JPH05336045A - 光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送信ユニットの回転運動と赤外ビームのパル
ス数の検出だけで出力光軸と受光光軸とが合致する位置
を容易に検出することができる光空間伝送装置を提供す
る。 【構成】 レーザ光ＬＢの送信ユニット１からの出力光
軸と受信ユニット３における受光光軸とが合致する位置
を検出する光軸合致位置検出手段が、送信ユニット１を
回転させる回転手段２２と、送信ユニット１及び受信ユ
ニット３の一方に設けられ光軸中心に左右対称な強度分
布をもつ赤外ビームＲＢを所定の間隔でパルス発光させ
る赤外ビーム発光手段１４と、前記出力光軸と受光光軸
とが合致する位置を中心とする所定領域内において赤外
ビームのパルス数を検出するパルス数検出手段と、この
パルス数検出手段からのパルス数信号に基づいて前記出
力光軸と受光光軸とが合致する位置を判定する判定手段
２１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像、音声等の情報を
光空間伝送する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、映像、音声等の情報を光空間
伝送する方式としては、例えば特開平１−２３６８７１
号、特開平３−２１４８８１号、及び特開平３−２１４
８８２号等の各公報に、赤外線ＬＥＤから出力される光
をＦＭ変調して伝送する方式が開示されている。

【０００３】しかし、赤外線ＬＥＤから出力される光は
拡散光になるため、送信側と受信側との位置ずれに対し
てはこれを広くカバーできるものの、拡散により光量が
減衰するので伝送距離に制限があり、複数の機器を使用
する際には各機器の信号が干渉してしまうという問題が
あった。また、室内で使用すると天井や壁、床等で光が
乱反射し、高周波信号の場合にはノイズが入ってしまう
ので、変調周波数の上限を高く設定することができない
という問題があった。

【０００４】そこで、レーザ光を所定の情報信号により
変調して空間伝送を行えば、レーザ光をコリメートレン
ズ等で平行ビームとすることで光の拡散を防ぐことがで
き、上述の不具合を解消することができる。しかしその
一方で、レーザ光を平行ビームとするため、送信側と受
信側との相対位置がずれたときには情報の伝達に支障を
来すので、その位置合せが重要な問題となってくる。こ
れに呼応して、特開昭６２−２７４８３７号公報に、ハ
ーフミラーと撮像装置とを用いて情報伝送用のレーザ光
の送出方向を補正制御する方式が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６２−２７４８３７号公報に開示された従来の方式
では、情報伝送用のレーザ光の一部が該レーザ光の送出
方向の検出に用いられるため、受信側に送出される信号
の出力が低下し、また、画像処理等に時間がかかるので
送出方向の補正の応答が遅れるという問題があった。さ
らに、初期設定時にハーフミラーにレーザ光が照射され
ていないと該レーザ光の送出方向の検出が行えず、ハー
フミラー上で受信側装置とレーザ光との位置合わせをす
るため間接的な補正となるという問題があった。

【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、送信ユニットからの出力光軸と受信ユニットにおけ
る受光光軸との位置合わせを容易かつ迅速に行える光空
間伝送装置を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、所定の情報信号に基づいて変調されたレー
ザ光を出力する送信ユニットと、前記レーザ光を受光し
て復調する受信ユニットと、前記レーザ光の前記送信ユ
ニットからの出力光軸と前記受信ユニットにおける受光
光軸とが合致する位置を検出する光軸合致位置検出手段
とを備え、前記光軸合致位置検出手段は、前記送信ユニ
ットを回転させる回転手段と、前記送信ユニット及び受
信ユニットの一方に設けられ光軸中心に左右対称な強度
分布をもつ赤外ビームを所定の間隔でパルス発光させる
赤外ビーム発光手段と、前記出力光軸と受光光軸とが合
致する位置を中心とする所定領域内において前記赤外ビ
ームのパルス数を検出するパルス数検出手段と、該パル
ス数検出手段からのパルス数信号に基づいて前記合致す
る位置を判定する判定手段とを有し、前記判定手段は、
前記送信ユニットの１回目の回転時に対して２回目の回
転時の回転速度を半分にし、２回目の回転時に１回目の
回転時で前記パルス数検出手段が検出したパルス数と同
じパルス数を検出した位置が前記合致する位置であると
判定することを構成とするものである。

【０００８】

【作用】このような構成の光空間伝送装置によれば、送
信ユニットの１回目の回転時に対して２回目の回転時の
回転速度を同じにした場合には、出力光軸と受光光軸と
の合致位置を中心とする所定領域内において、パルス数
検出手段により検出される赤外ビームのパルス数は１回
目と２回目で同じになる。しかし本発明のように２回目
の回転時の回転速度を半分にした場合は、前記所定領域
内全体におけるパルス検出数は倍になる。このため本発
明のように、２回目の回転時に１回目のパルス検出数と
同じパルス数を検出した位置が前記所定領域内の中心、
すなわち出力光軸と受光光軸とが合致する位置であるこ
とになる。このため、本発明によれば送信ユニットの回
転運動と赤外ビームのパルス数の検出だけで出力光軸と
受光光軸とが合致する位置を容易に検出することができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。図１ないし図５は、本発明による光空間伝
送装置の一実施例を示す図である。図１に示す送信機１
（送信ユニット）には、例えばビデオ再生装置の映像出
力端子（図示せず）から再生装置信号（アナログ信号）
が周波数予変調装置（以下ＰＦＭ−ＭＤと呼ぶ）５１及
び信号ケーブル５を介して入力し、前記ビデオ再生装置
の音声出力端子から音声信号（デジタル信号）が符号化
機構（以下ＣＭＩ−ＣＯＤＥＣと呼ぶ）５２及び信号ケ
ーブル５を介して入力する。

【００１０】前記送信機１に入力した映像信号及び音声
信号は、電気−光変換部（以下Ｅ／Ｏと呼ぶ）１１のレ
ーザドライバ（ＬＤ ｄｒｉｖｅｒ）１２に入力され、
このレーザドライバ１２は、レーザ光ＬＢの発光レベル
を所望の値に制御するパワーコントローラ（以下ＡＰＣ
呼ぶ）１５と連動してレーザダイオード（以下ＬＤと呼
ぶ）１３を直接強度変調するようになっている。

【００１１】上記強度変調されたＬＤ１３から発射され
たレーザ光ＬＢは、光学系１８を介して平行な光束に整
形されて空間に放出（出力）される。この平行光束のレ
ーザ光ＬＢの光軸上に受信ユニットの受光素子３１（図
２参照）があれば、送信機１から受信ユニットに信号が
伝達できることになる。

【００１２】送信機１には図示してない受信ユニットに
パルス光を送信するパルス発生機１４が組込まれてお
り、このパルス発生機１４は、後述するような受信ユニ
ットの受光位置を探索するための、断面がスリット状の
赤外ビームＲＢを作るＬＥＤ１４ａを有している。

【００１３】また送信機１には、後述する受信ユニット
からのパルスカウント信号を受信するアンテナ１９が設
けられており、このアンテナ１９に受信された信号はＲ
Ｆ変換器２０を介してサーボ回路２１に入力される。

【００１４】送信機１はモータ２２により全体が回転す
るようになっており、このモータ２２はサーボ回路２１
により前記パルスカウント信号に基づいて回転を制御さ
れるようになっている。また送信機１には保安回路２４
が設けられており、この保安回路２４はサーボ回路２１
により制御されて、レーザ光ＬＢの光軸が前記受信ユニ
ットの受光位置に合致して停止するまで、レーザ光ＬＢ
の発光を規制するようになっている。

【００１５】図２に示すように、受信機３（受信ユニッ
ト）は前記送信機１からのレーザ光ＬＢを光電変換する
光−電気変換部（以下Ｏ／Ｅと呼ぶ）３０を有してい
る。このＯ／Ｅ３０には送信機１から出力されたレーザ
光ＬＢを受光する受光素子３１（ＰＩＮ−ＰＤ）が設け
られ、そのレーザ光ＬＢは光学系３４により集光されて
受光素子３１により受光される。

【００１６】受光素子３１により受光されたレーザ光Ｌ
Ｂにより伝送された情報信号は、ＩＶアンプ３６を経て
信号レベルを一定に保つＡＧＣ回路３７に入力し、さら
に所望の帯域以外のノイズを除去するバンドパスフィル
タ３８（ＢＰＦ）を通って出力される。

【００１７】Ｏ／Ｅ３０から出力された信号は信号ケー
ブル７を介して復調部６１，６２に入力され、復調部６
１（ＰＦＭ−ＤＥＭ）はアナログ信号の復調動作を行
い、復調部６２（ＣＭＩ−ＣＯＤＥＣ）はデジタル信号
の復調動作を行うようになっている。復調部６１，６２
から出力された信号は例えばＣＲＴモニタに送られてそ
こで再生される。

【００１８】また、送信機１からの赤外ビームＲＢ（パ
ルス光）も受光素子３１に受光され、ＩＶアンプ３６を
経たそのパルス信号は２値化回路３９において２値化さ
れる。そしてその２値化回路３９からのパルス信号のカ
ウント値はＲＦ回路４０を介して、アンテナ４１から電
波として（本実施例ではＦＭ波帯域）発振されて送信機
１のアンテナ１９に受信されるようになっている。

【００１９】次に、このような実施例の動作について説
明する。図３の（ａ）に示すように、送信機１はパルス
発生機１４のＬＥＤ１４ａから赤外ビームＲＢを照射し
ながらモータ２２により角速度ωで回転運動を行うよう
になっている。赤外ビームＲＢはその断面がスリット状
であるが、側面から見ると図３（ｂ）に示すような扇形
に拡散した状態となっている。そして図４に示すよう
に、送信機１から出力された赤外ビームＲＢは光束がほ
とんど拡散しないで進行するのに対し、赤外ビームＲＢ
は光束がそれより拡散してその強度分布は光軸中心に対
して対称なものとなっている。

【００２０】送信機１から赤外ビームＲＢが照射され、
この赤外ビームＲＢが上述したようなパルス光ではなく
一定の強度で連続発光される状態を考えると、送信機１
を角速度ωが例えば２πｒａｄ／ｓｅｃで回転させる場
合は、その赤外ビームＲＢを受光した受信機３の受光素
子３１からの出力として図５の（ａ）に示すエンベロー
プ曲線ＥＬが得られる。これに対し上述した本実施例の
ように赤外ビームＲＢをパルス発光させた場合は、受光
素子３１からの出力として同図に示すインパルス状の出
力波形ＰＷが得られる。この場合赤外ビームＲＢのパル
ス間隔は０．００５ｓｅｃとする。

【００２１】図５（ａ）に示すエンベロープ曲線ＥＬの
強度分布をおよそ５０％で仕切るような閾値Ｉｒｎを設
定した場合、エンベロープ曲線ＥＬ全体を検出するのに
かかる時間０．０５５ｓｅｃに対し、閾値Ｉｒｎより上
方のエンベロープ曲線ＥＬを検出するのにかかる時間は
０．０３ｓｅｃとなる。そして上記パルス間隔からこの
時間０．０３ｓｅｃの間に５つのパルス波形をカウント
することができることになる。ところで、図５（ａ）に
示す時間０．０３ｓｅｃの中心の時点においてエンベロ
ープ曲線ＥＬがピーク値を示したときに、レーザ光ＬＢ
の送信機１からの出力光軸が受光素子３１への受光光軸
と合致して情報の伝送が可能となる。

【００２２】送信機１の１回転目で上記のように５つの
パルス数をカウントした（図５（ｂ）参照）後、２回転
目で送信機１の回転速度ωを半分（１／２）に、すなわ
ちπｒａｄ／ｓｅｃにすると、前記時間０．０３ｓｅｃ
の間に１０個のパルス波形をカウントすることになる。
このため、２回転目で時間０．０３ｓｅｃの領域に入っ
てから５つ目のパルス波形をカウントした時点がエンベ
ロープ曲線ＥＬのピーク値となり（図５（ｃ）参照）、
このときにレーザ光ＬＢの送信機１からの出力光軸が受
光素子３１への受光光軸と合致することがわかる。

【００２３】このようなインパルス状の出力波形ＰＷの
カウント値はアンテナ４１，１９を介して無線で送信機
１に伝達され、送信機１の回転停止位置が演算、検出さ
れて、サーボ回路２１によりモータ２２を制御し、送信
機１を前記合致する位置に停止させることができる。

【００２４】このような上記実施例は、正確な強度分布
が不明なときでも、ある程度のカウント数が分かれば上
記合致する位置を検出することが可能であるほか、その
位置の検出精度を高めたいときは、回転数をそのままに
して赤外ビームＲＢのパルス間隔を短くするだけで容易
に達成することができる。

【００２５】図６，図７は、本発明による光空間伝送装
置の他の実施例を示す図である。図６，図７に示すよう
に、この実施例における送信機１０１（送信ユニッ
ト），受信機１０３（受信ユニット）は、上記実施例に
おける送信機１，受信機３と同じ構成の部品には同じ符
号を付してある。この実施例においては、受信機１０３
側のパルス発生機１１４のＬＥＤ１１４ａから、断面が
スリット状の赤外ビームＲＢをパルス発光させ、回転す
る送信機１０１側の受光素子１３１がその赤外ビームＲ
Ｂを受光して、そのパルス信号はＩＶアンプ１３６を経
て２値化回路１３９において２値化される。

【００２６】上記２値化回路１３９からのパルス信号の
カウント値に基づいて送信機１０１の回転停止位置が演
算、検出され、サーボ回路２１によりモータ２２を制御
して送信機１０１を前記合致する位置に停止させる点は
前記実施例と同様である。このようにこの実施例は、前
記実施例よりも部品点数を減らして簡単な構成で前記実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、送信ユ
ニットの回転運動と赤外ビームのパルス数の検出だけで
出力光軸と受光光軸とが合致する位置を容易に検出する
ことができる。また、受信機が送信機の回り３６０°の
どこの位置にあっても検出でき、広い範囲から受信機の
位置を検出することができる。また、送信機の１回転目
で大体の受信機の位置を認識でき、２回転目で正確な受
信機の位置を検出できるため、非常に迅速に受信機の位
置を検出することができる。さらに受信機までの距離、
赤外ビームのレベルの絶対値に検出精度が支配されず、
赤外ビームの強度分布の光軸中心に対する左右対称性と
パルス間隔に検出精度が支配されるだけなので、信頼性
の高い位置検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光空間伝送装置の一実施例に係る
送信機の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明による光空間伝送装置の一実施例に係る
受信機の構成を示すブロック図である。

【図３】図１に示す送信機の動作を示す図であり、図３
（ａ）は平面図、図３（ｂ）は斜視図である。

【図４】レーザ光および赤外ビームの強度分布を示す特
性図である。

【図５】赤外ビームを受光した受光素子が出力するパル
ス信号の特性図であり、図５（ａ）はパルス波形図、図
５（ｂ）は送信機の１回転目のパルスカウント図、図５
（ｃ）は送信機の２回転目のパルスカウント図である。

【図６】本発明による光空間伝送装置の他の実施例に係
る送信機の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明による光空間伝送装置の他の実施例に係
る受信機の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，１０１ 送信機 ３，１０３ 受信機 ５，７ 信号ケーブル １１ 電気−光変換部（Ｅ／Ｏ） １２ レーザドライバ（ＬＤ ｄｒｉｖｅｒ） １３ レーザダイオード（ＬＤ） １４ パルス発生機 １４ａ ＬＥＤ １５ パワーコントローラ（ＡＰＣ） １８，３４ 光学系 １９，４１ アンテナ ２０ ＲＦ変換器 ２１ サーボ回路 ２２ モータ ２４ 保安回路 ３０ 光−電気変換部（Ｏ／Ｅ） ３１ 受光素子（ＰＩＮ−ＰＤ） ３６ ＩＶアンプ ３７ ＡＧＣ回路 ３８ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ） ３９ ２値化回路 ４０ ＲＦ回路 ５１ 周波数予変調装置 ５２ 符号化機構 ６１，６２ 復調部 １１４ パルス発生機 １１４ａ ＬＥＤ １３１ 受光素子 １３６ ＩＶアンプ １３９ ２値化回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 7/00 Ｅ 6920−2Ｋ Ｈ０４Ｂ 10/00 8426−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の情報信号に基づいて変調されたレ
   ーザ光を出力する送信ユニットと、前記レーザ光を受光
   して復調する受信ユニットと、前記レーザ光の前記送信
   ユニットからの出力光軸と前記受信ユニットにおける受
   光光軸とが合致する位置を検出する光軸合致位置検出手
   段とを備え、 前記光軸合致位置検出手段は、 前記送信ユニットを回転させる回転手段と、 前記送信ユニット及び受信ユニットの一方に設けられ光
   軸中心に左右対称な強度分布をもつ赤外ビームを所定の
   間隔でパルス発光させる赤外ビーム発光手段と、 前記出力光軸と受光光軸とが合致する位置を中心とする
   所定領域内において前記赤外ビームのパルス数を検出す
   るパルス数検出手段と、 該パルス数検出手段からのパルス数信号に基づいて前記
   合致する位置を判定する判定手段とを有し、 前記判定手段は、前記送信ユニットの１回目の回転時に
   対して２回目の回転時の回転速度を半分にし、２回目の
   回転時に１回目の回転時で前記パルス数検出手段が検出
   したパルス数と同じパルス数を検出した位置が前記合致
   する位置であると判定することを特徴とする光空間伝送
   装置。