JPS6335030A - 移動局間の光通信装置 - 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】 〔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規準させる規
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、各県の使用波長を異ならせると共に、波長選
択により光軸分割を行って、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、ブルドーザ
−１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
反射器くコーナキューブプリズム等）を設け、これらの
光軸をお互いに一致させる自動規準式にして、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）。

公知の自動規準式光波距離計は、距離計と平行な規準サ
ーボ用光軸を有し、測定点からの規準サーボ光を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
りモータにフィードバックして、受光素子の原点にサー
ボ光を結象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ュ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。従って船台側にコーナキューブプリズムを置き、
陸上に距離計を置（構成であれば、船のピッチングやロ
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
テムが不可欠になっているが、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。

そこで規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。しかし規
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、規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、相対移動する相手局に向けた対物
レンズ（受光レンズ１３又は送光レンズ１２）の光軸を
分割するために、カットフィルタ４２．４３又はグイク
ロイックミラーのような光軸分割器を備えている。

分割された光軸の一つと直交して結像点の原点からのず
れを検出する位置センサ（２３）を設ける。この位置セ
ンサの出力を用いて上記対物レンズの光軸を水平及び垂
直方向に振って相手局に規準させる規準サーボ系を構成
する。

分割された他の光軸に連なる送受光器（発光ダイオード
４１又は受光ダイオード４４）を設けて、相手局との間
で光通信を行う光通信系を構成する。

上記規準サーボ系と光通信系とで使用波長を異ならせる
と共に、上記光軸分割器に波長選択特性を持たせである
。

〔作用〕

波長分離により相互干渉無く規準サーボ系と光通信系と
で光路を共有することが可能となる。

光軸分割における損失は波長選択特性により非常に小さ
くなり、通信距離の増大が図れる。

好ましくは、規準サーボ系と光通信系とで光の変調周波
数を異ならせるのがよい。この場合、各県が波長分離に
よって独立しているから、個々の系の使用周波数に対し
て送受の処理回路を最適（狭帯域）に設計すれば良く、
他の系の周波数に関して妨害や特性低下を考慮しなくて
よい。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す海洋作業周光測距シス
テムの全体のブロック図で、第２図及び第３図は陸上局
及び船台側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規準装置２を備え、各規準装置２と
平行光軸を成して陸上局には光波距離計３、船台側には
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はコーナキュ
ーブプリズム６を備えている。

規準装置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によって駆動される。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７ト１１が取付けら
れている。なお陸上局と船台側とでは、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、自動規準装置２の規準光学系２ａ（陸上局
）に連なる規準サーボ回路及び光通信回路が示しである
が、船台側の規準光学系２ｂにも全く同一の回路が付属
している。規準光学系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変調された規準サーボ光
が送光レンズ１２を通って船台側の規準光学系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＜ＡＭ変調された規準サーボ光が送
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から船台側へ送出された規準サー
ボ光が、船台側の反射器４で反射されて自局の受光系に
戻って来て、サーボ系の妨害信号となる。これを防ぐた
めに、船台側の規準サーボ光の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って、船台側か
らのサーボ光（３ｋＨｚ）のみに応答し、自局の戻り光
（５ｋＨ２）により妨害を排除している。

位置センサ２３は、例えば光スポットの原点からの位置
を検出する二次元（Ｘ−Ｙ平面）の半導体装置検出素子
であってよい。この素子は方形受光面を持つフォトダイ
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、光スポットが当たっ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
抵抗層によって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−電圧変換アンブ２４ａ−ｄ、バンドパスフィルタ２
５ａ−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掻の検波出力は、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でディ
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ッサに取込まれる。

なおバンドパスフィルタ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
側からの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。

マイクロプロセッサ内では、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ッ
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３０Ｘ、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の受光スボ・ノ
ドが受光面の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、陸上局及び船台側の
規準光学系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、測距が可能となる。

なお船台局には同様の規準サーボ系が設けられているの
で、対向する三周でお互いに規準し合うことになる。

各局の規準装置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ｍｔｆｆ手段はジョイスティ
ック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。

ジョイスティック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、３０Ｙ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。従ってオペレータ
は例えば光波距離計３の規準望遠鏡を覗きながらジョイ
スティック３１を操作して相手局を規準する。規準が完
了した時点でサーボのスタート釦を押すと、上述の規準
サーボが始動し、その後は船台のゆれや移動に追従した
自動規準が行われる。

位置センサ２３によっ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
って表示される。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。

規準状態で光波距離計３の回路部３４が作動すると、対
物レベル５の焦点位置に置かれた送受光ユニット３５に
より、約１５ＭＨｚ　　ＣＡＭ）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
フェース３６を通じてシステムコントローラ２８に転送
すれ、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規準用の送光光路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
ャリアが送信データでもってＦＭ変調される。ＦＭ小出
力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、規準サーボ系の送光レンズ１２の光軸に略４
５°の角度で挿入されたカットフィルタ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
規準サーボ系と同じ理由により、船台局からの送信光の
ＦＭキャリアを５ＭＨｚにして、第４図Ｂに示すように
陸上局からのキャリア周波数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
挿入されたカットフィルタ４３により受光ダイオード４
４に分岐される。ダイオード４４の受光出力はアンプ５
０、バンドパスフィルタ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、マイクロプロセッサによる測
距データの補正等に利用される。

バンドパスフィルタ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キャリアの自己漏話を防止している。

上述のように規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５ＭＨ２と５ｋＨｚに分離す
ると共に、波長を８９０ｎｍと１ｌ１００ｎ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っている。

受光レンズ１３の結像空間に挿入された光軸分割器とし
てのカットフィルタ４３は第５図のような分光特性を有
し、約９００ｎｍ以上の波長を効率良く透過させ、以下
を効率良く反射させる。従ってカットフィルタ４３によ
り、受光ダイオード４４がデータ光のみを受光し、位置
センサ２３がサーボ光のみを受光するように分光が行わ
れる。この構成により、データ光とサーボ光とで光路を
共有しても、相互干渉が生じないようにすることができ
る。

なお本願発明者等の検討によれば、データをＦＭで伝送
する場合、ビットレート等の関係でＦＭキャリアを５　
Ｍ　Ｈｚ程度にする必要がある。このときサーボ光用の
発光源を共用するためにサーボ光のキャリアを５ＭＨｚ
とすると、位置検出センサ２３及びその出力の処理回路
の高域特性や温度安定性が問題になる。このためサーボ
光のキャリアを５ｋＨｚ　　（ＡＭ）にしてサーボ光の
安定及び精度向上を図ると、発光源を５ＭＨｚＦＭ、５
ｋＨ２ＡＭと二重変調しなければならないので、変調度
を上げることができなくなり、測距可能距離が短くなる
。そこで発光源をデータ用とサーボ用とに分けることが
考えられる。この場合、受光部を共用にして５ＭＨｚの
データ受信にも４分割面の位置センサ２３を用いると、
４つの検出極の間で位相ずれが問題になる。このため発
光源と同じく受光部もデータ用とサーボ用とに分けるの
が好ましいという結論になる。

ところが光路を共用するためにハーフミラ−を使って受
光端で光軸を直交分解すると、ハーフミラ−の挿入損失
により、各分極において受光量が５０％以下に低下する
。従って測距可能距離が短くなる。そこでデータ光とサ
ーボ光とで波長を分離させて、カットフィルタの分光特
性を利用して高能率で光軸分解を図る構成が最良である
という考えに達した。

なお第１図の送光側でも同様なカットフィルタ４２を用
いているが、これは二つの発光ダイオード２０　（サー
ボ光用）及び４１　（データ光用）を直交軸に配置する
ために使用している。従って各ダイオード２０．４１の
出力が大きければ、カットフィルタ４２の代わりにハー
フミラ−を使うことができる。カットフィルタ４２を送
光軸に挿入した場合、その反射及び透過の分光特性によ
り、小出力の発光ダイオードでも合成能率が高いので、
より小形、高性能にできる。

カットフィルタ４２．４３の代わりにグイクロイックミ
ラー又は色分光フィルタを使用することができる。また
送光部の発光ダイオード２０．４１として１素子で多波
長の光を発信する光多重素子を使用することができる。

この素子を使用した場合には、カットフィルタ４２によ
る光軸の直交分解が不要になる。

上述の双方向の光データ通信路を使用して音声伝送によ
る相互会話が可能である。第１図において、マイクロホ
ン５３の出力がアンプ５４及びセレクト回路３８を介し
て既述の光データ発信系に入力され、送光光路１４を通
って船台局に伝送される。船台局からの音声送信信号は
受光光路１５を通って既述の陸上局のデータ受信系で受
信され、モデム３７で復調されてからスピーカ５５に導
出される。

この構成により陸上局と船台局との間で音声双方向通信
が可能であり、例えば光波距離計の初期設定の際のマニ
ュアル操作の合図やその他の業務連結に使用することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明は上述の如く、対物レンズの光軸を相対移動する
相手局に規準させる規準サーボ系と、光信号の授受を行
う光通信系とで光路を共有させたので、自動規準式の光
通信装置を小形、低コストにすることができる。

また各県の使用波長を異ならせると共に、波長選択によ
り光軸分割を行って、相互の干渉を軽減したので、個々
の系の伝送効率が良くなり、より遠距離の通信が可能と
なる。また波長分離により各県が異なる光変調周波数を
採用することが可能になる。この場合、各県の信号処理
回路は狭帯域でよいから、周波数特性や温度特性等に関
し、性能向上及び安定化が図れる。

【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周光測距シス
テムの全体ブロック図、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図は規準サーボ系と
光通信系との周波数分配図、第５図は波長カットフィル
タの特性図である。 なお図面に用いた符号において、 １−−−−−一・−−−−−−一一−−−−基台２−・
・・・−・−・・−自動規準装置２ａ、２ｂ　−−−−
−−一規準光学系３−−−−−−−・−・−・・−光波
距離計４−−−−−−−−−−−−−一・−反射器５−
・−・・−・−・−・・対物レンズ６−−−−−−−−
−−−・−−ｍ−−−・コーナキューブプリズム７・・
・−・・−・・−・−水平架腕 ８−−−−〜−−−−・−−−−−−一垂直架腕９・・
−・・〜−−−−−・−・・・−Ｘ軸ギヤモータ１０−
−−−−−−−−−・・・−Ｙ軸ギヤモータｔ　１−−
−−−−−−−一・−一一一−〜〜−送受光ユニット１
２・・−・・−・・−・・・−・・送光レンズ１３−・
−・−・−・−・−・・−・・受光レンズ１４−・−−
−ｍ−・−・・・−・−送光光路１５・・・・−−−−
−−・・−−−−−−一受光光路２０−−−−−・−・
・−・・・・−・−発光ダイオード２１・−・−一−−
−−・−・・・・・−・・発振器２３−・・・・−・・
・・・・−・−・・−・位置センサ２５ａ〜２５ｄ−・
・バンドパスフィルタ３５・・−・〜・・−・−〜−−
−−−−−−送受光１ニット３７・・−−−−−−−−
−−−−−−−・−モデム３９・・・−・・・・・−−
−−−−−−Ｆ　Ｍ変調器４１−−−−−−−−・−・
・−・送信用発光ダイオード４２．４３−・・・・・−
・・カットフィルタ４４・−・−一一一−・・−・・・
−・−発光ダイオード５１−−−−−一・−−−一−−
・−・・・バンドパスフィルタ５２−−−−−−−−−
・−−−−−−一・ＦＭ復調器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 相対移動する相手局に向けた対物レンズの光軸を分割す
   る光軸分割器と、 分割された光軸の一つと直交して結像点の原点からのず
   れを検出する位置センサを備えて、この位置センサの出
   力に基づいて上記対物レンズの光軸を水平及び垂直方向
   に振って相手局に規準させる規準サーボ系と、 分割された他の光軸に連なる送受光器を備えて相手局と
   の間で光通信を行う光通信系とを備え、上記規準サーボ
   系と光通信系とで使用波長を異ならせると共に、上記光
   軸分割器に波長選択特性を持たせたことを特徴とする移
   動局間の光通信装置。