(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的広い指向性で光無線信号を送信する送光器を備えた光送信装置と、前記送光器からの光無線信号を比較的狭い指向性で受光する受光器を備えた光受信装置との間で光無線伝送を行う光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記光受信装置は、前記光送信装置を撮像する２次元の撮像素子を備え、
前記光送信装置は、前記撮像素子のフレームパルスと同一周波数のパルス信号をこの周波数よりも前記撮像素子で点滅信号として認識可能となる高いキャリア周波数でＡＳＫ変調して前記送光器を点滅光により点滅させ、
前記光受信装置は、前記送光器の点滅光を受光するとＡＳＫ復調して前記フレームパルスと同一周波数のパルス信号を生成するとともに、この生成されたパルス信号に基づいて前記撮像素子を駆動して前記点滅光を撮像し、時間的に異なるフレーム間の差分を検出することにより前記光送信装置の２次元座標を算出し、この２次元座標に基づいて前記受光器を前記送光器の方向に光軸合わせを行うことを特徴とする光無線伝送装置の光軸調整方法。
【請求項２】
比較的広い指向性で光無線信号を送信する送光器を備えた光送信装置と、前記送光器からの光無線信号を比較的狭い指向性で受光する受光器を備えた光受信装置との間で光無線伝送を行うための、照明光が照射された光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記光受信装置は、前記光送信装置を撮像するための前記照明光の発光周波数と同一周波数のフレームパルスで駆動する２次元の撮像素子を備え、
前記光送信装置は、前記照明光を受光して前記発光周波数と同一周波数のパルス信号を生成し、前記発光周波数よりも前記撮像素子で点滅信号として認識可能となる高いキャリア周波数でＡＳＫ変調して前記送光器を点滅光により点滅させ、
前記光受信装置は、前記送光器の点滅光を受光するとＡＳＫ復調して前記発光周波数と同一周波数のパルス信号を生成するとともに、この生成されたパルス信号に基づいて前記撮像素子を駆動して前記点滅光を撮像し、時間的に異なるフレーム間の差分を検出することにより前記光送信装置の２次元座標を算出し、この２次元座標に基づいて前記受光器を前記送光器の方向に光軸合わせを行うことを特徴とする光無線伝送装置の光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光無線信号を送光装置から受光装置に対して送信する光無線伝送装置において送光装置と受光装置の光軸を合わせるための光無線伝送装置の光軸調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光無線伝送装置の光軸調整方法としては特開平６−２２４８５８号公報に示されている。この従来例では、指向性の半値角が狭い受光装置をステッピングモータにより例えば左から右方向に１°毎に回転させることにより水平方向に走査し、水平方向の走査が終了すると受光装置を１°下方に回転させた後に水平方向に走査して２次元座標において最大の受光レベルが得られる点をサーチするようにしている。
【０００３】
この場合、上記ステップ毎に検出された受信レベルをＡ／Ｄ変換してマイクロプロセッサの処理によりステップ番号と受信レベルを対応させてメモリに書き込み、一連の２次元サーチが完了するとメモリに記憶された受信レベルの最大値に対応するステップ番号を特定し、そのステップ番号に対応する位置に受光装置の光軸を合わせる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、光無線により長距離伝送を行う場合には、送信光はできるだけ細いビーム形状にすることが望ましい。また、光無線により双方向通信を行う場合には、受光装置の指向性を狭くする必要があり、受光装置のレベルの強弱に基づいてサーチを行う場合、受光装置の指向性の半値角は発光装置の指向性の半値角より狭いことが要求される（半値角の広狭を指向性の広狭という）。例えば受光装置の指向角度が１．４２°以上の場合、水平方向に３０ステップ、上下方向も３０ステップが必要とすると、合計では９００ステップとなる。また、１ステップ当たり１０ｍＳかかるとすると合計では９秒かかり、もし、受光装置の指向角度が０．１４２°の場合には一連のサーチを行うと９００秒かかる。したがって、上記従来例では、光無線により長距離伝送を行うシステムに適用すると光軸を合わせるためのサーチ時間が極めて長くなるという問題点がある。
【０００５】
ところで、光軸合わせ時間を短縮するために、上記のようなサーチ（走査）を行わず、受光装置側にビデオカメラを設けて送光装置の近傍を２次元で撮像することにより送光装置をパターン認識により認識し、画面の座標に基づいて受光装置が向く方向を特定する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、単に送光装置の近傍を撮像しただけではパターン認識が不確定であるという問題点があり、また、送光装置が遠方に位置する場合にはパターン認識が更に困難になるという問題点がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、光無線信号を送光装置から受光装置に対して送信する光無線伝送装置において送光装置と受光装置の光軸を合わせる時間を短縮することができ、また、正確に光軸を合わせることができる光無線伝送装置の光軸調整方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、光受信装置側に光送信装置を撮像する２次元の撮像素子を備えるとともに、光送信装置から光受信装置に対して撮像素子のフレームに同期した点滅光を送信し、この点滅光を撮像素子により撮像して点灯状態と消灯状態の映像信号の差分を算出することにより光送信装置の２次元座標を算出するようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、比較的広い指向性で光無線信号を送信する送光器を備えた光送信装置と、前記送光器からの光無線信号を比較的狭い指向性で受光する受光器を備えた光受信装置との間で光無線伝送を行う光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記光受信装置は、前記光送信装置を撮像する２次元の撮像素子を備え、
前記光送信装置は、前記撮像素子のフレームパルスと同一周波数のパルス信号をこの周波数よりも前記撮像素子で点滅信号として認識可能となる高いキャリア周波数でＡＳＫ変調して前記送光器を点滅光により点滅させ、
前記光受信装置は、前記送光器の点滅光を受光するとＡＳＫ復調して前記フレームパルスと同一周波数のパルス信号を生成するとともに、この生成されたパルス信号に基づいて前記撮像素子を駆動して前記点滅光を撮像し、時間的に異なるフレーム間の差分を検出することにより前記光送信装置の２次元座標を算出し、この２次元座標に基づいて前記受光器を前記送光器の方向に光軸合わせを行うことを特徴とする光無線伝送装置の光軸調整方法が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、比較的広い指向性で光無線信号を送信する送光器を備えた光送信装置と、前記送光器からの光無線信号を比較的狭い指向性で受光する受光器を備えた光受信装置との間で光無線伝送を行うための、照明光が照射された光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記光受信装置は、前記光送信装置を撮像するための前記照明光の発光周波数と同一周波数のフレームパルスで駆動する２次元の撮像素子を備え、
前記光送信装置は、前記照明光を受光して前記発光周波数と同一周波数のパルス信号を生成し、前記発光周波数よりも前記撮像素子で点滅信号として認識可能となる高いキャリア周波数でＡＳＫ変調して前記送光器を点滅光により点滅させ、
前記光受信装置は、前記送光器の点滅光を受光するとＡＳＫ復調して前記発光周波数と同一周波数のパルス信号を生成するとともに、この生成されたパルス信号に基づいて前記撮像素子を駆動して前記点滅光を撮像し、時間的に異なるフレーム間の差分を検出することにより前記光送信装置の２次元座標を算出し、この２次元座標に基づいて前記受光器を前記送光器の方向に光軸合わせを行うことを特徴とする光無線伝送装置の光軸調整方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る光無線伝送装置の光軸調整方法の一実施形態を実現する送信装置及び受光装置を示す構成図である。
【００１２】
図１に示す例では、送信装置１００と受信装置２００が光軸を調整した後、送信装置１００が主信号として映像信号を光無線で受信装置２００に送信するように構成されている。送信装置１００は光学系として、光無線信号を比較的広い指向性で送信するためにＬＥＤ（発光ダイオード）１０１及びレンズ１０２を備えた送光器１０３と、光軸調整のために受信装置２００から送信される光を受光するためにＰＤ（フォトダイオード）１０４を備えた受光器１０５を有する。
【００１３】
受信装置２００に送信される映像信号は、送信装置１００においては変調器１０６により１０ＭＨｚのキャリヤでＦＭ変調され、次いでスイッチＳＷ、ＬＥＤドライバ１０７及び送光器１０３を介して送信される。また、受信装置２００からの光軸調整用の光信号は、受光器１０５により光電変換され、この電気信号が受光回路１０８、復調器１０９、スイッチＳＷ、ＬＥＤドライバ１０７及び送光器１０３を介して受信装置２００にフィードバックされる。スイッチＳＷの入力側は光軸調整時には受光器１０５側に接続され、光軸調整完了後の稼働時には変調器１０６側に接続される。
【００１４】
受信装置２００は光学系として、送信装置１００側の送光器１０３からの光を比較的狭い指向性で受光するためにレンズ２０１及びＰＤ２０２を備えた主信号受信用狭指向性受光器２０３と、送信装置１００側を２次元で撮像するＣＣＤ２０４と、送信装置１００に対して光軸調整用の光信号を比較的広い指向性で送信するためにＬＥＤ２０５を備えた送光器２３１を有する。
【００１５】
そして、光軸調整を行うためにこれらの受光器２０３、ＣＣＤ２０４及びＬＥＤ２０５は本体２０６に搭載され、本体２０６は左右回転部２０７上に搭載され、更に左右回転部２０７は基台２０８上に搭載されている。また、左右回転部２０７はマイコン（マイクロコンピュータ）２０９の制御に基づいてドライバ２１０及びモータ２１１により本体２０６を左右方向に回動可能であり、また、基台２０８は同じくマイコン２０９の制御に基づいてドライバ２１２、モータ２１３及びカム２１４により左右回転部２０７及び本体２０６を上下方向に回動可能である。
【００１６】
受光器２０３のＰＤ２０２により光電変換された信号は受光回路２２１を介して復調器２２２に印加され、送信装置１００側の変調器１０６によりＦＭ変調された信号が復調器２２２により映像信号に復調され、この映像信号が出力端子２２３を介してＴＶモニタ２２４に出力される。また、ＣＣＤ２０４は光軸調整時にはＣＣＤコントローラ２２５により駆動され、ＣＣＤ２０４により光電変換された信号がＡ／Ｄ変換器２２６によりＡ／Ｄ変換された後にフレームメモリ２２７に記憶される。そして、差分抽出部２２８は送信装置１００からの点滅光の点灯状態及び消灯状態の各映像信号の差分を抽出するために、Ａ／Ｄ変換器２２６によりＡ／Ｄ変換されたフレームとフレームメモリ２２７に記憶されているフレームの差分を抽出してマイコン２０９に出力し、マイコン２０９はこの差分に基づいて送信装置１００が位置する２次元座標を算出する。
【００１７】
また、光軸調整用の光信号を送信装置１００側のＰＤ１０４に送信するために、ＣＣＤ２０４を駆動する際のフレームパルスがＦＭ変調器２２９により２ＭＨｚのキャリヤでＦＭ変調され、このＦＭ変調信号に基づいてドライバ２３０により送光器２３１のＬＥＤ２０５が駆動される。
【００１８】
上記構成の光軸調整方法を説明すると、受信装置２００のＣＣＤ２０４がＣＣＤコントローラ２２５により駆動されるとともに、ＣＣＤコントローラ２２５からのフレームパルスに基づいて送光器２３１のＬＥＤ２０５が２ＭＨｚで点滅すると、この点滅光は送光器２３１により比較的広い指向性で送信されるので送信装置１００の受光器１０５により受光され、受光回路１０８を介して復調器１０９に印加され、復調器１０９によりフレームパルスに復調される。このフレームパルスはスイッチＳＷ、ＬＥＤドライバ１０７を介して送光器１０３に印加され、したがって、送光器１０３のＬＥＤ１０１はフレームパルスの周期で点滅する。
【００１９】
また、送光器１０３は比較的広い指向性を有するので、この点滅光は受信装置２００側のＣＣＤ２０４により受光されて光電変換され、差分抽出部２２８によりフレーム間の差分が抽出される。この場合、ＣＣＤ２０４は２つのフレームにおいて同一位置を撮像しているので、送信装置１００側特に送光器１０３の背景部分が暗く、また、送光器１０３の位置は例えば２倍程度の明るさに点滅させることにより簡単に点滅位置の座標を検出することができる。そして、この位置に受光器２０３が向くように本体２０６及び左右回転部２０７を回動させることにより光軸調整を行う。
【００２０】
次に、図２を参照して第２の実施形態について説明する。この送信装置１００ａの構成では、図１に示す受光器１０５、受光回路１０８及び復調器１０９の代わりに、受信装置２００ａ側のＣＣＤ２０４のフレームパルスと同一周波数である５０Ｈｚの矩形波を発生する発振器（ＯＳＣ）１１０と、この矩形波を１ＭＨｚのキャリヤでＡＳＫ変調するＡＳＫ変調器１１１が設けられ、光軸調整用の光信号は送信装置１００ａから受信装置２００ａに送信される。また、受信装置２００ａには図１に示すＦＭ変調器２２９、ドライバ２３０及び送光器２３１（ＬＥＤ２０５）の代わりに、送信装置１００ａからの光軸調整用の光信号を比較的広い指向性で受光するために、ＰＤ２４０を備えた受光器２４１と、受光回路２４２と、ＡＳＫ復調器２４３が設けられている。他の構成は、送信装置１００ａ、受信装置２００ａともに同一である。
【００２１】
このような構成において光軸調整を行う場合には、送信装置１００ａにおいて５０Ｈｚの矩形波の「１」「０」が１ＭＨｚのキャリヤでＡＳＫ変調され、ＡＳＫ変調信号がスイッチＳＷ、ＬＥＤドライバ１０７及び送光器１０３を介して送信される。送光器１０３は比較的広い指向性を有するので、このＡＳＫ変調光は受信装置２００ａ側のＰＤ２４０により受光されて光電変換される。
【００２２】
ＰＤ２４０により光電変換された信号は受光回路２４２を介してＡＳＫ復調器２４３に印加され、ＡＳＫ復調器２４３によりＡＳＫ変調信号が５０Ｈｚの矩形波に復調され、この信号がＣＣＤ２０４のフレームパルスとしてＣＣＤコントローラ２２５に印加される。また、送信装置２００ａからのＡＳＫ変調光は同様にＣＣＤ２０４により受光されるが、ＣＣＤ２０４の応答特性が比較的低速であるので点滅信号として光電変換され、したがって、送信装置２００ａからの点滅光とＣＣＤ２０４のフレーム周期が同期するので点滅位置の座標を検出することができる。
【００２３】
次に図３を参照して第３の実施形態について説明する。ここで、図１、図２に示す構成において送信装置１００、１００ａが室内に配置されて照明光により照明されている場合、受信装置２００、２００ａ側のＣＣＤ２０４により撮像された映像信号にビート状の縞が現れることがある。そこで、この第３の実施形態の送信装置１００ｂは、天井などに取り付けられている照明光１１２を利用してこの問題を解決するように構成されている。受信装置２００ａは第２の実施形態と同一である。
【００２４】
ここで、照明光１１２は例えば５０Ｈｚの商用交流電源で点灯しており、また、ＣＣＤ２０４のフレームパルスも同様に５０Ｈｚである。この照明光１１２の光は、指向性が比較的広いＰＤ１１３により受光されて光電変換され、ＰＤ１１３により光電変換された信号は受光回路１１４を介してパルス再生回路１１５により５０Ｈｚの矩形波に整形される。そして、この５０Ｈｚの矩形波の「１」「０」が第２の実施形態と同様にＡＳＫ変調器１１１により１ＭＨｚのキャリヤでＡＳＫ変調され、送信装置１００ｂからのＡＳＫ変調光が受信装置２００ａ側のＣＣＤ２０４により撮像される。
【００２５】
このような構成では、送信装置１００ｂの背景が照明光１１２により例えば５０Ｈｚの商用交流電源で増減する光により照明されているが、照明光１１２の電源周波数とＣＣＤ２０４のフレームの周波数を一致させることができるので、受信装置２００ａ側のＣＣＤ２０４により撮像された映像信号にビート状の縞が現れることを防止することができるとともにフレーム間の差分を最大限に抽出することができる。
【００２６】
次に、図４を参照して第４の実施形態を説明する。図４ではＣＣＤ２０４の前にズームレンズ２０１ａが設けられ、図１〜図３に示すマイコン２０９がズームレンズ駆動部２０１ｂを制御することによりＣＣＤ２０４の視野を広くしたり、狭くする。このような構成において光軸合わせを行う場合、先ず、ズームレンズ２０１ａを最もワイドな視野に設定して送信装置１００、１００ａ、１００ｂからの変調光に基づいて点滅位置の座標を検出し、粗い光軸合わせを行う。
【００２７】
次いでズームレンズ２０１ａを中程度の視野に設定して同様に送信装置１００、１００ａ、１００ｂからの変調光に基づいて点滅位置の座標を検出して中程度の光軸合わせを行い、最後にズームレンズ２０１ａを最も狭い視野に設定して最も細かい光軸合わせを行う。したがって、このような方法によればズーム比を変更することにより広範囲のターゲットに対して光軸を合わせることができる。もちろん、ズーム比を連続して変化させてサーチするようにしてもよい。
【００２８】
図５に示す第５の実施形態は第４の実施形態の変形例を示し、ズームレンズ２０１ａとＣＣＤ２０４が主信号受信用狭指向性受光器２０３ｂに設けられている。また、受光器２０３ｂでは、ズームレンズ２０１ａの光路には反射面２５０が挿脱可能に配置され、図５（ａ）に示すように光軸調整（サーチ）時には反射面２５０が光路から退避し、ズームレンズ２０１ａを介して入射した変調光がＣＣＤ２０４により撮像されて例えば粗い調整、中程度の調整、細かい調整が行われる。また、光軸調整完了後の主信号受信時には反射面２５０が光路に挿入され、ズームレンズ２０１ａを介して入射した主信号が反射面２５０により反射されてＰＤ２０２により受光される。この場合、細かい調整が行われているので主信号受信時の解像度を向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光受信装置側に光送信装置を撮像する２次元の撮像素子を備えるとともに、光送信装置から光受信装置に対して撮像素子のフレームに同期した点滅光を送信し、この点滅光を撮像素子により撮像して点灯状態と消灯状態の映像信号の差分を算出することにより光送信装置の２次元座標を算出するようにしたので、光軸を合わせる時間を短縮することができ、また、正確に光軸を合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光無線伝送装置の光軸調整方法の一実施形態を実現する送信装置及び受光装置を示す構成図である。
【図２】本発明に係る光無線伝送装置の光軸調整方法の第２の実施形態を実現する送信装置及び受光装置を示す構成図である。
【図３】本発明に係る光無線伝送装置の光軸調整方法の第３の実施形態を実現する送信装置及び受光装置を示す構成図である。
【図４】本発明に係る光無線伝送装置の光軸調整方法の第４の実施形態を実現するＣＣＤを示す構成図である。
【図５】本発明に係る光無線伝送装置の光軸調整方法の第５の実施形態を実現する主信号受信用狭指向性受光器を示す構成図である。
【符号の説明】
１００、１００ａ、１００ｂ  送信装置
１０１、２０５  ＬＥＤ（発光ダイオード）
１０２、２０１  レンズ
１０３、２３１  送光器
１０４、１１３、２０２、２４０  ＰＤ（フォトダイオード）
１０５、２４１  受光器
１０６  変調器
１０７  ＬＥＤドライバ
１０８、１１４、２２１、２４２  受光回路
１０９、２２２  復調器
１１０  発振器
１１１  ＡＳＫ変調器
１１２  照明光
１１５  パルス再生回路
２００、２００ａ  受信装置
２０１ａ  ズームレンズ
２０１ｂ  ズームレンズ駆動部
２０３、２０３ｂ  主信号受信用狭指向性受光器
２０４  ＣＣＤ（撮像素子）
２０６  本体
２０７  左右回転部
２０８  基台
２０９  マイクロコンピュータ
２１０、２１２、２３０  ドライバ
２１１、２１３  モータ
２１４  カム
２２３  出力端子
２２４  ＴＶモニタ
２２５  ＣＣＤコントローラ
２２６  Ａ／Ｄ変換器
２２７  フレームメモリ
２２８  差分抽出部
２２９  ＦＭ変調器
２４３  ＡＳＫ復調器
２５０  反射面
【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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