JP2003258736A - 空間光通信用センサ、空間光通信用受信装置、及び該受信装置を含む空間光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハブと空間的に離れた複数のノードとの間で
高速にデータ通信を行うのに適した受光用センサを提供
する。 【解決手段】 ２次元の行列状に配置した各単位セル
（画素）は、イメージセンサ動作モードのために、ＰＤ
２０、該ＰＤ２０の接合容量である電荷蓄積用のコンデ
ンサ２１、電荷読み出しゲートスイッチ２４等を備える
ほか、高速通信動作モードのために、ＰＤ２０で生じた
電気信号を蓄積することなく高速読み出し信号線９，１
０に選択的に送るセレクタ２６、該セレクタ２６の選択
制御データを保持するメモリ２７等を備える。全ての画
素の高速読み出し信号線９，１０はそれぞれ共通に接続
され、該信号線上で電流加算されて外部へ出力される。
ハブ側では、イメージセンサ動作モードでノードの位置
を検出した後、そのノードからの照射光が当たる画素の
みを指定して高速通信動作モードで光通信を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間光通信（伝
送）における受信装置の受光センサとして好適な光通信
用センサ、該センサを用いた空間光通信用受信装置、及
び該受信装置を含む空間光通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】オフィス等においてコンピュータネット
ワークを構築する際のハードウエア上の問題の１つは、
各機器を相互に接続するためのケーブルを配設しなけれ
ばならないことである。こうしたケーブルによる接続
は、ケーブルの配設が煩雑であって見栄えも悪くなりが
ちであるというほかに、機器の設置場所が制限された
り、或いは機器の自由な移動を妨げたりするという問題
がある。こうした問題を解決する手段として有効なの
が、無線による機器間の接続である。無線方式には大別
して電波を利用したものと光（主として赤外線）を利用
したものとがあるが、後者は、他の機器への電気的妨害
がないこと、電波法などの規制を受けないこと、情報の
漏洩などに対するセキュリティ性に優れること、等の利
点を有している。

【０００３】しかしながら、周知のように光は直進性を
有しており、その経路上に障害物があると通信に支障を
きたすという根本的な問題がある。そこで、従来のこの
種の空間光通信装置では、各機器に接続した送受光端末
機との間の光の送受を天井や壁の上部などに取り付けた
送受光中継装置との間で行うという構成が採用されてい
る。図１４はこうした空間光通信システムの典型的な構
成例である。

【０００４】この光空間通信システムでは、コンピュー
タやプリンタなどの各端末機器１００にそれぞれ送受光
端末機であるノード２００が接続され、一方、該ノード
２００に対して見通しのよい位置、通常は天井や壁の高
い位置などにアクセスポイントとしてのハブ３００が設
置される。各ハブ３００は送受信が可能である範囲とし
て所定広さで且つ所定距離内のエリアをカバーしてお
り、端末機器１００の配置条件などに応じてハブ３００
の設置間隔が決められる。各ハブ３００は例えば天井裏
空間などに敷設されたイントラネットなどのネットワー
ク回線４００に接続される。ノード２００とハブ３００
とはそれぞれ、データを含む光を放射する送光部と、送
光部から放射されて到来する光を受ける受光部とを備え
ており、ノード２００とハブ３００との間では相互に光
を介したデータ通信が可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】こうした空間光通信シ
ステムの受信装置（図１４では、ノード２００、ハブ３
００共に、受信装置を構成の一部として含んでいるとみ
ることができる）には、ホトダイオード等の受光素子を
有する受光センサが用いられるが、一般に、このような
受光素子において、応答の高速性と受光信号のＳ/Ｎ比
向上とは相反した要求である。すなわち、伝送速度を上
げるべく高速応答を実現するには、受光素子の接合容量
を小さくする必要があり、そのためには受光面の面積を
小さくしなければならない。すると、受光量が減少して
信号強度が低くなり、高いＳ/Ｎ比を確保することが難
しくなる。その結果、送受信可能な距離が短くなった
り、或いは外乱光などの妨害の影響を受け易くなる。集
光レンズを使用して小さな受光面に光を入射させるとい
う方法も考えられるが、こうした高精度なレンズは高価
であり、装置のコストを大きく増加させる。

【０００６】逆に、高い信号レベルを確保するには受光
面の面積を或る程度大きくする必要があるが、それに伴
い接合容量も増加して応答特性が低下し、それによって
通信速度が制限されてしまう。また、受光面の面積を大
きくしても、その受光面全体で光を受けるようにしない
と、必ずしもＳ/Ｎ比の改善には繋がらない。特に最
近、ネットワークの高速化、大容量化の進展に伴い、空
間光通信の高速化に対する要求が高まっており、高いＳ
/Ｎ比を確保しつつ通信速度を如何に上げるかというこ
とが、大きな課題の一つになっている。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その主たる目的とするところは、空間光通信
における通信速度を向上しつつ、高いＳ/Ｎ比でもって
受光信号を得ることができる空間光通信用センサ、該セ
ンサを用いた空間光通信用受信装置、及び該受信装置を
含む空間光通信システムを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る空間光通信用センサは、空間光
通信の受信装置に用いられる空間光通信用センサであっ
て、 a)１画素を構成する微小な受光素子が２次元の行列状に
多数配置された光電変換手段と、 b)前記各受光素子で光電変換されて生じた信号電荷を画
素単位で蓄積する電荷蓄積手段と、 c)第１動作モードにおいて、前記電荷蓄積手段で蓄積さ
れた信号電荷を画素単位で順次、外部へ読み出すための
第１の信号読み出し手段と、 d)第２動作モードにおいて、前記光電変換手段に含まれ
る１乃至複数の受光素子を選択し、該選択された受光素
子で光電変換されて生じた信号電流を蓄積することなく
加算して外部へ読み出すための第２の信号読み出し手段
と、 を備えることを特徴としている。

【０００９】ここで、電荷蓄積手段は光電変換手段と別
に設けてもよいが、光電変換手段に含まれる各受光素子
が有する容量（接合容量）を利用して信号電荷を蓄積す
る構成とすることもできる。すなわち、この構成では、
機能的に光電変換手段と電荷蓄積手段とを分けることは
可能であるが、実体としては一体化されている。

【００１０】また、本発明に係る空間光通信用受信装置
は、上記本発明に係る空間光通信用センサを搭載し、離
間した位置に配置された送信装置から送られてくる信号
光を受信する空間光通信用受信装置において、 a)前記第１動作モードにおいて、前記第１の信号読み出
し手段により読み出された２次元画像に対応する信号に
基づき、前記送光側装置の位置を特定する画像認識手段
と、 b)前記光電変換手段に含まれる受光素子のうち、前記画
像認識手段により特定された送光側装置の位置に対応す
る１乃至複数の受光素子を選択するように前記第２の信
号読み出し手段を制御する読み出し制御手段と、 c)前記第２動作モードにおいて、前記読み出し制御手段
の制御に応じて前記第２の信号読み出し手段により読み
出された信号電流に基づいて、前記送光側装置から送出
された光に含まれる情報を受信する受信手段と、 を備えることを特徴としている。

【００１１】更にまた、本発明に係る空間光通信システ
ムは、上記本発明に係る空間光通信用受信装置と、該受
信装置から離間した位置に配置された送信装置と、を含
むことを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態、及び効果】本発明に係る空間光通
信用センサでは、第１及び第２なる２種類の動作モード
でそれぞれ特徴的な受光及び受光信号の出力動作を行う
ことができる。すなわち、第１動作モードは一般的なＣ
ＭＯＳ/ＣＣＤイメージセンサと同様の動作を行うモー
ドであって、所定の電荷蓄積期間中に２次元画像に対応
した光を受け、各受光素子で光電変換されて生じた信号
電荷を電荷蓄積手段にそれぞれ蓄積し、その後の信号転
送期間に、第１の信号読み出し手段により光電変換手段
の行方向又は列方向に並んだ各画素の蓄積信号電荷を順
次シフトさせながら読み出す。

【００１３】したがって、第１動作モードでは、信号電
荷を蓄積するために蓄積時間が必要であるとともに、蓄
積した信号電荷を外部へ読み出すにも時間を要する。そ
の反面、全ての画素に対する蓄積電荷を個別に読み出す
ことができ、また、光電変換により得られた信号電荷を
蓄積することにより、光電変換手段がカバーする２次元
領域の画像を高い感度で取得することができる。

【００１４】一方、第２動作モードは光電変換で生じた
信号電荷の蓄積を行わない（厳密に言えば蓄積せずに読
み出してしまう）非蓄積モードであって、例えば単一の
受光素子であるホトダイオードなどにおいて、照射光が
光電変換されて生じた信号電流をそのまま出力するのと
同様である。但し、本発明に係る空間光通信用センサの
第２動作モードでは、第２の信号読み出し手段により、
２次元の行列状に多数配置された受光素子のうちの任意
の位置及び任意の数の受光素子を選択し、その選択され
た受光素子で生じる信号電流のみをアナログ的に加算し
て外部に読み出すことができる。

【００１５】したがって、或る送信装置から到来する光
が光電変換手段のうちの一部の１乃至複数の受光素子の
受光面に当たっている場合、その受光素子のみを選択す
ることにより、光が当たっていない他の受光素子の暗電
流や外乱光に起因する電流などの影響を受けることな
く、所望の光に対応する信号電流を高いＳ/Ｎ比で読み
出すことができる。また、この第２動作モードでは、信
号電荷を蓄積せず、不要な接合容量の影響も殆ど受けず
にすみ、しかも信号の読み出しも画素単位の逐次読み出
しではないので、光が照射されている部分のみの受光面
を持つような１個の受光素子で受光した場合と同様の、
非常に高速な応答が可能である。

【００１６】本発明に係る空間光通信用受信装置では、
上記空間光通信用センサの特徴を活かし、第１動作モー
ドにおいて送信装置の位置の特定を行い、第２動作モー
ドにおいては、先に位置が特定された送信装置との光通
信を行う。より詳しく述べると、まず第１動作モードに
おいて、上記送信装置を含む２次元画像を取得したなら
ば、画像認識手段により、光電変換手段の受光面の中で
所望の送信装置から出射された光が当たる部分を検出
し、その部分に対応する受光素子の位置と数とを特定す
る。その後、第１動作モードから第２動作モードに動作
を切り替え、読み出し制御手段により、第２の信号読み
出し手段に対して選択すべき受光素子の位置を指示す
る。これに応じて第２の信号読み出し手段は、上記送信
装置からの信号光が入射している１乃至複数の受光素子
で生じた信号電流のみを選択し、これを電流加算して出
力する。受信手段はこの信号電流を受けて、例えばデー
タ復調などの信号処理を行って受信信号に含まれる情報
を取り出す。

【００１７】したがって、本発明に係る空間光通信用受
信装置によれば、高速で大容量のデータ通信が可能とな
る。また、受光信号のＳ/Ｎ比が向上するので、例え
ば、送信装置の発光素子の発光強度を下げることがで
き、それによって発光光源等のコストを低減することが
できる。また、光電変換手段の前に集光レンズを介挿す
る場合に、集光スポット径をそれほど絞る必要がなく、
また収差等が大きくても問題がないので、レンズの機械
的精度が低くてもよい。そのため、高価なレンズを必要
とせず、例えば安価なプラスチックレンズを用いても充
分な性能を得ることができる。

【００１８】更にまた、複数の送信装置から同時に信号
光が到来する場合に、その光を同時に処理するために
は、上記本発明に係る空間光通信用センサにおいて、第
２の信号読み出し手段は、光電変換手段に含まれる多数
の受光素子のうち互いに同一でない１乃至複数の受光素
子をそれぞれ選択して、該選択された受光素子で光電変
換されて生じた信号電流を加算して並列に外部へ読み出
すための複数の信号経路を有する構成とするとよい。

【００１９】また、このような構成の空間光通信用セン
サを用いた空間光通信用受信装置では、上記画像認識手
段は同時に複数の送信装置の位置を特定し、上記信号読
み出し制御手段は、その複数の特定位置に対して同時に
それぞれ異なる信号経路を介して信号電流を読み出すべ
く第２の信号読み出し手段を制御する構成とすることが
できる。

【００２０】この構成によれば、１つの受信装置と複数
の送信装置との間で光通信を行う場合でも、時分割で光
通信を行う必要がなく、同時に並行して異なるデータを
送ることが可能であるので、高速度で通信を行うのに非
常に有用である。

【００２１】また、本発明に係る空間光通信用センサで
は、光電変換手段に含まれる各受光素子毎に高速の電流
増幅手段を備え、第２の信号読み出し手段は該電流増幅
手段の出力電流を選択的に加算する構成とすることがで
きる。この構成によれば、応答の高速性を維持しつつ、
信号レベルを上げることができる。

【００２２】更にまた、本発明に係る空間光通信用セン
サでは、第２の信号読み出し手段は、光電変換手段に含
まれる各受光素子毎の選択制御情報を保持しておく記憶
手段を含み、該選択制御情報に基づいて、当該受光素子
で光電変換されて生じる信号電流の選択／非選択や選択
先を制御する構成とすることができる。一態様として
は、各画素内にそれぞれ記憶手段を設ける構成とするこ
とができるが、そのほか、画素の外側、例えば列毎及び
行毎にそれぞれ記憶手段を設け、列の選択と行の選択と
の組み合わせにより、或る行列上に位置する受光素子を
選択するようにしてもよい。

【００２３】このような構成では、一旦、選択制御情報
を設定しさえすれば、該選択制御情報を変更する必要の
ない限り、外部より選択制御情報を与える必要がない。
したがって、空間光通信装置の受光側装置における信号
読み出し制御手段の負担が軽くなる。

【００２４】更にまた、同時に多数の受信光を受けてそ
れぞれ独立に読み出すために、全画素を複数の領域に区
分し、前記第２の信号読み出し手段は、前記区分された
領域毎に、少なくとも該領域に含まれる画素の受光素子
による信号を加算して外部へ読み出すための信号経路を
それぞれ２つ以上有する構成としてもよい。また、この
構成では、前記加算対象である画素は２つ以上の前記領
域に跨っている構成とすることが好ましい。このような
構成によれば、受信光の広がりが上記領域内に収まると
いう条件の下で、配線や回路構成をそれほど煩雑にする
ことなく、同時に高速で読み出し可能な信号数を格段に
増加させることができる。

【００２５】また、このような空間光通信システムで
は、送信装置の設置場所は常に一定であるとは限らず、
ユーザにより適宜に移動されることを想定する必要があ
る。そこで、本発明に係る空間光通信用受信装置では、
画像認識手段による位置の特定を一定又は不定時間間隔
で繰り返し行うことにより送信装置の位置の追尾を行う
位置追尾制御手段を備える構成とすることが好ましい。

【００２６】この構成では、例えば第２動作モードで通
信を行っているときに一定又は不定時間間隔で第１動作
モードに切り替え、画像認識手段により送信装置の位置
の特定を再度行い、位置が変化している場合にはそれに
応じて選択すべき受光素子を変更する。第１動作モード
への切替えの頻度を高くするほど送信装置の移動に対す
る追従性は向上するが、その反面、通信を休止している
期間が長くなって総合的な通信速度が低下する。したが
って、送光側装置の許容し得る移動速度などに応じて位
置の追尾の頻度を決めるとよい。また、受光光が途切れ
たと判断したときに上記追尾動作を行うようにしてもよ
い。

【００２７】また、第２動作モードによる通信を行うの
と並行して第１動作モードによる画像認識（送信装置の
位置検出など）を行うことも可能である。もちろん、こ
の場合、第２動作モードにおいて選択されている画素の
信号は画像認識に利用することができないものの、それ
以外の画素の信号は何等問題なく利用できるため、送信
装置が移動したか否かの判断や、移動した場合の移動先
の確定を実行することができる。

【００２８】また、本発明に係る空間光通信用受信装置
において、前記読み出し制御手段は、１乃至複数の受光
素子を選択するに際して加算対象となる受光素子の最大
個数を所定個数以下に制限する構成とすることができ
る。これは、通信速度を優先するべく光電変換手段の実
効的な容量を小さく抑えるために有効である。また、通
信速度以外にも、後段の回路（例えば増幅器）において
信号レベルが飽和しないように信号レベルを抑制したい
場合にも有用である。

【００２９】また、本発明に係る空間光通信システムに
おいて、前記送信装置は、広い範囲に光を放射する拡散
光モードと、任意の特定方向の狭い範囲に光を放射する
非拡散光モードとを切替え可能に有し、前記受信装置が
送信装置の位置の特定を行う際に、該送信装置は拡散光
モードで動作する構成とすることができる。この構成に
よれば、送信装置が受信装置に対してどのような位置に
在っても、受信装置が送信装置の位置を検出する際に検
出が容易になり、検出見逃しなどの不具合をなくすこと
ができる。

【００３０】また、送信装置から出射された信号光を周
辺光（換言すれば外乱光）と確実に区別して検出する一
態様として、前記送信装置は、前記受信装置が送信装置
の位置の特定を行う際に所定の変調を施した信号光を出
射する構成とするとよい。また、前記受信装置は、送信
装置の位置の特定を行う際に該送信装置の信号光の波長
近傍を抽出する波長選別手段を備える構成としてもよ
く、上述した送信側の信号光の変調との併用も有用であ
る。

【００３１】また、送信装置が拡散光モードで動作して
いる場合に、その出射光のうち受信装置に到達する光は
ごく一部に過ぎないから、受光素子での受光量を充分に
確保するのが難しいことがある。そこで、一態様とし
て、前記送信装置は、所定のデューティ比を有する駆動
電流を発光素子に供給する発光駆動手段を備え、該発光
駆動手段は、前記受信装置が送信装置の位置の特定を行
う際に駆動電流を増加させる一方、デューティ比を減少
させる構成としてもよい。これにより出射光の光エネル
ギ密度が高まり、送信装置に対する位置検出が容易にな
る。

【００３２】更にまた、上述したように送信装置におい
て信号光を変調する場合、前記受信装置は、前記信号光
の変調周波数よりも速いフレームレートで前記２次元画
像に対応する信号を取得する構成とすることが好まし
い。具体的には、例え１kHzの変調信号に対してフレー
ムレートを２kHz以上（好ましくは５〜10kHz程度）とす
るとよい。これにより、光信号検出の時間分解能が向上
するから、位置検出の精度を高めることができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明に係る空間光通信用センサ、該
センサを利用した空間光通信用受信装置、及び該受信装
置を含む空間光通信システムの実施例について、詳細に
説明する。

【００３４】先ず、本実施例による空間光通信用センサ
の構成及び動作について説明する。図１は本実施例によ
る空間光通信用センサの内部構成の概略図である。

【００３５】イメージセル部１は、１画素を構成する単
位セル２が２次元の行列状に多数配置されることにより
形成されている。後で詳述するが、各単位セル２はそれ
ぞれ受光素子としてホトダイオード（ＰＤ）を備えてお
り、イメージセル部１に照射された光は各ホトダイオー
ドにより光電変換され、画素単位で信号電荷を発生す
る。イメージセル部１には行デコーダ３と１Ｈメモリ４
とが接続されている。行デコーダ３は列方向（水平ライ
ン）に配列された単位セル２を順次選択し、選択された
単位セル２から垂直信号線への電気信号の読み出しを制
御する。１Ｈメモリ４は、行デコーダ３により選択され
た単位セル２から読み出された電気信号を画素単位でサ
ンプルホールドする。１Ｈメモリ４にホールドされた１
水平ライン分の電気信号は、列デコーダ５の制御の下に
１画素ずつ順次読み出され、アンプ７で増幅された後に
画像信号として出力される。なお、リセット用デコーダ
６は、各単位セル２の信号電荷を読み出す前又は後に、
基準電位を定めるべくリセットを行う機能を有する。

【００３６】また、イメージセル部１にはメモリ制御部
８が接続されており、後述するように各単位セル２に備
えられるセル選択メモリへの選択制御データの書き込み
を制御する。また、イメージセル部１から出力信号線と
して複数本（本例では２本）の高速読み出し信号線９，
１０が引き出されており、第１，第２高速読み出し信号
線９，１０はそれぞれ電流加算アンプ１１，１２を通し
て通信信号出力Ａ，Ｂとして外部へと出力される。な
お、タイミング制御部１３は、外部から複数のクロック
信号を受けて、行デコーダ３、列デコーダ５、メモリ制
御部８を駆動するための制御信号を生成する。このよう
に図１に示した全ての構成要素は、周知の半導体プロセ
スを用いて全て１枚の半導体基板上に形成されており、
１チップの半導体素子として提供される。なお、行選択
及び列選択にデコーダを用いる理由は、単位セル２内に
含まれるセル選択メモリにランダムにアクセスするため
であり、これにより所望の画素をごく短時間で指定する
ことができる。

【００３７】図２は図１中の１個の単位セル２の概略構
成図である。単位セル２は、光電変換手段として、入射
光を光電変換して電気信号とするホトダイオード２０を
備え、該ホトダイオード２０の接合容量（コンデンサ２
１）が、光電変換で生じた電荷を蓄積する電荷蓄積手段
として機能する。また、単位セル２は、ホトダイオード
２０を電荷蓄積モード（後述のイメージセンサ動作モー
ド）と電荷非蓄積モード（後述の高速通信動作モード）
とで切り換えるための２つのモード切替え用ゲートスイ
ッチ２２ａ，２２ｂと、リセット用のゲートスイッチ２
２ｃと、コンデンサ２１に蓄積された電荷を増幅する増
幅器２３と、該増幅器で増幅された電荷信号を画像信号
垂直信号線へと送出するための読み出しゲートスイッチ
２４と、ホトダイオード２０で光電変換により生じた信
号電流を高速で電流増幅する電流増幅器２５と、該電流
増幅器２５で増幅された信号電流を２本の高速読み出し
信号線９，１０へ選択的に振り分けるセレクタ２６と、
該セレクタ２６へ制御信号を与えるために外部から送ら
れた選択制御データを保持しておくセル選択メモリ２７
と、を備える。なお、コンデンサ２１はホトダイオード
２０の接合容量を利用する以外に、他の接合容量を利用
してもよい。

【００３８】図２において、従来の一般的なＣＭＯＳイ
メージセンサの単位セルが備える構成要素は、ホトダイ
オード２０、コンデンサ２１、増幅器２３、読み出しゲ
ートスイッチ２４などであり、モード切替え用ゲートス
イッチ２２ａ，２２ｂ、電流増幅器２５、セレクタ２
６、セル選択メモリ２７などは、本実施例の空間光通信
用センサが特徴的に備える構成要素である。

【００３９】次に、上記構成を有する本実施例の空間光
通信用センサの動作を説明する。本空間光通信用センサ
は、第１動作モードとしてのイメージセンサ動作モード
と第２動作モードとしての高速通信動作モードとの２つ
の動作モードで動作する。なお、以下の説明で明らかに
なるが、本実施例では、各単位セル２毎に、イメージセ
ンサ動作モードと高速通信動作モードとを切替え可能な
構成としているため、一部の単位セル２を高速通信動作
モードで動作させながら、他の単位セル２をイメージセ
ンサ動作モードで動作させることができる。そのため、
センサ全体としてみれば、実質的に、イメージセンサ動
作モードと高速通信動作モードとを同時並行的に実行す
ることができる。

【００４０】（１）イメージセンサ動作モード イメージセンサ動作モードは、一般的なＣＭＯＳイメー
ジセンサと同様の読み出し動作を行うモードであって、
後述のようにしてセル選択メモリ２７に格納された制御
データにより、モード切替え用ゲートスイッチ２２ａは
オンし、もう一方のモード切替え用ゲートスイッチ２２
ｂはオフされる。このイメージセンサ動作モードでは、
電荷蓄積期間と信号読み出し期間とが時間的に分けて設
けられる。電荷蓄積期間において、イメージセル部１に
何らかの２次元画像が投影されると、イメージセル部１
に含まれる各単位セル２中のホトダイオード２０はその
２次元画像のうちの微小領域に対応する光をそれぞれ受
光し、その受光強度に応じた電荷を発生する。この信号
電荷は時間の経過に伴ってコンデンサ２１に蓄積される
から、受光強度が微弱であっても、電荷蓄積期間を長く
とることにより高いレベルの電気信号を得ることができ
る。

【００４１】所定の電荷蓄積期間が終了した後、信号読
み出し期間に移行する。信号読み出し期間では、その単
位セル２の読み出しゲートスイッチ２４に接続されてい
る行選択信号線に選択信号が供給されると、その直前の
電荷蓄積期間において変化したコンデンサ２１の電位が
増幅器２３で増幅され、読み出しゲートスイッチ２４経
て画像信号垂直信号線へと読み出される。上述したよう
に、イメージセル部１においては各列毎に順次単位セル
２から電気信号が垂直信号線に読み出され、１Ｈメモリ
４に一旦ホールドされた後に１画素ずつ読み出される。
１Ｈメモリ４にホールドされていた電気信号が全て読み
出されると、次の行の多数の単位セル２から電気信号が
垂直信号線を通して１Ｈメモリ４に送られる。このよう
にして、信号読み出し期間中に、イメージセル部１に含
まれる全ての画素に対応する電気信号が画像信号出力と
して読み出されるから、この電気信号により２次元画像
を形成することができる。

【００４２】（２）高速通信動作モード 上記イメージセンサ動作モードでは、光電変換で生じた
信号電荷を所定時間蓄積するとともに、電荷の蓄積と信
号の読み出しとを時分割で行っており、更に全画素の電
気信号を画素単位で読み出しているため、１通りの（つ
まり１画像分の）信号取得に要する時間が長い。これに
対し、高速通信動作モードでは、イメージセル部１に含
まれる単位セル２のうち、所望の光が照射されている単
位セル２のみを選択して、その１乃至複数の単位セル２
のホトダイオード２０で光電変換により発生した信号電
流を、蓄積つまり積分することなく加算して外部へと出
力する。

【００４３】高速通信動作モードでは、セレクタ２６の
接続先を制御するための選択制御データが予めセル選択
メモリ２７に格納される。セル選択メモリ２７は各画素
毎に設けられているから、列選択信号線に与える列方向
アドレス信号及び行選択信号線に与える行方向アドレス
信号により所望の１個のセル選択メモリ２７を指定し、
その上で選択制御データ信号線に所望の選択制御データ
を流し、書き込み信号線を介して書き込み信号を供給す
ると、指定されているセル選択メモリ２７に選択制御デ
ータが格納される。列方向アドレス信号及び行方向アド
レス信号を適宜に指定することによって、イメージセル
部１に含まれる任意の位置及び任意の数の単位セル２に
おけるセル選択メモリ２７の選択制御データを設定する
ことができる。

【００４４】この実施例では高速読み出し信号線が２本
用意されているが、セレクタ２６でいずれの高速読み出
し信号線９，１０とも選択しない状態（換言すれば当該
単位セル２がイメージセンサ動作モードで動作している
状態）もあり得るため、３つの選択状態を規定するため
に２ビットの選択制御データが必要である。例えば、２
ビットの選択制御データに対する選択状態として、 00：いずれの高速読み出し信号線９，１０へも信号電流
を出力せず 01：第１高速読み出し信号線９へ信号電流を出力 10：第２高速読み出し信号線１０へ信号電流を出力 11：規定せず と定めることができる。

【００４５】図３は、本空間光通信用センサにおける高
速通信動作モードでの電流加算についての要部の構成図
である。上述の如く各単位セル２が備える電流増幅器２
５の出力は電流信号であるから、或る高速読み出し信号
線９又は１０に対して複数の単位セル２のセレクタ２６
から同時に信号電流が出力されると、その信号線９又は
１０上で電流が加算（合成）される。このとき単位セル
２は１個のみでもよいし、最大、イメージセル部１に含
まれる全ての単位セル２でもよい。

【００４６】また、イメージセル部１の２次元受光面上
で互いに重ならない２箇所の領域に対応する１乃至複数
の単位セル２をそれぞれ選択指定し、その単位セル２が
備えるホトダイオード２０で光電変換して生じた信号電
流を加算した電流を、それぞれ別の通信信号出力Ａ，Ｂ
から取り出すことができる。もちろん、高速読み出し信
号線９，１０の数を更に増加し、それに対応してセレク
タ２６による選択先を増加させる構成とすれば、イメー
ジセル部１の２次元受光面上でそれぞれ独立に受光可能
な領域の数を増すことができる。

【００４７】この高速通信動作モードによる動作の主な
利点は、受光の応答特性が高速であること、信号のＳ/
Ｎ比が改善できること、及び、信号レベルを外部から調
整できることである。

【００４８】すなわち、この空間光通信用センサにおい
て、高速通信動作モードでは、ホトダイオード２０で発
生した電気信号を積分することなく電流増幅器２５を介
して出力しているため、単位セル２毎の応答が非常に高
速である。また、高速通信動作モードで動作する際のホ
トダイオード２０の実効的な容量は電流加算する画素数
に依存するが、加算する最大画素数を制限する（つま
り、イメージセル部１内で光が照射されていない領域、
又は光が照射されている領域の一部に相当する画素を加
算対象としない）ことにより、実効的な容量を小さくし
て通信速度を優先する使用形態とするとができる。ま
た、イメージセル部１内で光が照射されていない領域の
単位セル２におけるホトダイオード２０の暗電流や、そ
れらホトダイオード２０に外乱光が照射されて生じる電
気信号の影響を排除できるので、受光信号の純度が向上
し、Ｓ/Ｎ比が改善できる。更にまた、電流信号を加算
する対象となる単位セル２の数を任意に設定できること
を利用すれば、通信信号出力Ａ，Ｂの後段に接続される
増幅器の許容入力レベルに出力レベルを適合させて、該
増幅器での信号の飽和を回避することもできる。

【００４９】以上のように、本実施例による空間光通信
用センサでは、タイミング制御部１３に対して外部より
供給する各種制御信号に応じて、上述したような全く特
徴の相違する２つの動作モードを実行させることができ
る。

【００５０】なお、上記空間光通信用センサの構成は各
種形態に変形することが可能である。例えば、光電変換
手段としてホトダイオードに代えてホトゲートを利用す
ることもできる。特に、イメージセンサ動作モードにお
いて特定の変調信号光を画素単位で抽出したいような場
合にはホトゲートが有用である。

【００５１】ところで、上記のように高速読み出し信号
線９，１０の数を更に増加し、それに対応してセレクタ
２６による選択先を増加させる構成とすれば、イメージ
セル部１の２次元受光面上でそれぞれ独立に受光可能な
領域の数を増すことができるわけであるが、その数を増
加させるほど配線に要する領域が急激に増加してしま
い、受光面の領域が相対的に小さくなるという問題が生
じる。上記構成では、最大限全ての単位セル２による受
光信号を加算して出力することが可能であるが、或る１
個の受信光の最大スポット径はレンズ等により絞ること
ができるから、その最大スポット径を制限しても実用上
問題はない。そこで、次に説明するような加算領域をオ
ーバーラップさせる手法を導入することにより、配線な
どをあまり複雑にすることなく同時に受光可能な領域の
数を格段に増加させることができる。

【００５２】図１２は水平方向にのみ加算領域をオーバ
ーラップさせる場合の構成の一例を示す概念図である。
この構成では、垂直方向に並んだ各単位セル２に共通な
２本の高速信号読み出し線（例えば９ａ，１０ａ）を設
け、水平方向に隣接する加算領域が交互にオーバーラッ
プするように、２本の高速信号読み出し線（例えば１０
ａと９ｂ）上の信号を加算する加算アンプ（例えば１１
ａ）を設ける。したがって、或る１個の加算アンプは水
平方向に隣接する２行に含まれる全ての単位セル２の出
力を加算するとともに、或る任意の１個の単位セル２で
見れば、その信号の出力先として２つの選択肢を有する
ことになる。この構成では、或る１個の受信光の最大ス
ポット径は水平方向に２個の単位セル分（垂直方向には
制限なし）までに制限されるものの、互いにスポットが
重ならない限り、同時に多数の受信光を受けることが可
能な領域の数を増すことができる。例えば、図１２の例
では、Ａ１，Ａ２，Ａ３の３個の受信光のスポットに対
してそれぞれ加算アンプ１１ｂ，１１ｃ，１１ｅから独
立に加算出力を取り出すことができる。

【００５３】このように垂直方向に並んだ各単位セルに
共通な２本の高速信号読み出し線を配設した構成を一般
化すると、イメージセル部１の総画素数がＮ×Ｍであっ
て、加算領域をｎ画素（但しｎは偶数）とした場合、最
大（２Ｎ／ｎ）−１個の同時読み出しが可能となる。

【００５４】図１３は垂直、水平方向ともに加算領域を
オーバーラップさせる場合の構成の一例を示す概念図で
ある。この構成では、垂直方向に並んだ各単位セル２に
共通な２本の高速信号読み出し線（例えば９ｖａ，１０
ｖａ）を設け、水平方向に隣接する加算領域が交互にオ
ーバーラップするように、２本の高速信号読み出し線
（例えば１０ｖａと９ｖｂ）上の信号を加算する加算ア
ンプ（例えば１１ｈａ）を設けるとともに、水平方向に
並んだ各単位セル２に共通な２本の高速信号読み出し線
（例えば９ｈａ，１０ｈａ）を設け、垂直方向に隣接す
る加算領域が交互にオーバーラップするように、２本の
高速信号読み出し線（例えば１０ｈａと９ｈｂ）上の信
号を加算する加算アンプ（例えば１１ｖａ）を設けてい
る。したがって、或る１個の加算アンプは水平方向に隣
接する２行に含まれる全ての単位セル２の出力、又は垂
直方向に隣接する２列に含まれる全ての単位セル２の出
力を加算するとともに、或る任意の１個の単位セル２で
みれば、その信号の出力先として４つの選択肢を有する
ことになる。この構成では、或る１個の受信光の最大ス
ポット径は水平方向に２個及び垂直方向に２個の単位セ
ル分までに制限されるものの、互いにスポットが重なら
ない限り、同時に多数の受信光を受けることが可能な領
域の数を格段に増すことができる。例えば、図１２の例
では、Ａ１，Ａ２，Ａ３の３個の受信光のスポットに対
してそれぞれ加算アンプ１１ｖａ，１１ｈｃ，１１ｈｄ
から独立に加算出力を取り出すことができる。

【００５５】このように垂直方向及び水平方向に並んだ
各単位セルにそれぞれ共通な２本の高速信号読み出し線
を配設した構成を一般化すると、イメージセル部１の総
画素数がＮ×Ｍであって、加算領域をｎ×ｍ画素（但し
ｎ，ｍは偶数）とした場合、最大〔（２Ｎ／ｎ）−１〕
＋〔（２Ｍ／ｍ）−１〕個の同時読み出しが可能とな
る。

【００５６】次に、上述した空間光通信用センサを受光
センサとして利用した空間光通信用受信装置を含む空間
光通信システムの一実施例について説明する。本実施例
の空間光通信システムは、図１４に示したように、ネッ
トワーク回線４００に接続されるハブ３００と、各端末
機器１００に接続されるノード２００とを備える。な
お、ハブ３００とノード２００とは双方向通信を行うた
めに、それぞれ本発明における空間光通信用受信装置と
該装置に信号光を送る送信装置とを備える。

【００５７】既に説明したように、上記実施例による空
間光通信用センサでは、高速通信動作モードにおいて最
大２つの異なる照射光を独立に受けることが可能である
から、ハブ３００にこの空間光通信用センサを搭載した
場合、ハブ３００は最大限２個のノード２００との間で
通信が可能となる。そこで、図４に示すように、ハブ３
００が通信可能である角度範囲θ内に２個のノード２０
０Ａ，２００Ｂが存在するとして考える。なお、３個以
上のノードが存在する場合には、時分割による通信を行
うようにすることができる。

【００５８】図５は本実施例による空間光通信システム
におけるノード２００の概略ブロック構成図、図６はハ
ブ３００の概略ブロック構成図である。

【００５９】ノード２００は、光を照射するために拡散
出射光学系２０１と非拡散出射光学系２０２の２つの光
学系を備える。拡散出射光学系２０１は光源としてLED
などを含み、広い照射角度範囲に向けて光を出射する。
一方、非拡散出射光学系２０２は、ＬＥＤなどの光源、
複数のレンズ系のほか、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mecha
nical Systems)デバイスなどで駆動される超小型ミラー
２０３や２次元スキャンレンズ２０４などを含み、狭い
照射角度範囲に向けて平行光に近い光径の小さな光を出
射し、しかも、超小型ミラー２０３の回動位置によっ
て、所定の範囲内で上記出射光の出射方向の調整が可能
となっている。なお、周知のように、ＭＥＭＳデバイス
によれば出射光の方向調整が非常に高速で行える。ま
た、受光光学系２０５は、入射光を略並行光にするレン
ズ２０６と上述した構成の空間光通信用センサ２０７と
を備える。

【００６０】電気系回路としては、上記空間光通信用セ
ンサ２０７からの画像信号出力を受ける画像処理部２１
０、該画像処理部２１０で作成された画像に対して画像
認識処理などにより目的とするハブ３００の位置を検出
するハブ位置検出部２１１、空間光通信用センサ２０７
からの通信信号出力を受けてデータ復調処理などを行っ
て所望の通信データを取り出す受信処理部２１２、上記
出射光学系の光源を駆動するとともに、２つの出射光学
系を切り替える機能を有する光源駆動部２１３、超小型
ミラー２０３を駆動するミラー駆動制御部２１４、端末
機器１００に接続されたインタフェイス部２１６を経て
入力されて来る通信データに対してデータ変調処理など
を行って送信可能な形式に変換する送信処理部２１５
と、上記各部の動作を制御する制御部２１７などを備え
る。

【００６１】ハブ３００は、光を照射するために、上記
非拡散出射光学系２０２と同様の構成を有する出射光学
系３０２を備える。すなわち、出射光学系３０２は、LE
Dなどの光源、複数のレンズ系のほか、MEMSデバイスな
どで駆動される超小型ミラー３０３や２次元スキャンレ
ンズ３０４などを含み、狭い照射角度範囲に向けて平行
光に近い光径の小さな光を出射し、しかも、超小型ミラ
ー３０３の回動位置によって、上記角度θの範囲内で上
記出射光の出射方向の調整が高速に行える。一方、受光
光学系３０５は、入射光を略並行光にするレンズ３０６
と上述した構成の空間光通信用センサ３０７とを備え
る。

【００６２】電気系回路としては、上記空間光通信用セ
ンサ３０７からの画像信号出力を受ける画像処理部３１
０、該画像処理部３１０で作成された画像に対して画像
認識処理などによりノード２００Ａ，２００Ｂの位置を
検出するノード位置検出部３１１、空間光通信用センサ
３０７からの２系統の通信信号出力Ａ，Ｂをそれぞれ受
けてデータ復調処理などを行って所望の通信データを取
り出す第１及び第２受信処理部３１２Ａ，３１２Ｂ、上
記出射光学系の光源を駆動する光源駆動部３１３、超小
型ミラー３０３を駆動するミラー駆動制御部３１４、ネ
ットワーク回線４００に接続されたインタフェイス部３
１６を経て入力されて来る通信データに対してデータ変
調処理などを行って送信可能な形式に変換する送信処理
部３１５と、上記各部の動作を制御する制御部３１７な
どを備える。

【００６３】図７は上記構成を備える本空間光通信シス
テムの動作手順を示すフローチャート、図８はノード２
００Ａとハブ３００との間の光の送受の状態を示す概念
図、図９はハブ３００の空間光通信用センサがイメージ
センサ動作モードで動作する際に取得される２次元画像
の一例を示す図、図１０は図９中の一部の拡大図、図１
１はハブ３００の受光光学系３０５における受光状態を
概念的に示した斜視図である。以下、これらの図面を参
照しながら、本実施例の空間光通信システムの動作を説
明する。

【００６４】先ず、ハブ３００側において、制御部３１
７はノード２００Ａの位置を検出するために、空間光通
信用センサ３０７をイメージセンサ動作モードで動作さ
せるべく設定を行う（ステップＳ１）。一方、ノード２
００Ａ側では、制御部２１７はハブ３００の位置の検出
を行うために空間光通信用センサ２０７をイメージセン
サ動作モードで動作させるべく設定するとともに、拡散
光を出射するように光源駆動部２１３を制御する（ステ
ップＳ11）。これにより、図８（Ａ）に示すように、ノ
ード２００Ａから広い範囲に広がる光が照射される。好
ましくは、このときに出射される光は特定の変調パター
ンを有する等、他のノードから出た光と識別可能な光と
するとよい。ここで、ノード検出動作にノード側から拡
散光を出射するのは、当該ノードに対してハブがどうの
ような位置に在っても、ハブに光が届くようにするため
であって、これにより、後述のノード位置の捕捉が容易
になる。

【００６５】ハブ３００側においては、上述したように
空間光通信用センサ３０７の画像信号出力にはイメージ
セル部１で捉えられている２次元画像に対応する画素信
号が順次出力される。画像処理部２１０はこの画素信号
を受けて、コントラスト調整などの所定の画像処理を施
し、例えば図９に示すような２次元画像を作成する。図
９において、符号Ｐaはノード２００Ａの投影像、符号
Ｐbはもう１個のノード２００Ｂの投影像である。ノー
ド位置検出部３１１はこのような２次元画像に対して画
像認識処理を行うことにより、２次元画像に含まれるノ
ード２００Ａ，２００Ｂの位置をそれぞれ検出する（ス
テップＳ２）。

【００６６】こうしたノード位置検出結果は制御部３１
７に入力され、制御部３１７は先ずイメージセル部１に
おいて２個のノード位置に対応した画素（単位セル２）
の位置と数とをそれぞれ決定する。ここで、通常の方法
としては、ノードの位置に対応する画素全てを選択する
が、例えば、図１０に示すように、ノードの投影像Ｐa
の輪郭に相当する位置の単位セル２では、照射光がその
ホトダイオード２０の受光面の一部にのみ当たっている
場合もある。そうしたホトダイオード２０の受光量は小
さく受光信号のＳ/Ｎ比は良好でないから、例えば或る
受光量以下の単位セル２を除外し、ホトダイオード２０
の受光面の全てに光が当たっているような、ノードの投
影像Ｐaの中心部に近い単位セル２（図１１中のＱの範
囲）のみを適宜に選択するようにしてもよい。もちろ
ん、上述したように、通信速度を優先させるべく選択す
る単位セル２０の数を更に制限してもよい。

【００６７】制御部３１７は選択すべき単位セル２の位
置と数とを決めた後、空間光通信用センサ３０７に対
し、選択された１乃至複数の単位セル２を指定するため
の選択制御データを所定のセル選択メモリ２７に書き込
むとともに、少なくとも該当する単位セル２が高速通信
動作モードで動作するように切り替える（ステップＳ
３）。これにより、ハブ３００側においてノード２００
Ａから送られて来る光を高速で受光する準備が整う。更
に、制御部３１７はノードの位置からそのノードへ照射
する光の方向を決定し、それにより超小型ミラー３０３
を制御してその方向へ光が照射されるようにミラー駆動
制御部３１４を制御する（ステップＳ４）。そして、所
定のノード確認用信号光を送出する（ステップＳ５）。
これにより、図８（Ｂ）に示すように、ハブ３００側か
らノード２００Ａに向けて、小さな光径のほぼ平行光で
あるノード確認用信号光が照射される。

【００６８】一方、ノード２００Ａ側では、イメージセ
ンサ動作モードで空間光通信用センサ２０７を動作させ
るが、ノード確認用信号光が来るまではハブ３００の位
置を把握できない（ステップＳ１２で「Ｎ」）。ノード
確認用信号光がレンズ２０６を経て空間光通信用センサ
２０７のイメージセル部１に照射されると、２次元画像
上でハブ３００の位置が明瞭になるため、ハブ位置検出
部２１１は画像処理部２１０で作成された２次元画像を
用いてハブ位置の検出を行う（ステップＳ１３）。な
お、このステップＳ１３を含めてＳ１３〜Ｓ１５の動作
はハブ３００側でのＳ２〜Ｓ４の動作と同様であるので
詳しい説明を省略する。その後、拡散光出射モードから
非拡散光出射モードに切り替えるべく光源駆動部２１３
を制御する（ステップＳ１６）。そして、図８（Ｃ）に
示すように、非拡散出射光学系２０２からハブ３００へ
向けて所定の確認応答信号光を出射する（ステップＳ１
７）。

【００６９】ハブ３００側の空間光通信用センサ３０７
では、ステップＳ３でセル選択メモリ２７に格納された
選択制御データに基づいて、ノード２００Ａの位置に対
応した特定の単位セル２が選択され、その単位セル２の
ホトダイオード２０で光電変換により生じた信号電流が
加算されて通信信号出力Ａから出力される。この状態で
ノード２００Ａから送られて来た確認応答信号光を受光
すると、この受信光による電気信号が第１受信処理部３
１２Ａに入力され、データ復調処理されて元の信号列が
取り出される。制御部３１７はこの情報を受けてノード
２００Ａとの通信が可能となったことを認識し（ステッ
プＳ６で「Ｙ」）、光通信によるデータ通信をノード２
００Ａとの間で開始する（ステップＳ７）。

【００７０】このようにして、ハブ３００とノード２０
０Ａとは互いに位置を確認し合って、それぞれ相手の存
在する位置に向けて信号光を照射するとともに、相手か
ら照射された光が当たっている単位セル２による受光信
号のみを適宜加算することにより、良好なデータ通信を
行うことができる。また、ハブ３００が複数のノード２
００Ａ，２００Ｂに対して同時並行的に送信を行う場合
には、各ノード２００Ａ，２００Ｂが存在する方向に対
応して所定時間毎にミラー３０３を高速駆動し、時分割
で通信を行うようにすることができる。但し、より高速
に通信を行いたい場合には、対応するノードの数だけ出
射光学系３０２を用意しておき、各ノードの位置を検出
した後にそのノードの位置に向けて出射光学系３０２に
よる出射光の方向を固定するようにするとよい。

【００７１】なお、ハブ３００は固定的に設置されてい
るのに対し、ノード２００Ａ，２００Ｂは任意の位置に
移動が可能である。本システムでは、基本的に、移動途
中にあるノードとの通信に対応しないが、通信途中でノ
ードが移動されたとき、移動後の位置において通信を継
続できることが望ましい。そこで、上述したような手順
で通信が開始された後、例えば、或る所定時間、通信が
途絶えたことを検出すると、再び上述したような位置検
出の動作を実行し、ノードの位置を確定するような制御
を行うとよい。また、通信が途絶えとは無関係に、所定
時間経過毎に通信動作を一時的に中断して上述したよう
な位置検出の動作を実行し、ノードの位置を確定するよ
うな制御を行ってもよい。すなわち、このようにすれ
ば、ほぼ常に通信対象であるノードの位置を追跡しなが
ら、通信を継続することができる。

【００７２】上記実施例では、ハブ３００は非拡散光を
利用して特定の位置に在るノード２００Ａ，２００Ｂと
の間の通信を行うように構成されていたが、ミラー３０
３を用いずに拡散光を発するようにしてもよい。この構
成によれば、ノードは常にハブからの光を受光すること
が可能であるので、迅速にハブの位置を検出することが
できるという利点がある。

【００７３】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行えることは明らかで
ある。

【００７４】例えば、上記実施例の空間光通信システム
において、ハブとノードとの基本的相違は、ハブは複数
のノードと同時並行的に通信が可能である構成を有して
いるという点のみであり、これは１又は複数のハブが各
ノードを見渡せる位置に配置されることを前提としてい
る。しかしながら、複数のノードのうちの少なくとも任
意の２台が互いに見通せる位置に配置されているような
システムを前提とすれば、ハブを用いない構成とするこ
とができる。すなわち、ノード自体が複数の他のノード
と同時並行的に通信可能が構成としておき、互いに見通
すことができない２台のノードの間で通信を行う必要が
ある場合には、１乃至複数の他のノードを経由して空間
光通信によるデータ通信を実行する。このようなシステ
ムは、例えば家庭内に配置された電気機器（ＡＶ製品
等）間でデータ通信を行うようなシステムを構築する場
合に特に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による空間光通信用センサ
の内部構成の概略図。

【図２】 本実施例の空間光通信用センサの１個の単位
セルの概略構成図。

【図３】 本実施例の空間光通信用センサにおける高速
通信動作モードでの電流加算についての要部の構成図。

【図４】 本発明の一実施例による空間光通信システム
の基本構成図。

【図５】 本実施例による空間光通信システムのノード
の概略ブロック構成図。

【図６】 本実施例による空間光通信システムのハブの
概略ブロック構成図。

【図７】 本実施例による空間光通信システムの動作を
示すフローチャート。

【図８】 本実施例による空間光通信システムにおいて
ノードとハブとの間の光の送受の状態を示す概念図。

【図９】 本実施例による空間光通信システムにおける
ハブの空間光通信用センサで撮影した２次元画像の一例
を示す図。

【図１０】 図９の２次元画像の一部の拡大図。

【図１１】 本実施例による空間光通信システムにおい
てハブの受光光学系での受光状態を概念的に示した斜視
図。

【図１２】 本実施例の空間光通信用センサにおいて、
水平方向にのみ加算領域をオーバーラップさせる場合の
構成の一例を示す概念図。

【図１３】 本実施例の空間光通信用センサにおいて、
垂直、水平方向ともに加算領域をオーバーラップさせる
場合の構成の一例を示す概念図。

【図１４】 空間光通信システムの典型的な構成例を示
す図。

【符号の説明】

１…イメージセル部 ２…単位セル ２０…ホトダイオード（光電変換手段） ２１…コンデンサ（電荷蓄積手段） ２２ａ，２２ｂ…モード切替え用用ゲートスイッチ ２２ｃ…リセット用ゲートスイッチ ２３…増幅器 ２４…読み出しゲートスイッチ ２５…電流増幅器 ２６…セレクタ ２７…セル選択メモリ ３…行デコーダ ４…１Ｈメモリ ５…列デコーダ ６…リセット用デコーダ ７…アンプ ８…メモリ制御部 ９，１０…高速読み出し信号線 １１，１２…電流加算アンプ １３…タイミング制御部 １００…端末機器 ２００，２００Ａ，２００Ｂ…ノード ２０１…拡散出射光学系 ２０２…非拡散出射光学系 ２０３…超小型ミラー ２０４…２次元スキャンレンズ ２０５…受光光学系 ２０６…レンズ ２０７…空間光通信用センサ ２１０…画像処理部 ２１１…ハブ位置検出部 ２１２…受信処理部 ２１３…光源駆動部 ２１４…ミラー駆動制御部 ２１５…送信処理部 ２１６…インタフェイス部 ２１７…制御部 ３００…ハブ ３０２…出射光学系 ３０３…超小型ミラー ３０４…２次元スキャンレンズ ３０５…受光光学系 ３０６…レンズ ３０７…空間光通信用センサ ３１０…画像処理部 ３１１…ノード位置検出部 ３１２Ａ，３１２Ｂ…第１受信処理部 ３１３…光源駆動部 ３１４…ミラー駆動制御部 ３１５…送信処理部 ３１６…インタフェイス部 ３１７…制御部 ４００…ネットワーク回線

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 國寛 京都府宇治市五ヶ庄平野５−２黄檗パーク ホームズ506号 (72)発明者 山嵜 康司 奈良県大和郡山市筒井町427−３サニーウ ェル105号 Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 AA07 DA04 EA05 FA03 FA04

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間光通信の受信装置に用いられる空間
   光通信用センサであって、 a)１画素を構成する微小な受光素子が２次元の行列状に
   多数配置された光電変換手段と、 b)前記各受光素子で光電変換されて生じた信号電荷を画
   素単位で蓄積する電荷蓄積手段と、 c)第１動作モードにおいて、前記電荷蓄積手段で蓄積さ
   れた信号電荷を画素単位で順次、外部へ読み出すための
   第１の信号読み出し手段と、 d)第２動作モードにおいて、前記光電変換手段に含まれ
   る１乃至複数の受光素子を選択し、該選択された受光素
   子で光電変換されて生じた信号電流を蓄積することなく
   加算して外部へ読み出すための第２の信号読み出し手段
   と、 を備えることを特徴とする空間光通信用センサ。
2. 【請求項２】 前記第２の信号読み出し手段は、前記光
   電変換手段に含まれる多数の受光素子のうち互いに同一
   でない１乃至複数の受光素子をそれぞれ選択して、該選
   択された受光素子で光電変換されて生じた信号電流を加
   算して並列に外部へ読み出すための複数の信号経路を有
   することを特徴とする請求項１に記載の空間光通信用セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 前記光電変換手段に含まれる各受光素子
   毎に高速の電流増幅手段を備え、前記第２の信号読み出
   し手段は該電流増幅手段の出力電流を選択的に加算する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光通信用
   センサ。
4. 【請求項４】 前記第２の信号読み出し手段は、前記光
   電変換手段に含まれる各受光素子の選択制御情報を保持
   しておく記憶手段を含み、該選択制御情報に基づいて、
   当該受光素子で光電変換されて生じる信号電流の選択／
   非選択や選択先を制御することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の空間光通信用センサ。
5. 【請求項５】 全画素を複数の領域に区分し、前記第２
   の信号読み出し手段は、前記区分された領域毎に、少な
   くとも該領域に含まれる画素の受光素子による信号を加
   算して外部へ読み出すための信号経路をそれぞれ２つ以
   上有することを特徴とする請求項２〜４に記載の空間光
   通信用センサ。
6. 【請求項６】 前記加算対象である画素は２つ以上の前
   記領域に跨っていることを特徴とする請求項５に記載の
   空間光通信用センサ。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の空間光
   通信用センサを搭載し、離間した位置に配置された送信
   装置から送られてくる信号光を受信する空間光通信用受
   信装置において、 a)前記第１動作モードにおいて、前記第１の信号読み出
   し手段により読み出された２次元画像に対応する信号に
   基づき、前記送信装置の位置を特定する画像認識手段
   と、 b)前記光電変換手段に含まれる受光素子のうち、前記画
   像認識手段により特定された送信装置の位置に対応する
   １乃至複数の受光素子を選択するように前記第２の信号
   読み出し手段を制御する読み出し制御手段と、 c)前記第２動作モードにおいて、前記読み出し制御手段
   の制御に応じて前記第２の信号読み出し手段により読み
   出された信号電流に基づいて、前記送信装置から到来す
   る信号光に含まれる情報を受信する受信手段と、 を備えることを特徴とする空間光通信用受信装置。
8. 【請求項８】 前記画像認識手段は同時に複数の送信装
   置の位置を特定し、前記信号読み出し制御手段は、その
   複数の特定位置に対して同時にそれぞれ異なる信号経路
   を介して信号電流を読み出すべく前記第２の信号読み出
   し手段を制御することを特徴とする請求項７に記載の空
   間光通信用受信装置。
9. 【請求項９】 前記画像認識手段による位置の特定を一
   定又は不定時間間隔で繰り返し行うことにより前記送信
   装置の位置の追尾を行う位置追尾制御手段を備えること
   を特徴とする請求項７又は８に記載の空間光通信用受信
   装置。
10. 【請求項１０】 前記読み出し制御手段は、１乃至複数
    の受光素子を選択するに際して加算対象となる受光素子
    の最大個数を所定個数以下に制限することを特徴とする
    請求項７に記載の空間光通信用受信装置。
11. 【請求項１１】 請求項７〜１０のいずれかに記載の空
    間光通信用受信装置と、該受信装置から離間した位置に
    配置された送信装置と、を含むことを特徴とする空間光
    通信システム。
12. 【請求項１２】 前記送信装置は、広い範囲に光を放射
    する拡散光モードと、任意の特定方向の狭い範囲に光を
    放射する非拡散光モードとを切替え可能に有し、前記受
    信装置が送信装置の位置の特定を行う際に該送信装置は
    拡散光モードで動作することを特徴とする請求項１１に
    記載の空間光通信システム。
13. 【請求項１３】 前記送信装置は、前記受信装置が送信
    装置の位置の特定を行う際に所定の変調を施した信号光
    を出射することを特徴とする請求項１１又は１２に記載
    の空間光通信システム。
14. 【請求項１４】 前記受信装置は、送信装置の位置の特
    定を行う際に該送信装置の信号光の波長近傍を抽出する
    波長選別手段を備えることを特徴とする請求項１１〜１
    ３のいずれかに記載の空間光通信システム。
15. 【請求項１５】 前記送信装置は、所定のデューティ比
    を有する駆動電流を発光素子に供給する発光駆動手段を
    備え、該発光駆動手段は、前記受信装置が送信装置の位
    置の特定を行う際に駆動電流を増加させる一方、デュー
    ティ比を減少させることを特徴とする請求項１１〜１４
    のいずれかに記載の空間光通信システム。
16. 【請求項１６】 前記受信装置は、送信装置の位置の特
    定を行う際に、前記信号光の変調周波数よりも速いフレ
    ームレートで前記２次元画像に対応する信号を取得する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の空間光通信システ
    ム。