(57)【要約】【課題】遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求める。【解決手段】時刻比較システム２０において、仲介局２１は、１つの光信号２１ｃを光複素振幅変調によって空間領域に分散し、離間した複数の比較局２２，２３へ同時に送信する。仲介局２１は、位相変調で送信角度を変えながら光信号２１ｃを送信し、この反射光ｃ１の強度を走査し、ピーク強度を検知して比較局２２，２３の方向を特定する。この特定した比較局２２，２３へ送信した光信号２１ｃの反射光ｃ１を検知し、仲介局２１と比較局２２，２３との往復伝搬遅延時間を求める。差分演算部２５は、比較局２２，２３に係る時刻ｔａ，ｔｂと仲介局２１に係る時刻ｔｃとの時刻差に、求めた伝搬遅延時間を加算して比較局２２，２３毎の時刻情報を得る。一方の比較局２２の時刻情報から他方の比較局２３の時刻情報を減算した結果から、比較局２２，２３同士の時刻差を求める。【選択図】図１
2020176908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間する複数の比較局に配備された時計の時刻差を求める時刻比較システムであって、
時計と、この時計の時刻が重畳された光信号を前記比較局へ送信すると共に、当該光信号の反射光を受信する光アンテナとを有する仲介局を備え、
前記比較局に、光信号を送受信する光アンテナと、この光アンテナで受信した前記仲介局からの光信号を、当該仲介局方向へ反射する反射部と、自比較局の時計の時刻と、前記仲介局からの光信号に重畳された時刻との時刻差を求める測定部とを備え、
前記仲介局は、当該仲介局に係る時刻が重畳された光信号を送信角度を可変しながら前記比較局へ送信し、この送信される光信号が前記反射部で反射された反射光のピーク強度を検知して前記比較局の方向を特定し、この特定された比較局と当該仲介局間の伝搬遅延時間を求め、当該特定された比較局への送信角度で光信号を複数の前記比較局へ同時に送信する仲介機能部を備え、
前記測定部で求められた比較局に係る時刻と前記仲介局に係る時刻との時刻差に、前記仲介機能部で求められた伝搬遅延時間を加算して比較局毎の時刻情報を求め、一方の比較局の時刻情報から他方の比較局の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間を既知の伝搬遅延時間で相殺して、比較局同士の時刻差を求める差分演算部を備える
ことを特徴とする時刻比較システム。
【請求項２】
前記仲介機能部は、
前記仲介局の時計の時刻が重畳されたレーザ光を出射するレーザ部と、
前記レーザ光に対して、当該レーザ光のスポットを空間領域に分散させる光複素振幅変調を行い、この光複素振幅変調された光信号を前記比較局へ送信すると共に、当該光複素振幅変調時にレーザ光に位相変調を行って光信号の送信角度を可変する変調部と、
前記送信角度を変えて送信される光信号が前記反射部で反射された反射光の強度を走査し、ピーク強度を検知して比較局の方向を特定し、当該ピーク強度となる光信号の送信角度を、当該光信号の送信先である比較局の固有の比較局識別情報を対応付けて記憶する制御部と、
前記光信号の送信時刻と、当該光信号が前記比較局の反射部で反射された反射光の検知時刻間の往復伝搬遅延時間を２で割った、前記仲介局と当該比較局間の伝搬遅延時間を求める計測部と
を備え、
前記制御部は、前記変調部に対して、前記記憶された比較局識別情報に応じた送信角度で光信号を送信する制御を行い、前記計測部は、その制御時に得られる前記往復伝搬遅延時間から前記伝搬遅延時間を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の時刻比較システム。
【請求項３】
前記反射部は、入射される光信号を、入射方向と平行に送り返すリトロリフレクタである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の時刻比較システム。
【請求項４】
前記仲介局と前記比較局との間に、当該仲介局から送信される光信号を遮る遮蔽物が存在する際に、当該光信号を反射して比較局へ送信する反射板を備えた
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の時刻比較システム。
【請求項５】
前記仲介局と前記比較局との間に、当該仲介局から送信される光信号を遮る遮蔽物が存在する際に、当該光信号を比較局へ中継する中継局を備えた
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の時刻比較システム。
【請求項６】
前記仲介局に、当該仲介局の光アンテナを水平方向及び垂直方向に回動可能なアクチュエータを備えた
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の時刻比較システム。
【請求項７】
互いに離間する複数の比較機能部に配備された時計の時刻差を求める時刻比較装置であって、
時計と、この時計の時刻が重畳された光信号を前記比較機能部へ送信すると共に、当該光信号の反射光を受信する光アンテナとを有する仲介機能部を備え、
前記比較機能部に、光信号を送受信する光アンテナと、この光アンテナで受信した前記仲介機能部からの光信号を、当該仲介機能部方向へ反射する反射部と、自比較機能部の時計の時刻と、前記仲介機能部からの光信号に重畳された時刻との時刻差を求める測定部とを備え、
前記仲介機能部は、当該仲介機能部に係る時刻が重畳された光信号を送信角度を可変しながら前記比較機能部へ送信し、この送信される光信号が前記反射部で反射された反射光のピーク強度を検知して前記比較機能部の方向を特定し、この特定された比較機能部と当該仲介機能部間の伝搬遅延時間を求め、当該特定された比較機能部への送信角度で光信号を複数の前記比較機能部へ同時に送信する機能を備え、
前記測定部で求められた比較機能部に係る時刻と前記仲介機能部に係る時刻との時刻差に、前記仲介機能部で求められた伝搬遅延時間を加算して比較機能部毎の時刻情報を求め、一方の比較機能部の時刻情報から他方の比較機能部の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間を既知の伝搬遅延時間で相殺して、比較機能部同士の時刻差を求める差分演算部を備える
ことを特徴とする時刻比較装置。
【請求項８】
互いに離間する複数の比較局に配備された時計の時刻差を求める時刻比較システムの時刻比較方法であって、
前記時刻比較システムは、
時計と、この時計の時刻が重畳された光信号を前記比較局へ送信すると共に、当該光信号の反射光を受信する光アンテナとを有する仲介局を備え、
前記比較局に、光信号を送受信する光アンテナと、この光アンテナで受信した前記仲介局からの光信号を、当該仲介局方向へ反射する反射部と、自比較局の時計の時刻と、前記仲介局からの光信号に重畳された時刻との時刻差を求める測定部とを備え、
前記比較局同士の時刻差を求める差分演算部を備え、
前記仲介局は、
当該仲介局に係る時刻が重畳された光信号を送信角度を可変しながら前記比較局へ送信するステップと、
前記送信される光信号が前記反射部で反射された反射光のピーク強度を検知して前記比較局の方向を特定するステップと、
前記特定された比較局と当該仲介局間の伝搬遅延時間を求めるステップと、
前記特定された比較局への送信角度で光信号を複数の前記比較局へ同時に送信するステップとを実行し、
前記差分演算部は、
前記測定部で求められた比較局に係る時刻と前記仲介局に係る時刻との時刻差に、前記求められた伝搬遅延時間を加算して比較局毎の時刻情報を求めるステップと、
一方の比較局の時刻情報から他方の比較局の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間を既知の伝搬遅延時間で相殺して、比較局同士の時刻差を求めるステップとを実行する
ことを特徴とする時刻比較方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信技術や計測技術、電力技術、そして科学技術等の幅広い技術分野で、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻を比較して時刻差を高精度に求める時刻比較システム、時刻比較装置及び時刻比較方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔地等に離間した時計の間で時刻を同期させる等の処理を行う場合、時計間の時刻を比較して高精度に時刻差を求める必要がある。例えば、図９に示すように、遠隔地に離間したビル１ａ，１ｂがある場合に、一方のビル１ａ内の時計２ａの時刻ｔａと、他方のビル１ｂ内の時計２ｂの時刻ｔｂとの差を高精度に測定して求める場合を想定する。この場合、差分演算部３によって、時刻ｔａと時刻ｔｂとを比較し、ｔａ−ｔｂの減算により時刻差Δｔを求める。そして、矢印Ｙ１で示すように、時計２ｂの時刻ｔｂを時刻差Δｔだけずらして、時刻ｔｂを時計２ａの時刻ｔａに同期させる補正が可能となる。
【０００３】
このように離間した時計間の時刻を比較して高精度に時刻差を求める時刻比較システムとして、光ファイバを用いるＯＴＴ（Optical Time Transfer）システムと、ＧＰＳを用いるＧＰＳ−ＣＶ（Global Positioning System - Common View）システムとが代表例として挙げられる。
【０００４】
図１０はＯＴＴシステム１の構成を示すブロック図である。ＯＴＴシステム１は、遠距離で離間した時計２ａ，２ｂと、光ファイバ６で接続された光時刻伝送装置４，５と、ＴＩＣ（Time Interval Counter）７とを備えて構成されている。一方の光時刻伝送装置４は時計２ａの近傍に配置され、他方の光時刻伝送装置５は、ＴＩＣ７と共に時計２ｂの近傍に配置されている。
【０００５】
一方の時計２ａに光時刻伝送装置４が接続され、この光時刻伝送装置４に長距離延在する光ファイバ６を介して光時刻伝送装置５が接続されている。光時刻伝送装置５には、ＴＩＣ７を介して他方の時計２ｂが接続されている。
【０００６】
このような構成において、一方の時計２ａの時刻ｔａに基づく時刻信号が、光時刻伝送装置４から光ファイバ６を介して遠隔地の光時刻伝送装置５に送信される。光時刻伝送装置４，５間では、光ファイバ６等で伝搬遅延が生じ、この際、伝搬遅延の揺らぎが発生する。しかし、光時刻伝送装置４，５は、その揺らぎを補償し、伝搬遅延時間（伝搬遅延ともいう）τを一定にする処理を行なっている。このため、伝搬遅延τは一定の既知の値となっている。
【０００７】
光時刻伝送装置５で受信された時計２ａからの時刻信号の時刻ｔａは、伝搬遅延τだけ遅延しており、この遅延したｔａ＋τの時刻信号がＴＩＣ７に入力される。ＴＩＣ７には、他方の時計２ｂの時刻ｔｂに基づく時刻信号も入力される。
【０００８】
従って、ＴＩＣ７は、時計２ａの時刻信号による時刻ｔａ＋遅延τから、時計２ｂの時刻信号による時刻ｔｂを減算してｔａ−ｔｂ＋τを求める。τは既知の値なので、ＴＩＣ７は、同じτでτ相殺し、ｔａ−ｔｂ＝時刻差Δｔを求める。この時刻差Δｔで時計２ｂの時刻ｔｂをずらせば、他方の時計２ａの時刻ｔａと同期させることが可能となる。
【０００９】
図１１はＧＰＳ−ＣＶシステム１０の構成を示すブロック図である。このＧＰＳ−ＣＶシステム１０は、遠距離で離間した時計２ａ，２ｂと、ＧＰＳ衛星１１と、ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂと、ＴＩＣ１３ａ，１３ｂと、ＮＷ（ネットワーク）１４ａ，１４ｂを介して接続された差分演算部１５とを備えて構成されている。
【００１０】
ＧＰＳ衛星１１は、高精度な時刻ｔｇが重畳されたＧＰＳ信号（破線矢印）を送信している。このＧＰＳ信号は、各ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂで受信される。この際、各ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂとＧＰＳ衛星１１との距離が異なるため、ＧＰＳ衛星１１から、一方のＧＰＳアンテナ１２ａまでの伝搬遅延τａと、他方のＧＰＳアンテナ１２ｂまでの伝搬遅延τｂとが異なっている。
【００１１】
このため、一方のＧＰＳアンテナ１２ａで受信されたＧＰＳ信号の時刻ｔｇは伝搬遅延τａだけ遅延しており、この遅延したｔｇ＋τａのＧＰＳ信号がＴＩＣ１３ａに入力される。ＴＩＣ１３ａには、一方の時計２ａの時刻ｔａに基づく時刻信号も入力される。従って、ＴＩＣ１３ａは、時計２ａの時刻ｔａからＧＰＳ信号の時刻ｔｇ＋遅延τａを減算してｔａ−（ｔｇ＋τａ）を求める。このｔａ−（ｔｇ＋τａ）は、時刻信号に重畳されてＮＷ１４ａを介して差分演算部１５へ送信される。
【００１２】
また、他方のＧＰＳアンテナ１２ｂで受信されたＧＰＳ信号の時刻ｔｇは伝搬遅延τｂだけ遅延しており、この遅延したｔｇ＋τｂのＧＰＳ信号がＴＩＣ１３ｂに入力される。ＴＩＣ１３ｂには、他方の時計２ｂの時刻ｔｂに基づく時刻信号も入力される。従って、ＴＩＣ１３ｂは、時計２ｂの時刻ｔｂからＧＰＳ信号の時刻ｔｇ＋遅延τｂを減算してｔｂ−（ｔｇ＋τｂ）を求める。このｔｂ−（ｔｇ＋τｂ）は、時刻信号に重畳されてＮＷ１４ｂを介して差分演算部１５へ送信される。
【００１３】
差分演算部１５は、一方の時刻信号のｔａ−（ｔｇ＋τａ）から他方の時刻信号のｔｂ−（ｔｇ＋τｂ）を減算する。即ち、｛ｔａ−（ｔｇ＋τａ）｝−｛ｔｂ−（ｔｇ＋τｂ）｝の減算を行って、ｔａ−ｔｂ＋（τｂ−τａ）を求める。（τｂ−τａ）は既知の値なので、差分演算部１５は、同じ（τｂ−τａ）で（τｂ−τａ）を相殺し、ｔａ−ｔｂ＝時刻差Δｔを求める。この時刻差Δｔで例えば時計２ｂの時刻ｔｂをずらせば、他方の時計２ａの時刻ｔａと同期させることが可能となる。
この種の時刻差Δｔを求める技術として、非特許文献１，２に記載の技術が有る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】L.Sliwczynski et al., ”Fiber Optic Time Transfer for UTC-Traceable Synchronization for Telecom Networks,” IEEE Commun. Standards Mag.,1(1), pp.66-73, Mar. 2017.
【非特許文献２】D.W. Allan and M.A. Weiss, “ACCURATE TIME AND FREQUENCY TRANSFER DURING COMMON-VIEW OF A GPS SATELLITE,” in Proc. 1980 Frequency Control Symp., pp.334-336, May. 1980.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述したＯＴＴシステム１は、光ファイバ６が敷設されていれば利用可能であり、幅広い用途に導入が可能である。しかし、未稼働の光ファイバであるダークファイバや、光ファイバの一芯線（１チャネル）を占有するため運用コストが高くなってしまう。一方で、ＧＰＳ−ＣＶシステム１０は、運用コストが安いが、ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂで受信されるＧＰＳ信号に対して干渉波や妨害波が影響しない環境でしか利用できない。つまり、従来の時刻比較システムでは、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求めることができないという問題があった。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求めることができる時刻比較システム、時刻比較装置及び時刻比較方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、互いに離間する複数の比較局に配備された時計の時刻差を求める時刻比較システムであって、時計と、この時計の時刻が重畳された光信号を前記比較局へ送信すると共に、当該光信号の反射光を受信する光アンテナとを有する仲介局を備え、前記比較局に、光信号を送受信する光アンテナと、この光アンテナで受信した前記仲介局からの光信号を、当該仲介局方向へ反射する反射部と、自比較局の時計の時刻と、前記仲介局からの光信号に重畳された時刻との時刻差を求める測定部とを備え、前記仲介局は、当該仲介局に係る時刻が重畳された光信号を送信角度を可変しながら前記比較局へ送信し、この送信される光信号が前記反射部で反射された反射光のピーク強度を検知して前記比較局の方向を特定し、この特定された比較局と当該仲介局間の伝搬遅延時間を求め、当該特定された比較局への送信角度で光信号を複数の前記比較局へ同時に送信する仲介機能部を備え、前記測定部で求められた比較局に係る時刻と前記仲介局に係る時刻との時刻差に、前記仲介機能部で求められた伝搬遅延時間を加算して比較局毎の時刻情報を求め、一方の比較局の時刻情報から他方の比較局の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間を既知の伝搬遅延時間で相殺して、比較局同士の時刻差を求める差分演算部を備えることを特徴とする時刻比較システムである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、互いに離間する複数の比較局に配備された時計の時刻差を求める時刻比較システムの時刻比較方法であって、前記時刻比較システムは、時計と、この時計の時刻が重畳された光信号を前記比較局へ送信すると共に、当該光信号の反射光を受信する光アンテナとを有する仲介局を備え、前記比較局に、光信号を送受信する光アンテナと、この光アンテナで受信した前記仲介局からの光信号を、当該仲介局方向へ反射する反射部と、自比較局の時計の時刻と、前記仲介局からの光信号に重畳された時刻との時刻差を求める測定部とを備え、前記比較局同士の時刻差を求める差分演算部を備え、前記仲介局は、当該仲介局に係る時刻が重畳された光信号を送信角度を可変しながら前記比較局へ送信するステップと、前記送信される光信号が前記反射部で反射された反射光のピーク強度を検知して前記比較局の方向を特定するステップと、前記特定された比較局と当該仲介局間の伝搬遅延時間を求めるステップと、前記特定された比較局への送信角度で光信号を複数の前記比較局へ同時に送信するステップとを実行し、前記差分演算部は、前記測定部で求められた比較局に係る時刻と前記仲介局に係る時刻との時刻差に、前記求められた伝搬遅延時間を加算して比較局毎の時刻情報を求めるステップと、一方の比較局の時刻情報から他方の比較局の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間を既知の伝搬遅延時間で相殺して、比較局同士の時刻差を求めるステップとを実行することを特徴とする時刻比較方法である。
【００１９】
請求項１の構成及び請求項８の方法によれば、離間した各比較局は、仲介局と時刻が重畳された光信号を無線により送受信して比較局同士の時刻差を求めることができる。この時刻差を求める構成は、光ファイバを用いないので低コストで実現でき、専用の光ファイバを用いることも無いので低運用コストで実現できる。また、光信号の送受信で比較局間の時刻差を求めることができるので、正確に時刻差を求めることができる。従って、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求めることができる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、前記仲介機能部は、前記仲介局の時計の時刻が重畳されたレーザ光を出射するレーザ部と、前記レーザ光に対して、当該レーザ光のスポットを空間領域に分散させる光複素振幅変調を行い、この光複素振幅変調された光信号を前記比較局へ送信すると共に、当該光複素振幅変調時にレーザ光に位相変調を行って光信号の送信角度を可変する変調部と、前記送信角度を変えて送信される光信号が前記反射部で反射された反射光の強度を走査し、ピーク強度を検知して比較局の方向を特定し、当該ピーク強度となる光信号の送信角度を、当該光信号の送信先である比較局の固有の比較局識別情報を対応付けて記憶する制御部と、前記光信号の送信時刻と、当該光信号が前記比較局の反射部で反射された反射光の検知時刻間の往復伝搬遅延時間を２で割った、前記仲介局と当該比較局間の伝搬遅延時間を求める計測部とを備え、前記制御部は、前記変調部に対して、前記記憶された比較局識別情報に応じた送信角度で光信号を送信する制御を行い、前記計測部は、その制御時に得られる前記往復伝搬遅延時間から前記伝搬遅延時間を求めることを特徴とする請求項１に記載の時刻比較システムである。
【００２１】
この構成によれば、１つの光信号を光複素振幅変調によって空間領域に分散させるので、１つの光信号を、離間した複数の比較局へ同時に送信できる。また、位相変調を行って送信角度を変えながら光信号を送信することにより、光信号の反射光の強度を走査し、ピーク強度を検知して比較局の方向を特定できるので、正確に比較局の方向角度を特定できる。更に、その特定した方向の比較局へ光信号を送信して反射光を検知できるので、仲介局と比較局との往復伝搬遅延時間を正確に求めることができる。従って、その正確な往復伝搬遅延時間から、仲介局と比較局間の伝搬遅延時間を正確に求めることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明は、前記反射部は、入射される光信号を、入射方向と平行に送り返すリトロリフレクタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の時刻比較システムである。
【００２３】
この構成によれば、リトロリフレクタによって、仲介局から入射される光信号を反射して、適正に仲介局へ送り返すことができる。
【００２４】
請求項４に係る発明は、前記仲介局と前記比較局との間に、当該仲介局から送信される光信号を遮る遮蔽物が存在する際に、当該光信号を反射して比較局へ送信する反射板を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の時刻比較システムである。
【００２５】
この構成によれば、仲介局と比較局間に、仲介局からの光信号を遮る遮蔽物が有っても、光信号を反射板で反射して比較局へ適正に送信できる。このため、比較局で光信号が反射された反射光も、反射板で反射させて仲介局へ適正に送信できる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、前記仲介局と前記比較局との間に、当該仲介局から送信される光信号を遮る遮蔽物が存在する際に、当該光信号を比較局へ中継する中継局を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の時刻比較システムである。
【００２７】
この構成によれば、仲介局と比較局間に、仲介局からの光信号を遮る遮蔽物が有っても、光信号を中継局で中継して比較局へ適正に送信できる。このため、比較局で光信号が反射された反射光も、中継局で中継して仲介局へ適正に送信できる。
【００２８】
請求項６に係る発明は、前記仲介局に、当該仲介局の光アンテナを水平方向及び垂直方向に回動可能なアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の時刻比較システムである。
【００２９】
この構成によれば、仲介局の光アンテナを、アクチュエータで仲介局を中心に３６０°の範囲で回動可能となるので、仲介局を中心とした３６０°の範囲の比較局へ、光信号を送信可能となる。
【００３０】
請求項７に係る発明は、互いに離間する複数の比較機能部に配備された時計の時刻差を求める時刻比較装置であって、時計と、この時計の時刻が重畳された光信号を前記比較機能部へ送信すると共に、当該光信号の反射光を受信する光アンテナとを有する仲介機能部を備え、前記比較機能部に、光信号を送受信する光アンテナと、この光アンテナで受信した前記仲介機能部からの光信号を、当該仲介機能部方向へ反射する反射部と、自比較機能部の時計の時刻と、前記仲介機能部からの光信号に重畳された時刻との時刻差を求める測定部とを備え、前記仲介機能部は、当該仲介機能部に係る時刻が重畳された光信号を送信角度を可変しながら前記比較機能部へ送信し、この送信される光信号が前記反射部で反射された反射光のピーク強度を検知して前記比較機能部の方向を特定し、この特定された比較機能部と当該仲介機能部間の伝搬遅延時間を求め、当該特定された比較機能部への送信角度で光信号を複数の前記比較機能部へ同時に送信する機能を備え、前記測定部で求められた比較機能部に係る時刻と前記仲介機能部に係る時刻との時刻差に、前記仲介機能部で求められた伝搬遅延時間を加算して比較機能部毎の時刻情報を求め、一方の比較機能部の時刻情報から他方の比較機能部の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間を既知の伝搬遅延時間で相殺して、比較機能部同士の時刻差を求める差分演算部を備えることを特徴とする時刻比較装置である。
【００３１】
この構成によれば、離間した各比較機能部は、仲介機能部と時刻が重畳された光信号を無線により送受信して比較機能部同士の時刻差を求めることができる。この時刻差を求める構成は、光ファイバを用いないので低コストで実現でき、専用の光ファイバを用いることも無いので低運用コストで実現できる。また、光信号の送受信で比較機能部間の時刻差を求めることができるので、正確に時刻差を求めることができる。従って、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求めることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求める時刻比較システム、時刻比較装置及び時刻比較方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る時刻比較システムの構成を示すブロック図である。
【図２】光複素振幅変調を説明する第１のブロック図である。
【図３】光複素振幅変調を説明する第２のブロック図である。
【図４】光複素振幅変調を説明する第３のブロック図である。
【図５】光複素振幅変調を説明する第４のブロック図である。
【図６】本実施形態の時刻比較システムの仲介局及び比較局の詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態の時刻比較システムにおける時刻比較処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本実施形態の応用例の時刻比較システムの構成を示すブロック図である。
【図９】従来の離間したビルの時計の時刻差から時刻を同期させる構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の離間した時計の時刻差を求める構成を示すブロック図である。
【図１１】ＧＰＳ−ＣＶシステムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る時刻比較システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す時刻比較システム（システムともいう）２０は、光アンテナ２１ａを有する仲介局２１と、光アンテナ２２ａを有する比較局２２と、光アンテナ２３ａを有する比較局２３と、サーバ２４と、差分演算部２５とを備えて構成されている。但し、サーバ２４及び差分演算部２５は、比較局２２又は２３に配備されていてもよい。また、差分演算部２５は、サーバ２４に内蔵されていてもよい。各比較局２２，２３は、無線又は有線で繋がっている。
【００３５】
仲介局２１及び比較局２２，２３は、互いに離間した位置のビル等に配置されている。比較局２２，２３の光アンテナ２２ａ，２３ａと、仲介局２１の光アンテナ２１ａとの間には、遮蔽物が存在しないように各光アンテナ２１ａ，２２ａ，２３ａが配置されている。
【００３６】
仲介局２１は、１秒毎に発出されるパルス信号である１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号による時刻ｔｃを出力する時計２１ｂを備える。比較局２２は、１ＰＰＳ信号による時刻ｔａを出力する時計２２ｂを備え、比較局２３は、１ＰＰＳ信号による時刻ｔｂを出力する時計２３ｂを備える。但し、仲介局２１の時計２１ｂは、原子時計、グランドマスタクロックや、ＯＴＴにより遠隔に設置された高精度な時計に同期していることが好ましい。
【００３７】
仲介局２１及び比較局２２，２３は、光無線通信によって互いの光アンテナ２１ａ，２２ａ，２３ａでレーザ光等の光信号を送受信する。
【００３８】
仲介局２１は、レーザ光を光複素振幅変調（後述）し、この変調された光信号２１ｃを光アンテナ２１ａから複数の比較局２２，２３の光アンテナ２２ａ，２３ａへ送信する。この際、仲介局２１は、レーザ光を光複素振幅変調する際に位相変調を行って光信号２１ｃの送信角度（出射角度）を変えて送信を行う。
【００３９】
更に、仲介局２１は、その送信した光信号２１ｃが一方の比較局２２の光アンテナ２２ａで反射され、戻ってきた反射光ｃ１の強度（光強度）から比較局２２の方向を特定する。即ち、反射光ｃ１の強度が最も強い強度（ピーク強度）の光信号２１ｃの送信角度（出射角度）を、比較局２２の方向と特定する。但し、比較局２２の光アンテナ２２ａは、後述のようにリトロリフレクタ２２ｊ（図６）で光信号２１ｃを反射し、この反射光ｃ１を仲介局２１の光アンテナ２１ａへ戻す構成となっている。
【００４０】
同様に、仲介局２１から送信した光信号２１ｃが、他方の比較局２３の光アンテナ２３ａで反射され、戻ってきた反射光ｃ１の強度から比較局２３の方向を特定する。即ち、反射光ｃ１の強度がピーク強度の光信号２１ｃの送信角度を、比較局２３の方向と特定する。
【００４１】
仲介局２１は、特定した比較局２２の方向に光信号２１ｃを送信し、この光信号２１ｃの反射光ｃ１を検知して往復伝搬遅延時間を測定し、この往復伝搬遅延時間の半分の伝搬遅延時間（伝搬遅延ともいう）τａを求める。この伝搬遅延τａが、仲介局２１と比較局２２間の伝搬遅延時間となる。同様に、仲介局２１は、他の比較局２３を特定した方向に光信号２１ｃを送信し、この反射光ｃ１から比較局２３までの伝搬遅延τｂを求める。各々の伝搬遅延τａ，τｂは、比較局２２，２３毎の固有情報に対応付けられてサーバ２４の図示せぬ記憶手段に記憶される。
【００４２】
仲介局２１は、光信号２１ｃを光複素振幅変調して光アンテナ２１ａから送信する。ここで、光複素振幅変調について図２〜図５を参照して説明する。
【００４３】
図２に示すように、仲介局２１（図１）は、光アンテナ２１ａに、レーザ光Ｌ１を出射するＬＤ（Laser Diode）２１ｄと、レーザ光Ｌ１を絞るレンズ２１ｅと、光複素振幅変調部（変調部ともいう）２１ｆとを備える。変調部２１ｆは、レンズ２１ｅを介して入射されたレーザ光Ｌ１を強度変調や位相変調等によって空間領域に分散する光複素振幅変調（変調ともいう）の処理を行う。この変調によってレーザ光のスポットを、強度分布グラフｐ１に符号ｐ１ａ，ｐ１ｂ，ｐ１ｃ，ｐ１ｄ，ｐ１ｅで示すように、同時に複数個所に分散して照射できる。つまり、光複素振幅変調部２１ｆで変調されたレーザ光を光アンテナ２１ａから光信号２１ｃ１として送信することにより、レーザ光のスポットｐ１ａ〜ｐ１ｅを同時に複数個所に分散して照射できる。なお、ＬＤ２１ｄは、請求項記載のレーザ部を構成する。
【００４４】
この変調の際、変調部２１ｆは、レーザ光に位相変調を行うことにより光信号２１ｃの送信角度（出射角度）を変えて送信することができる。
【００４５】
また、変調部２１ｆは、レーザ光Ｌ１を光複素振幅変調して、図３に示すように、送信される光信号２１ｃ２のスポット径を、強度分布グラフｐ２に示すように、縮小スポットｐ２ａ又は拡大スポットｐ２ｂとできる。
【００４６】
また、図４に示すように、光アンテナ２１ａでレーザ光Ｌ１を光複素振幅変調した光信号２１ｃ３を位相変調により送信角度を変えて送信しながら光信号２１ｃの反射光を仲介局２１で走査する。この走査により光信号２１ｃ３の反射光の強度が最強（ピーク強度）となる、強度分布グラフｐ３に示すスポットｐ３ａの方向を仲介局２１で検知する。この検知に基づき、仲介局２１は、ピーク強度の反射強度方向へ光信号２１ｃ３を送信することにより、比較局２２，２３へ光信号２１ｃ３を適正に送信可能となっている。
【００４７】
このように、仲介局２１は、変調部２１ｆでレーザ光Ｌ１を光複素振幅変調することにより、レーザ光のスポット径を複数に分散して照射し、この際、そのスポット径を比較局２２，２３の検知に最適な大きさとする。更に、図５に示すように、仲介局２１は、その照射されるレーザ光に基づく光信号２１ｃ４の送信角度を変えて送信しながら走査する。この走査における光信号２１ｃ４の反射光の強度がピーク強度となるスポット位置ｐ４ａ，ｐ４ｂに光信号２１ｃ４を照射することによって、適正に比較局２２，２３へ光信号２１ｃ４を照射できる。
【００４８】
このような動作により、図１に示す仲介局２１の単一の光アンテナ２１ａから時刻ｔｃに基づく光信号２１ｃを、複数の比較局２２，２３の光アンテナ２２ａ，２３ａへ同時に送信できる。
【００４９】
図１に戻って、比較局２２は、光アンテナ２２ａ及び時計２２ｂの他に、信号制御部２２ｃと、ＴＩＣ２２ｄと、通信部２２ｅとを備えて構成されている。
比較局２３も同様に、光アンテナ２３ａ及び時計２３ｂの他に、信号制御部２３ｃと、ＴＩＣ２３ｄと、通信部２３ｅとを備えて構成されている。
【００５０】
比較局２２の光アンテナ２２ａは、仲介局２１から送信された光信号２１ｃを受信する。この受信された光信号２１ｃに重畳された１ＰＳＳ信号による時刻ｔｃがＴＩＣ２２ｄに入力される。この入力される時刻ｔｃは、仲介局２１と比較局２２間の伝搬遅延時間τａだけ遅れており、これを、図１にｔｃ＋τａと示す。
【００５１】
信号制御部２２ｃは、１ＰＳＳ信号による時計２２ｂの時刻ｔａをＴＩＣ２２ｄに入力する。ＴＩＣ２２ｄは、時計２２ｂの時刻ｔａから仲介局２１の時刻ｔｃを減算して、双方の時刻差ｔａ−ｔｃを求める。この時刻差ｔａ−ｔｃは、通信部２２ｅからサーバ２４へ送信されるが、図１では、時刻ｔｃの伝搬遅延τａを考慮して、ｔａ−（ｔｃ＋τａ）と記載している。
【００５２】
他方の比較局２３においても、上述した比較局２２と同様に、仲介局２１の時刻ｔｃと比較局２３の時刻ｔｂとの時刻差ｔｂ−ｔｃ（図１にはｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）と記載）が求められて、通信部２３ｅからサーバ２４へ送信される。
【００５３】
サーバ２４は、各比較局２２，２３から受信した時刻差ｔａ−ｔｃ及び時刻差ｔｂ−ｔｃの情報と、これら情報に対応する仲介局２１と比較局２２，２３との伝搬遅延τａ，τｂとを差分演算部２５へ入力する。
【００５４】
差分演算部２５は、比較局２２に係る時刻差に伝搬遅延τａを加算した時刻情報ｔａ−（ｔｃ＋τａ）から、比較局２３に係る時刻差に伝搬遅延τｂを加算した時刻情報ｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）を減算する。即ち、差分演算部２５は、｛ｔａ−（ｔｃ＋τａ）｝−｛ｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）｝の減算を行って、ｔａ−ｔｂ＋（τｂ−τａ）を求める。（τｂ−τａ）は既知の値なので、差分演算部２５は、同じ（τｂ−τａ）で（τｂ−τａ）を相殺し、比較局２２と比較局２３との時刻差Δｔ＝ｔａ−ｔｂを求める。
【００５５】
この時刻差Δｔで、比較局２３の時計２３ｂの時刻ｔｂをずらせば、他方の比較局２２の時計２２ａの時刻ｔａと同期させることが可能となる。又は、比較局２２の時計２２ｂの時刻ｔａをずらして、他方の比較局２３の時計２３ａの時刻ｔｂと同期させることも可能となる。
【００５６】
上述では、各時計２１ｂ，２２ｂ，２３ｂが、１ＰＰＳ信号による時刻ｔｃ，ｔａ，ｔｂを出力する場合を想定したが、１ＰＰＳが連続したＰＰＳ信号による時刻ｔｃ，ｔａ，ｔｂを出力する場合であってもよい。
【００５７】
＜時刻比較システムの詳細構成＞
次に、図６に時刻比較システム２０の仲介局２１及び比較局２２の詳細な構成を示して説明を行う。但し、システム２０においては、仲介局２１及び複数の比較局２２，２３，…，２９が、光パスの設定、解除、切り替え等を行うＤＣＮ（Data Communication Network）２６を介してサーバ２４に接続されている。各比較局２２，２３，…，２９は、図示せぬ離間したビル等に配置されており何れも同構成であるため、比較局２２を代表して説明する。
【００５８】
仲介局２１は、上述した光アンテナ２１ａ及び時計２１ｂの他に、信号制御部２１ｇと、伝搬遅延計測部２１ｈと、通信部２１ｉと、光複素振幅制御部２１ｊとを備えて構成されている。光アンテナ２１ａは、上述したＬＤ２１ｄ、レンズ２１ｅ及び光複素振幅変調部２１ｆの他に、ビームスプリッタ２１ｋと、レンズ２１ｍと、ＰＤ（Photodiode）２１ｎとを備えて構成されている。これらの構成要素２１ａ，２１ｂ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ，２１ｊから成る仲介局２１は、請求項記載の仲介機能部を構成する。
【００５９】
比較局２２は、上述した光アンテナ２２ａと、時計２２ｂと、信号制御部２２ｃと、ＴＩＣ２２ｄ（図１）としての時間間隔測定部２２ｄと、通信部２２ｅとを備えて構成されている。光アンテナ２２ａは、ビームスプリッタ２２ｉと、リトロリフレクタ（再帰反射器）２２ｊと、レンズ２２ｋと、ＰＤ２２ｍとを備えて構成されている。リトロリフレクタ２２ｊは、入射される光信号を、当該入射方向と平行に送り返すものである。なお、リトロリフレクタ２２ｊは、請求項記載の反射部を構成する。また、比較局２２は、請求項記載の比較機能部を構成する。
【００６０】
なお、仲介局２１の構成要素２１ａ，２１ｂ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ，２１ｊ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｋ，２１ｍ，２１ｎと、比較局２２の構成要素２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅとを併せて、請求項記載の時刻比較装置を構成する。
【００６１】
仲介局２１において、信号制御部２１ｇは、時計２１ｂの時刻ｔｃによる１ＰＰＳ信号に基づき、ＰＰＳの連続発振信号であるＣＷ（Continuous Wave）駆動信号ｔｃ１をＬＤ２１ｄへ出力する。ＬＤ２１ｄは、ＣＷ駆動信号ｔｃ１に応じて１０ＰＰＳや１００ＰＰＳ等の連続するＰＰＳ信号が変調されたレーザ光を出射する。この出射されたレーザ光は、レンズ２１ｅを介して光複素振幅変調部２１ｆに入力される。但し、レーザ光には、ＰＰＳ信号に代え、時刻ｔｃに基づく１ＰＰＳ信号を変調してもよい。
【００６２】
変調部２１ｆは、入力されたレーザ光に対して光複素振幅変調処理を行う。この変調されたレーザ光は、ビームスプリッタ２１ｋを介して光信号２１ｃとして各比較局２２，２３，２９へ同時に送信される。また、変調部２１ｆは、光複素振幅変調時に、光信号２１ｃに位相変調を行うことにより、光信号２１ｃの送信角度を変えて送信可能となっている。
【００６３】
光アンテナ２１ａから送信された光信号２１ｃは、比較局２２のリトロリフレクタ２２ｊで反射されて反射光ｃ１として仲介局２１に戻ってくる。この反射光ｃ１は、仲介局２１のビームスプリッタ２１ｋで９０°反射され、レンズ２１ｍを介してＰＤ２１ｎに入力される。
【００６４】
ＰＤ２１ｎは、入力された反射光ｃ１を電気信号に変換して、伝搬遅延計測部（計測部ともいう）２１ｈ及び光複素振幅制御部（制御部ともいう）２１ｊに入力する。
【００６５】
制御部２１ｊは、上述した送信角度を変えて光信号２１ｃが送信される際に、この反射光ｃ１の強度を走査する。制御部２１ｊは、その走査に応じて変化する反射光ｃ１の強度からピーク強度を検知し、このピーク強度となる光信号２１ｃの送信角度情報を、内蔵する記憶手段（図示せず）に記憶する。
【００６６】
更に、制御部２１ｊは、その記憶された送信角度情報に応じた制御信号ｊ１を変調部２１ｆへ出力する。制御信号ｊ１は、光複素振幅変調された光信号２１ｃを、記憶された送信角度情報で示される角度で送信（出射）させるための制御信号である。
【００６７】
変調部２１ｆは、制御信号ｊ１で示される角度にレーザ光を出射、言い換えれば、光信号２１ｃを送信する。この送信により、光信号２１ｃが比較局２２へ送信される。
【００６８】
また、制御部２１ｊは、送信角度情報を記憶する際に、この送信角度情報に、比較局２２の固有の比較局識別情報ｊ２を対応付けて記憶する。
【００６９】
計測部２１ｈには、光アンテナ２１ａから比較局２２へ送信された光信号２１ｃの反射光ｃ１の電気信号が入力されると共に、その反射光ｃ１に係る制御部２１ｊに保持された送信角度情報に対応付けられた比較局識別情報ｊ２が入力される。
【００７０】
これらの入力により、計測部２１ｈは、光アンテナ２１ａから比較局２２へ送信した際の光信号２１ｃの送信時刻と、この光信号２１ｃの反射光ｃ１の検知時刻との間の往復伝搬遅延時間を２で割った伝搬遅延時間（伝搬遅延）τａを求める。
【００７１】
更に、計測部２１ｈは、入力された比較局２２の比較局識別情報ｊ２を、比較局２２の伝搬遅延τａ＋時計２１ｂの時刻ｔｃに対応付けて通信部２１ｉへ出力する。通信部２１ｉは、比較局２２の比較局識別情報ｊ２が対応付けられたτａ＋ｔｃの情報を、ＤＣＮ２６を介してサーバ２４へ送信する。他の比較局２３，２９の情報も同様にサーバ２４へ送信される。サーバ２４は、その情報を図示せぬ記憶手段に記憶する。
【００７２】
比較局２２のリトロリフレクタ２２ｊは、ビームスプリッタ２２ｉを介して入射された仲介局２１からの光信号２１ｃを反射し、ビームスプリッタ２２ｉを介して仲介局２１に戻るように出射する。また、仲介局２１からの光信号２１ｃは、ビームスプリッタ２１ｉで９０°反射され、ＰＤ２２ｍに入力される。ＰＤ２２ｍは、その入力された光信号２１ｃを電気信号に変換して時間間隔測定部２２ｄに入力する。
【００７３】
信号制御部２２ｃは、時計２２ｂからの時刻ｔａによる１ＰＰＳ信号に基づき、ＰＰＳの時刻信号ｔａ１を時間間隔測定部（測定部ともいう）２２ｄに入力する。
【００７４】
測定部２２ｄは、仲介局２１の時刻ｔｃと、比較局２２の時刻信号ｔａ１に基づく時刻ｔａとの時刻差ｔａ−ｔｃの情報を通信部２２ｅへ出力する。通信部２２ｅは、その時刻差ｔａ−ｔｃの情報を、ＤＣＮ２６を介してサーバ２４へ送信する。他の比較局２３，２９の時刻差の情報も同様にサーバ２４へ送信される。サーバ２４は、その情報を記憶手段に記憶する。
【００７５】
差分演算部２５は、比較したい比較局（例えば比較局２２，２３）の時刻差を求める。この際、差分演算部２５は、サーバ２４に記憶された比較局２２に係る仲介局２１との時刻差ｔａ−ｔｃの情報と、比較局２２の比較局識別情報ｊ２が対応付けられた伝搬遅延τａの情報とを検索する。更に、差分演算部２５は、その検索された比較局２２の時刻ｔａから仲介局２１の時刻ｔｃを減算して伝搬遅延τａを考慮した結果ｔａ−（ｔｃ＋τａ）（図１参照）を求める。
【００７６】
同様に、差分演算部２５は、サーバ２４に記憶された比較局２３に係る仲介局２１との時刻差ｔｂ−ｔｃの情報と、比較局２３の比較局識別情報ｊ２が対応付けられた伝搬遅延τｂの情報とを検索する。更に、差分演算部２５は、比較局２３の時計２３ｂの時刻ｔｂから仲介局２１の時刻ｔｃを減算して伝搬遅延τｂを考慮した結果ｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）（図１参照）を求める。
【００７７】
次に、差分演算部２５は、比較局２２に係るｔａ−（ｔｃ＋τａ）から、比較局２３に係るｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）を減算してｔａ−ｔｂ＋（τｂ−τａ）を求め、この既知の（τｂ−τａ）を同じ（τｂ−τａ）で相殺し、比較局２２と比較局２３との時刻差Δｔ＝ｔａ−ｔｂを求める。
【００７８】
＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態に係る時刻比較システム２０における時刻比較処理の動作を、図７のフローチャート及び図６のブロック図を参照して説明する。
【００７９】
図７に示すステップＳ１において、仲介局２１は、各比較局２２，２３，２９の方向を、次のように特定する。即ち、仲介局２１は、変調部２１ｆでＬＤ２１ｄからの時刻ｔｃが重畳されたレーザ光を光複素振幅変調して得た光信号２１ｃを、ビームスプリッタ２１ｋを介して各比較局２２，２３，２９へ同時に送信する。
【００８０】
この送信時に仲介局２１は、光信号２１ｃの送信角度を変えて送信しながら、光信号２１ｃが比較局２２，２３，２９毎に反射される反射光ｃ１を走査する。この走査される反射光ｃ１は、ＰＤ２１ｎで電気信号に変換され、計測部２１ｈ及び制御部２１ｊに入力される。
【００８１】
制御部２１ｊは、電気信号に変換された反射光ｃ１の強度からピーク強度を検知して各比較局２２，２３，２９の方向（方向角度）を特定する。この際、制御部２１ｊは、検知されたピーク強度となる光信号２１ｃの送信角度情報に、当該光信号２１ｃの送信先の各比較局２２，２３，２９の比較局識別情報ｊ２を対応付けて記憶する。
【００８２】
次に、ステップＳ２において、仲介局２１は、仲介局２１と各比較局２２，２３，２９との伝搬遅延τａ，τｂ，τｃを、次のように求める。但し、τａは仲介局２１と比較局２２との伝搬遅延、τｂは仲介局２１と比較局２３との伝搬遅延、τｃは仲介局２１と比較局２９との伝搬遅延である。
【００８３】
まず、制御部２１ｊは、記憶した送信角度情報に応じた制御信号ｊ１を変調部２１ｆへ出力する。この処理は、各比較局２２，２３，２９に係る送信角度情報毎に行われる。変調部２１ｆは、比較局２２，２３，２９毎の制御信号ｊ１で示される角度でレーザ光による光信号２１ｃを、各比較局２２，２３，２９へ送信する。
【００８４】
その送信された光信号２１ｃは、比較局２２，２３，２９毎に反射され、この反射光ｃ１が仲介局２１に入射される。この入射された反射光ｃ１は、ＰＤ２１ｎで電気信号に変換されて、計測部２１ｈに入力されると共に、制御部２１ｊに入力される。制御部２１ｊは、電気信号に対応する反射光ｃ１に係る比較局２２，２３，２９毎の比較局識別情報ｊ２を計測部２１ｈに入力する。
【００８５】
この入力に応じて計測部２１ｈは、光アンテナ２１ａから比較局２２への光信号２１ｃの送信時刻と、この光信号２１ｃの反射光ｃ１の検知時刻との間の往復伝搬遅延時間を２で割った伝搬遅延（伝搬遅延時間）τａを求める。
【００８６】
計測部２１ｈは、入力された比較局２２の比較局識別情報ｊ２を、これに対応する比較局２２の伝搬遅延τａ＋仲介局２１の時刻ｔｃに対応付けて通信部２１ｉへ出力する。他の比較局２３，２９においても同様に、比較局２３の比較局識別情報ｊ２を、比較局２３の伝搬遅延τｂ＋時刻ｔｃに対応付け、また、比較局２９の比較局識別情報ｊ２を、比較局２９の伝搬遅延τｃ＋時刻ｔｃに対応付けて通信部２１ｉへ出力する。
【００８７】
通信部２１ｉは、比較局２２，２３，２９毎の比較局識別情報ｊ２が対応付けられたτａ＋ｔｃ，τｂ＋ｔｃ，τｃ＋ｔｃの情報を、ＤＣＮ２６を介してサーバ２４へ送信する。サーバ２４は、それらの情報を記憶する。
【００８８】
次に、ステップＳ３において、仲介局２１は、ＬＤ２１ｄからの時刻ｔｃが重畳されたレーザ光を変調部２１ｆで光複素振幅変調し、この変調された光信号２１ｃを、各比較局２２，２３，２９へ同時に送信する。
【００８９】
次に、ステップＳ４において、各比較局２２，２３，２９は、仲介局２１からの光信号２１ｃを受信し、この受信した光信号２１ｃに重畳されている仲介局２１の時刻ｔｃと、比較局２２，２３，２９毎の時刻ｔａ，ｔｂ，ｔｄとの時刻差を次のように測定し、サーバ２４へ送信する。
【００９０】
即ち、比較局２２は、仲介局２１から受信した光信号２１ｃを、ＰＤ２２ｍで電気信号に変換して時間間隔測定部２２ｄに入力する。また、信号制御部２２ｃは、自比較局２２の時計２２ｂからの時刻ｔａによる１ＰＰＳ信号に基づき、ＰＰＳの時刻信号ｔａ１を時間間隔測定部２２ｄに入力する。
【００９１】
時間間隔測定部２２ｄは、仲介局２１の時刻ｔｃと、比較局２２の時刻信号ｔａ１に基づく時刻ｔａとの時刻差ｔａ−ｔｃの情報を通信部２２ｅへ出力する。通信部２２ｅは、その時刻差ｔａ−ｔｃの情報を、ＤＣＮ２６を介してサーバ２４へ送信する。この処理と同様に、他の比較局２３，２９の時刻差の情報もサーバ２４へ送信される。サーバ２４は、その情報を記憶する。
【００９２】
次に、ステップＳ５において、差分演算部２５は、各比較局２２，２３，２９の時刻ｔａ，ｔｂ，ｔｄ同士を比較して、次のように時刻差を求める。即ち、差分演算部２５は、まず、時刻を比較したい比較局を決定する。例えば、比較局２２，２３と決定する。
【００９３】
この決定後、差分演算部２５は、サーバ２４に記憶された比較局２２に係る仲介局２１との時刻差ｔａ−ｔｃの情報と、比較局２２の比較局識別情報ｊ２が対応付けられた伝搬遅延τａの情報とを検索する。次に、差分演算部２５は、その検索された比較局２２の時刻ｔａから仲介局２１の時刻ｔｃを減算して伝搬遅延τａを考慮した結果ｔａ−（ｔｃ＋τａ）（図１参照）を求める。
【００９４】
同様に、差分演算部２５は、サーバ２４に記憶された比較局２３に係る仲介局２１との時刻差ｔｂ−ｔｃの情報と、比較局２３の比較局識別情報ｊ２が対応付けられた伝搬遅延τｂの情報とを検索する。次に、差分演算部２５は、その検索された比較局２３の時計２３ｂの時刻ｔｂから仲介局２１の時刻ｔｃを減算して伝搬遅延τｂを考慮した結果ｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）（図１参照）を求める。
【００９５】
次に、差分演算部２５は、比較局２２に係るｔａ−（ｔｃ＋τａ）から比較局２３に係るｔｂ−（ｔｃ＋τｂ）を減算してｔａ−ｔｂ＋（τｂ−τａ）を求め、この既知の（τｂ−τａ）を同じ（τｂ−τａ）で相殺し、比較局２２と比較局２３との時刻差Δｔ＝ｔａ−ｔｂを求める。
【００９６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態に係る時刻比較システム２０に用いられる時刻比較装置の効果について説明する。時刻比較システム２０は、互いに離間する複数の比較局２２，２３，２９に配備された時計の時刻差を求めるものである。この時刻比較システム２０を次のような特徴構成とした。
【００９７】
（１）時刻比較システム２０は、仲介局２１と、比較局２２，２３，２９と、差分演算部２５とを備えて構成した。即ち、仲介局２１は、時計２１ｂと、この時計２１ｂの時刻ｔｃが重畳された光信号２１ｃを比較局２２，２３，２９へ送信すると共に、光信号２１ｃの反射光ｃ１を受信する光アンテナ２１ａとを備える。
【００９８】
比較局２２，２３，２９は、光信号２１ｃを送受信する光アンテナ２２ａと、この光アンテナ２２ａで受信した仲介局２１からの光信号２１ｃを、仲介局２１方向へ反射するリトロリフレクタ２２ｊと、自比較局２２，２３，２９の時計の時刻と、仲介局２１からの光信号２１ｃに重畳された時刻との時刻差を求める測定部２２ｄとを備える。
【００９９】
また、仲介局２１は、当該仲介局２１に係る時刻が重畳された光信号２１ｃを送信角度を可変しながら比較局２２，２３，２９へ送信し、この送信される光信号２１ｃがリトロリフレクタ２２ｊで反射された反射光ｃ１のピーク強度を検知して比較局２２，２３，２９の方向（方向角度）を特定し、この特定された比較局２２，２３，２９と当該仲介局２１間の伝搬遅延時間を求め、当該特定された比較局２２，２３，２９への送信角度で光信号２１ｃを複数の比較局２２，２３，２９へ同時に送信する仲介機能部を備える。
【０１００】
差分演算部２５は、測定部２２ｄで求められた比較局２２，２３，２９に係る時刻と仲介局２１に係る時刻との時刻差に、仲介機能部で求められた伝搬遅延時間を加算して比較局２２，２３，２９毎の時刻情報を求める。更に、差分演算部２５は、一方の比較局２２，２３，２９の時刻情報から他方の比較局２２，２３，２９の時刻情報を減算した結果に残る伝搬遅延時間｛図１の（τｂ−τａ）｝を既知の伝搬遅延時間（τｂ−τａ）で相殺して、比較局２２，２３，２９同士の時刻差を求める構成とした。
【０１０１】
この構成によれば、離間した各比較局２２，２３，２９は、仲介局２１と時刻が重畳された光信号２１ｃを無線により送受信して比較局２２，２３，２９同士の時刻差を求めることができる。この時刻差を求める構成は、光ファイバを用いないので低コストで実現でき、専用の光ファイバを用いることも無いので低運用コストで実現できる。また、光信号２１ｃの送受信で比較局２２，２３，２９間の時刻差を求めることができるので、正確に時刻差を求めることができる。
【０１０２】
このように光信号且つ無線信号という特長から、ＧＰＳ信号に対してノイズとなるような電磁波（干渉波や妨害波）が存在する環境においても利用可能であると共に、ダークファイバやチャネルの占有コストが必要ないため、低コストで運用可能である。
【０１０３】
従って、遠隔地等に離間して設置された時計間の時刻差を低コストで高精度に求めることができる。
【０１０４】
（２）仲介機能部は、仲介局２１の時計の時刻が重畳されたレーザ光を出射するＬＤ２１ｄと、変調部２１ｆと、制御部２１ｊと、計測部２１ｈとを備える。
【０１０５】
変調部２１ｆは、レーザ光に対して、当該レーザ光のスポットを空間領域に分散させる光複素振幅変調を行い、この光複素振幅変調された光信号２１ｃを比較局２２，２３，２９へ送信すると共に、当該光複素振幅変調時にレーザ光に位相変調を行って光信号２１ｃの送信角度を可変する。
【０１０６】
制御部２１ｊは、送信角度を変えて送信される光信号２１ｃがリトロリフレクタ２２ｊで反射された反射光ｃ１の強度を走査し、ピーク強度を検知して比較局２２，２３，２９の方向を特定し、当該ピーク強度となる光信号２１ｃの送信角度を、当該光信号２１ｃの送信先である比較局２２，２３，２９の固有の比較局識別情報ｊ２を対応付けて記憶する。
【０１０７】
そして、制御部２１ｊは、変調部２１ｆに対して、記憶された比較局識別情報ｊ２に応じた送信角度で光信号２１ｃを送信する制御を行う。
【０１０８】
計測部２１ｈは、光信号２１ｃの送信時刻と、当該光信号２１ｃが比較局２２，２３，２９のリトロリフレクタ２２ｊで反射された反射光ｃ１の検知時刻間の往復伝搬遅延時間を２で割った、仲介局２１と当該比較局２２，２３，２９間の伝搬遅延時間を求める構成とした。
【０１０９】
この構成によれば、１つの光信号２１ｃを光複素振幅変調によって空間領域に分散させるので、１つの光信号２１ｃを、離間した複数の比較局２２，２３，２９へ同時に送信できる。また、位相変調を行って送信角度を変えながら光信号２１ｃを送信することにより、光信号２１ｃの反射光ｃ１の強度を走査し、ピーク強度を検知して比較局２２，２３，２９の方向を特定できるので、正確に比較局２２，２３，２９の方向角度を特定できる。更に、その特定した方向の比較局２２，２３，２９へ光信号２１ｃを送信して反射光ｃ１を検知できるので、仲介局２１と比較局２２，２３，２９との往復伝搬遅延時間を正確に求めることができる。従って、その正確な往復伝搬遅延時間から、仲介局２１と比較局２２，２３，２９間の伝搬遅延時間を正確に求めることができる。
【０１１０】
（３）比較局２２，２３，２９に、入射される光信号２１ｃを、当該入射方向と平行に送り返すリトロリフレクタ２２ｊを備える構成とした。
【０１１１】
この構成によれば、リトロリフレクタ２２ｊによって、仲介局２１から入射される光信号２１ｃを反射して、適正に仲介局２１へ送り返すことができる。
【０１１２】
この他、仲介局２１の光アンテナ２１ａを水平方向及び垂直方向に回動可能なアクチュエータを設けてもよい。この構成によれば、仲介局２１の光アンテナ２１ａを、アクチュエータで仲介局２１を中心に３６０°の範囲で回動可能となるので、仲介局２１を中心とした３６０°の範囲の比較局へ、光信号を送信可能となる。
【０１１３】
＜実施形態の応用例＞
図８は、本発明の実施形態の応用例に係る時刻比較システムの構成を示すブロック図である。
図８に示す時刻比較システム２０Ａが、上記実施形態のシステム２０（図１）と異なる点は、仲介局２１の光アンテナ２１ａと、比較局２３の光アンテナ２３ａとを結ぶ直線上にビル等の遮蔽物３１が介在する際に、光を反射する鏡等の反射板３２を遮蔽物３１から離間して設置し、この反射光ｃ１で光信号２１ｃを反射して光アンテナ２１ａ，２３ａ間で通信を可能としたことにある。
【０１１４】
具体的に説明すると、仲介局２１の光アンテナ２１ａと、比較局２３の光アンテナ２３ａとを結ぶ直線上に遮蔽物３１としてのビル３１が建設されたとする。この場合、仲介局２１の光アンテナ２１ａから送信される光信号２１ｃがビル３１で遮られ、比較局２３の光アンテナ２３ａで光信号２１ｃを受信できなくなる。そこで、仲介局２１の光アンテナ２１ａから送信される光信号２１ｃを反射して、比較局２３の光アンテナ２３ａへ送信可能な位置に反射板３２を設ける。その位置とは、例えば、遮蔽物３１から、上記直線に対して交差する横方向に離間したビルの壁面や屋上、又は鉄塔等の位置である。
【０１１５】
このような構成において、仲介局２１の光アンテナ２１ａから送信された光信号２１ｃは、反射板３２で反射されて比較局２３の光アンテナ２３ａへ送信される。この送信された光信号２１ｃは、光アンテナ２１ａのリトロリフレクタ２２ｊ（図６）で反射され、この反射光ｃ１が反射板３２で反射されて仲介局２１の光アンテナ２１ａに入射される。
【０１１６】
仲介局２１は、その入射された反射光ｃ１の強度が最も強い、光信号２１ｃの送信角度を比較局２３の方向と特定する。仲介局２１は、特定した比較局２３の方向に光信号２１ｃを送信し、この光信号２１ｃの反射光ｃ１を検知して往復伝搬遅延時間を測定し、この往復伝搬遅延時間の半分の伝搬遅延時間（伝搬遅延）τｅを求める。
【０１１７】
比較局２３の光アンテナ２３ａで仲介局２１から受信した光信号２１ｃによる時刻ｔｃは、仲介局２１と比較局２３間の伝搬遅延時間τｅだけ遅れており、これを、図８にｔｃ＋τａと示す。
【０１１８】
比較局２３の信号制御部２３ｃは、時計２３ｂの時刻ｔｂをＴＩＣ２３ｄに入力する。ＴＩＣ２３ｄは、時刻ｔｂから仲介局２１の時刻ｔｃを減算して、双方の時刻差ｔｂ−ｔｃを求める。この時刻差ｔｂ−ｔｃは、通信部２３ｅからサーバ２４へ送信されるが、図１では、時刻ｔｃの伝搬遅延τｅを考慮して、ｔｂ−（ｔｃ＋τｅ）と示している。
【０１１９】
サーバ２４は、各比較局２２，２３から受信した時刻差ｔａ−ｔｃ及び時刻差ｔｂ−ｔｃの情報と、これらに対応する仲介局２１と比較局２２，２３との伝搬遅延τａ，τｅとを差分演算部２５へ入力する。
【０１２０】
差分演算部２５は、比較局２２に係る時刻差に伝搬遅延τａを考慮したｔａ−（ｔｃ＋τａ）から、比較局２３に係る時刻差に伝搬遅延τeを考慮したｔｂ−（ｔｃ＋τe）を減算する。即ち、差分演算部２５は、｛ｔａ−（ｔｃ＋τａ）｝−｛ｔｂ−（ｔｃ＋τe）｝の減算を行って、ｔａ−ｔｂ＋（τe−τａ）を求める。（τe−τａ）は既知の値なので、差分演算部２５は、同じ（τe−τａ）で（τe−τａ）を相殺し、比較局２２と比較局２３との時刻差Δｔ＝ｔａ−ｔｂを求める。
【０１２１】
上述した反射板３２に代え、仲介局２１からの光信号２１ｃを受信後に増幅等を行って比較局２２へ中継する中継局を設けてもよい。この中継局は、比較局２２からの反射光ｃ１を仲介局２１へ中継する。
【０１２２】
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
２０，２０Ａ  時刻比較システム
２１  仲介局
２１ａ，２２ａ，２３ａ  光アンテナ
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ  時計
２１ｄ  ＬＤ
２１ｅ，２１ｍ，２２ｋ  レンズ
２１ｆ  光複素振幅変調部
２１ｇ，２２ｃ，２３ｃ  信号制御部
２１ｈ  伝搬遅延計測部
２１ｉ，２２ｅ，２３ｅ  通信部
２１ｊ  光複素振幅制御部
２１ｋ，２２ｉ  ビームスプリッタ
２１ｎ，２２ｍ  ＰＤ
２２，２３，２９  比較局
２２ｄ，２３ｄ  ＴＩＣ，時間間隔測定部
２２ｊ  リトロリフレクタ
２４  サーバ
２５  差分演算部
２６  ＤＣＮ
３１  遮蔽物
３２  反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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