JP3161633B2 - 光空間伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術（図４） 発明が解決しようとする課題（図４） 課題を解決するための手段（図１〜図３） 作用（図１〜図３） 実施例 （１）第１の実施例（図１） （２）第２の実施例（図２） （３）第３の実施例（図３） （４）他の実施例 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は光空間伝送装置に関し、
特に空間を伝送する光ビームを媒介して所望の情報を伝
送する光空間伝送装置に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の光空間伝送装置において
は、所定距離だけ離間して配置した伝送対象との間で光
ビームを送受することにより、この光ビームを媒介して
所望の情報信号を送受し得るようになされている。

【０００４】すなわち図４に示すように、光空間伝送装
置１においては、所定の情報信号でレーザダイオード２
を駆動し、このレーザダイオード２から所定偏波面の送
信光ビームＬ１を射出する。

【０００５】さらに光空間伝送装置１においては、この
送信光ビームＬ１をレンズ４で平行光線に変換した後、
偏向ビームスプリツタ４を透過させてレンズ８に導く。

【０００６】ここでレンズ８は、送信光ビームＬ１を収
束光に変換して射出し、大口径レンズ１０はこの収束光
を略平行光線に変換して射出する。これにより光空間伝
送装置１においては、伝送対象に所定偏波面の送信光ビ
ームＬ１を射出し、この送信光ビームＬ１を介して情報
信号を伝送する。

【０００７】さらに光空間伝送装置１においては、伝送
対象から到来する受信光ビームＬ２を大口径レンズ１０
で受光し、レンズ８を介して偏向ビームスプリツタ６に
導く。ここで受信光ビームＬ２は、送信光ビームＬ１に
対して偏波面が直交するように伝送対象から送出され、
これにより光空間伝送装置１においては、この受信光ビ
ームＬ２を偏向ビームスプリツタ６で反射してビームス
プリツタ１２に導く。

【０００８】ビームスプリツタ１２は、この受信光ビー
ムＬ２の一部を透過してレンズ１４に射出し、レンズ１
４はこの透過光をフオトデイテクタ１６に集光する。光
空間伝送装置１においては、このフオトデイテクタ１６
の出力信号を所定の信号処理回路に出力して処理し、こ
れにより受信光ビームＬ２を介して伝送された情報信号
を受信し得るようになされている。

【０００９】さらにビームスプリツタ１２は、この受信
光ビームＬ２の一部を反射してレンズ１８に射出し、レ
ンズ１８はこの反射光Ｌ３をポジシヨニングセンサ２０
に集光する。ここでポジシヨニングセンサ２０は、反射
光Ｌ３の集光位置に応じて出力信号が変化するようにな
された位置検出用受光素子で、この実施例においては、
この出力信号を位置検出回路２２に出力して反射光Ｌ３
の集光位置を検出する。

【００１０】さらに光空間伝送装置１においては、この
検出結果に基づいて駆動回路２４を駆動し、これにより
レンズ８の位置を可変して送信光ビームＬ１の射出方向
を補正する。これにより光空間伝送装置１においては、
伝送対象から到来する受信光ビームＬ２を基準にして送
信光ビームＬ１の射出方向を補正することにより、伝送
対象との間で全体としてサーボループを形成し、光空間
伝送装置１自体が振動した場合等でも、確実に情報信号
を送受し得るようになされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の光空
間伝送装置においては、屋外で使用されることにより、
防塵、防水、防湿、防錆等の対策が必要になる。このた
めには、前面にガラスを配置した匡体で全体を封止する
方法が考えられる。

【００１２】ところがこのように前面にガラスを配置す
ると、送信光ビームＬ１がこのガラスで反射し、その反
射光（以下戻り光と呼ぶ）がレーザダイオード２、フオ
トデイテクタ１６、ポジシヨニングセンサ２０に入射す
る問題がある。このように戻り光がレーザダイオード２
に入射すると、レーザダイオード２の発振が不安定にな
り、送信光ビームＬ１にノイズが混入して伝送品質が低
下する。

【００１３】実際上、ガラスの反射率を５〔％〕とした
場合、送信光ビームＬ１は入射面及び射出面の両面で反
射することにより、戻り光の光量は送信光ビームＬ１の
10〔％〕になり、反射防止コートを施した場合、入射出
面の反射率を0.3 〜0.4 〔％〕に低減し得ることによ
り、全体で0.8 〔％〕の光量が戻り光として反射される
ことになる。

【００１４】すなわち前面にガラスを配置すると、反射
防止コートを施しても、送信光ビームＬ１に対して−21
〔db〕程度の戻り光がこのガラスで発生することにな
る。これに対してレーザダイオード２においては、送信
光ビームＬ１に対して−60〔db〕程度の戻り光があると
安定に動作し得なくなり、この種の光空間伝送装置にお
いては、大口径レンズ１０等でも反射されることによ
り、結局ガラスを配置すると安定に情報信号を伝送し得
なくなる。

【００１５】これに対して戻り光がフオトデイテクタ１
６に入射すると、クローストークが発生し、このため伝
送品質が劣化すると共に、伝送対象との間の距離が大き
くなると、伝送対象から送出された情報信号を受信し得
なくなる。

【００１６】実際上、この種の光空間伝送装置において
は、受光素子の最小受光パワーが−20〜30〔db〕に選定
されることにより、この場合ガラスから−21〔db〕の戻
り光があると、伝送対象の情報信号を受信し得なくな
る。

【００１７】さらに戻り光がポジシヨニングセンサ２０
に入射すると、位置検出回路２２で反射光Ｌ３の集光位
置を正しく検出し得なくなり、結局安定に情報信号を送
受し得なくなる。

【００１８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、匡体で全体を封止して安定に情報信号を伝送するこ
とができる光空間伝送装置を提案しようとするものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、所定の情報信号で変調した送
信光ビームＬ１を所定距離だけ離間して配置した伝送対
象に送出することにより、送信光ビームＬ１を介して情
報信号を伝送対象に送出する光空間伝送装置において、
送信光ビームＬ１を射出する光源２と、光源２から射出
された送信光ビームＬ１を伝送対象に送出する照射光学
系１０と、照射光学系１０から伝送対象に送出される送
信光ビームＬ１の射出方向を所定の補正範囲で補正する
射出方向補正機構５４、５６、５８と、前面を防塵部材
３４で封止し、光源２、照射光学系１０及び射出方向補
正機構５４、５６、５８を収納する筐体４２とを備え、
防塵部材３４は、送信光ビームＬ１の光路上に介挿され
た板状透明部材であり、送信光ビームＬ１の射出方向が
補正範囲で変化した場合でも、当該防塵部材３４で反射
した送信光ビームＬ１の戻り光が光源２に入射しないよ
うに、送信光ビームＬ１の光軸に対して垂直な仮想面か
ら所定角度だけ傾いて配置した。

【００２０】さらに第２の発明においては、所定の情報
信号で変調した所定偏波面の送信光ビームＬ１を所定距
離だけ離間して配置した伝送対象に送出すると共に、伝
送対象から送出された所定偏波面の受信光ビームＬ２を
受光することにより、送信光ビームＬ１を介して情報信
号を伝送対象に送出すると共に、受信光ビームＬ２を介
して伝送対象から送出された所定の情報信号を受信する
光空間伝送装置において、送信光ビームＬ１を射出する
光源２と、受信光ビームを受光する受光素子１６、２０
と、光源２から射出された送信光ビームＬ１を伝送対象
に送出すると共に、伝送対象から到来した受信光ビーム
Ｌ２を受光素子１６、２０に導く送受光学系１０と、送
受光学系１０から伝送対象に送出される送信光ビームＬ
１の射出方向を所定の補正範囲で補正する射出方向補正
機構５４、５６、５８と、前面を防塵部材３４で封止
し、光源２、受光素子１６、２０、送受光学系１０及び
射出方向補正機構５４、５６、５８を収納する筐体４２
とを備え、防塵部材３４は、送信光ビームＬ１の光路上
に介挿された板状透明部材であり、送信光ビームＬ１の
射出方向が補正範囲で変化した場合でも、当該防塵部材
３４で反射した送信光ビームＬ１の戻り光が光源２及び
受光素子１６、２０に入射しないように、送信光ビーム
Ｌ１の光軸に対して垂直な仮想面から所定角度だけ傾い
て配置した。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【作用】送信光ビームＬ１の射出方向が補正範囲Ψで変
化した場合でも、戻り光Ｌ４が光源２又は受光素子１
６、２０に入射しない角度Ψ＋αｎで防塵部材３４を配
置すれば、送信光ビームＬ１の射出方向を補正した場合
でも、確実に情報信号を送信又は送受することができ
る。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００３０】（１）第１の実施例 図４との対応部分に同一符号を付して示す図１におい
て、３０は全体として送信専用の光空間伝送装置を示
し、全体を匡体３２に収納する。

【００３１】この匡体３２は、前面の大口径レンズ１０
側にガラス板３４が配置され、このガラス板３４は、表
面に反射防止コートが施され、送信光ビームＬ１の光軸
Ｌに対して垂直な仮想面Ｋから所定角度θだけ傾いて保
持されるようになされている。これにより光空間伝送装
置３０においては、このガラス３４及び匡体３２で全体
を封止し、防塵、防水、防湿、防錆対策を計るようにな
されている。

【００３２】さらに光空間伝送装置３０においては、こ
のように全体を封止した状態で、位置検出回路（図示せ
ず）の検出結果に基づいて匡体３２の向きを補正して送
信光ビームＬ１の射出方向を補正する。さらにガラス板
３４においては、ガラス板３４で発生する戻り光Ｌ４が
レーザダイオード２に入射しないように、傾きの角度θ
が選定され、これにより全体を封止した場合でも、確実
に情報信号を送出し得るようになされている。

【００３３】すなわちレーザダイオード２の発光面の中
心位置をｒ１、発光面の半径をＷとすると、中心位置ｒ
１から射出された送信光ビームＬ１の戻り光Ｌ４が、発
光面の中心位置ｒ１から距離２Ｗだけ離間した位置ｒ２
に集光されれば、中心位置ｒ１から最も遠い位置から射
出された送信光ビームも、受光面の外に集光される。

【００３４】このとき大口径レンズ１０の焦点距離をｆ
と置けば、大口径レンズ１０を介して射出される送信光
ビームＬ１はほぼ平行光線でなることにより、大口径レ
ンズ１０の中心を通つて点ｒ２に集光する戻り光Ｌ４１
は、送信光ビームＬ１の光軸Ｌに対して、次式

【数１】 で表される角度４αだけ傾くことになる。

【００３５】これにより戻り光Ｌ４が、角度４α以上傾
くようにガラス板３４を傾ければ、レーザダイオード２
への戻り光Ｌ４の入射を防止し得ることがわかる。

【００３６】このガラス板３４が傾きθのとき、ガラス
板３４の入射光線及び反射光線が形成する角度は角度２
θで表し得ることにより、結局、次式

【数２】 の関係に選定すれば、戻り光Ｌ４のレーザダイオード２
への入射を防止し得ることがわかる。

【００３７】実際上、レーザダイオード２においては、
発光面の大きさが小さく、発光面の大きさＷが1.5 〔μ
ｍ〕程度であることから、ガラス板３４においては、角
度θを次式

【数３】 程度の値に選定すれば、レーザダイオード２を安定に駆
動することができる。

【００３８】さらにこの実施例において、ガラス板３４
は、装置外部に向かうガラス板表面の垂線Ｓが装置下側
に倒れるように、傾いて配置されるようになされてい
る。これによりガラス板３４においては、外側表面を下
側に傾けて配置することにより、表面に付着する塵埃等
の付着量を低減し得、また雨粒、雪等の付着も低減し
得、その分確実に情報信号を送出することができる。

【００３９】以上の構成によれば、送信専用の光空間伝
送装置において、前面にガラス板を配置して全体を封止
し、このときガラス板を下側に向けて所定角度だけ傾け
て配置したことにより、レーザダイオードへの戻り光の
入射を防止し得、さらにガラス表面の塵埃等の付着量を
低減し得、その分確実に情報信号を送出することができ
る。

【００４０】（２）第２の実施例 図２において、４０は送受一体型の光空間伝送装置を示
し、この場合も匡体４２に全体を収納し、ガラス板３４
及び匡体４２で全体を封止する。

【００４１】さらに光空間伝送装置４０においては、こ
のように全体を封止した状態で、ポジシヨニングセンサ
２０の受光結果に基づいて全体の向きを補正し、これに
より送信光ビームＬ１の射出方向を補正する。

【００４２】さらにこの実施例において、ガラス板３４
は、第１の実施例と同一向きに、第１の実施例に比して
大きな角度θ１で傾いて保持され、これにより戻り光が
レーザダイオード２だけでなく、受光素子でなるフオト
デイテクタ１６及びポジシヨニングセンサ２０に入射し
ないようになされている。

【００４３】すなわちこの種の受光素子においては、レ
ーザダイオード２の発光面に比して受光面の面積が大き
い特徴があり、この実施例の場合フオトデイテクタ１６
及びポジシヨニングセンサ２０の受光面積の半径Ｗは、
それぞれ0.5 〔mm〕及び３〔mm〕にもなる。

【００４４】この場合レーザダイオード２、フオトデイ
テクタ１６及びポジシヨニングセンサ２０が大口径レン
ズ１０の焦点位置Ｐ１に配置されていると仮定すれば、
フオトデイテクタ１６及びポジシヨニングセンサ２０の
受光面積に比してレーザダイオード２の発光面積が極め
て小さいことにより、焦点位置Ｐ１から射出された送信
光ビームＬ１がガラス板３４で反射された戻り光が点Ｐ
１の半径Ｗの範囲に入らなければ、この点Ｐ１に配置し
たフオトデイテクタ１６及びポジシヨニングセンサ２０
には戻り光が入射しないことになる。

【００４５】この場合、（１）式に対応して、送信光ビ
ームＬ１の光軸Ｌに対して、大口径レンズ１０の中心を
通る戻り光の角度を、次式

【数４】 の関係に保持すれば、点Ｐ１から半径Ｗの円周上に戻り
光を集光し得る。

【００４６】これによりこの仮定の場合、（２）式に対
応して、次式

【数５】 で表される角度だけガラス板３４を傾ければ戻り光が入
射しないことになる。

【００４７】具体的にフオトデイテクタ１６及びポジシ
ヨニングセンサ２０の受光面積の半径として値Ｗ0.5
〔mm〕及び３〔mm〕を代入すれば、この角度はそれぞれ
フオトデイテクタ１６及びポジシヨニングセンサ２０で
1.25〔mrad〕及び7.5 〔mrad〕（0.43〔°〕）になる。

【００４８】これに対して実際の実施例においては、こ
の大口径レンズ１０とレーザダイオード２、フオトデイ
テクタ１６及びポジシヨニングセンサ２０間にレンズ
８、４、１８、１４が介挿されることにより、このレン
ズ８、４、１８、１４の倍率で（５）式を補正してガラ
ス板３４の角度θ１を選定することができる。

【００４９】すなわちレンズ８の焦点距離をｆ１、レン
ズ４、１８、１４の焦点距離をｆｎとおいて、ガラス板
３４の角度θ１を次式

【数６】 で表し得、この実施例の場合この角度θ１を１〔°〕に
設定した。

【００５０】これにより光空間伝送装置４０において
は、レーザダイオード２だけでなくフオトデイテクタ１
６及びポジシヨニングセンサ２０への戻り光の入射を未
然に防止し得、これにより確実に情報信号を送受するこ
とができる。

【００５１】図２の構成によれば、送受一体型の光空間
伝送装置においても、前面にガラス板を配置して全体を
封止し、このときこのガラス板を下側に向けて所定角度
だけ傾けて配置することにより、レーザダイオード２だ
けでなくフオトデイテクタ１６及びポジシヨニングセン
サ２０への戻り光の入射を未然に防止し得、併せて塵埃
等の付着を低減し得、これにより確実に情報信号を送受
することができる。

【００５２】（３）第３の実施例 図３において５０は送受一体型の光空間伝送装置を示
し、レーザダイーオド２、受光素子１６、２０、レンズ
４、８、１４、１８、ビームスプリツタ６、１２の光学
部品（図２）を一体化した光学ブロツク５２と大口径レ
ンズ１０とをホルダ匡体５４に収納する。

【００５３】このホルダ５４は、水平方向に設定された
第１の回動軸Ｊ１を回動中心にして第１の保持機構５６
に軸支され、さらにこの第１の保持機構５６は、垂直方
向に設定された第２の回動軸を回動中心にして、第２の
保持機構５８に軸支されるようになされている。

【００５４】これによりホルダ５４は、いわゆるジンバ
ル機構でなる保持機構を介して上下左右方向に回動し得
るように保持され、光空間伝送装置５０においては、位
置検出回路２２（図４）の検出結果に基づいてこの回動
を制御して送信光ビームＬ１の射出方向を補正するよう
になされている。

【００５５】ここで光空間伝送装置５０においては、こ
の第１及び第２の保持機構５６及び５８と共にホルダ５
４を匡体６０に収納し、この匡体６０の前面をガラス板
３４で封止する。これにより光空間伝送装置６０におい
ては、送信光ビームＬ１の射出方向補正機構５４、５
６、５８を一体に匡体６０及びガラス板３４で封止する
ようになされている。

【００５６】この射出方向補正機構５４、５６、５８
は、この実施例の場合、所定の回動中心から上下左右に
それぞれ角度Ψだけ回動し得るように保持され、これに
より光空間伝送装置５０は、この角度Ψの範囲で送信光
ビームＬ１の射出方向を補正し得るようになされてい
る。

【００５７】これに対してガラス板３４は、この角度Ψ
に（６）式から求められる角度αｎを加えた角度Ψ＋α
ｎだけ下側に傾いて保持されるようになされている。こ
れにより光空間伝送装置５０においては、送信光ビーム
Ｌ１の射出方向を補正した場合でも、レーザダイオー
ド、フオトデイテクタ及びポジシヨニングセンサへの戻
り光の入射を未然に防止し得、これにより確実に情報信
号を送受することができる。

【００５８】実際上、このように射出方向補正機構と一
体に封止すれば、その分この補正機構の経時変化等をも
防止し得ることにより、送信光ビームを確実に伝送対象
に送出することができる。

【００５９】ところがこの場合、単にガラス板を配置し
ただけの構成では、射出方向に応じて送信光ビームがガ
ラス板に正反射し、これにより通信中に射出方向が変化
すると、レーザダイオード、フオトデイテクタ及びポジ
シヨニングセンサへ戻り光が入射する場合が発生する。

【００６０】従つてこのように射出方向補正機構と一体
に封止する場合、急に通信が途絶えたりする恐れがあ
り、この実施例のように傾けてガラスを配置することに
より安定に通信することができる。

【００６１】実際上、この実施例の場合、補正範囲Ψを
５〔°〕に設定すると共に、ガラス板３４を６〔°〕傾
けて配置し、これにより安定に通信することができた。

【００６２】図３の構成によれば、送受一体型の光空間
伝送装置において、射出方向補正機構と一体に封止する
ようにしても、ガラス板を下側に向けて所定角度だけ傾
けて配置することにより、第２の実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００６３】（４）他の実施例 なお上述の実施例においては、ガラス板を傾ける場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、例えばガラス
板の表面形状を内側に向けて凸形状、又は外側に向けて
凹形状に形成し、さらに局部的に凹形状凸形状に形成
し、これにより戻り光の光量を低減するようにしてもよ
い。

【００６４】さらに上述の実施例においては、防塵部材
としてガラス板を用いる場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、アクリル板等、種々の透明部材を広く
適用するころができる。

【００６５】さらに上述の実施例においては、水平及び
垂直方向に設定した回動軸を回動中心にして全体を回動
させて送信光ビームの射出方向を補正する場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、例えばレンズ８等を
可動して射出方向を補正する場合等に広く適用すること
ができる。

【００６６】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、送信光ビ
ームの射出方向が補正範囲で変化した場合でも、防塵部
材で反射した戻り光が光源、受光素子に入射しないよう
に防塵部材を配置することにより、送信光ビームの射出
方向を補正した場合でも確実に情報信号を伝送し得る光
空間伝送装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光空間伝送装置を示す
断面図である。

【図２】その第２の実施例を示す断面図である。

【図３】その第３の実施例を示す断面図である。

【図４】その従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１、３０、４０、５０……光空間伝送装置、２……レー
ザダイオード、４、８、１０、１４、１８……レンズ、
１６……フオトデイテクタ、２０……ポジシヨニングセ
ンサ、３２、４２、６０……匡体、３４……ガラス板。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−305734（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−127001（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−250004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−114290（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79624（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−122913（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−74218（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の情報信号で変調した送信光ビームを
   所定距離だけ離間して配置した伝送対象に送出すること
   により、上記送信光ビームを介して上記情報信号を上記
   伝送対象に送出する光空間伝送装置において、 上記送信光ビームを射出する光源と、 上記光源から射出された上記送信光ビームを上記伝送対
   象に送出する照射光学系と、 上記照射光学系から上記伝送対象に送出される上記送信
   光ビームの射出方向を所定の補正範囲で補正する射出方
   向補正機構と、 前面を防塵部材で封止し、上記光源、上記照射光学系及
   び上記射出方向補正機構を収納する筐体と を具え、 上記防塵部材は、上記送信光ビームの光路上に介挿され
   た板状透明部材であり、上記送信光ビームの射出方向が
   上記補正範囲で変化した場合でも、当該防塵部材で反射
   した上記送信光ビームの戻り光が上記光源に入射しない
   ように、上記送信光ビームの光軸に対して垂直な仮想面
   から所定角度だけ傾いて配置された ことを特徴とする光
   空間伝送装置。
2. 【請求項２】所定の情報信号で変調した所定偏波面の送
   信光ビームを所定距離だけ離間して配置した伝送対象に
   送出すると共に、上記伝送対象から送出された所定偏波
   面の受信光ビームを受光することにより、上記送信光ビ
   ームを介して上記情報信号を上記伝送対象に送出すると
   共に、上記受信光ビームを介して上記伝送対象から送出
   された所定の情報信号を受信する光空間伝送装置におい
   て、 上記送信光ビームを射出する光源と、 上記受信光ビームを受光する受光素子と、 上記光源から射出された上記送信光ビームを上記伝送対
   象に送出すると共に、上記伝送対象から到来した上記受
   信光ビームを上記受光素子に導く送受光学系と、 上記送受光学系から上記伝送対象に送出される上記送信
   光ビームの射出方向を所定の補正範囲で補正する射出方
   向補正機構と、 前面を防塵部材で封止し、上記光源、上記受光素子、上
   記送受光学系及び上記射出方向補正機構を収納する筐体
   と を具え、 上記防塵部材は、上記送信光ビームの光路上に介挿され
   た板状透明部材であり、上記送信光ビームの射出方向が
   上記補正範囲で変化した場合でも、当該防塵部材で反射
   した上記送信光ビームの戻り光が上記光源及び上記受光
   素子に入射しないように、上記送信光ビームの光軸に対
   して垂直な仮想面から所定角度だけ傾いて配置された こ
   とを特徴とする光空間伝送装置。