(57)【要約】【課題】送信機が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信機に簡単に向けることを可能とし、さらに、確実なデータ伝送路を保証する。【解決手段】受信機１６は送信機１が送信する出射角の比較的狭い第１の光信号のエラーレートを算出し、エラーレート情報を第２の光信号で送信する。送信機は第２の光信号を各々が受信機の方向に応じたレベルで受光可能な第２の複数の光受信手段で受光してレベルの差がなくなるように光軸位置合わせした後、エラーレート情報に基づいてエラーレートが少なくように光軸位置合わせする。【選択図】        図１
2005026929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射角の比較的狭い第１の光信号を送信する第１の光学送信手段を有する送信機と、前記第１の光信号を受信して電気信号に変換する第１の光学受信手段を有する受信機とを備えた光無線伝送装置であって、
前記受信機は、
前記第１の光学受信手段で受信した前記第１の光信号のエラーレートを算出するエラーレート算出手段と、
前記エラーレート算出手段により算出されたエラーレート情報を第２の光信号で送信する第２の光学送信手段を有し、
前記送信機は、
前記第２の光信号を各々が前記受信機の方向に応じたレベルで受光可能な複数の第２の光学受信手段と、
前記第１の光学送信手段及び前記複数の第２の光学受信手段を一体で前記受信機の方向に移動させて位置合わせを行うための駆動手段と、
前記複数の第２の光学受信手段により受光されたレベルの差がなくなるように前記駆動手段を制御して光軸位置合わせする第１の光軸位置合わせ手段と、
前記第１の光軸位置合わせ手段が光軸位置合わせした後、前記第２の光学受信手段より受光された信号内の前記エラーレート情報に基づいてエラーレートが少なくなるように前記駆動手段を制御して光軸位置合わせする第２の光軸位置合わせ手段とを、
有する光無線伝送装置。
【請求項２】
前記送信機は更に、前記第１の光信号にＣＲＣを付加して送信し、
前記受信機は更に、前記エラーレート情報として前記第１の光学受信手段で受信した前記第１の光信号のシンボルエラー数とＣＲＣエラー数を検出して送信し、
前記送信機は、前記シンボルエラー数と前記ＣＲＣエラー数に基づいて光軸位置合わせすることを特徴とする請求項１に記載の光無線伝送装置。
【請求項３】
前記エラーレート算出手段は、所定時間以上の受信データのエラーレートを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の光無線伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信機が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信機に向けて光無線伝送を行う光無線伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送技術がある。この光無線伝送には、一般に赤外光が用いられ、その発光素子としては、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。このような光無線伝送において、送受信間距離を十分にとりたい場合は、受信装置側に十分な光レベルの信号を入射させるために、送信装置より発する光ビームの出射角を鋭く、すなわち狭く絞る必要があるので、送信装置及び受信装置の光軸を合わせなくてはならない。そこで、出射角の狭い光ビームを用いることや、光ビームが目に見えない赤外光を用いることなどから、光無線伝送装置の光軸合わせは大変煩わしい作業となる。そこで、従来より、この光軸合わせを容易に行えるような光無線伝送装置の提案がなされている。
【０００３】
その１つの例として下記の特許文献１には、送信装置から可視光をピンポイントに絞って信号伝送用の赤外光と同一光軸、あるいは平行光軸にして一緒に送り、受信装置側に設けた可視光反射手段に当て、その可視光反射手段により反射された可視光を操作者が見ながら送信装置の光軸調整を行う光無線伝送装置が開示されている。また、この他の技術としては送信装置に照準機を設置して、その照準機を見ながら光軸を合わせる光無線伝送装置や、受信装置側に受光レベル検出用測定機を接続して２人一組で光軸合わせを行う光無線伝送装置もある。また、下記の特許文献２で開示されるように受信器側に光軸調整用の光源を用いて、送信機からの送信光の受信レベル情報を折り返し、それに応じて光軸を合わせるものもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−１１０３３９号公報
【特許文献２】
特開平７−１３１４２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１で開示されたような光無線伝送装置は、送信装置に光無線伝送の目的以外に使用する可視光を発生させる構成を必要としている。また、送受信装置間の距離を十分にとりたい場合などは、この可視光の発光出力を十分大きいものにしなくてはならず、また、その構成を追加する必要があるため、送信装置のコストアップとなってしまう上に、装置が大型になってしまう。これは、送信装置に照準機を設置する場合も同じである。
【０００６】
また、可視光の光軸や、照準機の照準と、信号伝送用の赤外光の光軸とを厳密に合わせておく必要があることもコストアップとなる。また、受光レベル検出用測定機を受信装置に接続して２人一組で行う場合においても、受光レベル検出用測定機を用意する必要があったり、人手を要するなどの欠点があった。このように、従来の光無線伝送装置は、光軸合わせを簡単化しようとすると、送受信装置のコストアップや、大型化となってしまい、逆に送受信装置のコストダウンや、小型化を行おうとすると、光軸合わせの作業に手間が掛かるなどの欠点を有していた。
【０００７】
また、特許文献２では上述した問題点の解決を図っているが、受信機に取り付けられた光軸調整用の光送信素子からのパイロット信号としての送信光を送信機に搭載した単一の受光素子で受光し、その受光レベルと、送信機からの信号伝送用の送信光の受信機での受信レベルのみを基に光軸を調整している。このため、人がこの情報を基にレベル表示装置などを用いて光軸を調整する場合には十分その手間を簡単化できるが、自動で光軸を調整する場合は不要な動作が多くなってしまう。
【０００８】
その理由は、単純に単一の受光素子で得られる光軸調整用の送信光のレベルだけでは上下左右どちらに受信機が有るかを判別することはできない。そのため自動で光軸を調整するためには必ず一度やみくもに動き、受光レベルと比較して自身の動いた方向が正しいかどうかを判定しなくてはならず、動いてみてから判断しなければならない。これでは、無駄な動きが多くなってしまい、メカ駆動に要する時間を考えると、高速な自動光軸合わせの足かせとなってしまうという問題がある。さらに、自動光軸調整中は送信機が不特定な方向に送信光を送信することになり、他の周辺光学システムなどへの悪影響を招いたり、光源にレーザーなどが用いられた場合には周辺の人への影響が心配される。
【０００９】
また、以上のようなことを考慮して、受信機からの位置報知光を受信するための受信素子を送信機に複数持たせたり、送信機からの送信光の受信機側での受信レベルを基に光軸を合わせることが考えられる。しかし、このような送信光の受信機側での受信レベルで光軸を合わせることは必ずしも最適条件として光軸を保証するものではない。つまり、光無線伝送システムでは送信機と受信機の距離によってその受信レベルが大きく変化することが予想され、光軸を一定のレベルで判断して調整することは容易なことではない。また、実際に光軸調整に求められることは、受光レベルの大きさではなく、送信データが誤り無く送れることを目的としており、こう言った点から考えてもこのような受信レベルのみで光軸を合わせることは最良な方法とは言い切れない。
【００１０】
そこで、本発明は上記の点に着目してなされたものであり、送信機が送信する出射角の比較的狭い光信号の光軸を受信機に簡単に向けることを可能とし、さらに、確実なデータ伝送路を保証することができる光無線伝送装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、送信機が無駄な動作を必要最低限に抑えて受信機の概略位置を素早く探し出した後に、受信機から送られてくるエラーレート情報に応じて最終的にエラーの無い状態へと光軸合わせを行うようにしたものである。
すなわち本発明によれば、出射角の比較的狭い第１の光信号を送信する第１の光学送信手段を有する送信機と、前記第１の光信号を受信して電気信号に変換する第１の光学受信手段を有する受信機とを備えた光無線伝送装置であって、
前記受信機は、
前記第１の光学受信手段で受信した前記第１の光信号のエラーレートを算出するエラーレート算出手段と、
前記エラーレート算出手段により算出されたエラーレート情報を第２の光信号で送信する第２の光学送信手段を有し、
前記送信機は、
前記第２の光信号を各々が前記受信機の方向に応じたレベルで受光可能な複数の第２の光学受信手段と、
前記第１の光学送信手段及び前記複数の第２の光学受信手段を一体で前記受信機の方向に移動させて位置合わせを行うための駆動手段と、
前記複数の第２の光学受信手段により受光されたレベルの差がなくなるように前記駆動手段を制御して光軸位置合わせする第１の光軸位置合わせ手段と、
前記第１の光軸位置合わせ手段が光軸位置合わせした後、前記第２の光学受信手段より受光された信号内の前記エラーレート情報に基づいてエラーレートが少なくなるように前記駆動手段を制御して光軸位置合わせする第２の光軸位置合わせ手段とを有する光無線伝送装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の光軸合わせ方法を実現する光無線伝送装置の第１の実施の形態を示した概略構成図である。
【００１３】
まず、送信機１について説明する。送信機１は、ここには記載されていない外部のデータ発生機器から送られる信号（例えば映像信号）を受信し、光無線伝送を行うために、この信号を符号化回路（例えば８Ｂ１０Ｂ変換回路２）によって符号化し、次いで二値化回路３によって光送信可能な二値化デジタル信号に変換し、これを発光素子ドライバ４へ送る。発光素子ドライバ４は二値化された信号を光伝送するために第１の光送信手段（例えばＬＥＤやＬＤ及び集光レンズなどで構成される）９をドライブして、出射角の比較的狭い送信光にして受信機１６へ向けてデータを空間伝送する。
【００１４】
また、この送信機１は受信機１６において光軸調整用に搭載した第２の光送信手段２９によって送信される第２の光信号を受信するための第２の光受信手段（複数の受光素子（例えばＰＤ）で構成される）１０を持ち、この第２の光受信手段１０と第１の光送信手段９は一体で、チルト駆動手段８によりチルト可能であり、また、パン駆動手段７によりパン可能である。
【００１５】
また、送信機１はこの第２の光受信手段１０によって受信した各受光素子の受信信号を受光回路１１で電気的に増幅するなどの処理を加え、この受光回路１１で処理された各受光素子の受信信号から、信号セレクト回路１２を用いて特定の受信信号のみを選択する。選択された特定の受信信号は受信レベル検出回路１５でその受信レベルが検出され、検出結果は制御部５へ送られる。さらに、信号セレクト回路１２で選択される受信信号は復調回路１３によって復調される。復調された信号は受信機１６側での第１の光信号の受信エラーレート情報を得るためにパケット検出・解析手段１４に送られ、ここで受信機１６からの受信エラーレート情報が検出され、その結果が制御部５へ送られる。
【００１６】
ここで、制御部（例えば、ＭＰＵやＤＳＰなど）５は、送信機１の光軸を受信機１６へ合わせるために適時、信号セレクト回路１２を用いて必要な第２の光受信手段１０による受信信号を選択し、受信レベル検出回路１５や受信機１６から送られてくる受信エラーレート情報をパケット検出・解析手段１４によって得て、これらの情報を基に駆動制御部６を制御し、パン駆動手段７及びチルト駆動手段８（例えば、ステッピングモータなど）を制御し、第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きを調整する。また、この制御部５は、受信レベル検出回路１５からの情報を基に、光軸合わせ中に第１の光送信信号を周辺に不用意に放出させることを防止するように発光素子ドライバ４を制御している。
【００１７】
次に受信機１６について説明する。まず、受信機１６の本体は、手動で可動部２２、２３を動かすことによりそれぞれパン、チルト可能であって、送信機１に対する大まかな向きを調整することができる。受信機１６は送信機１の第１の光送信手段９によって空間伝送される第１の光送信信号を比較的広い入射角で受光する第１の光受信手段（例えばＰＤやＡＰＤ及び集光レンズなどで構成される）１７を備え、第１の光受信手段１７によって受信した信号を受光回路１８で電気的に増幅するなどの処理を加え、二値化回路１９によってデジタル信号化し、シンボル復号回路（例えば１０Ｂ８Ｂ変換回路２１）によって復号化を行い、ここでは記載されていない外部機器（例えば受像装置など）へ送信する。
【００１８】
この受信機１６は送信機１が光軸を調整するために、送信機１に対して第２の光信号（一般にこのような光をパイロット光などとも称している）を第２の光送信手段（例えばＬＥＤ又はこれにレンズを加えたもの）２９によって比較的広い出射角で送信する。さらに、この第２の光送信手段２９は、第１の光受信手段１７で受信した信号の受信エラーレート情報を送信する目的も兼ね備えており、このため受信機１６では、第１の光受信手段１７で受信され、二値化回路１９でデジタル化された第１の光信号で受信したデータのエラー検出を行っている。
【００１９】
この図１の例では、受信エラーの検出にシンボルエラー検出回路２４を用いてデータ受信エラーを検出し、ここで検出するエラーをエラーレート算出回路２５において一定時間監視（カウント）し、その結果を第２の光送信手段２９で伝送するためにエラーレートパケット生成回路２６でパケット化を行い、このパケットに応じて第２の光送信手段２９への発光信号に変調回路２７によって変調を加え、発光素子ドライバ２８に送ることで、第２の光信号を用いて、受信機１６での送信機１から送られてくる第１の光送信信号の受信状態を送信機１に対して送っている。
【００２０】
また、この受信機ｌ６が受信した第１の光信号のデータエラーを検出する際に、第１の光信号を一定レベル以上で受信していないときにはエラーレートの検出を見合わせるために、第１の光受信手段１７及び受光回路１８で受けた信号の受信レベルを信号レベル検出回路２０によって監視し、エラーレートパケットの発生を停止させるようになっている。
【００２１】
次に図２を参照して送信機１の第２の光受信手段１０として用いる受光素子の一例として、４個（＝左右２個×上下２個）のＰＤ素子を１つのレンズで封入した受光素子（４分割ＰＤ）を用いた場合について説明する。この４分割ＰＤの原理を簡単に説明する。この図２にあるように、分割ＰＤとは４つのＰＤ（受光素子：ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）が１つの光学レンズ１０の中に収められているものである。この素子は光の入射方向によって各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受光レベルが変化するものであり、ここではその原理を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す３つのパターンを例に示している。
【００２２】
図２（ａ）の場合は４分割ＰＤに対して図１中の第２の光送信手段に相当する光源２９が左側（ＰＤ１、ＰＤ３側）に位置している場合であり、この場合には各ＰＤが封入される光学レンズ１０によって入射光はＰＤ２、ＰＤ４側へ集光することになり、その結果として各受光レベルはＰＤ１＜ＰＤ２、ＰＤ３＜ＰＤ４の関係が得られる。図２（ｂ）の場合には光源が４分割ＰＤの正面に位置する場合であり、この場合は各ＰＤの位置する中心に集光されるため、その受信レベルの関係はＰＤ１＝ＰＤ２、ＰＤ３＝ＰＤ４となる。図２（ｃ）の場合は４分割ＰＤに対して光源２９が右側（ＰＤ２、ＰＤ４側）に位置している場合であり、この場合には各ＰＤが封入されるレンズ１０によって入射光はＰＤ１、ＰＤ３側へ集光することになり、その結果として各受光レベルはＰＤ１＞ＰＤ２、ＰＤ３＞ＰＤ４の関係が得られる。
【００２３】
このような原理によって、４分割ＰＤは光源の位置する方向を受光素子の各受信レベルを比較することで知ることができる。図３及び図４を用いてその動作の一例を説明する。図３には送信機１が搭載する第２の光受信手段１０が、四つの受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）が図３に示すように左右２個×上下２個に配置されたものとし、この第２の光受信手段１０から見て受信機１６がどこにあるかを示したものである（図３中では、受信機１６の位置を光源２９として表わしている）。
【００２４】
ここで、送信機１から見て、図３に示す光源２９の位置Ａの方向に受信機１６が位置している場合、送信機１の第２の光受信手段１０のＰＤ１の受信レベルをＳＬ１、ＰＤ２の受信レベルをＳＬ２、ＰＤ３の受信レベルをＳＬ３、ＰＤ４の受信レベルをＳＬ４と、図４に示すようにおおよそＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係となる。このことから制御部５では、これら第２の光受信手段１０から得られる受信レベルを比較し、ＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係が得られている場合は、受信機１６が上方向にあると判断し、駆動手段７、８に第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０が上を向くように制御信号を出す。同様に各位置Ａ〜Ｈに受信機１６がある場合には図４に示すような関係がＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４の間におおよそ発生し、制御部５はこの関係を調べながら、図４に示した各方向に第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０が向くように制御している。
【００２５】
このような制御を何回か繰り返していくことで、送信機１の第２の光受信信号の各受信レベルＳＬ１〜ＳＬ４がすべて同じ値となる位置まで動かすことになり、そのような状態になったところで送信機１は受信機１６の位置をおおよそ捉えたことになる。
【００２６】
ここで、もし送信機１の第１の光送信手段９の光送信角が十分広い（指向性が十分低い）ならば、この状態で送信機１は受信機１６へ信号を第１の光送信手段９を用いて伝送することが可能である。しかしながら、第１の光送信手段９の出射角を広くすると光パワー（光量）が小さくなってしまい、伝送距離を十分に取ることができなくなることが多々発生し、十分な伝送距離を確保するためには第１の光送信手段９の出射角を狭くすることが求められる。ところが、先に説明した第２の光受信手段１０を用いての受信機１６からの第２の光信号の位置を探す手法の場合、この手法で出射角の狭い第１の光送信手段９から放たれる第１の光送信信号が受信機１６の第１の光受信手段１７を正確に捉えるためには、送信機１の第１の光送信手段９の発光軸と第２の光受信手段１０の受光軸が平行でなければならない。このことは図５を用いて説明する。
【００２７】
図５（ａ）には第１の光送信手段９の発光軸５１と第２の光受信手段１０の受光軸５０が平行状態にある理想的な場合を示している。このような場合には第２の光受信手段１０で光源２９の位置を見つけることで、光源２９に隣接して置かれる第１の光受信手段１７に第１の光送信手段９から放たれる第１の光信号を当てることができる。ところが、実際の製造過程では部品のバラツキや組立・取付け時においてこの発光軸５１及び受光軸５０が必ずしも平行にならないケースが発生することがある。むしろこのように光軸が平行でないケースの方が多いものと思われる。
【００２８】
図５（ｂ）ではそのような第１の光送信手段９の発光軸５１と第２の光受信手段１０の受光軸５０が平行状態になく軸ずれ状態にある場合を示している。このような場合には第２の光受信手段１０で光源２９の位置を見つけても、光源２９に隣接しておかれる第１の光受信手段１７に第１の光送信手段９から放たれる第１の光信号を正確に当てることができず、データ伝送が実現できない。
【００２９】
そこで、本発明では、このような第２の光受信手段１０で光源２９の位置を見つけた後に、受信機１６から第１の光受信信号の受信エラーレート情報を第２の光送信手段２９を用いて返信し、この情報を基に送信機１が光軸を合わせることで、正確かつ高速な自動光軸合わせを実現する。
【００３０】
次に、本発明では、受信機１６から送信機１へ第２の光送信信号でパケット化されたエラーレート情報を送信しているが、図６にそのパケット構成例を紹介する。この図６に示すようにエラーレート情報を伝送するためにデータを識別するためのコマンドヘッダ４０と、送信するデータ長４１と、エラーレートデータ（情報）４２と、データエンド４３で構成されるようなパケット化を行って第２の光信号で送信している。
【００３１】
もちろん、ここでの構成例は至って簡単な構成であり、更に後述する第２の実施の形態のようにＣＲＣ符号を付加したり、他の情報を組込んだりすることもできることは言うまでも無い。また、実際の送信においてもこの構造化されたパケット構造をもつ一連のデータを連続して送信することも可能であるし、分割して（例えば１バイトごと）送ることもできる。つまり、これらの送り方は、送信側と受信側での約束事として定めればよいものである。
【００３２】
次に図７を用いて送信機１の動作を説明する。まず、この送信機１では、ステップＳ１０１として制御部５は信号セレクト回路１２を制御して、第２の光受信信号を順次選択し、ステップＳ１０２でその受信レベル検出回路１５で検出された第２の光信号受信レベルをチェックする。このレベルが第１の判定レベル（受信機１６からの第２の光信号と判定できるレベル）を超えていない場合には、受信機１６の方を向いていないとして、ステップＳ１０３において第１の光信号を停止して、周辺への不必要な第１の光送信信号の送信を防止し、周りの機器や人などの周辺環境への悪影響の発生を防ぎ、ステップＳ１０４で第２の光受信手段１０の各受光素子で得られる受光レベルに従って駆動手段７、８を制御して第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０を受信機へ向けていく。
【００３３】
ステップＳ１０２において第１の判定レベルを超えるものがある場合には、ステップＳ１０５でこれらすべての第２の光受信信号の受信レベルが一致する（実際には差がある定められた範囲内にある）かを判定し、一致しない場合にはステップＳ１０６において、第２の光受信信号の各レベルに応じて第２の光受信手段１０の向きを周辺の上下左右へ変更させるように駆動し、第２の光受信信号の受信レベルが一致するようにしている。なお、第２の光受信手段１０は第１の光送信手段９と一体であるので、第１の光送信手段９の向きも同様に変更される。
【００３４】
このとき、送信機１において第２の受信光の受信レベルが一致するように第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きをどちらの方向に変更させるように駆動するかは、図３、図４を参照して説明したように、第２の光受信手段１０の受信素子の各受信レベルに応じて駆動するものである。
【００３５】
ステップＳ１０５で第２の受信光の各受信信号レベルがすべて一致した場合には、８Ｂ１０Ｂ変換され二値化処理された信号を、ステップＳ１０７で発光素子ドライバ４を制御部５がＯＮへ制御することにより第１の光送信信号として送信開始し、ステップＳ１０８において第２の送信光で送られる受信機１６側での第１の光信号の受信エラーレート情報を受信し、ステップＳ１０９において得られたエラーレート情報を解析し、もし、エラーが有るとの情報を受けたならステップＳ１１０で第１の光送信手段９の向きをわずかに変更させるように微動させる。このとき、第１の光送信手段９と一体である第２の光受信手段１０も微動させられる。ステップＳ１１０の終了後、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０は必要に応じて繰り返され、再度受信機１６からのエラーレート情報をステップＳ１０９で判定する。
【００３６】
もし、このステップＳ１０９でエラーが無いとの情報を受けたなら、ステップＳ１１１で第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きを固定し、ステップＳ１１２によって受信機１６からの第２の光信号送信時間が停止しているかを一定時間以上監視（検知）して確認する。これは、受信機１６側では第１の光信号がエラー無く受信できるようになったら、第２の光信号の送信を停止するとしておくことで、エラー無く第１の光信号が送信できるように光軸が合ったかを最終的に確認しているものであり、もしこのステップＳ１１２で第２の光信号の停止が認められない場合には、再度光軸調整をステップＳ１０７（あるいはステップＳ１０１）から行うためのものである。
【００３７】
次に、図８を用いて受信機１６の動作を説明する。受信機１６ではステップＳ２０１として第１の光受信手段１７及び第２の光送信手段２９を可動部２２、２３を手動で調整して送信機１の概略方向へ向ける。送信機１の概略方向へ向けられた受信機１６は、ステップＳ２０２において第１の光受信手段１７で受信される受信レベルをチェックし、送信機１から送られてくる第１の光信号と認められるレベル（一定レベル）以上でなければ、ステップＳ２０３において第２の光送信手段２９から送信機１に対してその位置を知らせるための信号（パイロット光）を送信する。
【００３８】
ステップＳ２０２で第１の光信号（第１の受信光とも言う）の受信レベルを一定レベル以上であるとして確認できた場合には、ステップＳ２０４で更に第１の光信号の受信レベルがデータ伝送が可能なレベル付近になるまで待機する。ここで、受信レベルがある程度、第１の光信号でデータが伝送できるレベルに到達すれば、ステップＳ２０５で第２の光送信手段２９を停止し、第２の光信号（パイロット光）を停止する。次に、ステップＳ２０６で受信した第１の光信号によるデータを二値化及び１０Ｂ８Ｂ変換（復号化）し、ステップＳ２０７において第１の光信号で受信したデータのシンボルエラーを検出し、ステップＳ２０８で一定時間経過するまでの間のエラーを数え、ステップＳ２０９でこの一定時間で検出したエラー数からエラーレートを算出し、ステップＳ２１０でエラーの有無を判定し、エラーが無い場合にはステップＳ２１１でエラー無しパケットを生成し、エラーがある場合にはステップＳ２１２でそのエラーレートを示すエラーパケットを生成し、ステップＳ２１３においてこの第２の光信号に生成されたパケットを変調して乗せ、送信機１へ伝送する。
【００３９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態として図９に記載の光無線伝送装置における送信機１について説明する。送信機１は、ここには記載していない外部のデータ発生機器から送られる信号（例えば映像信号）を受信し、伝送後の受信機１６側でデータの正誤を確認するためにＣＲＣ付加回路３０によって送信データを一定のサイズごとに分割し、それぞれのデータにＣＲＣ符号を付加する。さらに光無線伝送を行うためにこの信号を符号化回路（例えば８Ｂ１０Ｂ変換回路２）によって符号化した後、二値化回路３によって光送信可能な二値化デジタル信号に変換し、発光素子ドライバ４へ送る。発光素子ドライバ４は二値化された信号を光伝送するために第１の光送信手段（例えば、ＬＥＤやＬＤ及び集光レンズなどで構成される）９をドライブして、出射角の狭い送信光として受信機１６へ向けてデータを空間伝送する。
【００４０】
また、この送信機１は受信機１６の光軸調整用に搭載した第２の光送信手段２９によって送信される第２の光信号を受信するための第２の光受信手段１０を持ち、この第２の光受信手段１０によって受信した各受光素子の受信信号を受光回路１１で電気的に増幅するなどの処理を加える。この受光回路１１で処理された各受光素子からの受信信号から、信号セレクト回路１２を用いて制御部５によって特定の受信信号のみを選択し、受信レベル検出回路１５でその受信レベルを検出し、制御部５へその結果を渡す。さらに、制御部５からの制御信号によって信号セレクト回路１２で選択される受信信号は復調回路１３によって復調され、受信機１６側での第１の光信号の受信エラーレート情報を得るためにパケット検出・解析手段１４において受信機１６からの受信エラーレート情報を検出し、その結果を制御部５へ送る。
【００４１】
制御部（例えば、ＭＰＵやＤＳＰなど）５は、送信機１の光軸を受信機１６へ合わせるために適時、信号セレクト回路１２を用いて必要な第２の光受信手段１０による受信信号を選択し、受信レベル検出回路１５や受信機１６から送られてくる受信エラーレート情報をパケット検出・解析手段１４によって得て、これらの情報を基に駆動制御部６を制御し、駆動手段７、８（例えばステッピングモータなど）を制御し、第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きを調整する。また、この制御部５は、受信レベル検出回路１５からの情報を基に、光軸合わせ中に第１の光送信信号を周辺に不用意に放出させることを防止するように発光素子ドライバ４を制御している。
【００４２】
次に、図９に示した受信機１６について説明する。受信機１６は送信機１の第１の光送信手段９によって空間伝送される第１の光送信信号を受光するための比較的広い入射角の第１の光受信手段１７によって受信し、受光回路１８で電気的に増幅するなどの処理を加え、次いで二値化回路１９によってデジタル信号化し、シンボル復号回路（例えば１０Ｂ８Ｂ変換回路２１）によって復号化を行い、ここでは記載されていない外部機器（例えば受像装置など）へ送信する。
【００４３】
この受信機１６は送信機１が光軸を調整するために、広い出射角を持つ第２の光送信手段（例えばＬＥＤ又はこれにレンズを加えたもの）２９によって、送信機１に対して第２の光信号（一般にこのような光をパイロット光などとも称している）を送信する。さらに、この第２の光送信手段２９は、第１の光受信手段１７で受信した信号の受信エラーレート情報を送信する目的も兼ね備えており、このため受信機１６では、第１の光受信手段１７で受信され、二値化回路１９でデジタル化された第１の光信号で受信したデータのエラー検出を行っている。
【００４４】
この図９の例では、受信エラーの検出にシンボルエラー検出回路２４を用いてデータ受信エラーを検出し、更にエラー選出精度を高めるために受信した第１の光信号データに付加されたＣＲＣＣ（巡回冗長検査符号：以下ＣＲＣ符号とも言う）をＣＲＣ回路３１においてチェックする。このシンボルエラー検出回路２４で検出された結果とＣＲＣ回路３１で検出した各エラー結果をエラーレート算出回路２５において一定時間監視（カウント）し、その結果を第２の光送信手段で伝送するためにエラーレートパケット生成回路２６でパケット化を行い、このパケットに応じて第２の光送信手段２９への発光信号に変調回路２７によって変調を加え、発光素子ドライバ２８に送ることで、前記した第２の光信号を用いて受信機１６での送信機１から送られてくる第１の光送信信号の受信状態を送信機１に対して送っている。
【００４５】
また、この受信機１６が受信した第１の光信号のデータエラーを検出する際に、第１の光信号を一定レベル以上で受信していないときにはエラーレートの検出を見合わせるために、第１の光受信手段１７及びその受光回路１８で受けた信号の受信レベルを信号レベル検出回路２０によって監視し、エラーレートパケットの発生を停止させるようになっている。
【００４６】
ここで、上記で説明した図１及び図９の二種類の実施の形態について、特徴を説明する。これら２つの実施の形態はいずれも送信機１と受信機１６の光軸が正しく向き合っているか否かを、送信機１から送られる第１の光信号の受信機１６での受信状況をデータエラーの有無を監視することで判断している。一方で、本発明のような光伝送システムでは、伝送できるデータの伝送速度（量）はその光学素子の性能や電気的信号処理回路の性能によって上限があり、用いられる用途や送りたいデータの種類などによってその性能を適切に選択してシステムの伝送性能を定めることになる。伝送速度を高くしようとすれば、当然そのことはコスト面などに反映されることになる。また、本発明のように伝送時のエラー検出などを行うためには、何らかの形でエラー発生を検出できるように送信データにその情報を付加しなくてはならない。
【００４７】
しかし、先に述べたように伝送路の伝送性能（速度）に上限がある以上、送信データ量が本来のデータ以上に肥大化することはできる限り避けたい。そこで、本発明では、シンボルエラーとＣＲＣ符号の付加といういたって簡単なエラー検出手段を用いていることを特徴としている。特に、図１の例ではシンボルエラーを監視することを主としており、これは伝送データをエラー検出のために符号付加することなく実現している。
【００４８】
一方で、第２の実施の形態では、シンボルエラーに加えてＣＲＣエラーをも同時に監視している。これはシンボルエラーの検出ではすべてのエラーが検出できるわけではないためであり、その検出精度を高めるためにＣＲＣ符号を用いたエラー検出もあわせて利用している。つまり、シンボルエラーとは例えば８ｂｉｔｓ（ビット）のデータを１０ｂｉｔｓの特定のシンボル（ビットパターン）に置き換えることで同一ｂｉｔ（１又は０）が４つ以上連続して発生しないようにするなどのための符号化であり、このため伝送データにエラーが生じていても定義シンボルに化けている場合にはエラーとして検出することができない。そこで、ＣＲＣ符号を用いたエラーチエックと併用することでエラー検出精度を高めることで、より高精度の光軸合わせを実現している。
【００４９】
また、第１、第２の実施の形態における受信機１６において第１の光受信信号のエラーレートを算出するためには、一定時間エラー発生状況を監視しなければならない。しかし、やみくもに長時間監視することは監視手段の肥大化に繋がってしまったり、送信機１が方向調整した時の結果を返信するまでに時間がかかってしまう。このことから、このエラーレート算出のための監視時間はシステムに応じた適切な長さで監視することが望まれる。例えば、映像データの伝送を考えた場合その伝送データの再生において、画質が視覚上乱れるレベルのエラー発生はシステムとして許されない。そのようなシステムではエラーの視覚上の影響の有無が１つの判断材料となり、ハイビジョンデータのレベルではおおよそ１０の−９乗ビット以上のエラーが発生すると視覚的に検知できるようになる。つまり、このような映像データの伝送で用いる場合にはこれ以上のエラー発生は許されないのでエラー検出精度としてもこの精度を必要とすることになり、最低でも１０の９乗ビット時間はエラー発生を監視することが望ましい。
【００５０】
このような光無線伝送装置においての光軸合わせ方法の概要について説明する。ここでは、前記した２つの実施の形態のうち図１を用いて説明する。この例で示したものによって室内などで光伝送を行う場合は、送信機１−受信機１６間の距離はせいぜい数十ｍ程度であるので、まず、受信機１６の第１の光受信手段１７の受光素子は比較的広い入射角を有するもので、送信機１の方向に目分量で合わせられる場合を想定している。送信機１からは、映像信号などが光信号に変換されて第１の光信号が出力される。受信機１６では、この第１の光信号が受信され電気信号に変換され、外部に映像信号などのデータとして出力されるとともに、この第１の光信号の受信エラーが検出される。
【００５１】
この受信エラー発生頻度からエラーレートを算出し、エラーレート情報としてパイロット信号としての役割も持つ第２の光信号に乗せて送信機１に向けて出力される。そして、送信機１では、このパイロット信号が送信機１の第２の光受信手段１０で受信され電気信号に変換されて、その信号自身の受信レベル及びこの第２の光受信信号に乗せられた受信機１６での第１の光受信信号のエラーレート情報が取り出されて、これら情報に応じて送信機１は制御部５によって駆動手段７、８を制御することで送信機１の光軸を受信機１６へ自動で合わせる。
【００５２】
上述したように、本発明の光無線伝送装置では、送信機１が受信機１６へ光軸を自動で合わせることを特徴としており、そのために信号セレクト回路１２や復調回路１３、パケット検出・解析手段１４、受信レベル検出回路１５などを持ち、これらから制御部５が各種情報を得て、駆動制御部６及び発光素子ドライバ４を制御することで光軸を調整し、受信機１６との間での光伝送を実現している。
【００５３】
図１０は第２の実施の形態の光伝送装置の送信機１の動作を示している。図１０に示すように送信機１では、第１のステップＳ１０１として制御部５は信号セレクト回路１２を制御して第２の光受信信号を順次選択し、ステップＳ１０２でその受信レベル検出回路１５で検出された第２の光信号受信レベルをチェックする。このレベルが第１の判定レベル（受信機１６からの第２の光信号と判定できるレベル）を超えていない場合には受信機１６の方を向いていないとしてステップＳ１０３において第１の光信号を停止し、周辺に不必要な第１の光信号の送信を防止して、周りの機器や人などの周辺環境への悪影響の発生を防ぎ、ステップＳ１０４で第２の光受信手段１０の各受光素子で得られる受信信号レベルに従って駆動手段７、８を制御して第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０を受信機１６へ向けていく。
【００５４】
ステップＳ１０２において第１の判定レベルを超えるものがある場合には、ステップＳ１０５でこれらすべての第２の光受信信号の受信レベルが一致する（実際には差が所定範囲内にある）かを判定し、一致しない場合にはステップＳ１０６において、第２の光受信信号の各レベルに応じて第２の光受信手段１０の向きを周辺の上下左右へ変更させるように駆動し、第２の光受信信号の受信レベルが一致するようにしている。なお、第２の光受信手段１０は第１の光送信手段９と一体であるので、第１の光送信手段９の向きも同様に変更される。
【００５５】
このとき、送信機１において第２の受信光の受信レベルが一致するように第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きをどちらの方向に変更させるように駆動するかは、第２の光受信手段１０の受信素子の各受信レベルに応じて駆動するものである。
【００５６】
ステップＳ１０５で第２の受信光の各受信信号レベルがすべて一致した場合には、ステップＳ１１３で送信データにＣＲＣデータを付加し、ステップＳ１０７で８Ｂ１０Ｂ変換され二値化処理された信号を第１の光送信信号として送信を開始し、ステップＳ１０８において第２の送信光で送られる受信機１６側での第１の光信号受信のエラーレート情報を受信し、ステップＳ１０９において得られたエラーレート情報を解析し、もし、エラーが有るとの情報を受けたならステップＳ１１０で第１の光送信手段９の向きをわずかに変更させるように微動させる。このとき、第１の光送信手段９と一体である第２の光受信手段１０も微動させられる。ステップＳ１１０の終了後、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０は必要に応じて繰り返され、再度受信機１６からのエラーレート情報をステップＳ１０９で判定する。
【００５７】
もし、このステップＳ１０９でエラーが無いとの情報を受けたなら、ステップＳ１１１で第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きを固定し、ステップＳ１１２によって受信機１６からの第２の光送信時間が停止しているかを一定時間以上監視（検知）して確認する。これは、受信機１６側では第１の光信号がエラー無く受信できるようになったら、第２の光信号の送信を停止するとしておくことで、エラー無く第１の光信号が送信できるように光軸が合ったかを最終的に確認しているものであり、もしこのステップＳ１１２で第２の光信号の停止が認められない場合には、再度光軸調整をステップＳ１０１から行うためのものである。
【００５８】
次に、図１１を用いて第２の実施の形態の受信機１６の動作を説明する。受信機１６ではステップＳ２０１として第１の光受信手段１７及び第２の光送信手段２９を可動部２２、２３を手動で調整して送信機１の概略方向へ向ける。送信機１の概略方向へ向けられた受信機１６は、ステップＳ２０２において第１の光受信手段１７で受信される受信光レベルをチェックし、送信機１から送られてくる第１の光信号と認められるレベル（一定レベル）以上でなければ、ステップＳ２０３において第２の光送信手段２９から送信機１に対してその位置を知らせるための信号（パイロット光）を送信する。
【００５９】
ステップＳ２０２で第１の光信号の受信光レベルを一定レベル以上であると確認できた場合には、ステップＳ２０４で更に第１の光信号の受信レベルがデータ伝送が可能なレベル付近になるまで待機する。ここで、受信レベルがある程度、第１の光信号でデータが伝送できるレベルに到達すれば、ステップＳ２０５で第２の光送信手段２９を停止して、第２の光信号（パイロット光）を停止する。次に、ステップＳ２０６で受信した第１の光信号によるデータを二値化及び１０Ｂ８Ｂ変換（復号化）し、ステップＳ２０７において第１の受信信号のシンボルエラーを検出し、ステップＳ２１４でＣＲＣによりエラーをチェックする。
【００６０】
このステップＳ２０７及びステップＳ２１４で検出するエラー数をステップＳ２０８で一定時間経過するまでの間数え、ステップＳ２０９でこの一定時間で検出したエラー数からエラーレートを算出し、ステップＳ２１０でエラーの有無を判定し、エラーが無い場合にはステップＳ２１１でエラー無しパケットを生成し、エラーがある場合にはステップＳ２１２でそのエラーレートを示すエラーパケットを生成し、ステップＳ２１３においてこの第２の光信号に生成されたパケットを変調して乗せ、送信機１へ伝送する。
【００６１】
なお、上述の実施の形態において説明した光無線伝送装置の送信装置、受信装置の構成は、本発明の技術思想を説明するための一例を示したものであり、その構成は、適宜変更可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、送信機が無駄な動作を必要最低限に抑えて受信機の概略位置を素早く探し出した後に、受信機から送られてくるエラーレート情報に応じて最終的にエラーの無い状態へと光軸合わせを行うようにしたので、高速かつ正確な自動光軸合わせが可能となる。
また、本発明では、受信機側での光受信レベルを参照にするのではなく実際のデータ伝送時のエラー発生状況を用いて、伝送エラーの発生しない伝送路を確保する光軸合わせをするので、受信機側の第１の光受信手段の性能バラツキや長時間使用による性能劣化などに関係なく、データ伝送が可能な光軸調整が可能となり、安定度の高い光伝送装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光無線伝送装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】光源位置と４分割ＰＤの受信レベルの関係を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の光軸合わせ方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の光軸合わせ方法を詳しく示す説明図である。
【図５】光軸ずれを示す説明図である。
【図６】エラー情報送信パケットの構成例を示す説明図である。
【図７】図１の送信機の光軸合わせ動作の概略を示すフローチャートである。
【図８】図１の受信機の光軸合わせ動作の概略を示すフローチャートである。
【図９】本発明における光無線伝送装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１０】図９の送信機の光軸合わせ動作の概略を示すフローチャートである。
【図１１】図９の受信機の光軸合わせ動作の概略を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  送信機
２  ８Ｂ１０Ｂ変換回路（符号化回路）
３、１９  二値化回路
４、２８  発光素子ドライバ
５  制御部
６  駆動制御部
７  パン駆動手段
８  チルト駆動手段
９  第１の光送信手段
１０  第２の光受信手段（光学レンズ）
１１、１８  受光回路
１２  信号セレクト回路
１３  復調回路
１４  パケット検出・解析手段
１５  受信レベル検出回路
１６  受信機
１７  第１の光受信手段
２０  信号レベル検出回路
２１  １０Ｂ８Ｂ変換回路（シンボル復号回路）
２２、２３  可動部
２４  シンボルエラー検出回路
２５  エラーレート算出回路
２６  エラーレートパケット生成回路
２７  変調回路
２８  発光素子ドライバ
２９  第２の光送信手段（光源）
３０  ＣＲＣ付加回路
３１  ＣＲＣ回路
４０  コマンドヘッダ
４１  データ長
４２  データ（エラーレートデータ）
４３  データエンド
５０  受光軸
５１  発光軸
【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】
2005026929.tif 000010
【図９】
2005026929.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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