JP2646622B2

JP2646622B2 - 双方向光空間伝送システム及び受光装置

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Publication number: JP2646622B2
Application number: JP63046631A
Authority: JP
Inventors: 博敞高田; 章介田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JPH01221029A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば光通信に使用して好適な双方向光空
間伝送システム及びそれに使用する受光装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、光信号を送出する送信部と光信号を受信す
る受信部とを有する光空間伝送システムにおいて、受信
部は送信部から送出された光信号の一部をほぼその入射
方向に反射する光回帰性反射体とこの光回帰性反射体の
光信号入射側に配設され光の通過量が変更可能な光シャ
ッタとを有し、光シャッタを通過した光信号が光回帰性
反射体へ入射するように構成されている。

〔従来の技術〕

光ファイバー技術及びレーザーダイオードを含む半導
体技術の進歩によって、光通信システムが様々な用途で
実用化されつつある。光通信システムの内の従来の双方
向光空間伝送システムを第７図に示す。第７図におい
て、（１）は一方の送受信器を、右側の（10）は他方の
送受信器を夫々全体として示す。

送受信器（１）において、（２）は処理回路で受信信
号の復調や送信信号の変調を行なうと共に、復調された
受信データの解読を行なう。処理回路（２）が出力する
送信信号は駆動回路（３）で増幅されてレーザダイオー
ド（４）を点滅し、このレーザダイオード（４）から出
力された光はレンズ系（５）によってほぼ平行な光信号
（９）となる。又、（６）はレンズ系で送受信器（10）
側から来る光信号（18）を集めて受光素子（７）上に収
束し、この受光素子（７）の光電変換信号はプリアンプ
（８）を介して処理回路（２）に入力される。

同様に他方の送受信器（10）において、（11）は処理
回路であり処理回路（２）と同じ作用を有し、駆動回路
（12）を介してレーザダイオード（13）を変調する。こ
のレーザダイオード（13）の出力光はレンズ系（14）で
平行光線化されて光信号（18）となる。又、送受信器
（１）側からの光信号（９）はレンズ系（15）、受光素
子（16）、プリアンプ（17）を経て処理回路（11）に取
り込まれる。従って、送受信器（１）及び（10）はその
光軸（9a）と（18a）とを平行に保つことにより光信号
（９）及び（18）を介して相互に情報交換を行なうこと
ができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、斯る従来の双方向光空間伝送システム
を、例えば送受信器（１）をまとまった情報を送り出す
中央制御装置（以下、「送り側」という）として、更に
送受信器（10）をその中央制御装置の情報を受け取って
簡単なIDナンバー等の情報を送り返すだけの複数の受信
ユニット（以下、「受け側」という）の一つとして使用
する様な所謂一種のミニ放送局に適用する場合、受け側
（10）は送り出す情報量が少ないにも拘わらず送り側
（１）と同等に例えばレーザダイオード（13）とレンズ
系（14）より成る光学系を具えていなければならず装置
が大型化し且つコストが高くなるという不都合があっ
た。

更に、従来の双方向光空間伝送システムにおいては、
第７図に示す様に、送受信器（１）の光軸（9a）を送受
信器（10）のレンズ系（15）の光軸に一致させると同時
に、送受信器（10）の光軸（18a）を送受信器（１）の
レンズ系（６）の光軸に一致させなければならず、正確
な光軸調整を２重に行なう必要があるという不都合があ
った。光軸調整を軽減するためには特開昭54−100222号
公報の実施例で開示されている様に超音波を使用する方
法も考えられるが、その場合には混信のおそれがあると
いう不都合がある。

本発明はこのような点に鑑み成されたもので、その目
的とする所は双方向光空間伝送システムの一方の送受信
器（受け側）の形状を小型化してコストを低減すると共
に、送受信器相互間の光軸調整を容易にすることであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、例えば第１図に示すように、光信号を送出
する送信部（20）と送信部から送出された光信号を受信
する受信部（35）とを具備した光空間伝送システムにお
いて、受信部は送信部から送出された光信号の一部をほ
ぼその入射方向に反射する光回帰性反射体（40）と光回
帰性反射体の光信号入射側に配設された光シャッタ（3
8）とを具備し、光シャッタは光の通過量を変更可能な
ように構成されており、光シャッタを通過した光信号が
光回帰性反射体へ入射するように構成されている。

〔作用〕

斯る本発明によれば、受け側（35）が送り側（20）か
らの光信号（33）を無変調区間T₂に変調して送り側（2
0）に反射光信号（44）として反射して戻すことによ
り、受け側（35）の情報がその送り側（20）に伝えられ
る。

又、受け側（35）を光回帰性反射体（40）と電気的な
光シャッタ（38）とより構成すると、送り側（20）から
の光信号（33）が例えば斜めに受け側（35）に投射され
ても、変調された反射光信号（44）はほぼ全部がその光
信号（33）の入射方向、即ち送り側（20）の方向に戻さ
れる。

〔実施例〕

以下、本発明双方光空間伝送システムの一実施例につ
き図面を参照して説明しよう。

第１図は本例の双方向光空間伝送システムを示し、こ
の第１図において、（20）は多量の情報を送り出す送り
側を全体として示し、また、（35）はその情報を受け取
りIDナンバーなどの情報を送り返す受け側を全体として
示す。送り側（20）において、（21）は中央処理装置
（CPU）であり、受け側（35）に送り出すための送信デ
ータを生成して変調器（22）に入力し、更にその受け側
（35）から送られて来る返信データの解読を行なう機能
を有する。変調器（22）はCPU（21）より変調区間であ
る旨の指令が出力されている間は、CPU（21）から入力
されてくる送信データを一定周波数の搬送波で変調して
それによって得られた変調送信信号（22a）を駆動回路
（23）に伝える。また、変調器（22）はCPU（21）より
無変調区間である旨の指令が出力されている間は、ハイ
レベル「１」の信号を送信信号（22a）として出力し続
ける。駆動回路（23）はその変調送信信号（22a）を電
流変換してレーザダイオード（24）を点滅させる。この
レーザダイオード（24）の出力光はレンズ系（25）によ
って光ファイバ（26）の一端（26a）に集束されてお
り、光ファイバ（26）の他端（26b）からは、レーザ光
が放射状に出力されている。また、（27）は光ファイバ
（26）の他端（26b）を焦点とするコリメータレンズで
あり、その他端（26b）から出力されたレーザ光は光軸
（32）を中心に平行光線化され、光信号（33）となって
受け側（35）に向かう。次に、（28）は光フォイバ束で
あり、その途中から光ファイバ（26）が混入されて、そ
の光ファイバ（26）の他端（26b）は光ファイバ束（2
8）の一端の中央に配列されており、光ファイバ束（2
8）の他端には接着剤（28a）を介して例えばフォトダイ
オード等の受光素子（29）が結合されている。受光素子
（29）の出力はプリアンプ（30）で増幅されて光電信号
（30a）となり、更に、復調器（31）でデジタルの返信
データに復調されてCPU（21）に入力されている。

次に、受け側（35）において、（36）はCPUであり、
送り側（20）から送られてくる送信データを解読して、
その送り側（20）に伝えるための返信データ（36a）を
生成すると共に、送り側（20）の信号が無変調区間にあ
るか否かをも判定する機能を有する。また、（37）は送
り側（20）からの光信号（33）を受光する偏光板、（3
8）は電界制御複屈折（ECB）型液晶セル、（39）は返信
データ（36）に基づいて液晶セル（38）に電圧を印加す
る液晶駆動回路、（40）は入射して来る光線をその入射
してくる方向に反射する光回帰性反射体、（41）は光回
帰性反射体（40）を透過して来る光成分を光電変換する
ためのアモルファスシリコン等から成る受光素子であ
る。ここで液晶駆動回路（39）から液晶セル（38）に電
圧が印加されていない時は、送り側（20）からの光信号
（33）は光回帰性反射体（40）でその入射方向に80％程
度がそのまま反射され反射光信号（44）となるが、液晶
セル（38）に電圧が印加されると偏光板（37）と液晶セ
ル（38）との協働作用によって反射光信号（44）はほと
んど出力されなくなり、液晶セル（38）は一種の光シャ
ッタとして作用する。ここで、ECB型液晶セル（38）の
代わりにTN効果型液晶セルを使用することも可能で、そ
の場合は、偏光板（37）と偏光方向が直行している偏光
板（45）を挿入する必要がある。又、（42）は受光素子
（41）の光電変換信号を増幅して光電信号（42a）を生
成するプリアンプ、（43）はその光電信号（42a）を復
調してデジタルの送信データとしてCPU（36）に入力す
る復調器である。

次に上述の光回帰性反射体（40）の一例を第２図を参
照して説明するに、本例の光回帰性反射体（40）は一部
光透過性の台紙（40b）上に微小なガラスビーズ（40a）
を多数隙間がないように被着して形成されている。尚、
第２図中の斜線部ではガラスビーズは省略されている。
ガラスビーズ（40a）としては１インチ200メッシュのふ
るいで選ばれた直径ｄが約0.1mm程度のガラス球が用い
られているが、この直径ｄと屈折率とは使用されるレー
ザ光の波長によって調節する。ここで光回帰性とは、第
２図に示す様に入射光線（46）が入射するとその反射光
（47）はその入射光線（46）の入射方向にほぼ平行に反
射されることをいう。従って、入射光線が矢印（46′）
の方向から入射すると、反射光（47′）はその矢印（4
6′）にほぼ平行に反射される。本発明者の実験に依れ
ば、入射光線（46）の光回帰性反射体上でのビームスポ
ット（46a）の直径が約2mmの場合、そのビームスポット
（46a）からの距離Ｌが500mmの所での反射光（47）の広
がりの直径Φは約12mmであり、そのパワーは入射光線
（46）のパワーの80％程度であった。従って、その反射
光（47）の立体角ω_effはとなる。通常の乱反射においては立体角はほぼπ（sr）
のオーダであることに鑑みると、反射光（47）の微小立
体角中のパワーは1000倍程度以上にもなっていることに
なる。

ここで第２図の光回帰性反射体（40）に光回帰性があ
ることの原理を第３図を参照して説明するに、第_３図に
おいて、（40c）はガラス球、（40d）はアルミ蒸着膜を
示す。このガラス球（40c）に例えば矢印（48）方向か
ら光線が入射すると、ガラス面での屈折及びアルミ装着
面での反射によって反射光線の方向は入射光線とほぼ平
行な矢印（49）の方向となる。同様に矢印（48′）の方
向から光線が入射すると、反射光線の方向は矢印（4
8′）とほぼ平行な矢印（49′）の方向となる。このよ
うにして左半面から入射する光線は全てほぼその入射方
向に反射される。この現象はガラス球（40c）の直径に
拘りなく生じているため、微小なガラスビーズ（40a）
を多数被着して成る第２図の光回帰性反射体（40）にも
全体として一種のマイクロプロリズム効果による光回帰
性が具わっている。但し、第２図においては、第３図の
アルミ蒸着膜（40d）に相当するものは例えばガラスビ
ーズ（40a）と屈折率の異なる接着剤等とされている。

次に、第４図を参照して第１図例の双方向光空間伝送
システムの作用を説明する。

先ず、送り側（20）のCPU（21）は第４図Ａの変調区
間T₁内に送信データを変調器（22）に入力し、この送信
データは第４図Ａの変調送信信号（22a）となる。この
変調送信信号（22a）はそのままレーザダイオード（2
4）の発光出力変化として光信号（33）に変換され、受
け側（35）の光回帰性反射体（40）を通り抜けた一部の
光が受光素子（41）及びプリアンプ（42）で光電信号
（42a）に変換される。従って、光電信号（42a）の波形
は第４図Ａの変調送信信号（22a）と相似であり、この
光電信号（42a）の復調器（43）による復調信号が受け
側（35）のCPU（36）に入力されるので、送り側（20）
からの送信データはそのまま受け側（35）に伝えられ
る。

また、この変調区間T₁においても、光信号（33）は光
回帰性反射体（40）によってその80％程度がその入射方
向にそのまま反射されて反射光信号（44）になってお
り、この反射光信号（44）はレンズ系（27）によって光
ファイバ束（28）の一端に集束されて受光素子（29）に
入射される。この受光素子（29）の出力がプリアンプ
（30）で増幅されて第４図Ｃに示す光電信号（30a）に
なっているが、変調区間T₁内での光電信号（30a）は変
調送信信号（22a）と相似であり、CPU（21）はその光電
信号（30a）の復調データは無視する様にされている。

次に送り側（20）からの送信データが尽きると、CPU
（21）は変調器（22）に無変調区間の指令を出力し、変
調器（22）からは第４図Ａに示す様に一定期間T₂だけハ
イレベル「１」を保つ変調送信信号（22a）が出力さ
れ、これはそのまま受け側（35）の光電信号（42a）と
もなっている。この一定期間T₂を無変調区間という。そ
の光電信号（42a）は復調器（43）を通過してそのままC
PU（36）に取り込まれるようにされているが、CPU（3
6）は取り込んだデータがΔＴ以上ハイレベル「１」を
保つ時は送り側（20）が無変調区間T₂にある事を知り、
第４図Ｂに示す様にIDナンバー等の簡単な情報を返信デ
ータ（36）として出力する。その時、第１図の液晶セル
（38）には液晶セル駆動回路（39）を介して返信データ
（36a）に対応した電圧が印加され、液晶セル（38）は
返信データ（36a）がハイレベル「１」の時は反射光信
号（44）を遮り、返信データ（36a）がローレベル
「０」の時は反射光信号（44）をそのまま通過させる。
従って、送り側（20）の光電信号（30a）の第４図Ｃに
示す様に無変調区間T₂では返信データ（36a）（第４図
Ｂ）のNOT信号となっており、この光電信号（30a）は復
調器（31）を通過してそのままCPU（21）に取り込まれ
るようにされている。この様にして、受け側（35）の返
信データは送り側（20）の光信号（33）を利用する形で
そのまま送り側（20）に伝えられている。

この様に日本例の双方向光空間伝送システムにおいて
は、受け側（36）には光信号を生成するための光源やレ
ンズ系が必要ないため、受け側（36）が小型化でき且つ
ローコスト化できる。

又、送り側（20）の光信号（33）と受け側（35）から
の反射光信号（44）はほぼ並行であるため、送り側（2
0）の光軸（32）はそのまま受け側（35）の光軸ともな
っているため、光軸調整作業としては光信号（33）を偏
光板（37）に入射させる作業だけが条件とされるのみで
あり、光軸調整は極めて容易である。

更に光軸調整に関して、本例では受け側（35）に光回
帰性反射体（40）を使用しており、反射光信号（44）
は、常に光信号（33）の方向に戻るため、受け側（35）
は送り側（20）に対して正対する必要がない。

又、本例の受け側（35）は光源が内蔵されず電力を大
きく消費する要素が含まれていないため、例えばカード
状にまとめた場合でも小さな感電池で半永久的に使用す
ることができる。この場合は受光素子（41）の出力の一
部を電力に変換して内蔵されている電池を充電する構造
にしてもよい。

尚、本例の光回帰性反射体（40）としてはガラスビー
ズ（40a）を用いたものだけに限定されず、例えば微小
なレンズの集合であるフライアイレンズと半透鏡とを組
み合わせたものでもよく、更にコーナキューブを使用し
てもよい。又、受光素子（41）への光信号（33）の取り
込みは別途半透鏡を設けるような構造で行なってもよい
が、本例の構造は特にコンパクトである。

次に、本発明双方向光空間伝送システムを部品供給シ
ステムに適用した例を第_５図を参照して説明しよう。

第５図において、（50）は部品の搬送ロボットを示
し、所定のレール（51）に沿って巡回しているものであ
る。この搬送ロボット（50）には第１図例の送り側（2
0）がそのまま付設されると共に、出力される光信号（3
3）をθ方向に走査するためのスキャナ（52）が設けら
れているため、光信号（33）は走査信号（58）としてθ
方向に常に走査されている。

又、（53a）、（53b）、（53c）及び（53d）は夫々部
品庫を示し、各部品庫には在庫管理カード（54a）、（5
4b）、（54c）及び（54d）が夫々着脱自在に透明容器中
に備えてある。各在庫管理カードは、、夫々第１図例の
受け側（35）を内蔵し、例えばカード（54d）の（35d）
はその受け側と同一のものである。更に各在庫管理カー
ドには在庫数をキーインするためのデータキー（57d）
等が装着されている。

使用に際しては、作業者は例えば引き出し（56d）を
開けて部品在庫を確認しそのデータをデータキー（57
d）を用いて在庫管理カード（54d）に入力しておく。そ
の後搬送ロボット（50）が走査信号（58）を走査しなが
ら巡回して来て、例えば走査信号が矢印（59）の位置に
あると在庫管理カード（54a）から反射光信号（60）が
戻されて来るため搬送ロボット（50）は第６図Ａに示す
様に変調区間T₁′内にデータ要求指令を送信し、それに
対応してカード（54a）からは第６図Ｂに示す様に無変
調区間T₂に入ってΔＴ経過してからIDナンバーと在庫数
とを返信データ（36）として搬送ロボット（50）側に伝
える。在庫が規定より少ない場合には搬送ロボット（5
0）は部品を補充する。この様にして自動的に部品を補
充することができる。

本発明双方向光空間伝送システムは第５図以外にも、
例えば、対物・対人認識システム、空席表示システム、
物品・書籍捜索システム、航空機や船舶及び自動車等の
衝突防止システム、対話型標識システム、対物レーダシ
ステム等にも適用できる。更に、議会において各議員が
第_１図例の受け側（35）をカード化して保有することに
より、自動的に賛否の数を集計するシステム等も容易に
構築できる。

尚、本発明双方向光空間伝送システムは上述の実施例
に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が
可能であるのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明の双方向光空間伝送システムは、送り側から来
た光信号を無変調区間に受け側で変調してその送り側に
反射して戻す様にしているので、受け側には光源を含む
光学系が不要となり受け側が小型化及びローコスト化で
きると共に、受け側の消費電力を低く抑えることができ
る。又、送り側と受け側との光軸調整が容易である。

更に、受け側を光回帰性反射体と電気的な光シャッタ
とより構成することにより、受け側は送り側に対して正
対する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光空間伝送システムの一例を示す構成
図、第２図は第１図中の光回帰性反射体（40）を示す斜
視図、第３図は第２図の光回帰性反射体の原理説明に供
する線図、第４図は第１図例の作用の説明に供する線
図、第５図は本発明双方向光空間伝送システムを適用し
た自動部品供給システムを示す斜視図、第６図は第５図
例の作用の説明に供する線図、第７図は従来の双方向光
空間伝送システムを示す構成図である。（20）は送り側、（21）及び（36）は夫々中央処理装置
（CPU）、（24）はレーザダイオード、（26）は光ファ
ィバ、（28）は光ファイバ束、（29）及び（41）は夫々
受光素子、（33）は光信号、（37）は偏光板、（38）は
液晶セル、（40）は光回帰性反射体、（40a）はガラス
ビーズ、（40b）は台紙である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号を送出する送信部と該送信部から送
出された上記光信号を受信する受信部とを具備した光空
間伝送システムにおいて、上記受信部は上記送信部から
送出された上記光信号の一部をほぼその入射方向に反射
する光回帰性反射体と該光回帰性反射体の光信号入射側
に配設された光シャッタとを具備し、上記光シャッタは
光の通過量を変更可能なように構成されており、上記光
シャッタを通過した光信号が上記光回帰性反射体へ入射
することを特徴とする双方向光空間伝送システム。
【請求項２】上記光シャッタは電気的に光の通過量を変
更することを特徴とする特許請求の範囲１項記載の双方
向光空間伝送システム。
【請求項３】上記送信部から送出される光信号は無変調
区間を有し、上記光シャッタを駆動することによって上
記光信号の無変調区間に変調を施した信号を上記送信部
に送出することを特徴とする特許請求の範囲１項記載の
双方向光空間伝送システム。
【請求項４】入射する光信号の一部をほぼその入射方向
に反射する光回帰性反射体と、上記光回帰性反射体の光
信号入射側に配設された光シャッタとを具備し、上記光
シャッタは光通過量を変更可能なように構成され、上記
光シャッタを通過した光信号が上記光回帰性反射体へ入
射することを特徴とする受光装置。