(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを通信相手の通信装置に向けて照射するビーム送信手段と、
前記通信相手の通信装置から到来してくるビームを受信するビーム受信手段と、
前記ビーム受信手段の受信信号を復調して、前記ビームに重畳されている通信データを抽出する信号復調手段と、
前記ビーム受信手段の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出手段と、
前記信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比にしたがって前記ビーム送信手段から放射されるビームの放射状態を制御し、前記信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比が予め設定されている閾値より一旦低くなってから前記閾値より高くなる状況が発生する場合、前記ビーム送信手段から放射されるビームのビーム径又は広がり角を大きくするビーム放射状態制御手段と
を備えた通信装置。
【請求項２】
前記ビーム受信手段は、前記通信相手の通信装置に搭載されているビーム送信手段から放射されたビームを受信することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項３】
前記ビーム受信手段は、前記ビーム送信手段から放射されたのち、前記通信相手の通信装置に反射されて戻ってきたビームを受信することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項４】
前記ビーム放射状態制御手段は、
前記信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比が前記閾値より低い状況が連続している場合、前記ビーム送信手段から放射されるビームの平均出力を上げる制御、前記ビームのパルス幅を狭める制御及び前記ビームのパルス繰り返し周波数を下げる制御のうち、いずれか１つ以上の制御を実施し、
前記信号対雑音比が前記閾値より高い状況が連続しており、かつ、前記ビーム送信手段の消費電力値が予め設定されている許容値より高い場合、前記ビーム送信手段から放射されるビームの平均出力を下げる制御、前記ビームのパルス幅を広げる制御及び前記ビームのパルス繰り返し周波数を上げる制御のうち、いずれか１つ以上の制御を実施することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項５】
前記ビーム送信手段は、前記信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比を示す信号対雑音比情報を通信データに含めて、前記通信データが重畳されているビームを前記通信相手の通信装置に向けて照射することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項６】
前記ビーム放射状態制御手段は、前記信号復調手段により抽出された通信データに含まれている信号対雑音比情報が示す信号対雑音比にしたがって、前記ビーム送信手段から放射されるビームの放射状態を制御することを特徴とする請求項５記載の通信装置。
【請求項７】
前記ビーム送信手段は、前記ビーム放射状態制御手段により制御されたビームの放射状態を示すビーム放射状態情報を通信データに含めて、前記通信データが重畳されているビームを前記通信相手の通信装置に向けて照射することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項８】
前記ビーム放射状態制御手段は、前記信号復調手段により抽出された通信データに含まれているビーム放射状態情報にしたがって、前記ビーム送信手段から放射されるビームの放射状態を制御することを特徴とする請求項７記載の通信装置。
【請求項９】
前記ビーム受信手段の受信信号のビットエラーレートを算出するビットエラーレート算出手段を備え、
前記信号対雑音比算出手段は、前記ビットエラーレート算出手段により算出されたビットエラーレートから前記受信信号の信号対雑音比を算出することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項１０】
前記ビーム送信手段からビームが放射されてから、前記ビーム受信手段によりビームが受信されるまでの時間と前記ビームの強度を計測し、その計測結果から前記通信相手の通信装置に関する画像を生成する画像生成手段を備え、
前記ビーム放射状態制御手段は、前記画像生成手段により生成された画像から前記通信相手の通信装置における通信ポートを特定し、前記通信ポートの大きさに基づいて前記ビーム送信手段により放射されるビームのビーム径又は広がり角を制御することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項１１】
前記ビーム受信手段の受信信号から伝搬空間におけるビームの減衰係数を算出する減衰係数算出手段を備え、
前記ビーム放射状態制御手段は、前記減衰係数算出手段により算出された減衰係数に基づいて前記ビーム受信手段の受信信号を増幅する増幅器の増幅度を制御することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項１２】
自通信装置がステーションに搭載され、前記通信相手の通信装置が複数のビークルに搭載されており、
前記複数のビークルに搭載されている通信相手の通信装置が、自己が搭載されているビークルと前記ステーション間の距離を計測して、前記距離を示す距離情報を含む通信データが重畳されているビームを前記ステーションに向けて照射する場合において、
前記自通信装置の信号復調手段により抽出された通信データに含まれている距離情報から前記ステーションと前記複数のビークル間の距離を特定するとともに、前記自通信装置のビーム受信手段の受信信号から、前記ステーションから見て前記複数のビークルが存在している方向を特定し、前記ステーションと前記複数のビークル間の距離及び前記複数のビークルが存在している方向から、前記複数のビークルが存在している位置の座標を算出する位置座標算出手段と、
前記複数のビークルの間で確保すべき安全距離と前記複数のビークル間の光軸間角度から、前記ステーションと前記複数のビークルの間で接近可能な距離を算出し、前記接近可能な距離と、前記複数のビークルを等間隔に整列させる場合の前記複数のビークルが存在する方向とから、前記複数のビークルの移動先を示す座標を算出する移動先座標算出手段とを備え、
前記自通信装置のビーム送信手段は、前記位置座標算出手段により算出された複数のビークルが存在している位置の座標と、前記移動先座標算出手段により算出された複数のビークルの移動先を示す座標とを通信データに含めて、前記通信データが重畳されているビームを前記複数のビークルに搭載されている通信相手の通信装置に向けて照射することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項１３】
前記移動先座標算出手段は、前記通信相手の通信装置を搭載しているビークルの個数が許容数より多い場合、前記許容数を上回る分のビークルに対する移動先を示す座標として、予め設定されている通信待機領域を示す座標を算出することを特徴とする請求項１２記載の通信装置。
【請求項１４】
自通信装置がステーションに搭載され、前記通信相手の通信装置が複数のビークルに搭載されており、
前記複数のビークルに搭載されている通信相手の通信装置が、自己が搭載されているビークルと前記ステーション間の距離を計測して、前記距離を示す距離情報を含む通信データが重畳されているビームを前記ステーションに向けて照射する場合において、
前記自通信装置の信号復調手段により抽出された通信データに含まれている距離情報から前記ステーションと前記複数のビークル間の距離を特定するとともに、前記自通信装置のビーム受信手段の受信信号から、前記ステーションから見て前記複数のビークルが存在している方向を特定し、前記ステーションと前記複数のビークル間の距離及び前記複数のビークルが存在している方向から、前記複数のビークルが存在している位置の座標を算出する位置座標算出手段と、
前記複数のビークルの間で確保すべき安全距離と前記複数のビークル間の光軸間角度から、前記ステーションと前記複数のビークルの間で接近可能な距離を算出し、前記接近可能な距離と、前記複数のビークルを等間隔に整列させる場合の前記複数のビークルが存在する方向とから、前記複数のビークルの移動先を示す座標を算出する移動先座標算出手段と、
前記位置座標算出手段により算出された複数のビークルが存在している位置の座標と、前記移動先座標算出手段により算出された複数のビークルの移動先を示す座標との差分の座標を算出する差分座標算出手段とを備え、
前記自通信装置のビーム送信手段は、前記差分座標算出手段により算出された差分の座標を通信データに含めて、前記通信データが重畳されているビームを前記複数のビークルに搭載されている通信相手の通信装置に向けて照射することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項１５】
前記移動先座標算出手段は、前記通信相手の通信装置を搭載しているビークルの個数が許容数より多い場合、前記許容数を上回る分のビークルに対する移動先を示す座標として、予め設定されている通信待機領域を示す座標を算出することを特徴とする請求項１４記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信における情報伝送量が多くて、通信品質が高い通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信装置では、例えば、海中や空中などの伝搬環境の状態に依らずに、所望のビットエラーレート（ＢＥＲ：Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）を確保して、伝送容量の向上と低消費電力化を図ることは重要である。
以下の特許文献１には、外部入力手段から入力されるユーザの操作情報にしたがって、マルチビームを用いて、空間的に離れている２つの地点間でレーザ通信を行う通信装置が開示されている。【０００３】
この通信装置では、レーザ通信に用いるマルチビームのビーム軸ずれ角方向や、通信相手に対する指向誤差などの変動条件を設定し、その変動条件にしたがってレーザの拡がり角とビーム数を決定するようにしている。
また、その変動条件にしたがってレーザビーム送信用の望遠鏡を制御して、複数のレーザを通信相手に送信するようにしている。
これにより、通信相手の受光強度変動が最適化されているマルチビームを用いて、レーザ通信を実現することができるため、通信相手の受光強度変動を抑制して、通信の安定化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５４３３５号公報（段落番号［０００６］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の通信装置は以上のように構成されているので、ビーム指向角変動によって生じる通信相手の受光強度変動を抑制することができる。しかし、伝搬環境の状態が悪化している場合（例えば、霧・雹・雪などが存在している大気中にレーザを照射する場合や、マリンスノーなどの粒径の大きい浮遊物質が存在している海中にレーザを照射する場合など）、照射されたレーザが遮断されて、受光パワーが減少してしまうことがあるが、単位面積当りの受光パワーを改善することができないため、受信信号の信号対雑音比（以下、「ＳＮ比」と称する）が低下して通信品質が劣化してしまう課題があった。【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、伝搬環境の状態が悪化しても、通信品質の劣化を抑制して、通信の安定化を図ることができる通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る通信装置は、ビームを通信相手の通信装置に向けて照射するビーム送信手段と、通信相手の通信装置から到来してくるビームを受信するビーム受信手段と、ビーム受信手段の受信信号を復調して、そのビームに重畳されている通信データを抽出する信号復調手段と、ビーム受信手段の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出手段とを設け、ビーム放射状態制御手段が、信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比にしたがってビーム送信手段から放射されるビームの放射状態を制御し、信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比が予め設定されている閾値より一旦低くなってから閾値より高くなる状況が発生する場合、ビーム送信手段から放射されるビームのビーム径又は広がり角を大きくするようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ビーム受信手段の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出手段を設け、ビーム放射状態制御手段が、信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比にしたがってビーム送信手段から放射されるビームの放射状態を制御し、信号対雑音比算出手段により算出された信号対雑音比が予め設定されている閾値より一旦低くなってから閾値より高くなる状況が発生する場合、ビーム送信手段から放射されるビームのビーム径又は広がり角を大きくするように構成したので、伝搬環境の状態が悪化しても、通信品質の劣化を抑制して、通信の安定化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による双方向通信システムを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による通信装置Ａの処理内容を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による通信装置Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
【図４】送信ビームの設定パラメータの一例を示す説明図である。
【図５】ユーザにより設定されるＳＮ比の計測時間（領域Ａ）において、定常的に受信信号のＳＮ比が閾値Ｔｈより低い状況を示す説明図である。
【図６】ユーザにより設定されるＳＮ比の計測時間（領域Ａ）において、受信信号のＳＮ比が一時的に低下することで、一旦、閾値Ｔｈより低くなってから閾値Ｔｈより高くなっている状況を示す説明図である。
【図７】ユーザにより設定されるＳＮ比の計測時間（領域Ａ）において、定常的に受信信号のＳＮ比が閾値Ｔｈより高い状況を示す説明図である。
【図８】Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果に対応する状況とパラメータの設定内容との関係を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３による双方向通信システムを示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による通信装置Ａの処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３による通信装置Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態４による片方向通信システムを示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４による通信装置Ａの処理内容を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態４による通信装置Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
【図１５】通信装置における各光学系でのエネルギーを示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態５による片方向通信システムを示す構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態６による通信装置を示す構成図である。
【図１８】この発明の実施の形態６による通信装置の信号処理回路を示す構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態６による通信装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図２０】この発明の実施の形態７による通信システムを示す構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態７による通信装置の信号処理回路を示す構成図である。
【図２２】ビークル現状位置座標算出部５１により算出されるビークルの位置座標を示す説明図である。
【図２３】ビークル移動先座標算出部５２により算出されるビークルの移動先の位置座標を示す説明図である。
【図２４】ステーションとビークル間の位置関係を示す説明図である。
【図２５】この発明の実施の形態７によるステーションの通信装置の処理内容を示すフローチャート（その１）である。
【図２６】この発明の実施の形態７によるステーションの通信装置の処理内容を示すフローチャート（その２）である。
【図２７】この発明の実施の形態７によるビークルの通信装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図２８】この発明の実施の形態８による通信システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１では、通信装置Ａと通信装置Ｂが双方向通信を行う双方向通信システムについて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による双方向通信システムを示す構成図である。
図１において、通信装置Ａと通信装置Ｂは同一構成であり、互いに通信データが重畳されているレーザ光（ビーム）を送受信する。
送信系１は光源２と光変調器３から構成されており、光源２はレーザ光としてパルスレーザを光変調器３に出力し、光変調器３は外部から与えられたＲＦ信号にしたがって光源２から出力されたレーザ光の強度を変調する処理を実施する。
この実施の形態１では、通信装置Ａの光源２から出力されるレーザ光の波長と、通信装置Ｂの光源２から出力されるレーザ光の波長とは異なるものとする。
【００１１】
送受信光学系４は送信光学系５と受信光学系６から構成されている。
送信光学系５は送信レンズなどから構成されており、信号処理回路１１の制御の下で、放射するレーザ光のビーム径及び拡がり角を調整する機能を備え、光変調器３により変調されたレーザ光を通信相手の通信装置に向けて放射する。なお、送信系１及び送信光学系５からビーム送信手段が構成されている。
受信光学系６は受信レンズなどから構成されており、通信相手の通信装置から放射されたレーザ光を受光して、そのレーザ光を受光器８に集光する機能を備えている。
なお、受信光学系６が、例えば、光学フィルタを備えることで、送信光学系５から放射されたレーザ光と通信相手の通信装置から放射されたレーザ光とを分離して、通信相手の通信装置から放射されたレーザ光だけを受光器８に集光するようにしてもよい。
【００１２】
受信系７は受光器８、増幅器９、復調器１０及び信号処理回路１１から構成されている。
受光器８は例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）やＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等の光検出器であり、受信光学系６により集光されたレーザ光を電気信号（受信信号）に変換する処理を実施する。なお、受信光学系６及び受光器８からビーム受信手段が構成されている。
【００１３】
増幅器９は受光器８から出力された電気信号である受信信号の信号レベルを所望のレベルまで増幅する処理を実施する。
復調器１０は増幅器９による増幅後の受信信号を復調して、通信相手の通信装置から放射されたレーザ光に重畳されている通信データを抽出し、その通信データを出力する処理を実施する。なお、復調器１０は信号復調手段を構成している。
【００１４】
信号処理回路１１はＳ／Ｎ演算回路１２、Ｓ／Ｎ比較回路１３及びパラメータ設定回路１４から構成されている。
Ｓ／Ｎ演算回路１２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、増幅器９による増幅後の受信信号のＳＮ比を算出する処理を実施する。なお、Ｓ／Ｎ演算回路１２は信号対雑音比算出手段を構成している。
【００１５】
Ｓ／Ｎ比較回路１３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、Ｓ／Ｎ演算回路１２により算出されたＳＮ比と予め設定されている閾値Ｔｈを比較する処理を実施する。
パラメータ設定回路１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがってレーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する処理を実施する。
なお、Ｓ／Ｎ比較回路１３及びパラメータ設定回路１４からビーム放射状態制御手段が構成されている。
【００１６】
次に動作について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１による通信装置Ａの処理内容を示すフローチャートである。
また、図３はこの発明の実施の形態１による通信装置Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、ユーザは所望のＢＥＲを選択する。
ユーザにより選択された所望のＢＥＲは、通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２に設定される（図２のステップＳＴ１）。
通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２は、所望のＢＥＲが設定されると、そのＢＥＲに基づいて、ＳＮ比の閾値Ｔｈを決定する。
ここで、ＢＥＲとＳＮ比の関係は、下記の式（１）のように表されるので、例えば、所望のＢＥＲを式（１）に代入することで算出されるＳＮ比を閾値Ｔｈに決定する。
0005881896.tif 000002
式（１）において、Ｓ／ＮはＳＮ比、ｅｒｆｃは相補誤差関数である。
【００１８】
なお、下記の式（２）に示すように、ＳＮ比の閾値から最大伝送容量Ｃを算出することが可能であるため、最大伝送容量Ｃをユーザに提示するようにしてもよい。
0005881896.tif 000003
式（２）において、Ｗは帯域幅である。
【００１９】
通信装置Ａの信号処理回路１１は、Ｓ／Ｎ演算回路１２がＳＮ比の閾値を決定すると、送信系１を制御して、送信光学系５から通信開始を示すレーザ光（信号）を放射させる（ステップＳＴ２）。
通信開始を示すレーザ光は、予め、通信装置Ａと通信装置Ｂの間で取り決めておくものとする。
ここでは、通信開始を示すレーザ光（信号）には、ＳＮ比の閾値Ｔｈを示す閾値情報が重畳されているものとする。
【００２０】
通信装置Ｂの信号処理回路１１は、通信装置Ａから通信開始を示すレーザ光（信号）から放射されるまで待機しており（図３のステップＳＴ２１）、受信光学系６が当該信号を受光すると（ステップＳＴ２２）、送信系１を制御して、送信光学系５から通信可能を示すレーザ光（信号）を放射させる（ステップＳＴ２３）。
通信可能を示すレーザ光（信号）は、予め、通信装置Ａと通信装置Ｂの間で取り決めておくものとする。
また、通信装置Ｂの信号処理回路１１は、レーザ光の送信開始指令を送信系１に出力する。
なお、閾値情報が通信開始を示すレーザ光（信号）に重畳されている場合、復調器１０が受光器８の受信信号を復調して、その閾値情報を抽出し、その閾値情報をＳ／Ｎ比較回路１３に出力する。
一方、閾値情報が重畳されていない場合、通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２と同様に、ユーザにより選択された所望のＢＥＲからＳＮ比の閾値Ｔｈを決定する。
【００２１】
通信装置Ａの信号処理回路１１は、通信装置Ｂから通信可能を示すレーザ光（信号）が放射されて、受信光学系６が当該信号を受光すると（図２のステップＳＴ３）、レーザ光の送信開始指令を送信系１に出力する。
通信装置Ａの送信系１における光源２は、信号処理回路１１からレーザ光の送信開始指令を受けると、レーザ光としてパルスレーザを光変調器３に出力する。
光変調器３は、光源２からレーザ光を受けると、外部から与えられるＲＦ信号にしたがって当該レーザ光の強度を変調し、変調後のレーザ光（通信信号）を送信光学系５に出力する。
これにより、通信装置Ａの送信光学系５から変調後のレーザ光（通信信号）が通信装置Ｂに向けて放射される（ステップＳＴ４）。
この通信開始時では、通信装置Ａの送信光学系５から放射されるレーザ光のビーム径、広がり角、平均出力、パルス幅及びパルス繰り返し周波数などは、パラメータ設定回路１４によって初期設定されている。
【００２２】
通信装置Ｂの信号処理回路１１は、通信可能を示すレーザ光を放射したのち、通信装置Ａからレーザ光（通信信号）が放射されるまで待機しており（図３のステップＳＴ２４）、受信光学系６がレーザ光（通信信号）を受光していなければ（ステップＳＴ２５）、レーザ光（通信信号）を受光するまでの待機回数が、ユーザにより指定された回数に到達しているか否かを判定し（ステップＳＴ２６）、その待機回数が指定回数に到達していれば、アラームをユーザに発信する。
通信装置Ｂの受光器８は、通信装置Ａからレーザ光（通信信号）が放射されて、受信光学系６が当該レーザ光（通信信号）を受光すると（ステップＳＴ２５）、そのレーザ光を電気信号（受信信号）に変換する。
【００２３】
通信装置Ｂの増幅器９は、受光器８から電気信号である受信信号が出力されると、その受信信号の信号レベルを所望のレベルまで増幅する。
通信装置Ｂの復調器１０は、増幅器９による増幅後の受信信号を復調して、通信装置Ａから放射されたレーザ光に重畳されている通信データを抽出し、その通信データを出力する（ステップＳＴ２７）。
【００２４】
通信装置ＢのＳ／Ｎ演算回路１２は、増幅器９から増幅後の受信信号を受けると、その受信信号のピーク電圧を計測し、その計測結果にしたがって受信信号のＳＮ比を算出する（ステップＳＴ２８）。
ここで、受信信号のＳＮ比は、信号電圧をＶＳ、雑音電圧をＶＮとすると、下記の式（３）のように算出される。
0005881896.tif 000004
なお、ＳＮ比を算出する際に使用する雑音電圧ＶＮの値は、予めユーザにより設定された固定値でもよいし、図４に示すように、送信ビームの設定パラメータに応じた雑音電圧ＶＮの値を参照テーブルに保存しておくようにしてもよい。また、通信を開始する前に雑音電圧ＶＮを計測するようにしてもよい。
【００２５】
通信装置ＢのＳ／Ｎ比較回路１３は、Ｓ／Ｎ演算回路１２が受信信号のＳＮ比を算出すると、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較し、その比較結果をパラメータ設定回路１４に出力する（ステップＳＴ２９）。
通信装置Ｂのパラメータ設定回路１４は、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがってレーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する（ステップＳＴ２９〜ＳＴ３１）。
具体的には、以下のようにレーザ光の放射状態を制御する。
【００２６】
図５はユーザにより設定されるＳＮ比の計測時間（領域Ａ）において、定常的に受信信号のＳＮ比が閾値Ｔｈより低い状況を示している。この状況は、定常的に入力信号が不足している状態である。
図６はユーザにより設定されるＳＮ比の計測時間（領域Ｃ）において、受信信号のＳＮ比が一時的に低下することで、一旦、閾値Ｔｈより低くなってから閾値Ｔｈより高くなっている状況を示している。この状況は、何等かの物体がレーザ光の伝搬経路上を横切っていると考えられる。
図７はユーザにより設定されるＳＮ比の計測時間（領域Ｅ）において、定常的に受信信号のＳＮ比が閾値Ｔｈより高い状況を示している。この状況は、通信品質上、問題ないが、送信系１の消費電力が必要以上に大きくなっている可能性がある。
図８はＳ／Ｎ比較回路１３の比較結果に対応する状況とパラメータの設定内容との関係を示す説明図である。
【００２７】
通信装置Ｂのパラメータ設定回路１４は、定常的に受信信号のＳＮ比が閾値Ｔｈより低く、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果が図５の状態を表している場合、定常的に入力信号が不足している状態であるため、図８に示すように、レーザ光の出力パワーＰＰが増加するように、レーザ光のパラメータを設定する。
ファイバアンプを用いたファイバーレーザの場合、レーザ光の出力パワーＰＰは、下記の式（４）に示すように、レーザ光の平均出力ＰＡ、パルス幅ｗ及びパルス繰り返し周波数ｆから算出される。
0005881896.tif 000005
したがって、レーザ光の出力パワーＰＰを増加する場合、下記の（１）〜（３）の全部の制御、もしくは、いずれかの制御が実施されるようにパラメータの設定変更を行う。
（１）平均出力ＰＡを上げる制御
（２）パルス幅ｗを狭くする制御
（３）繰り返し周波数ｆを下げる制御
ここでは、（１）〜（３）の制御を行うことで、レーザ光の出力パワーＰＰを増加するものを示したが、レーザ光のビーム径又は広がり角を小さくすることで、単位面積当たりのパワーを上げるようにしてもよい。
一方、半導体レーザの場合、入力電流量を増加させることで、出力パワーを増加させる。
【００２８】
通信装置Ｂのパラメータ設定回路１４は、受信信号のＳＮ比が一時的に低下して、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果が図６の状態を表している場合、何等かの物体がレーザ光の伝搬経路上を横切っていると考えられるため、図８に示すように、レーザ光のビーム径又は広がり角が大きくなるように（あるいは、ビーム径及び広がり角の両方が大きくなるように）レーザ光のパラメータを設定する。
レーザ光のビーム径又は広がり角を大きくすることで、何等かの物体がレーザ光の伝搬経路上を横切る状況が発生しても、ＳＮ比の低下を抑えることができるが、レーザ光のビーム径又は広がり角を大きくしても、ＳＮ比が閾値Ｔｈより高くならない場合は、レーザ光の出力パワーＰＰが増加するように、レーザ光のパラメータを設定する。
【００２９】
通信装置Ｂのパラメータ設定回路１４は、定常的に受信信号のＳＮ比が閾値Ｔｈより高く、かつ、送信系１の消費電力が予め設定されている許容値より高いために、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果が図７の状態を表している場合、消費電力過剰の状態であるため、図８に示すように、レーザ光の出力パワーＰＰが減少するように、レーザ光のパラメータを設定する。
レーザ光の出力パワーＰＰを減少する場合、下記の（１）〜（３）の全部の制御、もしくは、いずれかの制御が実施されるようにパラメータの設定変更を行う。
（１）平均出力ＰＡを下げる制御
（２）パルス幅ｗを広くする制御
（３）繰り返し周波数ｆを上げる制御
ここでは、（１）〜（３）の制御を行うことで、レーザ光の出力パワーＰＰを減少するものを示したが、レーザ光のビーム径又は広がり角を大きくすることで、単位面積当たりのパワーを下げるようにしてもよい。
【００３０】
なお、パラメータ設定回路１４は、パラメータの設定回数がユーザにより指定された回数よりも多い場合、何らかの異常が発生している可能性があるため、アラームをユーザに発信する（ステップＳＴ３２）。
【００３１】
通信装置Ｂの光源２は、パラメータ設定回路１４がパラメータの設定変更を行うと、設定変更後のパラメータにしたがってレーザ光（設定変更後のパラメータに対応する平均出力ＰＡ、パルス幅ｗ及びパルス繰り返し周波数ｆのレーザ光）を出力し、光変調器３は、外部から与えられたＲＦ信号にしたがって光源２から出力されたレーザ光の強度を変調する。
また、送信光学系５は、設定変更後のパラメータにしたがってレーザ光のビーム径及び拡がり角を調整し、調整後のレーザ光（通信信号）を通信装置Ａに向けて放射する（ステップＳＴ３３）。
通信装置Ｂは、通信装置Ａとの通信を継続する場合（ステップＳＴ３４）、ステップＳＴ２４の処理に戻り、ステップＳＴ２４〜ＳＴ３４の処理が繰り返される。
【００３２】
通信装置Ａの信号処理回路１１は、レーザ光を放射したのち、通信装置Ｂからレーザ光（通信信号）が放射されるまで待機しており（図２のステップＳＴ５）、受信光学系６がレーザ光（通信信号）を受光していなければ（ステップＳＴ６）、レーザ光（通信信号）を受光するまでの待機回数が、ユーザにより指定された回数に到達しているか否かを判定し（ステップＳＴ７）、その待機回数が指定回数に到達していれば、アラームをユーザに発信する。
通信装置Ａの受光器８は、通信装置Ｂからレーザ光（通信信号）が放射されて、受信光学系６が当該レーザ光（通信信号）を受光すると（ステップＳＴ６）、そのレーザ光を電気信号（受信信号）に変換する。
通信装置Ａの増幅器９は、受光器８から電気信号である受信信号を受けると、その受信信号の信号レベルを所望のレベルまで増幅する。
通信装置Ａの復調器１０は、増幅器９による増幅後の受信信号を復調して、通信装置Ｂから放射されたレーザ光に重畳されている通信データを抽出し、その通信データを出力する（ステップＳＴ８）。
【００３３】
通信装置Ａは、通信装置Ｂとの通信を継続する場合（ステップＳＴ９）、ステップＳＴ１０の処理に移行する。
通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２は、増幅器９から増幅後の受信信号を受けると、通信装置ＢのＳ／Ｎ演算回路１２と同様に、その受信信号のピーク電圧を計測し、その計測結果にしたがって受信信号のＳＮ比を算出する（ステップＳＴ１０）。
【００３４】
通信装置ＡのＳ／Ｎ比較回路１３は、Ｓ／Ｎ演算回路１２が受信信号のＳＮ比を算出すると、通信装置ＢのＳ／Ｎ比較回路１３と同様に、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較し、その比較結果をパラメータ設定回路１４に出力する（ステップＳＴ１１）。
通信装置Ａのパラメータ設定回路１４は、通信装置Ｂのパラメータ設定回路１４と同様に、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがってレーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する（ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３）。
なお、パラメータ設定回路１４は、パラメータの設定回数がユーザにより指定された回数よりも多い場合、何らかの異常が発生している可能性があるため、アラームをユーザに発信する（ステップＳＴ１４）。
以降、ステップＳＴ３の処理に戻り、ステップＳＴ３〜ＳＴ１４の処理が繰り返される。
【００３５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、受信信号のＳＮ比を算出するＳ／Ｎ演算回路１２と、Ｓ／Ｎ演算回路１２により算出されたＳＮ比と閾値Ｔｈを比較するＳ／Ｎ比較回路１３とを設け、パラメータ設定回路１４が、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するように構成したので、伝搬環境の状態が悪化しても、通信品質の劣化を抑制して、通信の安定化を図ることができる効果を奏する。
即ち、伝搬環境の状況に応じてリアルタイムに通信状態を最適化し、安定な双方向の通信を確保することが可能になる。また、ＳＮ比に応じて送信パワーを制御することで、低消費電力が可能になる。
【００３６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、通信装置Ａと通信装置Ｂの双方が、受信信号のＳＮ比を算出し、そのＳＮ比にしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するものを示したが、例えば、通信装置Ａがビームの放射状態を制御する際に受信信号のＳＮ比を算出すると、そのＳＮ比を示すＳ／Ｎ情報（信号対雑音比情報）を通信データに含めるようにして、送信系１の光変調器３が、上記通信データが重畳されているレーザ光を変調することで、送信光学系５から当該レーザ光が通信装置Ｂに向けて放射されるようにしてもよい。
この場合、通信装置Ｂでは、受信信号のＳＮ比を算出する処理を実施せず、パラメータ設定回路１４が、復調器１０により抽出された通信データに含まれているＳ／Ｎ情報を取得し、そのＳ／Ｎ情報が示すＳＮ比にしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するようにする。
【００３７】
ここでは、通信装置Ａが、Ｓ／Ｎ情報を含む通信データが重畳されているレーザ光を通信装置Ｂに向けて放射するものを示したが、通信装置Ｂがビームの放射状態を制御する際に受信信号のＳＮ比を算出すると、そのＳＮ比を示すＳ／Ｎ情報を通信データに含めるようにして、送信系１の光変調器３が、上記通信データが重畳されているレーザ光を変調することで、送信光学系５から当該レーザ光が通信装置Ａに向けて放射されるようにしてもよい。
この場合、通信装置Ａでは、受信信号のＳＮ比を算出する処理を実施せず、パラメータ設定回路１４が、復調器１０により抽出された通信データに含まれているＳ／Ｎ情報を取得し、そのＳ／Ｎ情報が示すＳＮ比にしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するようにする。
【００３８】
このように、一方の通信装置が、Ｓ／Ｎ情報を含む通信データが重畳されているレーザ光を他方の通信装置に向けて放射するようにすれば、他方の通信装置では、受信信号のＳＮ比を算出する処理が不要になり、構成の簡略化と処理負荷の軽減を図ることができる効果を奏する。
【００３９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、通信装置Ａと通信装置Ｂの双方が、パラメータの設定変更を行うと、設定変更後のパラメータにしたがってビームの放射状態を制御するものを示したが、例えば、通信装置Ａが、パラメータの設定変更を行うと、設定変更後のパラメータを示すパラメータ情報（ビーム放射状態情報）を通信データに含めるようにして、送信系１の光変調器３が、上記通信データが重畳されているレーザ光を変調することで、送信光学系５から当該レーザ光が通信装置Ｂに向けて放射されるようにしてもよい。
この場合、通信装置Ｂでは、受信信号のＳＮ比を算出する処理や、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較する処理を実施せず、パラメータ設定回路１４が、復調器１０により抽出された通信データに含まれているパラメータ情報を取得し、そのパラメータ情報が示すパラメータにしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するようにする。
【００４０】
ここでは、通信装置Ａが、パラメータ情報を含む通信データが重畳されているレーザ光を通信装置Ｂに向けて放射するものを示したが、通信装置Ｂがパラメータの設定変更を行うと、設定変更後のパラメータを示すパラメータ情報を通信データに含めるようにして、送信系１の光変調器３が、上記通信データが重畳されているレーザ光を変調することで、送信光学系５から当該レーザ光が通信装置Ａに向けて放射されるようにしてもよい。
この場合、通信装置Ａでは、受信信号のＳＮ比を算出する処理や、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較する処理を実施せず、パラメータ設定回路１４が、復調器１０により抽出された通信データに含まれているパラメータ情報を取得し、そのパラメータ情報が示すパラメータにしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するようにする。
【００４１】
図９は通信装置Ａが、パラメータ情報を含む通信データが重畳されているレーザ光を通信装置Ｂに向けて放射する場合の双方向通信システムを示す構成図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
通信装置Ａのパラメータ設定回路１４ａは例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、図１のパラメータ設定回路１４と同様に、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがってレーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御するほか、そのパラメータを示すパラメータ情報（ビーム放射状態情報）を通信データに含める処理を実施する。なお、パラメータ設定回路１４ａはビーム放射状態制御手段を構成している。
通信装置Ａの光変調器３ａは図１の光変調器３と同様に、外部から与えられたＲＦ信号にしたがって光源２から出力されたレーザ光の強度を変調する処理を実施するが、このレーザ光に重畳されている通信データはパラメータ情報を含んでいる。
【００４２】
通信装置Ｂの復調器１０ａは図１の復調器１０と同様に、増幅器９による増幅後の受信信号を復調して、通信装置Ｂから放射されたレーザ光に重畳されている通信データを抽出し、その通信データを外部に出力する処理を実施する。
また、復調器１０ａはレーザ光に重畳されている通信データに含まれているパラメータ情報をパラメータ設定回路１４ｂに出力する処理を実施する。なお、復調器１０ａは信号復調手段を構成している。
パラメータ設定回路１４ｂは例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、復調器１０ａから出力されたパラメータ情報にしたがってレーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する処理を実施する。
なお、パラメータ設定回路１４ｂはビーム放射状態制御手段を構成している。
【００４３】
次に動作について説明する。
図１０はこの発明の実施の形態３による通信装置Ａの処理内容を示すフローチャートである。
また、図１１はこの発明の実施の形態３による通信装置Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
ここでは、上記実施の形態１と相違する処理内容だけを説明する。
【００４４】
通信装置Ａは、上記実施の形態１と同様に、レーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する。
ただし、通信装置Ａのパラメータ設定回路１４ａは、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがってレーザ光のパラメータを設定するほか、そのパラメータを示すパラメータ情報を通信データに含める処理を実施する。
通信装置Ａの光変調器３ａは、パラメータ設定回路１４ａによりパラメータ情報が含められた通信データが重畳されているレーザ光の強度を変調する。
これにより、通信装置Ａの送信光学系５からパラメータ情報を含む通信データが重畳されているレーザ光が通信装置Ｂに向けて放射される（図１０のステップＳＴ１５）。
【００４５】
通信装置Ｂは、上記実施の形態１と異なり、受信信号のＳＮ比を算出する処理や、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較する処理を実施しない。
通信装置Ｂの復調器１０ａは、図１の復調器１０と同様に、増幅器９による増幅後の受信信号を復調して、通信装置Ａから放射されたレーザ光に重畳されている通信データを抽出し、その通信データを外部に出力する（図１１のステップＳＴ２７）。
また、復調器１０ａは、レーザ光に重畳されている通信データに含まれているパラメータ情報をパラメータ設定回路１４ｂに出力する（ステップＳＴ３５）。
通信装置Ｂのパラメータ設定回路１４ｂは、復調器１０ａからパラメータ情報を受けると、そのパラメータ情報が示すパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する（ステップＳＴ３１）。
【００４６】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、一方の通信装置が、パラメータ情報を含む通信データが重畳されているレーザ光を他方の通信装置に向けて放射するように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するほかに、他方の通信装置では、受信信号のＳＮ比を算出する処理や、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較する処理が不要になるため、構成の簡略化と処理負荷の軽減を図ることができる効果を奏する。また、通信制御時間の短縮や、消費電力の低減を図ることができる効果を奏する。
【００４７】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、通信装置Ａと通信装置Ｂが双方向通信を行う双方向通信システムについて説明したが、この実施の形態４では、通信装置Ａから通信装置Ｂへ片方向通信を行う双方向通信システムについて説明する。
図１２はこの発明の実施の形態４による片方向通信システムを示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
通信装置Ａの受信光学系６ａは受信レンズなどから構成されており、通信装置Ａの送信光学系５から放射されたのち、通信装置Ｂに反射されて戻ってきたレーザ光を受光して、そのレーザ光を受光器８に集光する機能を備えている。なお、受信光学系６ａはビーム受信手段を構成している。
通信装置Ｂの反射体２１は例えばコーナーリフレクターなどから構成されており、通信装置Ａから放射されたレーザ光を反射する機能を有している。
【００４８】
次に動作について説明する。
図１３はこの発明の実施の形態４による通信装置Ａの処理内容を示すフローチャートである。
また、図１４はこの発明の実施の形態４による通信装置Ｂの処理内容を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、ユーザは所望のＢＥＲを選択する。
ユーザにより選択された所望のＢＥＲは、通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２に設定される（図１３のステップＳＴ１）。
通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２は、所望のＢＥＲが設定されると、上記実施の形態１と同様に、そのＢＥＲに基づいて、ＳＮ比の閾値Ｔｈを決定する。
なお、式（２）に示すように、ＳＮ比の閾値から最大伝送容量Ｃを算出することが可能であるため、最大伝送容量Ｃをユーザに提示するようにしてもよい。
【００５０】
通信装置Ａの光源２は、パラメータ設定回路１４により初期設定されているパラメータにしたがってレーザ光を出力し、光変調器３は、外部から与えられたＲＦ信号にしたがって光源２から出力されたレーザ光の強度を変調する。
また、送信光学系５は、初期設定されているパラメータにしたがってレーザ光のビーム径及び拡がり角を調整し、調整後のレーザ光（通信信号）を通信装置Ｂに向けて放射する（ステップＳＴＳＴ４）。
なお、レーザ光の拡がり角の下限値として、必ず、反射体２１を含む拡がり角が設定されているものとする。
【００５１】
通信装置Ｂの信号処理回路１１は、通信装置Ａからレーザ光（通信信号）が放射されるまで待機しており（図１４のステップＳＴ２１）、受信光学系６がレーザ光（通信信号）を受光していなければ（ステップＳＴ２５）、レーザ光（通信信号）を受光するまでの待機回数が、ユーザにより指定された回数に到達しているか否かを判定し（ステップＳＴ２６）、その待機回数が指定回数に到達していれば、アラームをユーザに発信する。
通信装置Ｂの受光器８は、通信装置Ａからレーザ光（通信信号）から放射されて、受信光学系６が当該レーザ光（通信信号）を受光すると（ステップＳＴ２５）、そのレーザ光を電気信号（受信信号）に変換する。
【００５２】
通信装置Ｂの増幅器９は、受光器８から電気信号である受信信号が出力されると、その受信信号の信号レベルを所望のレベルまで増幅する。
通信装置Ｂの復調器１０は、増幅器９による増幅後の受信信号を復調して、通信装置Ｂから放射されたレーザ光に重畳されている通信データを抽出し、その通信データを出力する（ステップＳＴ２７）。
通信装置Ｂは、通信装置Ａとの通信を継続する場合（ステップＳＴ３４）、ステップＳＴ２１の処理に戻り、ステップＳＴ２１〜ＳＴ３４の処理が繰り返される。
なお、通信装置Ａから放射されたレーザ光（通信信号）の一部は、通信装置Ｂの反射体２１に反射されて通信装置Ａに戻る。
【００５３】
通信装置Ａの信号処理回路１１は、レーザ光（通信信号）を放射したのち、通信装置Ｂに反射されてレーザ光が戻ってくるまで待機しており（図１３のステップＳＴ５）、受信光学系６ａが反射光であるレーザ光（通信信号）を受光していなければ（ステップＳＴ１６）、レーザ光（通信信号）を受光するまでの待機回数が、ユーザにより指定された回数に到達しているか否かを判定し（ステップＳＴ７）、その待機回数が指定回数に到達していれば、アラームをユーザに発信する。
通信装置Ａの受光器８は、レーザ光が通信装置Ｂに反射されて、受信光学系６ａが当該レーザ光（通信信号）を受光すると（ステップＳＴ１６）、そのレーザ光を電気信号（受信信号）に変換する。
通信装置Ａの増幅器９は、受光器８から電気信号である受信信号を受けると、その受信信号の信号レベルを所望のレベルまで増幅する。
【００５４】
通信装置Ａは、通信装置Ｂとの通信を継続する場合（ステップＳＴ９）、ステップＳＴ１０の処理に移行する。
通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２は、増幅器９から増幅後の受信信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、その受信信号のピーク電圧を計測し、その計測結果にしたがって受信信号のＳＮ比を算出する（ステップＳＴ１０）。
ただし、通信装置Ａが受信するレーザ光は、通信装置Ｂに反射されて戻ってきたレーザ光であるため、図１５に示すように、伝搬距離が通信装置Ｂまでの距離の２倍になっており、減衰が大きくなっている。
このため、通信装置Ａが受信するレーザ光の信号強度は、通信装置Ｂが受信するレーザ光の信号強度よりも低くなるため、通信装置Ａで受信信号のＳＮ比と閾値Ｔｈを比較する際には、通信装置Ａが受信するレーザ光の信号強度を、通信装置Ｂが受信するレーザ光の信号強度相当に換算する必要がある。
【００５５】
レーザ光の信号強度の換算は、下記の式（５）で行うことができる。
0005881896.tif 000006
式（５）において、ＶＳ’は通信装置Ｂにより受信される信号の電圧、Ｒは反射体２１の反射率、Ｐ０は通信装置Ａにおける送信光学系５での送信エネルギー、Ｖｓは通信装置Ａにより受信される反射光の電圧、Ｒｒｅｃは通信装置Ａの受光器８のインピーダンスである。
通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２は、信号電圧Ｖｓの代わりに、信号電圧ＶＳ’を式（３）の代入することで、受信信号のＳＮ比を算出する。
【００５６】
通信装置ＡのＳ／Ｎ比較回路１３は、Ｓ／Ｎ演算回路１２が受信信号のＳＮ比を算出すると、上記実施の形態１と同様に、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較し、その比較結果をパラメータ設定回路１４に出力する（ステップＳＴ１１）。
通信装置Ａのパラメータ設定回路１４は、上記実施の形態１と同様に、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがってレーザ光のパラメータを設定することで、送信光学系５から放射されるレーザ光の放射状態を制御する（ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３）。
なお、パラメータ設定回路１４は、パラメータの設定回数がユーザにより指定された回数よりも多い場合、何らかの異常が発生している可能性があるため、アラームをユーザに発信する（ステップＳＴ１４）。
以降、ステップＳＴ４の処理に戻り、ステップＳＴ４〜ＳＴ１４の処理が繰り返される。
【００５７】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、通信装置Ｂに反射されて戻ってきたレーザ光の受信信号のＳＮ比を算出するＳ／Ｎ演算回路１２と、Ｓ／Ｎ演算回路１２により算出されたＳＮ比と閾値Ｔｈを比較するＳ／Ｎ比較回路１３とを設け、パラメータ設定回路１４が、Ｓ／Ｎ比較回路１３の比較結果にしたがって送信光学系５から放射されるビームの放射状態を制御するように構成したので、伝搬環境の状態が悪化しても、通信品質の劣化を抑制して、片方向通信の安定化を図ることができる効果を奏する。
即ち、片方向通信の場合でも、伝搬環境の状況に応じてリアルタイムに通信状態を最適化し、安定な双方向の通信を確保することが可能になる。また、ＳＮ比に応じて送信パワーを制御することで、低消費電力が可能になる。
【００５８】
実施の形態５．
図１６はこの発明の実施の形態５による片方向通信システムを示す構成図であり、図において、図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
通信装置ＡのＢＥＲ演算回路２２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送信光学系５から放射されるレーザ光に重畳されている通信データと、復調器１０により抽出された通信データとを用いて、受信信号のＢＥＲ（ビットエラーレート）を算出する処理を実施する。なお、ＢＥＲ演算回路２２はビットエラーレート算出手段を構成している。
通信装置ＡのＳ／Ｎ演算回路１２ａは例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＢＥＲ演算回路２２により算出されたＢＥＲから受信信号のＳＮ比を算出する処理を実施する。なお、Ｓ／Ｎ演算回路１２ａは信号対雑音比算出手段を構成している。
【００５９】
上記実施の形態１〜４では、Ｓ／Ｎ演算回路１２が、増幅器９から出力された増幅後の受信信号のピーク電圧を計測し、その計測結果にしたがって受信信号のＳＮ比を算出するものを示したが、ＢＥＲ演算回路２２が受信信号のＢＥＲを算出し、Ｓ／Ｎ演算回路１２ａがＢＥＲ演算回路２２により算出されたＢＥＲから受信信号のＳＮ比を算出するようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００６０】
ＢＥＲ演算回路２２は、送信光学系５から放射されるレーザ光に重畳されている通信データ（以下、「送信データ」と称する）を取得するとともに、復調器１０により抽出された通信データ（以下、「受信データ」と称する）を取得する。
ＢＥＲ演算回路２２は、その送信データと受信データを比較してエラービット数を計数し、その送信データのビット数で当該エラービット数を除算することで、ＢＥＲを算出する。
Ｓ／Ｎ演算回路１２ａは、ＢＥＲ演算回路２２がＢＥＲを算出すると、そのＢＥＲを上記の式（１）に代入することで、受信信号のＳＮ比を算出する。
ＢＥＲ演算回路２２及びＳ／Ｎ演算回路１２ａ以外は、上記実施の形態１〜４と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、送信光学系５から放射されるレーザ光に重畳されている通信データと、復調器１０により抽出された通信データとを用いて、受信信号のＢＥＲを算出するＢＥＲ演算回路２２を設け、Ｓ／Ｎ演算回路１２ａが、ＢＥＲ演算回路２２により算出されたＢＥＲから受信信号のＳＮ比を算出するように構成したので、受信信号のピーク電圧を計測するためのピークホールド回路が不要になり、構成の簡素化、信号処理時間の短縮及び消費電力の低減を図ることができる効果を奏する。
【００６２】
実施の形態６．
この実施の形態６では、上記実施の形態１〜５の通信装置がイメージング機能を有している場合について説明する。
図１７はこの発明の実施の形態６による通信装置を示す構成図であり、図１７において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光源制御回路３１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、信号処理回路１１又はシステム制御部３３の指示の下、送信系１における光源２の平均出力、パルス繰り返し周波数やパルス幅などを制御する処理を実施する。
受信系３２は図１の受光器８及び増幅器９などから構成されており、増幅器９により増幅された受信信号を信号処理回路１１及びシステム制御部３３に出力する処理を実施する。また、受信系３２はゲート開閉時間制御を実施する。
【００６３】
システム制御部３３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ユーザの指示の下で、受信系３２から出力された受信信号を通信用受信回路３４又はイメージング用受信回路３５の少なくとも一方に出力する処理を実施する。
また、システム制御部３３はユーザの指示の下で、送受信光学系４の視野角及び指向方向を制御する信号や、光源２の平均出力、パルス繰り返し周波数やパルス幅などを設定する信号を出力する処理を実施する。また、ユーザの指示の下で、通信データを生成する処理を実施する。
【００６４】
通信用受信回路３４は図１の復調器１０などから構成されており、システム制御部３３から出力された受信信号を復調して通信データを抽出し、その通信データをデータ表示装置３６に出力する処理を実施する。
イメージング用受信回路３５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送受信光学系４からレーザ光が放射されてから、送受信光学系４によりレーザ光が受信されるまでの時間とピーク強度を計測し、その計測結果から通信相手の通信装置（例えば、飛行機に実装されている通信装置）に関する距離画像及び強度画像を生成する処理を実施する。
また、イメージング用受信回路３５は距離画像及び強度画像から伝搬空間におけるレーザ光の減衰係数を算出する処理を実施する。
イメージング用受信回路３５は１送信パルスに対して、複数の受信パルスの計測が可能であるものとする。
なお、イメージング用受信回路３５は画像生成手段及び減衰係数算出手段を構成している。
【００６５】
データ表示装置３６は例えば液晶ディスプレイなどから構成されており、イメージング用受信回路３５により生成された距離画像及び強度画像や、通信用受信回路３４から出力された通信データを表示する処理を実施する。
図１９はこの発明の実施の形態６による通信装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００６６】
図１８はこの発明の実施の形態６による通信装置の信号処理回路を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
画像処理回路４１は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などから構成されており、イメージング用受信回路３５により生成された距離画像及び強度画像に含まれているユーザ指定の物体（例えば、通信相手の通信装置における通信ポート）を特定するとともに、不要エコーを特定する処理を実施する。
パラメータ設定回路４２は図１のＳ／Ｎ比較回路１３などを内蔵しており、画像処理回路４１により特定された通信ポートの大きさ及びＳ／Ｎ演算回路１２により算出されたＳＮ比に基づいて、レーザ光のパラメータを設定することで、送受信光学系４により放射されるレーザ光の放射状態を制御する処理を実施する。
また、パラメータ設定回路４２はイメージング用受信回路３５により算出された伝搬空間におけるレーザ光の減衰係数に基づいて、受信系３２内の増幅器９の増幅度を制御する処理を実施する。
なお、画像処理回路４１及びパラメータ設定回路４２からビーム放射状態制御手段が構成されている。
【００６７】
次に動作について説明する。
まず、通信装置の動作モードとして、通信モードあるいはイメージングモードがシステム制御部３３に設定される（ステップＳＴ５１）。
この設定は、ユーザの指示で行ってもよいし、図１７の通信装置を搭載しているシステムの指示で行ってもよい。
システム制御部３３は、通信モードが設定された場合（ステップＳＴ５２）、通信用受信回路３４及びイメージング用受信回路３５の動作を開始させる（ステップＳＴ５３）。
【００６８】
システム制御部３３は、イメージング動作を開始するため、繰り返し周期一定のパルスレーザ光の出力指令を光源制御回路３１に出力する（ステップＳＴ５４）。
光源制御回路３１は、システム制御部３３から繰り返し周期一定のパルスレーザ光の出力指令を受けると、繰り返し周期一定のパルス信号を生成し、そのパルス信号を送信系１に出力する。
送信系１は、光源制御回路３１から繰り返し周期一定のパルス信号を受けると、そのパルス信号に基づいてパルスレーザ光を出力する。
【００６９】
送受信光学系４は、送信系１からパルスレーザ光を受けると、システム制御部３３から出力される初期設定信号にしたがって、そのパルスレーザ光のビーム拡がり角や指向方向を調整するとともに、受信視野角を調整する。なお、イメージングにおける指向方向の制御については、レーザ光の送受開口部分を１フレーム分の画角に相当する範囲で、規定の駆動角度間隔によって動作させる。
送受信光学系４は、調整後のパルスレーザ光を空間に放射するが、そのパルスレーザ光の一部を分岐してイメージング用受信回路３５に出力する。
また、送受信光学系４は、空間に放射したパルスレーザ光が通信相手の通信装置に反射されて戻ってくると、そのパルスレーザ光を受光して受信系３２内の受光器８に集光させる。
【００７０】
受信系３２内の受光器８は、反射光であるパルスレーザ光を電気信号（受信信号）に変換し、その受信信号の一部を分岐して信号処理回路１１に出力する。それ以外の受信信号については、増幅器９によって所望の信号レベルに増幅してからイメージング用受信回路３５に出力する。
このとき、受信信号における信号レベルの増幅は、伝搬空間の減衰係数に合わせて、時間的に増幅度が変化するゲインカーブを有する増幅器を用いることで、伝搬空間によるレーザエネルギー損失分を回復して信号処理を行うことが可能になる。増幅度を変化させるトリガ信号は、送受信光学系４で分岐されたレーザ光の一部を用いてもよい。
【００７１】
イメージング用受信回路３５は、送受信光学系４から出力されたパルスレーザ光（送信レーザ光）をトリガにして、受信系３２から出力された受信信号を観測することで、送受信光学系４からパルスレーザ光が放射されてから、送受信光学系４により反射光であるパルスレーザ光が受信されるまでの時間（到来時間）とピーク強度を計測する。
イメージング用受信回路３５は、反射光の到来時間とピーク強度を計測すると、その計測結果から通信相手の通信装置（例えば、飛行機に実装されている通信装置）に関する距離画像及び強度画像を生成して、その距離画像及び強度画像を信号処理回路１１に出力する。また、その距離画像及び強度画像をデータ表示装置３６に表示する。
反射光の到来時間とピーク強度の計測結果から距離画像及び強度画像を生成する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。
ここでは、イメージング用受信回路３５が距離画像及び強度画像を生成している例を示しているが、イメージング用受信回路３５が１フレーム分の計測結果が得られた時点で、その計測結果をデータ表示装置３６に出力し、データ表示装置３６が当該計測結果から距離画像及び強度画像を生成するようにしてもよい。
【００７２】
また、イメージング用受信回路３５は、１送信パルスに対して、複数の受信パルスを計測すると、下記の式（６）に示すように、伝搬空間におけるパルスレーザ光の減衰係数αを算出する（ステップＳＴ５５）。
0005881896.tif 000007
式（６）において、Ｖは受信電圧、ｔは飛行時間、ｃは光速であり、各添え字は受信信号１，２を表している。
【００７３】
信号処理回路１１の画像処理回路４１は、イメージング用受信回路３５から距離画像及び強度画像を受けると、その距離画像及び強度画像を解析することで、その距離画像及び強度画像に含まれているユーザ指定の物体（例えば、通信相手の通信装置における通信ポート）を特定する（ステップＳＴ５６）。
例えば、通信装置の通信ポートにマーカとなる反射体が存在する場合、その反射体の大きさが既知であれば、強度画像内で所定の閾値（ユーザにより設定された閾値）より高い強度の画素群を抽出して、その画素群と対応する距離画像内の画素群の３次元寸法を算出し、その３次元寸法が反射体の大きさと同等であれば、その画素群に係る物体を反射体と判定する。なお、通信相手の通信装置が保有する反射体は、浮遊する散乱体より十分大きいものを使用しているものとする。
【００７４】
また、マーカとなる反射体が存在するが、その反射体の大きさが未知である場合、強度画像内で所定の閾値より高い強度の画素群が１以上あれば、各々の画素群と対応する距離画像内の画素群の３次元寸法をそれぞれ算出し、それらの３次元寸法の中で最大寸法となる画素群に係る物体を反射体と判定する。
一方、通信装置の通信ポートにマーカとなる反射体が存在しない場合、通信ポートの周辺を広範囲にスキャンし、通信可能状態を示す通信装置から放射されたレーザ光を受信できるまで待機し、強度画像内に高輝度のパターンが出現した箇所を通信ポートと判定するようにする。ユーザが設定した時間以上経過しても受信できない場合は、ユーザへ受信できないことを示す警告を提示する。  
【００７５】
また、画像処理回路４１は、その距離画像及び強度画像に含まれている不要エコーを特定する（ステップＳＴ５６）。
例えば、強度画像内で所定の閾値より高い強度の画素群を抽出し、その画素群と対応する距離画像内の画素群の３次元寸法を算出し、その３次元寸法が所定寸法（ユーザにより設定された寸法）より小さければ、その画素群は浮遊体による不要エコーであると判定する。
【００７６】
信号処理回路１１のパラメータ設定回路４２は、画像処理回路４１が通信ポートを特定すると、その通信ポートの大きさに基づいてパルスレーザ光のパラメータを設定（ビーム径又は広がり角を設定）することで、パルスレーザ光のビーム拡がり角が当該通信ポートを丁度含む大きさになるように制御する（ステップＳＴ５７）。
また、パラメータ設定回路４２は、受信系３２内の増幅器９の増幅度が、イメージング用受信回路３５により算出された伝搬空間におけるレーザ光の減衰係数αと同等になるように、増幅器９の増幅度を制御する（ステップＳＴ５７）。
また、パラメータ設定回路４２は、画像処理回路４１により不要エコーが特定された場合、その不要エコーの寸法や不要エコーまでの距離に基づいて、ビーム拡がり角の調整、あるいは、その不要エコーの画素位置における受信系３２のゲート時間遅延量の調整を行う（ステップＳＴ５７）。
【００７７】
次に、システム制御部３３は、通信動作を開始するため、信号処理回路１１の処理完了タイミングをトリガとして、ユーザ又は図１７の通信装置を搭載しているシステムから与えられた情報を通信データに変換し、その通信データを光源制御回路３１に出力する。
光源制御回路３１は、システム制御部３３から通信データを受けると、その通信データにしたがって送信系１における光源２の平均出力、パルス繰り返し周波数やパルス幅などを制御する。
これにより、送信系１により生成されたパルスレーザ光（通信データが重畳されているパルスレーザ光）が送受信光学系４から通信相手の通信装置に向けて放射される（ステップＳＴ５８）。
【００７８】
システム制御部３３は、送信系１からパルスレーザ光が放射された後、通信相手の通信装置からのデータ通信要求があれば（ステップＳＴ５９）、外部からのパルスレーザ光が受信されるまで待機する。
システム制御部３３は、ユーザにより設定された待機時間が経過しても、パルスレーザ光が受信されない場合には、警告をユーザに提示する。
受信系３２は、送受信光学系４がパルスレーザ光を受信すると（ステップＳＴ６０）、その受信信号を分岐して、一方の受信信号を信号処理回路１１に出力し、他方の受信信号をシステム制御部３３を介して通信用受信回路３４に出力する。
通信用受信回路３４は、システム制御部３３から受信信号を受けると、その受信信号を復調して通信データを抽出し、その通信データをデータ表示装置３６に表示する。
【００７９】
信号処理回路１１のＳ／Ｎ演算回路１２は、受信系３２から受信信号を受けると、上記実施の形態１〜５と同様に、その受信信号のＳＮ比を算出する。
信号処理回路１１のパラメータ設定回路４２内のＳ／Ｎ比較回路１３は、Ｓ／Ｎ演算回路１２がＳＮ比を算出すると、上記実施の形態１〜５と同様に、そのＳＮ比と閾値Ｔｈを比較する。
信号処理回路１１のパラメータ設定回路４２は、上記実施の形態１〜５と同様に、そのＳＮ比と閾値Ｔｈの比較結果に基づいて、レーザ光のパラメータを設定することで、送受信光学系４により放射されるレーザ光の放射状態を制御する（ステップＳＴ６１）。
他の通信装置との通信を継続する場合（ステップＳＴ６２）、ステップＳＴ５７の処理に戻り、ステップＳＴ５７〜ＳＴ６２の処理が繰り返される。
【００８０】
システム制御部３３は、動作モードとして、イメージングモードが設定された場合（ステップＳＴ５２）、イメージング用受信回路３５の動作を開始させる（ステップＳＴ６３）。
システム制御部３３は、イメージング動作を開始するため、繰り返し周期一定のパルスレーザ光の出力指令を光源制御回路３１に出力する（ステップＳＴ６４）。
光源制御回路３１は、システム制御部３３から繰り返し周期一定のパルスレーザ光の出力指令を受けると、通信モードの場合と同様に、繰り返し周期一定のパルス信号を生成し、そのパルス信号を送信系１に出力する。
送信系１は、光源制御回路３１から繰り返し周期一定のパルス信号を受けると、そのパルス信号に基づいてパルスレーザ光を出力する。
【００８１】
送受信光学系４は、送信系１からパルスレーザ光を受けると、通信モードの場合と同様に、システム制御部３３から出力される初期設定信号にしたがって、そのパルスレーザ光のビーム拡がり角や指向方向を調整するとともに、受信視野角を調整する。なお、イメージングにおける指向方向の制御については、レーザ光の送受開口部分を１フレーム分の画角に相当する範囲で、規定の駆動角度間隔によって動作させる。
送受信光学系４は、調整後のパルスレーザ光を空間に放射するが、そのパルスレーザ光の一部を分岐してイメージング用受信回路３５に出力する。
また、送受信光学系４は、空間に放射したパルスレーザ光が通信相手の通信装置に反射されて戻ってくると、そのパルスレーザ光を受光して受信系３２内の受光器８に集光させる。
【００８２】
受信系３２内の受光器８は、反射光であるパルスレーザ光を電気信号（受信信号）に変換し、その受信信号の一部を分岐して信号処理回路１１に出力する。それ以外の受信信号については、増幅器９によって所望の信号レベルに増幅してからイメージング用受信回路３５に出力する。
このとき、受信信号における信号レベルの増幅は、伝搬空間の減衰係数に合わせて、時間的に増幅度が変化するゲインカーブを有する増幅器を用いることで、伝搬空間によるレーザエネルギー損失分を回復して信号処理を行うことが可能になる。増幅度を変化させるトリガ信号は、送受信光学系４で分岐されたレーザ光の一部を用いてもよい。
【００８３】
イメージング用受信回路３５は、通信モードの場合と同様に、送受信光学系４から出力されたパルスレーザ光（送信レーザ光）をトリガにして、受信系３２から出力された受信信号を観測することで、送受信光学系４からパルスレーザ光が放射されてから、送受信光学系４により反射光であるパルスレーザ光が受信されるまでの時間（到来時間）とピーク強度を計測する。
イメージング用受信回路３５は、反射光の到来時間とピーク強度を計測すると、通信モードの場合と同様に、その計測結果から通信相手の通信装置に関する距離画像及び強度画像を生成して、その距離画像及び強度画像を信号処理回路１１に出力する。また、その距離画像及び強度画像をデータ表示装置３６に表示する。
ここでは、イメージング用受信回路３５が距離画像及び強度画像を生成している例を示しているが、イメージング用受信回路３５が１フレーム分の計測結果が得られた時点で、その計測結果をデータ表示装置３６に出力し、データ表示装置３６が当該計測結果から距離画像及び強度画像を生成するようにしてもよい。
【００８４】
また、イメージング用受信回路３５は、１送信パルスに対して、複数の受信パルスを計測すると、上記の式（６）に示すように、伝搬空間におけるパルスレーザ光の減衰係数αを算出する（ステップＳＴ６５）。
【００８５】
信号処理回路１１の画像処理回路４１は、イメージング用受信回路３５から距離画像及び強度画像を受けると、通信モードの場合と同様に、その距離画像及び強度画像を解析することで、その距離画像及び強度画像に含まれているユーザ指定の物体（例えば、通信相手の通信装置における通信ポート）を特定するとともに、不要エコーを特定する（ステップＳＴ６６）。
【００８６】
信号処理回路１１のパラメータ設定回路４２は、画像処理回路４１が通信ポートを特定すると、その通信ポートの大きさに基づいてパルスレーザ光のパラメータを設定（ビーム径又は広がり角を設定）することで、パルスレーザ光のビーム拡がり角が当該通信ポートを丁度含む大きさになるように制御する（ステップＳＴ６７）。
また、パラメータ設定回路４２は、受信系３２内の増幅器９の増幅度が、イメージング用受信回路３５により算出された伝搬空間におけるレーザ光の減衰係数αと同等になるように、増幅器９の増幅度を制御する（ステップＳＴ６７）。
また、パラメータ設定回路４２は、画像処理回路４１により不要エコーが特定された場合、その不要エコーの寸法や不要エコーまでの距離に基づいて、ビーム拡がり角の調整、あるいは、その不要エコーの画素位置における受信系３２のゲート時間遅延量の調整を行う（ステップＳＴ６７）。
イメージングモードを継続する場合（ステップＳＴ６８）、ステップＳＴ６４の処理に戻り、ステップＳＴ６４〜ＳＴ６８の処理が繰り返される。
【００８７】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、単一の通信装置でイメージングと通信の機能を共用させることができるとともに、イメージングによって予め通信品質が最適化されたシステムパラメータを設定することができる。また、イメージング情報を環境把握に使用することで、よりリアルタイムで正確なシステムパラメータの設定が可能になる。
【００８８】
実施の形態７．
上記実施の形態１では、通信装置Ａと通信装置Ｂが双方向通信を行う双方向通信システムについて説明したが、この実施の形態７では、ステーションに搭載されている通信装置と、複数台のビークルに搭載されている通信装置とが通信を行うことで、１台のステーションが複数台のビークルを整列させる場合について説明する。
【００８９】
図２０はこの発明の実施の形態７による通信システムを示す構成図であり、図２０において、図１７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送信系１は、上記実施の形態１〜６と同様に、光源２と光変調器３から構成されているが、通信相手のビークルの数と同等数の光源を備えている。図２０の例では、通信相手のビークルの数がＮ台（Ｎは１以上の整数）であるため、通信用レーザ光源（１）〜（Ｎ）として、Ｎ個の光源を備えている。図２０におけるステーションの通信装置には搭載されていないが、送信光学系５が設置されていてもよい。
送受信光学系４の受信光学系６は、ステーションの前方に存在しているＮ台のビークルと通信できるようにするため、例えば、広角レンズなどの視野角が広いレンズを使用している。
受信系３２の受光器８は、Ｎ台のビークルと通信できるようにするため、２次元アレイ素子からなる光検出器を用いている。
信号処理回路５０はＳ／Ｎ演算回路１２、パラメータ設定回路４２、ビークル現状位置座標算出部５１及びビークル移動先座標算出部５２から構成されている。
【００９０】
図２１はこの発明の実施の形態７による通信装置の信号処理回路５０を示す構成図であり、図２１において、図１８と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビークル現状位置座標算出部５１は受信系３２がビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置から放射されたレーザ光を受信すると、そのレーザ光に重畳されている通信データに含まれている距離情報からステーションとビークル（１）〜（Ｎ）間の距離Ｌｓｂを特定するとともに、受信系３２を構成している２次元アレイ素子の結像位置から、ステーションから見てビークル（１）〜（Ｎ）が存在している方向θ，φを特定し、その距離Ｌｓｂと方向θ，φから、ビークル（１）〜（Ｎ）が存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する処理を実施する。なお、ビークル現状位置座標算出部５１は位置座標算出手段を構成している。
【００９１】
ビークル移動先座標算出部５２は各ビークルが確保すべき安全距離Ｌｓａｆｅと光軸間角度（ステーションとビークル直線間のなす角）θａｘｓから、ビークル（１）〜（Ｎ）に対して接近可能な距離である最小接近距離Ｌｌｉｎｅを算出し、その最小接近距離Ｌｌｉｎｅとビークル（１）〜（Ｎ）を等間隔に整列させる場合のビークル（１）〜（Ｎ）が存在する方向θ’，φ’から、ビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する処理を実施する。なお、ビークル移動先座標算出部５２は移動先座標算出手段を構成している。
図２１には図示していないが、図１７に示すようなイメージング用受信回路３５がステーションの通信装置に搭載されていてもよい。
【００９２】
次に動作について説明する。
この実施の形態７では、１台のステーションがＮ台のビークルを等間隔に整列させる例を説明するが、ビークルの台数が許容数（ステーションの通信エリア内（図２０に示す移動領域内）に存在可能なビークルの上限数）より多い場合、その許容数を上回る分のビークルについては、別途、予め設定されている通信待機領域に移動させるものとする。
この実施の形態７では、信号処理回路５０がビークル現状位置座標算出部５１とビークル移動先座標算出部５２を備えている点で、上記実施の形態６と相違しているので、ここでは、主にビークル現状位置座標算出部５１とビークル移動先座標算出部５２の処理内容を説明する。
【００９３】
図２２はビークル現状位置座標算出部５１により算出されるビークルの位置座標を示す説明図である。
図２３はビークル移動先座標算出部５２により算出されるビークルの移動先の位置座標を示す説明図である。
図２４はステーションとビークル間の位置関係を示す説明図である。
図２５及び図２６はこの発明の実施の形態７によるステーションの通信装置の処理内容を示すフローチャートであり、図２７はこの発明の実施の形態７によるビークルの通信装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００９４】
まず、各々のビークルに搭載されている通信相手の通信装置は、自己が搭載されているビークルとステーション間の距離Ｌｓｂを計測する。
即ち、通信相手の通信装置は、送信系１が距離計測用のレーザ光をステーションに向けて照射する（図２７のステップＳＴ１３１）。
通信相手の通信装置の信号処理回路１１は、送信系１がレーザ光を放射したのち、受信系３２が、ステーションに反射されて戻ってきた前記レーザ光の反射光を受信すると、送信系１からレーザ光が放射された時刻と、受信系３２により反射光が受信された時刻との時間差から、自己が搭載されているビークルとステーション間の距離Ｌｓｂを計測する（ステップＳＴ１３２）。
ここで、光速をｃ、レーザ光の放射時刻と受信時刻の時刻差がτであるとすると、下記の式（７）に示すように、ステーションとビークル間の距離Ｌｓｂを算出することができる。
0005881896.tif 000008
【００９５】
通信相手の通信装置の送信系１は、信号処理回路１１が自ビークルとステーション間の距離Ｌｓｂを計測すると、その距離Ｌｓｂを示す距離情報を含む通信データが重畳されているレーザ光をステーションに向けて照射する（ステップＳＴ１３３）。
【００９６】
ステーションに搭載されている通信装置は、受信系３２がビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置から放射されたレーザ光を受信すると（図２５のステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３）、そのレーザ光に重畳されている通信データに含まれている距離情報を信号処理回路５０のビークル現状位置座標算出部５１に出力する。
また、ステーションに搭載されている通信装置は、送信系１が距離情報を含む通信データの送信が完了した旨を示す情報が重畳されているレーザ光を当該ビークルに向けて照射する（ステップＳＴ１０４）。
【００９７】
ビークルに搭載されている通信相手の通信装置は、ステーションに搭載されている通信装置から送信が完了した旨を示す情報が重畳されているレーザ光を受信すると（図２７のステップＳＴ１３４）、次に、移動位置に関する情報が重畳されているレーザ光が送信されてくるまで待機する（ステップＳＴ１３６）。
このとき、ステーションに搭載されている通信装置から送信が完了した旨を示す情報が重畳されているレーザ光を受信できない場合には、レーザ光の拡がり角の拡大や、レーザ光の出力パワーを高くするなどの調整を行う（ステップＳＴ１３５）。
【００９８】
ステーションに搭載されている通信装置のビークル現状位置座標算出部５１は、受信系３２から通信データに含まれている距離情報を受けると、その距離情報からステーションとビークル間の距離Ｌｓｂを特定する（図２５のステップＳＴ１０５）。
また、ビークル現状位置座標算出部５１は、受信系３２を構成している２次元アレイ素子の各画素値を参照して、２次元アレイ素子の結像位置を特定し、図２２に示すように、２次元アレイ素子の結像位置からＮ台のビークル（１）〜（Ｎ）が存在している方向θ，φを特定する（ステップＳＴ１０６）。
２次元アレイ素子の結像位置を特定する際、２次元アレイ素子の各画素値をガウスフィットさせてから結像位置を特定してもよいし、各画素値の重心を演算してから結像位置を特定するようにしてもよい。
【００９９】
ビークル現状位置座標算出部５１は、ステーションとビークル（１）〜（Ｎ）間の距離Ｌｓｂと、ビークル（１）〜（Ｎ）が存在している方向θ，φとを特定すると、下記の式（８）に示すように、その距離Ｌｓｂと方向θ，φから、ビークル（１）〜（Ｎ）が現在存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する（ステップＳＴ１０７）。ここでは、位置座標の原点をステーションの位置としている。
0005881896.tif 000009
【０１００】
ビークル移動先座標算出部５２は、受信系３２を構成している２次元アレイ素子の各画素値を参照して、ビークルに係る受信信号の数をカウントすることで、現在存在しているビークルの数Ｎを把握する（ステップＳＴ１０８）。
また、ビークル移動先座標算出部５２は、ビークルの許容数を算出するために、図２４に示すように、各々のビークル間の距離Ｌｂと、ステーションとビークル間の距離Ｌｓｂと、各ビークルの横幅Ｈとから定まるステーションとビークル直線間のなす角（光軸間角度θａｘｓ，φａｘｓ）を算出する。
0005881896.tif 000010
0005881896.tif 000011
【０１０１】
ビークル移動先座標算出部５２は、光軸間角度θａｘｓ，φａｘｓを算出すると、その光軸間角度θａｘｓ，φａｘｓとステーションにおける送受信光学系４の受信視野角θｆｏｖ，φｆｏｖから、下記の式（１１）〜（１３）に示すように、ビークルの許容数Ｎａｌｌを算出する（ステップＳＴ１０９）。
0005881896.tif 000012
0005881896.tif 000013
0005881896.tif 000014
受信視野角θｆｏｖ，φｆｏｖは、焦点距離をｆ、全画素サイズをｐとすると、下記の式（１４）（１５）のように表すことができる。
0005881896.tif 000015
0005881896.tif 000016
なお、方位分解能は画素ピッチに依存する。
ここでは、上記のようにしてビークルの許容数Ｎａｌｌを算出しているが、ユーザがビークルの許容数Ｎａｌｌを設定するようにしてもよい。
【０１０２】
ビークル移動先座標算出部５２は、ビークルの許容数Ｎａｌｌを算出すると、そのビークルの許容数Ｎａｌｌと、現在存在しているビークルの数Ｎとを比較する（図２６のステップＳＴ１１０）。
ビークル移動先座標算出部５２は、現在存在しているビークルの数Ｎが許容数Ｎａｌｌ以下であれば（Ｎａｌｌ≧Ｎ）、下記に示すように、現在存在しているビークルの移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する。
一方、現在存在しているビークルの数Ｎが許容数Ｎａｌｌを上回っている場合（Ｎａｌｌ＜Ｎ）、許容数分のビークルについては、ビークルの移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出するが、許容数Ｎａｌｌを上回る分のビークル（現在存在しているビークルの数Ｎ−許容数分のビークル）については、移動先を示す座標として、例えば、図２０に示すようなビークルの通信待機領域を示す座標を算出する。
【０１０３】
ここで、現在存在しているビークルの数Ｎが許容数Ｎａｌｌ以下である場合（Ｎａｌｌ≧Ｎ）のビークル移動先座標算出部５２の処理内容を具体的に説明する。
まず、ビークル移動先座標算出部５２は、各ビークルが確保すべき安全距離Ｌｓａｆｅと光軸間角度θａｘｓから、下記の式（１６）に示すように、ビークル（１）〜（Ｎ）に対して接近可能な距離である最小接近距離Ｌｌｉｎｅを算出する（ステップＳＴ１１１）。
0005881896.tif 000017
ここで、安全距離Ｌｓａｆｅは、５〜１０ｍ程度の距離であり、ユーザにより予め設定される。なお、潮流によって安全距離Ｌｓａｆｅが変更されるようにしてもよい。
【０１０４】
ビークル移動先座標算出部５２は、最小接近距離Ｌｌｉｎｅを算出すると、その最小接近距離Ｌｌｉｎｅと、ビークル（１）〜（Ｎ）を等間隔に整列させる場合のビークル（１）〜（Ｎ）が存在する方向θ’，φ’（方向θ’，φ’は、ビークル（１）〜（Ｎ）の数や送受信光学系４の最大視野角などから一義的に決定される）から、下記の式（１７）に示すように、ビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する（ステップＳＴ１１２）。
0005881896.tif 000018
【０１０５】
次に、現在存在しているビークルの数Ｎが許容数Ｎａｌｌを上回っている場合（Ｎａｌｌ＜Ｎ）のビークル移動先座標算出部５２の処理内容を具体的に説明する。
まず、ビークル移動先座標算出部５２は、許容数分のビークル（Ｎａｌｌ個のビークル）については、現在存在しているビークルの数Ｎが許容数Ｎａｌｌ以下である場合と同様に、ビークルの移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する（ステップＳＴ１１３）。
【０１０６】
また、許容数Ｎａｌｌを上回る分のビークル（現在存在しているビークルの数Ｎ−Ｎａｌｌ個のビークル）については、移動先を示す座標として、例えば、図２０に示すようなビークルの通信待機領域を示す座標を算出する（ステップＳＴ１１４）。ビークルの通信待機領域は、通常、通信対象のビークル（許容数Ｎａｌｌ分のビークル）と衝突する恐れがなく、通信の妨害にならない位置に設定される。
なお、許容数Ｎａｌｌを上回る分のビークルが複数台存在する場合、それらのビークル同士で衝突することがなく、また、通信の妨害にならない位置の座標を算出する。
【０１０７】
パラメータ設定回路４２は、上記実施の形態６と同様に、レーザ光のパラメータを設定することで、送受信光学系４により放射されるレーザ光の放射状態を制御するが、この実施の形態７では、各ビークルに対して、ビームが重ならないようにレーザ光の拡がり角を調整する。
即ち、パラメータ設定回路４２は、レーザ光の出射端のビーム径、ビークルとステーション間の距離、ビームの拡がり角から、ステーションにおけるビーム径を算出し、隣接するビークルにレーザ光が入射されないように、ビークルとステーションの距離や、送信レンズの位置を調整することで、拡がり角を調整する。
【０１０８】
光源制御回路３１は、ビークル現状位置座標算出部５１がビークル（１）〜（Ｎ）が存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出し、ビークル移動先座標算出部５２がビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出すると（移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、通信待機領域を示す座標である場合を含む）、ビークル（１）〜（Ｎ）が存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、ビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とを含む通信データにしたがって送信系１におけるビークル（１）〜（Ｎ）に対応する光源２の平均出力、パルス繰り返し周波数やパルス幅などを制御する（ステップＳＴ１１５）。
これにより、パラメータ設定回路４２により調整された拡がり角で、送信系１により生成されたパルスレーザ光（通信データが重畳されているパルスレーザ光）が送受信光学系４からビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置に向けて放射される。
【０１０９】
ビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置は、ステーションの通信装置から放射されたレーザ光を受信すると（図２７のステップＳＴ１３７）、そのレーザ光に重畳されている通信データから、自己が搭載されているビークルの現在位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、自己が搭載されているビークルの移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とを把握し、現在位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）との差分座標（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２，ｚ１−ｚ２）をビークルの駆動制御系（図示せず）に出力する（ステップＳＴ１３８）。
ビークルの駆動制御系（図示せず）は、通信装置から出力された差分座標（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２，ｚ１−ｚ２）にしたがってビークルを移動する（ステップＳＴ１３９）。
このとき、ステーションに搭載されている通信装置から放射されたレーザ光を受信できない場合には、レーザ光の拡がり角の拡大や、レーザ光の出力パワーを高くするなどの調整を行う（ステップＳＴ１４０）。
【０１１０】
ここでは、光源制御回路３１が、ビークル（１）〜（Ｎ）が存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、ビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とを含む通信データをビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置に送信する例を示したが、例えば、ビークル移動先座標算出部５２が差分座標算出手段を構成するようにして、ビークル現状位置座標算出部５１により算出されたビークル（１）〜（Ｎ）が存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、ビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）との差分座標（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２，ｚ１−ｚ２）を算出し、光源制御回路３１が、その差分座標（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２，ｚ１−ｚ２）を含む通信データをビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置に送信するようにしてもよい。
この場合、ビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置は、ステーションの通信装置から放射されたレーザ光を受信すると、そのレーザ光に重畳されている通信データから差分座標（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２，ｚ１−ｚ２）を取得して、その差分座標（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２，ｚ１−ｚ２）をビークルの駆動制御系（図示せず）に出力する。
【０１１１】
以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、受信系３２がビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置から放射されたレーザ光を受信すると、そのレーザ光に重畳されている通信データに含まれている距離情報からステーションとビークル（１）〜（Ｎ）間の距離Ｌｓｂを特定するとともに、受信系３２を構成している２次元アレイ素子の結像位置からビークル（１）〜（Ｎ）が存在している方向θ，φを特定し、その距離Ｌｓｂと方向θ，φから、ビークル（１）〜（Ｎ）が存在している位置の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出するビークル現状位置座標算出部５１と、各ビークルが確保すべき安全距離Ｌｓａｆｅと光軸間角度θａｘｓから、ビークル（１）〜（Ｎ）に対して接近可能な距離である最小接近距離Ｌｌｉｎｅを算出し、その最小接近距離Ｌｌｉｎｅとビークル（１）〜（Ｎ）を等間隔に整列させる場合のビークル（１）〜（Ｎ）が存在する方向θ’，φ’から、ビークル（１）〜（Ｎ）の移動先を示す座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出するビークル移動先座標算出部５２とを備えるように構成したので、１台のステーションがＮ台のビークルを最適な位置に整列させることができる効果を奏する。
【０１１２】
また、この実施の形態７によれば、ビークル移動先座標算出部５２が、現在存在しているビークルの数が許容数Ｎａｌｌを上回っている場合、許容数Ｎａｌｌを上回る分のビークルの移動先を示す座標として、予め設定されている通信待機領域を示す座標を算出するように構成したので、ビークルの数が多すぎることによる衝突の危険性や、通信障害の発生を招くことなく、ステーションの通信装置が一度に通信可能な最大数分のビークルの通信装置と通信することができる効果を奏する。
【０１１３】
実施の形態８．
図２８はこの発明の実施の形態８による通信システムを示す構成図であり、図２８において、図２０と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送信系１と受信系３２は、例えば、光サーキュレータを使用しており、通信するビークルの数と同等数の光源を設置している。送信系１は光ファイバを介してレーザ光を出射し、目標対象物からの反射光を受信系３２で受信する。
【０１１４】
上記実施の形態７では、ステーションの通信装置が送受分離型の構成であるものを示しているが、通信装置の小型化を図るために、ステーションの通信装置が送受同軸の構成にしてもよい。
即ち、上記実施の形態７では、ビークル現状位置座標算出部５１が、受信系３２を構成している２次元アレイ素子の各画素値を参照して、２次元アレイ素子の結像位置を特定し、２次元アレイ素子の結像位置からビークル（１）〜（Ｎ）が存在している方向θ，φを特定するようにしているが、この実施の形態８では、複数の光ファイバの中で、ビークル（１）〜（Ｎ）に搭載されている通信装置から放射されているレーザ光を受光している光ファイバを特定し、レーザ光を受光している光ファイバの位置からビークル（１）〜（Ｎ）が存在している方向θ，φを特定するようにしている。
なお、複数の光ファイバは、ボールレンズを通して、所定の光軸で集光できるので、ビークルから放射されたレーザ光に重畳されている通信データの受信に成功すれば、ステーションからの応答として、ステーション固有のレーザ波長のレーザ光をビークルに向けて放射する。
この実施の形態８によれば、ステーションの通信装置が送受同軸の構成であるため、複数のビークルが存在する場合でも、光のクロストークを抑制した通信が可能になる。
【０１１５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
この発明に係る通信装置は、無線通信における情報伝送量が多くても、品質が高い通信を実現する必要があるものに適している。
【符号の説明】
【０１１７】
１  送信系（ビーム送信手段）、２  光源、３，３ａ  光変調器、４  送受信光学系、５  送信光学系（ビーム送信手段）、６，６ａ  受信光学系（ビーム受信手段）、７  受信系、８  受光器（ビーム受信手段）、９  増幅器、１０，１０ａ  復調器（信号復調手段）、１１  信号処理回路、１２，１２ａ  Ｓ／Ｎ演算回路（信号対雑音比算出手段）、１３  Ｓ／Ｎ比較回路（ビーム放射状態制御手段）、１４，１４ａ，１４ｂ  パラメータ設定回路（ビーム放射状態制御手段）、２１  反射体、２２  ＢＥＲ演算回路（ビットエラーレート算出手段）、３１  光源制御回路、３２  受信系、３３  システム制御部、３４  通信用受信回路、３５  イメージング用受信回路（画像生成手段、減衰係数算出手段）、３６  データ表示装置、４１  画像処理回路（ビーム放射状態制御手段）、４２  パラメータ設定回路（ビーム放射状態制御手段）、５０  信号処理回路、５１  ビークル現状位置座標算出部（位置座標算出手段）、５２  ビークル移動先座標算出部（移動先座標算出手段、差分座標算出手段）。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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