JP4922889B2

JP4922889B2 - 光空間伝送を行う光空間伝送システム及びそれに用いられる光送信器

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Publication number: JP4922889B2
Application number: JP2007258656A
Authority: JP
Inventors: 麻理子中曾; 裕之笹井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: US7885547B2; US20080107420A1; JP2008141727A

Description

本発明は、赤外領域波長のビームを用いた光空間伝送によって端末へデータ送信を行う光送信器及び光空間伝送システムに関し、より特定的には、光送信器のデータ送信可能範囲へ、視覚的に端末を移動させて光軸調整をすることによって高速データ通信を行う光送信器及び光空間伝送システムに関する。

光ビームを自由空間に放射することによってデータ通信を行う光空間伝送システムは、オフィス及び家庭等において、情報処理端末及びＡＶ機器等の各装置間をケーブルレスで接続することを可能にする。また、無線ＬＡＮ及びＵＷＢ等の無線通信システムと比較して、周波数利用に法的規制がないことから、光の広帯域性を活かした高速通信が実現できる等の利点を理由に、近年注目されている。そして、最近では、通信データの更なる大容量化に伴い、より高速通信が可能な光空間伝送システムが求められている。

ここで、データを送信する光空間伝送装置とデータを受信する端末との間（各装置間）で高速データ通信を光空間伝送によって行うためには、一般に、端末の光受信器では、低速データ通信時に比べて、大きな受光電力を必要とする。そこで、光送信器から送信される光ビームの指向特性を狭指向化することによって、光受信器の受光電力を大きくする方法が用いられている。そしてこの場合には、光空間伝送装置と端末との間で光軸調整を行う必要がある。しかしながら、一般に、高速通信を可能とする光空間伝送システムには、高速変調性に優れた赤外発光する半導体レーザ等が用いられるので、ユーザが端末を手に携帯しながら通信する場合等では、レーザ光（赤外光）を目視できないために、手動で光軸調整を行うことは困難である。

そこで、光空間伝送装置の光送信器が広範囲にビームを照射することによって、光空間伝送装置が自動で端末を探す方法や、端末の光受光器で最大受光光量が得られるようにＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）等で機械的にレンズを移動させることによって、光軸調整を行う方法等がある。また、より簡易に光軸調整を行う方法として、以下に説明する可視光を利用する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。

図１３は、特許文献１に記載された従来の光空間伝送システム１００の構成を示す図である。図１３に示す通り、光空間伝送システム１００は、親機１０１と子機１０２とを備える。親機１０１は、ベース１１１上に送信部１０３と受信部１０４とを備え、子機１０２は、ベース１１２上に送信部１０５と受信部１０６とを備える。親機１０１の送信部１０３は、赤外通信光である送信光１０８を放射する赤外発光半導体レーザ（図示せず）と、送信光１０８とほぼ等しい放射角を有し、送信光１０８と非干渉性の可視光１０７を放射する可視発光ダイオード（図示せず）とを備える。子機１０２の受信部１０６は、送信光１０８を集光する集光レンズ（図示せず）と、当該集光レンズによって集光された送信光１０８を受光して光信号から電気信号に変換するフォトダイオード等の受光素子とを備える。

そして、光空間伝送システム１００は、親機１０１から子機１０２に向けて送信光１０８を放射すると共に可視光１０７を放射し、ユーザは、目視で、可視光１０７が放射されている範囲に子機１０２の受信部１０６を挿入する。可視光１０７の放射角と送信光１０８の放射角とはほぼ等しいので、子機１０２は、確実に送信光を受信することができる。

以上に説明した通り、従来の光空間伝送システム１００によれば、ユーザが、送信光１０８の送信範囲を可視光１０７の放射範囲を目視することによって認識することができる。このことによって、比較的狭い範囲に送信光１０８を放射しても光軸調整ができ、通信が可能となるので、低消費電力で高速の光通信が可能となる。

しかし、従来の光空間伝送システム１００では、親機１０１から放射される可視光１０７が子機１０２に照射されたことをユーザが目視するために、子機１０２に反射部分を設ける必要がある。また、子機１０２を手に携帯して通信を行う場合等には、ユーザは、子機１０２に照射された可視光１０７を目視するために、親機１０１の位置する方向に取付けられた反射部分を覗き込む必要がある。

この問題を解決する方法として、端末から可視光を放射する方法がある（例えば、特許文献２を参照）。図１４は、特許文献２に記載された従来のコンテンツ配信システム２００の構成を説明するための図であり、図１４の（ａ）はコンテンツ配信システム２００の構成を示し、図１４の（ｂ）はコンテンツ配信システム２００が備える端末送信機２０３の構成例を示す。なお、コンテンツ配信システム２００はミリ波帯電波を用いて高速データ通信を行うが、ミリ波帯電波は光と同様に高い指向性（直進性）を有するので、コンテンツ配信システム２００において、ミリ波帯電波の軸調整は、光空間伝送システムにおける光軸調整と同様に考えることができる。

図１４の（ａ）に示す通り、コンテンツ配信システム２００は、端末送信機２０３と携帯受信端末２０２とを備え、携帯受信端末２０２は、受信部２２５とインデックスレーザ２２９とを備える。また、図１４の（ｂ）に示す通り、端末送信機２０３は、ライトガイド２１５と送信部２１１とインデックスセンサ２２２と視認用ライト２２３とを備える。ここで、ライトガイド２１５は、視認用ライト２２３をユーザが目視できる位置を、端末送信機２０３が送信するミリ波帯電波の受信可能範囲内に規制するものである。

そして、コンテンツ配信システム２００のユーザは、端末送信機２０３の視認用ライト２２３がライトガイド２１５に遮られることなく目視できる位置に携帯受信端末２０２を移動させ、携帯受信端末２０２のインデックスレーザ２２９を発光させる操作ボタンを押し、携帯受信端末２０２の向きを調整して、インデックスレーザ２２９のレーザを端末送信部２０３に照射する。端末送信部２０３は、インデックスセンサ２２２によってインデックスレーザ２２９のレーザを受光すると、送信部２１１によってミリ波帯電波を用いてコンテンツ（データ）を携帯受信端末２０２に送信する。

以上に説明した構成及び動作によって、従来のコンテンツ配信システム２００は、既に説明した従来の光空間伝送システム１００（図１３を参照）の問題を解消することができる。
特開２００５−１０１８５３号公報（第８頁、第１図）特開２００５−３３９０２５号公報（第２０頁、第１図）

ここで、従来のコンテンツ配信システム２００では、視認用ライト２２３とインデックスセンサ２２２と送信部２１１とを同一位置に設けることはできないので、視認用ライト２２３とインデックスセンサ２２２と送信部２１１の設置位置は互いにずれる（図１４の（ｂ）を参照）。このため、ライトガイド２１５によって、インデックスセンサ２２２がインデックスレーザ２２９のレーザを受光できる範囲を、端末送信部２０３から携帯受信端末２０２にデータを送信できる範囲（以下、送信可能範囲という）に合わせて適切に制限することは困難となる。図１５は、従来のコンテンツ配信システム２００における、送信可能範囲と、インデックスセンサ２２２がインデックスレーザ２２９のレーザを受光できる範囲との関係を説明するための図である。図１５の（ａ）に示す通り、送信可能範囲２３０と、インデックスセンサ２２２がインデックスレーザ２２９のレーザを受光できる範囲２４０とにはズレが生じ、範囲２４０には含まれても送信可能範囲２３０には含まれない斜線で示す領域２５０が生じる。そして、更に高速でデータ送信を行うために狭指向角のビームをデータ送信に用いる場合には、図１５の（ｂ）に示す通り、斜線で示す領域２５０は、送信可能範囲２３０との関係において相対的に大きくなる。つまり、インデックスセンサ２２２が携帯受信端末２０２のインデックスレーザ２２９のレーザ光を受光してもデータ通信ができない範囲（領域２５０）が、通信ができる範囲（送信可能範囲２３０）と比較して、より大きな範囲を占めるという問題がある。

また、従来のコンテンツ配信システム２００では、インデックスセンサ２２２及び視認用ライト２２３を端末送信機２０３に備えなければならないため、装置の大型化及び製造コストの増加を招くという問題がある。

それ故に、本発明の目的は、手動により視覚的に行う光軸調整を確実に行え、また、装置の大型化及び製造コストの増加を回避できる、高速データ通信を行う光空間伝送システム及びそれに用いられる光送信器を提供することである。

本発明は、赤外領域波長のビームを用いた光空間伝送によって、光送信器から端末へデータ送信を行う光空間伝送システムに向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の光空間伝送システムにおいて、端末は、可視光領域波長のビームを放射する可視光送信部と、赤外領域波長のビームを受信する第１の光受信部とを備え、光送信器は、端末が放射する可視光領域波長のビームを入射し、赤外領域波長のビームが放射される範囲に位置する端末が放射した可視光領域波長のビームのみを通過させる入射ビーム制限部と、入射ビーム制限部が通過させた可視光領域波長のビームを端末方向に反射する反射部と、端末からデータ送信要求信号を受信する第２の光受信部と、第２の光受信部がデータ送信要求信号を受信した後に、赤外領域波長のビームを、反射部を透過させて放射する光源とを備える。

また、反射部は、光を一部透過させるハーフミラーであってもよいし、光を散乱させる拡散板であってもよいし、赤外領域波長のビームは透過させ可視光領域波長のビームは散乱させる拡散板であってもよい。

また、入射ビーム制限部は、レンズであってもよいし、光の入射角度に応じて通過損失を設定できるライトコントロールフィルムであってもよいし、光の入射角度に応じて通過損失を設定できる干渉フィルタであってもよい。

また、第２の光受信部は、拡散板が散乱させた可視光領域波長のビームの一部を、データ送信要求信号として受信することが好ましい。

本発明は、赤外領域波長のビームを用いた光空間伝送によって、端末へデータ送信を行う光送信器にも向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の光送信器は、端末が放射する可視光領域波長のビームを入射し、赤外領域波長のビームが放射される範囲に位置する端末が放射した可視光領域波長のビームのみを通過させる入射ビーム制限部と、入射ビーム制限部が通過させた可視光領域波長のビームを端末方向に反射する反射部と、端末からのデータ送信要求信号に従って、赤外領域波長のビームを、反射部を透過させて放射する光源とを備える。

また、反射部は、光を一部透過させるハーフミラーであってもよいし、光を散乱させる拡散板でってもよいし、赤外領域波長のビームは透過させ可視光領域波長のビームは散乱させる拡散板であってもよい。

また、拡散板で散乱された可視光領域波長のビームの一部をデータ送信要求信号として受信する光受信部を更に備え、光源は、光受信部が受信したデータ送信要求信号に従って、赤外領域波長のビームを、反射部を透過させて放射するのが好ましい。

また、上記目的を達成させるために、本発明の光送信器は、端末が放射する可視光領域波長のビームを入射し、赤外領域波長のビームが放射される範囲に位置する端末が放射した可視光領域波長のビームのみを通過させる入射ビーム制限部と、入射ビーム制限部が通過させた可視光領域波長のビームを端末方向に反射する反射部と、赤外領域波長のビームを、反射部を透過させて放射する光源とを備えてもよい。

上述した発明によれば、光送信器のデータの送信可能範囲と、可視光領域波長のビームが光送信器で反射される場合に端末が位置する範囲とが一致するので、手動により視覚的に行う光軸調整を確実に行うことができる。また、インデックスセンサ及び視認用ライトを備える必要がないので、光空間伝送システムを簡易に構成でき、装置の大型化及び製造コストの増加を回避できる。

以下に、本発明の全ての実施形態に共通する基本概念について説明した後に、具体的な実施形態についてそれぞれ説明する。図１は、本発明の全ての実施形態に共通する基本概念について説明するための光空間伝送システムの全体構成例を示す図である。図１に示す通り、本発明の光空間伝送システムは、コンテンツサーバ等である光空間伝送装置１と、端末２とを備える。なお、例えば、光空間伝送装置１は、音楽や映像を配信するための専用端末、ＤＶＤレコーダ、ＣＤプレーヤ等であり、端末２は、携帯電話、ＰＤＡ等、記録領域を備える携帯可能な機器である。

図１に示す通り、ユーザがデータの受信を希望する際に、端末２は、可視光領域波長のビームであるガイド光３を放射する。ユーザは、ガイド光３を目視で確認しながら、ガイド光３が光空間伝送装置１に備えられる光送信器５へ照射されるように端末２を手動で移動させ、或いは、端末２の向きを変化させる。このとき、図１の（ａ）に示すように、光送信器５が放射するデータ送信用の赤外領域波長のビームによってデータ送信ができる範囲（以下、送信可能範囲４という）の内側から、端末２がガイド光３を光送信器５に照射した場合には、光送信器５でガイド光３は反射される。ユーザは、この反射光を目視することによって、端末２が、光軸調整されてデータを受信できる状態であることを認識できる。そしてこの場合には、光空間伝送装置１は、光送信器５から、赤外領域波長のビームを狭指向角で放射することによって、端末２へコンテンツ等のデータを高速送信することができる。一方、図１の（ｂ）に示すように、端末２が、送信可能範囲４の外側からガイド光３を光送信器５に照射した場合には、光送信器５でガイド光３は反射されない。この場合には、ユーザは、端末２がデータを受信できない状態であることを認識できるので、端末２が送信可能範囲４の内側からガイド光３を光送信器５に照射する図１の（ａ）に示す状態になるように、端末２を手動で移動させる。このことによって、光空間伝送装置１は、端末２へコンテンツ等のデータを高速送信することができる。

なお、ガイド光３は、ユーザが手動で光送信器５に照射し易く、また、照射した位置が目視で確認し易いように、平行ではないビーム（指向角を有するビーム）であることが好ましい。

また、データ通信に必要な受光パワーが端末２で確保できない程に離れた場所であって送信可能範囲４の内側（図１の（ａ）を参照）に位置する端末２からガイド光３が光送信器５に照射された場合、ガイド光３の光パワー及び指向角を適切に設定することによって、光送信器５に照射されるガイド光３の光パワーを減衰させて光送信器５での反射を抑制できる。つまり、ガイド光３の光パワー及び指向角を適切に設定することによって、光空間伝送装置１と端末２とがデータ送信できない程離れている場合には、光送信器５での反射光をユーザが目視できなくすることができる。従って、ガイド光３の光パワー及び指向角は、光送信器５の送信可能範囲４及び赤外領域波長のビームの光パワー等に応じて適切に設定又は制御するのが好ましい。

以上に説明した通り、本発明の光空間伝送システムでは、ユーザがガイド光３の反射光を目視で確認しながら、手動によって、端末２を移動、或いは端末２の向きを変える。そして、ユーザは、光送信器５の反射光を視覚的に認識できた場合には、光空間伝送装置１と端末２との間で光軸調整が完了してデータ通信が可能であることを確認できる。また、送信可能範囲４と、ガイド光３が光送信器５で反射される場合に端末２が位置する範囲とは一致している。このことから、本発明の光空間伝送システムによれば、ユーザは、手動によって視覚的に、確実に光軸調整を行うことができる。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器５ａの構成例及び機能を示す図である。以下に、図２を参照して、第１の実施形態の特徴的部分である光送信器５ａの構成及び機能について説明する。なお、図１に示した光空間伝送装置１には、光送信器５ａの他に、コンテンツ等を格納するハードディスク及びデータ送信を制御するシステム制御部等が含まれるが、第１の実施形態ではこれらの説明は省略する。

図２に示す通り、光送信器５ａは、光源６と、反射部である拡散板７と、入射ビーム制限部であるレンズ８とによって構成される。拡散板７は、光源６とレンズ８との間に設置される。また、光源６には、高速変調性に優れた赤外発光する半導体レーザ等が用いられる。

まず、端末２のガイド光３（図１を参照）が、光空間伝送装置１の送信可能範囲４の内側から光送信器５ａに照射された場合（この場合のガイド光３は、図２のガイド光３ａとして表す）、レンズ８は、ガイド光３ａを拡散板７上に集光させる。拡散板７は、集光されたガイド光３ａを散乱して散乱光を発し、この散乱光の内の散乱光３ｃは、端末２の方向に反射される。なお、この拡散光は、あらゆる方向に放射され、拡散板７自身を透過する方向にも放射される。一方、端末２のガイド光３が、光空間伝送装置１の送信可能範囲４の外側から光送信器５ａに照射された場合（この場合のガイド光３は、図２のガイド光３ｂとして表す）、レンズ８は、ガイド光３ｂを拡散板７上に集光させない。このため、拡散板７は、ガイド光３ｂを散乱させず、散乱光を発しない。このように、入射ビーム制限部であるレンズ８は、ガイド光を入射して、送信可能範囲４の内側に位置する端末２が放射したガイド光（図２に示すガイド光３ａ）に限って、反射部である拡散板７に到達させる。この結果として、送信可能範囲４の内側からガイド光３が光送信器５ａに照射された場合にのみ散乱光３ｃが発されるので、ユーザは、目視によって散乱光３ｃを確認して確実に光軸調整をすることができる。

図３は、図２に示す光送信器５ａの拡散板７の直径を説明するための図である。図３において、図２に示す構成要素と同様の構成要素については、同様の参照符号を付している。なお、図２では説明の便宜のためにレンズ８と端末２（図示せず）との間に存在するレンズ８の焦点Ｘを省略していたが、図３では、当該焦点Ｘを示している。このため、図２で示す送信可能範囲４と図３で示す送信可能範囲４とは、厳密には相違する。しかし、レンズ８と焦点Ｘとの間隔はレンズ８と端末２との間隔に対して非常に小さいので、図２で示す送信可能範囲４と図３で示す送信可能範囲４とは、同一と考えることができる。

以下では、図３を参照して、拡散板７の直径について説明する。送信可能範囲４の内側と外側との境界に位置する端末２（図示せず）から射出されたガイド光３ａを照射された場合のレンズ８の焦点をＹとする。なお、図３において、ガイド光３ａが送信可能範囲４の外側から照射されたように見えるのは、説明の便宜のために光送信器５ａを拡大しているためである。ここで、光源６が放射するデータ送信を行うための赤外領域波長のビーム（当該赤外領域波長のビームの放射範囲は、送信可能範囲４と一致する）の拡散板７通過後の指向角度をθとし、レンズ８と焦点Ｙとの距離をｆとする。この場合、図３から解るように、拡散板７の直径Ｗは、Ｗ＝２ｆ・ｔａｎθで表される。

以上に説明した通り、第１の実施形態の光空間伝送システムによれば、光送信器５ａを備えることによって、手動により視覚的に行う光軸調整を確実に行え、加えて、インデックスセンサ及び視認用ライトを備える必要がないので、簡易な構成の光空間伝送システムを実現でき、装置の大型化及び製造コストの増加を回避できる。

なお、光送信器５ａに照射されたガイド光３が拡散板７ではない場所で反射しないように、拡散板７の周辺は、光を吸収する黒体等で覆われることが好ましい。また、製造都合上、拡散板７を円形ではなく方形等とする場合には、拡散板７において、上記で求めた直径Ｗ＝２ｆ・ｔａｎθの円形部分を除く部分は、黒体等で覆われる必要がある。また、拡散板７は、完全拡散反射（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）分布に準じた光強度分布の拡散光を出射する光拡散材料によって構成することが好ましい。

また、光送信器５ａに照射されたガイド光３は、拡散板７で全ては反射されず、一部の光は拡散板７自身を透過して光源６へ照射される。しかし、拡散板７を介しているため、ガイド光３の光強度は十分に減衰されることから、光源６への影響は少ない。しかしながら、システムの要求仕様によって、光源６へ照射されるガイド光３をより減衰させる必要がある場合は、可視光領域の波長を遮断する波長フィルタを、光源６と拡散板７との間に挿入してもよい。

また、光源６が放射するデータ送信を行うための赤外領域波長のビームが、拡散板７を透過する際に散乱して減衰しないために、拡散板７に、赤外光は散乱させずに透過させる一方で可視光は散乱させて一部のみ透過させる特性を持たせてもよい。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器５ｂの構成例及び機能を示す図である。図４に示す通り、光送信器５ｂは、第１の実施形態で説明した光送信器５ａ（図２を参照）の入射ビーム制限部であるレンズ８を、光の入射角度に応じて通過損失を設定できるライトコントロールフィルム１１に代えた構成である。なお、以下では、第１の実施形態の光送信器５ａと同一の構成要素については、同一の参照符号を用いて、その詳しい説明は省略する。

図５に、ライトコントロールフィルム１１の一例の正面図を示す。図４及び図５に示す通り、ライトコントロールフィルム１１は、薄板上に同心円状の溝が垂直に形成された構成であり、特定の方向から入射する光線のみを透過させ、それ以外の光線は遮断する特性を有している。そして、ライトコントロールフィルム１１の中心（同心円の中心）は、光源６が放射するデータ送信を行うビームの中心軸上に配置される。

まず、端末２のガイド光３（図１を参照）が、送信可能範囲４の内側から光送信器５ｂに照射された場合（この場合のガイド光３は、図４のガイド光３ａとして表す）、ライトコントロールフィルム１１は、ガイド光３ａを通過させる。拡散板７は、通過したガイド光３ａを散乱して散乱光を発して、この散乱光の内、散乱光３ｃは、端末２の方向に反射される。一方、端末２のガイド光３が、送信可能範囲４の外側から光送信器５ｂに照射された場合（この場合のガイド光３は、図４のガイド光３ｂとして表す）、ライトコントロールフィルム１１は、ガイド光３ｂを通過させない。このため、拡散板７は、ガイド光３ｂを散乱させず、散乱光を発しない。このように、送信可能範囲４の内側から光送信器５ｂにガイド光３が照射された場合にのみ散乱光３ｃが発せられるので、ユーザは、目視によって確実に光軸調整をすることができる。

ここで、ライトコントロールフィルムの透過角度特性は、溝の周期Ｌ及び高さＨによって決まり、透過可能角度は、ライトコントロールフィルムの表面に対して垂直からｔａｎ^-1（Ｌ／Ｈ）までの範囲となる。このことから、ライトコントロールフィルム１１には、送信可能範囲４に応じた透過角度特性のライトコントロールフィルムを用いることが好ましい。

以上に説明した通り、第２の実施形態の光空間伝送システムによれば、光送信器５ｂを備えることによって、第１の実施形態の光空間伝送システムと同様の効果が得られる。加えて、入射ビーム制限部としてライトコントロールフィルム１１を用いることによって、レンズ８を用いるために焦点距離を必要とする第１の実施形態の光空間伝送システムとは異なり、拡散板７とライトコントロールフィルム１１とを近接して実装できることから、装置の更なる小型化を図ることができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器５ｄの構成例及び機能を示す図である。図６に示す通り、光送信器５ｄは、第１の実施形態で説明した光送信器５ａ（図２を参照）の入射ビーム制限部であるレンズ８を、光の入射角度に応じて通過損失を設定できる干渉フィルタ１２に代えた構成である。なお、以下では、第１の実施形態の光送信器５ａと同一の構成要素については、同一の参照符号を用いて、その詳しい説明は省略する。

干渉フィルタ１２には、一般的な誘電体多層膜で形成された波長フィルタを使用する。波長フィルタにおいて、垂直入射光の透過波長（基準波長）をλ₀とすると、入射角αの透過波長λは、λ＝ｃｏｓα・λ₀となる（例えば、「光の鉛筆」鶴田匡夫著新技術コミュニケーション１９８９年６月２０日第７版発行Ｐ．１６７に記載）。このことから、入射角αで入射する波長λの光を最小損失で透過させる波長フィルタでは、入射角αとは異なる入射角で入射する波長λの光の透過損失は大きくなる。この透過損失が大きい波長λの光は、波長フィルタによって、透過損失量に応じて鏡面反射される。そして、鏡面反射された波長λの光（ガイド光３）は、波長λの光が放射された方向（端末２の位置する方向）へは戻らないので、ユーザに目視で確認されることはない。従って、例えば、図６に示す通りに、ガイド光３ａが垂直入射したときの透過損失を最も小さくし、また、鏡面反射されずにガイド光３ａが干渉フィルタ１２を通過（透過）するときに端末２が位置する範囲と、送信可能範囲４とが一致するように、干渉フィルタ１２の透過損失特性は設計される。

更に、干渉フィルタ１２に、以上に説明したようにガイド光の入射角度に応じて透過損失特性を設定するのと同時に、光線の波長に応じた透過損失特性を設定することもできる。例えば、光源６が放射するデータ送信に用いる送信光１０とガイド光３とが波長に関して同じ透過特性となるように干渉フィルタ１２を設計することによって、低い透過損失で送信光１０を端末２へ照射することができる。

以上に説明した通り、第３の実施形態の光空間伝送システムによれば、入射ビーム制限部として干渉フィルタ１２を用いた光送信器５ｄを備えることによって、第２の実施形態の光空間伝送システムと同様の効果が得られる。

なお、第１〜第３の実施形態の光空間伝送システムが備える光送信器には反射部として拡散板７を用いたが、第１〜第３の実施形態の光空間伝送システムにおいて、拡散板７の代わりに、入射した光の一部を透過するハーフミラーを用いてもよい。

以下では、一例として、第３の実施形態の光空間伝送システムが備える光送信器５ｄの拡散板７の代わりにハーフミラーを用いた場合について説明する。図７は、第３の実施形態の光空間伝送システムが備える光送信器５ｄにおいて、拡散板７の代わりにハーフミラー１３を用いた場合の構成例及び機能を説明するための図である。図７の（ａ）は、拡散板７を備える光送信器５ｄを示し、図７の（ｂ）は、拡散板７の代わりにハーフミラー１３を備える光送信器５ｅを示す。

図７の（ａ）に示す光送信器５ｄにおいて、送信可能範囲４の外側からガイド光３（図７の（ａ）ではガイド光３ｂとして表す）が照射された場合、理想的には、ガイド光３ｂは、干渉フィルタ１２で完全に反射されて拡散板７には照射されない。しかし、実際には、干渉フィルタ１２の性能等の問題によって、完全には反射されずにガイド光３ｂの一部が干渉フィルタ１２を通過することがある。一旦、ガイド光３ｂが干渉フィルタ１２を通過して拡散板７へ照射されると、ガイド光３ｂは、拡散板７で反射（散乱）された後に干渉フィルタ１２を再度通過して広指向角の散乱反射光３ｄとなって、放射されてしまう。この場合には、送信可能範囲４の内側に端末２が位置しない場合であっても、光送信器５ｄからの反射光をユーザが認識する可能性があり、正確に光軸調整が行えない場合がある。なお、拡散板７を用いる場合には、強い放射パワーの光源６を用いてもアイセーフ（目に対する安全性）条件は緩やかになる。

一方、図７の（ｂ）に示す光送信器５ｅにおいて、送信可能範囲４の外側からガイド光３（図７の（ｂ）ではガイド光３ｂとして表す）が照射され、ガイド光３ｂの一部が干渉フィルタ１２を通過してハーフミラー１３に照射された場合、ガイド光３ｂは、反射の法則に従って入射角度と等しい角度で反射される。この反射光３ｄは、ガイド光３ｂが干渉フィルタ１２に入射した角度と等しい角度で再び干渉フィルタ１２に入射するので、大きく減衰される。この結果として、送信可能範囲４の内側に端末２が位置しない場合に、光送信器５ｅからの反射光をユーザが認識する可能性が減り、より正確に光軸調整が行える。なお、ハーフミラー１３を用いる場合には、透過損失が軽減されるので、より弱い光源６の放射パワーでデータ送信ができる。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器１４の構成例及び機能を示す図である。図８に示す通り、光送信器１４は、第３の実施形態で説明した光送信器５ｄ（図６を参照）の構成に、レンズ１５と受光素子１６とを含む光受信部３０を加えた構成である。受光素子１６は、光源６に近接して配置され、レンズ１５は、受光素子１６と拡散板７との間に配置される。ここで、干渉フィルタ１２の代わりに、第１の実施形態で説明したレンズ８（図２を参照）を用いてもよいし、第２の実施形態で説明したライトコントロールフィルム１１（図４を参照）を用いてもよい。なお、以下では、第３の実施形態の光送信器５ｄと同一の構成要素については、同一の参照符号を用いて、その詳しい説明は省略する。

端末２のガイド光３は、送信可能範囲４の内側から放射された場合（図８ではガイド光３ａとして表す）には、干渉フィルタ１２を通過して拡散板７に照射される。拡散板７に照射されたガイド光３ａは、拡散板７で反射されて散乱光３ｃとしてユーザが目視できると同時に、拡散板７を透過して散乱光３ｅとして、光源６に近接して設置された受光素子１６にレンズ１５を介して照射される。そして、受光素子１６は、レンズ１５によって集光された散乱光３ｅを受信する。なお、受光素子１６において十分な受光電力が確保できる場合には、光受信部３０はレンズ１５を含まなくてもよい。

このことによって、光送信器１４を備える光空間伝送装置１は、端末２が送信可能範囲４の内側からガイド光３を放射したことを検知できる。つまり、光空間伝送装置１は、端末２との間で光軸調整が完了してデータ通信が可能であることを検知できる。そして、光空間伝送装置１は、当該検知の有無に応じて、端末２に対してデータ送信を開始するか否かを判断することができる。更に、端末２は、ガイド光３を用いて制御信号等の情報信号を光空間伝送装置１に送信することもできる。

図９は、第４の実施形態に係る光空間伝送システムが備える端末２の構成例を示す図である。図１０は、第４の実施形態において、光空間伝送装置１から端末２へコンテンツ等のデータを送信する際の、端末２の操作手順を示すフローチャートである。図１１は、第４の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光空間伝送装置１の構成例を示す図である。図１２は、光空間伝送装置１から端末２へコンテンツ等のデータを送信する際の、光空間伝送装置１の動作を示すフローチャートである。以下に、図９〜図１２を参照して、端末２及び光空間伝送装置１の構成及び機能と、光空間伝送装置１から端末２へデータが送信される動作について説明する。

図９に示す通り、端末２は、光受信部１７と、可視光送信部１８と、制御部１９と、ハードディスク（ＨＤＤ）２０と、操作部２１とを備える。そして、図１０に示す通り、ユーザは、光空間伝送装置１からデータを端末２へダウンロードしたい場合には、操作部２１を操作して、ガイド光３を放射する指示をする（ステップＳ００１）。次に、制御部１９は、操作部２１からガイド光３を放射する指示を受けて、可視光送信部１８にガイド光３を放射させる（ステップＳ００２）。次に、ユーザは、目視で確認しながら放射されたガイド光３を光空間伝送装置１の光送信器１４に照射しつつ、光送信器１４からの散乱光（反射光）を確認するまで端末２の位置を移動等させる（ステップＳ００３）。次に、ユーザは、散乱光を確認（ステップＳ００４）した後に、操作部２１を操作して、データ送信要求信号を光空間伝送装置１へ送信する指示をする。次に、制御部１９は、操作部２１からデータ送信要求信号を送信する指示を受けて、可視光送信部１８に、データ送信要求信号で変調したガイド光３を放射させることによって、データ送信要求信号を光空間伝送装置１へ送信する（ステップＳ００５）。

一方、図１１に示す通り、光空間伝送装置１は、光送信器１４と、システム制御部３１と、ハードディスク（ＨＤＤ）３３と、コンテンツ処理制御部３４と、外部インターフェイス３５とを備える。光送信器１４は、受光素子１６とレンズ１５とを有する光受信部３０と、光源６と拡散板７と干渉フィルタ１２とを有する光送信部３２とを含む（図７を参照）。なお、光送信部３２は、干渉フィルタ１２の代わりにレンズ８又はライトコントロールフィルム１１を含んでもよい（図２及び図４を参照）。そして、図１２に示す通り、光空間伝送装置１において、光受信部３０は、端末２のガイド光３を検知するまで待機した（ステップＳ０１０）後、ガイド光３を検知する（ステップＳ００９）。次に、光受信部３０は、端末２から送信されるデータ送信要求信号を受信するまで待機した（ステップＳ０１２）後に、データ送信要求信号を受信し（ステップＳ０１１）、システム制御部３１にデータ送信要求信号を出力する。次に、システム制御部３１は、ハードディスク３３を制御して、コンテンツデータをハードディスク３３から光送信部３２に出力させる。同時に、システム制御部３１は、光送信部３２を制御して、コンテンツデータを送信光１０に含めて放射させることによって、コンテンツデータを端末２へ送信する（ステップＳ０１３）。なお、ハードディスク３３は、外部インターフェース３５に接続されたコンテンツ処理制御部３４を介して、コンテンツデータを外部から既に蓄積しているものとする。

そして、図１０に示す通り、端末２は、光空間伝送装置１から照射される送信光１０を光受信部１７で受信するまで待機した（ステップＳ００７）後に、送信光１０を受信する（ステップＳ００６）。次に、光受信部１７は、送信光１０を受信したことを示す情報を制御部１９へ送信し、送信光１０に含まれるコンテンツデータをハードディスク２０へ送信する。次に、制御部１９は、送信されたコンテンツデータをハードディスク２０に記録させる（ステップＳ００８）。

以上に説明した通り、第４の実施形態に係る光空間伝送システムによれば、光送信器１４を備えることによって、第１〜３の実施形態に係る光空間伝送システムと同様の効果を得つつ、ユーザは、光軸調整が完了したことを確認した後に端末２を操作することによって、コンテンツ等の所望のデータを光空間伝送装置１から端末２へ送信させることができる。

なお、以上では、光軸調整完了の後（ユーザがガイド光３の散乱光を確認した後）に、ユーザが、データ送信要求信号を端末２から送信している（図１０のステップＳ００５）。しかし、図１０のステップＳ００２で放射するガイド光３にデータ送信要求信号を含ませて端末２から送信してもよい。この場合には、図１０のステップＳ００５及び図１２のステップＳ０１２は省略され、図１２のステップＳ００９は図１２のステップＳ０１１の動作を含むこととなる。また、光空間伝送装置１の光受信部３０は、変調されていないガイド光３自体をデータ送信要求信号として受信してもよい。この場合には、図１０のステップＳ００５、図１２のステップＳ０１１及び図１２のステップＳ０１２は、省略される。

また、以上では、光受信部３０は、光源６に近接して配置され、拡散板７を透過した散乱光３ｅを受信する場合について説明した（図８を参照）。しかし、光受信部３０は、拡散板７が散乱させた散乱光の一部を受信できるのであれば、いずれの位置に配置されてもよい。但し、光受信部３０は、送信光１０を遮らないために、送信可能範囲４の外側に配置されるのが好ましい。

また、ハードディスク２０及び３３の代わりに、データを電子的に保存できる半導体メモリー等の媒体を使用してもよい。

本発明は、光空間伝送装置から端末に高速データ通信を行う光空間伝送システム等に利用可能であり、特に、光空間伝送装置と端末との間の光軸調整を確実に、手動により視覚的に行いたい場合等に有用である。

本発明の全ての実施形態に共通する基本概念について説明するための光空間伝送システムの全体構成例を示す図第１の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器５ａの構成例及び機能を示す図図２に示した光送信器５ａの拡散板７の直径を説明するための図第２の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器５ｂの構成例及び機能を示す図ライトコントロールフィルム１１の一例の正面図第３の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器５ｄの構成例及び機能を示す図第３の実施形態の光空間伝送システムが備える光送信器５ｄにおいて、拡散板７の代わりにハーフミラー１３を用いた場合の構成例及び機能を説明するための図第４の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光送信器１４の構成例及び機能を示す図第４の実施形態に係る光空間伝送システムが備える端末２の構成例を示す図第４の実施形態において、光空間伝送装置１から端末２へコンテンツ等のデータを送信する際の、端末２の操作手順を示すフローチャート第４の実施形態に係る光空間伝送システムが備える光空間伝送装置１の構成例を示す図光空間伝送装置１から端末２へコンテンツ等のデータを送信する際の、光空間伝送装置１の動作を示すフローチャート特許文献１に記載された従来の光空間伝送システム１００の構成を示す図特許文献２に記載された従来のコンテンツ配信システム２００の構成を説明するための図従来のコンテンツ配信システム２００における、送信可能範囲と、インデックスセンサ２２２がインデックスレーザ２２９のレーザを受光できる範囲との関係を説明するための図

符号の説明

１光空間伝送装置
２端末
３、３ａ、３ｂガイド光
３ｃ、３ｄ散乱光
４、２３０送信可能範囲
５、５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ、１４光送信器
６光源
７拡散板
８、１５レンズ
１０、１０８送信光
１１ライトコントロールフィルム
１２干渉フィルタ
１６受光素子
１７、３０光受信部
１８可視光送信部
１９制御部
２０、３３ハードディスク
２１操作部
３１光送信部
３２システム制御部
３４コンテンツ処理制御部
３５外部インターフェイス
１００光空間伝送システム
１０１親機
１０２子機
１１１、１１２ベース
１０３、１０５、２１１送信部
１０４、１０６、２２５受信部
１０７可視光
２００コンテンツ配信システム
２０３端末送信機
２０２携帯受信端末
２１５ライトガイド
２２２インデックスセンサ
２２３視認用ライト
２２９インデックスレーザ

Claims

赤外領域波長のビームを用いた光空間伝送によって、光送信器から端末へデータ送信を行う光空間伝送システムであって、
前記端末は、
可視光領域波長のビームを放射する可視光送信部と、
前記赤外領域波長のビームを受信する第１の光受信部とを備え、
前記光送信器は、
前記端末が放射する前記可視光領域波長のビームを入射し、前記赤外領域波長のビームが放射される範囲に位置する前記端末が放射した前記可視光領域波長のビームのみを通過させる入射ビーム制限部と、
前記入射ビーム制限部が通過させた前記可視光領域波長のビームを前記端末方向に反射する反射部と、
前記端末からデータ送信要求信号を受信する第２の光受信部と、
前記第２の光受信部が前記データ送信要求信号を受信した後に、前記赤外領域波長のビームを、前記反射部を透過させて放射する光源とを備えることを特徴とする、光空間伝送システム。
前記反射部は、光を一部透過させるハーフミラーであることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
前記反射部は、光を散乱させる拡散板であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
前記反射部は、前記赤外領域波長のビームは透過させ、前記可視光領域波長のビームは散乱させる拡散板であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
前記入射ビーム制限部は、レンズであることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
前記入射ビーム制限部は、光の入射角度に応じて通過損失を設定できるライトコントロールフィルムであることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
前記入射ビーム制限部は、光の入射角度に応じて通過損失を設定できる干渉フィルタであることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
前記第２の光受信部は、前記拡散板が散乱させた前記可視光領域波長のビームの一部を、前記データ送信要求信号として受信することを特徴とする、請求項３又は４に記載の光空間伝送システム。
赤外領域波長のビームを用いた光空間伝送によって、端末へデータ送信を行う光送信器であって、
前記端末が放射する可視光領域波長のビームを入射し、前記赤外領域波長のビームが放射される範囲に位置する前記端末が放射した前記可視光領域波長のビームのみを通過させる入射ビーム制限部と、
前記入射ビーム制限部が通過させた前記可視光領域波長のビームを前記端末方向に反射する反射部と、
前記端末からのデータ送信要求信号に従って、前記赤外領域波長のビームを、前記反射部を透過させて放射する光源とを備えることを特徴とする、光送信器。
前記反射部は、光を一部透過させるハーフミラーであることを特徴とする、請求項９に
記載の光送信器。
前記反射部は、光を散乱させる拡散板であることを特徴とする、請求項９に記載の光送信器。
前記反射部は、前記赤外領域波長のビームは透過させ、前記可視光領域波長のビームは散乱させる拡散板であることを特徴とする、請求項９に記載の光送信器。
前記入射ビーム制限部は、レンズであることを特徴とする、請求項９に記載の光送信器。
前記入射ビーム制限部は、光の入射角度に応じて通過損失を設定できるライトコントロールフィルムであることを特徴とする、請求項９に記載の光送信器。
前記入射ビーム制限部は、光の入射角度に応じて通過損失を設定できる干渉フィルタであることを特徴とする、請求項９に記載の光送信器。
前記拡散板で散乱された前記可視光領域波長のビームの一部を前記データ送信要求信号として受信する光受信部を更に備え、
前記光源は、前記光受信部が受信した前記データ送信要求信号に従って、前記赤外領域波長のビームを、前記反射部を透過させて放射することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の光送信器。
赤外領域波長のビームを用いた光空間伝送によって、端末へデータ送信を行う光送信器であって、
前記端末が放射する可視光領域波長のビームを入射し、前記赤外領域波長のビームが放射される範囲に位置する前記端末が放射した前記可視光領域波長のビームのみを通過させる入射ビーム制限部と、
前記入射ビーム制限部が通過させた前記可視光領域波長のビームを前記端末方向に反射する反射部と、
前記赤外領域波長のビームを、前記反射部を透過させて放射する光源とを備えることを特徴とする、光送信器。