JP2000244408A - 光空間通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、容易に光軸合わせが可能で、しか
も昼に使用でき、安価な光空間通信装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 受信モジュール２の通信光線の投光目標
点にあたる集光レンズ21の近傍に、再帰反射体26を配置
し、送信モジュール１に、通信光線の光軸を２次元走査
するスキャナ15と水平駆動機構３と、再帰反射体26より
反射された通信光線を検出する電気信号に変換する受光
素子17と、スキャナ15と水平駆動機構３により光軸を走
査しつつ、各走査座標で受光素子17により検知された反
射通信光線の電気信号が最大レベル（受光レベル）の走
査座標を求め、この走査座標に光軸を調整する光軸合わ
せ制御部18を備える。この構成によれば、再帰反射体の
使用により、光軸合わせを簡単に、短時間に調整するこ
とができ、また特殊な装置を使用しないことから安価
で、かつメンテナンスを容易にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信信号を空間伝
搬光線に変換し、離れた２地点間の光通信を行う光空間
通信装置、特にその光軸合わせを行う装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】上記光空間通信装置において、その光軸
を合わせる従来の方法としては下記の方法がある。 １．望遠鏡やパイプを覗いて合わせる方法。 ２．望遠鏡と空間伝搬光線の光学系を一体化する方法。 ３．受光レベルの視覚的モニターを使用する方法。 ４．３．で、さらに上下、左右のレベル差まで確認でき
るようにする方法。 ５．受光レベルの聴覚的モニターを使用する方法。 ６．５．で、さらに上下、左右のレベル差まで確認でき
るようにする方法。 ７．不可視である赤外線を可視化する装置（ＩＲピュ
ア）を使用し、スポットを見ながら光軸を合わせる方
法。 ８．６．で光軸を合わせるための専用の可視光線を備え
る方法。 ９．空間伝搬光線に可視光線を使用し、スポットを見な
がら光軸を合わせる方法。 10．光を広げて光軸合わせを容易にする方法。 11．上記方法を組合せたもの。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記光軸を合
わせる従来の各方法１〜11は下記の問題を有している。 １．空間伝搬光と望遠鏡の光軸に多少の誤差があり、望
遠鏡のみでは遠く離れると光軸合わせは不可能となる。 ２．光学系が複雑となり、高価となる。 ３．４．光軸がどこに飛んでいるのかわからず、他の方
法で最初に調整してやる必要がある。 ５．６．光がどこに飛んでいるのかわからず、他の方法
で最初に調整してやる必要がある。 ７．特別の装置が必要であり、しかも昼は太陽光の赤外
線反射が多く夜しか使用できない。また光空間通信用赤
外線は弱く、外乱光のある場合には使用できない。 ８．９．特別の装置なく可能であるが、やはり夜のみし
か使用できない。また光線の回折などによる広がりのた
め長距離ではスポットが肉眼では確認できなくなる。 10．簡単に光軸は合うが、光の減衰が激しく距離が離れ
ると使用できない。 11．それぞれの問題を有している。

【０００４】そこで、本発明は、容易に光軸合わせが可
能で、しかも昼に使用でき、安価な光空間通信装置を提
供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の光空間通信装置は、送信モジュール
において通信信号を空間伝搬光線に変換して照射し、受
信モジュールにおいて前記通信光線を受光して通信信号
へ復元することにより、離れた２地点間の光空間通信を
行う光空間通信装置であって、前記受信モジュールの前
記通信光線の投光目標点の近傍に、再帰反射体を配置
し、前記送信モジュールに、前記通信光線の光軸を２次
元走査する走査手段と、前記再帰反射体より反射された
通信光線のレベルを検知する検知手段と、前記走査手段
により光軸を走査しつつ、前記検知手段により検知され
た反射通信光線のレベルが最大のときの走査座標を求
め、この最大レベルの走査座標に光軸を調整する制御手
段を備えたことを特徴とするものである。

【０００６】上記構成によると、光軸が走査され、再帰
反射体により反射された通信光線のレベルが最大レベル
の走査座標に光軸が合わせられる。このとき光信号のス
ポットは受信モジュールの受光位置に照射され、通信路
が確保される。請求項２に記載の光空間通信装置は、請
求項１記載の光空間通信装置であって、前記制御手段
に、予め記憶された前記再帰反射体と投光目標点の位置
関係に基づいて、調整した前記再帰反射体に有る光軸の
位置より、前記投光目標点に光軸を調整する機能を付加
したことを特徴とするものである。

【０００７】上記構成によると、再帰反射体と投光目標
点の位置関係に基づいて光信号のスポットの中心は再帰
反射体から投光目標点へ移動される。よって、以後、光
信号のスポットに多少のずれが発生しても、通信路は確
保される。請求項３に記載の光空間通信装置は、請求項
１または請求項２記載の光空間通信装置であって、前記
送信モジュールに、前記通信光線の光軸の径を変化させ
る光軸駆動手段を備え、前記制御手段に、前記光軸駆動
手段を駆動して光軸を絞りあるいは拡大して照射させる
機能と、前記通信光線の発信タイミングと前記検知手段
により反射通信光線が検知される受光タイミングによ
り、送信モジュールと受信モジュール間の距離を測定す
る測距機能とを付加し、制御手段は、前記走査手段によ
り光軸の走査を開始するとき、前記光軸駆動手段により
光軸を絞って照射させ、光軸の調整後、前記測距機能に
より測定された送信モジュールと受信モジュール間の距
離に基づいて、光軸の径を、光軸駆動手段により拡大す
ることを特徴とするものである。

【０００８】上記構成によると、光軸を絞って光軸の走
査が行われ、この通信光線の発信タイミングと検知手段
により反射通信光線が検知される受光タイミングによ
り、送信モジュールと受信モジュール間の距離が測定さ
れ、光軸の調整後、測定された送信モジュールと受信モ
ジュール間の距離に基づいて、光軸の径が拡大される。
よって、光スポットを投光目標点に合わせることがで
き、かつ投光目標点全体に光スポットをあてることがで
きることができ、以後、光信号のスポットに多少のずれ
が発生しても、通信路は確保される。

【０００９】請求項４に記載の光空間通信装置は、送信
モジュールにおいて通信信号を空間伝搬光線に変換して
照射し、受信モジュールにおいて前記通信光線を受光し
て通信信号へ復元することにより、離れた２地点間の光
空間通信を行う光空間通信装置であって、前記受信モジ
ュールに、前記通信光線の投光目標点の近傍に配置した
再帰反射体と、受光した前記通信光線のレベルを検知す
る第１検知手段を備え、前記送信モジュールに、前記通
信光線の光軸を２次元走査する走査手段と、前記対向す
る受信モジュールの再帰反射体より反射された通信光線
のレベルを検知する第２検知手段と、予め前記再帰反射
体と投光目標点の位置関係を記憶し、前記走査手段によ
り光軸を走査しつつ、前記第２検知手段により検知され
た通信光線のレベルが最大のときの走査座標を求め、こ
の最大レベルの走査座標に前記通信光線の光軸を調整す
る制御手段を備え、前記再帰反射体は、この再帰反射体
に光軸が調整されたとき、通信可能な位置に配置され、
前記制御手段に、前記通信光線の光軸の調整後、前記記
憶された再帰反射体と投光目標点の位置関係に基づいて
前記光軸を走査し、このとき、前記第１検知手段により
検知された通信光線のレベルにより光軸を微調整する第
１機能を付加したことを特徴とするものである。

【００１０】上記構成によると、再帰反射体の反射通信
光線により光軸が調整され、通信路が確保された後、再
び光軸が走査され、第１検知手段により検知された通信
光線のレベルに基づいて光軸が微調整される。請求項５
に記載の光空間通信装置は、請求項４記載の光空間通信
装置であって、前記投光目標点の近傍に複数の受光素子
を配置し、前記制御手段に、前記第１機能に代えて、前
記通信光線の光軸の調整後、前記記憶された再帰反射体
と投光目標点の位置関係に基づいて前記光軸を走査し、
このとき、前記受信モジュールの前記第１検知手段およ
びそれぞれの受光素子により検知された通信光線のレベ
ルにより光軸を微調整する第２機能を付加したことを特
徴とするものである。

【００１１】上記構成によると、再帰反射体の反射通信
光線により光軸が調整され、通信路が確保された後、再
び光軸が走査され、第１検知手段およびそれぞれの受光
素子により検知された通信光線のレベルに基づいて光軸
が微調整される。請求項６に記載の光空間通信装置は、
請求項５記載の光空間通信装置であって、前記受光素子
は、通信光線の光軸と垂直に交わる面における強度分布
にしたがって配置されていることを特徴とするものであ
る。

【００１２】上記構成によると、再帰反射体の反射通信
光線により光軸が調整され、通信路が確保された後、再
び光軸が走査され、第１検知手段およびそれぞれの受光
素子により検知された通信光線のレベルが、上記強度分
布に合うように光軸が微調整される。請求項７に記載の
光空間通信装置は、請求項５または請求項６記載の光空
間通信装置であって、前記受信モジュールに、それぞれ
の受光素子により検知された通信光線のレベルにしたが
って、通信光線の光軸と投光目標点のずれ量を検知する
ずれ検知手段を設け、制御手段に、前記第２機能に代え
て、前記通信光線の光軸の調整後、前記ずれ検知手段よ
り入力したずれ量により光軸を微調整する第３機能を付
加したことを特徴とするものである。

【００１３】上記構成によると、再帰反射体の反射通信
光線により光軸が調整され、通信路が確保された後、再
び光軸が走査され、受信モジュールのそれぞれの受光素
子により検知された通信光線のレベルにしたがって、通
信光線の光軸と投光目標点のずれ量が検知され、このず
れ量により光軸が微調整される。請求項８に記載の光空
間通信装置は、送信モジュールにおいて通信信号を空間
伝搬光線に変換して照射し、受信モジュールにおいて前
記通信光線を受光して通信信号へ復元することにより、
離れた２地点間の光空間通信を行う光空間通信装置であ
って、前記受信モジュールの前記通信光線の投光目標点
の近傍に、複数の再帰反射体を配置し、前記送信モジュ
ールに、前記通信光線の光軸を２次元走査する走査手段
と、前記複数の再帰反射体より反射された通信光線のレ
ベルを検知する検知手段と、前記走査手段により光軸を
走査しつつ、各走査座標で前記検知手段により検知され
た反射通信光線のレベルを記憶し、これら反射通信光線
のレベルより各再帰反射体の中心座標を求め、これら各
再帰反射体の中心座標および予め記憶された各再帰反射
体と投光目標点の位置関係に基づいて、投光目標点の中
心座標を求め、この投光目標点の中心座標に光軸を調整
する制御手段を備えたことを特徴とするものである。

【００１４】上記構成によると、受信モジュールの投光
目標点の近傍の複数の再帰反射体の配置が、走査座標毎
の反射通信光線のレベルにより認識され、この配置によ
り投光目標点の走査座標が求められ、この投光目標点に
光軸が調整される。請求項９に記載の光空間通信装置
は、請求項８記載の光空間通信装置であって、前記複数
の再帰反射体にそれぞれ、遮光手段を設け、前記制御手
段に、前記検知手段により再帰反射体の数より多い反射
光を検知したとき、前記遮光手段の駆動信号を出力し
て、再帰反射体の反射光を識別する機能を付加したこと
を特徴とするものである。

【００１５】上記構成によると、検知された反射通信光
線のレベルにより再帰反射体の数より多い再帰反射体の
配置を確認したとき、遮光手段の駆動信号を出力して、
各再帰反射体の位置が識別され、これに基づいて投光目
標点の走査座標が求められ、この投光目標点に光軸が調
整される。請求項１０に記載の光空間通信装置は、送信
モジュールにおいて通信信号を空間伝搬光線に変換して
照射し、受信モジュールにおいて前記通信光線を受光し
て通信信号へ復元することにより、離れた２地点間の光
空間通信を行う光空間通信装置であって、前記受信モジ
ュールに、受光した前記通信光線のレベルを検知する第
１検知手段を備え、前記送信モジュールに、前記通信光
線の光軸を２次元走査する走査手段と、前記通信光線に
走査座標のデータを付加し、前記走査手段により光軸を
走査する第１制御手段を備え、前記受信モジュールに、
前記通信光線を受光すると、前記第１検知手段により検
知された通信光線のレベルが最大のときの前記通信光線
に付加された走査座標のデータを記憶し、この最大レベ
ルの走査座標のデータを出力する第２制御手段を備え、
前記第１制御手段は、前記第２制御手段より入力した走
査座標に通信光線の光軸を調整することを特徴とするも
のである。

【００１６】上記構成によると、第１検知手段により検
知された通信光線のレベルが最大のときの、通信光線に
付加された走査座標が記憶され、この走査座標により通
信光線の光軸が調整される。請求項１１に記載の光空間
通信装置は、請求項１０記載の光空間通信装置であっ
て、前記送信モジュールに、前記通信光線の光軸の径を
変化させる光軸駆動手段を備え、前記第１制御手段に、
前記走査手段により光軸の走査を開始するとき、前記光
軸駆動手段により光軸を絞って照射させ、前記第２制御
手段より入力した走査座標に通信光線の光軸を調整した
後、光軸の径を光軸駆動手段により拡大する機能を付加
したことを特徴とするものである。

【００１７】上記構成によると、光軸を絞って光軸の走
査が行われ、第２制御手段より入力した走査座標に通信
光線の光軸が調整されると、光軸が拡大され、以後、光
信号のスポットに多少のずれが発生しても、通信路は確
保される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 ［実施の形態１］図１は本発明の実施の形態１における
光空間通信装置の概略の構成図であり、図中、１Ａ，１
Ｂは送信モジュール、２Ａ，２Ｂは受信モジュール、３
は送信モジュール１Ａ，１Ｂを水平に回動する水平駆動
機構である。上記符号において英字Ａ，Ｂは、Ａ地点、
Ｂ地点に設置されていることを示す。図２に示すよう
に、Ａ地点の送信モジュール１ＡとＢ地点の受信モジュ
ール２Ｂが対向され、Ｂ地点の送信モジュール１ＢとＡ
地点の受信モジュール２Ａが対向され、双方向の通信が
行われる。図３は、光空間通信装置の光軸調整方法を示
す説明図である。

【００１９】各送信モジュール１Ａ，１Ｂは、送信する
通信信号を変調する変調器11と、この変調器11により変
調された信号を光信号に変換する発光部12と、発光部12
から出射された通信光線を、指向性の良い光線とするレ
ンズ13と、レンズ13を前後に駆動して通信光線の光軸の
径を変化させる光軸駆動部（光軸駆動手段）19と、レン
ズ13を通った通信光線を反射して出射するミラー14と、
このミラー14を鉛直方向へ回動させるスキャナ15と、受
信モジュール２Ａ，２Ｂにおいて反射された通信光線を
集光する集光レンズ16と、この集光レンズ16により集め
られた光を検出し電気信号に変換する受光素子17と、こ
の受光素子17の受光信号を入力し、前記水平駆動機構３
とスキャナ15と光軸駆動部19を駆動し、変調部11へ走査
座標データ等を出力する走査制御部（検知手段および制
御手段；詳細は後述する）18から構成されている。上記
水平駆動機構３とスキャナ15により、通信光線の光軸を
２次元走査する走査手段が構成される。

【００２０】各受信モジュール２Ａ，２Ｂは、送信モジ
ュール１Ａ，１Ｂから出射された光線を集光する集光レ
ンズ21と、この集光レンズ21により集められた光を検出
し電気信号に変換する受光素子22と、この受光素子22の
出力信号を増幅するアンプ23と、このアンプ23で増幅さ
れた信号を復調し、通信信号に復元して出力する復調器
24と、この復調器24の出力レベルにより受光の有無およ
び受光レベルを検知する受光レベルモニタ（検知手段お
よび制御手段）25と、集光レンズ21の近傍の所定位置に
配置され、送信モジュール１から出射された通信光線を
元の光軸に沿って反射する再帰反射体26から構成されて
いる。

【００２１】上記構成により、通信信号は、変調器11に
より変調され、発光部12により光信号に変換される。こ
の光信号は、レンズ13で指向性の良い光線とされ、さら
にミラー14で反射され出射される。この通信光線は空間
を伝搬し、受信モジュール１Ａ，１Ｂの集光レンズ21に
より集光され受光素子22に入射され、受光素子22で電気
信号に変換され、復調器24で復調され、通信信号に復元
される。

【００２２】また通信を開始する前に、走査制御部18が
駆動され、この走査制御部18により次の手順で光軸合わ
せが実行される。なお、予め目視で送信モジュール１Ａ
（１Ｂ）と受信モジュール２Ｂ（２Ａ）はそれぞれ対向
させて設置してあるものとする。 ｛粗調整｝最初に、光軸合わせの粗調整が実行される。
まず、光軸駆動部19により光軸の径が絞られ、予め設定
された走査座標にしたがってスキャナ15を駆動して光線
を上下方向に短周期で振動させながら、水平駆動機構３
により送信モジュール１を水平回転させる。これにより
図３の側面図のように光線は上下方向に高速で走査さ
れ、図３の上面図のように光線は水平方向に低速で走査
される。この走査により再帰反射体26と光軸が合ったと
ころで、再帰反射体26により光線が戻ってくるので、走
査しながら受光素子17の信号レベルを監視し、信号レベ
ルが最大となる走査座標を記憶する。

【００２３】走査が終了すると、受光レベルが最大の走
査座標に、スキャナ15と水平駆動機構３により光軸を合
わせ、粗調整を終了する。この光軸合わせは、各送信モ
ジュール１Ａ，１Ｂにより行われる。これら光軸合わせ
により、図４に示すように、通信光線（光信号）のスポ
ットの中心近傍は再帰反射体26の中心に有る。

【００２４】さらに、光軸を精度良く合わせたいとき、
光軸の径に関係なく、続いて下記微調整を行う（なお、
光軸の径を絞るほど、光軸調整の精度は向上する）。た
だし、予めこの時点で双方向の通信路が確保されるよう
に、受信モジュール２Ａ，２Ｂの集光レンズ21の少なく
とも一部に通信光線が照射されるよう、集光レンズ21と
再帰反射体26の距離、光軸の拡がり、光の強度を調整し
ておけば、このまま調整を終了してもよく、またそうで
ない場合には、そのまま光軸駆動部19により光軸の径を
拡大して調整を終了してもよい（このとき、光信号のス
ポットの中心は送信モジュール１Ａ，１Ｂに対向する再
帰反射体26にある。）。なお、下記微調整を行うに際
し、再帰反射体26の中心と集光レンズ21の中心（投光目
標点）Ｃとの距離Ｒ、もしくは水平・垂直の相対距離
が、走査制御部18に予め設定されているものとする。

【００２５】対向する送信モジュール１Ａと受信モジュ
ール２Ｂについて、２通りの微調整手順を説明する。 ｛第１の微調整方法｝まず変調器11へ、通信信号として
パルス信号の出力データを出力し、このパルス信号（通
信光線）の発信タイミングと、受光素子17によりこの反
射パルス信号（反射通信光線）が受光された受光タイミ
ングにより、送信モジュール１Ａと受信モジュール２Ｂ
間の距離を測定する。

【００２６】次に、測定された送信モジュール１Ａと受
信モジュール２Ｂ間の距離および予め記憶された再帰反
射体26の中心と集光レンズ21の中心（投光目標点）Ｃと
の距離Ｒ、もしくは水平・垂直の相対距離（再帰反射体
と投光目標点の位置関係）に基づいて、光軸走査分解能
を求め、投光目標点Ｃの走査座標を求め、スキャナ15と
水平駆動機構３により投光目標点Ｃへ光軸を合わせる。
これにより、図４に破線で示すように、光スポットは投
光目標点Ｃの中心に移動する。

【００２７】次に、調整した投光目標点に有る光軸の径
を、図４に２点鎖線で示すように光軸駆動部19により拡
大する。これにより、光軸合わせの微調整が終了する。
このように、光スポットの中心を集光レンズ21の中心
（投光目標点）Ｃに合わせ、集光レンズ21全体およびそ
の周囲に光スポットをあてることができ、以後、光軸に
多少のずれが生じても通信を確保することができる。 ｛第２の微調整方法｝まず変調器11へ、通信信号として
パルス信号の出力データを出力し、このパルス信号（通
信光線）の発信タイミングと、受光素子17によりこの反
射パルス信号（反射通信光線）が受光された受光タイミ
ングにより、送信モジュール１Ａと受信モジュール２Ｂ
間の距離を測定する。

【００２８】次に、測定された送信モジュール１Ａと受
信モジュール２Ｂ間の距離および予め記憶された再帰反
射体26の中心と集光レンズ21の中心（投光目標点）Ｃと
の距離Ｒに基づいて、光軸走査分解能を求め、再帰反射
体26の中心より上下左右の各距離Ｒの走査座標を求め
る。次に、スキャナ15を駆動して、再帰反射体26の中心
より上方距離Ｒの走査座標へ光スポットを移動させ（距
離Ｒに相当するだけ光スポットを上昇させ）、このとき
受信モジュール２Ｂの受光レベルモニタ25において検出
される受光レベルを入力し、記憶する。なお、この受信
モジュール２Ｂの受光レベルモニタ25の検知信号出力
は、送信モジュール１Ｂの変調器11へ入力され、通信信
号と同様に伝搬され、対向する受信モジュール２Ａの復
調器24で復元され、この復調器24より送信モジュール１
Ａの走査制御部18へ通知される。

【００２９】次に、スキャナ15を駆動して、再帰反射体
26の中心より下方距離Ｒの走査座標へ光スポットを移動
させ（再帰反射体26の中心より距離Ｒに相当するだけ光
スポットを下降させ）、このとき送信モジュール１Ａの
走査制御部18は、受信モジュール２Ｂの受光レベルモニ
タ25において検知される受光レベルを入力し、記憶す
る。

【００３０】次に、水平駆動機構３を駆動して、再帰反
射体26の中心より右方距離Ｒの走査座標へ光スポットを
移動させ（再帰反射体26の中心より距離Ｒに相当するだ
け光スポットを右に水平移動させ）、このとき送信モジ
ュール１Ａの走査制御部18は、受信モジュール２Ｂの受
光レベルモニタ25において検知される受光レベルを入力
し、記憶する。

【００３１】次に、水平駆動機構３を駆動して、再帰反
射体26の中心より左方距離Ｒの走査座標へ光スポットを
移動させ（再帰反射体26の中心より距離Ｒに相当するだ
け光スポットを左に水平移動させ）、このとき送信モジ
ュール１Ａの走査制御部18は、受信モジュール２Ｂの受
光レベルモニタ25において検出される受光レベルを入力
し、記憶する。

【００３２】そして、これら再帰反射体26の中心から４
つの方向へ移動したときの、受信モジュール２Ｂの集光
レンズ21で集光された通信光線の受光レベルと走査座標
から、再帰反射体26の中心とした集光レンズ21の中心
（投光目標点）Ｃの位置（座標）を推定する。この推定
した位置（投光目標点）Ｃへスキャナ15および水平駆動
機構３を駆動して光スポットを移動させる。続いて、光
軸の径を光軸駆動部19により拡大する。これにより光軸
合わせの微調整を終了する。

【００３３】このように、光スポットの中心を集光レン
ズ21の中心（投光目標点）Ｃに合わせ、集光レンズ21全
体およびその周囲に光スポットをあてることができるこ
とができ、以後、光軸に多少のずれが生じても通信を確
保することができる。なお、距離Ｒ離れた４つの方向の
受光レベルから投光目標点Ｃを捜索しているが、受光レ
ベルモニタ25において検出される受光レベルを監視しな
がら、上下左右に移動させ、受光レベルが零となった移
動距離を記憶して、これらの移動距離から投光目標点を
推定するようにしてもよい。あるいは、距離Ｒ離れた位
置に光スポットを移動させたのち、再帰反射体26を中心
にして半径Ｒの円周に沿って光スポットを移動させ、受
光レベルが零となった移動距離を記憶して、これらの移
動距離から投光目標点を推定するようにしてもよい。

【００３４】上記第２の微調整方法は、双方向の通信路
は確保されているとき、あるいは他の通信手段により通
信が確保されているときに限られる。同様に、送信モジ
ュール１Ｂと受信モジュール２Ａの微調整が行われる。
また、光軸合わせが終了し、通常の通信が行われている
間、受光レベルモニタ25は、受光レベルを監視してお
り、受光レベルが低下すると、対向する送信モジュール
１の走査制御部18に駆動信号を通知する。

【００３５】たとえば受信モジュール２Ａの受光レベル
モニタ25の駆動信号出力は送信モジュール１Ａの変調器
11へ入力され、通信信号と同様に、対向する受信モジュ
ール２Ｂの復調器24で復元され、この復調器24より受信
モジュール２Ａに対向する送信モジュール１Ｂの走査制
御部18へ通知される。これにより、走査制御部18によっ
て送信モジュール１Ｂの光軸合わせが再実行され、受信
モジュール２Ａの受光レベルモニタ25の受信レベルは回
復される。ただし、このとき光スポット内となるよう
に、移動する幅を調整する。これにより通信が途切れる
ことが防止される。

【００３６】なお、受光レベルの低下は光軸のずれのみ
でなく、雨によっても発生し、光軸合わせを実行する
が、このときレベルが低いなりに中心部に調整すること
ができる。このように、再帰反射体26を集光レンズ21の
近傍に配置することにより、昼でも光軸合わせを簡単
に、短時間に調整することができる。また特殊な装置を
使用しないことから安価となり、メンテナンスが容易と
なる。さらに通信光線自体を調整に使用するため、調整
機器と光空間通信の光学系の軸合わせが不要となり、メ
ンテナンスフリーを実現できる。

【００３７】なお、上記実施の形態では、通常の通信が
行われている間、受光レベルモニタ25により光軸のずれ
が発生したことを検知しているが、走査制御部18におい
て、受光素子17の受光レベル（再帰反射体26の反射光
量）を監視することによっても光軸のずれが発生したこ
とを検知することができる。このとき、走査制御部18は
受光素子17の受光レベルが低下すると、光軸合わせを実
行する。ただし、このとき光スポット内となるように、
移動する幅を調整する。これにより通信が途切れること
が防止される。

【００３８】また、上記光軸合わせの方法は、光空間通
信だけでなく、たとえば壁もしくは床に、再帰反射体の
位置を基準としたときの所定位置を光で指し示す場合に
も使用でき、光軸調整を行うことができる。 ［実施の形態２］上記実施の形態１では、再帰反射体26
を１個だけ設置しているが、実施の形態２では、図５に
示すように、再帰反射体26とは別に、集光レンズ21の回
りに、上記微調整のときに使用する複数（２または４
個）の受光素子31を、通信光線の光軸と垂直に交わる面
における強度分布にしたがって配置する。

【００３９】光空間通信では、キロメートルオーダーの
距離における通信が求められることがあり、その場合距
離に応じて光は広がりを持つ。また発光部（レーザ゛発
振器など）12の特性により、光軸に垂直に交わる面にお
いて光強度は分布を持つ。こうした光の強度分布を有す
るとき、実施の形態２は有効である。粗調整により一旦
通信路が確保された後、これら受光素子31のそれぞれの
受光量と、受光レベルモニタ25により検知された受光量
を他方の通信路を介してこれら受光素子31に対向する送
信モジュール１Ａの走査制御部18へ通知し、これら受光
量が図５（ｂ）に示す強度分布と同一になるように、光
軸を調整することにより、光スポットを集光レンズ21の
中心位置に微調整することができる。 ［実施の形態３］実施の形態３では、図６に示すよう
に、受信モジュール２Ｂに、実施の形態２により配置し
た受光素子31により検知された通信光線のレベルにした
がって、通信光線の光軸と投光目標点Ｃのずれ量を検知
するずれ検知部32を設けている。

【００４０】走査制御部18に、通信光線の光軸の調整
後、ずれ検知部32より他方の通信路を介してずれ量を入
力することにより、走査制御部18は、入力したずれ量に
より光軸を微調整することができる。 ［実施の形態４］上記実施の形態１では、再帰反射体26
を１個だけ設置しているが、実施の形態４では、図７
（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、集光レンズ21の近傍
の所定位置に複数の再帰反射体26を配置する。

【００４１】このとき、送信モジュール１Ａ，１Ｂの受
光素子17では、再帰反射体26の反射光が重なることか
ら、走査座標毎の光量の変化が発生する。そこで、光軸
を走査しつつ、各走査座標で受光素子17により検知され
た反射通信光線のレベルを記憶し、これら反射通信光線
のレベルより各再帰反射体26の中心の走査座標を求め、
これら各再帰反射体26の中心の走査座標および予め記憶
された各再帰反射体26と集光レンズ21の中心（投光目標
点）Ｃの位置関係に基づいて、投光目標点Ｃの走査座標
を求め、この投光目標点Ｃの走査座標に光軸を調整す
る。

【００４２】また所定のしきい値以上の反射光がある走
査分布から、上記と同様に、各再帰反射体26の中心の走
査座標を求め、同様の処理にて投光目標点Ｃの走査座標
に光軸を調整することができる。このように、簡単に投
光目標点Ｃを検知することができ、集光レンズ21の中心
（投光目標点）Ｃに光軸を調整することができる。

【００４３】また複数の再帰反射体26にそれぞれシャッ
ター（遮光手段の一例）を設けておくとよい。これによ
り、何らかの原因で再帰反射体26の数以上の反射光が得
られたとき、これらシャッターを他の通信手段を介して
閉めることにより、再帰反射体26の反射光であるかを識
別することができる。なお、光軸を広げてあり、光空間
通信が可能な状態であれば、もちろん他の通信手段は必
要ない。 ［実施の形態５］上記実施の形態１では、再帰反射体26
を設置しているが、実施の形態５では、再帰反射体26な
しで、光軸の調整を行う。

【００４４】まず、送信モジュール１Ａによる走査を行
う。このとき、送信モジュール１Ａの走査制御部18は、
図８（ａ）に示すように、走査を行う走査座標のデータ
を変調器11へ出力し、通信光線に走査座標のデータを付
加し、走査手段により光軸を走査する。この走査によ
り、通信光線が集光レンズ21にあたり、受光素子22によ
り通信光線が受光される。すると、受信モジュール２Ｂ
の受光レベルモニタ25は、受光素子22により検知された
通信光線のレベルが最大のときの通信光線に付加された
走査座標のデータを記憶する。この送信モジュール１Ａ
の最大レベルの走査座標のデータは、送信モジュール１
Ｂの走査制御部18へ出力される。

【００４５】次に、送信モジュール１Ｂによる走査を行
う。このとき、送信モジュール１Ｂの走査制御部18は、
図８（ｂ）に示すように、走査座標のデータにさらに送
信モジュール１Ａの最大レベルの走査座標のデータを加
えて変調器11へ出力し、通信光線にこれらデータを付加
し、走査手段により光軸を走査する。この走査により、
通信光線が受信モジュール２Ａの集光レンズ21にあた
り、受光素子22により通信光線が受光される。すると、
受信モジュール２Ａの受光レベルモニタ25は、通信光線
に付加された送信モジュール１Ａの最大レベルの走査座
標のデータを送信モジュール１Ａの走査制御部18へ出力
する。

【００４６】送信モジュール１Ａの走査制御部18は、こ
の走査座標へ光軸を調整する。これにより、光スポット
は集光レンズ21の中心（投光目標点）に調整される。ま
た受信モジュール２Ａの受光レベルモニタ25は、受光素
子22により検知された通信光線のレベルが最大のときの
通信光線に付加された走査座標のデータを記憶する。こ
の送信モジュール１Ｂの最大レベルの走査座標のデータ
は、送信モジュール１Ａの走査制御部18へ出力される。

【００４７】この最大レベルの走査座標のデータは、送
信モジュール１Ａの走査制御部18より変調器11へ出力さ
れ、図８（ｃ）に示すように、通信光線に付加されて受
信モジュール２Ｂへ送信され、この受信モジュール２Ｂ
の復調器24において復調され、送信モジュール１Ｂの走
査制御部18へ出力され、送信モジュール１Ｂの走査制御
部18は、この走査座標へ光軸を調整する。これにより、
光スポットは集光レンズ21の中心（投光目標点）に調整
される。

【００４８】このように、走査座標と最大レベルの走査
座標のデータを付加して走査および送信を行うことによ
り、光軸の調整を行うことができる。なお、上記実施の
形態１〜４では、再帰反射体26を集光レンズ21の外周に
設けているが、集光レンズ21より先に使用する光を透過
する透光性板（たとえば、レンズの防塵対策、フィルタ
等として用いられる）を設けている場合は、その中心も
しくはその一部に設置したり、集光レンズ21の中心（投
光目標点）あるいはその一部に設置することもできる。
このとき、集光レンズ21の中心あるいはその一部をくり
抜いて埋め込む等で設けられる。

【００４９】上記の通り、透光性板もしくは集光レンズ
21の中心近傍に再帰反射体26が設けてあれば、光軸が受
光素子22にあたっているため、上記微調整を行う必要が
ない。ただし、強度の高い光軸の中心部分を受光素子22
にあてるため、わざと若干ずらすこともできる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、再帰反射
体を受光位置の近傍に配置することにより、光軸合わせ
を簡単に、短時間に調整することができ、また特殊な装
置を使用しないことからメンテナンスが容易となる。さ
らに通信光線自体を調整に使用するため、調整機器と光
空間通信の光学系の軸合わせが不要となり、メンテナン
スフリーを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における光空間通信装置
の構成図である。

【図２】同光空間通信装置の配置図である。

【図３】同光空間通信装置の光軸調整方法を示す説明図
である。

【図４】同光空間通信装置の光軸微調整時の説明図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態２における光空間通信装置
において、受光素子を使用したときの説明図である。

【図６】本発明の実施の形態３における光空間通信装置
の構成図である。

【図７】本発明の実施の形態４における光空間通信装置
において、複数の再帰反射体を使用したときの説明図で
ある。

【図８】本発明の実施の形態５における光空間通信装置
の通信データの説明図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 送信モジュール ２Ａ，２Ｂ 受信モジュール ３ 水平駆動機構 １１ 変調器 １２ 発光部 １３ レンズ １４ ミラー １５ スキャナ １６ 集光レンズ １７ 受光素子 １８ 走査制御部 １９ 光軸駆動部 ２１ 集光レンズ ２２ 第２受光素子 ２３ アンプ ２４ 復調器 ２５ 受光レベルモニタ ２６ 再帰反射体 ２７ 光量検知素子 ３１ 受光素子 ３２ ずれ検出部

フロントページの続き (72)発明者 吉川 武 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 AA05 BA21 CA08 EA00 FA04

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信モジュールにおいて通信信号を空間
   伝搬光線に変換して照射し、受信モジュールにおいて前
   記通信光線を受光して通信信号へ復元することにより、
   離れた２地点間の光空間通信を行う光空間通信装置であ
   って、 前記受信モジュールの前記通信光線の投光目標点の近傍
   に、再帰反射体を配置し、 前記送信モジュールに、 前記通信光線の光軸を２次元走査する走査手段と、 前記再帰反射体より反射された通信光線のレベルを検知
   する検知手段と、 前記走査手段により光軸を走査しつつ、前記検知手段に
   より検知された反射通信光線のレベルが最大のときの走
   査座標を求め、この最大レベルの走査座標に光軸を調整
   する制御手段を備えたことを特徴とする光空間通信装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御手段に、予め記憶された前記再
   帰反射体と投光目標点の位置関係に基づいて、調整した
   前記再帰反射体に有る光軸の位置より、前記投光目標点
   に光軸を調整する機能を付加したことを特徴とする請求
   項１記載の光空間通信装置。
3. 【請求項３】 前記送信モジュールに、前記通信光線の
   光軸の径を変化させる光軸駆動手段を備え、 前記制御手段に、前記光軸駆動手段を駆動して光軸を絞
   りあるいは拡大して照射させる機能と、前記通信光線の
   発信タイミングと前記検知手段により反射通信光線が検
   知される受光タイミングにより、送信モジュールと受信
   モジュール間の距離を測定する測距機能とを付加し、 制御手段は、前記走査手段により光軸の走査を開始する
   とき、前記光軸駆動手段により光軸を絞って照射させ、
   光軸の調整後、前記測距機能により測定された送信モジ
   ュールと受信モジュール間の距離に基づいて、光軸の径
   を、光軸駆動手段により拡大することを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の光空間通信装置。
4. 【請求項４】 送信モジュールにおいて通信信号を空間
   伝搬光線に変換して照射し、受信モジュールにおいて前
   記通信光線を受光して通信信号へ復元することにより、
   離れた２地点間の光空間通信を行う光空間通信装置であ
   って、 前記受信モジュールに、 前記通信光線の投光目標点の近傍に配置した再帰反射体
   と、 受光した前記通信光線のレベルを検知する第１検知手段
   を備え、 前記送信モジュールに、 前記通信光線の光軸を２次元走査する走査手段と、 前記対向する受信モジュールの再帰反射体より反射され
   た通信光線のレベルを検知する第２検知手段と、 予め前記再帰反射体と投光目標点の位置関係を記憶し、
   前記走査手段により光軸を走査しつつ、前記第２検知手
   段により検知された通信光線のレベルが最大のときの走
   査座標を求め、この最大レベルの走査座標に前記通信光
   線の光軸を調整する制御手段を備え、 前記再帰反射体は、この再帰反射体に光軸が調整された
   とき、通信可能な位置に配置され、 前記制御手段に、前記通信光線の光軸の調整後、前記記
   憶された再帰反射体と投光目標点の位置関係に基づいて
   前記光軸を走査し、このとき、前記第１検知手段により
   検知された通信光線のレベルにより光軸を微調整する第
   １機能を付加したことを特徴とする光空間通信装置。
5. 【請求項５】 前記投光目標点の近傍に複数の受光素子
   を配置し、 前記制御手段に、前記第１機能に代えて、前記通信光線
   の光軸の調整後、前記記憶された再帰反射体と投光目標
   点の位置関係に基づいて前記光軸を走査し、このとき、
   前記受信モジュールの前記第１検知手段およびそれぞれ
   の受光素子により検知された通信光線のレベルにより光
   軸を微調整する第２機能を付加したことを特徴とする請
   求項４記載の光空間通信装置。
6. 【請求項６】 前記受光素子は、通信光線の光軸と垂直
   に交わる面における強度分布にしたがって配置されてい
   ることを特徴とする請求項５記載の光空間通信装置。
7. 【請求項７】 前記受信モジュールに、それぞれの受光
   素子により検知された通信光線のレベルにしたがって、
   通信光線の光軸と投光目標点のずれ量を検知するずれ検
   知手段を設け、 制御手段に、前記第２機能に代えて、前記通信光線の光
   軸の調整後、前記ずれ検知手段より入力したずれ量によ
   り光軸を微調整する第３機能を付加したことを特徴とす
   る請求項５または請求項６記載の光空間通信装置。
8. 【請求項８】 送信モジュールにおいて通信信号を空間
   伝搬光線に変換して照射し、受信モジュールにおいて前
   記通信光線を受光して通信信号へ復元することにより、
   離れた２地点間の光空間通信を行う光空間通信装置であ
   って、 前記受信モジュールの前記通信光線の投光目標点の近傍
   に、複数の再帰反射体を配置し、 前記送信モジュールに、 前記通信光線の光軸を２次元走査する走査手段と、 前記複数の再帰反射体より反射された通信光線のレベル
   を検知する検知手段と、 前記走査手段により光軸を走査しつつ、各走査座標で前
   記検知手段により検知された反射通信光線のレベルを記
   憶し、これら反射通信光線のレベルより各再帰反射体の
   中心座標を求め、これら各再帰反射体の中心座標および
   予め記憶された各再帰反射体と投光目標点の位置関係に
   基づいて、投光目標点の中心座標を求め、この投光目標
   点の中心座標に光軸を調整する制御手段を備えたことを
   特徴とする光空間通信装置。
9. 【請求項９】 前記複数の再帰反射体にそれぞれ、遮光
   手段を設け、 前記制御手段に、前記検知手段により再帰反射体の数よ
   り多い反射光を検知したとき、前記遮光手段の駆動信号
   を出力して、再帰反射体の反射光を識別する機能を付加
   したことを特徴とする請求項８記載の光空間通信装置。
10. 【請求項１０】 送信モジュールにおいて通信信号を空
    間伝搬光線に変換して照射し、受信モジュールにおいて
    前記通信光線を受光して通信信号へ復元することによ
    り、離れた２地点間の光空間通信を行う光空間通信装置
    であって、 前記受信モジュールに、 受光した前記通信光線のレベルを検知する第１検知手段
    を備え、 前記送信モジュールに、 前記通信光線の光軸を２次元走査する走査手段と、 前記通信光線に走査座標のデータを付加し、前記走査手
    段により光軸を走査する第１制御手段を備え、 前記受信モジュールに、前記通信光線を受光すると、前
    記第１検知手段により検知された通信光線のレベルが最
    大のときの前記通信光線に付加された走査座標のデータ
    を記憶し、この最大レベルの走査座標のデータを出力す
    る第２制御手段を備え、 前記第１制御手段は、前記第２制御手段より入力した走
    査座標に通信光線の光軸を調整することを特徴とする光
    空間通信装置。
11. 【請求項１１】 前記送信モジュールに、前記通信光線
    の光軸の径を変化させる光軸駆動手段を備え、 前記第１制御手段に、前記走査手段により光軸の走査を
    開始するとき、前記光軸駆動手段により光軸を絞って照
    射させ、前記第２制御手段より入力した走査座標に通信
    光線の光軸を調整した後、光軸の径を光軸駆動手段によ
    り拡大する機能を付加したことを特徴とする請求項１０
    記載の光空間通信装置。