JP4170311B2 - レーザ通信システム、レーザ通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザを用いて通信を行うレーザ通信システム、レーザ通信装置に関する。

携帯端末間や、携帯端末とパソコン等の周辺端末との間での通信には、ケーブルや無線が用いられている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、通信にケーブルを用いた場合には、多数の端末を接続する必要がある環境下においては、ケーブルが絡まってしまい、その配線が不便である。また、通信に無線を用いた場合には、無線を傍受可能な複数の受信端末で情報を受信できるため、情報が漏洩しやすく、また電波干渉により無線信号が劣化するという問題もある。
特開２００２−７８０３６号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、通信装置間でのケーブルを不要とし、かつ情報の漏洩、信号劣化を防止することにある。

第１の本発明に係るレーザ通信システムは、送信装置と受信装置の間でレーザ伝達媒体を介してレーザにより情報信号の通信を行うレーザ通信システムであって、前記送信装置は、レーザ光源を用いてレーザ伝達媒体に対してレーザを出力するレーザ出力手段と、送信すべき情報信号を出力するように前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、を有し、前記受信装置は、レーザ伝達媒体を介して送信されてきた情報信号を検出する検出手段を有することを特徴とする。

本発明にあっては、レーザ光源によりレーザ伝達媒体にレーザを出力するレーザ出力手段および送信すべき情報信号をレーザ光源に出力させる駆動手段を備えた送信装置と、レーザ伝達媒体を介して送信されてきたレーザを検出する検出手段を備えた受信装置との間で、レーザによりレーザ伝達媒体を介した情報通信を行うことで、通信装置間を接続するケーブルを不要にする。また、レーザ伝達媒体内を情報信号が伝達するので、無線のように情報が漏洩し易いということがなく、さらに、無線のように電波干渉が起こることがないので電波干渉に起因して信号が劣化するということもない。

上記レーザ通信システムにおいて、前記レーザ伝達媒体は生体であって、前記レーザの波長が７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲であることを特徴とする。

本発明にあっては、レーザの波長を７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲としたことで、レーザは生体の内部を伝達し易くなるので、生体を媒介としたレーザ通信が可能となる。

上記レーザ通信システムにおいて、前記送信装置は、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御する角度制御手段をさらに有することを特徴とする。

本発明にあっては、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御することで、レーザ伝達媒体内部における反射や散乱が生じにくい経路にレーザを入射させることが可能となる。

上記レーザ通信システムにおいて、前記角度制御手段は、レーザを透過させるレンズを備えたものであって、レーザの進行方向に対する当該レンズの位置を制御することを特徴とする。

本発明にあっては、レーザの進行方向に対するレンズの位置を制御することで、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御する。

上記レーザ通信システムにおいて、前記角度制御手段は、レーザを反射させるミラーを備えたものであって、レーザの進行方向に対するミラー表面の角度を制御することを特徴とする。

本発明にあっては、レーザの進行方向に対するミラー表面の角度を制御することで、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御する。

上記レーザ通信システムは、前記送信装置と前記受信装置の双方を備えたレーザ通信装置間で通信を行うことを特徴とする。

上記レーザ通信システムにおいて、前記レーザ通信装置は、前記駆動手段の前段に設けられた第１スイッチと、前記検出手段の後段に設けられた第２スイッチと、送信すべき情報信号が伝送されてきたときには第１スイッチをオンして当該情報信号を駆動手段へ出力させるとともに第２スイッチをオフして送信処理を実行させ、前記検出手段が情報信号を検出したときには第２スイッチをオンして当該情報信号を伝送させるとともに第１スイッチをオフして受信処理を実行させて送受を切り替える送受切替手段と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、第１スイッチをオンして情報信号を送信しているときには第２スイッチをオフして受信した情報信号をコンピュータへ伝送しないとともに、第２スイッチをオンして受信した情報信号をコンピュータへ伝送しているときには第１スイッチをオフして情報信号を送信しないことで、自己の通信装置が相手の通信装置へ送信した情報信号を自己の通信装置における検出手段が誤って検出したとしても、これをコンピュータへ伝送することを防止する。

第２の本発明に係るレーザ通信装置は、レーザ伝達媒体を介してレーザにより情報信号の送信を行うレーザ通信装置であって、レーザ光源を用いてレーザ伝達媒体に対してレーザを出力するレーザ出力手段と、送信すべき情報信号を出力するように前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、通信装置におけるケーブルを不要にでき、かつ情報の漏洩、信号劣化を防止することができる。

以下、最良の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態におけるレーザ通信装置の構成を示すブロック図である。レーザ通信装置１は、コンピュータ２から伝送されてきた送信すべき情報信号をレーザにより生体３等のレーザ伝達媒体へ出力するとともに、別のレーザ通信装置からレーザによりレーザ伝達媒体を介して送信されてきた情報信号を検出してコンピュータ２へ出力する。同図では、レーザ伝達媒体の一例として生体３を示している。また、コンピュータ２は、パーソナルコンピュータ（パソコン）でもよいし、携帯情報端末や、あるいは人体が保持可能な程度に小型化されたウェアラブルコンピュータ等でもよい。

同図のレーザ通信装置１は、Ｉ／Ｏ回路１１、レーザ光源１３および駆動回路１２を含む送信装置、光検出器２１と信号処理回路２２と波形整形回路２３を含む受信装置、透明樹脂４を有する。

Ｉ／Ｏ回路１１は、レーザ通信装置１がコンピュータ２と情報のやり取りを行うためのインタフェースである。

送信装置は、Ｉ／Ｏ回路１１から出力されてきた送信すべき情報信号を生体３に対してレーザにより出力するものであり、レーザ光源１３により、生体３に対してレーザを出力し、駆動回路１２により、Ｉ／Ｏ回路１１を通じてコンピュータ２から伝送されてきた送信すべき情報信号を出力するようにレーザ光源１３を駆動する。

受信装置は、別のレーザ通信装置から生体３を介して送信されてきた情報信号を受信してＩ／Ｏ回路１１へ出力するものであり、 光検出器２１により、生体３を介して送信されてきた情報信号を検出し、信号処理回路２２により、検出された情報信号についてノイズ除去、振幅制御といった処理を行い、波形整形回路２３により、情報信号についてデジタルデータの０又は１の判別がし易くなるように波形を整形する。

透明樹脂４は、送信装置および受信装置の生体３との接触部分を保護するためにこの部分に設けられた保護用の樹脂である。

このように、レーザによりレーザ伝達媒体を介した情報通信を行うことで、情報端末間を接続するケーブルを不要にすることができる。また、レーザ伝達媒体内を情報信号が伝達するので、無線を使った場合のように情報が漏洩し易いことはなく、仮にレーザがレーザ媒体の外部へ漏れたとしても、直ぐに散乱してしまうため、外部機器ではこれを傍受しにくく、セキュリティが高いということができる。さらに、無線のように電波干渉が起こることはないので、電波干渉に起因して信号が劣化するということもない。

また、本実施の形態では、レーザの波長を７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲とする。これにより、レーザが生体３の内部を通過し易くする。

図２は、レーザ伝達媒体の内部を伝達させるベースバンド方式による情報信号の一例を示す図である。この場合、駆動回路１２は、情報信号の１又は０に応じてレーザ光源１３をオン・オフさせる。レーザの光強度は数μＷ〜１０μＷ程度であるので、レーザを用いた場合には通信装置としての消費電力の低減を図ることができる。

図３は、レーザ伝達媒体の内部を伝達させるキャリアバンド方式による情報信号の一例を示す図である。この場合、駆動回路１２は、情報信号の１又は０に応じてレーザ光源１３が出力するレーザの周波数を変調させる。

信号伝送の方式は、このようにベースバンド方式としてもキャリアバンド方式としてもよいし、他の方式としても構わない。

次に、レーザ通信装置の別の形態について説明する。図４に示すように、ここでのレーザ通信装置１は、図１に示したものに対して、レーザ光源１３が出力したレーザのフォーカスを調整するためのフォーカシング部１４、フォーカシング部１４を用いてレーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御する角度制御回路１５を新たに備えた構成である。その他の構成については、図１乃至図３を用いて説明したものと同様であるので、ここでは重複した説明は省略する。

レーザをレーザ伝達媒体に伝達させる際には、反射や散乱が起こり難くレーザを伝達させ易い入射角があるはずなので、フォーカシング部１４、角度制御回路１５では、レーザのレーザ伝達媒体に対する振れ角を制御することで、入射角をレーザが伝達し易い角度となるように調整する。

図５に示すように、フォーカシング部１４は、レーザを透過させるレンズ３１、レーザを反射させるミラー３２を有する。角度制御回路１５は、レンズ３１の移動機構（図示せず）に対して制御信号を出力することで、レーザの進行方向に対するレンズ３１の位置を制御する。例えば、レンズ３１をレーザの進行方向に対して前後方向に移動させ、レーザの入射角が最適となる位置に設定する。また、角度制御回路１５は、ミラー３２の移動機構（図示せず）に対して制御信号を出力することで、レーザの進行方向に対するミラー表面の角度を制御する。例えば、レーザの進行方向に対するミラー表面の角度を順次変更していき、レーザの入射角が最適となる角度に設定する。なお、ここでは、レンズ３１とミラー３２の両方を用いることとしたが、いずれか一方だけを用いるようにしてもよい。

次に、レーザ通信装置のさらに別の形態について説明する。図６に示すように、ここでのレーザ通信装置１は、図１に示したものに対して、駆動回路１２の前段に設けられた第１スイッチ４１、光検出器２１の後方における波形整形回路２３の後段に設けられた第２スイッチ４２、Ｉ／Ｏ回路１１から送信すべき情報信号が伝送されてきたときには第１スイッチ４１をオンして情報信号を駆動回路１２へ出力させるとともに第２スイッチ４２をオフして送信処理を実行させ、光検出器２１が情報信号を検出したときには第２スイッチ４２をオンして情報信号をＩ／Ｏ回路１１へ伝送させるとともに第１スイッチをオフして受信処理を実行させることにより送受を切り替える送受切替回路４３を新たに備えた構成である。その他の構成については、図１乃至図３を用いて説明したものと同様であるので、ここでは重複した説明は省略する。

レーザ通信装置は、情報信号の送信と受信を同時に行うとものすると、レーザによりレーザ伝達媒体へ出力した情報信号を自己の光検出器２１が誤って検出するおそれがある。そこで、本レーザ通信装置１では、図６の構成とすることで、情報信号を送信しているときには光検出器２１が検出した情報信号をコンピュータ２へは伝送しないようにするとともに、別のレーザ通信装置から送信されてきた情報信号を受信しているときにはコンピュータ２から伝送されてきた情報をレーザで送信しないようにしている。

続いて、本レーザ通信装置を適用したレーザ通信システムについて説明する。

図７に示すように、第１の適用例では、コンピュータ５ａ用のレーザ通信装置１ａとコンピュータ５ｂ用のレーザ通信装置１ｂを、それぞれの透明樹脂４が生体３に接触するように配置する。レーザ通信装置１ａがレーザにより送信した情報信号は生体３の内部を伝達してレーザ通信装置１ｂにより受信される。

ここで、レーザ通信装置１ａ，１ｂは、図１，４，６のいずれのものであっても良いし、レーザ通信装置１ａだけが送信装置を備えてレーザ通信装置１ｂは送信装置を備えず、レーザ通信装置１ｂだけが受信装置を備えてレーザ通信装置１ａは受信装置を備えない構成としてもよい。これは、以下に示す別の適用例でも同様である。

図８に示すように、第２の適用例では、コンピュータ５ａ用のレーザ通信装置１ａをその透明樹脂４が生体３に接触するように配置する一方、コンピュータ５ｂ用のレーザ通信装置１ｂについては、その透明樹脂４が生体３に接触しないように配置する。このように、レーザ通信装置１は、生体３に対して必ずしも接触させる必要はなく、レーザの拡散が顕著にならない範囲において非接触で配置することも可能である。

図９は、第１適用例、第２適用例のより具体的な適用の仕方を示すイメージ図である。同図では、図７，８のコンピュータ５ａは携帯端末６に相当し、図７，８のコンピュータ５ｂはパソコン７に相当する。図９では、携帯端末６と一体化したレーザ通信装置１ａが、人体の片腕に接触した状態で取り付けられ、人体の指先に配置された別のレーザ通信装置１ｂとレーザにより人体を介して情報を通信するようになっている。

また、図１０に示すように、第３の適用例では、コンピュータ５ａ用のレーザ通信装置１ａをその透明樹脂４が生体３に接触するように配置する一方、コンピュータ５ｂおよびコンピュータ５ｂと通信するレーザ通信装置１ｂについては生体３の内部に配置する。レーザ通信装置１ａがレーザにより送信した情報信号は生体３の内部を伝達してレーザ通信装置１ｂにより受信される。

図１１は、第３適用例のより具体的な適用の仕方を示すイメージ図である。同図では、図１０のコンピュータ５ａはパソコン７に相当し、図１０のコンピュータ５ｂはペースメーカ８に相当する。図１１では、レーザ通信装置１ｂとペースメーカ８が人体の内部に配置され、パソコン７が、ペースメーカ８を適切に動作させるための制御信号をレーザ通信装置１ａに伝送し、レーザ通信装置１ａがこの制御信号をレーザ光により人体を介してレーザ通信装置１ｂに送信するようになっている。

したがって、本実施の形態によれば、送信装置としてレーザ伝達媒体に対してレーザを出力するレーザ光源１３および送信すべき情報信号を出力するようにレーザ光源１３を駆動する駆動回路１２を備えたレーザ通信装置と、受信装置としてレーザ伝達媒体を介して送信されてきたレーザを検出する光検出器２１を備えた別のレーザ通信装置との間で、レーザによりレーザ伝達媒体を介した情報通信を行うことで、通信装置間を接続するケーブルを不要にできる。また、レーザ伝達媒体内を情報信号が伝達するので、無線のように情報が漏洩し易いことはなく、仮にレーザが伝達媒体の外部へ漏れたとしても、直ぐに散乱してしまうので外部機器ではこれを傍受しにくいので、情報の漏洩を防止することができる。さらに、無線のように電波干渉が起こることがないので、電波干渉に起因する信号の劣化を防止することができる。

本実施の形態によれば、レーザの波長を７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲としたことで、レーザは生体の内部を伝達し易くなるので、生体３を媒介としたレーザ通信を実現することができる。

本実施の形態によれば、角度制御回路１５により、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御することで、レーザ伝達媒体の内部における反射や散乱が生じにくい経路にレーザを入射させることが可能となる。

本実施の形態によれば、角度制御回路１５にレンズ３１を備え、レーザの進行方向に対するレンズ３１の位置を制御することで、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御することができる。

本実施の形態によれば、角度制御回路１５にミラー３２を備え、レーザの進行方向に対するミラー３２の表面の角度を制御することで、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御することができる。

本実施の形態によれば、送受切替回路４３により、第１スイッチ４１をオンして情報信号を送信しているときには第２スイッチ４２をオフして受信した情報信号をコンピュータ２へ伝送しないとともに、第２スイッチ４２をオンして受信した情報信号をコンピュータ２に伝送しているときには第１スイッチ４１をオフして情報信号を送信しないことで、自己が送信した情報信号を自己の光検出器２１が誤って検出したとしても、これをコンピュータ２へ伝送することを防止できる。

一実施の形態におけるレーザ通信装置の構成を示すブロック図である。 レーザ伝達媒体の内部を伝達させるベースバンド方式による情報信号の一例を示す図である。 レーザ伝達媒体の内部を伝達させるキャリアバンド方式による情報信号の一例を示す図である。 別の実施の形態におけるレーザ通信装置の構成を示すブロック図である。 上記レーザ通信装置におけるフォーカシング部の構成を示すブロック図である。 さらに別の実施の形態におけるレーザ通信装置の構成を示すブロック図である。 レーザ通信装置の第１適用例を説明するための図である。 レーザ通信装置の第２適用例を説明するための図である。 第１，２適用例のより具体的な適用の仕方を示すイメージ図である。 レーザ通信装置の第３適用例を説明するための図である。 第３適用例のより具体的な適用の仕方を示すイメージ図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…レーザ通信装置
２…コンピュータ
３…生体，４…透明樹脂
５ａ，５ｂ…コンピュータ
６…携帯端末，７…パソコン
８…ペースメーカ
１１…Ｉ／Ｏ回路
１２…駆動回路
１３…レーザ光源
１４…フォーカシング部
１５…角度制御回路
２１…光検出器
２２…信号処理回路
２３…波形整形回路
３１…レンズ，３２…ミラー
４１…第１スイッチ
４２…第２スイッチ
４３…送受切替回路

Claims (10)

1. 送信装置と受信装置の間でレーザ伝達媒体を介してレーザにより情報信号の通信を行うレーザ通信システムであって、
   前記送信装置と前記受信装置の双方を備えたレーザ通信装置間で通信を行い、
   前記送信装置は、
   レーザ光源を用いてレーザ伝達媒体に対してレーザを出力するレーザ出力手段と、
   送信すべき情報信号を出力するように前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、を有し、
   前記受信装置は、
   レーザ伝達媒体を介して送信されてきた情報信号を検出する検出手段を有し、
   前記レーザ通信装置は、
   前記駆動手段の前段に設けられた第１スイッチと、
   前記検出手段の後段に設けられた第２スイッチと、
   送信すべき情報信号が伝送されてきたときには第１スイッチをオンして当該情報信号を駆動手段へ出力させるとともに第２スイッチをオフして送信処理を実行させ、前記検出手段が情報信号を検出したときには第２スイッチをオンして当該情報信号を伝送させるとともに第１スイッチをオフして受信処理を実行させて送受を切り替える送受切替手段と、
   を有することを特徴とするレーザ通信システム。
2. 前記レーザ伝達媒体は生体であって、前記レーザの波長が７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のレーザ通信システム。
3. 前記送信装置は、レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御する角度制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ通信システム。
4. 前記角度制御手段は、レーザを透過させるレンズを備えたものであって、レーザの進行方向に対する当該レンズの位置を制御することを特徴とする請求項３記載のレーザ通信システム。
5. 前記角度制御手段は、レーザを反射させるミラーを備えたものであって、レーザの進行方向に対するミラー表面の角度を制御することを特徴とする請求項３又は４記載のレーザ通信システム。
6. レーザ伝達媒体を介してレーザにより情報信号の送信を行うレーザ通信装置であって、
   レーザ光源を用いてレーザ伝達媒体に対してレーザを出力するレーザ出力手段と、
   送信すべき情報信号を出力するように前記レーザ光源を駆動する駆動手段と、
   レーザ伝達媒体を介して送信されてきた情報信号を検出する検出手段と、
   前記駆動手段の前段に設けられた第１スイッチと、
   前記検出手段の後段に設けられた第２スイッチと、
   送信すべき情報信号が伝送されてきたときには第１スイッチをオンして当該情報信号を駆動手段へ出力させるとともに第２スイッチをオフして送信処理を実行させ、前記検出手段が情報信号を検出したときには第２スイッチをオンして当該情報信号を伝送させるとともに第１スイッチをオフして受信処理を実行させて送受を切り替える送受切替手段と、
   を有することを特徴とするレーザ通信装置。
7. 前記レーザ伝達媒体は生体であって、前記レーザの波長は７００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項６記載のレーザ通信装置。
8. レーザのレーザ伝達媒体に対する入射角を制御する角度制御手段を有することを特徴とする請求項６又は７記載のレーザ通信装置。
9. 前記角度制御手段は、レーザを透過させるレンズを備えたものであって、レーザの進行方向に対する当該レンズの位置を制御することを特徴とする請求項８記載のレーザ通信装置。
10. 前記角度制御手段は、レーザを反射させるミラーを備えたものであって、レーザの進行方向に対するミラー表面の角度を制御することを特徴とする請求項８又は９記載のレーザ通信装置。

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