特開 2024-95310 光空間通信装置、光空間通信システムおよび光空間通信装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024095310

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】光空間通信装置、光空間通信システムおよび光空間通信装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/11 20130101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

H04B10/11

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022212500

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 洋平

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA15

5K102AL11

5K102AL23

5K102LA06

5K102LA16

5K102LA24

5K102LA31

5K102LA38

5K102LA46

5K102LA52

5K102MH03

5K102MH14

5K102MH22

5K102PB01

5K102PC11

5K102PH31

5K102RB02

5K102RD28

(57)【要約】      （修正有）

【課題】コンパクトな構成によって複数の光空間通信リンクを構築する光空間通信装置、その制御方法及び光空間通信システムを提供する。
【解決手段】光空間通信装置（１００）において、光送出ユニット（１１０）は、単一のレーザービームを出力する光源（１１１）と、レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段（１１２）と、を備える。通信制御手段（１３０）は、レーザービームにより複数の光空間通信リンクを（リンク１及びリンク２）構築するように光送出ユニット（１１０）を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光送出ユニットと、
通信制御手段と、を備え、
前記光送出ユニットは、
単一のレーザービームを出力する光源と、
前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、
前記通信制御手段は、前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する、光空間通信装置。

【請求項2】

前記通信制御手段は、前記単一のレーザービームを、互いに方向が異なる複数のレーザービームに分割するように前記光送出ユニットを制御する、請求項１に記載の光空間通信装置。

【請求項3】

前記光空間通信リンクを介して前記レーザービームを受信する光空間通信装置における当該レーザービームの受信パワーを取得する取得手段を更に備え、
前記通信制御手段は、前記受信パワーが設定値を上回るように、前記単一のレーザービームから前記複数のレーザービームへの分割割合、および、前記光源の出力の少なくとも一方を調整する、請求項２に記載の光空間通信装置。

【請求項4】

前記通信制御手段は、前記単一のレーザービームを、複数の方向のそれぞれに対して互いに異なるタイミングに送出するように前記光送出ユニットを制御する、請求項１に記載の光空間通信装置。

【請求項5】

前記通信制御手段は、前記複数の光空間通信リンクの少なくとも１つの光空間通信リンクを介して通信内容を送信し、前記複数の光空間通信リンクの他の光空間通信リンクを介して当該他の光空間通信リンクを維持するための制御信号を送信するように前記光送出ユニットを制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光空間通信装置。

【請求項6】

前記通信制御手段は、前記少なくとも１つの光空間通信リンクが遮断されたときに、前記他の光空間通信リンクを介して通信内容を送信するように前記光送出ユニットを制御する、請求項５に記載の光空間通信装置。

【請求項7】

前記通信制御手段は、前記複数の光空間通信リンクを介して、同一の通信内容をそれぞれ送信させる、請求項１～４のいずれか一項に記載の光空間通信装置。

【請求項8】

前記通信制御手段は、前記複数の光空間通信リンクを介して、一つの通信内容を分割した通信内容部分をそれぞれ送信するように前記光送出ユニットを制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光空間通信装置。

【請求項9】

請求項１に記載の光空間通信装置を３個以上備えた、光空間通信システム。

【請求項10】

光送出ユニットを備えた光空間通信装置の制御方法であって、
前記光送出ユニットは、
単一のレーザービームを出力する光源と、
前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、
前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する通信制御処理を実行することを含む、光空間通信装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光空間通信装置、光空間通信システムおよび光空間通信装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、インターネット、モバイルネットなどでのトラフィック増加は年率２０～４０％と顕著である。そのため、無線通信速度を飛躍的に向上し得る光空間通信（ＦＳＯＣ：Free-Space Optical Communications）を用いたネットワークの実用化が期待されている。

【0003】

光空間通信は、可視光線から赤外線までの波長の光波を用いた、自由空間を介する高速無線通信であり、近年、ファイバー通信に迫る通信速度を達成している。また、光空間通信では、細いビームを用いることにより、第三者による盗聴を困難にすることができる。

【0004】

例えば、特許文献１には、光空間通信の実現技術の一例が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－０６１２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、光空間通信において、高信頼化を実現するために複数のリンク（接続）を構築する場合、光トランシーバなどの送信機構及び受信機構が、リンクの数だけ必要となる。そのため、装置の物理的な大きさが大きくなるという問題がある。

【0007】

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、コンパクトな構成によって複数の光空間通信リンクを構築することができる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る光空間通信装置は、光送出ユニットと、通信制御手段と、を備え、前記光送出ユニットは、単一のレーザービームを出力する光源と、前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、前記通信制御手段は、前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する。

【0009】

本発明の一態様に係る光空間通信装置の制御方法は、光送出ユニットを備えた光空間通信装置の制御方法であって、前記光送出ユニットは、単一のレーザービームを出力する光源と、前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する通信制御処理を実行することを含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、コンパクトな構成によって複数の光空間通信リンクを構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態１に係る光空間通信装置の概略構成の一例を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る光空間通信装置による通信制御処理の一例を示すフロー図である。

【図3】本発明の実施形態２に係る光空間通信装置の概略構成の一例を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態２に係る光空間通信装置の光送出ユニットの構成例を示す模式図である。

【図5】本発明の実施形態２に係る光空間通信装置の光受信ユニットの構成例を示す模式図である。

【図6】本発明の実施形態２に係る光空間通信システムの概略構成の一例を説明する模式図である。

【図7】本発明の実施形態２に係る光空間通信装置におけるリンクの切り替え制御の一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の実施形態２に係る光空間通信装置におけるリンクの切り替え制御の一例を示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態２に係る光空間通信リンクを介して送信される信号の一例を説明する模式図である。

【図10】本発明の実施形態２に係る光空間通信リンクを介して送信される信号の他の例を説明する模式図である。

【図11】本発明の実施形態２に係る光空間通信装置における通信制御の一例を説明する模式図である。

【図12】光空間通信装置による光軸合わせの一例を説明する模式図である。

【図13】光空間通信装置による光軸合わせの一例を説明する模式図である。

【図14】本発明の実施形態３に係る光空間通信システムの概略構成の一例を説明する模式図である。

【図15】本発明の実施形態４に係る光空間通信システムの概略構成の一例を説明する模式図である。

【図16】コンピュータの構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

〔例示的実施形態１〕
本発明の第１の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本例示的実施形態は、後述する例示的実施形態の基本となる形態である。

【0013】

（光空間通信装置の構成）
本例示的実施形態に係る光空間通信装置１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、光空間通信装置１００の構成を示すブロック図である。光空間通信装置１００は光空間通信を行う通信装置である。光空間通信とは、空間を伝搬する光を用いた通信である。光空間通信に用いられる光には、ミリ波、サブミリ波、赤外光、可視光、紫外光等が含まれ得る。

【0014】

図１では、光空間通信装置１００が構築する光空間通信リンクとして、リンク１およびリンク２を示しているが、本実施形態はこれに限定されず、光空間通信装置１００は、複数の光空間通信リンクを構築することができる。なお、光空間通信リンクの構築とは、光空間通信装置同士が光空間通信が可能な状態（接続状態）になることを意味している。光空間通信リンクを介して通信内容が送信されている状態も、通信内容の送信はなく、光空間通信リンクが構築されているだけの状態もあり得る。また、光空間通信リンクは、双方向に通信が可能な状態であってもよいし、一方向に通信が可能な状態であってもよい。

【0015】

光空間通信装置１００は、レーザービームを送出する光送出ユニット１１０、および、光送出ユニット１１０を制御する通信制御手段１３０を備えている。光送出ユニット１１０は、光源１１１、および、送出方向制御手段１１２を備えている。

【0016】

光源１１１は、単一のレーザービームを出力する。当該レーザービームは、光空間通信のための通信光となる。光源１１１が出力したレーザービームは、送出方向制御手段１１２に入射する。

【0017】

送出方向制御手段１１２は、光源１１１が出力したレーザービームの送出方向を制御する。本明細書において、「レーザービームの送出方向を制御する」とは、レーザービームの少なくとも一部の送出方向を制御することを含み、レーザービームの一部を、レーザービームの他の一部と異なる方向に送出することを含む。換言すれば、送出方向制御手段１１２は、レーザービーム全体の方向を制御するだけでなく、レーザービームを分割して互いに異なる方向に送出される複数のレーザービームとすることもできる。

【0018】

一態様において、送出方向制御手段１１２は、例えば、強誘電性液晶、ホモジーニアス液晶、垂直配向液晶などによって実現され得る。このような送出方向制御手段１１２の一例は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）デバイスである。このような送出方向制御手段１１２は、光源１１１から出力された単一のレーザービームが入射する複数の受光領域を有しており、フラウンフォーファー回折が生じるようになっている。通信制御手段１３０は、各受光領域に印加する電圧を制御することにより、受光領域の屈折率を制御することができる。これにより、通信制御手段１３０は、受光領域間に屈折率の差を発生させて、光源１１１から送出方向制御手段１１２に入射された単一のレーザービームを適宜に回折させることができる。これにより、送出方向制御手段１１２は、光源１１１が出力したレーザービームの方向を制御することができる。また、送出方向制御手段１１２は、光源１１１が出力したレーザービームを複数のレーザービームに分割して、互いに異なる方向に出射することができる。また、他の態様において、送出方向制御手段１１２は、例えば、各々が傾きを制御可能な多数の微小なミラーによって実現されてもよい。

【0019】

光送出ユニット１１０は、その他、レンズやフィルターなどを備えていてもよい。

【0020】

通信制御手段１３０は、レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように光送出ユニット１１０を制御する。一態様において、通信制御手段１３０は、送出方向制御手段１１２を制御して、光源１１１が出力した単一のレーザービームを分割して複数のレーザービームとし、複数の光空間通信装置のそれぞれに対して送出することにより、複数の光空間通信リンクを構築してもよい。他の態様において、通信制御手段１３０は、送出方向制御手段１１２を制御して、光源１１１が出力した単一のレーザービームを複数の光空間通信装置のそれぞれに対して異なるタイミングにおいて送出することにより、複数の光空間通信リンクを構築してもよい。

【0021】

以上のように、本例示的実施形態に係る光空間通信装置１００においては、単一のレーザービームを出力する光源１１１および当該レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段１１２を用いて、複数の光空間通信リンクを構築することができる。これにより、コンパクトな構成によって複数の光空間通信リンクを構築することができるという効果が得られる。

【0022】

（光空間通信装置の制御方法の流れ）
本例示的実施形態に係る光空間通信装置の制御方法の流れについて、図２を参照して説明する。本例示的実施形態に係る光空間通信装置の制御方法では、通信制御処理を実行する。

【0023】

図２は、光空間通信装置１００による通信制御処理の一例を示すフロー図である。ステップＳ１において、通信制御手段１３０は、光送出ユニット１１０（光源１１１および送出方向制御手段１１２）を制御する。そして、ステップＳ２において、通信制御手段１３０は、複数の光空間通信リンクを構築する。一態様において、通信制御手段１３０は、送出方向制御手段１１２を制御して、光源１１１が出力した単一のレーザービームを分割して複数のレーザービームとし、複数の光空間通信装置のそれぞれに対して送出することにより、複数の光空間通信リンクを構築してもよい。他の態様において、通信制御手段１３０は、送出方向制御手段１１２を制御して、光源１１１が出力した単一のレーザービームを複数の光空間通信装置のそれぞれに対して異なるタイミングにおいて送出することにより、複数の光空間通信リンクを構築してもよい。

【0024】

以上のように、本例示的実施形態に係る光空間通信装置の制御方法においては、単一のレーザービームを出力する光源１１１および当該レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段１１２を用いて、複数の光空間通信リンクを構築することができる。これにより、コンパクトな構成によって複数の光空間通信リンクを構築することができるという効果が得られる。

【0025】

〔例示的実施形態２〕
本発明の第２の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、例示的実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0026】

図３は、本例示的実施形態に係る光空間通信装置１００の構成を示すブロック図である。光空間通信装置１００は、光送出ユニット１１０、光受信ユニット１２０および通信制御手段１３０を備えている。光送出ユニット１１０は、光源１１１および送出方向制御手段１１２を備えている。光受信ユニット１２０は、受光手段１２１を備えている。通信制御手段１３０は、光送出ユニット１１０および光受信ユニット１２０を制御する。

【0027】

図４は、光送出ユニット１１０の構成例を示す模式図である。図４に示すように、光源１１１から出力されたレーザービームＬＢは、送出方向制御手段１１２に入射し、送出方向制御手段１１２によってレーザービームＬＢが分割され、分割されたレーザービームＬＢが、光送出ユニット１１０から互いに異なる方向に送出される。光源１１１および送出方向制御手段１１２は、通信制御手段１３０によって制御される。なお、送出方向制御手段１１２は、レーザービームＬＢを分割せずに方向を調整してもよい。

【0028】

図５は、光受信ユニット１２０の構成例を示す模式図である。図５に示すように、受光手段１２１は、集光レンズ１２１ａ、受光素子１２１ｂおよび受信回路１２１ｃを備えている。光空間通信リンク先からのレーザービームＬＢは、集光レンズ１２１ａによって集光され、受光素子１２１ｂによって受光される。そして、受信回路１２１ｃによって、受光素子１２１ｂが受光したレーザービームＬＢが検出される。受信回路１２１ｃの検出結果は、通信制御手段１３０に提供される。

【0029】

（複数の光空間通信リンクによるリンクプロテクション）
本実施形態では、複数の通信リンクによっていわゆるリンクプロテクションを実現する構成について説明する。図６は、本例示的実施形態に係る光空間通信システム１の概略構成の一例を説明する模式図である。光空間通信システム１は、複数の光空間通信装置（１００、２００、３００、４００）を備えている。なお、光空間通信システム１に含まれる光空間通信装置の数は特に限定されず、３個以上であれば特に限定されない。以下では、光空間通信装置１００が関与する光空間通信リンクについてのみ説明する。

【0030】

光空間通信装置１００は、光空間通信装置２００との間にリンク１を構築しており、光空間通信装置３００との間にリンク２を構築している。本実施形態において、光空間通信装置１００は、複数のリンク１およびリンク２を構築することにより、いわゆるリンクプロテクションを実現し、高信頼性を獲得している。すなわち、リンク１は、通信に使用するプライマリリンクであり、リンク２は、リンク１が遮断されたときに使用するスタンバイリンクである。リンク２が構築されていることにより、高信頼性を獲得することができる。例えば、光空間通信装置１００は、リンク１が遮断された場合であっても、リンク２を介して、光空間通信装置４００に所定の通信内容を送信することができる。

【0031】

プライマリリンクであるリンク１では、光空間通信リンクを維持するための制御信号（キープアライブ信号およびその応答信号）が送受信されるとともに、所望の通信内容を含むデータ信号が送信される。スタンバイリンクであるリンク２では、光空間通信リンクを維持するための制御信号（キープアライブ信号およびその応答信号）が送受信される。

【0032】

光空間通信リンクを維持するための制御信号は、光空間通信リンクが構築されている状態、換言すれば、当該光空間通信リンクを介して通信可能な状態であることを確認するために送受信される信号であり、キープアライブ信号（リンク持続信号）およびその応答信号によって構成される。すなわち、光空間通信リンクを構成する一方の光空間通信装置から他方の光空間通信装置にキープアライブ信号が送信され、キープアライブ信号を受信した当該他方の光空間通信装置から当該一方の光空間通信装置に応答信号が送信されることによって、当該光空間通信リンクが構築されている状態であることを両光空間通信装置が認識することができる。なお、応答信号については、光空間通信リンクを介さずに、別の通信経路を介して送受信されてもよい。また、キープアライブ信号の送信タイミングは特に限定されないが、例えば、所定の周期で送信するものとしてよい。

【0033】

光空間通信装置１００の通信制御手段１３０は、光送出ユニット１１０を制御して、複数の光空間通信リンク（図６の例では、リンク１およびリンク２）の少なくとも１つの光空間通信リンク（図６の例では、リンク１）を介して通信内容を送信し、複数の光空間通信リンクの他の光空間通信リンク（図６の例では、リンク２）を介して当該他の光空間通信リンクを維持するための制御信号を送信する。また、光空間通信装置１００の通信制御手段１３０は、光送出ユニット１１０を制御して、上述の少なくとも１つの光空間通信リンク（図６の例では、リンク１）を介して当該少なくとも１つの光空間通信リンクを維持するための制御信号を送信してもよい。これにより、光空間通信装置１００は、リンクプロテクションを実現するための複数の光空間通信リンクを構築することができる。

【0034】

また、通信制御手段１３０は、少なくとも１つの光空間通信リンクが遮断されたときに、他の光空間通信リンクを介して通信内容を送信するように光送出ユニット１１０を制御する。図７および図８は、光空間通信装置１００によるリンクの切り替え制御の一例を示すフローチャートである。例えば、新たな通信を開始するタイミングや、通信中の任意のタイミング、通信が停止しているタイミング等において、処理が開始される（ステップＳ１１）。

【0035】

通信制御手段１３０は、プライマリリンク（図６に示す例では、リンク１）が導通しているか（プライマリリンクが構築されている状態）か否かを判定する（ステップＳ１２）。当該判定は、例えば、プライマリリンクを介したデータ信号の送信の成否、プライマリリンクを介したキープアライブ信号の送信に対する応答信号の受信の成否などに基づいて行なうことができる。

【0036】

プライマリリンクが導通している場合（ステップＳ１２においてＹｅｓ）、通信制御手段１３０は、スタンバイリンク（図６に示す例では、リンク２）が導通しているか（スタンバイリンクが構築されている状態）か否かを判定する（ステップＳ１３）。当該判定は、例えば、スタンバイリンクを介したキープアライブ信号の送信に対する応答信号の受信の成否などに基づいて行なうことができる。スタンバイリンクが導通している場合（ステップＳ１３においてＹｅｓ）、処理を完了する（ステップＳ１４）。

【0037】

一方、プライマリリンクが導通していない場合（ステップＳ１２においてＮｏ）、通信制御手段１３０は、プライマリリンクをスタンバイリンクに変更し、冗長リンク組の決定処理を実行する（ステップＳ２０）。また、スタンバイリンクが導通していない場合（ステップＳ１３においてＮｏ）、通信制御手段１３０は、冗長リンク組の決定処理を実行する（ステップＳ２０）。

【0038】

ステップＳ２０は、ステップＳ２１～Ｓ２５を含む。冗長リンク組の決定処理が開始されると（ステップＳ２１）、通信制御手段１３０は、構築している複数の光空間通信リンクの中からプライマリリンクを選択し（ステップＳ２２）、選択したプライマリリンク以外の光空間通信リンクからスタンバイリンクを選択する（ステップＳ２３）。

【0039】

そして、通信制御手段１３０は、選択したプライマリリンクおよびスタンバイリンクを用いて通信が可能か否かを判定する（ステップＳ２４）。選択したプライマリリンクおよびスタンバイリンクを用いて通信が可能な場合（ステップＳ２４のＹｅｓ）、冗長リンク組の決定処理を終了する（ステップＳ２５）。選択したプライマリリンクおよびスタンバイリンクを用いて通信ができない場合（ステップＳ２４のＮｏ）、ステップＳ２３に戻り、スタンバイリンクを再選択する。なおこのとき、ステップＳ２２に戻り、プライマリリンクを再選択してもよい。

【0040】

（複数の光空間通信リンクの分割方法）
一態様において、光空間通信装置１００は、複数の光空間通信リンクの構築を、空間分割により実現してもよい。すなわち、通信制御手段１３０は、単一のレーザービームを、互いに方向が異なる複数のレーザービームに分割するように光送出ユニット１１０を制御することにより、複数の光空間通信装置との光空間通信リンクを構築してもよい。

【0041】

例えば、通信制御手段１３０は、光源１１１に以下のような単一のレーザービームを出力させる：単一のレーザービームのうち、送出方向制御手段１１２の第１の受光領域に入射する部分には、リンク１との通信内容が重畳されており、送出方向制御手段１１２の第２の受光領域に入射する部分には、リンク２との通信内容が重畳されている。そして、通信制御手段１３０は、送出方向制御手段１１２に、単一のレーザービームを分割させ、第１の受光領域に入射したレーザービームを、リンク１に送出されるレーザービームとし、第２の受光領域に入射したレーザービームを、リンク２に送出されるレーザービームとさせる。これにより、空間分割を実現することができる。

【0042】

図９は、空間分割により構築した複数の光空間通信リンクを介して送信される信号の一例を示す模式図である。図９に示すように、所定の周期において、プライマリリンクおよびスタンバイリンクにおいて、キープアライブ信号（図９に示す「Ｈｅｌｌｏ」）が送信されるとともに、キープアライブ信号とはずらして、プライマリリンクにおいて、データ信号が送信される。

【0043】

他の一態様において、光空間通信装置１００は、複数の光空間通信リンクの構築を、時間分割により実現してもよい。すなわち、通信制御手段１３０は、単一のレーザービームを、複数の方向のそれぞれに対して互いに異なるタイミングに送出するように光送出ユニット１１０を制御することにより、複数の光空間通信装置との光空間通信リンクを構築してもよい。

【0044】

例えば、通信制御手段１３０は、光源１１１に以下のような単一のレーザービームを出力させる：単一のレーザービームには、第１の期間においてリンク１との通信内容が重畳されており、第１の期間と異なる第２の期間においてリンク２との通信内容が重畳されている。そして、通信制御手段１３０は、送出方向制御手段１１２に、単一のレーザービームを、第１の期間においてリンク１に送出させ、第２の期間においてリンク２に送出させる。これにより、時間分割（空間および時間分割）を実現することができる。

【0045】

図１０は、時間分割により構築した複数の光空間通信リンクを介して送信される信号の一例を示す模式図である。図１０に示すように、所定の周期において、プライマリリンクのキープアライブ信号が送信され、プライマリリンクのキープアライブ信号とはずらして、スタンバイリンクのキープアライブ信号が送信され、いずれのキープアライブ信号ともずらして、プライマリリンクにおいてデータ信号が送信される。

【0046】

なお、リンク１およびリンク２を介して送信されるレーザービームの周波数は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0047】

一態様において、光空間通信装置１００の通信制御手段（取得手段）１３０は、各光空間通信リンク（図６に示す例では、リンク１、リンク２）を介して、光空間通信装置１００が送出したレーザービームを受信する光空間通信装置（図６に示す例では、光空間通信装置２００、光空間通信装置３００）における当該レーザービームの受信パワーを取得してもよい。通信制御手段１３０は、光空間通信リンクを介して、各光空間通信装置における受信パワーを取得してもよいし、図示しない別の通信手段を介して各光空間通信装置における受信パワーを取得してもよい。

【0048】

そして、上述した空間分割を行なう場合、通信制御手段１３０は、取得した各光空間通信装置の受信パワーがそれぞれ設定値を上回るように、光源１１１が出力した単一のレーザービームから複数のレーザービームへの分割割合、および、光源１１１の出力の少なくとも一方を調整してもよい。

【0049】

図１１は、光空間通信装置ｉとの間にプライマリリンクであるリンクｉを構築し、光空間通信装置ｊとの間にスタンバイリンクであるリンクｊを構築している光空間通信装置ｋを示す模式図である。

【0050】

光空間通信装置ｋがリンクｉに送出するレーザービームの送信パワーをｂ_ｉとし、光空間通信装置ｉが受信する受信パワーをｌ_ｉとする。また、光空間通信装置ｋがリンクｊに送出するレーザービームの送信パワーをｂ_ｊとし、光空間通信装置ｊが受信する受信パワーをｌ_ｊとする。また、リンクｉにおけるパスロス（光空間通信装置間の経路において生じるレーザービームの損失）をｐ_ｉとし、リンクｉにおけるパスロスをｐ_ｊとする。

【0051】

このとき、ｂ_ｉ、ｌ_ｉ、ｐ_ｉの間には、ｌ_ｉ＝ｂ_ｉ－ｐ_ｉの関係が成立する。また、ｂ_ｊ、ｌ_ｊ、ｐ_ｊの間には、ｌ_ｊ＝ｂ_ｊ－ｐ_ｊの関係が成立する。また、レーザービームを有効に受信できる最低限の光受信パワーとして設定された設定値をｌ_ｍｉｎとすると、ｌ_ｉ＞ｌ_ｍｉｎおよびｌ_ｊ＞ｌ_ｍｉｎを満たしていなければならない。通信制御手段１３０は、このような式を満たすように、ｂ_ｉおよびｂ_ｊを調整する。ｂ_ｉおよびｂ_ｊは、光源１１１が出力した単一のレーザービームから複数のレーザービームへの分割割合、および、光源１１１の出力によって決定されるため、通信制御手段１３０は、当該分割割合および当該出力の少なくとも一方を調整すればよい。

【0052】

また、図１１において、プライマリリンクのリンクｉを構成するレーザービームを表す直線と、スタンバイリンクのリンクｊを構成するレーザービームを表す直線がなす角度をθと表す。リンクｊを構成するレーザービームは、リンクｉを構成するレーザービームから角度θだけ傾いた方向に送出されたことによって、リンクｉを構成するレーザービームと比較して、θの関数であるｓ（θ）だけ光送信パワーが弱まる。このｓ（θ）をビームステアロス関数と呼ぶことにする。このとき、ｌ_ｊ＝ｂ_ｊ×ｓ（θ）－ｐ_ｊの関係が成立する。

【0053】

上記のｓ（θ）は、θが小さいとき、ｃｏｓ（θ）と近似できる。従って、ｌ_ｊ＝ｂ_ｊ×ｓ（θ）－ｐ_ｊの関係は、リンクｊを構成するレーザービームのリンクｉを構成するレーザービームに対する角度が大きくなるほど、光送信パワーが小さくなることを意味する。

【0054】

したがって、プライマリリンクのリンクｉを確定した後に、スタンバイリンクのリンクｊを探す方法として、θを小さくするｊを探す方法と、θを大きくするｊを探す方法の２つがある。前者にはビームロスが少なくできるという利点がある。後者には空間分割通信を行う際に、スタンバイリンクのリンクｊをプライマリリンクのリンクｉと区別しやすくなるという利点がある。空間分割通信を行う際の探索方法の一例として、まず前者の方法で探索を行い、スタンバイリンクの発見が困難な場合、後者の方法に切り替える方法が挙げられる。

【0055】

（光軸合わせ）
一態様において、光空間通信リンクの構築は、光空間通信リンク先の光空間通信装置と光軸合わせを行なうことを含む。光軸合わせとは、少なくとも、一方の光空間通信装置の光送出ユニットの光軸と、他方の光空間通信装置の光受信ユニットの光軸とを一致させることを指し、さらに、当該一方の光空間通信装置の光受信ユニットの光軸と、他方の光空間通信装置の光送出ユニットの光軸とを一致させてもよい。

【0056】

図１２および図１３は、光空間通信装置による光軸合わせの一例を説明する模式図である。以下では、一例として、光空間通信装置１００がスキャンを行い、光空間通信リンク先の光空間通信装置２００との光軸合わせを行う流れについて説明するが、任意の光空間通信装置間の光軸合わせも同様に行うことができる。なお、「スキャン」は、「サーチ」と言い換えてもよい。また、光空間通信装置１００の光軸合わせは、通信制御手段１３０によって制御される。

【0057】

通信制御手段１３０は、光源１１１に光軸合わせ用のレーザービームＬＢ１を出力させるとともに、送出方向制御手段１１２にレーザービームＬＢ１の送出方向を変化させる（スキャン）。そして、光空間通信装置１００から正しい方向に送出されたレーザービームＬＢ１が、光空間通信装置２００によって受光される。

【0058】

レーザービームＬＢ１には、光空間通信装置１００を特定する識別情報と、どの方向に送出されたのかの方向情報（方位角、仰角及び俯角）が重畳されている。

【0059】

光空間通信装置２００が、レーザービームＬＢ１を受光できた場合、すなわち光空間通信装置１００と光空間通信装置２００との光軸が一致した場合、光空間通信装置２００は、レーザービームＬＢ１に含まれる識別情報および方向情報を取得し、光空間通信装置１００の方向を特定する。また、光空間通信装置２００は、レーザービームＬＢ１の減衰に基づき、光空間通信装置１００までの距離を特定してもよい。これにより、光空間通信装置２００は、光空間通信装置１００の相対的な位置を特定することができる。

【0060】

そして、図１３に示すように、光空間通信装置２００は、光空間通信装置１００に向けて光軸合わせ用のレーザービームＬＢ２を出光する。レーザービームＬＢ２には、光空間通信装置２００を特定する識別情報と、レーザービームＬＢ１から取得した方向情報と、光空間通信装置２００が特定した光空間通信装置１００までの距離情報が含まれている。受光手段１２１がレーザービームＬＢ２を受光すると、通信制御手段１３０は、レーザービームＬＢ２に含まれる識別情報、方向情報および距離情報を取得し、光空間通信装置２００の方向および距離を特定し、光空間通信装置２００の相対的な位置を特定することができる。以上により、光軸合わせが完了する。

【0061】

これにより、通信制御手段１３０は、光空間通信装置２００（光空間通信リンク先）と光空間通信可能な送出方向を検出することができ、光空間通信リンク先に向けてレーザービームを送出することが可能な状態となる。

【0062】

〔例示的実施形態３〕
本発明の第３の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、例示的実施形態１または２にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0063】

（複数の光空間通信リンクによるリンク冗長化）
本実施形態では、複数の通信リンクによっていわゆるリンク冗長化を実現する構成について説明する。図１４は、本例示的実施形態に係る光空間通信システム１の概略構成の一例を説明する模式図である。

【0064】

光空間通信装置１００は、光空間通信装置２００との間にリンク１を構築しており、光空間通信装置３００との間にリンク２を構築している。本実施形態において、光空間通信装置１００は、複数のリンク１およびリンク２を構築し、通信制御手段１３０が、複数の光空間通信リンクを介して、同一の通信内容をそれぞれ送信させることによって、いわゆるリンク冗長化を実現し、高信頼性を獲得している。すなわち、リンク１およびリンク２を介して同一の通信内容を送信させることによって、リンク１およびリンク２のいずれが遮断されても通信を継続することができる。

【0065】

リンク１およびリンク２では、光空間通信リンクを維持するための制御信号（キープアライブ信号およびその応答信号）が送受信されるとともに、所望の通信内容を含むデータ信号が送信される。

【0066】

〔例示的実施形態４〕
本発明の第４の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、例示的実施形態１または２にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0067】

（複数の光空間通信リンクによるリンクアグリゲーション）
本実施形態では、複数の通信リンクによっていわゆるリンクアグリゲーションを実現する構成について説明する。図１５は、本例示的実施形態に係る光空間通信システム１の概略構成の一例を説明する模式図である。

【0068】

光空間通信装置１００は、光空間通信装置２００との間にリンク１を構築しており、光空間通信装置３００との間にリンク２を構築している。本実施形態において、光空間通信装置１００は、複数のリンク１およびリンク２を構築し、通信制御手段１３０が、複数の光空間通信リンクを介して、一つの通信内容を分割した通信内容部分をそれぞれ送信させることによって、いわゆるリンクアグリゲーションを実現し、高スループットを獲得している。すなわち、リンク１およびリンク２を介して一つの通信内容を分割した通信内容部分（部分データ信号）をそれぞれ送信させ、例えば、光空間通信装置４００において結合することによって、光空間通信装置１００と光空間通信装置４００との間のスループットを向上させることができる。

【0069】

〔ソフトウェアによる実現例〕
光空間通信装置１００の一部又は全部の機能は、集積回路（ＩＣチップ）等のハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0070】

後者の場合、光空間通信装置１００は、例えば、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータによって実現される。このようなコンピュータの一例（以下、コンピュータＣと記載する）を図１６に示す。コンピュータＣは、少なくとも１つのプロセッサＣ１と、少なくとも１つのメモリＣ２と、を備えている。メモリＣ２には、コンピュータＣを光空間通信装置１００として動作させるためのプログラムＰが記録されている。コンピュータＣにおいて、プロセッサＣ１は、プログラムＰをメモリＣ２から読み取って実行することにより、光空間通信装置１００の各機能が実現される。

【0071】

プロセッサＣ１としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＵ（Floating point number Processing Unit）、ＰＰＵ（Physics Processing Unit）、ＴＰＵ（Tensor Processing Unit）、量子プロセッサ、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。メモリＣ２としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。

【0072】

なお、コンピュータＣは、プログラムＰを実行時に展開したり、各種データを一時的に記憶したりするためのＲＡＭ（Random Access Memory）を更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、他の装置との間でデータを送受信するための通信インタフェースを更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、キーボードやマウス、ディスプレイやプリンタなどの入出力機器を接続するための入出力インタフェースを更に備えていてもよい。

【0073】

また、プログラムＰは、コンピュータＣが読み取り可能な、一時的でない有形の記録媒体Ｍに記録することができる。このような記録媒体Ｍとしては、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、又はプログラマブルな論理回路などを用いることができる。コンピュータＣは、このような記録媒体Ｍを介してプログラムＰを取得することができる。また、プログラムＰは、伝送媒体を介して伝送することができる。このような伝送媒体としては、例えば、通信ネットワーク、又は放送波などを用いることができる。コンピュータＣは、このような伝送媒体を介してプログラムＰを取得することもできる。

【0074】

〔付記事項１〕
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

【0075】

〔付記事項２〕
上述した実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載され得る。ただし、本発明は、以下の記載する態様に限定されるものではない。

【0076】

（付記１）
光送出ユニットと、
通信制御手段と、を備え、
前記光送出ユニットは、
単一のレーザービームを出力する光源と、
前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、
前記通信制御手段は、前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する、光空間通信装置。

【0077】

（付記２）
前記通信制御手段は、前記単一のレーザービームを、互いに方向が異なる複数のレーザービームに分割するように前記光送出ユニットを制御する、付記１に記載の光空間通信装置。

【0078】

（付記３）
前記光空間通信リンクを介して前記レーザービームを受信する光空間通信装置における当該レーザービームの受信パワーを取得する取得手段を更に備え、
前記通信制御手段は、前記受信パワーが設定値を上回るように、前記単一のレーザービームから前記複数のレーザービームへの分割割合、および、前記光源の出力の少なくとも一方を調整する、付記２に記載の光空間通信装置。

【0079】

（付記４）
前記通信制御手段は、前記単一のレーザービームを、複数の方向のそれぞれに対して互いに異なるタイミングに送出するように前記光送出ユニットを制御する、付記１に記載の光空間通信装置。

【0080】

（付記５）
前記通信制御手段は、前記複数の光空間通信リンクの少なくとも１つの光空間通信リンクを介して通信内容を送信し、前記複数の光空間通信リンクの他の光空間通信リンクを介して当該他の光空間通信リンクを維持するための制御信号を送信するように前記光送出ユニットを制御する、付記１～４のいずれか一つに記載の光空間通信装置。

【0081】

（付記６）
前記通信制御手段は、前記少なくとも１つの光空間通信リンクが遮断されたときに、前記他の光空間通信リンクを介して通信内容を送信するように前記光送出ユニットを制御する、付記５に記載の光空間通信装置。

【0082】

（付記７）
前記通信制御手段は、前記複数の光空間通信リンクを介して、同一の通信内容をそれぞれ送信させる、付記１～４のいずれか一つに記載の光空間通信装置。

【0083】

（付記８）
前記通信制御手段は、前記複数の光空間通信リンクを介して、一つの通信内容を分割した通信内容部分をそれぞれ送信するように前記光送出ユニットを制御する、付記１～４のいずれか一つに記載の光空間通信装置。

【0084】

（付記９）
付記１～８のいずれか一つに記載の光空間通信装置を３個以上備えた、光空間通信システム。

【0085】

（付記１０）
光送出ユニットを備えた光空間通信装置の制御方法であって、
前記光送出ユニットは、
単一のレーザービームを出力する光源と、
前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、
前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する通信制御処理を実行することを含む、光空間通信装置の制御方法。

【0086】

（付記１１）
光送出ユニットと、
少なくとも１つのプロセッサとを備え、
前記光送出ユニットは、
単一のレーザービームを出力する光源と、
前記光源が出力した前記レーザービームの送出方向を制御する送出方向制御手段と、を備え、
前記プロセッサは、前記レーザービームにより複数の光空間通信リンクを構築するように前記光送出ユニットを制御する通信制御処理を実行する、光空間通信装置。

【0087】

なお、この光空間通信装置は、更にメモリを備えていてもよく、このメモリには、前記通信制御処理を前記プロセッサに実行させるためのプログラムが記憶されていてもよい。また、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録されていてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１００、２００、３００、４００ 光空間通信装置
１１０ 光送出ユニット
１１１ 光源
１１２ 送出方向制御手段
１３０ 通信制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】