(57)【要約】【課題】光空間伝送装置が、端末から一度だけフィードバック情報を受け取ることによって、簡易に、端末の位置する方向を特定できる光空間伝送システムを提供する。【解決手段】光空間伝送装置は、方向毎に予め定められた固有情報を含む光ビームを、複数の方向に送信する光送信部と、端末から送信される固有情報信号を受信する固有情報信号受信部と、固有情報信号に含まれた固有情報に基づき、端末へデータを送信する光ビームの送信方向を決定する制御部と、端末がデータを送信する光ビームを受信する少なくとも１つのデータ用光受信部とを備え、端末は、光空間伝送装置から送信される固有情報を含む光ビームを受信して、固有情報を含む光ビームに含まれる固有情報を識別する識別部と、識別部で識別された固有情報を固有情報信号に含めて光空間伝送装置へ送信する制御信号送信部とを備える。【選択図】図２
2007235880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光空間伝送装置と少なくとも１つの端末との間で光ビームを送受信してデータ通信を行うための光空間伝送システムであって、
前記光空間伝送装置は、
方向毎に予め定められた固有情報を含む光ビームを、複数の方向に送信する光送信部と、
前記端末から送信される固有情報信号を受信する固有情報信号受信部と、
前記固有情報信号に含まれた前記固有情報に基づき、前記端末へデータを送信する光ビームの送信方向を決定する制御部と、
前記端末がデータを送信する光ビームを受信する少なくとも１つのデータ用光受信部とを備え、
前記端末は、
前記光空間伝送装置から送信される前記固有情報を含む光ビームを受信して、前記固有情報を含む光ビームに含まれる前記固有情報を識別する識別部と、
前記識別部で識別された前記固有情報を前記固有情報信号に含めて前記光空間伝送装置へ送信する制御信号送信部とを備えることを特徴とする、光空間伝送システム。
【請求項２】
前記光送信部は、各方向において所定の時間静止して前記固有情報を含む光ビームを送信することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項３】
前記光空間伝送装置は、前記固有情報信号受信部が受信した前記固有情報信号に従って前記光送信部が送信する前記固有情報を含む光ビームの光軸と前記データ用光受信部の信号受信光軸とを一致させる可動装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項４】
前記固有情報は、波長情報であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項５】
前記固有情報は、変調周波数情報であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項６】
前記固有情報は、点滅間隔情報であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項７】
前記固有情報は、符号列情報であることを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項８】
前記識別部は、カラーイメージ・センサであることを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送システム。
【請求項９】
前記光送信部は、任意の波長の光ビームを照射する波長可変光源と照射された光ビームの波長毎に定まる方向へ光ビームを反射する回折格子とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送システム。
【請求項１０】
前記波長可変光源は、波長４００ｎｍから波長８００ｎｍまでのいずれかの波長である前記固有情報を含む光ビームを照射し、
前記固有情報を含む光ビームは、それぞれ指向角をもつことを特徴とする、請求項９に記載の光空間伝送システム。
【請求項１１】
前記光送信部は、少なくとも二つ以上の光源を含み、
各前記光源はそれぞれ異なる波長で、かつ、それぞれ異なる方向に前記固有情報を含む光ビームを照射することを特徴とする、請求項４に記載の光空間伝送システム。
【請求項１２】
前記光送信部は、回転することによって前記複数の方向に前記固有情報を含む光ビームを送信することを特徴とする、請求項１に記載の光空間伝送システム。
【請求項１３】
前記光空間伝送装置は、少なくとも１つのデータ用光送信部を更に備え、
前記可動装置は、前記固有情報信号受信部が前記固有情報信号を受信した場合には前記固有情報信号に従って前記光送信部が送信する前記固有情報を含む光ビームの光軸と前記データ用光送信部の前記データを送信する光ビームの光軸とをさらに一致させることを特徴とする、請求項３に記載の光空間伝送システム。
【請求項１４】
光空間伝送装置と少なくとも１つの端末との間で光ビームを送受信してデータ通信を行うための光空間伝送方法であって、
前記光空間伝送装置が、方向毎に予め定められた固有情報を含む光ビームを、複数の方向に送信するステップと、
前記端末が、
前記光空間伝送装置から送信される前記固有情報を含む光ビームを受信して前記固有情報を含む光ビームに含まれる前記固有情報を識別するステップと、
識別した前記固有情報を固有情報信号に含めて前記光空間伝送装置へ送信するステップと、
前記光空間伝送装置が、
前記端末から送信される固有情報信号を受信するステップと、
前記固有情報信号に含まれた前記固有情報に基づき、前記端末へデータを送信する光ビームの送信方向を決定するステップと、
前記端末がデータを送信する光ビームを受信するステップとを備えることを特徴とする、光空間伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間伝送装置と端末とを用いてデータ通信を行うための光空間伝送システムに関し、より特定的には、光空間伝送装置が、位置を特定した端末に向けて光ビームを照射してデータ通信を行うことができる光空間伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光空間伝送システムは、光空間伝送装置と端末との間でデータ通信を行うために、光空間伝送装置が予め端末の位置する方向を特定した上で、データ通信を行うための光ビームをこの特定した方向に送信しなければならない。ここで、従来の光空間伝送システムは、手動によって光空間伝送装置と端末とを大まかに向かい合わせて、そして、目測によってデータ通信を行う光軸の位置を大まかに調整する必要がある。更にその後に、従来の光空間伝送システムの端末は、所要の受光電力を得るために更なる光軸調整を行う必要があった（特許文献１を参照）。
【０００３】
図１３は、特許文献１に記載された従来の光空間伝送システムの構成を示す。図１３に示す通り、従来の光空間伝送システムは、送信装置１０１と受信装置１０２とを備える。送信装置１０１は、複数の赤外線ＬＥＤ１０８と、これら赤外線ＬＥＤ１０８と同じ電源で動作する可視光ＬＥＤ１０９とを備える。受信装置１０２は、受信部１０３と、受信部１０３の近傍に位置しており赤外線領域において感度の高いＣＣＤカメラ１０４と、ＣＣＤカメラ１０４からの出力を表示することができるモニタ１０７とを備える。そして、送信装置１０１は、赤外線ＬＥＤ１０８から出力される光出力１１０を受信装置１０２に向けて照射することによってデータを受信装置１０２へ伝送する。
【０００４】
以下、図１３を参照しながら、従来の光空間伝送システムにおいて光空間伝送を行うための光軸（以下では、単に、光軸という）を調整する動作について説明する。まず、手動によって、送信装置１０１と受信装置１０２とを大まかに向かい合わせる。次に、受信装置１０２が設置される位置で、送信装置１０１が備える可視光ＬＥＤ１０９が点灯していることを目視によって確認することによって、送信装置１０１が動作していることを確認する。次に、ＣＣＤカメラ１０４から出力される映像をモニタ１０７に表示させる。次に、光出力１１０がＣＣＤカメラ１０４の受光範囲に照射される状態となるように送信装置１０１の向きを調整する。次に、モニタ１０７によって、ＣＣＤカメラ１０４の受光部分に照射された光出力１１０を光パターン１０６として表示する。次に、モニタ１０７に光パターン１０６が最も鮮明に表示されるように受信装置１０２の向きを微調整する。加えて、モニタ１０７の所望の表示位置に光パターン１０６が位置するように送信装置１０１の向きを微調整する。以上の調整動作によって、受信装置１０２は、送信装置１０１から照射された光出力１１０を最大に受光することができる。
【特許文献１】特開２０００−３４９７０９号公報（第４頁、第１図）
【非特許文献１】ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージ・センサの基礎と応用、米本和也著、２００３年８月１０日初版発行、ＣＱ出版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光空間伝送システムでは、光出力１１０がＣＣＤカメラ１０４の受光範囲に照射されるように予め手動で設置をしなければならない。そして、正確な光軸調整を行うために、送信装置１０１が一定の値で光出力１１０の送信方向を変化させた後、受信装置１０２はそれまでにメモリしている光パターン１０６の受信レベルと比較し、その情報を送信装置１０１にフィードバックする。そして、送信装置１０１は、受信装置１０２からフィードバックされた情報を受信後、更に送信方向を変化させる。このように、送信装置１０１と受信装置１０２の間で何度も情報をやりとりしながら、最適な送信方向を決定しなければならない。これらのことによって、送信装置１０１が光出力１１０の送信方向を決めるまでに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
それ故に、本発明の目的は、光ビームを空間に照射してデータ通信を行う際、手動により光空間伝送装置から照射される光ビームを端末の受信部に予め照射させる必要がなく、また、光空間伝送装置が、端末から一度だけフィードバック情報を受け取ることによって、簡易に、任意のタイミングで、端末の位置する方向（送信方向）を特定できる光空間伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光空間伝送装置と端末との間で光ビームを送受信してデータ通信を行うための光空間伝送システムに向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の光空間伝送装置は、方向毎に予め定められた固有情報を含む光ビームを、複数の方向に送信する光送信部と、端末から送信される固有情報信号を受信する固有情報信号受信部と、固有情報信号に含まれた固有情報に基づき、端末へデータを送信する光ビームの送信方向を決定する制御部と、端末がデータを送信する光ビームを受信する少なくとも１つのデータ用光受信部とを備え、端末は、光空間伝送装置から送信される固有情報を含む光ビームを受信して、固有情報を含む光ビームに含まれる固有情報を識別する識別部と、識別部で識別された固有情報を固有情報信号に含めて光空間伝送装置へ送信する制御信号送信部とを備える。
【０００８】
また、各方向において所定の時間静止して固有情報を含む光ビームを送信してもよい。
また、好ましくは、光空間伝送装置は、固有情報信号受信部が受信した固有情報信号に従って光送信部が送信する固有情報を含む光ビームの光軸とデータ用光受信部の信号受信光軸とを一致させる可動装置をさらに備えてもよい。
また、固有情報は、波長情報であってもよいし、変調周波数情報であってもよいし、点滅間隔情報であってもよいし、符号列情報であってもよい。
また、識別部は、カラーイメージ・センサであってもよい。
また、光送信部は、任意の波長の光ビームを照射する波長可変光源と照射された光ビームの波長毎に定まる方向へ光ビームを反射する回折格子とを含んでもよい。
また、波長可変光源は、波長４００ｎｍから波長８００ｎｍまでのいずれかの波長である固有情報を含む光ビームを照射し、固有情報を含む光ビームは、それぞれ指向角をもってもよい。
また、光送信部は、少なくとも二つ以上の光源を含み、各光源はそれぞれ異なる波長で、かつ、それぞれ異なる方向に固有情報を含む光ビームを照射してもよい。
また、光送信部は、回転することによって複数の方向に固有情報を含む光ビームを送信してもよい。
【０００９】
また、光空間伝送装置は、少なくとも１つのデータ用光送信部を更に備え、可動装置は、固有情報信号受信部が固有情報信号を受信した場合には固有情報信号に従って光送信部が送信する固有情報を含む光ビームの光軸とデータ用光送信部のデータを送信する光ビームの光軸とをさらに一致させてもよい。
【００１０】
本発明は、光空間伝送装置と端末との間で光ビームを送受信してデータ通信を行うための光空間伝方法にも向けられている。そして、本発明の光空間伝方法は、光空間伝送装置が、方向毎に予め定められた固有情報を含む光ビームを、複数の方向に送信するステップと、端末が、光空間伝送装置から送信される固有情報を含む光ビームを受信して固有情報を含む光ビームに含まれる固有情報を識別するステップと、識別した固有情報を固有情報信号に含めて光空間伝送装置へ送信するステップと、光空間伝送装置が、端末から送信される固有情報信号を受信するステップと、固有情報信号に含まれた固有情報に基づき、端末へデータを送信する光ビームの送信方向を決定するステップと、端末がデータを送信する光ビームを受信するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１１】
上述した発明によれば、光空間伝送装置は、各送信方向に関連づけられた固有情報をもつ光ビームを送信する。そして、端末は、得られた固有情報を光空間伝送装置に任意のタイミングで１度だけフィードバックする。これらのことによって、光空間伝送装置は、光ビームの送信方向を特定することができる。したがって、手動によって光空間伝送装置から照射される光ビームを端末の受信部に予め照射させる必要がなく、また、光空間伝送装置が、端末から一度だけフィードバック情報を受け取ることによって、簡易に、任意のタイミングで、端末の位置する方向（送信方向）を特定できる光空間伝送システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の全ての実施形態に共通する基本概念について説明した後に、具体的な実施形態についてそれぞれ説明する。図１は、本発明の全ての実施形態に共通する基本概念について説明するための光空間伝送システムの全体構成を示す。図１に示す通り、本発明の光空間伝送システムは、光空間伝送装置１と端末３とを備える。なお、光空間伝送装置１は複数でもよいし、端末３も複数でもよい。端末３は、例えば、パソコンや携帯電話やテレビやプロジェクター等である。
【００１３】
光空間伝送装置１は、複数の光ビーム２を空間中の各方向にそれぞれ対応させて照射する。この照射は、所定の範囲に行われ、かつ、この所定の範囲内にとぎれの無いように行われる。このとき、光空間伝送装置１は、それぞれの方向に照射される光ビーム毎に固有の情報（以下、固有情報という）を含ませる。この光ビームが照射される各方向と光ビームに含まれる各固有情報とはそれぞれ対応している。固有情報は、光ビーム２の波長や変調周波数や点滅間隔や符号列等である。端末３は、光空間伝送装置１が照射した光ビーム２を受信すると、受信した光ビーム２に含まれる固有情報を固有情報信号７に含ませて光空間伝送装置１へ送信する。ここで、端末３が複数の光ビーム２を受信した場合には、最も受信強度の強い光ビーム２を選択するのが好ましい。次に、光空間伝送装置１は、受信した固有情報信号７に含まれる固有情報を再現することによって、送信したいデータの送信方向（端末３が位置する方向）を一意に特定する。そして、光空間伝送装置１は、この特定された送信方向へ送信したいデータを光ビームに含ませて照射することによって、端末３に所望のデータを送信することができる。
【００１４】
以上で説明した動作によって、本発明の光空間伝送システムは、手動によって光空間伝送装置１から照射される光ビーム２を端末３の受信部に予め照射させる必要がなくなる。更に、光空間伝送装置１が、端末から一度だけフィードバック情報を受け取ることによって、簡易に、任意のタイミングで、端末３の位置する方向（送信方向）を特定できる。
【００１５】
ここで、光ビーム２の送信方向を変化させるタイミングは、連続的でもよいし、光ビーム２を或る範囲へ一定時間照射した後に次の範囲へ一定時間照射するというように変化（離散的な方向変化）させてもよい。連続的に送信方向を変化させる場合には、送信方向の変化に伴って固有情報が連続的に変化するので、より高い精度で端末３の位置する方向を特定することができる。また、離散的に方向変化をさせた場合には、端末３には、連続的に変化する場合よりも固有情報を含んだ光ビーム２を受信する時間があるので、端末３はより正確な固有情報を得ることができる。更に、光ビームを送信方向毎に、異なる点滅間隔や、異なる符号列で変調させるといった、時間的変化を伴う固有情報を用いることもできる。
【００１６】
（第１の実施形態）  図２は、第１の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能を示す。以下に、図２を参照しながら、第１の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能について説明する。図２に示す通り、第１の実施形態の光空間伝送システムは、光空間伝送装置２２と端末３０１とによって構成される。
【００１７】
光空間伝送装置２２は、波長可変光源１７と回折格子１８とからなる光送信部１９ａと、波長情報信号受信部１５ａと、波長制御部１６ａと、データ処理部１４と、データ用光受信部２０とを含む。波長可変光源１７は、任意の波長の光ビームを照射する。回折格子１８は、波長可変光源１７が照射した光ビームを波長毎にそれぞれ異なる方向の光ビーム２ａ（λ1 〜λ3 ）として反射して空間に送信する。つまり、第１の実施形態の光空間伝送システムは、固有情報として光ビームの波長を用いる。波長情報信号受信部１５ａは、端末３０１から送信される固有情報を含んだ波長情報信号７ａを受信すると、波長情報信号７ａを波長制御部１６ａへ伝達する。波長制御部１６ａは、波長情報信号７ａに含まれる固有情報である波長に、波長可変光源１７から送信する光ビームの波長を固定する。また、波長制御部１６ａは、データ処理部１４に端末の存在を伝達する。データ処理部１４は、端末３０１へ送信する光空間伝送通信データ（以下、下り信号５という）を波長可変光源１７に送信する。波長可変光源１７を含んだ光送信部１９ａは、上記した固定された波長の光ビームによって下り信号５を端末３０１へ送信する。データ用光受信部２０は、端末３０１から光空間伝送装置２２へ送信される光空間伝送通信データ（以下、上り信号４という）を受信してこの上り信号４をデータ処理部１４へ伝達する。なお、図２では、３種類の波長（λ1 〜λ3 ）の光ビームを示しているが、波長の種類はこの数には限らず、波長は連続的に変化してもよいし離散的に変化してもよい。
【００１８】
ここで、端末３０１が複数である場合には、波長情報信号７ａは複数となり固有情報である波長も複数となる。従って、波長制御部１６ａは、照射時間を時間的に分割することによって、この複数の波長に波長可変光源１７から送信する光ビームの波長をそれぞれ固定する。このことによって、端末３０１が複数である場合でも、光空間伝送装置２２は、各端末３０１に各下り信号５を送信することができる。
【００１９】
端末３０１は、波長識別部１０と制御信号送信部１１とデータ用光送信部８とデータ用光受信部９とデータ処理部１２とを含む。波長識別部１０は、光空間伝送装置２２から送信される光ビーム２ａの波長を識別して特定する。波長識別部１０としては、カラーＣＭＯＳイメージ・センサやＣＣＤイメージ・センサ等が挙げられる。例えば、単板式カラーＣＣＤイメージ・センサには、フォトダイオードとマイクロレンズとの間に各画素で違う色のオンチップ・カラー・フィルタが形成されている。そして、単板式カラーＣＣＤイメージ・センサの画素はこのフィルタの色に従った色信号を出力する。この色信号を用いて簡単な演算を行うことによって原色信号を取り出すことが可能となる（非特許文献１を参照）。このように、波長識別部１０は、受信した光ビーム２ａに関して演算することによって、光ビーム２ａの波長を特定する。制御信号送信部１１は、この特定した波長の情報を波長情報信号７ａに含ませて光空間伝送装置２２に送信する。制御信号送信部１１は、光ビームで信号を伝達するＬＥＤやＬＤといった光送信器であってもよいし、無線アンテナや、リモコン用赤外線送信器であってもよい。なお、光ビームで信号を伝達するＬＥＤやＬＤ等を用いる場合には、光ビームの広がり角度（以下、指向角という）をもった光ビームを用いるのが望ましい。データ用光受信部９は、光空間伝送装置２２から送信される下り信号５を受信し、この下り信号５をデータ処理部１２へ伝達する。データ処理部１２は、下り信号５を受信して所定の処理をする。また、データ処理部１２は、データ用光送信部８へ上り信号４を伝達する。データ用光送信部８は、上り信号４を受信してこの上り信号４を光ビームに含ませて光空間伝送装置２２へ送信する。
【００２０】
図３は、第１の実施形態の光空間伝送装置の動作を示すフローチャートである。図４は、第１の実施形態の端末の動作を示すフローチャートである。以下に、図３及び図４を参照しながら、第１の実施形態の光空間伝送システムの動作について説明する。ここで、光空間伝送装置の動作はステップＳ１〜４で表わし、端末の動作はステップＴ１〜５で表わす。
【００２１】
まず、光空間伝送装置２２の波長制御部１６ａは、波長可変光源１７から出力される光ビームの波長を変化させる。そして、波長可変光源１７は、この光ビームを回折格子１８に照射することによって、光ビーム２ａの送信方向を波長毎に変化させる（ステップＳ１）。このとき、波長可変光源１７は、下り信号を含まない光ビーム２ａを照射する。次に、端末３０１の波長識別部１０は、光空間伝送装置２２から送信される光ビーム２ａの存在をモニタする（ステップＴ１）。次に、波長識別部１０は、光ビーム２ａを受信したか否かを判断する（ステップＴ２）。光ビーム２ａを受信していない場合、波長識別部１０は、ステップＴ１の動作に戻って光ビーム２ａのモニタを継続する。光ビーム２ａが受光された場合、波長識別部１０は、光ビーム２ａの波長の分析を行う（ステップＴ３）。次に、制御信号送信部１１は、波長識別部１０の分析に基づいて波長情報信号７ａを光空間伝送装置２２へ送信する（ステップＴ４）。次に、光空間伝送装置２２の波長情報信号受信部１５ａは、端末３０１の制御信号送信部１１が送信した波長情報信号７ａを受信したか否かを判断する（ステップＳ２）。波長情報信号受信部１５ａが波長情報信号７ａを受信していない場合、光空間伝送装置２２の波長制御部１６ａは、ステップＳ１の動作に戻って波長可変光源１７から出力する光ビームの波長の変化を継続させる。波長情報信号受信部１５ａが波長情報信号７ａを受信した場合、波長制御部１６ａは、波長情報信号７ａに含まれる固有情報である波長の情報に基づき波長可変光源１７から出力する光ビームの波長を再現する。（ステップＳ３）。このことによって、下り信号５を端末３０１へ送信する光ビームの送信方向が定まる。次に、波長制御部１６ａは、データ処理部１４に光送信部１９ａへ向けて下り信号５の送信を開始させる。そして、光送信部１９ａは、下り信号５を含んだ光ビームを端末３０１へ向けて送信する。これにより、光空間伝送装置２２と端末３０１との双方向通信が開始される（ステップＳ４及びＴ５）。
【００２２】
以上で説明した通り、第１の実施形態の光空間伝送システムでは、光空間伝送装置が端末の方向を特定するための固有情報として光ビームの波長を用いる。そして、回折格子に波長を変化させながら光ビームを照射することによって、光ビームの反射角度を光ビームの波長毎に変化させる。このことによって、第１の実施形態の光空間伝送システムは、従来技術と異なり、手動によって光空間伝送装置から照射される光ビームを端末の受信部に予め照射させる必要がない。更に、光空間伝送装置２２が、端末３０１から一度だけフィードバック情報（波長情報信号７ａ）を受け取ることによって、簡易に、任意のタイミングで、端末３０１の位置する方向（下り信号５を送信する方向）を特定できる。
【００２３】
ここで、端末３０１における波長識別部１０（図２）に、一般的なカラーＣＭＯＳイメージ・センサやＣＣＤイメージ・センサを用いる場合には、光空間伝送装置２２から照射される光ビーム２ａとして可視光線領域の光を用いることが考えられる。そして、図５に示すように、一般的に、データ用光受信部９（図２の端末３０１を参照）の可視光線領域の受光感度は波長依存性が大きく、短波長であるほどデータ用光受信部９の受光感度は低下する。従って、光ビーム２ａとして可視光線領域の光を用いて光空間伝送を行う場合には、データ用光受信部９に受信される下り信号５に必要とされる受光パワーは、短波長であるほど大きい必要がある。
【００２４】
そこで、以下に説明する通り、波長可変光源１７から照射される光ビームを一定の指向角を有した光ビームとする。図６は、第１の実施形態の光空間伝送装置２２（図２）を構成する光送信部１９ａの機能的構成を示す。そして、図６では、一例として、波長可変光源１７から照射される光ビームの指向角を１０°とした場合について図示している。図５に示す通り、平行光である光ビームを回折格子に照射する場合とは異なり、指向角を有した光ビームを回折格子に照射させると光ビームはブラッグの回折条件に従ってそれぞれ異なる角度で反射される。これは、光ビームが回折格子に照射される場所によって光ビームの入射角度が異なるからである。このことによって、回折格子に照射される以前の光ビームの指向角と回折格子に反射された後の光ビームの指向角とは異なることとなる。例えば、格子定数が１／１２００［ｍｍ-1］である回折格子１８に、波長が６００ｎｍである光ビームを、指向角１０°で照射する。すると、図６に示すように、回折格子１８によって指向角が１３°である光ビーム２ｃとなって反射される。ここで、回折格子に照射する光ビームの指向角と回折格子によって反射された光ビームの指向角との関係は、波長によって異なる。同じ指向角１０°をもつ光ビームを照射した場合であっても、光ビームの波長が７００ｎｍである場合は反射された光ビーム２ｄの指向角は１５．４°であり、光ビームの波長が８００ｎｍである場合は反射された光ビーム２ｅの指向角は２２°である。このように、回折格子に照射する光ビームの波長が短いほど、回折格子によって反射される光ビームの指向角も狭くなる。そして、反射される光ビームの指向角が狭くなるほど、反射される光ビームの光強度密度は高まるので、端末３０１のデータ用光受信部９で受光できる総受光パワーが大きくなる。つまり、回折格子に照射する光ビームが短波長であるほどデータ用光受信部９で受光できる総受光パワーが大きくなることとなる。
【００２５】
この結果として、波長可変光源１７から照射される光ビームを一定の指向角を有した光ビームとすることによって、受光感度が低い短波長の光ビームを送信してもデータ用光受信部９は大きな受光パワーを得られる。そして、波長を変化させることによって光ビーム２ａの送信方向を変化させる場合であっても、波長に依存した受信感度の差を補償することができる。なお、光ビームの指向角及び格子定数は図６に示した数値に限られるものではない。
【００２６】
（第２の実施形態）
図７は第２の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能を示す。第２の実施形態の光空間伝送システムは、光空間伝送装置２７と端末３０１とによって構成される。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して光空間伝送装置２７が異なるので、以下では主に光空間伝送装置２７について説明する。図７において、第１の実施形態の光空間伝送システム（図２）と同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２７】
図７に示す通り、光空間伝送装置２７は、複数の光源２３ａ〜２３ｃで構成される光送信部２６と波長情報信号受信部１５ｂとデータ処理部１４ａとデータ用光受信部２０とを含む。なお、図６では、光源を３個としているが、光源の個数はこれに限られるものではない。
【００２８】
光源２３ａ〜２３ｃは、それぞれ異なる波長の光ビームを照射する。このとき、光源２３ａ〜２３ｃは、それぞれ異なる送信方向に光ビーム２ｆを照射するように配置され固定される。各光源２３ａ〜２３ｃは、端末３０１と光空間伝送通信を開始する前は、下り信号５が含まれていない光ビームをそれぞれの方向に照射する。このとき、それぞれの光源２３ａ〜２３ｃは、一定のタイミングで順番に光ビームを照射してもよいし、同時に全ての光源から光ビームを照射してもよい。端末３０１は、第１の実施形態で説明したように、受信した光の波長を分析して波長情報信号７ａを光空間伝送装置２７に対し送信する。光空間伝送装置２７の波長情報信号受信部１５ｂは、波長情報信号７ａを受信した場合には、データ処理部１４ａに波長情報信号７ａを伝達する。データ処理部１４ａは、光源２３ａ〜２３ｃの中から波長情報信号７ａに含まれる固有情報である波長の光ビームを送信している光源へ下り信号５を送信する。この下り信号５を受信した光源は、この下り信号５を光ビームに含ませて端末３０１の位置する方向へ光ビームを照射する。なお、このとき、この下り信号５を受信した光源を除く他の光源には、光ビームの照射を停止させてもよい。また、各光源２３ａ〜２３ｃは、第１の実施形態と同様に、照射する光ビームの波長毎に光ビームの指向角を変えてもよい。
【００２９】
以上で説明した通り、第２の実施形態の光空間伝送システムは、光空間伝送装置が端末の方向を特定するための固有情報として光ビームの波長を用いる。そして、光送信部２６は、光源を送信方向毎に備える。このことによって、第２の実施形態の光空間伝送システムは、第１の実施形態の光空間伝送システムと比べて波長可変光源１７及び回折格子１８（図２を参照）を備えないので、簡易に構成でき光空間伝送装置の小型化が図れる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能を示す。以下に、図８を参照しながら、第３の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能について説明する。図８に示す通り、第３の実施形態の光空間伝送システムは、光空間伝送装置３０と端末４０１とによって構成される。なお、図８において、第１の実施形態の光空間伝送システム（図２）と同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付して詳しい説明は省略する。
【００３１】
光空間伝送装置３０は、複数の光源３２ａ〜３２ｃ及び複数の発振器４２ａ〜４２ｃからなる光送信部３３と周波数情報信号受信部３４とデータ処理部１４ｃとデータ用光受信部２０とを含む。端末４０１は、周波数識別部３８と制御信号送信部３９とデータ用光送信部８とデータ用光受信部９とデータ処理部１２とを含む。なお、図８では、光源を３個としているが、光源の個数はこれに限られるものではない。
【００３２】
周波数情報信号受信部３４は、発信器４２ａ〜４２ｃにそれぞれ異なる周波数の信号を発信させる。そして、これらの各信号によって、それぞれの光源３２ａ〜３２ｃが送信する光ビームが変調される。このとき、光源３２ａ〜３２ｃは、それぞれ異なる送信方向に光ビーム２ｇを送信するように配置され固定される。光源３２ａ〜３２ｃは、端末４０１と光空間伝送通信を開始する前は、発振器４２ａ〜４２ｃから発信される各信号によってのみ変調された光ビーム２ｇ（下り信号５が含まれていない光ビーム２ｇ）を空間に送信する。このとき、それぞれの光源３２ａ〜３２ｃは、一定のタイミングで順番に光ビームを送信してもよいし、同時に全ての光源から光ビームを送信してもよい。このようにして、光空間伝送装置３０は、端末４０１と光空間伝送通信を開始する前に、光ビームの送信方向毎に異なる周波数で変調された光ビーム２ｇを送信する。
【００３３】
端末４０１の周波数識別部３８は、光空間伝送装置３０から送信された光ビーム２ｇの変調された周波数（以下、変調周波数という）を識別して特定する機能を有している。周波数認識部３８としては、例えば、通過周波数帯域がそれぞれ異なる複数のバンドパスフィルタを組み合わせて信号が通過したバンドパスフィルタの特性によって周波数を特定するものでもよい。また、発信させる周波数を変化させることができるローカル発振器と少なくとも１つのバンドパスフィルタとを設けて、受信信号の周波数からローカル発振器によって発信した各周波数を差し引いた周波数をもつ各信号をバンドパスフィルタに通過させようとすることによって、信号が通過したときのローカル発信器の周波数から変調周波数を特定するもの等がある。このように、周波数識別部３８は、受信した光ビーム２ｇの変調周波数を演算等することによって特定することができる。次に、制御信号送信部３９は、固有情報であるこの変調周波数情報を周波数識別信号７ｂに含ませて、光空間伝送装置３０に送信する。制御信号送信部３９は、光ビームによって信号を伝達するＬＥＤやＬＤといった光送信器であってもよいし、無線アンテナや、リモコン用赤外線送信器であってもよい。なお、光ビームで信号を伝達する場合には、指向角をもった光ビームを用いるのが好ましい。
【００３４】
光空間伝送装置３０の周波数情報信号受信部３４は、周波数情報信号７ｂを受信した場合には、データ処理部１４ｃに周波数情報信号７ｂを伝達する。そして、データ処理部１４ｃは、光源３２ａ〜３２ｃの内で周波数情報信号７ｂに含まれる固有情報である周波数の光ビームを送信している光源へ下り信号５を送信する。そして、この下り信号５を受信した光源は、この下り信号５を光ビームに含ませて端末４０１が位置する方向へ光ビームを送信する。なお、このとき、この下り信号５を受信した光源を除く他の光源には、光ビームの送信を停止させてもよい。
【００３５】
以上に説明した通り、光空間伝送装置３０は、制御信号送信部３９から送信された周波数情報信号７ｂによって、下り信号５を含んだ光ビームの送信方向を一意に特定することができる。この結果として、光空間伝送装置３０と端末４０１との間において光空間伝送を相互に行うためのリンクが確立できる。そして、端末４０１は、データ用光送信部８とデータ用光受信部９とデータ処理部１２とを用いて光空間伝送装置３０との間でデータ通信を行うことができる。
【００３６】
なお、発振器４２ａ〜４２ｃは、データ処理部１４から送信データの送信が開始されると、発振器４２ａ〜４２ｃから送信される信号は停止させることが好ましい。また、光源の数および発振器の数は、図８に示した例に限られるものではない。
【００３７】
このように、第３の実施形態の光空間伝送システムでは、固有情報として変調周波数を用いることで光ビームの方向を特定する。このことによって、光ビームの波長を任意の波長とすることができ受光素子に対して高感度となる波長を用いることができる。従って、これら光源３２ａ〜３２ｃを下り信号５を送信する光送信部として用いて高速データ伝送を高精度で行うことができる。
【００３８】
なお、第３の実施形態で示したように変調周波数を固有情報として用いて送信方向を特定するものではなく、光ビームの点滅間隔を固有情報として用いることもできる。これは、光ビームを固有のタイミングでオン・オフさせてそのオンをする間隔の変化を送信方向によって変化させることで、光ビームの固有情報となる点滅間隔と、光ビームの送信方向を関連づける方法である。この場合、周波数情報信号受信部３４は、周波数情報信号７ｂを受信する代わりに、点滅間隔情報信号を受信する機能を持てばよい。そして、発振器４２ａ〜４２ｃによって、光源を変調させるか、あるいはデータ処理部１４によって点滅させるタイミングを制御すればよい。また、周波数識別部３８の代わりに光ビームの点滅間隔を識別する点滅間隔識別部を持ち、点滅間隔情報を制御信号送信部３９から送信すればよい。
【００３９】
また、同様に、光ビームの符号列を固有情報とすることもできる。これは、光ビームを固有の符号列で変調させその符号列を送信方向によって変化させることによって、光ビームの固有情報となる符号列と光ビームの送信方向とを関連づける方法である。この場合、周波数情報信号受信部３４は、周波数情報信号７ｂを受信する代わりに、符号情報信号を受信する機能を持てばよい。そして、発振器４２ａ〜４２ｃによって、光源を符号変調させるか、あるいはデータ処理部１４から符号列を送信して変調すればよい。また、周波数識別部３８の代わりに、光ビームの符号列を識別する符号列識別部を持ち、その符号情報を制御信号送信部３９から送信すればよい。
【００４０】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態の光空間伝送装置３７の機能及び機能を示す。第４の実施形態の光空間伝送システムは、光空間伝送装置３７と端末（図示せず）とによって構成される。以下に、図９を参照しながら、光空間伝送装置３７の構成及び機能について説明する。
【００４１】
図９に示す通り、光空間伝送装置３７は、光送信部１９０と固有情報信号受信部１５０と送信制御部１６０とデータ処理部１４０とデータ用光受信部２０とを含む。光送信部１９０は、回転することによって各方向へ光ビームを送信する。そして、光送信部１９０は、各方向に送信する光ビーム毎に固有情報を含ませる。固有情報は、光ビームの波長や変調周波数や点滅間隔や符号列等である。このとき、光空間伝送装置３７は、光送信部１９０によって下り信号５を含まない光ビームを照射する。端末（図示せず）は、受信した光ビームに含まれる固有情報を識別した後にこの識別した固有情報を含ませた固有情報信号７０を光空間伝送装置３７へ送信する。ここで、光ビームの波長を固有情報として用いる場合には、第１の実施形態で説明した端末３０１（図２）を用いる。また、光ビームの変調周波数を固有情報として用いる場合には、第３の実施形態で説明した端末４０１（図８）を用いる。つまり、用いる固有情報に応じた機能を有する端末を用いる必要がある。固有情報信号受信部１５０は、端末が送信した固有情報信号７０を受信すると、固有情報信号７０を送信制御部１６０へ伝達する。次に、送信制御部１６０は、固有情報信号７０に含まれる固有情報を含んだ光ビームを光送信部１９０が送信した方向に、光送信部１９０の送信する方向を固定する。このことによって、光送信部１９０は、端末が位置する方向に送信した光ビームを再現することができる。次に、送信制御部１６０は、データ処理部１４０に端末の存在を伝達する。次に、データ処理部１４０は、端末へ送信する下り信号５を光送信部１９０に送信し、光空間伝送通信が開始される。
【００４２】
このように、第４の実施形態の光空間伝送システムでは、光送信部１９０が回転することによって各方向へ光ビームを送信する。そして、光送信部１９０は、各方向に送信する光ビーム毎に固有情報を含ませる。このため、光送信部１９０がもつ光源は、１つでよい。また、光ビームの固有情報を、波長、変調周波数、点滅間隔、符号列等とすることができる。
【００４３】
ここで、第１〜第４の実施形態において、以下に説明する機能を更に設けても良い。以下では、第１の実施形態の光空間伝送システムを例に挙げて、説明する。図１０は、第１の実施形態の光空間伝送装置２２（図２）にデータ用光受信部２０を回転させる機能を設けた図である。
【００４４】
図１０に示す通り、光空間伝送装置２２は、更に受信制御部２５及び受信可動部２４を備える。受信可動部２４は、回転してデータ用光受信部２０の光軸方向を変えることができる。まず、波長制御部１６ａは、波長情報信号７ａに含まれる固有情報である波長によって端末３０１が位置する方向を特定する。そして、波長制御部１６ａは、特定した端末３０１が位置する方向を受信制御部２５に伝達する。次に、受信制御部２５は、受信可動部２４の回転を制御して、データ用光受信部２０の光軸方向と端末３０１が位置する方向とが一致するように固定する。つまり、受信制御部２５は、データ用光受信部２０の光軸方向と下り信号５の送信方向とが一致するように受信可動部２４を制御する。
【００４５】
このことによって、光空間伝送装置２２は、端末３０１から送信される上り信号４を含んだ光ビームを効率よく受信することができる。なお、例えば、光空間伝送装置２２にミラー（図示せず）を設け、このミラーを回転させることによって光軸を変化させ、データ用光受信部２０に上り信号４を入射させる構成としてもよい。
【００４６】
（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態の光空間伝送装置４７の構成及び機能を示す図である。第５の実施形態の光空間伝送システムは、光空間伝送装置４７と端末３０１（図２を参照）とによって構成される。第５の実施形態は、第１の実施形態に対して光空間伝送装置４７が異なるので、以下では主に光空間伝送装置４７について説明する。図１１において、第１の実施形態の光空間伝送装置２２（図２）と同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付して詳しい説明は省略する。
【００４７】
図１１に示す通り、光空間伝送装置４７は、波長可変光源１７と回折格子１８とからなる場所探知専用光送信部３１と、波長情報信号受信部１５ａと、波長制御部１６ｂと、データ処理部１４ｄと、送信／受信制御部２８と、送信／受信可動部２４ａと、送信／受信可動部２４ａに設置されたデータ用光受信部２０及びデータ用光送信部２９とを含む。
【００４８】
場所探知専用光送信部３１は、第１の実施形態の光送信部１９ａと同様に光ビーム２ａを送信する。しかし、場所探知専用光送信部３１は、端末３０１が位置する方向を特定するが、光送信部１９ａとは異なり端末３０１へ下り信号を送信しない。端末３０１は、光空間伝送装置４７によって送信された光ビーム２ａを受信すると光空間伝送装置４７へ波長情報信号７ａを送信する。波長情報信号受信部１５ａは、端末３０１から送信される固有情報を含んだ波長情報信号７ａを受信すると、波長情報信号７ａを波長制御部１６ｂへ伝達する。ここで、波長情報信号７ａを伝達された波長制御部１６ｂは、場所探知専用光送信部３１が光ビーム２ａを送信するのを停止させるのが好ましい。次に、波長制御部１６ｂは、波長情報信号７ａに含まれる固有情報である波長によって端末３０１が位置する方向を特定する。波長制御部１６ｂは、特定した端末３０１が位置する方向を送信／受信制御部２８に伝達する。送信／受信制御部２８は、送信／受信可動部２４ａの回転を制御して、データ用光送信部２９及びデータ用光受信部２０の光軸方向と端末３０１が位置する方向とが一致するように固定する。また、波長制御部１６ｂは、データ処理部１４ｄに端末３０１の存在を伝達する。次に、データ処理部１４ｄは、端末３０１へ送信する下り信号５をデータ用光送信部２９に送信する。
【００４９】
以上の動作によって、データ用光送信部２９は、端末３０１が受信した光ビームに含まれる固有情報である波長に基づいて、端末３０１が位置する方向に下り信号５を送信することができる。また同時に、データ用光受信部２０も、端末３０１が送信する上り信号４を最も効率良く受信することができる。なお、データ用光送信部２９及びデータ用光受信部２０の光軸方向と端末３０１が位置する方向とを一致させる方法としては、例えば、光軸を反射するミラー（図示せず）を設けてこのミラーの回転角度を制御してもよい。
【００５０】
このように、端末の位置する方向を検出するための光送信部とは別にデータ用光送信部２９を設けることによって、場所検知専用光送信部３１の光源には、端末３０１で波長識別が容易である可視光の波長光源を使用できる。そして、データ用光送信部２９の光源には、端末３０１について受信感度が高い長波長の光源を用いることができる。一般的に、光空間伝送システムにおいては、低速伝送時に比べて高速伝送時には受光電力を大きくする必要がある。従って、受信感度が高い波長帯域を光空間伝送に用いることによって、より高速なデータ伝送を行うことができる。また、一般に、長波長の光は、直接変調される際に、可視光線域の光よりも高速で変調し易い。このように、場所検知専用光送信部３１とデータ用光送信部２９とを備えることによって、より高速な光空間伝送を行うことができる。
【００５１】
図１２は、光空間伝送装置４７の動作を示すフローチャートである。以下に、図１２を参照しながら、光空間伝送装置４７の動作について説明する。まず、波長制御部１６ｂは、波長可変光源１７から出力される光ビームの波長を変化させる。そして、この光ビームを回折格子１８に照射することによって、光ビーム２ａの送信方向を波長毎に変化させる（ステップＳ９）。次に、波長情報信号受信部１５ａは、端末３０１が送信する波長情報信号７ａを受信したか否かを判断する（ステップＳ１０）。波長情報信号受信部１５ａが波長情報信号７ａを受信していない場合、波長制御部１６ｂは、ステップＳ９の動作に戻って波長可変光源１７から出力される光ビームの波長の変化を継続させる。波長情報信号受信部１５ａが波長情報信号７ａを受信した場合には、波長制御部１６ｂは、端末３０１が位置する方向を特定する。（ステップＳ１１）。次に、波長制御部１６ｂは、送信／受信制御部２８へ端末３０１が位置する方向を送信する。次に、送信／受信制御部２８は、送信／受信可動部２４ａを制御してデータ用光送信部２９及びデータ用光受信部２０の光軸が端末３０１と対向するように制御する（ステップＳ１２）。次に、波長制御部１６ｂは、データ制御部１４ｄに端末３０１の存在を伝達する。次に、データ制御部１４ｄは、端末３０１へ送信する送信データをデータ用光送信部２９に送信する。そして、データ用光送信部２９によって下り信号５が送信されて端末３０１との通信が開始される（ステップＳ１３）。
【００５２】
なお、図１１では、データ用光送信部２９およびデータ用光受信部２０は一組しかないが、データ用光送信部２９およびデータ用光受信部２０はそれぞれ複数あってもよい。この場合、波長情報信号受信部１５ａで受信する複数の波長情報信号７ａに従い、順次、データ用光送信部２９及びデータ用光受信部２０をそれぞれの方向に向けることにより複数の端末との通信が可能になる。また、場所検知専用光送信部３１は、第２の実施形態で説明した図７に示す光送信部２６であってもよいし、第３の実施形態で説明した図８に示す光送信部であってもよいし、第４の実施形態で説明した図９に示す光送信部１９０であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、光空間伝送装置が端末の位置を自動的に特定する光空間伝送システム等に利用可能であり、特に、光空間伝送装置に、簡易に、任意のタイミングで、端末の位置する方向（送信方向）を特定させたい場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の全ての実施形態に共通する基本概念について説明するための光空間伝送システムの全体構成を示す図
【図２】第１の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能を示す図
【図３】第１の実施形態の光空間伝送装置の動作を示すフローチャート
【図４】第１の実施形態の端末の動作を示すフローチャート
【図５】受光素子の受光感度特性を示す図
【図６】第１の実施形態の光空間伝送装置２２を構成する光送信部１９ａの機能的構成を示す図
【図７】第２の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能を示す図
【図８】第３の実施形態の光空間伝送システムの構成及び機能を示す図
【図９】第４の実施形態の光空間伝送装置４７の機能及び機能を示す図
【図１０】第１の実施形態の光空間伝送装置２２にデータ用光受信部２０を回転させる機能を設けた図
【図１１】第５の実施形態の光空間伝送装置３７の構成及び機能を示す図
【図１２】第５の実施形態の光空間伝送装置３７の動作を示すフローチャート
【図１３】特許文献１に記載された従来の光空間伝送システムの構成を示す図
【符号の説明】
【００５５】
１、２２、２７、３０、３７、４７  光空間伝送装置
２、２ａ〜２ｇ  光ビーム
３、３０１、４０１  端末
４  上り信号
５  下り信号
７、７０  固有情報信号
７ａ  波長情報信号
７ｂ  周波数情報信号
８、２９  データ用光送信部
９、２０  データ用光受信部
１０  波長識別部
１１、３９  制御信号送信部
１４、１４ａ、１４ｃ、１４ｄ、１４０  データ処理部
１５ａ、１５ｂ  波長情報信号受信部
１６ａ、１６ｂ  波長制御部
１７  波長可変光源
１８  回折格子
１９ａ、２６、３１、３３、１９０  光送信部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  光源
２４  受信可動部
２４ａ  送信／受信可動部
２５  受信制御部
２８  送信／受信制御部
３１  場所検知専用光送信部
３４  周波数情報信号受信部
３８  周波数識別部
４２ａ〜４２ｃ  発振器
１０１  送信装置
１０２  受信装置
１０３  受信部
１０４  ＣＣＤカメラ
１０６  光パターン
１０７  モニタ
１０８  ＬＥＤ
１０９  可視光ＬＥＤ
１１０  光出力
１５０  固有情報信号受信部
１６０  送信制御部
【図１】
2007235880.tif 000003
【図２】
2007235880.tif 000004
【図３】
2007235880.tif 000005
【図４】
2007235880.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007235880.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2007235880.tif 000015