JPH02182038A - 光空間通信装置及びそれを構成するためのモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自由空間中に光信号を伝搬させて光通信を行
なう光空間通信用の送受信装置などの光空間通信装置に
関する。

［従来の技術］ 第４図に示す従来の一般的な光空間通信装置では、送信
部３７においては、入力した電気信号を光空間通信に適
した信号形態に変調する手段３１、その変調された信号
を増幅しそれにより発光ダイオードや半導体レーザ等の
発光素子を駆動して光信号に変換する手段３２、及びこ
うした発光素子より放射される光をレンズ等の光学部材
により必要な広がり角を持つビーム光に変換する手段３
３が備えられている。また、受信部３８においてはレン
ズ等の光学部材により送信部３７からの受信光をホトダ
イオード等の光検出素子に集光する手段３４、この光検
出素子により光信号を電気信号に変損しそして必要な信
号レベルに増幅する手段３５、及びこの光信号より変換
された電気信号を元の信号形態に復調する手段３６が装
備されている。

こうした装置では、レンズ等の光学系３３３４と発光素
子や光検出素子等の光素子３２．３５との間は、［密な
位置調節が必要であり、また変調や復調の回路部３１．
３６も高周波信号を扱うのでその実装形態に十分配置し
て光素子の近傍に取付ける必要がある。

また、こうした装置は屋外で長期便用されることが多い
ために、堅固で防水性の高い筐体を必要とし上記送受信
部などの各機能部はこの筐体の内部に適切な配置で収納
される。

更に、こうした筐体で保護された各機能部から成る送受
信部を正確に互いに対向させるための方向ないし角度調
節の手段も必要であり、通常はこうした手段は筐体の下
部に取り付けられる。この角度調節は通信距離が遠方に
なる程厳しい精度が要求される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、こうした従来の構造では、内部に故障が発
生して修理する際などは筐体を分解することになる。そ
して、故障個所が光素子やその附近の部分３２．３５で
ある場合は、修理後これとレンズ等の光学系３３．３４
との位置調節をやり直す必要があるが、この調節は設置
現場で行なうことは困難で、旦取り外して工場に持ち帰
って行なわなければならない。当然、現場に再設置する
時には装置全体の角度も再調節することになる。

また、故障個所が他の部分であっても、防水機能のある
屋外便用型の丈夫な筐体を分解して故障個所を調べるこ
と自体が大掛かりな作業であり、その間に光学系に対す
る光素子の位置や装置全体の角度の調節が狂う危険性が
大きい。従って、この場合も上記の再調節をすることが
多い。故障以外の点検等の場合にも同様の問題がある。

この様に、屋外で長期間使用する装置でありながら、位
置的ないし角度的な調節精度に対する要求が厳しいため
に、装置の設置、修理、保守などが困難であり、使用者
で簡便に取り扱えないという欠点が従来の光空間通信装
置にはあった。

更に、この種の装置の使用形態として、数１０ｍの短距
離通信から数Ｋｍの長距離通信に至る広い範囲での使用
が考えられる。この場合、通信距離が長くなる程、機械
的、位置的、ないし角度的精度や光学的性能や受信感度
等の電気的性能に対する要求が厳しくなるまた、伝送す
る信号に関してもデジタル信号やアナログ信号等積々の
形態があり、通信容量も簡単な低速の信号から高速の信
号まで広い範囲に亙り、伝送する信号が高速になる程、
送受信部の回路や発光、受光素子、変復調回路等に高い
性能が要求される。これら多様な要求に対応するために
は、多種類の製品系列を取揃えるとか最も厳しい要求に
合わせた仕様で設計しておくとかの方法があるが、いず
れもコストの面で問題が大きく、経済的ではない。

従って、本発明の目的は、上記の問題点。

すなわち装置の設置、修理、保守や、多様な要求への対
応に関する問題点を解決した構成を有する光空間通信装
置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記の目的を達成するために、本発明の光空間通信装置
は結合、分離が可能な複数のモジュールで構成され、そ
してモジエールの結合時に自動的に相互の位置決めがで
きるように、各モジエールの光学系、光素子、ＣＣＤな
との光学的要素の位置が、結合時に共通の基準を構成す
べき上記各モジュールの結合用基準部に対して、予め調
節、固定されている。また、複数のモジエールのうちの
１つが、それの光学的要素及び結合用基準部と予め調節
、固定された位置関係にある架台用基準部を有してもよ
く、この架台用基準部は角度調節可能な架台の基準部と
結合されて共通の基準を構成する。

［実施例］ 第１図は本発明による光空間通信装置の実施例をモジュ
ール（ＩＩＩ能部）に分解した状態を示す。

同図において、１は光学系のモジュール、２は光信号−
電気信号間の変換モジュール、３は信号の変復調モジュ
ール、４は角度調整機構を持つ架台である。

光学系モジュールｌにはレンズ系２６が取付けられ、点
２５がその焦点位置である。光学系モジュールｌには、
また、架台４に結合するためのベース１９と変換モジュ
ール３に結合するための結合用基準部であるマウント７
が設けられている。

光学系モジュールｌを変換モジュール２側から見た第２
図において、架台用基準部であるベース１９の面２０と
面２４は精密に加工され装置の角度を決める基準面とな
っており、光学系２６の光軸とその角度を一致（すなわ
ち平行）させである。ベース１９を取付ける架台４の基
準面２１等も同様に加工され、ベース１９の面２０．２
４と架台４の面２１等を当接させて光学系モジュール１
を架台４に取付けることにより光学系２６の光軸の架台
４の面２１等に対する方向が決定される。

そして、水平角調節用の回転ノブ４１及び上下角調節用
の回転ノブ４２により架台４の角度調節が行なわれ面２
１等の２軸の回りの回転位置が固定されていれば（すな
わち面２１等の空間における位置が決定されていれば）
、光学系２Ｇの光軸の空間における方向が決定される。

第２図に示すように、マウント７は光学系２６の焦点位
置２５に対して横（ｘ）方向、縦（ｙ）方向及び光軸（
ｚ）方向の基準位置を決める。すなわち、光学系２６の
光軸とマウント７の中心軸が一致するように位置決めさ
れており、面８はＸ方向に対する、面２２はＸ方向に対
する、面９はＺ方向に対する基準面となっている。予め
こうした調節がされているので、光学系モジュール１を
架台４に固定した際に光学系２６の光軸の方向が決まる
と共に、マウント７に対する焦点位置２５も決まる。

光学系モジュールｌに結合する変換モジュール２は、用
途に応じて異なる機能のものを使い分ける。例えば送信
機として使用する場合は、第１図の変換モジュール２は
電気信号を増幅して発光素子を駆動することにより光信
号に変換するモジエールである。その場合１３は発光ダ
イオードや半導体レーザ等の発光素子、１４は電気信号
の増幅器、発光素子１３の安定化回路、発光素子１３の
冷却制御回路等を含む発光素子用ドライバ回路となる。

他方、受信機として使用する場合は、１３はＰｆＮホト
ダイオード、アバランシェホトダイオード等の光検出素
子であり、１４は受信信号を増幅するプリアンプ部で、
必要に応じて温度に対する光検出素子１３のバイアス制
御回路や受信電力モニターのための検波回路等を含む。

変換モジエール２はコネクタ１５を介してその後に附く
変復調モジュール３と電気的に結合される。

光学系モジエール１のマウント７に結合する変換モジエ
ール２のマウント１０は、マウント７の各基準面８．９
．２２に対応した基準面１１．１２等を有する。発光な
いし光検出素子１３はこれらの基準面１１．１２等に対
して予め適当な位置調節が成されている。

従って光学系モジエール１に変換モジュール２にを取付
けるときに、双方のマウント７．１０の対応する基準面
８，９．２２．１１．１２等を接触させるようにマウン
ト７、ｌＯ同志を結合させれば、光学系モジュール１の
光学系２６の焦点位置２５と発光ないし光検出素子１３
の位置が自動的に一致する。

両モジュールｌ、２の取付は固定は、第２図に示す４隅
の取付は用ネジ穴２３等を用いて簡単に行なえる。また
、マウント部は、板バネなどの機構により、取付けの際
に双方の基準面８．９．２２．１１，１２等同志が押し
付は合うような構造になっているので、上記の自動的な
位置決めが確実に行われる。

こうした方式の結合なので、モジュール２を他のものに
交換する際でも、光素子１３が確実に光学系２６と所定
の位置関係に、再現性を持って、もたらされる、すなわ
ち、モジエールの変換は全く無調整で行なえるので。

修理、保守等が極めて簡単になる。

モジュール３は変復調モジュールであり、装置を送信機
として用いる場合には、１７は変調回路、また受１８磯
として用いる場合には復調回路となる。変復調モジュー
ル３は、変換モジュール２のコネクタ１５と電気的に結
合するためのコネクタ１６を介して変換モジュール２と
結合され、またコネクタ１８を介して外部の信号と接続
されたり電源と接続される。両モジュール２．３の結合
には機械的ないし位置的精度が左程要求されず、電気的
結合が確実に行なわれればよい。

これらのモジュール１．２．３は屋外使用に耐えられる
ように全て防水構造の筐体を持っており、モジュール間
の接合部には外部からの水の侵入を防ぐためのゴムパツ
キンなどが入るようになっている。

また、光学系モジュール１には必要に応じて寒冷による
レンズ面への結露を防ぐためのヒータとその制御回路な
どを内蔵してもよい、直射日光や強風等の影響を防止し
たければ装置全体を覆うようなカバーを別に取付けても
よい。

第３図には、装置の初期設置の際の角度調節時に、変換
モジュール２の代わりに光学系モジュールｌに取付けら
れて規準を行なうためのモジエール５が示されている。

変換モジュール２の光素子１３の位置にＣＣＤ等の撮像
素子２７が取付けられ、マウント１０は変換モジュール
２のものと全く同じである。

第３図において、２８はカメラの映像処理部、２９は小
型のＣＲＴ等の映像表示部であり、スクリーン３０に設
けた十字線目盛中央に光学系２６の焦点位置２５にある
映像が表示されるように表示部２９はマウント１０の基
準面に対して調節が成されている。

規準モジュール５を光学系モジュールｌに取付けて、通
信の相手の装置の方向に向けると表示部２９には相手装
置のある方向の風畳が写し出されるので、上記十字線の
中心に相手装置の位置を合わせることによってこちら側
の装置の角度ないし方向調節がなされる。

この角度調節は、架台４の角度調節ノブ４１４２により
行ない、架台４の面２１等を固定することにより行なわ
れる。

この際、相手装置に発光ふがあれば相手装置は輝点とし
て表示される。通常、この種の光空間通信では赤外線が
用いられるので、撮像素子２７に赤外線に感度のあるも
のを用い５その前面に可視光を遮断する光学フィルタを
付ければ更に鮮明な輝点が得られる。

この様に、この方式により容易に相手装置の方向に角度
調節ができ、角度調節が終了した後は、使用する変換モ
ジュール２に交換すれば光素子１３は自動的に正しい位
置に設置されて装置の設置時の調節が極めて簡単になる
。

この規準モジュール５はＣＣＤ等の撮像素子２７を用い
なくても、光学系２６の焦点位置２５にスクリーンを設
けた光学的なファインダだけでも、赤外光を直接見られ
ないことと画面が多少暗いことを除けば、同様の機能が
得られる。また、ＣＲＴ等の表示部２９はモジュール５
に内蔵しないでケーブルで別置のモニターに接続する方
式でもよい。

この様に１本発明による装置では、修理や機能の変更は
モジュールを交換することによって行ない、交換の際に
位置や角度の再調節の必要がない。また、初期設置時の
調節も簡単であるため、通常のユーザでも容易に設置、
保守、機能変更等ができるようになっている。

ここで、モジュールを交換することにより、機能の変更
や仕様の変更に対して容易に且つ広範囲に対応できると
いう本発明の特徴について詳説する。

上記実施例ではモジュールｌを共通にしてモジュール２
とモジュール３を交換することにより、送信機と受信機
とに使い分けることができるが、それ以外にもモジュー
ルの交換により多様な要求に対応させることができる、
例えば、通信距離に関しては、数１０ｍ程度の短距離か
ら数Ｋｍの長距離の範囲での使用が考えられることは前
述したが、それに対して本発明では、例えば、モジュー
ルｌとモジュール３は固定にしておいて、モジュール２
のみを適宜交換するという形態が取れる。

すなわち、長距離の通信に対しては、送信部に高出力の
半導体レーザを使用したモジュールを用い、受信部には
高感度のアバランシェホトダイオードを使用したモジエ
ールを用いるといった組合わせを行なう。

他方、短距離通信の場合は、比較的安価で周辺の回路も
簡単なものとするために送信部に発光ダイオードを使用
したモジエールを用い、受信部にはＰＩＮホトダイオー
ドを使用したモジュールを用いることにより、経済的で
効率のよい運用ができる。光学系モジュール１に関して
も、短距離通信の場合は光学的な性能に対する要求が厳
しくないので、安価で簡単な構成のモジュールを用いる
ことも考λられる。

伝送する信号形態についても１種々の形態のデジタル方
式やアナログ方式があるが、これらの選択もモジュール
１とモジュール２をそのままにして変復調モジュール３
のみを変更して行なうことができる。例えば、デジタル
信号に対しては、送信部にＰＳＫ　（位相シフトキーイ
ンク）、ＦＳＫ（周波数シフトキーインク）等の変調の
モジエールを用い、受信部にそれらの復調のモジュール
を用いる。

また、映像信号等のアナログ信号に対しては、ＦＭ（周
波数変調）又はＡＭ　（振幅変調）の変調、復調モジュ
ールを用いるというようにして、モジュール２とモジュ
ール３間の信号のレベルと周波数帯域の適合の範囲内で
自由な形態での信号の伝送を行なうことができる。更に
、信号の速度に応じて、変換モジュール２についても、
低速の信号の伝送に対しては安価な構成のものにすると
いった組み合わせとできる。

この様に、各種のモジュールの組合わせによって、多様
な通信の要求に対して容易に対応でき、しかも上述のよ
うにモジコ３−ルの組立て設置、変換等に伴う複雑な調
整は不要である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では光空間通信装置を複数
のモジエールに分割された構成とし、且つモジュールの
機械的、光学的位置精度が必要な各部は全て共通の基準
を構成する部分に対して位置決めが成されているために
、モジュールの組立て設置や交換時に調節が不要である
。よって、簡単に組立て設置、交換ができて、保守、修
理、機能の変更が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第】図は本発明の実施例のモジュールを分解した状態を
示す図、第２図は光学系モジュ−ルを背面より見た図、
第３図は規準用の交損モジュールを示す図、第４図は従
来の光空間通信装置の構成を示す図である。 ｌ、２．３．５・・・・モジエール、４・・・・架台、
７、ｌＯ・・・・結合用マウント、１３．２７・・・・
光学的要素、１９・・・・ベース、２１・・・・・架台
の基準面２６・・・・光学系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自由空間中に光信号を伝搬させて光空間通信を行な
   う装置において、結合、分離が可能な複数のモジュール
   で構成され、モジュールの結合時に自動的に相互の位置
   決めができるように、各モジュールの光学的要素の位置
   が、結合時に共通の基準を構成すべき該各モジュールの
   結合用基準部に対して、予め調節、固定されていること
   を特徴とする光空間通信装置。 ２、複数のモジュールのうちの１つが、それの光学的要
   素及び前記結合用基準部と予め調節、固定された位置関
   係にある架台用基準部を有し、該架台用基準部は角度調
   節可能な架台の基準部と結合されることを特徴とする請
   求項１記載の光空間通信装置。 ３、光学的要素とこれに対して予め調節、固定された位
   置関係にある結合用基準部とを有するモジュールであつ
   て、該結合用基準部は他のモジュールの結合用基準部と
   結合して共通の基準を構成することを特徴とする光空間
   通信装置を構成するためのモジュール。 ４、前記結合用基準部及び前記光学的要素と予め調節、
   固定された位置関係にある架台用基準部を更に有し、該
   架台用基準部は角度調節可能な架台の基準部と結合され
   ることを特徴とする請求項３記載のモジュール。