JP2007281992A - Optical spatial communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠隔地に対し光ビームを介して情報伝達を行う光空間通信装置に関する。 The present invention relates to an optical space communication apparatus that transmits information to a remote place via a light beam.
一般的に、自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置は、光パワーを効率良く通信するために、光ビームの拡がり角を極力小さくする必要がある。しかし、光ビームの拡がり角を狭くすると、建物或いは設置架台の風圧や振動による揺れ、温度変動による歪み、経時変化による角度変動等により、光ビームが相手方装置から外れ易くなり、安定した通信が困難となる。 In general, an optical space communication apparatus that performs communication by propagating a light beam in free space needs to reduce the divergence angle of the light beam as much as possible in order to communicate light power efficiently. However, if the light beam divergence angle is narrowed, the light beam is likely to be detached from the other device due to wind pressure or vibration of the building or installation base, distortion due to temperature fluctuation, angle fluctuation due to aging, etc., making stable communication difficult. It becomes.
そのために、装置の角度が変化しても角度変化を補正することにより、常に光ビームが相手側装置を向くような光軸ずれ補正機能を有する装置が提案されている。このため、相手側装置からの光ビームLの位置を光位置検出素子を用いて検出している。 For this reason, there has been proposed an apparatus having an optical axis deviation correction function in which the light beam always faces the counterpart apparatus by correcting the angle change even if the angle of the apparatus changes. For this reason, the position of the light beam L from the counterpart device is detected using an optical position detection element.
図6は4分割されたフォトダイオード1a〜1dから成る上述の光位置検出素子の正面図を示している。これらのフォトダイオード1a〜1dに光スポットSが入射すると、これらのフォトダイオード1a〜1d同士の出力を比較することにより、光スポットSの位置を検出することができる。光位置検出素子からの信号は角度補正情報として演算処理され、駆動回路に駆動信号として出力される。この駆動信号により駆動機構を駆動し、フォトダイオード1a〜1dの出力が全て等しくなるような方向、つまり光スポットSの位置が光位置検出素子1の中心に至るように調整する。
FIG. 6 shows a front view of the above-described optical position detecting element composed of the four divided
このようにして、送信光が受信光の方向、即ち相手側装置の方向を向くように光軸ずれ補正が行われる。 In this way, optical axis deviation correction is performed so that the transmitted light is directed in the direction of the received light, that is, the direction of the counterpart device.
しかし、光空間通信装置は様々な要因で通信断が発生し、通信断の原因によっては、通信を復帰させるための対処が必要な場合がある。通信断の原因として、次の(a)〜(c)が考えられる。
(a)降雨や降雪等の天候の悪化による光ビームの減衰によって、相手側装置からの光量が不足する場合。
(b)自装置と相手側装置との間に障害物が入った場合。
(c)突風や地震等の外的要因により光軸が外れた場合。
However, in the optical space communication device, communication disconnection occurs due to various factors, and depending on the cause of the communication disconnection, it may be necessary to take measures to restore communication. The following (a) to (c) can be considered as causes of the communication interruption.
(A) The amount of light from the counterpart device is insufficient due to the attenuation of the light beam due to worsening weather such as rain or snow.
(B) When an obstacle enters between the own device and the counterpart device.
(C) When the optical axis deviates due to external factors such as gusts and earthquakes.
(a)の悪天候による場合には天候が回復すれば通信も回復し、(b)の障害物による場合には光路上から障害物が外れれば回復する。(a)及び(b)の現象は、光ビームによる情報通信を行う光空間通信装置にとって想定されている運用状態であり、通信断になっている状態を知らせることはあっても、ネットワーク管理者に対して異常警告を発する必要はない。 In the case of bad weather of (a), communication is restored if the weather recovers, and in the case of obstacle of (b), it is restored if the obstacle is removed from the optical path. The phenomenon of (a) and (b) is an operation state assumed for an optical space communication apparatus that performs information communication using a light beam. There is no need to issue an abnormal warning.
しかし、(c)の外的要因による場合は、時間が経過しても通信が回復することはなく、人による復旧作業が必要になるため、ネットワーク管理者に異常警告を発する必要がある。 However, in the case of (c) due to an external factor, communication does not recover even after a lapse of time, and it is necessary to perform a recovery operation by humans. Therefore, it is necessary to issue an abnormality warning to the network administrator.
これを解決するために、特許文献1には受信光レベルの変化速度と通信断時間のパターンにより通信断の原因を判断する手段が開示されている。
In order to solve this problem,
しかし特許文献1では、自装置と相手側装置との間に障害物が入ってしまった場合と、突風や地震等による外的要因により光軸が外れることによる場合を通信断時間により判断している。そのため、自装置と相手側装置との間に長時間障害物が滞在した場合には、障害物による通信断であるのに外的要因により光軸ずれが生じ、通信断が発生したと誤認識してしまう場合がある。
However, in
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、通信断の原因の誤認識を防止する光空間通信装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical space communication device that solves the above-described problems and prevents erroneous recognition of the cause of communication interruption.
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、離れた地点間で対向配置して光で通信する光空間通信装置において、相手側装置からの光を受光する領域が複数に分割された光電変換素子と、該光電変換素子の出力に基づいて前記相手側装置の光軸と自装置の光軸がなす角度を演算する角度演算部と、前記光電変換素子の総受光量を演算する総受光量演算部と、前記角度演算部の出力値及び前記総受光量演算部の出力値の時間変化に基づいて通信断の要因を判断する判断手段と、該判断手段が前記相手側装置の光軸と自装置の光軸がずれたことにより通信断が生じたと判断したときに警告する警告手段とを有する。 In order to achieve the above object, the technical feature of the optical space communication device according to the present invention is an optical space communication device in which light is transmitted by being arranged facing each other at remote points, and a region that receives light from the counterpart device Are divided into a plurality of photoelectric conversion elements, an angle calculation unit for calculating an angle formed by the optical axis of the counterpart device and the optical axis of the own device based on the output of the photoelectric conversion element, and a total of the photoelectric conversion elements A total received light amount calculation unit for calculating a received light amount; a determination unit that determines a cause of communication disconnection based on a time change of an output value of the angle calculation unit and an output value of the total received light amount calculation unit; and Warning means for warning when it is determined that a communication interruption has occurred due to a deviation between the optical axis of the counterpart device and the optical axis of the own device.
本発明に係る光空間通信装置によれば、通信断の原因を正確に判別することが可能となるため、人為的作業が必要になる外的要因による通信断を迅速に検出し、異常警告としてネットワーク管理者に通知することができる。 According to the optical space communication device according to the present invention, it is possible to accurately determine the cause of the communication disconnection, so that a communication disconnection due to an external factor that requires human work is quickly detected, and an abnormal warning is given. You can notify the network administrator.
本発明を図1〜図5に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
図1は本実施例における光空間電送装置の構成図を示し、対向する光ビームの送信/受信のための一対の装置の一方のみを示している。筐体11内には、相手側装置側から送受信光レンズ12、13、ミラー14a、15aを用いて角度を変位する駆動装置14、15、偏光ビームスプリッタ16、ビームスプリッタ17、レンズ18、光位置検出素子19が順次に配列されている。偏光ビームスプリッタ16の入射方向には、レンズ20、半導体レーザー光源から成る発光素子21が設けられており、ビームスプリッタ17の分岐方向にはレンズ22、受光素子23が設けられている。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a space optical transmission apparatus according to the present embodiment, and shows only one of a pair of apparatuses for transmitting / receiving opposing light beams. In the
光位置検出素子19の出力は制御回路24に接続され、制御回路24の出力は駆動回路25、26を介して、それぞれ駆動装置14、15に接続されている。
The output of the optical
発光素子21から、レンズ20、偏光ビームスプリッタ16に向けて偏光方向を紙面に水平になるように偏光したレーザー光を出射すると、偏光ビームスプリッタ16で反射されたレーザー光は、送受信光レンズ13、12を経て相手側装置に出射する。この際に、送受信光レンズ12で、僅かに拡がりを有するほぼ水平の光ビームLとなる。
When laser light polarized so that the polarization direction is horizontal to the paper surface is emitted from the
また、相手側装置から送信されてきた光ビームLは、送受信光レンズ12、13、ミラー14a、15aを経て、偏光方向が紙面に垂直設定され、送信光と直交しているために、偏光ビームスプリッタ16をそのまま通過し、ビームスプリッタ17に入射する。そして、ビームスプリッタ17において二岐され、光ビームLの大部分は反射して、レンズ22を介して受光素子23に入射し、ビームスプリッタ17を透過した他方の光ビームは、レンズ18を経て光位置検出素子19に入射する。
Further, the light beam L transmitted from the counterpart device passes through the transmission /
この光位置検出素子19により得られた信号は、制御回路24を介して駆動回路25、26に出力され、駆動装置14、15に出力され、光ビームの方向を調整する。
The signal obtained by the light
図2は光位置検出素子19に関するブロック回路構成図を示しており、光位置検出素子19は4分割されたフォトダイオード19a〜19dにより構成されている。個々のフォトダイオード19a〜19dの出力は、受光量に対応した電圧を受光量レベル値に変換するための受光量検出部31a〜31dに接続されている。また、受光量検出部31a〜31dの出力は、角度誤差演算部32と受光量の総和を算出する受光量演算部33に接続されている。
FIG. 2 is a block circuit configuration diagram relating to the optical
角度誤差演算部32及び受光量演算部33の出力は、時間的変化から通信断の原因を判断する通信断原因解析部34に接続され、通信断原因解析部34の出力は外部に通信断とその原因を装置管理者に知らせる異常通知部35に接続されている。
The outputs of the angle
相手側装置から送信された光ビームLは、光スポットSとして光位置検出素子19に入射し、各フォトダイオード19a〜19dは光スポットSが入射した面積に対応した電圧をそれぞれ出力する。フォトダイオード19a〜19dの各出力電圧は受光量検出部31a〜31dで受光レベル値に変換され、各受光レベル値は角度誤差演算部32と受光量演算部33に出力される。角度誤差演算部32では相手側装置との光軸ずれ量が算出され、受光量演算部33では光位置検出素子19の総受光レベルが算出される。
The light beam L transmitted from the counterpart device enters the light
このようにして得られた光軸ずれ量及び総受光レベルは、通信断原因解析部34に入力され、この通信断原因解析部34において、通信断の検出と通信断の原因の解析が行われる。
The optical axis deviation amount and the total light receiving level obtained in this way are input to the communication interruption
図3は背景技術で説明した(c)の外的要因による光軸ずれが生じた場合における光軸ずれ量とフォトダイオード19a〜19dの総受光量の変化のグラフ図を示している。光軸ずれのない光スポットS1の位置から相手側装置又は自装置が外的要因により光軸ずれを起こした場合に、光軸ずれに伴い光スポットSの位置は時系列的にS1→S4へと移動する。この光スポットSの移動に伴い光軸ずれ量は増加するが、総受光量は光スポットSが光位置検出素子19の中にある限り殆ど変化しない。光スポットSの位置がS3よりも更に変化し、光位置検出素子19から外方に移動すると総受光量は低下する。
FIG. 3 is a graph showing a change in the optical axis deviation amount and the total received light amount of the
光軸ずれ量は各フォトダイオード19a〜19dの受光量の差から算出している。従って、光スポットSが光位置検出素子19から外方に移動するに伴い、受光量の差が減少し、光スポットSが完全に光位置検出素子19よりも外方に移動した時点で光軸ずれ量は0となる。
The amount of optical axis deviation is calculated from the difference in the amount of light received by each of the
図4は背景技術で説明した(a)、(b)のように、例えば障害物が光路上に進入し、光ビームを遮断した場合の光軸ずれ量と総受光量の変化のグラフ図を示している。光軸ずれのない光スポットS5の状態から障害物が光路上に進入し、遮光されると光スポットはS5→S8へと変化する。ここで、光スポットSの位置は変化せず、遮光された分だけ光スポットSの光強度が低下する。従って、障害物が光路上に進入するに従い、光軸ずれ量が増加し総受光量は低下する。 4A and 4B are graphs showing changes in the amount of optical axis deviation and the total amount of light received when, for example, an obstacle enters the optical path and blocks the light beam as described in the background art. Show. When an obstacle enters the optical path from the state of the light spot S5 with no optical axis deviation and is blocked, the light spot changes from S5 to S8. Here, the position of the light spot S does not change, and the light intensity of the light spot S decreases by the amount of light shielded. Therefore, as the obstacle enters the optical path, the amount of optical axis deviation increases and the total amount of received light decreases.
このように、通信断前の光軸ずれ量と総受光量の時間的変化をメモリに保存し、光軸ずれ変化時に総受光量の変動幅が或る一定の範囲内であれば、外的要因による光軸ずれと判断する。そうでなければ障害物が光路上に進入し、光ビームを遮断したと判断することができる。 As described above, the temporal change in the optical axis deviation and the total received light quantity before the communication interruption is stored in the memory, and if the fluctuation range of the total received light quantity is within a certain range at the time of the optical axis deviation change, it is external. Judged as optical axis misalignment due to factors. Otherwise, it can be determined that an obstacle has entered the optical path and has blocked the light beam.
図5はこの通信断の検出と通信断原因の解析処理のフローチャート図を示している。先ずステップS1において解析処理が開始されると、ステップS2において受光量演算部33により光位置検出素子19の受信光レベルの総和を取得し、続いてステップS3において、ステップS2で取得した受信光レベルから通信断か否か判断する。通常の通信状態ではステップS2に戻り、ステップS2、S3を繰り返すが、何らかの原因により通信断に至った場合にはステップS4に進む。
FIG. 5 shows a flowchart of the communication disconnection detection and communication disconnection cause analysis processing. First, when analysis processing is started in step S1, the received light level of the light
このステップS4においては、受信光レベルの変化速度が急激に変化したか否かを判断する。受信光レベルが徐々に変化した場合には、ステップS5に進み、悪天候により通信断が生じたと判断し、ステップS6でメモリに経過履歴を保存し、ステップS7の処理に移る。 In step S4, it is determined whether or not the rate of change of the received light level has changed abruptly. If the received light level has gradually changed, the process proceeds to step S5, where it is determined that communication has been interrupted due to bad weather, the history is stored in the memory in step S6, and the process proceeds to step S7.
ステップS4において、受信光レベルが急激に変化したと判断された場合には、ステップS8において、障害物による瞬断か、外的要因による光軸外れかを判断する。つまり、角度誤差演算部32で得られる光ずれ量の変化と共に、受光量演算部33で得られる受光レベルが低下したか否かを判断する。或るレベル以上の受信光レベルを維持していたところから、一気に通信断のレベルまで受信光レベルが低下する要因には、外的要因による光軸ずれの場合と、障害物が光路上に進入し、光を遮断した場合の2通りがあり得る。
If it is determined in step S4 that the received light level has changed abruptly, it is determined in step S8 whether there is a momentary interruption due to an obstacle or off-axis due to an external factor. That is, it is determined whether or not the received light level obtained by the received light
光ずれ量と受光レベルが同時に低下した場合には、ステップS9において障害物による瞬断と判断し、ステップS10において時間と共に経過履歴をメモリに記録しステップS7の処理に移る。 If the light shift amount and the light reception level are simultaneously reduced, it is determined in step S9 that there is an instantaneous interruption due to an obstacle, and in step S10, the elapsed history is recorded in the memory with time, and the process proceeds to step S7.
またステップS8において、受光レベルが変化しても光ずれ量が変化しなかった場合には、ステップS11において外的要因による光軸ずれとしてステップS12で時間と共に経過履歴をメモリに保存する。その後に、異常警告をネットワーク管理者に送信する。 In step S8, if the amount of light deviation does not change even if the light reception level changes, in step S11, the elapsed history is stored in the memory with time in step S12 as the optical axis deviation due to an external factor. After that, an abnormality warning is sent to the network administrator.
このようにステップS8、つまり通信断原因解析部34で外的要因による光軸ずれと判断した場合は、異常通知部35に異常発生が通知され、通知を受けた異常通知部35は警告表示、警告音、通信によって異常発生を装置管理者に知らせる。この場合は、外的要因による光軸外れを起こしているため、リセットスタートするまで復帰しないので、外的要因が除かれリセットスタートが押されるとステップS1から始まる。
In this way, when the communication interruption
ステップS7において受信光レベルを取得し、ステップS14において受信光レベルが通信断のレベル以上か否かを判断する。通信断のレベル以上であったときは、ステップS15に進み、レベル復帰を時間と共に経過履歴にメモリ保存し、ステップS2の処理に戻る。 In step S7, the received light level is acquired. In step S14, it is determined whether or not the received light level is equal to or higher than the communication disconnection level. If it is equal to or higher than the communication disconnection level, the process proceeds to step S15, the level recovery is stored in the elapsed history with time, and the process returns to step S2.
11 筐体
14、15 駆動機構
16 偏光ビームスプリッタ
17 ビームスプリッタ
19 光位置検出素子
19a〜19d フォトダイオード
21 発光素子
23 受光素子
24 制御回路
25、26 駆動回路
31a〜31d 受光量検出部
32 角度誤差演算部
33 受光量演算部
34 通信断原因解析部
35 異常通知部
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