JP2006310913A - 光送信装置及び光空間伝送システム - Google Patents
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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
【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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005127413A JP2006310913A (ja) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | 光送信装置及び光空間伝送システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005127413A JP2006310913A (ja) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | 光送信装置及び光空間伝送システム |
Publications (1)
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ID=37477337
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JP2005127413A Pending JP2006310913A (ja) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | 光送信装置及び光空間伝送システム |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10244181B2 (en) | 2009-02-17 | 2019-03-26 | Trilumina Corp. | Compact multi-zone infrared laser illuminator |
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-
2005
- 2005-04-26 JP JP2005127413A patent/JP2006310913A/ja active Pending
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US11075695B2 (en) | 2009-02-17 | 2021-07-27 | Lumentum Operations Llc | Eye-safe optical laser system |
US11121770B2 (en) | 2009-02-17 | 2021-09-14 | Lumentum Operations Llc | Optical laser device |
US11405105B2 (en) | 2009-02-17 | 2022-08-02 | Lumentum Operations Llc | System for optical free-space transmission of a string of binary data |
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US11451013B2 (en) | 2011-08-26 | 2022-09-20 | Lumentum Operations Llc | Wide-angle illuminator module |
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