(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、
相手側装置に前記光ビームを送出するために所定面上に配置された複数の半導体レーザを有し、前記複数の半導体レーザから送出される前記光ビームの断面は長円形に近似される発光パターンであり、前記複数の半導体レーザは前記発光パターンの短径の方向に配置され、それぞれ点灯および消灯させることで、前記光ビームの出射方向を変化させる手段と、を有することを特徴とする光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離れた二地点間に対向設置されて、自由空間中を伝搬する光ビームにより光信号を送り通信を行う光空間通信装置で、特に装置の角度ずれによる光ビームの光軸補正機能を持つ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置は、光のパワーを効率よく伝送するために、光ビームの拡がり角を極力小さくした狭い光ビームで伝送する必要がある。しかし光ビームを狭くすると、建物あるいは設置架台の風圧や振動による揺れ、温度変動による歪み、経時変化による角度変動などのため、光ビームが相手方装置から外れやすくなり、安定した通信が難しい。
【０００３】
そのために図８のように、装置の角度が変わっても角度変化を補正して常に光ビームが相手側装置を向くような光軸ずれ補正機能を持つ装置が考案されている。
【０００４】
図８は対向する１対の装置の片側を示す。図８において、１０は光ビームの送信／受信のための光学系である。相手側装置への送信光信号は半導体レーザ等の発光素子２１より放出され、集光レンズ２２で集光される。半導体レーザの光は偏光しており、偏光方向は紙面に水平になるように設定されている。
【０００５】
この方向の偏光は偏光ビームスプリッタ２３で送受光レンズ２４の方向に反射され、送受光レンズ２４で、僅かに拡がりを持つほぼ平行の光ビーム２５となって相手側装置の方向に送信される。
【０００６】
他方相手側装置から送られて来た光は、自装置よりの送信光信号と同じ光軸上で逆の進路をたどり、送受光レンズ２４から偏光ビームスプリッタ２３に入るが、相手方装置からの受信光は偏光方向が送信光と直交するように（偏光方向は紙面に垂直）設定されているために、偏光ビームスプリッタ２３をそのまま透過し、ビームスプリッタ２６に入る。
【０００７】
受信光の大部分はビームスプリッタ２６で反射し、光信号検出用の受光素子２７に入射して、通信用の信号が検出されるが、一部の光はビームスプリッタ２６を透過して、光位置検出素子２８に入射する。
【０００８】
光位置検出素子２８は、例えば図９に示すような４分割されたフォトダイオードである。図９は２８ａから２８ｄまでの４つに分割されたフォトダイオードに光スポット４２が当たっている様子を示す。４つのフォトダイオード２８ａから２８ｄの出力を比較することにより、光スポット４２の位置を知ることができる。
【０００９】
光位置検出素子２８よりの信号は、角度補正情報として制御回路２９で演算処理され、光学系１０の駆動回路３０に駆動信号が出力される。そして駆動回路３０により、垂直方向の駆動機構３１および水平方向の駆動機構３２を動かして、光スポット４２の位置が光位置検出素子２８の中心に来て、４つのフォトダイオード２８ａから２８ｄの出力が全て等しくなるような方向に駆動・制御される。
【００１０】
光位置検出素子２８と発光素子２１、光信号検出用の受光素子２７は全て光学軸が一致するように位置調整がなされており、光位置検出素子２８の中心に光スポット４２が当たった状態では、光信号検出用の受光素子２７の中心にも光が入射しており、かつ発光素子２１よりの光の中心は相手側装置の方向に放射される。
【００１１】
このようにして常に送信光が受信光の方向、即ち相手側装置の方向になるように光軸ずれ補正が行われる。
【００１２】
また鏡筒全体を駆動することにより光軸ずれ補正を行う代わりに、図１０に示すような、駆動回路３０により水平方向偏向ミラー３３と垂直方向偏向ミラー３４とを駆動することにより、鏡筒内で光を偏向させることにより光軸ずれ補正を行う方法もある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
１．光軸を垂直方向、水平方向の二軸に駆動するための機構が必要となり、かつこの機構には角度精度の要求が厳しいため精密な機構となり、装置が高価になる。
【００１４】
２．この種の通信装置は通常常時連続運転で使用されるが、メカ的な可動部があり、かつ精密な機構であるために、摩耗による寿命があり、また故障を起こしやすい。
【００１５】
３．メカ駆動で光軸ズレを補正する場合、メカ的な応答速度の問題で高速の光軸ずれ補正が困難である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光空間通信装置は、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、
相手側装置に前記光ビームを送出するために所定面上に配置された複数の半導体レーザを有し、前記複数の半導体レーザから送出される前記光ビームの断面は長円形に近似される発光パターンであり、前記複数の半導体レーザは前記発光パターンの短径の方向に配置され、それぞれ点灯および消灯させることで、前記光ビームの出射方向を変化させる手段と、を有することを特徴としている。
【００１７】
メカ的手段を用いないために、安価であり、かつ摩耗や故障のない光軸ずれ補正が可能となり、信頼性の高い光軸ずれ補正機能を有した光空間通信装置が実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１に本願発明による光軸ずれ補正機能を持つ光空間伝送装置を示す。
【００２６】
図１において発光素子群１１のうちの一つ以上の発光源からの光は図８の従来の実施例と同様に偏光ビームスプリッタ２３で送受光レンズ２４の方向に反射され、送受光レンズ２４で、僅かに拡がりを持つほぼ平行の光ビーム２５となって相手側装置の方向に送信される。
【００２７】
発光素子群１１は面上の複数配置された発光素子の集まりであり例えば２次元面発光レーザアレーのようなものである。図２のように各発光素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃがそれぞれ点灯すると光源の位置により、発光素子前面にある集光レンズ２２を透過した後の送出ビームは４１ａ，４１ｂ，４１ｃのように方向が変わる。
【００２８】
この発光素子群１１の発光素子配置であるが、光ビーム出射方向から見た場合、例えば図３のような格子配置や図４のような千鳥配置が考えられる。また、例えば図５のように、この発光素子群１１の配置はお互いの発光ビーム出力上に他の発光素子を配置しなければ発光素子を曲面等の平面以外の面上に配置してもかまわない。
【００２９】
他方相手側装置から送られて来た光は、図８の従来の実施例と同様偏光ビームスプリッタ２３をそのまま透過し、ビームスプリッタ２６に入る。受信光の大部分はビームスプリッタ２６で反射し、光信号検出用の受光素子２７に入射して、通信用の信号が検出されるが、一部の光はビームスプリッタ２６を透過して、光位置検出素子２８に入射する。
【００３０】
光位置検出素子２８よりの光スポット位置信号は、制御回路２９に入力される。
【００３１】
ここで制御回路２９は前回の光スポット位置信号と現在の光スポット位置信号の差分をとり、この情報から相手側装置のずれ量を算出する。この算出したずれ量から、必要な送出ビームの偏向角とその偏向角を得るような位置にある発光素子を発光素子群１１の中から選択し、光源切換え回路１２に情報を送る。光源切換え回路１２は、制御回路２９からの情報を基に相手側装置に送出ビームを向けるような位置にある一つ以上の発光素子のみを駆動して発光させる。この処理により光位置検出素子２８で検出された相手側装置の方向に送信光ビームが向けられる。
【００３２】
ここで発光素子の切換えは送出ビームが途切れなく、且つ送受光レンズ２３から出力される光ビーム２４のパワーがほぼ一定に保たれるようにする必要がある。この方法を図２の場合で説明すると、発光素子１１ａから発光素子１１ｂに発光する素子を切り換える場合、発光素子１１ａの送出ビーム出力を低下させると同時、もしくは遅れて１１ｂの送出ビームの出力を上げる。また別の場合として、同時に複数の発光素子が点灯させている場合は送出ビームの方向が徐々に変化するように一定個数づつ発光素子を切り換えていくことにより、送信ビームが途切れることなく送出ビームの方向を変える事ができる。
【００３３】
ここで発光素子群１１の全ての発光素子を点灯させれば全ての方向に光ビームを送出することができるが、全ての発光素子を点灯させると、送受光レンズから送出される光ビームの総パワーが増大してしまう、このような状態で光空間通信を行なった場合、伝送に使用している光源は、赤外光を使用している場合が多いため、人が光出射口を覗き込んだ時、自覚症状がないまま、眼に高出力の光が長時間入り、障害を起こす危険性がある。また全発光素子を点灯させると消費電力の増加、発光素子群１１全体の発熱量の増大といった問題が発生するため、上記実施例のように必要な発光素子のみを点灯させる方が望ましい。
【００３４】
この実施例では、光ビームは全方向の補正を行なっているが、例えば特開平３−２３５４３９にあるように、光ビームの光軸ずれは１方向へのずれが主であるために、１方向だけでも光軸ずれ補正の効果は大きく、図６に示すように１方向だけに発光素子を配置する事により、さらに構成が従来例に比べて非常に簡単なためコストも大幅に低減される。
【００３５】
さらに半導体レーザは通常長円形に近似されるファーフィールドの放射パターンとなっており、長径方向の光軸ずれに対しては余裕があるが、短径方向の光軸ずれに対してはあまり余裕がない。そこで図７に示すように短径の方向に光軸ずれ補正を行うようにすれば、広い範囲に対する光軸ずれをカバーすることができる。
【００３６】
ここで光軸ずれ補正の角度範囲は、位置検出素子２８の検出角度範囲内であり、つまり光軸ずれが位置検出素子２８の受光角度範囲を越えると、補正はできなくなる。従って発光素子群１１でカバーできる光ビームの角度の可変範囲よりも位置検出素子２８の受光角度範囲の方が広くなるように設定しておく。
【００３７】
また光信号検出用の受光素子２８の受光角度範囲も、発光素子群１１でカバーできる光ビームの角度の可変範囲よりも広くなるように設定することにより、光軸ずれ補正を行うことにより受光素子２７に光信号が入らなくなり、通信が途絶えるという事態にはならない。
【００３８】
このように本実施例ではメカ的な駆動手段を用いることなく光軸ずれ補正を行なっているため、メカ的な駆動手段に付随する摩耗や故障がなく、信頼性の高い光軸ずれ補正機能を持つ光空間装置となっている。加えて構造も簡単になりコストも低くすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、相手側装置に光ビームを送出するための面上に複数配置された発光源を持ち、前記発光源を独立的に点灯、消灯させる手段と、点灯している前記発光源の位置により出射光束の方向を変化させる光学的手段とを有し、前記複数の発光源の内、一つ以上の発光源を切り換えることにより、メカ的手段を用いることなく、相手側装置に送出する光ビームの方向を変化させることを特徴とすれば、メカ的な駆動手段を用いることなく光軸ずれ補正を行なっているため、メカ的な駆動手段に付随する摩耗や故障がなく、信頼性の高い光軸ずれ補正機能を持つ光空間装置となっている。加えて構造も簡単になり低価格な光軸ずれ補正機能を持つ光空間通信装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施例の説明図
【図２】  発光素子の位置により送出ビームの方向が変化することを説明する図
【図３】  発光素子配置例１の図
【図４】  発光素子配置例２の図
【図５】  発光素子配置例３の図
【図６】  発光素子配置例４の図
【図７】  短径方向の光軸ずれ補正の説明図
【図８】  従来の実施例の説明図
【図９】  スポット位置検出素子の例の説明図
【図１０】  従来の実施例の説明図
【符号の説明】
１１  発光素子群
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  発光素子
２１  発光素子
１２  発光源切換え回路
２２  集光レンズ
２３  偏光ビームスプリッタ
２４  送受光レンズ
２５  光ビーム
２６  ビームスプリッタ
２７  受光素子
２８  位置検出素子
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ  フォトダイオード
２９  制御回路
３０  駆動回路
３１  垂直方向の駆動機構
３２  垂直方向の駆動機構
３３  水平方向偏向ミラー
３４  垂直方向偏向ミラー
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ  送出ビーム
４２  光スポット
【図１】
0003927827.tif 000002
【図２】
0003927827.tif 000003
【図３】
0003927827.tif 000004
【図４】
0003927827.tif 000005
【図５】
0003927827.tif 000006
【図６】
0003927827.tif 000007
【図７】
0003927827.tif 000008
【図８】
0003927827.tif 000009
【図９】
0003927827.tif 000010
【図１０】
0003927827.tif 000011