(57)【要約】【課題】  本発明は、角度補正機能を備えた双方向光空間伝送装置の角度補正誤差を防止することを目的とする。【解決手段】  相手装置の位置情報を時分割でＱＰＤ（４分割受光素子）のそれぞれの受光量から検出する機構において、それぞれのＱＰＤ受光量を他の受光素子で検出した全体の受光量で割る事により、時間的に受光量が変動する事による、位置情報の誤検出を防ぐ。【選択図】  図１
2005333208.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角度誤差検出用光−電気変換素子と、角度誤差検出用光−電気変換素子から出力されるそれぞれの信号を時分割で切り替える信号切替器と、前記信号切替器で切替られた角度誤差検出用光−電気変換素子の出力信号を後段の割合算出部が演算できる値に変換する位置検出素子受光量検出部と、前記角度誤差検出用光−電気変換素子とは別に、相手装置からの受光量を検出する総受光量検出用光−電気変換素子と、前記総受光量検出用光−電気変換素子の出力信号を後段の割合算出部が演算できる値に変換する総受光量検出部と、前記各角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量と総受光量の割合を算出する割合算出部と、割合算出部から出力された値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する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、前記総受光量検出用光−電気変換素子は相手装置から送られてくる通信データを受信する為の光−電気変換素子である事を特徴とする請求項１記載の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。
【０００３】
図4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（特許文献１参照）。
【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から受信信号用光−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5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、４つに分割された受光素子を持つ角度誤差検出用光−電気変換部11と信号処理部506a〜506dと、演算部507で構成されている。
【０００７】
角度誤差検出用光−電気変換部は、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、11は角度誤差検出用光−電気変換部、30は受信光を角度誤差検出用光−電気変換部11に集光させる角度誤差検出部のレンズ、601は角度誤差検出部の光学系の光軸、602は受信光の光軸を示している。そのため、受信光は角度誤差検出用光−電気変換部11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。603は角度誤差検出用光−電気変換部11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601と受信光の光軸602が揃っている場合は、図６(c)のように、受信光は角度誤差検出用光−電気変換部11の中心に当たるため、４つの各光−電気変換素子11a〜11d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601と受信光の光軸602にずれが生じた場合は、図６(d)のように角度誤差検出用光−電気変換部11の中心に当たらないため、各素子11a〜11d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603の中心と角度誤差検出用光−電気変換部11の中心とのずれ量604が分かれば、その値を角度誤差検出部のレンズと角度誤差検出用光−電気変換部11の距離605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606を求めることが出来る。
角度ずれ量606＝tan-1（ずれ量604／距離605）
受信光の像603の中心と角度誤差検出用光−電気変換部11の中心とのずれ量604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。
【０００８】
図5に戻り、信号処理部506a〜506dは、電流／電圧変換部501a〜501d、対数増幅器502a〜502d、検波器503a〜503d、ゲイン調節器504a〜504d、オフセット電圧調整器505a〜505dを構成している。
【０００９】
電流／電圧変換部501a〜501dは、角度誤差検出用光−電気変換素子11a〜11d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。
【００１０】
対数増幅器502a〜502dは、電流／電圧変換部部501a〜501d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701a、701bを考える。例えば受信光が3：1の割合で光−電気変換素子701a、701bに当たっているとすると、光−電気変換素子701aは3、光−電気変換素子701bは1という信号を出力する。ここで、光−電気変換素子701aの出力と光−電気変換素子701b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701aの中心のずれ量を受信光ずれ量702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701aの出力は3K、光−電気変換素子701b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701aの出力と、光−電気変換素子701b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。
【００１１】
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、角度誤差検出用光−電気変換素子11a〜11d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。
【００１２】
検波器503a〜503d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。角度誤差検出用光−電気変換部11は、受光した光量に比例した電流を出力するため、仮に受信光が角度誤差検出用光−電気変換部11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11bにだけ当たってしまったら、11b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。
【００１３】
504a〜504dはゲイン調節器、505a〜505d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501a〜501d、対数増幅器502a〜502d、検波器503a〜503dの処理を、角度誤差検出用光−電気変換部11a〜11dから出力される信号のそれぞれに対し行うため、例え、角度誤差検出用光−電気変換部11a〜11d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504a〜504d、オフセット電圧調整器505a〜505dを設けることで、その誤差を補正している。
【００１４】
507は、演算部であり、505a〜505d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。
【００１５】
しかしながら上述の従来例では、図5における角度誤差検出用光−電気変換素子11a〜11d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。
【００１６】
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5の信号処理部506a〜506d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、角度誤差検出用光−電気変換部11a〜11d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。
【００１７】
これを解決する為に、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事により、信号処理部を一つにする方法が考案されている。
【００１８】
図8にその構成のブロック図を示す。図８において信号処理部804は図5の信号処理部506a〜506dに対応し、信号処理部804は電流／電圧変換部801、対数増幅器802、検波器803で構成され、図５のゲイン調節器504a〜504d、オフセット電圧調整器505a〜505dに対応するモジュールは信号処理部を一つにする事により省かれている。各位置検出用光−電気変換素子11a〜11dの出力は演算部805の切替信号により信号切替器806で切り替えられ信号処理部804に入力する。この切替を周期的に行い、位置検出用光−電気変換素子11a〜11dそれぞれの受光量を検出し、角度ズレ量を検出する。
【特許文献１】特開平11-346192号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら上述の従来例では、角度誤差検出用光−電気変換素子の出力を信号切替器で時分割で切り替えている為、切替周期がシンチレーションなどによる素子全体の受光量の変動周期より遅い場合、対向装置間の角度誤差に依存せずに各素子の受光量が変動してしまい、正確な角度誤差を検出する事ができなかった。
【００２０】
この問題点について詳しく説明する。相手装置からの光ビームはシンチレーション等の外的要因により減衰し、その影響で自装置での受光量も時間と共に変化する。この時間と受光量の変化の一例を図9に示す。次に図10に相手装置からのビーム光が少しズレた位置で対向装置が固定された時の角度誤差検出用光−電気変換素子と光ビームのスポット状態を、図11に図10の状態で図9と同じ受光量の変化が生じた時の各角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量の変動を示す。図11に示されるように受光量の変化より遅い周期で各角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量を検出すると、実際の各角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量の比率と検出値の比率では違いが発生する。これにより素子全体の受光量の変動周期より遅い場合、正確な角度誤差を検出する事ができない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため本出願にかかわる第一の発明は、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角度誤差検出用光−電気変換素子と、角度誤差検出用光−電気変換素子から出力されるそれぞれの信号を時分割で切り替える信号切替器と、前記信号切替器で切替られた角度誤差検出用光−電気変換素子の出力信号を後段の割合算出部が演算できる値に変換する位置検出素子受光量検出部と、前記角度誤差検出用光−電気変換素子とは別に、相手装置からの受光量を検出する総受光量検出用光−電気変換素子と、前記総受光量検出用光−電気変換素子の出力信号を後段の割合算出部が演算できる値に変換する総受光量検出部と、前記各角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量と総受光量の割合を算出する割合算出部と、割合算出部から出力された値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することを特徴とする双方向光空間伝送装置。
【００２２】
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角度誤差検出用光−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、相手装置からの受光量との割合から角度誤差を検出する事により、信号処理部を簡略化し且つ相手装置からの受光量が変動したとしても正確な角度誤差を算出する事が出来る効果がある。
【００２３】
上記目的を達成するため本出願にかかわる第二の発明は、前記双方向光空間伝送装置において、前記相手装置からの受光量を検出する光−電気変換素子は相手装置から送られてくる通信データを受信する為の光−電気変換素子である事を特徴とする。
【００２４】
上述の構成を有する双方向光空間伝送装置は、相手装置からの受光量を検出する光−電気変換素子を装置から送られてくる通信データを受信する為の光−電気変換素子を共通にする事により、新たな光−電気変換素子を実装する事なく第一の発明を実現する事が出来る効果がある。
【発明の効果】
【００２５】
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て位置検出を行う場合に各角度誤差検出用光−電気変換素子の出力とその時の総受光量との割合から、総受光量の変動が角度誤差検出用光−電気変換素子の出力検出周期より早い場合でも正確な位置検出を行う事が出来る。
【００２６】
さらに、総受光量検出用光−電気変換素子を相手装置から送られてくる通信データを受信する為の光−電気変換素子と共用することにより、新たな受光系を実装することなく、簡単な構成で上記効果を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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つに分割された角度誤差検出用光−電気変換部11と、信号切替器102と、角度誤差検出素子受光量検出部103と、総受光量検出用光−電気変換部と、総受光量検出部105と、割合算出部106と演算部101で構成されている。
【００３０】
角度誤差検出用光−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。
【００３１】
102は信号切替器であり、101の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、11の角度誤差検出用光−電気変換素子から送られてくる電流信号を103の角度誤差検出素子受光量検出部に送る。103は前記角度誤差検出用光−電気変換素子から送られてくる電流信号を106の割合算出部が算出できる前記受光量に対応した値に変換する。103は例えば電流値を電圧に変換する電流電圧変換器と検出電圧を増幅するアンプ部から構成される。また、外乱光による受光レベルの変動を防ぐ為に、送信側で一定周波数の信号を重畳し、その信号を検出して受光量を検出する場合はこの信号の検波部も含む。104は相手装置からの受光量を検出する為の総受光量検出用光−電気変換部であり、ハーフミラーなどにより、角度誤差検出用光−電気変換部11に入射する一部の光を104の総受光量検出用光−電気変換部に入射する構成となっている。図2は前記構成を示す図である。相手装置からの光ビームは201のハーフミラーを通り、一部が202のレンズを通り、角度誤差検出用光−電気変換部11に入射する。また201のハーフミラーを通った一部の光は203のレンズを通り104の総受光量検出用光−電気変換部に入射する。この時角度誤差検出用光−電気変換部11と総受光量検出用光−電気変換部104の光学系の光軸は一致してある。ここで総受光量検出用光−電気変換部104を相手装置から送られてくる通信データを受信する為の光−電気変換素子と共用してもかまわない。この場合、新たな受光素子を実装する必要がなくなり、構成を簡略化できる。総受光量検出用光−電気変換部104からの信号は105の総受光量検出部に入力され、総受光量検出部105で106の割合算出部が算出できる総受光量に対応した値に変換される。ここで105は103と同じ構成となっている。106で位置検出素子の受光量と総受光量の割合が検出され、101で角度誤差検出用光−電気変換部11それぞれの素子の受光割合から角度ズレ量を算出し、相手装置との光軸ズレを検出する。図３に光軸ズレを検出する時のシーケンスを示す。301でシーケンスが開始され、302で最初に受光量を取得する角度誤差検出用光−電気変換素子を選択する。次に303で選択された角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量を、304で総受光量検出用光−電気変換素子の受光量を取得する。ここで303、304は同時に実行される。次に305で303,304で取得したそれぞれの受光量から角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量と総受光量検出用光−電気変換素子の受光量との割合を算出し、その値をメモリに保存する。次に306で全ての角度誤差検出用光−電気変換素子の受光割合を算出した場合は308へ、そうでなければ307で次の角度誤差検出用光−電気変換素子が選択され303〜305を実行する。全ての角度誤差検出用光−電気変換素子の受光割合を算出した後、308で前記メモリに保存された各角度誤差検出用光−電気変換素子の受光量の割合から光軸ズレを算出し、302に戻り以下繰り返す。ここで全ての受光量の割合が一定になるような制御を行えば光軸ズレを補正する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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での角度誤差検出用光−電気変換部と総受光量検出用光−電気変換部の構成を表す図である。
【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】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５】従来例1の角度誤差検出部の構成を表す図である。
【図６】受信光が角度誤差検出用光−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】従来例2の角度誤差検出部の構成を表す図である。
【図９】外的要因による受光量と時間の変化を表すグラフ図である。
【図１０】受信光が少しずれた状態で角度誤差検出用光−電気変換部に当たる様子を示した図である。
【図１１】外的要因による角度誤差検出用光−電気変換素子それぞれの受光量と時間の変化を表すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３３】
10  受信光の像
11  角度検出用光−電気変換部
11a〜11d  角度検出用光−電気変換素子
101  演算部
102  信号切替器
103  角度誤差検出素子受光量検出部
104  総受光量検出用光−電気変換部
105  総受光量検出部
106  割合算出部
【図１】
2005333208.tif 000003
【図２】
2005333208.tif 000004
【図３】
2005333208.tif 000005
【図４】
2005333208.tif 000006
【図５】
2005333208.tif 000007
【図６】
2005333208.tif 000008
【図７】
2005333208.tif 000009
【図８】
2005333208.tif 000010
【図９】
2005333208.tif 000011
【図１０】
2005333208.tif 000012
【図１１】
2005333208.tif 000013