JP2005294899A - 光送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 狭い指向角の送信光を使用するような光無線伝送装置でも簡単に光軸合わせをすることが可能であり、使用中の光軸のずれにおいても速やかに再調整することができる光送信機を提供する。
【解決手段】 補正係数を記憶する記憶手段３７と、複数の受信素子によって構成され、第２の光信号を光受信機から受信する受信手段１０と、第２の光信号の受信レベルが所定の条件を満たしているか判断する判断手段５と、所定の条件を満たさないとされた場合に送信手段及び／又は受信手段の向きを調整し、また所定の条件を満たすと判断され、第２の光信号に送信手段が送信した第１の光信号に対する受信エラーレート情報が含まれている場合に、送信手段及び／又は受信手段の向きを調整し光軸を合わせる調整手段５とを備え、調整手段は光軸が合わせられた後に光軸のずれが生じた際、補正係数及び第２の光信号の受信レベルに基づいて送信手段及び／又は受信手段の向きを調整し光軸を合わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光無線伝送装置を構成する光送信機と光受信機との間の光軸を合わせる光送信機に関する。

従来から、光を用いて情報の空間伝送を行う光無線伝送技術がある。光無線伝送は一般的に赤外光が用いられ、その発光素子として発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。このような光無線伝送において、送受信間距離を十分にとりたい場合は、受信機側に十分な光レベルを入射させるように送信機から発する光ビームの指向角を鋭く絞る必要がある。この場合、送信機及び受信機の光軸を合わせておかなければならないが、指向角の狭い光ビームを用いることや光ビームに目に見えない赤外光を用いることなどから、光無線伝送装置の光軸合わせは大変煩わしい作業である。そこで、光軸合わせを容易に行えるような光無線伝送装置が下記の特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されている光無線伝送装置は、送信装置から可視光をピンポイントに絞って信号伝送用の赤外光と同一光軸、あるいは平行光軸にして一緒に送り、受信装置側に設けた可視光反射手段に当てるものであり、可視光反射手段により反射させられた可視光を操作者が見ながら送信装置の光軸調整を行う。また、この他の技術としては送信装置に照準機を設置して、その照準機を見ながら光軸を合わせる光無線伝送装置や、受信装置側に受光レベル検出用測定器を接続して二人一組で光軸合わせを行う光無線伝送装置もある。また、受光装置側に光軸調整用の光源を用いて、送信装置からの送信光の受信レベル情報を折り返し、それに応じて光軸を合わせるものが下記の特許文献２に開示されている。
特開昭６２−１１０３３９号公報（図１、図２） 特開平７−１３１４２２号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に開示された光無線伝送装置は、送信装置に光無線伝送の目的以外に使用する可視光を発生させる構成を必要としている。送受信装置間の距離を十分にとりたい場合などは、この可視光の発光出力を十分大きいものにしなくてはならず、またその構成を追加する必要があるため、送信装置のコストアップとなってしまう上、装置が大型になってしまうという問題がある。これは、送信装置に照準機を設置する場合も同様である。また、可視光の光軸や、照準機の照準と信号伝送用の赤外光の光軸とを厳密に合わせておく必要があることもコストアップの要因となる。また、受光レベル検出用測定器を受信装置に接続して二人一組で行う場合においても、受光レベル検出用測定器を用意する必要があり、人手を要するなどの欠点があった。このように、従来の光無線伝送装置は、光軸合わせを簡単化しようとすると、送受信装置のコストアップや大型化を招き、送受信装置のコストダウンや小型化を行おうとすると、光軸合わせの作業に手間がかかるなどの欠点を有していた。

また、特許文献２に開示された技術では、上述した問題点の解決を図っているが、受信機に取り付けられた光軸調整用の光送信素子からパイロット信号としての送信光を、送信機に搭載した単一の受光素子で受光し、その受光レベルと送信機からの信号伝送用の送信光の受信機での受信レベルのみを基準に光軸を調整している。このため、人がこの情報を基にレベル表示装置などを用いて光軸を調整する場合には十分その手間を簡単化することができるが、自動で光軸を調整する場合は不要な動作が多くなってしまう。その理由は、単純に単一の受光素子で得られる光軸調整用の送信光のレベルだけでは上下左右どちらに受信機が有るかを判別することはできない。そのため自動で光軸を調整するためには必ず一度やみくもに動かし、受光レベルと比較して自身の動いた方向が正しいかどうかを判定しなければならず、動いてみてから判断しなければならない。これでは、無駄な動きが多くなってしまい、メカ駆動に要する時間を考えると、高速な自動光軸合わせの足かせとなってしまうという問題がある。

以上のようなことを考慮して、おおまかな（粗い）方向へ調整した後に、受信機から受信する送信機が送信した光信号に対する送達情報を基に光軸を合わせるという考えもある。特に、狭い指向角の送信光を用いる場合には、初期段階での粗い調整の精度が重要となってくる。しかしながら、実際の光無線伝送装置では、組み立て誤差や部品のばらつきなどから生じる光軸調整誤差や、外装や光フィルタが光送受信部の前面に取り付けられることによる外装などでの光信号の屈折による光軸調整誤差が発生し、特に送信光が狭い指向角である場合にはその影響は無視できず、光軸のずれによって送信が不能となってしまうケースも起こり得る。

また、上述した受信機から送信される送達情報によって送信機が光軸調整をするものにおいても、送信機が送信中に動いてしまいわずかに光軸がずれてしまった場合、光軸を再調整する必要が生じるが、その際に、送信機はいずれの方向に送信機を動かせばよいかは送達情報のみで類推することは困難である。そのために、光軸の再調整を無作為に行いながら光軸の合う位置を探すようになり、必ずしも速やかに光軸の合う位置に復帰できるとは限らない。

本発明は、上記問題を解決するためのものであり、狭い指向角の送信光を使用するような光無線伝送装置でも簡単に光軸合わせをすることが可能であり、使用中の光軸のずれにおいても速やかに再調整することができる光送信機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、光受信機に対して送信手段から光送信する第１の光信号の光軸を調整する光送信機において、複数の受信素子によって構成され、前記光軸を調整するための第２の光信号を前記光受信機から受信する受信手段と、前記第２の光信号の光軸のずれを補正する際の基準となる補正係数を記憶する記憶手段と、前記受信手段の各前記受信素子によって受信された前記第２の光信号の受信レベルが所定の条件を満たしているか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって前記所定の条件を満たさないと判断された場合に、前記所定の条件を満たすように前記受信手段及び／又は前記送信手段の向きを調整し、また前記判断手段によって前記所定の条件を満たすと判断された場合であって、前記受信手段によって受信された前記第２の光信号に前記送信手段が送信した前記第１の光信号に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報が含まれている場合に、前記受信エラーが無くなるように前記受信手段及び／又は前記送信手段の向きを調整し、光軸を合わせる調整手段とを備え、前記調整手段は、光軸が合わせられた後に前記光軸のずれが生じた際、前記記憶手段に記憶された前記補正係数、及び前記光軸のずれが生じた後に前記受信手段によって受信される前記第２の光信号の受信レベルに基づいて、前記受信手段及び／又は前記送信手段の向きを調整し、光軸を合わせることを特徴とする光送信機が提供される。ここで、所定の条件とは、例えば４つの受信素子（以下、受光素子とも言う）からなる受信手段が受信する第２の光信号の受信レベルのそれぞれが同一であることを言う。また、送信手段は、後述する第１の光送信手段９に相当するものである。

また、本発明によれば、光受信機に対して送信手段から光送信する第１の光信号の光軸を調整する光送信機において、複数の受信素子によって構成され、前記光軸を調整するための第２の光信号を前記光受信機から受信する受信手段と、前記第２の光信号の光軸のずれを補正する際の基準となる第１の補正係数を記憶する第１の記憶手段と、前記受信手段の各前記受信素子によって受信された前記第２の光信号の受信レベルが所定の条件を満たしているか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって前記所定の条件を満たさないと判断された場合に、前記所定の条件を満たすように前記送信手段及び／又は前記受信手段の向きを調整し、また前記判断手段によって前記所定の条件を満たすと判断された場合であって、前記受信手段によって受信された前記第２の光信号に前記送信手段が送信した前記第１の光信号に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報が含まれている場合に、前記受信エラーが無くなるように前記送信手段及び／又は前記受信手段の向きを調整し、光軸を合わせる調整手段と、前記調整手段によって光軸が合わせられた際の前記第２の光信号の受信レベルの情報に基づいて、前記光軸のずれを補正する際の基準となる第２の補正係数を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記第２の補正係数を記憶する第２の記憶手段とを備え、前記調整手段は、光軸が合わせられた後に前記光軸のずれが生じた際、前記第２の記憶手段に前記第２の補正係数が記憶されている場合には、前記光軸のずれが生じた後に前記受信手段によって受信される前記第２の光信号の受信レベル及び前記第２の補正係数に基づいて前記第２の光信号の受信レベルを補正し、前記第２の記憶手段に前記第２の補正係数が記憶されていない場合には、前記受信手段によって受信される前記第２の光信号の受信レベル及び前記第１の記憶手段に記憶された前記第１の補正係数に基づいて前記第２の光信号の受信レベルを補正し、前記判断手段は、補正された前記第２の光信号の受信レベルが前記所定の条件を満たしているか否かを判断し、前記調整手段は、前記判断手段によって前記所定の条件を満たすと判断された場合、前記受信手段によって受信される前記第２の光信号に、前記所定の条件を満たすと判断された後に前記送信手段が送信した前記第１の光信号に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報が含まれている場合に、前記受信エラーが無くなるように前記送信手段及び／又は前記受信手段の向きを調整し、光軸を合わせることを特徴とする光送信機が提供される。

本発明の情報表示サーバは、上記構成を有し、狭い指向角の送信光を使用するような光無線伝送装置でも簡単に光軸合わせをすることが可能であり、使用中の光軸のずれにおいても速やかに再調整することができる。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について図１から図９を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機と光受信機の構成を示す図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機を含む光無線伝送装置を示す模式図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光受信機の方向を検出する原理を説明するための図である。図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光受信機の方向を検出する原理を説明するための図である。図４Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光受信機の方向を検出するために用いられる受光レベルの関係を示す表である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機と光受信機との間の光軸のずれがない場合の光無線伝送装置について説明するための図である。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機と光受信機との光軸のずれがある場合の光無線伝送装置について説明するための図である。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機に外装がある場合の光軸のずれを説明するための図である。図８は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機の制御部の構成を示す図である。図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光軸調整の動作フローを示すフローチャートである。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機を含む光無線伝送装置について図２を用いて説明する。光無線伝送装置は、映像制御装置５３に設置された光送信機１から光無線により伝送されるデジタル映像信号データを、映像表示装置５４側に設置された光受信機１６によって受信し、映像表示装置５４に映像を表示させるものである。ここで、映像表示装置５４は、例えばプラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）テレビのような高品位表示装置である。また、映像制御装置５３は、例えばチューナーである。

光無線伝送装置は、光送信機１から放たれる第１の光送信信号（以下送信光とも言う）４０によって光受信機１６へデータを伝送するものであり、限られた光パワーで効率的にデータを伝送するために、送信光４０は狭い送信指向角度において行うものであり、送信光４０を光受信機１６へ正確に当てることが重要な伝送条件となっている。このことから、送信光４０を光受信機１６へ合わせることが要求される光無線伝送装置では光軸調整という概念（機能）が求められる。さらに、光送信機１はチューナーなどの映像制御装置５３側に設置されるため、実用上、日常生活での衝撃、例えば掃除などによっても位置（光軸）がずれてしまうこともあり、そのたびにユーザが精密な光軸調整を行うことは、使用快適度を著しく妨げるものである。そこで、光送信機１には自動的に光軸を調整する機能があることが望ましく、使用中に光軸のずれが生じても、速やかに自動的に光軸を再調整できることが望ましい。また、このような光送信機１に自動光軸調整機能を持たせるためには、光受信機１６側に、光送信機１が光軸を調整するための第２の光送信信号、例えばパイロット光４１を放射する手段が装備されることになる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機及び光受信機の構成について図１を用いて説明する。まず、光受信機１６の構成について説明する。光受信機１６では、光送信機１の第１の光送信手段９によって空間伝送される第１の光送信信号４０を受光するための、比較的広い指向角の第１の光受信手段１７が第１の光送信信号４０を受信し、受光回路１８が受信した第１の光送信信号４０に電気的に増幅するなどの処理をし、二値化回路１９が増幅された第１の光送信信号４０をデジタル信号化し、シンボル復号回路２１が復号化を行い、不図示の受像装置などの外部装置へ送信する。ここで、第１の光受信手段１７は、例えばＰＤ（Photo Diode）、ＡＰＤ（Advanced Photo Diode）、集光レンズなどで構成されたものである。また、シンボル復号回路２１は、例えば１０Ｂ８Ｂ変換回路である。

また光受信機１６では、光送信機１が光軸を調整するために広い指向角を有する第２の光送信手段２９が、光送信機１に対して第２の光送信信号４１を送信する。ここで、第２の光送信手段２９は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）又はＬＥＤにレンズを加えたものである。また、第２の光送信信号４１は、例えばパイロット光である。さらに、第２の光送信手段２９は、第１の光受信手段１７で受信した第１の光送信信号４０に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報を送信する機能も兼ね備えており、光受信機１６では、第１の光受信手段１７で受信され、二値化回路１９でデジタル化された第１の光送信信号４０のエラー検出を行っている。このエラー検出にシンボルエラー検出回路２４が用いられている。ここで検出されるエラーをエラーレート算出回路２５が一定時間監視（カウント）し、その結果を第２の光送信手段２９で伝送するためにエラーレートパケット生成回路２６がパケット化し、変調回路２７がパケットに応じて変調を加え、発光素子ドライバ２８に送る。これにより、第２の光送信手段２９を用いて、光送信機１から送信されてくる第１の光送信信号４０の受信状況を光送信機１に送っている。

また、光受信機１６において受信された第１の光送信信号４０のエラー検出をする際に、第１の光送信信号４０を一定レベル以上で受信していない場合には、エラーの検出を見合わせるために、信号レベル検出回路２０は、第１の光受信手段１７及び受光回路１８で受けた光信号の受信レベルを監視し、エラーレートパケットの発生を停止させる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機について説明する。光送信機１では、不図示の外部のデータ発生機器から送られる映像信号などの信号を受信し、その信号を符号化回路２が符号化し、符号化された信号を二値化回路３が光送信可能な二値化デジタル信号に変換し、発光素子ドライバ４へ送る。発光素子ドライバ４は、二値化された信号を光伝送するために第１の光送信手段９をドライブして、指向角の狭い送信光として光受信機１６へデータを空間伝送する。ここで、符号化回路２は、例えば８Ｂ１０Ｂ変換回路である。また、第１の光送信手段９は、例えばＬＥＤやＬＤ（Laser Diode）、集光レンズなどで構成されたものである。

また、光送信機１には、光受信機１６の光軸調整用に搭載された第２の光送信手段２９によって送信される第２の光送信信号４１を受信するための第２の光受信手段１０が存在する。ここで、第２の光受信手段１０は、例えば複数の受光素子で構成されている。受光回路１１は、各受光素子で受信された受信信号を電気的に増幅させるなどの処理を加える。この受光回路１１によって処理された受信信号を制御部５が信号セレクト回路１２を用いて特定の受信信号のみを選択し、受信レベル検出回路１５がその受信レベルを検出し、制御部５へその結果を引き渡す。さらに、制御部５によって信号セレクト回路１２で選択される受信信号は、復調回路１３で復調し、光受信機１６側での第１の光送信信号４０の受信エラーレート情報を得るために、パケット検出・解析手段１４が光受信機１６からの受信エラーレート情報を検出し、その結果を制御部５へ送る。

ここで、制御部５は、光送信機１の光軸を光受信機１６へ合わせるために適時、信号セレクト回路１２を用いて必要な第２の光受信手段１０による受信信号を選択し、受信レベル検出回路１５や光受信機１６から送られてくる受信エラーレート情報をパケット検出・解析手段１４によって得て、これらの情報を基に駆動制御部６を制御し、駆動手段７、８を制御し、第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０の向きを調整する。また、制御部５は、受信レベル検出回路１５からの情報を基に、第１の光送信信号４０が光軸合わせ中に不用意に周辺に放出することを防止するように発光素子ドライバ４を制御している。ここで、制御部５は、例えばＭＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。また、駆動手段７、８は、例えばステッピングモータなどである。

次に、上述した図２のような第２の光送信手段２９によって発光される第２の光送信信号４１をパイロット光として、光送信機１が第２の光受信手段１０を用いて光受信機１６の方向を検出する基本的原理の一例を図３、図４Ａ及び図４Ｂの表を用いて説明する。まず、ここでは、光送信機１が備える第２の光受信手段１０が図３に示すような４個のＰＤ素子からなり、それらが１つのレンズで封入された場合について説明する。図３に示すように、４分割ＰＤは、４つのＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４が１つの光学レンズの中に収められている。この素子は、光の入射方向によって各受光素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４の受光レベル（以下、受信レベルとも言う）が変化するものであり、図３ではその原理を３つのパターン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に分けて示している。

図３の（ａ）の場合は、４分割ＰＤに対して光源３００が左側（ＰＤ１及びＰＤ３側）に位置している場合であり、この場合には各ＰＤが封入されるレンズによって入射光はＰＤ２及びＰＤ４側へ集光することになり、その結果として各受光レベルの関係はＰＤ１＜ＰＤ２、ＰＤ３＜ＰＤ４となる。図３の（ｂ）の場合は、光源３００が４分割ＰＤの正面に位置する場合であり、この場合は各ＰＤの位置する中央に集光されるため、各受光レベルの関係は、ＰＤ１＝ＰＤ２、ＰＤ３＝ＰＤ４となる。図３の（ｃ）の場合は、４分割ＰＤに対して光源３００が右側（ＰＤ２、ＰＤ４側）に位置している場合であり、この場合には各ＰＤが封入されるレンズによって入射光はＰＤ１及びＰＤ３側へ集光することになり、その結果として各受光レベルの関係は、ＰＤ１＞ＰＤ２、ＰＤ３＞ＰＤ４となる。

このことから、４分割ＰＤのような受光素子の特性を利用して光源３００の位置する方向を受光素子の各受光レベルを比較することで知ることができる。このことを利用して方向合わせについての動作の一例を図４Ａ及び図４Ｂの表を用いて説明する。図４Ａには、光送信機１が搭載する受光素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４からなる第２の光受信手段１０が示されており、第２の光受信手段１０から見て光受信機１６がどこにあるかを示したものである。なお、図４Ａ中では、光受信機１６の位置を第２の光送信手段２９の位置として「光源」として表記している。

ここで、光送信機１から見て図４Ａに示す光源３００の位置Ａの方向に光受信機１６がある場合、光送信機１の第２の光受信手段１０のＰＤ１の受信レベルをＳＬ１、ＰＤ２の受信レベルをＳＬ２、ＰＤ３の受信レベルをＳＬ３、ＰＤ４の受信レベルをＳＬ４とすると、図４Ｂの表に示すようにおおよそＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４という関係になる。このことから、制御部５は、これら第２の光受信手段１０から得られる受信レベルを比較し、ＳＬ１＝ＳＬ２＜ＳＬ３＝ＳＬ４の関係から光受信機１６が上方向にあると判断し、駆動制御部６に第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０が上を向くように制御信号を出す。同様に、位置ＡからＢに光受信機１６がある場合には、図４Ｂの表に示すような関係がＳＬ１からＳＬ４の間で発生し、制御部５はこれらの関係を見ながら第１の光送信手段９及び第２の光受信手段１０を制御し、このような制御を繰り返すことで光送信機１の第２の光受信手段１０の各受信レベルＳＬ１からＳＬ４がすべて同じ値になる位置まで光送信機１を動かすことにより、光送信機１は、光受信機１６をおおよそ捕らえたことになる。

しかしながら、実際の光無線伝送装置においては、上述したような第２の光受信手段１０による第２の光送信信号４１（パイロット光）の受光レベルの情報のみでは正確な光軸合わせは難しく、量産時の組立調整などにおいては大きな負担が生じている。特に、データ伝送速度を高め、かつ伝送距離を長く取りたい場合などでは、第１の光送信信号４０の放射指向角を狭くする必要があり、一層正確な光軸合わせが求められる。そのため、このような光無線伝送装置において、上述したパイロット光の受光レベルの情報のみによる光軸調整では十分ではない。十分でないことを図５から図７を用いて説明する。

まず、図５に示すように、光送信機１の第１の光送信手段９と第２の光受信手段１０とが一枚の基板４４上に設置され、送信軸及び受信軸が平行に保たれている。さらに、光受信機１６の第１の光受信手段１７と第２の光送信手段２９とが基板４５上に設置され、送信軸及び受信軸が平行に保たれている。光送信機１及び光受信機１６の光学素子の送受信軸が平行に確保されている場合には、光送信機１の第２の光受信手段１０における受光軸５０を光受信機１６の第２の光送信手段２９へ向ける（すなわち、４分割ＰＤの各ＰＤの受光レベルが一致するようにする）ことで、結果的に光送信機１の第１の光送信手段９から放出される第１の光送信信号４０は、光受信機１６の第１の光受信手段１７へ当てることが可能となり、第１の光受信手段１７によって第１の光送信信号４０を受信することが可能となる。すなわち、この状態は、光送信機１と光受信機１６との光軸が合っている状態である。

しかしながら、上述したように、図５のような各光学素子の受発光軸を正確に平行にすることは非常に困難で、各素子自体の軸ずれのばらつきや組立時の組立誤差などによって軸の平行を確保することが量産工程において大きな負担となる。そこで、一般に各軸の平行が確保されない場合について図６を用いて説明する。図６は、第２の光受信手段１０の受光軸５０及び第１の光送信手段９の発光軸５１が基板４４への素子取り付け時に平行が確保できていない場合であって、第２の光受信手段１０の受光軸５０を光受信機１６の第２の光送信手段２９へ合わせた場合における光送信機１と光受信機１６との間の光軸のずれの様子を示している。なお、図６の（ａ）には、第１の光送信信号４０が比較的広い指向角で放出される場合が示されており、図６の（ｂ）には、第１の光送信信号４０が狭い指向角で放出される場合が示されている。

これらからわかるように、第１の光送信手段９の発光軸５１と第２の光受信手段１０の受光軸５０の平行が確保されていない状況では、たとえ第２の光受信手段１０の受光軸５０を光受信機１６の第２の光送信手段２９へ合わせても、光送信機１の第１の光送信手段９の発光軸５１は光受信機１６の第１の光受信手段１７からそれてしまう。図６の（ａ）に示すように、第１の光送信信号４０の放射指向角が比較的広い場合には各軸が多少ずれても第１の光送信信号４０が第１の光受信手段１７を捕らえることができるかもしれない。しかし、図６の（ｂ）に示すように、伝送速度、伝送距離が求められる光無線伝送装置では第１の光送信信号４０の放射指向角を狭くする必要があり、このような光無線伝送装置では、わずかな軸のずれにおいても第１の光送信信号４０が第１の光受信手段１７からそれてしまい、伝送路を確保できないことがあり大きな問題となる。

また、上述したような各光学素子の軸のずれが原因となる光送信機１及び光受信機１６間での光軸のずれに加えて、実際の光無線伝送装置を考慮すると、透過光学フィルタなどの外装での光の屈折などによる軸のずれ問題なども挙げられる。これについて、図７を用いて説明する。図７では、光送信機１及び光受信機１６の各光学受発光手段の間に外装などとして取り付けられた透過板４２が存在する場合について説明する。光送信機１と光受信機１６との間に不要な外乱光の除去などを目的とした光学フィルタなどの透過板４２がある場合、光受信機１６からの第２の光送信信号４１は透過板４２で屈折することになり、光送信機１の第２の光受信手段１０は第２の光送信信号４１が図７中に示した第２の光送信手段２９の虚像３９の位置から放たれているように認識する。これによって、光送信機１は第２の光受信手段１０の受光軸５０を虚像３９の方向に向けることとなり、光送信機１の第１の光送信手段９から放たれる第１の光送信信号４０を光受信機１６の第１の光受信手段１７へ当てることができず、異なる方向へ第１の光送信信号４０を放つことになる。

以上説明したように、光送信機１と光受信機１６との光通信光軸を合わせるためには、図３、図４Ａ及び図４Ｂの表を用いて説明したように一方が放つパイロット光を、他方が４分割ＰＤ素子などによって受光し、そのレベル情報に基づいて方向合わせをするだけでは正確な光軸調整が困難であり、狭い指向角の光を用いる光無線伝送装置の実現には不十分である。このため、狭い指向角の光を用いた光無線伝送装置では、図２で説明したように、光受信機１６側が光送信機１からの第１の光送信信号４０の受信状態の送達情報を折り返し返信することで、光送信機１は最終的にこの光受信機１６からの送達情報を基に光受信機１６との光軸を一致させる仕組みを有している。

すなわち、光送信機１は、光受信機１６へ通信光軸を合わせるために、まずパイロット光の受信レベルの情報に基づいて、素早く第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９を光受信機１６の方向へ向け、その後、光受信機１６から第１の光送信信号４０の受信状況を知らせる送達情報に基づいて、光受信機１６の第１の光受信手段１７が第１の光送信信号４０を正しく受信できるようになるまで光受信機１６との間の通信光軸を調整する。

ここで、光送信機１が光受信機１６との間の通信光軸を最終的に合わせるためには、光受信機１６からの受信状況（送達情報）を基にした光軸調整が必要であるが、このような光軸調整（以下、送達確認光軸調整とも言う）では光受信機１６の方向を知ることはできず、速やかに通信光軸のずれの調整を実現することは難しく、ある程度の時間をかけなければならない。ここで、送達情報は上述した受信エラーレート情報を含むものである。また、送達確認光軸調整では、上述したように光受信機１６の方向が不明であるため、場合によっては正しい方向とは逆の方向へ調整してしまうようなケースも生じ、それを踏まえて最終的な光軸が一致する位置を見つけ出すことになる。もちろん、方向調整移動アルゴリズムなどを工夫することで、ある程度スムーズな送達確認光軸調整が可能となることが予想されるが、処理が重くなり制御部５への負担や処理速度に起因して結果として高速な調整が期待できないことも考えられる。

また、図２のような光無線伝送装置では、使用中に光送信機１がわずかにずれてしまったりして映像の一部が乱れるようなことが起こり得る。このような場合に、送達確認光軸調整で送信光軸を再調整すると、最初の調整である初動作において、必ずしも映像の乱れが回復できる方向へ調整されるとは限らず、場合によってはいったん映像が一層乱れる方向に動いてしまうこともあり、ユーザにとっては使用上不快なものとなってしまう。

そこで、本発明では、いったん送達確認光軸調整を用いて光送信機１と光受信機１６との間の送信光軸を合わせた後に衝撃や信号などによって光送信機１がずれて光軸がずれた場合には、送達確認光軸調整で光軸を再調整するのではなく、第２の光送信信号４１の受光レベルによって方向判断する光軸調整を行うことにより、比較的速やかに光軸を調整し、伝送路を回復するものである。これによって、ユーザは上述したような使用時に光軸の再調整が発生しても不快感がなく光軸の復旧を待つことができる。

ただし、上述したように、光送信機１と光受信機１６との間の送信光軸の再調整時における第２の光送信信号４１の受光レベルの情報による方向合わせでは、図６及び図７で説明したように各光学素子の送受信軸の組み立て時のずれや外装での光の屈折の影響などがあるため、必ずしも第２の光受信手段１０の各受光素子における第２の光送信信号４１の受光レベルの一致するところが光軸の一致する位置とは限らない。そこで、本発明では、いったん送達確認光軸調整によって光軸が合ったならば、あらかじめ光送信機１に記憶された第１補正係数を用いてパイロット光の受光レベルを補正し、迅速、かつ正確に光軸を合わせることを可能とする。ここで、第１補正係数とは、例えば光軸がずれた後、光軸がおおよそ合うように光軸のずれた後に受信する受光レベルに乗算するための、初期時に設定される係数を言うがこれに限られるものではない。

図８には、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機１の構成の一部が示されている。図８に示すように、制御部５は、第２の光送信信号であるパイロット光４１の第２の光受信手段１０における各ＰＤ素子での受光レベルを基に、第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の方向調整をし、光受信機１６からの受信状況（送達情報）に基づいて通信光軸を正確に合わせた後、使用中に何らかの原因で通信光軸がずれた場合に、第１補正係数により第２の光受信手段１０の各ＰＤ素子の受光レベルを補正する。

また、制御部５は第２の光受信手段１０及び第１の光送信手段９の方向を駆動制御するための光軸調整制御部３５を有している。光軸調整制御部３５は、第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の方向を変えるごとに、第２の光受信手段１０の各受光素子で受信される信号を順次選択させるために信号セレクト回路１２を制御し、第１補正係数記録メモリ３７から第１補正係数を読出し、レベル補正演算部３６へ引き渡す。レベル補正演算部３６は、受信レベル検出回路１５から送られる各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受光レベルを第１補正係数記録メモリ３７から得た第１補正係数で乗じ（演算し）て、光軸調整制御部３５へ送る。

光軸調整制御部３５は、レベル補正演算部３６から送られる補正処理された各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受光レベルを比較し、それに応じて駆動手段７、８を制御して第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の向いている方向を変える。このような動作を第２の光受信手段１０の各受光素子の補正後の受光レベルが一致するまで繰り返すことにより光送信機１の光軸を光受信機１６へ合わせる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光軸調整の動作フローについて図９を用いて説明する。まず、制御部５が信号セレクト回路１２を制御して第２の光送信信号（パイロット光）４１を順次セレクトする（ステップＳ１）。制御部５は、第１補正係数記録メモリ３７から第１補正係数を読み出す（ステップＳ２）。制御部５のレベル補正演算部３６は、受信レベル検出回路１５から送られる第２の光送信信号４１の受光レベルに読み出された第１補正係数を乗じて（演算して）、受光レベルを補正する（ステップＳ３）。制御部５は、補正された受光レベルが一定のレベル以上の受光レベルであるか否かを判定する（ステップＳ４）。これは、第２の光受信手段１０の指向角内に光受信機１６があるかを判定することで、外乱光などのノイズ受信による誤判定を避けるためのものである。この判定で一定のレベルを超えた受信が無い場合に、制御部５は第１の光送信手段９の発光を停止させ（ステップＳ５）、不必要な第１の光送信信号４０の放出を避け、周辺外界への配慮をする。制御部５の光軸調整制御部３５は、駆動制御部６を制御して駆動手段７、８を駆動させ、第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の方向を駆動する（ステップＳ６）。

また、ステップＳ４において、一定レベル以上の受光レベルであると判定された場合に、制御部５はすべての受光レベルが一致しているか否かを判定する（ステップＳ７）。一致していないと判定された場合には、上述したステップＳ６の処理が行われる。受光レベルがすべて一致していると判定された場合には、第１の光送信手段９は、第１の光送信信号４０を光受信機１６へ送信し（ステップＳ８）、第２の光受信手段１０は、第１の光送信信号４０に対する送達情報を光受信機１６から受信する（ステップＳ９）。制御部５は、受信した送達情報にエラーがあるか否かを判定し（ステップＳ１０）、エラーが無いと判定された場合には光軸は合ったということで終了する。一方、ステップＳ１０においてエラーがあると判定された場合に、制御部５の光軸調整制御部３５は、エラーの無い位置を探すために第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９を方向駆動させる（ステップＳ１１）。なお、上述した実施の形態は一例であり、その構成は適宜変更可能である。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光送信機について図１０及び図１１を用いて説明する。本発明の第２の実施の形態に係る光送信機１も上述した本発明の第１の実施の形態に係る光送信機１とほぼ同様の構成及び機能であるため、重複する部分については説明を省略し、相違する部分について説明する。構成上の相違部分は、第２補正係数を記憶する第２補正係数記録メモリ３８を有するところである。まず、本発明の第２の実施の形態に係る光送信機１の構成の一部について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、制御部５は、第２の光送信信号（パイロット光）４１の第２の光受信手段１０における各ＰＤ素子での受光レベルを基に、第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の方向調整をし、光受信機１６からの受信状況（送達情報）に基づいて通信光軸を正確に合わせた後、通信光軸が正確に合っている状態での第２の光受信手段１０の各ＰＤ素子の受信レベルから算出した第２補正係数を第２補正係数記録メモリ３８に記憶し、使用中に何らかの原因で通信光軸がずれた場合に、第２補正係数記録メモリ３８に記憶された第２補正係数により第２の光受信手段１０の各ＰＤ素子の受光レベルを補正する。ここで、第２補正係数とは、例えば通信光軸が正確に合っている状態における第２の光受信手段１０の各ＰＤ素子の受信レベルを等しくするような係数を言うがこれに限られるものではない。

また、制御部５は第２の光受信手段１０及び第１の光送信手段９の方向を駆動制御するための光軸調整制御部３５を有している。光軸調整制御部３５は、第２の光受信手段１０及び第１の光送信手段９の方向を変えるごとに、第２の光受信手段１０の各受光素子で受信される信号を順次選択させるために信号セレクト回路１２を制御し、第１補正係数記録メモリ３７又は第２補正係数記録メモリ３８から各補正係数を読出し、レベル補正演算部３６へ引き渡す。ここで、光軸調整制御部３５は、第２補正係数記録メモリ３８に第２補正係数があれば第２補正係数をレベル補正演算部３６へ引き渡し、なければ第１補正係数をレベル補正演算部３６へ引き渡す。レベル補正演算部３６は、受信レベル検出回路１５から送られる各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受光レベルを第１補正係数記録メモリ３７又は第２補正係数記録メモリ３８から得た各補正係数で乗じ（演算し）て、光軸調整制御部３５へ送る。

光軸調整制御部３５は、レベル補正演算部３６から送られる補正処理された各受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）の受光レベルを比較し、それに応じて駆動手段７、８を制御して第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の向いている方向を変える。このような動作を第２の光受信手段１０の各受光素子の補正後の受光レベルが一致するまで繰り返すことにより光送信機１の光軸を光受信機１６へ合わせる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る光送信機における光軸調整の動作フローについて図１１を用いて説明する。まず、制御部５が信号セレクト回路１２を制御して第２の光送信信号（パイロット光）４１を順次セレクトする（ステップＳ１）。制御部５は、第２補正係数記録メモリ３８に第２補正係数があるか否かを判定し（ステップＳ２）、第２補正係数があると判定した場合に第２補正係数記録メモリ３８から第２補正係数を読み出す（ステップＳ３）。制御部５のレベル補正演算部３６は、第２補正係数を用いて受光レベルを補正する（ステップＳ４）。次に、制御部５は、補正された受光レベルが一定のレベル以上の受光レベルであるか否かを判定する（ステップＳ５）。これは、第２の光受信手段１０の指向角内に光受信機１６があるか否かを判定することで、外乱光などのノイズ受信による誤判定を避けるためのものである。この判定で一定のレベルを超えた受信が無い場合に、制御部５は第１の光送信手段９の送信を停止させ（ステップＳ６）、不必要な第１の光送信信号４０の放出を避け、周辺外界への配慮をする。制御部５の光軸調整制御部３５は、駆動制御部６を制御して駆動手段７、８を駆動させ、第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９の向きを駆動する（ステップＳ７）。

また、ステップＳ５において、一定レベル以上の受光レベルであると判定された場合に、制御部５はすべての受光レベルが一致しているか否かを判定する（ステップＳ８）。一致していないと判定された場合には、上述したステップＳ７の処理が行われる。受光レベルがすべて一致していると判定された場合には、第１の光送信手段９は、第１の光送信信号４０を光受信機１６へ送信し（ステップＳ９）、第２の光受信手段１０は、第１の光送信信号４０に対する送達情報を光受信機１６から受信する（ステップＳ１０）。制御部５は、受信した送達情報にエラーがあるか否かを判定し（ステップＳ１１）、エラーが無いと判定された場合に、制御部５が信号セレクト回路１２を制御して第２の光送信信号（パイロット光）４１を順次セレクトする（ステップＳ１２）。

制御部５は、選択した受光レベルをすべて等しくするような係数である第２補正係数を算出し（ステップＳ１３）、第２補正係数を登録、更新する（ステップＳ１４）。一方、ステップＳ１１においてエラーがあると判定された場合に、制御部５の光軸調整制御部３５は、エラーの無い位置を探すために第２の光受信手段１０及び／又は第１の光送信手段９を方向駆動させる（ステップＳ１５）。なお、上述した実施の形態は一例であり、その構成は適宜変更可能である。なお、ステップＳ２において第２補正係数がないと判定した場合に第１補正係数記録メモリ３７から第１補正係数を読み出し（ステップＳ１６）、制御部５のレベル補正演算部３６は、受信レベル検出回路１５から送られる第２の光送信信号４１の受光レベルに読み出された第１補正係数を乗じて（演算して）、受光レベルを補正する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ５以降に続く。

なお、ステップＳ１２の後に、制御部５のレベル補正演算部３６は、受信レベル検出回路１５から送られる第２の光送信信号４１の受光レベルに第１補正係数記録メモリ３７から読み出された第１補正係数を乗じて（演算して）、受光レベルを補正してからステップＳ１３以降を行ってもよい。

本発明に係る光送信機は、狭い指向角の送信光を使用するような光無線伝送装置でも簡単に光軸合わせをすることが可能であり、使用中の光軸のずれにおいても速やかに再調整することができるため、光無線伝送装置を構成する光送信機と光受信機との間の光軸を合わせる光送信機などに有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る光送信機と光受信機の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機を含む光無線伝送装置を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光受信機の方向を検出する原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光受信機の方向を検出する原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光受信機の方向を検出するために用いられる受光レベルの関係を示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機と光受信機との間の光軸のずれがない場合の光無線伝送装置について説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機と光受信機との光軸のずれがある場合の（ａ）第１の光送信信号が広い指向角で放出される場合についての図である。（ｂ）第１の光送信信号が狭い指向角で放出される場合についての図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機に外装がある場合の光軸のずれを説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機の制御部の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信機における光軸調整の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る光送信機の制御部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光送信機における光軸調整の動作フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 光送信機
２ 符号化回路
３、１９ 二値化回路
４、２８ 発光素子ドライバ
５ 制御部（判断手段、調整手段、算出手段）
６ 駆動制御部
７、８、２３ 駆動手段
９ 第１の光送信手段（送信手段）
１０ 第２の光受信手段（受信手段）
１１、１８ 受光回路
１２ 信号セレクト回路
１３ 復調回路
１４ パケット検出・解析手段
１５ 受信レベル検出回路
１６ 光受信機
１７ 第１の光受信手段
２０ 信号レベル検出回路
２１ シンボル復号回路
２２ 水平可動部
２３ 垂直可動部
２４ シンボルエラー検出回路
２５ エラーレート算出回路
２６ エラーレートパケット生成回路
２７ 変調回路
２９ 第２の光送信手段
３０ 屈折角
３５ 光軸調整制御部
３６ レベル補正演算部
３７ 第１補正係数記録メモリ（記憶手段、第１の記憶手段）
３８ 第２補正係数記録メモリ（第２の記憶手段）
３９ 虚像
４０ 第１の光送信信号（送信光）
４１ 第２の光送信信号（パイロット光）
４２ 透過板（光学フィルタ）
４４、４５ 基板
５０ 第２の光受信手段の受光軸
５１ 第１の光送信手段の発光軸
５２ 第２の光送信手段の発光軸
５３ 映像制御装置
５４ 映像表示装置
３００ 光源
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４ 受光素子

Claims (2)

1. 光受信機に対して送信手段から光送信する第１の光信号の光軸を調整する光送信機において、
   複数の受信素子によって構成され、前記光軸を調整するための第２の光信号を前記光受信機から受信する受信手段と、
   前記第２の光信号の光軸のずれを補正する際の基準となる補正係数を記憶する記憶手段と、
   前記受信手段の各前記受信素子によって受信された前記第２の光信号の受信レベルが所定の条件を満たしているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によって前記所定の条件を満たさないと判断された場合に、前記所定の条件を満たすように前記受信手段及び／又は前記送信手段の向きを調整し、また前記判断手段によって前記所定の条件を満たすと判断された場合であって、前記受信手段によって受信された前記第２の光信号に前記送信手段が送信した前記第１の光信号に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報が含まれている場合に、前記受信エラーが無くなるように前記受信手段及び／又は前記送信手段の向きを調整し、光軸を合わせる調整手段とを備え、
   前記調整手段は、光軸が合わせられた後に前記光軸のずれが生じた際、前記記憶手段に記憶された前記補正係数、及び前記光軸のずれが生じた後に前記受信手段によって受信される前記第２の光信号の受信レベルに基づいて、前記受信手段及び／又は前記送信手段の向きを調整し、光軸を合わせることを特徴とする光送信機。
2. 光受信機に対して送信手段から光送信する第１の光信号の光軸を調整する光送信機において、
   複数の受信素子によって構成され、前記光軸を調整するための第２の光信号を前記光受信機から受信する受信手段と、
   前記第２の光信号の光軸のずれを補正する際の基準となる第１の補正係数を記憶する第１の記憶手段と、
   前記受信手段の各前記受信素子によって受信された前記第２の光信号の受信レベルが所定の条件を満たしているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によって前記所定の条件を満たさないと判断された場合に、前記所定の条件を満たすように前記送信手段及び／又は前記受信手段の向きを調整し、また前記判断手段によって前記所定の条件を満たすと判断された場合であって、前記受信手段によって受信された前記第２の光信号に前記送信手段が送信した前記第１の光信号に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報が含まれている場合に、前記受信エラーが無くなるように前記送信手段及び／又は前記受信手段の向きを調整し、光軸を合わせる調整手段と、
   前記調整手段によって光軸が合わせられた際の前記第２の光信号の受信レベルの情報に基づいて、前記光軸のずれを補正する際の基準となる第２の補正係数を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された前記第２の補正係数を記憶する第２の記憶手段とを備え、
   前記調整手段は、光軸が合わせられた後に前記光軸のずれが生じた際、前記第２の記憶手段に前記第２の補正係数が記憶されている場合には、前記光軸のずれが生じた後に前記受信手段によって受信される前記第２の光信号の受信レベル及び前記第２の補正係数に基づいて前記第２の光信号の受信レベルを補正し、前記第２の記憶手段に前記第２の補正係数が記憶されていない場合には、前記受信手段によって受信される前記第２の光信号の受信レベル及び前記第１の記憶手段に記憶された前記第１の補正係数に基づいて前記第２の光信号の受信レベルを補正し、
   前記判断手段は、補正された前記第２の光信号の受信レベルが前記所定の条件を満たしているか否かを判断し、
   前記調整手段は、前記判断手段によって前記所定の条件を満たすと判断された場合、前記受信手段によって受信される前記第２の光信号に、前記所定の条件を満たすと判断された後に前記送信手段が送信した前記第１の光信号に対する受信エラーを示す受信エラーレート情報が含まれている場合に、前記受信エラーが無くなるように前記送信手段及び／又は前記受信手段の向きを調整し、光軸を合わせることを特徴とする光送信機。
   

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