JP2000068936A - 出射光方位観測装置とこれを用いた光無線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長距離間の光軸を一致させる作業が容易であ
り、また、精度良く行なえる出射光方位観測装置とこれ
を用いた光無線装置を提供する。 【解決手段】 出射光方位観測装置１は、光無線装置本
体３のレンズ４８で略平行ビーム変換された出射光ビー
ムＬ1 の一部を取り出し、出射光ビームＬ1 の方位角を
維持して折り返すプリズム１１と、折り返された光ビー
ムと背景光Ｌ3 とを集光する鏡筒１２に設けられたレン
ズ１３と、レンズ１３の結像位置に設けられたテレビカ
メラ１４と、テレビカメラ１４で撮影された画像信号を
処理する画像処理回路１５と、画像処理回路１５で処理
された画像を表示する表示装置１６で構成されていて、
鏡筒１２は支持部材１７を介して光無線装置本体３に取
り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は出射光方位観測装置
と光無線装置に関し、さらに詳しくは光無線装置間の光
軸を一致させる操作に好適な出射光方位観測装置とこれ
を用いた光無線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光を空間に放射して情報伝送
に供する装置が提案され、また、実用化されてきてい
る。特に、近年においては情報伝送システムに対する需
要が大きくなる一方で、電波資源が不足し、また、電波
を使用する上での制限や、許認可取得等の煩雑な手続き
が必要となる場合もあって、光を用いた情報伝送システ
ムに対する要望が高まってきているところである。

【０００３】さて、光を用いた情報伝送装置（以下、
「光無線装置」と記す）においては、情報の送受を行な
う２つの装置間の光軸を一致させて保持することが不可
欠であり、特に、長距離伝送の場合は伝送信号の品質に
大きな影響を及ぼすことになる。また、光軸を一致させ
る作業も極めて困難になり、時間の要するものであっ
た。このような状況下で、光無線装置間の光軸を一致さ
せる方法、装置についても従来より種々提案されてい
る。

【０００４】つぎに、従来の光軸調整について、図６な
いし図８を参照して説明する。尚、以下において光軸を
一致させるための装置を「ビームモニタ」と称する。

【０００５】まず、その第１は図６に示すように、十字
マーカー７１と覗き窓７２がある、所謂、照準器であっ
て、相手側光無線装置３２に十字マーカー７１の中心が
一致するように覗き窓７２から覗いて調整するものであ
る。このとき、十字マーカー７１と覗き窓７２のそれぞ
れの中心を通るビームモニタの光軸は光無線装置の光軸
と平行となるように予め厳密に調整されている必要があ
る。また、視覚のみに依存するため、特に長距離におい
ては相手側光無線装置３２の視認が困難であり、誤差が
生じやすい。

【０００６】また、その第２は図７に示すように、より
正確に相手側光無線装置３２を捕らえるため、対物レン
ズ７４、接眼レンズ７５、その間に設けられた十字マー
カー７１を有する望遠鏡７３を用いたものであって、光
無線装置本体７０に支持部材４７を介して固定されるも
のである。このビームモニタでは十字マーカー７１の中
心に相手側光無線装置３２を捕らえるように望遠鏡７
３、即ち、光無線装置本体７０の方向を調整して光軸を
一致させる。

【０００７】しかしながら、上述したビームモニタでは
相手側光無線装置３２を大きく捕らえて正確な光軸調整
をするために、望遠鏡７３の視野角を狭くする必要があ
り（例えば、１度）、また、望遠鏡７３の光軸は光無線
装置本体７０の光軸と平行となるように、支持部材４７
を介して厳密に調整されている必要がある。

【０００８】また、その第３は図８に示すように、対物
レンズ７４と対物レンズ７４の結像位置に設けられたテ
レビカメラ１４を有する鏡筒１２を支持部材４７を介し
て光無線装置本体７０に固定されるものである。このビ
ームモニタでは鏡筒１２の対物レンズ７４で結ばれた相
手側光無線装置３２の像をテレビカメラ１４で撮影し、
表示装置１６に表示された映像を見ながら鏡筒１２、即
ち、光無線装置本体７０の方向を調整して光軸を一致さ
せる。

【０００９】このビームモニタでは作業者は表示装置１
６を見ることができる任意の姿勢で作業を行なうことが
できるが、前述したビームモニタと同様に、その光軸は
光無線装置本体７０の光軸と平行となるように、支持部
材４７を介して厳密に調整されている必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上、従来の光軸を調
整する方法、装置の３つの例について説明したが、何れ
の例においてもビームモニタと光無線装置本体の光軸
を、予め正確に出しておく必要があり、また、作業性に
おいても劣るものであった。従って本発明の課題は、光
無線装置間の光軸を一致させる作業が容易であり、ま
た、精度良く光軸を一致させることができる出射光方位
観測装置とこれを用いた光無線装置を提供しようとする
ものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
なされたものであり、装着した装置から出射される光ビ
ームを、出射方位角を維持して折り返す光学部材と、前
記光学部材によって折り返された光ビームを、光ビーム
の出射方向の背景に重畳して撮影する撮影装置と、前記
撮影装置によって撮影された画像を表示する表示装置
と、前記撮影装置によって撮影された画像の、出射する
光ビームを中心に所定の範囲を拡大する画像処理手段
と、前記表示装置の画面上に重畳するマーカーを発生す
るマーカー発生手段と、前記マーカーを所定の位置に移
動するマーカー制御手段と、前記マーカーに附す方位角
度目盛を発生する角度目盛発生手段とを設けた出射光方
位観測装置を構成する。

【００１２】また、前記角度目盛は表示映像の拡大、縮
小に対応して表示尺度が変化するように構成する。

【００１３】上述した構成の出射光方位観測装置と、光
軸補正装置と、情報変調回路と、情報発信光学系と、情
報受信光学系と、情報復調回路とを有する光無線装置を
構成して上記課題を解決する。

【００１４】上記構成によれば、広い視野角で撮影され
重畳された自己の出射光ビームと相手側光無線装置の映
像から、目的とする部位を拡大して表示して光無線装置
間の光軸を正確に一致するように追い込んでいくことが
可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
ないし図５を参照して説明する。図１は本発明に係わる
出射光方位観測装置の構成を示す図である。また、図２
は本発明に係わる出射光方位観測装置の、撮影画像を拡
大のための回路のブロック構成図であり、図３は撮影画
像の拡大について説明するための図である。さらに、図
４は本発明に係わる出射光方位観測装置を光無線装置に
適用したブロック構成図であり、図５はこの出射光方位
観測装置による光軸調整について説明するための図であ
る。

【００１６】本発明に係わる出射光方位観測装置は、例
えば数百ｍから数ｋｍ離れた２地点に設定された光無線
装置の光軸を一致させるために用いられるものである。
この光無線装置では信号を伝達する光ビームを正確に相
手装置に向けて出射し、相手装置からの光ビームを確実
に受光しなければならず、特に長距離間の伝送において
は２つの光無線装置間の光軸を精度良く合わせ込むこと
が必要である。

【００１７】つぎに、出射光方位観測装置の構成と動作
について説明する。図１に示すように出射光方位観測装
置１は、光無線装置本体３のレンズ４８で略平行ビーム
変換された出射光ビームＬ1 の一部を取り出し、出射光
ビームＬ1の方位角を維持して折り返すプリズム１１
と、折り返された光ビームと背景光Ｌ3 とを集光する鏡
筒１２に設けられたレンズ１３と、レンズ１３の結像位
置に設けられたテレビカメラ１４と、テレビカメラ１４
で撮影された画像信号を処理する画像処理回路１５と、
画像処理回路１５で処理された画像を表示する表示装置
１６で構成されていて、鏡筒１２は支持部材１７を介し
て光無線装置本体３に取り付けられている。

【００１８】尚、鏡筒１２の光無線装置本体３に対する
取り付けは、光無線装置本体３の光軸と鏡筒１２の光軸
とが、略一致する角度、例えば±６度以内となるように
取り付けることで、ビームモニタとしての働きをするこ
とが可能となる。

【００１９】例えば、レンズ１３の口径が２５ｍｍ程
度、画面の対角での視野角が８度程度のテレビカメラ１
４で１ｋｍ先の風景を対角１４０ｍ程度にわたって撮影
することができる。

【００２０】また、プリズム１１は例えば長さが５０ｍ
ｍ、断面が６ｍｍ×６ｍｍの角柱であって、両端部のそ
れぞれには、その延長した面が直交するように反射面が
設けられている。従ってプリズム１１に入射した光は、
その方位角を維持して折り返されることになる。

【００２１】また、画像処理回路１５は光軸調整に好適
なように、テレビカメラ１４で撮影された画像を記憶す
るメモリ、指定した画像領域を拡大表示するズーム機
能、マーカーを表示し移動する機能、マーカーのスケー
ルを拡大された画像に対応して変更する機能等を有して
いて、表示装置１６に表示された画像から相手側光無線
装置とその背景および出射光ビームＬ1 との関係が容易
に、しかも正確に視認できるものである。

【００２２】その画像処理回路１５の一例として、図２
の回路ブロック図に示すように、画像信号をデジタル信
号に変換するＡ／Ｄコンバータ２１、マーカーを発生す
るためのマーカー回路２２、デジタル信号化された画像
データとマーカー情報を記憶する画像メモリ２３、表示
画像の拡大率を支持する拡大率制御回路２４、拡大領域
を指定し、画像データを読み出すためのアドレス回路２
５、表示データを補間する補間回路２６、アナログの画
像信号に変換するＤ／Ａコンバータ２７等で構成されて
いる。

【００２３】尚、画像処理回路１５の構成は上述したも
のに限ることはなく、また、拡大表示はＣＣＤを用いた
テレビカメラ１４のＣＣＤからの画像信号を拡大して読
み出す方法を用いて対応してもよい。

【００２４】また、図３は画像を拡大するときの状態を
示し、マーカー３１の中心が画素の〔（ｍ₁ ＋ｍ₂ ）／
２，（ｎ₁ ＋ｎ₂ ）／２〕にあり、画素（ｍ₁ 〜ｍ₂ ）
×（ｎ₁ 〜ｎ₂ ）の範囲を拡大しようとするものであっ
て、各画素の情報を記憶しているメモリから、所定範囲
の情報を順次読み出すことで行なわれる。拡大率が大き
くて表示に供される画素が少なく、表記画像の画質が不
十分であればデータ補間等の手段を用いてもよい。

【００２５】つぎに、図４を参照して出射光方位観測装
置１を光無線装置２に適用した例について、信号の流れ
に沿ってその構成と機能を説明する。

【００２６】まず、送信信号の流れに沿って説明する
と、送信用として入力される信号は変調回路４１で変調
され、駆動回路４２で電圧／電流変換され、ＬＤ（Lase
r Diode ）４３の駆動電流となる。ＬＤ４３ではその駆
動電流を電気／光変換し、電気信号の変化に応じた光ビ
ームを発生する。この光ビームはレンズ４４で一旦、平
行ビームに近い広がり角を有するビームに変換され、プ
リズム４５で９０度反射され、さらにミラー４６で反射
され、レンズ４７とレンズ４８とで構成される光ビーム
エキスパンダに入射される。この光ビームエキスパンダ
で光ビームの幅が拡大され、出射光ビームＬ1 として空
間に放出され、相手側光無線装置３２に向かうことにな
る。

【００２７】尚、光無線装置２を対向させて双方向通信
を行なうので、出射光ビームＬ1 は相手側装置では入射
光ビームＬ2 となる。

【００２８】つぎに、受信信号の流れに沿って説明する
と、相手側光無線装置３２から到着した入射ビームＬ2
は上述した光ビームエキスパンダでビーム径が小さくな
るように変換され、ミラー４６で反射されてプリズム４
５に入射する。本装置では偏波の方向を２台の装置で直
交させ、偏光プリズムを用いて送信光と受信光の分離を
行なっている。

【００２９】入射ビームＬ2 はＰＢＳ（Poralyzed Beam
Spulitter）４９を直進し、ＮＰＢＳ（Non Poralyzed
Beam Spulitter）５０で２つの方向に分岐される。一方
はＢＰＦ（Bandpass Filter ）５１を透過してレンズ５
２に向かい、ＰＤ（Photo Detector）５３に絞られる。
ＰＤ５３に入射した光ビームは電流に変換され、さらに
この電流は受光回路５４で電流／電圧変換され、その
後、復調回路５５で復調されて、受信信号として装置外
部に出力する。

【００３０】ＰＢＳは偏波の方向によって入射した光ビ
ームを直進、または反射させる光学素子であり、ＮＰＢ
Ｓは入射した光ビームをその偏波の方向に依存せず所定
の比率で２方向に分岐する光学素子であって、本発明で
は図４に示すようにＰＢＳとＮＰＢＳを１つのブロック
に構成して光学系を小型化している。

【００３１】ＮＰＢＳ５０で分岐された他の一方の光ビ
ームはＢＰＦ５６を透過してレンズ５７に向かい、ＰＳ
Ｄ（Position Sensitive Device ）５８の受光面に絞ら
れる。ＰＳＤ５８は入射した光ビームの受光面上での強
度重心位置に対応した電流を出力するものであって、受
光回路５９で電流／電圧変換した後、ＣＰＵ６０に入力
され、入射した光ビームの受光面上での入射位置が算出
される。

【００３２】ＰＳＤ５８の受光面はレンズ４８、レンズ
４７、レンズ５７で構成される合成レンズ系の焦点に位
置させているので、受光面上での位置と入射光ビームＬ
2 の合成レンズ系の光軸に対する入射角度は１対１に対
応する。即ち、ＣＰＵ６０は合成レンズ系の光軸に対す
る入射光ビームＬ2 の角度を知ることになる。

【００３３】さて、レンズ４８から光学系の内部を覗き
込んだ場合、ミラー４６が、その傾きを変化させたとし
ても、プリズム４５、ＬＤ４３、ＰＳＤ５８を含む光学
ブロックは固定となっているので、ＬＤ４３とＰＳＤ５
８との相対的位置関係に変化はない。従ってＬＤ４３の
発光点に対応する位置がＰＳＤ５８の受光面上に一点存
在することになり、この状態でミラー４６の傾きを制御
してＰＳＤ５８の対応する位置に入射光ビームＬ2 が絞
られれば、空間伝送路上で光無線装置２の出射光ビーム
Ｌ1 と入射光ビームＬ2 は平行同軸となる。

【００３４】ＣＰＵ６０は受光回路５９からの信号を常
に監視し、上述したように入射光ビームＬ2 がＰＳＤ５
８の受光面上の対応する位置に有るように駆動回路６１
に指令を送り、アクチュエータ６２を制御している。

【００３５】尚、ミラー４６とアクチュエータ６２とス
キューセンサ６３は、光軸補正のための装置を構成して
いて、既に本願発明者らが出願番号Ｐ１０−１４５３３
号明細書で提案しているように、ミラー４６は固定部に
独立した２つの軸を中心として各々回動可能であるよう
に弾性体を介して装着されていて、さらに２つの軸を中
心とした各々の回動力が得られるようにアクチュエータ
６２が設けられているものである。また、スキューセン
サ６３はミラー４６の傾きを測定するものであって、Ｃ
ＰＵ６０はスキューセンサ６３の出力を常時監視してい
る。

【００３６】上述した光軸補正のための装置において、
入射光ビームＬ2 が無い場合、スキューセンサ６３の出
力を用いてミラー４６が所定の傾きになるように制御さ
れ、一方、入射光ビームＬ2 がある場合は、スキューセ
ンサ６３の出力はミラー４６の傾きを所定の範囲に制限
するための角度センサとして作用させている。スキュー
センサ６３の出力が所定の上限、または下限に達した場
合は、保護のためそれ以上、回動させることのないよう
に制御するものでる。

【００３７】尚、伝送路となる大気中の微粒子や大気の
屈折率変化の影響を少なくするために、発光素子からの
光ビームを直径６０ｍｍ程度に拡張して射出している。
また、相手装置からの光線も同じ光学系で受光すること
で、送受を１つの光学装置で行なうことができる構成と
なっている。

【００３８】つぎに、上述した装置の光軸調整の手順に
ついて説明する。図５は自己の光無線装置２と相手側光
無線装置３２との間で光軸を一致させる作業の手順を表
示装置１６上の映像として示したものである。

【００３９】まず、出射光方位観測装置１が装着された
光無線装置２を、表示装置１６に相手側光無線装置３２
が表示される方向に向けて概略、設定する。このとき表
示装置１６には相手側光無線装置３２とその周辺の広範
囲の風景、および、自己の光無線装置２から出射された
出射光ビームＬ1 が同時に表示されている。さらに画像
処理回路１５で発生された角度目盛のついたマーカー３
１も表示されている。この状態が図５（ａ）の状態であ
る。

【００４０】つぎに、図５（ｂ）に示すように、マーカ
ー３１を移動してその中心を出射光ビームＬ1 にあわせ
る。この作業は画像処理回路１５に付属する支持入力手
段（図示せず）を介して行なう。

【００４１】つぎに、自己の光無線装置２全体の方向を
動かして、表示装置１６上で出射光ビームＬ1 と相手側
光無線装置３２とが概略一致するように調整する。その
際、マーカー３１の目盛りを使って相手側光無線装置３
２の位置を読み取ることによって、必要な変更角度量の
概略を知ることができる。その状態が図５（ｃ）であ
る。

【００４２】つぎに、画像処理回路１５のズーム機能を
用いてマーカー３１の交点を中心にして所定の範囲を拡
大し表示する。この拡大表示は画像を記憶するメモリの
所定の範囲を読み出し、このデータを表示装置１６の画
面全体を構成するように変換することで行なうことがで
きる。その状態が図５（ｄ）である。

【００４３】最後に、拡大された画面を見ながら光無線
装置２全体を微動調整して出射光ビームＬ1 を相手側光
無線装置３２と一致させ、光無線装置２を強固に固定し
て、光軸調整を完了する。その状態が図５（ｅ）であ
る。

【００４４】上述したように本発明の出射光方位観測装
置を光無線装置の光軸調整に用いると、光軸のずれ量、
ずれの方向、一致させる調整量、一致した状態等が視覚
で容易に確認でき、光軸を一致させる作業が短時間で高
精度に行なうことができる。

【００４５】また、本発明の出射光方位観測装置を光無
線装置に適用した例について説明したが、これに限ら
ず、遠方にある目標物に正確に光ビームを到達させるた
めの如何なる装置に用いてもよいことは当然である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の出射光方
位観測装置によると、撮影する光学系は視野角の広いも
のを用いることが可能であるため、初期の光軸設定を概
略一致させておき、その後、目的とする領域を拡大して
表示して正確に調整することができ、光軸設定作業が容
易で効率が良い。

【００４７】また、表示装置上に、水平・垂直の各々に
角度目盛のついたマーカーを重畳して表示するので、自
装置の調整角度を容易に知ることができ、更に作業性が
改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる出射光方位観測装置の構成を
示す図である。

【図２】 撮影画像の拡大のための回路のブロック構成
図である。

【図３】 撮影画像の拡大について説明するための図で
ある。

【図４】 本発明に係わる出射光方位観測装置を光無線
装置に適用したブロック構成図である。

【図５】 本発明に係わる出射光方位観測装置による光
軸調整について説明するための図である。

【図６】 従来の光軸調整について示す図である。

【図７】 従来の光軸調整について示す図である。

【図８】 従来の光軸調整について示す図である。

【符号の説明】

１…出射光方位観測装置、２…光無線装置、３…光無線
装置本体、１１、４５…プリズム、１２…鏡筒、１３，
４４，４７，４８，５２，５７…レンズ、４１…変調回
路、１４…テレビカメラ、１５…画像処理回路、１６…
表示装置、１７，４７…支持部材、２１…Ａ／Ｄコンバ
ータ、２２…マーカー回路、２３…画像メモリ、２４…
拡大率制御回路、２５…アドレス回路、２６…補間回
路、２７…Ｄ／Ａコンバータ、３１…マーカー、３２…
相手側光無線装置、４２，６１…駆動回路、４３…Ｌ
Ｄ、４６…ミラー、４９…ＰＢＳ、５０…ＮＰＢＳ、５
１，５６…ＢＰＦ、５３…ＰＤ、５４，５９…受光回
路、５５…復調回路、５８…ＰＳＤ、６０…ＣＰＵ、６
２…アクチュエータ、６３…スキューセンサ、６４…角
度検出回路、７１…十字マーカー、７２覗き窓、７３…
望遠鏡、７４…対物レンズ、７５…接眼レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装着した装置から出射される光ビーム
   を、出射方位角を維持して折り返す光学部材と、 前記光学部材によって折り返された光ビームを、光ビー
   ムの出射方向の背景に重畳して撮影する撮影装置と、 前記撮影装置によって撮影された画像を表示する表示装
   置と、 前記撮影装置によって撮影された画像の、出射する光ビ
   ームを中心に所定の範囲を拡大する画像処理手段と、 前記表示装置の画面上に重畳するマーカーを発生するマ
   ーカー発生手段と、 前記マーカーを所定の位置に移動するマーカー制御手段
   と、 前記マーカーに附す方位角度目盛を発生する角度目盛発
   生手段とを有することを特徴とする出射光方位観測装
   置。
2. 【請求項２】 前記角度目盛は表示映像の拡大、縮小に
   対応して表示尺度が変化する構成であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の出射光方位観測装置。
3. 【請求項３】 少なくとも、 請求項１に記載の出射光方位観測装置と、 光軸補正装置と、 情報変調回路と、 情報発信光学系と、 情報受信光学系と、 情報復調回路とを有することを特徴とする光無線装置。