JP2007036940A - 光無線伝送装置、光送信ユニット、及び光受信ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 送信装置が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信装置に簡単に向けることを可能とし、より安定したデータ伝送路を保証することができる光無線伝送装置などを提供する。
【解決手段】 光送信ユニットは第１の光送信手段と複数の受光素子により受信する第１の光受信手段を有し、光受信ユニットは第２の光送信手段と光信号を受信する第２の光受信手段を有し、光送信ユニットは複数の受光素子の受光レベルが均一になるよう第１の光受信手段を動かし、第１の光受信手段と第２の光送信手段の第１の光軸を合わせ、光送信ユニットは第２の光送信手段からの受信状態情報に基づき、第１の光送信手段と第２の光受信手段の第２の光軸を合わせ、光送信ユニットは移動により、移動量及び移動方向を算出する移動検出手段の移動量及び移動方向に基づき第１の光送信手段と第１の光受信手段の少なくとも一方を動かし第１及び／又は第２の光軸を合わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光送信ユニットが送信する光信号を光受信ユニットが受信する光無線伝送装置、光無線伝送装置を構成する光送信ユニット及び光受信ユニットに関する。

従来より、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（光受信ユニット）側に十分な光レベルの信号を入射させるために、送信装置（光送信ユニット）より発する光ビームの出射角を鋭く、すなわち狭く絞る必要があるので、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。出射角の狭い光ビームを用いることや、光ビームに目に見えない赤外光を用いることなどから、光無線伝送装置の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光無線伝送装置が、例えば下記の特許文献１及び２に開示されている。

特許文献１には、送信装置から可視光をピンポイントに絞って信号伝送用の赤外光と同一光軸、あるいは平行光軸にして一緒に送り、受信装置側に設けた可視光反射手段に当て、その可視光反射手段により反射させられた可視光を操作者が見ながら送信装置の光軸調整を行う光無線伝送装置が開示されている。また、この他の技術としては、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操作者が２人１組で光軸合わせを行う光無線伝送装置もある。また、特許文献２には、受信装置側の光軸調整用の光源を用いて、送信装置から送信光の受信レベル情報を折り返し、それに応じて光軸を合わせる光無線伝送装置が開示されている。
特開昭６２−１１０３３９号公報（図１、図２） 特開平７−１３１４２２号公報（要約）

しかしながら、特許文献１に開示された光無線伝送装置は、送信装置に光無線伝送の目的以外に使用する可視光を発生させる構成を必要としている。また、送受信装置間の距離を十分にとりたい場合などは、この可視光の発光出力を十分大きいものにしなければならず、また、その構成を追加する必要があるため、送信装置のコストアップとなってしまう上に装置が大型になってしまう。これは、送信装置に照準機を設置する場合も同じである。また、可視光の光軸や照準機の照準と、信号伝送用の赤外光の光軸とを厳密に合わせておく必要があることもコストアップの原因となる。また、受光レベル検出用測定機を受信装置に接続して２人１組で操作を行う場合においても、受光レベル検出用測定機を用意する必要があったり、人手を要するなどの欠点があった。このように、従来の光無線伝送装置は、光軸合わせを簡単にしようとすると、送受信装置のコストアップや大型化につながってしまい、逆に送受信装置のコストダウンや小型化を行おうとすると光軸合わせの作業に手間が掛かるなどの欠点を有していた。

また、特許文献２では、上述した問題点の解決を図っているが、送信装置に搭載した単一の受光素子で、受信装置に取り付けられた光軸調整用の光送信素子からのパイロット信号として送信光を受光し、その受光レベルと送信装置からの信号伝送用の送信光の受信装置での受信レベルのみを基に光軸を調整している。このため、人がこの情報を基にレベル表示装置などを用いて光軸を調整する場合には十分その手間を簡単化できるが、自動で光軸を調整する場合は不要な動作が多くなってしまう。その理由は、単純に単一の受光素子で得られる光軸調整用の送信光のレベルだけでは上下左右どちらに受信装置があるか判別することができないからである。そのため自動で光軸を調整するためには必ず一度やみくもに送信装置を動かし、受光レベルと比較して自身の動いた方向が正しいかどうかを判定しなければならず、動いてみてから判断しなければならない。これでは、無駄な動きが多くなってしまい、メカ駆動に要する時間を考えると、高速な自動光軸合わせの足かせとなってしまうという問題がある。さらに、自動光軸調整中は送信装置が不特定な方向に送信光を送信することになり、他の周辺光学システムなどへの悪影響を招いたり、光源にレーザなどが用いられた場合には周辺の人への影響が心配される。

また、以上のようなことを考慮して、受信装置からのパイロット光を受信するための受光素子を送信装置に複数持たせ、各素子の受信レベルの差を用いて光軸合わせを高速化する例もあるが、発光軸及び受光軸が必ずしも平行でない場合、この方法では光軸を合わせることができない。

本発明は、上記問題を解決するためのものであり、複数の受光素子による光軸合わせ後、受信装置から受信状態に基づいて光軸調整を行い、さらに、光軸が合った後に外部からの重力や地震、振動、人や物の接触などの外的要因で光軸がずらされても即座に光軸を合わせることができるため、送信装置が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信装置に簡単に向けることを可能とし、より安定したデータ伝送路を保証することができる光無線伝送装置、光無線伝送装置を構成する光送信ユニット及び光受信ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、光送信ユニットと光受信ユニットとから構成され、前記光送信ユニットと前記光受信ユニットとの間で無線によって光信号を伝送する光無線伝送装置であって、前記光送信ユニットは、光信号を送信する第１の光信号送信手段と、前記光受信ユニットからの光信号を複数の受光素子によって受信する第１の光信号受信手段とを有し、前記光受信ユニットは、光信号を送信する第２の光信号送信手段と、前記光送信ユニットからの光信号を受信する第２の光信号受信手段とを有し、前記光送信ユニットは、前記第２の光信号送信手段から送信される光信号を前記第１の光信号受信手段の前記複数の受光素子で受信し、前記複数の受光素子における前記光信号の受光レベルが均一になるように前記第１の光信号受信手段を動かし、前記第１の光信号受信手段と前記第２の光信号送信手段との間における第１の光軸の合わせ機能を有し、前記光送信ユニットは、前記第２の光信号送信手段から送信される前記光受信ユニットの受信状態を示す受信状態情報に基づいて、前記第１の光信号送信手段と前記第２の光信号受信手段との間における第２の光軸の合わせ機能を有し、前記光送信ユニットは、自身が外部からの影響によって、前記第１の光軸及び前記第２の光軸が合わされた状態から回転移動させられた場合、移動を検出し、移動量及び移動方向を算出する移動検出手段によって算出された前記移動量及び前記移動方向に基づいて、前記第１の光信号送信手段と前記第１の光信号受信手段の少なくとも一方を動かし、前記第１の光軸及び／又は前記第２の光軸を合わせる光無線伝送装置が提供される。ここで、外部からの影響とは、例えば重力、地震、振動、人や物の接触などの影響を言い、以下、外的要因とも言う。また、前記第１の光軸及び／又は前記第２の光軸とは、第１の光軸及び第２の光軸、第１の光軸又は第２の光軸の双方の態様を言う。以下においても同様である。

また、本発明によれば、光送信ユニットと光受信ユニットとから構成され、前記光送信ユニットと前記光受信ユニットとの間で無線によって光信号を伝送する光無線伝送装置の前記光送信ユニットであって、光信号を前記光受信ユニットへ送信する光信号送信手段と、前記光受信ユニットから光信号を受信する光信号受信手段と、前記光信号受信手段によって受信された前記光信号の受光レベルに基づいて、前記光信号受信手段と前記光受信ユニットの光信号を送信する送信手段との間の第１の光軸を合わせるため、前記光信号受信手段の位置を制御する制御手段と、前記光送信ユニットの移動を検出し、移動量を算出する移動検出手段とを備え、前記制御手段は、前記光信号受信手段によって前記送信手段から受信される前記光受信ユニットの受信状態を示す受信状態情報に基づいて、前記光信号送信手段と前記光受信ユニットの光信号を受信する受信手段との間の第２の光軸を合わせるため、前記光信号送信手段の位置を動かし、前記光送信ユニットが外部からの影響によって、前記第１の光軸及び前記第２の光軸が合わされた状態から回転移動させられた場合、前記移動検出手段は移動を検出し、移動量及び移動方向を算出し、前記制御手段は、前記第１の光軸及び／又は前記第２の光軸を合わせるため、前記移動量及び前記移動方向に基づいて前記光信号送信手段と前記光信号受信手段の少なくとも一方を動かす光送信ユニットが提供される。

また、本発明の光送信ユニットにおいて、前記光信号受信手段が複数の受光素子から構成されていることは、本発明の好ましい態様である。

また、本発明によれば、光送信ユニットと光受信ユニットとから構成され、前記光送信ユニットと前記光受信ユニットとの間で無線によって光信号を伝送する光無線伝送装置の前記光受信ユニットであって、光信号を前記光送信ユニットへ送信する光信号送信手段と、前記光送信ユニットから光信号を受信する光信号受信手段と、前記光信号受信手段によって受信された前記光信号に基づいて、前記光信号の振幅レベルを検出する信号レベル検出手段と、受信された前記光信号に基づいて、前記光信号の受信状態を検出するエラー検出手段と、前記信号レベル検出手段によって検出された前記光信号の振幅レベルと前記エラー検出手段によって検出された前記光信号の受信状態とに基づいて、受信状態情報を生成する受信状態生成手段と、生成された前記受信状態情報を前記光送信ユニットへ伝送するために変調する変調手段とを備え、前記光信号送信手段は、前記変調手段によって変調された前記受信状態情報を前記光送信ユニットへ送信する光受信ユニットが提供される。

本発明の光無線伝送装置、光無線伝送装置を構成する光送信ユニット及び光受信ユニットは、上記構成を有し、複数の受光素子による光軸合わせ後、受信装置から受信状態に基づいて光軸調整を行い、さらに、光軸が合った後に外部からの重力や地震、振動、人や物の接触などの外的要因で光軸がずらされても即座に光軸を合わせることができるため、送信装置が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信装置に簡単に向けることを可能とし、より安定したデータ伝送路を保証することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１から図１５を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置を用いた光無線通信システムの構成の一例を示す図である。図２は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットの構成の一例を示す構成図である。図３は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における受信ユニットの構成の一例を示す構成図である。図４Ａは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における４分割ＰＤに対して光源が左側（ＰＤ１、ＰＤ３側）に位置している場合を示す図である。図４Ｂは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置において光源が４分割ＰＤの正面に位置する場合を示す図である。図４Ｃは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における４分割ＰＤに対して光源が右側（ＰＤ２、ＰＤ４側）に位置している場合を示す図である。図５は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における４分割ＰＤに対する光源（受信ユニット）位置を示す図である。図６は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光源位置に対する４分割ＰＤ受光レベルの関係及び駆動方向を示す図である。

図７Ａは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸のずれが無い場合の送信ユニットと受信ユニットとの関係を示す図である。図７Ｂは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸のずれがある場合の送信ユニットと受信ユニットとの関係を示す図である。図８は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における受信ユニットが送信する受信状態情報を含むパケットの構成の一例を示す構成図である。図９は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットが受信ユニットを探索するサーチ範囲と送信光のスポットの大きさを示す図である。図１０は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットの送信光の放射パターンを示す図である。

図１１は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットの光軸位置によるサーチ範囲内のエラーレートの分布を示す図である。図１２は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における受信状態情報を用いた光軸合わせをする際のサーチ動作について説明するための図である。図１３は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸合わせについて説明するためのフローチャートである。図１４Ａは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における振動式ジャイロセンサの原理について説明するための図である。図１４Ｂは本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における振動式ジャイロセンサの原理について説明するための図である。図１５は本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における第３の光軸合わせステップについて説明するためのフローチャートである。

光無線通信システムは、ビデオやＤＶＤプレーヤなどの画像再生装置１から、テレビ、プロジェクタ、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）などのディスプレイ２へ画像信号を送信するものであり、画像再生装置１には送信ユニット１００が設けられ、ディスプレイ２には受信ユニット２００が設けられている。ここで、送信ユニット１００及び受信ユニット２００について図２及び図３を用いて説明する。

送信ユニット１００は、図２に示すように、画像再生装置１からの画像データを受け取る画像受信手段１０２と、受信ユニット２００と光無線通信を行うためＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの赤外線若しくはアイセーフ（眼に入っても安全）なＬＤ（Laser Diode）を利用した光送信手段１０３と、光送信手段１０３の光軸を後述する受信ユニット２００の光受信手段２０１に合わせるために受信ユニット２００からのパイロット信号及びそのパイロット信号内の受信状態パケット信号を受信するパイロット光受信手段１０４と、パイロット光受信手段１０４の受光レベルを検出する受信レベル検出手段１０５と、受信ユニット２００からの受信状態パケット信号を復調する復調手段１０６と、復調された受信状態パケットを解析する受信状態解析手段１０７と、パイロット光の受光レベル及び受信状態を利用し、受信ユニット２００に対する光送信手段１０３の光軸合わせを制御する制御手段１０１と、送信ユニット１００が外的要因により動かされたことを検出し、移動量及び移動方向を算出する移動検出手段１１０と、サーボ機構などにより光送信手段１０３及びパイロット光受信手段１０４をパン、チルトさせるサーチ手段１０９と、サーチ手段１０９を駆動させる駆動制御手段１０８とを備えている。

一方、受信ユニット２００は、図３に示すように、送信ユニット１００の光送信手段１０３からの光信号を受信するためのＰＤ（Photo Detector）などの光受信手段２０１と、その光信号によって送られてきた画像データをディスプレイ２に表示させる画像表示手段２０２と、光受信手段２０１で受信した光信号の信号レベル（信号の振幅レベル（信号強度））を検出する信号レベル検出手段２０３と、受信データの誤りを検出するエラー検出手段２０４と、信号レベル検出手段２０３及びエラー検出手段２０４からの信号を判断して送信ユニット１００に現在の受信状態を通知するよう制御する制御手段２０５と、受信状態をパケット化する受信状態生成手段２０６と、生成されたパケットを光信号に載せるために変調をかける変調手段２０７と、変調された信号若しくは単一のキャリアのパイロット信号を空間上に送出するパイロット光送信手段２０８とを備えている。

次に、本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置の光軸合わせについて図４Ａから図６を用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｃでは、送信ユニット１００のパイロット光受信手段１０４として用いる受光素子の一例として、４個（縦２個×横２個）のＰＤ素子を１つのレンズで封入した受光素子（以下、４分割ＰＤとも言う）を用いた場合について説明する。この４分割ＰＤの原理を簡単に説明する。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、４分割ＰＤは、４つのＰＤ（受光素子：ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）が１つの光学レンズの中に収められているものである。この受光素子は光の入射方向によって各受光素子の受光レベルが変化する。

図４Ａの場合は４分割ＰＤに対して光源３が左側（ＰＤ１、ＰＤ３側）に位置している場合であり、この場合には各ＰＤが封入される光学レンズ４によって入射光はＰＤ２、ＰＤ４側へ集光されることになり、その結果として各受光レベルはＰＤ１＜ＰＤ２、ＰＤ３＜ＰＤ４の関係が得られる。図４Ｂの場合は光源３が４分割ＰＤの正面に位置する場合であり、この場合は各ＰＤの位置する中心に集光されるため、その受光レベルの関係はＰＤ１＝ＰＤ２、ＰＤ３＝ＰＤ４となる。図４Ｃの場合は４分割ＰＤに対して光源３が右側（ＰＤ２、ＰＤ４側）に位置している場合であり、この場合には各ＰＤが封入される光学レンズ４によって入射光はＰＤ１、ＰＤ３側へ集光されることになり、その結果として各受光レベルはＰＤ１＞ＰＤ２、ＰＤ３＞ＰＤ４の関係が得られる。

このような原理によって、４分割ＰＤは光源３の位置する方向を受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４の各受光レベルを比較することによって知ることができる。図５及び図６を用いてその動作の一例を説明する。図５は送信ユニット１００が搭載するパイロット光受信手段１０４が、左右２個上下２個配置された４つの受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）からなる様子と、パイロット光受信手段１０４から見て受信ユニット２００がどこにあるかを示している。なお、図５では受信ユニット２００の位置を光源３として表記している。

送信ユニット１００から見て、図５に示す光源３の位置Ａの方向に受信ユニット２００が位置している場合、パイロット光受信手段１０４のＰＤ１の受光レベルをＳＬ１、ＰＤ２の受光レベルをＳＬ２、ＰＤ３の受光レベルをＳＬ３、ＰＤ４の受光レベルをＳＬ４とすると、図６に示すように、おおよそＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係となる。このことから、制御手段１０１では、これらから得られる受光レベルを比較し（図５に示す受光回路５０で受信した各受光レベルをセレクト制御信号に基づいて信号セレクト回路５１で比較し）、ＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係が得られている場合には、受信ユニット２００が上方向（位置Ａ）にあると判断し、駆動制御手段１０８（及びサーチ手段１０９）に光送信手段１０３及びパイロット光受信手段１０４が上を向くように制御信号を出す。同様に、各位置Ａ〜Ｈに受信ユニット２００がある場合には図６に示すような関係がＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４の間におおよそ発生し、制御手段１０１はこの関係を調べながら、図６に示した各駆動方向に光送信手段１０３及びパイロット光受信手段１０４が向くように制御している。

このような制御を何回か繰り返していくことで、送信ユニット１００のパイロット光受信手段１０４の各受光レベルＳＬ１〜ＳＬ４がすべて同じ値となる位置までパイロット光受信手段１０４を動かすことになり、各受光レベルＳＬ１〜ＳＬ４がすべて同じ値になったところで送信ユニット１００は受信ユニット２００の位置をおおよそ捉えたことになる。

ここで、もし送信ユニット１００の光送信手段１０３の光送信角（指向性）が十分広い（高い）ならば、この状態で送信ユニット１００は受信ユニット２００への信号を光送信手段１０３を用いて伝送することが可能である。しかしながら、光送信手段１０３の出射角を広くすると光パワー（光量）が小さくなってしまい、伝送距離を十分に取ることができなくなることが多々発生し、十分な伝送距離を確保するためには光送信手段１０３の出射角を狭くすることが求められる。ところが、先に説明したパイロット光受信手段１０４を用いて受信ユニット２００からのパイロット光の位置を探す手法の場合、この手法で出射角の狭い光送信手段１０３から放たれる光送信信号が受信ユニット２００の光受信手段２０１を正確に捉えるためには、光送信手段１０３の発光軸と光受信手段２０１の受光軸とが平行でなければならない。このことについて図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。

図７Ａは光送信手段１０３である発光素子５と光受信手段２０１である受光素子６の発光軸８と、パイロット光送信手段２０８である光源３とパイロット光受信手段１０４である光学レンズ４に封入される４分割ＰＤの受光軸７が平行状態にある理想的な場合を示している。このような場合には４分割ＰＤで光源３を見つけることで光源３に隣接して置かれる光受信手段２０１に光送信手段１０３から放たれる光信号を当てることができる。ところが、実際の製造過程では部品のバラツキや組立・取り付け時において発光軸８と受光軸７とが必ずしも平行にならないケースが発生することがある。むしろこのように光軸が平行でないケースの方が多い。

図７Ｂではそのような発光軸８と受光軸７とが平行状態になく軸ずれ状態にある場合を示している。このような場合には４分割ＰＤで光源３の位置を見つけても、光源３に隣接して置かれる光受信手段２０１に光送信手段１０３から放たれる光信号を正確に当てることができず、データ伝送が実現できない。

そこで、このような軸ずれ状態にある場合でも正確に光軸を合わせられる方法について説明する。これは、送信ユニット１００のパイロット光受信手段１０４で受信ユニット２００のパイロット光送信手段２０８の位置を見つけた後に、受信ユニット２００の信号レベル検出手段２０３とエラー検出手段２０４で検出した受信状態情報をパイロット光送信手段２０８を用いて通知し、送信ユニット１００はこの受信状態情報に基づいて、なるべく受信状態が良好となるように光軸を合わせることで、より正確な光軸合わせを実現している。ここで、受信状態情報とは、例えばエラーレートなどである。

この方法では、受信ユニット２００からパイロット光でパケット化された受信状態情報を送信しているが、図８にそのパケットの構成例を示す。図８に示すように、パケットは、受信状態情報を伝送するためにデータを識別するためのコマンドヘッダ９と、送信するデータ長１０と、受信状態情報（データ）１１と、データエンド１２とから構成されている。このようなパケットがパイロット光で送信されている。

ここで、送信ユニット１００が受信ユニット２００を探索するサーチ範囲と送信光のスポット（以下、送信スポットとも言う）の大きさを図９に示す。送信光の放射パターンは図１０に示すように比較的狭いビーム上の放射パターンであるため、通信可能な範囲は図９のサーチ範囲に比べて非常に小さくなっている。図１１は送信ユニット１００の光軸位置によりサーチ範囲内のエラーレートがどのように分布するかを示した図である。上述したように、送信ユニット１００の放射パターンは狭いため、送信スポットが外れるとエラーレートが悪く（１０^-3以上）、エラーレートの傾きを検出することはできない。そのため受信ユニット２００の位置が送信スポットに入らない限り、光軸を移動させても受信ユニット２００がどちらの方向にあるのか感知することができない。

図１２は上述した受信状態情報を用いた光軸合わせをする際のサーチ動作について説明するための図である。送信ユニット１００は、４分割ＰＤによる光軸合わせ位置を中心に外側に渦巻き状にサーチ動作を行っている。これは、４分割ＰＤによる光軸合わせ後、受信ユニット２００がどちらの方向にあるのか分からないため、最も可能性が高い中心位置近くを優先的に探索することで素早く受信ユニット２００を見つけることを目的としている。

次に、本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸合わせについて図１３を用いて説明する。まず、電源投入やユーザからの指示などによりサーチがスタートすると、上述したパイロット光によるパイロット光サーチ（第１の光軸合わせステップ）が開始される（ステップＳ１３０１）。送信ユニット１００の制御手段１０１は、送信ユニット１００のパイロット光受信手段１０４の各素子の受光レベルがすべて同じ値となる位置まで移動させ、該当する位置に移動したか否かを判断する（ステップ１３０２）。各受信レベルがすべて同じ値となる位置まで移動したところで第１の光軸合わせステップは終了する。次に、制御手段１０１は、ステップＳ１３０２で該当する位置に移動させた位置を中心に、受信ユニット２００からの受信状態情報に基づいて、なるべく受信状態が良好になるように光軸を合わせ（ステップＳ１３０３）、受信状態が良好になったか否かを判断する（ステップＳ１３０４）。受信状態が良好となったところで第２の光軸合わせステップは終了する。受信状態が良好になったとの判断は、例えばエラーレートが１０^-9以下であることや受信の入力レベルが−３０ｄＢｍ以上であることなどの条件によってなされてもよい。

ステップＳ１３０４において、受信状態が良好になったとの判断がなされた場合、この状態で光軸は正しく合っているが、その後も常に正しく保たれているとは限らない。例えば、動作中に重力や地震、振動、人や物の接触などの外的要因により光軸がずらされる場合がある。特に、光軸ずれがある場合、一度光軸が外れてしまうと、また最初からサーチをしなければならず、再サーチに多くの時間が掛かってしまう。そこで、本発明の光無線伝送装置では、移動検出による光軸補正を行う第３の光軸合わせステップをさらに提案する。第２の光軸合わせステップによる光軸合わせが終了した後、移動検出による第３の光軸合わせステップ（ステップＳ１３０６）を開始させる。第３の光軸合わせステップでは、送信ユニット１００の移動検出手段１１０を用いて、移動の検出、移動量及び移動方向の算出を行い制御手段１０１に通知する。

ここでの移動量とは、主に外的要因による回転移動量を言い、例えば送信ユニット１００が人などの接触により回転させられた量（例えば、接触前の合わせられた光軸から３０度回転した量）を言う。移動量を主に回転移動量としたのは、光伝送における光軸のずれの要因が圧倒的に回転運動によるものであるからである。実際、平行移動だけであればある程度（数１０ｃｍ）動かされても通信に問題はないが、数度回転させられてしまうと全く通信できない状態になる。移動量は、例えば外的要因により後述するジャイロセンサや加速度センサが回転運動を起こした際の回転の速度（角速度）を積分することによって算出される回転の角度である。なお、平行移動量についても他の加速度センサなどを用いることによって算出可能である。

制御手段１０１では、移動検出手段１１０から通知された移動量（回転の角度）及び移動方向（回転方向）から適切な光軸補正量を算出し、駆動制御手段１０８を用いて光軸の補正を行わせる。これにより、短時間に光軸を復帰させることが可能となる。移動検出手段１１０としては、例えばジャイロセンサや加速度センサなどが考えられる。本発明の光無線伝送装置では、単なる水平・垂直方向の移動より回転方向の移動がより影響度が大きいため、ジャイロセンサを用いた回転角の検出補正が有効である。ジャイロセンサには、振動式、機械式、光学式などがあるが、特に振動式ジャイロセンサは、小型で量産性にも優れているため、本発明の光無線伝送装置には適切なセンサである。

以下に、圧電セラミックを使用した振動式ジャイロセンサの原理について図１４Ａ及び図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ａのように、振り子などの振動している物体に外部から回転を与えると、振り子は円を描きながら振れだす。これは、振動方向の垂直方向に「コリオリの力」が働くからである。振動式ジャイロセンサはこの原理を応用していて、振り子の代わりとなるものが圧電セラミック素子である。図１４Ｂに示すように、圧電セラミック素子に電圧を加えると振動を繰り返す。そこに回転運動により角速度が加わるとコリオリの力が発生し、圧電素子が微妙に歪む。この歪みを電気信号として取り出すことにより角速度を検出することができる。

ここで、第３の光軸合わせステップ（図１３中のステップＳ１３０６）の詳細について図１５を用いて説明する。第２の光軸合わせステップによる光軸合わせが終了した後、移動検出によるサーチを開始（ステップＳ１５０１）させ、移動があったかどうかを移動検出手段１１０によって検出する（ステップＳ１５０２）。移動検出手段１１０が、移動があったと検知したら移動量及び移動方向（回転方向）の算出を行い、移動量に応じた光軸補正を行う（ステップＳ１５０３）。光軸補正後、受信ユニット２００からの受信状態情報をチェックし、受信状態が良好でないか確認する（ステップＳ１５０４）。受信状態が良好であれば移動検出によるサーチ（第３の光軸合わせステップ）を再開する。受信状態が良好ではないが、ある程度データが受信できている状態（例えば、エラーレートが１０^-3から１０^-9）であるか否か確認し（ステップＳ１５０５）、ある程度データが受信できているときは、第２の光軸合わせステップによる光軸合わせから行う（ステップＳ１５０６）。

また、受信状態が悪く全くデータを受信できない場合には、移動量が所定の量より大きいか否かを判断する（ステップＳ１５０７）。移動量が所定の量よりも大きい場合には、第１の光軸合わせステップによる光軸合わせから行う（ステップＳ１５０８）。一方、移動量が所定の量よりも小さい場合には第２の光軸合わせステップによる光軸合わせから行う。なお、所定の量とは、例えば上述した図９のサーチ範囲の領域の５倍の面積の領域内の移動量を言う。すなわち、移動量がサーチ範囲の領域の５倍の面積の領域内の移動量以上である場合には第１の光軸合わせステップから光軸を合わせることになる。一方、移動量が５倍の面積の領域内の移動量であれば第２の光軸合わせステップから光軸を合わせることになる。これらの光軸合わせステップによって、より安定した伝送路を実現することができる。

本発明に係る光無線伝送装置、光無線伝送装置を構成する光送信ユニット及び光受信ユニットは、送信装置が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信装置に簡単に向けることを可能とし、より安定したデータ伝送路を保証することができるため、光送信ユニットが送信する光信号を光受信ユニットが受信する光無線伝送装置、光無線伝送装置を構成する光送信ユニット及び光受信ユニットなどに有用である。

本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置を用いた光無線通信システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットの構成の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における受信ユニットの構成の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における４分割ＰＤに対して光源が左側（ＰＤ１、ＰＤ３側）に位置している場合を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置において光源が４分割ＰＤの正面に位置する場合を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における４分割ＰＤに対して光源が右側（ＰＤ２、ＰＤ４側）に位置している場合を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における４分割ＰＤに対する光源（受信ユニット）位置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光源位置に対する４分割ＰＤ受光レベルの関係及び駆動方向を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸のずれが無い場合の送信ユニットと受信ユニットとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸のずれがある場合の送信ユニットと受信ユニットとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における受信ユニットが送信する受信状態情報を含むパケットの構成の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットが受信ユニットを探索するサーチ範囲と送信光のスポットの大きさを示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットの送信光の放射パターンを示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における送信ユニットの光軸位置によるサーチ範囲内のエラーレートの分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における受信状態情報を用いた光軸合わせをする際のサーチ動作について説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における光軸合わせについて説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における振動式ジャイロセンサの原理について説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における振動式ジャイロセンサの原理について説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る光無線伝送装置における第３の光軸合わせステップについて説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 画像再生装置
２ ディスプレイ
３ 光源
４ 光学レンズ
５ 発光素子
６、ＰＤ１〜ＰＤ４ 受光素子
７ 受光軸
８ 発光軸
９ コマンドヘッダ
１０ データ長
１１ 受信状態情報（データ）
１２ データエンド
５０ 受光回路
５１ 信号セレクト回路
１００ 送信ユニット
１０１ 制御手段
１０２ 画像受信手段
１０３ 光送信手段
１０４ パイロット光受信手段
１０５ 受信レベル検出手段
１０６ 復調手段
１０７ 受信状態解析手段
１０８ 駆動制御手段
１０９ サーチ手段
１１０ 移動検出手段
２００ 受信ユニット
２０１ 光受信手段
２０２ 画像表示手段
２０３ 信号レベル検出手段
２０４ エラー検出手段
２０５ 制御手段
２０６ 受信状態生成手段
２０７ 変調手段
２０８ パイロット光送信手段

Claims (4)

1. 光送信ユニットと光受信ユニットとから構成され、前記光送信ユニットと前記光受信ユニットとの間で無線によって光信号を伝送する光無線伝送装置であって、
   前記光送信ユニットは、光信号を送信する第１の光信号送信手段と、前記光受信ユニットからの光信号を複数の受光素子によって受信する第１の光信号受信手段とを有し、
   前記光受信ユニットは、光信号を送信する第２の光信号送信手段と、前記光送信ユニットからの光信号を受信する第２の光信号受信手段とを有し、
   前記光送信ユニットは、前記第２の光信号送信手段から送信される光信号を前記第１の光信号受信手段の前記複数の受光素子で受信し、前記複数の受光素子における前記光信号の受光レベルが均一になるように前記第１の光信号受信手段を動かし、前記第１の光信号受信手段と前記第２の光信号送信手段との間における第１の光軸の合わせ機能を有し、
   前記光送信ユニットは、前記第２の光信号送信手段から送信される前記光受信ユニットの受信状態を示す受信状態情報に基づいて、前記第１の光信号送信手段と前記第２の光信号受信手段との間における第２の光軸の合わせ機能を有し、
   前記光送信ユニットは、自身が外部からの影響によって、前記第１の光軸及び前記第２の光軸が合わされた状態から回転移動させられた場合、移動を検出し、移動量及び移動方向を算出する移動検出手段によって算出された前記移動量及び前記移動方向に基づいて、前記第１の光信号送信手段と前記第１の光信号受信手段の少なくとも一方を動かし、前記第１の光軸及び／又は前記第２の光軸を合わせる光無線伝送装置。
2. 光送信ユニットと光受信ユニットとから構成され、前記光送信ユニットと前記光受信ユニットとの間で無線によって光信号を伝送する光無線伝送装置の前記光送信ユニットであって、
   光信号を前記光受信ユニットへ送信する光信号送信手段と、
   前記光受信ユニットから光信号を受信する光信号受信手段と、
   前記光信号受信手段によって受信された前記光信号の受光レベルに基づいて、前記光信号受信手段と前記光受信ユニットの光信号を送信する送信手段との間の第１の光軸を合わせるため、前記光信号受信手段の位置を制御する制御手段と、
   前記光送信ユニットの移動を検出し、移動量を算出する移動検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記光信号受信手段によって前記送信手段から受信される前記光受信ユニットの受信状態を示す受信状態情報に基づいて、前記光信号送信手段と前記光受信ユニットの光信号を受信する受信手段との間の第２の光軸を合わせるため、前記光信号送信手段の位置を動かし、
   前記光送信ユニットが外部からの影響によって、前記第１の光軸及び前記第２の光軸が合わされた状態から回転移動させられた場合、前記移動検出手段は移動を検出し、移動量及び移動方向を算出し、
   前記制御手段は、前記第１の光軸及び／又は前記第２の光軸を合わせるため、前記移動量及び前記移動方向に基づいて前記光信号送信手段と前記光信号受信手段の少なくとも一方を動かす光送信ユニット。
3. 前記光信号受信手段は、複数の受光素子から構成されている請求項２に記載の光送信ユニット。
4. 光送信ユニットと光受信ユニットとから構成され、前記光送信ユニットと前記光受信ユニットとの間で無線によって光信号を伝送する光無線伝送装置の前記光受信ユニットであって、
   光信号を前記光送信ユニットへ送信する光信号送信手段と、
   前記光送信ユニットから光信号を受信する光信号受信手段と、
   前記光信号受信手段によって受信された前記光信号に基づいて、前記光信号の振幅レベルを検出する信号レベル検出手段と、
   受信された前記光信号に基づいて、前記光信号の受信状態を検出するエラー検出手段と、
   前記信号レベル検出手段によって検出された前記光信号の振幅レベルと前記エラー検出手段によって検出された前記光信号の受信状態とに基づいて、受信状態情報を生成する受信状態生成手段と、
   生成された前記受信状態情報を前記光送信ユニットへ伝送するために変調する変調手段とを備え、
   前記光信号送信手段は、前記変調手段によって変調された前記受信状態情報を前記光送信ユニットへ送信する光受信ユニット。
   

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