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
【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
【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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CN103430464A (zh) * | 2010-12-21 | 2013-12-04 | 英特尔公司 | 架到架光通信 |
US10069563B2 (en) | 2016-03-18 | 2018-09-04 | Nec Corporation | Optical module and optical transmission system |
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 |
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2002
- 2002-08-14 JP JP2002236433A patent/JP2004080253A/ja active Pending
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