(57)【要約】【課題】親機側光無線伝送装置の発光部を、通信相手の端末側光無線伝送装置に対応した方向に発光させ無駄な発光を抑えることで、消費電力を最小限に抑えた親機側光無線伝送装置を提供する。【解決手段】上部位置に設けられる親機側光無線伝送装置に端末側光無線伝送装置の方向を検出するための２次元ＣＭＯＳセンサ５２を搭載し、ＣＭＯＳセンサ５２の受光位置データに基づき方向検出部５０にて端末側光無線伝送装置の方向を検出し、親機側光無線伝送装置の発光部５５ａ〜５５ｎを、検出した通信相手の端末側光無線伝送装置に対応した方向に発光させるよう発光制御部５４で制御することにより、無駄な発光を制御して親機側光無線伝送装置の消費電力の軽減を図るようにする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部位置に設けられて、複数の子機である端末側光無線伝送装置との間で、光信号の送受信を行うための親機側光無線伝送装置であって、
前記光信号を送信するための複数の発光部と、
前記発光部をそれぞれ個別に制御する発光制御手段と、
前記複数の端末側光無線伝送装置の光信号を受光するための受光部と、
前記複数の端末側光無線伝送装置の光信号を受光して端末側光無線伝送装置の位置情報を得るための２次元受光手段と、
前記２次元受光手段の位置情報に基づき端末側光無線伝送装置の方向を検出する方向検出手段と、
を有し、
前記発光制御手段は、前記方向検出手段により検出した端末側光無線伝送装置の方向に対応する前記発光部を発光させるようにしたことを特徴とする親機側光無線伝送装置。
【請求項２】
前記発光制御手段は、検出された端末側光無線伝送装置の方向に対応した発光部の発光パワーを、前記２次元受光手段に受光された光信号の受光信号の強度に基づき制御するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の親機側光無線伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間を通じて光信号の送受信を行う光無線伝送装置に係り、消費電力の軽減を図った親機側光無線伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来光無線を用いた通信には、拡散型通信方式と狭ビーム型通信方式とが用いられている。狭ビーム型通信方式は、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、受光部での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に代表される高速データ通信に利用されている。
【０００３】
所定のサービスエリア内で高速無線ＬＡＮを構築するには、上部に設置された光無線伝送装置（親機）と、サービスエリア内にある複数の端末側につけられた光無線伝送装置（子機）とで通信を行うようにしている。サービスエリア内に任意に設置される子機に対応するため、親機側は、複数の発光素子を円周上に配置し、常時すべての素子に電流を流すことで、サービスエリア内すべての子機との通信を実現する。しかし、必要光量をエリア内すべての範囲に与えるためには、発光素子をＬＥＤとした場合、数十本のＬＥＤに、それぞれ１００ｍＡ以上の電流を流す必要があり、消費電流が大きくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、ＬＥＤからの発光を有効に利用するため、反射板を設けることで、発光を効率よくエリア内に照射し、発光パワーを抑える提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−７４８４１号公報（第３−５項）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光効率を上げて消費電流を抑えるには限界があり、別な方法として、サービスエリア内でも通信相手である子機が設置されていない方向には、発光部を動作させない構成が考えられる。
子機が固定設置の場合は、子機設置時に親機発光部を選択設定することが可能であるが、持ち運びが自由な半固定設置の場合あるいは、子機の移動や新たな子機の追加のたびに親機発光部を設定することは困難である。
また、子機設置時、子機光軸と親機光軸とを合わせる必要があるため、親機はサービスエリア内に自機の位置を知らせるためのパイロット光を常時発光させる必要がある。
このような理由から親機は、通信相手の子機の有無にかかわらず全サービスエリアに対して発光しており、通信相手である子機が設置されていない方向に対しては、発光部を動作させない構成をとることは困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、上部位置に設けられる親機側光無線伝送装置に端末側光無線伝送装置の方向を検出するための２次元センサを搭載し、親機側光無線伝送装置の発光部を、検出した通信相手の端末側光無線伝送装置対応した方向に発光させ無駄な発光を抑えることで、または、２次元センサに受光された光信号の受光信号の強度に基づき制御することで消費電力を最小限に抑えた親機側光無線伝送装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の１）及び２）記載の手段よりなる。
すなわち、
１）上部位置に設けられて、複数の子機である端末側光無線伝送装置との間で、光信号の送受信を行うための親機側光無線伝送装置であって、
前記光信号を送信するための複数の発光部と、
前記発光部をそれぞれ個別に制御する発光制御手段と、
前記複数の端末側光無線伝送装置の光信号を受光するための受光部と、
前記複数の端末側光無線伝送装置の光信号を受光して端末側光無線伝送装置の位置情報を得るための２次元受光手段と、
前記２次元受光手段の位置情報に基づき端末側光無線伝送装置の方向を検出する方向検出手段と、
を有し、
前記発光制御手段は、前記方向検出手段により検出した端末側光無線伝送装置の方向に対応する前記発光部を発光させるようにしたことを特徴とする親機側光無線伝送装置。
２）前記発光制御手段は、検出された端末側光無線伝送装置の方向に対応した発光部の発光パワーを、前記２次元受光手段に受光された光信号の受光信号の強度に基づき制御するようにしたことを特徴とする、１）に記載の親機側光無線伝送装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の親機側光無線伝送装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、その実施例に適用される光無線伝送装置の概略的配置例を示したものである。同図において、子機である端末側光無線伝送装置１１は端末側に設置された光無線伝送装置であり、発光には狭指向性のビームを用いている。親機であるサテライト型光無線伝送装置１２は天井に設置され、複数の子機１１と通信を行う光無線伝送装置である。中心に受信ユニット１２ｂ、及び受信ユニット１２ｂを取り囲むように複数の発光部１２ａが配置されている。
【００１０】
図２に親機１２の通信サービスエリアの例を示す。同図に示すように親機１２は、真下より±４５°の円錐内部エリアを通信可能なサービスエリアとした構成としている。中心に設置された受信ユニット１２ｂは、サービスエリア内に設置された子機１１の発信光を受信することができ、複数の発光部１２ａはサービスエリアに対してそれぞれ分割された異なるエリアに発光するように配置されている。または、それぞれの発光エリアが多少重なるように配置してもよい。このように親機１２は、受信ユニット１２ｂと複数の発光部１２ａとを配置することで、サービスエリア内の複数の子機１１と通信を行うことを可能としている。
【００１１】
図３を用い、さらに詳しく受信ユニット１２ｂの構造の例について説明する。この受信ユニット１２ｂは、データ受信用受光素子１２ｂ−１、位置情報検出用２次元センサである、ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２、前述のサービスエリアである真下より±４５°方向からの光を法線方向のみ透過集光させ、２次元ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２上の決められた１点に集光するための集光レンズ１２ｂ−３、前記受光素子１２ｂ−１と２次元ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２とを同軸構造にするためのハーフミラー１２ｂ−４から構成されており、後述する構成により、サービスエリア内の子機の位置検出、データ通信に対応するように構成されている。
【００１２】
図４に子機１１の一実施例を示す。この子機１１は、概略データ送信用のレーザダイオード１１ａ（以下ＬＤと記す）、データ受信及び光軸調整用の４分割受光素子ピンフォトダイオード１１ｃ（以下ＰＤと記す）、ＬＤ１１ａと４分割ＰＤ１１ｃとの光軸を同じにするためのハーフミラー１１ｆ、及びこれら光無線伝送装置全体を可動させるため図示しないモータで駆動する駆動軸１１ｅから構成されている。
通信相手である親機１２からの発光、すなわち、子機１１の受信光は、ハーフミラー１１ｆで集光レンズ１１ｄ方向に反射され集光レンズ１１ｄを介して集光され、４分割ＰＤ１１ｃ上にスポットを形成する。親機１２の発光部と子機１１の受光部との光軸を合わせるために、前記スポットが４分割ＰＤ１１ｃの中心になるよう駆動軸１１ｅを駆動する。
このようにして、親機１２の発光部と子機１１の受光部との光軸は一致するが、親機１２の受光部と発光部とは同軸となっていないため、子機１１の４分割ＰＤ１１ｃと同軸上に配置されているＬＤ１１ａからの発光を送信レンズ１１ｂにより、ビームに数度の広がりを持たせるようにして親機１２の受光部に受光させるようにしているいる。
【００１３】
図５に親機１２の概略ブロック図を、図６に親機１２、子機１１の動作のフローチャートの一例を示しさらに詳細に親機１２と子機１１との通信を確立する動作を説明する。
まず、親機１２はサービスエリア内に通信相手である子機１１が一台も設置されていないとき、受光部、発光部はすべて動作せず、ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２にて、子機１１からの光信号をモニタしている（Ｓ６７，Ｓ６８Ｎｏ）。子機１１は設置された後、図示しない子機制御部により電源投入時、あるいは親機サーチの指示を受けた後、通信相手である親機１２との通信路を構築するため、ＬＤ１１ａを発光させ子機１１の可動範囲内のすべての位置に光信号が一度は照射されるように駆動軸１１ｅを駆動し、第１の走査をする（Ｓ６１）。
この第１の走査であるが、子機１１の位置を親機１２に検出させるための動作であり、通信データを送信するのが目的ではない。ＬＤ１１ａのビームを狭指向性とした場合、その発光光が親機１２に当たるように子機１１の可動範囲を走査するにはかなりの時間が必要となるため、広指向ＬＥＤ１１ｇを用いて走査することで、第１の走査を短時間にすることができる。さらに、ＬＥＤ１１ｇに子機１１の可動範囲全体をカバーする指向性をもたせ、第１の走査をしない構成としてもよい。
【００１４】
親機１２では、子機１１の第１の走査（ｓ６１）により、ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２の受光面に子機１１発光のスポットが形成されることになる（Ｓ６８Ｙｅｓ）。前述の説明のように、子機１１の第１の走査光は、集光レンズ１２ｂ−３により法線方向のみ透過集光させ、ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２上の決められた１点に集光される。従って、ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２のスポット位置情報からサービスエリア内の子機１１の設置位置が確定することができる。方向検出部５０に予めＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２のスポット位置情報とサービスエリア内の方向とを関連させたテーブルを用意しておいて、ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２のスポット位置より検出された子機１１の方向を確定して、発光制御部５４に子機１１の方向情報を供給する。発光制御部５４では、方向検出部５０からの子機１１の方向情報と、各発光部５５ａ〜５５ｎの発光方向とから、通信するに最適なエリアを有する発光部５５ａ〜５５ｎの内の１を選択し、選択した発光部のみに発光命令を出すようにする（Ｓ６９）。
【００１５】
次に、子機１１では第１の走査（Ｓ６１）を終えた後、親機１２が発光した発光光（Ｓ６９）を受光するために、受光部をオンにして第２の走査（Ｓ６２）を行う。この第２の走査を行い、４分割ＰＤ１１ｃにより、相手からの発光を検出した（Ｓ６３Ｙｅｓ）場合、子機１１は相手親機１２発光スポットが４分割ＰＤの中心に当たるよう、駆動軸１１ｅにより微調整を行う（Ｓ６４）。これにより、同軸に配置されたデータ通信用のＬＤ１１ａからの送信光も親機１２に照射される（Ｓ６５）こととなる。
以上により、子機１１と親機１２の間で通信が可能となる。
【００１６】
さらに別の子機１１が設置され電源が投入された場合、親機１２のＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２は新たに設置された子機１１に関しても先に設置された子機１１と同様の処理をすることで、新たに設置された子機１１とも通信を可能にすることができる。
【００１７】
ＣＭＯＳセンサ１２ｂ−２の受光位置データより方向を特定する手段を、図７を用いて説明する。同図（ａ）では４５０×４５０ｐｉｘｅｌｓのセンサを用いている。
まず、２５×２５ｐｉｘｅｌｓを１ブロックとし、撮像面を１８×１８ブロックに分割し、各ブロックの加算データ値が最も大きいエリアを相手方向と判断する。本実施例では９０°のエリアをカバーすることから、１ブロックの分解能はほぼ５°となる。拡大図（ｂ）で示すように、第２のステップとして、さらに特定ブロックを５×５ｐｉｘｅｌｓのブロックに分け、同様の処理をすることで分解能をほぼ１°とするようにしてもよい。各ブロックに相当する正確な子機１１の方向をあらかじめ方向検出部５０にテーブルとして保存しておき、参照する構成としている。
【００１８】
子機１１が複数台設置された場合、ビームが複数箇所から照射されるので、ピークが複数箇所に発生するが、各ピークにて同様の処理をすることで、それぞれの方向を決定することができる。検出したビーム１のパワーが大きい場合、ビーム１が広がりを持ち方向の特定も広がりをもってしまうという事態が発生するが、広がりを持ったビーム１の中心を特定ブロックと検出するなどのマスク処理を行うようにする。
【００１９】
子機１１どうしが近傍に配置された場合、近接した子機１１の方向の違いを検出することが困難であるが、先に設置された子機１１方向には親機１２の発光部が動作しているため、それぞれの通信には問題とならない。
【００２０】
本実施例では、各発光部をオンあるいは、オフとして制御しているが、ＣＭＯＳセンサでの受光レベルにより、強い光を受けている場合、子機との距離が近いと判断し、発光パワーを受光レベルに応じて下げたり、発光部を複数のＬＥＤで構成しておき、受光レベルに応じて発光の本数を減らしたりすることでさらに消費電流を下げるようにしてもよい。
【００２１】
別の実施例として図８に示すように、発光部にサービスエリアをカバー出来る数の複数ＬＥＤを配置し、子機が第一の方向にあるときは素子群１を、第２の方向にあるときは素子群２を発光させるような、子機の方向によりＬＥＤ単位で、より細かい制御を行う構成としてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、上部位置に設けられる親機側光無線伝送装置に端末側光無線伝送装置の方向を検出するための２次元センサを搭載し、親機側光無線伝送装置の発光部を、検出した通信相手の端末側光無線伝送装置に対応した方向に発光させ無駄な発光を抑えることで、または、２次元センサに受光された光信号の受光信号の強度に基づき制御することで消費電力を最小限に抑えた親機側光無線伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に適用される光無線伝送装置の配置例を示した図である。
【図２】本発明の実施例に適用される親機側光無線伝送装置のサービスエリアを説明するための図である。
【図３】本発明の実施例に適用される親機側光無線伝送装置の受光ユニット部の構造の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施例に適用される端末側光無線伝送装置の構造の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施例に適用される親機側光無線伝送装置の概略ブロック図である。
【図６】本発明の実施例に適用される親機側光無線伝送装置と端末側光無線伝送装置との通信を構築するためのフローチャートの一例である。
【図７】端末側光無線伝送装置の方向を検出する特定ブロックを示した図である。
【図８】本発明の他の実施例に適用される親機側光無線伝送装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１１…子機である端末側光無線伝送装置
１２…親機であるサテライト型光無線伝送装置
１２ｂ，５３…親機受光部
１１ａ…レーザーダイオード（ＬＤ）
１２ｂ−２，５２…ＣＭＯＳセンサ
１１ｄ，１２ｂ−３…集光レンズ
１１ｂ…送信レンズ
１１ｃ，１２ｂ−１…受光素子
１１ｆ，１２ｂ−４…ハーフミラー
１１ｇ…赤外発光素子ＬＥＤ
５０…方向検出部
５１…通信制御部
５４…発光制御部
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｎ…発光部
１１ｅ…駆動部
【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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