WO2023007873A1 - 信号送受信装置 - Google Patents

Abstract

信号送受信装置（１）は、送信光（Ｌ１ａ）を出射する光源部（２０）と、受信光（Ｌ１ｂ）を受光する光検出器（３１、３２）と、受信光（Ｌ１ｂ）を光検出器（３１、３２）に集光させる集光ミラー（１０）と、を備える。集光ミラー（１０）は、光源部（２０）から出射された送信光（Ｌ１ａ）を通過させて、光源部（２０）の光軸（Ａ１）と集光ミラー（１０）の光軸（Ａ２）とを互いに整合させる貫通孔（１２）を有する。集光ミラー（１０）の反射面（１１）は、送信光（Ｌ１ａ）の出射方向に延びる柱体を、長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状を有する。

Description

信号送受信装置

　本発明は、光を用いて信号を送受信する信号送受信装置に関する。

　従来、光を用いて信号を送受信する信号送受信装置が知られている。たとえば、以下の特許文献１には、複数の発光素子を有する光送信機と複数の受光素子を有する光受信機とを備えた光通信システムが記載されている。このシステムでは、光送信機側の各発光素子から出射された光は、光学部材によって平行光化され、光受信機側の対応する受光素子に受光される。

特開２０１７－２２０７３８号公報

　上記特許文献１の構成では、発光素子から出射された光は、光学部材によって平行光化されるものの、通常、完全な平行光とはならず、僅かに発散した状態となる。たとえば、送信時に直径３ｍｍ、広がり角０．３ｍｒａｄの光ビームは、２００ｍ先では直径５ｃｍほどのビームとなる。このため、送信機と受信機との間の距離が長い場合、光送信機側から送信された光は、光受信機側で大きく広がり、光受信機側の受光素子で十分な強度の光を受光できないことが起こり得る。また、発光素子と受光素子との間に光軸ずれが生じた場合や、一方の光軸が他方の光軸に対して傾いた場合も、光送信機側から送信された光を、十分な強度で光受信機側の受光素子に導けないことが起こり得る。

　　かかる課題に鑑み、本発明は、相手側の光送受信装置から送信された光を十分な強度で自身の光検出器に導くことが可能な信号送受信装置を提供することを目的とする。

　本発明の主たる態様に係る信号送受信装置は、送信光を出射する光源部と、受信光を受光する光検出器と、前記受信光を前記光検出器に集光させる集光ミラーと、を備える。前記集光ミラーは、前記光源部から出射された前記送信光を通過させて、前記光源部の光軸と前記集光ミラーの光軸とを互いに整合させる貫通孔を有する。前記集光ミラーの反射面は、前記送信光の出射方向に延びる柱体を、長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状を有する。

　本態様に係る信号送受信装置によれば、光源部の光軸と集光ミラーの光軸とが互いに整合されるため、他方の信号送受信装置に対する位置調整を簡易かつ円滑に行うことができる。また、集光ミラーの反射面が、送信光の出射方向に延びる柱体を、長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状であるため、他方の信号送受信装置に対して、僅かな光軸ずれや光軸の傾きが生じたとしても、他方の信号送受信装置からの受信光を、当該信号送受信装置の光検出器に、十分な強度で導くことができる。

　以上のとおり、本発明によれば、相手側の光送受信装置から送信された光を十分な強度で自身の光検出器に導くことが可能な信号送受信装置を提供できる。

　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施形態１に係る、集光ミラーの外観構成を示す斜視図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る、集光ミラーの背面図および背面斜視図である。 図３は、実施形態１に係る、信号送受信装置の構成を示す側面図である。 図４は、実施形態１に係る、信号送受信システムの構成を示す側面図である。 図５は、実施形態１に係る、信号送受信装置の回路部の構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態１に係る、反射面の形成方法を説明するための図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る、信号送受信システムを構成する一対の信号送受信装置に光軸ずれおよび光軸の傾きが生じた場合の受信光の受信状態を示す図である。 図８は、実施形態２に係る、ミラーユニットの構成を示す斜視図である。 図９は、実施形態２に係る、信号送受信装置の構成を示す一部側面図である。 図１０は、実施形態２に係る、信号送受信装置の回路部の構成を示すブロック図である。 図１１は、実施形態２に係る、調整モードにおいて、一方の信号送受信装置の送受信ユニットに設定される送信光の位相を示す図である。 図１２（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施形態２に係る、調整モード実行時に、他方の信号送受信装置に向かって送信される送信光の強度変化を模式的に示す図である。図１２（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、実施形態２に係る、調整モード実行時に、他方の信号送受信装置の中心の送受信ユニットの光検出器から出力される検出信号の強度の変化を模式的に示す図である。 図１３は、参考例に係る、センサ装置の構成を示す側面図である。 図１４は、参考例に係る、センサ装置の他の構成を示す側面図である。 図１５は、参考例に係る、センサ装置のさらに他の構成を示す側面図である。

　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

　以下の実施形態には、信号送受信システムに用いられる信号送受信装置に本発明が適用された場合の構成例が示されている。信号送受信システムは、一対の信号送受信装置を備える。一対の信号送受信装置は、互いに同じ構成である。一方の信号送受信装置から送信された送信光が、他方の信号送受信装置において、受信光をして受光される。また、他方の信号送受信装置から送信された送信光が、一方の信号送受信装置において、受信光をして受光される。各送信光は、送信データに応じて変調される。受信側の信号送受信装置は、変調された送信光を復調して受信データを生成する。

　以下の実施形態では、主として、一方の信号送受信装置の構成が説明される。他方の信号送受信装置も、一方の信号送受信装置と同様の構成である。但し、必ずしも、他方の信号送受信装置は、一方の信号送受信装置と同じ構成でなくてもよく、一方の信号送受信装置において、信号の送受信を適正に行える限りにおいて、他方の信号送受信装置の構成が、一方の信号送受信装置の構成と相違していてもよい。

　＜実施形態１＞
　以下、本発明の実施形態１について、図を参照して説明する。便宜上、図には、互いに直交するＸＹＺ軸が付されている。Ｚ軸正方向は、送信光の出射方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、それぞれ、信号送受信装置１の幅方向および高さ方向である。

　＜集光ミラーの構造＞
　図１は、信号送受信装置１に搭載される集光ミラー１０の外観構成を示す斜視図である。図２（ａ）は、集光ミラー１０の背面図、図２（ｂ）は、集光ミラー１０を背面側から見たときの斜視図である。

　集光ミラー１０は、反射面１１と、貫通孔１２と、柱状部１３と、背板部１４と、留め孔１５と、開口１６と、切り欠き１７とを有する。集光ミラー１０は、アルミニウム等の金属材料によって一体形成されている。集光ミラー１０が、樹脂材料によって形成されてもよい。

　反射面１１はＺ軸負方向に入射する受信光Ｌ１ｂ（図４参照）を、Ｙ軸負方向に反射して集光する。反射面１１は、集光ミラー１０の内方に凹んだ曲面となっている。反射面１１は、内方に凹んだ曲面を鏡面仕上げした後、金等の高反射率の材料を当該曲面に蒸着することにより形成される。反射面１１の形状は、後述する送信光Ｌ１ａ（図３参照）の出射方向に延びる四角柱形状の柱体（本実施形態では、たとえば、Ｘ軸方向の幅が５ｃｍ、Ｙ軸方向の幅が５ｃｍ、Ｚ軸方向の幅が５ｃｍ）を、出射方向に平行な長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状である。反射面１１の設定方法は、追って、図６を参照して説明する。

　貫通孔１２は、集光ミラー１０をＺ軸方向に貫通している。貫通孔１２は、後述の光源部２０（図３参照）から出射される送信光Ｌ１ａを通過させるためのものである。貫通孔１２は、柱状部１３の中心軸に沿って形成されている。送信光Ｌ１ａは、貫通孔１２を通過して、Ｚ軸正方向に出射される。

　柱状部１３は、Ｚ軸正側から見て、正方形の角が丸められた形状を有する。柱状部１３は、Ｚ軸方向に延びる柱体が反射面１１に沿って切り取られた形状である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、柱状部１３の背面には、背面視において正方形の角が丸められた形状の開口１６が形成されている。この開口１６のＺ軸正側の内側面に上述の貫通孔１２が形成され、さらに、この貫通孔１２の出口に、Ｙ軸正方向に延びる切り欠き１７が形成されている。

　背板部１４は、後述の支持部材４０（図３参照）に集光ミラー１０を設置するためのものである。図２（ａ）に示すように、背板部１４は、平面視において、長方形の角が丸められた形状である。背板部１４の厚みは一定である。背板部１４の四隅に、それぞれ、Ｚ軸方向に貫通する留め孔１５が形成されている。留め孔１５を介して後述の支持部材４０にネジが留められることにより、集光ミラー１０が支持部材４０に設置される。

　＜信号送受信装置の構成＞
　図３は、信号送受信装置１の構成を示す側面図である。便宜上、図３では、集光ミラー１０および支持部材４０が、集光ミラー１０のＸ軸方向の中間位置において、Ｙ－Ｚ平面に平行な平面で切断された断面図で示されている。

　図３に示すように、信号送受信装置１は、上述の集光ミラー１０の他、光源部２０と、受光部３０と、支持部材４０とを備える。

　光源部２０は、光源２１、２２と、コリメータレンズ２３、２４と、結合素子２５と、波長板２６とを備える。

　光源２１、２２は、たとえば、レーザ光を出射する半導体レーザである。光源２１、２２の出射波長は、たとえば、赤外波長（８００ｎｍ程度）である。太陽光など外光の影響を低減するため９００ｎｍ帯の波長や、他の通信機器との干渉を防ぐ目的から、１．３μｍ帯や１．５μｍ帯の波長を有する光源を用いてもよい。光源２１、２２の出射波長が、可視光などの赤外波長以外の波長であってもよい。

　光源２１は、出射光軸がＺ軸に平行となるように配置され、光源２２は、出射光軸がＹ軸に平行となるように配置される。光源２１の出射光軸と光源２２の出射光軸は、互いに直交する。光源２１は、Ｚ軸正方向に光を出射し、光源２２は、Ｙ軸正方向に光を出射する。光源２１、２２から出射されるレーザ光は、送信データにより変調される。これにより、送信光Ｌ１ａが生成される。

　コリメータレンズ２３、２４は、光源２１、２２からそれぞれ出射されたレーザ光を平行光化する。コリメータレンズ２３、２４を透過した光は、厳密には、完全な平行光とはならず、平行光からやや広がった光となる。

　結合素子２５は、光源２１、２２からそれぞれ出射された送信光Ｌ１ａの光軸を整合させる。結合素子２５は、光源２１、２２の出射光軸が直交する位置に配置される。結合素子２５は、たとえば、偏光ビームスプリッタである。この場合、光源２１は、光源２１から出射された直線偏光のレーザ光が結合素子２５に対してＰ偏光となるように配置される。また、光源２２は、光源２２から出射された直線偏光のレーザ光が結合素子２５に対してＳ偏光となるように配置される。これにより、結合素子２５を経由した後の光源２１、２２からの送信光Ｌ１ａの光軸が整合する。整合後の光軸Ａ１は、Ｚ軸に平行である。

　波長板２６は、光源２１、２２からそれぞれ出射された直線偏光の光を円偏光の光に変換する。波長板２６は、１／４波長板である。波長板２６は、結合素子２５の後段に配置されている。波長板２６は、結合素子２５により光軸が整合された光源２１、２２からの送信光Ｌ１ａを、それぞれ円偏光に変換する。

　受光部３０は、光検出器３１、３２と、分離素子３３と、波長板３４とを備える。

　光検出器３１、３２は、集光ミラー１０の反射面１１で集光された受信光Ｌ１ｂを受光する。受信光Ｌ１ｂは、他方の信号送受信装置１から出射された送信光である。光検出器３１、３２は、たとえば、ＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。さらに、アバランシェフォトダイオードを用いることで、光検出器３１、３２の検出感度が高められ得る。

　分離素子３３は、集光ミラー１０によって集光される２種類の受信光Ｌ１ｂを分離して光検出器３１、３２にそれぞれ導く。分離素子３３は、たとえば、偏光ビームスプリッタである。この場合、分離素子３３は、２種類の受信光Ｌ１ｂのうち、Ｓ偏光で入射する受信光Ｌ１ｂを反射して光検出器３２に導き、Ｐ偏光で入射する受信光Ｌ１ｂを透過して光検出器３１に導く。

　波長板３４は、円偏光で入射する受信光Ｌ１ｂを直線偏光に変換する。波長板３４は、１／４波長板である。波長板３４は、分離素子３３の前段に配置されている。旋回方向が互いに反対である２種類の円偏光の受信光Ｌ１ｂのうち、一方の受信光Ｌ１ｂは、波長板３４によって、分離素子３３に対しＰ偏光の直線偏光に変換され、他方の受信光Ｌ１ｂは、波長板３４によって、分離素子３３に対しＳ偏光の直線偏光に変換される。これにより、これら２種類の受信光Ｌ１ｂが、それぞれ、上記のように分離素子３３で分離され、光検出器３１、３２にそれぞれ受光される。

　支持部材４０は、所定厚みの板状の部材である。支持部材４０は、剛性の高い金属材料からなっている。支持部材４０には、円形の通過孔４１が形成されている。集光ミラー１０が支持部材４０に設置された状態において、通過孔４１は、集光ミラー１０の貫通孔１２と同軸である。貫通孔１２および通過孔４１の中心軸は、Ｚ軸に平行である。

　光源部２０は、支持部材４０の背面側に設置される。結合素子２５によって整合された各光源２１の出射光軸、すなわち、光源部２０の光軸Ａ１は、貫通孔１２および通過孔４１の中心軸に一致する。これにより、光源部２０から出射された送信光Ｌ１ａは、通過孔４１および貫通孔１２を通って、Ｚ軸方向に出射される。

　受光部３０は、集光ミラー１０の下方に配置される。受光部３０は、集光ミラー１０の反射面１１の光軸Ａ２が、光検出器３１の受光面の中心に整合するように配置される。分離素子３３で折り曲げられた光軸Ａ２は、光検出器３２の受光面の中心に整合する。これにより、反射面１１で反射および集光された２種類の受信光Ｌ１ｂは、それぞれ、光検出器３１、３２に受光される。

　反射面１１の光軸Ａ２は、反射面１１を介して、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向に９０度折れ曲がっている。Ｚ軸に平行な方の反射面１１の光軸Ａ２は、光源部２０の光軸Ａ１と整合している。すなわち、貫通孔１２は、光源部２０から出射された送信光Ｌ１ａを通過させて、光源部２０の光軸Ａ１と集光ミラー１０の光軸Ａ２とを互いに整合させる。

　上記のように、貫通孔１２の出口に、Ｙ軸正方向に延びる切り欠き１７が形成されている。すなわち、貫通孔１２には、受光部３０に対向する内側面に切り欠き１７が形成されている。このため、光源部２０から出射された送信光Ｌ１ａの一部が、貫通孔１２の出口に掛かって散乱したとしても、散乱した送信光Ｌ１ａは、開口１６の内部に向かう方向に進む。開口１６に入射した送信光Ｌ１ａの散乱光は、開口１６と支持部材４０とにより囲まれた空間の内側面で反射を繰り返すうちに減衰する。開口１６と支持部材４０とにより囲まれた空間の内側面に、光吸収剤が塗布されてもよい。

　＜信号送受信システム＞
　図４は、信号送受信システム２の構成を示す側面図である。上記図３と同様、図４では、集光ミラー１０および支持部材４０が、集光ミラー１０のＸ軸方向の中間位置において、Ｙ－Ｚ平面に平行な平面で切断された断面図で示されている。

　図４に示すように、信号送受信システム２は、一対の信号送受信装置１ａ、１ｂを備える。信号送受信装置１ａ、１ｂの構成は、何れも、図３に示した信号送受信装置１と同様である。ここでは、便宜上、２つの信号送受信装置１を区別するために、１ａ、１ｂの付番が、各信号送受信装置に付されている。このうち、信号送受信装置１ａが、図３に示された信号送受信装置１に対応する。

　図４では、信号送受信装置１ａから出射された送信光はＬ１ａで示され、右側の信号送受信装置１ｂから出射された送信光はＬ１ｂで示されている。右側の信号送受信装置１ｂから出射された送信光Ｌ１ｂは、左側の信号送受信装置１ａが受信する受信光となる。このため、図３の構成では、受信光にＬ１ｂが付されている。

　２つの信号送受信装置１ａ、１ｂは、それぞれの光軸Ａ１が互いに一致するよう、互いに対向して配置される。２つの信号送受信装置１ａ、１ｂは、所定の距離だけ離れて配置され、送信光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを用いて、データの送受信を行う。上記のように、送信光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、送信データによって変調される。たとえば、送信光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、送信データによってＡＭ変調される。ＡＭ変調の方式として、たとえば、ＰＡＭ４（Pulse Amplitude Modulation 4）による変調方式が用いられる。光源２１、２２から出射される送信光Ｌ１ｂは、それぞれの送信データによって、個別に変調される。

　光源２１、２２から出射された送信光Ｌ１ａは、コリメータレンズ２３、２４によって平行光化される。しかし、送信光Ｌ１ａは、上記のように、コリメータレンズ２３、２４によって完全な平行光に変換されず、平行光からやや広がった光となる。このため、左側の信号送受信装置１ａから出射された送信光Ｌ１ａは、右側の信号送受信装置１ｂに到達する際には、図４のように、Ｘ－Ｙ平面の面内方向に広がったビームサイズとなる。同様に、右側の信号送受信装置１ｂから出射された送信光Ｌ１ｂは、左側の信号送受信装置１ａに到達する際には、Ｘ－Ｙ平面の面内方向に広がったビームサイズとなる。

　信号送受信装置１ａから出射された送信光Ｌ１ａは、信号送受信装置１ｂの集光ミラー１０によって反射および集光されて、信号送受信装置１ｂの光検出器３１、３２で受光される。

　信号送受信装置１ａの光源２１から出射された送信光Ｌ１ａは、信号送受信装置１ｂの光検出器３１で受光され、信号送受信装置１ａの光源２２から出射された送信光Ｌ１ａは、信号送受信装置１ｂの光検出器３２で受光される。これにより、光検出器３１、３２から、送信データに応じた検出信号が出力される。

　また、信号送受信装置１ｂから出射された送信光Ｌ１ｂは、信号送受信装置１ａの集光ミラー１０によって反射および集光されて、信号送受信装置１ａの光検出器３１、３２で受光される。これにより、光検出器３１、３２から、送信データに応じた検出信号が出力される。各検出信号が復調されて受信データが生成される。こうして、信号送受信装置１ａ、１ｂ間で、データ通信が行われる。

　＜回路部の構成＞
　図５は、信号送受信装置１の回路部の構成を示すブロック図である。

　信号送受信装置１は、図３に示した光源２１、２２および光検出器３１、３２の他、制御部１０１と、記憶部１０２と、駆動部１０３、１０４と、処理部１０５、１０６と、インタフェース１０７とを備える。

　制御部１０１は、たとえばＣＰＵやマイクロコンピュータにより構成される。制御部１０１は、記憶部１０２に記憶された制御プログラムに従って、信号送受信装置１内の各部の制御を行う。記憶部１０２は、メモリを備え、制御プログラムを記憶するとともに、制御処理時のワーク領域として用いられる。

　駆動部１０３、１０４は、それぞれ、制御部１０１からの制御に従って光源２１、２２を駆動する。処理部１０５、１０６は、光検出器３１、３２から入力される検出信号に増幅およびノイズ除去の処理を行い、さらに、処理後の検出信号をデジタル信号に変換して、制御部１０１に出力する。インタフェース１０７は、上位システムとの間でデータ通信を行う。

　図４に示した信号送受信システム２において、他方の信号送受信装置１ｂと通信を行う場合、制御部１０１は、インタフェース１０７を介して上位システムから入力される２チャンネルの送信データに基づき、ＡＭ変調された送信信号を生成し、生成した２チャンネルの送信信号を、それぞれ、駆動部１０３、１０４に出力する。駆動部１０３、１０４は、制御部１０１から入力された送信信号によって光源２１、２２の出射パワーをそれぞれ変調する。これにより、光源２１、２２から、それぞれ、各チャンネルの送信データにより光変調された送信光Ｌ１ａが出射される。出射された送信光Ｌ１ａは、他方の信号送受信装置１ｂによって受光される。

　また、他方の信号送受信装置１ｂから送信された２チャンネルの送信光Ｌ１ｂが、光検出器３１、３２でそれぞれ受光されて、光検出器３１、３２から検出信号がそれぞれ出力される。各チャンネルの検出信号は、処理部１０５でそれぞれ処理されて、制御部１０１に出力される。制御部１０１は、入力された各チャンネルの検出信号をそれぞれ復調して、受信データを生成する。制御部１０１は、生成した受信データを、インタフェース１０７を介して、上位システムに送信する。

　以上の処理は、他方の信号送受信装置１においても同様に行われる。これにより、２つの信号送受信装置１により、送信光Ｌ１ａを用いたデータ通信が行われる。

　＜反射面の形成方法＞
　図６は、反射面１１の形成方法を説明する図である。

　図６に示すように、反射面１１の１つの稜線が所定の楕円Ｅ０の一部に沿う形状である場合、楕円Ｅ０の長軸ＡＸ１上にある第１焦点位置ＦＰ１から発した光は、反射面１１によって、長軸ＡＸ１上の第２焦点位置ＦＰ２に集光される。逆に、第２焦点位置ＦＰ２から発した光は、反射面１１によって、長軸ＡＸ１上の第１焦点位置ＦＰ１に集光される。

　ここで、反射面１１から第１焦点位置ＦＰ１に向かう光軸Ａ２１と、反射面１１から第２焦点位置ＦＰ２に向かう光軸Ａ２２は、互いに垂直である。また、楕円Ｅ０の長軸ＡＸ１と短軸ＡＸ２の比に応じて、第１焦点位置ＦＰ１までの第１焦点距離ＦＤ１と、第２焦点位置ＦＰ２までの第２焦点距離ＦＤ２とが変化する。換言すると、第１焦点距離ＦＤ１と第２焦点距離ＦＤ２の長さに応じて、長軸ＡＸ１と短軸ＡＸ２の比が変化し、楕円Ｅ０の形状も変化する。これに応じて、反射面１１の稜線の形状も変化する。

　本実施形態では、反射面１１から第２焦点位置ＦＰ２に向かう方向に他方の信号送受信装置１ｂの光源部２０が設置され、反射面１１から第１焦点位置ＦＰ１に向かう方向に一方の信号送受信装置１ａの受光部３０が配置される。第１焦点距離ＦＤ１は、信号送受信装置１ａにおける反射面１１と光検出器３２との間の距離付近に設定され、第２焦点距離ＦＤ２は、反射面１１と他方の信号送受信装置１ｂの光源部２０との間の距離付近に設定される。

　本実施形態では、光軸Ａ２２に沿う方向に延びる四角柱の柱体Ｐ０を、第１焦点位置ＦＰ１および第２焦点位置ＦＰ２を含む長軸ＡＸ１を回転軸とする回転楕円面で切り取った断面形状に、反射面１１の形状が設定される。柱体Ｐ０（四角柱）の対向する２つの側面は、光軸Ａ２１、Ａ２２を含む平面に平行であり、柱体Ｐ０（四角柱）の対向する他の２つの側面は、光軸Ａ２１、Ａ２２を含む平面に垂直である。柱体Ｐ０（四角柱）の中心軸は、第２焦点位置ＦＰ２に向かう光軸Ａ２２に一致する。図６の光軸Ａ２１および光軸Ａ２２は、それぞれ、図３の光軸Ａ２および光軸Ａ１に対応する。

　このように反射面１１の形状を設定することにより、第２焦点位置ＦＰ２付近に配置された他方の信号送受信装置１ｂの光源部２０からの受信光Ｌ１ｂを、第１焦点位置ＦＰ１付近に配置された光検出器３１および光軸Ａ２１と同様の光路長の位置に配置された光検出器３２の受光面に効率的に集光させることができる。すなわち、反射面１１が、無限遠からの平行光を光検出器３１、３２の受光面に集光させる放物面に設定される場合に比べて、より多くの光量の受信光Ｌ１ｂを光検出器３１、３２に集光させることができる。

　また、他方の信号送受信装置１ｂは、上記のように、自身の光源部２０が第２焦点位置ＦＰ２付近に位置づけられるように配置される。他方の信号送受信装置１ｂの反射面１１の形状も、上記と同様の方法で設定される。また、他方の信号送受信装置１ｂは、自身の光軸Ａ１が、一方の信号送受信装置１ａの光軸Ａ１に一致するように、一方の信号送受信装置１ａに対向して配置される。これにより、他方の信号送受信装置１ｂの反射面１１と一方の信号送受信装置１ａの光源部２０との位置関係も、図６に示した反射面１１と第２焦点位置ＦＰ２との位置関係と同じとなる。よって、他方の信号送受信装置１ｂにおいても、一方の信号送受信装置１ａからの送信光Ｌ１ａを効率的に受光することができる。

　なお、このように信号送受信装置１ａ、１ｂの反射面１１の形状を設定することにより、信号送受信装置１ａ、１ｂの光軸Ａ１に僅かなずれが生じ、あるいは、信号送受信装置１ａ、１ｂの光軸Ａ１の一方が他方に対して僅かに傾いたとしても、信号送受信装置１ａ、１ｂの一方から出射された送信光Ｌ１ａを他方の光検出器３１、３２において、効率良く受光できる。

　図７（ａ）は、信号送受信装置１ａ、１ｂの間に光軸ずれが生じた状態を模式的に示す図である。

　ここでは、信号送受信装置１ｂの光軸Ａ１ｂが信号送受信装置１ａの光軸Ａ１ａに対して、偏差Ｄ１だけＹ軸正方向にずれている。このずれによって、信号送受信装置１ｂからの受信光Ｌ１ｂは、ずれが無いときに比べて、Ｙ軸正方向に変位する。しかし、この場合も、発光源である信号送受信装置１ｂの光源部２０（光源２１、２２）は、図６の第２焦点位置ＦＰ２付近にあるため、この発光源から出射された受信光Ｌ１ｂは、信号送受信装置１ａの反射面１１によって、信号送受信装置１ａの光検出器３１、３２に適正に集光される。よって、多くの光量の受信光Ｌ１ｂを、信号送受信装置１ａの光検出器３１、３２に導くことができる。

　図７（ｂ）は、信号送受信装置１ａ、１ｂの光軸が所定角度だけ互いに傾いた状態を模式的に示す図である。

　ここでは、信号送受信装置１ｂの光軸Ａ１ｂが信号送受信装置１ａの光軸Ａ１ａに対して、角度θ１だけＹ－Ｚ平面に平行な方向に傾いている。この傾きによって、信号送受信装置１ｂからの受信光Ｌ１ｂは、この傾きが無いときに比べて、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向に傾く。しかし、この場合も、発光源である信号送受信装置１ｂの光源部２０（光源２１、２２）は、図６の第２焦点位置ＦＰ２付近にあるため、この発光源から出射された受信光Ｌ１ｂは、信号送受信装置１ａの反射面１１によって、信号送受信装置１ａの光検出器３１、３２に適正に集光される。よって、多くの光量の受信光Ｌ１ｂを、信号送受信装置１ａの光検出器３１、３２に導くことができる。

　＜実施形態１の効果＞
　図３に示したように、貫通孔１２によって、光源部２０の光軸Ａ１と集光ミラー１０の光軸Ａ２とが互いに整合されるため、他方の信号送受信装置１ｂに対する位置調整を簡易かつ円滑に行うことができる。また、図６を参照して説明したように、集光ミラー１０の反射面１１が、送信光Ｌ１ａの出射方向に延びる柱体Ｐ０を、長軸ＡＸ１を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状であるため、図７（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、他方の信号送受信装置１ｂに対して、僅かな光軸ずれや光軸の傾きが生じたとしても、他方の信号送受信装置１ｂからの受信光Ｌ１ｂを、当該信号送受信装置１ａの光検出器３１、３２に、十分な強度で導くことができる。これにより、送受信の際の信号の品質を高めることができ、高精度の光通信を行うことができる。

　また、図１に示したように、柱状部１３は四角柱形状である。すなわち、図６において回転楕円面で切り取られる柱体Ｐ０は、四角柱である。このため、柱体Ｐ０が円柱に場合に比べて、反射面１１の面積を高めることができる。すなわち、本実施形態では、Ｚ軸正側から見たときの反射面１１の面積Ｓ０は、柱状部１３のＹ軸方向の幅およびＸ軸方向の幅を互いに乗じた値に略等しい。ここでは、Ｚ軸正側から見たときの四角柱の断面が略正方形であるため、柱状部１３のＸ軸方向の幅をＤとすると、面積Ｓ０は、Ｄ^２である。これに対し、柱体Ｐ０が直径Ｄの円柱である場合、Ｚ軸正側から見たときの反射面１１の面積Ｓ１は、πＤ^２／４である。面積Ｓ０は面積Ｓ１の１２７％となる。よって、本実施形態のように、柱状部１３を四角柱形状とすることにより、より効率的に受信光Ｌ１ｂを光検出器３１、３２に集光させることができ、通信の精度を高めることができる。

　図２（ａ）、（ｂ）および図３に示したように、貫通孔１２は、受光部３０に対向する内側面に切り欠き１７を有している。これにより、貫通孔１２の出口で散乱した送信光Ｌ１ａが、迷光となって受光部３０へと向かうことを抑制できる。よって、光検出器３１、３２の検出信号に迷光によるノイズが重畳されることを抑制でき、通信の精度を高めることができる。

　図３に示したように、光源部２０は、光源２１、２２と、光源２１、２２からそれぞれ出射された送信光Ｌ１ａの光軸を整合させる結合素子２５と、を備え、受光部３０は、光検出器３１、３２と、集光ミラー１０によって集光される２種類の受信光Ｌ１ｂを分離して光検出器３１、３２にそれぞれ導く分離素子３３と、を備える。これにより、光源２１、２２および光検出器３１、３２を用いて、２チャンネルで、信号の送受信を行い得る。よって、送受信可能な情報量を増やすことができる。

　上記のように、光源２１、２２は、それぞれ、送信光Ｌ１ａとして、直線偏光の光を出射し、結合素子２５および分離素子３３は、偏光ビームスプリッタである。これにより、結合素子２５に対する偏光方向を調整することにより、光源２１、２２の光軸を結合素子２５で整合させることができ、また、分離素子３３により、偏光方向が異なる２種類の受信光Ｌ１ｂを分離して、光検出器３１、３２にそれぞれ導くことができる。

　図３に示したように、光源部２０は、直線偏光の送信光Ｌ１ａを出射する光源２１、２２と、光源２１、２２から出射された送信光Ｌ１ａが透過する波長板２６と、を有する。これにより、光源２１、２２から出射された直線偏光の送信光Ｌ１ａは、波長板２６によって円偏光に変換される。よって、外乱光により信号レベルが変化した場合、光検出器３１、３２での受信強度変化を一様にすることができるため、外乱光により生じる信号成分の分離を容易に行うことができる。

　＜実施形態２＞
　上記実施形態１では、１つの信号送受信装置１に１つの集光ミラー１０が配置された。これに対し、実施形態２では、１つの信号送受信装置１に複数の集光ミラー１０が配置される。

　図８は、実施形態２に係るミラーユニット５０の構成を示す斜視図である。

　図８に示すように、ミラーユニット５０は、複数の集光ミラー５１と、背板部５２と、台座部５３とを備える。複数の集光ミラー５１、背板部５２および台座部５３がアルミニウム等の金属材料によって一体形成されて、ミラーユニット５０が構成されている。ミラーユニット５０が、樹脂材料によって形成されてもよい。

　図８の構成では、２５の集光ミラー５１が、５行および５列にマトリクス状に配置されている。上から２～５行目の集光ミラー５１は、互いに同じ構造である。上から１行目の集光ミラー５１は、凹部５１３ａが形成されていないことを除いて、上から２～５行目の集光ミラー５１と同じ構造である。背板部５２は、一定の厚みを有する。Ｚ軸正側から見たときの背板部５２の形状は、Ｙ軸方向にやや長い長方形の角を丸めた形状である。背板部５２の四隅には、Ｚ軸方向に貫通する留め孔５４が形成されている。

　台座部５３は、５行目の集光ミラー５１の直下位置から、柱状部５１３と同じ突出量だけ、Ｚ軸方向に突出している。台座部５３の上面は、Ｘ－Ｚ平面に平行である。台座部５３の上面には、５行目の集光ミラー５１の貫通孔５１２の出口の直下位置に、凹部５３ａが形成されている。凹部５３ａの形状および大きさは、凹部５１３ａと同様である。

　図９は、実施形態２に係る、信号送受信装置１の構成を示す一部側面図である。

　図９には、ミラーユニット５０に光源部２０と受光部３０が配置された状態が示されている。図９において、ミラーユニット５０および支持部材６０は、図８のＡ－Ａ’の位置でＹ－Ｚ平面に平行な平面で切断された断面図で示されている。

　図９に示すように、各集光ミラー５１は、反射面５１１と、貫通孔５１２と、柱状部５１３と、開口５１４と、切り欠き５１５とを有する。各反射面５１１は、上記実施形態１と同様、回転楕円面で四角柱を切り取った形状である。各反射面５１１の形状は互いに同じである。２５個の反射面５１１の中心は、Ｘ－Ｙ平面に平行な同一の平面に含まれる。貫通孔５１２は、上記実施形態１の貫通孔１２と同様、送信光Ｌ１ａを通過させるためのものであり、切り欠き５１５は、上記実施形態１の貫通孔１２と同様、受光部３０に対する迷光の影響を抑制するためのものである。

　ミラーユニット５０は、留め孔５４（図８参照）を介してネジを支持部材６０に留めることにより、支持部材６０に設置される。支持部材６０は、一定厚みの板状の部材である。支持部材６０には、各集光ミラー５１の貫通孔５１２に対応する位置に、それぞれ、通過孔６１が設けられている。上記実施形態１と同様、貫通孔５１２と通過孔６１は、同軸である。支持部材６０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の位置、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向の傾き、および、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向の傾きを調整可能な調整機構（図示せず）に支持されている。

　支持部材６０の背面に、２５個の光源部２０が設置されている。各光源部２０は、通過孔６１に対応する位置に配置されている。光源部２０の構成は、上記実施形態１と同様である。光源部２０の光軸Ａ１ａは、対応する通過孔６１および貫通孔５１２の中心軸に整合している。上述の調整機構により支持部材６０の位置および傾きが調整されると、支持部材６０に設置された光源部２０の位置および傾きも同様に調整される。

　２５個の集光ミラー５１の反射面５１１の直下に、それぞれ、受光部３０が配置される。受光部３０の構成は、上記実施形態１と同様である。２～５行目の集光ミラー５１の柱状部５１３の上面には、凹部５１３ａが形成されている。また、図８に示すように、台座部５３の上面には、５行目の各集光ミラー５１の直下の位置に凹部５３ａが形成されている。凹部５１３ａに、１～４行目の集光ミラー５１によって集光された受信光Ｌ１ｂを受光する受光部３０が設置される。また、凹部５３ａに、５行目の集光ミラー５１によって集光された受信光Ｌ１ｂを受光する受光部３０が設置される。上述の調整機構により支持部材６０の位置および傾きが調整されると、支持部材６０に設置されたミラーユニット５０とともに受光部３０の位置および傾きも同様に調整される。

　実施形態２では、１組の光源部２０、受光部３０および集光ミラー５１によって送受信ユニットＵ１が構成される。図８および図９の構成では、２５個の送受信ユニットＵ１が、５行および５列にマトリクス状に配置される。各送受信ユニットＵ１は、図９と同様の構成を有する他方の信号送受信装置１ｂの各送受信ユニットＵ１との間で、信号の送受信を行う。互いに信号の送受信を行う２つの送受信ユニットＵ１の配置方法は、上記実施形態１の図４に示した信号送受信装置１ａ、１ｂの配置方法と同様である。

　図１０は、実施形態２に係る、信号送受信装置１の回路部の構成を示すブロック図である。

　信号送受信装置１は、制御部２０１と、記憶部２０２と、２５個の駆動処理部２０３と、インタフェース２０４とを備えている。２５個の駆動処理部２０３は、２５個の送受信ユニットＵ１にそれぞれ接続されている。各駆動処理部２０３は、図５の駆動部１０３、１０４および処理部１０５、１０６と同様の回路部を含む。駆動処理部２０３は、制御部２０１からの制御により、送受信ユニットＵ１の光源２１、２２を駆動し、送受信ユニットＵ１の光検出器３１、３２からの信号を処理して制御部１０１に出力する。

　制御部２０１は、各送受信ユニットＵ１で送信するための２チャンネルの送信データを、インタフェース２０４を介して上位システムから受信する。制御部２０１は、受信した２チャンネルの送信データから、上記実施形態１と同様、ＡＭ変調された２チャンネルの送信信号を生成し、生成した送信信号を、対応する駆動処理部２０３に出力する。駆動処理部２０３は、受信した２チャンネルの送信信号により、送受信ユニットＵ１の光源２１、２２をそれぞれ駆動する。これにより、他方の信号送受信装置１ｂの対応する送受信ユニットＵ１に、各チャンネルの送信光Ｌ１ａが送信される。

　また、送受信ユニットＵ１が、他方の信号送受信装置１ｂの対応する送受信ユニットＵ１から受信光Ｌ１ｂを受信すると、当該送受信ユニットＵ１の光検出器３１、３２から各チャンネルの検出信号が駆動処理部２０３に出力される。駆動処理部２０３は、入力された各チェンネルの検出信号を上記実施形態１の処理部１０５と同様に処理して、制御部２０１に出力する。制御部２０１は、入力された各チャンネルの検出信号をそれぞれ復調して、受信データを生成し、生成した受信データを、インタフェース１０７を介して、上位システムに送信する。

　こうして、各送受信ユニットＵ１により、２チェンネルの送信信号の送受信が行われる。本実施形態では、２５個の送受信ユニットＵ１が信号送受信装置１に配置されるため、合計５０チャンネルの送信信号の送受信が行われ得る。このように、実施形態２の構成によれば、膨大なデータ量の送信データの送受信を実現できる。

　しかし、図８に示したように、複数の集光ミラー５１がマトリクス状に隣接して配置される場合、ミラーユニット５０に位置ずれや傾きが生じると、一の送受信ユニットＵ１から送信された送信光Ｌ１ａが、他方の信号送受信装置１ｂの対応する送受信ユニットＵ１とともに、これに隣接する送受信ユニットＵ１によっても、受信されることが起こり得る。この場合、当該送受信ユニットＵ１の光検出器３１、３２から出力される検出信号には、受信対象の送信光Ｌ１ａによる信号成分の他、他の送信光Ｌ１ａによる信号成分が重畳される。このため、当該チャンネルの受信データの精度および品質が低下することが起こり得る。

　この問題を解消するため、実施形態２では、ミラーユニット５０の位置ずれおよび傾きを解消するための調整モードが、実際の送受信処理に先立ち、信号送受信装置１ａ、１ｂの各制御部２０１において実行される。

　図１１は、調整モードにおいて、信号送受信装置１ａの送受信ユニットＵ１に設定される送信光Ｌ１ａの位相を示す図である。

　ここでは、２５個の送受信ユニットＵ１のうち、中央付近の５つの送受信ユニットＵ１を用いて、調整モードが実行される。中心の送受信ユニットＵ１（以下、「基準送受信ユニットＵ１」という）に対し、その上下の送受信ユニットＵ１の送信光Ｌ１ａの位相は、それぞれ、＋９０°および－９０°に設定される。また、基準送受信ユニットＵ１に対し、その左右の送受信ユニットＵ１の送信光Ｌ１ａの位相は、それぞれ、－９０°および＋９０°に設定される。

　このように設定された位相で、基準送受信ユニットＵ１と、その上下左右の何れか１つの送受信ユニットＵ１とから、同時に、調整用の送信光Ｌ１ａが出射される。この出射は、対応する送受信ユニットＵ１に配置された光源２１、２２の何れか一方を用いて行われる。調整モードでは、当該光源の駆動信号として、ＡＭ変調されていない単一振幅かつ単一周期の信号が用いられる。この信号は、たとえば、局部発信器を用いて生成される。

　図１２（ａ）～（ｃ）は、調整モード実行時に他方の信号送受信装置１ｂに向かって送信される送信光Ｌ１ａの強度変化を模式的に示す図である。

　図１２（ａ）～（ｃ）の例では、他方の信号送受信装置１ｂの分離素子３３に対してＳ偏光である送信光Ｌ１ａ、すなわち、一方の信号送受信装置１ａの光源２２から出射された送信光Ｌ１ａが、調整モードに用いられている。

　図１２（ｂ）は、一方の信号送受信装置１ａの基準送受信ユニットＵ１から出射された送信光Ｌ１ａの強度変化を示し、図１２（ａ）、（ｃ）は、基準送受信ユニットＵ１に対し左（または下）および右（または上）に隣り合う送受信ユニットＵ１からそれぞれ出射された送信光Ｌ１ａの強度変化を示している。図１２（ａ）の送信光Ｌ１ａは、図１２（ｂ）の送信光Ｌ１ａに対して、－９０°だけ位相がずれており、図１２（ｃ）の送信光Ｌ１ａは、図１２（ｂ）の送信光Ｌ１ａに対して、＋９０°だけ位相がずれている。

　図１２（ｄ）、（ｅ）は、調整モード実行時に、他方の信号送受信装置１ｂの中心の送受信ユニットＵ１の光検出器３１から出力される検出信号の強度の変化を模式的に示す図である。

　図１２（ｄ）は、図１２（ａ）、（ｂ）の送信光が同時に出射された場合の検出信号の強度の変化を示し、図１２（ｅ）は、図１２（ｂ）、（ｃ）の送信光が同時に出射された場合の検出信号の強度の変化を示している。

　図１２（ｄ）、（ｅ）において、実線は、他方の信号送受信装置１ｂの中心の送受信ユニットＵ１（以下、「参照送受信ユニットＵ１」という）が、図１２（ｂ）の送信光Ｌ１ａ（基準送受信ユニットＵ１からの送信光Ｌ１ａ）のみを受光した場合の検出信号を示している。

　図１２（ｄ）の破線は、図１２（ａ）の送信光Ｌ１ａ（基準送受信ユニットＵ１の左隣（または下隣）の送受信ユニットＵ１の送信光Ｌ１ａ）が参照送受信ユニットＵ１に混信した場合のこの送信光Ｌ１ａによる検出信号を示し、図１２（ｄ）の一点鎖線は、実線の検出信号と破線の検出信号とを合成した検出信号である。図１２（ｅ）の点線は、図１２（ｃ）の送信光Ｌ１ａ（基準送受信ユニットＵ１の右隣（または上隣）の送受信ユニットＵ１の送信光Ｌ１ａ）が参照送受信ユニットＵ１に混信した場合のこの送信光Ｌ１ａによる検出信号を示し、図１２（ｅ）の一点鎖線は、実線の検出信号と点線の検出信号とを合成した検出信号である。

　参照送受信ユニットＵ１において、図１２（ｂ）の送信光に図１２（ａ）の送信光が混信した場合、参照送受信ユニットＵ１の光検出器３１からは、図１２（ｄ）の一点鎖線で示す検出信号が出力される。この場合、検出信号は、混信がない場合の実線の検出信号に対して、ΔＴ１だけ位相が遅れる。位相のずれ量ΔＴ１は、図１２（ａ）の送信光がより多く混信するほど大きくなる。

　また、参照送受信ユニットＵ１において、図１２（ｂ）の送信光に図１２（ｃ）の送信光が混信した場合、参照送受信ユニットＵ１の光検出器３１からは、図１２（ｅ）の一点鎖線で示す検出信号が出力される。この場合、検出信号は、混信がない場合の実線の検出信号に対して、ΔＴ２だけ位相が進む。位相のずれ量ΔＴ２は、図１２（ｃ）の送信光がより多く混信するほど大きくなる。

　このように、混信がない場合に参照送受信ユニットＵ１から出力される検出信号（以下、「基準検出信号」という）と実際に得られた検出信号との間の位相ずれを参照することにより、一方の信号送受信装置１ａの基準送受信ユニットＵ１の隣の送受信ユニットＵ１から出射された送信光Ｌ１ａが参照送受信ユニットＵ１に混信しているか否かを判定できる。

　ここで、基準検出信号は、他方の信号送受信装置１ｂに搭載された局部発信器により生成され得る。この場合、調整モード実行の準備段階において、一方の信号送受信装置１ａ側の局部発信器と他方の信号送受信装置１ｂ側の局部発信器との同期合わせが行われる。

　同期合わせは、たとえば、一方の信号送受信装置１ａの基準送受信ユニットＵ１のみから、信号送受信装置１ａ側の局部発信器の信号に応じた送信光Ｌ１ａを出射させる。これに並行して、他方の信号送受信装置１ｂの参照送受信ユニットＵ１およびその周囲の送受信ユニットＵ１で、この送信光Ｌ１ａの受信処理を行う。そして、この受信処理により得られた検出信号の位相に整合するように、他方の信号送受信装置１ｂ側の局部発信器の位相を調整する。これにより、一方の信号送受信装置１ａ側の局部発信器から出力される信号と、他方の信号送受信装置１ｂ側の局部発信器から出力される信号とが同期する。

　ミラーユニット５０の位置ずれおよび傾きの補正は、信号送受信装置１ａ、１ｂを設置する作業者が行ってもよい。この場合、作業者は、信号送受信装置１ａ、１ｂに接続した操作端末を介して、上記同期合わせを実行させるための操作入力を、信号送受信装置１ａ、１ｂのそれぞれに対して行う。これにより、信号送受信装置１ａ、１ｂの各制御部２０１は、上記同期合わせのための制御を実行する。

　こうして、同期合わせが完了すると、作業者は、操作端末を介して、信号送受信装置１ａ、１ｂに、調整モードを実行させるための操作入力を行う。これにより、一方の信号送受信装置１ａの制御部２０１は、基準送受信ユニットＵ１とその上の送受信ユニットＵ１、基準送受信ユニットＵ１とその上の送受信ユニットＵ１、基準送受信ユニットＵ１とその右の送受信ユニットＵ１、および、基準送受信ユニットＵ１とその左の送受信ユニットＵ１を、送信対象の組に設定し、この順番で、各組の送信対象から、局部発信器の信号に基づく送信光Ｌ１ａを同時に出射させる。

　他方の信号送受信装置１ｂの制御部２０１は、送信対象の組ごとに、参照送受信ユニットＵ１から出力される検出信号と自身の局部発信器からの信号との位相ずれを算出する。そして、他方の信号送受信装置１ｂの制御部２０１は、組ごとに算出した位相ずれを、他方の信号送受信装置１ｂに接続された操作端末に表示させる。作業者は、表示された各組の位相ずれに基づき、信号送受信装置１ａのミラーユニット５０の位置ずれおよび傾きの大きさおよび方向を判定する。そして、作業者は、自身が判定した位置ずれおよび傾きが補正されるように、調整機構を操作して、ミラーユニット５０の位置および傾きを変化させる。

　作業者は、上記操作を複数回繰り返して、組ごとに算出した位相ずれが徐々に小さくなるように、一方の信号送受信装置１ａのミラーユニット５０の位置および傾きを変化させる。さらに、作業者は、適宜、他方の信号送受信装置１ｂを送信側に、一方の信号送受信装置１ａを受信側に切り替えて、上記と同様の操作を実行する。こうして、作業者は、組ごとに算出した位相ずれが最小になる位置および傾きに、信号送受信装置１ａ、１ｂのミラーユニット５０を調整する。これにより、作業者は、調整モードを用いたミラーユニット５０の調整作業を終了する。

　なお、ここでは、作業者が、調整モードを用いたミラーユニット５０の調整作業を行ったが、この調整が、制御装置または信号送受信装置１ａ、１ｂの制御部２０１により自動で行われてもよい。

　制御装置がこの調整を自動で行う場合、制御装置は、信号送受信装置１ａ、１ｂにそれぞれ接続される。この場合、ミラーユニット５０の調整機構は、モータ等の駆動源を備え、制御装置からの制御に応じて駆動される。制御装置には、組ごとに算出される位相ずれに基づいてミラーユニット５０の位置および傾きを変化させる制御アルゴリズムを有する。制御装置は、このアルゴリズムに従って、上記作業者と同様の制御を実行する。

　信号送受信装置１ａ、１ｂの制御部２０１が上記調整を自動で行う場合、信号送受信装置１ａ、１ｂは通信線により互いに接続される。この場合も、ミラーユニット５０の調整機構は、モータ等の駆動源を備え、各制御部２０１からの制御に応じて駆動される。各制御部２０１には、組ごとに算出される位相ずれに基づいてミラーユニット５０の位置および傾きを変化させる制御アルゴリズムを有する。各制御部２０１は、このアルゴリズムに従って、上記作業者と同様の制御を実行する。

　＜実施形態２の効果＞
　図８および図９に示したように、光源部２０、受光部３０および集光ミラー５１を有する送受信ユニットＵ１が複数配置されている。これにより、同時に送受信できる情報量を高めることができ、大容量のデータ通信を円滑に実行できる。

　図８および図９に示したように、複数の送受信ユニットＵ１は、同一平面にマトリクス状に並んで配置されている。これにより、複数の送受信ユニットＵ１の配置スペースをコンパクトに収めることができ、信号送受信装置１の小型化を図ることができる。

　図１０に示したように、信号送受信装置１は、光源部２０を制御する制御部２０１を備え、制御部２０１は、隣り合う光源部２０から出射される送信光の位相を互いにずらして光源部２０から送信光を出射させる調整モードを備える。これにより、上記のように、一の送受信ユニットＵ１に他の送受信ユニットＵ１からの混信が生じていることを判定でき、この混信が抑制されるように、ミラーユニット５０の位置および傾きを補正することができる。

　なお、調整モードにおいて、各送受信ユニットＵ１に設定される位相は、図１１に例示された位相に限れるものではない。隣り合う送受信ユニットＵ１間の位相ずれが１８０°（π／２）以内である限りにおいて、他の位相が送受信ユニットＵ１に設定されてもよい。また、調整モードに用いられる送受信ユニットＵ１も、上記に示した送受信ユニットＵ１に限られるものではなく、混信の判定および抑制が可能である限りにおいて、適宜、変更可能である。

　＜変更例＞
　上記実施形態１、２では、光源部２０に２つの光源２１、２２が配置されたが、光源部２０に配置される光源の数はこれに限られるものではない。たとえば、光源部２０に１つの光源２１のみが配置されてもよい。この場合、光源部２０から結合素子２５が省略され、受光部３０から光検出器３２、分離素子３３および波長板３４が省略される。

　また、上記実施形態１、２では、結合素子２５が偏光ビームスプリッタにより構成されたが、結合素子２５は、ダイクロイックミラーにより構成されてもよい。この場合、光源２１、２２の波長は、ダイクロイックミラーを透過する波長と、ダイクロイックミラーによって反射される波長にそれぞれ設定される。また、受光部３０の分離素子３３は、光源２１、２２の各波長の光を、それぞれ、透過および反射するダイクロイックミラーにより構成される。

　また、この場合、光源部２０に複数のダイクロイックミラーが配置されて、３つ以上の光源からの送信光Ｌ１ａが結合されてもよい。たとえば、波長が異なる第１および第２のレーザ光源からの送信光が第１のダイクロイックミラーで結合され、結合された２つの送信光と、これら２つの送信光とは波長が異なる第３のレーザ光源からの送信光とが第２のダイクロイックミラーで結合されてもよい。この場合、受光部３０には、これら３つの波長の送信光を分離するための２つのダイクロイックミラーが配置される。

　この他、送信光Ｌ１ａの結合および受信光Ｌ１ｂの分離が、回折格子等の他の光学素子によって行われてもよい。

　また、図３の構成から波長板２６、３４が省略されてもよい。この場合、光源２１、２２からの送信光Ｌ１ａは、直線偏光の状態で、他方の信号送受信装置１ｂに送信され、他方の信号送受信装置１ｂの分離素子３３（偏光ビームスプリッタ）によって、各直線偏光の送信光が分離される。

　また、図３の構成において、波長板２６は、１／４波長板でなくてもよく、光源２１、２２から出射された直線偏光の送信光Ｌ１ａをそれぞれ楕円偏光に変換する波長板であってもよい。この場合、受光部３０の波長板３４は、これら２種類の楕円偏光を分離素子３３に対してＳ偏光およびＰ偏光の直線偏光に変換する波長板に置き換えられる。これによっても、上記実施形態１における波長板２６の効果と同様の効果が奏され得る。

　また、上記実施形態１、２では、集光ミラー１０、５１の反射面１１、５１１が、四角柱の柱体を回転楕円面で切り取った形状であったが、回転楕円面で切り取られる柱体は、四角柱に限られるものではなく、たとえば、集光ミラー１０、５１の反射面１１、５１１が、円柱の柱体を回転楕円面で切り取った形状であってもよい。

　また、上記実施形態１、２では、切り欠き１７、５１５が、Ｙ軸正方向に延びるように形成されたが、切り欠き１７、５１５の形成方法は、これに限られるものではない。切り欠き１７、５１５は、貫通孔１２、５１２の出口付近で散乱した光が自身の受光部３０に向かうことを抑制できるように形成されていればよい。

　また、上記実施形態１、２では、貫通孔１２、５１２に切り欠き１７、５１５を形成することにより、貫通孔１２の出口で散乱した送信光Ｌ１ａが光検出器３１、３２に入射することが抑制されたが、この構成に代えて、貫通孔１２の出口と受光部３０との間に、貫通孔１２の出口で散乱した送信光Ｌ１ａを遮光するための遮光マスクが配置されてもよい。

　また、上記実施形態２で示したミラーユニット５０の構造は、必ずしも、図８および図９に示した構造に限られるものではなく、適宜、変更され得る。たとえば、図８の構造では、受光部３０を設置するための凹部５１３ａが集光ミラー５１の柱状部５１３の上面に形成されたが、上下に隣り合う集光ミラー５１の間隔が図８の場合よりも広い場合は、凹部５１３ａを設けることなく、集光ミラー５１の柱状部５１３の上面に、直上の集光ミラー５１からの受信光Ｌ１ｂを受光する受光部３０が配置されてもよい。

　また、上記実施形態１、２では、光源２１、２２から出射される送信光Ｌ１ａの変調方式として、ＰＡＭ４方式が用いられたが、送信光Ｌ１ａの変調方式はこれに限られるものではない。たとえば、送信光Ｌ１ａの変調方式がＡＭ変調の場合、ＮＲＺ（Non Return to Zero）方式が用いられてもよい。

　また、実施形態２の構成では、隣り合う送受信ユニットＵ１間で、送信光Ｌ１ａをＡＭ変調するキャリア周波数を相違させてもよい。これにより、隣り合う送受信ユニットＵ１間で受信光Ｌ１ｂの混信（クロストーク）が生じた場合も、周波数弁別により、各送受信ユニットＵ１が受信すべきキャリア周波数の検出信号を抽出でき、混信の影響を抑制することができる。

　また、送信光Ｌ１ａの変調方式は、ＡＭ変調に限らず、ＦＭ変調等の他の変調方式が用いられてもよい。

　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

　なお、上記実施形態には、光を用いた信号送受信システムが示されたが、図１の集光ミラー１０を用いて、物体を検知するセンサ装置を実現することもできる。

　たとえば、図１３に示す構成により、光源２１から出射された検知用の光Ｌ１０の進行方向に物体Ｏ１０が存在するか否かを検知できる。便宜上、図１３では、図３の信号送受信装置１と同様の構成に同じ番号が付されている。図１３のセンサ装置３は、図３の構成から、光源２２、コリメータレンズ２４、結合素子２５、光検出器３２および分離素子３３が省略された構成である。

　この構成のセンサ装置３では、物体Ｏ１０からの光Ｌ１０の反射光Ｒ１０が、集光ミラー１０の反射面１１によって光検出器１１に集光される。この場合、光源２１からの光Ｌ１０は、送信データに応じて変調される必要はない。光源２１は、たとえば、一定強度で連続的に駆動され、あるいは、一定強度で周期的にパルス駆動される。パルク駆動の場合は、パルス発光のタイミングが物体検知のタイミングとなる。

　図１３に示すように、センサ装置３は、検知用の光を出射する光源２１と、検知用の光が物体により反射された反射光を受光する光検出器３１と、反射光を光検出器３１に集光させる集光ミラー１０と、を備える。ここで、集光ミラー１０は、光源２１から出射された検知用の光を通過させて、光源２１の光軸と集光ミラー１０の光軸とを互いに整合させる貫通孔１２を有する。集光ミラー１０の反射面１１は、検知用の光の出射方向に延びる柱体を、長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状を有する。

　このセンサ装置３においても、図６と同様、集光ミラー１０の反射面１１が、光Ｌ１０の出射方向に延びる柱体Ｐ０を、長軸ＡＸ１を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状であるため、光軸Ａ１の傾きが生じたとしても、物体Ｏ１０からの反射光Ｒ１０を、光検出器３１に十分な強度で導くことができる。加えて、物体Ｏ１０の表面状態により反射光Ｒ１０が散乱光となる場合や、物体Ｏ１０が光軸に対して傾いた状態で配置されている場合においても、光検出器３１に十分な強度で反射光Ｒ１０を導くことができる。これにより、物体の検知精度を高めることができる。

　なお、センサ装置３は、図１４の構成とすることもできる。この構成では、光源部２０と集光ミラー１０とが、Ｚ軸方向に対向するように配置される。光源部２１の光軸Ａ１と、集光ミラー１０の光軸Ａ２とが整合するよう、光源部２０と集光ミラー１０とが位置調整される。このように、光源部２１が集光ミラー１０に対向して配置されるため、集光ミラー１０には、図１３のように貫通孔１７を設ける必要がない。このため、図１４の構成では、貫通孔１７が省略され、反射面１１は、孔のない一様な曲面となる。

　この構成では、物体Ｏ１０が光軸Ｌ１０を横切ると、検知用の光Ｌ１０が遮られ、光検出器３１に光Ｌ１０が受光されなくなる。したがって、光検出器３１の出力により、物体Ｏ１０が検知される。

　図１４に示すように、センサ装置３は、検知用の光を出射する光源２１と、検知用の光を受光する光検出器３１と、光源２１に対向して配置され、検知用の光を光検出器３１に集光させる集光ミラー１０と、を備える。ここで、集光ミラー１０の反射面１１は、検知用の光の出射方向と反対方向に延びる柱体を、長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状を有する。

　このセンサ装置３においても、図６と同様、集光ミラー１０の反射面１１が、光Ｌ１０の出射方向と反対方向に延びる柱体Ｐ０を、長軸ＡＸ１を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状であるため、集光ミラー１０と光源部２０との間に僅かな光軸ずれや傾きが生じたとしても、光源部２０からの検知用の光Ｌ１０を、光検出器３１に十分な強度で導くことができる。これにより、物体の検知精度を高めることができる。

　なお、図１５に示すように、図１３のセンサ装置３をＺ軸方向に対向配置してもよい。この場合、一方のセンサ装置３の光源２１を発光させつつ、他方のセンサ装置３の光検出器３１で検知用の光Ｌ１０を検出する。これにより、光軸Ａ１を物体Ｏ１０が横切ったことを検知できる。図１３～図１５の構成において、波長板２６、３４は省略されもよい。

　１　信号送受信装置
　２　信号送受信システム
　１０、５１　集光ミラー
　１１、５１１　反射面
　１２、５１２　貫通孔
　１７、５１５　切り欠き
　２０　光源部
　２１、２２　光源
　２５　結合素子
　２６　波長板
　３０　受光部
　３１、３２　光検出器
　３３　分離素子
　２０１　制御部
　Ｌ１ａ　送信光
　Ｌ１ｂ　受信光
　Ｕ１　送受信ユニット
　ＡＸ１　長軸
　Ｐ０　四角柱（柱体）

Claims (9)

1. 　送信光を出射する光源部と、
   　受信光を受光する光検出器を有する受光部と、
   　前記受信光を前記光検出器に集光させる集光ミラーと、を備え、
   　前記集光ミラーは、前記光源部から出射された前記送信光を通過させて、前記光源部の光軸と前記集光ミラーの光軸とを互いに整合させる貫通孔を有し、
   　前記集光ミラーの反射面は、前記送信光の出射方向に延びる柱体を、長軸を回転軸とする回転楕円面で切り取った形状を有する、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
2. 　請求項１に記載の信号送受信装置において、
   　前記柱体は、四角柱である、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
3. 　請求項１または２に記載の信号送受信装置において、
   　前記貫通孔は、前記受光部に対向する内側面に切り欠きを有する、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
4. 　請求項１ないし３の何れか一項に記載の信号送受信装置において、
   　前記光源部は、
   　　第１光源と、
   　　第２光源と、
   　　前記第１光源および前記第２光源からそれぞれ出射された前記送信光の光軸を整合させる結合素子と、を備え、
   　前記受光部は、
   　　第１光検出器と、
   　　第２光検出器と、
   　　前記集光ミラーによって集光される２種類の前記受信光を分離して前記第１光検出器および前記第２光検出器にそれぞれ導く分離素子と、を備える、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
5. 　請求項４に記載の信号送受信装置において、
   　前記第１光源および前記第２光源は、それぞれ、前記送信光として、直線偏光の光を出射し、
   　前記結合素子および前記分離素子は、偏光ビームスプリッタである、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
6. 　請求項１ないし５の何れか一項に記載の信号送受信装置において、
   　前記光源部は、
   　　直線偏光の前記送信光を出射する光源と、
   　　前記光源から出射された前記送信光が透過する波長板と、を有する、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
7. 　請求項１ないし６の何れか一項に記載の信号送受信装置において、
   　前記光源部、前記受光部および前記集光ミラーを有する送受信ユニットが複数配置されている、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
8. 　請求項７に記載の信号送受信装置において、
   　前記複数の送受信ユニットは、同一平面にマトリクス状に並んで配置されている、
   ことを特徴とする信号送受信装置。
    
9. 　請求項７または８に記載の信号送受信装置において、
   　前記光源部を制御する制御部を備え、
   　前記制御部は、隣り合う前記光源部から出射される前記送信光の位相を互いにずらして前記光源部から前記送信光を出射させる調整モードを備える、
   ことを特徴とする信号送受信装置。

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