JP2003114148A

JP2003114148A - 光検出装置

Info

Publication number: JP2003114148A
Application number: JP2001307945A
Authority: JP
Inventors: Minoru Oyama; 実大山
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】入射光の入射角を受光素子からの出力に基づ
いて安定して検出することができる光検出装置及び受発
光装置を提供すること。【解決手段】この光検出装置及び受発光装置は、入射
光束の相対入射角度を検出するものであって、複数の受
光領域を有する受光素子と、前記受光素子へ照射される
入射光束を制限する開口制限手段と、を備え、前記複数
の受光領域からの出力に基づいて、前記相対入射角度を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光通信に用いられ
る受発光ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、複数のコンピュータを構内におい
て相互に接続するＬＡＮシステムとして光無線ＬＡＮが
提案されている。この光無線ＬＡＮにおいては、光信号
を受発信あるいは受発光することができる受発信装置
（或いは受発光装置）を、例えば親機コンピュータ及び
子機コンピュータにそれぞれ接続し、この受発光装置の
間で光信号の送受信を行う。より詳細には前記受発光装
置は、情報信号により変調された可視光ビーム射出し受
光する。

【０００３】このような受発光装置あるいは受発光ユニ
ットは入射光を受光するために受光素子を有する。この
受光素子は、前記入射光を正しく受光するために、当該
入射光に対して正しい方向へ方向調整されなければなら
ない。より詳細には、例えば受光素子の光軸（受光素子
に直交し且つ受光素子の中心を通る直線）が入射光の光
軸と一致するように受光素子の向きが調整されなければ
ならない。

【０００４】また、光ビームを射出する場合は、相手方
の受発光ユニットに対して光ビームの向きを正しく調整
しなければならない。

【０００５】この場合、例えば、前記受光素子上におけ
る入射光の入射角或いは光スポット位置を検出し、この
検出結果に基づいて受光素子の向きを調整すると共に、
光ビームの射出方向を調整する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の平行光
ビームによる双方向光通信では、光束径が大きすぎる
と、入射光の入射角が変化しても受光素子上での入射強
度が変化せず、結果的に入射角を検出することが出来な
いことがあった。また、光束径が小さすぎると、相手方
受発光ユニットの見込み角がほぼ同じでも、受光素子上
の入射強度が大きく変化したり、或いは、見込み角が変
化しても受光素子からの出力が変化しないことがあり、
正しく入射角を検出できないことがあった。

【０００７】この発明の目的は、前記問題点を解決する
ことであり、入射光の入射角を受光素子からの出力に基
づいて安定して検出することができる光検出装置及び受
発光装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の光検出装置
は、入射光束の相対入射角度を検出する光検出装置であ
って、複数の受光領域を有する受光素子と、前記受光素
子へ照射される入射光束を制限する開口制限手段と、を
備え、前記複数の受光領域からの出力に基づいて、前記
相対入射角度を検出するものである。

【０００９】前記光検出装置は、所定方向における、受
光素子の受光領域の幅Ｗ及び受光素子上の光束径Ｄが、
ほぼ、Ｗ＝２Ｄを満たすのが好ましい。

【００１０】前記光検出装置は、また、前記開口制限手
段と前記受光素子の光学距離をｈとし、前記開口制限手
段の中心と前記受光素子の中心を通る光軸に対する検出
必要角度範囲をθ₀とするとき、所定方向における、受
光素子の受光領域の幅Ｗ及び受光素子上の光束径Ｄが、
ほぼ、Ｄ＝２ｈ＊tanθ₀ Ｗ＝４ｈ＊tanθ₀ を満たすのが好ましい。

【００１１】前記受光素子は、略直交する２直線によっ
て少なくとも４分割された４つの受光領域を有し、前記
分割直線を挟む両側の受光領域からの出力の差に基づい
て、分割直線に直交する方向の角度誤差を検出するのが
好ましい。

【００１２】前記光検出装置は、前記光電変換出力の変
調振幅を検出する変調振幅検出手段を備え、前記複数の
領域からの変調振幅信号に基づいて前記相対入射角度を
検出するのが好ましい。

【００１３】前記光検出装置は、前記光電変換出力の総
和又は変調振幅の総和を計算する総和信号計算手段と、
除算器又は利得調整器と、を備え、前記複数の領域から
の光電変換出力を、前記総和信号で除算し又は前記総和
信号に基づいて利得調整するのが好ましい。

【００１４】この発明の受発光装置は、入射光束の相対
入射角度を検出すると共に、出射光束を出射する受発光
装置であって、複数の受光領域を有する受光素子と、前
記受光素子へ照射される入射光束を制限する開口制限手
段と、前記制限された入射光束を受光素子上へ集光する
集光手段と、前記出射光束を出射する発光素子と、前記
受光素子及び発光素子又は集光手段のいずれかを傾動可
能に保持する傾動手段と、を備え、前記複数の受光領域
からの出力に基づいて前記相対入射角度を検出し、前記
相対入射角度に基づいて前記傾動手段を駆動し、入射光
束の入射方向に略一致する方向に出射光束を出射する。

【００１５】前記受光素子および発光素子および集光手
段の少なくとも２つは、前記傾動手段に固定されている
のが好ましい。

【００１６】この発明の他の受発光装置は、入射光束の
相対入射角度を検出すると共に、出射光束を出射する受
発光装置であって、複数の受光領域を有する受光素子
と、前記受光素子へ照射される入射光束を制限する開口
制限手段と、前記入射光束を受光素子上へ集光する集光
手段と、前記出射光束用の光を出力する発光素子と、前
記入射光束又は出射光束の少なくとも一方を反射する反
射手段と、前記反射手段を傾動可能に保持する傾動手段
と、を備え、前記複数の受光領域からの出力に基づいて
前記相対入射角度を検出し、前記相対角度情報に基づい
て前記傾動手段を駆動し、入射光束の入射方向に略一致
する方向に出射光束を出射する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図１１を参照して
この発明の実施の形態を説明する。図において同一又は
類似の参照番号は同一又は類似の部材あるいは要素を示
す。

【００１８】図１は、この発明の光検出装置又は受発光
装置の実施形態としての受発光ユニットを含む受発光シ
ステムを概略的に示す。この受発光システムは、構内光
無線ＬＡＮ等の光通信に用いられる。

【００１９】図１に示すように、この受発光システム
は、親機側コンピュータ（図示せず）に接続された親機
側受発光ユニット２１と子機コンピュータ（図示せず）
に接続された子機側受発光ユニット２３とを有する。図
１に示す例では、親機側受発光ユニット２１は例えば天
井に設置され、子機側受発光ユニット２３は、子機側コ
ンピュータの使用者であるユーザのテーブル等に設置さ
れる。

【００２０】図１（ａ）は、双方向通信における初期状
態を示す。即ち、初期状態で、親機側ユニット２１から
の変調光ビームＬ´が子機側ユニット２３へ送信され
る。

【００２１】前記子機側ユニット２３は、光ビームＬ´
を受信するとその入射方向或いは入射位置を検出し、こ
の検出結果に基づいて前記親機側ユニット２１の方向を
認識し、図１（ｂ）に示すように、親機側ユニット２１
へ変調光Ｌ″を射出する。

【００２２】これにより受発光ユニット２１と受発光ユ
ニット２３とが相互に変調光ビームを送受信し、もって
前記親機コンピュータ及び子機コンピュータが相互に各
種情報或いはデータを送受し合うことができる。

【００２３】図２は、前記実施形態としての例えば子機
側受発光ユニット２３の概略的構成を示す。

【００２４】同図に示すように、この受発光ユニット２
３は、複数の受光領域を有する受光素子２９と、前記受
光素子２９へ照射される入射光束を制限する開口制限手
段３９と、を備え、前記受光素子２９の複数の受光領域
からの出力に基づいて、前記入射光束の相対入射角度
（受発光ユニット２３に対する入射光Ｌ´の相対的な入
射角度）を検出するものである。

【００２５】より詳細には、この受発光ユニット２３
は、入射光束の相対入射角度を検出すると共に、出射光
束を出射する受発光装置であって、複数の受光領域を有
する受光素子２９と、前記受光素子２９へ照射される入
射光束を制限する開口制限手段３９と、前記制限された
入射光束を受光素子２９上へ集光する集光手段としての
集光レンズ３１と、前記出射光束を出射する発光素子３
３と、前記受光素子２９・発光素子３３・集光手段３１
を傾動可能に保持する傾動手段としての２軸傾動フレー
ム２７と、を備え、前記複数の受光領域からの出力に基
づいて前記相対入射角度を検出し、前記相対入射角度に
基づいて前記傾動フレーム２７を駆動し、入射光束の入
射方向にほぼ一致する方向に出射光束を出射する。

【００２６】さらに詳細には以下の通りである。

【００２７】図２に示すように、前記受発光ユニット２
３は、魚眼レンズ２５及び２軸傾動フレーム２７を有す
る。この傾動フレーム２７に、受光素子２９及び、集光
レンズ３１、発光素子（発光レーザ）３３、コリメータ
レンズ３５、ハーフミラー３７及び、開口制限手段（遮
光部）３９が設けてある。

【００２８】前記魚眼レンズ２５は、受発光ユニット２
３に対して大きな画角にわたって広がる天井の任意の位
置へ配置される親機側ユニット２１との光ビームの送受
信を可能とする。より詳細には、例えば大きな入射角で
入射する親機側ユニット２１からの入射光を、適宜の範
囲内の入射角へ変換し前記受光素子２９へ向けて射出す
る。また、発光素子３３からの所定範囲内の射出角を有
する射出光を、任意の角度を有する前記親機側ユニット
の方向へ向けて射出する。

【００２９】前記傾動フレーム２７は、回転中心ｏ１を
中心に２軸に沿って回動自在に固定フレーム４１に対し
て設けてある。前記２軸は、例えば、前記受光素子２９
の面の法線に直交する２つの軸である。前記受光素子２
９、集光凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ凸
レンズ３５、ハーフミラー３７、遮光部３９は例えば前
記傾動フレーム２７に固定されている。従って、前記フ
レーム２７の回動又は傾動により、例えば受光素子２９
の向きを入射光Ｌ´の向きに応じて適宜に調整すること
ができる。

【００３０】前記開口制限手段３９は、所定径のアパー
チャ３９ａを有し、例えば前記親機側ユニット２１から
の入射光Ｌ´を絞って径の小さい光ビームＬを生成す
る。

【００３１】前記集光レンズ３１は、前記開口制限手段
３９により制限された入射光束Ｌを前記受光素子２９上
へ集光する。

【００３２】図３は、前記受光素子２９の詳細構成を示
す。

【００３３】同図に示すように、前記受光素子２９は、
例えば第１分割軸（或いは第１分割線）４３及び第２分
割軸（或いは第２分割線）４５で区分された４つの受光
領域ａ，ｂ，ｃ，ｄを有する。後述するように、この受
光素子２９は、前記第１分割軸４３を挟む受光領域ａ、
ｂと、受光領域ｃ、ｄの出力の差から、Ｙ軸方向の角度
誤差（入射光束の相対入射角度誤差）を検出し、第２分
割直線４５を挟む受光領域ｂ，ｃと、受光領域ａ，ｄの
出力の差からＸ軸方向の角度誤差（入射光束の相対入射
角度の誤差）を検出する。

【００３４】再び図２を参照するに、前記発光素子３３
は、例えば前記親機側ユニット２１との交信のために変
調された光ビームを射出する。

【００３５】前記コリメータレンズ３５は、前記発光素
子３３からの光ビームを平行光へ変換する。

【００３６】前記ハーフミラー３７は、前記コリメータ
レンズ３５からの光ビームを反射し、（魚眼レンズ２５
を介して）親機側ユニット２１の方向へ射出すると共
に、親機側ユニット２１からの入射光Ｌ´を集光レンズ
３１及び受光素子２９の方向へ透過する。

【００３７】前記開口制限手段３９及び受光素子２９
は、より詳細には以下の構造又は構成を有する。

【００３８】まず開口制限手段３９のアパーチャ３９ａ
は、前記受光素子２９の受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに対し
て以下の所定位置に配置される。より詳細には、前記受
光素子２９が、入射光Ｌ´或いはＬに対して、正しい向
きに向いているとき（例えば入射光Ｌが受光素子へ垂直
に入射するとき）、前記入射光Ｌにより受光素子上に形
成される光スポットＳの中心が受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ
の中心ｏと一致するように配置される。

【００３９】これにより、前記傾動フレーム（傾動手
段）２７が誤った方向を向いており、入射光Ｌが、受光
素子２９に対して傾斜して入射するとき、前記受光領域
ａ，ｂ，ｃ，ｄからの出力に基づいて、受光素子２９に
対する入射光Ｌの相対入射角度を検出することができ
る。

【００４０】尚、前記入射光Ｌ´がアパーチャ３９ａに
対して横方向（入射光Ｌ´の光軸に対して直交する方
向）へずれても、前記制限された入射光Ｌの位置及び形
状は、前記アパーチャ３９ａの遮光作用により変化しな
い。従って、前記アパーチャ３９ａによれば、前記相対
入射角度の検出を正確且つ確実に行うことができる。

【００４１】更に、図３に示すように、Ｘ軸方向・Ｙ軸
方向における受光素子２９の受光領域の幅Ｗは、受光素
子２９上の光スポットＳの直径Ｄの２倍程度或いはほぼ
２倍に設定するのが望ましい(ここに、直径Ｄの「２倍
程度」或いは「ほぼ２倍」とは、幅Ｗが直径Ｄの２倍の
概ね±２０％以内の誤差範囲にあることを意味する)。
これにより、前記光スポットＳが、受光素子２９の受光
領域ａ，ｂ，ｃ，ｄの内部にある限り、当該スポットＳ
の移動により、受光領域ａ、ｂ、ｃ、ｄの出力の相対値
が確実に変化し、受光素子２９に対する光スポットＳの
位置情報を正確且つ確実に取得することができる。

【００４２】また図４に示すように、前記開口制限手段
３９と前記受光素子２９の光学距離をｈとするとき、前
記受光素子２９の幅Ｗ及び光スポットＳの直径Ｄ（或い
はアパーチャ３９ａの直径Ｄ）は、相対入射角度につい
ての許容誤差範囲θ₀に対してＤ≒２ｈtanθ₀あるいは
Ｌ≒４ｈtanθ₀を充足するように設定するのが望まし
い。或いは、前記幅Ｗ及び光束径Ｄは、ほぼ、Ｄ＝２ｈ＊tanθ₀ Ｗ＝４ｈ＊tanθ₀ を満たすのが望ましい。

【００４３】ここに、近似等式「≒」或いは「ほぼ」
は、前記直径Ｄ或いは幅Ｗがそれぞれ、２ｈ＊tanθ₀或
いは４ｈ＊tanθ₀の概ね±２０％以内の誤差範囲にある
ことを意味する（なお「＊」は乗算を意味する）。

【００４４】これにより前記許容誤差範囲θ₀内で、光
スポットＳの移動は、確実に受光領域ａ、ｂ、ｃ、ｄか
らの光強度の変化に反映される。従って、前記受光素子
２９に対する光スポットＳの位置を、前記受光領域ａ、
ｂ、ｃ、ｄの出力に基づいて正確且つ確実に検出するこ
とができる。

【００４５】再び図２を参照するに、前記受発光ユニッ
ト２３には、前記受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄからの光電変
換出力に基づいて、Ｘ軸方向の入射光束の角度ずれ誤差
信号、ＴＬＥｘ＝（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）及び、Ｙ軸方向における入射光束の角度ずれ誤差信号、ＴＬＥｙ＝（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を出力する誤差信号検出手段５３が設けてある。ここに
ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ前記各受光領域ａ，ｂ，
ｃ，ｄからの光電変換出力のＡＣ成分を表す。

【００４６】図５は、前記誤差信号検出手段５３の具体
例を示す。

【００４７】同図に示すように、この誤差信号検出手段
５３は、各受光領域ａ、ｂ、ｃ、ｄからの光電変換出力
のＡＣ成分を検出する変調振幅検出手段５７ａ，５７
ｂ，５７ｃ，５７ｄを有する。

【００４８】図６は、前記各変調振幅検出手段５７ａ〜
５７の構成及び作用を示す。

【００４９】図６（ａ）に示すように、前記各変調振幅
検出手段５７ａ〜５７ｄはそれぞれ、例えばＤＣ成分カ
ット・フィルタ７１及びバンドパス・フィルタ７３及び
積分器７５と直列に接続してなる。ここにＤＣ成分カッ
ト・フィルタ７１は、受光領域ａ、ｂ、ｃ、ｄからの光
電変換出力のＤＣ成分をカットし、バンドパス・フィル
タ７３は、前記ＤＣ成分カット・フィルタ７１からのＡ
Ｃ成分出力から所定周波数成分を抽出し、積分器７５
は、前記バンドパス・フィルタからの周波数成分の平均
振幅を加算する。

【００５０】前記構成を有する変調振幅検出手段５７ａ
〜５７ｄにおいては、図６（ｂ）に示すように、光電変
換信号が入力端子ｉｎへ入力される時、前記光電変換信
号のＡＣ成分の振幅が出力端子ｏｕｔから出力される。

【００５１】従って、この変調振幅検出手段５７ａ〜５
７ｄによれば、ノイズとしてのＤＣ光や外来雑音成分に
影響されない変調入射光、すなわち所望の信号のみの振
幅成分が、前記出力ａ、ｂ、ｃ、ｄとして出力される。

【００５２】再び図５を参照するに、前記誤差信号検出
手段５３は又、前記検出手段５７ａ，５７ｂからの出力
を加算する第１加算器５９と、検出手段５７ａ，５７ｄ
からの出力を加算する第２加算器６１と、検出手段５７
ｃ、５７ｄからの出力を加算する第３加算器６３と、検
出手段５７ｂ、５７ｃからの出力を加算する第４加算器
６５と、前記第１加算器５９からの出力と第３加算器６
３からの出力を比較する第１比較器６７と、前記第２加
算器６１からの出力と第４加算器６５からの出力を比較
する第２比較器６９と、を有する。

【００５３】従って、前記誤差信号検出手段５３によれ
ば、前記第１比較器６７から、Ｘ軸方向の入射光束の角
度ずれ誤差信号、ＴＬＥｘ＝（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）が出力される。

【００５４】また、前記第２比較器６９から、Ｙ軸方向
における入射光束の角度ずれ誤差信号、ＴＬＥｙ＝（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）が出力される。ここにａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ前記
各受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄからの光電変換出力のＡＣ成
分を表す。

【００５５】従って、前記誤差信号検出手段５３によれ
ば、ノイズとしてのＤＣ光の影響を受けないＸ軸方向角
度ずれ誤差信号ＴＬＥｘ及びＹ軸方向角度ずれ誤差信号
ＴＬＥｙを検出することができる。

【００５６】再び図２を参照するに、前記受発光ユニッ
ト２３には更に、前記誤差信号検出手段５３からの出力
に基づいて前記傾動フレーム（又は回動フレーム）２７
を駆動するサーボ駆動回路の如き傾動フレーム駆動手段
５５が設けてある。

【００５７】尚、図示しないが、この受発光ユニット２
３にはまた、前記受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄからの出力に
基づいて情報信号（あるいは変調信号あるいは主信
号）、ＳＩＧ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄを出力する情報信号検出回路が設けてある。

【００５８】次に前記受発光ユニット２３の動作を説明
する。

【００５９】図７は前記受発光ユニット２３の動作を示
す説明図である。

【００６０】同図に示すように、入射光Ｌ´が受発光ユ
ニット２３へ入射されるとき、前記開口制限手段３９に
より入射光Ｌ´は制限され直径の小さい入射光Ｌとな
る。この入射光Ｌの入射方向が前記受光素子２９及びア
パーチャ３９ａの光軸ｎに対して傾斜しているとき、入
射光Ｌの光スポットＳは、受光素子２９の中心ｏからず
れた位置に形成される。

【００６１】このとき、前記ずれ量に応じた０と異なる
誤差信号ＴＬＥｘ，ＴＬＥｙが前記誤差信号検出手段５
３から出力される。この誤差信号ＴＬＥｘ，ＴＬＥｙに
基づいて前記傾動フレーム駆動手段５５が作動し、前記
回動フレーム（又は傾動フレーム）２７が例えばサーボ
駆動される。より詳細には、例えば前記光スポットＳの
中心が前記受光素子２９の中心ｏと一致するように前記
傾動フレーム２７が前記２軸（又は前記Ｘ軸及びＹ軸）
の回りに回動される。

【００６２】既に述べたように、この実施形態によれ
ば、前記入射光Ｌ´が、（当該入射光Ｌ´の進行軸に対
して直交する）横方向にずれた場合であっても、制限さ
れた入射光Ｌの受光素子２９に対する位置及び形状は変
化しない。従って前記入射光Ｌ´の横方向の位置ずれが
あっても前記受発光ユニット２３に対する入射光Ｌ´の
相対入射角度を正しく検出することができる。

【００６３】また前記受光素子２９の受光領域の幅Ｗ
は、光スポットＳの直径Ｄのほぼ２倍とされ、また開口
制限手段３９と受光素子２９の間の光学距離ｈ及び、検
出許容誤差θ_０に対して、４ｈ＊tanθ_０の程度に設定
されている。従って、前記誤差信号ＴＬＥｘ，ＴＬＥｙ
に基づいて、前記受光素子２９上の光スポットＳの位置
及び、前記光軸ｎに対する入射光Ｌ´或いはＬの相対入
射角度θを、検出誤差を生ずることなく確実に検出する
ことができる（図４参照）。

【００６４】前記傾動フレーム２７の向きが前記親機側
ユニット２１に対して正しい向きに傾動されると、親機
ユニット側からの変調信号ＳＩＧ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄが、
前記情報信号検出回路から出力される。

【００６５】また、前記発光素子３３からの射出光Ｌ″
が、コリメータレンズ３５及びハーフミラー３７及び魚
眼レンズ２５を介して、親機側ユニット２１の正しい方
向へ射出される（図１（ｂ）参照）。

【００６６】これにより前記親機側受発光ユニット２１
と子機側受発光ユニット２３との間で変調光ビームを相
互に正しく受発光することができる。

【００６７】図８は、前記誤差信号検出手段５３の変型
例を示す。

【００６８】同図に示すように、この変形例は、図６に
おける第２加算器６１からの出力と第４加算器６５から
の出力を加算する第５加算器（総和信号計算手段）７９
を有する。既に理解されるように、この第５加算器（総
和信号計算手段）７９からは、前記受光領域ａ，ｂ，
ｃ，ｄからの変調振幅の総和である総和信号が出力され
る。

【００６９】この変型例は又、前記第１比較器６７から
の出力ＴＬＥｘを、前記第５加算器７９からの総和信号
Ｔで除算する第１除算器８１と、前記第２比較器６９か
らの変調振幅信号ＴＬＥｙを前記第５加算器７９からの
総和信号Ｔで除算する第２除算器８３と、を有する。

【００７０】前記構成によれば、第１除算器８１から
は、前記総和信号Ｔで規格化されたＸ軸方向角度ずれ誤
差信号ＴＬＥｘ，ｎが出力され、第２除算器８３から
は、前記総和信号Ｔで規格化されたＹ軸方向角度ずれ誤
差信号ＴＬＥｙ，ｎが出力される。

【００７１】前記規格化された誤差信号ＴＬＥｘ，ｎ及
びＴＬＥｙ，ｎは、親機・子機間距離の変化や、障害物
等による入力光強度変化によらず、一定の角度誤差検出
感度を有するものとされる。

【００７２】従って、この変型例によれば、前記条件下
等においても、角度制御系のサーボゲイン（利得）を略
一定に保ち、安定な制御動作が可能である。

【００７３】図９（ａ）は、前記受光素子２９の変型例
を示す。

【００７４】この受光素子２９は、入射する光ビームが
所定位置へ照射されているか否かを検出する誤差検出用
領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２
と、入射光ビームが前記所定位置へ入射される場合のそ
の入射光ビームの照射位置に設けられ且つ当該入射光ビ
ームの照射領域とほぼ同じ広がりを有する情報信号検出
用領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２とを有する。

【００７５】より詳細には、前記情報信号検出用領域ａ
２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、誤差検出用領域ａ１，ａ２，
ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２より小さい面積を
有し、当該誤差検出用領域の内部に形成される。ここ
に、前記情報信号検出用領域としての受光領域ａ２，ｂ
２，ｃ２，ｄ２は、情報信号検出用領域及び誤差検出用
領域として共用される。

【００７６】また、前記誤差検出用領域は、前記情報信
号検出用領域を取り囲む複数の受光領域ａ１，ｂ１，ｃ
１，ｄ１を有する。より詳細には、前記誤差検出用領域
は、前記情報信号検出用領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２を
四方から取り囲む複数の受光領域ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ
１を有する。

【００７７】前記誤差検出用領域としての受光領域ａ
１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、８
個の分割領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ
１，ｄ２から成る。この８個の受光領域は、例えば半導
体基板上に形成された矩形の受光領域２９１を、直交す
る２本の分割軸４３，４５で十字に分割し、且つ前記分
割軸４３，４５の交点ｏを中心とする円Ｃで分割するこ
とにより形成される。

【００７８】また、前記受光領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ
２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２には、受光領域ａ1，ａ
２，ｂ１，ｂ２，ｃ１、ｃ２，ｄ１，ｄ２からの出力に
基づいてＸ方向（水平方向）角度ずれ誤差信号、ＴＬＥｘ＝（ａ１＋ａ２＋ｄ１＋ｄ２）−（ｂ１＋ｂ２
＋ｃ１＋ｃ２）及び、Ｙ方向（垂直方向）の角度ずれ誤差信号、ＴＬＥｙ＝（ａ１＋ａ２＋ｂ１＋ｂ２）−（ｃ１＋ｃ２
＋ｄ１＋ｄ２）を出力する誤差信号検出手段が設けてある。この誤差信
号検出手段は、図６に示すものと同様の構成を有し、前
記ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２
は、各受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，
ｄ１，ｄ２の出力のＡＣ成分を表す。

【００７９】前記受発光ユニット２３は、変型例の受光
素子を有する場合、前記受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ
２からの出力に基づいて情報信号（或いは変調信号、主
信号）、ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２を出力する情報信号検出回路（図示せず）を有する。

【００８０】また前記受発光ユニット２３には、前記誤
差検出手段５３からの出力に基づいて前記傾動フレーム
２７を駆動する駆動手段５５が設けてある（図２）。

【００８１】図９（ｂ）（ｃ）は、前記変型例の受光素
子を有する受発光ユニット２３の動作を説明する。

【００８２】図９（ｂ）に示すように、入射光Ｌ´が受
発光ユニット２３へ入射されるが、その入射方向が受光
素子２９及びアパーチャ３９ａの光軸に対して傾斜して
いるとき、入射光Ｌの光スポットＳは受光素子の中心ｏ
からずれた位置に形成される。より詳細には、前記光ス
ポットＳの重心ＳＷは受光素子の中心ｏからずれた位置
に位置する。

【００８３】このとき、前記誤差検出回路５３から、前
記ずれ量に応じた零と異なる誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥ
ｙが出力される。この誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙに基
づいて前記傾動フレーム２７を駆動する駆動回路５５が
動作し、前記光スポットＳの中心ＳＷが前記受光素子２
９の中心ｏと一致するように（図９（ｃ））前記傾動フ
レーム２７が２軸に沿って傾動される。

【００８４】このとき、既に述べたように光スポットＳ
の外周は前記領域ａ２〜ｄ２の外周縁Ｃとほぼ一致す
る。従って前記受光領域ａ２〜ｄ２からの出力に基づい
て光ビームＬ´（又はＬ）に付加された情報信号あるい
は変調信号、ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２が前記情報信号検出回路から出力される。

【００８５】図１０は、前記受発光ユニット２３の変型
例を示す。

【００８６】図１０（ａ）に示すようにこの変型例で
は、前記発光素子３３に対応する面発光レーザ２３３
が、傾動フレーム２２７に固定した受光素子２２９の面
内に設けてある。より詳細には、図１２（ｂ）に示すよ
うに、前記面発光レーザ２３３は受光素子２２９の中心
に設けてある。

【００８７】なお、前記傾動フレーム２２７には、前記
アパーチャ３９ａと同様のアパーチャ２３９ａを有する
開口制限手段２３９が設けてある。

【００８８】上記構成によれば、図２に示したコリメー
タレンズ３５及びハーフミラー３７を使用することな
く、他の受発光ユニットと光ビームを受発光することが
出来る。

【００８９】図１１は、この発明の受発光ユニットの第
２実施形態を示す。

【００９０】この実施形態においては、子機側受発光ユ
ニット３２３は、魚眼レンズ３２５と、２軸傾動ミラー
３５１と、集光レンズ３３１と、開口制限手段３３９
と、発光レーザ３３３を備えた受発光素子３２９と、を
有する。

【００９１】前記魚眼レンズ３２７は図２における魚眼
レンズ２５と同様の構成を有し、集光レンズ３３１は図
２における集光レンズ３１と同様の構成を有し、受発光
素子３２９は図２における受発光素子２９と同様の構成
を有する。

【００９２】前記２軸傾動ミラー３５１は２軸に沿って
傾動又は回動することにより、（例えば親機側ユニット
から）子機側ユニット３２３へ任意の方向から入射する
入射光を前記受発光素子３２９の方向へ反射する。

【００９３】前記開口制限手段３３９は、アパーチャ３
９ａ、２３９ａと同様の構造及び機能を有するアパーチ
ャ３３９ａを備える。

【００９４】また前記面発光レーザ３３３は受光素子３
２９の中心に設けてある。

【００９５】この受発光ユニット３２３は又、受光領域
ａ，ｂ，ｃ，ｄからの出力に基づいてＸ方向（水平方
向）角度ずれ誤差信号、ＴＬＥｘ＝（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）及び、Ｙ方向（垂直方向）の角度ずれ誤差信号、ＴＬＥｙ＝（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を出力する（図６に示すものと同様の）誤差信号検出手
段３５３を有する。ここに、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、各受光
領域ａ，ｂ，ｃ，ｄからの出力のＡＣ成分を表す。

【００９６】この受発光ユニット３２３は又、前記各誤
差検出手段３５３からの出力に基づいて前記２軸傾動ミ
ラー３５１を例えばサーボ駆動する駆動手段３５５を有
する。

【００９７】さらにこの受発光ユニット３２３は、前記
受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄからの出力に基づいて情報信号
（或いは変調信号、主信号）、ＳＩＧ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄを出力する情報信号検出回路（図示せず）を有する。

【００９８】従って、この第２実施形態も前記第１実施
形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、ノイズとし
てのＤＣ光の影響を受けないＸ軸方向角度ずれ誤差信号
ＴＬＥｘ及びＹ軸方向角度ずれ誤差信号ＴＬＥｙに基づ
いて、確実に受光素子を入射光の方向へ向けることがで
きる。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光検出装
置及び受発光装置によれば、入射光の入射角を受光素子
からの出力に基づいて安定して検出することができる。

【０１００】また、本発明の受発光装置によれば、出射
光の出射方向制御を安定に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の光検出装置又は受発光装置
の実施形態としての受発光ユニットを含む受発光システ
ムを概略的に示す。

【図２】図２は、前記実施形態としての例えば子機側受
発光ユニットの概略的構成を示す。

【図３】図３は、前記受光素子の詳細構成を示す。

【図４】図４は、受光素子の幅及び光スポットの直径
（或いはアパーチャの直径）と、相対入射角度について
の許容誤差範囲との関係を示す。

【図５】図５は、前記誤差信号検出手段の具体例を示
す。

【図６】図６は、各変調振幅検出手段５７ａ〜５７の構
成及び作用を示す。

【図７】図７は、前記受発光ユニット２３の動作を示
す。

【図８】図８は、誤差信号検出手段５３の変型例を示
す。

【図９】図９は、前記受光素子の変型例の構成及び作用
を示す。

【図１０】図１０は、前記受発光ユニット２３の変型例
を示す。

【図１１】図１１は、この発明の受発光ユニットの第２
実施形態を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA01 AA19 AA20 AA31 CC21 DD03 FF01 FF42 GG06 HH03 HH04 HH18 JJ03 JJ24 LL10 LL30 LL46 NN20 PP22 QQ14 QQ25 QQ27 TT08 UU01 UU02 2G065 AA04 AA17 AB04 AB09 AB13 BA03 BB14 BB20 BC10 BC14 BC16 BC23 BC35 CA01 DA15 5F088 BB06 DA17 EA02 JA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光束の相対入射角度を検出する光検
出装置であって、複数の受光領域を有する受光素子と、前記受光素子へ照射される入射光束を制限する開口制限
手段と、を備え、前記複数の受光領域からの出力に基づいて、前記相対入
射角度を検出する光検出装置。
【請求項２】請求項１記載の光検出装置であって、所定方向における、受光素子の受光領域の幅Ｗ及び受光
素子上の光束径Ｄが、ほぼ、Ｗ＝２Ｄを満たす光検出装置。
【請求項３】請求項１記載の光検出装置であって、前記開口制限手段と前記受光素子の光学距離をｈとし、前記開口制限手段の中心と前記受光素子の中心を通る光
軸に対する検出必要角度範囲をθ₀とするとき、所定方向における、受光素子の受光領域の幅Ｗ及び受光
素子上の光束径Ｄは、ほぼ、Ｄ＝２ｈ＊tanθ₀ Ｗ＝４ｈ＊tanθ₀ を満たす光検出装置。
【請求項４】請求項１記載の光検出装置であって、前記受光素子は、略直交する２直線によって少なくとも
４分割された４つの受光領域を有し、前記分割直線を挟
む両側の受光領域からの出力の差に基づいて、分割直線
に直交する方向の角度誤差を検出する光検出装置。
【請求項５】請求項１記載の光検出装置であって、前記光電変換出力の変調振幅を検出する変調振幅検出手
段を備え、前記複数の領域からの変調振幅信号に基づいて前記相対
入射角度を検出する光検出装置。
【請求項６】請求項１記載の光検出装置であって、前記光電変換出力の総和又は変調振幅の総和を計算する
総和信号計算手段と、除算器又は利得調整器と、を備
え、前記複数の領域からの光電変換出力を、前記総和信号で
除算し又は前記総和信号に基づいて利得調整する光検出
装置。
【請求項７】入射光束の相対入射角度を検出すると共
に、出射光束を出射する受発光装置であって、複数の受光領域を有する受光素子と、前記受光素子へ照射される入射光束を制限する開口制限
手段と、前記制限された入射光束を受光素子上へ集光する集光手
段と、前記出射光束を出射する発光素子と、前記受光素子及び発光素子又は集光手段のいずれかを傾
動可能に保持する傾動手段と、を備え、前記複数の受光領域からの出力に基づいて前記相対入射
角度を検出し、前記相対入射角度に基づいて前記傾動手段を駆動し、入
射光束の入射方向に略一致する方向に出射光束を出射す
る受発光装置。
【請求項８】前記請求項７記載の受発光装置であっ
て、受光素子および発光素子および集光手段の少なくとも２
つは前記傾動手段に固定されている受発光装置。
【請求項９】入射光束の相対入射角度を検出すると共
に、出射光束を出射する受発光装置であって、複数の受光領域を有する受光素子と、前記受光素子へ照射される入射光束を制限する開口制限
手段と、前記入射光束を受光素子上へ集光する集光手段と、前記出射光束用の光を出力する発光素子と、前記入射光束又は出射光束の少なくとも一方を反射する
反射手段と、前記反射手段を傾動可能に保持する傾動手段と、を備え、前記複数の受光領域からの出力に基づいて前記相対入射
角度を検出し、前記相対角度情報に基づいて前記傾動手段を駆動し、入
射光束の入射方向に略一致する方向に出射光束を出射す
る受発光装置。