JP3928860B2

JP3928860B2 - 端末側光無線伝送装置

Info

Publication number: JP3928860B2
Application number: JP2002351521A
Authority: JP
Inventors: 学坂根
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004186991A

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う光無線伝送装置に係り、特に通信路が遮蔽された場合に直ちに他の通信路にに切り替える端末側光無線伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来光無線を用いた通信には、拡散型通信方式と狭ビーム型通信方式とが用いられている。拡散型通信方式では受発光部の指向性を広く設定し、通信相手を意識することなく、または、多少通信相手の受発光部を向ける程度で通信が可能である。また、反射光も利用できるため、遮蔽にも強くリモコン装置などに利用されている。反面、受光部に達する発光パワーが弱くなり、従って周りのノイズに影響されやすいことから、高速データ通信には向いていない。
【０００３】
狭ビーム型通信方式は、受発光部の指向性を狭くすることで、受光面に到達する発光パワーの減衰が抑えられ、受光部での外乱光等のノイズを抑えることができるため、高速無線ＬＡＮに代表される高速データ通信に利用されている。反面、発光を相手受光部に当てる必要があるため、光路（通信路）を遮蔽されると、全く通信が出来なくなってしまう。
【０００４】
そこで、狭ビーム型通信方式において、遮蔽対策として常に複数の通信路（以下パスと記す）を確保しておき、遮蔽された場合、直ちに他のパスに切り替えることが考案できる。しかし、そのためには独立して異なる通信相手と、パスが確保された複数の送受信部が必要となる。これは、送受信装置のコストアップ、サイズアップにつながるという問題があった。
【０００５】
上述の遮蔽により通信が切れた場合、高速にて他の通信相手を捜し、新たに光路を確保する方法として、発光と同軸上に配置された受光素子ピンフォトダイオード（以下ＰＤと記す）を用いる方法が提案されている。これは、モータ等を使用し、可動範囲を細かく走査することで、自動的に相手からの光軸調整用に設けられた比較的広い発光に対して、受光ピークレベルの検出を行いパスを回復するというものである。指向角の広い受光部をさらにもうけ、粗くスキャンし、だいたいの位置を特定した後、指向性の狭い受光部にて細かいスキャンをする２段階方式も考えられる。これをさらに進めた、分割ＰＤを使った手法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
別の方法として、サービスエリアを走査する代わりに２次元センサを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２では１対１でのパス確立を目的としており、パスを切り替えるために、移動体に複数の２次元センサ付き送受信ユニットを取り付け、複数のパスを確保することで切り替えをスムーズに行う構成が示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０５９８７０号公報（第１２図）
【０００８】
【特許文献２】
特開平６−１１５５９号公報（第４−７頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に提案されているような自動的にパス検出を行う方法の場合、スキャン範囲にもよるが、相手を検出するまでに数〜十数秒を要するのが実情であり、ユーザはストレスを感じてしまい使い勝手がよくないという問題が合った。
また、特許文献２に提案されているような複数のパスを確保しておく方法は、コスト面、サイズ面からも小型端末に用いるのは困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、端末側光無線伝送装置のパスを検出するための２次元センサと、前記２次元センサに複数方向から照射される上部位置に設置された親機側光無線伝送装置の送信光とから、複数の通信可能な親機側光無線伝送装置の位置、及びその中で通信路を確立する親機側光無線伝送装置を決定するための信号処理部を有することで、パス遮蔽時、高速にて他のパスを確立するための親機側光無線伝送装置にビームを向け、通信を確立することが可能な端末側光無線伝送装置を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下に記載の手段よりなる。
すなわち、
上部位置に複数設けられた親機側光無線伝送装置のそれぞれから常時発光されるガイド光のうち、通常は２つ以上のガイド光を受光し、これらの受光状態に基づきいずれか１つのガイド光に対応する親機側光無線伝送装置に、方向が変更可能な光送受信手段の送受信方向を向けて通信路を確立し、前記親機側光無線伝送装置と前記光送受信手段との間で光信号の伝送を行う端末側光無線伝送装置であって、
前記光送受信手段で前記光信号の受信ができない場合に接続要求信号を出力する通信制御手段と、
当該端末側光無線伝送装置に固定設置され、前記ガイド光を２次元的に受光するための撮像面が複数の画素で構成された２次元受光手段と、
前記通信制御手段から出力された接続要求信号を入力したときに、前記２次元受光手段の撮像面を複数のブロックに分割した場合における、前記各ブロック内の画素の受光レベルの和が最も大きなブロックに対応した受光位置を選択する選択手段と、
前記選択した受光位置に基づき、この受光位置に対応するガイド光を発光した親機側光無線伝送装置と前記光送受信手段との通信路を確立させるために、前記選択した受光位置に前記光送受信手段の方向を変更するための方向変更制御信号を生成する方向変更制御信号発生手段と、
前記生成された方向変更制御信号に基づき、前記選択した受光位置に前記光送受信手段の方向を変更する方向変更手段と、
を備えた構成の端末側光無線伝送装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の端末側光無線伝送装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１、図２は、その実施例に適用される光無線伝送装置の配置例を示したものである。図１において、子機である端末側光無線伝送装置１１は端末側に設置された光無線伝送装置であり、発光には狭指向性のビームを用いている。親機である複数のサテライト型光無線伝送装置１２は天井部に設置され、前記子機１１を含む複数の子機と通信を行う光無線伝送装置である。
たとえば現在、子機１１とある親機１２とでパスを確立し通信している状態にあるとき、人等によりパスが遮蔽された場合、後述する構成により子機１１は高速にて他の親機１２にビームを向けパスを確保することで通信の再確立が可能となる。
【００１３】
従って、他のパスを確保するためには図２に示すように、サービスエリア２０内（例えば高速無線ＬＡＮが構築されているオフィス等）では、どの位置に置かれた子機１１の子機通信可能エリア２１においても、複数の親機１２と通信が可能なように親機１２を配置している。
【００１４】
図３に子機１１の一実施例をを示す。この子機１１は、概略データ送信用のレーザダイオード１１ａ（以下ＬＤと記す）、データ受信用のアバランシェフォトダイオード１１ｃ（以下ＡＰＤと記す）、ＬＤ１１ａとＡＰＤ１１ｃとの光軸を同じにするためのハーフミラー１１ｆ、及びこれら光無線伝送装置全体を可動させるため図示しないモータで駆動する駆動軸１１ｅから構成されている。
【００１５】
また、親機１２の位置を検出するための検出部は、位置情報検出用２次元センサとして使用するＣＭＯＳセンサ１１ｈ、親機１２の発信光を法線方向のみ透過集光させ、２次元ＣＭＯＳセンサ上の決められた１点に集光するための集光レンズ１１ｇから構成されており、駆動軸１１ｅとは独立しており可動しないようになっている。
受信部は、通信相手の親機１２の送信光をハーフミラー１１ｆを介し、集光レンズ１１ｄにてスポット状に集光され、受信するためのＡＰＤ１１ｃに導くように構成されている。
送信部は、レーザーダイオード１１ａの送信光を通信相手の親機１２の受光部に受光させるため、送信レンズ１１ｂを介し数度程度の広がりを持つようにしている。
【００１６】
図４に親機であるサテライト型光無線伝送装置の構成の概略を示す。受光部１２ｂは、相手ビームを受信するためのＡＰＤから構成されており、受光部１２ｂには親機１２の受光エリア内にある子機１１のビームを集光するようにレンズを取りつけている。
複数の送信部１２ａは、親機受光エリア内の範囲全体にデータを送信するために、受光部１２ｂの周辺に近接して取り囲むように配置され、赤外発光素子ＬＥＤを用いている。送信部１２ａである赤外発光素子ＬＥＤからの送信光は、子機１１における位置検出用ガイド光としても使用する。
【００１７】
次に、図５に子機１１の概略ブロック図を、下図６に子機１１の動作のフローチャートの一例を示し詳細に子機１１と親機とのパスの確立、及び前記パスが遮蔽された場合新たなパスを再確立する動作について説明する。
子機１１は図示しない子機制御部により、電源投入時あるいは親機サーチの指示であるリセット（Ｓ６０）後、２次元CMOSセンサ１１ｈにより複数の親機１２から常時発光されるビームを検出する（ｓ６１）。次にビーム数の検出（Ｓ６２）を行うが、前述の図２で示したサービスエリア２０内では、どの位置に置かれた子機１１の子機通信可能エリア２１においても、複数の親機１２と通信が可能なように親機１２を配置しているので、通常は２以上のビームが検出される（Ｓ６２：２以上）。
【００１８】
次に親機選択部５１において、検出された複数のビームの内、後述するCMOSセンサ１１ｈの各特定ブロックの加算データより、１番加算データが大きいビームの方向を最適パスと判断する（Ｓ６４）。最初の親機サーチは、パスが確立されていないので、再接続要求が発生しており（Ｓ６５Ｙｅｓ）、最適パス方向に方向変更制御信号発生部５２が制御信号を発生し、その制御信号に基づき方向変更モータ５３を駆動し方向を変更する（Ｓ６６）。
【００１９】
こうして確保されたパスを通し、送信部は、通信制御部５４からの送信データをドライバ５５に供給し発光部ＬＤ５６にて光信号として送信する。受光部は、親機１２のビームを受光部APD５８にて受光しレシーバ５７にて整形した後通信制御部５４に供給する。
また、確保したパスが遮蔽され受信データが途切れた場合、通信制御部５４からは、受信が途切れた状態を示す信号である再接続要求信号を親機選択部５１に供給することにより、２次元CMOSセンサ５０で得られた第２のパスを選択して新たな親機方向を方向変更制御信号発生部５２に供給する。方向変更制御信号発生部５２は、新たな親機方向に方向変更モータ５３を駆動し、パスを再確立する。
【００２０】
すでに現状のビームにてパスが確保されているにもかかわらず、遮蔽等により、新たに検出したビームのレベルのほうが大きくなった場合においても、通信制御部５４からの再接続要求が無い限り、方向変更モータ５３を動かすことはしない。方向変更モータ５３を動かすことは一時的にパスを遮断することになるため、パスが確保されている限り、無駄に子機１１を動かすことは有効ではないためである。通信制御部５４より再接続要求がきた場合に、親機選択部５１は、最適パスの方向に発光部が向くように方向変更モータ５３を動作させるようにしている。
【００２１】
ビーム数の検出（Ｓ６２）において、検出ビーム数が１であるということは、検出したビーム以外のパスが遮蔽その他の理由により遮断されていることを意味するので、検出した唯一のパスに子機１１を方向変更（Ｓ６３）させる。ビーム数の検出（Ｓ６２）において、検出ビーム数が０であるということは、全てのパスが遮蔽されていることを意味するので、CMOSセンサビーム検出（Ｓ６１）にもどりビーム検出を繰り返すようにする。
【００２２】
図７を用いて、CMOSセンサ５０からのデータより方向を特定する手段を、説明する。同図（ａ）では４５０×４５０pixelsのセンサを想定している。まず、信号処理部５１では、２５×２５pixelsを１ブロックとし、撮像面を１８×１８ブロックに分割し、各ブロックの加算データ値が最も大きいエリアを相手方向と判断する。子機１１では９０°のエリアをカバーすることから、１ブロックの分解能はほぼ５°となる。拡大図（ｂ）で示すように、第２のステップとして、さらに特定ブロックを５×５pixelsのブロックに分け、同様の処理をすることで分解能をほぼ１°とするようにしてもよい。各ブロックに相当する正確な方向をあらかじめ信号処理部５１にテーブルとして保存しておき、参照する構成としている。
【００２３】
ビームが複数箇所から照射されるので、ピークが複数箇所に発生するが、各ピークにて同様の処理をすることで、それぞれの方向を決定することが出来る。
検出したビーム１とビーム２とのパワーに大きな差がある場合、ビーム１特定ブロックの周辺ブロックの加算データ値＞ビーム２特定ブロックの加算データ値という事態が発生する場合があるが、広がりを持ったビーム１の中心を特定ブロックと検出するなどのマスク処理を行うようにする。
【００２４】
ビーム検出を行うタイミングであるが、常時行うことで遮蔽時はすぐに通信可能なパスの内、順位の１番高いパスを確保することが可能となる。
また、電源投入時あるいは任意にｒｅｓｅｔを行い、検出した複数ビームのパスを記憶しておき、パスが遮蔽された時順位の次に高いパスに切り替えるようにしてもよい。
【００２５】
本実施例では親機の送信光に広指向の光を想定しており、ＰＤに比較して感度の高いＡＰＤを使用しているが、通信相手の発光強度が大きいかまたはレンズにより集光することで、ＰＤを用いてもよい。
【００２６】
本実施例では子機の送信部と受信部を同軸上に配置して、両方とも可動な構成としたが、受信部を固定設置とし、送信部を可動可能な構成としてもよい。
【００２７】
また、本実施例では送受信装置を例にとっているが、片方向通信のみのアプリケーションでは、信号受信部を削除しても問題ない。この場合、通信制御部より再接続要求は無いので、２次元CMOSセンサのデータにより遮蔽を検出し、方向を切り替えるようにすればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、端末側光無線伝送装置のパスを検出するための２次元センサと、前記２次元センサに複数方向から照射される上部位置に設置された親機側光無線伝送装置の送信光とから、複数の通信可能な親機側光無線伝送装置の位置、及びその中で通信路を確立する親機側光無線伝送装置を決定するための親機選択部を有することで、パス遮蔽時、高速にて他のパスを確立するための親機側光無線伝送装置にビームを向け、通信を確立することが可能な端末側光無線伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に適用される光無線伝送装置の配置例を示したものである。
【図２】本発明の実施例に適用される光無線伝送装置が配置されるサービスエリア例を示したものである。
【図３】本発明の実施例に適用される子機である端末側光無線伝送装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施例に適用される親機であるサテライト型光無線伝送装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施例に適用される子機の概略ブロック図である。
【図６】本発明の実施例に適用される子機の動作を説明するためのフローチャートの一例である。
【図７】親機の送信ビームの方向を検出する特定ブロックを示した図である。
【符号の説明】
１１…子機である端末側光無線伝送装置
１２…親機であるサテライト型光無線伝送装置
２０…サービスエリア
２１…子機通信可能エリア
１１ａ、５６…レーザーダイオード（ＬＤ）
１１ｈ，５０…２次元CMOSセンサ
１１ｇ，１１ｄ…集光レンズ
１１ｃ，５８…アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
１１ｆ…ハーフミラー
１１ｅ…駆動軸
１２ａ…赤外発光素子ＬＥＤ
５１…親機選択部
５２…方向変更制御信号発生部
５３…方向変更モータ
５４…通信制御部
５５…ドライバ
５７…レシーバ

Claims

上部位置に複数設けられた親機側光無線伝送装置のそれぞれから常時発光されるガイド光のうち、通常は２つ以上のガイド光を受光し、これらの受光状態に基づきいずれか１つのガイド光に対応する親機側光無線伝送装置に、方向が変更可能な光送受信手段の送受信方向を向けて通信路を確立し、前記親機側光無線伝送装置と前記光送受信手段との間で光信号の伝送を行う端末側光無線伝送装置であって、
前記光送受信手段で前記光信号の受信ができない場合に接続要求信号を出力する通信制御手段と、
当該端末側光無線伝送装置に固定設置され、前記ガイド光を２次元的に受光するための撮像面が複数の画素で構成された２次元受光手段と、
前記通信制御手段から出力された接続要求信号を入力したときに、前記２次元受光手段の撮像面を複数のブロックに分割した場合における、前記各ブロック内の画素の受光レベルの和が最も大きなブロックに対応した受光位置を選択する選択手段と、
前記選択した受光位置に基づき、この受光位置に対応するガイド光を発光した親機側光無線伝送装置と前記光送受信手段との通信路を確立させるために、前記選択した受光位置に前記光送受信手段の方向を変更するための方向変更制御信号を生成する方向変更制御信号発生手段と、
前記生成された方向変更制御信号に基づき、前記選択した受光位置に前記光送受信手段の方向を変更する方向変更手段と、
を備えた構成の端末側光無線伝送装置。