JP3775247B2 - 光検出装置及び受発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光通信に用いられる受発光ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数のコンピュータを構内において相互に接続するＬＡＮシステムとして光無線ＬＡＮが提案されている。この光無線ＬＡＮにおいては、光信号を受発信あるいは受発光することができる受発信装置（或いは受発光装置）を、例えば親機コンピュータ及び子機コンピュータにそれぞれ接続し、この受発光装置の間で光信号の送受信を行う。より詳細には前記受発光装置は、情報信号により変調された可視光ビーム射出し受光する。
【０００３】
このような受発光装置あるいは受発光ユニットは入射光を受光するために受光素子を有する。この受光素子は、前記入射光を正しく受光するために、当該入射光に対して正しい方向へ方向調整されなければならない。より詳細には、例えば受光素子の光軸（受光素子に直交し且つ受光素子の中心を通る直線）が入射光の光軸と一致するように受光素子の向きが調整されなければならない。
【０００４】
また、光ビームを射出する場合は、相手方の受発光ユニットに対して光ビームの向きを正しく調整しなければならない。
【０００５】
この場合、例えば、前記受光素子上における入射光の入射角或いは光スポット位置を検出し、この検出結果に基づいて受光素子の向きを調整すると共に、光ビームの射出方向を調整する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、小径の平行光ビーム（小径平行光束）による双方向光通信では、前記光ビームの入射角等の検出において、光ビーム内の光強度分布の偏り或いはアパーチャによる「ケラレ」により誤差が生ずると、前記受光素子および射出方向の制御が困難となる、と言う問題があった。
【０００７】
この発明の目的は、前記問題点を解決することであり、受光素子の向き及び射出光の射出方向を、相手方の発光ユニットの位置に応じて正しく調整することができる光検出装置及び受発光装置を提供することである。
【０００８】
あるいは、相手方の発光ユニットからの光ビームが光強度分布の偏りを有し或いは、アパーチャにより「ケラレ」が生じても、前記受光素子および射出方向を適正に調整することができる光検出装置及び受発光装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の光検出装置は、入射光束の入射位置又は入射スポット形状に基づいて、前記入射光束の入射位置又は入射角度を検出する光検出装置であって、
前記入射光束を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された前記入射光束から±１次回折光を生成し、前記±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、前記±１次回折光がともに前記集光手段の光軸と同一の光軸上に集光するように前記±１次回折光へそれぞれ凸レンズパワー及び凹レンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する回折手段と、
前記±１次回折光の集光点の中間において、前記±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置される受光素子と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明の受発光装置は、光情報信号を送受信するとともに、他の受発光装置からの入射光束の入射位置および入射角度を検出する受発光装置であって、
前記入射光束を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出された入射光束を前記他の受発光装置に射出する一方、前記他の受発光装置からの入射光束を透過させる光分岐素子と、
前記光分岐素子を透過した前記入射光束を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された前記入射光束から±１次回折光を生成し、前記±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、前記±１次回折光がともに前記集光手段の光軸と同一の光軸上に集光するように前記±１次回折光へそれぞれ凸レンズパワー及び凹レンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する回折手段と、
前記±１次回折光の集光点の中間において、前記±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置される受光素子と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図１３を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図において同一又は類似の部材あるいは要素には同一又は類似の参照番号が付される。
【００１２】
図１は、構内光無線ＬＡＮ等の光通信に用いられる受発光装置としての受発光光ユニットの例を示す。
【００１３】
図１に示すように、この受発光ユニットは、親機側コンピュータに接続された親機側受発光ユニット２１と子機コンピュータに接続された子機側受発光ユニット２３とを有する。図１に示す例では、親機側受発光ユニット２１は例えば天井に設置され、子機側受発光ユニット２３は、子機側コンピュータの使用者であるユーザのテーブル等に設置される。
【００１４】
図１（ａ）は、双方向通信における初期状態を示し、親機側ユニット２１からの変調光ビームＬ’が子機側ユニット２３へ送信される。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、子機側ユニット２３は、光ビームＬ’の入射方向或いは入射位置を検出すると、この検出結果に基づいて親機側ユニット２１への射出光Ｌ”の向きを調整する。
【００１６】
かくして受発光ユニット２１と受発光ユニット２３とが相互に変調光ビームを送受信することにより、親機コンピュータ及び子機コンピュータが相互に光通信あるいは光情報伝送することができる。
【００１７】
図２は、例えば子機側受発光ユニット２３の構成を概略的に示す。
【００１８】
同図に示すように、前記受発光ユニット２３は、魚眼レンズ２５及び、２軸回動フレーム２７、受光素子２９、集光用凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ凸レンズ３５、ハーフミラー３７及び、遮光部３９を有する。
【００１９】
魚眼レンズ２５は、受発光ユニット２３に対して大きな画角にわたって広がる天井の任意の位置へ配置される親機側ユニット２１との光ビームの送受信を可能とする。より詳細には、例えば大きな入射角で入射する親機側ユニット２１からの入射光を、適宜の範囲内の入射角へ変換し前記受光素子２９に対して射出する。また、発光レーザ３３からの所定範囲内の射出角を有する射出光を、任意の角度を有する親機側ユニット方向へ向けて射出する。
【００２０】
前記２軸回動フレーム２７は、回転中心ｏ１を中心に２軸に沿って回動自在に固定フレーム４１に対して設けてある。また、前記受光素子２９、集光凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ凸レンズ３５、ハーフミラー３７、遮光部３９は前記回動フレーム２７に実質的に固定されている。従って、前記フレーム２７の回動により、例えば受光素子２９の向きを入射光Ｌ’の向きに応じて適宜に調整することができる。
【００２１】
集光用凸レンズ３１は、例えば親機側ユニット２１からの入射光Ｌ’を受光素子２９上へ集光する。
【００２２】
発光レーザ３３は、親機側ユニット２１との交信のために、変調された光ビームを射出する。
【００２３】
コリメータ凸レンズ３５は、発光レーザ３３からの光ビームを平行光へ変換する。
【００２４】
ハーフミラー３７は、コリメータレンズ３５からの光ビームを（魚眼レンズ２５を介して）親機側ユニット２１の方へ射出すると共に、親機側ユニット２１からの入射光Ｌ’を受光素子２９の方へ透過する。
【００２５】
遮光部３９は、所定径のアパーチャ３９ａを有し、親機側ユニット２１からの入射光Ｌ’を絞って径の小さい光ビームＬを生成する。
【００２６】
ここに、前記アパーチャ３９ａは、受光素子２９の受光領域に対して以下のような所定位置に配置される。すなわち、前記入射光Ｌ’に対して受光素子２９が正しい向きを向いているとき（例えば、入射光Ｌ’が受光素子２９へ垂直に入射するとき）、前記光ビームＬにより受光素子上に形成される光スポットの中心が受光領域ａ１−ｄ１の中心ｏ（図４）と一致するように配置される。
【００２７】
前記構成により、後述するように、２軸回動フレーム２７が正しい方向を向いておらず入射光Ｌ’が受光素子２９に対して傾斜して入射するとき、この傾斜した入射状態を容易に検出することができる。なお、受光素子２９に対して入射光Ｌ’が垂直に入射する限り、アパーチャ３９ａに対する入射光Ｌ’の入射位置は問題とならない。すなわち、前記入射位置がアパーチャ３９ａに対して横方向へずれても前記小径光ビームＬの位置及び形状は変化せず、前記検出動作は影響を受けない。
【００２８】
図３は受光素子２９の詳細構成を示す。
【００２９】
同図に示すように受光素子２９は、入射する光ビームが所定位置へ照射されているか否かを検出する誤差検出用領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２と、入射光ビームが前記所定位置へ入射される場合のその入射光ビームの照射位置に設けられ且つ当該入射光ビームの照射領域とほぼ同じ広がりを有する情報信号検出用領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２とを有する。
【００３０】
より詳細には、前記情報信号検出用領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、誤差検出用領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２より小さい面積を有し、当該誤差検出用領域の内部に形成される。ここに、前記情報信号検出用領域としての受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、情報信号検出用領域及び誤差検出用領域として共用されるのが好ましい。
【００３１】
また、前記誤差検出用領域は、前記情報信号検出用領域を取り囲む複数の受光領域ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１を有する。より詳細には、前記誤差検出用領域は、前記情報信号検出用領域を四方から取り囲む複数の受光領域ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１を有する。
【００３２】
前記誤差検出用領域としての受光領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、８個の分割領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２から成る。この８個の受光領域は、例えば半導体基板上に形成された矩形の受光領域２９１を、直交する２本の分割軸４３，４５で十字に分割し、且つ前記分割軸４３，４５の交点ｏを中心とする円Ｃで分割することにより形成される。
【００３３】
また、前記受発光ユニット２３には、受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１、ｃ２，ｄ１，ｄ２からの出力に基づいてＸ方向（水平方向）角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｘ＝（ａ１＋ａ２＋ｄ１＋ｄ２）−（ｂ１＋ｂ２＋ｃ１＋ｃ２）
を生成するＸ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）及び、Ｙ方向（垂直方向）の角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｙ＝（ａ１＋ａ２＋ｂ１＋ｂ２）−（ｃ１＋ｃ２＋ｄ１＋ｄ２）
を出力するＹ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）が設けてある。ここに、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、各受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２の出力を表す。
【００３４】
この受発光ユニット２３にはまた、前記受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２からの出力に基づいて情報信号（或いは変調信号、主信号）、
ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２
を出力する情報信号検出回路（図示せず）が設けてある。
【００３５】
この受発光ユニット２３には更に、前記各誤差検出回路からの出力に基づいて前記回動フレーム２７をサーボ駆動するサーボ駆動回路が設けてある（図示せず）。
【００３６】
次に、前記受発光ユニット２３の動作を説明する。
【００３７】
図４は受発光ユニット２３の通常動作を示す説明図である。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、入射光Ｌが受発光ユニット２３へ入射されるが、その入射方向が受光素子２９及びアパーチャ３９ａの光軸ｎに対して傾斜しているとき、入射光Ｌの光スポットＳ１は受光素子の中心ｏからずれた位置に形成される。
【００３９】
図４（ｂ）は、前記受光素子２９上の光スポットＳ１の位置を詳細に示す。 同図に示すように、入射光Ｌの光軸あるいは前記光スポットＳ１の重心ＳＷは受光素子の中心ｏからずれた位置に位置する。
【００４０】
このとき、前記誤差検出回路から、前記ずれ量に応じた零と異なる誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙが出力される。この誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙに基づいて前記回動フレーム２７をサーボ駆動するサーボ駆動回路が動作し、前記光スポットＳ１の中心ＳＷが前記受光素子２９の中心ｏと一致するように前記回動フレーム２７が２軸に沿って回動される（図４（ｃ））。
【００４１】
このとき、既に述べたように光スポットＳ１の外周は前記領域ａ２〜ｄ２の外周縁Ｃと一致する。従って前記受光領域ａ２〜ｄ２からの出力に基づいて光ビームＬ’に付加された情報信号あるいは変調信号、
ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２
が前記情報信号検出回路から出力される。
【００４２】
また、図１（ｂ）に示したように、前記発光レーザ３３からの射出光Ｌ”が、レンズ３５，ミラー３７、魚眼レンズ２５を介して、親機側ユニット２１へ向けて射出される。
【００４３】
これにより、受発光ユニット２１と受発光ユニット２３とが相互に光ビームを受発光し、親機コンピュータ及び子機コンピュータが光通信することができる。
【００４４】
図５（ａ）は、親機側ユニット２１から子機側ユニット２３へ射出される光ビームＬ’の角度制御に誤差が生じ、親機側ユニット２１からの光ビームＬ´輪郭Ｆ´が遮光部３９のアパーチャ３９ａの全体に入射しない場合を示す。
【００４５】
この場合、受光素子２９上においてアパーチャ像３９ｂの中の斜線部のみに光スポットＳ２が形成される。
【００４６】
図５（ｂ）は、前記アパーチャ像３９ｂおよび光スポットＳ２と、受光素子２９の中心ｏとの位置関係を示す。同図に示すように、この場合、アパーチャ像３９ｂの中心と前記受光素子２９の中心ｏは相互に離間しており、受発光ユニット２３は正しい方向を向いていない。換言すれば、アパーチャ３９ａ及び受光素子２９の光軸は入射光Ｌ’の光軸と一致していない（或いは親機側ユニット２１の方向に正しく向いていない）。
【００４７】
しかし、この場合、前記アパーチャ像３９ｂ内の光スポットＳ２のみが照射されるため受発光ユニット２３は正しく姿勢制御されない。より詳細には、前記誤差検出回路から出力ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙは、前記アパーチャ３９ａ及び受光素子２９の光軸と入射光Ｌ’の光軸との誤差を反映しない。従って、この誤差検出回路からの出力ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙに基づいて受発光ユニット２３を姿勢制御することは出来なくなる。
【００４８】
従って、この場合図５（ｃ）に示すように、子機側ユニット２３からの光ビームＬ”は角度誤差を生じ親機側ユニット２１に到達せず子機側ユニット２３から親機側ユニット２１への通信は行われない。
【００４９】
図６は、この発明の受発光ユニットの一実施形態を示す。
【００５０】
この受発光ユニット１２３は、図５の現象が生じた場合にもその姿勢を制御することができる。
【００５１】
この受発光ユニット１２３は、光情報信号を送受信するとともに、他の受発光装置からの入射光束の入射位置又は入射角度を検出するものであって、
発光素子１３３と、光分岐素子１３７と、集光手段１３１と、回折手段１４７と、受光素子１２９と、を備え、
該集光手段１３１および回折手段１４７および受光素子１２９は第１光軸上に配置され、
該発光素子１３３により定められる第２光軸は、該光分岐素子１３７によって該第１光軸から分岐され、
該回折手段１４７は、回折によって生じる±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、該±１次回折光がともに前記第１光軸上に集光するように該±１次回折光へレンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有し、
該受光素子１２９は、該±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置されるものである。
【００５２】
より詳細には、以下の通りである。
【００５３】
図６に示すように、この受発光ユニット１２３は、魚眼レンズ１２５と、２軸回動フレーム１２７と、受光素子１２９と、集光用凸レンズ１３１と、回折レンズ１４７と、発光レーザ１３３と、コリメータ用凸レンズ１３５と、ハーフミラー１３７と、遮光部１３９と、を有する。
【００５４】
ここに魚眼レンズ１２５、２軸回動フレーム１２７、受光素子１２９、集光レンズ１３１、発光レーザ１３３、コリメータ用凸レンズ１３５、ハーフミラー１３７、遮光部１３９は、それぞれ図２に示した魚眼レンズ２５、２軸回動フレーム２７、受光素子２９、集光凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ用凸レンズ３５、ハーフミラー３７、遮光部３９と同様の構造及び機能を有する。なお遮光部１３９は、アパーチャ３９ａと同様のアパーチャ１３９ａを有する。
【００５５】
前記回折レンズ１４７は、回折格子あるいはホログラムレンズから構成される。そして、回折レンズ１４７は、回折によって生じる±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、該±１次回折光がともに前記第１光軸上に集光するように該±１次回折光へレンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する。また、回折レンズ１４７は、その０次光回折光の強度がほぼ０と成るように設計される。
【００５６】
図７は、前記集光用凸レンズ１３１及び、回折レンズ１４７及び、受光素子１２９の構成及び作用を示す。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、集光用凸レンズ１３１、回折レンズ１４７、受光素子１２９は、ほぼ同一光軸上に直列状に配置される。そして、受光素子１２９は、集光レンズ１３１の光軸上の概略焦点位置に当該光軸に垂直に配置される。なお図において遮光部１３９及びアパーチャ１３９ａは機能的に記載され、実際には、それらはレンズ１３１の上方に位置する。
【００５８】
ここに、集光レンズ１３１に入射された入射光Ｌ´は、集光レンズ１３１により集光されて回折レンズ１４７へ入射し、当該回折レンズ１４７により凸レンズパワーを付与された例えば＋１次回折光Ｌ＋及び、凹レンズパワーを付与された例えば−１次回折光Ｌ−を生成する。
【００５９】
前記＋１次回折光Ｌ＋は、受光素子１２９の前方（あるいは図７（ａ）において上方）で焦点を結ぶ。従って、前記回折レンズ１４７への入射光が強度分布を有する場合、受光素子１２９上には、前記入射光の強度分布と反対方向の強度分布を有する光スポット（倒立像）が形成される。
【００６０】
また、前記−１次回折光Ｌ−は、受光素子１２９の後方（あるいは図７（ａ）において下方）で焦点を結ぶ。従って、前記回折レンズ１４７への入射光が強度分布を有する場合、受光素子１２９上には、前記入射光の強度分布と同じ方向の強度分布を有する光スポット（正立像）が形成される。
【００６１】
図７（ｂ）は、前記＋１次回折光Ｌ＋の３次元ビーム形状及び、これにより受光素子１２９上に生成される光スポットＳ３を示す。
【００６２】
一方、図７（ｃ）は、前記−１次回折光Ｌ−の３次元ビーム形状及び、これにより受光素子１２９上に生成される光スポットＳ４の形状を示す。
【００６３】
既に述べたように、前記光スポットＳ３には、回折レンズ１４７への入射光の強度分布の倒立像が形成され、光スポットＳ４には、前記入射光の強度分布の正立像が形成される。
【００６４】
なお前記倒立像、正立像は、前記回折レンズ１４７への入射光の強度分布と同一強度を有し、且つ、同一縮尺を有する。
【００６５】
図８は、図５に示したような、アパーチャ１３９ａに対して位置ずれした光ビームＬ´が受発光ユニット１２３へ入射する場合を示す。
【００６６】
より詳細には、図８（ａ）は、前記位置ずれした光ビームＬ´が受発光ユニット１２３へ入射する場合の＋１次回折光Ｌ＋による受光素子１２９上の光スポットＳ５を示す。
【００６７】
また図８（ｂ）は、前記の場合における−１次回折光Ｌ−による光スポットＳ６を示す。
【００６８】
なお、図において１３９ｂは、アパーチャ１３９ａのレンズ１３１，１４７による像を示す。
【００６９】
図９（ａ）（ｂ）は、前記受光素子１２９上の光スポットＳ５、Ｓ６の平面図を示す。
【００７０】
既に述べたように、前記＋１次回折光の光スポットＳ５は、回折レンズ１４７への入射光の強度分布の倒立像から成る。従って、入射光Ｌ´がアパーチャ１３９ａの（図において）右上部分にのみ入射する場合（図８（ａ））、光スポットＳ５は前記アパーチャ１３９ａの像１３９ｂの左下部分に形成される。
【００７１】
また前記−１次回折光の光スポットＳ６は、回折レンズ１４７への入射光の強度分布の正立像から成る。従って、アパーチャ１３９ａの右上部分にのみ入射光Ｌ’が入射する場合（図８（ｂ））、光スポットＳ６は、当該アパーチャ１３９ａの像１３９ｂの右上部分に形成される。
【００７２】
図１０に示すように、受光素子１２９上には前記光スポットＳ５、Ｓ６が同時に重ね合わされた状態で形成される。そしてこれにより、前記アパーチャ１３９ａの像１３９ｂ全体が照射される。
【００７３】
従って、前記アパーチャ１３９ａの像１３９ｂの中心と受光素子１２９の中心ｏとの位置ずれに比例する（換言すれば、アパーチャ１３９ａ及び受光素子１２９の光軸と、入射光Ｌ’の光軸との位置ずれに比例する）誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙが前記誤差信号検出回路から出力される。
【００７４】
従って、この誤差信号の出力に基づいて、前記回動フレーム１２７をサーボ駆動することにより受発光ユニット１２３を正しく姿勢制御することができる。より詳細には、前記アパーチャ１３９ａ及び受光素子１２９の光軸と、入射光Ｌ’の光軸とを一致させることができる。
【００７５】
またこれにより受発光ユニット１２３からの射出光を親機側ユニット１２１へ到達させることができる（図１（ｂ））。
【００７６】
以上説明したように、この実施形態によれば、入射光ビームが小さなビーム径を有し受光素子の前方に配置されたアパーチャ１３９ａにより光束の一部が蹴られる場合であっても入射光に基づいてその姿勢を適切に制御する事ができる。 換言すれば小径平行光ビームによる双方向通信において、受発光ユニット１２３間の位置に応じて光ビームの射出方向の制御を行う場合に、入射光の入射角の検出において光ビーム内の光強度分布の偏りや光ビームの蹴られにより生ずる検出誤差を除去することができ、安定な双方向通信を実現することができる。
【００７７】
図１１は、前記第１実施形態の変型例を示す。
【００７８】
同図に示すようにこの変型例では、前記集光レンズ１３１及び回折レンズ１４７の代わりに、集光レンズ面２３１及び回折格子面２４７を有する複合レンズ２４９が使用される。ここに回折格子面２４７は、回折レンズ１４７について前記した機能を有する。
【００７９】
図１２は、前記第１実施形態の他の変型例を示す。
【００８０】
図１２（ａ）に示すようにこの変型例では、前記発光レーザ１３３に対応する発光レーザ２３３が受光素子２２９の面内に設けてある。より詳細には、図１２（ｂ）に示すように、面発光レーザ２３３は受光素子２２９の中心に設けてある。
【００８１】
上記構成により、図６に示したコリメータレンズ１３５及びハーフミラー１３７を省略することができる。
【００８２】
図１３は、この発明の受発光ユニットの第２実施形態を示す。
【００８３】
この実施形態においては、子機側受発光ユニット３２３は、魚眼レンズ３２５と、２軸回動ミラー３５１と、複合レンズ３４９と、遮光部３３９と、発光レーザ３３３を備えた受発光素子３２９と、を備える。前記遮光部３３９は、アパーチャ３９ａ、１３９ａと同様の構造及び機能を有するアパーチャ３３９ａを備える。
【００８４】
ここに魚眼レンズ３２５は図６における魚眼レンズ１２５と同様の構成を有し、複合レンズ３４９は図１１における複合レンズ２４９と同様の構成を有し、受発光素子３２９は図１２における受発光素子２２９，２３３と同様の構成を有する。
【００８５】
前記２軸回動ミラー３５１は２軸に沿って回動することにより、（例えば親機側ユニットから）子機側ユニット３２３へ任意の方向から入射する入射光を前記受発光素子３２９の方向へ反射する。
【００８６】
この受発光ユニット３２３は又、分割領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１、ｃ２，ｄ１，ｄ２からの出力に基づいてＸ方向（水平方向）角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｘ＝（ａ１＋ａ２＋ｄ１＋ｄ２）−（ｂ１＋ｂ２＋ｃ１＋ｃ２）
を生成するＸ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）及び、Ｙ方向（垂直方向）の角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｙ＝（ａ１＋ａ２＋ｂ１＋ｂ２）−（ｃ１＋ｃ２＋ｄ１＋ｄ２）
を出力するＹ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）を有する。ここに、ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、各受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２の出力を表す。
【００８７】
さらにこの受発光ユニット３２３は、前記受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２からの出力に基づいて情報信号（或いは変調信号、主信号）、
ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２
を出力する情報信号検出回路（図示せず）を有する。
【００８８】
さらにこの受発光ユニット３２３は、前記各誤差信号検出回路からの出力に基づいて前記２軸回動ミラー３５１をサーボ駆動するサーボ駆動回路を有する（図示せず）。
【００８９】
従って、この第２実施形態も前記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、入射光ビームが小さなビーム径を有し受光素子の前方に配置されたアパーチャ３３９ａにより光束の一部が蹴られる場合であっても受光素子の向きを入射光に対して調整することができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、特に小径平行光束による双方向通信で、受発光素子間の位置に応じて光束の出射方向制御を行なう際に、入射光束の入射角度検出において、光束内の光強度分布偏りや、光束のケラレによって生ずる検出誤差を除去でき、安定な双方向通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、構内光無線ＬＡＮ等の光通信に用いられる受発光装置としての受発光光ユニットの例を示す。
【図２】図２は、子機側受発光ユニット２３の構成を概略的に示す。
【図３】図３は受光素子２９の詳細構成を示す。
【図４】図４は受発光ユニット２３の動作を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、親機側ユニット２１から子機側ユニット２３へ射出される光ビームＬ’の角度制御に誤差が生じ、親機側ユニット２１からの光ビームＬ´輪郭Ｆ´が遮光部３９のアパーチャ３９ａの全体に入射しない場合の光スポット等を示す。
【図６】図６は、この発明の受発光ユニットの第１実施形態を示す。
【図７】図７は、この発明の第１実施形態に設けた回折レンズ１４７の作用を示す。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、受発光ユニット１２３の入射アパーチャ１３９ａに対して位置ずれした光ビームＬ´が入射する場合の±１次回折光による光スポットを示す。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、受光素子１２９の受光領域ａ１〜ｄ１とスポットＳ５、Ｓ６との位置関係を示す。
【図１０】図１０は、光スポットＳ５とＳ６を重ね合わせた状態を示す。
【図１１】図１１は、第１実施形態の変型例を示す。
【図１２】図１２は、前記第１実施形態の他の変型例を示す。
【図１３】図１３は、この発明の受発光ユニットの第２実施形態を示す。
【発明の属する技術分野】
この発明は光通信に用いられる受発光ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数のコンピュータを構内において相互に接続するＬＡＮシステムとして光無線ＬＡＮが提案されている。この光無線ＬＡＮにおいては、光信号を受発信あるいは受発光することができる受発信装置（或いは受発光装置）を、例えば親機コンピュータ及び子機コンピュータにそれぞれ接続し、この受発光装置の間で光信号の送受信を行う。より詳細には前記受発光装置は、情報信号により変調された可視光ビーム射出し受光する。
【０００３】
このような受発光装置あるいは受発光ユニットは入射光を受光するために受光素子を有する。この受光素子は、前記入射光を正しく受光するために、当該入射光に対して正しい方向へ方向調整されなければならない。より詳細には、例えば受光素子の光軸（受光素子に直交し且つ受光素子の中心を通る直線）が入射光の光軸と一致するように受光素子の向きが調整されなければならない。
【０００４】
また、光ビームを射出する場合は、相手方の受発光ユニットに対して光ビームの向きを正しく調整しなければならない。
【０００５】
この場合、例えば、前記受光素子上における入射光の入射角或いは光スポット位置を検出し、この検出結果に基づいて受光素子の向きを調整すると共に、光ビームの射出方向を調整する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、小径の平行光ビーム（小径平行光束）による双方向光通信では、前記光ビームの入射角等の検出において、光ビーム内の光強度分布の偏り或いはアパーチャによる「ケラレ」により誤差が生ずると、前記受光素子および射出方向の制御が困難となる、と言う問題があった。
【０００７】
この発明の目的は、前記問題点を解決することであり、受光素子の向き及び射出光の射出方向を、相手方の発光ユニットの位置に応じて正しく調整することができる光検出装置及び受発光装置を提供することである。
【０００８】
あるいは、相手方の発光ユニットからの光ビームが光強度分布の偏りを有し或いは、アパーチャにより「ケラレ」が生じても、前記受光素子および射出方向を適正に調整することができる光検出装置及び受発光装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の光検出装置は、入射光束の入射位置又は入射スポット形状に基づいて、前記入射光束の入射位置又は入射角度を検出する光検出装置であって、
前記入射光束を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された前記入射光束から±１次回折光を生成し、前記±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、前記±１次回折光がともに前記集光手段の光軸と同一の光軸上に集光するように前記±１次回折光へそれぞれ凸レンズパワー及び凹レンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する回折手段と、
前記±１次回折光の集光点の中間において、前記±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置される受光素子と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明の受発光装置は、光情報信号を送受信するとともに、他の受発光装置からの入射光束の入射位置および入射角度を検出する受発光装置であって、
前記入射光束を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出された入射光束を前記他の受発光装置に射出する一方、前記他の受発光装置からの入射光束を透過させる光分岐素子と、
前記光分岐素子を透過した前記入射光束を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された前記入射光束から±１次回折光を生成し、前記±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、前記±１次回折光がともに前記集光手段の光軸と同一の光軸上に集光するように前記±１次回折光へそれぞれ凸レンズパワー及び凹レンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する回折手段と、
前記±１次回折光の集光点の中間において、前記±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置される受光素子と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図１３を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図において同一又は類似の部材あるいは要素には同一又は類似の参照番号が付される。
【００１２】
図１は、構内光無線ＬＡＮ等の光通信に用いられる受発光装置としての受発光光ユニットの例を示す。
【００１３】
図１に示すように、この受発光ユニットは、親機側コンピュータに接続された親機側受発光ユニット２１と子機コンピュータに接続された子機側受発光ユニット２３とを有する。図１に示す例では、親機側受発光ユニット２１は例えば天井に設置され、子機側受発光ユニット２３は、子機側コンピュータの使用者であるユーザのテーブル等に設置される。
【００１４】
図１（ａ）は、双方向通信における初期状態を示し、親機側ユニット２１からの変調光ビームＬ’が子機側ユニット２３へ送信される。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、子機側ユニット２３は、光ビームＬ’の入射方向或いは入射位置を検出すると、この検出結果に基づいて親機側ユニット２１への射出光Ｌ”の向きを調整する。
【００１６】
かくして受発光ユニット２１と受発光ユニット２３とが相互に変調光ビームを送受信することにより、親機コンピュータ及び子機コンピュータが相互に光通信あるいは光情報伝送することができる。
【００１７】
図２は、例えば子機側受発光ユニット２３の構成を概略的に示す。
【００１８】
同図に示すように、前記受発光ユニット２３は、魚眼レンズ２５及び、２軸回動フレーム２７、受光素子２９、集光用凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ凸レンズ３５、ハーフミラー３７及び、遮光部３９を有する。
【００１９】
魚眼レンズ２５は、受発光ユニット２３に対して大きな画角にわたって広がる天井の任意の位置へ配置される親機側ユニット２１との光ビームの送受信を可能とする。より詳細には、例えば大きな入射角で入射する親機側ユニット２１からの入射光を、適宜の範囲内の入射角へ変換し前記受光素子２９に対して射出する。また、発光レーザ３３からの所定範囲内の射出角を有する射出光を、任意の角度を有する親機側ユニット方向へ向けて射出する。
【００２０】
前記２軸回動フレーム２７は、回転中心ｏ１を中心に２軸に沿って回動自在に固定フレーム４１に対して設けてある。また、前記受光素子２９、集光凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ凸レンズ３５、ハーフミラー３７、遮光部３９は前記回動フレーム２７に実質的に固定されている。従って、前記フレーム２７の回動により、例えば受光素子２９の向きを入射光Ｌ’の向きに応じて適宜に調整することができる。
【００２１】
集光用凸レンズ３１は、例えば親機側ユニット２１からの入射光Ｌ’を受光素子２９上へ集光する。
【００２２】
発光レーザ３３は、親機側ユニット２１との交信のために、変調された光ビームを射出する。
【００２３】
コリメータ凸レンズ３５は、発光レーザ３３からの光ビームを平行光へ変換する。
【００２４】
ハーフミラー３７は、コリメータレンズ３５からの光ビームを（魚眼レンズ２５を介して）親機側ユニット２１の方へ射出すると共に、親機側ユニット２１からの入射光Ｌ’を受光素子２９の方へ透過する。
【００２５】
遮光部３９は、所定径のアパーチャ３９ａを有し、親機側ユニット２１からの入射光Ｌ’を絞って径の小さい光ビームＬを生成する。
【００２６】
ここに、前記アパーチャ３９ａは、受光素子２９の受光領域に対して以下のような所定位置に配置される。すなわち、前記入射光Ｌ’に対して受光素子２９が正しい向きを向いているとき（例えば、入射光Ｌ’が受光素子２９へ垂直に入射するとき）、前記光ビームＬにより受光素子上に形成される光スポットの中心が受光領域ａ１−ｄ１の中心ｏ（図４）と一致するように配置される。
【００２７】
前記構成により、後述するように、２軸回動フレーム２７が正しい方向を向いておらず入射光Ｌ’が受光素子２９に対して傾斜して入射するとき、この傾斜した入射状態を容易に検出することができる。なお、受光素子２９に対して入射光Ｌ’が垂直に入射する限り、アパーチャ３９ａに対する入射光Ｌ’の入射位置は問題とならない。すなわち、前記入射位置がアパーチャ３９ａに対して横方向へずれても前記小径光ビームＬの位置及び形状は変化せず、前記検出動作は影響を受けない。
【００２８】
図３は受光素子２９の詳細構成を示す。
【００２９】
同図に示すように受光素子２９は、入射する光ビームが所定位置へ照射されているか否かを検出する誤差検出用領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２と、入射光ビームが前記所定位置へ入射される場合のその入射光ビームの照射位置に設けられ且つ当該入射光ビームの照射領域とほぼ同じ広がりを有する情報信号検出用領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２とを有する。
【００３０】
より詳細には、前記情報信号検出用領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、誤差検出用領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２より小さい面積を有し、当該誤差検出用領域の内部に形成される。ここに、前記情報信号検出用領域としての受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、情報信号検出用領域及び誤差検出用領域として共用されるのが好ましい。
【００３１】
また、前記誤差検出用領域は、前記情報信号検出用領域を取り囲む複数の受光領域ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１を有する。より詳細には、前記誤差検出用領域は、前記情報信号検出用領域を四方から取り囲む複数の受光領域ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１を有する。
【００３２】
前記誤差検出用領域としての受光領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、８個の分割領域ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２から成る。この８個の受光領域は、例えば半導体基板上に形成された矩形の受光領域２９１を、直交する２本の分割軸４３，４５で十字に分割し、且つ前記分割軸４３，４５の交点ｏを中心とする円Ｃで分割することにより形成される。
【００３３】
また、前記受発光ユニット２３には、受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１、ｃ２，ｄ１，ｄ２からの出力に基づいてＸ方向（水平方向）角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｘ＝（ａ１＋ａ２＋ｄ１＋ｄ２）−（ｂ１＋ｂ２＋ｃ１＋ｃ２）
を生成するＸ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）及び、Ｙ方向（垂直方向）の角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｙ＝（ａ１＋ａ２＋ｂ１＋ｂ２）−（ｃ１＋ｃ２＋ｄ１＋ｄ２）
を出力するＹ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）が設けてある。ここに、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、各受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２の出力を表す。
【００３４】
この受発光ユニット２３にはまた、前記受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２からの出力に基づいて情報信号（或いは変調信号、主信号）、
ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２
を出力する情報信号検出回路（図示せず）が設けてある。
【００３５】
この受発光ユニット２３には更に、前記各誤差検出回路からの出力に基づいて前記回動フレーム２７をサーボ駆動するサーボ駆動回路が設けてある（図示せず）。
【００３６】
次に、前記受発光ユニット２３の動作を説明する。
【００３７】
図４は受発光ユニット２３の通常動作を示す説明図である。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、入射光Ｌが受発光ユニット２３へ入射されるが、その入射方向が受光素子２９及びアパーチャ３９ａの光軸ｎに対して傾斜しているとき、入射光Ｌの光スポットＳ１は受光素子の中心ｏからずれた位置に形成される。
【００３９】
図４（ｂ）は、前記受光素子２９上の光スポットＳ１の位置を詳細に示す。 同図に示すように、入射光Ｌの光軸あるいは前記光スポットＳ１の重心ＳＷは受光素子の中心ｏからずれた位置に位置する。
【００４０】
このとき、前記誤差検出回路から、前記ずれ量に応じた零と異なる誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙが出力される。この誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙに基づいて前記回動フレーム２７をサーボ駆動するサーボ駆動回路が動作し、前記光スポットＳ１の中心ＳＷが前記受光素子２９の中心ｏと一致するように前記回動フレーム２７が２軸に沿って回動される（図４（ｃ））。
【００４１】
このとき、既に述べたように光スポットＳ１の外周は前記領域ａ２〜ｄ２の外周縁Ｃと一致する。従って前記受光領域ａ２〜ｄ２からの出力に基づいて光ビームＬ’に付加された情報信号あるいは変調信号、
ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２
が前記情報信号検出回路から出力される。
【００４２】
また、図１（ｂ）に示したように、前記発光レーザ３３からの射出光Ｌ”が、レンズ３５，ミラー３７、魚眼レンズ２５を介して、親機側ユニット２１へ向けて射出される。
【００４３】
これにより、受発光ユニット２１と受発光ユニット２３とが相互に光ビームを受発光し、親機コンピュータ及び子機コンピュータが光通信することができる。
【００４４】
図５（ａ）は、親機側ユニット２１から子機側ユニット２３へ射出される光ビームＬ’の角度制御に誤差が生じ、親機側ユニット２１からの光ビームＬ´輪郭Ｆ´が遮光部３９のアパーチャ３９ａの全体に入射しない場合を示す。
【００４５】
この場合、受光素子２９上においてアパーチャ像３９ｂの中の斜線部のみに光スポットＳ２が形成される。
【００４６】
図５（ｂ）は、前記アパーチャ像３９ｂおよび光スポットＳ２と、受光素子２９の中心ｏとの位置関係を示す。同図に示すように、この場合、アパーチャ像３９ｂの中心と前記受光素子２９の中心ｏは相互に離間しており、受発光ユニット２３は正しい方向を向いていない。換言すれば、アパーチャ３９ａ及び受光素子２９の光軸は入射光Ｌ’の光軸と一致していない（或いは親機側ユニット２１の方向に正しく向いていない）。
【００４７】
しかし、この場合、前記アパーチャ像３９ｂ内の光スポットＳ２のみが照射されるため受発光ユニット２３は正しく姿勢制御されない。より詳細には、前記誤差検出回路から出力ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙは、前記アパーチャ３９ａ及び受光素子２９の光軸と入射光Ｌ’の光軸との誤差を反映しない。従って、この誤差検出回路からの出力ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙに基づいて受発光ユニット２３を姿勢制御することは出来なくなる。
【００４８】
従って、この場合図５（ｃ）に示すように、子機側ユニット２３からの光ビームＬ”は角度誤差を生じ親機側ユニット２１に到達せず子機側ユニット２３から親機側ユニット２１への通信は行われない。
【００４９】
図６は、この発明の受発光ユニットの一実施形態を示す。
【００５０】
この受発光ユニット１２３は、図５の現象が生じた場合にもその姿勢を制御することができる。
【００５１】
この受発光ユニット１２３は、光情報信号を送受信するとともに、他の受発光装置からの入射光束の入射位置又は入射角度を検出するものであって、
発光素子１３３と、光分岐素子１３７と、集光手段１３１と、回折手段１４７と、受光素子１２９と、を備え、
該集光手段１３１および回折手段１４７および受光素子１２９は第１光軸上に配置され、
該発光素子１３３により定められる第２光軸は、該光分岐素子１３７によって該第１光軸から分岐され、
該回折手段１４７は、回折によって生じる±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、該±１次回折光がともに前記第１光軸上に集光するように該±１次回折光へレンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有し、
該受光素子１２９は、該±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置されるものである。
【００５２】
より詳細には、以下の通りである。
【００５３】
図６に示すように、この受発光ユニット１２３は、魚眼レンズ１２５と、２軸回動フレーム１２７と、受光素子１２９と、集光用凸レンズ１３１と、回折レンズ１４７と、発光レーザ１３３と、コリメータ用凸レンズ１３５と、ハーフミラー１３７と、遮光部１３９と、を有する。
【００５４】
ここに魚眼レンズ１２５、２軸回動フレーム１２７、受光素子１２９、集光レンズ１３１、発光レーザ１３３、コリメータ用凸レンズ１３５、ハーフミラー１３７、遮光部１３９は、それぞれ図２に示した魚眼レンズ２５、２軸回動フレーム２７、受光素子２９、集光凸レンズ３１、発光レーザ３３、コリメータ用凸レンズ３５、ハーフミラー３７、遮光部３９と同様の構造及び機能を有する。なお遮光部１３９は、アパーチャ３９ａと同様のアパーチャ１３９ａを有する。
【００５５】
前記回折レンズ１４７は、回折格子あるいはホログラムレンズから構成される。そして、回折レンズ１４７は、回折によって生じる±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、該±１次回折光がともに前記第１光軸上に集光するように該±１次回折光へレンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する。また、回折レンズ１４７は、その０次光回折光の強度がほぼ０と成るように設計される。
【００５６】
図７は、前記集光用凸レンズ１３１及び、回折レンズ１４７及び、受光素子１２９の構成及び作用を示す。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、集光用凸レンズ１３１、回折レンズ１４７、受光素子１２９は、ほぼ同一光軸上に直列状に配置される。そして、受光素子１２９は、集光レンズ１３１の光軸上の概略焦点位置に当該光軸に垂直に配置される。なお図において遮光部１３９及びアパーチャ１３９ａは機能的に記載され、実際には、それらはレンズ１３１の上方に位置する。
【００５８】
ここに、集光レンズ１３１に入射された入射光Ｌ´は、集光レンズ１３１により集光されて回折レンズ１４７へ入射し、当該回折レンズ１４７により凸レンズパワーを付与された例えば＋１次回折光Ｌ＋及び、凹レンズパワーを付与された例えば−１次回折光Ｌ−を生成する。
【００５９】
前記＋１次回折光Ｌ＋は、受光素子１２９の前方（あるいは図７（ａ）において上方）で焦点を結ぶ。従って、前記回折レンズ１４７への入射光が強度分布を有する場合、受光素子１２９上には、前記入射光の強度分布と反対方向の強度分布を有する光スポット（倒立像）が形成される。
【００６０】
また、前記−１次回折光Ｌ−は、受光素子１２９の後方（あるいは図７（ａ）において下方）で焦点を結ぶ。従って、前記回折レンズ１４７への入射光が強度分布を有する場合、受光素子１２９上には、前記入射光の強度分布と同じ方向の強度分布を有する光スポット（正立像）が形成される。
【００６１】
図７（ｂ）は、前記＋１次回折光Ｌ＋の３次元ビーム形状及び、これにより受光素子１２９上に生成される光スポットＳ３を示す。
【００６２】
一方、図７（ｃ）は、前記−１次回折光Ｌ−の３次元ビーム形状及び、これにより受光素子１２９上に生成される光スポットＳ４の形状を示す。
【００６３】
既に述べたように、前記光スポットＳ３には、回折レンズ１４７への入射光の強度分布の倒立像が形成され、光スポットＳ４には、前記入射光の強度分布の正立像が形成される。
【００６４】
なお前記倒立像、正立像は、前記回折レンズ１４７への入射光の強度分布と同一強度を有し、且つ、同一縮尺を有する。
【００６５】
図８は、図５に示したような、アパーチャ１３９ａに対して位置ずれした光ビームＬ´が受発光ユニット１２３へ入射する場合を示す。
【００６６】
より詳細には、図８（ａ）は、前記位置ずれした光ビームＬ´が受発光ユニット１２３へ入射する場合の＋１次回折光Ｌ＋による受光素子１２９上の光スポットＳ５を示す。
【００６７】
また図８（ｂ）は、前記の場合における−１次回折光Ｌ−による光スポットＳ６を示す。
【００６８】
なお、図において１３９ｂは、アパーチャ１３９ａのレンズ１３１，１４７による像を示す。
【００６９】
図９（ａ）（ｂ）は、前記受光素子１２９上の光スポットＳ５、Ｓ６の平面図を示す。
【００７０】
既に述べたように、前記＋１次回折光の光スポットＳ５は、回折レンズ１４７への入射光の強度分布の倒立像から成る。従って、入射光Ｌ´がアパーチャ１３９ａの（図において）右上部分にのみ入射する場合（図８（ａ））、光スポットＳ５は前記アパーチャ１３９ａの像１３９ｂの左下部分に形成される。
【００７１】
また前記−１次回折光の光スポットＳ６は、回折レンズ１４７への入射光の強度分布の正立像から成る。従って、アパーチャ１３９ａの右上部分にのみ入射光Ｌ’が入射する場合（図８（ｂ））、光スポットＳ６は、当該アパーチャ１３９ａの像１３９ｂの右上部分に形成される。
【００７２】
図１０に示すように、受光素子１２９上には前記光スポットＳ５、Ｓ６が同時に重ね合わされた状態で形成される。そしてこれにより、前記アパーチャ１３９ａの像１３９ｂ全体が照射される。
【００７３】
従って、前記アパーチャ１３９ａの像１３９ｂの中心と受光素子１２９の中心ｏとの位置ずれに比例する（換言すれば、アパーチャ１３９ａ及び受光素子１２９の光軸と、入射光Ｌ’の光軸との位置ずれに比例する）誤差信号ＴＬＥｘ、ＴＬＥｙが前記誤差信号検出回路から出力される。
【００７４】
従って、この誤差信号の出力に基づいて、前記回動フレーム１２７をサーボ駆動することにより受発光ユニット１２３を正しく姿勢制御することができる。より詳細には、前記アパーチャ１３９ａ及び受光素子１２９の光軸と、入射光Ｌ’の光軸とを一致させることができる。
【００７５】
またこれにより受発光ユニット１２３からの射出光を親機側ユニット１２１へ到達させることができる（図１（ｂ））。
【００７６】
以上説明したように、この実施形態によれば、入射光ビームが小さなビーム径を有し受光素子の前方に配置されたアパーチャ１３９ａにより光束の一部が蹴られる場合であっても入射光に基づいてその姿勢を適切に制御する事ができる。 換言すれば小径平行光ビームによる双方向通信において、受発光ユニット１２３間の位置に応じて光ビームの射出方向の制御を行う場合に、入射光の入射角の検出において光ビーム内の光強度分布の偏りや光ビームの蹴られにより生ずる検出誤差を除去することができ、安定な双方向通信を実現することができる。
【００７７】
図１１は、前記第１実施形態の変型例を示す。
【００７８】
同図に示すようにこの変型例では、前記集光レンズ１３１及び回折レンズ１４７の代わりに、集光レンズ面２３１及び回折格子面２４７を有する複合レンズ２４９が使用される。ここに回折格子面２４７は、回折レンズ１４７について前記した機能を有する。
【００７９】
図１２は、前記第１実施形態の他の変型例を示す。
【００８０】
図１２（ａ）に示すようにこの変型例では、前記発光レーザ１３３に対応する発光レーザ２３３が受光素子２２９の面内に設けてある。より詳細には、図１２（ｂ）に示すように、面発光レーザ２３３は受光素子２２９の中心に設けてある。
【００８１】
上記構成により、図６に示したコリメータレンズ１３５及びハーフミラー１３７を省略することができる。
【００８２】
図１３は、この発明の受発光ユニットの第２実施形態を示す。
【００８３】
この実施形態においては、子機側受発光ユニット３２３は、魚眼レンズ３２５と、２軸回動ミラー３５１と、複合レンズ３４９と、遮光部３３９と、発光レーザ３３３を備えた受発光素子３２９と、を備える。前記遮光部３３９は、アパーチャ３９ａ、１３９ａと同様の構造及び機能を有するアパーチャ３３９ａを備える。
【００８４】
ここに魚眼レンズ３２５は図６における魚眼レンズ１２５と同様の構成を有し、複合レンズ３４９は図１１における複合レンズ２４９と同様の構成を有し、受発光素子３２９は図１２における受発光素子２２９，２３３と同様の構成を有する。
【００８５】
前記２軸回動ミラー３５１は２軸に沿って回動することにより、（例えば親機側ユニットから）子機側ユニット３２３へ任意の方向から入射する入射光を前記受発光素子３２９の方向へ反射する。
【００８６】
この受発光ユニット３２３は又、分割領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１、ｃ２，ｄ１，ｄ２からの出力に基づいてＸ方向（水平方向）角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｘ＝（ａ１＋ａ２＋ｄ１＋ｄ２）−（ｂ１＋ｂ２＋ｃ１＋ｃ２）
を生成するＸ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）及び、Ｙ方向（垂直方向）の角度ずれ誤差信号、
ＴＬＥｙ＝（ａ１＋ａ２＋ｂ１＋ｂ２）−（ｃ１＋ｃ２＋ｄ１＋ｄ２）
を出力するＹ方向角度ずれ誤差信号検出回路（図示せず）を有する。ここに、ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、各受光領域ａ1，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２の出力を表す。
【００８７】
さらにこの受発光ユニット３２３は、前記受光領域ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２からの出力に基づいて情報信号（或いは変調信号、主信号）、
ＳＩＧ＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２
を出力する情報信号検出回路（図示せず）を有する。
【００８８】
さらにこの受発光ユニット３２３は、前記各誤差信号検出回路からの出力に基づいて前記２軸回動ミラー３５１をサーボ駆動するサーボ駆動回路を有する（図示せず）。
【００８９】
従って、この第２実施形態も前記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、入射光ビームが小さなビーム径を有し受光素子の前方に配置されたアパーチャ３３９ａにより光束の一部が蹴られる場合であっても受光素子の向きを入射光に対して調整することができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、特に小径平行光束による双方向通信で、受発光素子間の位置に応じて光束の出射方向制御を行なう際に、入射光束の入射角度検出において、光束内の光強度分布偏りや、光束のケラレによって生ずる検出誤差を除去でき、安定な双方向通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、構内光無線ＬＡＮ等の光通信に用いられる受発光装置としての受発光光ユニットの例を示す。
【図２】図２は、子機側受発光ユニット２３の構成を概略的に示す。
【図３】図３は受光素子２９の詳細構成を示す。
【図４】図４は受発光ユニット２３の動作を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、親機側ユニット２１から子機側ユニット２３へ射出される光ビームＬ’の角度制御に誤差が生じ、親機側ユニット２１からの光ビームＬ´輪郭Ｆ´が遮光部３９のアパーチャ３９ａの全体に入射しない場合の光スポット等を示す。
【図６】図６は、この発明の受発光ユニットの第１実施形態を示す。
【図７】図７は、この発明の第１実施形態に設けた回折レンズ１４７の作用を示す。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、受発光ユニット１２３の入射アパーチャ１３９ａに対して位置ずれした光ビームＬ´が入射する場合の±１次回折光による光スポットを示す。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、受光素子１２９の受光領域ａ１〜ｄ１とスポットＳ５、Ｓ６との位置関係を示す。
【図１０】図１０は、光スポットＳ５とＳ６を重ね合わせた状態を示す。
【図１１】図１１は、第１実施形態の変型例を示す。
【図１２】図１２は、前記第１実施形態の他の変型例を示す。
【図１３】図１３は、この発明の受発光ユニットの第２実施形態を示す。
Claims (6)
- 入射光束の入射位置又は入射スポット形状に基づいて、前記入射光束の入射位置又は入射角度を検出する光検出装置であって、
前記入射光束を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された前記入射光束から±１次回折光を生成し、前記±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、前記±１次回折光がともに前記集光手段の光軸と同一の光軸上に集光するように前記±１次回折光へそれぞれ凸レンズパワー及び凹レンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する回折手段と、
前記±１次回折光の集光点の中間において、前記±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置される受光素子と、
を備えたことを特徴とする光検出装置。 - 請求項１記載の光検出装置であって、前記回折手段の０次光回折光の強度をほぼ０とした光検出装置。
- 請求項１記載の光検出装置であって、
前記受光素子は、光束が所定位置へ照射されているか否かを検出する誤差信号検出用領域と、前記光束が前記所定位置へ入射される場合のその光束の照射位置に設けられ且つ前記入射光束の照射領域とほぼ同じ広がりを有する情報信号検出用領域と、を有する光検出装置。 - 光情報信号を送受信するとともに、他の受発光装置からの入射光束の入射位置および入射角度を検出する受発光装置であって、
前記入射光束を射出する発光素子と、
前記発光素子から射出された入射光束を前記他の受発光装置に射出する一方、前記他の受発光装置からの入射光束を透過させる光分岐素子と、
前記光分岐素子を透過した前記入射光束を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された前記入射光束から±１次回折光を生成し、前記±１次回折光に対してほぼ等しい回折効率を有し、且つ、前記±１次回折光がともに前記集光手段の光軸と同一の光軸上に集光するように前記±１次回折光へそれぞれ凸レンズパワー及び凹レンズパワーを付与するほぼ軸対称のレンズの性質を有する回折手段と、
前記±１次回折光の集光点の中間において、前記±１次回折光の光束径がほぼ一致する前記光軸上の所定位置に配置される受光素子と、
を備えたことを特徴とする受発光装置。 - 請求項４記載の受発光装置であって、前記回折手段の０次光回折光をほぼ０としたことを特徴とする受発光装置。
- 請求項４記載の受発光装置であって、
前記受光素子は、光束が所定位置へ照射されているか否かを検出する誤差信号検出用領域と、前記光束が前記所定位置へ入射される場合のその光束の照射位置に設けられ且つ前記入射光束の照射領域とほぼ同じ広がりを有する情報信号検出用領域と、を有する受発光装置。
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