TW202306338A - Underwater optical communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係關於一種在水中進行光通信的水中光通信系統。The invention relates to an underwater optical communication system for optical communication in water.
以往,作為用於從進行水中探查的水中載具等傳輸資料的水中無線通信手段,已有採用「使用水中之減衰較小的音波」之通信。如此之藉由音波進行的無線通信,會有「因為音波的水中傳播速度較低及音波的頻率較低,而僅能實現數十kbps左右的低通信速度」這樣的問題。Conventionally, as an underwater wireless communication means for transmitting data from an underwater vehicle or the like for underwater exploration, there has been a communication using "sound waves with small attenuation in water". Such wireless communication using sound waves has the problem of "only a low communication speed of tens of kbps can be realized because the propagation speed of sound waves in water is low and the frequency of sound waves is low."
因此,近年來作為水中無線通信手段,已有人提議一種光無線通信系統,其使用了利用可見光作為通信光的水中光通信裝置。水中光通信裝置包含:雷射光源,其射出由可見光所組成的雷射光;及受光部,接收從雷射光源射出的雷射光。作為光無線通信系統的一例,吾人可舉出在「設於航行在水中之移動體的第一水中光通信裝置」與「設於固定設置在水中之基地台的第二水中光通信裝置」之間,藉由互相傳送通信光而進行無線通信的構成(例如,專利文獻1、2)。Therefore, in recent years, as an underwater wireless communication means, an optical wireless communication system using an underwater optical communication device using visible light as communication light has been proposed. The underwater optical communication device includes: a laser light source that emits laser light composed of visible light; and a light receiving unit that receives the laser light emitted from the laser light source. As an example of an optical wireless communication system, we can cite the difference between "the first underwater optical communication device installed on a mobile body navigating in water" and "the second underwater optical communication device installed at a base station fixedly installed in water". A configuration in which wireless communication is performed by transmitting communication light between them (for example,
可見光和音波相比,水中的減衰較小。又,由於可見光和音波相比,傳播速度及頻率較高,故藉由使用可見光的光無線通信,可實現數十Mbps等級的高通信速度。因此,藉由可見光無線通信能以高速進行以動畫為例的大容量資訊之通信。 [先前技術文獻] [專利文獻] Visible light is less attenuated in water than sound waves. In addition, since visible light has a higher propagation speed and frequency than sound waves, optical wireless communication using visible light can achieve high communication speeds on the order of tens of Mbps. Therefore, large-capacity information such as animation can be communicated at high speed by visible light wireless communication. [Prior Art Literature] [Patent Document]
[專利文獻1]日本特開2018-007069號公報 [專利文獻2]日本特開2019-114939號公報 [Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2018-007069 [Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2019-114939
﹝發明所欲解決之問題﹞﹝The problem the invention intends to solve﹞
然而,在具有如此之構成的習知例之情況下,會有以下問題。However, in the case of the conventional example with such a structure, the following problems arise.
由於通信光和以音波為例的一般電磁波相比,方向性較高,因此單體的光無線通信裝置在可傳送通信光的方向上會有限制。因此,如圖12所示,在以朝航行於水中WA的移動體101之前方(在圖中為左方)傳送通信光TL的方式設置水中光通信裝置102的情況下,搭載於移動體101之水中光通信裝置102無法對移動體101的側方或是後方傳送通信光TL。Since communication light is more directional than general electromagnetic waves such as sound waves, a single optical wireless communication device is limited in the direction in which communication light can be transmitted. Therefore, as shown in FIG. 12 , when the underwater
因此,如圖12所示,在移動體101以背對配置有水中光通信裝置104之基地台103的方式進行水中航行時,移動體101無法使用水中光通信裝置102與基地台103的水中光通信裝置104進行光通信。為了成為可與水中光通信裝置104光通信的狀態,必須在水中使移動體101進行方向轉換,以使移動體101與基地台103相向。由於在水中進行如此之方向轉換需要時間,故會發生水中光通信中斷一定時間的情況。Therefore, as shown in FIG. 12 , when the
作為緩和這樣的通信方向限制而可實現持續通信的方法,如圖13所示,使搭載於移動體101之水中光通信裝置102的數量增多,而成為可往多方向傳送通信光TL的構成,乃為吾人所想得到的。然而,若在移動體101增加水中光通信裝置102的搭載數量,則會有無法避免移動體101大型化及重量增大等問題的疑慮。又,就一例而言,在觀測狹窄空間等情況下,依觀測對象及觀測環境,有時必須將移動體101的大小限制在一定以下。此情況下,即難以在移動體101增設水中光通信裝置102。As a method of alleviating such communication direction restriction and realizing continuous communication, as shown in FIG. It is what we want. However, if the number of underwater
本發明係鑑於如此之情事而完成者,其目的在於提供一種水中光通信系統,既可避免水中光通信裝置的增設,又可涵蓋更廣範圍進行通信。 [解決問題之技術手段] The present invention is made in view of such circumstances, and its purpose is to provide an underwater optical communication system that can avoid the addition of underwater optical communication devices and can communicate over a wider area. [Technical means to solve the problem]
本發明為了達成如此之目的,係採用如下之構成。 亦即,依本發明之一態樣,係在「配置於固定在水中之固定結構物的第一光通信裝置」與「配置於在水中移動之移動體的第二光通信裝置」之間,進行通信的水中光通信系統;該第一光通信裝置及該第二光通信裝置各自包含:發送雷射光的光發送部、及接收該雷射光的光接收部;該水中光通信系統更包含:光反射部,使從該第一光通信裝置及該第二光通信裝置其中一者所具備之該光發送部發送之雷射光的至少一部分反射,並使反射之該雷射光被該第一光通信裝置及該第二光通信裝置其中另一者所具備之該光接收部接收。 [發明效果] In order to achieve such an object, the present invention employs the following constitutions. That is, according to one aspect of the present invention, between "the first optical communication device disposed on a fixed structure fixed in water" and "the second optical communication device disposed on a mobile body moving in water", An underwater optical communication system for communication; the first optical communication device and the second optical communication device each include: an optical sending unit for sending laser light, and a light receiving unit for receiving the laser light; the underwater optical communication system further includes: a light reflection unit that reflects at least a part of the laser light transmitted from the optical transmission unit included in one of the first optical communication device and the second optical communication device, and makes the reflected laser light be captured by the first light The light receiving unit included in the other of the communication device and the second optical communication device receives the light. [Invention effect]
依本發明的水中光通信系統,係在「配置於固定在水中之固定結構物的第一光通信裝置」與「配置於在水中移動之移動體的第二光通信裝置」之間進行通信的水中光通信系統,其包含光反射部。光反射部,使從「第一光通信裝置及第二光通信裝置其中一者所具備之光發送部」發送之雷射光的至少一部分反射,並使反射之雷射光被第一光通信裝置及第二光通信裝置其中另一者所具備之光接收部接收。According to the underwater optical communication system of the present invention, communication is performed between "the first optical communication device arranged on a fixed structure fixed in water" and "the second optical communication device arranged on a mobile body moving in water". The underwater optical communication system includes a light reflection part. The light reflection unit reflects at least a part of the laser light transmitted from the "optical transmission unit included in one of the first optical communication device and the second optical communication device", and makes the reflected laser light reflected by the first optical communication device and the second optical communication device. The light receiving unit included in the other of the second optical communication devices receives the light.
在依本實施態樣的水中光通信系統中,藉由使用光反射部,不僅可進行以光接收部直接接收從光發送部發送之雷射光的直接式水中光通信,亦可進行以光接收部接收從光發送部發送並被光反射部反射之雷射光的間接式水中光通信。在間接式水中光通信中,可藉由以光反射部使從光發送部往水中射出之雷射光反射,而將雷射光的行進方向變更為與雷射光當初射出之方向不同的方向。就一例而言,藉由以光反射部使往移動體之前方射出之雷射光反射,可將反射之雷射光傳送至移動體的側方或是後方。In the underwater optical communication system according to this embodiment, by using the light reflecting part, not only the direct underwater optical communication in which the laser light transmitted from the light transmitting part is directly received by the light receiving part, but also the optical receiving part can be performed. The indirect underwater optical communication in which the part receives the laser light transmitted from the light transmitting part and reflected by the light reflecting part. In the indirect underwater optical communication, the traveling direction of the laser light can be changed to a direction different from the direction in which the laser light was originally emitted by reflecting the laser light emitted from the light transmitting part into the water by the light reflecting part. For example, by reflecting the laser light emitted to the front of the moving body by the light reflecting part, the reflected laser light can be transmitted to the side or rear of the moving body.
因此,對於可搭載之第二光通信裝置的數量及大小受到限制的移動體而言,即使係在直接式水中光通信中無法通信之範圍,只要透過間接式水中光通信便可進行通信。從而,透過可進行接收被光反射部反射之光的間接通信,可在不於移動體增設第二光通信裝置的情況下,飛躍式地擴大移動體的可通信範圍。Therefore, for a mobile body whose mountable second optical communication devices are limited in number and size, even in a range where direct underwater optical communication cannot communicate, only indirect underwater optical communication can communicate. Therefore, through the indirect communication that can receive the light reflected by the light reflection part, the communication range of the mobile body can be greatly expanded without adding a second optical communication device to the mobile body.
以下,參照圖式說明本發明的實施態樣。 [第一實施態樣] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. [First Embodiment]
<整體構成之說明>
參照圖1等,說明依第一實施態樣的水中光通信系統50之概略構成。第一實施態樣係以在深海或是湖底等進行水中光通信的通信系統為例來進行說明。又,如圖1等所示,將互相直交的兩個水平方向分別設為x方向及y方向。x方向係相當於圖式中的左右水平方向。又,將鉛直方向設為z方向。
<Description of overall structure>
Referring to Fig. 1 etc., the schematic configuration of the underwater
如圖1所示,在以海中為例的水中WA,水中光通信系統50包含:第一光通信裝置1、第二光通信裝置2及反射材11。As shown in FIG. 1 , in underwater WA, taking the sea as an example, the underwater
第一光通信裝置1係配置於設置在水底WB的固定結構物51。作為固定結構物51的例子,可舉例觀測用的基地台等。固定結構物51係經由電纜而與未圖示的外部站連接。外部站就一例而言,可舉例位於水上的船艦或是設於地上的地上基地等。The 1st
第二光通信裝置2係配置於在水中WA移動的移動體52。移動體52係藉由在水中WA移動,而進行以管路為例的水中結構物之檢查。作為移動體52的例子,可舉例ROV(Remotely Operated Vehicle,遙控載具)或是AUV(Autonomous Underwater Vehicle,自主式水下載具)等。The second
如圖2所示,第一光通信裝置1包含:雷射光源3、光接收部5及控制部7。第二光通信裝置2包含:雷射光源4、光接收部6、控制部8及觀測裝置9。As shown in FIG. 2 , the first
雷射光源3及雷射光源4分別包含半導體雷射及準直透鏡,以準直透鏡調整藉由半導體雷射產生的雷射光,以作為包含通信資訊之通信光TL而朝水中WA射出。如圖1所示,通信光TL係透射過分別設於第一光通信裝置1及第二光通信裝置2的窗部WD,而朝水中WA射出。雷射光源3及雷射光源4係相當於本發明中的光發送部。The
光接收部5接收從設於第二光通信裝置2之雷射光源4發送的雷射光。控制部7包含中央運算處理裝置(CPU:Central Processing Unit,中央處理單元)等,對於藉由光接收部5接收之雷射光所包含的資訊進行各種處理,同時統籌控制設於第一光通信裝置1的各構成。亦即,控制部7係藉由對進行過光電轉換及放大處理的通信光TL之訊號進行各種資訊處理,而產生以影像資訊或是動畫資訊為例的通信資訊。The
光接收部6接收從設於第一光通信裝置1的雷射光源3發送之雷射光。控制部8係對藉由光接收部6接收之雷射光所包含的資訊,進行各種處理而產生通信資訊,同時統籌控制設於第二光通信裝置2的各構成。觀測裝置9就一例而言為水中相機,其觀測在水中WA的觀測對象,並取得照片或是動畫等資訊。The
光接收部5及光接收部6分別包含受光元件。受光元件各自可接收以通信光TL為例的光,並進行光電轉換。作為受光元件的例子,可舉例光電倍增管或是雪崩光電二極體等。受光元件係配置於密封型耐水壓容器亦即保護容器的內部,並從水中WA等外部環境隔離。The
在本實施例中,移動體52為比較小型的結構物,如圖1等所示,搭載有一個第二光通信裝置2。第二光通信裝置2配置有窗部WD等,而可朝移動體52之行進方向FW射出通信光TL。另一方面,固定結構物51為比較大型的結構物,可搭載複數之第一光通信裝置1。In this embodiment, the
搭載於固定結構物51的複數之第一光通信裝置1,係配置成使各窗部WD分別朝向不同方向。藉由使各窗部WD朝向不同方向,可藉由任一個第一光通信裝置1接收從各個方向對固定結構物51入射的光。又,藉由使用第一光通信裝置1之任一者,可從固定結構物51往各個方向射出通信光TL。從第一光通信裝置1或是第二光通信裝置2射出之通信光TL的擴散角度θ,就一例而言為40°左右。The plurality of first
反射材11就一例而言係設於水底WB,並使通信光TL反射。作為構成反射材11的材料,例如可舉例反射鏡或是稜鏡。在反射材11為反射鏡的情況下,可舉例反射面為鏡面亦即鏡面反射鏡,或是在反射面施行過漫射處理的毛玻璃狀之漫射反射鏡作為構成例。就將反射之通信光TL以更廣的擴散角度輻射狀地反射此點而言,反射材11較佳為漫射反射鏡。The
在反射材11中,反射光的反射面之形狀可為平面狀,亦可具有曲面。在本實施例中,反射材11係使用設於水底WB的板狀構件。在第一實施態樣中,反射材11相當於本發明中的光反射器。In the
反射材11係固定配置於固定結構物51的周圍。具體而言,係在以固定結構物51為中心,且以通信光TL的可到達距離F為半徑的圓形區域之內部配置有既定數量的反射材11。配置反射材11的位置及方向,係預先設定為可將從第一光通信裝置1及第二光通信裝置2其中一者射出之通信光TL加以反射,並入射至第一光通信裝置1及第二光通信裝置2其中另一者。The
亦即,配置於第一光通信裝置1的光接收器5,不僅可直接接收從雷射光源4射出之通信光TL,亦可接收從雷射光源4射出後被反射材11反射之通信光TL(反射通信光TLR)。同樣地,配置於第二光通信裝置2的光接收器6,不僅可直接接收從雷射光源3射出之通信光TL,亦可接收從雷射光源3射出後被反射材11反射之通信光TL(反射通信光TLR)。That is, the
如此,第一光通信裝置1及第二光通信裝置2,不僅可互相直接發送接收通信光TL,亦可經由反射材11而間接地發送接收通信光TL,藉此進行水中光無線通信。又,藉由預先調整反射材11之光反射面所朝向的方向,可任意決定反射通信光TLR行進的方向。In this way, the first
<第一實施態樣的使用例>
此處,針對依第一實施態樣的水中光通信系統50之使用例進行說明。在第一實施態樣中,係以第二光通信裝置2對第一光通信裝置1發送雷射光的情況為例來進行說明。亦即,移動體52係沿著行進方向FW在水中WA航行,並藉由觀測裝置9進行檢查而取得動畫等檢查資訊。第二光通信裝置2係將取得到的檢查資訊轉換成通信光TL,並將該通信光TL對設於固定結構物51的第一光通信裝置1進行通信。
<Use example of the first embodiment>
Here, an example of use of the underwater
圖3係顯示水中光通信系統50藉由直接通信而進行水中光無線通信之狀態的圖式。在移動體52的行進方向FW上具有固定結構物51的情況下,第一光通信裝置1所具有的窗部WD與第二光通信裝置2所具有的窗部WD會呈相向狀態。此情況下,從第二光通信裝置2所具備的雷射光源4射出之通信光TL會往第一光通信裝置1直線前進,並可直接入射至第一光通信裝置1。亦即,從雷射光源4射出之通信光TL會被光接收部5的受光元件直接接收,並藉由光電轉換等資訊處理而轉換成通信資訊。如此,在第二光通信裝置2所射出之通信光TL的範圍內存在第一光通信裝置1的情況下,可進行藉由直接通信所進行的水中光無線通信。FIG. 3 is a diagram showing a state in which the underwater
另一方面,根據移動體52的行進方向FW,有時會無法進行藉由直接通信所進行的水中光無線通信。亦即,在移動體52的後方(與行進方向FW為相反方向)存在固定結構物51的情況下,第二光通信裝置2無法朝移動體52的後方射出通信光TL。因此,無法使第一光通信裝置1直接接收從第二光通信裝置2射出之通信光TL。On the other hand, depending on the traveling direction FW of the
在無法直接通信的情況下,依本實施例的水中光通信系統50係使用反射材11間接地進行水中光無線通信。圖4係顯示水中光通信系統50藉由間接通信進行水中光無線通信之狀態的圖式。In the case where direct communication is not possible, the underwater
在圖4中,移動體52的行進方向FW為左方向,固定結構物51係處於位在移動體52後方的狀態。另一方面,反射材11係存在於移動體52的行進方向FW上。因此,移動體52係從第二光通信裝置2的雷射光源4往反射材11射出通信光TL。從第二光通信裝置2之窗部WD朝水中WA射出的通信光TL,會被反射材11的反射面反射。In FIG. 4 , the traveling direction FW of the
反射材11之反射面的方向係預先設定成:被反射材11反射之通信光TL(反射通信光TLR)的至少一部分會被第一光通信裝置1接收。因此,反射通信光TLR的至少一部分係入射至第一光通信裝置1的窗部,而被光接收部5的受光元件接收,並藉由光電轉換等資訊處理轉換成通信資訊。The direction of the reflection surface of the
又,反射通信光TLR的擴散角度θa就一例而言係120°左右。藉由使反射通信光TLR的擴散角度θa大於通信光TL的擴散角度θ,和使通信光TL直接被第一光通信裝置1接收的直接通信相比,使用反射材11而使反射通信光TLR被第一光通信裝置1接收的間接通信,可使光更確實地被第一光通信裝置1接收。In addition, the spread angle θa of the reflected communication light TLR is, for example, about 120°. By making the divergence angle θa of the reflected communication light TLR larger than the divergence angle θa of the communication light TL, the reflected communication light TLR can be made larger than the direct communication in which the communication light TL is directly received by the first
如圖5所示,反射材11係以圍繞固定結構物51的方式配置複數個。就一例而言,當移動體52於圖5中以實線所示之位置朝行進方向FW1航行時,複數之反射材11中,反射材11a係存在於通信光TL的範圍內。因此,從移動體52射出的通信光TL會被反射材11a反射,而使反射通信光TL可傳送至存在於移動體52後方的固定結構物51。又,當移動體於圖5中以點線所示的位置朝行進方向FW2航行時,複數之反射材11中,反射材11b係使從移動體52射出的通信光TL反射,而使反射通信光TLR可傳送至存在於移動體52側方的固定結構物51。As shown in FIG. 5 , a plurality of
如此,藉由配置使通信光TL反射的反射材11,即使係使通信光TL僅往移動體52前方射出的構成,亦可對存在於移動體52側方或是後方的通信對象物(此處為固定結構物51),進行水中光通信。亦即,即使係在第二光通信裝置2之通信光TL的到達範圍內未存在第一光通信裝置1的情況下,只要在第二光通信裝置2之通信光TL的到達範圍內存在反射材11,便可在第一光通信裝置1與第二光通信裝置2之間進行水中光通信。因此,可使搭載於移動體52之第二光通信裝置2的數量降低,並可在移動體52的周圍,飛躍式地擴大移動體52可進行水中光通信的範圍。In this way, by arranging the
又,反射材11只要以能反射光的材料構成,便可隨時反射通信光TL。亦即,水中光通信系統50在進行藉由反射通信光TLR所進行的間接式水中光通信時,不需要對反射材11進行電力供給。又,亦不需要對反射材11連接以通信用電纜為例的有線通信設備。因此,可使水中光通信系統50簡化,並可擴大移動體52的可通信範圍。再者,由於可避免「起因於電力供給或是有線通信設備之問題而導致間接式水中光通信中斷」這樣的事態,故可更確實進行持續的水中光通信。In addition, as long as the
在水中光通信系統50中配置的反射材11之數量、及反射材11所配置的位置,宜根據通信光TL的擴散角度θ等適當設定。藉由根據擴散角度θ來配置複數之反射材11,無論水中WA的移動體52之位置及行進方向FW為何,均會在從移動體52射出之通信光TL的到達範圍內,確實地存在至少一個反射材11。The number of
特別是,藉由將(360/θ)個反射材11配置於固定結構物51的周圍,可擴大移動體52的可通信範圍。就一例而言,在擴散角度θ為40°的情況下,藉由將九個反射材11配置於固定結構物51的周圍,無論移動體52的行進方向FW為哪個方向,均可在移動體52與固定結構物51之間進行水中光無線通信。亦即,無論背向固定結構物51的移動體52往哪一個行進方向FW移動,在從移動體52射出之通信光TL的到達範圍內,均會確實存在至少一個反射材11。因此,從第二光通信裝置2射出之通信光TL會被反射材11反射,而可將反射通信光TLR確實傳送至固定結構物51。In particular, by arranging (360/θ) reflectors 11 around the fixed
<藉由第一實施態樣之構成所達到之效果>
依本實施態樣的水中光通信系統50,可在配置於固定結構物51的第一光通信裝置1與配置於移動體52的第二光通信裝置2之間,進行間接式水中光無線通信。亦即,以反射材11反射從第一光通信裝置1及第二光通信裝置2其中一者射出的通信光TL。又,第一光通信裝置1及第二光通信裝置2其中另一者,可藉由接收由反射材11反射的通信光TL,而取得與通信光TL有關的通信資訊。
<Effects achieved by the configuration of the first embodiment>
According to the underwater
在以往的水中光通信系統中,僅進行直接式水中光通信。亦即,從其中一個光通信裝置射出之通信光會往另一個光通信裝置直線前進,並藉由該另一個光通信裝置直接接收直線前進的通信光,而進行水中光無線通信。然而,由於通信光的方向性較高,因此在僅進行直接通信的以往之系統中,能以水中光無線通信傳輸資訊的範圍係限定於非常狹窄的範圍。In conventional underwater optical communication systems, only direct underwater optical communication is performed. That is, the communication light emitted from one of the optical communication devices travels straight to the other optical communication device, and the other optical communication device directly receives the straight communication light to perform underwater optical wireless communication. However, due to the high directivity of communication light, in conventional systems that only perform direct communication, the range in which information can be transmitted by underwater optical wireless communication is limited to a very narrow range.
在依本實施態樣的水中光通信系統50中,藉由使用反射材11,不僅可進行直接接收光的直接式水中光通信,亦可進行接收反射光的間接式水中光通信。亦即,第一光通信裝置1及第二光通信裝置2,不僅可接收朝自身直接射出的通信光TL,亦可接收藉由反射材11反射的通信光TL亦即反射通信光TLR。In the underwater
在因檢查之環境等而將移動體52之大小限定在一定以下的情況下,可搭載於移動體52的第二光通信裝置2之數量及大小會受到限制。再者,由於通信光TL方向性高且擴散角度小,因此從移動體52可射出通信光TL的範圍係限定在狹窄的範圍。就一例而言,通信光TL的可射出之範圍係限定於移動體52的前方。When the size of the
然而,藉由以反射材11反射從第二光通信裝置2在水中WA射出之通信光TL,可將通信光TL的行進方向變更為與通信光TL當初射出之方向不同的方向。亦即藉由以反射材11反射往移動體52之前方射出的通信光TL,可將反射之通信光TL亦即反射通信光TLR傳送至移動體52的側方或是後方。However, by reflecting the communication light TL emitted from the second
可根據反射材11的反射面之形狀或是方向,而藉由反射任意變更通信光TL行進的方向。從而,透過能夠接收藉由反射材11反射之光的間接通信,可在不於移動體52增設第二光通信裝置2的情況下,飛躍式地擴大移動體52的可通信範圍。
[第二實施態樣]
According to the shape or direction of the reflection surface of the
接著,說明本發明的第二實施態樣。在第一實施態樣中,係顯示在以海中為例的開放空間中,進行水中光無線通信的構成,但在第二實施態樣中,係以在貯水槽21的內部亦即封閉空間內進行水中光無線通信的構成為例,來進行說明。又,對於與第一實施態樣共通之構成,係賦予並圖示相同的符號,而省略其說明。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, it is shown that in an open space such as the sea, the configuration of underwater optical wireless communication is performed, but in the second embodiment, it is in the inside of the
關於使用依第二實施態樣之水中光通信系統50A的貯水槽21,圖6係顯示其縱剖面圖,圖7係顯示其橫剖面圖。貯水槽21包含圓筒狀的外壁23及支柱25。亦即,貯水槽21的內部係被外壁23所包圍的封閉空間。形成封閉空間的外壁23之內面,可反射從雷射光源3或雷射光源4射出之通信光TL。作為外壁23之內面的構成例,可舉例反射面為鏡面的鏡面反射鏡,或是在反射面施行過漫射處理的毛玻璃狀之漫射反射鏡等。在第二實施態樣中,外壁23相當於本發明中的光反射器。Regarding the
支柱25係直立設置於貯水槽21的底部KB,並以會遮擋通信光TL的材料構成。在第二實施態樣中,係以支柱25作為遮擋通信光TL之結構物的例子。第一光通信裝置1係配置於「設在貯水槽21之底部KB的固定結構物51」。第二光通信裝置2係設於移動體52,移動體52係在水中WA航行,並對貯水槽21的內部進行各種檢查。The
<第二實施態樣的使用例>
此處,針對依第二實施態樣的水中光通信系統50A之使用例進行說明。在第二實施態樣中,係與第一實施態樣相同,以由第二光通信裝置2發送通信光TL,並且由第一光通信裝置1接收該通信光TL的情況為例進行說明。
<Example of use of the second embodiment>
Here, an example of use of the underwater optical communication system 50A according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the same as the first embodiment, the case where the communication light TL is transmitted by the second
如圖7所示,在移動體52的行進方向FW上存在固定結構物51,並且以支柱25為例的遮蔽物不存在於行進方向FW時,可藉由直接通信進行水中光通信。此情況下,從第二光通信裝置2所具備的雷射光源4射出之通信光TL可直接入射至第一光通信裝置1。亦即,從雷射光源4射出的通信光TL係被光接收部5的受光元件直接接收,並藉由光電轉換等資訊處理而轉換成通信資訊。As shown in FIG. 7 , when there is a fixed
另一方面,除了在移動體52的行進方向FW上不存在固定結構物51之外,當在移動體52與固定結構物51之間存在有支柱25時,亦無法藉由直接通信進行水中光通信。亦即,當固定結構物51與移動體52與支柱25係處於如圖8所示之位置關係時,在移動體52的行進方向FW上存在有固定結構物51。然而,由於在固定結構物51與移動體52之間存在有遮蔽光的支柱25,故朝移動體52之行進方向FW射出的通信光TL會被支柱25所遮擋。因此,即使在移動體52的行進方向FW上存在有固定結構物51,從第二光通信裝置2射出的通信光TL亦無法直接傳送至第一光通信裝置1。On the other hand, in addition to the fact that there is no fixed
在如圖8所示的狀態中,為了在第一光通信裝置1與第二光通信裝置2之間進行直接式水中光通信,必須使移動體52大幅度繞過支柱25而移動至不會受到支柱25遮蔽的位置。就一例而言,移動體52必須從圖8所示的位置,迂迴移動至圖7所示之位置。為了進行如此之迂迴移動,需要非常長的時間。在進行迂迴移動的期間,直接式水中光通信會被中斷。In the state shown in FIG. 8, in order to perform direct underwater optical communication between the first
因此,在難以進行直接式水中光通信的情況下,依第二實施態樣的水中光通信系統50A,係使用以能使光反射之方式構成的外壁23,而進行間接式水中光通信。亦即,使移動體52的行進方向FW從圖8所示之方向變更成圖9所示之方向。換言之,使移動體52的行進方向FW變更,以從移動體52與支柱25相向的狀態成為移動體52與外壁23相向的狀態。Therefore, when it is difficult to perform direct underwater optical communication, the underwater optical communication system 50A according to the second embodiment uses the
在使移動體52的行進方向FW變更後,移動體52係從第二光通信裝置2朝外壁23射出通信光TL。射出之通信光TL會射到外壁23而反射。被外壁23反射的通信光TL亦即反射通信光TLR,係在不會被支柱25遮擋的情況下,朝固定結構物51前進,並被第一光通信裝置1接收。如此,即使不使移動體52移動,藉由以繞過支柱25這樣的軌跡反射通信光TL,亦可進行第一光通信裝置1與第二光通信裝置2的水中光無線通信。After the traveling direction FW of the moving
此情況下,由於使移動體52之行進方向FW些微變更便可進行間接式水中光無線通信,故不需要使移動體52本身移動以繞過支柱25。移動體52之行進方向FW的變更所需之時間,和為了使移動體52本身迂迴移動所需要的時間相比非常短。因此,藉由以繞過光遮蔽物亦即支柱25這樣的軌跡反射通信光TL,可大幅提高水中光無線通信的持續性。In this case, since the indirect underwater optical wireless communication can be performed by slightly changing the traveling direction FW of the
<依第二實施態樣的效果>
依本實施態樣的水中光通信系統50A,係在封閉空間亦即貯水槽21的內部,藉由使用形成該封閉空間之外壁23反射光,而進行間接式水中光無線通信。亦即,藉由以形成於外壁23之內面的光反射面反射從配置於移動體52之第二光通信裝置2射出的通信光TL,並以配置於固定結構物51的第一光通信裝置1接收,而傳送通信光TL。
<Effect according to the second embodiment>
The underwater optical communication system 50A according to the present embodiment performs indirect underwater optical wireless communication by using reflected light from the
如第一實施態樣所述,在開放空間中進行使用反射通信光TLR的間接式水中光無線通信時,必須在固定結構物51的周圍配置以反射材11為例的反射光之結構物。另一方面,如第二實施態樣所述,在以貯水槽21為例的封閉空間中進行間接式水中光無線通信時,藉由使形成該封閉空間之外壁23的內面以能反射光的方式構成,可將外壁23本身作為光反射器來使用。藉由將外壁23作為光反射器來使用,可不必在貯水槽21的內部配置以反射材11為例的新的結構物。因此,可降低水中光通信系統50A的成本。As described in the first embodiment, when the indirect underwater optical wireless communication using the reflected communication light TLR is performed in an open space, light-reflecting structures such as the
又,由於在第一實施態樣中所使用的反射材11其可配置的數量及大小具有限界,故反射光的反射面之廣度會受到限制。另一方面,在第二實施態樣中,形成封閉空間的外壁23預先以無間隙的方式配置成包圍住固定結構物51及移動體52之周圍。因此,藉由將該外壁23的內面作為光反射器使用可擴大光反射面的大小。其結果,即使在將方向性較高的光作為通信資訊使用的情況下,亦可使光反射面存在於從第二光通信裝置2射出之通信光TL的傳輸範圍內的頻率大幅提高。從而,由於可使被外壁23反射的反射通信光TLR到達的範圍更廣,故可使間接式水中光無線通信的有效範圍更廣。In addition, since the number and size of the
<態樣> 本案所屬技術領域中具通常知識者,應能理解上述例示性的實施態樣為以下態樣的具體例。 <Specification> Those with ordinary knowledge in the technical field to which this case belongs should be able to understand that the above illustrative implementation aspects are specific examples of the following aspects.
(第1項)
依一態樣的水中光通信系統50,係在「配置於固定在水中WA之固定結構物51的第一光通信裝置1」與「配置於在水中WA移動之移動體52的第二光通信裝置2」之間進行通信的水中光通信系統,第一光通信裝置1及第二光通信裝置2各自包含:雷射光源(3、4),發送雷射光亦即通信光TL;及光接收部(5、6),接收通信光TL;水中光通信系統50更包含反射材11,使從第一光通信裝置1及第二光通信裝置2其中一者所具備的雷射光源(3、4)發送之通信光TL的至少一部分反射,並使反射的通信光TL被第一光通信裝置1及第二光通信裝置2其中另一者所具備的光接收部(5、6)接收。
(item 1)
According to one aspect of the underwater
依第1項所記載的水中光通信系統,藉由使用將通信光TL反射的反射材11,不僅可進行以光接收部直接接收從雷射光源發送之通信光TL的直接式水中光通信,亦可進行以光接收部接收從雷射光源發送後被反射材11反射之通信光TL的間接式水中光通信。在間接式水中光通信中,可藉由以反射材11反射從雷射光源往水中射出的通信光TL,而使通信光TL的行進方向變更為與通信光TL當初射出之方向不同的方向。就一例而言,藉由以光反射部反射朝移動體52之前方射出的通信光TL,可使反射之通信光TL傳送至移動體52的側方或是後方。According to the underwater optical communication system described in
因此,對於可搭載的第二光通信裝置2之數量及大小受到限制的移動體52而言,即使係直接式水中光通信中無法進行通信的範圍,只要藉由間接式水中光通信亦可對該範圍進行通信。從而,藉由進行接收被反射材11反射之光的間接通信,可在不於移動體52增設第二光通信裝置2的情況下,飛躍式地擴大移動體52的可通信範圍。Therefore, for the
(第2項)
在第1項所記載的水中光通信系統中,反射材11係對使通信光TL反射之反射面施行過漫射處理的漫射反射鏡,反射材11宜藉由施行過該漫射處理的反射面而將通信光TL輻射狀地反射。
(item 2)
In the underwater optical communication system described in
依第2項所記載的水中光通信系統,反射材11係對使通信光TL反射之反射面施行過漫射處理的漫射反射鏡。因此,可使藉由反射材11而漫射反射的通信光TL之擴散角度更大。從而,由於可使藉由反射材11而反射之通信光TL到達的範圍更廣,故可在不於移動體52增設第二光通信裝置2的情況下,進一步擴大移動體52的可通信範圍。According to the underwater optical communication system described in
(第3項)
在第1項所記載的水中光通信系統中,反射材11其使通信光TL反射的反射面為凸狀球面,反射材11宜藉由成為凸狀球面的反射面,而將通信光TL輻射狀地反射。
(item 3)
In the underwater optical communication system described in
依第3項所記載的水中光通信系統,由於反射材11其使通信光TL反射的反射面為凸狀球面,因此可使藉由反射材11而反射的通信光TL之擴散角度更大。從而,由於可使反射之通信光TL到達的範圍更廣,故可在不於移動體52增設第二光通信裝置2的情況下,進一步擴大移動體52的可通信範圍。According to the underwater optical communication system described in
(第4項)
第1項至第3項中任一項所記載的水中光通信系統中,移動體52及固定結構物51,係配置於由外壁23所區隔出的貯水槽21之內部,使通信光TL反射的光反射部可為外壁23。
(item 4)
In the underwater optical communication system described in any one of
依第4項所記載的水中光通信系統,可將貯水槽21的必要構成元件並且預先形成的外壁23作為光反射部來使用。因此,由於不需要新設置反射光的結構物,故可抑制水中光通信系統的成本上升。又,由於外壁23係以無間隙的方式配置於移動體52及固定結構物51的周圍,故可使通信光TL反射的光反射面較廣。因此,可更確實地避免在從雷射光源往水中射出之通信光TL的到達範圍內,不存在光反射面這樣的事態。According to the underwater optical communication system described in
(第5項)
第1項至第4項中任一項所記載的水中光通信系統中,反射材11係在以固定結構物51為中心並以通信光TL之射程距離為半徑的圓之內部,配置複數個,配置反射材11的位置宜設定成:使複數之反射材11中至少一個,能接收從第一光通信裝置1或是第二光通信裝置2發送之通信光TL。
(item 5)
In the underwater optical communication system described in any one of
依第5項所記載的水中光通信系統,係將配置反射材11的位置設置成:使反射材11中至少一個能接收從第一光通信裝置1或是第二光通信裝置2發送的通信光TL。因此,可更確實地避免在從雷射光源往水中射出之通信光TL的到達範圍內,因未存在反射材11而無法反射通信光TL這樣的事態。According to the underwater optical communication system described in
<其他實施態樣> 又,本次所揭露的實施例其所有內容僅為例示而非限制。本發明之範圍係包含申請專利範圍、及在與申請專利範圍均等意義及範圍內的所有變更。作為例子,本發明可如下述般進行變形實施。 <Other forms of implementation> In addition, all the content of the embodiment disclosed this time is an illustration and a limitation. The scope of the present invention includes the scope of the patent application and all changes within the meaning and range equivalent to the scope of the patent application. As an example, the present invention can be modified and implemented as follows.
(1)在上述各實施態樣中,係以配置於移動體52的第二光通信裝置2為通信光TL之傳輸側的構成為例示並進行說明,但亦可係配置於固定結構物51的第一光通信裝置1為通信光TL之傳輸側。亦即,就一例而言,第一光通信裝置1係將指示移動體52之操作的內容資訊作為通信光TL而往水中WA射出,並以直接或是間接的方式使第二光通信裝置2接收該通信光TL。如此,第一光通信裝置1及第二光通信裝置2可為進行雙方向之水中光無線通信的構成。(1) In each of the above-mentioned embodiments, the second
(2)在上述各實施態樣中,係以藉由反射材11或是外壁23將通信光TL反射一次而進行間接式水中光無線通信的構成為例示,但亦可係藉由將通信光TL反射複數次而朝通信對象傳送通信光TL。圖10係顯示藉由反射材11將通信光TL反射兩次,而從第二光通信裝置2朝第一光通信裝置1傳送通信光TL的構成。(2) In each of the above-mentioned embodiments, the indirect underwater optical wireless communication is performed by reflecting the communication light TL once by the
如此,由於藉由將通信光TL反射複數次,可使通信光TL的軌跡多樣化,故通信光TL的可到達範圍會變得更廣。從而,即使在搭載於移動體52的第二光通信裝置2之數量較少的情況下,可進一步大幅擴大移動體52的可通信範圍。又,即使於存在有以岩石P、配線或是管路為例的複雜形狀之光遮蔽物的情況下,亦較容易以藉由將通信光TL反射複數次而閃避該光遮蔽物的方式,傳送反射通信光TLR。In this way, since the trajectory of the communication light TL can be diversified by reflecting the communication light TL multiple times, the reachable range of the communication light TL becomes wider. Therefore, even when the number of second
(3)在上述第二實施態樣中,係以水中光通信系統50A用於封閉空間之內部的構成為例示,但封閉空間並不限定藉由以外壁23為例的壁部而密封的空間,只要係藉由壁部而與外部區隔出的空間即可。就一例而言,貯水槽21亦可在頂部未形成有外壁23。又,雖將貯水槽21作為水中光通信系統50A進行水中光無線通信之封閉空間亦即與外部區隔出之空間的例子來加以例示但並不限定於此。作為使用水中光通信系統50A的其他例子,可舉例自來水管、排水管或是淨水槽等。又,藉由將使該封閉空間與外部區隔的壁部之內面設為光反射面,可使用該壁部而反射通信光TL,以進行間接式水中光無線通信。(3) In the above-mentioned second embodiment, the underwater optical communication system 50A is used as an example for the inside of the closed space, but the closed space is not limited to the space sealed by the wall part of the
(4)上述各實施態樣中,水中光通信系統50係在兩個光通信裝置之間進行光無線通信的構成,但亦可係在三個以上的光通信裝置之間互相進行水中光無線通信。(4) In the above embodiments, the underwater
(5)上述各實施態樣中,反射材11或是外壁23的光反射面並不限於平面狀,亦可為凸面狀、凹面狀。圖11係顯示使用凸狀球面之反射材11來進行間接式水中光無線通信的狀態。特別是和光反射面為平面狀的情況相比,在光反射面為凸狀球面的情況下,可大幅提高反射通信光TLR之擴散角度θa相對於反射前之通信光TL之擴散角度θ的放大率。因此,可進一步擴大使用雷射光的水中光無線通信之可通信範圍。(5) In the above-mentioned embodiments, the light reflecting surface of the
(6)上述各實施態樣中,第一光通信裝置1及第二光通信裝置2的數量可適當變更。就一例而言,配置於移動體52的第二光通信裝置2之數量並不限於一個,亦可根據移動體52的大小而設置複數個第二光通信裝置2。和僅可進行直接通信的以往之水中光通信系統相比,藉由可將反射通信光TLR傳送至通信對象的間接通信,可在維持第二光通信裝置2之數量的同時,擴大移動體52的可通信範圍。(6) In the above embodiments, the numbers of the first
1:第一光通信裝置
2:第二光通信裝置
3,4:雷射光源
5,6:光接收部
7,8:控制部
9:觀測裝置
11,11a,11b:反射板
21:貯水槽
23:外壁
25:支柱
50,50A:水中光通信系統
51:固定結構物
52:移動體
F:可到達距離
FW,FW1,FW2:行進方向
KB:底部
P:岩石
TL:通信光
TLR:反射通信光
WA:水中
WB:水底
WD:窗部
θa:擴散角度
1: The first optical communication device
2: The second
圖1係說明依第一實施態樣之水中光通信系統之概略構成的前視圖。 圖2係說明依第一實施態樣之水中光通信系統之構成的功能方塊圖。 圖3係說明在第一實施態樣中,藉由直接通信進行水中光通信之狀態的前視圖。 圖4係說明在第一實施態樣中,藉由間接通信進行水中光通信之狀態的前視圖。 圖5係說明在第一實施態樣中,藉由間接通信進行水中光通信之狀態的俯視圖。 圖6係說明依第二實施態樣之水中光通信系統之概略構成的縱剖面圖。 圖7係說明在第二實施態樣中,藉由直接通信進行水中光通信之狀態的橫剖面圖。 圖8係說明在第二實施態樣中,藉由直接通信所進行之水中光通信被遮蔽物阻礙之狀態的橫剖面圖。 圖9係說明在第二實施態樣中,藉由間接通信進行水中光通信之狀態的橫剖面圖。 圖10係說明在變形例中,藉由間接通信進行水中光通信之狀態的俯視圖。 圖11係說明在變形例中,藉由間接通信進行水中光通信之狀態的前視圖。 圖12係說明在以往的態樣中,進行水中光通信之狀態與其問題點的圖式。 圖13係顯示在以往之態樣中之問題點的圖式。 Fig. 1 is a front view illustrating a schematic configuration of an underwater optical communication system according to a first embodiment. Fig. 2 is a functional block diagram illustrating the constitution of the underwater optical communication system according to the first embodiment. Fig. 3 is a front view illustrating a state of underwater optical communication by direct communication in the first embodiment. Fig. 4 is a front view illustrating a state of underwater optical communication by indirect communication in the first embodiment. Fig. 5 is a plan view illustrating a state of underwater optical communication by indirect communication in the first embodiment. Fig. 6 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of an underwater optical communication system according to a second embodiment. Fig. 7 is a cross-sectional view illustrating a state of underwater optical communication by direct communication in the second embodiment. Fig. 8 is a cross-sectional view illustrating a state in which underwater optical communication by direct communication is blocked by a shelter in the second embodiment. Fig. 9 is a cross-sectional view illustrating a state of underwater optical communication by indirect communication in the second embodiment. Fig. 10 is a plan view illustrating a state in which underwater optical communication is performed by indirect communication in a modified example. Fig. 11 is a front view illustrating a state in which underwater optical communication is performed by indirect communication in a modified example. FIG. 12 is a diagram illustrating the state of performing underwater optical communication and its problems in the conventional mode. Fig. 13 is a diagram showing problematic points in the conventional aspect.
1:第一光通信裝置 1: The first optical communication device
2:第二光通信裝置 2: The second optical communication device
11:反射材 11: reflective material
51:固定結構物 51: fixed structure
52:移動體 52: Moving body
FW:行進方向 FW: direction of travel
TL:通信光 TL: communication light
TLR:反射通信光 TLR: reflective communication light
WA:水中 WA: in water
WB:水底 WB: underwater
θa:擴散角度 θa: Diffusion angle
Claims (5)
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