JP2001333019A - 光空間通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で設置、調整可能な光空間通信装置を
得る。 【解決手段】 光空間通信装置にＧＰＳ装置３７、通信
装置３８、方位センサ３９、傾斜センサ４０を備えるこ
とにより、自装置の位置等を正確に検出し、相手装置に
送信光を送信することにより、従来に比べて遙かに短時
間で設置、調整作業を行うことが可能になる。また、外
力により装置が大きくずれた場合においても自動追尾が
可能となり、短時間の回線の断のみで元の通信状態に復
帰することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、離れた２地点間に
対向設置して、自由空間中に光ビームを伝搬させて通信
を行う光空間通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の自動追尾機構を有する光空
間通信装置の概略図を示しており、筐体１は三脚２によ
り支持されており、この筐体１には送信する主信号を入
力する入力端子３が設けられており、主信号は入力端子
３を介して装置に入力され、増幅器４において適当なレ
ベルの電気信号に増幅された後に、送受信光学系５にお
ける半導体レーザーや発光ダイオードから成る発光素子
６により電気信号から光信号に変換される。発光素子６
から送信された信号光は、送信レンズ７で僅かに拡がり
を有する略平行な送信光Ｌ１となって、相手側装置に向
けて出射される。

【０００３】一方、相手側装置から送られてきた受信光
Ｌ２は、受光レンズ８により集光され、その大部分は光
分岐器９を透過してアバランシェ・フォトダイオードや
ＰＩＮフォトダイオード等から成る受光素子１０によっ
て電気信号に変換される。受光素子１０において電気信
号に変換された受信信号は、増幅器１１で適当なレベル
の電気信号に増幅された後に、出力端子１２から出力さ
れる。

【０００４】また、受光レンズ８で集光された受信光Ｌ
２の一部は光分岐器９において反射され、角度検出素子
１３上にスポットＳを結像する。図３は角度検出素子１
３の概略図を示しており、４分割されたフォトダイオー
ド１３ａ〜１３ｄから成り、各フォトダイオード１３ａ
〜１３ｄの出力を比較することにより、結像スポットＳ
の位置を知ることができる。

【０００５】角度検出素子１３で得られた位置情報は演
算処理回路１４に出力され、演算処理により送受信光学
系５の上下方向駆動部１５と左右方向駆動部１６に対し
て駆動信号を出力し送受信光学系５を駆動する。この駆
動信号は角度検出素子１３上の結像スポットＳが中央に
結像し、各フォトダイオード１３ａ〜１３ｄの出力が等
しくなるような方向に送受信光学系５を駆動する。

【０００６】送信レンズ７から構成されている送信部の
光学軸と、受光レンズ８から構成されている受信部の光
学軸とが平行になるように調整されているため、角度検
出素子１３の中央に結像スポットＳが結像するように制
御すれば、受信部の光学軸が相手側装置の方向を向き、
即ち送信光Ｌ１を相手側装置の方向に向けて出射させる
ことができ、自動追尾を行うことができる。

【０００７】この追尾動作を可能にするためには、先ず
自装置が相手側装置から送出された受信光Ｌ２の内部に
入っている必要がある。従って、装置を設置して通信を
開始する際の手順として、先ず相手側装置の位置を知
り、続いて相手側装置の方向に送受信光学系５の方向を
調節し、送信光Ｌ１を相手側装置に照射する作業を手動
で行う必要がある。一旦、相手側装置が自装置からの送
信光Ｌ１を検出すると、上述したような動作に従い自動
追尾が開始される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、装置間
の距離が１ｋｍ程度以上と長い場合や、距離が短くても
視界が悪い場合には、相手側装置が何処にあるかを発見
することが困難となってくる。特に、市街地等の周囲の
風景が単調でない場合には、相手側装置が風景の中に紛
れて発見し難く、追尾動作を行えるまでの手動調節の時
間が長く掛かってしまうことが多い。

【０００９】一般に、この種の装置の大きさは小さく可
搬性を有しており、三脚等に乗せて仮設の通信路を開く
等の一時的な使用に適しているため、短時間で設置、調
整が完了できることが求められるため、改善が望まれて
いる。

【００１０】また、設置時の調整の問題以外にも、一旦
設置されて通信路が開設された後も、恒久的な丈夫な架
台ではなく、三脚等に乗せた仮設状態においては、風圧
や人との接触等の衝撃で自動追尾が応答しきれないよう
な装置の角度ずれが発生し、送信光Ｌ１、受信光Ｌ２が
装置から外れた場合には追尾動作が停止してしまい、回
線断状態のまま回復できないという問題点がある。

【００１１】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
短時間で設置、調整可能な光空間通信装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光空間通信装置は、離れた２地点間に対
向設置して、自由空間中を伝搬する光ビームにより通信
を行う光空間通信装置において、送信光ビームの出射方
向が相手側装置の方向に一致するように出射方向を制御
する自動追尾手段と、人工衛星からの電波を受信して測
位を行う測位手段とを有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を図１に図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図１は本実施の形態におけ
る光空間通信装置の概略図を示しており、筐体２１は三
脚２２により支持されており、この筐体２１には主信号
を送信するための入力端子２３が設けられており、筐体
２１内には送受信光学系２４が上下方向駆動部２５、左
右方向駆動部２６により支持されている。入力端子２３
は増幅器２７を介して送受信光学系２４における半導体
レーザーや発光ダイオードから成る発光素子２８に接続
されている。また、発光素子２８から送信された信号光
の進行方向には送信レンズ２９が配置されている。

【００１４】一方、相手側装置から送られてきた光ビー
ムの入射方向には、受光レンズ３０、光分岐器３１、ア
バランシェ・フォトダイオードやＰＩＮフォトダイオー
ド等から成る受光素子３２が配列されている。受光素子
３２の出力は増幅器３３を介して出力端子３４に接続さ
れている。また、光分岐器３１の反射方向には角度検出
素子３５が配置され、角度検出素子３５の出力は演算処
理回路３６に接続されている。

【００１５】筐体２１には、人工衛星からの電波を受信
して緯度、経度、高度の位置を測定する所謂ＧＰＳ装置
３７が設けられている。更に、相手側装置にＧＰＳ装置
３７において得られた位置情報を相手側装置に送信した
り、相手側装置から送信された相手側装置の位置情報を
受信するための通信装置３８が設けられており、ＧＰＳ
装置３７、通信装置３８は演算処理回路３６に接続され
ている。

【００１６】筐体２１の底板部である光空間通信装置の
基準面には、南北方向に対してなす角を検出するホール
素子を用いた磁気方位センサや、方位磁石の周囲に光セ
ンサを配置して、方位磁石の角度を読み取るタイプ等の
方位センサ３９が取り付けられており、また基準面が水
平面に対してなす角を検出する重力によって、その傾斜
度を検出する型式等の傾斜センサ４０が取り付けられて
いる。そして、方位センサ３９、傾斜センサ４０の出力
は演算処理回路３６に接続されている。

【００１７】最初の光空間通信装置の設置時において、
演算処理回路３６には、ＧＰＳ装置３７から自装置の位
置情報、通信装置３８から受信した相手側装置の位置情
報、方位センサ３９からの方位情報、及び傾斜センサ４
０からの傾斜情報が入力される。演算処理回路３６はこ
れらの情報を基に、相手側装置と自装置の基準面に対す
る方向を演算し、送受信光学系２４の方向、即ち送信光
Ｌ１の出射方向が相手側装置の存在する位置に向けるよ
うに、上下方向駆動部２５及び左右方向駆動部２６に対
して駆動信号を出力する。

【００１８】送信光Ｌ１が相手側装置の位置において、
数ｍ以上の拡がりを有するような略平行な光ビームに調
節されれば、相手側装置が光ビームの照射範囲内に入る
ことができる。それにより、相手側装置は受光レンズを
介して自装置に送信した送信光Ｌ１を受信することが可
能になり、角度検出素子において送信光Ｌ１が検出さ
れ、相手側装置の自動追尾機能が動作する。

【００１９】送信レンズ２９で構成される送信部の光学
軸と受光レンズ３０で構成される受信部の光学軸とが平
行になるように予め調整されているため、自装置の受信
レンズ３０に相手側装置から送信された受信光Ｌ２が入
射するようになり、角度検出素子３５において受信光Ｌ
２が検出され、自装置も自動追尾機能が動作する。

【００２０】そして、自動追尾機能の方がＧＰＳ装置３
７を用いるよりも方向制御の精度が高いことから、自動
追尾機能が可能な状態になると、角度検出素子３５上の
結像スポットＳが中央に結像し、図３に示す各フォトダ
イオード１３ａ〜１３ｄの出力が等しくなるように、演
算処理回路３６は角度検出素子３５の情報を基に、自動
追尾機能を優先的に動作させる処理を行う。

【００２１】このようにして、相手側装置の作業者が目
視で確認する必要もなく、設置時の方向調節が自動的に
行われ、作業時間を大幅に短縮することが可能になる。
また、三脚２２に固定する等の一時的な仮設置等によ
り、不安定な設置状態の際には強風で煽られたり、人と
接触する等の外力で装置が大きく動き、その動きにより
自動追尾機能が追従しきれなくり、受信光Ｌ１が受信レ
ンズ３０から外れることも考えられる。しかし、本実施
の形態ではこのような場合においても、初期設置時と同
様に相手側装置の方向に送信光Ｌ１を向ける動作を自動
的に行うことにより、短時間の回線の断のみで元の通信
状態に復帰することができる。

【００２２】本実施の形態においては、ＧＰＳ装置３
７、通信装置３８、方位センサ３９、傾斜センサ４０を
全て備えた場合について説明したが、光空間通信装置に
ＧＰＳ装置３７だけが装備されている場合でも、対向す
る装置の両側に作業者がついており、無線機等の相互の
連絡手段と方位計等の方位を測定する手段を有していれ
ば、たとえ相手側装置の位置を目視により確認できなく
ても、互いにＧＰＳ装置３７で読み取った位置情報を連
絡することにより、従来例に比べて遙かに短時間で設
置、調整作業を行うことが可能になる。

【００２３】通常では、ＧＰＳ装置３７は４つの人工衛
星からの電波の到達時間差により測位するが、更に地上
に設置された基準局よりの電波で補正データを取り込む
ことにより、数ｍ程度の誤差で測位が可能である。ま
た、基準局からの補正データは、日本ではＦＭラジオ放
送のデータ送信チャンネルに挿入されている。

【００２４】また、本実施の形態においては通信装置３
８に無線のトランシーバを用いたが、電話回線に接続さ
れるモデムに取り換えることもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光空間
通信装置は、自動追尾手段と共に測位手段を設けること
により、相手側装置の位置を探す手間を省き、設置時の
方向調節作業が容易になる。

【００２６】また、本発明に係る光空間通信装置は、相
手側装置との間で位置情報の交信を行う機能と、方位セ
ンサ、傾斜センサを準備すれば、自動的に自動追尾が可
能になる範囲内まで送信光ビームの方向を相手側装置に
向けるようになる。これにより、設置時の方向調節が容
易になるのみならず、通信中に外力等により光ビームが
装置より外れた場合においても、直ちに自動的に方向調
節をやり直して通信を復帰することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における光空間通信装置の構成図
である。

【図２】従来の光空間通信装置の構成図である。

【図３】角度検出素子の概略図である。

【符号の説明】

２１ 筐体 ２４ 送受信光学系 ２８ 発光素子 ２９ 送信レンズ ３０ 受信レンズ ３１ 光分岐器 ３２ 受光素子 ３５ 角度検出素子 ３６ 演算処理回路 ３７ ＧＰＳ装置 ３８ 通信装置 ３９ 方位センサ ４０ 傾斜センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 離れた２地点間に対向設置して、自由空
   間中を伝搬する光ビームにより通信を行う光空間通信装
   置において、送信光ビームの出射方向が相手側装置の方
   向に一致するように出射方向を制御する自動追尾手段
   と、人工衛星からの電波を受信して測位を行う測位手段
   とを有することを特徴とする光空間通信装置。
2. 【請求項２】 前記測位手段によって得られた自装置の
   位置情報を前記相手側装置に光ビーム以外の手段で送信
   する送信手段と、前記相手側装置の位置情報を光ビーム
   以外の手段で受信する受信手段と、前記自装置の基準面
   が南北に対してなす角度である方位、及び水平面に対し
   てなす角度である傾斜度を検出する検出手段と、前記自
   装置の位置、前記相手側装置の位置、前記自装置の方
   位、前記自装置の傾斜度の各情報から前記送信光ビーム
   の出射方向を演算により求める演算手段と、該演算手段
   により求めた方向に前記送信光ビームの出射方向を駆動
   する駆動手段とを有する請求項１に記載の光空間通信装
   置。