JP2006203601A

JP2006203601A - 空間光伝送システム、光送信装置及び光受信装置

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Publication number: JP2006203601A
Application number: JP2005013589A
Authority: JP
Inventors: Tomomoto Yazaki; 智基矢崎; Masashi Usami; 正士宇佐見
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP4462048B2

Abstract

【課題】光空間伝送で高速データ伝送を実現する。
【解決手段】
光送信装置１０のレーザダイオード１２は、光軸調整光又は信号光を出力する。ビーム広がり角制御装置１８は、送信制御装置２０の制御下で、光軸調整光に対してはビーム広がり角が広くなるように投射光学系１６を制御し、信号光に対してはビーム広がり角が狭くなるように、投射光学系１６を制御する。光軸調整光は、光受信装置１０において、光軸調整装置４２を介してハーフミラー４４に入射する。ハーフミラー４４は、入射光軸調整光を２分割し、一方を信号光を受光する受光素子（ＰＤ）４６に、他方を光軸調整のための受光素子アレイ４８に供給する。光軸制御装置５０は、受光素子アレイ４８の出力を比較することで、光軸調整光の中心がどこに位置するかを判別し、光軸調整光の中心が受光素子４６に入射するように、光軸調整装置４２で光軸調整光の光軸を横方向に調整する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、空間光伝送システム、光送信装置及び光受信装置に関し、より具体的には、光送信装置と光受信装置との間の光軸調整を容易にした空間光伝送空間光伝送システム、並びにそのための光送信装置及び光受信装置に関する。

携帯電話又は携帯情報処理装置（ＰＤＡ）等の携帯端末に蓄積した画像データ、アドレスデータ又はスケジュールデータ等を外部に送信する方法として、非接触のデータ通信方式が有望である。中でも最も普及している方式の一つが、伝送速度が１００ｋｂｉｔ／ｓ〜４Ｍｂｉｔ／ｓの赤外線を用いたＩｒＤＡである。この方式における光信号の受光角度は±１５°と比較的広いので、互いの携帯端末を対向して配置するだけで通信が可能となる。

しかし、より高速な伝送速度、例えば１００Ｍｂｉｔ／ｓ以上を実現するためには、光信号をより狭い範囲に照射し受光する、ポイントアンドシュート型の空間光伝送が必要となる。しかし、ＩｒＤＡのような既存の方式には端末間の位置合わせを行なう仕組みが取り入れられていないので、携帯端末を使用する空間光伝送システムでは、ポイントアンドシュート型の空間光伝は実現困難である。

そこで、携帯端末を使用する空間光伝送システムで、簡単な操作で高精度の光軸合せを可能にする手段が望まれる。

本発明は、端末間の光軸合せ作業を自動化した空間光伝送システム、光送信装置及び光受信装置を提示することを目的とする。

本発明に係る空間光伝送システムは、光送信装置からデータを光受信装置に空間光伝送により伝送する空間光伝送システムである。光送信装置は、光軸調整光とデータ信号光を選択的に出力するレーザ光源と、当該レーザ光源の出力するレーザ光のビーム広がり角を調整するビーム広がり角調整装置と、当該レーザ光源に当該光軸調整光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置を第１のビーム広がり角に設定し、当該光受信装置からの受信可能信号に応じて、当該レーザ光源に当該データ信号光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置を当該第１のビーム広がり角より狭い第２のビーム広がり角に設定する送信制御装置とを具備する。当該光受信装置は、当該光送信装置からの光の光軸を調整する光軸調整装置と、当該光軸調整装置を通過した光を第１及び第２の分割光に分割する光分波器と、当該第１の分割光を受光する受光素子と、当該データ信号光が入射するときの当該受光素子の出力から当該データを復調するデータ復調装置と、当該第２の分割光を受光する受光素子アレイと、当該光軸調整光が入射するときの当該受光素子アレイの各出力に従い光軸位置を判定し、光軸調整装置を制御する光軸制御装置と、当該光軸調整光の当該受光素子アレイに対する光軸ずれが所定値未満のときに、当該光送信装置に当該受信可能信号を送信する制御信号送信手段とを具備する。

本発明に係る光送信装置は、光軸調整光とデータ信号光を選択的に出力するレーザ光源と、当該レーザ光源の出力するレーザ光のビーム広がり角を調整するビーム広がり角調整装置と、光受信装置から受信可能信号を受信する受信手段と、当該レーザ光源に当該光軸調整光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置を第１のビーム広がり角に設定し、光受信装置からの当該受信可能信号に応じて、当該レーザ光源に当該データ信号光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置を当該第１のビーム広がり角より狭い第２のビーム広がり角に設定する送信制御装置とを具備することを特徴とする。

本発明に係る光受信装置は、当光送信装置からの光の光軸を調整する光軸調整装置と、当該光軸調整装置を通過した光を第１及び第２の分割光に分割する光分波器と、当該第１の分割光を受光する受光素子と、当該光送信装置からデータ信号光が入射するときの当該受光素子の出力から当該データを復調するデータ復調装置と、当該第２の分割光を受光する受光素子アレイと、当該光送信装置から当該データ信号光よりも広いビーム広がり角の光軸調整光が入射するときの当該受光素子アレイの各出力に従い光軸位置を判定し、光軸調整装置を制御する光軸制御装置と、当該光軸調整光の当該受光素子アレイに対する光軸ずれが所定値未満のときに、当該光送信装置に当該受信可能信号を送信する制御信号送信手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る空間光伝送システムは、光送信装置からデータを光受信装置に空間光伝送により伝送する空間光伝送システムである。その光送信装置は、データ信号光を出力するレーザ光源と、光受信装置からの第１の光軸調整光を受光する撮像素子と、当該データ信号光を当該光受信装置に向けると共に、当該第１の光軸調整光を当該撮像素子に向けるミラーであって、当該レーザ光源と当該撮像素子が鏡像関係で位置するように配置される第１のミラーと、当該ミラーと当該光受信装置との間に配置され、当該データ信号光及び光軸調整光の光軸を調整する光軸調整装置と、当該撮像素子の出力に従い、当該光軸調整光が当該撮像素子の所定位置に入射するように当該光軸調整装置を制御する光軸制御装置と、当該光受信装置からの制御信号を受信する制御信号受信器とを具備する。光受信装置は、当該光送信装置からの当該データ信号光を受光する受光器と、当該光軸調整光を出力する光軸調整光発生装置と、当該光送信装置からの当該データ信号光を当該データ受光器に向けると共に、当該光軸調整光発生装置から出力される当該光軸調整光を当該光送信装置に向けるミラーであって、当該光送信装置との間で当該データ受光器の受光光軸と当該光軸調整光発生装置の発生する光軸調整光の光軸が実質的に重なるように配置される第２のミラーと、当該光送信装置に向けて当該制御信号を送信する制御信号送信器とを具備する。

本発明に係る光送信装置は、データ信号光を出力するレーザ光源と、光受信装置からの光軸調整光を受光する撮像素子と、当該データ信号光を当該光受信装置に向けると共に、当該光軸調整光を当該撮像素子に向けるミラーであって、当該レーザ光源と当該撮像素子が鏡像関係で位置するように配置される第１のミラーと、当該ミラーと当該光受信装置との間に配置され、当該データ信号光及び光軸調整光の光軸を調整する光軸調整装置と、当該撮像素子の出力に従い、当該光軸調整光が当該撮像素子の所定位置に入射するように当該光軸調整装置を制御する光軸制御装置と、当該光受信装置からの制御信号を受信する制御信号受信器とを具備することを特徴とする。

本発明に係る光受信装置は、光送信装置からのデータ信号光を受光する受光器と、光軸調整光を出力する光軸調整光発生装置と、当該光送信装置からの当該データ信号光を当該データ受光器に向けると共に、当該光軸調整光発生装置から出力される当該光軸調整光を当該光送信装置に向けるミラーであって、当該光送信装置との間で当該データ受光器の受光光軸と当該光軸調整光発生装置の発生する光軸調整光の光軸が実質的に重なるように配置されるミラーと、当該光送信装置に向けて当該制御信号を送信する制御信号送信器とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、光軸調整装置により自動且つ精密に光軸を調整するので、空間伝送に狭ビームのレーザ光を利用でき、高速伝送を実現できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。光送信装置１０は、光受信装置４０に空間光伝送によりデータを送信する。本実施例では、光送信装置１０は、先ず、光軸調整のための広ビーム角の光軸調整光を出力し、光受信装置４０は、この光軸調整光を受光して信号受信のために光軸を調整し、一定以上の受信レベルになると、受信可能信号を光送信装置１０に送信する。光送信装置１０は、光受信装置４０から受信可能信号を受信すると、光送信装置信号伝送のための狭ビーム角の信号光でデータを光受信装置４０に送信する。これにより、光軸調整を半ば自動化すると共に、高速伝送を実現する。

光送信装置１０のレーザダイオード１２は、駆動装置１４により駆動されて、光軸調整光又は信号光となるレーザ光を出力する。レーザダイオード１２の出力レーザ光は、投射光学系１６によりビーム広がり角を調整されて、光受信装置４０に向け投射される。ビーム広がり角制御装置１８は、送信制御装置２０の制御下で、光軸調整光に対しては、レーザダイオード１２の出力レーザ光のビーム広がり角が広くなるように、投射光学系１６を制御し、信号光に対しては、レーザダイオード１２の出力レーザ光のビーム広がり角が狭くなるように、投射光学系１６を制御する。

送信制御装置２０は、光受信装置４０から受信可能信号を受信するまでは、ビーム広がり角制御装置１８に指示して、投射光学系１６を広ビーム角投射状態に制御させる。これにより、光送信装置１０は光軸調整光を光受信装置４０に向けて投射する。この段階では、ユーザは、光送信装置１０の出力光が光受信装置４０でほぼ受光できる程度に、ごく粗く光送信装置１０と光受信装置４０を向き合わせで配置すれば良い。

光送信装置１０の送信光学系と光受信装置４０の受光光学系をごく粗く設定してあっても、光送信装置１０から出力される光軸調整光のビーム角が広いので、光軸調整光の少なくとも一部が光受信装置４０に入射可能である。換言すると、ユーザは、光軸調整光の少なくとも一部が光受信装置４０に入射する程度に、光送信装置１０と光受信装置４０を向き合わせて配置すれば良いということになる。

光送信装置１０から出力された光軸調整光は、光軸調整装置４２を介してハーフミラー４４に入射する。ハーフミラー４４は、入射光軸調整光を２分割し、一方を信号光を受光するための受光素子（ＰＤ）４６に、他方を光軸調整のための受光素子アレイ４８に供給する。光軸調整装置４２は、光軸調整光及び信号光を受光するための光学系を含み、また、これら入射光の光軸を光軸に垂直な方向に移動し、フォーカスを光軸に沿った方向に移動可能な光学素子を含む。受光素子４６と受光素子アレイ４８は、ハーフミラー４４による鏡像の位置に配置される。

受光素子アレイ４８は、同一面上に二次元的に配置された複数の受光素子からなる。図２は、受光素子アレイ４８の一例の平面図を示す。図２に示す例では、受光素子アレイ４８は、縦に２個、横に２個で、合計で４個の受光素子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄからなる。図２に示す例では、受光素子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄが互いに接する中心に相当する位置に、受光素子４６を配置する。勿論、より多くの受光素子からなる二次元受光素子アレイを使用すれば、より高い精度で光軸調整光の中心を決定できることは明らかである。

受光素子アレイ４８の各受光素子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄの出力は、光軸制御装置５０に印加される。光軸制御装置５０は、受光素子アレイ４８の各受光素子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄの出力を比較することで、光軸調整光の中心がどこに位置するかを判別できる。光軸制御装置５０は、その判別結果に従い、光軸調整光の中心が受光素子４６に入射するように、光軸調整装置４２で光軸調整光の光軸を横方向に調整する。また、受光素子アレイ４８の各受光素子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄの出力電流が所定値以上になるように、光軸制御装置５０は、光軸調整装置４２により光軸調整光のフォーカスを調整する。光軸調整光の光軸とフォーカスを所定状態以上に制御しても、光軸制御装置５０は、データ受信完了まで、光軸調整装置４２による光軸とフォーカスの調整を継続する。後述するように、信号光を受光しているときでも、光軸制御装置５０は、受光素子アレイ４８の各受光素子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄの出力に従い、信号光の光軸が受光素子４６に合致するように、光軸調整装置４２を制御する。

受信可能な程に光軸調整光の光軸とフォーカスが制御されると、光軸制御装置５０は、送信開始可能を受信制御装置５２に通知する。この受信開始可能の通知に従い、受信制御装置５２は、受信可能信号を駆動装置５４に印加すると共に、データ復調装置６０にデータ復調を準備させる。駆動装置５４は、受信可能信号に従いレーザダイオード５６を駆動して、受信可能信号光を出力させる。この受信可能信号光は、低速でよいので、投射光学系５８により、光軸調整光と同様の広ビーム角で光送信装置１０に投射される。

光送信装置１０から光受信装置４０に投射される光軸調整光と、光受信装置４０から光送信装置１０に投射される受信可能信号光のビーム広がり角は、従来例のＩｒＤＡ程度のビーム広がり角と同程度でよいので、光送信装置１０と光受信装置４０を粗く位置調整した程度でも、相手端末は十分に受光可能である。

光受信装置４０から出力された受信可能信号光は、光送信装置１０の光軸調整装置２２を介してハーフミラー２４に入射する。ハーフミラー２４は、入射光を２分割し、一方を信号受信のための受光素子（ＰＤ）２６に、他方を光軸調整のための受光素子アレイ２８に供給する。光軸調整装置２２の機能は、光軸調整装置４２の機能と全く同じである。受光素子２６と受光素子アレイ２８は、ハーフミラー２４による鏡像の位置に配置される。

受光素子アレイ２８の各受光素子の出力は、光軸制御装置３０に印加される。光軸制御装置３０は、光軸制御装置５０と同様に、受光素子アレイ２８の各受光素子の出力を比較することで、受信可能信号光の中心がどこに位置するかを判別し、その判別結果に従い、受信可能信号光の中心が受光素子２６に入射するように、光軸調整装置２２で受信可能信号光の光軸を横方向に調整する。

これにより、受光素子２６は、受信可能信号光を十分な信号対雑音比で電気信号に変換できる。データ復調装置３２は、受光素子２６の出力を復調し、復調結果を送信制御装置２０に供給する。これにより、受信可能信号が送信制御装置２０に入力する。

送信制御装置２０は、光受信装置４０からの受信可能信号に従い、データ送信を開始する。即ち、先ず、送信制御装置２０は、ビーム広がり角制御装置１８に指示して、投射光学系１６によるビーム広がり角を信号光用に狭くする。そして、送信制御装置２０は、メモリ３４から駆動装置１４にデータを読み出させる。駆動装置１４は、メモリ３４からのデータに従い、レーザダイオード１２を駆動する。これにより、レーザダイオード１２は、データを搬送する信号光を出力する。投射光学系１６は、レーザダイオード１２から出力される信号光を狭ビーム角で光受信装置４０に投射する。

光軸調整光により事前に、光受信装置４０の受信光学系（光軸調整装置４２，ハーフミラー４４及び受光素子４６）の光軸は、信号光の光軸に合せられているので、信号光が狭ビーム角であっても、受光素子４６に入射可能である。受光素子４６は、入射する信号光を電気信号に変換し、電気信号をデータ復調装置６０に印加する。データ復調装置６０は、受光素子４６の出力からデータを復調する。復調されたデータは、メモリ６２に格納される。

光送信装置１０は、必要なデータを送信し終えると、送信終了を示す信号を光受信装置４０に送信する。受信制御装置５２は、データ復調装置６０の復調結果から送信終了信号を検出し、それまでに受信したデータにエラーも漏れも無いことを確認すると、受信完了信号を駆動装置５４に印加する。駆動装置５４は、受信完了信号に従いレーザダイオード５６を駆動して、受信完了信号光を出力させる。この受信完了信号光は、受信可能信号と同様に光送信装置１０に送信される。送信制御装置２０は、光受信装置４０から受信完了信号を受信すると、その旨を図示しない表示装置等で表示してユーザに通知する。

このような構成により、本実施例では、光送信装置と光受信装置との間の空間光伝送の光軸をマニュアルで簡単に調整するだけで、狭ビーム角の信号光により高速伝送を実現できる。また、制御信号の伝送にも空間光伝送を利用することで、配線の手間と面倒を避けることができる。各方向の伝送に空間光伝送を利用することで、双方向の高速伝送を実現できる。

また、本実施例では、光受信装置４０から光送信装置１０への受信可能信号と受信完了信号を空間光伝送で伝送したが、これらの信号はデータ量が少ないので、より低速で簡易な伝送方式、例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＩｒＤＡ等を利用してもよい。

図３は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。この実施例では、信号伝送用とは別に、光軸合せのための光源と受光素子を用意し、光送信装置及び光受信装置のそれぞれで、光軸調整光が信号光の同軸になるように予め調整されている。光軸調整光の受光素子として、最近の携帯電話のほとんどに装備されている電子カメラの撮像系を流用する。

光送信装置１１０の構成と基本機能を説明する。光送信装置１１０のレーザダイオード１１２は、駆動装置１１４により駆動されて、信号光となるレーザ光を出力する。レーザダイオード１１２の出力レーザ光は、コリメータレンズ１１６により平行ビーム又はほぼ平行ビームにされ、ハーフミラー１１８及び光軸調整装置１２０を介して光受信装置１５０に向けて投射される。光軸調整装置１２０は、信号光の光軸を横方向に移動する光学装置である。

撮像素子１２２は、光受信装置１５０の発光ダイオード１７４から出力される光軸調整光を受光する。光軸調整光は、単に、信号光よりも広がり角の広く設定されたガウシアン分布の光ビームであり、その光軸は、光受信装置１５０の受光光学系の光軸に合致するように予め調整されている。撮像素子１２２は、ハーフミラー１１８によるレーザダイオード１１２の鏡像が撮像素子１２２の撮像面の所定位置、例えば、画面中央に位置するように、配置される。従って、発光ダイオード１７４から出力される光軸調整光が、撮像素子１２２の撮像面の中央に入射するとき、レーザダイオード１１２の出力信号光は、光受信装置１５０の受光素子１７２に入射できる。勿論、撮像素子１２２とレーザダイオード１１２の位置関係は、予め分かっていればよく、撮像面の画面中央に限らない。

画像処理装置１２４は、通常のカメラ撮影と同様に、撮像素子１２２の出力画像信号を所定形式の映像信号に変換する。モニタ１２６は、画像処理装置１２４により処理された映像信号の画像を表示する。モニタ１２６の画面には、光軸調整光による明るいスポットが表示される。ユーザは、光軸調整光によるスポットが、モニタ１２６の画面の所定位置、通常、中央に位置するように、光送信装置１１０と光受信装置１５０の向きを調整する。これにより、光送信装置１１０から光受信装置１５０への信号光の光空間伝送路の光軸がおおまかに合せられたことになる。この後、後述するように、光軸制御装置１２８が、画像処理装置１２４の映像信号出力に従い、光軸調整光のスポットが画面中央に来るように、光軸調整装置１２０を自動制御する。

また、光送信装置１１０は、光受信装置１５０から、光送信装置１１０から光受信装置１５０への信号伝送を制御する信号光、具体的には、光軸調整完了信号、受信可能信号光及び受信完了信号光を受信する。そのための受信光学系として、ハーフミラー１３０、受光素子１３２及び発光ダイオード１３４を具備する。ハーフミラー１３０及び発光ダイオード１３４は、光受信装置１５０から光送信装置１１０への制御信号光の空間光伝送路の光軸調整のために設けられている。発光ダイオード１３４は、光受信装置１５０から光送信装置１１０への制御信号光の空間光伝送路の光軸を調整する為の広ビーム角の光軸調整光を出力する。この機能の詳細は、後述する。

受光素子１３２は、光受信装置１５０からの制御信号光を受光し、電気信号に変換する。データ復調装置１３６は、受光素子１３２からの電気信号を復調する。光軸制御装置１２８は、光軸調整装置１２０による光軸調整が、信号伝送に適する程度以上になると、光軸調整完了信号を送信制御装置１３８に出力する。送信制御装置１３８は、光軸制御装置１２８からの光軸調整完了信号に従い、駆動装置１１４を駆動して、信号伝送のための光軸調整が完了したことを示す光軸調整完了信号光をレーザダイオード１１２に出力させる。

送信制御装置１３８はまた、データ復調装置１３６からの光軸調完了信号に従い、メモリ１４０からデータを駆動装置１１４に読み出させる。駆動装置１１４は、メモリ１４０からのデータに従いレーザダイオード１１２を駆動する。これにより、レーザダイオード１１２は、メモリ１４０から読み出されたデータを搬送する信号光を出力する。送信制御装置１３８は、データ復調装置１３６からの受信完了信号に従い、送信処理を終了し、モニタ画面への表示及び／又は音声により送信完了をユーザに通知する。

光受信装置１５０の構成と基本動作を説明する。データ送信とデータ受信の違いを除いて、光受信装置１５０の基本動作は、光送信装置１１０の基本動作と同じである。

光受信装置１５０のレーザダイオード１５２は、駆動装置１５４により駆動されて、制御信号光となるレーザ光を出力する。レーザダイオード１５２の出力レーザ光は、コリメータレンズ１５６により平行ビーム又はほぼ平行ビームにされ、ハーフミラー１５８及び光軸調整装置１６０を介して光送信装置１１０に向けて投射される。光軸調整装置１６０は、制御信号光の光軸を横方向に移動する光学装置である。

撮像素子１６２は、光送信装置１１０の発光ダイオード１３４から出力される光軸調整光を受光する。光軸調整光は、単に、信号光よりも広がり角の広く設定されたガウシアン分布の光ビームであり、その光軸は、光受信装置１５０の受光光学系の光軸に合致するように予め調整されている。撮像素子１６２は、ハーフミラー１５８によるレーザダイオード１６２の鏡像位置に画面中央が位置するように配置される。従って、発光ダイオード１３４から出力される光軸調整光が、撮像素子１６２の中央に入射するとき、レーザダイオード１５２の出力する制御信号光は、光送信装置１１０の受光素子１３２に入射できる。

画像処理装置１６４は、画像処理装置１２４と同様の機能を具備し、撮像素子１６２の出力画像信号を所定形式の映像信号に変換する。モニタ１６６は、画像処理装置１６４により処理された映像信号の画像を表示する。モニタ１６６の画面には、光軸調整光による明るいスポットが表示される。ユーザは、光軸調整光によるスポットが、モニタ１６６の画面の所定位置、通常、中央に位置するように、光送信装置１１０と光受信装置１５０の向きを調整する。これにより、光受信装置１５０から光送信装置１１０への制御信号光の光空間伝送路の光軸がおおまかに合せられたことになる。この後、後述するように、光軸制御装置１６８が、画像処理装置１６４の映像信号出力に従い、光軸調整光のスポットが画面中央に来るように、光軸調整装置１６０を自動制御する。

光受信装置１５０は、光送信装置１１０から光受信装置１５０への信号光を受光し、且つ、当該信号光の空間光伝送路の光軸を調整するための受信光学系として、ハーフミラー１７０、受光素子１７２及び発光ダイオード１７４を具備する。ハーフミラー１７０及び発光ダイオード１７４は、光送信装置１１０から光受信装置１５０への信号光の空間光伝送路の光軸調整のために設けられている。上述の通り、発光ダイオード１７４は、広ビーム角の光軸調整光を出力する。光軸調整光の光軸は、受光素子１７２に入射する光軸に合致するように予め調整されている。即ち、発光ダイオード１７４は、ハーフミラー１７０による受光素子１７２の鏡像位置に発光中心が位置するように配置されている。

受光素子１７２は、光送信装置１１０からの信号光を受光し、電気信号に変換する。データ復調装置１７６は、受光素子１７２からの電気信号を復調する。データ復調装置１７６は、受信信号が光軸調整完了信号である場合には、この光軸調整完了信号を受信制御装置１７８に供給する。光軸制御装置１６８は、光軸調整装置１６０による光軸調整が、信号伝送に適する程度以上になると、光軸調整完了信号を受信制御装置１７８に出力する。受信制御装置１７８は、光送信装置１１０から光軸調整完了信号を受信し、且つ、光軸制御装置１６８からも光軸調整完了信号を受信すると、駆動装置１５４を駆動して、受信可能信号光をレーザダイオード１５２に出力させる。データ復調装置１７６は、受光素子１７２の出力電気信号からデータを復調し、復調したデータをメモリ１８０に書き込む。

受光素子１７２の出力電気信号が送信完了信号である場合、受信制御装置１７８は、メモリ１８０に記憶されるデータの整合性をチェックして全データの受信完了を確認する。全データの受信完了を確認できない場合、受信制御装置１７８は、駆動装置１５４及びレーザダイオード１５２により光送信装置１１０に不足するデータの再送信を依頼する。全データの受信完了を確認できた場合、受信制御装置１７８は、駆動装置１５４及びレーザダイオード１５２により光送信装置１１０に受信完了信号を送信する。

本実施例における光軸調整と信号伝送の手順を説明する。先ず、光送信装置１１０及び光受信装置１５０共に、図示しない操作キーにより信号伝送モードにセットする。これにより、発光ダイオード１３４，１７４は光軸調整光を出力し、他の各部が電源を供給されて動作状態になる。この状態で、ユーザは、マニュアルにより、光送信装置１１０と光受信装置１５０を向き合わせる。その際、モニタ１２６，１６６のそれぞれの画面上で、光軸調整光のスポットが画面のほぼ中央に位置するように、光送信装置１１０及び光受信装置１５０の相対位置を調整する。この後、図示しない操作キーにより、信号伝送開始を光送信装置１１０及び光受信装置１５０に指示する。

信号伝送開始の指示に従い、光送信装置１１０及び光受信装置１５０は、以下のように光軸を調整した上で、データを伝送する。即ち、発光ダイオード１７４の出力する光軸調整光は、ハーフミラー１７０により反射されて、光送信装置１１０に向かい、光軸調整装置１２０を透過し、ハーフミラー１１８により反射されて、撮像素子１２２に入射する。画像処理装置１２４は、撮像素子１２２の出力画像信号を所定形式の映像信号に変換し、光軸制御装置１２８は、画像処理装置１２４からの映像信号の光軸調整光によるスポットが画面中央に来るように、光軸調整装置１２０を継続的に制御する。スポットが、画面中央の所定範囲内にあるとき、光軸制御装置１２８は、光軸調整完了信号を送信制御装置１３８に印加する。

同様に、発光ダイオード１３４の出力する光軸調整光は、ハーフミラー１３０により反射されて、光受信装置１５０に向かい、光軸調整装置１６０を透過し、ハーフミラー１５８により反射されて、撮像素子１６２に入射する。画像処理装置１６４は、撮像素子１６２の出力画像信号を所定形式の映像信号に変換し、光軸制御装置１６８は、画像処理装置１６４からの映像信号の光軸調整光によるスポットが画面中央に来るように、光軸調整装置１６０を継続的に制御する。スポットが、画面中央の所定範囲内にあるとき、光軸制御装置１６８は、光軸調整完了信号を受信制御装置１７８に印加する。

送信制御装置１３８は、光軸制御装置１２８からの光軸調整完了信号に従い、駆動装置１１４を制御してレーザダイオード１１２から光軸調整完了信号光を出力させる。発光ダイオード１７４から出力される光軸調整光により、光送信装置１１０から光受信装置１５０への信号光の空間光光学系の光軸は、信号伝搬を可能にする程度に合っているので、レーザダイオード１１２から出力される光軸調整完了信号光は、レンズ１１６、ハーフミラー１１８、光軸調整装置１２０及びハーフミラー１７０を介して受光素子１７２に入射する。受光素子１７２は、入射した光軸調整完了信号光を電気信号に変換してデータ復調装置１７６に印加する。データ復調装置１７６は、受光素子１７２の出力電気信号から光軸調整完了信号を復調し、受信制御装置１７８に印加する。

受信制御装置１７８は、データ復調装置１７６と光軸制御装置１６８の両方から光軸調整完了信号を受信すると、駆動装置１５４を制御して、レーザダイオード１５２から、受信可能を光送信装置１１０に通知する受信可能信号光を出力させる。受信可能信号光は、レンズ１５６，ハーフミラー１５８，光軸調整装置１６０及びハーフミラー１３０を介して受光素子１３２に入射する。受光素子１３２は、受信可能信号光を電気信号に変換する。データ復調装置１３６は、受光素子１３２からの電気信号から受信可能信号を復調し、送信制御装置１３８に印加する。この受信可能信号により、送信制御装置１３８は、光送信装置１１０と光受信装置１５０との間の２つの光伝送系の各光軸が信号伝送可能な程に調整されたことを認識できる。

送信制御装置１３８は、データ復調装置１３６からの受信可能信号に従い、メモリ１４０からデータを駆動装置１１４に読み出し、レーザダイオード１１２に当該データを搬送する信号光を出力させる。全データを送信し終えた後、レーザダイオード１１２は、送信完了信号光を出力する。レーザダイオード１１２から出力される信号光は、レンズ１１６、ハーフミラー１１８、光軸調整装置１２０及びハーフミラー１７０を介して受光素子１７２に入射する。受光素子１７２は、入射した信号光を電気信号に変換してデータ復調装置１７６に印加する。データ復調装置１７６は、受光素子１７２の出力電気信号からデータを復調し、メモリ１８０に書き込む。

受信制御装置１７８は、データ復調装置１７６の復調結果から送信完了信号を検出すると、メモリ１８０に全データが格納されているかどうかを調べる。不足データがあるとき、受信制御装置１７８は、駆動装置１５４及びレーザダイオード１５２により、不足するデータの再送信を要求する信号光を光送信装置１１０に送信する。また、全データがメモリ１８０にあるとき、受信制御装置１７８は、駆動装置１５４及びレーザダイオード１５２により、受信完了信号光を光送信装置１１０に送信し、受信完了をユーザに音声及び／又は画面表示でユーザに通知して、データ受信を終了する。

光送信装置１１０の送信制御装置１３８は、光受信装置１５０からの再送要求を受信すると、指定されたデータを再送信する。また、光受信装置１５０からの受信完了信号に対しては、送信完了をユーザに音声及び／又は画面表示でユーザに通知して、データ送信を終了する。

このような構成により、実施例２でも、実施例１と同様に、光送信装置と光受信装置との間の空間光伝送の光軸をマニュアルで簡単に調整するだけで、狭ビーム角の信号光により高速伝送を実現できる。また、制御信号の伝送にも空間光伝送を利用することで、配線の手間と面倒を避けることができる。各方向の伝送に空間光伝送を利用することで、双方向の高速伝送を実現できる。

また、本実施例では、光受信装置１５０から光送信装置１１０への受信可能信号と受信完了信号を空間光伝送で伝送したが、これらの信号はデータ量が少ないので、より低速で簡易な伝送方式、例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＩｒＤＡ等を利用してもよい。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。ＰＤアレイ４８の正面図である。本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。

符号の説明

１０：光送信装置
１２：レーザダイオード
１４：駆動装置
１６：投射光学系
１８：ビーム広がり角制御装置
２０：送信制御装置
２２：光軸調整装置
２４：ハーフミラー
２６：受光素子（ＰＤ）
２８：受光素子アレイ
３０：光軸制御装置
３２：データ復調装置
４０：光受信装置
４２：光軸調整装置
４４：ハーフミラー
４６：受光素子（ＰＤ）
４８：受光素子アレイ
４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ：受光素子
５０：光軸制御装置
５２：受信制御装置
５４：駆動装置
５６：レーザダイオード
５８：投射光学系
６０：データ復調装置
６２：メモリ
１１０：光送信装置
１１２：レーザダイオード
１１４：駆動装置
１１６：コリメータレンズ
１１８：ハーフミラー
１２０：光軸調整装置
１２２：撮像素子
１２４：画像処理装置
１２６：モニタ
１２８：光軸制御装置
１３０：ハーフミラー
１３２：受光素子
１３４：発光ダイオード
１３６：データ復調装置
１３８：送信制御装置
１４０：メモリ
１５０：光受信装置
１５２：レーザダイオード
１５４：駆動装置
１５６：コリメータレンズ
１５８：ハーフミラー
１６０：光軸調整装置
１６２：撮像素子
１６４：画像処理装置
１６６：モニタ
１６８：光軸制御装置
１７０：ハーフミラー
１７２：受光素子
１７４：発光ダイオード
１７６：データ復調装置
１７８：受信制御装置
１８０：メモリ

Claims

光送信装置からデータを光受信装置に空間光伝送により伝送する空間光伝送システムであって、
光送信装置（１０）は、
光軸調整光とデータ信号光を選択的に出力するレーザ光源（１２）と、
当該レーザ光源（１２）の出力するレーザ光のビーム広がり角を調整するビーム広がり角調整装置（１６，１８）と、
当該レーザ光源（１２）に当該光軸調整光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置（１６，１８）を第１のビーム広がり角に設定し、当該光受信装置からの受信可能信号に応じて、当該レーザ光源（１２）に当該データ信号光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置（１６，１８）を当該第１のビーム広がり角より狭い第２のビーム広がり角に設定する送信制御装置（２０）
とを具備し、
当該光受信装置（４０）は、
当該光送信装置からの光の光軸を調整する光軸調整装置（４２）と、
当該光軸調整装置（４２）を通過した光を第１及び第２の分割光に分割する光分波器（４４）と、
当該第１の分割光を受光する受光素子（４６）と、
当該データ信号光が入射するときの当該受光素子（４６）の出力から当該データを復調するデータ復調装置（６０）と、
当該第２の分割光を受光する受光素子アレイ（４８）と、
当該光軸調整光が入射するときの当該受光素子アレイ（４８）の各出力に従い光軸位置を判定し、光軸調整装置（４２）を制御する光軸制御装置（５０）と、
当該光軸調整光の当該受光素子アレイ（４８）に対する光軸ずれが所定値未満のときに、当該光送信装置に当該受信可能信号を送信する制御信号送信手段（５４，５６，５８）
とを具備する
ことを特徴とする空間光伝送システム。
当該制御信号送信手段が、当該受信可能信号を受信可能信号光に変換する発光素子（５６）を具備し、
当該光送信装置（１０）が、
当該光受信装置からの受信可能信号光の光軸を調整する第２の光軸調整装置（２２）と、
当該第２の光軸調整装置（２２）を通過した光を第３及び第４の分割光に分割する第２の光分波器（２４）と、
当該第３の分割光を受光する第２の受光素子（２６）と、
当該第４の分割光を受光する第２の受光素子アレイ（２８）と、
当該第２の受光素子アレイ（２８）の各出力に従い光軸位置を判定し、第２の光軸調整装置（２２）を制御する第２の光軸制御装置（３０）と、
当該第２の受光素子（２６）の出力電気信号から当該受信可能信号を復調する復調装置（３２）
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の空間光伝送システム。
光軸調整光とデータ信号光を選択的に出力するレーザ光源（１２）と、
当該レーザ光源（１２）の出力するレーザ光のビーム広がり角を調整するビーム広がり角調整装置（１６，１８）と、
光受信装置から受信可能信号を受信する受信手段（２６，３２）と、
当該レーザ光源（１２）に当該光軸調整光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置（１６，１８）を第１のビーム広がり角に設定し、光受信装置からの当該受信可能信号に応じて、当該レーザ光源（１２）に当該データ信号光を出力させるとともに、当該ビーム広がり角調整装置（１６，１８）を当該第１のビーム広がり角より狭い第２のビーム広がり角に設定する送信制御装置（２０）
とを具備することを特徴とする光送信装置。
当該受信手段が、
当該光受信装置からの受信可能信号光の光軸を調整する光軸調整装置（２２）と、
当該光軸調整装置（２２）を通過した光を第１及び第２の分割光に分割する光分波器（２４）と、
当該第１の分割光を受光する受光素子（２６）と、
当該第２の分割光を受光する受光素子アレイ（２８）と、
当該受光素子アレイ（２８）の各出力に従い光軸位置を判定し、当該光軸調整装置（２２）を制御する光軸制御装置（３０）と、
当該受光素子（２６）の出力電気信号から当該受信可能信号を復調する復調装置（３２）
とを具備することを特徴とする請求項３に記載の光送信装置。
光送信装置からの光の光軸を調整する光軸調整装置（４２）と、
当該光軸調整装置（４２）を通過した光を第１及び第２の分割光に分割する光分波器（４４）と、
当該第１の分割光を受光する受光素子（４６）と、
当該光送信装置からデータ信号光が入射するときの当該受光素子（４６）の出力から当該データを復調するデータ復調装置（６０）と、
当該第２の分割光を受光する受光素子アレイ（４８）と、
当該光送信装置から当該データ信号光よりも広いビーム広がり角の光軸調整光が入射するときの当該受光素子アレイ（４８）の各出力に従い光軸位置を判定し、光軸調整装置（４２）を制御する光軸制御装置（５０）と、
当該光軸調整光の当該受光素子アレイ（４８）に対する光軸ずれが所定値未満のときに、当該光送信装置に当該受信可能信号を送信する制御信号送信手段（５４，５６，５８）
とを具備することを特徴とする光受信装置。
当該制御信号送信手段が、当該受信可能信号を受信可能信号光に変換する発光素子（５６）を具備することを特徴とする請求項５に記載の光受信装置。
光送信装置からデータを光受信装置に空間光伝送により伝送する空間光伝送システムであって、
光送信装置（１１０）は、
データ信号光を出力するレーザ光源（１１２）と、
光受信装置（１５０）からの第１の光軸調整光を受光する撮像素子（１２２）と、
当該データ信号光を当該光受信装置（１５０）に向けると共に、当該第１の光軸調整光を当該撮像素子（１２２）に向けるミラーであって、当該レーザ光源（１１２）と当該撮像素子（１２２）が鏡像関係で位置するように配置される第１のミラー（１１８）と、
当該ミラー（１１８）と当該光受信装置（１５０）との間に配置され、当該データ信号光及び光軸調整光の光軸を調整する光軸調整装置（１２０）と、
当該撮像素子（１２２）の出力に従い、当該光軸調整光が当該撮像素子（１２２）の所定位置に入射するように当該光軸調整装置（１２０）を制御する光軸制御装置（１２８）と、
当該光受信装置からの制御信号を受信する制御信号受信器（１３０，１３２，１３４，１３６）
とを具備し、
当該光受信装置（１５０）は、
当該光送信装置（１１０）からの当該データ信号光を受光する受光器（１７２）と、
当該光軸調整光を出力する光軸調整光発生装置（１７４）と、
当該光送信装置（１１０）からの当該データ信号光を当該データ受光器（１７２）に向けると共に、当該光軸調整光発生装置（１７４）から出力される当該光軸調整光を当該光送信装置（１１０）に向けるミラーであって、当該光送信装置（１１０）との間で当該データ受光器（１７２）の受光光軸と当該光軸調整光発生装置（１７４）の発生する光軸調整光の光軸が実質的に重なるように配置される第２のミラー（１７０）と、
当該光送信装置（１１０）に向けて当該制御信号を送信する制御信号送信器（１５２，１５４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６４，１６８）
とを具備する
ことを特徴とする空間光伝送システム。
当該光送信装置（１１０）は、当該光軸調整装置による光軸調整が所定状態にあるときに当該光受信装置（１５０）に光軸調整完了を通知する光軸調整完了通知信号光を当該レーザ光源に生成させる送信制御装置（１３８）を具備し、
当該光受信装置（１５０）は、当該光軸調整完了通知信号光を受信すると、当該光送信装置に受信可能を通知する受信制御信号を当該制御信号送信器に出力させる受信制御装置（１７８）を具備する
ことを特徴とする請求項７に記載の空間光伝送システム。
当該制御信号送信器が、
制御信号光を出力する制御信号光源（１５２）と、
光送信装置（１１０）からの第２の光軸調整光を受光する第２の撮像素子（１６２）と、
当該制御信号光を当該光送信装置（１１０）に向けると共に、当該第２の光軸調整光を当該第２の撮像素子（１６２）に向けるミラーであって、当該制御信号光源（１５２）と当該第２の撮像素子（１６２）が鏡像関係で位置するように配置される第３のミラー（１５８）と、
当該第３のミラー（１５８）と当該光送信装置（１１０）との間に配置され、当該制御信号光及び第２の光軸調整光の光軸を調整する第２の光軸調整装置（１
６０）と、
当該第２の撮像素子（１６２）の出力に従い、当該第２の光軸調整光が当該第２の撮像素子（１６２）の所定位置に入射するように当該第２の光軸調整装置（１６０）を制御する第２の光軸制御装置（１６８）
とを具備し、
当該制御信号受信器が、
当該光受信装置（１５０）からの当該制御信号光を受光し、当該制御信号を出力する制御信号受光器（１３２）と、
当該第２の光軸調整光を出力する第２の光軸調整光発生装置（１３４）と、
当該光受信装置（１５０）からの当該制御信号光を当該制御信号受光器（１３２）に向けると共に、当該第２の光軸調整光発生装置（１３４）から出力される当該第２の光軸調整光を当該光受信装置（１５０）に向けるミラーであって、当該光受信装置（１５０）との間で当該制御信号受光器（１３２）の受光光軸と当該第２の光軸調整光発生装置（１３４）の発生する第２の光軸調整光の光軸が実質的に重なるように配置される第４のミラー（１３０）
とを具備する
ことを特徴とする請求項８に記載の空間光伝送システム。
当該光送信装置（１１０）は、当該光軸調整装置による光軸調整が所定状態にあるときに当該光受信装置（１５０）に光軸調整完了を通知する光軸調整完了通知信号光を当該レーザ光源に生成させる送信制御装置（１３８）を具備し、
当該光受信装置（１５０）は、当該光軸調整完了通知信号光を受信し、且つ、当該第２の光軸調整装置による光軸調整が所定状態にあるときに、当該光送信装置（１１０）に受信可能を通知する受信制御信号光を制御信号光源（１５２）に出力させる受信制御装置（１７８）を具備する
ことを特徴とする請求項９に記載の空間光伝送システム。
データ信号光を出力するレーザ光源（１１２）と、
光受信装置（１５０）からの光軸調整光を受光する撮像素子（１２２）と、
当該データ信号光を当該光受信装置（１５０）に向けると共に、当該光軸調整光を当該撮像素子（１２２）に向けるミラーであって、当該レーザ光源（１１２）と当該撮像素子（１２２）が鏡像関係で位置するように配置される第１のミラー（１１８）と、
当該ミラー（１１８）と当該光受信装置（１５０）との間に配置され、当該データ信号光及び光軸調整光の光軸を調整する光軸調整装置（１２０）と、
当該撮像素子（１２２）の出力に従い、当該光軸調整光が当該撮像素子（１２２）の所定位置に入射するように当該光軸調整装置（１２０）を制御する光軸制御装置（１２８）と、
当該光受信装置からの制御信号を受信する制御信号受信器（１３０，１３２，１３４，１３６）
とを具備することを特徴とする光送信装置。
更に、当該光軸調整装置による光軸調整が所定状態にあるときに当該光受信装置（１５０）に光軸調整完了を通知する光軸調整完了通知信号光を当該レーザ光源に生成させる送信制御装置（１３８）を具備することを特徴とする請求項１１に記載の光送信装置。
当該制御信号受信器が、
当該光受信装置（１５０）からの制御信号光を受光する制御信号受光器（１３２）と、
第２の光軸調整光を出力する第２の光軸調整光発生装置（１３４）と、
当該光受信装置（１５０）からの当該制御信号光を当該制御信号受光器（１３２）に向けると共に、当該第２の光軸調整光発生装置（１３４）から出力される当該第２の光軸調整光を当該光受信装置（１５０）に向けるミラーであって、当該光受信装置（１５０）との間で当該制御信号受光器（１３２）の受光光軸と当該第２の光軸調整光発生装置（１３４）の発生する第２の光軸調整光の光軸が実質的に重なるように配置される第２のミラー（１３０）
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載の光送信装置。
光送信装置（１１０）からのデータ信号光を受光する受光器（１７２）と、
光軸調整光を出力する光軸調整光発生装置（１７４）と、
当該光送信装置（１１０）からの当該データ信号光を当該データ受光器（１７２）に向けると共に、当該光軸調整光発生装置（１７４）から出力される当該光軸調整光を当該光送信装置（１１０）に向けるミラーであって、当該光送信装置（１１０）との間で当該データ受光器（１７２）の受光光軸と当該光軸調整光発生装置（１７４）の発生する光軸調整光の光軸が実質的に重なるように配置されるミラー（１７０）と、
当該光送信装置（１１０）に向けて当該制御信号を送信する制御信号送信器（１５２，１５４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６４，１６８）
とを具備することを特徴とする光受信装置。
更に、当該光送信装置（１１０）から光軸調整完了通知信号光を受信すると、当該光送信装置（１１０）に受信可能を通知する受信制御信号を当該制御信号送信器に出力させる受信制御装置（１７８）を具備することを特徴とする請求項１４に記載の光受信装置。
当該制御信号送信器が、
制御信号光を出力する制御信号光源（１５２）と、
当該光送信装置（１１０）からの第２の光軸調整光を受光する第２の撮像素子（１６２）と、
当該制御信号光を当該光送信装置（１１０）に向けると共に、当該第２の光軸調整光を当該第２の撮像素子（１６２）に向けるミラーであって、当該制御信号光源（１５２）と当該第２の撮像素子（１６２）が鏡像関係で位置するように配置される第２のミラー（１５８）と、
当該第２のミラー（１５８）と当該光送信装置（１１０）との間に配置され、当該制御信号光及び第２の光軸調整光の光軸を調整する第２の光軸調整装置（１
６０）と、
当該第２の撮像素子（１６２）の出力に従い、当該第２の光軸調整光が当該第２の撮像素子（１６２）の所定位置に入射するように当該第２の光軸調整装置（１６０）を制御する第２の光軸制御装置（１６８）
とを具備することを特徴とする請求項１４に記載の光受信装置。
更に、当該光送信装置（１１０）から光軸調整完了通知信号光を受信し、且つ、当該第２の光軸調整装置による光軸調整が所定状態にあるときに、当該光送信装置（１１０）に受信可能を通知する受信制御信号光を制御信号光源（１５２）に出力させる受信制御装置（１７８）を具備することを特徴とする請求項１６に記載の光受信装置。