光空間伝送装置
【課題】情報を伝送する光信号の発光と光軸調整のための光信号の発光を同一の発光素子で行う。
【解決手段】。ビーコン生成回路２３は、伝送信号とは異なる周波数帯のビーコン信号を生成する。重畳回路２４は、入力信号とビーコン信号を重畳し重畳信号電圧とする。発光部２６は、発光素子２７の点滅により、重畳光信号を送信する。受光部４２は、重畳光信号を受光する４つの受光素子４３を有する。ローパスフィルタ４６は、４つの重畳信号電圧から４つのビーコン信号を分離する。レベル検出回路４７は、この４つのビーコン信号のレベルを検出する。方向検出回路４８は、これらのレベルから発光軸方向と受光軸方向の差を検出する。方向調整部４９は、レンズ４１と受光部４２を移動し受光軸方向を調整する。ハイパスフィルタ５０は、変換された重畳信号電圧から入力信号を分離する。出力部５５は伝送信号を出力する。
【解決手段】。ビーコン生成回路２３は、伝送信号とは異なる周波数帯のビーコン信号を生成する。重畳回路２４は、入力信号とビーコン信号を重畳し重畳信号電圧とする。発光部２６は、発光素子２７の点滅により、重畳光信号を送信する。受光部４２は、重畳光信号を受光する４つの受光素子４３を有する。ローパスフィルタ４６は、４つの重畳信号電圧から４つのビーコン信号を分離する。レベル検出回路４７は、この４つのビーコン信号のレベルを検出する。方向検出回路４８は、これらのレベルから発光軸方向と受光軸方向の差を検出する。方向調整部４９は、レンズ４１と受光部４２を移動し受光軸方向を調整する。ハイパスフィルタ５０は、変換された重畳信号電圧から入力信号を分離する。出力部５５は伝送信号を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線通信や可視光通信などの光通信を用いて、情報を空間伝送する光空間伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光通信を用いて情報を空間伝送する光空間伝送装置や光空間伝送システムにおいて、送信側の伝送装置からガイド用のパイロット光などを照射し、受信側の伝送装置がその受光量に基づいて自動的に受光方向を制御する技術がある。この技術によれば、受光感度を上げるために大口径レンズを用いたとしても、レンズを用いることにより指向性が狭くなる受光部を送信側の方向へ自動的に対向させることができるようになるため、方向合わせの手間が不要で高感度な受信が可能となる。
【０００３】
例えば、特許文献１の光空間伝送装置は、発光部が、情報を伝送する光信号を発光する発光素子とは別に、方向調整用の発光素子を有し、受光部が４つの受光素子を有している。この装置は、方向調整用の発光素子からの赤外光を４つの受光素子で受光し、各受光素子における受光量が一致するように受光部の向きを制御することで、受光部を送信側の方向へ自動的に対向させている。
【０００４】
また、従来から、送信側の伝送装置から受信側の伝送装置に対して、波長の異なる複数の光を用いて、複数の信号を同時に伝送する技術がある。この技術は、波長の異なる光信号が干渉し合わず、分離が可能という特性を利用している。
【０００５】
例えば、特許文献２の装置は、送信装置が相異なる波長の光信号を出射する複数の光源を有し、それらの光源からの光を一つのビームに合波（多重化）させて送信する。受信側ではこの多重化されたビームを複数の受光素子によって受光し、各受光素子においてそれぞれ異なった波長の光信号を抽出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−１８３５１５号公報
【特許文献２】再表２００６／０８２８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の光空間伝送装置は、情報を伝送する光信号用の発光素子と受光素子、及び光軸調整用のビーコン信号の発光素子と受光素子を有している。このように２種類の発光素子と受光素子とを設けることは、回路や制御の複雑化を招く問題がある。また、特許文献２に記載の波長多重光空間送信装置は、情報を伝送する複数の光信号を波長多重化し、多重化された光信号を同一の光軸上に合波できるようにしている。しかし、この装置は、送信側と受信側の光軸を調整することは考慮されていない。
【０００８】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、情報を伝送する波長多重光信号の送受信と、発光素子と受光素子の光軸を調整するためのビーコン信号の送受信とを、同一の発光素子と受光素子とで行うことができる光空間伝送システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光空間伝送装置は、次のような特徴を有する。
（１）光空間伝送装置は、少なくとも光信号の送信部を有する第１の装置と少なくとも受信部を有する第２の装置からなる。
（２）前記送信部は、入力部より入力される伝送信号とは異なる周波数帯のビーコン信号を生成するビーコン生成回路と、前記伝送信号と前記ビーコン信号を重畳して重畳信号電圧とする重畳回路と、前記重畳信号電圧に基づいて光信号を発光する発光素子を有する発光部とを有する。
（３）前記受信部は、前記光信号を受光する３以上の受光素子を有する受光部と、前記３以上の各受光素子が受光した各光信号をそれぞれ重畳信号電圧に変換する受光回路と、前記各重畳信号電圧を各ビーコン信号に分離するフィルタとを有する。
（４）前記受信部は、前記分離された各ビーコン信号から各受光素子の受信レベルを検出するレベル検出回路と、前記検出された各受信レベルから前記光信号の入力方向を検出する方向検出回路と、前記受光部が送信部に対向する方向に向くよう光軸方向を調整する方向調整部とを有する。
（５）前記受信部は、前記重畳信号電圧から伝送信号を選択分離するフィルタと、前記選択分離された伝送信号を２値信号に変換するリミッティング増幅回路とを有する。
【００１０】
また、本発明において、下記の構成を適宜採用することができる。
（６）前記受信部は、前記フィルタが、前記各受光素子からの重畳信号電圧をそれぞれ伝送信号に分離し、前記分離されたそれぞれの伝送信号を加算する加算回路を有し、前記加算された伝送信号を前記リミッティング増幅回路が２値の出力信号に変換する。
（７）前記送信部は、入力された伝送信号を３以上のパラレル信号に変換するパラレル変換回路及び前記３つ以上のパラレル信号をそれぞれ低域周波数スペクトルの低下した符号に変換する符号変換回路を有し、前記発光部は、前記３以上のパラレル信号に対応した重畳信号電圧を異なる波長を用いて波長多重した光信号として発光する。
（８）前記受信部は、前記受光部の前面に配置された光学フィルタ部と、シリアル信号に変換し伝送信号を出力するシリアル変換回路とを有し、前記光学フィルタ部は、前記波長多重された光信号をその波長に応じて前記各受光素子に受光させ、前記シリアル変換回路は、前記各受光素子が受光した各光信号に対応したパラレル信号を伝送信号に変換する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、情報を伝送する光信号の発光素子と光軸を調整するための光信号の発光素子を同一のものとし、これらの光信号を重畳し伝送することにより、情報伝送のための受光素子とビーコン信号受信用の受光素子を共用することが可能になり、構成が簡単で信頼性に優れた光空間伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の光空間伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の送信部と受信部の構成を示すブロック図である。
【図３】伝送信号とビーコン信号の周波数帯域を示すグラフである。
【図４】レンズ及び受光部を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態の送信部と受信部の構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態の発光部の一例を示す斜視図である
【図７】第２実施形態のレンズ、光学フィルタ部及び受光部を示す斜視図である。
【図８】他の実施形態の送信部と受信部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態において、同一の内容については、説明を省略する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１〜図４を用いて、第１実施形態の光空間伝送システムについて説明する。
【００１５】
（構成）
図１に示すとおり、第１実施形態の光空間伝送システムは、２台の光空間伝送装置１０を有し、これらの光空間伝送装置１０が相互に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などによる光通信を用いて情報の送受信を行う。光空間伝送装置１０は、ネットワークなどから光ファイバーで送信するための規格である１００ＢＡＳＥ−ＦＸ信号の伝送信号が入力され、その伝送信号を光信号に変換し光通信で送信する送信部２０と、光通信で送信された光信号を受信し、その光信号を伝送信号に変換しネットワークなどに出力する受信部４０とを有している。
【００１６】
図２は、相互に送受信する２台の光空間伝送装置１０において、１台目の送信部２０と２台目の受信部４０の構成を示している。なお、２台の光空間伝送装置１０は、１台目の送信部２０から送信する光信号を２台目の受信部４０が受信する場合と、２台目の送信部２０から送信する光信号を１台目の受信部４０が受信する場合がある。この２つの場合は、機能的に同一であることより、便宜上、図２を用いて説明する。
【００１７】
送信部２０の構成について以下説明する。伝送信号を受信する入力部２１の出力及び入力伝送信号と異なる帯域幅のビーコン信号を生成するビーコン生成回路２３の出力は、重畳回路２４に接続されている。
【００１８】
前記重畳回路２４には、入力部２１からの入力伝送信号とビーコン生成回路２３で生成されたビーコン信号とが入力され、重畳回路２４はそれらを重畳し、重畳信号電圧として駆動回路２５に出力する。前記駆動回路２５は、発光素子２７に接続され、この発光素子２７を重畳光信号として点滅させる。発光部２６は、光信号を発光するＬＥＤなどの発光素子２７を有している。
【００１９】
受信部４０の構成について以下説明する。レンズ４１は、他の光空間伝送装置１０の発光部２６から受光した重畳光信号を集束する。この集束されたスポット光は、受光部４２に照射される。受光部４２は、フォトダイオードなどの４つの受光素子４３を有している。受光回路４４は、４つの受光素子４３からの出力である電流値を重畳信号電圧に変換し、分配器４５に出力する。分配器４５は、受光回路４４からの４つの重畳信号電圧をローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０に分配する。
【００２０】
ローパスフィルタ４６は、分配された４つの重畳信号電圧から、低周波信号、すなわち４つのビーコン信号を分離し、レベル検出回路４７に出力する。レベル検出回路４７は、これら４つのビーコン信号から受光部４２で受光した光量に応じたそれぞれのレベルを検出し、その結果を方向検出回路４８に出力する。
【００２１】
方向検出回路４８は、レベル検出回路４７で検出された４つの受光素子の受光レベルに基づいて、レンズ４１及び受光部４２の受光方向（以下、受光軸方向という）と、対向する装置の発光部２６の方向（以下、発光軸方向という）との角度の差を検出し、その結果を方向調整部４９に出力する。
【００２２】
方向調整部４９は、方向検出回路４８の検出結果に基づいて、モータなどを用いたアクチュエータで受光軸方向を調節する。この調整で、受光軸方向と発光軸方向を一致させる。例えば、方向調整部４９は、方向検出回路４８で検出された４つの受光素子の受光レベルが等しくなるように、受光部４２全体をアクチュエータで傾斜させる。
【００２３】
分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧から、高周波信号、すなわち４つの伝送信号を分離するハイパスフィルタ５０は、加算回路５２に接続されている。前記４つの伝送信号を加算する加算回路５２は、リミッティング増幅回路５１に接続されている。このリミッティング増幅回路５１は、加算されて１つになった伝送信号を２値のデジタル信号に変換して出力部５５に出力し、この出力部５５は、この伝送信号を送信する。
【００２４】
（作用）
第１実施形態の光空間伝送システムの作用について説明する。１００ＢＡＳＥ−ＦＸ規格の伝送信号は、入力部２１で受信される。
【００２５】
次に、ビーコン生成回路２３で生成されたビーコン信号と入力部２１で受信された伝送信号とが、重畳回路２４で重畳され、重畳信号電圧となる。ビーコン信号は、例えば、１０ｋHｚ正弦波であり、受信部４０の受信軸方向の調整に用いられる信号である。図３に示すように、伝送信号とビーコン信号とは、周波数帯域が異なっている。このように周波数帯域が異なっていることにより、これらの信号は、ローパスフィルタ４６及びハイパスフィルタ５０で分離することができる。
【００２６】
駆動回路２５は、重畳回路２４で重畳された重畳信号電圧が入力され、この入力された重畳信号電圧に基づいて発光素子２７に流れる電流を制御し、この発光素子２７を点滅させる。発光部２６は、この点滅に応じた重畳光信号を光通信として送信する。発光部２６から送信された重畳光信号は、他方の光空間伝送装置１０のレンズ４１に照射され集束され、スポット光として、受光部４２、すなわち４つの受光素子４３のそれぞれに照射される。
【００２７】
図４は、発光素子２７、レンズ４１、受光部４２の関係を示す斜視図である。図４（a）に示すように、受光部４２は４つの受光素子４３で４分割されている。４つの受光素子４３に光信号が照射されるとその光のエネルギーから変換された電流が発生し、受光回路４４に入力される。受光回路４４はこれらをデジタル信号である４つの重畳信号電圧に変換する。次に、これら４つの重畳信号電圧が、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０とに入力されるように分配器４５で分配される。分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧は、ローパスフィルタ４６において、低周波信号である４つのビーコン信号に分離され通過する。そして、これら４つのビーコン信号がレベル検出回路４７に入力され、受光部４２で受光した光量に応じたそれぞれのレベルが検出される。
【００２８】
図４（ａ）は、発光素子２７からの光信号がレンズ４１を介して４つの受光素子４３にスポット光として照射されていることを示している。このスポット光は、４つの受光素子に対して均等な光量が照射されている。これは、発光素子２７からの光信号の光軸と、レンズ４１の光軸が一致しているからである。
【００２９】
図４（ｂ）は、発光素子２７が、受光部４２よりも上方に位置している場合を示している。この場合、図に示すように、スポット光は、４つの受光素子４３に均等に照射されていない。例えば、上方の２つの受光素子４３に照射される光量は小さく、一方、下方の２つの受光素子４３に照射される光量は大きい。
【００３０】
レベル検出回路４７は、これら４つの受光素子４３のそれぞれが受光した光量のレベルを検出し、方向検出回路４８に供給する。方向検出回路４８は検出されたそれぞれのレベルに基づいて、受光軸方向と発光軸方向のずれ量を検出する。
【００３１】
次に、方向検出回路４８の検出結果に基づいて、方向調整部４９により、レンズ軸方向を調節する。すなわち、レンズ軸方向が発光部２６の方向と一致するように調整する。この調整は、同一平面上に対称形に配置された４つの受光素子４３に均等に光が当たるように、受光面を傾斜させることにより、発光軸と受光軸の方向を一致させる。具体的には、前記レベル検出回路４７からの４つの受光レベルが等しくなるように、アクチュエータによって受光面全体を傾斜させる。
【００３２】
図４（ｃ）は、方向調整部４９が受光軸方向を移動しレンズ４１と受光部４２の方向を調整した状態を示している。すなわち、図４（ｂ）に示すような受光軸方向が、方向調整部４９の調整により、図４（ｃ）に示すような受光軸方向、すなわち発光軸方向と一致している方向に移動した状態になっている。
【００３３】
一方、分配器４５で分配されハイパスフィルタ５０に入力された４つの重畳信号電圧は、このハイパスフィルタ５０で高周波信号である伝送信号に分離される。ハイパスフィルタ５０は、この分離された４つの伝送信号を、加算回路５２に出力する。加算回路５２はこの４つの伝送信号を加算する。すなわち、受光部４２の４つの受光素子４３で４分割された光信号に基づいたこの４つの伝送信号を加算し、４分割されたものを加算する。加算回路５２で加算された伝送信号は、リミッティング増幅回路に出力される。リミッティング増幅回路５１は、この伝送信号を２値デジタル信号に変換する。この２値デジタル信号は出力部５５に入力され、この出力部５５は、この２値デジタル信号をＰＣ等のイーサネットポートを有する機器に送信する。
【００３４】
（効果）
第１実施形態の光空間伝送システムは、次のような効果を奏する。
（１）発光部２６は、情報を伝送する伝送信号と光軸を調整するためのビーコン信号を重畳し、両者を１つの光信号で送信することができる。従って、複数の発光素子を必要とせず、１つの発光素子２７で伝送信号とビーコン信号を重畳して送信することができ、発光部の構成を単純化できる。
（２）第１実施形態の光空間伝送装置１０は、受光部４２が重畳された光信号を受光することができ、ビーコン信号専用の受光部を必要としないので、受光部４２の構成を単純化できる。
【００３５】
（３）伝送信号とビーコン信号の周波数帯を大きく異なるものとしたので、両者を重畳させた信号を受信する受信部４０は、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０により、重畳されている２つの異なる信号を簡単に分離することができる。
（４）４つの受光素子で受信した重畳信号電圧を加算回路により加算しているので、受信した信号の強度が高く、伝送信号の劣化が少ない。
【００３６】
［第２実施形態］
図５〜図７を用いて、第２実施形態の光空間伝送システムについて説明する。なお、第２実施形態の光空間伝送装置１０の基本的な構成は、第１実施形態と同様であり、説明は省略する。
【００３７】
（構成）
図５に示すとおり、第２実施形態の送信部２０と受信部４０は、第１実施形態の送信部２０と受信部４０に、パラレル変換回路２８、シリアル変換回路５３、光学フィルタ部５４を追加した構成である。以下にこれらの構成について説明する。
【００３８】
入力部２１にはＰＣ等のイーサネット機器からの１００ＢＡＳＥ−Ｔ信号が入力され、入力部２１の出力はパラレル変換回路２８に入力され、パラレル変換回路２８は、シリアル信号である伝送信号を４つからなるパラレル信号に変換する。パラレル信号はＭＩＩインタフェース仕様に基づく信号であっても良い。このパラレル変換回路２８の出力側は符号変換回路２９に接続されている。この符号変換回路２９は、パラレル変換回路２８から入力された４つからなるパラレル信号のそれぞれを符号変換する。すなわち、符号変換回路２９は、入力された２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号に、スクランブル及び４Ｂ５Ｂ処理を施し、３１．２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号とする。
【００３９】
前記符号変換回路２９の出力側に重畳回路２４が接続されている。すなわち、この重畳回路２４には、符号変換回路２９の出力側とビーコン生成回路２３の出力側が接続されている。この重畳回路２４は、前記４つのパラレル信号と前記周波数が１０ｋＨｚであるビーコン信号とを重畳して４つの重畳信号電圧を生成する。重畳される３１．２５Ｍｂｐｓのパラレル信号は、スクランブル及び４Ｂ５Ｂ処理により低域周波数スペクトルを含まない信号であることから受信の際ビーコン信号と分離可能な状態で重畳が行われる。この重畳回路２４の出力側は駆動回路２５を介して発光部２６が接続されている。発光部２６は、光信号を発光するＬＥＤなどである発光素子２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ，２７Ｙを有している。例えば、２７Ｒは赤色、２７Ｇは緑、２７Ｂは青、２７Ｙは黄色の光を発する。発光素子２７Ｒ〜２７Ｙは、それぞれの波長が異なる光信号を発光する。本実施形態において、駆動回路２５は、発光素子２７Ｒ〜２７Ｙのそれぞれを、４つの重畳信号電圧に基づいて独立に点滅させ、異なる４つの波長で波長多重された重畳光信号として発光させる。
【００４０】
図６は、本実施形態の発光部２６の一例を示す斜視図である。この図が示すように、発光部２６はステム状に形成され、各発光素子２７Ｒ〜２７Ｙは、このステムの先端の平面に均等間隔で取り付けられている。発光部２６がこのように形成されていることより、発光素子２７Ｒ〜２７Ｙからの信号は、平行状態で発光されることになる。
【００４１】
一方、受信部４０は、前記第１の実施形態と同様にレンズ４１を有する。このレンズ４１の出力側には、光学フィルタ部５４が設けられている。この光学フィルタ部５４は、４種類の光学フィルタ５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ，５４Ｙを有している。光学フィルタ５４Ｒ〜５４Ｙは、入射光に対して、特定の波長範囲の光だけを透過し、それ以外の光を透過しない光学素子である。発光素子２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂ、２７Ｙからの光信号は、それぞれ光学フィルタ５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂ、５４Ｙからのみ透過することにより、４波長の分離が行われる。
【００４２】
本実施形態においても、受光部４２は、前記レンズ４１の出力側に４つの受光素子４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ，４３Ｙを有している。前記光学フィルタ５４Ｒはこの受光素子４３Ｒのレンズ４１側の表面に貼り付けられている。同様に、光学フィルタ５４Ｇは受光素子４３Ｇに、光学フィルタ５４Ｂは受光素子４３Ｂに、光学フィルタ５４Ｙは受光素子４３Ｙに、それぞれ貼り付けられている。
【００４３】
図７は、レンズ４１、光学フィルタ部５４及び受光部４２を示す斜視図である。図に示すように、受光部４２は受光素子４３Ｒ〜４３Ｙで４分割されている。これら４分割の領域に対応して光学フィルタ５４Ｒ〜５４Ｙのそれぞれが貼り付けられる。
【００４４】
受光回路４４は、受光素子４３Ｒ〜４３Ｙの出力である電流値を４つの重畳信号電圧に変換する。分配器４５は、受光回路４４からの４つの重畳信号電圧が、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０とに入力されるように分配する。ローパスフィルタ４６は、４つの重畳信号電圧において、低周波信号、すなわち４つのビーコン信号のみを通過させる。この後の処理は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
一方、ハイパスフィルタ５０は、４つの重畳信号電圧において、高周波信号、すなわち４つの３１．２５Ｍｂｐｓパラレル信号のみを通過させる。そして、リミッティング増幅回路５１は、これらの４つのパラレル信号を２値信号に変換した後、５Ｂ４Ｂ変換、デスクランブルし、２５Ｍｂｐｓの４つのパラレル信号に変換し、シリアル変換回路５３は、これらの４つのパラレル信号を１００ＢＡＳＥ−Ｔ信号に再構築したシリアル信号に変換し、出力部５５に入力して、この出力部５５から伝送信号として出力する。
【００４６】
（作用）
第２実施形態の光空間伝送システムの作用について説明する。入力部２１に入力された１００ＢＡＳＥ−Ｔ規格の伝送信号は、この入力部２１からパラレル変換回路２８に入力され、このパラレル変換回路２８は伝送信号をシリアル信号からパラレル信号に変換する。この変換は、例えば、入力された１００Ｍｂｐｓのシリアル信号を２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号に変換する。この変換により、伝送速度１００Ｍｂｐｓが、４つの伝送速度２５Ｍｂｐｓで伝送されることになる。２５Ｍｂｐｓ×４に変換されたパラレル信号は、符号変換回路２９に入力されて低域周波数スペクトルを低下させるためのスクランブル処理や４Ｂ５Ｂ処理などの符号化処理が施され、３１．２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号となる。
【００４７】
次に、ビーコン生成回路２３で生成されたビーコン信号とスクランブル処理などが施された４つのパラレル信号とが、重畳回路２４で重畳され、４つの重畳信号電圧となる。次に、駆動回路２５が、４つの重畳信号電圧に基づいて、発光素子２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ，２７Ｙのそれぞれを、点滅させ、４つに波長多重した重畳光信号として発光させる。光信号は波長の異なる他の光信号と干渉しないという特性があり、これらの光信号は、波長多重通信として情報を伝送することができる。発光素子２７Ｒは，赤色であり波長６２０〜７５０ｎｍ，発光素子２７Ｇは，緑色であり波長４９５〜５７０ｎｍ，発光素子２７Ｂは，青色であり波長４５０〜４９５ｎｍ及び発光素子２７Ｙは，黄色であり波長５７０〜５９０ｎｍである。
【００４８】
送信部２０の発光部２６から送信された４つに波長多重された重畳光信号は、受信部４０の受光部４２に設けられたレンズ４１に照射され集束され、スポット光として、光学フィルタ５４Ｒ〜５４Ｙを通過して、各受光素子４３Ｒ〜４３Ｙに照射される。受光素子４３Ｒ〜４３Ｙに光信号が照射されると、その光のエネルギーから変換された電流が発生し、受光回路４４に入力される。受光回路４４はこれらを４つの重畳信号電圧に変換する。次に、これらの４つの重畳信号電圧のそれぞれが、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０とに入力されるように分配器４５で分配される。
【００４９】
分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧の一方は、ローパスフィルタ４６において、低周波信号である４つのビーコン信号に分離され通過する。そして、これらの４つのビーコン信号がレベル検出回路４７に入力され、受光部４２で受光した光量に応じたそれぞれのレベルが検出される。方向検出回路４８及び方向調整部４９における作用は、前述の第１実施形態の作用と同様であり、発光軸方向と受光部４２の受光面のＸ軸とＹ軸との傾斜の差に基づいて、レンズ軸方向が調整される。
【００５０】
分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧の他方は、ハイパスフィルタ５０において、高周波信号である４つのパラレル信号に分離される。このとき、前記ビーコン信号に基づいて、方向調整部４９によりレンズ軸方向が調整され、発光部２６の方向と一致しており、これらの４つのパラレル信号においてそれぞれのレベルはほぼ同一のものとなっている。
【００５１】
この通過した４つのパラレル信号は、リミッティング増幅回路５１により２値信号に変換した後４デスクランブル処理や５Ｂ４Ｂ処理が行われ、伝送信号として２５Ｍｂｐｓ×４の信号になる。この４つからなるパラレル信号は、シリアル変換回路５３において、１００ＢＡＳＥ−Ｔ信号に再構築したシリアル信号に変換される。
【００５２】
（効果）
第２実施形態の光空間伝送システムは、前記第１実施形態と共通の効果に加え、特に、次のような効果を奏する。
（１）シリアル−パラレル変換により、送信部２０から受信部４０への光通信は、伝送速度が４分の１になるため、高速な伝送信号に対しても対応できる。すなわち、光空間伝送装置１０に対して高速な伝送信号が送信され、その伝送信号を光通信で他の光空間伝送装置に送信する場合、この光通信の伝送速度を落とすことにより、確実な光通信ができる。
（２）多重化された光信号を光学フィルタ部で分離するだけの簡単な構成で、一つの光信号に４種類の伝送信号と１つのビーコン信号が重畳された光信号の送受が可能になるので、簡単な構成で、多量の伝送信号を送受信できる。
【００５３】
［他の実施形態］
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も含有する。
【００５４】
（１）第１実施形態は、加算回路５２を有しているが、加算回路５２を有しない構成であっても良い。加算回路５２を有しないことにより光空間伝送装置１０の構成をより簡易にできる。以下、この構成の光空間伝送装置１０に使用される受光回路４４、分配器４５、ローパスフィルタ４６、及びハイパスフィルタ５０について図８を用いて説明する。
【００５５】
受光回路４４は、４つの受光素子４３の出力である電流値を４つの重畳信号電圧に変換し分配器及びローパスフィルタ４６に出力する。分配器４５は、受光回路４４からの４つの重畳信号電圧の１つを入力し、それをローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０に分配する。分配器４５からの１つの重畳信号電圧と受光回路４４からの３つの重畳信号電圧が入力されたローパスフィルタ４６は、低周波信号、すなわち４つのビーコン信号を分離する。一方、ハイパスフィルタ５０は、分配器４５で分配された１つの重畳信号電圧から、高周波信号、すなわち伝送信号を分離し、リミッティング増幅回路５１に出力する。
【００５６】
（２）第１、第２実施形態の伝送信号は、１００ＢＡＳＥ−ＦＸ及び１００ＢＡＳＥ−Ｔであるがこれに限定されない。例えば、伝送信号は、ＬＡＮ以外のアナログ信号やデジタル信号などであっても良い。
（３）第１、第２実施形態の方向調整部４９は、受光軸方向の移動手段としてアクチュエータを用いているが、これに限定されず、例えば、受光軸方向を手動で移動しても良い。この場合、方向検出回路４８の検出結果から傾ける方向を、液晶ディスプレイなどの表示手段を用いて矢印などで示しても良い。
（４）第１、第２実施形態の受光部４２は、４つの受光素子から構成されているが、これに限定されず、３つ又は５以上の受光素子から構成されても良い。方向調整部４９による調整は、最低３つの受光素子で光軸が定まる。この場合、第２実施形態においては、パラレル変換回路２８で変換されるパラレル数と発光部２６の発光素子数とは、受光部４２の受光素子数と合わせたものとなる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…光空間伝送装置
２０…送信部
２１…入力部
２３…ビーコン生成回路
２４…重畳回路
２５…駆動回路
２６…発光部
２７，２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ，２７Ｙ…発光素子
２８…パラレル変換回路
２９…符号変換回路
４０…受信部
４１…レンズ
４２…受光部
４３、４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ，４３Ｙ…受光素子
４４…受光回路
４５…分配部
４６…ローパスフィルタ
４７…レベル検出回路
４８…方向検出回路
４９…方向調整部
５０…ハイパスフィルタ
５１…リミッティング増幅回路
５２…加算回路
５３…シリアル変換回路
５４…光学フィルタ部
５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ，５４Ｙ…光学フィルタ
５５…出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線通信や可視光通信などの光通信を用いて、情報を空間伝送する光空間伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光通信を用いて情報を空間伝送する光空間伝送装置や光空間伝送システムにおいて、送信側の伝送装置からガイド用のパイロット光などを照射し、受信側の伝送装置がその受光量に基づいて自動的に受光方向を制御する技術がある。この技術によれば、受光感度を上げるために大口径レンズを用いたとしても、レンズを用いることにより指向性が狭くなる受光部を送信側の方向へ自動的に対向させることができるようになるため、方向合わせの手間が不要で高感度な受信が可能となる。
【０００３】
例えば、特許文献１の光空間伝送装置は、発光部が、情報を伝送する光信号を発光する発光素子とは別に、方向調整用の発光素子を有し、受光部が４つの受光素子を有している。この装置は、方向調整用の発光素子からの赤外光を４つの受光素子で受光し、各受光素子における受光量が一致するように受光部の向きを制御することで、受光部を送信側の方向へ自動的に対向させている。
【０００４】
また、従来から、送信側の伝送装置から受信側の伝送装置に対して、波長の異なる複数の光を用いて、複数の信号を同時に伝送する技術がある。この技術は、波長の異なる光信号が干渉し合わず、分離が可能という特性を利用している。
【０００５】
例えば、特許文献２の装置は、送信装置が相異なる波長の光信号を出射する複数の光源を有し、それらの光源からの光を一つのビームに合波（多重化）させて送信する。受信側ではこの多重化されたビームを複数の受光素子によって受光し、各受光素子においてそれぞれ異なった波長の光信号を抽出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−１８３５１５号公報
【特許文献２】再表２００６／０８２８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の光空間伝送装置は、情報を伝送する光信号用の発光素子と受光素子、及び光軸調整用のビーコン信号の発光素子と受光素子を有している。このように２種類の発光素子と受光素子とを設けることは、回路や制御の複雑化を招く問題がある。また、特許文献２に記載の波長多重光空間送信装置は、情報を伝送する複数の光信号を波長多重化し、多重化された光信号を同一の光軸上に合波できるようにしている。しかし、この装置は、送信側と受信側の光軸を調整することは考慮されていない。
【０００８】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、情報を伝送する波長多重光信号の送受信と、発光素子と受光素子の光軸を調整するためのビーコン信号の送受信とを、同一の発光素子と受光素子とで行うことができる光空間伝送システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光空間伝送装置は、次のような特徴を有する。
（１）光空間伝送装置は、少なくとも光信号の送信部を有する第１の装置と少なくとも受信部を有する第２の装置からなる。
（２）前記送信部は、入力部より入力される伝送信号とは異なる周波数帯のビーコン信号を生成するビーコン生成回路と、前記伝送信号と前記ビーコン信号を重畳して重畳信号電圧とする重畳回路と、前記重畳信号電圧に基づいて光信号を発光する発光素子を有する発光部とを有する。
（３）前記受信部は、前記光信号を受光する３以上の受光素子を有する受光部と、前記３以上の各受光素子が受光した各光信号をそれぞれ重畳信号電圧に変換する受光回路と、前記各重畳信号電圧を各ビーコン信号に分離するフィルタとを有する。
（４）前記受信部は、前記分離された各ビーコン信号から各受光素子の受信レベルを検出するレベル検出回路と、前記検出された各受信レベルから前記光信号の入力方向を検出する方向検出回路と、前記受光部が送信部に対向する方向に向くよう光軸方向を調整する方向調整部とを有する。
（５）前記受信部は、前記重畳信号電圧から伝送信号を選択分離するフィルタと、前記選択分離された伝送信号を２値信号に変換するリミッティング増幅回路とを有する。
【００１０】
また、本発明において、下記の構成を適宜採用することができる。
（６）前記受信部は、前記フィルタが、前記各受光素子からの重畳信号電圧をそれぞれ伝送信号に分離し、前記分離されたそれぞれの伝送信号を加算する加算回路を有し、前記加算された伝送信号を前記リミッティング増幅回路が２値の出力信号に変換する。
（７）前記送信部は、入力された伝送信号を３以上のパラレル信号に変換するパラレル変換回路及び前記３つ以上のパラレル信号をそれぞれ低域周波数スペクトルの低下した符号に変換する符号変換回路を有し、前記発光部は、前記３以上のパラレル信号に対応した重畳信号電圧を異なる波長を用いて波長多重した光信号として発光する。
（８）前記受信部は、前記受光部の前面に配置された光学フィルタ部と、シリアル信号に変換し伝送信号を出力するシリアル変換回路とを有し、前記光学フィルタ部は、前記波長多重された光信号をその波長に応じて前記各受光素子に受光させ、前記シリアル変換回路は、前記各受光素子が受光した各光信号に対応したパラレル信号を伝送信号に変換する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、情報を伝送する光信号の発光素子と光軸を調整するための光信号の発光素子を同一のものとし、これらの光信号を重畳し伝送することにより、情報伝送のための受光素子とビーコン信号受信用の受光素子を共用することが可能になり、構成が簡単で信頼性に優れた光空間伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の光空間伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の送信部と受信部の構成を示すブロック図である。
【図３】伝送信号とビーコン信号の周波数帯域を示すグラフである。
【図４】レンズ及び受光部を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態の送信部と受信部の構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態の発光部の一例を示す斜視図である
【図７】第２実施形態のレンズ、光学フィルタ部及び受光部を示す斜視図である。
【図８】他の実施形態の送信部と受信部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態において、同一の内容については、説明を省略する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１〜図４を用いて、第１実施形態の光空間伝送システムについて説明する。
【００１５】
（構成）
図１に示すとおり、第１実施形態の光空間伝送システムは、２台の光空間伝送装置１０を有し、これらの光空間伝送装置１０が相互に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などによる光通信を用いて情報の送受信を行う。光空間伝送装置１０は、ネットワークなどから光ファイバーで送信するための規格である１００ＢＡＳＥ−ＦＸ信号の伝送信号が入力され、その伝送信号を光信号に変換し光通信で送信する送信部２０と、光通信で送信された光信号を受信し、その光信号を伝送信号に変換しネットワークなどに出力する受信部４０とを有している。
【００１６】
図２は、相互に送受信する２台の光空間伝送装置１０において、１台目の送信部２０と２台目の受信部４０の構成を示している。なお、２台の光空間伝送装置１０は、１台目の送信部２０から送信する光信号を２台目の受信部４０が受信する場合と、２台目の送信部２０から送信する光信号を１台目の受信部４０が受信する場合がある。この２つの場合は、機能的に同一であることより、便宜上、図２を用いて説明する。
【００１７】
送信部２０の構成について以下説明する。伝送信号を受信する入力部２１の出力及び入力伝送信号と異なる帯域幅のビーコン信号を生成するビーコン生成回路２３の出力は、重畳回路２４に接続されている。
【００１８】
前記重畳回路２４には、入力部２１からの入力伝送信号とビーコン生成回路２３で生成されたビーコン信号とが入力され、重畳回路２４はそれらを重畳し、重畳信号電圧として駆動回路２５に出力する。前記駆動回路２５は、発光素子２７に接続され、この発光素子２７を重畳光信号として点滅させる。発光部２６は、光信号を発光するＬＥＤなどの発光素子２７を有している。
【００１９】
受信部４０の構成について以下説明する。レンズ４１は、他の光空間伝送装置１０の発光部２６から受光した重畳光信号を集束する。この集束されたスポット光は、受光部４２に照射される。受光部４２は、フォトダイオードなどの４つの受光素子４３を有している。受光回路４４は、４つの受光素子４３からの出力である電流値を重畳信号電圧に変換し、分配器４５に出力する。分配器４５は、受光回路４４からの４つの重畳信号電圧をローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０に分配する。
【００２０】
ローパスフィルタ４６は、分配された４つの重畳信号電圧から、低周波信号、すなわち４つのビーコン信号を分離し、レベル検出回路４７に出力する。レベル検出回路４７は、これら４つのビーコン信号から受光部４２で受光した光量に応じたそれぞれのレベルを検出し、その結果を方向検出回路４８に出力する。
【００２１】
方向検出回路４８は、レベル検出回路４７で検出された４つの受光素子の受光レベルに基づいて、レンズ４１及び受光部４２の受光方向（以下、受光軸方向という）と、対向する装置の発光部２６の方向（以下、発光軸方向という）との角度の差を検出し、その結果を方向調整部４９に出力する。
【００２２】
方向調整部４９は、方向検出回路４８の検出結果に基づいて、モータなどを用いたアクチュエータで受光軸方向を調節する。この調整で、受光軸方向と発光軸方向を一致させる。例えば、方向調整部４９は、方向検出回路４８で検出された４つの受光素子の受光レベルが等しくなるように、受光部４２全体をアクチュエータで傾斜させる。
【００２３】
分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧から、高周波信号、すなわち４つの伝送信号を分離するハイパスフィルタ５０は、加算回路５２に接続されている。前記４つの伝送信号を加算する加算回路５２は、リミッティング増幅回路５１に接続されている。このリミッティング増幅回路５１は、加算されて１つになった伝送信号を２値のデジタル信号に変換して出力部５５に出力し、この出力部５５は、この伝送信号を送信する。
【００２４】
（作用）
第１実施形態の光空間伝送システムの作用について説明する。１００ＢＡＳＥ−ＦＸ規格の伝送信号は、入力部２１で受信される。
【００２５】
次に、ビーコン生成回路２３で生成されたビーコン信号と入力部２１で受信された伝送信号とが、重畳回路２４で重畳され、重畳信号電圧となる。ビーコン信号は、例えば、１０ｋHｚ正弦波であり、受信部４０の受信軸方向の調整に用いられる信号である。図３に示すように、伝送信号とビーコン信号とは、周波数帯域が異なっている。このように周波数帯域が異なっていることにより、これらの信号は、ローパスフィルタ４６及びハイパスフィルタ５０で分離することができる。
【００２６】
駆動回路２５は、重畳回路２４で重畳された重畳信号電圧が入力され、この入力された重畳信号電圧に基づいて発光素子２７に流れる電流を制御し、この発光素子２７を点滅させる。発光部２６は、この点滅に応じた重畳光信号を光通信として送信する。発光部２６から送信された重畳光信号は、他方の光空間伝送装置１０のレンズ４１に照射され集束され、スポット光として、受光部４２、すなわち４つの受光素子４３のそれぞれに照射される。
【００２７】
図４は、発光素子２７、レンズ４１、受光部４２の関係を示す斜視図である。図４（a）に示すように、受光部４２は４つの受光素子４３で４分割されている。４つの受光素子４３に光信号が照射されるとその光のエネルギーから変換された電流が発生し、受光回路４４に入力される。受光回路４４はこれらをデジタル信号である４つの重畳信号電圧に変換する。次に、これら４つの重畳信号電圧が、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０とに入力されるように分配器４５で分配される。分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧は、ローパスフィルタ４６において、低周波信号である４つのビーコン信号に分離され通過する。そして、これら４つのビーコン信号がレベル検出回路４７に入力され、受光部４２で受光した光量に応じたそれぞれのレベルが検出される。
【００２８】
図４（ａ）は、発光素子２７からの光信号がレンズ４１を介して４つの受光素子４３にスポット光として照射されていることを示している。このスポット光は、４つの受光素子に対して均等な光量が照射されている。これは、発光素子２７からの光信号の光軸と、レンズ４１の光軸が一致しているからである。
【００２９】
図４（ｂ）は、発光素子２７が、受光部４２よりも上方に位置している場合を示している。この場合、図に示すように、スポット光は、４つの受光素子４３に均等に照射されていない。例えば、上方の２つの受光素子４３に照射される光量は小さく、一方、下方の２つの受光素子４３に照射される光量は大きい。
【００３０】
レベル検出回路４７は、これら４つの受光素子４３のそれぞれが受光した光量のレベルを検出し、方向検出回路４８に供給する。方向検出回路４８は検出されたそれぞれのレベルに基づいて、受光軸方向と発光軸方向のずれ量を検出する。
【００３１】
次に、方向検出回路４８の検出結果に基づいて、方向調整部４９により、レンズ軸方向を調節する。すなわち、レンズ軸方向が発光部２６の方向と一致するように調整する。この調整は、同一平面上に対称形に配置された４つの受光素子４３に均等に光が当たるように、受光面を傾斜させることにより、発光軸と受光軸の方向を一致させる。具体的には、前記レベル検出回路４７からの４つの受光レベルが等しくなるように、アクチュエータによって受光面全体を傾斜させる。
【００３２】
図４（ｃ）は、方向調整部４９が受光軸方向を移動しレンズ４１と受光部４２の方向を調整した状態を示している。すなわち、図４（ｂ）に示すような受光軸方向が、方向調整部４９の調整により、図４（ｃ）に示すような受光軸方向、すなわち発光軸方向と一致している方向に移動した状態になっている。
【００３３】
一方、分配器４５で分配されハイパスフィルタ５０に入力された４つの重畳信号電圧は、このハイパスフィルタ５０で高周波信号である伝送信号に分離される。ハイパスフィルタ５０は、この分離された４つの伝送信号を、加算回路５２に出力する。加算回路５２はこの４つの伝送信号を加算する。すなわち、受光部４２の４つの受光素子４３で４分割された光信号に基づいたこの４つの伝送信号を加算し、４分割されたものを加算する。加算回路５２で加算された伝送信号は、リミッティング増幅回路に出力される。リミッティング増幅回路５１は、この伝送信号を２値デジタル信号に変換する。この２値デジタル信号は出力部５５に入力され、この出力部５５は、この２値デジタル信号をＰＣ等のイーサネットポートを有する機器に送信する。
【００３４】
（効果）
第１実施形態の光空間伝送システムは、次のような効果を奏する。
（１）発光部２６は、情報を伝送する伝送信号と光軸を調整するためのビーコン信号を重畳し、両者を１つの光信号で送信することができる。従って、複数の発光素子を必要とせず、１つの発光素子２７で伝送信号とビーコン信号を重畳して送信することができ、発光部の構成を単純化できる。
（２）第１実施形態の光空間伝送装置１０は、受光部４２が重畳された光信号を受光することができ、ビーコン信号専用の受光部を必要としないので、受光部４２の構成を単純化できる。
【００３５】
（３）伝送信号とビーコン信号の周波数帯を大きく異なるものとしたので、両者を重畳させた信号を受信する受信部４０は、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０により、重畳されている２つの異なる信号を簡単に分離することができる。
（４）４つの受光素子で受信した重畳信号電圧を加算回路により加算しているので、受信した信号の強度が高く、伝送信号の劣化が少ない。
【００３６】
［第２実施形態］
図５〜図７を用いて、第２実施形態の光空間伝送システムについて説明する。なお、第２実施形態の光空間伝送装置１０の基本的な構成は、第１実施形態と同様であり、説明は省略する。
【００３７】
（構成）
図５に示すとおり、第２実施形態の送信部２０と受信部４０は、第１実施形態の送信部２０と受信部４０に、パラレル変換回路２８、シリアル変換回路５３、光学フィルタ部５４を追加した構成である。以下にこれらの構成について説明する。
【００３８】
入力部２１にはＰＣ等のイーサネット機器からの１００ＢＡＳＥ−Ｔ信号が入力され、入力部２１の出力はパラレル変換回路２８に入力され、パラレル変換回路２８は、シリアル信号である伝送信号を４つからなるパラレル信号に変換する。パラレル信号はＭＩＩインタフェース仕様に基づく信号であっても良い。このパラレル変換回路２８の出力側は符号変換回路２９に接続されている。この符号変換回路２９は、パラレル変換回路２８から入力された４つからなるパラレル信号のそれぞれを符号変換する。すなわち、符号変換回路２９は、入力された２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号に、スクランブル及び４Ｂ５Ｂ処理を施し、３１．２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号とする。
【００３９】
前記符号変換回路２９の出力側に重畳回路２４が接続されている。すなわち、この重畳回路２４には、符号変換回路２９の出力側とビーコン生成回路２３の出力側が接続されている。この重畳回路２４は、前記４つのパラレル信号と前記周波数が１０ｋＨｚであるビーコン信号とを重畳して４つの重畳信号電圧を生成する。重畳される３１．２５Ｍｂｐｓのパラレル信号は、スクランブル及び４Ｂ５Ｂ処理により低域周波数スペクトルを含まない信号であることから受信の際ビーコン信号と分離可能な状態で重畳が行われる。この重畳回路２４の出力側は駆動回路２５を介して発光部２６が接続されている。発光部２６は、光信号を発光するＬＥＤなどである発光素子２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ，２７Ｙを有している。例えば、２７Ｒは赤色、２７Ｇは緑、２７Ｂは青、２７Ｙは黄色の光を発する。発光素子２７Ｒ〜２７Ｙは、それぞれの波長が異なる光信号を発光する。本実施形態において、駆動回路２５は、発光素子２７Ｒ〜２７Ｙのそれぞれを、４つの重畳信号電圧に基づいて独立に点滅させ、異なる４つの波長で波長多重された重畳光信号として発光させる。
【００４０】
図６は、本実施形態の発光部２６の一例を示す斜視図である。この図が示すように、発光部２６はステム状に形成され、各発光素子２７Ｒ〜２７Ｙは、このステムの先端の平面に均等間隔で取り付けられている。発光部２６がこのように形成されていることより、発光素子２７Ｒ〜２７Ｙからの信号は、平行状態で発光されることになる。
【００４１】
一方、受信部４０は、前記第１の実施形態と同様にレンズ４１を有する。このレンズ４１の出力側には、光学フィルタ部５４が設けられている。この光学フィルタ部５４は、４種類の光学フィルタ５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ，５４Ｙを有している。光学フィルタ５４Ｒ〜５４Ｙは、入射光に対して、特定の波長範囲の光だけを透過し、それ以外の光を透過しない光学素子である。発光素子２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂ、２７Ｙからの光信号は、それぞれ光学フィルタ５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂ、５４Ｙからのみ透過することにより、４波長の分離が行われる。
【００４２】
本実施形態においても、受光部４２は、前記レンズ４１の出力側に４つの受光素子４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ，４３Ｙを有している。前記光学フィルタ５４Ｒはこの受光素子４３Ｒのレンズ４１側の表面に貼り付けられている。同様に、光学フィルタ５４Ｇは受光素子４３Ｇに、光学フィルタ５４Ｂは受光素子４３Ｂに、光学フィルタ５４Ｙは受光素子４３Ｙに、それぞれ貼り付けられている。
【００４３】
図７は、レンズ４１、光学フィルタ部５４及び受光部４２を示す斜視図である。図に示すように、受光部４２は受光素子４３Ｒ〜４３Ｙで４分割されている。これら４分割の領域に対応して光学フィルタ５４Ｒ〜５４Ｙのそれぞれが貼り付けられる。
【００４４】
受光回路４４は、受光素子４３Ｒ〜４３Ｙの出力である電流値を４つの重畳信号電圧に変換する。分配器４５は、受光回路４４からの４つの重畳信号電圧が、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０とに入力されるように分配する。ローパスフィルタ４６は、４つの重畳信号電圧において、低周波信号、すなわち４つのビーコン信号のみを通過させる。この後の処理は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
一方、ハイパスフィルタ５０は、４つの重畳信号電圧において、高周波信号、すなわち４つの３１．２５Ｍｂｐｓパラレル信号のみを通過させる。そして、リミッティング増幅回路５１は、これらの４つのパラレル信号を２値信号に変換した後、５Ｂ４Ｂ変換、デスクランブルし、２５Ｍｂｐｓの４つのパラレル信号に変換し、シリアル変換回路５３は、これらの４つのパラレル信号を１００ＢＡＳＥ−Ｔ信号に再構築したシリアル信号に変換し、出力部５５に入力して、この出力部５５から伝送信号として出力する。
【００４６】
（作用）
第２実施形態の光空間伝送システムの作用について説明する。入力部２１に入力された１００ＢＡＳＥ−Ｔ規格の伝送信号は、この入力部２１からパラレル変換回路２８に入力され、このパラレル変換回路２８は伝送信号をシリアル信号からパラレル信号に変換する。この変換は、例えば、入力された１００Ｍｂｐｓのシリアル信号を２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号に変換する。この変換により、伝送速度１００Ｍｂｐｓが、４つの伝送速度２５Ｍｂｐｓで伝送されることになる。２５Ｍｂｐｓ×４に変換されたパラレル信号は、符号変換回路２９に入力されて低域周波数スペクトルを低下させるためのスクランブル処理や４Ｂ５Ｂ処理などの符号化処理が施され、３１．２５Ｍｂｐｓ×４のパラレル信号となる。
【００４７】
次に、ビーコン生成回路２３で生成されたビーコン信号とスクランブル処理などが施された４つのパラレル信号とが、重畳回路２４で重畳され、４つの重畳信号電圧となる。次に、駆動回路２５が、４つの重畳信号電圧に基づいて、発光素子２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ，２７Ｙのそれぞれを、点滅させ、４つに波長多重した重畳光信号として発光させる。光信号は波長の異なる他の光信号と干渉しないという特性があり、これらの光信号は、波長多重通信として情報を伝送することができる。発光素子２７Ｒは，赤色であり波長６２０〜７５０ｎｍ，発光素子２７Ｇは，緑色であり波長４９５〜５７０ｎｍ，発光素子２７Ｂは，青色であり波長４５０〜４９５ｎｍ及び発光素子２７Ｙは，黄色であり波長５７０〜５９０ｎｍである。
【００４８】
送信部２０の発光部２６から送信された４つに波長多重された重畳光信号は、受信部４０の受光部４２に設けられたレンズ４１に照射され集束され、スポット光として、光学フィルタ５４Ｒ〜５４Ｙを通過して、各受光素子４３Ｒ〜４３Ｙに照射される。受光素子４３Ｒ〜４３Ｙに光信号が照射されると、その光のエネルギーから変換された電流が発生し、受光回路４４に入力される。受光回路４４はこれらを４つの重畳信号電圧に変換する。次に、これらの４つの重畳信号電圧のそれぞれが、ローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０とに入力されるように分配器４５で分配される。
【００４９】
分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧の一方は、ローパスフィルタ４６において、低周波信号である４つのビーコン信号に分離され通過する。そして、これらの４つのビーコン信号がレベル検出回路４７に入力され、受光部４２で受光した光量に応じたそれぞれのレベルが検出される。方向検出回路４８及び方向調整部４９における作用は、前述の第１実施形態の作用と同様であり、発光軸方向と受光部４２の受光面のＸ軸とＹ軸との傾斜の差に基づいて、レンズ軸方向が調整される。
【００５０】
分配器４５で分配された４つの重畳信号電圧の他方は、ハイパスフィルタ５０において、高周波信号である４つのパラレル信号に分離される。このとき、前記ビーコン信号に基づいて、方向調整部４９によりレンズ軸方向が調整され、発光部２６の方向と一致しており、これらの４つのパラレル信号においてそれぞれのレベルはほぼ同一のものとなっている。
【００５１】
この通過した４つのパラレル信号は、リミッティング増幅回路５１により２値信号に変換した後４デスクランブル処理や５Ｂ４Ｂ処理が行われ、伝送信号として２５Ｍｂｐｓ×４の信号になる。この４つからなるパラレル信号は、シリアル変換回路５３において、１００ＢＡＳＥ−Ｔ信号に再構築したシリアル信号に変換される。
【００５２】
（効果）
第２実施形態の光空間伝送システムは、前記第１実施形態と共通の効果に加え、特に、次のような効果を奏する。
（１）シリアル−パラレル変換により、送信部２０から受信部４０への光通信は、伝送速度が４分の１になるため、高速な伝送信号に対しても対応できる。すなわち、光空間伝送装置１０に対して高速な伝送信号が送信され、その伝送信号を光通信で他の光空間伝送装置に送信する場合、この光通信の伝送速度を落とすことにより、確実な光通信ができる。
（２）多重化された光信号を光学フィルタ部で分離するだけの簡単な構成で、一つの光信号に４種類の伝送信号と１つのビーコン信号が重畳された光信号の送受が可能になるので、簡単な構成で、多量の伝送信号を送受信できる。
【００５３】
［他の実施形態］
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も含有する。
【００５４】
（１）第１実施形態は、加算回路５２を有しているが、加算回路５２を有しない構成であっても良い。加算回路５２を有しないことにより光空間伝送装置１０の構成をより簡易にできる。以下、この構成の光空間伝送装置１０に使用される受光回路４４、分配器４５、ローパスフィルタ４６、及びハイパスフィルタ５０について図８を用いて説明する。
【００５５】
受光回路４４は、４つの受光素子４３の出力である電流値を４つの重畳信号電圧に変換し分配器及びローパスフィルタ４６に出力する。分配器４５は、受光回路４４からの４つの重畳信号電圧の１つを入力し、それをローパスフィルタ４６とハイパスフィルタ５０に分配する。分配器４５からの１つの重畳信号電圧と受光回路４４からの３つの重畳信号電圧が入力されたローパスフィルタ４６は、低周波信号、すなわち４つのビーコン信号を分離する。一方、ハイパスフィルタ５０は、分配器４５で分配された１つの重畳信号電圧から、高周波信号、すなわち伝送信号を分離し、リミッティング増幅回路５１に出力する。
【００５６】
（２）第１、第２実施形態の伝送信号は、１００ＢＡＳＥ−ＦＸ及び１００ＢＡＳＥ−Ｔであるがこれに限定されない。例えば、伝送信号は、ＬＡＮ以外のアナログ信号やデジタル信号などであっても良い。
（３）第１、第２実施形態の方向調整部４９は、受光軸方向の移動手段としてアクチュエータを用いているが、これに限定されず、例えば、受光軸方向を手動で移動しても良い。この場合、方向検出回路４８の検出結果から傾ける方向を、液晶ディスプレイなどの表示手段を用いて矢印などで示しても良い。
（４）第１、第２実施形態の受光部４２は、４つの受光素子から構成されているが、これに限定されず、３つ又は５以上の受光素子から構成されても良い。方向調整部４９による調整は、最低３つの受光素子で光軸が定まる。この場合、第２実施形態においては、パラレル変換回路２８で変換されるパラレル数と発光部２６の発光素子数とは、受光部４２の受光素子数と合わせたものとなる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…光空間伝送装置
２０…送信部
２１…入力部
２３…ビーコン生成回路
２４…重畳回路
２５…駆動回路
２６…発光部
２７，２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ，２７Ｙ…発光素子
２８…パラレル変換回路
２９…符号変換回路
４０…受信部
４１…レンズ
４２…受光部
４３、４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ，４３Ｙ…受光素子
４４…受光回路
４５…分配部
４６…ローパスフィルタ
４７…レベル検出回路
４８…方向検出回路
４９…方向調整部
５０…ハイパスフィルタ
５１…リミッティング増幅回路
５２…加算回路
５３…シリアル変換回路
５４…光学フィルタ部
５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ，５４Ｙ…光学フィルタ
５５…出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の装置に少なくとも光信号の送信部を有し、他方の装置に少なくとも受信部を有する装置間で通信を行う光空間伝送装置であって、
前記送信部は、
入力された伝送信号とは異なる周波数帯のビーコン信号を生成するビーコン生成回路と、前記伝送信号と前記ビーコン信号を重畳して重畳信号電圧とする重畳回路と、前記重畳信号電圧に基づいて光信号を発光する発光素子を有する発光部と、を有し、
前記受信部は、
前記光信号を受光する３以上の受光素子を有する受光部と、前記３以上の各受光素子が受光した各光信号を各重畳信号電圧に変換する受光回路と、前記各重畳信号電圧を各ビーコン信号に分離するフィルタと、前記分離された各ビーコン信号から各受光素子の受信レベルを検出するレベル検出回路と、前記検出された各受信レベルから前記光信号の入力方向を検出する方向検出回路と、前記受光部が送信部に対向するように受光部の光軸方向を調整する方向調整部と、前記各重畳信号電圧の１つを伝送信号に分離するフィルタと、前記分離された伝送信号を出力する出力部と、を有する、
ことを特徴とする光空間伝送装置。
【請求項２】
前記受信部は、
前記フィルタが、前記各受光素子からの重畳信号電圧をそれぞれ伝送信号に分離し、前記分離されたそれぞれの伝送信号を加算する加算回路を有し、
前記加算された伝送信号を前記出力部が出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項３】
前記送信部は、
入力された伝送信号を３以上のパラレル信号に変換するパラレル変換回路と、
前記３以上のパラレル信号を符号化する符号変換回路を有し、
前記発光部は、前記３以上のパラレル信号に対応した重畳信号電圧を、異なる波長を用いて波長多重した光信号として発光し、
前記受信部は、
前記受光部の前面に配置された光学フィルタ部と、パラレル信号をシリアル信号に変換して伝送信号を出力するシリアル変換回路と、を有し、
前記光学フィルタ部は、前記波長多重された光信号をその波長に応じて前記各受光素子に受光させ、
前記シリアル変換回路は、前記各受光素子が受光した各光信号に対応したパラレル信号を伝送信号に変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項１】
一方の装置に少なくとも光信号の送信部を有し、他方の装置に少なくとも受信部を有する装置間で通信を行う光空間伝送装置であって、
前記送信部は、
入力された伝送信号とは異なる周波数帯のビーコン信号を生成するビーコン生成回路と、前記伝送信号と前記ビーコン信号を重畳して重畳信号電圧とする重畳回路と、前記重畳信号電圧に基づいて光信号を発光する発光素子を有する発光部と、を有し、
前記受信部は、
前記光信号を受光する３以上の受光素子を有する受光部と、前記３以上の各受光素子が受光した各光信号を各重畳信号電圧に変換する受光回路と、前記各重畳信号電圧を各ビーコン信号に分離するフィルタと、前記分離された各ビーコン信号から各受光素子の受信レベルを検出するレベル検出回路と、前記検出された各受信レベルから前記光信号の入力方向を検出する方向検出回路と、前記受光部が送信部に対向するように受光部の光軸方向を調整する方向調整部と、前記各重畳信号電圧の１つを伝送信号に分離するフィルタと、前記分離された伝送信号を出力する出力部と、を有する、
ことを特徴とする光空間伝送装置。
【請求項２】
前記受信部は、
前記フィルタが、前記各受光素子からの重畳信号電圧をそれぞれ伝送信号に分離し、前記分離されたそれぞれの伝送信号を加算する加算回路を有し、
前記加算された伝送信号を前記出力部が出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項３】
前記送信部は、
入力された伝送信号を３以上のパラレル信号に変換するパラレル変換回路と、
前記３以上のパラレル信号を符号化する符号変換回路を有し、
前記発光部は、前記３以上のパラレル信号に対応した重畳信号電圧を、異なる波長を用いて波長多重した光信号として発光し、
前記受信部は、
前記受光部の前面に配置された光学フィルタ部と、パラレル信号をシリアル信号に変換して伝送信号を出力するシリアル変換回路と、を有し、
前記光学フィルタ部は、前記波長多重された光信号をその波長に応じて前記各受光素子に受光させ、
前記シリアル変換回路は、前記各受光素子が受光した各光信号に対応したパラレル信号を伝送信号に変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３４７２４（Ｐ２０１２−１３４７２４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４５６８（Ｐ２０１０−２８４５６８）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
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