(57)【要約】  光送信局の送信パネルに配列された複数の発光素子における光の送信タイミングを、光受信局の側における集光光学系等に起因する個々の光の光路差が解消されるように調整し、個々の発光素子から光受信局に至る光の光路差に起因する変調速度の制約や、受信感度の劣化を解消して、長距離で高速な光空間通信を実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、送信する前記情報に遅延差を与えることを特徴とする光空間通信方法。
【請求項２】
請求項１記載の光空間通信方法において、
前記受信手段では、特定の波長範囲の前記光を選択的に透過させる波長フィルタを介して前記光を受信することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項３】
送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項４】
送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記発光素子の中心発振波長を複数用意し、前記光の伝播速度の波長依存性を利用して、前記受信手段の位置において前記光を集光した場合に前記光による正常な前記情報通信が行われるように制御することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項５】
送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段と前記受信手段との間に、前記光の複数の通信経路を設定し、前記通信経路が交差する位置に前記受信手段が存在する場合に、正常な前記情報通信が可能となるように、前記送信手段における前記光の送信変調を制御することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項６】
光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から放射され前記受信装置に到達する複数の光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含むことを特徴とする光送信装置。
【請求項７】
光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
放射する光の中心発振波長の異なる複数の発光素子と、
前記光受信装置の位置で前記光を集光した場合に正常な受信波形が得られるように個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、を含むことを特徴とする光送信装置。
【請求項８】
光送信装置とともに光空間通信システムを構成する光受信装置であって、
前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光を収束する集光手段と、前記光送信装置と前記光受信装置との間における個々の前記光の光路差をなくす光路調整手段と、を含むことを特徴とする光受信装置。
【請求項９】
請求項８記載の光受信装置において、
さらに、前記光に混在する不要な信号成分を除去する波長フィルタを備えたことを特徴とする光受信装置。
【請求項１０】
光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光受信装置は、前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光の光路差をなくす光路調整手段を含むことを特徴とする光空間通信システム。
【請求項１１】
光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光送信装置は、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から前記光受信装置に到達する複数の光の光路差をなくすように、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含むことを特徴とする光空間通信システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の光空間通信システムにおいて、
前記受信装置は、前記光送信装置から到来する前記光の受信状態を計測して前記光送信装置に伝達する受信状態通知手段を備え、
前記遅延発生手段は、前記受信状態通知手段から通知された前記受信状態に基づいて、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御することを特徴とする光空間通信システム。
【請求項１３】
請求項１１記載の光空間通信システムにおいて、
さらに、前記光送信装置から前記光受信装置に向けて送信される前記光の光路を多重化する光路多重化手段を含むことを特徴とする光空間通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間通信技術に関し、特に、比較的長距離の光空間通信技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色ダイオードの開発によって、光の三原色である赤、緑、青の発光ダイオードが出揃ったことにより、様々な分野でそれまで、電球及びカラーフィルム等によっていたものが発光ダイオードに置き換わりつつある。たとえば、道路上の信号機はよく知られた事例である。【０００３】
この発光ダイオードは電球と比べ、単に長い寿命、省電力であるだけでなく、高速に点滅できるという特性を持っており、このことに多くの関心が集中している。
すなわち、人間の目などの感覚器に感じないほど高速に点滅できるため、照明器具としてだけでなく、光通信手段として利用できるため照明器具を介した通信技術として応用が期待されている。【０００４】
従来の光空間通信では発光ダイオードやレーザーダイオード（以下、発光素子と記す）の光の点滅によって情報を伝えることが知られている。光空間通信では、光ファイバーのような光伝送路を介して通信するのにくらべて伝送距離に応じた光強度は著しく減衰するため、近距離での通信に利用されるに止まっている。【０００５】
これらの光空間通信では、光ファイバー導波路と異なり、空間を伝播させているため、大気中の浮遊物等の影響を受けて減衰しやすく、長距離通信には様々な技術的課題を生じる。【０００６】
このため、より遠方との通信を実現するためには、送信出力を上げるとともに、光の拡散による減衰を防止するため、レーザー光のような直進性のある光を利用することが必要となる。【０００７】
しかし、レーザー光のように直進性のある光をより強く空間に放射することは一般に危険であるため、結局、安全性の観点から、光ファイバー通信に劣ると考えられている。
すなわち、空間伝送中の光の安全性や減衰を考慮しつつ、情報通信に必要な光信号レベルを確保するためには、各々の光出力が安全上の観点から十分に低い複数の発光素子を平面状に配列して光信号を放射させ、受信側で複数の発光素子からの光を収束して受信することが考えられる。【０００８】
ところが、複数の発光素子から放射される個々の光に光路差が生じるため、受信側において、この光路差による信号波形の歪みが発生し、変調速度限界、すなわち通信速度が低下する、という技術的課題がある。【０００９】
また、光空間通信では、セキュリティ管理が困難な外部空間に光として情報を送信するため、秘話性の確保が必要となる。この場合、暗号方式によって通信の秘密は保持することは可能であるが、有線通信と比較すれば、より一層の秘話性の確保が必要となる。【００１０】
従来、特許文献１には、複数の発光ダイオードを配列した光無線通信用光射出装置において、個々の発光ダイオードが収容される格子枠部と、この格子枠部の開口部に配置されたレンズアレイ部とを備え、個々の発光ダイオードからの射出光が平行光束となるようにして、隣接する発光ダイオード間の射出光の混信や、外部のノイズ光の影響を排除した光無線通信を実現しようとしている。【００１１】
しかしながら、この特許文献１では、複数の発光ダイオードから射出される複数の光の光路差に起因する変調速度限界の低下、すなわち通信速度の低下、さらには秘話性の確保等の技術的課題は認識されていない。【００１２】
特許文献２には、大口径の光アンテナの代わりに、複数の光アンテナにて光空間伝送における空間光Ｐを受信することで空間光Ｐの検出レベルを向上させるとともに、各光アンテナにおける受信信号レベルが最大となるように、複数のアンテナ間における受信信号の位相を調整する技術が開示されている。【００１３】
しかし、この特許文献２では、複数の発光素子を用いた光空間通信における変調速度限界の低下については配慮が見られない。
【特許文献１】特開平１０−２４２９１２号公報
【特許文献２】特開平１１−５５１８７号公報
【発明の開示】
【００１４】
本発明の目的は、光空間通信をより長距離化、大容量化し、信頼性を向上させることができ、従来のような光ファイバの敷設なしに光ファイバ通信クラスの通信性能を実現することが可能な技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、光空間通信における高い秘話性を実現することが可能な技術を提供することにある。
本発明の第１の観点は、送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、送信する前記情報に遅延差を与える光空間通信方法を提供する。
【００１６】
本発明の第２の観点は、送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する光空間通信方法を提供する。
【００１７】
本発明の第３の観点は、送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記発光素子の中心発振波長を複数用意し、前記光の伝播速度の波長依存性を利用して、前記受信手段の位置において前記光を集光した場合に前記光による正常な前記情報通信が行われるように制御する光空間通信方法を提供する。
【００１８】
本発明の第４の観点は、送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段と前記受信手段との間に、前記光の複数の通信経路を設定し、前記通信経路が交差する位置に前記受信手段が存在する場合に、正常な前記情報通信が可能となるように、前記送信手段における前記光の送信変調を制御する光空間通信方法を提供する。
【００１９】
本発明の第５の観点は、光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から放射され前記受信装置に到達する複数の光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含む光送信装置を提供する。
【００２０】
本発明の第６の観点は、光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
放射する光の中心発振波長の異なる複数の発光素子と、
前記光受信装置の位置で前記光を集光した場合に正常な受信波形が得られるように個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、を含む光送信装置を提供する。
【００２１】
本発明の第７の観点は、光送信装置とともに光空間通信システムを構成する光受信装置であって、
前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光を収束する集光手段と、前記光送信装置と前記光受信装置との間における個々の前記光の光路差をなくす光路調整手段と、を含む光受信装置を提供する。
【００２２】
本発明の第８の観点は、光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光受信装置は、前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光の光路差をなくす光路調整手段を含む光空間通信システムを提供する。
【００２３】
本発明の第９の観点は、光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光送信装置は、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から前記光受信装置に到達する複数の光の光路差をなくすように、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含む光空間通信システムを提供する。
高出力の光を空間に放射することは危険であるが、光の危険度は、単位面積あたりの出力パワーで評価される。そこで、一定の広がりに低出力の発光素子を分散させて発光させ、受信側でこれらを集光することで通信可能な距離を伸ばすことが可能となる。
【００２４】
しかし、この方法は単に光を空間的に広げているだけであるため光通信手段として利用する際に問題を生じる。つまり、各経路を通過した光の伝播速度の差が信号波形を歪めてしまうため、変調速度限界を生じさせてしまう点である。
【００２５】
たとえば、光路差が１ｍあるだけで３ｎｓ程度の時間差が生じることから。空間的広がりを大きくとろうとすると、変調信号はより小さくする必要がある。
このため、本発明では、光の経路長を考慮して、送信側において個々の発光素子の光の点滅時間を調整することにより、送信側から受信側までの個々の光の光路長を揃え、受信側はこれらの光路長の揃った光を一点に集めて受信する。これにより、受信感度を上げることが可能になり、光空間通信の長距離化を実現することができる。
【００２６】
すなわち、送信部に遅延発生手段を設けて、複数の発光素子の各々毎に変調信号にてドライブする際に、個々の発光素子から放射される光の受信部まで光路長が揃うように、送信部側において、個々の発光素子毎に発光の遅延タイミングが最適となるように調整する。
【００２７】
さらに通信距離を長距離化した場合、発光素子の出力光のスペクトル特性がある広がりをもっている場合は、伝送速度が波長によって異なるため空間伝播の距離が長くなるにつれて、波形がゆがむ分散効果も問題となる。そこで、本発明では、受信部に光フィルタを設け、この光フィルタにより中心波長の光のみを選択的に抽出することで、余分な波形を除去することにより、波形のゆがみを軽減して光信号の正確な受信を実現する。
【００２８】
また、この光フィルタの使用は、変調による発光素子の発振波長の変動によるスペクトルの増大がある場合にも効果がある。
この場合、光フィルタは発光素子の光のうち一部のみを通過させ、不要な部分を除去するため、通信に利用される光は一部分であるが、除去した光についても、その伝播遅延分の調整を行うことができれば、再び合波して利用したほうが、受信感度の向上の観点からは都合がよい。そこで、一定間隔毎に波長分離してそれぞれの遅延を加えてから集光させてもよい。ここで遅延は、光路に微妙な差をもうけて調整した曲面ミラー等を利用することができる。
【００２９】
一方、光空間通信において秘話性を確保するには、空間中を伝播する光が受信局以外に拡散しないようにすること、及び、受信局の位置でのみデータ識別できるようにすることが有効である。このために、本発明では、送信部に配列した複数の発光素子の各々の出力光の波長を複数種に設定し、個々の光の波長による伝播速度の違いから、集光による光路差以外にも伝播速度のずれを生じさせる。このことを利用すると送信部から特定距離の位置においてのみ受信感度を満たす信号を集光できることになるため、当該特定距離の位置に受信局を配置することで、秘話性の向上を実現することができる。
【００３０】
さらには、光送信局から放射される光を、複数の異なる経路を経由して受信局に受信させ、個々の経路を経由して光受信局に到来する光からデータを取り出すようにすれば、受信データは、光受信局以外では、容易に得ることができなくなり、傍聴の危険性が小さくなる。
【００３１】
また、波長が異なる複数の光を一括して送信し、受信側において、波長フィルタによって分離して個別にデータを再生することで伝送容量を大きくすることもできる。
このような空間的な広がりをもって光を伝播させることは、空気中の浮遊物、障害物による通信のエラーを防止できることになる。
【００３２】
しかし、大きな障害物や、濃霧などの影響を考慮した場合、通信障害が懸念される。そこで本発明では、送信側と受信側との間に光の冗長経路を設け、個々の冗長経路で受信した複数の受信データのうちいずれかを選択することで通信障害を回避する。
【００３３】
受信部の集光特性等を考慮して送信側において遅延調整を行う場合、送信部は受信部の受光状態をモニタして遅延調整を行うこともできる。その場合、受信部での受信状態を計測して送信側に通知する通知手段を設け、送信側はこの通知手段を利用して、遅延制御の設定値を求め、各発光素子の遅延設定値を設定する。
【００３４】
このとき、各発光素子間の遅延差を求める方法として、たとえば、全発光素子を一定周期の信号、例えば１／０の交番で一律に変調した状態で、これらの発光素子の中の１つかまたは複数のグループを選択し、この遅延をずらして行ったとき、１／０の交番の振幅が最大になるように遅延量を選択する。なお、１／０の交番の周期は、想定される光路差による遅延差を下回らないように設定される。
【００３５】
また、受信部の内部にて、受信信号を集光する際の経路を複数設け、この複数の経路を切替えられるようにし、送信局と受信局にて、その経路の切替状態および集光の際の経路遅延特性を送信局に通知することにより、送信側は、遅延制御の遅延内容を受信側の経路遅延特性に応じて適宜変更することで、信号データの漏洩を防止できる。この経路の切替えを通信先アドレスに対応して変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光空間通信システムにおける光送信局の構成の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光空間通信システムにおける光受信局側の構成の一例を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの作用を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの作用を示す概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例の作用を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図９】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例の作用を示す概念図である。
【図１１】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１２】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１３】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１４】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１５】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１６】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１７】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１８】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例における受信回路部の構成例を示す概念図である。
【図１９】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である光空間通信システムの構成の一例を示す概念図であり、図２は、本実施の形態の光空間通信システムにおける光送信局の構成の一例を示す概念図、図３は、本実施の形態の光空間通信システムにおける光受信局側の構成の一例を示す概念図である。【００３８】
本実施の形態の光空間システムは、光送信局１０と光受信局２０を含んでいる。
光送信局１０は、送信回路部１１と、送信パネル１２を備えている。送信パネル１２には複数の発光素子１３が配列されており、個々の発光素子１３から光受信局２０の側に向けて光１３ａが放射される。【００３９】
光受信局２０は、受信回路部２１と集光光学系２２を備えている。
図２に例示されるように、光送信局１０において、送信回路部１１は、分岐バッファ１１ａ、発光素子ドライバ１１ｂ、遅延制御部１１ｃ、遅延駆動部１１ｄを備えている。【００４０】
分岐バッファ１１ａは、送信データ３１を複数の発光素子１３用の分岐送信データ３１ａに分岐させる。
発光素子ドライバ１１ｂは、分岐バッファ１１ａから入力される分岐送信データ３１ａにて発光素子１３を駆動して光１３ａを放射させる。【００４１】
遅延制御部１１ｃは、外部から入力される制御設定データ３２に基づいて遅延駆動部１１ｄにおける遅延時間を制御する。
分岐バッファ１１ａと個々の発光素子ドライバ１１ｂの間に設けられた遅延駆動部１１ｄは、遅延制御部１１ｃから指令によって分岐送信データ３１ａの発光素子１３に対する入力タイミングを個別に遅延させることで、個々の発光素子１３における光１３ａの出力タイミングを制御する。【００４２】
一方、図３に例示されるように、受信回路部２１は、受光素子２１ａ、受光素子バイアス回路部２１ｂ、前置増幅器２１ｃ、等化器２１ｄ、公知増幅器２１ｅ、データ検出部２１ｆ、タイミング抽出部２１ｇを備えている。【００４３】
受光素子２１ａは、受光素子バイアス回路部２１ｂにて駆動されることにより、入射する光１３ａを電気信号に変換する。
この受光素子２１ａから出力される電気信号は、前置増幅器２１ｃで増幅された後、等化器２１ｄにて波形等化が行われ、さらに公知増幅器２１ｅで増幅された後、データ検出部２１ｆにて受信データ３１ｂに変換される。【００４４】
タイミング抽出部２１ｇは、前置増幅器２１ｃから出力された電気信号から受信クロック３１ｃを抽出するとともに、この受信クロック３１ｃの一部は、データ検出部２１ｆにおける受信データ３１ｂの抽出に供される。【００４５】
たとえば１ｍ×１ｍの正方形の送信パネル１２に等間隔で並んだ１６個の発光素子１３を考える。光受信局２０側でこれらの平行に直進する光１３ａを集光する際、単純なレンズの構造の集光光学系２２で集光させると、図４に例示されるように光路差（ΔＬ＝Ｌ２−Ｌ１）を生じる。この集光による光路差ΔＬは、この場合、最大で、（√５−１）×０．５＝０．６１８ｍの行路差であり、約２ｎｓの光１３ａの受光素子２１ａに対する入力タイミングの遅延差が生じることにとなる。但し、大気の屈折率はほぼ１とする。よって変調速度がたとえば、２．５Ｇとすれば、１タイムスロット４００ｐｓの幅しかないため、この光路差ΔＬを少なくとも１００ｐｓ以下に調整するように制御すれば、受光素子２１ａにて光１３ａを受光した波形より問題なくデータを識別することができる。【００４６】
すなわち、本実施の形態では、送信回路部１１の遅延制御部１１ｃに対して制御設定データ３２を入力することで、個々の発光素子１３から放射され、光受信局２０に到達する光１３ａの光路差を１００ｐｓ以下に調整するように制御する。【００４７】
たとえば、図５に例示されるように、集光光学系２２の光軸付近に対応する送信パネル１２の中央部に位置する発光素子１３と、その周辺部に位置する発光素子１３において、光受信局２０までの光１３ａの光路の短い中央部の発光素子１３における光１３ａの発光タイミング（Ｔ１，Ｔ２）を、その周辺部の発光素子１３の発光タイミング（Ｔ３）よりも遅くなるように制御することで、受信回路部２１の受光素子２１ａに入射する複数の光１３ａの光路長を揃える。【００４８】
送信に用いる光１３ａの波長は空間に放射することを考慮して、通常、人体の眼球の感度等を考慮し、可視波長帯を避けることが好ましく、また、大気に吸収されにくい、長波長帯を利用することで、伝送損失を抑制する必要がある。また大気中に含まれる水分等によるＯＨ基吸収が大きく影響するため、１．４ミクロン帯は避けることになる。【００４９】
しかしあまり、光１３ａを長波長にしすぎると光が拡散し易くなるため予め光送信局１０の側で光学的光束調整を備えて利用する必要がある。したがって、光１３ａを可視光波長帯より長波長側にはずれた波長か、短波長側を選択することが好ましい。【００５０】
個々の発光素子１３の光１３ａの出力を安全なレベルである−５ｄＢｍとし受光素子の２．４Ｇｂｐｓでの受信レベルを−２８ｄＢｍとすると、−５＋１０ＬＯＧ（１６）−（−２８）＝３５ｄＢのシステムゲインがあることになる。【００５１】
空間伝播による伝送損失を１ｋｍあたり１ｄＢ／ｋｍとすれば３５ｋｍ分相当の損失を補償するパワー確保できることになる。
これにより、個々の発光素子１３から放射される光１３ａの光路差の影響を排除して、光ファイバと同等の高速かつ長距離の光空間通信が可能となる。【００５２】
なお、光送信局１０の複数の発光素子１３の光１３ａの各波長発振位相はランダムであり互いにを同期しておらず、発振周波数にはばらつきが当然に存在する。
さらに光送信局１０と光受信局２０との間の距離を長距離化した場合、発光素子１３が出力する光１３ａのスペクトル特性がある広がりをもっている場合は、伝送速度が波長によって異なるため空間伝播の距離が長くなるにつれて、波形がゆがむ分散効果の問題が生じる。【００５３】
このため、図６および図７に例示される、本実施の形態の変形例のように、たとえば、光受信局２０の側では、集光光学系２２の後段に波長フィルタ２３を配置し、光１３ａから、中心波長１３ｂのみを波長フィルタ２３（光フィルタ）により抽出することで余分な波形（不要スペクトル成分１３ｃ）を除去することで波形のゆがみを軽減して、正確な波形の信号の受信をできる。【００５４】
また、この波長フィルタ２３は、変調による発光素子１３の発振波長の変動によるスペクトルの増大がある場合にも効果がある。
すなわち、伝播速度の違いによって波形をゆがめる不要なスペクトル成分を波長フィルタ２３で除去することで波長スペクトルの広がった安価な発光素子１３を、空間伝播による群速度分散の影響を抑圧して利用できるようになるため、変調速度制限を緩和して、通信速度の向上を実現できる。【００５５】
この場合、波長フィルタ２３は発光素子１３の光１３ａのうち一部のみを通過させ、不要な部分を除去するため、通信に利用される光１３ａは一部分であるが、除去した光１３ａについても、その伝播遅延分の調整を行うことができれば、再び合波して、利用したほうが、受信信号レベルの増大によるノイズ耐性等の観点から、都合がよい。【００５６】
そこで、図８に例示されるように、波長分離器２４、光路長補正器２５および集光光学系２６を、集光光学系２２と受光素子２１ａの間の光１３ａの光路上に配置し、一定間隔毎に光１３ａを波長分離して、それぞれの遅延を加えてから受光素子２１ａに集光させてもよい。ここで遅延を制御する光路長補正器２５としては、反射する光１３ａの光路長に微妙な差をもうけて調整した曲面ミラー等を利用することができる。また、光路長補正器２５としては、たとえば、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）等の光学素子を用いることもできる。【００５７】
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態において、光送信局１０と光受信局２０との間における光空間通信での秘話性の確保を実現する例を示す。
すなわち、秘話性を確保する場合には、空間伝播させる光１３ａが光受信局２０以外に拡散しないようにすること及び、光受信局２０の位置でのみデータ識別できるようにするために光送信局１０の送信パネル１２に配列した複数の発光素子１３−１、発光素子１３−２、発光素子１３−３の各々から放射される光１３−１ａ、光１３−２ａ、光１３−３ａの波長を互いに異なる複数種類の波長に設定すると、波長による伝播速度の違いから、光受信局２０側における集光による経路差以外にも伝播速度のずれが生じる。このことを利用すると特定の距離においてのみ受信感度を満たす信号を集光できることになるため、秘話性の向上を確保することができる。【００５８】
すなわち、発光素子は発振波長の異なるものを複数の発光素子１３−１〜発光素子１３−３を用い、伝送路分散を発生させることにより、光１３−１ａ、光１３−２ａ、光１３−３ａの各々の波長を適当に選ぶことで、図１０に示すように、当該光１３−１ａ〜光１３−３ａにて搬送される複数のデータＤ０〜Ｄ３が、光受信局２０の位置で集光した場合にのみ揃って正常に受信されるようにすることができる。【００５９】
すなわち、図１０の左端のように、光送信局１０における送信時の光１３−１ａ〜１３−３ａを集光しても、データ列はわざとずれているので合波してもデータ列は復元できない。図１０の中央のように、光受信局２０の位置付近に限って光１３−１ａ〜１３−３ａを集光した場合に、データ列が重なりあるため合波してデータ列を復元できる。図１０の右端のように、光受信局２０よりさらに離れて漏れた光１３−１ａ〜１３−３ａを集光してもデータ列はもはやずれているので合波してもデータ列は復元できない。【００６０】
これにより、光送信局１０と光受信局２０との間における光空間通信において、高い秘話性を実現することができる。
図１１を参照して、この複数経路の利用による秘話性の確保の別の例を示す。この図１１の例では、送信したいデータを２つのデータ列に分けて、一方は、光送信局１０から光受信局２０に直接に送信し、他方は、ミラー４０を経由した経路で送信するように、別々の経路で送る。光受信局２０は、直接の経路と、ミラー４０を経由した経路の両方のデータを受信して初めてもとのデータを復元できる。【００６１】
このように、二つの異なる経路の交差する地点で光受信局２０が受信し、２つの経路からくるデータから情報を復元する。光送信局１０から送信される光１３ａが拡散光である場合でも、ミラー４０の位置を適切に選ぶことで、唯一、１箇所のみで受信できるようにする。【００６２】
さらには、図１２に例示されるように、複数の経路を経由して光受信局２０に受信させ、その２つの情報からデータを取り出すようにすれば、受信データは、光受信局２０以外では容易に得ることができなくなり、傍聴の危険性が小さくなる。すなわち、図１２の例では、光送信局１０において、送信データ３１を複数の送信回路部１１を用いて複数の光１３ａを光受信局２０に送信し、光受信局２０では、複数の集光光学系２２を用いて複数の光１３ａの各々を別個に受信し、受信回路部２１で受信データを合成して受信データ３１ｂおよび受信クロック３１ｃを出力するものである。【００６３】
図１３に例示されるように、光送信局１０の側において発光素子１３から波長が異なる光１３ａを一括して送信し、受信側において、波長フィルタ等の波長分離器２４によって分離して波長毎に設けられた複数の受光素子２１ａにて受信することで伝送容量を大きくすることもできる。すなわち、光１３ａの波長としてｎ種類設定し、光受信局２０において各波長毎に個別に光１３ａを検出した場合、単一波長の場合のｎ倍の通信速度を実現できる。【００６４】
上述の図１２に例示されるように、空間的な広がりをもって光を伝播させることは、空気中の浮遊物、障害物による通信のエラーを防止できることになる。
しかし、大きな障害物や、濃霧などの影響を考慮した場合には、同一のデータを搬送する複数の冗長経路を設け、受信した２つの受信データのうちいずれかを選択することで、大きな障害物や、濃霧などに起因する通信障害が回避される。【００６５】
すなわち、図１４の例では、送信側および受信側において、互いに対応する複数の光送信局１０および光受信局２０を設け、同一のデータを、多重経路で送信し、受信側に設けられた切替処理部４１にて、いずれかの通信経路のデータを選択して受信データ３１ｂとして出力するものである。【００６６】
さらに、図１５および図１６に例示されるような方法で通信経路の多重化を実現してもよい。
図１５の例では、一つの光送信局１０から放射された光１３ａを光分岐部４２およびミラー４３にて複数の経路に分岐させ、受信側では、各分岐経路に対応して複数の光受信局２０と、当該光受信局２０のいずれかの出力を選択する切替処理部４１を設けている。そして、いずれか一方の経路の光１３ａから受信データ３１ｂ、受信クロック３１ｃを取り出すものである。この場合、光１３ａの複数の経路のうち、いずれか一方が遮断されても、他方の経路の光１３ａを受信して安定な通信を継続できる。【００６７】
図１６の例では、一つの光送信局１０から出力された光１３ａを、光分岐部４２およびミラー４３にて複数の経路に分岐させ、受信側では、複数経路に分岐した光１３ａを、ミラー４５および合波部４４にて合波して一つの光受信局２０にて受光する構成としたものである。効果は、上述の図１５と同様であり、さらに、この図１６の例では、受信側でも一つの光受信局２０を設けるだけでよく、構成を簡素化できる。【００６８】
次に、光送信局１０の側における複数の発光素子１３の各々における光１３ａに送信遅延タイミングの制御を、光受信局２０の側で実測された受信状態に基づいて制御する例を示す。一般に、光空間通信の通信拠点では、各々の通信拠点に光送信局１０と光受信局２０の対を配置し、当該拠点間での情報の送受信が行われる。そこで、以下の例では、自拠点の光受信局２０における光の受信状況の情報を、自拠点の光送信局１０から光１３ａに乗せて相手側の拠点に送り、相手側の通信拠点では、受け取った受信状況に基づいて、自拠点での光送信局１０の遅延タイミングの制御を行う。【００６９】
図１７は、このような遅延制御を実現する光空間通信の通信拠点Ｓ１と通信拠点Ｓ２の各々を構成する光送信局１０および光受信局２０の対の構成例である。上述の図１および図２と同様の構成要素は同一の符号を付している。【００７０】
この場合、光送信局１０では、上述の図２の構成の他に、さらに、自局送信部遅延調整自動制御部１４、遅延調整信号発生部１６、受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７と、セレクタ１５を備えている。【００７１】
遅延調整信号発生部１６は、受信状態の観測用の調整信号１６ａを発生する。
受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７は、受信回路部２１−１から得られる感度モニタ信号３１ｄに基づいて受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを生成する。【００７２】
セレクタ１５は、送信データ３１、遅延調整信号発生部１６、受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７の出力の一つを選択して送信回路部１１に入力する。
自局送信部遅延調整自動制御部１４は、自通信拠点の光受信局２０から得られる遅延モニタ値２７ａに基づいて、送信回路部１１に入力するための制御設定データ３２を生成する。【００７３】
また、光受信局２０では、上述の図２の構成の他に、さらに、受信回路部２１−１と、遅延モニタ値通知部２７および遅延調整用信号受信検出部２８を備えている。
受信回路部２１−１は、相手側の通信拠点の光送信局１０から光１３ａに乗って到来する調整信号１６ａを検出することで光１３ａの受信感度を検出する感度モニタ機能を備えている。【００７４】
遅延調整用信号受信検出部２８は、相手側の通信拠点の光送信局１０から光１３ａに乗って到来する受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを検出する機能を備えている。
遅延モニタ値通知部２７は、受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａの内容から、自局送信部遅延調整自動制御部１４を制御するための遅延モニタ値２７ａを生成する機能を備えている。【００７５】
すなわち、図１８に例示されるように、受信回路部２１−１は、上述の図３の受信回路部２１の構成に加えて、さらに、遅延計測用信号周波数フィルタ２１ｈ、増幅／ピークホールド回路２１ｉおよびＡ／Ｄコンバータ２１ｊを備えている。そして、遅延計測用信号周波数フィルタ２１ｈにおいて、光送信局１０の遅延調整信号発生部１６において生成されて光受信局２０に到来する感度モニタ試験用の特定周波数の信号を抽出し、増幅／ピークホールド回路２１ｉおよびＡ／Ｄコンバータ２１ｊにてデジタル化して、感度モニタ信号３１ｄとして出力する。この感度モニタ信号３１ｄは、送信側の受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７に入力される。【００７６】
受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７では、上述のように、感度モニタ信号３１ｄの情報を含む受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを生成する。
以下、図１７の構成の動作を説明する。通常の送信データ３１の通信に先立って、随時、光送信局１０および光受信局２０の対を備えた通信拠点Ｓ１では、遅延調整信号発生部１６から出力される調整信号１６ａをセレクタ１５にて選択して送信回路部１１に送信データとして入力し、光１３ａとして相手側の通信拠点Ｓ２の光受信局２０に送信する。【００７７】
これを受けた、相手側の通信拠点Ｓ２の光受信局２０の側では、調整信号１６ａの受信状態に基づく感度モニタ信号３１ｄを検出し、この感度モニタ信号３１ｄの情報を受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７を介して、受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａとして、調整信号１６ａの送信元の通信拠点Ｓ１の光受信局２０に送る。【００７８】
調整信号１６ａの送信元の通信拠点Ｓ１の光受信局２０では、相手側の通信拠点Ｓ２から到来する受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを遅延調整用信号受信検出部２８にて検出し、遅延モニタ値通知部２７を介して、遅延モニタ値２７ａとして自局送信部遅延調整自動制御部１４に入力し、自局送信部遅延調整自動制御部１４から送信回路部１１に入力される制御設定データ３２を設定する。【００７９】
これにより、調整信号１６ａの送信元の通信拠点Ｓ１では、受信側の通信拠点Ｓ２における受信感度が最大となるように、送信回路部１１における個々の発光素子１３の遅延タイミングが設定されることになる。調整信号１６ａの送信側と受信側とを入れ換えて、通信拠点Ｓ２と通信拠点Ｓ１との間でも同様の処理が行われる。【００８０】
このとき、調整信号１６ａの送受信にて個々の発光素子１３の間の遅延差を求める方法として、たとえば、全ての発光素子１３を一定周期の信号（例えば１／０の交番）で一律に変調した状態で、これらの発光素子１３の中の１つかまたは複数のグループを選択し、この遅延をずらして行ったとき、１／０の交番の振幅が最大になる遅延量を選択する。なお、１／０の交番の周期は、想定される光路差による遅延差を下回らないように設定される。【００８１】
図１９に、上述の図１７の変形例を示す。この図１９の例では、さらに、光受信局２０の内部において、一次的集光手段２２ａ、切替手段２２ｂ、二次的集光手段２２ｃ、二次的集光手段２２ｄおよび切替手段２２ｅと、集光部特性切替制御部２９が設けられている。【００８２】
また、光送信局１０では、受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７の代わりに、受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム生成部１８が設けられている。
そして、光受信局２０の内部にて、集光部特性切替制御部２９により、切替手段２２ｂおよび切替手段２２ｅを操作することで、受信光である光１３ａを集光する際の経路が、二次的集光手段２２ｃ、二次的集光手段２２ｄのように複数経路に切替えられるようになっている。【００８３】
この集光手段の切替状態は、切替状態信号２９ａとして、集光部特性切替制御部２９から受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム生成部１８に伝達される。受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム生成部１８では、感度モニタ信号３１ｄと、切替状態信号２９ａの情報を含む受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａを生成する。この受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａは、セレクタ１５、送信回路部１１を介して光１３ａとして相手側の通信拠点の光受信局２０に送信される。【００８４】
すなわち、光送信局１０と光受信局２０の対を備えた個々の通信拠点Ｓ１とＳ２の間で、二次的集光手段２２ｃまたは二次的集光手段２２ｄに切り替えた時の調整信号１６ａの状態および集光の際の経路遅延特性を受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａによって互いに相手側の通信拠点Ｓ２（Ｓ１）に通知する。【００８５】
相手側の通信拠点Ｓ２（Ｓ１）の光受信局２０では、遅延調整用信号受信検出部２８にて受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａを検出し、遅延モニタ値通知部２７にて自局送信部遅延調整自動制御部１４に遅延モニタ値２７ａを通知することで、制御設定データ３２を制御する。【００８６】
これにより、個々の通信拠点Ｓ１、Ｓ２では、受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａを検出する遅延調整用信号受信検出部２８および遅延モニタ値通知部２７にて認識し、光送信局１０における送信回路部１１の制御のための制御設定データ３２の設定内容を、相手側の通信拠点Ｓ２（Ｓ１）における光受信局２０の側の二次的集光手段２２ｃまたは二次的集光手段２２ｄの特性に合わせて、適宜変更することで、通信拠点間で光１３ａを媒介として授受される信号データの漏洩を防止できる。【００８７】
この二次的集光手段２２ｃ、二次的集光手段２２ｄの切替え操作が通信先のアドレスに対応して自動的に行われるようにすることも当然に可能である。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明によれば、光空間通信をより長距離化、大容量化し、信頼性を向上させることができ、従来のような光ファイバの敷設なしに光ファイバ通信クラスの通信性能を実現できる。【００８９】
また、光空間通信における高い秘話性を実現することが可能となる。
【図１】
2006095411.tif 000002
【図２】
2006095411.tif 000003
【図３】
2006095411.tif 000004
【図４】
2006095411.tif 000005
【図６】
2006095411.tif 000006
【図７】
2006095411.tif 000007
【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2006095411.tif 000013
【図１５】
2006095411.tif 000014
【図１６】
2006095411.tif 000015
【図１７】
2006095411.tif 000016
【図１８】
2006095411.tif 000017
【図１９】
2006095411.tif 000018
【図５】
2006095411.tif 000019
【図９】
2006095411.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、送信する前記情報に遅延差を与えることを特徴とする光空間通信方法。
【請求項２】
請求項１記載の光空間通信方法において、
前記受信手段では、特定の波長範囲の前記光を選択的に透過させる波長フィルタを介して前記光を受信することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項３】
送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段と前記受信手段との間に、前記光の複数の通信経路を設定し、前記通信経路が交差する位置に前記受信手段が存在する場合に、正常な前記情報通信が可能となるように、前記送信手段における前記光の送信変調を制御することを特徴とする光空間通信方法。
【請求項４】
光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
放射する光の中心発振波長の異なる複数の発光素子と、
前記光受信装置の位置で前記光を集光した場合に正常な受信波形が得られるように個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、を含むことを特徴とする光送信装置。
【請求項５】
光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光送信装置は、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から前記光受信装置に到達する複数の光の光路差をなくすように、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含むことを特徴とする光空間通信システム。
【請求項６】
請求項５記載の光空間通信システムにおいて、
前記受信装置は、前記光送信装置から到来する前記光の受信状態を計測して前記光送信装置に伝達する受信状態通知手段を備え、
前記遅延発生手段は、前記受信状態通知手段から通知された前記受信状態に基づいて、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御することを特徴とする光空間通信システム。
【請求項７】
請求項５記載の光空間通信システムにおいて、
さらに、前記光送信装置から前記光受信装置に向けて送信される前記光の光路を多重化する光路多重化手段を含むことを特徴とする光空間通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間通信技術に関し、特に、比較的長距離の光空間通信技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色ダイオードの開発によって、光の三原色である赤、緑、青の発光ダイオードが出揃ったことにより、様々な分野でそれまで、電球及びカラーフィルム等によっていたものが発光ダイオードに置き換わりつつある。たとえば、道路上の信号機はよく知られた事例である。
【０００３】
この発光ダイオードは電球と比べ、単に長い寿命、省電力であるだけでなく、高速に点滅できるという特性を持っており、このことに多くの関心が集中している。
すなわち、人間の目などの感覚器に感じないほど高速に点滅できるため、照明器具としてだけでなく、光通信手段として利用できるため照明器具を介した通信技術として応用が期待されている。
【０００４】
従来の光空間通信では発光ダイオードやレーザーダイオード（以下、発光素子と記す）の光の点滅によって情報を伝えることが知られている。光空間通信では、光ファイバーのような光伝送路を介して通信するのにくらべて伝送距離に応じた光強度は著しく減衰するため、近距離での通信に利用されるに止まっている。
【０００５】
これらの光空間通信では、光ファイバー導波路と異なり、空間を伝播させているため、大気中の浮遊物等の影響を受けて減衰しやすく、長距離通信には様々な技術的課題を生じる。
【０００６】
このため、より遠方との通信を実現するためには、送信出力を上げるとともに、光の拡散による減衰を防止するため、レーザー光のような直進性のある光を利用することが必要となる。
【０００７】
しかし、レーザー光のように直進性のある光をより強く空間に放射することは一般に危険であるため、結局、安全性の観点から、光ファイバー通信に劣ると考えられている。
すなわち、空間伝送中の光の安全性や減衰を考慮しつつ、情報通信に必要な光信号レベルを確保するためには、各々の光出力が安全上の観点から十分に低い複数の発光素子を平面状に配列して光信号を放射させ、受信側で複数の発光素子からの光を収束して受信することが考えられる。
【０００８】
ところが、複数の発光素子から放射される個々の光に光路差が生じるため、受信側において、この光路差による信号波形の歪みが発生し、変調速度限界、すなわち通信速度が低下する、という技術的課題がある。
【０００９】
また、光空間通信では、セキュリティ管理が困難な外部空間に光として情報を送信するため、秘話性の確保が必要となる。この場合、暗号方式によって通信の秘密は保持することは可能であるが、有線通信と比較すれば、より一層の秘話性の確保が必要となる。
【００１０】
従来、特許文献１には、複数の発光ダイオードを配列した光無線通信用光射出装置において、個々の発光ダイオードが収容される格子枠部と、この格子枠部の開口部に配置されたレンズアレイ部とを備え、個々の発光ダイオードからの射出光が平行光束となるようにして、隣接する発光ダイオード間の射出光の混信や、外部のノイズ光の影響を排除した光無線通信を実現しようとしている。
【００１１】
しかしながら、この特許文献１では、複数の発光ダイオードから射出される複数の光の光路差に起因する変調速度限界の低下、すなわち通信速度の低下、さらには秘話性の確保等の技術的課題は認識されていない。
【００１２】
特許文献２には、大口径の光アンテナの代わりに、複数の光アンテナにて光空間伝送における空間光Ｐを受信することで空間光Ｐの検出レベルを向上させるとともに、各光アンテナにおける受信信号レベルが最大となるように、複数のアンテナ間における受信信号の位相を調整する技術が開示されている。
【００１３】
しかし、この特許文献２では、複数の発光素子を用いた光空間通信における変調速度限界の低下については配慮が見られない。
【特許文献１】特開平１０−２４２９１２号公報
【特許文献２】特開平１１−５５１８７号公報
【発明の開示】
【００１４】
本発明の目的は、光空間通信をより長距離化、大容量化し、信頼性を向上させることができ、従来のような光ファイバの敷設なしに光ファイバ通信クラスの通信性能を実現することが可能な技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、光空間通信における高い秘話性を実現することが可能な技術を提供することにある。
本発明の第１の観点は、送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、送信する前記情報に遅延差を与える光空間通信方法を提供する。
【００１６】
本発明の第２の観点は、送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する光空間通信方法を提供する。
【００１７】
本発明の第３の観点は、送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記発光素子の中心発振波長を複数用意し、前記光の伝播速度の波長依存性を利用して、前記受信手段の位置において前記光を集光した場合に前記光による正常な前記情報通信が行われるように制御する光空間通信方法を提供する。
【００１８】
本発明の第４の観点は、送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段と前記受信手段との間に、前記光の複数の通信経路を設定し、前記通信経路が交差する位置に前記受信手段が存在する場合に、正常な前記情報通信が可能となるように、前記送信手段における前記光の送信変調を制御する光空間通信方法を提供する。
【００１９】
本発明の第５の観点は、光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から放射され前記受信装置に到達する複数の光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含む光送信装置を提供する。
【００２０】
本発明の第６の観点は、光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
放射する光の中心発振波長の異なる複数の発光素子と、
前記光受信装置の位置で前記光を集光した場合に正常な受信波形が得られるように個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、を含む光送信装置を提供する。
【００２１】
本発明の第７の観点は、光送信装置とともに光空間通信システムを構成する光受信装置であって、
前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光を収束する集光手段と、前記光送信装置と前記光受信装置との間における個々の前記光の光路差をなくす光路調整手段と、を含む光受信装置を提供する。
【００２２】
本発明の第８の観点は、光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光受信装置は、前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光の光路差をなくす光路調整手段を含む光空間通信システムを提供する。
【００２３】
本発明の第９の観点は、光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光送信装置は、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から前記光受信装置に到達する複数の光の光路差をなくすように、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含む光空間通信システムを提供する。
【００２４】
高出力の光を空間に放射することは危険であるが、光の危険度は、単位面積あたりの出力パワーで評価される。そこで、一定の広がりに低出力の発光素子を分散させて発光させ、受信側でこれらを集光することで通信可能な距離を伸ばすことが可能となる。
【００２５】
しかし、この方法は単に光を空間的に広げているだけであるため光通信手段として利用する際に問題を生じる。つまり、各経路を通過した光の伝播速度の差が信号波形を歪めてしまうため、変調速度限界を生じさせてしまう点である。
【００２６】
たとえば、光路差が１ｍあるだけで３ｎｓ程度の時間差が生じることから。空間的広がりを大きくとろうとすると、変調信号はより小さくする必要がある。
このため、本発明では、光の経路長を考慮して、送信側において個々の発光素子の光の点滅時間を調整することにより、送信側から受信側までの個々の光の光路長を揃え、受信側はこれらの光路長の揃った光を一点に集めて受信する。これにより、受信感度を上げることが可能になり、光空間通信の長距離化を実現することができる。
【００２７】
すなわち、送信部に遅延発生手段を設けて、複数の発光素子の各々毎に変調信号にてドライブする際に、個々の発光素子から放射される光の受信部まで光路長が揃うように、送信部側において、個々の発光素子毎に発光の遅延タイミングが最適となるように調整する。
【００２８】
さらに通信距離を長距離化した場合、発光素子の出力光のスペクトル特性がある広がりをもっている場合は、伝送速度が波長によって異なるため空間伝播の距離が長くなるにつれて、波形がゆがむ分散効果も問題となる。そこで、本発明では、受信部に光フィルタを設け、この光フィルタにより中心波長の光のみを選択的に抽出することで、余分な波形を除去することにより、波形のゆがみを軽減して光信号の正確な受信を実現する。
【００２９】
また、この光フィルタの使用は、変調による発光素子の発振波長の変動によるスペクトルの増大がある場合にも効果がある。
この場合、光フィルタは発光素子の光のうち一部のみを通過させ、不要な部分を除去するため、通信に利用される光は一部分であるが、除去した光についても、その伝播遅延分の調整を行うことができれば、再び合波して利用したほうが、受信感度の向上の観点からは都合がよい。そこで、一定間隔毎に波長分離してそれぞれの遅延を加えてから集光させてもよい。ここで遅延は、光路に微妙な差をもうけて調整した曲面ミラー等を利用することができる。
【００３０】
一方、光空間通信において秘話性を確保するには、空間中を伝播する光が受信局以外に拡散しないようにすること、及び、受信局の位置でのみデータ識別できるようにすることが有効である。このために、本発明では、送信部に配列した複数の発光素子の各々の出力光の波長を複数種に設定し、個々の光の波長による伝播速度の違いから、集光による光路差以外にも伝播速度のずれを生じさせる。このことを利用すると送信部から特定距離の位置においてのみ受信感度を満たす信号を集光できることになるため、当該特定距離の位置に受信局を配置することで、秘話性の向上を実現することができる。
【００３１】
さらには、光送信局から放射される光を、複数の異なる経路を経由して受信局に受信させ、個々の経路を経由して光受信局に到来する光からデータを取り出すようにすれば、受信データは、光受信局以外では、容易に得ることができなくなり、傍聴の危険性が小さくなる。
【００３２】
また、波長が異なる複数の光を一括して送信し、受信側において、波長フィルタによって分離して個別にデータを再生することで伝送容量を大きくすることもできる。
このような空間的な広がりをもって光を伝播させることは、空気中の浮遊物、障害物による通信のエラーを防止できることになる。
【００３３】
しかし、大きな障害物や、濃霧などの影響を考慮した場合、通信障害が懸念される。そこで本発明では、送信側と受信側との間に光の冗長経路を設け、個々の冗長経路で受信した複数の受信データのうちいずれかを選択することで通信障害を回避する。
【００３４】
受信部の集光特性等を考慮して送信側において遅延調整を行う場合、送信部は受信部の受光状態をモニタして遅延調整を行うこともできる。その場合、受信部での受信状態を計測して送信側に通知する通知手段を設け、送信側はこの通知手段を利用して、遅延制御の設定値を求め、各発光素子の遅延設定値を設定する。
【００３５】
このとき、各発光素子間の遅延差を求める方法として、たとえば、全発光素子を一定周期の信号、例えば１／０の交番で一律に変調した状態で、これらの発光素子の中の１つかまたは複数のグループを選択し、この遅延をずらして行ったとき、１／０の交番の振幅が最大になるように遅延量を選択する。なお、１／０の交番の周期は、想定される光路差による遅延差を下回らないように設定される。
【００３６】
また、受信部の内部にて、受信信号を集光する際の経路を複数設け、この複数の経路を切替えられるようにし、送信局と受信局にて、その経路の切替状態および集光の際の経路遅延特性を送信局に通知することにより、送信側は、遅延制御の遅延内容を受信側の経路遅延特性に応じて適宜変更することで、信号データの漏洩を防止できる。この経路の切替えを通信先アドレスに対応して変更することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である光空間通信システムの構成の一例を示す概念図であり、図２は、本実施の形態の光空間通信システムにおける光送信局の構成の一例を示す概念図、図３は、本実施の形態の光空間通信システムにおける光受信局側の構成の一例を示す概念図である。
【００３８】
本実施の形態の光空間システムは、光送信局１０と光受信局２０を含んでいる。
光送信局１０は、送信回路部１１と、送信パネル１２を備えている。送信パネル１２には複数の発光素子１３が配列されており、個々の発光素子１３から光受信局２０の側に向けて光１３ａが放射される。
【００３９】
光受信局２０は、受信回路部２１と集光光学系２２を備えている。
図２に例示されるように、光送信局１０において、送信回路部１１は、分岐バッファ１１ａ、発光素子ドライバ１１ｂ、遅延制御部１１ｃ、遅延駆動部１１ｄを備えている。
【００４０】
分岐バッファ１１ａは、送信データ３１を複数の発光素子１３用の分岐送信データ３１ａに分岐させる。
発光素子ドライバ１１ｂは、分岐バッファ１１ａから入力される分岐送信データ３１ａにて発光素子１３を駆動して光１３ａを放射させる。
【００４１】
遅延制御部１１ｃは、外部から入力される制御設定データ３２に基づいて遅延駆動部１１ｄにおける遅延時間を制御する。
分岐バッファ１１ａと個々の発光素子ドライバ１１ｂの間に設けられた遅延駆動部１１ｄは、遅延制御部１１ｃから指令によって分岐送信データ３１ａの発光素子１３に対する入力タイミングを個別に遅延させることで、個々の発光素子１３における光１３ａの出力タイミングを制御する。
【００４２】
一方、図３に例示されるように、受信回路部２１は、受光素子２１ａ、受光素子バイアス回路部２１ｂ、前置増幅器２１ｃ、等化器２１ｄ、公知増幅器２１ｅ、データ検出部２１ｆ、タイミング抽出部２１ｇを備えている。
【００４３】
受光素子２１ａは、受光素子バイアス回路部２１ｂにて駆動されることにより、入射する光１３ａを電気信号に変換する。
この受光素子２１ａから出力される電気信号は、前置増幅器２１ｃで増幅された後、等化器２１ｄにて波形等化が行われ、さらに公知増幅器２１ｅで増幅された後、データ検出部２１ｆにて受信データ３１ｂに変換される。
【００４４】
タイミング抽出部２１ｇは、前置増幅器２１ｃから出力された電気信号から受信クロック３１ｃを抽出するとともに、この受信クロック３１ｃの一部は、データ検出部２１ｆにおける受信データ３１ｂの抽出に供される。
【００４５】
たとえば１ｍ×１ｍの正方形の送信パネル１２に等間隔で並んだ１６個の発光素子１３を考える。光受信局２０側でこれらの平行に直進する光１３ａを集光する際、単純なレンズの構造の集光光学系２２で集光させると、図４に例示されるように光路差（ΔＬ＝Ｌ２−Ｌ１）を生じる。この集光による光路差ΔＬは、この場合、最大で、（√５−１）×０．５＝０．６１８ｍの行路差であり、約２ｎｓの光１３ａの受光素子２１ａに対する入力タイミングの遅延差が生じることにとなる。但し、大気の屈折率はほぼ１とする。よって変調速度がたとえば、２．５Ｇとすれば、１タイムスロット４００ｐｓの幅しかないため、この光路差ΔＬを少なくとも１００ｐｓ以下に調整するように制御すれば、受光素子２１ａにて光１３ａを受光した波形より問題なくデータを識別することができる。
【００４６】
すなわち、本実施の形態では、送信回路部１１の遅延制御部１１ｃに対して制御設定データ３２を入力することで、個々の発光素子１３から放射され、光受信局２０に到達する光１３ａの光路差を１００ｐｓ以下に調整するように制御する。
【００４７】
たとえば、図５に例示されるように、集光光学系２２の光軸付近に対応する送信パネル１２の中央部に位置する発光素子１３と、その周辺部に位置する発光素子１３において、光受信局２０までの光１３ａの光路の短い中央部の発光素子１３における光１３ａの発光タイミング（Ｔ１，Ｔ２）を、その周辺部の発光素子１３の発光タイミング（Ｔ３）よりも遅くなるように制御することで、受信回路部２１の受光素子２１ａに入射する複数の光１３ａの光路長を揃える。
【００４８】
送信に用いる光１３ａの波長は空間に放射することを考慮して、通常、人体の眼球の感度等を考慮し、可視波長帯を避けることが好ましく、また、大気に吸収されにくい、長波長帯を利用することで、伝送損失を抑制する必要がある。また大気中に含まれる水分等によるＯＨ基吸収が大きく影響するため、１．４ミクロン帯は避けることになる。
【００４９】
しかしあまり、光１３ａを長波長にしすぎると光が拡散し易くなるため予め光送信局１０の側で光学的光束調整を備えて利用する必要がある。したがって、光１３ａを可視光波長帯より長波長側にはずれた波長か、短波長側を選択することが好ましい。
【００５０】
個々の発光素子１３の光１３ａの出力を安全なレベルである−５ｄＢｍとし受光素子の２．４Ｇｂｐｓでの受信レベルを−２８ｄＢｍとすると、−５＋１０ＬＯＧ（１６）−（−２８）＝３５ｄＢのシステムゲインがあることになる。
【００５１】
空間伝播による伝送損失を１ｋｍあたり１ｄＢ／ｋｍとすれば３５ｋｍ分相当の損失を補償するパワー確保できることになる。
これにより、個々の発光素子１３から放射される光１３ａの光路差の影響を排除して、光ファイバと同等の高速かつ長距離の光空間通信が可能となる。
【００５２】
なお、光送信局１０の複数の発光素子１３の光１３ａの各波長発振位相はランダムであり互いにを同期しておらず、発振周波数にはばらつきが当然に存在する。
さらに光送信局１０と光受信局２０との間の距離を長距離化した場合、発光素子１３が出力する光１３ａのスペクトル特性がある広がりをもっている場合は、伝送速度が波長によって異なるため空間伝播の距離が長くなるにつれて、波形がゆがむ分散効果の問題が生じる。
【００５３】
このため、図６および図７に例示される、本実施の形態の変形例のように、たとえば、光受信局２０の側では、集光光学系２２の後段に波長フィルタ２３を配置し、光１３ａから、中心波長１３ｂのみを波長フィルタ２３（光フィルタ）により抽出することで余分な波形（不要スペクトル成分１３ｃ）を除去することで波形のゆがみを軽減して、正確な波形の信号の受信をできる。
【００５４】
また、この波長フィルタ２３は、変調による発光素子１３の発振波長の変動によるスペクトルの増大がある場合にも効果がある。
すなわち、伝播速度の違いによって波形をゆがめる不要なスペクトル成分を波長フィルタ２３で除去することで波長スペクトルの広がった安価な発光素子１３を、空間伝播による群速度分散の影響を抑圧して利用できるようになるため、変調速度制限を緩和して、通信速度の向上を実現できる。
【００５５】
この場合、波長フィルタ２３は発光素子１３の光１３ａのうち一部のみを通過させ、不要な部分を除去するため、通信に利用される光１３ａは一部分であるが、除去した光１３ａについても、その伝播遅延分の調整を行うことができれば、再び合波して、利用したほうが、受信信号レベルの増大によるノイズ耐性等の観点から、都合がよい。
【００５６】
そこで、図８に例示されるように、波長分離器２４、光路長補正器２５および集光光学系２６を、集光光学系２２と受光素子２１ａの間の光１３ａの光路上に配置し、一定間隔毎に光１３ａを波長分離して、それぞれの遅延を加えてから受光素子２１ａに集光させてもよい。ここで遅延を制御する光路長補正器２５としては、反射する光１３ａの光路長に微妙な差をもうけて調整した曲面ミラー等を利用することができる。また、光路長補正器２５としては、たとえば、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）等の光学素子を用いることもできる。
【００５７】
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態において、光送信局１０と光受信局２０との間における光空間通信での秘話性の確保を実現する例を示す。
すなわち、秘話性を確保する場合には、空間伝播させる光１３ａが光受信局２０以外に拡散しないようにすること及び、光受信局２０の位置でのみデータ識別できるようにするために光送信局１０の送信パネル１２に配列した複数の発光素子１３−１、発光素子１３−２、発光素子１３−３の各々から放射される光１３−１ａ、光１３−２ａ、光１３−３ａの波長を互いに異なる複数種類の波長に設定すると、波長による伝播速度の違いから、光受信局２０側における集光による経路差以外にも伝播速度のずれが生じる。このことを利用すると特定の距離においてのみ受信感度を満たす信号を集光できることになるため、秘話性の向上を確保することができる。
【００５８】
すなわち、発光素子は発振波長の異なるものを複数の発光素子１３−１〜発光素子１３−３を用い、伝送路分散を発生させることにより、光１３−１ａ、光１３−２ａ、光１３−３ａの各々の波長を適当に選ぶことで、図１０に示すように、当該光１３−１ａ〜光１３−３ａにて搬送される複数のデータＤ０〜Ｄ３が、光受信局２０の位置で集光した場合にのみ揃って正常に受信されるようにすることができる。
【００５９】
すなわち、図１０の左端のように、光送信局１０における送信時の光１３−１ａ〜１３−３ａを集光しても、データ列はわざとずれているので合波してもデータ列は復元できない。図１０の中央のように、光受信局２０の位置付近に限って光１３−１ａ〜１３−３ａを集光した場合に、データ列が重なりあるため合波してデータ列を復元できる。図１０の右端のように、光受信局２０よりさらに離れて漏れた光１３−１ａ〜１３−３ａを集光してもデータ列はもはやずれているので合波してもデータ列は復元できない。
【００６０】
これにより、光送信局１０と光受信局２０との間における光空間通信において、高い秘話性を実現することができる。
図１１を参照して、この複数経路の利用による秘話性の確保の別の例を示す。この図１１の例では、送信したいデータを２つのデータ列に分けて、一方は、光送信局１０から光受信局２０に直接に送信し、他方は、ミラー４０を経由した経路で送信するように、別々の経路で送る。光受信局２０は、直接の経路と、ミラー４０を経由した経路の両方のデータを受信して初めてもとのデータを復元できる。
【００６１】
このように、二つの異なる経路の交差する地点で光受信局２０が受信し、２つの経路からくるデータから情報を復元する。光送信局１０から送信される光１３ａが拡散光である場合でも、ミラー４０の位置を適切に選ぶことで、唯一、１箇所のみで受信できるようにする。
【００６２】
さらには、図１２に例示されるように、複数の経路を経由して光受信局２０に受信させ、その２つの情報からデータを取り出すようにすれば、受信データは、光受信局２０以外では容易に得ることができなくなり、傍聴の危険性が小さくなる。すなわち、図１２の例では、光送信局１０において、送信データ３１を複数の送信回路部１１を用いて複数の光１３ａを光受信局２０に送信し、光受信局２０では、複数の集光光学系２２を用いて複数の光１３ａの各々を別個に受信し、受信回路部２１で受信データを合成して受信データ３１ｂおよび受信クロック３１ｃを出力するものである。
【００６３】
図１３に例示されるように、光送信局１０の側において発光素子１３から波長が異なる光１３ａを一括して送信し、受信側において、波長フィルタ等の波長分離器２４によって分離して波長毎に設けられた複数の受光素子２１ａにて受信することで伝送容量を大きくすることもできる。すなわち、光１３ａの波長としてｎ種類設定し、光受信局２０において各波長毎に個別に光１３ａを検出した場合、単一波長の場合のｎ倍の通信速度を実現できる。
【００６４】
上述の図１２に例示されるように、空間的な広がりをもって光を伝播させることは、空気中の浮遊物、障害物による通信のエラーを防止できることになる。
しかし、大きな障害物や、濃霧などの影響を考慮した場合には、同一のデータを搬送する複数の冗長経路を設け、受信した２つの受信データのうちいずれかを選択することで、大きな障害物や、濃霧などに起因する通信障害が回避される。
【００６５】
すなわち、図１４の例では、送信側および受信側において、互いに対応する複数の光送信局１０および光受信局２０を設け、同一のデータを、多重経路で送信し、受信側に設けられた切替処理部４１にて、いずれかの通信経路のデータを選択して受信データ３１ｂとして出力するものである。
【００６６】
さらに、図１５および図１６に例示されるような方法で通信経路の多重化を実現してもよい。
図１５の例では、一つの光送信局１０から放射された光１３ａを光分岐部４２およびミラー４３にて複数の経路に分岐させ、受信側では、各分岐経路に対応して複数の光受信局２０と、当該光受信局２０のいずれかの出力を選択する切替処理部４１を設けている。そして、いずれか一方の経路の光１３ａから受信データ３１ｂ、受信クロック３１ｃを取り出すものである。この場合、光１３ａの複数の経路のうち、いずれか一方が遮断されても、他方の経路の光１３ａを受信して安定な通信を継続できる。
【００６７】
図１６の例では、一つの光送信局１０から出力された光１３ａを、光分岐部４２およびミラー４３にて複数の経路に分岐させ、受信側では、複数経路に分岐した光１３ａを、ミラー４５および合波部４４にて合波して一つの光受信局２０にて受光する構成としたものである。効果は、上述の図１５と同様であり、さらに、この図１６の例では、受信側でも一つの光受信局２０を設けるだけでよく、構成を簡素化できる。
【００６８】
次に、光送信局１０の側における複数の発光素子１３の各々における光１３ａに送信遅延タイミングの制御を、光受信局２０の側で実測された受信状態に基づいて制御する例を示す。一般に、光空間通信の通信拠点では、各々の通信拠点に光送信局１０と光受信局２０の対を配置し、当該拠点間での情報の送受信が行われる。そこで、以下の例では、自拠点の光受信局２０における光の受信状況の情報を、自拠点の光送信局１０から光１３ａに乗せて相手側の拠点に送り、相手側の通信拠点では、受け取った受信状況に基づいて、自拠点での光送信局１０の遅延タイミングの制御を行う。
【００６９】
図１７は、このような遅延制御を実現する光空間通信の通信拠点Ｓ１と通信拠点Ｓ２の各々を構成する光送信局１０および光受信局２０の対の構成例である。上述の図１および図２と同様の構成要素は同一の符号を付している。
【００７０】
この場合、光送信局１０では、上述の図２の構成の他に、さらに、自局送信部遅延調整自動制御部１４、遅延調整信号発生部１６、受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７と、セレクタ１５を備えている。
【００７１】
遅延調整信号発生部１６は、受信状態の観測用の調整信号１６ａを発生する。
受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７は、受信回路部２１−１から得られる感度モニタ信号３１ｄに基づいて受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを生成する。
【００７２】
セレクタ１５は、送信データ３１、遅延調整信号発生部１６、受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７の出力の一つを選択して送信回路部１１に入力する。
自局送信部遅延調整自動制御部１４は、自通信拠点の光受信局２０から得られる遅延モニタ値２７ａに基づいて、送信回路部１１に入力するための制御設定データ３２を生成する。
【００７３】
また、光受信局２０では、上述の図２の構成の他に、さらに、受信回路部２１−１と、遅延モニタ値通知部２７および遅延調整用信号受信検出部２８を備えている。
受信回路部２１−１は、相手側の通信拠点の光送信局１０から光１３ａに乗って到来する調整信号１６ａを検出することで光１３ａの受信感度を検出する感度モニタ機能を備えている。
【００７４】
遅延調整用信号受信検出部２８は、相手側の通信拠点の光送信局１０から光１３ａに乗って到来する受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを検出する機能を備えている。
遅延モニタ値通知部２７は、受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａの内容から、自局送信部遅延調整自動制御部１４を制御するための遅延モニタ値２７ａを生成する機能を備えている。
【００７５】
すなわち、図１８に例示されるように、受信回路部２１−１は、上述の図３の受信回路部２１の構成に加えて、さらに、遅延計測用信号周波数フィルタ２１ｈ、増幅／ピークホールド回路２１ｉおよびＡ／Ｄコンバータ２１ｊを備えている。そして、遅延計測用信号周波数フィルタ２１ｈにおいて、光送信局１０の遅延調整信号発生部１６において生成されて光受信局２０に到来する感度モニタ試験用の特定周波数の信号を抽出し、増幅／ピークホールド回路２１ｉおよびＡ／Ｄコンバータ２１ｊにてデジタル化して、感度モニタ信号３１ｄとして出力する。この感度モニタ信号３１ｄは、送信側の受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７に入力される。
【００７６】
受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７では、上述のように、感度モニタ信号３１ｄの情報を含む受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを生成する。
以下、図１７の構成の動作を説明する。通常の送信データ３１の通信に先立って、随時、光送信局１０および光受信局２０の対を備えた通信拠点Ｓ１では、遅延調整信号発生部１６から出力される調整信号１６ａをセレクタ１５にて選択して送信回路部１１に送信データとして入力し、光１３ａとして相手側の通信拠点Ｓ２の光受信局２０に送信する。
【００７７】
これを受けた、相手側の通信拠点Ｓ２の光受信局２０の側では、調整信号１６ａの受信状態に基づく感度モニタ信号３１ｄを検出し、この感度モニタ信号３１ｄの情報を受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７を介して、受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａとして、調整信号１６ａの送信元の通信拠点Ｓ１の光受信局２０に送る。
【００７８】
調整信号１６ａの送信元の通信拠点Ｓ１の光受信局２０では、相手側の通信拠点Ｓ２から到来する受光感度モニタ情報通知フレーム１７ａを遅延調整用信号受信検出部２８にて検出し、遅延モニタ値通知部２７を介して、遅延モニタ値２７ａとして自局送信部遅延調整自動制御部１４に入力し、自局送信部遅延調整自動制御部１４から送信回路部１１に入力される制御設定データ３２を設定する。
【００７９】
これにより、調整信号１６ａの送信元の通信拠点Ｓ１では、受信側の通信拠点Ｓ２における受信感度が最大となるように、送信回路部１１における個々の発光素子１３の遅延タイミングが設定されることになる。調整信号１６ａの送信側と受信側とを入れ換えて、通信拠点Ｓ２と通信拠点Ｓ１との間でも同様の処理が行われる。
【００８０】
このとき、調整信号１６ａの送受信にて個々の発光素子１３の間の遅延差を求める方法として、たとえば、全ての発光素子１３を一定周期の信号（例えば１／０の交番）で一律に変調した状態で、これらの発光素子１３の中の１つかまたは複数のグループを選択し、この遅延をずらして行ったとき、１／０の交番の振幅が最大になる遅延量を選択する。なお、１／０の交番の周期は、想定される光路差による遅延差を下回らないように設定される。
【００８１】
図１９に、上述の図１７の変形例を示す。この図１９の例では、さらに、光受信局２０の内部において、一次的集光手段２２ａ、切替手段２２ｂ、二次的集光手段２２ｃ、二次的集光手段２２ｄおよび切替手段２２ｅと、集光部特性切替制御部２９が設けられている。
【００８２】
また、光送信局１０では、受光感度モニタ情報通知フレーム生成部１７の代わりに、受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム生成部１８が設けられている。
そして、光受信局２０の内部にて、集光部特性切替制御部２９により、切替手段２２ｂおよび切替手段２２ｅを操作することで、受信光である光１３ａを集光する際の経路が、二次的集光手段２２ｃ、二次的集光手段２２ｄのように複数経路に切替えられるようになっている。
【００８３】
この集光手段の切替状態は、切替状態信号２９ａとして、集光部特性切替制御部２９から受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム生成部１８に伝達される。受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム生成部１８では、感度モニタ信号３１ｄと、切替状態信号２９ａの情報を含む受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａを生成する。この受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａは、セレクタ１５、送信回路部１１を介して光１３ａとして相手側の通信拠点の光受信局２０に送信される。
【００８４】
すなわち、光送信局１０と光受信局２０の対を備えた個々の通信拠点Ｓ１とＳ２の間で、二次的集光手段２２ｃまたは二次的集光手段２２ｄに切り替えた時の調整信号１６ａの状態および集光の際の経路遅延特性を受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａによって互いに相手側の通信拠点Ｓ２（Ｓ１）に通知する。
【００８５】
相手側の通信拠点Ｓ２（Ｓ１）の光受信局２０では、遅延調整用信号受信検出部２８にて受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａを検出し、遅延モニタ値通知部２７にて自局送信部遅延調整自動制御部１４に遅延モニタ値２７ａを通知することで、制御設定データ３２を制御する。
【００８６】
これにより、個々の通信拠点Ｓ１、Ｓ２では、受光感度モニタ情報／集光器情報通知フレーム１８ａを検出する遅延調整用信号受信検出部２８および遅延モニタ値通知部２７にて認識し、光送信局１０における送信回路部１１の制御のための制御設定データ３２の設定内容を、相手側の通信拠点Ｓ２（Ｓ１）における光受信局２０の側の二次的集光手段２２ｃまたは二次的集光手段２２ｄの特性に合わせて、適宜変更することで、通信拠点間で光１３ａを媒介として授受される信号データの漏洩を防止できる。
【００８７】
この二次的集光手段２２ｃ、二次的集光手段２２ｄの切替え操作が通信先のアドレスに対応して自動的に行われるようにすることも当然に可能である。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００８８】
（付記１）
送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、送信する前記情報に遅延差を与えることを特徴とする光空間通信方法。
（付記２）
付記１記載の光空間通信方法において、
前記受信手段では、特定の波長範囲の前記光を選択的に透過させる波長フィルタを介して前記光を受信することを特徴とする光空間通信方法。
（付記３）
送信手段に含まれる複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段では、個々の前記発光素子から前記受信手段に至る個々の前記光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御することを特徴とする光空間通信方法。
（付記４）
送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記発光素子の中心発振波長を複数用意し、前記光の伝播速度の波長依存性を利用して、前記受信手段の位置において前記光を集光した場合に前記光による正常な前記情報通信が行われるように制御することを特徴とする光空間通信方法。
（付記５）
送信手段の複数の発光素子から放射された複数の光を受信手段で集光し、前記光を介した情報通信を行う光空間通信方法であって、
前記送信手段と前記受信手段との間に、前記光の複数の通信経路を設定し、前記通信経路が交差する位置に前記受信手段が存在する場合に、正常な前記情報通信が可能となるように、前記送信手段における前記光の送信変調を制御することを特徴とする光空間通信方法。
（付記６）
光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から放射され前記受信装置に到達する複数の光の光路差に応じて、個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含むことを特徴とする光送信装置。
（付記７）
光受信装置とともに光空間通信システムを構成する光送信装置であって、
放射する光の中心発振波長の異なる複数の発光素子と、
前記光受信装置の位置で前記光を集光した場合に正常な受信波形が得られるように個々の前記発光素子からの前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、を含むことを特徴とする光送信装置。
（付記８）
光送信装置とともに光空間通信システムを構成する光受信装置であって、
前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光を収束する集光手段と、前記光送信装置と前記光受信装置との間における個々の前記光の光路差をなくす光路調整手段と、を含むことを特徴とする光受信装置。
（付記９）
付記８記載の光受信装置において、
さらに、前記光に混在する不要な信号成分を除去する波長フィルタを備えたことを特徴とする光受信装置。
（付記１０）
光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光受信装置は、前記光送信装置に設けられた複数の発光素子から到来する複数の光の光路差をなくす光路調整手段を含むことを特徴とする光空間通信システム。
（付記１１）
光送信装置と光受信装置とを含む光空間通信システムであって、
前記光送信装置は、
複数の発光素子と、
個々の前記発光素子から前記光受信装置に到達する複数の光の光路差をなくすように、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御する遅延発生手段と、
を含むことを特徴とする光空間通信システム。
（付記１２）
付記１１記載の光空間通信システムにおいて、
前記受信装置は、前記光送信装置から到来する前記光の受信状態を計測して前記光送信装置に伝達する受信状態通知手段を備え、
前記遅延発生手段は、前記受信状態通知手段から通知された前記受信状態に基づいて、個々の前記発光素子における前記光の送信タイミングを制御することを特徴とする光空間通信システム。
（付記１３）
付記１１記載の光空間通信システムにおいて、
さらに、前記光送信装置から前記光受信装置に向けて送信される前記光の光路を多重化する光路多重化手段を含むことを特徴とする光空間通信システム。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、光空間通信をより長距離化、大容量化し、信頼性を向上させることができ、従来のような光ファイバの敷設なしに光ファイバ通信クラスの通信性能を実現できる。
【００９０】
また、光空間通信における高い秘話性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光空間通信システムにおける光送信局の構成の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態である光空間通信システムにおける光受信局側の構成の一例を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの作用を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの作用を示す概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例の作用を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図９】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例の作用を示す概念図である。
【図１１】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１２】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１３】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１４】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１５】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１６】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１７】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【図１８】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例における受信回路部の構成例を示す概念図である。
【図１９】本発明の一実施の形態である光空間通信システムの変形例を示す概念図である。
【国際調査報告】
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