(57)【要約】  送信装置は、１つの光信号を射出する光源を有する第１の発光部を備え、受信装置は、複数の画素から成る画素領域を有し光信号を画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、複数の画素のうち光信号が照射される画素を画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、分類情報に従って、ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、画素グループに属する画素の信号を同時に読み出す制御部とを備える。
2008023583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置から受信装置に光信号を伝送する光空間伝送装置であって、
前記送信装置は、１つの光信号を射出する光源を有する第１の発光部を備え、
前記受信装置は、
複数の画素から成る画素領域を有し、前記光信号を前記画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、
前記複数の画素のうち前記光信号が照射される画素を画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、
前記分類情報に従って、前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、前記画素グループに属する画素の信号を同時に読み出す制御部とを備えることを特徴とする、光空間伝送装置。
【請求項２】
前記第１の発光部は、前記光信号の射出を開始する前に、前記光源を発光させることで、初期設定を行うための設定光信号を射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記設定光信号を受信し、
前記分類部は、前記複数の画素のうち前記設定光信号の受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出してグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の画素のうち前記画素グループを除く画素の信号は、読み出さないことを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項４】
前記受信装置は、前記分類情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記分類情報を読み出して前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項５】
前記受信装置は、前記送信装置に対して、データの伝送を要求する信号を送信する送信部を更に備え、
前記送信装置は、前記送信部から送信された前記データの伝送を要求する信号を受信する受信部を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送装置。
【請求項６】
前記送信部は、前記送信装置に対して前記データの伝送を要求する光信号を射出する第２の発光部であり、
前記第２の発光部は、前記記憶部が前記分類情報の記憶を完了する所定のタイミングで、前記データの伝送を要求する光信号を射出することを特徴とする、請求項５に記載の光空間伝送装置。
【請求項７】
前記受信部は、前記第２の発光部から射出された前記データの伝送を要求する光信号を受信して電気信号に変換する受光部であり、
前記第１の発光部は、前記受光部から前記電気信号を入力されて、前記光信号の射出を開始することを特徴とする、請求項６に記載の光空間伝送装置。
【請求項８】
前記第１の発光部は、更に、光軸のずれを補正するためのパイロット光信号を射出するパイロット光源を備え、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、更に、前記パイロット光信号を前記画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記複数の画素のうち前記パイロット光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項９】
前記分類部は、更に、前記光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１０】
前記受信装置は、
光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、
前記光信号を分割し、前記補正用イメージセンサと前記ＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、
前記補正用イメージセンサは、前記光信号を複数の画素で成る画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記補正用イメージセンサの前記光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１１】
送信装置から受信装置に光信号を伝送する光空間伝送装置であって、
前記送信装置は、複数の光信号を射出する複数の光源を有する第１の発光部を備え、
前記受信装置は、
複数の画素から成る画素領域を有し、前記複数の光信号を前記画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、
前記複数の画素のうち前記複数の光信号のそれぞれが照射される画素をそれぞれの画素グループにまとめて、前記複数の光信号に対応する複数の画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、
前記分類情報に従って、前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、前記複数の画素グループに属する画素の信号を、画素グループ毎に同時に読み出す制御部とを備えることを特徴とする、光空間伝送装置。
【請求項１２】
前記第１の発光部は、前記複数の光信号の射出を開始する前に、前記複数の光源を順番に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を順番に射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記複数の設定光信号を順番に受信し、
前記分類部は、前記複数の設定光信号が順番に受信される毎に、前記複数の画素のうち受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出して１つのグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１３】
前記第１の発光部は、更に、前記複数の設定光信号を順番に射出する前に、前記複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、
前記分類部は、前記複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１２に記載の光空間伝送装置。
【請求項１４】
前記第１の発光部は、前記複数の光信号の射出を開始する前に、前記複数の光源を互いに異なる光強度で同時に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記複数の設定光信号を同時に受信し、
前記分類部は、前記複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１５】
前記第１の発光部は、前記複数の光信号の射出を開始する前に、前記複数の光源を分割して成る複数の光源群のそれぞれに含まれる光源を、互いに異なる光強度で前記光源群毎に同時に発光させることで、前記光源群毎に、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記光源群毎の前記複数の設定光信号を同時に受信し、
前記分類部は、前記光源群毎の前記複数の設定光信号が受信される度に、前記複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１６】
前記第１の発光部は、更に、前記光源群毎の複数の設定光信号を同時に射出する前に、前記複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、
前記分類部は、前記複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１５に記載の光空間伝送装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記複数の画素のうち前記複数の画素グループを除く画素の信号は、読み出さないことを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１８】
前記受信装置は、前記分類情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記分類情報を読み出して前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１９】
前記受信装置は、前記送信装置に対して、データの伝送を要求する信号を送信する送信部を更に備え、
前記送信装置は、前記送信部から送信された前記データの伝送を要求する信号を受信する受信部を更に備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光空間伝送装置。
【請求項２０】
前記送信部は、前記送信装置に対して前記データの伝送を要求する光信号を射出する第２の発光部であり、
前記第２の発光部は、前記記憶部が前記分類情報の記憶を完了する所定のタイミングで、前記データの伝送を要求する光信号を射出することを特徴とする、請求項１９に記載の光空間伝送装置。
【請求項２１】
前記受信部は、前記第２の発光部から射出された前記データの伝送を要求する光信号を受信して電気信号に変換する受光部であり、
前記第１の発光部は、前記受光部から前記電気信号を入力されて、前記光信号の射出を開始することを特徴とする、請求項２０に記載の光空間伝送装置。
【請求項２２】
前記第１の発光部は、更に、光軸のずれを補正するためのパイロット光信号を射出するパイロット光源を備え、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、更に、前記パイロット光信号を前記画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記複数の画素のうち前記パイロット光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項２３】
前記分類部は、更に、前記複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項２４】
前記受信装置は、
光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、
前記複数の光信号の少なくとも１つを分割し、前記補正用イメージセンサと前記ＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、
前記補正用イメージセンサは、前記複数の光信号の少なくとも１つを複数の画素で成る画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記補正用イメージセンサの前記複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサを用いて高速な光空間伝送を可能にする光空間伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光空間伝送方式は、光ファイバを用いないで高速なデータ伝送を実現できるため、ビル間の通信や、建物内の配線の一部として利用されている。また、光空間伝送方式は、複数の光信号を互いに空間的に分離して伝送できるので、光ファイバ通信における波長多重方式のように異なる波長の光源及び波長フィルタを必要としない。このような特徴を有するため、光空間伝送方式は、波長選別をされていないレーザ及び発光スペクトラムの広いＬＥＤ等を光源として用いることができる。この結果として、光空間伝送方式は、高速なデータ伝送を低コストで実現できる。【０００３】
図１３に、特許文献１に記載された従来の光空間伝送装置３００の構成を示す。図１３に示す通り、光空間伝送装置３００は、送信装置３０１と受信装置３０２とを備える。送信装置３０１は、入力されたシリアル形式のデータをパラレル形式のデータに変換（以下、Ｓ−Ｐ変換という）するシリアル−パラレル変換部（以下、Ｓ−Ｐ変換部という）３０３と、複数の光源で成る発光部３０４とを含む。受信装置３０２は、レンズ３０５と、複数のフォトダイオード（以下、ＰＤという）がマトリクス状に整列して成るＰＤアレイ部３０６と、入力されたパラレル形式のデータをシリアル形式のデータに変換（以下、Ｐ−Ｓ変換という）するパラレル−シリアル変換部（以下、Ｐ−Ｓ変換部という）３０７とを含む。【０００４】
Ｓ−Ｐ変換部３０３は、入力された伝送データをＳ−Ｐ変換する。発光部３０４には、Ｓ−Ｐ変換されたパラレル形式のデータが入力される。ここで、パラレル形式のデータは、複数のデータ（以下、パラレルデータという）で構成されている。発光部３０４は、各パラレルデータを対応する光源に入力し、各光源から光信号を射出する。図１３では、４つのパラレルデータが、４つの光源にそれぞれ入力され、４つの光信号が射出されている。レンズ３０５は、発光部３０４の光源から射出された光信号をＰＤアレイ部３０６に集光する。ＰＤアレイ部３０６は、各ＰＤに照射された光信号を電気信号に変換（以下、光電変換という）する。ここで、ＰＤアレイ部３０６のＰＤは、それぞれ、光電変換した電気信号を出力する。このことから、ＰＤアレイ部３０６の出力は、複数のパラレルデータとなる。Ｐ−Ｓ変換部３０７は、入力された複数のパラレルデータをＰ−Ｓ変換し、シリアル形式のデータを再生する。【０００５】
以上に説明した通り、光空間伝送装置３００は、シリアル形式のデータをパラレル形式のデータに変換して光空間伝送を行うことによって、高速伝送を可能としている。【０００６】
しかしながら、ＰＤアレイを用いた光空間伝送装置３００には、以下の問題がある。まず、受信装置３０２においてＰ−Ｓ変換が必要となるために、受信装置３０２にＰ−Ｓ変換部３０７を備える必要があり、この結果として回路規模が増大するという問題である。次に、ＰＤアレイ部３０６を構成するＰＤの数と発光部３０４を構成する光源の数とが等しい場合、光源とＰＤとを１対１で対応させる必要があるために、厳密な光軸調整が必要となるという問題がある。【０００７】
これらの問題を解消する装置として、図１４に示す従来の光空間伝送装置４００が考えられる。図１４に示す通り、光空間伝送装置４００は、光空間伝送装置３００に対して、受信装置３０２を受信装置４０１に置換えた構成である。受信装置４０１は、Ｘ−Ｙアドレスイメージセンサ（以下、単に、イメージセンサという）４０２を含む。ここで、Ｘ−Ｙアドレスイメージセンサとは、信号を読出す画素をＸ方向のアドレスとＹ方向のアドレスとで順次特定して、特定された画素の信号を順次読出す方式のイメージセンサである。つまり、光空間伝送装置４００は、光空間伝送装置３００に対して、ＰＤアレイ部３０６及びＰ−Ｓ変換部３０７をＸ−Ｙアドレスイメージセンサ４０２に置換えた構成である。なお、図１４では、受信装置４０１がレンズ３０５を含んでいないが、受信装置４０１はレンズ３０５を含んでもよい。【０００８】
次に、光空間伝送装置４００の動作を説明する。なお、送信装置３０１の動作説明は、既に行ったので省略する。発光部３０４の各光源から射出された光信号は、イメージセンサ４０２の複数の画素がマトリクス状に配列された画素領域に照射される。イメージセンサ４０２は、各画素から受光信号を順次読出すことによって、シリアル形式の伝送データを再生する。【０００９】
以上に説明した通り、光空間伝送装置４００は、イメージセンサ４０２を備えることによってＰ−Ｓ変換部３０７を備える必要がないので、回路規模の増大を抑制できる。また、光空間伝送装置４００は、光信号が照射されるイメージセンサ４０２の画素数を増やして、受光領域である画素領域の面積を拡大することによって、厳密な光軸調整を緩和できる。
【特許文献１】特開２００１−２９２１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の光空間伝送装置４００には、以下の課題がある。イメージセンサ４０２は、通常、撮像用として使用されるものである。そして、イメージセンサ４０２は、各画素の信号を順番に読出し、また、全ての画素の信号を読出して１枚の画像を読出す動作を行う。図１５は、イメージセンサ４０２が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。図１５に示す通り、イメージセンサ４０２は、垂直走査回路４０３と、水平走査回路４０４と、画素♯１〜♯１６と、出力信号線４０５とを備える。なお、画素の数量は一例である。イメージセンサ４０２は、垂直走査回路４０３及び水平走査回路４０４によって各画素を１つずつ選択して、選択した画素の信号を出力信号線４０５に順次読出す。より具体的には、全ての画素♯１〜♯１６が順番に選択されて、全ての画素♯１〜♯１６の信号が出力信号線４０５に順次読出される。この動作によって、イメージセンサ４０２は、画素領域に照射された光信号を１枚の画像信号として出力する。このため、全ての画素の信号が１通り読出されるには、比較的長い時間を必要とする。つまり、受信装置４０１が備えるイメージセンサ４０２の読出し速度は、画素数に比例して遅くなる。この結果として、画素数が多くなるに伴って、光空間伝送装置４００の伝送速度が非常に低下するという課題がある。【００１１】
また、画素数を少なくすることでイメージセンサ４０２の読出し速度を上げることもできる。しかし、各画素の面積が一定の場合には、受光領域（画素領域）の面積が縮小するために光軸調整が困難となる。また、受光領域（画素領域）の面積は一定のままで画素数を少なくすると、光軸調整が容易になる一方で、各画素の面積は拡大する。このことから、各画素の寄生容量が増加して、単位画素あたりの信号読出し速度が低下する。【００１２】
それ故に、本発明の目的は、イメージセンサを用いて厳密な光軸調整を緩和した光空間伝送装置において、イメージセンサの信号読出し速度を向上させて高速通信を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、送信装置から受信装置に光信号を伝送する光空間伝送装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるため、本発明の光空間伝送装置は、送信装置と受信装置とを備え、送信装置は、１つの光信号を射出する光源を有する第１の発光部を備え、受信装置は、複数の画素から成る画素領域を有し、光信号を画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、複数の画素のうち光信号が照射される画素を画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、分類情報に従って、ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、画素グループに属する画素の信号を同時に読み出す制御部とを備える。【００１４】
また、好ましくは、第１の発光部は、光信号の射出を開始する前に、光源を発光させることで、初期設定を行うための設定光信号を射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で設定光信号を受信し、分類部は、複数の画素のうち設定光信号の受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出してグループとすることで、分類情報を作成する。【００１５】
また、好ましくは、制御部は、複数の画素のうち画素グループを除く画素の信号は、読み出さない。【００１６】
また、受信装置は、分類情報を記憶する記憶部を更に備え、制御部は、記憶部に記憶された分類情報を読み出してＸＹアドレス方式イメージセンサを制御してもよい。【００１７】
また、受信装置は、送信装置に対して、データの伝送を要求する信号を送信する送信部を更に備え、送信装置は、送信部から送信されたデータの伝送を要求する信号を受信する受信部を更に備えてもよい。【００１８】
また、送信部は、送信装置に対してデータの伝送を要求する光信号を射出する第２の発光部であり、第２の発光部は、記憶部が分類情報の記憶を完了する所定のタイミングで、データの伝送を要求する光信号を射出してもよい。【００１９】
また、受信部は、第２の発光部から射出されたデータの伝送を要求する光信号を受信して電気信号に変換する受光部であり、第１の発光部は、受光部から電気信号を入力されて、光信号の射出を開始してもよい。【００２０】
また、第１の発光部は、更に、光軸のずれを補正するためのパイロット光信号を射出するパイロット光源を備え、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、更に、パイロット光信号を画素領域で受信し、分類部は、更に、複数の画素のうちパイロット光信号が照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。【００２１】
また、分類部は、更に、光信号が照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。【００２２】
また、受信装置は、光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、光信号を分割し、補正用イメージセンサとＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、補正用イメージセンサは、光信号を複数の画素で成る画素領域で受信し、分類部は、更に、補正用イメージセンサの光信号が照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。【００２３】
また、送信装置は、複数の光信号を射出する複数の光源を有する第１の発光部を備え、受信装置は、複数の画素から成る画素領域を有し、複数の光信号を画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、複数の画素のうち複数の光信号のそれぞれが照射される画素をそれぞれの画素グループにまとめて、複数の光信号に対応する複数の画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、分類情報に従って、ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、複数の画素グループに属する画素の信号を、画素グループ毎に同時に読み出す制御部とを備えてもよい。【００２４】
また、好ましくは、第１の発光部は、複数の光信号の射出を開始する前に、複数の光源を順番に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を順番に射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で複数の設定光信号を順番に受信し、分類部は、複数の設定光信号が順番に受信される毎に、複数の画素のうち受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出して１つのグループとすることで、分類情報を作成する。【００２５】
また、第１の発光部は、更に、複数の設定光信号を順番に射出する前に、複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、分類部は、複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、分類情報を作成してもよい。【００２６】
また、１の発光部は、複数の光信号の射出を開始する前に、複数の光源を互いに異なる光強度で同時に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で複数の設定光信号を同時に受信し、分類部は、複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、分類情報を作成してもよい。【００２７】
また、第１の発光部は、複数の光信号の射出を開始する前に、複数の光源を分割して成る複数の光源群のそれぞれに含まれる光源を、互いに異なる光強度で光源群毎に同時に発光させることで、光源群毎に、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で光源群毎の複数の設定光信号を同時に受信し、分類部は、光源群毎の複数の設定光信号が受信される度に、複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、分類情報を作成してもよい。【００２８】
また、第１の発光部は、更に、光源群毎の複数の設定光信号を同時に射出する前に、複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、分類部は、複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、分類情報を作成してもよい。【００２９】
また、好ましくは、制御部は、複数の画素のうち複数の画素グループを除く画素の信号は、読み出さない。【００３０】
また、分類部は、更に、複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。【００３１】
また、受信装置は、光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、複数の光信号の少なくとも１つを分割し、補正用イメージセンサとＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、補正用イメージセンサは、複数の光信号の少なくとも１つを複数の画素で成る画素領域で受信し、分類部は、更に、補正用イメージセンサの複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。
【発明の効果】
【００３２】
上記のように、本発明によれば、イメージセンサを用いて厳密な光軸調整を緩和した光空間伝送装置において、イメージセンサの信号読出し速度を向上させて高速通信を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００の構成例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の発光部１０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図である。
【図３】図３は、本発明の光空間伝送装置１００の動作について説明するための図である。
【図４】図４は、図３で説明した初期設定動作（ステップＳ０１〜ステップＳ０６）を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図である。
【図６】図６は、図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送装置２００の構成例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１の発光部２０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図である。
【図９】図９は、本発明の分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図である。
【図１０】図１０は、図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明のイメージセンサ１０５の画素領域の一部分を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の受信装置１０２が、パイロット兼用光信号を検出する専用のイメージセンサを備える場合の構成例について説明するための図である。
【図１３】図１３は、特許文献１に記載された従来の光空間伝送装置３００の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、従来の光空間伝送装置４００の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、従来の光空間伝送装置４００のイメージセンサ４０２が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０−１〜１０−４、１０３−１、２０３−１〜２０３−４    光源
１００、２００、３００、４００    光空間伝送装置
１０１、３０１    送信装置
１０２、２０１、３０２、４０１    受信装置
１０３、１０９、２０３、３０４    発光部
１０４    受光部
１０５、２０５、４０２    イメージセンサ
１０６    分類部
１０７    記憶部
１０８    制御部
１２０、４０３    垂直走査回路
１２１、４０４    水平走査回路
１２２、４０５    出力信号線
２０６    ビームスプリッタ
３０３    Ｓ−Ｐ変換部
３０５    レンズ
３０６    ＰＤアレイ部
３０７    Ｐ−Ｓ変換部  ♯１〜♯６４    画素
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００の構成例を示す図である。図１に示す通り、光空間伝送装置１００は、送信装置１０１と受信装置１０２とを備える。送信装置１０１は、第１の発光部１０３と受光部１０４とを含む。受信装置１０２は、Ｘ−Ｙアドレス方式のイメージセンサ（以下、単に、イメージセンサという）１０５と、分類部１０６と、記憶部１０７と、制御部１０８と、第２の発光部１０９とを含む。【００３６】
図２は、第１の発光部１０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図である。図２に示す通り、第１の発光部１０３は、１つの光源１０３−１により構成される。イメージセンサ１０５は、複数の画素から成る画素領域を有する。以下では、一例として、イメージセンサ１０５は１６個の画素を有するものとして説明を行う。【００３７】
図３は、光空間伝送装置１００の動作について説明するための図である。以下では、図１〜図３を参照して、光空間伝送装置１００の動作の概要について説明する。光空間伝送装置１００は、初期設定動作（ステップＳ０１〜ステップＳ０６）と、当該初期設定動作後に実行されるデータ伝送動作（ステップＳ０７〜ステップＳ０９）とを行う。【００３８】
まず、初期設定動作について説明する。第１の発光部１０３は、光源１０３−１を発光させる（ステップＳ０１）。このことによって、第１の発光部１０３は、イメージセンサ１０５に、データ伝送の初期設定を行うための設定光信号を照射する（図２を参照）。イメージセンサ１０５は、複数の画素がマトリクス状に配列された画素領域で設定光信号を受光する（ステップＳ０２）。そして、イメージセンサ１０５は、各画素の電気信号を順番に出力する。分類部１０６は、イメージセンサ１０５から出力された各画素の電気信号を基に、後に詳しく説明する画素の分類及び画素のグループ化処理を行い（ステップＳ０３）、当該処理結果である分類情報を出力する。記憶部１０７は、分類情報の記憶処理を行い（ステップＳ０４）、当該記憶処理と並行して当該記憶処理が完了するタイミングを示す信号Ｓ２を第２の発光部１０９に出力する。第２の発光部１０９は、信号Ｓ２を電気信号から光信号に変換（以下、電光変換という）し、データ送信要求信号として送信装置１０１の受光部１０４に向けて放射する（ステップＳ０５）。受光部１０４は、データ送信要求信号を受光する（ステップＳ０６）。【００３９】
次に、データ伝送動作について説明する。受光部１０４は、データ送信要求信号を受光すると、データ送信開始信号Ｓ３を第１の発光部１０３に出力する。第１の発光部１０３は、データ送信開始信号Ｓ３を入力されると、伝送データＳ１を光源１０３−１を用いて電光変換したデータ光信号を、イメージセンサ１０５に照射する（ステップＳ０７）。イメージセンサ１０５は、画素領域でデータ光信号を受光する（ステップＳ０８）。ここで、データ光信号が照射される画素と、ステップＳ０２で設定光信号が照射された画素とは等しいものとする。すなわち、第１の発光部１０３とイメージセンサ１０５との位置関係は、初期設定動作時とデータ伝送動作時とで変化しないものとする。制御部１０８は、記憶部１０７に記憶された分類情報を用いて、後に詳しく説明する方法でイメージセンサ１０５の動作を制御して、各画素の電気信号を読出させる（ステップＳ０９）。このことによって、イメージセンサ１０５は、伝送データＳ１を再生する。【００４０】
図４は、図３で説明した初期設定動作（ステップＳ０１〜ステップＳ０６）を詳細に説明するためのフローチャートである。なお、図４に示すステップＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０４及びＳ０５は、それぞれ、図３に示すステップＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０４及びＳ０５と同じである。また、図４に示すステップＳ０３−１〜Ｓ０３−６は、図３に示すステップＳ０３を構成するステップである。図５は、分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図である。図５は、一例として、画素♯１〜♯１６が配列されたイメージセンサ１０５を表している。また、一例として、第１の発光部１０３の光源１０３−１から射出された設定光信号が、主に画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１に照射されている場合を表している。【００４１】
以下では、図４及び図５を参照して初期設定動作について詳細に説明する。まず、第１の発光部１０３の光源１０３−１が発光し（ステップＳ０１）、設定光信号がイメージセンサ１０５に照射される（図２を参照）。イメージセンサ１０５は、設定光信号を受光する（ステップＳ０２）。以下では、一例として、図５に示す様に、イメージセンサ１０５の画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１に設定光信号が主に照射される場合について説明する。【００４２】
分類部１０６は、最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１の番号が大きいか否かを判断する（ステップＳ０３−１）。最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１の番号は大きくないので、ステップＳ０３−２に移る。次に、分類部１０６は、イメージセンサ１０５の出力から画素♯１の受信電力レベル（Ｐｒ１  ）を抽出する（ステップＳ０３−２）。次に、分類部１０６は、抽出した受信電力レベル（Ｐｒ１  ）が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ０３−３）。画素♯１には設定光信号が照射されていないので（図５を参照）、Ｐｒ１  は所定の閾値以上ではないと判断され、ステップＳ０３−５に移る。次に、分類部１０６は、画素♯１の番号に１を加えて次の分類対象の画素を画素♯２とし（ステップＳ０３−５）、ステップＳ０３−１に戻る。以下同様に、画素♯２〜♯５には設定光信号が殆ど照射されていないので（図５を参照）、画素♯２〜♯５の受信電力レベル（Ｐｒ２  〜Ｐｒ５  ）は、いずれも所定の閾値以上ではないと判断されて、ステップＳ０３−１に戻る。【００４３】
次に、分類部１０６は、最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯６の番号が大きいか否かを判断する（ステップＳ０３−１）。最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯６の番号は大きくないので、ステップＳ０３−２に移る。次に、分類部１０６は、イメージセンサ１０５の出力から画素♯６の受信電力レベル（Ｐｒ６  ）を抽出する（ステップＳ０３−２）。次に、分類部１０６は、抽出した受信電力レベル（Ｐｒ６  ）が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ０３−３）。画素♯６には設定光信号が照射されているので（図５を参照）、Ｐｒ６  は所定の閾値以上であると判断され、ステップＳ０３−４に移る。次に、分類部１０６は、画素領域における画素♯６の位置を保持する（ステップＳ０３−４）。次に、分類部１０６は、画素♯６の番号６に１を加えて分類対象の画素♯７とし（ステップＳ０３−５）、ステップＳ０３−１に戻る。同様に、画素♯７には設定光信号が照射されているので（図５を参照）、画素♯７の受信電力レベル（Ｐｒ７  ）は所定の閾値以上であると判断されて、画素領域における画素♯７の位置は保持される。【００４４】
以下同様に、画素♯８〜♯１６までを分類対象の画素としてステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５が繰り返され、ステップＳ０３−５で分類対象の画素が画素♯１７（実際には画素♯１７は存在しない）となり、ステップＳ０３−１に戻る。この結果として、分類部１０６は、画素領域における画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１の位置を保持する。つまり、ステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５によって、所定の閾値以上の受信電力レベルの画素が分類（抽出）され、当該画素の画素領域における位置が分類部１０６に保持される。【００４５】
次に、分類部１０６は、最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１７の番号が大きいか否かを判断する（ステップＳ０３−１）。最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１７の番号が大きいので、ステップＳ０３−６に移る。次に、分類部１０６は、保持している画素領域における各画素の位置を、位置間の連続性を基準に関連づけてグループとする。具体的には、分類部１０６は、画素領域において、保持している各画素位置のうち、隣接することで連続する位置関係を有する複数の画素位置を１つのグループとする。より具体的には、図５に示す通り、分類部１０６は、隣接することで連続する位置関係を有する画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１の位置を１つのグループとする。このことによって、分類部１０６は、同一の光信号を受光する画素（画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１）をグループ化することができる（ステップＳ０３−６）。そして、分類部１０６は、グループ化した画素を示す分類情報を作成する。なお、分類部１０６は、ステップＳ０３−６において、上記した画素の位置間の連続性は考慮せず、単に、保持している各画素位置を１つのグループとしてもよい。【００４６】
記憶部１０７は、分類情報の記憶処理を行い（ステップＳ０４）、当該記憶処理と並行して当該記憶処理が完了するタイミングを示す信号Ｓ２を第２の発光部１０９に出力する。第２の発光部１０９は、信号Ｓ２を電光変換し、データ送信要求信号として送信装置１０１の受光部１０４に向けて放射する（ステップＳ０５）。受光部１０４は、データ送信要求信号を受光する（図４に図示せず）。【００４７】
ここで、図４のステップＳ０３−３で用いる受信電力レベルの閾値の設定方法の例について、説明する。一例として、誤り率１０−１２  を満たす受信電力レベル（閾値）を設定する。なお、以下では、単位画素あたりの受光電力が小さく、雑音成分として熱雑音が支配的な場合（ショット雑音及び光源の相対強度雑音等が無視できる場合）を仮定する。【００４８】
まず、１つの画素のみで光信号を受信する場合について考える。一般に、２値の光信号を受光した場合の誤り率は、相補誤差関数（ｅｒｆｃ）を用いて、以下の式１で表すことができる。
【数１】
2008023583.tif 000003
ここで、Ｉ１  は光信号照射時の画素の受光電流であり、Ｉ０  は光信号非照射時の画素の受光電流であり、σは熱雑音電流である。識別電流レベルは（Ｉ１  −Ｉ０  ）／２とする。また、データ伝送速度は１００ＭＨｚとし、光電変換効率は０．５とし、消光比は６ｄＢとし、雑音電流密度は１０ｐＡ／√Ｈｚとする。この場合には、式１より、誤り率１０−１２  を満たす受信電力レベル（閾値）として、−２４．３ｄＢｍが得られる。【００４９】
次に、本実施形態のようにグループ化された複数の画素によって、光信号を受信する場合について考える。この場合、グループ化された画素の数をｋとし、式１を拡張すると、誤り率は以下の式２で表すことができる。
【数２】
2008023583.tif 000004
ここで、σは、画素毎に発生する熱雑音電流であり、全ての画素において等しいとする。また、Ｉ１ｉｊ  及びＩ０ｉｊ  は、それぞれ、画素領域の座標（Ｉ，ｊ）での光信号照射時の画素の受光電流及び光信号非照射時の画素の受光電流である。この場合には、式２より、誤り率１０−１２  を満たすためには、以下の式３を満たす必要がある。
【数３】
2008023583.tif 000005
このことから、光信号が照射される各画素の受光電流（Ｉ１ｉｊ  ，Ｉ０ｉｊ  ）が検出できれば、グループ化する画素を選択することによって、式３を満たす受信電力レベル（閾値）を設定できる。なお、光信号が照射される各画素の受光電流（Ｉ１ｉｊ  ，Ｉ０ｉｊ  ）が検出できず、またｋが決定できない場合には、式１を用いた方法によって受信電力レベル（閾値）を設定すればよい。【００５０】
図６は、図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。図６に示す通り、イメージセンサ１０５は、垂直走査回路１２０と、水平走査回路１２１と、画素♯１〜♯１６と、出力信号線１２２とを備える。なお、説明の便宜のため、画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１を除く画素は、斜線で示している。【００５１】
制御部１０８は、記憶部１０７に記憶されている分類情報（グループ化された画素を示す情報）を読出して、当該分類情報に従って、イメージセンサ１０５の画素信号読出し動作を制御する。以下、より具体的に説明する。制御部１０８は、記憶部１０７に記憶されている、画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１が１つのグループであることを示す分類情報を読出す。次に、制御部１０８は、読出した分類情報に従って、イメージセンサ１０５の垂直走査回路１２０及び水平走査回路１２１を制御して、画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１の信号を同時に読出し、読出した各画素の信号を足し合わせて出力信号線１２２に同時に出力する。画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１を除く画素の信号は、読出されない。【００５２】
このように、制御部１０８は、分類情報に従って、光信号が照射される画素の信号を一括して読出し、一方で、信号が照射されない画素の信号は読出さない。つまり、従来の光空間伝送装置４００が備えるイメージセンサ４０２は全画素の信号を画素毎に順番に読出すのに対して、制御部１０８は、イメージセンサ１０５に光信号が照射される画素の信号のみを一括して読出させる。このことによって、制御部１０８は、一例として説明した１６個の画素を備えるイメージセンサを備える場合には、読出し動作を１６回から１回に短縮することができる。【００５３】
以上に説明した通り、第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００は、初期設定動作によって、光信号を受信する画素を特定し、同一の光信号を受信する画素をグループ化する。そして、データ伝送動作において、光空間伝送装置１００は、グループ化された画素の信号を同時に読出す。このことによって、光空間伝送装置１００は、従来の光空間伝送装置４００と同様に厳密な光軸調整を緩和しつつ、従来の光空間伝送装置４００よりも大幅にイメージセンサの信号読出し速度を向上させて、高速通信を実現することができる。【００５４】
なお、第１の実施形態では、送信要求信号の送信装置１０１へのフィードバックを光空間伝送によって行った。しかし、送信要求信号のフィードバックは、光空間伝送によるものに限定されるものではなく、受信装置１０２から送信装置１０１へ送信要求信号の伝送ができれば、他の手段でもよい。この場合、例えば、受信装置１０２は送信要求信号を送信する送信部を第２の発光部１０９の代わりに備え、送信装置１０１は送信要求信号を受信する受信部を受光部１０４に代わりに備えることとなる。【００５５】
また、第１の実施形態では、送信装置１０１は、送信要求信号を受信した後にデータ送信を開始する例について説明した。しかし、送信装置１０１は、受信装置１０２において分類情報が記憶部１０７に記憶されるタイミングで、データ送信を開始してもよい。この場合には、受光部１０４及び第２の発光部１０９は不要となる（図１を参照）。【００５６】
また、第１の実施形態では、記憶部１０７が分類情報の記憶を完了するタイミングを示す信号Ｓ２を、記憶部１０７が第２の発光部１０９に出力する例を説明した。しかし、信号Ｓ２は、分類部１０６又は制御部１０８が第２の発光部１０９に出力してもよい。【００５７】
また、第１の実施形態において、第１の発光部１０３で行う変調方式は、直接変調方式でもよいし、外部変調方式でもよい。【００５８】
また、第１の実施形態では、１つの出力信号線を備えるイメージセンサ１０５について説明した。しかし、複数の出力信号線を備えるイメージセンサを用いてもよい。【００５９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では１本の光軸に沿って光信号を伝送する場合について説明したが、第２の実施形態では、複数本の光軸に沿って光信号を伝送する場合について説明する。ここで、イメージセンサの各画素の動作期間には、信号を蓄積する信号蓄積期間と、蓄積した信号を読出す信号読出し期間とがある。すなわち、各画素は、信号読出し期間には、信号を蓄積できない。このことから、複数本の光軸に沿って光信号を伝送することによって、或るグループの画素の信号を一括して読出す期間（信号読出し期間）に、他のグループの画素に信号を蓄積することができる。つまり、第２の実施形態によれば、データ通信を行うに際して、複数本の光軸に沿って光信号を伝送することで、信号読出し期間によって生じる伝送速度の低下を回避できる。その一方で、第２の実施形態では、データ通信を行うに際して、送信側において、各光軸を構成する光信号を順番にイメージセンサに照射し、受信側において、各グループの画素の信号をグループ毎に順番に読出す必要がある。【００６０】
図７は、第２の実施形態に係る光空間伝送装置２００の構成例を示す図である。図７に示す通り、光空間伝送装置２００は、第１の実施形態の光空間伝送装置１００（図１を参照）に対して、送信装置１０１を送信装置２０１に置換えた構成である。送信装置２０１は、光空間伝送装置１００の送信装置１０１に対して、第１の発光部１０３を第１の発光部２０３に置換えた構成である。なお、光空間伝送装置２００の構成要素において、光空間伝送装置１００の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【００６１】
図８は、第１の発光部２０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図である。図８に示す通り、第１の発光部２０３は、Ｓ−Ｐ変換部（図示せず）と、４つの光源２０３−１、２０３−２、２０３−３及び２０３−４とにより構成される。イメージセンサ１０５は、複数の画素から成る画素領域を有する。４つの光源２０３−１、２０３−２、２０３−３及び２０３−４から射出される４本の光軸に沿った光信号は、それぞれ、イメージセンサ１０５の画素領域に互いに重なることなく照射される。以下では、一例として、イメージセンサ１０５は６４個の画素を有するものとして説明を行う。【００６２】
図９は、分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図である。図９に示す通り、イメージセンサ１０５の画素領域には、画素♯１〜♯６４が配列されている。また、図９は、第１の発光部２０３の光源２０３−１から射出された設定光信号である設定光信号Ａが主に画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９に照射され、光源２０３−２から射出された設定光信号である設定光信号Ｂが主に画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３に照射され、光源２０３−３から射出された設定光信号である設定光信号Ｃが主に画素♯４２、♯４３、♯５０及び♯５１に照射され、光源２０３−４から射出された設定光信号である設定光信号Ｄが主に画素♯４６、♯４７、♯５４及び♯５５に照射される場合を表している。【００６３】
以下では、第１の実施形態の説明で用いた図３及び図４を流用して、光空間伝送装置２００の動作について説明する。まず、初期設定動作について説明する。送信装置２０１は、光源２０３−１のみを発光させる（ステップＳ０１）。この時、イメージセンサ１０５の画素領域には、図９に示す設定光信号Ａのみが照射される。イメージセンサ１０５は、図９に示す通り、照射された設定光信号Ａを画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９によって受光する（ステップＳ０２）。分類部１０６は、ステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５の動作を繰り返し行って、画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９の画素位置を保持する。次に、分類部１０６は、保持した画素位置を基に、設定光信号Ａを受光する画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９を１つのグループ（以下、グループＡという）としてグループ化する（ステップＳ０３−６）。次に、分類部１０６は、グループＡを示す分類情報を作成する。記憶部１０７は、作成された分類情報を記憶する（ステップＳ０４）。【００６４】
次に、送信装置２０１は、光源２０３−２のみを発光させる（ステップＳ０１）。この時、イメージセンサ１０５の画素領域には、図９に示す設定光信号Ｂのみが照射される。イメージセンサ１０５は、図９に示す通り、照射された設定光信号Ｂを画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３によって受光する（ステップＳ０２）。分類部１０６は、ステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５の動作を繰り返し行って、画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３の画素位置を保持する。次に、分類部１０６は、保持した画素位置を基に、設定光信号Ｂを受光する画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３を１つのグループ（以下、グループＢという）としてグループ化する（ステップＳ０３−６）。次に、分類部１０６は、グループＢを示す分類情報を作成する。記憶部１０７は、作成された分類情報を記憶する（ステップＳ０４）。【００６５】
以下同様に、光源２０３−３のみを発光させてステップＳ０１〜ステップＳ０４の動作が行われ、その後に、光源２０３−４のみを発光させてステップＳ０１〜ステップＳ０４の動作が行われる。このことによって、記憶部１０７は、設定光信号Ｃを受光する画素♯４２、♯４３、♯５０及び♯５１で成るグループＣを示す分類情報と、設定光信号Ｄを受光する画素♯４６、♯４７、♯５４及び♯５５で成るグループＤを示す分類情報とを記憶する。次に、ステップＳ０５及びステップＳ０６の動作が行われて、初期設定動作は終了する。【００６６】
ここで、グループＡ〜Ｄを示す分類情報には、それぞれ、設定光信号Ａ〜Ｄを受光した順番を示す受光順序情報が含まれる。また、上記した初期設定動作において、送信装置２０１が光源２０３−１〜２０３−４を発光させた順番は、後に説明するデータ伝送動作において、送信装置２０１が光源２０３−１〜２０３−４を発光させる順番と等しい。つまり、受光順序情報は、データ伝送動作において、各グループの画素が光信号を受信する順番を示す。このことによって、受信装置１０２の記憶部１０７は、複数の光信号を受信する画素のグループを記憶すると同時に、データ伝送動作において、各グループの画素が光信号を受信する順番を示す受光順序情報を記憶することができる。【００６７】
次に、図３を参照して、データ伝送動作について説明する。送信装置２０１の第１の発光部２０３は、Ｓ−Ｐ変換部によってシリアル形式の伝送データＳ１をパラレル形式の伝送データに変換し、当該パラレル形式の伝送データをそれぞれ対応する光源に入力する。次に、第１の発光部２０３は、パラレル形式の伝送データに従って、各光源を発光させる（図８を参照）。この際に、第１の発光部２０３は、各光源を、光源２０３−１、光源２０３−２、光源２０３−３、光源２０３−４の順序で発光させることによって、光信号をイメージセンサ１０５に照射する（ステップＳ０７）。【００６８】
ここで、光源２０３−１が発光して照射する光信号を光信号Ａとし、光源２０３−２が発光して照射する光信号を光信号Ｂとし、光源２０３−３が発光して照射する光信号を光信号Ｃとし、光源２０３−４が発光して照射する光信号を光信号Ｄとする。この様にすると、光信号Ａ、光信号Ｂ、光信号Ｃ及び光信号Ｄが照射される画素は、それぞれ、初期設定動作時に設定光信号Ａ、設定光信号Ｂ、設定光信号Ｃ及び設定光信号Ｄが照射される画素と等しくなる（図９を参照）。すなわち、第１の発光部２０３とイメージセンサ１０５との位置関係は、初期設定動作時とデータ伝送動作時とで変化しないものとする。【００６９】
次に、イメージセンサ１０５は、画素領域で光信号Ａ、光信号Ｂ、光信号Ｃ及び光信号Ｄを順番に受光する（ステップＳ０８）。【００７０】
図１０は、図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。図１０に示す通り、イメージセンサ１０５は、垂直走査回路１２０と、水平走査回路１２１と、画素♯１〜♯６４と、出力信号線１２２とを備える。ここで、グループＡに属する画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９と、グループＢに属する画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３と、グループＣに属する画素♯４２、♯４３、♯５０及び♯５１と、グループＤに属する画素♯４６、♯４７、♯５４及び♯５５とは、それぞれ、太線で囲んだ領域に示す。また、グループＡ〜Ｄに含まれない画素は、斜線で示している。【００７１】
次に、制御部１０８は、記憶部１０７に記憶されている分類情報を読出す。ここで、分類情報は、グループＡ〜Ｄの画素を示す情報、及びグループＡ〜Ｄの画素にそれぞれ光信号Ａ〜Ｄが照射される順番を示す情報である。次に、制御部１０８は、分類情報に従って、イメージセンサ１０５の垂直走査回路１２０及び水平走査回路１２１を制御して、グループＡ〜Ｄの画素の信号をグループ毎に順番に一括して読出す（ステップＳ０９）。以下に、より具体的に説明する。制御部１０８は、光信号Ａを受光したグループＡの画素の信号を同時に読出し、読出した各画素の信号を足し合わせて出力信号線１２２に出力する。その後、制御部１０８は、光信号Ｂを受光したグループＢの画素の信号を同時に読出し、読出した各画素の信号を足し合わせて出力信号線１２２に出力する。以下同様に、制御部１０８は、グループＣの画素の信号を同時に読出して出力信号線１２２に出力した後に、グループＤの画素の信号を同時に読出して出力信号線１２２に出力する。この様に、制御部１０８は、光信号Ａ〜Ｄを順次受光したグループＡ〜Ｄの画素の信号をそれぞれ一括して順次読出す。なお、グループＡ〜Ｄの画素を除く画素の信号は、読出されない。【００７２】
このように、制御部１０８は、分類情報に従って、各グループの画素の信号をグループ毎に順次一括して読出し、一方で、光信号が照射されない画素の信号は読出さない。このことによって、制御部１０８は、一例として説明した６４個の画素を備えるイメージセンサの場合は、読出し動作を６４回から４回に短縮することができる。更に、制御部１０８は、順番に照射される光信号Ａ〜Ｄを受信するグループＡ〜Ｄの画素の信号を、順番に読出す。このことによって、制御部１０８は、常に光信号Ａ〜ＤのいずれかをグループＡ〜Ｄの画素のいずれかに受信させることができる。この結果として、制御部１０８は、画素信号の信号読出し期間によって生じる伝送速度の低下を回避できる。【００７３】
以上に説明した通り、第２の実施形態に係る光空間伝送装置２００は、第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００と同様に厳密な光軸調整を緩和しつつ、更に、光空間伝送装置１００よりも高速通信を実現することができる。【００７４】
なお、第２の実施形態において、第１の発光部２０３に含まれる複数の光源として、アレイ型光源を用いてもよい。【００７５】
また、以上では、初期設定動作において、光源を順番に発光させて、光源の発光毎に全ての画素の信号を順次読出す（以下、全スキャンという）ことによって、データ伝送動作時の光源の発光順序を受信側に通知する方法（以下、第１の方法という）を説明した。しかし、第１の方法では、光源の数（光信号の数）に比例して全スキャンの回数が増加するので、初期設定動作に比較的長時間を必要とする。以下では、初期設定方法の他の例（第２〜第４の方法）について、簡単に説明する。【００７６】
第２の方法は、全光源を同時に発光させて、一度だけ全スキャンする方法である。この時、各光源は、それぞれ、データ伝送動作時の発光順序に対応した光強度の設定光信号を射出する。第２の方法では、受信側は、受信する設定光信号の光強度によって、データ伝送動作時の光源の発光順序を通知される。この場合、受信側は、例えば、受信レベルについての複数の閾値を設けて、受信する設定光信号の光強度を判別する。このことによって、第２の方法では、初期設定動作に長い時間を必要としない。一方で、第２の方法では、光源の数が多い（設定光信号の数が多い）場合には、各設定光信号間の光強度差が小さくなる。この結果として、発光順序の判別に必要なＳ／Ｎ比は小さくなるので、受信側で、発光順序の判別を誤る確率が高まる。【００７７】
第３の方法は、第１の方法と第２の方法とを併用した方法である。例えば、４つの光源がある場合において、２つの光源（第１の光源群）について第２の方法を実行し、次に、他の２つの光源（第２の光源群）について第２の方法を実行する方法である。第３の方法によれば、受信側で行う発光順序判別の確実性を高めつつ、初期設定動作に必要とする時間を短縮できる。【００７８】
第４の方法は、第１〜第３の方法を行う前に、全光源を同時に発光させて分類対象の画素を限定するための画素限定用設定光信号を画素領域に照射して、一度全スキャンする方法である。このことで、設定光信号を受光する画素（分類対象の画素）が特定（限定）される。その後、第４の方法では、特定した画素のみを対象として第１〜第３の方法を実施する。第４の方法によれば、第１〜第３の方法で用いる全スキャンの対象画素を限定することができるので、第１〜第３の方法よりも初期設定動作に必要とする時間を短縮することができる。【００７９】
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、送信装置と受信装置との位置関係が変化しないことを前提に説明を行った。第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態の光空間伝送装置において、送信装置と受信装置との位置関係が変化して光軸がずれても正確にデータ通信を行うことができる構成について、説明する。なお、以下では、一例として、第２の実施形態の光空間伝送装置２００を対象として、説明を行う。【００８０】
第３の実施形態において、送信装置２０１は、更に、光軸補正用の光源であるパイロット光源を備える。なお、パイロット光源は、第１の発光部２０３に備えられてもよい。パイロット光源は、光軸補正用の光信号であるパイロット光信号を、イメージセンサ１０５の画素領域に照射する。図１１は、イメージセンサ１０５の画素領域の一部分を示す図である。図１１では、一例として、画素♯２３、♯２４、♯３３及び♯３４にパイロット光信号が照射されている。図１１に示す通り、受信装置１０２の分類部１０６は、パイロット光信号が照射される画素♯２３、♯２４、♯３３及び♯３４を１つのグループとする（以下、グループＥという）。また、受信装置１０２の分類部１０６は、グループＥの画素を取り囲む画素を四分割して、それぞれの画素のグループを、グループＦ（画素♯１２、♯１３、♯２２）、グループＧ（画素♯１４、♯１５、♯２５）、グループＨ（画素♯３５、♯４４、♯４５）及びグループＩ（画素♯３２、♯４２、♯４３）とする。ここで、グループＦ〜グループＩの画素は、光軸のずれを検出する画素である。【００８１】
受信装置１０２の分類部１０６は、グループＦ〜グループＩの画素の信号を定期的にグループ毎に読出す。このことによって、受信装置１０２の分類部１０６は、定期的にグループＦ〜グループＩの画素の信号レベルの変化を検出できるので、光軸のずれ方向及びずれ距離を検出することができる。例えば、グループＦの画素の信号レベルが大きく上がった場合には、受信装置１０２の分類部１０６は、グループＥからグループＦの方向に光軸が大きくずれたことを検出できる（図１１を参照）。そして、受信装置１０２の制御部１０８は、検出した光軸のずれに応じて、データ通信を行うための光信号を受光する画素（図１０を参照）を変更して光軸を補正する。この結果として、受信装置１０２は、光軸がずれた場合でも、光信号を正確に受信することができる。【００８２】
以上に説明した通り、第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態の光空間伝送装置において、送信装置と受信装置との位置関係が変化して光軸がずれても光軸を補正して正確にデータ通信を行うことができる。【００８３】
なお、以上では、受信装置１０２は、検出した光軸のずれに応じて、データ伝送を行うための光信号を受光する画素を変更した。しかし、受信装置１０２は、受光する画素を変更せず、イメージセンサ１０５を移動させてもよいし、イメージセンサ１０５に光信号を集光させるレンズ（図示せず）を移動させてもよい。また、送信装置１０１が、光源を移動させてもよい。【００８４】
また、以上では、グループＥの画素を取り囲む画素を四分割して、４つの光軸ずれ検出用の画素グループを設定した。しかし、光軸ずれ検出用の画素グループは、所望の光軸ずれの検出精度に応じて、２つ以上設定されればよい。【００８５】
また、以上では、送信装置２０１は、１つのパイロット光源を備えた。しかし、送信装置２０１は、複数のパイロット光源を備えてもよい。このことによって、受信装置１０２において、１つのパイロット光信号を正常に受信できない場合であっても、他のパイロット光信号を受信することができるので、光軸ずれの補正をより安定して行うことができる。【００８６】
また、以上では、光軸補正用のパイロット光源を送信装置２０１に設けて、パイロット光信号を射出した。しかし、光軸補正用のパイロット光源を設けないで、データ伝送用の光源２０３−１等（図８を参照）が射出する光信号をパイロット光信号として兼用してもよい。ここで、一般に、データ伝送に用いられる光変調方式には、ＯＯＫ（ＯＮ／ＯＦＦ  Ｋｅｙｉｎｇ）が用いられるので、伝送データが無い期間には、データ伝送用の光源２０３−１等の発光パワーは０となる。この時には、受信装置１０２では光軸補正のための光信号が得られない。従って、データ伝送用の光源２０３−１等が射出する光信号をパイロット光信号として兼用する場合には、例えば、伝送データが無い期間にも光源が発光するように変調を行うことが好ましい。【００８７】
また、受信装置１０２は、パイロット光信号として兼用される光信号（以下、パイロット兼用光信号という）を検出する専用のイメージセンサ（以下、光軸補正用イメージセンサという）を備えてもよい。なお、光軸補正用イメージセンサは、ＸＹアドレス方式イメージセンサには限られない。図１２は、受信装置１０２が、光軸補正用イメージセンサを備える場合の構成例について説明するための図である。図１２に示す通り、受信装置１０２は、光軸補正用イメージセンサ２０５と、入射するパイロット兼用光信号を分割して光軸補正用イメージセンサ２０５及びイメージセンサ１０５に照射させるビームスプリッタ２０６とを更に備える。このことから、受信装置１０２は、例えば、複数の光信号をイメージセンサ１０５によって受信しつつ、１つのパイロット兼用光信号を光軸補正用イメージセンサ２０５によって検出できる。このことによって、受信装置１０２は、パイロット兼用光信号を、光軸補正用イメージセンサ２０５によって、複数の光信号の読出しを待つことなく素早く読出すことができる。この結果として、高速な光軸補正が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、イメージセンサを用いて厳密な光軸調整を緩和した光空間伝送装置等に利用可能であり、特に、イメージセンサからのデータ読出し速度を向上させて高速通信を実現させる場合等に有用である。
【図１】
2008023583.tif 000006
【図２】
2008023583.tif 000007
【図３】
2008023583.tif 000008
【図４】
2008023583.tif 000009
【図５】
2008023583.tif 000010
【図６】
2008023583.tif 000011
【図７】
2008023583.tif 000012
【図８】
2008023583.tif 000013
【図９】
2008023583.tif 000014
【図１０】
2008023583.tif 000015
【図１１】
2008023583.tif 000016
【図１２】
2008023583.tif 000017
【図１３】
2008023583.tif 000018
【図１４】
2008023583.tif 000019
【図１５】
2008023583.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月15日(2009.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサを用いて高速な光空間伝送を可能にする光空間伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光空間伝送方式は、光ファイバを用いないで高速なデータ伝送を実現できるため、ビル間の通信や、建物内の配線の一部として利用されている。また、光空間伝送方式は、複数の光信号を互いに空間的に分離して伝送できるので、光ファイバ通信における波長多重方式のように異なる波長の光源及び波長フィルタを必要としない。このような特徴を有するため、光空間伝送方式は、波長選別をされていないレーザ及び発光スペクトラムの広いＬＥＤ等を光源として用いることができる。この結果として、光空間伝送方式は、高速なデータ伝送を低コストで実現できる。
【０００３】
図１３に、特許文献１に記載された従来の光空間伝送装置３００の構成を示す。図１３に示す通り、光空間伝送装置３００は、送信装置３０１と受信装置３０２とを備える。送信装置３０１は、入力されたシリアル形式のデータをパラレル形式のデータに変換（以下、Ｓ−Ｐ変換という）するシリアル−パラレル変換部（以下、Ｓ−Ｐ変換部という）３０３と、複数の光源で成る発光部３０４とを含む。受信装置３０２は、レンズ３０５と、複数のフォトダイオード（以下、ＰＤという）がマトリクス状に整列して成るＰＤアレイ部３０６と、入力されたパラレル形式のデータをシリアル形式のデータに変換（以下、Ｐ−Ｓ変換という）するパラレル−シリアル変換部（以下、Ｐ−Ｓ変換部という）３０７とを含む。
【０００４】
Ｓ−Ｐ変換部３０３は、入力された伝送データをＳ−Ｐ変換する。発光部３０４には、Ｓ−Ｐ変換されたパラレル形式のデータが入力される。ここで、パラレル形式のデータは、複数のデータ（以下、パラレルデータという）で構成されている。発光部３０４は、各パラレルデータを対応する光源に入力し、各光源から光信号を射出する。図１３では、４つのパラレルデータが、４つの光源にそれぞれ入力され、４つの光信号が射出されている。レンズ３０５は、発光部３０４の光源から射出された光信号をＰＤアレイ部３０６に集光する。ＰＤアレイ部３０６は、各ＰＤに照射された光信号を電気信号に変換（以下、光電変換という）する。ここで、ＰＤアレイ部３０６のＰＤは、それぞれ、光電変換した電気信号を出力する。このことから、ＰＤアレイ部３０６の出力は、複数のパラレルデータとなる。Ｐ−Ｓ変換部３０７は、入力された複数のパラレルデータをＰ−Ｓ変換し、シリアル形式のデータを再生する。
【０００５】
以上に説明した通り、光空間伝送装置３００は、シリアル形式のデータをパラレル形式のデータに変換して光空間伝送を行うことによって、高速伝送を可能としている。
【０００６】
しかしながら、ＰＤアレイを用いた光空間伝送装置３００には、以下の問題がある。まず、受信装置３０２においてＰ−Ｓ変換が必要となるために、受信装置３０２にＰ−Ｓ変換部３０７を備える必要があり、この結果として回路規模が増大するという問題である。次に、ＰＤアレイ部３０６を構成するＰＤの数と発光部３０４を構成する光源の数とが等しい場合、光源とＰＤとを１対１で対応させる必要があるために、厳密な光軸調整が必要となるという問題がある。
【０００７】
これらの問題を解消する装置として、図１４に示す従来の光空間伝送装置４００が考えられる。図１４に示す通り、光空間伝送装置４００は、光空間伝送装置３００に対して、受信装置３０２を受信装置４０１に置換えた構成である。受信装置４０１は、Ｘ−Ｙアドレスイメージセンサ（以下、単に、イメージセンサという）４０２を含む。ここで、Ｘ−Ｙアドレスイメージセンサとは、信号を読出す画素をＸ方向のアドレスとＹ方向のアドレスとで順次特定して、特定された画素の信号を順次読出す方式のイメージセンサである。つまり、光空間伝送装置４００は、光空間伝送装置３００に対して、ＰＤアレイ部３０６及びＰ−Ｓ変換部３０７をＸ−Ｙアドレスイメージセンサ４０２に置換えた構成である。なお、図１４では、受信装置４０１がレンズ３０５を含んでいないが、受信装置４０１はレンズ３０５を含んでもよい。
【０００８】
次に、光空間伝送装置４００の動作を説明する。なお、送信装置３０１の動作説明は、既に行ったので省略する。発光部３０４の各光源から射出された光信号は、イメージセンサ４０２の複数の画素がマトリクス状に配列された画素領域に照射される。イメージセンサ４０２は、各画素から受光信号を順次読出すことによって、シリアル形式の伝送データを再生する。
【０００９】
以上に説明した通り、光空間伝送装置４００は、イメージセンサ４０２を備えることによってＰ−Ｓ変換部３０７を備える必要がないので、回路規模の増大を抑制できる。また、光空間伝送装置４００は、光信号が照射されるイメージセンサ４０２の画素数を増やして、受光領域である画素領域の面積を拡大することによって、厳密な光軸調整を緩和できる。
【特許文献１】特開２００１−２９２１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の光空間伝送装置４００には、以下の課題がある。イメージセンサ４０２は、通常、撮像用として使用されるものである。そして、イメージセンサ４０２は、各画素の信号を順番に読出し、また、全ての画素の信号を読出して１枚の画像を読出す動作を行う。図１５は、イメージセンサ４０２が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。図１５に示す通り、イメージセンサ４０２は、垂直走査回路４０３と、水平走査回路４０４と、画素♯１〜♯１６と、出力信号線４０５とを備える。なお、画素の数量は一例である。イメージセンサ４０２は、垂直走査回路４０３及び水平走査回路４０４によって各画素を１つずつ選択して、選択した画素の信号を出力信号線４０５に順次読出す。より具体的には、全ての画素♯１〜♯１６が順番に選択されて、全ての画素♯１〜♯１６の信号が出力信号線４０５に順次読出される。この動作によって、イメージセンサ４０２は、画素領域に照射された光信号を１枚の画像信号として出力する。このため、全ての画素の信号が１通り読出されるには、比較的長い時間を必要とする。つまり、受信装置４０１が備えるイメージセンサ４０２の読出し速度は、画素数に比例して遅くなる。この結果として、画素数が多くなるに伴って、光空間伝送装置４００の伝送速度が非常に低下するという課題がある。
【００１１】
また、画素数を少なくすることでイメージセンサ４０２の読出し速度を上げることもできる。しかし、各画素の面積が一定の場合には、受光領域（画素領域）の面積が縮小するために光軸調整が困難となる。また、受光領域（画素領域）の面積は一定のままで画素数を少なくすると、光軸調整が容易になる一方で、各画素の面積は拡大する。このことから、各画素の寄生容量が増加して、単位画素あたりの信号読出し速度が低下する。
【００１２】
それ故に、本発明の目的は、イメージセンサを用いて厳密な光軸調整を緩和した光空間伝送装置において、イメージセンサの信号読出し速度を向上させて高速通信を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、送信装置から受信装置に光信号を伝送する光空間伝送装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるため、本発明の光空間伝送装置は、送信装置と受信装置とを備え、送信装置は、１つの光信号を射出する光源を有する第１の発光部を備え、受信装置は、複数の画素から成る画素領域を有し、光信号を画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、複数の画素のうち光信号が照射される画素を画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、分類情報に従って、ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、画素グループに属する画素の信号を同時に読み出す制御部とを備える。
【００１４】
また、好ましくは、第１の発光部は、光信号の射出を開始する前に、光源を発光させることで、初期設定を行うための設定光信号を射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で設定光信号を受信し、分類部は、複数の画素のうち設定光信号の受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出してグループとすることで、分類情報を作成する。
【００１５】
また、好ましくは、制御部は、複数の画素のうち画素グループを除く画素の信号は、読み出さない。
【００１６】
また、受信装置は、分類情報を記憶する記憶部を更に備え、制御部は、記憶部に記憶された分類情報を読み出してＸＹアドレス方式イメージセンサを制御してもよい。
【００１７】
また、受信装置は、送信装置に対して、データの伝送を要求する信号を送信する送信部を更に備え、送信装置は、送信部から送信されたデータの伝送を要求する信号を受信する受信部を更に備えてもよい。
【００１８】
また、送信部は、送信装置に対してデータの伝送を要求する光信号を射出する第２の発光部であり、第２の発光部は、記憶部が分類情報の記憶を完了する所定のタイミングで、データの伝送を要求する光信号を射出してもよい。
【００１９】
また、受信部は、第２の発光部から射出されたデータの伝送を要求する光信号を受信して電気信号に変換する受光部であり、第１の発光部は、受光部から電気信号を入力されて、光信号の射出を開始してもよい。
【００２０】
また、第１の発光部は、更に、光軸のずれを補正するためのパイロット光信号を射出するパイロット光源を備え、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、更に、パイロット光信号を画素領域で受信し、分類部は、更に、複数の画素のうちパイロット光信号が照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。
【００２１】
また、分類部は、更に、光信号が照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。
【００２２】
また、受信装置は、光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、光信号を分割し、補正用イメージセンサとＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、補正用イメージセンサは、光信号を複数の画素で成る画素領域で受信し、分類部は、更に、補正用イメージセンサの光信号が照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。
【００２３】
また、送信装置は、複数の光信号を射出する複数の光源を有する第１の発光部を備え、受信装置は、複数の画素から成る画素領域を有し、複数の光信号を画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、複数の画素のうち複数の光信号のそれぞれが照射される画素をそれぞれの画素グループにまとめて、複数の光信号に対応する複数の画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、分類情報に従って、ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、複数の画素グループに属する画素の信号を、画素グループ毎に同時に読み出す制御部とを備えてもよい。
【００２４】
また、好ましくは、第１の発光部は、複数の光信号の射出を開始する前に、複数の光源を順番に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を順番に射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で複数の設定光信号を順番に受信し、分類部は、複数の設定光信号が順番に受信される毎に、複数の画素のうち受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出して１つのグループとすることで、分類情報を作成する。
【００２５】
また、第１の発光部は、更に、複数の設定光信号を順番に射出する前に、複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、分類部は、複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、分類情報を作成してもよい。
【００２６】
また、第１の発光部は、複数の光信号の射出を開始する前に、複数の光源を互いに異なる光強度で同時に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で複数の設定光信号を同時に受信し、分類部は、複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、分類情報を作成してもよい。
【００２７】
また、第１の発光部は、複数の光信号の射出を開始する前に、複数の光源を分割して成る複数の光源群のそれぞれに含まれる光源を、互いに異なる光強度で光源群毎に同時に発光させることで、光源群毎に、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、ＸＹアドレス方式イメージセンサは、画素領域で光源群毎の複数の設定光信号を同時に受信し、分類部は、光源群毎の複数の設定光信号が受信される度に、複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、分類情報を作成してもよい。
【００２８】
また、第１の発光部は、更に、光源群毎の複数の設定光信号を同時に射出する前に、複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、分類部は、複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、分類情報を作成してもよい。
【００２９】
また、好ましくは、制御部は、複数の画素のうち複数の画素グループを除く画素の信号は、読み出さない。
【００３０】
また、分類部は、更に、複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。
【００３１】
また、受信装置は、光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、複数の光信号の少なくとも１つを分割し、補正用イメージセンサとＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、補正用イメージセンサは、複数の光信号の少なくとも１つを複数の画素で成る画素領域で受信し、分類部は、更に、補正用イメージセンサの複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、制御部は、更に、位置変化に従って光軸のずれを補正してもよい。
【発明の効果】
【００３２】
上記のように、本発明によれば、イメージセンサを用いて厳密な光軸調整を緩和した光空間伝送装置において、イメージセンサの信号読出し速度を向上させて高速通信を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００の構成例を示す図である。図１に示す通り、光空間伝送装置１００は、送信装置１０１と受信装置１０２とを備える。送信装置１０１は、第１の発光部１０３と受光部１０４とを含む。受信装置１０２は、Ｘ−Ｙアドレス方式のイメージセンサ（以下、単に、イメージセンサという）１０５と、分類部１０６と、記憶部１０７と、制御部１０８と、第２の発光部１０９とを含む。
【００３４】
図２は、第１の発光部１０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図である。図２に示す通り、第１の発光部１０３は、１つの光源１０３−１により構成される。イメージセンサ１０５は、複数の画素から成る画素領域を有する。以下では、一例として、イメージセンサ１０５は１６個の画素を有するものとして説明を行う。
【００３５】
図３は、光空間伝送装置１００の動作について説明するための図である。以下では、図１〜図３を参照して、光空間伝送装置１００の動作の概要について説明する。光空間伝送装置１００は、初期設定動作（ステップＳ０１〜ステップＳ０６）と、当該初期設定動作後に実行されるデータ伝送動作（ステップＳ０７〜ステップＳ０９）とを行う。
【００３６】
まず、初期設定動作について説明する。第１の発光部１０３は、光源１０３−１を発光させる（ステップＳ０１）。このことによって、第１の発光部１０３は、イメージセンサ１０５に、データ伝送の初期設定を行うための設定光信号を照射する（図２を参照）。イメージセンサ１０５は、複数の画素がマトリクス状に配列された画素領域で設定光信号を受光する（ステップＳ０２）。そして、イメージセンサ１０５は、各画素の電気信号を順番に出力する。分類部１０６は、イメージセンサ１０５から出力された各画素の電気信号を基に、後に詳しく説明する画素の分類及び画素のグループ化処理を行い（ステップＳ０３）、当該処理結果である分類情報を出力する。記憶部１０７は、分類情報の記憶処理を行い（ステップＳ０４）、当該記憶処理と並行して当該記憶処理が完了するタイミングを示す信号Ｓ２を第２の発光部１０９に出力する。第２の発光部１０９は、信号Ｓ２を電気信号から光信号に変換（以下、電光変換という）し、データ送信要求信号として送信装置１０１の受光部１０４に向けて放射する（ステップＳ０５）。受光部１０４は、データ送信要求信号を受光する（ステップＳ０６）。
【００３７】
次に、データ伝送動作について説明する。受光部１０４は、データ送信要求信号を受光すると、データ送信開始信号Ｓ３を第１の発光部１０３に出力する。第１の発光部１０３は、データ送信開始信号Ｓ３を入力されると、伝送データＳ１を光源１０３−１を用いて電光変換したデータ光信号を、イメージセンサ１０５に照射する（ステップＳ０７）。イメージセンサ１０５は、画素領域でデータ光信号を受光する（ステップＳ０８）。ここで、データ光信号が照射される画素と、ステップＳ０２で設定光信号が照射された画素とは等しいものとする。すなわち、第１の発光部１０３とイメージセンサ１０５との位置関係は、初期設定動作時とデータ伝送動作時とで変化しないものとする。制御部１０８は、記憶部１０７に記憶された分類情報を用いて、後に詳しく説明する方法でイメージセンサ１０５の動作を制御して、各画素の電気信号を読出させる（ステップＳ０９）。このことによって、イメージセンサ１０５は、伝送データＳ１を再生する。
【００３８】
図４は、図３で説明した初期設定動作（ステップＳ０１〜ステップＳ０６）を詳細に説明するためのフローチャートである。なお、図４に示すステップＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０４及びＳ０５は、それぞれ、図３に示すステップＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０４及びＳ０５と同じである。また、図４に示すステップＳ０３−１〜Ｓ０３−６は、図３に示すステップＳ０３を構成するステップである。図５は、分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図である。図５は、一例として、画素♯１〜♯１６が配列されたイメージセンサ１０５を表している。また、一例として、第１の発光部１０３の光源１０３−１から射出された設定光信号が、主に画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１に照射されている場合を表している。
【００３９】
以下では、図４及び図５を参照して初期設定動作について詳細に説明する。まず、第１の発光部１０３の光源１０３−１が発光し（ステップＳ０１）、設定光信号がイメージセンサ１０５に照射される（図２を参照）。イメージセンサ１０５は、設定光信号を受光する（ステップＳ０２）。以下では、一例として、図５に示す様に、イメージセンサ１０５の画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１に設定光信号が主に照射される場合について説明する。
【００４０】
分類部１０６は、最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１の番号が大きいか否かを判断する（ステップＳ０３−１）。最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１の番号は大きくないので、ステップＳ０３−２に移る。次に、分類部１０６は、イメージセンサ１０５の出力から画素♯１の受信電力レベル（Ｐｒ1 ）を抽出する（ステップＳ０３−２）。次に、分類部１０６は、抽出した受信電力レベル（Ｐｒ1 ）が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ０３−３）。画素♯１には設定光信号が照射されていないので（図５を参照）、Ｐｒ1 は所定の閾値以上ではないと判断され、ステップＳ０３−５に移る。次に、分類部１０６は、画素♯１の番号に１を加えて次の分類対象の画素を画素♯２とし（ステップＳ０３−５）、ステップＳ０３−１に戻る。以下同様に、画素♯２〜♯５には設定光信号が殆ど照射されていないので（図５を参照）、画素♯２〜♯５の受信電力レベル（Ｐｒ2 〜Ｐｒ5 ）は、いずれも所定の閾値以上ではないと判断されて、ステップＳ０３−１に戻る。
【００４１】
次に、分類部１０６は、最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯６の番号が大きいか否かを判断する（ステップＳ０３−１）。最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯６の番号は大きくないので、ステップＳ０３−２に移る。次に、分類部１０６は、イメージセンサ１０５の出力から画素♯６の受信電力レベル（Ｐｒ6 ）を抽出する（ステップＳ０３−２）。次に、分類部１０６は、抽出した受信電力レベル（Ｐｒ6 ）が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ０３−３）。画素♯６には設定光信号が照射されているので（図５を参照）、Ｐｒ6 は所定の閾値以上であると判断され、ステップＳ０３−４に移る。次に、分類部１０６は、画素領域における画素♯６の位置を保持する（ステップＳ０３−４）。次に、分類部１０６は、画素♯６の番号６に１を加えて分類対象の画素♯７とし（ステップＳ０３−５）、ステップＳ０３−１に戻る。同様に、画素♯７には設定光信号が照射されているので（図５を参照）、画素♯７の受信電力レベル（Ｐｒ7 ）は所定の閾値以上であると判断されて、画素領域における画素♯７の位置は保持される。
【００４２】
以下同様に、画素♯８〜♯１６までを分類対象の画素としてステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５が繰り返され、ステップＳ０３−５で分類対象の画素が画素♯１７（実際には画素♯１７は存在しない）となり、ステップＳ０３−１に戻る。この結果として、分類部１０６は、画素領域における画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１の位置を保持する。つまり、ステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５によって、所定の閾値以上の受信電力レベルの画素が分類（抽出）され、当該画素の画素領域における位置が分類部１０６に保持される。
【００４３】
次に、分類部１０６は、最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１７の番号が大きいか否かを判断する（ステップＳ０３−１）。最終の画素♯１６の番号よりも分類対象の画素♯１７の番号が大きいので、ステップＳ０３−６に移る。次に、分類部１０６は、保持している画素領域における各画素の位置を、位置間の連続性を基準に関連づけてグループとする。具体的には、分類部１０６は、画素領域において、保持している各画素位置のうち、隣接することで連続する位置関係を有する複数の画素位置の画素を１つのグループとする。より具体的には、図５に示す通り、分類部１０６は、隣接することで連続する位置関係を有する画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１の位置を１つのグループとする。このことによって、分類部１０６は、同一の光信号を受光する画素（画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１）をグループ化することができる（ステップＳ０３−６）。そして、分類部１０６は、グループ化した画素を示す分類情報を作成する。なお、分類部１０６は、ステップＳ０３−６において、上記した画素の位置間の連続性は考慮せず、単に、保持している各画素位置の画素を１つのグループとしてもよい。
【００４４】
記憶部１０７は、分類情報の記憶処理を行い（ステップＳ０４）、当該記憶処理と並行して当該記憶処理が完了するタイミングを示す信号Ｓ２を第２の発光部１０９に出力する。第２の発光部１０９は、信号Ｓ２を電光変換し、データ送信要求信号として送信装置１０１の受光部１０４に向けて放射する（ステップＳ０５）。受光部１０４は、データ送信要求信号を受光する（図４に図示せず）。
【００４５】
ここで、図４のステップＳ０３−３で用いる受信電力レベルの閾値の設定方法の例について、説明する。一例として、誤り率１０-12 を満たす受信電力レベル（閾値）を設定する。なお、以下では、単位画素あたりの受光電力が小さく、雑音成分として熱雑音が支配的な場合（ショット雑音及び光源の相対強度雑音等が無視できる場合）を仮定する。
【００４６】
まず、１つの画素のみで光信号を受信する場合について考える。一般に、２値の光信号を受光した場合の誤り率は、相補誤差関数（ｅｒｆｃ）を用いて、以下の式１で表すことができる。
【数１】
2008023583.tif 000021
ここで、Ｉ1 は光信号照射時の画素の受光電流であり、Ｉ0 は光信号非照射時の画素の受光電流であり、σは熱雑音電流である。識別電流レベルは（Ｉ1 −Ｉ0 ）／２とする。また、データ伝送速度は１００ＭＨｚとし、光電変換効率は０．５とし、消光比は６ｄＢとし、雑音電流密度は１０ｐＡ／√Ｈｚとする。この場合には、式１より、誤り率１０-12 を満たす受信電力レベル（閾値）として、−２４．３ｄＢｍが得られる。
【００４７】
次に、本実施形態のようにグループ化された複数の画素によって、光信号を受信する場合について考える。この場合、グループ化された画素の数をｋとし、式１を拡張すると、誤り率は以下の式２で表すことができる。
【数２】
2008023583.tif 000022
ここで、σは、画素毎に発生する熱雑音電流であり、全ての画素において等しいとする。また、Ｉ1ij 及びＩ0ij は、それぞれ、画素領域の座標（Ｉ，ｊ）での光信号照射時の画素の受光電流及び光信号非照射時の画素の受光電流である。この場合には、式２より、誤り率１０-12 を満たすためには、以下の式３を満たす必要がある。
【数３】
2008023583.tif 000023
このことから、光信号が照射される各画素の受光電流（Ｉ1ij ，Ｉ0ij ）が検出できれば、グループ化する画素を選択することによって、式３を満たす受信電力レベル（閾値）を設定できる。なお、光信号が照射される各画素の受光電流（Ｉ1ij ，Ｉ0ij ）が検出できず、またｋが決定できない場合には、式１を用いた方法によって受信電力レベル（閾値）を設定すればよい。
【００４８】
図６は、図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。図６に示す通り、イメージセンサ１０５は、垂直走査回路１２０と、水平走査回路１２１と、画素♯１〜♯１６と、出力信号線１２２とを備える。なお、説明の便宜のため、画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１を除く画素は、斜線で示している。
【００４９】
制御部１０８は、記憶部１０７に記憶されている分類情報（グループ化された画素を示す情報）を読出して、当該分類情報に従って、イメージセンサ１０５の画素信号読出し動作を制御する。以下、より具体的に説明する。制御部１０８は、記憶部１０７に記憶されている、画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１が１つのグループであることを示す分類情報を読出す。次に、制御部１０８は、読出した分類情報に従って、イメージセンサ１０５の垂直走査回路１２０及び水平走査回路１２１を制御して、画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１の信号を同時に読出し、読出した各画素の信号を足し合わせて出力信号線１２２に同時に出力する。画素♯６、♯７、♯１０及び♯１１を除く画素の信号は、読出されない。
【００５０】
このように、制御部１０８は、分類情報に従って、光信号が照射される画素の信号を一括して読出し、一方で、信号が照射されない画素の信号は読出さない。つまり、従来の光空間伝送装置４００が備えるイメージセンサ４０２は全画素の信号を画素毎に順番に読出すのに対して、制御部１０８は、イメージセンサ１０５に光信号が照射される画素の信号のみを一括して読出させる。このことによって、制御部１０８は、一例として説明した１６個の画素を備えるイメージセンサを備える場合には、読出し動作を１６回から１回に短縮することができる。
【００５１】
以上に説明した通り、第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００は、初期設定動作によって、光信号を受信する画素を特定し、同一の光信号を受信する画素をグループ化する。そして、データ伝送動作において、光空間伝送装置１００は、グループ化された画素の信号を同時に読出す。このことによって、光空間伝送装置１００は、従来の光空間伝送装置４００と同様に厳密な光軸調整を緩和しつつ、従来の光空間伝送装置４００よりも大幅にイメージセンサの信号読出し速度を向上させて、高速通信を実現することができる。
【００５２】
なお、第１の実施形態では、送信要求信号の送信装置１０１へのフィードバックを光空間伝送によって行った。しかし、送信要求信号のフィードバックは、光空間伝送によるものに限定されるものではなく、受信装置１０２から送信装置１０１へ送信要求信号の伝送ができれば、他の手段でもよい。この場合、例えば、受信装置１０２は送信要求信号を送信する送信部を第２の発光部１０９の代わりに備え、送信装置１０１は送信要求信号を受信する受信部を受光部１０４に代わりに備えることとなる。
【００５３】
また、第１の実施形態では、送信装置１０１は、送信要求信号を受信した後にデータ送信を開始する例について説明した。しかし、送信装置１０１は、受信装置１０２において分類情報が記憶部１０７に記憶されるタイミングで、データ送信を開始してもよい。この場合には、受光部１０４及び第２の発光部１０９は不要となる（図１を参照）。
【００５４】
また、第１の実施形態では、記憶部１０７が分類情報の記憶を完了するタイミングを示す信号Ｓ２を、記憶部１０７が第２の発光部１０９に出力する例を説明した。しかし、信号Ｓ２は、分類部１０６又は制御部１０８が第２の発光部１０９に出力してもよい。
【００５５】
また、第１の実施形態において、第１の発光部１０３で行う変調方式は、直接変調方式でもよいし、外部変調方式でもよい。
【００５６】
また、第１の実施形態では、１つの出力信号線を備えるイメージセンサ１０５について説明した。しかし、複数の出力信号線を備えるイメージセンサを用いてもよい。
【００５７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では１本の光軸に沿って光信号を伝送する場合について説明したが、第２の実施形態では、複数本の光軸に沿って光信号を伝送する場合について説明する。ここで、イメージセンサの各画素の動作期間には、信号を蓄積する信号蓄積期間と、蓄積した信号を読出す信号読出し期間とがある。すなわち、各画素は、信号読出し期間には、信号を蓄積できない。このことから、複数本の光軸に沿って光信号を伝送することによって、或るグループの画素の信号を一括して読出す期間（信号読出し期間）に、他のグループの画素に信号を蓄積することができる。つまり、第２の実施形態によれば、データ通信を行うに際して、複数本の光軸に沿って光信号を伝送することで、信号読出し期間によって生じる伝送速度の低下を回避できる。その一方で、第２の実施形態では、データ通信を行うに際して、送信側において、各光軸を構成する光信号を順番にイメージセンサに照射し、受信側において、各グループの画素の信号をグループ毎に順番に読出す必要がある。
【００５８】
図７は、第２の実施形態に係る光空間伝送装置２００の構成例を示す図である。図７に示す通り、光空間伝送装置２００は、第１の実施形態の光空間伝送装置１００（図１を参照）に対して、送信装置１０１を送信装置２０１に置換えた構成である。送信装置２０１は、光空間伝送装置１００の送信装置１０１に対して、第１の発光部１０３を第１の発光部２０３に置換えた構成である。なお、光空間伝送装置２００の構成要素において、光空間伝送装置１００の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５９】
図８は、第１の発光部２０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図である。図８に示す通り、第１の発光部２０３は、Ｓ−Ｐ変換部（図示せず）と、４つの光源２０３−１、２０３−２、２０３−３及び２０３−４とにより構成される。イメージセンサ１０５は、複数の画素から成る画素領域を有する。４つの光源２０３−１、２０３−２、２０３−３及び２０３−４から射出される４本の光軸に沿った光信号は、それぞれ、イメージセンサ１０５の画素領域に互いに重なることなく照射される。以下では、一例として、イメージセンサ１０５は６４個の画素を有するものとして説明を行う。
【００６０】
図９は、分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図である。図９に示す通り、イメージセンサ１０５の画素領域には、画素♯１〜♯６４が配列されている。また、図９は、第１の発光部２０３の光源２０３−１から射出された設定光信号である設定光信号Ａが主に画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９に照射され、光源２０３−２から射出された設定光信号である設定光信号Ｂが主に画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３に照射され、光源２０３−３から射出された設定光信号である設定光信号Ｃが主に画素♯４２、♯４３、♯５０及び♯５１に照射され、光源２０３−４から射出された設定光信号である設定光信号Ｄが主に画素♯４６、♯４７、♯５４及び♯５５に照射される場合を表している。
【００６１】
以下では、第１の実施形態の説明で用いた図３及び図４を流用して、光空間伝送装置２００の動作について説明する。まず、初期設定動作について説明する。送信装置２０１は、光源２０３−１のみを発光させる（ステップＳ０１）。この時、イメージセンサ１０５の画素領域には、図９に示す設定光信号Ａのみが照射される。イメージセンサ１０５は、図９に示す通り、照射された設定光信号Ａを画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９によって受光する（ステップＳ０２）。分類部１０６は、ステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５の動作を繰り返し行って、画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９の画素位置を保持する。次に、分類部１０６は、保持した画素位置を基に、設定光信号Ａを受光する画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９を１つのグループ（以下、グループＡという）としてグループ化する（ステップＳ０３−６）。次に、分類部１０６は、グループＡを示す分類情報を作成する。記憶部１０７は、作成された分類情報を記憶する（ステップＳ０４）。
【００６２】
次に、送信装置２０１は、光源２０３−２のみを発光させる（ステップＳ０１）。この時、イメージセンサ１０５の画素領域には、図９に示す設定光信号Ｂのみが照射される。イメージセンサ１０５は、図９に示す通り、照射された設定光信号Ｂを画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３によって受光する（ステップＳ０２）。分類部１０６は、ステップＳ０３−１〜ステップＳ０３−５の動作を繰り返し行って、画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３の画素位置を保持する。次に、分類部１０６は、保持した画素位置を基に、設定光信号Ｂを受光する画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３を１つのグループ（以下、グループＢという）としてグループ化する（ステップＳ０３−６）。次に、分類部１０６は、グループＢを示す分類情報を作成する。記憶部１０７は、作成された分類情報を記憶する（ステップＳ０４）。
【００６３】
以下同様に、光源２０３−３のみを発光させてステップＳ０１〜ステップＳ０４の動作が行われ、その後に、光源２０３−４のみを発光させてステップＳ０１〜ステップＳ０４の動作が行われる。このことによって、記憶部１０７は、設定光信号Ｃを受光する画素♯４２、♯４３、♯５０及び♯５１で成るグループＣを示す分類情報と、設定光信号Ｄを受光する画素♯４６、♯４７、♯５４及び♯５５で成るグループＤを示す分類情報とを記憶する。次に、ステップＳ０５及びステップＳ０６の動作が行われて、初期設定動作は終了する。
【００６４】
ここで、グループＡ〜Ｄを示す分類情報には、それぞれ、設定光信号Ａ〜Ｄを受光した順番を示す受光順序情報が含まれる。また、上記した初期設定動作において、送信装置２０１が光源２０３−１〜２０３−４を発光させた順番は、後に説明するデータ伝送動作において、送信装置２０１が光源２０３−１〜２０３−４を発光させる順番と等しい。つまり、受光順序情報は、データ伝送動作において、各グループの画素が光信号を受信する順番を示す。このことによって、受信装置１０２の記憶部１０７は、複数の光信号を受信する画素のグループを記憶すると同時に、データ伝送動作において、各グループの画素が光信号を受信する順番を示す受光順序情報を記憶することができる。
【００６５】
次に、図３を参照して、データ伝送動作について説明する。送信装置２０１の第１の発光部２０３は、Ｓ−Ｐ変換部によってシリアル形式の伝送データＳ１をパラレル形式の伝送データに変換し、当該パラレル形式の伝送データをそれぞれ対応する光源に入力する。次に、第１の発光部２０３は、パラレル形式の伝送データに従って、各光源を発光させる（図８を参照）。この際に、第１の発光部２０３は、各光源を、光源２０３−１、光源２０３−２、光源２０３−３、光源２０３−４の順序で発光させることによって、光信号をイメージセンサ１０５に照射する（ステップＳ０７）。
【００６６】
ここで、光源２０３−１が発光して照射する光信号を光信号Ａとし、光源２０３−２が発光して照射する光信号を光信号Ｂとし、光源２０３−３が発光して照射する光信号を光信号Ｃとし、光源２０３−４が発光して照射する光信号を光信号Ｄとする。この様にすると、光信号Ａ、光信号Ｂ、光信号Ｃ及び光信号Ｄが照射される画素は、それぞれ、初期設定動作時に設定光信号Ａ、設定光信号Ｂ、設定光信号Ｃ及び設定光信号Ｄが照射される画素と等しくなる（図９を参照）。すなわち、第１の発光部２０３とイメージセンサ１０５との位置関係は、初期設定動作時とデータ伝送動作時とで変化しないものとする。
【００６７】
次に、イメージセンサ１０５は、画素領域で光信号Ａ、光信号Ｂ、光信号Ｃ及び光信号Ｄを順番に受光する（ステップＳ０８）。
【００６８】
図１０は、図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図である。図１０に示す通り、イメージセンサ１０５は、垂直走査回路１２０と、水平走査回路１２１と、画素♯１〜♯６４と、出力信号線１２２とを備える。ここで、グループＡに属する画素♯１０、♯１１、♯１８及び♯１９と、グループＢに属する画素♯１４、♯１５、♯２２及び♯２３と、グループＣに属する画素♯４２、♯４３、♯５０及び♯５１と、グループＤに属する画素♯４６、♯４７、♯５４及び♯５５とは、それぞれ、太線で囲んだ領域に示す。また、グループＡ〜Ｄに含まれない画素は、斜線で示している。
【００６９】
次に、制御部１０８は、記憶部１０７に記憶されている分類情報を読出す。ここで、分類情報は、グループＡ〜Ｄの画素を示す情報、及びグループＡ〜Ｄの画素にそれぞれ光信号Ａ〜Ｄが照射される順番を示す情報である。次に、制御部１０８は、分類情報に従って、イメージセンサ１０５の垂直走査回路１２０及び水平走査回路１２１を制御して、グループＡ〜Ｄの画素の信号をグループ毎に順番に一括して読出す（ステップＳ０９）。以下に、より具体的に説明する。制御部１０８は、光信号Ａを受光したグループＡの画素の信号を同時に読出し、読出した各画素の信号を足し合わせて出力信号線１２２に出力する。その後、制御部１０８は、光信号Ｂを受光したグループＢの画素の信号を同時に読出し、読出した各画素の信号を足し合わせて出力信号線１２２に出力する。以下同様に、制御部１０８は、グループＣの画素の信号を同時に読出して出力信号線１２２に出力した後に、グループＤの画素の信号を同時に読出して出力信号線１２２に出力する。この様に、制御部１０８は、光信号Ａ〜Ｄを順次受光したグループＡ〜Ｄの画素の信号をそれぞれ一括して順次読出す。なお、グループＡ〜Ｄの画素を除く画素の信号は、読出されない。
【００７０】
このように、制御部１０８は、分類情報に従って、各グループの画素の信号をグループ毎に順次一括して読出し、一方で、光信号が照射されない画素の信号は読出さない。このことによって、制御部１０８は、一例として説明した６４個の画素を備えるイメージセンサの場合は、読出し動作を６４回から４回に短縮することができる。更に、制御部１０８は、順番に照射される光信号Ａ〜Ｄを受信するグループＡ〜Ｄの画素の信号を、順番に読出す。このことによって、制御部１０８は、常に光信号Ａ〜ＤのいずれかをグループＡ〜Ｄの画素のいずれかに受信させることができる。この結果として、制御部１０８は、画素信号の信号読出し期間によって生じる伝送速度の低下を回避できる。
【００７１】
以上に説明した通り、第２の実施形態に係る光空間伝送装置２００は、第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００と同様に厳密な光軸調整を緩和しつつ、更に、光空間伝送装置１００よりも高速通信を実現することができる。
【００７２】
なお、第２の実施形態において、第１の発光部２０３に含まれる複数の光源として、アレイ型光源を用いてもよい。
【００７３】
また、以上では、初期設定動作において、光源を順番に発光させて、光源の発光毎に全ての画素の信号を順次読出す（以下、全スキャンという）ことによって、データ伝送動作時の光源の発光順序を受信側に通知する方法（以下、第１の方法という）を説明した。しかし、第１の方法では、光源の数（光信号の数）に比例して全スキャンの回数が増加するので、初期設定動作に比較的長時間を必要とする。以下では、初期設定方法の他の例（第２〜第４の方法）について、簡単に説明する。
【００７４】
第２の方法は、全光源を同時に発光させて、一度だけ全スキャンする方法である。この時、各光源は、それぞれ、データ伝送動作時の発光順序に対応した光強度の設定光信号を射出する。第２の方法では、受信側は、受信する設定光信号の光強度によって、データ伝送動作時の光源の発光順序を通知される。この場合、受信側は、例えば、受信レベルについての複数の閾値を設けて、受信する設定光信号の光強度を判別する。このことによって、第２の方法では、初期設定動作に長い時間を必要としない。一方で、第２の方法では、光源の数が多い（設定光信号の数が多い）場合には、各設定光信号間の光強度差が小さくなる。この結果として、発光順序の判別に必要なＳ／Ｎ比は小さくなるので、受信側で、発光順序の判別を誤る確率が高まる。
【００７５】
第３の方法は、第１の方法と第２の方法とを併用した方法である。例えば、４つの光源がある場合において、２つの光源（第１の光源群）について第２の方法を実行し、次に、他の２つの光源（第２の光源群）について第２の方法を実行する方法である。第３の方法によれば、受信側で行う発光順序判別の確実性を高めつつ、初期設定動作に必要とする時間を短縮できる。
【００７６】
第４の方法は、第１〜第３の方法を行う前に、全光源を同時に発光させて分類対象の画素を限定するための画素限定用設定光信号を画素領域に照射して、一度全スキャンする方法である。このことで、設定光信号を受光する画素（分類対象の画素）が特定（限定）される。その後、第４の方法では、特定した画素のみを対象として第１〜第３の方法を実施する。第４の方法によれば、第１〜第３の方法で用いる全スキャンの対象画素を限定することができるので、第１〜第３の方法よりも初期設定動作に必要とする時間を短縮することができる。
【００７７】
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、送信装置と受信装置との位置関係が変化しないことを前提に説明を行った。第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態の光空間伝送装置において、送信装置と受信装置との位置関係が変化して光軸がずれても正確にデータ通信を行うことができる構成について、説明する。なお、以下では、一例として、第２の実施形態の光空間伝送装置２００を対象として、説明を行う。
【００７８】
第３の実施形態において、送信装置２０１は、更に、光軸補正用の光源であるパイロット光源を備える。なお、パイロット光源は、第１の発光部２０３に備えられてもよい。パイロット光源は、光軸補正用の光信号であるパイロット光信号を、イメージセンサ１０５の画素領域に照射する。図１１は、イメージセンサ１０５の画素領域の一部分を示す図である。図１１では、一例として、画素♯２３、♯２４、♯３３及び♯３４にパイロット光信号が照射されている。図１１に示す通り、受信装置１０２の分類部１０６は、パイロット光信号が照射される画素♯２３、♯２４、♯３３及び♯３４を１つのグループとする（以下、グループＥという）。また、受信装置１０２の分類部１０６は、グループＥの画素を取り囲む画素を四分割して、それぞれの画素のグループを、グループＦ（画素♯１２、♯１３、♯２２）、グループＧ（画素♯１４、♯１５、♯２５）、グループＨ（画素♯３５、♯４４、♯４５）及びグループＩ（画素♯３２、♯４２、♯４３）とする。ここで、グループＦ〜グループＩの画素は、光軸のずれを検出する画素である。
【００７９】
受信装置１０２の分類部１０６は、グループＦ〜グループＩの画素の信号を定期的にグループ毎に読出す。このことによって、受信装置１０２の分類部１０６は、定期的にグループＦ〜グループＩの画素の信号レベルの変化を検出できるので、光軸のずれ方向及びずれ距離を検出することができる。例えば、グループＦの画素の信号レベルが大きく上がった場合には、受信装置１０２の分類部１０６は、グループＥからグループＦの方向に光軸が大きくずれたことを検出できる（図１１を参照）。そして、受信装置１０２の制御部１０８は、検出した光軸のずれに応じて、データ通信を行うための光信号を受光する画素（図１０を参照）を変更して光軸を補正する。この結果として、受信装置１０２は、光軸がずれた場合でも、光信号を正確に受信することができる。
【００８０】
以上に説明した通り、第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態の光空間伝送装置において、送信装置と受信装置との位置関係が変化して光軸がずれても光軸を補正して正確にデータ通信を行うことができる。
【００８１】
なお、以上では、受信装置１０２は、検出した光軸のずれに応じて、データ伝送を行うための光信号を受光する画素を変更した。しかし、受信装置１０２は、受光する画素を変更せず、イメージセンサ１０５を移動させてもよいし、イメージセンサ１０５に光信号を集光させるレンズ（図示せず）を移動させてもよい。また、送信装置１０１が、光源を移動させてもよい。
【００８２】
また、以上では、グループＥの画素を取り囲む画素を四分割して、４つの光軸ずれ検出用の画素グループを設定した。しかし、光軸ずれ検出用の画素グループは、所望の光軸ずれの検出精度に応じて、２つ以上設定されればよい。
【００８３】
また、以上では、送信装置２０１は、１つのパイロット光源を備えた。しかし、送信装置２０１は、複数のパイロット光源を備えてもよい。このことによって、受信装置１０２において、１つのパイロット光信号を正常に受信できない場合であっても、他のパイロット光信号を受信することができるので、光軸ずれの補正をより安定して行うことができる。
【００８４】
また、以上では、光軸補正用のパイロット光源を送信装置２０１に設けて、パイロット光信号を射出した。しかし、光軸補正用のパイロット光源を設けないで、データ伝送用の光源２０３−１等（図８を参照）が射出する光信号をパイロット光信号として兼用してもよい。ここで、一般に、データ伝送に用いられる光変調方式には、ＯＯＫ（ＯＮ／ＯＦＦ  Ｋｅｙｉｎｇ）が用いられるので、伝送データが無い期間には、データ伝送用の光源２０３−１等の発光パワーは０となる。この時には、受信装置１０２では光軸補正のための光信号が得られない。従って、データ伝送用の光源２０３−１等が射出する光信号をパイロット光信号として兼用する場合には、例えば、伝送データが無い期間にも光源が発光するように変調を行うことが好ましい。
【００８５】
また、受信装置１０２は、パイロット光信号として兼用される光信号（以下、パイロット兼用光信号という）を検出する専用のイメージセンサ（以下、光軸補正用イメージセンサという）を備えてもよい。なお、光軸補正用イメージセンサは、ＸＹアドレス方式イメージセンサには限られない。図１２は、受信装置１０２が、光軸補正用イメージセンサを備える場合の構成例について説明するための図である。図１２に示す通り、受信装置１０２は、光軸補正用イメージセンサ２０５と、入射するパイロット兼用光信号を分割して光軸補正用イメージセンサ２０５及びイメージセンサ１０５に照射させるビームスプリッタ２０６とを更に備える。このことから、受信装置１０２は、例えば、複数の光信号をイメージセンサ１０５によって受信しつつ、１つのパイロット兼用光信号を光軸補正用イメージセンサ２０５によって検出できる。このことによって、受信装置１０２は、パイロット兼用光信号を、光軸補正用イメージセンサ２０５によって、複数の光信号の読出しを待つことなく素早く読出すことができる。この結果として、高速な光軸補正が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、イメージセンサを用いて厳密な光軸調整を緩和した光空間伝送装置等に利用可能であり、特に、イメージセンサからのデータ読出し速度を向上させて高速通信を実現させる場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光空間伝送装置１００の構成例を示す図
【図２】本発明の第１の発光部１０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図
【図３】本発明の光空間伝送装置１００の動作について説明するための図
【図４】図３で説明した初期設定動作（ステップＳ０１〜ステップＳ０６）を詳細に説明するためのフローチャート
【図５】本発明の分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図
【図６】図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光空間伝送装置２００の構成例を示す図
【図８】本発明の第１の発光部２０３とイメージセンサ１０５とを具体的に示した図
【図９】本発明の分類部１０６が行う画素の分類及び画素のグループ化の概念を説明するための図
【図１０】図３のステップＳ０９において、イメージセンサ１０５が各画素の信号を読出す動作を説明するための図
【図１１】本発明のイメージセンサ１０５の画素領域の一部分を示す図
【図１２】本発明の受信装置１０２が、パイロット兼用光信号を検出する専用のイメージセンサを備える場合の構成例について説明するための図
【図１３】特許文献１に記載された従来の光空間伝送装置３００の構成を示す図
【図１４】従来の光空間伝送装置４００の構成を示す図
【図１５】従来の光空間伝送装置４００のイメージセンサ４０２が各画素の信号を読出す動作を説明するための図
【符号の説明】
【００８８】
１０−１〜１０−４、１０３−１、２０３−１〜２０３−４    光源
１００、２００、３００、４００    光空間伝送装置
１０１、２０１、３０１    送信装置
１０２、３０２、４０１    受信装置
１０３、１０９、２０３、３０４    発光部
１０４    受光部
１０５、２０５、４０２    イメージセンサ
１０６    分類部
１０７    記憶部
１０８    制御部
１２０、４０３    垂直走査回路
１２１、４０４    水平走査回路
１２２、４０５    出力信号線
２０６    ビームスプリッタ
３０３    Ｓ−Ｐ変換部
３０５    レンズ
３０６    ＰＤアレイ部
３０７    Ｐ−Ｓ変換部
♯１〜♯６４    画素
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置から受信装置に光信号を伝送する光空間伝送装置であって、
前記送信装置は、１つの光信号を射出する光源を有する第１の発光部を備え、
前記受信装置は、
複数の画素から成る画素領域を有し、前記光信号を前記画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、
前記複数の画素のうち前記光信号が照射される画素を画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、
前記分類情報に従って、前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、前記画素グループに属する画素の信号を同時に読み出す制御部とを備えることを特徴とする、光空間伝送装置。
【請求項２】
前記第１の発光部は、前記光信号の射出を開始する前に、前記光源を発光させることで、初期設定を行うための設定光信号を射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記設定光信号を受信し、
前記分類部は、前記複数の画素のうち前記設定光信号の受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出してグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の画素のうち前記画素グループを除く画素の信号は、読み出さないことを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項４】
前記受信装置は、前記分類情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記分類情報を読み出して前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項５】
前記受信装置は、前記送信装置に対して、データの伝送を要求する信号を送信する送信部を更に備え、
前記送信装置は、前記送信部から送信された前記データの伝送を要求する信号を受信する受信部を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送装置。
【請求項６】
前記送信部は、前記送信装置に対して前記データの伝送を要求する光信号を射出する第２の発光部であり、
前記第２の発光部は、前記記憶部が前記分類情報の記憶を完了する所定のタイミングで、前記データの伝送を要求する光信号を射出することを特徴とする、請求項５に記載の光空間伝送装置。
【請求項７】
前記受信部は、前記第２の発光部から射出された前記データの伝送を要求する光信号を受信して電気信号に変換する受光部であり、
前記第１の発光部は、前記受光部から前記電気信号を入力されて、前記光信号の射出を開始することを特徴とする、請求項６に記載の光空間伝送装置。
【請求項８】
前記第１の発光部は、更に、光軸のずれを補正するためのパイロット光信号を射出するパイロット光源を備え、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、更に、前記パイロット光信号を前記画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記複数の画素のうち前記パイロット光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項９】
前記分類部は、更に、前記光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１０】
前記受信装置は、
光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、
前記光信号を分割し、前記補正用イメージセンサと前記ＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、
前記補正用イメージセンサは、前記光信号を複数の画素で成る画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記補正用イメージセンサの前記光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１１】
送信装置から受信装置に光信号を伝送する光空間伝送装置であって、
前記送信装置は、複数の光信号を射出する複数の光源を有する第１の発光部を備え、
前記受信装置は、
複数の画素から成る画素領域を有し、前記複数の光信号を前記画素領域で受信するＸＹアドレス方式イメージセンサと、
前記複数の画素のうち前記複数の光信号のそれぞれが照射される画素をそれぞれの画素グループにまとめて、前記複数の光信号に対応する複数の画素グループに分類する分類情報を作成する分類部と、
前記分類情報に従って、前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御して、前記複数の画素グループに属する画素の信号を、画素グループ毎に同時に読み出す制御部とを備えることを特徴とする、光空間伝送装置。
【請求項１２】
前記第１の発光部は、前記複数の光信号の射出を開始する前に、前記複数の光源を順番に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を順番に射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記複数の設定光信号を順番に受信し、
前記分類部は、前記複数の設定光信号が順番に受信される毎に、前記複数の画素のうち受信レベルが所定の閾値以上である画素を抽出して１つのグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１３】
前記第１の発光部は、更に、前記複数の設定光信号を順番に射出する前に、前記複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、
前記分類部は、前記複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１２に記載の光空間伝送装置。
【請求項１４】
前記第１の発光部は、前記複数の光信号の射出を開始する前に、前記複数の光源を互いに異なる光強度で同時に発光させることで、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記複数の設定光信号を同時に受信し、
前記分類部は、前記複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１５】
前記第１の発光部は、前記複数の光信号の射出を開始する前に、前記複数の光源を分割して成る複数の光源群のそれぞれに含まれる光源を、互いに異なる光強度で前記光源群毎に同時に発光させることで、前記光源群毎に、初期設定を行うための複数の設定光信号を同時に射出し、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、前記画素領域で前記光源群毎の前記複数の設定光信号を同時に受信し、
前記分類部は、前記光源群毎の前記複数の設定光信号が受信される度に、前記複数の設定光信号を受信した画素を、受信レベルに応じてグループとすることで、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１６】
前記第１の発光部は、更に、前記光源群毎の複数の設定光信号を同時に射出する前に、前記複数の光源の全てを同時に発光させて複数の画素限定用設定光信号を同時に射出し、
前記分類部は、前記複数の画素限定用設定光信号を受信した画素のみを対象として、前記分類情報を作成することを特徴とする、請求項１５に記載の光空間伝送装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記複数の画素のうち前記複数の画素グループを除く画素の信号は、読み出さないことを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１８】
前記受信装置は、前記分類情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記分類情報を読み出して前記ＸＹアドレス方式イメージセンサを制御することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１９】
前記受信装置は、前記送信装置に対して、データの伝送を要求する信号を送信する送信部を更に備え、
前記送信装置は、前記送信部から送信された前記データの伝送を要求する信号を受信する受信部を更に備えることを特徴とする、請求項１８に記載の光空間伝送装置。
【請求項２０】
前記送信部は、前記送信装置に対して前記データの伝送を要求する光信号を射出する第２の発光部であり、
前記第２の発光部は、前記記憶部が前記分類情報の記憶を完了する所定のタイミングで、前記データの伝送を要求する光信号を射出することを特徴とする、請求項１９に記載の光空間伝送装置。
【請求項２１】
前記受信部は、前記第２の発光部から射出された前記データの伝送を要求する光信号を受信して電気信号に変換する受光部であり、
前記第１の発光部は、前記受光部から前記電気信号を入力されて、前記光信号の射出を開始することを特徴とする、請求項２０に記載の光空間伝送装置。
【請求項２２】
前記第１の発光部は、更に、光軸のずれを補正するためのパイロット光信号を射出するパイロット光源を備え、
前記ＸＹアドレス方式イメージセンサは、更に、前記パイロット光信号を前記画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記複数の画素のうち前記パイロット光信号が照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項２３】
前記分類部は、更に、前記複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【請求項２４】
前記受信装置は、
光軸のずれを補正するための補正用イメージセンサと、
前記複数の光信号の少なくとも１つを分割し、前記補正用イメージセンサと前記ＸＹアドレス方式イメージセンサとに照射させるビームスプリッタとを更に備え、
前記補正用イメージセンサは、前記複数の光信号の少なくとも１つを複数の画素で成る画素領域で受信し、
前記分類部は、更に、前記補正用イメージセンサの前記複数の光信号の少なくとも１つが照射される画素の位置変化を検出し、
前記制御部は、更に、前記位置変化に従って前記光軸のずれを補正することを特徴とする、請求項１１に記載の光空間伝送装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008023583.tif 000024
【図２】
2008023583.tif 000025
【図３】
2008023583.tif 000026
【図４】
2008023583.tif 000027
【図５】
2008023583.tif 000028
【図６】
2008023583.tif 000029
【図７】
2008023583.tif 000030
【図８】
2008023583.tif 000031
【図９】
2008023583.tif 000032
【図１０】
2008023583.tif 000033
【図１１】
2008023583.tif 000034
【図１２】
2008023583.tif 000035
【図１３】
2008023583.tif 000036
【図１４】
2008023583.tif 000037
【図１５】
2008023583.tif 000038
【国際調査報告】
2008023583.tif 000039
2008023583.tif 000040
2008023583.tif 000041
2008023583.tif 000042