JP2004080253A - 光空間伝送装置及び光空間伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光空間伝送装置は、送出する送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーを半導体発光素子と前記送出レンズ系と間に設け、また、受光する前記受信光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーを受光レンズ系と前記光検出素子との間に設けることにより小型化された光空間伝送装置を実現できる。ＭＥＭＳミラーと半導体発光素子及びＭＥＭＳミラーと光検出素子を一つの容器に気密封止する構成にすることにより、さらに、小型化された光空間伝送装置を実現できる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の光空間伝送装置は、送出する送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーを半導体発光素子と前記送出レンズ系と間に設け、また、受光する前記受信光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーを受光レンズ系と前記光検出素子との間に設けることにより小型化された光空間伝送装置を実現できる。ＭＥＭＳミラーと半導体発光素子及びＭＥＭＳミラーと光検出素子を一つの容器に気密封止する構成にすることにより、さらに、小型化された光空間伝送装置を実現できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自由空間を介して、離れた２地点間で光通信を行う光空間伝送装置及び光空間伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由空間を介して光信号を伝送する光空間通信は、光通信のもつ高速大容量伝送が可能であるという特徴に加えて、電波の利用が制限される領域での利用、光ファイバの布設などのような大規模な工事を伴わずに、簡便に通信路の開設が可能であるなどの利点を有している。
【０００３】
一般に光空間通信装置では通信装置の傾きや通信装置に加わる振動などの影響に対しても、光ビームが通信装置から外れることなく、通信が継続するように、光ビームの送出方向を制御し自動追尾を行っている。
【０００４】
光空間通信装置における自動追尾機能については例えば特許文献１の「光空間通信装置」に示されている。この光空間伝送装置では送信される信号は半導体レーザ等の発光素子で光信号に変換された後、発光素子から射出する光信号はレンズで一旦平行光に変換され、偏光ビームスプリッタを通過して、可動ミラーで反射される。可動ミラーで反射された光ビームは、複数のレンズによって所定の径、拡がり角を持った光ビームに変換され、対向する通信装置に出力される。
【０００５】
一方対向する通信装置から入力する入射する光ビームは、レンズを通って可動ミラーで反射され、偏光ビームスプリッタに入力する。偏光ビームスプリッタに入射した光ビームは、偏光ビームスプリッタで反射され、スプリッタ、レンズを通って光検出器に入力されて受信信号が取り出されるとともに、一部は自動追尾制御回路に入力される。自動追尾制御回路は、光検出器からの信号を基に、可変ミラードライバー（アクチュエータ）に制御信号を出力し、対向する通信装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するように可動ミラーを制御する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３６１９０号公報（第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例においては可動ミラー、および可動ミラーを駆動するアクチュエータは機械部品で構成されるため、耐久性に問題があり、小型化が困難で、消費電力も大きいという問題があった。
【０００８】
あるいは、長距離伝送するためには回折によるビーム広がり、天候、その他の障害による影響を少なくするため光ビーム径を大きくする必要がある。自動追尾制御のための可動ミラーを大きくすると、応答速度が遅くなると言う問題がある。そのため半導体レーザ、光検出器、角度検出部と装置入出力部におけるレンズとの間で、十分な応答速度を持つサイズをもった可動ミラーを配置し、しかも２軸調整のために十分な光路長を確保する必要がある。したがって、ミラーサイズに合わせた平行ビームにするための光学系が必要となり、光学系が複雑で、調整工程も多くなり、また小型化が困難といった問題があった。
【０００９】
あるいは、短距離用途においては、拡散光として、自動追尾機能を用いない構成も考えられるが、受信感度の点から、毎秒数百メガビット以上の高速信号伝送においては短距離用途においても、自動追尾機構が必要となる。高速通信は、ブロードバンド時代を迎え今後ますますその重要度が増加すると考えられているが、オフィス、家庭内といった用途では、小型化、低消費電力が必須であり、従来例の光空間伝送装置では、利用できないといった問題があった。
【００１０】
このように、本発明は上述した問題点を解決し、単純な光学系で構成され、小型、低消費電力で短距離から長距離の広い応用分野へ適用可能な光空間伝送装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光空間伝送装置は、自由空間で対向する被光空間伝送装置との間で光信号を伝送する光空間伝送装置であって、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの半導体発光素子、この半導体発光素子の出力光を前記被光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する送出レンズ系、前記半導体発光素子と前記送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーとを有する送信部と、入力する前記被光空間伝送装置からの受信光信号を集光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの光検出素子、前記受光レンズ系と前記光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する受信部と、前記受光レンズ系が受光した受信光信号が入力され、前記送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動し、または前記光検出素子で前記被光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラー可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラー又は前記第２のＭＥＭＳミラーの少なくとも一つに供給する追尾制御回路とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
または本発明の光空間伝送装置は、前記半導体発光素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記半導体発光素子から光を外部に発光することを特徴とするものである。
【００１３】
または本発明の光空間伝送装置は、前記光検出素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記光検出素子に外部からの光を導入することを特徴とするものである。
【００１４】
または本発明の光空間伝送装置は、前記窓部はレンズ機能を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
または本発明の光空間伝送システムは、自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、前記第１の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、入力する前記第２の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する第１の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子とを有する第１の受信部と、前記第１の受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、前記第２の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第２の半導体発光素子、この第２の半導体発光素子の出力光を前記第１の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第２の送出レンズ系とを有する送信部と、入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を集光する第２の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第２の光検出素子、前記第２の受光レンズ系と前記第２の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、前記第２の受光レンズ系が受光する受信光信号が入力され、前記第２の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路とを具備し、前記第１の光検出素子が前記第２の光検出素子よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
または本発明の光空間伝送システムは、自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、前記第１の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる情報を前記第２の空間伝送装置より受け取る情報受信部と、この情報受信部からの信号をもとに前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、前記第２の光空間伝送装置は、入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子、この第１の光検出素子より大きな受光面積を有し、前記第１の光検出素子の周囲に配置された複数の第２の光検出素子、前記第受光レンズ系と前記第１の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、前記受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路と、前記第２の光検出素子から得られた情報を前記第１の光空間伝送装置に送出する情報送出部とを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第２の光検出素子から得られた情報を光信号に変換する第２の半導体発光素子を有し、前記情報受信部は前記情報を受信する第３の光検出素子を有することを特徴とするものである。
【００１８】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電波で送信し、前記情報受信部は前記情報を電波で受信することを特徴とするものである。
【００１９】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電力線で送信し、前記情報受信部は前記情報を電力線で受信することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光空間伝送装置及び光空間伝送システムについて図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る第１の実施の形態を示す系統図であり、光空間伝送装置１００から送信される入力信号は送信回路１０１に入力し、半導体レーザ１０２を駆動して光信号に変換される。
【００２１】
半導体レーザ１０２から射出したレーザ光は第１のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー１０３により反射され、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、レンズ１０５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、対向する他の光空間伝送装置に出力する。
【００２２】
ここで、他の光空間伝送装置は光信号を送信又は受信できるものならば何れのものでもよく、ここでは説明は省略するが、例えば図１の光空間伝送装置１００と同様のものであってもよい。
【００２３】
第１のＭＥＭＳミラー１０３は例えば半導体上にミラーおよびアクチュエータあるいはその一部が形成されており、外部からの制御信号により、２軸方向の傾斜角度をかえることができるものである。
【００２４】
また、対向する他の光空間伝送装置から入射する光ビームは、レンズ１０５を通って偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、その一部はビームスプリッタ１０６を透過し角度検出部１０７に入力する。
【００２５】
角度検出部１０７は光検出素子として例えば４分割フォトディテクタで構成され、入力する光をもとに、各フォトディテクタからの信号を演算することにより、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置の光軸のなす角度に応じた信号を生成し、自動追尾制御回路１０８に出力する。
【００２６】
またビームスプリッタ１０６で反射された光は第１のＭＥＭＳミラー１０３と同様の構成の第２のＭＥＭＳミラー１０９でさらに反射され、光検出素子１１０に入射する。光検出素子１１０に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路１１１に出力し、受信回路１１１で受信信号として復元される。
【００２７】
自動追尾制御回路１０８は角度検出部１０７からの信号を基に、第１のＭＥＭＳミラー１０３および第２のＭＥＭＳミラー１０９を制御し、対向する光空間通信装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するように、また対向する光空間通信装置から入射する光ビームが光検出素子に入射するようにする。
【００２８】
本発明の光空間伝送装置では可動ミラー部分をＭＥＭＳミラーを用いているので、半導体レーザとＭＥＭＳミラーとの間を従来の可動ミラーを用いることより近接させることができる。したがって、半導体レーザと可動ミラーの間の光路長を短くすることができ、従来必要としていたレンズ等が必要なくなり装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
ＭＥＭＳミラーは１ｍｍ程度という微小のチップが可能であるため、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）の断面図に示すように、半導体レーザ、光検出素子などの光半導体素子とＭＥＭＳミラーを同一のパッケージに実装することにより、さらに装置の小型化、低コスト化に有用である。
【００３０】
図２（ａ）に示すように光半導体２０１が半導体レーザの場合、射出する光はＭＥＭＳミラー２０２に入射し、反射されて窓２０３を通って外部に出力する。光半導体２０１およびＭＥＭＳミラー２０２はパッケージ２０４に収容され、気密封止されている。信号入出力端子２０５は、光半導体２０１への信号入出力およびＭＥＭＳミラーの制御を行うための信号を入出力する。
【００３１】
また、図２（ｂ）では光半導体２０１とＭＥＭＳミラー２０２との間にミラー２０６を配置してＭＥＭＳミラー２０２の傾斜をゆるくしている。
【００３２】
また、図２（ｃ）の断面図に示すように、レンズ窓２０７を設け、このレンズ窓２０７から光を取り出すことも可能である。
【００３３】
なお、図２（ａ）乃至図２（ｃ）では光半導体としてレーザの場合を説明したが、光検出素子の場合も同様な構成となる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２の実施の形態を図３に示す。
【００３４】
この第２の実施の形態では、光ビームの角度制御を行うＭＥＭＳミラーを送信と受信で共通としているところが第１の実施の形態とは異なる。
【００３５】
光空間伝送装置３００で送信される入力信号は送信回路３１１に入力し、半導体レーザ３１２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ３１２から射出したレーザ光は偏光ビームスプリッタ３１３を通って、ＭＥＭＳミラー３１４で反射され、レンズ３１５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、対向する他の光空間伝送装置に出力する。
【００３６】
他の光空間伝送装置は光信号を送信又は受信できるものならば何れのものでもよく、ここでは説明は省略するが、例えば図３の光空間伝送装置３００と同様のものであってもよい。
【００３７】
一方対向する他の光空間伝送装置から入射する光ビームはレンズ３１５を通ってＭＥＭＳミラー３１４で反射され、偏光ビームスプリッタ３１３に入力する。偏光ビームスプリッタ３１３に入射した光は反射され、その一部はビームスプリッタ３１６を透過し、角度検出部３１７に入力する。
【００３８】
またビームスプリッタ３１６で反射された光は光検出素子３１８に入射する。光検出素子３１８に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路３１９に出力し、受信回路３１９で受信信号として復元される。
【００３９】
角度検出部３１７からの信号は自動追尾制御回路３１０に入力し、この自動追尾制御回路３１０では角度検出部３１７からの信号を基にＭＥＭＳミラー３１４を制御し、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するようにする。
【００４０】
この第２の実施例においても出力する光信号の光ビームを変更するミラーをＭＥＭＳミラーを持ちているので、装置の小型化を図ることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３の実施の形態を図４に示す。
【００４１】
この第３の実施の形態では信号の伝送方向が１方向の場合、あるいは１方向の伝送速度が、他方より低速である場合に対する適用例である。後者の場合、以下の説明では伝送信号のうち低速のもののみ低速伝送信号と呼んで区別することにする。
【００４２】
図４では第２の光空間伝送装置４２０から第１の光空間伝送装置４００へ伝送される伝送信号が低速である場合を示している。
【００４３】
第１の光空間伝送装置４００で送信される入力信号は送信回路４０１に入力し、半導体レーザ４０２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ４０２から射出したレーザ光はＭＥＭＳミラー４０３で反射され、偏光ビームスプリッタ４０４を通って、レンズ４０５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され出力する。
【００４４】
対向する第２の光空間伝送装置４２０から入射する光ビームは、レンズ４０５を通って偏光ビームスプリッタ４０４で反射され、角度検出部４０６に入力する。
【００４５】
角度検出部４０６からの信号は自動追尾制御回路４０７に入力し、角度検出部４０６からの信号を基に、ＭＥＭＳミラー４０３を制御し、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するようにした後、対向する第２の光空間伝送装置４２０に光ビームを出力する。
【００４６】
対向する第２の光空間伝送装置４２０からの信号は速度が遅いため、角度検出部４０６の受光径は大きな光受信素子を用いることができ、角度検出部４０６における４分割フォトディテクタからの信号を加算することにより受信信号を復元することができる。
【００４７】
一方、対向する第２の光空間伝送装置４２０に入射した光ビームはレンズ４０８を通って、偏光ビームスプリッタ４０９に入力する。偏光ビームスプリッタ４０９を透過した光は、ＭＥＭＳミラー４１０で反射され、光検出素子４１１に入力する。光検出素子４１１に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路４１２に出力し、受信回路４１２で受信信号として復元される。
【００４８】
また、自動追尾制御回路４１３は受信回路４１２からの信号を入力し、光検出素子４１１へ入力する光量が最大となるようにＭＥＭＳミラー４１０を制御する。
【００４９】
第２の光空間伝送装置で送信される入力信号は送信回路４１４に入力し、半導体レーザ４１５を駆動し、半導体レーザから射出した光は偏光ビームスプリッタ４０９で反射して、レンズ４０８より出力する。
【００５０】
第２の光空間伝送装置４２０で送信される信号は低速伝送信号であるので、半導体レーザ４１５はレンズ４０８の焦点距離よりレンズ４０８に近い位置に置かれ、レンズ４０８からの出力する光は拡散光となる。この低速伝送信号信号は第１の光空間伝送装置４００での受信は高感度で行えるため、拡散光とすることにより第２の光空間伝送装置４１０でのトラッキングを不要としている。
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４の実施の形態を図５に示す。
この実施の形態も第４の実施の形態と同様に信号の伝送方向が１方向の場合、あるいは１方向の伝送速度が、他方より低速である場合に対する適用例であり、低速伝送信号の光学系を分離することにより、信号伝送の光学系を単純化している。図５では第２の光空間伝送装置５２０から第１の光空間伝送装置５００へ伝送される伝送信号が低速である場合を示している。
【００５１】
第１の光空間伝送装置５００で送信される入力信号は送信回路５０１に入力し、半導体レーザ５０２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ５０２から射出したレーザ光は、ＭＥＭＳミラー５０３で反射され、レンズ５０４により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、出力する。
【００５２】
対向する第２の光空間伝送装置５２０から入射する光ビームは光検出素子５０５に入力する。光検出素子５０５に入力する光信号にはレンズ５０４から出力する光ビームの対向する第２の光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報が載せられている。光検出素子５０５に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路５０６に出力し、受信回路５０５で受信信号として復元される。ここで、光検出素子５０５と受信回路５０６は光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報を受信する情報受信部を構成している。
【００５３】
なお、対向する第２の光空間伝送装置５２０からの信号は速度が遅いため、光検出素子５０５の受光径は大きな光受信素子を用いることができ、光検出素子５０５における４分割フォトディテクタからの信号を加算することにより受信信号を復元することができる。
【００５４】
この受信回路５０６からの信号は自動追尾制御回路５０７に入力され、自動追尾制御回路５０７は受信した第２の光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報をもとに対向する第２の光空間伝送装置５２０に光ビームが出力するように、ＭＥＭＳミラー５０３を制御する。
【００５５】
一方、レンズ５０４から出力した光ビームは第２の光空間伝送装置５２０のレンズ５０８を通ってＭＥＭＳミラー５０９で反射され、第１の光検出素子５１０に入力する。この光ビームはビーム径がレンズ５０８の径より大きくなるように設定されている。また、レンズ５０８の周りは複数の第２の光検出素子が配置されており（この実施の形態では第２の光検出素子５１３−１及び第２の光検出素子５１３−２）、これら第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）にもレンズ５０４から出力した光ビームが入力する。
【００５６】
第１の光検出素子５１０に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路５１１に出力し、受信回路５１１で受信信号として復元される。
【００５７】
また、第１の光空間伝送装置５００から出力する光ビームは、ビーム径が第２の光空間伝送装置５２０のレンズ５０８の径より大きくなるように設定されているので、レンズ５０８の周りに配置された第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）ではレンズ５０４から出力する光ビームの一部を入力し、電気信号に変換して受信回路５１４に出力する。この受信回路５１４は第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）からの信号をもとにして得られるレンズ５０４から出力する光ビームのずれに関連する信号または、受信光量に関連する信号を得て送信回路５１５に出力する。さらに、送信回路５１５は半導体レーザ５１６を駆動し、光信号に変換して第１の光空間伝送装置５００に出力する。ここで、送信回路５１５と半導体レーザ５１６は第１の光空間伝送装置へ供給する光ビームのずれに関連する信号または、受信光量に関連する信号を送出する情報送出部を構成している。
【００５８】
すなわち、これはレンズ５０４から出力した光ビームが例えば第２の光検出素子５１３−１では受光でき、第２の光検出素子５１３−２では受光できない場合には、この光ビームがずれているという信号を第１の光空間伝送装置５００に送信するものである。
【００５９】
この実施の形態においても半導体レーザ５１６からの光は低速信号であり、この信号の第１の光空間伝送装置５００の受信は高感度で行えるため、拡散光とすることによりトラッキングを不要としている。
【００６０】
また、自動追尾回路５１２は受信回路５１４および受信回路５１１より信号を入力し、光検出素子５１０に入力する光量が最大となるようにＭＥＭＳミラー５０９を制御する。
【００６１】
つぎに、光伝送装置間で光軸が調整されていない場合の捕捉動作について説明する。第１の光空間伝送装置５００から第２の光空間伝送装置５２０へ光伝送する場合、第１の光空間伝送装置５００はＭＥＭＳミラー５０３をスキャンする。対向する第２の光空間伝送装置５２０の第２の光検出素子５１３−１又は第２の光検出素子５１３−２に光が入力すると、半導体レーザ５１６によりその情報を第１の光空間伝送装置５００に伝送する。第１の光空間伝送装置５００は低速伝送信号をもとに第２の光空間伝送装置５２０に光ビームが正しく出力するようにＭＥＭＳミラー５０３を制御する。
【００６２】
また、第２の光空間伝送装置５２０ではレンズ５０８に入射する光ビームとレンズ５０８の光軸のずれを補正するため、自動追尾回路５１２によりＭＥＭＳミラー５０９を制御する。以降は通常の自動追尾動作になる。
【００６３】
なお、第２の光検出素子５０５、５１３へはレンズを介さずに光を入力したが、感度を上げる場合にはレンズを入れることも可能である。
【００６４】
また、第２の光検出素子５１３からの信号をもとにして得られる第１の光空間伝送装置５００のレンズ５０４から出力する光ビームのずれに関連する信号または受信光量に関連する信号は半導体レーザ５１６を用いて拡散光で第１の光空間伝送装置５００に信号伝送したが、電波や電力線を用いることも可能である。
【００６５】
なお、前述の第１乃至第４の実施の形態においては、送信の光源として半導体レーザを用いた例を示したが、ＬＥＤを用いることも可能である。
【００６６】
また、第１乃至第３の実施の形態においては送信光ビームと受信光ビームを同じ光路とするため偏光ビームスプリッタを用いたが、自装置と対向する装置の間で互いに送信する光ビームの波長を変え、偏光ビームスプリッタのかわりに光学フィルタを用いることも可能である。偏光ビームスプリッタの場合は送信と受信で偏光が互いに直交するように調整する必要があるが、波長フィルタの場合その必要はなくなる。
【００６７】
なお、第１乃至第４の実施の形態ではＭＥＭＳミラーに対して半導体レーザや光検出素子はそれぞれ１つづつ対応した構成になっているが、画像伝送などへの適用を考えると、ＭＥＭＳミラーは１つでＲＧＢそれぞれを個別に伝送（アレイ上のレーザなどの適用）する場合もあり、ＭＥＭＳミラーは１つで半導体レーザや光検出素子は複数対応する構成も考えられる。
【００６８】
このように第１乃至第４の実施の形態で説明したように、本発明によれば、耐久性に優れ、小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置を提供することが可能である。したがって、従来は困難であり、またブロードバンド時代を迎え今後ますますその重要度が増加すると考えられている家庭内、オフィスなどの短距離高速データ通信用途も含め広い範囲にわたって適用できる光空間伝送装置を提供することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動ミラーとしてＭＥＭＳミラーを用いることにより小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置及び光空間伝送システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光空間伝送装置を示す系統図
【図２】本発明の光空間伝送装置を構成するＭＥＭＳミラーを示す断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光空間伝送装置を示す系統図
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光空間伝送システムを示す系統図
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る光空間伝送システムを示す系統図
【符号の説明】
１００，３００・・・・・・・光空間伝送装置
４００，５００・・・・・・・第１の光空間伝送装置
４２０，５２０・・・・・・・第２の光空間伝送装置
１０１，３１１，４０１，４１４，５０１，５１５・・・・・送信回路
１０２，３１２，４０２，４１５，５０２，５１６・・・・・半導体レーザ
１０３・・・・・・・・・・・第１のＭＥＭＳミラー
１０９・・・・・・・・・・・第２のＭＥＭＳミラー
３１４，４０３，４１０，５０３，５０９・・・・・・・・・ＭＥＭＳミラー
１０４，４０４，４０９・・・偏向ビームスプリッタ
１０５，３１５，４０５，４０８，５０４，５０８・・・・・レンズ
１０６，３１６・・・・・・・ビームスプリッタ
１０７，３１７，４０６・・・角度検出部
１０８，３１０，４０７，４１３，５０７，５１２・・・・・自動追尾制御回路１１０，３１８，４１１，５０５・・・・・・・・・・・・・光検出素子
５１０・・・・・・・・・・・第１の光検出素子
５１３−１，５１３−２・・・第２の光検出素子
１１１，３１９，４１２，５０６，５１１，５１４・・・・・受信回路
【発明の属する技術分野】
本発明は自由空間を介して、離れた２地点間で光通信を行う光空間伝送装置及び光空間伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由空間を介して光信号を伝送する光空間通信は、光通信のもつ高速大容量伝送が可能であるという特徴に加えて、電波の利用が制限される領域での利用、光ファイバの布設などのような大規模な工事を伴わずに、簡便に通信路の開設が可能であるなどの利点を有している。
【０００３】
一般に光空間通信装置では通信装置の傾きや通信装置に加わる振動などの影響に対しても、光ビームが通信装置から外れることなく、通信が継続するように、光ビームの送出方向を制御し自動追尾を行っている。
【０００４】
光空間通信装置における自動追尾機能については例えば特許文献１の「光空間通信装置」に示されている。この光空間伝送装置では送信される信号は半導体レーザ等の発光素子で光信号に変換された後、発光素子から射出する光信号はレンズで一旦平行光に変換され、偏光ビームスプリッタを通過して、可動ミラーで反射される。可動ミラーで反射された光ビームは、複数のレンズによって所定の径、拡がり角を持った光ビームに変換され、対向する通信装置に出力される。
【０００５】
一方対向する通信装置から入力する入射する光ビームは、レンズを通って可動ミラーで反射され、偏光ビームスプリッタに入力する。偏光ビームスプリッタに入射した光ビームは、偏光ビームスプリッタで反射され、スプリッタ、レンズを通って光検出器に入力されて受信信号が取り出されるとともに、一部は自動追尾制御回路に入力される。自動追尾制御回路は、光検出器からの信号を基に、可変ミラードライバー（アクチュエータ）に制御信号を出力し、対向する通信装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するように可動ミラーを制御する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３６１９０号公報（第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例においては可動ミラー、および可動ミラーを駆動するアクチュエータは機械部品で構成されるため、耐久性に問題があり、小型化が困難で、消費電力も大きいという問題があった。
【０００８】
あるいは、長距離伝送するためには回折によるビーム広がり、天候、その他の障害による影響を少なくするため光ビーム径を大きくする必要がある。自動追尾制御のための可動ミラーを大きくすると、応答速度が遅くなると言う問題がある。そのため半導体レーザ、光検出器、角度検出部と装置入出力部におけるレンズとの間で、十分な応答速度を持つサイズをもった可動ミラーを配置し、しかも２軸調整のために十分な光路長を確保する必要がある。したがって、ミラーサイズに合わせた平行ビームにするための光学系が必要となり、光学系が複雑で、調整工程も多くなり、また小型化が困難といった問題があった。
【０００９】
あるいは、短距離用途においては、拡散光として、自動追尾機能を用いない構成も考えられるが、受信感度の点から、毎秒数百メガビット以上の高速信号伝送においては短距離用途においても、自動追尾機構が必要となる。高速通信は、ブロードバンド時代を迎え今後ますますその重要度が増加すると考えられているが、オフィス、家庭内といった用途では、小型化、低消費電力が必須であり、従来例の光空間伝送装置では、利用できないといった問題があった。
【００１０】
このように、本発明は上述した問題点を解決し、単純な光学系で構成され、小型、低消費電力で短距離から長距離の広い応用分野へ適用可能な光空間伝送装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光空間伝送装置は、自由空間で対向する被光空間伝送装置との間で光信号を伝送する光空間伝送装置であって、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの半導体発光素子、この半導体発光素子の出力光を前記被光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する送出レンズ系、前記半導体発光素子と前記送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーとを有する送信部と、入力する前記被光空間伝送装置からの受信光信号を集光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの光検出素子、前記受光レンズ系と前記光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する受信部と、前記受光レンズ系が受光した受信光信号が入力され、前記送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動し、または前記光検出素子で前記被光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラー可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラー又は前記第２のＭＥＭＳミラーの少なくとも一つに供給する追尾制御回路とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
または本発明の光空間伝送装置は、前記半導体発光素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記半導体発光素子から光を外部に発光することを特徴とするものである。
【００１３】
または本発明の光空間伝送装置は、前記光検出素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記光検出素子に外部からの光を導入することを特徴とするものである。
【００１４】
または本発明の光空間伝送装置は、前記窓部はレンズ機能を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
または本発明の光空間伝送システムは、自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、前記第１の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、入力する前記第２の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する第１の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子とを有する第１の受信部と、前記第１の受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、前記第２の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第２の半導体発光素子、この第２の半導体発光素子の出力光を前記第１の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第２の送出レンズ系とを有する送信部と、入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を集光する第２の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第２の光検出素子、前記第２の受光レンズ系と前記第２の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、前記第２の受光レンズ系が受光する受信光信号が入力され、前記第２の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路とを具備し、前記第１の光検出素子が前記第２の光検出素子よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
または本発明の光空間伝送システムは、自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、前記第１の光空間伝送装置は、入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる情報を前記第２の空間伝送装置より受け取る情報受信部と、この情報受信部からの信号をもとに前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、前記第２の光空間伝送装置は、入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子、この第１の光検出素子より大きな受光面積を有し、前記第１の光検出素子の周囲に配置された複数の第２の光検出素子、前記第受光レンズ系と前記第１の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、前記受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路と、前記第２の光検出素子から得られた情報を前記第１の光空間伝送装置に送出する情報送出部とを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第２の光検出素子から得られた情報を光信号に変換する第２の半導体発光素子を有し、前記情報受信部は前記情報を受信する第３の光検出素子を有することを特徴とするものである。
【００１８】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電波で送信し、前記情報受信部は前記情報を電波で受信することを特徴とするものである。
【００１９】
または本発明の光空間伝送システムは、前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電力線で送信し、前記情報受信部は前記情報を電力線で受信することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光空間伝送装置及び光空間伝送システムについて図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る第１の実施の形態を示す系統図であり、光空間伝送装置１００から送信される入力信号は送信回路１０１に入力し、半導体レーザ１０２を駆動して光信号に変換される。
【００２１】
半導体レーザ１０２から射出したレーザ光は第１のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー１０３により反射され、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、レンズ１０５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、対向する他の光空間伝送装置に出力する。
【００２２】
ここで、他の光空間伝送装置は光信号を送信又は受信できるものならば何れのものでもよく、ここでは説明は省略するが、例えば図１の光空間伝送装置１００と同様のものであってもよい。
【００２３】
第１のＭＥＭＳミラー１０３は例えば半導体上にミラーおよびアクチュエータあるいはその一部が形成されており、外部からの制御信号により、２軸方向の傾斜角度をかえることができるものである。
【００２４】
また、対向する他の光空間伝送装置から入射する光ビームは、レンズ１０５を通って偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、その一部はビームスプリッタ１０６を透過し角度検出部１０７に入力する。
【００２５】
角度検出部１０７は光検出素子として例えば４分割フォトディテクタで構成され、入力する光をもとに、各フォトディテクタからの信号を演算することにより、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置の光軸のなす角度に応じた信号を生成し、自動追尾制御回路１０８に出力する。
【００２６】
またビームスプリッタ１０６で反射された光は第１のＭＥＭＳミラー１０３と同様の構成の第２のＭＥＭＳミラー１０９でさらに反射され、光検出素子１１０に入射する。光検出素子１１０に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路１１１に出力し、受信回路１１１で受信信号として復元される。
【００２７】
自動追尾制御回路１０８は角度検出部１０７からの信号を基に、第１のＭＥＭＳミラー１０３および第２のＭＥＭＳミラー１０９を制御し、対向する光空間通信装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するように、また対向する光空間通信装置から入射する光ビームが光検出素子に入射するようにする。
【００２８】
本発明の光空間伝送装置では可動ミラー部分をＭＥＭＳミラーを用いているので、半導体レーザとＭＥＭＳミラーとの間を従来の可動ミラーを用いることより近接させることができる。したがって、半導体レーザと可動ミラーの間の光路長を短くすることができ、従来必要としていたレンズ等が必要なくなり装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
ＭＥＭＳミラーは１ｍｍ程度という微小のチップが可能であるため、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）の断面図に示すように、半導体レーザ、光検出素子などの光半導体素子とＭＥＭＳミラーを同一のパッケージに実装することにより、さらに装置の小型化、低コスト化に有用である。
【００３０】
図２（ａ）に示すように光半導体２０１が半導体レーザの場合、射出する光はＭＥＭＳミラー２０２に入射し、反射されて窓２０３を通って外部に出力する。光半導体２０１およびＭＥＭＳミラー２０２はパッケージ２０４に収容され、気密封止されている。信号入出力端子２０５は、光半導体２０１への信号入出力およびＭＥＭＳミラーの制御を行うための信号を入出力する。
【００３１】
また、図２（ｂ）では光半導体２０１とＭＥＭＳミラー２０２との間にミラー２０６を配置してＭＥＭＳミラー２０２の傾斜をゆるくしている。
【００３２】
また、図２（ｃ）の断面図に示すように、レンズ窓２０７を設け、このレンズ窓２０７から光を取り出すことも可能である。
【００３３】
なお、図２（ａ）乃至図２（ｃ）では光半導体としてレーザの場合を説明したが、光検出素子の場合も同様な構成となる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２の実施の形態を図３に示す。
【００３４】
この第２の実施の形態では、光ビームの角度制御を行うＭＥＭＳミラーを送信と受信で共通としているところが第１の実施の形態とは異なる。
【００３５】
光空間伝送装置３００で送信される入力信号は送信回路３１１に入力し、半導体レーザ３１２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ３１２から射出したレーザ光は偏光ビームスプリッタ３１３を通って、ＭＥＭＳミラー３１４で反射され、レンズ３１５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、対向する他の光空間伝送装置に出力する。
【００３６】
他の光空間伝送装置は光信号を送信又は受信できるものならば何れのものでもよく、ここでは説明は省略するが、例えば図３の光空間伝送装置３００と同様のものであってもよい。
【００３７】
一方対向する他の光空間伝送装置から入射する光ビームはレンズ３１５を通ってＭＥＭＳミラー３１４で反射され、偏光ビームスプリッタ３１３に入力する。偏光ビームスプリッタ３１３に入射した光は反射され、その一部はビームスプリッタ３１６を透過し、角度検出部３１７に入力する。
【００３８】
またビームスプリッタ３１６で反射された光は光検出素子３１８に入射する。光検出素子３１８に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路３１９に出力し、受信回路３１９で受信信号として復元される。
【００３９】
角度検出部３１７からの信号は自動追尾制御回路３１０に入力し、この自動追尾制御回路３１０では角度検出部３１７からの信号を基にＭＥＭＳミラー３１４を制御し、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するようにする。
【００４０】
この第２の実施例においても出力する光信号の光ビームを変更するミラーをＭＥＭＳミラーを持ちているので、装置の小型化を図ることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３の実施の形態を図４に示す。
【００４１】
この第３の実施の形態では信号の伝送方向が１方向の場合、あるいは１方向の伝送速度が、他方より低速である場合に対する適用例である。後者の場合、以下の説明では伝送信号のうち低速のもののみ低速伝送信号と呼んで区別することにする。
【００４２】
図４では第２の光空間伝送装置４２０から第１の光空間伝送装置４００へ伝送される伝送信号が低速である場合を示している。
【００４３】
第１の光空間伝送装置４００で送信される入力信号は送信回路４０１に入力し、半導体レーザ４０２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ４０２から射出したレーザ光はＭＥＭＳミラー４０３で反射され、偏光ビームスプリッタ４０４を通って、レンズ４０５により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され出力する。
【００４４】
対向する第２の光空間伝送装置４２０から入射する光ビームは、レンズ４０５を通って偏光ビームスプリッタ４０４で反射され、角度検出部４０６に入力する。
【００４５】
角度検出部４０６からの信号は自動追尾制御回路４０７に入力し、角度検出部４０６からの信号を基に、ＭＥＭＳミラー４０３を制御し、対向する光空間伝送装置から入射する光ビームと自装置から射出する光ビームの光路が一致するようにした後、対向する第２の光空間伝送装置４２０に光ビームを出力する。
【００４６】
対向する第２の光空間伝送装置４２０からの信号は速度が遅いため、角度検出部４０６の受光径は大きな光受信素子を用いることができ、角度検出部４０６における４分割フォトディテクタからの信号を加算することにより受信信号を復元することができる。
【００４７】
一方、対向する第２の光空間伝送装置４２０に入射した光ビームはレンズ４０８を通って、偏光ビームスプリッタ４０９に入力する。偏光ビームスプリッタ４０９を透過した光は、ＭＥＭＳミラー４１０で反射され、光検出素子４１１に入力する。光検出素子４１１に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路４１２に出力し、受信回路４１２で受信信号として復元される。
【００４８】
また、自動追尾制御回路４１３は受信回路４１２からの信号を入力し、光検出素子４１１へ入力する光量が最大となるようにＭＥＭＳミラー４１０を制御する。
【００４９】
第２の光空間伝送装置で送信される入力信号は送信回路４１４に入力し、半導体レーザ４１５を駆動し、半導体レーザから射出した光は偏光ビームスプリッタ４０９で反射して、レンズ４０８より出力する。
【００５０】
第２の光空間伝送装置４２０で送信される信号は低速伝送信号であるので、半導体レーザ４１５はレンズ４０８の焦点距離よりレンズ４０８に近い位置に置かれ、レンズ４０８からの出力する光は拡散光となる。この低速伝送信号信号は第１の光空間伝送装置４００での受信は高感度で行えるため、拡散光とすることにより第２の光空間伝送装置４１０でのトラッキングを不要としている。
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４の実施の形態を図５に示す。
この実施の形態も第４の実施の形態と同様に信号の伝送方向が１方向の場合、あるいは１方向の伝送速度が、他方より低速である場合に対する適用例であり、低速伝送信号の光学系を分離することにより、信号伝送の光学系を単純化している。図５では第２の光空間伝送装置５２０から第１の光空間伝送装置５００へ伝送される伝送信号が低速である場合を示している。
【００５１】
第１の光空間伝送装置５００で送信される入力信号は送信回路５０１に入力し、半導体レーザ５０２を駆動して光信号に変換される。半導体レーザ５０２から射出したレーザ光は、ＭＥＭＳミラー５０３で反射され、レンズ５０４により所定の径、拡がり角をもった光ビームに変換され、出力する。
【００５２】
対向する第２の光空間伝送装置５２０から入射する光ビームは光検出素子５０５に入力する。光検出素子５０５に入力する光信号にはレンズ５０４から出力する光ビームの対向する第２の光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報が載せられている。光検出素子５０５に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路５０６に出力し、受信回路５０５で受信信号として復元される。ここで、光検出素子５０５と受信回路５０６は光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報を受信する情報受信部を構成している。
【００５３】
なお、対向する第２の光空間伝送装置５２０からの信号は速度が遅いため、光検出素子５０５の受光径は大きな光受信素子を用いることができ、光検出素子５０５における４分割フォトディテクタからの信号を加算することにより受信信号を復元することができる。
【００５４】
この受信回路５０６からの信号は自動追尾制御回路５０７に入力され、自動追尾制御回路５０７は受信した第２の光空間伝送装置５２０における受信光量に関する情報をもとに対向する第２の光空間伝送装置５２０に光ビームが出力するように、ＭＥＭＳミラー５０３を制御する。
【００５５】
一方、レンズ５０４から出力した光ビームは第２の光空間伝送装置５２０のレンズ５０８を通ってＭＥＭＳミラー５０９で反射され、第１の光検出素子５１０に入力する。この光ビームはビーム径がレンズ５０８の径より大きくなるように設定されている。また、レンズ５０８の周りは複数の第２の光検出素子が配置されており（この実施の形態では第２の光検出素子５１３−１及び第２の光検出素子５１３−２）、これら第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）にもレンズ５０４から出力した光ビームが入力する。
【００５６】
第１の光検出素子５１０に入射した光は電気信号に変換された後、受信回路５１１に出力し、受信回路５１１で受信信号として復元される。
【００５７】
また、第１の光空間伝送装置５００から出力する光ビームは、ビーム径が第２の光空間伝送装置５２０のレンズ５０８の径より大きくなるように設定されているので、レンズ５０８の周りに配置された第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）ではレンズ５０４から出力する光ビームの一部を入力し、電気信号に変換して受信回路５１４に出力する。この受信回路５１４は第２の光検出素子（５１３−１，５１３−２）からの信号をもとにして得られるレンズ５０４から出力する光ビームのずれに関連する信号または、受信光量に関連する信号を得て送信回路５１５に出力する。さらに、送信回路５１５は半導体レーザ５１６を駆動し、光信号に変換して第１の光空間伝送装置５００に出力する。ここで、送信回路５１５と半導体レーザ５１６は第１の光空間伝送装置へ供給する光ビームのずれに関連する信号または、受信光量に関連する信号を送出する情報送出部を構成している。
【００５８】
すなわち、これはレンズ５０４から出力した光ビームが例えば第２の光検出素子５１３−１では受光でき、第２の光検出素子５１３−２では受光できない場合には、この光ビームがずれているという信号を第１の光空間伝送装置５００に送信するものである。
【００５９】
この実施の形態においても半導体レーザ５１６からの光は低速信号であり、この信号の第１の光空間伝送装置５００の受信は高感度で行えるため、拡散光とすることによりトラッキングを不要としている。
【００６０】
また、自動追尾回路５１２は受信回路５１４および受信回路５１１より信号を入力し、光検出素子５１０に入力する光量が最大となるようにＭＥＭＳミラー５０９を制御する。
【００６１】
つぎに、光伝送装置間で光軸が調整されていない場合の捕捉動作について説明する。第１の光空間伝送装置５００から第２の光空間伝送装置５２０へ光伝送する場合、第１の光空間伝送装置５００はＭＥＭＳミラー５０３をスキャンする。対向する第２の光空間伝送装置５２０の第２の光検出素子５１３−１又は第２の光検出素子５１３−２に光が入力すると、半導体レーザ５１６によりその情報を第１の光空間伝送装置５００に伝送する。第１の光空間伝送装置５００は低速伝送信号をもとに第２の光空間伝送装置５２０に光ビームが正しく出力するようにＭＥＭＳミラー５０３を制御する。
【００６２】
また、第２の光空間伝送装置５２０ではレンズ５０８に入射する光ビームとレンズ５０８の光軸のずれを補正するため、自動追尾回路５１２によりＭＥＭＳミラー５０９を制御する。以降は通常の自動追尾動作になる。
【００６３】
なお、第２の光検出素子５０５、５１３へはレンズを介さずに光を入力したが、感度を上げる場合にはレンズを入れることも可能である。
【００６４】
また、第２の光検出素子５１３からの信号をもとにして得られる第１の光空間伝送装置５００のレンズ５０４から出力する光ビームのずれに関連する信号または受信光量に関連する信号は半導体レーザ５１６を用いて拡散光で第１の光空間伝送装置５００に信号伝送したが、電波や電力線を用いることも可能である。
【００６５】
なお、前述の第１乃至第４の実施の形態においては、送信の光源として半導体レーザを用いた例を示したが、ＬＥＤを用いることも可能である。
【００６６】
また、第１乃至第３の実施の形態においては送信光ビームと受信光ビームを同じ光路とするため偏光ビームスプリッタを用いたが、自装置と対向する装置の間で互いに送信する光ビームの波長を変え、偏光ビームスプリッタのかわりに光学フィルタを用いることも可能である。偏光ビームスプリッタの場合は送信と受信で偏光が互いに直交するように調整する必要があるが、波長フィルタの場合その必要はなくなる。
【００６７】
なお、第１乃至第４の実施の形態ではＭＥＭＳミラーに対して半導体レーザや光検出素子はそれぞれ１つづつ対応した構成になっているが、画像伝送などへの適用を考えると、ＭＥＭＳミラーは１つでＲＧＢそれぞれを個別に伝送（アレイ上のレーザなどの適用）する場合もあり、ＭＥＭＳミラーは１つで半導体レーザや光検出素子は複数対応する構成も考えられる。
【００６８】
このように第１乃至第４の実施の形態で説明したように、本発明によれば、耐久性に優れ、小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置を提供することが可能である。したがって、従来は困難であり、またブロードバンド時代を迎え今後ますますその重要度が増加すると考えられている家庭内、オフィスなどの短距離高速データ通信用途も含め広い範囲にわたって適用できる光空間伝送装置を提供することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動ミラーとしてＭＥＭＳミラーを用いることにより小型、低消費電力で高速データ通信を実現できる光空間伝送装置及び光空間伝送システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光空間伝送装置を示す系統図
【図２】本発明の光空間伝送装置を構成するＭＥＭＳミラーを示す断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光空間伝送装置を示す系統図
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光空間伝送システムを示す系統図
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る光空間伝送システムを示す系統図
【符号の説明】
１００，３００・・・・・・・光空間伝送装置
４００，５００・・・・・・・第１の光空間伝送装置
４２０，５２０・・・・・・・第２の光空間伝送装置
１０１，３１１，４０１，４１４，５０１，５１５・・・・・送信回路
１０２，３１２，４０２，４１５，５０２，５１６・・・・・半導体レーザ
１０３・・・・・・・・・・・第１のＭＥＭＳミラー
１０９・・・・・・・・・・・第２のＭＥＭＳミラー
３１４，４０３，４１０，５０３，５０９・・・・・・・・・ＭＥＭＳミラー
１０４，４０４，４０９・・・偏向ビームスプリッタ
１０５，３１５，４０５，４０８，５０４，５０８・・・・・レンズ
１０６，３１６・・・・・・・ビームスプリッタ
１０７，３１７，４０６・・・角度検出部
１０８，３１０，４０７，４１３，５０７，５１２・・・・・自動追尾制御回路１１０，３１８，４１１，５０５・・・・・・・・・・・・・光検出素子
５１０・・・・・・・・・・・第１の光検出素子
５１３−１，５１３−２・・・第２の光検出素子
１１１，３１９，４１２，５０６，５１１，５１４・・・・・受信回路
Claims (9)
- 自由空間で対向する被光空間伝送装置との間で光信号を伝送する光空間伝送装置であって、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの半導体発光素子、この半導体発光素子の出力光を前記被光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する送出レンズ系、前記半導体発光素子と前記送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する送信部と、入力する前記被光空間伝送装置からの受信光信号を集光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの光検出素子、前記受光レンズ系と前記光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する受信部と、
前記受光レンズ系が受光した受信光信号が入力され、前記送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーを可動し、または前記光検出素子で前記被光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラー可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラー又は前記第２のＭＥＭＳミラーの少なくとも一つに供給する追尾制御回路とを具備することを特徴とする
光空間伝送装置。 - 前記半導体発光素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記半導体発光素子から光を外部に発光することを特徴とする請求項１記載の光空間伝送装置。
- 前記光検出素子と前記ＭＥＭＳミラーは一つの容器に気密封止され、前記容器に設けられた窓部を通して前記光検出素子に外部からの光を導入することを特徴とする請求項１記載の光空間伝送装置。
- 前記窓部はレンズ機能を有していることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光空間伝送装置。
- 自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、
前記第１の光空間伝送装置は、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、
入力する前記第２の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する第１の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子とを有する第１の受信部と、
前記第１の受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、
前記第２の光空間伝送装置は、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第２の半導体発光素子、この第２の半導体発光素子の出力光を前記第１の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第２の送出レンズ系とを有する送信部と、
入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を集光する第２の受光レンズ系、この第２の受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第２の光検出素子、
前記第２の受光レンズ系と前記第２の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、
前記第２の受光レンズ系が受光する受信光信号が入力され、前記第２の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路とを具備し、
前記第１の光検出素子が前記第２の光検出素子よりも大きいことを特徴とする光空間伝送システム。 - 自由空間で対向する第１の光空間伝送装置と第２の光空間伝送装置間で光信号を伝送し、第２の空間伝送装置から第１の光空間伝送装置へ伝送する光信号が第１の空間伝送装置から第２の光空間伝送装置へ伝送する光信号よりも低速な伝送である光空間伝送システムであって、
前記第１の光空間伝送装置は、
入力電気信号を光信号に変換する少なくとも一つの第１の半導体発光素子、この第１の半導体発光素子の出力光を前記第２の光空間伝送装置へ送出するための送出光信号に変換する第１の送出レンズ系、前記第１の半導体発光素子と前記第１の送出レンズ系との間にあって、送出する前記送出光信号の送出方向を変更するＭＥＭＳミラーとを有する第１の送信部と、
前記第１の送出レンズ系の送出光信号が前記被光空間伝送装置に入射するように光路を変更するために前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる情報を前記第２の空間伝送装置より受け取る情報受信部と、
この情報受信部からの信号をもとに前記第１のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第１のＭＥＭＳミラーに供給する第１の追尾制御回路とを具備し、
前記第２の光空間伝送装置は、
入力する前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号を受光する受光レンズ系、この受光レンズ系が受光した前記受信光信号を電気信号に変換する少なくとも一つの第１の光検出素子、この第１の光検出素子より大きな受光面積を有し、前記第１の光検出素子の周囲に配置された複数の第２の光検出素子、前記第受光レンズ系と前記第１の光検出素子との間にあって、受光する前記受信光信号の送出方向を変更する第２のＭＥＭＳミラーとを有する第２の受信部と、
前記受光レンズ系が送出する受信光信号が入力され、前記第１の光検出素子で前記第１の光空間伝送装置からの受信光信号が入射するように光路を変更するために前記第２のＭＥＭＳミラーを可動させる制御信号を前記第２のＭＥＭＳミラーに供給する第２の追尾制御回路と、
前記第２の光検出素子から得られた情報を前記第１の光空間伝送装置に送出する情報送出部とを具備する
ことを特徴とする光空間伝送システム。 - 前記情報送信部は前記第２の光検出素子から得られた情報を光信号に変換する第２の半導体発光素子を有し、前記情報受信部は前記情報を受信する第３の光検出素子を有することを特徴とする請求項６記載の光空間伝送システム。
- 前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電波で送信し、前記情報受信部は前記情報を電波で受信することを特徴とする請求項６記載の光空間伝送システム。
- 前記情報送信部は前記第二の光検出素子から得られた情報を電力線で送信し、前記情報受信部は前記情報を電力線で受信することを特徴とする請求項６記載の光空間伝送システム。
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| JP2002236433A JP2004080253A (ja) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | 光空間伝送装置及び光空間伝送システム |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103430464A (zh) * | 2010-12-21 | 2013-12-04 | 英特尔公司 | 架到架光通信 |
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| CN114721097A (zh) * | 2021-01-04 | 2022-07-08 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种光接收组件及控制方法和光模块 |
-
2002
- 2002-08-14 JP JP2002236433A patent/JP2004080253A/ja active Pending
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