JP2007067843A - 光空間通信装置及びその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光空間通信装置の内部素子に太陽光が入射することを防止し、良好な通信を行う。
【解決手段】自装置１１’と相手側装置１１”は対向して配置されており、相手側装置１１”の後方近傍には、自装置１１’から距離Ｌ（ｍ）離れた位置に太陽光Ｓの光を遮断する直径Ｍ（ｍ）以上の大きさを有する円形の遮光壁３１が設置されている。送光角Ａ１は自装置１１’の発光素子の送光角、受光角Ａ２は自装置１１’の受光素子の受光角、受光角Ａ３は位置検出素子の受光角を示し、相手側装置１１”は送光角Ａ１、受光角Ａ２、Ａ３の中で最も小さい角度範囲に設置する。遮光壁３１は送光角Ａ１、受光角Ａ２、Ａ３の中で最も大きい受光角Ａ３の角度範囲を覆うように設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠隔地に対して光通信により情報伝達を行う光空間通信装置及びその通信方法に関するものである。

光空間通信装置は、送信側において送信信号を光信号に変調し、この光信号を受信側に向けて大気空間中を伝送し、受信側においては送信側からの光信号を電気信号に復調することにより、情報信号の伝達を行っている。そして、通常はそれぞれ送信機能と受信機能を備え、双方向通信をしている。

図３は従来の光軸ずれ補正機能を有しない光空間通信装置の自装置の構成図を示しており、対向する建物の屋上等に設置する相手側装置も同様の構成とされている。光空間通信装置１内には、発光源となる半導体レーザー等の発光素子２が設けられており、駆動回路３からの送信信号に基づいて発光素子２からレーザー光が発光された後に、送信光学系４において集光してビーム化し、相手側装置に向けて出射する。

また、相手側装置から出射された光ビームは受信光学系５において集光され、この集光された光信号を受光素子６で受光し、受光素子６からの電気信号は増幅部７に入力され、受信信号として出力される。

一般に、隔てた２点間を光信号により情報伝送を行う場合には風、日射等の作用により、受信光の光軸と送信光の光軸とがずれ、自装置の光信号が相手側装置に到達しなくなり通信不能となることがある。

このため、例えば特許文献１に示す光空間伝送装置においては、運転中は常に受信光の光軸と送信光の光軸の角度ずれを検出し補正することにより、送信光学系の光軸が相手側装置の方向に向くように制御している。

特開２００１−２９２１０５号公報

しかしながら上述の従来例では、図４に示すように対向する相手側装置１’の背後を太陽Ｓが通過した場合に、自装置である光空間通信装置１の発光素子２、受光素子６、位置検出素子等に太陽光が入射することがある。

通常では、光空間通信装置１は発光素子２によるレーザー光を使用する場合に、発光素子２の寿命や安全性を考慮して、装置１に入射する受信光の強度は約０．０００１〜１ｍＷと非常に小さく設定されている。そして、この強度に合わせて受光素子６や位置検出素子の特性選択、回路設定がなされているが、これに対して太陽光の入射強度は数ｍＷ〜数Ｗと非常に大きいため、太陽光が受光素子６や位置検出素子に入射した場合にはＳＮ比が低下する。更に、受光素子６や位置検出素子の出力が上限を超える飽和現象により、変調波の検出不能や光軸補正の誤作動による通信不能の原因となる。

また発光素子２の内部には、通常では発光出力を一定にするためのモニタ用受光素子が配置されており、このモニタ用受光素子の出力が一定になるように発光出力が制御される。つまり、モニタ用受光素子の出力が減少すれば発光素子２の出力を増大し、モニタ用受光素子の出力が増大すれば発光素子２の出力を減少させて、モニタ用受光素子の出力値が定められた一定値になるように制御している。発光素子２に太陽光が入射した場合には、モニタ用受光素子が発光素子２の出力が大き過ぎると誤った判断をし、発光素子２の出力が大幅に低下してしまい、通信不能の原因となる。

例えば、図５に示すように太陽Ｓが軌道Ｋ上を移動し、図示しない自装置の位置検出素子の受光角Ａ３内を通過する場合には、位置検出素子に太陽光が入射する。上述したようにＳＮ比の低下や位置検出素子の飽和現象により、位置検出素子面上の光軸ずれ量を検出できず、結果として光軸補正の誤作動による通信不能状態となる。また、太陽Ｓが軌道Ｋ上を移動し、受光素子２の受光角Ａ２内を通過する場合には、太陽光が受光素子６の面内に入射するために、通信不能状態となるという問題点がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、太陽光による誤動作を防止する光空間通信装置及びその通信方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る光空間通信装置の技術的特徴は、互いに空間を隔てて対向配置される自装置及び相手側装置を有し、光無線で情報伝送を行う光空間通信装置において、前記相手側装置の後方に、前記自装置の受光素子の受光角と前記自装置の発光素子の送光角と前記自装置の位置検出素子の受光角とのうちで最も大きい角度を覆う大きさの遮光壁を設けたことにある。

本発明に係る光空間通信方法の技術的特徴は、自装置と相手側装置とを空間を隔てて対向配置し、光無線で情報伝送を行う光空間通信方法において、前記相手側装置の後方に前記自装置の受光素子の受光角と前記自装置の発光素子の送光角と前記自装置の位置検出素子の受光角とのうちで最も大きい角度を覆う大きさの遮光壁を設け、該遮光壁が前記相手側装置の後方にある状態で前記情報伝送を行うことにある。

本発明に係る光空間通信装置及びその通信方法によれば、相手側装置の後方に所定の大きさの遮光壁を設けることにより、太陽光の入射を防止し、ＳＮ比の低下を防止できる。

本発明を図１、図２に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施例における光軸ずれ補正機能を有する光空間通信装置１１の構成図を示し、この光空間通信装置１１と対向する図示しない相手側装置も全く同じ構成とされている。光空間装置１１内には、発光源となる半導体レーザー等から成る発光素子１２及びその駆動回路１３が設けられている。発光素子１２から発光されたレーザー光の進行方向には、送信光レンズ１４、偏光ビームスプリッタ１５、２つのミラーを有する光軸角度調整部１６、送受信レンズ１７、１８が順次に配列されている。

偏光ビームスプリッタ１５の反射方向にはハーフミラー１９、受信光レンズ２０、光信号を電気信号に変換するＰＩＮ−フォトダイオードやＡＰＤ等から成る受光素子２１が順次に配列され、受光素子２１の出力は増幅部２２に接続されている。更に、ハーフミラー１９の反射方向にはレンズ２３を介して、送信光の光軸と受信光の光軸のずれを検出する角度誤差検出部２４内に位置検出素子２５が配置され、この角度誤差検出部２４の出力は光軸角度調整部１６に接続されている。

送信光学系と角度誤差検出部２４の光学系の光軸は予め一致させてあるため、角度誤差検出部２４の光学系の光軸と受信光の光軸の角度ずれを検出することにより、送信光の光軸と受信光の光軸を検出することができる。この角度誤差検出部２４からの角度誤差信号に従って、光軸角度調整部１６により送信光の出射角度を傾けることにより、常に送信光学系の光軸が相手側装置の方向に追従するように制御している。

また、送信信号は発光素子１２で光信号に変換されて送信され、この送信光は送信光レンズ１４で平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ１５を通過する。そして、光軸角度調節部１６において相手側装置の方向に向けられ、送受信レンズ１７、１８で最適な広がり角に調整されて相手側装置に送信される。

相手側装置から伝送されてきた受信光は、送受信レンズ１７、１８で整形された後に光軸角度調節部１６を通り、偏光ビームスプリッタ１５で反射し、ハーフミラー１９に送られる。この偏光ビームスプリッタ１５で送信光と受信光の偏光を直交させることにより、送信光と受信光を分けることができる。ハーフミラー１９を介して受信光レンズ２０に送られた受信光は、受光素子２１において電気信号に変換され、増幅部２２で増幅され受信信号として出力される。

ハーフミラー１９から角度誤差検出部２４に送られた受信光は、レンズ２３により位置検出素子２５に集光される。角度誤差検出部２４では、送信光の光軸と受信光の光軸のずれを検出し、その角度誤差信号を光軸角度調整部１６に出力する。光軸角度調節部１６は角度誤差信号に従って内部の２つのミラーを駆動し、受信光の光軸と送信光の光軸を一致させることで、送信光が相手側装置に伝送される。この動作を対向する双方の装置において行うことにより、常に安定した双方向光空間伝送を実施できる。

図２は本実施例の通信状態の説明図を示し、図１における光空間通信装置１１である自装置１１’と相手側装置１１”は対向して配置されている。相手側装置１１”の後方近傍には、自装置１１’から距離Ｌ（ｍ）離れた位置に、太陽光Ｓの光を遮断する円形の遮光壁３１が設置されている。

図２において、送光角Ａ１は自装置１１’の発光素子１２からの光ビームの送光角、受光角Ａ２は自装置１１’の受光素子２１の受光角、受光角Ａ３は自装置１１’の位置検出素子２５の受光角を示している。相手側装置１１”は送光角Ａ１、受光角Ａ２、Ａ３の中で最も小さい角度範囲に設置する。遮光壁３１は送光角Ａ１、受光角Ａ２、Ａ３の中で最も大きい受光角Ａ３の角度範囲を覆うようにされている。

ここで、送光角Ａ１、受光角Ａ２、Ａ３の中で最も大きい角度の受信角は、受光角Ａ３である。この受光角Ａ３の全ての範囲で遮光壁３１によって太陽光入射を遮断するために、遮光壁３１の最低限の大きさの直径Ｍは、次式によって決定される。
Ｍ＝Ｌ・ｔａｎ（Ａ３）（ｍ）

例えば、通信距離Ｌ＝１０００（ｍ）、Ａ３＝７（ｍｒａｄ）とすると、直径Ｍは次のようになる。
Ｍ＝１０００・ｔａｎ（０．００７）＝７（ｍ）

従って、相手側装置１１”の背後を太陽光Ｓが移動しても、遮光壁３１が自装置１１’の発光素子１２、受光素子２１、位置検出素子２５等に太陽光が入射することを防止することができる。結果として、受光素子２１、位置検出素子２５からの出力信号のＳＮ比の低下を防止することができる。また、受光素子２１や位置検出素子２５の出力が上限を超える飽和現象により、変調波の検出不能や光軸補正の誤作動による通信不能が生ずることを防止し、発光素子１２の出力値が低下し通信不能となることを防止できる。

本実施例では、受光角Ａ３＞Ａ２＞Ａ１となっているが、これは光空間通信装置の設定上、どのような順にもなる可能性を有している。遮光壁３１の最低限の大きさの直径Ｍは、受光角Ａ１〜Ａ３の中で最も大きい角度と通信距離Ｌによって決定される。また、自装置１１’が自動追尾装置を有しない装置の場合には受光角Ａ３は存在しない。更に、送信専用機の場合には受光角Ａ２は存在せず、受信専用機の場合は送光角Ａ１が存在しないが、それぞれの中で最も大きい角度によって、遮光壁３１の最低限の大きさの直径Ｍを決定すればよい。

本実施例における光空間通信装置の構成図である。 通信状態の説明図である。 従来の光軸ずれ補正機能を有しない光空間通信装置の構成図である。 太陽が装置の受光角、送信角内を通過する際の説明図である。 太陽が装置の受光角内を通過する際の説明図である。

符号の説明

１１ 光空間通信装置
１１’ 自装置
１１” 相手側装置
１２ 発光素子
１５ 偏光ビームスプリッタ
１６ 光軸角度調整部
１９ ハーフミラー
２１ 受光素子
２４ 角度誤差検出部
２５ 位置検出素子
３１ 遮光壁
Ａ１ 自装置の発光素子の送光角
Ａ２ 自装置の受光素子の受光角
Ａ３ 自装置の位置検出素子の受光角
Ｓ 太陽

Claims (6)

1. 互いに空間を隔てて対向配置される自装置及び相手側装置を有し、光無線で情報伝送を行う光空間通信装置において、前記相手側装置の後方に、前記自装置の受光素子の受光角と前記自装置の発光素子の送光角と前記自装置の位置検出素子の受光角とのうちで最も大きい角度を覆う大きさの遮光壁を設けたことを特徴とする光空間通信装置。
2. 前記最も大きい角度をＡ（ｍｒａｄ）、前記自装置と相手側装置との直線距離をＬとした場合に、前記遮光壁はＬ・ｔａｎＡ以上の直径を有するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光空間通信装置。
3. 前記最も大きい角度は、前記位置検出素子の受光角としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光空間通信装置。
4. 自装置と相手側装置とを空間を隔てて対向配置し、光無線で情報伝送を行う光空間通信方法において、前記相手側装置の後方に前記自装置の受光素子の受光角と前記自装置の発光素子の送光角と前記自装置の位置検出素子の受光角とのうちで最も大きい角度を覆う大きさの遮光壁を設け、該遮光壁が前記相手側装置の後方にある状態で前記情報伝送を行うことを特徴する光空間通信方法。
5. 前記最も大きい角度をＡ（ｍｒａｄ）、前記自装置と相手側装置との直線距離をＬとした場合に、前記遮光壁はＬ・ｔａｎＡ以上の直径を有するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の光空間通信方法。
6. 前記最も大きい角度は、前記位置検出素子の受光角としたことを特徴とする請求項４又は５に記載の光空間通信方法。

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