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TRANSMISSION DEVICE FOR OPTICAL COMMUNICATION AND COLLIMATOR LENS

Patent code P07A010493
File No. P03-5
Posted date Sep 14, 2007
Application number P2003-167420
Publication number P2005-006063A
Patent number P3774768
Date of filing Jun 12, 2003
Date of publication of application Jan 6, 2005
Date of registration Mar 3, 2006
Inventor
  • (In Japanese)香川 景一郎
  • (In Japanese)太田 淳
  • (In Japanese)川上 智朗
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学
Title TRANSMISSION DEVICE FOR OPTICAL COMMUNICATION AND COLLIMATOR LENS
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transmission device for optical communication which allows the emission direction of parallel rays of light to be quickly and largely changed.
SOLUTION: A transmission device (1) is provided with a light source (11), a relay lens (12), a mirror (13), and a collimator lens (14), and light from the light source is made into a convergent light by the relay lens, and the convergent light is made into approximately parallel rays of light by the collimator lens. The mirror not only reflects the convergent light from the relay lens but also turns in two orthogonal directions to change the direction of the convergent light going toward the collimator lens. The collimator lens makes the variation of the direction of emitted approximately parallel rays of light larger than that of the direction of light from the mirror.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


自由空間を介して光通信を行う通信システムには、指向性の低い発散光を用いるものと、指向性の高い平行光を用いるものがある。前者は、送信側の装置と受信側の装置との相対的な向きに制約が少ないという特長を有する一方で、光の利用効率が低いため、S/N比が悪く、通信速度が低い。このため、例えば家電製品の遠隔操作のように、通信量が少ないシステムに採用される。後者は、ほとんど全ての光を通信に利用することができて、S/N比がよく、通信速度は高い。このため、複数のパーソナルコンピュータから成るローカルエリアネットワーク(LAN)で採用されつつある。



しかしながら、指向性の高い光を用いる従来の通信システムでは、送信側の装置の送信部と受信側の装置の受信部を対向させて配置しており、その向きの設定に時間を要していた。この時間を短縮するための提案もいくつかなされている。例えば、特開2000-286799号公報では、双方向通信を行う送受信装置において、送受信部を直交する2方向に回動可能にするとともに、送受信部に多数のコーナーキューブを設けて、一方の装置からサーチ光を射出し、他方の装置のコーナーキューブで再帰反射された光を検出することにより、送受信部の適切な向きを求めることが開示されている。



【特許文献1】
特開2000-286799号公報



このように送受信部の向きを可変とすると、向きの設定に要する時間を短縮させることができるだけでなく、1つの装置から複数の装置への送信も可能となり、LANに好適な送受信装置となる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、指向性の高い光によって自由空間を介して通信を行う光通信の送信装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
指向性の高い光によって自由空間を介して通信を行う光通信の送信装置において、
光源と、
光源からの光を収束光とする集光レンズと、
集光レンズからの収束光を反射するとともに、光を反射する面上の一点を中心として互いに直交する2方向に回動して、反射後の光の方向を変化させるミラーと、
ミラーの回動中心を通る光軸を有し、ミラーからの収束光を受けて収束後の光を略平行な光として射出するとともに、射出する光の方向の変化量をミラーからの光の方向の変化量よりも大きくするコリメータレンズと、を備え
ミラーからの光の中心の光線がコリメータレンズの光軸に一致している状態からミラーを角θM1だけ回動させたときに、コリメータレンズが射出する略平行な光がコリメータレンズの光軸と成す角θB1は、近似的に次の式(1A)で表されることを特徴とする送信装置
θB1≒2・r1・θM1/f …(1A)
ここで、
r1:ミラーの回動中心から空中に形成される光源像までの距離(ただし、レンズの内部で光を収束させる設定では、レンズが存在しないとした場合のものである。)
f:コリメータレンズの焦点距離、
である

【請求項2】
 
コリメータレンズに射出側から平行光を入射させたときに生じる結像面の形状に、前記収束光の収束面の形状が近づくように、コリメータレンズはミラーからの光が最初に透過する面で収束面の湾曲の符号を反転させることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。

【請求項3】
 
コリメータレンズが、ミラーからの光の中心の光線と光軸との成す角が所定値以下の範囲内で、ミラーからの光の方向の変化量に対する射出する光の方向の変化量の比を略一定にすることを特徴とする請求項1又は2に記載の送信装置。

【請求項4】
 
収束光を略平行な光とする軸対称なコリメータレンズにおいて、
光軸上の一点を中心とする球面上に収束する方向可変の収束光を受けて、収束後の光を略平行な光として射出するとともに、射出する光の方向の変化量を受ける光の方向の変化量よりも大きくする構成になっており、収束光の中心の光線がコリメータレンズの光軸に一致している状態から、収束光の方向を前記光軸上の一点を中心として角θM2だけ変化させたときに、射出する略平行な光が光軸と成す角θB2は、近似的に次の式(1B)で表されることを特徴とするコリメータレンズ
θB2≒2・r2・θM2/f …(1B)
ここで、
r2:光が収束する球面の曲率半径(ただし、レンズの内部で光を収束させる設定では、レンズが存在しないとした場合のものである。)
f:コリメータレンズの焦点距離、
である

【請求項5】
 
回動するミラーが反射した収束光を略平行な光とする軸対称なコリメータレンズにおいて、このコリメータレンズに射出側から平行光を入射させたときに生じる結像面の形状に、前記収束光の収束面の形状が近づくように、ミラーからの光が最初に透過する面で収束面の湾曲の符号を反転させることを特徴とする請求項4に記載のコリメータレンズ。

【請求項6】
 
受ける光の中心の光線と光軸との成す角が所定値以下の範囲内で、受ける光の方向の変化量に対する射出する光の方向の変化量の比を略一定にすることを特徴とする請求項4又は5に記載のコリメータレンズ。

【請求項7】
 
2枚のレンズより成り、光を最初に受けるレンズの内部または直前において光を収束させることを特徴とする請求項6に記載のコリメータレンズ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2003167420thum.jpg
State of application right Registered
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