JP2000089155A - 光無線装置 - Google Patents

光無線装置

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JP2000089155A
JP2000089155A JP10260646A JP26064698A JP2000089155A JP 2000089155 A JP2000089155 A JP 2000089155A JP 10260646 A JP10260646 A JP 10260646A JP 26064698 A JP26064698 A JP 26064698A JP 2000089155 A JP2000089155 A JP 2000089155A
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light beam
transmission
optical
convex lens
wireless device
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Tetsuo Kato
哲郎 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な構成かつ小型な、光軸角度補正を行い得
る光無線装置を得る。 【解決手段】送信光ビームを出射するとともに受信光ビ
ームを受光する送受信手段10と、第1の凸レンズ36
及び第2の凸レンズ37からなり、所定の伝送対象から
出射された受信光ビームを第1の凸レンズ36で受光し
受信光ビームの光束径を縮小して出射するとともに、送
受信手段10から出射された送信光ビームを第2の凸レ
ンズ37で受光し、送信光ビームの光束径を拡大して所
定の伝送対象に出射する、ケプラー光学系でなる光束径
変換手段35と、光束径変換手段35と送受信手段10
との間の送信光ビーム及び受信光ビームの光路におけ
る、第2の凸レンズ37の瞳位置に介挿された光軸補正
手段20とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光無線装置に関し、
例えば光ビームエクスパンダを用いて光ビームの光束系
を拡大して送出する光無線装置に適用して好適なもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、光ビームを介して情報信号を伝送
する光無線装置が考えられている。この種の光無線装置
においては、所定の情報信号でレーザダイオードを駆動
し、このレーザダイオードから射出される光ビームの光
束径を光ビームエクスパンダで拡大し、対向して設置さ
れた通信対象である他の光無線装置に送出する。そして
当該他の光無線装置において、この光ビームを受光素子
で受光し受光素子の出力信号を復調することにより情報
信号を得、かくして光ビームを介して情報信号が伝送さ
れる。同様に他の光無線装置からも光ビームを介して情
報信号が伝送される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような光無線装置
においては、相手の光無線装置に向けて出射する送信光
ビームを相手の光無線装置に合致させる光軸角度補正を
行う必要があり、この光軸補正を行う方法として様々な
方法が考えられる。
【0004】例えば上下左右に可動するジンバルで光無
線装置を支持し、当該光無線装置全体の方向を変化させ
ることにより光軸角度補正を行うことが考えられるが、
この場合光無線装置全体を動かす必要があるために装置
全体が大きく複雑になり、光軸角度補正の応答速度が遅
くなるという問題を有している。
【0005】また光ビームエクスパンダから出射される
送信光ビームをサーボミラーで反射するようにし、この
サーボミラーの角度を制御することにより光軸角度補正
を行うことが考えられるが、この場合サーボミラーは光
ビームエクスパンダにより光束径が拡大された光ビーム
全体を反射する必要があるため、サーボミラーの反射面
が大きくなり、装置が大きくなるとともに、光軸角度補
正の応答速度が遅くなるという問題を有している。
【0006】また光ビームエクスパンダに入射される前
の送信光ビームの角度をサーボミラーで制御し、この角
度制御された送信光ビームを光ビームエクスパンダで光
束拡大して出射するという方法が考えられる。すなわ
ち、図3は光無線装置1を示し、光ビームを送受信する
光学ブロック10、光ビームの光束径を拡大または縮小
する光ビームエクスパンダ30、及び光ビームの光軸角
度を制御するサーボミラー20で構成される。
【0007】光無線装置1は受信時において、通信対象
の光無線装置(図示せず)から入射する受信光ビームL
2を光ビームエクスパンダ30で受光し、凸レンズでな
る対物レンズ32及び凹レンズでなる接眼レンズ31を
用いて受信光ビームL2の光束径を縮小し、サーボミラ
ー20が有するミラー21を介して光学ブロック10に
送出する。
【0008】光学ブロック10は、受信光ビームL2を
ビームスプリッタM1で透過させた後、さらにビームス
プリッタM2において受信光ビームL2の一部を反射さ
せレンズ16を介して位置検出素子13に集光するとと
もに、受信光ビームL2の残りをビームスプリッタM2
をそのまま透過させレンズ15を介して受光素子12に
集光する。そして光無線装置1は、集光された受信光ビ
ームL2を受光素子12で電気信号に光電変換した後、
後段の信号処理回路(図示せず)で復号することにより
情報信号を復元する。
【0009】また光無線装置1は送信時において、外部
から供給される情報信号でレーザダイオード11を駆動
し、当該レーザダイオード11から出射される送信光ビ
ームL1をレンズ14で平行光に変換してビームスプリ
ッタM1で反射し、さらに送信光ビームL1をサーボミ
ラー20で反射して光ビームエクスパンダ30に入射す
る。光ビームエクスパンダ30は、接眼レンズ31及び
対物レンズ32を用いて送信光ビームL1の光束径を拡
大し、通信対象の光無線装置に対し出射する。かくして
光無線装置1は、送信光ビームL1及び受信光ビームL
2を介して情報信号を送受する。
【0010】このとき光無線装置1は、ミラー21の角
度を制御して送信光ビームL1を相手の光無線装置に合
致させる光軸角度補正を行う。すなわち、位置検出素子
13は当該位置検出素子13の受光面における受信光ビ
ームL2の受光位置情報を制御部(図示せず)に送出す
る。制御部は、送信光ビームL1と受信光ビームL2の
光軸角度が一致した状態における受信光ビームL2の受
光位置(基準位置)と実際の受光位置との差を算出し、
これに基づいてミラー21の角度を可変することにより
受信光ビームL2の受光位置を基準位置に制御し、これ
により相手の光無線装置に対して出射する送信光ビーム
L1と相手の光無線装置から入射する受信光ビームL2
の光軸角度を一致させ、光軸角度補正を行うようになさ
れている。
【0011】このように光学ブロック10と光ビームエ
クスパンダ30の間にサーボミラー20を設けることに
より、ミラー21を小型化することができ、装置全体を
小型化することができる。
【0012】ところがこのような凸レンズと凹レンズを
用いたいわゆるガリレオタイプの光ビームエキスパンダ
において、当該光ビームエクスパンダの光軸に対して受
信光ビームL2が傾いて入射した場合、ミラー21の角
度を可変することにより受信光ビームL2の光軸角度と
光学ブロック10の光軸角度は一致する、すなわちこれ
らの光軸は平行になるものの、受信光ビームL2の光軸
の中心と光学ブロック10の光軸中心は合致せず、横方
向(光軸に対して直角方向)のずれを生じる。
【0013】このため、光学的に性能が劣るレンズ周辺
部を受信光ビームL2が通過するという不具合が生じる
とともに、光ビームエクスパンダに入射した受信光ビー
ムL2の光束全てを受光するためには光学ブロック10
を構成するレンズやプリズムを大型化する必要があり、
装置が大型化するという問題を有している。
【0014】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、光軸角度補正を行い得る、簡易な構成かつ小型な光
無線装置を提案しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、送信光ビームを出射するとともに
受信光ビームを受光する送受信手段と、第1の凸レンズ
及び第2の凸レンズからなり、所定の伝送対象から出射
された受信光ビームを第1の凸レンズで受光し受信光ビ
ームの光束径を縮小して出射するとともに、送受信手段
から出射された送信光ビームを第2の凸レンズで受光
し、送信光ビームの光束径を拡大して所定の伝送対象に
出射する、ケプラー光学系でなる光束径変換手段と、光
束径変換手段と送受信手段との間の送信光ビーム及び受
信光ビームの光路における、第2の凸レンズの瞳位置に
介挿された光軸補正手段とを設けた。
【0016】光束径変換手段を第1の凸レンズ及び第2
の凸レンズからなるケプラー光学系で構成し、光軸補正
手段を第2の凸レンズの瞳位置に設けたことにより、送
受信手段に入射する受信光ビームの光軸のずれを無く
し、これにより送受信手段を小型化することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下図面について本発明の一実施
の形態を詳述する。
【0018】図3との対応部分に同一符号を付して示す
図1において、2は全体として光無線装置を示し、光ビ
ームを送受信する送受信手段としての光学ブロック1
0、光ビームの光軸角度を制御する光軸補正手段として
のサーボミラー20、光ビームの光束径を4倍に拡大ま
たは1/4に縮小する光束径変換手段としての光ビーム
エクスパンダ35を有している。
【0019】サーボミラー20は、平面鏡でなるミラー
21、ミラー21を回転駆動するアクチュエータ22及
びスキューセンサ23からなり、ミラー21はミラー支
持部(図示せず)によって回転自在に支持されている。
スキューセンサ23はミラー21の角度情報をスキュー
センサ角度検出部25を介してCPU(Central Proces
sing Unit )48に送出する。
【0020】電源部50は、電源(図示せず)から電源
コネクタ49を介して供給される電流を所定の電圧に変
換し、光無線装置2を構成する各部に供給する。
【0021】光無線装置2は受信時において、通信対象
の光無線装置(図示せず)から入射する受信光ビームL
2を光ビームエクスパンダ35で受光する。光ビームエ
クスパンダ35は、クラウンガラス製の両凸レンズ36
A及びフリントガラス凹平レンズ36Bを接着してなる
アクロマティックレンズ構成の第1の凸レンズとしての
対物レンズ36、及び一方の面が凹で他方の面が凸のメ
ニスカス形状の第2の凸レンズとしての接眼レンズ37
で構成されており、対物レンズ36及び接眼レンズ37
はどちらも正の特性を有するいわゆる凸レンズである。
接眼レンズ36の焦点距離は対物レンズ37の焦点距離
の1/4であり、光ビームエクスパンダ35において対
物レンズ36及び接眼レンズ37は同軸上にあり、それ
ぞれの焦点が一致するようにしたいわゆるケプラー光学
系を構成している。
【0022】光ビームエクスパンダ35は、平行光でな
る受信光ビームL2を対物レンズ36で集光し、当該対
物レンズ36の焦点において収束した後、接眼レンズ3
7に入射する。そして接眼レンズ37は受信光ビームL
2を平行光にして出射する。ここで、接眼レンズ37の
焦点距離は対物レンズ36の焦点距離の1/4であるた
め、接眼レンズ37から出射する受信光ビームL2の光
束径は対物レンズ36に入射する受信光ビームL2の光
束径の1/4になる。かくして光ビームエクスパンダ3
5は、対物レンズ36に入射した受信光ビームL2の光
束径を1/4に縮小し、ミラー21を介して光学ブロッ
ク10に出射する。
【0023】ミラー21は、対物レンズ36の中心を通
過した光線が接眼レンズ37の後方で光ビームエクスパ
ンダ35の光軸中心CBEと交わる位置、すなわち接眼
レンズ37の瞳位置に、ビームエクスパンダ35の光軸
CBEに対して45度の角度を有して設けられており、
さらにビームエクスパンダ35の光軸CBE及び光学ブ
ロック10の光軸COPは、ミラー21を介して直角に
なるように配置されている。
【0024】光学ブロック10において、受信光ビーム
L2はプリズム17に入射する。プリズム17は、大き
さの等しい第1の直角プリズム17A及び第2の直角プ
リズム17Bと、第3の直角プリズム17Cからなり、
第1の直角プリズム17A及び第2の直角プリズム17
Bの斜面と、第3の直角2等辺三角プリズム17Cの直
角面とが同一形状になるように形成されている。そして
プリズム17は、第1及び第2の直角プリズム17A及
び17Bの各斜面をそれぞれ第3の直角プリズム17C
の各直角面に接着して形成され、第1の直角プリズム1
7Aと第3の直角プリズム17Cの接着面に偏光ビーム
スプリッタM1を形成し、第2の直角プリズム17Bと
第3の直角プリズム17Cの接着面にビームスプリッタ
M2を形成するようになされている。偏光ビームスプリ
ッタM1は、入射する光ビームの偏波面に応じて当該光
ビームを直角に反射または直進透過させる。またビーム
スプリッタM2は、入射する光ビームの一部を直角に反
射するとともに、当該入射する光ビームの一部を直進透
過させる。
【0025】プリズム17の偏光ビームスプリッタM1
は、受信光ビームL2の偏波面に応じて当該受信光ビー
ムL2を直進透過し、ビームスプリッタM2に導く。ビ
ームスプリッタM2は、受信光ビームL2の一部を反射
しレンズ16を介して位置検出素子13に集光するとと
もに、受信光ビームL2の残りを透過しレンズ15を介
し受光素子12に集光する。
【0026】受光素子12は、レンズ15により集光さ
れた受信光ビームL2を光−電流変換して出力信号S1
2を生成しPD(Photo Diode )受光回路44に送出
し、さらにPD受光回路44は出力信号S12を電流−
電圧変換して出力信号S44を生成し復調部45に送出
する。復調部45は出力信号S44を復調して情報信号
S45を生成し、出力コネクタ46を介して外部に送出
する。
【0027】また光無線装置2は送信時において、外部
から入力コネクタ41を介して供給される情報信号S1
を変調部42において所定のキャリア周波数で変調し、
変調信号S42としてレーザダイオード駆動部43に出
力する。レーザダイオード駆動回路43は、変調信号S
42を電圧−電流変換して駆動電流S43を生成しレー
ザダイオード11に送出し、レーザダイオード11はレ
ーザ駆動電流S32を電流−光変換して送信光ビームL
1を送出する。
【0028】レンズ14は送信光ビームL1を平行光線
に変換してプリズム17が有する偏光ビームスプリッタ
M1に送出する。偏光ビームスプリッタM1は送信光ビ
ームL1の偏光面に応じて当該送信光ビームL1を反射
し、サーボミラー20を介して光ビームエクスパンダ3
5に送出する。光ビームエクスパンダ35は、レンズ3
7及び36を介して送信光ビームL1の光束径を4倍に
拡大し、相手の光無線装置に対して出射する。
【0029】かくして光無線装置2は、送信光ビームL
1及び受信光ビームL2を介して情報信号を送受する。
このとき光無線装置2は、送信光ビームL1と受信光ビ
ームL2の光軸角度を一致させることにより、送信光ビ
ームL1の光軸を相手の光無線装置に合致させる光軸角
度補正を行う。位置検出素子13は、レンズ16により
集光された受信光ビームL2を受光し、当該位置検出素
子13の受光面における受信光ビームL2の強度重心位
置に応じた電流レベルを有する位置信号S13を生成し
PSD受光回路47に送出する。PSD受光回路47は
位置信号S13を電流−電圧変換し、CPU48に送出
する。
【0030】CPU48は、位置信号S13を用いて位
置検出素子13の受光面における受信光ビームL2の焦
点位置を算出し、所定の焦点基準点と受信光ビームL2
の焦点位置とが一致するようにサーボミラー20を制御
することにより、光空間伝送装置10に入出射する受信
光ビームL2及び送信光ビームL1の光軸が一致するよ
うに制御する。すなわちCPU48は、位置信号S13
の電圧に基づいて位置検出素子13の受光面における受
信光ビームL2の焦点位置と所定の焦点基準点との位置
差を算出し、かかる位置差に応じた駆動信号S48をア
クチュエータ駆動部24に送出する。アクチュエータ駆
動部24は駆動信号S48に応じてアクチュエータ22
を駆動しミラー21を回転させる。ミラー21の回転に
より、受信光ビームL2の焦点位置は焦点基準点に移動
する。
【0031】ここで、図2に示すようにミラー21の中
心は、対物レンズ36の中心を通過した光線が接眼レン
ズ37の後方で光ビームエクスパンダ35の光軸中心C
BEと交わる位置、すなわち接眼レンズ37の瞳位置に
設けられている。このため対物レンズ36の中心を通過
して入射した受信光ビームL2の光軸CL2は、ミラー
21の反射面の中心において光ビームエクスパンダ35
の光軸中心CBEと一致する。これによりミラー21で
反射された受信光ビームL2は、当該受信光ビームL2
の光軸CL2と光学ブロック10の光軸中心COPが一
致した状態で光学ブロック10に入射する。
【0032】対物レンズ36の周辺部を通過して入射し
た受信光ビームL2は、ミラー21の反射面の周辺部で
反射される。ミラー21は光ビームエクスパンダ35の
光軸中心CBEに対して45度の角度を持って設けられ
ているため、ミラー21の反射面の周辺部は接眼レンズ
37の瞳位置に一致しない。このため受信光ビームL2
が光ビームエクスパンダ35に対して斜めに入射した場
合、対物レンズ36の周辺部を通過して入射した受信光
ビームL2は、ミラー21で反射されることにより横方
向のずれを生じる。ミラー21に入射する受信光ビーム
L2の、光ビームエクスパンダ35の光軸中心CBEと
のなす角をθとすると、受信光ビームL2の横方向のず
れ量はtanθで与えられる。光学ブロック10を構成
する各部、すなわちプリズム17、レンズ14〜16等
をこの横方向のずれ量(tanθ)だけ大きく設計する
ことにより、対物レンズ36に入射した受信光ビームL
2を全て受光することができる。例えばθ=4度とする
と、tanθ≒0.07となり、光学ブロック10を構
成する各部を7%大きくすれば良い。
【0033】以上の構成において、光無線装置2は受信
光ビームL2をビームエクスパンダ35で受光し、当該
ビームエクスパンダ35が有する対物レンズ36及び接
眼レンズ37で受信光ビームL2の光束径を縮小してミ
ラー21に出射する。ミラー21は受信光ビームL2を
反射してその光軸を90度曲げ、光学ブロック10に出
射する。ここで、ビームエクスパンダ35はそれぞれ凸
レンズでなる対物レンズ36及び接眼レンズ37による
ケプラー光学系を構成し、ミラー21は接眼レンズ37
の瞳位置に設けられているため、対物レンズ36の中心
を通過した受信光ビームL2の光軸CL2は、常に光学
ブロック10の光軸中心COPと一致した状態で当該光
学ブロック10に入射する。
【0034】以上の構成によれば、ビームエクスパンダ
35の対物レンズ36及び接眼レンズ37に凸レンズを
用いてケプラー光学系を構成するとともにミラー21を
接眼レンズ37の瞳位置に設けたことにより、光学ブロ
ック10に入射する受信光ビームL2の光軸のずれを無
くし、光学ブロック10を小型化することができる。
【0035】なお上述の実施の形態においては、所定の
通信対象との間で光ビームを介して情報信号を送受する
光無線装置について述べたが、本発明はこれに限らず、
所定の通信対象に対して光ビームを介して情報信号を送
信する光無線装置や所定の通信対象から光ビームを介し
て情報信号を受信する光無線装置に適用しても良い。
【0036】また上述の実施の形態においては、対物レ
ンズとしてクラウンガラス製の両凸レンズ及びフリント
ガラス凹平レンズを接着してなるアクロマティックレン
ズを用いるとともに、接眼レンズとして一方の面が凹で
他方の面が凸のメニスカスレンズを用いたが、本発明は
これに限らず、要は対物レンズ及び接眼レンズの双方を
凸レンズとし、ケプラー光学系を構成するようにすれば
良い。また、凸レンズの代わりに、凸レンズと同等の効
果を有する反射鏡を用いても良い。
【0037】さらに上述の実施の形態においては、光軸
補正手段としてサーボミラーを用いたが、本発明はこれ
に限らず、例えば光軸可変プリズム等、他の様々な光軸
補正手段を用いても良い。
【0038】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、光束系変
換手段をケプラー光学系で構成し、光束系変換手段の第
2の凸レンズの瞳位置に光軸補正手段を設けたことによ
り、送受信手段に入射する受信光ビームの光軸のずれを
無くし、これにより送受信手段を小型化でき、光無線装
置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光無線装置の一実施の形態を示す
ブロック図である。
【図2】本発明による光無線装置の光学系を示すブロッ
ク図である。
【図3】光無線装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
1、2……光無線装置、10……光学ブロック、20…
…サーボミラー、21……ミラー、30、35……ビー
ムエクスパンダ、31、37……接眼レンズ、32、3
6……対物レンズ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の伝送対象に対して送信光ビームを出
    射するとともに上記所定の伝送対象から出射される受信
    光ビームを受光し、上記送信光ビーム及び上記受信光ビ
    ームを介して上記所定の伝送対象との間で情報信号を送
    受する光無線装置において、 上記送信光ビームを出射するとともに上記受信光ビーム
    を受光する送受信手段と、 第1の凸レンズ及び第2の凸レンズからなり、上記所定
    の伝送対象から出射された上記受信光ビームを上記第1
    の凸レンズで受光し、上記受信光ビームの光束径を縮小
    して上記第2の凸レンズから上記送受信手段に出射する
    とともに、上記送受信手段から出射された上記送信光ビ
    ームを上記第2の凸レンズで受光し、上記送信光ビーム
    の光束径を拡大して上記第1の凸レンズから上記所定の
    伝送対象に出射する光束径変換手段と、 上記光束径変換手段と上記送受信手段との間の上記送信
    光ビーム及び上記受信光ビームの光路における上記第2
    の凸レンズの瞳位置に介挿され、上記送信光ビーム及び
    上記受信光ビームの光軸角度を補正する光軸補正手段と
    を具えることを特徴とする光無線装置。
  2. 【請求項2】上記第1の凸レンズ及び上記第2の凸レン
    ズは、ケプラー光学系を構成することを特徴とする請求
    項1に記載の光無線装置。
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