JPH0797762B2 - 空間伝搬光通信における中継方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は光を搬送波として空間的な光伝搬により通信
を行なうための中継方法に関し、特に室内での空間伝搬
光通信に最適な中継方法に関するものである。

従来の技術 近年、光を搬送波として情報データを空間的に送受信す
る空間伝搬光通信方式が開発され、特に室内に配置され
た子局としての各種端末機器例えばファクシミリやプリ
ンタあるいはキャッシュレジスタ等と、同じ室内に配置
された親局としての機器例えばホストコンピュータとの
間の通信を空間光伝搬によって行なうシステムが実行化
されつつある。

従来このような室内における空間伝搬光通信システムに
おいては、第７図に示すように室内の上部例えば天井１
に中継器２を取付けておき、室内の各端末機3a〜3c上と
中継器２との間で空間伝搬光による送受信を行ない、一
方中継器２とホストコンピュータ等の親局４との間は、
光ファイバあるいは通常の電線ケーブルなどのワイヤ５
によって結線しておいてそのワイヤ５を介して非空間伝
送により送受信を行なうのが通常であった。しかしなが
らこのようなシステムを実際に適用するにあたっては、
中継器２と親局４との間をワイヤ５で結ぶための配線工
事を必要とし、また親局４を移動させる際には改めて配
線替えの工事を行なわなければならないという不便があ
る。

そこで最近では、第８図に示すように、端末機3a〜3cと
中継器２との間のみならず、中継器２とホストコンピュ
ータ等の親局４との間も空間伝搬光による光信号によっ
て送受信するシステムが開発されつつある。このような
システムによれば、配線工事が不要となって親局も室内
の状況や配置換えなどに応じて任意に移動することが可
能となる。

ところで上述の第８図に示すようなシステムに使用され
る中継器は、基本的には室内のいずれの箇所からの光信
号も受信できかつ室内のいずれの箇所へも光信号を送信
し得るように、受信側（受光側）、送信側（発光側）の
いずれも無指向性とすることが望ましい。ところがこの
種の通信に使用される発光素子、例えば発光ダイオード
は、その指向性が強く、通常は15〜20゜程度の角度の範
囲しか有効ではないから、送信（発光）を無指向的に行
なわせるためには少なくとも40〜50個程度の多数の発光
素子を用いて室内の全領域をカバーさせる必要がある。
そしてこのように多数の発光素子を用いれば、発光素子
１個当りの消費電流はわずかであっても、中継器全体と
しては消費電流が著しく大きくなってしまう問題が生じ
る。

また第８図に示すようなシステムにおいて受信側（受光
側）、送信側（発光側）をともに無指向性とした場合、
中継器の受光素子には、本来の端末機器からの空間伝搬
光が入射されるほか、中継器自体の発光素子から発せら
れた空間伝搬光が室内での多重反射、乱反射によって入
射してしまうことがあり、このような場合は本来の伝搬
光による受信信号が反射による信号によって妨害を受け
て、正確な信号中継を行ない得なくなることがある。こ
のような妨害は、無線通信におけるマルチパス妨害と類
似したものであり、したがってこの明細書でも以下マル
チパス妨害と呼ぶこととする。

上述のような２種の問題のうち前者の問題、すなわち多
数の発光素子を用いることによる消費電流の問題につい
ては、既に特開昭59−133744号において一つの解決策が
提案されている。この提案の中継器では、ある範囲内の
方向のみに対して受光、発光を行なうユニットを複数個
用意しておき、かつ中継器の取付ホルダにはそれらのユ
ニットをすべての方向に対して着脱可能として、端末機
や親局の配置方向に応じてその方向にのみユニットを取
付けることによって実際に使用する発光素子、受光素子
の数を減じ、消費電流を小さくするようにしている。

発明が解決すべき問題点 前記提案の中継器においては、消費電流の問題はある程
度解決できるものの、マルチパス妨害については依然と
して解決されていない。すなわち、前記提案の中継器で
も、その中継器の発光素子から発した光信号が多重反
射、乱反射によって同じ中継器の受光素子に入射してし
まうことは避け得なかったのである。

また前記提案の中継器においては、消費電流を減少する
効果があるとは言えども、場合によっては消費電流が大
きくなってしまうこともあった。すなわち、端末機の数
が多くかつその端末機がそれぞれ離れて配置されている
場合には、中継器に取付けておくべきユニットの数も増
加し、その場合には消費電流もある程度大きくならざる
を得なかった。

このほか前記の提案の中継器では、端末機や親局の配置
に応じてユニットの取付け取外しを行なわなければなら
ず、そのための手間が煩雑であるという問題もあった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、空
間伝搬光通信における中継方法、特に中継器と他の機器
との間の送受信をすべて空間伝搬光による光信号によっ
て行なう方式の中継方法において、基本的には無指向性
として、しかも消費電流を著しく小さくなし得ると同時
に、マルチパス妨害の如き妨害が生じないようにしてデ
ータ伝送の確実性を高め得るようにし、またその他の煩
雑な手間なども必要としないようにした中継方法を提供
することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、機器から送信された空間伝搬光による光信
号を中継器の受光素子により受信し、これを中継器内で
増幅して中継器の発光素子により空間伝搬光による光信
号として他の機器へ送信する空間伝搬光通信の中継方法
において、前記中継器は、垂直な軸線の周囲に、その中
心軸線に対して傾斜する傾斜外周面部を備えた構成とさ
れ、その傾斜外周面部は、周方向に複数の領域に区分さ
れて、各領域に各々受光素子および発光素子が配設され
ており、信号中継時には、受光素子を各領域ごとに受信
可能状態となるように走査させるとともに、発光素子
を、受信可能状態にある受光素子の領域に対して前記中
心軸線を挟んで常に反対側に位置する領域において送信
可能状態となるように走査させることを特徴とするもの
である。

作用 この発明の中継方法においては、中継器は例えば室内の
天井等に配設される。端末機などの機器から送信された
光信号としての空間伝搬光は、中継器の傾斜外周面部の
各領域のうち、その機器の方向を向いた領域（もしくは
それに隣接する領域）に入射される。受光素子は各領域
ごとに受信可能状態となるように走査されるから、機器
からの光信号が入射した領域の受光素子が受信可能状態
となった時点で光信号がその領域の受光素子により電気
信号に変換されて中継器内に取込まれる。このようにし
て取込まれた信号は、中継器内において信号の変調方式
に応じて復調、変調や信号の補間、あるいは増幅や波形
整形などが行なわれた後、中継器の発光素子から空間伝
搬光による光信号として送信される。発光素子も各領域
ごとに送信可能状態となるように走査されるから、送信
信号としての光信号も、各領域の発光素子から順次送信
されることになる。そしてホストコンピュータ等の受信
側の機器が中継器に対していずれの方向に位置していて
も、上述のように各領域の発光素子が順次走査されるこ
とにより、いずれかの領域の発光素子から送信された光
信号が必ず受信側の機器の受光部により受信されること
になる。

ここで、受信可能状態にある受光素子の領域と送信可能
状態にある発光素子の領域とは、常に中心軸線を挟んで
反対側に位置するように、受光素子および発光素子の走
査の位相が180゜ずれている。このことは、現に中継器
から光信号が送信されつつある発光素子の属する領域や
その近辺の領域の受光素子は受信可能状態となっておら
ず、光信号が送信されつつある発光素子の属する領域の
反対側の領域の受光素子のみが受信可能状態となってい
ることを意味するから、その発光素子から発せられた光
信号が室内での多重反射、乱反射によって受信可能状態
にある受光素子に入射してしまうおそれが少なく、した
がってマルチパス妨害により信号伝送精度が低下するお
それが著しく少なくなる。

また前述のところから明らかなように、受光素子のみな
らず発光素子も全てのものを同時に送信可能状態とせ
ず、各領域ごとに順次送信可能状態となるように走査さ
れるから、ある時刻において同時に動作している発光素
子は全発光素子のうちのわずかな一部に過ぎず、したが
って消費電流は全発光素子を同時に駆動する場合と比較
して格段に少なくて済む。

実 施 例 以下第１図〜第６図を参照してこの発明の中継方法の実
施例について説明する。

第１図および第２図は、中継器２の外観の一例を示すも
のであって、この例において中継器２の垂直な中心軸線
０に対し所定角度θだけ傾斜する傾斜外周面部６は、周
方向に等間隔で８個の領域P₁〜P₈に区分されている。各
領域P₁〜P₈には、それぞれ発光素子として３個の発光ダ
イオード（以下“LED"と記す）7a、7b、7cおよび受光素
子として１個のフォトダイオード（以下“PD"と記す）
８が配設されている。ここで各領域P₁〜P₈内の３個のLE
D7a〜7cは、互いに若干角度が異なるように取付けられ
ている。

このような中継器２を用いて空間伝搬光による光信号の
中継を行なうにあたっての各領域P₁〜P₈に属するPD、LE
Dの作動状態の一例を第３図に示す。第３図において、
実線で囲った白抜きの領域はLEDが送信可能状態にある
領域を示し、以下このようにLEDが送信可能状態すなわ
ち発光可能状態にある領域を発光面と称す。また第３図
において交叉斜線を施した領域はPDが受信可能状態にあ
る領域を示し、以下このようにPDが受信可能状態すなわ
ち光信号を受光してその信号を取り入れ可能な状態にあ
る領域を受光面と称す。

第３図に示すように、例えばP₁の領域が受光面となって
いる時点では、その領域P₁に対し中心軸線０を挟んで反
対側の領域P₅が発光面となっている。受光面は第３図の
実線矢印で示すように例えば時計方向へ移動し、第３図
の状態からP₁→P₂→P₃→P₄→P₅→P₆→P₇→P₈の順に各領
域が順次受光面となる。一方発光面も、第３図の破線矢
印で示すように同じ方向（図示の例では時計方向）、同
じ速度で移動し、第３図の状態から、P₅→P₆→P₇→P₈→
P₁→P₂→P₃→P₄の順に各領域が順次発光面となる。した
がって常に中心軸線０を挟んで反対側の領域が受光面、
発光面となっていることになる。

なお第３図の例では、ある時刻で同時に発光面となって
いる領域が１領域、また発光面となっている領域が１領
域とされているが、場合によっては２つの領域もしくは
３つの領域が同時に受光面もしくは受光面となっても良
い。同時に２つの領域が受光面、２つの領域が発光面と
なる場合の例を第４図に示す。この場合は、例えばP₁、
P₂の領域（P₁＋P₂）が受光面となっている状態ではその
反対側のP₅、P₆の領域（P₅＋P₆）が発光面となってお
り、その状態から受光面は（P₁＋P₂）→（P₂＋P₃）→
（P₃＋P₄）→（P₄＋P₅）→（P₅＋P₆）→（P₆＋P₇）→
（P₇＋P₈）→（P₈＋P₁）→（P₁＋P₂）となるように移動
し、また発光面も同様に移動する。なおもちろん同時に
受光面となる領域の数と同時に発光面となる領域の数は
必ずしも一致させる必要はない。

第５図には、この発明の方法に使用される中継器の回路
構成の一例をブロック図で示す。

第５図において、８個の受信回路ユニット9₁〜9₈はそれ
ぞれ各領域P₁〜P₈のPDに対応するものであって、これら
の各受信回路ユニット9₁〜9₈からは、それぞれのユニッ
トに対応するPDに機器からの光信号、例えば伝送すべき
情報データをCMI変調した光信号が入射された時に、そ
の光信号を電気信号に変換して得られたデータ信号と、
光信号が入射されたことを表わす受信検知信号とが出力
される。受信検知信号は、受信ユニット判別回路10に送
られ、いずれの受信回路ユニット9₁〜9₈において受信さ
れたか、換言すればいずれの領域P₁〜P₈に光信号が入射
されたかが判別されて、その結果がシステムコントロー
ラ11に与えられる。一方いずれかの受信回路ユニット9₁
〜9₈から出力されたデータ信号は、スイッチ回路12₁〜1
2₈を経て復調器13へ送られる。スイッチ回路12₁〜12
₈は、直接的にはスイッチ制御回路14によってオンオフ
制御され、またそのスイッチ制御回路14は前記システム
コントローラ11からの情報によっていずれのスイッチ回
路12₁〜12₈をオンもしくはオフとするか指示される。前
記復調器13は、単にCMI変調されているデータ信号を復
調するのみならず、信号の補間やエラーコレクトをも行
なうものであって、前記システムコントローラ11からの
信号によってその動作が制御される。復調器13の復調出
力信号は、変調器15に入力され、再びCMI変調される。
変調された信号は送信回路ユニット16₁〜16₈に与えられ
る。これらの送信回路ユニット16₁〜16₈は、それぞれ前
記各領域P₁〜P₈のLED7a〜7cを変調器15からのデータ信
号に応じて発光させ、空間伝搬光として光信号を送信す
るためのものであって、これらの送信回路ユニット16₁
〜16₈は、送信ユニット制御回路17からの制御信号によ
り指定された順番で、順次送信可能状態（発光状態）と
なるように走査制御される。

以上のような第５図の回路構成において、スイッチ回路
12₁〜12₈は、送信可能状態（発光状態）にある送信回路
ユニット16₁〜16₈に対応する領域に対し反対側に位置す
る領域の受信回路ユニット9₁〜9₈からのデータ信号のみ
を取り入れるように、スイッチ制御回路14によって制御
される。例えば領域P₅の送信回路ユニット16₅が送信可
能状態にある時点では、その領域P₅に対し反対側の領域
P₁の受信回路ユニット9₁の出力系路のスイッチ回路12₁
のみがオン状態となって領域P₁のPDに入射した光信号に
よるデータのみが取り入れられ、一方その他のスイッチ
回路12₂〜12₈はオフ状態となっているから、領域P₂〜P₈
のPDに入射した光信号による受信回路ユニット9₂〜9₈の
データ出力信号は取り入れられない。そして順次送信回
路ユニット16₁〜16₈の送信可能状態が走査されるに伴な
ってスイッチ回路12₁〜12₈のオン状態が走査され、これ
によって送信可能状態にある領域の送信回路ユニット16
₁〜16₈に対し常に反対側の領域の受信回路ユニット9₁〜
9₈からのデータ信号のみが取り入れられることになる。
このようにある領域の受信回路ユニットの出力系路のス
イッチ回路がオン状態となった状態がその領域のPDにつ
いての受信可能状態に相当する。

以上のようにして第５図の回路構成によれば、第３図に
示すような走査方式で光信号の受信および送信、すなわ
ち光信号の中継を行なうことができる。

なお上述の第５図についての説明では同時に受信可能状
態となる領域の数および同時に送信可能状態となる領域
の数がともに１である場合、すなわち同時に受光面、発
光面となる領域の数がともに１となる場合について説明
したが、同じ第５図の回路構成のままで、システムコン
トローラ11での設定により、同時に受光面、発光面とな
る領域の数を任意に変更することができる。

また走査速度についても、システムコントローラ11での
設定により任意に変更することができるが、一般に任意
の位置の領域から全領域が走査されるまでの間に１つの
信号（１ビットの信号）を確実に送受信するためには、
元になる信号ビットの周波数に対し、区分した領域の数
の数倍、例えば２〜３倍を乗じた周波数以上で走査させ
ることが望ましい。すなわち、前述のように８領域に区
分されている場合、８個の領域がすべて走査されること
によって１つの信号が送信もしくは受信されることにな
るから、元の信号の１ビットの間に少なくとも８領域が
走査されることが必要であり、しかもデータの送受信の
確実性、信頼性を増すためにはさらにその数倍以上の走
査周波数が必要となり、結局元のビット周波数に対して
領域区分数×２〜３倍程度以上の走査周波数が必要とな
る。

なお第１図〜第４図の例では中継器２の傾斜外周面部６
が８個の領域P₁〜P₈に区分されている例を示したが、領
域区分数は８に限らないことは勿論であり、例えば第６
図に示すように16個の領域P₁〜P₁₆に区分しても良い。
この場合も同時に受光面となる領域の数、同時に発光面
となる領域の数は１に限らず、２〜４程度とすることが
できる。

なおまた、前述の例ではいずれも順次隣り合う領域が受
信可能状態となるように、また順次隣り合う領域が送信
可能状態となるように走査されるものとしたが、場合に
よってはいくつかの領域をとばしながら走査させても良
い。例えば第２図に示すように領域区分数が８の場合に
おいて、２つの領域をとばしながら走査しても良い。こ
の場合第２図においてP₁の領域から時計方向へ走査され
るとすれば、受信可能状態となる領域は、P₁→P₄→P₇→
P₂→P₅→P₈→P₃→P₆→P₁の順に走査されることになる。
もちろん送信可能状態となる領域は、受信可能状態の領
域に対して反対側の領域となるように走査され、例えば
上述の例では、P₅→P₈→P₃→P₆→P₁→P₄→P₇→P₂→P₅の
順に走査されることになる。

また第１図、第２図の例では１つの領域に３個のLED7a
〜7cを設けているが、１つの領域に配設するLEDの数は
必要に応じて任意に定めることができる。さらに、第１
図、第２図の例では傾斜外周面部６を区分した各領域P₁
〜P₈をそれぞれ傾斜した平面としているが、場合によっ
ては曲面としても良く、その場合傾斜外周面部６の全体
を連続する球面の一部としても良い。このように傾斜外
周面部６を連続する球面の一部とした場合、それを周方
向に区分した各領域P₁〜P₈もそれぞれ同じ球面の一部と
なるから外観上は特に各領域の境界があらわれないこと
になる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明の中継方法によ
れば、機器から送信された空間伝搬光による光信号を中
継器の受光素子により受信し、これを中継器内で増幅し
て中継器の発光素子により空間伝搬光による光信号とし
て他の機器へ送信するにあたり、送信側の機器および受
信側の機器がいずれの位置にあっても基本的に無指向性
で受信、送信を行なうことができるにもかかわらず、同
時に送信状態（発光状態）となる発光素子の数が全発光
素子の数と比較して著しく少ないため、消費電力が極め
て少なくて済み、しかも中継器の発光素子から送信され
た光信号が室内での多重反射や乱反射によって同じ中継
器の受光素子に受信されてしまうおそれが少なく、した
がってその反射による信号によって本来の受信信号が妨
害を受けるおそれが極めて少ない。したがってこの発明
の中継方法によれば、ワイヤを用いない全空間光伝搬方
式の無指向性の中継を、低いランニングコストで、しか
も高い信号伝送精度で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の中継方法に使用される中継器の外観
の一例を示す正面図、第２図は第１図の中継器の底面
図、第３図は第１図、第２図に示される中継器の走査状
況の一例を示す概略図、第４図は第１図、第２図に示さ
れる中継器の走査状況の他の例を示す略解図、第５図は
この発明の中継方法に使用される中継器の電気的回路構
成を示すブロック図、第６図はこの発明の中継方法に使
用される中継器の他の例を示す底面図、第７図は従来の
中継方法の一例を示す説明図、第８図はこの発明の前提
となる従来の中継方法を示す説明図である。 ２……中継器、６……傾斜外周面部、P₁〜P₈……領域、
7a、7b、7c……発光素子としての発光ダイオード（LE
D）、８……受光素子としてのフオトダイオード（PD）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/17 10/22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器から送信された空間伝搬光による光信
   号を中継器の受光素子により受信し、これを中継器内で
   増幅して中継器の発光素子により空間伝搬光による光信
   号として他の機器へ送信する空間伝搬光通信の中継方法
   において、 前記中継器は、垂直な軸線の周囲に、その中心軸線に対
   して傾斜する傾斜外周面部を備えた構成とされ、その傾
   斜外周面部は、周方向に複数の領域に区分されて、各領
   域に各々受光素子および発光素子が配設されており、信
   号中継時には、受光素子を各領域ごとに受信可能状態と
   なるように走査させるとともに、発光素子を、受信可能
   状態にある受光素子の領域に対して前記中心軸線を挟ん
   で反対側に位置する領域において送信可能状態となるよ
   うに走査させることを特徴とする空間伝搬光通信におけ
   る中継方法。