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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-11
(45)【発行日】2024-03-19
(54)【発明の名称】光通信装置
(51)【国際特許分類】
H04B 10/69 20130101AFI20240312BHJP
H04B 10/11 20130101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
H04B10/69
H04B10/11
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021573651
(86)(22)【出願日】2020-01-27
(86)【国際出願番号】 JP2020002850
(87)【国際公開番号】W WO2021152678
(87)【国際公開日】2021-08-05
【審査請求日】2022-06-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100093056
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 勉
(74)【代理人】
【識別番号】100142930
【弁理士】
【氏名又は名称】戸高 弘幸
(74)【代理人】
【識別番号】100175020
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 知彦
(74)【代理人】
【識別番号】100180596
【弁理士】
【氏名又は名称】栗原 要
(74)【代理人】
【識別番号】100195349
【弁理士】
【氏名又は名称】青野 信喜
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 恵子
(72)【発明者】
【氏名】西村 直喜
【審査官】対馬 英明
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／０１３１８８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０４７１００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０１３８６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－００７０６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８６５９５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０
Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、
前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、
前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、
前記光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち最も強い前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、
前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、
を備え、
前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置。
【請求項2】
請求項１に記載の光通信装置において、前記光強度情報の経時的な遷移を検出する光強度遷移検出部と、
前記光強度遷移検出部が検出した前記光強度情報の経時的な遷移に基づいて、前記複数の光ファイバに対する移動体の相対的移動速度を算出する移動速度算出部と、
前記相対的移動速度に基づいて、前記移動体の移動を制御する光信号を前記移動体へ発信させる光信号発信部と、
を備える光通信装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の光通信装置において、前記複数の光ファイバは、固定設置されている固定構造体に配設される光通信装置。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の光通信装置において、前記複数の光ファイバは、移動する構造体に配設される光通信装置。
【請求項5】
光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、
前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、
前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、
前記光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち前記強度が所定値より大きい前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、
前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、
を備え、
前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置。
【請求項6】
光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、
前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、
前記移動体の光源の位置情報を算出する位置情報算出部と、
前記位置情報算出部が算出する前記光源の位置情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度が最も強い前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、
前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、
を備え、
前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、水中探査を行う水中ビークルなどからデータを送信させるための水中無線通信手段として、水中における減衰が小さい音波を利用した通信が用いられていた。このような音波による無線通信は、音波の水中伝播速度の低さおよび音波の周波数の低さに起因して、数十ｋｂｐｓ程度の低い通信速度しか実現できないという問題があった。
【0003】
そこで近年では水中無線通信手段として、可視光を利用した光通信装置を用いた光無線通信システムが提案されている。光通信装置は、可視光からなるレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を受光する受光部とを備えている。光無線通信システムの一例として、水中に設置された観測装置に設けられている第１の光通信装置と、水中を航行する潜水艇に設けられている第２の光通信装置との間で通信光を互いに伝送することによって無線通信を行う構成が挙げられる（例えば、特許文献１、２）。
【0004】
通信光であるレーザ光は、水中を伝播できる距離に一定の制限がある。そこで従来の光無線通信システムでは、特に水中に固定設置されている固定体と水中を移動する移動体との間で通信を行う場合、音波を用いた音響測位によって通信相手が光通信可能範囲に入ったことを確認してから水中光無線通信を開始する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－００７０６９号公報
【文献】特開２０１９－１８６５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
【0007】
音響測位によって通信相手の位置を確認する従来構成は、通信の秘匿性を向上させることが困難である。すなわち、音波は指向性が低いので、傍受される可能性が高くなる。また、音響測位を用いる場合は光通信装置において、通信光を伝送する構成と別に音波の発生および検出を行う装置が必要となる。その結果、光通信装置が大型化および重量化するという問題も懸念される。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、装置の大型化および通信の秘匿性の低下を回避しつつ、信頼性の高い通信を行うことができる光通信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】
【0009】
本発明の第１の態様は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち最も強い前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備え、前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置に関する。
また本発明は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、前記光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち前記強度が所定値より大きい前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備え、前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置に関する。
また本発明は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記移動体の光源の位置情報を算出する位置情報算出部と、前記位置情報算出部が算出する前記光源の位置情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度が最も強い前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備え、前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置に関する。
また本発明は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、前記光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち前記強度が所定値より大きい前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備え、前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置に関する。
また本発明は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、移動体から出射された光を入光させる入光端部を備えており、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記入光端部から入光された前記光を前記複数の受光素子に導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記移動体の光源の位置情報を算出する位置情報算出部と、前記位置情報算出部が算出する前記光源の位置情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度が最も強い前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、前記光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備え、前記光ファイバが備える前記入光端部は、それぞれ離れた複数の通信場所の各々に対応するように固定配置されており、複数の前記入光端部の各々は、前記移動体から出射された前記光をそれぞれ離れた複数の前記通信場所の各々において受けるように構成されている光通信装置に関する。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る光通信装置では、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子に光を導く複数の光ファイバの各々が受光する光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部を備える。光ファイバ特定部は収集された光強度情報に基づいて、複数の光ファイバのうち比較的強い光を入光させている前記光ファイバを特定する。
【0011】
当該特定された光ファイバは、光を発生させる通信相手の位置に比較的近い光ファイバであるので、信号処理制御部による制御の結果、光を効率良く信号処理できる光ファイバを用いて光通信を行うことができる。よって、通信相手から遠い光ファイバを用いることによってＳ／Ｎ比が低下するという事態を回避できる。また、指向性が高い光通信を用いて、通信相手に比較的近い光ファイバを特定するので、通信の秘匿性を向上させつつ光通信の信頼性を向上できる。さらに、音響装置を用いた音響測位を行う必要がないので、光通信装置の小型化および軽量化を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態に係る光通信装置の概略構成を説明するブロック図である。
【図2】第１実施形態に係る光受信部の概略構成を説明する図である。
【図3】第１実施形態に係る光通信装置の構成を説明する機能ブロック図である。
【図4】第１実施形態において、光ファイバの配設例および移動体の位置を示す模式図である。
【図5】第１実施形態において、各光ファイバが受光する光の光強度を示す図である。
【図6】第２実施形態に係る光通信装置の要部を説明する機能ブロック図である。
【図7】第２実施形態において、移動体が移動した状態を示す模式図である。
【図8】第２実施形態において、移動体が移動した状態で各光ファイバが受光する光の光強度を示す図である。
【図9】第２実施形態において、移動体の移動を制御する光信号を発信する状態を示す模式図である。
【図10】変形例に係る、複数の光ファイバの配設パターンを示す図である。
【図11】変形例に係る、光ファイバの受光端部側の構成を示す図である。
【図12】変形例に係る、光ファイバの配設例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【第１実施形態】
【0014】
＜全体構成の説明＞
図１を用いて、第１実施形態による光通信装置を備える水中光通信システム１００の概略構成について説明する。なお、図１などに示すように、互いに直交する２つの水平方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とする。ｘ方向は図面における左右の水平方向に相当するものとする。また、鉛直方向をｚ方向とする。
図１を用いて、第１実施形態による光通信装置を備える水中光通信システム１００の概略構成について説明する。なお、図１などに示すように、互いに直交する２つの水平方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とする。ｘ方向は図面における左右の水平方向に相当するものとする。また、鉛直方向をｚ方向とする。
【0015】
図１に示すように、水中ＷＡにおいて、水中光通信システム１００は第１の光通信装置１と第２の光通信装置２とを備えている。第１の光通信装置１は、水底ＷＢに設置されている固定構造体１０１に配設されている。固定構造体１０１の例としては、パイプラインまたは観測用水中基地などが挙げられる。固定構造体１０１は、図示しない外部局とケーブルを介して接続されている。外部局の一例として、水上に位置する艦船または地上に設置されている地上基地などが挙げられる。
【0016】
第２の光通信装置２は、水中ＷＡを移動する移動体１０２に配設されている。移動体１０２は、海中を例とする水中ＷＡを移動することにより、水中構造物の検査などを行う。移動体１０２の例としては、ＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などが挙げられる。なお図１において、水面は符号Ｓを用いて示されている。
【0017】
図１に示すように、第１の光通信装置１はレーザ光源３、光受信部５、および制御部７を備えている。第２の光通信装置２はレーザ光源４、光受信部６、制御部８、および観測装置９を備えている。第１の光通信装置１は、本発明における光通信装置に相当する。
【0018】
レーザ光源３およびレーザ光源４は、それぞれ半導体レーザおよびコリメートレンズを備えており、半導体レーザによって発生されたレーザ光をコリメートレンズで平行光に調整して水中ＷＡへと出射する。レーザ光源３またはレーザ光源４によって出射される光として、通信情報を含む通信光ＣＬの他、通信情報を含まない探査光ＳＬなどが挙げられる。
【0019】
光受信部５は、第２の光通信装置２に設けられているレーザ光源４から出射されたレーザ光を受信する。制御部７は中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを備えており、光受信部５によって受信されたレーザ光に含まれる情報に対して各種処理を行うとともに、第１の光通信装置１に設けられる各構成を統括制御する。
【0020】
光受信部６は、第１の光通信装置１に設けられているレーザ光源３から出射されたレーザ光を受信する。制御部８は、光受信部６によって受信されたレーザ光に含まれる情報に対して各種処理を行うとともに、第２の光通信装置２に設けられる各構成を統括制御する。観測装置９は一例として水中カメラであり、水中ＷＡにおける観測対象を観測し、映像または動画などの情報を取得する。
【0021】
このように、水中光通信システム１００は、第１の光通信装置１および第２の光通信装置２がレーザ光を一方から他方に送信することによって、水中ＷＡにおいて光無線通信を行うことができるように構成されている。第１実施形態では、第２の光通信装置２が第１の光通信装置１に対してレーザ光を発信する場合を例にとって説明を行う。
【0022】
図２は、光受信部５の概略構成を示している。光受信部５は、複数の受光素子１１と、複数の光ファイバ１３と、保護容器１５とを備えている。受光素子１１の各々は、通信光ＣＬまたは探索光ＳＬを例とする光を受光して光電変換を行うように構成されている。受光素子１１の例として、光電子増倍管またはアバランシェダイオードなどが挙げられる。本実施形態において、光受信部５は５つの受光素子１１を備えているものとする。５つの受光素子１１については受光素子１１ａ～１１ｅの符号を付して各々を区別する。
【0023】
複数の光ファイバ１３は、複数の受光素子１１に対応するように設けられており、受光素子１１の各々に光を導くように構成されている。すなわち、受光素子１１が５つ設けられている本実施形態では５本の光ファイバ１３が設けられており、１つの受光素子１１に対して１本の光ファイバ１３が配設されている。
【0024】
光ファイバ１３の各々は、光を入光させる入光端部１６と、入光された光を出光させる出光端部１７を有する。出光端部１７は受光素子１１に対向または接触するように配置されている。入光端部１６には光を集光させる集光レンズが設けられていることが好ましい。集光レンズを入光端部１６に備えることにより、集光された光が光ファイバ１３に入光されるので、光通信の精度をより向上できる。
【0025】
複数の光ファイバ１３について、受光素子１１ａに対応する光ファイバ１３については符号１３ａを付して区別する。すなわち、受光素子１１ａ～１１ｅの各々には、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々が対応するように配設されている。
【0026】
保護容器１５は水中ＷＡに配設されている密閉型の耐水圧容器である。複数の受光素子１１は保護容器１５の内部に配設されており、水中ＷＡなどの外部環境から隔離される。保護容器１５は、挿通部ＰＨを備えている。挿通部ＰＨは、保護容器１３の内部を密閉された水密状態に維持しつつ、複数の光ファイバ１３を挿通可能に構成されている。
【0027】
複数の光ファイバ１３の各々は、出光端部１７が保護容器の内部に配置される一方で、入光端部１６は保護容器１３の外部に配置される。すなわち、入光端部１６は水中ＷＡに配置可能に構成される。すなわち、光ファイバ１３の長さおよび配設経路を任意に設定することにより、入光端部１６を水中ＷＡにおける所望の位置に配置できる。本実施形態では図４に示すように、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々の入光端部１６は、異なる５つの位置Ｒａ～Ｒｅにそれぞれ配置されている。
【0028】
また光受信部５は図３に示すように、受光素子１１において光電変換された信号を増幅する増幅器１８を備えている。増幅器１８は受光素子１１の各々に対応するように設けられている。本実施形態では５つの増幅器１８を備えており、受光素子１１ａ～１１ｅに対応する増幅器１８ａ～１８ｅとして各々を区別する。
【0029】
光通信装置１は図３に示すように、さらに情報処理部１９、メモリ部２１、スイッチ部２３、Ａ／Ｄ変換器２４、光強度情報収集部２５、光ファイバ特定部２７、およびスイッチ制御部２９を備えている。
【0030】
情報処理部１９は、受光素子１１および増幅器１８によって光電変換および増幅処理が行われた通信光ＣＬの信号に対して各種情報処理を行うことにより、画像情報などを例とする通信情報を生成する。メモリ部２１は各種情報を記憶するものであり、情報処理部１９によって生成された通信情報は制御部７を介してメモリ部２１に記憶される。
【0031】
スイッチ部２３は、増幅器１８の下流かつ情報処理部１９の上流に設けられている。スイッチ部２３は、増幅器１８によって増幅された信号のうち情報処理部１９に送信する信号を選択できるように回路を切り換える構成を有している。すなわちスイッチ部２３によって、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された光信号のうち、情報処理部１９に送信して通信情報とさせる信号を適宜選択できる。
【0032】
Ａ／Ｄ変換器２４は増幅器１８の下流にスイッチ部２３とは分岐して設けられており、増幅器１８が増幅した光信号に対してＡ／Ｄ変換を行う。Ａ／Ｄ変換器２４による処理により、光ファイバ１３が受光した光の強度に関する情報が光強度情報として生成される。光強度情報収集部２５はＡ／Ｄ変換器２４の下流に設けられており、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々が受光した光について、光強度情報を収集する。
【0033】
光ファイバ特定部２７は光強度情報収集部２５の下流に設けられており、光ファイバ１３ａ～１３ｅのうち比較的強い光を入光させている光ファイバ１３を特定する。第１実施形態では、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々が受光した光の光強度情報を比較することにより、比較的強い光を入光させている光ファイバ１３を特定する。
【0034】
スイッチ制御部２９は光ファイバ特定部２７の下流に設けられており、光ファイバ１３ａ～１３ｅのうち、比較的強い光を入光させている光ファイバ１３として特定されたものが情報処理部１９と回路的に接続されるようにスイッチ部２３を切り換え制御する。スイッチ制御部２９が行う制御により、比較的弱い光を入光させている光ファイバ１３によって伝送された光信号は通信情報としての処理対象から除外している。これにより通信の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ値）を向上することができる。
【0035】
＜第１実施形態の使用例＞
次に、第１実施形態に係る第１の光通信装置１および第２の光通信装置２の使用例について説明する。本実施形態では図４に示すように、ｘ方向に沿ってパイプラインＰＬが配設されており、移動体１０２はパイプラインＰＬに沿って移動しながら検査を行いつつ、第２の光通信装置から第１の光通信装置１へと光無線通信を行うものとする。なお、移動体１０２に配設されているレーザ光源４のｘ方向における位置を、Ｒ１とする。
次に、第１実施形態に係る第１の光通信装置１および第２の光通信装置２の使用例について説明する。本実施形態では図４に示すように、ｘ方向に沿ってパイプラインＰＬが配設されており、移動体１０２はパイプラインＰＬに沿って移動しながら検査を行いつつ、第２の光通信装置から第１の光通信装置１へと光無線通信を行うものとする。なお、移動体１０２に配設されているレーザ光源４のｘ方向における位置を、Ｒ１とする。
【0036】
光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々の入光端部１６は、ｘ方向に並ぶ５つの異なる位置Ｒａ～Ｒｅにそれぞれ配設されている。すなわち受光素子１１ａに対応する光ファイバ１３ａは、入光端部１６が位置Ｒａに配置されるように、固定具４１を介して柱３９に固定されている。また受光素子１１ｂに対応する光ファイバ１３ｂは、入光端部１６が位置Ｒｂに配置されるように、固定具４１を介して柱３９に固定されている。以下、柱３９および固定具４１を用いることによって、光ファイバ１３ｃ～１３ｅの入光端部１６は位置Ｒｃ～Ｒｅに固定配置される。
【0037】
受信側である第１の光通信装置１において、光ファイバ１３ａ～１３ｅの入光端部１６はそれぞれ離れた場所に固定配置されている。そのため、光ファイバ１３ａ～１３ｅから伝送される光信号を全て利用して情報処理部１９による通信情報の生成を行う場合、生成された通信情報はノイズ成分によって精度が低下しやすい。
【0038】
すなわち、光信号を送信するレーザ光源４に比較的近い光ファイバ１３は、入光端部１６に比較的強い光が入光される。そのため、当該光ファイバ１３に対応する受光素子１１が検出する光信号はＳ／Ｎ値が比較的高い。一方、レーザ光源４から遠い光ファイバ１３に入光する光は強度が乏しい。よって、レーザ光源４から遠い光ファイバ１３に対応する受光素子１１によって検出される光信号はＳ／Ｎ値が低い低品質の情報となる。よって、光ファイバ１３ａ～１３ｅから伝送される光信号を全て合算して通信情報を生成すると、通信情報のＳ／Ｎ値が低下することとなる。
【0039】
そこで本実施形態では、通信光ＣＬを出射して光無線通信を行う前の段階として、光ファイバ１３ｃ～１３ｅのうち光無線通信に適した光ファイバ１３を特定する動作を行う。以下、各動作について説明する。なお初期状態において、スイッチ部２３は全てオフになるように制御されている。
【0040】
ステップＳ１（光の出射）
まず、送信側である第２の光通信装置２から、光ファイバ１３の特定に用いる光を第１の光通信装置１へと出射する。すなわち図４に示すように、移動体１０２に搭載されているレーザ光源４から、探索光ＳＬを光ファイバ１３ａ～１３ｅの入光端部１６へ向けて出射する。本実施形態において光ファイバ１３の特定に用いる探索光ＳＬは、通信光ＣＬと異なり通信情報を含まない光である。光ファイバ１３ａ～１３ｅの入光端部１６においてそれぞれ入光された探索光ＳＬは出光端部１７へと伝送され、受光素子１１ａ～１１ｅの各々によって検出される。
まず、送信側である第２の光通信装置２から、光ファイバ１３の特定に用いる光を第１の光通信装置１へと出射する。すなわち図４に示すように、移動体１０２に搭載されているレーザ光源４から、探索光ＳＬを光ファイバ１３ａ～１３ｅの入光端部１６へ向けて出射する。本実施形態において光ファイバ１３の特定に用いる探索光ＳＬは、通信光ＣＬと異なり通信情報を含まない光である。光ファイバ１３ａ～１３ｅの入光端部１６においてそれぞれ入光された探索光ＳＬは出光端部１７へと伝送され、受光素子１１ａ～１１ｅの各々によって検出される。
【0041】
ステップＳ２（光強度情報の収集）
受光素子１１ａ～１１ｅの各々によって検出された光信号は光電変換されるとともに、増幅器１８ａ～１８ｅのよって増幅される。増幅された信号はＡ／Ｄ変換器２４によってデジタル情報に変換される。デジタル変換により、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの強度に関する情報が、光強度情報として取得される。取得された光強度情報の各々は、光強度情報収集部２５によって収集される。
受光素子１１ａ～１１ｅの各々によって検出された光信号は光電変換されるとともに、増幅器１８ａ～１８ｅのよって増幅される。増幅された信号はＡ／Ｄ変換器２４によってデジタル情報に変換される。デジタル変換により、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの強度に関する情報が、光強度情報として取得される。取得された光強度情報の各々は、光強度情報収集部２５によって収集される。
【0042】
ステップＳ３（光ファイバの特定）
光強度情報収集部２５によって収集された、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度情報は光ファイバ特定部２７へと送信される。光ファイバ特定部２７は各々の光強度情報を比較することにより、比較的強い光が入光されている光ファイバ１３を特定する。
光強度情報収集部２５によって収集された、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度情報は光ファイバ特定部２７へと送信される。光ファイバ特定部２７は各々の光強度情報を比較することにより、比較的強い光が入光されている光ファイバ１３を特定する。
【0043】
図５は、図４に示されるように移動体１０２が移動している状態において収集される、探索光ＳＬの光強度情報を示すものである。ここで、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度を、それぞれ光強度情報Ｌａ～Ｌｅとする。
【0044】
図４の状態において、入項端部１６が配置されている位置Ｒａ～Ｒｅのうち、位置Ｒｂがレーザ光源４の位置Ｒ１に最も近く、次いで位置Ｒｃが近い。そして位置Ｒｅが最も遠い。光ファイバ１３の入光端部１６に入光される光の強度は、光を出射するレーザ光源４から当該入光端部１６までの距離が長くなるにつれて低下する。よって光強度情報Ｌａ～Ｌｅのうち、レーザ光源４に最も近い光ファイバ１３ｂに対応する光強度情報Ｌｂが最も高くなる。
【0045】
すなわち、光ファイバ特定部２７は収集された光強度情報Ｌａ～Ｌｅの情報を比較し、最も高い光強度の情報を特定することによって、比較的強い光が入光されている光ファイバ１３を特定できる。収集された光強度情報の値が図５に示されるような場合、光強度情報Ｌｂが最も高いと判定することによって、強い光が入光されている光ファイバ１３は光ファイバ１３ｂであると光ファイバ特定部２７は特定する。
【0046】
ステップＳ４（スイッチの制御）
スイッチ制御部２９は光ファイバ特定部２７が特定した光ファイバ１３の情報に基づいて、スイッチ部２３の切換え制御を行う。光ファイバ特定部２７が特定した光ファイバ１３が光ファイバ１３ｂであった場合、スイッチ制御部２９は光ファイバ１３ｂに対応する増幅器１８ｂがオンの状態となるようにスイッチ部２３を切り換える。当該切り換え制御により、レーザ光源４から遠い光ファイバ１３によって伝送される、比較的ノイズが高い信号を情報処理部１９から遮断できる。
スイッチ制御部２９は光ファイバ特定部２７が特定した光ファイバ１３の情報に基づいて、スイッチ部２３の切換え制御を行う。光ファイバ特定部２７が特定した光ファイバ１３が光ファイバ１３ｂであった場合、スイッチ制御部２９は光ファイバ１３ｂに対応する増幅器１８ｂがオンの状態となるようにスイッチ部２３を切り換える。当該切り換え制御により、レーザ光源４から遠い光ファイバ１３によって伝送される、比較的ノイズが高い信号を情報処理部１９から遮断できる。
【0047】
ステップＳ５（通信光の出射）
スイッチ部２３の切り換え制御が行われるとともに、第１の光通信装置１および第２の光通信装置２による光無線通信を開始する。すなわち、第２の光通信装置２はレーザ光源４から、通信情報を含む光である通信光ＣＬを第１の光通信装置１へと出射させる。
スイッチ部２３の切り換え制御が行われるとともに、第１の光通信装置１および第２の光通信装置２による光無線通信を開始する。すなわち、第２の光通信装置２はレーザ光源４から、通信情報を含む光である通信光ＣＬを第１の光通信装置１へと出射させる。
【0048】
通信光ＣＬは光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光され、受光素子１１ａ～１１ｅの各々に検出される。ここでステップＳ１～Ｓ４までの動作により、増幅器１８のうち増幅器１８ｂのみがオンの状態となっている。そのため受光素子１１ｂによって光電変換されて増幅器１８ｂによって増幅された検出信号のみが情報処理部１９へと送信される。
【0049】
ステップＳ６（通信情報の生成）
情報処理部１９は、増幅器１８ｂを介して送信された検出信号に対して各種情報処理を行い、通信光ＣＬに基づく通信情報を生成する。他の受光素子１１と比べて、受光素子１１ｂによって検出された信号はＳ／Ｎ値が高いので、情報処理部１９は当該Ｓ／Ｎ値が高い検出信号に基づいて信頼性が高い通信情報を生成できる。
情報処理部１９は、増幅器１８ｂを介して送信された検出信号に対して各種情報処理を行い、通信光ＣＬに基づく通信情報を生成する。他の受光素子１１と比べて、受光素子１１ｂによって検出された信号はＳ／Ｎ値が高いので、情報処理部１９は当該Ｓ／Ｎ値が高い検出信号に基づいて信頼性が高い通信情報を生成できる。
【0050】
生成された通信情報はメモリ部２１に記憶され、適宜利用される。例えば、固定構造体１０１を予め有線ケーブルなどによって水上の艦船に接続しておくことにより、移動体１０２によって観測された情報を水中光通信システム１００によって当該艦船へと送信できる。以上の動作によって、本実施形態による水中光無線通信が行われる。
【0051】
＜第１実施形態による効果＞
本実施形態に係る光通信装置１では、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子１１と、複数の受光素子１１に対応するように設けられ、複数の受光素子１１に光を導く複数の光ファイバ１３と、複数の受光素子１１に対応するように設けられ、光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の増幅器１８と、複数の光ファイバ１３の各々が受光する光の強度を光強度情報Ｌａ～Ｌｅとして収集する光強度情報収集部２５と、光強度情報収集部２５が収集する光強度情報Ｌａ～Ｌｅに基づいて、複数の光ファイバ１３のうち比較的強い光を入光させている光ファイバ１３を特定する光ファイバ特定部２７と、光ファイバ特定部２７が特定した光ファイバ１３に対応するように設けられている増幅器１８をオンの状態に制御するスイッチ制御部２９と、を備える。
本実施形態に係る光通信装置１では、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子１１と、複数の受光素子１１に対応するように設けられ、複数の受光素子１１に光を導く複数の光ファイバ１３と、複数の受光素子１１に対応するように設けられ、光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の増幅器１８と、複数の光ファイバ１３の各々が受光する光の強度を光強度情報Ｌａ～Ｌｅとして収集する光強度情報収集部２５と、光強度情報収集部２５が収集する光強度情報Ｌａ～Ｌｅに基づいて、複数の光ファイバ１３のうち比較的強い光を入光させている光ファイバ１３を特定する光ファイバ特定部２７と、光ファイバ特定部２７が特定した光ファイバ１３に対応するように設けられている増幅器１８をオンの状態に制御するスイッチ制御部２９と、を備える。
【0052】
当該構成により、複数の光ファイバ１３のうち、光を発生させる通信相手である第２の光通信装置２に比較的近い光ファイバ１３を特定できる。光ファイバ特定部２７によって特定された光ファイバ１３は、比較的Ｓ／Ｎ値の高い光信号を伝送できる光ファイバ１３である。従って、特定された当該光ファイバ１３によって受光素子１１に導かれる光に基づく検出信号を選択的に用いて光通信情報を生成することにより、ノイズ成分が低い高精度の光無線通信を行うことができる。また、光ファイバ１３を特定する動作は探索光ＳＬを用いて行う。すなわち、指向性が高い光を用いて各種動作を全て行うので、通信の秘匿性を向上させつつ光通信の精度を向上できる。さらに、音響装置を用いた音響測位を行う必要がないので、光通信装置の小型化および軽量化を容易に実現できる。
【0053】
そして、複数の光ファイバ１３は、入光端部１６の各々が、水中においてそれぞれ異なる位置に配設されている。光ファイバ１３は可撓性が高く配設経路を柔軟に選択できるので、複数の入光端部１６をそれぞれ水中における所望の位置に配設できる。よって、光無線通信の受信可能範囲を広げることが可能となる。
【0054】
複数の光ファイバ１３をそれぞれ離れた場所に配置することによって光無線通信の受信可能範囲を広げた場合、各々の光ファイバ１３から伝送される光信号を全て合算させて光通信情報を生成するとノイズに起因する情報精度の低下が発生することがわかった。これに対し、光ファイバ特定部２７によって特定された光ファイバ１３に対応する信号を選択して光通信情報の生成を行うことにより、通信相手である第２の光通信装置２から比較的遠い光ファイバ１３によって取得された高ノイズの信号を除外して光通信情報を生成できる。従って、光無線通信の受信可能範囲を広げつつ光通信情報の精度を向上することが可能となる。
【0055】
また、第１の光通信装置１が備える複数の光ファイバ１３は、固定設置されている固定構造体１０１に配設されている。複数の光ファイバ１３の位置が固定されていることにより、光強度情報収集部２５が収集する光強度情報Ｌａ～Ｌｅ、および光ファイバ特定部２７が特定する光ファイバ１３の情報の信頼度をより向上できる。
【第２実施形態】
【0056】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態に加えて位置算出部および移動パラメータ算出部などをさらに備える例について説明する。なお、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して図示し、その説明を省略する。
【0057】
図６は、第２実施形態に係る第１の光通信装置１の要部を示す機能ブロック図である。第２実施形態に係る第１の光通信装置１は、さらに位置算出部５１と、移動パラメータ算出部５３と、移動体制御部５５とを備えている。
【0058】
位置算出部５１は光強度情報収集部２５の下流に設けられており、複数の光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々について得られた光強度情報に基づいて、光ファイバ１３に入光された光の発生源（ここではレーザ光源４）の位置情報を算出する。移動パラメータ算出部５３は、位置算出部５１の下流に設けられており、位置算出部５１によって得られた位置情報の遷移に基づいて、光ファイバ１３に入光された光の発生源の移動速度および移動方向を算出する。言い換えれば、第１の光通信装置１に対する第２の光通信装置２の相対的な移動速度および移動方向が移動パラメータ算出部５３によって算出される。
【0059】
移動体制御部５５は、移動パラメータ算出部５３によって算出された移動速度および移動方向の情報に基づいて、レーザ光源４を搭載している移動体１０２の移動速度または移動方向を制御する。すなわち、第１の光通信装置１が備えているレーザ光源３の動作を移動体制御部５５が制御することにより、移動体１０２の移動速度または移動方向を制御するための通信光ＣＬをレーザ光源３から出射させる。
【0060】
移動体１０２の移動速度または移動方向を制御する具体的な構成の一例として以下のようなものが挙げられる。すなわち、第２の光通信装置２の相対的な移動速度および移動方向の情報が、移動パラメータ５３から制御部７およびケーブルを介して外部局へ送信される。そして外部局において移動体１０２の移動速度または移動方向を制御する指令の内容が決定される。その後、当該指令に関する情報が外部局からケーブルおよび制御部７を介して移動体制御部５５へと送信される。
【0061】
＜第２実施形態の使用例＞
ここで、第２実施形態に係る第１の光通信装置１および第２の光通信装置２の使用例について説明する。
ここで、第２実施形態に係る第１の光通信装置１および第２の光通信装置２の使用例について説明する。
【0062】
なお、第２実施形態では、時刻Ｔａの時点においてレーザ光源４は図４に示すように位置Ｒ１にあるものとする。そして、時刻Ｔａから時間が経過して時刻Ｔｂとなった時点において、図７に示すように、移動体１０１が符号Ｖで示される矢印に従って移動することによって、レーザ光源４は位置Ｒ２に移動しているものとする。位置Ｒａ～Ｒｅのうち位置Ｒｃに最も近く、位置Ｒｄが次いで近い。そして、位置Ｒａが最も位置Ｒ２から遠い。
【0063】
第２実施形態では、第１実施形態において行われたステップＳ１～Ｓ６の動作に加えて、以下に説明するステップＳＡ１～ＳＡ４の動作を併せて行う。
【0064】
ステップＳＡ１（通信相手の位置の算出）
第２実施形態では、ステップＳ２に係る動作によって光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度情報が収集された後、当該光強度情報を用いてステップＳ３に係る動作を行うとともにステップＳＡ１に係る動作を行う。すなわち、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度情報は、光ファイバ特定部２７へと送信されるとともに位置算出部５１へと送信される。
第２実施形態では、ステップＳ２に係る動作によって光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度情報が収集された後、当該光強度情報を用いてステップＳ３に係る動作を行うとともにステップＳＡ１に係る動作を行う。すなわち、光ファイバ１３ａ～１３ｅの各々に入光された探索光ＳＬの光強度情報は、光ファイバ特定部２７へと送信されるとともに位置算出部５１へと送信される。
【0065】
位置算出部５１は、送信された光強度情報の各々に基づいて、通信相手である第２の光通信装置２の現在位置を算出する演算処理を行う。光は水中を伝播する際に、伝播距離に応じて光強度が減衰する。すなわち、探索光ＳＬの発生源であるレーザ光源４から近い光ファイバ１３の入光端部１６に入光した光の強度は比較的高く、レーザ光源４から遠い入光端部１６入光した光の強度は比較的低い。
【0066】
すなわち、図５に示される光強度情報Ｌａ～Ｌｅの各々の値を比較することによって、探索光ＳＬの発生源であるレーザ光源４から、光ファイバ１３ａ～１３ｅの入光端部１６の位置Ｒａ～Ｒｅの間における、レーザ光源４の位置を算出できる。光強度情報が図５に示される数値である場合、光強度情報Ｌｂが最も高く、光強度情報Ｌｃが次いで高い。そして光強度情報Ｌｅが最も低い。従って、ｘ方向におけるレーザ光源４の位置は、位置Ｒｂと位置Ｒｃとの間にあり、かつ比較的位置Ｒｂに近い位置Ｒ１であることが特定できる。位置Ｒｂと位置Ｒｃとの間における位置Ｒ１の具体的な位置は、光強度情報Ｌｂと光強度情報Ｌｃとの比によって特定できる。特定された位置Ｒ１に関する情報は、移動パラメータ算出部５３へと送信される。
【0067】
ステップＳＡ２（移動パラメータの算出）
位置算出部５１は、複数の時点においてレーザ光源４の位置情報を算出する。そして複数の時点に係るレーザ光源４の位置情報に基づいて、移動パラメータ算出部５３はレーザ光源４の移動速度および移動方向を算出する。
位置算出部５１は、複数の時点においてレーザ光源４の位置情報を算出する。そして複数の時点に係るレーザ光源４の位置情報に基づいて、移動パラメータ算出部５３はレーザ光源４の移動速度および移動方向を算出する。
【0068】
第２実施形態において、位置算出部５１は時刻Ｔａおよび時刻Ｔｂにおいてレーザ光源４の位置を算出する場合を例示する。時刻Ｔａにおいて収集された光強度情報Ｌａ～Ｌｅは、図５に示される通りである。この場合、レーザ光源４の位置がＲ１であることを位置算出部５１は算出できる。次に、時刻Ｔｂにおける移動体１０２の位置は図７に示す通りであり、当該位置関係において得られる光強度情報Ｌａ～Ｌｅは、図８に示される通りである。この場合、位置算出部５１は時刻Ｔｂに係る光強度情報Ｌａ～Ｌｅに基づいて、時刻Ｔｂにおけるレーザ光源４の位置がＲ２であることを算出できる。
【0069】
移動パラメータ算出部５３は、位置Ｒ２から位置Ｒ１までの距離および方向と、時刻Ｔｂと時刻Ｔａとの差によって、レーザ光源４の移動速度および移動方向に関する情報をレーザ光源４の移動パラメータとして算出できる。算出された情報は、レーザ光源４を搭載している移動体１０２の移動速度および移動方向にも相当する。
【0070】
ステップＳＡ３（移動体の動作制御）
ステップＳＡ２において得られたレーザ光源４の移動パラメータを用いて、ステップＳＡ３およびステップＳＡ４に係る動作の少なくとも一方を行うことができる。ステップＳＡ３では、レーザ光源４の移動パラメータに基づいて、移動体１０２の動作制御を行う。レーザ光源４の移動パラメータに関する情報は、移動パラ－メタ算出部５３から移動体制御部５５へ送信される。移動体制御部５５は、レーザ光源４の移動パラメータに基づいて、時刻Ｔｂ以降における移動体１０２の位置を予測する。
ステップＳＡ２において得られたレーザ光源４の移動パラメータを用いて、ステップＳＡ３およびステップＳＡ４に係る動作の少なくとも一方を行うことができる。ステップＳＡ３では、レーザ光源４の移動パラメータに基づいて、移動体１０２の動作制御を行う。レーザ光源４の移動パラメータに関する情報は、移動パラ－メタ算出部５３から移動体制御部５５へ送信される。移動体制御部５５は、レーザ光源４の移動パラメータに基づいて、時刻Ｔｂ以降における移動体１０２の位置を予測する。
【0071】
移動体制御部５５は、移動体１０２の位置を予測した結果に基づいてレーザ光源３を制御し、図９に示すように、移動体１０２の動作を制御する内容の通信光ＣＬを第１の光通信装置１から第２の光通信装置２へと送信させる。
【0072】
移動体制御部５５による予測および制御の例としては、以下のようなものが挙げられる。一例としてパイプラインＰＬにおいて検査対象となる場所が位置Ｒ３および位置Ｒ４である場合、移動体制御部５５は、レーザ光源４の移動パラメータによって、移動体１０２が位置Ｒ３および位置Ｒ４の各々に移動する時刻を予測できる。そして移動体制御部５５は当該予測に基づいて、位置Ｒ３の到達予定時刻および位置Ｒ４の到達予定時刻において、観測装置９を作動させてパイプラインＰＬの検査を行わせる旨の通信光ＣＬをレーザ光源３から受信装置６へと出射させる制御を実行できる。
【0073】
移動体制御部５５による移動体１０２の動作制御の他の例としては、移動体１０２の移動速度または移動方向を変更させる制御が挙げられる。すなわち、移動パラメータ算出部５３が算出した移動体１０２の移動速度が想定外に大きい場合、移動体制御部５５は移動体１０２の移動速度を遅くする旨の情報を含む通信光ＣＬをレーザ光源３から出射させる制御を行う。
【0074】
ステップＳＡ４（スイッチ部の予測制御）
ステップＳＡ２において得られたレーザ光源４の移動パラメータを用いることにより、スイッチ部２３の予測制御を行うことも可能である。すなわちレーザ光源４の移動パラメータから、時刻Ｔｂ以降において、光ファイバ１３ａ～１３ｅのうち特定の光ファイバ１３がレーザ光源４に最も近くなる時間帯をそれぞれ予測できる。予測された時間帯の情報を移動パラメータ算出部５３から光ファイバ特定部２７へ送信することにより、光ファイバ特定部２７は時刻Ｔｂ以降において、探索光ＳＬの出射を行わなくとも比較的強い光が入光される光ファイバ１３を特定できる。
ステップＳＡ２において得られたレーザ光源４の移動パラメータを用いることにより、スイッチ部２３の予測制御を行うことも可能である。すなわちレーザ光源４の移動パラメータから、時刻Ｔｂ以降において、光ファイバ１３ａ～１３ｅのうち特定の光ファイバ１３がレーザ光源４に最も近くなる時間帯をそれぞれ予測できる。予測された時間帯の情報を移動パラメータ算出部５３から光ファイバ特定部２７へ送信することにより、光ファイバ特定部２７は時刻Ｔｂ以降において、探索光ＳＬの出射を行わなくとも比較的強い光が入光される光ファイバ１３を特定できる。
【0075】
一例として、レーザ光源４に最も近い光ファイバ１３が光ファイバ１３ｄである時間を時刻Ｔｃ～Ｔｄ、レーザ光源４に最も近い光ファイバ１３が光ファイバ１３ｅである時間を時刻Ｔｄ～Ｔｅとする。時刻Ｔｂにおいては、探索光ＳＬを用いた光ファイバ１３の特定によって、光ファイバ１３ｃに基づく光強度情報Ｌｃが最も高い（図８を参照）。そのため、スイッチ部２３は増幅部１８ｃがオンとなるように切り変え制御が行われる。
【0076】
一方で時刻Ｔｂにおいて移動パラメータが取得された後は、探索光ＳＬを用いて光ファイバ１３を特定する動作を停止し、移動パラメータに基づく予測に従って光ファイバ１３を特定する動作を行う。すなわち時刻Ｔｂから時間が経過して時刻Ｔｃとなった時点で、光ファイバ特定部２７は比較的強い光を入光する光ファイバ１３が光ファイバ１３ｄであると自動的に特定する。そして時刻Ｔｃ～Ｔｄにおいて、スイッチ制御部２９はスイッチ部２３に対して、増幅部１８ｄがオンの状態となるように切り変え制御を行う。
【0077】
さらに時間が経過して時刻Ｔｄとなると、光ファイバ特定部２７は比較的強い光を入光する光ファイバ１３が光ファイバ１３ｅであると自動的に特定する。そして時刻Ｔｄ～Ｔｅにおいて、スイッチ制御部２９はスイッチ部２３に対して、増幅部１８ｅがオンの状態となるように切り変え制御を行う。さらに時間が経過して移動体１０２が第１の光通信装置１の通信可能範囲外に移動した場合、移動パラメータ算出部５３は予め当該移動した時刻を予測し、予測された時刻において水中光通信システム１００による光無線通信の動作を停止できる。従って、第１の光通信装置１および第２の光通信装置２の距離が離れた後も無用な動作を続けることに起因して、動力を無為に消耗する事態を回避できる。
【0078】
＜第２実施形態による効果＞
本実施形態に係る光通信装置１では、光強度情報の経時的な遷移を検出し、当該遷移に基づいて、複数の光ファイバ１３に対する第２の光通信装置２の相対的移動速度を算出する移動パラメータ算出部５３と、相対的移動速度に基づいて、第２の光通信装置２の移動を制御する光信号を第２の光通信装置２へ発信させる移動体制御部５５とを備える。
本実施形態に係る光通信装置１では、光強度情報の経時的な遷移を検出し、当該遷移に基づいて、複数の光ファイバ１３に対する第２の光通信装置２の相対的移動速度を算出する移動パラメータ算出部５３と、相対的移動速度に基づいて、第２の光通信装置２の移動を制御する光信号を第２の光通信装置２へ発信させる移動体制御部５５とを備える。
【0079】
この構成によれば、第２の光通信装置２の移動速度を算出することにより、第２の光通信装置２の移動制御が必要であるか否かを容易に把握し、第２の光通信装置２の移動を制御することができる。また、第２の光通信装置２の移動速度に基づいて、第２の光通信装置２が第１の光通信装置１の通信可能範囲から外れるタイミングを正確に予測できるので、水中光無線通信を開始および停止させるタイミングの精度を向上できる。
【0080】
第１実施形態のように所定時刻において各位置で得られる光強度情報を比較して光ファイバ１３を特定する場合、光無線通信を行う度に、通信光ＣＬを出射する前段階として探索光ＳＬを出射する必要がある。一方で、移動パラメータを用いてスイッチ部２３の予測制御を行う場合、移動パラメータを取得した後は光ファイバ１３の特定に探索光ＳＬを用いる必要がない。そのため、光ファイバ１３を特定する時刻と通信光ＣＬを照射して光無線通信を開始する時刻との間にラグが発生することを回避できる。
【0081】
＜態様＞
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【0082】
（第１項）
一態様に係る光通信装置は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記複数の受光素子に前記光を導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち比較的強い前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備えていてよい。
一態様に係る光通信装置は、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子と、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記複数の受光素子に前記光を導く複数の光ファイバと、前記複数の受光素子に対応するように設けられ、前記光検出信号に対して信号処理を行うことにより光通信情報を生成する複数の信号処理部と、前記複数の光ファイバの各々が受光する前記光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部と、光強度情報収集部が収集する前記光強度情報に基づいて、前記複数の光ファイバのうち比較的強い前記光を入光させている前記光ファイバを特定する光ファイバ特定部と、光ファイバ特定部が特定した前記光ファイバに対応するように設けられている前記信号処理部をオンの状態に制御する信号処理制御部と、を備えていてよい。
【0083】
第１項に記載の光通信装置によれば、光を受光して光検出信号を出力する複数の受光素子に光を導く複数の光ファイバの各々が受光する光の強度を光強度情報として収集する光強度情報収集部を備える。光ファイバ特定部は収集された光強度情報に基づいて、複数の光ファイバのうち比較的強い光を入光させている光ファイバを特定する。
【0084】
当該特定された光ファイバは、光を発生させる通信相手の位置に比較的近い光ファイバであるので、信号処理制御部による制御の結果、光を効率良く信号処理できる光ファイバを用いて光通信を行うことができる。よって、通信相手から遠い光ファイバを用いることによってＳ／Ｎ比が低下するという事態を回避できる。また、指向性が高い光通信を用いて、通信相手に比較的近い光ファイバを特定するので、通信の秘匿性を向上させつつ光通信の信頼性を向上できる。さらに、音響装置を用いた音響測位を行う必要がないので、光通信装置の小型化および軽量化を容易に実現できる。
【0085】
（第２項）
第１項に記載の光通信装置において、前記光強度情報の経時的な遷移を検出する光強度遷移検出部と、前記光強度遷移検出部が検出した前記光強度情報の経時的な遷移に基づいて、前記複数の光ファイバに対する前記光出射体の相対的移動速度を算出する移動速度算出部と、前記相対的移動速度に基づいて、前記光出射体の移動を制御する光信号を前記光出射体へ発信させる光信号発信部と、を備えていてよい。
第１項に記載の光通信装置において、前記光強度情報の経時的な遷移を検出する光強度遷移検出部と、前記光強度遷移検出部が検出した前記光強度情報の経時的な遷移に基づいて、前記複数の光ファイバに対する前記光出射体の相対的移動速度を算出する移動速度算出部と、前記相対的移動速度に基づいて、前記光出射体の移動を制御する光信号を前記光出射体へ発信させる光信号発信部と、を備えていてよい。
【0086】
第２項に記載の光通信装置によれば、光出射体の移動速度を算出することにより、光出射体の移動制御が必要であるか否かを容易に把握し、光出射体の移動を制御することができる。また、光出射体の移動速度に基づいて、光出射体が光通信装置の通信可能範囲から外れるタイミングを正確に予測できるので、水中光無線通信を開始および停止させるタイミングの精度を向上できる。
【0087】
（第３項）
第１項または第２項に記載の光通信装置において、前記複数の光ファイバは、固定設置されている固定構造体に配設されてもよい。
第１項または第２項に記載の光通信装置において、前記複数の光ファイバは、固定設置されている固定構造体に配設されてもよい。
【0088】
第３項に記載の光通信装置によれば、複数の光ファイバが固定されていることにより、光強度情報収集部が収集する光強度情報、および光ファイバ特定部が特定する光ファイバの情報の信頼度をより向上できる。
【0089】
（第４項）
第１項または第２項に記載の光通信装置において、前記複数の光ファイバは、移動する構造体に配設されてもよい。
第１項または第２項に記載の光通信装置において、前記複数の光ファイバは、移動する構造体に配設されてもよい。
【0090】
第４項に記載の光通信装置によれば、移動する構造体同士で水中光無線通信を行う場合においても、通信の秘匿性を向上させつつ光通信の信頼性を向上できる。
【0091】
＜他の実施形態＞
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例として、本発明は下記のように変形実施することができる。
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例として、本発明は下記のように変形実施することができる。
【0092】
（１）上述の各実施形態において、説明の便宜上、複数の光ファイバ１３の入光端部１６が一方向（ｘ方向）に沿って並列配置されるとともに、移動体１０２が当該方向に沿って移動する場合を例示したが、これに限られない。すなわち図１０に示すように、複数の光ファイバ１３の入光端部１６が二次元マトリクス状に配列されるように、柱３９および固定具４１を用いて複数の光ファイバ１３の各々を配置してもよい。この場合、二次元マトリクス状に配列された光ファイバ１３の各々に入光される光の光強度情報を収集することにより、ｘ方向のみならずｙ方向についても移動体１０２の位置を検出できる。
【0093】
（２）上述の各実施形態において、位置Ｒａ～Ｒｅの各々にはそれぞれ１本の光ファイバ１３が配置される構成を例示したが、これに限られない。すなわち位置Ｒａに複数の光ファイバ１３が配設され、位置Ｒｂ～Ｒｅの各々にも複数の光ファイバ１３が配設されてもよい。この場合、位置Ｒａに配設されている複数の光ファイバ１３の各々に入射された光の光強度を一例として合算または平均化した情報が、光強度情報Ｌａとして取得される。
【0094】
なお、１カ所に複数の光ファイバ１３を配置させる上述の変形例において、さらに図１１に示すように入光端部１６の側に入光端部保持具４３を配設してもよい。入光端部保持具４３は、複数の入光端部１６を、各々が異なる方向を向いている状態で保持できるように構成される。図１１では、位置Ｒａに配置される複数（ここでは５本）の光ファイバ１３の各々を、光ファイバ１３ａとしている。入光端部保持具４３によって、５本の光ファイバ１３ａの各々の入光端部１６は広がるようにそれぞれ異なる方向に固定されている。複数の入光端部１６をそれぞれ異なる方向に固定配置することにより、より広範囲について光を受光することが可能となる。
【0095】
（３）上述の各実施形態において、第１の光通信装置１が備える構成を第２の光通信装置２が備えてもよい。特に、光ファイバ１３の入光端部１６を水中における複数の場所に分散配置させる構成は固定構造体１０１に適用される構成に限ることはなく、移動体１０２が備えていてもよい。図１２は、５本の光ファイバ１３の入光端部１６が、移動体１０２の周囲５カ所に配設されている構成を例示している。
【0096】
移動体１０２の周囲に複数の光ファイバ１３を分散配置させることにより、移動体１０２同士で水中光無線通信を行う場合においても各実施形態に係る構成および動作を適用することができる。すなわち、移動する構造体同士で水中光無線通信を行う場合においても、通信の秘匿性を向上させつつ光通信の信頼性を向上できる。一例として、移動体１０２同士ですれ違いながら光無線通信を行う場合において、一方の移動体１０２に対する他方の移動体１０２の相対的な移動速度および移動方向を算出し、当該移動速度および移動方向の情報に基づいて、干渉を回避できるような移動制御を行う旨の光無線通信を互いに実行できる。
【0097】
（４）上述の各実施形態において、水中光通信システム１００は２つの光通信装置の間で光無線通信を行う構成であったが、３以上の光通信装置の間で光無線通信を行ってもよい。
【0098】
（５）上述の各実施形態において、光ファイバ特定部２７が特定している光ファイバ１３の数は１つに限られない。一例として、光強度情報の値が多い２または３以上の光ファイバ１３を特定してもよい。また、光強度情報の値が予め定められた所定の値より大きい光ファイバ１３を全て特定する構成であってもよい。
【符号の説明】
【0099】
１ … 第１の光通信装置
２ … 第２の光通信装置
３ … レーザ光源
４ … レーザ光源
５ … 光受信部
６ … 光受信部
７ … 制御部
８ … 制御部
９ … 観測装置
１１ … 受光素子
１３ … 光ファイバ
１６ … 入光端部
１７ … 出光端部
１８ … 増幅器
１９ … 情報処理部
２１ … メモリ部
２３ … スイッチ部
２４ … Ａ／Ｄ変換器
２５ … 光強度情報収集部
２７ … 光ファイバ特定部
２９ … スイッチ制御部
５１ … 位置算出部
５３ … 移動パラメータ算出部
５５ … 移動体制御部
２ … 第２の光通信装置
３ … レーザ光源
４ … レーザ光源
５ … 光受信部
６ … 光受信部
７ … 制御部
８ … 制御部
９ … 観測装置
１１ … 受光素子
１３ … 光ファイバ
１６ … 入光端部
１７ … 出光端部
１８ … 増幅器
１９ … 情報処理部
２１ … メモリ部
２３ … スイッチ部
２４ … Ａ／Ｄ変換器
２５ … 光強度情報収集部
２７ … 光ファイバ特定部
２９ … スイッチ制御部
５１ … 位置算出部
５３ … 移動パラメータ算出部
５５ … 移動体制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】