JP2007043532A

JP2007043532A - 光空間伝送方法

Info

Publication number: JP2007043532A
Application number: JP2005226429A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Kinoshita; 圭介木下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムにおいて、光送信装置の角度調整の要求精度を緩める光空間伝送方式を提供することを目的とする。
【解決手段】光送信装置と、光受信装置と、光送信装置の角度を調整する角度調整部と、光受信器の受光部と、受光部の位置を平行移動する受光調整部から構成され、光送信装置の角度調整部は光受信装置のある規定内に出射光が入るように角度調整（粗調整）し、光受信装置は光送信装置からの光を規定の場所に受けたことを検知すると、受光調整部は受光部を前記規定の範囲内で移動して受光パワーが最大となるように位置調整（微調整）を行うことで、光送信装置の出射角度の制御に求められる精度を緩めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号を用いて自由空間中でデータ伝送を行う光空間伝送方法に関するものである。

従来の光空間伝送方法は、自由空間中を光信号を伝送する際に、出射光が大きく広がると、距離に応じて単位面積あたりの光パワーが大きく減少するため、出射光の広がりをある程度抑えて、伝送する方法をとっている。図７を用いて簡単に説明すると、データ伝送に先立って、光送信装置９は光受信装置１０の位置連絡手段１５からの信号に基づいて位置検出手段６を用いて、光受信装置１０の位置を検出する。光送信装置９は光受信装置１０の受光部２の方向へ光信号１４を出射するように出射方向制御手段５で光送信部１１の角度を調節する。光送信装置９への入力信号であるデータ信号１２は光送信回路部３へ入力され発光部１で光信号１４に変換され、発光部１は自由空間中に光信号を出射する。光受信装置１０は光信号１４を、受光部２で受光してデータを受光する。受光部２で電気信号に変換されて、光受信回路部４へ入力され、データ信号１３として光受信装置１０から出力される。光送信装置９と光受信装置１０の間で効率よく光パワーを伝送するため、光送信装置は、発光部１からの光出力をレンズ等を用いて、光信号の広がりを小さく抑えて、光受信装置１０の受光部２において大きな受光パワーが得られるように設定される。また、光受信装置１０はレンズなどを用いて、光信号をより集めて受光部２で受光する、といったものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２８９００３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、光送信装置９と光受信装置１０の距離が大きくなった場合や、伝送速度が速くなった場合において、光送信装置からの出射方向のわずかな変動が光受信装置１０の地点では大きな距離の変動となり、また伝送速度が速くなった場合には、受光部２の容量を小さくしないと周波数特性が劣化するため、受光部２の面積を小さくする必要が生じ、光送信装置の出射方向の調整に求められる精度が非常に高くなる、という課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光送信装置と光受信装置の距離が大きくなった場合や、伝送速度が速くなった場合において、光送信装置の出射方向の調整に求められる精度を緩和する光空間伝送方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の光空間伝送方法は、光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムにおいて、光送信装置と光受信装置との光軸を調整する方法であって、前記光受信装置の位置を前記光送信装置に連絡する位置連絡手段と、前記位置連絡手段の出力を基に前記光受信装置の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力を基に、前記光受信装置に向かって前記光送信装置の光出射方向を調整する出射方向制御手段と、前記光受信装置が前記光送信装置からの光出力の受光パワーをモニターする光検知手段と、前記光送信装置からの出力光をデータ信号として受光する受光部と、前記光検知手段の出力を基に、前記受光部の位置と、前記光送信装置からの光出力の位置を調整する受光部位置制御手段とを備えることを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記位置連絡手段は、光信号を用いて、前記位置検出手段に前記光受信装置の位置を連絡することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記位置連絡手段は、無線信号を用いて、前記位置検出手段に前記光受信装置の位置を連絡することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記位置連絡手段は、有線を通じて、前記位置検出手段に前記光受信装置の位置を連絡することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記出射方向制御手段は、前記光受信装置内の所定の範囲内に、前記光送信装置の光出力方向を粗調整することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記光検知手段は、前記光送信装置からの光出力を、前記光受信装置内の所定の領域内に受光していることを検知する光検知部で構成されることを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記光検知部の領域は、前記受光部の領域よりも大きいことを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記受光部は、前記光検知部の領域内を移動することができることを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記受光部位置制御手段は、前記受光部を移動させて前記光送信装置からの光出力との結合効率が最大となる位置に調整することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記受光部位置制御手段は、前記受光部を移動させて、前記受光部での受光パワーが所定の値以上となる位置に調整することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記光検知手段は、前記光検知部と、前記光送信装置からの光出力を受光し受光パワーをモニターする受光パワー検知部を有し、前記受光パワー検知部の出力が所定の値以上になると、前記受光部位置制御手段に前記受光部の位置の移動を指示することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記光検知部の受光パワー１と、前記受光部の受光パワー２の合計が、所定の値以上になると、前記受光部位置制御手段が前記受光部の位置の移動を行うことを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記光送信装置が前記光受信装置の所定の場所に出射方向を粗調整した後に、前記光受信装置が前記受光部の位置を微調整することを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムにおいて、光送信装置と光受信装置が光軸を調整する方法であって、前記光受信装置の位置を光送信装置が検出する位置検出手段と、前記光受信装置の位置に向かって前記光送信装置の光出力方向を調整する出射方向制御手段と、前記光受信装置が前記光送信装置からの光出力を受光する複数の受光部を有する受光手段と、前記複数の受光部のうち、動作させる前記受光部を決定する光受信部制御手段とを備えることを特徴としている。

更に本発明の光空間伝送方法は、前記受光手段は、所定の領域内に複数の受光部を有し、前記光送信装置からの光出力を受光し、前記複数の受光部のうち、所定の値以上の受光パワーを受光している前記受光部を動作させ、所定の値より小さい受光パワーを受光しているその他の前記受光部は動作を停止することを特徴としている。

本発明の光空間伝送方法によれば、光送信器の出射角度の制御に求められる精度を緩和することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光空間伝送に用いる光送受信器のブロック図である。実施の形態１は、発光部１、受光部２、光送信回路部３、光受信回路部４、出射方向制御手段５、位置検出手段６、受光部位置制御手段７、光検知手段８、光送信装置９、光受信装置１０、光送信部１１、位置連絡手段１５より成る。ここで、光検知手段８は光受信装置１０の所定の範囲内に光信号１４が入っていることを、検知し、受光部位置制御手段７は前記所定の範囲内において、受光部２の位置を移動させることが出来る構成である。

自由空間中で光伝送を行うにあたって、発光部１からの出力光はレンズなどを用いることで、光信号の広がり角度は小さな値となっている。これは、広がり角度が大きいと、距離が離れた地点では単位面積あたりの受光パワーが小さくなるためである。そのため、光送信装置９と光受信装置１０は、データ伝送を開始するにあたって、光送信装置９からの出射方向を、光受信装置１０に向かって調整する必要がある。そのため、光受信装置１０は位置連絡手段１５を使って、光信号や無線信号で光送信装置９へ位置を連絡する。位置連絡手段１５からの情報を基に、位置検出手段６は光受信装置１０の位置を検出する。位置検出手段６の出力から、出射方向制御手段５は光送信部１１の角度を調整して、光信号１４の出射方向を制御する。このとき、光送信装置９からの光信号の出射方向制御は、データを受光するための受光部２の面積より大きな所定の範囲内に、光信号１４が入力されるように制御する。光送信装置９への入力であるデータ信号１２は光送信回路部３に入力され、発光部１によって光信号１４に変換され、レンズなどで光信号１４の広がり角度は小さく抑えられて、自由空間中に出射される。光受信装置１０は光信号１４が所定の範囲内に入力されたことを光検知手段８で検知する。光検知手段８が光信号１４を検知すると、受光部位置制御手段７は、データ信号である光信号を受光するための受光部２の位置を変化させる。受光部２は所定の範囲内を移動することが可能であり、光検知手段８の出力を基にして受光部位置制御手段７は受光部２の位置を変化させ、受光部２の受光パワーが最大のパワー、もしくはある規定の受光パワー（例えば符号誤り率が１Ｅ−１２を満たす受光パワー）を越えるように受光部２の位置を移動する。以上の手順で、受光部２の位置が決定され、データ信号１４は光送信装置１０から出力される。

以上より、光送信装置９と光受信装置１０の距離が大きい場合、またデータ伝送速度が速くなった場合において、光送信装置９の出力光に関する、出射方向制御の精度を緩和することができる。

なお、本実施の形態において、位置連絡手段１５は光信号や無線信号を用いて光受信装置１０の位置を連絡するとしたが、有線など、光受信装置１０の光検知手段８が検知できる所定の範囲を伝える方法であればよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の光空間伝送方法を示す図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図２において、図１の光検知手段８は、受光部２より大きな面積を持つ受光素子である光検知部８ａで構成する。光検知部８ａの領域の内部に受光部２は配置され、受光部位置制御手段７によって、光検知部８ａの領域内を移動可能である受光部２の配置が決定される。実施の形態１と同様、光受信装置１０は位置連絡手段１５を用いて光送信装置９に位置を知らせるが、その際、光検知部８ａの位置を連絡する。光信号を用いて連絡する場合には、光検知部８ａの周辺に発光素子を配置して、位置を連絡する方法などが使用できる。光送信装置９が出射方向を制御して光検知部８ａの領域内に光信号１４が入力されると、光検知部８ａは受光部位置制御手段７に受光しているとの出力を行う。受光部位置制御手段７は、受光部２を移動し、光信号１４と受光部２の位置を調整することで、光信号を受光することが可能となる。

以上より、受光部位置制御手段７は、受光部２を光検知部８ａの領域内を移動させることができるため、光検知部８ａが受光しているということは、受光部２を移動させることで、光信号１４を受光部２で受光することができると判断できるため、実施の形態１に比べて、制御が容易となる。

（実施の形態３）
図３と図４は、本発明の実施の形態３の光空間伝送方法を示す図である。受光パワー検知部１６、１６ａは光検知部８ａの受光パワーを検知し、受光パワー検知部１６ｂは受光部２の受光パワーを検知している。光検知部８ａは受光部２より大きな面積であるため、当然受光部２が受光する受光パワーはその値より大きくなることはない。したがって、図３において、受光パワー検知部１６が検知する受光パワーが所定の値以上となると、光信号からのデータ受信が可能であると判断し、受光部位置制御手段７は受光部２の位置の移動を開始する。また、図４のように、受光パワー検知部１６ａ、１６ｂを配置することで、受光部２の受光パワーを検知することも可能となり、光信号１４のビーム径が小さい場合に、受光部２に遮られて光検出部８ａの受光パワーが小さくなった場合においても、受光部２の位置の制御を行うことが可能となる。

以上より、受光パワー検出部１６、または１６ａ、１６ｂを設けることにより、受光パワーを検知することが可能となり、光受信装置１０が受光部２を移動させて所定の受光パワー以上の値が得られるかどうかの判断が容易になり、受光部２の位置の制御を精度よく行うことが可能となる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４の光空間伝送方法を示す図である。実施の形態１〜３において受光部２を移動させたが、これは受光部２の面積が大きくなった場合に、周波数特性が劣化するため、受光部２の面積を小さくし、受光パワーを大きくするためである。実施の形態４において、受光部を移動させる代わりに、所定の領域内に複数の受光部２１〜２ｎを配置することで、個々の受光部の面積は小さいままで構成するため、周波数特性は劣化しない。受光手段１９は所定の領域内に複数の受光部２１〜２ｎを有し、各受光部はそれぞれ光受信回路部４１〜４ｎへ出力する。受光パワー検知部１６は、受光部２１〜２ｎの受光パワーをそれぞれ検知する。光信号１４のビーム径が、受光手段１９の領域より小さいとき、図５では受光部２２、２３だけが受光していて、その他の受光部及び光受信回路部は動作していない。受光パワー検知部１６はどの受光部が受光しているかをモニターし、光受信部制御手段１７は受光パワー検知部１６の出力からどの受光部が所定の受光パワー以上を受光しているか（図５では２２、２３）判断し、所定の受光パワー以上の受光部と接続されている光受信回路部（図５では４２、４３）のみを動作させる。出力決定部１８は、光受信回路部４１〜４ｎのうち動作している光受信回路部の出力のみを入力として選択し、デジタルデータを決定し、データ信号１３として出力する。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５の光空間伝送方法を示す図である。受光部２１〜２ｎの出力はスイッチ部２０へ入力され、受光パワー検知部１６は各受光部の受光パワーをモニターし、所定の受光パワー以上を受光している受光部を判断し、スイッチ部２０は受光部２１〜２ｎと光受信回路部４とを接続／切断する。受光パワー検知部１６によって所定の受光パワー以上の光パワーを受光している受光部（図５では２２、２３）の出力のみをスイッチ部２０を用いて光受信回路部４と接続し、光受信回路部４はスイッチ部２０からの入力からデータ信号１３を作成する。

以上より、複数の受光部２１〜２ｎと光受信回路部４とをスイッチ部２０で接続／切断する構成とすることにより、実施の形態４に比べ光受信回路部の数量を少なくでき、消費電力の点でも低減することができる。

本発明にかかる光空間伝送方法は、光送受信器間の距離が大きくなる場合や、伝送速度が速くなる場合においても、光送信器の出射角の制御に求められる精度を緩和できる特徴を有し、自由空間中を光伝送する機器および装置の入出力インターフェース等として有用である。

本発明の光空間伝送方法の構成を示す図本発明の光空間伝送方法の構成を示す図本発明の光空間伝送方法の構成を示す図本発明の光空間伝送方法の構成を示す図本発明の光空間伝送方法の構成を示す図本発明の光空間伝送方法の構成を示す図従来の光空間伝送方法の構成を示す図

符号の説明

１発光部
２，２１〜２ｎ受光部
３光送信回路部
４，４１〜４ｎ光受信回路部
５出射方向制御手段
６位置検出手段
７受光部位置制御手段
８光検知手段
８ａ光検知部
９光送信装置
１０光受信装置
１１光送信部
１２，１３データ信号
１４光信号
１５位置連絡手段
１６，１６ａ，１６ｂ受光パワー検知部
１７光受信部制御手段
１８出力決定部
１９受光手段
２０スイッチ部

Claims

光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムにおいて、
光送信装置と光受信装置との光軸を調整する方法であって、
前記光受信装置の位置を前記光送信装置に連絡する位置連絡手段と、
前記位置連絡手段の出力を基に前記光受信装置の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の出力を基に、前記光受信装置に向かって前記光送信装置の光出射方向を調整する出射方向制御手段と、
前記光受信装置が前記光送信装置からの光出力の受光パワーをモニターする光検知手段と、
前記光送信装置からの出力光をデータ信号として受光する受光部と、
前記光検知手段の出力を基に、前記受光部の位置と、前記光送信装置からの光出力の位置を調整する受光部位置制御手段とを備える、光空間伝送方法。
前記位置連絡手段は、光信号を用いて、前記位置検出手段に前記光受信装置の位置を連絡することを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
前記位置連絡手段は、無線信号を用いて、前記位置検出手段に前記光受信装置の位置を連絡することを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
前記位置連絡手段は、有線を通じて、前記位置検出手段に前記光受信装置の位置を連絡することを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
前記出射方向制御手段は、前記光受信装置内の所定の範囲内に、前記光送信装置の光出力方向を粗調整することを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
前記光検知手段は、前記光送信装置からの光出力を、前記光受信装置内の所定の領域内に受光していることを検知する光検知部で構成されることを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
前記光検知部の領域は、前記受光部の領域よりも大きいことを特徴とする、請求項６記載の光空間伝送方法。
前記受光部は、前記光検知部の領域内を移動することができることを特徴とする、請求項６記載の光空間伝送方法。
前記受光部位置制御手段は、前記受光部を移動させて前記光送信装置からの光出力との結合効率が最大となる位置に調整することを特徴とする、請求項１または８記載の光空間伝送方法。
前記受光部位置制御手段は、前記受光部を移動させて、前記受光部での受光パワーが所定の値以上となる位置に調整することを特徴とする、請求項１または８記載の光空間伝送方法。
前記光検知手段は、光検知部と、前記光送信装置からの光出力を受光し受光パワーをモニターする受光パワー検知部を有し、前記受光パワー検知部の出力が所定の値以上になると、前記受光部位置制御手段に前記受光部の位置の移動を指示することを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
光検知部の受光パワー１と、前記受光部の受光パワー２の合計が、所定の値以上になると、前記受光部位置制御手段が前記受光部の位置の移動を行うことを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
前記光送信装置が前記光受信装置の所定の場所に出射方向を粗調整した後に、前記光受信装置が前記受光部の位置を微調整することを特徴とする、請求項１記載の光空間伝送方法。
光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムにおいて、
光送信装置と光受信装置が光軸を調整する方法であって、
前記光受信装置の位置を光送信装置が検出する位置検出手段と、
前記光受信装置の位置に向かって前記光送信装置の光出力方向を調整する出射方向制御手段と、
前記光受信装置が前記光送信装置からの光出力を受光する複数の受光部を有する受光手段と、
前記複数の受光部のうち、動作させる前記受光部を決定する光受信部制御手段とを備える、光空間伝送方法。
前記受光手段は、所定の領域内に複数の受光部を有し、前記光送信装置からの光出力を受光し、前記複数の受光部のうち、所定の値以上の受光パワーを受光している前記受光部を動作させ、所定の値より小さい受光パワーを受光しているその他の前記受光部は動作を停止することを特徴とする、請求項１４記載の光空間伝送方法。