JP4859761B2 - 光空間伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、光波を情報伝達媒体として自由空間に放射する無線通信方式において、画像情報を取得しながら、情報データの送受信を行う光空間伝送方法および光空間伝送装置に関する。

図１３は、従来の光空間伝送装置の構成を示したブロック図である。図１３において、本光空間伝送装置は、第１の変調部１３１１と、第２の変調部１３１２と、第１の電気光変換部１３３１と、第２の電気光変換部１３３２と、２次元光電気変換部１３４と、２次元記録部１３６と、座標指定部１３７と、情報読出部１３８と、復調部１３９と、画面表示部１４０とを備え、第１の変調部１３１１と、第１の電気光変換部１３３１とで、第１の光送信装置１３０１を、第２の変調部１３１２と、第２の電気光変換部１３３２とで、第２の光送信装置１３０２をそれぞれ構成し、また、２次元光電気変換部１３４と、２次元記録部１３６と、座標指定部１３７と、情報読出部１３８と、復調部１３９と、画面表示部１４０とで、光受信装置１３０３を構成する。

上記のように構成された光空間伝送装置について、図１３を用いて、その動作を説明する。第１の変調部１３１１は、第１の情報データを入力し、所定の変調形式の第１の変調信号に変換し出力する。第１の電気光変換部１３３１は、前記第１の変調信号を光強度変調信号（または光振幅変調信号）に変換し、自由空間に放射する。同様に、第２の変調部１３１２は、第２の情報データを入力し、所定の変調形式の第２の変調信号に変換し出力する。第２の電気光変換部１３３２は、前記第２の変調信号を光強度変調信号（または光振幅変調信号）に変換し、自由空間に放射する。２次元光電気変換部１３４は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のように複数の受光素子が集積化された撮像素子で構成され、前記第１の電気光変換部１３３１および第２の電気光変換部１３３２（第１の光送信装置１３０１および第２の光送信装置１３０２）が配置されている空間の２次元の画像情報（以下、画面情報）を取得し、電気信号に変換し出力する。

２次元記録部１３６は、前記２次元光電気変換部１３４から出力される画面情報を構成する画素情報を、当該画面情報上の位置を表現する座標情報（アドレス）に対応付けながら、記録（または更新）し保持する。座標指定部１３７は、前記２次元記録部１３６に保持される画面情報に関して、前記第１の電気光変換部１３３１および（または）第２の電気光変換部１３３２の像（もしくは、当該光変調信号の像）に対応する座標情報（Ａ、Ｂ）を出力する。情報読出部１３８は、前記２次元記録部１３６に保持される画面情報について、前記座標指定部１３７から出力される座標情報に対応する画素情報を所定周期で読み出し、出力する。例えば、図１４には、座標Ａで指定される画素情報を時刻：ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・に読み出し（ａ）、当該光量の時間的な大小変化を識別して（ｂ）、"Ｈｉｇｈ"、"Ｌｏｗ"で表現されるパルス信号（ｃ）として出力する場合を示している。

復調部１３９は、前記情報読出部１３８から所定周期で出力される画素情報を入力し、前記変調形式に対応する形式で復調し、第１の情報データおよび（または）第２の情報データを再生する。なお、上記において、情報データを、ディジタル形式のパルス信号としてそのまま光信号に変換し伝送するような構成では、前記第１の変調部１３１１、第２の変調部１３１２および復調部１３９は、省略される場合もある。

さらに、画面表示部１４０は、前記２次元光電気変換部１３４または２次元記録部１３６から出力される画面情報（図１３では、２次元記録部１３６から出力される画面情報）に、前記第１の情報データおよび（または）第２の情報データを画像化した上で重畳し、画面表示する。例えば、図１５に示すように、２次元光電気変換部１３４または２次元記録部１３６から出力される画面情報に重畳して、前記第１の電気光変換部１３３１および（または）第２の電気光変換部１３３２の像の位置（座標Ａ、Ｂ）に対応付ける表現（「吹き出し」等）を用いて、第１の情報データおよび（または）第２の情報データの内容を表示する。なお、図１３では、光送信装置を２個配置した場合を例示したが、１個でも、２個以上でも良い。

以上のように、光受信装置の光検出器として複数の受光素子を２次元に配列したデバイス（撮像素子）を利用する構成の光空間伝送装置では、光送信装置が配置される空間の２次元的な画像情報（画面情報）を取得しながら、当該光送信装置から送出される情報データを、当該送出箇所（当該画面上における光送信装置の位置）に対応付けながら表示することができる。

しかしながら、撮像素子から画素情報を読み出す速度に起因して、情報データのレート（容量）が制限され、当該伝送速度の高速化が難しいという課題を有している。具体的には、撮像素子は、図１６に示すように、記録された画面情報を、画素毎に順番に掃引（スキャン）しながら読み出す構成が多いため、所定座標の画素情報の読み出し（サンプリング）速度は、当該掃引速度に一致する。現在実用化されている撮像素子は、一般に６０Ｈｚ前後（最も早いもので数百Ｈｚ）の掃引周期を有することから、画素情報のサンプリング速度も６０Ｈｚ程度に制限される。即ち、各画素の光量の大小変化に対応する情報データのレートは約３０ｂｐｓに制限され、さらなる高速化が難しい。
特許第３７５０１３２号公報

以上のように、撮像素子を用いた従来の光空間伝送装置は、伝送する情報の内容を、当該送出源の空間的な位置と対応させて表示するという特有のユーザインタフェースを備えた無線伝送実現できる一方で、撮像素子の性能・構成に制限されて、高速化が困難であるという課題を有している。また、高速化に対応するためには、掃引速度の高速化や、全画素情報の一斉読み出し構造の導入等、特殊な対策を施した専用の撮像素子が必要となり、当該デバイスコストの上昇を招いて、経済性を悪化させる可能性が高い。

それ故に、本発明の目的は、２次元画像情報の取得と情報データの受信を同時に行う目的において、一般的な撮像素子を用いながら、情報データの大容量化／高速化を実現できる光空間伝送装置を提供することである。

上記課題を解決する手段として、第１の発明における光空間伝送装置は、複数の光送信装置と光受信装置とからなる光伝送装置であって、各光送信装置は、互いに異なる識別情報を入力し、電気光変換して、光識別信号を自由空間に放射する光識別信号発生部と、情報データを入力し、前記識別情報に対応する互いに異なる形式の変調信号に変換する変調部と、前記変調部から出力される変調信号を電気光変換して、光データ信号を自由空間に放射する光データ信号発生部とを備え、前記光受信装置は、前記複数の光送信装置から放射された光識別信号の像を含む複数の画素情報で構成される２次元の画像情報（以下、画面情報）を入力し、電気信号として取得する２次元光電気変換部と、前記２次元光電気変換部が取得した画面情報を、所定時間毎に記録する２次元記録部と、前記２次元記録部に記録された画面情報の各画素を指定する座標情報を出力する座標指定部と、前記座標指定部から出力される所定の座標情報に対応して、前記２次元記録部から画素情報を随時読み出し、前記複数の光送信装置に対応する識別情報をそれぞれ再生する情報読出部と、前記複数の光送信装置から放射された光データ信号を入力し、光電気変換する光電気変換部と、前記光電気変換部からの出力信号を入力し、前記複数の識別情報のいずれかに対応する形式で復調して、前記複数の情報データのいずれかを再生する復調部とを備え、前記復調部を、前記複数の光送信装置に対応して複数備え、前記複数の復調部は、前記光電気変換部からの出力信号をそれぞれ入力し、前記複数の識別情報に対応する互いに異なる形式で復調して、前記情報データをそれぞれ再生することを特徴としている。この装置により、２次元画像情報に含まれる複数の光信号に対応した複数の情報データの内、任意の情報データを抽出・再生することが可能となる。加えて、この装置により、２次元画像情報に含まれる複数の光信号に対応した複数の情報データを独立に分離・再生することが可能となる。

第２の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記変調部により変換された前記変調信号の前記形式が、それぞれ、前記識別情報に対応して定められた前記光送信装置に固有の符号、もしくは前記識別情報そのものに基づく符号分割多重信号であることを特徴としている。この装置により、２次元画像情報に含まれる複数の光信号に対応した複数の情報データを、同じ周波数領域内または時間領域内に多重化し、また独立に分離・再生することが可能となり、また、異なる受信器の間で、情報の秘匿性を確保することができる。

同様に、第３、第４の発明における光空間伝送装置のように、前記変調部により変換された前記変調信号の前記形式が、それぞれ、前記識別情報に対応して定められた当該光送信装置に固有の周波数を有する搬送波変調信号、あるいは固有に割り当てられたタイムスロットにて当該変調信号を発生する時分割多重信号であることを特徴とすることにより、伝送路の特性や通信方式などに応じた情報データ伝送を実現することが可能となる。

第５の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記２次元光電気変換部と前記光電気変換部が、当該受光方向が略同一になるよう設置されることを特徴としている。この装置により、２次元画像情報に含まれる光信号に対応した情報データを、より正確に再生することが可能となる。

さらに、第６の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記２次元光電気変換部と、前記光電気変換部が、当該入力光に対する光学系の全てまたは一部を共有し、当該透過光を分岐して、それぞれに入力することを特徴としている。この装置により、２次元画像情報に含まれる光信号に対応した情報データを、より正確に再生することが可能となると共に、受信器の光学部品点数を削減することができる。

また、第７の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記２次元光電気変換部から出力される画面情報を入力し、画面表示すると同時に、前記復調部から出力される情報データを、対応する光識別信号の像と共に表示する画面表示部をさらに備えることを特徴としている。この装置により、２次元画像情報に対応した情報データの内容を、同一の画面上で表現するという独特のユーザインタフェースを実現することができる。

第８の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記２次元光電気変換部が取得し出力する画面情報の領域（以下、撮像範囲）と、前記光電気変換部の受光範囲が略一致する、もしくは前記撮像範囲より前記受光範囲が大きいことを特徴としている。この装置により、２次元画像情報に含まれる光信号に対応した情報データを、より正確に再生することができる。または、２次元画像情報の領域外の情報データの取得を可能とする。

第９の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記光識別信号が、可視光であることを特徴としている。この装置により、情報データの発信源の存在および位置をユーザに対して視覚的に明示するという優れたユーザインタフェースを実現することができる。

また、第１０の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記光データ信号が、赤外光であることを特徴としている。この装置により、より高速な情報データの伝送を実現することが可能となる。

さらに、第１１の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記２次元光電気変換部が、撮像素子であることを特徴としている。この装置により、デジタルカメラ、ビデオムービー等に利用されているＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を利用して、２次元画像情報に対応した情報データの内容を、同一の画面上で表現するというユーザインタフェースを経済的に実現することができる。

第１２の発明における光空間伝送装置によれば、第１の発明に加えて、前記光電気変換部が、フォトダイオードもしくはアバランシェ・フォトダイオードであることを特徴としている。この装置により、より高速な情報データの伝送を実現することが可能となる。

本発明により、２次元画像情報の取得と情報データの受信を同時に行う目的において、一般的な撮像素子を用いながら、情報データの大容量化／高速化を実現できる光空間伝送装置を提供することが可能となる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送装置について、図１にその構成を示すと共に、以下に説明する。図１において、本実施形態の光空間伝送装置は、変調部１０１と、光識別信号発生部１０２と、光データ信号発生部１０３と、２次元光電気変換部１０４と、光電気変換部１０５と、２次元記録部１０６と、座標指定部１０７と、情報読出部１０８と、復調部１０９と、画面表示部１１０とを備える。光送信装置１０００は、変調部１０１と、光識別信号発生部１０２と、光データ信号発生部１０３により構成する。光受信装置１００３は、２次元光電気変換部１０４と、光電気変換部１０５と、２次元記録部１０６と、座標指定部１０７と、情報読出部１０８と、復調部１０９と、画面表示部１１０により構成する。

次に、図１に示す本実施形態の動作を説明する。光識別信号発生部１０２は、光送信装置１０００に対して予め割り当てた固有の識別情報を電気光変換し、光識別情報として自由空間に放射する。変調部１０１は、情報データを入力し、前記識別情報に基づく所定の形式の変調信号に変換する。光データ信号発生部１０３は、変調部１０１から出力される変調信号を電気光変換し、光データ信号として自由空間に放射する。２次元光電気変換部１０４は、光識別信号発生部１０２から出力される光識別信号を受信すると共に、光送信装置１０００（または、光識別信号発生部１０２）を含む２次元の画像情報（以下、画面情報と呼ぶ）を取得し、電気信号として出力する。

２次元記録部１０６は、２次元光電気変換部１０４から出力される画面情報を、所定時間毎に記録・更新する。座標指定部１０７は、２次元記録部１０６に記録される画面情報について、光識別信号（または、光識別信号発生部１０２）の像が存在する画素の位置を指定する座標情報を出力する。情報読出部１０８は、座標指定部１０７から出力される座標情報に従い、２次元記録部１０６に記録される画面情報の中から、所定座標の画素情報を随時読み出し、光識別信号発生部１０２に入力する識別情報と同等の情報を再生する。光電気変換部１０５は、光データ信号発生部１０３から出力される光データ信号を受信し、電気信号に変換し出力する。復調部１０９は、光電気変換部１０５から出力される電気情報を入力し、情報読出部１０８によって再生される識別情報に基づく所定の復調形式に従って、変調部１０１に入力する情報データと同等の情報を再生する。

画面表示部１１０は、２次元記録部１０６に記録される画面情報を随時表示・更新すると共に、情報読出部１０８から出力される識別情報に基づいて、座標指定部１０７が指定する座標に相当する画素に対応させるという所定の様式で、復調部１０９から出力される情報データの内容を表示する。例えば、図２では、２次元記録部１０６から出力される画面情報において、光識別信号の像に対応する座標Ａに対応させて「吹き出し」様式で、情報データの内容をスーパーインポーズ（重畳）している。

なお、図１では、情報読出部１０８によって再生される識別情報を、復調部１０９に入力する構成としているが、予め識別情報が既知であれば、当該識別情報を復調部１０９内に設定し、情報読出部１０８から識別情報を入力する必要はない。

変調部１０１で、識別情報に基づいて施される所定の変調形式、および復調部１０９で、識別情報に基づいて施す所定の復調形式は、例えば、識別情報に対応した所定の符号を用いた符号化形式や、所定の搬送波周波数を用いた搬送波変調形式、あるいは所定のタイムスロットを割り当てたパルス信号形式等である。

光識別信号発生部１０２に用いる光源としては、蛍光灯や白色発光ダイオード等に代表される可視光源を用い、光データ信号発生部１０３に用いる光源としては、広帯域性に優れる光源として、例えば、赤外発光ダイオードやレーザ等を用いる。なお、光データ信号発生部１０３に用いる光源は、光識別信号発生部１０２に用いる光源より高速変調が可能であれば、可視光源であっても良い。また、２次元光電気変換部１０４には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサーといった撮像素子を用い、光電気変換部１０５には、広帯域性に優れ、高速光変調信号を検出することのできるフォトダイオード（ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等を用いる。

２次元光電気変換部１０４が取得し画面表示部１１０が表示する画面情報に、光電気変換部１０５が受信し復調部１０９が再生する情報データを重畳して表示するため、図３に示すように、２次元光電気変換部１０４（図３では、カメラまたはイメージセンサー等）と、光電気変換部１０５（図３（ａ）では赤外線受信部、図３（ｂ）では照度センサー等）は、当該受光面が同一方向を向くように設置する。さらに、画面情報と情報データの整合性をより高めるために、２次元光電気変換部１０４の撮像範囲（受光範囲）と、光電気変換部１０５の受光範囲は同一となるよう設定することが望ましい。

具体的には、例えば、図４に示すように、光受信装置１００３において、２次元の画像情報や光を、２次元光電気変換部１０４に入射するための光学系と、光変調信号を、光電気変換部１０５に入射するための光学系とを共用する。即ち、光学結合部４１１が、光識別信号、光データ信号および２次元の画像情報に対して集光等の光学処理を適宜施し、光分岐部４１２が、光学結合部４１１からの出力光を分岐して、２次元光電気変換部１０４および光電気変換部１０５にそれぞれ入力する。

このように、光送信装置に固有の識別情報を設定し、可視光として送出する一方で、別途設けた広帯域光源を用いて、識別情報に一意に対応する変復調形式で情報データを伝送することにより、撮像素子で取得した画面情報上の光源の位置に対応させて情報データの内容を表示するという表示様式を備えながら、高速・大容量の情報データを伝送する。

次に、本実施形態に関する別の構成について、図５にその構成を示し、説明する。図５は、図１の光送信装置を複数個（図５では、２個）配置したもので、第１の光送信装置５００１は、第１の変調部１０１１と、第１の光識別信号発生部１０２１と、第１の光データ信号発生部１０３１により構成する。また、第２の光送信装置５００２は、第２の変調部１０１２と、第２の光識別信号発生部１０２２と、第２の光データ信号発生部１０３２により構成する。光受信装置５００３は、２次元光電気変換部１０４と、光電気変換部１０５と、２次元記録部１０６と、座標指定部１０７と、情報読出部１０８と、復調部５０９と、画面表示部５１０により構成する。

図５において、第１の光識別信号発生部１０２１と第２の光識別信号発生部１０２２は、対応する光送信装置に対して予め割り当てた、互いに異なる第１の識別情報と第２の識別情報を電気光変換し、それぞれ第１の光識別信号と第２の光識別信号として自由空間に放射する。第１の変調部１０１１および第２の変調部１０１２は、それぞれ第１の情報データおよび第２の情報データを入力し、対応する識別情報に基づいて、互いに異なる形式の第１の変調信号および第２の変調信号に変換する。第１の光データ信号発生部１０３１および第２の光データ信号発生部１０３２は、対応する変調信号を電気光変換し、それぞれ第１の光データ信号および第２の光データ信号として自由空間に放射する。

２次元光電気変換部１０４は、第１の光識別信号と第２の光識別信号を受信すると共に、第１の光送信装置５００１（または、第１の光識別信号発生部１０２１）および第２の光送信装置５００２（または、第２の光識別信号発生部１０２２）を含む画面情報を取得し、電気信号として出力する。２次元記録部１０６は、２次元光電気変換部１０４から出力される画面情報を、所定時間毎に記録・更新する。座標指定部１０７は、２次元記録部１０６に記録される画面情報について、第１の光識別信号（または、第１の光識別信号発生部１０２１）および第２の光識別信号（または、第２の光識別信号発生部１０２２）の像が存在する画素の位置を指定する座標情報を出力する。情報読出部１０８は、座標指定部１０７から出力される座標情報に従い、２次元記録部１０６に記録される画面情報の中から、所定座標の画素情報を随時読み出し、第１の識別情報および第２の識別情報と同等の情報を再生する。

光電気変換部１０５は、第１の光データ信号と第２の光データ信号を受信し、それぞれ電気信号に変換し出力する。復調部１０９は、光電気変換部１０５から出力される電気情報を入力し、情報読出部１０８によって再生される第１の識別情報および第２の識別情報に基づき、互いに異なる所定の復調形式に従って、第１の情報データおよび第２の情報データと同等の情報を再生する。画面表示部５１０は、２次元記録部１０６に記録される画面情報を随時表示・更新すると共に、第１の識別情報および第２の識別情報に基づいて、座標指定部１０７が指定する座標に相当する画素に対応させる所定の様式で、第１の情報データおよび第２の情報データの内容をそれぞれ表示する。

例えば、図６では、２次元記録部１０６から出力される画面情報において、第１の光識別信号の像に対応する座標Ａ、第２の光識別信号の像に対応する座標Ｂに対応させて「吹き出し」様式で、第１の情報データおよび第２の情報データの内容をそれぞれスーパーインポーズしている。図５では、光送信装置を２個配置した場合を例示したが、２個以上でも良く、その場合、光送信装置と同数の、互いに異なる識別情報および変復調形式を用意する。

第１の変調部１０１１および第２の変調部１０１２において、第１の識別情報および第２の識別情報に基づいて施す互いに異なる所定の変調形式、および復調部１０９において、第１の識別情報および第２の識別情報に基づいて施す互いに異なる所定の復調形式は、第１の識別情報および第２の識別情報に対応して異なる符号を用いた符号分割多重形式や、異なる搬送波周波数を用いた周波数多重形式、あるいは異なるタイムスロットを割り当てた時間分割多重形式である。これにより、光電気変換部１０５に複数の光データ信号が同時に入力した場合においても、互いに異なる識別情報を用いて、これらを分離し、それぞれ抽出することが可能となる。

２次元光電気変換部１０４が取得し画面表示部５１０が表示する画面情報において、光電気変換部１０５が受信し復調部５０９が再生する第１の情報データおよび第２の情報データを正確に重畳して表示するために、２次元光電気変換部１０４の撮像範囲（受光範囲）と、光電気変換部１０５の受光範囲は同一となるよう設定することが望ましい。また、図７に示すように、光電気変換部１０５の受光範囲が、２次元光電気変換部１０４の撮像範囲より広い場合は、光電気変換部１０５に受信されながら、２次元光電気変換部１０４に当該像が取得されない光送信装置から送出される情報データについては、図８に示すように、画面上の所定の座標と関係づけない様式で、当該情報データ（図８では、第２の光識別信号発生部１０２２を含む第２の光送信装置５００２から送出される第２の情報データ）の内容を表示する。

このように、複数の光送信装置にそれぞれ固有の識別情報を設定して可視光として送出する一方で、各識別情報に一意に対応し、互いに異なる変復調形式で各情報データを伝送することにより、撮像素子で取得した画面情報上の複数の光源のそれぞれの位置に対応させて複数の情報データの内容を表示するという表示様式を備えながら、高速・大容量の情報データを伝送する。

次に、本実施形態に関するさらに別の構成について、図９にその構成を示し、説明する。図９は、図５において、復調部を複数個（図９では、２個）配置したもので、光受信装置９００３は、２次元光電気変換部１０４と、光電気変換部１０５と、２次元記録部１０６と、座標指定部１０７と、情報読出部１０８と、第１の復調部５０９１と、第２の復調部５０９２と、画面表示部５１０により構成する。

図９において、光電気変換部１０５は、第１の光データ信号と第２の光データ信号を受信し、それぞれ電気信号に変換し出力する。第１の復調部１０９１および第２の復調部１０９２は、光電気変換部１０５から出力される電気情報を入力し、情報読出部１０８において再生した第１の識別情報および第２の識別情報に基づき、互いに異なる所定の復調形式に従って、第１の情報データおよび第２の情報データと同等の情報をそれぞれ再生する。画面表示部５１０は、２次元記録部１０６に記録される画面情報を随時表示・更新すると共に、第１の識別情報および第２の識別情報に基づいて、座標指定部１０７が指定する座標に相当する画素に対応させる所定の様式で、第１の情報データおよび第２の情報データの内容をそれぞれ表示する。

以上説明したように、第１の発明によれば、光送信装置を配置した空間の画面情報を取得しながら、光送信装置の像に関係付けて、光送信装置から送出される情報データの内容を表示するという光空間伝送装置において、情報データと識別信号との関連付けを行うことによって、光送信装置の像を画面情報として認識させるための光識別信号発生部の可視光源と、情報データを送出する光データ信号発生部の光源とを分離し、可視光源の変調可能帯域に関係なく、広帯域光源により大容量の情報データを伝送する。これにより、画面情報を用いた優れたユーザインタフェースと、高速・大容量のデータ伝送性能を両立した光空間伝送装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送装置について、図１０にその構成を示すと共に、以下に説明する。図１０において、本実施形態の光伝送装置は、第１の変調部１０１１と、第２の変調部１０１２と、第１の光信号発生部１００３１と、第２の光信号発生部１００３２と、２次元光電気変換部１０４と、光電気変換部１０５と、２次元記録部１０６と、座標指定部１０７と、情報読出部１０８と、復調部１００９と、画面表示部５１０とを備える。第１の光送信装置１０００１は、第１の変調部１０１１と、第１の光信号発生部１００３１により構成する。第２の光送信装置１０００２は、第２の変調部１０１２と、第２の光信号発生部１００３２により構成する。光受信装置１０００３は、２次元光電気変換部１０４と、光電気変換部１０５と、２次元記録部１０６と、座標指定部１０７と、情報読出部１０８と、復調部１００９と、画面表示部５１０により構成する。本図の構成は、図５の構成に対して、第１の光識別信号発生部１０２１、第２の光識別信号発生部１０２２、第１の光データ信号発生部１０３１、第２の光データ信号発生部１０３２に代えて、第１の光信号発生部１００３１、第２の光信号発生部１００３２を新たに備える点が異なる。

次に、図１０に示す本実施形態の動作を説明する。本実施例の構成は、前述の第１の実施例（図５）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。図１０の構成において、本実施例の光空間伝送装置は、第１の光信号発生部１００３１が、第１の識別情報と、第１の変調部１０１１から出力される第１の変調信号を入力し、所定の手順で多重した後に電気光変換し、第１の光信号として自由空間に放射する。同様に、第２の光信号発生部１００３２は、第２の識別情報と、第２の変調部１０１２から出力される第２の変調信号を入力し、所定の形式で多重した後に電気光変換し、第２の光信号として自由空間に放射する。

２次元光電気変換部１０４は、第１の光信号と第２の光信号を受信すると共に、第１の光送信装置１０００１（または、第１の光信号発生部１００３１）および第２の光送信装置１０００２（または、第２の光信号発生部１００３２）を含む画面情報を取得し、電気信号として出力する。２次元記録部１０６は、２次元光電気変換部１０４から出力される画面情報を、所定時間毎に記録・更新する。座標指定部１０７は、２次元記録部１０６に記録される画面情報について、第１の光信号（または、第１の光信号発生部１００３１）および第２の光信号（または、第２の光信号発生部１００３２）の像が存在する画素の位置を指定する座標情報を出力する。情報読出部１０８は、座標指定部１０７から出力される座標情報に従い、２次元記録部１０６に記録される画面情報の中から、所定座標の画素情報を随時読み出し、第１の識別情報および第２の識別情報と同等の情報を抽出・再生する。

光電気変換部１０５は、第１の光信号と第２の光信号を受信し、それぞれ電気信号に変換し出力する。復調部１００９は、光電気変換部１０５から出力される電気情報を入力し、所定の手順に従って第１の変調信号および第２の変調信号に相当する信号成分を抽出・分離し、第１の識別情報または第２の識別情報に基づく所定の復調形式に従って、第１の情報データまたは第２の情報データと同等の情報を再生する。画面表示部５１０は、２次元記録部１０６に記録される画面情報を随時表示・更新すると共に、第１の識別情報および第２の識別情報に基づいて、座標指定部１０７が指定する座標に相当する画素に対応させる所定の様式で、第１の情報データおよび第２の情報データの内容をそれぞれ表示する。なお、図１２に示すように、復調部は、光送信装置の数に合わせて複数個（図１２では、第１の復調部１００９１および第２の復調部１００９２の２個）を用意しても良い。

第１の光信号発生部１００３１および第２の光信号発生部１００３２において識別情報と変調信号を多重する所定の手順、および復調部１００９において変調信号を分離する所定の手順は、識別情報を、２次元光電気変換部の応答周波数帯域に対応する低周波側に、変調信号を、光電気変換部の応用周波数帯域内においてより高周波側に配置し、周波数的に多重／分離する周波数多重方式である。

第１の光信号発生部１００３１および第２の光信号発生部１００３２に用いる光源としては、例えば、赤（Ｒ）／緑（Ｇ）／青（Ｂ）の発光素子を組み合わせた白色ダイオード等の広帯域性に優れる可視光源を用いる。また、２次元光電気変換部１０４には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサーといった撮像素子を用い、光電気変換部１０５には、例えば、広帯域性に優れ高速光変調信号を検出することのできるフォトダイオード（ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等を用いる。

以上説明したように、第２の発明によれば、光送信装置を配置した空間の画面情報を取得しながら、光送信装置の像に関係付けて、光送信装置から送出される情報データの内容を表示するという光空間伝送装置において、情報データと識別信号との関連付けを行った上で多重伝送することによって、光送信装置の像を含めた画面情報と識別信号を取得する２次元光電気変換部と、情報データを取得する光電気変換部とを分離し、２次元光電気変換部に用いる撮像素子の応答周波数帯域幅に殆ど制限されることなく、光電気変換部に用いるフォトダイオードの広帯域性を生かして大容量の情報データを伝送する。これにより、画面情報を用いた優れたユーザインタフェースと、高速・大容量のデータ伝送性能を両立した光空間伝送装置を提供することができる。

本発明は、光空間伝送方法および光空間伝送装置等に利用可能であり、特に、画面表示による視覚的なユーザインタフェースを備えた通信機器において、情報データの伝送速度の高速化に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送装置の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態において、画面表示部が表示する画面情報の様式を説明するための模式図 本発明の第１の実施形態に係る２次元光電気変換部および光電気変換部の配置例を説明するための模式図 本発明の第１の実施形態における光受信装置の光学系の構成例を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送装置の別の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態の別の構成において、画面表示部が表示する画面情報の様式を説明するための模式図 本発明の第１の実施形態における光受信装置の２次元光電気変換部および光電気変換部の光学的特性を説明するための模式図 本発明の第１の実施形態の別の構成において、画面表示部が表示する画面情報の別の様式を説明するための模式図 本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送装置の第３の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送装置の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施形態における識別信号と変調信号（情報データ）の多重形式を説明するための模式図 本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送装置の別の構成を示すブロック図 従来の光空間伝送装置の構成を示すブロック図 従来の光空間伝送装置において、画面表示部が表示する画面情報の様式を説明するための模式図 従来の光空間伝送装置における２次元光電気変換部よる変調信号（情報データ）の取得手順を説明するための模式図 従来の光空間伝送装置において、２次元光電気変換部の原理と応答速度を説明するための模式図

符号の説明

１０１ ・・・変調部
１０２ ・・・光識別信号発生部
１０３ ・・・光データ信号発生部
１０４ ・・・２次元光電気変換部
１０５ ・・・光電気変換部
１０６ ・・・２次元記録部
１０７ ・・・座標指定部
１０８ ・・・情報読出部
１０９ ・・・復調部
１１０ ・・・画面表示部
１０００ ・・・光送信装置
１００３ ・・・光受信装置
４１１ ・・・光学結合部
４１２ ・・・光分岐部
１０１１ ・・・第１の変調部
１０１２ ・・・第２の変調部
１０２１ ・・・第１の光識別信号発生部
１０２２ ・・・第２の光識別信号発生部
１０３１ ・・・第１の光データ信号発生部
１０３２ ・・・第２の光データ信号発生部
５０９ ・・・復調部
５１０ ・・・画面表示部
５００１ ・・・第１の光送信装置
５００２ ・・・第２の光送信装置
５００３ ・・・光受信装置
５０９１ ・・・第１の復調部
５０９２ ・・・第２の復調部
９００３ ・・・光受信装置
１００３１ ・・・第１の光信号発生部
１００３２ ・・・第２の光信号発生部
１００９ ・・・復調部
１０００１ ・・・第１の光送信装置
１０００２ ・・・第２の光送信装置
１０００３ ・・・光受信装置
１００９１ ・・・第１の復調部
１００９２ ・・・第２の復調部
１２００３ ・・・光受信装置

Claims (12)

1. 複数の光送信装置と光受信装置とからなる光伝送装置であって、
   各光送信装置は、
   互いに異なる識別情報を入力し、電気光変換して、光識別信号を自由空間に放射する光識別信号発生部と、
   情報データを入力し、前記識別情報に対応する互いに異なる形式の変調信号に変換する変調部と、
   前記変調部から出力される変調信号を電気光変換して、光データ信号を自由空間に放射する光データ信号発生部とを備え、
   前記光受信装置は、
   前記複数の光送信装置から放射された光識別信号の像を含む複数の画素情報で構成される２次元の画像情報（以下、画面情報）を入力し、電気信号として取得する２次元光電気変換部と、
   前記２次元光電気変換部が取得した画面情報を、所定時間毎に記録する２次元記録部と、
   前記２次元記録部に記録された画面情報の各画素を指定する座標情報を出力する座標指定部と、
   前記座標指定部から出力される所定の座標情報に対応して、前記２次元記録部から画素情報を随時読み出し、前記複数の光送信装置に対応する識別情報をそれぞれ再生する情報読出部と、
   前記複数の光送信装置から放射された光データ信号を入力し、光電気変換する光電気変換部と、
   前記光電気変換部からの出力信号を入力し、前記複数の識別情報のいずれかに対応する形式で復調して、前記複数の情報データのいずれかを再生する復調部とを備え、
   前記復調部を、前記複数の光送信装置に対応して複数備え、
   前記複数の復調部は、前記光電気変換部からの出力信号をそれぞれ入力し、前記複数の識別情報に対応する互いに異なる形式で復調して、前記情報データをそれぞれ再生することを特徴とする光空間伝送装置。
2. 前記変調部により変換された前記変調信号の前記形式は、
   前記識別情報に対応して定められた前記光送信装置に固有の符号、もしくは前記識別情報そのものに基づく符号分割多重信号であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
3. 前記変調部により変換された前記変調信号の前記形式は、
   前記識別情報に対応して定められた前記光送信装置に固有の周波数を有する搬送波変調信号であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
4. 前記変調部により変換された前記変調信号の前記形式は、
   前記識別情報に対応して定められた前記光送信装置に固有に割り当てられたタイムスロットにて当該変調信号を発生する時分割多重信号であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
5. 前記２次元光電気変換部と前記光電気変換部は、
   当該受光方向が略同一になるよう設置されることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
6. 前記２次元光電気変換部と、前記光電気変換部は、
   当該入力光に対する光学系の全てまたは一部を共有し、当該透過光を分岐して、それぞれに入力することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
7. 前記２次元光電気変換部から出力される画面情報を入力し、画面表示すると同時に、前記復調部から出力される情報データを、対応する光識別信号の像と共に表示する画面表示部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
8. 前記２次元光電気変換部が取得し出力する画面情報の領域（以下、撮像範囲）と、前記光電気変換部の受光範囲が略一致する、もしくは前記撮像範囲より前記受光範囲が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
9. 前記光識別信号は、可視光であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
10. 前記光データ信号は、赤外光であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
11. 前記２次元光電気変換部は、撮像素子であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
12. 前記光電気変換部は、フォトダイオードもしくはアバランシェ・フォトダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。

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