JP2005020422A

JP2005020422A - 水中無線通信システムおよび光信号送信装置、光信号受信装置

Info

Publication number: JP2005020422A
Application number: JP2003183092A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujii; 孝治藤井; Yasuyuki Matsutani; 康之松谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】従来、水中無線通信手段は吸収の弱い音波または低周波電波をキャリアとして利用していた。通信距離は確保できるが，広帯域のデータ伝送には不向きであること、通信装置の規模が大きく水中での行動に支障をきたすと言った問題があった。このため、広帯域伝送が可能で、かつ装置装着感の少ない小型装置の実現が課題となっていた。
【解決手段】キャリアとしては可視から赤外領域の光を利用とした。特に可視光付近の光は水中での透過率が大きいため実用的な通信距離を確保できる。また、通信方式として１ビット量子化器を採用し、耳孔装填型とし音声出力電力を低減することにより装置規模の縮小を可能とした。

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水中における単方向の無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水中における無線通信手段は、図６に示すように水中における吸収の弱い音波あるいは低周波電波をキャリアとして利用していた。このため、通信距離は確保できるが、キャリア自体の周波数が低いため広帯域のデータ伝送ができないといった問題があった。また水中では、呼吸装置等の他の装置を装着する必要があることから、無線通信装置の規模が大きいと、水中での行動に支障をきたすといった問題があり、サイズ上の限界もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決するために提案されたもので、その目的は、水中における無線通信装置の規模を小型化して、装着感の少ないものとすることにより水中における利用者の行動に対する負担を軽減すると同時に、広帯域性を利用して明瞭度の高い高音質通話を可能とすることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、無線通信のキャリアとして可視から赤外にわたる光を用いることとした。可視光付近の光は、水中における透過率が大きいため、これをキャリアとして用いることにより実用的な通信距離を確保することができる。また、通信方式には１ビット量子化技術をもちいた。これにより、送受信器の規模を小さくし、装着する負担を軽減することができる。具体的には、
請求項１においては、音声信号を集音し電気信号に変換する手段と、前記電気信号をデジタル信号に変換する手段と、該デジタル化された電気信号を光信号として送信するための発光手段と、該発光手段を駆動する駆動回路手段とを備えた光信号送信手段と、光信号を電気信号に変換する受光手段と、該電気信号を音声信号に変換する音声信号生成手段とを備えた光信号受信手段とからなり、前記光信号送信手段を、第１の利用者が着用している潜水マスクの内部に装着し、該潜水マスク内部において上記第１の利用者が発する音声情報を集音しかつマスク外部に光信号を送出できるような位置にこれを配置し、前記光信号受信手段を、第２の利用者の潜水マスク内で前記光信号送信手段からの光を受信し得る位置に装着し、前記第１の利用者が送信側の潜水マスク内で発生した音声メッセージを、該送信側潜水マスク内光出力可能な位置に装着した前記光信号送信手段により光信号に変換して該送信側潜水マスク外部に送出し、第２の利用者が受信側潜水マスクの受光可能な位置に装着した前記光信号受信手段により、前記送信された光信号を受信し、音声信号に変換して、前記第１の利用者からの音声メッセージを前記受信側潜水マスク内で聴取し得る構成となっている水中無線通信システムについて規定している。
【０００５】
請求項２においては、請求項１に記載の光信号送信手段は、前記第１の利用者が発した音声信号を集音するマイクロホンと、該マイクロホン出力の電気信号を１ビット量子化器でデジタル化するアナログ・デジタル変換手段と、該デジタル化された電気信号を光信号として送信する発光手段および該発光手段を駆動するドライバとを備えた構成の水中無線通信システムについて規定している。
【０００６】
請求項３においては、請求項１に記載の光信号受信手段は、前記第１の利用者が発した光信号を受信し、電気信号に変換するする受光手段と、該受信した電気信号の復調手段と、該復調手段により復調された電気信号を音声信号として出力するための音声生成手段とを備えており、前記光信号受信手段を第２の利用者の耳孔に挿入し、かつ前記受光手段を外耳側に、前記音声生成手段を内耳側となるようにこれを配置して使用する構成の水中無線通信システムについて規定している。
【０００７】
請求項４においては、第１の利用者が着用している潜水マスクの内部に装着され、前記第１の利用者が送信側の潜水マスク内で発生した音声メッセージを光信号に変換して潜水マスク外部に送出する光信号送信装置と、第２の利用者が装着し、前記光信号送信装置からの前記光信号を受信して音声信号に変換する光信号受信装置とからなる水中無線通信システムに用いる光信号送信装置であって、前記第１の利用者が発した音声信号を集音するマイクロホンと、該マイクロホン出力の電気信号を１ビット量子化器でデジタル化するアナログ・デジタル変換手段と、該デジタル化された電気信号を前記光信号として送信する発光手段および該発光手段を駆動するドライバとを備えた水中無線通信システム用の光信号送信装置について規定している。
【０００８】
請求項５においては、第１の利用者が着用している潜水マスクの内部に装着され、前記第１の利用者が送信側の潜水マスク内で発生した音声メッセージを光信号に変換して潜水マスク外部に送出する光信号送信装置と、第２の利用者が装着し、前記光信号送信装置からの光信号を受信して音声信号に変換する光信号受信装置とからなる水中無線通信システムに用いる光信号受信装置であって、前記第１の利用者が発した前記光信号を受信し、電気信号に変換するする受光手段と、該受信した電気信号の復調手段と、該復調手段により復調された電気信号を音声信号として出力するための音声生成手段とを備えており、前記光信号受信手段を第２の利用者の耳孔に挿入し、かつ前記受光手段を外耳側に、前記音声生成手段を内耳側となるようこれを配置して使用する構成の水中無線通信システム用の光信号受信装置について規定している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施例を説明する図であり、水中無線通信装置の概念図を示している。赤外光をキャリアとして用いる送信機１と受信機２とからなる。水中における電磁波は、可視光波長帯、あるいは数１０ＫＨｚ程度の超低周波において最も吸収が小さい。したがって、可視光に近い赤外光をキャリアとすることで、マイクロ波等の高周波電波を用いるよりも、電力的に効率の良い通信システムを構築することができる。また、キャリア周波数は十分高いので、音波、低周波電波を用いる場合よりも広帯域のデータ通信を実現することができる。本実施の形態では、赤外光をキャリアとして用いたが、発光装置を交換することで、可視光あるいは紫外光等も利用することもできる。
本実施の形態では、スキューバダイビングのインストラクタが生徒に対し指示を与える場面を想定した。インストラクタは送信機１を、生徒は受信機２を装着している。
【００１０】
図２と図３は、第１の実施の形態における受信機２と送信機１の構成をそれぞれ示すブロック図である。図２に示す送信機１は、声を集音するマイク３、これをデジタル信号に変換する１ｂｉｔ量子化器４、光源を駆動するドライバ５、赤外光を発光し光源となる発光ダイオード（ＬＥＤ）６とからなる。１ビット量子化器４にはノイズシェーピングＡＤ変換器を用いることができる。またＬＥＤを駆動するドライバは１ビット量子化器４の出力条件またはＬＥＤ６の条件によっては省略することができる。
【００１１】
図３に示す受信機２は、水中を伝播してきた赤外光を受信して電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）７、フォトダイオード７から出力される電気信号をフィルタリングするローパスフィルタ（ＬＰＦ）８、受信信号を増幅してスピーカを駆動するアンプ９、音声メッセージを音響信号として出力するスピーカ１０とからなる。ＬＰＦ８あるいはアンプ９は、フォトダイオード７の出力回路およびスピーカ１０の条件次第では省略することも可能である。
また受信機２のフォトダイオード７を、送信機１で用いる光の波長に応じて、最大感度が可視光や紫外光で得られるものに切り替えることも可能である。
【００１２】
図４は第１の実施の形態における送信機１と受信機２の第１の装着形態例を説明する図である。水中での送信側となる第１の利用者は潜水マスクにより頭部を完全に覆われ、呼気・吸気と、音声の発生・聴取を同時に行うことができものとする。送信機１は送信側潜水マスク上の透明窓１２の付近に配置される。透明窓１２付近に、発光装置または送信機１を配置することにより、送信機１は送信側潜水マスク１１外部の水中に対し光を発射する。同様に、受信機２を装着した受信側においても、送信側と同形状の潜水マスク１３の透明窓１４に受信機２を配置することにより潜水マスク１３内部において第１の利用者の音声メッセージを再生することができる。なお、本例において受信側では耳を水中に露出し、その耳孔（外耳道）に受光側が外耳側に、音響信号発生側（発音側）を内耳側になるように受信機を挿入する。この装着法においても、送信側である第１の利用者は受信側である第２の利用者に音声メッセージを伝えることができる。なお、本第１の実施の形態例において、
受信側である第２の利用者の耳を水中に露出させておき、第２の利用者は受信機２をその露出した耳に、受光手段が外耳側、音響信号発生側（発音側）が内耳側となるように装着することにより、第１に利用者が発した音声メッセージを光に変換して水中を伝達させ、第２の利用者の耳に装着した受信装置によりこれを受信し、音声信号に変換してメッセージを伝えることもできる。
【００１３】
（第２の実施の形態例）
図５は本発明による第２の実施の形態例における、送信機１と受信機２の装着形態を説明する図である。送信側である水中での第１の利用者は潜水マスク１１により頭部を完全に覆われ、呼気・吸気と、音声の発生・聴取を同時に行うことができる。送信機１と受信機２は潜水マスク１１上の透明窓１４の付近に配置される。透明窓付近に、受光装置あるいは発光装置を配置することにより、送信機１は水中に対し光を発射し、受信機２は水中から光信号を容易に受信することができる。これにより、第１の利用者が発した音声メッセージを光に変換して水中を伝達させ、第２の利用者の耳に装着した受信装置によりこれを受信し、音声信号に変換してメッセージを伝えることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、キャリア周波数が高いため、水中における無線通信装置の帯域を確保しながら実用的な通信距離を確保することができ、また、１ビット量子化器ヲ適用するため通信装置の規模を縮小して利用者の装着感を軽減し水中行動に対する負担を軽滅することができる。
【００１５】
これにより水中における無線通信手段を耳栓大の装置でかつ低コストで実現することができる。したがって、潜水スクール等で講師が、生徒に指示を与える場合においても、容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態例における全体構成図。
【図２】本発明による送信機の構成を示すブロック図。
【図３】本発明による受信機の構成を示すブロック図。
【図４】本発明による送信機および受信機を装着形態の第１の例を示す外観図。
【図５】送信機および受信機を装着形態の第２の例を示す外観図。
【図６】従来の水中型無線通信装置における送受信機の構成図。
【符号の簡単な説明】
１：送信機２：受信機
３：マイク４：１ビット量子化器
５：ドライバ６：発光ダイオード（ＬＥＤ）
７：フォトダイオード（ＰＤ）８：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
９：アンプ１０：スピーカ
１１：潜水マスク１２：透明窓
１３：潜水マスク

Claims

音声信号を集音し電気信号に変換する手段と、前記電気信号をデジタル信号に変換する手段と、該デジタル化された電気信号を光信号として送信するための発光手段と、該発光手段を駆動する駆動回路手段とを備えた光信号送信手段と、
光信号を電気信号に変換する受光手段と、該電気信号を音声信号に変換する音声信号生成手段とを備えた光信号受信手段とからなり、
前記光信号送信手段を、第１の利用者が着用している潜水マスクの内部に装着し、該潜水マスク内部において上記第１の利用者が発する音声情報を集音しかつ前記潜水マスク外部に光信号を送出できるような位置にこれを装着し、
前記光信号受信手段を、第２の利用者の潜水マスク内で前記光信号送信手段からの光を受信し得る位置に装着し、
前記第１の利用者が送信側の潜水マスク内で発生した音声メッセージを、該送信側潜水マスク内光出力可能な位置に装着した前記光信号送信手段により光信号に変換して該送信側潜水マスク外部に送出し、第２の利用者が受信側潜水マスクの受光可能な位置に装着した前記光信号受信手段により、前記送信された光信号を受信し、音声信号に変換して、前記第１の利用者からの音声メッセージを前記受信側潜水マスク内で聴取し得る構成となっていることを特徴とする水中無線通信システム。
請求項１に記載の水中無線通信システムにおいて、
光信号送信手段は、
前記第１の利用者が発した音声信号を集音するマイクロホンと、
該マイクロホン出力の電気信号を１ビット量子化器でデジタル化するアナログ・デジタル変換手段と、
該デジタル化された電気信号を光信号として送信する発光手段および該発光手段を駆動するドライバと
を備えた構成であることを特徴とする水中無線通信システム。
請求項１に記載の水中無線通信システムにおいて、
光信号受信手段は、
前記第１の利用者が発した光信号を受信し、電気信号に変換するする受光手段と、
該受信した電気信号の復調手段と、
該復調手段により復調された電気信号を音声信号として出力するための音声生成手段とを備えており、
前記光信号受信手段を第２の利用者の耳孔に挿入し、かつ前記受光手段を外耳側に、音声生成手段を内耳側となるようにこれを配置して使用することを特徴とする水中無線通信システム。
第１の利用者が着用している潜水マスクの内部に装着され、前記第１の利用者が送信側の潜水マスク内で発生した音声メッセージを光信号に変換して潜水マスク外部に送出する光信号送信装置と、第２の利用者が装着し、前記光信号送信装置からの前記光信号を受信して音声信号に変換する光信号受信装置とからなる水中無線通信システムに用いる光信号送信装置であって、
前記第１の利用者が発した音声信号を集音するマイクロホンと、
該マイクロホン出力の電気信号を１ビット量子化器でデジタル化するアナログ・デジタル変換手段と、
該デジタル化された電気信号を前記光信号として送信する発光手段および該発光手段を駆動するドライバと
を備えたことを特徴とする水中無線通信システム用の光信号送信装置。
第１の利用者が着用している潜水マスクの内部に装着され、前記第１の利用者が送信側の潜水マスク内で発生した音声メッセージを光信号に変換して潜水マスク外部に送出する光信号送信装置と、第２の利用者が装着し、前記光信号送信装置からの光信号を受信して音声信号に変換する光信号受信装置とからなる水中無線通信システムに用いる光信号受信装置であって、
前記第１の利用者が発した前記光信号を受信し、電気信号に変換するする受光手段と、
該受信した電気信号の復調手段と、
該復調手段により復調された電気信号を音声信号として出力するための音声生成手段とを備えており、
前記光信号受信手段を第２の利用者の耳孔に挿入し、かつ前記受光手段を外耳側に、前記音声生成手段を内耳側となるようこれを配置して使用することを特徴とする水中無線通信システム用の光信号受信装置。