JPH09275376A - 光無線通信装置および光無線システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光信号の伝搬ロスを少くした光無線通信装置
を提供する。 【解決手段】 パーソナルコンピュータ３０に接続する
光送受信部２２を、略水平な受光面をもつ受光ユニット
１２と、該受光ユニットの上端に開閉可能に軸支された
発光ユニット１１とで構成し、受光ユニット１２の向き
発光ユニット１１の開閉角度を調整することにより、送
信光を相手装置の略真上の天井に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通信路の一部に空間
光を用いる光無線通信装置および光無線通信システムに
関し、更に詳しくは、オフィス等の室内において天井反
射を利用して他の装置と通信する光無線通信装置および
光無線通信システムに関するものである。

【０００２】

【従来技術】信号経路の一部に空間光を利用する光無線
通信装置のうち、特に室内において光信号の天井反射を
利用して信号を送受信する形式の光無線通信装置の１つ
が、米国特許第５１９１４６１号に記載されている。上
記従来装置は、発光器と受光器とが同一のケース上に配
置され、送信光（発光器）の方向を変えると、これに連
動して受信光（受光器）の指向性が変化するようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然るに、上記米国特許
５１９１４６１号に開示された光無線通信装置は、発光
器と受光器が同一の指向性をもっているため、任意の位
置にある他の通信装置と通信する時、送信側装置から受
信側装置に至る光信号の伝搬ロスが最少となるような最
適な光路を選択することが難しく、受信光に充分な信号
レベルが得られない。このため、受信側で所望の信号対
雑音比を確保しようとすると、データ伝送速度を犠牲に
せざるを得なかった。信号対雑音比の問題は、例えば、
特開平７−２４０７１２号公報に示された光無線ＬＡＮ
システムのように、天井に中継装置を配置し、この中継
装置を介在させることによって、発光器と受光器が互い
に見通せる位置関係となるようにすることによって解決
できる。しかしながら、この方式は、通信エリアとなる
各部屋の天井に中継器に配備する必要があるために、通
信システムの構築や変更に多額の投資を必要とするとい
う問題がある。

【０００４】本発明の目的は、光信号の伝搬ロスを少な
くできる光無線通信装置および光無線通信システムを提
供することにある。本発明の他の目的は、室内で天井で
反射させた光信号を利用する場合に送信光の経路を選択
できる光無線通信装置および光無線通信システムを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、空間伝搬光に送受信するための発光器
と受光器とを備えた光無線通信装置において、受光器の
指向性とは独立して、発光器の出力光指向性を選択でき
るようにしたことを特徴とする。本発明の典型的な実施
例によれば、光無線通信装置は、光信号を受信するため
の略水平な受光面を備えた受光ユニットと、光信号を送
信するための発光手段を備える発光ユニットとを備え、
発光ユニットを受光ユニットに回動可能に取り付けるこ
とによって、受光面の光軸に対する送信光の光軸角度を
可変にしたことを特徴とする。

【０００６】この場合、発光ユニットは、受光ユニット
の上面または側面に軸、蝶番または自在ボール継ぎ手等
の結合手段を介して取り付ければよい。発光ユニット
を、例えば、上記受光面を開閉するように受光ユニット
に取り付けると、開閉角度を変えることによって送信光
の光軸角度を調整できる。なお、上記発光ユニットと受
光ユニットとからなる光送受信ユニットをケーブルを介
して通信装置本体に接続すれば、受光ユニットの受光軸
回りの載置角度を調整することによって送信光の方向を
３次元空間で任意に選ぶことができる。

【０００７】本発明の光無線通信システム、各通信装置
が、指向性固定の受光ユニットで略真上の天井部分から
の反射光信号を受信し、指向性可変の発光ユニットによ
って送信光の光軸角度を相手装置の略真上の天井部分に
合わせた状態で光信号を送信するようにしたことを特徴
とする。光無線通信システムが、基地局と端末装置とか
らなる光無線ＬＡＮの場合、本発明では、上記基地局
が、周囲の天井部分に環状に連続または断片化された光
信号照射領域を形成する光信号発生手段と、固定指向性
の略水平の受光面をもつ光信号受信手段とを有し、各端
末装置が、送信光の光軸角度が可変の光信号発生手段
と、略水平の受光面をもつ光信号受信手段とを有し、基
地局による光信号照射領域の略直下に位置して、送信光
の光軸角度を上記基地局の略真上の天井部分に合わせた
状態で光信号を送信し、天井からの略真下に反射する光
信号を受信するようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を図面を参
照して説明する。図１は、本発明による光無線通信装置
の一実施例を示す装置外観図である。ここに示した光無
線通信装置１は、キーボード３１とディスプレイ３２と
を備えたパーソナルコンピュータ３０と、上記パーソナ
ルコンピュータ３０に通信制御ユニット（無線ＬＡＮイ
ンターフェース）２１を介して接続された光送受信ユニ
ット２２とからなる。

【０００９】光送受信ユニット２２は、略水平な受光面
をもつ受光ユニット１２と、上記受光ユニット１２の上
端に可動に取付けられた発光ユニット１１とからなる。
光無線通信装置１が休止状態にあるとき、または、無線
通信機能を停止して単独のパソコンとして利用する場
合、および送受信ユニット２２の保管または運搬時に、
発光ユニット１１で受光ユニット１２に蓋をするように
すれば、発光面および受光面の汚れと破損を防止するこ
とができる。尚、上記２つの光ユニットの結合手段は、
軸、蝶番その他の任意の継ぎ手を適用できる。また、発
光ユニット１１を支える受光ユニット１２の底面を載置
面に対して摩擦の大きい素材で形成しておけば、無線通
信時に送受信ユニット２２の姿勢を安定に保つことがで
きる。この例では、発光ユニット１１の発光面は、送信
信号あるいは送信データに応じて互いに同期的に変調動
作する複数の発光ダイオード（ダイオードアレイ）で構
成され、受光ユニット１１は、比較的大きな受光面をも
つ１つのフォトダイオードで構成されている。更に大き
な受光面を得るために、上記受光ユニット１１を複数の
フォトダイオードで構成してもよい。

【００１０】上記送受信ユニット２２は、受光ユニット
１２を床面または机上の任意の位置に載置した状態で、
発光ユニット１１と受光ユニット１２との開閉角度（仰
角）を調整することによって、発光器１１の光軸に対し
て受光器１２の光軸を相対的に１８０度の範囲で変える
ことができる。また、受光ユニット１２の向きを机上
（水平面内）で垂直軸回り方向に調整することによっ
て、発光ユニット１１の光軸を任意の方向に合わせるこ
とができるため、上述した開閉角度（仰角）の調整と上
記受光ユニット１２自体の回転位置調整によって、送信
光を空間の任意の方向に指向させることが可能である。
図２は、上述した光送受信ユニット２２を備える２つの
光無線通信装置が通信する場味の送受信光路を示す。こ
こでは、図面を簡単にするために、図１に符号２２で示
した送受信ユニットによって、２つの光無線通信装置
（以下、データ端末という）１ａと１ｂを代表させてあ
る。データ端末１ａ、１ｂは、送信光を天井３に向けて
放射し、天井からの反射光を受信して相互に通信する。
この場合、各データ端末は、受光ユニット１２の受光面
を略真上に向け、発光ユニット１１の発光面を通信相手
の略真上に位置した天井部分に指向させている。従っ
て、データ端末１ａからの送信信号は、データ端末１ｂ
の略真上の天井部分４ｂに向かう照射光路５１ａと、上
記天井部分４ｂから略真下に向かう反射光路６１ａを経
て、相手装置の受光ユニット１２に入力される。同様
に、データ端末１ｂからの送信信号は、データ端末１ａ
の略真上の天井４ａに向かう照射光路５１ｂと、天井か
ら略真下に向かう反射光路６１ｂで相手装置に到達す
る。本発明の特徴の１つは、このように、各データ端末
が、送信光とは異なった光路で受信光を受信するように
した点にある。

【００１１】図３は、本発明の光無線通信装置（以下、
データ端末という）を適用した光無線ＬＡＮシステムの
一実施例と送受信光路を示す。光無線ＬＡＮシステム
は、上述したデータ端末１（１ｃ、１ｄ、……）と、バ
ックボーンとなる伝送路４０に接続された基地局（中継
器）２とからなる。伝送路４０には、図示しない他のエ
リアの基地局と、固定端末、データ処理装置または交換
機等が接続される。

【００１２】基地局２は、例えば、図４に示すように、
受光面が略真上を指向した受光ユニット１２０と、受光
ユニットの周囲に配置されて、それぞれ斜め上方向を指
向した複数の発光ユニット１１０と、これらの各ユニッ
トおよび伝送路４０に接続された制御ユニット３００と
からなる。複数の発光ユニット１１０がそれぞれ異なっ
た方向を向くことによって、図３に示すように、基地局
２の真上の天井部分４を中心にして、同心円的な複数の
中継領域５ａ、５ｂ、５ｃ、…が形成される。

【００１３】各データ端末（１ｃ、１ｄ）は、それぞれ
の受光ユニットを何れか中継領域５の略真下に置き、発
光ユニット１１を上記基地局２の略真上の天井部分４に
指向させる。これによって、データ端末１（１ｃ、１
ｄ）からの送信信号は、照射光路５１（５１ｃ、５１
ｄ）と反射光路６１（６１ｃ、６１ｄ）を経て基地局２
に受信され、基地局２からの送信信号は、照射光路５２
（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ……）と反射光路６２（６２
ａ、６２ｂ、６２ｃ、…）を経て各データ端末１に到達
する。上記実施例では、基地局の発光ユニット１１０を
複数のブロックに分割し、天井に複数の中継領域を形成
したが、上記発光ユニット１１０をリング状に連続さ
せ、中継領域５ａ、５ｂ、５ｃ、…を連続した１つの領
域としてもよい。

【００１４】図５は、光信号を天井で乱反射させた場合
の一般的な特性を示す。照射光路５０の天井３への入射
角５３が０度から７０度までの間にあるとき、反射光の
強度分布５４は入射角５３には依存せず、図に示すよう
に、照射点（反射点）の直下、すなわち、天井３に対し
て垂直方向に最も強くなる。また、反射光の強度は、反
射光路の距離が長くなればなるほど弱くなる。図６は、
受光ユニット２２の受光面への光信号入射角６３と信号
感度６５との関係を示す。受信感度６５は、光信号を受
ける面積に比例するため、入射角６３が小さい程受信感
度が良くなり、受光面と垂直な光路６４で最も高い受信
感度を得ることができる。従って、本発明のように、送
信光を天井３に照射し、乱反射した光信号を受信して装
置間通信を行う場合には、送信側装置の発光ユニット１
１を受信側装置の受光ユニット１２の略真上に位置した
天井部分に指向させることによって、受信側での光信号
の強度を最も強くすることができる。

【００１５】図７は、データ端末１の一実施例を示す構
成図である。

【００１６】パーソナルコンピュータ３０は、ＣＰＵ１
３と、データおよびプログラムを記憶する主記憶装置１
４と、キーボード３１と、表示装置３２と、これらの要
素を結合する内部バス１５と、外部バス１７と、上記内
部バスと外部バスとの間のデータの受け渡しを制御する
バスコントローラ１６とからなり、上記外部バス１７に
通信制御ユニット２１接続される。

【００１７】通信制御ユニット２１は、無線ＬＡＮコン
トローラ２０と、無線用の送信バッファ１８と、無線用
の受信バッファ１９とからなり、上記無線ＬＡＮコント
ローラ２０に光送受信ユニット２２が接続されている。

【００１８】光送受信ユニット２２は、無線ＬＡＮコン
トローラ２０から受け取った送信データを符号化する符
号化部２３と、上記符号化部２３から供給された送信信
号に応じて発光ユニット１１のダイオードを駆動する送
信ドライバ２４と、受信ユニット１２のフォトダイオー
ド出力を増幅する受信回路２５と、上記受信回路２５の
出力信号から受信データを復調し、無線ＬＡＮコントロ
ーラ２０に出力する復号化部２６とから構成されてい
る。尚、これらの回路要素２３〜２６は、前述の２つの
発光ユニット１１と受光ユニット１２に分けて配置して
もよいし、発光ユニット１１には発光ダイオード１１の
みを配置し、他の要素を受光ユニット１２に集中させて
もよい。

【００１９】データ送信時には、ＣＰＵ１３の指示に応
答して、無線ＬＡＮコントローラ２０が、主記憶装置１
４に格納されている送信データ（送信フレーム）を無線
用送信バッファ１８に取り込み、これを無線区間の所定
の通信フレーム形式に変換した後、符号化部２３に出力
する。符号化部２３は、上記送信フレームを光伝送に適
した信号形式、例えば、二値ＰＰＭ（Pulse Position M
odulation：パルス位置変調）に符号化した後、送信ド
ライバ２４に供給する。データ受信時には、受光ユニッ
ト１２で受信した信号を受信回路２５によって増幅し、
フィルタリングと二値化によってデジタル信号に変換す
る。上記受信回路２５から出力されたディジタル信号
は、復号化部２６において二値ＰＰＭの復号化を行った
後、受信データとして無線ＬＡＮコントローラ２０に入
力する。無線ＬＡＮコントローラ２０は、受信データを
無線用受信バッファ１９に蓄積し、光信号の受信完了時
点でフレームチェックした後、受信フレームとして主記
憶装置１４に転送する。

【００２０】図８は基地局（中継器）２の構成の１例を
示す。基地局２は、キーボード３１と表示装置３２が除
去されている点、および有線ＬＡＮの伝送路４０との間
でデータを中継する通信制御ユニット（有線ＬＡＮイン
ターフェース）３５が加わった点を除いて、図７に示し
たデータ端末１と略同様の構成要素からなる。上記通信
制御ユニット３５は、有線ＬＡＮコントローラ３６と、
有線用の送受信バッファ３７、３８からなる。有線ネッ
トワーク４０にデータを送信する場合は、主記憶装置か
らの指令に応答して、有線ＬＡＮコントローラ３６が主
記憶装置１４から送信データ（送信フレーム）を有線用
送信バッファ３７に取り込み、これを所定の通信フレー
ム形式で、有線ネットワーク４０に送信する。また、有
線ネットワーク４０からの受信データは、有線用受信バ
ッファ３８に蓄積され、有線ＬＡＮコントローラ２７か
ら主記憶装置１４に受信フレームとして転送される。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光信号の天井反射を利用して無線通信する光
無線通信において、受光器と発光器の相対角度を調整可
能にした光送受信ユニットを用いることによって、光信
号伝搬ロスが少なく、効率の良いデータ伝送が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光無線通信装置の一実施例を示す
斜視図。

【図２】本発明による光無線通信における光信号の経路
の１例を示す図。

【図３】本発明による光無線ＬＡＮシステムのにおける
光信号の経路の１例を示す図。

【図４】本発明による光無線ＬＡＮシステムの基地局
（中継器）の１実施例を示す図。

【図５】照射光と天井反射光との関係を示す特性図。

【図６】受光器に対する光信号の入射角と受光感度との
関係を示す特性図。

【図７】本発明による光無線通信装置（データ端末）１
実施例を示す構成図。

【図８】基地局（中継器）の１実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１…光無線通信装置（データ端末）２…基地局（中継
器）、３…天井、４、５…光反射領域、１１…発光ユニ
ット、１２…受光ユニット、２２…光送受信ユニット、
２１…通信インターフェース、３０…パーソナルコンピ
ュータ、４０…有線ネットワーク。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間伝搬光に送受信するための発光器と受
   光器とを備えた光無線通信装置において、上記受光器の
   受光面の指向性を固定し、上記発光器からの出力光の指
   向性を可変にしたことを特徴とする光無線通信装置。
2. 【請求項２】空間伝搬光によって室内の他の装置と通信
   する光無線通信装置において、 光信号を受信するための略水平な受光面を備えた受光ユ
   ニットと、光信号を送信するための発光手段を備える発
   光ユニットとを備え、 上記発光ユニットを上記受光ユニットに回動可能に取り
   付けることによって、受光面の光軸に対する送信光の光
   軸角度を可変にしたことを特徴とする光無線通信装置。
3. 【請求項３】前記発光ユニットが、前記受光面を開閉す
   るように前記受光ユニットに取り付けられ、開閉角度を
   変えることによって送信光の光軸角度を調整できるよう
   にしたことを特徴とする請求項２に記載の光無線通信装
   置。
4. 【請求項４】前記発光ユニットと受光ユニットとからな
   る光送受信ユニットをケーブルを介して通信装置本体に
   接続し、該受光ユニットの受光軸回りの載置角度を調整
   することによって送信光の方向を調整できるようにした
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光無
   線通信装置。
5. 【請求項５】空間伝搬光によって室内の他の装置と通信
   する光無線通信装置において、 略真上の天井部分からの反射光信号を受信するための指
   向性固定の受光ユニットと、室内の任意の天井部分に光
   信号を送信するための指向性可変の発光ユニットとを備
   えたことを特徴とする光無線通信装置。
6. 【請求項６】室内において空間伝搬光によって通信する
   第１、第２の通信装置からなる光無線システムにおい
   て、 上記第１の通信装置が、送信光の光軸角度が可変の光信
   号発生手段を有し、 上記第２の通信装置が、略水平の受光面をもつ光信号受
   信手段を有し、 上記第１の通信装置が、上記送信光の光軸角度を上記第
   ２の通信装置の略真上の天井部分に合わせた状態で光信
   号を送信するようにしたことを特徴とする光無線通信シ
   ステム。
7. 【請求項７】室内において空間伝搬光によって通信する
   少なくとも２つの通信装置からなる光無線システムにお
   いて、 上記各通信装置が、送信光の光軸角度が可変の光信号発
   生手段と、固定指向性の略水平の受光面をもつ光信号受
   信手段を有し、それぞれの光信号発生手段の光軸角度を
   相手装置の略真上の天井部分に合わせた状態で光信号を
   送信し、それぞれの光信号受信手段で天井からの略真下
   に反射する光信号を受信するようにしたことを特徴とす
   る光無線通信システム。
8. 【請求項８】室内において空間伝搬光によって通信する
   基地局と端末装置とからなる光無線システムにおいて、 上記基地局が、周囲の天井部分に環状に連続または断片
   化された光信号照射領域を形成する光信号発生手段と、
   固定指向性の略水平の受光面をもつ光信号受信手段とを
   有し、 上記端末装置が、送信光の光軸角度が可変の光信号発生
   手段と、略水平の受光面をもつ光信号受信手段とを有
   し、 上記端末装置が、上記基地局による光信号照射領域の略
   直下に位置して、上記送信光の光軸角度を上記基地局の
   略真上の天井部分に合わせた状態で光信号を送信し、天
   井からの略真下に反射する光信号を受信するようにした
   ことを特徴とする光無線通信システム。
9. 【請求項９】室内において空間伝搬光によって通信する
   複数の通信装置からなる光無線システムにおいて、 上記各通信装置が、略垂直方向に指向性をもつ光信号受
   信手段と指向性可変の光信号発生手段とを備え、それぞ
   れの送信光の光軸角度を通信相手装置の略真上の天井部
   分に合わせた状態で光信号を送受信するようにしたこと
   を特徴とする光無線通信システム。