JPS63151231A - 光受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、空間を伝送媒体として光信号の伝送を行なう
光空間伝送方式に使用する光受信器に関し、特にパーソ
ナルタイプなどで使用する移動型の光受信装置にも適用
できる光受信装置に関する。

［発明の背景］ 従来、この種の光受信装置は通信できる角度が狭いため
にその用途は、据置型もしくはロボット制御などの固定
範囲内であらかじめ送信側の位置が認識されている場合
に限られていた。パーソナルレベルにおいて使用される
ランダムな移動体への適用を可能にするためには、受信
できる画角を広くすることが必要であり、その改善手段
として、魚眼レンズ等の使用および光学系に用いる受光
素子の受光面積の拡大が考えられている。

しかしながら、前者は形状が大きく亜〈なリパーソナル
レベルでの適用は難しくなる欠点があり、後者は受光素
子の接合容量の増加により、応答速度の低下をまねく欠
点があった。

［発明の目的コ 本発明の目的は上記従来の光受信装置の問題点に鑑み、
光学系に球レンズを利用することにより受信可能な画角
を広げ、かつ前記球レンズに対して軸外光束として入射
する光の信号再生を向上させた光受信装置を提供するこ
とにある。

［発明の概略］ 以上のような目的は、光信号を受光し、該光信号を電気
信号に変換する光受信装置であって、該光受信装置の受
光部が、球レンズと該球レンズに近接して設置され複数
の同心円状に分割されかつ各自が独立している受光素子
とから構成されており、 しかも前記球レンズへ軸外光束として入射した光が前記
受光素子上に形成する光スポットの大きさに対応して、
前記受光素子の分割された同心円の面積が中心部から周
辺部に向うに従って大きくなることを特徴とする光受信
装置により達成される。

［作用コ 上記のような光受信装置によれば、前記基本となる光軸
をずれて入射する光が受光素子上に形成する光スポット
の広がりに対応して各受光素子の分割が行われているた
めに受光素子の出力を処理する処理回路が簡単になる利
点がある。

すなわち、１チツプ」二の複数の受光素子が均等な大き
さで配置（例えば、マス目状に受光素子を分割されてい
る等）されている場合などは、■チップ上の周辺部では
光信号がデフォーカスとなり受光素子の中央部に比べて
多数の受光素子に入射してしまい、その補正のために処
理回路の加算回路等が複雑になり回路規模が大きくなり
、雑音も大きくなるという問題点があるのに対し、本発
明の場合はデフォーカス成分による受光素子面への入射
面積の増加に合せ、同心円の面積が大きくなるように受
光素子の分割を行なっているので処理回路を簡単な構成
とすることができる。

［実施例］ 以下、本発明の光受信装置について具体的な実施例に基
づき詳細に説明する。

第１図（ａ）は本発明の光受信器の実施例を示す概略構
成断面図である。

同図において、３は球レンズ、５は受光素子面、１は受
光素子に直交して入射する入射光（光信号）、２は受光
素子に直交する光軸に角度θをもって入射する入射光、
４は球レンズ３の焦点面、ｆは焦点距離、Ｒは球レンズ
３の半径である。なお、焦点面４には実際にはなにもな
いが理解上爪したものである。

光信号を含んだ入射光１，２は球レンズ３に入射した後
、受光素子面５に入射し、光電変換され電気信号が再生
される。

第１図（ｂ）はその入射光が受光素子面５上に作る光ス
ポットの様子を示した図である。

同図において受光素子面５に垂直に入射する光信号１は
球レンズ３で集光され焦点距！１１１ｆｔｌｌ：れた受
光素子面５上で最小錯乱円６（半径ｒｏ）を結像する。

−力先信号１に対してθなる角度をもって入射する光信
号２は球レンズ３で集光され焦点面４上で焦点を結んだ
のち受光素子面５上に楕円形状のスポットとして投影さ
れる。

このように光信号の入射角により受光素子面５上への入
射面積が大きく変ってくるので、受光素子の分割がマス
目状であれば、その入射面積の変動に応じて複雑な処理
回路が必要になる。そこで、本発明においては、このデ
フォーカス成分による受光素子面５への入射面積の増加
を考慮し受光素子を分割、配置する。

入射面積の増加分を定量的に求めるため、−膜形として
受光素子面５の中心（球レンズ３との最短位置）からの
距離りに接する楕円７を形成するような光信号２が球レ
ンズ３に入射した場合を考える。このとき入射角θは 但し　Ｒ：球レンズの半径 ｆ：球レンズの焦点距離 で表わせる。

また、このときの楕円系７の長径ａ、短径すは、 となる。

以上の結果より、第２図を用いて本発明の受光素子の分
割、配置方法を説明する。

第２図は受光素子面５の平面図である。

まず、受光素子面５に垂直に入射する光信号ｌについて
最小錯乱円の半径ｒＯ以上の半径ｒｌ（ｒｌ＞ｒｏ）を
もつ受光素子８を配置する。次にこの受光素子８に接す
るように投影される楕円径を包含するように同心円」二
に受光素子９を配置する。このとき受光素子９の幅はｒ
ｌに接するよう投影される楕円の長径ａｌに等しいもの
とし、■、■式において（Ｌ＝　ｒ　１）により得られ
る。すなわち受光素子９は内径ｒｌ、外径ｒ２＝ｒｌ＋
ａｌとし受光素子８の同心円となる。またこの受光素子
９を投影される楕円形（長径ａｌ、短径ｂｌ）を包含す
るよう９−１゜９−２．・・・・・・・・・、９−ｎと
角度分割する。

以下同様に有効画角をどこまで広くとるかによって決ま
る外側の受光素子１０−１゜１０−２．・・・・・・・
・・、１Ｏ−ｎ（長径ａ２．短径ｂ２．Ｌ＝ｒ２によっ
て求める）、ざらに外側の受光素子もｔｔ−ｉ　、１１
−２．・・・・・・・・・。

１ｌ−ｎ（長径ａ３．短径ｂ３．Ｌ＝ｒ３によって求め
る）というように順次分割配置する。

ここでｒｌ、ｒ２、ｒ３の大きさは装置の画角をどのぐ
らいまでとるかによって、また、受光素子の分割数がい
くらまで許容されるか等の条件によって決められる。

本発明は前記実施例に限らず種々の変形、応用が可能で
ある。

例えば、前記実施例の中でｆｆｒｌは最小錯乱円１０以
上ｊおよび「同心円の幅は投影される楕円の長径に等し
いＪと説明したが、光学系後の回路規模および応答速度
等に応じて設定することにより前記設定以外でも本発明
を実施できる。

［発明の効果］ 以上、説明した様に本発明の光受信装置によれば、球レ
ンズと平面上に分割された受光素子の組合せによる小型
、軽量、高速処理可能かつ画角の改善された受光系にお
いて平面上に比較的容易に分割できる構成をとっており
、同時に不感領域を少なく抑えることが可能である。ま
た受光後の加算回路も最大４分割入力程度に制限でき回
路規模を小さく抑えられパーソナルレベルへの展開が可
能となり、また回路が簡単になることにより雑音の軽減
にも寄与するといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の光受信装置を示す概略断面図、
第１図（ｂ）はその装置に入射光が入射した時に受光素
子上に作る光スポットの様子を示した図、第２図は該受
光素子の分割の様子を示す受光素子の平面図である。 １．２：入射光 ３：球レンズ ４：球レンズの焦点面 ５：受光素子面 ６：最小錯乱円（光スポット） ７：楕円スポット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号を受光し、該光信号を電気信号に変換する
   光受信装置であって、 該光受信装置の受光部が、球レンズと該球レンズに近接
   して設置され複数の同心円状に分割されかつ各自が独立
   している受光素子とから構成されており、 しかも前記球レンズへ軸外光束として入射した光が前記
   受光素子上に形成する光スポットの大きさに対応して、
   前記受光素子の分割された同心円の面積が中心部から周
   辺部に向うに従って大きくなることを特徴とする光受信
   装置。