JP2004080253A - Optical space transmission apparatus and optical space transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自由空間を介して、離れた２地点間で光通信を行う光空間伝送装置及び光空間伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由空間を介して光信号を伝送する光空間通信は、光通信のもつ高速大容量伝送が可能であるという特徴に加えて、電波の利用が制限される領域での利用、光ファイバの布設などのような大規模な工事を伴わずに、簡便に通信路の開設が可能であるなどの利点を有している。
【０００３】
一般に光空間通信装置では通信装置の傾きや通信装置に加わる振動などの影響に対しても、光ビームが通信装置から外れることなく、通信が継続するように、光ビームの送出方向を制御し自動追尾を行っている。
【０００４】
光空間通信装置における自動追尾機能については例えば特許文献１の「光空間通信装置」に示されている。この光空間伝送装置では送信される信号は半導体レーザ等の発光素子で光信号に変換された後、発光素子から射出する光信号はレンズで一旦平行光に変換され、偏光ビームスプリッタを通過して、可動ミラーで反射される。可動ミラーで反射された光ビームは、複数のレンズによって所定の径、拡がり角を持った光ビームに変換され、対向する通信装置に出力される。
【０００５】
一方対向する通信装置から入力する入射する光ビームは、レンズを通って可動ミラーで反射され、偏光ビームスプリッタに入力する。偏光ビームスプリッタに入射した光ビームは、偏光ビームスプリッタで反射され、スプリッタ、レンズを通って光検出器に入力されて受信信号が取り出されるとともに、一部は自動追尾制御回路に入力される。自動追尾制御回路は、光検出器からの信号を基に、可変ミラードライバー（アクチュエータ）に制御信号を出力し、対向する通信装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するように可動ミラーを制御する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３６１９０号公報（第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例においては可動ミラー、および可動ミラーを駆動するアクチュエータは機械部品で構成されるため、耐久性に問題があり、小型化が困難で、消費電力も大きいという問題があった。
【０００８】
あるいは、長距離伝送するためには回折によるビーム広がり、天候、その他の障害による影響を少なくするため光ビーム径を大きくする必要がある。自動追尾制御のための可動ミラーを大きくすると、応答速度が遅くなると言う問題がある。そのため半導体レーザ、光検出器、角度検出部と装置入出力部におけるレンズとの間で、十分な応答速度を持つサイズをもった可動ミラーを配置し、しかも２軸調整のために十分な光路長を確保する必要がある。したがって、ミラーサイズに合わせた平行ビームにするための光学系が必要となり、光学系が複雑で、調整工程も多くなり、また小型化が困難といった問題があった。
【０００９】
あるいは、短距離用途においては、拡散光として、自動追尾機能を用いない構成も考えられるが、受信感度の点から、毎秒数百メガビット以上の高速信号伝送においては短距離用途においても、自動追尾機構が必要となる。高速通信は、ブロードバンド時代を迎え今後ますますその重要度が増加すると考えられているが、オフィス、家庭内といった用途では、小型化、低消費電力が必須であり、従来例の光空間伝送装置では、利用できないといった問題があった。
【００１０】
このように、本発明は上述した問題点を解決し、単純な光学系で構成され、小型、低消費電力で短距離から長距離の広い応用分野へ適用可能な光空間伝送装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光空間伝送装置は、自由空間で対向する被光空間伝送装置との間で光信号を伝送する光空間伝送装置であって、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの半導体発光素子、この半導体発光素子の出力光を前記被光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する送出レンズ系、前記半導体発光素子と前記送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーとを有する送信部と、入力する前記被光空間伝送装置からの受信光信号を集光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの光検出素子、前記受光レンズ系と前記光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する受信部と、前記受光レンズ系が受光した受信光信号が入力され、前記送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動し、または前記光検出素子で前記被光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラー可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラー又は前記第２のＭＥＭＳミラーの少なくとも一つに供給する追尾制御回路とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
または本発明の光空間伝送装置は、前記半導体発光素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記半導体発光素子から光を外部に発光することを特徴とするものである。
【００１３】
または本発明の光空間伝送装置は、前記光検出素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記光検出素子に外部からの光を導入することを特徴とするものである。
【００１４】
または本発明の光空間伝送装置は、前記窓部はレンズ機能を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
または本発明の光空間伝送システムは、自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、前記第１の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、入力する前記第２の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する第１の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子とを有する第１の受信部と、前記第１の受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、前記第２の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第２の半導体発光素子、この第２の半導体発光素子の出力光を前記第１の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第２の送出レンズ系とを有する送信部と、入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を集光する第２の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第２の光検出素子、前記第２の受光レンズ系と前記第２の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、前記第２の受光レンズ系が受光する受信光信号が入力され、前記第２の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路とを具備し、前記第１の光検出素子が前記第２の光検出素子よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
または本発明の光空間伝送システムは、自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、前記第１の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる情報を前記第２の空間伝送装置より受け取る情報受信部と、この情報受信部からの信号をもとに前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、前記第２の光空間伝送装置は、入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子、この第１の光検出素子より大きな受光面積を有し、前記第１の光検出素子の周囲に配置された複数の第２の光検出素子、前記第受光レンズ系と前記第１の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、前記受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路と、前記第２の光検出素子から得られた情報を前記第１の光空間伝送装置に送出する情報送出部とを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第２の光検出素子から得られた情報を光信号に変換する第２の半導体発光素子を有し、前記情報受信部は前記情報を受信する第３の光検出素子を有することを特徴とするものである。
【００１８】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電波で送信し、前記情報受信部は前記情報を電波で受信することを特徴とするものである。
【００１９】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電力線で送信し、前記情報受信部は前記情報を電力線で受信することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光空間伝送装置及び光空間伝送システムについて図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る第１の実施の形態を示す系統図であり、光空間伝送装置１００から送信される入力信号は送信回路１０１に入力し、半導体レーザ１０２を駆動して光信号に変換される。
【００２１】
半導体レーザ１０２から射出したレーザ光は第１のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー１０３により反射され、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、レンズ１０５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、対向する他の光空間伝送装置に出力する。
【００２２】
ここで、他の光空間伝送装置は光信号を送信又は受信できるものならば何れのものでもよく、ここでは説明は省略するが、例えば図１の光空間伝送装置１００と同様のものであってもよい。
【００２３】
第１のＭＥＭＳミラー１０３は例えば半導体上にミラーおよびアクチュエータあるいはその一部が形成されており、外部からの制御信号により、２軸方向の傾斜角度をかえることができるものである。
【００２４】
また、対向する他の光空間伝送装置から入射する光ビームは、レンズ１０５を通って偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、その一部はビームスプリッタ１０６を透過し角度検出部１０７に入力する。
【００２５】
角度検出部１０７は光検出素子として例えば４分割フォトディテクタで構成され、入力する光をもとに、各フォトディテクタからの信号を演算することにより、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置の光軸のなす角度に応じた信号を生成し、自動追尾制御回路１０８に出力する。
【００２６】
またビームスプリッタ１０６で反射された光は第１のＭＥＭＳミラー１０３と同様の構成の第２のＭＥＭＳミラー１０９でさらに反射され、光検出素子１１０に入射する。光検出素子１１０に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路１１１に出力し、受信回路１１１で受信信号として復元される。
【００２７】
自動追尾制御回路１０８は角度検出部１０７からの信号を基に、第１のＭＥＭＳミラー１０３および第２のＭＥＭＳミラー１０９を制御し、対向する光空間通信装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するように、また対向する光空間通信装置から入射する光ビームが光検出素子に入射するようにする。
【００２８】
本発明の光空間伝送装置では可動ミラー部分をＭＥＭＳミラーを用いているので、半導体レーザとＭＥＭＳミラーとの間を従来の可動ミラーを用いることより近接させることができる。したがって、半導体レーザと可動ミラーの間の光路長を短くすることができ、従来必要としていたレンズ等が必要なくなり装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
ＭＥＭＳミラーは１ｍｍ程度という微小のチップが可能であるため、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）の断面図に示すように、半導体レーザ、光検出素子などの光半導体素子とＭＥＭＳミラーを同一のパッケージに実装することにより、さらに装置の小型化、低コスト化に有用である。
【００３０】
図２（ａ）に示すように光半導体２０１が半導体レーザの場合、射出する光はＭＥＭＳミラー２０２に入射し、反射されて窓２０３を通って外部に出力する。光半導体２０１およびＭＥＭＳミラー２０２はパッケージ２０４に収容され、気密封止されている。信号入出力端子２０５は、光半導体２０１への信号入出力およびＭＥＭＳミラーの制御を行うための信号を入出力する。
【００３１】
また、図２（ｂ）では光半導体２０１とＭＥＭＳミラー２０２との間にミラー２０６を配置してＭＥＭＳミラー２０２の傾斜をゆるくしている。
【００３２】
また、図２（ｃ）の断面図に示すように、レンズ窓２０７を設け、このレンズ窓２０７から光を取り出すことも可能である。
【００３３】
なお、図２（ａ）乃至図２（ｃ）では光半導体としてレーザの場合を説明したが、光検出素子の場合も同様な構成となる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２の実施の形態を図３に示す。
【００３４】
この第２の実施の形態では、光ビームの角度制御を行うＭＥＭＳミラーを送信と受信で共通としているところが第１の実施の形態とは異なる。
【００３５】
光空間伝送装置３００で送信される入力信号は送信回路３１１に入力し、半導体レーザ３１２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ３１２から射出したレーザ光は偏光ビームスプリッタ３１３を通って、ＭＥＭＳミラー３１４で反射され、レンズ３１５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、対向する他の光空間伝送装置に出力する。
【００３６】
他の光空間伝送装置は光信号を送信又は受信できるものならば何れのものでもよく、ここでは説明は省略するが、例えば図３の光空間伝送装置３００と同様のものであってもよい。
【００３７】
一方対向する他の光空間伝送装置から入射する光ビームはレンズ３１５を通ってＭＥＭＳミラー３１４で反射され、偏光ビームスプリッタ３１３に入力する。偏光ビームスプリッタ３１３に入射した光は反射され、その一部はビームスプリッタ３１６を透過し、角度検出部３１７に入力する。
【００３８】
またビームスプリッタ３１６で反射された光は光検出素子３１８に入射する。光検出素子３１８に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路３１９に出力し、受信回路３１９で受信信号として復元される。
【００３９】
角度検出部３１７からの信号は自動追尾制御回路３１０に入力し、この自動追尾制御回路３１０では角度検出部３１７からの信号を基にＭＥＭＳミラー３１４を制御し、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するようにする。
【００４０】
この第２の実施例においても出力する光信号の光ビームを変更するミラーをＭＥＭＳミラーを持ちているので、装置の小型化を図ることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３の実施の形態を図４に示す。
【００４１】
この第３の実施の形態では信号の伝送方向が１方向の場合、あるいは１方向の伝送速度が、他方より低速である場合に対する適用例である。後者の場合、以下の説明では伝送信号のうち低速のもののみ低速伝送信号と呼んで区別することにする。
【００４２】
図４では第２の光空間伝送装置４２０から第１の光空間伝送装置４００へ伝送される伝送信号が低速である場合を示している。
【００４３】
第１の光空間伝送装置４００で送信される入力信号は送信回路４０１に入力し、半導体レーザ４０２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ４０２から射出したレーザ光はＭＥＭＳミラー４０３で反射され、偏光ビームスプリッタ４０４を通って、レンズ４０５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され出力する。
【００４４】
対向する第２の光空間伝送装置４２０から入射する光ビームは、レンズ４０５を通って偏光ビームスプリッタ４０４で反射され、角度検出部４０６に入力する。
【００４５】
角度検出部４０６からの信号は自動追尾制御回路４０７に入力し、角度検出部４０６からの信号を基に、ＭＥＭＳミラー４０３を制御し、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するようにした後、対向する第２の光空間伝送装置４２０に光ビームを出力する。
【００４６】
対向する第２の光空間伝送装置４２０からの信号は速度が遅いため、角度検出部４０６の受光径は大きな光受信素子を用いることができ、角度検出部４０６における４分割フォトディテクタからの信号を加算することにより受信信号を復元することができる。
【００４７】
一方、対向する第２の光空間伝送装置４２０に入射した光ビームはレンズ４０８を通って、偏光ビームスプリッタ４０９に入力する。偏光ビームスプリッタ４０９を透過した光は、ＭＥＭＳミラー４１０で反射され、光検出素子４１１に入力する。光検出素子４１１に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路４１２に出力し、受信回路４１２で受信信号として復元される。
【００４８】
また、自動追尾制御回路４１３は受信回路４１２からの信号を入力し、光検出素子４１１へ入力する光量が最大となるようにＭＥＭＳミラー４１０を制御する。
【００４９】
第２の光空間伝送装置で送信される入力信号は送信回路４１４に入力し、半導体レーザ４１５を駆動し、半導体レーザから射出した光は偏光ビームスプリッタ４０９で反射して、レンズ４０８より出力する。
【００５０】
第２の光空間伝送装置４２０で送信される信号は低速伝送信号であるので、半導体レーザ４１５はレンズ４０８の焦点距離よりレンズ４０８に近い位置に置かれ、レンズ４０８からの出力する光は拡散光となる。この低速伝送信号信号は第１の光空間伝送装置４００での受信は高感度で行えるため、拡散光とすることにより第２の光空間伝送装置４１０でのトラッキングを不要としている。
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４の実施の形態を図５に示す。
この実施の形態も第４の実施の形態と同様に信号の伝送方向が１方向の場合、あるいは１方向の伝送速度が、他方より低速である場合に対する適用例であり、低速伝送信号の光学系を分離することにより、信号伝送の光学系を単純化している。図５では第２の光空間伝送装置５２０から第１の光空間伝送装置５００へ伝送される伝送信号が低速である場合を示している。
【００５１】
第１の光空間伝送装置５００で送信される入力信号は送信回路５０１に入力し、半導体レーザ５０２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ５０２から射出したレーザ光は、ＭＥＭＳミラー５０３で反射され、レンズ５０４により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、出力する。
【００５２】
対向する第２の光空間伝送装置５２０から入射する光ビームは光検出素子５０５に入力する。光検出素子５０５に入力する光信号にはレンズ５０４から出力する光ビームの対向する第２の光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報が載せられている。光検出素子５０５に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路５０６に出力し、受信回路５０５で受信信号として復元される。ここで、光検出素子５０５と受信回路５０６は光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報を受信する情報受信部を構成している。
【００５３】
なお、対向する第２の光空間伝送装置５２０からの信号は速度が遅いため、光検出素子５０５の受光径は大きな光受信素子を用いることができ、光検出素子５０５における４分割フォトディテクタからの信号を加算することにより受信信号を復元することができる。
【００５４】
この受信回路５０６からの信号は自動追尾制御回路５０７に入力され、自動追尾制御回路５０７は受信した第２の光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報をもとに対向する第２の光空間伝送装置５２０に光ビームが出力するように、ＭＥＭＳミラー５０３を制御する。
【００５５】
一方、レンズ５０４から出力した光ビームは第２の光空間伝送装置５２０のレンズ５０８を通ってＭＥＭＳミラー５０９で反射され、第１の光検出素子５１０に入力する。この光ビームはビーム径がレンズ５０８の径より大きくなるように設定されている。また、レンズ５０８の周りは複数の第２の光検出素子が配置されており（この実施の形態では第２の光検出素子５１３−１及び第２の光検出素子５１３−２）、これら第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）にもレンズ５０４から出力した光ビームが入力する。
【００５６】
第１の光検出素子５１０に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路５１１に出力し、受信回路５１１で受信信号として復元される。
【００５７】
また、第１の光空間伝送装置５００から出力する光ビームは、ビーム径が第２の光空間伝送装置５２０のレンズ５０８の径より大きくなるように設定されているので、レンズ５０８の周りに配置された第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）ではレンズ５０４から出力する光ビームの一部を入力し、電気信号に変換して受信回路５１４に出力する。この受信回路５１４は第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）からの信号をもとにして得られるレンズ５０４から出力する光ビームのずれに関連する信号または、受信光量に関連する信号を得て送信回路５１５に出力する。さらに、送信回路５１５は半導体レーザ５１６を駆動し、光信号に変換して第１の光空間伝送装置５００に出力する。ここで、送信回路５１５と半導体レーザ５１６は第１の光空間伝送装置へ供給する光ビームのずれに関連する信号または、受信光量に関連する信号を送出する情報送出部を構成している。
【００５８】
すなわち、これはレンズ５０４から出力した光ビームが例えば第２の光検出素子５１３−１では受光でき、第２の光検出素子５１３−２では受光できない場合には、この光ビームがずれているという信号を第１の光空間伝送装置５００に送信するものである。
【００５９】
この実施の形態においても半導体レーザ５１６からの光は低速信号であり、この信号の第１の光空間伝送装置５００の受信は高感度で行えるため、拡散光とすることによりトラッキングを不要としている。
【００６０】
また、自動追尾回路５１２は受信回路５１４および受信回路５１１より信号を入力し、光検出素子５１０に入力する光量が最大となるようにＭＥＭＳミラー５０９を制御する。
【００６１】
つぎに、光伝送装置間で光軸が調整されていない場合の捕捉動作について説明する。第１の光空間伝送装置５００から第２の光空間伝送装置５２０へ光伝送する場合、第１の光空間伝送装置５００はＭＥＭＳミラー５０３をスキャンする。対向する第２の光空間伝送装置５２０の第２の光検出素子５１３−１又は第２の光検出素子５１３−２に光が入力すると、半導体レーザ５１６によりその情報を第１の光空間伝送装置５００に伝送する。第１の光空間伝送装置５００は低速伝送信号をもとに第２の光空間伝送装置５２０に光ビームが正しく出力するようにＭＥＭＳミラー５０３を制御する。
【００６２】
また、第２の光空間伝送装置５２０ではレンズ５０８に入射する光ビームとレンズ５０８の光軸のずれを補正するため、自動追尾回路５１２によりＭＥＭＳミラー５０９を制御する。以降は通常の自動追尾動作になる。
【００６３】
なお、第２の光検出素子５０５、５１３へはレンズを介さずに光を入力したが、感度を上げる場合にはレンズを入れることも可能である。
【００６４】
また、第２の光検出素子５１３からの信号をもとにして得られる第１の光空間伝送装置５００のレンズ５０４から出力する光ビームのずれに関連する信号または受信光量に関連する信号は半導体レーザ５１６を用いて拡散光で第１の光空間伝送装置５００に信号伝送したが、電波や電力線を用いることも可能である。
【００６５】
なお、前述の第１乃至第４の実施の形態においては、送信の光源として半導体レーザを用いた例を示したが、ＬＥＤを用いることも可能である。
【００６６】
また、第１乃至第３の実施の形態においては送信光ビームと受信光ビームを同じ光路とするため偏光ビームスプリッタを用いたが、自装置と対向する装置の間で互いに送信する光ビームの波長を変え、偏光ビームスプリッタのかわりに光学フィルタを用いることも可能である。偏光ビームスプリッタの場合は送信と受信で偏光が互いに直交するように調整する必要があるが、波長フィルタの場合その必要はなくなる。
【００６７】
なお、第１乃至第４の実施の形態ではＭＥＭＳミラーに対して半導体レーザや光検出素子はそれぞれ１つづつ対応した構成になっているが、画像伝送などへの適用を考えると、ＭＥＭＳミラーは１つでＲＧＢそれぞれを個別に伝送（アレイ上のレーザなどの適用）する場合もあり、ＭＥＭＳミラーは１つで半導体レーザや光検出素子は複数対応する構成も考えられる。
【００６８】
このように第１乃至第４の実施の形態で説明したように、本発明によれば、耐久性に優れ、小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置を提供することが可能である。したがって、従来は困難であり、またブロードバンド時代を迎え今後ますますその重要度が増加すると考えられている家庭内、オフィスなどの短距離高速データ通信用途も含め広い範囲にわたって適用できる光空間伝送装置を提供することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動ミラーとしてＭＥＭＳミラーを用いることにより小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置及び光空間伝送システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光空間伝送装置を示す系統図
【図２】本発明の光空間伝送装置を構成するＭＥＭＳミラーを示す断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光空間伝送装置を示す系統図
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光空間伝送システムを示す系統図
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る光空間伝送システムを示す系統図
【符号の説明】
１００，３００・・・・・・・光空間伝送装置
４００，５００・・・・・・・第１の光空間伝送装置
４２０，５２０・・・・・・・第２の光空間伝送装置
１０１，３１１，４０１，４１４，５０１，５１５・・・・・送信回路
１０２，３１２，４０２，４１５，５０２，５１６・・・・・半導体レーザ
１０３・・・・・・・・・・・第１のＭＥＭＳミラー
１０９・・・・・・・・・・・第２のＭＥＭＳミラー
３１４，４０３，４１０，５０３，５０９・・・・・・・・・ＭＥＭＳミラー
１０４，４０４，４０９・・・偏向ビームスプリッタ
１０５，３１５，４０５，４０８，５０４，５０８・・・・・レンズ
１０６，３１６・・・・・・・ビームスプリッタ
１０７，３１７，４０６・・・角度検出部
１０８，３１０，４０７，４１３，５０７，５１２・・・・・自動追尾制御回路１１０，３１８，４１１，５０５・・・・・・・・・・・・・光検出素子
５１０・・・・・・・・・・・第１の光検出素子
５１３−１，５１３−２・・・第２の光検出素子
１１１，３１９，４１２，５０６，５１１，５１４・・・・・受信回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical space transmission apparatus and an optical space transmission system for performing optical communication between two distant points via free space.
[0002]
[Prior art]
Optical space communication, which transmits optical signals through free space, is capable of high-speed and large-capacity transmission of optical communication, and is also used in areas where the use of radio waves is restricted, laying optical fibers, etc. This has the advantage that a communication path can be easily established without large-scale construction as described above.
[0003]
In general, in an optical space communication device, the transmission direction of the light beam is controlled by controlling the transmission direction of the light beam so that the light beam does not deviate from the communication device and communication can be continued even under the influence of the tilt of the communication device or vibration applied to the communication device. I am tracking.
[0004]
The automatic tracking function in the optical free space communication device is described in, for example, “Optical free space communication device” in Patent Document 1. In this optical space transmission device, a signal to be transmitted is converted into an optical signal by a light emitting element such as a semiconductor laser, and then an optical signal emitted from the light emitting element is once converted into parallel light by a lens and passed through a polarizing beam splitter. Is reflected by a movable mirror. The light beam reflected by the movable mirror is converted into a light beam having a predetermined diameter and a divergent angle by a plurality of lenses, and is output to the facing communication device.
[0005]
On the other hand, the incident light beam input from the facing communication device passes through the lens, is reflected by the movable mirror, and is input to the polarization beam splitter. The light beam that has entered the polarization beam splitter is reflected by the polarization beam splitter, passes through the splitter and the lens, is input to the photodetector to extract a received signal, and is partially input to the automatic tracking control circuit. The automatic tracking control circuit outputs a control signal to the variable mirror driver (actuator) based on the signal from the photodetector, and the optical path of the light beam entering from the opposing communication device matches the optical path of the light beam exiting from the own device. To control the movable mirror.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-136190 (page 3, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, since the movable mirror and the actuator for driving the movable mirror are constituted by mechanical components, there is a problem in durability, difficulty in downsizing, and large power consumption.
[0008]
Alternatively, for long-distance transmission, it is necessary to increase the light beam diameter in order to reduce the effects of beam spread due to diffraction, weather, and other obstacles. When the movable mirror for the automatic tracking control is enlarged, there is a problem that the response speed is reduced. Therefore, a movable mirror having a size having a sufficient response speed is arranged between the semiconductor laser, the photodetector, the angle detection unit, and the lens in the device input / output unit, and a sufficient optical path length for biaxial adjustment. Need to be secured. Therefore, an optical system for forming a parallel beam according to the size of the mirror is required, and the optical system is complicated, the number of adjustment steps is increased, and miniaturization is difficult.
[0009]
Alternatively, for short-distance applications, a configuration that does not use the automatic tracking function as diffused light may be considered.However, from the viewpoint of reception sensitivity, in high-speed signal transmission of several hundred megabits per second or more, even for short-distance applications, the automatic tracking mechanism Is required. High-speed communication is considered to become more and more important in the broadband era, but in applications such as offices and homes, miniaturization and low power consumption are indispensable. There was a problem that it could not be used.
[0010]
As described above, the present invention solves the above-mentioned problems, and provides an optical space transmission apparatus which is configured with a simple optical system, is small, has low power consumption, and is applicable to a wide range of applications from short distance to long distance. The purpose is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical space transmission device of the present invention is an optical space transmission device for transmitting an optical signal to and from an opposing optical space transmission device in free space, and converts an input electric signal into an optical signal. At least one semiconductor light-emitting element for conversion, a transmission lens system for converting output light of the semiconductor light-emitting element into a transmission optical signal for transmission to the light-transmitted spatial transmission device, and a transmission lens system between the semiconductor light-emitting element and the transmission lens system. A transmitting unit having a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror for changing a transmitting direction of the transmitting optical signal to be transmitted; a light receiving lens system for condensing an input receiving optical signal from the light receiving spatial transmission device; At least one photodetector for converting the received light signal received by the light receiving lens system into an electric signal, the light receiving lens system and the light detection A receiving section having a second MEMS mirror for changing a transmission direction of the received reception optical signal to be received, a reception optical signal received by the light receiving lens system being input, and transmitting the transmission optical system by the transmission lens system. The first MEMS mirror is moved to change an optical path so that an optical signal is incident on the optically transmitted spatial transmission device, or a received optical signal from the optically transmitted spatial transmission device is incident on the optical detection element. And a tracking control circuit for supplying a control signal for moving the second MEMS mirror to at least one of the first MEMS mirror and the second MEMS mirror to change an optical path. Is what you do.
[0012]
Alternatively, in the space optical transmission device according to the present invention, the semiconductor light emitting element and the MEMS mirror may be hermetically sealed in one container, and emit light from the semiconductor light emitting element to the outside through a window provided in the container. It is a feature.
[0013]
Alternatively, in the spatial light transmission device according to the present invention, the photodetector and the MEMS mirror are hermetically sealed in one container, and external light is introduced into the photodetector through a window provided in the container. It is characterized by the following.
[0014]
Alternatively, the optical space transmission apparatus according to the present invention is characterized in that the window has a lens function.
[0015]
Alternatively, the space optical transmission system of the present invention transmits an optical signal between a first space optical transmission device and a second space optical transmission device which oppose each other in free space, and transmits the first space optical signal from the second space optical transmission device. An optical space transmission system in which an optical signal transmitted to a transmission device is lower in speed than an optical signal transmitted from a first space transmission device to a second space optical transmission device, wherein the first space optical transmission device is used. Converts at least one first semiconductor light emitting element for converting an input electric signal into an optical signal, and converts an output light of the first semiconductor light emitting element into a transmission light signal for transmitting to the second space optical transmission device. A first transmission lens system, and a MEMS mirror between the first semiconductor light emitting element and the first transmission lens system, the MEMS mirror changing a transmission direction of the transmission optical signal to be transmitted. And the input second optical space transmission A first light receiving lens system for receiving a received light signal from the device, and a first light detecting element for converting the received light signal received by the second light receiving lens system into an electric signal; Receiving section, and a receiving optical signal transmitted by the first light receiving lens system is input, and an optical path is changed so that a transmitting optical signal of the first transmitting lens system is incident on the spatial light transmission device. And a first tracking control circuit for supplying a control signal for moving the first MEMS mirror to the first MEMS mirror, wherein the second optical space transmission device converts the input electric signal into an optical signal. At least one second semiconductor light-emitting element for conversion, and a second transmission lens system for converting output light of the second semiconductor light-emitting element into a transmission light signal for transmission to the first optical space transmission device. And the input unit A second light receiving lens system for condensing a received light signal from the first optical free space transmission device, and at least one second for converting the received light signal received by the second light receiving lens system into an electric signal; A second receiving unit having a light detecting element, a second MEMS mirror disposed between the second light receiving lens system and the second light detecting element, and configured to change a transmission direction of the received light signal to be received; A receiving optical signal received by the second light receiving lens system is input, and the second optical detection element changes an optical path so that a receiving optical signal from the first optical space transmission device enters. A second tracking control circuit for supplying a control signal for moving the second MEMS mirror to the second MEMS mirror, wherein the first light detection element is larger than the second light detection element It is characterized by the following.
[0016]
Alternatively, the space optical transmission system of the present invention transmits an optical signal between a first space optical transmission device and a second space optical transmission device which oppose each other in free space, and transmits the first space optical signal from the second space optical transmission device. An optical space transmission system in which an optical signal transmitted to a transmission device is lower in speed than an optical signal transmitted from a first space transmission device to a second space optical transmission device, wherein the first space optical transmission device is used. Converts at least one first semiconductor light emitting element for converting an input electric signal into an optical signal, and converts an output light of the first semiconductor light emitting element into a transmission light signal for transmitting to the second space optical transmission device. A first transmission lens system, and a MEMS mirror between the first semiconductor light emitting element and the first transmission lens system, the MEMS mirror changing a transmission direction of the transmission optical signal to be transmitted. And transmission of the first transmission lens system. An information receiving unit for receiving information for moving the first MEMS mirror from the second spatial transmission device to change an optical path so that an optical signal is incident on the optically transmitted spatial transmission device; And a first tracking control circuit for supplying a control signal for moving the first MEMS mirror to the first MEMS mirror on the basis of the above-mentioned signal. A light receiving lens system for receiving a light signal received from the first optical space transmission device, at least one first light detecting element for converting the received light signal received by the light lens system into an electric signal, A plurality of second light detection elements disposed around the first light detection element, and a plurality of second light detection elements disposed between the first light detection element and the first light detection element. Before receiving light A second receiving unit having a second MEMS mirror for changing a transmission direction of a received optical signal, and a received optical signal transmitted by the light receiving lens system are input, and the first photodetector detects the first optical signal. A second tracking control circuit that supplies a control signal for moving the second MEMS mirror to the second MEMS mirror to change an optical path so that a reception optical signal from the optical space transmission apparatus is incident; An information transmission unit for transmitting information obtained from the second light detection element to the first optical free space transmission device.
[0017]
Alternatively, in the optical free space transmission system according to the present invention, the information transmitting unit includes a second semiconductor light emitting element that converts information obtained from the second photodetector into an optical signal, and the information receiving unit includes the information receiving unit. And a third photodetector for receiving the light.
[0018]
Alternatively, in the spatial light transmission system of the present invention, the information transmitting unit transmits information obtained from the second photodetector by radio waves, and the information receiving unit receives the information by radio waves. Things.
[0019]
Alternatively, in the spatial light transmission system of the present invention, the information transmitting unit transmits information obtained from the second photodetector on a power line, and the information receiving unit receives the information on a power line. Things.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an optical space transmission apparatus and an optical space transmission system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of the present invention. An input signal transmitted from a free-space optical transmission device 100 is input to a transmission circuit 101, and a
[0021]
The laser light emitted from the
[0022]
Here, the other optical space transmission device may be any device as long as it can transmit or receive an optical signal, and the description is omitted here. For example, it is the same as the optical space transmission device 100 of FIG. Is also good.
[0023]
The first MEMS mirror 103 has, for example, a mirror and an actuator or a part thereof formed on a semiconductor, and can change a tilt angle in two axial directions by an external control signal.
[0024]
A light beam incident from another opposing optical space transmission device passes through a
[0025]
The angle detection unit 107 is formed of, for example, a four-segment photodetector as a light detection element, and calculates a signal from each photodetector based on the input light, so that the light beam incident from the opposing optical space transmission device and the own device can be used. A signal corresponding to the angle formed by the optical axis is generated and output to the automatic tracking control circuit 108.
[0026]
The light reflected by the
[0027]
The automatic tracking control circuit 108 controls the first MEMS mirror 103 and the
[0028]
In the space optical transmission device of the present invention, since the movable mirror portion uses the MEMS mirror, the distance between the semiconductor laser and the MEMS mirror can be made closer to each other than by using the conventional movable mirror. Therefore, the optical path length between the semiconductor laser and the movable mirror can be shortened, and a lens and the like which are conventionally required are not required, and the device can be downsized.
[0029]
Since the MEMS mirror can be a small chip of about 1 mm, for example, as shown in the cross-sectional views of FIGS. 2A and 2B, an optical semiconductor element such as a semiconductor laser and a photodetector and a MEMS mirror are used. By mounting them in the same package, it is useful to further reduce the size and cost of the device.
[0030]
As shown in FIG. 2A, when the optical semiconductor 201 is a semiconductor laser, the emitted light enters the
[0031]
In FIG. 2B, a
[0032]
Further, as shown in the sectional view of FIG. 2C, a lens window 207 can be provided, and light can be extracted from the lens window 207.
[0033]
2A to 2C illustrate the case where a laser is used as the optical semiconductor, the same configuration applies to the case of a photodetector.
(Second embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention is shown in FIG.
[0034]
The second embodiment is different from the first embodiment in that a MEMS mirror for controlling the angle of a light beam is shared between transmission and reception.
[0035]
The input signal transmitted by the optical free space transmission device 300 is input to the transmission circuit 311 and is driven by the semiconductor laser 312 to be converted into an optical signal. Laser light emitted from the semiconductor laser 312 passes through the polarizing beam splitter 313, is reflected by the
[0036]
The other optical space transmission device may be any device as long as it can transmit or receive an optical signal, and the description is omitted here. For example, it may be the same as the optical space transmission device 300 in FIG.
[0037]
On the other hand, a light beam incident from another opposing optical space transmission device passes through a lens 315 and is reflected by a
[0038]
The light reflected by the
[0039]
The signal from the angle detection unit 317 is input to the automatic tracking control circuit 310, and the automatic tracking control circuit 310 controls the
[0040]
Also in the second embodiment, since the mirror for changing the light beam of the output optical signal has the MEMS mirror, the size of the device can be reduced.
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention is shown in FIG.
[0041]
The third embodiment is an application example in the case where the signal transmission direction is one direction or the case where the transmission speed in one direction is lower than the other. In the latter case, in the following description, only low-speed transmission signals will be referred to as low-speed transmission signals to distinguish them.
[0042]
FIG. 4 shows a case where the transmission signal transmitted from the second free space optical transmission device 420 to the first free space optical transmission device 400 is low speed.
[0043]
An input signal transmitted by the first optical free space transmission apparatus 400 is input to a transmission circuit 401 and is driven by a semiconductor laser 402 to be converted into an optical signal. The laser light emitted from the semiconductor laser 402 is reflected by the MEMS mirror 403, passes through the polarizing beam splitter 404, is converted by the lens 405 into a light beam having a predetermined diameter and a divergent angle, and is output.
[0044]
The light beam incident from the opposing second space optical transmission device 420 passes through the lens 405, is reflected by the polarization beam splitter 404, and enters the angle detection unit 406.
[0045]
The signal from the angle detecting unit 406 is input to the automatic tracking control circuit 407, and based on the signal from the angle detecting unit 406, the MEMS mirror 403 is controlled, and the light beam entering from the opposing optical space transmission device and After the optical paths of the emitted light beams are made to coincide with each other, the light beam is output to the opposing second space optical transmission device 420.
[0046]
Since the signal from the opposing second space optical transmission device 420 has a low speed, a light receiving element having a large light receiving diameter of the angle detection unit 406 can be used, and the signals from the four-divided photodetector in the angle detection unit 406 are added. By doing so, the received signal can be restored.
[0047]
On the other hand, the light beam incident on the opposing second space optical transmission device 420 passes through the lens 408 and enters the polarization beam splitter 409. The light transmitted through the polarizing beam splitter 409 is reflected by the MEMS mirror 410 and enters the light detecting element 411. The light incident on the light detection element 411 is converted into an electric signal, and then output to the receiving circuit 412, where the light is restored as a received signal.
[0048]
Further, the automatic tracking control circuit 413 receives a signal from the receiving circuit 412 and controls the MEMS mirror 410 so that the amount of light input to the photodetector 411 is maximized.
[0049]
An input signal transmitted by the second optical space transmission apparatus is input to a transmission circuit 414, drives a semiconductor laser 415, and light emitted from the semiconductor laser is reflected by a polarization beam splitter 409 and output from a lens 408.
[0050]
Since the signal transmitted by the second spatial light transmission device 420 is a low-speed transmission signal, the semiconductor laser 415 is placed at a position closer to the lens 408 than the focal length of the lens 408, and the light output from the lens 408 is diffused light. It becomes. Since the low-speed transmission signal can be received with high sensitivity by the first free-space optical transmission device 400, tracking by the second free-space optical transmission device 410 is unnecessary by using diffused light.
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment according to the present invention is shown in FIG.
This embodiment is also an application example in the case where the signal transmission direction is one direction, or the case where the transmission speed in one direction is lower than the other, as in the fourth embodiment. , The optical system for signal transmission is simplified. FIG. 5 illustrates a case where the transmission signal transmitted from the second free space optical transmission device 520 to the first free space optical transmission device 500 is low speed.
[0051]
An input signal transmitted by the first optical free space transmission device 500 is input to a transmission circuit 501 and is driven by the semiconductor laser 502 to be converted into an optical signal. Laser light emitted from the semiconductor laser 502 is reflected by the MEMS mirror 503, converted into a light beam having a predetermined diameter and a divergent angle by the lens 504, and output.
[0052]
The light beam incident from the opposing second space optical transmission device 520 enters the light detection element 505. The optical signal input to the photodetector 505 contains information on the amount of light received by the second optical space transmission device 520 facing the light beam output from the lens 504. The light incident on the light detection element 505 is converted into an electric signal, and then output to the receiving circuit 506, where the light is restored as a received signal. Here, the light detecting element 505 and the receiving circuit 506 constitute an information receiving unit that receives information on the amount of received light in the optical space transmission device 520.
[0053]
Since the speed of the signal from the opposing second space optical transmission device 520 is low, a light receiving element having a large light receiving diameter of the light detecting element 505 can be used, and the signal from the quadrant photodetector in the light detecting element 505 can be used. Is added, the received signal can be restored.
[0054]
The signal from the receiving circuit 506 is input to the automatic tracking control circuit 507, and the automatic tracking control circuit 507 receives the signal based on the received information on the amount of received light in the second optical space transmission device 520, and transmits the signal to the opposing second optical space transmission apparatus. The MEMS mirror 503 is controlled so that a light beam is output to the device 520.
[0055]
On the other hand, the light beam output from the lens 504 is reflected by the MEMS mirror 509 through the lens 508 of the second space optical transmission device 520, and is input to the first light detection element 510. This light beam is set so that the beam diameter is larger than the diameter of the lens 508. Further, a plurality of second light detecting elements are arranged around the lens 508 (the second light detecting element 513-1 and the second light detecting element 513-2 in this embodiment). The light beam output from the lens 504 is also input to the photodetector elements (513-1, 513-2).
[0056]
The light that has entered the first light detection element 510 is converted into an electric signal and then output to the receiving circuit 511, where the light is restored as a received signal.
[0057]
The light beam output from the first free space optical transmission device 500 is arranged around the lens 508 because the beam diameter is set to be larger than the diameter of the lens 508 of the second free space optical transmission device 520. In the second light detection elements (513-1, 513-2), a part of the light beam output from the lens 504 is input, converted into an electric signal, and output to the receiving circuit 514. The receiving circuit 514 relates to a signal related to a shift of a light beam output from the lens 504 obtained based on a signal from the second photodetector (513-1, 513-2), or related to a received light amount. The signal is obtained and output to the transmission circuit 515. Further, the transmission circuit 515 drives the semiconductor laser 516, converts the signal into an optical signal, and outputs the optical signal to the first optical space transmission apparatus 500. Here, the transmission circuit 515 and the semiconductor laser 516 constitute an information transmission unit that transmits a signal related to a shift of a light beam supplied to the first optical space transmission device or a signal related to a received light amount.
[0058]
That is, when the light beam output from the lens 504 can be received by, for example, the second light detection element 513-1 and cannot be received by the second light detection element 513-2, the light beam is deviated. A signal is transmitted to the first free-space optical transmission apparatus 500.
[0059]
Also in this embodiment, the light from the semiconductor laser 516 is a low-speed signal, and the signal can be received by the first optical space transmission device 500 with high sensitivity. Therefore, tracking is not required by using diffused light.
[0060]
Further, the automatic tracking circuit 512 receives signals from the receiving circuits 514 and 511 and controls the MEMS mirror 509 so that the amount of light input to the photodetector 510 is maximized.
[0061]
Next, a capturing operation when the optical axis is not adjusted between the optical transmission devices will be described. When transmitting light from the first free space optical transmission device 500 to the second free space optical transmission device 520, the first free space optical transmission device 500 scans the MEMS mirror 503. When light is input to the second photodetector 513-1 or the second photodetector 513-2 of the opposing second optical space transmission device 520, the information is transmitted by the semiconductor laser 516 to the first optical space transmission device. 500. The first free-space optical transmission device 500 controls the MEMS mirror 503 based on the low-speed transmission signal so that the light beam is correctly output to the second free-space optical transmission device 520.
[0062]
In the second optical space transmission device 520, the MEMS mirror 509 is controlled by the automatic tracking circuit 512 in order to correct a shift between the light beam incident on the lens 508 and the optical axis of the lens 508. Thereafter, the normal automatic tracking operation is performed.
[0063]
Although light is input to the second light detection elements 505 and 513 without passing through a lens, a lens can be inserted to increase the sensitivity.
[0064]
A signal related to a shift of a light beam output from the lens 504 of the first optical space transmission device 500 or a signal related to a received light amount, which is obtained based on a signal from the second light detection element 513, is a semiconductor. Although the signal is transmitted to the first optical space transmission device 500 with the diffused light using the laser 516, it is also possible to use a radio wave or a power line.
[0065]
In the above-described first to fourth embodiments, an example is described in which a semiconductor laser is used as a light source for transmission, but an LED may be used.
[0066]
Further, in the first to third embodiments, the polarization beam splitter is used in order to make the transmission light beam and the reception light beam have the same optical path. And it is also possible to use an optical filter instead of the polarizing beam splitter. In the case of a polarization beam splitter, it is necessary to adjust the polarization so that transmission and reception are orthogonal to each other, but in the case of a wavelength filter, this need is eliminated.
[0067]
In the first to fourth embodiments, the semiconductor laser and the photodetector are each configured to correspond to the MEMS mirror one by one. However, considering application to image transmission and the like, the MEMS mirror is In some cases, one RGB may be individually transmitted (application of a laser on an array or the like), and a configuration in which one MEMS mirror is used and a plurality of semiconductor lasers and photodetectors are used may be considered.
[0068]
As described in the first to fourth embodiments as described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical space transmission device that is excellent in durability, small in size, consumes low power, and can realize high-speed data communication. It is possible. Therefore, an optical space transmission device that can be applied over a wide range including short-distance, high-speed data communication applications such as homes and offices, which is considered to be difficult in the past and is expected to increase in importance in the broadband era in the future, is expected. Can be provided.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical space transmission apparatus and an optical space transmission system that can realize high-speed data communication with small size, low power consumption, by using a MEMS mirror as a movable mirror. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an optical space transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a MEMS mirror included in the free-space optical transmission device of the present invention.
FIG. 3 is a system diagram showing an optical free space transmission apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a system diagram showing an optical space transmission system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a system diagram showing an optical space transmission system according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100, 300... Optical space transmission device
400, 500... First optical space transmission apparatus
420, 520... Second optical space transmission apparatus
101, 311, 401, 414, 501, 515... Transmission circuit
102, 312, 402, 415, 502, 516 ... semiconductor laser
103 ・ ・ ・ First MEMS mirror
109 ・ ・ ・ Second MEMS mirror
314, 403, 410, 503, 509 MEMS mirror
104, 404, 409 ... deflection beam splitter
105, 315, 405, 408, 504, 508 ... lens
106,316... Beam splitter
107, 317, 406 ··· Angle detector
108, 310, 407, 413, 507, 512 ... automatic tracking control circuit 110, 318, 411, 505 ... photodetector
510 ・ ・ ・ First photodetector
513-1, 513-2 ... second photodetector
111, 319, 412, 506, 511, 514 ······ Reception circuit
Claims (9)
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの半導体発光素子、この半導体発光素子の出力光を前記被光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する送出レンズ系、前記半導体発光素子と前記送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する送信部と、入力する前記被光空間伝送装置からの受信光信号を集光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの光検出素子、前記受光レンズ系と前記光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する受信部と、
前記受光レンズ系が受光した受信光信号が入力され、前記送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーを可動し、または前記光検出素子で前記被光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラー可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラー又は前記第２のＭＥＭＳミラーの少なくとも一つに供給する追尾制御回路とを具備することを特徴とする
光空間伝送装置。An optical space transmission device for transmitting an optical signal between an optically transmitted space transmission device facing in free space,
At least one semiconductor light-emitting element that converts an input electric signal into an optical signal, a transmission lens system that converts an output light of the semiconductor light-emitting element into a transmission light signal for transmitting the light-transmitted space transmission device, the semiconductor light-emitting element, A transmitting unit between the transmitting lens system and a MEMS mirror for changing a transmitting direction of the transmitting optical signal to be transmitted, and a light receiving lens system for condensing an input receiving optical signal from the light-transmitted spatial transmission device At least one photodetector for converting the received optical signal received by the light receiving lens system into an electric signal, and between the light receiving lens system and the photodetector, changing a transmission direction of the received optical signal received. A receiving unit having a second MEMS mirror,
The first MEMS (Micro Electro Mechanical System) for changing the optical path so that the received light signal received by the light receiving lens system is input and the outgoing light signal of the outgoing lens system is incident on the spatial light transmission device. A control signal for moving the second MEMS mirror so as to move a mirror or change an optical path so that a light receiving signal from the spatial light receiving device is incident on the light detecting element; Or a tracking control circuit for supplying the tracking control circuit to at least one of the second MEMS mirrors.
前記第１の光空間伝送装置は、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、
入力する前記第２の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する第１の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子とを有する第１の受信部と、
前記第１の受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、
前記第２の光空間伝送装置は、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第２の半導体発光素子、この第２の半導体発光素子の出力光を前記第１の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第２の送出レンズ系とを有する送信部と、
入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を集光する第２の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第２の光検出素子、
前記第２の受光レンズ系と前記第２の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、
前記第２の受光レンズ系が受光する受信光信号が入力され、前記第２の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路とを具備し、
前記第１の光検出素子が前記第２の光検出素子よりも大きいことを特徴とする光空間伝送システム。An optical signal is transmitted between the first space optical transmission device and the second space optical transmission device facing each other in free space, and the optical signal transmitted from the second space transmission device to the first space optical transmission device is the first space optical transmission device. An optical space transmission system that is lower-speed transmission than an optical signal transmitted from the space transmission device to the second optical space transmission device,
The first optical space transmission device includes:
At least one first semiconductor light-emitting element for converting an input electric signal into an optical signal, and a second semiconductor light-emitting element for converting output light of the first semiconductor light-emitting element into a transmission light signal for transmission to the second optical space transmission device. A first transmission unit having a first transmission lens system, a MEMS mirror disposed between the first semiconductor light emitting element and the first transmission lens system, and configured to change a transmission direction of the transmission optical signal to be transmitted;
A first light receiving lens system for receiving an input received optical signal from the second optical free space transmission apparatus, and at least one first optical system for converting the received optical signal received by the second light receiving lens system into an electric signal; A first receiving unit having a photodetecting element of
The first light receiving lens system receives a received optical signal, and the first light transmitting lens system transmits the first optical signal to change the optical path so as to be incident on the spatial light transmission device. A first tracking control circuit that supplies a control signal for moving a MEMS mirror to the first MEMS mirror,
The second optical space transmission device includes:
At least one second semiconductor light emitting element for converting an input electric signal into an optical signal, and a second semiconductor light emitting element for converting output light of the second semiconductor light emitting element into a transmission light signal for transmitting to the first optical space transmission device. A transmission unit having two transmission lens systems;
A second light receiving lens system for condensing a received light signal from the first optical space transmission device to be input, and at least one first light for converting the received light signal received by the second light receiving lens system into an electric signal; 2, a photodetector,
A second MEMS mirror between the second light receiving lens system and the second light detecting element, the second MEMS mirror having a second MEMS mirror for changing a transmission direction of the received reception light signal;
A received light signal received by the second light receiving lens system is input, and the second light detection element is used to change an optical path so that a received light signal from the first spatial light transmission device is incident. A second tracking control circuit for supplying a control signal for moving a second MEMS mirror to the second MEMS mirror,
An optical space transmission system, wherein the first light detecting element is larger than the second light detecting element.
前記第１の光空間伝送装置は、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、
前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる情報を前記第２の空間伝送装置より受け取る情報受信部と、
この情報受信部からの信号をもとに前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、
前記第２の光空間伝送装置は、
入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子、この第１の光検出素子より大きな受光面積を有し、前記第１の光検出素子の周囲に配置された複数の第２の光検出素子、前記第受光レンズ系と前記第１の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、
前記受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路と、
前記第２の光検出素子から得られた情報を前記第１の光空間伝送装置に送出する情報送出部とを具備する
ことを特徴とする光空間伝送システム。An optical signal is transmitted between the first space optical transmission device and the second space optical transmission device facing each other in free space, and the optical signal transmitted from the second space transmission device to the first space optical transmission device is the first space optical transmission device. An optical space transmission system that is lower-speed transmission than an optical signal transmitted from the space transmission device to the second optical space transmission device,
The first optical space transmission device includes:
At least one first semiconductor light-emitting element for converting an input electric signal into an optical signal, and a second semiconductor light-emitting element for converting output light of the first semiconductor light-emitting element into a transmission light signal for transmission to the second optical space transmission device. A first transmission unit having a first transmission lens system, a MEMS mirror disposed between the first semiconductor light emitting element and the first transmission lens system, and configured to change a transmission direction of the transmission optical signal to be transmitted;
Information received from the second spatial transmission device for moving the first MEMS mirror to change the optical path so that the transmitted optical signal of the first transmission lens system is incident on the spatial light transmission device. A receiving unit,
A first tracking control circuit that supplies a control signal for moving the first MEMS mirror to the first MEMS mirror based on a signal from the information receiving unit;
The second optical space transmission device includes:
A light receiving lens system for receiving a received optical signal from the first optical space transmission apparatus to be input, at least one first light detecting element for converting the received optical signal received by the light receiving lens system into an electric signal, A plurality of second light detecting elements having a light receiving area larger than the first light detecting element and arranged around the first light detecting element, the first light detecting lens system, and the first light detecting element; A second receiving unit having a second MEMS mirror for changing a transmission direction of the received optical signal to be received,
The second optical signal is received by the light receiving lens system, and the second optical path is changed by the first photodetector so that the optical signal from the first optical space transmission device is incident. A second tracking control circuit for supplying a control signal for moving a MEMS mirror to the second MEMS mirror;
An information transmission unit for transmitting information obtained from the second photodetector to the first optical space transmission device.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103430464A (en) * | 2010-12-21 | 2013-12-04 | 英特尔公司 | Rack to rack optical communication |
| US10069563B2 (en) | 2016-03-18 | 2018-09-04 | Nec Corporation | Optical module and optical transmission system |
| CN114721097A (en) * | 2021-01-04 | 2022-07-08 | 苏州旭创科技有限公司 | Optical receiving assembly, control method and optical module |
-
2002
- 2002-08-14 JP JP2002236433A patent/JP2004080253A/en active Pending
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| JP2014506040A (en) * | 2010-12-21 | 2014-03-06 | インテル・コーポレーション | Optical communication between racks |
| US10069563B2 (en) | 2016-03-18 | 2018-09-04 | Nec Corporation | Optical module and optical transmission system |
| CN114721097A (en) * | 2021-01-04 | 2022-07-08 | 苏州旭创科技有限公司 | Optical receiving assembly, control method and optical module |
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