(57)【要約】【課題】光無線を介して信号を伝送する光無線伝送装置において、コストアップや装置の大規模化を招くことなく、高速且つ高精度にて光軸調整できるようにする。【解決手段】送信光とガイド光とを光制御素子１−５により同軸で制御するように構成すると共に、第１の方向検出部２０−１で取得された第１の相手方向情報により反射光学系１−６を駆動して第１の光軸合わせを行い、次いで第２の方向検出部２０−３で取得された第２の相手方向情報により反射光学系１−６を駆動して第２の光軸合わせを行うように構成した。【選択図】      図１
2004349797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手装置との間で光路を確立して光信号を伝送する光無線伝送装置であって、
入射光の一部を反射して残りを透過する光制御素子と、入射光を反射し且つ当該入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段を有する反射光学系と、データ信号により変調された光を出射する発光部と、前記相手装置から入射したガイド光を含む映像を撮像して撮像データとして出力する撮像部と、前記相手装置から入射したガイド光を前記光制御素子及び前記反射光学系を介して受光する受光部と、
前記撮像部で撮像されたガイド光を含む撮像データに基づいて前記ガイド光の照射位置を特定すると共に、特定したガイド光の照射位置と光軸の基準位置とが一致するように、前記反射光学系の駆動手段を駆動するための移動方向と移動量を第１の相手方向情報として取得する第１の方向検出部と、
前記受光部で受光されたガイド光の受光データに基づいて前記ガイド光の照射位置と光軸の基準位置とが一致するように、前記反射光学系の駆動手段を駆動するための移動方向と移動量を演算して第２の相手方向情報として取得する第２の方向検出部と、
前記第１の方向検出部で取得された第１の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の駆動手段を駆動し、また前記第２の方向検出部で取得された第２の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の駆動手段を駆動する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光無線伝送装置において、
前記撮像部は、２次元撮像素子からなる複数の画素がマトリクス状に配置され、前記相手装置から入射したガイド光を含む映像を前記各２次元撮像素子で撮像して画素毎に撮像データとして出力するように構成され、
前記各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を各画素毎に記述した方向テーブル格納部を備え、
前記第１の方向検出部は、前記画素毎に出力された撮像データの大きさに基づいて選択した画素をガイド光の照射位置として特定すると共に、前記方向テーブル格納部から前記選択した画素の移動方向と移動量を取得して第１の相手方向情報とすることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の光無線伝送装置において、
前記受光素子は、多分割された受光素子からなり、前記各受光素子毎の受光量に応じた受光データを出力するように構成され、
前記第２の方向検出部は、前記受光素子の各分割領域での受光データに基づいて前記反射光学系の駆動手段を駆動するための移動方向と移動量を演算して第２の相手方向情報とすることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項４】
前記請求項２に記載の光無線伝送装置において、
前記第１の方向検出部により選択された複数の画素の移動方向と移動量を記録する相手方向情報格納部を備え、
前記第１の方向検出部は、前記画素毎に出力された撮像データの大きさに基づいて複数の画素に順位を定め、当該順位に従って各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を前記相手方向情報格納部に記録することを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記第１の方向検出部で取得した第１の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第１の光軸合わせを行った後、前記第２の方向検出部で取得した第２の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第２の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６】
前記請求項５に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法において、
前記第１の光軸合わせを行った後、次の光軸合わせを行うまでの間、前記撮像部の２次元撮像素子への電源の供給を停止する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７】
前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記受光部でガイド光を受光できないときは、前記第１の方向検出部により前記相手方向情報格納部を検索し、現在選択されている画素の移動方向と移動量と重ならず、且つ順位の最も高い画素の移動方向と移動量を第１の相手方向情報として取得し、当該第１の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第１の光軸合わせを行った後、前記第２の方向検出部で取得した第２の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第２の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、データ信号等により変調された光を送信・受信することによりデータ伝送を行う光無線伝送装置及び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、光無線を用いた通信としては、リモコンに代表される拡散型通信方式と高速無線ＬＡＮに代表される狭ビーム型通信方式がある。拡散型通信方式では、受発光部の各指向性を広く設定することにより、通信相手を意識することなく、或いは受発光部を大まかに通信相手に向ける程度で通信が可能である。また、反射光も利用できるため、遮蔽にも強いが、反面、受光部に達する発光パワーが弱く、周りのノイズにも影響されやすいことから、高速通信は困難である。一方、狭ビーム型通信方式では、受発光部の指向性を狭くすることで、受光面に到達する発光パワーの減衰が抑えられ、また、受光部では外乱光等のノイズを抑えることができるため、高速無線ＬＡＮに代表される高速通信に向いている。反面、発光を相手側の受光部に正確に当てる必要があり、これが技術的な課題となっている。
【０００３】
狭ビーム型通信方式において、相手側の受光部にビームを向ける手法としては、例えば図１３に示すような屋内光無線伝送装置がある。従来の光無線伝送装置では、一方の装置（親機１３−１）にデータ光送信のための受発光部１３−２とは別に発光手段１３−３を設け、この発光手段１３−３より光軸調整用のガイド光１３−Ａを送出し、他方の光無線伝送装置（子機１３−４）ではその光軸方向を変位させて受光装置１３−５によりガイド光１３−Ａを受信し、このガイド光１３−Ａの受光レベルに基づいて光軸合わせを行っている（例えば、特許文献１参照）。この光軸調整方法は、指向性の狭い受光装置１３−５をステッピングモータ等により回転させることにより水平・垂直方向に走査し、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という形態で具現化されている。
【０００４】
また、別の手法として、２次元撮像素子を用い、相手装置からのガイド光を撮像した結果から相手方向を特定し、これに基づいてビームを相手方向に向ける手法がある。本方式では、２次元的に相手を捜すため、高速に特定することが可能である。相手方向を特定するための手段としては、パターン認識により特定することも出来るが、相手の形状、距離等を考慮する必要があり、認識処理は複雑なものとなる。
【０００５】
この問題を解決するため、相手からのガイド光を点滅させ、前記点滅に同期したタイミングにて撮像後、フレーム間の差分をとるようにした光無線伝送装置の光軸調整方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法における差分データでは、フレーム間で変化のない周辺は暗くなり、ガイド光のみが抽出されるため、認識は容易となる。また、サービスエリアを広くし、高精度にて通信相手に光軸を向けるためには、画素数の多い撮像素子を用いるか、撮像素子全面にズームレンズを置き、まず、通常モードで粗く相手方向に光軸を向けた後、ズームモードで更に精度を高めるという手法が考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３０５９８７０号
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−３３１２９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に提案されているような自動的に相手装置からのガイド光を検出する手法の場合、スキャン範囲にもよるが、相手を検出するまでに数〜十数秒の時間を要するのが実情であった。
【０００９】
一方、特許文献２に提案されているような方法において、高精度な検出のために画素数を多くした場合は、フレームバッファが大きくなり、更に相手方向を特定するための演算量が多くなるなることからハイスペックなＣＰＵが必要となり、コストアップ、光軸調整に要する時間の長時間化につながる。また、撮像素子全面にズームレンズを配置する場合、レンズ及びレンズ制御手段が必要となることから、コストアップ、装置の大規模化につながることになる。
【００１０】
本発明の目的は、コストアップや装置の大規模化を招くことなく、高速且つ高精度にて光軸調整することができる光無線伝送装置及び光無線伝送装置の光軸調整方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、相手装置との間で光路を確立して光信号を伝送する光無線伝送装置であって、入射光の一部を反射して残りを透過する光制御素子と、入射光を反射し且つ当該入射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段を有する反射光学系と、データ信号により変調された光を出射する発光部と、前記相手装置から入射したガイド光を含む映像を撮像して撮像データとして出力する撮像部と、前記相手装置から入射したガイド光を前記光制御素子及び前記反射光学系を介して受光する受光部と、前記撮像部で撮像されたガイド光を含む撮像データに基づいて前記ガイド光の照射位置を特定すると共に、特定したガイド光の照射位置と光軸の基準位置とが一致するように、前記反射光学系の駆動手段を駆動するための移動方向と移動量を第１の相手方向情報として取得する第１の方向検出部と、前記受光部で受光されたガイド光の受光データに基づいて前記ガイド光の照射位置と光軸の基準位置とが一致するように、前記反射光学系の駆動手段を駆動するための移動方向と移動量を演算して第２の相手方向情報として取得する第２の方向検出部と、前記第１の方向検出部で取得された第１の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の駆動手段を駆動し、また前記第２の方向検出部で取得された第２の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の駆動手段を駆動する駆動制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記撮像部は、２次元撮像素子からなる複数の画素がマトリクス状に配置され、前記相手装置から入射したガイド光を含む映像を前記各２次元撮像素子で撮像して画素毎に撮像データとして出力するように構成され、前記各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を各画素毎に記述した方向テーブル格納部を備え、前記第１の方向検出部は、前記画素毎に出力された撮像データの大きさに基づいて選択した画素をガイド光の照射位置として特定すると共に、前記方向テーブル格納部から前記選択した画素の移動方向と移動量を取得して第１の相手方向情報とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記受光素子は、多分割された受光素子からなり、前記各受光素子毎の受光量に応じた受光データを出力するように構成され、前記第２の方向検出部は、前記受光素子の各分割領域での受光データに基づいて前記反射光学系の駆動手段を駆動するための移動方向と移動量を演算して第２の相手方向情報とすることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２において、前記第１の方向検出部により選択された複数の画素の移動方向と移動量を記録する相手方向情報格納部を備え、前記第１の方向検出部は、前記画素毎に出力された撮像データの大きさに基づいて複数の画素に順位を定め、当該順位に従って各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を前記相手方向情報格納部に記録することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法であって、前記第１の方向検出部で取得した第１の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第１の光軸合わせを行った後、前記第２の方向検出部で取得した第２の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第２の光軸合わせを行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５において、前記第１の光軸合わせを行った後、次の光軸合わせを行うまでの間、前記撮像部の２次元撮像素子への電源の供給を停止することを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法であって、前記受光部でガイド光を受光できないときは、前記第１の方向検出部により前記相手方向情報格納部を検索し、現在選択されている画素の移動方向と移動量と重ならず、且つ順位の最も高い画素の移動方向と移動量を第１の相手方向情報として取得し、当該第１の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第１の光軸合わせを行った後、前記第２の方向検出部で取得した第２の相手方向情報に基づいて前記反射光学系の偏向角を制御して第２の光軸合わせを行うことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光無線伝送装置及び光無線伝送装置の光軸調整方法の実施の形態について説明する。以下の説明において、データ信号により変調された光をデータ光又は送信光といい、これらの光を送信することを適宜にデータ送信という。
【００１９】
図２は、本実施の形態に係わる光無線伝送システムの全体構成図である。本システムは、デスクなどに置かれた光無線伝送装置（子機１２−１）と、天井などに設置された親機１２−２とで構成される。子機１２−１はサービスエリア１２−５内に通常は複数個配置されるが、図２ではそのうちの一つを示している。子機１２−１の通信相手となる親機１２−２は、子機１２−１に方向を知らせるためのガイド光を送信する複数の近赤外ＬＥＤ１２―３と、子機１２−１からのデータ光を受光するための受光部１２−４とを備えている。本実施の形態では、サービスエリア１２−５の範囲を９０°と定め、近赤外ＬＥＤ１２−３の発光指向角と、受光部１２−４の受光指向角はともに９０°とする。したがって、複数の近赤外ＬＥＤ１２−３のそれぞれの発光エリアは多少重なることになり、サービスエリア１２−５内では、子機１２−１がどの位置に置かれても親機１２−２との光路（通信路）を確立することができる。
【００２０】
図１は、図２に示す子機１２−１の概略構成図である。図１では、子機１２−１の主要部である受発光ユニット１のみを示す。
【００２１】
受発光ユニット１は、データ信号により変調されたデータ光を出射する発光素子１−１と、コリメータレンズなどのレンズ１−２と、入射光の一部を反射し、残りを透過するハーフミラーなどの光制御素子１−５と、入射光を反射し且つ入出射光の光軸に対する偏向角を制御するための駆動手段を有する反射光学系１−６と、親機１２−２から送信されたガイド光を集光するレンズ１−４と、このレンズ１−４で集光されたガイド光を受光するフォトダイオード（以下、適宜にＰＤという）などの受光素子１−３と、本体上部に配置され親機１２−２から送信されたガイド光を含む映像を撮像する２次元撮像部１−７とを備えている。なお、図示していないが、受発光ユニット１には、親機１２−２からのデータ光を受信するデータ受光部が設けられている。
【００２２】
発光素子１−１とレンズ１−２は発光部１１−１を構成し、発光素子１−１からレンズ２を経て発せられた出射光が光制御素子１−５を透過（一部反射、以下同様）し、反射光学系１−６で反射されて送信光として送信されるように配置されている。またレンズ１−４と受光素子１−３は受光部１１−２を構成し、親機１２−２から出射されたガイド光が反射光学系１−６で反射され、光制御素子１−５で反射（一部透過、以下同様）された後、レンズ１−４を経て受光素子１−３で受光されるように配置されている。
【００２３】
受発光ユニット１では、データ信号に応じて変調された光が発光素子１−１から出射されると、この光はレンズ１−２により平行光に近いビーム光に成形され、光制御素子１−５を透過した後、反射光学系１−６で反射されて送信光として送信される。
【００２４】
また、受発光ユニット１において、親機１２−２から送信されたガイド光は反射光学系１−６、光制御素子１−５でそれぞれ反射された後、レンズ１−４で集光されて受光素子１−３に受光される。光制御素子１−５を用いることにより、送信光の光軸と、ガイド光の光軸を同軸で制御することができる。本実施の形態では受光素子１−３の受光指向角を±３°とする。また、受発光ユニット１において、親機１２−２から送信されるガイド光は、本体上部に設けられた２次元撮像部１−７にも入射される。
【００２５】
次に、受発光ユニット１を構成する各部の構成について説明する。
【００２６】
発光素子１−１としては、例えばレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオードは出射光のビーム光が細く、それを更にレンズ１−２によって平行に近いビーム光にすることによって、出射光を高効率で光制御素子１−５及び反射光学系１−６に照射することができる。レーザの波長は近赤外に限らず、長波長であってもよい。
【００２７】
図３は、反射光学系１−６の駆動手段として、ピエゾアクチュエータを用いた場合の構成図である。ピエゾアクチュエータは、ピエゾ素子の圧電効果を応用したもので、図３（ａ）のように反射光学系１−６の反射部２−２の裏側の４箇所にピエゾアクチュエータ２−３を設けている（図３ではそのうちの２つを示す）。各ピエゾアクチュエータ２−３は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、電極２−１に加えた電圧によって伸張する。したがって、４つのピエゾアクチュエータ２−３に異なる電圧を印加して反射光学系を３次元で偏向させることにより、光軸に対する偏向角を制御することができる。
【００２８】
なお、本発明における駆動手段はピエゾアクチュエータに限定されるものではなく、電流又は電圧等により制御可能なアクチュエータを適宜に用いることができる。また、反射光学系１−６の反射部２−２が曲面を有し、その曲面が凹凸に駆動されることによって、光軸に対する偏向角を制御するような構造としてもよい。以下、ピエゾアクチュエータを適宜にアクチュエータと表記する。
【００２９】
２次元撮像部１−７は、図４に示すように、１秒間に数百フレームの画像を取り込むことの出来るＣＭＯＳセンサー１−７Ａと、９０°（±４５°）方向の光を素子上に集光するレンズ１−７Ｂとから構成されている。ＣＭＯＳセンサー１−７は、後述するように複数の画素に分割されてマトリクス状に配置されている。レンズ１−７Ｂは、不要な光をカットするため、可視光カットフィルタで形成されている。２次元撮像部１−７で撮像されたガイド光を含むサービスエリア１２−５全体の映像は撮像データとして出力される。
【００３０】
次に、図５〜図１２を参照して、子機１２−１において光軸合わせを行うための構成と動作について説明する。以下の説明では、親機１２−２から送信されるガイド光を適宜にビームという。
【００３１】
図５は、子機１２−１の制御系の構成を示すブロック図であり、図１と同等の部分には同一の符号を付している。
【００３２】
第１の方向検出部２０−１は、マイコン・ＤＳＰなどのマイクロプロセッサにより構成され、２次元撮像部１−７で撮像された映像の撮像データに基づいて、親機１２−２が送信しているガイド光の照射位置を特定すると共に、特定したガイド光の照射位置と光軸の基準位置（撮像面の中心位置）とが一致するように、反射光学系１−６を駆動するための移動方向と移動量を取得する。図６は、２次元撮像部１−７で得られた撮像データの一例を示す説明図であり、サービスエリア内において、近傍に位置する２つの親機からのガイド光を撮像した場合を示している。なお図６では、９０×９０画素を５×５画素毎のブロック（１８×１８）に区切ったときの状態を示している。
【００３３】
本実施の形態における２次元撮像部１−７は、マトリクス状に配置された９０×９０画素のＣＭＯＳセンサーで構成されており、各画素での撮像レベルが電気信号に変換され、画素毎の撮像データとして出力される。第１の方向検出部２０−１では、各画素毎の撮像データを比較して、データ値が最も大きい画素を通信相手となる親機１２−２が送信しているビームの照射位置として特定する。本実施の形態における子機１２−１では、９０°のエリアをカバーすることから、一画素の分解能は、ほぼ１°となるが、実際には角度が広がることで像にゆがみが生じる。このため、光軸の基準位置から各画素までの相対的な移動量を方向テーブルとして保存しておき、参照する構成としている。ただし、実際には送信光軸と撮像面の中心とは異なるため、精度は１°以上となる。
【００３４】
図７は、方向テーブル格納部２０−８に格納されている方向テーブルの一例を示す説明図である。方向テーブルでは、マトリクス状に配置された９０×９０画素に対して０〜８９のアドレス（ａｄｄｒｅｓｓ）が割り付けられ、各アドレス毎に光軸の基準位置となる撮像面中心までの垂直方向（Ｔｉｌｔ）、水平方向（Ｐａｎ）と、それぞれの移動量が記述されている（図７では、アドレスを１０進数表記している）。アドレス（ＭＭＮＮ）は、Ｃｏｌｕｍｎ  Ｎｏ．（列番号）と、Ｒｏｗ  Ｎｏ．（行番号）からなり、撮像データで特定された画素のアドレスを参照することによって、光軸調整時の移動方向と移動量を得ることができる。第１の方向検出部２０−１で取得された移動方向と移動量は、第１の相手方向情報として駆動制御部２０−４へ送られる。
【００３５】
ところで、図６のように、ビームが二方向から入射した場合、通常は撮像データの最も大きな画素を特定するが（他の画素は無視する）、撮像データの大きい順に画素の順位を定め、この順位に従って各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を相手方向情報格納部２０−２に記録しておき、光路が遮断された場合に、ここに記録されている画素を順に選択して、その移動方向と移動量を第１の相手方向情報として取得し、この第１の相手方向情報に基づいて他の光路に切り替えるようにしてもよい。いずれの方式を採るかは、後述する光軸調整時の制御フローにより選択される。
【００３６】
また、ビームが二方向から入射した場合に、撮像データの大きい順に画素の順位を定めて記録しておく方式では、ビーム１とビーム２のパワーに大きな差がある場合、ビーム１の周辺画素＞ビーム２の特定画素という事態が発生することがある。この場合、単純に撮像データの大きい順に画素の移動方向と移動量を記録してしまうと、ビーム２の特定画素（他の親機からのビーム）よりもビーム１の周辺画素（同じ親機からのビーム）の方が優先順位が高くなってしまうことになる。このため、ビーム１とビーム２のパワーに大きな差がある場合は、ビーム１の周辺画素（特定画素の周辺に位置する８画素）をマスクすることにより、他の親機からのビーム２を特定することができる。このようにして、複数のビームが入射している場合には、撮像データの大きな順に画素の順位を定め、この順位に従って各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を相手方向情報格納部２０−２に記録する。
【００３７】
以上のように、２次元撮像部１−７を用いることで広い範囲から高速に、親機１２−２が送信しているガイド光の照射位置を特定することが可能となる。
【００３８】
なお、図５において、外部から供給されるデータ信号は通信制御部２０−７を介してドライバ２０−６に渡される。ドライバ２０−６ではデータ信号を光によって伝送可能な信号に変換し、この信号に基づいて光が点滅するように発光部１１−１を駆動してデータ送信する。通信制御部２０−７では、第２の方向検出部２０−３からのデータ送信要求に従ってデータ送信を開始し、またデータ送信停止要求に従ってデータ送信を停止する。
【００３９】
次に、第２の方向検出部２０−３について説明する。第２の方向検出部２０−３は、マイコン・ＤＳＰなどのマイクロプロセッサにより構成され、受光部１１−２で受光されたガイド光の受光レベルに基づいて、ガイド光と光軸の基準位置とが一致するように反射光学系１−６を駆動するための移動方向と移動量を算出する。
【００４０】
図８は、第２の方向検出部２０−３及び駆動制御部２０−４による反射光学系１−６の制御手順を示すフローチャート。図９は、４分割ＰＤで構成された受光素子１−３上で受光したガイド光の受光スポットが段階的に移動する様子を示す説明図。図１０は、第２の方向検出部２０−３において、図８の制御手順を実現するための構成を示すブロック図である。
【００４１】
ここでは、図９、図１０に示すように、受光素子１−３が４分割されたフォトダイオード（ＰＤ＿Ａ、＿Ｂ、＿Ｃ、＿Ｄ）により構成され、且つ、反射光学系１−６が３次元に制御可能な場合を例とする。また、受光素子１−３の受光指向角は±３°と設定されているため、アクチュエータを駆動し、ガイド光が±３°の方向に入ることで、受光スポットがＰＤ上に形成される。
【００４２】
以下、図８のフローチャートに従って、適宜に図９、１０を参照しながら説明する。
【００４３】
親機から送信されるガイド光は、ある周波数を有する光信号であり、受発光部１１−２では、４分割されたＰＤ（受光素子１−３）のそれぞれのＰＤ（ＰＤ＿Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）での受光量が光−電気変換され、受光量に応じた振幅を有する電気信号（ＳＩＧ＿Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）として、レシーバ２０−５に送られる（ステップＳ１）。レシーバ２０−５では、それぞれの信号振幅をアンプ２１、２２、２３、２４によって増幅し（ステップＳ２）、Ａ／Ｄコンバータ２５、２６、２７、２８によってその振幅値をＡ／Ｄ変換することによって、信号レベル、すなわち各ＰＤでの受光量をＤＣ値として得る（ステップＳ３）。続いて、第２の方向検出部２０−３によって、水平方向（Ｐａｎ）・垂直方向（Ｔｉｌｔ）に対向するＰＤ同士の受光レベルの差を演算し（ステップＳ４）、その受光レベル差を０とするための、反射光学系１−６の移動方向・及び移動量を演算し、第２の相手方向情報として駆動制御部２０−４に送る（ステップＳ５→Ｓ６、ステップＳ９→Ｓ１０）。駆動制御部２０−４は、与えられた第２の相手方向情報をＤ／Ａコンバータ３０、３１によりＤ／Ａ変換し、ドライバ３２、３３に与え、ドライバ３２、３３によって反射光学系１−６を水平・垂直方向に駆動する（ステップＳ７→Ｓ８、ステップＳ１１→Ｓ１２）。
【００４４】
次に、４分割ＰＤ上での受光スポットの動きを図９により説明する。図中、符号ＳＰはガイド光が照射したときの４分割ＰＤ上での受光スポットを示す。
【００４５】
図９において、▲１▼のステップでは、まず垂直方向に対向するＡ、ＢそれぞれのＰＤの受光量の差を演算し、差を０にする方向（図９では下方向）に光が照射されるように、反射光学系１−６を垂直方向に動かす。次いで、▲２▼のステップでは、水平方向に対向するＣ、ＤのそれぞれのＰＤの受光量の差を演算し、差を０にする方向（図９では右方向）に光が照射されるように、反射光学系１−６を水平方向に動かす。
【００４６】
なお、本実施の形態では、受光素子１−３を４分割ＰＤで構成した例について示したが、受光素子１−３の分割数は３分割でもよいし、或いは５分割、８分割…というように更に分割数を多くしたものであってもよい。また、本実施の形態では、ＰＤでの受光量の差がゼロになるように反射光学系１−６の移動方向と移動量を演算する例について示したが、他のアルゴリズムにより移動方向と移動量を演算するようにしてもよい。
【００４７】
上述したように、受発光ユニット１では、第１の方向検出部２０−１で取得された第１の相手方向情報により高速に相手位置を特定して第１の光軸合わせを行うように構成されている。
【００４８】
本実施の形態に係わる受発光ユニット１では、受光素子１−３で受光したガイド光に基づいて反射光学系１−６の偏向角を制御して、送信光とガイド光の光軸合わせを同軸で行うように構成されているため、受光装置と発光装置を同時に回転させる従来装置に比べて可動部分や光学素子が少なくなる。したがって、コストアップを招くことなく、装置の小型化を図ることができる。
【００４９】
次に、子機１２−１において、光軸調整及び光路が遮断された場合に新たな光路を確立する動作について説明する。
【００５０】
図１１は、第１の方向検出部２０−１と第２の方法検出部２０−３を独立して駆動する場合の制御手順を示すフローチャートである。
【００５１】
受発光ユニット１への電源投入時、第２の方向検出部２０−３では、受光部１１−２の４分割ＰＤからの信号に基づいて、親機１２−２からのガイド光の有無を確認する（ステップＳ２１）。親機１２−２からのガイド光が受光部１１−２に照射されている場合、第２の方向検出部２０−３では、４分割ＰＤの受光量に基づいて光軸が一致しているかどうかを判断し（ステップＳ２３）、一致していれば通信制御部２０−７にデータ送信要求を発行して、データ送信を開始する（ステップＳ２４）。また、ステップＳ２３で光軸が一致していなければ、図８の制御手順により光軸調整を行い（ステップＳ２５）、光軸が一致した時点でデータ送信を開始する（ステップＳ２１→Ｓ２４）。
【００５２】
一方、ステップＳ２１でガイド光が受光部１１−２に照射されていない場合、第２の方向検出部２０−３は、通信制御部２０−７に対しデータ送信停止要求を発行し（ステップＳ２６）、次いで第１の方向検出部２０−１に光軸調整要求を発行する（ステップＳ２７）。第１の方向検出部２０−１では、２次元撮像部１−７で撮像された撮像データを取得し（ステップＳ２８）、その中にガイド光があるかどうかを判断する（ステップＳ２９）。ここで、ガイド光があれば、図６に示したように撮像データに基づいて移動方向と移動量を取得し、光軸調整を行う（ステップＳ３０）。この後、省電力のため２次元撮像部１−７への電源の供給を停止し、パワーセーブモードとする（ステップＳ３１）。
【００５３】
上記ステップＳ３０により、受光部１１−２の４分割ＰＤには親機１２−２からのガイド光が照射されることになる。これによって、第２の方向検出部２０−３では第１の方向検出部２０−１に対する光軸調整要求を取り下げ、光軸が一致した時点でデータ送信を開始する（ステップＳ２１→Ｓ２４）。また、ステップＳ２９で撮像データの中にガイド光がない場合は、サービスエリア内に親機１２−２がいないと判断して、第１の方向検出部２０ー１は、図５に示していない表示用ＬＥＤを点灯させて、ユーザーにエラーを知らせる（ステップＳ３２）。
【００５４】
上記図１１に示す実施の形態によれば、第１の方向検出部２０−１により高速に相手位置を特定し、続いて、第２の方向検出部２０−３により高精度に相手位置を特定するため、高速且つ高精度に光軸調整を行うことができる。また、一旦光軸を合せた後も、第２の方向検出部２０−３で光軸のずれをモニタしているため、子機１２−１が移動した場合でも、その動きにあわせて光軸を追従させることが可能となる。
【００５５】
次に、光軸調整及び光路が遮断された場合に新たな光路を確立する他の動作例について説明する。
【００５６】
図１２は、第１の方向検出部２０−１と第２の方法検出部２０−３を同時に駆動する場合の制御手順を示すフローチャートである。
【００５７】
受発光ユニット１への電源投入時、第２の方向検出部２０−３では、受光部１１−２の４分割ＰＤからの信号に基づいて、親機１２−２からのガイド光の有無を確認する（ステップＳ４１）。親機１２−２からのガイド光が受光部１１−２に照射されている場合、第２の方向検出部２０−３では、４分割ＰＤの受光量に基づいて光軸が一致しているかどうかを判断し（ステップＳ４３）、一致していれば通信制御部２０−７にデータ送信要求を発行して、データ送信を開始する（ステップＳ４４）。また、ステップＳ４３で光軸が一致していなければ、図８の制御手順により光軸調整を行い（ステップＳ４５）、光軸が一致した時点でデータ送信を開始する（ステップＳ４１→Ｓ４４）。
【００５８】
これと並行して、第１の方向検出部２０−１では、２次元撮像部１−７で撮像された撮像データを取得し（ステップＳ５１）、その中にガイド光があるかどうかを判断する（ステップＳ５２）。ガイド光があれば、図６に示したように撮像データに基づいて複数の画素に順位を定め、各画素から光軸の基準位置までの移動方向と移動量を取得して相手方向情報格納部２０−２に記録する（ステップＳ５３）。ここでは、複数の方向から照射されるガイド光をモニタしており、撮像データの大きな順に移動方向と移動量を記録しておく。子機１２−１が移動した場合、親機１２−２との位置関係は相対的に変化するため、上記動作を繰り返し実行することで相手方向情報格納部２０−２内のデータを随時更新する。
【００５９】
一方、ステップＳ４１でガイド光が受光部１１−２に照射されていない場合、第２の方向検出部２０−３は、通信制御部２０−７に対しデータ送信停止要求を発行する（ステップＳ４６）。続いて、第１の方向検出部２０−１に光軸調整要求を発行し（ステップＳ４７）、次いで、現在のアクチュエータの向きを知らせる情報として、前回アクチュエータを駆動した際の移動方向と移動量を第２の相手方向情報として第２の方向検出部２０−３へ通知する（ステップＳ４８）。この後は、受光部１１−２の４分割ＰＤへガイド光が照射されるまで待機する。
【００６０】
第１の方向検出部２０−１では、第２の方向検出部２０−３から光軸調整要求の発行があったときは（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、相手方向情報格納部２０−２を検索して、第２の方向検出部２０−３から第２の相手方向情報として通知された移動方向と移動量と重ならず、且つ順位の最も高い画素の移動方向と移動量を取得して光軸調整を行う（ステップＳ５５）。これにより、受光部１１−２の４分割ＰＤには親機１２−２からのガイド光が再び照射されることになる。なお、ステップＳ５２で撮像データの中にガイド光がない場合は、サービスエリア内に親機１２−２がいないと判断して、図５に示していない表示用ＬＥＤを点灯させて、ユーザーにエラーを知らせる（ステップＳ５６）。
【００６１】
上記図１２に示す実施の形態においては、第１の方向検出部２０−１により高速に相手位置を特定し、また第２の方向検出部２０−３により高精度に相手位置を特定するため、高速且つ高精度に光軸調整を行うことができる。また、一旦光軸を合せた後も、第２の方向検出部２０−３で光軸のずれをモニタしているため、子機１２−１が移動した場合でも、その動きにあわせて光軸を追従させることが可能となる。とくに、本実施の形態では、光路上に遮蔽物が置かれて親機との接続が遮られた場合でも、速やかに他の親機に対し光軸を合わせて新たな光路を確立することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射光学系の偏向角を制御することにより、送信光とガイド光の光軸合わせを同軸で制御することができるため、受光装置と発光装置とを同時に回転させる従来装置に比べて可動部分や光学素子が少なくなり、このためコストアップを招くことなく、装置の小型化を図ることができる。
【００６３】
また、広い範囲から高速に相手位置を特定できる第１の方向検出部と、高精度に相手位置を特定できる第２の方向検出部とを備えるため、高速且つ高精度に光軸調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】子機の概略構成図。
【図２】実施の形態に係わる光無線伝送システムの全体構成図。
【図３】（ａ）は反射光学系の駆動手段としてピエゾアクチュエータを用いた場合の構成図。（ｂ）、（ｃ）はピエゾアクチュエータを伸張させた場合の説明図。
【図４】２次元撮像部の構成図。
【図５】子機の制御系の構成を示すブロック図。
【図６】２次元撮像部で得られた撮像データの一例を示す説明図。
【図７】方向情報格納部に格納されている方向テーブルの一例を示す説明図。
【図８】第２の方向検出部及び駆動制御部による反射光学系１−６の制御手順を示すフローチャート。
【図９】４分割ＰＤで構成された受光素子上で受光したガイド光の受光スポットが段階的に移動する様子を示す説明図。
【図１０】第２の方向検出部において図８の制御手順を実現するための構成を示すブロック図。
【図１１】第１の方向検出部と第２の方法検出部を独立して駆動する場合の制御手順を示すフローチャート。
【図１２】第１の方向検出部と第２の方法検出部を同時に駆動する場合の制御手順を示すフローチャート。
【図１３】従来の屋内光無線伝送装置の概略構成図。
【符号の説明】
１…受発光ユニット
１−１…発光素子
１−３…受光素子
１−５…光制御素子
１−６…反射光学系
１−７…２次元撮像部
２−３…アクチュエータ
１１−１…発光部
１１−２…受光部
１２−１…子機
１２−２…親機
２０−１…第１の方向検出部
２０−２…相手方向情報格納部
２０−３…第２の方向検出部
２０−４…駆動制御部
２０−７…通信制御部
２０−８…方向テーブル格納部
【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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