(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び該発光素子の前面に設けられる送信偏光フィルタを有する発光部と、受光素子及び該受光素子の前面に設けられ前記送信偏光フィルタと偏光方向が直交する受信偏光フィルタを有する受光部と、前記発光部と前記受光部との間に設けられ前記発光部からの光が前記受光部に至るのを抑制する光学的遮断部材と、を備え、前記送信偏光フィルタ及び受信偏光フィルタの偏光方向が鉛直方向と成す角度が３０度を越え６０度未満であることを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記光学遮断部材は筐体に対して回転可能に取り付けられ、前記発光部及び受光部は該光学遮断部材に一体化されていることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
【請求項３】
発光素子及び該発光素子の前面に設けられる送信偏光フィルタを有する発光部が複数個光学的遮断部材で隔離されて設けられ、かつ各発光部の前記送信偏光フィルタはその偏光方向が直交し、前記送信偏光フィルタの偏光方向が鉛直方向と成す角度が３０度を越え６０度未満である送信装置を備えることを特徴とする光通信装置。
【請求項４】
受光素子及び該受光素子の前面に設けられる受信偏光フィルタを有する受光部が複数個光学的遮断部材で隔離されて設けられ、かつ各受光部の前記受信偏光フィルタはその偏光方向が直交し、前記受信偏光フィルタの偏光方向が鉛直方向と成す角度が３０度を越え６０度未満である受信装置を備えることを特徴とする光通信装置。
【請求項５】
請求項３記載の光通信装置と、請求項４記載の光通信装置と、を備えることを特徴とする光通信装置。
【請求項６】
前記発光部の発光素子に送信信号を与える送信部と、前記受光部の受光素子からの信号を受信する受信部と、前記発光部及び受光部を制御して全二重モードと半二重モードを切り替える切替手段とを備え、前記切替手段は、全二重モードで動作させる場合、前記送信部の１個の発光部の発光素子に送信信号を与えさせると同時に前記受信部の１個の受光部の受光素子からの信号を受信させ、半二重モードで動作させる場合、前記送信部の２個の発光部の発光素子に送信信号を与えさせ、前記受信部に２個の受光部の受光素子からの信号を受信させ、送信と受信が排他的に行われることを特徴とする請求項５記載の光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光による空間伝送を行う機器に組み込まれる光通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空間を伝走路として用いる光通信装置には、レーザ光を用いたものと、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたものに大別される。レーザ光は、方向性が極端に強いため受発光の設置方向の微調整が必須となり使いにくいこと、素子が高価であること、目に対する安全性の問題などから、特定の用途を除きＬＥＤの通信が広く用いられている。ＬＥＤで発光し生成した光信号が空間を伝播し、相手機器のピンフォトダイオードなどの受光素子で受光するという構成により信号が送信される。逆に、相手機器のＬＥＤで発光し生成された光信号が空間を伝播し、自機器の受光素子で受光され信号として受信される。
【０００３】
以上による通信方式の典型として、赤外線通信標準であるＩｒＤＡ（Infrared Data Association）方式があり、この方式が広く用いられている。また、図１０に示すように、自発光部からの発光が自受光部に入射するのを避けるために偏光フィルタによる干渉手段を用いる技術が知られている。すなわち、４は発光素子、５は受光素子であって、各々の素子４、５の前面に送信偏光フィルタ１と受信偏光フィルタ２とが設けられた構造である（特開平１０−１２６３４３号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
双方向の通信路には、全二重通信路と、半二重通信路がある。全二重通信路の方が送信権の切り替え処理や切り替え時間が不要なこと、送信処理と受信処理が同時平行して行えることなどから、全二重通信路が望ましい。ところが、従来技術、すなわち空間伝送にＬＥＤの発光を用いた場合、以下の理由により半二重の通信路しか提供できなかった。その理由を図９により説明する。
【０００５】
図９において、装置５１が装置５２と通信を行う場合、装置５１の発光部が光信号５３を生成し、それが装置５２の受光部で受信されるのであるが、装置５１の発光部からの光信号５３は装置５１自身の受光部へも到達してしまい、この受光強度は発光部と受光部が隣接していることもあって非常に大きく、装置５１の発光部と装置５２の発光部が同時に発光すると、装置５１の発光部からの光信号が装置５２の発光部から到達する光信号より強くなってしまい、装置５２からの光信号の受信を妨害する。
【０００６】
このようなことから、通信中の機器は互いに相手が発光中は発光を控えるという取り決めが行われており、ある瞬間を捉えると、せいぜい１つの装置のみしか発光することができなかった。つまり、相手への光信号送信と相手からの光信号受信を同時平行に行うことは不可能であった。そこで、双方向に通信を行おうとした場合、送信権の頻繁なやりとりを行いながらピンポン方式で通信を行うという複雑な処理が必要であった。
【０００７】
また、このため実時間情報、たとえば信号として音声や動画などストリーム情報を送信する場合、送信権のない時間が生じてしまうので、情報の一時蓄積を行わねばならなくなり、通信遅延が生じ実時間処理に用いるのが困難となるという問題があった。
また、発光部と受光部が隣接しているため発光部からの光信号はかなり高いレベルで自受光部に入り、受信部に接続された増幅器を飽和させるという問題がある。すなわち、図９において、増幅器は光信号５３で飽和した状態では光信号５４を受信できず、一旦飽和した増幅器が通信相手からの光信号５４を正常に受信できるようになるために無視できない時間５６を要する。つまり、発光が終了したからといって直ちに受光可能になるのではなく、発光も受光もできない無駄な時間が発生してしまうという問題があった。
【０００８】
以上のようなことから、現在広く用いられているＩｒＤＡ通信方式では、物理層は半二重通信路として設計されており、また受信部の飽和からの回復時間を最小ターンアラウンド時間として必要な時間と規定されている。
これらの問題は、図１０の従来例でも解消できない。図１０において、発光素子４からの光信号が送信偏光フィルタ１を通過せず直接受光素子５に到達することがある。すなわち、送信偏光フィルタ１における反射光６４、直接の入射光６５、モールド７を通過した光６６が発生する。さらに、互いに直交する２つの偏光フィルタ１、２の間に遮蔽がないため送信偏光フィルタ１から漏れ、受信偏光フィルタ２を回り込み受光素子５に到達する光６３も発生する。これらの不要な光信号を除去しない限り、上記の問題は解消されない。
【０００９】
さらに、図１１において、発光の偏光方向７１を鉛直方向とし受光の偏光方向７２を水平方向とした受発光素子をもしも図のように対向させると、自装置Ａからの光信号７４は偏光方向７１を持っているため、相手装置Ａ０１の受光部の偏光方向７２ａとも直交してしまう。あるいは相手機器からの光信号７５は偏光方向７１ａを持っているため、自機器の受光部の偏光方向７２とも直交してしまう。これにより、通信が不可能となってしまうという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、自装置から発光した信号が光の散乱や反射などで自装置の受光部に検出されることを防止し、全二重通信路を安価に実現した光通信装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信装置は、発光素子及び該発光素子の前面に設けられる送信偏光フィルタを有する発光部と、受光素子及び該受光素子の前面に設けられ前記送信偏光フィルタと偏光方向が直交する受信偏光フィルタを有する受光部と、前記発光部と前記受光部との間に設けられ前記発光部からの光が前記受光部に至るのを抑制する光学的遮断部材と、を備えるものである。
【００１１】
また、前記送信偏光フィルタ及び受信偏光フィルタの偏光方向が鉛直方向と成す角度が３０度を越え６０度未満であることで、自機器の送信部からの光信号は相手の受信部の偏光方向と一致し、相手の送信部の偏光方向は自機器の受光部の偏光方向と一致することになり、双方向に正確に光信号を伝えることができる。
前記光学遮断部材は筐体に対して回転可能に取り付けられ、前記発光部及び受光部は該光学遮断部材に一体化されていることで、相手機器の光通信部との位置関係がずれた場合、発光部と受光部の回転でずれを修正できる。
【００１２】
前記送信偏光フィルタ及び受信偏光フィルタの偏光方向が異なる複数の請求項１記載の光通信装置と、これらのうち１つを選択することで偏光方向を切換える選択手段とを備えることで、相手機器との位置関係がずれたとき、受発光の組みを切り替えることにより、通信可能になる。
発光素子及び該発光素子の前面に設けられる送信偏光フィルタを有する発光部が複数個光学的遮断部材で隔離されて設けられ、かつ各発光部の前記送信偏光フィルタはその偏光方向が直交する送信装置を備えることで、独立した２本の通信路で送信が可能となる。
【００１３】
受光素子及び該受光素子の前面に設けられる受信偏光フィルタを有する受光部が複数個光学的遮断部材で隔離されて設けられ、かつ各受光部の前記受信偏光フィルタはその偏光方向が直交する受信装置を備えることで、独立した２本の通信路で受信が可能となる。
上記送信装置と、上記受信装置と、を備えることで、双方の装置の受発光の偏光方向をあわせて独立した２本の通信路で送受信が可能となる。
【００１４】
前記発光素子に送信信号を与える送信部及び前記受光素子からの信号を受信する受信部を切替えて全二重又は半二重モードを選択する切替手段を備え、全二重が選択された場合には１組の発光部と受光部とを作動させ、半二重が選択された場合には２組の発光部と受光部を同時に作動させることで、２つの装置を対向させたときそれぞれの偏光方向が独立した２つの通信路となり、空間光伝送において全二重通信路及び半二重通信が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の光通信装置の第１実施の形態を示す。図示の光通信装置Ａは、例えば携帯型情報機器、パーソナルコンピュータ、プリンタ等の機器の筐体６に組み込まれたものを示している。該筐体６の上部に角形の窓部１２が形成され、この窓部１２に光学遮蔽部材３が嵌め込まれている。この光学遮蔽部材３は、中央部の仕切部３ａで仕切られた２室１３、１４が形成されたた上部開口の箱状のものである。この光学遮蔽部材３の室１３には発光素子４が、室１４には受光素子５が各々配置されている。発光素子４及び受光素子５は、各々基板１１に接続された接地部８上に設けられ、端子９及び端子１０を介して基板１１に接続されている。発光素子４及び受光素子５のそれぞれの部分は透過性の樹脂モールド７で一体化されている。
【００１６】
前記室１３の開口部に発光素子４の前面に位置する送信偏光フィルタ１が取り付けられ、この発光素子４と送信偏光フィルタ１とで発光部１７を構成している。また、前記室１４の開口部には受光素子５の前面に位置する受信偏光フィルタ２が取り付けられ、この受光素子５と受信偏光フィルタ２とで受光部１８を構成している。
上記構成により、発光素子４と送信偏光フィルタ１からなる発光部１７と、受光素子５と受信偏光フィルタ２とからなる受光部１８とは、光学遮蔽部材３によって光学的に隔離された状態となっている。
【００１７】
後述するように送信偏光フィルタ１と受信偏光フィルタ２の各々の偏光方向は互いに直交した構造となっている。
端子９から発光のための駆動電圧が印加されると、発光素子４は光信号を生成する。発光素子４は光学遮蔽部材３によって隔離されているため、外部に放出される信号は送信偏光フィルタ１を通過したものだけとなる。この光信号は一部散乱や相手機器での反射によって受光素子５に戻ってこようとするが、前面に受信偏光フィルタ２があり、この偏光方向が光信号と直交するため受信偏光フィルタ２を通過できない。したがって、発光素子４からの光信号は受光素子５には到達しないことになる。
【００１８】
上記した装置Ａと同じ構成の装置を対向させ、一方の装置の発光の偏光方向を他方の装置の受光の偏光方向と直交しないように配置することにより、互いに相手からの信号を受信し、自装置からの信号を受信しないようにすることができる。以上の仕組みによって、全二重通信を行うことが可能である。
図１においては、発光素子４と受光素子５を同じ光学遮蔽部材３で仕切られた物理的に一体のものとして説明したが、発光素子４と受光素子５をそれぞれ別々のモジュールとして構成してもよい。
【００１９】
光学的遮蔽部材３は遮蔽効果があるものあればよく、不透明物質を用いるのが一般的であるが、アルミ蒸着など反射手段を有するもの、あるいは直交する２枚の偏光フィルタで遮蔽効果を出す構成のものを用いてもよい。
前記送信偏光フィルタ１及び受信偏光フィルタ２の表面に、図８に示すようにレンズ１５を設けることができる。なお、このレンズ１５は偏光フィルタ１、２の内部に設けてもよい。
【００２０】
図２に示すように、前記送信偏光フィルタ１の偏光方向と受信偏光フィルタ２の偏光方向（矢印で示す）は互いに直交している。符号２０は鉛直方向を表しており、通信相手となる機器の光通信装置と共通であるとする。つまり、鉛直方向２０は必ずしも地面に対して垂直方向でなくてもよく、大きなテーブルに２台の機器が対向して置かれた状況では、鉛直方向２０はテーブル面からの法線方向ということになる。
送信偏光フィルタ１の偏光方向と鉛直方向２０、及び受信偏光フィルタ２の偏光方向と鉛直方向２０とは、各々４５度の角度に構成する。鉛直方向２０から４５度の方向は２通りあるが、相手装置の偏光方向は同じにする。
【００２１】
図３に、上記図２に示す機器を２台対向させて送受信を行う状態を示す。該図において、Ａ０１は、図２で示した光通信装置Ａと同じ構成のもう１台の光通信装置を示し、両装置Ａ、Ａ０１を対向させた状態を示している。対向させることによって、装置Ａの送信偏光フィルタ１、受信偏光フィルタ２が各々装置Ａ０１の受信偏光フィルタ２０１、送信偏光フィルタ１０１に対向している。この状態で、対向した送信偏光フィルタ１と受信偏光フィルタ２０１、及び受信偏光フィルタ２と送信偏光フィルタ１０１は、各々の偏光方向が一致した状態となる。
【００２２】
装置Ａからは送信偏光フィルタ１を通過した光信号２５が送信され、装置Ａ０１の受信偏光フィルタ２０１で受信される。送信偏光フィルタ１と受信偏光フィルタ２０１の偏光方向が一致するので、装置Ａ０１では装置Ａの光信号２５を受信することができる。同様に、装置Ａ０１からの光信号２６は送信偏光フィルタ１０１を通過しているが、この偏光方向が受信偏光フィルタ２の偏光方向に一致するので、装置Ａでは装置Ａ０１の光信号２６を受信することができる。送信偏光フィルタ１と受信偏光フィルタ２、及び送信偏光フィルタ１０１と受信偏光フィルタ２０１は偏光方向が直交しているので、自らの光信号を受信しないのは前述の通りである。
【００２３】
工業製品としては機器に実装する通信装置は単一の構成方式で全てを統一するのが、コストダウンや使い勝手の面で好ましい。本発明によると、偏光方向は４５度で設計して全ての機器で共通に用いることができる。なお、上記した鉛直方向２０からの角度４５度は厳密なものではなく、３０度を越え６０度未満であればよい。
上記図３における装置のうち１台あるいは双方が例えば手に持って操作される場合は必ずしも鉛直方向から４５度の方向を保証できないので、通信不能な状態が発生し得る。このような場合に偏光方向を手動あるいは自動的に変更するようにすることができ、その構成を図４に示す。
【００２４】
図４は、第２実施の形態であって、筐体６の円形の窓３０に円形の光学遮蔽部材３が回転自在に嵌め込まれている。この光学遮蔽部材３は、図１と同様に中央部の仕切部３ａで仕切られた２室を形成し、この両室の開口部に前記送信偏光フィルタ１、受信偏光フィルタ２が各々取り付けられている。送信偏光フィルタ１と受信偏光フィルタ２の各々の偏光方向は直交している。回転機構は手動であっても自動であってもよい。自動的に回転させる方式としては、光学遮蔽部材３の回転の中心からずれた位置に重りを取り付け、この重りが地面方向に向かうことを利用した機構を用いることができる。
【００２５】
図５は、送信装置と受信装置を別々に構成した第３実施の形態であって、Ｔは送信装置、Ｒは受信装置である。送信装置Ｔには一対の送信偏光フィルタ１ａ、１ｂが設けられ、内部には図示しない発光素子が設けられている。また、受信装置Ｒには一対の受信偏光フィルタ２ａ、２ｂが設けられ、内部には図示しない受光素子が設けられている。送信装置Ｔの送信偏光フィルタ１ａの偏光方向は、受信装置Ｒの受信偏光フィルタ２ａの偏光方向に一致し、かつ送信偏光フィルタ１ｂの偏光方向に直交する。また、送信装置Ｔの送信偏光フィルタ１ｂの偏光方向は、受信装置Ｒの受信偏光フィルタ２ｂの偏光方向に一致し、かつ送信偏光フィルタ１ａの偏光方向に直交する。送信偏光フィルタ１ａ及び１ｂから出た光信号２７及び２８は鉛直方向２０に対して４５度となっている。
【００２６】
上記構成により、送信偏光フィルタ１ａを通過した光信号２７は受信偏光フィルタ２ａだけを通過し、受信偏光フィルタ２ｂは通過できない。同様に送信偏光フィルタ１ｂを通過した光信号２８は受信偏光フィルタ２ｂのみ通過し、受信偏光フィルタ２ａは通過できない。このことによって、光信号２７及び２８の独立した２本の通信路を実現することができる。この２本の通信路では別々のプロトコル処理を行ってもよく、また束ねて１つの通信路とし２倍の通信容量を実現してもよい。
【００２７】
図６は、光通信装置の具体的な態様の第４実施の形態を示している。４１は送信部、４２は受信部であり、切替手段４０によって制御されるようになっている。切替部４０は全二重モードか半二重モードになっている。送信偏光フィルタ１ａ、１ｂの内部には発光素子４ａ、４ｂが設けられ、受信偏光フィルタ２ａ、２ｂの内部には受光素子５ａ、５ｂが設けられている。送信偏光フィルタ１ａと受信偏光フィルタ２ｂの各偏光方向は同じであり、送信偏光フィルタ２ａと送信偏光フィルタ１ｂの各偏光方向も同じである。また、送信偏光フィルタ１ａと受信偏光フィルタ２ａ、及び送信偏光フィルタ１ｂと受信偏光フィルタ２ｂの偏光方向は直交しており、それぞれ鉛直方向から４５度の角度となっている。４３は通信装置を示す。
【００２８】
次に動作を説明する。切替部４０が全二重モードである場合は、送信部４１は通信装置４３からの送信要求を発光素子４ａだけに送る。また受光素子５ａに受光された光信号は受信部４２により選択され、通信装置４３へ伝えられる。一方、切替部４０が半二重モードである場合は、送信部４１は通信装置４３からの送信要求を発光素子４ａと４ｂへ送る。また、受光素子５ａと５ｂに受光された光信号が受信部４２に取り込まれて、通信装置４３へ通知される。
【００２９】
発光素子４ａと受光素子５ａを用いることで全二重の通信が行え、発光素子４ａと４ｂ及び受光素子５ａと５ｂを用いることで半二重の通信が行えることから、切替部４０のモードを外部から切り替えることにより全二重にも半二重にも対応可能な光通信装置を実現することができる。また、切替部４０が常に半二重モードであるように送信部４１と受信部４２が動作するようにし、切替部４０を除いた構成にすることもできる。
【００３０】
図７は、１つの偏光フィルタに発光部と受光部を設けて、この偏光フィルタを複数設けた第５実施の形態である。光学遮蔽部材３の両開口部に第１偏光フィルタ３１と第２偏光フィルタ３２とが設けられている。第１偏光フィルタ３１と第２偏光フィルタ３２の各々の偏光方向は直交している。第１偏光フィルタ３１の内側には発光素子４ｃと受光素子５ｃが、第２偏光フィルタ３２の内側には発光素子４ｄと受光素子５ｄが設けられている。
【００３１】
光学遮蔽部材３によって発光素子４ｃと受光素子５ｄ、及び発光素子４ｄと受光素子５ｃは光学的に隔離されている。発光素子４ｃと受光素子５ｃ、及び発光素子４ｄと受光素子５ｄは光学的に隔離されていても、隔離されていなくてもよい。
次に動作を説明する。通信においては異なる偏光板内の発光素子と受光素子を組み合わせて用いる。例えば発光素子４ｃを用いる場合、受光素子５ｃは用いず、受光素子５ｄを用いる。発光素子４ｄを用いる場合、受光素子５ｃを用い、受光素子５ｄは用いない。通信中に相手機器との通信が行えなくなったとき、受発光の組みを切り替える。偏光方向の問題により通信が途絶えていた場合は、この切り替えにより通信可能になる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、発光部と受光部との間に光学的遮断手段が設けられ、かつ送信偏光フィルタと受信偏光フィルタの偏光方向が直交するようにしたので、同じ構成の光通信装置を対向させたとき、一方の装置から発せられた光信号が他方の装置へ受信されるが、自装置の受光部へは到達せず、これにより、全二重通信路が実現できる。また、従来の受発光モジュールにおいて光学遮蔽部材の前面に送受信の偏光フィルタ２枚を取り付けるだけの簡単な構成で安価に全二重通信を実施することができる。
本発明はあらゆるアナログ通信／データ通信、高速通信／低速通信、光変調方式にも適用でき、たとえば、ＩｒＤＡデータ方式、ＩｒＤＡコントロール方式などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦側断面図である。
【図２】送信偏光フィルタと受信偏光フィルタの偏光方向の状態を示す斜視図である。
【図３】２組の光通信装置で通信を行う状態の斜視図である。
【図４】第２実施の形態を示す斜視図である。
【図５】第３実施の形態を示す斜視図である。
【図６】第４実施の形態を示すブロック図である。
【図７】第５実施の形態を示す平面図及び断面図である。
【図８】レンズを設けた実施の形態を示す縦断側面図である。
【図９】従来のプロトコルを示す説明図である。
【図１０】従来の光通信装置の縦側断面図である。
【図１１】従来の光通信装置の斜視図である。
【符号の説明】
１    送信偏光フィルタ
２    受信偏光フィルタ
３    光学遮蔽部材
４    発光素子
５    受光素子
１７  発光部
１８  受光部
２０  鉛直方向
３１  第１偏光フィルタ
３２  第２偏光フィルタ
４０  切替部
Ａ  Ａ０１  光通信装置
Ｔ    送信装置
Ｒ    受信装置
【図１】
0004169855.tif 000002
【図２】
0004169855.tif 000003
【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】
0004169855.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004169855.tif 000012