JP2007184707A - Indoor optical wireless transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送信対象となるデータにより変調された光(データ光)を伝送するための屋内用光無線伝送システムに関するものである。 The present invention relates to an indoor optical wireless transmission system for transmitting light (data light) modulated by data to be transmitted.
屋内でレーザ光を使用する製品は、その製品の人体に対する安全性の国際規格(IEC60825-1)によりその出カパワーに基づいてクラス分けがなされており、クラス毎に各種の各種安全配慮事項を遵守することが義務づけられている。なお、発光ダイオード(LED)を用いる製品についても、上記レーザ製品に関する安全性の国際規格が準用されている。 Products that use laser light indoors are classified based on their output power according to the international safety standard (IEC60825-1) of the product, and various safety considerations are observed for each class. It is obliged to do. In addition, the international standard of the safety regarding the said laser product is applied mutatis mutandis about the product using a light emitting diode (LED).
複数のクラスの中で、一番安全であり、安全配慮事項の義務付けがないクラス1では、許される光出力が最も低く抑えられている。このクラス1に基づく光出力パワーが制限された条件下において、自動的に通信相手装置を見付けて通信を行う従来の屋内用光無線伝送装置では、相手装置から発せられる光(以下、ガイド光と呼ぶ)を受光し、受光したガイド光に基づいて相手装置の方向を検知している(例えば特許文献1参照)。
In
上述した相手装置検知方式では、ガイド光を正確に受光する必要があるため、ガイド光を妨害する光として考えられる蛍光灯等の照明光を可視光フィルタによりカットしてその照明光によるガイド光への干渉を取り除くとともに、所定周波数で変調した光をガイド光として用いることにより、この変調周波数を用いて受光することにより、他の妨害光と区別してガイド光を受光することが行われていた。
しかしながら、上述したガイド光を区別して受光するための対策を行った場合でも、妨害光として太陽光が光無線伝送装置におけるガイド光受光部に入射する際には、この太陽光は蛍光灯と比べて近赤外光成分の強度がガイド光と比べて桁違いに強いため、この太陽光によるガイド光への干渉により、相手装置の方向を検出できないといった問題があった。またデータを高速に通信する際のデータ光には大きなS/Nが求められるため、太陽光等の妨害光がガイド光受光部に入射する場合には、相手装置とのデータ通信が困難になる可能性も生じていた。 However, even when the above-described measures for distinguishing and receiving the guide light are performed, when sunlight enters the guide light receiving unit in the optical wireless transmission device as interference light, the sunlight is compared with the fluorescent lamp. Since the intensity of the near-infrared light component is orders of magnitude stronger than that of the guide light, there is a problem that the direction of the counterpart device cannot be detected due to the interference of the sunlight with the guide light. In addition, since a large S / N is required for data light when data is communicated at high speed, data communication with the counterpart device becomes difficult when interference light such as sunlight enters the guide light receiving unit. There was also a possibility.
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、レーザ光使用製品の国際安全規格のクラス1に準拠し、かつ太陽光がその受光部に入射する場合においても、相手装置の方向を検出することができる光無線伝送システムを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above. The purpose of the present invention is to comply with the international
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、ガイド光を用いて第1および第2の光無線伝送装置間において相互の方向を特定し、方向が特定された第1および第2の光無線伝送装置間において、送信対象となるデータにより変調されたデータ光を送受信することによりデータ伝送を行う屋内用光無線伝送システムであって、前記各第1および第2の光無線伝送装置は、当該第1および第2の光無線通信装置の間で相互の相手装置に対して、前記データ光が1350nm〜1400nmの波長帯域を有し、国際安全規格IEC60825-1で規定するクラス1に準拠する光強度を有するデータ光を出射する第1の発光素子と、前記相手装置に対して、前記ガイド光が1350nm〜1450nmの波長帯域を有し、前記国際安全規格IEC60825-1で規定するクラス1に準拠する光強度を有するガイド光を出射する第2の発光素子と、前記相手装置の第2の発光素子から出射されたガイド光を用いて該相手装置の自装置に対する方向を特定する方向特定手段と、を備えたことを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項2記載の発明は、上記課題を解決するため、前記各第1および第2の光無線伝送装置における方向特定手段は、前記相手装置から出射されたデータ光を受光する第1の受光部と、前記相手装置から出射されたガイド光を受光する第2の受光部と、前記第2の受光部により受光されたガイド光に基づいて前記相手装置の方向を特定し、特定した方向に対して前記第1の発光素子から発光されたデータ光を向ける手段と、を備えたことを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-described problem, the direction specifying means in each of the first and second optical wireless transmission devices receives a first light receiving unit that receives data light emitted from the counterpart device. A second light-receiving unit that receives the guide light emitted from the counterpart device, and a direction of the counterpart device based on the guide light received by the second light-receiving unit, with respect to the specified direction And means for directing data light emitted from the first light emitting element.
請求項3記載の発明は、上記課題を解決するため、ガイド光を用いて第1および第2の光無線伝送装置間において相互の方向を特定し、方向が特定された第1および第2の光無線伝送装置間において、送信対象となるデータにより変調されたデータ光を送受信することによりデータ伝送を行う屋内用光無線伝送システムであって、前記各第1および第2の光無線伝送装置は、当該第1および第2の光無線通信装置の間で相互の相手装置に対して、前記データ光を出射する第1の発光素子と、前記相手装置に対して、前記ガイド光を出射する第2の発光素子と、1350nm〜1400nmの波長範囲の光に対してのみ他の波長範囲に対して高い受光感度を有し、前記相手装置から出射されたデータ光を受光する第1の受光部と、1350nm〜1450nmの波長範囲の光に対してのみ他の波長範囲に対して高い受光感度を有し、前記相手装置から出射されたガイド光を受光する第2の受光部と、を備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 3 specifies the mutual direction between the first and second optical wireless transmission devices using the guide light, and the first and second directions are specified. An indoor optical wireless transmission system that performs data transmission by transmitting and receiving data light modulated by data to be transmitted between optical wireless transmission apparatuses, wherein each of the first and second optical wireless transmission apparatuses includes: The first light emitting element that emits the data light to the partner device between the first and second optical wireless communication devices, and the guide light that emits the guide light to the partner device. And a first light-receiving unit that has high light-receiving sensitivity with respect to other wavelength ranges only for light in the wavelength range of 1350 nm to 1400 nm and receives data light emitted from the counterpart device For light in the wavelength range of 1350 nm to 1450 nm Has a high light receiving sensitivity to other wavelength ranges only hands, and summarized in that with a, a second light receiving portion for receiving the emitted guide light from the partner apparatus.
請求項4記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第1の受光素子は、lnP層と、1450nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記lnP層に積層されて成るアンドープGalnAsP層と、1350nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記アンドープGalnAsP層に対して前記lnP層とは反対側に配置されて成るGalnAsP吸収層とを備えたことを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in order to solve the above problems, the first light receiving element has an lnP layer and a band gap energy corresponding to a wavelength of 1450 nm and is laminated on the lnP layer. The present invention includes a layer and a GalnAsP absorption layer having a band gap energy corresponding to a wavelength of 1350 nm and arranged on the opposite side of the undoped GalnAsP layer from the lnP layer.
請求項5記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第2の受光素子は、lnP層と、1400nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記lnP層に積層されて成るアンドープGalnAsP層と、1350nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記アンドープGalnAsP層に対して前記lnP層とは反対側に配置されて成るGalnAsP吸収層とを備えたことを要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the second light receiving element has an lnP layer and an undoped GalnAsP layered on the lnP layer, having a band gap energy corresponding to a wavelength of 1400 nm. The present invention includes a layer and a GalnAsP absorption layer having a band gap energy corresponding to a wavelength of 1350 nm and arranged on the opposite side of the undoped GalnAsP layer from the lnP layer.
請求項1乃至2記載の発明によれば、第1及び第2の光無線通信装置それぞれの第1の発光素子から発光される相手装置の方向検出用のガイド光を、国際安全規格IEC60825-1で規定するクラス1に準拠する光強度を有し、かつ太陽光のパワーが弱い1350nm〜1450nmの波長範囲の光としたため、ガイド光受光時における太陽光による妨害を小さくすることが可能になり、屋内に太陽光が入射する状況においても、相手装置から送られたガイド光を太陽と比較して相対的に強く受光することができる。
According to the first and second aspects of the present invention, the guide light for detecting the direction of the counterpart device emitted from the first light emitting element of each of the first and second optical wireless communication devices is used as the international safety standard IEC60825-1. It has a light intensity that complies with
また、請求項1乃至2記載の発明によれば、第1及び第2の光無線通信装置それぞれの第2の発光素子から発光されるデータ光を、国際安全規格IEC60825-1で規定するクラス1に準拠する光強度を有するとともに、受光パワー強度を最大限に維持し、かつ太陽光のパワーが弱い1350nm〜1400nmの波長範囲の光としたため、データ光受光時における太陽光による妨害を小さくすることが可能になり、屋内に太陽光が入射する状況においても、相手装置から送られたデータ光を太陽と比較して相対的に強く受光することができる。
In addition, according to the first and second aspects of the invention, the data light emitted from the second light emitting element of each of the first and second optical wireless communication devices is
この結果、ガイド光およびデータ光に対する太陽光の影響を抑制することが可能になり、第1および第2の光無線伝送装置間のデータ伝送に関する信頼性を向上させることができる。 As a result, it is possible to suppress the influence of sunlight on the guide light and the data light, and it is possible to improve the reliability regarding data transmission between the first and second optical wireless transmission devices.
さらに、請求項3乃至5記載の発明によれば、第1の受光部を、1350nm〜1400nmの波長範囲の光に対してのみ他の波長範囲に対して高い受光感度を有する第1の受光素子により構成し、第2の受光部を、1350nm〜1450nmの波長範囲の光に対してのみ他の波長範囲に対して高い受光感度を有する第2の受光素子により構成している。このため、各光無線伝送装置の第1の受光部は、仮に太陽光が入射する場合であっても、相手装置から送られたガイド光を太陽光と区別して受光することができる。また、各光無線伝送装置の第2の受光部は、仮に太陽光が入射する場合であっても、相手装置から送られたデータ光を太陽光と区別し、かつデータ光の最大パワーを維持しながら受光することができる。 Furthermore, according to the third to fifth aspects of the present invention, the first light receiving unit has a high light receiving sensitivity with respect to other wavelength ranges only for light in the wavelength range of 1350 nm to 1400 nm. The second light receiving unit is formed of a second light receiving element having high light receiving sensitivity with respect to other wavelength ranges only for light in the wavelength range of 1350 nm to 1450 nm. For this reason, the 1st light-receiving part of each optical wireless transmission apparatus can receive the guide light sent from the other party apparatus separately from sunlight even if it is a case where sunlight injects. Further, the second light receiving unit of each optical wireless transmission device distinguishes the data light transmitted from the counterpart device from the sunlight and maintains the maximum power of the data light even when sunlight is incident. Light can be received.
この結果、ガイド光およびデータ光に対する太陽光の影響を抑制することが可能になり、第1および第2の光無線伝送装置間のデータ伝送に関する信頼性を向上させることができる。 As a result, it is possible to suppress the influence of sunlight on the guide light and the data light, and it is possible to improve the reliability regarding data transmission between the first and second optical wireless transmission devices.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
最初に、本発明の基本的概念について説明する。 First, the basic concept of the present invention will be described.
図1は、屋内に入射した太陽光の波長スペクトルの測定結果の一例を示す図である。図1に示すように、太陽光波長スペクトルにおいては、波長1350nmから1450nmの間に水の吸収によるパワーの弱い波長領域(波長範囲)があることがわかる。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a wavelength spectrum of sunlight incident indoors. As shown in FIG. 1, in the sunlight wavelength spectrum, it can be seen that there is a wavelength region (wavelength range) where the power is weak due to water absorption between wavelengths 1350 nm and 1450 nm.
したがって、光無線通信装置間の方向検出用のガイド光として上記波長範囲の光を採用することにより、太陽光による妨害を小さくすることが可能になり、室内に太陽光が入射する状況においても、相手装置から送られたガイド光を妨害光(太陽光)と比較して相対的に強く受光することができる。この結果、太陽光がその受光部に入射する可能性がある場合でも、受光ガイド光による相手装置の方向を容易に検出することができ、相手装置の方向を検出してその相手装置との間においてデータ通信を行うことが可能になる。 Therefore, by adopting light in the above wavelength range as the guide light for detecting the direction between the optical wireless communication devices, it becomes possible to reduce the interference caused by sunlight, even in the situation where sunlight enters the room, The guide light sent from the counterpart device can be received relatively strongly compared to the interference light (sunlight). As a result, even when sunlight may enter the light receiving unit, the direction of the counterpart device by the received light guide light can be easily detected. It becomes possible to perform data communication in.
また、図2は、レーザ光の安全性国際規格であるIEC60825-1:2001におけるクラス1レーザ(スポット径:3.5mm以下)の被爆放射限界を示す図である。図2に示すように、IEC60825-1:2001におけるスポット径3.5mm以下のクラス1レーザをデータ光として用いた場合、波長範囲1200nm〜1400nmが最大限パワーを出せる範囲となる。
FIG. 2 is a diagram showing exposure limits of a
したがって、本発明の第1の態様に係わる光無線伝送システムにおいては、光無線伝送装置間の方向検出用のガイド光として、太陽光のパワー低下波長範囲である1350nm〜1450nmの光を採用し、かつ光無線伝送装置間のデータ通信用のデータ光として、安全性の国際規格のクラス1に準拠するレーザにおける被爆放射限界を満足する最大パワー波長範囲である1200nm〜1400nm内において、上記太陽光パワー波長低下範囲に一致する波長範囲1350nm〜1400nmの光を採用している。このように構成した光無線伝送システムによれば、各光無線伝送装置のガイド光受光部は、仮に太陽光が入射する場合であっても、相手装置から送られたガイド光を太陽光と区別して受光することができ、また、各光無線伝送装置のデータ光受光部は、仮に太陽光が入射する場合であっても、相手装置から送られたデータ光を太陽光と区別し、かつデータ光の最大パワーを維持しながら受光することができるため、相手装置との間のデータ通信を容易かつ確実に行うことができる。
Therefore, in the optical wireless transmission system according to the first aspect of the present invention, light of 1350 nm to 1450 nm, which is the power reduction wavelength range of sunlight, is used as the guide light for detecting the direction between the optical wireless transmission devices, Moreover, as data light for data communication between optical wireless transmission devices, the above-mentioned solar power is within the maximum power wavelength range of 1200 nm to 1400 nm that satisfies the radiation exposure limit for lasers that comply with
また、本発明の第2の態様に係わる光無線伝送システムにおいて、光無線伝送装置間の方向検出用のガイド光受光部として、そのガイド光以外の光(特に太陽光)の影響を受けないように、1350nm〜1450nmの波長帯域の光のみに受光感度を有する受光素子、言い換えれば、1350nm〜1450nm以外の波長帯域の光に対する受光感度が無い受光素子を用いている。さらに、本発明の第2の態様に係わる光無線伝送システムの各光無線伝送装置において、相手装置から送られるデータ光検出用のデータ光受光部として、データ光以外の光(特に太陽光)の影響を受けず、かつデータ光の最大パワーを維持できるように、1350nm〜1400nmの波長帯域の光のみに受光感度を有する素子、言い換えれば、1350nm〜1400nm以外の波長帯域の光に対する受光感度が無い素子を用いている。 In the optical wireless transmission system according to the second aspect of the present invention, the guide light receiving unit for detecting the direction between the optical wireless transmission devices is not affected by light (particularly sunlight) other than the guide light. In addition, a light receiving element having light receiving sensitivity only for light in a wavelength band of 1350 nm to 1450 nm, in other words, a light receiving element having no light receiving sensitivity for light in a wavelength band other than 1350 nm to 1450 nm is used. Further, in each optical wireless transmission device of the optical wireless transmission system according to the second aspect of the present invention, light other than data light (particularly sunlight) is used as a data light receiving unit for detecting data light sent from the counterpart device. In order to maintain the maximum power of the data light without being affected, the device has light receiving sensitivity only for light in the wavelength band of 1350 nm to 1400 nm, in other words, there is no light receiving sensitivity for light in the wavelength band other than 1350 nm to 1400 nm. An element is used.
このように構成した光無線伝送システムによれば、各光無線伝送装置のガイド光受光部は、仮に太陽光が入射する場合であっても、相手装置から送られたガイド光を太陽光と区別して受光することができ、また、各光無線伝送装置のデータ光受光部は、仮に太陽光が入射する場合であっても、相手装置から送られたデータ光を太陽光と区別し、かつデータ光の最大パワーを維持しながら受光することができるため、相手装置との間のデータ通信を容易かつ確実に行うことができる。 According to the optical wireless transmission system configured as described above, the guide light receiving unit of each optical wireless transmission device separates the guide light transmitted from the counterpart device from sunlight even if sunlight is incident. The data light receiving unit of each optical wireless transmission device can distinguish the data light transmitted from the partner device from the sunlight, even if sunlight is incident, and Since light can be received while maintaining the maximum light power, data communication with the counterpart device can be performed easily and reliably.
図3は、本発明の第1の態様に対応する第1の実施形態に係わる第1および第2の光無線伝送装置A1およびA2を用いた光無線伝送システムの全体構成を示す図である。また、図4は、図3に示す光無線伝送装置A1の概略構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of an optical wireless transmission system using the first and second optical wireless transmission apparatuses A1 and A2 according to the first embodiment corresponding to the first aspect of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the optical wireless transmission apparatus A1 shown in FIG.
図3に示すように、本実施形態に係わる光無線伝送システムは、屋内の例えばデスク上などに設置されるとともにパーソナルコンピュータ等の複数の端末に接続可能な第1の光無線伝送装置A1と、屋内における上記第1の光無線伝送装置A1に対して上部位置である例えば天井Cに設置される第2の光無線通信装置A2とを備えており、これらの光無線伝送装置A1およびA2間でデータ通信(双方向データ光伝送)を行うシステムである。 As shown in FIG. 3, the optical wireless transmission system according to the present embodiment is installed indoors, for example, on a desk or the like, and can be connected to a plurality of terminals such as a personal computer, A second optical wireless communication device A2 installed on, for example, the ceiling C, which is an upper position relative to the first optical wireless transmission device A1 indoors, and between these optical wireless transmission devices A1 and A2. This system performs data communication (bidirectional data optical transmission).
図3および図4に示すように、第1の光無線伝送装置A1は、略角柱状あるいは円柱状の筐体(ハウジング)Hを有し、このハウジングHは、その図中長手方向が、例えば水平方向に対して平行になるように配置されており、その図中上端部には、第2の光無線伝送装置(以下、記載を容易にするため、相手装置ともいう)A2に対して光信号を送受信するための例えば矩形状や円形状の窓Wが形成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the first optical wireless transmission device A1 has a substantially prismatic or cylindrical casing (housing) H. The housing H has a longitudinal direction in the figure, for example, It is arranged so as to be parallel to the horizontal direction, and at the upper end in the figure, light is transmitted to a second optical wireless transmission apparatus (hereinafter also referred to as a partner apparatus) A2 for ease of description. For example, a rectangular or circular window W for transmitting and receiving signals is formed.
第1の光無線伝送装置A1は、例えばレーザダイオード等のデータ光送信用の第1の発光素子1と、送信対象となるデータに対応する信号(データ信号)を第1の発光素子1に供給するデータ供給部7とを有しており、この発光素子1は、その光軸が水平方向に沿うように、例えばハウジングHの短手側一端部に取り付けられている。
The first optical wireless transmission device A1 supplies, to the first
この第1の発光素子1は、データ供給部7から送られたデータ信号により変調された上記波長範囲1350nm〜1400nmのデータ光を出射するようになっている。
The first
また、第1の光無線伝送装置A1は、ハウジングH内における第1の発光素子1からのデータ光の光路上に、そのデータ光の光軸に対して同軸状に配置されたコリメートレンズ等の光成形用光学素子2と、ハウジングH内における第1の発光素子1からのデータ光の光路上における光学素子2に対する下流側に、そのデータ光の光軸に対して、その光透過・反射面が同軸状かつ所定角度傾斜するようにそれぞれ配置された例えばハーフミラー等の第1および第2のビームスプリット光学素子3Bおよび3Aとを備えている。
The first optical wireless transmission device A1 includes a collimator lens or the like arranged coaxially with respect to the optical axis of the data light on the optical path of the data light from the first
さらに、第1の光無線伝送装置A1は、ハウジングH内における第1の発光素子1からのデータ光の光路上かつ第2のビームスプリット光学素子3Aに対する下流側に配置された反射光学系4とを備えている。この反射光学系4は、その例えば矩形状の反射面4aの中心位置が第1の発光素子1の光軸上に位置している。
Further, the first optical wireless transmission device A1 includes a reflection
反射光学系4は、その反射面4aが第1の発光素子1の出射面および窓Wにそれぞれ対向するように、例えば第1の発光素子の光軸に対して所定の傾斜角(例えば45°)で傾斜する配置されている。また、光無線伝送装置A1は、反射光学系4に取り付けられており、この反射光学系4(反射面4a)を、その反射面4aの中心を通り、かつ第1の発光素子の光軸および窓Wの中心方向を通る平面に直交する軸(X軸とする)を中心として例えば図中時計および反時計回り方向へ回転させることができるアクチュエータATを備えている。
The reflection
すなわち、反射光学系4における傾斜角を、その反射面4aにより反射された光が窓Wを通過するように設定しておくことにより、反射面4aに入射したデータ光は、反射面4aを介して上記傾斜角に対応する偏向角に応じて偏向(反射)され、窓Wを通って外部に送出されるようになっている。
That is, by setting the inclination angle in the reflecting
一方、第1の光無線伝送装置A1は、第1のビームスプリット光学素子3Aの反射面に対向かつ同軸状に配置された集光レンズ等の集光光学系5Aと、この集光光学系5Aにより集光された光を受光して電気信号に変換するためのフォトダイオード(PD)等の受光部6Aと、第2のビームスプリット光学素子3Bの反射面に対向かつ同軸状に配置された集光レンズ等の集光光学系5Bと、この集光光学系5Bにより集光された光を受光して電気信号に変換するためのフォトダイオード等の受光部6Bとを備えている。
On the other hand, the first optical wireless transmission device A1 includes a condensing
上述した構成要素1〜6BおよびATは、それぞれハウジングH内に収容されている。
The above-described
さらに、第1の光無線伝送装置A1は、受光部6AおよびアクチュエータATに対してそれぞれに電気的に接続されており、受光部6Aにより変換された電気信号に基づいてアクチュエータATを制御して、反射光学系4の反射面4aの傾斜角(データ光偏向角)を制御するための制御部8Aを備えている。
Furthermore, the first optical wireless transmission device A1 is electrically connected to the
さらに、第1の光無線伝送装置A1は、受光部6Bに対して電気的に接続されたデータ信号処理部8Bを備えている。
Further, the first optical wireless transmission apparatus A1 includes a data
そして、第1の光無線伝送装置A1は、ハウジングHにおける窓W近傍に設置されており、自装置(光無線伝送装置)の方向を相手装置A2に知らせるために、所定の通信可能エリア(サービスエリア)R1内にガイド光(パイロット光)を照射するための第2の発光素子9を備えている。
The first optical wireless transmission device A1 is installed in the vicinity of the window W in the housing H. In order to inform the counterpart device A2 of the direction of the own device (optical wireless transmission device), a predetermined communicable area (service A second
なお、本実施形態では、第1の光無線伝送装置A1における第2の発光素子9のサービスエリアR1の範囲を、第2の発光素子9の発光指向角(画角)として、広範囲(図3参照)に定めている。
In the present embodiment, the range of the service area R1 of the second
本実施形態では、第2の発光素子9としては、1350nmから1450nmの波長域の光を出す端面発光型の半導体レーザ、面発光レーザ、あるいは発光ダイオード等が用いられている。
In the present embodiment, as the second
一方、図3に示すように、第2の光無線伝送装置A2は、図4に示す第1の光無線伝送装置A1と略同一の構成を有する光送受信モジュールから構成されており、この第2の光無線伝送装置A2における窓Wおよび第2の発光素子9のガイド光出射面は、下方、すなわち、第1の光無線伝送装置A1側を向いている。また、本実施形態では、第2の光無線伝送装置A2における第2の発光素子9のサービスエリアR2の範囲を、第2の発光素子9の発光指向角として、広範囲(図3参照)に定めている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the second optical wireless transmission device A2 is configured by an optical transmission / reception module having substantially the same configuration as the first optical wireless transmission device A1 shown in FIG. In the optical wireless transmission device A2, the window W and the guide light exit surface of the second
第2の光無線伝送装置A2における第2の発光素子9としても、1350nmから1450nmの波長域の光を出す端面発光型の半導体レーザ、面発光レーザ、あるいは発光ダイオード等が用いられている。
As the second
次に、本実施形態の全体動作について説明する。 Next, the overall operation of this embodiment will be described.
本実施形態においては、相手装置(第2の光無線伝送装置)A2の第2の発光素子9から第1の光無線伝送装置A1におけるハウジングHの窓Wを介して入射されてきたガイド光(図3R2参照)は、反射光学系4の反射面4aを介して反射され、ビームスプリット光学素子3Aの反射面に入射される。
In the present embodiment, the guide light (incident from the second
ガイド光は、ビームスプリット光学素子3Aの反射面により反射され、集光光学系5Aを介して受光部6Aにより受光される。
The guide light is reflected by the reflecting surface of the beam splitting
この受光部6Aにより受光され、その受光強度に比例して電気信号に変換されたガイド光データは、制御部8Aに送られる。制御部8Aでは、送られたガイド光データに基づいて、通信相手装置A2の受光部6Bに対し、自装置A1の第1の発光素子1から出射されたデータ光を照射するための反射光学系4(反射面4a)の傾斜角(偏向角)が求められる。求められた傾斜角(偏向角)に従った制御部8Aの制御に基づくアクチュエータATの駆動により反射光学系4の反射面4aは回転され、この結果、装置A1の第1の発光素子1から出射されたデータ光が相手装置A2の受光部6Bに照射される。
Guide light data received by the
このとき、本実施形態では、相手装置A2における第2の発光素子9として、1350nmから1450nmの波長域のガイド光を出力する素子を用いているため、仮に、太陽光が受光部6Aに入射する場合でも、図1に示したように、上記波長帯域においては太陽光のパワーが大幅に低下するため、受光部6Aは、相手装置A2からのガイド光を太陽光と区別して受光することが可能となる。この結果、上述した制御部8AによるアクチュエータATを介した第1の光無線伝送装置A1の相手装置A2に対する方向検出処理を高精度で行うことができる。
At this time, in the present embodiment, an element that outputs guide light in a wavelength region of 1350 nm to 1450 nm is used as the second
同様に、第2の光無線伝送装置A2においても、第1の光無線伝送装置A1の第2の発光素子9から出射されたガイド光(図3、R1参照)、あるいは後述するデータ光(図3、D1参照)を用いて上述した方向検出処理が実行される。この結果、装置A1およびA2双方向間においてデータ光の送受信が可能、言い換えれば、装置A1およびA2双方向間においてデータ伝送路が確立されることになる。なお、データ伝送路確立後は、第2の発光素子9から出力されているガイド光を消灯した場合でも、通信路を維持することができる。
Similarly, also in the second optical wireless transmission device A2, guide light (see R1 in FIG. 3) emitted from the second
このようにして、上記ガイド光(およびデータ光)による第1および第2の光軸無線伝送装置A1およびA2間のデータ伝送路確立処理が完了した後、第2の光無線伝送装置A2の第1の発光素子1から出射され、光学素子2を介して平行光束(コリメート光)に近いビームに整形されたデータ光D2(図3参照)は、ビームスプリット光学素子3Bおよび3Aそれぞれを透過して反射光学系4の反射面4aおよび窓Wを通って第1の光無線伝送装置A1に向けて送出される。
Thus, after the data transmission path establishment process between the first and second optical axis wireless transmission apparatuses A1 and A2 by the guide light (and data light) is completed, the second optical wireless transmission apparatus A2 The data light D2 (see FIG. 3) emitted from one
このとき、第1の光無線伝送装置A1におけるハウジングHの窓Wを介して入射されてきたデータ光D2は、反射光学系4の反射面4aを介して反射され、ビームスプリット光学素子3Aの反射面を透過してビームスプリット光学素子3Bに入射される。
At this time, the data light D2 that has entered through the window W of the housing H in the first optical wireless transmission device A1 is reflected through the reflecting
データ光D2は、ビームスプリット光学素子3Bの反射面により反射され、集光光学系5Bを介して受光部6Bにより受光される。
The data light D2 is reflected by the reflecting surface of the beam splitting
この受光部6Bにより受光され、その受光強度に比例して電気信号に変換されたデータ信号は、データ信号処理部8Bに送られる。データ信号処理部8Bでは、送られたデータ信号から送信対象となるデータが復調され、この結果、相手装置A2から第1の光無線伝送装置A1に対する送信対象データの伝送が完了する。
The data signal received by the
このとき、本実施形態では、相手装置A2における第1の発光素子1として、1350nmから1400nmの波長域のデータ光を出力する素子を用いているため、仮に、太陽光が受光部6Bに入射する場合でも、図1および図2に示したように、上記波長帯域においては、太陽光のパワーが大幅に低下し、かつ受光したデータ光のパワーが最大に維持されているため、受光部6Bは、相手装置A2からのデータ光を太陽光と区別し、かつ感度良く受光することが可能となる。この結果、データ光の受光に関して太陽光の干渉による影響を最大限緩和することができる。
At this time, in the present embodiment, an element that outputs data light in a wavelength region of 1350 nm to 1400 nm is used as the first
同様に、第2の光無線伝送装置A2においても、第1の光無線伝送装置A1の第1の発光素子1から出射されたデータ光D1(図3参照)を受光することができるため、データ光の受光に関して太陽光の干渉による影響を最大限緩和することができる。
Similarly, the second optical wireless transmission device A2 can receive the data light D1 (see FIG. 3) emitted from the first
したがって、第1および第2の光無線伝送装置A1およびA2間のデータ伝送に関する太陽光の影響に対する信頼性を大幅に向上させることができる。 Therefore, the reliability with respect to the influence of sunlight concerning the data transmission between the first and second optical wireless transmission devices A1 and A2 can be greatly improved.
図5は、本発明の第2の態様に対応する第2の実施形態に係わる各光無線伝送装置における受光部6A1の構成の一例を表す図である。なお、第2の実施形態に係わる各光無線伝送装置の構成は、図3および図4に示した構成と略同等であるため、その説明は省略する。なお、本実施形態においては、各光無線伝送装置における第1の発光素子1は、必ずしも1350nmから1400nmの波長帯域の光を発光する必要はなく、また、同様に、各光無線伝送装置における第2の発光素子9は、必ずしも1350nmから1450nmの波長帯域の光を発光する必要はない。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the light receiving unit 6A1 in each optical wireless transmission device according to the second embodiment corresponding to the second aspect of the present invention. Note that the configuration of each optical wireless transmission apparatus according to the second embodiment is substantially the same as the configuration shown in FIGS. In the present embodiment, the first
本実施形態における受光部6A1としては、ガイド光以外の光(特に太陽光)の影響を受けないように、1350nm〜1450nmの波長帯域の光のみに受光感度を有する素子、言い換えれば、1350nm〜1450nm以外の波長帯域の光に対する受光感度が無い(あるいは非常に低い)素子を用いて構成されている。 As the light receiving unit 6A1 in the present embodiment, an element having light receiving sensitivity only for light in the wavelength band of 1350 nm to 1450 nm, in other words, 1350 nm to 1450 nm, so as not to be affected by light other than guide light (particularly sunlight). It is configured using an element having no (or very low) light receiving sensitivity to light in a wavelength band other than.
例えば、図5に示す受光部6A1は、n型のlnP基板11と、この基板11上に成長された同一の伝導型を有するn-lnP層12と、このn-lnP層12上に所定の厚み(層厚)だけ成長された1450nmの波長に相当するバンドギャップを有するアンドープGalnAsP層13とを備えている。
For example, the light receiving section 6A1 shown in FIG. 5 includes an n-
また、受光部61A1は、アンドープGalnAsP層13に成長された反対の伝導型を有するp-lnPブロック層14と、このp-lnPブロック層14上に所定の厚み(層厚)だけ成長された1350nmの波長に相当するバンドギャップを有するp-GalnAsP吸収層15とを備えている。
The light receiving portion 61A1 has a p-
さらに、受光部61A1は、n型のlnP基板11の外面およびGalnAsP吸収層15の外面、すなわち、構成要素11〜15から成る積層構造体の下上面にそれぞれ取り付けられたn電極10およびp電極11を備えている。
Further, the light receiving portion 61A1 includes an n-
このように構成された受光部6A1によれば、アンドープGalnAsP層13のみに電界がかかるため、このアンドープGalnAsP層13で吸収された光(ガイド光)のみが光電流として電気信号となる。
According to the light receiving unit 6A1 configured as described above, since an electric field is applied only to the
例えば、図5における上部(p電極16)側から1350nmより短い波長の光が入射した場合を考えると、この入射光は、p-GalnAsP吸収層15により吸収されるためアンドープGalnAsP層13まで届かず、したがって、アンドープGalnAsP層13内に光電流が生じない。
For example, when light having a wavelength shorter than 1350 nm is incident from the upper side (p electrode 16) side in FIG. 5, this incident light is absorbed by the p-
ここで、受光部6A1におけるP-lnPブロック層14は、その表面のP-GalnAsP層15における吸収により生じたキャリアがアンドープGalnAsP層13に漏れて光電流を生じさせないようにする働き、すなわち、バリア層の働きをしている。
Here, the P-
一方、図5における上部(p電極16)側から1350nm〜1450nmの帯域内の波長を有する光(ガイド光)が入射した場合、このガイド光は、P-GalnAsP層15に吸収されずにアンドープGalnAsP層13に入射し、このアンドープGalnAsP層13において吸収されて光電流となる。
On the other hand, when light (guide light) having a wavelength in the band of 1350 nm to 1450 nm is incident from the upper side (p electrode 16) side in FIG. 5, this guide light is not absorbed by the P-
また、1450nm以上の長波長の光は、そのエネルギーがアンドープGalnAsP層13のバンドギャップエネルギーより小さいためアンドープGalnAsP層13で吸収されないため、アンドープGalnAsP層13において光電流が生じない。
In addition, light having a long wavelength of 1450 nm or more is not absorbed by the
以上述べたように、図5に示す構造を有する受光部6A1は、1350nm〜1450nmの波長域の光(ガイド光)にのみ感度のある受光素子として構成されている。 As described above, the light receiving section 6A1 having the structure shown in FIG. 5 is configured as a light receiving element that is sensitive only to light (guide light) in the wavelength range of 1350 nm to 1450 nm.
また、本発明の第2の態様に対応する第2の実施形態に係わる各光無線伝送装置および通信相手装置における受光部6B1の構成は、図5に示す受光部6Aの構成と略同一であるため、その説明は省略する。
In addition, the configuration of the light receiving unit 6B1 in each optical wireless transmission device and communication counterpart device according to the second embodiment corresponding to the second aspect of the present invention is substantially the same as the configuration of the
すなわち、本実施形態における受光部6B1としては、ガイド光以外の光(特に太陽光)の影響を受けず、かつ受光した光のパワーを最大限に維持するように、1350nm〜1400nmの波長帯域の光のみに受光感度を有する素子、言い換えれば、1350nm〜1400nm以外の波長帯域の光に対する受光感度が無い(あるいは非常に低い)素子を用いて構成されている。 That is, the light receiving unit 6B1 in the present embodiment has a wavelength band of 1350 nm to 1400 nm so as not to be affected by light other than the guide light (particularly sunlight) and to maintain the received light power to the maximum. An element having light receiving sensitivity only for light, in other words, an element having no (or very low) light receiving sensitivity for light in a wavelength band other than 1350 nm to 1400 nm.
具体的には、図5に示す構成において、P-GalnAsP層15を、1350nmに相当するバンドギャップを有する層から、1400nmに相当するバンドギャップを有する層に変更することにより、実現できる。
Specifically, in the configuration shown in FIG. 5, the P-
以上述べたように、本実施形態によれば、各光無線伝送装置における受光部6A1として、1350nmから1450nmの波長帯域の光に対して他の波長帯域の光よりも高い感度を有する素子を用いているため、仮に、太陽光が受光部6Aに入射する場合でも、図1に示したように、この波長帯域においては太陽光のパワーが大幅に低下するため、受光部6Aは、相手装置A2からのガイド光を太陽光と区別して受光することが可能となる。この結果、上述した制御部8AによるアクチュエータATを介した第1の光無線伝送装置A1の相手装置A2に対する方向検出処理を高精度で行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, as the light receiving unit 6A1 in each optical wireless transmission device, an element having higher sensitivity to light in the wavelength band of 1350 nm to 1450 nm than light in other wavelength bands is used. Therefore, even if sunlight is incident on the
同様に、本実施形態によれば、各光無線伝送装置における受光部6B1として、1350nmから1400nmの波長帯域の光に対して他の波長帯域の光よりも高い感度を有する素子を用いているため、仮に、太陽光が受光部6Bに入射する場合でも、図1に示したように、この波長帯域においては太陽光のパワーが大幅に低下し、かつ図2に示したように、同波長帯域においては、クラス1における受光強度を最大限に維持することができるため、受光部6Bは、相手装置A2からのデータ光を太陽光と区別し、かつ感度良く受光することが可能となる。この結果、データ光の受光に関して太陽光の干渉による影響を最大限緩和することができ、データ伝送の信頼性を向上させることができる。
Similarly, according to the present embodiment, the light receiving unit 6B1 in each optical wireless transmission device uses an element having higher sensitivity to light in the wavelength band of 1350 nm to 1400 nm than light in other wavelength bands. Even if sunlight is incident on the
なお、第1実施形態の構成と第2実施形態の構成とを共に採用することも当然可能であり、光無線伝送装置間のデータ伝送の信頼性をさらに向上させることができる。 In addition, it is naturally possible to adopt both the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment, and the reliability of data transmission between optical wireless transmission devices can be further improved.
なお、第1実施形態の構成と第2実施形態の構成とを共に採用することも当然可能であり、光無線伝送装置のデータ伝送の信頼性をさらに向上させることができる。 Note that it is naturally possible to employ both the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment, and the reliability of data transmission of the optical wireless transmission apparatus can be further improved.
また、ガイド光やデータ光を規定内のさらに狭い領域に限定することも可能であり、その場合には、それらの光を受ける受光素子をその領域に対応した範囲のみに感度をもつようにすることにより、更に信頼性を向上させることも可能である。 It is also possible to limit the guide light and data light to a narrower area within the specified range. In this case, the light receiving element that receives the light has sensitivity only in the range corresponding to the area. Therefore, it is possible to further improve the reliability.
さらに、本実施の形態においては、受光素子の構造により、ある波長範囲のみに感度がある素子を使用したが、波長カットフィルタとの組み合わせや所定の波長のみ透過するフィルターを受光素子の前に置くことでも類似の効果を生じさせる事ができる。 Furthermore, in this embodiment, an element having sensitivity only in a certain wavelength range is used due to the structure of the light receiving element. However, a combination with a wavelength cut filter or a filter that transmits only a predetermined wavelength is placed in front of the light receiving element. Can produce similar effects.
1 第1の発光素子
2 光学素子
3A、3B ビームスプリツタ光学素子
4 反射光学系
4a 反射面
5A、5B 集光光学系
6A、6A1、6B 受光部
7 データ供給部
8A 制御部
8Bデータ信号処理部
9 第2の発光素子
10 n電極
11 n-lnP基板
12 n-lnP層
13 アンドープGalnAsP層
14 p-lnPブロック層
15 p-GalnAsP吸収層
16 P電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記各第1および第2の光無線伝送装置は、
当該第1および第2の光無線通信装置の間で相互の相手装置に対して、前記データ光が1350nm〜1400nmの波長帯域を有し、国際安全規格IEC60825-1で規定するクラス1に準拠する光強度を有するデータ光を出射する第1の発光素子と、
前記相手装置に対して、前記ガイド光が1350nm〜1450nmの波長帯域を有し、前記国際安全規格IEC60825-1で規定するクラス1に準拠する光強度を有するガイド光を出射する第2の発光素子と、
前記相手装置の第2の発光素子から出射されたガイド光を用いて該相手装置の自装置に対する方向を特定する方向特定手段と、
を備えたことを特徴とする屋内用光無線伝送システム。 A mutual direction is specified between the first and second optical wireless transmission apparatuses using the guide light, and the first and second optical wireless transmission apparatuses whose directions are specified are modulated by data to be transmitted. An indoor optical wireless transmission system that transmits data by transmitting and receiving data light,
Each of the first and second optical wireless transmission devices includes:
Between the first and second optical wireless communication apparatuses, the data light has a wavelength band of 1350 nm to 1400 nm and complies with Class 1 defined by the international safety standard IEC60825-1 with respect to the partner apparatus. A first light emitting element that emits data light having light intensity;
A second light emitting element that emits guide light having a wavelength band of 1350 nm to 1450 nm and having light intensity conforming to class 1 defined by the international safety standard IEC60825-1 with respect to the counterpart device When,
Direction specifying means for specifying the direction of the counterpart device relative to the own device using guide light emitted from the second light emitting element of the counterpart device;
An indoor optical wireless transmission system comprising:
前記相手装置から出射されたガイド光を受光する第2の受光部と、
前記第2の受光部により受光されたガイド光に基づいて前記相手装置の方向を特定し、特定した方向に対して前記第1の発光素子から発光されたデータ光を向ける手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の屋内用光無線伝送システム。 The direction specifying means in each of the first and second optical wireless transmission devices includes a first light receiving unit that receives data light emitted from the counterpart device;
A second light receiving unit for receiving the guide light emitted from the counterpart device;
Means for specifying the direction of the counterpart device based on the guide light received by the second light receiving unit, and directing the data light emitted from the first light emitting element to the specified direction;
The indoor optical wireless transmission system according to claim 1, further comprising:
前記各第1および第2の光無線伝送装置は、
当該第1および第2の光無線通信装置の間で相互の相手装置に対して、前記データ光を出射する第1の発光素子と、
前記相手装置に対して、前記ガイド光を出射する第2の発光素子と、
1350nm〜1400nmの波長範囲の光に対してのみ他の波長範囲に対して高い受光感度を有し、前記相手装置から出射されたデータ光を受光する第1の受光部と、
1350nm〜1450nmの波長範囲の光に対してのみ他の波長範囲に対して高い受光感度を有し、前記相手装置から出射されたガイド光を受光する第2の受光部と、
を備えたことを特徴とする屋内用光無線伝送システム。 A mutual direction is specified between the first and second optical wireless transmission apparatuses using the guide light, and the first and second optical wireless transmission apparatuses whose directions are specified are modulated by data to be transmitted. An indoor optical wireless transmission system that transmits data by transmitting and receiving data light,
Each of the first and second optical wireless transmission devices includes:
A first light emitting element that emits the data light to a mutual partner device between the first and second optical wireless communication devices;
A second light emitting element that emits the guide light to the counterpart device;
A first light-receiving unit that has high light-receiving sensitivity with respect to other wavelength ranges only for light in the wavelength range of 1350 nm to 1400 nm, and that receives data light emitted from the counterpart device;
A second light-receiving unit that has high light-receiving sensitivity with respect to other wavelength ranges only for light in the wavelength range of 1350 nm to 1450 nm, and that receives the guide light emitted from the counterpart device;
An indoor optical wireless transmission system comprising:
lnP層と、1450nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記lnP層に積層されて成るアンドープGalnAsP層と、1350nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記アンドープGalnAsP層に対して前記lnP層とは反対側に配置されて成るGalnAsP吸収層とを備えたことを特徴とする請求項3記載の屋内用光無線伝送システム。 The first light receiving element is:
an lnP layer, having an band gap energy corresponding to a wavelength of 1450 nm, an undoped GalnAsP layer stacked on the lnP layer, and having a band gap energy corresponding to a wavelength of 1350 nm, with respect to the undoped GalnAsP layer The indoor optical wireless transmission system according to claim 3, further comprising a GalnAsP absorption layer disposed on the opposite side of the lnP layer.
lnP層と、1400nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記lnP層に積層されて成るアンドープGalnAsP層と、1350nmの波長に相当するバンドギャップエネルギーを有し、前記アンドープGalnAsP層に対して前記lnP層とは反対側に配置されて成るGalnAsP吸収層とを備えたことを特徴とする請求項3記載の屋内用光無線伝送システム。 The second light receiving element is
an lnP layer, having an band gap energy corresponding to a wavelength of 1400 nm, an undoped GalnAsP layer stacked on the lnP layer, and having a band gap energy corresponding to a wavelength of 1350 nm, to the undoped GalnAsP layer 4. The indoor optical wireless transmission system according to claim 3, further comprising a GalnAsP absorption layer disposed on the opposite side of the lnP layer.
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---|---|---|---|---|
JP2015149369A (en) * | 2014-02-05 | 2015-08-20 | 株式会社フジクラ | fiber laser device |
-
2006
- 2006-01-05 JP JP2006000622A patent/JP2007184707A/en not_active Withdrawn
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JP2015149369A (en) * | 2014-02-05 | 2015-08-20 | 株式会社フジクラ | fiber laser device |
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