(57)【要約】【課題】光無線送信において、２次元撮像素子を用いることなく簡単な構成で光の到来方向を検出する。また、簡単な構成で受光素子を信号受信にも用いる。【解決手段】到来する光に対して２次元に複数のセルに分割された分割液晶シャッタ１０１が配置され、分割液晶シャッタの背面には受光素子１０２が配置されている。分割液晶シャッタの各セルを順次開にしていくことに対応して受光素子の受光レベルが最大となるセルの位置を光の到来方向として検出し、また、検出されたセルを開にして光無線信号を受光素子により受光する。【選択図】        図１
2004173090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来する光に対して２次元に複数のセルに分割された液晶シャッタと、
前記液晶シャッタの背面に配置された受光素子と、
前記液晶シャッタの各セルを順次開にしていくことに対応して前記受光素子の受光レベルが最大となるセルの位置を前記光の到来方向として検出する光到来方向検出手段とを、
備えた光到来方向検出装置。
【請求項２】
相手先から送信される光無線信号に対して２次元に複数のセルに分割された液晶シャッタと、
前記液晶シャッタの背面に配置された受光素子と、
前記液晶シャッタの各セルを順次開にしていくことに対応して前記受光素子の受光レベルが最大となるセルの位置を前記光無線信号の到来方向として検出する光到来方向検出手段とを備え、
前記光到来方向検出手段により検出されたセルを開にして前記光無線信号を前記受光素子により受光するようにした光無線受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光到来方向検出装置及び光無線受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を媒体とした無線通信では、光直進性を利用し、光をビーム状に整形して送るビーム通信方式があり、ビル間通信システムや光無線ＬＡＮシステムで広く用いられている。ビーム通信は、光信号を分散させずに受信側に送り届けられることから、極めて効率的な伝送が可能であるが、一方で、送信装置と受信装置を対向させる必要があることから、対向させるための機構が必要となる。また、使用者にとっては対向させる作業が発生するため、自動的に対向させる方法が求められ、自動方向調整の機構や調整アルゴリズムが開発され、実際に製品に搭載した例がある。自動的に対向させるためには、通信相手側の位置を認識することが必要で、そのような認識手段が種々考案されている。
【０００３】
特許文献１に示されたものは認識手段として、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いた考案である。構成としては図７に示すように、比較的広い指向性で光無線信号を送信する送光器を備えた拡散光送信装置Ｔと、送光器からの光無線信号を比較的狭い指向性で受光する受光器を備えた狭指向性受光装置Ｒとの間で光無線伝送を行う光無線伝送装置の光軸調整方法において、狭指向性受光装置Ｒは、拡散光送信装置Ｔを撮像する２次元の撮像素子を備えるとともに、前記撮像素子のフレームに同期した信号を変調した光を拡散光送信装置Ｔから点減光信号として送信し、狭指向性受光装置Ｒは、前記送光器の点滅光を前記撮像素子により撮像し、フレーム間の差分を検出することにより拡散光送信装置Ｔの２次元座標を算出し、この２次元座標に基づいて前記受光器の方向を認識する。
【０００４】
特許文献２では図８に示すように、光通信装置（多方位送受信装置）１は内部が中空の円柱状をなし、上部が送信部４、下部が受信部３となっている。円柱の中央部は透明となっており、その中央部の内部に反射ミラー２を備えている。こうして、光通信装置１は、位置が固定された状態で多方位の相手通信機１０との間で赤外線による双方向のデータ通信が行えるようになっている。この光通信装置１は、プリンタ７やＰＣ（パーソナルコンピュータ）６に搭載されるものであり、相手通信機１０から送られた赤外線を受信部３の反射ミラー２で反射して受信し、通信機制御部５による制御に従って、受信したデータをプリンタ７やＰＣ６に送るとともに、プリンタ７やＰＣ６からのデータを通信機制御部５による制御に従って、送信部４から反射ミラー２を介して相手通信機１０に送信する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３３１２９５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９５１８０号公報
【０００６】
光通信装置１の受信部（多方位受信手段）３は、図９に示すように、２葉双曲面の一方の双曲面の外面が下方を向くようにして相手通信機１０から送信された赤外線を反射するように受信部３の最上部に設けられた下方凸状受信用反射ミラー２ａと、下方凸状受信用反射ミラー２ａで反射された赤外線を集光するように下方凸状受信用反射ミラー２ａの下方に設けられた受信用レンズ１３と、受信用レンズ１３によって集光された赤外線を受光するよう受信用レンズ１３の下方に設けられたＣＣＤエリアセンサ（ＣＣＤ受光部）１４とから構成される。
【０００７】
また、光通信装置１の送信部（多方位送信手段）４は、赤外線を放射し最上部に設けられた光源１９と、光源１９から放射された赤外線の出射位置を選択するために光源の下方に設けられたデジタル面発光部としての液晶シャッタ１８と、液晶シャッタ１８から出射された赤外線を集光するように液晶シャッタ１８の下方に設けられた送信用レンズ１７と、送信用レンズ１７で集光された赤外線を反射して相手通信機１０へ導くために２葉双曲面の他方の双曲面の外面が上方を向くようにして送信部４の最下部に設けられた上方凸状送信用反射ミラー２ｂとから構成される。
【０００８】
上記の構成の光通信装置１において、下方凸状受信用反射ミラー２ａと上方凸状送信用反射ミラー２ｂとの回転対称軸は同軸上に配置され、さらに受信用レンズ１３の中心は上方凸状送信用反射ミラー（他方の双曲面）２ｂの焦点の位置に、また送信用レンズ１７の中心は下方凸状受信用反射ミラー（一方の双曲面）２ａの焦点の位置に配置されている。反射ミラー２ａ、２ｂで反射された光は、必ずレンズ１３、１７に集光されているので、多方位からの受光も、多方位への発光も可能となる。さらに、ＣＣＤエリアセンサ１４と受信用レンズ１３との間の距離と、液晶シャッタ１８と送信用レンズ１７との間の距離は、等しく設定されている。ここで、図９に示すように、前記回転対称軸（光軸）に平行で、下方凸状受信用反射ミラー２ａからＣＣＤエリアセンサ１４への方向をＡとし、前記回転対称軸に平行で、上方凸状送信用反射ミラー２ｂから光源１９への方向をＢとする。
【０００９】
次に、受信部と送信部の相手通信機１０に対する送受信動作について説明する。まず、図１０は、ＣＣＤエリアセンサの受光強度分布を示す説明図であり、図１１は、液晶シャッタ１８のシャッタ位置を示す説明図である。図１０及び図１１において、光軸方向をｚ軸とし、それに垂直な平面をｘｙ平面とする。そして、図中Ａ、Ｂは図９のＡ、Ｂ方向を示す。図１０に、相手通信機１０が送信した赤外線を下方凸状受信用反射ミラー２ａで反射し、受信用レンズ１３で集光して得たＣＣＤエリアセンサ１４上の受光強度分布を示す。受光する赤外線は、ｘｙ平面上で最大の受光強度となる点Ｐｉ（ｘｉ，ｙｉ）を中心にして幅を有した強度分布となる。
【００１０】
受信部３は、例えばこの強度分布において所定のしきい値以上の強度で受光した領域を受光領域とする。平面上の最大受光強度点Ｐｉ（ｘｉ，ｙｉ）は、相手通信機１０の位置と１対１には対応していないので、受光強度分布の形状から、送信されてきた赤外線が下方凸状受信用反射ミラー２ａのどの部分で反射されたかを計算し、点Ｐｉと計算された反射点とから相手通信機１０の赤外線出射方向を求める。さらに、相手通信機１０の赤外線発光強度をあらかじめデータとして保持しておき、点Ｐ１（ｘｉ，ｙｉ）における受光強度から、相手通信機１０の赤外線出射位置からの距離を求める。これにより、受信部３は相手通信機１０の赤外線出射位置を算出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１又は特許文献２に記載の発明では、送信元の方向検出用手段として、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いている。それら撮像素子は比較的高価格である。また撮像素子は多数に分割された受光素子であり、基本的には方向検出機能のみではなく、信号受信にも用いることが可能である。しかしながら、信号受信に用いるには分割された各セルの受光信号を電気信号に変換する交流増幅回路をセルごとに設ける必要があり、回路規模が大きくなることから、実現性に課題がある。
【００１２】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、２次元撮像素子を用いることなく簡単な構成で光の到来方向を検出することができる光到来方向検出装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記従来例の問題点に鑑み、２次元撮像素子を用いることなく簡単な構成で光の到来方向を検出することができるとともに、簡単な構成で受光素子を信号受信にも用いることができる光無線受信装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、到来する光に対して２次元に複数のセルに分割された液晶シャッタの背面に受光素子を配置し、液晶シャッタの各セルを順次開にして受光素子の各受光レベルが最大となるセルの位置を光の到来方向として検出するようにしたものである。
【００１４】
すなわち本発明によれば、到来する光に対して２次元に複数のセルに分割された液晶シャッタと、
前記液晶シャッタの背面に配置された受光素子と、
前記液晶シャッタの各セルを順次開にしていくことに対応して前記受光素子の受光レベルが最大となるセルの位置を前記光の到来方向として検出する光到来方向検出手段とを、
備えた光到来方向検出装置が提供される。
【００１５】
また本発明によれば、相手先から送信される光無線信号に対して２次元に複数のセルに分割された液晶シャッタと、
前記液晶シャッタの背面に配置された受光素子と、
前記液晶シャッタの各セルを順次開にしていくことに対応して前記受光素子の受光レベルが最大となるセルの位置を前記光無線信号の到来方向として検出する光到来方向検出手段とを備え、
前記光到来方向検出手段により検出されたセルを開にして前記光無線信号を前記受光素子により受光するようにした光無線受信装置が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係る光到来方向検出装置及び光無線受信装置の一実施の形態を示す構成図、図２は図１の液晶シャッタを示す平面図、図３は図１の光到来方向検出装置及び光無線受信装置を示す外観図、図４は図１の液晶シャッタの動作を示す説明図、図５は図１の光到来方向検出装置及び光無線受信装置の光到来方向検出動作を示す説明図、図６は図１の光無線受信装置を示すブロック図である。
【００１７】
図１〜図３において、到来する光に対して２次元に複数のセルに分割された分割液晶シャッタ１０１が配置され、分割液晶シャッタ１０１の背面には受光素子１０２が配置されている。受光素子１０２は受光基板１０３に実装され、受光基板１０３の反対側には図６に詳しく示すような受光回路１０４が実装されている。分割液晶シャッタ１０１と受光基板１０３は図３に示すような円筒形の支持壁１０５により支持されている。
【００１８】
分割液晶シャッタ１０１は本例では図２に示すように３２セルに分割されている。図４は分割液晶シャッタ１０１の各々が順次開になる様子を示し、例えば１ｍｓの間隔で開のセル位置を移動すると３２ｍｓで一巡する。図５は分割液晶シャッタの開部分が変化するに応じ入射する光の位置が変化し、到来方向により、ある特定のセルが開となった際、受光素子１０２に光が照射され、光到来方向を認識できる様子を示す。受光素子１０２に光が入射する状況で方向認識が達成され、かつ信号受信も可能となる。
【００１９】
この状況で、送信元からの光信号は受信可能な状態となり、１つの受光素子１０２により信号受信される。受信光は分割セルの１セルだけを透過してきた光であり、その他のセルから入射するであろう光（照明光などの妨害光）の入射は低減され、良好な信号光受信が可能となる。一方、送信側では、光通信用の信号を、例えば発光素子を電気信号に応じて強度変調又は、ＯＮ−ＯＦＦ変調して送信する。方向検出を受光素子１０２で受信した光通信信号の受信レベルを検出することにより行えば、方向検出のために別途発光器から検出用の光を送出する必要がない。
【００２０】
また、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いる従来方式では、受信レベルの検出を分割されたセルに入射する光の直流成分を検出しているが、光の直流レベルは照明光の明るさの揺らぎなどを原因として、変動しており、直流成分を検出する方法であると、検出レベルに検出誤差を生じやすい。一方、交流信号で光通信を行い、同じ信号で方向検出に用いる本発明の実施の形態では、検出信号が交流信号であることから、電気信号に変換後、ハイパスフィルターによりＤＣ成分及び低域成分を除去することにより、妨害光などの影響を受けにくい光レベル検出を行うことが可能となる。
【００２１】
図６に本発明の回路ブロック図を示す。不図示の送信装置から送信される信号は、例えば音声信号をＦＭ変調し、ＦＭ変調された高周波信号によりＬＥＤを強度変調した光信号である。ＦＭのキャリア周波数としては、例えば２ＭＨｚなどを用いる。送信光は電圧制御液晶シャッタ１０１のあるセルを透過して受光素子１０２に入射し、受光素子１０２は受光した光量に応じ電流を発生する。受光素子１０２はＯ／Ｅ変換器１１０に接続され、発生した電流は電圧信号となり、交流電気信号が再生される。Ｏ／Ｅ変換器１１０の出力はＨＰＦ１１１に印加され、ＨＰＦ１１１ではＤＣを含め低周波成分が除去される。照明光などの妨害光の成分は１ＭＨｚ以下の周波数帯であることから、ＨＰＦ１１１のカットオフ周波数を１ＭＨｚに設定すれば、妨害光の影響をほとんど取り除くことが可能である。ＨＰＦ１１１の出力は増幅器１１２を介しＦＭ復調回路１１３で復調され、音声信号が再生される。
【００２２】
一方、ＨＰＦ１１１の出力は受信レベル検出器１１４に入力され、受信レベル検出器１１４の出力として受信レベルの大きさに応じた直流電圧を得る。検出された受信レベル電圧は制御回路１１５に送られる。制御回路１１５は電圧制御液晶シャッタ（分割液晶シャッタ）１０１の各セルを順次光学的に開とするコントロール信号を発生し、分割液晶シャッタ１０１をコントロールするが、取り込んだ受信レベル電圧を開としたセルに対応してメモリに格納する機能を持つ。同機能により、受光レベルの分布を計測し、光の到来方向を特定する。検出精度については、外来光の影響を受けにくいため、従来方法に比して向上する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光到来方向検出手段としてＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど高価格な素子を用いる必要がなく、信号受信には１個の受光素子を用いればよいから、簡易な構成で、送信元の方向検出と信号受信を行うことが可能となる。また、外来光の影響を受けにくく、検出精度の高い検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光到来方向検出装置及び光無線受信装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の液晶シャッタを示す平面図である。
【図３】図１の光到来方向検出装置及び光無線受信装置を示す外観図である。
【図４】図１の液晶シャッタの動作を示す説明図である。
【図５】図１の光到来方向検出装置及び光無線受信装置の光到来方向検出動作を示す説明図である。
【図６】図１の光無線受信装置を示すブロック図である。
【図７】従来の光無線受信装置を示す構成図である。
【図８】他の従来の光無線通信装置を示す構成図である。
【図９】図８の光送受信器を示す構成図である。
【図１０】図９のＣＣＤエリアセンサの受光強度分布を示す説明図である。
【図１１】図９の液晶シャッタのシャッタ位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１  分割液晶シャッタ
１０２  受光素子
１１４  受信レベル検出器
１１５  制御回路
【図１】
2004173090.tif 000003
【図２】
2004173090.tif 000004
【図３】
2004173090.tif 000005
【図４】
2004173090.tif 000006
【図５】
2004173090.tif 000007
【図６】
2004173090.tif 000008
【図７】
2004173090.tif 000009
【図８】
2004173090.tif 000010
【図９】
2004173090.tif 000011
【図１０】
2004173090.tif 000012
【図１１】
2004173090.tif 000013