JPS62276932A - 移動体に対する光無線通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動体用の光無線通信装置に係シ、特にプラン
ト内の移動作業口ゲットと中央制御室間のデータ伝送用
に好適な光無線通信装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の移動ロボット用光無線通信装置は、原子力学会昭
和５７年年会要旨集、Ｇ２８．（１９８２）、冨沢文雄
他３名「原子力発電プラント保守点検作業機械の開発Ｃ
Ｉ［ｌ）−光通信装置の設計−」に述べられているよう
に、光ビーム（赤外線ビームつを移動ロボット側とステ
ージ＝Ｉ／（中央制御室に信号が送信される固定局）側
との間で送受信するようになっている。この装置では、
移動口Ｍ　ノ）の走行に追随してロデット側とステーシ
ョン側の送受光器が常に正対するように、送受光器を搭
載した雲台を追尾制御する。雲台追尾制御のためのセン
サはこれら２台の送受光器の光軸間の偏差量を検出する
２次元光センサを使用している。この装置では無線伝送
を継続するのに必要な具合の追尾可能な範囲はこれら２
台の送受光器の光軸偏差量が２９ミリラノア／ｌでであ
る。移動ロビットがスムーズに移動している限り、光軸
偏差量が前記の範囲内にあり、この装置は光無線伝送を
続けることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記従来技術は、移動ロボットが床面段差等で
急激に位置を変えるとか、障害物に面突するとかして送
受光器の光−の向きが急に大きく変化した場合、追尾制
御ができず、通信不能となる問題があった。これは以下
の理由による。すなわち、Ｓ／Ｎ良く光ビームを受信す
べく挟角受光をしているために追尾できる範囲が狭いの
で、上記のような原因で光軸方向が大きく変化すると、
ステー・／ヨン側および移動ロゲット側双方とも相手側
の光ビームを受光できなくなり、２次元センサで相手の
位置を認識できなくなるからである。

本発明の目的は追尾型の光無線通信装置において、送受
光器の光軸が相手局の光送受信器から外れ相手局からの
光ビームを受光できなくなった場合に通信再開を容易に
可能にすることにある。

〔間枳点を解決するための手段〕

上記目的は、送受光器の光学系に送受光角可変の光学系
（たとえばズームレンズ）を用い、相手局からの信号光
を噴出したか否かに厄じて送受光角を変化させるように
該光学系を制御する手段を設けることにより達成される
。

〔作用〕

相手局からの信号光を検出しているときには、送受光角
範囲を狭くして従来と同様の追尾制御が行われる。しか
し、光軸外れにより相手局からの信号光が検出できない
ときは、相手局からの光ビームを検出できるようになる
まで送受光角を広角にするように制御する。再び、追尾
制御が可能となれば送受光角を再び狭くすればよい。こ
のようにして、相手局の光ビームを受光できなくなった
場合でも、容易に通信を再開することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

まず第２図によりまず全体構成を説明する。ステーショ
ン２０と移動ロゴノド２１の双方とも、追尾駆動機構（
追尾雲台）１４に搭載した同様の送受光器１３金持ち、
図中の点線のように光軸を合わせて光無線伝送する。移
動ロボットが移動する場合には追尾駆動機構１４を用い
て互いに光細かずれないように制御する。

第１図は本発明の送受光器１３およびその関連装置の一
実施Ｈｙｊｉである。本図では従来からある追尾ｖ、ｇ
　ＩＪＪＪ→構１４の図１４省略しである。送受光器１
３にはズームレンズの前群１１ズームレンズの後群２　
Ｊ　ｋ　言むズームレンズ、このズームレンズを晃、幼
しＩｌ！ｉｌｉ角を変えるためのズームレンズ駆動部３
、受信信号光入射方向を検出する２次元光センサ５．ハ
ーフミラー４．受光部１０．発光部１１を格納スる。ズ
ームレンズ駆動部３はズームレンズ駆動制御ユニット８
の制御で動作する。２次元光センサ５の出力はセンサイ
／ターフエース６で処理される。前記受光部１０、発光
部１１は送受信回路７に接続される。ＣＰＵ・メモリ部
９はセンサイ／ターフエース６、送受信回路７．ズーム
レンズ駆動制御ユニット８及び追尾駆動機構制御ユニッ
ト１２を制御する。

以下、動作を説明する。制御プログラム及び各辿データ
はＣＰＵ・メモリ部９に入っており、ＣＰＵ・メモリ部
９の制御で全ての機能が働く。

（１）　　データ通信 決・φイ首同り洛７九ら出力１．たデータは年光部１１
で光信号となり、ハーフミラ−４で反射してズームレン
ズ、後群２．及びズームレンズ前群１全通って相手局に
光ビームとして届く。受光した信号光はズームレンズ前
＃１．ズームレンズ後群２を通りハーフミラ−４で反射
して受光部１０で受信され、電気信号となり送受信回路
７に入る。

（２）追尾制御 ズームレンズからハーフミラ−４を透過した光束を受け
る２次元センサ５の出力により相手局の方向と自局の光
軸方向とを一致させるように制御する。すなわち、２次
元光センサ５は半導体装置検出素子であり、その出力を
センサインターフェース６で処理することにより、相手
局からの信号光を２次元光センサ５のどの位置で受光し
たかがわかる。すなわち第３図（ａ）　、　（ｂ）に示
すように２次元光センサ５の検出面（縦ＹＩＸ　横Ｘｉ
）の中で、例えば信号光の位置Ｂ（Ｘ、Ｙ）を検出でさ
る。

相手局の位置が自局の光軸と一致した場合には該ってＣ
ＰＵ・メモリ部９は追尾駆動機構制御ユニノト１２を介
して追尾駆動機構１４を動かし、同図（ｂ）の状態とな
るまで送受光器１３の向きを制御する。

（３）　　ズーム画角制御 第４図にズーム画角制御のフローチャートを示す。第３
図（ａ）　、　（ｂ）に示したように相手局の信号光を
２次元光センサ５の受光面にとらえているときには、前
記（２）で説明した追尾制御（第４図のＬ４）が有効に
働く。従って、このときには、ズーム画角制御は第４図
中のＬ２〜Ｌ５のループをたどって行なわれ、ズームレ
ンズは望遠側となり画角は最少となる。この場合は従来
例と同じビーム光による光無線通信が支障なく行われる
。

何らかの原因、例えば移動ロボットが床面段差等で急激
に向きを変えるとか、障害物に衝突するとかで光軸の方
向が大きく変わると、相手局の信号光を２次元光センサ
５の受光面で受光できなくなる。すると、第４図におい
てＬ２からＬｌへ制御は移り、ＣＰＵ・メモリ部９はズ
ームレンズ駆動制御ユニット８に指令してズームレンズ
を広角にする。一段階で最も広角な状態とする制御方法
も考えられるが、本実画例では画角を１６段階に分け、
一段階ずつ変化させるようにしている。Ｌｌの動作はス
テー・／−Ｊン側、移動ロボット側双方でほぼ同時に開
始される。従って、ズームレンズが広角となると、受光
角が大きくなるとともに発光ビームも第２図に一点ｆｉ
線で示すように拡がる。従って光軸方向が互いに異なっ
ていても、５の受光面に相手局の送受光器１３の位置が
入れば、検出できることになる。

Ｌ２．Ｌ３で相手局の位置が検出できればＬ４で追尾制
御を行なう。ただし、このときはズームレンズが広角と
なっているため、粗い追尾制御となる。このため望遠側
にズームレンズをズーミングしながら（Ｌ２〜Ｌ６のル
ープ）追尾制御を行ない、正確な光軸合せをする。

上記のズーム画角制御は、移動ロゴノド側の送受光器お
よびステーンヨン側の送受光器の両者において行うもの
である。

以上述べたように追尾型の光無線装置において、光ビー
ムの光軸がずれて相手局の位置が不明になった場合にお
いても、通信再開を容易に可能にすることができる。

本実施例ではズームレンズを広角にすると発光ヒームモ
拡カルタメ、ステーショント＃動ロボットの距離が極端
に遠くない限り、追尾が完全に終止する前から、無線通
信が再開できる。

本実施例では受光部１０にはフォトダイオードを用いて
いるが、フォトトランジスタ、光電子増倍管等を使用す
ることもできる。発光部１１には発光ダイオードを用い
ているが、半導体レーザを使用することができる。２次
元光センサ５は本実施例では半導体装置検出素子を用い
ているが、撮像管や半導体撮Ｉｌ！素子（ＣＣＤ等）を
用いることもできる。この場合には画像メモリ等の回路
が必要なのは言うまでもない。位置検出には画像処理が
必要となるが、人間による監視も可能である。

また、他の実施例として、データ送信用の発光部１１と
は別に、送受光器１３に追尾用の発光部を付加すること
も可能である。例えば高輝度のＬＥＤや豆電球を付加す
る。このようにすれば、ｒ−夕送信用の赤外ＬＥＤと比
べて、追尾用の発光強度が大きいため、画像処理による
検出が容易である。

また、前記実施例では、同一の光学系を通して送光およ
び受光を行うようにしているが、互に光軸を平行にして
近接配置された夫々送光用の及び受光用の二つの光学系
を設け、これら夫々の光学系を前記のようにズームレン
ズの如き送受光角度変更の可能な光学系と成し、前述と
同様にして送受光角変更を行うようにしてよい。従っそ
、本発明において送受光器という用語は、上記の如く送
光および受光用に兼用される同一の光学系を備え友もの
、又は互に光軸を平行にして近接配置された夫々送光用
および受光用の二つの光学系を備えたもののいずれも意
味する用語として用いる。

さらに、以上の実施例ではズームレンズとしてガラスレ
ンズを用いてその前群、後群を移動させることにより送
受光角を変えるようにしたが、電気信号により直接屈折
率の変化を制御できる材質のレンズ素材を用いれば、レ
ンズの移動なしに高速で送受光角を変化できるズームレ
ンズが実現でき、これを用いれば、より高速での追尾制
御が可能になる。

なお、ズームレンズの代りにアタッチメントレンズを挿
脱して送受光角を変えるように構成することも可能であ
る。

さらに、本発明は移動体と固定局との間の光無線通信に
限らず、移動体の間の光無線通信にも適用可能であるこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、追尾のための相手局位置検出範囲を可
変できるので、光送受信器の光軸が相手局の光送受信器
の光軸から外れて追尾不能になった場合には該検出範囲
を拡大して相手局を見つけ出して再び追尾可能になし、
容易に通信を再開することができ、そして、通常の追尾
時には挟角の送受光を行なってＳ／Ｎ比を良好に保つこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における光送受信器およびそ
の関連装置の構成図、第２図は本発明の一実施例による
移動ロボットに対する光無線通信システムの全体概要図
、第３図（ａ）　、　（ｂ）は２次元光センサによる追
尾制御の説明図、第４図は同実力亀例の通信再開制御の
フローチャートである０１・・・ズームレンズ前Ｗ　　
２・・・ズームレンズ後群３・・・ズームレンズ駆動部 ４・・・ハーフミラ−５・・・２次元光センサ６・・・
センサインターフェース ７・・・送受光回路 ８・・・ズームレンズ駆動制御ユニット９・・・ＣＰＵ
・メモリ部　　１ｏ・・・受光部１１・・・発光部 １２・・・追尾駆動機構制御ユニット １３・・・送受光器　　　　１４・・・追尾鹿動機構２
０・・・ステーシヨン　　２１・・・移動ロボット。 第１図 １、ｊ−°込賃尤呑　　　１１゛°−凭尤那　　　　　
　　智席目ユニット第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動体上の送受光器と相手局の送受光器との間で光軸を
   互に一致させるように送受光器の向きを自動追尾させな
   がら光ビームを送受して通信し合う光無線通信装置にお
   いて、送受光角を変化させ得る送受光器内の光学系と、
   相手局の送受光器からの光ビームを受光できなくなった
   ときに送受角を広げるように上記光学系を自動的に制御
   する制御手段とを備えたことを特徴とする、移動体に対
   する光無線通信装置。