CN101490985B - 采用了图像传感器的光空间传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用了图像传感器的光空间传输装置。目的在于，在使用图像传感器而缓和了严密的光轴调整的光空间传输装置中，实现提高图像传感器的信号读出速度的高速通信。该光空间传输装置将光信号从发送装置传输到接收装置，发送装置包括具有发射一个光信号的光源的第一发光部，接收装置包括：XY地址方式图像传感器，具有由多个像素构成的像素区域，且用该像素区域来接收光信号；分类部，制作将多个像素中的被光信号照射的像素分类成像素组的分类信息；以及控制部，根据分类信息来控制XY地址方式图像传感器，并同时读出属于像素组的像素的信号。

Description

采用了图像传感器的光空间传输装置

技术领域

本发明涉及一种采用图像传感器来实现高速光空间传输的光空间传输装置。

背景技术

光空间传输方式可以不使用光导纤维而实现高速数据传输，因此作为楼宇间的通信、建筑物内的布线的一部分被应用。另外，由于光空间传输方式能够将多个光信号在空间上相互分离地进行传输，所以不需要光纤通信中的波长多重方式那样的不同波长的光源和波长滤波器。由于具有这样的特征，光空间传输方式可以将未进行波长挑选的激光及发光频谱较宽的LED等作为光源来使用。其结果，光空间传输方式能够以低成本来实现高速数据传输。

图13表示专利文献1中记载的现有的光空间传输装置300的构成。如图13所示那样，光空间传输装置300具备发送装置301和接收装置302。发送装置301包括：将被输入的串行形式的数据转换成并行形式的数据(以下，称为S-P转换)的串并转换部(以下，称为S-P转换部)303、及由多个光源构成的发光部304。接收装置302包括：镜头305、由多个光电二极管(以下，称为PD)排列为矩阵状而形成的PD阵列部306、和将被输入的并行形式的数据转换成串行形式的数据(以下，称为P-S转换)的并串转换部(以下，称为P-S转换部)307。

S-P转换部303对被输入的传输数据进行S-P转换。进行了S-P转换的并行形式的数据被输入到发光部304。在此，并行形式的数据由多个数据(以下，称为并行数据)构成。发光部304将各个并行数据输入到对应的光源，并从各个光源发射出光信号。在图13中，4个并行数据分别被输入到4个光源，4个光信号被发射出。镜头305将从发光部304的光源发射出的光信号聚光于PD阵列部306。PD阵列部306将照射在各个PD的光信号转换为电信号(以下，称为光电转换)。在此，PD阵列部306的PD分别输出光电转换后的电信号。由此，PD阵列部306的输出便成为多个并行数据。P-S转换部307对被输入的多个并行数据进行P-S转换，从而再现串行形式的数据。

如上所述那样，光空间传输装置300通过将串行形式的数据转换为并行形式的数据以进行光空间传输，来实现高速传输。

然而，使用了PD阵列的光空间传输装置300存在以下问题。首先，由于在接收装置302中需要进行P-S转换，所以需要为接收装置302配备P-S转换部307，其结果产生电路规模增大的问题。其次，在构成PD阵列部306的PD的数目与构成发光部304的光源的数目相等的情况下，有必要使光源与PD一一对应，因此需要进行严密的光轴调整。

作为解决这些问题的装置，可以考虑图14所示的现有的光空间传输装置400。如图14所示那样，光空间传输装置400是将光空间传输装置300中的接收装置302置换为接收装置401而构成的。接收装置401包括X-Y地址图像传感器(以下，只称为图像传感器)402。在此，X-Y地址图像传感器是指，用X方向的地址和Y方向的地址来依次确定将信号读出的像素，并将被确定了的像素的信号依次读出方式的图像传感器。也就是说，光空间传输装置400是将光空间传输装置300中的PD阵列部306及P-S转换部307置换为X-Y地址图像传感器402而构成的。另外，在图14中，接收装置401没有包括镜头305，但接收装置401也可以包括镜头305。

下面，说明光空间传输装置400的动作。在此，由于对发送装置301的动作已进行了说明，故而省略其说明。从发光部304的各个光源发射出的光信号照射到图像传感器402的多个像素呈矩阵状排列的像素区域。图像传感器402通过从各个像素依次读出受光信号，来再现串行形式的传输数据。

如上所述那样，光空间传输装置400由于配备有图像传感器402，所以没有必要配备P-S转换部307，故而可以抑制电路规模的增大。此外，光空间传输装置400通过增加被光信号照射的图像传感器402的像素的数目，使作为受光区域的像素区域的面积扩大，从而能够缓和严密的光轴调整。

然而，上述现有的光空间传输装置400中存在以下技术问题。通常，图像传感器402被作为摄像用来使用。而且，图像传感器402进行依次读出各个像素的信号或者通过读出所有的像素的信号来读出1张图像的动作。图15是用于说明图像传感器402读出各个像素的信号的动作的图。如图15所示那样，图像传感器402包括：垂直扫描电路403、水平扫描电路404、像素_#1～_#16及输出信号线405。在此，像素的数量是一个例子。图像传感器402通过垂直扫描电路403及水平扫描电路404来一个一个地选择各个像素，并将所选择的像素的信号依次读出到输出信号线405。更具体地说是，所有的像素_#1～_#16被依次选择，所有的像素_#1～_#16的信号被依次读出到输出信号线405。通过该动作，图像传感器402将在像素区域中照射的光信号作为1张图像信号来输出。因此，要将所有的像素的信号一一读出，则需要较长的时间。也就是说，接收装置401所配备的图像传感器402的读出速度将与像素数成比例地变慢。其结果，会出现随着像素的数目增多，光空间传输装置400的传输速度大幅下降这样的技术问题。

另外，通过减少像素数也可以提高图像传感器402的读出速度。然而，在各个像素的面积为一定的情况下，因受光区域(像素区域)的面积缩小而使光轴调整难以进行。另外，若保持受光区域(像素区域)的面积一定而减少像素的数目，则能够使光轴调整容易进行，然而各个像素的面积却会扩大。由此，各个像素的寄生容量增加而使每单位像素的信号读出速度降低。

【专利文献1】日本特开2001-292107号公报。

发明内容

故而，本发明的目的是，在使用图像传感器而缓和了严密的光轴调整的光空间传输装置中，实现提高图像传感器的信号读出速度的高速通信。

本发明适合于，将光信号从发送装置传输到接收装置的光空间传输装置。为了达到上述目的，本发明的光空间传输装置包括发送装置和接收装置，发送装置包括具有发射一个光信号的光源的第一发光部，接收装置包括：XY地址方式图像传感器，具有由多个像素构成的像素区域，且用该像素区域来接收光信号；分类部，制作将多个像素中的被光信号照射的像素分类成像素组的分类信息；以及控制部，根据分类信息控制XY地址方式图像传感器，以同时读出属于像素组的像素的信号。

较佳的是，第一发光部通过在开始发射光信号之前使光源发光，来发射用于进行初始设定的设定光信号，XY地址方式图像传感器用像素区域来接收设定光信号，分类部通过将多个像素中、设定光信号的接收电平在规定阈值以上的像素提取出来编成组，来制作分类信息。

另外，较佳的是，控制部不读出多个像素中的像素组之外的像素的信号。

另外，也可以是，接收装置还包括存储分类信息的存储部，控制部读出存储部中存储了的分类信息，以控制XY地址方式图像传感器。

另外，也可以是，接收装置还包括发送部，该发送部向发送装置发送请求传输数据的信号，发送装置还包括接收部，该接收部接收请求传输从发送部发送了的数据的信号。

另外，也可以是，发送部是第二发光部，该第二发光部向发送装置发射请求传输数据的光信号，第二发光部在存储部结束存储分类信息的规定时机，发射请求传输数据的光信号。

另外，也可以是，接收部是受光部，该受光部接收从第二发光部发射来的请求传输数据的光信号，并将该光信号转换为电信号，电信号从受光部输入到第一发光部，第一发光部开始发射光信号。

另外，也可以是，第一发光部还包括引导(pilot)光源，该引导光源发射用于补正光轴的偏离的引导光信号，XY地址方式图像传感器还用像素区域来接收引导光信号，分类部还检测多个像素中的被引导光信号照射的像素的位置变化，控制部还根据位置变化来补正光轴的偏离。

另外，也可以是，分类部还检测被光信号照射的像素的位置变化，控制部还根据位置变化来补正光轴的偏离。

另外，也可以是，接收装置还包括：补正用图像传感器，用于补正光轴的偏离；及射束分离器，将光信号分割，以照射补正用图像传感器和XY地址方式图像传感器，补正用图像传感器用由多个像素构成的像素区域来接收光信号，分类部还检测补正用图像传感器的被光信号照射的像素的位置变化，控制部还根据位置变化来补正光轴的偏离。

另外，也可以是，发送装置包括具有发射多个光信号的多个光源的第一发光部，接收装置包括：XY地址方式图像传感器，具有由多个像素构成的像素区域，且用该像素区域来接收多个光信号；分类部，制作分类信息，该分类信息用于将多个像素中的被各个多个光信号照射的像素整编成各自的像素组，从而分类成对应于多个光信号的多个像素组；以及控制部，根据分类信息控制XY地址方式图像传感器，以将属于多个像素组的像素的信号按像素组同时读出。

另外，较佳的是，第一发光部通过在开始发射多个光信号之前，使多个光源依次发光，来依次发射用于进行初始设定的多个设定光信号，XY地址方式图像传感器用像素区域来依次接收多个设定光信号，分类部通过每当多个设定光信号被依次接收，便将多个像素中、接收电平在规定阈值以上的像素提取出来编成一个组，来制作分类信息。

另外，也可以是，第一发光部还在依次发射多个设定光信号之前，使多个光源全部同时发光，从而同时发射多个像素限定用设定光信号，分类部只以接收到多个像素限定用设定光信号的像素为对象，来制作分类信息。

另外，也可以是，第一发光部通过在开始发射多个光信号之前，使多个光源以互不相同的光强度同时发光，来同时发射用于进行初始设定的多个设定光信号，XY地址方式图像传感器，用像素区域同时接收多个设定光信号，分类部，通过将接收到多个设定光信号的像素相应于接收电平进行编组，来制作分类信息。

另外，也可以是，第一发光部通过在开始发射多个光信号之前，使将多个光源分割而成的多个光源群各自所包含的光源以互不相同的光强度、按光源群同时发光，从而将用于进行初始设定的多个设定光信号按光源群同时发射，XY地址方式图像传感器，用像素区域来同时接收每个光源群的多个设定光信号，分类部通过每当每个光源群的多个设定光信号被接收，便将接收到多个设定光信号的像素相应于接收电平进行编组，来制作分类信息。

另外，也可以是，第一发光部还在将每个光源群的多个设定光信号同时发射之前，使多个光源全部同时发光，从而同时发射多个像素限定用设定光信号，分类部只以接收到多个像素限定用设定光信号的像素为对象，来制作分类信息。

另外，较佳的是，控制部不读出多个像素中的多个像素组之外的像素的信号。

另外，也可以是，分类部还检测被多个光信号中的至少一个照射的像素的位置变化，控制部还根据位置变化来补正光轴的偏离。

另外，也可以是，接收装置还包括：补正用图像传感器，用于补正光轴的偏离，以及射束分离器，将多个光信号中的至少一个分割，以照射补正用图像传感器和XY地址方式图像传感器，补正用图像传感器用由多个像素构成的像素区域来接收多个光信号中的至少一个，分类部还检测补正用图像传感器的被多个光信号中的至少一个照射的像素的位置变化，控制部还根据位置变化来补正光轴的偏离。

发明效果

如上所述那样，根据本发明，能够在使用图像传感器而缓和了严密的光轴调整的光空间传输装置中，实现提高了图像传感器的信号读出速度的高速通信。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的光空间传输装置100的构成例的图。

图2是具体表示本发明的第一发光部103和图像传感器105的图。

图3是用于说明本发明的光空间传输装置100的动作的图。

图4是用于详细说明在图3中说明过的初始设定动作(步骤S01～步骤S06)的流程图。

图5是用于说明本发明的分类部106所进行的像素的分类及像素的编组的概念的图。

图6是用于说明在图3的步骤S09中，图像传感器105读出各个像素的信号的动作的图。

图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的光空间传输装置200的构成例的图。

图8是具体表示了本发明的第一发光部203和图像传感器105的图。

图9是用于说明本发明的分类部106所进行的像素的分类及像素的编组的概念的图。

图10是用于说明在图3的步骤S09中，图像传感器105读出各个像素的信号的动作的图。

图11是表示本发明的图像传感器105的像素区域的一部分的图。

图12是用于说明本发明的接收装置102在具备检测引导兼用光信号的专用图像传感器的情况下的构成例的图。

图13是表示专利文献1中记载的现有的光空间传输装置300的构成的图。

图14是表示现有的光空间传输装置400的构成的图。

图15是用于说明现有的光空间传输装置400的图像传感器402读出各个像素的信号的动作的图。

附图标记说明

10-1～10-4、103-1、203-1～203-4：光源；

100、200、300、400：光空间传输装置；

101、201、301：发送装置；

102、302、401：接收装置；

103、109、203、304：发光部；

104：受光部；

105、205、402：图像传感器；

106：分类部；

107：存储部；

108：控制部；

120、403：垂直扫描电路；

121、404：水平扫描电路；

122、405：输出信号线；

206：射束分离器；

303：S-P转换部；

305：镜头；

306：PD阵列部；

307：P-S转换部；

_#1～_#64：像素；

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是表示第一实施方式所涉及的光空间传输装置100的构成例的图。如图1所示那样，光空间传输装置100具备发送装置101和接收装置102。发送装置101包括第一发光部103和受光部104。接收装置102包括X-Y地址方式的图像传感器(以下，只称为图像传感器)105、分类部106、存储部107、控制部108和第二发光部109。

图2是具体表示第一发光部103和图像传感器105的图。如图2所示那样，第一发光部103由一个光源103-1构成。图像传感器105具有由多个像素构成的像素区域。以下作为一个例子，假定图像传感器105具有16个像素来进行说明。

图3是用于说明光空间传输装置100的动作的图。以下，结合图1～图3来说明光空间传输装置100的动作概要。光空间传输装置100进行初始设定动作(步骤S01～步骤S06)、和该初始设定动作之后所执行的数据传输动作(步骤S07～步骤S09)。

首先，说明初始设定动作。第一发光部103使光源103-1发光(步骤S01)。由此，第一发光部103向图像传感器105照射用于进行数据传输的初始设定的设定光信号(参照图2)。图像传感器105用多个像素呈矩阵状排列的像素区域来接收设定光信号(步骤S02)。然后，图像传感器105依次输出各个像素的电信号。分类部106根据从图像传感器105输出的各个像素的电信号，进行后述中将详细说明的像素的分类及像素的编组处理(步骤S03)，并输出作为该处理结果的分类信息。存储部107进行分类信息的存储处理(步骤S04)，并与该存储处理并行，将表示该存储处理结束的时机的信号S2输出到第二发光部109。第二发光部109将信号S2从电信号转换成光信号(以下，称为电光转换)，并作为数据发送请求信号向发送装置101的受光部104发射(步骤S05)。受光部104接收数据发送请求信号(步骤S06)。

下面，说明数据传输动作。受光部104接收到数据发送请求信号，便向第一发光部103输出数据发送开始信号S3。第一发光部103被输入数据发送开始信号S3，则将用光源103-1对传输数据S1进行了电光转换后的数据光信号照射到图像传感器105(步骤S07)。图像传感器105用像素区域来接收数据光信号(步骤S08)。在此，假定数据光信号所照射的像素与在步骤S02中设定光信号所照射的像素相等。即，假定第一发光部103与图像传感器105的位置关系在初始设定动作时和数据传输动作时不变。控制部108使用存储部107中存储了的分类信息，通过后述中将详细说明的方法来控制图像传感器105的动作，使其读出各个像素的电信号(步骤S09)。由此，图像传感器105便重现传输数据S1。

图4是用于详细说明在图3中说明过的初始设定动作(步骤S01～步骤S06)的流程图。在此，图4所示的步骤S01、S02、S04及S05分别与图3所示的步骤S01、S02、S04及S05相同。此外，图4所示的步骤S03-1～S03-6是构成图3所示的步骤S03的步骤。图5是用于说明分类部106所进行的像素的分类及像素的编组的概念的图。图5作为一个例子，表示排列有像素_#1～_#16的图像传感器105。此外，作为一个例子，表示从第一发光部103的光源103-1发射出的设定光信号主要照射于像素_#6、_#7、_#10及_#11的场合。

以下，结合图4及图5对初始设定动作进行详细说明。首先，第一发光部103的光源103-1发光(步骤S01)，设定光信号照射于图像传感器105(参照图2)。图像传感器105接收设定光信号(步骤S02)。以下作为一个例子，对于如图5所示那样设定光信号主要照射于图像传感器105的像素_#6、_#7、_#10及_#11的情况进行说明。

分类部106判断分类对象的像素_#1的序号是否比最后的像素_#16的序号还大(步骤S03-1)。由于分类对象的像素_#1的序号不比最后的像素_#16的序号大，所以进入步骤S03-2。其次，分类部106从图像传感器105的输出中提取像素_#1的接收功率电平(Pr₁)(步骤S03-2)。其次，分类部106判断提取出的接收功率电平(Pr₁)是否在规定的阈值以上(步骤S03-3)。由于设定光信号未照射于像素_#1(参照图5)，所以判断为Pr₁不在规定的阈值以上，而进入步骤S03-5。其次，分类部106将像素_#1的序号加1，并将下一个分类对象的像素作为像素_#2(步骤S03-5)，而后回到步骤S03-1。以下同样，由于设定光信号几乎没有照射到像素_#2～_#5(参照图5)，所以判断为像素_#2～_#5的接收功率电平(Pr₂～Pr₅)中哪一个都不在规定的阈值以上，从而回到步骤S03-1。

其次，分类部106判断分类对象的像素_#6的序号是否比最后的像素_#16的序号还大(步骤S03-1)。由于分类对象的像素_#6的序号不比最后的像素_#16的序号大，所以进入步骤S03-2。其次，分类部106从图像传感器105的输出中提取像素_#6的接收功率电平(Pr₆)(步骤S03-2)。其次，分类部106判断提取出的接收功率电平(Pr₆)是否在规定的阈值以上(步骤S03-3)。由于设定光信号照射着像素_#6(参照图5)，所以判断为Pr₆在规定的阈值以上，从而进入步骤S03-4。其次，分类部106保持像素区域中的像素_#6的位置(步骤S03-4)。其次，分类部106将像素_#6的序号6加1，并作为分类对象的像素_#7(步骤S03-5)，而后回到步骤S03-1。同样，由于设定光信号照射着像素_#7(参照图5)，所以判断为像素_#7的接收功率电平(Pr₇)在规定的阈值以上，从而像素区域中的像素_#7的位置被保持。

以下同样地将像素_#8～_#16作为分类对象的像素而重复进行步骤S03-1～步骤S03-5的动作，在步骤S03-5中分类对象的像素成为像素_#17(实际上像素_#17不存在)，则回到步骤S03-1。其结果，分类部106保持像素区域中的像素_#6、_#7、_#10及_#11的位置。也就是说，通过步骤S03-1～步骤S03-5，具有规定的阈值以上的接收功率电平的像素被分类(提取)，而该像素在像素区域中的位置被分类部106所保持。

其次，分类部106判断分类对象的像素_#17的序号是否比最后的像素_#16的序号还大(步骤S03-1)。由于分类对象的像素_#17的序号比最后的像素_#16的序号大，所以进入步骤S03-6。其次，分类部106以位置间的连续性为基准，对保持着的像素区域中的各个像素的位置建立相关性并进行编组。具体而言，分类部106将在像素区域中，在保持着的各个像素位置中、具有由于相邻而连续的位置关系的多个像素位置分为一个组。更具体地说是，如图5所示那样，分类部106将具有由于相邻而连续的位置关系的像素_#6、_#7、_#10及_#11的位置分为一个组。由此，分类部106可以将接收同一光信号的像素(像素_#6、_#7、_#10及_#11)分为一组(步骤S03-6)。其后，分类部106制作表示编组后的像素的分类信息。另外，分类部106也可以在步骤S03-6中不考虑上述像素的位置间的连续性，而只将保持着的各个像素位置作为一个组。

存储部107进行分类信息的存储处理(步骤S04)，并与该存储处理并行地向第二发光部109输出表示该存储处理结束的时机的信号S2。第二发光部109将信号S2进行电光转换，并作为数据发送请求信号向发送装置101的受光部104发射(步骤S05)。受光部104接收数据发送请求信号(图4中未示出)。

在此，说明图4的步骤S03-3所使用的接收功率电平的阈值的设定方法的例子。作为一个例子，设定错误率达到10^-12的接收功率电平(阈值)。另外，以下假定为每单位像素的受光功率较小，并且噪声成分主要为热噪声的情况(可以忽略散射噪声及光源的相对强度噪声等的情况)。

首先考虑只用一个像素来接收光信号的情况。一般情况下，接收了二值的光信号时的错误率可以采用补余误差函数(erfc)、用以下的数式1来表示。

【数1】

在此，I₁是有光信号照射时的像素的受光电流，I₀是无光信号照射时的像素的受光电流，σ是热噪声电流。将识别电流电平作为(I₁-I₀)/2。此外，将数据传输速度作为100MHz，光电转换效率作为0.5，消光比作为6dB，噪声电流密度作为10pA/√Hz。在此情况下，根据数式1得到错误率达到10^-12的接收功率电平(阈值)为-24.3dBm。

下面，考虑用本实施方式那样进行了编组的多个像素来接收光信号的情况。在此情况下，将编组后的像素的数目作为k，将数式1扩张，则可以用以下的数式2来表示错误率。

【数2】

在此，σ是对于每个像素所发生的热噪声电流，假定对于所有像素都相等。此外，I_1ij及I_0ij分别是在像素区域的坐标(i，j)有光信号照射时的像素的受光电流及无光信号照射时的像素的受光电流。在此情况下，根据数式2，为了使错误率达到10^-12，必需满足以下的数式3。

【数3】

$\frac{\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}(I_{1\mathrm{ij}}-I_{0\mathrm{ij}})}{\sqrt{k}\mathrm{\σ}}=14.07$

由此，如果能够检测出被光信号照射的各个像素的受光电流(I_1ij，I_{0i j})的话，通过选择进行编组的像素，便可以设定满足数式3的接收功率电平(阈值)。另外，如果不能检测出被光信号照射的各个像素的受光电流(I_1ij，I_{0 ij})，从而还不能决定k的情况下，通过采用了数式1的方法来设定接收功率电平(阈值)即可。

图6是用于说明在图3的步骤S09中，图像传感器105读出各个像素的信号的动作的图。如图6所示那样，图像传感器105具备垂直扫描电路120、水平扫描电路121、像素_#1～_#16及输出信号线122。另外，为了便于说明，用斜线表示像素_#6、_#7、_#10及_#11之外的像素。

控制部108读出存储部107所存储的分类信息(表示编组后的像素的信息)，并按照该分类信息，控制图像传感器105的像素信号读出动作。以下，更具体地进行说明。控制部108读出存储部107所存储的、表示像素_#6、_#7、_#10及_#11是一个组的分类信息。其次，控制部108按照所读出的分类信息来控制图像传感器105的垂直扫描电路120及水平扫描电路121，以同时读出像素_#6、_#7、_#10及_#11的信号，并将读出的各个像素的信号相加后同时输出到输出信号线122。像素_#6、_#7、_#10及_#11之外的像素的信号不被读出。

如此，控制部108按照分类信息，一并读出被光信号照射的像素的信号，另一方面，未被信号照射的像素的信号则不被读出。也就是说，现有的光空间传输装置400所具备的图像传感器402是按像素依次读出全像素的信号，而控制部108则是使图像传感器105只一并读出被光信号照射的像素的信号。由此，控制部108在具备了有16个像素的图像传感器(作为一个例子说明过)的情况下，可以将读出动作从16回减少为1回。

如上所述那样，第一实施方式所涉及的光空间传输装置100通过初始设定动作来确定接收光信号的像素，并对接收同一光信号的像素进行编组。然后，在数据传输动作中，光空间传输装置100同时读出被编组后的像素的信号。由此，光空间传输装置100能够与现有的光空间传输装置400一样地缓和严密的光轴调整的同时，比现有的光空间传输装置400更大幅度地提高图像传感器的信号读出速度，从而实现高速通信。

另外，在第一实施方式中，通过光空间传输，向发送请求信号的发送装置101进行了反馈。然而，发送请求信号的反馈并不限定于通过光空间传输来进行，只要能够从接收装置102向发送装置101传输发送请求信号，也可以采用其他方法。在此情况下，例如，通过在接收装置102中配备发送发送请求信号的发送部，来取代第二发光部109；通过在发送装置101中配备接收发送请求信号的接收部，来取代受光部104。

此外，在第一实施方式中，说明了发送装置101在接收到发送请求信号之后开始进行数据发送的例子。然而，发送装置101也可以在接收装置102中分类信息被存储部107所存储的时机，开始进行数据发送。在此情况下，将不需要受光部104及第二发光部109(参照图1)。

此外，在第一实施方式中，说明了存储部107将表示存储部107结束分类信息存储的时机的信号S2输出到第二发光部109的例子。然而，信号S2也可以由分类部106或控制部108输出到第二发光部109。

此外，在第一实施方式中，第一发光部103所进行的调制方式可以是直接调制方式，也可以是外部调制方式。

此外，在第一实施方式中，说明了具备一个输出信号线的图像传感器105。然而，也可以采用具备多个输出信号线的图像传感器。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，说明了沿着1个光轴传输光信号的情况，而在第二实施方式中将说明沿着多个光轴传输光信号的情况。在此，在图像传感器的各个像素的动作期间中，存在蓄积信号的信号蓄积期间、和将蓄积了的信号读出的信号读出期间。即，各个像素在信号读出期间中不能蓄积信号。由此，通过沿着多个光轴来传输光信号，可以在将某一组像素的信号一并读出的期间(信号读出期间)中，对其他组的像素蓄积信号。也就是说，根据第二实施方式，在进行数据通信之际，通过沿着多个光轴传输光信号，可以避免因信号读出期间而产生的传输速度降低。另一方面，在第二实施方式中，在进行数据通信之际，发送侧须将构成各个光轴的光信号依次向图像传感器照射，而接收侧须将各组像素的信号按组来依次读出。

图7是表示第二实施方式所涉及的光空间传输装置200的构成例的图。如图7所示那样，光空间传输装置200是将第一实施方式中的光空间传输装置100(参照图1)中的发送装置101置换成发送装置201而构成的。发送装置201是将光空间传输装置100的发送装置101中的第一发光部103置换成第一发光部203而构成的。此外，在光空间传输装置200的构成要素中，对于与光空间传输装置100的构成要素相同的构成要素使用相同的参照符号，并省略重复的说明。

图8是具体表示第一发光部203和图像传感器105的图。如图8所示那样，第一发光部203由S-P转换部(未图示)和4个光源203-1、203-2、203-3及203-4构成。图像传感器105具有由多个像素构成的像素区域。沿着从4个光源203-1、203-2、203-3及203-4发射出的4个光轴的光信号，分别互不重叠地照射在图像传感器105的像素区域。以下作为一个例子，假定图像传感器105具有64个像素来进行说明。

图9是用于说明分类部106所进行的像素的分类及像素的编组的概念的的图。如图9所示那样，在图像传感器105的像素区域排列有像素_#1～_#64。此外，图9表示，从第一发光部203的光源203-1发射出的作为设定光信号的设定光信号A主要照射于像素_#10、_#11、_#18及_#19；从光源203-2发射出的作为设定光信号的设定光信号B主要照射于像素_#14、_#15、_#22及_#23；从光源203-3发射出的作为设定光信号的设定光信号C主要照射于像素_#42、_#43、_#50及_#51；从光源203-4发射出的作为设定光信号的设定光信号D主要照射于像素_#46、_#47、_#54及_#55的情况。

以下，借用在第一实施方式的说明中使用过的图3及图4，来说明光空间传输装置200的动作。首先，说明初始设定动作。发送装置201只使光源203-1发光(步骤S01)。此时，图像传感器105的像素区域只被图9所示的设定光信号A照射。图像传感器105如图9所示那样，通过像素_#10、_#11、_#18及_#19接收被照射的设定光信号A(步骤S02)。分类部106重复进行步骤S03-1～步骤S03-5的动作，以保持像素_#10、_#11、_#18及_#19的像素位置。其次，分类部106根据所保持的像素位置，将接收设定光信号A的像素_#10、_#11、_#18及_#19编成一个组(以下，称为A组)(步骤S03-6)。其次，分类部106制作表示A组的分类信息。存储部107存储制作了的分类信息(步骤S04)。

其次，发送装置201只使光源203-2发光(步骤S01)。此时，图像传感器105的像素区域只被图9所示的设定光信号B照射。图像传感器105如图9所示那样，通过像素_#14、_#15、_#22及_#23来接收被照射的设定光信号B(步骤S 02)。分类部106重复进行步骤S03-1～步骤S03-5的动作，以保持像素_#14、_#15、_#22及_#23的像素位置。其次，分类部106根据保持了的像素位置，将接收设定光信号B的像素_#14、_#15、_#22及_#23编成一个组(以下，称为B组)(步骤S03-6)。其次，分类部106制作表示B组的分类信息。存储部107存储制作了的分类信息(步骤S04)。

以下，同样地进行只使光源203-3发光的步骤S01～步骤S04的动作，其后，进行只使光源203-4发光的步骤S01～步骤S04的动作。由此，存储部107存储表示由接收设定光信号C的像素_#42、_#43、_#50及_#51所构成的C组的分类信息、和表示由接收设定光信号D的像素_#46、_#47、_#54及_#55所构成的D组的分类信息。其后，进行步骤S05及步骤S06的动作，而结束初始设定动作。

在此，表示A～D组的分类信息中，包含表示分别接收到设定光信号A～D的顺序的受光顺序信息。此外，在上述初始设定动作中，发送装置201使光源203-1～203-4发光的顺序，与在后述中将要说明的数据传输动作中发送装置201使光源203-1～203-4发光的顺序相同。也就是说，受光顺序信息表示，在数据传输动作中各组的像素接收光信号的顺序。由此，接收装置102的存储部107，在存储接收多个光信号的像素组的同时，还可以存储表示在数据传输动作中各组的像素接收光信号的顺序的受光顺序信息。

下面，参照图3来说明数据传输动作。发送装置201的第一发光部203通过S-P转换部，将串行形式的传输数据S1转换成并行形式的传输数据，并将该并行形式的传输数据分别输入到对应的光源。其次，第一发光部203根据并行形式的传输数据使各个光源发光(参照图8)。此时，第一发光部203通过使各个光源按光源203-1、光源203-2、光源203-3、光源203-4的顺序发光，将光信号照射于图像传感器105(步骤S07)。

在此，将光源203-1发光而照射的光信号作为光信号A，将光源203-2发光而照射的光信号作为光信号B，将光源203-3发光而照射的光信号作为光信号C，将光源203-4发光而照射的光信号作为光信号D。如此，光信号A、光信号B、光信号C及光信号D所照射的像素将分别与初始设定动作时的设定光信号A、设定光信号B、设定光信号C及设定光信号D所照射的像素相等(参照图9)。即，初始设定动作时与数据传输动作时，第一发光部203与图像传感器105之间的位置关系保持不变。

其次，图像传感器105用像素区域来依次接收光信号A、光信号B、光信号C及光信号D(步骤S08)。

图10是用于说明在图3的步骤S09中，图像传感器105读出各个像素的信号的动作的图。如图10所示，图像传感器105包括垂直扫描电路120、水平扫描电路121、像素_#1～_#64和输出信号线122。在此，属于A组的像素_#10、_#11、_#18及_#19，属于B组的像素_#14、_#15、_#22及_#23，属于C组的像素_#42、_#43、_#50及_#51以及属于D组的像素_#46、_#47、_#54及_#55分别如粗线所围成的区域所示。此外，斜线表示未包含在A～D组中的像素。

其次，控制部108读出存储部107所存储的分类信息。在此，分类信息是表示A～D组的像素的信息，和表示光信号A～D分别照射A～D组的像素的顺序的信息。其次，控制部108按照分类信息控制图像传感器105的垂直扫描电路120及水平扫描电路121，以将A～D组的像素的信号依次按组一并读出(步骤S09)。以下进行更具体的说明。控制部108同时读出接收了光信号A的A组的像素的信号，将读出了的各个像素的信号相加后输出到输出信号线122。其后，控制部108同时读出接收了光信号B的B组的像素的信号，并将读出了的各个像素的信号相加后输出到输出信号线122。以下同样地，控制部108将C组的像素的信号同时读出并输出到输出信号线122之后，将D组的像素的信号同时读出并输出到输出信号线122。如此，控制部108将依次接收了光信号A～D的A～D组的像素的信号分别依次一并读出。在此，A～D组的像素之外的像素的信号不被读出。

如此，控制部108按照分类信息，将各组像素的信号依次按组一并读出，而没有被光信号照射的像素的信号则不被读出。由此，控制部108在配备了有64个像素的图像传感器(作为一个例子说明过)的情况下，可以将读出动作从64回减少到4回。并且，控制部108依次读出按顺序接收被照射的光信号A～D的A～D组的像素的信号。由此，控制部108能够一直使A～D组的像素中的任何一个接收光信号A～D中的任何一个。其结果，控制部108可以避免因像素信号的信号读出期间而发生的传输速度降低。

如上所述那样，第二实施方式所涉及的光空间传输装置200，不但与第一实施方式所涉及的光空间传输装置100同样，能够缓和严密的光轴调整，而且还能使通信速度超过光空间传输装置100。

另外，在第二实施方式中，也可以将阵列型光源作为第一发光部203所包含的多个光源来使用。

此外，以上对通过在初始设定动作中使光源依次发光，每当光源发光便依次读出所有像素的信号(以下，称为全扫描)，来将数据传输动作时的光源的发光顺序通知接收侧的方法(以下，称为第一方法)进行了说明。然而，在第一方法中，由于全扫描的回数与光源数(光信号的数目)成比例地增加，所以初始设定动作需要比较长的时间。以下则对初始设定方法的其他例子(第二～第四方法)进行简单说明。

第二方法是使全部光源同时发光，而只进行一次全扫描的方法。此时，各光源分别发射出光强度与数据传输动作时的发光顺序相对应的设定光信号。在第二方法中，接收侧根据所接收的设定光信号的光强度，而得知数据传输动作时的光源的发光顺序。此时，接收侧例如针对接收电平而设定多个阈值，以判别所接收的设定光信号的光强度。由此，在第二方法中，初始设定动作不需要较长时间。另一方面，在第二方法中，在光源数较多(设定光信号的数目较多)的情况下，各设定光信号间的光强度差变小。其结果，由于判别发光顺序所需要的信噪比(S/N)变小，所以在接收侧，发光顺序的判别发生错误的几率变高。

第三方法是将第一方法与第二方法并用的方法。例如，是在有4个光源的情况下，对于2个光源(第一光源群)执行第二方法，然后对于其他的2个光源(第二光源群)执行第二方法的方法。根据第三方法，在接收侧进行的发光顺序判别的准确性得到提高的同时，还可以缩短初始设定动作所需要的时间。

第四方法是，在执行第一～第三方法之前使全部光源同时发光，以将用于限定分类对象的像素的像素限定用设定光信号照射于像素区域，从而进行一次全扫描的方法。由此，接收设定光信号的像素(分类对象的像素)便被确定(限定)。其后，第四方法是只将确定了的像素作为对象来执行第一～第三方法。根据第四方法，由于可以限定在第一～第三方法中采用的全扫描的对象像素，所以与第一～第三方法相比，能够缩短初始设定动作所需要的时间。

(第三实施方式)

在第一及第二实施方式中，以发送装置与接收装置之间的位置关系不变为前提进行了说明。而在第三实施方式中，将对第一及第二实施方式的光空间传输装置中，即使发送装置与接收装置之间的位置关系发生变化而使光轴偏离，也可以正确地进行数据通信的构成进行说明。以下作为一个例子，以第二实施方式的光空间传输装置200为对象来进行说明。

在第三实施方式中，发送装置201还具备作为光轴补正用的光源的引导光源。另外，也可以是第一发光部203配备引导光源。引导光源将作为光轴补正用的光信号的引导光信号照射于图像传感器105的像素区域。图11是表示图像传感器105的像素区域的一部分的图。作为一个例子，图11中像素_#23、_#24、_#33及_#34被引导光信号照射着。如图11所示那样，接收装置102的分类部106将被引导光信号照射的像素_#23、_#24、_#33及_#34编成一个组(以下，称为E组)。此外，接收装置102的分类部106将包围E组像素的像素分为四份，将各个像素的组作为F组(像素_#12、_#13、_#22)、G组(像素_#14、_#15、_#25)、H组(像素#35、_#44、_#45)及I组(像素_#32、_#42、_#43)。在此，F组～I组的像素是检测光轴偏离的像素。

接收装置102的分类部106定期地按组读出F组～I组的像素的信号。由此，接收装置102的分类部106由于可以定期地检测出F组～I组像素的信号电平的变化，所以能够检测出光轴的偏离方向及偏离距离。例如，在F组的像素的信号电平大幅上升的情况下，接收装置102的分类部106能够检测出光轴从E组向F组的方向大幅偏离的情况(参照图11)。然后，接收装置102的控制部108相应于检测出的光轴的偏离，通过改变接收用来进行数据通信的光信号的像素(参照图10)来补正光轴。其结果，接收装置102即便是在光轴偏离的情况下，也能够正确地接收光信号。

如上所述那样，根据第三实施方式，第一及第二实施方式的光空间传输装置中，即使发送装置与接收装置之间的位置关系发生变化，而使光轴偏离也能够补正光轴而正确地进行数据通信。

另外，上述说明中，接收装置102相应于检测出的光轴偏离，来改变接收用来进行数据传输的光信号的像素。然而，也可以是，接收装置102不改变受光的像素，而是使图像传感器105移动，或使将光信号聚光于图像传感器105的镜头(未图示)移动。此外，发送装置101也可以使光源移动。

此外，上述说明中，将包围E组的像素的像素分成四份，从而设定了4个光轴偏离检测用的像素组。然而，也可以相应于所希望的光轴偏离的检测精度而将光轴偏离检测用的像素组设定为2个以上。

此外，上述说明中，发送装置201配备有一个引导光源。然而，发送装置201也可以配备多个引导光源。由此，在接收装置102中，即便在一个引导光信号不能被正常接收的情况下，其他的引导光信号也能被正常接收，从而能够更加稳定地进行光轴偏离的补正。

此外，上述说明中，将光轴补正用的引导光源设置于发送装置201，并发射出引导光信号。然而，也可以不设置光轴补正用的引导光源，而是将数据传输用的光源203-1等(参照图8)所发射的光信号作为引导光信号来兼用。在此，一般情况下，数据传输中采用的光调制方式中，使用OOK(ON/OFF Keying：二进制启闭键控)，因此无传输数据的期间中，数据传输用的光源203-1等的发光功率为0。此时，接收装置102得不到用于光轴补正的光信号。因此，在将数据传输用的光源203-1等所发射的光信号作为引导光信号兼用的情况下，较佳的是，例如，即使在无传输数据的期间也使光源发光那样进行调制。

此外，接收装置102也可以配备用于检测作为引导光信号兼用的光信号(以下，称为引导兼用光信号)的专用图像传感器(以下，称为光轴补正用图像传感器)。另外，光轴补正用图像传感器不限于XY地址方式图像传感器。图12是用于说明接收装置102配备有光轴补正用图像传感器时的构成例的图。如图12所示那样，接收装置102还包括，光轴补正用图像传感器205，及将射入的引导兼用光信号分割以照射光轴补正用图像传感器205和图像传感器105的射束分离器206。由此，接收装置102例如可以通过图像传感器105来接收多个光信号的同时，通过光轴补正用图像传感器205检测出一个引导兼用光信号。由此，接收装置102可以通过光轴补正用图像传感器205，不用等待读出多个光信号而迅速地读出引导兼用光信号。其结果，可以实现高速光轴补正。

(工业实用性)

本发明可被应用于采用图像传感器而缓和了严密的光轴调整的光空间传输装置等，特别是有效于，提高从图像传感器读出数据的读出速度，从而实现高速通信的场合等。

Claims (24)

1.一种光空间传输装置，将光信号从发送装置传输到接收装置，其特征在于，

所述发送装置包括具有发射一个光信号的光源的第一发光部，

所述接收装置包括：

XY地址方式图像传感器，具有由多个像素构成的像素区域，且用该像素区域来接收所述光信号；

分类部，制作将所述多个像素中的被所述光信号照射的像素分类成像素组的分类信息；以及

控制部，根据所述分类信息控制所述X Y地址方式图像传感器，以同时读出属于所述像素组的像素的信号。

2.根据权利要求1所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部通过在开始发射所述光信号之前使所述光源发光，来发射用于进行初始设定的设定光信号，

所述XY地址方式图像传感器用所述像素区域来接收所述设定光信号，

所述分类部通过将所述多个像素中、所述设定光信号的接收电平在规定阈值以上的像素提取出来编成组，来制作所述分类信息。

3.根据权利要求1所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述控制部不读出所述多个像素中的所述像素组之外的像素的信号。

4.根据权利要求1所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收装置还包括存储所述分类信息的存储部，

所述控制部读出所述存储部中存储了的所述分类信息，以控制所述XY地址方式图像传感器。 

5.根据权利要求4所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收装置还包括发送部，该发送部向所述发送装置发送请求传输数据的信号，

所述发送装置还包括接收部，该接收部接收请求传输从所述发送部发送了的所述数据的信号。

6.根据权利要求5所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述发送部是第二发光部，该第二发光部向所述发送装置发射请求传输所述数据的光信号，

所述第二发光部在所述存储部结束存储所述分类信息的规定时机，发射请求传输所述数据的光信号。

7.根据权利要求6所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收部是受光部，该受光部接收从所述第二发光部发射来的请求传输所述数据的光信号，并将该光信号转换为电信号，

所述电信号从所述受光部输入到所述第一发光部，该第一发光部开始发射光信号。

8.根据权利要求1所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部还包括引导光源，该引导光源发射用于补正光轴的偏离的引导光信号，

所述XY地址方式图像传感器还用所述像素区域来接收所述引导光信号，

所述分类部还检测所述多个像素中的被所述引导光信号照射的像素的位置变化，

所述控制部还根据所述位置变化来补正所述光轴的偏离。

9.根据权利要求1所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述分类部还检测被所述光信号照射的像素的位置变化， 

所述控制部还根据所述位置变化来补正光轴的偏离。

10.根据权利要求1所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收装置还包括：

补正用图像传感器，用于补正光轴的偏离；及

射束分离器，将所述光信号分割，以照射所述补正用图像传感器和所述XY地址方式图像传感器，

所述补正用图像传感器用由多个像素构成的像素区域来接收所述光信号，

所述分类部还检测所述补正用图像传感器的被所述光信号照射的像素的位置变化，

所述控制部还根据所述位置变化来补正所述光轴的偏离。

11.一种光空间传输装置，将光信号从发送装置传输到接收装置，其特征在于，

所述发送装置包括具有发射多个光信号的多个光源的第一发光部，

所述接收装置包括：

XY地址方式图像传感器，具有由多个像素构成的像素区域，且用该像素区域来接收所述多个光信号；

分类部，制作分类信息，该分类信息用于将所述多个像素中的被各个所述多个光信号照射的像素整编成各自的像素组，从而分类成对应于所述多个光信号的多个像素组；以及

控制部，根据所述分类信息控制所述X Y地址方式图像传感器，以将属于所述多个像素组的像素的信号按像素组同时读出。

12.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部通过在开始发射所述多个光信号之前，使所述多个光源依次发光，来依次发射用于进行初始设定的多个设定光信号，

所述XY地址方式图像传感器用所述像素区域来依次接收所述多个设定光 信号，

所述分类部通过每当所述多个设定光信号被依次接收，便将所述多个像素中、接收电平在规定阈值以上的像素提取出来编成一个组，来制作所述分类信息。

13.根据权利要求12所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部还在依次发射所述多个设定光信号之前，使所述多个光源全部同时发光，从而同时发射多个像素限定用设定光信号，

所述分类部只以接收到所述多个像素限定用设定光信号的像素为对象，来制作所述分类信息。

14.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部通过在开始发射所述多个光信号之前，使所述多个光源以互不相同的光强度同时发光，来同时发射用于进行初始设定的多个设定光信号，

所述XY地址方式图像传感器，用所述像素区域来同时接收所述多个设定光信号，

所述分类部，通过将接收到所述多个设定光信号的像素相应于接收电平进行编组，来制作所述分类信息。

15.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部通过在开始发射所述多个光信号之前，使将所述多个光源分割而成的多个光源群各自所包含的光源以互不相同的光强度、按所述光源群同时发光，从而将用于进行初始设定的多个设定光信号按所述光源群同时发射，

所述XY地址方式图像传感器，用所述像素区域来同时接收每个所述光源群的所述多个设定光信号，

所述分类部通过每当每个所述光源群的所述多个设定光信号被接收，便将接收到所述多个设定光信号的像素相应于接收电平进行编组，来制作所述分类信息。 

16.根据权利要求15所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部还在将每个所述光源群的多个设定光信号同时发射之前，使所述多个光源全部同时发光，从而同时发射多个像素限定用设定光信号，

所述分类部只以接收到所述多个像素限定用设定光信号的像素为对象，来制作所述分类信息。

17.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述控制部不读出所述多个像素中的所述多个像素组之外的像素的信号。

18.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收装置还包括存储所述分类信息的存储部，

所述控制部读出所述存储部中存储了的所述分类信息，以控制所述XY地址方式图像传感器。

19.根据权利要求18所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收装置还包括发送部，该发送部向所述发送装置发送请求传输数据的信号，

所述发送装置还包括接收部，该接收部接收从所述发送部发送了的请求传输所述数据的信号。

20.根据权利要求19所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述发送部是第二发光部，该第二发光部向所述发送装置发射请求传输所述数据的光信号，

所述第二发光部在所述存储部结束存储所述分类信息的规定时机，发射请求传输所述数据的光信号。

21.根据权利要求20所述的光空间传输装置，其特征在于， 

所述接收部是受光部，该受光部接收从所述第二发光部发射来的请求传输所述数据的光信号，并将该光信号转换成电信号，

所述电信号从所述受光部输入到所述第一发光部，该第一发光部开始发射光信号。

22.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述第一发光部还包括引导光源，该引导光源发射用于补正光轴的偏离的引导光信号，

所述XY地址方式图像传感器还用所述像素区域来接收所述引导光信号，

所述分类部还检测所述多个像素中的被所述引导光信号照射的像素的位置变化，

所述控制部还根据所述位置变化来补正所述光轴的偏离。

23.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述分类部还检测被所述多个光信号中的至少一个照射的像素的位置变化，

所述控制部还根据所述位置变化来补正光轴的偏离。

24.根据权利要求11所述的光空间传输装置，其特征在于，

所述接收装置还包括：

补正用图像传感器，用于补正光轴的偏离，以及

射束分离器，将所述多个光信号中的至少一个分割，以照射所述补正用图像传感器和所述XY地址方式图像传感器，

所述补正用图像传感器用由多个像素构成的像素区域来接收所述多个光信号中的至少一个，

所述分类部还检测所述补正用图像传感器的被所述多个光信号中的至少一个照射的像素的位置变化，

所述控制部还根据所述位置变化来补正所述光轴的偏离。 

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