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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Kommunikation
im freien Raum, um eine drahtlose, optische Kommunikation zwischen
zwei voneinander entfernten Orten durchzuführen.
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Verwandter Stand der Technik
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1 zeigt
den Aufbau einer herkömmlichen Vorrichtung
zur optischen Kommunikation im freien Raum mit automatischer Nachstellfunktion.
Ein Lichtübertragungs-/Empfangs-Linsensystem 1 und
ein bewegbarer Spiegel 2 sind in einer Position gegenüber der
Partnervorrichtung angeordnet, und ein Polarisationsstrahlteiler 3,
ein optisches Übertragungssystem 4,
und ein Halbleiter-Laserlichtemissionselement 5 befinden
sich der Reihe nach in Einfallsrichtung des bewegbaren Spiegels 2.
In Reflexionsrichtung des Polarisationsstrahlteilers 3 befinden
sich ein Strahlteilungsspiegel 6, ein optisches Empfangssystem 7 und
ein 4-teiliger Photodetektor 8. In Reflexionsrichtung des
Strahlteilungsspiegels 6 befinden sich ein optisches Empfangssystem 9 und
ein Hauptsignalphotodetektor 10.
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Der
Ausgang eines Multiplexers 11 ist mit dem Lichtemissionselement 5 verbunden.
Der Ausgang eines Pilotsignalgenerators 12 zum Erzeugen eines Pilotsignals
mit einer einzelnen Frequenz, welche niedriger ist als jene des
Hauptsignals für
die Positionserfassung, ist mit dem Multiplexer 11 verbunden,
und der Ausgang eines Hauptsignaleingangsanschlusses 14 ist über einen
Verstärker 13 mit
dem Multiplexer 11 verbunden. Der Ausgang des Photodetektors 10 ist über einen
Verstärker 15,
dessen Ausgang über
einen Detektionsschaltkreis 17 rückgekoppelt ist, mit einem
Hauptsignalausgangsanschluss 16 verbunden. Der Ausgang
des 4-teiligen Photodetektors 8 ist über vier Verstärker 18a bis 18d mit
einem Kontrollschaltkreis 19 verbunden, und der Ausgang
des Kontrollschaltkreises 19 ist über zwei bewegbare Spiegeltreiber 20a und 20b mit
dem bewegbaren Spiegel 2 verbunden. Es sei bemerkt, dass der
bewegbare Spiegel 2 um Achsen senkrecht und parallel zur
Papierebene von 1 in zwei Richtungen gedreht
werden kann.
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Ein
von dem Eingangsanschluss 14 zugeführtes, zu übertragendes Hauptsignal wird
durch den Verstärker 13 verstärkt, und
wird mit einem Pilotsignal von dem Pilotsignalgenerator 12 durch
den Multiplexer 11 einem Multiplexen unterworfen. Das Hauptsignal
wird dann durch das Lichtemissionselement 5 in ein optisches
Signal konvertiert. Das von dem Lichtemissionselement 5 kommende,
abgegebene Licht ist polarisiertes Licht, dessen Polarisationsebene
parallel zur Papierebene von 1 ist, und
wird durch das optische Übertragungssystem 4 und
den Polarisationsstrahlteiler 3 übertragen. Das Hauptsignallicht
wird dann durch den bewegbaren Spiegel 2 reflektiert, und
wird von dem Übertragungs-/Empfangslinsensystem
in Form eines Lichtstrahls zur Partnervorrichtung abgegeben.
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Andererseits
tritt ein von der Partnervorrichtung kommender, empfangener Lichtstrahl
in das Übertragungs-/Empfangslinsensystem 1 ein,
wird durch den bewegbaren Spiegel 2 reflektiert, und trifft dann
auf den Polarisationsstrahlteiler 3. Da in diesem Fall
der empfangene Lichtstrahl in Richtung senkrecht zur Papierebene
polarisiert ist, wird er durch die geklebte Oberfläche des
Polarisationsstrahlteilers 3 reflektiert und pflanzt sich
in Richtung des Strahlteilungsspiegels 6 fort. Der empfangene
Lichtstrahl wird durch den Strahlteilungsspiegel 6 in zwei
Richtungen geteilt. Ein Lichtstrahl wird durch den Strahlteilungsspiegel 5 reflektiert
und wird auf den Hauptsignalphotodetektor 10 fokussiert.
Andererseits wird der andere Lichtstrahl durch den Strahlteilungsspiegel 6 durchgelassen
und auf den vier-teiligen Photodetektor 8 fokussiert.
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Das
optische Signal wird durch den Hauptsignalphotodetektor 10 in
ein elektrisches Signal konvertiert, und das elektrische Signal
wird durch den Verstärker 15 verstärkt. Das
verstärkte
Signal wird dann als Empfangssignal von dem Ausgangsanschluss 16 abgegeben.
Gleichzeitig empfängt
der Verstärker 15 ein
von dem Detektionsschaltkreis 17 rückgekoppeltes Signal, um eine
automatische Verstärkungsregelung
zu erreichen.
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Da
andererseits der vier-teilige Photodetektor 8 eine niedrige
Antwortgeschwindigkeit hat, ist er nahezu unempfindlich auf das
hoch-frequente Hauptsignal und erfasst lediglich das nieder-frequente
Pilotsignal. Ein fokussierter Lichtfleck wird auf den vier Photodetektionsabschnitten 8a bis 8d des
vierteiligen Photodetektors 8 geformt, und die Ausgangssignale
dieser vier Photodetektionsabschnitte 8a bis 8d werden
dem Kontrollschaltkreis 19 zugeführt, nachdem sie jeweils durch
die Verstärker 18a bis 18d verstärkt wurden.
Der Kontrollschaltkreis 19 sendet auf den Signalen von
den vier Phototdetektionsabschnitten 8a bis 8d basierende
Steuersignale zu den Treibern 20a und 20b des
bewegbaren Spiegels, um den bewegbaren Spiegel 2 zu steuern,
so dass sich die Position des fokussierten Lichtflecks in der Mitte
des 4-teiligen Photodetektors 8 befindet
und die Ausgangssignale der vier Photodetektionsabschnitte 8a bis 8d einander
angleichen.
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Da
die Positionen des Lichtemissionselements 5, des 4-teiligen
Photodetektors 8 und des Hauptsignalphotodetektors 10 im
Voraus eingestellt werden, so dass diese auf der optischen Achse
miteinander übereinstimmen,
wird, wenn der Lichtfleck in der Mitte des 4-teiligen Photodetektors 8 erzeugt wird,
der Lichtstrahl auch im mittigen Abschnitt des Hauptsignalphotodetektors 10 fokussiert.
Gleichzeitig wird normalerweise der von dem Lichtemissionselement 5 kommende Übertragungslichtstrahl
in Richtung der Partnervorrichtung abgegeben.
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Sogar
wenn sich der Winkel der Vorrichtung aufgrund einer äußeren Kraft,
Temperaturwechsel und dergleichen geändert hat, bewirkt die automatische
Nachstellfunktion auf diese Weise, dass durch Bewegen des bewegbaren
Spiegels 2 der Strahlfleck in der Mitte des 4-teiligen
Photodetektors 8 geformt wird, wodurch ein zufrieden stellender
Kommunikationszustand ohne jegliche Abweichung des Lichtstrahls
von der Richtung der Partnervorrichtung aufrecht erhalten bleibt.
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Jedoch
erfordert der vorgenannte Stand der Technik den Strahlteilungsspiegel 6 zum
Teilen des empfangenen Lichtstrahls, und der 4-teilige Photodetektor 8,
der Hauptsignalphotodetektor 10 und das Lichtemissionselement 5 erfordern
eine genaue Positionseinstellung. Infolgedessen sind das optische System
und sein Haltemechanismus kompliziert und Einstellungen nach Zusammenbau
sind schwierig. In einem Abschnitt elektrischer Schaltkreise benötigt der
Sender den Pilotsignalgenerator 12 und den Multiplexer 11,
und der Empfänger
benötigt,
entsprechend den Photodetektionsabschnitten 8a bis 8d des 4-teiligen
Photodetektors 8, die Verstärker 18a bis 18d.
Ferner sind Einstellungen zum Anpassen von Eigenschaften der vier
Verstärker 18a bis 18d erforderlich.
Auf diese Weise wird die Vorrichtung teuer, was von der automatischen
Nachstellfunktion und ihrer Gewichts- und Größenzunahme her rührt.
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US-A-3
566 126 offenbart ein Laserkommunikationssystem mit zwei Sender-Empfänger-Anschlüssen, die
jeweils ein einziges Strahlsteuerelement zur simultanen Kontrolle
der Richtungen von gesendeten und empfangenen Signalen umfassen.
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EP-A-0
653 852 offenbart eine Vorrichtung zur optischen Kommunikation im
freien Raum mit einer Expansionswinkelvariationsvorrichtung zum
Variieren des Expansionswinkels des zu emittierenden Lichtstrahls.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur
optischen Kommunikation im freien Raum zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten
Probleme lösen
kann, den Winkelbereich der automatischen Nachstellung durch einen einfachen
Aufbau verbreitern kann, und eine preiswerte, automatische Nachstellfunktion
aufweist.
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Diese
Aufgaben werden durch die Vorrichtung zur optischen Kommunikation
im freien Raum gemäß Anspruch
1 und das Verfahren zum Ändern von
Sende-/Empfangsrichtungen eines Lichtstrahls in einer Vorrichtung
zur optischen Kommunikation im freien Raum gemäß Anspruch 9 erfüllt. Die
anderen Ansprüche
betreffen weitere Ausgestaltungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau einer herkömmlichen Vorrichtung zur optischen
Kommunikation im freien Raum zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau einer Vorrichtung zur optischen
Kommunikation im freien Raum gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3A und 3B sind
Darstellungen zum Erklären
des Zusammenhangs zwischen der Lichtfleckposition auf einem Photodetektor
und der Empfangsleistung;
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4 ist
eine erklärende
Darstellung des Verfahrens zum Suchen der maximalen Empfangsleistung;
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5 ist
eine erklärende
Darstellung des Verfahrens zum Suchen der maximalen Empfangsleistung;
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6 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine erklärende
Darstellung der Winkelbereichseinstellung bei der automatischen Nachstellung
eines Photodetektors;
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8 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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10 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGFORMEN
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Eine
Vorrichtung zur optischen Kommunikation im freien Raum gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Weiteren anhand der in den 2 bis 20 veranschaulichten Ausführungsformen
detailliert beschrieben.
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2 zeigt
den Aufbau der ersten Ausführungsform.
Ein Licht-Sende-/Empfangs-Linsensystem 30 und
eine bewegbarer Spiegel 31 befinden sich in einer Position
gegenüber
der Partnervorrichtung, und ein Polarisationsstrahlteiler 32,
ein optisches Sendesystem 33 und ein Halbleiterlaserlichtemissionselement 34 befinden
sich der Reihe nach in der Einfallsrichtung des bewegbaren Spiegels 31.
In Reflexionsrichtung des Polarisationsstrahlteilers 32 befinden
sich ein optisches Empfangssystem 35 und ein Photodetektor 36.
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Der
Ausgang eines Sendesignaleingangsanschlusses 38 ist über einen
Verstärker 37 mit
dem Lichtemissionselement 34 verbunden. Der Ausgang des
Photodetektors 36 ist über
einen Verstärker 39 mit
einem Empfangssignalausgangsanschluss 40 verbunden. Der
Ausgang des Verstärkers 39 ist über einen
Detektionsschaltkreis 41, dessen Ausgang zum Verstärker 39 rückgekoppelt
ist, mit einem Kontrollschaltkreis 42 verbunden. Der Ausgang
des Kontrollschaltkreises 42 ist über zwei bewegbare Spiegeltreiber 32a und 32b mit
dem bewegbaren Spiegel 31 verbunden.
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Ein Übertragungssignal
wird über
den Eingangsanschluss 38 zugeführt und durch den Verstärker 37 verstärkt. Das
Signal wird dann durch das Lichtemissionselement 34 in
ein optisches Signal konvertiert, und das optische Signal wird durch
das optische Sendesystem 33 und den Polarisationsstrahlteiler 33 übertragen.
Das optische Signal wird in Form eines Lichtstrahls über den
bewegbaren Spiegel 31 und das Sende-/Empfangs-Linsensystem 30 an
die Partnervorrichtung abgegeben.
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Andererseits
wird ein von der Partnervorrichtung kommender, empfangener Lichtstrahl über das Sende-/Empfangs-Linsensystem 30 zugeführt und durch
den bewegbaren Spiegel 31 und die geklebte Oberfläche des
Polarisationsstrahlteilers 32 reflektiert. Anschließend wird
der empfangene Lichtstrahl durch das optische Empfangssystem 35 auf
den Hauptsignalphotodetektor 36 fokussiert. Ein elektrisches
Signal, welches durch den Photodetektor aus dem optischen Signal
konvertiert wird, wird durch den Verstärker 39 verstärkt und
dann als Empfangssignal von dem Ausgangsanschluss 40 abgegeben.
Ein Ausgangssignal des Detektionsschaltkreises 41 wird dem
Kontrollschaltkreis 42 zugeführt und zum Detektieren der
Empfangsleistung verwendet. Der Kontrollschaltkreis 42 sendet
auf dem Eingangssignal basierende Steuersignale zu den Treibern 43a und 43b des
bewegbaren Spiegels. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Detektionsschaltkreises 41 in
der automatischen Verstärkungsregelung
des Verstärkers 39 verwendet.
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In
dieser Ausführungsform
wird der Empfangsrichtungswinkel als Empfangswinkelbereich eines
von der Partnervorrichtung gesendeten optischen Signals so eingestellt,
dass er kleiner ist als der Divergenzwinkel des Übertragungslichtstrahls ist. Wenn
zum Beispiel die Brennweite f des optischen Empfangssystems 35 200
mm beträgt
und der Durchmesser d des Detektionsabschnitts des Photodetektors 36 0,2
mm ist, beträgt
der Empfangsrichtungswinkel aus ±tan–1(d/2f)
rund 0,029°.
Wenn andererseits der Abstand L des Übertragungslichtstrahls 1000
m ist, und der Strahldurchmesser D in dieser Position 2 m beträgt, ist
der Divergenzwinkel aus ±tan–1(D/2L)
rund 0,057°.
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Um
eine automatische Nachstellung zu erreichen, muss ein Übertragungslichtstrahl
der eigenen Vorrichtung die Partnervorrichtung erreichen, und ebenso
muss ein Übertragungslichtstrahl
der Partnervorrichtung auch die eigene Vorrichtung erreichen.
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Wenn
der Divergenzwinkel des Übertragungslichtstrahls
kleiner als der Empfangsrichtungswinkel ist, erreicht der Übertragungslichtstrahl
der eigenen Vorrichtung nicht immer die Partnervorrichtung, sogar
wenn die eigene Vorrichtung den Übertragungslichtstrahl
der Partnervorrichtung empfängt.
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Umgekehrt,
wenn der Empfangsrichtungswinkel kleiner als der Divergenzwinkel
des Übertragungslichtstrahls
ist und der Winkel der eigenen Vorrichtung eingestellt ist, um den Übertragungslichtstrahl
der Partnervorrichtung zu empfangen, kann der Übertragungslichtstrahl der
eigenen Vorrichtung in diesem Zustand die Partnervorrichtung sicher
erreichen.
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In
der Vorrichtung zur optischen Kommunikation im freien Raum der vorliegenden
Erfindung wird der Empfangswinkelbereich eines von der Partnervorrichtung übertragenen
optischen Signals (zweites optisches Signal) so eingestellt, dass
er gleich oder kleiner als der Divergenzwinkel eines von der eigenen
Vorrichtung abzugebenden Lichtstrahls (erster Lichtstrahl) ist.
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Insbesondere
ist der Empfangswinkelbereich des zweiten optischen Signals vorzugsweise kleiner
als der Divergenzwinkel des ersten Lichtstrahls.
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Um
die Partnervorrichtung in einer optimalen Position nahe der Mitte
des Übertragungslichtstrahls zu
lokalisieren, muss die folgende automatische Nachstellungskontrolle
gemacht werden, so dass der durch Fokussieren des empfangenen Lichtstrahls
gewonnene Lichtfleck nahe der Mitte des Photodetektors 36 lokalisiert
ist.
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Wie
in 3A gezeigt ist, wenn der empfangene Lichtstrahl
auf der Lichtempfangsfläche
des Photodetektors 36 fokussiert wird, sind Änderungen in
der Empfangsleistung entsprechend der mittigen Position des Strahlflecks
durch eine Kurve mit einem mittigen Peak definiert, wie in 3B gezeigt
ist. Somit kann durch Kontrollieren des bewegbaren Spiegels 31 zum
Formen eines Lichtflecks an einer der maximalen Empfangsleistung
entsprechenden Position die Richtung des Übertragungslichtstrahls gleichzeitig
auf eine optimale Position eingestellt werden.
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Die 4 und 5 sind
erklärende
Darstellungen des Verfahrens zum Aufsuchen der Position der maximalen
Empfangsleistung durch Steuerung des bewegbaren Spiegels 31.
In 4 stellt PO die aktuelle mittige Position des
Lichtflecks dar, wobei der Lichtfleck wird in der +x-Richtung in
einem kleinen Umfang bewegt wird, um die mittige Position von PO
nach P1 zu bewegen. Gleichzeitig wird, wenn die Empfangsleistung
gleich bleibt oder zunimmt, P1 als neues PO aktualisiert. Wenn umgekehrt
die Empfangsleistung infolge der Bewegung abnimmt, wird der Lichtfleck
auf die vorige Position PO rückgesetzt. Ein
solcher Vorgang erfolgt als eine Einheit, wobei nach Beendigung
dieses Vorgangs der gleiche Vorgang in einer anderen Richtung (z.
B. +y-Richtung) erfolgt. Auch wiederholt sich der Vorgang selbst
in den –x-
und –y-Richtungen.
Durch Wiederholen einer Reihe solcher Vorgänge konvergiert die Lichtfleckposition
zur Position der maximalen Empfangsleistung.
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5 zeigt
ein weiteres Verfahren. Die Lichtfleckposition wird der Reihe nach
zu den Punkten P1 bis P4 um die aktuelle Position PO herum bewegt und
die Empfangsleistung wird an diesen Positionen gemessen. Die Lichtfleckposition
wird dann zur Maximalen dieser Punkte bewegt, um ein neues PO zu bestimmen.
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Solche
Funktionsweisen werden von Schwankungen der optischen Empfangsleistung
beeinflusst, die aus Luftfluktuationen resultieren. Da sich jedoch
die gleichen Funktionsweisen immer selbst wiederholen, werden die
Einflüsse
der Schwankungen gemittelt, so dass der Fleck nahe der Mitte konvergiert.
Es sei bemerkt, dass die dem Kontrollschaltkreis 42 zugeführten Signale
im Voraus elektrisch gefiltert werden können, um Schwankungskomponenten
zu entfernen.
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Ein
solches Kontrollverfahren hat eine niedrige Antwortgeschwindigkeit.
Jedoch kann eine ausreichend hohe Nachstellgeschwindigkeit gegenüber großen Umgebungsschwankungen,
wie Winkeländerungen
aufgrund einer Biegung des Vorrichtungsinneren, eines die Vorrichtung
stützendes
Trägers,
eines den Träger
haltenden Gebäudes
und dergleichen infolge von Temperaturschwankungen bei verschiedenen
thermischen Ausdehnungskoeffizient, und einer sich aus einer nichteinheitlichen
Lufttemperaturverteilung ergebenden Lichtstrahlkrümmung gewährleistet
werden.
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6 zeigt
den Aufbau der zweiten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
ist ein Antriebsmittel 44, wie ein Motor oder dergleichen,
an dem Photodetektor 36 befestigt, so dass der Photodetektor 36 in
Richtung der optischen Achse des optischen Empfangssystems 35,
das den empfangenen Lichtstrahl fokussiert, bewegbar ist. In der
ersten Ausführungsform
ist der zur automatischen Nachstellung geeignete Winkelbereich relativ
eng, da er nahezu gleich zum empfangbaren Winkel des Photodetektors 36 ist.
Da jedoch in dieser Ausführungsform der
Photodetektor 36 in Richtung der optischen Achse bewegbar
ist, kann der zur automatischen Nachstellung geeignete Winkelbereich
verbreitert werden.
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7 ist
eine erklärende
Darstellung des Winkelbereichs der automatischen Nachstellung. Es wird
angenommen, dass sich vor der Einstellung nach Aufbau der Vorrichtung,
oder wenn die Vorrichtung eine Neigung infolge einer äußeren Kraft
aufweist, der Lichtempfangsabschnitt des Photodetektors 26 an
einer Position A befindet, und dass sich das empfangene Licht in
eine durch die gestrichelte Linie angegebene Richtung fortpflanzt.
Da in einem solchen Zustand das empfangene Licht nicht auf den Photodetektor 36 trifft,
ist eine automatische Nachstellung nicht möglich. Wenn jedoch der Photodetektor 36 in
eine Position B innerhalb des empfangenen Lichts bewegt wird, ist
eine automatische Nachstellung möglich.
Anschließend
wird die einer maximalen Empfangsleistung entsprechende Position
durch Rückbringen
des Photodetektors 36 in einem kleinen Umfang in Richtung
der Position A aufgesucht. Schließlich pflanzt sich das empfangene
Licht in eine durch die durchgezogene Linie angegebene normale Richtung
fort, und der Photodetektor kehrt zur ursprünglichen Position A zurück. Dann
erfolgt eine automatische Nachstellung in der gleichen Weise wie
in der ersten Ausführungsform.
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8 zeigt
den Aufbau der dritten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
ist der Photodetektor 36 in seiner Position fixiert und
das Antriebsmittel 44 ist an einem Linsensystem 45 des
optischen Empfangssystems zum Fokussieren des empfangenen Lichtstrahls
befestigt. Bei diesem Aufbau kann ein Bewegen des Photodetektors
aus der Abbildungsposition des empfangenen Lichtstrahls durch Bewegen
des Linsensystems 45 in Richtung der optischen Achse realisiert
werden, und der Nachstellwinkelbereich kann in Richtung der optischen
Achse verbreitert werden. Somit kann in der dritten Ausführungsform
die Position des Brennpunkts des optischen Systems, welches den
empfangenen Lichtstrahl auf den Photodetektor 36 fokussiert,
in Richtung der optischen Achse bewegbar sein.
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9 zeigt
den Aufbau der vierten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
wird der eine automatischen Nachstellung ermöglichende Winkelbereich auch
durch Verwenden eines zweidimensionalen Halbleiterpositionsdetektors
verbreitert. Ein Strahlteilungsspiegel 46 zum Teilen eines
Lichtstrahls befindet sich in Reflektionsrichtung des Polarisationsstrahlteilers 32,
und ein optisches Empfangssystem 47 und ein zweidimensionaler
Positionsdetektor 48 befinden sich in der Übertragungsrichtung
des Strahlteilungsspiegels 46. Ebenso befinden sich das
optische Empfangssystem 35 und der Photodetektor 36 in
der Reflektionsrichtung des Strahlteilungsspiegels 46.
Der Ausgang des zweidimensionalen Positionsdetektors ist über zwei
Verstärker 49a und 49b mit dem
Kontrollschaltkreis 42 verbunden. Andere Anordnungen sind
gleich zu jenen der ersten Ausführungsform.
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Einige
Lichtkomponenten des empfangenen Lichts werden durch den Strahlteilungsspiegel 46 geteilt,
und werden auf den zweidimensionalen Positionsdetektor 48 abgebildet.
Ein der beleuchteten Position des Lichtflecks auf dem Positionsdetektor 48 in horizontaler
Richtung entsprechendes differentielles Stromsignal wird dem Verstärker 49a zugeführt und in
ein die Lichtfleckposition darstellendes Spannungssignal konvertiert.
Das Spannungssignal wird dem Kontrollschaltkreis 42 zugeführt. Gleichermaßen wird
ein der beleuchteten Position des Lichtflecks auf dem Positionsdetektor 48 in
vertikaler Richtung entsprechendes differentielles Stromsignal dem
Verstärker 49b zugeführt und
in gleicher Weise in Form eines Spannungssignals dem Kontrollschaltkreis 42 zugeführt. Der
Kontrollschaltkreis 42 steuert den bewegbaren Spiegel 31 basierend
auf diesen Lichtfleckpositionssignalen, so dass sich der Lichtfleck
in der Mitte des Positionsdetektors 48 befindet.
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In
dieser Ausführungsform
wird der Strahlteilungsspiegel 46 wie im Stand der Technik
verwendet. Da jedoch diese Ausführungsform
einen solchen Spiegel für
den folgenden Zweck verwendet, ist weder eine strikte Positions-
oder Signalgenauigkeit erforderlich. Das, heißt, wenn der Hauptsignalphotodetektor 36 außerhalb
des empfangenen Lichtstrahls ist, kontrolliert der Positionsdetektor 48 eine
Einstellung des Winkels, um auf diese Weise zu bewirken, dass das
empfangene Licht auf den Photodetektor 36 fällt. Nachdem
das empfangene Licht dem Photodetektor zugeführt ist, erfolgt eine Nachstellung
in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform.
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Um
nochmals festzuhalten, es sind weder eine strikte Positionseinstellung
noch ein Mechanismus zum Aufrechterhalten einer hohen Genauigkeit, wie
ein 4-teiliger Photodetektor
erforderlich, und die elektrischen Schaltungen um die Verstärker 49a und 49b und
dergleichen erfordern keine hohe Genauigkeit. Ebenso benötigt der
Sender keine spezielle Signalquelle, wie einen Pilotsignalgenerator,
wodurch Kosten im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden
können.
Somit kann der Nachstellungswinkelbereich durch einen einfachen
Aufbau unter Verwendung des zweidimensionalen Positionsdetektors verbreitert
werden.
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10 zeigt
die Anordnung der fünften
Ausführungsform.
Die ersten bis vierten Ausführungsformen
sind für
langsame Variationen effektiv, wie die Biegung eines Gebäudes, Trägers und
dergleichen, können
jedoch nicht auf schnelle Änderungen
infolge von Vibrationen und dergleichen reagieren. Da diese Ausführungsform
auch Beschleunigungsdetektoren 50a und 50b verwendet,
kann die Vorrichtung somit an einem nichtstabilen Ort, wo es wahrscheinlich
ist, dass Vibrationen oder dergleichen auftreten, aufgestellt werden.
Der Beschleunigungsdetektor 50a zum Detektieren der Winkelgeschwindigkeit
der Rotation um die Achse parallel zur Papierebene von 10 und
der Beschleunigungsdetektor 50b zum Detektieren der Winkelgeschwindigkeit
der Rotation um die Achse senkrecht zur Papierebene von 10 werden
angeordnet und ihre Ausgänge
sind über
Verstärker 51a und 51b mit
dem Kontrollschaltkreis verbunden.
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Wenn
eine Winkelgeschwindigkeit aufgrund einer Bewegung der Vorrichtung
erzeugt wird, erzeugen die Beschleunigungsdetektoren 50a und 50b jeweils
Signale, welche den Winkelgeschwindigkeiten in den jeweiligen Richtungen
entsprechen, und diese Signale werden, nachdem sie durch die Verstärker 51a und 51b verstärkt wurden,
dem Kontrollschaltkreis 42 zugeführt. Nach Empfang dieser Signale steuert
der Kontrollschaltkreis 42 den bewegbaren Spiegel 31,
um die Richtung der optischen Achse wieder zu erlangen. Da die Beschleunigungsdetektoren 50a und 50b keine
Empfindlichkeit auf Bewegung mit geringer Geschwindigkeit haben,
wird eine automatische Nachstellung für Bewegung mit geringer Geschwindigkeit
auf Basis der von dem Photodetektor 36 detektierten Intensität des Lichtstrahls
kontrolliert, wie in den ersten bis vierten Ausführungsformen, und jene für Bewegung
mit hoher Geschwindigkeit wird auf Basis der von den Beschleunigungsdetektoren 50a und 50b ausgegebenen
Signale kontrolliert.
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Zusammenfassend
festgestellt, kann, da in der Vorrichtung zur optischen Kommunikation
im freien Raum eine automatische Nachstellung erfolgt um die Intensität des Detektionssignals
der Detektoreinrichtung zu maximieren, eine kostengünstige,
automatische Nachstellfunktion realisiert werden.
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Das
heißt,
da die herkömmliche
Vorrichtung zur optischen Kommunikation im freien Raum eine automatischen
Nachstellfunktion aufweist, durch welche bewirkt wird, dass der
Lichtfleck immer die Mitte des 4-teiligen Photodetektors trifft,
ist ihr Aufbau kompliziert und die Vorrichtung teuer.
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Da
im Unterschied hierzu in der Vorrichtung zur optischen Kommunikation
im freien Raum gemäß der vorliegenden
Erfindung der bewegbare Spiegel, der Photodetektor und dergleichen
lediglich in einer vorbestimmten Richtung bewegt werden, um die
Intensität
des Detektionssignals des Photodetektors zu maximieren, ist der
Aufbau einfach und die Vorrichtung preiswert.
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In
der Vorrichtung zur optischen Kommunikation im freien Raum der vorliegenden
Erfindung wird der Empfangswinkelbereich eines von der Partnervorrichtung übertragenen,
optischen Signals (zweites optisches Signal) derart eingestellt,
dass er gleich oder kleiner als der Divergenzwinkel eines von der
eigenen Vorrichtung abzugebenden Lichtstrahls (erster Lichtstrahl)
ist. Infolgedessen kann, sogar wenn die automatische Nachstellfunktion
wirkt, der von der eigenen Vorrichtung übertragene Lichtstrahl sicher
die Partnervorrichtung erreichen.