(57)【要約】【課題】発光素子から出射した光ビームが、反射して発光素子に戻ってきたり、目的外の受光素子に入射したりすることを防止して、安定した高速データ通信を実現することが可能な光空間伝送システムを提供する。【解決手段】発光部１３は、半導体レーザ等の発光素子を構成に含み、通信データに応じた光ビームを出射する。受光部２３は、フォトダイオード等の受光素子を構成に含み、発光部１３から出射された光ビームを受光する。本発明では、発光部１３から受光部２３に向けて出射された光ビームが、光受信部２１や実装基板２２の表面で反射されて発光部１３に戻らないように、発光部１３及び受光部２３の配置や、光ビームの出射角及び入射角が決定される。【選択図】図３
2007318738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムであって、
光ビームを光空間に出射する少なくとも１つの発光部を備える送信端末と、
光空間に出射された光ビームを受光する少なくとも１つの受光部を備える受信端末と、
前記送信端末及び前記受信端末を装着し、前記少なくとも１つの発光部と前記少なくとも１つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具とで構成され、
前記少なくとも１つの発光部及び前記少なくとも１つの受光部は、前記送信端末及び前記受信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記少なくとも１つの発光部から出射された光ビームが前記少なくとも１つの受光部で反射して前記少なくとも１つの発光部のいずれにもに戻らない位置に設けられることを特徴とする、光空間伝送システム。
【請求項２】
前記送信端末及び前記受信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記少なくとも１つの発光部と前記少なくとも１つの受光部とが平行に向かい合う場合、送受信の対となる１つの発光部と１つの受光部との垂直方向距離をＬ及び水平方向間隔をＷとし、光ビームの指向角をθとすると、前記送信端末から前記受信端末へ向かうの垂直方向に対する前記１つの発光部の光ビーム照射角度αが、次式（１）で与えられることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
α＞ｔａｎ-1（Ｗ／２Ｌ）＋θ    ‥‥  （１）
【請求項３】
前記少なくとも１つの発光部は、それぞれ
通信データに応じた光を発光させる発光素子と、
前記発光素子と接続され、前記発光素子が発光した光を集光して光空間に光ビームを出射する光ファイバとを含む、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの発光部は、それぞれ
通信データに応じた光を発光させる発光素子と、
前記発光素子と接続され、前記発光素子が発光した光を光導波路を介して光空間に光ビームを出射する光導波路基板とを含む、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの発光部から複数の光ビームが照射される場合、
前記受信端末は、入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、
前記少なくとも１つの受光部は、前記レンズで集光された光ビームを受光する少なくとも１つの受光素子とを含む、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの発光部から複数の光ビームが照射される場合、
前記受信端末は、入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、
前記少なくとも１つの受光部は、
前記レンズで集光された光ビームのうち所望波長の光ビームだけを通過させる少なくとも１つの波長フィルタと、
前記少なくとも１つの波長フィルタを通過した光ビームだけを受光する少なくとも１つの受光素子とを含む、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの発光部の各々が照射する光ビームの波長をλnと、指向角をθnと、前記少なくとも１つの受光部に対する入射角をαnとしたとき、前記波長フィルタの許容通過帯域Δλは、次式（２）で与えられることを特徴とする、請求項６に記載の光空間伝送システム。
Δλ＞ｓｉｎαn×λn×θn    ‥‥  （２）
【請求項８】
前記受信端末が、光ビームを光空間に出射する第２の少なくとも１つの発光部をさらに備え、
前記送信端末が、前記受信端末から出射された光ビームを受光する第２の少なくとも１つの受光部をさらに備え、
前記第２の少なくとも１つの発光部及び前記第２の少なくとも１つの受光部は、前記送信端末及び前記受信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記第２の少なくとも１つの発光部から出射された光ビームが前記第２の少なくとも１つの受光部で反射して前記第２の少なくとも１つの発光部のいずれにもに戻らない位置に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの発光部が出射する複数の光ビームの少なくとも２つは、前記少なくとも１つの受光部のいずれか１つに集光されることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの発光部は、任意の２つの発光部の間隔をｄ（ｄ＞０．１５ｍｍ）とした場合、当該２つの発光部から各々が出射する光ビームの光軸交点までの距離をＬは、次式（３）で与えられることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
Ｌ＜（１００×ｄ）／（７＋ｄ）    ‥‥  （３）
【請求項１１】
光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムであって、
光空間に出射された光ビームを受光する少なくとも１つの受光部を備える受信端末と、
光ビームを光空間に出射する少なくとも１つの発光部と、前記受信端末を装着し、前記少なくとも１つの発光部と前記少なくとも１つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具とを備える送信端末とで構成され、
前記少なくとも１つの発光部及び前記少なくとも１つの受光部は、前記受信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記少なくとも１つの発光部から出射された光ビームが前記少なくとも１つの受光部で反射して前記少なくとも１つの発光部のいずれにもに戻らない位置に設けられることを特徴とする、光空間伝送システム。
【請求項１２】
光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムであって、
光ビームを光空間に出射する少なくとも１つの発光部を備える送信端末と、
光空間に出射された光ビームを受光する少なくとも１つの受光部と、前記送信端末を装着し、前記少なくとも１つの発光部と前記少なくとも１つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具とを備える受信端末とで構成され、
前記少なくとも１つの発光部及び前記少なくとも１つの受光部は、前記送信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記少なくとも１つの発光部から出射された光ビームが前記少なくとも１つの受光部で反射して前記少なくとも１つの発光部のいずれにもに戻らない位置に設けられることを特徴とする、光空間伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムに関し、より特定的には、光ビームの不要な反射に起因する伝送特性の劣化を低減させた光空間伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを自由空間に放射してデータ通信を行う光空間伝送技術は、オフィスや家庭において情報処理端末やＡＶ機器をケーブルレスで接続することが可能であり、光の広帯域性を活かした高速通信を実現できる可能性が高いこと等から、近年注目されている。また、光空間伝送は、無線ＬＡＮやＵＷＢといった無線を媒体とした通信方式と比較して、周波数利用に法的規制がないことに加え、指向性が高くかつ隣接する無線ネットワークに影響を及ぼさない等、秘匿性・セキュリティの面で大きな優位性を有している。
そのような理由から、最近では転送データの大容量化に従って、より高速な光空間伝送システムが求められている。
【０００３】
ところが、データ通信をより高速に行うためには、高速応答が可能である高性能な光源（発光素子）や受光素子が必要となる。特に、受光素子は、高い周波数応答特性を得るためには寄生容量を低減する必要があることから、受光面積が小さくなる。例えば、１．２５Ｇｂｐｓデータ通信用の受光素子の直径が２００μｍで、１０Ｇｂｐｓデータ通信用の受光素子の直径が６０μｍとなる（２００６年２月現在  ａｌｂｉｓ社製）。
しかしながら、光空間伝送システムにおいては、受光素子の受光面積が小さくなると、総受光電力が減少することから、高速伝送が困難になる。
【０００４】
そこで、この問題を解決するため、複数の光源と複数の受光素子とで並列データ通信を行い、全体の伝送レートを向上させる多重伝送方式が提案されている（特許文献１を参照）。この方式は、複数の光リンクを設けることで、１リンク当たりの伝送レートを低減させるものである。
【０００５】
図１６は、特許文献１に記載された従来の光空間結線装置の構成を示す図である。特許文献１では、コンピュータや通信処理装置内での信号伝達を行うための技術を示したものであるが、光空間伝送システムへの適応も可能である。
【０００６】
図１６において、光送信モジュール３０に入力された複数の電気信号は、それぞれＬＤドライバアレイ３２及び発光素子アレイ３３により光信号に変換され、さらにコリメートレンズ３４により角度の異なる光ビームへ変換され、空間に放出される。光受信モジュール３５では、集光レンズ３９により、光ビームの入射角度に応じて受光素子アレイ３８内の各受光素子へ光信号が集光される。そして、受光素子アレイ３８は、入力された光信号を電気信号に変換し、アンプアレイ３７に送出する。その後、アンプアレイ３７は、それぞれの電気信号を増幅した後、光受信モジュール３５から出力する。
【０００７】
この従来の光空間結線装置では、コリメートレンズ３４から見た焦点面上の発光素子の配置は、コリメートレンズ３４から出力される光ビームの出射角度として伝送される。また、光受信モジュール３５に入射される光ビームの受光面上での集光位置は、光ビームの入射角度によって決まる。すなわち、この従来の光空間結線装置では、発光素子アレイ３３の素子配置は、光ビームの角度情報に変換された後に伝送されるので、光送受信モジュールの間の位置ずれが生じても、光ビームが集光レンズ３９で集光できる限り、受光面上での集光位置には何ら影響を与えない。従って、モジュール間の位置ずれトレランスを従来のレンズアレイを用いる構成に比べ改善できると記載されている。
【０００８】
しかしながら、図１６に示す構成では、光源や受光素子の数が増え、その実装面積が増えるにつれ、コリメートレンズ３４及び集光レンズ３９が大きくなるという課題がある。さらに、発光素子アレイ３３から照射される光ビームは、それぞれコリメートレンズ３４に対して垂直に入射されるため、反射戻り光が再び発光素子アレイ３３に入射され、発光素子アレイ３３の動作が不安定になることがある。また、受光素子アレイ３８に入射した光ビームのうち、一旦受光素子の表面で反射され、さらにその反射光が集光レンズ３９の正面で反射され、再び受光素子アレイ３８に入射されることがある。この多重反射光は、遅延光となるために、データレートが高速になるにつれ、大きな課題となる。
このように、光空間伝送システムでは、光伝送路における各反射点からの反射戻り光や、多重反射が伝送品質に影響を与える。
【０００９】
そこで、この反射光による影響を解決するため、受信器でノイズキャンセルを行う手法が提案されている（特許文献２を参照）。
図１７は、特許文献２に記載された従来の光空間伝送システムの構成を示す図である。
【００１０】
図１７において、親機４１の光送信部４４は、送信すべき信号Ｐに応じてＬＥＤ５４及び５５から異なる発光スペクトラムの送信光ＬＰａ及びＬＰｂを同相送信する。子機４２の光受信部４６は、ＰＤ６７で送信光ＬＰａ及びＬＰｂを光電変換し、演算増幅器６８で信号Ｐのみを取り出す。また、子機４２の信号送信部４５は、送信すべき信号Ｃに応じてＬＥＤ６１及び６３から異なる発光スペクトラムの送信光ビーム（−ＬＣｂ、ＬＣａ）を差動送信する。親機４１の光受信部４３は、ＰＤ５２及び５３により送信光ビーム（−ＬＣｂ、ＬＣａ）を発光スペクトラムに応じて光電変換し、演算増幅器５１で信号Ｃのみを取り出す。
【００１１】
従って、光受信部４３のＰＤ５２から演算増幅器５１の反転入力端子へ送られる信号は、光送信部４５から送信された送信光ビーム（−ＬＣｂ）が光電変換された信号（−Ｃ）に対して、外乱光ＬＮが光電変換されたノイズ成分（Ｎ）と、光送信部４４から送信された送信光ＬＰｂが反射物４７により反射された光が光電変換されたノイズ成分（Ｐ）とが、重畳された信号（Ｎ＋（−Ｃ）＋Ｐ）となる。また、光受信部４３のＰＤ５３から演算増幅器５１の非反転入力端子へ送られる信号は、光送信部４５から送信された送信光ビーム（ＬＣａ）が光電変換された信号（＋Ｃ）に対して、外乱光ＬＮが光電変換されたノイズ成分（Ｎ）と、光送信部４４から送信された送信光ＬＰａが反射物４７により反射された光が光電変換されたノイズ成分（Ｐ）とが、重畳された信号（Ｎ＋Ｃ＋Ｐ）となる。
【００１２】
一方、演算増幅器５１では、非反転入力端子に入力されたＰＤ５３の出力信号（Ｎ＋（−Ｃ）＋Ｐ）から、反転入力端子に入力されたＰＤ５２の出力信号（Ｎ＋Ｃ＋Ｐ）を減算する演算（Ｎ−Ｎ＋Ｃ−（−Ｃ）＋Ｐ−Ｐ＝２Ｃ）が行われることになる。
【００１３】
すなわち、この演算結果からわかるように、当該演算増幅器５１から出力されて端子５４から後段の信号処理部に送られる信号は、外乱光ＬＮに起因するノイズ成分（Ｎ）と、反射物４７による反射光に起因するノイズ成分（Ｐ）とが、完全に除去された信号（２Ｃ）のみとなる。
【特許文献１】特開平８−２３７２０４号公報（第８頁、第１図）
【特許文献２】特開平２００２−１１１５８５号公報（第１０頁、第１図）
【非特許文献１】「光の鉛筆」鶴田匡夫著、新技術コミュニケーション、１９８９年６月２０日第７版発行（第１６７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献２に記載の従来の光空間伝送システムにおいて、演算増幅器５１から出力される信号から、ノイズ成分（Ｎ）及び（Ｐ）が精度よく完全に除去されるためには、親機４１の光送信部４４に備えられるＬＥＤ５４及び５５は近接して設置されなければならない。なぜならば、離して設置した場合は、各光源から送信される送信光ビームの反射物に対する入射条件（例えば、入射角や入射パワー）が異なることから、反射光パワーが変化するからである。さらに、反射物を介して、ＰＤに到達するまでの光路長差も生じることから、親機４１の光受信部４３に備えられるＰＤ５２及び５３に入射される反射光に起因するノイズ成分（Ｐ）の大きさや位相がそれぞれ異なってしまう。従って、演算した際に、ノイズ成分が完全に除去されない。
【００１５】
また、特許文献２に記載の従来の光空間伝送システムにおいて、子機４２で得られる出力信号は、１つのＬＥＤから得られる出力信号Ｐの２倍である２Ｐとある。しかし、上述した理由によりＬＥＤ５４及び５５を隣接して設置した場合、光ビームの放射強度密度が高まり、アイセーフ条件を満たすように、ＬＥＤ当たりの出力パワーを低減させるか、拡散板等を用いて、光ビームの放射強度密度を低減させる必要があるため、単純に大きな出力信号を得ることはできない。
【００１６】
このように、特許文献２に記載された従来の光空間伝送システムは、通常の光空間伝送システムに比べ、２つの異なる波長の光源と、ノイズキャンセル用の演算回路等の部品点数が増加しながらも、データ伝送の高速化の効果が少ないという問題があった。
【００１７】
それ故に、本発明の目的は、発光素子から出射した光ビームが、反射して発光素子に戻ってきたり、目的外の受光素子に入射したりすることを防止して、安定した高速データ通信を実現することが可能な光空間伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムに向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の光空間伝送システムは、光ビームを光空間に出射する少なくとも１つの発光部を備える送信端末と、光空間に出射された光ビームを受光する少なくとも１つの受光部を備える受信端末と、送信端末及び受信端末を装着し、少なくとも１つの発光部と少なくとも１つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具とで構成する。さらに、少なくとも１つの発光部及び少なくとも１つの受光部を、送信端末及び受信端末が端末固定用補助具に装着された状態で、少なくとも１つの発光部から出射された光ビームが少なくとも１つの受光部で反射して少なくとも１つの発光部に戻らない位置に設けることを特徴とする。
【００１９】
例えば、送信端末及び受信端末が端末固定用補助具に装着された状態で、少なくとも１つの発光部と少なくとも１つの受光部とが平行に向かい合う場合、送受信の対となる１つの発光部と１つの受光部との垂直方向距離をＬ及び水平方向間隔をＷとし、光ビームの指向角をθとすると、送信端末から受信端末へ向かうの垂直方向に対するこの１つの発光部の光ビーム照射角度αが、実施形態で説明する式（１）で与えられる。
【００２０】
典型的には、少なくとも１つの発光部は、それぞれ、通信データに応じた光を発光させる発光素子と、発光素子と接続され、発光素子が発光した光を集光して光空間に光ビームを出射する光ファイバとを含む。又は、少なくとも１つの発光部は、それぞれ、通信データに応じた光を発光させる発光素子と、発光素子と接続され、発光素子が発光した光を光導波路を介して光空間に光ビームを出射する光導波路基板とを含む。
【００２１】
少なくとも１つの発光部から複数の光ビームが照射される場合、受信端末は、入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、少なくとも１つの受光部は、レンズで集光された光ビームを受光する少なくとも１つの受光素子とを含んでもよい。又は、受信端末は、入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、少なくとも１つの受光部は、レンズで集光された光ビームのうち所望波長の光ビームだけを通過させる少なくとも１つの波長フィルタと、少なくとも１つの波長フィルタを通過した光ビームだけを受光する少なくとも１つの受光素子とを含んでもよい。なお、波長フィルタの許容通過帯域Δλは、少なくとも１つの発光部の各々が照射する光ビームの波長をλnと、指向角をθnと、少なくとも１つの受光部に対する入射角をαnとしたとき、実施形態で説明する式（２）で与えられる。
【００２２】
好ましくは、受信端末が、光ビームを光空間に出射する第２の少なくとも１つの発光部をさらに備え、送信端末が、受信端末から出射された光ビームを受光する第２の少なくとも１つの受光部をさらに備えてもよい。この場合も同様に、第２の少なくとも１つの発光部及び第２の少なくとも１つの受光部は、送信端末及び受信端末が端末固定用補助具に装着された状態で、第２の少なくとも１つの発光部から出射された光ビームが第２の少なくとも１つの受光部で反射して第２の少なくとも１つの発光部のいずれにもに戻らない位置に設けるとよい。
【００２３】
さらに、少なくとも１つの発光部が出射する複数の光ビームの少なくとも２つは、少なくとも１つの受光部のいずれか１つに集光されてもよいし、少なくとも１つの発光部は、任意の２つの発光部の間隔をｄ（ｄ＞０．１５ｍｍ）とした場合に、この２つの発光部から各々が出射する光ビームの光軸交点までの距離をＬを、実施形態で説明する式（３）で与えられることが好ましい。
【００２４】
なお、少なくとも１つの発光部と少なくとも１つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具は、個別の構成ではなく、送信端末側に一体形成されていてもよいし、受信端末側に一体形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
上記本発明によれば、発光素子から出射した光ビームが、反射して発光素子に戻ってきたり、目的外の受光素子に入射したりすることを防止できる。これにより、簡易な方法で良好な伝送特性を得ることができ、安定した高速データ通信を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の技術は、自由空間を介して光ビームを送受信する様々な光空間伝送システムに適用可能であるが、その具体的な一例として図１及び図２に示す光空間伝送システムを説明する。
【００２７】
図１に示す光空間伝送システムは、送信端末１０及び受信端末２０（携帯端末等）と、端末固定用補助具７０とで構成される。送信端末１０は、データを光送信するための光送信部１１を備える。受信端末２０は、データを光受信するための光受信部２１を備える。端末固定用補助具７０は、送信端末１０を装着するためのガイド７１及び受信端末２０を装着する装着するためのガイド７２を有している。
【００２８】
また、図２に示す光空間伝送システムは、送信端末１０に相当するデータ保存装置８０（ＤＶＤレコーダ等）と接続可能な端末固定用補助具７０と、受信端末２０（携帯端末等）とで構成される。受信端末２０は、データを光受信するための光受信部２１を備える。端末固定用補助具７０は、データ保存装置８０に保存されたデータを光送信するための光送信部１１と、受信端末２０を装着するためのガイド７２を備える。
もちろん、この端末固定用補助具７０は、データ保存装置８０に一体形成されていてもよい。
【００２９】
本発明では、図１のシステムにおいて、送信端末１０及び受信端末２０を端末固定用補助具７０にそれぞれ装着するだけで、光送信部１１と光受信部２１との位置合わせをフールプルーフに行うことを実現している。また、図２のシステムのように、光送信部１１が端末固定用補助具７０と一体形成されている場合でも、受信端末２０を端末固定用補助具７０に装着するだけで、光送信部１１と光受信部２１との位置合わせをフールプルーフに行うことを実現している。なお、端末が端末固定用補助具７０に装着された状態の光送信部１１と光受信部２１との距離は、数ｍｍから数十ｃｍ程度である。
【００３０】
以下、本発明が提供する特徴ある様々な構造を、図１の光空間伝送システムに適用させた場合を例にして、順に詳細に説明する。なお、各実施形態で用いる図面は、送信端末１０及び受信端末２０を端末固定用補助具７０にそれぞれ装着した状態における、送信端末１０と受信端末２０との位置関係を示した図である（端末固定用補助具７０については、図示を省略している）。
【００３１】
〔第１の実施形態〕
図３は、本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図４は、図３に示した光空間伝送システムのＡ−Ａ断面図である。図３及び図４において、送信端末１０の光送信部１１は、実装基板１２の上に設けられた発光部１３を備える。また、受信端末２０の光受信部２１は、実装基板２２の上に設けられた受光部２３を備える。
【００３２】
発光部１３は、半導体レーザ等の発光素子を構成に含み、通信データに応じた光ビームを出射する。受光部２３は、フォトダイオード等の受光素子を構成に含み、発光部１３から出射された光ビームを受光する。本発明では、発光部１３から受光部２３に向けて出射された光ビームが、光受信部２１や実装基板２２の表面で反射されて発光部１３に戻らないように、発光部１３及び受光部２３の配置や、光ビームの出射角及び入射角が決定される。
【００３３】
例えば、図４に示す光空間伝送システムのように、端末固定用補助具３０によって、送信端末１０の光送信部１１と受信端末２０の光受信部２１とが平行に向かい合う場合を考える。この場合、送受信の対となる発光部１３と受光部２３との垂直方向距離を“Ｌ”と、発光部１３と受光部２３との水平方向間隔を“Ｗ”と、光ビームの指向角を“θ”とすると、送信端末１０から受信端末２０へ向かうの垂直方向に対する発光部１３の光ビーム照射角度“α”は、次式（１）で求めることができる。
α＞ｔａｎ-1（Ｗ／２Ｌ）＋θ    ‥‥  （１）
【００３４】
上記構造にすることで、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザやＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）等の、反射戻り光によって動作が不安定になり易い発光素子を用いた場合でも、安定した光伝送を行うことができる。
【００３５】
次に、上記式（１）を満足させるための発光部１３の構造例を具体的に説明する。
図５〜図７は、発光部１３の構造例１〜３を説明するための送信端末１０の構造断面図である。
【００３６】
（１）構造例１
構造例１は、図５に示すように、発光部１３を構成する発光素子１４を、実装基板１２に対して予め傾けた状態で実装する構造である。この構造によって、容易に光ビームの照射方向を変えることができる。なお、実装した発光素子１４が固定されずに不安定となる場合には、発光素子１４を支持する部品を別途設けてもよい。
【００３７】
（２）構造例２
構造例２は、図６に示すように、発光素子１４を実装基板１２に対して正常な状態で実装すると共に、傾斜させた光ファイバ１５を発光素子１４と接続させる構造である。この構造によって、容易に照射方向を変えることができる。なお、光ファイバ１５を固定するために、支持する部品を別途設けてもよい。なお、反射戻り光が発光素子１４に戻らないように、光ファイバ１５の出射端面を７°程度斜めに研磨してもよい。
【００３８】
通常、発光素子の駆動回路から発光素子までの配線が長くなると、高速変調時に特性が劣化するという問題がある。構造例１のように発光素子１４を傾けて実装基板１２に実装する場合には、片側のリード線が長くなるという問題がある。しかし、構造例２のように光ファイバ１５を用いることにより、配線を短くすることができるため、高速データ伝送時の伝送特性劣化を低減することができる。
【００３９】
（３）構造例３
構造例３は、図７に示すように、発光素子１４を実装基板１２に対して正常な状態で実装すると共に、傾斜させた光導波路１６を有する光導波路基板１７を発光素子１４と接続させる構造である。この構造によって、容易に照射方向を変えることができる。
【００４０】
一般に、構造例２のように光ファイバ１５を送信端末１０の内部に用いると、余長処理部分のために送信端末１０が大型化してしまう問題がある。しかし、構造例３のように光導波路１６を用いることで、送信端末１０を小型化できる。
【００４１】
この第１の実施形態の構造により、発光部１３から出射した光ビームが、受光部２３等で反射して発光部１３に戻ってくることを防止できる。これにより、簡易な方法で安定した高速データ通信を実現することができる。
【００４２】
〔第２の実施形態〕
上記第１の実施形態では、光送信部１１が１つの発光部１３を、光受信部２１が１つの受光部２３を備える構造を説明した。
以下の第２〜第７の実施形態では、光送信部１１が複数の発光部１３を、光受信部２１が複数の受光部２３を備える構造を説明する。
【００４３】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図８に例示する第２の実施形態では、光送信部１１が、実装基板１２の上に４つの発光部１３ａ〜１３ｄを備え、光受信部２１は、実装基板２２の上に４つの受光部２３ａ〜２３ｄを備える。
【００４４】
発光部１３ａと受光部２３ａとは、上述した第１の実施形態の位置関係を満足する。同様に、発光部１３ｂと受光部２３ｂと、発光部１３ｃと受光部２３ｃと、及び発光部１３ｄと受光部２３ｄとは、上述した第１の実施形態の位置関係をそれぞれ満足する。
【００４５】
〔第３の実施形態〕
図９は、本発明の第３の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図９に例示する第３の実施形態では、光送信部１１が、実装基板１２の上に２つの発光部１３ａ及び１３ｂを備え、光受信部２１は、実装基板２２の上に２つの受光部２３ａ及び２３ｂを備える。
【００４６】
発光部１３ａと受光部２３ａと、及び発光部１３ｂと受光部２３ｂとは、上述した第１の実施形態の位置関係をそれぞれ満足する。さらに、発光部１３ａが出射する光ビームと発光部１３ｂが出射する光ビームとが交差するように、発光部１３ａ〜１３ｂ及び受光部２３ａ〜２３ｂがそれぞれ配置されている。
【００４７】
〔第４の実施形態〕
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図１０に例示する第４の実施形態では、光送信部１１が、実装基板１２の上に８つの発光部１３ａ〜１３ｈを備え、光受信部２１は、実装基板２２の上に８つの受光部２３ａ〜２３ｈを備える。この第４の実施形態は、上記第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた構造である。
【００４８】
〔第５の実施形態〕
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図１１に例示する第５の実施形態では、光送信部１１が、実装基板１２の上に４つの発光部１３ａ〜１３ｄを備え、光受信部２１は、実装基板２２の上に４つの受光部２３ａ〜２３ｄを備える。
【００４９】
発光部１３ａと受光部２３ａとは、上述した第１の実施形態の位置関係を満足する。同様に、発光部１３ｂと受光部２３ｂと、発光部１３ｃと受光部２３ｃと、及び発光部１３ｄと受光部２３ｄとは、上述した第１の実施形態の位置関係をそれぞれ満足する。さらに、発光部１３ａ〜１３ｄがそれぞれ出射する複数の光ビームが１点で交差するように、発光部１３ａ〜１３ｄ及び受光部２３ａ〜２３ｄがそれぞれ配置されている。
【００５０】
〔第６の実施形態〕
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための構造断面図である。図１２において、送信端末１０の光送信部１１は、実装基板１２の上に設けられた発光部１３ａ及び１３ｂを備える。受信端末２０の光受信部２１は、実装基板２２の上に設けられた受光部２３ａ及び２３ｂと、レンズ２４とを備える。
【００５１】
この第６の実施形態の光受信部２１の構造は、上記第３の実施形態を応用した構造であり、第３の実施形態の光受信部２１の構造と比べて、レンズ２４が異なる。第６の実施形態の光送信部１１の構造は、第１の実施形態の光送信部１１の構造（構造例１〜３）と同じである。
【００５２】
レンズ２４は、送信端末１０から送信される光ビームを集光するためのレンズであり、発光部１３ａから出射される指向角θを有した光ビームを受光部２３ａで集光できる位置、かつ、発光部１３ｂから出射される指向角θを有した光ビームを受光部２３ｂで集光できる位置に設けられる。すなわち、レンズ２４は、発光部１３ａから受光部２３ａまでの直線距離の１／２を、焦点距離ｆとするレンズである。
【００５３】
この第６の実施形態の構造により、レンズを用いて高効率に光を集光したい場合でも、受光部毎にレンズを設置する場合に比べ、レンズの数を減らすことができる。また、発光部や受光部の数が増え、必要な光学素子の実装面積が増えた場合でも、レンズの大きさを大きくする必要がない。よって、レンズの製作が容易になり、コストを低減することができる。
【００５４】
なお、レンズ２４の表面に反射防止膜を形成することが好ましい。この反射防止膜により、発光部１３から出射された光ビームが、レンズ２４で反射して発光部１３に戻ることを防ぐことができる。また、受光部２３の表面で反射した光ビームがレンズ２４で再反射し、受光部２３に戻ることを防ぐことができる。
【００５５】
〔第７の実施形態〕
図１３は、本発明の第７の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための構造断面図である。図１３において、送信端末１０の光送信部１１は、実装基板１２の上に設けられた発光部１３ａ及び１３ｂを備える。受信端末２０の光受信部２１は、実装基板２２の上に設けられた受光部２３ａ及び２３ｂと、レンズ２４と、波長フィルタ２５ａ及び２５ｂとを備える。
【００５６】
この第７の実施形態の光受信部２１の構造は、上記第６の実施形態の光受信部２１の構造と比べて、波長フィルタ２５ａ及び２５ｂが異なる。第７の実施形態の光送信部１１の構造は、第１の実施形態の光送信部１１の構造（構造例１〜３）と同じである。
【００５７】
発光部１３ａ及び１３ｂは、それぞれ異なる波長の光ビームを出射する。波長フィルタ２５ａは、発光部１３ａが出射する光ビームの波長だけを通過させる。波長フィルタ２５ｂは、発光部１３ｂが出射する光ビームの波長だけを通過させる。
なお、発光部１３が照射する光ビームの波長をλnと、指向角をθnと、受光部２３に対する入射角をαnとしたとき、波長フィルタ２５ａ及び２５ｂの許容通過帯域Δλは、下記式（２）の関係で表される。
Δλ＞ｓｉｎαn×λn×θn    ‥‥  （２）
【００５８】
図１４は、波長フィルタ２５ａ及び２５ｂの効果を説明するための図である。図１４では、発光部１３ａから出射された指向角θの光ビームが、レンズ（図示せず）で集光されて、対し、角度αで受光部２３ａに入射された場合を示している。この時、受光部２３ａに設けられた波長フィルタ２３ａには、角度θ1〜θ2までの偏差をもって、光ビームが入射される。
【００５９】
ここで、一般的な誘電体多層膜で形成された波長フィルタには、垂直入射光に対する基準波長をλ0とすると、入射角αに対する通過波長λが、λ＝ｃｏｓα・λ0に変位するという特性がある（非特許文献１を参照）。従って、波長フィルタは、予め想定される入射角αに対し、所望の波長λ0が最小損失で通過するように設計するが、光ビームがθ1〜θ2の成分を有している場合、基本入射角αに対する偏差が大きいほど、波長λ0の光に対する通過損失が大きくなるという問題がある。
【００６０】
通常、波長フィルタに対する通過波長はある程度の幅を想定して設計するが、通過波長帯域を広げすぎると他の発光部からの光ビームも通過するために、波長フィルタの役割が損なわれる。そこで、波長フィルタの通過帯域を狭くするためには、できるだけ、指向角の小さい光ビームを照射させるのが好ましい。よって、対となる発光部と受光部とをできるだけ遠ざけて、レンズ２４での光ビームの照射エリアを同面積としつつ、指向角θを小さくすることが望ましい。
【００６１】
例えば、発光部１３ａ及び１３ｂの発振波長を８５０ｎｍとして、光送信部１１から光受信部２１までの距離を１ｃｍとし、レンズ２４での光ビームの照射エリアを直径５ｍｍで比較した場合を考える。
この場合、発光部１３ａと発光部１３ｂとの距離が５ｍｍの場合では、光軸の入射角度を約２６．６度、及び指向角を１２．５度と設計でき、通過波長の最大シフト量が２２．７ｎｍとなる。一方、発光部１３ａと発光部１３ｂとの距離が１０ｍｍの場合では、光軸の入射角度を約４５度、及び指向角を８．１度と設計でき、通過波長の最大シフト量が８．５４ｎｍとなる。よって、後者の方が、波長多重をする際には波長間隔を狭くすることができ、システム設計上の波長設定が容易になる。
【００６２】
この第７の実施形態の構造により、発光部から出射した光ビームが、レンズや受光部の表面反射等によって目的外の受光部に入射されたとしても、波長フィルタによって不要光が減衰される。よって、伝送特性劣化を低減することができる。
【００６３】
なお、上記実施形態は一例であって、発光部１３の数及び受光部２３の数は、自由に決定することができる。例えば、より広い通信エリアを確保するために、発光部１３の数を受光部２３の数より多くしてもよいし、受光した信号を合波してより大きな受信信号を得るために、受光部２３の数を発光部１３の数より多くしてもよい。
また、複数の発光部１３から送信されるデータ信号は、全て同じでもよいし、全て又は一部が異なっていてもよい。また、複数の発光部１３による光ビームの出射角度は、全て同じでもよいし、全て又は一部が異なっていてもよい。
さらに、送信端末１０側だけに光送信部１１を備え、受信端末２１側だけに光受信部２１を備えた構造を説明したが、送信端末１０にも光受信部２１を受信端末２１にも光送信部１１を備えることで、双方向通信を行うことも可能である。
【００６４】
また、図１及び図２で示した光空間伝送システムは一例であって、光送信部１１と光受信部２１との位置合わせをフールプルーフに行えるのであれば、他のシステム構成及び構造であってもよい。例えば、送信端末１０に、端末固定用補助具３０に相当する格納可能な突起物を設け、この突起物によって光送信部１１と光受信部２１との位置合わせを行ってもよい。
【００６５】
さらに、複数の光ビームを照射する構造である場合、レーザ放射に対する国際的な安全基準「ＩＥＣ６０８２５−１」規格を考慮して、複数の光源（発光素子）から１０ｃｍ離れた位置における直径７ｍｍの円範囲内に複数の光軸が含まれないように設計することが望ましい。これは、人間の目の網膜障害の最悪露光条件が、目と光源との距離を１０ｃｍとした時であり、それより近いと網膜像がぼけるため危険性が緩和されるためである。
【００６６】
具体的には、２つの光源の間隔をｄ（ｄ＞０．１５ｍｍ）とした場合、２つの光源から各々が出射する光ビームの光軸交点までの距離をＬは、次式（３）で設計することが好ましい（図１５）。
Ｌ＜（１００×ｄ）／（７＋ｄ）    ‥‥  （３）
この式（３）に従って、光パワーが最も集中する場所を光源から１０ｃｍ以内に設計し、その場所に受光部を配置する。これにより、受光部では、目に安全な条件の下で、複数光源からの光ビームパワーを軽減することなく、大きなまま得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の光空間伝送システムは、高速光空間通信の分野等に利用可能であり、特に反射光を目的外の光学素子に照射することを防止して伝送特性劣化を低減したい場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の光空間伝送システムが適用される一例を説明する図
【図２】本発明の光空間伝送システムが適用される一例を説明する図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する構造断面図
【図５】発光部１３の構造例１を説明するための送信端末１０の構造断面図
【図６】発光部１３の構造例２を説明するための送信端末１０の構造断面図
【図７】発光部１３の構造例３を説明するための送信端末１０の構造断面図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図
【図９】本発明の第３の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する構造断面図
【図１３】本発明の第７の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する構造断面図
【図１４】波長フィルタ２５ａ及び２５ｂの効果を説明するための図
【図１５】本発明の光空間伝送システムの具体的な設計例を示す図
【図１６】特許文献１に記載された従来の光空間結線装置の構成を示す図
【図１７】特許文献２に記載された従来の光空間伝送システムの構成を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１０  送信端末
１１  光送信部
１２、２２  実装基板
１３、１３ａ〜１３ｈ  発光部
１４  発光素子
１５  光ファイバ
１６  光導波路
１７  光導波路基板
２０  受信端末
２１  光受信部
２３、２３ａ〜２３ｈ  受光部
２４  レンズ
２５ａ、２５ｂ  波長フィルタ
７０  端末固定用補助具
７１、７２  ガイド
８０  データ保存装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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