JP2001326608A - 光空間通信装置 - Google Patents
光空間通信装置Info
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- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 27
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- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
- H04B10/1123—Bidirectional transmission
- H04B10/1127—Bidirectional transmission using two distinct parallel optical paths
Abstract
(57)【要約】
【課題】 確実な捕捉、追尾動作と効率の良い送受信を
可能とする。 【解決手段】 通信を行う情報を含んだ主信号は、送信
信号入力端子21から入力し発光素子23で直線偏光し
た光信号に変換され、送信光学系25により実線で示す
ような広がり角の主信号用送信ビームB6となって相手
側装置に向け放射される。一方、角度検出用発振器26
で生成されたパイロット信号は発光素子27により光信
号に変換され、偏光ビームスプリッタ24で反射し、主
信号用送信ビームB7よりも稍々広がった捕捉/追尾用
光ビームB7となって放射される。受信光学系28には
主信号用光信号と捕捉/追尾用光信号が同時に入射する
が、主信号用光信号は偏光ビームスプリッタ29を透過
し受光素子30上に集光され、電気信号に変換されて受
信信号出力端子32から出力される。捕捉/追尾用光信
号は偏光ビームスプリッタ29で反射して、角度検出素
子33上に集光され演算部34で処理され、縦方向駆動
部35と横方向駆動部36を駆動し追尾動作が行われ
る。
可能とする。 【解決手段】 通信を行う情報を含んだ主信号は、送信
信号入力端子21から入力し発光素子23で直線偏光し
た光信号に変換され、送信光学系25により実線で示す
ような広がり角の主信号用送信ビームB6となって相手
側装置に向け放射される。一方、角度検出用発振器26
で生成されたパイロット信号は発光素子27により光信
号に変換され、偏光ビームスプリッタ24で反射し、主
信号用送信ビームB7よりも稍々広がった捕捉/追尾用
光ビームB7となって放射される。受信光学系28には
主信号用光信号と捕捉/追尾用光信号が同時に入射する
が、主信号用光信号は偏光ビームスプリッタ29を透過
し受光素子30上に集光され、電気信号に変換されて受
信信号出力端子32から出力される。捕捉/追尾用光信
号は偏光ビームスプリッタ29で反射して、角度検出素
子33上に集光され演算部34で処理され、縦方向駆動
部35と横方向駆動部36を駆動し追尾動作が行われ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自由空間中に光を
伝搬させて通信を行う光空間通信装置に関するものであ
る。
伝搬させて通信を行う光空間通信装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光空間通信による移動体通信は、例えば
図3において車両等の移動局1と道路脇に置かれた固定
局2の間で、光ビームB1、B2に信号を重畳させて通
信を行う。固定局2と移動局1は、移動体が通信可能エ
リアに入ったときに通信を開始する捕捉動作と、捕捉し
た後は通信を持続するための追尾動作を行う機能が必要
になる。
図3において車両等の移動局1と道路脇に置かれた固定
局2の間で、光ビームB1、B2に信号を重畳させて通
信を行う。固定局2と移動局1は、移動体が通信可能エ
リアに入ったときに通信を開始する捕捉動作と、捕捉し
た後は通信を持続するための追尾動作を行う機能が必要
になる。
【0003】これを実現するためには、例えば図4に示
すような装置がある。この送信部においては、通信を行
う情報を含んだ主信号は入力端子3から入力し、増幅器
4で適当なレベルに増幅される。一方、角度検出用の補
助信号(以下、パイロット信号と云う)は発振器5で生
成され、これら主信号とパイロット信号は合波器6で合
波され、半導体レーザー光源や発光ダイオード等の発光
素子7を駆動して光ビームに変換され、送信光学系8に
より適当な拡がり角を持つ送信号ビームB3となって、
相手側装置に向けて出射される。
すような装置がある。この送信部においては、通信を行
う情報を含んだ主信号は入力端子3から入力し、増幅器
4で適当なレベルに増幅される。一方、角度検出用の補
助信号(以下、パイロット信号と云う)は発振器5で生
成され、これら主信号とパイロット信号は合波器6で合
波され、半導体レーザー光源や発光ダイオード等の発光
素子7を駆動して光ビームに変換され、送信光学系8に
より適当な拡がり角を持つ送信号ビームB3となって、
相手側装置に向けて出射される。
【0004】受信部においては、相手側装置からの光ビ
ームB4は主信号の受信光学系9とパイロット信号用の
受信光学系10に入射し、それぞれAPD(アバランシ
ェ・ホトダイオード)、PINフォトダイオードなどの
光信号用受光素子11と、角度検出素子であるパイロッ
ト信号用受光素子12に集光される。光信号用受光素子
11により受信した主信号は光信号から電気信号に変換
され、増幅器13を経て主信号出力端子14から出力さ
れる。
ームB4は主信号の受信光学系9とパイロット信号用の
受信光学系10に入射し、それぞれAPD(アバランシ
ェ・ホトダイオード)、PINフォトダイオードなどの
光信号用受光素子11と、角度検出素子であるパイロッ
ト信号用受光素子12に集光される。光信号用受光素子
11により受信した主信号は光信号から電気信号に変換
され、増幅器13を経て主信号出力端子14から出力さ
れる。
【0005】一方、受光素子12は例えば図5に示すよ
うな4つの素子12a〜12dに分割された構造のホト
ダイオードであり、この上に光スポットSが集光された
ときの素子12a〜12dの出力を比較することによ
り、受信光学系10に対する相手側装置からの光ビーム
B4の角度を知る。受光素子12からの角度信号は演算
部15で演算処理され、光スポットSが角度検出素子1
2の中央に至り、受信光ビームB4と受信光学系10の
角度差がゼロになるように、縦方向駆動部16と横方向
駆動部17に駆動信号を与える。送信光学系8と受信光
学系9は光軸の角度が一致するように調整されており、
この結果として送信光ビームB4が相手側装置の方向に
駆動される。このようにして、移動局1と固定局2との
相互の間で追尾動作が行われる。
うな4つの素子12a〜12dに分割された構造のホト
ダイオードであり、この上に光スポットSが集光された
ときの素子12a〜12dの出力を比較することによ
り、受信光学系10に対する相手側装置からの光ビーム
B4の角度を知る。受光素子12からの角度信号は演算
部15で演算処理され、光スポットSが角度検出素子1
2の中央に至り、受信光ビームB4と受信光学系10の
角度差がゼロになるように、縦方向駆動部16と横方向
駆動部17に駆動信号を与える。送信光学系8と受信光
学系9は光軸の角度が一致するように調整されており、
この結果として送信光ビームB4が相手側装置の方向に
駆動される。このようにして、移動局1と固定局2との
相互の間で追尾動作が行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図3で示したような移動体光通信では、捕捉動作を確実
に行うためには、出射光ビームB1の拡がり角をできる
だけ大きくした方が良い。しかし、この拡がり角を大き
くすると相手側装置が受信できる光量が拡がり角の2乗
に反比例して低下し、受信が困難となる。
図3で示したような移動体光通信では、捕捉動作を確実
に行うためには、出射光ビームB1の拡がり角をできる
だけ大きくした方が良い。しかし、この拡がり角を大き
くすると相手側装置が受信できる光量が拡がり角の2乗
に反比例して低下し、受信が困難となる。
【0007】例えば、図6に示すように移動局1が片側
三車線のような広い通路を進む車両であった場合に、距
離Lで確実に捕捉するためには、光ビームは図中の点線
で示すような光ビームB1a、B2aの広がりが必要で
ある。しかし、このように広げてしまうと、受信部での
単位面積当たりの光強度が低下してしまうことになり、
十分な受信光強度を得るために実線で示す光ビームB1
b、B2b程度の広がりとする必要があるとすれば、今
度は捕捉が困難になる。
三車線のような広い通路を進む車両であった場合に、距
離Lで確実に捕捉するためには、光ビームは図中の点線
で示すような光ビームB1a、B2aの広がりが必要で
ある。しかし、このように広げてしまうと、受信部での
単位面積当たりの光強度が低下してしまうことになり、
十分な受信光強度を得るために実線で示す光ビームB1
b、B2b程度の広がりとする必要があるとすれば、今
度は捕捉が困難になる。
【0008】この問題に対する対策としては、送信光ビ
ームをパイロット信号のみを含む捕捉/追尾用の光ビー
ムB1a、B2aと、主信号のみを含む通信用光ビーム
B1b、B2bの2種を用意するという方法が考えられ
る。この方法が可能なのは、捕捉/追尾用の光ビームに
含まれるパイロット信号が通常では単一周波数又は主信
号に比べて極めて狭帯域の信号であるため、受信号が微
弱になっても高いSN比で受信することができるという
理由による。
ームをパイロット信号のみを含む捕捉/追尾用の光ビー
ムB1a、B2aと、主信号のみを含む通信用光ビーム
B1b、B2bの2種を用意するという方法が考えられ
る。この方法が可能なのは、捕捉/追尾用の光ビームに
含まれるパイロット信号が通常では単一周波数又は主信
号に比べて極めて狭帯域の信号であるため、受信号が微
弱になっても高いSN比で受信することができるという
理由による。
【0009】しかしながら、捕捉/追尾用の光ビームと
通信用光ビームの2種類を作るということは、図4にお
いて発光素子7と送信光学系8と同じものを更に1組必
要とすることになり、コストアップとサイズの大型化を
招く。特に、サイズの大型化は移動局1上に設置するの
に不利であり、またこの種のものは高速な駆動が必要で
あるが、大型化による重量の増加はそれを困難にする。
通信用光ビームの2種類を作るということは、図4にお
いて発光素子7と送信光学系8と同じものを更に1組必
要とすることになり、コストアップとサイズの大型化を
招く。特に、サイズの大型化は移動局1上に設置するの
に不利であり、またこの種のものは高速な駆動が必要で
あるが、大型化による重量の増加はそれを困難にする。
【0010】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
捕捉、追尾動作を確実に行い、効率の良い送受信を可能
とする光空間通信装置を提供することにある。
捕捉、追尾動作を確実に行い、効率の良い送受信を可能
とする光空間通信装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光空間通信装置は、送信部と受信部を有
し自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間
通信装置であって、前記送信部には第1の発光源と第2
の発光源と送信ビームの方向を所定の方向に駆動する手
段とを有し、前記第1の発光源から出射される第1の光
ビームと前記第2の発光源から出射される第2の光ビー
ムは互いに偏波面が約90゜傾いた偏光とし、前記第2
の光ビームを前記第1の光ビームよりもビーム拡がり角
を大きく設定したことを特徴とする。
の本発明に係る光空間通信装置は、送信部と受信部を有
し自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間
通信装置であって、前記送信部には第1の発光源と第2
の発光源と送信ビームの方向を所定の方向に駆動する手
段とを有し、前記第1の発光源から出射される第1の光
ビームと前記第2の発光源から出射される第2の光ビー
ムは互いに偏波面が約90゜傾いた偏光とし、前記第2
の光ビームを前記第1の光ビームよりもビーム拡がり角
を大きく設定したことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明を図1、図2に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図1は第1の構成図であ
り、送信信号入力端子21からの入力は増幅器22を経
て発光素子23に接続されている。発光素子23の出射
方向には偏光ビームスプリッタ24、発信光学系25が
配置されている。また、偏光ビームスプリッタ24には
側方から、角度検出用発振器26で生成されたパイロッ
ト信号が発光素子27で光ビームに変換されて入射して
いる。受信光ビームを受光する受信光学系28の光軸方
向には偏光ビームスプリッタ29、受光素子30が配列
され、受光素子30の出力は増幅器31を介して受信信
号出力端子32に接続されている。一方、偏光ビームス
プリッタ29で分離される反射方向には、角度検出素子
33が配置され、その出力は演算部34に出力されてい
る。そして、演算部34の出力は縦方向駆動部35、横
方向駆動部36に接続されている。
例に基づいて詳細に説明する。図1は第1の構成図であ
り、送信信号入力端子21からの入力は増幅器22を経
て発光素子23に接続されている。発光素子23の出射
方向には偏光ビームスプリッタ24、発信光学系25が
配置されている。また、偏光ビームスプリッタ24には
側方から、角度検出用発振器26で生成されたパイロッ
ト信号が発光素子27で光ビームに変換されて入射して
いる。受信光ビームを受光する受信光学系28の光軸方
向には偏光ビームスプリッタ29、受光素子30が配列
され、受光素子30の出力は増幅器31を介して受信信
号出力端子32に接続されている。一方、偏光ビームス
プリッタ29で分離される反射方向には、角度検出素子
33が配置され、その出力は演算部34に出力されてい
る。そして、演算部34の出力は縦方向駆動部35、横
方向駆動部36に接続されている。
【0013】送信部において、通信を行う情報を含んだ
主信号は、送信信号入力端子21から入力し、増幅器2
2で適当なレベルに増幅され、発光素子23で電気信号
より光信号に変換される。発光素子23は例えば半導体
レーザー光源が用いられており、その出力光は直線偏光
している。一方、角度検出用発振器26で生成されたパ
イロット信号は、同様に例えば半導体レーザー光源であ
る発光素子27により光信号に変換される。偏光ビーム
スプリッタ24は貼合わせ面で図1の紙面に平行な偏波
用を持つ偏光をほぼ100%透過し、紙面に垂直な偏波
用の偏光をほぼ100%反射する。
主信号は、送信信号入力端子21から入力し、増幅器2
2で適当なレベルに増幅され、発光素子23で電気信号
より光信号に変換される。発光素子23は例えば半導体
レーザー光源が用いられており、その出力光は直線偏光
している。一方、角度検出用発振器26で生成されたパ
イロット信号は、同様に例えば半導体レーザー光源であ
る発光素子27により光信号に変換される。偏光ビーム
スプリッタ24は貼合わせ面で図1の紙面に平行な偏波
用を持つ偏光をほぼ100%透過し、紙面に垂直な偏波
用の偏光をほぼ100%反射する。
【0014】実線で表される発光素子23から出射した
光は、紙面に平行に偏光するように発光素子23が取り
付けられており、偏光ビームスプリッタ24を透過して
送信光学系25により実線で示すような広がり角の主信
号用送信ビームB6とされ、相手側装置に向け放射され
る。
光は、紙面に平行に偏光するように発光素子23が取り
付けられており、偏光ビームスプリッタ24を透過して
送信光学系25により実線で示すような広がり角の主信
号用送信ビームB6とされ、相手側装置に向け放射され
る。
【0015】また、発光素子27から出射した点線で示
す光ビームB7は、紙面に垂直な偏光になるように発光
素子27が取り付けられているため、偏光ビームスプリ
ッタ24で反射する。更に、発光素子27は発光素子2
3に比べて、光学系25の焦点位置よりも離れた場所に
置かれており、主信号用送信ビームB6よりも稍々広が
った捕捉/追尾用光ビームB7となって放射される。
す光ビームB7は、紙面に垂直な偏光になるように発光
素子27が取り付けられているため、偏光ビームスプリ
ッタ24で反射する。更に、発光素子27は発光素子2
3に比べて、光学系25の焦点位置よりも離れた場所に
置かれており、主信号用送信ビームB6よりも稍々広が
った捕捉/追尾用光ビームB7となって放射される。
【0016】受信部では、受信光学系28に主信号用光
信号と捕捉/追尾用光信号が同時に入射するが、紙面に
水平に偏光した主信号用光信号は実線で示すように偏光
ビームスプリッタ29を透過し、APDやPINホトダ
イオード等の受光素子30上に集光されて電気信号に変
換される。更に、増幅器31で必要なレベルに増幅され
た受信主信号となり、受信信号出力端子32から出力さ
れる。
信号と捕捉/追尾用光信号が同時に入射するが、紙面に
水平に偏光した主信号用光信号は実線で示すように偏光
ビームスプリッタ29を透過し、APDやPINホトダ
イオード等の受光素子30上に集光されて電気信号に変
換される。更に、増幅器31で必要なレベルに増幅され
た受信主信号となり、受信信号出力端子32から出力さ
れる。
【0017】他方で、紙面に垂直に偏光した捕捉/追尾
用の光信号は、点線で示すように偏光ビームスプリッタ
29で反射して、角度検出素子33上に集光される。こ
の後は、図4の従来例で説明したと同様に、角度検出素
子33からの角度信号は演算部34で処理され、縦方向
駆動部35と横方向駆動部36を駆動し追尾動作が行わ
れる。
用の光信号は、点線で示すように偏光ビームスプリッタ
29で反射して、角度検出素子33上に集光される。こ
の後は、図4の従来例で説明したと同様に、角度検出素
子33からの角度信号は演算部34で処理され、縦方向
駆動部35と横方向駆動部36を駆動し追尾動作が行わ
れる。
【0018】このように、偏光ビームスプリッタ24、
29を用いることにより、非常に簡素な構成でかつ効率
良く、光の損失がない確実な捕捉、追尾動作が可能とな
る。
29を用いることにより、非常に簡素な構成でかつ効率
良く、光の損失がない確実な捕捉、追尾動作が可能とな
る。
【0019】図2は第2の実施例を示し、この第2の実
施例では図1の第1の実施例に対してパイロット信号用
の発光素子27と角度検出素子33が入れ換わってい
る。偏光ビームスプリッタ24、29を使って光信号を
効率的に結合、分岐する機能及び効果は第1の実施例と
同様である。
施例では図1の第1の実施例に対してパイロット信号用
の発光素子27と角度検出素子33が入れ換わってい
る。偏光ビームスプリッタ24、29を使って光信号を
効率的に結合、分岐する機能及び効果は第1の実施例と
同様である。
【0020】ただし、この種の装置ではパイロット信号
用ビームは広がり角が大きいので精度の要求が高くない
が、本信号用のビームと角度検出素子との厳密な角度精
度が要求されるため、製造時の本信号用の発光素子23
と角度検出素子33の間の位置調整精度が共通の光学系
25に取り付けられているため、第1の実施例に比べて
調整が容易になる。
用ビームは広がり角が大きいので精度の要求が高くない
が、本信号用のビームと角度検出素子との厳密な角度精
度が要求されるため、製造時の本信号用の発光素子23
と角度検出素子33の間の位置調整精度が共通の光学系
25に取り付けられているため、第1の実施例に比べて
調整が容易になる。
【0021】上述の第1、第2の実施例では、移動体用
の光空間通信装置についてのものであるが、本発明の応
用は特に移動体に限るものではなく、ビル等に固定して
設置された光空間通信装置に応用した場合は、捕捉/追
尾用の光ビームを持つことから、設置時や保守時の方向
調節が容易になるとか、稼動中も強風や振動で一時的に
ビームの方向がずれて主信号がとだえた場合でも、捕捉
/追尾用の光ビームが外れていなければ、直ちに自動追
尾が作動して復帰することができる等の効果がある。
の光空間通信装置についてのものであるが、本発明の応
用は特に移動体に限るものではなく、ビル等に固定して
設置された光空間通信装置に応用した場合は、捕捉/追
尾用の光ビームを持つことから、設置時や保守時の方向
調節が容易になるとか、稼動中も強風や振動で一時的に
ビームの方向がずれて主信号がとだえた場合でも、捕捉
/追尾用の光ビームが外れていなければ、直ちに自動追
尾が作動して復帰することができる等の効果がある。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光空間
通信装置は、広がり角の小さい本信号伝送用の光ビーム
と、広がり角の大きい捕捉/追尾用の光ビームを送出
し、それぞれの光ビームは互いに偏波用が90゜異なる
偏光とすることにより、確実な捕捉、追尾動作と効率の
良い送受信が可能であり、低コストでコンパクト化を実
現することができる。
通信装置は、広がり角の小さい本信号伝送用の光ビーム
と、広がり角の大きい捕捉/追尾用の光ビームを送出
し、それぞれの光ビームは互いに偏波用が90゜異なる
偏光とすることにより、確実な捕捉、追尾動作と効率の
良い送受信が可能であり、低コストでコンパクト化を実
現することができる。
【図1】第1の実施例の構成図である。
【図2】第2の実施例の構成図である。
【図3】移動体光空間通信の説明図である。
【図4】従来の移動体光空間通信装置の構成図である。
【図5】角度検出素子の正面図である。
【図6】主信号用光ビームと捕捉/追尾用光ビームの関
係の説明図である。
係の説明図である。
23 主信号用発光素子 27 パイロット信号用発光素子 24、29 偏光ビームスプリッタ 30 主信号用受光素子 33 角度検出素子 34 演算部 35、36 光学系の駆動部
Claims (3)
- 【請求項1】 送信部と受信部を有し自由空間中に光ビ
ームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置であって、
前記送信部には第1の発光源と第2の発光源と送信ビー
ムの方向を所定の方向に駆動する手段とを有し、前記第
1の発光源から出射される第1の光ビームと前記第2の
発光源から出射される第2の光ビームは互いに偏波面が
約90゜傾いた偏光とし、前記第2の光ビームを前記第
1の光ビームよりもビーム拡がり角を大きく設定したこ
とを特徴とする光空間通信装置。 - 【請求項2】 前記受信部は第1の受光素子と第2の受
光素子と、光信号の受信方向を所定の方向に駆動する手
段と、前記第1の受光素子には特定の偏波角の偏光のみ
を入射し、前記第2の受光素子には前記第1の受光素子
に入射する光と偏波面が約90゜傾いた特定の偏波角の
偏光のみを入射させる光学的手段とを有する請求項1に
記載の光空間通信装置。 - 【請求項3】 前記第1の発光源は通信を行う情報を含
む主信号を発生し、前記第2の発光源は角度検出用の補
助信号を発生する請求項1に記載の光空間通信装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000141349A JP2001326608A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 光空間通信装置 |
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