JP7347546B2 - 水中光通信装置および水中検査システム - Google Patents

Description

本発明は、水中光通信装置および水中検査システムに関する。

従来、水中探査を行う水中ビークルなどからデータを送信させるための水中無線通信手段として、水中における減衰が小さい音波を利用した通信が用いられていた。このような音波による無線通信は、音波の水中伝播速度の低さおよび音波の周波数の低さに起因して、数十ｋｂｐｓ程度の低い通信速度しか実現できないという問題があった。

そこで近年では水中無線通信手段として、可視光を利用した光通信装置を用いた光無線通信システムが提案されている。光通信装置は、可視光からなるレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を受光する受光部とを備えている。光無線通信システムの一例として、水中に設置された観測装置に設けられている第１の光通信装置と、水中を航行する潜水艇に設けられている第２の光通信装置との間で通信光を互いに伝送することによって無線通信を行う構成が挙げられる（例えば、特許文献１、２）。

可視光は音波に比べて、水中における減衰が比較的小さい。そして可視光は音波と比べて伝播速度および周波数が高いので、可視光を用いる光無線通信により数十Ｍｂｐｓレベルの高い通信速度を実現できる。

従来の光無線通信装置は、耐水圧容器と、耐水圧容器内部の一端側に設けられているレーザ発生源と、耐水圧容器内部の他端側に設けられている光出射窓と、耐水圧容器内部の一端側から他端側に向けて配設された光ファイバとを備えている。レーザ発生源において発生したレーザ光は、光ファイバの基端部に入射されて光ファイバの先端部へと伝送される。そして光ファイバの先端部へ伝送されたレーザ光は、光出射窓を通して耐水圧容器の外部（水中）へと出射される（例えば、特許文献３）。

特開２０１８－００７０６９号公報 特開２０１９－１８６５９５号公報 特開２０１９－１７６０４６号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。

光ファイバは一端側から他端側へと光信号を伝送するものであるので、１本の光ファイバを用いて光信号を伝送する場合、光ファイバの先端部である１箇所にしか光信号は伝送されない。従って、レーザ発生源において発生した光信号を複数箇所へ伝送する場合、光信号を伝送させる場所の数に応じて複数本の光ファイバが必要となるので、光通信装置における光ファイバの回線が複雑化するという問題が懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構成を単純化しつつ、より多様な場所へ光信号を伝送できる水中光通信装置および水中検査システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、通信対象である移動体に対して通信光を発光させる発光素子と、所定方向へ延びる水中構造体に沿って配設され、前記移動体に対して発光された通信光を入光させる入光端部を有しており前記入光端部に入光された前記通信光を先端部に向けて伝送させる光ファイバと、を備え、前記光ファイバは、前記通信光を前記入光端部から前記先端部に向けて伝送させるコア部と、前記コア部を被覆しており、前記コア部を伝送する前記通信光の少なくとも一部を前記光ファイバの側面から出光させるクラッド部と、を備え、前記移動体は前記水中構造体における検査ポイントを検査する移動検査装置であり、前記光ファイバは、前記検査ポイントの各々に対応する位置に孔部が配置される水中光通信装置に関する。

本発明に係る水中光通信装置では、発光素子で発光された通信光は光ファイバの入光端部から先端部へ向けて伝送されるとともに、光ファイバの側面から出光される。そのため、１本の光ファイバによって先端部側と側面側との複数方向へ伝送できる。よって、多様な場所へ光通信を行う光通信装置をより単純な構成で実現できる。

第１実施形態に係る光通信装置を備える水中検査システムの概略構成を説明する図である。 第１実施形態に係る光通信装置の要部を説明する断面図である。 第１実施形態に係る光通信装置の特徴を説明する断面図である。 第１実施形態に係るステップＳ１の工程を説明する図である。 第１実施形態に係るステップＳ２の工程を説明する図である。 第１実施形態に係るステップＳ３の工程を説明する図である。 第１実施形態に係るステップＳ４の工程を説明する図である。 第２実施形態に係る光通信装置の要部を説明する断面図である。 第２実施形態に係る光通信装置の特徴を説明する断面図である。 第２実施形態に係る光通信装置を使用している状態を示す図である。 第３実施形態に係る光通信装置の要部を説明する断面図である。 第３実施形態に係る光通信装置を使用している状態を示す図である。 変形例に係る構成を示す図である。

第１実施形態

＜全体構成の説明＞
図１を用いて、第１実施形態による光通信装置を備える水中検査システム１００の概略構成について説明する。なお、図１などに示すように、互いに直交する２つの水平方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とする。ｘ方向は図面における左右の水平方向に相当するものとする。また、鉛直方向をｚ方向とする。

図１に示すように、水中検査システム１００は、固定局１０１に設けられている第１の光通信装置１と、第２の光通信装置２を備えている移動体１０２とを備えている。固定局１０１の例として、水上を航行する艦船、または地上に設置された地上基地などが挙げられる。

移動体１０２は水中ＷＡを移動することにより、水中構造物１０３の検査を行う。移動体１０２の例としては潜水艇、特にＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などが挙げられる。水中構造物１０３の例として、水底ＷＢに沿って配設されているパイプラインなどが挙げられる。本実施形態では、ｘ方向に延びるように配設されているパイプラインを水中構造物１０３として用いる。

なお、本実施形態において、移動体１０２のｘ方向における初期位置を符号Ｌ１で示している。さらに水中構造物１０３において、移動体１０２による検査の対象となる位置（検査ポイント）が３カ所あるものとする。各々の検査ポイントのｘ方向における位置を符号Ｌ２～Ｌ４で示している。以下、３つの検査ポイントについては、検査ポイントＬ２～Ｌ４として区別する。

図１に示すように、第１の光通信装置１はレーザ光源３、制御部４、および複数の受光素子５を備えている。第２の光通信装置２はレーザ光源７、制御部８、受光素子９、および観測装置１０を備えている。第１の光通信装置１は、本発明における水中光通信装置に相当する。

レーザ光源３およびレーザ光源７は、それぞれ発光素子およびコリメートレンズを備えており、発光素子によって発生されたレーザ光をコリメートレンズで平行光に調整して外部へと出射する。レーザ光源３またはレーザ光源７によって出射される光として、通信情報を含む通信光ＣＬなどが挙げられる。通信光ＣＬは、水中ＷＡにおける減衰を低減するという点において、青色波長の可視光または緑色波長の可視光であることが好ましい。

受光素子５は、第２の光通信装置２に設けられているレーザ光源７から出射されたレーザ光を受光する。受光素子９は、第１の光通信装置１に設けられているレーザ光源３から出射されたレーザ光を受光する。観測装置１０は一例として水中カメラであり、検査ポイントＬ２～Ｌ４において水中構造体１０３を観測し、静止画または動画などの情報を取得する。

受光素子５および受光素子９の各々が受光した光は電気信号に変換され、図示しない情報処理部が各種情報処理を行うことにより、動画を例とする通信情報が生成される。本実施形態において、受光素子５は複数の検査ポイントＬ２～Ｌ４に対応するように設けられている。すなわち本実施形態において、３つの受光素子５が設けられており、各々の受光素子５を受光素子５ａ～５ｃとして区別する。

制御部４は一例として中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えており、情報処理部を有している。制御部４は、受光素子５によって受信された光に含まれる情報に対して各種処理を行うとともに、第１の光通信装置１に設けられる各構成を統括制御する。

制御部８は一例として中央演算処理装置を備えており、情報処理部を有している。制御部４は、制御部８は、受光素子９によって受信された光に含まれる情報に対して各種処理を行うとともに、第２の光通信装置２に設けられる各構成を統括制御する。

第１の光通信装置１は、送信用光ファイバ１１と、複数の受信用光ファイバ１３とをさらに備えている。送信用光ファイバ１１は水中構造体１０３に沿って配設されており、基端部１４と先端部１５とを備えている。基端部１４は、レーザ光源３と対向または接触するように配設されている。先端部１５は水中ＷＡに配置されている。レーザ光源３から出射されたレーザ光は送信用光ファイバ１１の基端部１４に入光し、当該レーザ光は先端部１５へ向けて伝送される。基端部１４は本発明における入光端部に相当する。

複数の受信用光ファイバ１３は送信用光ファイバ１１と同様に、それぞれ水中構造体１０３に沿って配設されている。複数の受信用光ファイバ１３は、複数の受光素子５に対応するように設けられており、受光素子５の各々に光を導くように構成されている。すなわち、受光素子５が３つ設けられている本実施形態では３本の受信用光ファイバ１３が設けられており、１つの受光素子５に対して１本の受信用光ファイバ１３が配設されている。

複数の受信用光ファイバ１３について、受光素子５ａに対応する受信用光ファイバ１３については符号１３ａを付して区別する。すなわち、受光素子５ａ～５ｃの各々には、光ファイバ１３ａ～１３ｃの各々が対応するように配設されている。

受信用光ファイバ１３の各々は、第１端部１７と第２端部１８とを備えている。第１端部１７は水中ＷＡに配置されている。第２端部１８は受光素子５に対向または接触するように配設されている。すなわち、第２の光通信装置のレーザ光源７から水中ＷＡへと出射された光は第１端部１７に入光されて第２端部１８へと伝送され、受光素子５に導かれる。なお、受信用光ファイバ１３ａ～１３ｃの第１端部１７の各々については、第１端部１７ａ～１７ｃとの符号を付すことによって区別する。

受信用光ファイバ１３ａの第１端部１７ａは、ｘ方向において検査ポイントＬ２に対応する位置に配置されている。受信用光ファイバ１３ｂの第１端部１７ｂは、検査ポイントＬ３に対応する位置に配置されている。受信用光ファイバ１３ｃの第１端部１７ｃは、検査ポイントＬ４に対応する位置に配置されている。すなわち、一例として検査ポイントＬ４においてレーザ光源７から受信用光ファイバ１３へと向けて出射された光は、第１端部１７ｃに入光されて受光素子５ｃへと導かれる。

このように、水中検査システム１００は、第１の光通信装置１および第２の光通信装置２がレーザ光を一方から他方に出射することによって互いに通信情報を送信し、水中ＷＡにおいて光無線通信を行うことができるように構成されている。

＜送信用光ファイバの構成＞
ここで、第１実施形態に係る送信用光ファイバ１１の構成について説明する。図２に示すように、送信用光ファイバ１１は、送信用光ファイバ１１の中心部を構成するコア部２１と、コア部２１の側周部を覆うクラッド部２３とを備えている。コア部２１はクラッド部２３と比べて光屈折率が高い材料で構成されており、レーザ光源３において発生した光Ｐは、主にコア部２１の内部を通ることにより先端部１５に向けて伝送される。

第１実施形態の特徴として、クラッド部２３は、コア部２１を伝送する光の少なくとも一部を、送信用光ファイバ１１の側面から出光させるように構成される。具体的には、クラッド部２３を構成する材料の光屈折率と、コア部２１を構成する材料の光屈折率との差が小さくなるように設定する。

クラッド部２３を構成する材料の光屈折率を適宜設定することにより、コア部２１とクラッド部２３との境界面において光の一部がコア部２１からクラッド部２３へと進入し、さらにクラッド部２３の側面を介して送信用光ファイバ１１の外部へと出光される。すなわち図３に示すように、レーザ光源３において発生してコア部２１を伝送される光Ｐ１はクラッド部２３との境界面に到達することによって、光Ｐ１の一部が進入光Ｓ１としてクラッド部２３へ進入する。

光Ｐ１の残りの一部は、光Ｐ２としてコア部２１の内部へ反射される。以下、光Ｐ２および光Ｐ３はコア部２１とクラッド部２３との境界面に到達する度に、その一部が進入光Ｓ２およびＳ３としてクラッド部２３へと進入する。クラッド部２３に進入することなく基端部１４から先端部１５へ伝送された光Ｐ４は、先端部１５から出光される。

一方、コア部２１からクラッド部２３へと進入した進入光Ｓ１～Ｓ３の各々は、クラッド部２３の側面を介して送信用光ファイバ１１の外部（すなわち、水中ＷＡ）へと出光される。その結果、第１実施形態に係る送信用光ファイバ１１では、レーザ光源３において出射された光Ｐの少なくとも一部が側面から出光される。

よって、送信用光ファイバ１１は、レーザ光源３において発生した光Ｐを先端部１５の方向へ導くとともに、側面の方向へと導くこともできる。光Ｐが側面方向へと導かれるので、送信用光ファイバ１１を側面から見ることにより、レーザ光源３が光信号を発信するタイミングに応じて、送信用光ファイバ１１の側面全体から出射される光を確認できる。従って、１本の送信用光ファイバ１１を用いることによって、レーザ光源３から発生された光を複数の地点へと伝送することが可能となる。

＜第１実施形態の使用例＞
次に、第１実施形態に係る水中検査システム１００の使用例について説明する。本実施形態では図４ないし図７に示すように、移動体１０２は水中構造体１０３に沿って初期位置Ｌ１から検査ポイントＬ４へと移動しながら３つの検査ポイントにおいて検査を行う。そして移動体１０２は当該移動および検査を行いつつ、第２の光通信装置２を用いて第１の光通信装置１と光無線通信を行う。以下、水中検査システム１００を使用する動作の一連の工程について、説明する。

ステップＳ１（移動体の移動）
まず、移動体１０２を初期位置Ｌ１から第１の検査ポイントＬ２へと移動させるために、第１の光通信装置１から第２の光通信装置２へ向けて光無線通信を行う。そこで固定局１０１において、第１の光通信装置１に設けられているレーザ光源３を制御し、検査ポイントＬ２へと移動する旨の指令を含む通信光ＣＬ（以下、「通信光ＣＬ１」とする）を発光させる。発光された通信光ＣＬ１は送信用光ファイバ１１の基端部１４に入光する。

基端部１４に入光した通信光ＣＬ１は、送信用光ファイバ１１のコア部２１に沿って先端部１５へ向けて伝送される。当該伝送が行われる際に、通信光ＣＬ１の少なくとも一部がコア部２１からクラッド部２３へと進入し、さらにクラッド部２３の側周部から水中ＷＡへと出光される（図３を参照）。

すなわち図４に示すように、送信用光ファイバ１１の側面から通信光ＣＬ１の少なくとも一部が出射される。移動体１０２は水中構造体１０３に沿って移動するので、移動体１０２は送信用光ファイバ１１の側面近傍に位置している。従って、送信用光ファイバ１１の側面から出射された通信光ＣＬ１の少なくとも一部は、第２の光通信装置２に設けられている受光素子９によって受光される。

受光素子９に受光された通信光ＣＬ１は、受光素子９および図示しない情報処理部によって光電変換および各種情報処理を受け、移動体１０２を検査ポイントＬ２へ移動する旨の通信情報が生成される。移動体１０２は当該通信情報に従って、初期位置Ｌ１から検査ポイントＬ２への移動を開始する。移動体１０２の移動方向は矢印Ｖで示されている。

ステップＳ２（水中構造体の検査）
ステップＳ１に係る光無線通信によって、移動体１０２が図５に示すように検査ポイントＬ２へ移動した後、検査ポイントＬ２における検査を実行させる必要がある。そこで、再び第１の光通信装置１から第２の光通信装置２へ向けて光無線通信を行う。すなわち、再び固定局１０１においてレーザ光源３を制御し、観測装置１０を用いて検査ポイントＬ２を検査するに旨の指令を含む通信光ＣＬ（以下、「通信光ＣＬ２」とする）を発光させる。発光された通信光ＣＬ２は、基端部１４に入光する。

送信用光ファイバ１１は、通信光ＣＬ２を先端部１５へ向けて伝送させるとともに、通信光ＣＬ２の少なくとも一部をクラッド部２３の側面から水中ＷＡへと出光させる。図５に示すように、送信用光ファイバ１１の側方へと出光された通信光ＣＬ２は、移動体１０２の内部にある受光素子９によって受光される。受光素子９に受光された通信光ＣＬ２は、検査ポイントＬ２を検査する旨の通信情報に変換される。移動体１０２は当該通信情報に基づいて観測装置１０を作動させ、検査ポイントＬ２における水中構造体１０３を検査する（符号Ｃａを参照）。検査によって得られた情報は、移動体１０２に設けられている図示しない記憶装置に記憶される。

ステップＳ３（検査情報の送信）
移動体１０２によって水中構造体１０３が検査された後、水中構造体１０３の検査によって得られた情報を移動体１０２から固定局１０１へと送信する必要がある。そこで、第２の光通信装置２から第１の光通信装置１へ向けて光無線通信を行う。移動体１０２は第２の光通信装置２に設けられているレーザ光源７を制御し、水中構造体１０３の検査データの内容を含む通信光ＣＬ（以下、「通信光ＣＬ３」とする）を送信用光ファイバ１３に向けて出射させる。

発光された通信光ＣＬ３は、図６に示すように水中ＷＡを伝播し、検査ポイントＬ２に対応して配設されている受信用光ファイバ１３ａの第１端部１７ａに入光する。第１端部１７ａに入光された通信光ＣＬは、受信用光ファイバ１３ａによって第２端部１８へと伝送されて受光素子５ａに受光される。受光素子５に受光された通信光ＣＬ３が、光電変換および各種情報処理を受けることによって、検出ポイントＬ２における水中構造体１０３の検出データを示す通信情報が生成される。水中構造体１０３の検出データを示す通信情報は、固定局１０１に配設されている記憶装置に記憶される。

以下、ステップＳ１ないしＳ３に係る工程を繰り返すことにより、検査ポイントＬ３および検査ポイントＬ４における水中構造体１０３の検査を行う。すなわち第１の光通信装置１から第２の光通信装置２に向けて光無線通信を行い、検査ポイントＬ３への移動および検査ポイントＬ３における水中構造体１０３の検査を行う旨の指令を送信する。移動体１０２が検査ポイントＬ３へ移動して水中構造体１０３の検査を行った後、第２の光通信装置２から第１の光通信装置１に向けて光無線通信を行い、水中構造体１０３の検査データを送信する。図６は、検査ポイントＬ２からＬ３へと移動した移動体１０２が、検査ポイントＬ３において水中構造体１０３を検査するとともに、通信光ＣＬ３を送信用光ファイバ１３ｂの第１端部１７ｂへと出射している状態を示している。

検査ポイントＬ３における水中構造体１０３の検査データが送信された後、第１の光通信装置１と第２の光通信装置２との光無線通信によって、検査ポイントＬ４への移動、検査ポイントＬ４における水中構造体１０３の検査、および水中構造体１０３の検査データの送信が行われる。

＜第１実施形態による効果＞
本実施形態に係る第１の光通信装置１では、通信光ＣＬを発光させるレーザ光源３と、水中ＷＡに配設され、通信光ＣＬを入光させる入光端部１４を有しており入光端部１４に入光された通信光ＣＬを先端部１５に向けて伝送させる送信用光ファイバ１１と、を備え、送信用光ファイバ１１は、通信光ＣＬを入光端部１４から先端部１５に向けて伝送させるコア部２１と、コア部２１を被覆しており、コア部２１を伝送する通信光ＣＬの少なくとも一部を送信用光ファイバ１１の側面から出光させるクラッド部２３と、を備える。

当該構成により、送信用光ファイバ１１は先端部１５の方向のみならず側面の方向へ通信光ＣＬを伝送できる。当該構成により、１本の送信用光ファイバ１１を用いて、複数の場所に通信光ＣＬを出射することが可能となる。本実施形態にて説明した使用例では、１本の送信用光ファイバ１１を用いて、少なくとも初期位置Ｌ１および検査ポイントＬ２～Ｌ４の各々へと通信光ＣＬを送信可能となっている。従って、複数の場所に対して光無線通信を行う第１の光通信装置１において、送信用光ファイバ１１の数を減らすことができるので、回線の単純化および装置の低コスト化などが可能となる。

また、コア部２１を伝送する通信光ＣＬの少なくとも一部がクラッド部２３を介して送信用光ファイバ１１の側面から出光されるように、コア部２１を構成する材料の光屈折率とクラッド部２３を構成する材料の光屈折率とが設定されている。この場合、クラッド部２３の側面全体から通信光ＣＬの少なくとも一部を出射できるので、１本の送信用光ファイバ１１を用いて、より多くの場所へと通信光ＣＬを送信できる。また、適切な光屈折率を有する材料を選択することによって側面へ光を出光させるクラッド部２３を実現できるので、送信用光ファイバ１１の製造が容易となる。

さらに本実施形態に係る水中検査システム１００では、第１の光通信装置１を備えるとともに、検査対象でありｘ方向へ延びる水中構造体１０３をｘ方向へ移動しながら検査する移動体１０２を備え、送信用光ファイバ１１は水中構造体１０３に沿って配設されており、移動体１０２は、クラッド部２３の側面から出光される通信光ＣＬを受光する受光素子９と、受光素子９が受光する通信光ＣＬに基づいて移動体１０２を制御する制御部８と、を備える。

当該構成により、移動体１０２はｘ方向へ移動しながら水中構造体１０３を検査する際に、複数の位置において送信用光ファイバ１１の側面から出光される通信光ＣＬを受信できる。すなわち、１本の送信用光ファイバ１１を用いる第１の光通信装置１を送信側として、移動体１０２は複数の場所において通信光ＣＬを受信できる。従って、光無線通信を行いつつ複数箇所の水中構造体１０１を検査できる水中検査システム１００を、１本の送信用光ファイバ１１を用いることによって実現できる。

また、本実施形態に係る水中検査システム１００では、水中構造体１０３はパイプラインであり、移動体１０２は潜水艇である。当該構成により、水底ＷＢなどに配設されるパイプラインの複数箇所を、所定方向に沿って移動する潜水艇で検査する水中検査システムが低コストで実現できる。

第２実施形態

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、送信用光ファイバ１１の構成が第１実施形態の構成と異なる。従って、第２実施形態に係る送信用光ファイバについては符号１１Ａを付して第１実施形態と区別する。また、第２実施形態に係るクラッド部については符号２３Ａを付して第１実施形態と区別する。一方、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して図示し、その説明を省略する。

＜送信用光ファイバの構成＞
第２実施形態に係る送信用光ファイバ１１Ａの特徴として、図８に示すように、クラッド部２３Ａに１または２以上の孔部３１が設けられている。孔部３１はクラッド部２３Ａを側面方向に貫通している。孔部３１の形状は、円形、矩形など適宜変更してよい。孔部３１が配設される位置および孔部の数は、送信用光ファイバ１１Ａの側方へと光を出射させる位置に応じて適宜設定される。

クラッド部２３Ａに孔部３１を配設することにより、コア部２１を伝送する光の少なくとも一部を、送信用光ファイバ１１Ａの側面から出光させることができる。すなわち図９に示すように、レーザ光源３において発生してコア部２１を伝送される光Ｐ１は、コア部２１とクラッド部２３Ａとの境界面のうち孔部３１が形成されている部分に到達することによって、光Ｐ１の一部が進入光Ｓ１として孔部３１へと進入し、さらに孔部３１を通って送信用光ファイバ１１の外部へと出光される。光Ｐ１の残りの一部は、光Ｐ２としてコア部２１の内部へ反射される。

なお第１実施形態と異なり、第２実施形態に係るクラッド部２３Ａを構成する材料の光屈折率とコア部２１を構成する材料の光屈折率との差は大きく設定される。すなわち、レーザ光源３において発生する光Ｐは、コア部２１とクラッド部２３Ａとの境界面のうち孔部３１が形成されていない部分に到達した場合、コア部２１の内部へと全反射される（図８を参照）。

従って、送信用光ファイバ１１Ａの側面のうち、孔部３１が形成されている部分からは進入光Ｓ１～Ｓ３が側方へと出光される一方、クラッド部２３Ａによって被覆されている部分からは光が出光されない。よって、孔部３１を形成させる位置を適宜選択することにより、送信用光ファイバ１１Ａの側面から光が出射される部分を適宜調整できる。

＜第２実施形態の使用例＞
次に、第２実施形態に係る水中検査システム１００の使用例について説明する。検査ポイントＬ２～Ｌ４にわたって水中構造体１０３の検査を行うための一連の動作については、第１実施形態と共通するので説明を省略する。

第２実施形態では図１０に示すように、第１の光通信装置１が第２の光通信装置２に対して光無線送信を行う位置に応じて、孔部３１が配置される。すなわち、初期位置Ｌ１および検査ポイントＬ２～Ｌ４の各々に対応する４つの位置に孔部３１が配置されるように、送信用光ファイバ１１Ａが配設される。よって、移動体１０２は、初期位置Ｌ１および検査ポイントＬ２～Ｌ４の各々に移動することによって、孔部３１を通して送信用光ファイバ１１の側面から出射される通信光ＣＬを受信できる。図１０は、初期位置Ｌ１において、孔部３１を通して出射される通信光ＣＬが、移動体１０２に設けられている第２の光通信装置２によって受信されている状態を示している。

＜第２実施形態による効果＞
本実施形態に係る第１の光通信装置１では、クラッド部２３Ａは、１または２以上の孔部３１を備え、通信光ＣＬの少なくとも一部は孔部３１を介して送信用光ファイバ１１Ａの側面から出光される。

当該構成によって、送信用光ファイバ１１Ａは第１実施形態と同様に、先端部１５の方向のみならず側面の方向へ通信光ＣＬを伝送できる。当該構成により、１本の送信用光ファイバ１１Ａを用いて、複数の場所に通信光ＣＬを出射することが可能となる。

また本実施形態では、送信用光ファイバ１１Ａの側面から通信光ＣＬが出射される部分を孔部３１が形成されている部分に限定できる。従って、送信用光ファイバ１１の側面方向に漏れ出る光の量を限定できるので、送信用光ファイバ１１Ａのコア部２１を伝送される光が無用に減衰することを回避できる。また、孔部３１の位置を適宜選択することにより、通信光ＣＬが出射される部分を、光無線通信を行う所望の位置に限定できる。よって、通信光ＣＬが傍受される事態をより確実に回避できるので、光無線通信の信頼性を向上できる。

第３実施形態

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、受信用光ファイバ１３の構成が第１実施形態および第２実施形態の構成と異なる。従って、第３実施形態に係る受信用光ファイバについては符号６１を付して他の実施形態と区別する。

＜受信用光ファイバの構成＞
第３実施形態に係る受信用光ファイバ６１の構成は図１１に示す通りである。受信用光ファイバ６１は、受信用光ファイバ６１の中心部を構成するコア部６５と、コア部６５の側周部を覆うクラッド部６７とを備えている。受信用光ファイバ６１に入光した光は、主にコア部６５の内部を通ることにより第２端部１８に向けて伝送される。

そして第３実施形態に係る受信用光ファイバ６１の特徴として、複数箇所から光を入光できるように構成されている。具体的な構成として、クラッド部６７に１または２以上の孔部６９が設けられている。孔部６９はクラッド部６７の層を貫通するように構成されており、各々の孔部６９には集光レンズ７１が嵌入されている。すなわち受信用光ファイバ６１は、１または２以上の集光レンズ７１を側周部に備えている。集光レンズ７１は本発明における入光部に相当する。

集光レンズ７１の各々は、受信用光ファイバ６１の側面方向から受信用光ファイバ６１へと向かう光を集光させてコア部６５へと導く。従って、受信用光ファイバ６１は第１端部１７から光を入光させるのみならず、集光レンズ７１が形成されている側面の部分からも光を入光させることができる。

第１端部１７から受信用光ファイバ６１に入光した光Ｑと、集光レンズ７１を介して側面から入光した光Ｑ１およびＱ２とは、それぞれコア部６５を通って第２端部１８へと伝送され、第１の光通信装置１が備える受光素子５によって受光される。このように、受信用光ファイバ６１の側面に集光レンズ７１を配設する構成により、１本の受信用光ファイバ６１を用いて複数箇所から通信光ＣＬを例とする光を入光させることができる。また、クラッド部６７において集光レンズ７１が形成される位置を適宜選択することにより、送信用光ファイバ１１Ａの側面から光を入射できる部分の位置を適宜調整できる。

＜第３実施形態の使用例＞
次に、第３実施形態に係る水中検査システム１００Ｂの使用例について説明する。検査ポイントＬ２～Ｌ４にわたって水中構造体１０３の検査を行うための一連の動作については、第１実施形態と共通するので説明を省略する。

第３実施形態に係る水中検査システム１００Ｂでは図１２に示すように、複数本の受信用光ファイバ１３の代わりに、１本の受信用光ファイバ６１を用いる。そして、移動体１０２に設けられている第２の光通信装置２が第１の光通信装置１に対して光無線送信を行う位置に応じて、集光レンズ７１が配置される。すなわち、初期位置Ｌ１および検査ポイントＬ２～Ｌ４の各々に対応する４つの位置に集光レンズ７１が配置されるように、受信用光ファイバ６１が配設される。よって、移動体１０２は、初期位置Ｌ１および検査ポイントＬ２～Ｌ４の各々に移動することによって、レーザ光源７から出射させた通信光ＣＬを受信用光ファイバ６１に入光させることができる。

図１２は、移動体１０２が検査ポイントＬ４に移動した後、レーザ光源７から通信光ＣＬを出射させた状態を示している。当該通信光ＣＬは水中ＷＡを伝播し、検査ポイントＬ４に相当する位置に配設されている集光レンズ７１に集光されて受信用光ファイバ６１に入光する。受信用光ファイバ６１に入光した通信光ＣＬは、第２端部１８へ伝送されて受光素子５に受光される。

＜第３実施形態による効果＞
本実施形態に係る第１の光通信装置１では、通信光ＣＬを受光する受光素子５と、水中ＷＡに配設され、受光素子５に通信光ＣＬを導く受信用光ファイバ６１と、を備え、受信用光ファイバ６１は、通信光ＣＬを伝送させるコア部６５と、コア部６５を被覆するクラッド部６７と、を備え、クラッド部６７の側周部には、通信光ＣＬを入光させる１または２以上の集光レンズ７１が備えられている。

当該構成によって、受信用光ファイバ６１は側面から通信光ＣＬを入光させることができる。そのため、１本の受信用光ファイバ６１を用いて、複数の場所から通信光ＣＬを受信することが可能となる。

また本実施形態では、受信用光ファイバ６１の側面から通信光ＣＬを入射させる部分を集光レンズ７１が形成されている部分に限定できる。従って、側面方向から通信光ＣＬを受信する部分を、光無線通信を行う所望の位置に限定できる。よって、集光レンズ７１が形成されていない部分のクラッド部６７に光が照射された場合に、当該光が通信光ＣＬと混同して受信される事態をより確実に回避できるので、光無線通信の信頼性を向上できる。

＜態様＞
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）
一態様に係る水中光通信装置は、通信光を発光させる発光素子と、水中に配設され、前記通信光を入光させる入光端部を有しており前記入光端部に入光された前記通信光を先端部に向けて伝送させる光ファイバと、を備え、前記光ファイバは、前記通信光を前記入光端部から前記先端部に向けて伝送させるコア部と、前記コア部を被覆しており、前記コア部を伝送する前記通信光の少なくとも一部を前記光ファイバの側面から出光させるクラッド部と、を備えていてよい。

第１項に記載の水中光通信装置によれば、発光素子で発光された通信光は光ファイバの入光端部から先端部へ向けて伝送されるとともに、光ファイバの側面から出光される。そのため、１本の光ファイバによって先端部側と側面側との複数方向へ伝送できる。よって、多様な場所へ光通信を行う光通信装置をより単純な構成で実現できる。

（第２項）
第１項に記載の水中光通信装置において、前記コア部を伝送する前記通信光の少なくとも一部が前記クラッド部を介して前記光ファイバの側面から出光されるように、前記コア部を構成する材料の光屈折率と前記クラッド部を構成する材料の光屈折率とが設定されてもよい。

第２項に記載の水中光通信装置によれば、クラッド部の側面全体から通信光の少なくとも一部を出射できるので、１本の光ファイバを用いて、より多くの場所へと通信光を送信できる。また、適切な光屈折率を有する材料を選択することによって側面へ光を出光させるクラッド部を実現できるので、光ファイバの製造が容易となる。

（第３項）
第１項または第２項に記載の水中光通信装置において、前記クラッド部は、１または２以上の孔部を備え、前記通信光の少なくとも一部は前記孔部を介して前記光ファイバの側面から出光されてもよい。

第３項に記載の光通信装置によれば、孔部を介して光ファイバの側面の方向へ通信光を伝送できる。当該構成により、１本の光ファイバを用いて、複数の場所に通信光を出射することが可能となる。また、光ファイバの側面から通信光が出射される部分を孔部が形成されている部分に限定できる。従って、光ファイバの側面方向に漏れ出る光の量を限定できるので、光ファイバを伝送される光が無用に減衰することを回避できる。また、孔部の位置を適宜選択することにより、通信光が出射される部分を、光無線通信を行う所望の位置に限定できる。よって、通信光が傍受される事態をより確実に回避できるので、光無線通信の信頼性を向上できる。

（第４項）
一態様に係る水中光通信装置は、通信光を受光する受光素子と、水中に配設され、前記受光素子に前記通信光を導く光ファイバと、を備え、前記光ファイバは、前記通信光を伝送させるコア部と、前記コア部を被覆するクラッド部と、を備え、前記クラッド部の側周部には、前記通信光を入光させる１または２以上の入光部が備えられていてよい。

第４項に記載の光通信装置によれば、光ファイバは側面から通信光を入光させることができる。そのため、１本の光ファイバを用いて、複数の場所から通信光を受信することが可能となる。また、光ファイバの側面から通信光を入射させる部分を入光部が形成されている部分に限定できる。従って、側面方向から通信光を受信する部分を、光無線通信を行う所望の位置に限定できる。よって、入光部が形成されていない部分のクラッド部に光が照射された場合に、当該光が通信光と混同して受信される事態をより確実に回避できるので、光無線通信の信頼性を向上できる。

（第５項）
第１項ないし第３項のいずれかに係る水中光通信装置を備える水中検査システムにおいて、検査対象であり所定方向へ延びる構造体を前記所定方向へ移動しながら検査する移動検査体を備え、前記光ファイバは前記構造体に沿って配設されており、前記移動検査体は、前記クラッド部の側面から出光される前記通信光を受光する受光部と、前記受光部が受光する前記通信光に基づいて前記移動検査体を制御する制御部と、を備えていてよい。

第５項に記載の水中検査システムによれば、移動検査体は所定方向へ移動しながら構造体を検査する際に、複数の位置において光ファイバの側面から出光される通信光を受信できる。すなわち、１本の光ファイバを用いる光通信装置１を送信側として、移動検査体は複数の場所において通信光を受信できる。従って、光無線通信を行いつつ複数箇所の構造体を検査できる水中検査システムを、１本の光ファイバを用いることによって実現できる。

（第６項）
第５項に係る水中検査システムにおいて、前記構造体はパイプラインであり、前記移動検査体は潜水艇であってもよい。

第６項に記載の水中検査システムによれば、水底などに配設されるパイプラインの複数箇所を、所定方向に沿って移動する潜水艇で検査する水中検査システムが低コストで実現される。

また、コア部２１を伝送する通信光ＣＬの少なくとも一部がクラッド部２３を介して送信用光ファイバ１１の側面から出光されるように、コア部２１を構成する材料の光屈折率とクラッド部２３を構成する材料の光屈折率とが設定されている。この場合、

さらに本実施形態に係る水中検査システム１００では、第１の光通信装置１を備えるとともに、検査対象でありｘ方向へ延びる水中構造体１０３をｘ方向へ移動しながら検査する移動体１０２を備え、送信用光ファイバ１１は水中構造体１０３に沿って配設されており、移動体１０２は、クラッド部２３の側面から出光される通信光ＣＬを受光する受光素子９と、受光素子９が受光する通信光ＣＬに基づいて移動体１０２を制御する制御部８と、を備える。

当該構成により、移動体１０２はｘ方向へ移動しながら水中構造体１０３を検査する際に、複数の位置において送信用光ファイバ１１の側面から出光される通信光ＣＬを受信できる。すなわち、１本の送信用光ファイバ１１を用いる第１の光通信装置１を送信側として、移動体１０２は複数の場所において通信光ＣＬを受信できる。従って、光無線通信を行いつつ複数箇所の水中構造体１０１を検査できる水中検査システム１００を、１本の送信用光ファイバ１１を用いることによって実現できる。

また、本実施形態に係る水中検査システム１００では、水中構造体１０３はパイプラインであり、移動体１０２は潜水艇である。当該構成により、水底ＷＢなどに配設されるパイプラインの複数箇所を、所定方向に沿って移動する潜水艇で検査する水中検査システムが低コストで実現される。

＜他の実施形態＞
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例として、本発明は下記のように変形実施することができる。

（１）上述の各実施形態において、送信用光ファイバ１１は先端部１５から光を出光できる構成に限ることはない。すなわち先端部１５を光反射材などで被覆し、先端部１５に伝送された光が先端部１５から出射することを防止する構成としてもよい。この場合、レーザ光源３から基端部１４を介してコア部２１に入光した光の全てが、クラッド部２３を介して送信用光ファイバ１１の側面から出光されることとなる。

（２）上述の各実施形態において、送信用光ファイバ１１の側面から通信光ＣＬのみを出光させる構成に限ることはない。すなわち図１３に示すように、通信光ＣＬを構成する青色光Ｂおよび緑色光Ｇに加えて、赤色光Ｒを送信用光ファイバ１１の側面から出光させて第２の光通信装置２と光無線通信を行ってもよい。青色光Ｂおよび緑色光Ｇに赤色光Ｒを加えることにより、全体として白色光である照明光ＳＬとなる。

照明光ＳＬを送信用光ファイバ１１の側面から出光させることにより、当該照明光ＳＬは送信用光ファイバ１１の経路を示す道標となる。すなわち、移動体１０２は照明光ＳＬに含まれる通信光ＣＬによる制御を受けつつ、送信用光ファイバ１１の側面から出射される照明光ＳＬを利用して水中構造体１０３の撮影または次の検査ポイントへの移動を行うことができる。この場合、移動体１０２に照明装置を搭載させる必要がないので、移動体１０２の小型化および軽量化を容易に実現できる。

（３）上述の各実施形態において、第１の光通信装置１を備える固定局１０１は水中に配設されてもよい。また、第１の光通信装置１が備える構成を第２の光通信装置２に適用してもよい。さらに、第１の光通信装置１は固定配置された構造体に配設される構成に限ることはなく、移動する構造体に配設してもよい。

（４）上述の各実施形態において、水中検査システム１００は２つの光通信装置の間で光無線通信を行う構成であったが、３以上の光通信装置の間で光無線通信を行ってもよい。

１ … 第１の光通信装置
２ … 第２の光通信装置
３ … レーザ光源
４ … 制御部
５ … 受光素子
７ … レーザ光源
８ … 制御部
９ … 受光素子
１０ … 観測装置
１１ … 送信用光ファイバ
１３ … 受信用光ファイバ
１４ … 基端部
１５ … 先端部
２１ … コア部
２３ … クラッド部
３１ … 孔部
６１ … 受信用光ファイバ
６５ … コア部
６７ … クラッド部
６９ … 孔部
７１ … 集光レンズ
１００ … 水中検査システム
１０１ … 固定局
１０２ … 移動体
１０３ … 水中構造体

Claims (6)

1. 通信対象である移動体に対して通信光を発光させる発光素子と、
   所定方向へ延びる水中構造体に沿って配設され、前記移動体に対して発光された通信光を入光させる入光端部を有しており前記入光端部に入光された前記通信光を先端部に向けて伝送させる光ファイバと、
   を備え、
   前記光ファイバは、
   前記通信光を前記入光端部から前記先端部に向けて伝送させるコア部と、
   前記コア部を被覆しており、前記コア部を伝送する前記通信光の少なくとも一部を前記光ファイバの側面から出光させるクラッド部と、
   を備え、
   前記移動体は前記水中構造体における検査ポイントを検査する移動検査装置であり、
   前記光ファイバは、前記検査ポイントの各々に対応する位置に孔部が配置される水中光通信装置。
2. 請求項１に記載の水中光通信装置において、
   前記コア部を伝送する前記通信光の少なくとも一部が前記クラッド部を介して前記光ファイバの側面から出光されるように、前記コア部を構成する材料の光屈折率と前記クラッド部を構成する材料の光屈折率とが設定されている水中光通信装置。
3. 請求項１に記載の水中光通信装置において、
   前記クラッド部は、１または２以上の孔部を備え、
   前記通信光の少なくとも一部は前記孔部を介して前記光ファイバの側面から出光される水中光通信装置。
4. 通信対象である移動体から発光された通信光を受光する受光素子と、
   所定方向へ延びる水中構造体に沿って配設され、前記受光素子に前記通信光を導く光ファイバと、
   を備え、
   前記光ファイバは、
   前記通信光を伝送させるコア部と、
   前記コア部を被覆するクラッド部と、を備え、
   前記クラッド部の側周部には、前記通信光を入光させる１または２以上の入光部が備えられ、
   前記移動体は前記水中構造体における検査ポイントを検査する移動検査装置であり、
   前記光ファイバは、前記検査ポイントの各々に対応する位置に孔部が配置される水中光通信装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水中光通信装置を備える水中検査システムであって、
   検査対象であり所定方向へ延びる構造体を前記所定方向へ移動しながら検査する移動検査体を備え、
   前記光ファイバは前記構造体に沿って配設されており、
   前記移動検査体は、
   前記クラッド部の側面から出光される前記通信光を受光する受光部と、
   前記受光部が受光する前記通信光に基づいて前記移動検査体を制御する制御部と、
   を備える水中検査システム。
6. 請求項５に記載の水中光通信装置を備える水中検査システムであって、
   前記構造体はパイプラインであり、
   前記移動検査体は潜水艇である水中検査システム。

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