JP3817451B2 - 空間光通信装置および空間光通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空中を伝搬する光ビームにより、一地点に設置した空間光通信装置と複数の地点に設置された相手側装置との間で無線通信を行う空間光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を用いて無線通信を行う上記のような空間光通信システムとしては、図５に示すようなシステムが提案されている。この図のシステムでは、一地点に設置されたセンター基地５０と周辺の複数地点に設置された相手側装置５１ａ〜５１ｃとの間で光ビームによる通信を行う。
【０００３】
図５において、センター基地５０の光源５２から放射された光信号は、光学系５３によって僅かに拡がりのあるほぼ平行光としての光ビーム５４の形に変換される。また、センター基地５０においては、相手側装置５１ａ〜５１ｃのうち通信相手となる相手側装置との間で光ビームの送信ができる角度に可動ミラー５５の回動位置を設定し、通信相手となる相手側装置に可動ミラー５５での反射を介して光ビームを送信する。
【０００４】
そして、このシステムでは、可動ミラー５５の角度を予め設定された順序と角度とにしたがって変化させ、相手側装置５１ａへの送信が終了すると次に相手側装置５１ｂへの送信を行うための角度にミラー５５を駆動し、相手側装置Ｂへの送信が終了すると次に相手側装置５１ｃへの送信を行うための角度にミラー５５を駆動し、というように順次複数ある相手側装置を走査して通信を行う。
【０００５】
この走査は高速で行われ、各相手側装置のユーザは特に信号を受信する際に待ち時間を意識することはない。
【０００６】
また、光信号は電波のように周波数帯域の制限がないために、高速のデータを伝送することができるので、順次走査による間欠的な伝送でも十分な容量の通信を行うことができる。
【０００７】
また、特開２０００−２２４１１２号公報では、ミラーで各相手側装置を走査し、かつ光源と光検出器を備えて各相手側装置と双方向通信を行うセンター側装置が提案されている。
【０００８】
さらに、特開２０００−２２４１１２号公報では、取付架台や建物自体の風や振動による揺れあるいは温度変化による変形のために、装置自体の姿勢や角度が変化し、光ビームが相手側装置から外れるのを防ぐため、加速度計や温度センサを備えて光ビームの方向を修正したり、５個の光ダイオードを配列してそれぞれの光ダイオードの出力から光ビームの方向を修正する機能も提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような空間光通信の信頼性を上げるためには、取付架台や建物が傾いても常に相手側装置のある方向を検出して光ビームが相手側装置の方向に射出されるようにミラー角度をフィードバック制御する自動追尾機能を備えることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、上記従来のシステムのうち加速度計や温度センサを備えて光ビームの方向を修正する方式では、自動追尾で直接ビームの射出方向を修正するわけではない。このため、加速度計や温度センサの出力と光ビームの方向の修正量との関係が設置場所や取付架台若しくは建物の構造などの設置条件により異なるので、確実な修正が困難である。
【００１１】
また、上記従来のシステムのうち５個の光ダイオードを配列してそれぞれの光ダイオードの出力から光ビームの方向を修正する方式では、特定の相手側装置にビームが向くようミラーを駆動した後に５個の光ダイオードの出力を読み取り、演算を行った後、再度ミラーを駆動して修正するため、その動作に長時間がかかり、多数の相手側装置を走査する場合に各相手側装置のユーザに待ち時間を意識させないような高速な走査が困難になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願第１の発明では、光ビームを反射するミラーの角度を相手側装置毎に変えて、複数の相手側装置との間で光ビームによる無線通信を選択的に行う空間光通信装置において、各相手側装置との間で通信を行うためのミラーの各相手側装置に対応した設定角度情報を記憶する記憶手段と、ミラーを、上記記憶手段に記憶された設定角度情報に対応する角度に駆動するミラー駆動手段と、複数の相手側装置のうちの各相手側装置との通信時毎に、当該通信中の相手側装置から受けた光ビームの入射状態として、受光面上の基準位置に対する該光ビームの入射位置を検出する光検出手段と、通信時毎に記憶手段に記憶された通信中の相手側装置に対するミラーの設定角度情報を補正するための角度補正情報であって、前記基準位置及び前記入射位置の差に応じた角度補正情報を求め、各相手側装置との次回の通信時に、各相手側装置に対応して求められた角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に、前記ミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる制御手段とを設けている。
【００１３】
このように、相手側装置との（今回の）通信中に相手側装置からの光ビームの入射状態に基づいてミラーの角度補正情報を求めておき、同じ相手側装置との次回の通信時に、角度補正情報によって補正された設定角度にミラーを駆動することにより、今回の通信に際してミラーの角度を補正する駆動に要する時間を排除でき、各相手側装置のユーザに待ち時間を認識させないようにすることが可能であるとともに、次回の通信に際してはミラーの角度が空間光通信装置と相手側装置との相対位置関係に応じて補正された状態での光通信を行うことが可能となる。
【００１４】
なお、角度補正情報が所定範囲を超えた値であるときは、今回の特定の相手側装置との通信中に、ミラー駆動手段に上記角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラーを駆動させるようにしてもよい。
【００１５】
このように、空間光通信装置の姿勢変化が大きくてミラーの角度を補正すべき量が所定範囲を超えるように大きいときに、今回の通信中に直ちにミラー角度を補正することにより、適正な通信状態を維持することが可能となる。
【００１６】
また、本願第２の発明では、光ビームを反射するミラーの角度を相手側装置毎に変えて、複数の相手側装置との間で光ビームによる無線通信を選択的に行う空間光通信装置において、各相手側装置との間で通信を行うためのミラーの各相手側装置に対応した設定角度情報を記憶する記憶手段と、ミラーを、上記記憶手段に記憶された設定角度情報に対応する角度に駆動するミラー駆動手段と、複数の相手側装置のうちの各相手側装置との通信時毎に、当該通信中の相手側装置から受けた光ビームの入射状態として、受光面上の基準位置に対する該光ビームの入射位置を検出する光検出手段と、通信時毎に記憶手段に記憶された通信中の相手側装置に対するミラーの設定角度情報を補正するための角度補正情報であって、前記基準位置及び前記入射位置の差に応じた角度補正情報を求め、この角度補正情報により補正した設定角度情報に対応する角度に、前記ミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる制御手段とを設け、さらに、この制御手段に、角度補正情報を求めた特定の相手側装置との今回の通信中に、この求めた角度補正情報が所定の値の範囲を超えた場合に、この角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる第１の制御モードと、今回の通信中に求めた角度補正情報が前記所定の値の範囲内である場合に、上記特定の相手側装置との次回の通信時に、今回の通信中に求めた角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる第２の制御モードとを設け、前記角度補正情報に応じて前記第１および第２の制御モードを切換可能としている。
【００１７】
これにより、第１の制御モードを用いて常時最適なミラー角度での相手側装置との通信を優先するか、第２の制御モードを用いて各相手側装置のユーザに待ち時間を意識させない高速での走査を優先するかを選択することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である空間光通信システムの構成を示している。この図において、１０はセンター側装置（空間光通信装置）であり、複数の相手側装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃに向けて順次、光ビーム１２を走査して、各相手側装置との間で双方向の無線通信を行うことができるようになっている。
【００１９】
本実施形態では、相手側装置１１ａとの通信が終わると相手側装置１１ｂとの通信に移行し、相手側装置１１ｂとの通信が終わると相手側装置１１ｃとの通信に移行する、というように、相手側装置１１ａ→相手側装置１１ｂ→相手側装置１１ｃ→相手側装置１１ａ→…のように循環的に走査される。
【００２０】
但し、本発明においてこの走査順序はどのようなものであってもよく、相手側装置１１ａ→相手側装置１１ｂ→相手側装置１１ｃ→相手側装置１１ｂ→相手側装置１１ａというように往復的な走査や、不図示の通信回線によって通信希望を受けた相手側装置に順次走査されるようにしてもよい。
【００２１】
また、図１において、センター側装置１０から送信される光信号は、半導体レーザ等の発光素子２１から放射される。半導体レーザの光は偏光しており、本実施形態では、半導体レーザの偏光方向を図の紙面に平行な方向に設定されているものとする。
【００２２】
この方向の偏光は、偏光ビームスプリッタ２２で送受光レンズ２３の方向に反射され、送受光レンズ２３で僅かに拡がりを持つほぼ平行光としての光ビーム１２となって可動ミラー２４に入射する。
【００２３】
可動ミラー２４に入射した光ビーム１２は、可動ミラー２４の角度に応じて特定の相手側装置１１ａ〜１１ｃの方向に射出される。
【００２４】
一方、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから射出される光ビームは、センター側装置１０から射出される光ビーム１２と同じ光軸上で逆の順路をたどり、可動ミラー２４で反射された後、送受光レンズ２３を通って偏光ビームスプリッタ２２に入射する。
【００２５】
ここで、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから射出される光ビームは、その偏光方向が図の紙面に垂直な方向に設定されている。このため、偏光ビームスプリッタ２２をそのまま透過して、ビームスプリッタ２５に入射する。そして、ビームスプリッタ２５に入射した受信光ビームの大部分はビームスプリッタ２５を透過して、光信号検出用の受光素子２６に入射し、ここで通信用の信号に光電変換される。
【００２６】
また、ビームスプリッタ２５に入射した受信光ビームのうち一部の光はビームスプリッタ２５で反射して光位置検出器（光検出手段）２７に入射する。
【００２７】
この光位置検出器２７は、例えば図４に示すように４分割されたフォトダイオード２７ａ〜２７ｄにより構成される。図４には、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの中心位置（所定の基準位置）から若干ずれた位置に光ビームのスポット４２が当たっている様子を示している。そして、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの出力を比較することにより、光スポット４２の位置（光ビームの入射状態）を知ることができる。
【００２８】
光位置検出器２７からの信号は制御回路２８に入力され、制御回路２８では、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの出力を比較して、光スポット４２の上記基準位置に対する位置を演算し、さらに両位置間のずれ方向およびずれ量等に基づいて、この制御回路２８内のメモリ２８ａに記憶されている可動ミラー２４の角度を制御するための設定角度情報に対する補正情報（角度補正情報）を演算する。ここで、補正情報は、光スポット４２の位置が光位置検出器２７の中心に位置し、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの出力が全て等しくなるような方向にミラー２４を駆動するための情報である。
【００２９】
そして、制御回路２８は、演算した補正情報によってメモリ２８ａに記憶されている設定角度情報を補正し、新たな設定角度情報として更新記憶する。
【００３０】
ミラー駆動回路２９は、制御回路２８から出力される、メモリ２８ａに記憶された設定角度情報に基づく駆動信号に応じて、ミラー２４の角度を変えるようミラー２４を駆動する。
【００３１】
なお、光位置検出器２７，発光素子２１および光信号検出用の受光素子２６は全て光学軸が一致するように位置調整がなされており、光位置検出器２７の中心に光スポット４２が当たっている状態では、光信号検出用の受光素子２６にもその中心に光が入射しており、かつ発光素子２１からの光の中心も相手側装置の方向を正確に向いた状態となる。
【００３２】
図２には、上記センター側装置（主として制御回路２８）での制御フローチャートを示している。
【００３３】
なお、光位置検出器２７からの信号は、光スポット４２の中心からのずれ方向およびずれ量を示す信号であり、以下においては誤差信号と称する。また、各相手側装置１１ａ〜１１ｃは使用形態として通信のユーザに相当するので、以下簡単に第１から第３のユーザと表す。
【００３４】
まず、設置時等におけるミラー２４の角度の初期設定は、各ユーザに対して手動でミラー角度を調整して行う（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）。手動でミラー角度を調整して各ユーザからの光信号がある程度のレベルで受信できれば、後述する自動追尾機能の作用によって以後は正確にユーザの方向に光ビームを向けることができる。そして、手動でミラー角度を調整することによって各ユーザから光信号がある程度のレベルで受信できたときのミラー角度に対応する設定角度情報を、制御回路２８内のメモリ２８ａにユーザ毎に書き込んでおく。
【００３５】
こうして初期設定が終了した後、通常の運用状態のフローに移る。制御回路２８は、まず第１のユーザに対してメモリ２８ａに記憶された角度設定情報に対応する角度にミラー２４が設定されるよう、ミラー駆動回路に駆動信号を出力してミラー２４を当該角度に駆動させ、光ビーム１２を第１のユーザの方向に向けて通信を開始する（Ｓ１０６〜Ｓ１０８）。
【００３６】
これと同時に、制御回路２８は第１のユーザから送られた光ビームのスポット位置を光位置検出器２７に検出させ（Ｓ１０９）、この光位置検出器２７からの誤差信号に基づいて補正情報を演算し、メモリ２８ａに記憶されていた設定角度情報を補正して、新たな設定角度情報として書き換える（Ｓ１１０）。
【００３７】
そして、第１のユーザとの通信が終了すると（Ｓ１１１）、次の第２のユーザに対応する角度にミラー２４を駆動し、第２のユーザとの通信に移る（Ｓ１１２，Ｓ１１３〜Ｓ１１１）。さらに、第３、第４・・・のユーザとの通信を行い、全てのユーザとの通信が一回りして終わると（Ｓ１１２）、第１のユーザに走査を戻し（Ｓ１０６）、以上の通常運用のフローを繰り返す。
【００３８】
第１のユーザに次の走査が回ってきたときには、制御回路２８は、前回の走査時に補正された設定角度情報に基づいてミラー２４を駆動する（Ｓ１０７）。このため、前回の走査時に比べて光ビーム１２がより正確に第１のユーザに向き、また第１のユーザからの光ビームもより光信号検出用の受光素子２６の中心に近い位置に入射することになる。他のユーザについても同様である。
【００３９】
そしてこれを繰り返すことにより、センター側装置１０の取付架台や取付架台が設置されている建物自体の風や振動による揺れあるいは温度変化による変形に伴いセンター側装置１０の姿勢・角度が変化しても、光ビーム１２は常に正確に各ユーザの方向を向き続けることになり、時分割的であるが実質的には各ユーザの自動追尾を行っている状態が得られる。
【００４０】
なお、本実施形態では、複数の相手側装置に対してそれぞれとの通信中に個別の自動追尾を行いながら通信するのではなく、通信中には誤差信号に基づいた設定角度情報の補正のみを行って、次回の走査時に前回補正された設定角度情報に従って走査を行うという方式である。したがって、高速度での走査が可能となり、ユーザ数が多くなっても待ち時間を少なくすることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３には、本発明の第２実施形態である空間光通信システムのセンター側装置１０での制御フローチャートを示している。
【００４２】
設置時等におけるミラー角度の初期設定については第１実施形態と同様である。但し、第１実施形態では、通常の運用状態においてセンター側装置１０の外力等による姿勢変動が生じた場合でも、各ユーザに対する次回の走査時まで実際のミラー２４の角度補正が行われないことから、センター側装置１０の姿勢変動が大きい場合に通信状態が最適な状態から外れるおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、誤差信号が大きくて所定の値の範囲を超えた場合は、現在通信中のユーザに対するミラー２４の角度補正駆動（すなわち自動追尾動作）を直ちに行う（第１の制御モード）。そして、通信終了後に次のユーザへの走査に移行する。
【００４４】
図３において、通常運用フローにおける「誤差信号から設定角度情報を補正してメモリを書換える」ステップ（Ｓ１１０）までは第１実施形態と同じである。但し、次に、誤差信号が所定の値の範囲内にあるかどうかを判定し（Ｓ１２１）、誤差信号が所定の値の範囲外であれば、Ｓ１０７に進んで、ミラー２４の角度補正駆動を直ちに行う上記第１の制御モードに入る。
【００４５】
一方、誤差信号が所定の値の範囲内であるときは、第１実施形態にて説明した通り、まず設定角度情報の補正のみを行っておき、次回の走査時にミラー２４を補正された設定角度情報に対応する角度に駆動する（第２の制御モード）。
【００４６】
本実施形態において、第１の制御モードに入ると、各ユーザに対するミラー２４の角度補正駆動が行われる分、全体の走査に要する時間が増加するが、センター側装置１０の姿勢変動が大きくて誤差信号が所定の値の範囲外となることはそれほど頻繁に発生することはないと考えられるため、通常は走査速度の高速性を維持しつつ、大きな姿勢変動が生じた場合でも確実に通信を継続することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、誤差信号が所定の値の範囲外か否かで第１の制御モードと第２の制御モードとが制御回路２８によって自動的に選択される場合について説明したが、使用者の操作によって第１の制御モードと第２の制御モードとを適宜選択できるようにしてもよい。
【００４８】
これにより、第１の制御モードを用いて常時最適なミラー角度での各ユーザとの通信を優先するか、第２の制御モードを用いて各ユーザに待ち時間を意識させない高速での走査を優先するかを任意に選択することができ、空間光通信システムの運用自由度を広げることができる。
【００４９】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから送信されてくる光ビームの光位置検出器２７上での受光位置に基づいてミラー２４の設定角度情報の補正を行う場合について説明したが、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから受ける光ビームとして、センター側装置１０から送信された光ビーム１２の、各相手側装置に設けられた反射部材での反射光の光位置検出器２７上での受光位置に基づいてミラー２４の設定角度情報の補正を行うようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１の発明によれば、相手側装置との（今回の）通信中に相手側装置からの光ビームの入射状態に基づいてミラーの角度補正情報を求めておき、同じ相手側装置との次回の通信時に、角度補正情報によって補正された設定角度にミラーを駆動するようにしているので、今回の通信に際してミラーの角度を補正する駆動に要する時間を排除でき、各相手側装置のユーザに待ち時間を認識させないようにすることができるとともに、次回の通信に際してはミラーの角度が空間光通信装置と相手側装置との相対位置関係に応じて補正された状態での光通信を行うことができる。
【００５１】
なお、角度補正情報が所定範囲を超えた値であるときに、今回の特定の相手側装置との通信中に、ミラー駆動手段に上記角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラーを駆動させるようにすれば、空間光通信装置の姿勢変化が大きくて通信を維持できなくなるおそれのあるときでも、今回の通信中に直ちにミラー角度を補正することができ、適正な通信状態を維持することができる。
【００５２】
また、本願第２の発明によれば、第１の制御モードを用いて常時最適なミラー角度での相手側装置との通信を優先するか、第２の制御モードを用いて各相手側装置のユーザに待ち時間を意識させない高速での走査を優先するかを選択することができ、空間光通信システムの運用自由度を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である空間光通信システムの構成図。
【図２】上記空間光通信システムを構成するセンター側装置の制御フローチャート。
【図３】本発明の第２実施形態である空間光通信システムを構成するセンター側装置の制御フローチャート。
【図４】上記センター側装置にて用いられる光位置検出器の構成図。
【図５】従来の空間光通信システムの構成図。
【符号の説明】
１０ センター側装置
１１ａ〜１１ｃ 相手側装置
１２ 光ビーム
２１ 発光素子
２４ 可動ミラー
２６ 光信号検出用の受光素子
２７ 光位置検出器
２８ 制御回路
２８ａ メモリ
２９ ミラー駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、空中を伝搬する光ビームにより、一地点に設置した空間光通信装置と複数の地点に設置された相手側装置との間で無線通信を行う空間光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を用いて無線通信を行う上記のような空間光通信システムとしては、図５に示すようなシステムが提案されている。この図のシステムでは、一地点に設置されたセンター基地５０と周辺の複数地点に設置された相手側装置５１ａ〜５１ｃとの間で光ビームによる通信を行う。
【０００３】
図５において、センター基地５０の光源５２から放射された光信号は、光学系５３によって僅かに拡がりのあるほぼ平行光としての光ビーム５４の形に変換される。また、センター基地５０においては、相手側装置５１ａ〜５１ｃのうち通信相手となる相手側装置との間で光ビームの送信ができる角度に可動ミラー５５の回動位置を設定し、通信相手となる相手側装置に可動ミラー５５での反射を介して光ビームを送信する。
【０００４】
そして、このシステムでは、可動ミラー５５の角度を予め設定された順序と角度とにしたがって変化させ、相手側装置５１ａへの送信が終了すると次に相手側装置５１ｂへの送信を行うための角度にミラー５５を駆動し、相手側装置Ｂへの送信が終了すると次に相手側装置５１ｃへの送信を行うための角度にミラー５５を駆動し、というように順次複数ある相手側装置を走査して通信を行う。
【０００５】
この走査は高速で行われ、各相手側装置のユーザは特に信号を受信する際に待ち時間を意識することはない。
【０００６】
また、光信号は電波のように周波数帯域の制限がないために、高速のデータを伝送することができるので、順次走査による間欠的な伝送でも十分な容量の通信を行うことができる。
【０００７】
また、特開２０００−２２４１１２号公報では、ミラーで各相手側装置を走査し、かつ光源と光検出器を備えて各相手側装置と双方向通信を行うセンター側装置が提案されている。
【０００８】
さらに、特開２０００−２２４１１２号公報では、取付架台や建物自体の風や振動による揺れあるいは温度変化による変形のために、装置自体の姿勢や角度が変化し、光ビームが相手側装置から外れるのを防ぐため、加速度計や温度センサを備えて光ビームの方向を修正したり、５個の光ダイオードを配列してそれぞれの光ダイオードの出力から光ビームの方向を修正する機能も提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような空間光通信の信頼性を上げるためには、取付架台や建物が傾いても常に相手側装置のある方向を検出して光ビームが相手側装置の方向に射出されるようにミラー角度をフィードバック制御する自動追尾機能を備えることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、上記従来のシステムのうち加速度計や温度センサを備えて光ビームの方向を修正する方式では、自動追尾で直接ビームの射出方向を修正するわけではない。このため、加速度計や温度センサの出力と光ビームの方向の修正量との関係が設置場所や取付架台若しくは建物の構造などの設置条件により異なるので、確実な修正が困難である。
【００１１】
また、上記従来のシステムのうち５個の光ダイオードを配列してそれぞれの光ダイオードの出力から光ビームの方向を修正する方式では、特定の相手側装置にビームが向くようミラーを駆動した後に５個の光ダイオードの出力を読み取り、演算を行った後、再度ミラーを駆動して修正するため、その動作に長時間がかかり、多数の相手側装置を走査する場合に各相手側装置のユーザに待ち時間を意識させないような高速な走査が困難になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願第１の発明では、光ビームを反射するミラーの角度を相手側装置毎に変えて、複数の相手側装置との間で光ビームによる無線通信を選択的に行う空間光通信装置において、各相手側装置との間で通信を行うためのミラーの各相手側装置に対応した設定角度情報を記憶する記憶手段と、ミラーを、上記記憶手段に記憶された設定角度情報に対応する角度に駆動するミラー駆動手段と、複数の相手側装置のうちの各相手側装置との通信時毎に、当該通信中の相手側装置から受けた光ビームの入射状態として、受光面上の基準位置に対する該光ビームの入射位置を検出する光検出手段と、通信時毎に記憶手段に記憶された通信中の相手側装置に対するミラーの設定角度情報を補正するための角度補正情報であって、前記基準位置及び前記入射位置の差に応じた角度補正情報を求め、各相手側装置との次回の通信時に、各相手側装置に対応して求められた角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に、前記ミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる制御手段とを設けている。
【００１３】
このように、相手側装置との（今回の）通信中に相手側装置からの光ビームの入射状態に基づいてミラーの角度補正情報を求めておき、同じ相手側装置との次回の通信時に、角度補正情報によって補正された設定角度にミラーを駆動することにより、今回の通信に際してミラーの角度を補正する駆動に要する時間を排除でき、各相手側装置のユーザに待ち時間を認識させないようにすることが可能であるとともに、次回の通信に際してはミラーの角度が空間光通信装置と相手側装置との相対位置関係に応じて補正された状態での光通信を行うことが可能となる。
【００１４】
なお、角度補正情報が所定範囲を超えた値であるときは、今回の特定の相手側装置との通信中に、ミラー駆動手段に上記角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラーを駆動させるようにしてもよい。
【００１５】
このように、空間光通信装置の姿勢変化が大きくてミラーの角度を補正すべき量が所定範囲を超えるように大きいときに、今回の通信中に直ちにミラー角度を補正することにより、適正な通信状態を維持することが可能となる。
【００１６】
また、本願第２の発明では、光ビームを反射するミラーの角度を相手側装置毎に変えて、複数の相手側装置との間で光ビームによる無線通信を選択的に行う空間光通信装置において、各相手側装置との間で通信を行うためのミラーの各相手側装置に対応した設定角度情報を記憶する記憶手段と、ミラーを、上記記憶手段に記憶された設定角度情報に対応する角度に駆動するミラー駆動手段と、複数の相手側装置のうちの各相手側装置との通信時毎に、当該通信中の相手側装置から受けた光ビームの入射状態として、受光面上の基準位置に対する該光ビームの入射位置を検出する光検出手段と、通信時毎に記憶手段に記憶された通信中の相手側装置に対するミラーの設定角度情報を補正するための角度補正情報であって、前記基準位置及び前記入射位置の差に応じた角度補正情報を求め、この角度補正情報により補正した設定角度情報に対応する角度に、前記ミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる制御手段とを設け、さらに、この制御手段に、角度補正情報を求めた特定の相手側装置との今回の通信中に、この求めた角度補正情報が所定の値の範囲を超えた場合に、この角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる第１の制御モードと、今回の通信中に求めた角度補正情報が前記所定の値の範囲内である場合に、上記特定の相手側装置との次回の通信時に、今回の通信中に求めた角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラー駆動手段を介してミラーを駆動させる第２の制御モードとを設け、前記角度補正情報に応じて前記第１および第２の制御モードを切換可能としている。
【００１７】
これにより、第１の制御モードを用いて常時最適なミラー角度での相手側装置との通信を優先するか、第２の制御モードを用いて各相手側装置のユーザに待ち時間を意識させない高速での走査を優先するかを選択することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である空間光通信システムの構成を示している。この図において、１０はセンター側装置（空間光通信装置）であり、複数の相手側装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃに向けて順次、光ビーム１２を走査して、各相手側装置との間で双方向の無線通信を行うことができるようになっている。
【００１９】
本実施形態では、相手側装置１１ａとの通信が終わると相手側装置１１ｂとの通信に移行し、相手側装置１１ｂとの通信が終わると相手側装置１１ｃとの通信に移行する、というように、相手側装置１１ａ→相手側装置１１ｂ→相手側装置１１ｃ→相手側装置１１ａ→…のように循環的に走査される。
【００２０】
但し、本発明においてこの走査順序はどのようなものであってもよく、相手側装置１１ａ→相手側装置１１ｂ→相手側装置１１ｃ→相手側装置１１ｂ→相手側装置１１ａというように往復的な走査や、不図示の通信回線によって通信希望を受けた相手側装置に順次走査されるようにしてもよい。
【００２１】
また、図１において、センター側装置１０から送信される光信号は、半導体レーザ等の発光素子２１から放射される。半導体レーザの光は偏光しており、本実施形態では、半導体レーザの偏光方向を図の紙面に平行な方向に設定されているものとする。
【００２２】
この方向の偏光は、偏光ビームスプリッタ２２で送受光レンズ２３の方向に反射され、送受光レンズ２３で僅かに拡がりを持つほぼ平行光としての光ビーム１２となって可動ミラー２４に入射する。
【００２３】
可動ミラー２４に入射した光ビーム１２は、可動ミラー２４の角度に応じて特定の相手側装置１１ａ〜１１ｃの方向に射出される。
【００２４】
一方、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから射出される光ビームは、センター側装置１０から射出される光ビーム１２と同じ光軸上で逆の順路をたどり、可動ミラー２４で反射された後、送受光レンズ２３を通って偏光ビームスプリッタ２２に入射する。
【００２５】
ここで、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから射出される光ビームは、その偏光方向が図の紙面に垂直な方向に設定されている。このため、偏光ビームスプリッタ２２をそのまま透過して、ビームスプリッタ２５に入射する。そして、ビームスプリッタ２５に入射した受信光ビームの大部分はビームスプリッタ２５を透過して、光信号検出用の受光素子２６に入射し、ここで通信用の信号に光電変換される。
【００２６】
また、ビームスプリッタ２５に入射した受信光ビームのうち一部の光はビームスプリッタ２５で反射して光位置検出器（光検出手段）２７に入射する。
【００２７】
この光位置検出器２７は、例えば図４に示すように４分割されたフォトダイオード２７ａ〜２７ｄにより構成される。図４には、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの中心位置（所定の基準位置）から若干ずれた位置に光ビームのスポット４２が当たっている様子を示している。そして、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの出力を比較することにより、光スポット４２の位置（光ビームの入射状態）を知ることができる。
【００２８】
光位置検出器２７からの信号は制御回路２８に入力され、制御回路２８では、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの出力を比較して、光スポット４２の上記基準位置に対する位置を演算し、さらに両位置間のずれ方向およびずれ量等に基づいて、この制御回路２８内のメモリ２８ａに記憶されている可動ミラー２４の角度を制御するための設定角度情報に対する補正情報（角度補正情報）を演算する。ここで、補正情報は、光スポット４２の位置が光位置検出器２７の中心に位置し、４つのフォトダイオード２７ａ〜２７ｄの出力が全て等しくなるような方向にミラー２４を駆動するための情報である。
【００２９】
そして、制御回路２８は、演算した補正情報によってメモリ２８ａに記憶されている設定角度情報を補正し、新たな設定角度情報として更新記憶する。
【００３０】
ミラー駆動回路２９は、制御回路２８から出力される、メモリ２８ａに記憶された設定角度情報に基づく駆動信号に応じて、ミラー２４の角度を変えるようミラー２４を駆動する。
【００３１】
なお、光位置検出器２７，発光素子２１および光信号検出用の受光素子２６は全て光学軸が一致するように位置調整がなされており、光位置検出器２７の中心に光スポット４２が当たっている状態では、光信号検出用の受光素子２６にもその中心に光が入射しており、かつ発光素子２１からの光の中心も相手側装置の方向を正確に向いた状態となる。
【００３２】
図２には、上記センター側装置（主として制御回路２８）での制御フローチャートを示している。
【００３３】
なお、光位置検出器２７からの信号は、光スポット４２の中心からのずれ方向およびずれ量を示す信号であり、以下においては誤差信号と称する。また、各相手側装置１１ａ〜１１ｃは使用形態として通信のユーザに相当するので、以下簡単に第１から第３のユーザと表す。
【００３４】
まず、設置時等におけるミラー２４の角度の初期設定は、各ユーザに対して手動でミラー角度を調整して行う（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）。手動でミラー角度を調整して各ユーザからの光信号がある程度のレベルで受信できれば、後述する自動追尾機能の作用によって以後は正確にユーザの方向に光ビームを向けることができる。そして、手動でミラー角度を調整することによって各ユーザから光信号がある程度のレベルで受信できたときのミラー角度に対応する設定角度情報を、制御回路２８内のメモリ２８ａにユーザ毎に書き込んでおく。
【００３５】
こうして初期設定が終了した後、通常の運用状態のフローに移る。制御回路２８は、まず第１のユーザに対してメモリ２８ａに記憶された角度設定情報に対応する角度にミラー２４が設定されるよう、ミラー駆動回路に駆動信号を出力してミラー２４を当該角度に駆動させ、光ビーム１２を第１のユーザの方向に向けて通信を開始する（Ｓ１０６〜Ｓ１０８）。
【００３６】
これと同時に、制御回路２８は第１のユーザから送られた光ビームのスポット位置を光位置検出器２７に検出させ（Ｓ１０９）、この光位置検出器２７からの誤差信号に基づいて補正情報を演算し、メモリ２８ａに記憶されていた設定角度情報を補正して、新たな設定角度情報として書き換える（Ｓ１１０）。
【００３７】
そして、第１のユーザとの通信が終了すると（Ｓ１１１）、次の第２のユーザに対応する角度にミラー２４を駆動し、第２のユーザとの通信に移る（Ｓ１１２，Ｓ１１３〜Ｓ１１１）。さらに、第３、第４・・・のユーザとの通信を行い、全てのユーザとの通信が一回りして終わると（Ｓ１１２）、第１のユーザに走査を戻し（Ｓ１０６）、以上の通常運用のフローを繰り返す。
【００３８】
第１のユーザに次の走査が回ってきたときには、制御回路２８は、前回の走査時に補正された設定角度情報に基づいてミラー２４を駆動する（Ｓ１０７）。このため、前回の走査時に比べて光ビーム１２がより正確に第１のユーザに向き、また第１のユーザからの光ビームもより光信号検出用の受光素子２６の中心に近い位置に入射することになる。他のユーザについても同様である。
【００３９】
そしてこれを繰り返すことにより、センター側装置１０の取付架台や取付架台が設置されている建物自体の風や振動による揺れあるいは温度変化による変形に伴いセンター側装置１０の姿勢・角度が変化しても、光ビーム１２は常に正確に各ユーザの方向を向き続けることになり、時分割的であるが実質的には各ユーザの自動追尾を行っている状態が得られる。
【００４０】
なお、本実施形態では、複数の相手側装置に対してそれぞれとの通信中に個別の自動追尾を行いながら通信するのではなく、通信中には誤差信号に基づいた設定角度情報の補正のみを行って、次回の走査時に前回補正された設定角度情報に従って走査を行うという方式である。したがって、高速度での走査が可能となり、ユーザ数が多くなっても待ち時間を少なくすることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３には、本発明の第２実施形態である空間光通信システムのセンター側装置１０での制御フローチャートを示している。
【００４２】
設置時等におけるミラー角度の初期設定については第１実施形態と同様である。但し、第１実施形態では、通常の運用状態においてセンター側装置１０の外力等による姿勢変動が生じた場合でも、各ユーザに対する次回の走査時まで実際のミラー２４の角度補正が行われないことから、センター側装置１０の姿勢変動が大きい場合に通信状態が最適な状態から外れるおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、誤差信号が大きくて所定の値の範囲を超えた場合は、現在通信中のユーザに対するミラー２４の角度補正駆動（すなわち自動追尾動作）を直ちに行う（第１の制御モード）。そして、通信終了後に次のユーザへの走査に移行する。
【００４４】
図３において、通常運用フローにおける「誤差信号から設定角度情報を補正してメモリを書換える」ステップ（Ｓ１１０）までは第１実施形態と同じである。但し、次に、誤差信号が所定の値の範囲内にあるかどうかを判定し（Ｓ１２１）、誤差信号が所定の値の範囲外であれば、Ｓ１０７に進んで、ミラー２４の角度補正駆動を直ちに行う上記第１の制御モードに入る。
【００４５】
一方、誤差信号が所定の値の範囲内であるときは、第１実施形態にて説明した通り、まず設定角度情報の補正のみを行っておき、次回の走査時にミラー２４を補正された設定角度情報に対応する角度に駆動する（第２の制御モード）。
【００４６】
本実施形態において、第１の制御モードに入ると、各ユーザに対するミラー２４の角度補正駆動が行われる分、全体の走査に要する時間が増加するが、センター側装置１０の姿勢変動が大きくて誤差信号が所定の値の範囲外となることはそれほど頻繁に発生することはないと考えられるため、通常は走査速度の高速性を維持しつつ、大きな姿勢変動が生じた場合でも確実に通信を継続することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、誤差信号が所定の値の範囲外か否かで第１の制御モードと第２の制御モードとが制御回路２８によって自動的に選択される場合について説明したが、使用者の操作によって第１の制御モードと第２の制御モードとを適宜選択できるようにしてもよい。
【００４８】
これにより、第１の制御モードを用いて常時最適なミラー角度での各ユーザとの通信を優先するか、第２の制御モードを用いて各ユーザに待ち時間を意識させない高速での走査を優先するかを任意に選択することができ、空間光通信システムの運用自由度を広げることができる。
【００４９】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから送信されてくる光ビームの光位置検出器２７上での受光位置に基づいてミラー２４の設定角度情報の補正を行う場合について説明したが、各相手側装置１１ａ〜１１ｃから受ける光ビームとして、センター側装置１０から送信された光ビーム１２の、各相手側装置に設けられた反射部材での反射光の光位置検出器２７上での受光位置に基づいてミラー２４の設定角度情報の補正を行うようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１の発明によれば、相手側装置との（今回の）通信中に相手側装置からの光ビームの入射状態に基づいてミラーの角度補正情報を求めておき、同じ相手側装置との次回の通信時に、角度補正情報によって補正された設定角度にミラーを駆動するようにしているので、今回の通信に際してミラーの角度を補正する駆動に要する時間を排除でき、各相手側装置のユーザに待ち時間を認識させないようにすることができるとともに、次回の通信に際してはミラーの角度が空間光通信装置と相手側装置との相対位置関係に応じて補正された状態での光通信を行うことができる。
【００５１】
なお、角度補正情報が所定範囲を超えた値であるときに、今回の特定の相手側装置との通信中に、ミラー駆動手段に上記角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度にミラーを駆動させるようにすれば、空間光通信装置の姿勢変化が大きくて通信を維持できなくなるおそれのあるときでも、今回の通信中に直ちにミラー角度を補正することができ、適正な通信状態を維持することができる。
【００５２】
また、本願第２の発明によれば、第１の制御モードを用いて常時最適なミラー角度での相手側装置との通信を優先するか、第２の制御モードを用いて各相手側装置のユーザに待ち時間を意識させない高速での走査を優先するかを選択することができ、空間光通信システムの運用自由度を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である空間光通信システムの構成図。
【図２】上記空間光通信システムを構成するセンター側装置の制御フローチャート。
【図３】本発明の第２実施形態である空間光通信システムを構成するセンター側装置の制御フローチャート。
【図４】上記センター側装置にて用いられる光位置検出器の構成図。
【図５】従来の空間光通信システムの構成図。
【符号の説明】
１０ センター側装置
１１ａ〜１１ｃ 相手側装置
１２ 光ビーム
２１ 発光素子
２４ 可動ミラー
２６ 光信号検出用の受光素子
２７ 光位置検出器
２８ 制御回路
２８ａ メモリ
２９ ミラー駆動回路
Claims (5)
- 光ビームを反射するミラーの角度を相手側装置毎に変えて、複数の相手側装置との間で光ビームによる無線通信を選択的に行う空間光通信装置であって、
前記各相手側装置との間で通信を行うための前記ミラーの各相手側装置に対応した設定角度情報を記憶する記憶手段と、
前記ミラーを、前記記憶手段に記憶された設定角度情報に対応する角度に駆動するミラー駆動手段と、
前記複数の相手側装置のうちの各相手側装置との通信時毎に、当該通信中の相手側装置から受けた光ビームの入射状態として、受光面上の基準位置に対する該光ビームの入射位置を検出する光検出手段と、
前記通信時毎に、前記記憶手段に記憶された前記通信中の相手側装置に対する前記ミラーの設定角度情報を補正するための角度補正情報であって、前記基準位置及び前記入射位置の差に応じた角度補正情報を求め、前記各相手側装置との次回の通信時に、前記各相手側装置に対応して求められた角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に、前記ミラー駆動手段を介して前記ミラーを駆動させる制御手段とを有することを特徴とする空間光通信装置。 - 前記制御手段は、前記角度補正情報が所定範囲を超える補正量を示すときは、今回の前記特定の相手側装置との通信中に、前記ミラー駆動手段に前記角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に前記ミラーを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の空間光通信装置。
- 光ビームを反射するミラーの角度を相手側装置毎に変えて、複数の相手側装置との間で光ビームによる無線通信を選択的に行う空間光通信装置であって、
前記各相手側装置との間で通信を行うための前記ミラーの各相手側装置に対応した設定角度情報を記憶する記憶手段と、
前記ミラーを、前記記憶手段に記憶された設定角度情報に対応する角度に駆動するミラー駆動手段と、
前記複数の相手側装置のうちの各相手側装置との通信時毎に、当該通信中の相手側装置から受けた光ビームの入射状態として、受光面上の基準位置に対する該光ビームの入射位置を検出する光検出手段と、
前記通信時毎に、前記記憶手段に記憶された前記通信中の相手側装置に対する前記ミラーの設定角度情報を補正するための角度補正情報であって、前記基準位置及び前記入射位置の差に応じた角度補正情報を求め、この角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に、前記ミラー駆動手段を介して前記ミラーを駆動させる制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記角度補正情報を求めた特定の相手側装置との今回の通信中に、この求めた角度補正情報が所定の値の範囲を超えた場合に、この角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に前記ミラー駆動手段を介して前記ミラーを駆動させる第１の制御モードと、今回の通信中に求めた角度補正情報が前記所定の値の範囲内である場合に、前記特定の相手側装置との次回の通信時に、今回の通信中に求めた角度補正情報によって補正した設定角度情報に対応する角度に前記ミラー駆動手段を介して前記ミラーを駆動させる第２の制御モードとを有し、前記角度補正情報に応じて前記第１および第２の制御モードを切換可能とすることを特徴とする空間光通信装置。 - 前記制御手段は、前記複数の相手側装置との間で循環的又は所定順序で通信が可能となるよう前記ミラー駆動手段に前記ミラーを駆動させることを特徴とする請求項１又は３に記載の空間光通信装置。
- 請求項１から４のいずれかに記載の空間光通信装置と、この空間光通信装置との間で光ビームによる通信が可能な複数の相手側装置とを有して構成されることを特徴とする空間光通信システム。
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