JP3732629B2 - 光無線通信システムの子機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間を通じて光信号の送受信を行なう光無線通信システムの子機に係り、特に光軸合わせを精度良く行なうことができる子機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インテリジェンスビル内のようにある程度の限られた空間内で情報の送受信を円滑に行なうために、光ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が採用される傾向にある。この光ＬＡＮにおいては、赤外光などの光を用いて情報の伝達が行なわれ、例えば天井に設けた親機に対して、各自の机などにおいたノードとしての子機との間で光信号の送受信を行ない、天井に設けた親機は、他の親機との間でリンクされている。
【０００３】
このように、空間の２点間で光による通信を行なう場合には、まず、２点間の発光素子と受光素子の光軸を合わせる必要がある。特に、赤外線等の不可視光を通信に使う場合には、光軸調整は数１０度以内の比較的狭い許容範囲に限られるが、１０度以下の光軸調整を必要とする場合には、光到来方向を知るための検出器を搭載した光到来方向検出装置による自動調整に頼らざるを得ない。従来の光軸合わせの一例として図２０及び図２１に示す方法が知られている。
【０００４】
１は天井部２に設けた親機であり、これには発光素子及び受光素子が内蔵される。この親機１より一定のエリア内の空間の全ての方向、すなわち天井部より下方にむけて光信号３を出射し、この光信号３を例えば机上等に置いた光到来方向検出装置４で検出する。そして、この検出装置４で得られた光到来方向に対して、この検出装置４に併設された、或いはこれと一体的に設けられた光送受信装置の光検出器を方向付けするようになっている。
【０００５】
上記検出装置４は、レンズ、または反射鏡で光信号３を絞り、これをフォトトランジスタやフォトダイオード等の光検出器により検出するようになっているが、この場合、検出装置４の光軸に光信号３が合った時のみ出力する。従って、一回の走査で検出できる範囲が非常に狭く、開き角度で１０度以下である。そのため、図２１に示すように検出装置４を水平方向に３６０度回転しつつ、回転する毎に仰角方向に光軸の角度を図２０に示すように変化させ、これを数回繰り返すことにより、検出ピーク点を求めて天井部の親機１との間で互いの光軸合わせを行なう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光到来方向を検出するために検出装置４を回転する毎に仰角方向へ数回往復させざるを得ない理由は、次の通りである。すなわち、検出装置４は一つのレンズ、または反射鏡の焦点付近に情報検出と光到来方向検出のための受光素子を置いており、情報検出のための受光範囲は、外乱光を減少させるのに狭い方がよいが、光到来方向を検出するには広い方がよい。一個のレンズ、または反射鏡で両方の要求を満たすことは一般的にはできないため、ここでは情報検出の精度を高める方を優先し検出範囲を狭くしている。そして、空間に対する走査回数を多くすることで、光到来方向を検出する目的を達成している。しかしながら、この場合には上述のように空間に対する走査回数が多くなるので、その分サーチ時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００７】
また、他の装置例として、特願平６−１１３８９７号に開示されたように、親機として中心部の受光部を囲むようにして外輪状に信号送信用の発光素子を設け、この発光素子からデータ信号や子機の方向サーチ用のパイロット信号を発射させるようにしたものもある。この場合、子機は、小型化及び軽量化のために子機の発光部及び受光部は指向特性が非常に狭くなされており、例えば発光部からは直径が数ｍｍ程度のレーザビームを送信光として出力する。
【０００８】
このような状況下において、子機のサーチ動作は親機のパイロット信号が発せられる発光部の位置を特定するように機能するので、サーチの結果、子機の送信部の光軸は親機の発光部に一致してしまい、子機から発射された直径数ｍｍのレーザ光は、親機の受光部に当たらずに、発光部に当たってしまうという問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、指向特性が極端に狭い発光手段の光軸を精度良く親機の受講部に一致させることができる光無線通信システムの子機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、円環状に複数の発光素子を配列した発光部とこの発光部の内側に設けた受光部とよりなる親機と、これよりも下方に設けられて前記親機との間で光信号の送受信を行なう子機とよりなる光無線通信システムにおいて、前記子機は、前記大まかな光到来方向を決定する粗調用の光到来方向検出手段と、指向特性の狭い受光手段と、指向特性の狭い発光手段と、前記粗調用の光到来方向検出手段と前記受光手段と前記発光手段とを水平面内及び垂直面内に旋回させる旋回機構と、前記粗調用の光到来方向検出手段の出力に基づいて大まかな光到来方向を決定した後に、前記受光手段の出力に基づいて前記発光部の内の最も発光量が多い発光素子に正確に光軸を合わせ、その後、所定のずらし角だけ下方向へ光軸をずらすことにより、前記受光部と前記発光手段との間で通信路を確立させる制御部とを備えるようにしたものである。
【００１０】
これにより、まず、子機は光到来方向検出手段を水平方向及び垂直方向へ旋回移動させることにより親機が位置する大まかな光到来方向を決定し、次に、指向特性の狭い受光手段に基づいて子機の光軸を微調整することによってこの光軸を、親機の発光部の最も近い発光素子（子機にとって最も発光量が多い）に正確に一致させる。この状態で子機の発光手段からレーザ光を送信すると、親機の発光部にあたってしまうので、この子機の光軸を所定のずらし角度だけ例えば下方向へシフトさせてこの光軸を親機の受光部に一致させる。これにより、子機の発光手段の光軸と親機の受光部の光軸とを正確に一致させて通信路を確立させることができる。この場合、子機の受光手段は、例えば４つの受光素子を方形状に配列した４分割センサを用いることができる。
【００１１】
また、親機の最も発光量の多い発光素子と光軸合わせを行なった後、所定のずらし角だけ子機の光軸を例えば下方へシフトさせる場合には、４分割センサ上における例えば光スポットの移動方向に配列される一対の受光素子の出力差が所定の値になるような角度だけずらすようにしてもよい。
また、これに替えて親機までの距離と親機に対する仰角との関係より定まるずらし角のマップを予め作成しておき、このずらし角のマップに基づいてずらし角を求めるようにしてもよい。
また、子機の光軸のシフトにより親機との通信路が確立された後は、光軸のシフト（ずらし）により光スポットが移動した方向に位置する受光素子のみの出力を光信号の受信信号として用いることによりＳ／Ｎを向上させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光無線通信システムの子機の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は光無線通信システムを示す図、図２は親機を示す概略平面図、図３は親機を示す概略断面図、図４は本発明の子機を示すブロック構成図、図５は旋回機構を示す正面図、図６は旋回機構を示す側面図、図７は子機の主要部を示す斜視図、図８は子機の主要部の断面図、図９は子機の主要部の上面図、図１０は粗調用の光到来方向検出手段の主要部を示す斜視図、図１１は受光手段の４分割センサを示す平面図である。
【００１３】
図１において、５は天井部２に設けた親機であり、これより下方の全方位に向けて光信号３を送出し、また、後述するように、下方から来る光信号を受信する。この親機１は、所定のエリアをカバーし、図示されないが天井部に多数配置されている。
子機７は、例えば部屋内のデスク上に配置され、光信号３の到来方向を検出して光信号の送受信を行なう。この子機７にはパーソナルコンピュータ等の端末８が接続されており、そして、子機７及び親機５を介して他の端末（図示せず）との間でデータの伝送ができるようになっており、全体として光ＬＡＮを構成している。
【００１４】
まず、親機５について説明する。
この親機５は、複数、図示例では１６個の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子９を円環状に配列してなる発光部１０と、この内側の一定のエリア内に複数、図示例では４つのフォトトランジスタ等の受光素子１１を集合させて配置することにより形成された受光部１２とにより主に構成されている。これらの発光素子９及び受光素子１１の数量は、これに限定されない。
上記各発光素子９は、データにより変調された光信号３を発するものであり、中心部より斜め下方向へ向けて一定の範囲に光信号３が広がって伝搬するような指向特性を有している。この発光素子９のすぐ内側には、中心より外側へ広がるように下向きに傾斜された傘状の反射板１３が設けられており、これに当たる光信号３を下方向へ反射させるようになっている。また、この反射板１３は、発光素子９からの光信号３が受光素子１１に入射することを防止する仕切りとして機能する。
【００１５】
また、上記受光部１２には、上記受光素子１１を覆うようにして略半球状の透過散乱膜１４が設けられており、子機７より送出される非常に細いビーム状のレーザ光よりなる送信光４７が透過散乱膜１４に照射された時に、図２に示すようにこれを内側に透過させつつ散乱させてこの光を効率的に受光素子１１で捉えるようになっている。
【００１６】
次に、子機７について説明する。
この子機７は、図４に示すように、大まかな光到来方向を決定する粗調用の光到来方向検出手段１５と、指向特性の狭い受光手段１６と、指向特性の狭い発光手段１７と、上記各手段１５、１６、１７を水平面内及び垂直面内に旋回移動させる旋回機構１８（図１参照）と、この子機７の動作を制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部１９とにより主に構成されている。
上記粗調用の光到来方向検出手段１５は、互いに１８０度異なる方向へ向けて４５度上向け傾斜させて設けた一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂを有しており、各素子３５Ａ、３５Ｂに後述するようにスリットを介して光を導入できるようになっている。そして、この受光素子３５Ａ、３５Ｂを水平面内に旋回させることによって光信号が到来する大まかな方位を検出する。受光手段１６は、光信号３を集光する集光レンズ３９と４つの微調用受光素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを方形状に配置してなる４分割センサ３６を有している。また、発光手段１７は、変調されたレーザ光を発射する半導体レーザ素子３７と、これを直径１ｍｍ程度のレーザビームに集光させる送光用レンズ３８を有している。
【００１７】
また、ここでは上記各手段は、説明のために分離した状態で記されているが、実際には後述する１つの光学ユニット２０（図５参照）に集合されており、しかも粗調用の光到来方向検出手段１５の中心軸と受光手段１６及び発光手段１７の光軸が一致するようになっている。そして、本発明では、上記制御部１９は、まず、粗調用の光到来方向検出手段１５及び受光手段１６の微調用４分割センサ３６を用いて親機５の最も光量の大きな発光素子９に光軸を合わせ、その後、所定のずらし各θ（図１参照）だけ子機７の光軸を下方向にシフトさせるように動作させる。これにより、親機５の受光部１２の略中心に光軸を正確に合わすことが可能となる。
【００１８】
次に、図５及び図６を参照して旋回機構１８について説明する。
この旋回機構１８は、上記光学ユニット２０をその上に載置固定する旋回基台２１を有している。この基台２１の両端には支持軸２２、２２が設けられており、この支持軸２２、２２を水平回転台２３より起立させて設けた２本の支柱２４、２４に、ベアリング２５、２５を介して垂直面内に回転自在に支持している。上記支持軸２２、２２の一方には、ウォームホイールを形成するリング状の垂直歯車２６が固定されており、この垂直歯車２６には、水平回転台２３側に回転自在に支持された垂直ウォームギア２７が歯合されている。そして、この垂直ウォームギア２７には例えばステップモータよりなる垂直駆動モータ２８の回転軸が直接的、或いは減速機等を介して間接的に連結されており、垂直ウォームギア２７を回転し得るようになっている。従って、このウォームギア２７を回転することにより、旋回基台２１を上下方向へ、垂直面内において回転乃至揺動できるようになっている。
【００１９】
一方、上記水平回転台２３の下面は旋回支柱２９の上端に取付固定されており、この旋回支柱２９の基部はベース３０にベアリング３１を介して回転自在に支持されており、水平回転台２３を水平面内に回転し得るようになっている。
また、上記旋回支柱２９の途中にはウォームホイールを形成する円形状の歯車３２が固定されており、この歯車３２にはベース３０側に回転自在に支持されたウォームギア３３が歯合されている。そして、このウォームギア３３には例えばステップモータよりなる水平駆動モータ３４の回転軸が直接的或いは減速機等を介して間接的に連結されており、ウォームギア３３を回転し得るようになっている。
【００２０】
以上の構成により旋回基台２１は、垂直駆動モータ２８を駆動することにより垂直面内に旋回し、また、水平駆動モータ３４を駆動することによって水平回転台２３が水平面内に回転して、結果的に旋回基台２１は水平面内を旋回することになる。
尚、両モータ２８、３４は、パルス数をカウントするカウンター、或いはエンコーダ等を設ける事によって回転量及び回転位置などを検出できることは勿論である。
【００２１】
次に、図７乃至図９を参照して粗調用の光到来方向検出手段１５と受光手段１６と発光手段１７を一体的に結合した光学ユニット２０について説明する。
この光学ユニット２０の受光手段１６は、受光面４０となる上面が略水平で、下面が例えば断面円弧状に曲面成形された例えば樹脂製の２回反射型の集光レンズ３９（図４参照）を有している。この集光レンズ３９の断面円弧状の下面は、リング状に反射膜をコーティングすることにより、凹面状の第１の反射面４１として構成される。また、この集光レンズ３９の上面の中心部は断面平面状に平面部４２が形成されており、この平面部４２の表面に反射膜をコーティングすることにより平面状の第２の反射面４３を構成している。
【００２２】
そして、この２回反射型の集光レンズ３９の下面の中心部の直下には、集光された光を検出する例えばフォトダイオードよりなる微調用受光素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄよりなる４分割センサ３６（図４参照）が配置されている。従って、第１及び第２の反射面４１、４３は同軸上に対向して配置されることになり、しかも、それぞれの曲率は、図８に示すように受光面４０から入射した光信号３が、第１及び第２の反射面４１、４３にて順次反射した後に、４分割センサ３６に集光し得るように設定されている。この集光レンズ３９の直径は２〜３ｃｍ程度に設定されており、従って、この光学系は比較的狭い指向性となる。この２回反射型の集光レンズ３９は、その受光面４０を上面にして支持フレーム４４やネジ等により上記旋回基台２１上に取り付け固定される。
【００２３】
また、この支持フレーム４４からは、集光レンズ３９の中心軸（光軸）の上方に向けて４本の支持アーム４５が延びており、各アーム４５の先端で素子取付台４６を支持している。そして、この素子取付台４６上に発光手段１７として、例えば半導体レーザ素子３７とこれより放射されたレーザ光を直径１ｍｍ程度の光線に集光させて送信光４７として放出する送光用レンズ３８（図４参照）が設けられている。この場合、素子取付台４６は上記第１及び第２の反射面４１、４３と同軸上に設けられており、入来する光信号の損失を最小限にしている。
【００２４】
そして、上記２回反射型の集光レンズ３９の直径方向に沿って所定の厚みの一対のスリット状の切り欠き４８、４８を形成し、この切り欠きに、図４にて説明した粗調用の光到来方向検出手段１５の一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂを背中合わせになるように配置している。この粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂにより、大まかな光到来方向を検出するようになっている。
【００２５】
図１０は粗調用の光到来方向検出手段の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの配列状態を示す図である。この検出手段１５は垂直回転中心４９を中心として相互に反対側に向けて形成される２つのスリット５０Ａ、５０Ｂを有しており、これらのスリット５０Ａ、５０Ｂは、例えば一方の上端部を削り取ったよう略四角形状のプラスチック製板状部材５１を、スリットの幅だけ離間させてその底面と内側中心部側を接合させることにより形成されている。この板状部材５１は、１つのスリットを形成するために２枚用いられており、従って、ここでは２つのスリット５０Ａ、５０Ｂを背中合わせで対向配置形成することから全体で４枚用いられている。
【００２６】
そして、これらのスリット５０Ａ、５０Ｂの底部、或いは奥に、水平方向に対して傾斜角度が略４５度になるように相互に１８０度反対方向に向けられた一対の上記粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂを設けている。この場合、この各素子３５Ａ、３５Ｂから上記対応するスリット５０Ａ、５０Ｂを臨んで見た場合、その上下方向への広がり角、或いはここでは仰角が略９０度になるように設定されており、一定の幅で上下方向に延びる領域の空間を、スリットを介して臨むことができるようになっている。これらの素子３５Ａ、３５Ｂは、フォトトランジスタやフォトダイオード等よりなる。このように構成した部材を上記切り欠き４８、４８に挿入する。
【００２７】
一方、上記４分割センサ３６は図１１に示すように微調用受光素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄよりなり、いずれか一方の対角線上の一対の受光素子、例えば受光素子Ｂ、Ｄの出力の差が比較器５２にて取られて、この出力が水平駆動モータ３４を回転するための水平回転用信号Ｓ１として用いられる。他方、受光素子Ａ、Ｃの出力の差が比較器５３にて取られて、この出力が垂直駆動モータ２８を回転するための垂直回転用信号Ｓ２として用いられる。そして、支持軸２２（図５及び図６参照）の延在方向と直交する方向に配列される２つの受光素子Ａ、Ｃの出力は選択部５４に導入されて、制御部１９からの指令によりいずれか一方の素子の出力が、受信信号Ｓ３として用いられる。ここでは一対の素子Ｂ、Ｄの並び方向が支持軸２２の延在方向となっている。
【００２８】
次に、以上のように構成された子機の動作について説明する。
まず、図２及び図３に示すように天井部２に設けた親機５の発光部１０の円環状に配列された多数の発光素子９からは、斜め下方に向けて一定のエリアをカバーするような指向性をもって光信号３が放射されている。
図１に示すようにこの多数の発光素子９の内、子機７にとって最も光量の大きな、すなわち受光信号レベルが最大になる発光素子は、子機７に最も近い所に位置する素子となる。
子機７の通信路確保動作が開始されると、まず、制御部１９（図４参照）は粗調用の光到来方向検出手段１５及び受光手段１６の４分割センサ３６の微調用受光素子Ａ〜Ｄを用いて親機５の光軸を、受光信号レベルが最大となる方向に向ける。図１において、光軸６０が受光信号レベルが最大となる光軸であり、親機５の多数の発光素子の内、子機７に最も近い発光素子９の方向がこの光軸方向となる。
【００２９】
次に、制御部１９は、所定の僅かなずらし角θだけ子機７の光軸を下方向にシフトさせてずらし、子機７の光軸を、子機７から見た親機５の受光部１２の略中心に位置させる。図１において光軸６１が子機７から見た受光部１２の略中心に一致する光軸である。そして、この光軸６１に沿って通信路を確立する。
このように子機７の光軸を光軸６１から所定のずらし角θだけ下方向へシフトさせる理由は、もし子機７の光軸が光軸６０に一致した状態で通信路を確立すると、子機７からの送信光は、直径１ｍｍ程度の指向性が非常に狭いビーム状のレーザ光なので、この送信光が、受光部１２に当たることなく発光素子９に当たってしまい、通信ができなくなる恐れがあるためである。この場合、受光部１２の直径は、通常は１０ｃｍ程度のため、ずらし角は、子機７の設置場所にもよるが、数度程度である。
【００３０】
以上の動作を具体的に説明する。
まず、大まかな光到来方向を検出するには、図５及び図６に示す旋回機構１８の水平回転台２３を駆動して光学ユニット２０を１８０度水平面内に回転させる。この時、粗調用の光到来方向検出手段１５の一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力をモニターし、この受信レベルが最も大きくなった方位に水平回転台２３を停止する。この時点では、親機５の仰角はまだ不明である。
次に、旋回基台２１を垂直面内に次第に旋回して旋回基台２１を傾けて行く。この時、粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力が同じになった時点で旋回基台２１の傾斜を止める。この時点で、図１０に示す垂直回転中心４９の延長上に、最も受光信号レベルが最大となる発光素子９が略位置することになる。
【００３１】
これにより、大まかな光到来方向（仰角も含む）が定まることになる。ここでスリット５０Ａ、５０Ｂと受光素子３５Ａ、３５Ｂ（図１０参照）よりなる光到来方向検出手段１５の分解能はそれ程高くないので、次に、分解能の高い受光手段１６の４分割センサ３６の出力に基づく制御に切り換える。すなわち、図１或いは図１１に示すように子機７に最も近い発光素子９からの光信号３は、受光手段１６の集光レンズ３９により集光されて４分割センサ３６上に光スポット６２を形成するが、この光スポット６２が４分割センサ３６の中心に位置するように旋回機構１８を微調整する。これにより、子機７の光学ユニット２０（図５参照）の光軸は、受光信号レベルが最大になる発光素子９に精度良く向けられたことになる。この時の光学ユニット２０の光軸は、図１における光軸６０と一致する。
【００３２】
次に、旋回機構１８の垂直駆動モータ２８を主に駆動して光学ユニット２０の光軸を所定のずらし角θだけ下方向に向けて移動させて光軸を、子機７から見た親機５の受光部１２の略中心に位置させ、この状態で通信路を確立する。この時の光学ユニット２０の光軸は、図１において光軸６１に一致する。
図１２はこの時の親機に対する子機７の光軸の移動を模式的に示す図であり、ここでは親機５の受光部１２の半径Ｒ１は８５ｍｍに設定されている。子機７から受光部１２を見た時の開き角は、α１として表わされており、この中心である光軸６１と光軸６０との角度差がずらし角θとなる。
また、光学ユニット２０の光軸を、光軸６０から光軸６１にシフトした時の４分割センサ３６上における光スポット６２の移動の様子は図１３に示されており、実線で示す光スポット６２から破線で示す光スポット６２に向けて移動する。図示例では４分割センサ３６の中心から受光素子Ｂに向けて光スポット６２が移動している。この時、受光素子Ｂ、Ｃの出力差がゼロになるように光軸の微調整が行なわれているのは勿論である。
【００３３】
この時の、受光素子Ａ、Ｃの出力の変化は、図１４に示されており、光軸をずらすと、受光素子Ａの出力が次第に低下し、これに対して受光素子Ｃの出力が次第に上昇する。そして、ずらし角θのシフトが完了した時点で、旋回機構１８の駆動を停止し、通信路の確立を行なう。以後は、光軸がこの状態を維持するように常時制御されている。
このように、通信路の確立を行なったならば、親機５からの光信号３の受信信号としては、４分割センサ３の各受光素子ＡからＤの受信信号を加算するのではなく、光スポット６２が移動した方向の受光素子の出力、図１３においては受光素子Ｃの出力のみを受信信号として用いる。これにより、受信信号のＳ／Ｎを向上させることができる。尚、受信信号の出力の切り換えは、図１１に示すように制御部１９からの指令により選択部５４により行なう。
【００３４】
この理由は、各受光素子Ａ〜Ｄの受信信号には、無相関のノイズが乗っており、これらを単純に加算すると和信号は図１４中の曲線６３のようになり、ノイズ成分が多くなってＳ／Ｎが低下する。これに対して、光スポット６２が移動した方向の受光素子の出力信号のみを受信信号として用いると、理論上、ノイズ成分が１／２になり、６ｄＢ程度だけ出力信号の利得を向上させることができる。
このように、本発明によれば、指向方向が極端に狭い子機の発光部の光軸合わせを迅速に、且つ正確に行なうことができる。
【００３５】
以上の一連の操作を図１５に示すフローチャートを参照して総括的に説明する。
まず、通信路確立操作が開始されると、光学ユニット２０（図５参照）を水平旋回させて、その時、粗調用の光到来方向検出手段１５の一対の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂ（図４参照）の出力をモニターし（Ｓ１）、光量が最大となる方位に光学ユニット２０を方位づけする（Ｓ２）。
次に、この光学ユニット２０を垂直面内に旋回して、この時の粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力が同じになった位置で旋回を停止する。これにより、光学ユニット２０の光軸は、親機７の多数の発光素子９の内で、最も子機７に近い発光素子に略向けられており、大まかな光到来方向を決定することができる（Ｓ３）。
【００３６】
次に、制御の基準となる信号を粗調用の受光素子３５Ａ、３５Ｂの出力信号から、４分割センサ３６の出力信号に切り換え、この４分割センサ３６の各受光素子Ａ〜Ｄの出力に基づいて、光スポット６２（図１３参照）が４分割センサ３６の中心に位置するように旋回機構１８を微調整し、高精度に光軸合わせを行なう（Ｓ４）。次に、光学ユニット２０の光軸を所定のずらし角θだけ下方向にずらし、この光軸を子機７から見た親機５の受光部１２の略中心に位置させる（Ｓ５）。
【００３７】
そして、このずらしが終了した時点で、通信路の確立を行なう（Ｓ６）。通信路が確立されたならば、光スポット６２が移動した方向に位置する受光素子のみの出力信号を受信信号として用い、Ｓ／Ｎを向上させる（Ｓ７）。
尚、上記実施例では、光学ユニット２０の光軸を所定のずらし角θだけ下方向へシフトさせる場合、ステップモータのパルス数で制御するが、ずらし角θは１度に満たない場合もあり、モータ等の遊び或いはガタにより精度が狂い、光軸が親機５の受光部１０に当たらない場合も考えられる。そこで、これを防止するために、図１３及び図１４に示すように光スポット６２の移動方向に配列される２つの受光素子、ここでは２つの受光素子Ａ、Ｃの出力差が所定の値となるように光軸をシフトさせるようにすればよい。すなわち、図１１中における比較器５３により受光素子Ａ、Ｃの差をとり、この絶対値が図１４中の所定の値６４となるまで光スポット６２をずらす。これによれば、閉ループで制御ができ、より高精度に光学ユニット２０の光軸を親機の受光部１２に一致させることができる。
【００３８】
この時の制御のフローを図１６を参照して総括的に説明する。
図１６中のノード▲１▼、▲２▼は、図１５中のノード▲１▼、▲２▼に対応する。
まず、図１５に示すＳ４において高精度な光軸合わせが終了したならば、光学ユニット２０の光軸を少しずつ下方にシフトし（Ｓ２１）、これと同時に光スポット６２の移動方向における受光素子Ａ、Ｃの出力差をとる（Ｓ２２）。そして、この出力差が所定の値６４（図１４参照）になるまで光軸のシフトを続行し（Ｓ２３のＮＯ）、出力差が所定の値になったならば（Ｓ２３のＹＥＳ）、光軸のずらしを停止する（Ｓ２４）。以降の制御は図１５のＳ６へ移る。
これによれば、光学ユニット２０の光軸を確実に親機５の受光部１２に向けることが可能となる。
【００３９】
また、光軸のシフト時の制御方法として、予めずらし角θのマップを定めて、このマップより適切なずらし角θを選択するようにしてもよい。
すなわち、図１７に示すように親機５に対する子機の位置に応じて最適なずらし角は変化する。
図中、位置▲１▼〜▲９▼は子機の位置を示し、位置▲１▼〜▲３▼は親機５に対する仰角が９０度、位置▲４▼〜▲６▼は仰角が３１度、位置▲７▼〜▲９▼は仰角が１５度の場合を示す。また、位置▲１▼、▲４▼、▲７▼は同一水平レベル、例えば天井部２より１ｍ離れており、位置▲２▼、▲５▼、▲８▼は同一水平レベル、例えば天井部２より１．５ｍ離れており、位置▲３▼、▲６▼、▲９▼は同一水平レベル、例えば天井部２より２ｍの距離である。そして、各位置▲１▼〜▲９▼に対して、図１２に示すような最適なずらし角θを求めて、ずらし角θのマップを作成しておく。
このようなずらし角のマップの一例は表１に表わされている。
【００４０】
【表１】

【００４１】
尚、表１中の受光部の開き角α１は参考のために記したものであり、実際の操作時には不要である。
表１から明らかなように、子機７の親機５に対する仰角が同じでも親機５から遠くなる程、最適なずらし角θは、次第に小さくなっており、位置▲７▼、▲８▼、▲９▼においては、ずらし角θは１度以下になっている。
さて、このずらし角θの選択にあたっては、親機５に対する仰角と距離が判れば位置を特定できる。親機５に対する仰角は、垂直駆動モータ２８の回転量を、例えばエンコーダによって特定でき、また、親機５までの距離は、受光量は距離の２乗に反比例して減少するので、４分割センサ３６の受光レベル認識することによって求めることができる。
【００４２】
図１８はこの時の実施例の構成図を示しており、図４に示す構成に加えて、上記表１に示すずらし角θのマップを記憶するＲＯＭの如きずらし角記憶部６６と４分割センサ３６の出力に基づいて親機５までの距離を求める距離決定部６７を設けている。
これによれば、距離決定部６７の出力と、垂直駆動モータ２８のエンコーダ等より求められる仰角とに基づいて、ずらし角記憶部６６から最適なずらし角θを求めることができる。例えば上記判断の結果、子機７は位置▲９▼に存在すると認識されたならば、ずらし角θは０．４度となり、この角度だけ光学ユニット２０の光軸を下方向へシフトさせることになる。
【００４３】
尚、表１中にマッピングした位置の数は、ここでは一例を示したに過ぎず、天井の高さや、親機５の指向角度の大小に対応させて増減できる。また、ずらし角θが小さくなる程、マッピング密度を大きくして、すなわち仰角のきざみを小さくしてより精度の高い制御を行なうようにしてもよい。更に、表１中の位置間に子機が存在するような場合には、前後の値を、例えば按分してずらし角θをもとめればよい。
【００４４】
以上の操作を図１９に示すフローチャートを参照して総括的に説明する。尚、図中、ノード▲１▼、▲２▼は、図１５中のノード▲１▼、▲２▼に対応する。
まず、図１５に示すＳ４において、高精度な光軸合わせが終了したならば、距離決定部６７は、４分割センサの受光レベルを参照して親機５までの距離を求める（Ｓ３１）。次に、垂直駆動モータ２８のエンコーダ等より親機５に対する仰角を求める（Ｓ３２）。次に、求めた距離及び仰角に基づいてずらし角記憶部６６から最適なずらし角θを求める（Ｓ３３）。そして、この求めたずらし角だけ光学ユニット２０の光軸を下方にずらす（Ｓ３４）。以降の制御は図１５のＳ６へ移る。
これによれば、親機５に対する子機７の位置に応じた最適なずらし角θを決定することができ、より精度良く、親機の受光部１２に子機の光学ユニット２０の光軸を一致させることができる。
尚、ここでは、光ＬＡＮの構成を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明は種々の光無線通信システムに適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光無線通信システムの子機によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１に規定する発明によれば、親機の発光素子に光軸を合わせた後、所定のずらし角だけ光軸を例えば下方向へシフトさせるようにしたので、指向性の極端に狭い子機の発光手段の光軸を親機の受光部に正確に向けることができる。
また、所定のずらし角だけ光軸をシフトさせる際に、受光手段に用いた４分割センサの光スポットの移動方向に配列された受光素子の出力差が所定の値になるまでずらすようにしたので、子機の発光手段の光軸を親機の受光部に更に正確に向けることができる。
【００４６】
更に、親機のに対する子機の位置に応じた最適なずらし角のマップを予め記憶させておき、このマップから最適なずらし角を求めて制御を行なうことにより、子機の発光手段の光軸を親機の受光部に更に正確に向けることができる。
また、光スポットが移動した方向に位置する受光素子の出力信号を受信信号として用いることにより、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
更には、親機からのデータ用光信号をパイロット信号として用いることができるので、親機にパイロット信号用の発光素子を用いないで済ますことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光無線通信システムを示す図である。
【図２】親機を示す概略平面図である。
【図３】親機を示す概略断面図である。
【図４】本発明の子機を示すブロック構成図である。
【図５】旋回機構を示す正面図である。
【図６】旋回機構を示す側面図である。
【図７】子機の主要部を示す斜視図である。
【図８】子機の主要部の断面図である。
【図９】親機の主要部の上面図である。
【図１０】粗調用の光到来方向検出手段の主要部を示す斜視図である。
【図１１】受光手段の４分割センサを示す平面図である。
【図１２】子機の光軸の移動を模式的に示す図である。
【図１３】４分割センサ上の光スポットの移動の様子を示す図である。
【図１４】４分割センサの一部の受光素子の出力状態を示す図である。
【図１５】本発明の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の動作の他の一例を示すフローチャートである。
【図１７】親機に対する子機の位置の態様を示す図である。
【図１８】本発明の他の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の動作の更に他の一例を示すフローチャートである。
【図２０】親機と従来の光到来方向検出装置の関係を示す図である。
【図２１】図２０に示す検出装置の走査方法を示す図である。
【符号の説明】
３…光信号、５…親機、７…子機、９…親機の発光素子、１０…発光部、１１…受光素子、１２…受光部、１５…粗調用の光到来方向検出手段、１６…受光手段、１７…発光手段、１８…旋回機構、１９…制御部、２０…光学ユニット、３５…子機の粗調用の受光素子、３６…４分割センサ、４７…送信光、６２…光スポット、６６…ずらし角記憶部、６７…距離決定部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…微調用受光素子。

Claims (5)

1. 複数の発光素子を環状に配列した発光部とこの発光部の内側に設けた受光部とよりなる親機と、前記親機との間で光信号の送受信を行なう子機とを用いた光無線通信システムにおいて、前記子機は、光信号の大まかな光到来方向を検出する光到来方向検出手段と、この光到来方向検出手段の中心軸と各光軸が一致し、且つ指向特性の狭い受光手段及び発光手段と、前記光到来方向検出手段と前記受光手段と前記発光手段とを水平面内及び垂直面内に旋回させる旋回機構と、前記光到来方向検出手段の出力に基づいて光信号の大まかな光到来方向を決定した後に、前記受光手段の出力に基づいて最も発光量が多い前記発光部の発光素子に光軸を合わせ、その後、この光軸を所定のずらし角だけずらして前記受光部にあわせることにより、前記受光部と前記発光手段との間で通信路を確立させる制御部とを備えたことを特徴とする光無線通信システムの子機。
2. 前記受光手段は、４つの受光素子を方形状に配列してなる４分割センサよりなることを特徴とする請求項１記載の光無線通信システムの子機。
3. 前記所定のずらし角は、前記子機の光軸をずらした時に一対の前記受光素子の出力差が所定の値になるような角度であることを特徴とする請求項２記載の光無線通信システムの子機。
4. 前記受光手段の出力により前記親機までの距離を求める距離決定部と、前記親機に対する仰角と前記親機までの距離とに応じたずらし角のマップを予め記憶するずらし角記憶部とを有し、前記距離決定部の出力と前記仰角とに基づいて前記ずらし角記憶部からずらし角を求めることを特徴とする請求項２または３記載の光無線通信システムの子機。
5. 前記通信路が確立された後は、前記光軸をずらした時に光スポットが移動する方向に位置する前記受光素子のみの出力を光信号の受信信号として用いることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光無線通信システムの子機。

Images