JP6821965B2

JP6821965B2 - 水中通信装置及び水中照射装置

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Publication number: JP6821965B2
Application number: JP2016122684A
Authority: JP
Inventors: 雅也諏訪
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: JP2017228889A

Description

本発明は、水中で可視光通信を行う水中通信装置及び水中照射装置に関する。

海中における水中移動体同士の無線通信においては、音波や電磁波等の様々な通信媒体が用いられてきた。例えば、音波を用いた場合、信号の減衰が少なく、伝送距離は３ｋｍ以上と良好である。

しかし、伝送容量は、３０ｋｂｐｓ程度であり、伝播速度も音を用いているため、１５００ｍ／ｓに制限される。

そこで、更なる大容量、高速通信を目ざし、近年、光を用いた無線通信方式が注目されている。特に、可視光は、図４（非特許文献１）に示すように、海中での光の吸収が小さく、通信媒体に適している。図５に従来の可視光を用いた水中通信装置の構成ブロック図を示す。

水中移動体Ａは、光を照射する照射部１０Ａと、水中移動体Ｂからの光を受光する受光部２０Ａと、照射部１０Ａと受光部２０Ａとを制御する制御部３０Ａとを備える。水中移動体Ｂは、光を照射する照射部１０Ｂと、水中移動体Ａからの光を受光する受光部２０Ｂと、照射部１０Ｂと受光部２０Ｂとを制御する制御部３０Ｂとを備える。水中移動体Ａと水中移動体Ｂとは、水中で無線通信を行う。

この場合、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合、ビームが拡がってしまい、伝送距離が数十ｍ程度と制限される。このため、レーザを用いた水中無線通信が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２００９−２７８４５５号公報特開平５−２２８４５６号公報

JAMSTEC Rep.Res.Dev.Volume 19.September 2014,11-18

しかしながら、レーザを用いた水中通信装置では、フジツボ等の大型水生付着生物の幼虫又は生体が照射部に付着していた。即ち、海中遮蔽物等により光路が遮断され、通信が不可能となる。

大型水生付着生物の除去については、薬液注入や塗料塗布等の化学的除去方法、超音波や紫外線照射等の物理的除去方法、ロボットやウォータージェット等を用いた機械的除去方法がある。

しかし、化学的除去方法では化学物質による環境汚染等が問題視され、超音波では照射部の損傷が避けられない。機械的除去方法では装置の大型化やメンテナンスが困難となる等の課題が多い。

また、特許文献２では、エキシマレーザを海中遮蔽物に照射して海中遮蔽物を殺傷している。しかし、図４に示すように、紫外線は、海中ではほとんど透過しないため、海中遮蔽物を除去することはできない。

本発明の課題は、大型水生付着生物等の海中遮蔽物を除去することができる水中通信装置及び水中照射装置を提供することにある。

本発明に係る水中通信装置は、上記課題を解決するために、他の水中通信装置との間で通信を行う水中通信装置であって、前記他の水中通信装置に可視光を照射する照射部と、前記他の水中通信装置からの可視光を受光する受光部と、前記照射部及び前記受光部を制御する制御部とを有し、前記照射部は、前記可視光として波長が４００ｎｍ帯の青色を発光する青色半導体レーザと、前記青色半導体レーザから出射された光の内の、海中遮蔽物で反射された光を検出する光検出部と、前記光検出部からの出力に基づき前記通信が可能か否かを判定する通信判定部と、前記通信判定部により前記通信が不可能であると判定された場合に、電力を増加させる電力供給装置と、前記電力供給装置で増加された電力に応じた電流により前記青色半導体レーザを駆動し駆動された前記青色半導体レーザにより前記海中遮蔽物を除去するレーザ駆動部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、他の水中通信装置との間で通信を行う水中通信装置に設けられ、前記他の水中通信装置に可視光を照射する水中照射装置であって、前記可視光として波長が４００ｎｍ帯の青色を発光する青色半導体レーザと、前記青色半導体レーザから出射された光の内の、海中遮蔽物で反射された光を検出する光検出部と、前記光検出部からの出力に基づき前記通信が可能か否かを判定する通信判定部と、前記通信判定部により前記通信が不可能であると判定された場合に、電力を増加させる電力供給装置と、前記電力供給装置で増加された電力に応じた電流により前記青色半導体レーザを駆動し駆動された前記青色半導体レーザにより前記海中遮蔽物を除去するレーザ駆動部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザは、最も光の減衰が小さいので、遠距離まで通信が行える。また、海中遮蔽物は、炭酸カルシウムや有機物であり、短波長の青色半導体レーザの光を海中遮蔽物に照射すると、海中遮蔽物を殺傷できるため、海中遮蔽物を照射部から除去できる。

また、光検出部が海中遮蔽物で反射された光を検出し、通信判定部が光検出部からの出力に基づき通信が可能か否かを判定し、通信が不可能であると判定された場合に、電力供給装置が電力を増加させ、レーザ駆動部は、増加された電力に応じた電流により青色半導体レーザを駆動するので、青色半導体レーザの出力が上昇して、海中遮蔽物を容易に除去できる。

実施例１の水中通信装置の構成ブロック図である。実施例１の水中通信装置の動作を説明するためのフローチャートである。実施例２の水中通信装置の構成ブロック図である。海中における周波数に対する吸収率を示す図である。従来の水中通信装置の構成ブロック図である。

以下、本発明の水中通信装置及び水中照射装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、実施例１の水中通信装置の構成ブロック図である。図１では、１つの水中通信装置の構成を示すが、この１つの水中通信装置と通信を行う図示しない他の水中通信装置も、１つの水中通信装置と同一構成である。

図１に示す水中通信装置は、他の水中通信装置に可視光を照射する照射部１と、他の水中通信装置からの光を受光する受光部２と、照射部１と受光部２とを制御する制御部３とを備える。

照射部１は、半導体レーザ１１、光検出部１２、レーザ制御部１３、電力供給装置１４、変調装置１５、レーザ駆動部１６を備えている。

半導体レーザ１１は、波長が４００ｎｍ帯の青色を発光する。海水においては、青色等の短波長の光が赤色光等、他の波長よりも透過する。このため、実施例１では、海水において最も光の減衰の少ない波長が４００ｎｍ帯の半導体レーザ１１を用いている。半導体レーザ１１の出力は、数Ｗ〜数十Ｗであり、連続波（ＣＷ）を発振する。

また、貝類やフジツボ等の付着生物の主成分は、炭酸カルシウムと有機物であり、短波長の光を発する青色の半導体レーザ１１により海中遮蔽物を除去できる。

光検出部１２は、フォトダイオード等からなり、半導体レーザ１１から出射された光の内の、海中遮蔽物で反射された光を検出する。レーザ制御部１３は、光検出部１２からの出力に基づき、他の水中通信装置との間で通信が可能か否かを判定する通信判定部を構成する。

レーザ制御部１３は、通信が不可能であると判定された場合に、電力供給装置１４に電力を増加するための信号を出力する。電力供給装置１４は、レーザ制御部１３からの信号に基づき電力を増加させ、増加された電力をレーザ駆動部１６に出力する。

レーザ駆動部１６は、電力供給装置１４からの増加された電力に応じた電流により半導体レーザ１１を駆動して半導体レーザ１１の出力を増加させる。

変調装置１５は、情報を変調し変調された変調波信号をレーザ駆動部１６に出力する。レーザ駆動部１６は、変調装置１５からの変調波信号と電力供給装置１４からの増加された電力とに応じた電流により半導体レーザ１１を駆動する。

次に、このように構成された実施例１の水中通信装置の動作を図２に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。ここでは、第１の水中通信装置と第２の水中通信装置との通信を一例として説明する。

まず、第１の水中通信装置では、レーザ駆動部１６が、変調装置１５からの変調波信号と電力供給装置１４からの電力とに応じた電流により半導体レーザ１１を駆動する。すると、半導体レーザ１１は、波長が４００ｎｍ帯の青色を発光し、青色のレーザ光を第２の水中通信装置に向けて送信する（ステップＳ１１）。

また、第１の水中通信装置では、半導体レーザ１１から出射された光の内の、海中遮蔽物で反射された反射光を光検出部１２で検出する（ステップＳ１２）。海中遮蔽物は、大型水生付着生物であり、大型水生付着生物は、フジツボ、ムラサキガイ、カキ等の貝類であり、照射部１に付着している。

次に、レーザ制御部１３は、光検出部１２からの出力に基づき、第２の水中通信装置との間で通信が可能か否かを判定する（ステップＳ１３）。

通信が不可能であると判定された場合には（ステップＳ１３のＮｏ）、レーザ制御部１３は、電力供給装置１４に電力を増加するための信号を出力する。電力供給装置１４は、レーザ制御部１３からの信号に基づき電力を増加させ、増加された電力をレーザ駆動部１６に出力する。

次に、レーザ駆動部１６は、電力供給装置１４からの増加された電力に応じた電流により半導体レーザ１１を駆動して半導体レーザ１１の出力を増加させる（ステップＳ１４）。短波長の青色の半導体レーザ１１の光を海中遮蔽物に照射すると、海中遮蔽物を殺傷できるため、海中遮蔽物を照射部１から除去できる（ステップＳ１５）。

このため、第２の水中通信装置は、第１の水中通信装置から変調波信号を受光部２で受光でき、第２の水中通信装置の制御部３は、受光部２で受光した変調波信号を復調して第１の水中通信装置からの情報を得ることができる。

従って、第１の水中通信装置と第２の水中通信装置との間で、正常なレーザ通信を行うことができる（ステップＳ１６）。

このように実施例１の水中通信装置によれば、波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザは、最も光の減衰が小さいので、遠距離まで通信が行える。また、海中遮蔽物は、炭酸カルシウムや有機物であり、短波長の青色半導体レーザの光を海中遮蔽物に照射すると、海中遮蔽物を殺傷できるため、海中遮蔽物を照射部１から除去できる。

また、光検出部１２が海中遮蔽物で反射されてくる光を検出し、レーザ制御部１３が通信判定部が光検出部１２からの出力に基づき通信が可能か否かを判定し、通信が不可能であると判定された場合に、電力供給装置１４が電力を増加させ、レーザ駆動部１６は、増加された電力に応じた電流により半導体レーザ１１を駆動する。

従って、半導体レーザ１１の出力が上昇するので、海中遮蔽物を容易に除去できる。

（実施例２）
図３は、実施例２の水中通信装置の構成ブロック図である。図３に示す実施例２の水中通信装置は、図１に示す実施例１の水中通信装置の半導体レーザ１１の代わりに、複数個併設された半導体レーザ１１ａ〜１１ｅと、複数個の半導体レーザ１１ａ〜１１ｅから出射される複数のレーザ光を１本の光ファイバ４に結合させる光結合部１７とを備えたことを特徴とする。

この場合、レーザ駆動部１６は、複数個の半導体レーザ１１ａ〜１１ｅに電流を流すことにより複数個の半導体レーザ１１ａ〜１１ｅを駆動する。

このように実施例２の水中通信装置によれば、複数個の半導体レーザ１１ａ〜１１ｅから出射される複数のレーザ光を光結合部１７で合成して１本の光ファイバ４に導く。従って、高出力のレーザ出力が得られ、海中遮蔽物を容易に除去でき、遠距離までレーザ通信を行うことができる。

本発明に係る水中通信装置は、レーザ通信装置に適用可能である。

１照射部
２受光部
３制御部
４光ファイバ
１１１１ａ〜１１ｅ半導体レーザ
１２光検出部
１３レーザ制御部
１４電力供給装置
１５変調装置
１６レーザ駆動部
１７光結合部

Claims

他の水中通信装置との間で通信を行う水中通信装置であって、
前記他の水中通信装置に可視光を照射する照射部と、
前記他の水中通信装置からの可視光を受光する受光部と、
前記照射部及び前記受光部を制御する制御部とを有し、
前記照射部は、前記可視光として波長が４００ｎｍ帯の青色を発光する青色半導体レーザと、
前記青色半導体レーザから出射された光の内の、海中遮蔽物で反射された光を検出する光検出部と、
前記光検出部からの出力に基づき前記通信が可能か否かを判定する通信判定部と、
前記通信判定部により前記通信が不可能であると判定された場合に、電力を増加させる電力供給装置と、
前記電力供給装置で増加された電力に応じた電流により前記青色半導体レーザを駆動し駆動された前記青色半導体レーザにより前記海中遮蔽物を除去するレーザ駆動部と、
を備えることを特徴とする水中通信装置。
前記青色半導体レーザの出力は、数Ｗ〜数十Ｗであることを特徴とする請求項１記載の水中通信装置。
前記青色半導体レーザは、複数個併設され、
前記レーザ駆動部は、複数個の前記青色半導体レーザを駆動し、
複数個の前記青色半導体レーザからの複数の光を１本の光ファイバに結合させる光結合部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水中通信装置。
他の水中通信装置との間で通信を行う水中通信装置に設けられ、前記他の水中通信装置に可視光を照射する水中照射装置であって、
前記可視光として波長が４００ｎｍ帯の青色を発光する青色半導体レーザと、
前記青色半導体レーザから出射された光の内の、海中遮蔽物で反射された光を検出する光検出部と、
前記光検出部からの出力に基づき前記通信が可能か否かを判定する通信判定部と、
前記通信判定部により前記通信が不可能であると判定された場合に、電力を増加させる電力供給装置と、
前記電力供給装置で増加された電力に応じた電流により前記青色半導体レーザを駆動し駆動された前記青色半導体レーザにより前記海中遮蔽物を除去するレーザ駆動部と、
を備えることを特徴とする水中照射装置。
前記青色半導体レーザは、複数個併設され、
前記レーザ駆動部は、複数個の前記青色半導体レーザを駆動し、
複数個の前記青色半導体レーザからの複数の光を１本の光ファイバに結合させる光結合部を備えることを特徴とする請求項４記載の水中照射装置。