JPH05252115A

JPH05252115A - 光通信装置

Info

Publication number: JPH05252115A
Application number: JP4208421A
Authority: JP
Inventors: Yoshiisa Narutaki; 能功鳴瀧
Original assignee: Opt KK
Current assignee: Opt KK
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】固定局及び移動局間で機密性を有する情報を光
学的に授受する。【構成】移動局の発光部２０には、複数のセンサー２２
と、これに接続されて多重化デジタル信号を出力するシ
ステムコトローラ２３、信号の変調器２４とを備え、接
続された駆動器２５に、信号に基づいて８００〜９００
ｎｍの波長の発光素子１６を接続する。発光素子１６の
光軸線ａに位置合わせして、光を対物レンズ１４で略平
行な光に屈折させた後反射鏡１２で３６０度の全周に放
射する。受光部２１に、光搬送情報を受信する受光素子
３０と、光軸線に位置合わせされて受光素子の前面に配
置される対物レンズ３１及び反射鏡３２と、特定波長光
を弁別して情報を抽出する弁別器３３とを備える。反射
鏡１２及び対物レンズ１４の代りに、複数の発光素子１
６を受光部２１を収容した筒部材の周面に放射状に設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定局から移動局或は
移動局から固定局に、特に機密性を有する情報を光学的
に授受する光通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機密性を有する情報の通信には
電波を用いることが向かない。特に自動車業界におい
て、試作車の走行時或は事故を想定してのデータの取得
には、異常な注意が払われる。また、機密保持のために
試作車に種々の測定器を積載しても、積載重量の制限か
ら精度の良い測定器が試作車に乗せられない。また、電
波無線による試作車の無人操縦のデータも漏洩する恐れ
もある。

【０００３】従来、固定局及び移動局の一方に光波距離
計、他方に反射器（コーナキューブプリズム等）を設
け、これらの光軸をお互いに一致させる自動追尾装置が
知られている（例えば実公昭５９−８２２１号公報）。

【０００４】更に、関連の技術として、本出願人は、固
定局と移動局の双方に視準装置及び視準サーボ光源を設
けた双方向自動視準式位置測定システムを提案している
（例えば特願昭６１−２６６１４２号、特願昭６２−２
８６３４０号及び特願平１−１５１３３４号公報参
照）。

【０００５】これらの位置測定システムでは、固定局及
び移動局の自動視準装置が夫々相手側からの視準サーボ
光に視準し合う。従って船台等の移動局の移動位置を固
定局から追跡して位置測定することができ、船台の自動
運転又は自動位置決めが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようする課題】これらの双方向自動視準
式システムは、作業船台等の比較的ゆっくりとした移動
には追従するが、移動速度が極端に速くなると、光軸外
れが生じ易くなり、互に追跡対象を見失うことがあっ
た。また固定局と移動局との距離が短い場合にも、視準
光軸の大巾な角度変動が生じ易くなるので、追跡不能に
なることがあった。従って、これらのシステムを情報の
授受に適用すると、構造が複雑になり、また追従性の不
完全さから情報の欠落が起きる恐れがある。この情報の
欠落は、自動車の安全性を追及するため、シュミレーシ
ョンで衝突事故或はスピン事故を起こして解析する場合
に致命傷となる。

【０００７】本発明は、この問題を解消するために、高
速に移動する移動局或は高速移動中でスピンする移動局
に搭載できて、基本的に追跡装置を必要としない簡単な
構成の無指向性の光通信装置を提供することを目的とす
る。また、船舶間、車両間の光通信を機密保持しながら
行うことも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による光通信装置は、情報を光に搬送して送
信する発光素子と、この発光素子の光軸に位置合わせさ
れて前記発光素子の前面に配置される対物レンズと、前
記発光素子の光軸に位置合わせされて前記対物レンズの
前面に配置される反射鏡とを備えて、前記発光素子の光
を前記対物レンズで略平行な光にした後、前記反射鏡で
３６０度の全周に放射したことを特徴とする。これの代
りの光通信装置は、各々が光で搬送した情報を送信する
複数の発光素子を放射状に配置している。

【０００９】また、本発明による光通信装置は、透明な
周面を有する筒部材と、この筒部材の一端側近傍の周面
に放射状に配置されて、各々が光で搬送した情報を送信
する複数の発光素子と、前記筒部材の一端側中央に配置
されて、前記光に搬送された情報を受信し得る受光素子
と、この受光素子の光軸に位置合わせされて前記受光素
子の前面に配置される対物レンズと、前記筒部材の他端
側に、前記受光素子の光軸に位置合わせされて前記対物
レンズの前面に配置される反射鏡と、受光した光の内、
特定の波長の光を弁別して前記情報を抽出する弁別器と
を備えている。

【００１０】更に、本発明の別の発明による光通信装置
は、光に搬送された情報を受信し得る受光素子と、この
受光素子の光軸に位置合わせされて前記受光素子の前面
に配置される対物レンズと、前記受光素子の光軸に位置
合わせされて前記対物レンズの前面に配置される反射鏡
と、受光した光の内、特定の波長の光を弁別して前記情
報を抽出する弁別器とを備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明の別の態様においては、前記反射鏡
は、形状が円錐形、多角錐形、略半球面或は放物面であ
る。これらの送信用及び受信用光通信装置を移動局に備
えることが好ましい。一方、移動局には受信用光通信装
置を備え、固定局には送信用光通信装置を備えることも
好ましい。

【００１２】

【作用】高速走行中の移動局例えば試作車がスピンして
も、光通信装置の指向性が無指向性であるので、スピン
時の情報が逐次固定局に送られ、これらの連続したデー
タが自動車の安全性を追及するために用いられる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の光通信装置を適用した試作車
のテストコースでの自動操縦及びデータ収集システムの
ブロック図である。図１において、移動局１は、テスト
コースを走行し得る試作車である。試作車１の屋根に
は、例えば送受信用光通信装置２を収容した支柱３が突
出して取付られる。一方、このテストコースの内側に
は、固定局４が随所に配置される。この固定局４は、例
えば特願昭６１−１７９５６７号公報（移動局間の光通
信装置）に開示したものが用いられ、建物の屋上或は地
上に設置されて、移動局１からの送信データ光を固定局
４で受光して、移動局１の種々のデータを固定局４或は
これに連結した専用のベクトルプロセッサでリアルタイ
ムで解析し、更に種々の指令を別の制御プロセッサから
固定局４を経由して光通信装置２に送っている。従っ
て、試作車１は、通常のテストドライバーによる走行実
験の外に、危険性の伴う実験にはダミーロボットを乗せ
て自動操縦で行われる。

【００１４】また、本発明の光通信装置は、特願平１−
１５１３３４号公報に提案した移動体追跡装置の代わり
に、図２に示すように、海上でローリング及びピッチン
グ運動を起こす船舶５にも適用できる。この船舶５に
は、例えば送信用の光通信装置６が設置されて、陸上に
設置される受信用の固定局７に情報即ち魚群探知及び漁
獲方法の情報が送られる。

【００１５】送受信用光通信装置２は、図３に示すよう
に、上下に一部透明な円筒面１０，１１を形成した支柱
３内に収容される。この支柱３は、プラスチック或は耐
食性の良いステンレス等で作られるが、透明な円筒面の
部分はアクリル或はポリスチレン樹脂で形成される。支
柱３には、例えば円錐形の反射鏡１２，１３が円筒面１
０，１１と位置合わせされて、固定或は着脱自在に取付
される。各反射鏡１２，１３の下側には、対物レンズ１
４，１５が固定されて、これらの対物レンズ１４，１５
の下側の、対応の焦点距離の位置には、発光素子１６及
び受光素子１７が各々配置される。これらの発光素子１
６及び受光素子１７は、直下のプリント回路基板１８，
１９にリード線で或は直に取付られる。従って、発光部
２０は、円筒面１０と、反射鏡１２と，対物レンズ１４
と、発光素子１６と、回路基板１８とを備え、一方受光
部２１は、円筒面１１と、反射鏡１１と，対物レンズ１
５と、発光素子１７と、回路基板１９とを備えている。

【００１６】図３では、発光部２０を上側に、受光部２
１を下側にして、発光部２０の反射鏡を種々の用途に合
わせて、例えば高速運転試験には情報伝達距離が長くな
ることから円錐形或は後述の多角錐形（図９参照）の形
状、或は情報伝達距離が短くて試作車の実験時の揺れが
大きい場合に半球面（図７参照）の形状に取り換えられ
るようにしたが、上側の発光部の消費電流を考慮して受
光部と発光部の上下位置を入れ換えても良い。勿論、下
側の円筒面１１の内面には、この透明な窓を横断して、
等間隔で信号線及び電源線が配置される。これらの配線
は、光路をなるべく遮蔽しないように、透明線、細い裸
銅線或は薄い皮膜のエナメル線が用いられる。

【００１７】発光部２０は、図４で詳述すると、種々の
走行時のデータを検出する複数のセンサー２２（１個の
みが示される）と、これらセンサー２２からの電気信号
を所定の増幅及び所定のオフセット調整を行ってデジタ
ル信号に変換し、これらのデジタル信号に所定の識別信
号を負荷して多重化するシステムコトローラ２３と、こ
の多重化デジタル信号を変調する変調器２４と、この変
調器２４に接続される駆動器２５とを更に備える。この
駆動器２５には、多重化信号に基づいて発光する前述の
発光素子１６が接続されている。この発光素子１６は、
機密保持の関係から例えば８００〜９００ナノメートル
の波長の赤外線を出力する高輝度型が好ましく、或は複
数の発光素子から構成されも良い。

【００１８】換言すれば、この発光素子１６の前面に
は、発光素子１６の光軸線ａに位置合わせされて対物レ
ンズ１４が配置される。更に、対物レンズ１４の前面に
は、発光素子１６の光軸線ａに位置合わせされて例えば
円錐形の反射鏡１２が配置される。即ち、発光素子１６
からの光は、対物レンズ１４で略平行な光に集光された
後、反射鏡１４で３６０度の全周に放射されて、同じ照
度の領域が図６に示すように光軸線ａを中心とした円筒
面ｂに形成される。この円筒面ｂの幅は、発光素子、対
物レンズ及び反射鏡の集光度に依存して変化する。従っ
て、発光素子１６は、集光性の良いレーザダイオード或
はレンズ付きＬＥＤであってよい。

【００１９】また、発光素子１６の光軸線ａを含む平面
で断面した円錐形反射鏡１２の先端角度が直角である円
錐形の反射鏡１２を用いた場合には、反射前の光軸線が
反射後、この光軸線と直交する二次光軸平面に変換され
る。これの代わりに、円錐形の断面先端角度を直角より
鋭角にした場合には、反射前の光軸線が反射後、この光
軸線と直交しない二次光軸円錐面に変換される。即ち、
発光素子１６の光軸線ａが垂直な場合、二次光軸円錐面
が逆さに形成される。従って、先端角度が用途に合わせ
て適宜選択される。

【００２０】一方、受光部２１は、図４に示すように、
光に搬送された情報を受信し得る受光素子３０と、この
受光素子３０の光軸線に位置合わせされて受光素子の前
面に配置される対物レンズ３１と、受光素子３０の光軸
線に位置合わせされて対物レンズ３１の前面に配置され
る反射鏡３２と、受光した光の内、特定の波長の光を弁
別して前記情報を抽出する弁別器３３とを備えている。

【００２１】この反射鏡３２は、受信用を考慮して先端
角が直角である円錐形の形状が最も好ましいが、既に述
べた種々の形状を持っても良い。また、図示していない
が断面放物線状の放物面を持つ反射鏡を発光部に用いて
も良く、或いは対物レンズを省略する代わりに、集光性
を持ち得る断面略双曲線状の双曲面を持つ反射鏡を発光
部に用いても良い。

【００２２】また、弁別器３３は、受光素子３０の電気
信号を増幅する増幅器３４と、この増幅器３４からの出
力から必要な情報を抽出する復調器３５と、この復調器
３５からの出力から識別信号及びそれに連なる複数個の
データ信号を振り分けて種々の端末装置例えば、表示器
３６、プリンタ及びＦＦＴ解析装置等の種々の端末に送
る第２のシステムコントローラ３７とを備えている。

【００２３】この受光素子３０は、例えばフォトダイオ
ードが用いられ、増幅器３４には電流−電圧変換アンプ
が用いられる。

【００２４】図５には、図２に示す船舶からの通信に用
いられる送信用の光通信装置６が示されるが、その構造
が図３に示す発光部２０と殆ど同一なので詳述しない。
なお、船舶の揺れがひどい場合には、本発明による光通
信装置を収容した円筒物の重心より高い位置に、直交す
る２つの水平軸で回動し得る４つの軸点を円筒物の外周
に設け、更に円筒物の底には重り或はジャイロを配置し
てもよい。この重り及びジャイロ付きの光通信装置は陸
上でも使用できる。

【００２５】図６において、発光素子１６の発光パワー
は、通常３０〜４０ミリワットであるが、これをＰＴと
し、円錐形反射鏡１２で反射した後、同一の濃度の仮想
円筒面の面積をＳＴとすると、受光素子３１の受光パワ
ーＰＲは、ＰＲ＝ＰＴ／ＳＴとなる。

【００２６】また、反射鏡は、図９に示すように、複数
の特定方向の光束を強くするために多角錐形の形状を持
っても良い。この場合、発散角は、次の式で表される。発散角＝（焦点面に置く素子の大きさ）／（焦点距離）・ｔａｎ^-1

【００２７】本発明による別の実施例の送受信用光通信
装置は、図１０に示すように複数の発光素子１６を円筒
部材即ち支柱３の円周面に等間隔に配置した点が図３及
び図４のそれと異なる。なお、図１０において、図３及
び図４に示す部材と対応する部材には同一の符号が付し
てある。図４に示す光通信装置では、高輝度の発光素子
に大電流を供給し得る太い電線が少なくとも２本透明な
円筒面１１を横断して敷設しなければならなかったが、
この実施例では、複数の発光素子に電力を供給する電線
が透明な円筒面１１を横断する必要がない。従って、電
線には情報を搬送した電流が流されるが、この電流が支
柱３によるシールド効果により周囲の雑音から隔離され
る。支柱３は、円筒部材の代りに、複数の発光素子１６
が容易に取付られ得る多角形の筒部材でよい。

【００２８】図３及び図４に示す実施例と同様に、支柱
３もプラスチック或は耐食性の良いステンレス等で作ら
れるが、透明な円筒面の部分もアクリル或はポリスチレ
ン樹脂で形成される。支柱３には、例えば円錐形の反射
鏡１３が円筒面１１と位置合わせされて、固定或は着脱
自在に取付される。反射鏡１３の下側には、対物レンズ
１５が固定されて、この対物レンズ１５の下側の焦点距
離の位置には、受光素子（図示略）が配置される。この
受光素子は、直下のプリント回路基板に直接取付られ
る。一方、発光素子１６は、集光性の良いレーザダイオ
ード或はレンズ付きＬＥＤであってよい。

【００２９】従って、発光部は、各々が円筒面１１の下
側に等間隔に放射状に配置される複数の発光素子１６
と、回路基板１８とを備える。各発光素子１６の前面に
は、対物レンズとして機能し得る透明樹脂が一体形成さ
れてもよい。一方受光部は、図４に示す受光部２１と同
様に、透明な円筒面１１と、円筒部材の他端側に、受光
素子の光軸に位置合わせされて対物レンズの前面に配置
される反射鏡１３と、この受光素子の光軸に位置合わせ
されて前記受光素子の前面に配置される対物レンズ１５
と、円筒部材の一端側中央に配置されて、前記光に搬送
された情報を受信し得る発光素子１７と、回路基板１９
とを備えている。この回路基板１９には、受光した光の
内、特定の波長の光を弁別して前記情報を抽出する弁別
器が内蔵される。即ち、複数の発光素子１６は、各々が
光で搬送した情報を送信し、これら情報搬送光を３６０
度の全周に放射している。

【００３０】例えば多角錐形の反射鏡を１度づつ段階的
に変化させた場合、即ち３６０角錐形の反射鏡の場合に
は、光の広がり方が、１０メートルで０．３４８、５０
メートルで１．７４４及び１００メートルで３．４９０
となる。この段階変化を４０分にした場合には、光の広
がり方が、１０メートルで０．２９１、５０メートルで
１．４５４及び１００メートルで２．９０９となり、２
０分の段階変化で光の広がり方が、１０メートルで０．
２３３、５０メートルで１．１６４及び１００メートル
で２．３２７となる。勿論、反射鏡の反射面の角度を５
度或いは１０度に段階的に変化させた時には、光の濃度
が更に増加する。さらに、反射鏡は、例えば図７に示す
半球面の曲面或いは図８に示すように反射面の角度を段
階的に変更した非連続円錐形にしても良い。

【００３１】本発明の光通信装置は、工場内の無人搬送
車にも適用できる。即ち、無人搬送車の支柱の人間の身
長より高い位置に、本発明による送受信用の光通信装置
を取付、一方、工場内の通路が交差する交差点には、同
じ高さで受送信用の光通信装置を設置した支柱が四隅の
１つに設置されて、交差点に差しかかった無人搬送車を
識別すると共に、停止或いは行く先を指令することがで
きる。また、操車場において、各貨車に設置して、貨車
を坂の上から転がし、レールのポイント毎に降りてくる
貨車を識別して、通過前にポイントを切り換えて、複数
の貨車を行き先別に再編成する作業にも用いることがで
きる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光通
信装置は、簡単な構成でしかも無指向性の情報の授受特
性を持ち、移動局の移動速度が極端に速くなっても情報
の授受ができ、高速に移動する移動局が例えスピンして
も情報の伝達が途絶える事がない。また、移動局間の光
通信、移動局及び固定局間の光通信或は移動局を固定局
が追尾しながら光通信を（特にテストコースで用いた場
合機密性を保ちながら）行って、移動局をリアルタイム
で監視操作することができる。また、複数の発光素子を
放射状に等間隔に配置したことにより、各発光素子に電
流を供給する電線が透明な円筒部材を横断させる必要が
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光通信装置を適用した試作車のテスト
コースでの自動操縦及びデータ収集システムのブロック
図である。

【図２】本発明の光通信装置を適用した船舶からのデー
タ収集システムのブロック図である。

【図３】本発明による送受信用光通信装置の外観及び一
部断面図である。

【図４】図３に示す送受信用光通信装置のブロック図で
ある。

【図５】本発明による送信用光通信装置の外観及び一部
断面図である。

【図６】図３及び図５に示す円錐形反射鏡による光の反
射状態を示す概略斜視図である。

【図７】反射鏡の第２実施例を示す正面図である。

【図８】反射鏡の第３実施例を示す正面図である。

【図９】反射鏡の第４実施例を示す正面図である。

【図１０】図４に示す光通信装置を変形した本発明によ
る別の実施例の送受信用光通信装置の斜視図である。

【符号の説明】

１，５移動局４，７固定局３筒部材１２反射鏡１３反射鏡１４対物レンズ１５対物レンズ１６発光素子１７受光素子３３弁別器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 17/88 Ｚ 4240−5ＪＧ０２Ｂ 27/00 Ｅ 9120−2Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報を光に搬送して送信する発光素子と、この発光素子の光軸に位置合わせされて前記発光素子の
前面に配置される対物レンズと、前記発光素子の光軸に位置合わせされて前記対物レンズ
の前面に配置される反射鏡とを備えて、前記発光素子の光を前記対物レンズで略平行な光にした
後、前記反射鏡で３６０度の全周に放射したことを特徴
とする光通信装置。
【請求項２】光に搬送された情報を受信し得る受光素子
と、この受光素子の光軸に位置合わせされて前記受光素子の
前面に配置される対物レンズと、前記受光素子の光軸に位置合わせされて前記対物レンズ
の前面に配置される反射鏡と、受光した光の内、特定の波長の光を弁別して前記情報を
抽出する弁別器とを備えた光通信装置。
【請求項３】前記反射鏡は、形状が円錐形である請求項
１或は２に記載の光通信装置。
【請求項４】前記反射鏡は、形状が多角錐形である請求
項１或は２記載の光通信装置。
【請求項５】前記反射鏡は、形状が略半球面である請求
項１或は２に記載の光通信装置。
【請求項６】前記反射鏡は、放物面の形状を持つ請求項
１或は２記載の光通信装置。
【請求項７】前記請求項１及び２に記載の光通信装置を
各々備えた移動局。
【請求項８】前記請求項２に記載の光通信装置を備えた
移動局と、自動追尾装置を備えた固定局とを備えた光通
信装置。
【請求項９】各々が光で搬送した情報を送信する複数の
発光素子を備え、各発光素子が放射状に配置されて、前
記情報搬送光を３６０度の全周に放射したことを特徴と
する光通信装置。
【請求項１０】透明な周面を有する筒部材と、この筒部材の一端側近傍の周面に放射状に配置されて、
各々が光で搬送した情報を送信する複数の発光素子と、前記筒部材の一端側中央に配置されて、前記光に搬送さ
れた情報を受信し得る受光素子と、この受光素子の光軸に位置合わせされて前記受光素子の
前面に配置される対物レンズと、前記筒部材の他端側に、前記受光素子の光軸に位置合わ
せされて前記対物レンズの前面に配置される反射鏡と、受光した光の内、特定の波長の光を弁別して前記情報を
抽出する弁別器とを備えた光通信装置。