JP6589466B2 - 光通信装置、及び光通信システム - Google Patents
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Description
一般に、光を空間伝送する光通信システムは、発光素子と受光素子(PD:Photo Diode)とを別々に備えており、特に、伝送距離を必要とする光通信システムは、発光素子と受光素子との光軸を合わせる必要がある。また、該光通信システムは、往復の光路を2系統用意している。
(構成の説明)
図1は、本発明の第1実施形態である光通信システムの構成図である。
光通信システム200は、2つの光通信装置100a,100bから構成されており、互いに距離L(例えば、数m)だけ離間している。光通信システム200は、照明光を利用した可視光通信システムであり、特にIEEE802.11a/n/acに代表されるOFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)信号と例えば10Mbps以上の広帯域変調帯域幅を用いて,大容量データ伝送を実現するための可視光通信向け光送受信システムでもある。
内部反射型放物面レンズ13は、両端面13a,13bが平行、且つ面積が異なるガラス等の透光性媒体で形成された軸状の導光体であり、全表面が空気に露出している。内部反射型放物面レンズ13は、LEDの放射光の角度及びPDへの入射光の角度を満足するような大きさに形成されており、例えば、面積が大きい方の端面13a(広い方の端面13a)の外径は、φ14.24mmに形成されており、面積が小さい方の端面13b(狭い方の端面13b)の外径は、φ3.4mmに形成されており、長さlは、29.02mmに形成されている。
Z(x)=1+Cx2/[1+√{1−(1+k)C2x2}]+A2x2+A4x4+A6x6+A8x8+・・・
で表現される。例えば、曲率(曲率半径の逆数)C=−0.00661615であり、円錐定数k=21.98945555であり、係数A2=6.634803136×10−4であり、係数A4=−3.044342167×10−6であり、係数A6=6.004115152×10−9であり、係数A8=−1.209582175×10−11である。
光通信システム200は、近赤外線LED11が発光した光を近赤外線フォトダイオード12が受光する往路と、可視光帯LED14が発光した光を可視光帯フォトダイオード15が受光する復路とで通信が行われる。近赤外線LED11と可視光帯LED14とは、波長帯が異なっており、互いの光伝送の邪魔(信号が漏洩しない)にならないようになっている。
以上説明したように、第1実施形態の光通信システム200によれば、2つの内部反射型放物面レンズ13の広い方の端面13aが対向しているので、光軸の位置ズレ(偏心)が少なくなる。また、1つの内部反射型放物面レンズ13の狭い方の端面13bに発光素子(近赤外線LED11,可視光帯LED14)と、受光素子(近赤外線フォトダイオード12,可視光帯フォトダイオード15)とが並設されているので、インコヒーレント光を用いた送受一体型の空間伝送を可能とし、送受信モジュール10a,10bの小型化が可能となる。
(構成の説明)
図3は、本発明の第2実施形態である光通信システムの構成図である。
光通信システム201は、光通信装置101aと光通信装置101bとを備え、光通信装置101aは、送受信モジュール10cと内部反射型放物面レンズ13とを備え、光通信装置101bは、送受信モジュール10dと内部反射型放物面レンズ13とを備えている。
以上説明したように、第2実施形態の光通信システム201は、第1実施形態の光通信システム200に比べ、伝送チャネル間のアイソレーションが向上する効果と、例えば赤と近赤外と波長の近いLEDやPDを使用できるようなる効果が得られる。
第1,2実施形態のLED、及びフォトダイオードは、砲弾型の素子を用いたが、LEDチップや、フォトダイオードチップを使用することもできる。
(構成の説明)
図4は、本発明の第2実施形態である光通信システムの構成図である。
光通信システム202は、光通信装置102aと光通信装置102bとから構成され、光通信装置102aは、送受信モジュール10eと内部反射型放物面レンズ13とを備え、光通信装置102bは、送受信モジュール10fと内部反射型放物面レンズ13とを備えている。
以上説明したように、第3実施形態の光通信装置102a,102bは、第1,2実施形態の光通信装置に比較して、単一のパッケージ44の内部にLEDとPDとの双方を搭載している。これにより、光通信装置102a,102bは、発光部/受光部を小型化することができる、と同時にパッケージ44の出射面/入射面が小さくなるので、これに対向する内部反射型放物面レンズ13の端面13bも小さくすることが可能となる。つまり、光通信装置102a,102bは、モジュール全体で小型化する効果が得られる。
(構成の説明)
図5は、本発明の第4実施形態である光通信システムの構成図である。
光通信システム203は、光通信装置103aと光通信装置103bとから構成されており、光通信装置103aは、送受信モジュール10gと内部反射型放物面レンズ13とを備え、光通信装置103bは、送受信モジュール10hと内部反射型放物面レンズ13とを備える。
第4実施形態の光通信システム203は、第3実施形態の光通信システム202に比較して、伝送チャネル間のアイソレーションが向上する効果と、例えば、赤と近赤外と波長の近いLEDやフォトダイオードを使用することができる。
前記各実施形態の光通信システム200,201,202,203,204は、内部反射型放物面レンズ13の狭い方の端面13bに発光素子(近赤外線LED11,可視光帯LED14,近赤外線チップLED41,可視光帯チップLED47)、及び受光素子(近赤外線フォトダイオード12,可視光帯フォトダイオード15,可視光チップフォトダイオード42,近赤外線チップフォトダイオード46)を並設していたが、発光素子、及び受光素子のそれぞれに、内部反射型放物面レンズ13の狭い方の端面13bを対向させることができる。
図6は、本発明の第5実施形態である光通信システムの構成図である。
光通信システム205は、光通信装置105aと光通信装置105bから構成されており、光通信装置105aは、送受信モジュール10iと、2つの内部反射型放物面レンズ13A,13Bを備え、光通信装置105bは、送受信モジュール10jと、2つの内部反射型放物面レンズ13C,13Dを備えている。なお、4つの内部反射型放物面レンズ13A,13B,13C,13Dは、区別のための符号を付したものであり、前記各実施形態の内部反射型放物面レンズ13と同一物である。
送受信モジュール10iのLED1の照射光は、所定の照射角内の光が内部反射型放物面レンズ13Aの狭い方の端面13bに入射し、広い方の端面13aから略平行(25°以内)に照射する。そして、端面13aから照射された光が距離Lだけ空間伝播し、空間伝播した光が内部反射型放物面レンズ13Cの広い方の端面13aに入射する。内部反射型放物面レンズ13Cの広い方の端面13aに入射した光(略平行光)は、狭い方の端面13bから所定の出射角で出射し、送受信モジュール10jのフォトダイオード2が受光する。
前記第5実施形態の光通信システム205は、内部反射型放物面レンズ13を用いて空間伝播させていたが、汎用の光学レンズを用いた構成も可能である。
光通信システム206は、光通信装置106aと光通信装置106bとから構成され、光通信装置106aは、送受信モジュール10iと2つの光学レンズ5A,5Bとを備えて構成され、光通信装置106bは、送受信モジュール10jと2つの光学レンズ5C,5Dとを備えて構成されている。ここで、送受信モジュール10i,10jは、第5実施形態の送受信モジュール10i,10jと同一構成である。
前記第1実施形態は、集光機能を奏する導光体として内部反射型放物面レンズ13を用いたが、集光機能を奏しない通常の導光体を用いることもできる。
光通信システム207は、光通信装置107aと光通信装置107bとから構成され、光通信装置107aは、送受信モジュール10aと導光体55とを備え、光通信装置107bは、送受信モジュール10bと導光体55とを備えている。なお、本比較例の送受信モジュール10a,10bは、第1実施形態の送受信モジュール10a,10bと同一構成である。
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記各実施形態の送受信モジュールは、発光部として、近赤外線LED11、や可視光帯LED14を用いたが、レーザダイオードLDを用いることができる。
(2)前記各実施形態の光通信システム200は、近赤外線LED11、及び可視光帯LED14を用いて、往復の2チャンネル線路について説明したが、可視光LED14を複数個使用することができる。例えば、可視光LED14として、RGBの3色のLEDを使用すれば、波長多重により、可視光LED14と共に、4チャンネル線路とすることができる。
(4)前記第2実施形態の光通信システム201、及び第4実施形態の光通信システム203は、近赤外線ARコート21,51を用いていたが、テクスチャ構造などの反射防止方法や、他方式のフィルタを用いることもできる。ここで、テクスチャ構造は、表面反射を抑制する手段であり、ピラミッド、ピラー、モスアイや、逆モスアイ構造が例示される。
(6)前記第2実施形態の光通信システム201、及び第4実施形態の光通信システム203は、近赤外線ARコート21,51を用いていたが、波長透過フィルタや波長遮断フィルタ等を用いることもできる。
2 フォトダイオード(PD、光電変換素子)
3 ベースバンドIC
4 可視光通信用回路
5,5A,5B,5C,5D 光学レンズ
6 実装基板
7 遮光板
10,10a,10b,10c,10d,10e,10f,10g,10h,10i,10j 送受信モジュール
11 近赤外線LED
12 近赤外線フォトダイオード
13,13A,13B,13C,13D 内部反射型放物面レンズ(導光体)
13a 端面(面積が大きい方の端面、広い方の端面)
13b 端面(面積が小さい方の端面、狭い方の端面)
13c 外周壁面
14 可視光帯LED
15 可視光帯フォトダイオード
21 近赤外線ARコート
41 近赤外線チップLED
42 可視光チップフォトダイオード
43 保護ガラス
44 パッケージ
45 遮光板
46 近赤外線チップフォトダイオード
47 可視光帯チップLED
51 近赤外線ARコート
52 チップLED
55 導光体
100a,100b,101a,101b,102a,102b,103a,103b,104a,104b,105a,105b,106a,106b,107a,107b 光通信装置
200,201,202,203,204,205,206,207 光通信システム
P 焦点
Claims (10)
- 両端面の面積が異なる導光体と、
前記導光体の前記面積が小さい方の端面側に設けた光電変換素子と、
を備え、
前記導光体は、前記両端面を接続する壁面の少なくとも一部が放物面状に形成されており、
前記光電変換素子は、前記導光体の外部であって、前記放物面の焦点近傍に配設されている
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項1に記載の光通信装置であって、
前記面積が大きい方の端面では、略平行光が入出射する
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の光通信装置であって、
前記光電変換素子は、発光素子及び受光素子であり、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記導光体の外部であって、前記放物面の焦点近傍に並設しており、
前記発光素子と前記受光素子との間に設けた遮光板をさらに備えている
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項3に記載の光通信装置であって、
前記発光素子と前記受光素子とは、互いに波長帯が異なっている
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項3又は請求項4に記載の光通信装置であって、
前記発光素子は、可視光帯、及び近赤外線の何れか一方の波長帯の素子であり、
前記受光素子は、他方の波長帯の素子であり、
前記近赤外線の波長帯の素子は、近赤外線のARコートが施されている
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項5に記載の光通信装置であって、
前記可視光帯の発光素子は、波長帯が異なる素子を複数用いている
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項6に記載の光通信装置であって、
各々の前記波長帯が異なる素子は、波長透過フィルタ、又は波長遮断フィルタが施されている
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項3乃至請求項7の何れか一項に記載の光通信装置であって、
前記発光素子及び前記受光素子は、同一パッケージ内に封入されている
ことを特徴とする光通信装置。 - 両端面の面積が異なり、空気に露出している透光性媒体と、
前記透光性媒体の前記面積が小さい方の端面側に設けた光電変換素子と、
を備え、
前記透光性媒体は、前記両端面を接続する壁面の少なくとも一部が放物面状に形成されており、
前記光電変換素子は、前記透光性媒体の外部であって、前記放物面の焦点近傍に配設されている
ことを特徴とする光通信装置。 - 複数の光通信装置を用いた光通信システムであって、
前記光通信装置は、両端面の面積が異なる導光体と、前記導光体の前記面積が小さい方の端面側に設けた光電変換素子とを備え、
前記導光体は、前記両端面を接続する壁面の少なくとも一部が放物面状に形成されており、
前記光電変換素子は、前記導光体の外部であって、前記放物面の焦点近傍に配設されており、
前記面積が大きい方の端面が互いに対向している
ことを特徴とする光通信システム。
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JP2015169405A JP6589466B2 (ja) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 光通信装置、及び光通信システム |
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