KR20080065251A - Free space optical communication apparatus - Google Patents

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Abstract

A free space optical communication apparatus is provided to reduce the beam cross-sectional area of an optical signal reached to the light receiving portion, thereby increasing the reception efficiency. A transmission member(110) condenses the light beam emitted from a light source through a condensing lens and transmits the condensed light beam. A driving member(150) controls the transmission direction of the light beam emitted through the condensing lens from the light source. A receiving member(130) receives the light beam transmitted from other communication device. A control member(170) analyzes the light beam received at the receiving member and extracts the data information and the light alignment state error information. The control member also controls the driving member according to the extracted light alignment state error information so that the light transmission direction is controlled. The separation distance between the light transmission member and the other communication device is within the range of 90 to 100 when the focus length(f) of the condensing lens is 100.

Description

자유공간 광통신장치{free space optical communication apparatus}Free space optical communication apparatus

본 발명은 자유공간 광통신장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광신호의 수신 감도를 높일 수 있도록 자유공간 광통신장치에 관한 것이다.The present invention relates to a free space optical communication device, and more particularly, to a free space optical communication device to increase the reception sensitivity of an optical signal.

광소자의 급속한 발전과 더불어 광통신수단도 급속하게 발전하고 있다. 최근에는 광케이블을 통해 광신호를 전송하는 방식과는 다르게 자유공간을 통해 광신호를 전송하는 기술이 개발되고 있다.In addition to the rapid development of optical devices, optical communication means are also rapidly developing. Recently, a technology for transmitting an optical signal through a free space has been developed unlike a method of transmitting an optical signal through an optical cable.

자유공간을 통해 광통신을 수행하는 장치는 통상 레이저빔을 방사하고, 방사된 레이저빔을 원거리에서 수신하여 정보를 주고 받을 수 있도록 되어 있다.An apparatus for performing optical communication through a free space typically emits a laser beam, and receives the emitted laser beam at a long distance to transmit and receive information.

이러한 자유공간을 통한 광통신 방식은 자유공간을 통신 매체로 이용하기 때문에 케이블이 요구되지 않는 장점이 있는 반면, 대기 상태가 변화할 수 있고 그로인한 통신환경의 정밀성, 신뢰성을 제약하는 단점이 있다. 즉, 바람, 열파동, 인위적 오염물질 등은 변화하는 수차를 발생시킬 수 있어 수신측에서 입수 가능한 광신호의 질을 떨어뜨릴 수 있는 문제점이 있다.The optical communication method through the free space has the advantage that the cable is not required because the free space is used as the communication medium, but the standby state can be changed, thereby limiting the precision and reliability of the communication environment. That is, wind, heat waves, artificial pollutants, etc. may cause aberrations to change, which may deteriorate the quality of optical signals available on the receiving side.

종래의 자유공간 광통신장치들은 보다 원거리에서 통신이 가능하도록 송신기측의 광학계는 레이저빔을 집속렌즈를 통해 점진적으로 광빔이 수렴되게 진행되도 록 구성하고, 수신기측은 송신기에서 출사되어 초점거리를 지난 다음 다시 점진적으로 확산되는 광빔을 수신할 수 있도록 송신기의 집속렌즈의 초점거리 보다 멀리 설치되었다. 이러한 종래의 통신방법에 의하면, 대기환경의 변화와 같은 자유공간의 변화에 의해 송신기에서 송출한 광의 일부만 수신하는 경우가 많아 수신광의 낮은 감도에 의해 정보가 왜곡될 수 있고, 수신기측의 신호 증폭 및 잡음제거를 위한 요소가 요구되는 문제점이 있다.Conventional free-space optical communication devices are configured so that the optical system at the transmitter side proceeds to converge the laser beam gradually through the focusing lens so that the communication at a longer distance is possible, and the receiver side exits from the transmitter and passes the focal length again. It is installed farther than the focal length of the focusing lens of the transmitter to receive progressively diffused light beams. According to the conventional communication method, only a part of the light transmitted by the transmitter is received due to a change in free space, such as a change in the atmospheric environment, so that information may be distorted due to the low sensitivity of the received light. And there is a problem that an element for noise reduction is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 광신호의 수신정밀도를 높일 수 있으면서도 에러 보정이 용이한 자유공간 통신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a free space communication device which can increase the reception accuracy of an optical signal and is easy to correct errors.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자유공간 통신장치는 자유공간을 통해 광신호를 송수신할 수 있도록 된 자유공간 통신장치에 있어서, 광원과, 상기 광원에서 출사되는 광을 집속렌즈를 통해 집속하여 송출하는 송신부와; 상기 광원에서 집속렌즈를 통해 출사되는 광의 출사방향을 조정할 수 있도록 된 구동부와; 상기 송신부와 통신을 수행하는 타 통신장치에서 송출된 광을 수신하는 수신부와; 상기 수신부에서 수신된 광을 분석하여 데이터 정보와 광정렬상태 에러정보를 추출하고, 추출된 광정렬상태 에러정보에 따라 상기 송신부에서 출사되는 광의 출사방향이 조정되게 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 구비하고, 상기 송신부와 상기 타 통신장치와의 이격거리는 상기 집속렌즈의 초점거리(f)를 100 이라 할 때 90 내지 110의 범위 내에 있도록 설치된다.In order to achieve the above object, the free space communication device according to the present invention is a free space communication device capable of transmitting and receiving an optical signal through a free space, the light source and the light emitted from the light source through a focusing lens A transmitting unit which transmits by sending; A driver configured to adjust an emission direction of light emitted from the light source through a focusing lens; A receiving unit for receiving light transmitted from another communication device communicating with the transmitting unit; And a controller configured to extract data information and optical alignment state error information by analyzing the light received by the receiver, and to control the driving unit to adjust an emission direction of light emitted from the transmitter according to the extracted optical alignment state error information. The distance between the transmitter and the other communication device is installed to be in a range of 90 to 110 when the focal length f of the focusing lens is 100.

바람직하게는 상기 수신부는 중앙에 마련되어 수신된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 정보 광검출부와; 상기 정보 광검출부를 중심으로 방사방향을 따라 상호 인접되게 분할 구획된 위치상에 배치되어 수신된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 제1 내지 제4섹터 광검출부;를 구비하고, 상기 제어부는 상기 제1 내지 제4 섹터 광검출부에서 각각 검출된 신호로부터 상기 정보 광검출부 내로 광이 집속될 수 있게 광출사방향이 보정되도록 상기 구동부를 제어한다.Preferably, the receiving unit is provided in the center and the information light detector for outputting an electrical signal corresponding to the received light; And first to fourth sector photodetectors arranged on adjacently divided portions of the information photodetector along a radial direction and outputting electrical signals corresponding to the received light. The driving unit is controlled to correct the light output direction to focus light from the signals respectively detected by the first to fourth sector photodetectors into the information photodetector.

더욱 바람직하게는 상기 수신부 선단에는 상기 정보 광검출부의 수신영역과 상기 섹터 광검출부의 수신영역에 대응되게 분할 구획되되 입사된 광을 확산시키는 확산층을 갖는 광수신패널;이 더 구비된다.More preferably, the front end of the receiver further includes a light receiving panel having a diffusion layer for dividing the light incident portion divided into the receiving region and the sector photodetector receiving region, the incident light.

본 발명에 따른 자유공간 광통신장치에 의하면, 수신부에 도달하는 광신호의 빔 단면적을 줄일 수 있어 수신효율을 높일 수 있고, 수신부에 수신된 광량정보를 이용하여 광신호의 송신방향을 조정할 수 있다.According to the free-space optical communication apparatus according to the present invention, the beam cross-sectional area of the optical signal reaching the receiver can be reduced, the reception efficiency can be increased, and the transmission direction of the optical signal can be adjusted using the light quantity information received at the receiver.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유공간 통신장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a free space communication apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 자유공간 통신장치를 나타내 보인 도면이다. 1 is a view showing a free space communication apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 자유공간 광통신 장치(100)는 송신부(110), 수신부(130) , 구동부(150) 및 제어부(170)를 구비한다. 참조부호 200은 자유공간 광통신장치와 동일 구성을 갖는 타 광통신장치이다.Referring to FIG. 1, the free space optical communication device 100 includes a transmitter 110, a receiver 130, a driver 150, and a controller 170. Reference numeral 200 denotes another optical communication device having the same configuration as the free space optical communication device.

송신부(110)는 광원(112), 위치 조정부(114) 및 집속렌즈(116)를 구비한다. The transmitter 110 includes a light source 112, a position adjuster 114, and a focusing lens 116.

광원(112)은 레이저 빔을 광섬유를 통해 출사하는 구조가 적용될 수 있다.The light source 112 may be a structure that emits a laser beam through the optical fiber.

집속렌즈(116)는 광원(112)에서 출사된 광을 목적하는 초점거리(f)까지 점진적으로 수렴되게 형성한 것을 적용하는 것이 바람직하다.The focusing lens 116 is preferably configured to gradually converge the light emitted from the light source 112 to the target focal length f.

위치 조정부(114)는 광원(112)을 집속렌즈(116)에 대해 3축 즉, x, y, z 방향으로 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다.The position adjusting unit 114 is configured to adjust the position of the light source 112 in three axes, that is, in the x, y, and z directions with respect to the focusing lens 116.

이러한 위치 조정부(114)는 홀더(114a)에 장착된 집속렌즈(116)에 대해 광축방향인 z방향으로 광원(112)의 종단 광섬유가 진퇴될 수 있게 하고, 홀더(114a)를 x,y 방향으로 이송할 수 있는 이송 테이블(114b)에 장착한 구조가 적용될 수 있다.The position adjusting unit 114 allows the terminal optical fiber of the light source 112 to advance and retreat in the z direction, which is the optical axis direction, with respect to the focusing lens 116 mounted on the holder 114a, and moves the holder 114a in the x and y directions. The structure mounted on the transfer table 114b which can be transferred to can be applied.

송신부(110)는 대향되게 설치된 타 통신장치(200)와의 이격거리가 집속렌즈(116)의 초점거리(f)를 100 이라 할 때 90 내지 110의 범위 내에 있도록 설치된다. The transmitter 110 is installed such that the distance between the other communication apparatus 200 facing each other is within the range of 90 to 110 when the focal length f of the focusing lens 116 is 100.

즉, 집속렌즈(116)의 초점거리(f)가 1000m일 경우 타 통신장치(200)는 송신부(110)를 기준으로 900m 내지 1100m 범위 내에 설치된다. 이 경우 수신되는 빔사단면적이 줄어들어 수시효율을 높일 수 있다.That is, when the focal length f of the focusing lens 116 is 1000m, the other communication device 200 is installed within the range of 900m to 1100m with respect to the transmitter 110. In this case, the received beam cross-sectional area is reduced to increase the efficiency at any time.

수신부(130)는 수신된 광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.The receiver 130 detects the received light and outputs an electrical signal corresponding to the detected light.

수신부(130)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.The receiver 130 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

수신부(130)는 광수신패널(132) 및 정보광검출부(PDo)(143), 제1 내지 제4섹터 광검출부(PD1 내지 PD4)(144 내지 147)를 구비한다The receiver 130 includes a light receiving panel 132, an information light detector (PDo) 143, and first to fourth sector light detectors (PD1 to PD4) 144 to 147.

광수신패널(132)은 정보광검출부(PDo)(143) 및 제1 내지 제4섹터 광검출부(PD1 내지 PD4)(144 내지 147)의 수신영역에 대응되게 분할구획되어 입사된 광을 확산시킬 수 있도록 되어 있다.The light receiving panel 132 divides and splits the incident light corresponding to the reception regions of the information light detector PDo 143 and the first to fourth sector light detectors PD1 to PD4 144 to 147. It is supposed to be.

광수신패널(132)은 중앙에 원형으로 형성된 중앙섹터부(133)와, 중앙섹터 부(133)를 중심으로 방사상으로 90도씩 분할된 제1 내지 제4섹터부(134 내지 137)를 구비한다.The light receiving panel 132 includes a central sector portion 133 formed in a circular shape at the center, and first to fourth sector portions 134 to 137 divided radially by 90 degrees about the central sector portion 133. .

중앙섹터부(133)의 배면에는 정보광 검출부(143)가 배치되어 있고, 제1 내지 제4섹터부(134 내지 137)의 배면에는 각각 제1 내지 제4 섹터 광검출부(144 내지 147)이 마련되어 있다.An information light detector 143 is disposed on the back of the center sector 133, and the first to fourth sector light detectors 144 to 147 are respectively disposed on the back of the first to fourth sectors 134 to 137. It is prepared.

광수신패널(132)은 투명베이스판(132a)과 투명베이스판(132a) 전면에 형성된 확산층(132b)를 갖는 구조로 되어 있다.The light receiving panel 132 has a structure having a transparent base plate 132a and a diffusion layer 132b formed on the entire surface of the transparent base plate 132a.

확산층(132b)은 표면처리방식 또는 확산물질을 코팅하는 방식이 적용될 수 있다. The diffusion layer 132b may be a surface treatment method or a method of coating a diffusion material.

이러한 확산층(132b)은 수신된 광에 대해 각 광수신 영역에 대해 균일하게 광을 확산시킴으로써 광검출부(143 내지 147)의 광수신 위치를 광수신영역 전체 보다 작게 적용하여도 되고, 위치에 대한 제약을 완화시킬 수 있는 장점을 제공한다.The diffusion layer 132b may apply the light receiving position of the photodetectors 143 to 147 smaller than the entire light receiving region by diffusing light uniformly with respect to each light receiving region with respect to the received light. Provide the benefits of mitigating

한편, 태양광과 같은 외부광을 차단하기 위한 필터가 광수신패널(132)에 더 구비될 수 있음은 물론이다.On the other hand, a filter for blocking external light such as sunlight may be further provided in the light receiving panel 132.

정보 광검출부(143)는 수신된 광에 포함된 정보를 판독하기 위해 적용된 것이다.The information light detector 143 is applied to read information included in the received light.

제1 내지 제4섹터 광검출부(144 내지 147)은 대응되는 제1 내지 제4섹터부(134 내지 137)를 통과한 광을 검출한다.The first to fourth sector photodetectors 144 to 147 detect light passing through the corresponding first to fourth sector portions 134 to 137.

제어부(170)는 송출대상 정보가 송신부(110)를 통해 출사되도록 광원(112)의 구동을 제어하고, 맞은편 타 통신장치(200)로부터 송신된 신호에 응답하여 송신된 후 수신부(130)에서 수신된 광 중 제1 내지 제4 섹터 광검출부(144 내지 147)에서 각각 검출된 신호로부터 데이터 정보와 광정렬상태 에러정보를 추출하고, 추출된 광정렬상태 에러정보에 따라 정보 광검출부(143) 내로 광이 집속될 수 있게 광출사방향이 보정되도록 구동부(150)를 통해 위치 조정부(114)를 제어한다.The control unit 170 controls the driving of the light source 112 so that the transmission target information is emitted through the transmission unit 110, and is transmitted in response to a signal transmitted from the other communication device 200 on the opposite side, and then the reception unit 130 The data information and the light alignment state error information are extracted from the signals detected by the first to fourth sector light detectors 144 to 147 of the received light, and the information light detector 143 is extracted according to the extracted light alignment state error information. The position adjusting unit 114 is controlled through the driving unit 150 so that the light output direction is corrected so that light can be focused into the light source.

즉, 제어부(170)는 제1 및 제3섹터 광검출부(144)(146)에서 출력되는 신호를 비교하여 팁(tip)방향에 대한 에러량을 산출하고, 제2 및 제4섹터 광검출부(145)(147)에서 출력되는 신호를 비교하여 틸트(tilt)방향에 대한 에러량을 산출한다. 이후 제어부(170)는 산출된 에러량을 보상할 수 있게 위치조정부(114)가 위치 이동되도록 구동부(150)를 제어한다.That is, the controller 170 compares the signals output from the first and third sector photodetectors 144 and 146 to calculate an error amount in the tip direction, and the second and fourth sector photodetectors ( The amounts of errors in the tilt direction are calculated by comparing the signals output from 145 and 147. Thereafter, the controller 170 controls the driving unit 150 to move the position adjusting unit 114 to compensate for the calculated error amount.

도 1은 본 발명에 따른 자유 공간 광통신 장치를 나타내 보인 도면이고,1 is a view showing a free space optical communication device according to the present invention,

도 2는 도 1의 수신부의 바람직한 구성을 나타내 보인 사시도이고,2 is a perspective view showing a preferred configuration of the receiver of FIG.

도 3은 도 2의 광수신패널과 광검출기와의 접속관계를 나타내 보인 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a connection relationship between the light receiving panel and the photodetector of FIG. 2.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

110: 송신부 130: 수신부110: transmitter 130: receiver

150: 구동부 170: 제어부 150: drive unit 170: control unit

Claims (3)

자유공간을 통해 광신호를 송수신할 수 있도록 된 자유공간 통신장치에 있어서,In the free space communication device that can transmit and receive an optical signal through the free space, 광원과, 상기 광원에서 출사되는 광을 집속렌즈를 통해 집속하여 송출하는 송신부와;A light source and a transmission unit for focusing and transmitting the light emitted from the light source through a focusing lens; 상기 광원에서 집속렌즈를 통해 출사되는 광의 출사방향을 조정할 수 있도록 된 구동부와;A driver configured to adjust an emission direction of light emitted from the light source through a focusing lens; 상기 송신부와 통신을 수행하는 타 통신장치에서 송출된 광을 수신하는 수신부와;A receiving unit for receiving light transmitted from another communication device communicating with the transmitting unit; 상기 수신부에서 수신된 광을 분석하여 데이터 정보와 광정렬상태 에러정보를 추출하고, 추출된 광정렬상태 에러정보에 따라 상기 송신부에서 출사되는 광의 출사방향이 조정되게 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 구비하고,And a controller configured to extract data information and optical alignment state error information by analyzing the light received by the receiver, and to control the driving unit to adjust an emission direction of light emitted from the transmitter according to the extracted optical alignment state error information. and, 상기 송신부와 상기 타 통신장치와의 이격거리는 상기 집속렌즈의 초점거리(f)를 100 이라 할 때 90 내지 110의 범위 내에 있도록 설치된 것을 특징으로 하는 자유공간 광통신 장치.And a separation distance between the transmitter and the other communication device is set to be in a range of 90 to 110 when the focal length f of the focusing lens is 100. 제1항에 있어서, 상기 수신부는The method of claim 1, wherein the receiving unit 중앙에 마련되어 수신된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 정보광 검출부와;An information light detector provided in the center and outputting an electrical signal corresponding to the received light; 상기 정보 광검출부를 중심으로 방사방향을 따라 상호 인접되게 분할 구획된 위치상에 배치되어 수신된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 제1 내지 제4섹터 광검출부;를 구비하고,And first to fourth sector photodetectors disposed on positions divided into adjacent sections along the radial direction of the information photodetector to output electrical signals corresponding to the received light. 상기 제어부는 상기 제1 내지 제4 섹터 광검출부에서 각각 검출된 신호로부터 상기 정보 광검출부 내로 광이 집속될 수 있게 광출사방향이 보정되도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자유공간 광통신장치.And the control unit controls the driving unit to correct a light output direction to focus light from the signals respectively detected by the first to fourth sector photodetectors into the information photodetector. 제2항에 있어서, 상기 수신부 선단에는 상기 정보 광검출부의 수신영역과 상기 섹터 광검출부의 수신영역에 대응되게 분할 구획되되 입사된 광을 확산시키는 확산층을 갖는 광수신패널;이 더 구비된 것을 특징으로 하는 자유공간 광통신장치.The light receiving panel of claim 2, further comprising: a light receiving panel at a front end of the receiving unit, the light receiving panel having a diffusion layer for dividing the incident light into a receiving area of the information light detecting unit and a receiving area of the sector light detecting unit and diffusing incident light; Free space optical communication device.
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