JP2010074253A

JP2010074253A - 双方向光通信装置

Info

Publication number: JP2010074253A
Application number: JP2008236463A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kamiya; 謙治神谷
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】ロボットの関節などの回転可動部において用いることができる双方向光通信装置を提供する。
【解決手段】第１の回転体に設けた第１通信モジュール100の発光受光部110では回転軸を中心とする半径ｒの円周上に発光素子111と受光素子112を交互に配置する。第１の回転体と回転軸を同じとする第２の回転体に設けた第２通信モジュール200の発光受光部210では回転軸を中心とする半径ｒの円周上に発光素子211と受光素子212を交互に配置する。また、発光素子111と受光素子222に直線偏光子121,222を設け、発光素子211と受光素子112に直線偏光子122,221を設ける。さらに、直線偏光子121,222の偏光方向を回転軸を中心とする半径方向に設定し、直線偏光子122,221の偏光方向を回転軸を中心とする半径方向に直交する方向に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットの関節などの回転可動部において用いることができる双方向光通信装置に関するものである。

現在、産業用からホビー用まで様々なロボットが存在する。そのロボット内では、各サーボの制御信号や、センサからの取得データなど、様々な電気信号のやり取りが行われている。これらの電気信号ラインは、ロボットの関節などの稼動部を通過して配線が行われるケースが多い。このとき、一般的な金属ワイヤによる電気信号の通信では、稼動部が動くたびに、ワイヤが曲げられるために、断線などの問題が発生している。これを解決するために、電波や赤外線などの用いた通信を用いることが試みられている。

しかし、電波での方法では、稼動部で使用されているモータの電磁ノイズにより、高通信品質を保つことができない。従ってこのような環境下では電磁波の影響を受けない赤外線通信がクローズアップされている。

このような赤外線通信装置の一例としては、例えば、特開２００５−１０１６８２号公報（特許文献１）に開示される赤外線通信装置が知られている。

この特許文献１に開示される赤外線通信装置は、図７に示すように、２つの装置１，２から構成されている。装置１，２の送信側には、送信部３に接続されたＬＥＤなどの赤外線発光素子４が使用され、受信側には、受信部５に接続されたフォトダイオードなどの赤外線受光素子６が使用される。通信時には、”1”,”0”のディジタル電気信号が発光素子に入力され、このディジタル信号によって発光素子４がオン、オフされることによって、データ送信が行われる。そして、受光素子６では、赤外線の有無をディジタル電気信号に変換することによって、データ受信を行う。

しかし、上記構成では、発光素子４から出射した光は装置１，２の双方の受光素子６に入射してしまうため、送信と受信を同時に行うことはできず、送信と受信を時分割で行うことになってしまい良好な通信効率を得ることができない。

通信を双方向に同時に行うようにするためには、図８に示すように赤外線発光・受光素子４，６の前に偏光子７Ａ，７Ｂを配置し、且つ、装置１から装置２への出射光の偏光方向と装置２から装置１への出射光の偏光方向が互いに直交するように各偏光子を配置する必要がある。このようにすると双方向通信を同時に行うことができる。
特開２００５−１０１６８２号公報

しかしながら、前述した従来の双方向光通信装置では、良好に使用するための装置の設置条件があり、フレキシブルに設置することができない。例えば図９のように同一の回転軸を有する２つの回転体８，９の間の通信の場合、送信側装置と受信側装置が回転してしまうことによって、送信側の偏光方向と受信側の偏光方向がずれてしまい通信できなくなるという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロボットの関節などの回転可動部において用いることができる双方向光通信装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、第１の回転体と、該第１の回転体の回転軸と同一の回転軸を中心として回転する第２の回転体との間で光信号を用いて情報通信を行う双方向光通信装置であって、前記第１の回転体に設けられた第１通信モジュールと、前記第２の回転体に設けられた第２通信モジュールとからなり、前記第１通信モジュールは、前記回転軸を中心とする所定半径の円周上を１周するように交互に配置された複数の発光素子と複数の受光素子とからなり且つ前記第２の回転体に対向するように配置された第１発光受光部と、前記発光素子の光出射側に設けられ前記回転軸を中心とする半径方向に対して所定の角度をなす偏光方向を有する第１直線偏光子と、前記受光素子の光入射側に設けられ且つ偏光方向が前記回転軸を中心とする半径方向対して前記所定の角度をなす直線に直交する第２直線偏光子と、入力されたディジタル電気信号に対応して前記複数の発光素子の全てを点滅させる第１送信部と、入射された光信号に対応して前記複数の受光素子から出力される電気信号を入力して混合した電気信号を出力する第１混合部と、前記第１混合部から出力される電気信号を入力してディジタル電気信号に変換して出力する第１受信部とを備え、前記第２通信モジュールは、前記回転軸を中心とする前記半径の円周上を１周するように交互に配置された複数の発光素子と複数の受光素子とからなり且つ前記第１発光受光部に対向するように配置された第２発光受光部と、前記第２発光受光部の発光素子の光出射側に設けられ且つ前記第２直線偏光子の偏光方向に一致した偏光方向を有する第３直線偏光子と、前記第２発光受光部の受光素子の光入射側に設けられ且つ前記第１直線偏光子の偏光方向に一致した偏光方向を有する第４直線偏光子と、入力されたディジタル電気信号に対応して前記第２発光受光部の複数の発光素子の全てを点滅させる第２送信部と、入射された光信号に対応して前記第２発光受光部の複数の受光素子から出力される電気信号を入力して混合した電気信号を出力する第２混合部と、前記第２混合部から出力される電気信号を入力してディジタル電気信号に変換して出力する第２受信部とを備え、前記第１発光受光部と前記第２発光受光部との間隔及び前記第１発光受光部並びに前記第２発光受光部の発光素子及び受光素子の配置が、前記第１発光受光部の発光素子と前記第２発光受光部の受光素子が対向する位置にあるときに、前記第１発光受光部の発光素子の出射光の範囲が該発光素子に対向する前記第２発光受光部の受光素子を挟んで隣り合う２つの発光素子のそれぞれの中心を含み且つ対向する受光素子以外の受光素子を含まないように、且つ、前記第２発光受光部の発光素子と前記第１発光受光部の受光素子が対向する位置にあるときに、前記第２発光受光部の発光素子の出射光の範囲が該発光素子に対向する前記第１発光受光部の受光素子を挟んで隣り合う２つの発光素子のそれぞれの中心を含み且つ対向する受光素子以外の受光素子を含まないように設定されている双方向光通信装置を提案する。

本発明の双方向光通信装置は、第１の回転体に設けられた第１通信モジュールと、前記第１の回転体と同一の回転軸を有する第２の回転体に設けられた第２通信モジュールとの間で双方向に光通信を行う。

第１通信モジュールでは、入力されたディジタル電気信号に対応して第１発光受光部の発光素子が点滅され、この発光素子から出射された光は第１直線偏光子によって偏光され、第２通信モジュールの受光素子に入射される。また、第１発光受光部と第２発光受光部との間隔及び第１発光受光部並びに第２発光受光部の発光素子及び受光素子の配置が、第１発光受光部の発光素子と第２発光受光部の受光素子が対向する位置にあるときに、第１発光受光部の発光素子の出射光の範囲が該発光素子に対向する第２発光受光部の受光素子を挟んで隣り合う２つの発光素子のそれぞれの中心を含むように設定されているので、第１の回転体に対して第２の回転体が回転しても、第１発光受光部の発光素子から出射された光は第２発光受光部の何れかの受光素子に入射される。

第２通信モジュールでは、入力されたディジタル電気信号に対応して第２発光受光部の発光素子が点滅され、この発光素子から出射された光は第３直線偏光子によって偏光され、第１通信モジュールの受光素子に入射される。また、第１発光受光部と第２発光受光部との間隔及び第１発光受光部並びに第２発光受光部の発光素子及び受光素子の配置が、第２発光受光部の発光素子と第１発光受光部の受光素子が対向する位置にあるときに、第２発光受昆布の発光素子の出射光の範囲が該発光素子に対向する第１発光受光部の受光素子を挟んで隣り合う２つの発光素子のそれぞれの中心を含むように設定されているので、第１の回転体に対して第２の回転体が回転しても、第２発光受光部の発光素子から出射された光は第１発光受光部の何れかの受光素子に入射される。

本発明の双方向光通信装置によれば、第１の回転体に対して第２の回転体が回転しても、第１の回転体に設けられた第１通信モジュールの発光素子から出射された光は第２の回転体の第２通信モジュールに設けられた複数の受光素子のうちの何れかの受光素子に入射され、第２の回転体に設けられた第２通信モジュールの発光素子から出射された光は第１の回転体に設けられた第１通信モジュールの複数の受光素子のうちの何れかの受光素子に入射されるので、第１の回転体に設けられた第１通信モジュールと第２の回転体に設けられた第２通信モジュールとの間では回転角度に依存せずに常に双方向の同時光通信が可能である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１乃至図６は本発明の一実施形態を示すもので、図１は本発明の一実施形態における双方向光通信装置を説明する図、図２は本発明の一実施形態における双方向光通信装置の電気系回路を示すブロック図、図３は本発明の一実施形態における第１通信モジュールの偏光子を説明する図、図４は本発明の一実施形態における第２通信モジュールの偏光子を説明する図、図５は本発明の一実施形態における第１通信モジュールの発光素子の出射光照射範囲を説明する図、図６は本発明の一実施形態における第２通信モジュールの発光素子の出射光照射範囲を説明する図である。

図１において１０は双方向光通信装置で、回転軸２０を有する図示せぬ回転軸部材によって互いに回転可能な状態に連結された第１の回転体３０と第２の回転体４０に設けられた第１通信モジュール100と第２通信モジュール200とから構成されている。

第１の回転体３０に設けられている第１通信モジュール100は、図２に示すように、複数の赤外線発光素子111と複数の赤外線受光素子112からなる発光受光部110と、複数の第１直線偏光子121、複数の第２直線偏光子122、送信部130、混合部140、受信部150から構成されている。

発光受光部110は、図３に示すように、回転軸２０を中心とする所定半径ｒの円周上を１周するように交互に配置された９個の発光素子111と９個の受光素子112とを備えている。発光素子111は回転軸２０の方向に第２通信モジュール200の発光受光部210に向けて光（赤外線）を出射するように配置され、受光素子112は第２通信モジュール200の発光受光部210から回転軸２０の方向に出射された光（赤外線）を受光するように配置されている。

また、各発光素子111の光出射側には第１直線偏光子121が設けられ、各受光素子112の光入射側には第２直線偏光子122が設けられている。また、本実施形態では、隣り合う発光素子111の中心と受光素子112の中心との間の円周における円弧の中心角θが２０度となるように設定されている。また、第１直線偏光子121の偏光方向は回転軸２０を中心とする半径方向に一致して設定され、第２直線偏光子122の偏光方向は回転軸２０を中心とする半径方向に対して直交する方向に設定されている。

送信部130は、第１の回転体３０に設けられている上位装置（図示せず）から入力されたディジタル電気信号に対応して９個の発光素子111の全てを点滅させる。

混合部140は、第２通信モジュール200から入射された光信号に対応して９個の受光素子112から出力される電気信号を入力して、これらを混合した電気信号を出力する。

受信部150は、混合部140から出力される電気信号を入力してディジタル電気信号に変換して第１の回転体３０に設けられている上位装置（図示せず）に出力する。

第２の回転体４０に設けられている第２通信モジュール200は、図２に示すように、複数の赤外線発光素子211と複数の赤外線受光素子212からなる発光受光部210と、複数の第３直線偏光子221、複数の第４直線偏光子222、送信部230、混合部240、受信部250から構成されている。

発光受光部210は、図４に示すように、回転軸２０を中心とする半径ｒの円周上を１周するように交互に配置された９個の発光素子211と９個の受光素子212とを備えている。発光素子211は回転軸２０の方向に第１通信モジュール100の発光受光部110に向けて光（赤外線）を出射するように配置され、受光素子212は第１通信モジュール100の発光受光部110から回転軸２０の方向に出射された光（赤外線）を受光するように配置されている。

また、各発光素子211の光出射側には第３直線偏光子221が設けられ、各受光素子212の光入射側には第４直線偏光子222が設けられている。また、第１通信モジュール100と同様に、隣り合う発光素子211の中心と受光素子212の中心との間の円周における円弧の中心角θは２０度となるように設定されている。また、第３直線偏光子221の偏光方向は第１通信モジュール100における第２直線偏光子122の偏光方向に一致するように設定され、第４直線偏光子222の偏光方向は第１通信モジュール100における第１直線偏光子121の偏光方向に一致するように設定されている。

送信部230は、第２の回転体４０に設けられている上位装置（図示せず）から入力されたディジタル電気信号に対応して９個の発光素子211の全てを点滅させる。

混合部240は、第１通信モジュール100から入射された光信号に対応して９個の受光素子212から出力される電気信号を入力して、これらを混合した電気信号を出力する。

受信部250は、混合部240からから出力される電気信号を入力してディジタル電気信号に変換して第２の回転体４０に設けられている上位装置（図示せず）に出力する。

さらに、第１通信モジュール100の発光受光部110と第２通信モジュール200の発光受光部210との間隔及び発光受光部110,210の発光素子111,211及び受光素子112,212の配置は、発光受光部110の発光素子111と発光受光部210の受光素子212が対向する位置にあるときに、図５に示すように発光素子111の出射光の範囲Ａ１が受光素子212を挟んで隣り合う２つの発光素子211のそれぞれの中心を含み且つ対向する受光素子212以外の受光素子を含まないように、且つ、発光受光部210の発光素子211と発光受光部110の受光素子112が対向する位置にあるときに、図６に示すように発光素子211の出射光の範囲Ａ２が受光素子112を挟んで隣り合う２つの発光素子111のそれぞれの中心を含み且つ対向する受光素子112以外の受光素子を含まないように設定されている。このように設定することによって、回転による偏光方向のズレに伴う受信対象となる光信号の強度の減少並びに受信対象外の光信号の混入強度の増加を緩和し、良好な双方向光通信を行うことができる。

本実施形態の双方向光通信装置１０によれば、第１の回転体３０に対して第２の回転体４０が回転しても、第１の回転体３０に設けられた第１通信モジュール100の発光素子111から出射された光は第２の回転体４０の第２通信モジュール200に設けられた複数の受光素子212のうちの何れかの受光素子212に入射される。さらに、第２の回転体４０に設けられた第２通信モジュール200の発光素子211から出射された光は第１の回転体３０に設けられた第１通信モジュール100の複数の受光素子112のうちの何れかの受光素子112に入射される。したがって、第１の回転体３０に設けられた第１通信モジュール100と第２の回転体４０に設けられた第２通信モジュール200との間において、回転角度に依存せずに常に双方向の同時光通信が可能である。

これにより、上記実施形態の双方向光通信装置１０をロボットの関節などの回転可動部において用いることにより、良好な双方向光通信を行うことができる。

なお、本実施形態では、各発光受光部110,210において発光素子111,211と受光素子112,212を等間隔で配置したがこれに限定されることはない。

また、本実施形態では、隣り合う発光素子111,211の中心と受光素子112,212の中心との間の円周における円弧の中心角θを２０度となるように設定したが、これに限定されることはなく、この中心角θを４５度以下とすることによって、回転による偏光方向のズレに伴う受信対象となる光信号の強度の減少並びに受信対象外の光信号の混入強度の増加を緩和し、良好な双方向光通信を行うことができる。なお、中心角θを４５度よりも大きい角度に設定すると通信エラーが起こり、正常な双方向光通信ができなくなる。

また、本実施形態では赤外線を用いた双方向光通信装置を構成したが、赤外線以外の光を用いても良い。

本発明の一実施形態における双方向光通信装置を説明する図本発明の一実施形態における双方向光通信装置の電気系回路を示すブロック図本発明の一実施形態における第１通信モジュールの偏光子を説明する図本発明の一実施形態における第２通信モジュールの偏光子を説明する図本発明の一実施形態における第１通信モジュールの発光素子の出射光照射範囲を説明する図本発明の一実施形態における第２通信モジュールの発光素子の出射光照射範囲を説明する図従来例の赤外線通信装置の電気系回路を示すブロック図従来例の赤外線通信装置の電気系回路を示すブロック図従来例における課題を説明する図

符号の説明

１０…双方向光通信装置、２０…回転軸、３０，４０…回転体、100…第１通信モジュール、110…発光受光部（第１発光受光部）、111…発光素子、112…受光素子、121…第１直線偏光子、122…第２直線偏光子、130…送信部（第１送信部）、140…混合部（第１混合部）、150…受信部（第１受信部）、200…第２通信モジュール、210…発光受光部（第２発光受光部）、211…発光素子、212…受光素子、221…第３直線偏光子、222…第４直線偏光子、230…送信部（第２送信部）、240…混合部（第２混合部）、250…受信部（第２受信部）。

Claims

第１の回転体と、該第１の回転体の回転軸と同一の回転軸を中心として回転する第２の回転体との間で光信号を用いて情報通信を行う双方向光通信装置であって、
前記第１の回転体に設けられた第１通信モジュールと、
前記第２の回転体に設けられた第２通信モジュールとからなり、
前記第１通信モジュールは、
前記回転軸を中心とする所定半径の円周上を１周するように交互に配置された複数の発光素子と複数の受光素子とからなり且つ前記第２の回転体に対向するように配置された第１発光受光部と、
前記発光素子の光出射側に設けられ前記回転軸を中心とする半径方向に対して所定の角度をなす偏光方向を有する第１直線偏光子と、
前記受光素子の光入射側に設けられ且つ偏光方向が前記回転軸を中心とする半径方向対して前記所定の角度をなす直線に直交する第２直線偏光子と、
入力されたディジタル電気信号に対応して前記複数の発光素子の全てを点滅させる第１送信部と、
入射された光信号に対応して前記複数の受光素子から出力される電気信号を入力して混合した電気信号を出力する第１混合部と、
前記第１混合部から出力される電気信号を入力してディジタル電気信号に変換して出力する第１受信部とを備え、
前記第２通信モジュールは、
前記回転軸を中心とする前記半径の円周上を１周するように交互に配置された複数の発光素子と複数の受光素子とからなり且つ前記第１発光受光部に対向するように配置された第２発光受光部と、
前記第２発光受光部の発光素子の光出射側に設けられ且つ前記第２直線偏光子の偏光方向に一致した偏光方向を有する第３直線偏光子と、
前記第２発光受光部の受光素子の光入射側に設けられ且つ前記第１直線偏光子の偏光方向に一致した偏光方向を有する第４直線偏光子と、
入力されたディジタル電気信号に対応して前記第２発光受光部の複数の発光素子の全てを点滅させる第２送信部と、
入射された光信号に対応して前記第２発光受光部の複数の受光素子から出力される電気信号を入力して混合した電気信号を出力する第２混合部と、
前記第２混合部から出力される電気信号を入力してディジタル電気信号に変換して出力する第２受信部とを備え、
前記第１発光受光部と前記第２発光受光部との間隔及び前記第１発光受光部並びに前記第２発光受光部の発光素子及び受光素子の配置が、前記第１発光受光部の発光素子と前記第２発光受光部の受光素子が対向する位置にあるときに、前記第１発光受光部の発光素子の出射光の範囲が該発光素子に対向する前記第２発光受光部の受光素子を挟んで隣り合う２つの発光素子のそれぞれの中心を含み且つ対向する受光素子以外の受光素子を含まないように、且つ、前記第２発光受光部の発光素子と前記第１発光受光部の受光素子が対向する位置にあるときに、前記第２発光受光部の発光素子の出射光の範囲が該発光素子に対向する前記第１発光受光部の受光素子を挟んで隣り合う２つの発光素子のそれぞれの中心を含み且つ対向する受光素子以外の受光素子を含まないように設定されている
ことを特徴とする双方向光通信装置。
前記第１発光受光部及び前記第２発光受光部の発光素子及び受光素子は赤外線発光素子及び赤外線受光素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向光通信装置。
前記第１直線偏光子の偏光方向が前記回転軸を中心とする半径方向に一致するように設定されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双方向光通信装置。
前記第１発光受光部と前記第２発光受光部のそれぞれにおいて、隣り合う発光素子と受光素子の間の前記円周における円弧の中心角が４５度以下となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の双方向光通信装置。