JP2005252842A - Optical axis control apparatus and optical communications equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光空間通信装置に用いられ、光信号の光軸を変更する光軸制御装置に関する。 The present invention relates to an optical axis control device that is used in an optical space communication device and changes an optical axis of an optical signal.
従来の光空間通信システムは、図1に示すように、第1の光空間通信装置Aと第2の光空間通信装置Bとの間で、互いを結ぶ光伝送路の光軸を一致させた後、この状態の第1の光空間通信装置Aのパン角θPAとチルト角θTA及び第2の光空間通信装置Bのパン角θPBとチルト角θTBで光軸を固定する。第1の光空間通信装置Aは光送信機A1及び光受信機A2を備え、同様に、第2の光空間通信装置Bは光送信機B1及び光受信機B2を備え、互いに送受信機間を対応させて光信号P1,P2の送受信を可能とする。この状態で、第1の光空間通信装置Aを第1のネットワークN1に接続し、第2の光空間通信装置Bを第2のネットワークN2に接続することで、第1及び第2の光空間通信装置A,Bの光空間通信により、第1及び第2のネットワーク間の1対1の通信を可能とする。 In the conventional optical space communication system, as shown in FIG. 1, the optical axes of the optical transmission lines connecting the first optical space communication device A and the second optical space communication device B are made to coincide with each other. Thereafter, the optical axis is fixed at the pan angle θ PA and tilt angle θ TA of the first optical space communication device A and the pan angle θ PB and tilt angle θ TB of the second space communication device B in this state. The first optical space communication device A includes an optical transmitter A1 and an optical receiver A2, and similarly, the second optical space communication device B includes an optical transmitter B1 and an optical receiver B2, and between the transceivers. Correspondingly, the optical signals P1, P2 can be transmitted and received. In this state, the first optical space communication device A is connected to the first network N1, and the second optical space communication device B is connected to the second network N2. One-to-one communication between the first and second networks is enabled by optical space communication between the communication devices A and B.
しかしながら、第1の光空間通信装置Aのパン角θPAとチルト角θTA及び第2の光空間通信装置Bのパン角θPBとチルト角θTBが固定された状態で、第1の光空間通信装置Aと第2の光空間通信装置Bとの間が遮蔽物で遮蔽されると、光信号P1,P2がいずれも遮断されて通信が不能に陥る。 However, with the pan angle θ PA and tilt angle θ TA of the first optical space communication device A and the pan angle θ PB and tilt angle θ TB of the second optical space communication device B fixed, the first light If the space communication device A and the second space optical communication device B are shielded by a shielding object, the optical signals P1 and P2 are both blocked, and communication becomes impossible.
以下、本発明に関連する従来技術を例示する。
まず、特許文献1には、ファインダ視野移動及び光学系向き可変の2つの駆動系で光軸を制御する機能を備えた「光空間伝送装置」が開示されている。
また、特許文献2には、回転軸を直交させた2枚のミラーを回転することにより、螺旋状に走査して航空機に搭載した受信機を追尾する「自動追尾光通信装置」が開示されている。
Hereafter, the prior art relevant to this invention is illustrated.
First,
また、特許文献3には、ビームスプリッタと可動ミラー光学系による、自局でのビーム中心位置を補正する「双方向空間光通信装置」が開示されている。
また、特許文献4には、カメラファインダを用いた送信先情景とビーム点像の初期設定と、サーボ動作による自動合わせを行う「光空間伝送装置」が開示されている。
Patent Document 4 discloses an “optical space transmission device” that performs initial setting of a transmission destination scene and a beam point image using a camera finder and automatic alignment by a servo operation.
また、特許文献5には、パラボラリフレクタを用いて複数チャネル間干渉を防止し、また広い指向性の発光器/受光器で光軸合わせを容易にする「光無線送受信装置及び光無線装置並びに光無線装置の光軸調整方法」が開示されている。
また、特許文献6には、主信号光にパイロット信号を重畳し、出射方向を制御することで、送信距離によるビーム広がりを制御し、同時にパイロット信号レベル制御して自動光軸調整(最初は視準スコープ)を行う「光空間通信装置」が開示されている。
Further, Patent Document 5 discloses a “optical wireless transmission / reception device, optical wireless device, and optical device that uses a parabolic reflector to prevent interference between multiple channels and facilitates optical axis alignment with a wide directional light emitter / receiver. An optical axis adjustment method for a wireless device is disclosed.
In Patent Document 6, the pilot signal is superimposed on the main signal light, and the beam direction according to the transmission distance is controlled by controlling the emission direction, and at the same time, the pilot signal level is controlled to automatically adjust the optical axis (initially viewing). An “optical space communication device” that performs a semi-scope is disclosed.
また、特許文献7には、受光位置センサ又は加速度センサにより自局の姿勢変化を検知し、可変頂角プリズムで軸ずれ補正駆動する「光空間通信装置」が開示されている。
また、非特許文献1には、「反肘鏡を用いた光路切替技術」として、光軸制御装置を用いた“光路切替装置”を実際に光空間通信装置と組み合わせて構築し、伝送光を切替えるのに要する時間を計測した、光軸の切替実験結果に関する報告が開示されている。
Patent Document 7 discloses an “optical space communication device” that detects a change in the attitude of its own station using a light receiving position sensor or an acceleration sensor, and performs axis deviation correction driving using a variable apex angle prism.
In
また、非特許文献2には、「屋外空間光伝送技術の最新情報」として、従来の光空間通信装置に用いられる光軸微調整機能の概要とその機能が必要な理由としての気象の影響による伝送損失の予測の困難性に関する報告が開示されている。
また、非特許文献3には、市販の光空間通信装置の概要として、光軸の照準を、自動的に直径の中心に合わせる「自動追尾機能」について開示されている。
Non-Patent
Further, Non-Patent
以上のように従来の光空間通信装置では、相手側光空間通信装置との間に物体が入ると光信号が遮断されてしまい、もはや通信不能となってしまう。そこで、予め互いに光軸が異なる位置に複数の相手装置を用意しておき、通信中の光伝送路に遮蔽物が入った場合に、別の相手装置に光伝送路を切り替えて通信を再開可能とすることが考えられている。この場合、光空間通信装置にあっては、光信号遮断検知に伴って直ちに光伝送路の光軸を変更する必要があるが、装置全体を稼動して光軸変更することは非常に複雑かつ大がかりな機構が必要となる。 As described above, in the conventional optical space communication device, if an object enters between the other side optical space communication devices, the optical signal is blocked and communication is no longer possible. Therefore, multiple counterpart devices can be prepared in positions where the optical axes are different from each other in advance, and when an obstruction enters the optical transmission path in communication, communication can be resumed by switching the optical transmission path to another counterpart device. It is considered that. In this case, in the optical space communication device, it is necessary to change the optical axis of the optical transmission path immediately with the detection of the optical signal interruption. However, it is very complicated to operate the entire device and change the optical axis. A large-scale mechanism is required.
本発明は上記の問題を解決し、光空間通信装置から送出される光信号の光軸をダイナミックかつ短時間に変更可能であり、これによって通信相手先の切り替えを簡単かつ短時間に行って通信を再開することのできる光軸制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and can change the optical axis of an optical signal transmitted from an optical space communication device dynamically and in a short time, thereby enabling communication to be performed by easily and quickly switching the communication partner. An object of the present invention is to provide an optical axis control device capable of resuming the operation.
このような目的を達成するために本発明は、以下のように構成したことを特徴とする。
(1)光送信機から照射した光信号を光受信機で受け取り通信を行う光空間通信装置に用いられ、前記光信号の光軸を指定方向に変更する光軸制御装置であって、前記光信号の光軸上に反射板を回転自在に配置して、前記反射板の角度変更によって前記光信号の反射光軸を任意の方向に指向させる反射部と、前記反射光軸の指定方向に対応する前記反射板の角度を記憶する記憶部と、前記光信号の通信状態を監視し、その光信号の遮断を検知したとき、前記光信号光軸の変更命令を出す監視部と、前記監視部から変更命令が出されたとき、前記反射板の現角度と前記記憶部に記憶された角度との差から回転角を演算する演算部と、前記演算部で求められた回転角に基づいて前記反射板を回転させる駆動部とを具備することを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention is configured as follows.
(1) An optical axis control device that is used in an optical space communication device that receives and communicates with an optical signal emitted from an optical transmitter, and changes the optical axis of the optical signal in a specified direction. A reflecting plate is rotatably arranged on the optical axis of the signal, and the reflecting portion that directs the reflected optical axis of the optical signal in an arbitrary direction by changing the angle of the reflecting plate, and corresponds to the designated direction of the reflected optical axis A storage unit for storing the angle of the reflector, a monitoring unit for monitoring a communication state of the optical signal, and detecting a change in the optical signal optical axis when detecting blocking of the optical signal, and the monitoring unit When a change command is issued from the calculation unit that calculates the rotation angle from the difference between the current angle of the reflector and the angle stored in the storage unit, and based on the rotation angle obtained by the calculation unit And a drive unit that rotates the reflector.
(2)(1)の構成において、前記反射部は、前記反射板の回転軸を重力方向と一致させることを特徴とする。
(3)(1)の構成において、前記反射部は、互いに回転軸の方向が異なる第1及び第2の反射板を備えることを特徴とする。
(4)(3)の構成において、前記第1及び第2の反射板は、それぞれの回転軸の方向が互いに直交関係にあることを特徴とする。
(2) In the configuration of (1), the reflecting portion is characterized in that a rotation axis of the reflecting plate is made coincident with a direction of gravity.
(3) In the configuration of (1), the reflecting section includes first and second reflecting plates having different directions of rotation axes.
(4) In the configuration of (3), the first and second reflectors are characterized in that the directions of their rotation axes are orthogonal to each other.
(5)(3)の構成において、前記第1及び第2の反射板は、それぞれ前記光軸の制御角度範囲を満たしかつ回転モーメントが最小であることを特徴とする。
(6)(3)の構成において、前記第1及び第2の反射板は、それぞれの反射した光信号を互いに遮蔽せず、かつ回転モーメントが最小である位置関係にあることを特徴とする。
(5) In the configuration of (3), each of the first and second reflecting plates satisfies the control angle range of the optical axis and has a minimum rotational moment.
(6) In the configuration of (3), the first and second reflectors are in a positional relationship in which the reflected optical signals are not shielded from each other and the rotational moment is minimum.
(7)(3)の構成において、前記駆動部は、前記第1及び第2の反射板の角度を常時計測する角度計測手段を備えることを特徴とする。
(8)(7)の構成において、前記駆動部は、前記角度計測手段で得られる角度情報を基に、前記第1及び第2の反射板の角度を常時調整して結合効率を最大にする角度調整手段を備えることを特徴とする。
(7) In the configuration of (3), the driving unit includes an angle measuring unit that constantly measures the angles of the first and second reflecting plates.
(8) In the configuration of (7), the driving unit constantly adjusts the angles of the first and second reflectors based on angle information obtained by the angle measuring means to maximize the coupling efficiency. An angle adjusting means is provided.
(9)(3)の構成において、前記記憶部は、前記反射光軸の指定方向が複数あるとき、それぞれの指定方向に対応する前記第1及び第2の反射板それぞれの角度を記憶することを特徴とする。
(10)(1)の構成において、前記監視部は、常時通信状態をモニタし、通信遮断の有無を判断する通信状態判断手段を備えることを特徴とする。
(9) In the configuration of (3), when there are a plurality of designated directions of the reflected optical axis, the storage unit stores the angles of the first and second reflectors corresponding to the designated directions. It is characterized by.
(10) In the configuration of (1), the monitoring unit includes a communication state determination unit that constantly monitors a communication state and determines whether or not communication is interrupted.
(11)(10)の構成において、前記反射光軸の指定方向が複数あり、前記記憶部に各指定方向に対応する角度が記憶されているとき、前記監視部は、前記通信状態判断手段で常時通信状態を計測し、記憶部に記憶された回転角の組の中から最適な回転角の組を選択する機能を備えたことを特徴とする。 (11) In the configuration of (10), when there are a plurality of designated directions of the reflected optical axis and an angle corresponding to each designated direction is stored in the storage unit, the monitoring unit is the communication state determination unit. The present invention is characterized in that it has a function of always measuring a communication state and selecting an optimum set of rotation angles from a set of rotation angles stored in a storage unit.
(12)(1)の構成において、前記演算部は、前記監視部の変更命令によって記憶部から受け取った角度情報から前記駆動部で発生させる駆動電圧値を求めることを特徴とする。
(13)(1)の構成において、前記演算部は、前記駆動部の許容駆動電圧及び許容応答速度に応じて前記駆動部へ通知する駆動電圧値を変更して指定された角度に前記反射板を最も速く合わせる手段を備えることを特徴とする。
(12) In the configuration of (1), the calculation unit obtains a drive voltage value generated by the drive unit from angle information received from the storage unit by a change command of the monitoring unit.
(13) In the configuration of (1), the calculation unit changes the driving voltage value notified to the driving unit according to the allowable driving voltage and the allowable response speed of the driving unit, and changes the driving plate to the specified angle. It is characterized by providing a means for matching the fastest.
(14)また、本発明に係る光空間通信装置は、(1)乃至(13)いずれか記載の光軸制御装置を光送受信部に一体形成してなることを特徴とする。
ここで、上記特許文献1に記載の「光空間伝送装置」は、2種のレンズを用いて光軸の微調整を行うものであり、ダイナミックな光軸切替を行う本発明とは目的、構成が異なる。
(14) An optical space communication device according to the present invention is characterized in that the optical axis control device according to any one of (1) to (13) is integrally formed in an optical transmission / reception unit.
Here, the “space optical transmission device” described in
また、上記特許文献2に記載の「自動追尾光通信装置」は、受信機を追尾するのみで、指定した方向へ光軸を切り替えることはできないことから、本発明とは目的、構成が異なる。
また、上記特許文献3に記載の「双方向空間光通信装置」は、1枚のミラーを2軸回転させて受光側の光軸微調整を行うもので、ダイナミックな光軸切替を行う本発明とは目的、構成が異なる。
In addition, the “automatic tracking optical communication device” described in
Further, the “bidirectional spatial optical communication device” described in
また、上記特許文献4に記載の「光空間伝送装置」は、双方向の光軸を一致させるための光軸の微調整を行うだけであり、ダイナミックな光軸切替を行う本発明とは目的、構成が異なる。
また、上記特許文献5に記載の「光無線送受信装置及び光無線装置並びに光無線装置の光軸調整方法」は、一体型にした発光器/受光器を2つのモータで回転させて光軸調整するもので、反射板の回転駆動による光軸切替の手法は提示させておらず、本発明とは構成が異なる。
Further, the “space optical transmission device” described in Patent Document 4 only performs fine adjustment of the optical axis for matching the two-way optical axis, and is the purpose of the present invention for performing dynamic optical axis switching. The configuration is different.
In addition, the “optical wireless transmission / reception device, optical wireless device, and optical axis adjustment method of the optical wireless device” described in Patent Document 5 described above is an optical axis adjustment by rotating an integrated light emitter / receiver with two motors. Therefore, the method of switching the optical axis by rotating the reflecting plate is not presented, and the configuration is different from the present invention.
また、上記特許文献6に記載の「光空間通信装置」は、1枚のミラーを2軸回転させて光軸の微調整を行うだけであり、本発明とは目的、構成が異なる。
また、上記特許文献7に記載の「光空間通信装置」は、可変頂角プリズムを用いて光軸の微調整を行うだけであり、本発明とは目的、構成が異なる。
The “space optical communication device” described in Patent Document 6 only needs to finely adjust the optical axis by rotating a single mirror biaxially, and has a different object and configuration from the present invention.
The “space optical communication device” described in Patent Document 7 only performs fine adjustment of the optical axis using a variable apex angle prism, and is different from the present invention in its purpose and configuration.
また、上記非特許文献2に記載の「屋外空間光伝送技術の最新情報」は、従来の光空間通信装置の一部が有する光軸を微調整する機能の概要とその機能が必要な理由を述べているにすぎず、ダイナミックな光軸切替については言及されていない。
また、上記非特許文献3に記載のCANOBEAMカタログは、市販されている光空間通信装置の利用イメージやスペック、搭載されている機能などを開示しているにすぎず、本発明の光軸切替については言及されていない。
In addition, the “latest information on outdoor space optical transmission technology” described in
Further, the CANOBEAM catalog described in
本発明によれば、光空間通信装置から送出される光信号の光軸をダイナミックかつ短時間に変更可能であり、これによって通信相手先の切り替えを簡単かつ短時間に行って通信を再開することのできる光軸制御装置と光空間通信装置を提供することができる。 According to the present invention, the optical axis of an optical signal transmitted from an optical space communication device can be changed dynamically and in a short time, and communication can be easily switched in a short time to resume communication. It is possible to provide an optical axis control device and an optical space communication device that can be used.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図2は本発明が適用される光空間通信システムの構成を示すブロック図である。尚、図2において、図1に示したシステムと同一部分には同一符号を付して示す。
図2において、第1の光空間通信装置Aは光送信機A1及び光受信機A2を備え、第2の光空間通信装置Bは光送信機B1及び光受信機B2を備え、互いに送受信機間を対応させて光信号P1,P2の送受信を可能とする。この状態で、第1の光空間通信装置Aを第1のネットワークN1に接続し、第2の光空間通信装置Bを第2のネットワークN2に接続することで、第1及び第2の光空間通信装置A,Bの光空間通信により、第1及び第2のネットワーク間の1対1の通信を可能とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an optical space communication system to which the present invention is applied. In FIG. 2, the same parts as those in the system shown in FIG.
In FIG. 2, the first space optical communication apparatus A includes an optical transmitter A1 and an optical receiver A2, and the second space optical communication apparatus B includes an optical transmitter B1 and an optical receiver B2, and is between the transmitter and the receiver. To enable transmission / reception of the optical signals P1 and P2. In this state, the first optical space communication device A is connected to the first network N1, and the second optical space communication device B is connected to the second network N2. One-to-one communication between the first and second networks is enabled by optical space communication between the communication devices A and B.
ここで、第1及び第2の光空間通信装置A,Bを結ぶ光伝送路の光軸上に遮蔽物Xが入ると、互いの光信号P1,P2が届かなくなって通信不能となる。そこで、第3の光空間通信装置Cを用意し、光軸上に遮蔽物Xが入らないように第2の装置Bとは異なる方向に設置する。第3の光空間通信装置Cは、光送信機C1及び光受信機C2を備え、第2のネットワークN2に接続されて、第2の光空間通信装置Bに代わって第1の光空間通信装置Aと光通信を可能とするものである。 Here, when the shielding object X enters the optical axis of the optical transmission line connecting the first and second optical space communication devices A and B, the mutual optical signals P1 and P2 do not reach and communication is impossible. Therefore, a third space optical communication device C is prepared and installed in a direction different from that of the second device B so that the shield X does not enter the optical axis. The third optical space communication apparatus C includes an optical transmitter C1 and an optical receiver C2, and is connected to the second network N2, and replaces the second optical space communication apparatus B with the first optical space communication apparatus. A enables optical communication with A.
上記第1の光空間通信装置Aには、光送信機A1から照射される光信号の光軸上に光軸制御装置D1が装着され、光受信機A2で受光される光信号の光軸上に第2の光軸制御装置D2が装着される。これらの光軸制御装置D1,D2は、それぞれ第1の光空間通信装置Aが第2の光空間通信装置Bの方向に向ける光軸P1,P2と第3の光空間通信装置Cの方向に向ける光軸P3,P4とを選択的に変更するための装置である。尚、第2の光軸制御装置D2は、第1の光軸制御装置D1と同一構成であって、同様の制御指示を受けてその制御を実行するものとする。 In the first optical space communication device A, an optical axis control device D1 is mounted on the optical axis of the optical signal emitted from the optical transmitter A1, and the optical signal received by the optical receiver A2 is on the optical axis. The second optical axis control device D2 is mounted on. These optical axis control devices D1 and D2 are respectively in the directions of the optical axes P1 and P2 that the first optical space communication device A faces the second optical space communication device B and the third optical space communication device C. This is a device for selectively changing the optical axes P3 and P4 to be directed. The second optical axis control device D2 has the same configuration as the first optical axis control device D1, and receives the same control instruction and executes the control.
図3は上記第1の光軸制御装置D1の構成を示すブロック図である。図3において、反射部D11は第1の光空間通信装置Aの光送信機A1から照射される光信号の光軸上に回転自在に配置した反射板(図示せず)を備え、駆動部D12の回転駆動によって反射板の角度を任意に変更可能であり、光信号の反射光軸を任意の方向に指向させることができる。駆動部D12は、反射板の角度を常時計測しており、その測定角度は演算部D13に通知される。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the first optical axis control device D1. In FIG. 3, the reflection unit D11 includes a reflection plate (not shown) rotatably disposed on the optical axis of the optical signal emitted from the optical transmitter A1 of the first optical space communication device A, and the driving unit D12. The angle of the reflecting plate can be arbitrarily changed by the rotational driving of the optical signal, and the reflected optical axis of the optical signal can be directed in an arbitrary direction. The drive unit D12 constantly measures the angle of the reflector, and the measurement angle is notified to the calculation unit D13.
このような反射部D11に対し、記憶部D14には、予め光軸を第2の光空間通信装置B、第3の光空間通信装置Cそれぞれの方向に合わせるための反射板角度情報を記憶しておく。監視部D15は、第1の光空間通信装置Aにおける光受信機A2の受信状態から光通信の可否を監視する。そして、光信号の遮断によって例えば第2の光空間通信装置Bとの光通信が不通となった場合には、第3の光空間通信装置Cの方向に光軸を切り替えるように、演算部D13に変更命令を出す。 For such a reflection part D11, the storage part D14 previously stores reflector angle information for aligning the optical axis with the directions of the second optical space communication device B and the third optical space communication device C, respectively. Keep it. The monitoring unit D15 monitors the availability of optical communication from the reception state of the optical receiver A2 in the first optical space communication device A. For example, when the optical communication with the second optical space communication device B is interrupted due to the interruption of the optical signal, the arithmetic unit D13 is configured to switch the optical axis in the direction of the third optical space communication device C. A change order is issued.
演算部D13は、監視部D15から変更命令を受けると、記憶部D14から変更先Cに対応する角度情報を読み取り、駆動部D12から通知される現在角度との差を演算することで回転角を求め、この回転角に相当する駆動電圧値を求めて駆動部D12に設定する。駆動部D12は与えられた駆動電圧で反射板の回転軸に装着したモータを回転駆動する。これにより、第1の光空間通信装置Aから送信される光信号の光軸は第2の光空間通信装置Bから第3の光空間通信装置Cへ切り替えられる。 When the calculation unit D13 receives the change command from the monitoring unit D15, the calculation unit D13 reads the angle information corresponding to the change destination C from the storage unit D14, and calculates the rotation angle by calculating the difference from the current angle notified from the drive unit D12. Then, a drive voltage value corresponding to the rotation angle is obtained and set in the drive unit D12. The drive unit D12 rotationally drives a motor mounted on the rotating shaft of the reflecting plate with a given drive voltage. Thereby, the optical axis of the optical signal transmitted from the first optical space communication device A is switched from the second optical space communication device B to the third optical space communication device C.
以上、第1及び第2の光空間通信装置間の不通を検知して第1及び第3の光空間通信装置間の光通信に切り替える場合について説明したが、第1及び第3の光空間通信装置間の不通を検知して第1及び第2の光空間通信装置間の光通信に切り替える場合も、記憶部D14に予め記憶された第2の光空間通信装置Bに対する角度情報を使用することにより、全く同様に処理することができる。 The case where the disconnection between the first and second optical space communication devices is detected and switched to the optical communication between the first and third space communication devices has been described above. Even when detecting the disconnection between the devices and switching to the optical communication between the first and second optical space communication devices, the angle information for the second space optical communication device B stored in advance in the storage unit D14 is used. Thus, the same processing can be performed.
上記反射部D11の構造をさらに詳述する。
まず、反射部D11は第1及び第2の反射板D111,D112を備える。これらの反射板D111,D112は互いに回転軸が直交するように配置される。
図4(a)は反射部D1を第1の反射板D111の回転軸方向から見た図、図4(b)は反射部D1を第2の反射板D112の回転軸方向から見た図である。
The structure of the reflection part D11 will be further described in detail.
First, the reflecting portion D11 includes first and second reflecting plates D111 and D112. These reflectors D111 and D112 are arranged so that their rotation axes are orthogonal to each other.
4A is a diagram of the reflecting portion D1 as viewed from the rotation axis direction of the first reflecting plate D111, and FIG. 4B is a diagram of the reflecting portion D1 as viewed from the rotation axis direction of the second reflecting plate D112. is there.
図4において、第1の反射板D111は、光送信機A1から照射された光信号PA がちょうどその回転軸上に入射するように配置される。そして、光信号の照射方向(入射光軸)に対してパン角θP =α、チルト角θT =0の姿勢を持ち、パン角θP =2α、チルト角θT =0の方向へ反射光軸を形成する。 4, the first reflector D111 is arranged to be incident on the optical signal P A exactly its axis of rotation which is emitted from the optical transmitter A1. Then, it has an attitude of pan angle θ P = α and tilt angle θ T = 0 with respect to the light signal irradiation direction (incident optical axis), and reflects in the direction of pan angle θ P = 2α and tilt angle θ T = 0. Form the optical axis.
第1の反射板D111の回転軸と第2の反射板D112の回転軸は互いに直交しているため、第1の反射板D111で反射した光信号PB は第2の反射板D112の反射面へ入射される。この第2反射板D112は、第1の反射板D111により反射された光信号PB が回転軸上に入射されるように配置される。そして、光信号の照射方向(入射光軸)に対してパン角θP =0、チルト角θT =−βの姿勢を持つ。すなわち、第2の反射板D112への光信号PB の光軸入射角が2βであるとき、パン角θP =0、チルト角θT =−2βの方向へ反射光軸PC が形成される。 Since the rotation axis of the first reflection plate D111 and the rotation axis of the second reflection plate D112 are orthogonal to each other, the optical signal P B reflected by the first reflection plate D111 is the reflection surface of the second reflection plate D112. Is incident on. The second reflecting plate D112 is arranged so that the optical signal P B reflected by the first reflecting plate D111 is incident on the rotation axis. And it has an attitude of pan angle θ P = 0 and tilt angle θ T = −β with respect to the irradiation direction of the optical signal (incident optical axis). That is, when the optical axis incident angle of the optical signal P B to the second reflecting plate D112 is 2β, the reflected optical axis P C is formed in the direction of the pan angle θ P = 0 and the tilt angle θ T = −2β. The
よって、光送信機A1から照射される光信号の光軸PA は反射部D1によりパン角θP =2α、チルト角θT =−2βの光軸PC に変更される。
ところで、第2の反射板D112は第1の反射板D111から反射された光信号を受け取って反射する。この場合、第1の反射板D111の回転軸方向に、その回転角度範囲に相当する十分な長さが必要となる。このため、第2の反射板D112は、その自重によって反射面が歪み、重力による回転角ずれが生じるおそれがある。そこで、少なくとも第2の反射板D112については、その回転軸を重力方向と一致させる。これにより、重力により生じる回転角のずれを最小限にすることができる。
Therefore, the optical axis P A of the optical signal emitted from the optical transmitter A1 is changed to the optical axis P C of the pan angle θ P = 2α and the tilt angle θ T = −2β by the reflecting portion D1.
By the way, the second reflector D112 receives and reflects the optical signal reflected from the first reflector D111. In this case, a sufficient length corresponding to the rotation angle range is required in the rotation axis direction of the first reflecting plate D111. For this reason, the reflection surface of the second reflecting plate D112 is distorted by its own weight, and there is a possibility that a rotational angle shift due to gravity occurs. Therefore, at least the second reflecting plate D112 has its rotational axis aligned with the direction of gravity. Thereby, the shift | offset | difference of the rotation angle which arises by gravity can be minimized.
上記のように、光信号PA を第1の反射板D111及び第2の反射板D112により反射させると、第1の反射板D111又は第2の反射板D112に遮蔽されて光信号PC の照射領域に死角が生じる場合がある。そこで、反射される光信号が両反射板D111,D112に遮蔽されることがないように、それぞれ光軸の制御角度範囲を満たしかつ回転モーメントが最小となるように、両反射板の位置関係及び形状をシミュレーションにより設計しておく。 As described above, when the optical signal PA is reflected by the first reflector D111 and a second reflector D112, is blocked by the first reflector D111 or second reflector D112 with irradiation of optical signal P C There may be blind spots in the area. Therefore, in order to prevent the reflected optical signal from being shielded by the two reflecting plates D111 and D112, the positional relationship between the reflecting plates and the reflecting plate so as to satisfy the control angle range of the optical axis and minimize the rotational moment, respectively. The shape is designed by simulation.
第1及び第2の反射板D111,D112の回転は駆動部D12によって駆動制御されるが、その角度制御において、温度変化や電圧低下などによる回転角の微小なずれが生じる可能性がある。そこで、駆動部D12に、各反射板の角度を常時計測し、それぞれの角度を常時調整することで光信号の結合効率を常に最大にする機能を付加しておく。 The rotation of the first and second reflectors D111 and D112 is driven and controlled by the drive unit D12. In the angle control, there is a possibility that a minute shift of the rotation angle due to a temperature change or a voltage drop may occur. Therefore, a function of always maximizing the coupling efficiency of the optical signal by constantly measuring the angle of each reflector and constantly adjusting each angle is added to the drive unit D12.
図2に示したシステム構成の場合を例に、上記構成による光軸制御装置の運用手順を説明する。
まず、記憶部D14は、複数の場所に対して光信号を照射できるように、第1及び第2の反射板D111,D112の角度の組を複数記憶できるようにする。すなわち、光信号を照射する方向を光空間通信装置Cへ変更するには、光空間通信装置Cへの第1の反射板D111と第2の反射板D112の角度を駆動部D12に指示する必要がある。また、第1の光空間通信装置Aと第3の光空間通信装置Cとの間で光信号が遮断された場合は、光信号を照射する方向を第2の光空間通信装置Bの方向へ変更する必要がある。そこで、光信号を照射したい方向として、第3の光空間通信装置Cへの方向へ両反射板D111,D112を回転させた時の角度の組と、第2の光空間通信装置Bへ照射するための両反射板D111,D112の角度の組を記憶部D14に記憶しておく。
Taking the case of the system configuration shown in FIG. 2 as an example, the operation procedure of the optical axis control device having the above configuration will be described.
First, the storage unit D14 can store a plurality of sets of angles of the first and second reflectors D111 and D112 so that a plurality of places can be irradiated with optical signals. That is, in order to change the direction of irradiating the optical signal to the optical space communication device C, it is necessary to instruct the drive unit D12 about the angles of the first reflection plate D111 and the second reflection plate D112 to the optical space communication device C. There is. When the optical signal is interrupted between the first optical space communication device A and the third optical space communication device C, the direction in which the optical signal is irradiated is directed to the second optical space communication device B. Need to change. Therefore, as the direction in which the optical signal is desired to be emitted, a set of angles when the reflecting plates D111 and D112 are rotated in the direction toward the third optical space communication device C and the second light space communication device B are irradiated. For this purpose, a set of angles of the two reflecting plates D111 and D112 is stored in the storage unit D14.
上記初期設定の完了後、監視部D15では、通信状態にある相手先装置を把握し、常時通信が維持されているか否かを監視している。そして、光通信の遮断を検知すると、光軸変更命令を出し、他の通信相手先を検索して、記憶部D14から該当する通信装置に対する角度情報を読み出して演算部D13に通知する。演算部D13では、駆動部D12から通知される現在の各反射板の角度と記憶部D14から読み出される角度との差、すなわち回転角を演算し、その回転角に相当する駆動電圧値を求めて駆動部D12に送る。駆動部D12では、指定された駆動電圧を発生して各反射板D111,D112の回転軸に装着されたモータ(図示せず)に供給し、回転駆動させる。 After the completion of the initial setting, the monitoring unit D15 grasps the counterpart device in the communication state and monitors whether or not the constant communication is maintained. And when the interruption | blocking of optical communication is detected, an optical axis change command is issued, another communication partner is searched, the angle information with respect to a corresponding communication apparatus is read from the memory | storage part D14, and it notifies to the calculating part D13. The calculation unit D13 calculates the difference between the current angle of each reflecting plate notified from the drive unit D12 and the angle read from the storage unit D14, that is, the rotation angle, and obtains the drive voltage value corresponding to the rotation angle. It sends to the drive part D12. In the drive part D12, the designated drive voltage is generated and supplied to a motor (not shown) mounted on the rotation shaft of each of the reflectors D111 and D112 to be driven to rotate.
ここで、演算部D13において、記憶部D14から取得した角度情報に応じた駆動電圧値をそのまま駆動部D12に与えると、許容電圧及び許容応答速度が飽和してしまうおそれがある。そこで、演算部D13には、許容電圧及び許容応答速度を下回りかつ最も速く目標電圧へ達する電圧曲線を演算する機能を付加しておくと、許容電圧及び許容応答速度の飽和を回避しつつ、短時間に目標方向に光軸を合わせることができる。 Here, if the drive voltage value corresponding to the angle information acquired from the storage unit D14 is directly supplied to the drive unit D12 in the calculation unit D13, the allowable voltage and the allowable response speed may be saturated. Therefore, if a function for calculating a voltage curve that reaches the target voltage most quickly and falls below the allowable voltage and the allowable response speed is added to the calculation unit D13, the saturation of the allowable voltage and the allowable response speed is avoided. The optical axis can be aligned with the target direction over time.
図5は上記実施形態の光軸切替結果を示す図であり、第1の光空間通信装置Aから第2の光空間通信装置Bへ光信号を照射し、遮蔽物Xが第1の光空間通信装置Aと第2の光空間通信装置Bとの間に入ったため、光信号を照射する方向を第3の光空間通信装置Cへ変更した時の、第2の光空間通信装置Bの受光強度PW1及び第3の光空間通信装置Cの受光強度PW2の時間軸上の変化を表現したものである。 FIG. 5 is a diagram showing the optical axis switching result of the above-described embodiment. The optical signal is irradiated from the first optical space communication device A to the second optical space communication device B, and the shield X is the first optical space. The light reception of the second optical space communication device B when the direction of irradiating the optical signal is changed to the third optical space communication device C because it has entered between the communication device A and the second optical space communication device B. It represents changes on the time axis of the intensity PW1 and the received light intensity PW2 of the third optical space communication device C.
図5から明らかなように、遮蔽物Xにより光信号P1が遮断されたことにより、第2の光空間通信装置Bの受光強度PW1が即座に降下している。通信の遮断を検知した光軸制御装置D1により光信号P1の照射方向を第3の光空間通信装置Cの方向へ変更することにより、第3の光空間通信装置Cの受光強度PW2が発生し、通信が再開できている。 As is clear from FIG. 5, the light intensity PW1 of the second optical space communication device B immediately drops due to the light signal P1 being blocked by the shield X. By changing the irradiation direction of the optical signal P1 to the direction of the third optical space communication device C by the optical axis control device D1 that detects the interruption of communication, the light reception intensity PW2 of the third optical space communication device C is generated. Communication is resumed.
以上のことから、上記構成による光軸制御装置を用いれば、通信相手との間に遮蔽物Xが入って通信が遮断されたとしても、これを自動的に検知してダイナミックにかつ短時間に光軸変更し、他の通信相手との光通信を即座に再開することが可能となる。
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図2のシステムでは、光軸制御装置を第1の光空間通信装置Aにのみ装備するようにしたが、他の通信装置B,C側に装着するようにしてもよい。
From the above, if the optical axis control device having the above configuration is used, even if the shielding object X enters the communication partner and the communication is interrupted, this is automatically detected and dynamically and in a short time. The optical axis can be changed, and optical communication with other communication partners can be resumed immediately.
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the system of FIG. 2, the optical axis control device is mounted only on the first optical space communication device A, but may be mounted on the other communication devices B and C side.
また、切替通信装置数は2系統に限らず、さらに多数の通信装置を用意してもよい。この場合、監視部D15において、通信遮断を検知したとき、切替先を最も近い通信装置を最適なものとして選択すると、反射板の回転駆動量が少なくてすみ、効果的である。 Further, the number of switching communication devices is not limited to two, and a larger number of communication devices may be prepared. In this case, when the communication block is detected in the monitoring unit D15, if the closest communication device is selected as the optimum switching device, the rotational drive amount of the reflecting plate can be reduced, which is effective.
また、上記実施形態では、第1及び第2の反射板の回転軸を互いに直交関係にあるものとしたが、遮蔽物の大きさ等に応じて角度調整が必要な場合を考慮すれば、必ずしも直交関係にする必要はない。また、反射板の数は2枚に限定されるものではなく、必要に応じて選択可能である。 In the above embodiment, the rotation axes of the first and second reflectors are orthogonal to each other. However, in consideration of the case where angle adjustment is required depending on the size of the shielding object, etc. There is no need for an orthogonal relationship. Moreover, the number of reflecting plates is not limited to two, and can be selected as necessary.
また、上記実施形態では、監視部D15は光受信機A2の受信状態から通信状態を判断するようにしたが、光受信機にリトロリフレクターを設け、光信号の反射を光送信機に設けた受光素子によりモニタすることによって通信状態を判断するようにしてもよい。 In the above embodiment, the monitoring unit D15 determines the communication state from the reception state of the optical receiver A2. You may make it judge a communication state by monitoring with an element.
また、上記実施形態では、光軸制御装置が単体で構成されるものとしたが、光空間通信装置の送受信部に一体形成するようにしても、同様に実施可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよいことは勿論である。
In the above embodiment, the optical axis control device is configured as a single unit. However, the present invention can also be implemented in the same manner even if it is formed integrally with the transmission / reception unit of the optical space communication device.
Of course, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
A…第1の光空間通信装置、B…第2の光空間通信装置、C…第3の光空間通信装置、D1,D2…光軸制御装置、D11…反射部、D111…第1の反射板、D112…第2の反射板、D12…駆動部、D13…演算部、D14…記憶部、D15…監視部、N1,N2…ネットワーク、X…遮蔽物。 A: First optical space communication device, B: Second optical space communication device, C: Third optical space communication device, D1, D2: Optical axis control device, D11: Reflector, D111: First reflection Plate, D112 ... 2nd reflecting plate, D12 ... Drive part, D13 ... Calculation part, D14 ... Memory | storage part, D15 ... Monitoring part, N1, N2 ... Network, X ... Shielding object.
Claims (14)
前記光信号の光軸上に反射板を回転自在に配置して、前記反射板の角度変更によって前記光信号の反射光軸を任意の方向に指向させる反射部と、
前記反射光軸の指定方向に対応する前記反射板の角度を記憶する記憶部と、
前記光信号の通信状態を監視し、その光信号の遮断を検知したとき、前記光信号光軸の変更命令を出す監視部と、
前記監視部から変更命令が出されたとき、前記反射板の現角度と前記記憶部に記憶された角度との差から回転角を演算する演算部と、
前記演算部で求められた回転角に基づいて前記反射板を回転させる駆動部とを具備することを特徴とする光軸制御装置。 An optical axis control device that is used in an optical space communication apparatus that receives and communicates with an optical signal emitted from an optical transmitter, and changes the optical axis of the optical signal in a specified direction,
A reflector that rotatably arranges a reflector on the optical axis of the optical signal and directs the reflected optical axis of the optical signal in an arbitrary direction by changing the angle of the reflector;
A storage unit for storing an angle of the reflecting plate corresponding to a designated direction of the reflected optical axis;
A monitoring unit that monitors the communication state of the optical signal and issues a command to change the optical signal optical axis when detecting the interruption of the optical signal;
When a change command is issued from the monitoring unit, a calculation unit that calculates a rotation angle from the difference between the current angle of the reflector and the angle stored in the storage unit;
An optical axis control device comprising: a drive unit that rotates the reflecting plate based on a rotation angle obtained by the calculation unit.
前記監視部は、前記通信状態判断手段で常時通信状態を計測し、記憶部に記憶された回転角の組の中から最適な回転角の組を選択する機能を備えたことを特徴とする請求項10記載の光軸制御装置。 When there are a plurality of designated directions of the reflected optical axis, and an angle corresponding to each designated direction is stored in the storage unit,
The monitoring unit has a function of constantly measuring a communication state by the communication state determination unit and selecting an optimum set of rotation angles from a set of rotation angles stored in a storage unit. Item 11. The optical axis control device according to Item 10.
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