JP4949917B2 - Optical space transmission system - Google Patents

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Description

本発明は、光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムに関し、より特定的には、光ビームの不要な反射に起因する伝送特性の劣化を低減させた光空間伝送システムに関する。   The present invention relates to an optical space transmission system that performs data communication using an optical beam that transmits an optical space, and more specifically, an optical space transmission in which deterioration of transmission characteristics due to unnecessary reflection of the light beam is reduced. About the system.

光ビームを自由空間に放射してデータ通信を行う光空間伝送技術は、オフィスや家庭において情報処理端末やAV機器をケーブルレスで接続することが可能であり、光の広帯域性を活かした高速通信を実現できる可能性が高いこと等から、近年注目されている。また、光空間伝送は、無線LANやUWBといった無線を媒体とした通信方式と比較して、周波数利用に法的規制がないことに加え、指向性が高くかつ隣接する無線ネットワークに影響を及ぼさない等、秘匿性・セキュリティの面で大きな優位性を有している。
そのような理由から、最近では転送データの大容量化に従って、より高速な光空間伝送システムが求められている。
Optical space transmission technology that radiates a light beam to free space and performs data communication allows information processing terminals and AV equipment to be connected without cables in offices and homes, making high-speed communication utilizing the broadband nature of light In recent years, it has been attracting attention because of the high possibility that it can be realized. In addition, optical space transmission has higher directivity and does not affect adjacent wireless networks, in addition to no legal restrictions on frequency usage, compared to wireless LAN and UWB wireless communication methods. It has a great advantage in terms of confidentiality and security.
For these reasons, recently, a higher-speed optical space transmission system has been demanded in accordance with an increase in the capacity of transfer data.

ところが、データ通信をより高速に行うためには、高速応答が可能である高性能な光源(発光素子)や受光素子が必要となる。特に、受光素子は、高い周波数応答特性を得るためには寄生容量を低減する必要があることから、受光面積が小さくなる。例えば、1.25Gbpsデータ通信用の受光素子の直径が200μmで、10Gbpsデータ通信用の受光素子の直径が60μmとなる(2006年2月現在 albis社製)。
しかしながら、光空間伝送システムにおいては、受光素子の受光面積が小さくなると、総受光電力が減少することから、高速伝送が困難になる。
However, in order to perform data communication at a higher speed, a high-performance light source (light emitting element) or light receiving element capable of high-speed response is required. In particular, the light receiving element has a reduced light receiving area because it is necessary to reduce parasitic capacitance in order to obtain high frequency response characteristics. For example, the diameter of the light receiving element for 1.25 Gbps data communication is 200 μm, and the diameter of the light receiving element for 10 Gbps data communication is 60 μm (manufactured by Albis as of February 2006).
However, in the optical space transmission system, when the light receiving area of the light receiving element is reduced, the total received power is reduced, so that high speed transmission becomes difficult.

そこで、この問題を解決するため、複数の光源と複数の受光素子とで並列データ通信を行い、全体の伝送レートを向上させる多重伝送方式が提案されている(特許文献1を参照)。この方式は、複数の光リンクを設けることで、1リンク当たりの伝送レートを低減させるものである。   In order to solve this problem, a multiplex transmission method has been proposed in which parallel data communication is performed between a plurality of light sources and a plurality of light receiving elements to improve the overall transmission rate (see Patent Document 1). In this method, a plurality of optical links are provided to reduce the transmission rate per link.

図16は、特許文献1に記載された従来の光空間結線装置の構成を示す図である。特許文献1では、コンピュータや通信処理装置内での信号伝達を行うための技術を示したものであるが、光空間伝送システムへの適応も可能である。   FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a conventional optical spatial connection device described in Patent Document 1. In FIG. Patent Document 1 shows a technique for performing signal transmission in a computer or a communication processing device, but it can also be applied to an optical space transmission system.

図16において、光送信モジュール30に入力された複数の電気信号は、それぞれLDドライバアレイ32及び発光素子アレイ33により光信号に変換され、さらにコリメートレンズ34により角度の異なる光ビームへ変換され、空間に放出される。光受信モジュール35では、集光レンズ39により、光ビームの入射角度に応じて受光素子アレイ38内の各受光素子へ光信号が集光される。そして、受光素子アレイ38は、入力された光信号を電気信号に変換し、アンプアレイ37に送出する。その後、アンプアレイ37は、それぞれの電気信号を増幅した後、光受信モジュール35から出力する。   In FIG. 16, a plurality of electric signals input to the optical transmission module 30 are converted into optical signals by the LD driver array 32 and the light emitting element array 33, respectively, and further converted into light beams having different angles by the collimating lens 34, To be released. In the light receiving module 35, the light signal is condensed by the condenser lens 39 to each light receiving element in the light receiving element array 38 according to the incident angle of the light beam. The light receiving element array 38 converts the input optical signal into an electric signal and sends it to the amplifier array 37. Thereafter, the amplifier array 37 amplifies each electrical signal and then outputs the amplified signal from the light receiving module 35.

この従来の光空間結線装置では、コリメートレンズ34から見た焦点面上の発光素子の配置は、コリメートレンズ34から出力される光ビームの出射角度として伝送される。また、光受信モジュール35に入射される光ビームの受光面上での集光位置は、光ビームの入射角度によって決まる。すなわち、この従来の光空間結線装置では、発光素子アレイ33の素子配置は、光ビームの角度情報に変換された後に伝送されるので、光送受信モジュールの間の位置ずれが生じても、光ビームが集光レンズ39で集光できる限り、受光面上での集光位置には何ら影響を与えない。従って、モジュール間の位置ずれトレランスを従来のレンズアレイを用いる構成に比べ改善できると記載されている。   In this conventional optical spatial connection device, the arrangement of the light emitting elements on the focal plane viewed from the collimating lens 34 is transmitted as the emission angle of the light beam output from the collimating lens 34. Further, the condensing position of the light beam incident on the light receiving module 35 on the light receiving surface is determined by the incident angle of the light beam. That is, in this conventional optical spatial connection device, the element arrangement of the light emitting element array 33 is transmitted after being converted into the angle information of the light beam. As long as the light can be condensed by the condensing lens 39, the condensing position on the light receiving surface is not affected at all. Therefore, it is described that the positional deviation tolerance between the modules can be improved as compared with the configuration using the conventional lens array.

しかしながら、図16に示す構成では、光源や受光素子の数が増え、その実装面積が増えるにつれ、コリメートレンズ34及び集光レンズ39が大きくなるという課題がある。さらに、発光素子アレイ33から照射される光ビームは、それぞれコリメートレンズ34に対して垂直に入射されるため、反射戻り光が再び発光素子アレイ33に入射され、発光素子アレイ33の動作が不安定になることがある。また、受光素子アレイ38に入射した光ビームのうち、一旦受光素子の表面で反射され、さらにその反射光が集光レンズ39の正面で反射され、再び受光素子アレイ38に入射されることがある。この多重反射光は、遅延光となるために、データレートが高速になるにつれ、大きな課題となる。
このように、光空間伝送システムでは、光伝送路における各反射点からの反射戻り光や、多重反射が伝送品質に影響を与える。
However, the configuration shown in FIG. 16 has a problem that the collimating lens 34 and the condensing lens 39 increase as the number of light sources and light receiving elements increases and the mounting area thereof increases. Further, since the light beams emitted from the light emitting element array 33 are incident on the collimating lens 34 perpendicularly, the reflected return light is incident on the light emitting element array 33 again, and the operation of the light emitting element array 33 is unstable. May be. Of the light beam incident on the light receiving element array 38, the light beam is once reflected on the surface of the light receiving element, and the reflected light is further reflected on the front surface of the condenser lens 39 and may be incident on the light receiving element array 38 again. . Since this multiple reflected light becomes delayed light, it becomes a big problem as the data rate becomes high.
Thus, in the optical space transmission system, reflected return light from each reflection point in the optical transmission path and multiple reflections affect the transmission quality.

そこで、この反射光による影響を解決するため、受信器でノイズキャンセルを行う手法が提案されている(特許文献2を参照)。
図17は、特許文献2に記載された従来の光空間伝送システムの構成を示す図である。
Therefore, in order to solve the influence of the reflected light, a technique of performing noise cancellation with a receiver has been proposed (see Patent Document 2).
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a conventional optical space transmission system described in Patent Document 2. In FIG.

図17において、親機41の光送信部44は、送信すべき信号Pに応じてLED54及び55から異なる発光スペクトラムの送信光LPa及びLPbを同相送信する。子機42の光受信部46は、PD67で送信光LPa及びLPbを光電変換し、演算増幅器68で信号Pのみを取り出す。また、子機42の送信部45は、送信すべき信号Cに応じてLED61及び63から異なる発光スペクトラムの送信光ビーム(−LCb、LCa)を差動送信する。親機41の光受信部43は、PD52及び53により送信光ビーム(−LCb、LCa)を発光スペクトラムに応じて光電変換し、演算増幅器51で信号Cのみを取り出す。 In FIG. 17, the optical transmission unit 44 of the base unit 41 transmits the transmission lights LPa and LPb having different emission spectra from the LEDs 54 and 55 in phase according to the signal P to be transmitted. The optical receiver 46 of the slave unit 42 photoelectrically converts the transmission lights LPa and LPb with the PD 67 and takes out only the signal P with the operational amplifier 68. Further, the optical transmission unit 45 of the slave unit 42 differentially transmits transmission light beams (−LCb, LCa) having different emission spectra from the LEDs 61 and 63 according to the signal C to be transmitted. The optical receiver 43 of the parent device 41 photoelectrically converts the transmission light beam (−LCb, LCa) by the PDs 52 and 53 according to the emission spectrum, and takes out only the signal C by the operational amplifier 51.

従って、光受信部43のPD52から演算増幅器51の反転入力端子へ送られる信号は、光送信部45から送信された送信光ビーム(−LCb)が光電変換された信号(−C)に対して、外乱光LNが光電変換されたノイズ成分(N)と、光送信部44から送信された送信光LPbが反射物47により反射された光が光電変換されたノイズ成分(P)とが、重畳された信号(N+(−C)+P)となる。また、光受信部43のPD53から演算増幅器51の非反転入力端子へ送られる信号は、光送信部45から送信された送信光ビーム(LCa)が光電変換された信号(+C)に対して、外乱光LNが光電変換されたノイズ成分(N)と、光送信部44から送信された送信光LPaが反射物47により反射された光が光電変換されたノイズ成分(P)とが、重畳された信号(N+C+P)となる。   Therefore, the signal transmitted from the PD 52 of the optical receiver 43 to the inverting input terminal of the operational amplifier 51 is the signal (−C) obtained by photoelectrically converting the transmission light beam (−LCb) transmitted from the optical transmitter 45. The noise component (N) obtained by photoelectrically converting the disturbance light LN and the noise component (P) obtained by photoelectrically converting the light reflected by the reflector 47 from the transmission light LPb transmitted from the optical transmitter 44 are superimposed. Signal (N + (− C) + P). Further, the signal sent from the PD 53 of the optical receiver 43 to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 51 is the signal (+ C) obtained by photoelectrically converting the transmission light beam (LCa) transmitted from the optical transmitter 45. The noise component (N) obtained by photoelectrically converting the disturbance light LN and the noise component (P) obtained by photoelectrically converting the light reflected by the reflector 47 from the transmission light LPa transmitted from the light transmitting unit 44 are superimposed. Signal (N + C + P).

一方、演算増幅器51では、非反転入力端子に入力されたPD53の出力信号(N+(−C)+P)から、反転入力端子に入力されたPD52の出力信号(N+C+P)を減算する演算(N−N+C−(−C)+P−P=2C)が行われることになる。   On the other hand, the operational amplifier 51 subtracts the output signal (N + C + P) of the PD 52 input to the inverting input terminal from the output signal (N + (− C) + P) of the PD 53 input to the non-inverting input terminal (N− N + C − (− C) + P−P = 2C).

すなわち、この演算結果からわかるように、当該演算増幅器51から出力されて端子50から後段の信号処理部に送られる信号は、外乱光LNに起因するノイズ成分(N)と、反射物47による反射光に起因するノイズ成分(P)とが、完全に除去された信号(2C)のみとなる。
特開平8−237204号公報(第8頁、第1図) 特開平2002−111585号公報(第10頁、第1図) 「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(第167頁)
That is, as can be seen from the calculation result, the signal output from the operational amplifier 51 and sent from the terminal 50 to the subsequent signal processing unit is reflected by the noise component (N) caused by the disturbance light LN and the reflector 47. Only the signal (2C) from which the noise component (P) caused by the light is completely removed is obtained.
JP-A-8-237204 (page 8, Fig. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 2002-111585 (page 10, FIG. 1) “Pencil of Light” by Tatsuta Tatsuo, New Technology Communication, published on June 20, 1989, 7th edition (page 167)

しかし、特許文献2に記載の従来の光空間伝送システムにおいて、演算増幅器51から出力される信号から、ノイズ成分(N)及び(P)が精度よく完全に除去されるためには、親機41の光送信部44に備えられるLED54及び55は近接して設置されなければならない。なぜならば、離して設置した場合は、各光源から送信される送信光ビームの反射物に対する入射条件(例えば、入射角や入射パワー)が異なることから、反射光パワーが変化するからである。さらに、反射物を介して、PDに到達するまでの光路長差も生じることから、親機41の光受信部43に備えられるPD52及び53に入射される反射光に起因するノイズ成分(P)の大きさや位相がそれぞれ異なってしまう。従って、演算した際に、ノイズ成分が完全に除去されない。   However, in the conventional optical space transmission system described in Patent Document 2, in order for noise components (N) and (P) to be accurately and completely removed from the signal output from the operational amplifier 51, the master unit 41 is used. The LEDs 54 and 55 included in the optical transmitter 44 of the first and second optical transmitters 44 must be installed close to each other. This is because, when installed separately, the reflected light power changes because the incident conditions (for example, incident angle and incident power) of the transmission light beam transmitted from each light source are different. Further, since a difference in optical path length until reaching the PD is also caused through the reflector, a noise component (P) caused by reflected light incident on the PDs 52 and 53 provided in the light receiving unit 43 of the parent device 41 is also generated. Will be different in size and phase. Therefore, the noise component is not completely removed when the calculation is performed.

また、特許文献2に記載の従来の光空間伝送システムにおいて、子機42で得られる出力信号は、1つのLEDから得られる出力信号Pの2倍である2Pとある。しかし、上述した理由によりLED54及び55を隣接して設置した場合、光ビームの放射強度密度が高まり、アイセーフ条件を満たすように、LED当たりの出力パワーを低減させるか、拡散板等を用いて、光ビームの放射強度密度を低減させる必要があるため、単純に大きな出力信号を得ることはできない。   Further, in the conventional optical space transmission system described in Patent Document 2, the output signal obtained by the slave unit 42 is 2P which is twice the output signal P obtained from one LED. However, when the LEDs 54 and 55 are installed adjacent to each other for the reasons described above, the output power per LED is reduced or the diffusion plate or the like is used so that the radiation intensity density of the light beam is increased and the eye-safe condition is satisfied. Since it is necessary to reduce the radiation intensity density of the light beam, it is not possible to simply obtain a large output signal.

このように、特許文献2に記載された従来の光空間伝送システムは、通常の光空間伝送システムに比べ、2つの異なる波長の光源と、ノイズキャンセル用の演算回路等の部品点数が増加しながらも、データ伝送の高速化の効果が少ないという問題があった。   As described above, the conventional optical space transmission system described in Patent Document 2 has an increase in the number of components such as light sources of two different wavelengths and an arithmetic circuit for noise cancellation, as compared with a normal optical space transmission system. However, there is a problem that the effect of speeding up data transmission is small.

それ故に、本発明の目的は、発光素子から出射した光ビームが、反射して発光素子に戻ってきたり、目的外の受光素子に入射したりすることを防止して、安定した高速データ通信を実現することが可能な光空間伝送システムを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to prevent a light beam emitted from a light emitting element from being reflected back to the light emitting element or incident on a light receiving element other than the target, thereby enabling stable high speed data communication. It is to provide an optical space transmission system that can be realized.

本発明は、光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムに向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の光空間伝送システムは、光ビームを光空間に出射する少なくとも1つの発光部を備える送信端末と、光空間に出射された光ビームを受光する少なくとも1つの受光部を備える受信端末と、送信端末及び受信端末を装着し、少なくとも1つの発光部と少なくとも1つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具とで構成する。さらに、少なくとも1つの発光部及び少なくとも1つの受光部を、送信端末及び受信端末が端末固定用補助具に装着された状態で、少なくとも1つの発光部から出射された光ビームが少なくとも1つの受光部で反射して少なくとも1つの発光部に戻らない位置に設けることを特徴とする。   The present invention is directed to an optical space transmission system that performs data communication using a light beam that transmits an optical space. And in order to achieve the said objective, the optical space transmission system of this invention is a transmission terminal provided with the at least 1 light emission part which radiate | emits a light beam to optical space, and at least receives the light beam radiate | emitted to optical space. A receiving terminal including one light receiving unit, and a terminal fixing auxiliary tool that is attached to the transmitting terminal and the receiving terminal and fixes the positional relationship between at least one light emitting unit and at least one light receiving unit. Further, at least one light-emitting unit and at least one light-receiving unit are connected, and the light beam emitted from at least one light-emitting unit is at least one light-receiving unit in a state where the transmitting terminal and the receiving terminal are mounted on the terminal fixing auxiliary tool. And is provided at a position where it does not return to at least one light emitting portion.

例えば、送信端末及び受信端末が端末固定用補助具に装着された状態で、少なくとも1つの発光部と少なくとも1つの受光部とが平行に向かい合う場合、送受信の対となる1つの発光部と1つの受光部との垂直方向距離をL及び水平方向間隔をWとし、光ビームの指向角をθとすると、送信端末から受信端末へ向かうの垂直方向に対するこの1つの発光部の光ビーム照射角度αが、実施形態で説明する式(1)で与えられる。   For example, when at least one light emitting unit and at least one light receiving unit face each other in a state where the transmission terminal and the reception terminal are mounted on the terminal fixing auxiliary tool, one light emitting unit and one light transmission pair are paired for transmission and reception. When the vertical distance from the light receiving unit is L, the horizontal interval is W, and the directivity angle of the light beam is θ, the light beam irradiation angle α of this one light emitting unit with respect to the vertical direction from the transmitting terminal to the receiving terminal is , Given by equation (1) described in the embodiment.

典型的には、少なくとも1つの発光部は、それぞれ、通信データに応じた光を発光させる発光素子と、発光素子と接続され、発光素子が発光した光を集光して光空間に光ビームを出射する光ファイバとを含む。又は、少なくとも1つの発光部は、それぞれ、通信データに応じた光を発光させる発光素子と、発光素子と接続され、発光素子が発光した光を光導波路を介して光空間に光ビームを出射する光導波路基板とを含む。   Typically, each of the at least one light emitting unit is connected to a light emitting element that emits light according to communication data and the light emitting element, and condenses the light emitted from the light emitting element and emits a light beam into an optical space. And an outgoing optical fiber. Alternatively, each of the at least one light emitting unit is connected to a light emitting element that emits light corresponding to communication data and the light emitting element, and emits light emitted from the light emitting element to an optical space through an optical waveguide. And an optical waveguide substrate.

少なくとも1つの発光部から複数の光ビームが照射される場合、受信端末は、入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、少なくとも1つの受光部は、レンズで集光された光ビームを受光する少なくとも1つの受光素子とを含んでもよい。又は、受信端末は、入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、少なくとも1つの受光部は、レンズで集光された光ビームのうち所望波長の光ビームだけを通過させる少なくとも1つの波長フィルタと、少なくとも1つの波長フィルタを通過した光ビームだけを受光する少なくとも1つの受光素子とを含んでもよい。なお、波長フィルタの許容通過帯域Δλは、少なくとも1つの発光部の各々が照射する光ビームの波長をλnと、指向角をθnと、少なくとも1つの受光部に対する入射角をαnとしたとき、実施形態で説明する式(2)で与えられる。 When a plurality of light beams are irradiated from at least one light emitting unit, the receiving terminal further includes a lens that collects the plurality of incident light beams, and at least one light receiving unit includes the light beam collected by the lens. And at least one light receiving element for receiving light. Alternatively, the receiving terminal further includes a lens that condenses a plurality of incident light beams, and the at least one light receiving unit passes at least one light beam having a desired wavelength among the light beams collected by the lens. A wavelength filter and at least one light receiving element that receives only the light beam that has passed through the at least one wavelength filter may be included. The allowable passband Δλ of the wavelength filter is defined such that the wavelength of the light beam emitted from each of the at least one light emitting unit is λ n , the directivity angle is θ n, and the incident angle with respect to at least one light receiving unit is α n . Is given by equation (2) described in the embodiment.

好ましくは、受信端末が、光ビームを光空間に出射する第2の少なくとも1つの発光部をさらに備え、送信端末が、受信端末から出射された光ビームを受光する第2の少なくとも1つの受光部をさらに備えてもよい。この場合も同様に、第2の少なくとも1つの発光部及び第2の少なくとも1つの受光部は、送信端末及び受信端末が端末固定用補助具に装着された状態で、第2の少なくとも1つの発光部から出射された光ビームが第2の少なくとも1つの受光部で反射して第2の少なくとも1つの発光部のいずれにも戻らない位置に設けるとよい。 Preferably, the receiving terminal further includes a second at least one light emitting unit that emits a light beam to the optical space, and the transmitting terminal receives a second at least one light receiving unit that receives the light beam emitted from the receiving terminal. May be further provided. Similarly, in this case, the second at least one light emitting unit and the second at least one light receiving unit have the second at least one light emitting unit in a state where the transmitting terminal and the receiving terminal are mounted on the terminal fixing auxiliary tool. the light beam emitted from the part may the second of the at least one provided also do not return position to any of the second at least one light emitting portion is reflected by the light receiving portion.

さらに、少なくとも1つの発光部が出射する複数の光ビームの少なくとも2つは、少なくとも1つの受光部のいずれか1つに集光されてもよいし、少なくとも1つの発光部は、任意の2つの発光部の間隔をd(d>0.15mm)とした場合に、この2つの発光部から各々が出射する光ビームの光軸交点までの距離Lを、実施形態で説明する式(3)で与えられることが好ましい。 Furthermore, at least two of the plurality of light beams emitted from the at least one light emitting unit may be condensed on any one of the at least one light receiving unit, and the at least one light emitting unit may be any two If the spacing of the light emitting portion and a d (d> 0.15 mm), the distance L to the optical axis intersecting point of the light beam, each emitted from the two light emitting portions are described in embodiment formula (3) Is preferably given by:

なお、少なくとも1つの発光部と少なくとも1つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具は、個別の構成ではなく、送信端末側に一体形成されていてもよいし、受信端末側に一体形成されていてもよい。   Note that the terminal-fixing auxiliary tool that fixes the positional relationship between at least one light emitting unit and at least one light receiving unit may be integrally formed on the transmitting terminal side, not on an individual configuration, or on the receiving terminal side. It may be integrally formed.

上記本発明によれば、発光素子から出射した光ビームが、反射して発光素子に戻ってきたり、目的外の受光素子に入射したりすることを防止できる。これにより、簡易な方法で良好な伝送特性を得ることができ、安定した高速データ通信を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the light beam emitted from the light emitting element from being reflected back to the light emitting element or entering a light receiving element other than the intended purpose. As a result, good transmission characteristics can be obtained by a simple method, and stable high-speed data communication can be realized.

本発明の技術は、自由空間を介して光ビームを送受信する様々な光空間伝送システムに適用可能であるが、その具体的な一例として図1及び図2に示す光空間伝送システムを説明する。   The technology of the present invention can be applied to various optical space transmission systems that transmit and receive light beams through free space. The optical space transmission system shown in FIGS. 1 and 2 will be described as a specific example.

図1に示す光空間伝送システムは、送信端末10及び受信端末20(携帯端末等)と、端末固定用補助具70とで構成される。送信端末10は、データを光送信するための光送信部11を備える。受信端末20は、データを光受信するための光受信部21を備える。端末固定用補助具70は、送信端末10を装着するためのガイド71及び受信端末20を装着する装着するためのガイド72を有している。   The optical space transmission system shown in FIG. 1 includes a transmission terminal 10 and a reception terminal 20 (such as a portable terminal) and a terminal fixing auxiliary tool 70. The transmission terminal 10 includes an optical transmission unit 11 for optically transmitting data. The receiving terminal 20 includes an optical receiving unit 21 for optically receiving data. The terminal fixing auxiliary tool 70 includes a guide 71 for mounting the transmitting terminal 10 and a guide 72 for mounting the receiving terminal 20.

また、図2に示す光空間伝送システムは、送信端末10に相当するデータ保存装置80(DVDレコーダ等)と接続可能な端末固定用補助具70と、受信端末20(携帯端末等)とで構成される。受信端末20は、データを光受信するための光受信部21を備える。端末固定用補助具70は、データ保存装置80に保存されたデータを光送信するための光送信部11と、受信端末20を装着するためのガイド72を備える。
もちろん、この端末固定用補助具70は、データ保存装置80に一体形成されていてもよい。
The optical space transmission system shown in FIG. 2 includes a terminal fixing auxiliary tool 70 that can be connected to a data storage device 80 (such as a DVD recorder) corresponding to the transmission terminal 10 and a reception terminal 20 (such as a portable terminal). Is done. The receiving terminal 20 includes an optical receiving unit 21 for optically receiving data. The terminal fixing auxiliary tool 70 includes an optical transmission unit 11 for optically transmitting data stored in the data storage device 80 and a guide 72 for mounting the receiving terminal 20.
Of course, the terminal fixing auxiliary tool 70 may be integrally formed with the data storage device 80.

本発明では、図1のシステムにおいて、送信端末10及び受信端末20を端末固定用補助具70にそれぞれ装着するだけで、光送信部11と光受信部21との位置合わせをフールプルーフに行うことを実現している。また、図2のシステムのように、光送信部11が端末固定用補助具70と一体形成されている場合でも、受信端末20を端末固定用補助具70に装着するだけで、光送信部11と光受信部21との位置合わせをフールプルーフに行うことを実現している。なお、端末が端末固定用補助具70に装着された状態の光送信部11と光受信部21との距離は、数mmから数十cm程度である。   In the present invention, in the system of FIG. 1, the optical transmitter 11 and the optical receiver 21 are aligned in a foolproof manner by simply mounting the transmitting terminal 10 and the receiving terminal 20 on the terminal fixing auxiliary tool 70, respectively. Is realized. In addition, as in the system of FIG. 2, even when the optical transmission unit 11 is integrally formed with the terminal fixing auxiliary tool 70, the optical transmission unit 11 can be simply attached to the terminal fixing auxiliary tool 70. And the optical receiver 21 are realized in a foolproof manner. In addition, the distance between the optical transmission unit 11 and the optical reception unit 21 in a state where the terminal is mounted on the terminal fixing auxiliary tool 70 is about several millimeters to several tens of centimeters.

以下、本発明が提供する特徴ある様々な構造を、図1の光空間伝送システムに適用させた場合を例にして、順に詳細に説明する。なお、各実施形態で用いる図面は、送信端末10及び受信端末20を端末固定用補助具70にそれぞれ装着した状態における、送信端末10と受信端末20との位置関係を示した図である(端末固定用補助具70については、図示を省略している)。   Hereinafter, various characteristic structures provided by the present invention will be described in detail in the order of an example in which the structure is applied to the optical space transmission system of FIG. The drawings used in each embodiment are diagrams illustrating the positional relationship between the transmission terminal 10 and the reception terminal 20 in a state where the transmission terminal 10 and the reception terminal 20 are respectively attached to the terminal fixing auxiliary tool 70 (terminals). The illustration of the fixing auxiliary tool 70 is omitted).

〔第1の実施形態〕
図3は、本発明の第1の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図4は、図3に示した光空間伝送システムのA−A断面図である。図3及び図4において、送信端末10の光送信部11は、実装基板12の上に設けられた発光部13を備える。また、受信端末20の光受信部21は、実装基板22の上に設けられた受光部23を備える。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a perspective view for explaining the optical space transmission system according to the first embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of the optical space transmission system shown in FIG. 3 taken along the line AA. 3 and 4, the optical transmission unit 11 of the transmission terminal 10 includes a light emitting unit 13 provided on the mounting substrate 12. In addition, the optical receiving unit 21 of the receiving terminal 20 includes a light receiving unit 23 provided on the mounting substrate 22.

発光部13は、半導体レーザ等の発光素子を構成に含み、通信データに応じた光ビームを出射する。受光部23は、フォトダイオード等の受光素子を構成に含み、発光部13から出射された光ビームを受光する。本発明では、発光部13から受光部23に向けて出射された光ビームが、光受信部21や実装基板22の表面で反射されて発光部13に戻らないように、発光部13及び受光部23の配置や、光ビームの出射角及び入射角が決定される。   The light emitting unit 13 includes a light emitting element such as a semiconductor laser, and emits a light beam according to communication data. The light receiving unit 23 includes a light receiving element such as a photodiode, and receives the light beam emitted from the light emitting unit 13. In the present invention, the light emitting unit 13 and the light receiving unit are prevented so that the light beam emitted from the light emitting unit 13 toward the light receiving unit 23 is reflected by the surface of the light receiving unit 21 or the mounting substrate 22 and does not return to the light emitting unit 13. 23, the light beam emission angle and the incident angle are determined.

例えば、図4に示す光空間伝送システムのように、端末固定用補助具70によって、送信端末10の光送信部11と受信端末20の光受信部21とが平行に向かい合う場合を考える。この場合、送受信の対となる発光部13と受光部23との垂直方向距離を“L”と、発光部13と受光部23との水平方向間隔を“W”と、光ビームの指向角を“θ”とすると、送信端末10から受信端末20へ向かうの垂直方向に対する発光部13の光ビーム照射角度“α”は、次式(1)で求めることができる。
α>tan-1(W/2L)+θ ‥‥ (1)
For example, as in the optical space transmission system shown in FIG. 4, consider a case where the optical transmission unit 11 of the transmission terminal 10 and the optical reception unit 21 of the reception terminal 20 face each other in parallel by the terminal fixing auxiliary tool 70 . In this case, the vertical distance between the light emitting unit 13 and the light receiving unit 23 that form a pair of transmission and reception is “L”, the horizontal distance between the light emitting unit 13 and the light receiving unit 23 is “W”, and the directivity angle of the light beam is Assuming that “θ”, the light beam irradiation angle “α” of the light emitting unit 13 with respect to the vertical direction from the transmission terminal 10 toward the reception terminal 20 can be obtained by the following equation (1).
α> tan −1 (W / 2L) + θ (1)

上記構造にすることで、DFB(Distributed Feedback)レーザやVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等の、反射戻り光によって動作が不安定になり易い発光素子を用いた場合でも、安定した光伝送を行うことができる。   With the above structure, stable light transmission is performed even when a light-emitting element such as a DFB (Distributed Feedback) laser or a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), whose operation is likely to be unstable due to reflected return light, is used. be able to.

次に、上記式(1)を満足させるための発光部13の構造例を具体的に説明する。
図5〜図7は、発光部13の構造例1〜3を説明するための送信端末10の構造断面図である。
Next, a structural example of the light emitting unit 13 for satisfying the above formula (1) will be specifically described.
5 to 7 are structural cross-sectional views of the transmission terminal 10 for explaining structural examples 1 to 3 of the light emitting unit 13.

(1)構造例1
構造例1は、図5に示すように、発光部13を構成する発光素子14を、実装基板12に対して予め傾けた状態で実装する構造である。この構造によって、容易に光ビームの照射方向を変えることができる。なお、実装した発光素子14が固定されずに不安定となる場合には、発光素子14を支持する部品を別途設けてもよい。
(1) Structural example 1
As shown in FIG. 5, Structural Example 1 is a structure in which the light emitting element 14 constituting the light emitting unit 13 is mounted in a state inclined in advance with respect to the mounting substrate 12. With this structure, the irradiation direction of the light beam can be easily changed. In addition, when the mounted light emitting element 14 becomes unstable without being fixed, a component for supporting the light emitting element 14 may be separately provided.

(2)構造例2
構造例2は、図6に示すように、発光素子14を実装基板12に対して正常な状態で実装すると共に、傾斜させた光ファイバ15を発光素子14と接続させる構造である。この構造によって、容易に照射方向を変えることができる。なお、光ファイバ15を固定するために、支持する部品を別途設けてもよい。なお、反射戻り光が発光素子14に戻らないように、光ファイバ15の出射端面を7°程度斜めに研磨してもよい。
(2) Structural example 2
Structure example 2 is a structure in which the light emitting element 14 is mounted on the mounting substrate 12 in a normal state and the inclined optical fiber 15 is connected to the light emitting element 14 as shown in FIG. With this structure, the irradiation direction can be easily changed. In addition, in order to fix the optical fiber 15, you may provide the components to support separately. Note that the exit end face of the optical fiber 15 may be polished obliquely by about 7 ° so that the reflected return light does not return to the light emitting element 14.

通常、発光素子の駆動回路から発光素子までの配線が長くなると、高速変調時に特性が劣化するという問題がある。構造例1のように発光素子14を傾けて実装基板12に実装する場合には、片側のリード線が長くなるという問題がある。しかし、構造例2のように光ファイバ15を用いることにより、配線を短くすることができるため、高速データ伝送時の伝送特性劣化を低減することができる。   Usually, when the wiring from the light emitting element drive circuit to the light emitting element becomes long, there is a problem that the characteristics deteriorate during high-speed modulation. When the light emitting element 14 is inclined and mounted on the mounting substrate 12 as in the structure example 1, there is a problem that the lead wire on one side becomes long. However, by using the optical fiber 15 as in the structural example 2, the wiring can be shortened, so that deterioration of transmission characteristics during high-speed data transmission can be reduced.

(3)構造例3
構造例3は、図7に示すように、発光素子14を実装基板12に対して正常な状態で実装すると共に、傾斜させた光導波路16を有する光導波路基板17を発光素子14と接続させる構造である。この構造によって、容易に照射方向を変えることができる。
(3) Structural example 3
In Structure Example 3, as shown in FIG. 7, the light emitting element 14 is mounted on the mounting substrate 12 in a normal state, and the optical waveguide substrate 17 having the inclined optical waveguide 16 is connected to the light emitting element 14. It is. With this structure, the irradiation direction can be easily changed.

一般に、構造例2のように光ファイバ15を送信端末10の内部に用いると、余長処理部分のために送信端末10が大型化してしまう問題がある。しかし、構造例3のように光導波路16を用いることで、送信端末10を小型化できる。   In general, when the optical fiber 15 is used inside the transmission terminal 10 as in the structural example 2, there is a problem that the transmission terminal 10 is enlarged due to the extra length processing portion. However, the transmission terminal 10 can be downsized by using the optical waveguide 16 as in Structural Example 3.

この第1の実施形態の構造により、発光部13から出射した光ビームが、受光部23等で反射して発光部13に戻ってくることを防止できる。これにより、簡易な方法で安定した高速データ通信を実現することができる。   With the structure of the first embodiment, it is possible to prevent the light beam emitted from the light emitting unit 13 from being reflected by the light receiving unit 23 or the like and returning to the light emitting unit 13. Thereby, stable high-speed data communication can be realized by a simple method.

〔第2の実施形態〕
上記第1の実施形態では、光送信部11が1つの発光部13を、光受信部21が1つの受光部23を備える構造を説明した。
以下の第2〜第7の実施形態では、光送信部11が複数の発光部13を、光受信部21が複数の受光部23を備える構造を説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the structure in which the light transmitting unit 11 includes one light emitting unit 13 and the light receiving unit 21 includes one light receiving unit 23 has been described.
In the following second to seventh embodiments, a structure in which the optical transmission unit 11 includes a plurality of light emitting units 13 and the optical reception unit 21 includes a plurality of light receiving units 23 will be described.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図8に例示する第2の実施形態では、光送信部11が、実装基板12の上に4つの発光部13a〜13dを備え、光受信部21は、実装基板22の上に4つの受光部23a〜23dを備える。   FIG. 8 is a perspective view for explaining an optical space transmission system according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment illustrated in FIG. 8, the optical transmission unit 11 includes four light emitting units 13 a to 13 d on the mounting substrate 12, and the optical receiving unit 21 includes four light receiving units on the mounting substrate 22. 23a-23d.

発光部13aと受光部23aとは、上述した第1の実施形態の位置関係を満足する。同様に、発光部13bと受光部23bと、発光部13cと受光部23cと、及び発光部13dと受光部23dとは、上述した第1の実施形態の位置関係をそれぞれ満足する。   The light emitting unit 13a and the light receiving unit 23a satisfy the positional relationship of the first embodiment described above. Similarly, the light emitting unit 13b and the light receiving unit 23b, the light emitting unit 13c and the light receiving unit 23c, and the light emitting unit 13d and the light receiving unit 23d satisfy the positional relationship of the first embodiment described above.

〔第3の実施形態〕
図9は、本発明の第3の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図9に例示する第3の実施形態では、光送信部11が、実装基板12の上に2つの発光部13a及び13bを備え、光受信部21は、実装基板22の上に2つの受光部23a及び23bを備える。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a perspective view for explaining an optical space transmission system according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment illustrated in FIG. 9, the optical transmission unit 11 includes two light emitting units 13 a and 13 b on the mounting substrate 12, and the optical receiving unit 21 includes two light receiving units on the mounting substrate 22. 23a and 23b.

発光部13aと受光部23aと、及び発光部13bと受光部23bとは、上述した第1の実施形態の位置関係をそれぞれ満足する。さらに、発光部13aが出射する光ビームと発光部13bが出射する光ビームとが交差するように、発光部13a〜13b及び受光部23a〜23bがそれぞれ配置されている。   The light emitting unit 13a and the light receiving unit 23a, and the light emitting unit 13b and the light receiving unit 23b satisfy the positional relationship of the first embodiment described above. Furthermore, the light emitting units 13a to 13b and the light receiving units 23a to 23b are arranged so that the light beam emitted from the light emitting unit 13a and the light beam emitted from the light emitting unit 13b intersect each other.

〔第4の実施形態〕
図10は、本発明の第4の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図10に例示する第4の実施形態では、光送信部11が、実装基板12の上に8つの発光部13a〜13hを備え、光受信部21は、実装基板22の上に8つの受光部23a〜23hを備える。この第4の実施形態は、上記第2の実施形態と第3の実施形態とを組み合わせた構造である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a perspective view for explaining an optical space transmission system according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment illustrated in FIG. 10, the light transmitting unit 11 includes eight light emitting units 13 a to 13 h on the mounting substrate 12, and the light receiving unit 21 includes eight light receiving units on the mounting substrate 22. 23a-23h. The fourth embodiment has a structure in which the second embodiment and the third embodiment are combined.

〔第5の実施形態〕
図11は、本発明の第5の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための斜視図である。図11に例示する第5の実施形態では、光送信部11が、実装基板12の上に4つの発光部13a〜13dを備え、光受信部21は、実装基板22の上に4つの受光部23a〜23dを備える。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 is a perspective view for explaining an optical space transmission system according to the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment illustrated in FIG. 11, the light transmitting unit 11 includes four light emitting units 13 a to 13 d on the mounting substrate 12, and the light receiving unit 21 includes four light receiving units on the mounting substrate 22. 23a-23d.

発光部13aと受光部23aとは、上述した第1の実施形態の位置関係を満足する。同様に、発光部13bと受光部23bと、発光部13cと受光部23cと、及び発光部13dと受光部23dとは、上述した第1の実施形態の位置関係をそれぞれ満足する。さらに、発光部13a〜13dがそれぞれ出射する複数の光ビームが1点で交差するように、発光部13a〜13d及び受光部23a〜23dがそれぞれ配置されている。   The light emitting unit 13a and the light receiving unit 23a satisfy the positional relationship of the first embodiment described above. Similarly, the light emitting unit 13b and the light receiving unit 23b, the light emitting unit 13c and the light receiving unit 23c, and the light emitting unit 13d and the light receiving unit 23d satisfy the positional relationship of the first embodiment described above. Furthermore, the light emitting units 13a to 13d and the light receiving units 23a to 23d are arranged so that a plurality of light beams emitted from the light emitting units 13a to 13d intersect at one point.

〔第6の実施形態〕
図12は、本発明の第6の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための構造断面図である。図12において、送信端末10の光送信部11は、実装基板12の上に設けられた発光部13a及び13bを備える。受信端末20の光受信部21は、実装基板22の上に設けられた受光部23a及び23bと、レンズ24とを備える。
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 is a structural sectional view for explaining an optical space transmission system according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. 12, the optical transmission unit 11 of the transmission terminal 10 includes light emitting units 13 a and 13 b provided on the mounting substrate 12. The light receiving unit 21 of the receiving terminal 20 includes light receiving units 23 a and 23 b provided on the mounting substrate 22 and a lens 24.

この第6の実施形態の光受信部21の構造は、上記第3の実施形態を応用した構造であり、第3の実施形態の光受信部21の構造と比べて、レンズ24が異なる。第6の実施形態の光送信部11の構造は、第1の実施形態の光送信部11の構造(構造例1〜3)と同じである。   The structure of the optical receiver 21 of the sixth embodiment is a structure to which the third embodiment is applied, and the lens 24 is different from the structure of the optical receiver 21 of the third embodiment. The structure of the optical transmission unit 11 according to the sixth embodiment is the same as the structure (structure examples 1 to 3) of the optical transmission unit 11 according to the first embodiment.

レンズ24は、送信端末10から送信される光ビームを集光するためのレンズであり、発光部13aから出射される指向角θを有した光ビームを受光部23aで集光できる位置、かつ、発光部13bから出射される指向角θを有した光ビームを受光部23bで集光できる位置に設けられる。すなわち、レンズ24は、発光部13aから受光部23aまでの直線距離の1/2を、焦点距離fとするレンズである。   The lens 24 is a lens for condensing the light beam transmitted from the transmission terminal 10, and a position where the light beam having the directivity angle θ emitted from the light emitting unit 13a can be condensed by the light receiving unit 23a, and The light beam having the directivity angle θ emitted from the light emitting unit 13b is provided at a position where the light receiving unit 23b can collect the light beam. That is, the lens 24 is a lens having a focal length f that is ½ of a linear distance from the light emitting unit 13a to the light receiving unit 23a.

この第6の実施形態の構造により、レンズを用いて高効率に光を集光したい場合でも、受光部毎にレンズを設置する場合に比べ、レンズの数を減らすことができる。また、発光部や受光部の数が増え、必要な光学素子の実装面積が増えた場合でも、レンズの大きさを大きくする必要がない。よって、レンズの製作が容易になり、コストを低減することができる。   With the structure of the sixth embodiment, even when it is desired to condense light with high efficiency using a lens, the number of lenses can be reduced compared to the case where a lens is installed for each light receiving unit. Further, even when the number of light emitting units and light receiving units is increased and the mounting area of necessary optical elements is increased, it is not necessary to increase the size of the lens. Therefore, it becomes easy to manufacture the lens, and the cost can be reduced.

なお、レンズ24の表面に反射防止膜を形成することが好ましい。この反射防止膜により、発光部13から出射された光ビームが、レンズ24で反射して発光部13に戻ることを防ぐことができる。また、受光部23の表面で反射した光ビームがレンズ24で再反射し、受光部23に戻ることを防ぐことができる。   Note that an antireflection film is preferably formed on the surface of the lens 24. This antireflection film can prevent the light beam emitted from the light emitting unit 13 from being reflected by the lens 24 and returning to the light emitting unit 13. Further, it is possible to prevent the light beam reflected by the surface of the light receiving unit 23 from being reflected again by the lens 24 and returning to the light receiving unit 23.

〔第7の実施形態〕
図13は、本発明の第7の実施形態に係る光空間伝送システムを説明するための構造断面図である。図13において、送信端末10の光送信部11は、実装基板12の上に設けられた発光部13a及び13bを備える。受信端末20の光受信部21は、実装基板22の上に設けられた受光部23a及び23bと、レンズ24と、波長フィルタ25a及び25bとを備える。
[Seventh Embodiment]
FIG. 13 is a structural sectional view for explaining an optical space transmission system according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 13, the optical transmission unit 11 of the transmission terminal 10 includes light emitting units 13 a and 13 b provided on the mounting substrate 12. The light receiving unit 21 of the receiving terminal 20 includes light receiving units 23 a and 23 b provided on the mounting substrate 22, a lens 24, and wavelength filters 25 a and 25 b.

この第7の実施形態の光受信部21の構造は、上記第6の実施形態の光受信部21の構造と比べて、波長フィルタ25a及び25bが異なる。第7の実施形態の光送信部11の構造は、第1の実施形態の光送信部11の構造(構造例1〜3)と同じである。   The structure of the optical receiver 21 of the seventh embodiment is different from that of the optical receiver 21 of the sixth embodiment in the wavelength filters 25a and 25b. The structure of the optical transmitter 11 of the seventh embodiment is the same as the structure (structure examples 1 to 3) of the optical transmitter 11 of the first embodiment.

発光部13a及び13bは、それぞれ異なる波長の光ビームを出射する。波長フィルタ25aは、発光部13aが出射する光ビームの波長だけを通過させる。波長フィルタ25bは、発光部13bが出射する光ビームの波長だけを通過させる。
なお、発光部13が照射する光ビームの波長をλnと、指向角をθnと、受光部23に対する入射角をαnとしたとき、波長フィルタ25a及び25bの許容通過帯域Δλは、下記式(2)の関係で表される。
Δλ>sinαn×λn×θn ‥‥ (2)
The light emitting units 13a and 13b emit light beams having different wavelengths. The wavelength filter 25a passes only the wavelength of the light beam emitted from the light emitting unit 13a. The wavelength filter 25b passes only the wavelength of the light beam emitted from the light emitting unit 13b.
When the wavelength of the light beam emitted from the light emitting unit 13 is λ n , the directivity angle is θ n, and the incident angle with respect to the light receiving unit 23 is α n , the allowable passband Δλ of the wavelength filters 25a and 25b is as follows: It is represented by the relationship of Formula (2).
Δλ> sin α n × λ n × θ n (2)

図14は、波長フィルタ25a及び25bの効果を説明するための図である。図14では、発光部13aから出射された指向角θの光ビームが、レンズ(図示せず)で集光されて、対し、角度αで受光部23aに入射された場合を示している。この時、受光部23aに設けられた波長フィルタ25aには、角度θ1〜θ2までの偏差をもって、光ビームが入射される。 FIG. 14 is a diagram for explaining the effects of the wavelength filters 25a and 25b. FIG. 14 shows a case where the light beam having the directivity angle θ emitted from the light emitting unit 13a is collected by a lens (not shown) and incident on the light receiving unit 23a at an angle α. At this time, the light beam is incident on the wavelength filter 25a provided in the light receiving unit 23a with a deviation of angles θ 1 to θ 2 .

ここで、一般的な誘電体多層膜で形成された波長フィルタには、垂直入射光に対する基準波長をλ0とすると、入射角αに対する通過波長λが、λ=cosα・λ0に変位するという特性がある(非特許文献1を参照)。従って、波長フィルタは、予め想定される入射角αに対し、所望の波長λ0が最小損失で通過するように設計するが、光ビームがθ1〜θ2の成分を有している場合、基本入射角αに対する偏差が大きいほど、波長λ0の光に対する通過損失が大きくなるという問題がある。 Here, in a wavelength filter formed of a general dielectric multilayer film, when the reference wavelength for vertically incident light is λ 0 , the passing wavelength λ with respect to the incident angle α is displaced to λ = cos α · λ 0. There are characteristics (see Non-Patent Document 1). Therefore, the wavelength filter is designed so that the desired wavelength λ 0 passes with a minimum loss with respect to the incident angle α assumed in advance, but when the light beam has components θ 1 to θ 2 , There is a problem that the greater the deviation from the basic incident angle α, the greater the transmission loss for light of wavelength λ 0 .

通常、波長フィルタに対する通過波長はある程度の幅を想定して設計するが、通過波長帯域を広げすぎると他の発光部からの光ビームも通過するために、波長フィルタの役割が損なわれる。そこで、波長フィルタの通過帯域を狭くするためには、できるだけ、指向角の小さい光ビームを照射させるのが好ましい。よって、対となる発光部と受光部とをできるだけ遠ざけて、レンズ24での光ビームの照射エリアを同面積としつつ、指向角θを小さくすることが望ましい。   Usually, the pass wavelength with respect to the wavelength filter is designed assuming a certain width. However, if the pass wavelength band is excessively widened, the light beam from other light emitting parts also passes, and the role of the wavelength filter is impaired. Therefore, in order to narrow the pass band of the wavelength filter, it is preferable to irradiate a light beam having a small directivity angle as much as possible. Therefore, it is desirable that the light emitting unit and the light receiving unit that are paired as far as possible to reduce the directivity angle θ while making the irradiation area of the light beam on the lens 24 the same area.

例えば、発光部13a及び13bの発振波長を850nmとして、光送信部11から光受信部21までの距離を1cmとし、レンズ24での光ビームの照射エリアを直径5mmで比較した場合を考える。
この場合、発光部13aと発光部13bとの距離が5mmの場合では、光軸の入射角度を約26.6度、及び指向角を12.5度と設計でき、通過波長の最大シフト量が22.7nmとなる。一方、発光部13aと発光部13bとの距離が10mmの場合では、光軸の入射角度を約45度、及び指向角を8.1度と設計でき、通過波長の最大シフト量が8.54nmとなる。よって、後者の方が、波長多重をする際には波長間隔を狭くすることができ、システム設計上の波長設定が容易になる。
For example, consider a case where the oscillation wavelength of the light emitting units 13a and 13b is 850 nm, the distance from the light transmitting unit 11 to the light receiving unit 21 is 1 cm, and the irradiation area of the light beam at the lens 24 is 5 mm in diameter.
In this case, when the distance between the light emitting part 13a and the light emitting part 13b is 5 mm, the incident angle of the optical axis can be designed to be about 26.6 degrees and the directivity angle can be set to 12.5 degrees, and the maximum shift amount of the passing wavelength can be increased. 22.7 nm. On the other hand, when the distance between the light emitting part 13a and the light emitting part 13b is 10 mm, the incident angle of the optical axis can be designed to be about 45 degrees and the directivity angle is 8.1 degrees, and the maximum shift amount of the passing wavelength is 8.54 nm. It becomes. Therefore, in the latter case, the wavelength interval can be narrowed when wavelength multiplexing is performed, and wavelength setting in system design becomes easier.

この第7の実施形態の構造により、発光部から出射した光ビームが、レンズや受光部の表面反射等によって目的外の受光部に入射されたとしても、波長フィルタによって不要光が減衰される。よって、伝送特性劣化を低減することができる。   With the structure of the seventh embodiment, even if the light beam emitted from the light emitting unit is incident on a non-target light receiving unit due to surface reflection of the lens or the light receiving unit, unnecessary light is attenuated by the wavelength filter. Therefore, transmission characteristic deterioration can be reduced.

なお、上記実施形態は一例であって、発光部13の数及び受光部23の数は、自由に決定することができる。例えば、より広い通信エリアを確保するために、発光部13の数を受光部23の数より多くしてもよいし、受光した信号を合波してより大きな受信信号を得るために、受光部23の数を発光部13の数より多くしてもよい。
また、複数の発光部13から送信されるデータ信号は、全て同じでもよいし、全て又は一部が異なっていてもよい。また、複数の発光部13による光ビームの出射角度は、全て同じでもよいし、全て又は一部が異なっていてもよい。
さらに、送信端末10側だけに光送信部11を備え、受信端末20側だけに光受信部21を備えた構造を説明したが、送信端末10にも光受信部21を受信端末20にも光送信部11を備えることで、双方向通信を行うことも可能である。
In addition, the said embodiment is an example, Comprising: The number of the light emission parts 13 and the number of the light-receiving parts 23 can be determined freely. For example, in order to secure a wider communication area, the number of the light emitting units 13 may be larger than the number of the light receiving units 23, or the light receiving units may be combined to obtain a larger received signal by combining the received signals. The number of 23 may be larger than the number of light emitting units 13.
The data signals transmitted from the plurality of light emitting units 13 may all be the same, or all or some of them may be different. Further, the emission angles of the light beams from the plurality of light emitting units 13 may all be the same, or all or some of them may be different.
Furthermore, the structure in which the optical transmission unit 11 is provided only on the transmission terminal 10 side and the optical reception unit 21 is provided only on the reception terminal 20 side has been described. However, the optical reception unit 21 is provided in both the transmission terminal 10 and the reception terminal 20. By providing the transmission unit 11, bidirectional communication can also be performed.

また、図1及び図2で示した光空間伝送システムは一例であって、光送信部11と光受信部21との位置合わせをフールプルーフに行えるのであれば、他のシステム構成及び構造であってもよい。例えば、送信端末10に、端末固定用補助具70に相当する格納可能な突起物を設け、この突起物によって光送信部11と光受信部21との位置合わせを行ってもよい。 The optical space transmission system shown in FIGS. 1 and 2 is an example, and other system configurations and structures may be used as long as the optical transmission unit 11 and the optical reception unit 21 can be aligned in a foolproof manner. May be. For example, the transmitting terminal 10 may be provided with a retractable protrusion corresponding to the terminal fixing auxiliary tool 70 , and the optical transmitter 11 and the optical receiver 21 may be aligned by this protrusion.

さらに、複数の光ビームを照射する構造である場合、レーザ放射に対する国際的な安全基準「IEC60825−1」規格を考慮して、複数の光源(発光素子)から10cm離れた位置における直径7mmの円範囲内に複数の光軸が含まれないように設計することが望ましい。これは、人間の目の網膜障害の最悪露光条件が、目と光源との距離を10cmとした時であり、それより近いと網膜像がぼけるため危険性が緩和されるためである。   Furthermore, in the case of a structure that irradiates a plurality of light beams, a circle having a diameter of 7 mm at a position 10 cm away from the plurality of light sources (light emitting elements) in consideration of the international safety standard “IEC60825-1” for laser radiation. It is desirable to design so that a plurality of optical axes are not included in the range. This is because the worst exposure condition for retinal damage in the human eye is when the distance between the eye and the light source is 10 cm, and if it is closer than that, the retinal image is blurred and the danger is mitigated.

具体的には、2つの光源の間隔をd(d>0.15mm)とした場合、2つの光源から各々が出射する光ビームの光軸交点までの距離Lは、次式(3)で設計することが好ましい(図15)。
L<(100×d)/(7+d) ‥‥ (3)
この式(3)に従って、光パワーが最も集中する場所を光源から10cm以内に設計し、その場所に受光部を配置する。これにより、受光部では、目に安全な条件の下で、複数光源からの光ビームパワーを軽減することなく、大きなまま得ることができる。
Specifically, if the distance between the two light sources was d (d> 0.15 mm), distance L from the two light sources to the optical axis intersecting point of the light beam that each emitted, by the following formula (3) It is preferable to design (FIG. 15).
L <(100 × d) / (7 + d) (3)
According to this formula (3), the place where the optical power is most concentrated is designed within 10 cm from the light source, and the light receiving unit is arranged at that place. As a result, the light receiving unit can be obtained in a large size without reducing the light beam power from the plurality of light sources under conditions that are safe for the eyes.

本発明の光空間伝送システムは、高速光空間通信の分野等に利用可能であり、特に反射光を目的外の光学素子に照射することを防止して伝送特性劣化を低減したい場合等に有用である。   The optical space transmission system of the present invention can be used in the field of high-speed optical space communication, etc., and is particularly useful when it is desired to reduce the deterioration of transmission characteristics by preventing the reflected light from being irradiated to an undesired optical element. is there.

本発明の光空間伝送システムが適用される一例を説明する図The figure explaining an example to which the optical space transmission system of this invention is applied 本発明の光空間伝送システムが適用される一例を説明する図The figure explaining an example to which the optical space transmission system of this invention is applied 本発明の第1の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図The perspective view explaining the optical space transmission system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する構造断面図Structural cross section explaining the optical space transmission system according to the first embodiment of the present invention 発光部13の構造例1を説明するための送信端末10の構造断面図Structural sectional view of the transmission terminal 10 for explaining the first structural example of the light emitting unit 13 発光部13の構造例2を説明するための送信端末10の構造断面図Structural sectional view of the transmission terminal 10 for explaining the structural example 2 of the light emitting unit 13 発光部13の構造例3を説明するための送信端末10の構造断面図Structural sectional view of the transmission terminal 10 for explaining the structural example 3 of the light emitting unit 13 本発明の第2の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図The perspective view explaining the optical space transmission system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図The perspective view explaining the optical space transmission system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図The perspective view explaining the optical space transmission system which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する斜視図The perspective view explaining the optical space transmission system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する構造断面図Structural sectional view explaining an optical space transmission system according to a sixth embodiment of the present invention 本発明の第7の実施形態に係る光空間伝送システムを説明する構造断面図Structural sectional view explaining an optical space transmission system according to a seventh embodiment of the present invention 波長フィルタ25a及び25bの効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of wavelength filter 25a and 25b 本発明の光空間伝送システムの具体的な設計例を示す図The figure which shows the specific design example of the optical space transmission system of this invention 特許文献1に記載された従来の光空間結線装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional optical space connection apparatus described in patent document 1 特許文献2に記載された従来の光空間伝送システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional optical space transmission system described in patent document 2

符号の説明Explanation of symbols

10 送信端末
11 光送信部
12、22 実装基板
13、13a〜13h 発光部
14 発光素子
15 光ファイバ
16 光導波路
17 光導波路基板
20 受信端末
21 光受信部
23、23a〜23h 受光部
24 レンズ
25a、25b 波長フィルタ
70 端末固定用補助具
71、72 ガイド
80 データ保存装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmission terminal 11 Optical transmission part 12, 22 Mounting board 13, 13a-13h Light emission part 14 Light emitting element 15 Optical fiber 16 Optical waveguide 17 Optical waveguide board 20 Reception terminal 21 Optical reception part 23, 23a-23h Light reception part 24 Lens 25a, 25b Wavelength filter 70 Terminal fixing auxiliary tool 71, 72 Guide 80 Data storage device

Claims (5)

光空間を伝送する光ビームを用いてデータ通信を行う光空間伝送システムであって、
光ビームを光空間に出射する少なくとも1つの発光部を備える送信端末と、
光空間に出射された光ビームを受光する少なくとも1つの受光部を備える受信端末と、
前記送信端末及び前記受信端末を装着し、前記少なくとも1つの発光部と前記少なくとも1つの受光部との位置関係を固定する端末固定用補助具とで構成され、
前記少なくとも1つの発光部及び前記少なくとも1つの受光部は、前記送信端末及び前記受信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記少なくとも1つの発光部から出射された光ビームが前記少なくとも1つの受光部で反射して前記少なくとも1つの発光部のいずれにも戻らない位置に設けられ
前記送信端末及び前記受信端末が前記端末固定用補助具に装着された状態で、前記少なくとも1つの発光部の出射面と前記少なくとも1つの受光部の受光面とが平行に向かい合っており、送受信の対となる1つの発光部と1つの受光部との垂直方向距離をL及び水平方向間隔をWとし、光ビームの指向角をθとすると、前記送信端末から前記受信端末へ向かう垂直方向に対する前記1つの発光部の光ビーム照射角度αが、次式(1)で与えられることを特徴とする、光空間伝送システム。
α>tan -1 (W/2L)+θ ‥‥ (1)
An optical space transmission system for performing data communication using a light beam transmitting in an optical space,
A transmission terminal including at least one light emitting unit that emits a light beam to an optical space;
A receiving terminal comprising at least one light receiving unit for receiving a light beam emitted into the optical space;
A terminal fixing auxiliary tool that is mounted with the transmitting terminal and the receiving terminal and fixes the positional relationship between the at least one light emitting unit and the at least one light receiving unit,
The at least one light emitting unit and the at least one light receiving unit are configured so that a light beam emitted from the at least one light emitting unit is in the state where the transmitting terminal and the receiving terminal are attached to the terminal fixing auxiliary tool. Provided at a position where it is reflected by at least one light receiving portion and does not return to any of the at least one light emitting portion ;
In a state where the transmitting terminal and the receiving terminal are mounted on the terminal fixing auxiliary tool, the emission surface of the at least one light emitting unit and the light receiving surface of the at least one light receiving unit face each other in parallel, When the vertical distance between one light emitting unit and one light receiving unit as a pair is L, the horizontal interval is W, and the directivity angle of the light beam is θ, the vertical direction from the transmitting terminal to the receiving terminal is An optical space transmission system characterized in that a light beam irradiation angle α of one light emitting unit is given by the following equation (1) .
α> tan −1 (W / 2L) + θ (1)
前記送信端末は、1つの光ビームをそれぞれ出射する複数の発光部を備え、
前記受信端末は、前記複数の発光部から出射された複数の光ビームを入射し、当該入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、
前記少なくとも1つの受光部は、前記レンズで集光された光ビームをすべて受光する、少なくとも1つの受光素子を含む、請求項1に記載の光空間伝送システム。
The transmission terminal includes a plurality of light emitting units each emitting one light beam,
The receiving terminal further includes a lens that enters the plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units and collects the incident light beams.
Wherein the at least one light receiving unit, for receiving all of the condensed light beam by the lens, at least one light receiving element, an optical space transmission system according to claim 1.
前記送信端末は、互いに波長の異なる光ビームをそれぞれ出射する複数の発光部を備え、
前記受信端末は、前記複数の発光部から出射された複数の光ビームを入射し、当該入射する複数の光ビームを集光するレンズをさらに備え、
前記少なくとも1つの受光部は、
前記レンズで集光された光ビームのうち所望波長の光ビームだけを通過させる少なくとも1つの波長フィルタと、
前記少なくとも1つの波長フィルタを通過した光ビームだけを受光する少なくとも1つの受光素子とを含む、請求項1に記載の光空間伝送システム。
The transmission terminal includes a plurality of light emitting units that respectively emit light beams having different wavelengths.
The receiving terminal further includes a lens that enters the plurality of light beams emitted from the plurality of light emitting units and collects the incident light beams.
The at least one light receiving unit includes:
At least one wavelength filter that passes only a light beam having a desired wavelength among the light beams collected by the lens;
The optical space transmission system according to claim 1, further comprising: at least one light receiving element that receives only the light beam that has passed through the at least one wavelength filter.
前記送信端末は、1つの光ビームをそれぞれ出射する複数の発光部を備え、
記複数の発光部から出射された複数の光ビームは、前記少なくとも1つの受光部のいずれかに集光され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。
The transmission terminal includes a plurality of light emitting units each emitting one light beam,
Before SL plurality of multiple emitted from the light emitting portion of the light beam, said characterized in that it is any crab condensing at least one light receiving portion, the optical spatial transmission system according to claim 1.
前記送信端末は、1つの光ビームをそれぞれ出射する複数の発光部を備え、
前記複数の発光部は、任意の2つの発光部の間隔をd(d>0.15mm)とした場合、当該2つの発光部から各々が出射する光ビームの光軸交点までの距離Lは、次式()で与えられ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。
L<(100×d)/(7+d) ‥‥ (
The transmission terminal includes a plurality of light emitting units each emitting one light beam,
When the interval between any two light emitting units is d (d> 0.15 mm), the plurality of light emitting units has a distance L from the two light emitting units to the optical axis intersection of the light beams respectively emitted from the two light emitting units. The optical space transmission system according to claim 1, characterized by being given by the following equation ( 2 ).
L <(100 × d) / (7 + d) ( 2 )
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