(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、装置の大規模化、コストアップを招くことなしに、正確に光軸調整できるようにする。【解決手段】時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置の送信エリア内に配置される光無線伝送装置において、相手装置から送信されたガイド光を含む映像を、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像し、奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出することにより前記相手装置の位置を２次元座標として特定し、当該２次元座標に基づいて光軸調整する。【選択図】      図１
2004349968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置の送信エリア内に配置され、前記相手装置から送信されるガイド光の撮像データに基づいて光軸調整した後、前記相手装置との間で通信光の送受信を行う光無線伝送装置の光軸調整方法であって、
前記相手装置から送信されたガイド光を含む映像を、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像し、奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出することにより前記相手装置の位置を２次元座標として特定し、当該２次元座標に基づいて光軸調整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２】
前記請求項１に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法において、
前記光無線伝送装置は、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像し、当該撮像した撮像データを奇数フレーム及び偶数フレームに振り分け、前記奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出し、当該抽出により得られた撮像データに基づいて前記相手装置の位置を２次元座標として特定すると共に、当該２次元座標で特定される位置から座標中心位置までの移動方向と移動量のデータを、座標平面上の各座標位置から座標中心位置までの移動方向と移動量を記述した方向テーブルから取得し、当該データに基づいて光軸調整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３】
時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置の送信エリア内に配置され、前記相手装置から送信されるガイド光の撮像データに基づいて光軸調整した後、前記相手装置との間で通信光の送受信を行う光無線伝送装置において、
通信光を送信するための発光部と、
前記相手装置からの通信光を受光するための受光部と、
前記相手装置から送信されたガイド光を含む映像を、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像する撮像部と、
前記通信光の光軸を同軸で制御するための駆動手段を有する光路変更部と、
前記撮像部で撮像された撮像データを、奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出することにより前記相手装置の位置を２次元座標として特定すると共に、当該２次元座標で特定される位置と座標中心位置までの移動方向と移動量のデータを取得する信号処理部と、
前記データに基づいて前記駆動手段を制御することにより前記通信光の光軸を調整する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載の光無線伝送装置において、
前記信号制御部は、
前記撮像部により撮像された撮像データを、フレーム毎に交互に振り分けて出力するセレクタと、
前記セレクタにより振り分けられた奇数フレームの撮像データを記録する第１のフレームバッファと、
前記セレクタにより振り分けられた偶数フレームの撮像データを記録する第２のフレームバッファと、
前記奇数フレームに記録された前フレームの撮像データと次フレームの撮像データとの差分を抽出する第１の差分抽出部と、
前記偶数フレームに記録された前フレームの撮像データと次フレームの撮像データとの差分を抽出する第２の差分抽出部と、
前記第１の差分抽出部で抽出された撮像データを記録する第１の差分フレームバッファと、
前記第２の差分抽出部で抽出された撮像データを記録する第２の差分フレームバッファと、
前記第１の差分フレームバッファに記録された撮像データに基づいて前記相手装置から送信されたガイド光の位置を特定し、当該特定した位置を２次元座標に変換する第１のピーク検出部と、
前記第２の差分フレームバッファに記録された撮像データに基づいて前記相手装置から送信されたガイド光の位置を特定し、当該特定した位置を２次元座標に変換する第２のピーク検出部と、
座標平面上の各座標位置から座標中心位置までの移動方向と移動量を記述した方向テーブルを格納する方向テーブル格納部と、
前記第１及び第２のピーク検出部で変換されたそれぞれの２次元座標を比較することにより、前記相手装置から送信されたガイド光の位置を確定すると共に、当該確定した位置から座標中心位置までの移動方向と移動量のデータを前記方向テーブル格納部の方向テーブルから取得する方向制御部と、
を備えることを特徴とする光無線伝送装置。
【請求項５】
送信エリア内に時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置と、前記請求項３又は４に記載の光無線伝送装置とを備え、電源周期に基づいて点滅する照明光の元で使用される光無線伝送システムであって、
前記相手装置は、前記照明光の点滅周期の偶数倍となる時間Ｔで点滅するガイド光を送信することを特徴とする光無線伝送システム。
【請求項６】
送信エリア内に時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置と、前記請求項３又は４に記載の光無線伝送装置とを備え、電源周期に基づいて点滅する照明光の元で使用される光無線伝送システムであって、
前記相手装置は、前記撮像部の撮像サイクルである時間Ｔ／ｎ（ｎ：偶数）と、前記撮像部での露光時間とを加算した時間を点灯時間とするガイド光を送信することを特徴とする光無線伝送システム。
【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通信を行う光無線伝送装置の光軸調整方法、光無線伝送装置及び光無線伝送システムに関する。
【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】
狭指向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、２次元撮像素子を用い、相手装置からのガイド光（データ通信を行う前に装置間で通信路を確立するために使用する光）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。
【０００４】
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１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３３１２９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平９−３３１２９５号公報に提案された光軸調整方法によると、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、蛍光灯の点滅に同期して撮像することで、差分データでは蛍光灯のフリッカーも除去することができる。
【０００７】
しかし、本従来例では、撮像素子の取り込みタイミングに正確に同期した信号でガイド光を点滅させる必要があるため、通信には不要な発光素子や、受光素子、変調回路等を付加する必要があり、装置の大規模化、コストアップにつながることになる。
【０００８】
本発明の目的は、装置の大規模化やコストアップを招くことなく、正確に光軸調整を行うことができる光無線伝送装置、光無線伝送装置の光軸調整方法及び光無線伝送システムを提供することにある。
【０００９】
【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、時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置の送信エリア内に配置され、前記相手装置から送信されるガイド光の撮像データに基づいて光軸調整した後、前記相手装置との間で通信光の送受信を行う光無線伝送装置の光軸調整方法であって、前記相手装置から送信されたガイド光を含む映像を、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像し、奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出することにより前記相手装置の位置を２次元座標として特定し、当該２次元座標に基づいて光軸調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、前記請求項１に記載の光無線伝送装置の光軸調整方法において、前記光無線伝送装置は、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像し、当該撮像した撮像データを奇数フレーム及び偶数フレームに振り分け、前記奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出し、当該抽出により得られた撮像データに基づいて前記相手装置の位置を２次元座標として特定すると共に、当該２次元座標で特定される位置から座標中心位置までの移動方向と移動量のデータを、座標平面上の各座標位置から座標中心位置までの移動方向と移動量を記述した方向テーブルから取得し、当該データに基づいて光軸調整することを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、請求項３の発明は、時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置の送信エリア内に配置され、前記相手装置から送信されるガイド光の撮像データに基づいて光軸調整した後、前記相手装置との間で通信光の送受信を行う光無線伝送装置において、通信光を送信するための発光部と、前記相手装置からの通信光を受光するための受光部と、前記相手装置から送信されたガイド光を含む映像を、時間Ｔの１／ｎ（ｎ：偶数）の撮像サイクルでフレーム毎に撮像する撮像部と、前記通信光の光軸を同軸で制御するための駆動手段を有する光路変更部と、前記撮像部で撮像された撮像データを、奇数フレーム及び偶数フレームの各々について次フレームの撮像データと前フレームの撮像データとの差分を抽出することにより前記相手装置の位置を２次元座標として特定すると共に、当該２次元座標で特定される位置と座標中心位置までの移動方向と移動量のデータを取得する信号処理部と、前記データに基づいて前記駆動手段を制御することにより前記通信光の光軸を調整する駆動制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、前記請求項３に記載の光無線伝送装置において、前記信号制御部は、前記撮像部により撮像された撮像データを、フレーム毎に交互に振り分けて出力するセレクタと、前記セレクタにより振り分けられた奇数フレームの撮像データを記録する第１のフレームバッファと、前記セレクタにより振り分けられた偶数フレームの撮像データを記録する第２のフレームバッファと、前記奇数フレームに記録された前フレームの撮像データと次フレームの撮像データとの差分を抽出する第１の差分抽出部と、前記偶数フレームに記録された前フレームの撮像データと次フレームの撮像データとの差分を抽出する第２の差分抽出部と、前記第１の差分抽出部で抽出された撮像データを記録する第１の差分フレームバッファと、前記第２の差分抽出部で抽出された撮像データを記録する第２の差分フレームバッファと、前記第１の差分フレームバッファに記録された撮像データに基づいて前記相手装置から送信されたガイド光の位置を特定し、当該特定した位置を２次元座標に変換する第１のピーク検出部と、前記第２の差分フレームバッファに記録された撮像データに基づいて前記相手装置から送信されたガイド光の位置を特定し、当該特定した位置を２次元座標に変換する第２のピーク検出部と、座標平面上の各座標位置から座標中心位置までの移動方向と移動量を記述した方向テーブルを格納する方向テーブル格納部と、前記第１及び第２のピーク検出部で変換されたそれぞれの２次元座標を比較することにより、前記相手装置から送信されたガイド光の位置を確定すると共に、当該確定した位置から座標中心位置までの移動方向と移動量のデータを前記方向テーブル格納部の方向テーブルから取得する方向制御部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
さらに上記目的を達成するため、請求項５の発明は、送信エリア内に時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置と、前記請求項３又は４に記載の光無線伝送装置とを備え、電源周期に基づいて点滅する照明光の元で使用される光無線伝送システムであって、前記相手装置は、前記照明光の点滅周期の偶数倍となる時間Ｔで点滅するガイド光を送信することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、送信エリア内に時間Ｔの周期で点滅するガイド光を送信する相手装置と、前記請求項３又は４に記載の光無線伝送装置とを備え、電源周期に基づいて点滅する照明光の元で使用される光無線伝送システムであって、前記相手装置は、前記撮像部の撮像サイクルである時間Ｔ／ｎ（ｎ：偶数）と、前記撮像部での露光時間とを加算した時間を点灯時間とするガイド光を送信することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光無線伝送装置の光軸調整方法、光無線伝送装置及び光無線伝送システムの実施の形態について説明する。以下の説明においては、子機と親機との間で送受信される光信号を通信光といい、光軸調整のために親機から送信される光信号をガイド光という。
【００１６】
図２は、実施の形態１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、パソコンなどの端末装置に接続された光無線伝送装置（子機１−１）と、図示しないネットワーク幹線に接続された親機１−２とで構成される。子機１−１はサービスエリア１−５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１−１の通信相手となる親機１−２は、サービスエリア１−５内にガイド光（時間Ｔの周期で点滅）及び通信光を送信する複数の近赤外ＬＥＤ１―３と、子機１−１からの通信光を受光するための受光部１−４とを備えている。親機１−２は天井に設置され、電源容量も大きいために、高出力ＬＥＤを用い、下部±４５°をサービスエリアとする。また、受光部１−４も同様に、レンズにより±４５°からの光が受光素子に集光する。
【００１７】
図１は、子機１−１の概略構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は光の入出側から見たときの概略正面図（光学系の図示を省略）である。
【００１８】
子機１−１は、通信光及びガイド光を送受信する送受信ユニット２−１０と、この送受信ユニット２−１０を垂直・水平方向に駆動する駆動ユニット２−１１とから構成されている。
【００１９】
送受信ユニット２−１０は、通信光を出射する発光素子２−１と、レンズ２−２と、入射光の一部を反射して残りを透過するハーフミラーなどの光制御素子２−３と、通信光を集光するレンズ２−４と、このレンズ２−４で集光された通信光を受光する受光素子２−５とを備えている。発光素子２−１から発せられた出射光はレンズ２で任意の指向角にもつビームに成形された後、光制御素子２−３を透過（一部反射、以下同様）し、通信光として送信される。また親機１−２から出射されたガイド光は光制御素子２−３で反射（一部透過、以下同様）され、レンズ２−４で集光されて受光素子２−５で受光される。光制御素子２−３を用いることにより、通信光の光軸を同軸で制御することができる。これにより、通信光が親機１−２に照射されたとき、親機１−２からの通信光も子機１−１の受光素子２−５上に照射されることになる。
【００２０】
発光素子２−１としては、例えば近赤外ＬＤ（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２−２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２−３に照射することができる。発光素子２−１とレンズ２−２は、発光部１２−１を構成している。
【００２１】
受光素子２−５としては、例えばＰＤ（フォトダイオード）を用いることができる。また親機の発光パワー、通信距離等に起因して受光感度が不足する場合には、より感度の高いＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いてもよい。受光素子２−５とレンズ２−４は受光部１２−２を構成している。
【００２２】
送受信ユニット２−１０は、２つの可動軸２−６により駆動ユニット２−１１に回動自在に支持され、水平方向（ＰＡＮ）に±４５°の範囲で方向が制御される。また駆動ユニット２−１１は、軸受け部２−８に取り付けられた２つの可動軸２−７により回動自在に支持されており、垂直方向（ＴＩＬＴ）に±４５°の範囲で方向が制御される。可動軸２−６及び２−７は、図示しない第１及び第２のモータにより回転駆動され、これにより送受信ユニット２−１０は垂直・水平方向に駆動される。
【００２３】
軸受け部２−８の上面には、撮像部２−９が設置されている。この撮像部２−９は、親機１−２から送信されるガイド光を含む映像を撮像するためのＣＭＯＳセンサなどの２次元撮像素子で構成される。撮像部２−９は、可動しない位置であれば他の場所に設置してもよい。
【００２４】
撮像部２−９は、図３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２−９Ａと、９０°（±４５°）方向の光を素子上に集光する集光レンズ２−９Ｂとから構成される。レンズ２−９Ｂ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。またＣＭＯＳセンサ２−９Ａはｎ×ｍ画素に分割されており、ここで撮像された、ガイド光を含むサービスエリア１−５全体の映像は電気信号に変換され、撮像データとして出力される。撮像部２−９からは、後述する所定の露光タイミングに従って、ｎ×ｍ画素で撮像された撮像データが１フレーム単位で出力される。
【００２５】
図４は、子機１−１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符号を付している。
【００２６】
信号処理部３−１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、撮像部２−９で撮像された映像の撮像データに基づいて、親機１−２が送信す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、図１の駆動ユニット２−１１を駆動するための移動方向と移動量のデータを取得し、相手方向情報として駆動制御部３−３へ供給する。
【００２７】
駆動制御部３−３は、信号処理部３−１から供給された相手方向情報を可動部２−６及び２−７の回転方向と回転量に対応する駆動信号に変換し、この駆動信号を第１のモータ３−７及び第２のモータ３−８に供給することにより、送受信ユニット２−１０を垂直・水平方向に駆動する。
【００２８】
外部から供給されるデータ信号は、通信制御部３−４を介してドライバ３−５に渡される。ドライバ３−５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１２−１を駆動して通信光を送信する。また、親機１−２から送信された通信光は受光部１２−２で受光され、レシーバ３−６で整形された後、通信制御部３−４へ渡される。
【００２９】
次に、親機１−２との間で通信路を確立して通信光を送信する場合の子機１−１の動作を図５のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３０】
親機１−２のサービスエリア内に子機１−１を置いて、電源をＯＮすることにより動作がスタートする。まず信号処理部３−１は通信制御部３−４から、通信路が確立しているか否かを示すリンク信号を確認し、イネーブルがどうかを判断する（ステップＳ１）。ここで、リンク信号がイネーブルの場合は光軸調整の必要がないため、通信制御部３−４に送信要求を発光して、通信光を送信させる（ステップＳ２）。一方、リンク信号がディスエーブルの場合（ステップＳ１：ＮＯ）、信号処理部３−１は撮像部２−９に対しＣＭＯＳセンサを露光するための露光信号を出力し、撮像部２−９から撮像データを取得する（ステップＳ３）。信号処理部３−１は撮像部２−９で取得された撮像データに基づいてガイド光を検出できたかどうかを判断する（ステップＳ４）。ここで、ガイド光を検出できた場合は、ガイド光の照射位置から光軸調整時の移動方向と移動量のデータを取得し、これを相手方向情報として駆動制御部３−３へ渡して、モータ駆動により光軸調整を実施する（ステップＳ５）。この光軸調整により親機１−２との間で通信路が確立するとリンク信号がイネーブルとなり、通信光の送信が可能となる。またステップＳ４でガイド光の照射位置を特定できない場合は、図４に図示していない表示用ＬＥＤを点灯させて、エラー表示を行う（ステップＳ６）。
【００３１】
次に、図６〜図９を参照して、信号処理部３−１の構成と、撮像データに基づいてガイド光の照射位置を特定するデータ処理について説明する。
【００３２】
図６は、信号処理部３−１の概略構成を示すブロック図である。以下、各部の機能について説明する。
【００３３】
セレクタ４−１は、撮像部２−９から取得した撮像データを、フレーム毎に交互に第１のフレームバッファ４−２Ａ、第２のフレームバッファ４−２Ｂに振り分けて出力する。すなわち、奇数フレームの撮像データは第１のフレームバッファ４−２Ａへ、また偶数フレームの撮像データは第２のフレームバッファ４−２Ｂへそれぞれ出力する。本実施の形態では、時間Ｔの周期で点滅を繰り返すガイド光の点滅タイミングに対し、ＣＭＯＳセンサでは時間Ｔ／４周期で露光を繰り返しているため、時間Ｔの周期で、フレームＮｏ．１→２→３→４の順に繰り返し撮像されることになる。
【００３４】
第１のフレームバッファ４−２Ａには奇数フレームの撮像データが記録され、また第２のフレームバッファ４−２Ｂには偶数フレームの撮像データが記録される。各フレームバッファに記録された撮像データは、レジスタ４−３Ａ、４−３Ｂで１フレーム遅延したタイミングでそれぞれ出力される。
【００３５】
減算回路４−４Ａでは、レジスタ４−３Ａに格納されていた撮像データと次の撮像データとの差分が算出され、その算出された撮像データは、第１の差分フレームバッファ４−５Ａに記録される。減算回路４−４Ｂでは、レジスタ４−３Ｂに格納されていた撮像データと次の撮像データとの差分が算出され、その算出された撮像データは第２のフレームバッファ４−５Ｂに記録される。
【００３６】
なお、レジスタ４−３Ａと減算回路４−４Ａは本実施の形態における第１の差分抽出部を構成し、レジスタ４−３Ｂと減算回路４−４Ｂは本実施の形態における第２の差分抽出部を構成する。
【００３７】
ピーク検出部４−６Ａ、４−６Ｂは、第１の差分フレームバッファ４−５Ａ、４−５Ｂに記録された撮像データに基づいて、奇数・偶数のそれぞれのフレームにおけるガイド光の照射位置を特定する。第１の差分フレームバッファ４−５Ａ、４−５Ｂにはガイド光のみが撮像データとして残るため、本実施の形態においては、各画素の撮像データを比較して、データ値が最も大きな画素をガイド光の照射位置として特定している（以下、特定した画素を適宜にピークという）。また、より精度を高めるために、フレームを複数回取り込んだ後に、データ値の比較を行うようにしてもよい。ピーク検出部４−６Ａ、４−６Ｂでは、それぞれで特定した画素の位置を２次元座標となる位置データに変換し、そのデータ値（撮像レベル）と共に画素情報として方向制御部４−７へ出力する。
【００３８】
方向制御部４−７は、ピーク検出部４−６Ａ、４−６Ｂで特定された、それぞれの画素の位置データを比較し、同じ位置にピークがあるときは、その位置をガイド光の照射位置として確定する。また異なる位置にピークがあるときは、データ値の大きな方をガイド光の照射位置として確定する。次に、確定した画素の位置データに基づいて方向テーブル格納部４−８の方向テーブルを検索し、光軸調整時の移動方向と移動量のデータを取得する。
【００３９】
方向テーブルとは、ｎ×ｍの各画素毎に、その画素の位置データと対応するアドレスが割り付けられ、各画素の座標平面上の座標位置から座標中心位置（ここでは、光軸の基準位置となる撮像面中心）までの移動方向（垂直、水平）と、それぞれの移動量（角度）を記述したテーブルである。したがって、確定した画素の位置データに基づいて方向テーブルを参照することにより、光軸調整時の移動方向と移動量のデータを得ることができる。
【００４０】
ここで、方向テーブルを用いるのは、撮像部２−９のＣＭＯＳセンサ上に取り付けられた集光レンズの特性上、ＣＭＯＳセンサ上に撮像されたガイド光は入射角度に対してリニアに集光位置が変化しないことや、製造時の取り付け誤差などがあり、正確な照射位置を特定するには、出荷時に補正をかける必要があるためである。
【００４１】
コントローラ４−９は、上記各部の動作を制御するための信号を、内部のタイミング回路又は外部からの信号入力に基づいて供給している。
【００４２】
図７は、露光タイミングと撮像データとの関係を示すタイミングチャートである。タイミングチャート上において、各バッファは撮像データ中、ガイド光が照射された１画素である。以下、信号処理部３−１において、撮像データに基づいてガイド光の照射位置を確定するまでのデータ処理について説明する。
【００４３】
コントローラ４−９は、リンク信号がディスエーブルの場合（図５のステップＳ１でＮＯの場合）、時間Ｔの周期で点滅を繰り返すガイド光に対し、ＣＭＯＳセンサを時間Ｔ／４周期で露光するための露光信号を撮像部２−９へ出力する。ここで、ガイド光の点滅タイミングとＣＭＯＳセンサの露光タイミングは同期していない。
【００４４】
上記露光信号のタイミングで撮像された撮像データは、セレクタ４−１でフレーム毎に交互に振り分けられ、奇数フレームは第１のフレームバッファ４−２Ａに、また偶数フレームは第２のフレームバッファ４−２Ｂにそれぞれ記録される。図７の例では、フレームＮｏ．１、３の撮像データが第１のフレームバッファ４−２Ａへ記録され、フレームＮｏ．２、４の撮像データが第２のフレームバッファ４−２Ｂへ記録される。
【００４５】
第１のフレームバッファ４−２Ａに記録されたフレームＮｏ．１の撮像データは、レジスタ４−３Ａで１フレーム遅延したタイミングで出力され、減算回路４−４Ａにおいて次の奇数フレームで撮像されたフレームＮｏ．３の撮像データとの差分が算出され、第１の差分フレームバッファ４−５Ａに記録される。同様に、第２のフレームバッファ４−２Ｂに記録されたフレームＮｏ．２の撮像データは、レジスタ４−３Ｂで１フレーム遅延したタイミングで出力され、減算回路４−４Ｂにおいて次の偶数フレームで撮像されたフレームＮｏ．４の撮像データとの差分が算出され、第２の差分フレームバッファ４−５Ｂに記録される。
【００４６】
図７に示すようなガイド光の点滅タイミングとＣＭＯＳセンサの露光タイミングの場合について見てみると、第１のフレームバッファ４−２Ａには、ガイド光が点滅する立上がりのタイミングで撮像されたフレームＮｏ．１の撮像データと、ガイド光が点灯状態のときに撮像されたフレームＮｏ．３の撮像データが記録されるため、この差分が記録される第１の差分フレームバッファ４−５Ａには、常にガイド光の点灯状態での撮像データが記録されることになる。一方、第２のフレームバッファ４−２Ｂには、ガイド光が点滅する立上り、立下りのタイミングで撮像されたフレームＮｏ．２、４の撮像データが記録されることになるためにデータが不定となり、この差分が記録される第２の差分フレームバッファ４−５Ｂには、不定の撮像データが記録されることになる。これは、ガイド光の点滅のタイミングとＣＭＯＳセンサの露光タイミングは同期していないことに起因している。
【００４７】
図８は、第１の差分フレームバッファ４−５Ａに記録された撮像データ（ａ）と、第２の差分フレームバッファ４−５Ｂに記録された撮像データ（ｂ）とを示す説明図である。図８に示すように、撮像データにはガイド光以外の映像も含まれるが、高速で点滅しているガイド光に比べて周囲の映像はフレーム周期では大きく変化しないので、次フレームとの差分を算出することにより、不要な映像が除去されてガイド光のみが撮像データとして残ることになる。フレームバッファ４−５Ａでは、ガイド光の点灯状態で撮像されたフレームＮｏ．３の撮像データと、ガイド光が点滅する立上がりのタイミングで撮像されたフレームＮｏ．１の撮像データとの差分のデータが記録されるため、ここでは右図のようにガイド光（図中黒丸）が残った撮像データが記録される。一方、フレームバッファ４−５Ｂでは、ガイド光が点滅する立上りのタイミングで撮像されたフレームＮｏ．２の撮像データと、立下りのタイミングで撮像されたフレームＮｏ．４の撮像データとの差分のデータが記録されるため、ここでは右図のようにガイド光が残らない（又はガイド光のデータ値が小さい）撮像データが記録される。
【００４８】
上述のように、信号処理部３−１においては、時間Ｔの周期で点滅を繰り返すガイド光の点滅タイミングに対し、撮像部２−９のＣＭＯＳセンサでは時間Ｔ／４周期で露光を繰り返し行い、且つＣＭＯＳセンサからの撮像データを奇数フレームと偶数フレームに振り分けて記録し、それぞれ次の撮像データとの差分をとるようにしているため、ガイド光の点滅タイミングとＣＭＯＳセンサの露光タイミングが同期していなくても、４回の撮像サイクル中、少なくとも１回は点灯状態での撮像データが得られることから、第１の差分フレームバッファ４−５Ａ、４−５Ｂのいずれか一方には、ガイド光が残った撮像データが記録されることになる。
【００４９】
本例の場合、ピーク検出部４−６Ａでは、第１の差分フレームバッファ４−５Ａに記録された撮像データに基づいてガイド光の照射位置が特定され、その画素情報が方向制御部４−７へ送られる。方向制御部４−７では、ピーク検出部４−６Ａ、４−６Ｂで特定された、それぞれ画素の位置データを比較するが、本例のピーク検出部４−６Ｂでは、第２の差分フレームバッファ４−５Ｂに記録された画素情報に基づいてガイド光の照射位置を特定できない（又はガイド光のデータ値が小さい）ため、ピーク検出部４−６Ａで特定された画素の位置データに基づいてガイド光の照射位置を確定し、更に、確定した画素の位置データに基づいて方向テーブルを検索し、光軸調整時の移動方向と移動量のデータを取得することになる。
【００５０】
以上のように、実施の形態１においては、ＣＭＯＳセンサの露光タイミングとガイド光の点滅タイミングとを正確に同期させる必要がないため、同期をとるための発光素子や、受光素子、変調回路等が不要となり、装置の大規模化、コストアップを招くことなしに、正確に光軸調整を行うことが可能となる。
【００５１】
次に、実施の形態２として、室内環境において、ガイド光の検出時にノイズ源となる蛍光灯のフリッカーを除去する手法について説明する。
【００５２】
本実施の形態における装置構成、及び信号処理部３−１の動作は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。図９は、実施の形態２おける露光タイミングと撮像データとの関係を示すタイミングチャートである。
【００５３】
蛍光灯は通常、ＡＣ電源の２倍の周波数で点滅を繰り返している。そのため、ガイド光を送信する近赤外ＬＥＤの近く、又は親機１−２と子機１−１との間に蛍光灯が設置されている場合、撮像部２−９のＣＭＯＳセンサで露光される光は、図９の受光レベルに示すような信号波形となる。本実施の形態では、実施の形態１と同じく、時間Ｔの周期で点滅を繰り返すガイド光の点滅タイミングに対し、撮像部２−９のＣＭＯＳセンサでは時間Ｔ／４周期で露光を繰り返し行っている。実施の形態１との相違点は、ガイド光の点滅周期である時間Ｔを蛍光灯の点滅周期の２倍に設定したことにある。これによると、ＣＭＯＳセンサでの露光時に撮像される蛍光灯の点灯状態（発光レベル）は撮像開始のタイミングによりそれぞれ異なるが、奇数フレームのみ、又は偶数フレームのみについて見てみると、連続して撮像した隣り合うフレームでは、蛍光灯の点灯状態は同等となる。そのため、ＣＭＯＳセンサの特定の画素にガイド光と蛍光灯が重なった場合でも、撮像時の蛍光灯の点灯状態は第１のフレームバッファ４−２Ａ、第２のフレームバッファ４−２Ｂでは、それぞれがほぼ同等となるため、実施の形態１と同様に奇数フレーム、偶数フレームそれぞれで差分をとった場合、第１の差分フレームバッファ４−５Ａ、第２の差分フレームバッファ４−５Ｂに記録される撮像データは、蛍光灯のフリッカーが打ち消され、ガイド光のみを抽出することが可能となる。
【００５４】
以上のように、実施の形態２においては、蛍光灯のフリッカーに影響されることなしに、ガイド光の照射位置を正確に特定することが可能となる。なお、本実施の形態では、ガイド光の点滅周期である時間Ｔを蛍光灯の点滅周期の２倍と等しくなるように設定したが、４倍、６倍…というように偶数倍に設定することにより同様の効果を得ることができる。
【００５５】
次に、実施の形態３として、ガイド光の点灯時間を抑えるようにした例について説明する。
【００５６】
上述した実施の形態１及び２では、ガイド光の点灯時間と消灯時間をともに時間Ｔ／２としているが、ガイド光の点灯比率は適宜に設定することができる。図１０は、ガイド光の点灯時間を撮像サイクル＋露光時間とした場合のタイミングチャートである。先に説明した実施の形態１及び２では、４回の撮像サイクル中、少なくとも１回は点灯状態での撮像データが得られるようにしているが、本実施の形態では、ガイド光の点灯時間をＣＭＯＳセンサの撮像サイクルである時間Ｔ／４＋Ｅｘｐ（露光時間）とし、１回の点灯時間内に２回の撮像が可能となるように設定している。これにより、ガイド光の点灯時間内において、少なくとも１回は点灯状態での撮像データを得ることが可能となる。ここで、ガイド光の点灯時間をＴ／４＋Ｅｘｐ（露光時間）としたのは、ＣＭＯＳセンサでの撮像サイクルは、露光時間＋データ読み出し時間からなり、データ読み出し中に点灯させる必要がないからである。
【００５７】
以上のように、実施の形態３においては、ガイド光の点灯時間を抑えることにより、ガイド光の省電力化、発光素子の長寿命化を図ることが可能となる。
【００５８】
次に、実施の形態４として、光軸調整のためにアクチュエータを用いた構成例について説明する。
【００５９】
図１１は、実施の形態４に係わる子機の概略構成図である。図１１において、送受信ユニット５は、データ信号により変調された光を出射する発光素子５−１と、コリメータレンズなどのレンズ５−２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５−５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アクチュエータ５−８を有する反射光学系５−６と、親機１−２から送信されたガイド光を集光するレンズ５−４と、このレンズ５−４で集光されたガイド光を受光するフォトダイオードなどの受光素子５−３と、本体上部に配置され図示しない親機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５−７とを備えている。
【００６０】
発光素子５−１とレンズ５−２は、発光素子５−１からレンズ２を経て発せられた出射光が光制御素子５−５を透過（一部反射、以下同様）し、反射光学系５−６で反射されて通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５−４と受光素子５−３は、親機から出射された通信光が反射光学系５−６で反射され、光制御素子５−５で反射（一部透過、以下同様）された後、レンズ５−４を経て受光素子５−３で受光されるように配置されている。これにより、通信光の光軸は光制御素子５−５により同軸で制御される。
【００６１】
送受信ユニット５において、データ信号に応じて変調された光が発光素子５−１から出射されると、この光はレンズ５−２により平行光に近いビーム光に成形され、光制御素子５−５を透過した後、反射光学系５−６で反射されて通信光として送信される。また、送受信ユニット５において、親機から送信された通信光は反射光学系５−６、光制御素子５−５でそれぞれ反射された後、レンズ５−４で集光されて受光素子５−３に受光される。
【００６２】
図１１に示す送受信ユニット５では、光軸調整のための反射光学系５−６をアクチュエータ５−８で駆動するため、実施の形態１のように送受信ユニットをモータで駆動する場合に比べて装置を小型化することが可能となる。なお、アクチュエータ５−８としては電流又は電圧により動作を制御可能なものが望ましく、例えばピエゾアクチュエータや、同等に機能する他のアクチュエータを用いることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像素子の露光タイミングとガイド光の点滅タイミングとを正確に同期させる必要がないため、同期をとるための発光素子や、受光素子、変調回路等が不要となる。したがって、装置の大規模化、コストアップを招くことなしに、正確に光軸調整を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】子機の概略構成図。（ａ）は概略断面図。（ｂ）は光の入出側から見たときの概略正面図。
【図２】実施の形態１に係わる光無線伝送システムの全体構成図。
【図３】撮像部の構成図。
【図４】子機の制御系の構成を示すブロック図。
【図５】親機との間で通信路を確立して通信光を送信する場合の子機の動作を示すフローチャート。
【図６】信号処理部の概略構成を示すブロック図。
【図７】露光タイミングと撮像データとの関係を示すタイミングチャート。
【図８】（ａ）、（ｂ）は各差分フレームバッファに記録された撮像データの一例を示す説明図。
【図９】実施の形態２おける露光タイミングと撮像データとの関係を示すタイミングチャート。
【図１０】ガイド光の点灯時間を撮像サイクル＋露光時間とした場合のタイミングチャート。
【図１１】実施の形態４に係わる子機の概略構成図。
【符号の説明】
２−１…発光素子
２−３…光制御素子
２−５…受光素子
２−６、２−７…可動軸
２−９…撮像部
２−１０…送受信ユニット
２−１１…駆動ユニット
３−１…信号処理部
３−３…駆動制御部
３−４…通信制御部
３−７…第１のモータ
３−８…第２のモータ
４−１…セレクタ
４−２Ａ…第１のフレームバッファ
４−２Ｂ…第２のフレームバッファ
４−３Ａ、４−３Ｂ…レジスタ
４−４Ａ、４−４Ｂ…減算回路
４−５Ａ…第１の差分フレームバッファ
４−５Ｂ…第２の差分フレームバッファ
４−６Ａ、４−６Ｂ…ピーク検出部
４−７…方向制御部
４−８…方向テーブル格納部
４−９…コントローラ
１２−１…発光部
１２−２…受光部
【図１】
2004349968.tif 000003
【図２】
2004349968.tif 000004
【図３】
2004349968.tif 000005
【図４】
2004349968.tif 000006
【図５】
2004349968.tif 000007
【図６】
2004349968.tif 000008
【図７】
2004349968.tif 000009
【図８】
2004349968.tif 000010
【図９】
2004349968.tif 000011
【図１０】
2004349968.tif 000012
【図１１】
2004349968.tif 000013