JP2007184706A - 光無線伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速且つ高精度にて光軸調整を行うことが可能な光無線伝送装置を提供する。
【解決手段】撮像データに基づいて親機２ｂからのガイド光の光軸方向を特定し、その光軸方向から、反射板１９の反射面１９ａの移動方向および移動量を第１の移動情報としてそれぞれ取得する第１の方向検出部３２と、４分割ＰＤ１３により受光されたガイド光の受光データから、反射板１９の反射面１９ａの移動方向および移動量を第２の移動情報としてそれぞれ取得する第２の方向検出部３８と、第１及び第２の方向検出部３２および３８により取得された第１及び第２の移動情報に基づいて、ピエゾアクチュエータ２０ａ１、２０ａ２を介して反射板１９の反射面１９ａを移動させることにより、親機２ｂからのガイド光の光軸方向とコリメートレンズ６（図３参照）の光軸方向とを略一致させる駆動制御部３６とを備えた光無線伝送子機１ａである。
【選択図】図８

Description

本発明は、データ信号等により変調された光を送受信することによりデータ伝送を行う光無線伝送装置に関する。

従来、光無線を用いた通信方式としては、いわゆるリモートコントロール装置に代表される拡散型通信方式と、高速無線ＬＡＮ（Local Area Network）に代表される狭ビーム型通信方式とが存在する。

拡散型通信方式においては、受発光部それぞれの指向性を広く設定することにより、通信相手の方向を特定することや受発光部を高精度で通信相手に対向させることなく通信が可能である。また、反射光も利用できるため、通信光の遮蔽による影響を受けにくいという利点も有する。反面、発光部の指向性を広く設定していることから、受光部に達する光量が少なく、周囲のノイズにも影響されやすいという問題点も有しており、この問題点から、拡散型通信方式を高速通信に用いることは困難であると考えられている。

一方、狭ビーム型通信方式では、受発光部の指向性を狭くすることにより、受光面に到達する光の減衰が抑制され、また、受光部では外乱光等のノイズを抑制することができるため、高速無線ＬＡＮに代表される高速通信に適している。しかしながら、出射光を相手側の受光部に正確に照射する必要があり、これが技術的な課題となっている。

この狭ビーム型通信方式において、出射光を相手側の受光部に向ける手法としては、例えば、下記の特許文献１に記載されている屋内光無線伝送装置のための手法がある。

この屋内光無線伝送装置においては、図１６に示すように、一方の装置（親機１０１）にデータ光送信のための受発光部１０２とは別に発光手段１０３を設け、この発光手段１０３より光軸調整用のガイド光を送出する。そして、他方の光無線伝送子機（子機）１０４においては、光軸方向を変位させて受光装置１０５によりガイド光を受信し、このガイド光の受光レベルに基づいて、親子機間の光軸合わせを行っている。

このような光軸調整方法においては、指向性の狭い受光装置１０５をステッピングモータ等を用いて回転させ、これにより、受光装置指向性を水平及び垂直方向（２次元方向）に走査させ、この２次元方向に対応する２次元座標において最大の受光レベルが得られる点をサーチし、このサーチ点に受光装置１０５の指向性を合わせている。

また、別の手法としては、２次元撮像素子を用い、相手側装置からのガイド光を撮像し、撮像結果から相手側装置の方向を特定し、これに基づいて出射光を相手側装置の方向に向ける手法がある。この方式においては、２次元的に相手側装置の方向を特定するため、特定動作の迅速化が可能となる。なお、相手側装置の方向を特定するための手段（ガイド光認識する手段）としては、パターン認識法を採用することができるが、相手側装置の形状、距離等を考慮する必要があり、認識処理は複雑なものとなってしまう。

この問題を解決するため、例えば、下記の特許文献２には、相手側装置からのガイド光を点滅させ、この点滅動作に同期したタイミングにおいてガイド光をフレームとして撮像した後、このフレーム間の差分をとるようにした光無線伝送装置の光軸調整方法が記載されている。

この方法における差分データでは、フレーム間において変化のないガイド光の周辺は暗くなり、ガイド光のみが抽出されるため、ガイド光を容易に認識できる。また、サービスエリアを広く確保し、且つ高精度にて相手側装置に出射光を向けるためには、画素数の多い撮像素子を用いるか、ズームレンズを用いて撮像を行うこととし、まず画角を広くして相手側装置の方向に光軸を向ける粗調整を行った後、画角を狭くして相手側装置の方向に光軸を向ける微調整を行うことにより高精度の調整を行うという手法が考えられる。
特許第３０５９８７０号公報 特開平９−３３１２９５号公報

しかしながら、特許文献１に提案されているような自動的に相手装置からのガイド光を検出する手法の場合、スキャン範囲にもよるが、相手装置を検出するまでに数秒から十数秒の時間を要するのが実情であった。

また、通信相手からのガイド光の受光状態に基づいて行われる光軸調整は、出射光軸および受光軸が一致している場合に出射光が相手側装置の受光部に到達することを前提としている。したがって、両装置の光軸が同軸上にない場合、もしくは極めて近い距離に受光部及び発光部が配置されていない場合には、発光ビームの指向角をより狭くすると相手側装置の受光部に出射光を照射することは困難となる。

一方、特許文献２に記載されている方法において、高精度な検出のために画素数を多くした場合は、撮像したガイド光のフレームを保持するためのフレームバッファが増大し、さらに相手側装置の方向を特定するための演算量も増大することから、高性能な信号処理装置、例えば高性能ＣＰＵが必要となり、コストの上昇ならびに光軸調整に要する時間の増大を招く恐れがある。

また、ズームレンズを用いて撮像する場合には、このズームレンズとズームレンズを制御する手段とが必要となることから、コストの上昇や装置の大型化を招く恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、コストの上昇や装置の大型化を防止し、高速且つ高精度にて光軸調整を行うことができる光無線伝送装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、通信相手となる装置に対して指向性の狭い送信光を用いてデータ通信を行うための光無線伝送装置であって、前記通信相手装置から送られた光が入射した際に、その入射光の光軸を偏向させる偏向部位、および該偏向部位を移動させて偏向時の偏向角を変化させる偏向角可変部をそれぞれ有する反射光学系と、前記反射光学系を通過した入射光の一部を反射し、残りを透過させる光制御素子と、前記光制御素子により反射された入射光を受光する受光素子と、送信対象となるデータに基づいて変調された送信光を出射する第１の発光素子と、前記第１の発光素子より出射された送信光を指向角の狭い略平行な送信光に変化させ、この送信光を前記光制御素子及び前記反射光学系を介して所定の光軸方向に沿って出射させる光学素子と、所定の通信可能エリア全体を撮像することが可能であり、前記通信相手装置から送られた光を含む映像を撮像して撮像データとして出力する撮像素子と、任意の周波数で点滅を繰り返すガイド光を所定のエリア内に均等に照射する第２の発光素子と、前記反射光学系、前記光制御素子、前記第１の発光素子、前記光学素子、前記２次元撮像素子及び前記第２の発光素子を一体として回転させることができる回転ステージと、前記撮像素子により撮像された撮像データに基づいて前記通信相手装置からの入射光の光軸方向を特定するとともに、特定された入射光の光軸方向に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させる際の移動方向および移動量を第１の移動情報としてそれぞれ取得する第１の移動情報取得部と、前記受光素子により受光された入射光の受光データに基づいて、前記反射光学系の偏向角変更部位を介して前記偏向部位を移動させる際の移動方向および移動量を第２の移動情報として取得する第２の移動情報取得部と、前記第１及び第２の移動情報取得部により取得された第１及び第２の移動情報に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させることにより、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを略一致させる移動制御部とを備えたことを要旨とする。

請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記反射光学系、前記光制御素子、前記第１の発光素子、前記光学素子、前記２次元撮像素子及び前記第２の発光素子を一体として回転させることができる回転ステージを備え、前記第１の移動情報取得部は、前記特定された入射光の光軸方向に基づいて、前記回転ステージを回転させる際の回転ステージの回転方向および回転移動量を前記第１の移動情報として取得するように構成されており、前記移動制御部は、前記第１の移動情報取得部により取得された第１の移動情報に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させ、かつ前記回転ステージを回転させることにより、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを第１回目の光軸調整として略一致させ、第１回目の光軸調整の後、前記第２の移動情報取得部により取得された第２の移動情報に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させることにより、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを第２回目の光軸調整として略一致させるように構成されたことを要旨とする。

請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記通信相手装置から送られて前記反射光学系に入射された入射光は、任意の周波数で点滅を繰り返すガイド光であり、前記第２の発光素子の所定エリアは、前記回転ステージの回転軸方向側に広く、回転方向側に狭い略楕円型であることを要旨とする。

請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記移動制御部により、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とが略一致した光路確立状態において、該光路の遮断が生じた際、前記移動制御部は、前記遮断後に前記第１及び第２の移動情報取得部により取得された第１及び第２の移動情報の内の少なくとも一方を用いて前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを再度略一致させる手段を備えたことを要旨とする。

請求項１乃至４記載の発明によれば、通信相手装置からの送られた光が反射光学系に入射された際に、反射光学系における偏向部位を、その偏向角可変部を介して移動させることにより、その入射光の光軸を偏向させることが可能になっており、さらに、その通信相手装置からの入射光の光軸と光無線伝送装置のデータ光送信用の光軸とが一致していない場合であっても、それぞれの光軸を一致させるために必要な上記偏向部位の移動方向および移動量を第１および第２の移動情報取得部により取得し、取得した移動方向および移動量に基づいて反射光学系の偏向角可変部を介して偏向部位を移動させることにより、通信相手装置からの入射光の光軸方向と光無線伝送装置の光学素子の光軸方向とを略一致させることができる。

したがって、データ通信用に指向性の狭い送信光を用いた場合でも、通信相手装置の受光部に確実に送信光を照射することができる。

また、上記光軸合わせ処理においては、ズームレンズ、およびズームレンズ制御装置等の高価かつ高性能な機器を用いていないため、光無線伝送装置のコストの上昇や大型化を防止し、高速且つ高精度にて光軸調整を行うことが可能となる。

特に、請求項１または３に記載した発明によれば、前記光軸合わせ処理に用いる光として、任意の周波数で点滅を繰り返すガイド光を用いているため、他の外乱光が存在した場合でも、ガイド光を確実に区別して認識することができる。

また、特に、請求項４に記載した発明によれば、通信相手装置からの入射光の光軸方向と光無線伝送装置の光学素子の光軸方向とを一致させて光伝送路を確立させたあとに、この光伝送路が遮断された場合であっても、再度自動的に通信相手装置からの入射光の光軸方向と光無線伝送装置の光学素子の光軸方向とを一致させて光伝送路を確立することができるため、通信相手装置および光無線伝送装置間のデータ伝送の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、適宜、送信対象となるデータにより変調された光をデータ光もしくは送信光と呼称し、これらの光を送信することをデータ送信と呼称する。

図１は、本実施形態に係る光無線伝送システムの全体構成を示す斜視図である。

この光無線伝送システムは、屋内の例えばデスク上などに設置されるとともにパーソナルコンピュータ等の複数の端末に接続可能な複数の光無線伝送子機１ａ及び１ｂと、屋内における上記子機１ａ及び１ｂに対して上部位置である例えば天井Ｃに設置される光無線伝送親機２ａ及び２ｂとを備えており、これらの光無線伝送子機（以下、単に子機ともいう）１ａ及び１ｂと光無線伝送親機（以下、単に親機ともいう）２ａ及び２ｂとの間で双方向ビーム伝送を行うシステムである。なお、光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、光無線伝送親機２ａ及び２ｂのそれぞれの通信可能エリア（サービスエリア）ＡＲａ及びＡＲｂ内において複数台配置されるが、１台のみを配置してもよい。

光無線伝送子機１ａ及び１ｂの通信相手となる光無線伝送親機２ａ及び２ｂは、図１および図９に示すように、その光無線伝送子機１ａ及び１ｂと同様の構成をそれぞれ有する複数の光無線伝送モジュール３（３ａ１、３ａ２、…、３ａｎ）と、光無線伝送子機１ａ及び１ｂに自親機２ａおよび２ｂの方向を知らせるためのガイド光をその通信可能エリアＡＲａおよびＡＲｂ内全体に照射する発光素子群４とを備えている。

なお、本実施形態では、各親機２ａおよび２ｂのサービスエリアＡＲａおよびＡＲｂの範囲を、各親機２ａおよび２ｂの発光指向角（画角）として例えば１５０°と定めている。すなわち、各親機２ａおよび２ｂの発光素子群４の発光指向角（画角）は、図２に示すように、それぞれ１５０°に設定されている。

また、発光素子群４全体の発光強度特性は、対応する親機２ａ、２ｂが天井Ｃに設置されていることを考慮し、発光素子群４の配置および／またはレンズ特性を調整することにより、発光指向角である１５０°方向において発光強度が強くなるように設定されることが望ましい。

また、光無線伝送子機１ａ及び１ｂと光無線伝送モジュール３との通信可能エリアも、後述する構成により画角として１５０°に設定されている。

図３は、光無線伝送子機１ａ及び１ｂ、並びに光無線伝送親機２の光無線伝送モジュール３の構成を概略的に示す一部断面図である。

光無線伝送子機１ａは、図３に示すように、略角柱状あるいは円柱状の筐体（ハウジング）Ｈを有し、このハウジングＨの長手方向は、垂直方向に対して傾斜するように後述する回転ステージ４４上に固定配置されており、その回転ステージ側端部における該回転ステージ４４に対向する一側部には、外部装置（通信相手装置）に対して光信号を送受信するための例えば矩形状や円形状の窓Ｗが形成されている。

光無線伝送子機１ａは、第１の発光素子としてのレーザダイオード（ＬＤ）５を有しており、このＬＤ５は、ハウジングＨ内の上端部に対し、その出射面がハウジングＨの下端部に面するように配置されている。このＬＤ５は、送信対象となるデータにより変調されデータ光を出射するようになっている。

また、光無線伝送子機１ａは、ハウジングＨ内におけるＬＤ５からのデータ光の光路上に、そのデータ光の光軸に対して同軸状に配置されたコリメートレンズ６と、ハウジングＨ内におけるＬＤ５からのデータ光の光路上におけるコリメートレンズ６に対する下流側に、そのデータ光の光軸に対して同軸状かつ所定角度傾斜するようにそれぞれ配置された第１のハーフミラー７及び第２のハーフミラー８を備えている。

さらに、光無線伝送子機１ａは、ハウジングＨ内におけるＬＤ５からのレーザ光の光路上かつ第２のハーフミラー８に対する下流側に配置された反射光学系９を備えている。この反射光学系９は、その例えば矩形状の反射面１９ａの中心位置がＬＤ５の光軸上に位置している。

そして、光無線伝送子機１ａは、第２のハーフミラー８の反射面に対向かつ同軸状に配置された集光レンズ１０と、この集光レンズ１０により集光された光を受光するためのデータ受信用フォトダイオード（ＰＤ）１１と、第１のハーフミラー７の反射面に対向かつ同軸状に配置された集光レンズ１２と、この集光レンズ１２により集光された光を受光するためのデータ受信用の４分割ＰＤ１３とを備えており、これらの構成要素１０〜１３は、それぞれハウジングＨ内に収容されている。

このように構成された光無線伝送子機１ａにおいては、図３に示すように、ＬＤ５から出射され、コリメートレンズ６を介して平行光束（コリメート光）に近いビームに整形されたデータ光は、第１のハーフミラー７及び第２のハーフミラー８それぞれの透過面を透過する。第１のハーフミラー７及び第２のハーフミラー８を透過したデータ光は、反射光学系９の反射面１９ａに入射される。

反射光学系９は、その反射面１９ａが窓Ｗに対向するように配置されており、その反射面１９ａにおける入射光に対する偏向角を変更できるように構成されている。したがって、反射面１９ａにおける入射光に対する偏向角を、その反射面１９ａにより反射された光が窓Ｗを通過するように設定しておくことにより、反射面１９ａに入射したデータ光は、所定の偏向角になるように設定された反射面１９ａを介して反射され、窓Ｗを通って外部に送出されるようになっている。

本実施形態において、ＬＤ５からの出射光は、ビーム径が細く、さらにコリメートレンズ６により平行に近い光束とされることにより高効率化が実現される。このＬＤ５からの出射光の波長は、近赤外に限らず、さらに長波長であってもよい。

一方、通信相手装置（光無線伝送親機２ａ、２ｂ）からハウジングＨの窓Ｗを介して入射されてきた光は、その偏向方向がＬＤ５の光軸方向となるように設定された反射面１９ａを介して反射され、第２のハーフミラー８の反射面に入射される。

第２のハーフミラー８の反射面への入射光のうち、その一部はその反射面により反射され、集光レンズ１０を介してＰＤ１１により受光される。

一方、第２のハーフミラー８の反射面への入射光の残りは、その反射面および第２のハーフミラー８を透過し、この透過光は、第１のハーフミラー７の反射面に入射してその反射面により反射され、集光レンズ１２を介して４分割ＰＤ１３により受光される。なお、光無線伝送子機１ｂも、図３に示す光無線伝送子機１ａと略同一の構成を有しているため、その説明は省略する。

各光無線伝送子機１ａ（１ｂ）においては、第１のハーフミラー７及び第２のハーフミラー８のＬＤ５および反射光学系９に対する配置を調整することにより、ＬＤ５から出射される送信光の光軸と、相手装置から送信され、４分割ＰＤ１３及びデータ受信用ＰＤ１１により受光される光の光軸との略同軸化を実現している。ここで、４分割ＰＤ１３の受光指向角は±３°程度に調整されている。

また、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、ハウジングＨにおける窓Ｗ近傍に設置された第２の発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）群１７を備えている。このＬＥＤ群１７を構成する各ＬＥＤは、（１）均等な強度、（２）長軸方向におけるビーム振れ角度７５°、（３）短軸方向におけるビーム振れ角度１０°、および（４）回転ステージ４４の回転軸方向側に広く、回転方向側に狭い略楕円型のビーム形状をそれぞれ有する光ビームをガイド光として出力する。

なお、ＬＤ５及びＬＥＤ群１７は、別々に運用・制御される。すなわち、ＬＥＤ群１７は、そのＬＥＤ群１７から発光されるガイド光と外乱光とを区別するため、そのガイド光が所定の周波数で点滅するように制御される。

さらに、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、その上部に、２次元撮像素子を有する２次元撮像部１４を備えている。図４は、この２次元撮像部１４の構成を示す側面図である。

２次元撮像部１４は、撮像センサとして、例えばマトリクス配列された多数の画素｛ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）撮像素子｝から構成された撮像面１５ａ（後掲図１０（ａ）参照）を介して１秒間に数百フレームの画像を取り込むことが可能なＣＭＯＳセンサ１５と、このＣＭＯＳセンサ１５の撮像面１５ａの中心に対して同軸状かつ離間して配置されており、１５０°（光軸に対して±７５°）の受光指向角（画角）を有する範囲内で入射されてきた光を集光することが可能な撮像レンズ１６とを備えている。

本実施形態においては、ＣＭＯＳセンサ１５として、例えば９０×９０画素の撮像面を有するセンサを用いている。

また、２次元撮像部１４は、撮像レンズ１６の光軸が垂直となるように、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂ上に設置されている。

撮像レンズ１６には、不要な光をカットするため可視光カットフィルタが設けられている。この２次元撮像部１４により撮像されたガイド光を含むサービスエリア全体の映像は、撮像データとして出力される。

そして、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、それぞれの構成要素５〜１４および１７が収容あるいは取り付けられたハウジングＨを、垂直方向（２次元撮像部１４の光軸方向）を中心として３６０°方向に回転可能な回転ステージ４４と、この回転ステージ４４を回転駆動させるためのステッピングモータ４５とを備えている。

そして、図３に示す反射光学系９は、第１および第２のハーフミラー７および８を透過して反射面１９ａに入射される光および通信相手装置（光無線伝送親機２ａ、２ｂ）から反射面１９ａに入射される光を偏向させるために、その反射面１９ａを可動させる可動部９ａを有している。

図５は、反射光学系９およびその可動部９ａの一例を表す側面図である。

本実施形態における反射光学系９の可能部９ａは、ピエゾアクチュエータを備えており、このピエゾアクチュエータは、ピエゾ素子の圧電効果を利用して対象部位を可動させるものである。

すなわち、図５（ａ）に示すように、反射光学系９は、反射面１９ａが形成された一方の面を有する例えば矩形状の反射板１９と、この反射板１９を支持する例えば矩形状の第１の支持板１９１と、この第１の支持板１９１に対して所定間隔を空けて平行に配置された例えば矩形状の第２の支持板１９２と、第１および第２の支持板１９１および１９２間に介在して反射板１９を開動させる可動部９ａとしての一対のピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２とを備えている。

具体的には、ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２は、図５（ａ）に示すように、例えば平板状の複数のピエゾ素子が積層されてなるピエゾスタック２０ｂ１および２０ｂ２をそれぞれ有しており、このピエゾスタック２０ｂ１および２０ｂ２が、第１の支持板１９１の背面（内面）におけるＬＤ光軸および窓Ｗの中心方向を通る平面上に位置する両端部および第２の支持板１９２の内面（反射板背面に対する対向面）における対応する両端部にそれぞれ介挿されている。

また、各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２は、対応する各ピエゾスタック２０ｂ１および２０ｂ２における一対の対向する外側面にそれぞれ取り付けられた対向電極１８を備えており、この対向電極１８間に所定の電圧を印加することにより、各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２は、スタック軸方向に沿って伸張するように構成されている。

すなわち、図５（ｂ）に示すように、ピエゾアクチュエータ２０ａ２の電極板１８に印加される電圧をピエゾアクチュエータ２０ａ１の電極板１８に印加される電圧より大きくすることにより、第１の支持板１９１と一体に反射板１９（反射面１９ａ）を、反射板１９の中心を通り、かつＬＤ光軸方向および窓Ｗの中心方向を通る平面に直交する軸（Ｘ軸とする）を中心として例えば図中反時計回り方向へ回転させることができ、入射光に対する反射面１９ａの偏向方向を１次元的に変化させることができる。

同様に、図５（ｃ）に示すように、ピエゾアクチュエータ２０ａ１の電極板１８に印加される電圧をピエゾアクチュエータ２０ａ２の電極板１８に印加される電圧より大きくすることにより、第１の支持板１９１と一体に反射板１９（反射面１９ａ）を、Ｘ軸を中心として例えば図中時計回り方向へ回転させることができ、入射光に対する反射面１９ａの偏向方向を変化させることができる。

なお、反射光学系９の変形例として、４つのピエゾアクチュエータ２０ａ１〜２０ａ４を用意し、それぞれのピエゾスタック２０ｂ１〜２０ｂ４を、第１の支持板１９１の背面のコーナー部および第２の支持板１９２の内面のコーナー部にそれぞれ介挿することにより、反射板１９（反射面１９ａ）を、その中心を通る短手方向の軸および長手方向の軸をそれぞれ中心として回転させることができ、入射光に対する反射面１９ａの偏向方向を２次元的に変化させることができる。

本実施形態では、図３に示すように、反射面９ａを介して反射される送信データ光の偏向方向を垂直方向からその垂直方向に対して７５°の方向まで設定することができるように、反射光学系９は、上記Ｘ軸を中心に少なくとも約３７.５°回動可能に構成されている。また、反射板１９の中心を通りＸ軸に直交する軸（Ｙ軸とする）を中心とした回動（可動）範囲は、回転ステージ４４において、光軸を通信相手方向に向けることが可能であるため、約１０°に設定されている。

なお、本発明における駆動手段は、本実施形態のピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２に限定されるものではなく、電流または電圧等により制御可能なあらゆるアクチュエータを用いることができる。また、反射光学系９の反射面１９を曲面とし、この曲面上に凹凸を形成することにより入射光の光軸に対する偏向角を制御する構成としてもよい。

図６は、４分割ＰＤ１３の受光部を概略的に示す平面図である。

４分割ＰＤ１３は、図６（ａ）に示すように、約正方形状の受光領域が４つの独立領域として区画された受光部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄを有している。

この４分割ＰＤ１３は、それぞれの受光部２１ａ〜２１ｄの受光面が水平となるように配置されている。そして、受光部２１ａおよび２１ｂは、受光領域全体において中心を境にして一方の対角線上に、また、受光部２１ｃおよび２１ｄは、他方の対角線上にそれぞれ配置されている。さらに、上記受光部２１ａおよび２１ｂの配列方向である受光領域全体の一方の対角線方向は、反射光学系９のＸ軸に平行であり、また、上記受光部２１ｃおよび２１ｃの配列方向である受光領域全体の他方の対角線方向は、反射光学系９のＹ軸に平行である。

なお、図６（ｂ）に示すように、その中央部分にさらに中央ＰＤ２１ｅを設けることも可能である。図６（ｂ）に示す４分割ＰＤ１３ａによれば、中央ＰＤ２１ｅを相手装置からのデータ光受信用に使用することが可能であり、この場合においては、第２のハーフミラー８、集光レンズ１０及びデータ受信用ＰＤ１１は不要となる。

上記のとおり４分割ＰＤ１３の中央に中央ＰＤ２１ｅを設け、第２のハーフミラー８、集光レンズ１０及びデータ光受信用ＰＤ１１を不要とした場合には、図７に示すように、ＬＤ５から発せられた送信光は、第１のハーフミラー７を透過した後、反射光学系９に入射することとなる。

図８は、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂの機能構成を示すブロック図である。

図８に示すように、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、２次元撮像部１４からの撮像信号に基づいて通信相手装置の方向を特定し、特定した方向に各光無線伝送子機１ａ及び１ｂの光軸方向を合わせるために必要な反射板１９の第１の移動情報を検出する第１の方向検出部３２と、この第１の移動情報を蓄積するための方向情報格納部３３と、ＬＥＤ群１７をそれぞれ駆動させるためのドライバ３５と、このドライバ３５の動作を制御するための制御部３４とを備えている。

また、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、第１の移動情報に基づいて反射光学系９の各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２を、そのＸ軸を中心として回転駆動させるための駆動制御部３６と、第１の移動情報に基づいてステッピングモータ４５を制御することにより、回転ステージ４４（図３参照）を、その垂直方向を中心として回転駆動させるためのモータ制御部４６とを備えている。

さらに、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、４分割ＰＤ１３からの出力信号（電気信号）を受信して増幅するレシーバ３７と、このレシーバ３７を介して受信された出力信号をデジタル形式の出力信号に変換するＡ／Ｄコンバータ４２と、デジタル形式の出力信号に基づいて通信相手装置の光軸方向を再度特定し、特定した光軸方向と各光無線伝送子機１ａ及び１ｂの光軸方向との間を微調整するための反射板１９の第２の移動情報（デジタル形式）を検出する第２の方向検出部３８と、このデジタル形式の第２の移動情報をアナログ形式の情報に変換するＤ／Ａコンバータ４３とを備えており、駆動制御部３６は、アナログ形式の第２の移動情報に基づいて反射光学系９の各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２を、そのＸ軸およびＹ軸を中心として再度回転駆動させる機能を有している。

一方、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、ＬＤ５を駆動させるためのドライバ４０と、このドライバ４０の動作を制御するための通信制御部３９とを備えている。

そして、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂは、データ光受信用ＰＤ１１からの出力信号を受信するレシーバ４１を備えており、通信制御部３９は、レシーバ４１を介して受信された出力信号に基づいて、その出力信号に変調されている送信対象データを復調することにより、親機１ａあるいは１ｂから送られた送信対象データを受信する機能を有している。

一方、図９に示すように、各光無線伝送親機２ａ及び２ｂは、複数の光無線伝送モジュール３ａ１、３ａ２、…、３ａｎおよび発光素子群４をそれぞれ個別に制御可能な親機制御部４７を備えている。

親機制御部４７は、発光素子群４から発せられたガイド光を外乱光と区別するため、そのガイド光を所定の周波数において点滅させるための制御機能と、全ての送受信モジュール３ａ１〜３ａｎが光無線伝送子機１ａあるいは１ｂと通信を行っており、空きモジュールがない場合、発光素子群４を全て消灯させるための制御機能とを有している。また、各送受信モジュール３ａ１〜３ａｎから送信されてきたデータ光を受信するためのインタフェース機能も有している。

各光無線伝送親機２ａ及び２ｂにおいては、各光無線伝送子機１ａ及び１ｂと同様のハードウェア／機能構成を有する送受信モジュールを利用することができるため、親機制御部４７での制御も非常に容易になり、光無線伝送システム全体の製造コストの上昇を抑制することができる。

次に、本実施形態に係わる光無線伝送システムの全体動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、通常、各光無線伝送親機２ａ及び２ｂは、発光素子群４より対応するサービスエリアＡＲａおよびＡＲｂ内全体にそれぞれガイド光を照射している。光無線伝送子機１ａは光無線伝送親機２ａ及び２ｂの両方のサービスエリアＡＲａおよびＡＲｂ内に位置するものとする。

次に、図１０（ｂ）に示すように、光無線伝送子機１ａは、電源投入時またはリンク切断時において、２次元撮像部１４により得られる撮像信号に基づいて、通信相手となる光無線伝送親機２ａおよび２ｂを探索する。

すなわち、光無線伝送子機１ａによれば、子機１ａの上方側（親機２ａ側）の画像、すなわち、ガイド光を含む画像が２次元撮像部１４により撮像され、そのガイド光を含む撮像データは、第１の方向検出部３２に送られる。

第１の方向検出部３２では、送られた撮像信号に基づいて、光無線伝送子機１ａに対してガイド光を照射している親機２ａおよび２ｂの内、特にガイド光の強度の強い親機（例えば、親機２ｂとする）の方向が特定される。

この第１の方向検出部３２による親機２ａの方向特定処理の一例について図１１を用いて具体的に説明する。

図１１は、２次元撮像部１４の撮像面１４ａを示す平面図である。図１１においては、上述したように、通信相手装置として親機２ａおよび２ｂそれぞれからガイド光が第１のガイド光および第２のガイド光としてそれぞれ照射されている場合を示している。また、図１１に示す撮像面１４ａにおける１つの升目（区画領域）は、５×５画素から構成されるブロックを示しており、第１の方向検出部３２は、ブロック単位で親機方向検出処理を行うようになっている。

例えば、第１の方向検出部３２は、図１１に示すように、２次元撮像部１４の撮像面１４ａにより撮像された撮像信号の輝度レベル（画素値）をブロック単位で比較し、最も輝度レベルの高いブロックに相当する方向を通信相手装置の方向と判断する。例えば本実施形態において、子機１ａは１５０°のサービスエリアをカバーすることから、分解能は約１．７となる。

なお、集光レンズ１０及び１２の特性により、各方向についての画素座標の関係はリニアではないため、各ブロックに相当する正確な方向を予め第１の方向検出部３２内にテーブルとして保存しておき、このテーブルを適宜参照して通信相手装置の方向を検出することが望ましい。

また、図１１（ａ）に示すように、ガイド光が異なる通信相手装置２ａおよび２ｂから第１のガイド光および第２のガイド光として２次元撮像部１４の撮像面１５ａに入射されている場合でも、それぞれのガイド光毎に上記ブロック単位での輝度比較処理を行うことにより、相手装置２ａおよび２ｂの双方およびどちらか一方の方向を特定することが可能である。ただし、一方のガイド光のパワーと他方のガイド光のパワーとの間に大きな差がある場合、一方のガイド光の周辺ブロックの輝度の方が、他方のガイド光の特定ブロックの輝度よりも高くなってしまうことがあるため、パワーの小さい他方のガイド光に基づいて対応する相手装置の方向を特定する処理を行う場合、撮像面１５ａにおけるパワーの大きいガイド光を受光する部分の周辺を被覆することが望ましい。

本実施形態では、第１の方向検出部３２によるブロック単位での輝度レベル比較処理により、ガイド光のパワーが大きい親機２ｂの方向が特定される。

本実施形態によれば、子機１ａは、上述した第１の方向検出部３２を有しているため、広い範囲のサービスエリアから高速に通信相手装置の方向を検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、方向を検出するために、単に輝度の高い画素ブロックを利用しているが、画素ブロックを切り出した後に、その画素ブロック内での輝度レベルに基づく重心位置を求める手法や、撮像面１５ａの列及び行の画素値を各々加算したデータよりピークの画素値を有する画素（その座標）を確定する射影方式等、種々の手法を採用することができる。

このようにして第１の方向検出部３２により相手装置２ｂの方向が特定されると、第１の方向検出部３２により、その特定した方向に、反射面９ａの偏向方向（反射面９ａを介して送信されるデータ光の光軸）を合わせるために必要な反射板１９（反射面１９ａ）の回転移動方向および回転移動量を表す第１の移動情報が取得される。取得された第１の移動情報は、方向情報格納部３３に蓄積され、さらに、駆動制御部３６およびモータ制御部４６に送られる。

駆動制御部３６においては、第１の移動情報に基づいて、反射光学系９の各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２のＸ軸を中心とした回転方向および回転移動量がそれぞれ決定される。そして、決定された回転移動方向および回転移動量に基づいて、駆動制御部３６により各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２がＸ軸を中心に回転駆動される。

同様に、モータ制御部４６においては、第１の移動情報に基づいて、回転ステージ４４（図３参照）の回転移動方向および回転移動量がそれぞれ決定され、決定された回転移動方向および回転移動量に基づいてステッピングモータ４６が駆動制御されることにより、回転ステージ４４（図３参照）が回転駆動される。

この結果、子機１ａの光軸方向は、親機２ｂの方向に略一致することになる。

この状態において、子機１ａの制御部３４は、ドライバ３５を介してＬＥＤ群１７をそれぞれ駆動させることにより、親機２ｂに向けてガイド光を出射する。

さらに、子機１ａの通信制御部３９は、親機２ｂに対して送信したいデータにより変調した光（データ光）を、ドライバ４０を介してＬＤ５から出力する。

このとき、本実施形態では、ＬＥＤ群１７それぞれから出力されるガイド光（光ビーム）は、上述したように楕円形状を有しているため、ＬＥＤ群１７それぞれから出力される光ビームの短軸方向が親機２ｂ側を向くように、回転ステージ４４によりハウジングＨを回転させることにより、親機２ｂに対してＬＥＤ群１７から出力されたガイド光を照射することが可能となる。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、親機２ｂにおける例えば光無線伝送モジュール３ａ１の第１の方向検出部３２により、子機１ａの第１の方向検出部３２と同様の方向検出処理が実行されることにより、通信相手となる子機１ａの方向が特定され、子機１ａと同様に、回転ステージ４４と各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２とにより、親機２ｂの光軸方向が子機１ａの方向に向けられる。この後、親機２ｂの制御部３４は、ドライバ３５を介してＬＥＤ群１７をそれぞれ駆動させることにより、子機１ａに向けてガイド光を出射するとともに、その通信制御部３９は、子機１ａに対して送信したいデータにより変調した光（データ光）を、ドライバ４０を介してＬＤ５から子機１ａに向けて出力する。

互いに通信相手となる子機１ａおよび親機２ｂ間においてそれぞれのＬＤ５からデータ光およびガイド光が出力されている状態において、それぞれの４分割ＰＤ１３により検出されるデータ光およびガイド光に基づいて、それぞれの第２の方向検出部３８により微調整が行われることにより、子機１ａおよび親機２ｂそれぞれの光軸が一致され、通信可能状態となる。

ここで、例えば子機１ａ側の第２の方向検出部３８による光軸合わせ処理（微調整処理）の一例について図１２〜図１４を用いて具体的に説明する。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、４分割ＰＤ１３の受光領域を構成する４つの受光部２１ａ〜２１ｄ上におけるガイド光の受光状態を示す図である。

このガイド光は、所定周期で点滅されるスポット光（受光スポット）Ｓとして示されている。

本実施形態においては、４分割ＰＤ１３の受光指向角は、例えば±３°に設定されている。このため、最初、第２の方向検出部３８により、駆動制御部３６を介して各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２をＸ軸およびＹ軸を中心に回転駆動させることにより、親機２ｂの発光素子群４から出力され、反射板１９の反射面１９ａ、第２のハーフミラー８、および第１のハーフミラー７等を介して送られてくるガイド光を４分割ＰＤ１３の受光指向角範囲内に入れる。この結果、例えば、図１２（ａ）または（ｂ）に示すように、親機２ｂから出力されたガイド光の受光スポッＳは、４分割ＰＤ１３の受光領域上に形成される。

このとき、４分割ＰＤ１３の受光部２１ａ〜２１ｄそれぞれに受光されたスポット光Ｓは、図１３に示すように、対応する受光部２１ａ〜２１ｄによる光電変換により、受光量に応じた振幅（信号強度）を有する電気信号ＯＳａ〜ＯＳｄとして、レシーバ（受光アンプ）３７に送られる（図１４；ステップＳ１０）。

レシーバ３７では、送られた電気信号ＯＳａ〜ＯＳｄそれぞれの信号強度が増幅され（ステップＳ２０）、増幅後の電気信号ＯＳａ〜ＯＳｄは、それぞれＡ／Ｄコンバータ４２によりデジタル信号に変換された後、第２の方向検出部３８に送信される（ステップＳ３０）。

第２の方向検出部３８では、４分割ＰＤ１３の受光部２１ａ〜２１ｄにおける受光領域の中心を介して、一方の対角線上に位置する一方の受光部２１ａと他方の受光部２１ｂとの間の信号強度レベルの差Ｔｉｌｔ（= ＯＳａ − ＯＳｂ）、および他方の対角線上に位置する他方の受光部２１ｃと２１ｄとの間の信号強度のレベル差Ｐａｎ（= ＯＳｃ − ＯＳｄ）がそれぞれ算出される（ステップＳ４０）。

次いで、第２の方向検出部３８では、一方の対角線上に位置する一方の受光部２１ａと他方の受光部２１ｂとの間の信号強度レベルの差Ｔｉｌｔが０であるか否かが判断され（ステップＳ５０）、この判断の結果ＹＥＳ（Ｔｉｌｔ＝０）であれば、ステップＳ９０の処理が実行される。一方、ステップＳ５０の判断の結果ＮＯ（Ｔｉｌｔが０でない）であれば、ステップＳ６０において、受光レベル差（Ｔｉｌｔ）が０となるために必要な、反射光学系９における各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２のＹ軸を中心としたデジタル形式の回転方向および回転移動量がそれぞれ決定される。

この回転方向および回転移動量は、Ｄ／Ａコンバータ４３によりアナログ形式の情報に変換された後（ステップＳ７０）、駆動制御部３６に送られる。この結果、駆動制御部３６により、決定した回転移動方向および回転移動量に基づいて、各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２がＹ軸（水平軸）を中心に回転駆動される（ステップＳ８０）。

続いて、ステップＳ９０において、他方の対角線上に位置する一方の受光部２１ｃと他方の受光部２１ｄとの間の信号強度レベルの差Ｐａｎが０であるか否かが判断され、この判断の結果ＹＥＳ（Ｐａｎ＝０）であれば、処理が終了される。一方、ステップＳ９の判断の結果ＮＯ（Ｐａｎが０でない）であれば、ステップＳ１００において、受光レベル差（Ｐａｎ）が０となるために必要な、反射光学系９における各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２のＸ軸を中心としたデジタル形式の回転方向および回転移動量がそれぞれ決定される。

この回転方向および回転移動量は、Ｄ／Ａコンバータ４３によりアナログ形式の情報に変換された後（ステップＳ１１０）、駆動制御部３６に送られる。この結果、駆動制御部３６により、決定した回転移動方向および回転移動量に基づいて、各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２がＸ軸（垂直軸）を中心に回転駆動され（ステップＳ１２０）、処理が終了される。

例えば、図１２（ｂ）に示すように受光スポットＳが４分割ＰＤ１３の受光部２１ａ〜２１ｄ上に形成されている場合、受光部２１ａおよび２１ｂ間の受光レベル差Ｔｉｌｔは略０となるが、受光部２１ｃおよび２１ｃ間の受光レベル差Ｐａｎは０とならず、受光部２１ｃの受光レベルが受光部２１ｄの受光レベルより大きいため、受光部２１ｄの受光レベルを大きくするために、必要な、反射光学系９における各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２のＸ軸を中心とした回転方向および回転移動量がそれぞれ決定される。

この回転方向および回転移動量は、駆動制御部３６に送られる。この結果、駆動制御部３６により、決定した回転移動方向および回転移動量に基づいて、各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２がＸ軸を中心に回転駆動される。

上記４分割ＰＤ１３の受光信号強度に基づく駆動制御部３６および各ピエゾアクチュエータ２０ａ１および２０ａ２を介した反射板１９（反射面１９ａ）の回転動作により、図１２（ｃ）に示すように、親機２ｂから送られたガイド光の受光スポットＳを、４分割ＰＤ１３の受光部２１ａ〜２１ｄの略中心に位置させることができ、この結果、親機２ｂから送られたガイド光の光軸と子機１ａの光軸とを高精度で一致させることが可能になる。

なお、親機２ｂ側の第２の方向検出部３８による光軸合わせ処理（微調整処理）についても、子機１ａ側と同様に実行される（図１２〜図１４参照）。

このようにして、親機２ｂおよび子機１ａ間の光軸合わせ処理が終了して通信可能状態になった後、子機１ａの制御部３４は、ドライバ３５を介してＬＥＤ群１７を消灯させる。

上述した説明では、子機１ａにおける図１０（ｂ）に示した親機方向検出動作の終了時において親機２ｂにおける光無線伝送モジュール３ａ１により子機１ａの方向検出処理が行われる例を示したが、実際には、親機２ｂの他の一部または全てのモジュールにより同様の動作が実行される。しかしながら、複数のモジュール３ａ１〜３ａｎの内の１つのモジュールと子機１ａとの間において光軸合わせ処理が終了した場合、残りの他のモジュールは、通信相手である子機１ａを見つけることができなくなり、この状態（未検出状態）のまま一定時間が経過すると、残りのモジュールは、それぞれ初期状態（待機状態）に戻ることになる。この点、他の例として、図９に示す親機制御部４７は、複数のモジュール３ａ１〜３ａｎ間で優先順位を設定することにより、常に優先順位の高いモジュールのみを動作させることも可能であり、上述した多数のモジュールを未検出状態にすることを回避することができる。

次に、図１０（ｄ）に示すように、例えばユーザの移動等により、光軸合わせ後の親機２ｂおよび子機１ａ間の通信路が遮蔽された場合、子機１ａは、再度図１０（ｂ）と同様の親機方向検出動作を行うことにより、親機２ａの方向に光軸を移動させることができる。

この遮断時においては、遮断前に通信状態であった親機２ｂの光無線伝送モジュールは、その２次元撮像部１４により通信相手が検出できなくなるため、通信相手装置が存在しないと判断し、待機状態（初期状態）に戻るようになっている。

最後に、図１０（ｅ）に示すように、図１０（ｃ）に示した場合と同様に、親機２ｂと子機１ａとの間で通信が再開される。

以上述べたように、本実施形態によれば、親機２ｂと子機１ａとの間で、互いに光軸を合わせることが可能となり、双方向データ通信が実現できる。

なお、親機２ａと子機１ａとの間、親機２ａと子機１ｂとの間、および親機２ｂと子機２ｂとの間においても、上述した親機２ｂと子機１ａとの間における光軸合わせ処理により、双方向データ通信が実現できる。

次に、光無線伝送子機１において、光軸及び光路が遮断された場合に新たな光路を確立するための動作について説明する。

図１５は、光無線伝送子機１ａにおいて、第１の方向検出部３２と第２の方法検出部３８を独立して駆動させる場合の制御手順を示すフローチャートである。

光軸遮断後、図１５に示すステップＳ２１０において、上述したように、第２の方向検出部３８は、４分割ＰＤ１３からの出力信号に基づいて、遮断前の通信相手である光無線伝送親機２ｂからのガイド光の有無を確認する。

ガイド光が光無線伝送親機２ｂから４分割ＰＤ１３に照射されている場合には、ステップＳ２２０で、第２の方向検出部３８は、光軸調整要求を停止し、ステップＳ２３０において４分割ＰＤ１３の受光量に基づいて光軸が一致しているかどうかを判断する。ここで、光軸が一致していれば（ステップＳ２３０→ＹＥＳ）、ステップＳ２４０において、第２の方向検出部３８は、光路（リンク）が依然として確立されているものと判断し、制御部３４およびドライバ３５を介してＬＥＤ群１７を消灯（ＯＦＦ）させ、さらに、通信制御部３９にデータ送信要求を発し、データ送信を開始する（ＬＥＤ５からのデータ光送信）。

一方、ステップＳ２３０で光軸が一致していなければ（ステップＳ２３０→ＮＯ）、ステップＳ２５０において、第２の方向検出部３８は、上述した光軸合わせ処理（微調整処理）を行ってステップＳ２１０に戻り、ステップＳ２３０により光軸が一致したと判断された時点でステップＳ２４０に進み、通信制御部３９にデータ送信要求を発し、データ送信を開始する
一方、ステップＳ２１０でガイド光が４分割ＰＤ１３に照射されていない場合には、ステップＳ２６０に進み、第２の方向検出部３８は、通信制御部３９に対しデータ送信要求の停止要求を発し、次にステップＳ２７０において、第１の方向検出部３２に光軸調整要求を発する。第１の方向検出部３２は、ＬＥＤ群１７が点灯している場合はこれを消灯させる。

第１の方向検出部３２は、ステップＳ２８０において、２次元撮像部１４により撮像された撮像信号を取得し、ステップＳ２９０において、撮像信号中にガイド光があるか否かを判断する。ここで、撮像信号中にガイド光があれば、第１の方向検出部３２は、撮像信号に基づいて反射光学系９の回転移動方向と回転移動量を取得し、ステップＳ３００において、図１１（ａ）および（ｂ）を用いて説明したように、親機２ｂおよび子機１ａ間の光軸の粗調整を行う。次いでステップＳ３１０において、制御部３４は、ドライバ３５を介してＬＥＤ群１７を点灯させることにより、このＬＥＤ群１７からガイド光を光無線伝送親機２に向けて照射する。

第１の方向検出部３２は、任意の時間待機し、ステップＳ２１０に移行する。ここで、任意の時間待機するのは、後述する光無線伝送親機２の第１の方向検出部３２による光軸粗調整終了を待つためである。

なお、ステップＳ２９０において、撮像信号中にガイド光がない場合には、サービスエリア内に親機２がないと判断して、第１の方向検出部３２は、予め子機１ａに取り付けられた図示しない表示用ＬＥＤなどを点灯させることにより、ユーザーにエラーを知らせる。

このように、第１の方向検出部３２により高速に相手側装置（親機２ｂ）を特定し、続いて第２の方向検出部３８により、高精度に相手側装置の方向を特定することができるため、親機２ｂおよび子機１ａ間の光軸調整を高速且つ高精度に行うことができる。また、一旦光軸を合わせたせた後も、第２の方向検出部３８により光軸のずれをモニタしているため、子機１ａが移動した場合でも、その動きに合わせて光軸を追従させることが可能となる。

次に、親機２ｂにおいて、光軸及び光路が遮断された場合に新たな光路を確立する動作について説明する。

親機２ｂの動作においては、図１５のステップＳ３１０において、子機１ａから送られてきたガイド光を２次元撮像部１４により受光することとなる。以降の動作については、図１５に示した子機１ａにおける動作と同様であるため、その説明は省略する。

なお、親機２ｂには、複数の光無線伝送モジュールが配置されているが、上述したように、全てのモジュールが使用されている場合、他の子機との通信は不可能なので、発光素子群４は消灯させることが望ましい。

また、親機２ａと子機１ａとの間、親機２ａと子機１ｂとの間、および親機２ｂと子機２ｂとの間において、通信時に光路が遮断された場合であっても、図１５に示す処理により、双方向データ通信を再度実行することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、子機における親機に対する光軸調整（光軸合わせ）およびデータ伝送を、子機自体の製造コストの上昇や装置の大型化を招くことなく、高速且つ高精度にて行うことが可能になる。

本発明の一実施形態に係る光無線伝送システムの全体構成を示す斜視図。 ガイド光の発光強度特性を示す図。 図１に示す光無線伝送子機の構成図。 図３に示す２次元撮像部の構成図。 図３に示す反射光学系の構成図。 図３に示す４分割ＰＤの受光面の構成図。 図１に示す無線伝送子機の別構成を示す図。 図１に示す光無線伝送子機のブロック図。 図１に示す光無線伝送親機のブロック図。 本発明の一実施例に係る光無線伝送システム光軸調整動作を示す図。 図３に示す２次元撮像部の撮像面を示す図。 図３に示す４分割ＰＤの受光面上におけるガイド光の受光状態を示す図。 図３に示す４分割ＰＤの動作、および図８に示す第２の方向検出部の動作等を説明するためのブロック図である。 図８に示す第２の方向検出部の動作を示すフローチャート。 図８の第１の方向検出部と第２の方法検出部を独立して駆動させる際のフローチャート。 従来の屋内光無線伝送装置の構成図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 光無線伝送子機
２ａ、２ｂ 光無線伝送親機
３ 光無線伝送モジュール
４ 発光素子群
５ レーザダイオード
６ コリメートレンズ
７ 第１のハーフミラー
８ 第２のハーフミラー
９ 反射光学系
１０、１２ 集光レンズ
１１ データ受信用フォトダイオード
１３ ４分割フォトダイオード
１４ ２次元撮像部
１５ ＣＭＯＳセンサ
１６ 撮像レンズ
１７ ＬＥＤ群
１８ 電極
１９ 反射板
１９ａ 反射面
２０ａ１、２０ａ２ ピエゾアクチュエータ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 受光部
２１ｅ 中央フォトダイオード
２７ 受光スポット
３２ 第１の方向検出部
３３ 方向情報格納部
３４ 制御部
３５、４０ ドライバ
３６ 駆動制御部
３７、４１ レシーバ
３８ 第２の方向検出部
３９ 通信制御部
４２ Ａ／Ｄコンバータ
４３ Ｄ／Ａコンバータ
４４ 回転ステージ
４５ ステッピングモータ
４６ モータ制御部
４７ 親機制御部

Claims (4)

1. 通信相手となる装置に対して指向性の狭い送信光を用いてデータ通信を行うための光無線伝送装置であって、
   前記通信相手装置から送られた光が入射した際に、その入射光の光軸を偏向させる偏向部位、および該偏向部位を移動させて偏向時の偏向角を変化させる偏向角可変部をそれぞれ有する反射光学系と、
   前記反射光学系を通過した入射光の一部を反射し、残りを透過させる光制御素子と、
   前記光制御素子により反射された入射光を受光する受光素子と、
   送信対象となるデータに基づいて変調された送信光を出射する第１の発光素子と、
   前記第１の発光素子より出射された送信光を指向角の狭い略平行な送信光に変化させ、この送信光を前記光制御素子及び前記反射光学系を介して所定の光軸方向に沿って出射させる光学素子と、
   所定の通信可能エリア全体を撮像することが可能であり、前記通信相手装置から送られた光を含む映像を撮像して撮像データとして出力する撮像素子と、
   任意の周波数で点滅を繰り返すガイド光を所定のエリア内に均等に照射する第２の発光素子と、
   前記反射光学系、前記光制御素子、前記第１の発光素子、前記光学素子、前記２次元撮像素子及び前記第２の発光素子を一体として回転させることができる回転ステージと、
   前記撮像素子により撮像された撮像データに基づいて前記通信相手装置からの入射光の光軸方向を特定するとともに、特定された入射光の光軸方向に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させる際の移動方向および移動量を第１の移動情報としてそれぞれ取得する第１の移動情報取得部と、
   前記受光素子により受光された入射光の受光データに基づいて、前記反射光学系の偏向角変更部位を介して前記偏向部位を移動させる際の移動方向および移動量を第２の移動情報として取得する第２の移動情報取得部と、
   前記第１及び第２の移動情報取得部により取得された第１及び第２の移動情報に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させることにより、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを略一致させる移動制御部とを備えたことを特徴とする光無線伝送装置。
2. 前記反射光学系、前記光制御素子、前記第１の発光素子、前記光学素子、前記２次元撮像素子及び前記第２の発光素子を一体として回転させることができる回転ステージを備え、
   前記第１の移動情報取得部は、
   前記特定された入射光の光軸方向に基づいて、前記回転ステージを回転させる際の回転ステージの回転方向および回転移動量を前記第１の移動情報として取得するように構成されており、
   前記移動制御部は、
   前記第１の移動情報取得部により取得された第１の移動情報に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させ、かつ前記回転ステージを回転させることにより、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを第１回目の光軸調整として略一致させ、
   第１回目の光軸調整の後、前記第２の移動情報取得部により取得された第２の移動情報に基づいて、前記反射光学系の偏向角可変部を介して前記偏向部位を移動させることにより、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを第２回目の光軸調整として略一致させるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の光無線伝送装置。
3. 前記通信相手装置から送られて前記反射光学系に入射された入射光は、任意の周波数で点滅を繰り返すガイド光であり、前記第２の発光素子の所定エリアは、前記回転ステージの回転軸方向側に広く、回転方向側に狭い略楕円型であることを特徴とする請求項２記載の光無線伝送装置。
4. 前記移動制御部により、前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とが略一致した光路確立状態において、該光路の遮断が生じた際、前記移動制御部は、前記遮断後に前記第１及び第２の移動情報取得部により取得された第１及び第２の移動情報の内の少なくとも一方を用いて前記通信相手装置からの入射光の光軸方向と前記光学素子の光軸方向とを再度略一致させる手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項記載の光無線伝送装置。