JP4379161B2 - 光送信機 - Google Patents

Description

本発明は、送信機が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信機に向けて光無線伝送を行う光送信機に関する。

従来より、光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送技術がある。この光無線伝送には、一般に赤外光が用いられ、その発光素子としては、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。このような光無線伝送において、送受信間距離を十分にとりたい場合は、受信装置側に十分な光レベルの信号を入射させるために、送信装置より発する光ビームの出射角を鋭く、すなわち狭く絞る必要があるので、送信装置及び受信装置の光軸を合わせなくてはならない。このため、出射角の狭い光ビームを用いることや、光ビームが目に見えない赤外光を用いることなどから、光無線伝送装置の光軸合わせは大変煩わしい作業となる。したがって、従来より、この光軸合わせを容易に行えるような光無線伝送装置の提案がなされている。

その１つの例として下記の特許文献１には、送信装置から可視光をピンポイントに絞って信号伝送用の赤外光と同一光軸、あるいは平行光軸にして一緒に送り、受信装置側に設けた可視光反射手段に当て、その可視光反射手段により反射された可視光を操作者が見ながら送信装置の光軸調整を行う光無線伝送装置が開示されている。また、この他の技術としては送信装置に照準機を設置して、その照準機を見ながら光軸を合わせる光無線伝送装置や、受信装置側に受光レベル検出用測定機を接続して操作者が２人一組で光軸合わせを行う光無線伝送装置もある。また、下記の特許文献２で開示されるように受信装置側に光軸調整用の光源を用いて、送信機からの送信光の受信レベル情報を折り返し、それに応じて光軸を合わせるものもある。
特開昭６２−１１０３３９号公報（第１図、第２図） 特開平７−１３１４２２号公報（要約書）

しかしながら、上述の特許文献１で開示されたような光無線伝送装置は、送信装置に光無線伝送の目的以外に使用する可視光を発生させる構成を必要としている。また、送受信装置間の距離を十分にとりたい場合などは、この可視光の発光出力を十分大きいものにしなくてはならず、また、その構成を追加する必要があるため、送信装置のコストアップとなってしまう上に、装置が大型になってしまう。これは、送信装置に照準機を設置する場合も同じである。

また、可視光の光軸や、照準機の照準と、信号伝送用の赤外光の光軸とを厳密に合わせておく必要があることもコストアップの原因となる。また、受光レベル検出用測定機を受信装置に接続して２人一組で操作を行う場合においても、受光レベル検出用測定機を用意する必要があったり、人手を要するなどの欠点があった。このように、従来の光無線伝送装置は、光軸合わせを簡単化しようとすると、送受信装置のコストアップや、大型化を伴い、逆に送受信装置のコストダウンや、小型化を行おうとすると、光軸合わせの作業に手間が掛かるなどの欠点を有していた。

また、特許文献２では上述した問題点の解決を図っているが、受信機に取り付けられた光軸調整をするための光送信素子からのパイロット信号としての送信光を送信機に搭載された単一の受光素子で受光し、その受光レベルと、送信機からの信号伝送用の送信信号光の受信機での受信レベルのみを基に光軸を調整している。このため、人がこの情報を基にレベル表示装置などを用いて光軸を調整する場合には十分その手間を簡単化できるが、自動で光軸を調整する場合は不要な動作が多くなってしまう。

その理由は、単純に単一の受光素子で得られる光軸調整用の送信光のレベルだけでは上下左右どちらに受信機が有るかを判別することはできないからである。そのため自動で光軸を調整するためには必ず一度やみくもに動き、受光レベルと比較して自身の動いた方向が正しいかどうかを判定しなくてはならず、動いてみてから判断しなければならない。これでは、無駄な動きが多くなってしまい、メカ駆動に要する時間を考えると、高速な自動光軸合わせの足かせとなってしまうという問題がある。

また、以上のようなことを考慮して、受信機からの位置報知光を受信するための受信素子を送信機に複数持たせたり、送信機からの送信光の受信機側での受信レベルを基に光軸を合わせることが考えられる。しかし、このような技術においても狭い指向角（高い指向性）の送信光を用いる場合には、初期段階での粗光軸調整の精度が重要となってくる。しかしながら、実際の光無線伝送装置では、図４に示すように外装２４や光学フィルタ２５が各送受信部５、６の前面に取り付けられることになる。そこで問題となるのが、特に光学フィルタ２５での各光信号の屈折である。つまり、光学フィルタ２５などによる光の屈折によって正しい光軸調整ができなくなり、特に送信光が狭い指向角である場合にはその影響は無視できない。

そこで、本発明は上記の点に着目してなされたものであり、光軸調整用の受光素子を光学カバーで覆う場合に送信側と受信側の光軸を正確に合わせることができる光送信機を提供することを目的とする。

すなわち本発明によれば、光信号を受信するための光受信機から発光されるパイロット光を受光し、その受光レベルに基づいて前記光受信機に対する前記光信号の送信方向を調整する光送信機であって、
前記光信号を送信する光信号送信手段と、
入来する前記パイロット光を透過させる光透過手段と、
前記光透過手段を透過したパイロット光を受光して受光レベルを検出するパイロット光受光手段と、
前記光信号の送信方向を変更するために、前記光信号送信手段及び前記パイロット光受光手段の方向を一体的に変更する方向変更手段と、
前記パイロット光受光手段の方向に対応させて、前記パイロット光受光手段で検出された受光レベルの、前記光透過手段のパイロット光の受光によるレベル変化を補正するための補正係数を予め記憶した係数記憶手段と、
前記係数記憶手段から前記パイロット光受光手段の方向に対応した補正係数を読出して、その補正係数と前記パイロット光受光手段で検出された受光レベルとの演算によって補正後受光レベルを算出する受光レベル補正手段と、
前記補正後受光レベルに基づき、前記方向変更手段を制御して前記光信号送信手段及び前記パイロット光受光手段の方向を変更させる方向変更制御手段と、
を備えた光送信機が提供される。

本発明の光送信機はまた、前記パイロット光受光手段は複数の受光素子で受光された受光レベルを検出し、前記方向変更制御手段は前記複数の受光素子で受光された各受光レベルについて演算された補正後受光レベルが同じになるように前記方向変更手段を制御して前記光信号送信手段及び前記パイロット光受光手段の方向を変更させることを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、外装やそれに相当するような光学フィルタによって光軸調整用の光信号が屈折してしまい、その受信レベルによる光軸調整にずれが生じてしまう場合でも、その屈折度合いに応じてずれを補正するので、正確な光軸合わせが可能となる。
これによって、データ送信用の光送信手段の発光角を従来のものより著しく狭くすることが可能となり、伝送到達距離を大きく改善することができる。また、光信号を狭い角度範囲で送信することが可能となるので、この信号が周辺へ散乱することも抑えることができ、周辺環境への影響も軽減でき、さらに、送信光が狭くなることは伝送データがその範疇でしか取得できないことを意味し、情報漏洩・セキュリティや著作権保護の点からも有利な光送信機を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本発明の光送信機が適用される光無線伝送装置の概略を図１、図２及び図３を用いて説明する。図１は、本発明の光送信機が適用される光無線伝送装置を構成する送信機１及び受信機２１の各構成例を示すブロック図である。送信機１中の送信機回路部分は符号２で示され、受信機２１中の受信機回路部分は符号２０で示されている。

まず、送信機１について説明する。送信機１は、ここには記載していない外部のデータ発生機器から送られる信号（例えば映像信号）を受信し、光無線伝送を行うための処理を行う送信信号処理回路３によって処理された信号を発光素子ドライバ４を通して第１の光送信手段５を駆動して第１の光信号２２によって光伝送する。

本発明の光送信機が適用される光無線伝送装置における受信機２１は、送信機１の第１の光送信手段５によって空間伝送される第１の光信号２２を受光するための比較的広い指向角（広い入射角）の第１の光受信手段（例えばＰＤやＡＰＤ及び集光レンズなどで構成される）１４によって受信し、受光回路１５で電気的に増幅するなどの処理を加え、ここでは記載されていない外部機器（例えば受像装置など）へ送信するための信号処理を受信信号処理回路１６で行う。

加えて、受信機２１は広い指向角（広い出射角）を持つ第２の光送信手段（例えばＬＥＤ又はこれにレンズを加えたもの）１９及びその送信信号を発生させる発信回路１７、発光素子ドライバ１８を持ち、送信機１へ自身の位置を示すため第２の光信号２３（一般にこのような光をパイロット光などとも称している）を送信する。

送信機１は受信機２１からの第２の光信号２３を受信するための第２の光受信手段（複数の受光素子（例えばＰＤ）で構成される）６を持ち、この第２の光受信手段６によって受信した各受光素子の受信信号を受光回路７で電気的に増幅するなどの処理を加える。この受光回路７で処理された各受光素子からの受信信号は、信号セレクト回路８を用いて制御部１０からの制御によって特定の受信信号のみが選択され、受信レベル検出回路９でその受信レベルが検出され、制御部１０へその結果が渡される。

制御部（例えば、ＭＰＵやＤＳＰなど）１０は、送信機１の光軸を受信機２１へ合わせるために適時、信号セレクト回路８を用いて第２の光受信手段６による受信信号から必要な信号を選択し、受信レベル検出回路９によって得られる各信号のレベルを比較して駆動制御部１１を制御し、パン駆動手段１２及びチルト駆動手段１３（例えば、ステッピングモータなど）を制御し、第１の光送信手段５及び第２の光受信手段６の向きを調整する。

ここで、図２を用いて送信機１が第２の光受信手段６による受信レベルを比較してどのように受信機２１の方向に光軸を調整するかを簡単に説明する。この図２は、送信機１に搭載される第２の光受信手段６には４つの受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）が１つの集光レンズに図示のように左右２個×上下２個に配置して収められていて（一般に４分割ＰＤなどと称されている）、この受光素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４から見て受信機２１がどこにあるかを示したものである（図２中では、受信機２１の位置を図１中の第２の光送信手段に相当する光源１９として表記している）。

ここで、送信機１から見て図２に示す光源１９の位置Ａの方向に受信機２１が位置している場合、送信機１の第２の光受信手段６のＰＤ１の受信レベルをＳＬ１、ＰＤ２の受信レベルをＳＬ２、ＰＤ３の受信レベルをＳＬ３、ＰＤ４の受信レベルをＳＬ４とすると、図３に示すように、おおよそＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係となる。このことから制御部１０では、これら第２の光受信手段６から得られる受信レベルを比較し、ＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係が得られている場合は受信機２１が上方向にあると判断し、駆動制御部１１に第１の光送信手段５及び第２の光受信手段６が上を向くように制御信号を出す。同様に各位置Ａ〜Ｈに受信機２１がある場合には図３に示すような関係がＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４の間におおよそ発生し、制御部１０はこの関係を調べながら、図３に示した各駆動方向に第１の光送信手段５及び第２の光受信手段６が向くように制御している。

このような制御を何回か繰り返していくことで、送信機１の第２の光受信手段６の各受信レベルＳＬ１〜ＳＬ４がすべて同じ値となる位置まで動かされることになり、そのような状態になったところで送信機１は受信機２１の位置をおおよそ捉えたことになる。

ここで、このような本発明の光送信機が適用される光無線伝送装置を実際に製品化した場合を考えると、図４に示すように、図１に示したブロック構成をした各部を外装２４で覆うことが想定される。図４には送信機１をイメージ化した例を示すが、受信機２１においても同様に想定することができる。図４（ａ）には、各光学受発光部５、６が外装２４内に置かれ、外装２４ごとその方向をパン駆動手段１２及びチルト駆動手段１３により変える場合を示したものである。しかし、図４（ａ）に示すような外装構造では外装２４が駆動手段１２、１３との間で分離するため、複雑なものとなり、また、部品点数が増え、さらには外装２４の強度についても考慮しなくてはならず、コスト面で大きな負担となる。

このように考えると、図４（ｂ）に示すような駆動手段１２、１３及び各光学受発光部５、６が共通の外装２４内に収められ、その外装２４内で各光学受発光部５、６が方向を変える構造が望ましい。しかしながら、このような構造にする場合、各光学受発光部５、６はその前面の外装２４に取り付けられた、カバーとして機能する透過板２５（通常は光学フィルタ）を通して受信機２１との光軸を合わせる必要があるため、この透過板２５は各光学受発光部５、６を覆うような形状にする必要があり、さらに、送信機１が受信機２１の方向を探し、方向を変えることで、この各光学受発光部５、６と透過板２５との位置関係は変動してしまい、さらに透過板２５での光の屈折の現象が複雑となり問題は大きくなる。本発明は、以上のような問題を解決し、コスト面で優位な図４（ｂ）のような構造においても正確な光軸調整を可能とした光無線装置を実現するものである。

ではここで、上述の光の屈折がどのような問題として光軸調整へ影響を与えるかを図５、図６及び図７に示す簡単なイメージ図を用いて説明する。まず、図５には送信機１の第１の光送信手段５及び第２の光受信手段６と、受信機２１の第１の光受信手段１４及び第２の光送信手段１９との間に外装２４などに取り付けられた透過板２５が無く、第２の光信号２７が直接（屈折せず）第２の光受信手段６へ届く場合を示しており、この場合には図５で示しているように第２の光受信手段６は第２の光信号２７の発光軸（厳密には光の来る方向）２６に受光軸を合わせることで第１の光送信手段５から放たれる第１の光信号２８を第１の光受信手段１４に当てることができる。

図６及び図７は送信機１と受信機２１の各光学受発光部５、６、１４、１９の間に、外装２４などに取り付けられた透過板２５がある場合を表したイメージ図である。図６には送信機１と受信機２１の間の透過板２５を平板とした場合を示し、図７には透過板２５が球面体である場合を示している。いずれの場合も、受信機２１からの第２の光信号２７は透過板２５で屈折することになり、送信機１の第２の光受信手段６は、第２の光信号２７が図６及び図７中に示した第２の光送信手段１９の虚像２９の位置から放たれているように見える。これによって、送信機１は第２の光受信手段６の受光軸を虚像２９の方向に向けることとなり、送信機１の第１の光送信手段５から放たれる第１の光信号２８を受信機２１の第１の光受信手段１４へ当てることができず、まったく異なる方向へ第１の光信号２８を放つことになる。

本発明は、上述したような外装２４の透過板２５によって起こる光の屈折現象による光軸調整時の問題を解決するために、光軸調整時又は光軸調整の最終過程において屈折によるずれを補正するものである。ここで、図８を用いてその補正の際に用いる補正係数の考え方の一例を説明する。ただし、この図８で示す各グラフの値は、あくまでも説明のために便宜的に描いたものであり、これらの値は実際には透過板２５の屈折率、反射率、透過率、曲面形状などの様々な条件で変わるものである。

図８（ａ）は第２の光受信手段（４分割ＰＤ）６に対する光源（第２の光送信手段）１９の向きθを示し、これは図８（ｂ）、（ｃ）の横軸θを示したものである。図８（ｂ）は図８（ａ）に示すような４分割ＰＤに対して光源１９がθの方向にある場合の、第２の光受信手段６を構成する受光素子の１つ（ＰＤ１）における第２の光信号２７の受光レベルを示しており、Ｖ１ref（θ）は外装２４又はカバーとしての透過板２５が無い場合を、Ｖ１（θ）は透過板２５がある場合を示している。ただし、説明の複雑化を避けるために二次元的に捕らえている。

この図８（ｂ）に示すように受光レベルは光の屈折によって光源１９の位置に対して各々異なる影響を受け、受光レベルの位置に対する変化度合いは異なるものになる。そこで、図８（ｃ）に示すように光源１９の各位置に対して各々Ｖ１ref（θ）とＶ１（θ）の比率を求め、補正係数Ｃ１（θ）を導く。これと同様にして、第２の光受信手段６を構成する他の受光素子ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４に対しても補正係数Ｃ２（θ）、Ｃ３（θ）、Ｃ４（θ）を求め、これらを用いて、第２の光受信手段６の受光レベルを補正し、光軸調整を行うことで屈折の影響を抑えた正確な光軸調整が実現される。

なお、このような補正係数を求める場合の位置と補正係数マップの一例を図９に示す。図９に示すように第２の光受信手段６の受光軸方向に対して複数の位置で補正係数を満遍無く持つことでより精度の高い補正が実現され、光軸調整精度の向上を図ることができる。

＜第１の実施の形態＞
次に、以上述べてきた光軸補正方法を行うための本発明における第１の実施の形態を図１０及び図１１に示し説明する。まず、図１０には第１の実施の形態として第２の光受信手段６における受信レベルを第２の光受信手段６の方向に応じて随時補正を加え、その結果を比較しながら光軸調整を行う場合の形態を、特に制御部１０に主点を置き示している。

図１０に示すように制御部１０は、外装２４に対して第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）が現在どの位置（方向）を向いているかの位置情報（座標）を記録する位置情報記録メモリ３４を持ち、更に各方向で第２の光受信レベルを補正するための係数メモリ３７を備えている。なお、この係数メモリ３７には、第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）が外装２４に対して向いている各方向について第２の光受信手段６の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）へのレベル補正係数をレベル係数テーブル３８として記録してある。

なお、制御部１０は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を駆動制御するために光軸調整制御部３５を有し、この光軸調整制御部３５は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変えるたびに第２の光受信手段６の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）で受信される信号を順次選択するために信号セレクト回路８を制御し、その際の位置（方向）を位置情報記録メモリ３４から読み出し、この位置情報に応じたレベル補正係数を係数メモリ３７のレベル補正係数テーブル３８からレベル補正演算部３６へ渡す。レベル補正演算部３６では受信レベル検出回路９から送られる各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受信レベルに係数メモリ３７から得たレベル補正係数を乗じて、光軸調整制御部３５へ送る。

光軸調整制御部３５では、レベル補正演算部３６から送られる補正処理された各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での受信レベルを比較し、それに応じて駆動手段１２、１３を制御して第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の向いている方向位置を変え、そのときの方向位置情報を位置情報記録メモリ３４へ書き込む。このような動作を第２の光受信手段６の各受光素子の補正後の受信レベルが一致するまで繰り返すことで送信機１の光軸を受信機２１へ合わせる。

次に、第１の実施の形態においての光軸調整動作の流れを図１１を用いて説明する。第１の実施の形態では、図１１に示すように、まず、ステップＳ１として第２の光受信信号を順次セレクト（選択）し、ステップＳ２として位置情報記録メモリ３４から現在の第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向位置情報（座標）を取得する。次いで、ステップＳ３としてこの方向位置情報に応じたレベル補正係数を係数メモリ３７から読み出し、次いでステップＳ４においてステップＳ１で選択された第２の光受信信号の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での受信信号レベルに各補正係数を乗じてレベル補正を行う。

次いで、ステップＳ４で補正された各レベルをステップＳ５でチェックし、一定レベル以上の光受信信号があるかを判定する。これは、第２の光受信手段６の指向角内に受信機２１があるか否かを判定することで、外乱光などのノイズ受信による誤判定を避けるためのものである。この判定で、一定レベルを超えた受信が無い場合には、ステップＳ６で第１の光送信手段５の発光を停止し、不必要な第１の光信号２２、２８の放出を避け、周辺外界への配慮をする。ステップＳ６で第１の光信号２２、２８の送信を停止したら、ステップＳ７で第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ８でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、再度ステップＳ１からの処理を行う。

また、ステップＳ５において一定レベル以上の光受信信号が確認された場合には、更にステップＳ９においてこれらすべての第２の光受信信号レベルが一致しているかを判定し、一致していない場合にはステップＳ７でこの各第２の光受信信号レベルの大きさに従って第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、ステップＳ８でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、再度ステップＳ１からの処理を行う。

もし、ステップＳ９においてすべての光受信信号レベルが一致していた場合にはステップＳ１０で第１の光送信手段５で第１の光信号２２、２８を受信機２１へ送信開始し、光軸調整を完了する。

＜第２の実施の形態＞
次に、図１２に第２の実施の形態として第２の光受信手段６における光受信信号レベルを比較して各レベルが一致する方向へ第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の向きを変更し、その位置に応じた移動補正を行うことで光の屈折から起こるずれを調整し光軸を合わせる場合の形態を制御部１０に主点を置き示す。

図１２に示すように制御部１０は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）が現在どの位置（方向）を向いているかの位置情報（座標）を随時記録する位置情報記録メモリ３４と、第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を駆動制御するために光軸調整制御部３５を有する。この光軸調整制御部３５は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変えるたびに第２の光受信手段６の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）で受信される信号を順次選択するために信号セレクト回路８を制御し、受信レベル検出回路９によって各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受信レベルを得る。

光軸調整制御部３５では、受信レベル検出回路９から送られる各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での受信レベルを比較し、それに応じて駆動手段１２、１３を制御して第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の向いている位置（方向）を変え、各光受信信号レベルが一致するまでその動作を繰り返す。

各光受信信号レベルが一致したら、光軸調整制御部３５はその際の位置（方向）を位置情報記録メモリ３４から読み出し、この位置情報に応じて光軸補正のための位置移動係数を係数メモリ３７の位置移動係数テーブル３９から読み出し、この位置移動係数に従って第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の向いている方向に微調整し送信機１の光軸を受信機２１へ合わせる。

次に図１３を用いて図１２に示した第２の実施の形態の動作を説明する。第２の実施の形態では、図１３に示すように、まず、ステップＳ１として第２の光受信信号を順次セレクト（選択）し、次いでステップＳ５においてステップＳ１で選択された第２の光受信信号の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での光受信信号レベルをチェックし、一定レベル以上の光受信信号があるか否かを判定する。これは、第２の光受信手段６の指向角内に受信機２１があるかを判定することで、外乱光などのノイズ受信による誤判定を避けるためのものである。この判定で、一定レベルを超えた光受信信号が無い場合には、ステップＳ６で第１の光送信手段５の発光を停止し、不必要な第１の光信号２２、２８の放出を避け、周辺外界への配慮をする。ステップＳ６で第１の光信号２２、２８の送信を停止したら、ステップＳ７で各第２の光受信信号レベルの大きさに従って第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ８でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、再度ステップＳ１からの処理を行う。

また、ステップＳ５において一定レベル以上の光受信信号が確認された場合には、更にステップＳ９においてこれらすべての光受信信号レベルが一致しているか否かを判定し、一致していない場合にはステップＳ７でこの各第２の光受信信号レベルの大きさに従って第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ８でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、再度ステップＳ１からの処理を行う。

もし、ステップＳ９においてすべての光受信信号レベルが一致していた場合には、ステップＳ２で位置情報記録メモリ３４から現在の第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向位置情報（座標）を取得する。次いで、ステップＳ１１においてステップＳ２で得た方向位置情報に応じた位置移動補正係数を係数メモリ３７から読み出し、次いでステップＳ１２においてその位置移動補正係数に応じて第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を微調整して光軸を合わせ、次いでステップＳ１０で第１の光送信手段５で第１の光信号２２、２８を受信機２１へ送信開始し、光軸調整を完了する。

＜第３の実施の形態＞
次に第３の実施の形態について説明する。ここで、一例として図１４に示すように示すように、第１の光送信手段５及び第２の光受信手段６の位置関係が図４に示す外装２４の透過板２５及び各回転軸５０、５１に対して対称の位置に無い場合の送信機１を考える。このような場合の送信機１に対して、各方向に受信機２１が位置していた場合の透過板２５による光の屈折が光軸調整に与える影響について図１５を用いて簡単に説明する。

図１５には第１の光送信手段５をほぼ回転中心に配置し、第２の光受信手段６を回転中心から外れた位置に配置している場合を示し、特に図１５（ａ）には第２の光送信手段１９及び第１の光受信手段１４が図中左側にある場合を示し、また、図１５（ｂ）にはそれらが右側にある場合を示している。図１５（ａ）、（ｂ）で示すように第２の光送信手段１９からの光は、透過板２５によって屈折されて第２の光受信手段６へ到達する。このとき、第２の光受信手段６は回転中心にないために第２の光送信手段１９のある位置によって透過板２５との位置関係が大きく異なり、結果的に第２の光信号２７が透過板２５で屈折する度合いが異なる。

つまり、図１５に示す場合には、図１５（ａ）、（ｂ）のように第２の光送信手段１９が左又は右に同じだけずれた位置（対称の位置）にあるにもかかわらず第２の光信号２７が第２の光受信手段６ヘは、各々異なる屈折角（α、β）で到達することになってしまい、各々正しい光軸調整を行うためにはこれらの屈折によるずれを各方向で調整する必要がでてくる。

したがって、図１６に示すように、各方向に応じて屈折角ごとに光軸調整における補正係数を使うことになる。図１６（ａ）は、図１６（ｂ）、（ｃ）の横軸である光源（第２の光送信手段）１９の位置（角度）θを示したものである。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すような第２の光受信手段（４分割ＰＤ）６に対して光源１９が角度θの位置にある場合の、第２の光受信手段６を構成する１つの受光素子（ＰＤ１）における第２の光信号２７の受光レベルＶ１ref（θ）、Ｖ１（θ）を示しており、受光レベルＶ１ref（θ）はカバーとして機能する透過板２５が無い場合、受光レベルＶ１（θ）は透過板２５がある場合を示している（ただし、説明の複雑化を避けるために二次元的に捕らえている）。

図１６（ｂ）に示すように受光レベルＶ１ref（θ）、Ｖ１（θ）は、光の屈折によって光源１９の位置θに対して各々異なる影響を受け、受光レベルＶ１ref（θ）、Ｖ１（θ）の位置θに対する変化度合いは異なるものになる。そこで、図１６（ｃ）に示すように光源１９の各位置θに対して各々受光レベルＶ１ref（θ）、Ｖ１（θ）の比率を求め、補正係数Ｃ１（θ）を導く。これと、同様にして、他の受光素子ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４に対しても補正係数Ｃ２（θ）、Ｃ３（θ）、Ｃ４（θ）を求め、これらを用いて、第２の光受信手段６の受光レベルを補正し、光軸調整を行うことで屈折の影響を抑えた正確な光軸調整を実現することができる。

このような補正係数Ｃ１（θ）〜Ｃ４（θ）を求める場合の位置θと係数マップの一例を図１７に示す。しかしながら、より精度の高い光軸補正を実現するためには、第２の光受信手段６の受光軸方向に対して複数の位置θで係数Ｃ１（θ）〜Ｃ４（θ）を満遍なく持つ必要があり、記憶容量が大きなものとなってしまう。第３の実施の形態では、上記で説明したような外装２４の透過板（通常は光学フィルタ）２５によって起こる光の屈折現象による光軸調整のためのハードウエア規模の肥大化を解決するために、光軸調整時又は光軸調整の最終過程において屈折によるずれを補正するための補正値の保持を必要最小限にとどめることでハードウエア規模を抑えるようにしている。

まず、第３の実施の形態における光軸補正係数群を効率的に作成するための光送受信部５、６と透過板２５との位置関係を、送信機１を例に図１８で説明する。図１８（ａ）は送信機１の受発光部分の側面図、図１８（ｂ）は正面図、図１８（ｃ）は上面図であって、透過板（光学フィルタ）２５に対する第１の光送信手段５及び第２の光受信手段６の位置関係を示したものである。図１８に示すように第１の光送信手段５を水平回転軸５０及び垂直回転軸５１の交わる位置に置き、第２の光受信手段６を少なくともいずれか一方の回転軸（図１８では水平回転軸５０）上に位置するように配置する。

このような配置をすることで透過板２５による光信号の屈折を水平回転軸５０に対して対称にすることができ、図１９で示すように水平方向に対称な受光状態となる。ここで、図１９（ａ）は図１９（ｂ）、（ｃ）の横軸θ（光源（第２の光送信手段）１９の位置）を示したものである。図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示すような第２の光受信手段（４分割ＰＤ）６に対して光源１９がθの位置にある場合の、第２の光受信手段６を構成する１つの受光素子（ＰＤ１）における第２の光信号２７の受光レベルＶ１ref（θ）、Ｖ１（θ）を示している。なお、受光レベルＶ１ref（θ）は透過板２５が無い場合、受光レベルＶ１（θ）は透過板２５がある場合を示している。つまり、屈折による光軸ずれを補正するための補正係数Ｃ１（θ）も水平回転軸５０を中心に対称な補正係数とすることが可能となる。これによって、図２０に示すように補正係数Ｃ１（θ）〜Ｃ４（θ）を水平回転軸５０に対して左右どちらか半面を保持することで十分となる。

図２１には第３の実施の形態として第２の光受信手段６における受信レベルを第２の光受信手段の方向に応じて随時補正を加え、その結果を比較しながら光軸調整を行う場合の形態を特に制御部１０に主点を置き示している。図２１に示すように制御部１０は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）が現在どの位置（方向）を向いているかの位置情報（座標）を記録する位置情報記録メモリ３４を持ち、更に各方向で第２の光受信レベルを補正するための係数メモリ３７を備えている。なお、この係数メモリ３７には、第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）が向いている各方向に対して第２の光受信手段６の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）ヘのレベル補正係数として、一回転軸（例えば水平回転軸）を中心に左右いずれか一方を基にしたレベル補正係数テーブル３８を記録してある。

また、制御部１０は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を駆動制御するために光軸調整制御部３５を有し、光軸調整制御部３５は第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変えるごとに第２の光受信手段６の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）で受信される光受信信号を順次選択するために信号セレクト回路８を制御し、その際の位置（方向）を位置情報記録メモリ３４から読み出し、この位置情報に応じたレベル補正係数を係数メモリ３７のレベル補正係数テーブル３８からレベル補正演算部３６ヘ渡す。レベル補正演算部３６では受信レベル検出回路９から送られる各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受信レベルに係数メモリ３７から得たレベル補正係数を乗じ、乗算結果を光軸調整制御部３５ヘ送る。このとき、補正係数を乗じる際に左右で異なる符号として乗じることで左右で補正係数を共通化して、係数メモリ３７に保持している値を左右の各々の補正係数として用いることができる。

光軸調整制御部３５では、レベル補正演算部３６から送られる補正処理された各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での受信レベルを比較し、それに応じて各駆動手段１２、１３を制御して第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の向いている方向位置を変え、そのときの方向位置情報を位置情報記録メモリ３４ヘ書き込む。このような動作を第２の光受信手段６の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の補正後の受信レベルが一致するまで繰り返すことで送信機１の光軸を受信機２１ヘ合わせる。

次に図２２を用いて図２１に示した第３の実施の形態の動作を説明する。第３の実施の形態では、図２２に示すように、まず、ステップＳ２１として第２の光受信信号を順次セレクト（選択）し、次いでステップＳ２２として位置情報記録メモリ３４から現在の第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向位置情報（座標）を取得する。次いで、取得した座標が係数を読み出す際に対称の座標として置き換える必要があるかをステップＳ２３で判定し、必要があればステップＳ２４で係数読み出し位置座標を対称座標に変換してステップＳ２５ヘ進む。一方、ステップＳ２３の判定で座標置き換えが必要ないと判定された場合には、直接ステップＳ２５ヘ移る。

ステップＳ２５では方向位置情報に応じたレベル補正係数を係数メモリ３７から読み出し、次いでステップＳ２６で読み出し係数を軸対称に入れ替えが必要かを判定し、もし必要があればステップＳ２７において読み出した補正係数を係数対称軸に対して対称に入れ替え、次のステップＳ２８ヘ移る。一方、ステップＳ２６において係数の入れ替えが必要ないと判定された場合には、直接ステップＳ２８ヘ移る。

ステップＳ２８では、ステップＳ２１で選択された第２の光受信信号の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での受信信号レベルヘ各補正係数を乗じてレベル補正を行い、次いで、ステップＳ２８で補正された各受信信号レベルをステップＳ２９でチェックし、一定レベル以上の光受信信号があるかを判定する。これは、第２の光受信手段６の入射角内に受信機２１があるかを判定することで、外乱光などのノイズ受信による誤判定を避けるためのものである。この判定で、一定レベルを超えた光受信信号が無い場合には、ステップＳ３０で第１の光送信手段５の発光を停止し、不必要な第１の光信号２８の放出を避け、周辺外界への配慮をする。ステップＳ３０で第１の光信号２２、２８の送信を停止したら、続くステップＳ３１で第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ３２でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、次いで、再度ステップＳ２１からの処理を行う。

また、ステップＳ２９において一定レベル以上の光受信信号が確認された場合には、更にステップＳ３３においてこれらすべての第２の光受信信号レベルが一致しているかを判定し、一致していない場合にはステップＳ３１でこの各受信信号レベルの大きさに従って第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ３２でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、次いで、再度ステップＳ２１からの処理を行う。もし、ステップＳ３３においてすべてのレベルが一致していた場合にはステップＳ３４で第１の光送信手段５で第１の光信号２２、２８を受信機２１ヘ送信開始し、光軸調整を完了する。

＜第４の実施の形態＞
次に、図２３は第４の実施の形態として、第３の実施の形態における係数メモリ３７の中に設けているレベル補正係数テーブル３８を係数エリア４０及び係数指標（ベクタ）テーブル４１で指標化することで係数メモリ３７の容量を削減した構成を示す。第３の実施の形態では、ｎ箇所の方向でＮバイト係数を単純に保持すると、最低でも４Ｎバイト（bytes）×ｎの容量が必要となる。第４の実施の形態ではこれらの係数を、例えばＮｏ．１〜Ｎｏ．６の６個の係数に近似し、それらを保持する係数エリア４０と、各方向においてどの係数を使うかを示した係数指標（ベクタ）テーブル４１を構成することで、係数メモリ３７を小容量で構成することを可能としている。

つまり、補正係数の保持のために必要とされるメモリサイズは、図２４の例ではＮバイト×６のメモリを要する係数エリア４０と、１２ビット（bits）×ｎで構成される係数ベクタテーブル４１の容量を併せたものとなる。ここで係数ベクタテーブル４１の容量は、係数エリア４０で保持される係数（ここでは６個）を表すのに３ビットとし、４個の各ＰＤ１〜４ヘのベクタを保持するために３ビット×４が必要となり、さらにこれらをｎ個の方向でそれぞれ保持することになり、結果、係数ベクタテーブル４１の容量は１２ビット×ｎとなっている。

これによって単純に各方向でＮバイトの係数（Ｎ>>３）を各方向で保持した場合の４Ｎバイト×ｎのレベル補正係数テーブル３８を持った係数メモリ３７よりも小さな容量の係数メモリ３７で係数エリア４０を構成することが可能となる。このような係数エリア４０を有した場合の第４の実施の形態を図２３に示すが、その動作は基本的な部分は図２１で示した第３の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略し、次の図２５のフローチャートによって動作を説明する。

第４の実施の形態では、図２５に示すように、まず、ステップＳ２１として第２の光受信信号を順次セレクトし、次いでステップＳ２２として位置情報記録メモリ３４から現在の第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向位置情報（座標）を取得する。取得した位置座標を係数を読み出す際に対称の座標として置き換える必要があるかをステップＳ２３で判定し、必要があればステップＳ２４で係数読み出し位置座標を対称座標に変換してステップＳ３５ヘ進む。一方、ステップＳ２３の判定で座標置き換えが必要ないと判定された場合には、直接ステップＳ３５ヘ移る。

ステップＳ３５ではステップＳ２２で読み出した方向位置座標に対応した係数指標テーブル４１から指標値を読み出し、次いでステップＳ３６で読み出した指標値を軸対称に入れ替えが必要かを判定し、もし必要があればステップＳ３７において読み出した指標値を係数対称軸に対して対称に入れ替え、次のステップＳ３８へ移る。一方、ステップＳ３６において係数の入れ替えが必要ないと判定された場合には、直接ステップＳ３８ヘ移る。

ステップＳ３８では、読み出した係数指標値に対応したレベル補正係数を係数メモリ３７から読み出し、次いで、ステップＳ２８においてステップＳ２１で選択された第２の光受信信号の各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）での光受信信号レベルに各補正係数を乗じてレベル補正を行う。次いでステップＳ２８で補正された各光受信信号レベルをステップＳ２９でチェックし、一定レベル以上の光受信信号があるかを判定する。これは、第２の光受信手段６の入射角内に受信機２１があるかを判定することで、外乱光などのノイズ受信による誤判定を避けるためのものである。この判定で、一定レベルを超えた光受信信号が無い場合には、ステップＳ３０で第１の光送信手段５の発光を停止し、不必要な第１の光信号２８の放出を避け、周辺外界への配慮をする。ステップＳ３０で第１の光信号を停止したら、続くステップＳ３１で第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ３２でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、次いで、再度ステップＳ２１からの処理を行う。

また、ステップＳ２９において一定レベル以上の光受信信号が確認された場合には、更にステップＳ３３において、これらすべての第２の光受信信号レベルが一致しているかを判定し、一致していない場合にはステップＳ３１でこの各第２の受信光レベルの大きさに応じて第２の光受信手段６（及び第１の光送信手段５）の方向を変更し、次いでステップＳ３２でその方向位置座標を位置情報記録メモリ３４に記録し、次いで、再度ステップＳ２１からの処理を行う。もし、ステップＳ３３においてすべてのレベルが一致していた場合にはステップＳ３４で第１の光送信手段５で第１の光信号２８を受信機２１ヘ送信開始し、光軸調整を完了する。

なお、上述の実施の形態において説明した本発明の光送信機が適用される光無線伝送装置の送信装置、受信装置の構成は、本発明の技術思想を説明するための一例を示したものであり、その構成は、適宜変更可能である。

本発明の光送信機が適用される光無線伝送装置の送信機及び受信機を示すブロック図である。 図１の第２の光受信手段による光軸調整駆動を示す説明図である。 光軸合わせ（位置探し）駆動方向と受光レベルの関係を示す説明図である。 外装を付けた光送信機の例を示す説明図である。 透過板の無い場合の第２の光軸と第１の光軸の説明図である。 透過板（平板）により屈折した第２の光軸と第１の光軸の説明図である。 透過板（球面体）により屈折した第２の光軸と第１の光軸の説明図である。 屈折した第２の光受光レベルと補正係数を示す説明図である。 第２の光受信手段の受光軸方向と係数マップの一例を示す説明図である。 第２の光受信手段における受光軸補正を用いた本発明の第１の実施の形態の光軸調整制御を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態の光軸調整動作の概略を示すフローチャートである。 第２の光受信手段における受光軸補正を用いた本発明の第２の実施の形態の光軸調整制御を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の光軸調整動作の概略を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態の送信機における透過板による屈折と受光素子の位置を示す説明図である。 透過板により屈折した第２の光軸と第１の光軸の説明図である。 透過板により屈折した第２の光受光レベルと補正係数を示す説明図である。 第２の光受信手段の受光軸方向と係数マップの一例を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態の透過板による屈折と受光素子の位置を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態の外装により屈折した第２の光受光レベルと補正係数を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態の第２の光受信手段の受光軸方向と係数マップの一例を示す説明図である。 第２の光受信手段における受光軸補正を用いた本発明の第３の実施の形態の光軸調整制御を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態の光軸調整動作の概略を示すフローチャートである。 第２の光受信手段における受光軸補正を用いた本発明の第４の実施の形態の光軸調整制御を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態の補正係数を示す説明図である。 本発明の第４の実施の形態の光軸調整動作の概略を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 送信機
２ 送信機回路部分
３ 送信信号処理回路
４、１８ 発光素子ドライバ
５ 第１の光送信手段（送信部、光学発光部）
６ 第２の光受信手段（受信部、光学受光部）
７、１５ 受光回路
８ 信号セレクト回路
９ 受信レベル検出回路
１０ 制御部
１１ 駆動制御部
１２ パン駆動手段
１３ チルト駆動手段
１４ 第１の光受信手段（光学受光部）
１６ 受信信号処理回路
１７ 発信回路
１９ 第２の光送信手段（光源、光学発光部）
２０ 受信機回路部分
２１ 受信機
２２、２８ 第１の光信号
２３、２７ 第２の光信号
２４ 外装
２５ 透過板（光学フィルタ）
２６ 第２の光信号の発光軸
２９ 虚像
３４ 位置情報記録メモリ
３５ 光軸調整制御部
３６ レベル補正演算部
３７ 係数メモリ
３８ レベル補正係数テーブル
３９ 位置移動補正係数テーブル
４０ 係数エリア
４１ 係数指標（ベクタ）テーブル
５０ 水平回転軸
５１ 垂直回転軸

Claims (2)

1. 光信号を受信するための光受信機から発光されるパイロット光を受光し、その受光レベルに基づいて前記光受信機に対する前記光信号の送信方向を調整する光送信機であって、
   前記光信号を送信する光信号送信手段と、
   入来する前記パイロット光を透過させる光透過手段と、
   前記光透過手段を透過したパイロット光を受光して受光レベルを検出するパイロット光受光手段と、
   前記光信号の送信方向を変更するために、前記光信号送信手段及び前記パイロット光受光手段の方向を一体的に変更する方向変更手段と、
   前記パイロット光受光手段の方向に対応させて、前記パイロット光受光手段で検出された受光レベルの、前記光透過手段のパイロット光の受光によるレベル変化を補正するための補正係数を予め記憶した係数記憶手段と、
   前記係数記憶手段から前記パイロット光受光手段の方向に対応した補正係数を読出して、その補正係数と前記パイロット光受光手段で検出された受光レベルとの演算によって補正後受光レベルを算出する受光レベル補正手段と、
   前記補正後受光レベルに基づき、前記方向変更手段を制御して前記光信号送信手段及び前記パイロット光受光手段の方向を変更させる方向変更制御手段と、
   を備えた光送信機。
2. 前記パイロット光受光手段は複数の受光素子で受光された受光レベルを検出し、前記方向変更制御手段は前記複数の受光素子で受光された各受光レベルについて演算された補正後受光レベルが同じになるように前記方向変更手段を制御して前記光信号送信手段及び前記パイロット光受光手段の方向を変更させることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。

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