JP3732629B2

JP3732629B2 - Slave unit of optical wireless communication system

Info

Publication number: JP3732629B2
Application number: JP24982797A
Authority: JP
Inventors: 一俊広橋; 剛良笹生
Original assignee: NTT Data Corp; Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: NTT Data Corp; Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1174844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間を通じて光信号の送受信を行なう光無線通信システムの子機に係り、特に光軸合わせを精度良く行なうことができる子機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インテリジェンスビル内のようにある程度の限られた空間内で情報の送受信を円滑に行なうために、光ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）が採用される傾向にある。この光ＬＡＮにおいては、赤外光などの光を用いて情報の伝達が行なわれ、例えば天井に設けた親機に対して、各自の机などにおいたノードとしての子機との間で光信号の送受信を行ない、天井に設けた親機は、他の親機との間でリンクされている。
【０００３】
このように、空間の２点間で光による通信を行なう場合には、まず、２点間の発光素子と受光素子の光軸を合わせる必要がある。特に、赤外線等の不可視光を通信に使う場合には、光軸調整は数１０度以内の比較的狭い許容範囲に限られるが、１０度以下の光軸調整を必要とする場合には、光到来方向を知るための検出器を搭載した光到来方向検出装置による自動調整に頼らざるを得ない。従来の光軸合わせの一例として図２０及び図２１に示す方法が知られている。
【０００４】
１は天井部２に設けた親機であり、これには発光素子及び受光素子が内蔵される。この親機１より一定のエリア内の空間の全ての方向、すなわち天井部より下方にむけて光信号３を出射し、この光信号３を例えば机上等に置いた光到来方向検出装置４で検出する。そして、この検出装置４で得られた光到来方向に対して、この検出装置４に併設された、或いはこれと一体的に設けられた光送受信装置の光検出器を方向付けするようになっている。
【０００５】
上記検出装置４は、レンズ、または反射鏡で光信号３を絞り、これをフォトトランジスタやフォトダイオード等の光検出器により検出するようになっているが、この場合、検出装置４の光軸に光信号３が合った時のみ出力する。従って、一回の走査で検出できる範囲が非常に狭く、開き角度で１０度以下である。そのため、図２１に示すように検出装置４を水平方向に３６０度回転しつつ、回転する毎に仰角方向に光軸の角度を図２０に示すように変化させ、これを数回繰り返すことにより、検出ピーク点を求めて天井部の親機１との間で互いの光軸合わせを行なう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光到来方向を検出するために検出装置４を回転する毎に仰角方向へ数回往復させざるを得ない理由は、次の通りである。すなわち、検出装置４は一つのレンズ、または反射鏡の焦点付近に情報検出と光到来方向検出のための受光素子を置いており、情報検出のための受光範囲は、外乱光を減少させるのに狭い方がよいが、光到来方向を検出するには広い方がよい。一個のレンズ、または反射鏡で両方の要求を満たすことは一般的にはできないため、ここでは情報検出の精度を高める方を優先し検出範囲を狭くしている。そして、空間に対する走査回数を多くすることで、光到来方向を検出する目的を達成している。しかしながら、この場合には上述のように空間に対する走査回数が多くなるので、その分サーチ時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００７】
また、他の装置例として、特願平６−１１３８９７号に開示されたように、親機として中心部の受光部を囲むようにして外輪状に信号送信用の発光素子を設け、この発光素子からデータ信号や子機の方向サーチ用のパイロット信号を発射させるようにしたものもある。この場合、子機は、小型化及び軽量化のために子機の発光部及び受光部は指向特性が非常に狭くなされており、例えば発光部からは直径が数ｍｍ程度のレーザビームを送信光として出力する。
【０００８】
このような状況下において、子機のサーチ動作は親機のパイロット信号が発せられる発光部の位置を特定するように機能するので、サーチの結果、子機の送信部の光軸は親機の発光部に一致してしまい、子機から発射された直径数ｍｍのレーザ光は、親機の受光部に当たらずに、発光部に当たってしまうという問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、指向特性が極端に狭い発光手段の光軸を精度良く親機の受講部に一致させることができる光無線通信システムの子機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、円環状に複数の発光素子を配列した発光部とこの発光部の内側に設けた受光部とよりなる親機と、これよりも下方に設けられて前記親機との間で光信号の送受信を行なう子機とよりなる光無線通信システムにおいて、前記子機は、前記大まかな光到来方向を決定する粗調用の光到来方向検出手段と、指向特性の狭い受光手段と、指向特性の狭い発光手段と、前記粗調用の光到来方向検出手段と前記受光手段と前記発光手段とを水平面内及び垂直面内に旋回させる旋回機構と、前記粗調用の光到来方向検出手段の出力に基づいて大まかな光到来方向を決定した後に、前記受光手段の出力に基づいて前記発光部の内の最も発光量が多い発光素子に正確に光軸を合わせ、その後、所定のずらし角だけ下方向へ光軸をずらすことにより、前記受光部と前記発光手段との間で通信路を確立させる制御部とを備えるようにしたものである。
【００１０】
これにより、まず、子機は光到来方向検出手段を水平方向及び垂直方向へ旋回移動させることにより親機が位置する大まかな光到来方向を決定し、次に、指向特性の狭い受光手段に基づいて子機の光軸を微調整することによってこの光軸を、親機の発光部の最も近い発光素子（子機にとって最も発光量が多い）に正確に一致させる。この状態で子機の発光手段からレーザ光を送信すると、親機の発光部にあたってしまうので、この子機の光軸を所定のずらし角度だけ例えば下方向へシフトさせてこの光軸を親機の受光部に一致させる。これにより、子機の発光手段の光軸と親機の受光部の光軸とを正確に一致させて通信路を確立させることができる。この場合、子機の受光手段は、例えば４つの受光素子を方形状に配列した４分割センサを用いることができる。
【００１１】
また、親機の最も発光量の多い発光素子と光軸合わせを行なった後、所定のずらし角だけ子機の光軸を例えば下方へシフトさせる場合には、４分割センサ上における例えば光スポットの移動方向に配列される一対の受光素子の出力差が所定の値になるような角度だけずらすようにしてもよい。
また、これに替えて親機までの距離と親機に対する仰角との関係より定まるずらし角のマップを予め作成しておき、このずらし角のマップに基づいてずらし角を求めるようにしてもよい。
また、子機の光軸のシフトにより親機との通信路が確立された後は、光軸のシフト（ずらし）により光スポットが移動した方向に位置する受光素子のみの出力を光信号の受信信号として用いることによりＳ／Ｎを向上させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光無線通信システムの子機の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は光無線通信システムを示す図、図２は親機を示す概略平面図、図３は親機を示す概略断面図、図４は本発明の子機を示すブロック構成図、図５は旋回機構を示す正面図、図６は旋回機構を示す側面図、図７は子機の主要部を示す斜視図、図８は子機の主要部の断面図、図９は子機の主要部の上面図、図１０は粗調用の光到来方向検出手段の主要部を示す斜視図、図１１は受光手段の４分割センサを示す平面図である。
【００１３】
図１において、５は天井部２に設けた親機であり、これより下方の全方位に向けて光信号３を送出し、また、後述するように、下方から来る光信号を受信する。この親機１は、所定のエリアをカバーし、図示されないが天井部に多数配置されている。
子機７は、例えば部屋内のデスク上に配置され、光信号３の到来方向を検出して光信号の送受信を行なう。この子機７にはパーソナルコンピュータ等の端末８が接続されており、そして、子機７及び親機５を介して他の端末（図示せず）との間でデータの伝送ができるようになっており、全体として光ＬＡＮを構成している。
【００１４】
まず、親機５について説明する。
この親機５は、複数、図示例では１６個の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子９を円環状に配列してなる発光部１０と、この内側の一定のエリア内に複数、図示例では４つのフォトトランジスタ等の受光素子１１を集合させて配置することにより形成された受光部１２とにより主に構成されている。これらの発光素子９及び受光素子１１の数量は、これに限定されない。
上記各発光素子９は、データにより変調された光信号３を発するものであり、中心部より斜め下方向へ向けて一定の範囲に光信号３が広がって伝搬するような指向特性を有している。この発光素子９のすぐ内側には、中心より外側へ広がるように下向きに傾斜された傘状の反射板１３が設けられており、これに当たる光信号３を下方向へ反射させるようになっている。また、この反射板１３は、発光素子９からの光信号３が受光素子１１に入射することを防止する仕切りとして機能する。
【００１５】
また、上記受光部１２には、上記受光素子１１を覆うようにして略半球状の透過散乱膜１４が設けられており、子機７より送出される非常に細いビーム状のレーザ光よりなる送信光４７が透過散乱膜１４に照射された時に、図２に示すようにこれを内側に透過させつつ散乱させてこの光を効率的に受光素子１１で捉えるようになっている。
【００１６】
次に、子機７について説明する。
この子機７は、図４に示すように、大まかな光到来方向を決定する粗調用の光到来方向検出手段１５と、指向特性の狭い受光手段１６と、指向特性の狭い発光手段１７と、上記各手段１５、１６、１７を水平面内及び垂直面内に旋回移動させる旋回機構１８（図１参照）と、この子機７の動作を制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部１９とにより主に構成されている。
上記粗調用の光到来方向検出手段１５は、互いに１８０度異なる方向へ向けて４５度上向け傾斜させて設けた一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂを有しており、各素子３５Ａ、３５Ｂに後述するようにスリットを介して光を導入できるようになっている。そして、この受光素子３５Ａ、３５Ｂを水平面内に旋回させることによって光信号が到来する大まかな方位を検出する。受光手段１６は、光信号３を集光する集光レンズ３９と４つの微調用受光素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを方形状に配置してなる４分割センサ３６を有している。また、発光手段１７は、変調されたレーザ光を発射する半導体レーザ素子３７と、これを直径１ｍｍ程度のレーザビームに集光させる送光用レンズ３８を有している。
【００１７】
また、ここでは上記各手段は、説明のために分離した状態で記されているが、実際には後述する１つの光学ユニット２０（図５参照）に集合されており、しかも粗調用の光到来方向検出手段１５の中心軸と受光手段１６及び発光手段１７の光軸が一致するようになっている。そして、本発明では、上記制御部１９は、まず、粗調用の光到来方向検出手段１５及び受光手段１６の微調用４分割センサ３６を用いて親機５の最も光量の大きな発光素子９に光軸を合わせ、その後、所定のずらし各θ（図１参照）だけ子機７の光軸を下方向にシフトさせるように動作させる。これにより、親機５の受光部１２の略中心に光軸を正確に合わすことが可能となる。
【００１８】
次に、図５及び図６を参照して旋回機構１８について説明する。
この旋回機構１８は、上記光学ユニット２０をその上に載置固定する旋回基台２１を有している。この基台２１の両端には支持軸２２、２２が設けられており、この支持軸２２、２２を水平回転台２３より起立させて設けた２本の支柱２４、２４に、ベアリング２５、２５を介して垂直面内に回転自在に支持している。上記支持軸２２、２２の一方には、ウォームホイールを形成するリング状の垂直歯車２６が固定されており、この垂直歯車２６には、水平回転台２３側に回転自在に支持された垂直ウォームギア２７が歯合されている。そして、この垂直ウォームギア２７には例えばステップモータよりなる垂直駆動モータ２８の回転軸が直接的、或いは減速機等を介して間接的に連結されており、垂直ウォームギア２７を回転し得るようになっている。従って、このウォームギア２７を回転することにより、旋回基台２１を上下方向へ、垂直面内において回転乃至揺動できるようになっている。
【００１９】
一方、上記水平回転台２３の下面は旋回支柱２９の上端に取付固定されており、この旋回支柱２９の基部はベース３０にベアリング３１を介して回転自在に支持されており、水平回転台２３を水平面内に回転し得るようになっている。
また、上記旋回支柱２９の途中にはウォームホイールを形成する円形状の歯車３２が固定されており、この歯車３２にはベース３０側に回転自在に支持されたウォームギア３３が歯合されている。そして、このウォームギア３３には例えばステップモータよりなる水平駆動モータ３４の回転軸が直接的或いは減速機等を介して間接的に連結されており、ウォームギア３３を回転し得るようになっている。
【００２０】
以上の構成により旋回基台２１は、垂直駆動モータ２８を駆動することにより垂直面内に旋回し、また、水平駆動モータ３４を駆動することによって水平回転台２３が水平面内に回転して、結果的に旋回基台２１は水平面内を旋回することになる。
尚、両モータ２８、３４は、パルス数をカウントするカウンター、或いはエンコーダ等を設ける事によって回転量及び回転位置などを検出できることは勿論である。
【００２１】
次に、図７乃至図９を参照して粗調用の光到来方向検出手段１５と受光手段１６と発光手段１７を一体的に結合した光学ユニット２０について説明する。
この光学ユニット２０の受光手段１６は、受光面４０となる上面が略水平で、下面が例えば断面円弧状に曲面成形された例えば樹脂製の２回反射型の集光レンズ３９（図４参照）を有している。この集光レンズ３９の断面円弧状の下面は、リング状に反射膜をコーティングすることにより、凹面状の第１の反射面４１として構成される。また、この集光レンズ３９の上面の中心部は断面平面状に平面部４２が形成されており、この平面部４２の表面に反射膜をコーティングすることにより平面状の第２の反射面４３を構成している。
【００２２】
そして、この２回反射型の集光レンズ３９の下面の中心部の直下には、集光された光を検出する例えばフォトダイオードよりなる微調用受光素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄよりなる４分割センサ３６（図４参照）が配置されている。従って、第１及び第２の反射面４１、４３は同軸上に対向して配置されることになり、しかも、それぞれの曲率は、図８に示すように受光面４０から入射した光信号３が、第１及び第２の反射面４１、４３にて順次反射した後に、４分割センサ３６に集光し得るように設定されている。この集光レンズ３９の直径は２〜３ｃｍ程度に設定されており、従って、この光学系は比較的狭い指向性となる。この２回反射型の集光レンズ３９は、その受光面４０を上面にして支持フレーム４４やネジ等により上記旋回基台２１上に取り付け固定される。
【００２３】
また、この支持フレーム４４からは、集光レンズ３９の中心軸（光軸）の上方に向けて４本の支持アーム４５が延びており、各アーム４５の先端で素子取付台４６を支持している。そして、この素子取付台４６上に発光手段１７として、例えば半導体レーザ素子３７とこれより放射されたレーザ光を直径１ｍｍ程度の光線に集光させて送信光４７として放出する送光用レンズ３８（図４参照）が設けられている。この場合、素子取付台４６は上記第１及び第２の反射面４１、４３と同軸上に設けられており、入来する光信号の損失を最小限にしている。
【００２４】
そして、上記２回反射型の集光レンズ３９の直径方向に沿って所定の厚みの一対のスリット状の切り欠き４８、４８を形成し、この切り欠きに、図４にて説明した粗調用の光到来方向検出手段１５の一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂを背中合わせになるように配置している。この粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂにより、大まかな光到来方向を検出するようになっている。
【００２５】
図１０は粗調用の光到来方向検出手段の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの配列状態を示す図である。この検出手段１５は垂直回転中心４９を中心として相互に反対側に向けて形成される２つのスリット５０Ａ、５０Ｂを有しており、これらのスリット５０Ａ、５０Ｂは、例えば一方の上端部を削り取ったよう略四角形状のプラスチック製板状部材５１を、スリットの幅だけ離間させてその底面と内側中心部側を接合させることにより形成されている。この板状部材５１は、１つのスリットを形成するために２枚用いられており、従って、ここでは２つのスリット５０Ａ、５０Ｂを背中合わせで対向配置形成することから全体で４枚用いられている。
【００２６】
そして、これらのスリット５０Ａ、５０Ｂの底部、或いは奥に、水平方向に対して傾斜角度が略４５度になるように相互に１８０度反対方向に向けられた一対の上記粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂを設けている。この場合、この各素子３５Ａ、３５Ｂから上記対応するスリット５０Ａ、５０Ｂを臨んで見た場合、その上下方向への広がり角、或いはここでは仰角が略９０度になるように設定されており、一定の幅で上下方向に延びる領域の空間を、スリットを介して臨むことができるようになっている。これらの素子３５Ａ、３５Ｂは、フォトトランジスタやフォトダイオード等よりなる。このように構成した部材を上記切り欠き４８、４８に挿入する。
【００２７】
一方、上記４分割センサ３６は図１１に示すように微調用受光素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄよりなり、いずれか一方の対角線上の一対の受光素子、例えば受光素子Ｂ、Ｄの出力の差が比較器５２にて取られて、この出力が水平駆動モータ３４を回転するための水平回転用信号Ｓ１として用いられる。他方、受光素子Ａ、Ｃの出力の差が比較器５３にて取られて、この出力が垂直駆動モータ２８を回転するための垂直回転用信号Ｓ２として用いられる。そして、支持軸２２（図５及び図６参照）の延在方向と直交する方向に配列される２つの受光素子Ａ、Ｃの出力は選択部５４に導入されて、制御部１９からの指令によりいずれか一方の素子の出力が、受信信号Ｓ３として用いられる。ここでは一対の素子Ｂ、Ｄの並び方向が支持軸２２の延在方向となっている。
【００２８】
次に、以上のように構成された子機の動作について説明する。
まず、図２及び図３に示すように天井部２に設けた親機５の発光部１０の円環状に配列された多数の発光素子９からは、斜め下方に向けて一定のエリアをカバーするような指向性をもって光信号３が放射されている。
図１に示すようにこの多数の発光素子９の内、子機７にとって最も光量の大きな、すなわち受光信号レベルが最大になる発光素子は、子機７に最も近い所に位置する素子となる。
子機７の通信路確保動作が開始されると、まず、制御部１９（図４参照）は粗調用の光到来方向検出手段１５及び受光手段１６の４分割センサ３６の微調用受光素子Ａ〜Ｄを用いて親機５の光軸を、受光信号レベルが最大となる方向に向ける。図１において、光軸６０が受光信号レベルが最大となる光軸であり、親機５の多数の発光素子の内、子機７に最も近い発光素子９の方向がこの光軸方向となる。
【００２９】
次に、制御部１９は、所定の僅かなずらし角θだけ子機７の光軸を下方向にシフトさせてずらし、子機７の光軸を、子機７から見た親機５の受光部１２の略中心に位置させる。図１において光軸６１が子機７から見た受光部１２の略中心に一致する光軸である。そして、この光軸６１に沿って通信路を確立する。
このように子機７の光軸を光軸６１から所定のずらし角θだけ下方向へシフトさせる理由は、もし子機７の光軸が光軸６０に一致した状態で通信路を確立すると、子機７からの送信光は、直径１ｍｍ程度の指向性が非常に狭いビーム状のレーザ光なので、この送信光が、受光部１２に当たることなく発光素子９に当たってしまい、通信ができなくなる恐れがあるためである。この場合、受光部１２の直径は、通常は１０ｃｍ程度のため、ずらし角は、子機７の設置場所にもよるが、数度程度である。
【００３０】
以上の動作を具体的に説明する。
まず、大まかな光到来方向を検出するには、図５及び図６に示す旋回機構１８の水平回転台２３を駆動して光学ユニット２０を１８０度水平面内に回転させる。この時、粗調用の光到来方向検出手段１５の一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力をモニターし、この受信レベルが最も大きくなった方位に水平回転台２３を停止する。この時点では、親機５の仰角はまだ不明である。
次に、旋回基台２１を垂直面内に次第に旋回して旋回基台２１を傾けて行く。この時、粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力が同じになった時点で旋回基台２１の傾斜を止める。この時点で、図１０に示す垂直回転中心４９の延長上に、最も受光信号レベルが最大となる発光素子９が略位置することになる。
【００３１】
これにより、大まかな光到来方向（仰角も含む）が定まることになる。ここでスリット５０Ａ、５０Ｂと受光素子３５Ａ、３５Ｂ（図１０参照）よりなる光到来方向検出手段１５の分解能はそれ程高くないので、次に、分解能の高い受光手段１６の４分割センサ３６の出力に基づく制御に切り換える。すなわち、図１或いは図１１に示すように子機７に最も近い発光素子９からの光信号３は、受光手段１６の集光レンズ３９により集光されて４分割センサ３６上に光スポット６２を形成するが、この光スポット６２が４分割センサ３６の中心に位置するように旋回機構１８を微調整する。これにより、子機７の光学ユニット２０（図５参照）の光軸は、受光信号レベルが最大になる発光素子９に精度良く向けられたことになる。この時の光学ユニット２０の光軸は、図１における光軸６０と一致する。
【００３２】
次に、旋回機構１８の垂直駆動モータ２８を主に駆動して光学ユニット２０の光軸を所定のずらし角θだけ下方向に向けて移動させて光軸を、子機７から見た親機５の受光部１２の略中心に位置させ、この状態で通信路を確立する。この時の光学ユニット２０の光軸は、図１において光軸６１に一致する。
図１２はこの時の親機に対する子機７の光軸の移動を模式的に示す図であり、ここでは親機５の受光部１２の半径Ｒ１は８５ｍｍに設定されている。子機７から受光部１２を見た時の開き角は、α１として表わされており、この中心である光軸６１と光軸６０との角度差がずらし角θとなる。
また、光学ユニット２０の光軸を、光軸６０から光軸６１にシフトした時の４分割センサ３６上における光スポット６２の移動の様子は図１３に示されており、実線で示す光スポット６２から破線で示す光スポット６２に向けて移動する。図示例では４分割センサ３６の中心から受光素子Ｂに向けて光スポット６２が移動している。この時、受光素子Ｂ、Ｃの出力差がゼロになるように光軸の微調整が行なわれているのは勿論である。
【００３３】
この時の、受光素子Ａ、Ｃの出力の変化は、図１４に示されており、光軸をずらすと、受光素子Ａの出力が次第に低下し、これに対して受光素子Ｃの出力が次第に上昇する。そして、ずらし角θのシフトが完了した時点で、旋回機構１８の駆動を停止し、通信路の確立を行なう。以後は、光軸がこの状態を維持するように常時制御されている。
このように、通信路の確立を行なったならば、親機５からの光信号３の受信信号としては、４分割センサ３の各受光素子ＡからＤの受信信号を加算するのではなく、光スポット６２が移動した方向の受光素子の出力、図１３においては受光素子Ｃの出力のみを受信信号として用いる。これにより、受信信号のＳ／Ｎを向上させることができる。尚、受信信号の出力の切り換えは、図１１に示すように制御部１９からの指令により選択部５４により行なう。
【００３４】
この理由は、各受光素子Ａ〜Ｄの受信信号には、無相関のノイズが乗っており、これらを単純に加算すると和信号は図１４中の曲線６３のようになり、ノイズ成分が多くなってＳ／Ｎが低下する。これに対して、光スポット６２が移動した方向の受光素子の出力信号のみを受信信号として用いると、理論上、ノイズ成分が１／２になり、６ｄＢ程度だけ出力信号の利得を向上させることができる。
このように、本発明によれば、指向方向が極端に狭い子機の発光部の光軸合わせを迅速に、且つ正確に行なうことができる。
【００３５】
以上の一連の操作を図１５に示すフローチャートを参照して総括的に説明する。
まず、通信路確立操作が開始されると、光学ユニット２０（図５参照）を水平旋回させて、その時、粗調用の光到来方向検出手段１５の一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂ（図４参照）の出力をモニターし（Ｓ１）、光量が最大となる方位に光学ユニット２０を方位づけする（Ｓ２）。
次に、この光学ユニット２０を垂直面内に旋回して、この時の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力が同じになった位置で旋回を停止する。これにより、光学ユニット２０の光軸は、親機７の多数の発光素子９の内で、最も子機７に近い発光素子に略向けられており、大まかな光到来方向を決定することができる（Ｓ３）。
【００３６】
次に、制御の基準となる信号を粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力信号から、４分割センサ３６の出力信号に切り換え、この４分割センサ３６の各受光素子Ａ〜Ｄの出力に基づいて、光スポット６２（図１３参照）が４分割センサ３６の中心に位置するように旋回機構１８を微調整し、高精度に光軸合わせを行なう（Ｓ４）。次に、光学ユニット２０の光軸を所定のずらし角θだけ下方向にずらし、この光軸を子機７から見た親機５の受光部１２の略中心に位置させる（Ｓ５）。
【００３７】
そして、このずらしが終了した時点で、通信路の確立を行なう（Ｓ６）。通信路が確立されたならば、光スポット６２が移動した方向に位置する受光素子のみの出力信号を受信信号として用い、Ｓ／Ｎを向上させる（Ｓ７）。
尚、上記実施例では、光学ユニット２０の光軸を所定のずらし角θだけ下方向へシフトさせる場合、ステップモータのパルス数で制御するが、ずらし角θは１度に満たない場合もあり、モータ等の遊び或いはガタにより精度が狂い、光軸が親機５の受光部１０に当たらない場合も考えられる。そこで、これを防止するために、図１３及び図１４に示すように光スポット６２の移動方向に配列される２つの受光素子、ここでは２つの受光素子Ａ、Ｃの出力差が所定の値となるように光軸をシフトさせるようにすればよい。すなわち、図１１中における比較器５３により受光素子Ａ、Ｃの差をとり、この絶対値が図１４中の所定の値６４となるまで光スポット６２をずらす。これによれば、閉ループで制御ができ、より高精度に光学ユニット２０の光軸を親機の受光部１２に一致させることができる。
【００３８】
この時の制御のフローを図１６を参照して総括的に説明する。
図１６中のノード▲１▼、▲２▼は、図１５中のノード▲１▼、▲２▼に対応する。
まず、図１５に示すＳ４において高精度な光軸合わせが終了したならば、光学ユニット２０の光軸を少しずつ下方にシフトし（Ｓ２１）、これと同時に光スポット６２の移動方向における受光素子Ａ、Ｃの出力差をとる（Ｓ２２）。そして、この出力差が所定の値６４（図１４参照）になるまで光軸のシフトを続行し（Ｓ２３のＮＯ）、出力差が所定の値になったならば（Ｓ２３のＹＥＳ）、光軸のずらしを停止する（Ｓ２４）。以降の制御は図１５のＳ６へ移る。
これによれば、光学ユニット２０の光軸を確実に親機５の受光部１２に向けることが可能となる。
【００３９】
また、光軸のシフト時の制御方法として、予めずらし角θのマップを定めて、このマップより適切なずらし角θを選択するようにしてもよい。
すなわち、図１７に示すように親機５に対する子機の位置に応じて最適なずらし角は変化する。
図中、位置▲１▼〜▲９▼は子機の位置を示し、位置▲１▼〜▲３▼は親機５に対する仰角が９０度、位置▲４▼〜▲６▼は仰角が３１度、位置▲７▼〜▲９▼は仰角が１５度の場合を示す。また、位置▲１▼、▲４▼、▲７▼は同一水平レベル、例えば天井部２より１ｍ離れており、位置▲２▼、▲５▼、▲８▼は同一水平レベル、例えば天井部２より１．５ｍ離れており、位置▲３▼、▲６▼、▲９▼は同一水平レベル、例えば天井部２より２ｍの距離である。そして、各位置▲１▼〜▲９▼に対して、図１２に示すような最適なずらし角θを求めて、ずらし角θのマップを作成しておく。
このようなずらし角のマップの一例は表１に表わされている。
【００４０】
【表１】

【００４１】
尚、表１中の受光部の開き角α１は参考のために記したものであり、実際の操作時には不要である。
表１から明らかなように、子機７の親機５に対する仰角が同じでも親機５から遠くなる程、最適なずらし角θは、次第に小さくなっており、位置▲７▼、▲８▼、▲９▼においては、ずらし角θは１度以下になっている。
さて、このずらし角θの選択にあたっては、親機５に対する仰角と距離が判れば位置を特定できる。親機５に対する仰角は、垂直駆動モータ２８の回転量を、例えばエンコーダによって特定でき、また、親機５までの距離は、受光量は距離の２乗に反比例して減少するので、４分割センサ３６の受光レベル認識することによって求めることができる。
【００４２】
図１８はこの時の実施例の構成図を示しており、図４に示す構成に加えて、上記表１に示すずらし角θのマップを記憶するＲＯＭの如きずらし角記憶部６６と４分割センサ３６の出力に基づいて親機５までの距離を求める距離決定部６７を設けている。
これによれば、距離決定部６７の出力と、垂直駆動モータ２８のエンコーダ等より求められる仰角とに基づいて、ずらし角記憶部６６から最適なずらし角θを求めることができる。例えば上記判断の結果、子機７は位置▲９▼に存在すると認識されたならば、ずらし角θは０．４度となり、この角度だけ光学ユニット２０の光軸を下方向へシフトさせることになる。
【００４３】
尚、表１中にマッピングした位置の数は、ここでは一例を示したに過ぎず、天井の高さや、親機５の指向角度の大小に対応させて増減できる。また、ずらし角θが小さくなる程、マッピング密度を大きくして、すなわち仰角のきざみを小さくしてより精度の高い制御を行なうようにしてもよい。更に、表１中の位置間に子機が存在するような場合には、前後の値を、例えば按分してずらし角θをもとめればよい。
【００４４】
以上の操作を図１９に示すフローチャートを参照して総括的に説明する。尚、図中、ノード▲１▼、▲２▼は、図１５中のノード▲１▼、▲２▼に対応する。
まず、図１５に示すＳ４において、高精度な光軸合わせが終了したならば、距離決定部６７は、４分割センサの受光レベルを参照して親機５までの距離を求める（Ｓ３１）。次に、垂直駆動モータ２８のエンコーダ等より親機５に対する仰角を求める（Ｓ３２）。次に、求めた距離及び仰角に基づいてずらし角記憶部６６から最適なずらし角θを求める（Ｓ３３）。そして、この求めたずらし角だけ光学ユニット２０の光軸を下方にずらす（Ｓ３４）。以降の制御は図１５のＳ６へ移る。
これによれば、親機５に対する子機７の位置に応じた最適なずらし角θを決定することができ、より精度良く、親機の受光部１２に子機の光学ユニット２０の光軸を一致させることができる。
尚、ここでは、光ＬＡＮの構成を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明は種々の光無線通信システムに適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光無線通信システムの子機によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１に規定する発明によれば、親機の発光素子に光軸を合わせた後、所定のずらし角だけ光軸を例えば下方向へシフトさせるようにしたので、指向性の極端に狭い子機の発光手段の光軸を親機の受光部に正確に向けることができる。
また、所定のずらし角だけ光軸をシフトさせる際に、受光手段に用いた４分割センサの光スポットの移動方向に配列された受光素子の出力差が所定の値になるまでずらすようにしたので、子機の発光手段の光軸を親機の受光部に更に正確に向けることができる。
【００４６】
更に、親機のに対する子機の位置に応じた最適なずらし角のマップを予め記憶させておき、このマップから最適なずらし角を求めて制御を行なうことにより、子機の発光手段の光軸を親機の受光部に更に正確に向けることができる。
また、光スポットが移動した方向に位置する受光素子の出力信号を受信信号として用いることにより、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
更には、親機からのデータ用光信号をパイロット信号として用いることができるので、親機にパイロット信号用の発光素子を用いないで済ますことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光無線通信システムを示す図である。
【図２】親機を示す概略平面図である。
【図３】親機を示す概略断面図である。
【図４】本発明の子機を示すブロック構成図である。
【図５】旋回機構を示す正面図である。
【図６】旋回機構を示す側面図である。
【図７】子機の主要部を示す斜視図である。
【図８】子機の主要部の断面図である。
【図９】親機の主要部の上面図である。
【図１０】粗調用の光到来方向検出手段の主要部を示す斜視図である。
【図１１】受光手段の４分割センサを示す平面図である。
【図１２】子機の光軸の移動を模式的に示す図である。
【図１３】４分割センサ上の光スポットの移動の様子を示す図である。
【図１４】４分割センサの一部の受光素子の出力状態を示す図である。
【図１５】本発明の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の動作の他の一例を示すフローチャートである。
【図１７】親機に対する子機の位置の態様を示す図である。
【図１８】本発明の他の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の動作の更に他の一例を示すフローチャートである。
【図２０】親機と従来の光到来方向検出装置の関係を示す図である。
【図２１】図２０に示す検出装置の走査方法を示す図である。
【符号の説明】
３…光信号、５…親機、７…子機、９…親機の発光素子、１０…発光部、１１…受光素子、１２…受光部、１５…粗調用の光到来方向検出手段、１６…受光手段、１７…発光手段、１８…旋回機構、１９…制御部、２０…光学ユニット、３５…子機の粗調用の受光素子、３６…４分割センサ、４７…送信光、６２…光スポット、６６…ずらし角記憶部、６７…距離決定部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…微調用受光素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a slave unit of an optical wireless communication system that transmits and receives optical signals through a space, and more particularly to a slave unit that can perform optical axis alignment with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
In general, an optical LAN (Local Area Network) tends to be employed in order to smoothly transmit and receive information within a limited space such as in an intelligence building. In this optical LAN, information is transmitted using light such as infrared light. For example, an optical signal is transmitted between a parent device provided on a ceiling and a child device serving as a node on each desk. The base unit provided on the ceiling is linked with other base units.
[0003]
Thus, when performing communication by light between two points in space, it is necessary to first match the optical axes of the light emitting element and the light receiving element between the two points. In particular, when invisible light such as infrared rays is used for communication, the optical axis adjustment is limited to a relatively narrow allowable range within several tens of degrees. However, when optical axis adjustment of 10 degrees or less is required, There is no choice but to rely on automatic adjustment by a light arrival direction detector equipped with a detector for knowing the direction of arrival. As an example of conventional optical axis alignment, a method shown in FIGS. 20 and 21 is known.
[0004]
Reference numeral 1 denotes a master unit provided on the ceiling portion 2, in which a light emitting element and a light receiving element are incorporated. An optical signal 3 is emitted from the base unit 1 in all directions in a space within a certain area, that is, downward from the ceiling, and the optical signal 3 is detected by a light arrival direction detection device 4 placed on a desk or the like, for example. To do. Then, with respect to the light arrival direction obtained by the detection device 4, the photodetector of the optical transmission / reception device provided in the detection device 4 or provided integrally therewith is directed. Yes.
[0005]
The detection device 4 is configured to stop the optical signal 3 with a lens or a reflecting mirror and detect it with a photodetector such as a phototransistor or a photodiode. Output only when optical signal 3 matches. Therefore, the range that can be detected by one scan is very narrow, and the opening angle is 10 degrees or less. Therefore, while rotating the detection device 4 360 degrees horizontally as shown in FIG. 21, the angle of the optical axis is changed in the elevation direction as shown in FIG. 20 every time it rotates, and this is repeated several times, The detection peak point is obtained and the optical axes are aligned with the base unit 1 at the ceiling.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the reason why the detector 4 must be reciprocated several times in the elevation direction every time the detection device 4 is rotated in order to detect the light arrival direction is as follows. That is, the detection device 4 has a light receiving element for detecting information and detecting the direction of arrival of light in the vicinity of one lens or the focal point of the reflecting mirror, and the light receiving range for detecting information reduces the amount of disturbance light. The narrower one is better, but the wider one is better for detecting the light arrival direction. Since it is generally not possible to satisfy both requirements with a single lens or a reflecting mirror, priority is given to increasing the accuracy of information detection, and the detection range is narrowed. The purpose of detecting the light arrival direction is achieved by increasing the number of scans for the space. However, in this case, since the number of times of scanning with respect to the space increases as described above, there is a problem that the search time is increased accordingly.
[0007]
As another example of the device, as disclosed in Japanese Patent Application No. 6-1113897, a light emitting element for signal transmission is provided as an outer ring so as to surround the light receiving part at the center as a master unit, and data is transmitted from this light emitting element. There is also one that emits a pilot signal for searching the direction of the signal and the slave unit. In this case, in order to reduce the size and weight of the slave unit, the light emitting unit and the light receiving unit of the slave unit have very narrow directivity characteristics. For example, a laser beam having a diameter of about several millimeters is transmitted from the light emitting unit. Output as.
[0008]
In such a situation, the search operation of the slave unit functions to specify the position of the light emitting unit from which the pilot signal of the master unit is emitted. As a result of the search, the optical axis of the transmitter unit of the slave unit is The laser beam having a diameter of several millimeters that is coincident with the light emitting unit and emitted from the slave unit does not hit the light receiving unit of the master unit but hits the light emitting unit.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them.
An object of the present invention is to provide a slave unit of an optical wireless communication system that can accurately match the optical axis of a light emitting means having extremely narrow directivity characteristics with the attending part of the master unit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is provided with a master unit including a light emitting unit in which a plurality of light emitting elements are arranged in an annular shape, and a light receiving unit provided inside the light emitting unit, and below the master unit. In the optical wireless communication system comprising a slave unit that transmits / receives an optical signal to / from the master unit, the slave unit includes a light arrival direction detection means for coarse adjustment that determines the rough light arrival direction; A light receiving means having a narrow characteristic, a light emitting means having a narrow directivity, a light arrival direction detecting means for coarse adjustment, a turning mechanism for turning the light receiving means and the light emitting means in a horizontal plane and a vertical plane, and the coarse adjustment After determining the rough light arrival direction based on the output of the light arrival direction detecting means, the optical axis is accurately aligned with the light emitting element having the largest light emission amount in the light emitting unit based on the output of the light receiving means, Then, move downward by a predetermined shift angle By shifting the optical axis, it is obtained as a control unit for establishing a communication path and between said light emitting means and the light receiving portion.
[0010]
Thereby, the slave unit first determines the rough light arrival direction in which the master unit is located by turning the light arrival direction detection unit in the horizontal direction and the vertical direction, and then based on the light receiving unit having a narrow directivity characteristic. By finely adjusting the optical axis of the slave unit, the optical axis is accurately matched with the light emitting element closest to the light emitting unit of the master unit (the light emission amount is the largest for the slave unit). If laser light is transmitted from the light emitting means of the slave unit in this state, it will hit the light emitting part of the master unit. Therefore, the optical axis of the slave unit is shifted downward, for example, by a predetermined shift angle, and this optical axis is shifted to the base unit. Match with the light receiving part. Thus, the communication path can be established by accurately matching the optical axis of the light emitting means of the slave unit with the optical axis of the light receiving unit of the master unit. In this case, for example, a quadrant sensor in which four light receiving elements are arranged in a square shape can be used as the light receiving means of the slave unit.
[0011]
In addition, when the optical axis of the slave unit is shifted downward, for example, by a predetermined shift angle after aligning the optical axis with the light emitting element having the largest light emission amount of the master unit, for example, the light spot on the quadrant sensor The output difference between the pair of light receiving elements arranged in the moving direction may be shifted by an angle such that the output difference becomes a predetermined value.
Alternatively, a shift angle map determined based on the relationship between the distance to the master unit and the elevation angle with respect to the master unit may be created in advance, and the shift angle may be obtained based on this shift angle map.
In addition, after the communication path with the master unit is established by the shift of the optical axis of the slave unit, the output of only the light receiving element positioned in the direction in which the light spot has moved by the shift of the optical axis is received. By using it as a signal, the S / N can be improved.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a slave unit of an optical wireless communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a diagram showing an optical wireless communication system, FIG. 2 is a schematic plan view showing a master unit, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the master unit, FIG. 4 is a block configuration diagram showing a slave unit of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a side view showing the turning mechanism, FIG. 7 is a perspective view showing the main part of the slave unit, FIG. 8 is a sectional view of the main part of the slave unit, and FIG. 9 is the main part of the slave unit. FIG. 10 is a perspective view showing a main part of the light arrival direction detecting means for coarse adjustment, and FIG. 11 is a plan view showing a four-divided sensor of the light receiving means.
[0013]
In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a master unit provided on the ceiling portion 2, which transmits an optical signal 3 in all directions below it, and receives an optical signal coming from below as will be described later. The master unit 1 covers a predetermined area and is arranged in large numbers on the ceiling, not shown.
The subunit | mobile_unit 7 is arrange | positioned on the desk in a room, for example, detects the arrival direction of the optical signal 3, and transmits / receives an optical signal. A terminal 8 such as a personal computer is connected to the handset 7, and data can be transmitted to other terminals (not shown) via the handset 7 and the base unit 5. As a whole, an optical LAN is configured.
[0014]
First, the master unit 5 will be described.
The master unit 5 includes a plurality of light emitting units 10 in which a plurality of light emitting elements 9 such as 16 light emitting diodes (LEDs) in the illustrated example are arranged in an annular shape, and a plurality of light emitting units 10 in a certain area on the inside. It is mainly composed of a light receiving portion 12 formed by arranging and arranging four light receiving elements 11 such as phototransistors. The quantity of these light emitting elements 9 and light receiving elements 11 is not limited to this.
Each of the light emitting elements 9 emits an optical signal 3 modulated by data, and has directivity characteristics such that the optical signal 3 spreads and propagates in a certain range obliquely downward from the center. Yes. Immediately inside the light emitting element 9 is provided an umbrella-shaped reflecting plate 13 that is inclined downward so as to spread outward from the center, and reflects the optical signal 3 corresponding thereto in the downward direction. . The reflector 13 functions as a partition that prevents the optical signal 3 from the light emitting element 9 from entering the light receiving element 11.
[0015]
Further, the light receiving unit 12 is provided with a substantially hemispherical transmission / scattering film 14 so as to cover the light receiving element 11, and a transmission made of a very thin beam of laser light transmitted from the slave unit 7. When the light 47 is irradiated on the transmission / scattering film 14, as shown in FIG. 2, the light is scattered while being transmitted inward, so that the light is efficiently captured by the light receiving element 11.
[0016]
Next, the subunit | mobile_unit 7 is demonstrated.
As shown in FIG. 4, the slave unit 7 includes a coarse light arrival direction detection means 15 for determining a rough light arrival direction, a light receiving means 16 having a narrow directivity, a light emitting means 17 having a narrow directivity, A turning mechanism 18 (see FIG. 1) for turning each of the

means

15, 16, 17 in a horizontal plane and a vertical plane, and a control unit 19 made of, for example, a microcomputer for controlling the operation of the slave unit 7 are used. It is configured.
The coarse adjustment light arrival direction detection means 15 has a pair of coarse adjustment

light receiving elements

35A and 35B provided to be inclined 45 degrees upward in directions different from each other by 180 degrees, and each

element

35A and 35B is provided. As described later, light can be introduced through the slit. Then, by rotating the

light receiving elements

35A and 35B in a horizontal plane, a rough direction from which the optical signal arrives is detected. The light receiving means 16 includes a condensing lens 39 that condenses the optical signal 3 and a four-divided sensor 36 in which four fine-tuning light receiving elements A, B, C, and D are arranged in a square shape. The light emitting means 17 includes a semiconductor laser element 37 that emits modulated laser light, and a light transmission lens 38 that condenses the semiconductor laser element 37 into a laser beam having a diameter of about 1 mm.
[0017]
In addition, although the above means are described in a separated state for the sake of explanation here, they are actually gathered in one optical unit 20 (see FIG. 5) described later, and the light for coarse adjustment arrives. The central axis of the direction detecting means 15 and the optical axes of the light receiving means 16 and the light emitting means 17 are made to coincide. In the present invention, the control unit 19 first applies light to the light emitting element 9 having the largest light quantity of the parent device 5 using the coarse arrival light arrival direction detection means 15 and the fine adjustment quadrant sensor 36 of the light receiving means 16. The axes are aligned, and thereafter, the optical axis of the slave unit 7 is operated to be shifted downward by a predetermined shift θ (see FIG. 1). As a result, the optical axis can be accurately aligned with the approximate center of the light receiving unit 12 of the base unit 5.
[0018]
Next, the turning mechanism 18 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
The turning mechanism 18 has a turning base 21 on which the optical unit 20 is placed and fixed.

Support shafts

22, 22 are provided at both ends of the base 21, and

bearings

25, 25 are mounted on two

columns

24, 24 provided by raising the

support shafts

22, 22 from the horizontal rotary table 23. And is rotatably supported in the vertical plane. A ring-shaped vertical gear 26 forming a worm wheel is fixed to one of the

support shafts

22, 22. A vertical worm gear 27 is rotatably supported on the vertical gear 26 on the horizontal turntable 23 side. Is in mesh. The vertical worm gear 27 is connected to a rotary shaft of a vertical drive motor 28 made of, for example, a step motor, directly or indirectly through a reduction gear, so that the vertical worm gear 27 can be rotated. Yes. Accordingly, by rotating the worm gear 27, the swivel base 21 can be rotated or swung in the vertical direction in the vertical direction.
[0019]
On the other hand, the lower surface of the horizontal turntable 23 is fixedly attached to the upper end of the swivel support column 29, and the base of the swivel support column 29 is rotatably supported on the base 30 via a bearing 31. It can be rotated in a horizontal plane.
A circular gear 32 that forms a worm wheel is fixed in the middle of the swivel strut 29, and a worm gear 33 rotatably supported on the base 30 side is engaged with the gear 32. The worm gear 33 is connected to a rotating shaft of a horizontal drive motor 34 made of, for example, a step motor, either directly or indirectly via a speed reducer, so that the worm gear 33 can be rotated.
[0020]
With the above configuration, the turning base 21 turns in the vertical plane by driving the vertical drive motor 28, and the horizontal turntable 23 rotates in the horizontal plane by driving the horizontal drive motor 34, resulting in the result. Therefore, the turning base 21 turns in a horizontal plane.
Of course, the

motors

28 and 34 can detect the rotation amount and the rotation position by providing a counter or an encoder for counting the number of pulses.
[0021]
Next, the optical unit 20 in which the coarse light arrival direction detecting means 15, the light receiving means 16, and the light emitting means 17 are integrally coupled will be described with reference to FIGS.
The light receiving means 16 of the optical unit 20 has, for example, a resin double reflection type condensing lens 39 whose upper surface serving as the light receiving surface 40 is substantially horizontal and whose lower surface is curved into, for example, a circular arc shape (see FIG. 4). have. The bottom surface of the condensing lens 39 having a circular arc shape is formed as a concave first reflecting surface 41 by coating a reflecting film in a ring shape. The central portion of the upper surface of the condensing lens 39 is formed with a flat portion 42 having a planar cross section, and the flat second reflecting surface 43 is formed by coating the surface of the flat portion 42 with a reflective film. It is composed.
[0022]
Then, immediately below the central portion of the lower surface of the twice-reflection type condensing lens 39, there are four divisions made up of fine-tuning light receiving elements A, B, C, and D made of, for example, photodiodes that detect the condensed light. A sensor 36 (see FIG. 4) is arranged. Accordingly, the first and second reflecting surfaces 41 and 43 are disposed so as to face each other on the same axis, and the respective curvatures of the optical signal 3 incident from the light receiving surface 40 as shown in FIG. The first and second reflecting surfaces 41 and 43 are sequentially reflected so as to be condensed on the four-divided sensor 36. The diameter of the condensing lens 39 is set to about 2 to 3 cm. Therefore, this optical system has a relatively narrow directivity. The twice-reflection type condensing lens 39 is mounted and fixed on the turning base 21 with a support frame 44, screws or the like with the light receiving surface 40 as an upper surface.
[0023]
Further, four support arms 45 extend from the support frame 44 toward the upper side of the central axis (optical axis) of the condenser lens 39, and the element mounting base 46 is supported at the tip of each arm 45. Yes. Then, as the light emitting means 17 on the element mounting base 46, for example, a semiconductor laser element 37 and a light transmission lens 38 (for condensing the laser light emitted from the semiconductor laser element 37 to a light beam having a diameter of about 1 mm and emitting it as transmission light 47) 4). In this case, the element mounting base 46 is provided coaxially with the first and second reflecting surfaces 41 and 43 to minimize the loss of the incoming optical signal.
[0024]
Then, a pair of slit-shaped

notches

48, 48 having a predetermined thickness is formed along the diameter direction of the twice-reflection type condensing lens 39, and the rough-adjustment described in FIG. The pair of

light receiving elements

35A and 35B for coarse adjustment of the light arrival direction detecting means 15 are arranged so as to be back to back. The rough

light receiving elements

35A and 35B detect a rough light arrival direction.
[0025]
FIG. 10 is a diagram showing an arrangement state of the

light receiving elements

35A and 35B for coarse adjustment of the light arrival direction detecting means for coarse adjustment. The detection means 15 has two slits 50A and 50B formed with the vertical rotation center 49 as the center and facing toward the opposite sides, and these slits 50A and 50B have, for example, one of the upper ends cut off. The substantially square plastic plate-like member 51 is formed by separating the width by the width of the slit and joining the bottom surface and the inner center side. Two plate-like members 51 are used to form one slit, and therefore, here, the two slits 50A and 50B are formed so as to be opposed to each other, so that four pieces are used as a whole.
[0026]
Then, a pair of the light receiving elements 35A for coarse adjustment, which are oriented in opposite directions to each other by 180 degrees so that the inclination angle is approximately 45 degrees with respect to the horizontal direction, at the bottom or the back of the

slits

50A and 50B, 35B is provided. In this case, when viewing the corresponding slits 50A and 50B from the

elements

35A and 35B, the spread angle in the vertical direction, or the elevation angle here, is set so as to be approximately 90 degrees. The space of the region extending in the vertical direction with a width of 2 mm can be exposed through the slit. These

elements

35A and 35B are formed of a phototransistor, a photodiode, or the like. The member configured as described above is inserted into the

notches

48 and 48.
[0027]
On the other hand, as shown in FIG. 11, the four-divided sensor 36 includes fine-adjustment light receiving elements A, B, C, and D, and the difference between outputs of a pair of light receiving elements on one of the diagonal lines, for example, the light receiving elements B and D. Is taken by the comparator 52, and this output is used as a horizontal rotation signal S1 for rotating the horizontal drive motor 34. On the other hand, the difference between the outputs of the light receiving elements A and C is taken by the comparator 53, and this output is used as a vertical rotation signal S2 for rotating the vertical drive motor 28. Then, the outputs of the two light receiving elements A and C arranged in the direction orthogonal to the extending direction of the support shaft 22 (see FIGS. 5 and 6) are introduced into the selection unit 54, and in response to a command from the control unit 19. The output of any one of the elements is used as the reception signal S3. Here, the arrangement direction of the pair of elements B and D is the extending direction of the support shaft 22.
[0028]
Next, the operation of the slave unit configured as described above will be described.
First, as shown in FIGS. 2 and 3, a certain area is covered obliquely downward from a large number of light emitting elements 9 arranged in a ring shape of the light emitting part 10 of the base unit 5 provided on the ceiling part 2. The optical signal 3 is radiated with such directivity.
As shown in FIG. 1, among the large number of light emitting elements 9, the light emitting element that has the largest light amount for the slave unit 7, that is, the light receiving signal level that is maximum, is the element that is located closest to the slave unit 7.
When the communication channel securing operation of the slave unit 7 is started, first, the control unit 19 (see FIG. 4) first performs the fine adjustment light receiving elements A to 4 of the quadrant sensor 36 of the light arrival direction detection unit 15 for coarse adjustment and the light reception unit 16. Using D, the optical axis of the base unit 5 is directed in the direction in which the light reception signal level is maximized. In FIG. 1, the optical axis 60 is the optical axis at which the received light signal level is maximum, and the direction of the light emitting element 9 closest to the slave unit 7 among the many light emitting elements of the base unit 5 is this optical axis direction.
[0029]
Next, the control unit 19 shifts and shifts the optical axis of the slave unit 7 downward by a predetermined slight shift angle θ so that the optical axis of the slave unit 7 is received by the master unit 5 as viewed from the slave unit 7. It is located at the approximate center of the part 12. In FIG. 1, the optical axis 61 is an optical axis that coincides with the approximate center of the light receiving unit 12 as viewed from the slave unit 7. A communication path is established along the optical axis 61.
The reason why the optical axis of the slave unit 7 is shifted downward from the optical axis 61 by a predetermined shift angle θ in this way is that if the communication path is established with the optical axis of the slave unit 7 aligned with the optical axis 60, Since the transmission light from the slave unit 7 is a beam-shaped laser beam having a very narrow directivity of about 1 mm in diameter, the transmission light hits the light emitting element 9 without hitting the light receiving unit 12 and communication may not be possible. Because. In this case, since the diameter of the light receiving unit 12 is usually about 10 cm, the shift angle is about several degrees depending on the installation location of the slave unit 7.
[0030]
The above operation will be specifically described.
First, in order to detect a rough light arrival direction, the horizontal rotating base 23 of the turning mechanism 18 shown in FIGS. 5 and 6 is driven to rotate the optical unit 20 within a horizontal plane of 180 degrees. At this time, the outputs of the pair of

light receiving elements

35A and 35B for coarse adjustment of the light arrival direction detecting means 15 for coarse adjustment are monitored, and the horizontal turntable 23 is stopped in the direction in which the reception level is the highest. At this time, the elevation angle of the base unit 5 is still unknown.
Next, the turning base 21 is gradually turned in the vertical plane to tilt the turning base 21. At this time, the tilt of the turning base 21 is stopped when the outputs of the

light receiving elements

35A and 35B for coarse adjustment become the same. At this time, the light emitting element 9 having the maximum light reception signal level is positioned substantially on the extension of the vertical rotation center 49 shown in FIG.
[0031]
Thereby, a rough light arrival direction (including the elevation angle) is determined. Here, since the resolution of the light arrival direction detecting means 15 comprising the slits 50A and 50B and the

light receiving elements

35A and 35B (see FIG. 10) is not so high, next, the output of the quadrant sensor 36 of the light receiving means 16 with high resolution is used. Switch to control based on That is, as shown in FIG. 1 or FIG. 11, the optical signal 3 from the light emitting element 9 closest to the slave unit 7 is condensed by the condenser lens 39 of the light receiving means 16 to form the light spot 62 on the four-divided sensor 36. However, the turning mechanism 18 is finely adjusted so that the light spot 62 is positioned at the center of the four-divided sensor 36. As a result, the optical axis of the optical unit 20 (see FIG. 5) of the slave unit 7 is accurately directed to the light emitting element 9 having the maximum received light signal level. The optical axis of the optical unit 20 at this time coincides with the optical axis 60 in FIG.
[0032]
Next, the vertical drive motor 28 of the turning mechanism 18 is mainly driven to move the optical axis of the optical unit 20 downward by a predetermined shift angle θ so that the optical axis is seen from the slave unit 7. The communication path is established in this state. The optical axis of the optical unit 20 at this time coincides with the optical axis 61 in FIG.
FIG. 12 is a diagram schematically showing the movement of the optical axis of the slave unit 7 relative to the master unit at this time. Here, the radius R1 of the light receiving unit 12 of the master unit 5 is set to 85 mm. The opening angle when the light receiving unit 12 is viewed from the slave unit 7 is represented as α1, and the angle difference between the optical axis 61 and the optical axis 60, which is the center, is the shifted angle θ.
FIG. 13 shows the movement of the light spot 62 on the quadrant sensor 36 when the optical axis of the optical unit 20 is shifted from the optical axis 60 to the optical axis 61. The light spot 62 shown by a solid line is shown in FIG. To the light spot 62 indicated by a broken line. In the illustrated example, the light spot 62 moves from the center of the four-divided sensor 36 toward the light receiving element B. At this time, of course, the optical axis is finely adjusted so that the output difference between the light receiving elements B and C becomes zero.
[0033]
Changes in the outputs of the light receiving elements A and C at this time are shown in FIG. 14. When the optical axis is shifted, the output of the light receiving element A gradually decreases, whereas the output of the light receiving element C gradually increases. To rise. When the shift of the shift angle θ is completed, the driving of the turning mechanism 18 is stopped and the communication path is established. Thereafter, the optical axis is always controlled so as to maintain this state.
As described above, when the communication path is established, the received signal of the optical signal 3 from the base unit 5 is not the sum of the received signals of the light receiving elements A to D of the four-divided sensor 3, but the optical signal 3 Only the output of the light receiving element in the direction in which the spot 62 has moved, in FIG. 13, only the output of the light receiving element C is used as a reception signal. Thereby, S / N of a received signal can be improved. Note that the output of the reception signal is switched by the selection unit 54 in response to a command from the control unit 19 as shown in FIG.
[0034]
This is because the received signals of the light receiving elements A to D are accompanied by uncorrelated noise, and when these are simply added, the sum signal becomes a curve 63 in FIG. 14 and the noise component increases. S / N decreases. On the other hand, if only the output signal of the light receiving element in the direction in which the light spot 62 moves is used as the reception signal, the noise component theoretically becomes ½, and the gain of the output signal can be improved by about 6 dB. it can.
As described above, according to the present invention, it is possible to quickly and accurately align the optical axis of the light emitting unit of the slave unit whose direction of orientation is extremely narrow.
[0035]
The above series of operations will be described generally with reference to the flowchart shown in FIG.
First, when the communication path establishment operation is started, the optical unit 20 (see FIG. 5) is turned horizontally, and at that time, a pair of coarse tuning

light receiving elements

35A and 35B (see FIG. 5) of the coarse tuning light arrival direction detection means 15. 4) is monitored (S1), and the optical unit 20 is oriented in the direction in which the light quantity is maximized (S2).
Next, the optical unit 20 is turned in the vertical plane, and the turning is stopped at the position where the outputs of the

light receiving elements

35A and 35B for coarse adjustment are the same. Thereby, the optical axis of the optical unit 20 is substantially directed to the light emitting element closest to the handset 7 among the many light emitting elements 9 of the base unit 7, and a rough light arrival direction can be determined. (S3).
[0036]
Next, a signal serving as a reference for control is switched from the output signal of the

light receiving elements

35A and 35B for coarse adjustment to the output signal of the four-divided sensor 36, and based on the outputs of the respective light-receiving elements A to D of the four-divided sensor 36. Then, the turning mechanism 18 is finely adjusted so that the light spot 62 (see FIG. 13) is positioned at the center of the four-divided sensor 36, and the optical axis is aligned with high accuracy (S4). Next, the optical axis of the optical unit 20 is shifted downward by a predetermined shift angle θ, and this optical axis is positioned substantially at the center of the light receiving unit 12 of the parent device 5 as viewed from the child device 7 (S5).
[0037]
Then, when this shifting is completed, a communication path is established (S6). If the communication path is established, the output signal of only the light receiving element located in the direction in which the light spot 62 has moved is used as the reception signal, and the S / N is improved (S7).
In the above embodiment, when the optical axis of the optical unit 20 is shifted downward by a predetermined shift angle θ, it is controlled by the number of pulses of the step motor, but the shift angle θ may be less than 1 degree. It is also conceivable that the accuracy is incorrect due to play or backlash of the motor or the like, and the optical axis does not hit the light receiving unit 10 of the base unit 5. Therefore, in order to prevent this, the output difference between the two light receiving elements arranged in the moving direction of the light spot 62, in this case, the two light receiving elements A and C, as shown in FIGS. The optical axis may be shifted so that That is, the difference between the light receiving elements A and C is obtained by the comparator 53 in FIG. 11, and the light spot 62 is shifted until the absolute value becomes the predetermined value 64 in FIG. According to this, control can be performed in a closed loop, and the optical axis of the optical unit 20 can be matched with the light receiving unit 12 of the parent device with higher accuracy.
[0038]
The control flow at this time will be described generally with reference to FIG.
Nodes (1) and (2) in FIG. 16 correspond to nodes (1) and (2) in FIG.
First, when the high-precision optical axis alignment is completed in S4 shown in FIG. 15, the optical axis of the optical unit 20 is gradually shifted downward (S21), and at the same time, the light receiving element A in the moving direction of the light spot 62 is detected. , C output difference (S22). Then, the shift of the optical axis is continued until the output difference reaches a predetermined value 64 (see FIG. 14) (NO in S23). If the output difference reaches the predetermined value (YES in S23), the optical axis The shifting is stopped (S24). Subsequent control moves to S6 of FIG.
According to this, the optical axis of the optical unit 20 can be reliably directed to the light receiving unit 12 of the parent device 5.
[0039]
Further, as a control method at the time of shifting the optical axis, a map of the shift angle θ may be determined in advance, and an appropriate shift angle θ may be selected from this map.
That is, as shown in FIG. 17, the optimum shift angle changes according to the position of the slave unit with respect to the master unit 5.
In the figure, positions (1) to (9) indicate the position of the slave unit, positions (1) to (3) are an elevation angle of 90 degrees with respect to the master unit 5, and positions (4) to (6) are an elevation angle of 31 degrees. The positions (7) to (9) indicate the case where the elevation angle is 15 degrees. Further, the positions (1), (4), and (7) are at the same horizontal level, for example, 1 m away from the ceiling part 2, and the positions (2), (5), and (8) are the same horizontal level, for example, the ceiling part 2 The positions {circle around (3)}, {circle around (6)}, {circle around (9)} are the same horizontal level, for example, a distance of 2 meters from the ceiling 2. Then, an optimum shift angle θ as shown in FIG. 12 is obtained for each of the positions (1) to (9), and a map of the shift angle θ is created.
An example of such a shift angle map is shown in Table 1.
[0040]
[Table 1]

[0041]
Note that the opening angle α1 of the light receiving section in Table 1 is described for reference, and is not necessary during actual operation.
As is clear from Table 1, the optimum shift angle θ gradually decreases as the elevation angle of the slave unit 7 with respect to the master unit 5 is the same, but the farther from the master unit 5, the positions (7), (8), In (9), the shift angle θ is 1 degree or less.
Now, when selecting the shift angle θ, the position can be specified if the elevation angle and distance with respect to the parent device 5 are known. The elevation angle with respect to the master unit 5 can specify the amount of rotation of the vertical drive motor 28 by, for example, an encoder, and the distance to the master unit 5 decreases the received light amount in inverse proportion to the square of the distance. It can be obtained by recognizing 36 light reception levels.
[0042]
FIG. 18 shows a configuration diagram of the embodiment at this time. In addition to the configuration shown in FIG. 4, a shift angle storage unit 66 such as a ROM for storing a map of the shift angle θ shown in Table 1 and a quadrant sensor are shown. A distance determination unit 67 for obtaining a distance to the base unit 5 based on the output of 36 is provided.
Accordingly, the optimum shift angle θ can be obtained from the shift angle storage unit 66 based on the output of the distance determination unit 67 and the elevation angle obtained from the encoder of the vertical drive motor 28 or the like. For example, if it is recognized as a result of the above determination that the handset 7 is present at the position (9), the shift angle θ is 0.4 degrees, and the optical axis of the optical unit 20 is shifted downward by this angle. Become.
[0043]
The number of positions mapped in Table 1 is merely an example here, and can be increased or decreased in accordance with the height of the ceiling or the directivity angle of the base unit 5. Further, as the shift angle θ becomes smaller, the mapping density may be increased, that is, the step of the elevation angle may be reduced to perform more accurate control. Furthermore, when there is a slave unit between the positions in Table 1, the value before and after may be divided, for example, to obtain the shift angle θ.
[0044]
The above operation will be generally described with reference to the flowchart shown in FIG. In the figure, nodes (1) and (2) correspond to nodes (1) and (2) in FIG.
First, in S4 shown in FIG. 15, if high-precision optical axis alignment is completed, the distance determining unit 67 refers to the light reception level of the four-divided sensor and obtains the distance to the base unit 5 (S31). Next, the elevation angle with respect to the parent device 5 is obtained from the encoder of the vertical drive motor 28 (S32). Next, the optimum shift angle θ is obtained from the shift angle storage unit 66 based on the obtained distance and elevation angle (S33). Then, the optical axis of the optical unit 20 is shifted downward by this calculated shift angle (S34). Subsequent control moves to S6 of FIG.
Accordingly, the optimum shift angle θ according to the position of the slave unit 7 with respect to the master unit 5 can be determined, and the optical axis of the optical unit 20 of the slave unit can be set to the light receiving unit 12 of the master unit more accurately. Can be matched.
Here, the configuration of the optical LAN has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various optical wireless communication systems.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the slave unit of the optical wireless communication system of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
According to the invention defined in claim 1, since the optical axis is shifted, for example, downward by a predetermined shift angle after the optical axis is aligned with the light emitting element of the master unit, the directivity is extremely narrow. The optical axis of the light emitting means of the machine can be accurately directed to the light receiving part of the parent machine.
In addition, when shifting the optical axis by a predetermined shift angle, the output difference of the light receiving elements arranged in the moving direction of the light spot of the four-divided sensor used as the light receiving means is shifted until a predetermined value is reached. The optical axis of the light emitting means of the slave unit can be directed more accurately to the light receiving part of the master unit.
[0046]
Furthermore, by storing in advance a map of the optimum shift angle corresponding to the position of the slave unit with respect to the master unit, and obtaining the optimum shift angle from this map and performing control, the optical axis of the light emitting means of the slave unit is controlled. Can be more accurately directed to the light receiving part of the master unit.
Moreover, S / N can be improved by using the output signal of the light receiving element located in the direction in which the light spot moves as a reception signal.
Furthermore, since the data optical signal from the master unit can be used as a pilot signal, it is possible to avoid using a light emitting element for the pilot signal in the master unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an optical wireless communication system.
FIG. 2 is a schematic plan view showing the master unit.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the master unit.
FIG. 4 is a block diagram showing a slave unit of the present invention.
FIG. 5 is a front view showing a turning mechanism.
FIG. 6 is a side view showing a turning mechanism.
FIG. 7 is a perspective view showing a main part of the slave unit.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the slave unit.
FIG. 9 is a top view of the main part of the master unit.
FIG. 10 is a perspective view showing a main part of light arrival direction detecting means for coarse adjustment.
FIG. 11 is a plan view showing a quadrant sensor of the light receiving means.
FIG. 12 is a diagram schematically showing movement of the optical axis of the slave unit.
FIG. 13 is a diagram showing a state of movement of a light spot on a quadrant sensor.
FIG. 14 is a diagram illustrating an output state of some light receiving elements of the four-divided sensor.
FIG. 15 is a flowchart showing an example of the operation of the present invention.
FIG. 16 is a flowchart showing another example of the operation of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing an aspect of the position of the slave unit with respect to the master unit.
FIG. 18 is a block diagram showing another configuration of the present invention.
FIG. 19 is a flowchart showing still another example of the operation of the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating a relationship between a master unit and a conventional light arrival direction detection device.
FIG. 21 is a diagram illustrating a scanning method of the detection device illustrated in FIG. 20;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Optical signal, 5 ... Master unit, 7 ... Slave unit, 9 ... Light emitting element of parent unit, 10 ... Light emitting unit, 11 ... Light receiving element, 12 ... Light receiving unit, 15 ... Light arrival direction detection means for coarse adjustment, 16 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Light-receiving means, 17 ... Light-emitting means, 18 ... Turning mechanism, 19 ... Control part, 20 ... Optical unit, 35 ... Light-receiving element for coarse adjustment of a subunit | mobile_unit, 36 ... 4-part sensor, 47 ... Transmission light, 62 ... Light spot , 66... Shift angle storage unit, 67... Distance determination unit, A, B, C, D.

Claims

Optical wireless using a master unit comprising a light emitting unit in which a plurality of light emitting elements are arranged in a ring shape and a light receiving unit provided inside the light emitting unit, and a slave unit that transmits and receives optical signals to and from the master unit In the communication system, the slave unit includes a light arrival direction detection unit that detects a rough light arrival direction of an optical signal, and a light receiving direction having a narrow directional characteristic in which the center axis of each light arrival direction detection unit coincides with each optical axis. And a light emitting means; a turning mechanism for turning the light arrival direction detecting means, the light receiving means and the light emitting means in a horizontal plane and a vertical plane; and an optical signal roughly based on an output of the light arrival direction detecting means After determining the light arrival direction, the optical axis is aligned with the light emitting element of the light emitting unit that emits the largest amount of light based on the output of the light receiving means, and then the optical axis is shifted by a predetermined shift angle to the light receiving unit. By adjusting the Parts and handset optical wireless communication system characterized by comprising a control unit for establishing a communication path between said light emitting means.

2. A slave unit of an optical wireless communication system according to claim 1, wherein the light receiving means comprises a four-divided sensor in which four light receiving elements are arranged in a square shape.

The optical wireless communication system according to claim 2, wherein the predetermined shift angle is an angle such that an output difference between the pair of light receiving elements becomes a predetermined value when the optical axis of the slave unit is shifted. Child machine.

A distance determination unit that obtains a distance to the master unit based on an output of the light receiving unit; and a shift angle storage unit that stores in advance a map of a shift angle corresponding to the elevation angle with respect to the master unit and the distance to the master unit. 4. The slave unit of the optical wireless communication system according to claim 2, wherein a shift angle is obtained from the shift angle storage unit based on an output of the distance determination unit and the elevation angle.

5. After the communication path is established, the output of only the light receiving element positioned in the direction in which the light spot moves when the optical axis is shifted is used as a received signal of the optical signal. The subunit | mobile_unit of the optical wireless communication system in any one of.