(57)【要約】【課題】  角度補正機能を備えた双方向光空間伝送装置において、相手装置の方向を検出する角度誤差検出部の回路規模を小さくするとともに、高精度な検出部を実現することを目的とする。【解決手段】  複数に分割された光電変換素子と、信号切替器と、信号切替器から出力された信号を後段の演算部が所望する信号に変換する信号処理部と、信号処理部の出力から送信光と受信光の角度ずれを示す角度誤差信号を生成する演算部を有し、信号処理部の数を、光ー電気変換素子を分割された数より少なくしたことを特徴とする双方向光空間伝送装置。複数に分割された光電変換素子からの複数出力を時分割信号切替器で切り替えることで、後段に続く信号処理部の数を減らすことが可能になり、回路規模を小さくすることができるとともに、信号処理部間の誤差を無くすことができる。【選択図】  図１
2005086727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔てた２地点間を光ビームで双方向の情報伝送を行い、送信光と受信光の角度ずれを補正する角度補正機能を備えた双方向光空間伝送装置において、相手装置から伝送された受信光を受光する複数個に分割した光−電気変換素子と、複数個の光−電気変換素子から出力される信号を時分割で切り替える信号切替器と、信号切替器から出力された信号を後段の演算部が演算できるように、演算部が所望する信号に変換する信号処理部と、信号処理部の出力から送信光と受信光の角度ずれを示す角度誤差信号を生成する演算部を有し、信号処理部の数を、光−電気変換素子を分割された数より少なくしたことを特徴とする双方向光空間伝送装置。
【請求項２】
前記双方向光空間伝送装置において、前記信号処理部の数を１つに統一したことを特徴とする双方向光空間伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隔てた２地点間を光ビームで双方向の情報伝送を行い、送信光と受信光の角度ずれを補正する角度補正機能を備えた双方向光空間伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、隔てた２点を光ビームにより情報伝送を行う場合には、風、日射等の作用により、受信光の光軸と送信光の光軸とがずれて、自装置の光ビームが相手装置に到達しなくなり、通信不能となることがある。このため、従来の双方向光空間伝送装置において、運転中は常に受信光の光軸と送信光の光軸の角度ずれを検出・補正することにより、常に送信光学系の光軸が相手装置の方向へ向くように制御している（例えば、特開２００１−１１１４９１参照）。
【０００３】
図８は装置内のブロック回路構成図である。２１は、電気信号である送信信号を光信号に変換する電気−光変換部であり、発光素子を備えている。２２は発光素子から発光される送信光を平行光束にする送信光レンズ、２３は、偏光ビームスプリッタである。送信光と受信光の偏光を直交させることにより、この偏光ビームスプリッタで送信光と受信光を分けることができる。２４は光軸角度調節部であり、２８の角度誤差検出部からの角度誤差信号に従って、自装置の送信光の出射角度を傾けることにより、常に送信光学系の光軸が相手装置の方向へ向くように制御している。２５、２６は、送受信レンズであり、相手装置から伝送されてきた光を受光し、また自装置からの送信光を送信するのに用いられる。２７は、光信号である受信光を電気信号に変換する光−電気変換部、２８は送信光の光軸と受信光の光軸のずれを検出する角度誤差検出部である。送信光学系と角度誤差検出部の光学系の光軸は、予め一致させてあるため、角度誤差検出部の光学系の光軸と受信光の光軸の角度ずれを検出することで、送信光の光軸と受信光の光軸を検出している。２９は、受信光を光−電気変換部２７と角度誤差検出部２８に分けるハーフミラーである。３０は、２９のハーフミラーから送られてくる受信光を角度誤差検出部２８に集光させる角度誤差検出部のレンズである。
【０００４】
信号の流れを説明する。送信信号は電気−光変換部２１で光信号に変換され送信される。これを送信光と呼ぶ。送信光は送信レンズ２２で平行光束になり、偏光ビームスプリッタ２３を通過し、光軸角度調節部２４で相手装置の方向に向けられ、送受信レンズ２５、２６で最適な広がり角に調整されて相手装置に送信される。
【０００５】
相手装置から伝送されてきた受信光は、送受信レンズ２５、２６で整形された後、光軸角度調節部２４を通り、偏光ビームスプリッタ２３で反射し、ハーフミラー２９に送られる。ハーフミラー２９から光−電気変換部２７に送られた受信光は電気信号に変換される。ハーフミラー２９から角度誤差検出部２８の方へ送られた受信光は、レンズ３０により、角度誤差検出部２８に集光される。角度誤差検出部２８では、送信光の光軸と受信光の光軸のずれを検出し、それを角度誤差信号として光軸角度調整部２４へ出力する。光軸角度調節部２４が角度誤差信号に従い光軸角度調節部２４内部のミラーを駆動させ、受信光の光軸と送信光の光軸を一致させることで、送信光が相手装置に伝送される。この動作を対向する双方の装置において行うことにより、常に安定した双方向光空間伝送を行うことができる。
【０００６】
図９は、従来の角度誤差検出部の構成図である。角度誤差検出部は、大まかに４つに分割された光−電気変換部１３５と信号処理部１５６〜１５９と、演算部１６０で構成されている。
【０００７】
光−電気変換素子１３５は、図６（ａ）のようにレンズ３０のフォーカス位置よりレンズ側に配置されている。ここで、１３５は光−電気変換素子、３０は受信光を光−電気変換素子１３５に集光させる角度誤差検出部のレンズ、５１は角度誤差検出部の光学系の光軸、５２は受信光の光軸を示している。そのため、受信光は光−電気変換素子１３５上で、点ではなく、ある程度面積をもって結像する。結像の様子を図６（ｃ）に示す。５３は光−電気変換素子１３５上の受信光の像を示している。図６（ａ）のように角度誤差検出部の光学系の光軸５１と受信光の光軸５２が揃っている場合は、図６（ｃ）のように、受信光は光−電気変換素子１３５の中心に当たるため、４つの光−電気変換素子１３５ａ〜１３５ｄは同じ信号を出力するが、もし図６（ｂ）のように、角度誤差検出部の光学系の光軸５１と受信光の光軸５２にずれが生じた場合は、図６（ｄ）のように光−電気変換素子１３５の中心に当たらないため、各素子１３５ａ〜１３５ｄは受光した光量に比例する電流信号をそれぞれ発生し、等しい信号出力しない。これらの信号から、受信光の像５３の中心と光−電気変換素子１３５の中心とのずれ量５４が分かれば、その値を角度誤差検出部のレンズと光−電気変換素子１３５の距離５５で割りアークタンジェントを取れば、角度誤差検出部の光学系の光軸と受信光の光軸の角度ずれ量５６を求めることが出来る。
【０００８】
角度ずれ量５６＝ｔａｎ−１（ずれ量５４／距離５５）
受信光の像５３の中心と光−電気変換素子１３５の中心とのずれ量５４の求め方は信号処理部の中にある対数増幅器の説明のところに記す。
【０００９】
図９に戻り、信号処理部１５６〜１５９は、電流／電圧変換部１３６〜１３９、対数増幅器１４０〜１４３、検波器１４４〜１４７、ゲイン調節器１４８〜１５１、オフセット電圧調整器１５２〜１５５を構成している。
【００１０】
電流／電圧変換部１３６〜１３９は、光−電気変換部１３５ａ〜１３５ｄから出力される信号が電流信号であるため電圧信号に変換している。
【００１１】
対数増幅器１４０〜１４３は、電流／電圧変換部１３６〜１３９から出力される信号に対数演算を行うために使用している。図７で示すように、２つに分かれた光−電気変換素子６１ａ、６１ｂを考える。例えば受信光が３：１の割合で光−電気変換素子６１ａ、６１ｂに当たっているとすると、光−電気変換素子６１ａは３、光−電気変換素子６１ｂは１という信号を出力する。ここで、光−電気変換素子６１ａの出力と光−電気変換素子６１ｂの出力の差（  ３−１＝２  ）を差分信号とし、受信光の中心と光−電気変換素子６１ａの中心のずれ量を受信光ずれ量６２とする。そして、差分信号と受信光ずれ量の関係を予め測定しておくことにより、差分信号から受信光ずれ量を求めることが出来る。しかしながら、光空間伝送装置は空間上を光で情報を伝送するため、雨や霧などにより受信光パワーが減衰することが考えられる。受信光パワーの変動する割合をＫとすると、光−電気変換素子６１ａの出力は３Ｋ、光−電気変換素子６１ｂの出力はＫで表すことが出来る。受信光パワーが減衰しても角度検出部の光学系の光軸と受信光の光軸のずれ角は変わらないから、送信光の光軸と受信光の光軸の角度ずれを示す角度誤差信号はＫの値によらず一定でなければならない。ここで先程の図７の出力について考えると、単に光−電気変換素子６１ａの出力と、光−電気変換素子６１ｂの出力の引き算（  ３Ｋ−Ｋ  ）を行っただけでは、出力される信号が２ＫとなってしまいＫが残ってしまう。そのため、受信光が減衰すると角度誤差信号も変化してしまう。
【００１２】
そこで、各出力を対数演算してから差をとると、比をとることになり、
ＬＯＧ（３Ｋ）−ＬＯＧ（Ｋ）＝ＬＯＧ（  ３  ）
となるため、Ｋを含まない式となる。従って、受信光が減衰しても角度誤差信号は変化しない。よって、光−電気変換部１３５ａ〜１３５ｄの出力をそれぞれ対数増幅器で増幅後、減算を行っている。
【００１３】
検波器１４４〜１４７は、パイロット信号を検波するために用いられている。パイロット信号とは、相手から送られてくる受信光と外乱光を区別するための信号であり、送信する光にそれを重畳させて情報を伝送している。光−電気変換素子１３５は、受光した光量に比例した電流を出力するため、仮に受信光が光−電気変換素子１３５の中心に当たっていて、送信光の光軸と受信光の光軸が一致していても、外乱交が１３５ｂにだけ当たってしまったら、１３５ｂの出力が増大してしまうため、送信光の光軸と受信光の光軸はずれてしまう。そこで、角度誤差検出部では、パイロット信号を含んだ光にしか応答しないようにしている。そのために、検波器を設けパイロット信号を検出し、その信号から送信部光学系の光軸と受信光の光軸のずれを示す信号を生成している。
【００１４】
１４８〜１５１はゲイン調節器、１５２〜１５５はオフセット電圧調整器である。信号処理部では、上記に述べたように、電流／電圧変換部１３６〜１３９、対数増幅器１４０〜１４３、検波器１４４〜１４７の処理を、光−電気変換部１３５ａ〜１３５ｄから出力される信号のそれぞれに対し行うため、例え、光−電気変換部１３５ａ〜１３５ｄから強度の等しい信号が信号処理部に入力されても、４つの信号処理部から出力される信号には誤差が出てしまう。そこで、ゲイン調節器１４８〜１５１、オフセット電圧調整器１５２〜１５５を設けることで、その誤差を補正している。
【００１５】
１６０は、演算部であり、１５２〜１５５から出力された４つの信号を演算し、角度誤差信号を出力する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら上述の従来例では、図９における光−電気変換素子１３５ａ〜１３５ｄからの４つの出力に対し、それぞれに信号処理部を設けているため、回路規模が大きくなってしまうという問題点があった。
【００１７】
さらに、電流／電圧変換部、対数増幅器には、個体差や温度特性あるため、図９の信号処理部１５６〜１５９の４つ出力に差が出てしまう。仮に、送信光の光軸と受信光の光軸が一致した状態で、光−電気変換部１３５ａ〜１３５ｄの各々から強度の等しい信号が出力された場合であっても、個体差や温度特性などにより４つの信号処理部の出力に差が生じてしまう。この差により、演算部では、誤った角度誤差信号を出力してしまい、相手装置に確実に光を伝送することが出来なくなる。そのため従来では、４つの信号処理部それぞれにゲイン調節機構とオフセット調節機構を設け、レベルの補正を行う必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するための本発明に係る双方向光空間伝送装置は、隔てた２地点間を光ビームで双方向の情報伝送を行い、送信光と受信光の角度ずれを補正する角度補正機能を備えており、相手装置から伝送された受信光を受光する複数個に分割した光−電気変換素子と、複数個の光−電気変換素子から出力される信号を時分割で切り替える信号切替器と、信号切替器から出力された信号を後段の演算部が演算できるように演算部が所望する信号に変換する信号処理部と、信号処理部の出力から送信光と受信光の角度ずれを示す角度誤差信号を生成する演算部を有し、その信号処理部の数を、光−電気変換素子を分割された数より少なくしたことを特徴とする。
【００１９】
上述の構成を有する双方向光空間伝送装置は、複数に分割されている光−電気変換素子から出力された信号を時分割の信号切替器で切り替えることにより、
複数個の信号処理部の回路数が減るため、回路規模を小さくすることができ、コストを削減することが出来る。
【００２０】
信号処理部を共有するようになるため、信号処理部間の出力誤差を無くすことができ、精度が上がる。
回路誤差が無くなるため、従来例で設けているゲイン調整機構やオフセット調整機構を設ける必要が無くなり、組立時の調整工数も減らすことが出来る。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明は、光−電気変換素子からの出力を時分割で切り替えることにより、信号処理部の回路数を光−電気変換素子の数より少なくすることにより、回路規模を小さくすることが出来る。
【００２２】
さらに、信号処理部の回路数を１つに統一することにより、信号処理部間の誤差を無くすことが出来るため、ゲイン調整回路やオフセット調整回路を省略することが出来ると共に、精度の高い角度誤差検出を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施例１）
図１は本説明の特徴を表す実施例の図面であり、本発明を図１に基づいて説明する。
【００２４】
実施例における装置内のブロック回路構成は、従来例と全く同じであるため省略する。
【００２５】
図１は、実施例の角度誤差検出部の構成図である。角度誤差検出部は大まかに、４つに分割された光−電気変換部１１と、信号切替器１２と、信号処理部１９、２０と、演算部２１で構成されている。
【００２６】
光−電気変換部１１は、４つに分割されており光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄで構成されている。２２は、受信光が光−電気変換部１１上に結像した様子を示している。従来例と同様に４個の光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄは、受信光量に比例した信号を出力する。
【００２７】
１２は信号切替器である。この信号切替器は、例えば図２に示すようなマトリックス状の切替器であり、８つの接点をＯＮ・ＯＦＦすることが出来るようになっている。光−電気変換部１１は、電流信号であるため、２接点を同時にＯＮすると２素子を加算した値を出力する。つまり、２素子を１素子として扱うことができる。例えば、接点ａ１９とｂ１９をＯＮすると、光−電気変換部１１の１１ａ、１１ｂから信号が出力されるため、光−電気変換部１１の上半分を１つの素子として見なす事が出来る。また、接点ｃ１９とｄ１９をＯＮすると、光−電気変換部１１の１１ｃ、１１ｄから信号が出力されるため、光−電気変換部１１の下半分を１つの素子として見なす事が出来る。この上半分と下半分の信号から受信光の上下方向のずれ量を把握することが出来る。左右に関しても同様である。この上半分と下半分の切替は、演算部からの信号で行われる。信号切替器から後の信号処理部１９、２０の機能は従来例と全く同じである。電流電圧変換器１３、１４は、光−電気変換素子から送られてくる電流信号を電圧信号に変換している。対数増幅器１５、１６でそれらの信号対数増幅し、後段の演算部で差をとることにより、受信光が降雨や霧などで減衰しても、角度誤差信号の出力が変化しない処理を行っている。検波部１７、１８は、パイロット信号を含んだ受信光の検波を行うことで、外乱交に追従しないようにしている。パイロット信号は送信機側で送信光に重畳される。受信装置側ではパイロット信号成分を含む光だけに追従するようにしているため、外乱光が４つの光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄに当たっても誤った角度誤差信号を出力しない。
【００２８】
２１は演算部であり、信号処理部から送られてくる信号をサンプルし、それらを演算して送信光と受信光の角度ずれを検出する。演算部２１が角度誤差信号を出力するまでのシーケンスの１例を図３に示す。
【００２９】
従来例と実施例の大きな違いは、信号切替器を設けたことにより、
信号処理部の回路数が減るため、回路規模を小さくすることができ、コストを削減することが出来る。
【００３０】
信号処理部を共有するようになるため、信号処理部間の出力誤差を無くすことができ、精度が上がる。
【００３１】
回路誤差が無くなるため、従来例で設けているゲイン調整機構やオフセット調整機構を設ける必要が無くなり、組立時の調整工数も減らすことが出来る。
【００３２】
実施例１では、４信号を２つにまとめる信号切替器を使用した。処理速度は遅くなるが、さらに信号処理部の回路数を少なくし、回路規模を少なくすることもできる。それを実施例２に示す。
（実施例２）
図４に基づいて実施例２を説明する。
【００３３】
実施例における装置内のブロック回路構成は、従来例と全く同じため省略する。
【００３４】
図４は、実施例の角度誤差検出部の構成図である。角度誤差検出部は、大まかに４つに分割された光−電気変換部１１、信号切替器２３と、信号処理部１９と、演算部２１で構成されている。
【００３５】
光−電気変換部１１は、４個の光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄで構成されている。２２は、受信光が光−電気変換部１１上に結像した様子を示している。従来例と同様に４個の光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄは、受信光量に比例した信号を出力する。
【００３６】
２３は信号切替器であり、演算部からの信号で４つの素子の出力を１つに切り替えて、１９の信号処理部に送る。信号切替器から後の電流電圧変換器１３、対数増幅器１５、検波部１７を含む信号処理部１９の機能は従来例と全く同じである。電流電圧変換器１３は、４個の光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄから送られてくる電流信号を電圧信号に変換している。対数増幅器１５でそれらの信号対数増幅し、後段の演算部で差をとることにより、受信光が降雨や霧などで減衰しても、角度誤差信号の出力が変化しない処理を行っている。検波部１７は、パイロット信号を含んだ受信光の検波を行うことで、外乱交に追従しないようにしている。パイロット信号は送信機側で送信光に重畳される。受信装置側ではパイロット信号成分を含む光だけに追従するようにしているため、外乱光が４つの光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄに当たっても誤った角度誤差信号を出力しない。
【００３７】
２１は演算部であり、信号処理部から送られてくる信号をサンプルし、それらを演算して送信光と受信光の角度ずれを検出する。演算部２１が角度誤差信号を出力するまでのシーケンスの１例を図５に示す。
【００３８】
従来例と実施例の大きな違いは、光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄの直後に信号切替器を挿入し、後段の信号処理部の数を１つに統一しているところにある。従来例においては、信号切替器を設けていなかったため、各素子の出力にそれぞれ信号処理部を必要としていた。この信号処理部は、個体差や温度特性により出力に差が出てしまうため、各々の出力にゲイン調節機構とオフセット調節機構を設ける必要があった。
【００３９】
実施例２も実施例１と同様に、信号切替回路を設けたため、
信号処理部の回路数が減るため、回路規模を小さくすることができ、コストを削減することが出来る。
【００４０】
信号処理部を共有するようになるため、信号処理部間の出力誤差を無くすことができ、精度が上がる。
【００４１】
回路誤差が無くなるため、従来例で設けているゲイン調整機構やオフセット調整機構を設ける必要が無くなり、組立時の調整工数も減らすことが出来る。
という効果を得ることができる。
【００４２】
実施例１との違いは、信号処理部を１つに統一しているところにある。実施例１では、光−電気変換素子１１ａ〜１１ｄから信号を２つの信号処理部で読み込んでいたが、実施例２では１つの信号処理部で読み込むため読み込み速度が半分になる反面、信号処理部を１つに統一したことにより、さらに回路規模を小さくすることが出来る。これにより実施例１よりコストを下げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１の角度誤差検出部の構成を表す図である。
【図２】実施例１での信号切替器を表す図である。
【図３】実施例１で演算部が角度誤差信号を出力するシーケンスを表すフローチャート図である。
【図４】実施例２の角度誤差検出部の構成を表す図である。
【図５】実施例２で演算部が角度誤差信号を出力するシーケンスを表すフローチャート図である。
【図６】受信光が光−電気変換部に当たる様子を示した図である。
【図７】対数増幅器を使う理由を説明する図である。
【図８】角度補正機能を備えた双方向光空間伝送装置のブロック回路構成図である。
【図９】従来例の角度誤差検出部の構成を表す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  光−電気変換部
１２  信号切替器
１３  電流電圧変換器
１４  対数変換器
１５  検波器
【図１】
2005086727.tif 000003
【図２】
2005086727.tif 000004
【図３】
2005086727.tif 000005
【図４】
2005086727.tif 000006
【図５】
2005086727.tif 000007
【図６】
2005086727.tif 000008
【図７】
2005086727.tif 000009
【図８】
2005086727.tif 000010
【図９】
2005086727.tif 000011