JP2003158494A - 光信号通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送信側通信装置と受信側通信装置との間に障
害物が存在する場合に、障害物が存在する区間での移動
距離を極力小さくして光通信が行えるようにする。 【解決手段】 中心にある送信側通信装置１６は位置を
固定しているがサーボモータにより投光器１６ａを回転
させる。これにより、送信側通信装置１６は円周方向へ
レーザ光線を放射することができる。一方、受信側通信
装置１７は、円周上を何れの方向へも移動するが、受光
器１７ａが円筒外周に帯状に配置されているので何れの
位置へ移動してもレーザ光線を受光できる。送信側通信
装置１６と受信側通信装置１７との間に障害物１８が介
在すると、図の破線で示すレーザ光線の範囲内は障害物
１８に遮られているため、送信側通信装置１６から受信
側通信装置１７へレーザ光線を送信することができな
い。この時、受信側通信装置１７が最小限の区間を移動
すればレーザ光線によるデータ通信を行うことができ
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、光信号を送受信し
て通信を行う光信号通信システムに関するものであり、
特に、送信側の通信装置が移動体への光通信を安定的に
行うための光信号通信システムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】光信号通信システムに使用される光信号
とは、レーザ光線や近赤外光線や可視光線などを総称し
た信号であり、特に、直線指向性が高く、且つビームの
広がりの少ないコヒーレント光であるレーザ光線などが
よく用いられている。また、光信号には、信号の送信時
刻や、送信信号の種類や、送信信号の個別番号や、受信
側通信装置の受光部位や、送信側通信装置と受信側通信
装置との間の距離などの各種の情報が含まれている。こ
のような光信号通信システムは、近距離範囲内において
１対多通信を行うことが可能である。例えば、１台の送
信側通信装置を中心として、直径１〜２ｋｍの範囲内で
円周上を移動している複数台の受信側通信装置との間で
光信号による通信を広範囲に行うことができる。 【０００３】図４は、光信号を送受信する通信装置の構
成を示すブロック図である。同図において、通信装置３
１より光信号を送信する場合は、制御部３２がＦＰＧＡ
（Field Programable Gate Array）を介して情報のビッ
トコードを光信号に重畳して送信部３３へ送信する。す
ると、送信部３３は、投光器３４を駆動して図示しない
受信側の通信装置へ向けて光信号を出力する。このとき
送信される光信号に重畳されているビットコードのデー
タは、同期コードとデータコードとによって構成されて
いる。一方、送信側の通信装置３１が図示しない受信側
の通信装置から光信号を受信した場合は、光信号が受光
部３５に入力された後、制御部３２がＦＰＧＡを介して
光信号に含まれるビットコードを取得する。そして、制
御部３２がビットコードを解析することによって受信し
た光信号に含まれる情報が読み取られる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光信号
通信システムは、中心にある送信側通信装置が直径１〜
２ｋｍの円周上を移動する受信側通信装置との間で通信
を行うので、送信側通信装置と受信側通信装置との間に
障害物が存在すると、障害物のある区間においては通信
が不可能となる。図５は、従来の光信号通信システムに
おいて、送信側通信装置と受信側通信装置との間に障害
物が介在している状態を示す概念図である。つまり、送
信側通信装置３６と受信側通信装置３７との間に障害物
３８が介在していると光信号の通信を行うことができな
い。そのような場合は、送信側通信装置３６と受信側通
信装置３７とが、共に、障害物３８のない区間まで移動
することによって通信を行う必要がある。特に、送信側
通信装置３６及び受信側通信装置３７が対向する側面に
光信号の送受信機能を備えていて、且つ、障害物３８が
大きい場合は、送信側通信装置３６と受信側通信装置３
７とが大きく位置を移動しなければ光信号の送受信を行
うことができない。 【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、送信側通信装置と受信側通信
装置との間に障害物が存在する場合に、障害物が存在す
る区間での移動距離を極力小さくして光通信が行えるよ
うな光信号通信システムを提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の光信号通信システムは、光信号送信装置
を中心とする円周上を光信号受信装置が移動し、光信号
送信装置と光信号受信装置との間で光信号の通信を行う
光信号通信システムにおいて、光信号送信装置は、光信
号を送信する送信手段と、この送信手段が光信号を送信
する方向を３６０度回転駆動させる回転手段とを備え、
光信号受信装置は、円筒状に形成された側面に、帯状
に、光信号を受信する複数の受信手段を備え、光信号受
信装置の円周上の移動位置に応じて、送信手段は、回転
手段の回転駆動により、受信手段との間の光通信を可能
にする位置に回転することを特徴とする。 【０００７】本発明の光信号通信システムによれば、中
心位置にある光信号送信装置が、円周上を移動している
光信号受信装置と光信号の送受信を行っているとき、光
信号送信装置は、サーボモータなどの回転手段によって
送信手段を回転させながら光信号を送信している。これ
によって、光信号送信装置は３６０度の方向へ光信号を
送信することができる。一方、光信号受信装置は円筒状
に形成された外周部に、帯状に、複数の光信号受信手段
を備えている。これにより、光信号受信装置が円周上を
移動しても、光信号受信装置は何れの位置からでも光信
号を受信することができる。したがって、光信号送信装
置と光信号受信装置との間に障害物が介在していても、
障害物を避けるために必要な最小限の距離だけ光信号受
信装置のみを移動させれば、光信号送信装置と光信号受
信装置との間で光信号の送受信を確立することができ
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明にお
ける光信号通信システムの実施の形態を詳細に説明す
る。尚、この実施の形態では、一例として、光信号にレ
ーザ光線を用いた場合について説明するが、勿論、これ
以外の光信号であっても構わない。レーザ光線は干渉性
の著しいコヒーレント光であり、指向性の鋭い細いビー
ムを放射するので、かなり遠方の受信側通信装置にまで
鋭いビーム光線を照射することができる。しかし、障害
物が介在すると著しく送受信性能が低下する欠点もあ
る。 【０００９】図１は、本発明の光信号通信システムにお
ける光通信装置の構成を示すブロック図である。以下、
図１の説明では、光信号としてレーザ光線を送受信する
場合について説明するので、以下の説明では光通信装置
をレーザ通信装置ということにする。図１において、レ
ーザ通信装置１は、レーザ通信装置１を作動させるため
の作動信号のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ部２と、スイ
ッチ部２から作動信号を受けてレーザ信号の発信／停止
の指示を行うと共に各種データの受け渡しを行う入出力
部３と、レーザ光線に重畳させるための情報コードであ
るレーザコードを設定する操作部４と、相手側のレーザ
通信装置（図示せず）からレーザ光線を受信したときに
発煙や発光や発音などの表示を行う表示部５と、図示し
ないレーザダイオードに高圧電圧を印加してレーザ光線
を発光させる高圧発生部６と、操作部４によって設定さ
れたレーザコードを変調してレーザ光線に重畳させる変
調部７と、レーザコードの重畳されたレーザ光線を送信
する投光器８と、レーザ光線を送信するときに投光器８
を回転させるサーボモータなどの駆動部９と、図示しな
い受信側通信装置から送信されてきたレーザ信号を受信
する受光器１０と、レーザ通信装置１の全体を制御して
送受信するレーザ光線の信号処理を行う制御部１１と、
レーザ通信装置１の各部に電源を供給する電源部１２と
によって構成されている。 【００１０】次に、図１に示すレーザ通信装置１の動作
について説明する。先ず、レーザ通信装置１からレーザ
信号を送信する場合、送信するレーザ光線に重畳させる
情報のレーザコードを操作部４によって設定する。次
に、スイッチ部２をＯＮすると、レーザ通信装置１を起
動させるための作動信号が入出力部３へ入力される。す
ると、入出力部３が制御部１１に対してレーザ信号の発
信開始の指示を行う。これによって、レーザ通信装置１
は動作可能な状態になり、制御部１１の制御によって、
高圧発生部６がレーザダイオード（図示せず）に高圧電
圧を印加してレーザ光線を発光させる。さらに、制御部
１１は、入出力部３を介して、操作部４によって設定さ
れたレーザコードを取得し、このレーザコードを変調部
７へ送信する。変調部７は、レーザコードを変調してレ
ーザ光線に重畳させて投光器へ送信する。これによっ
て、投光器８はレーザコードの含まれたレーザ光線を図
示しない受信側のレーザ通信装置へ送信する。 【００１１】また、投光器８がレーザ光線を送信すると
きは、制御部１１の制御によって、駆動部９のサーボモ
ータ（図示せず）が投光器８の回転機構を１回転させ
る。これによって、投光器８は３６０度の範囲に亘って
レーザ光線を放射することができる。ここで、駆動部９
のサーボモータが投光器８の回転機構を１回転させるの
に要する時間をＴ１とすると、制御部１１は、レーザコ
ードの含まれるレーザ光線を投光器８からＴ１時間出力
させるように制御する。このようにしてレーザ光線を送
信することによって、レーザ光線を規定距離の円周上に
広範囲に亘って送信することができる。 【００１２】一方、図示しない受信側通信装置からレー
ザ光線が送信されると、レーザ通信装置１の受光器１０
がこのレーザ光線を受光し、入出力部３を介して、制御
部１１へ送信する。すると、制御部１１は、受光したレ
ーザ光線に含まれる情報のレーザコードを解析処理し、
表示部５によって発音や発光や発煙等の表示を行わせ、
送信側通信装置と受信側通信装置との間で通信が実行さ
れた旨の通知を行う。これによって、レーザ光線による
光信号の通信が正常に行われたことを示す情報を外部に
知らせることができる。 【００１３】このとき、レーザ光線の受光については、
レーザ通信装置１の本体の側面を円筒状にして、円筒の
外周に複数個の受光器１０を帯状に取り付ける。このよ
うにすることにより、レーザ通信装置１が円周上を移動
しても、どの方向からでもレーザ光線を受光することが
できる。 【００１４】つまり、送信側通信装置においては、レー
ザ光線の送信手段である投光器８を回転駆動させると共
に、受信側通信装置においては、レーザ光線の受信手段
である受光器１０を円筒の外周部に帯状に配置して、送
信側通信装置と受信側通信装置との送受信機能を改善す
ることによって、あらゆる方向からレーザ信号を送受信
することができる。これによって、送信側通信装置と受
信側通信装置の間に障害物が存在する場合でも、送信側
通信装置と受信側通信装置の移動距離を極力小さくして
通信を確立することができる。尚、本発明の光信号通信
システムでは、何れのレーザ通信装置が送信側通信装置
になっても受信側通信装置になってもよいので、図１に
示すレーザ通信装置１は、送信側通信装置と受信側通信
装置とで同じものが使用されている。 【００１５】ここで、図１の駆動部９及び投光器８の回
転機構の具体的な実施例について説明する。図２は、投
光器が備える回転駆動機構の構成図であり、（ａ）は側
面図、（ｂ）は上面図である。図２（ａ）において、レ
ーザ通信装置の基台２１の下部には、サーボモータ２２
が保持バンド２３によって固着されている。また、基台
２１の上部には回転自在に駆動ベース２５が載置され、
この駆動ベース２５の上には、投光器本体部２７が投光
器保持具Ａ２８と投光器保持具Ｂ２９とによって固定的
に設置されている。さらに、サーボモータ２２の駆動軸
２４が、基台２１に設けられた孔を貫通し、駆動軸保持
部材２６によって駆動ベース２５を回転可能に保持して
いる。このような構成によって、サーボモータ２２が回
転すると、駆動軸２４を介して、駆動ベース２５と共に
投光器本体部２７が３６０度回転できるようになってい
る。 【００１６】また、基台２１には位置センサ３０が設置
され、駆動ベース２５から突き出たセンサエレメント３
０ａが位置センサ３０の間隙を回転移動することによ
り、駆動ベース２５の回転位置、すなわち、投光器本体
部２７の回転位置が検出されるようになっている。つま
り、位置センサ３０はロータリエンコーダやホール素子
や容量センサなどであって、駆動ベース２５の回転に伴
うセンサエレメント３０ａの回転位置が、位置センサ３
０によって非接触で検出されるようになっている。 【００１７】さらに、図２（ｂ）に示すように、投光器
本体部２７は駆動ベース２５の上に３個配置されてい
る。つまり、有効範囲に放射されるレーザパターンを均
等に配分させるために、中央の投光器本体部２７を中心
にして、左右１２.５度ずつ角度を隔てて２個の投光器
本体部２７が配置されている。そして、中央の投光器本
体部２７の中央位置付近の下部であって、駆動ベース２
５の重心位置に駆動軸２５が配置されている。これは、
投光器本体部２７や駆動ベース２５に衝撃が加わった場
合でも、駆動軸２４やサーボモータ２２に曲げモーメン
ト力が加わらないように配慮したものである。尚、位置
センサ３０は中央の投光器本体部２７の後部位置に取り
付けられている。 【００１８】一例として、上記構成の３個の投光器本体
部２７及び回転駆動機構の質量は０.８５ｋｇ、駆動ベ
ース２５の基台２１との間の摩擦係数は０.１８、サー
ボモータ２２の中心位置と駆動軸２４の先端位置との距
離は５ｃｍである。よって、サーボモータ２２の必要ト
ルクは、０.８５×９.８１×０.１８×５＝７.５Ｎ・ｃ
ｍである。したがって、回転トルクが７.５Ｎ・ｃｍ以
上のサーボモータ２２を選定すれば、３個の投光器本体
部２７を自在に回転させることができる。具体的には、
上記の回転トルクを満足するサーボモータ２２として、
モータ質量４５ｇ、出力トルク１３.５Ｎ・ｃｍ、最大
動作スピード０.９６ｓｅｃ／１回転のサーボモータを
用いることができる。 【００１９】再び図１に戻って、上記のような投光器８
及び駆動部９を用いることによって、レーザ光線を３６
０度の範囲で均一に放射することができる。さらに、位
置センサ３０（図２参照）によって、レーザ光線を放射
している円周上の位置を検出することができるので、円
周上を移動している受信側通信装置の受光器と送信側通
信装置の投光器８とを常に最適位置に対向させることが
できる。よって、送信側通信装置と受信側通信装置との
間において、常にレーザ光線の送受信を正常に行うこと
ができる。 【００２０】図３は、本発明の光信号通信システムにお
いて、送信側通信装置と受信側通信装置との間に障害物
が介在している状態を示す概念図である。図３におい
て、送信側通信装置１６が中心部に固定して配置され、
１ｋｍ程度はなれた地点の受信側通信装置１７が、送信
側通信装置１６を中心とした円周上を移動している。ま
た、受信側通信装置１７は、時計方向、反時計方向の何
れの方向へも移動することができる。さらに、送信側通
信装置１６は、図示しないサーボモータによって投光器
１６ａを１回転させることができる。一方、受信側通信
装置１７は、その円筒状の外周に複数の受光器１７ａを
取り付けている。 【００２１】今、図３に示すように、送信側通信装置１
６と受信側通信装置１７との間に障害物１８が介在して
いると、図の破線で示すレーザ光線の範囲内は障害物１
８に遮られているため、送信側通信装置１６から受信側
通信装置１７へレーザ光線を送信することができない。
このような障害物１８が存在する区間があるとき、一方
の装置、つまり受信側通信装置１７を移動するだけでレ
ーザ光線によるデータ通信を確立することができる。 【００２２】ここで、送信側通信装置１６が位置を固定
している場合、送信側通信装置１６は図示しないサーボ
モータによって投光器１６ａを回転するので、投光器１
６ａは３６０度の方向へレーザ光線を放射することがで
きる。一方、受信側通信装置１７は、円周上を図の矢印
の方向（時計方向または反時計方向）へ移動するが、受
光器１７ａは受信側通信装置１７の円筒状の外周に帯状
に配置されているので、受信側通信装置１７が円周上を
移動しても、常にレーザ光線を受光できる状態にある。 【００２３】つまり、送信側通信装置１６が位置を固定
していても、受信側通信装置１７が図に示すレーザ光線
の破線の外側まで移動すれば、障害物１８に遮られるこ
となく、送信側通信装置１６と受信側通信装置１７との
間でレーザ光線の送受信を確立することができる。この
ように、位置を固定している送信側通信装置１６が駆動
部のサーボモータを１回転させて投光器１６ａからレー
ザ光線を送信することと、受信側通信装置１７が自己の
円筒外周に帯状に受光器１７ａを備えることによって、
受信側通信装置１７は最小限の距離を移動するだけで障
害物１８を避けて通信を確立することができる。 【００２４】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、上記の実施の形態では、送信側通
信装置はサーボモータによって１個の投光器を回転さ
せ、受信側通信装置は円筒外周に帯状に複数の受光器を
設けたが、受光器を１個にしても本発明を実現すること
ができる。例えば、受信側通信装置も、送信側通信装置
と同期してサーボモータにより円筒を回転させれば、常
に、送信側通信装置の投光器と受信側通信装置の受光器
との送受信位置関係を対応させることができる。よっ
て、受信側通信装置が１個の受光器を備えているだけで
も、受信側通信装置が円周上を移動するときに、その受
光器の対向位置を送信側通信装置の投光器に向けて回転
させれば、上記の実施の形態と同様に、受信側通信装置
が最小限の距離を移動するだけで障害物を避けて光通信
を行うことができる。 【００２５】また、上記の実施の形態ではレーザ光線に
よって送受信を行う場合についてのべたが、これに限る
ことはなく、近赤外光線や可視光線などあらゆる光信号
によって通信を行っても、前述の実施の形態と同様の作
用効果が得られることはいうまでもない。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように、従来の光信号通信
システムにおいては、送信側通信装置と受信側通信装置
との間に障害物がある場合は、送信側通信装置と受信側
通信装置を障害物のある範囲から移動しないと光通信の
送受信を行うことができなかった。しかし、本発明の光
信号通信システムによれば、障害物の存在する区間にお
いて一方の装置（つまり、受信側通信装置）を移動する
だけで、送信側通信装置と受信側通信装置との間で光信
号による通信を確立することができる。つまり、円周軌
道の中心部にある送信側通信装置が、駆動部のサーボモ
ータによって投光器を回転させながら円周上に光信号の
送信を行い、円周軌道を走行する受信側通信装置が、円
筒容器の外周部に複数の受光器を帯状に配置しておけ
ば、送信側通信装置と受信側通信装置は円周上の何れの
位置からでも光信号の送受信ができる。したがって、送
信側通信装置と受信側通信装置との間に障害物が介在す
る場合でも、送信側通信装置と受信側通信装置の相対位
置を最小限の距離だけ移動すれば、障害物を避けて光信
号の送受信を確立することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の光信号通信システムにおける光通信
装置の構成を示すブロック図である。 【図２】 投光器が備える回転駆動機構の構成図であ
り、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 【図３】 本発明の光信号通信システムにおいて、送信
側通信装置と受信側通信装置との間に障害物が介在して
いる状態を示す概念図である。 【図４】 従来の光信号通信システムにおける通信装置
の構成を示すブロック図である。 【図５】 従来の光信号通信システムにおいて、送信側
通信装置と受信側通信装置との間に障害物が介在してい
る状態を示す概念図である。 【符号の説明】 １ レーザ通信装置、２ スイッチ部、３ 入出力部、
４ 操作部、５ 表示部、６ 高圧発生部、７ 変調
部、８ 投光器、９ 駆動部、１０ 受光器、１１ 制
御部、１２ 電源部、１６、３６ 送信側通信装置、１
６ａ 投光器、１７、３７ 受信側通信装置、１７ａ
受光器、１８、３８ 障害物、２１ 基台、２２ サー
ボモータ、２３ 保持バンド、２４ 駆動軸、２５ 駆
動ベース、２６ 駆動軸保持部材、２７ 投光器本体
部、２８ 投光器保持具Ａ、２９ 投光器保持具Ｂ、３
０ 位置センサ、３０ａ センサエレメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光信号送信装置を中心とする円周上を光
   信号受信装置が移動し、前記光信号送信装置と前記光信
   号受信装置との間で光信号の通信を行う光信号通信シス
   テムにおいて、 前記光信号送信装置は、 光信号を送信する送信手段と、 前記送信手段が光信号を送信する方向を３６０度回転駆
   動させる回転手段とを備え、 前記光信号受信装置は、 円筒状に形成された側面に、帯状に、光信号を受信する
   複数の受信手段を備え、 前記光信号受信装置の円周上の移動位置に応じて、 前記送信手段は、前記回転手段の回転駆動により、前記
   受信手段との間の光通信を可能にする位置に回転するこ
   とを特徴とする光信号通信システム。