DE69405414T2

DE69405414T2 - Ausrichtungseinstellsystem zur Verwendung in einem optischen Sende- und Empfangssystem

Info

Publication number: DE69405414T2
Application number: DE69405414T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Arimoto
Original assignee: ATR Optical and Radio Communications Research Laboratories
Current assignee: ATR Optical and Radio Communications Research Laboratories
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: JPH06214010A; US5465170A; DE69405414D1; EP0607906A1; EP0607906B1; JPH0820510B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ausrichtungseinstellsystem zur Verwendung in einem optischen System eines optischen Sendeempfängers, insbesondere eines zur Nachrichtenübermittlung zwischen Satelliten verwendeten Sendeempfängers.
Üblicherweise weist die optische Nachrichtenübermittlung unter Verwendung eines Laserlichtstrahls die folgenden Merkmale auf:
(a) da die Wellenlänge des Laserlichts kleiner als ein Tausendstel der Wellenlänge einer Mikrowelle ist, können Antennen und Sendeempfänger kleinformatiger gebaut sein;
(b) da ein breiteres Frequenzband verwendet werden kann, können Übermittlungen mit größerer Kapazität mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgen; und
(c) da scharfe Laserstrahlen verwendet werden, kann eine gegenseitige Störung vernachlässigt werden.
Um jedoch die genannten Merkmale bestmöglich zu nutzen, ist es erforderlich, schärfere Laserstrahlen auf eine Antenne einer Zielstation mit größerer Genauigkeit zu richten. Bei der optischen Nachrichtenüberrnittlung zwischen einem geostationären Satelliten und einem in niedriger Erdumlaufbahn befindlichen Satelliten, zum Beispiel, ist es erforderlich, eine optische Antenne vorzusehen, die einen Öffnungsdurchmesser von ungefahr 20 cm aufweist. Wird herkömmliches Halbleiterlaserlicht mit einer Wellenlänge von 0,83 µm verwendet, so beträgt die Halbwertsbreite eines Sendelaserlichtstrahls ungefahr 5 Mikro-Radiant. In diesem Fall ist eine Ausrichtung und ein Nachtführen mit einer Genauigkeit von 1 Mikro-Radiant oder weniger erforderlich, um eine stabile optische Übertragung aufrechtzuerhalten. Ferner ist es flir das Vorsehen eines optischen Sendeempfängers in einem in niedriger Umlaufbahn um die Erde kreisenden Satelliten erforderlich, einen breiteren Richtungsbündelungsbereich über einen Raumwinkel von 2π Steradiant oder mehr in der Sphäre vorzusehen.
Bei einem herkömmlichen Ausricht- und Nachffihrsystem wird, um gleichzeitig einen breiteren Winkelbereich und eine höhere Nachführungsgenauigkeit zu erreichen, ein Steuersystem mit einer Doppel-Rückkopplungsschleife verwendet, mit:
(a) einem Grob-Nachführsystem mit einer relativ langsamen Reaktionsgeschwindigkeit, jedoch einem breiteren Sichtfeld, wobei das Grob-Nachführsystem einen CCD- Sensor und eine Zweiachs-Gimbal-Lagerung zum Steuern einer optischen Antenne mit zwei Richtungen anlweist; und
(b) einem Fein-Nachführsystem mit einem schmäleren Sichtfeld, jedoch mit einer schnelleren Reaktionsgeschwindigkeit, wobei das Fein-Nachführsystem einen Quadrantendetektorsensor (im folgenden als QD-Sensor bezeichnet), der aus vier in vier Quadranten unterteilte Photodiodenzellen besteht, und ein Feinausrichtungsspiegelmodul (im folgenden als FPM bezeichnet) besteht.
Ein solches System ist in SPIE Proceedings ECO2 OPTICAL SPACE COMMUMCATION, Bd. 1131, 24. April 1989, PARIS, FRANKREICH, Seiten 10-23, M. FITZMAURICE et al., "NASA/GSFC Program in Direct Detection Optical Communications for Intersatellite Links" offenbart. Der einfallende Laserstrahl wird über eine Gimbal- Platte zum Teleskop reflektiert. Das Teleskop ist vom mittig gespeisten Cassegrain- Typ mit einem festen Hauptspiegel und einem festen Unterspiegel. Der Strahl wird stromabwärts im optischen Weg geteilt. Ein Teil des Strahls wird einer CCD-Kamera zugeführt und der zweite Teil wird über eine bewegbare VPS-Linse einem Quadrantendetektorsensor zugeführt. Je nach dem Signal der CCD-Kamera wird eine Grob-Nachführtingsschleife zum Einstellen des Laserstrahls auf die Mitte der CCD-Kamera durch Verschwenken des Gimbal-Gelenks verwendet. Nach dem Zentrieren des Laserstrahls wird die CCD-Kamera aus der Steuerschleife entfernt und eine Steuerung, die Signale des Quadrantendetektorsensors erhält, steuert das Grob-Nachführsystem und ein Fein- Nachführsystem, das die VPS-Linse bewegt.
Darüber hinaus weist eine herkömmliche mittig gespeiste optische Cassegrain-Antenne einen Hauptspiegel, der aus einem konkaven Parabolspiegel besteht, und einen Unterspiegel auf, der aus einem konvexen Hyperbolspiegel besteht. Bei der mittig gespeisten optischen Cassegrain-Antenne wird, nachdem ein von einem optischen Sendeempfänger ausgegebener Sendelaserlichtstrahl durch ein in der Mitte des Hauptspiegels gebildetes Loch dem Unterspiegel zugeführt wurde, der Laserlichtstrahl von dem Unterspiegel und anschließend vom Hauptspiegel reflektiert. Danach wird der Sendelaserlichtstrahl an eine optische Antenne einer Zielstation gesendet.
Ferner wird bei einem herkömmlichen Ausricht-, Erfassungs- und Nachführsteuersystem die Anfangserfassung durch das Empfangen eines von einem Satelliten einer Zielstation ausgesandten Leitlichts mit einem breiteren Sichtfeld durchgeführt. In diesem Fall wird ein CCD-Sensor als der Erfassungssensor verwendet, und anschließend wird eine vom CCD-Sensor ausgegebene Abweichung vom Nachführ-Mittelpunnt des leuchtenden Punkts des Leitlichts ermittelt. Basierend auf der ermittelten Abweichung werden anschließend die mechanisch mit der optischen Antenne verbundenen Zweiachs-Gimbal-Lagerungen derart angetrieben, daß die optische Antenne auf den Satelliten der Zielstation gerichtet wird. Das Leitlicht gelangt sodann ins Sichtfeld des QD-Sensors und danach werden Nachführfehler in zwei zueinander senkrechten Richtungen ermittelt, basierend auf einem relativen Verhältnis von auf die jeweiligen Photodiodenzellen des QD-Sensors fallenden Lichtmengen. Basierend auf den Nachführfehlem wird der Antriebsmechanismus des FPM derart angesteuert und getrieben, daß ein von dem Satelliten der Zielstation ausgesandter Laserlichtstrahl in dem Sichtfeld eines Empfangsphotodiodensensors (im folgenden wird der Photodiodensensor als PD-Sensor bezeichnet) liegt. Ferner wird ein Vorhalte-Spiegelmodul (im folgenden PAM genannt) verwendet, um den Vorhalte-Winkel eines Sendelaserlichtstrahls im wesentlichen auf Null zu korrigieren und dadurch die Zielstation genau zu beleuchten, wie im folgenden noch naher beschrieben. Anschließend wird ein Laserlichtstrahl in die korrigierte Richtung hin zur Antenne der Zielstation gesendet und die optische Nachrichtenübermittlung wird sodann begonnen.
Um die Nachführgenauigkeit unter erschwerten Bedingungen, beispielsweise bei starken Vibrationen während des Starts des Satelliten oder starken Schwankungen der Umgebungstemperatur, beizubehalten, so daß eine optische Nachrichtenübermittlung durchgeführt werden kann, ist es erforderlich, eine Ausrichtungsgenauigkeit von 1 µm oder weniger für die Anordnung von Vorrichtungen des optischen Systems, das Spiegel und Linsen aufweist, vorzusehen. Aus diesem Grund wird üblicherweise eine Ausbildung verwendet, bei der sich die Anordnung optischer Vorrichtungen nicht aufgrund von Temperaturveränderungen verändert, wobei zu diesem Zweck Invar (Warenzeichen: eine auf Nickel basierende Legierung) oder Zerodur (Warenzeichen: Glaskeramikmaterial) verwendet wird, die jeweils einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und bekannte Leistungen als Material für optische Präzisionsgeräte aufweisen.
Jedoch bestehen Probleme, wie zum Beispiel die Tatsache, daß Invar eine relativ hohe Dichte hat, während das zuvor genannte Zerodur Schwierigkeiten bei der Verarbeitung zu einer komplexen Form mit sich bringt.
Als Baumaterialien für einen Sendeempfänger in einem Satelliten sind Leichtmetalle mit geringstmöglicher Dichte und einer größtmöglichen Wärmeleitfähigkeit geeignet, beispielsweise Al, Mg, Be und dergleichen. Jedoch haben Leichtmetalle im allgemeinen relativ hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten, weshalb es erforderlich ist, einen Ausrichtungseinstellmechanismus zum Kompensieren von Ausrichtungsfehlem der Geräteanordnung, die durch Wärmeausdehnung entstanden sind, vorzusehen, um optische Nachrichtenübermittlung zu ermöglichen. Es wurde jedoch bis jetzt kein geeignetes Verfahren zum Einstellen der Ausrichtung des optischen Sendeempfängers nach dem Starten des Satelliten vorgeschlagen. Selbst wenn eine solche Einstellung in irgendeiner Weise ermöglicht würde, würde die strenge Anforderung nach Genauigkeit bewirken, daß der mit einer optischen Antenne versehene optische Sendeempfänger wegen des vorzusehenden Ausrichtungseinstellmechanismus nachteiligerweise relativ großformatig ausfallen würde.
Es ist daher eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausrichtungseinsteilsystem zur Verwendung in einem optischen System eines optischen Sendeempfangers zu schaffen, das kleiner und leichter als die herkömmlichen Geräte ist, und das in der Lage ist, die Anordnung des optischen Systems mit größerer Genauigkeit einzustellen.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Ausrichtungseinstellsystem zur Verwendung in einem optischen System eines optischen Sendeempfängers vorgesehen, mit:
- einer optischen Antenne mit einem Hauptspiegel und einem Unterspiegel, die jeweils um eine optische Achse der optischen Antenne herum und um eine vorbestimmte Entfernung voneinander beabstandet angeordhet sind, wobei die optische Antenne einen von dem optischen Sendeempfänger ausgegebenen Sendelichtstrahl an eine optische Antenne einer Zielstation sendet, nachdem der Sendelichtstrahl nacheinander von dem Unterspiegel und dem Hauptspiegel reflektiert wurde,
- einer optischen Kopplungseinrichtung zum optischen Koppeln der optischen Antenne mit dem optischen Sendeempfänger,
- einem Retro-Reflektionsspiegel zum Retro-reflektieren eines Teils des Sendelichtstrahls, wobei der Retro-Reflektionsspiegel entweder in dem Hauptspiegel oder in dem Unterspiegel vorgesehen ist,
- einer ersten Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines Defoktissierungsbetrags des Sendelichtstrahls in der optischen Antenne in Reaktion auf den Sendelichtstrahl, der von dem Retro-Reflektionsspiegel retro-reflektiert wurde,
- einer ersten Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Unterspiegels in einer parallel zur optischen Achse der optischen Antenne verlaufenden Richtung, und
- einer ersten Steuereinrichtung zum Steuern der ersten Bewegungseinrichtung in Reaktion auf einen Defokussierungsbetrag des Sendelichtstrahls in der optischen Antenne, der von der ersten Erkennungseinrichtung erkannt wurde, so daß der Defokussierungsbetrag des Sendelichtstrahls im wesentlichen Null wird.
Durch die Anordnung der genannten Erfindung kann, wenn der Reflektionsspiegel zum Retro-Reflektieren eines Sendelichtstrahls im Hauptspiegel vorgesehen ist, der Defokussieiungsbetrag des Sendelaserlichtstrahls über das optische System, vom optischen Sendeempfänger durch die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel und Hauptspiegel der optischen Antenne, auf im wesentlichen Null korrigiert werden. Wenn jedoch der Reflektionsspiegel für das Retro-Reflektieren eines Sendelichtstrahls im Unterspiegel vorgesehen ist, kann der Defokussierungsbetrag des Sendelaserlichtstrahls derart korrigiert werden, daß er über das optische System, vom Sendeempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel der optischen Antenne, im wesentlichen Null beträgt. Infolgedessen kann die Größe des Ausrichtungseinstellsystems zur Verwendung in einem optischen System eines optischen Sendeempfängers gemäß der vorliegenden Erfindung verringert werden und das Gewicht desselben kann gegenüber herkömmlichen Geräten verringert werden, und ferner ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die Anordnung des optischen Systems vom optischen Sendeempfänger aus über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel oder Hauptspiegel der optischen Antenne mit größerer Genauigkeit einzustellen. Das Vorsehen des Ausrichtungseinstellsystems ermöglicht das Herstellen des Hauptspiegels und des Unterspiegels aus Leichtmetallmaterialien, die jeweils eine relativ kleine Dichte und eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit haben, beispielsweise Al. Mg, Be oder dergleichen. Dementsprechend kann das Gewicht des Satelliten, in dem der optische Sendeempfänger vorgesehen ist, vorteilhafterweise und in erheblichem Maße verringert werden.
Ferner reflektiert bei dem genannten Ausrichtungseinstellungssystem die optische Antenne einen von der optischen Antenne der Zielstation her empfangenen Empfangslichtstrahl nacheinander mit dem Hauptspiegel und dem Unterspiegel und gibt anschließend den reflektierten Lichtstrahl an den optischen Sendeempfänger über die optische Kopplungseinrichtung aus; und
wobei das Ausrichtungseinstellsystem ferner aufweist:
- eine zweite Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines Betrags der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse der optischen Antenne in Reaktion auf den von dem Retro-Reflektionsspiegel retro-reflektierten Sendelichtstrahl;
- eine dritte Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines Betrags der Abweichung des empfangenen Lichtstrahls von der optischen Achse der optischen Antenne in Reaktion auf den von dem Unterspiegel reflektierten Empfangslichtstrahl;
- eine zweite Bewegungseinrichtung zum Bewegen der optischen Achse des in die optische Kopplungseinrichtung gesendeten Sendelichtstrahls, wobei die zweite Bewegungseinrichtung in der optischen Kopplungseinrichtung angeordnet ist; und
- eine zweite Steuereinrichtung zum Steuern der zweiten Bewegungseinrichtung derart, daß der Betrag der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse der optischen Antenne mit dem Betrag der Abweichung des Empfangslichtstrahls von der optischen Achse der optischen Antenne zusammenfällt, in Reaktion auf den von der zweiten Erkennungseinrichtung erkannten Betrag der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse der optischen Antenne und in Reaktion auf den von der dritten Erkennungseinrichtung erkannten Betrag der Abweichung des Empfangslichtstrahls von der optischen Achse der optischen Antenne.
Wenn in der genannten erfindungsgemäßen Anordnung der Reflektionsspiegel für das Retro-Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls im Hauptspiegel angeordnet ist, kann der Betrag der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse des optischen Systems über das optische System, vom optischen Sendempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel oder Hauptspiegel der optischen Antenne, korrigiert werden, so daß die optische Achse mit derjenigen des Empfangs-Lichtstrahls koinzidiert. Wenn andererseits der Reflektionsspiegel für das Retro-Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls im Unterspiegel angeordnet ist, kann der Betrag der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse des optischen Systems über das optische System, vom optischen Sendempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel der optischen Antenne, korrigiert werden, so daß die optische Achse mit deijenigen des Empfangs-Lichtstrahls koinzidiert. Infolgedessen kann die Größe des Ausrichtungseinstellsystems zur Verwendung in einem optischen System eines optischen Sendeempfängers gemäß der vorliegenden Erfindung verringert werden und das Gewicht desselben kann gegenüber herkömmlichen Geräten verringert werden, und ferner ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die Anordnung des optischen Systems vom optischen Sendeempfänger aus über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel oder Hauptspiegel der optischen Antenne mit größerer Genauigkeit einzustellen.
In dem genannten Ausrichtungseinstellsystem ist ferner der Hauptspiegel entweder ein ringförmiger konkaver Parabolspiegel oder ein ringförmiger nahezu parabolischer Hyperbolspiegel;
- wobei der Retro-Reflektionsspiegel entweder ein ringförmiger konkaver sphärischer Spiegel oder ein ringförmiger nahezu sphärischer elliptischer Spiegel ist, wobei der Retro-Reflektionsspiegel einstückig mit dem Hauptspiegel und konzentrisch mit dem Hauptspiegel um die optische Achse der optischen Antenne ausgebildet ist; und
- der Hauptspiegel und der Retro-Reflektionsspiegel derart angeordnet sind, daß ein Brennpunkt des Hauptspiegels mit der Mitte der Krümmung des Retro-Reflektionsspiegels zusammenfällt.
Des weiteren ist bei dem genannten Ausrichtungseinstellsystem der Hauptspiegel auf dem Außenumfang eines ringförmigen Körpers vorgesehen, während der Retro-Reflektionsspiegel auf dem Innenumfang des ringförmigen Körpers vorgesehen ist, und
- der Retro-Reflektionsspiegel weist ein optisches Durchgangsloch zum Hindurchlassen des Sendelichtstrahls und des Empfangslichtstrahls auf, wobei das optische Durchgangsloch einen mit der optischen Achse der optischen Antenne zusammenfallenden Mittelpunkt hat, wobei das optische Durchgangsloch derart ausgebildet ist, daß es mit dem Hauptspiegel um die optische Achse der optischen Antenne konzentrisch ist.
Darüber hinaus ist bei dem genannten Ausrichtungseinstellsystem der Unterspiegel ein konvexer Hyperbolspiegel, und
- der Retro-Reflektionsspiegel ist entweder ein konkaver sphärischer Spiegel oder ein konkaver nahezu sphärischer elliptischer Spiegel ist, der einstückig und konzentrisch mit dem Unterspiegel um die optische Achse der optischen Antenne ausgebildet ist.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Teile stets mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und welche zeigen:
Fig. 1 - eine schematische Blockschaltbild eines Sendeempfangers mit einer optischen Antenne und einem Einstellsystem für ein optisches System des optischen Sendeempfangers nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2- einen Längsschnitt, der Einzelheiten der optischen Antenne von Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 - eine Vorderansicht des optischen Erkennungsfläche eines CCD-Sensors nach Fig. 1;
Fig. 4 - eine Vorderansicht einer optischen Erkennungsfläche eines QD-Sensors von Fig. 1;
Fig. 5 - einen Längsschnitt durch einen konvexen Parabolspiegel, eine Operation desselben darstellend;
Fig. 6- einen Längsschnitt durch einen konvexen sphärischen Spiegel, eine Operation desselben darstellend;
Fig. 7 - einen Längsschnitt durch einen Hauptspiegel einer erfindungsgemäßen optischen Antenne mit einem konvexen Parabolspiegel und einem konvexen sphärischen Spiegel;
Fig. 8 - ein Flußdiagramm eines Steuerablaufs, das einen Ausrichtungseinstellvorgang darstellt, der vom Einstellsystem für das optische System des optischen Sendeempfängers von Fig. 1 vorgenommen wird; und
Fig. 9 - eine Kurvendarstellung einer relativ geringen Empfindlichkeit beim reziproken Wert eines Wellenfrontradius bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, ist ein schematisches Blockschaltbild eines optischen Sendeempfangers mit einer optischen Antenne 10 und einem Ausrichtungseinstellsystem für ein optisches System zur Verwendung bei der optischen Nachrichtenübermittlung.
Die in Fig. 2 gezeigte mittig gespeiste optische Antenne 10 vom Cassegrain-Typ des bevorzugten Ausführungsbeispiels weist auf:
(a) einen Hauptspiegel oder -reflektor 1 mit einem ringförmigen konkaven Parabolspiegel 1a zum Senden und Empfangen von Lichtstrahlen und einem ringförmigen konkaven sphärischen Retro-Reflektionsspiegel oder Retroreflektor 1b zum Umlenk- Reflektieren, Retro-Reflektieren und Zurück-Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls, wobei beide Spiegel konzentrisch um eine optische Achse CL des Laserlichtstrahls angeordnet sind, und wobei der Parabolspiegel 1a am Außenumfang des Hauptspiegels 1 und der konkave sphärische Retro-Reflektionsspiegel 1b am Innenumfang des Hauptspiegels 1 angeordnet ist und ein optisches Durchgangsloch 1h in der Mitte des konkaven sphärischen Retro-Reflektionsspiegels 1b vorgesehen ist, und wobei sowohl der Parabolspiegel 1a und der sphärische Retro-Reflektionsspiegel 1b einstückig miteinander ausgebildet sind; und
(b) einen Unterspiegel oder -reflektor 2, der ein konvexer Hyperbolspiegel ist, welcher an einer gegenüber der Koinzidenzposition des Brennpunkts Fp des Parabolspiegels 1a und dem Mittelpunkt der Krminung Rc des sphärischen Retro-Reflektionsspiegels 1b in Richtung des Hauptspiegels 1 um die optische Achse CL verschobenen Position angeordnet ist (Bezugszeichen Fp und Rc, siehe Fig. 7).
Bei der mittig-gespeisten optischen Antenne 10 vom Cassegrain-Typ wird ein von dem optischen Sendeempfanger ausgegebener Sendelaserlichtstrahl durch das optische Durchgangsloch ih zu dem Unterspiegel 2 geleitet und anschließend sequentiell vom Unterspiegel 2 und dem Parabolspiegel 1a des Hauptspiegels 1 reflektiert. Anschließend wird ein Sendelaserlichtstrahl an eine optische Antenne einer Zielstation ausgegeben. Andererseits wird ein Sendelaserlichtstrahl, der vom Unterspiegel 2 reflektiert wurde, vom sphärischen Retro-Reflektionsspiegel 1b des Hauptspiegels 1 reflektiert, so daß er zum Unterspiegel 2 zurückgeleitet wird, und wird anschließend erneut vom Unterspiegel 2 reflektiert, so daß er auf den optischen Sendeempfänger fällt. Anschließend wird auf der Basis des zurückgeleiteten Sendelaserlichtstrahls (im folgenden als der zurückgeleiteten Sendelaserlichtstrahl bezeichnet) eine Ausrichtungseinstellung des optischen Systems im optischen Sendeempfänger durchgeführt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sei darauf hingewiesen, daß die Wellenlänge des von einer Laserdiaode 37 ausgegebenen Sendelichtstrahls derart von der Wellenlänge des Empfangslichtstrahls ist, der von dem optischen Sendeempfanger der Zielstation ausgegeben und von der optischen Antenne 10 empfangen wird, geringfügig verschieden ist, daß sie durch jeweilige optische Filter in einem CCD-Sensor 30 und einem QD-Sensor (Quadrantendetektor-Sensor) 32 getrennt werden können.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist bei der mittig gespeisten optischen Cassegrain-Antenne 10 der ringförmige Parabolspiegel 1a zum Senden und Empfangen von Laserlichtstrahlen am Außenumfang des Hauptspiegels 1 dem Unterspiegel 2 gegenüberliegend angeordnet, derart, daß er auf der Fläche des Hauptspiegels 1 auf der der Empfangs- und Senderichtung der optischen Antenne 10 zugewandten Seite ausgebildet ist. Ferner ist der ringförmige konkave Retro-Reflektionsspiegel 1b zum Retro-Refiektieren eines Sendelaserlichtstrahls, in dem ein optisches Durchgangsloch ih mit kreisrunder Form ausgebildet ist, durch dessen Mittelpunkt die optische Achse CL verläuft, am Innenumfang des Hauptspiegels 1 dem Unterspiegel 2 gegenüberliegend angeordnet, derart, daß er auf der Fläche des Hauptspiegels 1 auf der der Empfangs- und Senderichtung der optischen Antenne 10 zugewandten Seite ausgebildet ist.
In der optischen Antenne 10 sind die Position des Brennpunkts Fp des Parabolspiegels 1a und die Position des Krümmungsmittelpunnts Rc des sphärischen Retro-Reflektionsspiegels 1b an einem Punkt angeordnet (im folgenden als Koinzidenzpunkt Fp = Rc bezeichnet), so daß sie zusammenfallen. Ferner ist der aus einem konvexen Hyperbolspiegel bestehende Unterspiegel 2 an einer gegenüber der Koinzidenzposition Fp = Rc beispielsweise zur konkaven Reflektionsfläche des Hauptspiegels 1 verschobenen Position angeordnet (siehe Fig. 7). Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Krümmungsmittelpukkte 1a und 1b derart eingestellt, daß sie voneinander verschieden sind, und ferner ist ein Verhältnis fp/fc der Brennweite fp des Parabolspiegels 1a zur Brennweite fc des sphärischen Retro-Reflektionsspiegels 1b vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der geringfügig kleiner als 2 ist.
Als Material für den Hauptspiegel 1 und den Unterspiegel 2 wird vorzugsweise optisches Glas, beispielsweise Zerodur oder dergleichen, mit einem relativ geringen Wärmeausdehnungskoefflzienten verwendet. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ausrichtungseinstellsystems in einem Satelliten ist jedoch der Einsatz von Leichtmetall, beispielsweise Al, Mg, Be oder dergleichen, möglich, das eine relativ geringe Dichte und eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Wenn ferner die beiden Spiegel, der Parabolspiegel und der sphärische Retro-Reflektionsspiegel, gleichzeitig durch ultra-hochgenaue Bearbeitung hergestellt werden, ist die Fehlausrichtung zwischen den beiden Spiegeln vernachlässigbar gering und diese gute Ausrichtungsgenauigkeit wird nach dem Start der Spiegel in den Weltraum beibehalten, da die erwähnte größere thermische Leitfähigkeit die thermische Verformung der Spiegel minimiert.
Im allgemeinen kann eine Annäherung an die Form der Spiegelfläche der optischen Antenne 10 durch eine achssymmetrische quadratische Fläche erfolgen. Angenommen, der Radius an jeder beliebigen Stelle der Spiegelfläche von der optischen Achse aus gesehen ist p, die Krümmung der Mitte der quadratischen Fläche ist C und der die Form der quadratischen Fläche repräsentierende Verformungsparameter ist K, so läßt sich die Tiefe der Spiegelfläche Sag von der Schnittstelle (dem Scheitelpunkt) zwischen der quadratischen Fläche und der optischen Achse der Spiegelfläche aus durch die folgende Gleichung (1) ausdrücken:
Sag = (C ²) / {1 + (1-C² ²K)½} + a&sub6; &sup6; + a&sub8; &sup8; + a&sub1;&sub0; ¹&sup0;+... (1),
wobei a&sub6; bis a&sub1;&sub0; Koeffizienten sind, die asphärische Flächen höherer Ordnung repräsentieren, und ferner weist der Verformungsparameter K die folgenden Bedeutungen auf:
(a) wenn K < 0, wird die Spiegelfläche des Hauptspiegels 1 eine Hyperbolfläche;
(b) wenn K = 0, wird die Spiegelfläche des Hauptspiegels 1 eine Parabolfläche;
(c) wenn 0 < K < 1, wird die Spiegelfläche des Hauptspiegels 1 eine elliptische Fläche;
(d) wenn K = 1, wird die Spiegelfläche des Hauptspiegels 1 eine sphärische Fläche; und
(e) wenn K > 1, wird die Spiegelfläche des Hauptspiegels 1 eine elliptische Fläche.
Wenn beispielsweise der Hauptspiegel 1, wie eine herkömmliche optische Antenne nur mit einem Parabolspiegel 51 mit einer Brennweite fp von 30, wie in Fig. 5 dargestellt, versehen ist, wird ein Sendelichtstrahl, der vom Brennpunkt Fp zum Parabolspiegel 51 gesendet wird, vom Parabolspiegel 51 reflektiert und anschließend wird das Sendelicht zu kollimiertem parallelem Licht, das anschließend zur optischen Antenne der Zielstation übertragen wird.
Wenn andererseits der Hauptspiegel 51 nur mit einem sphärischen Spiegel 52 mit einer Brennweite fp von 30, wie in Fig. 6 dargestellt, versehen ist, wird ein Sendelichtstrahl, der vom Krümmungsmittelpunkt Rc des sphärischen Spiegels 52 in Richtung des sphärischen Spiegels 52 gesendet wird, vom sphärischen Spiegel 52 reflektiert und anschließend zum Krümmungsmittelpunkt Rc entlang dem selben optischen Weg zurückgeleitet
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 weist der Hauptspiegel 1 nicht nur einen am Außenumfang des Hauptspiegels 1 vorgesehenen Parabolspiegel 51, sondern auch einen am Innenumfang des Hauptspiegels 1 vorgesehenen sphärischen Spiegel 52a auf Bei dem bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel nach Fig. 7 ist die Brennweite fp des Parabolspiegels 51 gleich 30 und die Brennweite fp desselben ist geringfügig größer eingestellt als die Brennweite fc des sphärischen Spiegels 52a, die gleich 15 ist. In diesem Fall wird ein Sendelichtstrahl, der von der Koinzidenzposition Fp = Rc des Brennpunkts Fp und dem Krümmungsmittelpunkt Rc in Richtung auf den Parabolspiegel 51 und den sphärischen Spiegel 52a gesendet wird, vom Parabolspiegel 51 reflektiert, und anschließend wird das Sendelicht zu einem kollimierten parallelen Licht, das danach in Richtung der optischen Antenne der Zielstation gesendet wird. Das Sendelicht wird weiter von dem sphärischen Spiegel 52a reflektiert und anschließend entlang dem selben optischen Weg zum Krümmungsmittelpunkt Rc zurückgeführt. Das zurückgefühnte Sendelicht dient als optisches Referenzsignal für die Ausrichtungseinstellung des optischen Systems im optischen Sendeempfanger, wie im folgenden näher beschrieben.
Ferner ist in der optischen Antenne 10 ein dem Fachmann bekannter Unterspiegelantriebsmechanismus 2d an der der Spiegelfiäche des Unterspiegels 2 entgegengesetzten Rückseite des Unterspiegels 2 vorgesehen. In Reaktion auf ein Steuersignal einer MPU (Mikroprozessoreinheit) 20 bewegt der Unterspiegelantriebsmechanismus 2d den Unterspiegel 2 in einer parallel zur optischen Achse CL verlaufenden Richtung, welche mit der Mittelachse der optischen Antenne 10 zusammenfällt, die die Z-Achsrichtung der Fign. 1 und 2 darstellt (im folgenden als die Z-Achsrichtung der optischen Antenne 10 bezeichnet), und er bewegt den Unterspiegel 2 ferner in zwei zueinander orthogonalen und zur optischen Achse CL senkrechten Richtungen, wobei die beiden axialen Richtungen iltren Ursprung im Spiegelmittelpunkt des Unterspiegels 2 haben. Eine der beiden axialen Richtungen ist, wie in den Fign. 1 und 2 dargestellt, eine zur Blattfläche der Zeichnungen senkrechte X-Achsichtung (im folgenden als die X-Achsrichtung bezeichnet) und die andere ist die in der Ebene der Blattfläche der Zeichnungen befindliche Y-Achsrichtung (im folgenden als Y-Achsrichtung bezeichnet).
Ferner sind in der optischen Antenne 10 Zweiachs-Gimbal-Lagerungen 1d vorgesehen, deren Winkel in Reaktion auf ein Steuersignal von der MPU 20 verändert wird, wobei die beiden Achsen in zwei zueinander orthogonalen Richtungen verlaufen, die der X- Achsrichtung bzw. der Y-Achsrichtung der optischen Antenne 10 entsprechen und parallel zur X-Achsrichtung und zur Y-Achsrichtung derselben verlaufen. Ferner ist die optische Antenne 10 mit einem Mantel 3 versehen, dessen zylindrische Form konzentrisch mit der optischen Achse CL der optischen Antenne 10 ist, wobei der Mantel 3 die innere Spiegelfläche des Hauptspiegels 1 und den gesamten Unterspiegel 2 bedeckt, um das Einfallen unnötigen Signallichts in das Innere der optischen Antenne 10 zu verhindern.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist das optische System zum optischen Koppeln des optischen Sendeempfängers und der optischen Antenne 10 auf:
(a) ein Okularteil 4, bestehend aus einer einfach konvexen Linse 4a und einer doppelt konvexen Linse 4b;
(b) ein FPM (Feinausrichtungsspiegelmodul) 11;
(c) drei Strahlteiler 12, 13 und 14; und
(d) ein PAM (Vorwärtsausrichtspiegelmodul) 15.
Das FPM 11 dient dem Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls und eines Empfangslichtstrahls, so daß ein von dem Okular 4 her gesendeter rückgeleiteter Sendelichtstrahls auf einen Reflektionsspiegel des FPM 11 unter einem Einfaliswinkel von 450 auftrifft und anschließend unter einem Austrittswinkel von 45º austritt, um auf den Strahlteiler 12 aufzutreffen. In dem FPM 11 ist eine durch die Schnittstelle zwischen der Spiegelfläche des Reflektionsspiegels des FPM 11 und der optischen Achse CL verlaufende und sich senkrecht zur Blattfläche der Fig. 1 erstreckende Richtung als die Y-Achse des FPM 11 definiert, während eine auf der Spiegelfläche des Reflektionsspiegels des FPM 11 verlaufende und zur Y-Achse senkrechte Richtung als die X- Achse des FPM 11 definiert ist. Das FPM 11 weist einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus zum Drehen der Spiegelfläche des Reflektionsspiegels um die X-Achse und die Y-Achse des FPM 11 in Reaktion auf ein Steuersignal der MPU 20 auf.
Darüber hinaus ist das PAM 15 zum Reflektieren eines Sendelichtstrahls vorgesehen, so daß ein von der Laserdiode 37 erzeugter und gesendeter Sendelichtstrahl auf einen Reflektionsspiegel des PAM 15 unter einem Einfallswinkel von 450 auftrifft und sodann unter einem Austrittswinkel von 450 austritt, um auf den Strahlteiler 14 aufzutreffen. In dem PAM 15 ist eine durch die Schnittstelle zwischen der Spiegelfläche des Reflektionsspiegels des PAM 15 und der optischen Achse CL verlaufende und sich senkrecht zur Blattfläche der Fig. 1 erstreckende Richtung als die Y-Achse des PAM 15 definiert, während eine auf der Spiegelfläche des Reflektionsspiegels des PAM 15 verlaufende und zur Y-Achse senkrechte Richtung als die X-Achse des PAM 15 definiert ist. Das PAM 15 weist einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus zum Drehen der Spiegelfläche des Reflektionsspiegels um die X-Achse und die Y-Achse des PAM 15 in Reaktion auf ein Steuersignal der MPU 20 auf.
Bei der optischen Antenne 10 wird ein von der optischen Antenne 10 empfangener Empfangslichtstrahl vom Parabolspiegel 1 a des Hauptspiegels 1 reflektiert und anschließend in Richtung auf den Unterspiegel 2 gerichtet, welcher sodann den Empfangslichtstrahl reflektiert. Der von dem Unterspiegel 2 reflektierte Empfangslichtstrahl wird ungefähr parallel zur optischen Achse CL zum Okular 4 gesendet.
Der Empfangslichtstrahl und der genannte zurückgeleitete Sendelichtstrahl fallen durch das Okular 4 auf das FPM 11 und werden anschließend vom Reflektionsspiegel des FPM 11 reflektiert. Anschließend fallen diese Lichtstrahlen auf den Strahlteiler 12. Der Strahlteiler 12 teilt diese Einfallslichtstrahlen in zwei Lichtstrahlen, von denen einer (im folgenden als erster Lichtstrahl bezeichnet) unverändert durch den Strahlteiler 12 läuft, während der andere (im folgenden als der zweite Lichtstrahl bezeichnet) reflektiert und extrahiert wird. Der vom Strahlteiler 12 reflektierte zweite Lichtstrahl fällt auf den CCD-Sensor 30, während der durch den Strahlteiler 12 gehende erste Lichtstrahl in den nächsten Strahlteiler 13 einfällt.
Anschließend teilt der Strahlteiler 13 das einfallende Licht in zwei Lichtstrahlen, von denen einer (im folgenden als dritter Lichtstrahl bezeichnet) unverändert durch den Strahlteiler 13 tritt, während der andere (im folgenden als vierter Lichtstrahl bezeichnet) reflektiert und extrahiert wird. Der vom Strahlteiler 13 reflektierte vierte Lichtstrahl fällt auf den QD-Sensor 32, während der den Strahlteiler 13 durchlaufende dritte Lichtstrahl in den nächsten Strahlteiler 14 einfällt. Ferner reflektiert der Lichifeiler 14 den vom Strahlteiler 13 her eintretenden Lichtstrahl und sendet diesen reflektierten Lichtstrahl in einen PD-Sensor (Photodiodensensor) 34.
Ein Modulator 36 moduliert das Sendelicht, das eine vorbestimmte Sendewellenlänge hat, mit einem vorbestimmten Modulationsverfahren, beispielsweise einer Intensitätsmodulation gemäß einem von einer externen Vorrichtung eingegebenen Sendebasisbandsignal, und anschließend wird ein modulierter Sendelichtstrahl aus der Laserdiode 37 ausgegeben. Der modulierte Sendelichtstrahl wird vom Reflektionsspiegel des PAM 15 reflektiert und läuft anschließend sequentiell durch die drei Strahlteiler 14, 13 und 12, und fällt sodann auf den Reflektionsspiegel des FPM 11. Anschließend wird der Sendelichtstrahl vom Reflektionsspiegel des FPM 11 reflektiert und sodann durch das Okular 4 auf den Unterspiegel 2 der optischen Antenne 10 projiziert.
Wie in Fig. 3 dargestellt, weist der CCD-Sensor 30 eine quadratische Photodetektorebene auf, die aus einer X-Achse und einer Y-Achse besteht, welche der X-Achse und der Y-Achse der optischen Antenne 10 entsprechen. Die Photodetektorebene des CCD- Sensors 30 weist mehrere Photodetektorzellen auf, die in vorbestimmten gleichen Abständen voneinander parallel zur X-Achse und zur Y-Achse angeordnet sind, wobei jede Photodetektorzelle mit X- und Y-Koordinaten auf einer Ebene versehen ist, welche die Form eines vorbestimmten Rasters hat. Der CCD-Sensor 30 weist ferner zwei (nicht dargestellte) Bandpaßfilter auf, von denen eines von den einfallenden Lichtstrahlen nur den genannten rückgeleiteten Sendelichtstrahl und das andere von den einfallenden Lichtstrahlen nur den genannten Empfangslichtstrahl durchläßt, so daß der rückgeleitete Sendelichtstrahl vom Empfangslichtstrahl getrennt wird. Anschließend wird der getrennte zurückgeleitete Sendelichtstrahl von der jeweiligen Photodetektorzelle erkannt und anschließend in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an eine CCD-Verarbeitungsschaltung 31 ausgegeben wird, während der getrennte Empfangslichtstrahl von der jeweiligen Photodetektorzelle erkannt wird und anschließend in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das an die CCD-Verarbeitungs schaltung 31 ausgegeben wird.
In Reaktion auf die sequentiell von dem CCD-Sensor 30 ausgegebenen jeweiligen elektrischen Signale berechnet die CCD-Verarbeitungsschaltung 31 nicht nur den geometrischen zeitlich gemittelten Radius eines Bildes des rückgeleiteten Sendelichtstrahls, das auf der Photodetektorebene des CCD-Sensors 30 erhalten wurde, sondern berechnet ebenfalls den Höchstwert der Lichtstärkenverteilung desselben, und gibt diese berechneten Daten an die MPU 20 aus. In Reaktion auf die jeweiligen sequentiell aus dem CCD-Sensor 30 ausgegebenen elektrischen Signale, gibt die CCD-Verarbeitungsschaltung 31 bezüglich des Empfangslichtstrahls ferner ein Fehlersignal an die MPU 20 aus, das die Beträge der Abweichungen in X-Richtung und Y-Richtung vom der optischen Achse CL entsprechenden Ursprung O in Fig. 3 wiedergibt. In diesem Fall enthalten die Daten des zeitlich gemittelten Radius des Bildes und des Höchstwertes der Intensität des zurückgeleiteten Sendelichtstrahls Informationen über einen Defokussierungsbetrag des Sendelichtstrahls in der optischen Antenne 10.
In Reaktion auf das aus der CCD-Verarbeitungsschaltung 31 ausgegebene Fehlersignal des Empfangslichtstrahls, steuert die MPU 20 die Zweiachs-Gimbal-Lagerung 1d derart, daß die Strahlrichtung der optischen Antenne 10 auf die optische Antenne der Zielstation ausgerichtet ist. Ferner steuert die MPU 20 bei dem Ausrichtungseinstellvorgang, der im folgenden noch näher beschrieben wird, den Unterspiegelantriebsmechanismus 2d in Reaktion auf die Daten des zeitlich gemittelten Radius des rückgeleiteten Sendelichtstrahls und des Höchstwerts der Lichtstärkenverteilung desselben, die von der CCD-Verarbeitungsschaltung 31 ausgegeben werden, so daß der eingegebene zeitlich gemittelte Radius den Mindestwert annimmt und auch der Unterspiegel 2 in Richtung der Z-Achse der optischen Antenne 10 vor- oder rückwärts bewegt wird. Dies führt zu einer Korrektur des Defokussierurigsbetrags des Sendelichtstrahls, woraus sich ein Nichtvorhandensein eines Defokussierungsbetrags des Sendelichtstrahls ergibt, das heißt der Sendelichtstrahl ist im Brennpunkt. Ist ein extrem großer Defokussierungsbetrag des Sendelichtstrahls gegeben, ist es unmöglich, den fokussierten Zustand desselben nur durch Einstellen der Position des Unterspiegels 2 in der Z-Achsrichtung vollkommen einzustellen. In diesem Fall wird daher, obwohl es nicht dargestellt ist, das Okular 4 durch einen (nicht dargestellten) dem Fachmann bekannten Antriebsmechanismus in eine zur optischen Achse CL parallele Richtung vorwärts oder rückwärts bewegt, so daß der Defokussierungsbetrag des Sendelaserlichtstrahls korrigiert wird, und der fokussierte Zustand erreicht wird.
Des weiteren weist der in Fig. 4 dargestellte QD-Sensor 32 vier Photodiodenzellen PA1 bis PA4 auf, die durch Unterteilen der Sensorfläche des QD-Sensors 32 in vier Quadranten mit durch eine X- und eine Y-Achse gebildeten Begrenzungen gebildet sind, die der X- und der Y-Achse der optischen Antenne 10 entsprechen. Die erste, zweite, dritte und vierte Quadrantzelle sind von der Vorderseite des QD-Sensors 32 aus gesehen, mit PA1, PA2, PA3 bzw. PA4 bezeichnet. Jede der Photodiodenzellen PA1 bis PA4 weist zwei (nicht dargestellte) Bandpaßfilter auf, von denen eines von den einfallenden Lichtstrahlen nur den erwähnten zurückgeleiteten Sendelichtstrahl durchläßt, wahrend das andere von den einfallenden Lichtstrahlen nur den erwähnten Empfangslichtstrahl durchläßt, wodurch der rückgeleitete Sendelichtstrahls von dem Empfangslichtstrahl getrennt wird. Anschließend wird der getrennte rückgeleitete Sendelichtstrahl von der ersten Gruppe von Photodiodenzellen PA1 bis PA4 erkannt und sodann in eine erste Gruppe von elektrischen Signale V1 bis V4 der ersten Gruppe von vier Photodiodenzellen PA1 bis PA4 umgewandelt, welche an eine QD-Verarbeitungsschaltung 33 ausgegeben werden, während der getrennte Empfangslichtstrahl von der zweiten Gruppe von Photodiodenzellen PA1 bis PA4 erkannt und sodann in die zweite Gruppe elektrischer Signale V1 bis V4 der zweiten Gruppe von vier Photodiodenzellen PA1 bis PA4 umgewandelt wird, welche an die QD-Verarbeitungsschaltung 33 ausgegeben werden.
In Reaktion auf die erste und die zweite Gruppe elektrischer Signale V1 bis V4, welche den zurückgeleiteten Sendelaserlichtstrahl und den Empfangslichtstrahl betreffen, berechnet die QD-Verarbeitungsschaltung 33 die Nachfülirfehlerdaten δx und δy, welche jeweils nicht nur die Richtung und den Betrag der Abweichung oder die Entfernung von der optischen Achse CL (im folgenden als Richtung bzw. Betrag der axialen Abweichung bezeichnet) wiedergeben, und anschließend gibt die QD-Verarbeitungsschaltung 33 die berechneten Nachführfehlerdaten δx und δy an die MPU 20 aus. Die Nachführfehlerdaten δx und δy sind durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben:
δx={(1 + V4) - (2 +V3)}/(V1 + V2 + V3 + V4) (2),
und
δy={(V1 + V2) - (V3 + V4}}/(V1 + V2 + V3 + V4) (3),
sowohl für den Sendelichtstrahl als auch für den Empfangslichtstrahl.
In Reaktion auf die von der QD-Verarbeitungsschaltung 33 ausgegebenen Nachführfehlerdaten δx und δy des Empfangslichtstrahls steuert die MPU 20 den Antriebsmechanismus des FPM 11 derart, daß ein von der optischen Antenne der Zielstation gesendeter Empfangslichtstrahl in einem vorbestimmten Empfangssichtfeld des PD- Sensos 34 eingefangen werden kann. Bei dem im folgenden noch naher beschriebenen Ausrichtungseinstellverfahren steuert die MPU 20 in Reaktion auf die von der QD- Verarbeitungsschaltung 33 ausgegebenen Nachfülrfehlerdaten δx und δy des zurückgeführten Sendelichtstrahls den Antriebsmechanismus des PAM 15 derart, daß die Nachführfehlerdaten δx und δy des zurückgeleiteten Sendelichtstrahls mit den Nachfülufehlerdaten δx und δy des Empfangslichtstrahls zusammenfallen, und die Spiegelfläche des PAM 15 dreht um die X-Achse und die Y-Achse des PAM 15.
Bei dem Ausricht-, Erfassungs- und Nachführsystem für den optischen Sendeempfänger mit der zuvor beschriebenen Anordnung wird eine Anfangserfassung durch das Empfangen eines vom Satelliten der Zielstation gesendeten Leitlichts mit einem relativ breiten Sichtfeld durchgeführt. Bei diesem Anfangserfassungsvorgang erkennt das Steuersystem eine Abweichung vom Nachführungsmiffelpunkt des Leuchtpunkts des Leitlichts, der von dem CCD-Sensor 30 ausgegeben wird, und steuert anschließend die Zweiachs-Gimbal-Lagerungen 1d, die mit der optischen Antenne 10 verbunden sind, in Reaktion auf die erkannte Abweichung, um die Strahlrichtung der optischen Antenne 10 in Richtung des Satelliten der Zielstation auszurichten. Auf diese Weise wird das Zielliecht im vorbestimmten Sichtfeld des QD-Sensors 32 eingefangen und anschließend wird ein Nachhhhrfehler in den beiden zueinander senkrechten Richtungen aus Relativverhältnissen der auf die jeweiligen Photodiodenzellen des QD-Sensors 32 einfallenden Lichtmengen bestimmt. Basierend auf dem bestimmten Nachführfehler steuert das Steuersystem anschließend den Antriebsmechanismus des FPM 11 derart, daß ein von dem Satelliten einer Zielstation ausgesandter Lichtstrahl innerhalb des vorbestimmten Sichtfelds des PD-Sensors 34 zum Empfangen desselben eingefangen wird. Ferner wird unter Verwendung des PAM 15 ein Vorhaltewinkel, der im folgenden noch näher beschrieben wird, korrigiert und anschließend wird ein Laserlichtstrahl in die zuvor korrigierte Richtung gesendet, wodurch die optische Kommunikation mit dem Satelliten der Zielstation beginnt.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Vorhalten bei der optischen Satellitenkommunikation, die entweder zwischen einer Erdstation und einem in niedriger Erdumlaufbahn befindlichen Satelliten oder zwischen einer geostationären Satellitenstation und einer auf einer niedrigen Erdumlaufbahn befindlichen Satellitenstation in folgender Hinsicht von deijenigen der allgemeinen Astronomie verschieden ist. Das Ausricht- und Nachführsystem des optischen Sendeempfangers ist derart ausgelegt, daß es die Richtung von Laserlicht verfolgt, das von der optischen Antenne der Zielstation nach oben gesendet wird. Da jedoch die Lichtgeschwindigkeit ein finiter Wert von 300000 km/sek ist, kann sich die Richtung des Satelliten der Zielstation aufgrund der Relativbewegung zwischen diesen verändert haben, wenn die Richtung des von der optischen Antenne der Zielstation gesendeten Lichts erkannt wird. Da ein Sendelichtstrahl einen vorbestimmten Zeitraum benötigt, um zum Satelliten der Zielstation zu gelangen, führt dies gleichermaßen zu einer Abweichung der Richtung. Bei der optischen Satellitenkommunikation zwischen einer geostationären Satellitenstation und einer auf einer niedrigen Erdumlaufbahn befindlichen Satellitenstation nimmt die genannte Abweichung ungefahr einige Zehntel Mikro-Radiant an, welches einen Wert in einer Größenordnung darstellt, die bei einer Laserkommunikation mit einer genauen Nachführung in der Größenordnung von 1 Mikro-Radian nicht vernachlässigbar ist. Das Vorhalten in der Astronomie bezieht sich auf die Abweichung der Planetenrichtungen von der Erde aus gesehen, das heißt die Abweichung der Richtungen in unidirektionale Lichtausbreitung. Bei der optischen Satellitenkommunikation erfolgt das Vorhalten in bidirektionaler Lichtausbreitung, wodurch sich ein verdoppelter Korrekturbetrag ergibt.
Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm des von dem Ausrichtungseinstellsystem zur Verwendung in dem optischen System des in Fig. 1 dargestellten optischen Sendeempfängers durchgeführten Ausrichtungseinstellvorgangs. Der Ausrichtungseinstellvorgang wird periodisch von der MPU 20 zu vorbestimmten gleichen Zeitintervallen entsprechend der Zeitkonstante der Temperaturveränderung des optischen Systems durchgeführt, beispielsweise einmal alle 10 Minuten oder dergleichen.
Wie in Fig. 8 dargestellt, steuert im Sclrritt S1, in Realltion auf die von der QD-Verarbeitungsschaltung 33 ausgegebenen Nachfüirfehlerdaten δx und δy des zurtlckgeleiteten Sendelichts, die MPU 20 den Antriebsmechanismus des PAM 15 derart, daß die Nachführfehlerdaten δx und δy des rückgeleiteten Sendelichtstrahls mit den Nachführfehlerdaten δx und δy eines Empfangslichtstrahls koinzidieren, und ferner dreht die Spiegelfläche des Reflektionsspiegels des PAM 15 um die X-Achse und die Y-Achse des PAM 15. Dies ermöglicht eine Korrektur der Richtung und des Betrags der axialen Abweichung in der zur optischen Achse des Sendelaserlichtstrahls senkrechten Richtung, wodurch die optische Achse des Sendelaserlichtstrahls mit der optischen Achse des Empfangslichtstrahls in Deckung gebracht wird.
Anschließend wird im Schritt 52 in Reaktion auf die zeitlich gemittelten Radius-Daten und den Höchstwert der Intensität des zuruckgeleiteten Sendelichtstrahls, die von der CCD-Verarbeitungsschaltung 31 ausgegeben werden, der Unterspiegelantriebsmechanismus 2d derart durch die MPU 20 gesteuert, daß die eingegebenen Daten des zeitlich gemittelten Radius den Mindestwert annehmen, und der Unterspiegel 2 wird ferner in Richtung der Z-Achse der optischen Antenne 10 vorwärts oder rtlckwärts bewegt. Infolgedessen kann der Defokussierungsbetrag des Sendelaserlichtstrahls korrigiert werden, und er wird derart eingestellt, daß kein Defokussierungsbetrag gegeben ist, das heißt, er wird mit höherer Genauigkeit oder Präzision auf den fokussierten Zustand des Sendelaserlichtstrahls eingestellt.
Obwohl die Wellenlängen des Sendelichtstrahls und des Empfangslichtstrahls bei dem zuvor erwähnten bevorzugten Ausfühngsbeispiel unterschiedlich sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Wellenlänge des Sendelichtstrahls kann so eingestellt werden, daß sie gleich, im wesentlichen gleich oder ungefähr gleich derjenigen des Empfangslichtstrahls ist, oder die Wellenlänge des Sendelichtstrahls kann derart eingestellt werden, daß sie deijenigen des Empfangslichtstrahls extrem nahe ist. In diesem Fall sind die Lichtstrahlen derart eingestellt, daß der Bereich oder die Verteilung des Sendelichtstrahls von deijenigen des Empfangslichtstrahls verschieden ist.
Beispielsweise kann der Empfangslichtsträhl im wesentlichen derart eingestellt werden, daß er am äußeren Umfangsrand des kreisrunden Strahlpunkts mit vorbestimmtem Durchmesser vorliegt, und der Sendelichtstrahl kann im wesentlichen derart eingestellt werden, daß er am Innenumfang des kreisrunden Strahlpunkts liegt, der nicht am Außenumfang überlappt wird. In diesem Fall ist in dem CCD-Sensor 30 und dem QD- Sensor 32 ein Blendenmechanismus vorgesehen, der eine kreisrunde Innenumfangsblende zum Abschirmen des Sendelaserlichtstrahls am Innenumfang des kreisrunden Strahlpunkts und eine weitere ringförmige Außenumfangsblende zum Abschirmen des am Außenumfang des kreisrunden Strahlpunkts befindlichen Empfangslichtstrahls aufweist. Die Innenumfangsblende und die Außenumfangsblende werden derart gesteuert, daß sie abwechselnd unter Verwendung eines Zeitteilungsmultiplex, das auf einem periodisch erzeugten vorbestimmten Zeitgebungssignal basiert. Basierend auf dem genannten Zeitgebungssignal wird das vom CCD-Sensor 30 und das vom QD- Sensor 32 erkannte Signal voneinander unterschieden und die diskriminierten Signale werden separat extrahiert. Es sei darauf hingewiesen, daß der PD-Sensor 34 stets nur den am Außenumfang befindlichen Empfangslichtstrahl extrahiert und diesen in ein elektrisches Signal umwandelt.
Bei der optischen Antenne 10 des genannten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist der konkave Parabolspiegel 1a zum Senden und Empfangen von Lichtstrahlen am Außenumfang des Hauptspiegels 1 vorgesehen, während der sphärische Retro-Reflektionsspiegel 1b mit dem optischen Durchgangsloch 1d zum Retro-Reflektieren des Sendelaserlichtstrahls am Innenumfang des Hauptspiegels 1 vorgesehen ist.
Fig. 9 ist eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Verstärkung des Sendelichts und einer Verstärkung des retro-reflektierten Sendelichts mit einer Messung eines reziproken Werts des Wellenfrontradius (1/km) und einer relativen Verstärkung (dB), wobei die Darstellung nicht nur die Verringerung der relativen Verstärkung der optischen Antenne aufgrund einer Defokussierung bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt, sondern auch die Veränderung der maximalen Intensität des zurückgeleiteten Sendelaserstrahls.
Eine strichpunktierte Linie in Fig. 9 zeigt ein theoretisches Berechnungsergebnis der Antennenverstärkung in bezug auf den Sendelaserlichtstrahl, wenn ein Fehler in einem auf der horizontalen Achse der Fig. 9 aufgetragenem Kreis-Wellentrontradius in einem Blendenteil der optischen Antenne aufgrund von Defokussierung erzeugt wird, wobei das Ergebnis unter Bezugnahme auf das folgende Dokument: Bemard J. Klein und John J. Degnan, "Optical Antenna Gain, 1:Transmitting Antennas", Applied Opties, Bd. 13, Nr.9, September 1974, und auf der Grundlage der folgenden Annahme erhalten wird:
(a) die Amplitudenverteilung des Sendelaserlichtstrahls ist auf eine Gauß'sche Verteilung eingestellt;
(b) der Durchmesser der Öffnung in der optischen Antenne ist auf 19 cm eingestellt;
(c) die Wellenlänge des Sendelaserlichts ist auf 0,83 µm eingestellt;
(d) der Radius des Gauß'schen Strahls im Öffnungsteil der optischen Antenne ist auf 9,5 cm eingestellt; und
(e) der Radius des Unterspiegels ist auf 2,25 cm eingestellt.
Ferner zeigt die durchgezogene Linie der Fig. 9 die Veränderung der Intensität des retro-reflektierten Sendelaserlichtstrahls, wenn eine Defokussierung ähnlich dem erwähnten Betrag gegeben ist. Der ringförmige konkave sphärische Retro-Reflektionsspiegel 1b hat einen Außendurchmesser von 2,25 cm und einen Innendurchmesser von 1,55 cm. Das linke Ende der Fig. 9 entspricht einem defokussierungsfreien Zustand, also dem fokussierten Zustand. Im Vergleich zwischen dem fokussierten Zustand und dem Fall, in dem ein Fehler des Kreis-Wellenfrontradius von 20 km im Öffnungsteil der optischen Antenne erzeugt wird, das heißt, dem Fall eines reziproken Wertes eines Wellenfront-Radius von 0,05 1/km, verringert sich die relative Verstärkung der optischen Antenne um 0,92 dB, und dies entspricht 1,2 dB Verringerung der Signalintensität im CCD-Sensor 30 in bezug auf den zuruckgeleiteten Sendelaserlichtstrahl.
Wenn beispielsweise die Intensitätsmessung des zurückgeleiteten Sendelichtstrahls im CCD-Sensor 30 eine Genauigkeit von 20% oder weniger hat, also -1 dB oder weniger, kann der Betrag der Verschlechterung der Verstärkung der optischen Antenne aufgrund der Defokussierung des Sendelaserlichtstrahls daran gehindert werden, um mehr als 1 dB zu steigen. Diese Empfindlichkeit erfüllt in ausreichendem Maße vorbestimmte Anforderungen an die optische Antenne des optischen Sendeempfängers.
Da die Empfmdlichkeit für die Erkennung des Defokussierungsbetrags des optischen Systems in umgekehrtem Verhältnis zum Durchmesser des sphärischen Retro-Reflektionsspiegels 1b ohne das Durchgangsloch 1h ist, führt das Vorsehen des sphärischen Retro-Reflektionsspiegels 1b am Innenumfang dazu, die Erkennungsempfindlichkeit für Ausrichtungsfehler zu verringern. Die Fläche, die von dem Unterspiegel 2 derart abgeschirmt ist, daß sie für einen Sendelaserlichtstrahl nicht nutzbar ist, kann jedoch wirksam genutzt werden, und dies ermöglicht eine vorteilhafte Verringerung des effektiven Durchmessers des Hauptspiegels 1.
Ferner kann der konkave Parabolspiegel 1a zum Senden und Empfangen von Lichtstrahlen am Innenumfang des Hauptspiegels 1 vorgesehen werden, während der sphärische Retro-Reflektionsspiegel 1b mit dem optischen Durchgangsloch 1h zum Retro-Reflektieren des Sendelaserlichtstrahls am Außenumfang des Hauptspiegels vorgesehen werden kann.
Obwohl bei dem genannten bevorzugten Ausführungsbeispiel die mittig gespeiste optische Cassegrain-Antenne 10 mit einem Hauptspiegel 1 verwendet wurde, der einen konkaven Parabolspiegel 1b zum Senden und Empfangen von Lichtstrahlen und einen konkaven sphärischen Retro-Reflektionsspiegel 1b zum Retro-Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise eine optische Antenne vom Ritchey-Chrétien-Typ verwendet werden, um einen größeren Nachführwinkelbereich zu erhalten. In diesem Fall kann in dem Hauptspiegel 1 ein konkaver Hyperbolspiegel mit einer Spiegelfläche nahe einer konkaven Parabolfläche zum Senden und Empfangen von Lichtstrahlen verwendet werden, während ein konkaver elliptischer Spiegel mit einem Reflektionsspiegel nahe einem konkaven sphärischen Spiegel zum Retro-Reflektieren eines Sendelichtstrahls verwendet werden kann. In diesem Fall liegt der Verformungsparameter K des erstgenannten Hyperbolspiegel vorzugsweise in einem Bereich von -0,1 < K < 0 und der Verfomnungsparameter K des letztgenannten elliptischen Spiegels vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 < K < 1,0 liegt.
Bei dem genannten bevorzugten Ausführlungsbeispiel wird der Hauptspiegel 1 zusammen mit einer Spiegelfläche zum Retro-Reflektieren eines Lichtstrahls vorgesehen, wodurch die Ausrichtungseinstellung für die Anordnung der Vorrichtungen erreicht werden kann, die vom optischen Sendeempfanger über das optische System bis zum Unterspiegel 2 und dem Hauptspiegel 1 reicht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Eine Spiegelfläche zum Retro-Reflektieren eines Sendelichtstrahls kann im Unterspiegel 2 vorgesehen sein. In diesem Fall muß ein Reflektionsspiegel mit einer solchen Spiegelfläche zum Retro-Reflektieren eines Lichtstrahls lediglich entweder eine sphärische Fläche oder eine elliptische, beinahe sphärische, Fläche sein, wobei der Reflektionsspiegel am Innenumfangsbereich oder dem Außenumfangsbereich des Unterspiegels 2 vorgesehen ist. Bei dieser Abwandlung ist der Unterspiegel 2 ein konvexer Hyperbolspiegel, während der Reflektionsspiegel zum Retro-Reflektieren eines Lichtstrahls entweder ein konkaver sphärischer Spiegel oder ein nahezu sphärischer konkaver elliptischer Spiegel ist, der einstückig mit dem Unterspiegel 2 und konzentrisch mit dem Unterspiegel 2 um die optische Achse CL ausgebildet ist. Mit dieser Ausbildung kann eine Ausrichtungseinstellung für die Anordnung der Vorrichtungen erreicht werden, die von dem optischen Sendeempfänger über das optische System zum Unterspiegel 2 reicht. Wenn der Hauptspiegel 1 und der Unterspiegel 2 mechanlsch miteinander gekoppelt sind und eine genaue Ausrichtungseinstellung für diese erreicht wird, kann eine Ausrichtungseinstellung für die Anordnung der Vorrichtungen bis zum Unterspiegel 2 und zum Hauptspiegel 1 über das optische System erreicht werden.
Obwohl die optische Antenne bei dem genannten bevorzugten Ausfühngsbeispiel als bidirektionaler optischer Sendeempfanger verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf einen unidirektionalen optischen Sender, der nur dem Senden dient, oder einen optischen Funksender angewandt werden, der ebenfalls nur dem Senden dient.
Obwohl bei dem genannten bevorzugten Ausführungsbeispiel Kommunikationssignale im Lichtwellenlängenbereich verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf ein Sendeempfänger- oder Sendegerät angewandt werden, das Kommunikationssignale aus dem Mikrowellenfrequenzband, Semi-Millimeterwellen, Millimeterwellen oder dergleichen verwendet.
Wenn bei der Anordnung der genannten bevorzugten Ausfühngsbeispiele der Reflektionsspiegel für das Retro-Reflektieren eines Sendelichtstrahls im Hauptspiegel vorgesehen ist, kann der Defokussierungsbetrag des Sendelaserlichtstrahlsso korrigiert werden, so daß er über das optische System vom optischen Sendeempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel und Hauptspiegel der optischen Antenne im wesentlichen Null beträgt. Wenn andererseits der Reflektionsspiegel zum Retro-Reflektieren eines Sendelichtstrahls im Unterspiegel vorgesehen wird, kann der Defokussierungsbetrag des Sendelaserlichtstrahls so korrigiert werden, daß er über das optische System vom optischen Sendeempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel der optischen Antenne im wesentlichen Null beträgt. Infolgedessen kann die Größe des Ausrichtungseinstellsystems zur Verwendung in dem optischen System des optischen Sendeempfängers gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso wie das Gewicht gegenüber herkömmlichen Geräten verringert werden, und die vorliegende Erfindung ist darüber hinaus in der Lage, die Anordnung des optischen Systems vom optischen Sendeempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel und Hauptspiegel der optischen Antenne mit höherer Genauigkeit einzustellen. Das Vorsehen des Ausrichtungseinstellsystems ermöglicht die Herstellung des Hauptspiegels und des Unterspiegels aus Leichtmetallen, die eine relativ geringe Dichte und eine relativ höhere thermische Leitfähigkeit aufweisen, beispielsweise Al, Mg, Be und dergleichen. Dementsprechend kann das Gewicht des Satelliten, in dem der optische Sendeempfänger vorgesehen ist, vorteilhaft und erheblich verringert werden.
Durch die Ausbildung des genannten bevorzugten Ausführungsbeispiels kann, wenn der Reflektionsspiegel zum Retro-Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls im Hauptspiegel vorgesehen ist, der Abweichungsbetrag des Sendelichtstrahls von der optischen Achse des optischen Systems über das optische System vom optischen Sendeempfänger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel und zum Hauptspiegel der optischen Antenne derart korrigiert werden kann, daß die optische Achse mit derjenigen des Empfangslichtstrahls koinzidiert. Wenn andererseits der Reflektionsspiegel zum Retro-Reflektieren eines Sendelaserlichtstrahls im Unterspiegel vorgesehen ist, der Abweichungsbetrag des Sendelichtstrahls von der optischen Achse des optischen Systems über das optische System vom optischen Sendeempfän ger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel der optischen Antenne derart korrigiert werden kann, daß die optische Achse mit deijenigen des Empfangslichtstrahls koinzidiert. Infolgedessen kann die Größe des Ausrichtungseinstellsystems zur Verwendung in dem optischen System des optischen Sendeempfängers gemaß der vorliegenden Erfindung ebenso wie das Gewicht gegenüber herkömmlichen Geräten verringert werden, und die vorliegende Erfindung ist darüber hinaus in der Lage, die Anordnung des optischen Systems vom optischen Sendeempfanger über die optische Kopplungs- oder Verbindungseinrichtung zum Unterspiegel oder Hauptspiegel der optischen Antenne mit höherer Genauigkeit einzustellen.

Claims

1. Ausrichtungseinstellsystem zur Verwendung in einem optischen System eines optischen Sendeempfängers, mit:

- einer optischen Antenne (10) mit einem Hauptspiegel (1a) und einem Unterspiegel (2), die jeweils um eine optische Achse (CL) der optischen Antenne (10) herum und um eine vorbestimmte Entfernung voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die optische Antenne (10) einen von dem optischen Sendeempfanger ausgegebenen Sendelichtstrahl an eine optische Antenne einer Zielstation sendet, nachdem der Sendelichtstrahl nacheinander von dem Unterspiegel (2) und dem Hauptspiegel (1a) reflektiert wurde,

- einer optischen Kopplungseinrichtung (4, 11 bis 15) zum optischen Koppeln der optischen Antenne (10) mit dem optischen Sendeempfänger,

- einer ersten Erkennungseinrichtung (30, 31) zum Erkennen eines Defokussierungsbetrags des Sendelichtstrahls in der optischen Antenne (10),

- einer ersten Bewegungseinrichtung (2d) zum Steuern der Fokussierung des Sendelichtstrahls,

- einer ersten Steuereinrichtung (20) zum Steuern der ersten Bewegungseinrichtung (2d) in Reaktion auf einen Defokussierungsbetrag des Sendelichtstrahls in der optischen Antenne (10), der von der ersten Erkennungseinrichtung (30, 31) erkannt wurde, so daß der Defokussiemngsbetrag des Sendelichtstrahls im wesentlichen Null wird,

gekennzeichnet durch

- einen Retro-Reflektionsspiegel (1b) zum Retro-reflektieren eines Teils des Sendelichtstrahls, wobei der Retro-Reflektionsspiegel (1b) entweder in dem Hauptspiegel (1a) oder in dem Unterspiegel (2) vorgesehen ist,

- wobei die erste Erkennungseinrichtung (30, 31) den Defokussierungsbetrag in Reaktion auf den Sendelichtstrahl erkennt, der von dem Retro-Reflektionsspiegel (1b) retro-reflektiert wurde, und

- wobei die erste Bewegungsemrichtung (2d) den Unterspiegel (2) in eine Richtung parallel zur optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) bewegt.

2. Ausrichtungseinstellungssystem nach Anspruch 1, bei dem die optische Antenne (10) einen von der optischen Antenne (10) der Zielstation empfangenen Empfangslichtstrahl nacheinander mit dem Hauptspiegel (1a) und dem Unterspiegel (2) reflektiert und anschließend den reflektierten Lichtstrahl an den optischen Sendeempfänger über die optische Kopplungseinrichtung 4, 11 bis 15) ausgibt; und

wobei das Ausrichtungseinstellsystem ferner aufweist:

- eine zweite Erkennungseinrichtung (32, 33) zum Erkennen eines Betrags der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) in Reaktion auf den von dem Retro-Reflektionsspiegel (1b) retro-reflektierten Sendelichtstrahl;

- eine dritte Erkennungseinrichtung (32, 33) zum Erkennen eines Betrags der Abweichung des empfangenen Lichtstrahls von der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) in Reaktion auf den von dem Unterspiegel (2) reflektierten Empfangslichtstrahl;

- eine zweite Bewegungseinrichtung (15) zum Bewegen der optischen Achse des in die optische Kopplungseinrichtung (4, 11 bis 15) gesendeten Sendelichtstrahls, wobei die zweite Bewegungseinrichtung (15) in der optischen Kopplungseinrichtung (4, 11 bis 15) angeordnet ist; und

- eine zweite Steuereinrichtung (20) zum Steuern der zweiten Bewegungseinrichtung (15) derart, daß der Betrag der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) mit dem Betrag der Abweichung des Empfangslichtstrahls von der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) zusammenfällt, in Reaktion auf den von der zweiten Erkennungseinrichtung (32, 33 erkannten Betrag der Abweichung des Sendelichtstrahls von der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) und in Reaktion auf den von der dritten Erkennungseinrichtung (32, 33) erkannten Betrag der Abweichung des Empfangslichtstrahls von der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10).

3. Ausrichtungseinstellsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Hauptspiegel (1a) entweder ein ringförmiger konkaver Parabolspiegel oder ein ringförmiger nahezu parabolischer Hyperbolspiegel ist;

- wobei der Retro-Reflektionsspiegel (1b) entweder ein ringförmiger konkaver sphärischer Spiegel oder ein ringförmiger nahezu sphärischer elliptischer Spiegel ist, wobei der Retro-Reflektionsspiegel (1b) einstückig mit dem Hauptspiegel (1a) und konzentrisch mit dem Hauptspiegel (1a) um die optische Achse (CL) der optischen Antenne (10) ausgebildet ist; und

- der Hauptspiegel (1a) und der Retro-Reflektionsspiegel (1b) derärt angeordnet sind, daß ein Brennpunkt (Fp) des Hauptspiegels (1a) mit der Mitte (Rc) der Krümmung des Retro-Reflektionsspiegels (1b) zusammenfällt.

4. Ausrichtungseinstellsystem nach Anspruch 3, bei dem der Hauptspiegel (1a) auf dem Außenumfang eines ringförmigen Körpers vorgesehen ist, wahrend der Retro-Reflektionsspiegel (1b) auf dem Innenumfang des ringförmigen Körpers vorgesehen ist, und

- der Retro-Reflektionsspiegel (1b) ein optisches Durchgangsloch (1h) zum Hindurchlassen des Sendelichtstrahls und des Empfangslichtstrahls aufweist, wobei das optische Durchgangsloch (1h) einen mit der optischen Achse (CL) der optischen Antenne (10) zusammenfallenden Mittelpunkt hat, wobei das optische Durchgangsloch (ih) derart ausgebildet ist, daß es mit dem Hauptspiegel (1a) um die optische Achse (CL) der optischen Antenne (10) konzentrisch ist.

5. Ausrichtungseinstellsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Unterspiegel (2) ein konvexer Hyperbolspiegel ist, und

- der Retro-Reflektionsspiegel (1b) entweder ein konkaver sphärischer Spiegel oder ein konkaver nahezu sphärischer elliptischer Spiegel ist, der einstückig und konzentrisch mit dem Unterspiegel (2) um die optische Achse (CL) der optischen Antenne (10) ausgebildet ist.