JP6614441B2 - Spatial optical communication device and spatial optical communication system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置およびこれを用いた空間光通信システムに関するものである。 The present invention relates to a spatial optical communication apparatus that transmits and receives light on which a communication signal is superimposed, and a spatial optical communication system using the same.
特許文献1には、通信用光線の経路の調節作業が容易になるとともに、通信用光線の経路を小さくし得る光空間通信装置を提供することが記載されている。特許文献1の光空間通信装置は、通信回路と、この通信回路に接続された発光素子および受光素子と、投光レンズおよび集光レンズとから構成された光通信器を2台有する光空間通信装置であって、投光レンズを集光レンズの後方に配置するとともに、両レンズの光軸が同一光軸となるように配置したものである。 Patent Document 1 describes that an optical space communication device capable of facilitating the adjustment of the communication beam path and reducing the communication beam path can be provided. The optical space communication device of Patent Document 1 includes an optical space communication having two optical communication devices each including a communication circuit, a light emitting element and a light receiving element connected to the communication circuit, a light projecting lens, and a condenser lens. In this apparatus, the light projecting lens is disposed behind the condenser lens, and the optical axes of both lenses are the same.
さらに、コンパクトで感度の高い光通信装置が求められている。 Furthermore, there is a need for a compact and highly sensitive optical communication device.
本発明の通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置は、前方に向いた第1の回転曲面を含む凹面状の第1の反射面であって、第1の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第1の反射面と、開口の前方の中心軸上に配置され、開口を向いた第2の回転曲面を含む凸面状の第2の反射面であって、当該第2の反射面の直径の方が開口の口径より大きい第2の反射面と、開口から後退した位置に配置された受光部とを有する。 The spatial optical communication apparatus for transmitting and receiving light on which a communication signal is superimposed according to the present invention is a concave first reflecting surface including a first rotating curved surface facing forward, and the central axis of the first rotating curved surface A first reflecting surface having an opening on the upper surface and a second reflecting surface having a convex shape including a second rotating curved surface disposed on the central axis in front of the opening and facing the opening, The second reflecting surface has a diameter larger than that of the opening, and a light receiving portion disposed at a position retracted from the opening.
この空間光通信装置の集光系は、第1の反射面と、その中心軸上で向かい合うように配置された第2の反射面とを有し、凹面状の第1の反射面で前方に反射された光を凸面状の第2の反射面で折り返すことにより、集光系の光路を折りたたんで集光系の全長を短縮できる。それとともに、凸面状の第2の反射面で焦点距離を延ばし、焦点を第1の反射面から後退した位置とし、受光部を第1の反射面から後退した位置、すなわち、集光系から後退した位置に配置できる。このため、集光系をコンパクトにできるとともに、受光部を集光系の内部ではなく後退した位置に分離でき、受光部の構成および配置の自由度が増し、コンパクトで感度の高い空間光通信装置を提供できる。 The condensing system of this spatial light communication device has a first reflecting surface and a second reflecting surface arranged so as to face each other on the central axis, and the concave first reflecting surface moves forward. By folding the reflected light at the convex second reflecting surface, the optical path of the condensing system can be folded to shorten the total length of the condensing system. At the same time, the focal length is extended by the convex second reflecting surface, the focal point is set to the position retracted from the first reflecting surface, and the light receiving unit is set to the position retracted from the first reflecting surface, that is, retracted from the light collecting system. Can be placed at the position. As a result, the condensing system can be made compact, and the light receiving unit can be separated not into the condensing system but into a retracted position, increasing the degree of freedom of configuration and arrangement of the light receiving unit, and a compact and highly sensitive spatial optical communication device. Can provide.
この空間光通信装置においては、第1の反射面の中心軸上に開口を設け、その開口の前方の中心軸上に開口の口径より大きい直径の第2の反射面を配置し、これらの反射面を介さずに受光部に直に入る光線を避けることにより受光部に対するノイズとなる光の影響を低減している。 In this spatial optical communication device, an opening is provided on the central axis of the first reflecting surface, a second reflecting surface having a diameter larger than the aperture diameter is disposed on the central axis in front of the opening, and these reflections are made. By avoiding light rays that directly enter the light receiving part without passing through a surface, the influence of light that becomes noise on the light receiving part is reduced.
図1に、空間光通信装置の一例を示している。この空間光通信装置を2つ備えることで、空間光通信システムとなる。この空間光通信システムは、2つのハンディーライト型の空間光通信装置1を含み、双方の空間光通信装置1の前方(発光側)を向き合わせることにより、光65に搭載(重畳)された信号66を交換(送受信)することができる。信号66の一例は音声信号であり、これらの空間光通信装置1は、マイクロホンおよびイヤホーンを接続するインターフェイス5を備えており、これらの空間光通信装置1を介して遠距離で音声情報を交換できる。空間光通信装置は以降では通信装置と称することがある。
FIG. 1 shows an example of a spatial light communication device. A spatial optical communication system is provided by providing two of the spatial optical communication apparatuses. This spatial optical communication system includes two handy light type spatial optical communication devices 1, and signals mounted (superposed) on the light 65 by facing the front (light emitting side) of both spatial optical communication devices 1. 66 can be exchanged (transmitted / received). An example of the
図2に通信装置1の概略構造を断面図により示している。また、図3に、通信装置1の受発光部の構成を展開して示している。この通信装置1は、空間を介して通信信号が重畳された光を送受信する空間光通信装置である。この通信装置1は、前方61に向いた第1の回転曲面21aを含む凹面状の第1の反射面21であって、第1の回転曲面21aの中心軸29上に開口24が設けられた第1の反射面21と、開口24の前方の中心軸29上に配置され、開口24を向いた第2の回転曲面22aを含む凸面状の第2の反射面22であって、第2の反射面22の直径D2の方が開口24の口径D1より大きい第2の反射面22と、開口24から後退した位置に配置された受光部28とを有する。
FIG. 2 shows a schematic structure of the communication device 1 in a sectional view. FIG. 3 shows an expanded configuration of the light emitting / receiving unit of the communication device 1. The communication device 1 is a spatial light communication device that transmits and receives light on which a communication signal is superimposed via a space. This communication device 1 is a concave first reflecting
さらに、この通信装置1は、中心軸29上の第2の反射面22の前方に配置され、前方61を向いた第3の回転曲面31aを含む凹面状の第3の反射面31と、第3の反射面31の前方61に配置され、第3の反射面31に向かって通信信号を重畳させた光65bを出力する発光部32とを有する。
Further, the communication device 1 is arranged in front of the second reflecting
具体的には、通信装置1は、ハンディーライト型のハウジング3と、ハウジング3の前方61に設けられた受発光部10と、受発光部(受発光ユニット)10において受信した受信光65aから信号を抽出したり、受発光部10から送信する送信光65bに信号を重畳する機能などを含む制御基板4と、バッテリー8と、マイクロホンなどの入出力装置を接続するインターフェイス(コネクタ)5と、通信装置1を手持ちするための取手9とを含む。
Specifically, the communication device 1 receives a signal from the handy
受発光部10は、通信信号66が重畳された受信用の光(受信光)65aであって、前方61から到来する受信光65aを集光し、受発光部10の後方のハウジング3の内部に配置された受光部28に集光する集光系20と、通信信号66を重畳させた送信用の光(送信光)65bを前方61に出力する投光系30とを含む。
The light receiving / emitting
集光系20は、前方61に向いた凹面状の第1の反射面21と、反対側を向いた凸面状の第2の反射面22とを含む。第1の反射面21は、受信光65aを第2の反射面22に向けて集光するように反射する回転曲面(第1の回転曲面)21aを含む。回転曲面としては、楕円放物面、双曲面などを挙げることができる。第1の反射面21の中心軸29の上に、円形の開口(孔、穴)24が設けられており、その後方のハウジング3の内部に受光部28が配置されている。
The
第2の反射面22は、開口24の前方の中心軸29上に配置され、開口24を向き、第1の反射面21で反射された受信光65aを反射して(折り返して)、開口24の後方の受光部28に向けて集光する第2の回転曲面22aを含む。第2の反射面22の直径D2は、開口24の口径D1より大きく、前方61から見ると、開口24は第2の反射面22により覆われた状態となる。
The second reflecting
投光系30は、中心軸29上の第2の反射面22の前方に配置され、前方61を向いた凹面状の第3の反射面31を含む。第3の反射面31は、その前方61に配置された発光部32から第3の反射面31に向かって後方に放出された送信光65bを前方61に向けてほぼ平行な光束として出力する回転曲面(第3の回転曲面)31aを含む。本例においては発光部32としてはLEDが採用されている。
The
さらに具体的には、受発光部10は、円筒状のハウジング3の前方61に取り付けられるパラボラ型で、前方61の面(前面)に第1の反射面21が設けられた第1の反射部材12と、第1の反射部材12よりも小径のパラボラ型で、前方61の面に第3の反射面31が設けられ、逆側の後方の面に第2の反射面22が設けられた第2の反射部材13と、第1の反射部材12および第2の反射部材13の前方61を覆う透明なアクリル製で円盤状のカバー15と、これらカバー15、第2の反射部材13および第1の反射部材12を前方61から順番にハウジング3との間に挟んで取り付けるためのリング状の枠11とを含む。
More specifically, the light emitting / receiving
受発光部10は、さらに、パラボラ型の第2の反射部材13の外縁部13aの一部と、第1の反射面21を構成する第1の反射部材12の外縁部12aとを接続する棒状または薄い板状の固定部材14を有する。受発光部10は、さらに、固定部材14を中心軸29の近傍まで延長する部材16を含み、固定部材14を中心軸29の近傍まで延びた状態で、その先端に発光部であるLED32が取り付けられている。したがって、ハウジング3の前方61に、第1の反射部材12と、固定部材14と、カバー15とを枠11で挟み込むように固定することにより、第1の反射部材12の前方に第2の反射部材13とLED32とを組み込むことができる。また、延長部材16および固定部材14を介して熱をハウジング3に逃す経路を形成でき、LED32から放熱を促し、LED32が過熱することを抑制できる。延長部材16および固定部材14は、放熱のための熱伝達を考慮すると金属製であるか、金属のコーディングが施された部材であることが望ましい。
The light emitting / receiving
この通信装置1においては、受信光65aを集光する集光系20が、第1の反射面21と、その中心軸29の上で向かい合うように配置された第2の反射面22とを有し、第1の反射面21で前方に反射された受信光65aを第2の反射面22で折り返す構成を採用している。したがって、受信光65aを集光する光路は折りたたまれ、集光系20の全長を短縮でき、受発光部10をコンパクトに纏めることができる。
In this communication device 1, the
さらに、第2の反射面22により集光系20の光路を折り返すことにより集光系20の焦点距離を延ばし、焦点を第1の反射面21から後退した、ハウジング3の内部の位置に設定できる。受信光65aを検出する受光部28は集光系20の焦点近傍に配置することが望ましく、このため、受光部28を第1の反射面21から後退した位置に配置でき、集光系20の内部に受光部28を設置する必要がなく、集光系20から受光部28を分離して配置できる。このため、受光部28の構成の自由度が増し、受信光65aの検出感度の高い構成を採用できる。
Furthermore, the focal length of the
本例においては、受光部28として、複数のフォトダイオード28aを平面的に並べた構成とし、その前方に拡散板26を配置している。したがって、集光系20で集めた受信光65aを複数のフォトダイオード28aで検出することができ、受信感度を向上できる。
In this example, the
また、第2の反射面22として凸面を採用し、焦点距離を延ばすことにより、受光部28をハウジング3の内部に配置した構成で、第2の反射面22の配置位置を、第1の反射面21の有効面積が最も大きな位置に配置でき、入射量を最大化できるというメリットもある。本例においては、第2の反射面22の前方61の縁22bと、第1の反射面21の前方61の縁21bとが中心軸29の方向でほぼ一致する配置を採用している。この配置を採用することにより、第2の反射面22を第1の反射面21の空間内部に収めることができ、全体としてコンパクトな集光系20を提供できる。それとともに、第1の反射面21の前方の縁21bの近傍で反射された受信光65aも第2の反射面22の前方の縁22bの近傍で開口24の方向に集光することが可能となり、第1の反射面21の有効面積を最大化して受信光65aの集光能力を高めることにより、通信装置1の受信感度を向上できる。
In addition, by adopting a convex surface as the second reflecting
さらに、受光部28を第1の反射面21の後方に配置できることを利用し、第1の反射面21に受信光65aを通過する開口24を設け、光通信とは関係のない外部からの光が開口24から後方には入りにくくなることによりノイズ成分の低減を図っている。すなわち、ターゲットとなる受信光65aは前方61から集光系20に入る光であり、前方61から外れた方向から集光系20に入る光が開口24を介して後方に侵入しにくくすることができる。具体的には、第1の反射面21を構成する第1の反射部材12の中心軸29に沿った部分に後方に凹んだ円筒状の空洞(孔、穴)25を設け、その底面に複数のフォトダイオード28aを配置している。
Further, by utilizing the fact that the
また、開口24の前方に配置される第2の反射面22の直径D2を開口24の口径D1より大きくすることにより、最も強度の高いノイズとなる可能性がある前方からの直に受光部28に侵入する光を第2の反射面22、具体的には第2の反射面22を構成する第2の反射部材13により排除できるようにしている。このため、受光部28に、集光系20を構成する第1の反射面21および第2の反射面22により導かれた受信光65aを集光させ、受光部28における他の光の影響を抑制できるので、受信感度の高い通信装置1を提供できる。
Further, by making the diameter D2 of the second reflecting
さらに、この通信装置1においては、後面に第2の反射面22が設けられた第2の反射部材13の前面に投光系30の第3の反射面31を設け、第2の反射部材13を集光系20および投光系30に共用している。このため、集光系20のスペース内部に、投光系30を一体に組み込むことが可能となり、コンパクトな受発光部10を備えた通信装置1を提供できる。さらに、第2の反射部材13を集光系20および投光系30に共用することにより、受発光部10を構成する部品点数を少なくでき、経済的な通信装置1を提供できる。
Further, in the communication device 1, the third reflecting
第2の反射部材13の前面に設けられる第3の反射面31は、凹面鏡であり、第3の反射面31の前方61に配置された発光部であるLED32から第3の反射面31に向けて後方に放出される送信光65bがほぼ平行光線となるように反射する。一方、第2の反射部材13の後面に設けられる第2の反射面22は、凸面鏡であり集光系20の一部を構成する。このため、第3の反射面31の回転曲面(第3の回転曲面)31aの曲率半径r3と、第2の反射面22の回転曲面(第2の回転曲面)22aの曲率半径r2とは異なり、曲率半径r2の方が曲率半径r3よりも大きくなる。すなわち、第3の反射面31は、近くに配置されたLED32からの送信光65bを平行光にするために曲率が大きく(曲率半径r3が小さく)なるのに対し、第2の反射面22は、集光系20の焦点距離を延ばすことが主目的となるために曲率は小さく(曲率半径r2が大きく)なる傾向となる。
The third reflecting
図4に、異なる通信装置1の概略構成を、断面を用いて、受発光部10を中心に示している。この通信装置1の受発光部10は、上記と共通する構成の集光系20と、投光系30とを含む。集光系20により集光された受信光65aを検出する受光部28は、第1の反射面21から後退した位置の、空洞25の底面に配置された1つのフォトダイオード28aと、フォトダイオード28aと開口24との間に配置された拡散板26と、拡散板26とフォトダイオード28aとの間に配置されたテーパー状の反射面からなる絞り部材27とを含む。集光系20で集光され、開口24に導かれた受信光65aは拡散板26で拡散され、その後、絞り部材27によりフォトダイオード28aに導かれる。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a different communication device 1 using a cross section with the light emitting / receiving
開口24の後方に拡散板26を配置することにより、開口24に導かれた受発光部10で拡散板26の後方の集光性(フォーカシング)をブロードにすることができる。このため、集光系20で捉える受信光65aの範囲を、受発光部10の中心軸29の方向から所定の角度範囲だけずれた方向まで広げることが可能となり、通信装置1で送受信できる角度範囲が広がる。この通信装置1においては、拡散板26で拡散された受信光65aを、フォトダイオード28aの方向に狭くなったテーパー状の絞り部材27の反射面によりフォトダイオード28aに集める。このため、数少ないフォトダイオード28aで比較的広い角度範囲の受信光65aを検出できる。
By disposing the
なお、以上においては、1つの受発光部(受発光ユニット)10を備えたハンディータイプの空間光通信装置1を例に本発明を説明したが、同じ方向または異なる方向を向いた複数の受発光部10を備えた空間光通信装置1であってもよい。異なる方向を向いた複数の受発光部10を備えた空間光通信装置1を用いることにより2以上の空間光通信装置1を備えた空間光通信システムを構成することも可能である。この空間光通信装置1により送受信される光は可視光域であってもよく、紫外あるいは赤外の非可視光域であってもよい。上述したハンディータイプの空間光通信装置1においては、可視光域の光を受信光65aおよび送信光65bとして用いることにより、ハンディーライトとして機能を備えた空間光通信装置1を提供でき、災害などの非常時において有用な、通信と照明とを兼ねた装置を提供できる。
In the above description, the present invention has been described by taking the handy type spatial optical communication device 1 including one light emitting / receiving section (light emitting / receiving unit) 10 as an example. However, a plurality of light receiving / emitting light directed in the same direction or different directions. The spatial optical communication device 1 including the
1 空間光通信装置
10 受発光部、 12 第1の反射部材、 13 第2の反射部材
20 集光系、 21 第1の反射面、 22 第2の反射面
30 投光系、 31 第3の反射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spatial
Claims (12)
前方に向いた第1の回転曲面を含む凹面状の第1の反射面であって、前記第1の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第1の反射面と、
前記開口の前方の前記中心軸上に配置され、前記開口を向いた第2の回転曲面を含む凸面状の第2の反射面であって、当該第2の反射面の直径の方が前記開口の口径より大きい第2の反射面と、
前記開口から後退した位置に配置された受光部と、
前記受光部と前記開口との間に配置された光を拡散する拡散板と、を有する空間光通信装置。 A spatial optical communication device that transmits and receives light on which a communication signal is superimposed,
A concave first reflecting surface including a first rotating curved surface facing forward, wherein the first reflecting surface is provided with an opening on a central axis of the first rotating curved surface;
A convex second reflecting surface disposed on the central axis in front of the opening and including a second rotating curved surface facing the opening, wherein the diameter of the second reflecting surface is the opening. A second reflecting surface larger than the diameter of
A light receiving portion disposed at a position retracted from the opening;
A spatial light communication device comprising: a diffusion plate that diffuses light disposed between the light receiving unit and the opening .
前記拡散板と前記受光部との間に配置され、前記受光部の方向に狭くなるテーパー状の絞り部材を有する、空間光通信装置。A spatial optical communication device having a tapered diaphragm member disposed between the diffusion plate and the light receiving unit and narrowing in the direction of the light receiving unit.
前記中心軸上の前記第2の反射面の前方に配置された、前方を向いた第3の回転曲面を含む凹面状の第3の反射面と、
前記第3の反射面の前方に配置され、前記第3の反射面に向かって通信信号を重畳させた光を出力する発光部とを有する、空間光通信装置。 In claim 1 or 2 ,
A concave third reflecting surface disposed in front of the second reflecting surface on the central axis and including a third rotating curved surface facing forward;
A spatial light communication apparatus, comprising: a light emitting unit that is disposed in front of the third reflecting surface and outputs light in which a communication signal is superimposed toward the third reflecting surface.
後方に前記第2の反射面を備え、前方に前記第3の反射面を備えた反射部材を有する、空間光通信装置。 In claim 3 ,
A spatial optical communication device comprising a reflective member provided with the second reflective surface at the rear and the third reflective surface at the front.
前記第2の回転曲面の曲率半径と前記第3の回転曲面の曲率半径とが異なる、空間光通信装置。 In claim 3 or 4 ,
The spatial optical communication device, wherein a curvature radius of the second rotating curved surface is different from a curvature radius of the third rotating curved surface.
前記第2の回転曲面の曲率半径が、前記第3の回転曲面の曲率半径より大きい、空間光通信装置。 In claim 5 ,
The spatial optical communication device, wherein a radius of curvature of the second rotating curved surface is larger than a radius of curvature of the third rotating curved surface.
前記反射部材の外縁部の一部と、前記第1の反射面を構成する第1の部材の外縁部とを接続する固定部材を有する、空間光通信装置。 In claim 4 ,
A spatial optical communication apparatus, comprising: a fixing member that connects a part of an outer edge portion of the reflecting member and an outer edge portion of a first member constituting the first reflecting surface.
前方に向いた第1の回転曲面を含む凹面状の第1の反射面であって、前記第1の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第1の反射面と、A concave first reflecting surface including a first rotating curved surface facing forward, wherein the first reflecting surface is provided with an opening on a central axis of the first rotating curved surface;
前記開口の前方の前記中心軸上に配置され、前記開口を向いた第2の回転曲面を含む凸面状の第2の反射面であって、当該第2の反射面の直径の方が前記開口の口径より大きい第2の反射面と、A convex second reflecting surface disposed on the central axis in front of the opening and including a second rotating curved surface facing the opening, wherein the diameter of the second reflecting surface is the opening. A second reflecting surface larger than the diameter of
前記開口から後退した位置に配置された受光部と、A light receiving portion disposed at a position retracted from the opening;
前記中心軸上の前記第2の反射面の前方に配置された、前方を向いた第3の回転曲面を含む凹面状の第3の反射面と、A concave third reflecting surface disposed in front of the second reflecting surface on the central axis and including a third rotating curved surface facing forward;
前記第3の反射面の前方に配置され、前記第3の反射面に向かって通信信号を重畳させた光を出力する発光部と、A light emitting unit that is disposed in front of the third reflecting surface and outputs light in which a communication signal is superimposed toward the third reflecting surface;
後方に前記第2の反射面を備え、前方に前記第3の反射面を備えた反射部材と、A reflective member provided with the second reflective surface at the rear and the third reflective surface at the front;
前記反射部材の外縁部の一部と、前記第1の反射面を構成する第1の部材の外縁部とを接続する固定部材とを有する、空間光通信装置。A spatial optical communication apparatus, comprising: a fixing member that connects a part of an outer edge portion of the reflecting member and an outer edge portion of a first member constituting the first reflecting surface.
前記固定部材は、前記中心軸近傍まで延びた状態で、前記発光部が取り付けられている、空間光通信装置。 In claim 7 or 8 ,
The spatial light communication apparatus, wherein the light emitting unit is attached in a state where the fixing member extends to the vicinity of the central axis.
前記受光部は、前記開口から後退した位置に並べられた複数の受光素子を含む、空間光通信装置。 In any one of Claim 1 thru | or 9 ,
The spatial light communication device, wherein the light receiving unit includes a plurality of light receiving elements arranged at positions retracted from the opening.
前方に向いた第1の回転曲面を含む凹面状の第1の反射面であって、前記第1の回転曲面の中心軸上に開口が設けられた第1の反射面と、A concave first reflecting surface including a first rotating curved surface facing forward, wherein the first reflecting surface is provided with an opening on a central axis of the first rotating curved surface;
前記開口の前方の前記中心軸上に配置され、前記開口を向いた第2の回転曲面を含む凸面状の第2の反射面であって、当該第2の反射面の直径の方が前記開口の口径より大きい第2の反射面と、A convex second reflecting surface disposed on the central axis in front of the opening and including a second rotating curved surface facing the opening, wherein the diameter of the second reflecting surface is the opening. A second reflecting surface larger than the diameter of
前記開口から後退した位置に配置された受光部と、を有し、A light receiving portion disposed at a position retracted from the opening,
前記受光部は、前記開口から後退した位置に並べられた複数の受光素子を含む、空間光通信装置。The spatial light communication device, wherein the light receiving unit includes a plurality of light receiving elements arranged at positions retracted from the opening.
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