JPH10336121A - 受光器及び光無線伝送システム - Google Patents

受光器及び光無線伝送システム

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JPH10336121A
JPH10336121A JP9158048A JP15804897A JPH10336121A JP H10336121 A JPH10336121 A JP H10336121A JP 9158048 A JP9158048 A JP 9158048A JP 15804897 A JP15804897 A JP 15804897A JP H10336121 A JPH10336121 A JP H10336121A
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JP
Japan
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light
optical
optical signal
transmission
light receiving
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Application number
JP9158048A
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English (en)
Inventor
Kazutoshi Hirohashi
一俊 広橋
Takeyoshi Sasao
剛良 笹生
Junichi Kubota
潤一 久保田
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Optical Communication System (AREA)
  • Inspection Of Paper Currency And Valuable Securities (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭いビーム光の光信号で長距離の光伝送を安
定的に行なうことができる受光器を提供する。 【解決手段】 光信号9を受ける受光素子13の前面
に、所定の透過率をもって前記光信号を透過しつつ散乱
させる透過散乱膜50を設けて受光器11を形成する。
これにより、透過散乱膜からの透過光や散乱光を検出す
るようにし、光軸方向の位置合わせの精度を緩和させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を受ける受
光器及びこれを用いた光無線伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、リモートコントロール装置、光
無線伝送機器等においては、送信すべき信号により強度
変調がなされた光信号を用いており、この光を発する発
光素子として、LED(発光ダイオード)やLD(レー
ザダイオード)が用いられる。LEDやLDは一般にコ
リメータレンズと一体成形され、所定の指向特性を持た
せている。例えばリモートコントロール装置の場合、指
向性を±15度程度に設定することが一般的であり、ま
た、光無線により遠距離の伝送を行わせる際には、発光
の指向性を狭くするのが有効である。ここで光無線によ
り長距離のデータ伝送を行なう従来の光無線伝送システ
ムについて説明する。図7は従来の光無線伝送システム
の概略構成図を示す。
【0003】ここでは、コンピュータ等よりなる端末1
から端末2へのデータ伝送を光送信装置3、光受信装置
4を介して行なう。端末1から出力されるデジタル信号
5をLDドライバ6へ導入し、デジタル信号5に応じて
発光素子7に流す電流をON、OFFさせる。これによ
り光送信装置3から光強度変調された赤外線が光信号9
として送信される。光送信装置3の発光部8はレーザダ
イオードよりなる発光素子7とコリメータレンズ10に
より構成され、極めて細いビーム光を光信号9として放
射する。
【0004】一方、光受光装置4の受光器11は大口径
のパラボラリフレクターまたは大口径の集光レンズ12
とその焦点位置に配したフォトダイオードよりなる受光
素子13とにより構成されている。尚、図示例では集光
レンズ12を用いている場合を示す。このような大口径
の光学手段、すなわちパラボラリフレクターや集光レン
ズ12を用いる理由は、光信号9に対するターゲットを
大面積にすることにより、送信側の光軸方向合わせを容
易とする目的からである。受光器11により受けた光信
号9は受光回路14により電気信号に変換され、デジタ
ル信号に再生されて端末2に伝送される。これにより、
端末1から端末2へのデータ伝送が行なわれる。
【0005】次に、従来の他の光無線伝送システムにつ
いて説明する。図8は光無線伝送システムである従来の
光無線LANシステム(Local Area Net
work)を示す概略構成図である。このシステムはパ
ソコン等の端末15に接続された送受光装置16と部屋
の中央付近の天井17に設置された集配信送受光装置1
8から構成され、集配信送受光装置18は有線のLAN
19に接続されることにより、各端末は互いにLAN接
続される。
【0006】図示例においては、端末15と送受光装置
16の集合体を2つ設けた場合を示している。送受光装
置16は図9に示すように、光送信装置20と光受信装
置21とを備えており、光送信装置20の発光部22
は、LEDよりなる発光素子23とコリメータレンズ2
4により一体的に形成される。そして、LEDドライバ
25は、端末15からの送信信号に基づいて発光素子2
3に流す電流をON、OFFすることにより強度変調さ
れた光信号26を出力する。光受光装置21の受光器2
7は、フォトダイオード28と大口径の集光レンズ29
を組み合わせて構成され、受信方向を図8に示すように
集配信送受光装置18に向けるようになっている。受信
した光信号は受光回路30にて電気信号に変換されて、
受信信号として出力される。
【0007】また、この光受信装置21は、受信した光
信号の強度を検出する受信レベル検出部31、この検出
部31の出力値を方向データと共に記憶するメモリ3
2、このメモリ32の内容に基づいて所定の演算処理を
行なって受信レベルが最大となる方向を求めるマイクロ
コンピュータ33、及びパン用モータ34とチルト用モ
ータ35を制御するモータ制御部36を有している。こ
の光送信装置20と光受信装置21とは一体物として構
成され、これとベース37との間で、鉛直軸を中心に回
転するパン駆動機構(図示せず)と上下方向に駆動する
チルト駆動機構(図示せず)により連結されている。
尚、SWはサーチスタートを指示するスイッチである。
【0008】一方、図10は集配信送受光装置を示す平
面図であり、集配信送受光装置18の受光器38は図8
及び図10に示すように中央部と、その周囲に例えばリ
ング状に配置された複数個のフォトダイオードよりなる
受光素子39により構成される。また、リング状に配列
されたこの受光素子39の外側には、外輪状或いはリン
グ状に多数のLEDよりなる発光素子40が設けられて
おり、データを光信号41として送出できるようになっ
ている。また、リング状の発光素子40の内側には、こ
れからの光信号41が上記受光素子39に入射すること
を防止するための仕切りとしての傘状のセパレータ42
が設けられている。
【0009】また、上記受光素子39の群内には、デー
タ用の光信号とは周波数帯域が異なる周波数のパイロッ
ト光43を発するパイロット用LED44が複数個設け
られている。パイロット光43とデータ用の光信号41
の周波数の関係の一例は図11に示されており、パイロ
ット光としては、光信号の周波数スペクトルから外れた
単一周波数を用いている。尚、このデータ用の光信号の
符号形態はマンチェスター符号であり、ビットレートは
10Mbpsである。図12は集配信送受光装置18の
ブロック構成図を示しており、受光素子39は、受光回
路45を経て、LAN19側との中継を行なうインタフ
ェース46に接続され、また、発光素子40はインタフ
ェース46の信号により動作するLEDドライバ47に
よりそのON、OFFが制御される。更に、パイロット
用LED44は、パイロット信号生成部48からの信号
により動作するLEDドライバ49により常時パイロッ
ト光43を発するように制御される。
【0010】このような装置で、通信路の確立は以下の
ようにしてなされる。まず、図9に示すサーチスイッチ
SWをONすると、パン及びチルトの各駆動機構は動作
し、半球状の範囲をサーチする。一方、集配信送受光装
置18は、図8に示すように受光素子39の位置の近傍
に設けたパイロット用LED44からはデータ用の光信
号41とは周波数帯域が異なる周波数のパイロット光4
3を常時送信しており、サーチ動作をする送受光装置1
6は方位に対するパイロット光43の受光量のマップを
取り、これをメモリ32(図9参照)に記憶する。マイ
クロコンピュータ33は、メモリ32に記憶されたマッ
プを元にして受信レベルが最大となる方位を認識し、こ
れを基にモータ制御部36がパン及びチルト用モータ3
4、35を動作させることによって受信レベルが最大と
なる方向に自動的に光軸を向ける。受信レベル最大を与
える方向は集配信送受光装置18の受光部に対して送信
する光信号が当たる方向であることから以上によって伝
送路の確立を終えることになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図7に示す従来装置例
では送信する光信号9をビーム状にすると共に、受信に
パラボラリフレクターや大口径の集光レンズ12を用い
ることにより長距離の光伝送を行なっており、送信の指
向性を狭くする方法としてはレーザダイオードよりなる
発光素子7とコリメータレンズ10により簡易に実現で
きる。しかしながら、この場合には、受信側である光受
信装置4の光学手段は高精度が要求される上、光受信装
置4を高い精度で正確に光送信装置3の方向に向ける必
要があった。そのため、振動等により僅かでも光軸がず
れると、通信に障害が生じるという問題があった。
【0012】図8乃至図12に示す従来装置例では集配
信送受光装置18の受光素子39に光信号26を直接当
てないと通信ができないため、光信号26の指向性を狭
く設定する場合は、サーチを超高精度に行なう必要があ
った。また、僅かな振動でもスポットがずれてしまうほ
どの微妙な伝送路となるため、実用的ではなかった。従
って、光信号の指向性はある程度広めに設定し、多少光
軸がずれても受光素子39に光が当たるようにするのが
一般的であった。しかしながら、このように指向性が広
いと光レベルも当然減少するため、この従来装置では長
距離の光伝送を安定に行なうことは困難であった。
【0013】本発明は、以上のように問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目
的は狭いビーム光の光信号で長距離の光伝送を安定的に
行なうことができる受光器及び光無線伝送システムを提
供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、光信号を受ける受光素子の前面に、所
定の透過率をもって前記光信号を透過しつつ散乱させる
透過散乱膜を設けるようにしたものである。
【0015】これにより、透過散乱膜に入射した光信号
はその一部が透過して、散乱光に変換されて受光素子側
に入射することになる。従って、光信号の送信時におけ
る光軸が多少ずれていたとしても、受光素子に散乱光が
入射することでこれを補償することができ、十分な受信
レベルを得ることができる。また、光信号を発する光送
信装置と、上記したような受光器を有する光受信装置と
を設けて光無線伝送システムを構築することにより、光
信号として例えばレーザビーム光を用いてこれを透過散
乱膜に方向付けすれば、通信路を確保することができる
ので、多少光軸がずれても通信路を維持でき、長距離の
光伝送を安定的に行なうことが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る受光器及び
光無線伝送システムの一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。図1は本発明の第1実施例の受光器及びこれを
用いた光無線伝送システムを示す構成図、図2は図1に
示す受光器に用いる透過散乱膜を示す平面図である。
尚、図7に示した構成部分と同一部分については同一符
号を付して説明する。図1に示す本発明のシステムが、
図7に示す従来システムと異なる点は、図7における大
口径の集光レンズ12に代えて透過散乱膜50を設けた
点である。
【0017】ここでは、コンピュータ等よりなる端末1
から端末2へのデータ伝送を光送信装置3及び光受信装
置60を介して行ない、これら2つの装置3、60で光
無線伝送システムを構成している。光送信装置3の発光
部8はレーザダイオードよりなる発光素子7とこの素子
7からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ10
により構成され、極めて細いビーム光を光信号9として
出力する。この発光素子7は、LDドライバ6によりそ
の動作が制御され、このLDドライバ6は端末1から送
られてくるデジタル信号5に応じて発光素子7に流す電
流をON、OFF制御し、これにより光強度変調した赤
外線レーザ光が発光素子7から出力されることになる。
【0018】一方、光受信装置60は、本発明に係る受
光器61とここで受けられた光信号9を電気信号に変換
する受光回路14を有している。この受光器61は、内
部にフォトダイオードよりなる受光素子13を設けてお
り、この前面に、すなわち光信号9の入射方向側に光信
号を透過しつつ散乱させる本発明の特徴とする透過散乱
膜50が配置されている。この透過散乱膜50は、図2
にも示すように受光素子13を中心とする円形平板状に
成形されており、その直径L1及び受光素子13との間
の距離L2は、光伝送路等の距離にもよるが、例えばそ
れぞれ200mm及び100mm程度に設定する。この
ように透過散乱膜50の直径L1を大きくして光信号9
に対するターゲットの面積を比較的大面積とし、受信時
の光軸方向合わせを容易化する。この透過散乱膜50と
しては、光信号9の赤外光に対して例えば50%程度の
透過率を有するものが好ましく、材質としては、例えば
マイクロレンズ接着アクリルシート等を用いることがで
きる。
【0019】さて、このように構成されたシステムにお
いて、光送信装置3側では端末1から出力されたデジタ
ル信号5に基づいてLDドライバ6は発光素子7をO
N、OFF制御し、強度変調がなされたレーザ光が放出
され、このレーザ光はコリメータレンズ10により細い
ビームの平行光となって光信号9として出力される。こ
の光信号9は光受信装置60の透過散乱膜50に入射す
ると、一部は透過した後、散乱光9Bとなってそれぞれ
その後方に設けた受光素子13に入射し、この信号は受
光回路14にて電気信号に変換されて端末2に向けて出
力される。これにより、端末1から端末2へのデータ伝
送が行なわれる。
【0020】ここで、光送信装置3からのビーム状の光
信号9は透過散乱膜50に当たり、一部は散乱光9Bに
変換されて、受光素子13に入射することにより受信さ
れる。従って、受光素子13から見れば透過散乱膜50
に当たった光信号9により形成されるスポットが仮想散
乱光源に見えることになる。従って、透過散乱膜50の
透過率を例えば50%とすれば、仮想散乱光源の総光エ
ネルギーは発光素子7の光ビームが十分細い場合に送信
パワーの50%となり、受光素子13には十分な受信レ
ベルを与えられる。すなわち、このシステム例では光受
信装置60はビーム状の光信号9が透過散乱膜50に当
たりさえすればそのスポットが仮想散乱光源となってそ
の透過光9Aや散乱光9Bを受光素子13で受けること
ができるので、受光側で厳密な光軸方向合わせをする必
要もなく、光学系も極めて簡易に実現可能である。ま
た、例えばある程度の振動等が生じても通信路が断たれ
ることもなく、長距離の光伝送を安定して行なうことが
できる。
【0021】次に、本発明の第2実施例の受光器及びこ
れを用いた光無線伝送システムについて説明する。図3
は本発明の第2実施例の光無線伝送システムを示す構成
図、図4は送受光装置を示す構成図、図5は集配信送受
光装置を示す平面図、図6は集配信送受光装置を示す断
面図である。尚、図8乃至図11に示す構成と同一部分
については同一符号を付して説明する。
【0022】図2乃至図6に示すシステムが、先の図8
乃至図11に示すシステムと異なる点は、図9における
光送信装置20の発光素子23をLEDからレーザ光を
発するLDに代え、また、図10中の受光素子39の前
面側にドーム状の透過散乱膜を設けた点である。図3に
示すように、このシステムはパソコン等の端末15に接
続された送受光装置16と部屋の中央付近の天井17に
設置された集配信送受光装置18から構成され、集配信
送受光装置18は有線のLAN19に接続されることに
より、拡端末は互いにLAN接続される。図示例では端
末15と送受光装置16の集合体を2つ設けた場合を示
しており、実際には、更に多数の集合体が設けられるこ
とになる。
【0023】送受光装置16は、図4に示すように、光
送信装置62と光受信装置21とを備えており、光送信
装置62の発光部63は、従来システムのLEDではな
く、レーザ光を発するLDよりなる発光素子51とコリ
メータレンズ24により一体的に形成される。このよう
に、発光素子51から指向性の高いレーザ光を発するこ
とにより、後述する透過散乱膜に対する入射を確実なも
のとしている。また、この光送信装置62は本発明シス
テムの一部を構成するものである。そして、LDドライ
バ52は、端末16からの送信信号に基づいて発光素子
51に流す電流をON、OFFすることにより強度変調
された光信号26を出力する。光受光装置21の受光器
27は、フォトダイオード28と大口径の集光レンズ2
9を組み合わせて構成され、受信方向を図3に示すよう
に集配信送受光装置18に向けるようになっている。受
信した光信号は受光回路30にて電気信号に変換され
て、受信信号として出力される。
【0024】また、この光受信装置21は、受信した光
信号の強度を検出する受信レベル検出部31、この検出
部31の出力値を方向データと共に記憶するメモリ3
2、このメモリ32の内容に基づいて所定の演算処理を
行なって受信レベルが最大となる方向を求めるマイクロ
コンピュータ33、及びパン用モータ34とチルト用モ
ータ35を制御するモータ制御部36を有している。こ
の光送信装置62と光受信装置21とは一体物として構
成され、これとベース37との間で、鉛直軸を中心に回
転するパン駆動機構(図示せず)と上下方向に駆動する
チルト駆動機構(図示せず)により連結されている。
尚、SWはサーチスタートを指示するスイッチである。
【0025】一方、図5及び図6に示すように集配信送
受光装置18の本発明に係る受光器38は、中央部と、
その周囲に例えばリング状に配置された複数個のフォト
ダイオードよりなる受光素子39と、この受光素子39
の前面側をドーム状に、或いは半球状に覆うようにして
設けられる本発明の特徴とする透過散乱膜53とにより
構成される。この透過散乱膜53の機能は、先の透過散
乱膜50と同じであり、これにより光信号26を透過し
つつ散乱させるようになっている。この透過散乱膜53
と受光素子39との間の距離L3は、先の第1実施例と
略同じとし、例えば100mm程度に設定される。従っ
て、ドーム状の透過散乱膜53の直径は略200mm程
度となり、光信号41に対するターゲット面積を比較的
大面積としている。
【0026】また、リング状に配列されたこの受光素子
39の外側には、外輪状或いはリング状に多数のLED
よりなる発光素子40が設けられており、データを光信
号41として送出できるようになっている。また、リン
グ状の発光素子40の内側には、これからの光信号41
が上記受光素子39に入射することを防止するための仕
切りとしての傘状のセパレータ42が設けられている。
【0027】また、上記受光素子39の群内には、デー
タ用の光信号とは周波数帯域が異なる周波数のパイロッ
ト光43を発するパイロット用LED44が複数個設け
られている。パイロット光43とデータ用の光信号41
の周波数の関係の一例は、先に説明したように図11に
示されており、パイロット光としては、光信号の周波数
スペクトルから外れた単一周波数を用いている。尚、こ
のデータ用の光信号の符号形態はマンチェスター符号で
あり、ビットレートは10Mbpsである。尚、集配信
送受光装置18の内部構成は、図12を参照して先に説
明した構造と全く同様なので、ここではその説明を省略
する。
【0028】このような装置で、通信路の確立は以下の
ようにしてなされる。まず、図4に示すサーチスイッチ
SWをONすると、パン及びチルトの各駆動機構は動作
し、半球状の範囲をサーチする。一方、集配信送受光装
置18は、図2及び図6に示すように受光素子39の位
置の近傍に設けたパイロット用LED44からはデータ
用の光信号41とは周波数帯域が異なる周波数のパイロ
ット光43を常時送信しており、サーチ動作をする送受
光装置16は方位に対するパイロット光43の受光量の
マップを取り、これをメモリ32(図4参照)に記憶す
る。マイクロコンピュータ33は、メモリ32に記憶さ
れたマップを元にして受信レベルが最大となる方位を認
識し、これを基にモータ制御部36がパン及びチルト用
モータ34、35を動作させることによって受信レベル
が最大となる方向に自動的に光軸を向ける。受信レベル
最大を与える方向は集配信送受光装置18の受光部に対
して送信する光信号が当たる方向であることから以上に
よって伝送路の確立を終えることになる。
【0029】さて、伝送路の確立が終了したならば、次
にデータ伝送を行なう。図4において、端末16から送
信されてくるデジタルの送信信号は、LDドライバ52
に入力され、この信号に基づいて発光素子51の電流を
ON、OFF制御し、発光素子51は強度変調がなされ
たレーザ光を発する。このレーザ光は、コリメータレン
ズ10によって平行光になされてビーム状の光信号26
として出力する。この光信号26は、図3及び図6に示
すように集配信送受光装置18の受光器38に設けた透
過散乱膜53に入射すると、一部はそのまま透過して散
乱光26Bとなってそれぞれその後方に設けた複数の受
光素子39に入射し、この信号は受光回路45(図12
参照)及びインタフェース46を介してLAN19に向
けて出力されることになる。
【0030】この場合においても、先の第1実施例と同
様に、透過散乱膜53に当たった光信号26により形成
されるスポットが内側の受光素子39から見れば仮想散
乱光源に見えることになる。従って、ビーム状の光信号
26が透過散乱膜53に当たりさえすれば、そのスポッ
トが仮想散乱光源となってその透過光26Aや散乱光2
6Bを受光素子39で受けることができるので、厳密な
光軸方向合わせを行なう必要がない。従って、ある程度
の振動が生じても通信路は断たれることもなく、長距離
の光伝送を安定して行なうことができる。尚、集配信送
受光装置18からのデータ伝送は、この周辺部に配置し
た発光素子40から光信号41を送出し、この光信号4
1を図4に示す送受光装置16の光受信装置21が受光
することで行なわれる。尚、図3に示す集配信送受光装
置18の受光素子39は多数設けたが、これを1つにし
てもよいのは勿論である。また、本発明はここで説明し
た光無線伝送システムに限定されず、レーザビームでデ
ータ伝送を行なうシステムには全て適用することができ
る。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の受光器及
び光無線伝送システムによれば次のように優れた作用効
果を発揮することができる。受光素子の前面に比較的大
面積の透過散乱膜を設けることにより、光信号が直接受
光素子に入射しなくても発生する散乱光を受光素子に入
射させることができる。従って、このような受光器を光
無線伝送システムに用いることにより、光信号を入射さ
せるべきターゲット面積が大きくなるので、厳密な光軸
方向合わせを行わなくても光通路を確立することができ
る。従って、ある程度の振動が生じても通信は断たれる
こともなく、長距離の光伝送を安定して行なうことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の受光器及びこれを用いた
光無線伝送システムを示す構成図である。
【図2】図1に示す受光器に用いる透過散乱膜を示す平
面図である。
【図3】本発明の第2実施例の光無線伝送システムを示
す構成図である。
【図4】送受光装置を示す構成図である。
【図5】集配信送受光装置を示す平面図である。
【図6】集配信送受光装置を示す断面図である。
【図7】従来の光無線伝送システムの概略構成図を示
す。
【図8】従来の集配信送受光装置を示す構成図である。
【図9】従来の送受光装置を示すブロック構成図であ
る。
【図10】集配信送受光装置を示す平面図である。
【図11】光信号とパイロット光の周波数の関係を示す
図である。
【図12】集配信送受光装置を示すブロック構成図であ
る。
【符号の説明】
3…光送信装置、4…光受信装置、9…光信号、11…
受光器、13…受光素子(フォトダイオード)、18…
集配信送受光装置、20…光送信装置、26…光信号、
38…受光器、39…受光素子、50,53…透過散乱
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04B 10/105 10/10 10/22

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光信号を受ける受光素子の前面に、所定
    の透過率をもって前記光信号を透過しつつ散乱させる透
    過散乱膜を設けたことを特徴とする受光器。
  2. 【請求項2】 光信号を発する光送信装置と、請求項1
    に規定される受光器を有する光受信装置とを備えたこと
    を特徴とする光無線伝送システム。
  3. 【請求項3】 前記光信号は、レーザビーム光であるこ
    とを特徴とする請求項2記載の光無線伝送システム。
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