JP2008109598A

JP2008109598A - 光通信装置

Info

Publication number: JP2008109598A
Application number: JP2006292925A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsujimura; 健辻村; Koichi Yoshida; 耕一吉田; Izumi Mikawa; 泉三川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: JP4747073B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、光ファイバから発射された光ビームを光学レンズを用いて絞り、受光したレーザ光を光学レンズを用いて集光して光ファイバコア部に集中する信号伝送ユニットを、窓ガラスに取り付けて光通信線路を実現する光通信装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、窓ガラス２によって隔てられた２地点間で光伝送する光通信装置であって、光ファイバケーブル６を伝搬してきた光信号をコリメータレンズ７で絞り窓ガラス２方向に送信する屋外側信号伝送ユニット１ｂと、窓ガラス２を透過した光信号をコリメータレンズ７で集光して光ファイバ６ａに取り込む屋内側信号伝送ユニット１ａとを具備し、屋外側信号伝送ユニット１ｂのコリメータレンズ７と屋内側信号伝送ユニット１ａのコリメータレンズ７がそれぞれ窓ガラス２を挟んで対向するように配置することを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、光を透過する媒質よりなる光透過部材を挟む２点間で信号を伝送する光通信線路として作用する光通信装置に関するものである。

光通信線路は電話局からユーザ宅まで光ファイバケーブルを敷設し、ユーザ宅のＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）装置に配線されている。通常ＯＮＵから通信ケーブルをユーザ宅内に導入しているが、家屋に穴を開け通信ケーブルを通す工事が必要であり、時間・費用等の点で問題があった。

また、電波により無線信号を伝送する方法もあるが、利用可能周波数の制限・干渉によるスループットの低下・セキュリティの問題等があった。

ガラスエクステンダ（例えば、特許文献１参照。）は窓ガラスの内外面に１対の装置を貼付しガラスを透過するレーザ光を用いて通信を行う技術である。各装置はＬＥＤとフォトダイオードを内蔵し、屋外通信機器（ＯＮＵ）と屋内通信機器（ＨＵＢ等）を結んで双方向通信を行う。ＯＮＵからの電気信号は窓ガラス外面装置のＬＥＤによりＥ／Ｏ（電気／光）変換され、発生したレーザ光がガラスを透過する。内面装置のフォトダイオードでこれを受信して、Ｏ／Ｅ（光／電気）変換した後、電気信号として屋内通信機器に送られる。逆方向も同様である。ガラスエクステンダを用いることにより家屋に穴を開けず簡易な通信配線が可能となる。窓ガラス外面装置のＬＥＤとフォトダイオードに駆動電力を供給する必要があり、コイルを内蔵した電磁誘導によりこれを実現するため、装置が大型煩雑になるという欠点があった。

特開２００４−８０５９５号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、光通信線路の光透過部材に、光ファイバから発射された光ビームを光学系を用いて絞り、受光したレーザ光を光学系を用いて集光して光ファイバコア部に集中する光学部品のみを配置するだけでよく、通信線路中間に電源を必要とする光／電気変換等の装置を用いることなく光通信線路を実現する光通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、光透過部材によって隔てられた２地点間で光伝送する光通信装置であって、光ファイバを伝搬してきた光信号を光学系で絞り光透過部材方向に送信する送信部分を有する一方の信号伝送ユニットと、前記光透過部材を透過した光信号を光学系で集光して光ファイバに取り込む受信部分を有する他方の信号伝送ユニットとを具備し、一方の信号伝送ユニットの送信部分と他方の信号伝送ユニットの受信部分がそれぞれ光透過部材を挟んで対向するように配置することを特徴とするものである。

また本発明は、光透過部材によって隔てられた２地点間で双方向光伝送する光通信装置であって、光ファイバを伝搬してきた光信号を光学系で絞り光透過部材方向に送信する送信部分と、光透過部材を透過した光信号を光学系で集光して光ファイバに取り込む受信部分を一体の光学系で兼用する一方の信号伝送ユニットと、光透過部材を透過した光信号を光学系で集光して光ファイバに取り込む受信部分と、光ファイバを伝搬してきた光信号を光学系で絞り光透過部材方向に送信する送信部分を一体の光学系で兼用する他方の信号伝送ユニットと、一方の信号伝送ユニットの送受信部分と他方の信号伝送ユニットの送受信部分を光透過部材を挟んで対向するように配置することを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、各信号伝送ユニットの光学系として、コリメータレンズを用いることを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、信号伝送ユニットの光学系の位置と傾きを調整する光学系調整装置を備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、信号伝送ユニットの光学系を調整後に固定する固定機構を備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、光学系調整装置として、信号伝送ユニットの光学系の調整・固定後に、光学系傾き調節機構を取り外し可能にすることを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、信号伝送ユニットの光学系の一端近傍をロータリージョイントを介して固定機構に取り付け、信号伝送ユニットの光学系の他端近傍にモータにより駆動される駆動部を取り付けた光学系調整装置を備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、一方の信号伝送ユニットの光学系受光部に照準マークを設け、他方の信号伝送ユニットの光学系から可視光を発射する可視光源を設けた粗調整装置を備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、一方の信号伝送ユニットの光学系からレーザ光を発射するための通信用光源と、他方の信号伝送ユニットの光学系で受光したレーザ光の光強度を計測する光パワーメータと、信号伝送ユニットの光学系の傾きを駆動するモータと、前記通信用光源及びモータを制御し、前記光パワーメータで計測した光強度を評価して２つの光学系が正対する位置を判別する計算機とを備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、前記光通信装置において、光透過部材として、ガラス、プラスチック、もしくは窓ガラスを用いることを特徴とするものである。

本発明の光通信装置は、光通信線路の光透過部材に、光ファイバから発射された光ビームを光学系を用いて絞り、受光したレーザ光を光学系を用いて集光して光ファイバコア部に集中する光学部品のみを配置するだけでよく、通信線路中間に電源を必要とする光／電気変換等の装置を用いることなく光通信線路を実現する。例えば、ＯＮＵをユーザ宅内に配置し、電話局からＯＮＵまでの光通信線路において、窓ガラス間で光信号と電気信号の変換を行わず、光学部品のみを配置するだけでそのまま信号光を伝播して通信経路を構成する光通信装置を提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態の使用例を示す構成説明図である。図１に示すように、ユーザ宅３には窓ガラス２が屋外と屋内を仕切るようにして設けられる。前記窓ガラス２の屋内側の面には屋内側信号伝送ユニット１ａが取り付けられ、前記窓ガラス２の屋外側の面には屋外側信号伝送ユニット１ｂが取り付けられる。前記屋内側信号伝送ユニット１ａ及び屋外側信号伝送ユニット１ｂは窓ガラス２を挟んで対向して取り付けられて光通信装置を構成する。前記ユーザ宅３内にはＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）４が設置され、前記ＯＮＵ４はユーザ端末３ａと導電線により接続されると共に光ファイバケーブルにより屋内側信号伝送ユニット１ａと接続される。前記屋外側伝送ユニット１ｂは電話局５に光ファイバケーブル６を介して接続されて有線光通信が行われる。屋内側信号伝送ユニット１ａと屋外側信号伝送ユニット１ｂの間は窓ガラス２を媒質とする空間を光信号が伝搬する。

図２は本発明の実施形態に係る光通信装置を示す構成説明図であり、双方向通信を１本の光ファイバで実行する場合の光通信装置内部の構成例を窓ガラス面に対して垂直な断面で示している。図２に示すように、屋内側伝送ユニット１ａは送信光を絞り受信光を集光する光学部品としての光学レンズ（コリメータレンズ）７及び送受信用光ファイバ６ａを内蔵し、コネクタ８ａを備えている。ユーザ宅の屋内側ではコリメータレンズ７とコネクタ８ａが送受信用光ファイバ６ａにより接続されると共に、前記コネクタ８ａを介して屋内配線用の光ファイバケーブル６と送受信用光ファイバ６ａが接続され、送信信号・受信信号を伝送する。屋外側信号伝送ユニット１ｂは送信光を絞り受信光を集光する光学部品としての光学レンズ（コリメータレンズ）７を内蔵し、コネクタ８ｂを備えている。ユーザ宅の屋外側ではコネクタ８ｂの先端をコリメータレンズ７の焦点位置となるよう配置することにより、屋外側信号伝送ユニット１ｂ内の配線を不要とした構成例である。前記コネクタ８ｂには屋外配線用の光ファイバケーブル６が接続される。例えば、電話局からユーザ宅へ向かう光信号は屋外配線用の光ファイバケーブル６を経由して屋外側信号伝送ユニット１ｂのコネクタ８ｂから放射しコリメータレンズ７によって絞られた後、窓ガラス２に入射する。窓ガラス２を透過した光信号は屋内側信号伝送ユニット１ａのコリメータレンズ７により送受信用ファイバ６ａのコア部に集光され、コネクタ８ａ及び屋内配線用の光ファイバケーブル６を経由してユーザ宅内のＯＮＵに伝送される。

図３は本発明の実施形態に係る光通信装置を示す概略的斜視図であり、窓ガラス２を挟んで一対の光学レンズ（コリメータレンズ）が対向した状態を示す。図３に示すように、各コリメータレンズ７は窓ガラス２の窓枠９に取り付けられた固定用治具１０に固定される。光ファイバケーブル６を伝搬した光信号はコリメータレンズ７から発射し、窓ガラス２を通過して対向するコリメータレンズ７に到達する。固定用治具１０は位置調節用ねじ１１により上下左右方向に位置調節が可能であり、固定用治具１０に固定されるコリメータレンズ７は位置調節用ねじ１１により上下左右方向への位置調節ができる。また、コリメータレンズ７はロータリージョイント１８を介して固定用治具１０に配置されており、光軸の角度を自由に調節できる。調節後は固定用ねじ１６を強く締めることによりコリメータレンズ７を固着できる。１４ｂは固定用治具１０に設けられ、光学系の傾きを調節する光学系傾き調節機構の着脱を行う光学系傾き調節機構取付け穴である。

図４は本発明の実施形態に係る光学系傾き調節機構を示す概略的斜視図である。光学系傾き調節機構１２は光学系傾き調節機構取付けねじ１４ａにより固定用治具１０の光学系傾き調節機構取付け穴１４ｂに着脱される。前記光学系傾き調節機構１２の上部にはモータ１３が取り付けられ、前記モータ１３を駆動源とし枠状の駆動アーム１５が上下左右に駆動する。駆動アーム１５は枠内にコリメータレンズ７を把握するためのピン１７を備えている。

図５は本発明の実施形態に係る光学系調整装置の動作を説明するための概略的斜視図であり、光学系の傾き調節を説明する図である。図５に示すように、コリメータレンズ７の一端近傍はロータリージョイント１８を介して固定用治具１０に取り付け、コリメータレンズ７の他端近傍はモータにより上下左右に駆動される駆動アーム１５に取り付ける。すなわち、駆動アーム１５の上下左右の直動動作に従って、コリメータレンズ７の傾き角度がロータリージョイント１８を中心に調節される。

このように光学系調整装置は、駆動アーム１５を上下左右に駆動することにより、信号伝送ユニットのコリメータレンズ７の傾きを調整する。また、光学系傾き調節機構１２は、信号伝送ユニットのコリメータレンズ７の調整・固定後に光学系傾き調節機構取付けねじ１４ａを固定用治具１０の光学系傾き調節機構取付け穴１４ｂから抜くことにより取り外しが可能である。

図６は本発明の実施形態に係る粗調整装置を示す構成説明図である。図６に示すように、受光側の信号伝送ユニットのコリメータレンズ７には受光面に反射点２１を有する照準マーク１９が配置され、他方の信号伝送ユニットのコリメータレンズ７には可視光を発射する可視光源２０が光ファイバケーブル６により接続される。すなわち、可視光源２０から発射された可視光は光ファイバケーブル６及びコリメータレンズ７を経由して照準マーク１９の表面に照射され、照準マーク１９上の反射点２１として目視されるので、送信側のコリメータレンズ７の光軸が確認できる。

図７は本発明の実施形態に係る自動光軸調整系を示す構成説明図である。図７において、１３は駆動アーム１５に把持された他方の信号伝送ユニットのコリメータレンズ７の傾きを駆動するモータ、２２は光ファイバケーブル６で接続された一方の信号伝送ユニットのコリメータレンズ７からレーザ光を発射するための通信用光源、２３は光ファイバケーブル６で接続された他方の信号伝送ユニットのコリメータレンズ７で受光したレーザ光の光強度を計測する光パワーメータ、２４は通信用光源２２及びモータ１３を制御し、光パワーメータ２３で計測した光強度を評価して２つのコリメータレンズ７が正対する位置を判別する計算機である。すなわち、通信用光源２２から送られたレーザ光は光ファイバケーブル６、コリメータレンズ７、窓ガラス２を経由して光パワーメータ２３で受光強度を測定し、計算機２４で記憶する。モータ１３は計算機２４からの指令値に従って光学系傾き調節機構の駆動アーム１５を作動しコリメータレンズ７の位置姿勢を制御する。計算機２４は様々なコリメータレンズ７の位置姿勢に対する受光強度を評価して２つのコリメータレンズ７が正対する位置を判別する。

図８は本発明の実施形態に係る光通信装置のコリメータレンズの位置を変えたときの受光強度測定値を示す特性図であり、図９は本発明の実施形態に係る光通信装置のコリメータレンズの傾きを変えたときの受光強度測定値を示す特性図である。いずれも２つのコリメータレンズが正対位置を頂点として光軸がずれるに従い受光強度が低下する。２つのコリメータレンズの正対位置を決定するためには、受光強度の分布からその最大値を探索すればよいことが確認された。このようにして実験装置の光軸を調整した結果、入力光強度−５．９７ｄＢｍに対して受光強度−１１．２ｄＢｍという伝送特性が得られ、約５ｄＢの損失で窓ガラス越し光空間通信が実施できることを検証した。

本発明の実施形態はＯＮＵをユーザ宅内に配置し、電話局からＯＮＵまでの光通信線路において窓ガラス部分を空間通信化する技術であり、光信号の電気信号への変換を行わずそのまま信号光を伝播して通信経路を構成する。

尚、窓ガラスの両面で単に光ファイバ端面を対向しただけでは、信号光を空間伝送するには不十分である。光ファイバ端面から発射される信号光が発散するため、信号強度が低下し発射方向を制御するには不十分である。また受信側でも、単純に光ファイバ端面を受光面としただけでは、受光面積が極めて小さい（シングルモードファイバで直径約１０ミクロン）ため十分な光強度を取り込むことができず、信号光を集中して照射する場合にもターゲットとして制御困難な小ささである。

これを解決するためには光ファイバから発射された光ビームを光学系を用いて絞り、受光したレーザ光を光学系を用いて集光して光ファイバコア部に集中する必要がある。その場合にも光学系の位置調整には微妙な精度を必要とし、システム設置後には光ビーム光軸がずれない安定性が求められる。光学系の調整には自動化が有効であるが、２つの光学系が正対したことを検出する計測系と光学系を微細に動かす駆動系の連携が不可欠となる。また、実用的な見地からは機構の単純化や、駆動系などの設置ツールを回収する手段も重要である。

また、上記本発明の実施形態では光を透過する媒質よりなる光透過部材として、窓ガラスについて説明したが、これに限らずガラス、プラスチックなどの光透過部材についても同様に実施することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の実施形態の使用例を示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る光通信装置を示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る光通信装置を示す概略的斜視図である。本発明の実施形態に係る光学系傾き調節機構を示す概略的斜視図である。本発明の実施形態に係る光学系調整装置の動作を説明するための概略的斜視図である。本発明の実施形態に係る粗調整装置を示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る自動光軸調整系を示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る光通信装置のコリメータレンズの位置を変えたときの受光強度測定値を示す特性図である。本発明の実施形態に係る光通信装置のコリメータレンズの傾きを変えたときの受光強度測定値を示す特性図である。

符号の説明

１ａ…屋内側信号伝送ユニット、１ｂ…屋外側信号伝送ユニット、２…窓ガラス、３…ユーザ宅、３ａ…ユーザ端末、４…ＯＮＵ、５…電話局、６…光ファイバケーブル、６ａ…光ファイバ、７…光学レンズ（コリメータレンズ）、８ａ，８ｂ…コネクタ、９…窓枠、１０…固定用治具、１１…位置調節用ねじ、１２…光学系傾き調節機構、１３…モータ、１４ａ…光学系傾き調節機構取付けねじ、１４ｂ…光学系傾き調節機構取付け穴、１５…駆動アーム、１６…固定用ねじ、１７…ピン、１８…ロータリージョイント、１９…照準マーク、２０…可視光源、２１…反射点、２２…通信用光源、２３…光パワーメータ、２４…計算機。

Claims

光透過部材によって隔てられた２地点間で光伝送する光通信装置であって、
光ファイバを伝搬してきた光信号を光学系で絞り光透過部材方向に送信する送信部分を有する一方の信号伝送ユニットと、
前記光透過部材を透過した光信号を光学系で集光して光ファイバに取り込む受信部分を有する他方の信号伝送ユニットと
を具備し、一方の信号伝送ユニットの送信部分と他方の信号伝送ユニットの受信部分がそれぞれ光透過部材を挟んで対向するように配置することを特徴とする光通信装置。
光透過部材によって隔てられた２地点間で双方向光伝送する光通信装置であって、
光ファイバを伝搬してきた光信号を光学系で絞り光透過部材方向に送信する送信部分と、光透過部材を透過した光信号を光学系で集光して光ファイバに取り込む受信部分を一体の光学系で兼用する一方の信号伝送ユニットと、
光透過部材を透過した光信号を光学系で集光して光ファイバに取り込む受信部分と、光ファイバを伝搬してきた光信号を光学系で絞り光透過部材方向に送信する送信部分を一体の光学系で兼用する他方の信号伝送ユニットと、
一方の信号伝送ユニットの送受信部分と他方の信号伝送ユニットの送受信部分を光透過部材を挟んで対向するように配置することを特徴とする光通信装置。
請求項１又は２に記載の光通信装置において、
各信号伝送ユニットの光学系として、コリメータレンズを用いることを特徴とする光通信装置。
請求項１、２又は３に記載の光通信装置において、
信号伝送ユニットの光学系の位置と傾きを調整する光学系調整装置を備えたことを特徴とする光通信装置。
請求項４に記載の光通信装置において、
信号伝送ユニットの光学系を調整後に固定する固定機構を備えたことを特徴とする光通信装置。
請求項５に記載の光通信装置において、
光学系調整装置として、信号伝送ユニットの光学系の調整・固定後に光学系傾き調節機構を取り外し可能にすることを特徴とする光通信装置。
請求項４、５又は６に記載の光通信装置において、
信号伝送ユニットの光学系の一端近傍をロータリージョイントを介して固定機構に取り付け、信号伝送ユニットの光学系の他端近傍にモータにより駆動される駆動部を取り付けた光学系調整装置を備えたことを特徴とする光通信装置。
請求項１乃至７のいずれかに記載の光通信装置において、
一方の信号伝送ユニットの光学系受光部に照準マークを設け、他方の信号伝送ユニットの光学系から可視光を発射する可視光源を設けた粗調整装置を備えたことを特徴とする光通信装置。
請求項１乃至８のいずれかに記載の光通信装置において、
一方の信号伝送ユニットの光学系からレーザ光を発射するための通信用光源と、
他方の信号伝送ユニットの光学系で受光したレーザ光の光強度を計測する光パワーメータと、
信号伝送ユニットの光学系の傾きを駆動するモータと、
前記通信用光源及びモータを制御し、前記光パワーメータで計測した光強度を評価して２つの光学系が正対する位置を判別する計算機と
を備えたことを特徴とする光通信装置。
請求項１乃至９のいずれかに記載の光通信装置において、
光透過部材として、ガラス、プラスチック、もしくは窓ガラスを用いることを特徴とする光通信装置。