DE102004014465B4

DE102004014465B4 - Optische Übertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004014465B4
Application number: DE102004014465A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Usui; Ryuji Ohmuro
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: US7379674B2; US20040202482A1; DE102004014465A1

Abstract

Optische Übertragungsvorrichtung, mit
einem Lichtemissionselement (1) zum Umwandeln eines elektronischen Signals in ein optisches Signal,
einem Lichtempfangselement (6) zur Signalerfassung zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektronisches Signal,
zumindest zwei Lichtempfangselementen (8a, 8b) zur Positionserfassung zur Erfassung einer Empfangsposition eines Leuchtflusses (BC), welcher von dem Lichtemissionselement einer gegenüberliegenden Partnervorrichtung emittiert wird, mittels durch Trennzonen unterteilten mehreren Lichtempfangseinheiten, wobei jedes der zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) mehrere durch Trennzonen unterteilte Lichtempfangseinheiten aufweist, und
einem Spiegel (4a), der derart eingestellt ist, um eine optische Achse der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement der Partnervorrichtung emittiert werden, mit einer optischen Achse der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement (1) der optischen Übertragungsvorrichtung emittiert werden, gemäß der durch die zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) zur Positionserfassung erfassten Position auszurichten,
bei welcher Übertragungsvorrichtung die zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) zur Positionserfassung derart angeordnet sind, dass Empfangspositionen der zumindest...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kommunikationsvorrichtungen und genauer auf optische Übertragungsvorrichtungen zum zur Verfügung Stellen einer Zwei-Weg-Kommunikation.
Beschreibung der verwandten Technik
Die ungeprüfte japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 5-133716 offenbart eine herkömmliche optische Übertragungsvorrichtung, welche konfiguriert ist, um eine Zwei-Weg-Kommunikation unter Verwendung von zwei Kommunikationsvorrichtungen durchzuführen, welche räumlich voneinander getrennt sind. 5 zeigt eine derartige optische Kommunikationsvorrichtung A, die Lichtstrahlen LA kommuniziert bzw. überträgt bzw. austauscht, sowie Lichtstrahlen LB von einer (nicht abgebildeten) weiteren Kommunikationsvorrichtung B empfängt.
Im Betrieb wird ein Laserstrahl von einer Laserdiode 101 emittiert und breitet sich als linear polarisiertes Licht durch eine Linsengruppe 102 aus. Danach wird er von einem polarisierenden Strahlteiler 103 reflektiert, und dann von einem Spiegel 104a mit variablem Winkel zu der Vorrichtung B reflektiert.
In ähnlicher Weise wird der empfangene Lichtstrahl LB von der Vorrichtung B von dem Spiegel 104a mit variablem Winkel durch den Strahlteiler 103 zu einem Verzweigungselement 105 reflektiert. Ein wesentlicher Teil des Lichtstrahls LB wird durch das Verzweigungselement 105 durch einen Linsengruppe 107 zu einem Fotodetektor 106 übertragen bzw. durchgelassen. Der andere Teil des Lichtstrahls LB wird von dem Verzweigungselement 105 über eine Linsengruppe 109 zu einem Fotodetektor 108 reflektiert, welcher ein Positionsfotodetektor ist.
Um die/den effektivste/n Übertragung und Empfang von Licht zu erzielen, kann eine optische Achse 112 auf der Strahlteilerseite, welche der gemeinsamen optischen Achse zur Übertragung und zum Empfang entspricht, nach hinten bzw. rückwärts geneigt werden, so dass die Richtungen des Übertragungslichtstrahls LA und des empfangenen Lichtstrahls LB in Bezug zueinander rechte Winkel formen bzw. bilden.
Für eine Kommunikation hoher Kapazität muss ein kleines Element mit einem effektiven Lichtempfangsbereich von weniger als 1 mm, wie beispielsweise ein Lawinenfotodetektor, als der Fotodetektor 106 Verwendung finden. Und die Positionen des Fotodetektors 106 und des Positionserfassungsfotodetektors 108 werden so ausgerichtet, dass der Lichtstrahl LB auf die effektive Empfangsfläche des Fotodetektors 106 fällt. Der Spiegel 104a mit variablem Winkel ist so eingestellt, dass sich die optische Achse des Lichtstrahls LB bei dem Zentrum des Fotodetektors 108 befindet.
Für eine effiziente Kommunikation ist die optische Achse des Lichtstrahls LA zu dem Zentrum des Fotodetektors 108 ausgerichtet. Ein von dem Lichtstrahl LB an der Oberfläche des Fotodetektors 108 erzeugter Fleck SP stellt ein Fehlausricht-Informationssignal zur Verfügung, welches zu einer Spiegelansteuer-Steuereinheit 111 übertragen wird, um ein Korrektursignal zu erzeugen. Auf der Grundlage dieses Signals wird der Winkel des Spiegels 104a mit variablem Winkel eingestellt bzw. angepasst, um die optischen Achsen der Lichtstrahlen LA und LB kontinuierlich auszurichten.
Der Fotodetektor 108 setzt im Allgemeinen einen Quadrantfotodetektor ein, welcher in vier Elemente 121 unterteilt ist, wie in 6 gezeigt. Das Verfahren des Erfassens einer Position unter Verwendung eines Fotodetektors wurde beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2001-94513 beschrieben. Ein derartiger Fotodetektor 108 ist so angeordnet, das sich die Lichtempfangsoberfläche (Platte) des Quadrantfotodetektors im Allgemeinen bei einer Position befindet, die zu einem Konversionspunkt der Linsengruppe 109 defokussiert ist.
Jedoch wird die optische Übertragungsvorrichtung, welche bei der zuvor beschriebenen verwandten Technik Lichtstrahlen durch die atmosphärische Luft überträgt und empfängt, von einem Phänomen beeinflusst, bei welchem der übertragene Lichtstrahl aufgrund von mikroskopischen Fluktuationen in der Luft fluktuiert.
7 ist eine erläuternde Zeichnung von als Modell dargestellten mikroskopischen Fluktuationen, bei welcher die Verteilung der Stärke des übertragenen Lichts in der Atmosphäre fluktuiert. Das Symbol W bezeichnet die Breite eines Lichtstrahls LA von einer Vorrichtung B. Da atmosphärische Luft inhomogen ist, variiert der Brechungsindex räumlich und zeitlich. Ist eine Luftschicht mit einem teilweisen hohen Brechungsindex in einem optischen Pfad des Übertragungslichts LA vorhanden, wirkt der Teil des hohen Brechungsindexes als eine konvexe Linse, und erzeugt dadurch einen Licht konzentrierenden Effekt, und es wird ein Punkt W1 mit einer hohen Intensität und ein Punkt W2 mit einer niedrigen Intensität in der Breite W des Übertragungslichtstrahls LA bei der Position der Empfangsvorrichtung A erzeugt.
Außerdem erscheint es, da die Intensitätsverteilung zeitlich variiert, dass der Punkt W2 innerhalb einer Breite W fluktuiert, was ein Phänomen darstellt, das als mikroskopische Fluktuation bekannt ist. Ein Nachteil der verwandten Technik besteht dahingehend, dass, da die Lichtempfangsoberfläche des Fotodetektors 108 bei einer Position gesetzt ist, die während mikroskopischer Fluktuationen der atmosphärischen Luft von dem Konversionspunkt defokussiert, die Verteilung der Lichtintensität im Fleck SP ungleichmäßig wird.
In 7 ist die Verteilung der Lichtintensität bei dem Strahleingang der Vorrichtung (die Eingangspupille bzw. das Eingangsloch), wie gezeigt, projiziert. Als Konsequenz weist der Fleck SP eine adäquate Fläche auf der Lichtempfangsoberfläche auf, wie in 8 gezeigt.
Wie in 9 gezeigt, weist der Fleck SP einen Durchmesser T auf, es werden schraffierte Teile P1 mit hoher Intensität und Teile P2 mit niedriger Intensität erzeugt, und es wird das Zentrum der Lichtintensität PC, welches sich von dem Zentrum des Leuchtflusses BC unterscheidet, als die optische Achse bestimmt. Daher tritt eine Fehlausrichtung der Richtung der optischen Achse des Übertragungslichtstrahls LA bei einem Winkel auf, der einem Betrag von Fehlausrichtung S entspricht, und konsequenterweise wird der Übertragungslichtstrahl LA von der Vorrichtung B abgelenkt, was Unterbrechungen bei dem Kommunikationssystem verursachen kann.
Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, ist es vorzuziehen, dass der Fotodetektor 108 bei einer Position angeordnet ist, die benachbart zu dem Konversionspunkt der Linsengruppe 109 ist, und die Größe des Flecks SP so eingerichtet ist, dass sie geringer als die minimale Auflösung der Vorrichtung ist. Jedoch kann der Lichtstrahl einen Trennbereich 122 zwischen jedem der unterteilten Elemente kreuzen bzw. schneiden, und wenn der Fleck SP darüber läuft, schneidet der Lichtstrahl den Trennbereich 122, wobei die Ausgabe aus dem Fotodetektor 108 plötzlich niedrig wird und in dem schlimmsten Fall gestoppt wird.
In einem derartigen Fall erfasst das System fälschlicherweise, auch wenn die optische Achse tatsächlich an dem Fotodetektor 108 vorhanden ist und die Kommunikation normal und richtig ausgeführt wird, dass die optische Achse fehlausgerichtet wurde und bewegt den Spiegel 104a, um so die optische Achse auszurichten. Dadurch wird die an dem Fotodetektor 108 vorhandene optische Achse aus dem korrekten Bereich verschoben, und die Kommunikation wird beendet.
Die Druckschrift DE 38 55 021 T2 offenbart ein optisches Ausrichtungssystem zum Ausrichten von optischen Achsen mehrerer Strahlen mit einer jeweils anderen Wellenlänge auf eine vorbestimmte Position. Sie zeigt nur ein Lichtempfangselement zur Positionserfassung.
Die Druckschrift DE 40 33 776 A1 offenbart eine Anordnung zur optischen Nachrichtenübertragung zwischen Satelliten. Sie bezieht sich auf eine Ausrichtung optischer Achsen von Leuchtflüssen, welche von einem Lichtemissionselement einer Übertragungsvorrichtung und einem Lichtemissionselement einer Partnervorrichtung emittiert werden.
Die Druckschrift US 5 349 176 A offenbart eine Vorrichtung zur Datenerfassung von einem Lichtstrahl. Die Vorrichtung weist ein optisches System, einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor auf, wobei zumindest die beiden Sensoren auf einer gemeinsamen Achse des Strahls nachfolgend angeordnet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte optische Übertragungsvorrichtung bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird sowohl durch die optische Übertragungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 als auch durch die optische Übertragungsvorrichtung nach Patentanspruch 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine kosteneffektive optische Übertragungsvorrichtung zur Verfügung, die eine stabile Kommunikation zwischen zwei optischen Kommunikationsvorrichtungen ermöglicht. Eine derartige stabile Kommunikation wird trotz des Vorhandenseins von mikroskopischen Fluktuationen in der atmosphärischen Luft erzielt, welche eine Fehlausrichtung der optischen Achse verursacht, die aus einer ungleichmäßigen Verteilung der Lichtintensität in dem empfangenen Lichtstrahl resultiert. Durch Einsetzen der vorliegenden Erfindung werden derartige Fehlausrichtungsfehler der optischen Achse reduziert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine optische Übertragungsvorrichtung mit zumindest zwei Positionserfassungsfotodetektoren offenbart. Jeder Fotodetektor weist eine Vielzahl von durch Trennzonen unterteilte Lichtempfangseinheiten zur Erfassung der Einfallsrichtung eines Leuchtflusses auf, der von der Übertragungseinheit einer gegenüberliegenden Partnervorrichtung emittiert wird, wobei die optischen Achsen eines optischen Systems aus zumindest zwei Positionserfassungsfotodetektoren zueinander verschoben sind. Der Verschiebungsbetrag ist größer als die Breite der Trennzonen des Positionserfassungsfotodetektors innerhalb einer Ebene, die senkrecht zu den optischen Achsen des optischen Systems ist.
Die optische Übertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der optischen Pfade in der Richtung der optischen Achsen des optischen Systems von zumindest zwei Positionserfassungsfotodetektoren äquivalent sind.
Die bei zumindest zwei Positionserfassungsfotodetektoren eintretenden Leuchtflüsse werden von einem Leuchtfluss-Unterteilungselement getrennt, wobei das Lichtkonversionselement dem Leuchtfluss-Unterteilungselement vorgeschaltet zur Verfügung gestellt ist, und die optische Achse des Lichtkonversionselements zu der optischen Achse von einem der zwei Positionserfassungsfotodetektoren ausgerichtet ist.
Auch wenn an dem Positionserfassungsfotodetektor Trennzonen vorhanden sind, ist der Positionserfassungs-Lichtstrahl nicht aus dem Blickfeld verschwunden. Zusätzlich wird auch mit mikroskopischen Fluktuationen in der Luft noch eine stabile Kommunikation erzielt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele (unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung) offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockschaltbild einer optischen Übertragungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Layout eines Fotodetektors ohne eine Verschiebung in der optischen Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Layout eines Fotodetektors mit einer Verschiebung in der optischen Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Bildschaubild des erfassbaren Bereichs gemäß dem Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Blockschaltbild einer optischen Übertragungsvorrichtung der verwandten Technik.
6 ist eine Vorderansicht des Positionserfassungsfotodetektors.
7 ist eine erläuternde Zeichnung von als Modell dargestellten mikroskopischen Fluktuationen der atmosphärischen Luft.
8 ist eine Zeichnung, die einen Lichtempfang an dem Positionserfassungsfotodetektor der optischen Übertragungsvorrichtung der verwandten Technik zeigt.
9 ist eine Zeichnung eines Strahlflecks an dem Positionserfassungsfotodetektor der optischen Übertragungsvorrichtung der verwandten Technik.
10 veranschaulicht eine optische Übertragungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 veranschaulicht eine optische Übertragungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 ist eine schematische Zeichnung einer optischen Übertragungsvorrichtung (Vorrichtung M) zum zur Verfügung Stellen einer stabilen Kommunikation mit einer (nicht abgebildeten) Vorrichtung N gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es wird ein von einer Laserdiode 1 emittierter Laserstrahl als linear polarisiertes Licht ausgebreitet und durch eine Linsengruppe 2 (mit positiver Brechkraft) übertragen bzw. durchgelassen. Der Strahl wird von einer Grenzoberfläche eines polarisierenden Strahlteilers 3 reflektiert, und er wird von einem Spiegel 4a mit variablem Winkel einer Einstelleinheit 4 der optischen Achse reflektiert. Er wird dann als Übertragungslicht LA von der Vorrichtung M zu der Vorrichtung N projiziert.
Von der Vorrichtung N wird ein empfangener Lichtstrahl LB von dem Spiegel 4a mit variablem Winkel reflektiert, und durch den Strahlteiler 3 zu einem Verzweigungselement 5 für empfangenes Licht übertragen. Ein wesentlicher Teil LBa des empfangenen Lichtstrahls LB wird durch das Strahlverzweigungselement 5 übertragen, und es wird durch eine Linsengruppe 7 an einem Fotodetektor 6 konvergiert. Der Fotodetektor 6 wirkt bzw. agiert als ein Echtsignalfotodetektor. Der andere Teil des Lichtstrahls LBb, der von dem Strahlverzweigungselement 5 reflektiert wird, wird von einer Linsengruppe 9 als ein Unterteilungselement 13 des Leuchtflusses konvergiert, welches durch einen Halbspiegel oder ein Prisma repräsentiert ist, welcher bzw. welches den Leuchtfluss unterteilt. Ein Teil des Leuchtflusses wird von einem ersten Fotodetektor 8a empfangen, welcher ein Positionserfassungsfotodetektor ist, und der verbleibende Leuchtfluss wird von einem zweiten Fotodetektor 8b empfangen, welcher auch ein Positionserfassungsfotodetektor ist. Es sei erwähnt, dass die Länge der optischen Pfade zu dem ersten Fotodetektor 8a und dem zweiten Fotodetektor 8b im Wesentlichen die selbe ist.
Die optische Achse des ersten Fotodetektors 8a ist orthogonal zu der optischen Achse des zweiten Fotodetektors 8b.
Wie in 2 gezeigt, ist der erste Fotodetektor 8a derart angeordnet, dass die Schnittpunkte der Trennzonen (Blindzonen) der Fotodetektoren zu der optischen Achse des optischen Systems aus Fotodetektoren ausgerichtet sind. Jedoch ist der zweite Fotodetektor 8b, wie in 3 gezeigt, bei einer Position angeordnet, die von der optischen Achse des ersten Fotodetektors 8a des optischen Systems aus Fotodetektoren um einen Betrag D verschoben ist, welcher der Breitenbetrag ist, um welchen die optische Achse verschoben ist. Es sei erwähnt, dass der Betrag D größer als die Breite L ist, welche der Trennabstand zwischen der Vielzahl von Fotodetektoren bei dem Trennzonenfotodetektor sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen Richtung ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die als Beispiel dienende Breite der Trennzonen der Fotodetektoren 0,02 mm.
Durch Anordnen der jeweiligen Positionserfassungsfotodetektoren bei den zuvor beschriebenen Positionen werden, wenn berücksichtigt wird, dass sich die beiden Fotodetektoren auf den identischen optischen Achsen befinden, die Blindzonen nur bei zwei Punkten erzeugt, bei denen sich die Trennzonen durch die Kombinationsaktionen bzw. -Wirkungen der beiden Fotodetektoren schneiden, wie durch schwarze Bereiche in 4 gezeigt, und daher sind die Bereiche der Trennzonen an den Fotodetektoren im Wesentlichen Null. Mit anderen Worten können Erfassungssignale der beiden Fotodetektoren eine gegenseitige Korrektur durchführen, auch wenn der Fleck des empfangenen Lichtstrahls LBb innerhalb das Zentrum der Trennzonen des ersten Fotodetektors 8a fällt, welches tatsächlich die optimale Position ist, wobei der empfangene Lichtstrahl LBb von dem zweiten Fotodetektor 8b erfasst werden kann. Daher kann die Steuereinheit, auch wenn von dem ersten Fotodetektor 8a kein Signal zugeführt wird, aus einem von dem zweiten Fotodetektor 8b zugeführten Signal erkennen, dass die tatsächliche optische Achse bei dem Zentrum des ersten Fotodetektors 8a vorhanden ist.
Ist nur ein Positionserfassungsfotodetektor zur Verfügung gestellt, wie bei dem Beispiel der verwandten Technik, ist es, wenn sich der Fleck des empfangenen Lichtstrahls LBb entlang der Trennzonen bewegt, unmöglich, die Richtung zu erfassen. Im Gegensatz dazu kann gemäß der Konfiguration des vorliegenden Ausführungsbeispiels, auch wenn der Fleck des empfangenen Lichtstrahls LBb innerhalb die beiden Punkte (Schnittpunkte der Trennzonen der beiden Fotodetektoren) fällt, welche verbleibende Blindzonen sind, da sie Flecke mit sehr kleinen Bereichen sind, die Richtung durch geringfügiges Bewegen der Flecke erfasst werden, was ungleich dem Fall ist, bei welchem nur ein Positionserfassungsfotodetektor vorhanden ist, bei welchem die Blindzone linear ist. Daher besteht eine geringe Möglichkeit, dass die Funktion des Systems beeinträchtigt wird.
Der von den jeweiligen Sensoren an den Positionserfassungsfotodetektoren 8a oder 8b erfasste Intensitätsunterschied des Lichtstrahls wird zu der Spiegelansteuer-Steuereinheit 11 über die Signalverarbeitungseinheit 10 als Fehlausrichtinformationen übertragen. Bei der normalen Betriebsart, bei welcher der empfangene Lichtstrahl, der von der Partnerübertragungseinheit emittiert wurde, ohne aus dem Blickfeld verschwunden zu sein erfasst werden kann, werden von dem ersten Fotodetektor 8a zugeführte Fehlausrichtinformationen bei der Signalverarbeitungseinheit 10 verarbeitet. Im Gegensatz dazu wird bei der Betriebsart, bei welcher das empfangene Licht, das von der Partnerübertragungseinheit emittiert wurde, innerhalb die Trennzonen des ersten Fotodetektors 8a fällt, und daher der empfangene Lichtstrahl nicht erfasst werden kann, ein Signal von dem zweiten Fotodetektor 8b verifiziert, so dass die Tatsache erkannt wird, dass sich der Fleck bei dem Zentrum des ersten Fotodetektors 8a befindet.
Bei dieser Anordnung ist die zuvor beschriebene beabsichtigte Defokussierung des empfangenen Lichts nicht länger erforderlich, und der Einfluss von mikroskopischer Fluktuation von atmosphärischer Luft kann soweit wie möglich in Schranken gehalten werden, da der Strahl mehr verengt werden kann, als bei der verwandten Technik.
Zusätzlich werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn Fehlausrichtinformationen von dem zweiten Fotodetektor 8b bei der Betriebsart verarbeitet werden, bei der der empfangene Lichtstrahl von dem ersten Fotodetektor 8a nicht erfasst werden kann, die Schnittpunkte der Trennzonen der Sensoren sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen Richtung um einen vorbestimmten Betrag D von der idealen optischen Achse verschoben. Der Verschiebungsbetrag D wird größer als die Breite der Trennzone bestimmt, so dass die Flecke von beiden Sensoren nicht innerhalb die Trennzone fallen. Jedoch kann bei einer Zeitablaufverwendung, wie beispielsweise derjenigen, wenn einer der Sensoren keinen Lichtstrahl erfassen kann, der andere Sensor Verwendung findet, ein Flattern bzw. Rattern ein richtiges Schalten der Sensoren verhindern. Es ist daher vorzuziehen, den Verschiebungsbetrag D auf mehr als das 1,2-fache der Breite der Trennzone zu setzen. Zusätzlich ist, wie in 4 durch einen Pfeil Ce gezeigt, ein Bereich vorhanden, bei welchem die Zentren der Sensoren überlappen. Auch wenn der Sensor bei dem Zentrum empfindlicher ist, bei welchem die Trennzonen konzentriert sind, ist dies, wenn der Bereich (Ce) zu groß ist, nicht effizient, da die empfindlichen Teile der Sensoren nicht Verwendung finden können, wenn die Flecke an diesen Bereich kommen. Daher ist es vorzuziehen, dass der Betrag D die zehnfache Breite der Trennzonen nicht überschreitet. Das heißt, der Wert D erfüllt vorzugsweise die Gleichung: 1,2 × L ≤ D < 10 × L.
Tatsächlich ist es notwendig, da der Abstand von der idealen optischen Achse um den Betrag √2 × D verschoben ist, die Richtung und den Abstand von der idealen optischen Achse zu erfassen, und Korrekturen davon zur Verfügung zu stellen.
Werden die Korrektur des Abstands und der Richtung von der idealen optischen Achse nicht durchgeführt, kann eine fehlerhafte Erfassung der Richtung auftreten, wenn die Betriebsart geschaltet wird, was in einem Systemfehler bzw. Systemausfall resultiert. Der Betrag der Korrektur des Abstands und der Richtung von der idealen optischen Achse wird durch den Verschiebungsbetrag in der vertikalen und horizontalen Richtung unter Bezugnahme auf die optische Achse des zweiten Fotodetektor 8b bestimmt.
Die Spiegelansteuer-Steuereinheit 11 überträgt das optische-Achsrichtung-Einstellsignal auf der Grundlage von Fehlausrichtinformationen an die Einstelleinheit 4 der optischen Achse. Die Einstelleinheit 4 der optischen Achse ändert den Winkel des voll reflektierenden Spiegels 4a mit variablem Winkel, um die optische Achse einzustellen.
10 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der optischen Übertragungsvorrichtung von 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist Merkmale ähnlich zu denjenigen von 1 auf, außer dass die Fotodetektoren 8a und 8b und der Strahlteiler 13 von 1 nicht eingesetzt sind. Stattdessen werden, wie in 10 gezeigt, ein einzelner Fotodetektor 8 und eine mit der Linsengruppe 9 gekoppelte Ansteuereinheit 130 eingesetzt.
Im Betrieb ist die optische Übertragungsvorrichtung von 10 ähnlich zu der von 1, außer dass der verbleibende empfangene Lichtstrahl LBb, der von dem Verzweigungselement 5 eines empfangenen Lichtstrahls reflektiert wird, von einer Linsengruppe 9 direkt auf einen Fotodetektor 8 konvergiert wird, welcher in der Lage ist, die optische Achse von dem Punkt an einem Querschnitt der idealen optischen Achse zu verschieben, der im Wesentlichen senkrecht vorgenommen ist. Um die optische Achse zu verschieben, ist eine Linsenverschiebungsansteuer-Steuereinheit 13 an die Linsengruppe 9 gekoppelt.
Wie in 2 gezeigt, ist der Fotodetektor 8, wenn die Verschiebungsansteuersteuerung der Linsengruppe 9 inaktiv ist, derart angeordnet, dass der Schnittpunkt der Trennzonen (Blindzonen) zu der optischen Achse des optischen Systems für den Fotodetektor 8 ausgerichtet ist, und die tatsächliche optische Achse ist auch auf diesen Schnittpunkt fokussiert. Jedoch ist die tatsächliche optische Achse, wie in 3 gezeigt, wenn die Verschiebungsansteuersteuerung aktiv ist, bei einer Position fokussiert, die sich um den Verschiebungsbetrag von D entfernt von dem Schnittpunkt der Trennzonen an dem Fotodetektor 8 befindet, wobei der Verschiebungsbetrag D größer als die Breite der Trennzone L ist, sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen Richtung im Bezug auf die ideale optische Achse des optischen Systems für die Positionserfassungsdiode. Die als Beispiel dienende Breite L der Trennzone des Fotodetektors beträgt 0,02 mm.
Wird ein EIN-AUS-Zustand bei einer Verschiebungsansteuersteuerung der Linsengruppe 9 an der identischen idealen optischen Achse an dem Fotodetektor betrachtet, wie durch die schwarzen Bereiche in 4 gezeigt, werden die Blindzonen nur bei zwei Punkten, bei denen sich die Trennzonen überschneiden, durch die von dem EIN-AUS-Zustand der Verschiebungsansteuersteuerung ausgeführten Kombinationsaktion ausgeführt, und daher beträgt der Bereich der Blindzone an dem Fotodetektor im Wesentlichen Null. Insbesondere kann der Fleck des empfangenen Lichtstrahls LBb durch eine Verschiebungsansteuersteuerung der Linsengruppe 9 erfasst werden, da das Erfassungssignal bei dem EIN-AUS-Zustand der Verschiebungsansteuersteuerung eine gegenseitige Korrektur durchführen kann, auch wenn der Fleck des empfangenen Lichtstrahls LBb tatsächlich auf das Zentrum der Trennzonen des Fotodetektors 8 fällt, welches die optimale Position ist. Daher kann die Steuereinheit, wenn von dem Fotodetektor 8 kein Signal übertragen wird, durch ein Durchführen einer Verschiebungsansteuersteuerung der Linsengruppe 9 erkennen, dass die tatsächliche optische Achse bei dem Zentrum des Fotodetektors 8 vorhanden ist.
Ist der Positionserfassungsfotodetektor wie in der verwandten Technik fixiert, ist es schwierig, die Bewegungsrichtung des Flecks des Lichtstrahls LBb zu erfassen, wenn er sich entlang der Trennzone bewegt. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Erfindung, auch wenn der LBb-Fleck auf die beiden Punkte (Schnittpunkte der Trennzonen der beiden Vorrichtungen) fällt, welche verbleibende Blindzonen sind, da sie nicht linear sind, wie bei dem Fall von nur einem Positionserfassungsfotodetektor, sondern Flecke mit kleinen Bereichen sind, die Bewegungsrichtung durch ein geringfügiges Bewegen der Flecke durch ein Ausführen einer Verschiebungsansteuerung der Linsengruppe 9 erfasst werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Funktion des Systems beeinträchtigt wird.
Die von dem Fotodetektor 8 erfasste Lichtintensitätsdifferenz wird als Fehlausrichtinformationen an die Spiegelansteuer-Steuereinheit 11 übertragen. Bei der normalen Betriebsart, bei welcher der empfangene Lichtstrahl, welcher von der Partnerübertragungseinheit emittiert wurde, erfasst werden kann, ohne dass er aus dem Blickfeld verschwunden ist, werden Fehlausrichtinformationen von dem Fotodetektor 8 bei der Signalverarbeitungseinheit 10 verarbeitet.
Im Gegensatz dazu wird, wenn der emittierte empfangene Lichtstrahl innerhalb die Trennzone des Fotodetektors 8 fällt und nicht erfasst wird, die Linsengruppe 9 um einen vorbestimmten Betrag verschoben, um einen sich nicht bei der Trennzone, jedoch bei dem erfassbaren Teil, befindenden Lichtstrahl zu empfangen, und es werden Fehlausrichtinformationen bei der Signalverarbeitungseinheit 10 verarbeitet. Unter Verwendung einer derartigen Betriebsartschaltung können die Trennzonen von dem empfangenen Lichtstrahl vermieden werden. Daher ist ein Defokussieren des empfangenen Lichts, wie zuvor beschrieben, nicht länger erforderlich, und der Einfluss von atmosphärischer mikroskopischer Fluktuation kann in Schranken gehalten werden, da der Strahl im Bezug auf die verwandte Technik weiter verengt werden kann.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wenn sich die Linsengruppe 9 bei einer derartigen Betriebsart befindet, dass die Position von dem Fotodetektor 8 nicht erfasst werden kann, die tatsächliche optische Achse sowohl vertikal als auch horizontal von dem Schnittpunkt der Trennzonen des Fotodetektors um den vorbestimmten Betrag D verschoben. Jedoch ist es, da der Abstand des Fotodetektors von den Schnittpunkten der Trennzonen tatsächlich um den Betrag √2 × D verschoben wird, notwendig, die Richtung der optischen Achse zu erfassen, so dass sowohl der Abstand als auch die Richtung von der idealen optischen Achse kompensiert werden können.
Der Verschiebungsbetrag D ist größer als die Breite der Trennzone, so dass die Flecke von beiden Fotodetektoren nicht innerhalb die Trennzone fallen. Jedoch wird bei einer Zeitablaufverwendung, wie beispielsweise, dass wenn einer der Fotodetektoren nicht erfassen kann, der andere Fotodetektor verwendet.
Der bevorzugte Wert für den Verschiebungsbetrag D beträgt das 1,2-fache der Breite der Trennzone.
Zusätzlich ist, wie in 4 durch einen Pfeil Ce gezeigt, ein Bereich vorhanden, bei welchem die Zentren der Detektoren überlappen. Auch wenn der Fotodetektor bei dem Zentrum empfindlicher ist, bei dem die Trennzonen konzentriert sind, ist er, wenn der Bereich (Ce) zu groß ist, nicht effizient, da die empfindlichen Teile des Detektors keine Verwendung finden können, wenn die Flecke in diesen Bereich kommen. Daher ist es nicht vorzuziehen, dass der Wert D das zehnfache des Werts der Breite der Trennzone überschreitet. Insbesondere sollte der Wert D vorzugsweise die Beziehung erfüllen: 1,2 × L ≤ D < 10 × L.
Der Korrekturbetrag des Abstands und der Richtung von der idealen optischen Achse wird von dem Verschiebungsbetrag in der vertikalen und horizontalen Richtung in Bezug auf die optische Achse der Linsengruppe 9 bestimmt.
Eine Spiegelansteuer-Steuereinheit 11 überträgt auf der Grundlage von Fehlausrichtinformationen ein optische-Achsrichtung-Ausrichtsignal zu der Ausrichteinrichtung 4 der optische Achse. Die Ausrichteinrichtung 4 der optischen Achse ändert den Winkel des voll reflektierenden Spiegels 4a mit variablem Winkel, um die optische Achse anzupassen bzw. einzustellen.
11 ist ein Schaubild der optischen Übertragungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ihr Betrieb bzw. ihre Operation ist ähnlich zu der Vorrichtung von 10, außer dass es der Fotodetektor 8 (nicht die Linsengruppe 9) ist, der sich unter einer Steuerung einer Verschiebungsansteuer-Steuereinheit befindet.
In einem inaktiven Zustand (2) der Verschiebungsansteuer-Steuereinheit 14 ist der Fotodetektor 8 bei einer Position angeordnet, bei welcher der Schnittpunkt der Trennzonen (Blindzonen) des Fotodetektors zu der optischen Achse des optischen Systems mit Positionserfassungsfotodetektor ausgerichtet ist. Im Gegensatz dazu ist der Positionserfassungsfotodetektor 8, wenn er wie in 3 aktiv ist, bei einer sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen Richtung in Bezug auf die optische Achse des optischen Systems mit Positionserfassungsfotodetektor um die Verschiebung D verschobenen Position angeordnet, wobei die Verschiebung D größer als die Breite der Trennzone des Fotodetektors ist.
Werden diese beiden Verschiebungszustände des Fotodetektors an der identischen idealen optischen Achse an dem Fotodetektor betrachtet, wie durch die schwarzen Bereiche in 4 gezeigt, werden die Blindzonen nur bei zwei Punkten, bei denen sich die Trennzonen schneiden, durch die Kombinationsaktion erzeugt, die von dem EIN-AUS-Zustand einer Verschiebungsansteuersteuerung durch den Fotodetektor 8 ausgeführt wird, und daher ist der Bereich der Blindzone an dem Fotodetektor im Wesentlichen Null. Mit anderen Worten kann das Erfassungssignal in dem EIN-AUS-Zustand einer Verschiebungsansteuer-Steuerung eine gegenseitige Korrektur durchführen, auch wenn der Fleck des empfangenen Lichtstrahls LBb tatsächlich auf das Zentrum der Trennzonen des Fotodetektors 8 fällt, welches die optimale Position ist, wobei er durch Durchführen einer Verschiebungsansteuersteuerung des Fotodetektors 8 erfasst werden kann. Daher kann die Steuereinheit, wenn von dem Fotodetektor 8 kein Signal übertragen wird, durch Durchführen einer Verschiebungsansteuersteuerung des Fotodetektors 8 erkennen, dass die tatsächliche optische Achse bei dem Zentrum des Positionserfassungsfotodetektors vorhanden ist.
Wie soweit beschrieben wurde, ist mit den optischen Übertragungsvorrichtungen, die um einen vorbestimmten Abstand entfernt voneinander angeordnet sind, so dass sie einander zugewandt sind, und auf eine derartige Weise konfiguriert sind, dass die Vorrichtung auf der Übertragungsseite ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umwandelt und es an die Empfangsvorrichtung überträgt und die Vorrichtung auf der Empfangsseite das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt, so dass eine Zwei-Weg-Informationsübertragung ausgeführt wird, wobei die optische Übertragungsvorrichtung eine Einfallsrichtungserfassungseinrichtung zur Erfassung der Einfallsrichtung eines Leuchtflusses aufweist, welcher von einer Übertragungseinheit einer gegenüberliegenden Partnervorrichtung emittiert wurde, und einen von sich selbst emittierten Leuchtfluss in Richtung der Einfallsrichtung des Leuchtflusses richtet, im Vergleich zu der Technologie, wie beispielsweise dem zuvor beschriebenen optischen Beugungselement oder dergleichen, eine kosteneffektive optische Übertragungsvorrichtung erzielt, und die in der Lage ist, eine stabile Kommunikation durchzuführen.
Es sei erwähnt, dass, auch wenn das Ausführungsbeispiel von 1 zeigt, dass die Positionserfassungsfotodetektoren die ersten und zweiten Fotodetektoren 8a und 8b sind, drei oder mehr Positionserfassungsfotodetektoren eingesetzt werden können.
Auch wenn die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das beschrieben wurde, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet werden, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Im Gegensatz dazu, beabsichtigt die Erfindung, verschiedenste Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, welche innerhalb des Geistes und des Geltungsbereichs der beiliegenden Ansprüche umfasst sind. Dem Geltungsbereich der folgenden Ansprüche ist die breiteste Interpretation zuzuweisen, so dass alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen und Funktionen umfasst sind.
Es wird eine optische Übertragungsvorrichtung zum zur Verfügung Stellen einer stabilen Kommunikation mit einer Partnervorrichtung durch Reduktion von Fehlern bei einer Fehlausrichtung einer optischen Achse zur Verfügung gestellt. Die Fehler werden durch eine ungleichmäßige Verteilung der Lichtintensität bei einem empfangenen Lichtstrahl verursacht, welche aus atmosphärischen mikroskopischen Fluktuationen resultieren. Ein Ausführungsbeispiel umfasst eine Übertragungs- und Empfangseinheit, welche zwei Fotodetektoren einsetzt, wobei einer zu der optischen Achse der optischen Übertragungsvorrichtung ausgerichtet ist, und der andere zu ihr fehlausgerichtet ist. Andere Ausführungsbeispiele setzen eine bewegliche Einrichtung zum Verschieben eines Fotodetektors oder einer Linseneinheit relativ zu der optischen Achse der optischen Übertragungsvorrichtung ein.

Claims

Optische Übertragungsvorrichtung, mit einem Lichtemissionselement (1) zum Umwandeln eines elektronischen Signals in ein optisches Signal, einem Lichtempfangselement (6) zur Signalerfassung zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektronisches Signal, zumindest zwei Lichtempfangselementen (8a, 8b) zur Positionserfassung zur Erfassung einer Empfangsposition eines Leuchtflusses (BC), welcher von dem Lichtemissionselement einer gegenüberliegenden Partnervorrichtung emittiert wird, mittels durch Trennzonen unterteilten mehreren Lichtempfangseinheiten, wobei jedes der zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) mehrere durch Trennzonen unterteilte Lichtempfangseinheiten aufweist, und einem Spiegel (4a), der derart eingestellt ist, um eine optische Achse der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement der Partnervorrichtung emittiert werden, mit einer optischen Achse der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement (1) der optischen Übertragungsvorrichtung emittiert werden, gemäß der durch die zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) zur Positionserfassung erfassten Position auszurichten, bei welcher Übertragungsvorrichtung die zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) zur Positionserfassung derart angeordnet sind, dass Empfangspositionen der zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) weiter weg liegen als die Breite L der Trennzonen einander in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse zu der optischen Übertragungsvorrichtung.
Optische Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) durch die Trennzonen in vier Teile unterteilt sind.
Optische Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Durchmesser (T) eines Lichtempfangsflecks (SP) der zumindest zwei Lichtempfangselemente (8a, 8b) zur Positionserfassung kleiner als die Breite der Trennzonen ist.
Optische Übertragungsvorrichtung, mit einem Lichtemissionselement (1) zum Umwandeln eines elektronischen Signals in ein optisches Signal, einem Lichtempfangselement (6) zur Signalerfassung zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektronisches Signal, einem Lichtempfangselement (8) zur Positionserfassung zur Erfassung einer Empfangsposition eines Leuchtflusses (BC), welcher von dem Lichtemissionselement einer gegenüberliegenden Partnervorrichtung emittiert wird, mittels durch Trennzonen unterteilten mehreren Lichtempfangseinheiten, und einem Spiegel (4a), der derart eingestellt ist, um eine optische Achse der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement der Partnervorrichtung emittiert werden, mit einer optischen Achse der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement (1) der optischen Übertragungsvorrichtung emittiert werden, gemäß der durch das Lichtempfangselement (8) zur Positionserfassung erfassten Position auszurichten, einem optischen System mit einem Lichtkonversionselement (9) zum Konvergieren der Leuchtflüsse (BC), welche von dem Lichtemissionselement der Partnervorrichtung emittiert werden, auf dem Lichtempfangselement (8) zur Positionserfassung, und einer Ansteuereinheit (10) zum Verschieben von zumindest einem des Lichtkonversionselements (9) und des Lichtempfangselements (8) zur Positionserfassung in einer Ebene, die senkrecht zu der optischen Achse des optischen Systems ist, bei welcher Übertragungsvorrichtung der relative Verschiebungsbetrag D der optischen Achse des optischen Systems und des Lichtempfangselements (8) zur Positionserfassung durch die Ansteuereinheit größer als die Breite L der Trennzonen ist.
Optische Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der ein Durchmesser (T) eines Lichtempfangsflecks (SP) des Lichtempfangselements (8) zur Positionserfassung kleiner als die Breite L der Trennzonen ist.