JP7353610B2 - 水中光無線通信システム、水中光無線通信方法、および、水中移動体 - Google Patents

Description

本発明は、水中光無線通信システム、水中光無線通信方法、および、水中移動体に関し、特に、複数の移動体間における双方向通信に用いられる水中光無線通信システム、水中光無線通信方法、および、水中移動体に関する。

従来、複数の移動体間における双方向通信に用いられる水中光無線通信システム、水中光無線通信方法、および、水中移動体が知られている。このような水中光無線通信システム、水中光無線通信方法、および、水中移動体は、たとえば、特開第２０１８－０６１１６０号公報に開示されている。

上記特開第２０１８－０６１１６０号公報には、水中を移動可能な複数の水中ドローンと、複数の水中ドローンを制御する通信装置と、を備える水中光無線通信システムが開示されている。また、上記特開第２０１８－０６１１６０号公報には、通信装置が、水中ドローンと他の水中ドローンとの間で光無線通信を行うことにより、複数の水中ドローンを制御する構成が開示されている。上記特開第２０１８－０６１１６０号公報には、通信装置および複数の水中ドローンが、青色光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）を用いて、光無線通信を行う構成が開示されている。

特開第２０１８－０６１１６０号公報

ここで、上記特開第２０１８－０６１１６０号公報に記載されている従来の水中光無線通信システムのように、複数の水中ドローン（移動体）を用いて光無線通信を行う場合、潮流などの外乱によって移動体の位置が入れ替わることがある。また、複数の移動体を所望の配列に配置するために移動体の位置を入れ替えたい場合などがある。しかしながら、上記特開第２０１８－０６１１６０号公報に記載されている従来の水中光無線通信システムでは、複数の移動体の位置が入れ替わった場合を想定していないため、水中において通信光の混信が生じ、通信ができない場合がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、複数の移動体の位置関係が変化した場合でも、通信光の混信を抑制することが可能な水中光無線通信システム、水中光無線通信方法、および、水中移動体を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における水中光無線通信システムは、水中を移動可能な複数の移動体を備え、複数の移動体の各々は、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に互いに異なる波長の通信光による複数の移動体間の双方向通信を行う光無線通信部を含み、複数の移動体のうちの隣り合う一の移動体の光無線通信部と他の移動体の光無線通信部との間において、一の移動体の光無線通信部から他の移動体の光無線通信部に向かって通信光を発光するとともに、発光した通信光とは異なる波長の通信光を他の移動体の光無線通信部から発光して一の移動体の光無線通信部により受光されることによって、双方向通信を行うように構成されている。

この発明の第２の局面における水中光無線通信方法は、水中において光を用いた無線通信を行う水中無線通信方法であって、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に互いに異なる波長であり、隣り合う複数の移動体のうちの隣り合う一の移動体と他の移動体との間において、一の移動体から他の移動体に向かって通信光を発光するステップと、発光した通信光とは異なる波長の通信光を他の移動体から発光して一の移動体により受光するステップとを備える。

この発明の第３の局面における水中移動体は、水中において光を用いた無線通信を行う水中光無線通信システムに備えられる水中移動体であって、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に配置され、互いに異なる波長の通信光を発光する複数の発光部と、通信光の複数の入射方向毎に配置され、互いに異なる波長の通信光のうちの対応する波長の通信光を受光する複数の受光部とを備え、隣り合う他の移動体との間において、複数の発光部のうちの他の移動体と隣り合う発光部が他の移動体に向かって発光するとともに、他の移動体に向かって発光した通信光とは異なる波長で他の移動体から発光された通信光を複数の受光部のうちの他の移動体と隣り合う受光部が受光することによって、双方向通信が可能なように構成されている。

この第１の局面による水中光無線通信システムでは、上記のように、複数の移動体の各々は、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に互いに異なる波長の通信光による複数の移動体間の双方向通信を行う光無線通信部を含む。また、複数の移動体のうちの隣り合う一の移動体の光無線通信部と他の移動体の光無線通信部との間において、一の移動体の光無線通信部から他の移動体の光無線通信部に向かって通信光を発光するとともに、発光した通信光とは異なる波長の通信光を他の移動体の光無線通信部から発光して一の移動体の光無線通信部により受光されることによって、双方向通信を行うように構成されている。これにより、移動体の各々においては、照射方向毎に互いに波長が異なる通信光を照射するとともに、照射方向に対応する波長の通信光を受光する。したがって、照射および受光する通信光の照射方向毎の波長の違いにより、通信光が混信することを抑制することができる。また、複数の移動体間においては、照射方向に対する波長の関係が互いに同一となる。したがって、移動体の位置が変化した場合でも、通信光の照射方向と、照射方向に対する波長との関係が変化することを防止することができる。その結果、複数の移動体の位置関係が変化した場合でも、通信光の混信を抑制することができる。なお、「照射方向」とは、移動体から照射される通信光の方向であり、たとえば、垂直方向または水平方向など、同一直線上において、互いに反対方向に照射される通信光は、互いに異なる照射方向に照射された通信光とする。

また、この第２の局面による水中光無線通信方法では、上記のように、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に互いに異なる波長であり、隣り合う複数の移動体のうちの隣り合う一の移動体と他の移動体との間において、一の移動体から他の移動体に向かって通信光を発光するステップと、発光した通信光とは異なる波長の通信光を他の移動体から発光して一の移動体により受光するステップとを備える。これにより、上記第１の局面における水中光無線通信システムと同様に、複数の移動体の位置関係が変化した場合でも、通信光の混信を抑制することが可能な水中光無線通信方法を提供することができる。

また、この発明の第３の局面による水中移動体では、上記のように、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に配置され、互いに異なる波長の通信光を発光する複数の発光部と、通信光の複数の入射方向毎に配置され、互いに異なる波長の通信光のうちの対応する波長の通信光を受光する複数の受光部とを備え、隣り合う他の移動体との間において、複数の発光部のうちの他の移動体と隣り合う発光部が他の移動体に向かって発光するとともに、他の移動体に向かって発光した通信光とは異なる波長で他の移動体から発光された通信光を複数の受光部のうちの他の移動体と隣り合う受光部が受光することによって、双方向通信が可能なように構成されている。これにより、複数の水中移動体を用いて双方向通信を行う場合に、互いに波長が異なる通信光の照射方向と、照射方向に対する波長との関係を、複数の水中移動体間で同一にすることができる。その結果、上記第１の局面における水中光無線通信システムと同様に、複数の移動体の位置関係が変化した場合でも、通信光の混信を抑制することが可能な水中移動体を提供することができる。

一実施形態における制御装置および移動体の構成を説明するためのブロック図である。 一実施形態における移動体の構成を説明するためのブロック図である。 一実施形態における水中光無線通信システムの全体構成を示した模式図である。 第３移動体の位置と第４移動体の位置とが入れ替わった後の模式図である。 制御装置からリレー方式によって第４移動体に対して制御信号を送信する構成を説明するための模式図である。 複数の移動体から制御装置に対して画像データを送信する構成を説明するための模式図である。 一実施形態における移動体位置入れ替え処理を説明するためのフローチャートである。 一実施形態における複数の移動体間におけるデータ送信処理を説明するためのフローチャートである。 第１変形例による水中光無線通信システムの構成を示した模式図である。 第２変形例による水中光無線通信システムの構成を示した模式図である。 第３変形例による複数の移動体の配置を説明するための模式図である。 第４変形例による水中光無線通信システムの構成を示した模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図５を参照して、本発明の一実施形態による水中光無線通信システム１００の構成について説明する。

（欠陥検査装置の構成）
水中光無線通信システム１００は、図１に示すように、複数の移動体１を備えている。複数の移動体１は、水中を移動可能に構成されている。本実施形態における水中光無線通信システム１００は、水中において通信光３０を用いた無線通信を行うシステムである。なお、移動体１は、請求の範囲の「水中移動体」の一例である。

移動体１は、光無線通信部２と、制御装置３と、記憶部４と、推進機構５とを備える。移動体１は、海中を自律走行可能に構成されている。また、移動体１は、他の移動体１と双方向通信が可能なように構成されている。移動体１は、いわゆるＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：自律型無人潜水機）である。

光無線通信部２は、互いに反対方向となる複数の方向において、互いに異なる波長の通信光３０による複数の移動体１間の双方向通信を行うように構成されている。光無線通信部２は、発光部と、受光部６とを備えている。

発光部は、通信光３０の照射方向毎に、互いに異なる波長の通信光３０を発光するように構成されている。本実施形態では、発光部は、複数の光源部７を有している。複数の光源部７は、通信光３０の照射方向毎に設けられ、通信光３０の照射方向に対応する波長の通信光３０を発光するように構成されている。光源部７は、たとえば、レーザーダイオードを含む。光源部７は、通信光３０として、たとえば、青色～緑色の波長の光を発光可能に構成されている。具体的には、光源部７は、通信光３０として、約４５０ｎｍ～約５７０ｎｍの波長の光を発光可能に構成されている。

受光部６は、通信光３０の入射方向毎に、互いに異なる波長の通信光３０を受光するように構成されている。本実施形態では、受光部６は、複数の受光素子８を有している。複数の受光素子８は、通信光３０の入射方向毎に設けられ、通信光３０の入射方向に対応する波長の通信光３０を受光するように構成されている。複数の受光素子８は、たとえば、光電子増倍管などを含む。

また、本実施形態では、受光部６は、通信光３０の入射方向毎に、対応する波長の通信光３０を選択的に透過させるフィルタ９を備える。フィルタ９は、たとえば、所定の波長を中心波長として選択的に透過させるバンドパスフィルタを含む。

制御装置３は、記憶部４に記憶された各種プログラムを実行することにより、移動体１を制御するように構成されている。制御装置３は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、および、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリとを含む。

記憶部４は、制御装置３が実行するプログラムを記憶している。記憶部４は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、または、不揮発性のメモリなどを含む。

推進機構５は、制御装置３の制御の下、移動体１に対して推進力を与えるように構成されている。推進機構５は、プロペラ（図示せず）と、プロペラを駆動する駆動源（図示せず）とを含む。推進機構５は、プロペラを回転させることによって水をかき推進力を得る、いわゆるスクリュー機構であってもよいし、後方に高圧の水流を噴出することにより推進力を得る、いわゆるウォータージェット推進機構であってもよい。

（移動体の構成）
次に、図２を参照して、移動体１の構成について説明する。なお、本明細書において、移動体１の進行方向をＸ１方向とする。また、Ｘ１方向と反対側の方向をＸ２方向とする。また、Ｘ方向と直交する面内において、互いに直行する２方向を、それぞれ、Ｚ方向およびＹ方向とする。図２に示す例では、上下方向をＺ方向とする。Ｚ方向のうち、上方向をＺ１方向とし、下方向をＺ２方向とする。また、図２に示す例では、進行方向に対して左右方向をＹ方向とし、右方向（図２の紙面の手前側に向かう方向）をＹ２方向、左方向をＹ１方向（図２の紙面の奥に向かう方向）とする。すなわち、本明細書における各方向は、移動体１の進行方向を基準とした相対座標系に基づいて決定される方向である。

本実施形態では、光源部７は、移動体１において、Ｚ１方向側、Ｚ２方向側に設けられている。したがって、発光部は、少なくとも、Ｚ１方向と、Ｚ１方向とは反対方向のＺ２方向とに通信光３０を照射可能に構成されている。なお、Ｚ１方向およびＺ２方向は、それぞれ、請求の範囲の「第１方向」および「第２方向」の一例である。また、本実施形態では、光源部７は、Ｘ１方向側、および、Ｘ２方向側にも設けられている。したがって、発光部は、Ｚ１方向、Ｚ２方向、Ｘ１方向、および、Ｘ２方向の４方向に通信光３０を発光可能に構成されている。

本実施形態では、各々の位置に設けられた光源部７は、互いに異なる波長の通信光３０を発光するように構成されている。具体的には、Ｚ２方向側に設けられた光源部７は、第１通信光３０ａを発光するように構成されている。また、Ｚ１方向側に設けられた光源部７は、第２通信光３０ｂを発光するように構成されている。また、Ｘ２方向側に設けられた光源部７は、第３通信光３０ｃを発光するように構成されている。また、Ｘ１方向側に設けられた光源部７は、第４通信光３０ｄを発光するように構成されている。

また、本実施形態では、受光部６は、移動体１において、Ｚ１方向側、および、Ｚ２方向側に設けられている。したがって、受光部６は、少なくとも、Ｚ１方向から入射した通信光３０と、Ｚ２方向から入射した通信光３０とを受光可能に構成されている。また、受光部６は、Ｘ１方向側、および、Ｘ２方向側にも設けられており、Ｘ１方向から入射した通信光３０と、Ｘ２方向から入射した通信光３０とを受光可能に構成されている。

第１通信光３０ａ～第４通信光３０ｄは、青色～緑色の波長範囲の中で、互いに異なる波長の光である。なお、各通信光３０は、色の違いを肉眼で識別可能でなくてもよい。各通信光３０は、受光部６に対する入射方向毎に、フィルタ９によって除去できる程度に波長が違っていればよい。なお、図２に示す例では、各通信光３０の波長の違いを、異なるハッチングを付すことにより表している。

また、各フィルタ９の各々は、各通信光３０を選択的に透過可能に構成されている。すなわち、移動体１において、Ｚ１方向側に設けられたフィルタ９は、第２通信光３０ｂを選択的に透過させるように構成されている。また、移動体１において、Ｚ２方向側に設けられたフィルタ９は、第１通信光３０ａを選択的に透過させるように構成されている。また、移動体１において、Ｘ１方向側に設けられたフィルタ９は、第３通信光３０ｃを選択的に透過させるように構成されている。また、移動体１において、Ｘ２方向側に設けられたフィルタ９は、第４通信光３０ｄを選択的に透過させるように構成されている。

（複数の移動体の配置）
次に、図３を参照して、本実施形態よる水中光無線通信システム１００における複数の移動体１の配置について説明する。

図３に示すように、複数の移動体１は、水中において、所定の配列となるように配置される。図３に示す例は、複数の移動体１として、第１移動体１ａ、第２移動体１ｂ、第３移動体１ｃ、および、第４移動体１ｄを含む。図３に示す例では、Ｚ方向において、第１移動体１ａおよび第２移動体１ｂが並ぶように配置されている。また、Ｘ方向において、第２移動体１ｂ、第３移動体１ｃ、および、第４移動体１ｄが並ぶように配置されている。なお、識別の容易化のため、各図中において、第１移動体１ａ～第４移動体４ｄの各々に対して、「１」～「４」のマークを付している。

（通信光の照射方向および波長）
図３に示す例では、第１移動体１ａ～第４移動体１ｄの各々は、Ｚ１方向、Ｚ２方向、Ｘ１方向、および、Ｘ２方向に対して、それぞれ、第２通信光３０ｂ、第１通信光３０ａ、第４通信光３０ｄ、および、第３通信光３０ｃを照射可能に構成されている。

また、本実施形態では、光無線通信部２は、複数の移動体１間において、複数の方向の各々の方向に対する波長が互いに等しい通信光３０によって、複数の移動体１間における双方向通信を行うように構成されている。具体的には、図３に示すように、Ｚ１方向に対する第２通信光３０ｂの波長は、複数の移動体１間において、互いに等しい。また、Ｚ２方向に対する第１通信光３０ａの波長は、複数の移動体１間において、互いに等しい。また、Ｘ１方向に対する第４通信光３０ｄの波長は、複数の移動体１間において、互いに等しい。また、Ｘ２方向に対する第３通信光３０ｃの波長は、複数の移動体１間において、互いに等しい。言い換えると、移動体１間における双方向通信は、送信時における通信光３０の照射方向と波長との組み合わせ、および、受信時における通信光３０の入射方向と波長との組み合わせが予め定まった通信光３０によって行われる。

本実施形態では、移動体１の進行方向を基準とした相対座標系に基づいて各方向を決定している。そのため、制御装置３は、各移動体１の向きが同一となるように移動体１を制御するように構成されている。

（移動体間における通信）
本実施形態では、複数の移動体１は、互いに隣り合った移動体１同士においては、直接通信可能に構成されている。具体的には、第１移動体１ａと第２移動体１ｂとの間、第２移動体１ｂと第３移動体１ｃとの間、および、第３移動体１ｃと第４移動体１ｄとの間においては、通信光３０を用いて、直接通信を行うことができる。なお、直接通信とは、間に他の移動体１を介することなく、一方の移動体１から発光された通信光３０が、他方の移動体１に直接入射することによって行われる通信のことを意味する。

また、複数の移動体１は、互いに隣り合っていない移動体１同士においては、途中に配置されている複数の移動体１を中継機として通信するリレー方式によって通信可能に構成されている。たとえば、第２移動体１ｂと、第４移動体１ｄとが通信を行う場合には、第３移動体１ｃを中継機として、リレー方式によって通信を行うように構成されている。

本実施形態では、制御装置３は、複数の移動体１を制御するように構成されている。具体的には、制御装置３は、複数の移動体１の各々に設けられている。複数の移動体１に設けられた各々の制御装置３は、制御信号３１を送信するように構成されている。制御装置３は、送信した制御信号３１を、複数の移動体１においてリレー方式によって送信する制御を行うように構成されている。制御装置３は、光源部２５によって、第１通信光３０ａを発光させることにより、制御信号３１を送信するように構成されている。

（移動体の位置が入れ替わった後の移動体間における通信）
次に、図４～図６を参照して、移動体１の位置が入れ替わった後に、移動体１間における通信を行う構成について説明する。具体的には、移動体１の位置が入れ替わった後、複数の移動体１のいずれかに設けられた制御装置３が送信した制御信号３１を、複数の移動体１間においてリレー方式によって通信する構成について説明する。

図４に示すように、潮流などの外乱により、図３に示す複数の移動体１の配置のうち、第３移動体１ｃの位置と、第４移動体１ｄの位置とが入れ替わった場合を想定する。

図５に示す例は、第１移動体１ａに設けられた制御装置３から送信された制御信号３１を、他の移動体１に対して通信する。第１移動体１ａは、第２移動体１ｂに対して第１通信光３０ａを照射することにより、第２移動体１ｂに対して制御信号３１を送信する。制御信号３１を受信した第２移動体１ｂは、第４移動体１ｄに対して、第１通信光３０ａを照射する。これにより、第２移動体１ｂから第４移動体１ｄに対して、制御信号３１が送信される。すなわち、制御装置３は、第１通信光３０ａを介して、制御信号３１を送信するように構成されている。

また、第２移動体１ｂから制御信号３１を受信した第４移動体１ｄは、第３移動体１ｃに対して、第４通信光３０ｄを照射する。これにより、第４移動体１ｄから第３移動体１ｃに対して、制御信号３１が送信される。

照射方向に対する通信光３０の波長が互いに等しいため、第３移動体１ｃの位置と第４移動体１ｄの位置とが入れ替わった場合でも、水中光無線通信システム１００は、通信を維持することができる。なお、通信を維持することができるとは、移動体１の移動中において、通信が途絶えたとしても、移動完了後に自動的に通信が確立されることを意味する。

（データ送信処理）
次に、図６を参照して、図３に示す状態から、第３移動体１ｃと第４移動体１ｄとが入れ替わった状態において、複数の移動体１間におけるデータ通信を行う構成について説明する。具体的には、複数の移動体１間におけるリレー方式の通信によって、第３移動体１ｃが取得した画像データ３２を、第１移動体１ａに送信する構成について説明する。なお、画像データ３２とは、移動体１に設けられた撮影部（図示せず）によって取得された海中の動画像などのデータである。

画像データ３２を取得した第３移動体１ｃは、第４移動体１ｄに対して第３通信光３０ｃを照射することにより、画像データ３２を第４移動体１ｄに送信する。画像データ３２を受信した第４移動体１ｄは、第２移動体１ｂに対して第３通信光３０ｃを照射することにより、第２移動体１ｂに対して画像データ３２を送信する。

画像データ３２を受信した第２移動体１ｂは、第１移動体１ａに対して第２通信光３０ｂを照射することにより、第１移動体１ａに対して画像データ３２を送信する。これにより、第３移動体１ｃから、第１移動体１ａに対して、画像データ３２が送信される。

次に、図７を参照して、本実施形態における水中光無線通信システム１００における移動体１間の制御信号通信処理について説明する。

ステップ１０１において、光源部７から、第１通信光３０ａが発光されることにより、１つの移動体１から他の移動体１に対して制御信号３１が送信される。本実施形態では、第１移動体１ａが第２移動体１ｂに対して、制御信号３１を送信する。

ステップ１０２において、受光部６は、第１通信光３０ａを受光することにより、制御信号３１を受信する。本実施形態では、第２移動体１ｂが制御信号３１を受信する。

ステップ１０３において、制御装置３は、自身に対して送信されたか制御信号３１であるかを判定する。具体的には、各移動体１には、固有の識別番号が付与されており、制御信号３１には、制御のコマンドとともに、移動体１の識別番号が含まれている。したがって、各移動体１は、制御信号３１に含まれる識別番号に基づいて、自身に対して送信された制御信号３１であるか否かを判定することができる。自身に対して送信された制御信号３１でない場合、処理は、ステップ１０４へ進む。自身に対して送信された制御信号３１である場合、処理は、ステップ１０６へ進む。

ステップ１０４において、発光部は、通信光３０を発光することにより、制御信号３１を送信する制御を行う。具体的には、制御装置３は、光源部７を制御することにより、通信光３０を発光する。制御装置３は、通信光３０を発光することにより、制御信号３１を送信する制御を行う。

ステップ１０５において、受光部６は、通信光３０を受光することにより、制御信号３１を受信する制御を行う。具体的には、受光部６は、通信光３０を受光する。通信光３０を受光することにより、複数の移動体１間において、制御信号３１が伝達される。その後、処理は、ステップ１０３へ進む。制御対象である移動体１に対して制御信号３１が送信されるまで、ステップ１０３～ステップ１０５の処理が繰り返される。

ステップ１０６において、制御装置３は、制御信号３１に含まれる情報に基づいて、移動体１に所定の動作を実行させる。たとえば、制御装置３は、推進機構５を制御することにより、移動体１を移動させる制御を行う。その後、処理は、終了する。

次に、図８を参照して、水中光無線通信システム１００が画像データ３２を送信する処理について説明する。

ステップ２００において、移動体１は、画像データ３２を取得する。なお、本実施形態では、第３移動体１ｃが、画像データ３２を取得する。

ステップ２０１において、発光部は、互いに反対方向となる複数の方向において、照射方向毎に互いに異なる波長であり、複数の移動体１間において、複数の方向の各々の照射方向に対する波長が互いに等しい通信光３０を発光する。具体的には、制御装置３は、光源部７を制御することにより、通信光３０を発光する。制御装置３は、通信光３０を発光することにより、画像データ３２を送信する。

ステップ２０２において、受光部６は、入射方向毎に互いに異なる波長であり、複数の移動体１間において、複数の方向の各々の入射方向に対する波長が互いに等しい通信光３０を受光する。具体的には、受光部６は、通信光３０を受光することにより、画像データ３２を取得する。

ステップ２０３において、制御装置３は、他の移動体１から画像データ３２を受信したかを判定する。制御装置３が画像データ３２を受信していないと判定した場合、処理は、ステップ２０１へ進む。制御装置３が画像データ３２を受信したと判定した場合、処理は、終了する。すなわち、リレー方式によって第３移動体１ｃから第１移動体１ａに対して画像データ３２が送信されるまで、ステップ２０１～ステップ２０３の処理が繰り返される。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、水中光無線通信システム１００は、水中において光を用いた無線通信を行う水中光無線通信システムであって、水中を移動可能な複数の移動体１を備え、複数の移動体１は、互いに反対方向となる複数の方向において、互いに異なる波長の通信光３０による複数の移動体１間の双方向通信を行う光無線通信部２を含み、光無線通信部２は、複数の移動体１間において、複数の方向の各々の方向に対する波長が互いに等しい通信光３０によって、複数の移動体１間における双方向通信を行うように構成されている。これにより、移動体１の各々においては、照射方向毎に互いに波長が異なる通信光３０を照射するとともに、照射方向に対応する波長の通信光３０を受光する。したがって、照射および受光する通信光３０の照射方向毎の波長の違いにより、通信光３０が混信することを抑制することができる。また、複数の移動体１間においては、照射方向に対する波長の関係が互いに同一となる。したがって、移動体１の位置が変化した場合でも、通信光３０の照射方向と、照射方向に対する波長との関係が変化することを防止することができる。その結果、複数の移動体１の位置関係が変化した場合でも、通信光３０の混信を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、光無線通信部２は、通信光３０の照射方向毎に、互いに異なる波長の通信光３０を発光する発光部と、通信光３０の入射方向毎に、互いに異なる波長の通信光３０を受光する受光部６とを備え、発光部は、少なくとも、第１方向と、第１方向とは反対方向の第２方向とに通信光３０を照射可能に構成されており、受光部６は、少なくとも、第１方向から入射した通信光３０と、第２方向から入射した通信光３０とを受光可能に構成されており、第１方向に対する通信光３０の波長は、複数の移動体１間において、互いに等しく、第２方向に対する通信光３０の波長は、複数の移動体１間において、互いに等しい。これにより、第１方向または第２方向に隣接する移動体１の位置を入れ替えた場合でも、第１方向に対する通信光３０の波長の関係と、第２方向に対する通信光３０の波長の関係とが維持される。その結果、第１方向または第２方向に隣接する移動体１の位置を入れ替えた場合でも、通信光３０が混信することを抑制しつつ、複数の移動体１間の通信を容易に維持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、発光部は、通信光３０の照射方向毎に設けられ、通信光３０の照射方向に対応する波長の通信光３０を発光する複数の光源部７を有しており、受光部６は、通信光３０の入射方向毎に設けられ、通信光３０の入射方向に対応する波長の通信光３０を受光する複数の受光素子８を有している。これにより、通信光３０を照射する方向の各々において、互いに異なる波長の通信光３０を発光することが可能なように構成された光源部７を配置することができる。その結果、たとえば、１つの光源部７から発光される通信光３０の波長および照射方向を変更しながら、複数の方向に通信光３０を照射する構成と比較して、制御が複雑化することを抑制することができる。また、通信光３０を受光する方向の各々において、互いに異なる波長の通信光３０を受光可能な受光素子８を配置するができる。その結果、たとえば、１つの受光素子８に入射する通信光３０の入射方向および波長毎に、フィルタを切り替える構成と比較して、制御が複雑化することを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、受光部６は、通信光３０の入射方向毎に、対応する波長の通信光３０を選択的に透過させるフィルタ９を備える。これにより、通信光３０の入射方向に対応しない通信光３０が受光部６に入射した場合でも、フィルタ９によって容易に除去することができる。その結果、入射方向に対応しない通信光３０が、受光素子８に入射することを抑制することが可能となるので、通信光３０が混信することを容易に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の移動体１は、互いに隣り合った移動体１同士においては、直接通信可能に構成されているとともに、互いに隣り合っていない移動体１同士においては、途中に配置されている複数の移動体１を中継機として通信するリレー方式によって通信可能に構成されている。これにより、複数の移動体１同士において通信する際に、移動体１同士の位置に基づいて、直接またはリレー方式によって通信を行うことができる。その結果、複数の移動体１を所望の配列に配置する際に、移動体１の配置の自由度を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の移動体１を制御する制御装置３をさらに備え、制御装置３は、制御信号３１を送信するとともに、送信した制御信号３１を、複数の移動体１においてリレー方式によって送信する制御を行うように構成されている。これにより、３つ以上の複数の移動体１においてリレー方式によって制御信号３１を送信することにより、たとえば、複数の移動体１間の間の距離が大きく、通信光３０の強度が通信可能な強度以下に減衰する位置に配置された移動体１同士でも、制御信号３１を送信することができる。その結果、移動体１の配置の自由度を向上させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、水中光無線通信方法は、水中において光を用いた無線通信を行う水中無線通信方法であって、互いに反対方向となる複数の方向において、照射方向毎に互いに異なる波長であり、複数の移動体１間において、複数の方向の各々の照射方向に対する波長が互いに等しい通信光３０を発光するステップと、入射方向毎に互いに異なる波長であり、複数の移動体１間において、複数の方向の各々の入射方向に対する波長が互いに等しい通信光３０を受光するステップとを備える。これにより、上記水中光無線通信システム１００と同様に、複数の移動体１の位置関係が変化した場合でも、通信光３０が混信することを抑制することが可能な水中光無線通信方法を提供することができる。

また、本実施形態では、上記のように、移動体１は、水中において光を用いた無線通信を行う水中移動体（移動体１）であって、照射方向毎に、互いに異なる波長の通信光３０を発光する発光部と、通信光３０の入射方向毎に、互いに異なる波長の通信光３０を受光する受光部６とを備え、他の移動体１と双方向通信が可能なように構成されている。これにより、複数の水中移動体（移動体１）を用いて双方向通信を行う場合に、互いに波長が異なる通信光３０の照射方向と、照射方向に対する波長との関係を、複数の移動体１間で同一にすることができる。その結果、上記水中光無線通信システム１００と同様に、複数の移動体１の位置関係が変化した場合でも、通信光３０が混信することを抑制することが可能な移動体１を提供することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さら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（変形例）が含まれる。

（第１変形例）
たとえば、上記実施形態では、全ての移動体１が、Ｚ方向およびＸ方向に通信光３０を照射する移動体１を含む構成を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図９に示すように、全ての移動体１が、同じ方向に通信光３０を照射可能に構成されていなくてもよい。具体的には、図９に示すように、第１移動体１ａは、Ｚ１方向、および、Ｚ２方向に対して、それぞれ、第２通信光３０ｂおよび第１通信光３０ａを照射可能であり、Ｘ方向およびＹ方向に対しては通信光３０を照射できないように構成されていてもよい。また、第２移動体１ｂは、Ｚ１方向、Ｚ２方向、Ｘ１方向、および、Ｘ２方向に対して、それぞれ、第２通信光３０ｂ、第１通信光３０ａ、第４通信光３０ｄ、および、第３通信光３０ｃを照射可能に構成されていてもよい。また、第３移動体１ｃは、Ｘ１方向、および、Ｘ２方向に対して、それぞれ、第４通信光３０ｄ、および、第３通信光３０ｃを照射可能であり、Ｚ方向およびＹ方向に対しては、通信光３０を照射できないように構成されていてもよい。また、第４移動体１ｄは、Ｚ１方向、Ｚ２方向、Ｘ１方向、および、Ｘ２方向に対して、それぞれ、第２通信光３０ｂ、第１通信光３０ａ、第４通信光３０ｄ、および、第３通信光３０ｃを照射可能に構成されていてもよい。

（第２変形例）
また、上記実施形態では、複数の移動体１が、Ｚ方向、および、Ｘ方向に通信光３０を照射する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１０に示すように、移動体１は、斜め方向に通信光３０を照射可能に構成されていてもよい。図１０に示す例では、移動体１は、斜め方向に対して、第５通信光３０ｅおよび第６通信光３０ｆを照射可能に構成されている。このように構成すれば、斜め方向に通信光３０（第５通信光３０ｅおよび第６通信光３０ｆ）を照射する移動体１同士の位置を入れ替えることができる。その結果、複数の移動体１の配置の自由度を、より向上させることができる。

（第３変形例）
また、上記実施形態では、複数の移動体１が、Ｚ方向およびＸ方向において、直線状に配置される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１１に示すように、複数の移動体１として、第１移動体１ａ、第２移動体１ｂ、第３移動体１ｃ、第４移動体１ｄ、第５移動体１ｅ、および、第６移動体１ｆを含み、Ｚ方向およびＸ方向において、マトリックス状に配置されてもよい。複数の移動体１をマトリックス状に配置した場合、制御信号３１または画像データ３２を送信する際に、複数の経路が存在することになる。したがって、制御装置３および制御装置制御部２１は、制御信号３１または画像データ３２を送信する経路を予め設定し、所定の経路に配置された移動体１によって、制御信号３１または画像データ３２を送信するように構成すればよい。

（第４変形例）
また、上記実施形態では、複数の移動体１のうちのいずれかに設けられた制御装置３が、制御信号３１を送信する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１２に示す第４変形例のように、船舶２０に設けられた制御装置３が、移動体１に対して制御信号３１を送信するように構成されていてもよい。なお、図１２に示す例では、船舶２０に設けられた制御装置３が、第１移動体１ａに対して制御信号３１を送信しているが、制御装置３から複数の移動体１に対して、制御信号３１を送信するように構成してもよい。

（その他の変形例）
また、上記実施形態では、水中光無線通信システム１００が、制御装置３を備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、発光部が複数の光源部７を備えるとともに、受光部６が複数の受光素子８を備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、発光部は、１つの光源部７を備える構成であってもよい。また、受光部６は、１つの受光素子８を備える構成であってもよい。発光部が１つの光源部７を備える構成の場合、通信光３０を照射する方向毎に、通信光３０の波長を変更すればよい。また、受光部６が１つの受光素子８を備える構成の場合、通信光３０を受光する方向毎に、フィルタ９が選択的に透過させる波長を変更すればよい。

また、上記実施形態では、複数の移動体１として、第１移動体１ａ～第４移動体１ｄの４体の移動体１を含む構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の移動体１として、２体以上の移動体１を含む構成であれば、移動体１の数は問わない。

また、上記実施形態では、移動体１が、Ｚ１方向、Ｚ２方向、Ｘ１方向、および、Ｘ２方向の４方向に対して、通信光３０を照射する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、移動体１は、Ｚ１方向、Ｚ２方向、Ｘ１方向、Ｘ２方向、Ｙ１方向、および、Ｙ２方向の６方向に対して通信光３０を照射するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、移動体１の進行方向に基づく相対座標系によって、移動体１が照射および受光する通信光３０の方向と波長との関係を設定したが、本発明はこれに限られない。たとえば、絶対座標系によって、移動体１が照射および受光する通信光３０の方向と波長との関係を設定してもよい。具体的には、垂直方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交する面内において、互いに直行する２方向を、Ｘ方向およびＹ方向としてもよい。

絶対座標系によって、移動体１が照射および受光する通信光３０の方向と波長との関係を設定する場合、移動体１の向きが変化すると、通信光３０の波長と照射方向との関係、および、通信光３０の波長と受光方向との関係が変化する。そのため、各移動体１は、向きが変化した場合には、各発光部から照射される通信光３０の波長を、照射方向に合わせて変更するように構成すればよい。また、受光部６は、通信光３０の受光方向に合わせて、フィルタ９が透過させる波長を変化させるか、通信光３０の受光方向にあったフィルタ９に変更するように構成すればよい。しかしながら、絶対座標系によって、移動体１が照射および受光する通信光３０の方向と波長との関係を設定した場合、発光部および受光部６の制御が複雑化するため、通信光３０の方向と波長との関係は、移動体１の進行方向を基準とした相対座標系によって設定することが好ましい。

また、上記実施形態では、光源部７が、通信光３０として、青色～緑色の範囲の光（約４５０ｎｍ～約５７０ｎｍの波長の光）を発行する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、光源部７は、赤色の光（約６５０ｎｍの波長の光）、または、紫色の光（約４０５ｎｍの波長の光）を発光可能に構成されていてもよい。水中で無線通信を行うことが可能であれば、光源部７が発する通信光は、どのような色（どのような波長）の光であってもよい。

また、上記実施形態では、第１移動体１ａが、制御信号３１を送信する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２移動体１ｂが、制御信号３１を送信するように構成されていてもよい。各移動体１は、各々が自律的に移動可能に構成されており、個々の移動体１が、他の移動体１に対して制御信号３１を送信するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、フィルタ９がバンドパスフィルタである例を示したが、本発明はこれに限られない。通信光３０の入射方向毎に、対応する波長の光を選択的に透過させることが可能であれば、フィルタ９は、どのような構成であってもよい。たとえば、フィルタ９は、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを組み合わせた構成であってもよい。

また、上記実施形態では、水中光無線通信システム１００は、制御装置３を備えていなくてもよい。水中光無線通信システム１００が制御装置３を備えていない場合、複数の移動体１のうちのいずれか１体が、その他の移動体１を制御するように構成すればよい。

また、上記実施形態では、移動体１がＡＵＶである構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、移動体１は、有人潜水艇（ＨＯＶ: Ｈｕｍａｎ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。また、移動体１は、ケーブルを介して人が操縦する遠隔操縦ロボット（ＲＯＶ: Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。

また、上記実施形態では、光源部７がレーザーダイオードである構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、光源部７は、ＬＥＤ光源であってもよい。しかしながら、ＬＥＤ光源を用いた光通信は、レーザーダイオードを用いた光通信と比較して、通信速度が小さくなる。したがって、光源部７は、レーザーダイオードである構成のほうが好ましい。

［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。

（項目１）
水中において光を用いた無線通信を行う水中光無線通信システムであって、
水中を移動可能な複数の移動体を備え、
前記複数の移動体は、互いに反対方向となる複数の方向において、互いに異なる波長の通信光による前記複数の移動体間の双方向通信を行う光無線通信部を含み、
前記光無線通信部は、前記複数の移動体間において、前記複数の方向の各々の方向に対する波長が互いに等しい前記通信光によって、前記複数の移動体間における双方向通信を行うように構成されている、水中光無線通信システム。

（項目２）
前記光無線通信部は、前記通信光の照射方向毎に、互いに異なる波長の前記通信光を発光する発光部と、前記通信光の入射方向毎に、互いに異なる波長の前記通信光を受光する受光部とを備え、
前記発光部は、少なくとも、第１方向と、前記第１方向とは反対方向の第２方向とに前記通信光を照射可能に構成されており、
前記受光部は、少なくとも、前記第１方向から入射した前記通信光と、前記第２方向から入射した前記通信光とを受光可能に構成されており、
前記第１方向に対する前記通信光の波長は、前記複数の移動体間において、互いに等しく、
前記第２方向に対する前記通信光の波長は、前記複数の移動体間において、互いに等しい、項目１に記載の水中光無線通信システム。

（項目３）
前記発光部は、前記通信光の照射方向毎に設けられ、前記通信光の照射方向に対応する波長の前記通信光を発光する複数の光源部を有しており、
前記受光部は、前記通信光の入射方向毎に設けられ、前記通信光の入射方向に対応する波長の前記通信光を受光する複数の受光素子を有している、項目２に記載の水中光無線通信システム。

（項目４）
前記受光部は、前記通信光の入射方向毎に、対応する波長の前記通信光を選択的に透過させるフィルタを備える、項目２に記載の水中光無線通信システム。

（項目５）
前記複数の移動体は、互いに隣り合った移動体同士においては、直接通信可能に構成されているとともに、互いに隣り合っていない移動体同士においては、途中に配置されている前記複数の移動体を中継機として通信するリレー方式によって通信可能に構成されている、項目１に記載の水中光無線通信システム。

（項目６）
前記複数の移動体を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、制御信号を送信するとともに、送信した前記制御信号を、前記複数の移動体においてリレー方式によって送信する制御を行うように構成されている、項目５に記載の水中光無線通信システム。

（項目７）
水中において光を用いた無線通信を行う水中無線通信方法であって、
互いに反対方向となる複数の方向において、照射方向毎に互いに異なる波長であり、複数の移動体間において、前記複数の方向の各々の照射方向に対する波長が互いに等しい通信光を発光するステップと、
入射方向毎に互いに異なる波長であり、前記複数の移動体間において、前記複数の方向の各々の入射方向に対する波長が互いに等しい前記通信光を受光するステップとを備える、水中光無線通信方法。

（項目８）
水中において光を用いた無線通信を行う水中移動体であって、
照射方向毎に、互いに異なる波長の通信光を発光する発光部と、
前記通信光の入射方向毎に、互いに異なる波長の前記通信光を受光する受光部とを備え、
他の移動体と双方向通信が可能なように構成されている、水中移動体。

１ 移動体（水中移動体）
２ 光無線通信部
３ 制御装置 ６ 受光部
７ 光源部
８ 受光素子
９ フィルタ
３０ 通信光
３１ 制御信号
１００ 水中光無線通信システム

Claims (8)

1. 水中を移動可能な複数の移動体を備え、
   前記複数の移動体の各々は、互いに反対方向となる複数の照射方向毎に互いに異なる波長の通信光による前記複数の移動体間の双方向通信を行う光無線通信部を含み、
   前記複数の移動体のうちの隣り合う一の移動体の前記光無線通信部と他の移動体の前記光無線通信部との間において、前記一の移動体の前記光無線通信部から前記他の移動体の前記光無線通信部に向かって前記通信光を発光するとともに、発光した前記通信光とは異なる波長の前記通信光を前記他の移動体の前記光無線通信部から発光して前記一の移動体の前記光無線通信部により受光されることによって、双方向通信を行うように構成されている、水中光無線通信システム。
2. 前記光無線通信部は、前記通信光の照射方向毎に、互いに異なる波長の前記通信光を発光する複数の発光部と、前記通信光の入射方向毎に、互いに異なる波長の前記通信光を受光する複数の受光部とを備え、
   前記複数の発光部は、それぞれ、第１方向、および、前記第１方向とは反対方向の第２方向に前記通信光を照射可能に構成されており、
   前記複数の受光部は、それぞれ、前記第１方向から入射した前記通信光、および、前記第２方向から入射した前記通信光を受光可能に構成されており、
   前記第１方向に対する前記通信光の波長は、前記複数の移動体間において、互いに等しく、前記第２方向に対する前記通信光の波長は、前記複数の移動体間において、互いに等しい、請求項１に記載の水中光無線通信システム。
3. 前記複数の発光部の各々は、前記通信光の照射方向に対応する波長の前記通信光を発光する光源部を有しており、
   前記複数の受光部の各々は、前記通信光の入射方向に対応する波長の前記通信光を受光する受光素子を有している、請求項２に記載の水中光無線通信システム。
4. 前記複数の受光部の各々は、前記通信光の入射方向毎に、対応する波長の前記通信光を選択的に透過させるフィルタを備える、請求項２に記載の水中光無線通信システム。
5. 前記複数の移動体は、互いに隣り合った移動体同士においては、直接通信可能に構成されているとともに、互いに隣り合っていない移動体同士においては、途中に配置されている前記複数の移動体を中継機として通信するリレー方式によって通信可能に構成されている、請求項１に記載の水中光無線通信システム。
6. 前記複数の移動体を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、制御信号を送信するとともに、送信した前記制御信号を、前記複数の移動体においてリレー方式によって送信する制御を行うように構成されている、請求項５に記載の水中光無線通信システム。
7. 水中において光を用いた無線通信を行う水中無線通信方法であって、
   互いに反対方向となる複数の照射方向毎に互いに異なる波長であり、隣り合う複数の移動体のうちの隣り合う一の移動体と他の移動体との間において、前記一の移動体から前記他の移動体に向かって通信光を発光するステップと、
   発光した前記通信光とは異なる波長の前記通信光を前記他の移動体から発光して前記一の移動体により受光するステップとを備える、水中光無線通信方法。
8. 水中において光を用いた無線通信を行う水中光無線通信システムに備えられる水中移動体であって、
   互いに反対方向となる複数の照射方向毎に配置され、互いに異なる波長の通信光を発光する複数の発光部と、
   前記通信光の複数の入射方向毎に配置され、互いに異なる波長の前記通信光のうちの対応する波長の前記通信光を受光する複数の受光部とを備え、
   隣り合う他の移動体との間において、前記複数の発光部のうちの前記他の移動体と隣り合う発光部が前記他の移動体に向かって発光するとともに、前記他の移動体に向かって発光した前記通信光とは異なる波長で前記他の移動体から発光された前記通信光を前記複数の受光部のうちの前記他の移動体と隣り合う受光部が受光することによって、双方向通信が可能なように構成されている、水中移動体。

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