JP2005229277A - 光無線伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受信機の受信手段の角度調整による位置変動を最小限に抑えて、送信光と受信手段を正対させて確実に光軸を合わせる。
【解決手段】 放射角の狭い第１の光信号Ｌ１に対応した第１の光学受信手段２１の受光中心Ｏと２軸の回転軸３１ｖ、３１ｈの交点が一致するように構成され、第１の光学受信手段の回転による位置変位は回転中心より離れる程大きくなるが、２軸の回転中心と第１の光学受信手段の受光中心が一致しているので受信側光学ユニット２４の回転による位置変動は無視できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、放射角が比較的狭い光信号を送信機から受信機に送信する光無線伝送装置に関し、特に送信機と受信機の光軸合わせの改良に関する。

従来から光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送技術がある。この光無線伝送には一般に赤外光が用いられ、その発光素子としては、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。このような光無線伝送において、送受信間距離を十分にとりたい場合は、受信装置側に十分な光レベルを入射させるように、指向性を高くすべく送信装置より発する光ビームを鋭く絞る必要がある。そこで、送信装置及び受信装置の光軸を合わせなければならないが、指向性の低い光ビームを用いることや、光ビームが目に見えない赤外光を用いることなどから、光軸合わせは大変煩わしい作業となる。そこで、従来から、この光軸合わせを容易に行えるような光無線伝送装置の提案がされている。

その例としては、送信装置に照準機を設置してその照準機を見ながら光軸を合わせる光無線伝送装置や、受信装置側に受光レベル検出用測定機を接続して２人一組で光軸合わせを行う光無線伝送装置もある。また、本出願人による下記の特許文献１で開示されるような、受光器側に光軸調整用の光源を設けて、送信機からの送信光の受信レベル情報を折り返し、それに応じて送信機側で調整し光軸を合わせるものもある。
特開平７−１３１４２２号公報（要約書）

しかしながら、従来の光無線伝送装置は、送信側の送信光軸を受信側の受信手段に対して簡単で正確に当てようとするもので、受信側の受信手段を送信側に正しく対向させる視点が欠落していた。送信機からの送信光を受信機のフォトダイオードなどの受信手段に当てたとしても、受信手段はそれぞれ受光可能な範囲の角度を有しており、送信光をこの角度範囲内で受光しなければ、送信光が受信機の受信手段に当たったとしても光無線伝送は実現しない。この点に関して、特許文献１の例では受信側を送信光に正対させるための方向制御手段を持たないので、受信機そのものを動かしたり傾けたりする必要がある。

なお、受信側からの受光レベル情報を送信機側の受信手段で受信して、送信機の送信手段と受信手段を一体として移動可能な駆動手段により、粗・密の２段階で光軸調整を行う方法が考えられるが、この方法では、送信機・受信機共光軸を合わせる手段として比較的指向角の広い発光素子と受光素子を備え、光無線により伝えるべき情報が載った、より指向角の狭い送信光の光軸合わせに利用できるが、やはり受信機を送信光に正対させる手段を持たないので、受信機そのものを動かしたり傾けたりする必要がある。

また、受信側の受信手段を２軸の回転駆動手段により送信光に正対させる構造が考えられるが、受信手段の位置が動くのを抑えるような配慮をしないと、回転と同時に受信手段も位置が動いてしまい、受信側が送信光に正対するための回転前には、送信光スポットが受信手段に当たっていたとしても回転により受信手段の位置が動いて受信手段が送信光スポットから外れてしまう。特に送信光の指向角が狭く絞ってあり、送信光スポットが小さい場合は、回転による受信手段の位置変動によって、送信光スポットから受信手段が外れやすくなってしまうのが課題である。

本発明は上記の問題点に鑑み、受信機の受信手段の角度調整による位置変動を最小限に抑えて、送信光と受信手段を正対させて確実に光軸を合わせることができる光無線伝送装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、放射角が比較的狭い第１の光信号を送信する第１の光学送信手段を有する送信機と、前記第１の光信号を受信して電気信号に変換する第１の光学受信手段を有する受信機とを備えた光無線伝送装置であって、
前記送信機は、
前記受信機が前記第１の光信号の光軸合わせを行うために放射角が前記第１の光信号の放射角より広い第２の光を送信する第２の光学送信手段と、
前記送信機が前記第１の光信号の光軸合わせを行うために前記受信機が送信する放射角が前記第１の光信号の放射角より広い第３の光を受信する第３の光学受信手段と、
前記第３の光学受信手段が受信した前記第３の光に基づいて前記第１の光学送信手段の光軸合わせを行う光軸合わせ手段を備え、
前記受信機は、
前記第２の光を受信する第２の光学受信手段と、
前記第３の光を送信する第３の光学送信手段と、
前記第２の光学受信手段により受信された前記第２の光に基づいて、少なくとも前記第１、第２の光学受信手段を一体として、直交する２軸の回転軸の回りを手動で回転可能であって前記２軸の一方又は両方が前記第１の光学受信手段の略受光中心を通るように構成された回転駆動手段を備えたことを特徴とする。

本発明の光無線伝送装置によれば、受信機の受信手段の回転軸が略受光中心を通るように構成されているので、放射角が狭い送信光に対して受信手段を回転させる際に、２軸の回転軸のうちどちらを動かしても送信光のスポットから受信手段が外れないようにすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜装置の全体構成＞
図１は、本発明の光軸合わせ方法を実現するための光無線伝送装置の一実施の形態を示す概略構成図である。図１に示すように、本発明による光無線伝送装置は、映像表示部４から離れた場所にある映像制御部３の映像信号を映像表示部４に光無線伝送して映し出すために、映像制御部３側に設けられた送信機１と、映像表示部４側に設けられた受信機２により構成される。

送信機１からは映像信号が光信号（後述するＬ１）に変換されて出力され、その出力された光信号は一定の放射角の範囲Ｂ（＝−Ｂ／２〜＋Ｂ／２）内において受信可能な所定の強度を保つ。一方、受信機２においては、送信機１より出力された光信号を受ける受光素子が受信可能な受信光指向角Ａ（＝−Ａ／２〜＋Ａ／２）を有する。光伝送を実現するには、送信機１からの光信号の送信光放射角Ｂの範囲内に受信機２の受光素子を捕らえ、かつ、受信機２の受光素子が送信光を受信可能な受信光指向角Ａの範囲内で送信光を受ける必要がある。光無線伝送における光軸合わせとは上記のような状態を作り出すことである。本実施の形態においては、映像信号を光伝送する光学送信手段としてＬＤ（レーザダイオード）を、光学受信手段としてはＰＤ（フォトダイオード）を用いている。

＜送受信機１、２の内部構成＞
図２は、本発明の光無線伝送装置の送信機１と受信機２の概略構成図である。送信機１、受信機２にはそれぞれ、映像信号を変換した第１の光信号Ｌ１を送受信するための第１の光学送信手段１１、第１の光学受信手段２１が設けられている。また、それとは別に、映像信号を伝送する光軸を合わせるために、送信機１には第２の光学送信手段１２と第３の光学受信手段１３が設けられ、受信機２には第２の光学受信手段２２と第３の光学送信手段２３が設けられている。最終的に送信機１側の放射角の狭い第１の光信号Ｌ１を対応する受信機２側の第１の光学受信手段２１に正面から当てる光軸合わせを受信機２側で手動で容易に行うために、送信機１側の第２の光学送信手段１２から放射角の広い第２の光信号Ｌ２を送信し、受信機２側の第２の光学受信手段２２により受光光量を得て、送信機１の方向を検知し、映像信号を光伝送する光軸合わせに利用している。

ここで、送信機１では、第１の光学送信手段１１と、第２の光学送信手段１２と第３の光学受信手段１３が送信側光学ユニット１４内に一体化され、送信側光学ユニット１４は自動で垂直方向回転駆動手段１５、水平方向回転駆動手段１６によりそれぞれ垂直方向、水平方向に回転可能である。また、受信機２では、第１の光学受信手段２１と、第２の光学受信手段２２と第３の光学送信手段２３が受信側光学ユニット２４内に一体化され、受信側光学ユニット２４は手動で垂直方向、水平方向に回転可能である。さらに図３〜図７に示すように、受信側光学ユニット２４の垂直方向の回転軸３１ｖと水平方向の回転軸３１ｈは第１の光学受信手段２１の中心Ｏを通るように構成されている。

＜光軸合わせの手順：送信機１側自動＞
映像信号を光伝送するためには、まずユーザが送信機１と受信機２をおおよそ対向させるように設置して、送信機１の第３の光学受信手段１３が受信機２の第３の光学送信手段２３からの光信号Ｌ３により受信機２の方向を検知できるようにする。本実施の形態においては光軸合わせ用の第３の光学送信手段２３として放射角が比較的広いＬＥＤ（発光ダイオード）を、第３の光学受信手段１３としては受光角が比較的広い複数のＰＤを利用しており、ユーザが送信機１と受信機２をおおよそ向かい合わせるだけで、それぞれの受光素子・発光素子の指向角の範囲内に設置できる。

受信機２の第３の光学送信手段２３からの光信号Ｌ３を受けた送信機１の第３の光学受信手段１３は、複数のＰＤからの受信信号を増幅するなどの処理を加える。この受信信号は図示しない受信レベル検出回路により受信レベルを検出し、各ＰＤからの受信レベルを比較して駆動制御部を制御してステッピングモータなどの駆動手段１５、１６により送信側光学ユニット１４をそれぞれ垂直方向、水平方向に回転駆動して向きを制御して、映像信号が載った放射角の狭い第１の光信号Ｌ１を受信機２の第１の光学受信手段２１に当てる。

＜光軸合わせの手順：受信機２側手動＞
次に、光信号Ｌ１が受信機２の第１の光学受信手段２１に当たった状態で、受信機２の受信側光学ユニット２４の向きを光信号Ｌ１に正対させるように手動で調整する。受信機２は、光信号Ｌ２を第２の光学受信手段２２の複数、例えば２×２個のＰＤにより受光して各受光レベルを検出し、比較して得た信号に基づいて図３に示すような上下左右方向の光軸合わせガイドを光軸調整方向表示部３０に表示する。光軸合わせに際しては、人間（操作者）がこの表示情報を見ながら受信側光学ユニット２４を垂直方向、水平方向に調整する。

＜映像信号伝送用の光軸が合う＞
これまでの段階で、送信側光学ユニット１４と受信側光学ユニット２４を正対させることができたので、映像信号が乗った光信号Ｌ１を伝送するための第１の光学送信手段１１と第１の光学受信手段２１の光軸が合う。

図４は放射角が狭い第１の光信号Ｌ１を受ける受信機２側の第１の光学受信手段２１と受信側光学ユニット２４の回転軸３１ｖ、３１ｈを示す図である。第１の光学受信手段２１の受光手段としては、複数、例えば２×２個の受光素子２１ａを内蔵するＰＤを用い、光を受けて光信号Ｌ１を検出する際の基準位置は複数の受光素子２１ａの中心Ｏである。この中心Ｏが受光中心であり、受光中心Ｏと受信側光学ユニット２４の回転軸３１ｖ、３１ｈの交点を一致させれば、どちらの軸３１ｖ、３１ｈの周りに回転しても受光中心Ｏの位置は不変である。本実施の形態においては、直交する２軸の回転軸を垂直方向と水平方向の回転軸３１ｖ、３１ｈとしたが、いかなる軸であっても、受光中心Ｏを通る回転軸であれば、光軸調整の際に受光中心Ｏが変位することは無い。

図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明における光無線伝送装置の受信機２における、映像信号伝送用の第１の光学送信手段１１に対応した第１の光学受信手段２１の受光素子の受光中心Ｏと回転軸３１ｖ、３１ｈの位置関係の例を示す側面図、正面図である。放射角の狭い第１の光信号Ｌ１に対応した第１の光学受信手段２１の受光中心Ｏと２軸の回転軸３１ｖ、３１ｈの交点が一致するように構成されている。第１の光学受信手段２１の回転による位置変位は回転中心より離れる程大きくなるが、２軸の回転中心と第１の光学受信手段２１の受光中心Ｏが一致していれば、受信側光学ユニット２４の回転による位置変動は無視できる。

図６と図７はそれぞれ、本発明による光無線伝送装置の受信側光学ユニット２４が放射角の狭い第１の光信号Ｌ１を受ける第１の光学受信手段２１の受光中心Ｏを中心として回転する前後の図である。受信側光学ユニット２４が回転しても、第１の光学受信手段２１の受光中心Ｏの位置は不変であるので、第１の光学受信手段２１が光信号Ｌ１の送信光スポットＳ１から外れることは無い。同じく、受信機２側に送られる第２の光学送信手段１２による光信号Ｌ２は、元来、第１の光信号Ｌ１を第１の光学受信手段２１に合わせるためのものであり、十分に放射角が広いので、第２の光信号Ｌ２に対応する第２の光学受信手段２２が受信側光学ユニット２４の回転により第２の光信号Ｌ２の送信光スポットＳ２から外れることはない。

図８は、受信側光学ユニット２４の回転軸が第１の光学受信手段２１から離れた位置にあり、受信側光学ユニット２４が回転すると、第１の光学受信手段２１が第１の光信号Ｌ１の送信光スポットＳ１から外れてしまう場合を示している。図示の状態は第１の光信号Ｌ１がギリギリで第１の光学受信手段２１に当たっているような場合に起こる可能性がより高い。

本発明の光軸合わせ方法を実現するための光無線伝送装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明の光無線伝送装置の送信機と受信機の概略構成図である。 本発明による受信機の光軸合わせのための光軸調整方向表示部を示す図である。 放射角の狭い第１の光信号を受ける受信機側の第１の光学受信手段と受信側光学ユニットの回転軸の位置関係を示す図である。 図４の受信側光学ユニットを搭載した受信機の全体図である。 本発明による光無線伝送装置の受信側光学ユニットが回転する前の図である。 本発明による光無線伝送装置の受信側光学ユニットが回転した後の様子を示す模式図である。 本発明の構成を有さない光無線伝送装置の受信側光学ユニットが回転する様子を示す模式図である。

符号の説明

１ 送信機
２ 受信機
３ 映像制御部
４ 映像表示部
１１ 第１の光学送信手段
１２ 第２の光学送信手段
１３ 第３の光学受信手段
１４ 送信側光学ユニット
１５ 垂直方向回転駆動手段
１６ 水平方向回転駆動手段
２１ 第１の光学受信手段
２１ａ 受光素子
２２ 第２の光学受信手段
２３ 第３の光学送信手段
２４ 受信側光学ユニット
３０ 光軸調整方向表示部
３１ｈ 水平方向回転軸
３１ｖ 垂直方向回転軸
Ｏ 受光中心
Ｓ１、Ｓ２ 送信光スポット

Claims (1)

1. 放射角が比較的狭い第１の光信号を送信する第１の光学送信手段を有する送信機と、前記第１の光信号を受信して電気信号に変換する第１の光学受信手段を有する受信機とを備えた光無線伝送装置であって、
   前記送信機は、
   前記受信機が前記第１の光信号の光軸合わせを行うために放射角が前記第１の光信号の放射角より広い第２の光を送信する第２の光学送信手段と、
   前記送信機が前記第１の光信号の光軸合わせを行うために前記受信機が送信する放射角が前記第１の光信号の放射角より広い第３の光を受信する第３の光学受信手段と、
   前記第３の光学受信手段が受信した前記第３の光に基づいて前記第１の光学送信手段の光軸合わせを行う光軸合わせ手段を備え、
   前記受信機は、
   前記第２の光を受信する第２の光学受信手段と、
   前記第３の光を送信する第３の光学送信手段と、
   前記第２の光学受信手段により受信された前記第２の光に基づいて、少なくとも前記第１、第２の光学受信手段を一体として、直交する２軸の回転軸の回りを手動で回転可能であって前記２軸の一方又は両方が前記第１の光学受信手段の略受光中心を通るように構成された回転駆動手段を備えた光無線伝送装置。
   

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