(57)【要約】【課題】光信号を用いて自由空間をデータ伝送する光空間伝送において、光送信器は、光の出射方向を光受信器の受光部へ調整して、受光部に光が入る状態にしてデータ伝送を開始する。しかし、データ伝送を行うには、送受信器の光軸を調整しないと受光部に光信号が入射せずデータ伝送が行えない課題があった。本願発明は、光送受信器の光軸調整機能を不要とする光空間伝送方法を提供することを目的とする。【解決手段】光受信器は広角に光を出射し、光送信器は曲面状の反射部で光受信器からの光を反射し、光受信器へと反射する。その際、光受信器と反射部の間に設けた吸収部を用いて光信号を変調し、光受信器へとデータ信号を送信する構成とすることで、光送受信器の光軸調整機能を不要とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムであって、
光受信器は、光を出力する発光部と、光送信器からの光信号を受光する受光部とを備え、
前記光送信器は、前記発光部からの光を反射する曲面状の反射部と、
前記発光部と前記反射部との間に設置し、前記発光部からの光と、前記反射部からの光とを吸収する吸収部と、
前記光送信器が伝送するデータに応じて、前記吸収部の吸収率を変化させる駆動部とを備える、光送受信器。
【請求項２】
前記吸収部は、前記反射部の形状に応じた、曲面状の形状である、請求項１記載の光送受信器。
【請求項３】
前記吸収部は、前記反射部との距離が所定の距離以下となる形状である、請求項１記載の光送受信器。
【請求項４】
前記光受信器は、前記受光部が所定の値以上の受光パワーを受光していないときは、前記発光部は間欠光を出力し、所定の値以上の受光パワーを受光しているときは、連続光を出力する、請求項１記載の光送受信器。
【請求項５】
前記光送信器は、前記発光部からの光が連続光であることを検知する光検知部を有し、前記光検知部が連続光であることを検知すると、送信データに応じて前記駆動部を駆動し、前記吸収部の吸収率を変化させて、データ伝送を行う、請求項１記載の光送受信器。
【請求項６】
前記光受信器は、複数の発光部を有し、各々の発光部は異なる出射方向に光信号を出射する、請求項１記載の光送受信器。
【請求項７】
前記光受信器は、前記受光部が所定の値以上の受光パワーを受光していないときは、前記複数の発光部を各々異なるタイミングで間欠光を出力し、前記受光部が所定の値以上の受光パワーを受光すると、どの発光部からの反射光を受光しているかをタイミングから判断し、反射光の基となる前記発光部は連続光を出力し、それ以外の発光部の出力を停止する、請求項６記載の光送受信器。
【請求項８】
前記光受信器は、複数の受光部を備え、前記光送信器からの光信号を複数の受光部で受光する、請求項１記載の光送受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を用いて自由空間中でデータ伝送を行う光空間伝送用の光送受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光空間伝送方法は、自由空間中に光信号を伝送する際、出射光の広がりをある程度抑えて、光送受信器の光軸を調整して伝送する方法をとっている。図８を用いて簡単に説明すると、データ伝送に先立って、光送信器９は光受信器１０の位置連絡手段１５からの信号に基づいて位置検出手段５２を用いて、光受信器１０の位置を検出する。光送信器９は光受信器１０の受光部２の方向へ光信号３０を出射するように出射方向制御手段５１で光送信部１００の角度を調節する。光送信器９への入力信号であるデータ信号３１は光送信回路部３へ入力され発光部１で光信号３０に変換され、発光部１は自由空間中に光信号を出射する。光受信器１０は光信号３０を、受光部２で受光してデータを受光する。受光部２で電気信号に変換されて、光受信回路部４へ入力され、データ信号３２として光受信器１０から出力される。光送信器９と光受信器１０の間で効率よく光パワーを伝送するため、光送信器は、発光部１からの光出力をレンズ等を用いて、光信号の広がりを小さく抑えて、光受信器１０の受光部２において大きな受光パワーが得られるように設定される。また、光受信器１０はレンズなどを用いて、光信号をより集めて受光部２で受光する、といったものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２８９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、光送信器からの出射方向を正確に調整しないと、出射光の広がりが小さいために光受信器１０で受光パワーが得られず、光送受信器の光軸調整が必要となり複雑な機構が必要になる、という課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光送受信器間の光軸調整機能を不要とする光空間伝送用の光送受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光送受信器は、光信号を用いて自由空間をデータ伝送するシステムであって、光送信器と光受信器でデータ伝送を行う方法であって、前記光受信器は、光を出力する発光部と、前記光送信器からの光信号を受光する受光部とを備え、前記光送信器は、前記発光部からの光を反射する曲面状の反射部と、前記発光部と前記反射部との間に設置し、前記発光部からの光と、前記反射部からの光とを吸収する吸収部と、前記光送信器が伝送するデータに応じて、吸収部の吸収率を変化させる駆動部とを備えることを特徴としている。
【０００６】
更に本発明の光送受信器は、前記吸収部は、前記反射部の形状に応じた、曲面状の形状であることを特徴としている。
【０００７】
更に本発明の光空間伝送方法は、前記吸収部は、前記反射部との距離が所定の距離以下となる形状であることを特徴としている。
【０００８】
更に本発明の光空間伝送方法は、前記光受信器は、前記光送信器からの反射光を、前記受光部が、所定の値以上の受光パワーを受光していないときは、前記発光部は間欠光を出力し、所定の値以上の受光パワーを受光しているときは、連続光を出力することを特徴としている。
【０００９】
更に本発明の光空間伝送方法は、前記光送信器は、前記発光部からの光が連続光であることを検知する光検知部を有し、前記光検知部が連続光であることを検知すると、送信データに応じて前記駆動部を駆動し、前記吸収部の吸収率を変化させて、データ伝送を開始することを特徴としている。
【００１０】
更に本発明の光空間伝送方法は、前記光受信器は、複数の発光部を有し、各々の発光部は異なる出射方向に光信号を出射することを特徴としている。
【００１１】
更に本発明の光空間伝送方法は、前記光受信器は、前記受光部が、所定の値以上の受光パワーを受光していないときは、前記複数の発光部を各々異なるタイミングで間欠光を出力し、前記受光部が所定の値以上の受光パワーを受光すると、どの発光部からの反射光を受光しているかをタイミングから判断し、反射光の基となる前記発光部は連続光を出力し、それ以外の発光部の出力を停止することを特徴としている。
【００１２】
更に本発明の光空間伝送方法は、前記光受信器は、複数の受光部を備え、前記光送信器からの光信号を複数の受光部で受光することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光送受信器によれば、光送受信器間の光軸調整機能を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光空間伝送に用いる光送受信器の構成である。実施の形態１は、発光部１、受光部２、反射部６、吸収部７、駆動部９２、データ送信部９１、光送信器９、光受信器１０より成る。ここで、反射部６は曲面状の形状を有し、吸収部７は反射部６の形状に応じた曲面状の形状を有する。
【００１６】
光受信器１０に設けた発光部１は広角に出力される。発光部１からの出力である光信号３０は連続光である。光送信器９は曲面状の反射部６を有しており、反射部６は発光部１からの出力光を反射するが、曲面状であるため、反射光の一部は光受信器１０に設けた受光部２へと入射される。例えば、吸収部６が半球面状の形状であるとすれば、半球面が設けられた面より上方からの光は必ず受光部２へ反射される成分が存在することになる。
【００１７】
吸収部７は、図１に示すとおり、発光部１と反射部６の間に設けており、データ送信部９１からの出力に応じて、駆動部９２が吸収部７の吸収率を変化させることで、発光部１からの出力光を変調することが可能となる。吸収部７は、反射部６の形状に合わせた曲面状で形成する。ここで、吸収部７が平面で、反射部６が曲面状の形状であった場合を考えると、反射部６への入射角度が変化すると、反射部６と吸収部７の距離が変化することになる。図７に、反射部６と吸収部７の距離が変化した場合の、光送信器９の光送信波形を示す。伝送速度により決定されるタイムスロットに対し、反射部６と吸収部７との往復距離を光信号が伝達するのに必要な伝達時間を７％、３３％（１０Ｇｂｐｓでは、それぞれ往復距離２ｍｍ、１０ｍｍに相当）と変化させたとき、変調波として実線の波形を吸収部７に入力すると、７％（図７中の黒丸）では大きな変化は見られないが、３３％（図７中の白丸）では光送信器９からの光送信波形は、振幅が約６割となり、Ｌｏｗの部分での波形劣化も生じる。このため、反射部６と吸収部７の距離は、伝送速度により決定されるタイムスロットに対して、往復の伝達時間が小さくなるよう設定する必要がある。そのため、入射角度に応じて、反射部６と吸収部７の距離の変化が生じないようにするため、吸収部７の形状は、反射部６の曲面状の形状に合わせた曲面状の形状とする。
【００１８】
吸収部７で変調された、光送信器９からの出力は、光受信器１０の受光部２で受光され、光送信器９から光受信器１０へのデータ伝送は行われる。
【００１９】
以上より、光送信器９と光受信器１０の間で光軸調整を行うことなく、光送信器９から光受信器１０へとデータ伝送を行うことができる。
【００２０】
なお、本実施の形態において、吸収部７は反射部６の曲面状に応じた曲面状の形状としたが、複数の平面を組み合わせて形成するなどして、吸収部７と反射部６の距離が入射角度によって大きく変化しない形状であればよい。なお、本実施の形態において、図１で反射部６と吸収部７は凸面上の形状であるが、凹面上の形状であってもよい。
【００２１】
（実施の形態２）
図２、図３は、本発明の実施の形態２の光空間伝送に用いる光送受信器の構成および送信／受信波形を示す図である。図２において、光検知部２００は発光部１からの光信号３０を受光する。
【００２２】
実施の形態１において、光受信器１０からの光信号３０は連続光としたが、光送信器９がない場合には、連続光を出力することは消費電力の観点から望ましくない。そこで、光受信器１０は、受光部２が所定の値以上の受光パワーを受光していないとき、すなわち光送信器９が所定の範囲内に存在しない場合、図３上に示すような間欠光（図３中の送信波形）を出力する。時刻ｔ１までは光送信器９が存在せず、光受信器１０の受信波形は“０”のままであるが、時刻ｔ１の時点で光送信器９が所定の範囲内に入ると、光受信器１０の受信波形が図３下のように変化し、所定の値以上の受光パワーを受光すると、光受信器１０は発光部１からの出力を連続光に切り替える。一方、光送信器９は、光検知部２００で発光部１からの光を検知し、発光部１からの光が連続光であることを検知すると、データ送信部９１がデータ送信を行うよう制御し、連続光でないことを検知すると、データ送信を行わないように制御する。時刻ｔ２の時点で光受信器１０が発光部１を用いて連続光を出力し、光検知部２００が連続光を検知すると、データ送信部９１はデータ送信を開始し、駆動部９２へデータ信号を出力する。駆動部９２は入力に応じて吸収部７の変調を行い、光送信器９で変調された光信号が光受信器１０へと伝送され、光受信器１０は図３下に示すような受信波形を受信する。以上の手続きにより、光送信器９から光受信器１０へのデータ伝送を行うことが可能となる。
【００２３】
以上より、光送信器９が所定の範囲内に存在しない場合には、光受信器１０の発光部１の出力を間欠光とし、光送信器９が存在する場合には連続光を出力するよう構成できるため、実施の形態１に比べて、不要な消費電力を抑えることが可能となる。
【００２４】
（実施の形態３）
図４と図５は、本発明の実施の形態３の光空間伝送に用いる光送受信器の構成を示す図である。光受信器１０は複数の発光部を有し、図４に示すように、各々の発光部１１〜１４は、異なる出射方向を持ち、発光領域８１〜８４をカバーするように光を出力する。実施の形態２と同様に、光送信器９が所定の範囲内に存在しない場合には、各発光部１１〜１４は間欠光を出力する。本実施の形態３では、複数の発光部を使用するが、各々の発光部は、間欠光を出力するタイミングが重ならないよう発光する。光送信器９が所定の領域内に入ってくると、光送信器９の反射部６で反射された光が受光部２へ入力される。このとき、各々の発光部１１〜１４が光るタイミングが重なっていないため、どの発光部が光ったときに、反射光が戻ってきているかを認識することができる。図５を用いて説明すると、光送信器９は発光領域８３に入ってきたため、発光部１３が光るタイミングで受光部２は反射光を検知し、それ以外の発光部１１、１２、１４が光るタイミングでは受光部２は反射光を検知しない。以上から、発光部１３が反射光の基になることを認識する。どの発光部が反射光の基になるかを認識（図５では発光部１３）した後、光受信器１０は発光部１３から連続光を出力し、発光部１１、１２、１４の出力は停止し、光送信器９は発光部１３からの連続光を変調して反射することで、光送信器９から光受信器１０へのデータ伝送を行うことが可能となる。
【００２５】
以上より、光受信器１０は光送信器９とデータ伝送できる領域を広くでき、かつデータ伝送時には不必要な領域への光出力を停止することができ、効率よくデータ伝送を行うことが可能となる。
【００２６】
なお、本実施の形態において、発光部および発光領域は４つで構成しているが、複数の発光部および発光領域を有する構成であればよい。なお、各々の発光領域に対して、各々発光部を光らせる構成としたが、１つ乃至は複数の発光部を制御して、出力方向を変更して各々の発光領域に対して、光を出力する構成であってもよい。
【００２７】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４の光空間伝送に用いる光送受信器の構成を示す図である。光受信器１０は、複数の受光部を有し、各々の受光部２１〜２４で光送信器９からの反射光を受光する。
【００２８】
実施の形態１に示すように、光送信器９の反射部６は曲面状の形状をしていることから、反射光は広く反射される。そのため、図６に示すように光受信器１０で複数の受光部２１〜２４を設け、受光部２１〜２４でそれぞれ光送信器９からの反射光を受光することにより、１つの受光部で受光するよりも、大きな受光パワーを得ることが可能となる。
【００２９】
以上より、光受信器１０に複数の受光部を設けることにより、より大きな受光パワーを得ることが可能となる。
【００３０】
なお、本実施の形態において、受光部は４つで構成しているが、複数の受光部を用いる構成であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる光送受信器は、光空間伝送用の光送受信器間の光軸調整機能を不要とすることができる特徴を有し、自由空間中を光伝送する機器および装置の入出力インターフェース等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の光空間伝送用の光送受信器の構成を示す図
【図２】本発明の光空間伝送用の光送受信器の構成を示す図
【図３】本発明の光空間伝送で用いる送受信波形の遷移を示す図
【図４】本発明の光空間伝送用の光送受信器の構成を示す図
【図５】本発明の光空間伝送用の光送受信器の構成を示す図
【図６】本発明の光空間伝送用の光送受信器の構成を示す図
【図７】本発明の光空間伝送用の光送信器の光送信波形を示す図
【図８】従来の光空間伝送用の光送受信器の構成を示す図
【符号の説明】
【００３３】
１，１１，１２，１３，１４    発光部
２，２１〜２４    受光部
３    光送信回路部
４    光受信回路部
６    反射部
７    吸収部
８，８１，８２，８３，８４    発光領域
９    光送信器
１０    光受信器
１５    位置連絡手段
３０    光信号
３１，３２    データ信号
５１    出射方向制御手段
５２    位置検出手段
９１    データ送信部
９２    駆動部
１００    光送信部
２００    光検知部
【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】
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