(57)【要約】【課題】受信部の構成を簡単にし、高いＳＮ比で障害物を検知する。【解決手段】光無線伝送装置１の送信部１０は、戻り光がある場合にはレーザ発振する光源１０１と、レーザ光により受信部２０に情報を送信する光源１０９と、光源１０１から出射された第１の光の偏光方向を調整する波長板１０４と、第１の光の出力を測定する測定部１０６と、波長板１０４からの第１の光を透過または反射させるとともに、光源１０９から出射された第２の光を反射させ、透過した第１の光及び反射した第２の光を合わせて同一方向に出力する一方、反射した第１の光を測定部１０６に出力するＰＢＳ１０５と、測定部１０６の測定に基づいて光源１０９を駆動させる駆動部１０８と、を備え、受信部２０は、第１の光を元の方向に反射させて光源１０１に戻すとともに、第２の光を透過させる再帰性反射材２０１と、透過した第２の光を電気信号に変換する受光素子２０２と、を備える。【選択図】図１
2012029112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信部と受信部を備えた光無線伝送装置であって、
前記送信部は、
障害物を検知するための光源であり、外部からの戻り光がない場合には人体に安全な光出力で出射し、前記戻り光がある場合には光出力を増幅させてレーザ発振する第１の光源と、
レーザ光を出射して、前記受信部に情報を送信する第２の光源と、
前記第１の光源から出射された第１の光を平行光にするコリメート素子と、
前記コリメート素子により平行光にされた前記第１の光と前記第２の光源から出射された第２の光を合わせて、同一方向に出射する合成素子と、
前記第１の光源から出射された前記第１の光の光出力を測定する光出力測定部と、
前記光出力測定部で測定された光の出力値に基づいて、前記第１の光源がレーザ発振しているか否かを判断し、レーザ発振していると判断した場合には、前記第２の光源を駆動させてレーザ光を出射させ、レーザ発振していないと判断した場合には、前記レーザ光を出射させない駆動制御部と、
を備え、
前記受信部は、
前記合成素子を介して到達した前記第１の光を元の方向に反射させて、前記第１の光源に戻すとともに、前記合成素子を介して到達した前記第２の光を透過させる再帰性反射材と、
前記再帰性反射材を透過した前記第２の光を電気信号に変換する受光素子と、
を備えることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項２】
前記送信部または前記受信部のいずれか一方は、
前記第１の光源に戻す光の光量を調整する光量調整部を備えており、
前記送信部と前記受信部との間の光路に進入可能な障害物の最大許容面積は、
所定の安全基準に基づいて、前記第２の光源から出射される前記第２の光の光出力から算出され、
前記光量調整部は、
算出された前記最大許容面積の障害物を、前記送信部と前記受信部との間の前記第１の光の光路に進入させたときに、前記第１の光源に戻す光の光量が、前記第１の光源をレーザ発振させる最小値となるように調整されていることを特徴とする請求項１記載の光無線伝送装置。
【請求項３】
前記光量調整部は、
前記コリメート素子により平行光にされた前記第１の光の偏光方向を調整可能な波長板と、
前記波長板により偏光方向を調整された前記第１の光を、その偏光方向に基づき、透過または反射させる偏光ビームスプリッタと、
を備え、前記波長板の調整により、前記偏光ビームスプリッタを透過する前記第１の光の光量を調整し、
前記合成素子は、
前記偏光ビームスプリッタであり、前記第２の光源から出射された前記第２の光を前記偏光ビームスプリッタで反射させるともに、前記偏光ビームスプリッタを透過した前記第１の光、及び前記偏光ビームスプリッタで反射された前記第２の光を合わせて同一方向に出射し、
前記光出力測定部には、
前記偏光ビームスプリッタで反射された前記第１の光が入射することを特徴とする請求項２記載の光無線伝送装置。
【請求項４】
前記光量調整部は、
前記再帰性反射材の反射率を調整することにより、前記第１の光源から出射された前記第１の光を前記第１の光源に戻す光の光量を調整することを特徴とする請求項２記載の光無線伝送装置。
【請求項５】
前記第１の光源は、第１の波長帯の光を出射し、
前記第２の光源は、前記第１の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振し、
前記送信部は、
光の波長に応じて回折角が異なり、前記合成素子から出射された光を、第１の平面内において前記第１の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる分散光学素子をさらに備え、
前記受信部は、
前記第１の平面内の前記所定の角度の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光無線伝送装置。
【請求項６】
前記再帰性反射材は、前記送信部から出射された光の方向と垂直な平面上に２次元アレイ化されて配置されており、
アレイ化された前記再帰性反射材のそれぞれの大きさは、前記第１の光源から出射された前記第１の光のビーム径以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光無線伝送装置。
【請求項７】
前記第１の光源から出射された前記第１の光のビーム径は、前記第２の光源から出射された前記第２の光のビーム径より大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光無線伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送装置に関し、特に、情報伝送用レーザ光の人物への照射を防止する光無線伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間を伝送路して用いる光無線伝送装置においては、レーザ光を用いるため、光路中に人間が進入すると皮膚や眼に障害をもたらす危険性がある。
【０００３】
この点、特許文献１では、光信号が人体に照射される危険を回避する方法として、光送信器と光受信器からなる光空間伝送装置において、光受信器に、受光レベルを検出するレベル検出部と、レベル検出部が検出した受光レベルの情報を光送信器に送出する送信部を設け、障害物が光路中に進入した場合には、光受信器の送信部が受光レベルの情報を光送信器に送信することにより、光送信器は光信号の送出を停止する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、レーザ光の人等への照射を防止するため、光空間伝送装置の送信ユニットは、情報伝送用のレーザ光に沿わせて障害物検知用の赤外光を出力し、その赤外光が障害物に遮られて、受信ユニットにおける赤外光の受光感度が低下したときに、送信ユニットはレーザ光の出力を停止させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１６０７９３号公報
【特許文献２】特開平６−２１８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の光空間伝送装置においては、光受信器側に送信部を設ける必要があり、光受信器の構成が複雑化するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の光空間伝送装置においては、赤外光とともに太陽光などの外光も検出してしまうため、障害物検知に際してノイズ成分が増加するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題の一例としては、受信部側の構成を簡単にするとともに、高いＳＮ比で障害物を検知することができる光無線伝送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】
上記の課題を達成するため、本発明の一態様は、送信部と受信部を備えた光無線伝送装置であって、前記送信部は、障害物を検知するための光源であり、外部からの戻り光がない場合には人体に安全な光出力で出射し、前記戻り光がある場合には光出力を増幅させてレーザ発振する第１の光源と、レーザ光を出射して、前記受信部に情報を送信する第２の光源と、前記第１の光源から出射された第１の光を平行光にするコリメート素子と、前記コリメート素子により平行光にされた前記第１の光と前記第２の光源から出射された第２の光を合わせて、同一方向に出射する合成素子と、前記第１の光源から出射された前記第１の光の光出力を測定する光出力測定部と、前記光出力測定部で測定された光の出力値に基づいて、前記第１の光源がレーザ発振しているか否かを判断し、レーザ発振していると判断した場合には、前記第２の光源を駆動させてレーザ光を出射させ、レーザ発振していないと判断した場合には、前記レーザ光を出射させない駆動制御部と、を備え、前記受信部は、前記合成素子を介して到達した前記第１の光を元の方向に反射させて、前記第１の光源に戻すとともに、前記合成素子を介して到達した前記第２の光を透過させる再帰性反射材と、前記再帰性反射材を透過した前記第２の光を電気信号に変換する受光素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置の障害物検知用光源及び光伝送用光源の駆動信号及び光出力の様子を示したタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置の障害物検知用光源から出射された光の光出力と、障害物検知用光源への戻り光量の割合との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置の再帰性反射材の変形例の外観を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置の変形例において、受信部が位置ずれした場合の光の進み方を、第１の実施の形態に係る光無線伝送装置と対比させて説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光無線伝送装置の概略構成図である。
【図８】回折格子に入射する光の回折方向を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る光無線伝送装置において、光源から出射された光の拡散方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
（構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光無線伝送装置１の概略構成図である。図１に示す光無線伝送装置１は、送信部１０と受信部２０を備え、送信部１０が出射したレーザ光を受信部２０が受光することにより信号が伝達されるようになっている。なお、光無線伝送装置１は、例えば、光通信装置やレーザ電力伝送装置が想定される。
【００１３】
送信部１０は、人などの障害物を検知するための障害物検知用光源１０１と、情報を空間伝送するための光伝送用光源１０９を備えている。なお、図面においては、障害物検知用光源１０１から出射された光（以下、第１の光ともいう）は点線、光伝送用光源１０９から出射された光（以下、第２の光ともいう）は実線で表記されている。
【００１４】
障害物検知用光源１０１としては、例えば、通常の半導体レーザ（以下、ＬＤと表記する）よりスペクトル線幅が広いスーパールミネッセントダイオード（super-luminescent diode；以下、ＳＬＤと表記する）が好適である。ＳＬＤ１０１は、障害物検知用光源駆動部１０２の制御に基づいて、幅広いスペクトル（レーザ媒質により決定される。例えば、中心波長が９５０ｎｍで線幅が６０ｎｍなど）を有する光を発する。ＳＬＤ１０１は、ＬＤのレーザ媒質の片側端面に、反射率を限りなくゼロに近づける反射防止コーティングを施すことによって作製される。つまり、ＳＬＤ１０１のレーザ光の出射側の一方の端面には反射防止コーティングが施されており、他方の端面には反射防止コーティングが施されていない。そのため、ＳＬＤ１０１は単独ではレーザ発振しない。本実施の形態では、後述するように、ＳＬＤ１０１を外部共振器型レーザとして使用している。なお、ＳＬＤ１０１は、レーザ発振していない状態では、人体に対して安全な光強度で発光される。
【００１５】
ＳＬＤ１０１から出射された光は、コリメート素子であるコリメータレンズ１０３により平行光に変換され、平行光は、１／２波長板１０４及び偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）１０５を透過して、送信部１０の外に出力される。
【００１６】
一般に、ＳＬＤ１０１から出射された光を、ＳＬＤ１０１の外部に配置された反射部材（リフレクタ）に反射させて、ＳＬＤ１０１に戻すと、外部共振器型のＬＤ光源となり、ＳＬＤ１０１がレーザ発振することが知られている。これは反射部材が外部鏡となり外部共振器型のレーザ共振器が構成されるためである。すなわち、ＳＬＤ１０１から出射された第１の光の出射方向に、反射部材を備えた受信部２０を配置し、ＳＬＤ１０１から出射された第１の光を反射部材により反射させて、ＳＬＤ１０１に戻せば、ＳＬＤ１０１はレーザ発振を開始する。
【００１７】
このように本実施の形態では、送信部１０と受信部２０により外部共振器型のレーザ共振器が構成され、この光路中に障害物（光を遮る障害物であり、例えば、人などのある程度の大きさを有する物体）がない場合には、ＳＬＤ１０１はレーザ発振する一方、光路中に障害物が進入した場合には、ＳＬＤ１０１から出射された光は障害物に遮られるので、ＳＬＤ１０１に戻る光量が減少し、レーザ発振はしないようになっている。
【００１８】
光出力測定部１０６は、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力を測定する部位であり、具体的には、ＳＬＤ１０１から出射された光のうち、１／２波長板１０４を介してＰＢＳ１０５に反射された光を取り込むようになっている。本実施の形態では、１／２波長板１０４を調整することにより、ＰＢＳ１０５を透過／反射する光の量を調整できるので、１／２波長板１０４及びＰＢＳ１０５は、ＳＬＤ１０１から出射された光のうち、受信部２０に送信される光、つまり、受信部２０に反射され、障害物検知用光源１０１に戻る光の光量を調節可能な戻り光量調整手段としての機能を有している。
【００１９】
光伝送用光源１０９は、予め定められた出射条件が成立すると、レーザ光を出射するレーザ光源である。ここで、予め定められた出射条件の成立とは、本実施の形態においては、障害物検知用光源１０１がレーザ発振している場合を意味する。本実施の形態においては、上述したように、障害物検知用光源１０１がレーザ発振している場合には、対象となる障害物が光路内に進入していないと判断するので、光伝送用光源１０９はレーザ光を出射するものである。一方、障害物検知用光源１０１がレーザ発振していない場合には、対象となる障害物が光路内に進入していると判断するので、レーザ光が人体に照射される危険を回避するため、光伝送用光源１０９はレーザ光の出射を行わない。
【００２０】
より詳しくは、予め定められた出射条件の成立の判断は、光源駆動信号生成部１０７が、光出力測定部１０６により測定された障害物検知用光源１０１の光出力に基づいて行う。例えば、障害物検知用光源１０１がレーザ発振していると判断した場合には、光源駆動信号生成部１０７は、光伝送用光源１０９を駆動させる駆動信号を生成し、この駆動信号を光伝送用光源駆動部１０８に送信する一方、障害物検知用光源１０１がレーザ発振していないと判断した場合には、光源駆動信号生成部１０７は、光伝送用光源１０９を駆動させない駆動停止信号を生成し、この駆動停止信号を光伝送用光源駆動部１０８に送信する。この結果、光伝送用光源１０９は、光伝送用光源駆動部１０８の制御に従って、レーザ光を出射したり、停止したりする。
【００２１】
光伝送用光源１０９から出射された第２の光は、コリメート素子であるコリメータレンズ１１０により平行光に変換され、平行光は、ＰＢＳ１０５に反射されて、送信部１０の外に出力される。すなわち、本実施の形態においては、ＰＢＳ１０５は、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光と、光伝送用光源１０９から出射された第２の光と、を合わせて１つの光束とする合成機能を有する。
【００２２】
ここで、本実施の形態では、光伝送用光源１０９から出射された第２の光のビーム径は、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光のビーム径よりも小さくなっている。障害物検知用光源１０１から出射された第１の光は、光伝送用光源１０９から出射された第２の光よりも、先に障害物を検知（障害物に遮断）されなければならないからである。
【００２３】
なお、本実施の形態では、光伝送用光源１０９から出射された第２の光は、コリメータレンズ１１０により平行化されているが、必ずしも平行化される必要はない。すなわち、コリメータレンズ１１０を備えない構成としてもよい。
【００２４】
受信部２０の反射部材２０１としては、再帰性反射材、例えば、コーナーキューブプリズム（以下、ＣＣＰと表記する）が好適である。ＣＣＰ２０１は、入射した光を元の方向（入射した光と同一方向）に反射させる再帰性を有している。本実施の形態では、このＣＣＰ２０１の特性を利用することにより、送信部１０からＣＣＰ２０１に入射した第１の光を同一方向に反射し、反射した光を、ＰＢＳ１０５、１／２波長板１０４及びコリメータレンズ１０３を介してＳＬＤ１０１に戻すようになっている。
【００２５】
また、受信部２０のＣＣＰ２０１の背面には、受光素子２０２が配置されている。受光素子２０２は、光伝送用光源１０９からの第２の光を電気信号に変換する光電変換素子であり、ＣＣＰ２０１の反射面に入射した光の一部を取り出し、光電変換を行う。光電変換素子としては、例えば、フォトダイオードや太陽電池が想定され、フォトダイオードの場合には、光変調信号を電気変調信号に変換し、また、太陽電池の場合には、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。なお、変換された電気変調信号または電気エネルギーは図示しない動作部に送られる。
【００２６】
このように本実施の形態においては、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光はＣＣＰ２０１で反射され、光伝送用光源１０９から出射された第２の光はＣＣＰ２０１を透過して受光素子２０２に到達するようにＣＣＰ２０１は反射率制御されている。反射率制御の方法は種々あるが、例えば、障害物検知用光源１０１と光伝送用光源１０９の光の波長差により、ＣＣＰ２０１を上記のように反射率制御してもよい。
【００２７】
（動作）
次に、図２及び図３を用いて、光無線伝送装置１の動作について説明する。図２は、光無線伝送装置１の送信部１０の動作を示すフローチャートであり、図３は、障害物検知用光源１０１及び光伝送用光源１０９の駆動信号及び光出力の様子を示したタイミングチャートである。
【００２８】
まず、送信部１０の障害物検知用光源駆動部１０２は、障害物検知用光源１０１を駆動し、受信部２０の位置を探索する（ステップＳ１０）。これにより、送信部１０からは第１の光が受信部２０に対して出射される。なお、この時点で障害物検知用光源１０１から出射される第１の光は、誤って人に照射しても人に障害をもたらさない安全な光出力となっている（図３参照）。
【００２９】
次に、送信部１０の光源駆動信号生成部１０７は、光出力測定部１０６で測定された第１の光の光出力の値に基づいて、障害物検知用光源駆動部１０２がレーザ発振しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００３０】
障害物検知用光源駆動部１０２がレーザ発振していると判定された場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、光源駆動信号生成部１０７は、光伝送用光源１０９を駆動させる駆動信号を生成し、この駆動信号を光伝送用光源駆動部１０８に送信して、光伝送用光源１０９を駆動させ、光伝送用光源１０９から第２の光を出射させる（ステップＳ３０）。この結果、送信部１０は、光無線伝送を開始する（ステップＳ３０）。
【００３１】
一方、障害物検知用光源駆動部１０２がレーザ発振していないと判定された場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、ステップＳ２０を繰り返し、障害物検知用光源駆動部１０２がレーザ発振するまで待つ。
【００３２】
次に、送信部１０の光源駆動信号生成部１０７は、光出力測定部１０６で測定された第１の光の光出力の値に基づいて、送信部１０と受信部２０の間の第１の光の光路内に障害物が進入したか否かを判定する（ステップＳ４０）。本実施の形態では、障害物検知用光源駆動部１０２がレーザ発振している場合は障害物が進入していないと判断し、レーザ発振していない場合は障害物が進入していると判断する。これは、送信部１０と受信部２０の間の第１の光の光路内に障害物が進入すると、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量が減少し、レーザ発振に必要な戻り光量がなければ、障害物検知用光源１０１のレーザ発振が停止することに基づく。
【００３３】
障害物が進入したと判定された場合には（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、送信部１０の光源駆動信号生成部１０７は、光伝送用光源１０９の駆動を停止させる駆動停止信号を生成し、この駆動停止信号を光伝送用光源駆動部１０８に送信して、光伝送用光源１０９の駆動を停止させる（ステップＳ６０）。この結果、送信部１０は、光無線伝送を停止する（ステップＳ６０）。このように本実施の形態では、障害物が高出力である第２の光の光路内に進入する前に、光伝送用光源１０９の駆動は停止される。なお、障害物検知用光源１０１のレーザ発振が停止した後は、第１の光の光出力は弱いため、第１の光が人などの障害物に照射されても安全である（図３参照）。
【００３４】
一方、障害物が進入していないと判定された場合には（ステップＳ４０：ＮＯ）、光伝送が終了したか確認する（ステップＳ５０）。光伝送を終了する場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、障害物検知用光源１０１、および光伝送用光源１０９の駆動を停止させる。光伝送を継続する場合には（ステップＳ５０：ＮＯ）、ステップＳ４０に戻る。
【００３５】
次に、送信部１０の光源駆動信号生成部１０７は、光出力測定部１０６で測定された第１の光の光出力の値に基づいて、送信部１０と受信部２０の間の光路内に障害物が進入しているか否かを判定する（ステップＳ７０）。
【００３６】
障害物が進入していると判定された場合には（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、送信部１０の光源駆動信号生成部１０７は、光伝送用光源１０９の駆動を停止させる駆動停止信号を生成し、この駆動停止信号を光伝送用光源駆動部１０８に送信して、光伝送用光源１０９の駆動を停止させる（ステップＳ６０）。この結果、送信部１０は、光無線伝送の停止状態が続く。
【００３７】
一方、障害物が進入していないと判定された場合、つまり、障害物が除去された場合には（ステップＳ７０：ＮＯ）、ステップＳ３０に戻り、光伝送用光源１０９から第２の光を出射させる。この結果、送信部１０は、光無線伝送を再開させる（ステップＳ３０）。
【００３８】
（障害物による戻り光量の調整）
障害物検知用光源１０１がレーザ発振しているときに、障害物が第１の光の光路に進入することにより、障害物検知用光源１０１がレーザ発振を停止する感度は、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量で調整される。適切な戻り光量は、ＪＩＳ６８０２で規定されているレーザの安全基準に基づいた被爆放出限界を超える光が障害物に照射され、光路外に放出されないように設定されるのが好ましい。例えば、この安全基準に基づくと、クラス２に分類される可視光（波長４００〜７００ｎｍ）のレーザポインタは目の嫌悪反応（露光時間０．２５秒）で回避されるとした場合、最大光出力は１ｍＷまで許容される。ここで、具体的な数値を挙げた一例を説明する。例えば、可視光（波長４００〜７００ｎｍ）の光出力１０ｍＷを有する光伝送用光源１０９を上記レーザポインタと同様な取り扱いができると想定する。光伝送用光源１０９からのレーザビームを目の嫌悪反応で回避できるとすると、光路外に漏れる光伝送用光源１０９からのレーザビームは１ｍＷまで許容される。これは、光伝送用光源１０９の光出力の１０％に相当し、ビーム断面積に置き換えるとビーム断面積の１０％の領域に照射される光エネルギーである。したがって、仮に光伝送用光源１０９から出射される第２の光のビームの直径を１０ｍｍとすると、ビーム断面積は７９ｍｍ２となるので、第２の光の光路への進入を許容できる最大許容面積Ｓ０は７．９ｍｍ２となる。なお、最大許容面積Ｓ０は、第２の光の光路への進入を許容できる障害物の最大面積を意味するから、最大許容面積Ｓ０以下の障害物は、第２の光の光路に進入しても安全であり、最大許容面積Ｓ０を超える障害物は、第２の光の光路に進入すると安全でないことを示している。
【００３９】
このように本実施の形態では、所定の安全基準、及び光伝送用光源１０９の光出力に基づいて、最大許容面積Ｓ０が予め決定される。そして、この決定された最大許容面積Ｓ０を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整が行われる。このことを、図４を用いて説明する。
【００４０】
図４は、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力と、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の割合η（＝受信部２０に反射されて障害物検知用光源１０１に戻る第１の光の光量／障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光量）との関係を示すグラフである。詳しくは、図４（ａ）は、最大許容面積Ｓ０（以下、面積Ｓ０と略す）を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合、図４（ｂ）は、面積Ｓ０より小さい面積Ｓ１を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合、図４（ｃ）は、面積Ｓ０より大きい面積Ｓ２を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合を示している。
【００４１】
図４は、割合ηが増加していくと、Ａを閾値として、障害物検知用光源１０１はレーザ発振すること、及び、レーザ発振した障害物検知用光源１０１の光出力は、割合ηの１／２乗に比例して増加することを示している。
【００４２】
図４（ａ）は、面積Ｓ０の障害物を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合、つまり、面積Ｓ０の障害物を第１の光の光路に進入させた状態において、割合ηがレーザ発振の閾値Ａとなるように戻り光量を調整した場合を示している。ここで、障害物検知用光源１０１のビームの直径を２０ｍｍとすると、面積Ｓ０は、障害物検知用光源１０１のビームの断面積の２．５％に相当する（面積Ｓ０を上記の７．９ｍｍ２とした場合）。よって、戻り光量の調整後に障害物を取り除くと、割合ηがＡから２．５％増加するが、この割合ηがＡより２．５％増加した点をＢ、割合ηがＢのときの障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力をＩＢとする。すなわち、この場合には、第１の光の光路中に障害物がない状態では、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＢで出力され、面積Ｓ０の障害物が第１の光の光路中に進入すると、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＡで出力される。なお、この場合、面積Ｓ０よりも小さい障害物が第１の光の光路に進入しても、障害物検知用光源１０１はレーザ発振しているが（割合ηはＡとＢの間の値をとるため）、面積Ｓ０よりも大きな障害物が第１の光の光路に進入するとレーザ発振が停止する（割合ηはＡ未満の値をとるため）。
【００４３】
このように面積Ｓ０の障害物が進入した状態で割合ηがＡとなるように戻り光量を調整すると、割合ηの変化に対して、障害物検知用光源１０１の光出力の変化量ΔＩＡＢ（＝ＩＡ−ＩＢ）を大きくとることができるので、光出力測定部１０６の測定に基づく障害物の大きさ（レーザ発振の有無）を高い分解能で判定することができる。したがって、面積Ｓ０の障害物を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合には、面積Ｓ０を閾値とした安定した障害物検知を実現することができる。
【００４４】
図４（ｂ）は、面積Ｓ１（＝０．５Ｓ）の障害物を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合、つまり、面積Ｓ０よりも小さな面積Ｓ１の障害物を第１の光の光路に進入させた状態において、割合ηがレーザ発振の閾値Ａとなるように戻り光量を調整した場合を示している。ここで、障害物検知用光源１０１のビームの直径を２０ｍｍとすると、面積Ｓ１は、障害物検知用光源１０１のビームの断面積の１．３％に相当する（面積Ｓ０を上記の７．９ｍｍ２とした場合）。よって、戻り光量の調整後に障害物を取り除くと、割合ηがＡから１．３％増加するが、この割合ηがＡより１．３％増加した点をＣ、割合ηがＣのときの障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力をＩＣとする。すなわち、この場合には、第１の光の光路中に障害物がない状態では、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＣで出力され、面積Ｓ１の障害物が第１の光の光路中に進入すると、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＡで出力される。そして、この場合には、第１の光の光路中に障害物がない状態において、面積Ｓ０の障害物が第１の光の光路中に進入すると、割合ηがＣから２．５％減少するが、この割合ηがＣより２．５％減少した点をＤ、割合ηがＤのときの障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力をＩＤとする。すなわち、この場合には、面積Ｓ０の障害物が第１の光の光路中に進入すると、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＤで出力される。
【００４５】
このように面積Ｓ１の障害物が進入した状態で割合ηがＡとなるように戻り光量を調整すると、割合ηの変化に対して、障害物検知用光源１０１の光出力の変化量ΔＩＣＤ（＝ＩＣ−ＩＤ）は上記のΔＩＡＢより小さくなるので、光出力測定部１０６の測定に基づく障害物の大きさ（レーザ発振の有無）を高い分解能で判定することができない。具体的には、面積Ｓ０及び面積Ｓ１の障害物の区別が困難となる。したがって、面積Ｓ１の障害物を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合には、面積Ｓ０を閾値とした障害物検知は不安定となる。
【００４６】
一方、図４（ｃ）は、面積Ｓ２（＝１．５Ｓ）の障害物を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合、つまり、面積Ｓ０よりも大きな面積Ｓ２の障害物を第１の光の光路に進入させた状態において、割合ηがレーザ発振の閾値Ａとなるように戻り光量を調整した場合を示している。ここで、障害物検知用光源１０１のビームの直径を２０ｍｍとすると、面積Ｓ２は、障害物検知用光源１０１のビームの断面積の３．８％に相当する（面積Ｓ０を上記の７．９ｍｍ２とした場合）。よって、戻り光量の調整後に障害物を取り除くと、割合ηがＡから３．８％増加するが、この割合ηがＡより３．８％増加した点をＥ、割合ηがＥのときの障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力をＩＥとする。すなわち、この場合には、第１の光の光路中に障害物がない状態では、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＥで出力され、面積Ｓ２の障害物が第１の光の光路中に進入すると、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＡで出力される。そして、この場合には、第１の光の光路中に障害物がない状態において、面積Ｓ０の障害物が第１の光の光路中に進入すると、割合ηがＥから２．５％減少するが、この割合ηがＥより２．５％減少した点をＦ、割合ηがＦのときの障害物検知用光源１０１から出射された第１の光の光出力をＩＦとする。すなわち、この場合には、面積Ｓ０の障害物が第１の光の光路中に進入すると、障害物検知用光源１０１は光出力ＩＦで出力される。
【００４７】
このように面積Ｓ２の障害物が進入した状態で割合ηがＡとなるように戻り光量を調整すると、割合ηの変化に対して、障害物検知用光源１０１の光出力の変化量ΔＩＥＦ（＝ＩＥ−ＩＦ）は上記のΔＩＡＢより小さくなるので、光出力測定部１０６の測定に基づく障害物の大きさ（レーザ発振の有無）を高い分解能で判定することができない。したがって、面積Ｓ２の障害物を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整した場合には、面積Ｓ０を閾値とした障害物検知は不安定となる。
【００４８】
図４（ａ）〜（ｃ）に示す結果から、本実施の形態では、面積Ｓ０を用いて、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量の調整をしているので、精度高く障害物を検知することができる。
【００４９】
以上から、本実施の形態の光無線伝送装置１によれば、送信部１０は、障害物を検知するための光源であり、外部からの戻り光がない場合には人体に安全な光出力で出射し、前記戻り光がある場合には光出力を増幅させてレーザ発振する障害物検知用光源１０１と、レーザ光を出射して、受信部２０に情報を送信する光伝送用光源１０９と、障害物検知用光源１０１から出射された光の出力を測定する光出力測定部１０６と、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光を平行光にするコリメータレンズ１０３と、コリメータレンズ１０３からの平行光の偏光方向を調整可能な１／２波長板１０４と、１／２波長板１０４から出射された第１の光を、その偏光方向に基づき、透過または反射させるとともに、光伝送用光源１０９から出射された第２の光を反射させ、１／２波長板１０４から出射されかつ透過した第１の光、及び光伝送用光源１０９から出射されかつ反射された第２の光を合わせて、同一方向に出射する一方、１／２波長板１０４から出射されかつ反射した第１の光を光出力測定部１０６に出力する偏光ビームスプリッタ１０５と、光出力測定部１０６で測定された光の出力値に基づいて、障害物検知用光源１０１がレーザ発振しているか否かを判断し、レーザ発振していると判断した場合には、光伝送用光源１０９を駆動させてレーザ光を出射させ、レーザ発振していないと判断した場合には、レーザ光を出射させない光源駆動信号生成部１０７及び光伝送用光源駆動部１０８と、を備え、受信部２０は、偏光ビームスプリッタ１０５を介して到達した第１の光を元の方向に反射させ、障害物検知用光源１０１に戻すとともに、偏光ビームスプリッタ１０５を介して到達した第２の光を透過させるＣＣＰ２０１と、ＣＣＰ２０１を透過した第２の光を電気信号に変換する受光素子２０２と、を備えているので、受信部側の構成を簡単にするとともに、高いＳＮ比で障害物を検知することができる。より詳しくは、本実施の形態によれば、受信部２０は、再帰性反射材であるＣＣＰ２０１と受光素子２０２で構成され、送信機構を備えていないので、受信部２０の構成を簡単にすることができる。また、障害物検知用光源１０１は、外部共振器型のレーザ共振器であり、光出力測定部１０６は、障害物検知用光源１０１に戻った光を増幅してモニタしているため、太陽光などの外光が送信部１０に取り込まれても、光出力測定部１０６では検出されない。すなわち、ノイズ成分を小さくでき、高いＳＮ比で障害物を検知することができる。
【００５０】
また、本実施の形態の光無線伝送装置１によれば、送信部１０の１／２波長板１０４及びＰＢＳ１０５は、障害物検知用光源１０１に戻す光の光量を調整する戻り光量調整手段となっており、送信部１０と受信部２０との間の光路に進入可能な障害物の最大許容面積Ｓ０は、所定の安全基準に基づいて、光伝送用光源１０９から出射される第２の光の光出力から算出され、１／２波長板１０４は、算出された最大許容面積Ｓ０の障害物を、送信部１０と受信部２０との間の第１の光の光路に進入させたときに、障害物検知用光源１０１に戻す光の光量が、障害物検知用光源１０１をレーザ発振させる最小値Ａとなるように調整されているので、高い精度で障害物を検知することができる。
【００５１】
また、本実施の形態の光無線伝送装置１によれば、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光のビーム径は、光伝送用光源１０９から出射された第２の光のビーム径より大きいので、障害物が第２の光のビームに触れる前にまず、第１の光のビームに触れ、障害物が検知されるので、安全である。
【００５２】
なお、本実施の形態では、受信部２０の反射部材として、ＣＣＰ２０１を用いたが、受信部２０の位置ずれの許容度を大きくするために、光の出射方向に対して垂直な平面上にアレイ化されたＣＣＰアレイ２０１Ａを用いてもよい。
【００５３】
図５は、ＣＣＰアレイ２０１Ａの外観図である。ＣＣＰアレイ２０１Ａは、図５に示すように、レーザのビーム径以下の複数のＣＣＰ２０３を平面上（図１に示すＹＺ平面）にアレイ化することにより構成されている。
【００５４】
図６（ａ）は、再帰性反射材としてＣＣＰ２０１を用いた光無線伝送装置１において、ＣＣＰ２０１が図１に示すＺ方向に位置ずれを起こしている場合の第１の光の進み方を示す図であり、図６（ｂ）は、再帰性反射材としてＣＣＰアレイ２０１Ａを用いた光無線伝送装置２において、ＣＣＰアレイ２０１Ａが図１に示すＺ方向に位置ずれを起こしている場合の第１の光の進み方を示す図である。図６（ａ）に示すように、再帰性反射材にＣＣＰ２０１を用いた場合には、Ｚ方向に光軸ずれを起こしているので、ＣＣＰ２０１で反射された光は、障害物検知用光源１０１に戻ることができない。これに対して、ＣＣＰアレイ２０１Ａを用いた場合には、Ｚ方向に光軸ずれを起こしていても、ＣＣＰ２０３の大きさを小さくすることで復路の光軸ずれ量を小さくすることができるので、障害物検知用光源１０１に戻る光量の損失を減少させることができる。
【００５５】
したがって、本実施の形態の変形例の光無線伝送装置２によれば、ＣＣＰアレイ２０１Ａは、送信部１０から出射された光の方向と垂直な平面上に２次元アレイ化されて配置されており、アレイ化されたＣＣＰ２０３のそれぞれの大きさは、障害物検知用光源１０１から出射される第１の光のビーム径以下となっているので、受信部２０の位置ずれ許容度を拡大することができる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、送信部１０の１／２波長板１０４及びＰＢＳ１０５を戻り光量調整手段として用いたが、戻り光量調整手段はこれに限定されるものではない。例えば、受信部２０のＣＣＰ２０１を戻り光量調整手段とし、ＣＣＰ２０１の反射率を制御することにより、第１の光の障害物検知用光源１０１への戻り光量を調整するようにしてもよい。
【００５７】
すなわち、この変形例によれば、戻り光量調整手段は、受信部２０に設けられ、ＣＣＰ２０１の反射率を調整することにより、障害物検知用光源１０１から出射された第１の光を障害物検知用光源１０１に戻す光の光量を調整できるので、高い精度で障害物を検知することができる。
【００５８】
さらには、本実施の形態では、障害物検知用光源１０１としてＳＬＤを用いたが、これに限定されず、戻り光があるときにレーザ発振する光源であれば何であってもよい。例えば、半導体レーザを用いてもよい。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る光無線伝送装置３の概略構成図である。図７に示す光無線伝送装置３は、第１の実施の形態の光無線伝送装置１と比べて、送信部の構成が異なっている。なお、以下においては、第１の実施の形態と異なる構成、機能及び処理のみ説明し、その他の構成、機能及び処理に関しては同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
【００６０】
光伝送用光源１１１は、予め定められた出射条件が成立すると、レーザ光を出射するレーザ光源である。なお、予め定められた出射条件は第１の実施形態の場合と同一である。しかしながら、光伝送用光源１１１は、ＳＬＤで構成されており、障害物検知用光源１０１と同様に、戻り光によりレーザ発振する外部共振器型レーザとして使用されている。本実施の形態では、障害物検知用光源１０１と光伝送用光源１１１に用いられたＳＬＤは、それぞれ同一の波長帯の光を出射するようになっている。
【００６１】
ＳＬＤ１０１から出射され、ＰＢＳ１０５を透過した第１の光、及びＳＬＤ１１１から出射され、ＰＢＳ１０５を反射した第２の光は、分散光学素子である回折格子１１２により回折される。
【００６２】
ここで、図８を用いて、回折格子１１２を通過する光の回折方向（強め合う方向）について説明する。図８は、格子ピッチがＮ（単位長さあたりの格子数。格子間隔は１／Ｎ）の回折格子１１２に入射する光の回折方向を示す図である。入射光の波長をλ、入射角をα、回折角をβ、回折次数をｍとすると、
ｓｉｎα  ＋  ｓｉｎβ  ＝  Ｎｍλ        （１）
の関係が成り立つので、回折角βは波長ごとに異なることになる。
【００６３】
つまり、幅広いスペクトルを有する光が回折格子１１２に入射すると、回折光は、図９に示すように、拡散して伝搬する。なお、図９は、ＳＬＤ１０１またはＳＬＤ１１１から出射された光の拡散方向を示す図である。より詳しくは、上記（１）式より、波長が長いほど回折角βは大きくなるので、入射光の波長λをλ１≦λ≦λ２とすると、波長λ１の光はＡ方向、波長λ２の光はＢ方向に進行し、Ａ方向とＢ方向に囲まれるＳ領域が回折光の進行方向となる。なお、本実施の形態では、図７及び図９に示すように、ＳＬＤ１０１またはＳＬＤ１１１から出射された光は、ＸＹ平面と平行な方向（紙面方向）に分散するものとして説明する。また、ＳＬＤ１０１及びＳＬＤ１１１から出射された光の拡散態様は同一であるので、以下においてはＳＬＤ１０１から出射された光について説明する。
【００６４】
一般に、外部共振器型レーザの特性と回折格子を用いた応用例としては、波長可変の外部共振器型レーザがある。波長可変の外部共振器型レーザでは、波長を選択するために回折格子で光を分散させ、特定波長の光だけをＬＤ光源に戻すことにより、選択的に狭帯域なスペクトルのレーザ発振を実現している。この波長可変の外部共振器型レーザの原理に基づくと、回折格子１１２で光分散された拡散光の進行領域（以下、拡散領域という。具体的には、図９のＳ領域）の中に、ミラーなどの反射部材２０１を配置し、反射部材２０１に反射された光をＳＬＤ１０１に帰還させることにより、レーザ発振を起こさせることができる。すなわち、反射部材２０１を備えた受信部２０を、拡散領域のいずれかに配置すれば、送信部３０と受信部２０とで自動的にレーザ共振器が構築される。なお、レーザ発振が起こると、ＳＬＤ１０１から出射される光のスペクトルは狭帯域になるため、回折格子１１２で光分散した光の拡散角は狭くなる。
【００６５】
従来においては、送信部から受信部に対してレーザ光を送信するためには、送信部側に二次元スキャナなどの探索機構を組み込んで、精密な光軸合わせをする必要があった。しかしながら、本実施の形態においては、所定角度の広がりある拡散領域（図９のＳ領域）のどこかに受信部２０（ＣＣＰ２０１）を配置すればよいので、精密な光軸合わせをする必要はない。すなわち、光無線伝送装置３は、送信部３０側に分散光学素子、受信部２０側に再帰性反射材を備えるという簡単な構成にて光軸調整を容易とすることができ、受信部２０の光分散方向（ＸＹ平面に平行な方向）に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。
【００６６】
以上から、本実施の形態の光無線伝送装置３によれば、光無線伝送装置１の構成に加えて、障害物検知用光源１０１は、第１の波長帯の光を出射し、光伝送用光源１１１は、第１の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振するように構成され、送信部３０は、光の波長に応じて回折角が異なり、ＰＢＳ１０５から出射された光を、第１の平面内において第１の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる回折格子１１２をさらに備え、受信部２０は、第１の平面内の所定の角度の範囲内に配置されているので、簡単な構成にて光軸調整を容易とし、受信部２０の光分散する方向に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。
【００６７】
また、障害物検知用光源１０１及び光伝送用光源１１１は、同一の波長帯の光を出射するので、受信部２０の位置が移動しても、障害物検知用光源１０１から出射される第１の光のビームと、光伝送用光源１１１から出射される第２の光のビームの位置関係は変わらない、つまり、第２の光のビームの外側に第１の光のビームが位置付くようになっている。この結果、受信部２０の位置を移動したとしても、人体に危害を与えることなく、障害物を確実に検知することができる。
【００６８】
なお、拡散領域の大きさは、上記（１）式より、回折格子１１２に入射する光の入射角α及び波長λ、並びに格子ピッチＮの値をパラメータとして決定されるが、本実施の形態においては、光無線伝送装置３の用途に応じてこのパラメータの値を決め、好適な拡散領域の大きさが設定されている。
【００６９】
なお、分散光学素子を回折格子１１２ではなくレンズとし、レンズを用いて拡散光を生成することも可能であるが、レンズを用いた場合には、入射光の全波長分の光の一部がＳＬＤ１０１（１１１）に戻ることとなるので、エネルギー損失が大きくなってしまう。一方、本実施の形態のように、分散光学素子を回折格子１１２とした場合には、入射光の特定の波長の光はすべてＳＬＤ１０１（１１１）に戻るようになっているので、エネルギー損失は少ないという効果がある。その結果、受信部２０を拡散領域内に配置するのであれば、送信部３０と受信部２０の間隔が長距離であっても、光伝送することが可能である。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１，２，３  光無線伝送装置
１０，３０  送信部
２０  受信部
１０１  障害物検知用光源（ＳＬＤ）
１０２  障害物検知用光源駆動部
１０３  コリメータレンズ（コリメート素子）
１０４  １／２波長板
１０５  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０６  光出力測定部
１０７  光源駆動信号生成部
１０８  光伝送用光源駆動部
１０９，１１１  光伝送用光源
１１０  コリメータレンズ（コリメート素子）
１１２  回折格子（分散光学素子）
２０１，２０３  ＣＣＰ（反射部材）
２０１Ａ  ＣＣＰアレイ（反射部材）
２０２  光電変換素子（受光素子）
Ｓ０  最大許容面積
【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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