(57)【要約】【課題】  長距離伝送、天候の影響などにより、受光パワーが著しく低下した場合であっても、光ビームの送受信方向を最適な方向に制御する事が可能な光空間通信装置を提供することを目的とする。【解決手段】  そこで、本発明では、光信号の受信可能角度範囲が送出光ビームの広がり角度と同等かそれ以下とし、かつ、度数分布計測手段により得られた度数分布のピーク値が最大となる方向に光ビームの送出方向及び受信方向を変更する構成とした。【選択図】  図１
2005236592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置であって、シリアルデジタル信号を光信号に変換して光ビームの形で相手側装置に送出する送光手段と、相手側の光ビームを受信し光信号を検出してシリアルデジタル信号に変換する光検出手段と、光検出手段で得られたシリアルデジタル信号を多値信号に変換するＡＤ変換手段と、ＡＤ変換手段により得られた多値信号の度数分布を計測する度数分布計測手段と、光ビームの送出方向及び受信方向を同時に変更する駆動手段とを有し、光信号の受信可能角度範囲が送出光ビームの広がり角度と同等かそれ以下とし、かつ度数分布計測手段により得られた度数分布のピーク値が最大となる方向に光ビームの送出方向及び受信方向を変更することを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
離れた地点間で対向設置されて光ビームにより通信を行う光空間通信装置であって、シリアルデジタル信号にエラー検出用のコードを付加する手段と、シリアルデジタル信号を光信号に変換して光ビームの形で相手側装置に送出する送光手段と、相手側の光ビームを受信し光信号を検出してシリアルデジタル信号に変換する光検出手段と、光検出手段で得られたシリアルデジタル信号の伝送エラーを検出するエラー検出手段と、光ビームの送出方向及び受信方向を同時に変更する駆動手段とを有し、光信号の受信可能角度範囲が送出光ビームの広がり角度と同等かそれ以下とし、かつエラー検出手段により検出されたエラーが最少となる方向に光ビームの送出方向及び受信方向を変更することを特徴とする光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを使用して離れた２地点間を無線で通信を行う光空間通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は光空間通信におけるオートトラッキング方法の発明を特許文献にて出願している。以下に従来技術として説明する。
【０００３】
図７は従来例の構成図を示し、相手側装置と対抗する位置に送受信用レンズ系３０が配列され、送受信用レンズ系３０の入射方向には、偏光ビームスプリッタ３２、送信光学系３３、半導体レーザー発光素子３４が順次に配列されており、偏光ビームスプリッタ３２の反射方向には受信光学系３５、光検出器３６が配列されている。
【０００４】
発光素子３４には増幅器３７を介して送信信号の入力端子の出力が接続されており、光検出器３６の出力は増幅器３９を介して受信信号の出力端子４０に接続されている。また、増幅器３９の出力は検波回路４１を介して制御回路４２に接続され、検波回路４１の出力は増幅器３９にフィードバックされている。そして、制御回路４２の出力は２個の可動ユニットドライバ４３ａ、４３ｂを介してユニット駆動モータ３１ａ、３１ｂに接続されている。
【０００５】
また、上記、送受信用レンズ系３０、偏光ビームスプリッタ３２、送信光学系３３、半導体レーザー発光素子３４、増幅器３７、受信光学系３５、光検出器３６、増幅器３９、検波回路４１は、可動ユニット２０に搭載されている。可動ユニット２０はユニット駆動モータ３１ａ、３１ｂにより、縦方向、横方向に駆動され、駆動光ビームの送出方向及び受信方向が変更できるようになっている。
【０００６】
送信信号は入力端子３８から入力され増幅器３７で増幅され、発光素子３４で光信号に変換され、送信光学系３３、偏光ビームスプリッタ３２を透過し、送受光用レンズ系３０を経て、光ビームの形で相手側装置へ送出される。
【０００７】
また、相手側装置からの受信信号は送受光用レンズ系３０から入射し、偏光ビームスプリッタ３２の貼合面で反射された後に、本信号用の光検出器３６に集光される。そして、光検出器３６で光信号から変換された電気信号は増幅器３９で増幅され、出力端子４０から受信信号として出力される。また、検波回路４１の信号は制御回路４２に入力されて受信パワーの検出に使用され、制御回路４２はその信号を基に可動ユニットドライバ４３ａ、４３ｂに駆動信号を送る。同時に、検波回路４１の出力信号は増幅器３９の自動利得制御に使用されている。
【０００８】
そして、図３（ａ）に示すように光検出器３６の受光面上に受信光が集光されている場合には、スポット光の中心位置に対する受信パワーの変化は図３（ｂ）に示すように中央部が高い曲線となる事ため、受信パワーが最大になる位置にスポット光が集光するように可動ユニットモータ３１ａ、３１ｂを制御することにより、同時に送信ビームの方向を最適な位置に制御する事ができる。
【特許文献１】特開平１１―１３１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来例では、長距離伝送時や、天候悪化時などで受光パワーが減少した場合に、スポット光の中心位置に対する受光パワーの変化は図３（ｃ）に示すように中心部での受光パワーが平坦な特性となるため、スポット光の中心位置を正確に検出できず、光ビームの方向を最適な位置に制御できなくなるという問題があった。
【００１０】
本出願に係わる第１の発明の目的は上記のように光パワーが減少した場合においても光ビームの方向を最適な位置に制御するという事にある。
【００１１】
また、本出願に係わる第２の発明の目的は、上記よりもさらに光パワーが減少した場合においても光ビームの方向を最適な位置に制御するという事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本出願に係わる第１の発明は、シリアルデジタル信号を光信号に変換して光ビームの形で相手側装置に送出する送光手段と、相手側の光ビームを受信し光信号を検出してシリアルデジタル信号に変換する光検出手段と、光検出手段で得られたシリアルデジタル信号を多値信号に変換するＡＤ変換手段と、ＡＤ変換手段により得られた多値信号の度数分布を計測する度数分布計測手段と、光ビームの送出方向及び受信方向を同時に変更する駆動手段とを有し、光信号の受信可能角度範囲が送出光ビームの広がり角度と同等かそれ以下とし、かつ、度数分布計測手段により得られた度数分布のピーク値が最大となる方向に光ビームの送出方向及び受信方向を変更することを特徴とする。
【００１３】
また、本出願に係わる第２の発明は、シリアルデジタル信号にエラー検出用のコードを付加する手段と、シリアルデジタル信号を光信号に変換して光ビームの形で相手側装置に送出する送光手段と、相手側の光ビームを受信し光信号を検出してシリアルデジタル信号に変換する光検出手段と、光検出手段で得られたシリアルデジタル信号の伝送エラーを検出するエラー検出手段と、光ビームの送出方向及び受信方向を同時に変更する駆動手段とを有し、光信号の受信可能角度範囲が送出光ビームの広がり角度と同等かそれ以下とし、かつエラー検出手段により検出されたエラーが最少となる方向に光ビームの送出方向及び受信方向を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本出願に係わる第１の発明によれば、長距離伝送、天候の影響などにより、受光パワーが著しく低下した場合であっても、光ビームの送受信方向を最適な方向に制御する事が可能となる。第２の発明によれば、さらに受光パワーが低下した場合にも光ビームの送受信方向を最適な方向に制御する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施例）
図１は第１の実施例の構成図を示し、相手側装置と対抗する位置に送受信用レンズ系３０が配列され、送受信用レンズ系３０の入射方向には、偏光ビームスプリッタ３２、送信光学系３３、半導体レーザー発光素子３４が順次に配列されており、偏光ビームスプリッタ３２の反射方向には受信光学系３５、光検出器３６が配列されている。
【００１６】
入力端子３８は増幅器３７に接続され、増幅器３７の出力は発光素子３４に接続されている。
【００１７】
光検出器３６の出力は増幅器３９を介して受信信号の出力端子４０に接続されている。また、増幅器３９の出力は検波回路４１に入力され、検波回路４１の出力は増幅器３９の利得制御端子に接続されている。
【００１８】
増幅器３９の出力はＡＤ変換機５０に接続され、ＡＤ変換機５０の出力は度数分布測定器５１に接続され、度数分布測定器５１の測定結果は制御回路４２に接続されている。
【００１９】
そして、制御回路４２の出力は２個の可動ユニットドライバ４３ａ、４３ｂを介してユニット駆動モータ３１ａ、３１ｂに接続されている。
【００２０】
前記、送受信用レンズ系３０、偏光ビームスプリッタ３２、送信光学系３３、半導体レーザー発光素子３４、増幅器３７、受信光学系３５、光検出器３６、増幅器３９、検波回路４１は、可動ユニット２０に搭載されている。可動ユニット２０はユニット駆動モータ３１ａ、３１ｂにより、縦方向、横方向に駆動され、駆動光ビームの送出方向及び受信方向が変更できるようになっている。
【００２１】
以下に第１実施例の動作について詳しく述べる。
【００２２】
送信するシリアルデジタル信号は入力端子３８から入力され増幅器３７で増幅され、発光素子３４で光信号に変換され、送信光学系３３、偏光ビームスプリッタ３２を透過し、送受光用レンズ系３０を経て、光ビームの形で相手側装置へ送出される。
【００２３】
また、相手側装置からの受信信号は送受光用レンズ系３０から入射し、偏光ビームスプリッタ３２の貼合面で反射された後に、本信号用の光検出器３６に集光される。そして、光検出器３６で光信号から変換された電気信号は増幅器３９で増幅され、出力端子４０へシリアルデジタル信号として出力される。また、検波回路４１は増幅器３９の出力信号の振幅を電圧値として増幅器３９にフィードバッグする事で自動利得制御が行われる。これにより増幅器３９から出力される受光信号は受光パワーが変動した場合でも常に一定の振幅で信号を出力する。ただし、受光パワーが弱くなると増幅器３９の利得が高くなるので、信号振幅は一定で、ノイズ成分が増幅された信号を出力する。
【００２４】
増幅器３９の出力信号はＡＤ変換部５０でサンプリングされ、ｎビット（ｎは２以上の整数）の多値信号に変換される。サンプリングのためのクロックはＡＤ変換部５０内部において、受信信号と同一クロックレートで、かつ受信信号のアイパターン開口部に位相同期したクロック信号が再生されている。
【００２５】
度数分布計測器５１においては多値信号に変換された受信信号を入力として、所定期間毎にどのレベルが何回出現したかが計測される。例えば、ｎ＝４ビットの場合、０〜１５の１６段階のレベルがあり、それぞれのレベルが何回出現したかが１６個のカウンタによって、カウントされる。所定期間の計測が終わると、全てのカウンタ値を度数分布情報として制御回路４２に出力した後、カウント値を０にクリアして、繰り返し計測が行われる。
【００２６】
受信信号と度数分布情報の関係を以下に説明する。
【００２７】
図２（ａ―１）、（ｂ―１）、（ｃ―１）、はＡＤ変換機５０に入力される受信信号波形を表している。順に受信パワーが大、中、小と変化した時の波形を表している。前述したように、受光パワーが大きい場合は受光信号のノイズが少ないが、受光パワーが低下するに従いノイズによって信号の軌跡（アイパターン）が太くなる。
【００２８】
図２（ａ―２）、（ｂ―２）、（ｃ―２）は度数分布５１により計測された度数分布のグラフである。横軸が度数（出現回数）、縦軸がレベル（０〜１５）を表し、順に受信パワーが大、中、小と変化した時の度数分布を示している。座標は左に位置するほど、出現回数が多いことを示している。
【００２９】
受光パワーが大きい場合は信号の軌跡（アイパターン）がＨレベルとＬレベル部分に集中するため、度数分布のピーク値が高くなり、受光パワーが低下するに従い、ノイズが増加し、信号の軌跡（アイパターン）のＨレベルとＬレベル部分が分散し、度数分布のピーク値は低くなる。
【００３０】
光検出器上のスポット光位置と度数分布のピーク値の関係は図３（ａ）、（ｂ）と同等となる。また、受信信号の軌跡の度数分布を計測する事によって、長距離伝送時や天候の影響などで受光パワーが低下した場合でも、スポット光の中心位置の特定が可能となる。
【００３１】
従って、度数分布のピーク値を監視しながら、ピーク値が最大になる位置にスポット光が集光するように可動ユニット２０を制御することにより、送信ビームの方向を最適な位置に制御することができる。
【００３２】
度数分布計測器５１から出力された度数分布情報を基に、制御回路４２は以下のようにして可動ユニット２０を最適な位置に制御する。なお制御回路４２からの制御信号は可動ユニットドライバ４３ａ、４３ｂを介して、可動ユニットモータ３１ａ、３１ｂを駆動する。
【００３３】
図４、図５は可動ユニット２０を制御して度数分布のピーク値が最大となる位置を探す方法の説明図を示している。図４において、現在のスポット光の中心位置をＰ０とし、次に中心位置がＰ０からＰ１まで＋Ｘ方向にスポット光を微少量移動する。このとき、度数分布のピーク値が同じか又は増加すれば、Ｐ１を新たなＰ０として更新する。逆に、移動することにより度数分布のピーク値が減少すれば、元のＰ０の位置に戻る。この動作を１つの動作単位として操作し、これを終了した後に別の方向、例えば＋Ｙ方向に対して同様の動作を行い、更に−Ｘ方向と−Ｙ方向に対して同様の動作を行う。これらの一連の動作を繰り返すことにより、スポット光位置は度数分布のピーク値の最大位置に引き込まれることになる。
【００３４】
図５は他の方法で、現在の位置Ｐ０に対してその周囲の点Ｐ１〜Ｐ４に次々に移動し、それらの点の度数分布のピーク値を測定し、その中で最大の点に移動して新たなＰ０とする方法である。
【００３５】
（第２の実施例）
図６は第２の実施例の構成図を示し、相手側装置と対抗する位置に送受信用レンズ系３０が配列され、送受信用レンズ系３０の入射方向には、偏光ビームスプリッタ３２、送信光学系３３、半導体レーザー発光素子３４が順次に配列されており、偏光ビームスプリッタ３２の反射方向には受信光学系３５、光検出器３６が配列されている。
【００３６】
入力端子３８からの信号はエラー検出コード付加回路６０、増幅器３７を介して、発光素子３４に接続されている。
【００３７】
光検出器３６の出力は増幅器３９を介して受信信号の出力端子４０に接続されている。また、増幅器３９の出力は検波回路４１に入力され、検波回路４１の出力は増幅器３９の利得制御端子に接続されている。
【００３８】
増幅器３９の出力はエラー検出回路６１にも接続され、エラー検出回路の出力は制御回路４２に接続されている。
【００３９】
そして、制御回路４２の出力は２個の可動ユニットドライバ４３ａ、４３ｂを介してユニット駆動モータ３１ａ、３１ｂに接続されている。
【００４０】
前記、送受信用レンズ系３０、偏光ビームスプリッタ３２、送信光学系３３、半導体レーザー発光素子３４、増幅器３７、受信光学系３５、光検出器３６、増幅器３９、検波回路４１は、可動ユニット２０に搭載されている。可動ユニット２０はユニット駆動モータ３１ａ、３１ｂにより、縦方向、横方向に駆動され、駆動光ビームの送出方向及び受信方向が変更できるようになっている。
【００４１】
前記、エラー検出コード付加回路６０で付加されるコードの生成方法、及びエラー検出回路６１でのエラー検出方法はＣＲＣ（ＣＹｃｌｉｃ  ＲｅｄｕｎｄａｎｃＹ  Ｃｈｅｃｋ）方式により行われる。ＣＲＣについては既知であるので説明は省略する。
【００４２】
以下に第２実施例の動作について詳しく述べる。
【００４３】
送信データ入力端子３８に入力されたシリアルデジタル信号はエラー検出コード付加回路６０において一定のデータ数毎にブロック化され、ブロック毎にブロックの先頭を示すヘッダ情報、エラー検出用のコードが付加される。そして増幅器３７で増幅後、発光素子３４で光信号に変換され、送信光学系３３、偏光ビームスプリッタ３２を透過し、送受光用レンズ系３０を経て、光ビームの形で相手側装置へ送出される。
【００４４】
相手側装置からの受信信号は送受光用レンズ系３０から入射し、偏光ビームスプリッタ３２の貼合面で反射された後に、本信号用の光検出器３６に集光される。そして、光検出器３６で光信号から変換された電気信号は増幅器３９で増幅され、検波回路４１へと出力される。
【００４５】
検波回路４１は増幅器３９の出力信号の振幅を電圧値として増幅器３９にフィードバッグする事で、自動利得制御を行っている。これにより増幅器３９から出力される受光信号は受光パワーが変動した場合でも常に一定の振幅で信号を出力する。
【００４６】
エラー検出回路６１においては増幅器３９からの受信信号からヘッダ情報を検出し、エラー検出コードの挿入位置が確定された後、ブロック毎にエラー検出が行われてエラーフラグとして制御回路４２へ出力する。同時にヘッダ情報、エラー検出コードが取り除いてもとのシリアルデジタル信号のみを出力端子４０へ出力を行う。
【００４７】
制御回路４２は所定期間ごとにエラーフラグをカウントし、エラー発生率を求める。例えば１０個のブロックのうち、４個のブロックでエラーが発生していた場合、エラー発生率は０．４となる。
【００４８】
エラー発生率は受光パワーが大きい程少なく、受光パワー小さい程高くなる。
【００４９】
第１の実施例と同様に光検出器３６の中心に受信光が集光されている場合は受光パワーが大きく、また中心から遠ざかるにつれ受光パワーが小さくなる事から、エラー発生率が最少となる位置にスポット光が集光するように可動ユニット２０を制御することにより、送信ビームの方向を最適な位置に制御することができる。エラー発生率が最少となる位置に駆動ユニットを制御する方法は第１の実施例と同様に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の実施例の構成図である。
【図２】受光信号と度数分布を示す図である。
【図３】光検出器上のスポット光位置と受光パワーの関係を表す図である。
【図４】最適の送受信方向を探す方法の説明図である。
【図５】最適の送受信方向を探す方法の説明図である。
【図６】第２の実施例の構成図である。
【図７】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
２０  光学系の駆動機構
３１ａ、３１ｂ  駆動モータ
３２  偏向ビームスプリッタ
３４  発光素子
３６  光検出器
４２  制御回路
４３ａ、４３ｂ  駆動回路
５０  ＡＤ変換部
５１  分布度数計測器
６０  エラー検出コード付加回路
６１  エラー検出回路
【図１】
2005236592.tif 000003
【図２】
2005236592.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005236592.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005236592.tif 000008
【図７】
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