JP3977208B2 - 光空間通信装置および光空間通信システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、離れた地点に設置された相手方装置に対して光ビームにより通信を行う光空間通信装置および光空間通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記のような光空間通信装置において、光源は1個であっても光信号を送信することは可能である。但し、自由空間を伝搬するという性格上、雨や霧などの減衰に強くするために複数個の光源を使用して送信出力を大きくした装置も多い。
【0003】
図4(a)に、複数の光源を有する光空間通信装置40を示している。図4(a)において、43a〜43dは光源、41a〜41dはそれぞれ光源43a〜43dから発せられた信号を含む光を集光してビーム化し、相手方装置(図示せず)に向けて射出する送信光学系である。
【0004】
また、42は受信光学系である。相手方装置からの光は受信光学系42を介してAPD、Pin−Photo Diodeなどの光信号の検出素子44に集光され、光信号が受信される。
【0005】
ここで、光源43a〜43dとしては、高速変調、高出力、出力光の光学系との結合容易性などの理由で、半導体レーザがよく使用される。
【0006】
半導体レーザ(半導体レーザーダイオードチップ)の照射パターンは、図5に示すように略長円形状を有しており、その長径方向および短径方向においてガウス強度分布を有している。短径方向のガウス強度分布は、長径方向のそれに比べて扁平化している。
【0007】
この半導体レーザを光源43a〜43dとして複数使用した光空間通信装置40において、遠方の相手方装置が全ての光ビームを効率的に受光するように、送信光学系41a〜41dは光軸が互いに平行になるように設定されている。この結果、相手方装置の受光部の位置での各光ビームの照射パターンは、図4(b)に示すように、中心が送信光学系41a〜41dの光軸の間隔分のみ離れて大部分が重なり合う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の複数光源を有する光空間通信装置では、相手方装置の受光部での複数の光ビームによる合成照射パターンが、図4(b)に示すように略長円形状となるため、その短径方向の幅が狭い。
【0009】
特に、光空間通信装置を設置した建物や設置架台に、風圧や振動による揺れ、温度変動による歪、経時変化による角度変動などが発生した場合に、光ビームがその短径方向において相手方装置の受光部からずれたり外れたりし易い。このため、受光部での受光量が落ちたりなくなったりして、安定した通信が難しい。
【0010】
本発明は、長円形状のビーム照射パターンを形成する発光部を用いた場合に、ビーム照射パターンの短径方向における相手方装置からのずれ等が大きくても安定した通信を行うことが可能な光空間通信装置および光空間通信システムを提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段および作用】
上記の目的を達成するために、本願第1の発明では、所定の情報信号で変調された光を受信装置に対して送信する光空間通信装置において、略楕円形状の照射パターンを形成する光を発する複数の発光部(例えば、半導体レーザを光源とするもの)を設け、複数の発光部のうち少なくとも2つの発光部からの光により受信装置の受光面上で形成される照射パターンの一部がこの照射パターンの短径方向で互いに重なるように、各発光部の光軸を光空間通信装置の基準軸に対して傾けた状態で複数の発光部を設定している。
また、本願第2の発明では、所定の情報信号で変調された光を受信装置に対して送信する光空間通信装置であって、略楕円形状の照射パターンを形成する光を発する複数の発光部を設け、受信装置の受光面上において、複数の発光部からの光により形成される照射パターンの長径方向の軸が所定点で互いに交差するように、各発光部の光軸回りにおける配置角度を設定している。
【0012】
これにより、1つ1つの発光部からの照射パターンが略楕円形状であっても、これらの照射パターンがこの短径方向において互いに重なるため、受信装置からのずれ等がいずれの方向に大きくても安定した通信を行うことが可能となる。
【0013】
具体的には、受信装置の受光面における複数の発光部のうち少なくとも2つの発光部からの照射パターンが1つの発光部からの光の照射パターンの短径方向にて重なるように、各発光部の光軸を光空間通信装置の基準軸に対して傾けた状態で複数の発光部を設定することができる。また、複数の発光部からの光により受信装置の受光面上で形成される照射パターンの長径方向(もしくは短径方向)の軸が所定点で互いに交差するように、各発光部の光軸回りにおける配置角度を設定することもできる。前者によれば、受光強度のピーク近傍の領域が照射パターンの短径方向に広がるため、受信装置からのずれ等が大きくてもより安定した通信を行うことが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態である光空間通信装置の概略構成を示している。図1において、10は光空間通信装置であり、13a〜13dは光源としての半導体レーザ、11a〜11dはそれぞれ半導体レーザ13a〜13dから発せられた信号を含むレーザ光を集光してビーム化し、相手方装置(図示せず)に向けて射出する送信光学系である。1つの半導体レーザと1つの送信光学系とにより1つの発光部が構成され、本実施形態では4つの発光部を有している。
【0015】
また、光空間通信装置10と相手方装置とにより光空間通信システムが構成される。
【0016】
12は受信光学系である。相手方装置からの光は受信光学系12を介してAPD、Pin−Photo Diodeなどの光信号の検出素子14に集光され、光信号が受信される。4つの半導体レーザ13a〜13dは受信光学系12を中心とした4つの放射方向に配置されている。
【0017】
ここで、本実施形態においては、それぞれ半導体レーザおよび送信光学系からなる4つの発光部は、これらの光軸11a’〜11d’が照射パターン15a〜15dの短径方向に角度差ができる向きで装置10に固定されている。
【0018】
なお、発光部から射出する光ビームの相手方装置の受光部における照射パターン15a〜15dを形成する光線の拡がり角の図5のθよりわずかに小さい値がθ1である。なお、ここにいう、照射パターンは、光強度のピーク値からピーク値の1/e2となる光強度分布域である。
【0019】
さらに具体的に説明すると、受信光学系12の光軸(相手方装置の方向)を本装置10の基準光軸12aとし、+を図1中の左方向、−を同右方向とすると、基準光軸12aに対して、発光部(13a,11a)の光軸11a’は+0.5θ1だけ傾き、発光部(13c,11c)の光軸11c’は+1.5θ1だけ傾いている。また、発光部(13b,11b)の光軸11b’は−0.5θ1だけ傾き、発光部(13d,11d)の光軸11d’は−1.5θ1だけ傾いている。
【0020】
これにより、4つのビーム照射パターン15a〜15dのうち2つずつが各ビーム照射パターンの短径方向にてその一部において重なる。そして、これら4つのビーム照射パターン15a〜15d(つまりはレーザビーム群)が合成された合成照射パターンの幅(各ビーム照射パターンの短径方向に関する幅)Bは、1つのビーム照射パターンの短径方向における幅Aの数倍(1.5倍若しくは2倍以上)となる。
【0021】
また、各ビーム照射パターン(15a〜15d)における短径方向での光強度分布は、図5に示すような扁平なガウス分布であるが、本実施形態における合成照射パターンでの同方向での光強度分布は、図1に示すようにピーク強度近傍の領域(概ね強度が均一の領域)の幅が従来に比べて広くなる。
【0022】
したがって、装置10の光軸(基準光軸)が相手方装置の方向からいずれの方向に大きくずれても、相手方装置の受光部での光量落ちが少なく、安定した通信を行うことができる。
【0023】
(第2実施形態)
図2には、本発明の第2実施形態である光空間通信装置に設けた4つの発光部からの相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示している。なお、本実施形態の基本構成は第1実施形態のものと同じであるため、第1実施形態と共通した符号を用いて本実施形態を説明する。
【0024】
本実施形態は、第1実施形態にて説明した発光部の半導体レーザ13b,13cを、これらによるビーム照射パターン15b,15cが横長パターンとなるように軸回りで回転させたものである。また、発光部(図1の13a,11a)の光軸を、基準光軸(図1の12a)に対して、水平(左右)方向に+0.5θ1、垂直方向に0°になるように設定し、発光部(13d,11d)の光軸を、基準光軸12aに対して、水平(左右)方向に−0.5θ1、垂直方向に0°になるように設定する。
【0025】
さらに、発光部(13b,11b)の光軸を、基準光軸12aに対して、水平(左右)方向に0°、垂直方向に+0.5θ1になるように設定し、発光部(13c,11c)の光軸を、基準光軸12aに対して、水平(左右)方向に0°、垂直方向に−0.5θ1になるように設定する。
【0026】
これにより、相手方装置の受光部では、左右方向の光強度分布が上下方向の光強度分布とほぼ同じになる。しかも、これら4つのビーム照射パターン15a〜15dが合成された合成照射パターンの、例えばビーム照射パターン15aの短径方向(左右方向)に関する幅Bおよびビーム照射パターン15bの短径方向(上下方向)に関する幅B’は、1つのビーム照射パターンの短径方向における幅Aの数倍(1.5倍若しくは2倍以上)となる。
【0027】
さらに、合成照射パターンでの左右方向および上下方向での光強度分布は、図2に示すようにピーク強度近傍の領域の幅が従来に比べて広くなる。
【0028】
したがって、装置の光軸(基準光軸)が相手方装置の方向からいずれの方向に大きくずれても、相手方装置の受光部での光量落ちが少なく、安定した通信を行うことができる。
【0029】
(第3実施形態)
図3には、本発明の第3実施形態である光空間通信装置に設けた4つの発光部からの相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示している。なお、本実施形態の基本構成は第1実施形態のものと同じであるため、第1実施形態と共通した符号を用いて本実施形態を説明する。
【0030】
本実施形態は、第1実施形態にて説明した4つの発光部の半導体レーザ13a〜13dを、隣合う光ビームが基準光軸(図1の12a)回りに45°ずつ離れているように、軸回りで回転させる。
【0031】
光源がn個の場合は、隣合う光ビームが360/(n×2)°ずつ離れるように各光源を回転させる。
【0032】
なお、各発光部の光軸は、基準光軸12aに対して水平方向および垂直方向ともに0°をなし、平行になるよう設定する。
【0033】
本実施形態の場合、4つのビーム照射パターン15a〜15dが合成された合成照射パターンの中心からいずれの方向についても対称な光強度分布が得られ、かつ中心部の強度が最も強くなる。また、先の第2実施形態と同様に、4つのビーム照射パターン15a〜15dが合成された合成照射パターンの、例えばビーム照射パターン15aにおける短径方向(左右方向)の幅Bおよびビーム照射パターン15cにおける短径方向(上下方向)の幅B’は、1つのビーム照射パターンの短径方向幅Aの数倍(1.5倍若しくは2倍以上)となる。
【0034】
したがって、装置の光軸(基準光軸)が相手方装置の方向からいずれの方向に大きくずれても、相手方装置の受光部での光量落ちが少なく、安定した通信を行うことができる。
【0035】
なお、上記各実施形態では、4つの発光部を有する場合について説明したが、発光部の数は、コストや性能の要求等に応じて2つ以上であればいくつ設けてもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、1つ1つの発光部からのビーム照射パターンが略長円形状であっても、これらの照射パターンの一部が、この短径方向において互いに重なり、短径方向における幅を広くできるため、相手方装置からのずれ等がいずれの方向に大きくても安定した通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である光空間通信装置の構成および相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図2】本発明の第2実施形態である光空間通信装置による相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図3】本発明の第3実施形態である光空間通信装置による相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図4】従来の光空間通信装置の構成および相手方装置の受光部におけるビーム照射パターンを示す図。
【図5】半導体レーザのビーム照射パターンを示す図。
【符号の説明】
10 光空間通信装置
11a〜11d 送信光学系
12 受信光学系
13a〜13d 半導体レーザ
14 光検出素子
15a〜15d ビーム照射パターン
Claims (4)
- 所定の情報信号で変調された光を受信装置に対して送信する光空間通信装置であって、
略楕円形状の照射パターンを形成する前記光を発する複数の発光部を有し、
前記複数の発光部のうち少なくとも2つの発光部からの光により前記受信装置の受光面上で形成される照射パターンの一部が前記照射パターンの短径方向で互いに重なるように、前記各発光部の光軸を該光空間通信装置の基準軸に対して傾けた状態で前記複数の発光部が設定されていることを特徴とする光空間通信装置。 - 所定の情報信号で変調された光を受信装置に対して送信する光空間通信装置であって、
略楕円形状の照射パターンを形成する前記光を発する複数の発光部を有し、
前記受信装置の受光面上において、前記複数の発光部からの光により形成される照射パターンの長径方向の軸が所定点で互いに交差するように、前記各発光部の光軸回りにおける配置角度が設定されていることを特徴とする光空間通信装置。 - 前記発光部が半導体レーザであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光空間通信装置。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の光空間通信装置と、この光空間通信装置から照射された光を受光する受光部を有する受信装置とを有することを特徴とする光空間通信システム。
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