(57)【要約】【課題】  簡易な構造と簡単な操作により、光軸合わせの確認を実現できる光無線伝送装置を提供する。【解決手段】  光信号送信部と、光軸合わせ用の可視レーザ光発光部と、光信号送信部と可視レーザ光発光部とを一体の状態で水平方向と垂直方向に回転可能な機構２１とを備えた光送信器１と、光信号受信部と、可視レーザ光発光部と、光信号受信部と可視レーザ光発光部とを一体の状態で水平方向と垂直方向に回転可能な機構２１とを備えた光受信器２とからなり、光送信器の光信号送信部と可視レーザ光発光部とを、光受信器の光信号受信部と可視レーザ光発光部とにそれぞれ対向するように配置し、光送信器と光受信器に、赤外光信号の受信に基づいて可視レーザ光発光部の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光部をそれぞれ備え、光受信器に設けられた赤外光受光部を光信号受信部の向いている方向とは異なる方向に向けて設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送信する光学送信手段と、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視光発光手段と、前記光学送信手段と前記可視光発光手段とを一体の状態で水平方向と垂直方向に調整可能な機構とを備える光送信器と、
前記光信号を受信する光学受信手段と、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視光発光手段と、前記光学受信手段と前記可視光発光手段とを一体の状態で水平方向と垂直方向に調整可能な機構とを備える光受信器とからなる光無線伝送装置において、
前記光送信器と前記光受信器とを対向させた際に、前記光送信器の光学送信手段と可視光発光手段とを、前記光受信器の光学受信手段と可視光発光手段とにそれぞれ対向するように配置するとともに、
前記光送信器と前記光受信器との両方に、赤外光信号の受信に基づいて前記可視光発光手段の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光手段をそれぞれ備え、少なくとも前記光受信器に設けられた赤外光受光手段を、前記光学受信手段の向いている方向とは異なる方向に向けて設けたことを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項２】
光信号を送信する光学送信手段と、光信号を受信する光学受信手段と、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視光発光手段と、前記光学送信手段及び前記光学受信手段と前記可視光発光手段とを一体の状態で水平方向と垂直方向に調整可能な機構とを備える一対の光送受信器を互いに対向するよう配置した光無線伝送装置において、
前記光学送信手段と前記光学受信手段とを、水平方向に沿って配置し、かつ前記可視光発光手段を、前記光学送信手段と前記光学受信手段とに対してそれぞれ等距離の位置に光軸があるように配置するとともに、
前記一対の光送受信器に、赤外光信号の受信に基づいて前記可視光発光手段の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光手段をそれぞれ備え、前記赤外光受光手段を、前記光学受信手段の受光方向とは異なる方向に向けて設けたことを特徴とする光無線伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡素な構造での光軸合わせを可能にするとともに、通信不良時に容易に光軸合わせの確認を可能にする光無線伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送技術がある。この光無線伝送には一般に赤外光が用いられ、その発光素子としては、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。このような光無線伝送において、送受信間距離を十分にとりたい場合は、受信装置側に十分な光量を入射させるように、送信装置より発する光ビームを鋭く絞る必要がある。また、受光側も外乱光の排除や受信感度に有利に作用するように、受光可能な範囲の角度を絞る必要がある。そのような状態で送信装置及び受信装置の光軸を合わせなければならないが、指向性の高い光ビームを用いることや、光ビームとして目に見えない赤外光を用いることなどから、光軸合わせは大変煩わしい作業となる。
【０００３】
そこで、従来から光軸合わせを容易に行える光無線伝送装置の提案がされている。例えば、送信装置に照準機を設置して操作者がその照準機を見ながら光軸を合わせる光無線伝送装置や、受信装置側に受光レベル検出用測定機を接続して２人一組で光軸合わせを行う光無線伝送装置もある。また、受光器側に光軸調整用の光源を設けて、送信器からの送信光の受信レベル情報を折り返し、受信レベルに応じて送信器側で光軸を合わせるものもある。光軸調整用の光源を用いる方法に関しては、プログラム的に補正を加える方法もある。
【０００４】
しかし、これらの方法は、人手が掛かる方法であるか又は装置に様々な制御手段を組み込む必要から装置の価格が高くなる問題点があった。そのため、安価な光軸合わせを実現する方法として、位置合わせ用のレーザ光を用いる簡易な構造で、レーザ光の受光レベルにより光軸合わせを行う無線装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１７５９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光軸合わせに関しては、経時変化や強風などの自然現象で一度合わせた光軸がずれる可能性があり、そのような疑いのある場合には光軸が合っているか確認する作業を要することになる。しかし、従来の簡易な構造による光無線の光軸合わせの方法では光軸確認の作業負担が大きい場合がある。
【０００６】
上記の特許文献１で提案されている方法は、位置合わせ用のレーザ光を用いる簡易な構造で、レーザ光の受光レベルにより光軸合わせを行うが、受光レベルを読み取って自動的に光軸合わせを行う機構はマイコンやアクチュエーターを必要とするので安価な装置には適さない。受光レベルを何らかの方法で読み取って外から力を加える方法が安価に装置を構成する場合に適すると考えられるが、受光レベル表示を本体に設ける方法の場合、設置場所によっては表示部の視認性を確保しにくく、どの程度どちらに外れているかといった情報を得られるものではない。また、ネットワーク経由で受光レベルの情報を得ることも可能であるが、多くの場合、情報を得るのにコンピューターの操作を必要とし、誰にでも操作可能な簡単な方法とは言いがたい。コンピューターを使用せずに専用の監視端末を用いる場合はコスト高になり安価な構造とは言えなくなる。
【０００７】
また、光軸合わせにレーザ光を用いる場合、発光制御も課題となる。レーザ光を常時発光させておくと、消費電力とレーザ光源の信頼性確保の点でコスト負担が大きい。レーザ光を必要なときにだけオン／オフする場合は本体にスイッチを設ける方法が考えられる。その場合、設置作業時は設置位置で必要に応じてオン／オフすれば作業性は良いが、設置後に通信不良になった際に光軸が合っているか否か確認するには再度設置場所での作業が必要となり、特に高所作業の場合負担が大きい。通信エラーを検知して自動的に発光する方法も考えられるが、人の往来がある場所では、たとえ安全なレベルのレーザ光を発光する仕様であっても、様々な要因が重なり合って危険な状況が生ずる場合が皆無とは言えず、必要な場所で必要な時間だけ発光させるのが最も望ましい形態である。
【０００８】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構造と簡単な操作により、通信不良時の光軸合わせの確認を実現できる光無線伝送装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための手段として、本発明に係る光無線伝送装置は、光信号を送信する光学送信手段と、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視光発光手段と、前記光学送信手段と前記可視光発光手段とを一体の状態で水平方向と垂直方向に調整可能な機構とを備える光送信器と、前記光信号を受信する光学受信手段と、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視光発光手段と、前記光学受信手段と前記可視光発光手段とを一体の状態で水平方向と垂直方向に調整可能な機構とを備える光受信器とからなる光無線伝送装置において、前記光送信器と前記光受信器とを対向させた際に、前記光送信器の光学送信手段と可視光発光手段とを、前記光受信器の光学受信手段と可視光発光手段とにそれぞれ対向するように配置するとともに、前記光送信器と前記光受信器との両方に、赤外光信号の受信に基づいて前記可視光発光手段の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光手段をそれぞれ備え、少なくとも前記光受信器に設けられた赤外光受光手段を、前記光学受信手段の向いている方向とは異なる方向に向けて設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光無線伝送装置は、光信号を送信する光学送信手段と、光信号を受信する光学受信手段と、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視光発光手段と、前記光学送信手段及び前記光学受信手段と前記可視光発光手段とを一体の状態で水平方向と垂直方向に調整可能な機構とを備える一対の光送受信器を互いに対向するよう配置した光無線伝送装置において、前記光学送信手段と前記光学受信手段とを、水平方向に沿って配置し、かつ前記可視光発光手段を、前記光学送信手段と前記光学受信手段とに対してそれぞれ等距離の位置に光軸があるように配置するとともに、前記一対の光送受信器に、赤外光信号の受信に基づいて前記可視光発光手段の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光手段をそれぞれ備え、前記赤外光受光手段を、前記光学受信手段の受光方向とは異なる方向に向けて設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光学送信手段と光学受信手段及び可視光発光手段を適切に配置することで、可視レーザ光を対向する相手の可視レーザ光発光部に当てるだけで光信号送受信の光軸合わせを行うことができ、光信号を送受信する向きと異なる方向に赤外光受光手段を設けることで、赤外光による光信号の影響を受けずに可視レーザ光発光のオン／オフを行うことができる。したがって、可視レーザ光発光を通常はオフにして余分な電力消費を防ぎ、光軸確認で必要なときにのみオンにするといった運用が可能になり、さらに、光軸合わせの状態を視覚的に確認できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、光軸合わせ方法を実現するための本発明の実施の形態に係る片方向通信の光無線伝送装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る光無線伝送装置は、光送信器１と光受信器２からなり、光送信器１から光信号１０を光受信器２へ照射して情報伝送が行われる。光軸合わせをするために、光送信器１の発する可視レーザ光１１と光受信器２の発する可視レーザ光１２を相手の可視レーザ光光源に当てることにより、光信号発光光軸と光信号受光光軸を合わせる。光信号１０により様々な情報を伝送できるが、本実施の形態においては映像や音声情報の伝送を目的としている。
【００１３】
ここで、光送信器１には、後に詳細に説明するが、光信号を送信する光信号送信部と、光軸合わせ用可視レーザ光１１を発光する可視レーザ光発光部とが内蔵され、光信号送信部と可視レーザ光発光部とを一体の状態で水平方向と垂直方向に回転可能な機構２１が備えられている。同様に、光受信器２には、光信号を受信する光信号受信部と、可視レーザ光発光部とが内蔵され、光信号受信部と可視レーザ光発光部とを一体の状態で水平方向と垂直方向に回転可能な機構２１が備えられている。
【００１４】
そして、光送信器１と光受信器２とを対向させた際に、光送信器１の光信号送信部と可視レーザ光発光部とを、光受信器２の光信号受信部と可視レーザ光発光部とにそれぞれ対向するように配置するとともに、光送信器１と光受信器２との両方に、赤外光信号の受信に基づいて可視レーザ光発光部の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光部をそれぞれ備え、少なくとも光受信器２に設けられた赤外光受光部を、光信号受信部の向いている方向とは異なる方向に向けて設けており、これらの構成により片方向通信の光無線伝送装置を構成している。
【００１５】
図２は、図１に示す光無線伝送装置の設置例を示す図である。なお、この図２においては、光送信器１と光受信器２を備えた一対の光送受信器２０により双方向の光無線伝送を実現する形態を示している。一対の光送受信器２０は、人の往来がある場所で光信号の光線が遮られないような高さにポールなどを用いて設置される。
【００１６】
図３は、本発明による光無線伝送装置の光送受信器２０を斜め下方より見た図である。図３に示すように、光送受信器２０は、光信号を受信する光信号受信部３０、光軸合わせ用可視レーザ光を発光する可視レーザ光発光部４０、光信号を送信する光信号送信部５０を備えており、これらは左右に一直線に並んでおり、光信号受信部３０と光信号送信部５０との間の中間位置（図３のＡ＝Ｂとなる位置）に可視レーザ光発光部４０が設けられている。また、光信号送信部の発光光軸５１と可視レーザ光の光軸４１と光信号受信部の受光光軸３１は互いに平行で同一方向を向くようにあらかじめ調整されている。さらに、光信号受信部３０と可視レーザ光発光部４０と光信号送信部５０とが一体の状態で水平方向と垂直方向に回転可能な回転機構２１を備えている。このような構造により、光送受信器２０は対向させて可視レーザ光を相手の可視レーザ光発光部４０に当てるだけで可視光でない光信号の送受信の光軸を簡単に合わせられる。また、赤外光信号の受信に基づいて可視レーザ光発光部４０の可視レーザ光発光のオン／オフを行う赤外光受光部６０が光信号の受光方向と異なる向きに設けられている。
【００１７】
図４は、本発明における光送受信器２０の内部構造を示す図である。光信号受信部３０は、レンズを含む光学系とＰＤ（フォトダイオード）と水平垂直方向の調整機構からなっており、光学系はレンズ以外に外乱光を遮断する波長選択フィルタも備える。可視レーザ光発光部４０は、レンズを含む光学部と可視レーザ光発光素子とレーザ駆動回路と水平垂直方向の調整機構からなり、レーザは波長６３５ｎｍで放射角が小さいものを用いている。光信号送信部５０は、レンズを含む光学系とＬＤ（レーザダイオード）と水平垂直方向の調整機構からなっており、光学系とＬＤの距離を調整して所望の放射角を得ている。上記３つの要素は、それぞれ水平垂直方向の調整機構を備えるが、最終的に３本の光軸が揃えばよいので、１つの光軸を固定し、他の２本の光軸を合わせる形でも実現可能である。
【００１８】
図５は、対向するように配置された一対の光送受信器２０の光軸が合った状態を示す図である。光信号送信部５０と光信号受信部３０を対向させ、さらに可視レーザ光発光部４０の可視レーザ光のスポットを相手の可視レーザ光の光源に合わせることにより（光軸４１を一致させることにより）、他の２本の光信号の受発光光軸３１と５１を合わせている。なお、３２は光信号受信部３０の受光指向角の範囲、４２は可視レーザ光発光部４０の可視レーザ光の放射角の範囲、５２は光信号送信部５０の発光放射角の範囲をそれぞれ示している。
【００１９】
具体的には、光信号送信部５０に赤外光を発光するＬＤを用いるが、これを図示しない光学系により放射角度を全幅で２度に調整している。放射角度を狭めるほどエネルギー密度を上げられるが、本実施の形態においては通信距離数十メートル程度を想定して放射角を決めている。光信号受信部３０にはＰＤを用いており、図示しない光学系により、ＰＤの受光指向角が全幅で１．５度になるように設定している。放射角、指向角共所定の強度の光が有する光学的に有効な範囲を示すものである。送信光の２度の放射角によると１０ｍ先で直径３５ｃｍ程度のスポットになり、３０ｍ先で直径約１ｍのスポットになる。同様に、受信指向角１．５度によると１０ｍ先で直径約２６ｃｍのスポットになり、３０ｍ先で直径約８０ｃｍのスポットになる。光無線において、光信号の送受信の光軸が合うとは、送信光放射角のスポットで受光素子を捉え、かつ、受光指向角のスポットで相手の送信光発光素子を捉えた状態のことである。これらは、レンズの有効径や発光素子・受光素子の性能によって様々な組み合わせが可能であるが、コスト、目標とする光軸合わせのしやすさ、伝送距離によって最適な組み合わせを選ぶ。
【００２０】
光軸３１、４１及び５１が合っている状態を示す図５に対し、図６は、光軸３１、４１及び５１が合っていない状態を示す図である。図面の左側の光送受信器２０の光軸３１、４１、５１は右側の光送受信器２０の対応する各部を光学的に有効な範囲に捉えているが、右側の光送受信器２０が相手側に正対していないため、光学的に有効な範囲に左側の光送受信器２０の対応する各部を捉えられていないので光軸が合っていない状態である。光信号は可視光でないため肉眼で見えないが、このような状態では、可視レーザ光がずれた位置を指すので光軸がずれていることが視覚的に分かる。
【００２１】
図７は、本実施の形態における光軸合わせの様子を説明する図である。光送受信器２０内に光信号送信部５０と光信号受信部３０及び可視レーザ光発光部４０を一体として水平方向と垂直方向に回転可能な機構２１が設けられており、可視レーザ光を相手側送受信器２０の可視レーザ光発光源に当てて光軸を合わせる。通常は、光信号の光線が遮られることがないよう人や車が通っても影響を受けないような高さの位置に設置する。設置位置が高い場合、図７に示すように高所作業車を用いて光送受信器２０の設置や光軸合わせを行う。
【００２２】
最初の設置時の光軸調整は、光送受信器２０を設置する必要性もあり、高所作業になっても作業性の影響は少ないが、いったん設置した後に強風や経時変化などの何らかの要因により、通信不良の状態になった場合の光軸確認に際して、高所での作業を伴うのは負担が大きい。
【００２３】
図３に示すように、本発明の光送受信器２０には、下面に赤外光受光部６０が設けてあるので、図８に示すように、地上からの赤外光発光端末としてのリモコン６１により赤外光信号６２を送れば、可視レーザ光発光部４０の発光状態を切り替えられる。また、赤外光受光部６０が光信号を受光する方向と異なる方向を向いているので、光信号による影響を低減できる。さらに、低い位置からのリモコン操作に最適な底面側に赤外光受光部６０を設けてあるので、地上側からのリモコン操作の赤外光信号６２を効率良く受光できる。
【００２４】
図９は、本発明の光無線伝送装置の光送受信器２０の底面に設けられた赤外光受光部６０で受光したリモコン６１からの赤外光信号６２を処理する過程を示すブロック図である。図９に示すように、赤外光受光部６０で受光したリモコン６１からの赤外光信号６２は、信号検出部／増幅回路６３を経て制御部（マイコン部）６４に伝わり、制御部６４が可視レーザ光発光部４０の発光素子駆動回路４０Ａを介して可視光発光素子４０Ｂによる可視レーザ光発光のオン／オフを行い、光学系４０Ｃを介して可視レーザ光を発信する。
【００２５】
したがって、上記実施の形態によれば、光信号送信部５０と光信号受信部３０及び可視レーザ光発光部４０を適切に配置することで、可視レーザ光を対向する相手の可視レーザ光発光部４０に当てるだけで光信号送受信の光軸合わせを行うことができ、光信号を送受信する向きと異なる方向に赤外光受光部６０を設けることで、赤外光による光信号の影響を受けずにリモコン６１による制御で離れた場所から可視レーザ光発光のオン／オフを行える。したがって、可視レーザ光発光を通常はオフにして余分な電力消費を防ぎ、光軸確認で必要なときにのみオンにするといった運用が可能になり、さらに、光軸合わせの状態を視覚的に確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】光軸合わせ方法を実現するための本発明の実施の形態に係る片方向通信の光無線伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光無線伝送装置の設置例を示す図であり、光送信器と光受信器の構成を備えた一対の光送受信器により双方向の光無線伝送を実現する形態を示す図である。
【図３】本発明の光無線伝送装置に用いる光送受信器を斜め下方より見た概略図である。
【図４】本発明の光無線伝送装置に用いる光送受信器の内部構造を示す図である。
【図５】本発明の光無線伝送装置に用いる光送受信器の各光学部の構造を示す図であり、対向するよう配置された一対の光送受信器の光軸が合った状態を示す図である。
【図６】本発明の光無線伝送装置に用いる光送受信器の光軸が合っていない状態を示す図である。
【図７】光無線伝送装置を高所に設置する際の作業の図又は光軸確認の手段を外部から制御できない機器の場合の作業の様子を表す図である。
【図８】本発明の光無線伝送装置に用いる光送受信器の光軸確認を行う様子を示す図である。
【図９】本発明の光無線伝送装置に用いる光送受信器の可視レーザ光発光を赤外光信号でオン／オフする際のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  光送信器
２  光受信器
１０  光送信器の発する光信号
１１  光送信器の発する可視レーザ光
１２  光受信器の発する可視レーザ光
２０  光送受信器
２１  水平垂直回転機構
３０  光信号受信部
３１  光信号受信部の受光光軸
３２  光信号受信部の受光指向角の範囲
４０  可視レーザ光発光部
４１  可視レーザ光の光軸
４２  可視レーザ光の放射角の範囲
４３  光軸がずれている場合の可視レーザ光の光軸
５０  光信号送信部
５１  光信号送信部の発光光軸
５２  光信号送信部の発光放射角の範囲
６０  赤外光受光部
６１  リモコン（赤外光発光端末）
６２  赤外光信号
【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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