JP2830926B2

JP2830926B2 - 光バス伝送装置

Info

Publication number: JP2830926B2
Application number: JP32502890A
Authority: JP
Inventors: 努桜井; 剛山北
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: US5363229A; JPH04192737A; KR960000459B1; KR920011115A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、OAシステム、LAN、各種設備等において、
光空間伝送ないし光バス伝送を行う伝送装置に関するも
のである。

従来の技術本出願人は先に、特願昭61−165830号において、第15
図に示すように、コントローラを親局61とし、センサや
アクチュエータに対する入出力ユニットを子局62とし
て、親局61と子局62を光ファイバ等を用いたループ状の
伝送路63にて接続したループ状データ伝送装置を提案し
ている。

一方、特開昭59−95746号公報には、空間光伝送で、
単なる双方向のみならず、広い空間で一対多の信号伝送
ができ、しかも多数の通信局の干渉も考慮されたものと
して、第16図に示すように、構内の天井65や壁に有線ケ
ーブル67を介して接続された複数の無指向性光送受信手
段66を配置し、いずれかの無指向性光送受信手段と通信
可能な指向性光送受信手段68を各端末機器に設け、送信
データを有する端末機器はその送信データに通信相手先
のアドレスデータを付加して指向性光送受信手段68にて
無指向性光送受信手段66へ送信し、このデータをすべて
の無指向性光送受信手段66から各指向性光送受信手段68
に送信して、各端末機器でアドレスデータを識別してそ
の受信データを取り込むようにしたものが開示されてい
る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のように親局61と子局62を１本の
光伝送路63にて直接接続したループ状光伝送装置におい
ては、光ファイバ等の配線が必要であり、そのため頻繁
にレイアウト変更する場合や環境が光ファイバを使用で
きないような状況においては、コスト高になったり、利
用できない等の問題があった。又、可動部等では光ファ
イバの劣化を招くために使用限界があるという問題があ
った。

また、特開昭59−95746号公報の方式では、空間光伝
送方式であるので、上記のような問題はないが、データ
が衝突した場合にその調停に時間がかかり、リアルタイ
ム性が失われるという問題があり、かつケーブルが必ず
必要となり、完全無配線化は実現できない等の問題があ
る。

本発明は、光バス伝送によって上記ループ状光伝送の
持つ問題点を解消でき、しかもデータの衝突等を生じ
ず、リアルタイムで安定して動作する光バス伝送装置を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段上記問題点を解決するために、本発明の光バス伝送装
置は、親局と複数の子局を光バスにて伝送する光バス伝
送装置において、親局に、同期信号とアドレス情報と出
力データ部と入力データ部を有するデータ情報とから成
る伝送フォーマットを持つ光直列信号を送信する手段を
設け、子局には、受信した直列信号を並列変換する手段
と、入力データ情報を直列変換する手段と、各子局に予
め設定されたアドレスとアドレス情報との一致・不一致
を検出する手段と、受信した直列信号に基づいて光直列
信号を送信する手段と、アドレス一致時には、入力デー
タ情報を受信信号に加えて親局及び他の複数の子局に送
信し、アドレス不一致時には、受信信号のみを親局及び
他の複数の子局に送信するように送信手段を切り換える
切換手段を設け、送信手段には各情報ビット間で子局間
での送受信の空き時間が生ずるように光送信時間を規制
する手段を設けたことを特徴とする。

上記発明において、伝送フォーマット中のデータ情報
をコマンドデータ部又はステータスデータ部として用い
る手段と、受信光量レベルをステータス情報として親局
に送信する手段と、受発光量レベルを親局からのコマン
ド情報にて制御する手段とを設けたりすることができ
る。

更に、光信号の発光・受光手段と、可視光の発光手段
とを設け、光信号と可視光をそれらの光軸を平行にして
発するようにするのが好ましい。

作用本発明によれば、光ファイバ等の伝送媒体を必要とせ
ずに直接空間を通して安定した伝送が可能となり、又子
局のアドレスに重複がない限り他の子局からの干渉のな
い伝送ができ、安定した光バス伝送ができる。特に子局
に中継機能を持たせるとともに、情報ビット間で子局間
での送受信の空き時間が生ずるように光送信時間を規制
するように構成しているので、親局を１つ設けるだけで
子局間で干渉することなく、かつ障害物があっても安定
した伝送が可能となる。

また、子局の受発光量レベルを親局からのコマンド情
報にて制御できるようにすると、障害物が大きい場合で
も安定した伝送が可能となる。

さらに、光信号と平行に可視光を発することによって
伝送状態の確認を光学系を共有して安価に容易に行うこ
とができる。

実施例以下、本発明の参考例および実施例を第１図〜第14図
に基づいて説明する。

（参考例）第１図に本発明の参考例の光空間伝送装置の子局の構
成を示し、第２図にその伝送フォーマットを示す。子局
には、第２図に示す伝送フォーマットを持った親局から
の直列光信号を光電気変換して並列アドレス情報及び並
列データ情報を得るために、受信用の光電気変換器１
と、アドレス部直列・並列変換器２と、データ部直列・
並列変換器３が設けられている。又、子局のアドレスを
設定するための設定スイッチ４と、この設定スイッチ４
に設定されたアドレスと並列変換されたアドレス情報と
の一致比較を行うアドレス情報比較器５が設けられてい
る。この比較器５からの出力に応じて、アドレス一致な
ら送信切換スイッチ８を端子に切り換えて、入力デー
タを並列・直列変換するデータ部並列・直列変換器６に
接続し、アドレス不一致なら端子に切り換えて接地す
るように構成されている。なお、アドレス一致比較中は
送信切換スイッチ８は端子に切り換えられて遅延回路
７に接続されている。又、送信切換スイッチ８の出力端
は送信用の電気光変換器９に接続されている。

次に、この子局の動作を、第３図の信号波形図を参照
して説明する。光電気変換器１にて電気信号とされた受
信信号ａは、遅延回路７にて送信切換スイッチ８の切り
換えによる乱れが発生しないまでに遅延して送信切換ス
イッチ８の端子を通り送信用の電気光変換器９にて電
気・光変換されて送信される。一方、受信信号ａは、ア
ドレス部直列・並列変換器２にて並列なアドレス情報ｃ
に変換され、設定スイッチ４による設定アドレスとの比
較をアドレス情報比較器５で行い、アドレスが一致して
いなければ送信切換スイッチ８を端子に切り換える。
その結果、送信される信号は、第３図（ｄ）に示すよう
に、データ情報がない信号となる。一方、アドレスが一
致していれば、送信切換スイッチ８が端子に切り換え
られ、データ情報は並列の入力データをデータ部並列・
直列変換器６にて直列に変換したものに置き換えられ
る。この時の送信波形は、第３図（ｃ）に示すように、
同期情報、及びアドレス情報は親局からの信号と同じ
で、データ情報のみ置き換えたものとなる。

次に、上述した動作を行う子局と親局の各種通信形態
を第４図〜第６図に説明する。第４図の通信形態は、最
も基本的な構成であり、親局10からは子局11に対して同
じ信号を同タイミングで送信する。一方、子局11はアク
セスされた子局11aのみがデータ情報を送り返すため、
子局11のアドレスに重複がない限り、親局10にはアクセ
スされた子局11aからの第３図（ｃ）のような信号だけ
が受信され、他の子局11による干渉のない信号を受信で
き、よって安定した通信が可能となる。

第４図の通信形態は親局10からの送信光は多数拡散光
とせざるを得ず、短距離に適しているが、数百ｍ、数千
ｍに及ぶような場合や、同一直線レール上を走行する台
車等と通信するのには適さない。このような場合には、
第５図に示すような通信形態が好適である。

第５図の通信形態では、長距離まで伝送できるよう
に、親局10の送信光12を１つの平行光束とし、子局11へ
の分岐はビームスプリッタ13にて行っている。子局11は
光を受信した方向と同じ光軸方向に送信するように構成
されている。

次に、動作を説明する。親局10から発せられた送信光
12は各ビームスプリッタ13にて各子局11に分岐される。
子局11には予め個別のアドレスが設定されており、受信
信号のアドレス情報と一致した親局11aのみがデータ情
報14を受信光と同じ又は平行な光軸方向に送信する。こ
の光はビームスプリッタ13により親局10が送信している
送信光12の光軸に沿って親局10に戻り、しかもアドレス
一致しない子局11からはデータ情報が返ってこないので
混乱もなく、第３図（ｃ）のような乱れのない信号が受
信され、安定した通信が可能となる。

第５図の通信形態は、途中に障害物がない場合に遠距
離まで通信するのに有効であるが、障害物がある場合は
伝送できない。その場合には、第６図に示すような伝送
形態を適用すればよい。

第６図の通信形態では、親局10に光ファイバ15や電線
等を介して複数の光送受信器16が接続され、これら光送
受信器16から色々な方向に光を送信する、所謂拡散光で
送信し、一方子局11も拡散光で送信する構成とする。な
お、光送受信器16には、光・電気変換器及び電気・光変
換器を内蔵しているものとする。

次に動作を説明する。親局10からの送信信号は、光フ
ァイバ15を経由して光送受信器16に伝送され、各光送受
信器16にて拡散光として放出する。子局11は前述の通信
形態と同様に予め個別のアドレスが設定されており、受
信した拡散光中のアドレス情報と一致した子局11aのみ
が、この子局11aに入力したデータ情報を再び拡散光と
して送り返す。この子局11aからの光信号は１〜数個の
光送受信器16にて受信されるが、その受信タイミングは
同時であり、また子局11の各個別アドレスに重複がなけ
ればアドレス一致しなかった子局11からのデータ情報は
返ってこないため、第３図（ｃ）のように乱れのない信
号が親局10に返されることなり、よって安定した通信が
できる。又、光送受信器16と子局11の間に障害物17があ
っても、複数の光送受信器16があり、さらに拡散光であ
るからいずれかの光送受信器16により正常に通信でき
る。

第６図の通信形態では、光ファイバ15等が必要なこと
と、光送受信器16が複数個必要なためにコストがかかる
場合がある。これに対応するため、子局21に中継機能を
持たせ、親局に設けられた唯一の光送受信器によって障
害物があっても通信できる実施例を次に第７図〜第10図
を参照しながら説明する。

（実施例１）第10図に中継機能を備えた子局21を用いた通信形態を
示す。親局10が１つに対して子局21は任意の位置に配置
されている。

次に動作を説明する。親局10から発せられた拡散光の
光信号はまず子局21a、21bに到着するものとする。これ
ら子局21a、21bは受信した信号をそのまま増幅して再び
拡散光を発するため、ねずみ算式に１つの親局10からの
信号が次々と増殖して伝播して行く。各子局21には、上
記参考例と同様に固有のアドレスが個別に設定してあ
り、受信光信号中のアドレス情報の一致した子局21aの
みが入力データを拡散光として送信する。この子局21a
からの入力データを含む拡散光も他の子局を中継してね
ずみ算式に増殖伝播して親局10まで到達することにな
る。

ところで、光信号が子局21を中継して増殖伝播して行
く際に遅延が生じ、この遅延光が次の子局21での遅延光
を生むことになり、１度子局21が信号を受けると次々と
光信号が増え続け、停止しなくなるといった問題があ
る。

この課題解決のために、本実施例では、第９図に示す
ように、情報１を光オン、情報０を光オフとして、情報
１を送信する場合に光オンの残光が完全に消滅するまで
光出力がオフになるように、１ビットの情報伝達時間に
比して小さい一定パルス幅だけ光オンとなるような光伝
送信号としている。

第７図は、この第10図の通信形態に適用できる子局21
の構成を示す。又、第８図はこの実施例における伝送フ
ォーマットを示し、データ情報が出力データと入力デー
タに分けられている。この実施例における子局21と第１
図に示した子局11との構成上の違いは、アドレス一致の
場合には伝送フォーマットのデータ情報における入力デ
ータ部のときに送信切換スイッチ８を端子に切り換
え、不一致の場合には継続して端子に切り換えたまま
とするように構成されていることと、第９図のような信
号を得るために、受信信号ａを再び送信信号として電気
光変換器９から送信するに際に、１つの光オンのパルス
幅を限定するための送信パルス幅タイマ22を設け、ゲー
ト23にて光オン時間を一定時間以上延びないようにした
ことと、アドレス一致時にそのデータ情報を同様の光信
号にして送信するために、データ部並列直列変換器６を
一定パルス幅データ部並列直列変換器26に置き換えた点
にある。他の動作は第１図の場合と同様であるので、省
略する。上述した構成により、増殖伝播する拡散光にて
信号が光空間伝送するので、途中に障害があっても、又
障害物が移動しても、さらに子局自体が移動しても、別
ルートでバイパスされているので安定して伝送できる。

ところで、光伝送を行う場合、光電気変換器が受光で
きる光量レベルには自ずから限界がある。よって、光伝
送障害が存在する場合には受光限界を越え、正常な伝送
ができなくなるといった問題がある。又、安定した光伝
送を行うのにS/N比を上げるために不必要な高出力の光
送信を行う必要があるため、電力消費の観点から無駄が
あるばかりでなく、太陽電池等を用いて光受信信号から
電力を得て動作させ、信号ラインばかりでなく、電源ラ
インも無くした完全な無配線システムを構築する際に大
きな障害になり得る。従って、障害があって１つの子局
の受光量が極端に低下しても、別の子局からの光信号の
発光パワーを上げ、また光受光パワーが強い場合はそこ
に到達する光出力を下げるなど、すべての子局の受光量
が一定レベル内になるように自己調整機能を設けるのが
好ましい。次に、このような機能を備えた実施例につい
て、第11図〜第13図を参照しながら説明する。

（実施例２）この実施例における子局31の構成を第11図に、その伝
送フォーマットを第12図に、またその通信形態を第13図
に示す。この伝送フォーマットの第２図の基本伝送フォ
ーマットとの相違点は、データ情報を入・出力データと
コマンド・ステータスデータに分けた点にある。第12図
（ａ）は親局の送信伝送フォーマットであり、この時は
データ情報を子局に対する出力データと子局の光出力を
制御するためのコマンドデータとして割り当てている。
第12図（ｂ）は子局から親局へ送信する際の伝送フォー
マットであり、データ情報を入力データと受信光量レベ
ル値等のステータスデータとして割り当てている。

次に、第11図の子局31の構成について説明する。第７
図との相違点は、光電気変換器１から受信光量レベル信
号ｄを取り出し、受信光量レベル検出器32でレベル診断
をし、ステータス並列・直列変換器33により直列のステ
ータス信号ｅに変換して直列の入力データとともに親局
に送信するようにした点と、電気光変換器９の光出力を
制御する信号ｆを受信データ情報中のコマンド情報から
抽出する制御コード直列並列変換器34を新しく設けた点
である。

次に、このように構成された子局31と親局10の通信形
態を第13図により説明する。第10図の通信形態と基本的
に同じであるが、アドレス一致した子局31aに対する伝
送障害17が極めて大きい場合を示している。この時、親
局10は子局31aと正常又は安定して伝送できない場合
に、子局31aの近くにある子局31bの光出力を上げるよう
に第12図（ａ）のコマンドデータにて指令し、そのコマ
ンド情報を第11図の制御コード直列・並列変換器34でコ
マンド抽出して光出力を増す。なお、子局31aの光量不
足は正常動作が可能な場合は子局31aの光量レベルを第1
1図の受信光量レベル検出器32で行い、ステータス並列
直列変換器33にて直列ステータス情報化して送信するこ
とにより親局に知らせることができる。他の子局31も同
様にして自己の受信光量レベルを親局へ報告し、又発光
出力を調整することによりすべての子局の受信光量レベ
ルが常に安定に保たれることになる。この結果極めて大
きな障害があっても、又その障害が時々刻々変化しても
常に安定した光空間伝送が可能となる。

上述した実施例において、外乱光の影響を受けないよ
うにするために、光送受信器に赤外光を用いた時、その
出射状態が分からないという問題がある。この課題解決
のために可視光の平行ビームを出射方向マーカーとして
用いた光送受信器の実施例を第14図により説明する。

（実施例３）第14図に示す光送受信器40において、赤外光発光素子
41から出射された赤外光50は反射板42で反射され、レン
ズ43で平行ビームとされ、可視光フィルタ44を付加され
た透明体45を通して出射される。46は可視光ポインタで
あり、ここから出射される可視光ビーム51は反射板42の
中央に開けられた穴42aを通り、中央に可視光フィルタ4
4を付けていない透明体45を通り、赤外ビームの案内光
として出射される。一方、受光される赤外光は可視光フ
ィルタ44にて可視光がカットされ、レンズ43によりビー
ムが絞られ、反射板42で反射され、赤外光発光素子41の
近くに配設された受光素子47で受光され、電気信号とし
て取り出される。

このような構成により、単一の光学系で、可視光の外
乱に強く、かつ光通信がどの間で行われているかを簡単
に判別することができる。

以上述べた実施例は、次のような態様にしても同様の
効果を発揮する。すなわち、伝送フォーマットにおいて
アドレス数やデータ数は任意に設定することができる。
また、伝送フォーマット中のデータ情報は、伝送時間を
短くするため出力データと入力データを同じとしたが、
時間がかかってもよい場合は第８図に示すように分けて
もよい。又、第12図の伝送フォーマット中で出力データ
とコマンドデータの順序は逆でもよいし、入力データと
ステータスデータの順序が逆でもよい。又、コマンド情
報、ステータス情報が光量の例を示したが、他の情報で
もよい。

発明の効果以上のように本発明によれば、光ファイバ等の伝送媒
体を必要とせずに直接空間を通して安定した伝送が可能
であるので子局の増減やレイアウトの変更を任意に行う
ことができ、また子局のアドレスに重複がない限り他の
子局からの干渉のない伝送ができ、リアルタイムに安定
した光バス伝送ができる。特に本発明によれば子局に中
継機能を持たせるとともに、情報ビット間で子局間での
送受信の空き時間が生ずるように光送信時間を規制して
いるので、親局を１つ設けるだけで子局間で干渉するこ
となく障害物があっても安定した伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の参考例の子局の構成図、第２図は基本
伝送フォーマットの説明図、第３図は動作タイミング
図、第４図は第１の通信形態の説明図、第５図は第２の
通信形態の説明図、第６図は第３の通信形態の説明図、
第７図は本発明の第１実施例の子局の構成図、第８図は
同実施例に用いられる伝送フォーマットの説明図、第９
図は同光信号波形図、第10図はこの実施例が適用される
第４の通信形態の説明図、第11図は本発明の第２実施例
の子局の構成図、第12図は同実施例に用いられる伝送フ
ォーマットの説明図、第13図はこの実施例が適用される
第５の通信形態の説明図、第14図は本発明の第３実施例
の送受信手段の構成を示す断面図、第15図、第16図はそ
れぞれ従来例の全体構成図である。１……光電気変換器２……アドレス部直列・並列変換器３……データ部直列・並列変換器４……設定スイッチ５……アドレス情報比較器６……データ部並列・直列変換器８……送信切換スイッチ９……電気光変換器 10……親局 11……子局 13……ビームスプリッタ 16……光送受信器 21……子局 22……送信パルス幅タイマ 31……子局 32……受信光量レベル検出器 33……ステータス並列・直列変換器 34……制御コード直列・並列変換器 41……赤外光発光素子 46……可視光ポインタ 50……赤外光 51……可視光ビーム。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】親局と複数の子局を光バスにて伝送する光
バス伝送装置において、親局に、同期信号とアドレス情
報と出力データ部と入力データ部を有するデータ情報と
から成る伝送フォーマットを持つ光直列信号を送信する
手段を設け、子局には、受信した直列信号を並列変換す
る手段と、入力データ情報を直列変換する手段と、各子
局に予め設定されたアドレスとアドレス情報との一致・
不一致を検出する手段と、受信した直列信号に基づいて
光直列信号を送信する手段と、アドレス一致時には、入
力データ情報を受信信号に加えて親局及び他の複数の子
局に送信し、アドレス不一致時には、受信信号のみを親
局及び他の複数の子局に送信するように送信手段を切り
換える切換手段を設け、送信手段には各情報ビット間で
子局間での送受信の空き時間が生ずるように光送信時間
を規制する手段を設けたことを特徴とする光バス伝送装
置。
【請求項２】伝送フォーマット中のデータ情報をコマン
ドデータ部又はステータスデータ部として用いる手段
と、受信光量レベルをステータス情報として親局に送信
する手段と、受発光量レベルを親局からのコマンド情報
にて制御する手段とを設けたことを特徴とする請求項１
記載の光バス伝送装置。
【請求項３】赤外光の発光・受光手段と、可視光の発光
手段とを設け、赤外光と可視光をそれらの光軸を平行に
して発するようにしたことを特徴とする請求項１又は２
記載の光バス伝送装置。