JP2011234071A - Optical wireless apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical wireless apparatus with a simplified configuration facilitating adjustment of an optical axis and capable of a tolerance for a displacement of extending a receiving unit.SOLUTION: An optical wireless transmission apparatus 1 includes a transmitting unit 10 and a receiving unit 20. The transmitting unit 10 includes an SLD 11 that emits light having a first wavelength band and that performs laser oscillation due to externally returned light, a collimator lens 13 that converts the light emitted from the SLD 11 to parallel light, and a diffraction grating 14 that has different diffraction angles for wavelengths of light and that diffuses the parallel light from the collimator lens 13 in a predetermined angle range corresponding to the first wavelength band in a first plane. The receiving unit 20 is disposed in the predetermined angle range in the first plane, and includes a CCP 21 that, by reflecting part of light arriving via the diffraction grating 14 in the original direction, returns the part of light to the SLD 11, and a light receiving element 22 that converts the other part of light arriving via the diffraction grating 14 into an electric signal.

Description

本発明は、光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送装置に関し、特に、レーザ電力伝送や光通信に好適に適用できる技術に関する。   The present invention relates to an optical wireless transmission apparatus that performs spatial transmission of information using light, and particularly relates to a technique that can be suitably applied to laser power transmission and optical communication.

従来より、空間を伝送路して用いる光無線伝送装置には、以下の2つのタイプが存在する。一つは、広がり角のある光により通信を行う拡散光タイプの光無線伝送装置である。この拡散光タイプの光無線伝送装置は、精密な光軸合わせを必要としないという長所があるが、光が拡散減衰するため、長距離の通信には適用できないという問題がある。もう一つは、平行光線により通信を行う平行光タイプの光無線伝送装置である。この平行光タイプの光無線伝送装置は、精密な光軸合わせをすることにより長距離通信が可能であるが、精密な光軸合わせが容易でないという問題がある。   Conventionally, there are the following two types of optical wireless transmission apparatuses that use a space as a transmission path. One is a diffused light type optical wireless transmission apparatus that performs communication using light having a spread angle. This diffused light type optical wireless transmission device has the advantage of not requiring precise optical axis alignment, but has a problem that it cannot be applied to long-distance communication because light is diffused and attenuated. The other is a parallel light type optical wireless transmission apparatus that performs communication using parallel rays. Although this parallel light type optical wireless transmission device can perform long-distance communication by precisely aligning the optical axis, there is a problem that precise optical axis alignment is not easy.

この点、特許文献1には、送信機側に2次元スキャナを設け、送信機と受信機の光軸ずれを、2次元スキャナを用いて修正する平行光タイプの通信装置が開示されている。   In this regard, Patent Document 1 discloses a parallel light type communication device in which a two-dimensional scanner is provided on the transmitter side and the optical axis misalignment between the transmitter and the receiver is corrected using the two-dimensional scanner.

特開平5−346467号公報JP-A-5-346467

しかしながら、上記特許文献1の通信装置においては、機械的及び電気的な駆動機構である二次元スキャナを送信機側に組み込む必要があるため、通信装置のコストアップとなるとともに装置が大型化するという問題がある。そのため、機械的及び電気的な探索機構を必要としない構成、つまり、より簡単な構成で光軸合わせを容易とする光無線伝送装置が求められていた。   However, in the communication device disclosed in Patent Document 1, it is necessary to incorporate a two-dimensional scanner, which is a mechanical and electrical drive mechanism, on the transmitter side, which increases the cost of the communication device and increases the size of the device. There's a problem. Therefore, a configuration that does not require a mechanical and electrical search mechanism, that is, an optical wireless transmission device that facilitates optical axis alignment with a simpler configuration has been demanded.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、簡単な構成にて光軸調整を容易とし、受信部の位置ずれの許容度を拡大することができる光無線伝送装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances. As an example of the problem, light that can easily adjust the optical axis with a simple configuration and can increase the tolerance of positional deviation of the receiving unit. It is to provide a wireless transmission device.

上記の課題を達成するため、本発明の一態様は、送信部と受信部を備えた光無線伝送装置であって、前記送信部は、第1の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振する光源と、前記光源から出射された光を平行光にするコリメート素子と、光の波長に応じて回折角が異なり、前記コリメート素子からの平行光を、第1の平面内において前記第1の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる分散光学素子と、を備え、前記受信部は、前記第1の平面内の前記所定の角度の範囲内に配置され、前記分散光学素子を介して到達した光の一部を元の方向に反射させ、前記光源に戻す再帰性反射材と、前記分散光学素子を介して到達した光の残部を電気信号に変換する受光素子と、を備えている。   In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is an optical wireless transmission apparatus including a transmission unit and a reception unit, wherein the transmission unit emits light in a first wavelength band and is externally supplied. A light source that oscillates with the return light, a collimator element that collimates the light emitted from the light source, a diffraction angle varies according to the wavelength of the light, and the collimated light from the collimator element is converted into the first plane. A dispersion optical element that disperses within a predetermined angle range corresponding to the first wavelength band, and the receiving unit is disposed within the predetermined angle range in the first plane. A part of the light that has reached through the dispersion optical element is reflected in the original direction and returned to the light source, and the remainder of the light that has reached through the dispersion optical element is converted into an electrical signal. A light receiving element.

本発明の第1の実施の形態に係る光無線伝送装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an optical wireless transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention. 回折格子に入射する光の回折方向を示す図である。It is a figure which shows the diffraction direction of the light which injects into a diffraction grating. 本発明の第1の実施の形態に係る光無線伝送装置において、光源から出射された光の拡散方向を示す図である。In the optical wireless transmission apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention, it is a figure which shows the diffusion direction of the light radiate | emitted from the light source. 本発明の第1の実施の形態に係る光無線伝送装置において、外部に光を取り出す割合と、受光素子の光出力の関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the ratio of extracting light to the outside and the light output of the light receiving element in the optical wireless transmission apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光無線伝送装置の再帰性反射材の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the retroreflection material of the optical wireless transmission apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光無線伝送装置において、受信部が光分散しない方向に位置ずれした場合の光の進み方を、第1の実施の形態に係る光無線伝送装置と対比させて説明する図である。In the optical wireless transmission apparatus according to the second embodiment of the present invention, how the light travels when the receiving unit is displaced in the direction in which light is not dispersed is compared with the optical wireless transmission apparatus according to the first embodiment. FIG. 本発明の第3の実施の形態に係る光無線伝送装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the optical wireless transmission apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る光無線伝送装置の受信部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the receiving part of the optical wireless transmission apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光無線伝送装置1の概略構成図である。図1に示す光無線伝送装置1は、送信部10と受信部20を備え、送信部10が出射したレーザ光を受信部20が受光することにより信号が伝達されるようになっている。なお、光無線伝送装置1は、例えば、光通信装置やレーザ電力伝送装置が想定される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical wireless transmission device 1 according to the first embodiment of the present invention. The optical wireless transmission device 1 illustrated in FIG. 1 includes a transmission unit 10 and a reception unit 20, and a signal is transmitted when the reception unit 20 receives laser light emitted from the transmission unit 10. The optical wireless transmission device 1 is assumed to be, for example, an optical communication device or a laser power transmission device.

送信部10の光源11としては、例えば、通常の半導体レーザ(以下、LDと表記する)よりスペクトル線幅が広いスーパールミネッセントダイオード(super-luminescent diode;以下、SLDと表記する)が好適である。SLD11は、光源駆動部12の制御に基づいて、幅広いスペクトル(レーザ媒質により決定される。例えば、中心波長が950nmで線幅が60nmなど)を有する光を発する。SLD11は、LDのレーザ媒質の片側端面に、反射率を限りなくゼロに近づける反射防止コーティングを施すことによって作製される。つまり、SLD11のレーザ光の出射側の一方の端面には反射防止コーティングが施されており、他方の端面には反射防止コーティングが施されていない。そのため、SLD11は単独ではレーザ発振しない。本実施の形態では、後述するように、SLD11を外部共振器型レーザとして使用している。   As the light source 11 of the transmission unit 10, for example, a super-luminescent diode (hereinafter referred to as SLD) having a wider spectral line width than a normal semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) is preferable. is there. The SLD 11 emits light having a broad spectrum (determined by the laser medium. For example, the center wavelength is 950 nm and the line width is 60 nm) based on the control of the light source driving unit 12. The SLD 11 is manufactured by applying an antireflection coating that makes the reflectance as close to zero as possible on one end face of the laser medium of the LD. That is, the antireflection coating is applied to one end surface of the SLD 11 on the laser beam emission side, and the antireflection coating is not applied to the other end surface. For this reason, the SLD 11 alone does not oscillate. In the present embodiment, as will be described later, the SLD 11 is used as an external resonator type laser.

SLD11から出射された光は、コリメート素子であるコリメータレンズ13により平行光に変換され、平行光は、分散光学素子である回折格子14により回折される。   The light emitted from the SLD 11 is converted into parallel light by a collimator lens 13 which is a collimator element, and the parallel light is diffracted by a diffraction grating 14 which is a dispersion optical element.

ここで、図2を用いて、回折格子14を通過する光の回折方向(強め合う方向)について説明する。図2は、格子ピッチがN(単位長さあたりの格子数。格子間隔は1/N)の回折格子14に入射する光の回折方向を示す図である。入射光の波長をλ、入射角をα、回折角をβ、回折次数をmとすると、
sinα + sinβ = Nmλ (1)
の関係が成り立つので、回折角βは波長ごとに異なることになる。
Here, the diffraction direction (strengthening direction) of the light passing through the diffraction grating 14 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the diffraction direction of light incident on the diffraction grating 14 having a grating pitch of N (the number of gratings per unit length. The grating interval is 1 / N). When the wavelength of incident light is λ, the incident angle is α, the diffraction angle is β, and the diffraction order is m,
sin α + sin β = Nmλ (1)
Therefore, the diffraction angle β differs for each wavelength.

つまり、幅広いスペクトルを有する光が回折格子14に入射すると、回折光は、図3に示すように、拡散して伝搬する。なお、図3は、SLD11から出射された光の拡散方向を示す図である。より詳しくは、上記(1)式より、波長が長いほど回折角βは大きくなるので、入射光の波長λをλ1≦λ≦λ2とすると、波長λ1の光はA方向、波長λ2の光はB方向に進行し、A方向とB方向に囲まれるS領域が回折光の進行方向となる。なお、本実施の形態では、図1及び図3に示すように、SLD11から出射された光は、XY平面と平行な方向(紙面方向)に分散するものとして説明する。   That is, when light having a wide spectrum is incident on the diffraction grating 14, the diffracted light is diffused and propagated as shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating the diffusion direction of the light emitted from the SLD 11. More specifically, from the above equation (1), the longer the wavelength, the larger the diffraction angle β. Therefore, when the wavelength λ of the incident light is λ1 ≦ λ ≦ λ2, the light of wavelength λ1 is the A direction and the light of wavelength λ2 is The S region traveling in the B direction and surrounded by the A direction and the B direction becomes the traveling direction of the diffracted light. In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the light emitted from the SLD 11 will be described as being dispersed in a direction (paper surface direction) parallel to the XY plane.

一般に、SLD11から出射された光を、SLD11の外部に配置された反射部材(リフレクタ)に反射させて、SLD11に戻すと、外部共振器型のLD光源となり、SLD11がレーザ発振することが知られている。そして、この特性と回折格子を用いた応用例としては、波長可変の外部共振器型レーザがある。波長可変の外部共振器型レーザでは、波長を選択するために回折格子で光を分散させ、特定波長の光だけをLD光源に戻すことにより、選択的に狭帯域なスペクトルのレーザ発振を実現している。この波長可変の外部共振器型レーザの原理に基づくと、回折格子14で光分散された拡散光の進行領域(以下、拡散領域という。具体的には、図3のS領域)の中に、ミラーなどの反射部材21を配置し、反射部材21に反射された光をSLD11に帰還させることにより、レーザ発振を起こさせることができる。すなわち、反射部材21を備えた受信部20を、拡散領域のいずれかに配置すれば、送信部10と受信部20とで自動的にレーザ共振器が構築され、送信部10から受信部20にレーザ光を送信することが可能となる。なお、レーザ発振が起こると、SLD11から出射される光のスペクトルは狭帯域になるため、回折格子14で光分散した光の拡散角は狭くなる。   In general, when light emitted from the SLD 11 is reflected by a reflecting member (reflector) disposed outside the SLD 11 and returned to the SLD 11, it becomes an external resonator type LD light source, and it is known that the SLD 11 oscillates. ing. As an application example using this characteristic and a diffraction grating, there is a wavelength-tunable external resonator laser. In the case of a tunable external resonator type laser, light is dispersed by a diffraction grating to select the wavelength, and only light of a specific wavelength is returned to the LD light source, thereby realizing laser oscillation with a narrow band spectrum selectively. ing. Based on the principle of this wavelength-tunable external cavity laser, the traveling region of diffused light dispersed by the diffraction grating 14 (hereinafter referred to as the diffusion region, specifically, the S region in FIG. 3) By arranging a reflecting member 21 such as a mirror and returning the light reflected by the reflecting member 21 to the SLD 11, laser oscillation can be caused. That is, if the receiving unit 20 provided with the reflecting member 21 is arranged in any of the diffusion regions, a laser resonator is automatically constructed by the transmitting unit 10 and the receiving unit 20, and the transmitting unit 10 moves to the receiving unit 20. Laser light can be transmitted. When laser oscillation occurs, the spectrum of the light emitted from the SLD 11 becomes a narrow band, so that the diffusion angle of the light dispersed by the diffraction grating 14 becomes narrow.

受信部20の反射部材21としては、再帰性反射材、例えば、コーナーキューブプリズム(以下、CCPと表記する)が好適である。CCP21は、入射した光を元の方向(入射した光と同一方向)に反射させる再帰性を有している。本実施の形態では、このCCP21の特性を利用することにより、回折格子14からCCP21に入射した光の一部を同一方向に反射し、反射した光を、回折格子14を介してSLD11に戻すようになっている。   As the reflecting member 21 of the receiving unit 20, a retroreflecting material such as a corner cube prism (hereinafter referred to as CCP) is suitable. The CCP 21 has a recursive property of reflecting incident light in the original direction (the same direction as the incident light). In the present embodiment, by utilizing the characteristics of the CCP 21, a part of the light incident on the CCP 21 from the diffraction grating 14 is reflected in the same direction, and the reflected light is returned to the SLD 11 through the diffraction grating 14. It has become.

従来においては、送信部から受信部に対してレーザ光を送信するためには、送信部側に二次元スキャナなどの探索機構を組み込んで、精密な光軸合わせをする必要があった。しかしながら、本実施の形態においては、所定角度の広がりある拡散領域(図3のS領域)のどこかに受信部20(CCP21)を配置すればよいので、精密な光軸合わせをする必要はない。すなわち、光無線伝送装置1は、送信部10側に分散光学素子、受信部20側に再帰性反射材を備えるという簡単な構成にて光軸調整を容易とすることができ、受信部20の光分散方向(XY平面に平行な方向)に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。   Conventionally, in order to transmit laser light from a transmission unit to a reception unit, it has been necessary to incorporate a search mechanism such as a two-dimensional scanner on the transmission unit side to perform precise optical axis alignment. However, in the present embodiment, it is only necessary to arrange the receiving unit 20 (CCP 21) somewhere in the diffusion region (S region in FIG. 3) having a predetermined angle spread, so there is no need for precise optical axis alignment. . That is, the optical wireless transmission device 1 can easily adjust the optical axis with a simple configuration in which a dispersion optical element is provided on the transmission unit 10 side and a retroreflecting material is provided on the reception unit 20 side. It is possible to increase the tolerance of positional deviation with respect to the light dispersion direction (direction parallel to the XY plane).

また、受信部20のCCP21の反射面には、受光素子22が配置されている。受光素子22は、光を電気信号に変換する光電変換素子であり、CCP21の反射面に入射した光の一部を取り出し、光電変換を行う。光電変換素子としては、例えば、フォトダイオードや太陽電池が想定され、フォトダイオードの場合には、光変調信号を電気変調信号に変換し、また、太陽電池の場合には、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。なお、変換された電気変調信号または電気エネルギーは動作部23に送られる。   A light receiving element 22 is disposed on the reflection surface of the CCP 21 of the receiving unit 20. The light receiving element 22 is a photoelectric conversion element that converts light into an electrical signal. The light receiving element 22 extracts a part of the light incident on the reflection surface of the CCP 21 and performs photoelectric conversion. As the photoelectric conversion element, for example, a photodiode or a solar cell is assumed. In the case of a photodiode, a light modulation signal is converted into an electric modulation signal. In the case of a solar cell, light energy is converted into electric energy. Convert. The converted electrical modulation signal or electrical energy is sent to the operating unit 23.

ここで、受光素子22が取り出す光出力の大きさは、送信部10と受信部20で構築されたレーザ共振器が出射する光の中から、レーザ共振器外に光を取り出す割合η(=外部に取り出す光量/レーザ共振器内部の全光量。以下、光取り出し効率ともいう)により、異なってくる。図4は、実験により得られた、光取り出し効率ηと受光素子22が取り出す光出力の関係を示すグラフである。なお、受光素子22が取り出す光出力は規格化されており、光取り出し効率η=0.8のときの光出力を1としている。   Here, the magnitude of the light output taken out by the light receiving element 22 is the ratio η (= externally) of the light taken out from the laser resonator out of the light emitted from the laser resonator constructed by the transmitter 10 and the receiver 20. The total amount of light inside the laser resonator, which will be referred to as the light extraction efficiency hereinafter). FIG. 4 is a graph showing the relationship between the light extraction efficiency η and the light output extracted by the light receiving element 22 obtained by experiments. The light output taken out by the light receiving element 22 is standardized, and the light output when the light extraction efficiency η = 0.8 is 1.

図4に示すように、光取り出し効率ηが小さすぎると、レーザ共振器外に取り出す光量自体が少ないので、受光素子22の光出力の大きさも小さくなる。一方、光取り出し効率ηが大きすぎると、SLD11に戻る光量が減るので、レーザ発振が弱くなり、これによって受光素子22の光出力の大きさも小さくなる。よって、適切な光取り出し効率ηを選択することにより、受光素子22は最大の光出力を得ることができる(図4においてはη=0.8)。本実施の形態の受信部20においては、受光素子22の光出力が最大となるように光取り出し効率ηが予め設定されている。具体的には、CCP21の裏面の反射率が適切な値となるように予め調整されているので、受光素子22の光出力は最大となるようになっている。   As shown in FIG. 4, if the light extraction efficiency η is too small, the amount of light extracted outside the laser resonator is small, and the light output of the light receiving element 22 is also small. On the other hand, when the light extraction efficiency η is too large, the amount of light returning to the SLD 11 is reduced, so that the laser oscillation is weakened, and thereby the light output of the light receiving element 22 is also reduced. Therefore, by selecting an appropriate light extraction efficiency η, the light receiving element 22 can obtain the maximum light output (η = 0.8 in FIG. 4). In the receiving unit 20 of the present embodiment, the light extraction efficiency η is set in advance so that the light output of the light receiving element 22 is maximized. Specifically, since the reflectance of the back surface of the CCP 21 is adjusted in advance so as to have an appropriate value, the light output of the light receiving element 22 is maximized.

以上から、本実施の形態の光無線伝送装置1によれば、送信部10は、第1の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振するSLD11と、SLD11から出射された光を平行光にするコリメータレンズ13と、光の波長に応じて回折角が異なり、コリメータレンズ13からの平行光を、第1の平面内において第1の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる回折格子14と、を備え、受信部20は、第1の平面内の所定の角度の範囲内に配置され、回折格子14を介して到達した光の一部を元の方向に反射させ、SLD11に戻すCCP21と、回折格子14を介して到達した光の残部を電気信号に変換する受光素子22と、を備えているので、簡単な構成にて光軸調整を容易とし、受信部20の光分散する方向に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。   As described above, according to the optical wireless transmission device 1 of the present embodiment, the transmission unit 10 emits light in the first wavelength band and emits laser light from the SLD 11 that oscillates with return light from the outside. The diffraction angle differs depending on the wavelength of the light and the collimator lens 13 that converts the collimated light into parallel light, and the parallel light from the collimator lens 13 has a predetermined angle corresponding to the first wavelength band in the first plane. And the receiving unit 20 is disposed within a range of a predetermined angle in the first plane, and a part of the light that has reached through the diffraction grating 14 is in the original direction. The CCP 21 is reflected back to the SLD 11 and the light receiving element 22 that converts the remainder of the light that has reached via the diffraction grating 14 into an electric signal. Therefore, the optical axis can be easily adjusted with a simple configuration. Light dispersion of receiver 20 It is possible to increase the tolerance of the positional deviation with respect to that direction.

なお、拡散領域の大きさは、上記(1)式より、CCP21に入射する光の入射角α及び波長λ、並びに格子ピッチNの値をパラメータとして決定されるが、本実施の形態においては、光無線伝送装置1の用途に応じてこのパラメータの値を決め、好適な拡散領域の大きさが設定されている。   The size of the diffusion region is determined from the above equation (1) using the incident angle α and wavelength λ of light incident on the CCP 21 and the value of the grating pitch N as parameters. In the present embodiment, The value of this parameter is determined according to the use of the optical wireless transmission apparatus 1, and a suitable size of the diffusion region is set.

また、本実施の形態の光伝送においては、レーザ発振を起こす特定の波長に意味はない。すなわち、本実施の形態では、所定の広がりある拡散領域上に受信部20を配置することにより、送信部10がレーザ発振を起こすことに意味があるのであって、結果として選択される特定の波長には特に意味はない。   In the optical transmission according to the present embodiment, the specific wavelength that causes laser oscillation is meaningless. In other words, in the present embodiment, it is meaningful that the transmission unit 10 causes laser oscillation by arranging the reception unit 20 on a predetermined spread area, and a specific wavelength selected as a result is selected. Has no particular meaning.

なお、分散光学素子を回折格子14ではなくレンズとし、レンズを用いて拡散光を生成することも可能であるが、レンズを用いた場合には、入射光の全波長分の光の一部がSLD11に戻ることとなるので、エネルギー損失が大きくなってしまう。一方、本実施の形態のように、分散光学素子を回折格子14とした場合には、入射光の特定の波長の光はすべてSLD11に戻るようになっているので、エネルギー損失は少ないという効果がある。その結果、受信部20を拡散領域内に配置するのであれば、送信部10と受信部20の間隔が長距離であっても、光伝送することが可能である。   Although it is possible to use a dispersion optical element as a lens instead of the diffraction grating 14 and generate diffused light using the lens, when a lens is used, a part of light for all wavelengths of incident light is used. Since it will return to SLD11, an energy loss will become large. On the other hand, when the dispersion optical element is the diffraction grating 14 as in the present embodiment, all the light having a specific wavelength of the incident light returns to the SLD 11, so that there is an effect that energy loss is small. is there. As a result, if the receiving unit 20 is arranged in the diffusion region, optical transmission is possible even if the distance between the transmitting unit 10 and the receiving unit 20 is a long distance.

さらには、本実施の形態の光無線伝送装置1によれば、受信部20においてCCP21の反射率制御が行われているので、受信部20は好適な光出力を得ることができ、動作部23において所望の処理を実行することができる。   Furthermore, according to the optical wireless transmission device 1 of the present embodiment, since the reflectance control of the CCP 21 is performed in the reception unit 20, the reception unit 20 can obtain a suitable optical output, and the operation unit 23 A desired process can be executed in step (b).

<第2の実施の形態>
第1の実施の形態においては、受信部20の光分散方向(XY平面に平行な方向)に対する位置ずれの許容度は大きかったが、光分散しない方向(XY平面に垂直な方向であるZ方向)に対しては、受信部20の位置ずれの許容度が小さかった。そのため、第2の実施の形態においては、再帰性反射材として、光分散しない方向(Z方向)にアレイ化されたCCPアレイ21Aを用いて、光分散しない方向(Z方向)にも受信部20の位置ずれの許容度を大きくしている。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the tolerance of positional deviation with respect to the light dispersion direction (direction parallel to the XY plane) of the receiving unit 20 is large, but the direction in which light reception is not performed (Z direction which is a direction perpendicular to the XY plane). ) With respect to the positional deviation of the receiving unit 20 was small. Therefore, in the second embodiment, as the retroreflecting material, using the CCP array 21A arrayed in the direction in which light is not dispersed (Z direction), the receiving unit 20 is also used in the direction in which light is not dispersed (Z direction). The tolerance of misalignment is increased.

図5(a)は、CCPアレイ21Aの外観図である。CCPアレイ21Aは、図5(a)に示すように、回折格子14のZ方向の大きさに対して十分に小さな複数のCCP24を、Z方向にアレイ化することにより構成されている。   FIG. 5A is an external view of the CCP array 21A. As shown in FIG. 5A, the CCP array 21 </ b> A is configured by arraying a plurality of CCPs 24 that are sufficiently small with respect to the size of the diffraction grating 14 in the Z direction in the Z direction.

図6(a)は、第1の実施の形態において、CCP21が光分散しない方向(Z方向)に位置ずれを起こしている場合の光の進み方を示す図であり、図6(b)は、第2の実施の形態において、CCPアレイ21Aが光分散しない方向(Z方向)に位置ずれを起こしている場合の光の進み方を示す図である。図6(a)に示すように、再帰性反射材にCCP21を用いた場合には、光分散しない方向(Z方向)に光軸ずれを起こしているので、CCP21で反射された光は、復路において回折格子14を通過することができない。これに対して、CCPアレイ21Aを用いた場合には、光分散しない方向(Z方向)に光軸ずれを起こしていても、CCP24の大きさを小さくすることで復路の光軸ずれ量を小さくすることができるので、戻り光量の損失を減少させることができる。   FIG. 6A is a diagram illustrating how light travels when the CCP 21 is displaced in the direction in which light is not dispersed (Z direction) in the first embodiment, and FIG. In the second embodiment, it is a diagram showing how light travels when the CCP array 21A is displaced in a direction in which light is not dispersed (Z direction). As shown in FIG. 6A, when the CCP 21 is used as the retroreflecting material, the optical axis is shifted in the direction in which the light is not dispersed (Z direction), so that the light reflected by the CCP 21 Cannot pass through the diffraction grating 14. On the other hand, when the CCP array 21A is used, the optical axis deviation amount in the return path can be reduced by reducing the size of the CCP 24 even if the optical axis deviation occurs in the direction in which light is not dispersed (Z direction). Therefore, the loss of the return light amount can be reduced.

したがって、第2の実施の光無線伝送装置2によれば、再帰性反射材は、第1の平面(光分散する方向)と垂直な方向(光分散しない方向)にアレイ化されて配置されたCCPアレイ21Aであり、CCPアレイ21Aを構成するそれぞれのCCP24の大きさは、回折格子14の第1の平面に垂直な方向(光分散しない方向)の大きさに対して十分に小さいので、第1の実施の形態の効果に加えて、受信部20の光分散しない方向(Z方向)に対する位置ずれの許容度を拡大することができる。   Therefore, according to the optical wireless transmission device 2 of the second embodiment, the retroreflective members are arranged in an array in a direction (direction in which light is not dispersed) perpendicular to the first plane (direction in which light is dispersed). The size of each CCP 24 constituting the CCP array 21A is sufficiently small with respect to the size in the direction perpendicular to the first plane of the diffraction grating 14 (the direction in which no light is dispersed). In addition to the effect of the first embodiment, it is possible to expand the tolerance of the positional deviation of the receiving unit 20 in the direction in which light is not dispersed (Z direction).

なお、第2の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に、CCP24の反射面に受光素子22を配設したが、これとは異なる構成、例えば、図5(b)に示すように、CCP24と受光素子(光電変換素子)25をZ方向に混在させてアレイ化させてもよい。この場合には、CCP24と受光素子25の面積の割合により、光取り出し効率ηの値を制御することができる。なお、CCP24及び受光素子25の大きさは、CCPアレイ21Bに反射するレーザ光のビーム径に対して、十分に小さいものである。   In the second embodiment, the light receiving element 22 is disposed on the reflection surface of the CCP 24 as in the first embodiment. However, a different configuration, for example, as shown in FIG. As described above, the CCP 24 and the light receiving element (photoelectric conversion element) 25 may be mixed in the Z direction to form an array. In this case, the value of the light extraction efficiency η can be controlled by the ratio of the areas of the CCP 24 and the light receiving element 25. The sizes of the CCP 24 and the light receiving element 25 are sufficiently small with respect to the beam diameter of the laser light reflected on the CCP array 21B.

<第3の実施の形態>
図7は、第3の実施の形態に係る光無線伝送装置3の概略構成図である。第3の実施の形態では、複数の光源(SLD)11を光分散しない方向(Z方向)にアレイ化して配設している。また、第2の実施の形態と同様に、光分散しない方向(Z方向)にアレイ化されたCCPアレイ21Aを配設している。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical wireless transmission device 3 according to the third embodiment. In the third embodiment, a plurality of light sources (SLD) 11 are arranged in an array in a direction (Z direction) in which light is not dispersed. Similarly to the second embodiment, a CCP array 21A arrayed in a direction in which light is not dispersed (Z direction) is provided.

したがって、第3の実施の光無線伝送装置3によれば、SLD11を第1の平面に垂直な方向(光分散しない方向)アレイ化されて配置しているので、第2の実施の形態の効果に加えて、高出力化を実現でき、伝送する情報量を大容量化することができる。   Therefore, according to the optical wireless transmission device 3 of the third embodiment, since the SLD 11 is arranged in the direction perpendicular to the first plane (the direction in which light is not dispersed), the effect of the second embodiment is achieved. In addition, high output can be realized and the amount of information to be transmitted can be increased.

なお、第3実施の形態においては、複数の光源11を光分散しない方向(Z方向)にアレイ化したが、これとともに複数の光源11を光分散する方向(XY平面に平行な方向)にアレイ化してもよい。この場合には、CCPアレイ21Aも光分散する方向(XY平面に平行な方向)にアレイ化する必要がある。   In the third embodiment, the plurality of light sources 11 are arrayed in the direction in which light is not dispersed (Z direction), but the plurality of light sources 11 are arrayed in the direction in which light is dispersed (direction parallel to the XY plane). May be used. In this case, the CCP array 21A must also be arrayed in the direction in which light is dispersed (direction parallel to the XY plane).

<第4の実施の形態>
図8は、第4の実施の形態に係る光無線伝送装置4の受信部30及び40の概略構成図である。第4の実施の形態においては、受信部に光取り出し効率ηの値を可変にする光学素子が追加されている。図8(a)は、反射部材21からの反射光を受光素子22に可変に取り込む受信部30の構成図、図8(b)は、SLD11からの入射光を受光素子22に可変に取り込む受信部40の構成図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the receiving units 30 and 40 of the optical wireless transmission device 4 according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, an optical element that makes the value of the light extraction efficiency η variable is added to the receiver. FIG. 8A is a configuration diagram of a receiving unit 30 that variably captures reflected light from the reflecting member 21 into the light receiving element 22, and FIG. 8B is a reception that variably captures incident light from the SLD 11 into the light receiving element 22. 4 is a configuration diagram of a unit 40. FIG.

受信部30では、第1の実施の形態に係る受信部20の構成に、PBS(偏光ビームスプリッタ)26と、1/4波長板27が追加されている。そのため、受信部30においては、1/4波長板27を回転させることにより、PBS26及びCCP21を介して受光素子22に入射する光の光量を制御することができる。   In the receiving unit 30, a PBS (polarization beam splitter) 26 and a quarter wavelength plate 27 are added to the configuration of the receiving unit 20 according to the first embodiment. Therefore, in the receiving unit 30, the amount of light incident on the light receiving element 22 through the PBS 26 and the CCP 21 can be controlled by rotating the quarter wavelength plate 27.

一方、受信部40では、第1の実施の形態に係る受信部20の構成に、PBS(偏光ビームスプリッタ)26と、1/2波長板28が追加されている。そのため、受信部40においては、1/2波長板28を回転させることにより、PBS26から受光素子22に入射する光の光量を制御することができる。   On the other hand, in the receiving unit 40, a PBS (polarization beam splitter) 26 and a half-wave plate 28 are added to the configuration of the receiving unit 20 according to the first embodiment. Therefore, in the receiving unit 40, the amount of light incident on the light receiving element 22 from the PBS 26 can be controlled by rotating the half-wave plate 28.

したがって、第4の実施の光無線伝送装置4によれば、受信部は、受信部に到達した光を受光素子22に可変に取り入れる光学素子をさらに備えているので、例えば、反射部材が位置ずれするなどして状況が変化したとしても、最適な光取り出し効率ηを設定することができ、最大の光出力を得ることができる。具体的には、受信部30の場合には、PBS26と1/4波長板27を備えているので、1/4波長板27を回転させることにより、CCP21に反射した後の光が受光素子22に入射する光量を調整することができる。また、受信部40の場合には、PBS26と1/2波長板28を備えているので、1/2波長板28を回転させることにより、CCP21に反射する前の光が受光素子22に入射する光量を調整することができる。   Therefore, according to the optical wireless transmission device 4 of the fourth embodiment, the receiving unit further includes an optical element that variably incorporates the light that has reached the receiving unit into the light receiving element 22. Even if the situation changes, the optimum light extraction efficiency η can be set, and the maximum light output can be obtained. Specifically, since the receiving unit 30 includes the PBS 26 and the quarter wavelength plate 27, the light after being reflected by the CCP 21 is rotated by rotating the quarter wavelength plate 27. The amount of light incident on can be adjusted. Further, since the receiving unit 40 includes the PBS 26 and the half-wave plate 28, the light before being reflected by the CCP 21 is incident on the light receiving element 22 by rotating the half-wave plate 28. The amount of light can be adjusted.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention without departing from the gist of the present invention. Such modifications and changes can be made, and those accompanying such modifications and changes are also included in the technical scope of the present invention.

1,2,3,4 光無線伝送装置
10 送信部
11 SLD(光源)
12 光源駆動部
13 コリメータレンズ(コリメート素子)
14 回折格子(分散光学素子)
20,30,40 受信部
21,24 CCP(反射部材)
21A,21B CCPアレイ(反射部材)
22,25 光電変換素子(受光素子)
23 動作部
26 PBS
27 1/4波長板
28 1/2波長板
1, 2, 3, 4 Optical wireless transmission device 10 Transmitter 11 SLD (Light source)
12 Light source drive unit 13 Collimator lens (collimator element)
14 Diffraction grating (dispersion optical element)
20, 30, 40 Receiver 21, 24 CCP (reflective member)
21A, 21B CCP array (reflective member)
22, 25 Photoelectric conversion element (light receiving element)
23 Operation part 26 PBS
27 1/4 wavelength plate 28 1/2 wavelength plate

Claims (4)

送信部と受信部を備えた光無線伝送装置であって、
前記送信部は、
第1の波長帯の光を出射するとともに、外部からの戻り光によりレーザ発振する光源と、
前記光源から出射された光を平行光にするコリメート素子と、
光の波長に応じて回折角が異なり、前記コリメート素子からの平行光を、第1の平面内において前記第1の波長帯に相当する所定の角度の範囲内に分散させる分散光学素子と、
を備え、
前記受信部は、
前記第1の平面内の前記所定の角度の範囲内に配置され、前記分散光学素子を介して到達した光の一部を元の方向に反射させ、前記光源に戻す再帰性反射材と、
前記分散光学素子を介して到達した光の残部を電気信号に変換する受光素子と、
を備えることを特徴とする光無線伝送装置。
An optical wireless transmission device including a transmission unit and a reception unit,
The transmitter is
A light source that emits light in the first wavelength band and that oscillates with return light from the outside;
A collimating element that collimates the light emitted from the light source;
A dispersion optical element having a diffraction angle different according to a wavelength of light, and dispersing the parallel light from the collimating element within a predetermined angle range corresponding to the first wavelength band in a first plane;
With
The receiver is
A retroreflecting material that is disposed within the range of the predetermined angle in the first plane, reflects a part of the light that has reached through the dispersion optical element in the original direction, and returns the light source to the light source;
A light receiving element that converts the remainder of the light that has reached through the dispersion optical element into an electrical signal;
An optical wireless transmission device comprising:
前記再帰性反射材は、前記第1の平面と垂直な方向にアレイ化されて配置されており、
アレイ化された前記再帰性反射材のそれぞれの大きさは、前記分散光学素子の前記第1の平面に垂直な方向の大きさに対して十分に小さいことを特徴とする請求項1記載の光無線伝送装置。
The retroreflecting material is arranged in an array in a direction perpendicular to the first plane,
2. The light according to claim 1, wherein the size of each of the arrayed retroreflecting materials is sufficiently smaller than the size of the dispersion optical element in a direction perpendicular to the first plane. Wireless transmission device.
前記光源は、前記第1の平面と垂直な方向にアレイ化されて配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の光無線伝送装置。   3. The optical wireless transmission apparatus according to claim 1, wherein the light sources are arranged in an array in a direction perpendicular to the first plane. 前記受信部は、
前記受信部に到達した光を前記受光素子に可変に取り入れる光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光無線伝送装置。
The receiver is
4. The optical wireless transmission device according to claim 1, further comprising an optical element that variably takes light that has reached the receiving unit into the light receiving element. 5.
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