JP4462066B2 - 空間光伝送システム及び携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、空間光伝送システム及び携帯端末に関する。

現在、情報機器としての携帯端末等は急速に普及しているが、一般的には携帯端末との通信には無線が用いられているため、通信速度の高速化に限界がある。

赤外線等の光伝送技術も使用されてはいるが、光パワーが少ないことや、多光路干渉の影響により、限定的な低速の通信用途で用いられている。

特許文献１には、光空間伝送において、受信した電磁波信号の受信強度に応じて、送信ビットレートを変更する構成が記載されている。

特許文献２には、光受信装置が、光送信装置に向けて、受光レベルを示す指向性の広い信号光を照射し、光送信装置が、光受信装置からの受光レベルを示す信号光を複数の受光素子で受光し、粗光軸調整を行なう構成が記載されている。

特許文献３，４には、空間光伝送システムにおいて、広狭２種類の指向性の信号光で光軸調整を行なう構成が記載されている。
特許開平９−２６１１８０号公報 特開２００４−１３５３２６公報 特開２００３−２０９５２０公報 特開平６−２３２８１８公報

携帯端末への情報伝送方法として赤外線等を用いる光伝送技術を用いた場合、通信速度を高速化するためには、発光素子の出力ビーム光を絞って、光信号の指向性を上げる必要がある。しかし、信号光のビームを絞ると、携帯端末がその信号光を受信するのが難しくなり、光軸調整が必要になる。即ち、光送信装置と、光受信装置としての携帯端末との間で光軸を精密に調整する手段が必要になる。

特許文献２に記載の構成では、光受信装置に信号光源を設け、光送信装置には、その信号光源の出力信号光を受光する複数の受光素子を配置する必要があり、装置構成が複雑になる。

また、特許文献３，４に記載の構成では、結局、狭ビーム角の信号光を受光できる位置に光受信装置の受光窓を移動させるための目安として、広ビーム角の光を使用するものであり、広ビーム角の光の強度分布を利用者が視覚的に識別する必要がある。しかし、そのような識別は、特にビーム中心部分に対して困難である。

そこで、本発明は、携帯端末との接続性を容易にし、高速な空間光伝送を実現する空間光伝送システム及び携帯端末を提示することを目的とする。

本発明に係る空間光伝送システムは、光送信装置から光受信装置に光空間伝送によりデータを伝送する空間光伝送システムであって、当該光送信装置が、発光手段と、当該発光手段の出力光のビーム径を制御するビーム径制御手段であって、データ送信前の光軸調整時には光軸調整光を形成し、データ送信時には、当該光軸調整光よりもビーム径の小さいデータ光を形成するビーム径制御手段と、当該光受信装置からの送信可信号に従い、当該光軸調整光から当該データ光に切り替え、当該データ光によりデータを当該光受信装置に送信させる送信制御手段とを具備し、当該光受信装置が、当該データ光を受光するデータ受光素子と、当該光軸調整光を受光する複数の光軸調整光受光素子と、当該複数の光軸調整光受光素子の出力から、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子の位置ずれの方向と量を算出する演算装置と、当該位置ずれの方向と量に応じた矢印であって、当該位置ずれの量に応じて長さが変化する矢印を表示する表示手段と、当該位置ずれの量に応じたトーン周波数の音を発生する発音手段と、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子の位置ずれ量が所定未満のときに、当該光送信装置に当該送信可信号を送信する送信手段と、当該データ受光素子の出力からデータを復調する復調手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る携帯端末は、光送信装置からの第１のビーム径のデータ光を受光するデータ受光素子と、当該光送信装置からの当該第１のビーム径よりも大きい第２のビーム径を具備し、当該データ光と同じ光軸の光軸調整光を受光する複数の光軸調整光受光素子と、当該複数の光軸調整光受光素子の出力から、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子の位置ずれの方向と量を算出する演算装置と、当該位置ずれの方向と量に応じた矢印であって、当該位置ずれの量に応じて長さが変化する矢印を表示する表示手段と、当該位置ずれの量に応じたトーン周波数の音を発生する発音手段と、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子の位置ずれ量が所定未満のときに、当該光送信装置に当該送信可信号を送信する送信手段と、当該データ受光素子の出力からデータを復調する復調手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、光軸調整光を複数の光軸調整光受光素子を受光し、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子の位置ずれ方向と量をユーザに示すので、マニュアルの調節であっても、光軸調整が容易で正確なものになる。その結果、狭ビームのデータ光を使って、高速にデータを光送信装置から光受信装置に伝送できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の第1の実施例の概略構成ブロック図を示す。光送信装置１０が、赤外線による光空間伝送でデータを、光受信装置としての携帯端末３０に高速伝送する。図２は、光送信装置１０から携帯端末３０に投射されるビームの例を示す。

先ず、光送信装置１０の構成と動作を説明する。光送信装置１０は、携帯端末３０に対しマニュアルによる光軸調整の為の広ビーム角の光軸調整光を出射する光軸調整モードで動作し、光軸調整後に、実際にデータを搬送する狭ビーム角のデータ光を出射するデータ送信モードで動作する。通信装置１２は、ネットワークを介して図示しないサーバ又は記憶装置等に接続する。通信装置１２は、制御装置１４からの指令に従い、ネットワークを介してデータを取得し、制御装置１４に供給する。

制御装置１４は、光軸調整モードでは、駆動回路１６により発光ダイオード又はレーザダイオード等の発光素子１８をパルス駆動させる。発光素子１８の前面には、発光素子１８の出力赤外光のビーム角を広狭に制御可能な光ビーム径制御装置２０を配置してある。光ビーム径制御装置２０はいわば、発光素子１８の出力ビームを携帯端末３０にフォーカスさせるか否かを制御できる光学系からなる。制御装置１４は、光軸調整モードでは、携帯端末３０に向けビーム角の広い赤外光（光軸調整光）を投射するように光ビーム径制御装置２０を制御する。

無線受信装置２２は、携帯端末３０から無線信号で送信可信号を受信するのを待機しており、携帯端末３０から送信可信号を受信すると、当該受信可信号を制御装置１４に供給する。携帯端末３０が送信可信号を出力するタイミングは、後で詳細に説明する。

制御装置１４は、無線受信装置２２から送信可信号を受信すると、光ビーム径制御装置２０により出射赤外線のビーム角を破線で示すデータ光のように小さくさせ、通信装置１２を介して取得したデータを駆動回路１６に印加する。駆動回路１６は、制御装置１４からのデータに従い発光素子１８を駆動する。これにより、発光素子１８は、データを搬送するデータ光を出力する。このデータ光は、光ビーム径制御装置２０により、狭ビーム角で携帯端末３０に投射される。

携帯端末３０の構成と動作を説明する。携帯端末３０は、データ光受光用の受光素子３２に加えて、光軸判定用の４つの受光素子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを具備する。受光素子３４Ａ，３４Ｂは直線上に配置され、受光素子３４Ｃ，３４Ｄは、受光素子３４Ａ，３４Ｂの直線に直交する直線上に配置される。いわば、受光素子３２の入射光軸をｚ軸としたときの、ｘ軸上に受光素子３４Ａ，３４Ｂが配置され、ｙ軸上に受光素子３４Ｃ，３４Ｄが配置される。好ましくは、ｘ軸とｙ軸の交点上で、データ光受光用の受光素子３２を配置する。

図２は、光送信装置１０から出射される光軸調整光の光軸が、受光素子３２からずれている状態を示す。このとき、受光素子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの出力は一致しない。受光素子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの出力を相互に比較することで、光軸調整光の光軸が、受光素子３２に対してどの方向にどの程度ずれているかを判別できる。比較・演算装置３６は先ず、受光素子３４Ａ，３４Ｂの出力の差分を算出し、受光素子３４Ｃ，３４Ｄの出力の差分を算出する。受光素子３４Ａ，３４Ｂの出力の差分は、光軸調整光の光軸がｘ軸方向でどの程度ずれているかを示し、受光素子３４Ｃ，３４Ｄの出力の差分は、光軸調整光の光軸がｙ軸方向でどの程度ずれているかを示す。従って、受光素子３４Ａ，３４Ｂの出力の差分と受光素子３４Ｃ，３４Ｄの出力の差分をベクトル合成することで、光軸調整光の光軸が受光素子３２に対してどの方向にどの程度ずれているかを決定でき、比較・演算装置３６は、光軸調整光の光軸のずれを示すベクトル値を制御装置３８に供給する。

制御装置３８は、比較・演算装置３６からのベクトル値に応じた矢印をモニタ４０の画面上に表示する。ユーザは、この矢印を見て、携帯端末３０を光軸調整光に対してマニュアルで矢印の示す方向に移動する。制御装置３８はまた、光軸調整光の光軸のずれの大きさに応じた周波数のトーンをスピーカ４２から出力する。光軸のずれが大きいほど、トーン周波数を高くし、光軸のずれが小さくなるほど、トーン周波数を低くする。これにより、ユーザは、光軸一致の程度をトーン周波数で認識でき、マニュアルの光軸調節が容易になる。勿論、ユーザは、モニタ４０の画面上に表示される矢印が短くなっていくことでも、光軸のずれ量を定量的に認識できる。

受光素子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの出力がほぼ一致したら、受光素子３２が、狭ビーム角のデータ光を受光できる程に光軸が合致したことになる。そうすると、制御装置３８はモニタ４０の画面上にその旨を表示し、及び／又はスピーカ４２から音声でユーザに通知すると共に、無線送信装置４４により光送信装置１０に送信可信号を無線送信する。制御装置３８はまた、復調装置４６にデータ受信を待機させる。

上述の通り、光送信装置１０は、携帯端末３０から送信可信号を受信すると、光ビーム径制御装置２４により出射ビームを絞り、狭ビーム角のデータ光でデータを送信する。

携帯端末３０の位置をマニュアル調節する方法であっても、受光素子３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの出力の比較により、光軸は受光素子３２に合っているので、受光素子３２は、狭ビーム角のデータ光を受光できる。復調装置４６は受光素子３２の出力からデータを復調し、記憶装置４８に格納する。

このような方法により、マニュアルによる光軸調整であっても、狭ビーム角のデータ光の光軸を受光素子３２に合わせることが可能である。例えば、光送信装置１０の赤外出力窓に対して携帯端末３０の受光窓を向き合わせて配置するだけといったようなラフな光軸調整の場合に比べ、本実施例では、より狭いビーム角でデータを伝送できる。この結果、より高速、例えばＧｂｉｔ／ｓオーダーのデータ伝送が可能になる。

光送信装置１０から出力される赤外線のビーム角を、光軸調整時とデータ送信時で制御する実施例を説明したが、平行ビームのビーム径を光軸調整時には大きく、データ送信時には小さくするように制御しても、同様の作用効果を得ることができることは明らかであり、このようなビームの制御も、本発明の権利範囲に含まれる。

上記実施例では、送信可信号を無線で携帯端末３０から光送信装置１０に送信したが、その他の通信方法を使用しても良いことは明らかである。送信可信号の信号量がごく少ないので、例えば、光軸調整が不要なほどに指向性の広い光、即ち広ビーム角の光で携帯端末３０から光送信装置１０に送信しても良い。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の概略構成ブロック図を示す。 光送信装置１０から携帯端末３０に投射される光軸調整光の様子を示す斜視図である。

符号の説明

１０：光送信装置
１２：通信装置
１４：制御装置
１６：駆動回路
１８：発光素子
２０：光ビーム径制御装置
２２：無線受信装置
３０：携帯端末
３２：データ光受光用の受光素子
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ：光軸調整光受光用の受光素子
３６：比較・演算装置
３８：制御装置
４０：表示装置
４２：スピーカ
４４：無線送信装置
４６：復調装置
４８：記憶装置

Claims (5)

1. 光送信装置から光受信装置に光空間伝送によりデータを伝送する空間光伝送システムであって、
   当該光送信装置（１０）が、
   発光手段（１８）と、
   当該発光手段（１８）の出力光のビーム径を制御するビーム径制御手段であって、データ送信前の光軸調整時には光軸調整光を形成し、データ送信時には、当該光軸調整光よりもビーム径の小さいデータ光を形成するビーム径制御手段（２０）と、
   当該光受信装置（３０）からの送信可信号に従い、当該光軸調整光から当該データ光に切り替え、当該データ光によりデータを当該光受信装置に送信させる送信制御手段（１４）
   とを具備し、
   当該光受信装置（３０）が、
   当該データ光を受光するデータ受光素子（３２）と、
   当該光軸調整光を受光する複数の光軸調整光受光素子（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ）と、
   当該複数の光軸調整光受光素子の出力から、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子（３２）の位置ずれの方向と量を算出する演算装置（３６）と、
   当該位置ずれの方向と量に応じた矢印であって、当該位置ずれの量に応じて長さが変化する矢印を表示する表示手段（４０）と、
   当該位置ずれの量に応じたトーン周波数の音を発生する発音手段（４２）と、
   当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子（３２）の位置ずれ量が所定未満のときに、当該光送信装置（１０）に当該送信可信号を送信する送信手段（３８、４４）と、
   当該データ受光素子（３２）の出力からデータを復調する復調手段（４６）
   とを具備することを特徴とする空間光伝送システム。
2. 当該複数の光軸調整光受光素子が、当該データ受光素子を中心として直交する２線上に配置される４つの受光素子（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ）からなることを特徴とする請求項１に記載の空間光伝送システム。
3. 当該光受信装置が、携帯端末からなることを特徴とする請求項１に記載の空間光伝送システム。
4. 光送信装置（１０）からの第１のビーム径のデータ光を受光するデータ受光素子（３２）と、
   当該光送信装置（１０）からの当該第１のビーム径よりも大きい第２のビーム径を具備し、当該データ光と同じ光軸の光軸調整光を受光する複数の光軸調整光受光素子（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ）と、
   当該複数の光軸調整光受光素子の出力から、当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子（３２）の位置ずれの方向と量を算出する演算装置（３６）と、
   当該位置ずれの方向と量に応じた矢印であって、当該位置ずれの量に応じて長さが変化する矢印を表示する表示手段（４０）と、
   当該位置ずれの量に応じたトーン周波数の音を発生する発音手段（４２）と、
   当該光軸調整光の光軸に対する当該データ受光素子（３２）の位置ずれ量が所定未満のときに、当該光送信装置（１０）に当該送信可信号を送信する送信手段（３８、４４）と、
   当該データ受光素子（３２）の出力からデータを復調する復調手段（４６）
   とを具備することを特徴とする携帯端末。
5. 当該複数の光軸調整光受光素子が、当該データ受光素子を中心として直交する２線上に配置される４つの受光素子（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ）からなることを特徴とする請求項４に記載の携帯端末。

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