(57)【要約】【課題】  省電力化及び小型化が可能であって、光信号に対して精度良く変調を行うことのできる光通信装置を提供する。【解決手段】    送信装置及び受信装置に対して光通信が可能な光通信装置であって、送信装置から送信された光信号を反射する反射面を複数有する反射手段（１１）と、光信号を受信装置に向けて反射する第１の状態と、光信号を受信装置外に向けて反射する第２の状態との間で、各反射面を動作させる駆動手段（１３）と、駆動手段の駆動を制御することにより、送信装置からの光信号を変調する制御手段（１６）とを有する。【選択図】  図１
2007037056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置及び受信装置に対して光通信が可能な光通信装置であって、
前記送信装置から送信された光信号を反射する反射面を複数有する反射手段と、
前記光信号を受信装置に向けて反射する第１の状態と、前記光信号を前記受信装置外に向けて反射する第２の状態との間で、前記各反射面を動作させる駆動手段と、
該駆動手段の駆動を制御することにより、前記送信装置からの光信号を変調する制御手段とを有することを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記反射手段の一端が固定されており、
前記複数の反射面のうち、該固定端側とは反対側の前記反射面の駆動量は、前記固定端側の前記反射面の駆動量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項３】
前記複数の反射面の駆動量は、前記固定端から離れるに応じて、最も固定端側の前記反射面の駆動量に対して奇数倍で変化させることを特徴とする請求項２に記載の光通信装置。
【請求項４】
前記各反射面は、第１及び第２の反射部を有しており、
前記第１及び第２の反射部のなす角度は、前記第１の状態において略９０度であり、前記第２の状態において９０度以外であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、
前記反射手段の各反射面を前記第１の状態に不勢する不勢部材を有し、
該駆動手段の通電に伴う静電力によって、前記不勢部材の不勢力に抗して前記各反射面を前記第２の状態に変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光通信装置と、
前記光通信装置に対して光信号を送信する送信装置と、
前記光通信装置で反射した光信号を受信する受信装置とを有することを特徴とする光通信システム。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の光通信装置と、
前記光通信装置に対して光信号を送信する送信ユニットと、前記光通信装置で反射した光信号を受信する受信ユニットとを含む送受信装置とを有することを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡単な構成において小型化及び省電力化を図ることのできる光通信装置及び、これを用いた光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自由空間における光通信システムについて、図１０を用いて説明する（例えば、特許文献１参照）。中継装置又は通信端末といった、いわゆる相手装置２００の発光ユニット２０１から送信された光信号は、光通信装置１００の光学系１０１を介してフォトダイオード等の受光素子１０２で受光される。そして、受光素子１０２の出力は、信号増幅器１０３で増幅された後、受信情報の判別を行う検出判定部１０４に入力される。これにより、相手装置２００から送信された情報を認識することができる。
【０００３】
一方、相手装置２００に対して特定の情報を送信する場合には、電力増幅器１０５で入力信号が増幅された後、ＬＥＤやレーザー等の発光素子１０６に入力される。これにより、発光素子１０６が駆動し、発光素子１０６からの光信号（送信情報）は光学系１０７を介して相手装置２００に送信される。この光信号は、相手装置２００に設けられた受光ユニット２０２で受光される。
【０００４】
なお、電源１０８は、光通信装置１００内の各回路に電力を供給する。
【特許文献１】特開２００１−９１６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図１０に示す従来の光通信システムに用いられる光通信装置１００では、特定の情報を相手装置２００に送信するためにＬＥＤ等の発光素子１０６を駆動するため、消費電力が増加してしまう。また、発光素子１０６を駆動する際に生じる熱によって、不具合が生じてしまうおそれがある。
【０００６】
さらに、光通信装置１００から離れた位置に配置された相手装置２００に対して光信号を送信したり、相手装置２００からの光信号を受信したりするため、光学系１０１、１０７が大型化し、光学系１０１、１０７を備えた光通信装置１００も大型化してしまう。しかも、光学系１０１、１０７の追尾を行うために、トラッキングシステムが必要となるため、光通信装置１００の大型化及び消費電力の増加といった不具合が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、送信装置及び受信装置に対して光通信が可能な光通信装置であって、前記送信装置から送信された光信号を反射する反射面を複数有する反射手段と、前記光信号を受信装置に向けて反射する第１の状態と、前記光信号を前記受信装置外に向けて反射する第２の状態との間で、前記各反射面を動作させる駆動手段と、該駆動手段の駆動を制御することにより、前記送信装置からの光信号を変調する制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射手段の各反射面を第１及び第２の状態間で動作させて送信装置からの光信号を変調して、特定の情報を含む信号を受信装置に送信することができる。そして、反射手段を第１及び第２の状態間で動作させるだけであるため、光通信装置の小型化を図ることができるとともに、消費電力を低減することができる。しかも、各反射面を駆動することで、各反射面における光信号に対する変調を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の実施例１である光通信装置について説明する。図１は、本実施例の光通信装置が用いられる光通信システムの概略図を示す。
【００１１】
相手装置の送信ユニット（発光ユニット）２００における発光素子（ＬＥＤ等）２０２から照射された光信号は、送信ユニット２００の光学系２０１を介して本実施例の光通信装置１０に向けて送信される。ここで、相手装置としては、送信ユニット及び受信ユニットを備えた構成であってもよいし、送信ユニット及び受信ユニットが別体として構成されているものであってもよい。
【００１２】
本実施例の光通信装置１０は、相手装置からの光信号をコーナーキューブプリズムで反射させるものであり、この反射条件（上記プリズムにおける反射面の角度）を変化させることにより、相手装置（送信ユニット）からの光信号を変調し、この変調された信号を相手装置（受信ユニット）に送信するものである。
【００１３】
以下、本実施例の光通信装置１０の構成について、具体的に説明する。まず、コーナーキューブプリズム１１の構造について、図２を用いて説明する。
【００１４】
図２（Ａ）に示すように、コーナーキューブプリズム１１は、複数の反射面１１ａを有しており、これらの反射面１１ａが格子状に配置されている。また、各反射面１１ａは、４つの反射部（反射部ｒ１、ｒ２を含む）を有している。そして、図３（Ａ）に示すように、各反射面１１ａにおける少なくとも２つの反射部を用いて、相手装置からの光信号を反射するようになっている。
【００１５】
なお、図２（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図２（Ａ）に示すコーナーキューブプリズム１１の図中横方向（Ｌ１−Ｌ１）及び縦方向（Ｌ２−Ｌ２）の断面図である。
【００１６】
一方、図２に示すコーナーキューブプリズム１１に代えて、図３に示す構造（いわゆる、三浦折り構造）のプリズム１１’を用いることもできる。図３に示す構造では、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、プリズム１１’の平面内における互いに直交する方向（図３（Ａ）の横方向及び縦方向）において、谷部分及び山部分が交互に連続して形成されており、谷部分の角度及び山部分の角度が略９０度に設定されている。ここで、図３（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図３（Ａ）に示すプリズム１１’の図中横方向及び縦方向の断面図を示す。
【００１７】
図３に示す三浦折り構造は、微細な加工技術が必要となるが、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術によって実現することが可能である。
【００１８】
次に、本実施例の光通信装置において、プリズムの駆動機構について、図４から図７を用いて具体的に説明する。この駆動機構では、図３に示す三浦折り構造のプリズムを用いている。
【００１９】
図４において、中央に開口部が形成された外枠１１１には、この外枠１１１の内側に向かって延びる複数の板バネ１１１ａが形成されている。各板バネ１１１ａには、プリズム１１’の各反射面１１’ａにおける谷部分が連結されている。
【００２０】
また、外枠１１１の内側には、電極支持板１１２が配置されている。電極支持板１１２及び外枠１１１には、駆動回路１３からの駆動信号（電圧）が供給されるようになっている。
【００２１】
電極支持板１１２の両側縁には、プリズム１１’の各反射面１１’ａに対応して形成され、長さ（図４のＹ方向における長さ）の異なる複数の突起部１１２ａが設けられている。プリズム１１’の一端（図４中の左側端部）は、絶縁層を介して電極支持板１１２に固定されている。
【００２２】
また、プリズム１１’の他端（図４中の右側端部）には、板バネ１１１ａと係合する歪補正用はり１１３が設けられている。歪補正用はり１１３は、後述するようにプリズム１１’の駆動に伴う歪を補正するために設けられている。
【００２３】
上述したプリズム１１’の駆動機構において、電極支持板１１２及び外枠１１１に電流が供給されていない場合には、プリズム１１’の各反射面１１’ａの谷部分は、板バネ１１１ａの付勢力を受けることにより、図３に示す状態となっている。すなわち、各反射面１１’ａにおける２つの反射部ｒ３、ｒ４の角度は、略９０度となっている。
【００２４】
この状態において、プリズム１１’は、相手装置（送信ユニット）から送信された光信号を、略平行光に変換する。そして、相手装置からの光信号は、そのままの状態で相手装置に向かい、相手装置の受信ユニット（受光ユニット）３００における光学系３０１を介して受光素子３０２で受光される（図１参照）。
【００２５】
一方、電極支持板１１２及び外枠１１１に電流が供給された場合には、電極支持板１１２の突起部１１２ａと、プリズム１１’のうち板バネ１１１ａと係合する係合部分との間に吸引力が発生する。これにより、上記係合部分は、突起部１１２ａに吸引され、各反射面１１’ａでの谷部分の角度（山部分も同様）が変化する。すなわち、各反射面１１’ａの谷部分での角度が、略９０度以外となり、入射光及び反射光が略平行となる状態からずれることになる。
【００２６】
この状態において、相手装置から送信された光信号は、プリズム１１’の各反射面１１’ａで反射するものの、入射光に対して略平行な光に変換されないため、この反射光は相手装置側とは異なる方向に向かう。したがって、プリズム１１’での反射光は、相手装置（受信ユニット）には受信されない。
【００２７】
このように電極支持板１１２及び外枠１１１に対する通電を制御することにより、プリズム１１’（各反射面１１’ａ）を、上述した２つの状態間で動作させることができ、相手装置からの光信号を変調することができる。
【００２８】
本実施例では、図６に示すように、プリズム１１’における各反射面１１’ａの谷部分の移動量を異ならせている。ここで、図６（Ａ）は、各反射面１１’ａの谷部分の移動に伴う谷部分の角度変位量を示し、図６（Ｂ）は、各反射面の谷部分の移動量を示す概略図である。
【００２９】
具体的には、プリズム１１’の固定端に最も近い第１の反射面１１’ａ１の移動量をｄとしたとき、この第１の反射面１１’ａ１に隣接する第２の反射面１１’ａ２の移動量を３ｄ（上記ｄの３倍）としている。また、固定端側とは反対側において、第２の反射面１１’ａ２に隣接する第３の反射面１１’ａ３の移動量を５ｄ（上記ｄの５倍）としている。
【００３０】
ここで、上述したように各反射面の谷部分の移動量を異ならせているため、谷部分に係合する板バネ１１１ａに対する突起部１１２ａの吸引力も異ならせる必要がある。このため、本実施例では、上述したように図４のＹ方向における突起部１１２ａの長さを異ならせている。具体的には、固定端から離れるに従って、突起部１１２ａの長さを長くしている。  すなわち、固定端から離れるにしたがって、反射面１１’ａの谷部分の移動量を、最も固定端に近い反射面１１’ａ１の移動量ｄに対して奇数倍に変化させている。このように複数の反射面１１’ａの移動量を異ならせることにより、プリズム１１’におけるすべての反射面１１’ａにおいて、上述した２つの状態間での変化を可能としている。
【００３１】
すなわち、上述したように反射面１１’ａの移動量を異ならせないと、一部の反射面１１’ａにおける谷部分の角度を変化させることができても、他の反射面１１’ａにおける谷部分が平行移動だけして、この谷部分の角度が変化しないことがある。したがって、上述した移動量の設定とすることで、すべての反射面１１’ａを２つの状態間で動作させることができる。
【００３２】
なお、プリズム１１’における複数の反射面１１’ａに対しては、上述した移動量で同時に駆動する。
【００３３】
ここで、本実施例における駆動機構の構成と、プリズム１１’の一端を固定し、他端だけを移動させる構成とを比較する。ここで、図７（Ａ）は、プリズム１１’の他端をスライド移動させた場合における各反射面の谷部分の角度変位量（谷部分の移動に伴う谷部分の角度変化）を示し、図７（Ｂ）は、各反射面の谷部分の移動量を説明する概略図である。
【００３４】
図７に示すように、プリズム１１’の他端だけをスライド移動させる場合には、他端に近い位置にある反射面では、谷部分の角度が変化しやすいが、他端から離れた反射面では谷部分の角度が変化し難くなる。
【００３５】
一方、本実施例では、上述したように、プリズム１１’における各反射面の谷部分をスライド移動させているため、図７で説明した不具合が発生するのを防止することができる。
【００３６】
本実施例では、三浦折り構造のプリズム１１’を用いた場合について説明したが、図２に示すコーナーキューブプリズム１１を用いることも可能である。すなわち、コーナーキューブプリズム１１における各反射面１１ａの谷部分を、図４に示す駆動機構と同様の駆動機構によって移動させて、谷部分の角度を変化させることができる。
【００３７】
次に、本実施例である光通信装置の全体的な構成について、図１を用いて説明する。
【００３８】
図１において、プリズム１１’の一部の領域は、相手装置から送信された光の一部を透過し、残りを反射させる半透過ミラーで構成されている。そして、半透過ミラーを透過した光は、受光素子（例えば、フォトダイオード）１８で受光される。
【００３９】
なお、上述したプリズム１１’の一部の領域は、相手装置からの光信号のうち少なくとも一部を透過させるものであればよい。すなわち、半透過であってもよいし、全透過であってもよい。
【００４０】
受光素子１８の出力信号は、信号増幅回路１９で増幅された後、制御回路１６に出力される。制御回路１６は、受光素子１８の出力に基づいて、入射信号に対して自己の変調信号を同期化することが可能となる。これにより、多重化システムを構成することができる。なお、電源１７は、光通信装置１０内の各回路に電力を供給する。
【００４１】
本実施例によれば、プリズムにおける各反射面を微小振動させるだけで、相手装置（送信ユニット）から送信された光信号を変調することができ、小さな電力（具体的には、数ｍＷ程度）で変調を行うことができる。そして、各反射面を駆動することで、変調を精度良く行うことができるとともに、プリズムの面積を増加（プリズムを大型化）させることができる。しかも、プリズムを微小振動させるだけであるため、プリズムの駆動に伴う消費電力を低減することができる。
【００４２】
また、プリズムでの反射状態を変化させて変調を行っているため、プリズムに対して反射機能（光信号送信機能）と変調機能とを持たせることができる。これにより、従来のように反射機能を有する部材と、変調機能を有する回路とを別々に設ける場合に比べて、光通信装置を小型化することができる。
【００４３】
また、本実施例の光通信装置では、相手装置からの光を反射させるだけであり、光信号を照射する必要がない。このため、照射する光信号に応じた電力を消費することはなく、光信号の強度に拘わらず、同一の消費電力で変調を行うことができる。しかも、光信号の照射に伴う発熱がなくなり、従来のように発熱によって光通信装置に不具合が生じてしまうこともない。
【００４４】
さらに、本実施例の光通信装置では、半導体センサや発光素子を設ける必要がないため、耐放射線性を向上させることができる。また、従来の光通信装置で用いられている光学系が不要となるとともに、光学系の追尾を行うためのトラッキングシステムも不要となる。
【００４５】
上述した説明では、プリズムを構成する反射面のなす角度（谷部分の角度）を略９０度と、これ以外の角度とで変化させるようにしているが、これに限るものではない。すなわち、相手装置（送信ユニット）から送信された光信号を、相手装置（受信ユニット）側に向けて反射する状態と、相手装置外に向けて反射する状態との間で、反射面の角度を変化させるようにすればよい。そして、この条件を満足するように、プリズムを構成する反射面の角度（谷部分や山部分の角度）を、適宜設定することができる。
【００４６】
次に、本実施例である光通信装置の第１の利用方法について、図８を用いて説明する。ここでの利用方法は、病院内で利用するものである。
【００４７】
車椅子４００に取り付けられた端末４０１には、本実施例の光通信装置が設けられている。端末４０１は、車椅子４００に乗っている患者の心電情報や体温情報を検出できるようになっている。
【００４８】
一方、天井５００には、光信号を送信する送信ユニットと、光信号を受信する受信ユニットとが、所定の間隔を空けて設けられている。
【００４９】
送信ユニットの光照射領域ＡＲＥＡ１、ＡＲＥＡ２内に車椅子４００が位置している場合には、送信ユニットからの光信号が端末４０１に設けられた光通信装置のプリズムで反射することにより、この反射光が受信ユニットで受信されることになる。
【００５０】
このように光通信装置で反射した光信号を受信ユニットで受信することにより、車椅子４００の位置情報を取得することが可能となる。また、送信ユニットからの光信号を変調することにより、心電情報や体温情報などを含む信号を受信ユニットに送信することができる。
【００５１】
受信ユニットで得られた情報は、医師等が使用する端末に送信される。これにより、医師等は、車椅子に乗った患者の状態をリアルタイムで監視することができる。
【００５２】
ここで、車椅子４００に設けられる光通信装置は、上述したように省電力化を図ることができるため、長時間、使用することができる。
【００５３】
また、病院内で使用する以外にも、ビル内に用いられる移動体光テレメータに、本実施例の光通信装置を搭載することができる。
【００５４】
次に、本実施例である光通信装置の第２の利用方法について、図９を用いて説明する。ここでの利用方法は、本実施例の光通信装置を、月面上で移動する探査車に搭載したものである。
【００５５】
月面に対して上空にあるオービター６００は、月面７００上の探査車８００に対して、所定の照射角（例えば、略１ｍｒａｄ）でレーザー等トラッキングを行いながら光信号を送信する。探査車８００には、本実施例の光通信装置８０１が搭載されている。
【００５６】
宇宙空間では、光信号の減衰が無いと考えられるため、月面７００に対して１００ｋｍ離れた位置から、１ｍｒａｄの照射角度で１０Ｗのレーザー光を照射すると、直径が略１００ｍの光束が月面７００上に到達することになる。
【００５７】
ここで、探査車８００に搭載された光通信装置８０１内のコーナーリフレクタの大きさを０．１ｍ＾２とし、コーナーリフレクタにおいて、オービター６００からの光信号を１ｍｒａｄで反射させたとする。
【００５８】
また、コーナーリフレクタで反射した光信号は、オービター６００に設けられた０．５ｍ＾２の光学系を通過して、受光素子としての冷却型ＰＩＮフォトダイオードで受光されるものとする。ここで、冷却型ＰＩＮフォトダイオードとしては、雑音等価入力（ＮＥＰ）が１×１０−１４[Ｗ／（Ｈｚ）１／２]のものを使用する。
【００５９】
この場合において、光学系への入射パワーは５×１０−１１Ｗとなり、１０ＭＨｚのデータ送信時において、ＳＮ比が略２となる。
【００６０】
ここで、デジタル方式の伝送であることを考慮すると、ビット誤り率は、リードソロモン符号訂正法を利用して、１０−５以下と推定される。この値は、データ伝送上において問題ない値である。上述した推定結果から、探査車８００及びオービター６００間での光通信が可能となる。
【００６１】
また、上述した利用方法以外の他の利用方法について、以下に説明する。
【００６２】
まず、本実施例の光通信装置を車等（より具体的には、車の窓）に設けることにより、道路施設側に設けられた相手装置との間で双方向の通信を行うことができる。これにより、ＥＴＣの利用、車両の識別、リアルタイム走行車両診断等を行うことができる。しかも、これらのシステムのコストダウンを図ることができる。
【００６３】
本実施例の光通信装置は、上述したように小型化できるため、容易に車等に設置することができる。しかも、温度や振動等の外部環境からの影響を受けにくいため、特に車両に搭載するのに適している。
【００６４】
次に、本実施例の光通信装置を、携帯型電子機器（例えば、携帯電話）に設けることもできる。従来、ＩｒＤＡ等の光通信規格に沿った光通信が実用化されているが、携帯電話に発光機を設けているため、電力上の制約から通信距離が概ね１ｍとなっている。
【００６５】
ここで、本実施例の光通信装置を用いれば、屋内外を問わず外部（相手装置）から送信された光信号を反射させるだけであるため、通信距離を従来に比べて広げることができる。しかも、本実施例の光通信装置は、小型であるとともに、消費電力を低減できるため、携帯型電子機器に搭載しても携帯型電子機器が大型化したり、電力を大幅に消費したりすることはない。
【００６６】
次に、老人養護施設での老人の管理を行うために、本実施例の光通信装置を用いることもできる。具体的には、健康管理や位置情報を必要としている者に対して、本実施例の光通信装置が搭載された腕時計状のテレメータを携帯させることができる。
【００６７】
そして、老人養護施設内に、光通信装置に対して光信号を照射する送信ユニットと、光通信装置で反射した光信号を受信する受信ユニットとを設けることにより、テレメータを携帯した者の位置情報を確認することが可能となる。また、光信号を変調することにより、携帯者の健康情報を送信させることもできる。
【００６８】
次に、留守中の自宅やペットホテルにいるペットの健康状態を知るために、本実施例の光通信装置を用いることができる。本実施例の光通信装置は小型化可能であるため、例えば、ペットの首輪に設けることができる。これにより、光通信装置で光信号を変調することにより、ペットの健康情報を送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１である光通信システムを示す概略図である。
【図２】実施例１の光通信装置に用いられるコーナーキューブプリズムの正面図及び断面図である。
【図３】実施例１の光通信装置に用いられる三浦折り構造のプリズムの正面図及び断面図である。
【図４】実施例１の光通信装置の外観斜視図である。
【図５】実施例１の光通信装置の断面を示す概略図である。
【図６】実施例１の光通信装置の動作を説明する図である。
【図７】実施例１において、プリズムの一端だけを移動させた場合の説明図である。
【図８】本発明の光通信システムの利用形態を示す図である。
【図９】本発明の光通信システムの利用形態を示す図である。
【図１０】従来の光通信システムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１：コーナーキューブプリズム
１２：電磁駆動ユニット
１３：駆動回路
１４：静電距離センサ
１６：制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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