WO2014147666A1 - 空間分割装置及び該空間分割装置を用いた受光装置 - Google Patents

空間分割装置及び該空間分割装置を用いた受光装置 Download PDF

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    • G—PHYSICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD

Definitions

  • the present invention relates to a space dividing device for selectively receiving a light beam from a specific light source among a plurality of light sources arranged in space, and a light receiving device using the space dividing device.
  • optical communication in free space (hereinafter simply referred to as “optical communication”) is performed between a plurality of communication devices, light beams other than the communication partner become noise. Therefore, it is necessary to efficiently remove optical signals other than the communication partner. In addition, the same applies to the case where there is light above the band outside the allowable range of the communication device.
  • the invention according to Patent Document 1 is a device for reflecting a light beam toward a light receiving element by using a micro mirror array unit in which a plurality of mirrors are arranged, and controlling each mirror individually enables the other device It is merely possible to provide a number of focusing mirrors corresponding to the number of the lenses, or to make it possible to change the curvature of the focusing mirror in accordance with the distance to the other device. That is, the invention according to Patent Document 1 can not selectively receive any light beam from a specific light source on the premise that all light beams projected to the micro mirror array unit are sent to the light receiving element.
  • Patent Document 2 has a function of arbitrarily selecting a light beam to be introduced into the light receiver from a plurality of light beams, a shutter for blocking the light beam is provided to provide the function. There is still room to reduce the number of parts.
  • a first invention of the present application is a space dividing device provided in front of a light receiver, comprising a group of mirrors arranged in a plane space and capable of arbitrarily changing the reflection angle, to the group described above It is possible to switch the presence or absence of introduction to a light receiver by controlling the reflection angle of the mirror with respect to a plurality of incident light beams, and provide a space division device.
  • a second invention of the present application is a light receiving device capable of receiving a light beam from a light source in optical communication, comprising at least a beam splitter, the space dividing device according to the first invention, and a light receiver.
  • the beam splitter guides the light beam from the light source to the space dividing device, and the space dividing device controls the reflection angle of the mirror to select any light beam from a plurality of light beams incident on the space dividing device.
  • a light receiving device characterized in that only the light beam is selected to be reflected to the beam splitter and the light beam is reflected to the beam splitter, and the beam splitter guides the reflected light beam to the light receiver. It is A third invention of the present application is the light receiving device according to the second invention, wherein a plurality of the light receivers are provided, and a spectral device is provided in front of each light receiver to make the light beams different in wavelength.
  • the present invention provides a light receiving device characterized in that light is received by each light receiver while being dispersed.
  • optical communication can be performed between arbitrary communication devices among a plurality of communication devices existing in the space.
  • the light receiving device A of the present invention is a device incorporated as a mechanism on the receiving side in a communication device for performing optical communication. Therefore, when the communication apparatus transmits and receives optical communication, the apparatus comprises at least the light receiving device A of the present invention and the light source B for emitting light to the other communication devices. On the other hand, when the communication apparatus has the function only on the reception side of the optical communication, the light source B may be removed and only the light receiving apparatus A may be provided.
  • FIG. 1 shows the configuration of a light receiving device A of the present invention.
  • the light receiving device A of the present invention comprises at least a beam splitter 1, a space dividing device 2, and a light receiver 3.
  • a lens 4 for converging the light beam may be disposed in front of the beam splitter 1 as appropriate.
  • Well-known members can be used for the beam splitter 1, the light receiver 3 and the lens 4, and thus the detailed description is omitted.
  • the space splitting device 2 is a device for guiding an arbitrary light beam among the plurality of incident light beams to the beam splitter 1.
  • the arbitrary light beam is intended to include both single and plural light beams.
  • the space dividing device 2 is composed of an assembly of a plurality of mirrors 21 arranged on a plane.
  • the arrangement mode of the mirrors 21 is not limited to the lattice, and a known arrangement mode can be used.
  • the mirrors 21 are configured to be able to change the angle arbitrarily. By changing the angle of the mirror 21, the reflection direction of the light beam can be controlled.
  • DMD Digital Micromirror Device
  • a galvano mirror or the like can be used as the space dividing device 2.
  • FIG. 1 shows a state in which four light receiving devices A of the present invention and four light sources B1 to B4 on the transmission side of the other communication devices exist in free space.
  • the light beams from the light sources B1 to B4 are directed onto the projection plane of the space dividing device 2 through the lens 4 and the beam splitter 1, and as shown in FIG.
  • Light spots C1 to C4 are present.
  • the beam splitter 1 adjusts the reflection angle only for the mirror ("mirror 22 to be controlled") at the position of the light point by the light source.
  • the angle of the mirror 21 of the portion where light rays from other light sources B are projected may be controlled so as not to be sent to the light receiver 3. By performing such control, it is possible to guide only the light beam of an arbitrary light source B among the plurality of light sources B to the light receiver 3.
  • the mirror 22 at the position of the light point C4 is also controlled to reflect on the beam splitter
  • a spectroscope such as a wavelength selection plate (dichroic mirror) or the like is provided in front of the light receiver 3 and configured to split each light beam to different light receivers 3 by the light reflector. You can also.
  • the spectroscopic device other known devices can be used as long as the wavelength can be selected, and a diffraction grating, a prism or the like can be used. With such a configuration, light of different wavelengths (such as red, green, blue, ultraviolet light, infrared light, etc.) can be emitted from a plurality of light sources, and those lights can be simultaneously selected and received.
  • a diffraction grating, a prism or the like can be used.
  • light of different wavelengths such as red, green, blue, ultraviolet light, infrared light, etc.
  • a light receiving device B light source C light spot 1 beam splitter 2 space dividing device 21 mirror 22 mirror to be controlled 3 light receiver 4 lens

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Abstract

[課題]自由空間上での光通信において、複数の光源からの光線のうち、任意の光線を選択的に受光可能とすること。 [解決手段]本発明の受光装置は、ビームスプリッタと、空間分割装置と、受光器と、を少なくとも備える。前記空間分割装置は、平面空間上に配列してなり、それぞれ反射角度を任意に変更可能な鏡の集合体からなり、前記鏡の反射角度を制御して、前記集合体へと入射する複数の光線から、任意の光線のみを選択的に受光器へ導入可能に構成する。

Description

空間分割装置及び該空間分割装置を用いた受光装置
　本発明は、空間に配置された複数の光源のうち、特定の光源からの光線を選択的に受光するための空間分割装置、及び該空間分割装置を用いた受光装置に関する。
　複数の通信装置間で、自由空間上での光通信（以下、単に「光通信」という。）を行う際、通信相手以外の光線はノイズとなる。そのため、通信相手以外の光信号を効率的に除去する必要がある。
　また、通信装置の許容範囲以外の帯域以上の光が存在する場合にも同様である。
　これらの問題を解消する従来の方法としては、通信装置の受信側において、入射してくる光の方向を限定することにより、対象となる通信装置の光線のみを受光する方法が知られている。
　その他、以下の特許文献に記載の先行技術が知られている。
特開２００４－１５４９１号公報 特開２００５－１８１５８０号公報
　しかし、従来の方法では、以下の様な問題のうち少なくとも何れかの問題が生じうる。
（１）装置に入射してくる光線を特定の方向に限定することにより、通信相手を制限する方法では、複数の通信装置間で同時に通信を行う場合に、相手の通信装置毎に、個別の受光機構を一つの通信装置内に設ける必要がある。したがって、通信装置の増減や位置が頻繁に変更するような環境下では、現実的な方法ではない。
（２）全ての通信装置からの光線を受光した上で、通信相手の光線を選択する方法では、通信相手以外の通信装置の光線も受光器まで受け入れる必要がある為、受光器のＳ／Ｎ比を低下させる原因となる。
（３）特許文献１に係る発明は、複数のミラーを配列した微小ミラーアレイユニットを用いて光ビームを受光素子に向けて反射する装置であり、各ミラーを個別に制御することで、相手装置の数に対応する数の集光ミラーを提供したり、相手装置との距離に合わせて集光ミラーの曲率を変更可能としたりするに過ぎない。すなわち、特許文献１に係る発明は、あくまで微小ミラーアレイユニットに投射される全ての光線を受光素子に送ることを前提とし、特定の光源から任意の光線を選択的に受光することができない。
（４）特許文献２に係る発明は、受光器に導入する光線を複数の光線から任意に選択する機能を備えているものの、当該機能を備えるために光線を遮断するためのシャッターを設けており、未だ部材点数を削減する余地が残されている。
　以上説明したとおり、本発明は自由空間上での光通信において、複数の光源からの光線のうち、任意の光線を選択的に受光可能な技術の提供を目的とするものである。
　本願の第１発明は、受光器の手前に設ける空間分割装置であって、平面空間上に配列してなり、それぞれ反射角度を任意に変更可能な鏡の集合体からなり、前記集合体へと入射する複数の光線に対し、前記鏡の反射角度の制御により、受光器への導入の有無を切り替え可能としたことを特徴とする、空間分割装置を提供するものである。
　また、本願の第２発明は、光通信における光源からの光線を受光可能な受光装置であって、ビームスプリッタと、前記第１発明に記載の空間分割装置と、受光器と、を少なくとも備え、前記ビームスプリッタは、前記光源からの光線を前記空間分割装置に導き、前記空間分割装置は、前記鏡の反射角度を制御して、前記空間分割装置へと入射する複数の光線から、任意の光線のみを選択して、前記ビームスプリッタへと反射し、前記ビームスプリッタへと前記光線を反射し、前記ビームスプリッタは、前記反射した光線を前記受光器に導くことを特徴とする、受光装置を提供するものである。
　また、本願の第３発明は、前記第２発明に記載の受光装置であって、前記受光器を複数設けるとともに、各受光器の手前に分光装置を設けて、前記光線を波長の異なる光線に分光しながら各受光器で受光することを特徴とする、受光装置を提供するものである。
　本発明によれば、複数の光線のうちそれぞれの光線が入射する鏡の反射角度を個別に制御することによって、各光線の受光器への導入の有無を切り替えることができる。
　したがって、空間に存在する複数の通信装置のうち、任意の通信装置間での光通信が可能となる。
本発明の通信装置の概要図。 本発明の空間分割装置の概要図。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
＜１＞前提
　本発明の受光装置Ａは、光通信を行う為の通信装置において、受信側の機構として組み込まれる装置である。
　従って、通信装置が、光通信の送受信を行う場合には、本発明の受光装置Ａと、その他の通信装置へ光線を発する為の光源Ｂを少なくとも備えた構成となる。
　一方、通信装置が光通信の受信側のみの機能を有する場合には、光源Ｂを除き、受光装置Ａのみを備えた構成としてもよい。
＜２＞受光装置
　図１に、本発明の受光装置Ａの構成を示す。
　本発明の受光装置Ａは、ビームスプリッタ１と、空間分割装置２と、受光器３と、を少なくとも備えて構成する。なお、光線を収束するためのレンズ４を適宜ビームスプリッタ１の手前に配置してもよい。
　ビームスプリッタ１、受光器３及びレンズ４は公知の部材を使用することができるため、詳細な説明を省略する。
＜３＞空間分割装置
　空間分割装置２は、入射した複数の光線のうち、任意の光線をビームスプリッタ１に導く為の装置である。前記任意の光線とは、単数及び複数本の光線の何れをも含む意である。
　空間分割装置２の構成について説明する。
　空間分割装置２は、平面上に配列した複数の鏡２１の集合体からなる。
　鏡２１の配列態様は格子状だけに限られず、公知の配列態様を用いることができる。
　鏡２１は、それぞれ任意に角度を変更可能に構成する。鏡２１の角度を変更することで、光線の反射方向を制御することができる。
　空間分割装置２には、ＤＭＤ（Degital Micromirror Device）や、ガルバノミラーなどを用いることができる。
＜４＞原理
　本発明の受光装置Ａを用いた通信装置の原理について説明する。
　図１では、自由空間内に、本発明の受光装置Ａと、その他の通信装置の送信側の光源Ｂ１～Ｂ４が４つ存在している状態を示している。
　各光源Ｂ１～Ｂ４からの光線は、レンズ４、ビームスプリッタ１を介して、空間分割装置２における投射平面上に向けられており、図２に示すように、投射平面上には光源の数だけ光点Ｃ１～Ｃ４が存在している。
　このとき、例えば、光源Ｂ１からの光線のみを受光器に送りたい場合には、当該光源による光点の位置にある鏡（「制御対象の鏡２２」）だけ反射角度を調整してビームスプリッタ１へ反射するように構成し、その他の光源Ｂからの光線が投影されている部分の鏡２１の角度は、受光器３へ送られないように制御すればよい。
　このような制御を行うことで、複数の光源Ｂのうち、任意の光源Ｂの光線のみを受光器３に導くことが可能となる。
　また、本発明では、複数の光線のうち、何れか複数の光線を同時に受光する構成も可能である。
　例えば、図１，２に示すように、光源Ｂ１だけでなく、光源Ｂ４の光線も受光したい場合には、光点Ｃ４の位置にある鏡２２も制御して、ビームスプリッタに反射し、複数設けておいた受光器３の手前に波長選択板（ダイクロイックミラー）などの分光装置（図示せず）を設け、該反射板で分光して、各光線を異なる受光器３に振り分けるように構成することもできる。
　前記分光装置は、波長の選択が可能であればその他公知の装置を用いることができ、回折格子やプリズムなどを使用できる。
　このような構成とすれば、複数の光源から、波長の異なる光（赤、緑、青、紫外線、赤外線など）を発光させ、それらの光を同時に選択受光することができる。
　その他、鏡２１に投射される光線の強度を走査することで、空間分割装置２の投射平面上における光点Ｃの位置がどちらの方向に遷移しているかを検知・予測することもできる。この方法を用いれば、光源Ｂを自動的に追尾しながらの受信作業も可能となる。
Ａ　　受光装置
Ｂ　　光源
Ｃ　　光点
１　　ビームスプリッタ
２　　空間分割装置
２１　鏡
２２　制御対象の鏡
３　　受光器
４　　レンズ

Claims (3)

  1. 受光器の手前に設ける空間分割装置であって、
    平面空間上に配列してなり、それぞれ反射角度を任意に変更可能な鏡の集合体からなり、
    前記鏡の反射角度を制御して、前記集合体へと入射する複数の光線から、任意の光線のみを選択的に受光器へ導入可能としたことを特徴とする、空間分割装置。
  2. 光通信における光源からの光線を受光可能な受光装置であって、
    ビームスプリッタと、請求項１に記載の空間分割装置と、受光器と、を少なくとも備え、
    前記ビームスプリッタは、前記光源からの光線を前記空間分割装置に導き、
    前記空間分割装置は、前記鏡の反射角度を制御して、前記空間分割装置へと入射する複数の光線から、任意の光線のみを選択して、前記ビームスプリッタへと反射し、
    前記ビームスプリッタは、前記反射した光線を前記受光器に導くことを特徴とする、受光装置。
  3. 請求項２に記載の受光装置であって、前記受光器を複数設けるとともに、各受光器の手前に分光装置を設けて、前記光線を波長の異なる光線に分光しながら各受光器で受光することを特徴とする、受光装置。
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