JP4656668B2 - 受光ユニットおよび光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光側からの情報信号光と同期をとることができる受光ユニット、および該受光ユニットを用いた光通信装置に関するものである。

従来、発光ユニットと受光ユニットとの間で光通信を行なう装置として、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。この光通信装置の発光ユニットは、８進数データに対応する情報信号光を受光ユニットに発するＬＥＤ群と、ＬＥＤ群の発光制御および同期制御を行なう発光制御ＣＰＵと、受光ユニットから発せられた同期開始信号光を受光する同期開始信号受光用ＣＣＤを備えている。また、受光ユニットは、発光ユニットからの情報信号光を受光する情報信号受光用ＣＣＤと、発光ユニットに同期開始信号光を発光する同期開始信号光発光部を備えている。受光ユニットにおいて情報信号光を撮像するための撮像フレーム期間は常に一定にされている。
この光通信装置において、発光ユニットと受光ユニットとの間で信号同期をとるにあたっては、受光ユニットが同期開始信号光を発し、これを受光した発光ユニットが発側ＶＤ（同期信号）をリセット変更したうえで、情報信号光を受光ユニットに発するようになっている。

特開２００７−１９９３５号公報（明細書の段落［００９８］〜［０１０６］、図１１〜図１３）

ところが、上記従来の光通信装置では、発光ユニットに向けて同期開始信号光を発する同期開始信号光発光部を受光ユニットに設けるとともに、同期開始信号光を受光する同期開始信号光受光用素子、および該信号を取り込むための回路などを発光ユニットに設けている。この場合、１撮像フレームで１回分の情報信号を取り込めるので、応答速度は遅くならない。しかしながら、構成が複雑になって製造コストが高くなるという問題がある。一方で、従来装置において上記の同期開始信号光受光用素子および信号取込み用回路を設けない場合は、複数の撮像フレームで１回分の情報信号を取り込まざるを得ないために応答速度が遅くなるという問題が生じる。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、簡素で安価な構成でありながら、光無線通信の応答性のよい受光ユニットおよび光通信装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る受光ユニットは、情報信号光の所定のデータ搬送周期に対応した撮像期間毎に、情報信号光とは異なる波長を有するとともに前記データ搬送周期の整数倍長の同期用周期内で高光量と低光量に切り替えられる同期信号光の光量を検出する２次元撮像手段と、一連の少なくとも３回の撮像期間中に２次元撮像手段によりそれぞれ検出された同期信号光の光量積分値に基づいて、前記少なくとも３回の撮像期間を、同期信号光の光量が低い低光量期間に撮像をする低光量撮像期間、同期信号光の光量が高い高光量期間に撮像をする高光量撮像期間、もしくは、高光量期間から低光量期間へまたは低光量期間から高光量期間への移行中に撮像をする移行期撮像期間として識別する信号期間識別手段と、信号期間識別手段により識別された移行期撮像期間中に検出された同期信号光の光量積分値を、同期信号光の光量積分値に関して設定された同期目標値に近づけるように、前記撮像期間を含んで成る撮像フレーム周期の長さを調整するフレーム周期調整手段と、を具備してなるものである。

また、前記構成において、識別された低光量撮像期間中の同期信号光の光量積分値および識別された高光量撮像期間中の同期信号光の光量積分値に基づいて同期信号光の同期目標値を算出する同期目標値算出手段を備えているものである。

そして、本発明に係る光通信装置は、上記した各構成の受光ユニット、および、情報信号光を所定のデータ搬送周期で受光ユニットに発する情報信号光源と、情報信号光とは異なる波長を有するとともに前記データ搬送周期の整数倍長の同期用周期内で高光量と低光量に切り替えられる同期信号光を受光ユニットに発する同期信号光源とを有する発光ユニット、を具備して成るものである。

更に、前記構成の光通信装置において、発光ユニットが、当該発光ユニットの位置を示すための、情報信号光および同期信号光とは異なる波長の位置信号光を受光ユニットに発する位置信号光源を有しており、受光ユニットの２次元撮像手段が位置信号光源からの位置信号光を受光するものである。

本発明に係る受光ユニットによれば、受光した情報信号光の所定のデータ搬送周期に対応する撮像期間のうち、受光した同期信号光における高光量期間と低光量期間の間の移行期撮像期間を識別し、その移行期撮像期間中に検出した同期信号光の光量積分値を同期目標値に近づけるように、撮像フレーム周期の長さを調整するので、発光側からの同期信号に対して同期をとることができる。これにより、従来技術のように発光ユニットに向けて同期用信号を送信する通信手段を設けたり、あるいは発光ユニット側の同期信号を調整する制御を実行したりする必要がなく、受光ユニット側だけで容易かつ正確に同期をとることが可能となる。加えて、撮像フレーム周期調整用のソフトウェアを用いて実現できるので、構成が簡素で済み安価に提供される。

また、低光量撮像期間中および高光量撮像期間中の同期信号光の光量積分値に基づいて、同期信号光の同期目標値を算出するようにしたものでは、同期信号光の高光量期間における光量や低光量期間における光量が変化する場合でも、その光量変化に応じた適切な同期目標値に設定し直すので、同期精度を一定以上に保つことができる。

そして、本発明に係る光通信装置は、上記構成の受光ユニット、および、受光ユニットに向けて信号光を発する発光ユニットを備えているので、同期に関する応答性が早くなり、高速の光無線通信を実現できる。

更に、発光ユニットに設けた位置信号光源からの位置信号光を、受光ユニットの２次元撮像手段が受光するようにした光通信装置では、発光ユニットの存在する方位を受光ユニットが検知することができる。これにより、方位検知した発光ユニットからの同期信号光および情報信号光のそれぞれの光量を正確に測定できる。従って、同期および情報通信に関する制御精度を高めることができる。

本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。図１は本発明の一実施形態に係る光通信装置のブロック構成図、図２は前記光通信装置の受光ユニットのブロック構成図、図３は前記光通信装置における信号光と撮像フレーム周期との関係を示すタイムチャートである。
各図において、この実施形態に係る光通信装置１は、受光ユニット３に向けて種々の信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を発する発光ユニット２と、発光ユニット２からの信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を受光する受光ユニット３とから主に構成される。

前記の発光ユニット２は、情報信号光Ｃ２を一定のデータ搬送周期Ｔ２で受光ユニット２に発するＬＥＤ（情報信号光源の例）４Ｂと、情報信号光Ｃ２とは異なる波長を有しデータ搬送周期Ｔ２の３倍長の周期で点滅する同期信号光Ｃ１を受光ユニット３に発するＬＥＤ（同期信号光源の例）４Ａと、発光ユニット２の位置を示すための、情報信号光Ｃ２および同期信号光Ｃ１とは異なる波長で連続光の位置信号光Ｃ３を受光ユニット３に発するＬＥＤ（位置信号光源の例）４Ｃと、これらのＬＥＤ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの点灯・消灯動作を作動制御するＬＥＤドライブＣＰＵ５とから主に構成されている。この場合、ＬＥＤドライブＣＰＵ５の動作により、位置信号光Ｃ３は例えば連続光とされ、情報信号光Ｃ２はデータ搬送周期Ｔ２（例えば３ｍｓｅｃ）毎に消灯または点灯を行なうことにより０または１のデジタル情報信号とされ、同期信号光Ｃ１はデータ搬送周期Ｔ２を３倍した同期用周期Ｔ１内で点灯と消灯を行なう同期信号とされる。具体的に、ＬＥＤ４Ａが発する光は例えば波長６５５ｎｍの赤色光（Ｒ）であり、ＬＥＤ４Ｂが発する光は例えば波長５０５ｎｍの緑色光（Ｇ）であり、ＬＥＤ４Ｃが発する光は例えば波長４６５ｎｍの青色光（Ｂ）であってそれぞれ異なっている。但し、各信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の波長は前記の例に限るものでなく、適宜選定可能である。

前記の受光ユニット３は、汎用の回路基板９、および回路基板９上に実装されたＤＳＰ基板１０から成るＣＭＯＳ処理部８と、ＤＳＰ基板１０上に実装されたＣＭＯＳ搭載基板７と、同期信号光Ｃ１、情報信号光Ｃ２、および位置信号光Ｃ３のそれぞれの光量を検出するためにＣＭＯＳ搭載基板７に配備されたＣＭＯＳ撮像素子（２次元撮像手段の例）１１と、ＣＭＯＳ撮像素子１１の入光側に配備されたレンズ６とを備えている。

ＤＳＰ基板１０には、受光ユニット３の個々の制御演算を行なう中央演算処理ユニットＣＰＵと、中央演算ユニットＣＰＵとＣＭＯＳ撮像素子１１の間に介設された高速通信用のＩ²Ｃポート１４と、ＣＭＯＳ撮像素子１１の撮像データ出力側と信号接続されるメモリインタフェース１２と、ＣＭＯＳ撮像素子１１からの２次元の撮像データやＣＰＵ実行プログラムデータその他のデータを格納するメモリＭと、ＣＭＯＳ撮像素子１１からの撮像データを直接メモリＭに格納するためにメモリインタフェース１２とメモリＭの間に介設されたＤＭＡ１３とが配備されている。前記のメモリＭは、後で詳述するように中央演算ユニットＣＰＵにより実行される、信号期間識別手段２０、同期目標値算出手段２１、移行期間光量比較手段２２、および撮像フレーム周期設定手段２３の機能を実行するプログラムデータも読出し可能に格納している。

更に、ＤＳＰ基板１０には、２つの分周器１６，１７を備えるプログラマブルタイマ１５と、回路基板９に配備された発振器１９からのクロック信号よりピクセルクロックデータを生成し当該ピクセルクロックデータ（４０ｎｓｅｃ）をプログラマブルタイマ１５の分周器１６に出力するＰＬＬ１８とが配備されている。前記の分周器１６は、ＰＬＬ１８からのピクセルクロックデータ（４０ｎｓｅｃ）を分周処理し水平の同期信号Ｈ−ｓｙｎｃ（１０μｓｅｃ）を生成してＣＭＯＳ撮像素子１１に出力するようになっている。また、分周器１７は、分周器１６からの同期信号を分周処理し垂直の同期信号Ｖ−ｓｙｎｃ（０．９〜１．０ｍｓｅｃ内で可変）を生成してＣＭＯＳ撮像素子１１に出力するようになっている。

そして、中央演算ユニットＣＰＵおよびＩ²Ｃポート１４により制御されるＣＭＯＳ撮像素子１１の撮像フレーム周期Ｔ３は、電子シャッター（図示省略）が開いて撮像可能な撮像期間Ｔ３１と、撮像しないシャッター閉期間Ｔ３２とから成っている。この場合、撮像フレーム周期Ｔ３は例えば３ｍｓｅｃに、撮像期間Ｔ３１は例えば１ｍｓｅｃに、シャッター閉期間Ｔ３２は例えば２ｍｓｅｃに設定してある。但し、撮像期間Ｔ３１およびシャッター閉期間Ｔ３２は前記の例に限るものでなく、適宜選定自由である。例えば、撮像期間Ｔ３１とシャッター閉期間Ｔ３２を同じ長さにしてもよいし、撮像期間Ｔ３１をシャッター閉期間Ｔ３２よりも長くしても構わない。

上記のように構成された光通信装置１の作用を、図１〜図３に加え、図４のフローチャートも用いて説明する。図４のフローチャートの処理内容は、予めメモリＭに格納されているプログラムデータに沿って中央演算ユニットＣＰＵにより実行される。
まず、発光ユニット２では、図３に示すように、ＬＥＤ４Ａが同期用周期Ｔ１で同期信号光Ｃ１を受光ユニット３に向けて発し、ＬＥＤ４Ｂがデータ搬送周期Ｔ２で情報信号光Ｃ２を受光ユニット３に向けて発し、ＬＥＤ４Ｃが連続の位置信号光Ｃ３を受光ユニット３に向けて発している。

この場合、受光ユニット３において、撮像フレーム信号の撮像期間Ｔ３１が図３中の例えばｔ１の位置であるとすると、撮像期間Ｔ３１（ｔ１）中において、受光ユニット３のＣＭＯＳ撮像素子１１は、信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含む画像を撮像し（フローチャートのステップＳ１）、２次元の撮像データ（ｎ×ｍビット）としてメモリＭに格納する。次に、中央演算ユニットＣＰＵは、メモリＭを検索して２次元撮像データ中における波長４６５ｎｍの位置信号光Ｃ３の位置を求め、その位置と所定の位置関係（例えば、隣の格納位置など）にある、波長６５５ｎｍの同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１１および波長５０５ｎｍの情報信号光Ｃ２の光量Ｖ２１（０または１を表す信号のいずれかに対応する光量である。以下同じ）をそれぞれ検出する（ステップＳ２）。この場合、同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１１は撮像期間Ｔ３１（ｔ１）中の積分値であるが、ＬＥＤ４Ａは消灯中であるために最低量（＝０：低光量）である。

次の撮像期間Ｔ３１（図３中のｔ２）中においても、ＣＭＯＳ撮像素子１１は、信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含む画像を撮像し（ステップＳ３）、２次元の撮像データとしてメモリＭに格納する。中央演算ユニットＣＰＵは、メモリＭ中の位置信号光Ｃ３の位置を求め、位置信号光Ｃ３と前記所定位置関係にある、同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１２および情報信号光Ｃ２の光量Ｖ２２をそれぞれ検出する（ステップＳ４）。この場合、ＬＥＤ４Ａは点灯中であり、同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１２（図３中の破線のハッチングの面積で示す）は撮像期間Ｔ３１（ｔ２）中の積分値であって最高量（＝１：高光量）である。

続いて、中央演算ユニットＣＰＵは、同期信号光Ｃ１における撮像期間Ｔ３１（ｔ１）中の光量Ｖ１１と撮像期間Ｔ３１（ｔ２）中の光量Ｖ１２とを比較し（ステップＳ５）、光量Ｖ１１が光量Ｖ１２よりも大きければ（ステップＳ５のＮ）、メモリＭ中の光量Ｖ１１を光量Ｖ１２で置き換えて光量Ｖ１１の代わりにするとともに、メモリＭ中の光量Ｖ２１を光量Ｖ２２で置き換えて光量Ｖ２１の代わりとしてステップＳ３に戻る（ステップＳ６）。このようにして、前回の光量Ｖ１１よりも今回の光量Ｖ１２のほうが高くなるまで、すなわち低光量期間と、この低光量期間に続く高光量期間とが存在する状態を探し続ける。一方、ステップＳ５において、前回の光量Ｖ１１よりも今回の光量Ｖ１２が大きければ（Ｙ）、ステップＳ７に進んで、撮像期間Ｔ３１（ｔ１）を低光量撮像期間ＴＬとみなし、撮像期間Ｔ３１（ｔ２）を高光量撮像期間ＴＨとみなす。

同様に、その次の撮像期間Ｔ３１（図３中のｔ３）中においても、ＣＭＯＳ撮像素子１１は、信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含む画像を撮像し（ステップＳ８）、２次元の撮像データとしてメモリＭに格納する。中央演算ユニットＣＰＵは、メモリＭ中の位置信号光Ｃ３の位置を求め、位置信号光Ｃ３の位置と前記所定位置関係にある、同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１３および情報信号光Ｃ２の光量Ｖ２３をそれぞれ検出する（ステップＳ９）。この撮像期間Ｔ３１（ｔ３）中に、ＬＥＤ４Ａは点灯から消灯に切り替わっているので、同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１３（図３中の破線のハッチングで示す）は立下り線Ｑまでの積分値となる。

続いて、中央演算ユニットＣＰＵは、同期信号光Ｃ１における撮像期間Ｔ３１（ｔ３）中の光量Ｖ１３と撮像期間Ｔ３１（ｔ２）中の光量Ｖ１２とを比較し（ステップＳ１０）、光量Ｖ１２が光量Ｖ１３よりも小さければ（ステップＳ１０のＮ）、メモリＭ中の光量Ｖ１１を光量Ｖ１２で置き換えて光量Ｖ１１の代わりとし、メモリＭ中の光量Ｖ１２を光量Ｖ１３で置き換えて光量Ｖ１２の代わりとし、メモリＭ中の光量Ｖ２１を光量Ｖ２２で置き換えて光量Ｖ２１の代わりとし、メモリＭ中の光量Ｖ２２を光量Ｖ２３で置き換えて光量Ｖ２２の代わりにしてステップＳ８に戻る（ステップＳ１１）。このようにして、前回の光量Ｖ１２よりも今回の光量Ｖ１３のほうが低くなるまで、すなわち同期信号光Ｃ１が高光量期間から低光量期間へ移行中である状態を探し続ける。一方、ステップＳ１０において、光量Ｖ１２が光量Ｖ１３よりも大きければ（ステップＳ１０のＹ）、撮像期間Ｔ３１（ｔ２）を高光量撮像期間ＴＨとみなし、撮像期間Ｔ３１（ｔ３）を点灯期間（高光量期間）Ｔ１１から消灯期間（低光量期間）Ｔ１２への移行中に撮像を行なう移行期撮像間ＴＭとみなす（ステップＳ１２）。

すなわち、中央演算ユニットＣＰＵは、一連の３回の撮像期間ｔ１，ｔ２，ｔ３中にＣＭＯＳ撮像素子１１によりそれぞれ検出された同期信号光Ｃ１の光量積分値に基づいて、３回の撮像期間Ｔ３，Ｔ３，Ｔ３を、同期信号光Ｃ１の消灯を表す消灯期間Ｔ１２に撮像を行なう低光量撮像期間ＴＬ、同期信号光Ｃ１の点灯を表す点灯期間Ｔ１１に撮像を行なう高光量撮像期間ＴＨ、もしくは、点灯期間Ｔ１１から消灯期間１２への移行中に撮像を行う移行期撮像期間ＴＭとして識別する。このように、中央演算ユニットＣＰＵによりステップＳ１〜Ｓ１２において実行される処理が信号期間識別手段２０による機能の一例である。

続いて、中央演算ユニットＣＰＵは、ステップＳ１２の時点における同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１１と光量Ｖ１２を下記に式（１）に適用し、
Ｖ１１×ｈ＋Ｖ１２×（１−ｈ）＝Ｒｅｆ （１）
（０＜ｈ＜１）
光量Ｖ１１に定数ｈ（この例の場合、ｈ＝０．５（０．５は例えば標準値である。））を乗じた値と、光量Ｖ１２に（１−ｈ）を乗じた値とを合計して、同期目標値Ｒｅｆを得る。この同期目標値Ｒｅｆは光量Ｖ１１と光量Ｖ１２の間の値をとる。
すなわち、中央演算ユニットＣＰＵは、識別された低光量撮像期間ＴＬ中の同期信号光Ｃ１の光量積分値および識別された高光量撮像期間ＴＨ中の同期信号光Ｃ１の光量積分値に基づいて、同期信号光Ｃ１の光量積分値に関する同期目標値Ｒｅｆを算出して設定する。このように、中央演算ユニットＣＰＵによりステップＳ１３において実行される処理が同期目標値算出手段２１による機能の一例である。

前記のように、低光量撮像期間ＴＬ中および高光量撮像期間ＴＨ中の同期信号光Ｃ１の光量積分値に基づいて同期目標値Ｒｅｆを算出するようにすると、同期信号光Ｃ１の高光量期間Ｔ１１における光量や低光量期間Ｔ１２における光量が変化する場合でも、その変化に応じた適切な同期目標値Ｒｅｆに設定し直して同期精度を一定以上に保つことができる。尚、定数ｈは０．５としたが、高光量期間Ｔ１１における光量および低光量期間Ｔ１２における光量に対応させて、定数ｈを０．５以外の値に設定してもよい。

続いて、中央演算ユニットＣＰＵは、ステップＳ１３で求めた同期目標値Ｒｅｆと、移行期撮像期間ＴＭにおける同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１３とを比較する（ステップＳ１４）。すなわち、中央演算ユニットＣＰＵは、信号期間識別手段２０により識別された移行期撮像期間ＴＭ中に検出された同期信号光Ｃ１の光量積分値と、設定された同期信号光Ｃ１の同期目標値Ｒｅｆとを比較する。このように、中央演算ユニットＣＰＵによりステップＳ１４において実行される処理が移行期間光量比較手段２２による機能の例である。

そして、中央演算ユニットＣＰＵは、ステップＳ１４において同期目標値Ｒｅｆと光量Ｖ１３が等しい場合は、情報信号光Ｃ２の、ｔ１における光量Ｖ２１を受信データ１とし、ｔ２における光量Ｖ２２を受信データ２とし、ｔ３における光量Ｖ２３を受信データ３としてそれぞれ設定する（Ｓ１７）。

一方で、ステップＳ１４において光量Ｖ１３が同期目標値Ｒｅｆよりも大きい場合は、同期信号光Ｃ１の同期用周期Ｔ１と同期をとる上で撮像フレーム周期Ｔ３が相対的に短い場合であるので、中央演算ユニットＣＰＵはプログラマブルタイマ１５の分周器１７を作動制御して同期信号Ｈ−ｓｙｎｃから同期信号Ｖ−ｓｙｎｃを生成する分周倍率（９０〜１００倍の範囲内で可変）を撮像フレーム周期Ｔ３の設定値を１単位分（＝同期信号Ｖ−ｓｙｎｃの０．０１ｍｓｅｃ分）増加させる（ステップＳ１５）。これにより、撮像フレーム周期Ｔ３が長くなり、移行期撮像期間ＴＭ（ｔ３）における時間軸上の中間位置（図３に示した撮像フレーム信号のＲｅｆで示す位置）が移動（矢印Ｐ方向）して同期信号光Ｃ１における立下り線Ｑと同じ時点に近づくのである。その後、前述したステップＳ１７の処理を行なう。

他方、ステップＳ１４において光量Ｖ１３が同期目標値Ｒｅｆよりも小さい場合は、撮像フレーム周期Ｔ３の設定値を１単位（垂直同期信号Ｖ−ｓｙｎｃの０．０１ｍｓｅｃ分）減少させる（ステップＳ１６）。これにより、移行期撮像期間ＴＭ（ｔ３）における時間軸上の中間位置が矢印−Ｐ方向に移動して同期信号光Ｃ１における立下り線Ｑと同じ時点に近づくのである。その後、前述したステップＳ１７の処理を行なう。以上のようにして、次回に検出される同期信号光Ｃ１の光量Ｖ１３が同期目標値Ｒｅｆに近づけられる。

すなわち、中央演算ユニットＣＰＵは、移行期間光量比較手段２２により移行期撮像期間ＴＭ中の同期信号光Ｃ１の光量積分値Ｖ１３が同期目標値Ｒｅｆよりも大きいと判定した場合は撮像期間Ｔ３１を含む撮像フレーム周期Ｔ３の長さを長くして設定し、移行期間光量比較手段２２により移行期撮像期間ＴＭ中の同期信号光Ｃ１の光量積分値Ｖ１３が同期目標値Ｒｅｆよりも小さいと判定した場合は撮像フレーム周期Ｔ３の長さを短くして設定する。このように、中央演算ユニットＣＰＵによりステップＳ１５，Ｓ１６において実行される処理が撮像フレーム周期設定手段２３による機能の例である。また、中央演算ユニットＣＰＵによりステップＳ１５，Ｓ１６において実行される処理がフレーム周期調整手段２４による機能の例である。

尚、上記の例では撮像フレーム周期Ｔ３（基準値＝３ｍｓｅｃ）のうち、撮像期間Ｔ３１を１ｍｓｅｃに固定し、シャッター閉期間Ｔ３２（基準値＝２ｍｓｅｃ）を増減させるようにしている。このように、シャッター閉期間Ｔ３２を増減させるようにすると、撮像期間Ｔ３１は一定であるので、検出される光量Ｖ１２（光量Ｖ１１が０以外の場合は光量Ｖ１１も含む）が一定となり制御が容易になる。但し、シャッター閉期間Ｔ３２を固定し撮像期間Ｔ３１を増減させるようにしてよいし、撮像期間Ｔ３１およびシャッター閉期間Ｔ３２の双方を増減させるようにしても構わない。

上記したように、この受光ユニット３によれば、次回に検出される光量Ｖ１３を同期目標値Ｒｅｆに近づけて発光ユニット２からの信号と同期をとることができる。これにより、発光ユニット２に向けて同期用信号を送信する通信手段を設ける必要がなく、受光ユニット３側だけで容易かつ正確に同期をとることが可能となる。加えて、撮像フレーム周期調整用のソフトウェアを用い、且つ、汎用イメージセンサ用の構成に分周器１７付きのプログラマブルタイマ１５を付加するだけで実現されるので、構成が簡素で済み安価に提供される。

また、光通信装置１は、上記した受光ユニット３と、受光ユニット３に向けて信号光を発する発光ユニット２とから構成されるので、従来技術と比べて、通信制御精度が変わらないにも拘わらず、同期に関する応答性は早くなり、単位時間当たりに送信できる情報データ量が多くなる。これにより、高速の光通信を実現できる。因みに、この光通信装置１の通信速度は３３３ｂｉｔ／ｓｅｃであり、一般汎用のデータ通信よりは多少遅いが大きな支障はなく、ビデオカメラにおけるデータ搬送速度（３０ｂｉｔ／ｓｅｃ）よりは格段に早い。
そして、この光通信装置１は、位置信号光Ｃ３を発するＬＥＤ４Ｃを発光ユニット２に配備し、ＬＥＤ４Ｃからの位置信号光Ｃ３を受光するＣＭＯＳ撮像素子１１を受光ユニット３に配備しているので、発光ユニット２の方位を検知することができる。これにより、検知した発光ユニット２からの同期信号光Ｃ１および情報信号光Ｃ２を検出してそれぞれの光量を正確に測定できる。従って、同期に関する制御制度を高めることができる。

また、上述したように同期信号光Ｃ１の同期用周期Ｔ１を情報信号光Ｃ２のデータ搬送周期Ｔ２の３倍長にするとともに、低光量撮像期間ＴＬ、高光量撮像期間ＴＨ、移行期撮像期間ＴＭのそれぞれ１つずつ計３つを同期用周期Ｔ１中に備えているものが最も応答性が高い。すなわち、肝要なことは、同期をとるための移行期撮像期間ＴＭを短い周期でとらえることである。

尚、上記の実施形態では、同期信号光Ｃ１の同期用周期Ｔ１を情報信号光Ｃ２のデータ搬送周期Ｔ２の３倍長にしたが、本発明はそれに限定されるものでなく、図５に示すように、例えば同期用周期Ｔ１をデータ搬送周期Ｔ２の４倍長にしたものについても、本発明は適用可能である。その場合、撮像フレーム信号の撮像期間Ｔ３１は期間ＴＬ→ＴＭ→ＴＨ→ＴＭ→の繰り返しとなり、同期信号光Ｃ１の信号の立上がり時と立下り時に移行期撮像期間ＴＭが存在することとなる。
あるいは、図６に示すように、例えばＴ１をＴ２の５倍長にしたものにも適用できる。その場合は、期間ＴＬ→ＴＬ→ＴＨ→ＴＨ→ＴＭ→の繰り返しとなり、同期信号光Ｃ１の信号の立下り時に移行期撮像期間ＴＭが存在する。

一方、図７に示すように、７ａ上で離間配置された２つのＣＭＯＳ撮像素子１１Ｌ，１１Ｒ（いずれも２次元撮像手段）、およびＣＭＯＳ撮像素子１１Ｌ，１１Ｒに対応して配備されたレンズ６Ｌ，６Ｒを備える受光ユニット３ａも、本発明に含まれる。ＣＭＯＳ搭載基板７ａは上述したＤＳＰ基板１０に実装されている。２つのＭＯＳ撮像素子１１Ｌ，１１Ｒは、ＤＳＰ基板１０のメモリインターフェース１２、Ｉ²Ｃポート１４、プログラマブルタイマ１５、およびＰＬＬ１８に信号通信可能に接続されている。他の構成要素は上述した受光ユニット３と同じ構成であるから、説明は省略する。
この受光ユニット３ａによれば、２つのＣＭＯＳ撮像素子１１Ｌ，１１Ｒにより発光ユニット２の方位および発光ユニット２までの距離を既知の測距手法により計測できるので、光無線通信のみならず距離測定も行なうことが可能となる。従って、無線操縦側に対して移動する物（例えば、ロボットや車両など）を制御する場合に好適に適用することができる。

尚、本発明に用いる２次元撮像手段としては、上記のＣＭＯＳ撮像素子に替えて、ＣＣＤ２次元撮像素子およびＡ／Ｄ変換器や、光源に対して相対移動する光ラインセンサなどを用いることも可能である。
また、上記では、同期目標値Ｒｅｆを変える量を一定にしたが、移行期撮像期間ＴＭにおける光量Ｖ１３と同期目標値Ｒｅｆとの差の絶対値に応じた量ずつ変えるようにしても構わない。あるいは、同期目標値Ｒｅｆは一定の固定値とし予めメモリＭに格納してあるものでよい。このような固定値の同期目標値Ｒｅｆを用いると、応答速度がより速くなる。
また、上記では、同期信号Ｈ−ｓｙｎｃの周期を固定し同期信号Ｖ−ｓｙｎｃの周期を変化させるようにしたが、同期信号Ｈ−ｓｙｎｃと同期信号Ｖ−ｓｙｎｃとの周期の比を固定して同期信号Ｈ−ｓｙｎｃの周期を変化させる結果、同期信号Ｖ−ｓｙｎｃを変化させるようにしても構わない。あるいは同期信号Ｈ−ｓｙｎｃおよび同期信号Ｖ−ｓｙｎｃの双方の周期を変化させるようにしてもよい。

そして、上記では、可視光の信号光Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を用いたが、使用する光の種類としては、２次元撮像手段が受光できて、互いに異なる波長の可視光、あるいは赤外光、紫外光を用いることができる。前記のような光を発する光源としては、上記のＬＥＤ以外に、ＣＲＴ、バックライト透過型液晶ディスプレイ、白熱灯、紫外線ランプなどを用いることも可能である。
また、上記では、同期信号光Ｃ１の高光量期間をＬＥＤ４Ａの点灯で表し、低光量期間をＬＥＤ４Ａの消灯で表したが、光量を可変にできる光源（例えば、白熱灯）を用いることにより、低光量期間は消灯でなく高光量期間の光量よりも低い光量の点灯によって表すこともできる。

本発明の一実施形態に係る光通信装置のブロック構成図である。 前記光通信装置の受光ユニットのブロック構成図である。 前記光通信装置における信号光と撮像フレーム周期との関係を示すタイムチャートである。 前記受光ユニットの処理手順を示すフローチャートである。 前記信号光と撮像フレーム周期との別の関係を示すタイムチャートである。 前記信号光と撮像フレーム周期との更に別の関係を示すタイムチャートである。 本発明の別の実施形態に係る光通信装置の受光ユニットを示すブロック構成図である。

符号の説明

１ 光通信装置
２ 発光ユニット
３，３ａ 受光ユニット
４Ａ ＬＥＤ（同期信号光源）
４Ｂ ＬＥＤ（情報信号光源）
４Ｃ ＬＥＤ（位置信号光源）
１１，１１Ｌ，１１Ｒ ＣＭＯＳ撮像素子（２次元撮像手段）
１５ プログラマブルタイマ
１６ 分周器
１７ 分周器
２０ 信号期間識別手段
２１ 同期目標値算出手段
２４ フレーム周期調整手段
Ｃ１ 同期信号光
Ｃ２ 情報信号光
Ｃ３ 位置信号光
ＣＰＵ 中央演算ユニット
Ｍ メモリ
Ｒｅｆ 同期目標値
Ｔ１ 同期用周期
Ｔ２ データ搬送周期
Ｔ３ 撮像フレーム周期
Ｔ１１ 点灯期間（高光量期間）
Ｔ１２ 消灯期間（低光量期間）
Ｔ３１ 撮像期間
ＴＬ 低光量撮像期間
ＴＨ 高光量撮像期間
ＴＭ 移行期撮像期間
Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３ 光量積分値
Ｓ１〜Ｓ１７ ステップ

Claims (4)

1. 情報信号光の所定のデータ搬送周期に対応した撮像期間毎に、情報信号光とは異なる波長を有するとともに前記データ搬送周期の整数倍長の同期用周期内で高光量と低光量に切り替えられる同期信号光の光量を検出する２次元撮像手段と、
   一連の少なくとも３回の撮像期間中に２次元撮像手段によりそれぞれ検出された同期信号光の光量積分値に基づいて、前記少なくとも３回の撮像期間を、同期信号光の光量が低い低光量期間に撮像をする低光量撮像期間、同期信号光の光量が高い高光量期間に撮像をする高光量撮像期間、もしくは、高光量期間から低光量期間へまたは低光量期間から高光量期間への移行中に撮像をする移行期撮像期間として識別する信号期間識別手段と、
   信号期間識別手段により識別された移行期撮像期間中に検出された同期信号光の光量積分値を、同期信号光の光量積分値に関して設定された同期目標値に近づけるように、前記撮像期間を含んで成る撮像フレーム周期の長さを調整するフレーム周期調整手段と、
   を具備してなることを特徴とする受光ユニット。
2. 識別された低光量撮像期間中の同期信号光の光量積分値および識別された高光量撮像期間中の同期信号光の光量積分値に基づいて同期信号光の同期目標値を算出する同期目標値算出手段を備えている請求項１に記載の受光ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の受光ユニット、および、
   情報信号光を所定のデータ搬送周期で受光ユニットに発する情報信号光源と、情報信号光とは異なる波長を有するとともに前記データ搬送周期の整数倍長の同期用周期内で高光量と低光量に切り替えられる同期信号光を受光ユニットに発する同期信号光源とを有する発光ユニット、
   を具備して成ることを特徴とする光通信装置。
4. 発光ユニットが、当該発光ユニットの位置を示すための、情報信号光および同期信号光とは異なる波長の位置信号光を受光ユニットに発する位置信号光源を有しており、受光ユニットの２次元撮像手段が位置信号光源からの位置信号光を受光する請求項３に記載の光通信装置。

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