JPH08237202A

JPH08237202A - 回線網

Info

Publication number: JPH08237202A
Application number: JP7033913A
Authority: JP
Inventors: Takashi Otobe; 孝乙部; Yoichi Kodera; 洋一小寺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】移動する通信端末を含む回線網を、その基地
局を好適な場所に設けることにより、短期間で安価に構
築する。【構成】道路敷地内の構築物、例えば信号機５２に光
空間伝送装置５０と電波アンテナ５３を設置して基地局
Ｎとし、基地局Ｎ内で電波信号と光信号の相互の変換を
する装置を具備する。移動端末５５と基地局Ｎ間は電波
で、また基地局Ｎと交換局５４間は光で接続して回線Ｋ
とし、複数の交換局５４の間は光ファイバーで接続す
る。更に、隣接する基地局Ｎ間も光空間伝送装置５０で
回線を設定し、冗長回線Ｊとする。また、隣接する基地
局Ｎのサービスゾーンを自動的に切り換えるハンドオー
バー機能を具備する。光空間伝送装置５０は自動光軸調
整機能と吸収スペクトラムとレーザの発振スペクトラム
の揺らぎの相互作用による雑音増加を低減する機能を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光空間伝送装置を用いた
回線網に関し、更に詳しくは道路交通標識、例えば信号
機に光空間伝送装置を設置して基地局を構成する回線網
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車電話、携帯電話等、無線移
動端末による通信システムが隆盛し、これら通信システ
ムは使用場所を自由にするものであって、その利便性は
極めて大きい。しかしながら、前記通信システムの一例
であるセルラー電話のサービスを具体化する為には基地
局を多数設ける必要があり、その設置場所、設置方法に
おいて多くの問題点があり、その普及を妨げてきた。

【０００３】その問題点の一つであり、本発明の重要な
課題である交換局と基地局間を結ぶ通信回線の構築につ
いては、従来から同軸ケーブル、または光ファイバーケ
ーブル等のケーブルを両局間に布設する方法と、電波ま
たは光による無線伝送方法とがあった。

【０００４】ここで、上記した各種手段による通信回線
の設定に関して順次説明する。まず、ケーブルを布設す
る場合には架空と地下埋設の２つの方法があるが、架空
の場合は、例えば電柱等、既存の建築物を利用する事が
多く、その所有者の許可を取る必要があり、その為に通
常長い時間を要すると共に、建築物の使用料は高額なも
のとなる。また、最適な場所に架空する建築物が無いと
きは架空施設を自らが構築しなければならず、工事の為
の種々の許可を得る必要もあって工事期間が長くなると
共に、一層の費用増大を避けることができない。更に、
市街の美観上からも種々の制約を課せられるのが一般的
である。

【０００５】また、地下埋設の場合には同様に工事の許
可を取る必要があり、場所によっては工事の時期、時間
を制限されることが多く、工事の騒音等市民生活に影響
を及ぼし、また、経費も多額のものが必要となる。

【０００６】つぎに、電波を用いる方法であるが、電波
管理の上から管轄する機関の認可を得る必要があり、そ
の為に相応の時間を必要とするものである。また、そも
そも電波資源は少なく、電波の割当を得ること自体が極
めて困難であり、広く一般的に利用することを難しくし
ている。更に、最近需要が高まっているデータ伝送は広
帯域周波数を必要とする為、なお一層、電波による回線
設定を困難なものにしている。

【０００７】また、同じ周波数を近接した地域に割り振
った場合、オーバーリーチ（地域を越えて他の地域に電
波が到達すること）、反射等の問題があり、伝送信号の
品位の劣化が避けられない。

【０００８】最後に光空間伝送を用いる方法であるが、
この光空間伝送によれば電波が有する上述したような問
題点は排除することができる。しかし、光ビームの伝送
路である大気中で、雨、霧、微粒子等の吸収による光パ
ワーの減衰があり、受信側において十分な光パワーを常
に保証する為には、送信側において多大な光パワーを用
意しなければならなかった。

【０００９】また、大気の揺らぎ、温度勾配の変化によ
って光ビーム径路が変動し、伝送路間が長くなる程この
影響は大きくなる。更に、光空間伝送装置を設置してい
る場所、例えばビルの屋上であっても、周囲の温度変化
によってビルそのものが微小ではあるが変形し、光ビー
ムの出射方向を変動させるものである。従って、光ビー
ムが受信装置で外れないようにする為には光ビームの径
を大きくする必要があり、この点からも送信側の光パワ
ーを大きくする必要があった。

【００１０】しかし、他方では眼に対する衛生上から光
波長によって単位パワー密度が規制されており、送信側
において必ずしも十分な光パワーを用意することができ
なかった。

【００１１】更にまた、伝送路となる大気中の微量分子
によるスペクトラムの吸収と、発振スペクトラムの揺ら
ぎの相互作用による雑音の増加が認識されており、安定
した高品位の伝送をすることには困難が伴っていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は自動車電話、携帯電話等、無線移動端末による通信シ
ステムの基地局の設置場所と、基地局と交換局との間の
通信回線の構築に関して、最適な基地局の設置場所を容
易に確保すると共に、基地局と交換局との間の通信回線
の構築を安価で短期間に構築し、更に基地局間の冗長回
線を簡単に構築しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】道路敷地内に設けられた
構造物に、光を変調して情報伝達を行う光空間伝送装置
を配設して基地局を構成する。本発明に用いる道路敷地
内に設けられた構造物と言う語は、信号機、行程表示
機、横断歩道橋等の立体交差手段、街路照明灯等を総称
するものとする。また、光空間伝送装置の配設の高さは
法律により規制されている最大車輛高を越えた高さに配
設することが望ましい。

【００１４】前記基地局は光信号の送信手段と受信手段
と、電波信号の送信手段と受信手段とを具備すると共
に、受信した光信号を電波信号に変換する手段と、受信
した電波信号を光信号に変換する手段とを具備する。

【００１５】また、前記基地局は回線の交換機能と、電
波を用いる移動端末とを結ぶ機能とを具備すると共に、
前記移動端末を管轄する上で最適な通信エリアを支配す
る基地局を選定する機能を具備し、その判断に基づき前
記移動端末と接続する最適な基地局を自動的に選択させ
る。

【００１６】また、前記基地局を構成する光空間伝送装
置は、対向する一対の光空間伝送装置間の光軸を自動的
に調整する制御機能を具備すると共に、大気中の微量分
子によるスペクトラム吸収と半導体レーザの発振スペク
トラムの揺らぎとの相互作用により、送信信号中の雑音
が増加することを防止、低減する機能を具備する。

【００１７】更に、基地局間の冗長回線を光空間伝送装
置で構築して、基地局と交換局との間の回線のバックア
ップをして上記課題を解決する。

【００１８】

【作用】無線の移動端末を含む通信システムの基地局の
設置場所と、基地局と交換局との間の通信回線の構築に
最適な基地局の設置場所を容易に確保できると共に、基
地局と交換局との間の通信回線の構築を安価に短期間で
構築でき、更に基地局間の冗長回線を光空間伝送装置で
構築して、基地局と交換局との間の回線のバックアップ
に供する。

【００１９】

【実施例】本発明による道路敷地内に設けられた構造
物、例えば信号機に光空間伝送装置を配設した回線網の
構成について図１ないし図５を参照して説明し、その
後、本回線網に用いて望ましい光空間伝送装置について
図６ないし図１４を参照して説明する。

【００２０】図１は本発明の基本的構成を示すものであ
って、光空間伝送装置５０を道路５１の敷地内に設けら
れた構造物、例えば信号機５２（以下、構造物を代表し
て「信号機」と表記する）に配設して回線網を構築して
いる。

【００２１】前記信号機５２には光空間伝送装置５０と
共に電波アンテナ５３が設置されていて、光の送受信と
共に電波の送受信ができ、更に、受信した光信号を送信
用の電波信号に、また、受信した電波信号を送信用の光
信号に変換する機能を具備して基地局Ｎを構成してい
る。各々の基地局Ｎは交換局５４と前記光空間伝送装置
５０によって接続されて回線Ｋを構成し、また、基地局
Ｎと移動端末５５は電波回線で結ばれている。更に、各
々の基地局間も光空間伝送装置５０によって接続されて
冗長回線Ｊを構成し、回線Ｋの故障時の代替に供するも
のである。

【００２２】つぎに図２を参照し上述した回線網の動作
について、移動端末を起点として説明すると、まず、移
動端末５５Ａから発した電波は最寄りの基地局、例えば
基地局Ｎ2 の電波アンテナ５３で受信される。受信した
電波信号は光信号に変換され光空間伝送装置５０による
回線Ｋ2 を介して交換局５４に送信される。交換局５４
からは要求に応じて、例えば光空間伝送装置５０による
回線Ｋ4 を介して基地局Ｎ4 に接続され、光信号を電波
信号に変換して電波アンテナ５３から移動端末５５Ｂに
信号が伝達される。また、交換局５４から他の通信回線
への接続もなされるものである。

【００２３】また、交換局５４と基地局Ｎ2 間の回線Ｋ
2 が事故により遮断した場合、回線Ｋ1 と基地局Ｎ1 と
基地局Ｎ2 の間に設けた冗長回線Ｊ1 を介して交換局５
４と基地局Ｎ2 との回線を確保する。この場合、回線Ｋ
1 に回線Ｋ2 の情報も乗せることになるが、その場合に
は乗せる情報を、例えば表１に示すようなパケット構成
とし、冗長回線Ｊ1 はこのうち宛先が基地局Ｎ2 のデー
タのみを基地局Ｎ2 へ送るようにするものである。

【００２４】

【表１】

【００２５】次に、図３および図４を参照して移動端末
に対する基地局の切替えシステム（以下、単に「ハンド
オーバー機能」と記す）構成について説明する。基地局
ＮＰ、ＮＱ、ＮＲはそれぞれサービスゾーンＰ、Ｑ、Ｒ
をカバーしているものとする。これらサービスゾーン
Ｐ、Ｑ、Ｒを移動端末５５が移動していく場合、順次、
対応する基地局を切り換えていくことが必要である。図
４はこの切り換え手順を示す流れ図であり、移動端末か
らの情報をサービスゾーンＰ、Ｑ、Ｒの間で検討し最適
の基地局を選定する。

【００２６】この選定手順を図４に沿って述べる。ま
ず、基地局ＮＰが受ける移動端末のパワーＰと基地局Ｎ
Ｑが受けるパワーＱとを比較する。もし、パワーＰがパ
ワーＱより大きければ、移動端末の回線を基地局ＮＰか
ら交換局へのルートに予め設定し、小さければ更に基地
局ＮＱが受ける移動端末のパワーＱと基地局ＮＲが受け
るパワーＲとを比較する。同様にもし、パワーＲがパワ
ーＱより大きければ、移動端末の回線を基地局ＮＲから
交換局へのルートに予め設定し、小さければ移動端末の
回線を基地局ＮＱから交換局へのルートにそのまま保持
するものである。この動作を随時行い、最適の基地局を
選定する。

【００２７】上述した流れを図３を参照してより具体的
に説明すると、信号機５２に設置された基地局は互いに
結ばれていて、移動端末５５がサービスゾーンＱにいる
情報が基地局ＮＱと、前記基地局ＮＱと隣合う基地局Ｎ
Ｐ、ＮＲとで共有されている。今、移動端末５５が移動
してサービスゾーンＱからサービスゾーンＲへ向かって
いるとき、移動端末５５からの電波はサービスゾーンＱ
で次第に弱くなり、サービスゾーンＲで次第に強くな
る。統計的な処理を経て移動端末５５がサービスゾーン
Ｒに入っていることが確認できたらサービスゾーンＲを
カバーする基地局ＮＲから発呼し、移動端末５５に接続
する。移動速度が回線設定の速さよりも速い場合は、サ
ービスゾーンＱに隣接するサービスゾーンＰ、Ｒで予め
発呼して回線を用意しても良い。

【００２８】つぎに本発明の基地局を用いたセルラー電
話の構成について図５を参照して説明する。基本的構成
は上述した回線網の移動端末を電話機としたものであ
る。基地局Ｎ1 と電話Ｄ1 とは電波で、また、基地局Ｎ
1 と交換局５４Ａは光空間伝送装置５０で構成される回
線Ｋ1 で接続される。基地局Ｎ1 には前述したように電
波信号を光信号に、また光信号を電波信号に変換して電
話Ｄ1 と交換局５４Ａとの間を中継する。電話Ｄ2 と基
地局Ｎ2 と交換局５４Ｂの回線も同様に構成されてい
て、交換局５４Ａと交換局５４Ｂとは光ファイバー７０
で接続されている。

【００２９】基地局Ｎ1 のサービスゾーンにある電話Ｄ
1 と基地局Ｎ2 のサービスゾーンにある電話Ｄ2 とを接
続する場合、電話Ｄ1 から入力される情報は電波で基地
局Ｎ1 に送られ、基地局Ｎ1 で電波信号を光信号に変換
して、回線Ｋ1 を介して交換局５４Ａに送られる。交換
局５４Ａから光ファイバー７０を介して交換局５４Ｂへ
伝達され、交換局５４Ｂから基地局Ｎ2 へは回線Ｋ2 を
介し、更に基地局Ｎ2で光信号を電波信号に変換して電
話Ｄ2 と接続され、電話Ｄ1 からの信号は電話Ｄ2 に伝
達される。電話Ｄ2 から電話Ｄ1 への信号伝達も同様に
して行われることは当然である。

【００３０】以下に、本発明に用いる光空間伝送装置の
概略を図６を参照して説明し、また、前記光空間伝送装
置が本発明の回線網に用いられる場合の具備すべき性能
である自動光軸調整の機構については図７ないし図１０
を参照し、大気のスぺクトラム吸収と半導体レーザの発
振スペクトラムの揺らぎとの相互作用による雑音発生の
防止、低減機構について図１１ないし図１４を参照して
説明する。

【００３１】光空間伝送装置とは送る情報に対応して光
の強度を変調し、前記変調した光を受信する側に向かっ
て大気中に出射し、受信側においては入射した変調光を
復調することにより、所望の情報信号の伝達を大気空間
を介して行うものである。

【００３２】即ち、図６に示すように一方の光空間伝送
装置５０Ａと他方の光空間伝送装置５０Ｂとの間で行わ
れる双方向の光空間伝送は、一方の光空間伝送装置５０
Ａ（又は５０Ｂ）から送信信号で変調されたレーザ光を
レンズ１Ｄを介して出射（出射光Ｌ1 ）し、他方の光空
間伝送装置５０Ｂ（又は５０Ａ）からの同様に変調され
たレーザ光（入射光Ｌ2 ）をレンズ１Ｄを介して受光す
ることで実現される。

【００３３】つぎに、自動光軸調整の機構について、自
動調整の為の主要な要素である位置検出素子と回動軸の
構成について説明した後、光軸の調整方法とその光軸の
調整方法を有する光空間伝送装置について説明する。

【００３４】まず、位置検出素子５について図７を参照
して説明する。図７は位置検出素子５の構成を示してい
て、その受光面４１は区別された４辺を有する２次元の
広がりを有し、各辺に電極Ｘ1 、Ｘ2 、Ｙ1 、Ｙ2 が設
けられている。各対向する一組の辺を一つの軸（例えば
Ｘ軸）の電極とし、これと直交する他の一組の辺を一方
の軸（例えばＹ軸）の電極とする。

【００３５】ここで受光面４１の中心を原点Ｐ₀（０、
０）、光４０の集光点をＰ（Ｘ、Ｙ）とし、光の照射に
より生じたＸ軸、Ｙ軸方向の出力電流をそれぞれ個別に
測定する。即ち電極毎に、電極Ｘ1 の出力電流をＩＸ1
、電極Ｘ2 の出力電流をＩＸ2 、また電極Ｙ1 の出力
電流をＩＹ1 、電極Ｙ2 の出力電流をＩＹ2 とし、更に
各辺の長さを２Ｄ₀とすると、集光点をＰ₁（Ｘ、Ｙ）
は良く知られているように、Ｘ＝Ｄ₀（ＩＸ2 −ＩＸ1 ）／（ＩＸ2 ＋ＩＸ1 ）Ｙ＝Ｄ₀（ＩＹ2 −ＩＹ1 ）／（ＩＹ2 ＋ＩＹ1 ）と算出される。従って、上述した位置検出素子５の出力
電流から受光面４１の集光位置を決定することができる
ものである。

【００３６】つぎに、相手装置からのレーザ光が前記位
置検出素子５上に集光する位置情報に基づき、光軸を自
動的に調整する回動軸の構成について図８を参照して説
明する。図８は光空間伝送装置を出射用のレンズ１Ｄか
ら見た正面図であって、光軸調整の為の原理的構成を説
明する為の図である。

【００３７】レンズ１Ｄを含む光学系を搭載した鏡筒３
０はＹ回動軸２９を介して内枠３１に回動自在に保持さ
れ、更に内枠３１はＸ回動軸２８を介して外枠３２に回
動自在に保持されている。外枠３２は装置の固定部（図
示せず）に固着されている。Ｘ回動軸２８には同軸にＸ
軸歯車２６が固着され、外枠３２に固定されているＸ軸
モータ２４の回転をＸ回動軸２８に伝達する。同様にＹ
回動軸２９には同軸にＹ軸歯車２７が固着され、内枠３
１に固定されているＹ軸モータ２５の回転をＹ回動軸２
９に伝達するものである。

【００３８】つぎに、上述した自動光軸調整の為の構成
要素を具備した光空間伝送装置の第一の例について図９
を参照して説明する。まず、前記光空間伝送装置の光学
系は光源となる半導体レーザ３、レーザビームを平行ビ
ームに変換するレンズ１Ａ、光を分離する偏光ビームス
プリッタ２Ａ、レーザビームを略平行光にして出射する
為のレンズ１Ｂとレンズ１Ｄ、入射光を光検出素子４上
に集光する為の偏光ビームスプリッタ２Ｂとレンズ１
Ｃ、更に、光軸調整の為の位置検出素子５と前記位置検
出素子５上に集光するレンズ１Ｅとを含んで構成されて
いる。上記光学要素は一体として構成されていて、その
構成体は前述した回動軸を介して装置の筐体に固定され
ている。

【００３９】つぎに、電気回路は半導体レーザ３を変調
された送信信号に応じて駆動するレーザ駆動回路１８、
光検出素子４からの出力信号を受ける受光回路１９、位
置検出素子５からの出力信号を受ける集光位置検出回路
１４、前記集光位置検出回路１４の信号にもとづいてモ
ータ駆動回路２３を制御するＣＰＵ１５等から構成され
ている。モータ駆動回路２３は光学系を出射光軸に垂直
な面内において直交する２つの軸、例えば水平方向と垂
直方向に回動するＸ軸モータ２４とＹ軸モータ２５とを
駆動するものである。

【００４０】上述した光空間伝送装置の動作は、送信機
としては、伝達すべき情報をレーザ駆動回路１８の前段
の回路（図示せず）において送信信号に変調し、その変
調信号に基づき前記レーザ駆動回路１８は半導体レーザ
３を駆動してそのレーザ光を前記変調信号に対応して変
調する。つぎに、前記レーザ光はレンズ１Ａ、偏光ビー
ムスプリッタ２Ａ、レンズ１Ｂおよびレンズ１Ｄによっ
て略平行な出射光Ｌ1に変換して受信する相手装置に送
り出すものである。

【００４１】更に、受信機としての動作は、相手側装置
から送られてきたレーザ光、即ち入射光Ｌ2 をレンズ１
Ｄで受け、偏光ビームスプリッタ２Ａ、２Ｂとレンズ１
Ｃを通して光検出素子４上に集光し、前記光検出素子４
により光信号は電気信号に変換され、受光回路１９とそ
れに続く後段の回路（図示せず）によって元の情報に復
調するものである。

【００４２】さて、前述した光空間伝送装置の光軸の調
整は、まず、相手側装置からの送信光、即ち入射光Ｌ2
をレンズ１Ｄで受け、偏光ビームスプリッタ２Ａ、２Ｂ
とレンズ１Ｅを通して位置検出素子５に集光する。集光
位置は前述したように位置検出素子５上でＸ、Ｙの座標
として認識することができる。この座標は入射光Ｌ2の
入射角と対応するものである。

【００４３】位置検出素子５は装置間の光軸が一致した
ときの入射光Ｌ2 が集光する位置にその原点Ｐ₀（０、
０）が来るように設定されるべきものである。しかしな
がら、一般的には調整が困難であることから光軸が一致
したときの集光点ＰXY₀（Ｘ₀、Ｙ₀）を基準位置と
し、その位置をＣＰＵ１５に記憶しても良い。つぎに、
光軸が何らかの原因によりずれた場合、このときの集光
位置Ｐ（Ｘ、Ｙ）を集光位置検出回路１４で検出し、記
憶されている基準の集光点ＰXY₀（Ｘ₀、Ｙ₀）とをＣ
ＰＵ１５で比較し、その位置の距離の差に対応した駆動
力でモータ駆動回路２３によりＸ軸モータ２４およびＹ
軸モータ２５を駆動し、光学系の光軸を調整するもので
ある。

【００４４】つぎに、自動光軸制御の構成要素を具備し
た光空間伝送装置の第二の例について図１０を参照して
説明する。以下の説明においては、空間伝送路を構成す
る一対の光空間伝送装置の一方を光空間伝送装置６０Ａ
（或いは６０Ｂ）として自装置と称し、他の一方を光空
間伝送装置６０Ｂ（或いは６０Ａ）として相手装置と称
することとする。これは説明上の便宜的表現であって、
装置の一方が他方に較べて何らかの異なった特徴を有す
るものではない。

【００４５】本発明の光空間伝送装置の構成は、光学系
は送信光学系１０４と受信光学系１０５とから成り、送
信光学系１０４は半導体レーザ３および送信レンズ１０
１を主要な要素とし、また、受信光学系１０５は光検出
素子４、位置検出素子５、ハーフミラー６および受信レ
ンズ１０２を主要な要素として構成されていて、これら
２つの光学系は光学系筐体１０３に固定されている。前
記２つの光学系は後述するように、厳密に光軸を一致さ
せて光学系筐体１０３に固定する必要はなく、温度変化
および経時変化等による光軸ずれの虞についても過度に
対策を講ずる必要はないものである。

【００４６】つぎに、電気系の構成をブロックで説明す
ると、光検出素子４に続いて受光回路１０、周波数分離
回路１１、復調回路１２、１３、また位置検出素子５に
続いて集光位置検出回路１４、更に復調回路１３と集光
位置検出回路１４の出力を入力とするＣＰＵ１５があ
り、ＣＰＵ１５からはモータ駆動回路２３と変調回路１
６に出力されている。更にまた、変調回路１６と変調回
路１７との出力は合成されレーザ駆動回路１８に入力
し、レーザ駆動回路１８の出力は半導体レーザ３に導か
れている。

【００４７】つぎに、上述した光学系と電気系の動作に
ついて説明する。まず、受信光学系１０５に関連して説
明すると、受信レンズ１０２に入射した相手装置（例え
ば６０Ｂ）からのレーザ光Ｌ2 はハーフミラー６により
光検出素子４および位置検出素子５に集光し、光検出素
子４では光の強度変化に変調された送信信号を検出し、
また、位置検出素子５ではレーザ光Ｌ2 の受信光学系１
０５への入射角度を検出する。入射角度は位置検出素子
５上の集光位置と対応しており、集光位置検出回路１４
による集光位置の算出方法等は、図７を参照して説明し
たものと同一である。

【００４８】相手装置（例えば６０Ｂ）のレーザ光Ｌ2
には、詳しくは後述するように本来の伝達信号の他に自
装置のレーザ光Ｌ1 の相手装置への入射状態を現す入射
情報に対応した変調が加えられている。レーザ光Ｌ2 は
光検出素子４で電気信号に変換され、受光回路１０で信
号整形処理がされた後、周波数分離回路１１で各搬送波
に分離される。周波数分離回路１１の後段に続く、例え
ば復調回路１２で本来の伝達信号を再生して受信信号と
し、復調回路１３では前述した相手装置に到達した自装
置からのレーザ光Ｌ1 の入射状態を再生する。

【００４９】前記復調回路１３と集光位置検出回路１４
からの出力はＣＰＵ１５に入力され、ＣＰＵ１５におい
て自装置からのレーザ光Ｌ1 の出射方向と正しい出射方
向との誤差を算出し、その結果をモータ駆動回路２３に
入力してＸ軸モータ２４とＹ軸モータ２５を駆動し、回
動軸を制御して光学系１０３の光軸を調整するものであ
る。光軸を調整する為の回動軸の構成等は、既に図８を
参照して説明したものと同一である。

【００５０】つぎに、送信光学系１０４に関連して説明
する。位置検出素子５と集光位置検出回路１４とＣＰＵ
１５とで算出され或いは補正された、相手装置からのレ
ーザ光Ｌ2 の自装置に対する入射情報を変調回路１６で
変調すると共に、変調回路１７において変調された目的
とする伝達信号と合成し、その後レーザ駆動回路１８に
入力する。半導体レーザ３は前述した合成変調信号によ
って駆動され、相手装置に向かって出射（レーザ光Ｌ1
）するものである。

【００５１】更に、自装置のレーザ光Ｌ1 は相手装置へ
の入射状態をより正確に検出し制御する為に、光軸に垂
直な面内で直交する２つの軸方向に、交互に独立して走
査をする。即ち光空間伝送装置６０Ａを、手動により調
整した仮の中心から両側に一定の角度範囲内で走査し、
その走査角度に対する相手装置への入射情報、例えば受
光強度を相手装置は測定する。その過程で、ある角度で
受光強度が最大になったとすると、その角度を走査角度
の中心としてＣＰＵ１５で設定し、自装置のレーザ光Ｌ
1 の出射方向を制御する。

【００５２】走査角度は自装置で認識でき、その時相手
装置が受けている光の強度は常時レーザ光Ｌ2 で自装置
に送信されているので、走査角度と相手装置が受けてい
る光の強度との関係は容易にしかも瞬時に知ることがで
きる。従って、ある角度で受光強度が最大になったとす
ると、その角度を走査角度の中心としてＣＰＵ１５に設
定し、これを基準としてレーザ光Ｌ1 の出射方向を制御
するものである。従って、大気の温度変化或いは揺らぎ
による伝送径路のずれや、伝送装置の設置場所の変動に
よるレーザ光の出射方向のずれ、または装置の光学系自
体の位置ずれによる光軸の刻々とした変動を常時調整す
ることができるものである。

【００５３】以上、説明したように、自装置（例えば６
０Ａ）から相手装置（例えば６０Ｂ）を見た場合につい
て説明したが、相手装置から自装置を見た場合について
も、その説明は何ら変わりのないことは当然である。

【００５４】尚、ここで説明した光空間伝送装置は送信
と受信の機能が一体となった構成をしていて、全く同じ
装置を対向して設置することにより、双方向の情報伝達
を行うことができるものである。また、送信機能と受信
機能とがそれぞれに分離した形態の装置であっても、そ
れぞれの装置に上述した自動光軸調整の為の機能を付加
して、自動的に光軸の調整ができる光空間伝送装置を用
いても良いことは論を待たない。

【００５５】つぎに、回線を構築する光空間伝送装置の
第二の要求される課題である大気のスペクトラム吸収と
半導体レーザの発振スペクトラムの揺らぎとの相互作用
による雑音発生の防止、低減方法について図１１ないし
図１４を参照して説明する。

【００５６】レーザ光を用いて長距離の信号伝送を行う
光空間伝送においては、伝送媒体である大気によって信
号伝送時のＣ／Ｎ（搬送波／雑音）が影響を受けること
が知られている。この大気による影響は、主に、散乱な
どに伴う減衰要因と、空気中の屈折率の揺らぎに伴う、
所謂、陽炎のようなビームダンシング、および大気のス
ペクトラム吸収と半導体レーザの発振スペクトラムの揺
らぎとの相互作用によるものである。

【００５７】ここで、散乱などに伴う減衰要因と、空気
中の屈折率の揺らぎに伴う、所謂、陽炎のようなビーム
ダンシングに対しては前述した光軸の自動調整により、
ビーム径を絞り、パワー密度を上げることで対処するこ
とができる。しかしながら大気のスペクトラム吸収と半
導体レーザの発振スペクトラムの揺らぎとの相互作用に
よる雑音発生についての対策は、本件の出願人等によっ
て既に特願平６−３００５３８号明細書として出願され
ている、以下に説明する方法を採らなければならない。

【００５８】まず、相互作用について説明すると、例え
ば、図１１に示すように、大気の波長吸収スペクトル
は、光空間伝送におけるレーザ発振波長としてよく用い
られる７８０ｎｍ〜８３０ｎｍ帯において、多数存在す
る。

【００５９】ここで、光源として例えば単一縦モードの
ような単一波長で発振している半導体レーザを用い、こ
の半導体レーザの当該発振波長が、温度特性等に起因す
る発振波長シフトによって、図１２に示す大気の波長吸
収スペクトルの吸収波長と一致した場合には、当該吸収
波長によってレーザパワーが減衰してＣ／Ｎが劣化する
ことになる。しかし実際には上記吸収による光パワーの
減衰によるＣ／Ｎ劣化をはるかに上回る激しい雑音の増
大がしばしば起こることが確認されている。更に、伝送
信号レベルは上記吸収にともなって減少するものである
ため、伝送信号のＣ／Ｎ比はこれらの相乗効果によって
著しく悪化することになる。

【００６０】このような雑音は半導体レーザの温度特性
による波長シフトに伴って生ずるので、通常は何の問題
もなく伝送がなされていたものが、温度変化によってじ
わじわと雑音が増えるようになり、しばらくこの雑音の
多い状態が続いた後、またゆっくりと回復するという性
質のものである。更に、大気の吸収に関係するものであ
るから、伝送距離に対して指数関数的にその影響は大き
くなるという性質を持つものである。

【００６１】これを原因とする雑音発生のメカニズムは
図１２に示すように、スペクトルの吸収特性の肩にレー
ザの発振波長が重なった場合、上記レーザの波長方向の
揺らぎが強度方向の揺らぎに変換されることになり、受
信側の装置において上記強度方向の揺らぎが強度雑音と
して観測されるようになるものである。

【００６２】即ち、レーザの発振波長が大気の吸収波長
帯上に存在していたとしても、レーザ光の波長の変化が
なければ当該波長のレーザ光に乗った信号のＣ／Ｎの更
なる悪化は僅かであるが、レーザ光の波長が揺らいだ
り、或いはレーザ発振器の経年変化等によって当該波長
が図１２の吸収スペクトルのスロープに掛かって変化す
ると、波長変動（即ち周波数変動）が振幅変動に変換さ
れ、雑音を発生することになる。

【００６３】この雑音発生を防止、低減する方法とし
て、超マルチモード状態で半導体レーザを発振させるこ
とが極めて効果の大きいことが、本件の出願人等によっ
て示され、前述したように特願平６−３００５３８号明
細書として既に出願されている。ここで、超マルチモー
ド状態とは図１３に示すように、丸みを帯びた発振スペ
クトルを示すものであり、その各々の発振スペクトル強
度は時間の経過に関係せず略一定の強度を有しているも
のである。

【００６４】その超マルチモード状態で半導体レーザを
発振させる方法として、例えば図１４に示すような２つ
の方法がある。まず、その第一の方法は、積極的に半導
体レーザ３に自発光光を戻し超マルチモード状態を発生
させるものである。その光学系の一例が図１４（ａ）に
示されていて、レンズ１Ａと偏光ビームスプリッタ２と
の間にハーフミラー７を設定するものである。前記ハー
フミラー７による戻り光で半導体レーザ３は超マルチモ
ード状態で発振する。尚、超マルチモードのスペクトラ
ム分布状態はハーフミラー７による戻り光量によって異
なり、状態に応じて定数を決定することが必要である。

【００６５】第二の方法はレーザドライブ回路の駆動電
流に高周波成分を重畳して行うものである。その構成は
図１４（ｂ）に示されていて、レーザ駆動回路１８には
高周波発振器２０によってレーザ駆動電流に高周波成分
が重畳され、半導体レーザ３を超マルチモード状態で発
振させるものである。尚、超マルチモードのスペクトラ
ム分布状態は高周波発振器２０の周波数やレベルによっ
て異なり、状態に応じて定数を決定する必要のあること
は、第一の例と同様である。

【００６６】以上説明したように、回線を構築する光空
間伝送装置は、その回線の品位を高める為に自動的に光
軸を調整する手段と、伝送路となる大気のスペクトラム
吸収と半導体レーザの発振スペクトラムの揺らぎとの相
互作用による雑音の発生を防止、低減する機能を具備し
ていることが重要となる。

【００６７】

【発明の効果】従って、本発明によると自動車電話、携
帯電話等、無線の移動端末による通信システムの基地局
の最適な設置場所を容易に確保することができると共
に、基地局と交換局との間の通信回線の構築を安価に短
期間で構築することができる。

【００６８】また、光空間伝送装置を用いて、基地局間
に冗長回線を容易に構築することができ、基地局と交換
局との間の回線のバックアップに供することができ、回
線網の信頼性の向上を図ることができる。

【００６９】更に、交換局間の回線が光ファイバーで構
成されている場合は、本発明による回線網の光技術を共
通して利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による、交通標識に光空間伝送装置を
設置した回線網の基本構成を示す図である。

【図２】交通標識である信号機に光空間伝送装置を設
置した回線網の構成と動作を示す図である。

【図３】本発明による回線網のハンドオーバー機能に
ついて説明する為の図である。

【図４】ハンドオーバー機能の動作を示す流れ図であ
る。

【図５】本発明の回線網によるセルラー電話への応用
を示す図である。

【図６】光空間伝送装置の伝送状態を説明する為の図
である。

【図７】光空間伝送装置のレーザ光出射方向の自動制
御に用いる位置検出素子について説明する為の図であ
る。

【図８】光空間伝送装置の光軸の制御に用いる回動軸
の構成を示す正面図である。

【図９】本発明に用いる光空間伝送装置の第一の例を
示すブロック図である。

【図１０】本発明に用いる光空間伝送装置の第二の例
を示すブロック図である。

【図１１】大気による太陽光の吸収スペクトラムを示
す図である。

【図１２】大気のスペクトラム吸収による雑音増加の
一例について説明する為の図である。

【図１３】半導体レーザの超マルチモードの発振スペ
クトラムを示す。

【図１４】大気のスペクトラム吸収による雑音増加を
防止する為に、半導体レーザを超マルチ状態で発振させ
る方法を説明する為の図であり、（ａ）はハーフミラー
の反射による戻り光を利用する方法を示し、（ｂ）は半
導体レーザの駆動に高周波を重畳する方法を示す。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｅレンズ２、２Ａ、２Ｂ偏光ビームスプリッタ３半導体レーザ４光検出素子５位置検出素子６、７ハーフミラー１０、１９受光回路１１周波数分離回路１２、１３復調回路１４集光位置検出回路１５ＣＰＵ１６、１７変調回路１８レーザ駆動回路２０高周波発振回路２３モータ駆動回路５０、５０Ａ、５０Ｂ、６０Ａ、６０Ｂ光空間伝送装
置５２信号機５３電波アンテナ５４、５４Ａ、５４Ｂ交換局５５、５５Ａ、５５Ｂ移動端末７０光ファイバーＤ１、Ｄ２電話Ｎ基地局Ｋ回線Ｊ冗長回線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/02 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ 10/18 Ｈ０４Ｑ 7/04 Ａ 10/28 10/26 10/14 10/04 10/06 Ｈ０４Ｑ 7/22 7/24 7/26 7/30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】道路敷地内に設けられた構造物に、少な
くとも光を変調して情報伝達を行う光空間伝送装置を配
設して基地局を構築したことを特徴とする回線網。
【請求項２】道路敷地内に設けられた前記構造物は、
信号機であることを特徴とする、請求項１に記載の回線
網。
【請求項３】前記基地局は少なくとも、光信号の送信手段と受信手段と、電波信号の送信手段と受信手段とを具備することを特徴とする、請求項１に記載の回線
網。
【請求項４】前記基地局は少なくとも、受信した光信号を電波信号に変換する手段と、受信した電波信号を光信号に変換する手段とを具備する
ことを特徴とする、請求項１に記載の回線網。
【請求項５】前記基地局を構成する光空間伝送装置
は、対向する一対の光空間伝送装置間の光軸を自動的に調整
する制御機能を有することを特徴とする、請求項１に記
載の回線網。
【請求項６】前記基地局を構成する光空間伝送装置
は、大気中の微量分子によるスペクトラム吸収により、送信
信号中の雑音が増加することを防止または低減する機能
を有することを特徴とする、請求項１に記載の回線網。
【請求項７】前記基地局は少なくとも、回線の交換機能と、電波を用いる移動端末とを結ぶ機能とを具備することを
特徴とする、請求項１に記載の回線網。
【請求項８】前記基地局は少なくとも発信する端末の
最適な通信制御領域を判断する機能と、前記判断に基づき最適な基地局を自動的に選択する機能
とを具備することを特徴とする、請求項１に記載の回線
網。
【請求項９】前記基地局間を光空間伝送装置で接続し
て冗長回線を構築したことを特徴とする、請求項１に記
載の回線網。