JP2004526999A - 光ファイバと協働するトランシーバ装置 - Google Patents

Abstract

光ファイバ（１）と協働するトランシーバ装置（３０）は、ビーム形成器（３２）、半透明素子（３５）及びセンサ（３１）を有する。センサ（３１）は、二次元且つ位置感知型である。ビーム形成器（３２）によって形成されるビーム（３３）の一部（４４）は、センサ（３１）に送信される。ビーム形成器（３２）によって形成されると共にセンサ（３１）によって検出されるビーム（４４）の位置は、光ファイバから出射するビーム（４４）の位置と比較される。制御可能なビーム移動素子（３９）を、ビーム形成器（３２）によって形成されるビーム（４４）が光ファイバ（１）を出射するビーム（２）と同じ位置でセンサ（３１）に当たるように制御するための手段（３８）が、ビーム形成器（３２）と半透明素子（３５）との間に、設けられる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載のトランシーバ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような装置は、公衆の閲覧に付された日本国特許出願公開平１１−０２３９１６から既知である。この既知の装置において、光ファイバは正確な、従って高価な機械的手段によって、ビーム形成器及びセンサに対して整列されなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、整列が、単純で好適には自動的な態様で実現されるトランシーバ装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、トランシーバ装置が、
− 前記センサは二次元且つ位置感知型であることと、
− 制御可能なビーム移動素子が前記ビーム形成器と前記半透明素子との間に設けられていることと、
− 第１の制御手段が、前記制御可能なビーム移動素子のための制御信号を生成するために、前記センサ及び前記制御可能なビーム移動素子に結合され、前記制御信号は前記センサから受信される位置信号に応答することと、
− 前記センサに前記ビームの第２の部分を送信するための第２の制御手段と、
により特徴付けられることにより実現される。
【０００５】
その結果、ビーム形成器によって光ファイバの入射表面に形成されたビームの位置は、第１制御手段及び制御可能なビーム移動素子を介して、少なくとも前記ビームの一部をセンサ上の特定の位置に検出することによって、センサによって再結合された。これは、ビーム形成器によって形成されるビームのセンサ上の位置を移動させて、この位置が、ファイバによって出力されるビームがセンサに当たる位置と同一になるようにすることを可能にする。その結果、入射ビームは、出射ビームがファイバから出射するのと同じ位置で光ファイバに到達する。
【０００６】
本発明によるトランシーバの１つの実施例において、制御可能なビーム移動素子は電気的に制御可能である。
【０００７】
本発明によるトランシーバの他の実施例において、前記第２の制御装置はミラーリング素子を有し、前記半透明素子はビームスプリッティングプリズムを有し、前記ミラーリング素子はビームスプリッティングプリズムの反射側を有する。
【０００８】
その結果、比較的コンパクトな装置が得られる。
【０００９】
本発明によるトランシーバの１つの実施例において、ビーム形成器によって形成されるビームが入射する反射面及び／又は入射面は、湾曲している。
【００１０】
その結果、ビーム形成器によって形成されるビームは、ビームスプリッティングプリズムの湾曲した表面によって、光ファイバの入射面とセンサとの両方に、追加の光学素子なしで、又は、集束のための比較的単純な光学素子を用いて、比較的コンパクトな装置で集束される。
【００１１】
本発明によるトランシーバ装置の他の実施例において、前記位置感知センサは複数の別個のセンサ素子を有し、前記別個のセンサ素子の各々は、それぞれのセンサ素子に入射するビームの強度に大きさが依存する出力信号を送出し、いかなるセンサ素子の最大寸法も、最大でも、前記センサ素子の位置における前記光ファイバによって出力される前記ビームの回折限界スポットの直径の半分に等しく、前記センサのセンサ素子を備えた部分の直径の寸法が、前記光ファイバによって出力される前記ビームの直径よりも大きく、前記位置感知センサは、前記各センサ素子からの前記出力信号の大きさを決定する手段を更に有する。
【００１２】
これは、極めて小さい寸法、従って非常に小さいキャパシタンスを有するセンサ素子によって、センサ上のビームの位置を決定することを可能にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ここで、添付の図面を参照して更に詳細に説明される。図１において、参照番号１は、ビーム２を出力する光ファイバを示す。出力されたビーム２は、センサ３に当たる。センサ３はセンサ素子４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを有し、これらはビーム２の反転を感知する。多くの場合、センサ素子４ａ〜４ｄの各々はフォトダイオードであり、入射放射線に応答してキャパシタ素子内の電位差を与える。センサ素子の表面積が大きいほど関連したキャパシタンスは大きくなる。関連したキャパシタンスを可能な限り低く保持して、変調ビーム２の形の信号を最高変調周波数で処理することを可能にすることが望ましい。従来技術のセンサは、センサ４ａ〜４ｄ（以後センサ４とも呼ばれる）について、当該センサに関連したキャパシタンスの関連で最小の寸法を用いることと、他方で、光ファイバ１の一端のセンサ３に対する容易な機械的位置決めを可能にするために、最大寸法を有することとの間の妥協点を見付けようとする。センサ３が大きいほど、光ファイバ１の端がセンサ３に対して位置決めされるべき機械的精密さに対する要件は厳しくなくなる。
【００１４】
センサ３は、多数の高感度センサ素子４を有する（図３を参照のこと）。センサ素子４ａのピクセルの直径の寸法は、矢印ａによって示される。光ファイバ１からのビーム２は、好適には、直径の寸法ａと同じくらい小さな直径を有する。しかしながら、光ファイバ１の開口数によって決定される直径よりも小さい直径を有するスポットを得ることは可能でない。光ファイバ１を通じて伝送されると共に前記光ファイバ１をビーム２として出射するビームの波の特性に基づくと、達成可能な最小のスポットサイズは、回折限界スポットサイズである。
【００１５】
センサ素子の直径の寸法ａは、センサ３のビーム２の回折限界スポットの直径の半分より小さい。このようにして、多くのセンサ素子４にビーム２が当たる。回折限界直径を有するスポットは、図３の参照番号５によって概略的に示される。
【００１６】
ビーム２に存在する光信号を電気信号、磁気信号又は温度信号等の他の種類の信号に変換するセンサ３に対して光ファイバ１を正確に整列することに関する主要な問題は、光ファイバ１の端の、センサ３に対しての永久的に正確な整列の必要性である。この整列は、機械的衝撃及び振動を受ける。このような衝撃及び振動は、両矢印ｂによって概略的に示されているように、ビーム２及びセンサ３を互いに対して移動させる。本発明の枠内においては、従来技術のように、振動及び衝撃の発生を可能な限り防止するということは試みられず、代わりにセンサ３を、ビーム２のセンサ３に対する移動がセンサ３によって送出される信号に対して悪影響を有しないように設計することが試みられた。
【００１７】
図３において、参照番号６及び７は、センサ３の位置におけるビーム２の寸法を例示により２つの位置に示す。ビーム６及び７の直径の寸法が、最小でも回折限界スポット５の対応する直径の寸法と同じ大きさであることは、理にかなっている。
【００１８】
図２は、種々のセンサ素子４ａ〜４ｄからの出力信号が、供給手段９を介して処理回路８に供給される態様を示す。この供給手段９は、センサ３の各センサ素子４からの出力信号の全ては処理装置８に供給しないように構成される。これを可能にするために、供給手段９は調整可能である。更に、センサ３のセンサ素子４からの出力信号に依存して供給手段９の調整を制御する調整手段１０が示される。センサ３のセンサ素子４からの出力信号は、ライン１１を介して供給手段９の入力に供給される。ライン１２を介して同出力信号が調整手段１０の入力に供給される。
【００１９】
調整手段１０は、各センサ素子４について、その瞬間にライン１１に存在する当該センサ素子からの出力信号が、供給手段９によってライン１４を介して処理装置８に供給されるべきかされないべきかを決定する信号を、後述する態様でライン１３を介して送出するように構成される。調整手段１０は、ライン１２を介して調整手段１０に入る信号の大きさを決定するための手段１５を有する。そのために、前記手段１５はしきい値回路１６を有する。ライン１２上の出力信号の大きさに依存して調整手段１０からの出力信号がライン１３に存在し、この調整手段１０は、ライン１１上の供給手段９の入力に存在する前記出力信号をライン１４を介して処理装置８に中継するように供給手段９を調整する。
【００２０】
それ自体は既知である制御装置１７（図３を参照）は、センサ素子４を読み取るように構成される。この読み取りが起こる速度は、ビーム２の変調の正確な追従を可能にするのに十分なほど高い。
【００２１】
センサ素子４によってカバーされる領域が、参照番号６及び７によって示されるようなビーム２の直径より大きい（直径の寸法ｃを参照）ので、円６及び７に含まれる領域内のセンサ素子４のみが、それぞれ、ライン１１及び１２上にゼロでない出力信号を誘導する。他の全てのセンサ素子４は、ゼロ信号を誘導し、ライン１４上の信号に寄与しない。従って、ビーム２が毎回改めて当たらないセンサ素子４を読み取ることは、あまり意味がない。調整手段１０は、ライン１８を介して制御装置１７に結合されている。調整手段１０は、どのセンサ素子４がゼロ信号を誘導するか、従ってセンサ素子４の規則的な読取に含まれる必要がないか、について前記ライン１８を介して制御装置１７に知らせる。センサ３に対するビーム２の前記移動に追従することができるためには、ビーム２が当たるセンサ素子４のみが（好適には前記素子の周りのセンサ素子の円も）毎回改めて読み取られればよい。
【００２２】
センサ３上の限られた数のセンサ素子４のみを読み取るための上記の制御装置１７の調整は、センサ素子４が読み取られるたびに行われてもよいが、代わりにこれは、ある期間ごとに行われてもよく、この後制御装置１７の調整は多くの読取りの間変化されない。ライン１８を介した制御装置１７の再調整は、制御装置がナイキスト判定法によるセンサ３に対するビーム２の移動の周波数に追従することが可能であるような更新周波数でのみ起こればよい。即ち、制御装置１７が調整手段によってリセットされる所定の時点間の期間は、センサ３に対するビーム２の移動の最も高い周波数の期間の半分より小さい。調整手段１０は、この目的のためにタイマー手段２０を備えてもよい。図３は、センサ３を有し、更に、制御装置１７、調整手段１０及び供給手段９を有する集積回路２１を概略的に示す。制御装置１７及び／又は調整手段１０及び／又は供給手段９は、必ずしもセンサ３と同じ集積回路上に構成される必要があるわけではない。
【００２３】
前述において、調整手段１０は、センサ３のセンサ素子４からの出力信号の一部がライン１３上の信号に変換され、出力信号の他の一部が変換されないように構成されると説明された。この結果、供給手段９は当該の出力信号をライン１１からライン１４へ中継する。代わりに、最も強い出力信号、例えば電気信号の場合であれば電流又は電圧等が最大振幅を有するような信号だけを、ライン１１からライン１４に供給することが可能である。
【００２４】
上記した態様で、ある時点でのビーム２からの変調信号を表す、最終的にライン１４上に乗せられる信号は、センサ３に対するビーム２の如何なる動きにも独立して存在することになる。更に、調整手段１０を介して、最も強い出力信号だけがライン１４に供給されるように構成されることができる。
【００２５】
調整信号をライン１８を介して制御装置１７に供給して、ビーム２のセンサ３に対する機械的移動が信号損失に至る前に新しい調整が得られるようにすることによって得られる効果は、読み取られるセンサ３のセンサ素子４に対してのビーム２の動的で連続的な整列が起こるということである。
【００２６】
供給手段９は、多数決装置２２を含んでもよい。センサ３の読取りごとにライン１４に供給される複数のセンサ素子４からの出力信号の場合、読み取られるセンサ素子４のうちの多数によって示されるような信号を中継することが有利であり得る。場合によっては、種々の出力信号の重み付けを行ってもよい。ビーム直径７の中心近くの位置のセンサ素子４からの出力信号には、ビーム直径７の端近く又は端を僅かに越えた場所に配置されたセンサ素子４からの出力信号よりも、大きな重みを割当ててもよい。
【００２７】
センサ３に対するビーム２の整列もまた、所定の時点での光ファイバ１を介した所定の信号の送信を通じて所定の時点で起こってもよく、光ファイバ１から生じるビーム２に対してどのセンサ素子４がどのような態様で応答するかを検知する。
【００２８】
図４は、トランシーバ装置３０を示す。受信モードにおいて、ビーム２は光ファイバ１により出力されセンサ３１に当たる。送信モードにおいて、ビーム形成器３２（それ自体は既知である）はビーム３３を形成し、このビームは、適切な集束手段及び半透明素子３５（それら自体は既知である）を介して光ファイバ１の入射面３６上へ集束される。
【００２９】
前述においてはビーム２のセンサ３１との整列のみが説明されたが、今回は光ファイバ１によるビーム３３の整列も考慮する。そのために、装置３０は、半透明素子３５、反射素子３７、二次元位置感知センサ３１、制御手段３８及びビーム３３を移動するためのビーム移動素子３９を有する。
【００３０】
最初に、ビーム２は光ファイバ１からセンサ３１に向けられる。これは、ビーム２が当たるセンサ３１の（図４の面及び図４の面に垂直な面内の）位置に関する情報を提供する。この情報は、中でも、センサ３１の制御装置３８へのライン４０で利用可能である。制御装置３８は、以下で更に詳細に説明されるように、当該情報が更に処理されるために記憶されることができるメモリ部分を有する。続いて、ビーム形成器３２は集束装置３４を介して半透明素子３５の方向にビーム３３を送信する。この素子３５において、ビーム３３は光ファイバ１の方向のビーム４１と、ミラー３７の方向に直進するビーム４２とに分割される。本実施例において、ミラー３７は、ビーム４２を矢印の端４３により示されるように来た方向に反射する平らなミラーである。このときミラー３７によって反射される放射線の一部は、半透明素子３５によってセンサ３１の方向にビーム４４として反射される。ビーム４４がセンサに当たる位置の座標がライン４０を介して制御装置３８に中継されることは、ビーム４４についてもあてはまる。従って制御装置３８は、ビーム２がセンサ３１に当たる位置及びビーム４４がセンサに当たる位置の両方を「知る」ことになる。ビーム４４がビーム２と正確にほぼ同じ位置でセンサ３１に当たることを保証するために、センサ３１上のビーム２と４４との間の位置の差から、当業者に既知である適切なソフトウェアによって、ビーム３３がどの方向及びどの程度ビーム移動素子３９によって移動されるべきかが、単純に計算されることができる。ビーム４４がビーム２と同じ方向に伸びるため、ビーム４１もビーム２と同じ方向に伸びる。従って、ビーム４１はビーム２が出射する正確な位置で光ファイバ１の表面３６に当たり、ビーム４４がビーム２と正確にほぼ同じ位置でセンサ３１に当たることを保証する。このように、光ファイバ１とのビーム形成器３２の優れた整列が単純且つ非機械的な態様で得られる。
【００３１】
好適には、ビーム移動素子３９は、２つの異なる方向にビームを移動することができる電気的に駆動可能なビーム移動素子３９ａ及び３９ｂから成り、好適にはこれらビーム移動素子は互いに垂直に延在する。例えば、このような装置は、それ自体既知である異方性の複屈折の光板によって形成される。このような光板は、印加される電界の値に依存する限度で、自身に平行に入射ビームを移動する。また、上述したもの以外の駆動可能なビーム移動素子が、本発明の枠組内で用いられてもよい。唯一の条件は、出射するビームの位置及び／又は方向が、供給されるべき信号（電気、機械、圧電、熱等）に応じて、入射ビームの位置又は方向と異なるようになるということである。
【００３２】
装置の機械的精度を強化するために、ビームスプリッティングプリズムが半透明素子３５として用いられてもよい。
【００３３】
更に、より高い精度を得る目的で、図５に示すように反射素子３７がビームスプリッティングプリズム３５の水平表面に配置されていてもよい。
【００３４】
より高い精度を得て且つ集束装置３４に課される光学的要件を緩和するために、例えば、ビーム４４の長さがビーム４１の長さと異なる場合、反射素子３７が構成されるビームスプリッティングプリズム３５の１つの表面は、湾曲していてもよい。凹状の反射素子３７が一例として図６に示される。状況によっては凸状の反射素子３７を設けることも望ましいかもしれない。
【００３５】
更に精度を高め且つ集束装置３４に課される要件を緩和するために、ビーム３３が入射するビームスプリッティングプリズム３５の１つの表面は、湾曲していてもよい。この全ては図７中に概略的に示されている。
【００３６】
装置の頑丈さを向上させるために、半透明素子３５（例えばビームスプリッティングプリズム３５）は、センサ３上に構成されてもよい。
【００３７】
反射素子３７に湾曲を設けること及び／又は半透明装置３５のビーム３３の入射面上に湾曲を設けることが、ビーム形成器によって送信され得る望ましくない波長の寄生共振空洞の形成防止を助けることができることに注意されたい。
【００３８】
必須ではないが好適には、二次元位置感知センサ３１は、図１〜３を参照して説明されるセンサである。
【００３９】
種々の実施例及び修正が、上記を読んだ当業者にとっては明らかである。このような実施例及び修正例の全ては本発明の範囲内であるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバ及びセンサを概略的に示す。
【図２】センサから処理回路に信号を供給するための本発明による回路を概略的に示す。
【図３】図２による集積回路を概略的に示す。
【図４】光ファイバと協働するトランシーバ装置を概略的に示す。
【図５】ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【図６】ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【図７】ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。

Claims (19)

1. 光ファイバと協働するトランシーバ装置であって、当該トランシーバは第１のビームを形成するためのビーム形成器を有し、前記第１のビームの第１の部分は前記ファイバに入力され、当該トランシーバはセンサに結合された半透明素子を更に有し、前記センサは前記ファイバから出射する第２のビームを検知する、トランシーバ装置において、
   − 前記センサは二次元且つ位置感知型であることと、
   − 制御可能なビーム移動素子が前記ビーム形成器と前記半透明素子との間に設けられていることと、
   − 第１の制御手段が、前記制御可能なビーム移動素子のための制御信号を生成するために、前記センサ及び前記制御可能なビーム移動素子に結合され、前記制御信号は前記センサから受信される位置信号に応答することと、
   − 前記センサに前記ビームの第２の部分を送信するための第２の制御手段と、
   を特徴とするトランシーバ装置。
2. 請求項１に記載のトランシーバにおいて、前記制御可能なビーム移動素子が前記ビームを２つの異なる方向に偏向させるトランシーバ。
3. 請求項２に記載のトランシーバにおいて、前記２つの方向が互いにほぼ垂直であるトランシーバ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記制御信号が電気制御信号であるトランシーバ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記第２の制御手段がミラーリング素子を有するトランシーバ。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記半透明の素子がビームスプリッティングプリズムを有するトランシーバ。
7. 請求項６に記載のトランシーバにおいて、前記ミラーリング素子が前記ビームスプリッティングプリズムの反射側に含まれるトランシーバ。
8. 請求項７に記載のトランシーバにおいて、前記反射側が湾曲したトランシーバ。
9. 請求項６乃至８の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記ビームスプリッティングプリズムの入射側は湾曲しており、前記第１のビームはこの入射側に入射する、トランシーバ。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記位置感知センサは複数の別個のセンサ素子を有し、前記別個のセンサ素子の各々は、それぞれのセンサ素子に入射するビームの強度に大きさが依存する出力信号を送出し、いかなるセンサ素子の最大寸法も、最大でも、前記センサ素子の位置における前記光ファイバによって出力される前記ビームの回折限界スポットの直径の半分に等しく、前記センサのセンサ素子を備えた部分の直径の寸法が、前記光ファイバによって出力される前記ビームの直径よりも大きく、前記位置感知センサは、前記各センサ素子からの前記出力信号の前記大きさを決定する手段を更に有するトランシーバ。
11. 請求項１０に記載のトランシーバにおいて、前記センサ素子によって送出される出力信号を前記処理装置に供給するための調節可能な供給手段と、出力信号を供給するための前記供給手段を、前記センサ素子からの前記出力信号の前記大きさに依存して調整するための調整手段とを有し、前記調整手段は、前記各センサ素子からの前記出力信号の前記大きさを決定するための前記手段を有する、トランシーバ。
12. 請求項１１に記載のトランシーバにおいて、前記調整手段がしきい値回路を有するトランシーバ。
13. 請求項１１又は１２に記載のトランシーバにおいて、前記調整手段が前記供給手段を所定の時点で調整するためのタイマー手段を有する、トランシーバ。
14. 請求項１１乃至１３の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記調整手段が、相対的に最大の大きさを有する出力信号を送出するように前記供給手段を調整する、トランシーバ。
15. 請求項１３に記載のトランシーバにおいて、前記所定の時点の間の期間が、前記センサ上のビームの動きの最高周波数の周期の半分よりも小さい、トランシーバ。
16. 請求項１１又は１２に記載のトランシーバにおいて、前記供給手段は複数のセンサ素子から出力信号を供給するように調整されることができ、存在する出力信号に基づいて前記処理手段に供給される信号を決定する手段が設けられるトランシーバ。
17. 請求項１１乃至１４の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記センサ及び前記調整手段が単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。
18. 請求項１７に記載のトランシーバにおいて、前記供給手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。
19. 請求項１６並びに請求項１７及び１８の何れか１項に記載のトランシーバにおいて、前記決定手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。