JP2003347826A - 光制御型フェーズドアレーアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フーリエ変換レンズの前側焦点面上に任意の
形状の光強度分布を容易にかつ高速に生成し所望のパタ
ーンのアレーアンテナ放射ビームを容易に生成する光制
御型フェーズドアレーアンテナを提供する。 【解決手段】 光分岐部で分岐された第１、第２分岐光
の第１分岐光の周波数を変換する光周波数変換器３、周
波数変換された第１分岐光を所望の強度分布で反射する
多数の反射鏡を含む反射型空間光強度変調素子２０、変
調素子で反射した第１分岐光を透過するフーリエ変換レ
ンズ３０、レンズを透過した第１分岐光と前記第２分岐
光を合成する光合成器３５、光合成器の合成光を空間的
にサンプリングする複数の光ファイバを含む光ファイバ
アレー４０、アレーでサンプルされた光を光電変換する
複数の光電変換器５０、変換器の出力に従い放射ビーム
を発生する複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ
５３を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光波によりアレ
イアンテナから放射するマイクロ波ビームを制御する光
制御型フェーズドアレーアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、例えば特開平０３−０４４２
０２号公報に開示された従来の光制御型フェーズドアレ
ーアンテナのブロック図である。図１４において、光放
射器１００の内部に設けられたレーザから放射されるビ
ーム光を２つの分岐光に分岐し、一方の分岐光の周波数
をマイクロ波発振器２から入力されるマイクロ波信号の
周波数だけ偏移させて第１のビーム光１０として出力
し、他方の分岐光をそのまま第２のビーム光１７として
出力する。

【０００３】光放射器１００から放射された第１のビー
ム光１０は、ミラー１０１を介してイメージマスク１０
２に入射され、イメージマスク１０２を透過する。イメ
ージマスク１０２は入射された第１のビーム光を、例え
ば扇形ビームパターンなどの所望のアンテナ放射パター
ンのビーム形状に対応したビーム光１１に変換して、フ
ーリエ変換レンズ３０に放射する。

【０００４】一方、光放射器１００から放射された第２
のビーム光１７は分布調整器１０３に放射され、分布調
整器１０３は、第２のビーム光１７を所定の強度分布に
調整し、調整後の第２のビーム光１７をローカルビーム
光１８としてビーム合成器３５に放射する。

【０００５】光合成器すなわちビーム合成器３５は、フ
ーリエ変換レンズ３０を透過した第１のビーム光１１と
分布調整器１０３からのローカルビーム光１８とを混合
して合成した後、合成光をサンプリング光ファイバアレ
ー４０に放射する。

【０００６】サンプリング光ファイバアレー４０は、所
定の間隔をおいて光ファイバの長手方向が平行になるよ
うに、ある平面に並置された複数Ｎ本の光ファイバ４１
−１乃至４１−Ｎから成り、このサンプリング光ファイ
バアレーに入射される合成光は、空間的にサンプリング
され各光ファイバを伝搬する。サンプリング光ファイバ
アレー４０に入射された合成光は、Ｎ本の光ファイバ４
１−１乃至４１−Ｎを介して、各々光電変換器５０−１
乃至５０−Ｎに入射される。

【０００７】光電変換器５０−１乃至５０−Ｎはそれぞ
れ、入射された上記第１のビーム光１１と上記ローカル
ビーム光１８である第２のビーム光１７の差の周波数で
あって、入力されるビーム光１１とローカルビーム光１
８との振幅の積に比例し、かつその位相に一致したマイ
クロ波信号に光電変換した後、電力増幅器５１−１乃至
５１−Ｎを介し、アレーアンテナ５３を構成する直線上
あるいは平面上に並置されるアンテナ素子５２−１乃至
５２−Ｎに出力する。

【０００８】イメージマスク１０２をフーリエ変換レン
ズ３０の前側焦点面３１に、サンプリング光ファイバア
レー４０をフーリエ変換レンズ３０の後側焦点面３２に
設置すると、イメージマスク１０２のパターンと、サン
プリング光ファイバアレー４０のサンプリング面上での
第１のビーム光１０のファーフィールドパターンとは、
お互いにフーリエ変換の関係となる。

【０００９】さらに、各アンテナ素子５２−１乃至５２
−Ｎから放射される各マイクロ波信号強度の分布と、こ
れらが合成されたアレーアンテナ５３からの放射ビーム
５４のパターンとはお互いにフーリエ変換の関係があ
る。

【００１０】以上の様に、フーリエ変換レンズ３０透過
時およびアレーアンテナ５３放射時の合計２回のフーリ
エ変換が行われるので、アレーアンテナ５３からの放射
ビーム５４のパターンはイメージマスク１０２で設定さ
れるパターンに対応する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示された従来例の光制御型フェーズドアレーアンテナ
は、イメージマスク１０２を透過させることにより、ア
レーアンテナ５３からの放射ビーム５４のパターンを設
定しているため、放射ビーム５４の放射パターンを変え
るにはイメージマスク１０２を取り替えなければならな
いため制御の柔軟性に欠け、パターン生成速度が制限さ
れるなどの問題点があった。

【００１２】さらに、放射ビーム５４を走査するには、
イメージマスク１０２を動かさなければならず、機械的
な可動部が必要となる等の問題点があった。

【００１３】また、前述の公報にはイメージマスク１０
２として液晶素子などの透過型空間光強度変調素子を用
いることも可能であると示されている。液晶素子を用い
ることにより制御の柔軟性は向上し、機械的な可動部を
なくすことが可能となるが、一般的な液晶素子の応答時
間は１０から数１０ｍｓｅｃオーダであるため、ビーム
走査またはビーム生成速度も１０から数１０ｍｓｅｃオ
ーダに制限される。また、一般的な液晶素子は温度依存
性があり低温での動作が困難であるため、使用できる環
境が制限される。また、一般的な透過型空間光変調素子
では、アレーを構成する各光変調素子に制御信号を送る
線路により透過光が遮断されるために開口率が制限され
信号強度が弱くなるなど、液晶素子などの透過型空間光
強度変調素子をイメージマスクに用いても様々な課題が
ある。

【００１４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、簡易な構成でフーリエ変換レン
ズの前側焦点面上に任意の形状の光強度分布を容易にか
つ高速に生成することにより、所望のパターンのアレー
アンテナ放射ビームを高速に生成できる光制御型フェー
ズドアレーアンテナを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、レーザから放射した光を第１、第２の分岐光に
分岐する光分岐部と、第１の分岐光の周波数を変換する
光周波数変換器と、周波数変換された第１の分岐光を所
望の空間強度分布で反射する、多数の反射鏡を含む反射
型空間光強度変調素子と、この反射型空間光強度変調素
子で反射した第１の分岐光を透過するフーリエ変換レン
ズと、このフーリエ変換レンズを透過した第１の分岐光
と前記第２の分岐光とを合成する光合成器と、この光合
成器による合成光を空間的にサンプリングする、複数Ｎ
本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、この光フ
ァイバアレーでサンプリングされた光を光電変換する複
数Ｎ個の光電変換器と、この光電変換器の出力に従い放
射ビームを発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるア
レーアンテナと、を備え、前記反射型空間光強度変調素
子の各反射鏡による反射光の空間強度分布を制御するこ
とで、前記アレーアンテナからの放射ビームを制御する
ことを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナに
ある。

【００１６】また、上記光制御型フェーズドアレーアン
テナにおいて、前記反射型空間光強度変調素子で、同時
に複数の領域で反射鏡を制御して、前記アレーアンテナ
から同時に複数のビームを放射することを特徴とする。

【００１７】また、レーザ光を３つ以上のＭ個に分岐す
る光分岐部と、第１から第Ｍ−１の分岐光に対し各々の
分岐光の周波数を変換するＭ−１個の光周波数変換器
と、周波数変換されたＭ−１個の分岐光について各々の
光の反射強度分布を制御するＭ−１個の反射型空間光強
度変調素子と、これらの反射型空間光強度変調素子から
のＭ−１個の反射光を合成する第１の光合成器と、この
第１の光合成器からの合成光を透過するフーリエ変換レ
ンズと、このフーリエ変換レンズの透過光と第Ｍの分岐
光を合成する第２の光合成器と、この第２の光合成器に
よる合成光をサンプリングする、複数Ｎ本の光ファイバ
からなる光ファイバアレーと、この光ファイバアレーで
サンプリングされた光を光電変換する複数Ｎ個の光電変
換器と、この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生
する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナ
と、を備え、アレーアンテナから放射する複数のビーム
を独立に制御することを特徴とする光制御型フェーズド
アレーアンテナにある。

【００１８】また、レーザ光を３つ以上のＭ個に分岐す
る光分岐部と、第１から第Ｍ−１の分岐光に対し各々の
分岐光の周波数を変換するＭ−１個の光周波数変換器
と、周波数変換されたＭ−１個の分岐光について各々の
光の反射強度分布を制御するＭ−１個の反射型空間光強
度変調素子と、これらのＭ−１個の反射型空間光強度変
調素子からのＭ−１個の反射光の各々を透過するＭ−１
個のフーリエ変換レンズと、これらのフーリエ変換レン
ズを透過したＭ−１個の透過光を合成する第１の光合成
器と、Ｍ−１個の透過光が合成された合成光と、第Ｍの
分岐光を合成する第２の光合成器と、この第２の光合成
器による合成光をサンプリングする、複数Ｎ本の光ファ
イバからなる光ファイバアレーと、この光ファイバアレ
ーでサンプリングされた光を光電変換する複数Ｎ個の光
電変換器と、この光電変換器の出力に従い放射ビームを
発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテ
ナと、を備え、アレーアンテナから放射する複数のビー
ムを独立に制御することを特徴とする光制御型フェーズ
ドアレーアンテナにある。

【００１９】また、それぞれ前記レーザ、光分岐部、光
周波数変換器、反射型空間光強度変調素子、フーリエ変
換レンズおよび光合成器からなる複数の構成部と、前記
各構成部から放射された光を合成する第２の光合成器
と、この第２の光合成器による合成光をサンプリングす
る、複数Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレー
と、この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光
電変換する複数Ｎ個の光電変換器と、この光電変換器の
出力に従い放射ビームを発生する複数Ｎ個のアンテナ素
子からなるアレーアンテナと、を備え、アレーアンテナ
から放射する複数のビームを独立に制御することを特徴
とする光制御型フェーズドアレーアンテナにある。

【００２０】また、レーザから放射した光を第１、第２
の分岐光に分岐する光分岐部と、第１の分岐光の周波数
を変換する光周波数変換器と、周波数変換された第１の
分岐光を所望の強度分布で反射する、多数の反射鏡を含
む反射型空間光強度変調素子と、この反射型空間光強度
変調素子で反射した第１の分岐光と第２の分岐光を透過
するフーリエ変換レンズと、このフーリエ変換レンズを
透過した第１、第２の分岐光をサンプリングする、複数
Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、この光
ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変換する
複数Ｎ個の光電変換器と、この光電変換器の出力に従い
放射ビームを発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなる
アレーアンテナと、を備え、前記反射型空間光強度変調
素子の各反射鏡による反射光の空間強度分布を制御する
ことで、前記アレーアンテナからの放射ビームを制御す
ることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ
にある。

【００２１】また、レーザから放射した光を第１、第２
の分岐光に分岐する光分岐部と、第１の分岐光の周波数
を変換する光周波数変換器と、前記第２の分岐光および
周波数変換された第１の分岐光を所望の強度分布で反射
する、多数の反射鏡を含む反射型空間光強度変調素子
と、この反射型空間光強度変調素子で反射した第１、第
２の分岐光を透過するフーリエ変換レンズと、このフー
リエ変換レンズの透過光をサンプリングする、複数Ｎ本
の光ファイバからなる光ファイバアレーと、この光ファ
イバアレーでサンプリングされた光を光電変換する複数
Ｎ個の光電変換器と、この光電変換器の出力に従い放射
ビームを発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレ
ーアンテナと、を備え、前記反射型空間光強度変調素子
の各反射鏡による反射光の空間強度分布を制御すること
で、前記アレーアンテナからの放射ビームを制御するこ
とを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナにあ
る。

【００２２】また、光ファイバアレーを構成する複数Ｎ
本の光ファイバの長さを、光ファイバアレーでの位置に
より変えたことを特徴とする。

【００２３】また、各光ファイバに接続された各々の光
電変換器とアンテナ素子間にマイクロ波移相器または遅
延線路を挿入し、各移相量または遅延量が各光ファイバ
で異なることを特徴とする。

【００２４】また、光ファイバアレーを構成する各光フ
ァイバ中に可変光遅延線路を設けたことを特徴とする。

【００２５】また、各光電変換器と各アンテナ素子間に
可変マイクロ波移相器または可変遅延線路を設けたこと
を特徴とする。

【００２６】また、光周波数変換器で周波数変換されな
い分岐光を合成する光合成器の代わりに、光導波路型の
光合成器を光ファイバアレーの各光ファイバに設け、光
ファイバアレーで合成することを特徴とする。

【００２７】また、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
を制御する領域の面積を変えることで、アレーアンテナ
から放射するビームの幅を制御することを特徴とする。

【００２８】また、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
で、隣接する複数の反射鏡を同時に制御し、これをずら
しながらアレーアンテナから放射するビームを制御する
ことを特徴とする。

【００２９】また、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
を複数の領域を同時に制御し、各領域内の制御する反射
鏡の数を変えることで、アレーアンテナから放射するビ
ームの形状を制御することを特徴とする。

【００３０】また、光ファイバアレーの光サンプリング
側にレンズアレーを設けたことを特徴とする。

【００３１】また、円筒形状で屈折率が外周に近づくに
従い低くなるレンズを設けたことを特徴とする。

【００３２】また、光ファイバアレーを構成する各光フ
ァイバのサンプリング側に、分布屈折率型光ファイバを
接続したことを特徴とする。

【００３３】また、前記光ファイバアレーの代わりに前
記複数の光電変換器を前記光合成器による合成光をサン
プリングするサンプリング面にアレー状に配したことを
特徴とする。

【００３４】また、前記光分岐部および周波数変換器の
代わりに、レーザから放射した光を変調する変調手段
と、変調により発生した複数の周波数成分のレーザ光の
中から複数の光を抽出する光帯域フィルタと、を備えた
ことを特徴とする。

【００３５】また、前記光分岐部および周波数変換器の
代わりに、複数の波長を同時に放射するレーザと、レー
ザ放射光の中から周波数の異なる複数のレーザ光を抽出
する光帯域フィルタと、をさらに備えたことを特徴とす
る。

【００３６】また、前記光分岐部および周波数変換器の
代わりに、複数のレーザと、これらの各レーザからの光
の波長の互いの同期をとる位相同期回路と、を備え、各
レーザから放射した光を分岐光としたことを特徴とす
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下この発明を各実施の形態に従
って説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による光
制御型フェーズドアレーアンテナの構成を示す図であ
る。図１において、レーザ１から放射される光を２つの
分岐光に分岐し(例えばレーザ１の出力端あるいはレー
ザ１と別体にその出力側に光分岐部(特に図示せず)を有
する)、一方の分岐光をその周波数を、光周波数変換器
３によりマイクロ波発振器２から入力されるマイクロ波
信号の周波数に応じて偏移させて第１のビーム光１０と
して出力し、他方の分岐光はそのまま第２のビーム光１
７として出力する。光の周波数を偏移させる光周波数変
換器としては、例えば音響光学効果(Ａ／Ｏ)を用いた光
周波数シフタが商品化されている。

【００３８】第１のビーム光１０は、必要に応じて光フ
ァイバ９、レンズ８を介して、所定のビーム幅に変換し
て反射型空間光強度変調素子２０に照射する。反射型空
間光強度変調素子２０は、多数の微小な反射鏡２１がア
レー状に配置されており、一つ一つの反射鏡の反射特性
を変えることで、反射光の空間強度分布を制御できる。
反射光の空間強度分布の制御特性として、例えば１０μ
ｓｅｃのオーダーで高速に制御できるものや、反射鏡の
開口率が８０％以上の高いものも報告されている。

【００３９】反射型空間光強度変調素子２０に入射した
第１のビーム光１０は、アレー状に配置された各々の微
小な反射鏡２１により、反射光の空間強度分布を制御で
きる。反射型空間光強度変調素子２０の各反射鏡の制御
に対応した強度分布で、反射型空間光強度変調素子２０
に入射した第１のビーム光１０の一部はフーリエ変換レ
ンズ３０の方向に反射し、フーリエ変換レンズ３０を透
過する。

【００４０】以下、反射型空間光強度変調素子２０を構
成する各反射鏡２１の状態を、各反射鏡２１に入射した
ビーム光１０がフーリエ変換レンズ３０を透過する反射
光１１となる場合をオンと定義し、その他の場合をオフ
と定義する。オン状態の反射鏡２１のパターンで、第１
のビーム光１０が反射して、フーリエ変換レンズ３０へ
入射する。

【００４１】一方、レーザ１から放射した第２のビーム
光１７はレンズ８を介して所定のビーム幅に変換し、変
換後の第２のビーム光をローカルビーム光１８としてビ
ーム(光)合成器３５に放射する。

【００４２】ビーム合成器３５は、フーリエ変換レンズ
３０を透過した第１のビーム光１１と、ローカルビーム
光１８とを混合して合成した後、合成光をサンプリング
光ファイバアレー４０に放射する。

【００４３】サンプリング光ファイバアレー４０は、所
定の間隔をおいて光ファイバの長手方向が平行になるよ
うに、ある平面に並置された複数Ｎ本の光ファイバ４１
−１乃至４１−Ｎから成り、このサンプリング光ファイ
バアレーに入射される合成光は、空間的にサンプリング
され各光ファイバを伝搬する。サンプリング光ファイバ
アレー４０に入射された合成光は、Ｎ本の光ファイバ４
１−１乃至４１−Ｎを介して、各光電変換器５０−１乃
至５０−Ｎに入射される。

【００４４】光電変換器５０−１乃至５０−Ｎはそれぞ
れ、入射された上記第１のビーム光１１と上記ローカル
ビーム光１８である第２のビーム光１７の差の周波数で
あって、入力されるビーム光１１とローカルビーム光１
８の振幅の積に比例し、かつその位相差に一致したマイ
クロ波信号に光電変換した後、電力増幅器５１−１乃至
５１−Ｎを介し、アレーアンテナ５３を構成する直線上
あるいは平面上に並置されるアンテナ素子５２−１乃至
５２−Ｎに出力する。

【００４５】反射型空間光強度変調素子２０をフーリエ
変換レンズ３０の前側焦点面３１に、サンプリング光フ
ァイバアレー４０をフーリエ変換レンズ３０の後側焦点
面３２に設置すると、反射型空間光強度変調素子２０中
のオンにした反射鏡２１のパターンと、サンプリング光
ファイバアレー４０のサンプリング面上での第１のビー
ム光１１のパターンとは、お互いにフーリエ変換の関係
となる。

【００４６】さらに、各アンテナ素子５２−１乃至５２
−Ｎから放射される各マイクロ波信号の分布と、これら
が合成されたアレーアンテナ５３からの放射ビーム５４
のファーフィールドパターンとはお互いにフーリエ変換
の関係がある。

【００４７】以上のように、フーリエ変換レンズ３０透
過時およびアレーアンテナ５３放射時に合計２回のフー
リエ変換が行われるので、アレーアンテナ５３からの放
射ビーム５４のファーフィールドパターンは反射型空間
光強度変調素子２０のオンにした反射鏡２１のパターン
に対応する。

【００４８】例えば、反射型空間光強度変調素子２０の
中から１つの反射鏡２１のみをオンにした場合の、アレ
ーアンテナ５３からの放射ビーム５４の主ビームの方向
について、１次元の場合で説明する。オンにする反射鏡
２１の位置をフーリエ変換レンズ３０の光軸を原点にＸ
とおく。フーリエ変換レンズ３０の焦点距離をｆ、フー
リエ変換レンズ３０の後側焦点面であるサンプリング面
３２におけるサンプリング光ファイバアレー４０を構成
する光ファイバ４１間の間隔をｄｏ、アレーアンテナ５
３を構成する各アンテナ素子５２の素子間隔をｄｍ、レ
ーザ光１の波長をλｏ、光電変換器５０で発生するマイ
クロ波の波長をλｍとおく。アレーアンテナ５３からの
放射ビーム５４の主ビームの方向をアレーアンテナ５３
の正面方向からの角度θで表すと、角度θは

【００４９】 ｓｉｎθ＝{(ｄｏ／λｏ)／(ｄｍ／λｍ)}×Ｘ／ｆ とおける。

【００５０】オンにする反射鏡２１を順次切り替えるこ
とにより、アレーアンテナ５３からの放射ビーム５４を
走査することができる。例えば、ｄｏ＝１ｍｍ、λｏ＝
１.５５μｍ、ｄｍ＝１.５ｃｍ、λｍ＝３.０ｃｍ、ｆ
＝２００ｍｍとおくと、Ｘ＝５０μｍでは、アレーアン
テナ５３から放射するマイクロ波の放射ビーム(主ビー
ム)５４の方向θは１８.８度、Ｘ＝１００μｍではθは
４０.２度となる。

【００５１】本計算例は、１次元のビーム走査について
示したものであるが、反射型空間光強度変調素子２０を
構成する反射鏡２１を２次元に配置し、サンプリング光
ファイバアレー４０及びアレーアンテナ５３をそれぞれ
２次元で構成すれば、放射ビーム５４の２次元走査も可
能である。

【００５２】以上のように、第１のビーム光１１の空間
強度分布を反射型空間光強度変調素子２０による反射光
で形成するので、フーリエ変換レンズ３０方向に放射す
るビーム光１１の空間分布を高速かつ柔軟に制御するこ
とができ、アレーアンテナ５３からの放射ビーム５４を
任意のパターンで高速かつ柔軟に制御できる。また、オ
ンにする反射鏡２１を順次切り替えることにより、２次
元の高速ビーム走査も可能となる。

【００５３】実施の形態２．以上の実施の形態１では、
反射型空間光強度変調素子２０を構成する多数の反射鏡
２１の中から、オンにする一つの反射鏡２１を順次切り
替えて走査していたが、次に複数の反射鏡２１を同時に
オンにした場合、アレーアンテナ５３からの放射ビーム
５４を同時に複数の方向へ発生させる実施の形態を示
す。

【００５４】図２は、この発明の実施の形態２による光
制御型フェーズドアレーアンテナの構成を示す図であ
り、このような場合の、反射型空間光強度変調素子２０
での反射光１１の様子を示したものである。図２では反
射型空間光強度変調素子２０を構成する反射鏡２１の中
から、一番上の反射鏡２１と、一番下の反射鏡２１の２
つの反射鏡２１をオンにしている。反射型空間光強度変
調素子２０の２カ所で反射した２つの第１のビーム光１
１−１および１１−２は、それぞれ異なる傾きでサンプ
リング光ファイバアレー４０に入射し、それぞれの傾き
に相当する位相情報を保持したまた光電変換器５０−１
乃至５０−Ｎでマイクロ波信号に光電変換されアレーア
ンテナ５３から放射される。

【００５５】たとえば、図２のように反射光１１−１、
１１−２により放射ビーム５４−１、５４−２をそれぞ
れ生成できる。このように、オンにする反射鏡２１の
数、位置に応じて、放射ビーム５４を同時に複数の方向
に向けることができる。

【００５６】実施の形態３．以上の実施の形態２では、
一つの反射型空間光強度変調素子２０を用いて複数の方
向に同じ周波数、信号が重畳された放射ビーム５４を発
生させたものであるが、次に周波数、重畳信号が異なる
複数の放射ビーム５４を発生できる実施の形態を示す。

【００５７】図３はこの発明の実施の形態３による光制
御型フェーズドアレーアンテナの構成を示す図であり、
周波数、重畳信号が異なる複数の放射ビームの生成、制
御が可能な光制御型フェーズドアレーアンテナの構成図
である。図３において、レーザ光１から放射した光を３
つに分岐し、図１と同様に一つの分岐光はアレーアンテ
ナ５３から放射させる第１の放射ビーム５４−１の周波
数と等しい周波数だけ第１の光周波数変換器３−１で偏
移させ、第１の反射型空間光強度変調素子２０−１に第
１のビーム光１０−１として照射させる。また、一つの
分岐光はアレーアンテナ５３から放射させる第２の放射
ビーム５４−２の周波数と等しい周波数だけ第２の光周
波数変換器３−２で偏移させ、第２の反射型空間光強度
変調素子２０−２に第２のビーム光１０−２として照射
させる。さらに、一つの分岐光は周波数を変えずに、図
１と同様に空間に放射し、ローカルビーム光１８として
ビーム合成器３５−１に照射する。

【００５８】第１、第２のビーム光１０−１、１０−２
はそれぞれ第１、第２の反射型空間光強度変調素子２０
−１、２０−２のオンにした反射鏡２１の空間分布で反
射し、各反射光１１−１、１１−２は、第１、第２の反
射型空間光強度変調素子２０−１、２０−２とフーリエ
変換レンズ３０との間に設置したビーム合成器３５−２
により合成され、フーリエ変換レンズ３０へ放射する。

【００５９】この合成光はフーリエ変換レンズ３０を透
過し、ビーム合成器３５−１によりローカルビーム光１
８と合成し、サンプリング光ファイバアレー４０に放射
する。サンプリング光ファイバアレー４０を構成する各
光ファイバ４１−１乃至４１−Ｎに入射した光は、各光
ファイバ４１−１乃至４１−Ｎを伝搬し、各々光電変換
器５０−１乃至５０−Ｎにより電気信号に変換される。

【００６０】光電変換器５０−１乃至５０−Ｎでは、第
１のビーム光１０−１とローカルビーム光１８との周波
数の差と等しい第１のマイクロ波信号と、第２のビーム
光１０−２とローカルビーム光１８との周波数の差と等
しい第２のマイクロ波信号が発生する。各光電変換器５
０−１乃至５０−Ｎで発生するマイクロ波信号の強度、
位相はそれぞれ第１、第２のビーム光１１−１、１１−
２の振幅と基準光の振幅の積に比例し、位相に対応する
ものが独立に発生する。

【００６１】これらの第１、第２のマイクロ波信号をア
レーアンテナ５３を構成する各アンテナ素子５２−１乃
至５２−Ｎに給電することにより、アレーアンテナ５３
から２つの放射ビーム５４−１、５４−２が放射され
る。

【００６２】本実施の形態の構成では、二つの反射型空
間光強度変調素子２０−１乃至２０−２に別々の光を照
射し、各反射型空間光強度変調素子２０−１、２０−２
を独立に制御できるため、２つの放射ビーム５４−１、
５４−２は各々独立して制御できる。

【００６３】また本実施の形態は、２つの反射型空間光
強度変調素子２０−１、２０−２を用いて、アレーアン
テナ５３の２つの放射ビーム５４−１、５４−２を発生
させるものであるが、レーザ１から放射した光をさらに
分岐し、新たな反射型空間光強度変調素子２０で反射光
を制御し、新たなビーム合成器３５で合成させることに
より、アンテナから放射させるビーム５４を追加させる
ことができる。

【００６４】実施の形態４．以上の実施の形態では、フ
ーリエ変換レンズ３０に対して、サンプリング光ファイ
バアレー４０と反対側の空間で第１、第２のビーム光を
光合成器３５で合成させた後、第１、第２のビーム光１
１−１、１１−２を同一のフーリエ変換レンズ３０に入
射させていたが、次に、第１、第２のビーム光を別々の
フーリエ変換レンズ３０に入射させる実施の形態を示
す。

【００６５】図４はこの発明の実施の形態４による光制
御型フェーズドアレーアンテナの構成を示す図であり、
このような場合の構成を説明したものである。第１、第
２のビーム光１０−１、１０−２を各々別々の反射型空
間光強度変調素子２０−１、２０−２に照射し、各々の
反射光１１−１、１１−２を別々のフーリエ変換レンズ
３０−１、３０−２に入射させ、各々のフーリエ変換レ
ンズ透過光を第１のビーム合成器３５−１で合成し、合
成光を第２のビーム合成器３５−２により基準光１８と
合成し、サンプリングアレー４０に照射する。

【００６６】アレーアンテナ５３から複数の放射ビーム
５４毎に反射型空間光強度変調素子２０、フーリエ変換
レンズ３０を使用できるため、複数の放射ビーム５４を
生成させるときの柔軟性が向上する。

【００６７】実施の形態５．以上の実施の形態では、第
１、第２の反射型空間光強度変調素子２０−１、２０−
２での反射ビーム光１１−１、１１−２を合成させた
後、一つのローカルビーム光１８と合成させていたが、
次に、各アレーアンテナ５３からの放射ビーム５４毎に
異なるローカルビーム光１８を使用する実施の形態を示
す。

【００６８】図５はこの発明の実施の形態５による光制
御型フェーズドアレーアンテナの構成を示す図であり、
このような場合の構成を説明するものである。第１のレ
ーザ１−１から放射した光を２つに分岐し、一つの分岐
光を第１の光周波数変換器３−１により、アレーアンテ
ナ５３から放射させる第１のマイクロ波の放射ビーム５
４−１の周波数分、周波数を偏移させ、第１のビーム光
１０−１として第１の反射型空間光強度変調素子２０−
１に照射させる。別の分岐光はそのままレンズ８−１で
ビーム幅を調整して第１のビーム合成器３５−１に放射
させる。

【００６９】同様に、第２のレーザ１−２から放射した
光を２つに分岐し、一つの分岐光を第２の光周波数変換
器３−２により、第２のマイクロ波の放射ビーム５４−
２の周波数分、周波数を偏移させ、第２のビーム光１０
−２として第２の反射型空間光強度変調素子２０−２に
照射させる。別の分岐光はそのままレンズ８−２でビー
ム幅を調整して第２のビーム合成器３５−２に放射させ
る。

【００７０】第１のビーム光は第１の反射型空間光強度
変調素子２０−１で所定の強度分布で反射し、第１のフ
ーリエ変換レンズ３０−１を透過し、この第１の透過光
１１−１は前述の第１の基準光と第１のビーム合成器３
５−１で合成される。

【００７１】同様に、第２のビーム光は第２の反射型空
間光強度変調素子２０−２で所定の強度分布で反射し、
第２のフーリエ変換レンズ３０−２を透過し、この第２
の透過光１１−２は前述の第２の基準光と第２のビーム
合成器３５−２で合成される。

【００７２】以上の２つの合成光を第３のビーム合成器
３５−３で合成し、サンプリング光ファイバアレー４０
に照射、サンプリングさせ、サンプリングされた合成光
は各光ファイバ４１−１乃至４１−Ｎを介して光電変換
器５０−１乃至５０−Ｎで光電変換され、マイクロ波信
号が発生する。このマイクロ波信号はマイクロ波のアレ
ーアンテナ５３から放射する。

【００７３】アレーアンテナから放射させるビーム５４
毎に異なるレーザを用いるので、例えば、マイクロ波ビ
ーム毎にレーザ光の波長帯を変えた光ファイバ４１−１
乃至４１−Ｎへの波長多重し、光波長フィルタを挿入す
ることにより、光の波長帯により異なる光検出器(光電
変換器)およびアレーアンテナに分岐することも可能で
ある。

【００７４】実施の形態６．前述の実施の形態では、ロ
ーカルビーム光１８とフーリエ変換レンズ透過光１１と
を光合波器３５で合成し、サンプリング光ファイバアレ
ー４０に入射させていたが、図６に示すようにローカル
ビーム光１８を反射型空間光強度変調素子２０側から放
射させ、フーリエ変換レンズ３０側を透過させてもよ
い。これにより光合成器を省略できる。

【００７５】実施の形態７．前述の実施の形態では、ロ
ーカルビーム光１８を直接フーリエ変換レンズ３０に入
射させていたが、図７に示すようにローカルビーム光１
８をレンズ８−２を介して、反射型空間光強度変調素子
２０に照射し反射させて、フーリエ変換レンズ３０を透
過させてもよい。

【００７６】これにより、ローカルビーム光１８と第１
のビーム光１１がフーリエ変換レンズに入射する角度差
は小さくなるため、フーリエ変換レンズ３０の収差の影
響を軽減できる。また、ローカルビーム光１８の強度分
布を反射型空間光強度変調素子２０により制御できるた
め、ビーム走査、ビーム成型の制御の柔軟性が向上す
る。

【００７７】実施の形態８．前述の２つの実施の形態で
は、フーリエ変換レンズ３０に入射する反射型空間光強
度変調素子２０で反射したビーム光１１と、ローカルビ
ーム光１８の向きを一致させることができないため、各
光電変換器５０−１乃至５０−Ｎに入射する合成光の位
相を一致させることができず、アレーアンテナ５３の正
面方向など、放射ビーム５４を向けることができない方
向が存在する。

【００７８】そこで本実施の形態では、光ファイバ４１
−１乃至４１−Ｎの長さをビーム光１１とローカルビー
ム光１８の傾きに応じて変える。例えば、反射型空間光
強度変調素子２０の中心の素子にビーム光１０を照射し
たときに、各光電変換器５０−１乃至５０−Ｎで光電変
換された電気信号の位相が全て一致するように各光ファ
イバ４１−１乃至４１−Ｎの長さを校正することによ
り、アレーアンテナ５３の正面方向にも放射ビーム５４
を向けることができる。

【００７９】実施の形態９．前述の実施の形態では、各
光ファイバ４１−１乃至４１−Ｎの長さを変えることに
より校正するものであるが、これは光電変換器５０−１
乃至５０−Ｎとアンテナ素子５２−１乃至５２−Ｎ間に
マイクロ波の移相器、あるいは遅延線路を挿入して各光
ファイバで移相量や遅延量が異なるようにしてもよい。

【００８０】実施の形態１０．また、既に述べたいずれ
の実施の形態において、全ての光ファイバ５０−１乃至
５０−Ｎの長さ、及び光電変換器５０−１乃至５０−Ｎ
の出力端からアレーアンテナ５４の各アンテナ素子５３
−１乃至５３−Ｎまでの線路長の長さに誤差があるとア
レーアンテナ５３から放射するビーム５４の形状が所望
の形状と異なってしまう。

【００８１】これは光電変換器５０−１乃至５０−Ｎと
アンテナ素子５３−１乃至５３−Ｎ間に可変マイクロ波
移相器あるいは可変マイクロ波遅延線(線路)を挿入する
ことにより、光ファイバ、あるいはマイクロ波線路長に
製造誤差があったり、環境による変動が生じても補正で
きる。

【００８２】また、この補正は、各サンプリング光ファ
イバ５０−１乃至５０−Ｎ線路中に可変光遅延線を挿入
してもよい。マイクロ波の移相器はマイクロ波の周波数
依存性があるが、光遅延線(線路)はマイクロ波の周波数
に依存しないため、広帯域マイクロ波信号にも対応でき
る。

【００８３】実施の形態１１．以上の実施の形態では、
反射型空間光強度変調素子２０で反射した第１のビーム
光１１とローカルビーム光１８とを光合成器３５で空間
的に合成し、サンプリング光ファイバアレー４０に照射
させていたが、図８に示すように、第１のビーム光１１
のみをサンプリング光ファイバアレー４０でサンプリン
グし、サンプリング光と、ローカルビーム光１８を平板
光導波路や光ファイバなどによる光導波路型の光合成器
４２−１乃至４２−Ｎを用いて光ファイバ４１−１乃至
４１−Ｎ中で合成しても良い。これにより光学系のアラ
イメントを容易にすることができる。

【００８４】実施の形態１２．以上に述べた各実施の形
態では、反射型空間光強度変調素子２０の中から一つの
反射鏡２１をオンにして、オンにする反射鏡２１を順次
切り替えることにより放射ビーム５４を走査している
が、これは図９に示すように隣接する複数の反射鏡２１
を同時にオンにしても良い。

【００８５】図９の(ｂ)は反射型空間光強度変調素子２
０を構成する複数の反射鏡２１のオン、オフの状態を１
次元で示したものであり、(ａ)は反射鏡２１の状態によ
るアレーアンテナ５３からの放射ビーム５４のビーム幅
を模式的に示したものである。図９の(ｂ)中、黒はオン
状態の反射鏡を、白はオフ状態の反射鏡を示す。

【００８６】反射型空間光強度変調素子２０のオンにす
る反射鏡の分布を２０−１のようにした場合の、放射ビ
ームの分布が５４−１、反射鏡の分布を２０−２のよう
にした場合の放射のビームの分布が５４−２、のように
対応する。

【００８７】図のように、隣接する複数の反射鏡２１を
同時にオンにし、反射領域を広げることにより放射ビー
ム５４の幅を太くすることができる。また、同時にオン
にする反射鏡の数が増えるので、反射型空間光強度変調
素子２０で反射する光量が増大し、ダイナミックレンジ
を向上させることができる。図９は１次元で説明してい
るが、２次元に拡張しても同様である。

【００８８】実施の形態１３．オンにする一つの、ある
いは複数の反射鏡２１を切り替えてビームを走査する場
合、放射ビーム５４の幅が細い場合、放射ビーム５４を
向けられる方向に隙間ができることがある。

【００８９】図１０は複数の反射鏡を同時にオンにし、
オンにする反射鏡の範囲を順次、ずらしたビーム走査の
この発明による実施の形態を示したものである。反射型
空間光強度変調素子２０のオンにする反射鏡の分布を図
１０の(ｂ)の２０−１のようにした場合の、放射ビーム
の分布が図１０の(ａ)の５４−１、反射鏡の分布を２０
−２のようにした場合の放射のビームの分布が５４−
２、のように対応する。これにより放射ビーム５４の幅
を太くし、隣接方向の放射ビーム５４とオーバラップさ
せるので、放射ビーム５４が覆う領域に抜けが生じなく
なる。

【００９０】実施の形態１４．以上の実施の形態の形態
では、隣接する領域内で複数の反射鏡２１を同時にオン
にしていたが、オンにする反射鏡２１の領域内で、例え
ば、図１１のように、中心付近は全ての反射鏡２１をオ
ンにし、周辺部ではオンにする反射鏡２１の数を減らす
ことにより、擬似的に反射光の強度を周辺部で小さくな
るように、強度分布を制御することができる。

【００９１】図１１では、反射型空間光強度変調素子２
０−１の状態に対して、２０−２、２０−３で周辺部の
反射鏡の数を減らしている。一般に、アレーアンテナ５
３の各アンテナ素子５２−１乃至５２−Ｎへの給電電力
を中心付近のアンテナ素子で高く、周辺部分で低くなる
ようにテーパ分布をつけることによりアレーアンテナ５
３からの放射ビーム５４のパターンのサイドローブを低
減できることが知られている。

【００９２】前述のように、オンにする反射鏡２１の分
布を制御することにより、擬似的に反射光１１の強度分
布を制御し、サイドローブなどの放射ビーム５４のパタ
ーン制御が実現できる。

【００９３】以上の説明は、周辺部でオンにする反射鏡
２１の数を減らしたものであるが、中心付近の反射鏡２
１のオン、オフを制御するなど、周辺部の反射鏡２１に
限ったものではない。

【００９４】実施の形態１５．以上の実施の形態では光
ファイバ４１−１乃至４１−Ｎを並べてサンプリング光
ファイバアレー４０を構成していた。図１２はサンプリ
ング光ファイバアレー４０の先端付近のこの発明による
実施の形態を示したものである。図１２のように、サン
プリング光ファイバアレー４０を構成する各光ファイバ
４１−１乃至４１−Ｎの前(光サンプリング側)に小型レ
ンズ４５−１乃至４５−Ｎを装着しても良い。

【００９５】一般的なシングルモード用の光ファイバ４
１はクラッド４６の径１２５μｍに対して、コア４３径
は約１０μｍと開口率は１％以下と非常に小さいために
受光効率が低いが、レンズ４５を装着することにより開
口率が向上し、サンプリング光ファイバアレー４０への
入射光は各光ファイバ４１−１乃至４１−Ｎの各コア４
３−１乃至４３−Ｎ付近に集光され、コア４３に結合す
る光量が増え、ダイナミックレンジを向上させることが
できる。

【００９６】レンズ４５は球面レンズに限らず、円筒型
で中心の屈折率が高く、外周部に行くに従い屈折率が連
続的に低くなる分布屈折率型レンズを用いても良い。図
１３４はこの発明による実施の形態を示したものであ
る。円筒形の分布屈折率型レンズは長さにより結像特性
を制御でき、レンズ端面あるいは近傍を焦点面にするこ
ともできる。焦点面をレンズ端面あるいは近傍にするこ
とにより、レンズ付きサンプリング光ファイバアレー４
０を組み立てる時のレンズと光ファイバ間の位置の調整
を容易にすることができる。

【００９７】実施の形態１６．前記、円筒型分布屈折率
型レンズに変えて、分布屈折率型光ファイバ４７−１乃
至４７−Ｎ(一般にＧＩファイバと呼ぶ)をサンプリング
光ファイバアレー４０を構成する各光ファイバ４１−１
乃至４１−Ｎのサンプリング側に融着しても良い。一般
的なＧＩファイバのスポットサイズの直径は６０μｍ程
度あり、一般的なシングルモードファイバのコアの直径
１０μｍに対し、大きいので受光効率を向上させること
ができる。

【００９８】また、ＧＩファイバはシングルモードファ
イバに比べてモード分散が大きいため、伝送帯域が制限
されるという課題があるが、サンプリング面に近い場所
でシングルモードファイバに接続しても良い。これによ
り、モード分散の影響を低減できる。更に、ＧＩファイ
バの長さを短くすることにより、実施の形態１５の分布
屈折率型レンズと同様の形態をとることができる。

【００９９】実施の形態１７．前述の実施の形態では、
サンプリング光ファイバアレー４０を介して各光電変換
器５０−１乃至５０−Ｎに光を導いていたが、例えば図
１に示すフーリエ変換レンズ３０の後側焦点面３２であ
るサンプリング面に光電変換器５０−１乃至５０−Ｎを
アレー状に配置しても良い。

【０１００】実施の形態１８．以上の実施の形態では、
レーザ１から放射された分岐光の中から、周波数を偏移
させないものをローカルビーム光１８としていたが、基
準ビームの周波数を偏移させ、反射型空間光強度変調素
子２０に照射させるビーム光１０の周波数はそのままに
しても良い。または、両方を偏移させても良い。

【０１０１】実施の形態１９．以上の実施の形態では、
一つのレーザ１から放射した光を２分岐して、周波数変
換器３により片方の周波数を偏移させていたが、レーザ
１を直接変調する、あるいはレーザ１から放射した光を
外部変調器を用いて外部変調にするなどにより、変調に
より発生した周波数の異なる複数の光から、それらの差
がアレーアンテナから放射させるマイクロ波の周波数と
なる２つを、それぞれ光帯域フィルタである光波長フィ
ルタで取り出し、一方を反射型空間光強度変調素子２０
への照射光と、他方をローカルビーム光１８としても良
い。

【０１０２】実施の形態２０．レーザに所定の周波数間
隔で多数の周波数成分の光を同時に放射するレーザを使
用し、その放射光の中から、それらの差がアンテナから
放射させるマイクロ波の周波数となる２つを、それぞれ
光帯域フィルタである光波長フィルタで取り出し、一方
を反射型空間光強度変調素子２０への照射光と、他方を
ローカルビーム光１８としても良い。このようなレーザ
としては例えば、モードロックレーザが知られている。

【０１０３】実施の形態２１．以上の実施の形態では、
一つのレーザから放射した光を制御して周波数の異なる
２つの光を取り出していたが、単一周波数の光を放射す
るレーザを２つ用い、それらから放射する光の周波数差
を、アンテナから放射させるマイクロ波の周波数と等し
くなるようにレーザを制御しても良い。また例えば、複
数のレーザからの光の波長の互いの同期をとる位相同期
回路を設け、制御を行うようにしてもよい。

【０１０４】実施の形態２２．以上の実施の形態では、
フーリエ変換レンズ３０として透過屈折型の単レンズを
用いて説明したが、複数の透過屈折型レンズを組み合わ
せて構成してもよい。単レンズを用いた場合の焦点距離
と、複数のレンズを組み合わせた合成焦点距離とを等し
くすれば同等のビーム走査性能は得られ、かつ、光学系
の長さを短くすることができる。

【０１０５】実施の形態２３．以上の実施の形態では、
１枚あるいは複数枚の透過屈折型レンズを用いて構成し
ていたが、反射型レンズで構成、あるいは透過屈折率型
レンズと反射型レンズを組み合わせて構成しても良い。
反射型を用いることにより光学系の全長を短くすること
ができ、また、レンズの色収差を低減することも可能で
ある。

【０１０６】なお、上記各実施の形態におけるレーザか
ら分岐する分岐光の数は必要に応じて選択可能で、分岐
光の数分だけ必要の構成を設ければよい。

【０１０７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、レーザ
から放射した光を第１、第２の分岐光に分岐する光分岐
部と、第１の分岐光の周波数を変換する光周波数変換器
と、周波数変換された第１の分岐光を所望の強度分布で
反射させる、多数の反射鏡を含む反射型空間光強度変調
素子と、この反射型空間光強度変調素子で反射した第１
の分岐光を透過するフーリエ変換レンズと、このフーリ
エ変換レンズを透過した第１の分岐光と前記第２の分岐
光とを合成する光合成器と、この光合成器による合成光
をサンプリングする、複数Ｎ本の光ファイバからなる光
ファイバアレーと、この光ファイバアレーでサンプリン
グされた光を光電変換する複数Ｎ個の光電変換器と、こ
の光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数Ｎ
個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、を備え、
前記反射型空間光強度変調素子の各反射鏡の反射特性を
制御することで、前記アレーアンテナからの放射ビーム
を制御することを特徴とする光制御型フェーズドアレー
アンテナとしたので、第１の分岐光の振幅分布を反射型
空間光強度変調素子による反射光で形成するので、フー
リエ変換レンズ方向に放射するビーム光の空間分布を高
速かつ柔軟に制御することができ、アレーアンテナから
の放射ビームを任意のパターンで高速かつ柔軟に制御で
きる。また、オンにする反射鏡を順次切り替えることに
より、２次元の高速ビーム走査も可能となる。

【０１０８】また、前記反射型空間光強度変調素子で、
同時に複数の領域で反射鏡を制御して、前記アレーアン
テナから複数のビームを放射するようにしたので、オン
する反射鏡の数、位置に応じて、放射ビームを同時に複
数の方向に向けることができる。

【０１０９】また、レーザ光を３つ以上のＭ個に分岐す
る光分岐部と、第１から第Ｍ−１の分岐光に対し各々の
分岐光の周波数を変換するＭ−１個の光周波数変換器
と、周波数変換されたＭ−１個の分岐光について各々の
光の反射強度分布を制御するＭ−１個の反射型空間光強
度変調素子と、これらの反射型空間光強度変調素子から
のＭ−１個の反射光を合成する第１の光合成器と、この
第１の光合成器からの合成光を透過するフーリエ変換レ
ンズと、このフーリエ変換レンズの透過光と第Ｍの分岐
光を合成する第２の光合成器と、この第２の光合成器に
よる合成光をサンプリングする、複数Ｎ本の光ファイバ
からなる光ファイバアレーと、この光ファイバアレーで
サンプリングされた光を光電変換する複数Ｎ個の光電変
換器と、この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生
する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナ
と、を備え、アレーアンテナから放射する複数のビーム
を独立に制御することを特徴とする光制御型フェーズド
アレーアンテナとしたので、複数の反射型空間光強度変
調素子に別々の光を照射し、各反射型空間光強度変調素
子を独立に制御できるため、複数の放射ビームは各々独
立して制御できる。

【０１１０】また、レーザ光を３つ以上のＭ個に分岐す
る光分岐部と、第１から第Ｍ−１の分岐光に対し各々の
分岐光の周波数を変換するＭ−１個の光周波数変換器
と、周波数変換されたＭ−１個の分岐光について各々の
光の反射強度分布を制御するＭ−１個の反射型空間光強
度変調素子と、これらのＭ−１個の反射型空間光強度変
調素子からのＭ−１個の反射光の各々を透過するＭ−１
個のフーリエ変換レンズと、これらのフーリエ変換レン
ズを透過したＭ−１個の透過光を合成する第１の光合成
器と、Ｍ−１個の透過光が合成された合成光と、第Ｍの
分岐光を合成する第２の光合成器と、この第２の光合成
器による合成光をサンプリングする、複数Ｎ本の光ファ
イバからなる光ファイバアレーと、この光ファイバアレ
ーでサンプリングされた光を光電変換する複数Ｎ個の光
電変換器と、この光電変換器の出力に従い放射ビームを
発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテ
ナと、を備え、アレーアンテナから放射する複数のビー
ムを独立に制御することを特徴とする光制御型フェーズ
ドアレーアンテナとしたので、アレーアンテナから複数
の放射ビーム毎に反射型空間光強度変調素子、フーリエ
変換レンズを使用できるため、複数の放射ビームを生成
させるときの柔軟性が向上する。

【０１１１】また、それぞれ請求項１記載の前記光分岐
部、光周波数変換器、反射型空間光強度変調素子および
光合成器からなる複数の構成部と、前記各構成部から放
射された光を合成する第２の光合成器と、この第２の光
合成器による合成光をサンプリングする、複数Ｎ本の光
ファイバからなる光ファイバアレーと、この光ファイバ
アレーでサンプリングされた光を光電変換する複数Ｎ個
の光電変換器と、この光電変換器の出力に従い放射ビー
ムを発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーア
ンテナと、を備え、アレーアンテナから放射する複数の
ビームを独立に制御することを特徴とする光制御型フェ
ーズドアレーアンテナとしたので、アレーアンテナから
放射させるビーム毎に異なるレーザを用いるので、例え
ば、マイクロ波ビーム毎にレーザ光の波長帯を変えた光
ファイバへの波長多重し、光波長フィルタを挿入するこ
とにより、光の波長帯により異なる光電変換器およびア
レーアンテナに分岐することも可能となる。

【０１１２】また、レーザから放射した光を第１、第２
の分岐光に分岐する光分岐部と、第１の分岐光の周波数
を変換する光周波数変換器と、周波数変換された第１の
分岐光を所望の強度分布で反射する、多数の反射鏡を含
む反射型空間光強度変調素子と、この反射型空間光強度
変調素子で反射した第１の分岐光と第２の分岐光を透過
するフーリエ変換レンズと、このフーリエ変換レンズを
透過した第１、第２の分岐光をサンプリングする、複数
Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、この光
ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変換する
複数Ｎ個の光電変換器と、この光電変換器の出力に従い
放射ビームを発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなる
アレーアンテナと、を備え、前記反射型空間光強度変調
素子の各反射鏡による反射光の空間強度分布を制御する
ことで、前記アレーアンテナからの放射ビームを制御す
ることを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ
としたので、光合成器を省略できる。

【０１１３】また、レーザから放射した光を第１、第２
の分岐光に分岐する光分岐部と、第１の分岐光の周波数
を変換する光周波数変換器と、前記第２の分岐光および
周波数変換された第１の分岐光を所望の強度分布で反射
する、多数の反射鏡を含む反射型空間光強度変調素子
と、この反射型空間光強度変調素子で反射した第１、第
２の分岐光を透過するフーリエ変換レンズと、このフー
リエ変換レンズの透過光をサンプリングする、複数Ｎ本
の光ファイバからなる光ファイバアレーと、この光ファ
イバアレーでサンプリングされた光を光電変換する複数
Ｎ個の光電変換器と、この光電変換器の出力に従い放射
ビームを発生する複数Ｎ個のアンテナ素子からなるアレ
ーアンテナと、を備え、前記反射型空間光強度変調素子
の各反射鏡による反射光の空間強度分布を制御すること
で、前記アレーアンテナからの放射ビームを制御するこ
とを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナとし
たので、第２の分岐光である基準ビーム光と第１の分岐
光がフーリエ変換レンズに入射する角度差は小さくなる
ため、フーリエ変換レンズの収差の影響を軽減できる。
また、サンプリング光ファイバアレーに入射する基準ビ
ーム光の強度分布を反射型空間光強度変調素子により制
御できるため、ビーム走査、ビーム成型の制御の柔軟性
が向上する。

【０１１４】また、光ファイバアレーを構成する複数Ｎ
本の光ファイバの長さを、各光ファイバ毎に設定できる
ようにしたので、各光電変換器で光電変換された電気信
号の位相が全て一致するように各光ファイバの長さを校
正することにより、放射ビームの校正を行うことがで
き、例えばアレーアンテナの正面方向にも放射ビームを
向けることができる。

【０１１５】また、各光ファイバに接続された各々の光
電変換器とアンテナ素子間にマイクロ波移相器または遅
延線路を挿入し、各素子毎に位相量または遅延量を設定
できるようにしたので、上記と同様に放射ビームの校正
を行うことができる。

【０１１６】また、光ファイバアレーを構成する各光フ
ァイバ中に可変光遅延線路を設けるようにしたので、光
遅延線路はマイクロ波の周波数に依存しないため、広帯
域マイクロ波信号にも対応できる。

【０１１７】また、各光電変換器と各アンテナ素子間に
可変マイクロ波移相器または可変遅延線路を設けるよう
にしたので、光ファイバ、あるいはマイクロ波線路長に
製造誤差があったり、環境による変動が生じても補正で
きる。

【０１１８】また、光周波数変換器で周波数変換されな
い分岐光を合成する光合成器の代わりに、光導波路型の
光合成器を光ファイバアレーの各光ファイバ中に設け、
光ファイバアレーで合成するようにしたので、光学系の
アライメントを容易にすることができる。

【０１１９】また、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
を制御する領域の面積を変えることで、アレーアンテナ
から放射するビームの幅を制御するようにしたので、隣
接する複数の反射鏡を同時にオンにし、反射領域を広げ
ることにより放射ビームの幅を太くすることができる。
また、同時にオンにする反射鏡の数が増えるので、反射
型空間光強度変調素子で反射する光量が増大し、Ｓ／Ｎ
を向上させることができる。

【０１２０】また、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
で、隣接する複数の反射鏡を同時に制御し、これをずら
しながらアレーアンテナから放射するビームを制御する
ようにしたので、これにより放射ビームの幅を太くし、
隣接方向の放射ビームとオーバラップさせるので、放射
ビームが覆う領域に抜けが生じなくなる。

【０１２１】また、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
を複数の領域で同時に制御し、各領域内の制御する反射
鏡の数を変えることで、アレーアンテナから放射するビ
ームの形状を制御するようにしたので、オンにする反射
鏡の分布を制御することにより、擬似的に反射光の強度
分布を制御し、サイドローブなどの放射ビームのパター
ン制御が実現できる。

【０１２２】また、光ファイバアレーを構成する各光フ
ァイブのサンプリング側にレンズアレーを設けるように
したので、受光効率を向上させることができる。

【０１２３】また、円筒形状で屈折率が外周に近づくに
従い低くなるレンズを設けるようにしたので、レンズの
長さにより結像特性を制御でき、レンズ端面あるいは近
傍を焦点面にすることもでき、焦点面をレンズ端面ある
いは近傍にすることにより、レンズ付きサンプリング光
ファイバアレーを組み立てる時のレンズと光ファイバ間
の位置の調整を容易にすることができる。

【０１２４】また、光ファイバアレーのサンプリング側
に、分布屈折率型光ファイバを接続するようにしたの
で、これはシングルモードファイバに比べてコアが大き
いので受光効率を向上させることができる。

【０１２５】また、前記光ファイバアレーの代わりに前
記複数の光電変換器をフーリエ変換レンズ透過光または
光合成器による合成光をサンプリングするサンプリング
面にアレー状に配したことを特徴とする光制御型フェー
ズドアレーアンテナとしたので光ファイバアレーが不要
となる。

【０１２６】また、前記光周波数変換器の代わりに、レ
ーザから放射した光を変調する変調手段と、変調により
発生した複数の周波数成分のレーザ光の中から複数の光
を抽出する光帯域フィルタと、を備えたことを特徴とす
る光制御型フェーズドアレーアンテナとしたので光周波
数変換器が不要となる。

【０１２７】また、前記光周波数変換器の代わりに、複
数の波長を同時に放射するレーザと、レーザ放射光の中
から周波数の異なる複数のレーザを抽出する光帯域フィ
ルタと、をさらに備えたので光周波数変換器が不要とな
る。

【０１２８】また、前記光周波数変換器の代わりに、複
数のレーザと、これらの各レーザからの光の波長の互い
の同期をとる位相同期回路と、を備え、各レーザから放
射した光を分岐光としたことを特徴とする光制御型フェ
ーズドアレーアンテナとしたので光周波数変換器が不要
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態３による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態４による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態５による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態６による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態７による光制御型フェ
ーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態１１による光制御型フ
ェーズドアレーアンテナの構成を示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態１２による光制御型フ
ェーズドアレーアンテナを説明するための図である。

【図１０】 この発明の実施の形態１３による光制御型
フェーズドアレーアンテナを説明するための図である。

【図１１】 この発明の実施の形態１４による光制御型
フェーズドアレーアンテナを説明するための図である。

【図１２】 この発明の実施の形態１５による光制御型
フェーズドアレーアンテナを説明するための図である。

【図１３】 この発明の実施の形態１６による光制御型
フェーズドアレーアンテナを説明するための図である。

【図１４】 従来の光制御型フェーズドアレーアンテナ
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ、２ マイクロ波発振器、３ 光周波数変換
器、８ レンズ、９光ファイバ、１０ 第１のビーム
光、１１ 反射光、１７ 第２のビーム光、１８ ロー
カルビーム光、２０ 反射型空間光強度変調素子、２１
反射鏡、３０フーリエ変換レンズ、３１ 前側焦点
面、３２ 後側焦点面、３５ ビーム合成器(光合成
器)、４０ サンプリング光ファイバアレー、４１、４
７ 光ファイバ、４２ 光ファイバ合波器、４３ コ
ア、４５ 小型レンズ、４６ クラッド、５０ 光電変
換器、５１ 電力増幅器、５２ アレーアンテナ素子、
５３ アレーアンテナ、５４ 放射ビーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA13 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA24 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザから放射した光を第１、第２の分
   岐光に分岐する光分岐部と、 第１の分岐光の周波数を変換する光周波数変換器と、 周波数変換された第１の分岐光を所望の空間強度分布で
   反射する、多数の反射鏡を含む反射型空間光強度変調素
   子と、 この反射型空間光強度変調素子で反射した第１の分岐光
   を透過するフーリエ変換レンズと、 このフーリエ変換レンズを透過した第１の分岐光と前記
   第２の分岐光とを合成する光合成器と、 この光合成器による合成光を空間的にサンプリングす
   る、複数Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレー
   と、 この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変
   換する複数Ｎ個の光電変換器と、 この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数
   Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、 を備え、 前記反射型空間光強度変調素子の各反射鏡による反射光
   の空間強度分布を制御することで、前記アレーアンテナ
   からの放射ビームを制御することを特徴とする光制御型
   フェーズドアレーアンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光制御型フェーズドアレ
   ーアンテナにおいて、前記反射型空間光強度変調素子
   で、同時に複数の領域で反射鏡を制御して、前記アレー
   アンテナから同時に複数のビームを放射することを特徴
   とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
3. 【請求項３】 レーザ光を３つ以上のＭ個に分岐する光
   分岐部と、 第１から第Ｍ−１の分岐光に対し各々の分岐光の周波数
   を変換するＭ−１個の光周波数変換器と、 周波数変換されたＭ−１個の分岐光について各々の光の
   反射強度分布を制御するＭ−１個の反射型空間光強度変
   調素子と、 これらの反射型空間光強度変調素子からのＭ−１個の反
   射光を合成する第１の光合成器と、 この第１の光合成器からの合成光を透過するフーリエ変
   換レンズと、 このフーリエ変換レンズの透過光と第Ｍの分岐光を合成
   する第２の光合成器と、 この第２の光合成器による合成光をサンプリングする、
   複数Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、 この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変
   換する複数Ｎ個の光電変換器と、 この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数
   Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、 を備え、アレーアンテナから放射する複数のビームを独
   立に制御することを特徴とする光制御型フェーズドアレ
   ーアンテナ。
4. 【請求項４】 レーザ光を３つ以上のＭ個に分岐する光
   分岐部と、 第１から第Ｍ−１の分岐光に対し各々の分岐光の周波数
   を変換するＭ−１個の光周波数変換器と、 周波数変換されたＭ−１個の分岐光について各々の光の
   反射強度分布を制御するＭ−１個の反射型空間光強度変
   調素子と、 これらのＭ−１個の反射型空間光強度変調素子からのＭ
   −１個の反射光の各々を透過するＭ−１個のフーリエ変
   換レンズと、 これらのフーリエ変換レンズを透過したＭ−１個の透過
   光を合成する第１の光合成器と、 Ｍ−１個の透過光が合成された合成光と、第Ｍの分岐光
   を合成する第２の光合成器と、 この第２の光合成器による合成光をサンプリングする、
   複数Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、 この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変
   換する複数Ｎ個の光電変換器と、 この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数
   Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、 を備え、アレーアンテナから放射する複数のビームを独
   立に制御することを特徴とする光制御型フェーズドアレ
   ーアンテナ。
5. 【請求項５】 それぞれ請求項１記載の前記レーザ、光
   分岐部、光周波数変換器、反射型空間光強度変調素子、
   フーリエ変換レンズおよび光合成器からなる複数の構成
   部と、 前記各構成部から放射された光を合成する第２の光合成
   器と、 この第２の光合成器による合成光をサンプリングする、
   複数Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、 この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変
   換する複数Ｎ個の光電変換器と、 この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数
   Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、 を備え、アレーアンテナから放射する複数のビームを独
   立に制御することを特徴とする光制御型フェーズドアレ
   ーアンテナ。
6. 【請求項６】 レーザから放射した光を第１、第２の分
   岐光に分岐する光分岐部と、 第１の分岐光の周波数を変換する光周波数変換器と、 周波数変換された第１の分岐光を所望の強度分布で反射
   する、多数の反射鏡を含む反射型空間光強度変調素子
   と、 この反射型空間光強度変調素子で反射した第１の分岐光
   と第２の分岐光を透過するフーリエ変換レンズと、 このフーリエ変換レンズを透過した第１、第２の分岐光
   をサンプリングする、複数Ｎ本の光ファイバからなる光
   ファイバアレーと、 この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変
   換する複数Ｎ個の光電変換器と、 この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数
   Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、 を備え、 前記反射型空間光強度変調素子の各反射鏡による反射光
   の空間強度分布を制御することで、前記アレーアンテナ
   からの放射ビームを制御することを特徴とする光制御型
   フェーズドアレーアンテナ。
7. 【請求項７】 レーザから放射した光を第１、第２の分
   岐光に分岐する光分岐部と、 第１の分岐光の周波数を変換する光周波数変換器と、 前記第２の分岐光および周波数変換された第１の分岐光
   を所望の強度分布で反射する、多数の反射鏡を含む反射
   型空間光強度変調素子と、 この反射型空間光強度変調素子で反射した第１、第２の
   分岐光を透過するフーリエ変換レンズと、 このフーリエ変換レンズの透過光をサンプリングする、
   複数Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバアレーと、 この光ファイバアレーでサンプリングされた光を光電変
   換する複数Ｎ個の光電変換器と、 この光電変換器の出力に従い放射ビームを発生する複数
   Ｎ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、 を備え、 前記反射型空間光強度変調素子の各反射鏡による反射光
   の空間強度分布を制御することで、前記アレーアンテナ
   からの放射ビームを制御することを特徴とする光制御型
   フェーズドアレーアンテナ。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載のアンテナにおい
   て、光ファイバアレーを構成する複数Ｎ本の光ファイバ
   の長さを、光ファイバアレーでの位置により変えたこと
   を特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
9. 【請求項９】 請求項６または７記載のアンテナにおい
   て、各光ファイバに接続された各々の光電変換器とアン
   テナ素子間にマイクロ波移相器または遅延線路を挿入
   し、各移相量または遅延量が各光ファイバで異なること
   を特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし８のいずれか記載のア
    ンテナにおいて、光ファイバアレーを構成する各光ファ
    イバ中に可変光遅延線路を設けたことを特徴とする光制
    御型フェーズドアレーアンテナ。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし７および９のいずれか
    記載のアンテナにおいて、各光電変換器と各アンテナ素
    子間に可変マイクロ波移相器または可変遅延線路を設け
    たことを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテ
    ナ。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし５のいずれか記載のア
    ンテナにおいて、光周波数変換器で周波数変換されない
    分岐光を合成する光合成器の代わりに、光導波路型の光
    合成器を光ファイバアレーの各光ファイバに設け、光フ
    ァイバアレーで合成することを特徴とする光制御型フェ
    ーズドアレーアンテナ。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし５のいずれか記載のア
    ンテナにおいて、反射型空間光強度変調素子の反射鏡を
    制御する領域の面積を変えることで、アレーアンテナか
    ら放射するビームの幅を制御することを特徴とする光制
    御型フェーズドアレーアンテナ。
14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３のいずれか記載の
    アンテナにおいて、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
    で、隣接する複数の反射鏡を同時に制御し、これをずら
    しながらアレーアンテナから放射するビームを制御する
    ことを特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。
15. 【請求項１５】 請求項１ないし１４のいずれか記載の
    アンテナにおいて、反射型空間光強度変調素子の反射鏡
    を複数の領域を同時に制御し、各領域内の制御する反射
    鏡の数を変えることで、アレーアンテナから放射するビ
    ームの形状を制御することを特徴とする光制御型フェー
    ズドアレーアンテナ。
16. 【請求項１６】 請求項１ないし１５のいずれか記載の
    アンテナにおいて、光ファイバアレーの光サンプリング
    側にレンズアレーを設けたことを特徴とする光制御型フ
    ェーズドアレーアンテナ。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載のアンテナにおいて、
    円筒形状で屈折率が外周に近づくに従い低くなるレンズ
    を設けたことを特徴とする光制御型フェーズドアレーア
    ンテナ。
18. 【請求項１８】 請求項１ないし１５のいずれか記載の
    アンテナにおいて、光ファイバアレーを構成する各光フ
    ァイバのサンプリング側に、分布屈折率型光ファイバを
    接続したことを特徴とする光制御型フェーズドアレーア
    ンテナ。
19. 【請求項１９】 請求項１ないし７、１１、１３ないし
    １５のいずれか記載のアンテナにおいて、前記光ファイ
    バアレーの代わりに前記複数の光電変換器を前記光合成
    器による合成光をサンプリングするサンプリング面にア
    レー状に配したことを特徴とする光制御型フェーズドア
    レーアンテナ。
20. 【請求項２０】 請求項１ないし１９のいずれか記載の
    アンテナにおいて、前記光分岐部および周波数変換器の
    代わりに、 レーザから放射した光を変調する変調手段と、 変調により発生した複数の周波数成分のレーザ光の中か
    ら複数の光を抽出する光帯域フィルタと、 を備えたことを特徴とする光制御型フェーズドアレーア
    ンテナ。
21. 【請求項２１】 請求項１ないし１９のいずれか記載の
    アンテナにおいて、前記光分岐部および周波数変換器の
    代わりに、 複数の波長を同時に放射するレーザと、 レーザ放射光の中から周波数の異なる複数のレーザ光を
    抽出する光帯域フィルタと、 をさらに備えたことを特徴とする光制御型フェーズドア
    レーアンテナ。
22. 【請求項２２】 請求項１ないし１９のいずれか記載の
    アンテナにおいて、前記光分岐部および周波数変換器の
    代わりに、 複数のレーザと、 これらの各レーザからの光の波長の互いの同期をとる位
    相同期回路と、 を備え、各レーザから放射した光を分岐光としたことを
    特徴とする光制御型フェーズドアレーアンテナ。