JP2004015324A - Optical transmitter and optical transmission system - Google Patents

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JP2004015324A JP2002164646A JP2002164646A JP2004015324A JP 2004015324 A JP2004015324 A JP 2004015324A JP 2002164646 A JP2002164646 A JP 2002164646A JP 2002164646 A JP2002164646 A JP 2002164646A JP 2004015324 A JP2004015324 A JP 2004015324A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein the conventional optical transmitter has a constitution being apt to be complicated for changing the spread angle of a light beam, the light-receiving angle, the emitting direction and the light-receiving angle. <P>SOLUTION: An optical transmitter 10 is composed of a light source 12 for emitting a light beam for wirelessly transmitting information, and a micromirror array unit 14 having micromirrors disposed in a matrix form for reflecting the light beam emitted from the optical source toward a light-receiving means 11 disposed at a distant place. An optical space transmitter 11 is composed of a light-receiving means 13 for receiving a light beam for wirelessly transmitting information, and a micromirror array unit 15 having micromirrors disposed in a matrix form for reflecting the light beam emitted from the light-transmitting means disposed in the distant place toward the light-receiving means. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームの無線伝送により情報を伝達する光空間伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の光空間伝送システムでは、送信側の光伝送装置において送信信号を光信号に変調し、この光信号を対向して設けられた受信側の光伝送装置に向かって光ビームとして射出する。射出された光ビームは、大気空間中を伝送され、受信側の光伝送装置において受光される。受信側の光伝送装置は、この光ビームによって伝送された送信側からの光信号を復調することによって情報信号の送受信を行う。
【0003】
但し、上記のような光空間伝送システムにおいては、大気の揺らぎ等によって光ビームの経路が変動することがある。また、光伝送装置の設置場所である、例えばビルの屋上なども温度変化により微少な変形が生じ易いために、光ビームの射出方向が変動することもある。
【0004】
このような外的要因によって、受信側における光ビームの到達位置が変動すると、受信側の光伝送装置の受信レベルが低下し、最悪の場合には、通信が不通になってしまう。
【0005】
また、同様に受信装置側における設置場所等の変形により、受信側において入射する光ビームに対して適切な方向を向かなくなった場合、受信レベルの低下や受信不能を生じる。
【0006】
このような問題を解決するために、受信側で受信する光ビーム径が大きくなるように光伝送装置から光ビームを射出し、ビーム経路の変化やビーム射出方向の変動に対しても、受信側にて安定した受信レベルが確保できるようにしている。
【0007】
また、受信側もある程度の受光角(受信可能な角度範囲)を持つように設計される。
【0008】
図7には、従来の光空間伝送システムの例を示す。図7において、左側が送信側の光空間伝送装置50であり、右側が受信側の光空間伝送装置71である。送信側において、光源72から放射された光ビームは、光学系73によって僅かに拡がりのあるほぼ平行の光ビーム76の形に変換される。一方、受信側においても、平行光に対して僅かに拡がりのある受光角を持つように光学系75が設計され、この光学系75により収束された光ビームが受光素子74により受光される。
【0009】
このような光空間伝送システムにおいて、ビーム出射角や受光角を変化させる場合、光学系や光源や受光素子を機械的に動かし、その相対位置関係を変化させて行うのが一般的である。このような場合、図7の発光素子72とレンズ73の相対位置関係を移動させ、拡がり角を可変する。受信側も同様に受光素子74とレンズ75の相対位置関係を変化させ、受光視野角を可変する。
【0010】
光空間通信では、一般に双方向同時通信が行われ、光空間伝送装置には送信部と受信部が構成され、トランシーバとして動作する。自装置の送信光軸と受信光軸が一致している場合、相手装置からの光入射方向を検出し、相手装置よりの光軸方向に自装置の送受信光軸を一致させるといった自動追尾機能を搭載することが可能であるが、送受信ビーム方向を変化させる手段が必要になる。
【0011】
送受信ビーム方向を変化させる方法として、装置全体をまたは光学系全体の角度変化をする、光学系内にてミラーを用いて角度的な変化を与える、レンズ及び送受光素子との位置的変化を与える等にて実現している。
【0012】
図8にはその一例を示している。発光素子81aより拡がり角83にて出射された光ビームは、レンズ82にてほぼ平行のビーム85にて射出される。
【0013】
一方、ビーム射出方向を変化させる場合、発光素子(光源)81aとレンズ82との相対位置を変化させて実現できる。図8にて発光素子81aを81bの位置に移動させた場合、レンズ82に入射した光ビーム84はレンズ82から射出ビーム86の形で空間に放出され、ビーム方向が変化する。
【0014】
これら手法は自動追尾機能の実現のみならず、装置設置時のビーム方向合わせにも使用される。
【0015】
このような送受光素子と光学系との相対位置関係を変化させる構成について図6を用いて説明する。
【0016】
図6の上側の図において、発光素子61の端面より拡がり角65で示される光ビームが放射され、レンズ62にてビーム拡がり角が狭められ、ほぼ平行に近いビーム拡がり角68にて空間に送出される。このビーム拡がり角を狭くし、受信部での受光電力密度を上げる場合、図6の下側の図のように、発光素子61をレンズ62に対して遠ざける方向に光軸上で動かす。発光素子61からの出力光のうちレンズ62に有効に入射する角度範囲66の光信号は、先の場合よりもビーム射出角68が狭くなり、より平行光に近くすることができる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光素子61から出力される光の拡がり角65は一定であるため、レンズ62に対して有効に入射しない光成分67は無効となり、レンズ62を通して空間に伝送される光電力が小さくなってしまうという欠点がある。
【0018】
発光素子61とレンズ62との相対位置関係を変化させず、レンズ62の曲率を変化させることができれば有効な拡がり角制御が行えるが、曲率を変化させることができるレンズもしくはレンズ群を構成することは非常に困難であり、構成も複雑になってしまう。また、その射出方向が変化しないように精密な機構および正確な制御が要求される。
【0019】
一般に光空間通信では、十分な受光電力を得るために、受信到達地点でのビーム径をできる限り小さくする必要があり、精密な機構を必要とされる。したがってビーム射出角や受光角を自由に変化させることのできる光空間伝送装置を構成することが困難であり、また可動機構を設けるため構成が複雑となる。
【0020】
更に、ビーム拡がり角のみならず、ビーム形状制御を必要とする場合がある。一般に光空間伝送装置では、受信側での受光角も広く設定することは先に述べたが、送信側の背景に太陽等の強力な光源が存在すると、受光素子にその強力な光が入射して、目的とする光ビームをクリアに受信できない。
【0021】
図5には、受信側から観察した送信側装置の様子を示す。受信側装置から見た送信側装置41を含む受信範囲42内には、太陽等の強力な別光源43が入っている。
【0022】
特に、太陽光は、送信側装置41からの光ビームが持つ光電力に比較してはるかに大きな光電力(エネルギー)を持っている。したがって、受光角内に僅かでも太陽光が入った場合、通信異常を招くおそれが生ずる。
【0023】
従来のレンズを用いた光伝送装置においては、上記したような強力な背景光の入射に対し、受信角を狭く設定したり、図6のように受光素子とレンズ62との相対位置関係を状況に応じて動かしたりする方法が採られるが、設置環境の揺れ等に対して安定的な通信を確保しにくくなる等の問題がある。
【0024】
一方、ビームパターンの成形制御等を行う場合、ビームの射出角や受光角を制御する光学系とは別に該制御を行う光学系を準備する必要がある。
【0025】
更に、成形制御されるビームパターン形状(及び電力密度分布)は準備された光学系によって一義的に決定されてしまい、自由に変化させることができない。
【0026】
さらに、ビームの射出方向や受光方向を変化させる場合、図8に示した構成では、ビーム射出角や受光角の制御方法と同様に、発光素子81aから出力される光電力が有効に使われないという問題がある。
【0027】
具体的には、図8中に87で示す部分がレンズ82に有効に入射せず、空間に伝送されない無駄な成分となる。また、81を受光素子として考えた場合、有効な受光角は86で示すように本来の受光角に相当する角度85より狭くなってしまい、受信効率が低下してしまう。
【0028】
また、それぞれの目的として構成される光学系は固体化されたレンズ、あるいはプリズム等となり、それらをそれぞれもしくは同時に高速に変化させることは困難である。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願第1の発明の光空間伝送装置では、情報を無線伝達するための光ビームを射出する光源と、微小ミラーがマトリクス状に配置され、光源から射出された光ビームを、離れた場所に設置された光受信手段に向けて反射する微小ミラーアレイユニットとを有する。
【0030】
また、本願第2の発明の光空間伝送装置では、情報を無線伝達するための光ビームを受光する受光手段と、微小ミラーがマトリクス状に配置され、離れた場所に設置された光送信手段から射出された光ビームを受光手段に向けて反射する微小ミラーアレイユニットとを有する。
【0031】
これにより、上記微小ミラーアレイユニットを構成する個々の微小ミラーの向きを独立して変化させて、光源から射出された光ビームの無駄な成分が少なくなるように、また複雑な機構を設けることなく、微小ミラーアレイユニットで反射する光ビームの拡がり角、集光角、パターン形状および反射方向を制御することが可能となる。
【0032】
【発明の実施の形態】
図1には、本発明の実施形態である光空間伝送システムの概要を示す。本実施形態のシステムでは、従来のシステムで用いていたレンズやプリズム等の代わりに、それぞれが独立して向きを制御可能な多数の微小ミラーをマトリックス状に配置して構成した微小ミラーアレイユニットを用いるものである。
【0033】
図1において、10は送信側の光空間伝送装置(以下、送信側装置という)であり、11は受信側の光空間伝送装置(以下、受信側装置という)である。
【0034】
送信側装置10は、半導体レーザ等の発光素子(光源)12と、この発光素子12から射出された光ビーム(送信すべき情報に応じて変調されている)を受信側装置11に向けて反射する微小ミラーアレイユニット14と、この微小ミラーアレイユニット14を構成する個々のミラーの向きを独立して制御する制御回路18とを有して構成されている。
【0035】
一方、受信側装置11は、受光素子13と、送信側装置10から射出された光ビームを受光素子13に向けて反射する微小ミラーアレイユニット15と、この微小ミラーアレイユニット15を構成する個々のミラーの向きを独立して制御する制御回路19とを有して構成されている。
【0036】
このように構成されたシステムにおいて、送信側装置10の発光素子12から射出された光ビームは微小ミラーアレイユニット14で反射する。この反射された光ビーム16は、微小ミラーアレイユニット14を構成する各ミラーの向きを制御回路18を通じて制御することによってその拡がり角(つまりはビーム径)、パターン(形状)および射出方向、受光方向を可変設定することができる。なお、各微小ミラーは、空間に射出する光ビーム16がある程度の拡がり角を持つようにその向きが制御される。
【0037】
一方、送信側装置10から射出され、受信側装置11に入射した光ビーム17は、受信側装置11の微小ミラーアレイユニット15にて集光され、受光素子13に入射する。このとき、各ミラーはある程度の受光角を持ち、かつ受光素子13上に小さなスポットを形成するようにその向きが制御される。
【0038】
さらに、送信側および受信側装置10,11の制御回路18,19は、送信側装置10と受信側装置11との距離(伝送距離)、シンチレーション、天候、送信側装置10と受信側装置11との間に存在する建物の大きさや形状、さらには、送信側および受信側装置10,11がそれぞれ設置されている架台の揺れ等の伝送条件に対して最適な上記光ビームの拡がり角、受光角、パターンおよび射出方向、受光方向を設定するように各ミラーの向きを制御する。なお、図示はしていないが、上記各伝送条件を検出して制御回路18,19に検出信号を送る検出器等が設けられている。また、一部の伝送条件に関しては、設置者がミラーの向きを設定してもよい。
【0039】
ビームの射出方向、受光方向を変える場合、図1の構成では、微小ミラーアレイユニット14,15の個々の微小ミラーに一様の角度変化を与えればよい。例えば。射出角度を0.2°変化させたい場合、個々の微小ミラーを全て同じ方向に0.1°動くように制御すればよい。
【0040】
この射出方向制御および受光方向制御は、先に説明した光ビームの拡がり角制御、ビームパターン制御と同時に、同一の微小ミラーアレイユニット14,15にて実現することができる。
【0041】
このようにシステムを構成することにより、送信側装置10と受信側装置11の設置条件や環境に応じて光ビームの拡がり角、受光角、パターンおよび射出方向、受光方向を容易に設定することが可能である。
【0042】
次に、微小ミラーアレイユニット14,15について図2を用いて詳しく説明する。なお、図2には、送信側装置10に設けられた微小ミラーアレイユニット14のみを示しているが、受信側装置11に設けられた微小ミラーアレイユニット15の構成も同様である。
【0043】
微小ミラーアレイユニット14は、微小ミラー14aが縦横にマトリックス状に多数配置されて構成されており、その1枚1枚の角度を制御回路18からの電気信号によって可変設定することができる。なお、図2では、縦15個×横15個の計225個の微小ミラー14aからなるミラーアレイユニットを示しているが、微小ミラーの数はこれ以外でもよく、またミラーアレイユニットの形状も図2に示す正方形でなくても、円形状や多角形状でもよい。
【0044】
このように構成された微小ミラーアレイユニット14,15の個々の微小ミラーの向きを独立して制御することにより、微小ミラーアレイユニット14,15が集光光学系の機能を果たす。
【0045】
図2に示した微小ミラーアレイユニット14のA−A’断面を図3に示す。図3は、発光素子(点光源)12を微小ミラーアレイユニット14の前方に配置し、ほぼ平行光である光ビームを射出する様子を示している。
【0046】
このように、微小ミラーアレイユニット14の個々のミラーの向きを制御することにより、ほぼ平行光とした光ビームを射出したり、さらに拡がり角が大きな又は小さな光ビームを射出したりすることができる。
【0047】
また、受信側装置11の微小ミラーアレイユニット15は、送信側装置10の背景として存在する不要な光源からの光を受光素子13に受光させないようにその向きが制御される。不要な光源が太陽のように移動する場合には、その動きに応じてミラーの向きを制御するようにしてもよい。
【0048】
具体的には、図5に示すような状況下においては、受信側装置11の微小ミラーアレイ15には、図4に示すように、送信側装置10からの光ビームが入射する領域55と、太陽光等の不要光が入射する領域56とができる。この場合、不要光が入射する領域56の微小ミラー57(図において濃い部分)をここで反射した光が受光素子113に集光しないように受光素子13以下の方向に向きを制御し、この不要光領域56に含まれる微小ミラー57を除いた微小ミラーにて受光素子13に対する集光ミラーを構成する。
【0049】
このように、入射する目的の光以外の光が受光素子13に入射しないように個々の微小ミラーを制御し、受信障害を防ぐ。
【0050】
なお、本実施形態では、送信側装置と受信側装置とに別れている場合について説明したが、1つの微小ミラーアレイユニットと、光源(発光素子)と、受光素子とを備えた送受信が可能な装置を構成し、この装置を複数台設けてシステムを構成してもよい。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小ミラーアレイユニットを用いて光ビームの射出角、受光角、更には射出方向、受光方向を制御できるため、光源から射出される光ビームのうち無駄になる成分を極力少なくして伝送空間に送出することができ、また簡単な構成で光ビームの拡がり角等の制御を行うことができる。
【0052】
さらに、光ビームのパターンをも同時に制御することができ、従来の固体化されたレンズ等の光学系を用いた場合に比べて、装置の簡素化、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である光空間伝送システムの構成を示す概略図。
【図2】上記光空間伝送システムの微小ミラーアレイユニットを説明する図。
【図3】上記微小ミラーアレイユニットの集光作用を説明する図。
【図4】上記微小ミラーアレイユニットに不要光が入射した場合の対処方法を説明する図。
【図5】従来の光空間伝送システムにおいて、送信側の背景に太陽が存在する場合を説明する図。
【図6】従来の光空間伝送システムを説明する図。
【図7】従来の光空間伝送システムにおける光ビーム径の制御方法を説明する図。
【図8】従来の光空間伝送システムにおける光ビーム射出方向の制御方法を説明する図。
【符号の説明】
10 送信側装置
11 受信側装置
12 発光素子
13 受光素子
14,15 微小ミラーアレイユニット
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a space optical transmission device for transmitting information by wireless transmission of a light beam.
[0002]
[Prior art]
In a conventional optical space transmission system, a transmission signal is modulated into an optical signal in an optical transmission device on the transmission side, and the optical signal is emitted as a light beam toward an optical transmission device on the reception side provided opposite thereto. The emitted light beam is transmitted in the air space and received by the optical transmission device on the receiving side. The optical transmission device on the receiving side transmits and receives an information signal by demodulating the optical signal transmitted from the transmitting side by the light beam.
[0003]
However, in the optical space transmission system as described above, the path of the light beam may fluctuate due to the fluctuation of the atmosphere or the like. In addition, the light beam emission direction may fluctuate because a slight deformation is likely to occur at a place where the optical transmission device is installed, for example, a roof of a building due to a temperature change.
[0004]
If the arrival position of the light beam on the receiving side fluctuates due to such external factors, the reception level of the optical transmission device on the receiving side decreases, and in the worst case, communication is interrupted.
[0005]
Similarly, if the light beam incident on the receiving side is no longer directed in an appropriate direction due to deformation of the installation location or the like on the receiving device side, the reception level is reduced or reception is disabled.
[0006]
In order to solve such a problem, a light beam is emitted from the optical transmission device so as to increase the diameter of the light beam received on the receiving side. To ensure a stable reception level.
[0007]
The receiving side is also designed to have a certain light receiving angle (an angle range in which the light can be received).
[0008]
FIG. 7 shows an example of a conventional optical space transmission system. In FIG. 7, the left side is the free-space optical transmission device 50 on the transmission side, and the right side is the free-space optical transmission device 71 on the reception side. On the transmitting side, the light beam emitted from the light source 72 is converted by the optical system 73 into a slightly divergent, substantially parallel light beam 76. On the other hand, also on the receiving side, the optical system 75 is designed so as to have a light angle slightly widening with respect to the parallel light, and the light beam converged by the optical system 75 is received by the light receiving element 74.
[0009]
In such an optical space transmission system, when changing the beam emission angle or the light receiving angle, it is general to change the relative positional relationship by mechanically moving an optical system, a light source, or a light receiving element. In such a case, the relative positional relationship between the light emitting element 72 and the lens 73 in FIG. 7 is moved to change the spread angle. Similarly, the receiving side also changes the relative positional relationship between the light receiving element 74 and the lens 75 to vary the light receiving viewing angle.
[0010]
In the optical space communication, two-way simultaneous communication is generally performed, and a transmission unit and a reception unit are configured in the space optical transmission device, and operate as a transceiver. When the transmitting optical axis of the own device and the receiving optical axis match, the automatic tracking function detects the light incident direction from the partner device and matches the transmitting and receiving optical axis of the own device with the optical axis direction from the partner device. Although it can be mounted, a means for changing the transmission / reception beam direction is required.
[0011]
As a method of changing the transmission / reception beam direction, the angle of the entire apparatus or the entire optical system is changed, the angle is changed by using a mirror in the optical system, and the position is changed between the lens and the light transmitting / receiving element. And so on.
[0012]
FIG. 8 shows an example. The light beam emitted from the light emitting element 81a at the divergent angle 83 is emitted by the lens 82 as a substantially parallel beam 85.
[0013]
On the other hand, when the beam emission direction is changed, it can be realized by changing the relative position between the light emitting element (light source) 81a and the lens. When the light emitting element 81a is moved to the position 81b in FIG. 8, the light beam 84 incident on the lens 82 is emitted from the lens 82 into the space in the form of an emission beam 86, and the beam direction changes.
[0014]
These methods are used not only for realizing the automatic tracking function, but also for adjusting the beam direction when the apparatus is installed.
[0015]
A configuration for changing the relative positional relationship between the light transmitting / receiving element and the optical system will be described with reference to FIG.
[0016]
In the upper part of FIG. 6, a light beam having a divergence angle 65 is emitted from the end face of the light emitting element 61, the beam divergence angle is narrowed by the lens 62, and transmitted to space at a beam divergence angle 68 that is almost parallel. Is done. In order to reduce the beam divergence angle and increase the light reception power density at the receiver, the light emitting element 61 is moved on the optical axis in a direction away from the lens 62 as shown in the lower part of FIG. Of the output light from the light emitting element 61, the light signal in the angle range 66 that is effectively incident on the lens 62 has a smaller beam emission angle 68 than in the previous case, and can be closer to parallel light.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the divergent angle 65 of the light output from the light emitting element 61 is constant, the light component 67 that does not effectively enter the lens 62 becomes invalid, and the optical power transmitted to the space through the lens 62 decreases. There is a disadvantage that it will.
[0018]
If the curvature of the lens 62 can be changed without changing the relative positional relationship between the light emitting element 61 and the lens 62, effective divergence angle control can be performed, but a lens or lens group capable of changing the curvature should be configured. Is very difficult and the configuration becomes complicated. Further, a precise mechanism and accurate control are required so that the injection direction does not change.
[0019]
In general, in optical space communication, in order to obtain sufficient received light power, it is necessary to reduce the beam diameter at a reception point as much as possible, and a precise mechanism is required. Therefore, it is difficult to configure an optical space transmission device that can freely change the beam emission angle and the light reception angle, and the configuration becomes complicated because a movable mechanism is provided.
[0020]
Furthermore, not only the beam divergence angle but also beam shape control may be required. Generally, in the optical space transmission apparatus, the receiving angle on the receiving side is set to be wide as described above. However, if a strong light source such as the sun is present in the background on the transmitting side, the strong light enters the light receiving element. Therefore, the intended light beam cannot be received clearly.
[0021]
FIG. 5 shows a state of the transmitting device observed from the receiving device. A strong separate light source 43 such as the sun enters a reception range 42 including the transmission side device 41 as viewed from the reception side device.
[0022]
In particular, sunlight has much higher optical power (energy) than the optical power of the light beam from the transmitting device 41. Therefore, even if a little sunlight enters the light receiving angle, a communication error may occur.
[0023]
In a conventional optical transmission device using a lens, the receiving angle is set narrower with respect to the incident strong background light as described above, and the relative positional relationship between the light receiving element and the lens 62 is changed as shown in FIG. However, there is a problem that it is difficult to secure stable communication against fluctuations in the installation environment and the like.
[0024]
On the other hand, when performing beam pattern shaping control or the like, it is necessary to prepare an optical system for controlling the beam emission angle and the light receiving angle separately from the optical system for controlling the same.
[0025]
Furthermore, the beam pattern shape (and the power density distribution) to be shaped and controlled is uniquely determined by the prepared optical system and cannot be freely changed.
[0026]
Further, in the case of changing the beam emission direction and the light receiving direction, in the configuration shown in FIG. 8, the optical power output from the light emitting element 81a is not used effectively similarly to the method of controlling the beam emission angle and the light receiving angle. There is a problem.
[0027]
Specifically, the portion indicated by 87 in FIG. 8 does not effectively enter the lens 82 and becomes a useless component that is not transmitted to space. When the light receiving element 81 is considered, the effective light receiving angle becomes narrower than the angle 85 corresponding to the original light receiving angle as shown by 86, and the receiving efficiency is reduced.
[0028]
Further, the optical system configured for each purpose is a solidified lens, a prism, or the like, and it is difficult to change them individually or simultaneously at a high speed.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the optical space transmission apparatus according to the first aspect of the present invention, a light source for emitting a light beam for wirelessly transmitting information and a micromirror are arranged in a matrix and emitted from the light source. A micromirror array unit that reflects the light beam toward a light receiving unit installed at a remote place.
[0030]
In the optical space transmission apparatus according to the second aspect of the present invention, a light receiving unit for receiving a light beam for wirelessly transmitting information and a micromirror are arranged in a matrix, and the optical transmission unit is provided at a remote place. A micro mirror array unit for reflecting the emitted light beam toward the light receiving means.
[0031]
Thereby, the direction of each of the micromirrors constituting the micromirror array unit is independently changed so that useless components of the light beam emitted from the light source are reduced, and without providing a complicated mechanism. It is possible to control the divergence angle, converging angle, pattern shape and reflection direction of the light beam reflected by the micro mirror array unit.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an outline of an optical space transmission system according to an embodiment of the present invention. In the system of the present embodiment, instead of the lenses and prisms used in the conventional system, a micromirror array unit configured by arranging a large number of micromirrors, each of which can independently control the direction, in a matrix, is used. It is used.
[0033]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a transmission-side optical space transmission device (hereinafter, referred to as a transmission-side device), and reference numeral 11 denotes a reception-side optical space transmission device (hereinafter, referred to as a reception-side device).
[0034]
The transmitting device 10 reflects a light emitting element (light source) 12 such as a semiconductor laser and a light beam (modulated according to information to be transmitted) emitted from the light emitting device 12 toward the receiving device 11. And a control circuit 18 for independently controlling the direction of each mirror constituting the micro mirror array unit 14.
[0035]
On the other hand, the receiving side device 11 includes a light receiving element 13, a micro mirror array unit 15 for reflecting the light beam emitted from the transmitting side device 10 toward the light receiving element 13, and individual components constituting the micro mirror array unit 15. And a control circuit 19 for independently controlling the direction of the mirror.
[0036]
In the system configured as described above, the light beam emitted from the light emitting element 12 of the transmitting device 10 is reflected by the micro mirror array unit 14. The reflected light beam 16 has its divergence angle (that is, beam diameter), pattern (shape) and emission direction, and light receiving direction by controlling the direction of each mirror constituting the micromirror array unit 14 through the control circuit 18. Can be variably set. The direction of each micromirror is controlled so that the light beam 16 emitted to the space has a certain divergence angle.
[0037]
On the other hand, the light beam 17 emitted from the transmitting device 10 and incident on the receiving device 11 is condensed by the micro mirror array unit 15 of the receiving device 11 and is incident on the light receiving element 13. At this time, the direction of each mirror is controlled so as to have a certain light receiving angle and to form a small spot on the light receiving element 13.
[0038]
Further, the control circuits 18 and 19 of the transmission side and reception side apparatuses 10 and 11 include a distance (transmission distance) between the transmission side apparatus 10 and the reception side apparatus 11, scintillation, weather, transmission side apparatus 10 and reception side apparatus 11, The spread angle and the light receiving angle of the light beam that are optimal for the size and shape of the building existing between them and the transmission conditions such as the shaking of the gantry on which the transmitting and receiving devices 10 and 11 are respectively installed. The direction of each mirror is controlled so as to set the pattern, the emission direction, and the light receiving direction. Although not shown, a detector for detecting the transmission conditions and sending a detection signal to the control circuits 18 and 19 is provided. In addition, for some transmission conditions, the installer may set the direction of the mirror.
[0039]
In the case of changing the beam emitting direction and the light receiving direction, in the configuration of FIG. 1, a uniform angular change may be given to each of the micro mirrors of the micro mirror array units 14 and 15. For example. When it is desired to change the emission angle by 0.2 °, the individual micromirrors may be controlled to move by 0.1 ° in the same direction.
[0040]
The emission direction control and the light receiving direction control can be realized by the same micromirror array units 14 and 15 simultaneously with the light beam divergence angle control and the beam pattern control described above.
[0041]
By configuring the system in this manner, it is possible to easily set the divergence angle, light receiving angle, pattern and emission direction, and light receiving direction of the light beam according to the installation conditions and environment of the transmitting device 10 and the receiving device 11. It is possible.
[0042]
Next, the micro mirror array units 14 and 15 will be described in detail with reference to FIG. Although FIG. 2 shows only the micro mirror array unit 14 provided in the transmitting device 10, the configuration of the micro mirror array unit 15 provided in the receiving device 11 is the same.
[0043]
The micromirror array unit 14 is configured by arranging a large number of micromirrors 14a vertically and horizontally in a matrix. The angle of each micromirror 14a can be variably set by an electric signal from the control circuit 18. Although FIG. 2 shows a mirror array unit composed of a total of 225 micromirrors 14a of 15 vertical × 15 horizontal, the number of micromirrors may be other than this, and the shape of the mirror array unit is not limited. Instead of the square shown in FIG. 2, a circular shape or a polygonal shape may be used.
[0044]
By independently controlling the directions of the individual micromirrors of the micromirror array units 14 and 15 configured as described above, the micromirror array units 14 and 15 perform the function of a condensing optical system.
[0045]
FIG. 3 shows an AA ′ section of the micro mirror array unit 14 shown in FIG. FIG. 3 shows a state in which the light emitting element (point light source) 12 is arranged in front of the micro mirror array unit 14 and emits a light beam that is substantially parallel light.
[0046]
As described above, by controlling the directions of the individual mirrors of the micro mirror array unit 14, it is possible to emit a substantially parallel light beam or to emit a light beam having a larger or smaller divergence angle. .
[0047]
The direction of the micromirror array unit 15 of the receiving device 11 is controlled so that the light from the unnecessary light source existing as the background of the transmitting device 10 is not received by the light receiving element 13. When the unnecessary light source moves like the sun, the direction of the mirror may be controlled according to the movement.
[0048]
Specifically, under the situation as shown in FIG. 5, the micromirror array 15 of the receiving device 11 has an area 55 where the light beam from the transmitting device 10 is incident, as shown in FIG. An area 56 where unnecessary light such as sunlight is incident is formed. In this case, the direction is controlled in the direction below the light receiving element 13 so that the light reflected from the micromirror 57 (the dark part in the drawing) in the area 56 where the unnecessary light is incident does not converge on the light receiving element 113. The micromirrors other than the micromirrors 57 included in the light area 56 constitute a condenser mirror for the light receiving element 13.
[0049]
In this way, the individual micromirrors are controlled so that light other than the incident target light does not enter the light receiving element 13, thereby preventing reception failure.
[0050]
In the present embodiment, the case where the transmission side device and the reception side device are separated has been described. However, transmission and reception including one micro mirror array unit, a light source (light emitting element), and a light receiving element are possible. An apparatus may be configured, and a plurality of the apparatuses may be provided to configure a system.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to control the light beam emission angle, light reception angle, and further the light emission direction and light reception direction using the micro mirror array unit. Can be transmitted to the transmission space with as little as possible, and the divergence angle of the light beam can be controlled with a simple configuration.
[0052]
Further, the pattern of the light beam can be controlled at the same time, and the apparatus can be simplified and downsized as compared with the case where a conventional optical system such as a solidified lens is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical space transmission system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a micro mirror array unit of the optical space transmission system.
FIG. 3 is a diagram illustrating the light condensing action of the micro mirror array unit.
FIG. 4 is a view for explaining a countermeasure when unnecessary light is incident on the micro mirror array unit.
FIG. 5 is a diagram illustrating a case where the sun exists in the background on the transmission side in the conventional optical space transmission system.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional optical space transmission system.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for controlling a light beam diameter in a conventional optical space transmission system.
FIG. 8 is a view for explaining a method of controlling a light beam emission direction in a conventional optical space transmission system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmitting apparatus 11 Receiving apparatus 12 Light emitting element 13 Light receiving element 14, 15 Micro mirror array unit

Claims (7)

情報を無線伝達するための光ビームを射出する光源と、
微小ミラーがマトリクス状に配置され、前記光源から射出された光ビームを、離れた場所に設置された光受信手段に向けて反射する微小ミラーアレイユニットとを有することを特徴とする光空間伝送装置。
A light source for emitting a light beam for wirelessly transmitting information;
An optical space transmission device, comprising: a micromirror array unit in which micromirrors are arranged in a matrix, and reflecting a light beam emitted from the light source toward a light receiving unit provided at a remote place. .
前記微小ミラーアレイユニットを構成する個々の微小ミラーの向きを独立して制御する制御手段を有することを特徴とする請求項1に記載の光空間伝送装置。2. The optical space transmission apparatus according to claim 1, further comprising control means for independently controlling the direction of each of the minute mirrors constituting the minute mirror array unit. 前記制御手段による前記個々の微小ミラーの向きの制御により、反射する光ビームの拡がり角、光ビームのパターンおよび反射方向の少なくとも1つを変更可能としたことを特徴とする請求項2に記載の光空間伝送装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein at least one of the divergence angle of the reflected light beam, the pattern of the light beam, and the reflection direction can be changed by controlling the direction of each of the micromirrors by the control means. Optical space transmission equipment. 情報を無線伝達するための光ビームを受光する受光手段と、微小ミラーがマトリクス状に配置され、離れた場所に設置された光送信手段から射出された光ビームを前記受光手段に向けて反射する微小ミラーアレイユニットとを有することを特徴とする光空間伝送装置。A light receiving unit for receiving a light beam for wirelessly transmitting information and a micro mirror are arranged in a matrix, and reflect a light beam emitted from a light transmitting unit installed at a remote place toward the light receiving unit. An optical space transmission device comprising a micromirror array unit. 前記微小ミラーアレイユニットを構成する個々の微小ミラーの向きを独立して制御する制御手段を有することを特徴とする請求項3に記載の光空間伝送装置。The optical space transmission apparatus according to claim 3, further comprising control means for independently controlling the direction of each of the minute mirrors constituting the minute mirror array unit. 前記制御手段による前記個々の微小ミラーの向きの制御により、反射する光ビームの集光角、光ビームのパターンおよび反射方向の少なくとも1つを変更可能としたことを特徴とする請求項5に記載の光空間伝送装置。6. The apparatus according to claim 5, wherein at least one of the converging angle of the reflected light beam, the pattern of the light beam, and the reflection direction can be changed by controlling the direction of each of the minute mirrors by the control means. Optical transmission equipment. 請求項1に記載の光空間伝送装置と、請求項4に記載の光空間伝送装置とを含むことを特徴とする光空間伝送システム。A space optical transmission system comprising the space optical transmission device according to claim 1 and the space optical transmission device according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105359436A (en) * 2013-05-07 2016-02-24 上犹稔 Lightwave communication purpose reception apparatus, lightwave communication apparatus, and lightwave communication method

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