JPH0414892B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は相対移動する局間の光通信装置に関
し、特に陸上局に光波距離計を備えて沿岸作業船
台の位置を測定し、測定データを作業船台に伝送
して高精度の位置決めを行う海洋作業システムに
用いて好適なものである。 〔発明の概要〕 対物レンズの光軸を相対移動する相手局に視準
させる視準サーボ系と、光信号の授受を行う光通
信系とで光路を共有させ、各系の使用波長を異な
らせると共に、搬送波周波数を異ならせ、波長選
択と周波数選択とにより、相互の干渉を軽減した
移動局間の光通信装置である。 〔従来の技術〕 土木工事、港湾工事、沿岸工事等において、ブ
ルトーザー、浚渫船、作業船台等の移動体の位置
又は距離を固定位置から計測するシステムが求め
られている。 従来、固定位置及び移動体の一方に光波距離
計、他方に反射器（コーナキユーブプリズム等）
を設け、これらの光軸をお互いに一致させる自動
視準式にして、船台等の移動体が揺動しても支障
無く位置計測ができるようなシステムが知られて
いる（例えば実公昭59−8221号公報）。 公知の自動視準式光波距離計は、距離計と平行
な視準サーボ用光軸を有し、測定点からの視準サ
ーボ光を４分割受光素子（受光面を水平、垂直の
４象限に分割したホトダイオード等）で受けて、
その出力を水平、垂直の首振りモータにフイード
バツクして、受光素子の原点にサーボ光を結像さ
せるようなサーボ系を備えている。 一方、船台等の移動体と固定位置（陸上）との
間には、トランシーバ等の通信装置が設けられて
いて、作業時の音声交信等に使用している。 〔発明が解決しようとする問題点〕 距離計による測距データは船台側で使用される
ので、通常は船台側に距離計が置かれ、陸地側に
反射器を置く構成が採用されている。 反射器としてコーナキユーブプリズムを用いる
と、プリズムに30゜程の光軸変動が生じても、距
離計と反射器との間の放射光路及び反射光路は全
く変化しない性質がある。従つて船台側にコーナ
キユーブプリズムを置き、陸上に距離計を置く構
成であれば、船のピツチングやローリングに影響
されない安定な測距ができる。ところがこの場合
には陸上側の測距データを船台側に伝送しなけれ
ばならない。 更に測定データや気温、気圧等の気象状況補正
データ等を船台側から陸上へ又はその逆に伝送す
る必要もある。また船台等の作業装置が無人の場
合、位置測定値を基に計算された位置制御や作業
制御の指令データを無人装置に伝送しなければな
らない。 このように高度な海洋作業システムではデータ
伝送システムが不可欠になつているが、そのため
に通信路及び受発信装置を専用に設けるのは非常
にコスト高になる。 そこで視準サーボ用の光路を光データ通信路及
び上述の音声交信路として利用することが考えら
れる。しかし視準用光サーボ信号と光データ信号
（音声データも含む）とが受信及び発信装置内で
相互に干渉する問題を解消しなければならない。 本発明は、相互干渉無く、視準サーボ系とデー
タ伝送系とで光軸を共有できるようにすることを
目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 第１図に示すように、互に異なる搬送波周波数
で互に異なる波長の光を輝度変調した視準用ガイ
ド光と通信用データ光とを夫々発信する発光源
（発光ダイオード２０，４１）と、相対移動する
相手局からの視準用ガイド光を受光してその結像
点の原点からのずれを検出する位置センサ２３を
備え、この位置センサ２３の出力に基いて受光軸
を水平及び垂直方向に振つて相手局に視準させる
視準サーボ系と、相手局からの通信用データ光を
受光して受信データを得る光通信系とを備えてい
る。 上記視準サーボ系と光通信系は、夫々に対応し
た波長を選択する光学手段と、夫々に対応する搬
送波周波数を選択する受信手段とを備えている。 上記光学手段は、カツトフイルタ４３又はダイ
クロイツクミラーのような光軸分割器として実施
でき、また搬送波周波数を選択する受信手段は、
バンドパスフイルタ２５，５１として実施でき
る。 〔作用〕 波長分離と周波数分離により、視準サーボ系と
光通信系とで光路を共有しても相互干渉が著しく
低減し、個々の系の伝送効率及びＳ／Ｎを高め
て、より遠距離の通信が可能となる。特に、視準
サーボ系と光通信系とで、受光位置センサの周波
数特性及びデータ伝送レートを考慮した異なる搬
送波周波数を割当てた場合に、異なる波長の光を
使用することにより、送光側で各系の輝度変調度
を高くし、また受光側で波長分離と周波数分離に
より狭帯域の受信系を構成することができる。従
つて高Ｓ／Ｎで通信距離が長く、また伝送レート
が高く且つ周波数特性や温度特性等に関し安定性
の高い通信装置が得られる。 〔実施例〕 第１図は本発明の一実施例を示す海洋作業用光
測距システムの全体のブロツク図で、第２図及び
第３図は陸上局及び船台局の各測距装置の正面図
である。各局は基台１上に設けられた自動視準装
置２を備え、各視準装置２と平行光軸を成して陸
上局には光波距離計３、船台局には反射器４が
夫々設けられている。光波距離計３は対物レンズ
５（送受光レンズ）を備え、反射器４はコーナキ
ユーブプリズム６を備えている。 視準装置２は、水平面内で回動自在の水平架腕
７及び垂直面内で回動自在の垂直架腕８を備え、
夫々Ｘ軸ギヤモータ９及びＹ軸ギヤモータ１０に
よつて駆動される。垂直架腕８上には、互いに平
行光軸の送光レンズ１２及び受光レンズ１３を備
える送受光ユニツト１１が取付けられている。な
お陸上局と船台局とでは、第１図に示すように各
レンズ１２，１３の送−受が対向し、一対の送光
路１４と受光路１５（陸上を基準にして）を形成
する。 第１図には、自動視準装置２の視準光学系２ａ
（陸上局）に連なる視準サーボ回路及び光通信回
路が示してあるが、船台局の視準光学系２ｂにも
全く同一の回路が付属している。視準光学系２ａ
の送光レンズ１２の焦点には送光用発光ダイオー
ド２０が配置され、発振器２１の正弦波出力
（5kHz）がLEDドライブ回路２２を経て供給され
る。これにより、AM変調された視準用ガイド光
（以下サーボ光を言う）が送光レンズ１２を通つ
て船台側の視準光学系２ｂの受光レンズ１３に入
射され、その焦点に配置された位置センサ２３に
結像する。 一方、船台側の光学系２ｂにおける送光用発光
ダイオード２０からは、同じくAM変調された視
準サーボ光が送光レンズ１２を通して陸上局に向
けて放射され、陸上局の受光レンズ１３を介して
位置センサ２３で受光される。 なお陸上局光学系２ａから船台局へ送出された
視準サーボ光が、船台局の反射器４で反射されて
自局の受光系に戻つて来て、サーボ系の妨害信号
となる。これを防ぐために、船台局の視準サーボ
光のAM変調周波数を第４図Ａに示すように3kHz
にして、陸上局のAM変調周波数5kHzと異ならせ
ている。陸上局サーボ系は後述のように受信サー
ボ信号の周波数選択を行つて、船台局からのサー
ボ光（3kHz）のみに応答し、自局の戻り光（5k
Hz）による妨害を排除している。 位置センサ２３は、例えば光スポツトの原点か
らの位置を検出する二次元（Ｘ−Ｙ平面）の半導
体位置検出素子であつてよい。この素子は方形受
光面を持つフオトダイオードの四辺に４つの電極
（Ｘ、Ｙ二対）を設けた構造を有し、光スポツト
が当たつた位置に生成された電荷が、光電流とし
て各電極までの距離に反比例して受光面の抵抗層
によつて電圧分割されて各電極から取出されるよ
うに成されている。 第１図において、位置センサ２３の各電極の出
力は、電流−電圧変換アンプ２４ａ〜ｄ、バンド
パスフイルタ２５ａ〜ｄを通り、検波器２６ａ〜
ｄで同期検波されて、受光位置に対応したレベル
値のDCレベル信号に変換される。４極の検波出
力は、上下（Ｕ、Ｄ）及び左右（Ｌ、Ｒ）の位置
検出信号として、Ａ／Ｄ変換器２７でデイジタル
値に変換されてから、システムコントローラ２８
内のマイクロプロセツサに取込まれる。 なおバンドパスフイルタ２５ａ〜ｄは、第４図
Ａに示すように中心3kHzのバンドパス特性BMを
有し、船台局からの3kHzのサーボ信号のみを通
過させ、自局（陸上局）の5kHzサーボ光の戻り
光による妨害を排除している。 マイクロプロセツサ内では、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒの
位置検出データから位置センサ２３の受光面にお
ける受光スポツトのＸ−Ｙ座標位置が演算され
る。システムコントローラ２８はこの座標位置デ
ータに基づいて各軸のモータドライブ回路３０
Ｘ，３０Ｙに駆動パルスを導出し、これによりＸ
軸、Ｙ軸のギヤモータ９，１０が夫々駆動され
る。位置センサ２３からモータ９，１０に至るサ
ーボループは、センサ２３の受光スポツトが受光
面のＸ−Ｙ座標の原点に位置するように動作す
る。サーボが利いている状態では、陸上局及び船
台局の視準光学系２ａ，２ｂの光軸が一致する。
この結果、陸上局の光波距離計３の光軸が船台局
の反射器４に正しく向けられて、測拒が可能とな
る。 なお船台局には同様の視準サーボ系が設けられ
ているので、対向する二局でお互いに視準し合う
ことになる。 各局の視準装置２の光軸の向きを微調する手段
が設けられている。第１図ではこの微調手段はジ
ヨイステイツク３１であるが、各Ｘ−Ｙ軸のモー
タ９，１０のギヤ系に微調つまみを設けてもよ
い。ジヨイステイツク３１のＸ方向及びＹ方向の
操作に対応した電圧出力がＡ／Ｄ変換器３２を介
してシステムコントローラ２８に送られ、コント
ローラ２８からモータドライブ回路３０Ｘ，３０
Ｙに微調用駆動パルスが導出されて各モータ９，
１０が微動される。従つてオペレータは例えば光
波距離計３の視準望遠鏡を覗きながらジヨイステ
イツク３１を操作して相手局を視準する。視準が
完了した時点でサーボのスタート釦を押すと、上
述の視準サーボが始動し、その後は船台のゆれや
移動に追従した自動視準が行われる。 位置センサ２３によつて検出された光軸のずれ
等は、システムコントローラ２８に連なる表示器
３３Ａ〜Ｃによつて表示される。表示器３３Ａ，
３３Ｂの各指針がＸ軸（水平方向）及びＹ軸（垂
直方向）の原点からのずれを示す。表示器３３Ｃ
の指針は位置センサ２３の総合受光レベル（受光
強度）を示す。 視準状態で光波距離計３の回路部３４が作動す
ると、対物レンズ５の焦点位置に置かれた送受光
ユニツト３５により、約15MHz（AM）の測距光
の発信及び測定点からの反射光の受信が行われ
る。これらの発信光と受信光との位相差が回路部
３４で測定されて、それに基づいて局間距離が算
出される。距離データは、インターフエース３６
を通じてシステムコントローラ２８に転送され、
更にモデム３７を通じて船台局に送出される。 陸上局と船台局との間の自動視準用の送光光路
１４及び受光光路１５を双方向光通信路として利
用している。即ち、モデム３７の送信端子Ｓから
の出力は、セレクト回路３８からFM変調器３９
に導出され5.5MHzのキヤリアが送信データでも
つてFM変調される。FM出力はLEDドライブ回
路４０を介して送信用発光ダイオード４１に与え
られる。このダイオード４１からの送信データ光
は、視準サーボ系の送光レンズ１２の光軸に略
45゜の角度で挿入されたカツトフイルタ４２によ
り、送光光路１４に乗せられ、船台局に送られ
る。 一方、船台局は同様なモデム３７や送信用発光
ダイオード４１等を備えていて、送信データ光を
陸上局のサーボ用受光光路１５に乗せて送信して
来る。この際、既述の視準サーボ系と同じ理由に
より、船台局からの送信光のFMキヤリアを5M
Hzにして、第４図Ｂに示すように陸上局からのキ
ヤリア周波数5.5MHzと異ならせている。これに
より距離計３の反射光路が存在することに起因す
る陸上局側の自己漏話を無くしている。船台局か
らの送信データは例えば気圧、温度等の測距用の
物理条件補正データである。 船台局から受光光路１５に乗せて陸上局に送ら
れて来たデータ光は、受光レンズ１３の光軸に略
45゜の角度で挿入されたカツトフイルタ４３によ
り受光ダイオード４４に分岐される。ダイオード
４４の受光出力はアンプ５０、バンドパスフイル
タ５１を通り、FM復調器５２で復調され、モデ
ム３７の受信端子Ｒに入力される。モデム３７で
デコード処理された受信データはシステムコント
ローラ２８に導入され、マイクロプロセツサによ
る測距データの補正等に利用される。 バンドパスフイルタ５１は、第４図Ｂに示すよ
うに中心5MHzのバンドパス特性BMを有し、上
述のように5.5MHzキヤリアの自己漏話を防止し
ている。 上述したように視準サーボ用光路とデータ通信
用光路とを共用するため、相互干渉、特にデータ
光がサーボ系を妨害する問題が生じる。このため
上述のようにデータ光とサーボ光とで変調周波数
を5MHzと5kHzに分離すると共に、波長を890nｍ
と1100nｍとに分けている。つまり下表のような
配分にして電気的及び物理的に帯域分離させて光
路の共用を図つている。

〔発明の効果〕

本発明によると波長分離と周波数分離により、
視準サーボ系と光通信系とで光路を共有しても相
互干渉が著しく低減し、個々の系の伝送効率及び
Ｓ／Ｎを高めて、より遠距離の通信が可能とな
る。特に、視準サーボ系と光通信系とで、受光位
置センサの周波数特性及びデータ伝送レートを考
慮した異なる搬送波周波数を割当てた場合に、異
なる波長の光を使用することにより、送光側で各
系の輝度変調度を高くし、また受光側で波長分離
と周波数分離により狭帯域の受信系を構成するこ
とができる。従つて高Ｓ／Ｎで通信距離が長く、
また伝送レートが高く且つ周波数特性や温度特性
等に関し安定性の高い通信装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す海洋作業用光
測距システムの全体ブロツク図、第２図及び第３
図は陸上局及び船台局の各測距装置の正面図、第
４図は視準サーボ系と光通信系との周波数分配
図、第５図は波長カツトフイルタの特性図であ
る。 なお図面に用いた符号において、１……基台、
２……自動視準装置、２ａ，２ｂ……視準光学
系、３……光波距離計、４……反射器、５……対
物レンズ、６……コーナキユーブプリズム、７…
…水平架腕、８……垂直架腕、９……Ｘ軸ギヤモ
ータ、１０……Ｙ軸ギヤモータ、１１……送受光
ユニツト、１２……送光レンズ、１３……受光レ
ンズ、１４……送光光路、１５……受光光路、２
０……発光ダイオード、２１……発振器、２３…
…位置センサ、２５ａ〜２５ｄ……バンドパスフ
イルタ、３５……送受光ユニツト、３７……モデ
ム、３９……FM変調器、４１……送信用発光ダ
イオード、４２，４３……カツトフイルタ、４４
……発光ダイオード、５１……バンドパスフイル
タ、５２……FM復調器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互に異なる搬送周波数で互に異なる波長の光
   を輝度変調した視準用ガイド光と通信用データ光
   とを夫々発信する発光源と、相対移動する相手局
   からの視準用ガイド光を受光してその結像点の原
   点からのずれを検出する位置センサを備え、この
   位置センサの出力に基いて受光軸を水平及び垂直
   方向に振つて相手局に視準させる視準サーボ系
   と、 相手局からの通信用データ光を受光して受信デ
   ータを得る光通信系とを備え、 上記視準サーボ系と光通信系は、夫々に対応し
   た波長を選択する光学手段と、夫々に対応する搬
   送波周波数を選択する受信手段とを備えたことを
   特徴とする移動局間の光通信装置。 ２ 上記ガイド光及びデータ光の夫々の搬送波周
   波数が、自局と相手局とで互に異なつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光通
   信装置。 ３ 上記視準用ガイド光と通信用データ光の夫々
   に対応した波長を選択する光学手段が、一本の受
   光軸に沿つた入射光を上記視準用ガイド光と通信
   用データ光とに分ける光軸分割器であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光通信装
   置。