光受信器、及び光受信方法

【課題】光軸がずれた場合にのみ光信号の一部を分岐し光軸検出を行うことで、高い受信信号のS/N比を実現する光受信器を提供する。
【解決手段】集光部１００は、入射された光信号を集光する。光学素子１１０は、透過領域１１１と分岐領域１１２とを有し、集光部１００で集光された光信号が入射される。信号用受光部１２０は、透過領域１１１を透過した透過光を受光する。検出用受光部１３０は、分岐領域１１２にて分岐された分岐光を受光し、光電気変換することで分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する。光軸検出部１４０は、検出用受光部１３０から出力された検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する。光軸調整部１５０は、光軸検出信号に基づき光軸調整を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間伝送で用いられる光受信器に関し、より特定的には、光軸がずれた場合にのみ光信号の一部を分岐し光軸検出を行うことで、高い受信信号のS/N比を実現する光受信器、及び光受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡといった携帯情報端末でのデータ通信方法として、配線の不要な無線伝送が盛んになっている。特に、搬送波として2.4/5.2Hz帯の電波を用いる無線LAN等が広く普及しているが、その利便性に反して、電波漏洩によるチャネル間干渉やセキュリティの低下、伝送速度の限界（数10Mbps）などといったデメリットも生じる。
【０００３】
そのため、電波に比べて様々な利点を持つ赤外線を用いた光空間伝送が注目され始めている。搬送波に赤外線を用いるメリットとしては、光の直進性／遮光性によるセキュリティ性、光搬送波のもつ広帯域性を利用した高速伝送の可能性などが挙げられる。ただし、光搬送波では、その直進性のため、送受信器を、ある程度、対向させて設置する必要がある。そのため、光受信器においては、受光可能範囲が広いほど設置の柔軟性が高まることになる。
【０００４】
従来、光受信器の受光範囲を拡大する手段としては、高開口数のレンズを用いるといった光学系を工夫して受光範囲を広げる光学式と、光送信器から出力された光信号の光軸を検出し、光受信器自体、もしくはレンズやミラー、受光素子などを動かすことで光軸調整を行う機械式とがあった。後者の機械式の場合、前者の光学式の場合ほど光学系の受光角は広くないが、光軸調整を行うことで、光軸付近の光信号のみを受光することができ、前者の光学式に比べて不要光の影響を低減し、受信信号のS/Nを高めることが可能であった。
【０００５】
ここで、機械式の手段を用いた従来の光受信器としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあった。図１１は、特許文献１に記載の従来の光受信器の構成を示すブロック図である。図１１において、従来の光受信器は、全反射ミラー９００と、分岐ミラー９１０と、信号用受光素子９２０と、光軸検出用受光素子９３０と、集光レンズ９０１、９０２と、光軸検出回路部９４０と、光軸調整部９５０とを備える。
【０００６】
光受信器に到達した光信号は、全反射ミラー９００において分岐ミラー９１０に向け反射され、分岐ミラー９１０において光信号の一部が集光レンズ９０１に向けて反射された後、集光レンズ９０１において集光され、光軸検出用受光素子９３０と結合する。また、分岐ミラー９１０を透過した光信号は、集光レンズ９０２において集光され信号用受光素子９２０と結合する。
【０００７】
図１２は、従来の光受信器で用いられる光軸検出用受光素子９３０の概要構成の一例を示す図である。光軸検出用受光素子９３０は、図１２に示すように受光面が領域９３１、領域９３２、領域９３３、及び領域９３４に多分割された受光素子であって、各領域９３１〜９３４に結合するビームスポット９３５の割合に応じた電気信号を出力する。光軸検出回路部９４０は、光軸検出用受光素子９３０から出力された電気信号に基づいて光軸ずれを検出し、光軸調整部９５０へ光軸検出信号を出力する。光軸調整部９５０は、光軸検出信号に基づいて、全反射ミラー９００の角度を調整する。
【特許文献１】特開平５−１３３７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光受信器では、受信した光信号の一部を分岐ミラー９１０によって分岐するので、光軸ずれが生じていない場合においても、常に光信号の一部を光軸検出用に分岐しているので、信号用受光素子９２０と結合する光信号のパワーが低下し、受信信号のS/Nが劣化してしまうという課題があった。
【０００９】
それ故に、本発明の目的は、上記従来の課題を解決するもので、光軸がずれた場合にのみ光信号の一部を分岐し光軸検出を行うことで、高い受信信号のS/Nを実現する光受信器、及び光受信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、空間を媒体に伝送された光信号を受信する光受信器に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の光受信器は、入射された光信号を集光する集光部と、透過領域と分岐領域とを有し、集光部で集光された光信号が入射される光学素子と、透過領域を透過した透過光を受光し、光電気変換する信号用受光部と、分岐領域にて分岐された分岐光を受光し、光電気変換することで分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する検出用受光部と、検出用受光部から出力された検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する光軸検出部と、光軸検出信号に基づき光軸調整を行う光軸調整部とを備える。光学素子は、集光部と信号用受光部との間の位置に、信号用受光部の中心軸と透過領域の中心軸とが略一致するように配置される。分岐領域は、光信号の一部であり光軸ずれによって生じる漏れ光が入射され、検出用受光部に向けて分岐光を出射する。
【００１１】
これによれば、光軸ずれが生じた場合に、光信号の一部を光軸検出に利用し、光軸ずれが無い場合は、集光部で集光された光信号の殆どが、透過領域を通り信号用受光部と結合するため、効率的に光信号を受信することができる。
【００１２】
好ましくは、光学素子は、透過領域と分岐領域との境界の形状が環状であり、境界の径が、光学素子の位置における集光された光信号の光束の断面の径よりも大きいものである。これによれば、透過領域の中心軸を中心とした回転の法線方向に対し、どの方向に光軸がずれても、集光された光信号の一部を分岐領域に入射することができる。
【００１３】
また、光学素子は、透過領域と分岐領域との境界の形状が環状であり、境界の径が、光学素子の位置における集光された光信号の光束断面の径よりも大きく、かつ境界の形状が、光学素子の位置における集光された光信号の光束断面と略相似であってもよい。これによれば、透過領域の中心軸を中心とした回転の法線方向に対し、どの方向に光軸がずれても、均一に集光された光信号の一部を分岐領域に入射することができる。
【００１４】
好ましくは、透過領域は、光学素子に開けられた集光された光信号の光束断面の径よりも大きい径をもつ穴である。これによれば、光信号が透過領域を通過する際の損失を低減することができる。
【００１５】
好ましくは、検出用受光部は、信号用受光部と同心円状に配置されている。これによれば、透過領域の中心軸を中心とした回転の法線方向に対し、どの方向に光軸がずれても分岐光を受光することができる。
【００１６】
また、検出用受光部は、信号用受光部と同心円状に配置され、光電気変換を行う領域を複数有するものであってもよい。これによれば、透過領域の中心軸を中心とした回転の法線方向に対し、どの方向に光軸がずれても分岐光を受光でき、複数の光電変換を行う領域で分岐を受光することで、より詳細な光軸ずれを検出することができる。
【００１７】
分岐領域は、負の焦点距離を有し、検出用受光部に向け入射光を広げて出射する。これによれば、検出用受光部の複数の受光領域に対して分岐光を出射することができる。
【００１８】
好ましくは、分岐領域は、フレネルレンズや回折レンズで構成される。これによれば、光学素子を薄型にすることができる。
【００１９】
また、検出用受光部は、信号用受光部と同一基板上に作成されている。これによれば、検出用受光部と信号用受光部とを一体化し部品点数を少なくすることができる。
【００２０】
好ましくは、光受信器は、信号用受信部が透過光を光電気変換した信号に基づいて、透過光の受信強度を示す受信用強度信号を出力する受信回路部をさらに備える。この場合、光軸調整部は、光軸検出信号、及び受信用強度信号に基づいて、光軸調整を行う。これによれば、光軸調整部は、光軸ずれの程度を判断しながら、光軸調整することができる。
【００２１】
好ましくは、光軸調整部は、受信用強度信号が第１のしきい値よりも大きく、かつ光軸検出信号が第２のしきい値よりも小さいという第１の条件を満たす場合に光軸を維持し、第１の条件を満たさない場合に、受信用強度信号が第１のしきい値よりも大きく、かつ光軸検出信号が第２のしきい値よりも大きいという第２の条件を満たすか否かを判定し、第２の条件を満たす場合に、光軸調整の変化幅を小さくして光軸調整を行い、第２の条件を満たさない場合に、受信用強度信号が第１のしきい値よりも小さく、かつ光軸検出信号が第２のしきい値よりも大きいという第３の条件を満たすか否かを判定し、第３の条件を満たす場合に、光軸調整の変化幅を中程度にして光軸調整を行い、第３の条件を満たさない場合に、光軸調整の変化幅を大きくして、光軸調整可能な全方位に光軸検索を行い、その際に受信用強度信号が第１のしきい値よりも大きいか、あるいは光軸検出信号が第２のしきい値よりも大きいという第４の条件を満たすか否かを判定し、第４の条件を満たす場合に、第１の条件を満たすか否かを再度判定し、第４の条件を満たさない場合に、光軸調整を中断する。
【００２２】
これによれば、光軸調整部は、受信用強度信号、及び光軸検出信号のそれぞれの大きさに応じて、光軸調整幅を変化させることがことで、より効率的な光軸調整が可能となる。
【００２３】
また、光軸調整部は、光軸検出信号が所定のしきい値よりも大きいという第１の条件を満たす場合に、光軸検出信号に基づいて光軸を調整し、第１の条件を満たさない場合に、受信用強度信号が、信号用受光部が誤りなく通信可能な最小受信信号強度よりも大きいという第２の条件を満たすか否かを判定し、第２の条件を満たす場合に、光軸を維持し、第２の満たさない場合に、光軸調整可能な全方位に光軸検索を行い、その際に光軸検出信号が所定のしきい値よりも大きいという第３の条件を満たすか否かを判定し、第３の条件を満たす場合に、光軸検出信号に基づいて光軸を調整し、第３の条件を満たさない場合に、光軸調整を中断してもよい。
【００２４】
これによれば、光軸調整部は、より簡素な手順で光軸ずれの検出及び調整が可能となる。
【００２５】
また、本発明は、空間を媒体に伝送された光信号を受信する光受信器が実行する光受信方法にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の方法は、入射された光信号を集光する集光ステップと、集光された光信号のうち、光軸と一致した光信号を透過光として透過し、光軸と一致しなかった光信号を分岐光として分岐するステップと、透過光を受光し、光電気変換する信号用受光ステップと、分岐光を受光し、光電気変換することで分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する検出用受光ステップと、検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する光軸検出ステップと、光軸検出信号に基づき光軸調整を行う光軸調整ステップとを備える。
【００２６】
これによれば、光軸ずれが生じた場合に、光信号の一部を光軸検出に利用し、光軸ずれが無い場合は、集光部で集光された光信号の殆どが、透過領域を通り信号用受光部と結合するため、効率的に光信号を受信することができる。
【００２７】
また、本発明は、空間を媒体に伝送された光信号を受信する光受信器が実行する光軸ずれ検出方法にも向けられている。そして上記目的を達成するために、本発明の光軸ずれ検出方法は、入射された光信号を集光する集光ステップと、集光された光信号のうち、光軸と一致した光信号を透過光として透過し、光軸ずれによって生じる漏れ光を分岐光として分岐するステップと、透過光を受光し、光電気変換する信号用受光ステップと、分岐光を受光し、光電気変換することで分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する検出用受光ステップと、検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する光軸検出ステップとを備える。
【００２８】
これによれば、光軸ずれが生じた場合に、光信号の一部を光軸検出に利用し、光軸ずれが無い場合は、集光部で集光された光信号の殆どが、透過領域を通り信号用受光部と結合するため、高い受信信号のS/N比を実現しながら、光軸ずれを検出することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、光学素子の透過領域と分岐領域との境界が環状で、その境界径が光学素子の位置における集光された光信号の光束径よりも大きくなる。そのため、光軸ずれが無い場合には、集光された光信号の全てが透過領域を通過して信号用受光部に結合することができ、光軸ずれが生じた場合には、集光された光信号の一部だけが分岐領域に入射し、検出用受光部で光軸検出行うことができる。これにより、光信号の損失を低減しながら光軸調整を実現することが可能となる。
【００３０】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る光受信器１の概要構成の一例を示すブロック図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係る光受信器１の概要構成を示す斜視図である。ただし、図１及び図３は光軸ずれが無い場合、図２は光軸ずれが生じた場合の光受信器１の様子を示している。
【００３２】
図１〜図３において、光受信器１は、集光部１００、光学素子１１０、信号用受光部１２０、検出用受光部１３０、光軸検出部１４０、及び光軸調整部１５０を備える。
【００３３】
集光部１００は、光信号を入射し光学素子１１０へ向けて集光された光信号を出射する凸レンズである。光学素子１１０は、透過領域１１１と分岐領域１１２とを有しており、集光部１００と信号用受光部１２０との間の位置に、信号用受光部１２０の中心軸と透過領域１１１の中心軸とが一致するように配置される。また、透過領域１１１と分岐領域１１２との境界の形状が環状で、その境界の径は、光学素子１１０が配置されている位置における集光された光信号の光束の径よりも大きい。また、その境界の形状は、光学素子１１０が配置されている位置における集光された光信号の光束断面と略相似であることが望ましい。
【００３４】
図４は、光学素子１１０の概要構成の一例を示す模式図である。図４において、斜線部分が分岐領域１１２を示している。透過領域１１１は、光学素子１１０に開けられ、集光された光信号の光束の径よりも大きい径をもつ穴であり、集光された光信号を透過光として出射する。
【００３５】
図４（ａ）に示す分岐領域１１２は、フレネルレンズで構成されており、負の焦点距離、つまり光線の入射方向とは逆向きの焦点を有し、入射された光信号の光束を広げて出射する。すなわち、分岐領域１１２に集光された光信号が入射されると、入射された光信号の光束を広げて分岐光として出射される。分岐領域１１２は、光信号の波長に対して屈折率が高く、吸収損失の低い材質で構成されていることが望ましい。
【００３６】
分岐領域１１２の形状は、図４（ａ）に示すようなフレネルレンズに限定されるものではなく、回折レンズや、図４（ｃ）に示すようなプリズム形状であっても構わない。また、透過領域１１１は、図４（ｂ）や、図４（ｄ）に示すように、光学素子１１０と同じ材質で構成されていても構わない。
【００３７】
信号用受光部１２０は、透過光を受光し、光電気変換することで電気信号を出力する。検出用受光部１３０は、分岐光を受光し、光電気変換することで分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する。光軸検出部１４０は、検出用受光部１３０から出力された検出用強度信号に基づいて光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する。光軸調整部１５０は、光軸検出部１４０から出力された光軸検出信号に基づき光軸調整を行う。なお、本実施形態に示す光受信器は、集光部１００を移動させることで光軸調整を行う構成を示している。
【００３８】
図１及び図３に示すように光軸ずれが生じない場合、光信号は集光部１００で集光された後、透過領域１１１を通過して信号用受光部１２０に結合する。その際、透過領域１１１と分岐領域１１２との境界は環状で、その境界の径が、光学素子１１０が配置されている位置における集光された光信号の光束断面１１３の径よりも大きいため、集光された光信号の大部分が透過領域１１１を通過し、分岐領域１１２へは殆ど入射しない。そのため、常に受信した光信号の一部を分岐する従来の光受信器に比べ、光信号の損失を大幅に低減することが可能となる。
【００３９】
一方、図２のように光軸ずれが生じる場合、光信号は集光部１００で集光された後、その一部が透過領域１１１を通過して信号用受光部１２０に結合し、残りの一部である漏れ光が分岐領域１１２へ入射する。ここで、漏れ光とは、仮に光学素子１１０が無い場合、集光された光信号のうち信号用受光部１２０とは結合しない光のことである。分岐領域１１２へ入射した漏れ光は、図２の破線で示すように、検出用受光部１３０へ向け光束が広がるように出射される。
【００４０】
ここで、図５を用いて、光受信器１が光軸ずれを検出する方法を具体的に説明する。図５は、検出用受光部１３０の概要構成を示す模式図である。図５において、検出用受光部１３０は、信号用受光部１２０と同一基板上に作製されており、面積が略等しくなるように分割された各光電気変換領域１３１〜１３４が信号用受光部１２０に同心円状に配置されている。検出用受光部１３０は、各光電気変換領域１３１〜１３４が受光する分岐光の割合に応じた検出用強度信号を出力する。
【００４１】
図５に示す斜線部は、検出用受光部１３０での透過光の像１６０と、分岐光の像１６１とをそれぞれ示している。光軸がずれると、分岐光の像１６１が検出用受光部１３０の複数の光電気変換領域１３１〜１３４で受光される。例えば、光電気変換領域１３１と光電気変換領域１３３とから出力される検出用強度信号の大きさが等しければＸ軸方向へ光軸がずれていることが検出できる。また、光電気変換領域１３１と光電気変換領域１３３とから出力される検出用強度信号の大きさが異なる場合、光電気変換領域１３１と光電気変換領域１３３とから出力される検出用強度信号の大きさの比率によって、例えば、矢印ａの方向に光軸がずれていることを検出することができる。
【００４２】
このように、分岐領域１１２で光信号を広げて出射すると、検出用受光部１３０では、複数の光電気変換領域１３１〜１３４で光信号を受光することができるため、光束を広げない場合よりも詳細な光軸ずれ方向を検出可能となる。
【００４３】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る光受信器１によれば、光学素子１１０の透過領域１１１と分岐領域１１２との境界が環状で、その境界径が光学素子１１０の位置における集光された光信号の光束径よりも大きくなる。そのため、光軸ずれが無い場合には、集光された光信号の全てが透過領域１１１を通過して信号用受光部１２０に結合することができ、光軸ずれが生じた場合には、集光された光信号の一部だけが分岐領域１１２に入射し、検出用受光部１３０で光軸検出行うことができる。これにより、光信号の損失を低減しながら光軸調整を実現することが可能となる。
【００４４】
なお、集光部１００は、入射光を集光する機能を有していればよく、その形態は、凸レンズや回折レンズ、凹面鏡であっても構わない。また、より開口数の高いレンズであれば、光学系の小型化が望める。
【００４５】
また、検出用受光部１３０は、４分割された光電気変換領域を有していたが、分割数はこれに限定されるものではなく、より複数に分割された光電気変換領域を有することにより、正確な光軸ずれ方向を検出することが可能となる。
【００４６】
また、検出用受光部１３０は、複数の受光素子を信号用受光部１２０の周囲に同心円状となるよう配置する構成でも構わない。
【００４７】
また、光軸調整部１５０は、集光部１００を移動させる構成に限定されるものではなく、反射ミラーなどにより光受信器１の光軸そのものを変化させる等、これと同等の機能を有する手段であればよい。
【００４８】
（第２の実施形態）
図６及び図７は、本発明の第２の実施形態に係る光受信器２の概要構成の一例を示すブロック図である。ただし、図６は光軸ずれが無い場合、図７は光軸ずれが生じた場合の光受信器２を示している。ここで、本発明の第１の実施形態に係る光受信器１と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図６及び図７において、光受信器２は、受信回路部１２１をさらに備える。受信回路部１２１は、信号用受光部１２０が光電気変換した電気信号に基づいて、受信用強度信号Ｐａを出力する。光軸調整部１５１は、受信回路部１２１が出力した受信用強度信号Ｐａ、及び光軸検出部１４０が出力した光軸検出信号Ｐｂに基づいて光軸調整を行う。
【００５０】
ここで、図８を用いて、光軸調整部１５１の動作について具体的に説明する。図８は、光軸調整部１５１の動作の一例を示すフローチャートである。図８を参照して、光軸調整部１５１は、光軸ずれの有無を判定するために、受信用強度信号Ｐａが所定のしきい値Ｐ１よりも大きく、かつ光軸検出信号Ｐｂが所定のしきい値Ｐ２よりも小さいという条件（すなわち、Ｐａ＞Ｐ１かつＰｂ＜Ｐ２）を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この条件を満たす場合、信号用受光部１２０に殆どの光信号が結合している状態であるため、光軸調整部１５１は、光軸を維持し、一定期間後再びステップＳ１０１の条件を判定する（ステップＳ１１１）。
【００５１】
ステップＳ１０１の条件を満たさない場合、光軸調整部１５１は、光軸ずれの程度を判定するため、受信用強度信号Ｐａが所定のしきい値Ｐ１よりも大きく、かつ光軸検出信号Ｐｂが所定のしきい値Ｐ２よりも大きいという条件（すなわち、Ｐａ＞Ｐ１かつＰｂ＞Ｐ２）を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この条件を満たす場合、信号用受光部１２０にある程度の光信号が結合し、一部の光信号が検出用受光部１３０と結合している状態であるため、光軸調整部１５１は、光軸調整の変化幅を小さくして光軸調整を行い、一定期間後再びステップＳ１０１の条件を判定する（ステップＳ１１２）。
【００５２】
ステップＳ１０２の条件を満たさない場合、光軸調整部１５１は、光軸ずれの程度を更に判定するため、受信用強度信号Ｐａが所定のしきい値Ｐ１よりも小さく、かつ光軸検出信号Ｐｂが所定のしきい値Ｐ２よりも大きいという条件（すなわち、Ｐａ＜Ｐ１かつＰｂ＞Ｐ２）を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０３）。この条件を満たす場合、受信用受光部１２０には光信号が結合せず、殆どの光信号が検出用受光部１３０と結合している状態であるため、光軸調整部１５１は、光軸調整の変化幅を中程度にして光軸調整を行い、一定時間後再びステップＳ１０１の条件を判定する（ステップＳ１１３）。
【００５３】
ステップＳ１０３の条件を満たさない場合、検出用受光部１３０と結合できない範囲まで光軸がずれている可能性があるため、光軸調整部１５１は、光軸調整の変化幅を大きくし、光軸調整可能な全方位に光軸検索を行い（ステップＳ１１４）、その際に受信用強度信号Ｐａが所定のしきい値Ｐ１よりも大きいか、あるいは光軸検出信号Ｐｂが所定のしきい値Ｐ２よりも大きいという条件（すなわち、Ｐａ＞Ｐ１あるいはＰｂ＞Ｐ２）を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０４）。この条件を満たす場合、光軸調整部１５１は、再びステップＳ１０１の判定を行う。
【００５４】
ステップＳ１０４の条件を満たさない場合は、光信号が光受信器２まで到達していない可能性があるため、光軸調整部１５１は、光軸調整を中断する（ステップＳ１１５）。この場合、エラー表示を行う等、利用者に通信不可能状態であることを伝える。
【００５５】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る光受信器２によれば、第１の実施形態に係る光受信器１の効果に加え、受信用強度信号Ｐａ、及び光軸検出信号Ｐｂのそれぞれの大きさに応じて、光軸調整幅を変化させることで、より効率的な光軸調整が可能となる。
【００５６】
なお、光軸が一致した時に通信可能な状態を実現するため、信号用受光部１２０が誤りなく通信可能な最小の受信信号の強度を示す最小受信信号強度をＰｍｉｎとすると、しきい値Ｐ１は、Ｐｍｉｎと同等か、あるいはＰｍｉｎに対して１〜２ｄＢ大きいことが望ましい。
【００５７】
また、光軸ずれにより信号用受光部１２０から外れた光信号が検出用受光部１３０に結合するため、しきい値Ｐ２の値を小さくするほど、より小さな光軸ずれを検出することが可能となる。
【００５８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る光受信器３について添付図面を参照して説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係る光受信器３の概要構成の一例を示すブロック図である。ただし、図９は光軸ずれが無い場合の光受信器３を示している。図９において、光受信器３は、光軸調整部１５２の動作のみが第２の実施形態と異なる。ここで、本発明の第２の実施形態に係る光受信器２と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図１０を用いて、光軸調整部１５２の動作について具体的に説明する。図１０は、光軸調整部１５２の動作の一例を示すフローチャートである。図１０を参照して、光軸調整部１５２は、光軸ずれの有無を判定するために、光軸検出信号Ｐｂが所定のしきい値Ｐ０よりも大きいという条件（すなわち、Ｐｂ＞Ｐ０）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０１）。この条件を満たす場合、検出用受光部１３０が検出可能な範囲で光軸がずれている状態であるため、光軸調整部１５２は、光軸検出部１４０が出力した光軸検出信号Ｐｂに基づいて光軸を調整し、一定期間後再びステップＳ２０１の条件を判定する（ステップＳ２１１）。
【００６０】
ステップＳ２０１の条件を満たさない場合、光軸が合っているケースと、光軸が検出用受光部１３０で検出できる範囲以上にずれているケースとが考えられる。そこで、これら２つのケースを区別するために、光軸調整部１５２は、受信用強度信号Ｐａが最小受信信号強度Ｐｍｉｎよりも大きいという条件（すなわち、Ｐａ＞Ｐｍｉｎ）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０２）。この条件を満たす場合、光軸が合っており、かつ誤りなく通信できる受信強度が得られていることになるため、光軸調整部１５２は、光軸を維持し、一定期間後再びステップＳ２０１の条件を判定する（ステップＳ２１２）。
【００６１】
ステップＳ２０２の条件を満たさない場合、光軸調整部１５２は、光軸調整可能な全方位に光軸検索を行い（ステップＳ２１３）、その際に光軸検出信号Ｐｂが所定のしきい値Ｐ０よりも大きいという条件（すなわち、Ｐｂ＞Ｐ０）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０３）。この条件を満たす場合、検出用受光部１３０が検出可能な範囲で光軸がずれている状態であるため、光軸調整部１５２は、光軸検出部１４０が出力した光軸検出信号Ｐｂに基づいて光軸を調整し、一定期間後再びステップＳ２０１の条件を判定する（ステップＳ２１４）。
【００６２】
ステップＳ２０３の条件を満たさない場合、光信号が光受信器３まで到達していない可能性があるため、光軸調整部１５２は、光軸調整を中断する（ステップＳ２１５）。この際、エラー表示を行う等、利用者に通信不可能状態であることを伝える。
【００６３】
なお、しきい値Ｐ０は、その値が小さいほど、より小さな光軸ずれを検出することが可能となる。
【００６４】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る光受信器３によれば、第２の実施形態に係る光受信器２と比べて、より簡素な手順で光軸ずれの検出および調整が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る光受信器は、光空間伝送装置等の受光電力の向上を図る構成として有用である。また、光センサの光受信器等の用途にも応用できる。
【００６６】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光受信器１の概要構成の一例を示すブロック図（光軸ずれ無し）
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光受信器１の概要構成の一例を示すブロック図（光軸ずれ有り）
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光受信器１の概要構成を示す斜視図（光軸ずれ無し）
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光学素子１１０の概要を示す模式図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る検出用受光部１３０の概要を示す模式図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光受信器２の概要構成の一例を示すブロック図（光軸ずれ無し）
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光受信器２の概要構成の一例を示すブロック図（光軸ずれ有り）
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光軸調整部１５１の動作の一例を示すフローチャート
【図９】本発明の第３の実施形態に係る光受信器３の概要構成の一例を示すブロック図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光軸調整部１５２の動作の一例を示すフローチャート
【図１１】従来の光受信器の構成を示すブロック図
【図１２】従来の光受信器で用いられる光軸検出用受光素子９３０の概要構成の一例を示す図
【符号の説明】
【００６８】
１〜３光受信器
１００集光部
１１０光学素子
１１１透過領域
１１２分岐領域
１１３光束断面
１２０信号用受光部
１２１受信回路部
１３０検出用受光部
１３１〜１３４光電気変換領域
１４０光軸検出部
１５０〜１５２光軸調整部
１６０透過光の像
１６１分岐光の像
９００全反射ミラー
９０１，９０２集光レンズ
９１０分岐ミラー
９２０信号用受光素子
９３０光軸検出用受光素子
９４０光軸検出回路部
９５０光軸調整部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を媒体に伝送された光信号を受信する光受信器であって、
入射された前記光信号を集光する集光部と、
透過領域と分岐領域とを有し、前記集光部で集光された光信号が入射される光学素子と、
前記透過領域を透過した透過光を受光し、光電気変換する信号用受光部と、
前記分岐領域にて分岐された分岐光を受光し、光電気変換することで前記分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する検出用受光部と、
前記検出用受光部から出力された検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する光軸検出部と、
前記光軸検出信号に基づき光軸調整を行う光軸調整部とを備え、
前記光学素子は、前記集光部と前記信号用受光部との間の位置に、前記信号用受光部の中心軸と前記透過領域の中心軸とが略一致するように配置され、
前記分岐領域は、前記光信号の一部であり光軸ずれによって生じる漏れ光が入射され、前記検出用受光部に向けて分岐光を出射することを特徴とする、光受信器。
【請求項２】
前記光学素子は、前記透過領域と前記分岐領域との境界の形状が環状であり、前記境界の径が、前記光学素子の位置における前記集光された光信号の光束断面の径よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記光学素子は、前記透過領域と前記分岐領域との境界の形状が環状であり、前記境界の径が、前記光学素子の位置における前記集光された光信号の光束断面の径よりも大きく、かつ前記境界の形状が、前記光学素子の位置における前記集光された光信号の光束断面と略相似であることを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項４】
前記透過領域は、前記光学素子に開けられた前記集光された光信号の光束断面の径よりも大きい径をもつ穴であることを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項５】
前記検出用受光部は、前記信号用受光部と同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項６】
前記検出用受光部は、前記信号用受光部と同心円状に配置され、光電気変換を行う領域を複数有することを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項７】
前記分岐領域は、負の焦点距離を有し、前記検出用受光部に向け入射光を広げて出射することを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項８】
前記分岐領域は、フレネルレンズで構成されることを特徴とする、請求項７に記載の光受信器。
【請求項９】
前記分岐領域は、回折レンズで構成されることを特徴とする、請求項７に記載の光受信器。
【請求項１０】
前記検出用受光部は、前記信号用受光部と同一基板上に作成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項１１】
前記信号用受光部が前記透過光を光電気変換した信号に基づいて、前記透過光の受信強度を示す受信用強度信号を出力する受信回路部をさらに備え、
前記光軸調整部は、前記光軸検出信号、及び前記受信用強度信号に基づいて、光軸調整を行うことを特徴とする、請求項１に記載の光受信器。
【請求項１２】
前記光軸調整部は、
前記受信用強度信号が第１のしきい値よりも大きく、かつ前記光軸検出信号が第２のしきい値よりも小さいという第１の条件を満たす場合に光軸を維持し、
前記第１の条件を満たさない場合に、前記受信用強度信号が前記第１のしきい値よりも大きく、かつ前記光軸検出信号が前記第２のしきい値よりも大きいという第２の条件を満たすか否かを判定し、前記第２の条件を満たす場合に、光軸調整の変化幅を小さくして光軸調整を行い、
前記第２の条件を満たさない場合に、前記受信用強度信号が前記第１のしきい値よりも小さく、かつ前記光軸検出信号が前記第２のしきい値よりも大きいという第３の条件を満たすか否かを判定し、前記第３の条件を満たす場合に、光軸調整の変化幅を中程度にして光軸調整を行い、
前記第３の条件を満たさない場合に、前記光軸調整の変化幅を大きくして、光軸調整可能な全方位に光軸検索を行い、その際に前記受信用強度信号が前記第１のしきい値よりも大きいか、あるいは前記光軸検出信号が前記第２のしきい値よりも大きいという第４の条件を満たすか否かを判定し、前記第４の条件を満たす場合に、前記第１の条件を満たすか否かを再度判定し、
前記第４の条件を満たさない場合に、光軸調整を中断することを特徴とする、請求項１１に記載の光受信器。
【請求項１３】
前記光軸調整部は、
前記光軸検出信号が所定のしきい値よりも大きいという第１の条件を満たす場合に、前記光軸検出信号に基づいて光軸を調整し、
前記第１の条件を満たさない場合に、前記受信用強度信号が、前記信号用受光部が誤りなく通信可能な最小受信信号強度よりも大きいという第２の条件を満たすか否かを判定し、前記第２の条件を満たす場合に、光軸を維持し、
前記第２の満たさない場合に、光軸調整可能な全方位に光軸検索を行い、その際に前記光軸検出信号が前記所定のしきい値よりも大きいという第３の条件を満たすか否かを判定し、前記第３の条件を満たす場合に、前記光軸検出信号に基づいて光軸を調整し、
前記第３の条件を満たさない場合に、光軸調整を中断することを特徴とする、請求項１１に記載の光受信器。
【請求項１４】
空間を媒体に伝送された光信号を受信する光受信器が実行する光受信方法であって、
入射された前記光信号を集光する集光ステップと、
前記集光された光信号のうち、光軸と一致した光信号を透過光として透過し、光軸と一致しなかった光信号を分岐光として分岐するステップと、
前記透過光を受光し、光電気変換する信号用受光ステップと、
前記分岐光を受光し、光電気変換することで前記分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する検出用受光ステップと、
前記検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する光軸検出ステップと、
前記光軸検出信号に基づき光軸調整を行う光軸調整ステップとを備える、方法。
【請求項１５】
空間を媒体に伝送された光信号を受信する光受信器が実行する光軸ずれ検出方法であって、
入射された前記光信号を集光する集光ステップと、
前記集光された光信号のうち、光軸と一致した光信号を透過光として透過し、光軸ずれによって生じる漏れ光を分岐光として分岐するステップと、
前記透過光を受光し、光電気変換する信号用受光ステップと、
前記分岐光を受光し、光電気変換することで前記分岐光の強度を示す検出用強度信号を出力する検出用受光ステップと、
前記検出用強度信号に基づき光軸ずれを検出し、光軸検出信号を出力する光軸検出ステップとを備える、方法。

【図１】