JP2005175968A - 光空間伝送装置及び光空間通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 光空間伝送装置と複数の相手装置との間で行なわれる光通信を効率的にする。
【解決手段】 相手装置(１１ａ〜１１ｄ)との間で、空間を伝搬する光束を用いた第１の通信を行う光空間伝送装置(１０)であって、複数の相手装置との間で第１の通信とは別の第２の通信を行う通信手段(１３)と、第２の通信により、複数の相手装置の中から第１の通信を行う相手装置を特定する特定手段(１０９)とを有することを特徴とする光空間伝送装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空中を伝播する光信号により、一地点に設置した通信装置から複数の地点に置かれた通信装置に対して、通信を行なう光空間通信装置に関するものである。

図６を用いて、従来の光空間通信システムの概略を説明する。ここで、図６は、従来の光空間通信システムの概略図であり、この概略図に示すように光空間通信システムは、光空間伝送装置６０及び相手装置６１ａ〜６１ｃにより構成されている。

光空間伝送装置６０の光源６２から放射された光信号は、光学系６３を透過することによってわずかに拡がりのある略平行の光ビーム６４に変更され、この光ビーム６４は可動ミラー６５にて反射され各相手装置６１ａ〜６１ｃに送信される。

また、可動ミラー６５は予め設定された順序と角度に従って駆動され、相手装置６１ａへの送信が終了すると、次に相手装置６１ｂの方向に光ビームを向け、相手装置６１ｂへの送信が終了すると、次に相手装置６１ｃの方向に光ビームを向け・・・といったように順次各相手装置を走査して通信を行なう。

この走査が高速に行なわれ、各相手装置のユーザは信号を受信する際に待ち時間を意識することはない。また、光信号は電波のように周波数帯域の制限がないために、高速でデータを伝送する事が出来るから、順次走査による間欠的な伝送でも十分な容量のデータを通信することができる。

また、特許文献１にはミラーで各相手装置を走査し、且つ光源と光検出器を備えて相手装置と双方向通信を行なうセンター装置が考案されている。

さらに眼の安全性などの理由により、光ビームの出力レベルが限られている状態で、雨や雪などの天候条件による光ビームの減衰によって発生する光無線の通信品質の低下を防ぐため、光ビーム径を狭め、光ビームを正確に相手装置に向ける必要があるが、これを実現する方法として特許文献１では５個の光ダイオードを配列して、それぞれの光ダイオードの出力から光ビームの方向を修正する機能も考案されている。

また、光ビームの方向を修正する方法としては相手装置から送られて来た光ビームを光位置検出素子に当てることにより相手方装置の方向を算出する方法も広く知られている。
特開２０００−２２４１１２号公報(図１、図３)

しかし、予め設定された順序と角度に従ってミラーの角度を変化させ、全ての相手装置を順次走査する方法だと、通信を必要としない相手装置に対しても通信回線を確立してしまう。このため、多数の相手装置を走査した場合、通信する必要のない相手装置にも、ミラーを駆動して光ビームを照射し、通信が必要でないと判断する時間を無駄に費やしてしまい、通信が必要な相手装置に対して十分な通信時間を割り振ることができなかった。
また、相手装置に対して正確に光ビームの向けるために、５個の光ダイオードを配列してそれぞれの光ダイオードの出力や光位置検出素子などから相手装置の正確な方向を見つけ出したりする方法がとられているが、相手装置の電源が切れてオフ状態の場合、センター装置は相手装置を特定することができず、相手装置を検索しその結果通信が不可能であると判断するまでの時間を浪費してしまい、効率的に一地点対多地点の光空間通信を行なうことができなかった。

更に、相手装置がオン状態であっても通信の必要のない相手装置に対して光ビームの方向を正確にあわせる処理時間が無駄であり、効率的に一地点対多地点の光空間通信を行なうことができなかった。

上記課題を解決するために、本願第１の発明である光空間伝送装置は、相手装置との間で、空間を伝搬する光束を用いた第１の通信を行う光空間伝送装置であって、複数の相手装置との間で第１の通信とは別の第２の通信を行う通信手段と、第２の通信により、複数の相手装置の中から第１の通信を行う相手装置を特定する特定手段とを有することを特徴とする。

ここで、複数の相手装置のうち、特定手段により特定された相手装置との間でのみ第１の通信を行うよう光空間伝送装置を制御する制御手段を設けるのが好ましい。

また、第１の通信を行うための光学系を設け、制御手段に、光学系の通信方向を特定された相手装置の方向に設定するための制御を行うようにさせるとよい。

さらに、光学系に相手装置ごとに異なる方向を向く反射部材を設けるとともに、制御手段に反射部材を特定された相手装置に応じた方向に設定するようにさせるとよい。

さらにまた、制御手段に、特定した相手装置が複数あるときは、特定された複数の相手装置との間で順次第１の通信を行うよう光空間伝送装置を制御させるようにすることもできる。

本願第２の発明である光空間通信システムは、光空間伝送装置に光空間伝送装置との間で第１の通信と第２の通信を行う複数の相手装置を通信可能に接続することにより構成されている。

本願第１の発明によれば、通信が必要な相手装置とだけ第１の通信を行うことができるため、効率的な一地点対多地点の光空間伝送を行なうことが可能な光空間伝送装置を提供することができる。

本願第２の発明によれば、通信の必要のない相手装置に対して第１の通信が行なわれないため、通信の必要な相手装置に対してより多くの通信時間を割り振ることができ、効率的な一地点対多地点の光空間通信システムを提供することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例である光空間通信システムの概略図である。同図において、１０はセンター装置(光空間伝送装置)であり１１ａ，１１ｂ，１１ｃは相手装置である。ここで、各相手装置１１ａ〜１１ｃはセンター装置１０と通信を行なう必要がある時に、低速回線１３(例えば、電話回線、電波無線、別光回線)を使用してセンター装置１０に対して通信が必要である事を知らせる。センター装置１０は、低速回線１３で通信が必要であると知らせてきた相手装置に対して光ビーム１２を走査して順次相手装置に向けて双方向で通信を行なうように構成されている。なお、低速回線１３として、電話回線を使用した場合、既存の通信回線を利用することが出来るため、コストの削減につながる。

１つの相手装置との通信が終わると次に低速回線１３で通信が必要であると知らせてきた相手装置に走査を移す。

センター装置１０には、発光素子１０１(例えば、半導体レーザ)が設けられており、この発光素子１０１から発せられた送信光が各相手装置１１ａ〜１１ｃに送信される。発光素子１０１から発せられる送信光は偏光しており、偏光方向は紙面水平方向になるように設定されている。

この方向に偏光した送信光は、偏光ビームスプリッタ１０２で送受信レンズ１０３の方向に反射され、送受信レンズ１０３を透過して僅かに拡がりをもつ略平行光の光ビームに変更される。送受信レンズ１０３を透過した光ビームは、可動ミラー１０４(反射部材)で反射され、可動ミラー１０４の角度に応じて相手装置１１ａ〜１１ｃの方向に送信される。

他方、相手装置１１ａ〜１１ｃから送られてきた受信光は、センター装置１０の送信光信号と同じ光軸上で逆の経路をたどり、可動ミラー１０４で反射された後、送受信レンズ１０３を透過して、偏光ビームスプリッタ１０２に入射する。ここで、相手装置１１ａ〜１１ｃからの受信光は偏光方向が送信光と直交するように（偏光方向は紙面に垂直）設定されているため、偏光ビームスプリッタ１０２をそのまま透過し、ビームスプリッタ１０５に入射する。

受信光の大部分は、ビームスプリッタ１０５を透過し、光信号検出用の受光素子１０６に入射して、通信用の信号として検出されるが、一部の光はビームスプリッタ１０５で反射され、光位置検出素子１０７に入射する。

次に、図２を用いて光位置検出素子１０７の構成について説明する。同図に示すように、光位置検出素子１０７は、２１ａ〜２１ｄまでに４分割されたフォトダイオードであり、フォトダイオード１０７の受光面には光スポット２２が形成されている。フォトダイオード１０７に入射した光は光電変換された後、制御回路１０９に送信され、各フォトダイオード２１ａ〜２１ｄからの出力電圧を比較することにより光軸ズレ補正情報が生成される。

そして、制御回路１０９は、この光軸ズレ補正情報に基づき可動ミラー１０４の駆動信号を生成し、駆動回路１１０に送信する。これにより、光スポット２２の位置が光位置検出素子１０７の中心に来て、各フォトダイオード２１ａ〜２１ｄの出力電圧が等しくなるように可動ミラー１０４が駆動される。このようにして、送信光と受信光の光軸のズレがなくなり、送信光の向きが相手装置の方向になるように自動追尾が行なわれる。

また、低速回線１３から送られてきた第１の相手装置(例えば相手装置１１ａ)からの通信要求は通信ユニット１０８で受信され、その情報は制御回路１０９(特定手段)に送られる。一つの通信が終わると制御回路１０９は、通信ユニット１０８から知らされた次の通信要求のある第２の相手装置(例えば相手装置１１ｂ)の方向に光ビーム１２を向けるように駆動信号を生成して駆動回路１０９に送り、第２の相手装置との通信を開始する。

上述の実施例では、通信要求があった順番に送信光が通信されるように可動ミラー１０４を駆動していたが、各相手装置１１ａ〜１１ｄの登録順、通信要求に優先度を持たせて優先度の高い順、センター装置１０までの距離が近い順及びこれらを複合的に加味した順番で切換えるようにしてもよい。

図３は本発明の実施例でのセンター装置１０での制御フローを示す。Ｓ３０２の処理で最初の相手装置を決定し、Ｓ３０３の処理にてＳ３０２で決定した相手装置に対して初期の方向調整を行なう。設置時等の初期方向調整は、各相手装置に対して手動で可動ミラー１０４の角度を動かして方向調整を行なう。なお、ＧＰＳ等を使用してセンター装置及び相手装置の位置座標情報を算出して自動的に相手装置の方向を算出する方法でもかまわない。

可動ミラー１０４の角度を動かしてユーザからの光信号がある程度受信できれば上述したように自動追尾が働くので、正確に相手装置の方向に光ビームを向けることができる。

Ｓ３０４の処理でそのときの可動ミラー１０４の角度情報を制御回路１０９内のメモリに書き込んでおく、Ｓ３０５の処理で全ての相手装置１１ａ〜１１ｄの初期方向設定が終了していない場合はＳ３０６の処理で次の相手装置を決定し、全ての相手装置１１ａ〜１１ｄの初期方向設定が終了するまでＳ３０３、Ｓ３０４を繰り返す。

全ての相手装置１１ａ〜１１ｄの初期方向設定が終了するとＳ３０７の処理で通信要求のある相手装置があるかどうかを判断し、通信要求のある相手装置が現われるまでＳ３０７を繰り返す。Ｓ３０７の処理で通信要求のある相手装置があると、３０８の処理で相手装置１１ａ〜１１ｄの登録順、通信要求のあった順、通信要求に優先度を持たせた優先度の高い順、センター装置１０からの距離が近い順及びこれらを複合的に加味した順番のうちいずれかの方法で相手装置を決定し、Ｓ３０９でＳ３０８の処理で決定した相手装置の方向に可動ミラー１０４を駆動して、光ビーム１２を前記相手装置に向けて相手装置との光通信が確立するとＳ３１０の処理で通信を開始する。ここで相手装置はセンター装置に光ビームを向けているものとする。３１１の処理で通信が終了になるまでループし、通信が終了するとＳ３０７に戻り、Ｓ３０７〜Ｓ３１１のステップを繰り返す。

図４は本実施例のセンター装置１０から通信要求のある相手装置を低速回線１３を使用して検索する処理のフローを示したものである。

まず、Ｓ４０２で最初に通信要求があるかどうかの確認を行なう相手装置を決定しこれを登録しておく。そして、Ｓ４０３にてＳ４０２の処理で決定した相手装置に対して通信要求があるかどうかの確認を行い、相手装置からの返答を待つ。Ｓ４０４で相手装置からの返答がなかった場合、Ｓ４０５にてタイムアウトするまでＳ４０４とＳ４０５の処理を繰り返す。Ｓ４０４で相手装置からの返答があった場合、Ｓ４０６の処理に進み、Ｓ４０６にて相手装置からの返答が通信要求の場合はＳ４０７に進む。

Ｓ４０７では、通信要求のあった相手装置が通信要求のある相手装置として登録されているかを判断し、まだ登録されていなければＳ４０８の処理で通信要求のある相手装置として登録し、Ｓ４１１に戻る。登録済みであればそのままＳ４１１に戻る。

Ｓ４０６の処理で相手装置からの返答が通信要求でない場合は、Ｓ４０９に進み、すでに通信要求のある相手装置として登録されているか確認する。そして、通信要求のある相手装置として登録していればＳ４１０の処理でその登録を削除し、登録されていなければそのままＳ４１１の処理に移る。
Ｓ４１１の処理で次に確認を行なう相手装置を決定し、Ｓ４０３に戻って上述のフローを繰り返す。

図５は、相手装置１１ａ〜１１ｄから通信要求を自発的に送る場合の処理フローを示したものである。Ｓ５０２の処理でセンター装置１０は各相手装置からの通信要求及び通信要求解除要求を待つ。Ｓ５０３の処理である相手装置からの要求を受け取るとＳ５０４の処理に移り、これが通信要求であればＳ５０５の処理でこの相手装置を通信要求のある相手装置として登録する。Ｓ５０４の処理で通信要求解除要求の時はＳ５０６の処理でこの相手装置を通信要求のある相手装置の登録から削除する。以後Ｓ５０２の処理に移り上述のフローを繰り返す。

なお、上述の実施例１〜実施例３では相手装置の数を４台としたが、３台以下又は５台以上にしてもよいことはいうまでもない。

実施例１〜実施例３の光空間通信システムの概略図 光位置検出素子を説明する図 実施例１のセンター装置の制御手順を示したフローチャート 実施例２のセンター装置の制御手順を示したフローチャート 実施例３のセンター装置の制御手順を示したフローチャート 従来例の光空間通信システムの概略図

符号の説明

１０：センター装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：相手装置
１２：光ビーム
１３：低速回線
１０１：発光素子
１０２：偏光ビームスプリッタ
１０３：送受信レンズ
１０４：可動ミラー
１０５：ビームスプリッタ
１０６光信号検出用の受光素子
１０７：光位置検出素子
１０８：制御回路
１０９：ミラー角度の駆動回路
１１０：通信制御回路
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ：フォトダイオード
２２：光スポット

Claims (6)

1. 相手装置との間で、空間を伝搬する光束を用いた第１の通信を行う光空間伝送装置であって、
   複数の前記相手装置との間で前記第１の通信とは別の第２の通信を行う通信手段と、
   前記第２の通信により、前記複数の相手装置の中から前記第１の通信を行う相手装置を特定する特定手段とを有することを特徴とする光空間伝送装置。
2. 前記複数の相手装置のうち、前記特定手段により特定された相手装置との間でのみ前記第１の通信を行うよう該光空間伝送装置を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
3. 前記第１の通信を行うための光学系を有し、
   前記制御手段は、前記光学系の通信方向を前記特定された相手装置の方向に設定するための制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の光空間伝送装置。
4. 前記光学系は、前記相手装置ごとに異なる方向を向く反射部材を有し、
   前記制御手段は、前記反射部材を前記特定された相手装置に応じた方向に設定することを特徴とする請求項３に記載の光空間伝送装置。
5. 前記制御手段は、前記特定した相手装置が複数あるときは、該特定された複数の相手装置との間で順次前記第１の通信を行うよう該光空間伝送装置を制御することを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の光空間伝送装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光空間伝送装置と、
   該光空間伝送装置との間で前記第１の通信と前記第２の通信を行う複数の相手装置とを有することを特徴とする光空間通信システム。