空間多重通信装置及び方法
【課題】受信器に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器と受信器との位置合わせを精度良く行うことが可能な空間多重通信装置を提供する。
【解決手段】送信器１０の発光部３２には、所定の位置関係にある通信用光源３０６と位置検出用受光素子３０７との組を複数設ける。受信器２０の受光部４２には、発光部３１の所定の位置関係に対応付けて通信用受光素子４０９及び導光部４０８を設ける。発光部３２は、通信用光源３０６から導光部４０８に向けて光信号を出射し、導光部４０８から戻ってきた光信号を位置検出用受光素子３０７で検出する。光信号を出射した通信用光源３０６と光信号を検出した位置検出用受光素子３０７との関係から、導光部４０８の位置、すなわち受光部４２の位置を特定する。
【解決手段】送信器１０の発光部３２には、所定の位置関係にある通信用光源３０６と位置検出用受光素子３０７との組を複数設ける。受信器２０の受光部４２には、発光部３１の所定の位置関係に対応付けて通信用受光素子４０９及び導光部４０８を設ける。発光部３２は、通信用光源３０６から導光部４０８に向けて光信号を出射し、導光部４０８から戻ってきた光信号を位置検出用受光素子３０７で検出する。光信号を出射した通信用光源３０６と光信号を検出した位置検出用受光素子３０７との関係から、導光部４０８の位置、すなわち受光部４２の位置を特定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信器が複数の光源（発光素子）を用いて送信した信号を、受信器が複数の受光素子を利用して受光する、空間多重通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の情報機器を専用の端末に近接させることにより、例えばクーポン等の情報コンテンツの取得や決裁処理を行うことができる、非接触通信サービスが普及しつつある。この非接触通信サービスは、情報機器と専用端末とを物理的に接続する手間が無く便利である。しかも、通信エリアをごく近距離に絞ることにより、情報漏えいや他の電子機器への悪影響を避けることが容易である。このため、今後は、非接触通信によって、大容量のコンテンツを瞬時にダウンロード可能な情報配信サービス等の実現が期待されている。
【０００３】
上述した非接触通信の利点を活かしつつ、高速通信を実現する１つの方法として、空間多重光通信方式が有効である。この空間多重光通信方式は、送信器が複数の光源を利用して、複数の光信号を別々の空間に多重送信し、受信器が複数の受光素子を利用してこれらの光信号を並列受信することによって、高速通信を実現するものである。さらには、光の狭指向性及び遮蔽性を利用することにより、空間多重効率の向上及び情報漏えいの抑止を実現することが可能である。
【０００４】
空間多重光通信方式では、各光源からの光信号を、対応する各受光素子の位置へ精度良く到達させることが課題となる。その方法として、受信器の発光素子から放射された参照光の到来方向を、送信器が電荷結合素子を用いて推定し、その結果に基づいて、光信号の放射方向を受信器の受光素子へ向ける方法が、従来より提案されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特許第３０６４８３９号明細書
【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、上記従来の方法では、受信器に参照光を放射するための光源（発光素子）が必要であり、送信器だけでなく受信器にも光源と受光素子との両方を設けなければならず、受信器の装置規模や消費電力が大きくなるという課題がある。
【０００６】
それ故に、本発明の目的は、受信器に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器と受信器との位置合わせを精度良く行うことが可能な空間多重通信装置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、送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の空間多重通信装置は、送信器に、光信号を出射する複数の通信用光源と、複数の通信用光源と所定の位置関係を有して設けられ、複数の通信用光源から出射された複数の光信号のいずれか１つに応答して受信器から戻ってくる光信号を受光する、少なくとも１つの位置検出用受光素子とを備え、受信器に、 光信号を受光する複数の通信用受光素子と、複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、複数の通信用光源のいずれか１つから出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して送信器の少なくとも１つの位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備える構成を採用する。この構成により、送信器は、光信号を出射した複数の通信用光源のいずれか１つの位置と、光を受光した少なくとも１つの位置検出用受光素子の位置との相対関係に基づいて、複数の通信用光源と複数の通信用受光素子との位置関係を特定する。
【０００８】
好ましくは、複数の通信用光源及び複数の通信用受光素子は、所定半径の円周上にそれぞれ配置されており、またその円周上に等間隔で配置されていることが望ましい。なお、複数の通信用光源及び複数の通信用受光素子は、所定半径が異なる複数の円周上に配置されていてもよく、同様に複数の円周上に等間隔で配置されていることが望ましい。
【０００９】
また、少なくとも１つの位置検出用受光素子が、複数の通信用光源に対応して複数設けられている場合には、所定半径と異なる半径の円周上に配置されており、また円周上に等間隔で配置されていることが好ましい。この場合、複数の通信用受光素子の隣接する２つの素子と円周の中心点とで形成される内角は、複数の通信用光源の隣接する２つの光源と円周の中心点とで形成される内角の整数倍であることが望ましい。
【００１０】
また、複数の通信用光源に、光を所定範囲に拡散して放出するための導光板を備えてもよいし、少なくとも１つの位置検出用受光素子や複数の通信用受光素子に、所定範囲の光を集光するための導光板を備えてもよい。また、複数の通信用光源は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態の光を放射してもよいし、複数の通信用受光素子や複数の位置検出用受光素子は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態のみを透過するフィルタをそれぞれ備えてもよい。
【００１１】
なお、少なくとも１つの位置検出用受光素子は、複数の通信用光源に対応して１つ設けられてもよく、この場合には円周の中心に配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の他の空間多重通信装置は、送信器に、所定半径の円周上に配置され、光信号を出射する複数の通信用光源と、所定半径の円の中心に配置され、位置特定用の光信号を出射する標識光源と、複数の通信用光源と所定の位置関係を有して所定半径と異なる半径の円周上に配置され、標識光源から出射された光信号に応答して受信器から戻ってくる光信号を受光する、複数の位置検出用受光素子とを備え、受信器に、光信号を受光する複数の通信用受光素子と、複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、標識光源から出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して送信器の複数の位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備える構成を採用する。この構成により、送信器は、光を受光した複数の位置検出用受光素子の位置に基づいて、複数の通信用光源と複数の通信用受光素子との位置関係を特定する。
【００１３】
ここで、標識光源は、さらに、受信器に情報データを送信してもよいし、受信器との通信を行うための同期信号を送信してもよいし、受信器との通信状態を光の発光色や点灯パターンで示してもよい。また、受信器は、さらに、標識光源から出射される光信号を受光するための標識光源用受光素子を設けてもよいし、標識光源から出射される光信号を用いて発電を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明によれば、受信器に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器と受信器との位置合わせを精度良く行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
まず、本発明の各実施形態に係る空間多重通信装置に共通する基本構成を説明する。
図１は、本発明の空間多重通信装置の基本構成を示す図である。図１において、本発明の空間多重通信装置は、発光部３ｘを有する送信器１０と、受光部４ｘを有する受信器２０とで構成される。発光部３ｘから出力された光信号５０が受光部４ｘで受光されることによって、通信が行われる。
【００１６】
以下、この発光部３ｘ及び受光部４ｘが取り得る様々な構成を用いた実施形態を、詳細に説明する。なお、上記参照符号の‘ｘ’部分には、各実施形態の番号が入るものとする。また、発光部３ｘの発光面と受光部４ｘの受光面とは、通常は図１に示すように対向して配置されている状態にあるが、各実施形態における説明を容易にするため、各図面上で横並びに描画することにする。
【００１７】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３１（図２（ａ））及び受光部４１（図２（ｂ））の構成を説明する図である。
【００１８】
発光部３１は、通信用光源３０６及び位置検出用受光素子３０７を一対とする枠３０８を複数備えた構成である。図２（ａ）の例では、この枠３０８を８行８列の格子状の配置した場合を示している。受光部４１は、１つの導光部４０８と、複数の通信用受光素子４０９とを備えた構成である。導光部４０８は、発光部３１の枠３０８を２つ結合させた長さの導光路を有しており、一方側に入射された光信号を導光して、他方側から出射する役割を果たす。図２（ｂ）の例では、１０個の通信用受光素子４０９が導光部４０８を囲うように配置された場合を示している。
【００１９】
次に、上述した発光部３１及び受光部４１の構成において、近接した受信器２０の位置を送信器１０が特定する手順を説明する。
送信器１０は、受信器２０が近接すると、複数の通信用光源３０６を順に発光させる。本第１の実施形態では、１行１列目の枠３０８から８行８列目の枠３０８まで、通信用光源３０６を番号順に１つずつ発光させることを行う。なお、通信用光源３０６は、１つずつではなく複数同時に発光させてもよい。例えば、奇数列→偶数列→奇数行→偶数行の順番で発光させるといった方法もある。また、送信器１０は、受信器２０が近接したことを、受信器２０によって形成される影による位置検出用受光素子３０７の受光レベルの変化等で、検知することができる。
【００２０】
今、受光部４１が発光部３１の図２（ａ）の太枠に対応する位置で、受信器２０が送信器１０に近接した場合を想定する。
この場合、まず、送信器１０は、１行１列目の枠３０８から３行５列目の枠３０８まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４１の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００２１】
次に、送信器１０は、３行６列目の枠３０８にある通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射する。この光信号は、導光部４０８（受光部４１の２行２列目の枠）へ入射され、導光部４０８（受光部４１の２行３列目の枠）から送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した３行６列目の枠３０８とは異なる４行６列目の枠３０８にある位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する［状態Ｂ］。
【００２２】
次に、送信器１０は、３行７列目の枠３０８から４行５列目の枠３０８まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４１の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００２３】
次に、送信器１０は、４行６列目の枠３０８にある通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射する。この光信号は、導光部４０８（受光部４１の２行３列目の枠）へ入射され、導光部４０８（受光部４１の２行２列目の枠）から送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した４行６列目の枠３０８とは異なる３行６列目の枠３０８にある位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する［状態Ｂ］。
【００２４】
さらに、送信器１０は、４行７列目の枠３０８から８行８列目の枠３０８まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４１の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００２５】
このように、光信号を出射した枠以外の枠における受光レベルの変化［状態Ｂ］を検知することで、受信器２０側の導光部４０８の位置、すなわち受光部４１の位置を特定することができる。図２の例では、受信器２０の受光部４１が、送信器１０の発光部３１の図２（ａ）の太枠に対応する位置にあることを特定できる。
【００２６】
そして、受信器２０の受光部４１における導光部４０８及び通信用受光素子４０９の配置構成を、送信器１０側で予め把握しておくことによって、上記受光部４１の位置が特定がされた後に、該当する通信用光源３０６と通信用受光素子４０９との間で通信を行うことができる。図２の例では、送信器１０は２行５列目、２行６列目、２行７列目、３行５列目、３行７列目、４行５列目、４行７列目、５行５列目、５行６列目、及び５行７列目の枠３０８にある通信用光源３０６を用いて、通信を行う。
【００２７】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る空間多重通信装置によれば、受信器２０に形成される導光部４０８を用いて送信器１０から出射される光信号を送信器１０へ戻す。これにより、受信器２０に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器１０と受信器２０との位置合わせを精度良く行うことが可能となる。また、受信器２０に能動素子である光源を設けないため、受信器２０の消費電力を削減できると共に、携帯端末等の電池駆動を想定した場合には使用可能時間を延ばすことができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、導光部４０８が複数の枠にまたがる構成を一例として示したが、必ずしも導光部４０８が複数の枠にまたがらなくてもよい。例えば、１つの枠に相当する導光部（あるいは光を到来方向に反射する反射部）を、導光部４０８に代えて設けてもよい。この場合、通信用光源３０６からの光信号がこの導光部に照射されると、同一枠内で光信号が導光されて送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した通信用光源３０６と同一枠内にある位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する。一方、通信用光源３０６からの光信号がこの枠の導光部以外に照射されても、その光信号は乱反射するため、光信号を出射した通信用光源３０６と同一枠にない各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない。従って、これらの２つの状態のうち、前者の状態を検知することによって、送信器１０は、受信器２０の受光部４１の位置を特定することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、受信器２０における受光部４１の位置を特定できるが、その条件として導光部４０８の向きが発光部３１の枠３０８の配列方向に対して水平又は垂直である場合に限られる。従って、受信器２０の回転動作に弱いという課題がある。
そこで、以下の実施形態では、受信器２０が回転した場合であっても受信器２０における受光部４１の位置を特定できる空間多重通信装置を説明する。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３２（図３（ａ））及び受光部４２（図３（ｂ））の構成を説明する図である。
【００３１】
発光部３２は、中心点Ｐかつ半径ｒＡの円周上に並べられた複数の通信用光源３０６と、中心点Ｐかつ半径ｒＢの円周上に並べられた複数の位置検出用受光素子３０７とを備えた構成である。図３（ａ）の例では、半径ｒＡ＞半径ｒＢとして、８個の通信用光源３０６を同じ内角（隣接する２つの光源と中心点Ｐとで形成される角θＡ）で等間隔に配置し、８個の位置検出用受光素子３０７を中心点Ｐと８個の通信用光源３０６とを結ぶ各直線上にそれぞれ配置した場合を示している。すなわち、この複数の位置検出用受光素子３０７は、複数の通信用光源３０６と一対一で対応付けられていることになる。
【００３２】
受光部４２は、１つの導光部４０８と、複数の通信用受光素子４０９とを備えた構成である。導光部４０８は、発光部３２の通信用光源３０６と位置検出用受光素子３０７との距離、すなわち｜半径ｒＡ−半径ｒＢ｜の長さの導光路を有しており、一方側に入射された光信号を導光して、他方側から出射する役割を果たす。図３（ｂ）の例では、導光部４０８は、一方側が中心点Ｑかつ半径ｒＡの円周上に、他方側が中心点Ｑかつ半径ｒＢの円周上にくるように配置され、４個の通信用受光素子４０９が同じ内角（隣接する２つの素子と中心点Ｑとで形成される角θＢ）で等間隔に配置された場合を示している。
【００３３】
次に、上述した発光部３２及び受光部４２の構成において、近接した受信器２０の位置を送信器１０が特定する手順を説明する。
送信器１０は、発光部３２の中心点Ｐと受光部４２の中心点Ｑとがほぼ一致する状態で、受信器２０が近接すると、複数の通信用光源３０６を順に発光させる。本第２の実施形態では、番号(ｉ)から番号(ｖｉｉｉ)まで、通信用光源３０６を番号順に１つずつ発光させることを行う。なお、通信用光源３０６は、１つずつではなく複数同時に発光させてもよい。また、送信器１０は、受信器２０が近接したことを、受信器２０によって形成される影による位置検出用受光素子３０７の受光レベルの変化等で、検知することができる。
【００３４】
まず、送信器１０は、番号(ｉ)から番号（ｖｉ）まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４２の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００３５】
次に、送信器１０は、番号（ｖｉｉ）の通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射する。この光信号は、導光部４０８の外側へ入射され、導光部４０８の内側から送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した通信用光源３０６に対応付けられた位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する［状態Ｂ］。
【００３６】
さらに、送信器１０は、番号（ｖｉｉｉ）の通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４２の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００３７】
このように、光信号を出射した通信用光源３０６に対応する位置検出用受光素子３０７の受光レベルの変化［状態Ｂ］を検知することで、受信器２０側の導光部４０８の位置、すなわち受光部４２の回転角度を特定することができる。図３の例では、受光部４２の番号（ｉ）の通信用受光素子４０９が、発光部３２の番号（ｖｉｉ）の通信用光源３０６に対応する位置にあることを特定できる。
【００３８】
そして、受信器２０の受光部４２における導光部４０８及び通信用受光素子４０９の配置構成を、送信器１０側で予め把握しておくことによって、上記受光部４２の回転角度が特定がされた後に、該当する通信用光源３０６と通信用受光素子４０９との間で通信を行うことができる。図３の例では、送信器１０は番号（ｉ）、番号（ｉｉｉ）、番号（ｖ）、及び番号（ｖｉｉ）の通信用光源３０６を用いて、通信を行う。
【００３９】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る空間多重通信装置によれば、送信器１０及び受信器２０の光源及び素子の配置を同心円で配置すると共に、受信器２０に形成される導光部４０８を用いて送信器１０から出射される光信号を送信器１０へ戻す。これにより、受信器２０に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器１０と受信器２０との位置合わせ、特に回転角度の位置合わせを精度良く行うことが可能となる。また、受信器２０に能動素子である光源を設けないため、受信器２０の消費電力を削減できると共に、携帯端末等の電池駆動を想定した場合には使用可能時間を延ばすことができる。
【００４０】
なお、上述した発光部３２及び受光部４２の構成は一例であって、図３に示したものに限られない。受光部４２の通信用受光素子４０９の内角θＢは、発光部３２の通信用光源３０６の内角θＡの整数倍であればよく、等間隔である必要もない。また、半径ｒＡ＜半径ｒＢであっても構わない。さらに、受光部４２の導光部４０８は、いずれかの通信用受光素子４０９との内角が発光部３２の通信用光源３０６の内角θＡの整数倍であればよく、いずれかの通信用受光素子４０９と重ねる必要はない。
【００４１】
また、通信用光源３０６の配置は、単一の円周上に限定されるものではなく、例えば図４のように、同心円状（複数の円周上）に並べても良い。もちろん、通信用受光素子４０９や位置検出用受光素子３０７についても同様である。
【００４２】
また、光信号５０同士の干渉を防ぐため、例えば通信用光源３０６毎に異なる波長、偏光、又は変調周波数等を用いてもよい。同様に、位置検出用受光素子３０７及び通信用受光素子４０９においても、波長フィルタ、偏光フィルタ、又は周波数フィルタ等を使用して、特定の光信号５０を抽出する機構を設けてもよい。
【００４３】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３３（図５（ａ））及び受光部４３（図５（ｂ））の構成を説明する図である。
【００４４】
図５に示すように、第３の実施形態の発光部３３は、上記第２の実施形態の発光部３２が有する複数の位置検出用受光素子３０７を、中心点Ｐの位置に１つだけ設けたことが異なる。これに対応して、第３の実施形態の受光部４３は、導光部４０８が中心点Ｑから半径ｒＡの長さの導光路を有していることが、上記第２の実施形態の受光部４２と異なる。
【００４５】
この発光部３３及び受光部４３が実現する送信器１０による受信器２０の位置特定も、原理は基本的に同じである。すなわち、どの通信用光源３０６が光信号を出射した時に位置検出用受光素子３０７の受光レベルが変化したかを判断することで、受信器２０側の導光部４０８の位置、すなわち受光部４３の回転角度を特定することができる。
【００４６】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３４（図６（ａ））及び受光部４４（図６（ｂ））の構成を説明する図である。
【００４７】
図６に示すように、第４の実施形態の発光部３４は、上記第２の実施形態の発光部３２が有する複数の通信用光源３０６の周囲に導光板３１２をそれぞれ設けたことが異なる。同様に、第４の実施形態の受光部４４は、複数の通信用受光素子４０９の周囲に導光板４１２をそれぞれ設けたことが異なる。
【００４８】
この導光板３１２及び４１２により発光範囲及び受光範囲が広がるため、中心点Ｐと中心点Ｑとの位置精度が良くない場合や、送信器１０と受信器２０との角度が、通信用光源３０６の配置間隔（角度）に丁度合わない場合に効果を発揮できる。
【００４９】
なお、図７に示すように、上記第３の実施形態の発光部３３における複数の通信用光源３０６及び位置検出用受光素子３０７、及び受光部４３における複数の通信用受光素子４０９の周囲に導光板３１２及び４１２をそれぞれ設けてもよい。
【００５０】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３５（図８（ａ））及び受光部４５（図８（ｂ））の構成を説明する図である。
【００５１】
図８に示すように、第５の実施形態の発光部３５は、上記第２の実施形態の発光部３２に、位置特定専用の標識光源３１１をさらに加えたことが異なる。これに対応して、第５の実施形態の受光部４５は、導光部４０８が中心点Ｑから半径ｒＢの長さの導光路を有していることが、上記第２の実施形態の受光部４２と異なる。
【００５２】
この標識光源３１１を備えることで、送信器１０は、複数の通信用光源３０６を順番に発光させて位置検出を行う必要がなくなり、通信開始までの時間を短縮することが可能となる。なお、標識光源３１１は、位置検出の時だけ使用する以外にも、実通信時に情報データの伝送や通信用のクロック信号の伝送等に用いても構わない。また、この伝送に応じて、受光部４５の中心点Ｑの位置に標識光源から出射される光信号を受光するための標識光源用受光素子を設けてもよい。さらに、標識光源３１１は、通信状態を色や点滅で表示（通信成功は緑、通信失敗は赤、待機中はアンバー等）しても良い。また、受光部４５の中心点Ｑにソーラーパネル等の光発電装置を設けて標識光源３１１からの光信号で発電し、周辺装置に供給することも可能である。
【００５３】
なお、上記第２〜第５の実施形態では、送信器１０の中心点Ｐと受信器２０の中心点Ｑとの大凡の位置が合っていることを前提に、受光部４２〜４５の回転角度を特定する技術を説明した。しかしながら、導光部４０８の導光路が双方向に光信号を伝搬するため、中心点Ｐと中心点Ｑとがずれていても通信用光源３０６から出射された光信号が位置検出用受光素子３０７に戻ってくる場合がある。従って、この場合の対策としては、導光部４０８の導光路を一方向だけ光信号を伝搬するように設計すればよい。
【００５４】
また、利用者の利便性を考慮すれば、図９に示すような構造を受信器２０側に設けることも考えられる。利用者が送信器１０に受信器２０を近接させる場合、図９（ａ）に示すように、中心点Ｑは受信器２０の裏面（利用者から見えない側）に位置することになる。従って、受信器２０の表面（利用者から見える面）に、中心点Ｑに対応した位置を示すマーク（○や×）や光源等を配置してもよい。又は、図９（ｂ）のように、裏面から表面に光を透過する透過部４１０を受信器２０の中心点Ｑに配置すれば、受信器２０の表面側から送信器１０の中心点Ｐの位置を見極めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る空間多重通信装置は、非接触通信の分野等で利用可能であり、特に送信器と受信器との位置合わせを精度良く行いたい場合等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の空間多重通信装置の基本構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態の発光部３１及び受光部４１の構成を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態の発光部３２及び受光部４２の構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態の発光部３２及び受光部４２の他の構成を示す図
【図５】本発明の第３の実施形態の発光部３３及び受光部４３の構成を示す図
【図６】本発明の第４の実施形態の発光部３４及び受光部４４の構成を示す図
【図７】本発明の第４の実施形態の発光部３４及び受光部４４の他の構成を示す図
【図８】本発明の第５の実施形態の発光部３５及び受光部４５の構成を示す図
【図９】本発明の受信器２０の構造例を説明する図
【符号の説明】
【００５７】
１０ 送信器
２０ 受信器
３１〜３５ 発光部
４１〜４５ 受光部
５０ 光信号
３０６ 通信用光源
３０７ 位置検出用受光素子
３０８ 枠
３１１ 標識光源
３１２、４１２ 導光板
４０８ 導光部
４０９ 通信用受光素子
４１０ 透過部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信器が複数の光源（発光素子）を用いて送信した信号を、受信器が複数の受光素子を利用して受光する、空間多重通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の情報機器を専用の端末に近接させることにより、例えばクーポン等の情報コンテンツの取得や決裁処理を行うことができる、非接触通信サービスが普及しつつある。この非接触通信サービスは、情報機器と専用端末とを物理的に接続する手間が無く便利である。しかも、通信エリアをごく近距離に絞ることにより、情報漏えいや他の電子機器への悪影響を避けることが容易である。このため、今後は、非接触通信によって、大容量のコンテンツを瞬時にダウンロード可能な情報配信サービス等の実現が期待されている。
【０００３】
上述した非接触通信の利点を活かしつつ、高速通信を実現する１つの方法として、空間多重光通信方式が有効である。この空間多重光通信方式は、送信器が複数の光源を利用して、複数の光信号を別々の空間に多重送信し、受信器が複数の受光素子を利用してこれらの光信号を並列受信することによって、高速通信を実現するものである。さらには、光の狭指向性及び遮蔽性を利用することにより、空間多重効率の向上及び情報漏えいの抑止を実現することが可能である。
【０００４】
空間多重光通信方式では、各光源からの光信号を、対応する各受光素子の位置へ精度良く到達させることが課題となる。その方法として、受信器の発光素子から放射された参照光の到来方向を、送信器が電荷結合素子を用いて推定し、その結果に基づいて、光信号の放射方向を受信器の受光素子へ向ける方法が、従来より提案されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特許第３０６４８３９号明細書
【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、上記従来の方法では、受信器に参照光を放射するための光源（発光素子）が必要であり、送信器だけでなく受信器にも光源と受光素子との両方を設けなければならず、受信器の装置規模や消費電力が大きくなるという課題がある。
【０００６】
それ故に、本発明の目的は、受信器に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器と受信器との位置合わせを精度良く行うことが可能な空間多重通信装置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、送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の空間多重通信装置は、送信器に、光信号を出射する複数の通信用光源と、複数の通信用光源と所定の位置関係を有して設けられ、複数の通信用光源から出射された複数の光信号のいずれか１つに応答して受信器から戻ってくる光信号を受光する、少なくとも１つの位置検出用受光素子とを備え、受信器に、 光信号を受光する複数の通信用受光素子と、複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、複数の通信用光源のいずれか１つから出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して送信器の少なくとも１つの位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備える構成を採用する。この構成により、送信器は、光信号を出射した複数の通信用光源のいずれか１つの位置と、光を受光した少なくとも１つの位置検出用受光素子の位置との相対関係に基づいて、複数の通信用光源と複数の通信用受光素子との位置関係を特定する。
【０００８】
好ましくは、複数の通信用光源及び複数の通信用受光素子は、所定半径の円周上にそれぞれ配置されており、またその円周上に等間隔で配置されていることが望ましい。なお、複数の通信用光源及び複数の通信用受光素子は、所定半径が異なる複数の円周上に配置されていてもよく、同様に複数の円周上に等間隔で配置されていることが望ましい。
【０００９】
また、少なくとも１つの位置検出用受光素子が、複数の通信用光源に対応して複数設けられている場合には、所定半径と異なる半径の円周上に配置されており、また円周上に等間隔で配置されていることが好ましい。この場合、複数の通信用受光素子の隣接する２つの素子と円周の中心点とで形成される内角は、複数の通信用光源の隣接する２つの光源と円周の中心点とで形成される内角の整数倍であることが望ましい。
【００１０】
また、複数の通信用光源に、光を所定範囲に拡散して放出するための導光板を備えてもよいし、少なくとも１つの位置検出用受光素子や複数の通信用受光素子に、所定範囲の光を集光するための導光板を備えてもよい。また、複数の通信用光源は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態の光を放射してもよいし、複数の通信用受光素子や複数の位置検出用受光素子は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態のみを透過するフィルタをそれぞれ備えてもよい。
【００１１】
なお、少なくとも１つの位置検出用受光素子は、複数の通信用光源に対応して１つ設けられてもよく、この場合には円周の中心に配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の他の空間多重通信装置は、送信器に、所定半径の円周上に配置され、光信号を出射する複数の通信用光源と、所定半径の円の中心に配置され、位置特定用の光信号を出射する標識光源と、複数の通信用光源と所定の位置関係を有して所定半径と異なる半径の円周上に配置され、標識光源から出射された光信号に応答して受信器から戻ってくる光信号を受光する、複数の位置検出用受光素子とを備え、受信器に、光信号を受光する複数の通信用受光素子と、複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、標識光源から出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して送信器の複数の位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備える構成を採用する。この構成により、送信器は、光を受光した複数の位置検出用受光素子の位置に基づいて、複数の通信用光源と複数の通信用受光素子との位置関係を特定する。
【００１３】
ここで、標識光源は、さらに、受信器に情報データを送信してもよいし、受信器との通信を行うための同期信号を送信してもよいし、受信器との通信状態を光の発光色や点灯パターンで示してもよい。また、受信器は、さらに、標識光源から出射される光信号を受光するための標識光源用受光素子を設けてもよいし、標識光源から出射される光信号を用いて発電を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明によれば、受信器に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器と受信器との位置合わせを精度良く行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
まず、本発明の各実施形態に係る空間多重通信装置に共通する基本構成を説明する。
図１は、本発明の空間多重通信装置の基本構成を示す図である。図１において、本発明の空間多重通信装置は、発光部３ｘを有する送信器１０と、受光部４ｘを有する受信器２０とで構成される。発光部３ｘから出力された光信号５０が受光部４ｘで受光されることによって、通信が行われる。
【００１６】
以下、この発光部３ｘ及び受光部４ｘが取り得る様々な構成を用いた実施形態を、詳細に説明する。なお、上記参照符号の‘ｘ’部分には、各実施形態の番号が入るものとする。また、発光部３ｘの発光面と受光部４ｘの受光面とは、通常は図１に示すように対向して配置されている状態にあるが、各実施形態における説明を容易にするため、各図面上で横並びに描画することにする。
【００１７】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３１（図２（ａ））及び受光部４１（図２（ｂ））の構成を説明する図である。
【００１８】
発光部３１は、通信用光源３０６及び位置検出用受光素子３０７を一対とする枠３０８を複数備えた構成である。図２（ａ）の例では、この枠３０８を８行８列の格子状の配置した場合を示している。受光部４１は、１つの導光部４０８と、複数の通信用受光素子４０９とを備えた構成である。導光部４０８は、発光部３１の枠３０８を２つ結合させた長さの導光路を有しており、一方側に入射された光信号を導光して、他方側から出射する役割を果たす。図２（ｂ）の例では、１０個の通信用受光素子４０９が導光部４０８を囲うように配置された場合を示している。
【００１９】
次に、上述した発光部３１及び受光部４１の構成において、近接した受信器２０の位置を送信器１０が特定する手順を説明する。
送信器１０は、受信器２０が近接すると、複数の通信用光源３０６を順に発光させる。本第１の実施形態では、１行１列目の枠３０８から８行８列目の枠３０８まで、通信用光源３０６を番号順に１つずつ発光させることを行う。なお、通信用光源３０６は、１つずつではなく複数同時に発光させてもよい。例えば、奇数列→偶数列→奇数行→偶数行の順番で発光させるといった方法もある。また、送信器１０は、受信器２０が近接したことを、受信器２０によって形成される影による位置検出用受光素子３０７の受光レベルの変化等で、検知することができる。
【００２０】
今、受光部４１が発光部３１の図２（ａ）の太枠に対応する位置で、受信器２０が送信器１０に近接した場合を想定する。
この場合、まず、送信器１０は、１行１列目の枠３０８から３行５列目の枠３０８まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４１の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００２１】
次に、送信器１０は、３行６列目の枠３０８にある通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射する。この光信号は、導光部４０８（受光部４１の２行２列目の枠）へ入射され、導光部４０８（受光部４１の２行３列目の枠）から送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した３行６列目の枠３０８とは異なる４行６列目の枠３０８にある位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する［状態Ｂ］。
【００２２】
次に、送信器１０は、３行７列目の枠３０８から４行５列目の枠３０８まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４１の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００２３】
次に、送信器１０は、４行６列目の枠３０８にある通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射する。この光信号は、導光部４０８（受光部４１の２行３列目の枠）へ入射され、導光部４０８（受光部４１の２行２列目の枠）から送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した４行６列目の枠３０８とは異なる３行６列目の枠３０８にある位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する［状態Ｂ］。
【００２４】
さらに、送信器１０は、４行７列目の枠３０８から８行８列目の枠３０８まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４１の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００２５】
このように、光信号を出射した枠以外の枠における受光レベルの変化［状態Ｂ］を検知することで、受信器２０側の導光部４０８の位置、すなわち受光部４１の位置を特定することができる。図２の例では、受信器２０の受光部４１が、送信器１０の発光部３１の図２（ａ）の太枠に対応する位置にあることを特定できる。
【００２６】
そして、受信器２０の受光部４１における導光部４０８及び通信用受光素子４０９の配置構成を、送信器１０側で予め把握しておくことによって、上記受光部４１の位置が特定がされた後に、該当する通信用光源３０６と通信用受光素子４０９との間で通信を行うことができる。図２の例では、送信器１０は２行５列目、２行６列目、２行７列目、３行５列目、３行７列目、４行５列目、４行７列目、５行５列目、５行６列目、及び５行７列目の枠３０８にある通信用光源３０６を用いて、通信を行う。
【００２７】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る空間多重通信装置によれば、受信器２０に形成される導光部４０８を用いて送信器１０から出射される光信号を送信器１０へ戻す。これにより、受信器２０に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器１０と受信器２０との位置合わせを精度良く行うことが可能となる。また、受信器２０に能動素子である光源を設けないため、受信器２０の消費電力を削減できると共に、携帯端末等の電池駆動を想定した場合には使用可能時間を延ばすことができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、導光部４０８が複数の枠にまたがる構成を一例として示したが、必ずしも導光部４０８が複数の枠にまたがらなくてもよい。例えば、１つの枠に相当する導光部（あるいは光を到来方向に反射する反射部）を、導光部４０８に代えて設けてもよい。この場合、通信用光源３０６からの光信号がこの導光部に照射されると、同一枠内で光信号が導光されて送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した通信用光源３０６と同一枠内にある位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する。一方、通信用光源３０６からの光信号がこの枠の導光部以外に照射されても、その光信号は乱反射するため、光信号を出射した通信用光源３０６と同一枠にない各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない。従って、これらの２つの状態のうち、前者の状態を検知することによって、送信器１０は、受信器２０の受光部４１の位置を特定することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、受信器２０における受光部４１の位置を特定できるが、その条件として導光部４０８の向きが発光部３１の枠３０８の配列方向に対して水平又は垂直である場合に限られる。従って、受信器２０の回転動作に弱いという課題がある。
そこで、以下の実施形態では、受信器２０が回転した場合であっても受信器２０における受光部４１の位置を特定できる空間多重通信装置を説明する。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３２（図３（ａ））及び受光部４２（図３（ｂ））の構成を説明する図である。
【００３１】
発光部３２は、中心点Ｐかつ半径ｒＡの円周上に並べられた複数の通信用光源３０６と、中心点Ｐかつ半径ｒＢの円周上に並べられた複数の位置検出用受光素子３０７とを備えた構成である。図３（ａ）の例では、半径ｒＡ＞半径ｒＢとして、８個の通信用光源３０６を同じ内角（隣接する２つの光源と中心点Ｐとで形成される角θＡ）で等間隔に配置し、８個の位置検出用受光素子３０７を中心点Ｐと８個の通信用光源３０６とを結ぶ各直線上にそれぞれ配置した場合を示している。すなわち、この複数の位置検出用受光素子３０７は、複数の通信用光源３０６と一対一で対応付けられていることになる。
【００３２】
受光部４２は、１つの導光部４０８と、複数の通信用受光素子４０９とを備えた構成である。導光部４０８は、発光部３２の通信用光源３０６と位置検出用受光素子３０７との距離、すなわち｜半径ｒＡ−半径ｒＢ｜の長さの導光路を有しており、一方側に入射された光信号を導光して、他方側から出射する役割を果たす。図３（ｂ）の例では、導光部４０８は、一方側が中心点Ｑかつ半径ｒＡの円周上に、他方側が中心点Ｑかつ半径ｒＢの円周上にくるように配置され、４個の通信用受光素子４０９が同じ内角（隣接する２つの素子と中心点Ｑとで形成される角θＢ）で等間隔に配置された場合を示している。
【００３３】
次に、上述した発光部３２及び受光部４２の構成において、近接した受信器２０の位置を送信器１０が特定する手順を説明する。
送信器１０は、発光部３２の中心点Ｐと受光部４２の中心点Ｑとがほぼ一致する状態で、受信器２０が近接すると、複数の通信用光源３０６を順に発光させる。本第２の実施形態では、番号(ｉ)から番号(ｖｉｉｉ)まで、通信用光源３０６を番号順に１つずつ発光させることを行う。なお、通信用光源３０６は、１つずつではなく複数同時に発光させてもよい。また、送信器１０は、受信器２０が近接したことを、受信器２０によって形成される影による位置検出用受光素子３０７の受光レベルの変化等で、検知することができる。
【００３４】
まず、送信器１０は、番号(ｉ)から番号（ｖｉ）まで順番に通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４２の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００３５】
次に、送信器１０は、番号（ｖｉｉ）の通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射する。この光信号は、導光部４０８の外側へ入射され、導光部４０８の内側から送信器１０の方向へ出射される。よって、送信器１０では、光信号を出射した通信用光源３０６に対応付けられた位置検出用受光素子３０７の受光レベルが、大きく変化する［状態Ｂ］。
【００３６】
さらに、送信器１０は、番号（ｖｉｉｉ）の通信用光源３０６が受信器２０に向けて光信号を出射するが、その光信号は受光部４２の枠外平面又は通信用受光素子４０９に当たって乱反射する。よって、送信器１０の各位置検出用受光素子３０７の受光レベルは、いずれも大きく変化しない［状態Ａ］。
【００３７】
このように、光信号を出射した通信用光源３０６に対応する位置検出用受光素子３０７の受光レベルの変化［状態Ｂ］を検知することで、受信器２０側の導光部４０８の位置、すなわち受光部４２の回転角度を特定することができる。図３の例では、受光部４２の番号（ｉ）の通信用受光素子４０９が、発光部３２の番号（ｖｉｉ）の通信用光源３０６に対応する位置にあることを特定できる。
【００３８】
そして、受信器２０の受光部４２における導光部４０８及び通信用受光素子４０９の配置構成を、送信器１０側で予め把握しておくことによって、上記受光部４２の回転角度が特定がされた後に、該当する通信用光源３０６と通信用受光素子４０９との間で通信を行うことができる。図３の例では、送信器１０は番号（ｉ）、番号（ｉｉｉ）、番号（ｖ）、及び番号（ｖｉｉ）の通信用光源３０６を用いて、通信を行う。
【００３９】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る空間多重通信装置によれば、送信器１０及び受信器２０の光源及び素子の配置を同心円で配置すると共に、受信器２０に形成される導光部４０８を用いて送信器１０から出射される光信号を送信器１０へ戻す。これにより、受信器２０に位置合わせ用の光源を設けることなく、送信器１０と受信器２０との位置合わせ、特に回転角度の位置合わせを精度良く行うことが可能となる。また、受信器２０に能動素子である光源を設けないため、受信器２０の消費電力を削減できると共に、携帯端末等の電池駆動を想定した場合には使用可能時間を延ばすことができる。
【００４０】
なお、上述した発光部３２及び受光部４２の構成は一例であって、図３に示したものに限られない。受光部４２の通信用受光素子４０９の内角θＢは、発光部３２の通信用光源３０６の内角θＡの整数倍であればよく、等間隔である必要もない。また、半径ｒＡ＜半径ｒＢであっても構わない。さらに、受光部４２の導光部４０８は、いずれかの通信用受光素子４０９との内角が発光部３２の通信用光源３０６の内角θＡの整数倍であればよく、いずれかの通信用受光素子４０９と重ねる必要はない。
【００４１】
また、通信用光源３０６の配置は、単一の円周上に限定されるものではなく、例えば図４のように、同心円状（複数の円周上）に並べても良い。もちろん、通信用受光素子４０９や位置検出用受光素子３０７についても同様である。
【００４２】
また、光信号５０同士の干渉を防ぐため、例えば通信用光源３０６毎に異なる波長、偏光、又は変調周波数等を用いてもよい。同様に、位置検出用受光素子３０７及び通信用受光素子４０９においても、波長フィルタ、偏光フィルタ、又は周波数フィルタ等を使用して、特定の光信号５０を抽出する機構を設けてもよい。
【００４３】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３３（図５（ａ））及び受光部４３（図５（ｂ））の構成を説明する図である。
【００４４】
図５に示すように、第３の実施形態の発光部３３は、上記第２の実施形態の発光部３２が有する複数の位置検出用受光素子３０７を、中心点Ｐの位置に１つだけ設けたことが異なる。これに対応して、第３の実施形態の受光部４３は、導光部４０８が中心点Ｑから半径ｒＡの長さの導光路を有していることが、上記第２の実施形態の受光部４２と異なる。
【００４５】
この発光部３３及び受光部４３が実現する送信器１０による受信器２０の位置特定も、原理は基本的に同じである。すなわち、どの通信用光源３０６が光信号を出射した時に位置検出用受光素子３０７の受光レベルが変化したかを判断することで、受信器２０側の導光部４０８の位置、すなわち受光部４３の回転角度を特定することができる。
【００４６】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３４（図６（ａ））及び受光部４４（図６（ｂ））の構成を説明する図である。
【００４７】
図６に示すように、第４の実施形態の発光部３４は、上記第２の実施形態の発光部３２が有する複数の通信用光源３０６の周囲に導光板３１２をそれぞれ設けたことが異なる。同様に、第４の実施形態の受光部４４は、複数の通信用受光素子４０９の周囲に導光板４１２をそれぞれ設けたことが異なる。
【００４８】
この導光板３１２及び４１２により発光範囲及び受光範囲が広がるため、中心点Ｐと中心点Ｑとの位置精度が良くない場合や、送信器１０と受信器２０との角度が、通信用光源３０６の配置間隔（角度）に丁度合わない場合に効果を発揮できる。
【００４９】
なお、図７に示すように、上記第３の実施形態の発光部３３における複数の通信用光源３０６及び位置検出用受光素子３０７、及び受光部４３における複数の通信用受光素子４０９の周囲に導光板３１２及び４１２をそれぞれ設けてもよい。
【００５０】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る空間多重通信装置に用いられる発光部３５（図８（ａ））及び受光部４５（図８（ｂ））の構成を説明する図である。
【００５１】
図８に示すように、第５の実施形態の発光部３５は、上記第２の実施形態の発光部３２に、位置特定専用の標識光源３１１をさらに加えたことが異なる。これに対応して、第５の実施形態の受光部４５は、導光部４０８が中心点Ｑから半径ｒＢの長さの導光路を有していることが、上記第２の実施形態の受光部４２と異なる。
【００５２】
この標識光源３１１を備えることで、送信器１０は、複数の通信用光源３０６を順番に発光させて位置検出を行う必要がなくなり、通信開始までの時間を短縮することが可能となる。なお、標識光源３１１は、位置検出の時だけ使用する以外にも、実通信時に情報データの伝送や通信用のクロック信号の伝送等に用いても構わない。また、この伝送に応じて、受光部４５の中心点Ｑの位置に標識光源から出射される光信号を受光するための標識光源用受光素子を設けてもよい。さらに、標識光源３１１は、通信状態を色や点滅で表示（通信成功は緑、通信失敗は赤、待機中はアンバー等）しても良い。また、受光部４５の中心点Ｑにソーラーパネル等の光発電装置を設けて標識光源３１１からの光信号で発電し、周辺装置に供給することも可能である。
【００５３】
なお、上記第２〜第５の実施形態では、送信器１０の中心点Ｐと受信器２０の中心点Ｑとの大凡の位置が合っていることを前提に、受光部４２〜４５の回転角度を特定する技術を説明した。しかしながら、導光部４０８の導光路が双方向に光信号を伝搬するため、中心点Ｐと中心点Ｑとがずれていても通信用光源３０６から出射された光信号が位置検出用受光素子３０７に戻ってくる場合がある。従って、この場合の対策としては、導光部４０８の導光路を一方向だけ光信号を伝搬するように設計すればよい。
【００５４】
また、利用者の利便性を考慮すれば、図９に示すような構造を受信器２０側に設けることも考えられる。利用者が送信器１０に受信器２０を近接させる場合、図９（ａ）に示すように、中心点Ｑは受信器２０の裏面（利用者から見えない側）に位置することになる。従って、受信器２０の表面（利用者から見える面）に、中心点Ｑに対応した位置を示すマーク（○や×）や光源等を配置してもよい。又は、図９（ｂ）のように、裏面から表面に光を透過する透過部４１０を受信器２０の中心点Ｑに配置すれば、受信器２０の表面側から送信器１０の中心点Ｐの位置を見極めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る空間多重通信装置は、非接触通信の分野等で利用可能であり、特に送信器と受信器との位置合わせを精度良く行いたい場合等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の空間多重通信装置の基本構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態の発光部３１及び受光部４１の構成を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態の発光部３２及び受光部４２の構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態の発光部３２及び受光部４２の他の構成を示す図
【図５】本発明の第３の実施形態の発光部３３及び受光部４３の構成を示す図
【図６】本発明の第４の実施形態の発光部３４及び受光部４４の構成を示す図
【図７】本発明の第４の実施形態の発光部３４及び受光部４４の他の構成を示す図
【図８】本発明の第５の実施形態の発光部３５及び受光部４５の構成を示す図
【図９】本発明の受信器２０の構造例を説明する図
【符号の説明】
【００５７】
１０ 送信器
２０ 受信器
３１〜３５ 発光部
４１〜４５ 受光部
５０ 光信号
３０６ 通信用光源
３０７ 位置検出用受光素子
３０８ 枠
３１１ 標識光源
３１２、４１２ 導光板
４０８ 導光部
４０９ 通信用受光素子
４１０ 透過部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置であって、
前記送信器は、
光信号を出射する複数の通信用光源と、
前記複数の通信用光源と所定の位置関係を有して設けられ、前記複数の通信用光源から出射された複数の光信号のいずれか１つに応答して前記受信器から戻ってくる光信号を受光する、少なくとも１つの位置検出用受光素子とを備え、
前記受信器は、
光信号を受光する複数の通信用受光素子と、
前記複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、前記複数の通信用光源のいずれか１つから出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して前記送信器の前記少なくとも１つの位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備え、
前記送信器は、光信号を出射した前記複数の通信用光源のいずれか１つの位置と、光を受光した前記少なくとも１つの位置検出用受光素子の位置との相対関係に基づいて、前記複数の通信用光源と前記複数の通信用受光素子との位置関係を特定することを特徴とする、空間多重通信装置。
【請求項２】
前記複数の通信用光源は、所定半径の円周上に配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記所定半径の円周上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空間多重通信装置。
【請求項３】
前記複数の通信用光源は、前記円周上に等間隔で配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の空間多重通信装置。
【請求項４】
前記複数の通信用光源は、所定半径が異なる複数の円周上に配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記所定半径が異なる複数の円周上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空間多重通信装置。
【請求項５】
前記複数の通信用光源は、前記複数の円周上に等間隔で配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記複数の円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の空間多重通信装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの位置検出用受光素子は、前記複数の通信用光源に対応して複数設けられており、前記所定半径と異なる半径の円周上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項７】
前記複数の位置検出用受光素子は、前記円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の空間多重通信装置。
【請求項８】
前記複数の通信用受光素子の隣接する２つの素子と前記円周の中心点とで形成される内角は、前記複数の通信用光源の隣接する２つの光源と前記円周の中心点とで形成される内角の整数倍であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項９】
前記複数の通信用光源は、光を所定範囲に拡散して放出するための導光板を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの位置検出用受光素子は、所定範囲の光を集光するための導光板を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１１】
前記複数の通信用受光素子は、所定範囲の光を集光するための導光板を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１２】
前記複数の通信用光源は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態の光を放射することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１３】
前記複数の通信用受光素子は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態のみを透過するフィルタをそれぞれ備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１４】
前記複数の位置検出用受光素子は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態のみを透過するフィルタをそれぞれ備えることを特徴とする、請求項６〜１３のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの位置検出用受光素子は、前記複数の通信用光源に対応して１つ設けられており、前記円周の中心に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１６】
送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置であって、
前記送信器は、
所定半径の円周上に配置され、光信号を出射する複数の通信用光源と、
前記所定半径の円の中心に配置され、位置特定用の光信号を出射する標識光源と、
前記複数の通信用光源と所定の位置関係を有して前記所定半径と異なる半径の円周上に配置され、前記標識光源から出射された光信号に応答して前記受信器から戻ってくる光信号を受光する、複数の位置検出用受光素子とを備え、
前記受信器は、
光信号を受光する複数の通信用受光素子と、
前記複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、前記標識光源から出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して前記送信器の前記複数の位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備え、
前記送信器は、光を受光した前記複数の位置検出用受光素子の位置に基づいて、前記複数の通信用光源と前記複数の通信用受光素子との位置関係を特定することを特徴とする、空間多重通信装置。
【請求項１７】
前記標識光源は、さらに、前記受信器に情報データを送信することを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項１８】
前記標識光源は、さらに、前記受信器との通信を行うための同期信号を送信することを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項１９】
前記標識光源は、さらに、前記受信器との通信状態を光の発光色や点灯パターンで示すことを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項２０】
前記受信器は、さらに、前記標識光源から出射される光信号を受光するための標識光源用受光素子を設けることを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項２１】
前記受信器は、さらに、前記標識光源から出射される光信号を用いて発電を行うことを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項１】
送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置であって、
前記送信器は、
光信号を出射する複数の通信用光源と、
前記複数の通信用光源と所定の位置関係を有して設けられ、前記複数の通信用光源から出射された複数の光信号のいずれか１つに応答して前記受信器から戻ってくる光信号を受光する、少なくとも１つの位置検出用受光素子とを備え、
前記受信器は、
光信号を受光する複数の通信用受光素子と、
前記複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、前記複数の通信用光源のいずれか１つから出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して前記送信器の前記少なくとも１つの位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備え、
前記送信器は、光信号を出射した前記複数の通信用光源のいずれか１つの位置と、光を受光した前記少なくとも１つの位置検出用受光素子の位置との相対関係に基づいて、前記複数の通信用光源と前記複数の通信用受光素子との位置関係を特定することを特徴とする、空間多重通信装置。
【請求項２】
前記複数の通信用光源は、所定半径の円周上に配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記所定半径の円周上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空間多重通信装置。
【請求項３】
前記複数の通信用光源は、前記円周上に等間隔で配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の空間多重通信装置。
【請求項４】
前記複数の通信用光源は、所定半径が異なる複数の円周上に配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記所定半径が異なる複数の円周上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空間多重通信装置。
【請求項５】
前記複数の通信用光源は、前記複数の円周上に等間隔で配置されており、
前記複数の通信用受光素子は、前記複数の円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の空間多重通信装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの位置検出用受光素子は、前記複数の通信用光源に対応して複数設けられており、前記所定半径と異なる半径の円周上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項７】
前記複数の位置検出用受光素子は、前記円周上に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の空間多重通信装置。
【請求項８】
前記複数の通信用受光素子の隣接する２つの素子と前記円周の中心点とで形成される内角は、前記複数の通信用光源の隣接する２つの光源と前記円周の中心点とで形成される内角の整数倍であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項９】
前記複数の通信用光源は、光を所定範囲に拡散して放出するための導光板を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの位置検出用受光素子は、所定範囲の光を集光するための導光板を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１１】
前記複数の通信用受光素子は、所定範囲の光を集光するための導光板を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１２】
前記複数の通信用光源は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態の光を放射することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１３】
前記複数の通信用受光素子は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態のみを透過するフィルタをそれぞれ備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１４】
前記複数の位置検出用受光素子は、隣接する２つが互いに異なる偏光状態のみを透過するフィルタをそれぞれ備えることを特徴とする、請求項６〜１３のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの位置検出用受光素子は、前記複数の通信用光源に対応して１つ設けられており、前記円周の中心に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の空間多重通信装置。
【請求項１６】
送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置であって、
前記送信器は、
所定半径の円周上に配置され、光信号を出射する複数の通信用光源と、
前記所定半径の円の中心に配置され、位置特定用の光信号を出射する標識光源と、
前記複数の通信用光源と所定の位置関係を有して前記所定半径と異なる半径の円周上に配置され、前記標識光源から出射された光信号に応答して前記受信器から戻ってくる光信号を受光する、複数の位置検出用受光素子とを備え、
前記受信器は、
光信号を受光する複数の通信用受光素子と、
前記複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられ、前記標識光源から出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して前記送信器の前記複数の位置検出用受光素子に向けて出射する導光部とを備え、
前記送信器は、光を受光した前記複数の位置検出用受光素子の位置に基づいて、前記複数の通信用光源と前記複数の通信用受光素子との位置関係を特定することを特徴とする、空間多重通信装置。
【請求項１７】
前記標識光源は、さらに、前記受信器に情報データを送信することを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項１８】
前記標識光源は、さらに、前記受信器との通信を行うための同期信号を送信することを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項１９】
前記標識光源は、さらに、前記受信器との通信状態を光の発光色や点灯パターンで示すことを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項２０】
前記受信器は、さらに、前記標識光源から出射される光信号を受光するための標識光源用受光素子を設けることを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【請求項２１】
前記受信器は、さらに、前記標識光源から出射される光信号を用いて発電を行うことを特徴とする、請求項１６に記載の空間多重通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２８４３８５（Ｐ２００９−２８４３８５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３６３０８（Ｐ２００８−１３６３０８）
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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