JP2006310913A - 光送信装置及び光空間伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】広い光受信装置設置範囲で光伝送を行うために、光伝送信号を偏向する機構が複雑化したり、光送信電力が大きくなる課題を解決すること。
【解決手段】発光素子ユニット２０３の前面にレンズ２０４を設け、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂと水平駆動部２０７a、２０７ｂでレンズ２０４を移動させて、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向することにより、レンズ２０４を、小さな範囲で移動させるだけで、２次元的な広い範囲の光受信装置設置範囲において、光受信装置で情報データを正しく再生できるようにすることができる。また、２次元的な広い範囲の光受信装置設置範囲全体に最小受光電力密度以上の電力密度の光伝送信号を送出する必要がないので、送信電力を小さく抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、映像信号、音声信号、デジタルデータ信号などの情報データを、光送信装置と光受信装置との間で、自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムに関するものである。

光空間伝送システムでは、光受信装置の位置において、光伝送信号から情報データを再生できるような、一定値（最小受光電力密度）以上の光電力密度を得るようにしなければならない。また一方では、使用者が容易に使用できるように、光受信装置の設置できる範囲を広くすることが望まれる。

このため、従来の光空間伝送システムとしては、光送信装置からの光伝送信号が、広い範囲に亘って、ほぼ均一な光電力密度となるようにしているものがあった。（例えば、特許文献１参照）。図１１は、前記特許文献１に記載された従来の光空間伝送システムの光送信装置の構成を示すものであり、図１２は、前記特許文献１に記載された従来の光空間伝送システムの光送信装置から送出される光伝送信号の光電力密度分布を示している。

図１１において、発光素子１ａ、１ｂからの光と、発光素子１ｃ、１ｄからの光を、それぞれレンズ２ａ、２ｂを介して送信している。レンズ２ａとレンズ２ｂからの送信光を重ね合わせ、図１２のように、広い範囲に亘って光電力密度をほぼ均一としていた。これにより、広い範囲で最小受光電力密度以上の光電力密度を得ていた。

一方これに対して、従来の光空間伝送システムとして、光受信装置での信号再生に必要な光信号の光受光電力を得るために、送信光の光軸を調整しているものもあった（例えば、特許文献２参照）。図１３は、前記特許文献２に記載された従来の光空間伝送システムの光送受信装置を示すものである。

図１３において、光送受信装置１０は、光送信装置と光受信装置を兼ねたものであるが、ここでは光送信装置として説明する。送信レンズ１１から光伝送信号を送出し、対向する受信装置（図示せず）で前記光伝送信号を受信する。この光伝送信号は、ほぼ送信レンズ１１の光軸上に最大の電力密度を有しており、光軸付近の比較的狭い角度範囲で最小受光電力密度以上の電力密度が得られるようになっている。そして、対向する受信装置の方向に最大の電力密度の方向を合わせるため（したがって、送信レンズ１１の光軸を対向する受信装置の方向に合わせるため）、直交する軸１３、１４で回転させ、送信レンズの方向を偏向する構成となっていた。
特開平１１−１５０５１３号公報（第３頁、図１） 特開平１０−２７６１３３号公報（第４頁、図１１）

しかしながら、前記特許文献１の様な従来の構成では、広い角度範囲に亘って、全ての位置で最小受光電力密度以上の受光電力密度が得られるように光伝送信号を送信しなければならず、また、その範囲を２次元的に広げる必要がある。このため、大きな光送信電力を必要とし、消費電力が極めて大きくなってしまうという課題を有していた。

また、前記特許文献２の様な従来の構成では、光送信電力はあまり大きくする必要はないが、光受信装置の設置される可能性のある広い方向範囲全体に、光伝送信号の軸を偏向する必要があった。このため、送信レンズの駆動のための機構が複雑化、大型化したり、光伝送信号の軸の偏向・調整に長時間を要したりするという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小さな光送信電力と、簡単化・小型化可能な機構で、短時間で光受信装置に対する情報伝送を可能とした光空間伝送システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の発明の光空間伝送システムは、光送信装置が、前記光伝送信号に複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与える光源部と、光伝送信号の全体の送出方向を偏向する光軸偏向部と、前記光軸偏向部を制御する光軸制御部とから成り、前記光軸制御部は、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の内のいずれかを、前記光受信装置の方向に偏向するように、光軸偏向部を制御する。

前記第１の発明の光空間伝送システムによれば、小さな光軸偏向範囲で、光受信装置の広い設置範囲に亘って最小受光電力密度以上の受光電力密度を得ることができる。

また本発明の第２の発明の光空間伝送システムは、第１の発明に従属する発明であって、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の、隣り合う光電力密度極大部間の光電力密度極小部の電力密度を、前記光受信装置において伝送信号受信可能な最小受光電力密度レベルより小さくしている。

また本発明の第３の発明の光空間伝送システムは、第１の発明に従属する発明であって、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の、隣り合う光電力密度極大部間の光電力密度極小部の電力密度を、光電力密度極大部の電力密度の１／４以下としている。

前記第２および第３の発明の光空間伝送システムによれば、光伝送信号の送信電力を小さく抑えることができる。

また本発明の第４の発明の光空間伝送システムは、第１から第３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部は、それぞれ略等間隔に配列しており、前記光軸制御部は、少なくとも隣り合う光電力密度極大部を超えない偏向範囲内で前記光軸偏向部を制御する構成を有している。

また本発明の第５の発明の光空間伝送システムは、第１から第３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部を、それぞれ略等間隔に配列し、前記光軸制御部は、隣り合う光電力密度極大部間の角度差の１／（２・ｃｏｓ４５°）倍以下の半角の偏向角度範囲内で前記光軸偏向部を制御する構成を有している。

前記第４および第５の発明の光空間伝送システムによれば、小さな光軸偏向角度範囲で効率的に、光受信装置の広い設置範囲に亘って最小受光電力密度以上の受光電力密度を得ることができる。

また本発明の第６の発明の光空間伝送システムは、第１から第５のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光源部を、複数の発光素子により構成している。

また本発明の第７の発明の光空間伝送システムは、第１から第６のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光源部を、複数の発光素子と、前記複数の発光素子前面に設けたレンズにより構成している。

前記第６および第７の発明の光空間伝送システムによれば、簡単な構成で、光伝送信号に複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与える光源部を実現することができる。

また本発明の第８の発明の光空間伝送システムは、第７の発明に従属する発明であって、前記複数の発光素子との距離が、前記レンズの焦点距離にほぼ等しくして配置している。

前記第８の発明の光空間伝送システムによれば、広がり角の小さなビームを複数有する形で、光伝送信号に複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与える光源部を実現し、広い範囲でエネルギー効率の良い伝送ができる。

また本発明の第９の発明の光空間伝送システムは、第１から第６のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光源部を、複数の発光素子と、前記複数の発光素子前面に設け、発光素子の出射光を拡散した拡散放射光を放射する拡散板と、前記拡散板からの拡散放射光の広がり角を調整するレンズにより構成している。

前記第９の発明の光空間伝送システムによれば、簡単な構成で、前記のような複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与え、かつ人体に対する悪影響の小さな光源部を実現することができる。

また本発明の第１０の発明の光空間伝送システムは、第９の発明に従属する発明であって、前記レンズを、前記拡散板との距離が、前記レンズの焦点距離にほぼ等しい位置に配置している。

前記第１０の発明の光空間伝送システムによれば、広がり角の小さなビームを複数有する形で、前記複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与え、かつ人体に対する悪影響の小さな光源部を実現し、広い範囲でエネルギー効率の良い伝送が可能となる。

また本発明の第１１の発明の光空間伝送システムは、第７から第１０のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光軸偏向部を、前記レンズを前記レンズの軸と略直角方向に移動するレンズ駆動部により構成している。

前記第１１の発明の光空間伝送システムによれば、前記複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を、簡単な構成で偏向することができる。

また本発明の第１２の発明の光空間伝送システムは、第１から第１０のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光軸偏向部を、前記光源部から出射される前記光伝送信号を反射する可動反射鏡により構成し、可動反射鏡の角度変化により光伝送信号全体の反射方向を偏向して出射することを特徴としている。

前記第１２の発明の光空間伝送システムによれば、前記複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を、小さな可動反射鏡の角度変化で偏向することができる。

また本発明の第１３の発明の光空間信号伝送システムは、第１２の発明に従属する発明であって、前記複数の発光素子からの出射光を互いに交差させ、前記交差する箇所に前記可動反射鏡を設けた構成としている。

前記第１３の発明光空間伝送システムによれば、前記複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を、小さな面積の可動反射鏡で偏向することができる。

また本発明の第１４の発明の光空間伝送システムは、第１から第１３のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光受信装置は、前記光伝送信号を受光する受光部と、前記受光部の受光電力を検出する受光電力検出部と、前記受光電力検出部での受光電力情報を送出する受光情報送出部を有し、前記光送信装置は、さらに前記受光情報送出部からの受光電力情報を受信する受光情報受信部を有し、前記光軸制御部は、前記受光情報受信部が受信した受光情報に基づき、前記光軸偏向部を制御する構成としている。

前記第１４の発明の光空間伝送システムによれば、前記複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号の光電力密度極大部の一つを、精度良く光受信装置に向けて偏向することができる。

本発明の光空間伝送システムによれば、小さな光送信電力と、簡単化・小型化可能な機構で、短時間で光受信装置に対して情報伝送することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの構成を示すブロック図である。図１において、光空間伝送システム１００は、光送信装置１０１と光受信装置１１１から構成されている。光送信装置１０１は、変調回路１０３、光源部１０４、光軸偏向部１０５、光軸制御部１０６、受光情報受信部１０７から構成され、光受信装置１１１は、受光部１１３、受光電力検出部１１４、受光情報送出部１１５、復調部１１６から構成されている。なお、図１５において、破線矢印は光信号を、実線矢印は電気信号を示している。

つぎに、光空間伝送システム１００の動作について説明する。伝送すべき情報データを含む入力信号は、光送信装置１０１の変調回路１０３に入力され、光源部１０４を変調するための電気信号に変換された後、光源部１０４に加えられる。光源部１０４は、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出する光源であるが、これについては後で詳しく説明する。光源部１０４から送出された、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号は、光軸制御部１０６に制御される光軸偏向部１０５により、全体の方向に偏向を与えられて、光送信装置１０１から自由空間に放射される。放射された光伝送信号が、図１における破線矢印であり、図中に示したように、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布となっている。自由空間に放射された光信号は、光受信装置１１１の受光部１１３で受光されて受光電力に応じた電気信号に変換される、受光電力検出部１１４は受光部１１３から電気信号を受け、増幅などを行って復調部１１６に信号出力する、そして復調部１１６で、情報データを含む出力信号が出力される。一方、受光情報送出部１１５も、受光電力検出部１１４からの信号を受け、受光電力情報を光送信装置１０１の受光情報受信部１０７に送信する（図中の一点鎖線）。この受光電力情報の送信経路は、例えば別途設けた電波による無線伝送経路を用いるが、光空間伝送経路や有線伝送経路などを用いてもよい。光軸制御部１０６は、受光情報受信部１０７からの受光電力情報に基づき、光伝送信号の複数の光電力密度極大部の内のいずれかを、光受信装置１１１の受光部１１３の方向に偏向するように、光軸偏向部１０５を制御する。これにより、光受信装置において、光伝送信号から情報データを再生できる最小受光電力密度以上の光電力密度を得ることができる。受光部１１３の方向に偏向する光電力密度極大部は、最も少ない偏向角で受光部１１３の方向に偏向できる極大部を用いればよい。

以上のようにして、光送信装置１０１から光受信装置１１１に、自由空間を介して光信号で情報データの伝送ができるのである。

光受信装置の方向に合わせて光伝送信号を偏向し、情報データを伝送する点は、図１３に示した従来の光空間伝送システムと同様であるが、かかる構成によれば、光源部１０４から複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出し、光軸制御部１０６が、光伝送信号の複数の光電力密度極大部の内のいずれかを、光受信装置１１１の受光部１１３の方向に偏向すればよい。例えば、少なくとも隣り合う光電力密度極大部を超えない偏向範囲内で偏向すれば良く、光軸偏向部１０５が小さな偏向角であっても、広い光受信装置１１１の設置範囲をカバーでき、光軸偏向部１０５を小型で簡易な構造とすることができる。また、図１１に示した従来の光空間伝送システムと比較すると、光受信装置１１１の設置範囲全体に、最小受光電力密度以上のほぼ均一な電力密度を送出する必要が無く、光電力密度極大部付近が最小受光電力密度以上であれば、その間は最小受光電力密度より小さくてもかまわない。例えば、図１に示したような離散的な電力密度分布で良いので、光源部１０４の光送信電力を、大幅に低減することができる。

図２は、図１で説明した本発明の光空間伝送システムの光送信装置１０１の構成例における光送信装置２０１を示す側面断面図である。また、図３は、図１の２点差線における矢印Ａ方向から見た背面断面図、図４は、図１の２点差線におけるおよび矢印Ｂ方向から見た正面断面図である。

図２〜図４において、光送信装置２０１の筐体２０５に、２次元的に配列した複数（図においては７個）の発光素子２０３ａ〜２０３ｇから構成される発光素子ユニット２０３が固定されている。この発光素子ユニット２０３の複数の発光素子２０３ａ〜２０３ｇからは、互いの光軸がほぼ平行な複数のビーム光が出射している。発光素子ユニット２０３の前面には、レンズ２０４が設けられており、発光素子２０３ａ〜２０３ｇからの距離をレンズ２０４の焦点距離とほぼ等しくして配置している。これにより、発光素子２０３ａ〜２０３ｇからのビーム光を、各々がほぼ平行ビームで、互いに角度の異なる複数のビームに変換している。発光素子ユニット２０３とレンズ２０４が、図１の光伝送システム１００における光源部１０４に相当しており、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出する。レンズ２０４は、レンズ２０４をそれぞれ水平方向および垂直方向に移動する垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂおよび水平駆動部２０７a、２０７ｂを介して筐体２０５に固定している。これにより、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂおよび水平駆動部２０７a、２０７ｂを用いて、レンズ２０４をレンズ２０４の軸に直角な面内で２次元的に移動させることができる。このようにレンズ２０４を移動することにより、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号全体の方向を偏向することができる。つまり、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂおよび水平駆動部２０７a、２０７ｂとレンズ２０４が、図１の光伝送システム１００の光軸偏向部１０５に相当する。垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂおよび水平駆動部２０７a、２０７ｂは、ボイスコイルなどを用いることにより実現できる。

なお、図２〜図４の光送信装置２０１においては、図１における変調回路１０３、光軸制御部１０６、受光情報受信部１０７は省略し、図示していない。

つぎに、光送信装置２０１の動作について説明する。

前述のように、発光素子ユニット２０３とレンズ２０４により、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出している。例えば、図２に示したように光受信装置設置面があるとすると、光受信装置設置面では図２に示したような電力密度分布となる。発光素子ユニット２０３の発光素子２０３ａ〜２０３ｇを等間隔に配列しているので、電力密度分布の光電力密度極大部も、ほぼ等間隔に並んでいる。この電力密度分布の中で、図２に示したような最小受光電力密度を超える部分（図２では電力密度分布の実線が、最小受光電力密度より右側になる部分）でのみ、光受信装置が情報データを正しく再生することができる。図５は、図２における受信装置設置面を矢印Ａ側から見たときの受信装置の受信可能範囲を破線で示したものである。図２および図５のように、光受信装置２１３を設置すると、この状態では光受信装置２１３は、情報データを正しく再生することができない。そこで、図６に示したように、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂにより、レンズ２０４を図６における下方向にδだけ移動させると、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号が図６の下方向に偏向し、光受信装置２１３における電力密度分布を最小受光電力密度より大きくすることができ、情報データを正しく再生することができる。また、同様に、図２および図５のように、光受信装置２１３’を設置した場合は、図７に示したように、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂにより、レンズ２０４を図７における下方向にδ’だけ移動させ、光受信装置２１３で情報データを正しく再生できるようにすることができる。なお、この垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂの駆動方向と駆動量は、図１における受光電力情報により決定することができる。

以上は、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂだけを用いたが、水平駆動部２０７ａ、２０７ｂも同時に用いて、２次元的に光伝送信号の出射方向を偏向し、２次元的な光受信装置の設置範囲をカバーすることができる。例えば、図５の破線の円で示した電力密度の大きい範囲を、その中心が実線の円内で移動するように、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂおよび水平駆動部２０７a、２０７ｂでレンズ２０４を移動させ、２次元的な範囲での光受信装置設置範囲がカバーできる。この時の、光伝送信号の出射方向偏向角の半角は、隣り合う光電力密度極大部間の角度差（図２におけるα）の０．５８（１／（２・ｃｏｓ３０°））倍以上とすることにより、隣り合う光電力密度極大部の偏光方向を互いに重ね合うことができ、図５の７個の実線の円の全範囲内の光受信装置設置範囲がカバーできる。

なお、このように、光伝送信号に小さな偏向角を与えるだけでよいので、本発明の実施の形態１のように、レンズ２０４を垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂおよび水平駆動部２０７a、２０７ｂでレンズ２０４で移動させるという簡単な構成の偏向方法の利用が可能となるのである。

また、図１１〜１２に示した従来の光伝送システムと比較すると、光受信装置範囲全体に、最小受光電力密度以上の電力密度分布で光伝送信号を送出する必要がないので、光伝送信号の送信電力を低減することができる。特に、図２に示したように、光電力密度極大部間に、電力密度がほぼ０になる部分を設けて、光電力密度分布を離散的にすれば、大幅な送信電力の低減が可能になるのである。

以上のように本発明の実施の形態１によれば、発光素子ユニット２０３の前面にレンズ２０４を設け、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂと水平駆動部２０７a、２０７ｂでレンズ２０４を移動させて、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向することにより、レンズ２０４を、小さな範囲で移動させるだけで、２次元的な広い範囲の光受信装置設置範囲において、光受信装置で情報データを正しく再生できるようにすることができる。

また、２次元的な広い範囲の光受信装置設置範囲全体に最小受光電力密度以上の電力密度の光伝送信号を送出する必要がないので、送信電力を小さく抑えることができる。

なお、本実施の形態１においては、発光素子ユニット２０３の発光素子２０３ａ〜２０３ｇを図４の様に配列して、レンズ２０４から複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を出射していたが、発光素子ユニット２０３の代わりに、図８の様に発光素子３０３ａ〜ｉをほぼ等間隔に配列した発光素子ユニット３０３を用い、レンズ２０４から複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を出射しても良い。この場合には、光伝送信号の出射方向偏向角の半角は、隣り合う光電力密度極大部間の角度差の０．７１（１／（２・ｃｏｓ４５°））倍以上とすることで、隣り合う光電力密度極大部の偏光方向を互いに重ね合うことができる。図８の場合を含めても、隣り合う光電力密度極大部間の角度差の０．７１（１／（２・ｃｏｓ４５°））倍程度の小さな偏向角があれば、２次元的な広い範囲の光受信装置設置範囲において、光受信装置で情報データを正しく再生できるようにすることができるのである。

また、本実施の形態１においては、発光素子ユニット２０３の発光素子２０３ａ〜２０３ｇからの出射光を、レンズ２０４によってほぼ平行光に変換していたが、必ずしも平行光とする必要がないことは言うまでもない。

なお、本実施の形態１においては、光軸偏向部１０５の制御のために、光受信装置１１１からの受光情報を用いる構成としたが、他の制御方法を用いる場合でも、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向することにより、小さな偏向角で２次元的な広い範囲の光受信装置設置範囲をカバーできるという効果に変わりはない。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２の光空間伝送システムの光送信装置４０１の構成図である。光空間伝送システムの構成を示すブロック図は図１と同様であるため省略する。また、図９において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図９において、図２で示した本発明の実施の形態１における光送信装置２０１と異なる点は、発光素子ユニット４０３を、発光素子４０３ａ〜４０３ｇ（図４と同様に発光素子４０３ｄ〜４０３ｇも加えて２次元的に配置しているが、省略して図示していない）と、発光素子４０３ａ〜ｇの前面に設けた拡散板４０８から構成していることである。そして、レンズ２０４と拡散板４０８からの距離を、レンズ２０４の焦点距離とほぼ等しくしている。拡散板４０８は、入射した光をランバーシャン分布に準じた分布の拡散光に変換するものであり、例えば透明な樹脂材料に屈折率の異なる微細な粒状透明材料を混入させたり、透明な樹脂材料を微細発泡構造としたりして実現される。

前述の本発明の実施の形態１においては、発光素子ユニット２０３の発光素子２０３ａ〜２０３ｇからの出射光の広がり角を直接、レンズ２０４で変換し、効率よく光伝送信号を発生させていた。しかし、発光素子４０３ａ〜４０３ｇの光出力の大きさによっては、光伝送信号が目等の人体に有害となる。このような場合には、本実施の形態２に示した構成とすることにより、人体への有害な影響を軽減することができる。本実施の形態２では、発光素子４０３ａ〜４０３ｇからの出射光を、拡散板４０８で拡散して可干渉性を低減させた後に、レンズ２０４で広がり角を変換することで、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出している。このため、眼球の水晶体や、あるいは双眼鏡などの光学機器を用いて出射光を集光しても、微小なスポットに収束しにくくなり、人体への有害な影響を低減できるのである。この場合においても、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出し、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂと水平駆動部２０７ａ、２０７ｂ（図示していない）とでレンズ２０４を移動することにより、小さな角度範囲で光伝送信号を偏向するだけで、２次元的な広い光受信装置設置範囲において、光受信装置で情報データを正しく再生できるようにすることができるのである。また、２次元的な広い光受信装置設置範囲全体に最小受光電力密度以上の電力密度の光伝送信号を送出する必要がないので、送信電力を小さく抑えることができることも、発明の実施の形態１と同様である。

以上のように本発明の実施の形態２によれば、発光素子４０３ａ〜４０３ｇと発光素子４０３ａ〜４０３ｇの前面に設けた拡散板４０８から構成する発光素子ユニット４０３の前面にレンズ２０４を設け、垂直駆動部２０６ａ、２０６ｂと水平駆動部２０７ａ、２０７ｂとでレンズ２０４を移動させて、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向することにより、レンズ２０４を、小さな範囲で移動させるだけで、２次元的な広い光受信装置設置範囲において、光受信装置で情報データを正しく再生できるとともに、光伝送信号の人体への悪影響を低減することができる。

なお、本発明の実施の形態２においては、発光素子４０３ａ〜４０３ｇからの出射光を、拡散板４０８で拡散しているため、発光素子４０３ａ〜４０３ｇからの出射光の各々は、レンズ２０４を用いても広がりを小さくすることが難しくなる。このため、図２に示したような離散的な電力密度分布とはならず、図９に示したような連続した電力密度分布となる場合もある。このような場合でも、複数の光電力密度極大部の、隣り合う光電力密度極大部間の光電力密度極小部の電力密度を、例えば光電力密度極大部の電力密度の１／４以下とすれば、光受信装置設置範囲全体に最小受光電力密度以上の電力密度の光伝送信号を送出する場合に比べ、送信電力を約１／２以下に抑えることが可能となる。

なお、本発明の実施の形態１および実施の形態２においては、レンズ２０４を移動させることにより、光伝送信号を偏向していた。しかし、本発明は、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向することにより、小さな偏向角で２次元的な広い光受信装置設置範囲をカバーできることと、光送信電力を低く抑えられることが特徴である。したがって、実施の形態１および実施の形態２のように、レンズ２０４を移動させる簡単な構成を用いることが可能となるのだが、光伝送信号を偏向する方法はこれに限定されるものではない。例えば、図１３に示した従来の光伝送システムのように、直交する２軸の回転機構を用いて光伝送信号を偏向してもよい。このような変更方法を用いる場合においても、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向する構成とすることにより、回転機構の回転範囲を小さくすることができる。このため、回転機構を簡素化でき、またさらに、偏光方向の調整も短時間で完了できるという効果が得られるのである。

また、レンズ２０４を移動させて光伝送信号を偏向する代わりに、可動反射鏡により偏向しても良い。例えば図１０は、図２と同様に複数の発光素子５０３ａ〜５０３ｃで構成される発光素子ユニット５０３から出射光を、レンズ５０４で変換して複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を送出しているが、光伝送信号を偏向するために、可動反射鏡５０９の角度を駆動部５０６ａ、５０６ｂで変化させる構成としている。このような場合においても、複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布の光伝送信号を偏向する構成とすることによって、可動反射鏡５０９の可動角度範囲を小さくすることができるので、簡単な構成で広い光受信装置設置範囲をカバーすることが可能になる。例えば、半導体製造技術を用いて作製した可動反射鏡（ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー）を用いても、広い光受信装置設置範囲をカバーできるのである。なお、図１０において、複数の発光素子５０３ａ〜５０３ｃとレンズ５０４との距離は、図２と同様にレンズ５０４の焦点距離とほぼ等しくして、各発光素子５０３ａ〜５０３ｃからの出射光を、それぞれにほぼ平行な複数の光ビームとしている。このとき、上記複数の光ビームは、互いに１カ所で交差することになる。可動反射鏡５０９は、この交差部分に設けることによって、可動反射鏡５０９に必要な反射面の面積を小さくすることができる。発光素子ユニット５０３の発光素子５０３ａ〜５０３ｃからの出射光が、互いに平行な光軸となっている場合には、この交差点とレンズ５０４との距離は、レンズ５０４の焦点距離になり、その位置に可動反射鏡５０９を設ければよいのである。ただし、発光素子ユニット５０３の発光素子５０３ａ〜５０３ｃからの出射光が、互いに平行な光軸でない場合は、この交差点とレンズ５０４との距離は、レンズ５０４の焦点距離とはならないが、やはり交差する部分に可動反射鏡５０９を設ければよい。

本発明にかかる光空間伝送システムは、小さな光送信電力と、簡単化・小型化可能な機構で、短時間で光受信装置に対して情報伝送できるという特徴を有し、自由空間を介して情報データを伝送する光空間伝送システム等として有用である。また映像信号や音声信号等の空間伝送やリモコン等の用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１における光空間伝送システムの構成図 本発明の実施の形態１における光送信装置の構成を示す側面図 本発明の実施の形態１における光送信装置の構成を示す背面断面図 本発明の実施の形態１における光送信装置の構成を示す正面断面図 本発明の実施の形態１における光受信装置設置面の受信可能範囲の説明図 本発明の実施の形態１における光送信装置の光伝送信号偏向例１を示す側面図 本発明の実施の形態１における光送信装置の光伝送信号偏向例２を示す側面図 本発明の実施の形態１における発光素子ユニットの改変例を示す正面図 本発明の実施の形態２における光送信装置の構成を示す側面図 本発明の実施の形態１における発送信装置の改変例を示す側面図 従来の光空間伝送システムの構成を示す側面図 従来の光空間伝送システムの電力密度分布の特性図 従来の光空間伝送システムの構成を示す斜視図

符号の説明

１００ 光空間伝送システム
１０１ 光送信装置
１０３ 変調回路
１０４ 光源部
１０５ 光軸偏向部
１０６ 光軸制御部
１０７ 受光情報受信部
１１１ 光受信装置
１１３ 受光部
１１４ 受光電力検出部
１１５ 受光情報送出部
１１６ 復調部
２０１ 光送信装置
２０３ 発光素子ユニット
２０３ａ〜２０３ｇ 発光素子
２０４ レンズ
２０５ 筐体
２０６ａ，２０６ｂ 垂直駆動部
２０７ａ，２０７ｂ 水平駆動部
２１３，２１３’ 光受信装置
３０３ 発光素子ユニット
３０３ａ〜３０３ｉ 発光素子
４０１ 光送信装置
４０３ 発光素子ユニット
４０３ａ〜４０３ｃ 発光素子
４０８ 拡散板
５０１ 光送信装置
５０３ 発光素子ユニット
５０３ａ〜５０３ｃ 発光素子
５０４ レンズ
５０６ａ，５０６ｂ 駆動部
５０９ 可動反射鏡

Claims (14)

1. 自由空間を介して光伝送信号を送信する光送信装置であって、
   前記光伝送信号に複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与える光源部と、
   前記光伝送信号の全体の送出方向を偏向する光軸偏向部と、
   前記光軸偏向部を制御する光軸制御部とを備え、
   前記光軸制御部は、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の内のいずれかを、前記光受信装置の方向に偏向するように、光軸偏向部を制御する光送信装置。
2. 前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の、隣り合う光電力密度極大部間の光電力密度極小部の電力密度を、前記光受信装置において伝送信号受信可能な最小受光電力密度レベルより小さくした請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の、隣り合う光電力密度極大部間の光電力密度極小部の電力密度を、光電力密度極大部の電力密度の１／４以下とした請求項１に記載の光送信装置。
4. 前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部は、それぞれ略等間隔に配列しており、前記光軸制御部は、少なくとも隣り合う光電力密度極大部を超えない偏向範囲内で前記光軸偏向部を制御する構成とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の光送信装置。
5. 前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部は、それぞれ略等間隔に配列しており、前記光軸制御部は、隣り合う光電力密度極大部間の角度差の１／（２・ｃｏｓ４５°）倍以下の半角の偏向角度範囲内で前記光軸偏向部を制御する構成とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の光送信装置。
6. 前記光源部を、複数の発光素子により構成した請求項１〜５のいずれか一項に記載の光送信装置。
7. 前記光源部を、複数の発光素子と、前記複数の発光素子前面に設けたレンズにより構成した請求項１〜６のいずれか一項に記載の光送信装置。
8. 前記レンズを、前記複数の発光素子との距離が、前記レンズの焦点距離にほぼ等しくして配置した請求項７に記載の光送信装置。
9. 前記光源部を、複数の発光素子と、前記複数の発光素子前面に設け、発光素子の出射光を拡散した拡散放射光を放射する拡散板と、前記拡散板からの拡散放射光の広がり角を調整するレンズにより構成した請求項１〜６のいずれか一項に記載の光送信装置。
10. 前記レンズを、前記拡散板との距離が、前記レンズの焦点距離にほぼ等しい位置に配置した請求項９に記載の光送信装置。
11. 前記光軸偏向部は、前記レンズを前記レンズの軸と略直角方向に移動するレンズ駆動部により構成した、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の光送信装置。
12. 前記光軸偏向部は、前記光源部から出射される前記光伝送信号を反射する可動反射鏡により構成され、可動反射鏡の角度変化により光伝送信号全体の反射方向を偏向して出射することを特徴とした請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光送信装置。
13. 前記複数の発光素子からの出射光を互いに交差させ、前記交差する箇所に前記可動反射鏡を設けた請求項１２記載の光送信装置。
14. 光送信装置と光受信装置から構成され、自由空間を介して光送信装置から光受信装置に光伝送信号を伝送する光空間伝送システムであって、
    前記光送信装置は、
    前記光伝送信号に複数の光電力密度極大部を持つ電力密度分布を与える光源部と、
    前記光伝送信号の全体の送出方向を偏向する光軸偏向部と、
    前記光軸偏向部を制御する光軸制御部とを備え、
    前記光軸制御部は、前記光伝送信号の複数の光電力密度極大部の内のいずれかを、前記光受信装置の方向に偏向するように、光軸偏向部を制御し、
    前記光受信装置は、
    前記光伝送信号を受光する受光部と、
    前記受光部の受光電力を検出する受光電力検出部と、
    前記受光電力検出部での受光電力情報を送出する受光情報送出部を有し、
    前記光送信装置は、
    さらに前記受光情報送出部からの受光電力情報を受信する受光情報受信部を有し、前記光軸制御部は、前記受光情報受信部が受信した受光情報に基づき、前記光軸偏向部を制御する構成とした光空間伝送システム。

Images