JP3051752B2 - 空間光通信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は空間を光信号の伝送経路として情報伝送を行
う空間光通信装置に関する。

（従来の技術） 一般に、固定点どうしで相互に光通信を行う場合は、
光ファイバが利用されることが多い。しかしながら、移
動体どうしあるいは固定点と移動体とで通信を行う際に
は光ファイバは不向きである。この様な形態で通信を行
うためのシステムとしては例えば特開昭59−174033号公
報が知られている。

このシステムは第８図に示すように１つのレーザ光線
をコーナーキュ−ブを用いて折り返し使用し、同時通信
を行うものである。このコーナーキューブは入ってくる
光をもと来た方向と平行な方向に反射させる性質をもっ
た反射鏡である。

第８図においてレ−ザ２から出力されたレザ光線は、
情報信号（Ａ）３により光変調され光強度が変化して遠
方のコーナーキューブ４に照射される。このコーナーキ
ューブ４には半透明反射板が設けられると共にその裏面
には光電変換素子が設けられている。コーナーキューブ
４に入ってきた光は一部が光電変換素子で光電変換され
光復調器（Ａ）５で復調された後、信号処理回路（Ａ）
６に入力され、情報信号（Ａ）３が検出される。

一方、半透明反射板で反射した光は同じくコーナーキ
ューブ４に設けられた他の反射板で反射する。この反射
板の前面には電気光学効果および光スイッチ機能を有す
る変調素子（例えば液晶）が設けられている。この反射
面で反射する光は、変調器（Ｂ）８において情報信号
（Ｂ）７により光変調された後、入射光と平行に反射さ
れる。この反射光は光復調器（Ｂ）９に入り光電変換さ
れ復調された後、情報処理回路（Ｂ）10に入力され、同
時通信が完了する。

上記システムにあってはコーナーキューブ側の変調器
は反射板および光スイッチ機能を有する素子によって構
成される。光スイッチの機能を有する素子としては液晶
があるが、液晶を用いた場合は光が液晶を透過する際、
光のレベルが損失してしまうといった問題があった。ま
た高速のスイッチングすなわち高速変調に適さないとい
う欠点もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように従来の空間光通信装置では変調素子に
液晶等のスイッチング素子を用いていることから、反射
光のレベル損失が起こるという問題点がった。また高速
のスイッチングにも不向きであるという欠点もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、反射光の
損失が起こらず高速変調が可能でしかもノイズに強い空
間光通信装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明の空間光通信装置に
あっては、空間を光信号の伝送経路として第１の通信手
段と第２の通信手段との間で情報伝送を行なう空間光通
信装置において、前記第１の通信手段には、第２の通信
手段からの光信号を受光し、電気信号に変換する受光手
段と、レーザ光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光
をパルスコード変調する第１の変調手段と、前記第１の
変調手段で変調された光信号を前記第１の通信手段から
第２の通信手段に向けて送出させる光送出手段と、前記
受光手段で光電変換された信号を復調する第１の復調手
段が設けられ、前記第２の通信手段には、前記光送出手
段と対向配置され、各面が互いに直交する３枚の反射面
及び半反射面を有し、前記３枚の半反射面のうち少なく
とも一面は、入射する第１の通信手段からの光を電気信
号に変換する光電変換素子で形成されている少なくとも
１つ以上の反射体と、この反射体の前記光電変換素子で
光電変換された電気信号を復調する第２の復調手段と、
前記反射体の一つの反射面に設けられ、駆動信号により
この反射面を振動させる圧電素子とを具備し、この反射
面を振動させることにより、この面に入射する光の反射
方向を変化させ、前記第１の通信手段に向かう光の進行
方向を変化させることにより、前記第１の通信手段に送
る光をパルスコード変調させて第２の通信手段と通信を
行うことを特徴とする。

（作用） 上記構成にあっては、第１の通信手段の第１の変調手
段でパルスコード変調された光信号は第２の通信手段の
反射体に入射し、入射した光の一部が光電変換素子で形
成された半反射面で光電変換され、第２の復調手段でパ
ルスコード復調されて相手側の情報信号が検出される。

一方、前記半反射面で反射された光は、圧電素子が取
り付けられた反射面で反射される。前記圧電素子には情
報信号に基づいた駆動電圧が印加されて前記反射面を振
動させる。この反射面で反射する光は反射面の振動によ
り反射光の進行方向が変化し、第１の通信手段の受光手
段に照射される光パルスがコード変調される。従って、
第１の通信手段からの光が第２の通信手段で反射すると
き反射光のレベル損失が起こらず、しかも高速変調が可
能となり良好な空間光通信を行うことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は空間を伝送経路として光通信を行う空間光通
信装置を表すブロック図である。第１図において、11は
第１の通信手段である。12は平面状の受光手段であり、
表面が光電変換素子である太陽電池によって形成されて
いる。以下12を受光板と呼ぶ。この受光板12と対向する
第２の通信手段20には、反射体21が設けられている。反
射体21はいわゆるコーナーキューブであり、複数の反射
面および半反射面が互いに直交するように配置されてい
る。

第１の通信手段11から第２の通信手段20への通信を行
うには、初めに第１の通信手段11の信号源13より情報信
号が送出され、この情報信号が、第１の変調手段である
パルスコード変調器14でパルスコード変調される。

一方、レーザ光源15からは、レーザ光が送出され、変
調素子16でパルスコード変調された情報信号と混合され
ることにより、レーザ光はパルスコード変調される。パ
ルスコード変調されたレーザ光は受光板12の中心部に設
けられた光送出手段である光ファイバ17より第２の通信
手段20の反射体21に向けて送出される。

第２図（ａ）は反射体21を第１図の通信手段11の方向
から見た図であり、（ｂ）は反射体21を横方向から見た
図である。ただし、説明の便宜上、図は簡略化してあ
る。第２図（ａ）において21a,21cは反射面、21bは半反
射面であり、互いに直交するように配置されている。半
反射面21aは全反射鏡である。また反射面21bは表面が半
反射面の太陽電池で形成されている。この反射体21に入
ってくる光は、光電変換素子である太陽電池で形成され
た半反射面21bで光電変換され、この半反射面21bを透過
する光は増幅器22で増幅された後、第１の復調手段であ
る復調器23でパルスコード復調され、第１の通信手段11
の情報信号が検出され、第１の通信手段11から第２の通
信手段20への通信が成立する。

一方、第２の通信手段20から第１の通信手段11への通
信は次のようにして行う。初めに、第１の通信手段11よ
りレーザ光源15からの光を変調をかけずに第２の通信手
段20に向けて連続的に照射する。この光が第２の通信手
段20の反射体21に入射され、反射面21a,21c、半反射面2
1bのいずれかの反射面で反射される。これらの反射面の
うち一つの反射面21cの裏面には第２図（ｂ）に示すよ
うに例えばバイモロフのような圧電素子30が設けられ、
反射面21cの裏面の端部に取り付けられている。

いま、信号源24より情報信号が出力されると増幅器25
で増幅され、圧電素子駆動回路26に入力される。この圧
電素子駆動回路26は、圧電素子30に前記情報信号に対応
した駆動電圧を印加して圧電素子30を振動させる。これ
により、圧電素子30が取り付けられた反射面21cは第３
図に示す様に振動する。この反射面21cの振動によっ
て、第１の通信手段11に向かう光の進行方向が図中点線
で示すように変化する。そのため、第１の通信手段11の
受光板12に到達する光パルスと到達しない光パルスが生
じる。従って、第１の通信手段11の受光板12で受光する
光パルスは受光レベルが一定とならず結果的に第２の通
信手段20からの光は前記情報信号でパルスコード変調さ
れた光となる。なお、反射面21cの振動の振幅は、第１
の通信手段11と第２の通信手段20との距離，受光板12の
受光視野等を考慮すれば約0.1mm程度で良い。

第２の通信手段20から到来する光は受光板12上の太陽
電池で光電変換される。この信号は増幅器18で増幅され
た後、復調器19で反射体21の反射面21cでなされたパル
スコード変調の復調が行われ、第２の通信手段20側の情
報信号が検出されて第２の通信手段20から第１の通信手
段11への通信が成立する。

なお、反射面21cは、その振動が他の反射面21a,21bに
伝わらないように配置されている。

上記構成によれば、第２の通信手段の変調に圧電素子
を用い、前記圧電素子が取り付られた反射面の振動によ
り、反射光のパルスコード変調を行っていることから、
従来の液晶等の場合と比較して、反射光のレベル損失が
起こらず、しかも高速変調が可能となり、より多くの情
報を送ることができる。

また第１の通信手段から第２の通信手段へはパルスコ
ード変調した光信号を送出し、第２の通信手段から第１
の通信手段へもパルスコード変調した光信号を送り出し
ていることから、ノイズに強い通信が可能となる。

上記した方法は、双方向に情報転送が可能であるが同
時には１方向の情報伝送のみに限定されるいわゆる半２
重の通信であるが、通信の方向の切り替えは、各通信手
段から出力される光信号に送信開始・送信終了のコード
を付加し、これらを各通信手段で検出することによって
行うことができる。

また本発明では、第１の通信手段での変調方法を変え
ることにより、同時に双方向に情報転送可能ないわゆる
全２重の通信を行うことができる。

すなわち、第１の通信手段でレーザ光をバイフェイズ
のパルスコード変調する。バイフェイズのパルスコード
変調された光は、第４図に示ように、各ビットの中に
“1"“0"のレベルが必ずある信号であり、これが第１の
通信手段11より送出される。この信号が第２の通信手段
20の反射体21に入射されて第２図（ａ）に示す反射面21
a,21c及び半反射面21bで反射される。半反射面21bを透
過した光は、第２図（ｂ）に示すように復調器23で復調
され、第１の通信手段11側の情報信号が検出される。さ
らに、半反射面21bで反射され、反射面21cで反射する光
は、前記した半２重の場合と同様に圧電素子30の振動に
よりその反射方向が変化し、パルスコード変調される。
このパルスコード変調された光を受光板12で受光し復調
器19で復調し、第２の通信手段20の情報信号を検出する
ことにより双方向の通信が成立する。なお、上述した実
施例では圧電素子としてバイモルフを用いたものについ
て説明したが、同様の効果を示せば、バイモルフ以外で
も実施可能である。

以上述べてきた実施例は次のような場合に有効であ
る。すなわち、遠距離の光通信、特に風等で揺れるビル
や塔の上から衛星に向けて送信する場合や衛星間の通信
のようなポインティングが難しい場合は、送信した光が
もと来た方向と同じ方向に戻るコーナーキューブを用い
ているため本実施例はポインティングが容易にでき極め
て有効である。

また本発明は自動車のオートナビゲーションシステム
（自動運転システム）や構内の運搬ロボットの自動運搬
システム等にも適用できる。

自動車の自動運転システムとしては現在人工衛星を用
いたGPS（Global Posit−ioning System）によるシス
テムが提案されている。GPSを用いた場合は、±30m程度
の精度しか得られない。また、多数の電波を用いるため
電波の氾濫が起きて良好なシステムを構築しにくい。

本発明を自動車の自動運転システムに適用する場合、
例えば第１図の第１の通信手段11を自動車に設置し、コ
ーナーキューブを有する第２の通信手段20を第５図
（ａ）（ｂ）に示すように交差点の各コーナーに設置す
る。

第５図（ａ）は交差点を上から見た図、第５図（ｂ）
は第５図（ａ）を図中の矢印方向から見た図である。第
５図（ａ）において31は交差点、21はコーナーキュー
ブ、32は自動車を示す。また、第５図（ｂ）において33
はコミュニケーションサインポストと称する支柱で、コ
ーナーキューブ21がその上部に設置されており、第２の
通信手段20の各回路および各機器（第１図参照）が内蔵
されている。17は自動車32の上部に設けられた第１の通
信手段11の光送出手段である。この光送出手段は光ファ
イバであり、自動車32内に設置された第１の通信手段11
（図示せず）でパルスコード変調されたレーザ光をコー
ナーキューブ21に向けて送出するものである。また光フ
ァイバ17と垂直に第１図と同様の受光板12が設置されて
おり、コーナーキューブ21からの光を受光し光電変換す
る。この光ファイバ17と受光板12は２つの角度方向を走
査できるよう全体が駆動できるようになっている。

上記構成において、自動車32上の光ファイバ17よりレ
ーザ光を送出すると、コーナーキューブ21で反射される
が、その際コーナーキューブ21の反射面でこのレーザ光
を位置情報あるいは道路の混雑状況等の交通情報を含ん
だ情報信号で変調して自動車32の受光板12に向けて再び
送出し、自動車32内の図示しない第１の通信手段11でこ
れを復調する。

これにより自己の位置あるいは道路状況等を知ること
ができ、自己の持つ地図情報と組み合わせれば、最適な
コースの選択や目的地までの到着時間を求めることがで
きる。

上記構成によれば、コーナーキューブを用いているこ
とから、光軸のポインティングの制御を緩やかにでき、
しかも従来のGPSの場合と比較して側位の精度が向上す
る。

また、第６図に示すように、コーナーキューブは交差
点の中心に一つ設けただけでも通信は可能である。

本発明は上述した実施例に限られるものではない。例
えば、第１図において第１の通信手段11より第２の通信
手段20に向けて出射される光の集光性が良好でなく、平
行光にすることが困難な場合は、第７図に示すように、
第２の通信手段20に反射体21を複数並べるように構成し
てもよい。この様な構成にすることにより、第２の通信
手段で捕捉することができる光の範囲が拡がり、より高
精度に空間光通信を行うことができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば反射光の損失が
起こらず、高速のスイッチングが可能でしかもノイズに
強い空間光通信が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空間光通信装置の構成を示す図、第２
図及び第３図は本発明で用いられるコーナーキューブ，
及びこれに付随する変調器及び復調器の概略構成及びこ
れらの動作を説明するための図、第４図はバイフェイズ
のパルスコード変調された信号を示す図、第５図，第６
図は本発明を自動車の自動運転システムに適用した実施
例の概念図、第７図は反射体を複数設けた実施例の構成
を示す図、第８図は従来例の構成を示す図である。11 ……第１の通信手段、 12……受光板、 13,24……信号源、 14……パルスコード変調器、 15……レーザ光源、16……変調素子、 17……光ファイバ、18,22……増幅器、 19,23……復調器、20……第２の通信手段、 21……反射体、26……圧電素子駆動回路、 30……圧電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 茂勝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝小向工場内 (72)発明者 津村 俊弘 大阪府大阪市住吉区我孫子３丁目７番21 号 (56)参考文献 特開 平２−71629（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 G02B 26/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間を光信号の伝送経路として第１の通信
   手段と第２の通信手段との間で情報伝送を行なう空間光
   通信装置において、前記第１の通信手段には、前記第２
   の通信手段からの光信号を受光し、電気信号に変換する
   受光手段と、レーザ光を発生するレーザ光源と、前記レ
   ーザ光をパルスコード変調する第１の変調手段と、前記
   第１の変調手段で変調された光信号を前記受光手段から
   第２の通信手段に向けて送出させる光送出手段と、前記
   受光手段で光電変換された信号を復調する第１の復調手
   段が設けられ、 前記第２の通信手段には、前記光送出手段と対向配置さ
   れ、各面が互いに直交する３枚の反射面及び半反射面を
   有し、前記３枚の半反射面のうち少なくとも一面は、入
   射する第１の通信手段からの光を電気信号に変換する光
   電変換素子で形成されている少なくとも１つ以上の反射
   体と、この反射体の前記光電変換素子で光電変換された
   電気信号を復調する第２の復調手段と、前記反射体の一
   つの反射面に取り付けられ、駆動信号によりこの反射面
   を振動させる圧電素子とを具備し、この反射面を振動さ
   せることにより、この面に入射する光の反射方向を変化
   させ、前記第１の通信手段に向かう光の進行方向を変化
   させることにより、前記第１の通信手段に送る光をパル
   スコード変調させて第２の通信手段と通信を行うことを
   特徴とする空間光通信装置。