JP2007235439A - 光無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て精度が向上し、製造が容易で、小型化された光無線通信装置を提供する。
【解決手段】光を透過する透明基板１の一方の面上に送信用発光素子２を設置し、他方の面上に位置検出用受光素子４を設置する。送信用発光素子２と位置検出用受光素子４とは、同一光軸上に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間を通じて光信号の送受信を行う光無線通信装置に関する。

従来の光無線通信装置について、図３を参照して説明する。図３に示すように、従来の光無線通信装置は、可動反射ミラー１０１、ビームスプリッタ１０２、集光レンズ１０３、光拡散板１０４、位置検出用受光素子１０５、集光レンズ１０６、受信用受光素子１０７、送信用発光素子１０８、コリメートレンズ１０９を備え、これらはＬ字型のベースブロック１１０上に構成されている。また、可動反射ミラー１０１は、図示しない電磁アクチュエータにより可動になっている。

この光無線通信装置においては、通信の相手側装置から入射された入射信号光は、可動反射ミラー１０１により反射され、ビームスプリッタ１０２に入射される。ビームスプリッタ１０２においては、入射信号光は、傾斜した第１の反射面１０２ａにおいてその光軸を９０°折り曲げられ、第１の反射面１０２ａに平行な第２の反射面１０２ｂにおいて、この第２の反射面１０２ｂに対する透過光と反射光とに分割される。

第２の反射面１０２ｂにおける反射光は、集光レンズ１０３、光拡散板１０４を経て、位置検出用受光素子１０５によって受光される。また、第２の反射面１０２ｂにおける透過光は、集光レンズ１０６を経て、受信用受光素子１０７により受光される。

この光無線通信装置においては、まず、通信の相手側装置を見つけるため、可動反射ミラー１０１によるスキャン動作をし、相手側装置からの光をサーチする。相手側装置からの入射信号光は、前述のように、ビームスプリッタ１０２により位置検出光経路と受信信号光経路とに分けられ、位置検出用受光素子１０５および受信用受光素子１０７により受光される。サーチ時は、位置検出用受光素子１０５からの出力に基づいて相手側装置の方向を特定行い、サーチが終了すると、受信用受光素子１０７により通信を開始する。

送信用発光素子１０８の出射信号光は、コリメートレンズ１０９によって平行光に近いビームに成形され、位置検出光経路および受信信号光経路に交わらないようにしてビームスプリッタ１０２を通過し、可動反射ミラー１０１によって反射され、通信の相手側装置に向かって放射される。

このような光無線通信装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開２００５−２７４３０５号公報

従来の光無線通信装置では、上述のように、位置検出光経路、受信信号光経路、出射信号光経路の３つの経路が必要となる。このため、位置検出用受光素子１０５、受信用受光素子１０７、送信用発光素子１０８の３つの素子の位置決めが難しくなっていた。特に、位置検出用受光素子１０５と送信用発光素子１０８との位置決めは、１μｍ以下の精度が必要とされ、また、位置検出用受光素子１０５と送信用発光素子１０８の光軸を合わせなければならないため、製造が困難であった。

さらに、３つの経路を構成するため、装置の小型化が困難であるという問題があった。

そこで本発明は、組み立て精度が向上し、製造が容易で、小型化された光無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の光無線通信装置は、光無線により相手側通信装置と通信する光無線通信装置であって、平行平面を有し、両面間における光透過性を有する基板と、この基板の一方の面上に設けられ、この面に直行する方向で且つ前記基板側とは逆の方向に信号光を射出する発光部と、前記基板の一方の面上における前記発光部の周囲に設けられた光拡散部と、前記基板の他方の面上において、受光面が前記基板側に向けられて且つ前記発光部と同一光軸上の位置に設けられ、前記光拡散部を介して入射される入射光を前記受光面で受光する位置検出用受光部と、前記基板の一方の面上において前記光拡散部の外側に設けられ、前記一方側から入射される入射信号光を受光する信号光受光部と、前記基板の一方側に設けられ、前記発光部から射出される信号光と前記入射光と前記入射信号光との各光軸方向を同一方向に変更する光軸変更部と、前記位置検出用受光部の前記受光面での受光によって出力される検出信号に基づき、前記光軸変更部の光軸方向の変更を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の光無線通信装置は、光を透過する基板の一方の面上に送信用の発光素子を設け、他方の面上に位置検出用受光素子を設けるので、送信用の発光素子と位置検出用受光素子とを互いに位置確認しながら組み立てることができ、これにより、組み立て精度が向上し、製造を容易化することができる。

また、送信用の発光素子と位置検出用受光素子とを、透明基板を介して同一光軸上に配置したので、光の経路を１つ減らすことができ、装置を小型化することができる。

以下、本発明の光無線通信装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る光無線通信装置を示す構成図、図２は図１に示す光無線通信装置の透明基板上の電極パターンおよび素子の配置を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は底面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る光無線通信装置は、透明基板１、送信用発光素子２、２焦点レンズ３、位置検出用受光素子４、光拡散板５、受信用受光素子６、集光レンズ７、可動反射ミラー８、ビームスプリッタ９、ミラー１０を備える。

透明基板１は、光を透過する素材からなる基板であり、例えばガラス基板とする。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、透明基板１の上面には、送信用発光素子２、光拡散板５、受信用受光素子６が設けられる。また、上面に平行な底面には、位置検出用受光素子４が設置される。位置検出用受光素子４は、その受光面を透明基板１側に向け、送信用発光素子２と同一光軸上に配置される。

図２（ａ）に示すように、透明基板１の上面には、送信用発光素子２に給電するための電極パターン１１と、受信用受光素子６に給電するための電極パターン１２とが、半導体プロセスを用いた加工により設置される。また、図２（ｃ）に示すように、透明基板１の底面には、位置検出用受光素子４に給電するための電極パターン１３が設けられる。ここで、電極パターン１１は、透明基板１への影となるため、できるだけ細く（例えば、５０μｍ以下）するか、透明電極で作製する。

送信用発光素子２は、例えば面発光レーザからなり、通信の相手側装置に送信する光信号を出射する。送信用発光素子２の大きさは、電極パターン１１と同様の理由で、できるだけ小さくする（例えば、□３００μｍ以下）。なお、送信用発光素子２としては、端面発光型レーザと４５°反射ミラーとを組み合わせて垂直に出射できるようにした発光素子、あるいは、端面発光型レーザを垂直に立てる構成をした発光素子を用いることもできる。

２焦点レンズ３は、送信用発光素子２が出射する光を集光、コリメートする。また、２焦点レンズ３は、入射信号光を位置検出用受光素子４に集光させる。２焦点レンズ３は、レンズ開口の内周部と外周部で曲面が異なり、それぞれの曲面が異なる焦点を有するレンズや、光を集光するレンズと±１次光の異なる焦点を有する回折素子の組み合わせなどで実現される。または、複数のレンズを組み合わせることで、２つの焦点が実現される。

位置検出用受光素子４は、中心から放射状に分割された４つ以上の受光面を有するフォトダイオードからなり、例えば４分割フォトダイオードからなる。位置検出用受光素子４は、各受光面に照射された光を電流に変換し、各受光面からそれぞれ独立した光検出出力が得られるようになっている。

光拡散板５は、位置検出用受光素子４に入射する入射信号光を拡散させる。光拡散板５は、シート状の回折格子や回折ホログラム、または、マイクロオーダーの球体を、球体とは異なる屈折率の媒質に添加して固体化することで実現される。なお、光拡散板を用いず、透明基板１に光を散乱させる加工を施してもよい。この方法としては、透明基板１に砂を直接あてて散乱面を形成するサンドブラスタなどがある。

受信用受光素子６は、高速応答フォトダイオード等からなり、入射信号光の受信（データ受信）を行う。集光レンズ７は、受信用受光素子６に入射信号光を集光する。なお、送信のみを行う片方向通信の場合は、受信用受光素子６および集光レンズ７はなくてもよい。

可動反射ミラー８は、図示しない電磁アクチュエータにより可動に構成され、出射信号光、入射信号光の光軸方向を制御する。

ビームスプリッタ９は、可動反射ミラー８で反射された入射信号光を、傾斜した反射面９ａに対する透過光と反射光とに分割する。ミラー１０は、ビームスプリッタ９の反射面９ａで反射された入射信号光の光軸を９０°折り曲げ、集光レンズ７に入射させる。

次に、本実施の形態に係る光無線通信装置の作用を説明する。

可動反射ミラー８は、通信の相手側装置からの入射信号光を反射し、ビームスプリッタ９に入射させる。ビームスプリッタ９は、可動反射ミラー８で反射された入射信号光を、傾斜した反射面９ａに対する透過光と反射光とに分ける。

そして、２焦点レンズ３は、ビームスプリッタ９を通過した入射信号光を位置検出用受光素子４上に集光させる。ここで、２焦点レンズ３から出射された入射信号光は、光拡散板５で拡散された後、透明基板１を通過して位置検出用受光素子４に入射する。

光拡散板５において入射信号光を拡散することで、透明基板１上の送信用発光素子２と電極パターン１１の影をぼかすことができる。また、入射した平行光の強度分布に偏りがある場合や、基板面に平行にずれた場合（光ビームのぶれ）において、光軸のずれと誤認しない効果がある。

入射信号光が照射されると、位置検出用受光素子４は、各受光面に照射された光を電流に変換し、各受光面からの光検出出力を図示しない制御部に出力する。位置検出用受光素子４の受光面は、中心から放射状に分割されているので、入射信号光が中心上に集光された場合には、各受光面における受光量は等しくなり、各受光面からの光検出出力が等しくなる。制御部は、各受光面からの出力信号レベルが等しい状態に保たれるように、電磁アクチュエータを制御して可動反射ミラー８の方向を制御する。

一方、ビームスプリッタ９において反射された入射信号光は、ミラー１０で反射された後、集光レンズ７で集光され、受信用受光素子６により受光される。受信用受光素子６では、受光した入射信号光を電流に変換し、図示しないデータ受信部に供給する。

また、送信用発光素子２は、データ送信のための信号光を出射する。送信用発光素子２からの信号光は、２焦点レンズ３でコリメートされた後、ビームスプリッタ９を通過して可動反射ミラー８で反射され、外部に出射される。

送信用発光素子２と位置検出用受光素子４とが、光学的に同軸構成になっているため、位置検出用受光素子４の各受光面からの出力信号レベルが等しい状態においては、本装置からの出射光軸と、通信の相手側装置からの入射光軸とは合致していることとなり、通信経路が保たれる。

このように本実施の形態によれば、組み立て時において、透明基板１を通して位置検出用受光素子４を見ることができるので、位置検出用受光素子４に合わせて送信用発光素子２を位置精度よく、容易に組み立てることが可能となる。さらに、送信用発光素子２を基準にして受信用受光素子６を精度よく組み立てれば、各素子を位置精度よく組み立てることができる。

また、送信用発光素子２と位置検出用受光素子４とを、透明基板１を介して同一光軸上に配置したので、光の経路を１つ減らすことができ、このため部品点数を減らし、装置の小型化、低価格化を図ることができる。

さらに、送信用発光素子２と位置検出用受光素子４とが、光学的に同軸構成になっているため、出射信号光を効率よく通信の相手側装置に向けることができるので、送受信時の通信経路の確保が行い易く、通信の信頼性を向上することができる。

本発明の一実施の形態に係る光無線通信装置を示す構成図である。 図１に示す光無線通信装置の透明基板上の電極パターンおよび素子の配置を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は底面図である。 従来の光無線通信装置の構成図である。

符号の説明

１ 透明基板
２ 送信用発光素子
３ ２焦点レンズ
４ 位置検出用受光素子
５ 光拡散板
６ 受信用受光素子
７ 集光レンズ
８ 可動反射ミラー
９ ビームスプリッタ
１０ ミラー
１１，１２，１３ 電極パターン

Claims (1)

1. 光無線により相手側通信装置と通信する光無線通信装置であって、
   平行平面を有し、両面間における光透過性を有する基板と、
   この基板の一方の面上に設けられ、この面に直行する方向で且つ前記基板側とは逆の方向に信号光を射出する発光部と、
   前記基板の一方の面上における前記発光部の周囲に設けられた光拡散部と、
   前記基板の他方の面上において、受光面が前記基板側に向けられて且つ前記発光部と同一光軸上の位置に設けられ、前記光拡散部を介して入射される入射光を前記受光面で受光する位置検出用受光部と、
   前記基板の一方の面上において前記光拡散部の外側に設けられ、前記一方側から入射される入射信号光を受光する信号光受光部と、
   前記基板の一方側に設けられ、前記発光部から射出される信号光と前記入射光と前記入射信号光との各光軸方向を同一方向に変更する光軸変更部と、
   前記位置検出用受光部の前記受光面での受光によって出力される検出信号に基づき、前記光軸変更部の光軸方向の変更を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする光無線通信装置。

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