TWI748689B

TWI748689B - 光通訊裝置

Info

Publication number: TWI748689B
Application number: TW109135775A
Authority: TW
Inventors: 西村直喜; 澤隆雄
Original assignee: 日商島津製作所股份有限公司; 國立研究開發法人海洋研究開發機構
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-12-01
Also published as: EP4057526A1; WO2021090481A1; JP7383268B2; US11929786B2; EP4057526A4; US20220376796A1; JPWO2021090481A1; TW202119780A

Abstract

本發明的光通訊裝置包括：多個受光元件，以與多個通道對應的方式設置，接收通訊光；以及控制部，進行將多個受光元件中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。

Description

光通訊裝置

本發明是有關於一種光通訊裝置。

先前，已知一種藉由通訊光進行通訊的光通訊裝置。此種光通訊裝置例如於日本專利特開2018-7069號公報中有揭示。

於所述日本專利特開2018-7069號公報中，揭示有安裝於在水中航行的潛水艇的第一光通訊設備（光通訊裝置）、以及設置於海上的船舶或在水中航行的其他潛水艇的第二光通訊設備（光通訊裝置）。又，於所述日本專利特開2018-7069號公報中，揭示於第一光通訊設備與第二光通訊設備之間，使用作為可見光的通訊光的光訊號經由水中被傳送。所述第一光通訊設備及第二光通訊設備分別於殼體內部包括一個或多個受光元件。

於如在所述日本專利特開2018-7069號公報中記載的現有的光通訊裝置中，受光元件不僅接收通訊光，有時亦接收太陽光等干擾光。此處，於現有的光通訊裝置的多個受光元件中的任一受光元件接收到高強度干擾光的情況下，接收到高強度干擾光的受光元件的輸出（訊號）飽和，因此存在接收到高強度干擾光的受光元件有損傷的擔憂這一問題點。又，於接收到高強度干擾光的受光元件的輸出飽和的情況下，有時亦會對接收到高強度干擾光的受光元件以外的受光元件的光通訊帶來惡劣影響。此種情況下，亦存在下述問題點，即：無法如通常般進行由接收到高強度干擾光的受光元件以外的受光元件實施的光通訊。

本發明是為了解決如上文所述的課題而完成，本發明的目的之一在於提供一種光通訊裝置，可防止接收到高強度干擾光的受光元件的損傷，且即便於多個受光元件中的任一受光元件接收到高強度干擾光的情況下，仍能夠如通常般進行由接收到高強度干擾光的受光元件以外的受光元件實施的光通訊。

為了達成所述目的，本發明的一態樣的光通訊裝置包括：多個受光元件，以與多個通道對應的方式設置，接收通訊光；以及控制部，進行將多個受光元件中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。此處，所謂「將輸出無效化」，是包含停止輸出、忽略輸出等廣義的概念。

根據本發明，如上文所述般，設置控制部，將多個受光元件中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。藉此，於多個受光元件中的任一受光元件接收到作為高強度光的高強度干擾光的情況下，可將接收到高強度干擾光的受光元件的輸出無效化。其結果為，可防止由接收到高強度干擾光的受光元件的輸出（訊號）飽和而引起的、接收到高強度干擾光的受光元件的損傷。又，由於可防止對接收到高強度干擾光的受光元件以外的受光元件的光通訊帶來惡劣影響，因此即便在多個受光元件中的任一受光元件接收到高強度干擾光的情況下，仍可如通常般進行由接收到高強度干擾光的受光元件以外的受光元件實施的光通訊。

以下，基於圖式對將本發明具體化的實施形態進行說明。

（水中光通訊系統）參照圖1，對包括一實施形態的光通訊裝置的水中光通訊系統100的結構進行說明。

如圖1所示，水中光通訊系統100包括第一光通訊裝置1、以及第二光通訊裝置2。再者，第一光通訊裝置1是申請專利範圍的「光通訊裝置」的一例。

第一光通訊裝置1配置於海中等的水中。具體而言，第一光通訊裝置1設置於固定在水中的固定體80。固定體80藉由經由保持構件81設置於水底90，而固定於水中。

第二光通訊裝置2配置於海中等的水中。具體而言，第二光通訊裝置2設置於在水中移動的移動體82。移動體82例如包含自主型無人潛水器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）。

於本實施形態中，水中光通訊系統100構成為：第二光通訊裝置2接收自第一光通訊裝置1發出的通訊光，藉此能夠在第一光通訊裝置1與第二光通訊裝置2之間進行光通訊，且第一光通訊裝置1接收自第二光通訊裝置2發出的通訊光，藉此能夠在第二光通訊裝置2與第一光通訊裝置1之間進行光通訊。再者，於圖1中，圖示第二光通訊裝置2發出通訊光的示例。

於本實施形態中，移動體82在海中移動，藉此例如進行鋪設於海底的構造物的檢查。第二光通訊裝置2構成為將由設置於移動體82的檢測部（未圖示）取得的檢查結果藉由通訊光發送至第一光通訊裝置1。又，第一光通訊裝置1構成為接收自第二光通訊裝置2發送的檢查結果，且將所接收到的檢查結果發送至設置於陸上、或母船等的通訊裝置。再者，當於第一光通訊裝置1與第二光通訊裝置2之間進行光通訊的情況下，使移動體82移動至可通訊區域，進行光通訊。

如圖2所示，第一光通訊裝置1包括多個受光元件11。多個受光元件11構成為接收水中的通訊光。多個受光元件11以與多個通道對應的方式設置。通道的數目並無特別限定，於圖2所示的示例中，第一光通訊裝置1包括二十五個通道。因此，於圖2所示的示例中，第一光通訊裝置1包括二十五個受光元件11。

多個受光元件11例如包含光電子倍增管。此種情況下，多個受光元件11分別包含光電轉換部11a（參照圖4）、以及電子倍增部11b（參照圖4）。光電轉換部11a構成為具有受光面，將通訊光等在受光面接收到的光轉換為電子。電子倍增部11b構成為藉由施加高電壓，而將由光電轉換部11a轉換的電子倍增。又，多個受光元件11配置成陣列狀。再者，所謂陣列狀為包含行狀、矩陣狀等的概念。於圖2所示的示例中，多個受光元件11配置成5×5的矩陣狀。

又，第一光通訊裝置1包括多條光纖12。多條光纖12構成為將通訊光等光引導至多個受光元件11。多條光纖12以與多個受光元件11對應的方式設置。即，於圖2所示的示例中，多條光纖12設置有二十五條。又，多條光纖12分別包含通訊光等光的入光端部12a（集光端部）、以及通訊光等光的出光端部12b。

多個入光端部12a分別配置於多個受光元件11各者的附近。多個入光端部12a分別以與多個受光元件11的受光面相向的方式配置。又，多個出光端部12b分別構成為能夠配置於規定的位置及方向。多個出光端部12b分別構成為能夠配置於互不相同的位置及方向。即，多個出光端部12b的至少一部分能夠配置於互不相同的位置及方向。

又，第一光通訊裝置1包括作為保護容器的密閉耐壓容器13（以兩點鏈線示出）。密閉耐壓容器13構成為配置於水中，收納多個受光元件11及後文所述的控制部15。密閉耐壓容器13構成為將多個受光元件11及控制部15與外部環境隔離。密閉耐壓容器13例如具有圓筒形狀。

多條光纖12構成為出光端部12b設置於密閉耐壓容器13的內部，且入光端部12a設置於密閉耐壓容器13的外部（即水中）。多個入光端部12a分別構成為於密閉耐壓容器13的外部（水中）能夠配置於規定的位置及方向。多條光纖12以經由密閉耐壓容器13的插通部13a自密閉耐壓容器13的內部跨出至外部的方式配置。插通部13a構成為將密閉耐壓容器13的內部空間13b維持為密閉狀態（水密狀態），且能夠供多條光纖12插通。

又，第一光通訊裝置1包括出光端部保持部14。出光端部保持部14構成為分別於多個受光元件11的附近，保持多個出光端部12b。出光端部保持部14以與多個受光元件11各者及多個出光端部12b各者對應的方式設置有多個。即，於圖2所示的示例中，多個出光端部保持部14設置有二十五個。多個出光端部保持部14分別與多個受光元件11的受光面一體地設置。多個出光端部保持部14分別具有插通孔14a。插通孔14a構成為供出光端部12b插入。多個出光端部12b分別構成為在插通於插通孔14a的狀態下由出光端部保持部14保持。

如圖3所示，多個入光端部12a的至少一部分配置於水中的互不相同的位置。入光端部12a的配置位置的數目並無特別限定，於圖3所示的示例中，圖示多個入光端部12a配置於互不相同的五個位置的示例。此種情況下，移動體82可在互不相同的五個位置(可通訊區域)進行光通訊。

又，多個入光端部12a的至少一部分安裝於水中構造物83。水中構造物83並無特別限定，例如可為柱、桿、壁等。作為水中構造物83，可為了第一光通訊裝置1使用而設置構造物，亦可利用已設的構造物。入光端部12a經由固定具安裝於水中構造物83。

如圖2及圖4所示，第一光通訊裝置1包括控制部15。控制部15是包含中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)等處理器(Processor)、以及記憶體(memory)的控制電路。控制部15構成為能夠個別地取得多個受光元件11各者的輸出。又，控制部15構成為能夠個別地控制多個受光元件11各者的增益(gain)。藉此，控制部15構成為能夠個別地控制多個受光元件11各者的感度。

此處，於本實施形態中，如圖5所示，控制部15構成為進行下述控制，即：在不將多個受光元件11中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件11以外的受光元件11的輸出無效化的情況下，將接收到高強度光的受光元件11的輸出無效化。再者，於圖5中，為了易於理解，以陰影圖示接收到高強度光的受光元件11。

例如，於被照射到高強度干擾光的情況下，控制部15構成為進行下述控制，即：在不將多個受光元件11中的、接收到包含高強度干擾光的高強度光的受光元件11以外的受光元件11的輸出無效化的情況下，將接收到包含高強度干擾光的高強度光的受光元件11的輸出無效化。作為可被受光元件11接收的干擾光，例如可舉出太陽光、移動體82的探照光等。

又，例如於被照射到高強度通訊光的情況下，控制部15構成為進行下述控制，即：在不將多個受光元件11中的、接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11以外的受光元件11的輸出無效化的情況下，將接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11的輸出無效化。作為被照射到高強度通訊光的情況，例如可舉出於入光端部12a的附近照射有通訊光的情況等。

具體而言，控制部15構成為進行下述控制，即基於受光元件11的輸出來檢測受光元件11接收到包含高強度干擾光、高強度通訊光等的高強度光。更具體而言，控制部15構成為基於受光元件11的輸出，調整受光元件11的電子倍增部11b的增益（放大率），且於所調整的電子倍增部11b的增益超過界限值的情況下，檢測出受光元件11接收到高強度光。又，控制部15構成為於檢測出受光元件11接收到高強度光的情況下，進行將接收到高強度光的受光元件11的輸出無效化的控制。

將受光元件11的輸出無效化的控制並無特別限制，例如可藉由充分減小接收到高強度光的受光元件11的電子倍增部11b的增益，而停止受光元件11的輸出，從而將受光元件11的輸出無效化。又，例如可藉由忽略接收到高強度光的受光元件11的輸出，而將受光元件11的輸出無效化。

（無效化處理）接著，參照圖6，基於流程圖對由本實施形態的第一光通訊裝置1執行的無效化處理的一例進行說明。再者，無效化處理是分別對多個受光元件11個別地進行的處理。即，於圖6中，示出對一個受光元件11進行的無效化處理。

如圖6所示，首先，於步驟111中，進行受光元件11的輸出的取得。即，於步驟111中，進行由受光元件11接收到的包含干擾光、通訊光等光的強度的取得。然後，於步驟112中，基於受光元件11的輸出進行受光元件11的電子倍增部11b的增益的調整。然後，於步驟113中，進行調整後的電子倍增部11b的增益是否超過界限值的判斷。

然後，當於步驟113中判斷為電子倍增部11b的增益超過界限值的情況下，前進至步驟114。然後，於步驟114中，將電子倍增部11b的增益超過界限值的受光元件11的輸出無效化。然後，結束無效化處理。又，當於步驟113中判斷為電子倍增部11b的增益未超過界限值的情況下，在不將受光元件11的輸出無效化的情況下，結束無效化處理。當於步驟113中判斷為電子倍增部11b的增益未超過界限值的情況下，將受光元件11的輸出有效地使用於光通訊。

（本實施形態的效果）於本實施形態中，可獲得如以下所述的效果。

於本實施形態中，如上文所述般，設置控制部15，進行將多個受光元件11中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件11的輸出無效化的控制。藉此，於多個受光元件11中的任一受光元件11接收到作為高強度光的高強度干擾光的情況下，可將接收到高強度干擾光的受光元件11的輸出無效化。其結果為，可防止由接收到高強度干擾光的受光元件11的輸出（訊號）飽和而引起的、接收到高強度干擾光的受光元件11的損傷。又，由於可防止對接收到高強度干擾光的受光元件11以外的受光元件11的光通訊帶來惡劣影響，因此即便在多個受光元件11中的任一受光元件11接收到高強度干擾光的情況下，仍可如通常般進行由接收到高強度干擾光的受光元件11以外的受光元件11實施的光通訊。

又，於本實施形態中，如上文所述般，將控制部15構成為進行將多個受光元件11中的、接收到包含高強度干擾光的高強度光的受光元件11的輸出無效化的控制。藉此，即便於第一光通訊裝置1配置於易於受到高強度干擾光的影響的環境的情況下，仍可減小高強度干擾光的影響，且進行光通訊。

又，於本實施形態中，如上文所述般，將控制部15構成為進行將多個受光元件11中的、接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11的輸出無效化的控制。藉此，於受光元件11接收到包含高強度通訊光的高強度光的情況下，可將接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11的輸出無效化，因此可抑制對接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11施加高負荷。其結果為，可抑制由高強度通訊光的受光引起的受光元件11的劣化，因此可延長受光元件11的壽命。又，即便在受光元件11接收到包含高強度通訊光的高強度光的情況下，由於可將接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11的輸出無效化，因此接收到包含高強度通訊光的高強度光的受光元件11以外的受光元件11，可如通常般進行光通訊。

又，於本實施形態中，如上文所述般，將多個受光元件11分別構成為包含光電轉換部11a、以及電子倍增部11b。又，將控制部15構成為藉由減小接收到高強度光的受光元件11的電子倍增部11b的增益，而進行將接收到高強度光的受光元件11的輸出無效化的控制。藉此，僅藉由減小受光元件11的電子倍增部11b的增益，而可將接收到高強度光的受光元件11的輸出無效化，因此可簡單地將接收到高強度光的受光元件11的輸出無效化。

又，於本實施形態中，如上文所述般，將第一光通訊裝置1構成為包括多條光纖12，所述多條光纖12以與多個受光元件11對應的方式設置，將通訊光引導至多個受光元件11。藉此，可藉由多條光纖12將通訊光引導至多個受光元件11，因此與直接將通訊光照射至受光元件11的情況相比，可藉由受光元件11更確實地接收通訊光。又，在藉由多條光纖12將通訊光引導至多個受光元件11的情況下，有特定的光纖12配置於易於照入高強度光的環境的情況。此種情況下，高強度光易於照入特定的受光元件11，因此在藉由多條光纖12將通訊光引導至多個受光元件11的情況下，將接收到高強度光的受光元件11的輸出無效化非常有效果性。

[變形例] 再者，應瞭解此次揭示的實施形態的全部內容均為例示，而非限制性內容。本發明的範圍並非由上文所述的實施形態的說明示出，而是由申請專利範圍示出，並進一步包含與申請專利範圍均等的含義及範圍內的所有變更（變形例）。

例如，於所述實施形態中，示出光通訊裝置於海中使用的示例，但本發明並非限定於此。例如，光通訊裝置亦可於海中以外的水中（湖、水壩等）中使用。又，光通訊裝置亦可於水中以外的環境（陸上等）使用。

又，於所述實施形態中，示出光通訊裝置設置於固定在水中的固定體的示例，但本發明並非限定於此。例如，光通訊裝置亦可設置於在水中移動的移動體。

又，於所述實施形態中，示出受光元件包含光電子倍增管的示例，但本發明並非限定於此。例如，受光元件亦可包含突崩光電二極體（avalanche photodiode）。

又，於所述實施形態中，示出光通訊裝置包括光纖的示例，但本發明並非限定於此。於本發明中，光通訊裝置亦可不包括光纖。例如，光通訊裝置亦可包括透鏡（lens）。圖7所示的變形例的第一光通訊裝置101包括多個透鏡116來取代所述實施形態的多條光纖12。多個透鏡116構成為以與多個受光元件11對應的方式設置，將通訊光集光至多個受光元件11。藉此，可藉由多個透鏡116將通訊光集光至多個受光元件11，因此可藉由受光元件11更確實地接收通訊光。多個透鏡116分別配置於多個受光元件11各者的附近。又，圖7所示的變形例的密閉耐壓容器113包含窗部113a來取代所述實施形態的插通部13a。窗部113a構成為使通訊光等光進入密閉耐壓容器113的內部。

又，於所述實施形態中，示出多個入光端部的至少一部分配置於水中的互不相同的位置的示例，但本發明並非限定於此。例如，亦可為多個入光端部全部配置於水中的一個位置。

又，於所述實施形態中，示出多個入光端部的至少一部分安裝於固定體以外的水中構造物的示例，但本發明並非限定於此。例如，亦可為多個入光端部的至少一部分安裝於固定體、密閉耐壓容器等。

又，於所述實施形態中，示出在固定於水中的固定體與在水中移動的移動體之間進行光通訊的示例，但本發明並非限定於此。例如，亦可於在水中移動的移動體與在水中移動的移動體之間進行光通訊。

又，於所述實施形態中，示出多個受光元件收納於單一的密閉耐壓容器的示例，但本發明並非限定於此。於本發明中，多個受光元件可分散地收納於多個密閉耐壓容器。然而，基於將光通訊裝置的構造簡約化的觀點，較佳的是將多個受光元件收納於單一的密閉耐壓容器。

又，於所述實施形態中，示出多個受光元件配置成陣列狀的示例，但本發明並非限定於此。例如，多個受光元件亦可分散地配置。

又，於所述實施形態中，示出移動體為AUV的示例，但本發明並非限定於此。例如，移動體亦可為有人潛水艇（Human Occupied Vehicle，HOV）。又，移動體亦可為由人經由纜線進行操縱的遠距離操縱機器人（遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle，ROV））。又，移動體亦可為其他船舶。

[態樣] 本領域技術人員理解，上文所述的例示性的實施形態為以下態樣的具體例。

（項目1）一種光通訊裝置，包括：多個受光元件，以與多個通道對應的方式設置，接收通訊光；以及控制部，進行將所述多個受光元件中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。

（項目2）如項目1所述的光通訊裝置，其中所述控制部構成為進行將所述多個受光元件中的、接收到包含高強度干擾光的所述高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。

（項目3）如項目2所述的光通訊裝置，其中所述控制部構成為進行將所述多個受光元件中的、接收到包含高強度通訊光的所述高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。

（項目4）如項目1至項目3中任一項所述的光通訊裝置，其中所述多個受光元件分別包含光電轉換部、以及電子倍增部，所述控制部構成為藉由減小接收到所述高強度光的受光元件的所述電子倍增部的增益，而進行將接收到所述高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。

（項目5）如項目1至項目4中任一項所述的光通訊裝置，其中更包括多條光纖，以與所述多個受光元件對應的方式設置，將所述通訊光引導至所述多個受光元件。

（項目6）如項目1至項目4中任一項所述的光通訊裝置，其中更包括多個透鏡，以與所述多個受光元件對應的方式設置，將所述通訊光集光至所述多個受光元件。

1、101:第一光通訊裝置（光通訊裝置） 2:第二光通訊裝置 11:受光元件 11a:光電轉換部 11b:電子倍增部 12:光纖 12a:入光端部（集光端部） 12b:出光端部 13、113:密閉耐壓容器 13a:密閉耐壓容器的插通部 13b:密閉耐壓容器的內部空間 14:出光端部保持部 14a:插通孔 15:控制部 80:固定體 81:保持構件 82:移動體 83:水中構造物 90:水底 100:水中光通訊系統 111～114:步驟 113a:窗部 116:透鏡

圖1是表示一實施形態的水中光通訊系統的概略的示意圖。圖2是表示一實施形態的水中通訊裝置的受光部的概略的示意圖。圖3是表示一實施形態的水中通訊裝置的光纖的配置例的示意圖。圖4是表示一實施形態的水中通訊裝置的受光元件及控制部的框圖。圖5是用於說明一實施形態的水中通訊裝置的受光元件接收到高強度光的情形的示意圖。圖6是用於說明一實施形態的水中通訊裝置的無效化處理的流程圖。圖7是表示一實施形態的變形例的水中通訊裝置的受光部的概略的示意圖。

11:受光元件

15:控制部

Claims

一種光通訊裝置，包括：多個受光元件，以與多個通道對應的方式設置，接收通訊光；以及控制部，進行將所述多個受光元件中的、接收到光強度高於規定值的高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。
如請求項1所述的光通訊裝置，其中所述控制部構成為進行將所述多個受光元件中的、接收到包含高強度干擾光的所述高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。
如請求項2所述的光通訊裝置，其中所述控制部構成為進行將所述多個受光元件中的、接收到包含高強度通訊光的所述高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。
如請求項1所述的光通訊裝置，其中所述多個受光元件分別包含光電轉換部、以及電子倍增部，所述控制部構成為藉由減小接收到所述高強度光的受光元件的所述電子倍增部的增益，而進行將接收到所述高強度光的受光元件的輸出無效化的控制。
如請求項1所述的光通訊裝置，其中更包括多條光纖，以與所述多個受光元件對應的方式設置，將所述通訊光引導至所述多個受光元件。
如請求項1所述的光通訊裝置，其中更包括多個透鏡，以與所述多個受光元件對應的方式設置，將所述通訊光集光至所述多個受光元件。