JPH08149080A - 送信機及び光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複雑な光学系を用いることなく広い通信領域を
確保し、太陽光等の外乱光の集光による素子の損傷を防
止し、かつ高いＳＮ比を得る。 【構成】送信機２０は、半導体レーザで構成された発光
素子２２及び発光素子２２を駆動する駆動回路２４から
なる光源部２６、レーザ光の偏光方向に一致した偏光特
性を有する偏光子２８及びレーザ光の波長成分の光のみ
を透過する狭帯域波長フィルタ３０を備えた送信出力部
３２を備えている。送信機２０には、レンズは設けられ
ていない。受信機４０には、狭帯域波長フィルタ４２及
び偏光子４４を有しレンズを備えない受信入力部４６、
受信入力部４６から出力された出力光を受光して電気信
号に変換する受光素子４８及びこの電気信号を信号処理
する受信部５２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、送信機及び光空間伝送
装置に係り、より詳しくは、路上に設置した固定局と車
両に搭載された移動局との間で双方向光通信により交通
情報等に関する情報の伝送を行う光空間伝送装置に好適
な送信機及びこの送信機を備えた光空間伝送装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図２に本発明の基礎になった従来の光空
間伝送装置を示す。この光空間伝送装置の送信機は、レ
ンズ付きの発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはレンズと
半導体レーザ（ＬＤ）とを組み合わせて構成した光源部
１０と、光源部１０から発光された光を平行光線束にす
る投光用レンズ１２を有する送信出力部とを備えてい
る。また、受信機は、集光用レンズ１４を有する受信入
力部と、受信入力部で受信された光を受光して電気信号
に変換する受光素子及びこの電気信号を信号処理する受
信回路を有する受光部１６とを備えている。この光空間
伝送装置によれば、送信機と受信機との間で光通信によ
り情報の伝送を行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光空間伝送装置では、送信機の送信出力部に投光用レン
ズを用い、また受信機の受信入力部に集光用レンズを用
いているため、発光素子や受光素子の表面に太陽光等が
集光され、発光素子や受光素子に損傷を与える、という
問題があった。

【０００４】また、従来の光空間伝送装置では、投光用
レンズによって形成された平行光線束を受信機に投光す
るために、送信機と受信機との光軸を一致させる必要が
あるが、この光軸合わせを自動的に行おうとすると、複
雑な光学系を必要とする。また、固定局と移動局との間
で広い通信領域を確保するために、投光用レンズによっ
て得られた平行光線束を、ポリゴンミラー等で広範囲に
亘って走査するための偏向装置を必要とする。

【０００５】さらに、太陽光等の外乱光は、送信機から
の光信号に対してノイズとなるので、高いＳＮ比を得る
ために除去する必要があり、このために受信機に狭帯域
波長フィルタを用いることが考えられるが、発光ダイオ
ードの波長特性が広い帯域に及んでいるので、送信機の
光源部から出力された光のうち狭帯域波長フィルタを通
過しない光が無駄になる、という問題がある。また、外
乱光の影響を減少させるために、受信機に偏光子を用い
ることが考えられるが、偏光方向に依存性のない（すな
わち、偏光特性を有しない）光を発光する発光ダイオー
ドでは、送信機の光源部から出力された光の大部分が受
信機の偏光子を通過しなくなり、光損失が大きくなる、
という問題がある。

【０００６】本発明は上記問題点を解消するために成さ
れたもので、複雑な光学系を用いることなく広い通信領
域を確保することができると共に、太陽光等の外乱光の
集光による素子の損傷を防止できる送信機を提供するこ
とを第１の目的とする。

【０００７】また、本発明は複雑な光学系を用いること
なく広い通信領域を確保することができると共に、太陽
光等の外乱光の集光による素子の損傷を防止でき、かつ
高いＳＮ比を得ることができる光空間伝送装置を提供す
ることを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明の送信機は、送信すべき電気信号を光信
号に変換してファーフィールドパターンがニアフィール
ドパターンより広がったレーザ光を発光する発光素子及
び該発光素子を駆動する駆動回路からなる光源部を含
み、かつレンズを有しないように構成したものである。
さらに本発明の送信機は、前記送信機において、前記レ
ーザ光の偏光方向に一致した偏光特性を有する偏光子及
びレーザ光の波長成分を含む所定帯域の光のみを通過す
る帯域通過フィルタを備え、かつレンズ作用を有しない
送信出力部をさらに含んで構成したものである。なお、
本発明のレーザ光とは、狭帯域波長特性、回折広がり特
性および特定方向の偏光特性を有する光を指す。

【０００９】また、第２の目的を達成するために本発明
の光空間伝送装置は、上記の送信機と、前記送信機より
送信されたレーザ光の波長成分を含む所定帯域の光のみ
を通過する帯域通過フィルタ及び前記送信機より送信さ
れたレーザ光の偏光方向に一致した偏光特性を有する偏
光子を備え、かつレンズ作用を有しない受信入力部、及
び該受信入力部の出力光を受光して電気信号に変換する
受信部を有する受信機と、を含んで構成したものであ
る。

【００１０】

【作用】本発明の送信機では、ファーフィールドパター
ン（遠視野像）がニアフィールドパターン（近視野像）
より広がったレーザ光を発光する特性を有する発光素子
を利用しているので、受信機側でのレーザ光の照射領域
が広がり、光学系を簡素化しても広い通信領域を確保す
ることができると共に、投光用のレンズを用いていない
ので、太陽光等の外乱光による発光素子の損傷を回避す
ることができる。

【００１１】さらに、本発明の送信機では、前記光源部
からのレーザ光を該レーザ光の偏光方向に一致した偏光
特性を有する偏光子及びレーザ光の波長成分を含む所定
帯域の光のみを通過する帯域通過フィルタを介して送信
出力するので、発光素子の光出力を無駄にすることなく
送信可能であると共に、発光素子へ入射する外乱光成分
を低減することができ、発光素子の損傷防止効果を高め
ることができる。

【００１２】また、本発明の光空間伝送装置では、送信
機からレーザ光を照射し、受信機には帯域通過フィルタ
及び偏光子を設けているので、受信部に受光される光は
殆ど送信機から照射されたレーザ光のみとなり、従って
高いＳＮ比を得ることができ、また受光用のレンズを用
いていないので、太陽光等の外乱光による受光素子の損
傷を回避することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例の光空間通信装置を
図面を参照して説明する。本実施例は、固定局と移動局
との各々に送信機と受信機とを設置し、路上に設置した
固定局の送信機から車両に搭載された移動局の受信機に
向けてレーザ光を送信し、また車両に搭載された移動局
の送信機から路上に設置した固定局の受信機にレーザ光
を送信することにより、交通情報等に関する情報の双方
向通信を行う光空間通信装置に本発明を適用したもので
ある。

【００１４】図１に示すように、送信機２０は、半導体
レーザで構成された発光素子２２及び発光素子２２を駆
動する駆動回路２４からなる光源部２６を備えている。
半導体レーザは、ストライプ構造の活性層を備えてお
り、回折広がりによりこの活性層からファーフィールド
パターンがニアフィールドパターンより広がったレーザ
光を発光する。

【００１５】また、送信機２０には、レーザ光の偏光方
向（偏光面の方向）に一致した偏光特性を有する偏光フ
ィルタで構成された偏光子２８及びレーザ光の波長成分
を含む所定狭帯域の光のみを通過する狭帯域波長フィル
タ３０を備えた送信出力部３２が設けられている。この
送信出力部３２、従って送信機２０には、レンズ作用を
有する光学部材は何ら設けられていない。なお、狭帯域
波長フィルタ３０の通過帯域は狭い程よい。

【００１６】受信機４０は、送信機２０より送信された
レーザ光の波長成分を含む所定狭帯域の光のみを通過す
る狭帯域波長フィルタ３０と同様の狭帯域波長フィルタ
４２及び送信機より送信されたレーザ光の偏光方向に一
致した偏光特性を有する偏光子２８と同様の偏光子４４
を有する受信入力部４６を備えている。この受信入力部
４６、従って受信機４０には、レンズ作用を有する光学
部材は何ら設けられていない。

【００１７】また、受信機４０には、受信入力部４６か
ら出力された出力光を受光して電気信号に変換するフォ
トダイオードで構成された受光素子４８及びこの電気信
号を信号処理する受信回路５０を備えた受光部５２が設
けられている。この受光素子４８の分光感度分布は、狭
帯域波長フィルタ４２を通過した光を電気信号に変換で
きる範囲に定められている。

【００１８】本実施例では、これらの送信機及び受信機
一対で構成した送受信機が固定局と移動局との各々に設
けられている。

【００１９】送信機２０の駆動回路２４により発光素子
２２を駆動すると、発光素子２２から出力されたレーザ
光は、レーザ光の偏光方向と一致するように配置された
偏光子２８及びレーザ光の波長と同一の光の波長を通過
させる特性を有する狭帯域波長フィルタ３０を通過し、
回折広がりをもって送信出力部３２から出射される。

【００２０】空間を伝搬したレーザ光は、受信機４０の
受信入力部４６に達し、狭帯域波長フィルタ４２を通っ
た後、偏光特性がレーザ光の偏光方向と一致するように
配置された偏光子４４を通過して受光素子４８で受光さ
れて電気信号に変換され、受信回路５０で信号処理され
る。

【００２１】このとき、一般に外乱光は偏光方向に依存
性はなく、波長特性も広帯域であるので、受信入力部４
６に配置された狭帯域波長フィルタ４２と偏光子４４と
の働きによって、受光素子４８に達することは殆どな
い。このように本実施例の受信機は、太陽光等の影響を
受け難くなっており、高いＳＮ比を得ることができる。
送信機においても、外乱光は送信出力部３２に配置され
た狭帯域波長フィルタ３０と偏光子２８との働きによっ
て、発光素子２２に達することは殆どない。

【００２２】また、外乱光の一部が狭帯域波長フィルタ
及び偏光子を通過したとしても、投光用レンズや受光用
レンズを使用していないため、受光素子や発光素子の表
面に太陽光が集光することによる素子損傷を回避するこ
とができる。

【００２３】さらに、レーザ光は波長帯域が非常に狭い
ので、特定の波長のみを通過する狭帯域波長フィルタを
送信機の送信部と受信機の受信部とに配置することによ
り、光の出力を無駄にすること無く、レーザ光とは異な
る波長の外乱光を除去することができる。

【００２４】図３に、移動局と固定局との間で光空間通
信を行うときの位置関係を示す。図３（ａ）は移動局か
ら固定局への送信を示し、図３（ｂ）は固定局から移動
局への送信を示している。

【００２５】図において、移動局または固定局の送信機
からの出射光は、一定の広がり角で固定局または移動局
の受信機に入射する。その時、入射光が一定強度である
範囲内（通信領域）では、レーザ光を受信可能であるの
で、それほど厳密な光軸調整を必要としない。

【００２６】なお、送信機２０が光源部２６のみを有し
送信出力部３２を有しない構成であっても、発光素子２
２が出力する光は回折広がりによりファーフィールドパ
ターンがニアフィールドパターンより広がっているの
で、上記と同様に厳密な光軸調整を要せずに広い通信領
域を確保することが可能である。

【００２７】なお、図２に示したような従来型の光空間
通信装置では、投光用のレンズを用いているため、光軸
調整を必要とする。

【００２８】本実施例では、偏光を利用した光空間通信
方式であるので、送信機の送信出力部と受信機の受信入
力部の偏光子の偏光方向と発光素子（半導体レーザ）か
ら射出されるレーザ光の偏光方向とを選択して配置する
ことにより、固定局と移動局との光空間通信において、
交差する車線上の移動局との誤通信を防止できる。

【００２９】すなわち、図４（ａ）に示すように、１つ
の固定局Ｃに対して、異なる方向から接近する移動局Ａ
と移動局Ｂとが存在する場合について説明すると、図４
（ｂ）に示すように、固定局Ｃで送受信するレーザ光の
偏光方向（各偏光子の偏光特性も同じ方向）が直交する
ように各偏光子と半導体レーザとを配置する。また、移
動局Ｂで送受信するレーザ光の偏光方向は固定局Ｃと同
様になるように各偏光子と半導体レーザとを配置する。
一方、移動局Ａでは、受信機で受信するレーザ光の偏光
方向が固定局Ｃの送信機での偏光方向と同一になるよう
に偏光子を配置し、送信機から送信するレーザ光の偏光
方向が固定局Ｃの受信機での偏光方向と同一になるよう
に偏光子と半導体レーザとを配置する。

【００３０】このように構成することにより、固定局Ｃ
の送信機での偏光方向と移動局Ａの受信機での偏光方向
とが一致し、固定局Ｃの受信機での偏光方向と移動局Ａ
の送信機の偏光面の方向とが一致するので、固定局と移
動局Ａは相互に光空間通信が可能となる。

【００３１】一方、固定局Ｃの送信機での偏光方向と移
動局Ｂの受信機での偏光方向、及び固定局Ｃの受信機で
の偏光方向と移動局Ｂの送信機での偏光方向とは直交し
ているので、固定局Ｃと移動局Ｂは相互に通信すること
は不可能である。すなわち、固定局Ｃと移動局Ａとが相
互通信しているときに、移動局Ｂの存在は、ノイズ源に
ならない。

【００３２】さらに、一般に固定局Ｃから車両に向けて
光信号を送信する場合、路面や車両等からの反射光が固
定局Ｃの受信機へのノイズ源となる。そこで、固定局Ｃ
において、受信機の受信入力部及び送信機の送信出力部
の各偏光方向を、図４（ｂ）に示すように互いに異なら
せることにより、上記ノイズ源としての反射光を除去す
ることができる。

【００３３】また、固定局Ｃ内に偏光特性が異なる送受
信機を更に１個配置することにより（図４の例では、偏
光方向が移動局Ｂの受信機での偏光方向と一致した送信
機、及び偏光方向が移動局Ｂの送信機での偏光方向と一
致した受信機を配置する）、交差する道路上の異なる方
向からの移動局の送信信号を区別して受信することがで
きる。

【００３４】半導体レーザは、パルス駆動にし、受光素
子を広帯域フォトダイオードで構成することにより、送
信機の消費電力を低減することができる。この時、半導
体レーザの駆動回路をパルス駆動用の回路に変更すると
共に、受信回路もパルス幅を変換する機能を付加した受
信回路へ変更すればよい。

【００３５】上記条件の光空間通信装置とすることで、
消費電力を低減させることが可能となり、送受信機の駆
動に対して、太陽電池と二次電池を設けることで、電源
の保守が不要な、送受信機と電源を一体化させた光空間
通信装置を構成することができる。

【００３６】本実施例では発光素子として半導体レーザ
を用いた例について説明したが、この半導体レーザに代
えて、半導体レーザと同様に、狭帯域波長特性、回折広
がり特性及び特定方向への偏光特性を有する光を出力す
るＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等
の高出力が期待される固体素子で置き換えても良い。ま
た、偏光子として偏光フィルタを用いた例について説明
したが、この偏光フィルタに代えて偏光ビームスプリッ
タ（ＰＢＳ）等の偏光特性により光波を分離可能な光学
部品で置き換えても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の送信機で
は、ファーフィールドパターンがニアフィールドパター
ンより広がったレーザ光を発光する特性を有する発光素
子を利用しているので、受信機側でのレーザ光の照射領
域が広がり、光学系を簡素化しても広い通信領域を確保
することができると共に、投光用のレンズを用いていな
いので、太陽光等の外乱光による発光素子の損傷を回避
することができる、という効果が得られる。

【００３８】さらに、本発明の送信機では、前記光源部
からのレーザ光を該レーザ光の偏光方向に一致した偏光
特性を有する偏光子及びレーザ光の波長成分を含む所定
帯域の光のみを通過する帯域通過フィルタを介して送信
出力するので、発光素子の光出力を無駄にすることなく
送信可能であると共に、発光素子へ入射する外乱光成分
を低減することができ、発光素子の損傷防止効果を高め
ることができる。

【００３９】また、本発明の光空間伝送装置では、送信
機からレーザ光を照射し、受信機には帯域通過フィルタ
及び偏光子を設けているので、受信部に受光される光は
殆ど送信機から照射されたレーザ光のみとなり、従って
高いＳＮ比を得ることができ、また受光用のレンズを用
いていないので、太陽光等の外乱光による受光素子の損
傷を回避することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光空間通信装置の実施例を示す概略図
である。

【図２】従来の光空間通信装置の実施例を示す概略図で
ある。

【図３】（ａ）は固定局の通信領域を説明する図、
（ｂ）は移動局の通信領域を説明する図である。

【図４】（ａ）は１つの固定局に対して２つの移動局が
存在する場合の説明図、（ｂ）は（ａ）の偏光方向を示
す線図である。

【符号の説明】

２０ 送信機 ２２ 発光素子 ２８、４４ 偏光子 ３０、４２ 狭帯域波長フィルタ ４０ 受信機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14 10/04 10/06 10/08 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｋ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信すべき電気信号を光信号に変換してフ
   ァーフィールドパターンがニアフィールドパターンより
   広がったレーザ光を発光する発光素子及び該発光素子を
   駆動する駆動回路からなる光源部を含み、かつレンズを
   有しない送信機。
2. 【請求項２】前記レーザ光の偏光方向に一致した偏光特
   性を有する偏光子及びレーザ光の波長成分を含む所定帯
   域の光のみを通過する帯域通過フィルタを備え、かつレ
   ンズ作用を有しない送信出力部をさらに含む請求項１の
   送信機。
3. 【請求項３】請求項１または２の送信機と、前記送信機
   より送信されたレーザ光の波長成分を含む所定帯域の光
   のみを通過する帯域通過フィルタ及び前記送信機より送
   信されたレーザ光の偏光方向に一致した偏光特性を有す
   る偏光子を備え、かつレンズ作用を有しない受信入力
   部、及び該受信入力部の出力光を受光して電気信号に変
   換する受信部を有する受信機を含む光空間伝送装置。