JPH09230281A - 空間光伝送用送信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】送信装置に複数の発光素子を使用していると、
広い範囲に光を照射するために多数の光学素子な必要に
なり消費電力が大きくなってしまう。 【解決手段】送信光学系１を反射面が円錐状に形成され
た反射鏡２と発光素子３とで構成する。発光素子３は円
錐状に形成された反射鏡２の頂点側に設けられ、発光素
子３の光軸が反射鏡２の頂点を通り底面と直交する円錐
面を形成するための基準軸と同軸になるように配置す
る。発光素子３から各種情報を含むレ−ザ光を出射し反
射鏡２の円錐状の反射面で反射して、例えば天井の拡散
反射面に円環状の光のパタ−ン５を形成し、各種情報を
含むレ−ザ光を全周に伝搬させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光を利用して各
種情報を送受信する空間光伝送用の送信装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】空間に光を照射して各種デ−タを送受信
する装置においては、いかに効率良く光を照射して受光
するかが重要である。また、送信したデ−タを広範囲に
配置した複数の受信装置で受信するためには、送信装置
から出射する光は無指向性の光であることが望ましい。
このような無指向性の光を出射する送信装置が、例えば
特開平７−240712号公報に示されている。特開平７−24
0712号公報に示された送信装置は、図１１に示すよう
に、光軸の方向を異ならせた複数の発光素子３ａ〜３ｎ
をほぼ同一円周上に放射状に配置し、各発光素子３ａ〜
３ｎから各種情報を含んだ光を照射して情報を送信する
ようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように送信装置
に複数の発光素子３ａ〜３ｎを使用していると各光学素
子を駆動する制御装置が複雑になり、その取扱が容易で
ないとともに装置が高価格になってしまう。また、広い
範囲に光を照射するためには、多数の光学素子な必要に
なり、消費電力が大きくなってしまう。また、装置全体
の発熱量が多くなり、それに対する対策が容易でなかっ
た。

【０００４】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成で情報を含んだ光を広い
範囲に効率良く送信することができる空間光伝送用送信
装置を得ることを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空間光伝
送用送信装置は、円錐面で反射面を形成した反射鏡と、
該反射鏡の頂点側に設けられ、反射鏡の円錐面に光束を
入射する発光手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】第２の発明に係る空間光伝送用送信装置
は、傾斜角が異なる複数の円錐面で反射面を形成した反
射鏡と、該反射鏡の頂点側に設けられ、反射鏡の円錐面
に光束を入射する発光手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００７】上記反射鏡の頂点側の一定距離隔てた位置
に、光の拡散反射面を有する拡散反射部材を配置すると
良い。

【０００８】上記発光手段の光軸を反射鏡の頂点を通り
底面と直交する円錐面を形成するための基準軸と同軸に
して発光手段を配置することが望ましい。

【０００９】また、上記発光手段の光軸を反射鏡の円錐
面を形成する基準軸と異なる位置で平行にして発光手段
を配置しても良い。

【００１０】また、上記反射鏡の反射面を発光手段から
の光の照射範囲だけ円錐面にしても良い。

【００１１】さらに、上記発光手段は波長が1400nm以上
のレ−ザ光を出射することが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明においては、空間光伝送
装置の送信光学系を反射面が円錐状に形成された反射鏡
と発光素子とで構成する。発光素子は円錐状に形成され
た反射鏡の頂点側に設けられ、発光素子の光軸が反射鏡
の頂点を通り底面と直交する円錐面を形成するための基
準軸と同軸になるように配置してある。この発光素子か
ら各種情報を含むレ−ザ光を出射し、反射鏡の円錐状の
反射面で反射して、反射鏡と発光素子の相対的な位置関
係と、反射鏡の反射面が水平方向となす角θで定まる上
方向の全周に照射し、例えば天井に反射鏡の基準軸を中
心とした円環状の光のパタ−ンを形成し、各種情報を含
むレ−ザ光を全周に伝搬させる。

【００１３】また、上記反射鏡の基準軸に対して発光素
子の光軸を平行に移動し、発光素子から出射したレ−ザ
光を反射鏡の反射面の一部に入射し、この反射面からの
反射により反射鏡の回転軸を中心とした一方向にだけ半
円環状の光のパタ−ンを形成し、必要な方向にだけレ−
ザ光を伝搬させる。

【００１４】さらに、反射鏡を異なる傾斜角を有する複
数の円錐面で反射面を形成し、各反射面で反射したレ−
ザ光により異なる複数方向にレ−ザ光を照射し、伝搬距
離が異なる位置にレ−ザ光を伝搬させる。

【００１５】また、反射鏡の反射面を発光手段からの光
の照射範囲だけ円錐面にして、装置全体の小型化を図
る。

【００１６】さらに、発光手段は波長が1400nm以上のレ
−ザ光を出射して、反射拡散したレ−ザ光が人の目に悪
影響を与えることを防ぐ。

【００１７】また、反射鏡の頂点側の一定距離隔てた位
置に拡散反射部材を配置し、反射鏡で反射したレ−ザ光
を拡散反射部材の表面で拡散反射させ、任意の場所から
情報を有するレ−ザ光を伝送させる。

【００１８】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の空間光伝送装置
の送信光学系を示す構成図である。図に示すように、送
信光学系１は反射面２ａが円錐状に形成された反射鏡２
と発光素子３とを有する。発光素子３は円錐状に形成さ
れた反射鏡２の頂点側に設けられ、発光素子３の光軸が
反射鏡２の反射面２ａとなる円錐面を形成するための軸
すなわち反射鏡２の頂点を通り底面と直交する基準軸Ｚ
と同軸になるように配置されている。

【００１９】上記のように構成された送信光学系１にお
いて、発光素子３から例えば各種情報を含むレ−ザ光を
出射すると、発光素子３から出射されたレ−ザ光は反射
鏡２の円錐状の反射面２ａで反射して、反射鏡２と発光
素子３の相対的な位置関係と、反射鏡２の反射面２ａが
水平方向となす角θで定まる上方向の全周に照射され
る。この反射鏡２から反射したレ−ザ光を反射鏡２から
一定距離だけ離れたある拡散反射面４例えば天井に入射
すると、拡散反射面４には図２に示すように反射鏡２の
基準軸Ｚを中心とした円環状の光のパタ−ン５を形成す
る。この拡散反射面４に形成された円環状の光のパタ−
ン５が拡散反射すると、１つの発光素子３から出射した
レ−ザ光をあらゆる方向に伝搬することができる。

【００２０】この拡散反射面４に形成される円環状の光
のパタ−ン５は反射鏡２の反射面２ａを形成する円錐面
の傾斜角θを変えることにより内径と外径を任意に変え
ることができる。したがって各種情報を含むレ−ザ光を
伝送させたい距離、すなわち円環状の光のパタ−ン５の
径に応じて円錐面の傾斜角θを選択することにより効率
良く伝送することができる。また、反射鏡２の底面の半
径は発光素子３から出射されたレ−ザ光を反射できるく
らいの半径があれば良いので、反射鏡２と発光素子３と
の距離及び発光素子３がら出射するレ−ザ光の広がり角
αから反射鏡２の底面の半径を定めれば良い。例えば反
射鏡２の底面から拡散反射面４までの距離を２ｍ、発光
素子３の広がり角αを20度、反射鏡２の頂点から発光素
子３までの距離を30ｍｍとして拡散反射面４に伝送させ
たい距離を５ｍとすると、反射鏡２の反射面２ａの傾斜
角θは約33度であれば良いから、反射鏡２は底面の半径
が６ｍｍ、高さが3.9ｍｍとなる。このとき拡散反射面
４には内径が約4490ｍｍ、外径が約8050ｍｍの円環状の
光のパタ−ン５を形成することができる。

【００２１】このようにあらゆる方向に伝搬するレ−ザ
光としては波長が1400ｎｍ以上のレ−ザ光を使用するこ
とが望ましい。すなわち波長が1400ｎｍ以上のレ−ザ光
は人の角膜により吸収され集光する作用がほとんどない
ため、目に対して安全であるとされている（レ−ザの安
全規格ＪＩＳＣ6802）。そこで発光素子３として波長が
1400ｎｍ以上の半導体レ−ザを使用し、あらゆる方向に
伝搬するレ−ザ光によって人に対して悪影響が生じるこ
とを防ぐ。

【００２２】なお、上記実施例は各種情報を含むレ−ザ
光を全周方向に照射する場合について説明したが、壁な
どの遮蔽物があるとき、遮蔽物からの反射光を利用しな
い場合には、必要な方向に限定してレ−ザ光を照射した
方が光の損失なしに伝送することができる。そこでこの
ような場合には、図３に示すように反射鏡２の基準軸Ｚ
に対して発光素子３の光軸Ｚ１を平行に移動し、発光素
子３から出射したレ−ザ光をレンズ６で平行光線にして
反射鏡２の反射面２ａに入射するようにすれば良い。こ
のようにして反射鏡２の反射面２ａに入射したレ−ザ光
が反射すると、図４に示すように、反射鏡２から一定距
離だけ離れたある拡散反射面４に、反射鏡２の基準軸Ｚ
を中心とした一方向にだけ半円環状の光のパタ−ン５ａ
を形成する。このようにして必要な方向にだけ効率良く
レ−ザ光を伝搬することができる。

【００２３】また、拡散反射面４に形成される半円環状
の光のパタ−ン５ａは反射鏡２の反射面２ａに入射する
レ−ザ光をレンズ群を使用してコリメ−ト光にしたり、
発光素子３の光軸Ｚ１を反射鏡２の基準軸Ｚに対して傾
けたりすることにより分布形状を変えることができる。
また、上記実施例と同様に反射鏡２の傾斜角θを変える
ことにより伝搬距離を可変することもできる。

【００２４】上記各実施例は一定の伝搬距離の位置にレ
−ザ光を照射する場合について説明したが、伝搬距離が
異なる位置にもレ−ザ光を照射することができる。例え
ば図５に示すように反射鏡２を異なる傾斜角θ１，θ２
を有する２つの円錐面で反射面２ａ，２ｂを形成する。
この場合、反射鏡２の頂点側の反射面２ａの傾斜角θ１
を反射鏡２の底面側の反射面２ｂの傾斜角θ２より大き
くしておくと、この反射鏡２の基準軸Ｚの延長線上に設
けられた発光素子３から出射して反射鏡２で反射したレ
−ザ光は拡散反射面４に、図６に示すように、異なる径
を有する２組の円環状の光のパタ−ン５ｂ，５ｃを形成
する。すなわち、反射面２ａで反射したレ−ザ光は大き
な径を有する円環状の光のパタ−ン５ｂを形成し、反射
面２ｂで反射したレ−ザ光は小さな径を有する円環状の
光のパタ−ン５ｃを形成する。このようにして伝搬距離
が異なる位置にもレ−ザ光を照射することができる。例
えば図１に示すように、反射鏡２の反射面２ａを１つの
円錐面で形成し、反射鏡２の大きさを底面の半径が６ｍ
ｍ、高さが3.9ｍｍとし、反射鏡２の底面から受光面４
までの距離を２ｍ、発光素子３の広がり角αを20度、反
射鏡２の頂点から発光素子３までの距離を30ｍｍとした
場合、拡散反射面４に形成された円環状の光のパタ−ン
５は内径が約4.5ｍであるが、図５に示すように、異な
る傾斜角θ１，θ２を有する２つの円錐面で反射面２
ａ，２ｂを形成すると、反射面２ｂで反射したレ−ザ光
により１ｍ程度の径を有する円環状の光のパタ−ン５ｃ
も形成することができる。また、反射面２ａ，２ｂの傾
斜角θ１，θ２を可変することにより任意の径を有する
円環状の光のパタ−ン５ｂ，５ｃを形成することがで
き、遠距離と近距離に効率良くレ−ザ光を伝搬すること
ができる。

【００２５】また、通常、発光素子３から出射する光の
強度は光軸上が最も強く、周辺にいくにしたがって弱く
なる。この強度が最も強いレ−ザ光を反射面２ａで反射
して遠距離用の円環状の光のパタ−ン５ａを形成し、周
辺のレ−ザ光で近距離用の円環状の光のパタ−ン５ｂを
形成するから、距離の２乗で減衰するレ−ザ光を距離に
応じて区分けすることができ、効率良くレ−ザ光を伝搬
することができる。

【００２６】なお、上記実施例は反射鏡２に２面の反射
面２ａ，２ｂを設けた場合について説明したが、３面あ
るいは４面の反射面を設けても良い。また、上記実施例
は反射鏡２の頂点に近い反射面２ａの傾斜角を底面側の
反射面２ｂの傾斜角より大きくした場合について説明し
たが、この逆に配置するようにしても良い。

【００２７】また、上記実施例は発光素子３から反射鏡
２に直接レ−ザ光を入射する場合にっついて説明した
が、発光素子３と反射鏡２の間にレンズ群を配置して、
コリメ−トしたレ−ザ光を反射鏡２に入射するようにし
ても良い。

【００２８】また、上記各実施例は反射鏡２の反射面を
全周に設けた場合について説明したが、図７，図８に示
すように、円錐形状を基準軸Ｚに沿って切断し、発光素
子３からのレ−ザ光が入射する部分だけに半円錐状の反
射面を有する反射鏡２を使用し、この反射鏡２を基準軸
Ｚを中心にして回転するようにしても良い。このように
発光素子３からのレ−ザ光が入射する部分だけに半円錐
状の反射面を有する反射鏡２を使用すると、発光素子３
の駆動を制御する制御装置等を有する駆動装置を含めた
送信装置を一体化して小型化することができる。例えば
図９に示すように、半円錐状の反射面を有する反射鏡２
を使用し、この反射鏡２の反射面と反対側の位置に半導
体レ−ザ素子からなる発光素子３を駆動する制御部や発
光素子３の温度を制御する温度制御部及び回転制御部を
有する駆動部７を配置し、発光素子３から出射したレ−
ザ光をレンズ６で平行光線にしてからミラ−８で反射し
て反射鏡２の反射面に入射するように送信装置９を構成
することができる。この送信装置９を反射鏡２の基準軸
Ｚを中心にして回転できるように設置し、駆動部７で送
信装置９を回転しながら発光素子３からレ−ザ光を出射
することにより、空間の全周にレ−ザ光を照射すること
ができる。

【００２９】また、図１０に示すように、駆動部７を反
射鏡２の頂点側に設けるとミラ−８を使用せずにレンズ
６を通ったレ−ザ光を反射鏡に直接入射することがで
き、送信装置９をより小型化することができる。

【００３０】なお、上記実施例は反射鏡２から反射した
レ−ザ光の光のパタ−ン５等を例えば天井の拡散反射面
４に形成する場合について説明したが、反射鏡２の頂点
から一定距離隔てた位置に天井の拡散反射面４の代わり
に天井の拡散反射面４と同様な拡散反射部材を設け、拡
散反射部材の表面に反射鏡２から反射したレ−ザ光の円
環状光のパタ−ン５等を形成するようにしても良い。こ
のようにすることにより拡散反射面４として天井を利用
せずに、任意の場所から情報を有するレ−ザ光をあらゆ
る方向に伝送させることができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、空間光
伝送装置の送信光学系を反射面が円錐状に形成された反
射鏡と反射鏡の頂点側に設けられた発光素子で構成し、
発光素子からの光を反射鏡の円錐状の反射面で反射して
送信するようにしたから、１つの発光素子を使用して広
い範囲に光を伝搬させることができ、空間光伝送装置の
送信光学系の構造を単純化することができる。

【００３２】また、発光素子の光軸を反射鏡の反射面を
形成する円錐面の基準となる基準軸と同軸になるように
配置することにより、発光素子から出射した光を反射鏡
で反射して円環状の光のビ−ムにするから、発光素子か
ら出射した光を反射鏡の基準軸を中心にした全周方向に
伝搬させることができる。

【００３３】また、反射鏡の基準軸に対して発光素子の
光軸を平行に移動して発光素子を配置することにより、
必要な方向にだけ光を伝搬させることができ、発光素子
から出射した光を有効に伝送に使用することができる。

【００３４】さらに、反射鏡を異なる傾斜角を有する複
数の円錐面で反射面を形成することにより、各反射面で
反射した光により異なる複数方向に光を照射することが
でき、伝搬距離が異なる位置に光を伝搬させることがで
きる。

【００３５】また、反射鏡の反射面を発光手段からの光
の照射範囲だけ円錐面にすることにより、装置全体を小
型化することができる。

【００３６】さらに、発光手段から波長が1400nm以上の
レ−ザ光を出射することにより、反射拡散したレ−ザ光
が人の目に悪影響を与えることを防ぐことができる。

【００３７】また、反射鏡の頂点側の一定距離隔てた位
置に拡散反射部材を配置し、反射鏡で反射した光を拡散
反射部材の表面で拡散反射させることにより、任意の場
所から情報を有する光を広い範囲に伝送させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の空間光伝送装置の送信光学
系を示す構成図である。

【図２】上記実施例で形成された光パタ−ンの説明図で
ある。

【図３】第２の実施例の空間光伝送装置の送信光学系を
示す構成図である。

【図４】第２の実施例で形成された光パタ−ンの説明図
である。

【図５】第３の実施例の空間光伝送装置の送信光学系を
示す構成図である。

【図６】第３の実施例で形成された光パタ−ンの説明図
である。

【図７】第４の実施例の空間光伝送装置の送信光学系を
示す構成図である。

【図８】第５の実施例の空間光伝送装置の送信光学系を
示す構成図である。

【図９】第６の実施例の空間光伝送装置の送信光学系を
示す構成図である。

【図１０】第７の実施例の空間光伝送装置の送信光学系
を示す構成図である。

【図１１】従来例の空間光伝送装置の送信光学系を示す
構成図である。

【符号の説明】

１ 送信光学系 ２ 反射鏡 ３ 発光素子 ４ 拡散反射面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円錐面で反射面を形成した反射鏡と、該
   反射鏡の頂点側に設けられ、反射鏡の円錐面に光束を入
   射する発光手段とを備えたことを特徴とする空間光伝送
   用送信装置。
2. 【請求項２】 傾斜角が異なる複数の円錐面で反射面を
   形成した反射鏡と、該反射鏡の頂点側に設けられ、反射
   鏡の円錐面に光束を入射する発光手段とを備えたことを
   特徴とする空間光伝送用送信装置。
3. 【請求項３】上記反射鏡の頂点側の一定距離隔てた位置
   に、光の拡散反射面を有する拡散反射部材を配置した請
   求項１又は２記載の空間光伝送用送信装置。
4. 【請求項４】 上記発光手段の光軸を反射鏡の頂点を通
   り底面と直交する円錐面を形成するための基準軸と同軸
   にして発光手段を配置した請求項１，２又は３記載の空
   間光伝送用送信装置。
5. 【請求項５】 上記発光手段の光軸を反射鏡の円錐面を
   形成する基準軸と異なる位置で平行にして発光手段を配
   置した請求項１，２又は３記載の空間光伝送用送信装
   置。
6. 【請求項６】 上記反射鏡は発光手段からの光の照射範
   囲を円錐面の反射面とした請求項４又は５記載の空間光
   伝送用送信装置。
7. 【請求項７】 上記発光手段は波長が1400ｎｍ以上のレ
   −ザ光を出射する請求項１，２又は３記載の空間光伝送
   用送信装置。