JP3601845B2 - Concentrator - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、空間での光を伝送媒体とする情報通信の分野で用いられる集光装置に関するものである。また、光センサ等の光学レンズ系としても適用できる集光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、以下に示すようなものがあった。
【0003】
図11はかかる従来の光空間通信における光受信機の系の構成例図であり、図11(a)は半導体受光素子の受光面にレンズを用いないで直接的に受信光を当てる光受信機の系の構成図、図11(b)は半導体受光素子の受光面の前に集光用の通常のレンズを設けた光受信機の系の構成図、図11(c)はレンズの受光面積が大きく且つ焦点距離を短くする場合の光受信機の系の構成図である。
【0004】
まず、図11(a)の場合は、受信機としての受光面積は、半導体受光素子1の受光面2の面積そのままであり、半導体受光素子1に入射される光量が少なく、交信可能な光伝送距離は近距離に制限される。
【0005】
また、遠距離での光空間通信を実現するには、レンズ等を用いてより広い面積からの光を効率良く集光し、半導体受光素子の受光面に当てる必要がある。
【0006】
そこで、図11(b)の場合は、半導体受光素子1の受光面2の前に単レンズ3を設けた例である。光を高効率に集光して遠距離での光伝送を可能とするには、単レンズ3の受光面積を大きくする必要があるが、単レンズ3の焦点距離が長くなり、これにしたがって視野角範囲は狭くなってしまう。
【0007】
従来の送信機側、受信機側共に位置固定の光空間通信では、視野角が狭いことはあまり問題とならないが、自動車等の移動体を対象とした光空間通信方式では、通信対象の相対位置が変動する関係上、用いる光学レンズ系には比較的広い視野角範囲が必要とされる。
【0008】
そこで、レンズの受光面積を大きくし、且つ焦点距離を短くするには、図11(c)に示すように、レンズ4は多群多枚数構成が必要となる。したがって、大きさ、重量共に大きくなり、且つ高コストとなってしまう。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、以上述べた従来の自動車等の移動体を対象とした光空間通信方式では、通信対象となる移動体と移動体あるいは移動体と固定局の相対位置が変動する関係上、固定通信の場合と比較して、比較的広い視野角範囲の受信機指向性が必要とされる。同時に、不必要な外来雑音光を阻止して、高い通信品質を確保するためには、有限の指向角範囲内の受信に制限する必要がある。
【0010】
また、上記のような光空間通信方式では、情報量が多く、速い符号伝送速度の通信が要求される関係上、半導体受光素子の受光面は小面積でなければならない。
【0011】
したがって、遠距離での光空間通信を実現するには、半導体受光素子の受光面に効率良く光を集光する必要がある。
【0012】
以上のような要求を満たす光学レンズ系は、先に述べた単レンズでは技術的に満足できるものは得られず、係るレンズ系は多群多数枚構成を必要とし、大きさ、重量共に大きくなり、且つ高コストになってしまうという問題点があった。
【0013】
本発明は、上記問題点を除去し、所定の視野角範囲内からの信号光を、効率良く集光することにより、小型軽量で、低コストな集光装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、集光装置において、入射端面と、前記入射端面よりも面積の小さい出射端面と、前記入射端面と前記出射端面との間の、互いに対向する2対の面からなる4つの側面とを有する集光装置において、前記4つの側面は反対面であり、前記入射面は、1方向に対する指向性を制限しつつ他の方向に対して広角な指向性を持たせるために、前記4つの側面のうち、1対の側面に対応する方向に対して曲面を有する形状にするようにしたものである。
【0015】
【作用】
本発明によれば、光学レンズ材料からなる角錐体あるいは円錐体からなる本体のテーパ面での光学的反射を利用して、入射端面からの入射光を、その本体の出射端面に誘導する。
【0016】
また、その本体内での光路軌跡による集光に加えて、その本体の入射端面の形状、テーパ角度などを変更することにより、導光管としての集光装置の指向特性及び受光素子との結合特性を所与の特性に設定することができる。
【0017】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。
【0018】
図1は本発明の第1の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【0019】
図1に示すように、透明な四角錐体の本体11からなり、開口面(入射端面)12及び出射端面13を平面とした集光装置(導光管)10を構成している。
【0020】
この集光装置10は光学ガラス或いは有機光学材料で構成され、各面は光学的な鏡面に仕上げられている。(これは、光学的ミラー反射面とするのではなく、表面の凹凸をなくす処理のことである。)
特に、有機光学材料で構成する場合には、鋳型による鋳造方法により、各面の良好な形状精度及び表面仕上げの構造が、安価に大量生産可能である。
【0021】
また、テーパ面14は光学的ミラー反射面をなしている。これは、アルミニウム等の金属薄膜の蒸着法あるいは通常の鏡製作の場合の銀鏡反射法等により製作される。
【0022】
図2は本発明の第2の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【0023】
この図に示すように、透明な四角錐体の本体21からなり、開口面22を水平方向のみを曲面22aとした蒲鉾形となし、出射端面23を平面とした集光装置(導光管)20を構成している。テーパ面24は光学的ミラー反射面をなしている。
【0024】
図3は本発明の第3の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【0025】
この図に示すように、透明な四角錐体の本体31からなり、開口面32を垂直方向のみを曲面32aとした蒲鉾形となし、出射端面33を平面とした集光装置(導光管)30を構成している。テーパ面34は光学的ミラー反射面をなしている。
【0026】
図2又は図3の集光装置(導光管)20,30は、外来雑音光の影響が考えられる水平或いは垂直方向のいずれか一方の指向角を制限して、他の一方向に比較的広角な指向性を持たせる場合に有効な形状である。例えば、自動車等の移動体間で光空間通信を行う場合、水平方向のみに指向角を持たせ、信号光が得られず太陽からの外来雑音光等が考えられる垂直方向の指向角を制限する場合に好適である。
【0027】
図4は本発明の第4の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【0028】
この図に示すように、透明な四角錐体の本体41からなり、開口面42を垂直方向及び水平方向を曲面、つまり、球面42aとし、出射端面43を平面とした集光装置(導光管)40を構成している。テーパ面44は光学的ミラー反射面をなしている。
【0029】
この集光装置40は、外来雑音光の影響が考えられる水平及び垂直方向の両方の指向角を制限する場合に好適である。
【0030】
図5は本発明の第5の実施例を示す集光装置(導光管)の構成図であり、図5(a)はその集光装置(導光管)の側面図、図5(b)その集光装置(導光管)の正面図である。
【0031】
この図に示すように、透明な円錐体の本体51からなり、開口面52を球面52aとし、出射端面53を平面とした集光装置(導光管)50を構成している。テーパ面54は光学的ミラー反射面をなしている。
【0032】
これは、機械加工で導光管を作製する場合、この形状は比較的加工が容易であるという利点がある。一定方向からの外来雑音光が考えられず、全ての方向に同じ指向特性に設定する場合に好適である。
【0033】
また、図1〜図4に示した透明な四角錐体を基本とした集光装置の場合、水平方向、垂直方向の指向特性を所定の値に設定するためには、テーパ面の夫々水平及び垂直方向テーパ角の選定、開口面及び出射端面の四辺形の夫々の縦横比の選定、開口面を球面にするか蒲鉾形にするか等の選択が可能である。
【0034】
図6は本発明の集光装置(導光管)の基本原理を説明するための説明図、図7は本発明の集光装置(導光管)の構造モデルを示す図である。
【0035】
図1〜図5の実施例のテーパ面を有する集光装置の中心軸Aを含む水平面内において、入射光に水平方向の中心軸Aに対する偏角を与えた場合についての集光装置内での光路軌跡を示したものである。
【0036】
図6(a)の場合は、集光装置60の本体61の開口面62から入射した光は、テーパ面64での反射無しに集光装置60内を通過し、出射端面63から出射する場合であり、中心軸Aに近く、且つその中心軸Aに対する偏角が比較的小さい入射光の場合に相当する。
【0037】
図6(b)及び図6(c)の場合は、開口面62から入射した光は、集光装置内で1回又は2回、テーパ面64で反射を経過した後に、出射端面63から出射される場合を示し、入射光の入射位置が中心軸から遠い程、あるいは偏角が大きい程テーパ面64での反射の回数は増加する。
【0038】
上記した光路軌跡は、テーパ面64の中心軸に対する偏角をθとすると、テーパ面による反射を経過する毎に、集光装置内での光路の中心軸に対する絶対値は2θずつ増加する。また、開口面及び出射端面は、導光管を構成している光学材料の屈折率と大気の屈折率との界面であり、その両端面の形状により、集光装置内の光路とその集光装置外の入射光及び出射光との屈折関係が定まる。
【0039】
図7に示すように、集光装置70の本体71の中心軸Aを含む水平面内において、開口面72の水平方向半幅、つまり、入射端面半径をD、開口面72における入射光の入射位置をDin、中心軸Aに対する入射光の偏角をθinとして、集光装置70を通過するDin/Dとθinとの関係を、図8及び図9に示す。
【0040】
なお、図7において、73は出射端面、74はテーパ面、Rは入射端面の球面半径、θは開口角度、θはテーパ角度、Dは出射端面半径、θout は中心軸Aに対する出射光の偏角である。
【0041】
図8(a)は中心軸Aに対する入射光の偏角θinと、入射光が出射される割合Prとの特性図であり、横軸にθin(度)、縦軸に入射光が出射される割合Prを示している。図8(b)は出射端面の指向特性図であり、条件として、D/D=10.0,R/D=3.0,θ=15°の場合が示されている。
【0042】
図9(a)は、図8(a)と同様であり、中心軸Aに対する入射光の偏角θinと入射光が出射される割合Prとの特性図であり、横軸にθin(度)、縦軸に入射光が出射される割合Prを示している。図9(b)は出射端面の指向特性図であり、条件として、D/D=10.0,R/D=2.5,θ=15°の場合が示されている。
【0043】
これらの図から明らかなように、本発明の集光装置(導光管)における特徴的な集光効果を示している。
【0044】
図10は本発明の集光装置(導光管)について、開口面側から見た集光装置内の光路軌跡の例を示す図であり、図10(a)は四角錐体を基本とした場合、図10(b)は円錐体を基本とした場合を示している。
【0045】
図において、開口面の点Pinからの入射光は、集光装置内で点R,R,…とテーパ面での反射を経過して、出射端面の点Pout から出射することになる。
【0046】
この場合、図示したように、集光装置内での光路は、回転しながら進行することになる。しかし、図6及び図7で説明した集光特性の基本的な事項は普遍的である。
【0047】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0048】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
(1)高速度の符号伝送通信に使用される受信機内の受光素子の実効的な受光面積が大きくでき、且つ移動体間での光通信に必要な比較的広角な指向特性を持たせ得る集光装置を、軽量小型さらに低コストで実現できる。
(2)適用形態に対応して、水平及び垂直方向の指向特性を夫々任意の値に容易に設定できるようにしたため、一定方向のみに極めて急峻な指向範囲の遮断特性を持たせることも可能であり、周辺建物等からの反射を介した光通信に有害な各種の外来雑音光を遮断して、高品質の通信状態を確保できる利点がある。
(3)光センサに用いる場合も同様に、外来雑音光を遮断し、必要な指向角範囲の光だけを得ることで、センサの誤動作を防止できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【図5】本発明の第5の実施例を示す集光装置(導光管)の斜視図である。
【図6】本発明の集光装置(導光管)の基本原理を説明するための説明図である。
【図7】本発明の集光装置(導光管)の構造モデルを示す図である。
【図8】本発明の集光装置(導光管)の集光特性を示す図(その1)である。
【図9】本発明の集光装置(導光管)の集光特性を示す図(その2)である。
【図10】本発明の集光装置(導光管)の開口面側から見た光路軌跡の例を示す図である。
【図11】従来の光空間通信における光受信機の系の構成例図である。
【符号の説明】
10,20,30,40,50,60,70 集光装置(導光管)
11,21,31,41,51,61,71 本体
12,22,32,42,52,62,72 開口面(入射端面)
13,23,33,43,53,63,73 出射端面
14,24,34,44,54,64,74 テーパ面
22a,32a 曲面
42a,52a 球面
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a light collecting device used in the field of information communication using light in space as a transmission medium. In addition, the present invention relates to a light-collecting device that can be used as an optical lens system such as an optical sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a technique in such a field, for example, there has been the following technique.
[0003]
FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of an optical receiver system in such a conventional optical space communication. FIG. 11A shows an optical receiver in which the received light is directly applied to the light receiving surface of the semiconductor light receiving element without using a lens. 11B is a configuration diagram of an optical receiver system in which a normal lens for condensing is provided in front of a light receiving surface of a semiconductor light receiving element, and FIG. 11C is a light receiving area of the lens. FIG. 2 is a configuration diagram of an optical receiver system when the focal length is large and the focal length is short.
[0004]
First, in the case of FIG. 11 (a), the light receiving area as the receiver is the same as the area of the light receiving surface 2 of the semiconductor light receiving element 1, the light quantity incident on the semiconductor light receiving element 1 is small, and optical communication capable of communication is performed. Distance is limited to short distances.
[0005]
In addition, in order to realize long-distance optical space communication, it is necessary to efficiently condense light from a wider area using a lens or the like, and to strike the light receiving surface of the semiconductor light receiving element.
[0006]
Therefore, the case of FIG. 11B is an example in which the single lens 3 is provided in front of the light receiving surface 2 of the semiconductor light receiving element 1. In order to converge light with high efficiency and enable light transmission at a long distance, it is necessary to increase the light receiving area of the single lens 3, but the focal length of the single lens 3 becomes longer, and the The angular range becomes narrow.
[0007]
In conventional optical space communication where the position of both the transmitter and the receiver is fixed, a narrow viewing angle does not pose a significant problem.However, in the space optical communication method for mobile objects such as automobiles, the relative position of the communication target is small. Due to the fluctuation of the optical lens system, a relatively wide viewing angle range is required for the optical lens system used.
[0008]
Therefore, in order to increase the light receiving area of the lens and shorten the focal length, the lens 4 needs to have a multi-group and multi-lens configuration as shown in FIG. Therefore, both the size and the weight are increased, and the cost is increased.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional optical space communication method for mobile objects such as automobiles described above, the fixed position is fixed due to the relative position of the mobile object and the mobile object to be communicated or the relative position of the mobile object and the fixed station fluctuating. Compared to communication, a relatively wide viewing angle range of receiver directivity is required. At the same time, in order to prevent unnecessary extraneous noise light and ensure high communication quality, it is necessary to limit reception within a finite directional angle range.
[0010]
In the optical space communication system as described above, the light receiving surface of the semiconductor light receiving element must have a small area because of the large amount of information and the need for communication at a high code transmission rate.
[0011]
Therefore, in order to realize optical space communication at a long distance, it is necessary to efficiently condense light on the light receiving surface of the semiconductor light receiving element.
[0012]
An optical lens system that satisfies the above requirements cannot be technically satisfactory with the single lens described above, and such a lens system requires a multi-group, multi-element configuration, and is large in size and weight. In addition, there is a problem that the cost increases.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact, lightweight, and low-cost light-collecting device that eliminates the above-described problems and efficiently condenses signal light from within a predetermined viewing angle range.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides, in a light-collecting device, two pairs of an incident end face, an exit end face having a smaller area than the incident end face, and a pair of the incident end face and the exit end face facing each other. A light collecting device having four side surfaces, each of the four side surfaces being opposite to each other, and the incident end surface having a wide-angle directivity in another direction while limiting the directivity in one direction. In order to provide a shape, a shape having a curved surface in a direction corresponding to a pair of side surfaces among the four side surfaces is adopted.
[0015]
[Action]
According to the present invention, the incident light from the incident end face is guided to the output end face of the main body by utilizing the optical reflection on the tapered surface of the main body made of a pyramid or a cone made of an optical lens material.
[0016]
Also, in addition to focusing by the optical path trajectory in the main body, by changing the shape and taper angle of the incident end face of the main body, the directional characteristics of the light collecting device as the light guide tube and the coupling with the light receiving element are changed. The property can be set to a given property.
[0017]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a perspective view of a light collecting device (light guide tube) according to a first embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in FIG. 1, a light-collecting device (light guide tube) 10 composed of a transparent quadrangular pyramid main body 11 and having an opening surface (incident end surface) 12 and an emitting end surface 13 as planes is configured.
[0020]
The light collecting device 10 is made of an optical glass or an organic optical material, and each surface is finished to an optical mirror surface. (This is not an optical mirror reflection surface, but a process for eliminating surface irregularities.)
In particular, in the case of using an organic optical material, a structure having good shape accuracy and surface finish on each surface can be mass-produced at low cost by a casting method using a mold.
[0021]
The tapered surface 14 forms an optical mirror reflection surface. This is manufactured by a vapor deposition method of a metal thin film such as aluminum or a silver mirror reflection method in the case of a normal mirror manufacturing.
[0022]
FIG. 2 is a perspective view of a light collecting device (light guide tube) according to a second embodiment of the present invention.
[0023]
As shown in this figure, a light-collecting device (light guide tube) comprising a transparent quadrangular pyramid main body 21, an opening surface 22 having a semi-cylindrical shape having a curved surface 22 a only in the horizontal direction, and an emission end surface 23 having a flat surface. 20. The tapered surface 24 forms an optical mirror reflection surface.
[0024]
FIG. 3 is a perspective view of a light collector (light guide tube) showing a third embodiment of the present invention.
[0025]
As shown in this figure, a light-condensing device (light guide tube) comprising a transparent quadrangular pyramid body 31, an opening surface 32 having a semicylindrical shape having a curved surface 32 a only in a vertical direction, and an emission end surface 33 having a flat surface. 30. The tapered surface 34 forms an optical mirror reflection surface.
[0026]
The light collectors (light guide tubes) 20 and 30 shown in FIG. 2 or FIG. 3 limit the directional angle in either the horizontal or vertical direction in which the influence of extraneous noise light is considered, and This is an effective shape when giving wide-angle directivity. For example, when optical space communication is performed between moving objects such as automobiles, a directivity angle is provided only in a horizontal direction, and a directivity angle in a vertical direction in which signal light cannot be obtained and extraneous noise light from the sun can be considered. It is suitable for the case.
[0027]
FIG. 4 is a perspective view of a light collecting device (light guide tube) according to a fourth embodiment of the present invention.
[0028]
As shown in this figure, a light-collecting device (light guide tube) comprising a transparent quadrangular pyramid body 41, having an opening surface 42 with curved surfaces in the vertical and horizontal directions, that is, a spherical surface 42 a and an emission end surface 43 as a plane. ) 40. The tapered surface 44 forms an optical mirror reflection surface.
[0029]
The light collecting device 40 is suitable for limiting both the horizontal and vertical directional angles where the influence of extraneous noise light is considered.
[0030]
FIG. 5 is a configuration diagram of a light collecting device (light guide tube) showing a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) is a side view of the light collecting device (light guide tube), and FIG. FIG. 3 is a front view of the light collecting device (light guide tube).
[0031]
As shown in this figure, a condensing device (light guide tube) 50 composed of a transparent conical body 51, an opening surface 52 having a spherical surface 52a, and an emission end surface 53 having a flat surface is formed. The tapered surface 54 forms an optical mirror reflecting surface.
[0032]
This has the advantage that when the light guide tube is manufactured by machining, this shape is relatively easy to process. This is suitable when external noise light from a certain direction cannot be considered and the same directional characteristics are set in all directions.
[0033]
Further, in the case of the light-collecting device based on the transparent quadrangular pyramid shown in FIGS. 1 to 4, in order to set the directional characteristics in the horizontal direction and the vertical direction to predetermined values, the horizontal and vertical directions of the tapered surface are respectively set. The selection of the vertical taper angle, the selection of the aspect ratio of the opening face and the quadrilateral of the emission end face, and the selection of whether the opening face is spherical or semi-cylindrical are possible.
[0034]
FIG. 6 is an explanatory view for explaining the basic principle of the light collecting device (light guide tube) of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing a structural model of the light collecting device (light guide tube) of the present invention.
[0035]
In the light collecting device having the tapered surface of the embodiment of FIGS. 1 to 5 in the horizontal plane including the central axis A, the incident light is given a deflection angle with respect to the horizontal central axis A in the light collecting device. It shows an optical path trajectory.
[0036]
In the case of FIG. 6A, light incident from the opening surface 62 of the main body 61 of the light collecting device 60 passes through the inside of the light collecting device 60 without being reflected by the tapered surface 64, and is emitted from the emission end surface 63. This corresponds to the case of incident light that is close to the central axis A and has a relatively small deflection angle with respect to the central axis A.
[0037]
In the case of FIG. 6B and FIG. 6C, the light incident from the opening surface 62 is reflected from the tapered surface 64 once or twice in the light-collecting device, and then emitted from the emission end surface 63. In this case, the number of times of reflection on the tapered surface 64 increases as the incident position of the incident light is farther from the central axis or as the deflection angle is larger.
[0038]
In the above-mentioned optical path trajectory, assuming that the deviation angle with respect to the central axis of the tapered surface 64 is θ g , the absolute value of the optical path in the light condensing device with respect to the central axis increases by 2θ g every time reflection proceeds by the tapered surface. . Further, the aperture surface and the emission end surface are interfaces between the refractive index of the optical material constituting the light guide tube and the refractive index of the atmosphere. The refractive relationship between the incident light and the outgoing light outside the device is determined.
[0039]
As shown in FIG. 7, in a horizontal plane containing the central axis A of the body 71 of the condenser 70, the horizontal half-width of the opening surface 72, that is, the incident position of the incident light incident end face radius D a, the opening surface 72 the D in, as in the polarization angle of the incident light theta with respect to the central axis a, the relation between D in / D a and theta in passing through the condenser 70, shown in FIGS.
[0040]
In FIG. 7, the exit end face 73, 74 taper surface, R g is spherical entrance end face radius, theta r is the opening angle, theta g taper angle, D b is emitting facet radius, theta out the central axis A Declination of the emitted light with respect to
[0041]
FIG. 8A is a characteristic diagram of the deviation angle θ in of the incident light with respect to the central axis A and the ratio Pr at which the incident light is emitted. The horizontal axis represents θ in (degree), and the vertical axis represents the incident light. Indicates the ratio Pr. FIG. 8B is a directional characteristic diagram of the emission end face, and shows a case where D a / D b = 10.0, R g / D a = 3.0, and θ g = 15 ° as conditions. .
[0042]
FIG. 9A is the same as FIG. 8A, and is a characteristic diagram of the deviation angle θ in of the incident light with respect to the central axis A and the ratio Pr of the incident light to be emitted, and the horizontal axis represents θ in ( Degree), and the vertical axis indicates the ratio Pr from which the incident light is emitted. FIG. 9B is a directional characteristic diagram of the emission end face, and shows a case where D a / D b = 10.0, R g / D a = 2.5, and θ g = 15 ° as conditions. .
[0043]
As is apparent from these figures, the characteristic light-collecting effect of the light-collecting device (light guide tube) of the present invention is shown.
[0044]
FIG. 10 is a view showing an example of an optical path trajectory in the light collecting device (light guide tube) of the present invention viewed from the opening surface side, and FIG. 10 (a) is based on a quadrangular pyramid. FIG. 10B shows a case based on a cone.
[0045]
In the drawing, the incident light from the point P in on the aperture surface passes through the points R 1 , R 2 ,... And reflection on the tapered surface in the light condensing device, and is emitted from the point P out on the exit end surface. Become.
[0046]
In this case, as shown in the figure, the optical path in the light collector travels while rotating. However, the basic items of the light-collecting characteristics described with reference to FIGS. 6 and 7 are universal.
[0047]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) A collection that can increase the effective light receiving area of a light receiving element in a receiver used for high-speed code transmission communication and have a relatively wide-angle directivity required for optical communication between moving objects. The optical device can be realized with a small size and a low cost.
(2) The directivity characteristics in the horizontal and vertical directions can be easily set to arbitrary values, respectively, in accordance with the application form, so that it is possible to provide an extremely sharp cutoff characteristic in a directivity range only in a certain direction. There is an advantage that various kinds of external noise light harmful to optical communication via reflection from surrounding buildings and the like are blocked, and a high quality communication state can be secured.
(3) Similarly, when used for an optical sensor, there is an advantage that a malfunction of the sensor can be prevented by blocking extraneous noise light and obtaining only light in a required directional angle range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a light collecting device (light guide tube) showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a light collector (light guide tube) showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a light collector (light guide tube) showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a light collector (light guide tube) showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a light collector (light guide tube) showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a basic principle of a light collecting device (light guide tube) of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a structural model of a light collecting device (light guide tube) of the present invention.
FIG. 8 is a diagram (part 1) showing the light-collecting characteristics of the light-collecting device (light guide tube) of the present invention.
FIG. 9 is a diagram (part 2) illustrating the light-collecting characteristics of the light-collecting device (light guide tube) of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an optical path trajectory viewed from the opening surface side of the light collecting device (light guide tube) of the present invention.
FIG. 11 is a configuration example diagram of an optical receiver system in conventional optical space communication.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 Light collecting device (light guide tube)
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71 Main body 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72 Opening surface (incident end surface)
13, 23, 33, 43, 53, 63, 73 Outgoing end surface 14, 24, 34, 44, 54, 64, 74 Tapered surface 22a, 32a Curved surface 42a, 52a Spherical surface

Claims (1)

移動体間で光通信を行う際に用いられる集光装置において、前記集光装置は、
入射端面と、
前記入射端面よりも面積の小さい出射端面と、
前記入射端面と前記出射端面との間の、互いに対向する2対の面からなる4つの側面とを有し、
前記4つの側面は反射面であり、
前記入射端面は、垂直方向に対する指向性を制限しつつ水平方向に対して広角な指向性を持たせるために、前記4つの側面のうち、水平方向に対して曲面を有する形状であることを特徴とする集光装置。
In a light collecting device used when performing optical communication between moving objects, the light collecting device,
Incident end face,
An output end face having a smaller area than the input end face;
Having four side surfaces consisting of two pairs of surfaces facing each other between the incident end surface and the output end surface,
The four side surfaces are reflection surfaces,
The incident end face has a shape having a curved surface in the horizontal direction among the four side surfaces so as to have a wide-angle directivity in the horizontal direction while limiting the directivity in the vertical direction. Light collecting device.
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