JP2018007069A - 水中光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中において光の到来方向を見誤ることなく通信相手を発見することができる水中光通信装置を提供する。【解決手段】第１検出部は、検出方向変更部３４、７４が予め定められた領域全体にわたって第１検出受光部３２、７２を移動させながら、第１検出受光部が通信相手の光通信機５０、１０から放出された光を受光し、第１検出受光部が受光した位置における光強度分布から通信相手の光通信機から放出された光の到来方向を検出する。第２検出部は、光通信機間の通信中に、第２検出受光部４２、８２が予め定められた領域を繰り返し移動するように移動部４４、８４が第２検出受光部を移動させながら、第２検出受光部が通信相手の光通信機から放出された光を受光し、第２検出受光部が受光した位置における光強度分布から、通信相手の光通信機から放出された光の到来方向と受信部１４、５４が光信号を受光する方向とのズレを検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、水中光通信装置に関する。

従来、空間に放出された光信号によって情報を伝送する空間光通信装置として、電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を空間に放出することで空間を通じて情報を送信する送信部と、外部から入力された光を電気信号に変換して外部機器より送信される情報を受信する受信部とを備えた送受信相互の信号を伝送するものが知られている。

このような空間光通信装置では、通信相手と通信を開始する前に送信部及び受信部を水平方向及び仰角方向に動かしながら送信部より光を放出することで通信相手を探索する。

そして、通信相手から放出された光を受光すると通信相手の探索を終了し、その後、光信号を効率よく伝送するため、多数の受光素子を二次元的に配置した二次元センサによって光信号の到来方向のズレを検出し、その検出結果に基づいて光信号の到来方向に受光部が向くように装置の位置や角度を調整しながら通信を継続する、いわゆる追尾（トラッキング）制御が実行されるようになっている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平６−１１５５９号公報

しかしながら、本発明者は、海中や水中（以下、総称して水中という）における光信号の伝送を鋭意検討する中で、通信相手の探索時に通信相手から放出された光を受光した時点で探索を終了すると、水中を浮遊しているマリンスノーや気泡等の障害物によって光信号が乱反射するため、光の到来方向を見誤りやすく通信相手を発見できないことを見出した。

また、水中では、大気中に比べて光信号の減衰が大きいため、伝送距離を長距離化するためにＡＰＤやＰＭＴ等の高感度の受光素子を受信部に用いる必要がある。そのため、水中における光信号の伝送において上記のようなトラッキング制御を実行しようとすると、高感度の受光素子によって二次元センサを構成する必要があるが、高感度の受光素子を多数配列して二次元センサを構成するとコストがかかり過ぎる問題がある。一方、高感度の受光素子を少数配列して二次元センサを構成した場合、光信号の到来方向を粗く断片的にしか捉えることができず、水中を浮遊している障害物によって生じる乱反射光の影響を受けて光信号の到来方向のズレを正確に検出できないことを見出した。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、水中において光の到来方向を見誤ることなく通信相手を発見することができたり、あるいは、光の到来方向のズレを正確に検出することができる水中光通信装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る水中光通信装置は、水中における離れた位置にある光通信機の間で光信号により通信を行う水中光通信装置において、前記光通信機は、光信号を水中に放出して通信相手の前記光通信機へ情報を送信する送信部と、通信相手の前記光通信機が水中に放出する光信号を受光して通信相手の前記光通信機より送信された情報を受信する受信部と、前記送信部及び記受信部の方向を変更する送受信方向調整部と、通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向を検出する第１検出部とを備え、前記第１検出部は、通信相手の前記光通信機から放出された光を受光する第１検出受光部と、前記第１検出受光部の方向を変更する検出方向変更部とを備え、前記検出方向変更部が予め定められた領域全体にわたって前記第１検出受光部を移動させながら、前記第１検出受光部が通信相手の前記光通信機から放出された光を受光し、前記第１検出受光部が受光した位置における光強度分布から通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向を検出し、前記受信部の光信号を受光する方向が前記第１検出受光部において検出した光の到来方向に一致するように、前記送受信方向調整部が前記送信部及び記受信部の方向を変更する。

第１の発明の好ましい実施形態において、通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向と前記受信部の光信号を受光する方向とのズレを検出する第２検出部とを備え、前記第２検出部は、通信相手の前記光通信機から放出された光を受光する第２検出受光部と、前記第２検出受光部を移動させる移動部とを備え、前記光通信機間の通信中に、前記第２検出受光部が予め定められた領域を繰り返し移動するように前記移動部が前記第２検出受光部を移動させながら、前記第２検出受光部が通信相手の前記光通信機から放出された光を受光し、前記第２検出受光部が受光した位置における光強度分布から前記ズレを検出し、検出した前記ズレを小さくするように、通信相手の前記光通信機の前記送受信方向調整部が前記送信部及び記受信部の方向を変更する。さらに、好ましい実施形態において、前記検出方向変更部が前記第１検出受光部を互いに直交する二方向に移動させて、前記第１検出部が通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向を検出する。第１の発明のさらに好ましい実施形態において、前記受信部と前記第１検出部とが同じ受光素子からなる。

第２の発明に係る水中光通信装置は、水中における離れた位置にある光通信機の間で光信号により通信を行う水中光通信装置において、前記光通信機は、光信号を水中に放出して通信相手の前記光通信機へ情報を送信する送信部と、通信相手の前記光通信機が水中に放出する光信号を受光して通信相手の前記光通信機より送信された情報を受信する受信部と、前記送信部及び記受信部の方向を変更する送受信方向調整部と、通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向と前記受信部が光信号を受光する方向とのズレを検出する第２検出部とを備え、前記第２検出部は、通信相手の前記光通信機から放出された光を受光する第２検出受光部と、前記第２検出受光部を移動させる移動部とを備え、前記光通信機間の通信中に、前記第２検出受光部が予め定められた領域を繰り返し移動するように前記移動部が前記第２検出受光部を移動させながら、前記第２検出受光部が通信相手の前記光通信機から放出された光を受光し、前記第２検出受光部が受光した位置における光強度分布から前記ズレを検出し、検出した前記ズレを小さくするように、通信相手の前記光通信機の前記送受信方向調整部が前記送信部及び記受信部の方向を変更する。

第２の発明の好ましい実施形態において、前記移動部は、前記受信部の光信号を受光する方向に垂直な平面内で、前記第２検出受光部を回転移動させる。第２の発明のさらに好ましい実施形態において、前記移動部は、前記第２検出受光部を前記送信部の周りで回転移動させる。第２の発明のさらに好ましい実施形態において、前記受信部と前記第２検出部とが同じ受光素子からなる。

第１の発明によれば、水中において光の到来方向を見誤ることなく通信相手を発見することができる。第２の発明によれば、水中において光の到来方向のズレを正確に検出することができる。

水中光通信装置の一例を模式的に示す図である。 水中光通信装置の構成を示すブロック図である。 第１光通信機を模式的に示す正面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 水中光通信装置の制御を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｃ）水中光通信装置の通信状態を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｂ）水中光通信装置の通信状態を模式的に示す図である。

以下、本発明の１実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る水中光通信装置は、水中における離れた位置にある第１光通信機１０と第２光通信機５０との間で可視光を用いて通信を行う水中光通信装置であって、例えば、図１に示すように、水中を航行する潜水艇に取り付けられた第１光通信機１０と、海上（水上）の船舶や水中を航行する他の潜水艇に設けられた第２光通信機５０との間で、可視光を用いた光信号を水中を介して伝送する。

第１光通信機１０は、筐体１１と、筐体１１の内部に収納された送信部１２及び受信部１４と、筐体１１に連結された送受信方向調整部１５と、通信相手である第２光通信機５０から放出された光の到来方向を検出する第１検出部と、第２光通信機５０から放出された光の到来方向と受信部１４が光信号を受光する方向とのズレを検出する第２検出部と、送信部１２や受信部１４や送受信方向調整部１５や第１検出部や第２検出部を制御する主制御部２８とを備える。

図２に示すように、筐体１１は、内部に送信部１２及び受信部１４を収納し水密状態で密閉されるものであって、第２光通信機５０との間で送受信する可視光が透過する窓部１１ａを備える。

送信部１２は、第２光通信機５０の受信部５４へ伝送する情報を光制御信号に変調する変調部１６と、変調部１６で生成された光制御信号が入力される発光部１８とを備える。

発光部１８は、青色の波長帯、この例では、中心波長が４３０ｎｍの第１波長帯のレーザ光を発光する青色レーザを備えた発光素子２０と、発光素子２０の光軸上に配置され補正部２２とを備え、変調部１６から入力された光制御信号を光信号に変換する。

補正部２２は、凸レンズを備え、発光素子２０から放射された光を均一化するように補正した後、第２光通信機５０の筐体５１に設けられた窓部５１ａ全体を照射可能な拡散光を外部へ出力する。

受信部１４は、第２光通信機５０の送信部５２から送信される光信号を受信して電気信号に変換する受光部２３と、受光部２３で変換された電気信号を復調する復調部２６とを備える。

受光部２３は、外部から窓部１１ａを介して光が入射するフィルタ２４と、フィルタ２４を透過した光が入力される１つの受光素子２５とを備える。

フィルタ２４は、外部より入射した光のうち第１光通信機１０の発光素子２０が発光する第１波長帯のレーザ光を吸収するとともに、通信相手である第２光通信機５０の送信部５２から放出されるレーザ光を透過するバンドパスフィルタからなる。

受光素子２５は、フィルタ２４で第１波長帯のレーザ光を吸収した光が入力され電気信号に変換して復調部２６へ出力する。受光素子２５は、光信号を受光する受光軸方向が、送信部１２の発光素子２０が光信号を放出する光軸方向と同じ方向を向くように筐体１１内に設けられている。

受光素子２５としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）などを用いることができる。

特に、受光素子２５に光電子増倍管を用いると外部より入射した光が微弱な場合であってもこれを検出することができるとともに、光電子増倍管は検出した光量の変化量を出力するため、受光部２３に入力される光信号の光量が多い場合でも検出出力が飽和することなく光信号のパルスを検出することができる。つまり、受光素子２５に光電子増倍管を用いることで、光信号の光量が少なくなる長距離の光伝送から光信号の光量が多くなる近距離の光伝送まで、検出レンジの異なる受光素子に切り替えたり減光フィルタを用いたりすることなく可能となる。

復調部２６は、受光部２３から入力された電気信号を復調して、外部より入射した光から、第２波長帯の光信号によって第２光通信機５０より送信された情報を取得する。

送受信方向調整部１５は、ジンバル機構あるいはパンチルト機構を備え、送信部１２及び受信部１４が設けられた筐体１１を、第１方向（平面角方向）と第１方向に対して垂直な第２方向（仰角方向）にそれぞれ回動させることで、送信部１２が光信号を放出する方向（発光素子２０の光軸方向）及び受信部１４が光信号を受光する方向（受光素子２５の受光軸方向）を変更する。

第１検出部は、第２光通信機５０の送信部５２から放出された光信号を受光する第１検出受光部３２と、第１検出受光部３２が光を受光する方向を変更する検出方向変更部３４を備え、第１検出受光部３２が受光した信号を主制御部２８に入力する。主制御部２８は、第１検出受光部３２から入力された信号に基づいて、第２光通信機５０から放出された光の到来方向を検出する。

第２検出部は、第２光通信機５０の送信部５２から放出された光信号を受光する第２検出受光部４２と、第２検出受光部４２を移動させる移動部４４を備え、第２検出受光部４２が受光した信号を主制御部２８に入力する。主制御部２８は、第２検出受光部４２から入力された信号に基づいて、第２光通信機５０から放出された光の到来方向と受信部１４の光軸方向とのズレを検出する。

なお、この実施形態では、第２光通信機５０から伝送された情報（光信号）を受信する受信部１４に設けられた受光部２３が上記の第１検出受光部３２及び第２検出受光部４２を兼ね、受信部１４の方向を変更する送受信方向調整部１５が上記の検出方向変更部３４を兼ねている。

移動部４４は、筐体１１の内部において予め定められた領域を繰り返し移動するように第２検出受光部４２を移動させ、送信部１２に対して第２検出受光部４２（受光部２３）の相対的な位置を変化させる。この例では、図３及び４に示すように、移動部４４は、第２検出受光部４２の受光軸方向に垂直な平面内において、第２検出受光部４２を送信部１２の周りで連続的に例えば５０ｒｐｍの回転数にて回転移動させる。これにより、第２検出受光部４２は、予め定められた領域を繰り返し移動するようになっている。

主制御部２８は、例えば、筐体１１の外部に設けられ、送信部１２や受信部１４や送受信方向調整部１５や第１検出部や第２検出部を制御することで、第１光通信機１０と第２光通信機５０との間で通信を開始する前に通信相手の第２光通信機５０を探索し、通信相手を発見すると、通信相手の第２光通信機５０から放出された光信号の到来方向と受信部１４の受光素子２５の受光軸とを一致させるトラッキング制御を実行しながら第２光通信機５０との間で通信を行う。

第２光通信機５０は、送信部５２が水中へ放出する光信号が、例えば、中心波長が４５０ｎｍの第２波長帯に設定され、第１光通信機１０の送信部１２が水中へ放出する光信号の波長帯（第１波長帯）と異なり、また、受信部５４に設けられたフィルタで吸収する光の波長帯が、第１光通信機１０のフィルタ２４において吸収する波長帯と異なっているが、その他の構成は基本的に共通している。

そのため、ここでは、第２光通信機５０の詳細な説明は省略するが、第２光通信機５０は、第１光通信機１０との間で送受信する可視光が透過する窓部５１ａを有する筐体５１と、変調部５６と発光素子６０及び補正部６２を有する発光部５８とから構成された送信部５２と、フィルタ６４及び受光素子６５を有する受光部６３と復調部６６とをから構成された受信部５４と、筐体５１に連結された送受信方向調整部５５と、通信相手である第１光通信機１０から放出された光の到来方向を検出する第１検出部と、第２光通信機５０から放出された光の到来方向と受信部５４が光信号を受光する方向とのズレを検出する第２検出部と、送信部５２や受信部５４や送受信方向調整部５５や第１検出部や第２検出部を制御する主制御部６８とを備える。

第１検出部は、第１光通信機１０の送信部１２から放出された光信号を受光する第１検出受光部７２と、第１検出受光部７２が光を受光する方向を変更する検出方向変更部７４とを備える。第２検出部は、第１光通信機１０の送信部１２から放出された光信号を受光する第２検出受光部８２と、第２検出受光部８２を移動させる移動部８４とを備える。第１検出受光部７２及び第２検出受光部８２は受信部５４に設けられた受光部２３で構成され、検出方向変更部７４は受信部５４の方向を変更する送受信方向調整部５５で構成されている。

このような構成の水中光通信装置において、通信相手を探索するには、まず、図５に示すように、第１光通信機１０は、送信部１２から情報を含まない光を放出するとともに、第１検出受光部３２が通信相手の第２光通信機５０の送信部５２から放出された光を検出しながら、検出方向変更部３４を駆動して送信部１２及び第１検出受光部３２を第１方向及び第２方向に移動させる（図５のステップＳ１）。つまり、第１光通信機１０は、同一球面上の互いに直交する第１方向及び第２方向に第１検出受光部３２を走査し、通信相手の第２光通信機５０を探索する。

検出方向変更部３４が１度の走査で第１検出受光部３２を第１方向に移動させる角度と第２方向に移動させる角度は予め定まっている。検出方向変更部３４は、第１検出受光部３２を移動させている途中で第２光通信機５０から放出された光を検出しても、第１検出受光部３２の移動を中止することなく、予め定められた領域全体にわたって第１検出受光部３２を移動させる。これにより、第１検出受光部３２は第１方向及び第２方向における光強度分布を検出する。

なお、第１光通信機１０及び第２光通信機５０が通信相手を探索している間、第２光通信機５０も第１光通信機１０と同様、送信部５２から情報を含まない光を放出しながら第１検出受光部７２を第１方向及び第２方向に走査し、通信相手の第１光通信機１０を探索する。また、第１光通信機１０及び第２光通信機５０が通信相手を探索している間、第１光通信機１０及び第２光通信機５０に設けられた移動部４４、８４は停止しており、送信部１２、５２と第２検出受光部４２、８２の相対的な位置は変化なく一定している。

そして、予め定められた領域全体にわたって第１検出受光部３２を移動させても通信相手の第２光通信機５０から放出された光を検出しない場合（図５のステップＳ２のＮｏ）、主制御部２８は、再度、予め定められた領域全体にわたって第１検出受光部３２を移動させ、第１方向及び第２方向における第１検出受光部３２が受光する光強度分布を検出する。主制御部２８は、通信相手から放出された光を検出するまで、このような光強度分布の検出を繰り返す。

一方、第１検出受光部３２が第２光通信機５０から放出された光を検出した場合（図５のステップＳ２のＹｅｓ）、主制御部２８は、第１方向及び第２方向における光強度分布に基づいて、第２光通信機５０から放出された光の到来方向を特定する。第２光通信機５０から放出された光の到来方向を特定する方法としては、例えば、検出した光強度分布のピーク位置を光の到来方向とすることができる（図５のステップＳ３）。

そして、主制御部２８は、送受信方向調整部１５を駆動して、受信部１４に設けられた受光素子２５の受光軸方向が、ステップＳ３で特定した光の到来方向に一致するように、送信部１２及び受信部１４が設けられた筐体１１の方向を変更する（図５のステップＳ４）。

受信部１４の受光素子２５の受光軸方向と第２光通信機５０から放出された光信号の到来方向とが一致すると、第１光通信機１０は、送信部１２より光信号を第２光通信機５０へ向けて送信するとともに、受信部１４において第２光通信機５０から送信された光信号を受信し、第１光通信機１０と第２光通信機５０との間で情報の送受信を開始する（図５のステップＳ５）。

そして、第１光通信機１０と第２光通信機５０との間で通信を開始すると、第１光通信機１０と第２光通信機５０は、受信部１４、５４の受光軸方向と通信相手の光通信機５０、１０から放出された光信号の到来方向とを一致させるトラッキング制御を開始する。

具体的には、第１光通信機１０は、第２光通信機５０と通信している間、移動部４４が第２検出受光部４２を送信部１２の発光部１８の周りで連続的に回転移動させ続けることで、第２光通信機５０から放出された光信号の到来方向と受信部１４の受光素子２５の受光軸方向とのズレを検出する。また、第２光通信機５０においても第１光通信機１０の移動部４４と同様、第１光通信機１０と通信している間、第２光通信機５０に設けられた移動部８４が、第２検出受光８２を送信部５２の発光部５８の周りで連続的に回転移動させ続けることで、第１光通信機１０から放出された光信号の到来方向と受信部５４の受光素子６５の受光軸方向とのズレを検出する。

第１光通信機１０及び第２光通信機５０では、それぞれの主制御部２８、６８が、送信部１２、５２の周りを回転移動する第２検出受光部４２、８２で受光した光信号の強度を連続して取得することで、第２検出受光部４２、８２が移動する領域における光信号の強度分布を取得する。

光通信機１０，５０から放出された光信号の光径は、通信相手の筐体５１，１１に設けられた窓部５１ａ、１１ａ全体を照射可能な大きさであるため、図６（ａ）に示すように、第１光通信機１０と第２光通信機５０との間で受信部１４、５４の受光軸方向と通信相手の光通信機５０、１０から放出された光信号の到来方向とが一致する状態では、第１光通信機１０及び第２光通信機５０から放出される光信号が、通信相手の光通信機５０、１０の筐体５１，１１に設けられた窓部５１ａ、１１ａ全体を照射している。そのため、図６（ａ）の状態では、第１光通信機１０及び第２光通信機５０のいずれの通信機においても、第２検出受光部４２、８２の位置にかかわらず第２検出受光部４２、８２が受光する光信号の強度はほぼ一定となる。

図６（ａ）のような状態から、第１光通信機１０及び第２光通信機５０の少なくともいずれか一方が移動して通信相手から放出された光信号の到来方向がズレると、第２検出受光部４２、８２が検出する光信号の強度分布は、通信相手の光通信機５０，１０が移動した方向の反対方向で小さくなる。このことから、通信相手の光通信機５０，１０から放出された光の到来方向が、自身の光通信機１０，５０の受信部１４，５４の受光軸方向に対してズレた方向を検出することができる。

例えば、図６（ｂ）に示すように、第１光通信機１０に対して第２光通信機５０が下方へ平行移動すると、第１光通信機１０の第２検出受光部４２が検出する光信号の強度分布は、第２光通信機５０が移動した方向の反対方向（図６（ｂ）では上方）で小さくなる。そのため、第１光通信機１０の主制御部２８は、送信相手の第２光通信機５０から放出された光信号の到来方向が、光信号の強度分布が小さくなった方向の反対方向（図６（ｂ）では下方）へズレたことを検出する。

そして、第１光通信機１０は、検出した光信号の到来方向のズレた方向（図６（ｂ）では下方）を送信部１２から通信相手の第２光通信機５０へ伝達する。第２光通信機５０は、第１光通信機１０より到来方向のズレた方向が伝達されると、第１光通信機１０で検出したズレが小さくなるように（図６（ｂ）では上向きに）送受信方向調整部５５が送信部５２及び受信部５４の方向を変更する（図６（ｃ）参照）。第１光通信機１０において検出されたズレを、送受信方向調整部５５が小さくする方法としては、例えば、第１光通信機１０より伝達された方向の反対方向へ（図６（ｂ）では上向きへ）、筐体５１を予め定められた所定角度回動移動させる。

一方、第２光通信機５０の第２検出受光部８２が検出する光信号の強度分布は、第１光通信機５０が第２光通信機１０に対して相対的に移動した方向（図６（ｂ）では上方）の反対方向（図６（ｂ）では下方）で小さくなる。そのため、第２光通信機５０の主制御部６８は、送信相手の第１光通信機１０から放出された光信号の到来方向が、光信号の強度分布が小さくなった方向の反対方向（つまり、図６（ｂ）では上方）へズレたことを検出する。

そして、第２光通信機５０は、検出した光信号の到来方向のズレた方向を送信部５２から通信相手の第１光通信機１０へ伝達する。第１光通信機１０は、第２光通信機５０より到来方向のズレた方向が伝達されると、例えば、第２光通信機５０より伝達された方向の反対方向へ（図６（ｂ）では下向きへ）、送受信方向調整部１５が筐体１１を予め定められた所定角度回動移動させることで、第２光通信機５０で検出したズレが小さくなるように送信部１２及び受信部１４の方向を変更する。

これにより、通信相手の光通信機１０、５０から放出された光信号の到来方向のズレが補正され、受信部１４、５４の受光軸方向と送信部５２、１２から放出された光信号の到来方向とが一致する（図６（ｃ）参照）。

また、第１光通信機１０や第２光通信機５０が回転移動した場合、例えば、図７（ａ）に示すように、第１光通信機１０及び第２光通信機５０が下向きに回転移動すると、第２検出受光部４２、８２が検出する光信号の強度分布は、通信相手の光通信機５０、１０が移動した方向（図７（ａ）では下方）の反対方向（図７（ａ）では上方）で小さくなる。このことから、光通信機１０、５０の主制御部２８、６８は、送信相手の光通信機５０、１０から放出された光信号の到来方向が、光信号の強度分布が小さくなった方向の反対方向（つまり、図７（ａ）では下方）へズレたことを検出する。

そして、光通信機１０、５０は、検出した到来方向のズレた方向を送信部１２、５２から通信相手の光通信機５０、１０へ伝達する。到来方向のズレた方向が伝達されると、例えば、伝達された方向の反対方向へ（図７（ａ）では上向きへ）、通信相手の送受信方向調整部５５、１５が筐体５１、１１を予め定められた所定角度回動移動させることで、第１光通信機１０及び第２光通信機５０で検出したズレが小さくなるように送信部５２、１２及び受信部５４、１４の方向を変更する。

これにより、図７（ｂ）に示すように、光通信機１０、５０から放出された光信号の到来方向のズレが補正され、受信部１４、５４の受光軸方向と送信部５２、１２から放出された光信号の到来方向とが一致する。

以上のような本実施形態の水中光通信装置では、一方の光通信機１０、５０に設けられた検出方向変更部３４、７４が、第１検出受光部３２、７２を移動させながら通信相手の光通信機５０、１０から放出された光を第１検出受光部３２、７２で受光し、移動途中で光を検出しても第１検出受光部３２の移動を中止することなく、予め定められた領域全体にわたって第１検出受光部３２を移動させて光強度分布を検出する。そのため、本実施形態の水中光通信装置では、水中を浮遊しているマリンスノーや気泡等の障害物に反射した光を通信相手が放出した光信号の到来方向と誤認しにくくなり、速やかに通信相手を発見することができる。

また、本実施形態では、検出方向変更部３４、７４が１つの受光素子２５、６５からなる第１検出受光部３２、７２を移動させて光強度分布を検出するため、受光素子の数を抑えつつ所定領域内の光強度分布を連続的に取得することができ、製造コストを抑えつつ通信相手が放出した光信号の到来方向を正確に検出することができる。しかも、本実施形態では、光通信機１０、５０は、検出方向変更部３４が互いに直交する第１方向及び第２方向に第１検出受光部３２を走査し、通信相手の光通信機５０、１０から放出された光信号の到来方向を検出するため、より一層正確に検出することができる。

また、本実施形態では、通信相手の光通信機５０，１０から伝送された情報を受信する受信部１４に設けられた受光部２３が、通信相手の光通信機５０，１０から放出された光の到来方向を検出する第１検出受光部３２、７２を兼ねているため、水中光通信装置の構成を簡略化することができる。

また、本実施形態の水中光通信装置では、一方の光通信機１０、５０において第２検出受光部４２、８２が予め定められた領域を繰り返し移動するように移動部４４、８４が第２検出受光部４２，８２を移動させながら、第２検出受光部４２、８２が通信相手の光通信機５０，１０から放出された光を受光して、通信相手の光通信機５０，１０が放出した光の強度分布を検出する。そのため、本実施形態の水中光通信装置では、少ない数の受光素子でも通信相手の光通信機５０，１０から放出された光の到来方向と受信部１４，５４の受光軸方向とのズレを検出することができ、製造コストを抑えつつＰＭＴ等の高感度の受光素子を用いて伝送距離を長距離化することができる。

また、本実施形態では、第２検出受光部４２，８２が送信部１２の周りで回転移動するため、正確に通信相手の光通信機５０，１０から放出された光の到来方向と受信部１４，５４の受光軸方向とのズレを検出することができる。

また、本実施形態では、通信相手の光通信機５０，１０から伝送された情報を受信する受信部１４に設けられた受光部２３が、通信相手の光通信機５０，１０から放出された光の到来方向と受信部１４，５４の受光軸方向とのズレを検出する第２検出受光部４２、８２を兼ねているため、水中光通信装置の構成を簡略化することができる。

さらに、第１検出受光部３２、７２や第２検出受光部４２，８２を構成する受光素子２５、６５が１つであるため、複数の受光素子からなる場合に必要となる各受光素子間で受光感度のばらつきを校正する必要がなく、簡便な構成で正確に通信相手が放出した光信号の到来方向を検出することができる。

（変更例）
上記した実施形態では、通信相手の光通信機５０，１０から伝送された情報を受信する受信部１４に設けられた受光部２３が、第１検出部の第１検出受光部３２や第２検出部の第２検出受光部４２を兼ねている場合について説明したが、第１検出部の第１検出受光部３２や第２検出部の第２検出受光部４２を受光部２３と別個に設けてもよい。

また、上記した実施形態では、受信部１４の受光部２３や、第１検出部の第１検出受光部３２や、第２検出部の第２検出受光部４２を１個の受光素子から構成したが、複数個の受光素子で構成してもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、
発明の範囲を限定することを意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実
施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変
更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様
に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…第１光通信機、１１…筐体、１１ａ…窓部、１２…送信部、１４…受信部、１５…送受信方向調整部、１６…変調部、１８…発光部、２０…発光素子、２２…補正部、２３…受光部、２４…フィルタ、２５…受光素子、２６…復調部、２８…主制御部、３２…第１検出受光部、３４…検出方向変更部、４２…第２検出受光部、４４…移動部、５０…第２光通信機、５１…筐体、５２…送信部、５４…受信部、５５…送受信方向調整部、５８…発光部、６０…発光素子、６３…受光部、６５…受光素子、６８…主制御部、７２…第１検出受光部、７４…検出方向調整部、８２…第２検出受光部、８４…移動部

Claims (8)

1. 水中における離れた位置にある光通信機の間で光信号により通信を行う水中光通信装置において、
   前記光通信機は、光信号を水中に放出して通信相手の前記光通信機へ情報を送信する送信部と、通信相手の前記光通信機が水中に放出する光信号を受光して通信相手の前記光通信機より送信された情報を受信する受信部と、前記送信部及び記受信部の方向を変更する送受信方向調整部と、通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向を検出する第１検出部とを備え、
   前記第１検出部は、通信相手の前記光通信機から放出された光を受光する第１検出受光部と、前記第１検出受光部の方向を変更する検出方向変更部とを備え、前記検出方向変更部が予め定められた領域全体にわたって前記第１検出受光部を移動させながら、前記第１検出受光部が通信相手の前記光通信機から放出された光を受光し、前記第１検出受光部が受光した位置における光強度分布から通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向を検出し、
   前記受信部の光信号を受光する方向が前記第１検出受光部において検出した光の到来方向に一致するように、前記送受信方向調整部が前記送信部及び前記受信部の方向を変更する水中光通信装置。
2. 通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向と前記受信部の光信号を受光する方向とのズレを検出する第２検出部とを備え、
   前記第２検出部は、通信相手の前記光通信機から放出された光を受光する第２検出受光部と、前記第２検出受光部を移動させる移動部とを備え、
   前記光通信機間の通信中に、前記第２検出受光部が予め定められた領域を繰り返し移動するように前記移動部が前記第２検出受光部を移動させながら、前記第２検出受光部が通信相手の前記光通信機から放出された光を受光し、前記第２検出受光部が受光した位置における光強度分布から前記ズレを検出し、
   検出した前記ズレを小さくするように、通信相手の前記光通信機の前記送受信方向調整部が前記送信部及び記受信部の方向を変更する請求項１に記載の水中光通信装置。
3. 水中における離れた位置にある光通信機の間で光信号により通信を行う水中光通信装置において、
   前記光通信機は、光信号を水中に放出して通信相手の前記光通信機へ情報を送信する送信部と、通信相手の前記光通信機が水中に放出する光信号を受光して通信相手の前記光通信機より送信された情報を受信する受信部と、前記送信部及び記受信部の方向を変更する送受信方向調整部と、通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向と前記受信部が光信号を受光する方向とのズレを検出する第２検出部とを備え、
   前記第２検出部は、通信相手の前記光通信機から放出された光を受光する第２検出受光部と、前記第２検出受光部を移動させる移動部とを備え、前記光通信機間の通信中に、前記第２検出受光部が予め定められた領域を繰り返し移動するように前記移動部が前記第２検出受光部を移動させながら、前記第２検出受光部が通信相手の前記光通信機から放出された光を受光し、前記第２検出受光部が受光した位置における光強度分布から前記ズレを検出し、
   検出した前記ズレを小さくするように、通信相手の前記光通信機の前記送受信方向調整部が前記送信部及び記受信部の方向を変更する水中光通信装置。
4. 前記検出方向変更部が前記第１検出受光部を互いに直交する二方向に移動させて、前記第１検出部が通信相手の前記光通信機から放出された光の到来方向を検出する請求項１又は２に記載の水中光通信装置。
5. 前記移動部は、前記受信部の光信号を受光する方向に垂直な平面内で、前記第２検出受光部を回転移動させる請求項２又は３に記載の水中光通信装置。
6. 前記移動部は、前記第２検出受光部を前記送信部の周りで回転移動させる請求項５に記載の水中光通信装置。
7. 前記受信部と前記第１検出部とが同じ受光素子からなる請求項１又は２に記載の水中光通信装置。
8. 前記受信部と前記第２検出部とが同じ受光素子からなる請求項２又は３に記載の水中光通信装置。

Images