JP2000244409A - 光通信装置 - Google Patents

光通信装置

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JP2000244409A
JP2000244409A JP4138299A JP4138299A JP2000244409A JP 2000244409 A JP2000244409 A JP 2000244409A JP 4138299 A JP4138299 A JP 4138299A JP 4138299 A JP4138299 A JP 4138299A JP 2000244409 A JP2000244409 A JP 2000244409A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自装置から発光した信号が光の散乱や反射な
どで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。 【解決手段】 光送信処理を行う発光素子4及び発光素
子4の前面に設けられた送信偏光フィルタ1からなる発
光部17と、光受信処理を行う受光素子5及び受光素子
5の前面に設けられた受信偏光フィルタ2からなる受光
部18とを有する光通信装置において、発光部17と受
光部18との間に光学的遮断手段3が設けられ、かつ送
信偏光フィルタ1と受信偏光フィルタ2の偏光方向が直
交するように構成されている。

Description

【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(InfraredData 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7
2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1
01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10
1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1
a、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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 充司 東京都新宿区西早稲田1−21−1 早大西 早稲田ビル5F 学校法人 早稲田大学 国際情報通信研究センター内 Fターム(参考) 5F089 AA01 AC11 CA04 CA06 EA10 GA07 GA10 5K002 AA05 AA07 BA02 CA21 DA04 FA03

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、を備えることを特徴とする光通信装置。
  2. 【請求項2】 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6
    0度未満であることを特徴とする請求項1記載の光通信
    装置。
  3. 【請求項3】 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又は
    2記載の光通信装置。
  4. 【請求項4】 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を特徴とする光通信装
    置。
  5. 【請求項5】 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
    ることを特徴とする光通信装置。
  6. 【請求項6】 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
    ることを特徴とする光通信装置。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の光通信装置と、請求項6
    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。
  8. 【請求項8】 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を特徴とする請求項7記
    載の光通信装置。
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