JP2009239800A - 通信装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】光空間通信において情報量を増加させる。
【解決手段】通信装置は、情報を搬送する光線を受光する受光部と、光線から情報を読み取るデコード部と、光線を反射する再帰性反射体と、情報に基づいて応答パターンを決定し、再帰性反射体による反射光の一部を遮ることによって応答パターンを形成する応答パターン形成部とを備える。反射光のオン／オフのみではなく、応答パターンによって情報を返せるため、光空間通信によって大量の情報を通信することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光空間通信技術に関する。

光源から入射した入射光を、入射光と概ね平行で反対方向に反射して光源の方向へ戻す再帰性反射体（例示：コーナーキューブ）が知られている。再帰性反射体の反射面側に光シャッタを配置して光シャッタのオン／オフを制御することにより、反射光に情報を載せて光空間通信を実現することができる。

以下に光空間通信に関して出願人が知り得た先行技術文献を挙げる。
特開２０００−２４４４０８号公報 特開２００１−２９８４２０号公報 特開２００７−１６３０１４号公報 特開平６−３１７７５７号公報 特開平７−２１８６３６号公報 特開平７−２６４１３５号公報 特開平９−０８０１６５号公報 特開平１０−０８６７７０号公報

再帰性反射体と光シャッタを用いた光通信によって大量の情報を伝達するためには、高速のシャッタ動作が必要である。しかし高速動作できる光シャッタは高価であり、光シャッタの駆動部にハイパワーが要求されるという問題がある。

安価な光シャッタとして、例えば液晶による光シャッタを用いることができる。しかし液晶の動作速度は数１０ｍｓレベルであり、高速なスイッチングができない。こうした安価な光シャッタを用いた光通信では、大量の情報を送受信することが困難である。

本発明による通信装置は、情報を搬送する光線を受光する受光部と、光線から情報を読み取るデコード部と、光線を反射する再帰性反射体と、情報に基づいて応答パターンを決定し、再帰性反射体による反射光の一部を遮ることによって応答パターンを形成する応答パターン形成部とを備える。

本発明による通信システムは、送信装置と、応答装置とを備える。送信装置は、情報を搬送する光線を発光する発光部と、カメラと、受光パターン解析部とを備える。応答装置は、本発明による通信装置の構成を備える。カメラは反射光を撮影する。受光パターン解析部は、撮影された反射光から応答パターンを読み取る。

本発明により、光シャッタのオン／オフのみならず応答パターンによっても反射光に情報を載せることができるため、光空間通信によって大量の情報を通信することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

［射撃システムの例］
戦闘状態にあるような地域で、敵味方が入り乱れた状況では、目標（人、車両等）を特定して、それが敵方か味方かを識別する機能が必要とされる。このような運用場面においては、秘匿性（目標に対する問い掛けが周囲に探知されないこと）が要求される。電波媒体で通信すると、指向性が悪く、且つ周囲に反射した電波が敵方に検出される可能性がある。そのため、通信媒体としてはレーザ光などの指向性の高い光が望ましい。こうした光の場合は指向性が高いため、光を受けた目標が信号を返信する方向（質問装置の所在）を正確につかむ必要がある。さもなければ、広角度に返信光を発射しなければならず、大電力を要し、且つ秘匿性の点でも問題である。

この点の解決方法の１つとして、応答装置に再帰性反射体を使用する方法が考えられる。再帰性反射体は、入射した光をその光の入射してきた方向に反射する特性（再帰性反射ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を有している。そのため、その反射光を変調し情報を乗せることにより、質問装置の所在を検出する必要なく応答信号を返信することが可能である。このような方式の光通信装置において、より安価な仕組みで、より多くの情報を伝達することが望まれる。

図４を参照して、本実施の形態における通信システムは、複数の車両１５を個別に識別して射撃を制御する射撃システムである。本実施の形態における光通信システムは、送信装置１と応答装置２とを含む。送信装置１は、例えばヘリコプタに搭載される。応答装置２は、複数の車両１５にそれぞれ取り付けられる。

送信装置１を搭載するヘリコプタ等が車両１５に対して射撃を行う場合、送信装置１は、レーザ光を変調して質問情報を搬送する質問信号３を生成し、通信対象の車両１５に送信する。

応答装置２は質問信号３をデコードして質問情報を認識し、その認識に基づいて、予め定められた応答パターンを生成し、応答パターンを搬送する応答信号４を質問信号３の光源の方向へ送り返す。

送信装置１は応答信号４を受信し、応答信号４に含まれる応答パターンを解析する。送信装置は、その解析の結果に基づいて車両１５の認証を行う。認証の結果、車両１５が味方であると認識すると、ヘリコプタ等は射撃を停止する。

この射撃システムは、ミサイルシーカに応用することができる。その場合、目標に質問信号３を照射して反射光を解析することにより、ミサイルが目標に近づいた際に、その目標が敵か味方を判定できる。味方の場合はミサイルの信管動作を停止する等することにより、誤射の発生を低減できる。

［搬出量管理システムの例］
図５は、光空間通信によってトラックの搬出量を管理するシステムを示す。複数のトラック１６の各々に応答装置２が取り付けられる。各々の応答装置２は、入力装置と記憶装置とを備える。各々のトラック１６に土砂等を積載する際に、入力装置によって積載量をインプットして記憶装置に記録する。

トラック１６の搬出量を管理する側の設備に送信装置１が設置される。送信装置１は、目標のトラック１６に質問信号３を照射する。目標のトラック１６の応答装置２は、質問信号３を受信すると、記憶している積載量に応じて質問信号３を変調して反射することにより積載量の情報を搬送する応答信号４を生成して送信装置１の方向に送り返す。送信装置１は応答信号４を受信してデコードし、積載量の情報を読み取る。こうした通信により、トラックによる土砂等搬出管理において、複数のトラックが互いに近距離に存在する場合でも、送信装置１は個々のトラックの搬出量を把握することができる。

図６は、応答装置２が送信装置１に送り返す応答信号４の例を示す。応答装置２の光シャッタは、２次元のマトリクス状に配列された複数の区画を有する。これらの複数の区画が独立に制御されることにより、応答信号４は反射光の有無によって形成される２次元の応答パターンを有する。図６のパターン例Ｐ２では、２次元の応答パターンの行のうち、全ての区画に反射光が有る行（１行目と２行目の間と、２行目と３行目の間）は、データを含むデータ行を区切る区切りラインとして扱われる。この区切りラインによって互いに区切られた１行目、２行目、３行目に、それぞれコード化されたデータが示される。例えば反射光が有る区画が１、反射光が無い区画が０であるとすると、１行目、２行目、３行目を続けて、「０１１１００１００１０１１１０」という２進数が得られる。トラック１６に土砂を積載するときに、応答装置２が備える入力部に積載量を示す数値を入力すると、応答装置２はその数値を所定の規則によってコード化して、図６に示されるような応答パターンを形成するように光シャッタを制御する。送信装置１は、応答信号４の応答パターンをデコードすることにより、積載量を示す数値を復元する。

［通信システムの構成］
図１は、通信システムの構成を示す。送信装置１は、発光部１−１、コード信号発生部１−２、カメラ１−３、及び受光パターン解析部１−４を備える。発光部１−１はレーザ光を無線送信する。コード信号発生部１−２は発光部１−１に発光コード信号を出力する。カメラ部１−３は、発光部１−１の発光するレーザ光の反射光のパターンであるカメラ受光パターンを撮影する。受光パターン解析部１−４はカメラ部１−３が撮影したカメラ受光パターンから、応答装置２からの情報である応答パターンを読み取り、その応答パターンに含まれる情報を抽出する。

応答装置２は、受光部２−１、デコード部２−２、応答パターン生成制御部２−３、及び応答パターン生成部２−４を備える。受光部２−１は応答装置１の発光部１−１が発したレーザ光である質問信号３を受信して電気信号に変換する。デコード部２−２は受光部２−１が質問信号３に応答して生成した電気信号をデコードして質問情報を取り出す。応答パターン生成制御部２−３は、デコードによって得られた質問情報が予め記憶した所定の規則に従っていたとき正当な質問であると判定し、質問情報に応じて応答パターンを決定し、その応答パターンを指定する応答情報を生成する。応答パターン生成部２−４はレーザ光３を再帰性反射により送信装置１の方向に送り返す。その際、応答パターン生成部２−４は、質問信号３を搬送するレーザ光の反射光の一部を遮ることによって応答パターンを形成する。応答パターンとして例えば図１のパターン例Ｐ１に示すように十字パターンを味方の印と決めておけば、送信装置１が十字パターンを検出したときはその目標が味方であると識別できる。

図２は、応答パターン生成部２−４を側面から見た断面図を示す。応答パターン生成部２−４は、再帰性反射シート１０を備える。再帰性反射シート１０の反射面は、受光部２−１の受光面と同じ側に配置される。再帰性反射シート１０は、多数のガラスビーズ１１が基材上にマトリクス状に配列された二次元的な再帰性反射体である。入射するレーザ光１４は、ガラスビーズ１１に入射する入射面で屈折し、ガラスビーズ１１の裏側に面して配置された反射面１２により反射される。反射されたレーザ光はガラスビーズ１１から出射するときに出射面で屈折し、その結果、入射光と平行で反対向きの反射光４となって、入射光の光源の方に送り返される。

再帰性反射シート１０の反射面側、即ち入射光の光源側に、液晶シャッタ１３が配置される。液晶シャッタ１３は、平行に配置された２枚の偏光板と、その間に配置された液晶層とを備える。液晶シャッタ１３は、再帰性反射シート１０の表面に平行な面上にマトリクス状に配列され、オン／オフが独立に制御される複数の区画を有する。液晶シャッタ１３の駆動部である応答パターン生成制御部２−３は、液晶に印加する電圧を制御して、複数の区画の各々の液晶の旋光性を変化させる。この制御された旋光性により、光が入射する方向から見て一枚目の偏光板を通過した偏光の偏向方向を回転、または未回転する状態となる。その結果、液晶シャッタ１３の光透過率が変化し、光シャッタのオン／オフが実現される。

図３は、送信装置１と応答装置２との間での通信タイミングを説明するための図である。横軸が時間軸を示す。送信装置１は、複数のレーザパルスを所定のタイミングで送出することにより、ヘッダとパスワードを含んだ質問信号３を生成する。応答装置２は、ヘッダを受光すると、それに引き続いてパスワードを受信し、そのパスワードをデコードする。

パスワードの受信が終わり、デコード部２−２によるデコードの結果、質問信号３の正当性が認証されると、所定の時刻の間（図３（ｂ）の時刻ｔ０から時刻ｔ２の間）、応答パターン生成制御部２−３は予め記憶している応答パターンを生成するように液晶シャッタ１３を駆動する。送信装置１は、時刻ｔ０から時刻ｔ２の間の時刻ｔ１に、応答装置２にレーザパルスを照射する。このレーザ光は、再帰性反射シート１０によって送信装置１の方向に反射光４として送り返される。反射光４には、液晶シャッタ１３によって応答パターンが形成されている。カメラ１−３は反射光４を撮影する。受光パターン解析部１−４は撮影された反射光４を解析して所定の基準と比較して、敵味方の判定結果を出力する。

応答パターン生成制御部２−３は、時系列的に順次に形成される複数の２次元パターンを記憶することができる。この場合、デコード部２−２が質問信号３の認証を行うと、この複数の２次元パターンに従って順次に液晶シャッタ１３が駆動され、反射光４として複数の２次元パターンの各々を担うレーザ光が順次に送信装置１に送り返される。

次に、以上の構成を備える通信システムの効果について説明する。
応答側に再帰性反射特性を使用することによって、以下の点が有効である。
（１）光媒体を使用するので、狭い範囲に対して質問を行なうことができる。この特性により、目標を特定して質問することができる。また、目標以外の方向に質問信号が届かないため秘匿性が高い。
（２）再帰性反射体での反射は、鏡面反射である他、入射した光が同じ方向に反射する再帰性を有しているため、送信光の省電力化がはかれる。
（３）再帰性反射体の反射光を変調して応答する方式のため、応答信号の指向すべき方向を検出する必要なく応答できる。

仮に再帰性反射特性を備える通信システムを、１つのコーナーキューブによって実現した場合、通信回線は１回線になる。そのため、例えば、再帰性反射体の前に光シャッタを配置し、光シャッタの駆動によって反射光の有無を制御することによって応答信号の変調を行うデジタル通信の場合、光シャッタの動作速度は、データ量が増えるに従ってより高速であることが要求される。

このような光シャッタの構成としては、例えば、偏光方向が同じ２枚の偏光板間に、電気光学効果を持った光学結晶（以下、ＥＯ結晶という）を配置し、このＥＯ結晶に印加する電圧をオン／オフすることによって、２枚の偏光器を通過する光をオン／オフする構成がある。この方法の場合、ＥＯ結晶自体が高価であり、また印加電圧が高電圧となるため、ＥＯ結晶駆動部が大型化する。

また、ＥＯ結晶の代わりに、液晶を使用する場合は、光シャッタを構成することはできるが、液晶の動作速度が約３０ｍｓ程度と遅いため、高速な反射光ＯＮ／ＯＦＦができない。従って、上述のような１回線デジタルデータ伝送を考えた場合、伝送できるデータ量は少なくなってしまう。

これに対し、本実施の形態の応答装置２では、再帰性反射シート１０と液晶シャッタ１３を組み合わせた反射体を用いることにより、２次元的に再帰性反射パターンを生成でき、２次元パターンでのデータ伝送ができる。そのため、液晶のスイッチング時間が遅い欠点を補い、より大量のデータを伝送することが可能である。

再帰性反射体として、図３ではガラスビーズを用いた再帰性反射シートを記述したが、その代わりに、複数のコーナーキューブ形状の反射面を平面状に配列したものを用いても良い。また、光シャッタ機能として、液晶シャッタを図中に記述したが、本機能は、光の透過を制御する機能であり、材料を特定するものではない。例えば、液晶シャッタ１３に代えて前述したＥＯ結晶を用いた場合、本実施の形態の構成を採用することにより、前述した問題点を緩和することができる。

通信システムの構成を示す。 応答パターン生成部の構成を示す。 データ送受信について説明するためのタイミングチャートである。 射撃システムの運用例を示す。 搬出量管理システムの運用例を示す。 送信データの例を示す。

符号の説明

１ 送信装置
１−１ 発光部
１−２ コード信号発生部
１−３ カメラ
１−４ 受光パターン解析部
２ 応答装置
２−１ 受光部
２−２ デコード部
２−３ 応答パターン生成制御部
２−４ 応答パターン生成部
３ 質問信号
４ 反射光
１０ 再帰性反射シート
１１ ガラスビーズ
１２ 反射面
１３ 液晶シャッタ
１４ レーザ光
１５ 車両
１６ トラック
Ｐ１、Ｐ２ パターン例

Claims (8)

1. 情報を搬送する光線を受光する受光部と、
   前記光線から前記情報を読み取るデコード部と、
   前記光線を反射する再帰性反射体と、
   前記情報に基づいて応答パターンを決定し、前記再帰性反射体による反射光の一部を遮ることによって前記応答パターンを形成する応答パターン形成部と
   を具備する通信装置。
2. 請求項１に記載された通信装置であって、
   前記応答パターン形成部は、
   前記再帰性反射体の反射面側に配置され、複数の区画を有する光シャッタと、
   前記情報に基づいて、前記複数の区画の光透過率を独立に制御することによって前記応答パターンを形成する制御部と
   を備える通信装置。
3. 請求項２に記載された通信装置であって、
   前記光シャッタは液晶シャッタである
   通信装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載された通信装置であって、
   前記応答パターン形成部は、前記情報が予め記憶した所定の規則に従っていなかった場合、前記再帰性反射体による反射光をすべて遮る
   通信装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載された通信装置であって、
   前記応答パターンは時系列的に順次に形成される複数の２次元パターンである
   通信装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載された通信装置であって、
   更に、入力装置を具備し、
   前記応答パターン形成部は、前記入力装置に対して入力されたデータを所定の変換規則によって前記応答パターンに変換する
   通信装置。
7. 送信装置と、
   応答装置とを具備し、
   前記送信装置は、
   情報を搬送する光線を発光する発光部と、
   カメラと、
   受光パターン解析部とを備え、
   前記応答装置は、
   前記光線を受光する受光部と、
   前記光線から前記情報を読み取るデコード部と、
   前記光線を反射する再帰性反射体と、
   前記情報に基づいて応答パターンを決定し、前記再帰性反射体による反射光の一部を遮ることによって前記応答パターンを形成する応答パターン形成部とを備え、
   前記カメラは前記反射光を撮影し、
   前記受光パターン解析部は、撮影された前記反射光から前記応答パターンを読み取る
   通信システム。
8. 請求項７に記載された通信システムであって、
   前記受光パターン解析部は、前記応答パターンを予め記憶した照合用パターンと照合することによって、前記光線を照射した対象の認証を行う
   通信システム。

Images