(57)【要約】      （修正有）【課題】  大気伝播中の光の散乱による光信号の減衰時でも、安定した通信を行えることを目的とする光空間通信装置の提供。【解決手段】  散乱光を受信する受信光学系と散乱光の受信レベルに応じて光出力レベルを調整制御する手段を備え、また、相手装置からの受信レベルを検出し散乱光の受信レベルと組み合わせて伝送路の損失増加か、相手装置の障害か、または自装置の障害かを判断し、光出力レベルを適切なレベルに制御するか、光出力を停止させる光空間通信装置。【選択図】        図１
2006304056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置であって、相手側装置への送信光ビームを発生させる発光素子で構成される光送信部、相手側装置からの光ビームを受信するための光信号を検出する第１の受光素子で構成される光受信部を備える光空間通信装置において、
自装置または相手装置またはその両方から射出した光が気象条件などにより散乱した場合、散乱光を集光する光学系と集光された光を電気信号に変換する第２の受光素子で構成された散乱光受信部、該第２の受光素子からの散乱光受信レベルを検出する散乱光受信レベル検出手段、該散乱光受信レベル検出手段からの結果に基づいて相手装置へ送信する光出力レベルを調整する光出力レベル調整手段を備えることを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記光送信部は、通信を行う本信号に重畳される補助信号であるパイロット信号発生部、パイロット信号と入力データの本信号を合波する合波器を備え、前記散乱光受信レベル検出部は、第２の受光素子の信号から、パイロット信号の大きさを検出することを特徴とする請求項１に記載の光空間通信装置。
【請求項３】
前記第１の受光素子からの本信号光受信レベルを検出する本信号光受信レベル検出部、該本信号光受信レベル検出部からの本信号受信レベルの結果と前記散乱光受信レベル結果に基づいて相手装置へ送信する光出力レベルを調整する光出力レベル調整手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光空間通信装置。
【請求項４】
前記光送信部は、パイロット信号発生部、パイロット信号と入力データの本信号を合波する合波器を備え、前記散乱光受信レベル検出部は、第２の受光素子の信号からパイロット信号の大きさを検出し、前記本信号受信レベル検出部は、第１の受光素子の信号からパイロット信号の大きさを検出することを特徴とする請求項３に記載の光空間通信装置。
【請求項５】
前記散乱光受信レベル、前記本信号受信レベルの両方がある所定値より小さいまたは大きい時、装置の異常を知らせる警告手段、散乱光受信レベルが大きく、本信号受信レベルがある所定値より小さい時、視界不良を知らせる警告手段、該警告手段からの情報を遠隔地に伝送する通信手段を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の光空間通信装置。
【請求項６】
前記散乱光受信部は、散乱光がない場合、自装置及び相手装置から射出される光ビームを直接受光できないように、自装置の送信光ビームの放射角外の位置、かつ相手装置の送信光ビームの光軸と前記散乱光受信部の光軸となす角が前記第２の受光素子の受光角の半値角より大きい位置、かつ太陽光が直接入射しないように、前記散乱光受信部の光軸と地面とのなす角が、前記第２の受光素子の受光角の半値角より大きい位置に取り付けられたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５のいずれかに記載の光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離れた二地点間に対向設置されて、自由空間中を伝搬する光ビームにより光信号を送り通信を行う光空間通信装置に関し、特に気象条件などにより光受信レベルが変動した場合光ビームの送信出力を調整する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザなどの赤外光を光源として自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置は、従来製品を例に取ると、図６のような構成となっている。
【０００３】
図６において、１０は光空間通信装置の片側であり、相手装置も全く同じ構成である。１１は発光源となる半導体レーザなどの発光素子、２３は、駆動回路で、入力データに基づいて発光素子１１を発光させる。１２は発光素子から発せられた信号を含む光を集光してビーム化し、相手装置に向けて光信号を射出する送信光学系である。１３は、相手装置から射出された光ビームを集光する受信光学系、１４は、受信光学系１３で集光された光信号を電気信号に変換するＰＩＮ−フォトダイオード、ＡＰＤなどの受光素子１である。１４の受光素子１からの電気信号は２６の増幅部１に入力され出力データとして出力される（従来例１とする）。
【０００４】
ところで、一般的に大気伝播中の光ビームは、伝送空間中の塵、埃や雨、霧、雪等による気象条件により光が散乱され受光側に到達する光量が減少し、受光レベルが低下することが知られている。これを解決するため、特許文献１のように受信レベル検出回路により検出された受信レベルの大きさにより光出力レベルを制御し安定したＳ／Ｎを確保する装置も考案されている（従来例２とする）。
【特許文献１】特開平０８−３３１０５４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、上記従来例１は、相手装置から射出された光ビームが気象条件などにより散乱され受光レベルが低下しても相手装置へ射出する光送信レベルを調整しないので散乱が大きい場合、受光側で十分なＳ／Ｎを確保できなくなる問題がある。また、散乱がないまたは小さい場合、受光側では必要以上のＳ／Ｎを確保しているにもかかわらず光送信レベルを下げることなく既定値のままなので無駄な電力を消費している恐れがある。
【０００６】
従来例２では、相手装置が、電源、出力回路、発光素子等の故障により光信号が送信されなかったり、自装置または相手装置またはその両方が、建物あるいは設置架台の風圧や振動による揺れ、温度変動による歪み、経時変化による角度変動などのため、光ビームが相手装置からズレ、受信レベルが低下したり、最悪の場合、外れて通信が行えない場合でも、受信レベルが低いままなので、自装置は、光出力レベルを大きくし不必要な電力を消費する恐れがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解消し安定した通信を行うことが可能となる光空間通信装置を提供することにある。また、不必要な電力消費を抑え、装置異常時には、早急にネットワーク管理者などに異常を知らせることが可能となる光空間通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するために、本出願にかかわる第一の発明は、
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置であって、相手側装置への送信光ビームを発生させる半導体レーザ等の発光素子で構成される光送信部、相手側装置からの光ビームを受信するための光信号を検出する第１の受光素子で構成される光受信部を備える光空間通信装置において、
自装置または相手装置またはその両方から射出した光が気象条件などにより散乱した場合、散乱光を集光する光学系と集光された光を電気信号に変換するフォトダイオードなどの第２の受光素子で構成された散乱光受信部、該第２の受光素子からの散乱光受信レベルを検出する散乱光受信レベル検出手段、該散乱光受信レベル検出手段からの結果に基づいて相手装置へ送信する光出力レベルを調整する光出力レベル調整手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本出願にかかわる第二の発明は、
前記光送信部は、通信を行う本信号に重畳される補助信号であるパイロット信号発生部、パイロット信号と入力データの本信号を合波する合波器を備え、前記散乱光受信レベルを検出部は、第２の受光素子の信号からパイロット信号の大きさを検出することを特徴とする。
【００１０】
また、本出願にかかわる第三の発明は、
前記第１の受光素子からの本信号光受信レベルを検出する本信号光受信レベル検出部、該本信号光受信レベル検出部からの本信号受信レベルの結果と前記散乱光受信レベル結果に基づいて相手装置へ送信する光出力レベルを調整する光出力レベル調整手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本出願にかかわる第四の発明は、
前記光送信部は、パイロット信号発生部、パイロット信号と入力データの本信号を合波する合波器を備え、前記散乱光受信レベル検出部は、第２の受光素子からパイロット信号の大きさを検出し、前記本信号受信レベル検出部は、第１の受光素子の信号からパイロット信号の大きさを検出することを特徴とする。
【００１２】
また、本出願にかかわる第五の発明は、
前記散乱光受信レベル、前記本信号受信レベルの両方がある所定値より小さいまたは大きい時、装置の異常を知らせる警告手段、散乱光受信レベルが大きく、本信号受信レベルがある所定値より小さい時、視界不良を知らせる警告手段、該警告手段からの情報を遠隔地に伝送する通信手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本出願にかかわる第六の発明は、
前記散乱光受信部は、散乱光がない場合、自装置及び相手装置から射出される光ビームを直接受光できないように、自装置の送信光ビームの放射角外の位置、かつ相手装置の送信光ビームの光軸と前記散乱光受信部の光軸となす角が前記第２の受光素子の受光角の半値角より大きい位置、かつ太陽光が直接入射しないように、前記散乱光受信部の光軸と地面とのなす角が、前記第２の受光素子の受光角の半値角より大きい位置に取り付けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、塵、埃や雨、霧、雪などの気象条件で、光が散乱し光受信レベルが変動しても、安定した通信、具体的には、散乱が大きい時には光出力レベルを上げて受光素子のＳ／Ｎを改善することができ、散乱が小さい時は、出力を下げるので、特に近距離通信時には、受光素子の過大入力による信号の飽和を防ぐことが可能となる。
【００１５】
第２の発明によれば散乱がないまたは小さい時は、光出力レベルを下げ、視界不良、装置異常時には、光送信を行わないので省電力化及び発光素子の高寿命化も実現できる。
【００１６】
第３の発明によれば、システム異常時には、遠隔地にいるネットワーク管理者などに警告情報を伝送することが可能となり、ネットワーク管理者などは、ネットワーク障害の早急な発見、原因を特定することもしやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例】
【００１８】
（第１の実施例）
図１に、本発明の第１実施形態である光空間通信装置の概略構成を示す。なお、図６の従来例の構成と同じ機能の箇所は符号番号を併用した。
【００１９】
図１において、１０は光空間通信装置の片側であり、相手装置も全く同じ構成である。１１は発光源となる半導体レーザなどの発光素子、１２は発光素子から発せられた信号を含む光を集光してビーム化し、相手装置に向けて射出する送信光学系である。１３は、相手装置から射出された光ビームを集光する受信光学系、１４は、受信光学系１３で集光された光信号を電気信号に変換するＰＩＮ−フォトダイオード、ＡＰＤなどの受光素子１である。１４の受光素子１からの電気信号は２５のフィルタ１を通過し２６の増幅部１に入力され出力データとして出力される。
【００２０】
図１において、入力データは、３６の合波器でパイロット信号発生器２４からのパイロット信号と合波され、２３の駆動回路に入力される。駆動回路２３は、合波器３６からの信号に基づいて発光素子１１を発光させ光信号としてパイロット信号と入力データを相手装置に送信する。ここで、パイロット信号を用いるのは、本信号である入力データに比べて狭帯域で高感度の受信ができ、本信号が微弱になった場合や本信号の入力がない場合でも、後ほど述べる散乱光の受信レベルを検出できるようにするためである。また、散乱光は、非常に小さなレベルであるので、太陽光などの外乱光の直流レベル等とも区別できるようにするためである。
【００２１】
送信光学系１２から射出された光ビームは、大気伝播中に塵、埃、または雨、霧、雪などの気象条件により散乱される。散乱された散乱光の一部は、散乱光受信部１７に構成される集光レンズ１５により、１６のＰＩＮ−フォトダイオード、ＡＰＤなどの光−電気変換フォトダイオードである受光素子２に集光される。１６の受光素子２に集光された散乱光は、電気信号に変換された後、１９のフィルタ２でパイロット信号のみを通過させ２０の増幅部２に入力される。２０の増幅部２で増幅されたパイロット信号は、２１の光受信レベル検出部２に入力される。
【００２２】
２１の光受信レベル検出部２では、パイロット信号を検波し、パイロット信号の大きさ、つまり、１６の受光素子２に入力された散乱光信号の大きさを検出し、散乱光受信レベル情報として光出力レベル制御部２２に入力される。光出力レベル制御部２２では、散乱光受信レベル情報に基づいて、光出力レベルに対する散乱光受信レベルの比をとり、その比が所定の範囲より大きい時は、光出力レベルを大きくするように駆動回路２３を制御する。反対に光出力レベルと散乱光受信レベルの比が小さい時は、光出力レベルを小さくするように駆動回路２３を制御する。ここで、光出力レベルと散乱光受信レベルの比をとっているのは、光出力レベルを大きくしたり、小さくしたりすると、散乱光受信レベルも変動するため、光出力レベルの変化により散乱光のレベルが変化したのか気象条件により散乱光受信レベルが変化したのか区別するためである。
【００２３】
また、１６の受光素子２は、散乱光のみを受光できるように、散乱がない場合は、自装置、相手装置の送信光学系１２から射出された光ビームを直接受光できないように取り付けられている。具体的に説明すると、自装置の送信光学系１２から射出された光ビームに対しては、図１のように、散乱光受信部１７を光ビームの放射角の外側に取り付ける。光ビームの内側に取り付けられると送信光ビームの一部を覆うことになるので相手装置への光パワーが減少してしまうので好ましくない。
【００２４】
相手装置からの送信光ビームに関しては、図４の上面図のように、散乱光受信部１７の光軸Ｌ２と相手装置から射出される光ビームの光軸Ｌ１とでなす角θ１が、１６の受光素子２の受光角の半値角θ２より大きくなる位置に散乱光受信部１７を取り付けることで、１６の受光素子２が相手装置からの光ビ−ムを直接受光することを防ぐことが出来る。また、太陽光が直接散乱光受信部１７に入射しないように及び雨、雪などが受信部１７の集光レンズ１５の上部にたまり、散乱光の入射を妨げないように、図５の装置前面図のように、散乱光受信部１７の光軸Ｌ２と地面とがなす角θ３が、１６の受光素子２の受光角の半値角θ２より大きくなる位置に取り付けられている。
【００２５】
このようにして、大気中の散乱による光信号の減衰時は、光出力を上げ安定した通信を行うことが可能となる。散乱による光信号の減衰がない、または小さい時は、光出力を下げ低消費化が可能となる。また、散乱光受信部は、自装置、相手装置からの送信光ビーム、太陽光を直接受光しない位置及び雨、雪がたまらない位置に配置されているので、高い精度の散乱光受信レベルを検出することが可能となる。
【００２６】
（第２の実施例）
図２は、本発明の第２実施例である。図２において、図１の光空間通信装置の概略構成図と基本構成は同じなので、相違点のみ説明する。
【００２７】
１４の受光素子１により光−電気変換された信号は、２７の分波器により本信号とパイロット信号に分波される。本信号は、第１の実施例と同様に、２６の増幅部１で増幅され出力データとして出力される。パイロット信号は、２８の増幅部３で増幅され、２９の受信レベル検出部１に入力される。２９の受信レベル検出部１では、パイロット信号を検波しパイロット信号の大きさ、つまり、１４の受光素子１に入力された本信号の大きさを検出し、本信号受信レベル情報として２２の光出力レベル制御部に入力される。また、２２の光出力レベル制御部には、第１の実施例と同じように２１の受信レベル検出部２からの散乱光受信レベル情報も入力される。
【００２８】
２２の光出力レベル制御部では、光出力レベルに対する散乱光受信レベルの比、本信号受信レベルが各々所定の範囲に入っているか判定され、散乱光受信レベルの比が大きく、本信号受信レベルが小さい場合は、光出力レベルを大きくするように駆動回路２３を制御する。反対に、散乱光受信レベルの比が小さく、本信号受信レベルが大きい場合は、光出力レベルを小さくするように駆動回路２３を制御する。
【００２９】
また、散乱光受信レベルの比が小さく、本信号受信レベルが小さい場合は、相手装置の発光源の出力異常、電源異常、自装置の受光素子などの異常または相手装置、自装置が位置ずれをおこし、正常に通信を行える状態ではない可能性が考えられので、２２の光出力レベル制御部では、光出力を停止するように駆動回路２３を制御する。ここで、設置時には、相手装置、自装置の位置合わせ作業を行うため、散乱光受信レベルの比が小さく、本信号受信レベルが小さい場合が発生するので、２２の光出力レベル制御部は、３０のスイッチがＯＮまたはＯＦＦされるまで初期設定の光出力レベルのままとなるように、駆動回路２３を制御する。
【００３０】
また、ほとんど発生する可能性は低いと思われるが、散乱光受信レベルの比が大きく、本信号受信レベルが大きい場合は、自装置の受光素子などに異常があると考えられるので、２２の光出力レベル制御部では、光出力を停止するように駆動回路２３を制御する。
【００３１】
このようにして、第１の実施例の効果と同じように大気中の散乱による光受信信号の変動に対応することが可能となり安定した通信を行うことができる。更に、自装置、相手装置に何らかの支障がある場合は、無駄な電力を消費しない省電力化を図ることも可能となる。
【００３２】
（第３の実施例）
図３は、本発明の第３の実施例である。図３において、図２の光空間通信装置の概略構成図と基本構成は同じなので、相違点のみ説明する。
【００３３】
２１の受信レベル検出部２からの散乱光受信レベル情報、２９の受信レベル検出部１からの本信号受信レベル情報、２２の光出力レベル制御部からの光出力レベル情報が、３１の警告発生回路に入力される。３１の警告発生回路では、光出力レベルに対する散乱光受信レベルの比、本信号受信レベルが各々所定の範囲に入っているか判定され、散乱光受信レベルの比が上限閾値より大きく、本信号受信レベルが下限閾値より小さい場合は、散乱が非常に大きく視程不良が考えられるので視程不良を示す３２のＬＥＤ１を点灯させる。ここで、本実施例では、光出力レベルを最大にしても１４の受光素子１のＳ／Ｎが改善されない時の、散乱光受信レベルの比の値を上限閾値、本信号受信レベルの値を下限閾値とした。
【００３４】
散乱光受信レベルの比、本信号受信レベルの両方が小さい場合、実施例２でも説明したように相手装置または自装置の異常、または位置ずれが発生していると考えられるので、相手装置、自装置のシステム異常を示す３３のＬＥＤ２を点灯させる。散乱光受信レベルの比、本信号受信レベルの両方が大きい場合は、実施例２で説明したように、自装置の受光素子などの異常が考えられるので、自装置の異常を示す３４のＬＥＤ３を点灯させる。また、３１の警告発生回路では警告を遠隔地に知らせるために、警告情報を通信回路３５に入力する。通信回路３５では、遠隔地に接続される機器と通信を行うための信号に変換する。
【００３５】
このようにして、第１、２の実施例の効果と同じように大気中の散乱による光受信信号の変動に対応することが可能となり安定した通信を行うことができる。更に、システム異常時には、遠隔地にいるネットワーク管理者などに警告情報を伝送することが可能となり、ネットワーク管理者などは、ネットワーク障害の原因を特定することがしやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図
【図２】本発明の第２の実施例を示す図
【図３】本発明の第３の実施例を示す図
【図４】本発明の第１の実施例の散乱受信部取り付け位置上面図
【図５】本発明の第１の実施例の散乱受信部取り付け位置前面図
【図６】従来例を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１０    光空間通信装置
１１    発光素子
１２    送信光学系
１３    受信光学系
１４    受光素子１
１５    集光レンズ
１６    受光素子２
１７    散乱光受信部
１８    取り付け棒
１９    フィルタ２
２０    増幅部２
２１    受信レベル検出部２
２２    光出力レベル制御部
２３    駆動回路
２４    パイロット信号発生器
２５    フィルタ１
２６    増幅部１
２７    分波器
２８    増幅部３
２９    受信レベル検出部１
３０    スイッチ
３１    警告発生回路
３２    ＬＥＤ１
３３    ＬＥＤ２
３４    ＬＥＤ３
３５    通信回路
３６    合波器
【図１】
2006304056.tif 000003
【図２】
2006304056.tif 000004
【図３】
2006304056.tif 000005
【図４】
2006304056.tif 000006
【図５】
2006304056.tif 000007
【図６】
2006304056.tif 000008