JP3022425B2

JP3022425B2 - 送受信光学装置

Info

Publication number: JP3022425B2
Application number: JP9215071A
Authority: JP
Inventors: 洋司雄初田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: JPH1168664A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信手段として光
を用いる光無線通信装置の送受信光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光を用いて無線伝送を行う光無線
通信装置により、室内でのＬＡＮ（ローカル・エリア・
ネットワーク）を構成する機器が実用化されている。図
４に、光無線通信装置によりＬＡＮシステムの一般的な
例が示されている。複数の従局５１１と光の送受信を行
う主局５１２は天井５１６に取り付けられ、主局５１２
間のデータ伝送は、天井裏５１７に設置される有線ＬＡ
Ｎケーブル５１８により行われる。主局５１２と複数の
従局５１１との通信は光によって行われるので、全従局
５１１で確実な光受信を行うためには、主局５１２から
の発信光は、室内５１３全体をできるだけ受信に有効な
レベル以上の光量で満たす必要がある。すなわち、主局
５１２から室内５１３の全方向に向けて十分なパワーの
光を放出する必要があり多大の電力を必要とする上に、
従局で受信されない光は、迷光となり受光素子における
ノイズ発生の要因となる。

【０００３】これらの問題を解決する方法として、特願
平８−２５１４５４号において、図５に示すように主局
５１２から水平方向に平板状の光ビームを放射する構成
が提案されている。図面中、Ａが主局から従局への光ビ
ームの流れ、Ｂが従局から主局への光ビームの流れを示
している。主局５１２から水平方向に放射された平板状
の光ビームは、反射鏡５１９により従局５１１に導かれ
る。この構成によると、必ずしも室内全域に光を行き渡
らせる必要はないため、必要とされる光パワーは大幅に
減少する。また、これに伴なって、迷光が非常に少なく
なるという点でも効果的である。

【０００４】このように平板状の光ビームを用いて光通
信を行う構成では、光ビームに合わせた平板状の視野を
有する受光部が設けられる。図６に示すように、主局５
１２の受光部はシリンドリカルレンズ６０１と光検出器
６０２とを有している。シリンドリカルレンズ６０１は
水平方向には集光力がないため、光検出器６０２は、水
平面内に広い視野を有しながら受光感度を保持するよう
に、水平方向に細長いものを用いる必要がある。上下方
向に関してはシリンドリカルレンズに集光力があるた
め、光検出器は必要最小限の狭い視野を有する幅の狭い
ものでよい。このようにして、受信視野が水平に平板状
に拡げられる。

【０００５】このような集光系は、以上説明したシリン
ドリカルレンズを使用する場合に限られず、反射光学系
として構成することもできるが、その場合もシリンドリ
カルレンズを使用する場合と同様に細長い光検出器を用
いる必要がある。

【０００６】なお、送信用の発光素子としては発光ダイ
オードやレーザダイオードが用いられるが、必ずしも光
検出器６０２のように細長いものである必要はない。発
光素子が送信光ビームとして必要な拡がり角を持ってい
れば、その拡がり方向が水平方向となるように発光素子
を配置すれば、水平面内に平板状の光ビームを投射でき
る。このように送信系に関しては、発光素子の拡がり角
をそのまま利用できるため、シリンドリカルレンズを用
いる必要はなく、光検出器４０２ほど横長ではない素子
を中央に１個配設すればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例は、第１の
問題点として、シリンドリカルレンズ等を用いた平板状
光ビームを受信するために必要な細長い形状の光検出器
が、高速データ通信に使用しずらくまた高価であるとい
う点がある。つまり、この光検出器は、形状が細長いた
め大型となり、受光面積および接合容量が大きく、した
がって高速の信号に応答できない欠点がある。また、こ
の光検出器は、受光面積が大きく形状が特殊なため、汎
用性に乏しく需要が限られているので、一般的に高価で
ある。

【０００８】また第２の問題点として、シリンドリカル
レンズ等による光学系では、水平方向の広角の視野を与
えるのに限界がある点がある。具体的には、シリンドリ
カルレンズ等の光学系では、原理的に視野角は広くても
１２０度程度が限度であり、しかもその視野の端部では
感度が大幅に落ちる。従って、３６０度の視野を得よう
とすれば、複数の受信部を併設し、それぞれの視野を合
わせて３６０度となるようにする必要があり、装置が高
価で複雑なものとなる。

【０００９】本発明の目的は、単一の送受信部で３６０
度の平板状光ビームの放射および受信が可能で、構成が
簡単で低コストの光無線通信装置の主局用の送受信光学
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の送受信光学装置
の特徴は、実質的に平行な光ビームを送出する光送信器
と該光送信器と同軸的に配置された光受信器とからなる
送受信部と、該送受信部の中心軸の延長上に配置され外
周面が反射面となっている反射用円錐部とを有し、前記
円錐部の中心軸が前記送受信部の中心軸と一致してお
り、かつ前記円錐部の母線と前記中心軸とのなす角度が
実質的に４５度であるところにある。

【００１１】これによると、１個で３６０度の方向に平
板状光ビームを放出可能であるとともに、３６０度の平
板状の受信視野を有しているので、簡単な構造で小型軽
量化が可能である。また、多数の発光素子を必要とせ
ず、多数の送受信光学部を結合する回路も必要としない
ため、低消費電力化が図れる。

【００１２】また、前記円錐部の母線が曲線状であって
もよい。

【００１３】さらに、前記送受信部および前記円錐部の
外側に設けられており、前記中心軸に平行な反射面を有
する平面反射部を有する構成とすることもできる。

【００１４】この平面反射部が前記中心軸に平行な交線
を有する直交平面鏡からなるものであってもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１６】図１に示すように、本発明の送受信光学装
置は、同軸的に配設された光送信器１０４と光受信器１
０５とを含む送受信部１０１と、この送受信部１０１と
中心軸が一致するように配置された反射用円錐部１０２
と、これらを保持する保持機構１０３とから構成されて
いる。反射用円錐部１０２は中心軸ａと母線ｂとのなす
角θは４５度であり（円錐の頂角２θが９０度であ
り）、円錐の外周面が反射鏡面となっている。送受信部
１０１の光受信器１０５は、レンズ１０６と光検出器１
０７とから構成されている。送受信部１０１の光送信器
１０４は、発光ダイオードなどの発光素子１１１とレン
ズ１１２とから構成されている。保持機構１０３は基板
１０８と透明円筒１０９とから構成され、基板１０８は
天井１１４に固定される。本実施形態では、基板１０９
に取り付けられた透明円筒１０８の内部に反射用円錐部
１０２が保持され、透明円筒１０８の下部に取り付けら
れた送受信部枠体１１０内に光受信器１０５が収容され
ている。さらに、光受信器１０５のレンズ１０６に埋め
込まれた内部円筒１１３内に、光送信器１０４が収容さ
れている。レンズ１０６、１１２、発光素子１１１、光
検出器１０７は、全て中心軸が一致しており、図面中で
はａと示している。

【００１７】次に、本実施形態における光の送受信につ
いて説明する。送信に関しては、発光素子１１１から発
された信号光は、レンズ１１２により実質的に平行な光
ビームになり、この光ビームは反射用円錐部１０２によ
り反射され、円錐部１０２の中心軸に垂直な方向に、３
６０度の全周にわたって均等に放射される。このように
して信号光が平板状ビームに変換されて放射される。な
お、平板状ビームが若干の拡がり角を有する必要がある
場合には、光送信器１０４の送出光ビームに、必要な広
がり角を予め与えておけばよい。

【００１８】この送受信光学装置の光受信器１０５は、
反射円錐部１０２の中心軸に実質的に垂直にレンズ１０
６が配設され、さらにこのレンズ１０６の焦点位置に光
検出器１０７が配設されている。光検出器１０７の受信
視野は、反射円錐部１０２の中心軸に実質的に垂直な平
面内に存在する。そして、外部から入射した光は、反射
用円錐部１０２によって反射され、レンズ１０６に向っ
て図面下方へ進み、レンズ１０６によって集光され光検
出器１０７に入射する。なお、受信視野として必要な拡
がり角は、あらかじめレンズ１０６の焦点距離と光検出
器１０７の大きさとを適宜設定することにより得られ
る。

【００１９】このように本実施形態の送受信光学装置
は、構成が簡単でコストが低く、３６０度全周にわたっ
て平板状光ビームの送受信が可能である。この送受信光
学装置を、図４に示すようなＬＡＮシステムの主局とし
て用いると非常に効果的である。なお、その場合、従局
は従来と同様のものが使用可能であり、送信光ビームの
拡がり角が数度程度と小さく、受信視野角もそれに合わ
せて小さいもので十分であるため、小型で安価な光検出
器を有するものでよい。

【００２０】本実施形態では、図１に示すように頂角が
下向きの反射用円錐部１０２が装置上方に位置する構成
であるが、上下を逆転して、頂角が上向きの反射用円錐
部１０２を装置下方に位置する構成とすることも可能で
ある。その場合、送受信部１０１は反射用円錐部１０２
の頂角の先に位置するように設けられる。また、反射用
円錐部１０２の中心軸ａと母線ｂとのなす角θが４５度
となるように形成されるが、プラスマイナス０．１度程
度の誤差は許容される。さらに、本実施形態では反射用
円錐部１０２の母線ｂは直線であるが、曲線とすること
も可能である。円錐部１０２の外周面に膨らみを持たせ
ることにより、平板状の受信視野角および送信ビーム拡
がり角を拡大することが可能となる。

【００２１】本実施形態の送受信部１０１は、中央に光
送信器１０４を、外側に光受信器１０５を同軸的に配置
した構成であるが、これは一例であり、逆に中央に光受
信器１０５、外側に光送信器１０４を配置した送受信部
１０１の構成とすることができることは明白である。

【００２２】本実施形態では、光送信器１０４および光
受信器１０５の集光手段としてレンズ１１２、１０６を
用いているが、集光手段として反射鏡を用いることも可
能である。

【００２３】なお、特開平５−３３２８２２号には、円
錐状の反斜面を有する広角集光レンズが開示されている
が、これは光検出器の前面の半球状の空間からの入射光
の集光を目的として、広角レンズの一部として円錐状反
斜面が形成されているもので、広角レンズを必須の構成
要件としている。反射用円錐部１０２の中心軸ａに対し
垂直方向の平面内のみを受光視野とし広角レンズをもた
ない本願発明は、この特開平５−３３２８２２号とは作
用効果も構成も全く異なっている。

【００２４】本発明の第２の実施形態が図２に示されて
いる。この実施形態は、第１の実施形態（図１参照）と
同様な構成の送受信光学装置本体部２０１に加えて、こ
れにできるだけ接近させて、送受信光学装置本体部２０
１の中心軸に平行な反射面（鏡面）２０２ａを有する平
面反射部（平面鏡）２０２が配設された構成である。本
実施形態の送受信光学装置を光無線通信が行われる室内
の壁際に設置してＬＡＮシステムの主局として用いる
と、第１の実施形態の送受信光学装置よりも遠方の従局
との通信が可能となる。

【００２５】さらに、本発明の第３の実施形態が図３に
示されている。この実施形態は平面反射部として直交平
面鏡３０２を用いたものである。この直光平面鏡３０２
は、交線が送受信光学部本体部３０１の中心軸と平行に
なるように配置したものであり、光無線通信が行われる
室内の隅に設置されてＬＡＮシステムの主局として用い
られる場合に、従局との通信距離を延長することが可能
である。

【００２６】

【発明の効果】本発明の送受信光学装置は、同軸的に配
置された光送信器と光受信器からなる送受信部と中心軸
が一致するように反射円錐部を配設することにより、こ
の中心軸に垂直な平面内に３６０度にわたって平板状光
ビーム送信可能であるとともに、この平面内に３６０度
にわたって受信視野を有することができ、光無線装置を
用いたＬＡＮシステムの主局として使用しやすい送受信
光学部を作ることができる。しかも構成が簡単でコスト
が低く抑えられる。

【００２７】円錐部の母線を曲線状に形成すると、円錐
部の外周面に膨らみを持たせることにより、平板状の受
信視野角および送信ビーム拡がり角を拡大することが可
能となる。

【００２８】また、送受信部および円錐部の外側に、こ
れらの中心軸に平行な反射面を有する平面反射部を有す
る構成とすると、光無線通信距離を延長することができ
る。さらにこの平面反射部が、中心軸に平行な交線を有
する直交平面鏡からなるものであると、光無線通信距離
をより長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の送受信光学装置の第１の実施形態を示
す断面図である。

【図２】本発明の送受信光学装置の第２の実施形態を示
す斜視図である。

【図３】本発明の送受信光学装置の第３の実施形態を示
す斜視図である。

【図４】従来の光無線通信によるＬＡＮシステム全体の
概略図である。

【図５】従来の光無線通信によるもう一つのＬＡＮシス
テム全体の概略図である。

【図６】従来の送受信光学装置の受光部を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０１送受信部１０２反射用円錐部１０３保持機構１０４光送信器１０５光受信器１０６、１１２レンズ１０７光検出器１０８基板１０９透明円筒１１０送受信部枠体１１１発光素子２０１、３０１送受信光学装置本体部２０２平面鏡（平面反射部）２０２ａ反射面（鏡面）３０２直交平面鏡（平面反射部）ａ中心軸ｂ母線 θ 円錐部の母線と中心軸とがなす角度

フロントページの続き (56)参考文献特開平９−230281（ＪＰ，Ａ) 特開平７−283790（ＪＰ，Ａ) 特開平５−347591（ＪＰ，Ａ) 特開平５−252115（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−210743（ＪＰ，Ａ) 特開平10−98434（ＪＰ，Ａ) 実開平６−58636（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に平行な光ビームを送出する光送
信器と該光送信器と同軸的に配置された光受信器とから
なる送受信部と、該送受信部の中心軸の延長上に配置さ
れ外周面が反射面となっている反射用円錐部とを有し、前記円錐部の中心軸が前記送受信部の中心軸と一致して
おり、かつ前記円錐部の母線と前記中心軸とのなす角度
が実質的に４５度である送受信光学装置。
【請求項２】前記円錐部の母線が曲線状である請求項
１に記載の送受信光学装置。
【請求項３】前記送受信部および前記円錐部の外部に
設けられており前記中心軸に平行な反射面を有する平面
反射部を備えた請求項１または請求項２に記載の送受信
光学装置。
【請求項４】前記平面反射部が前記中心軸に平行な交
線を有する直交平面鏡からなる請求項３に記載の送受信
光学装置。