような装置は、それ自体既知である異方性の複屈折の光板によって形成される。このような光板は、印加される電界の大きさに依存する限度で、自身に平行に入射ビームを移動する。また、上述したもの以外の駆動可能なビーム移動素子が、本発明の枠組内で用いられてもよい。唯一の条件は、出射するビームの位置及び／又は方向が、供給されるべき信号（電気、機械、圧電、熱等）に応じて、入射ビームの位置又は方向と異なるようになるということである。
【００３３】
装置の機械的精度を強化するために、ビームスプリッティングプリズムが半透明素子３５として用いられてもよい。
【００３４】
更に、より高い精度を得る目的で、図５に示すように反射素子３７がビームスプリッティングプリズム３５の水平表面に配置されていてもよい。
【００３５】
より高い精度を得て且つ集束装置３４に課される光学的要件を緩和するために、例えば、ビーム４４の長さがビーム４１の長さと異なる場合、反射素子３７が構成されるビームスプリッティングプリズム３５の１つの表面は、湾曲していてもよい。凹状の反射素子３７が一例として図６に示される。状況によっては凸状の反射素子３７を設けることも望ましいかもしれない。
【００３６】
更に精度を高め且つ集束装置３４に課される要件を緩和するために、ビーム３３が入射するビームスプリッティングプリズム３５の１つの表面は、湾曲していてもよい。この全ては図７中に概略的に示されている。
【００３７】
装置の頑丈さを向上させるために、半透明素子３５（例えばビームスプリッティングプリズム３５）は、センサ３上に構成されてもよい。
【００３８】
反射素子３７に湾曲を設けること及び／又は半透明装置３５のビーム３３の入射表面上に湾曲を設けることが、ビーム形成器によって送信され得る望ましくない波長の寄生共振空洞の形成防止を助けることができることに注意されたい。
【００３９】
必須ではないが好適には、二次元位置感知センサ３１は、図１〜３を参照して説明されるセンサである。
【００４０】
種々の実施例及び修正が、上記を読んだ当業者にとっては明らかである。このような実施例及び修正例の全ては本発明の範囲内であるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ及びセンサを概略的に示す。
【図２】センサから処理回路に信号を供給するための回路を概略的に示す。
【図３】図２による集積回路を概略的に示す。
【図４】光ファイバと協働するトランシーバ装置を概略的に示す。
【図５】ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【図６】ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【図７】ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【国際公開パンフレット】
2004519680.tif 000003
2004519680.tif 000004
2004519680.tif 000005
2004519680.tif 000006
2004519680.tif 000007
2004519680.tif 000008
2004519680.tif 000009
2004519680.tif 000010
2004519680.tif 000011
2004519680.tif 000012
2004519680.tif 000013
2004519680.tif 000014
2004519680.tif 000015
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519680.tif 000016
【国際調査報告】
2004519680.tif 000017
2004519680.tif 000018
2004519680.tif 000019