KR100569616B1 - 공간 광 전송장치 및 공간 광 전송방법 - Google Patents

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Abstract

간이한 제어로 광 빔을 추미할 수 있는 빔형의 공간 광 전송장치 및 공간 광 전송방법이다. 송신기(10)로부터 복수의 확산형의 트래킹 광(X1) 등을 출사하고, 이 트래킹 광의 광 강도의 분포로부터 트래킹 광 수신부(22)와 기준점과의 어긋남을 검출하고, 그 오차정보를 수신기(20)로부터 송신기(10)에 보내고, 렌즈(11,13)를 사용하여 트래킹 광의 광축의 방위를 변경함과 함께 데이터 광(40)의 광축의 방위를 조정한다.
공간 광 전송, 트래킹, 오차정보

Description

공간 광 전송장치 및 공간 광 전송방법{Space optical transmission apparatus and space optical transmission method}
본 발명은, 광을 공간 중에 방출하여 정보를 전송하는 공간 광 전송장치 및 공간 광 전송방법에 관한 것이다.
자유공간 중에 광을 방출하여 정보를 전달하는 기술은, IrDA(Infrared Data Association) 등에 의해서 실용화되어 있다. 특히, 광을 넓혀서 방출하는 확산형은 광축의 일치가 요구되지 않기 때문에, 간편하게 송수신기를 설정할 수 있다.
이러한 확산형의 송신기로부터, 광에 의해서 정보의 공간 전송을 행하기 위해서는, 지근거리(1m 이내)라도 큰 광 출력을 요하고 있고, 통신거리가 10m 정도로 되면 500mW 이상의 광 출력이 필요하였다.
또한, 정보의 전송속도가 빨라지면 광대역의 높은 주파수가 사용되지만, 높은 주파수로 변조된 광을 검출하기 위해서는, 수광 소자의 수광 면적을 작게 하여 소자의 전기 용량(커패시턴스)을 작게 할 필요가 있다. 예컨대, 1 GHz의 대역에서 정보의 전송이 행하여지는 경우, 광 검출기로서 포토 다이오드를 사용하면, 수광 면적을 0.1mm2 이하로 할 필요가 있다. 따라서, 광대역의 광 전송에 있어서는, 수광 면적이 작기 때문에, 보다 큰 광 출력이 필요하게 된다.
한편, 광을 집속시켜 직선 상에서 광 송수신을 행하는 빔형에서는, 확산형보다는 비교적 작은 광 출력으로 족하나, 광축의 조정이 어렵다. 특히, 송신기와 수신기의 위치가 움직이는 경우에는, 광 빔의 추미(追尾) 수단이 필요하다. 추미수단으로서, 예컨대, 특허공개공보 평8-181654호에는, 렌즈와 전하 결합소자(CCD)를 사용하여 화상정보를 얻고, 광 빔을 조사해야 할 목표를 검출하여 광축을 조정하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 이 전하 결합소자(CCD)는 소비전력이 클 뿐만 아니라, 송신기를 전하 결합소자와 같은 복잡한 소자와 조합하는 것이 실용적이지 않고, 더욱이 화상정보를 해석하여, 목표를 검지하고, 광 빔의 방향을 제어하기 위해서는 복잡한 알고리즘이 필요하다.
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 간단하고 용이한 제어에 의해 광 빔을 추미할 수 있는 빔형의 공간 광 전송장치 및 공간 광 전송방법을 제공하기 위한 것이다.
(발명의 개시)
(1) 본 발명에 관련되는 공간 광 전송장치는, 넓은 각으로 광이 출사되는 확산형의 복수의 트래킹 광 발신부와, 협각으로 광이 출사되는 빔형의 데이터 광 발신부와, 오차정보 광 수신부와, 광축 제어부를 갖는 송신기와,
트래킹 광 수신부와, 데이터 광 수신부와, 오차정보 생성부와, 확산형의 오차정보 광 발신부를 갖는 수신기를 포함하고,
상기 트래킹 광 발신부는, 그 트래킹 광 발신부와 상대적인 위치관계가 고정된 복수의 좌표축을 포함하는 좌표 평면을 향하여 광을 출사하고, 각 좌표축 상에서, 적어도 2개의 상기 트래킹 광 발신부로부터의 상기 광의 광축이 어긋나 위치하며, 각 광은 어느 하나의 좌표축을 따라서, 인접한 것끼리 부분적으로 중복됨과 함께 광 강도에 분포가 형성되고,
상기 트래킹 광 수신부는, 상기 좌표 평면상에 위치하고, 상기 트래킹 광 발신부의 각 광을 수광하여 각 광의 강도를 검출하고,
상기 오차정보 생성부는, 상기 검출된 각 광의 강도에 기초하여, 상기 트래킹 광 수신부와 상기 좌표 평면에서의 기준점과의 오차를 산출하여 오차정보를 생성하고,
상기 오차정보 광 발신부는, 상기 오차정보를 상기 오차정보 광 수신부에 보내고,
상기 광축 제어부는, 상기 오차정보에 기초하여, 상기 트래킹 광 수신부가 상기 좌표 평면의 상기 기준점에 위치하도록, 상기 트래킹 광 발신부의 광축을 제어함과 함께, 상기 데이터 광 수신부에 대응하도록 상기 데이터 광 발신부의 광축을 제어한다.
본 발명에 의하면, 송신기의 트래킹 광 발신부로부터, 수신기의 트래킹 광 수신부에 광이 출사된다. 이 광은 확산형이기 때문에, 광축이 다소 어긋나 있더라도, 트래킹 광 수신부에서의 수광이 가능하다.
또한, 본 발명에서는, 복수의 좌표축을 포함하는 좌표 평면이 설정되어 있다. 이 좌표 평면은 트래킹 광 발신부와의 위치 관계가 고정되어 있고, 각 좌표축 상에서 광축이 어긋나 복수의 광이 위치하여, 인접한 것끼리 광이 부분적으로 중복하고 있다. 더욱이, 트래킹 광 발신부로부터의 광은, 좌표축에 따라 광 강도에 분포가 형성되어 있다. 따라서, 좌표축에 따라 부분적으로 중복하는 복수의 광의 강도를 비교하면, 좌표 평면상에서의 트래킹 광 수신부의 위치를 검출할 수 있다.
오차정보 생성부는, 트래킹 광 수신부의 위치를 나타내는 광의 강도에 근거하여, 미리 결정된 기준점과 트래킹 광 수신부와의 위치의 오차를 산출한다. 수신기의 오차정보 광 발신부는, 오차정보를 송신기의 오차정보 광 수신부로 보낸다.
송신기에서는, 오차정보에 근거하여, 트래킹 광 발신부의 광축을 제어함과 함께 데이터 광 발신부의 광축을 제어한다.
이상의 제어를 행하여, 빔형의 데이터 광 발신부의 광축을 데이터 광 수신부에 대응시킬 수 있다. 본 발명에 의하면, 트래킹 광 수신부는, 광 강도를 검출할 뿐이므로 큰 전력이 필요치 않고, 오차정보를 산출하는 알고리즘도 복잡하게는 되지 않는다. 이렇게 하여, 간단하고 용이한 제어로, 빔형의 데이터 광 발신부로부터 집속한 광을 추미할 수 있다.
(2) 상기 공간 광 전송장치에 있어서,
각 트래킹 광 발신부의 상기 광은, 상기 광축으로부터 멀어짐에 따라서 강도 가 낮아지는 분포를 가져도 좋다.
(3) 상기 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 트래킹 광 발신부의 상기 광은, 1개씩 순차 출사되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 각 광마다 강도를 검출할 수 있다.
(4) 특히, 1개씩 출사되는 각 광에 기초하여 신호가 순차 샘플 홀드되고, 모든 광에 대응하는 신호가 샘플 홀드된 후 상기 오차정보가 생성되는 것이 바람직하다.
(5) 상기 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 오차정보 생성부는, 상기 검출된 각 광의 강도에 기초하여 각 트래킹 광 발신부마다 대응하여 강도신호를 생성하고, 동일한 상기 좌표축 상에서 광축이 위치하는 광마다 상기 강도신호의 차를 산출하여 각 좌표축마다 좌표오차정보를 생성하고,
상기 오차정보는, 모든 상기 좌표오차정보로 구성하는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 트래킹 광 수신부의 위치와 기준점과의 오차를 산출할 수 있다.
(6) 상기 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부로부터의 광을 통과시키는 적어도 1개의 렌즈를 가지며,
상기 광축 제어부는, 상기 렌즈를 구동하여, 상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부의 광축을 제어하도록 하여도 좋다.
이렇게 함으로써, 렌즈를 통하여 광축의 방위를 제어할 수 있다.
(7) 상기 (5)의 기재의 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 광축 제어부는, 렌즈를 평행 이동시켜도 좋다. 렌즈는 평행이동하는 것만으로도 광의 광축의 방위를 바꿀 수 있다.
(8) 렌즈를 평행이동시키기 위해서는, 상기 광축 제어부가 전자 액추에이터를 포함하는 것이 바람직하다.
(9) 상기 (1) 내지 (5)의 어느 1개에 기재된 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 광축 제어부는, 상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부로부터의 광을 반사하여, 해당 광의 광축의 방위를 바꾸는 갈바노 미러(galvano mirror)를 포함하여도 좋다.
이것에 의하면, 광의 반사각도를 바꾸는 것으로, 광의 광축의 방위를 바꿀 수 있다.
(10) 상기 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부중 적어도 어느 한쪽은, 면(面) 발광 레이저의 광 출사부로부터 구성되어도 된다.
면 발광 레이저는, 복수의 광 출사부를 용이하게 형성할 수 있고, 광의 방위를 가지런히 할 수 있기 때문에, 본 발명에 적합하다.
(11) 상기 (10) 기재의 공간 광 전송장치에 있어서,
상기 면 발광 레이저는, 복수의 상기 광 출사부를 가지며,
상기 광 출사부의 하나가 상기 데이터 광 발신부가 되고, 나머지가 상기 트 래킹 광 발신부가 되는 공간 광 전송장치.
이것에 의하면, 면 발광 레이저에, 데이터 광 발신부 및 트래킹 광 발신부의 양쪽이 형성되어 있다. 또한, 하나의 광 출사부는 빔형의 데이터 광 발신부에 대응하여 협각으로 광이 출사되도록 형성되고, 나머지의 광 출사부는, 확산형의 트래킹 광 발신부에 대응하여 광이 확산되도록 되어 있다.
(12) 본 발명에 관련되는 공간 광 전송방법은, 송신기로부터 넓은 각으로 광이 출사되는 확산형으로 복수의 트래킹 광을 출사하고, 상기 트래킹 광과 상대적인 위치관계가 고정된 복수의 좌표축을 포함하는 좌표 평면상에서 상기 트래킹 광을 수신기의 수광부로 수광하여 상기 수광부와 소정의 기준점과의 오차를 검출하여 오차정보를 생성하고, 상기 오차정보를 상기 수신기로부터 상기 송신기에 보내어, 상기 오차정보를 기초로 하여 상기 송신기에 있어서 상기 트래킹 광의 상기 광축을 제어함과 함께 협각으로 광이 출사되는 빔상의 데이터 광의 광축을 제어하며,
각 좌표축 상에서, 적어도 2개의 상기 트래킹 광의 상기 광축이 어긋나 위치하고,
각 트래킹 광은, 어느 것인가의 좌표축에 따라, 인접하는 것끼리 부분적으로 중복함과 함께 광 강도에 분포가 형성되고, 또한, 상기 수광부에서의 수광에 의해서 강도가 검출되며, 상기 검출된 강도에 기초하여, 상기 좌표 평면에서의 상기 수광부와 상기 기준점과의 오차가 산출되어 상기 오차정보가 생성되고,
상기 오차정보에 기초하여, 상기 수광부가 상기 기준점에 위치하도록, 상기 트래킹 광의 광축이 제어됨과 함께, 상기 데이터 광의 광축이 제어된다.
본 발명에 의하면, 복수의 확산형의 트래킹 광이, 수신기에 있어서 수광부로 수광된다. 트래킹 광은, 좌표축에 따라, 부분적으로 중복됨과 함께 광 강도에 분포가 형성되어 있다. 따라서, 부분적으로 겹치는 각 광의 강도를 비교하는 것으로, 수신기에 있어서 트래킹 광을 수광하는 수광부의 위치를 검출할 수 있다. 그리고, 이 수광부와 소정의 기준점과의 오차를 산출하여 오차정보를 얻을 수 있다.
이렇게 해서, 오차정보에 기초하여 트래킹 광의 광축을 제어하면, 좌표 평면과 트래킹 광과 위치관계가 고정되어 있기 때문에, 상대적으로 수신기에 있어서 트래킹 광을 수광하는 수광부의 위치가 움직인다. 그리고, 이 수광부를 기준점에 일치시키고, 이것에 더하여 빔상의 데이터 광의 광축을 제어할 수 있다.
(13) 상기 공간 광 전송방법에 있어서,
각 트래킹 광은, 상기 광축으로부터 멀어짐에 따라서 강도가 낮게 되는 분포를 가져도 된다.
(14) 상기 공간 광 전송방법에 있어서,
상기 트래킹 광은, 1개씩 순차 출사되는 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것으로, 각 광마다 강도를 검출할 수 있다.
(15) 상기 (12) 내지 (14)중 어느 하나에 기재된 공간 광 전송방법에 있어서,
상기 검출된 각 트래킹 광의 강도에 근거하여 각 트래킹 광마다 대응하여 강도신호가 생성되고, 동일한 상기 좌표축 상에서 광축이 위치하는 상기 트래킹 광마다 상기 강도신호의 차를 산출하여 각 좌표축마다 좌표오차정보가 생성되며, 상기 오차정보는, 모든 상기 좌표오차정보로 이루어지는 것이 바람직하다.
이렇게 하는 것으로, 트래킹 광을 수광하는 수광부와 기준점과의 오차를 산출할 수 있다.
(16) 상기 (15)기재의 공간 광 전송방법에 있어서,
각 트래킹 광의 강도는 아날로그 신호로 검출되고, 상기 아날로그 신호가 디지털 신호화되어 상기 오차정보가 산출되고, 송신기에서 상기 오차정보는 아날로그 신호화되어 상기 트래킹 광 및 상기 데이터 광의 광축이 제어되는 것이 바람직하다.
도 1은 제1실시 형태에 관련되는 공간 광 전송장치의 구성을 나타내는 개략도,
도 2는 면 발광 레이저 및 광축 제어부를 나타내는 도면,
도 3은 트래킹 광에 관해서 설명하는 도면,
도 4의 (a) 내지 (d)는 제1실시 형태의 작용을 설명하는 도면,
도 5는 수신기에 있어서 트래킹 광을 수광하고 나서 오차정보 광을 출사할 때까지의 회로를 나타내는 도면,
도 6은 송신기에 있어서 오차정보 광을 수광하고 나서 광축의 조정이 행하여 질 때까지의 회로를 나타내는 도면,
도 7은 제2실시 형태에 관련되는 광축 제어부를 나타내는 도면,
도 8은 제3실시 형태에 관련되는 광축 제어부를 나타내는 도면,
도 9는 제4실시 형태에 관련되는 광축 제어부를 나타내는 도면.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
(제1실시 형태)
도 1은 제1실시 형태에 관련되는 공간 광 전송장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 이 공간 광 전송장치는 송신기(10) 및 수신기(20)를 포함한다.
송신기(10)는 면 발광 레이저(12, 14), 오차정보 광 수신부(16) 및 광축 제어부(18)를 갖는다. 도 2는 면 발광 레이저(12, 14) 및 광축 제어부(18)를 나타내는 도면이다.
면 발광 레이저(12)는 복수(4개)의 광 출사부(12a)를 가지며, 각 광 출사부(12a)가 트래킹 광 발신부로 된다. 광 출사부(12a)로부터는 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)(도 3참조)이 출사된다. 또한, 광 출사부(12a)로부터 출사되는 광은 렌즈(11)를 투과하였을 때, 비교적 큰 넓은 각으로 출사된다. 넓은 각으로서는 반치전각으로 5도 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10도 이상이 적당하다.
도 3은 트래킹 광에 관해서 설명하는 도면이다. 동 도면에 있어서, 직교하는 X, Y축을 포함하는 좌표 평면(P)이 설정되어 있다. 좌표 평면(P)은 트래킹 광(X1, X2, Yl, Y2)이 투사되는 면이고, X, Y축은 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)과의 위치관계가 고정되어 있다.
좌표 평면(P)에 있어서, 트래킹 광(X1, X2)의 광축(Al, A2)은 X축상에서 어긋나 위치하고, 트래킹 광(Y1, Y2)의 광축(A3, A4)은 Y축상에서 어긋나 위치한다. 또한, 모든 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)은 부분적으로 중복하도록 되어 있다.
또한, 각 트래킹 광(Xl, X2, Y1, Y2)은 광 강도로 분포가 형성되어 있다. 예컨대, 좌표 평면(P)의 아래에, 트래킹 광(X1, X2)의 광 강도가 나타내어지고 있다. 이것에 나타내는 바와 같이, 트래킹 광(X1, X2)은 광축(A1, A2)의 부근이 가장 강도가 크고, X축 방향에 따라 광축(Al, A2)으로부터 멀어짐에 따라서 강도가 작게 되어 있다. 이와 같이, 트래킹 광(Y1, Y2)도 광축(A3, A4)의 부근이 가장 강도가 크고, Y축 방향에 따라 광축(A3, A4)으로부터 멀어짐에 따라서 강도가 작게 되어 있다. 또한, 여기서, 광 강도는 수광소자에 있어서, 전류 또는 전압으로 변환되는 광 에너지의 크기를 가리킨다.
면 발광 레이저(14)는 1개의 광 출사부(14a)를 가지며, 이 광 출사부(14a)는 데이터 광 발신부가 된다. 광 출사부(14a)로부터 출사되는 광은 렌즈(13)를 투과하였을 때, 비교적 작은 넓은 각의 빔상의 광으로서 방출된다. 이 데이터 광(40)의 넓은 각은 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)의 넓은 각보다도 작은 것이 바람직하다. 넓은 각으로서는 반치전각으로 5도 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 3도 이하라도 좋다. 광 출사부(14a)로부터 출사되는 데이터 광(40)에 의해서, 송신기(10)로부터 수신기(20)에 데이터가 전달되도록 되어 있다.
면 발광 레이저(12, 14)는 주지하는 바와 같이, 광의 방향을 가지런히 하는 것이 용이하고, 또한, 면 발광 레이저(12)와 같이 복수의 광 출사부(12a)를 형성하여도 제조공정수가 크게 증가하는 일은 없다.
광축 제어부(18)는 도 2에 나타내는 바와 같이 2개의 렌즈(11, 13)와, 액추에이터(17, 19)를 포함한다.
한쪽의 렌즈(11)에는 트래킹 광 발신부가 되는 광 출사부(12a)로부터 출사된 트래킹 광(Xl, X2, Yl, Y2)이 투과한다. 상세하게는 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)은 렌즈(11)의 중심에서 어긋난 위치를 통해서 굴절하도록 되어 있다. 예컨대, 도 2에 있어서, 위쪽에 위치하는 광 출사부(12a)로부터는 트래킹 광(Y2)이 출사되고, 렌즈(11)에 의해서 굴절하여 렌즈(11)의 중심보다 아래쪽을 향하도록 광축(A4)의 방위가 변하고 있다.
다른 쪽의 렌즈(13)에는 데이터 광 발신부가 되는 광 출사부(14a)로부터의 데이터 광(40)이 투과한다. 그리고, 데이터 광(40)의 광축(Ax)도, 렌즈(11)의 움직임에 따라서, 그 중심에서 어긋나고 있다.
액추에이터(17, 19)는 렌즈(11, 13)의 중심을 지나는 광축에 직교하는 평면에 따라 평행하게, 렌즈(11, 13)를 동시에 2차원 구동하게 되어 있다. 렌즈(11, 13)가 이동되면, 트래킹 광(예컨대, Y2)의 광축(예컨대 A4) 및 데이터 광(40)의 광축(Ax)은 렌즈(11, 13)의 중심과의 위치가 변하여 방위가 변화게 된다. 이렇게 하여, 광축 제어부(18)는 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)의 광축(A1 내지 A4) 및 데이터 광(40)의 광축(Ax)을 제어한다.
도 1에 나타내는 오차정보 광 수신부(16)는, 수광소자를 포함하며, 광 에너지를 전류 또는 전압으로 변환하게 되어 있다. 또한, 오차정보 광 수신부(16)는 1cm2 정도의 비교적 넓은 면적으로 광을 수광하도록 되어 있다. 따라서, 오차정보 광 수신부(16)는 소자의 전기 용량이 크기 때문에, 고주파로 변조된 광 신호를 수광하기 위해서는 맞지 않지만, 넓어져 에너지 밀도가 작게 된 광을 수광하는 데 적합하다. 오차정보 광 수신부(16)는 수신기(20)의 오차정보 광 발신부(26)로부터 출사되는 오차정보 광(42)을 수광한다.
다음에, 수신기(20)에 관해서 설명한다. 수신기(20)는 트래킹 광 수신부(22), 데이터 광 수신부(24) 및 오차정보 광 발신부(26)를 갖는다.
트래킹 광 수신부(22)는 트래킹 광(Xl, X2, Y1, Y2)을 수광한다. 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)이 확산형의 광인 것에 대응하여, 트래킹 광 수신부(22)는 1cm2정도의 비교적 넓은 면적으로 광을 수광할 수 있도록 되어 있다. 이렇게 하는 것으로 큰 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
데이터 광 수신부(24)는 데이터 광(40)이 넓은 각의 작은 빔상의 광인 것에 대응하여, 0.lmm2 정도의 비교적 좁은 면적으로 광을 수광하도록 되어 있다. 이렇게 하는 것으로, 전류, 전압으로 변환할 수 있는 광 에너지는 작지만, 고주파로 변조된 광 신호를 고주파의 전기 신호로 변환할 수 있다.
오차정보 광 발신부(26)는 확산형의 오차정보 광(42)을 출사하도록 되어 있다. 확산형의 광을 출사하는 광원으로서는 발광 다이오드를 사용할 수 있다.
본 실시 형태는, 상기 한 바와 같이 구성되어 있고, 하기에 그 작용에 관해서 설명한다. 도 4의 (a) 내지 (d)는 본 실시 형태의 작용을 설명하는 도면이다.
우선, 트래킹 광(Xl, X2, Y1, Y2)이 트래킹 광 발신부로서의 광 출사부(12a)(도 2참조)로부터 트래킹 광 수신부(22)(도 1참조)에, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 순차 펄스 형상으로 출사된다.
또한, 각 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)은 일정한 간격을 두고 출사되어도 된다. 또는, 트래킹 광(X1, X2)을 연속하여 출사하고, 간격을 두고 나서 트래킹 광(Y1, Y2)을 출사하여도 된다.
트래킹 광 수신부(22)에서는 트래킹 광(X1, X2, Y1, Y2)이 순차 수광되어, 각 광 강도가, 대응하는 전류 또는 전압으로 변환된다. 트래킹 광(Xl, X2, Y1, Y2)의 광 강도는, 출사된 점에서는 같아도 트래킹 광 수신부(22)에 있어서 같다고는 할 수 없다. 그 때문에, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 광 강도를 변환한 전류치 또는 전압치는 각 펄스마다 크기가 다른 것이 된다.
도 4의 (b)에 도시한 신호로부터, 트래킹 광 수신부(22)가 도 3에 나타내는 위치에 있음을 알았다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 트래킹 광(X1, X2)은 X축에 따라서 광 강도로 분포가 형성되어 있다. 이 분포는, 각 광축(A1, A2)의 부근이 가장 강하고, X축에 따라 멀어짐에 따라서 약해지는 분포이다. 따라서, 트래킹 광(Xl, X2)의 강도를 비교하면, X1 이 크기 때문에 트래킹 광 수신부(22)는 트래킹 광(X1)의 광축(Al)에 가까운 위치에 있는 것을 알았다. 그리고, 트래킹 광(X1)에 대응하는 값과 트래킹 광(X2)에 대응하는 값과의 차를 구하는 것으로, 트래킹 광 수신부(22)와, 소정의 기준점이 되는 좌표 평면(P) 상의 원점(O)과의 차이가 구해진다. 이렇게 해서, X 좌표오차정보가 구해진다.
이와 같이 하여, 트래킹 광(Y1, Y2)에 관하여, Y 좌표오차정보가 구해진다.
그리고, X 좌표오차정보, Y 좌표오차정보는 디지털화되어, 도 1에 나타나는 오차정보 광(42)에 의해서, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 수신기(20)로부터 송신기(10)로 전달된다.
송신기(10)에서는 X 좌표오차정보 및 Y 좌표오차정보에 근거하여, 트래킹 광 수신부(22)가 도 3에 나타내는 원점(O)에 위치하도록, 트래킹 광의 광축을 제어한다. 구체적으로는, X 좌표오차정보및 Y 좌표오차정보에 근거하여 트래킹 광 수광부(22)와 원점(O)과의 어긋남에 따라서, 액추에이터(17, 19)(도 2참조)를 구동한다. 상세하게는, X 좌표오차정보 및 Y 좌표오차정보에 근거하여, 도 4의 (d)에 나타내는 바와 같이, X축 방향 제어전압 및 Y 축 방향 제어전압을 산출하고, 이것을 액추에이터(17, 19)에 인가한다.
이렇게 해서, 액추에이터(17, 19)에 의해서 렌즈(11)가 평행이동하고, 트래킹 광의 광축(A1 내지 A4) 방위가 변한다. 이것에 따라서, 도 3에 나타내는 좌표 평면(P)도 이동한다. 그리고, 트래킹 광 수광부(22)의 위치가 원점(O)의 위치와 일치한다.
본 실시 형태에서는 렌즈(11)와 함께 렌즈(13)도 같이 이동한다. 즉, 트래킹 광의 광축(A1 내지 A4) 방위가 변하면, 데이터 광(40)의 광축의 방위도 같은 방향으로 변한다. 또한, 트래킹 광(22)의 위치가 원점(O)의 위치와 일치할 때에, 데이터 광(40)의 광축이 데이터 광 수광부(24)에 대응하도록, 수신기(20)에 있어서 트래킹 광 수신부(22)와 데이터 광 수광부(24)의 위치가 설정되어 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 트래킹 광 수광부(22)의 위치를 원점(O)의 위치 에 일치시키는 것으로, 데이터 광(40)의 광축을 데이터 광 수광부(24)에 대응시킬 수 있다. 또한, 이 제어는 소정간격으로 행하여지기 때문에, 광축이 실질상, 항상 조정되고 있다.
다음에, 도 5는 수신기에 있어서 트래킹 광을 수광하고 나서 오차정보 광을 출사할 때까지의 회로를 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, 트래킹 광 수신부(22)는, 트래킹 광을 수광하면, 그 강도에 따라서 전류를 출력하고, 이 전류의 크기에 따라서, 1/V 변환부(30)에서 전압이 생성된다. 그리고, 우선, 트래킹 광(X1)에 대응하는 전압이 한쪽의 샘플 홀드부(31)에 유지되고, 트래킹 광(X2)에 대응하는 전압이 다른 쪽의 샘플 홀드부(32)에 유지된다. 샘플 홀드부(31, 32)중 어느 것의 전압을 유지시키는 가는, 제어부(33)에서 제어된다. 샘플 홀드부(31, 32)의 전압은 차동 증폭기(34)에 동시에 인가되어, 전압의 차에 따른 아날로그 신호가 출력된다. 이 아날로그 신호는 A/D 변환부(35)에 의해서 디지털 신호화되고, 제어부(33)로부터의 제어에 의해서 버퍼(36)에 유지된다. 이 디지털 신호는 X 좌표오차정보이다.
다음에, 이와 같이 하여 Y 좌표오차정보를 생성하고, 버퍼(36)에 유지한다. 그리고, 제어부(33)의 제어에 의해서 X 좌표오차정보 및 Y 좌표오차정보를 연속하여 드라이버(37)에 출력하고, 오차정보 광 발신부(26)로부터 오차정보로서 오차정보 광(42)을 출사한다. 오차정보 광(42)은 송신기(10)의 오차정보 광 수신부(16)로서 수광된다.
도 6은 송신기에 있어서 오차정보 광을 수광하고 나서 광축의 조정이 행하여지기까지의 회로를 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, 오차정보 광 수광부(16)는 오차정보 광(42)을 수광하면, 그 강도에 따라서 전류를 출력한다. 이 전류의 크기에 따라서, 1/V 변환부(50)에서 신호 전압이 생성되고, 데이터 분리기(52)에 의해서 필요한 신호만이 선택되어, 직렬/병렬 변환부(54)에 출력되며, 직렬로 입력된 신호가 병렬로 변환된다. 이 병렬 신호는, D/A 변환부(55)에 입력되어, 병렬 신호에 대응한 아날로그 신호로서 출력된다. 이렇게 하는 것으로, X축 방향 제어 전압 및 Y축 방향 제어 전압(도 4의 (d) 참조)을 얻을 수 있고, 드라이버(56)를 통하여 액추에이터(17, 19)에 전압이 인가된다. 그리고, 액추에이터(17, 19)는 렌즈(11, 13)를 평행이동시킨다.
이렇게 하여, 트래킹 광의 광축(A1 내지 A4)이 제어됨과 함께, 데이터 광(40)의 광축도 제어되고, 송신기(10)로부터 수신기(20)로 광 전송을 할 수 있다. 본 실시 형태에 의하면, 복잡한 알고리즘도 불필요하고, 간단한 구성으로 빔상의 데이터 광(40)을 수광할 수 있다.
(제2실시 형태)
도 7은 제2실시 형태에 관련되는 광축 제어부를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 광축 제어부(60)는 도 2에 나타내는 광축 제어부(18)의 대신에 사용할 수 있다. 광축 제어부(60)는 면 발광 레이저(62), 렌즈(64) 및 액추에이터(66, 68)를 포함한다.
본 실시 형태에서는 면 발광 레이저(62)에 트래킹 광 발신부가 되는 4개의 광 출사부(62a)와, 데이터 광 발신부가 되는 1개의 광 출사부(62b)가 형성되어 있다. 면 발광 레이저는, 광 출사부의 수를 증가하여도 제조공정에 대한 영향이 적기 때문에, 이와 같이 광 출사부(62a, 62b)를 1개의 면 발광 레이저(62)에 형성하여도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 1장의 렌즈(64)에 의해서, 트래킹 광 및 데이터 광의 광축을 조정할 수 있다.
(제3실시 형태)
도 8은 제3실시 형태에 관련되는 광축 제어부를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 광축 제어부(70)는 회전축을 중심으로 하여 반사경의 각도를 바꾸는 2개의 갈바노 미러(72, 75)를 포함한다. 2개의 갈바노 미러(72, 75)에 의해서 X축, Y축의 2축의 제어가 가능하게 된다. 본 실시 형태에서는 면 발광 레이저(74, 76)와 렌즈(71, 73)와의 위치관계는 고정되어 있다. 또한, 면 발광 레이저(74, 76)는 도 2에 나타내는 면 발광 레이저(12, 14)와 같은 구성이다.
상기 갈바노 미러(72, 75)에 의해서도, 광축 조정을 할 수 있다.
(제4실시 형태)
도 9는 제4실시 형태에 관련되는 광축 제어부를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 광축 제어부(80)도, 갈바노 미러(82, 85)를 포함한다. 또한, 동 도면에 나타내는 면 발광 레이저(84)는 도 7에 나타내는 면 발광 레이저(62)와 같은 구성으로 되어 있기 때문에, 1개의 렌즈(86)에 의해서 광축의 조정을 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 광각(廣角)으로 광이 출사되는 확산형의 복수의 트래킹 광 발신부와, 협각(狹角)으로 광이 출사되는 빔형의 데이터 광 발신부와, 오차정보 광 수신부와, 광축 제어부를 갖는 송신기와,
    트래킹 광 수신부와, 데이터 광 수신부와, 오차정보 생성부와, 확산형의 오차정보 광 발신부를 갖는 수신기를 포함하며,
    상기 트래킹 광 발신부는, 그 트래킹 광 발신부와 상대적인 위치 관계가 고정된 복수의 좌표축을 포함하는 좌표 평면을 향하여 광을 출사하고, 각 좌표축상에서, 적어도 2개의 상기 트래킹 광 발신부로부터의 상기 광의 광축이 어긋나 위치하며, 각 광은 어느 하나의 좌표축을 따라서, 인접하는 것끼리 부분적으로 중복됨과 함께 광 강도에 분포가 형성되고,
    상기 트래킹 광 수신부는, 상기 좌표 평면상에 위치하고, 상기 트래킹 광 발신부의 각 광을 수광하여 각 광의 강도를 검출하고,
    상기 오차정보 생성부는, 상기 검출된 각 광의 강도에 기초하여, 상기 트래킹 광 수신부와 상기 좌표 평면에서의 기준점과의 오차를 산출하여 오차정보를 생성하고,
    상기 오차정보 광 발신부는, 상기 오차정보를 상기 오차정보 광 수신부에 송신하고,
    상기 광축 제어부는, 상기 오차정보에 근거하여, 상기 트래킹 광 수신부가 상기 좌표 평면의 상기 기준점에 위치하도록, 상기 트래킹 광 발신부의 광축을 제어함과 함께, 상기 데이터 광 수신부에 대응하도록 상기 데이터 광 발신부의 광축을 제어하는, 공간 광 전송장치.
  2. 제1항에 있어서, 각 트래킹 광 발신부의 상기 광은, 상기 광축으로부터 멀어짐에 따라서 강도가 낮아지는 분포를 갖는, 공간 광 전송장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트래킹 광 발신부의 상기 광은, 1개씩 순차 출사되는, 공간 광 전송장치.
  4. 제3항에 있어서, 1개씩 출사되는 각 광에 기초하여 신호가 순차 샘플 홀드되고, 모든 광에 대응하는 신호가 샘플 홀드되고 나서 상기 오차정보가 생성되는, 공간 광 전송장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오차정보 생성부는, 상기 검출된 각 광의 강도에 기초하여 각 트래킹 광 발신부마다에 대응하여 강도 신호를 생성하고, 동일한 상기 좌표축 상에서 광축이 위치하는 광마다 상기 강도신호의 차를 산출하여 각 좌표축마다 좌표오차정보를 생성하고,
    상기 오차정보는, 모든 상기 좌표오차정보로 이루어지는, 공간 광 전송장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부로부터의 광을 통과시키는 적어도 하나의 렌즈를 가지며,
    상기 광축 제어부는, 상기 렌즈를 구동하여, 상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부의 광축을 제어하는, 공간 광 전송장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광축 제어부는, 렌즈를 평행이동시키는, 공간 광 전송장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광축 제어부는, 상기 렌즈를 평행이동시키는 전자 액추에이터를 포함하는, 공간 광 전송장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광축 제어부는, 상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부로부터의 광을 반사하고, 상기 광의 광축의 방위를 변화시키는 갈바노 미러(galvano mirror)를 포함하는, 공간 광 전송장치.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 트래킹 광 발신부 및 상기 데이터 광 발신부의 적어도 어느 한쪽은, 면 발광 레이저의 광 출사부인, 공간 광 전송장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 면 발광 레이저는, 복수의 상기 광 출사부를 가지며,
    상기 광 출사부의 하나가 상기 데이터 광 발신부로 되고, 나머지가 상기 트래킹 광 발신부가 되는, 공간 광 전송장치.
  12. 송신기로부터 광각으로 광이 출사되는 확산형으로 복수의 트래킹 광을 출사하고, 상기 트래킹 광과 상대적인 위치관계가 고정된 복수의 좌표축을 포함하는 좌표 평면상에서 상기 트래킹 광을 수신기의 수광부로 수광하여 상기 수광부와 소정의 기준점과의 오차를 검출하여 오차정보를 생성하고, 상기 오차정보를 상기 수신기로부터 상기 송신기로 송신하고, 상기 오차정보를 기초로 하여 상기 송신기에 있어서 상기 트래킹 광의 광축을 제어함과 함께 협각으로 광이 출사되는 빔형상의 데이터 광의 광축을 제어하고,
    각 좌표축상에서, 적어도 2개의 상기 트래킹 광의 상기 광축이 어긋나 위치하고,
    각 트래킹 광은, 어느 하나의 좌표축을 따라, 인접하는 것끼리 부분적으로 중복함과 함께 광 강도에 분포가 형성되고, 또한, 상기 수광부에서의 수광에 의해서 강도가 검출되며, 상기 검출된 강도에 기초하여, 상기 좌표 평면에서의 상기 수광부와 상기 기준점과의 오차가 산출되어 상기 오차정보가 생성되고,
    상기 오차정보에 기초하여, 상기 수광부가 상기 기준점에 위치하도록, 상기 트래킹 광의 광축이 제어됨과 함께, 상기 데이터 광의 광축이 제어되는, 공간 광 전송방법.
  13. 제12항에 있어서, 각 트래킹 광은, 상기 광축으로부터 멀어짐에 따라서 강도가 낮아지는 분포를 갖는, 공간 광 전송방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 트래킹 광은, 1개씩 순차 출사되는, 공간 광 전송방법.
  15. 제12항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출된 각 트래킹 광의 강도에 기초하여 각 트래킹 광마다에 대응하여 강도신호가 생성되고, 동일한 상기 좌표축 상에서 광축이 위치하는 상기 트래킹 광마다 상기 강도신호의 차를 산출하여 각 좌표축마다 좌표오차정보가 생성되고,
    상기 오차정보는, 모든 상기 좌표오차정보로 이루어지는, 공간 광 전송방법.
  16. 제15항에 있어서, 각 트래킹 광의 강도는 아날로그 신호로 검출되며, 상기 아날로그 신호가 디지털 신호화되어 상기 오차정보가 산출되고, 송신기에서 상기 오차정보는 아날로그 신호화되어 상기 트래킹 광 및 상기 데이터 광의 광축이 제어되는, 공간 광 전송방법.
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