JP2011508541A - 光空間伝送通信装置 - Google Patents

Abstract

本体（６）と、第１の位置（Ｃ）で本体に固定される少なくとも１つのレンズ（９）と、レンズまで所定の距離（Ｚｂｃ）にある第２の位置（Ｂ）で光ファイバ（３）用のコネクタ（１１）を取り付ける手段とを備えたＦＳＯ通信装置（４）であって、レンズは自由空間を経由してＦＳＯ通信装置へ送信された光束（８）を光ファイバ内へ集束するように設計されていることを特徴とするＦＳＯ通信装置（４）。コネクタを取り付ける手段は、本体の膨張係数より大きな膨張係数をもつ温度補償デバイス（１０）であり、温度補償デバイスは本体に第３の位置（Ａ）で固定され、温度補償デバイスが温度変化によって伸縮することを可能とする自由端を有することを特徴とし、第２の位置は第３の位置と第１の位置の間に位置することを特徴とする。

Description

本発明は、一般的には、ＦＳＯＣ（自由空間光通信）通信装置またはＦＳＯＬ（自由空間光リンク）通信装置と呼ぶこともできるＦＳＯ（自由空間光学）通信装置に関するものである。

ＦＳＯ、ＦＳＯＬまたはＦＳＯＣシステムは、現状技術の自由空間無線周波数システムと比べると、広帯域など、いくつかの利点を提供する。ＦＳＯ通信システムは、無線システムと比べると、とりわけ、利用できる電磁波スペクトルの自由度、および無線周波数干渉を全く受けないことで優れているため、高速短距離伝送の多くの新しいプロジェクトにおいて優れた選択肢を与えるものである。反面、ＦＳＯシステムは、かすみ、霧および屈折率擾乱のような雰囲気条件に対してより敏感である。これらの条件は、無線波に比べて、より大きな強度フェージングを受信光信号に引き起こす。

例えば、ビルの揺れ、地震活動、ＦＳＯ通信装置上への雹や鳥の落下によって引き起こされる、通信中にある２つのＦＳＯ通信装置間のアライメント（位置）ずれは、ＦＳＯシステムに関するもう一つの問題点である。この問題は、ＵＳ−７１２０３６３−Ｂ２で取り上げられている。当文献によれば、２つのＦＳＯ通信装置の自動アライメント調整（位置合わせ）方法が開示されている。ＦＳＯ通信装置は、光信号を送信し、ＦＳＯ通信装置に結合され具備された光ファイバから光信号を受信するための、例えば、光信号発生器、光信号検出器およびレンズのような光学素子を備える。光学素子は、リニアモータと制御装置の助けによって光学素子の方位角と仰角の両方の調節ができるようなジンバルすなわち光学ケージの中に固定される。

米国特許第ＵＳ７１２０３６３Ｂ２号明細書

しかしながら、ＦＳＯシステムにはさらなる問題が存在する。その１つは、ＦＳＯ通信装置のようなＦＳＯデバイスの設置された環境における温度変動によって引き起こされる。光ファイバでは、コアの直径が通常は数ミクロンであり、それが比較的大面積のレンズにより捕捉された集束エネルギーの全てを受光しなければならないということを考慮すると、ＦＳＯ通信装置のようなレンズと光ファイバを用いることに基づく完全な光通信デバイスの製作は複雑である。レンズと光ファイバの間の距離は非常に微妙であり、十分なパワー・レベルを確保するためにはリンクの置かれたいかなる条件においても一定に保たれることが理想である。ＦＳＯ通信装置は、置かれた場所による気象条件の結果、熱せられたり冷やされたりするので、ＦＳＯ通信装置内の部品が伸縮し上記微妙な距離が変わってしまうので、これは実際には達成するのが困難である。

本発明の目的は、ＦＳＯ通信装置に影響を及ぼす温度変動によって引き起こされる上記の問題を少なくとも低減することである。

本発明は、本体と、第１の位置で本体に固定される少なくとも１つのレンズと、レンズから所定の距離にある第２の位置で光ファイバ用のコネクタを取り付ける手段とを備えたＦＳＯ通信装置であって、レンズは自由空間を経てＦＳＯ通信装置へ送信されてきた光束を光ファイバへ集束するように設計されていることを特徴とするＦＳＯ通信装置に関係する。コネクタを取り付ける手段は、本体の膨張係数よりも大きな膨張係数をもつ温度補償デバイスである。温度補償デバイスは、第３の位置で本体に固定され、温度補償デバイスが温度変化に従って伸縮するのを可能とする自由端を有する。第２の位置は第３の位置と第１の位置の間に位置する。これにより、雰囲気温度の変化のために、本体の長さおよびそれに伴うレンズの位置が第３の位置に対して変化しても、第１と第２の位置との間における対応する距離の変化は、本体にコネクタを取り付ける手段が本体と同じ材料でできている場合よりも小さくなるということが達成される。このようにして、雰囲気温度変化に起因するレンズとコネクタ間の距離の変化は、少なくともいくらかは補償される。

１つの実施形態によれば、本体は管状であり、レンズと温度補償デバイスは本体の中に取り付けられる。これにより、本体はレンズと温度補償デバイスを、例えば、汚染から保護し、同時に小型のＦＳＯ通信装置を提供することが達成される。

このような実施形態によれば、温度補償デバイスは、管状であり、本体の内壁よりも小さな直径を有する一般的な円筒形の外装面と温度補償デバイスの内部にコネクタ用の接合部とを備えた一体部品である。これにより、温度補償デバイスの製造は比較的簡単になり、また、コネクタが本体内部の温度補償デバイス内に設置され、コネクタが、例えば、降雨から光ファイバの端部をよりよく保護することができる、ということが達成される。

外装面は、Ｏ−リングを保持するための少なくとも１つの外装面の円周方向に設けられた円周溝を備えてもよい。これにより、温度補償デバイスの直径が本体の内壁の直径よりも小さいので、膨張または収縮時に温度補償デバイスの自由端のより正確な案内が達成される。

ＦＳＯ通信装置は、ＦＳＯ通信装置の方向を調節するための手動式微調整機構を備えてもよい。これにより、ＦＳＯ通信装置がすでにアンカーサポート（固定用支持台）に取り付けられていても、ＦＳＯ通信装置の位置合わせは手動で調整することができるようになる。また、自動制御式調整機構の代わりに手動式微調整機構を持つことによって高価な電気モータおよび電子制御ユニットの必要性を回避できる。

ＦＳＯ通信装置は、レンズを降雨から少なくとも部分的に保護するように設計された保護デバイスを備えてもよい。これにより、ＦＳＯ通信装置の保守は、レンズが降雨に晒される場合に比べて頻繁に行う必要がなくなるようになる。

ＦＳＯ通信装置は、本体上に望遠照準器搭載用レールを備えてもよい。これにより、人がＦＳＯ通信装置を、例えば、対向するＦＳＯ通信装置と位置合わせするのを助けるために、望遠照準器をＦＳＯ通信装置上に搭載することができるようになる。

本体はアルミニウム合金で作られ、温度補償デバイスは重合体材料で作られていてもよい。より具体的には、本体は６０００番台のアルミニウム合金で作られ、温度補償デバイスはポリプロピレンで作られていてもよい。より具体的には、本体はアルミニウム合金６０６１で作られ、温度補償デバイスはポリプロピレン共重合体で作られてもよい。これによって、温度変化に対するよりよい補償が可能な軽量・安価なＦＳＯ通信装置ができる。

本体と温度補償デバイスの膨張係数の比は、第３の位置から第２の位置までの距離と第３の位置から第１の位置までの距離との比とほぼ同じであってもよい。これにより、少なくとも本体と温度補償デバイスの膨張係数がそれぞれほぼ一定である温度範囲においては、レンズと光ファイバ間の距離は雰囲気温度が変わってもほぼ維持することができる。

ＦＳＯ通信装置はパッシブ（受動）型であってよい。それ故に、２、３の部品しか持たず、複雑な電子回路を必要としない安価なＦＳＯ通信装置が実現可能となる。

本発明の特徴および目的、利点、効果は、本発明の実施形態によるＦＳＯシステムとＦＳＯ通信装置に関する以下の詳細説明を付属の図面と合わせて読むことにより、より容易に理解されよう。
ＦＳＯシステムの実施形態を概略的に示す図である。 本発明によるＦＳＯ通信装置の実施形態の切断図である。 ＦＳＯ通信装置の実施形態の搭載用支持台を示す図である。 温度補償デバイスの実施形態を示す図である。 温度補償デバイスの実施形態の長手方向における断面図である。 本体の実施形態と温度補償デバイスの実施形態の断面図である。 微調整機構の実施形態を示す透視図である。 ＦＳＯ通信装置の実施形態の透視図と部分切断図である。 保護デバイスの実施形態を示す図である。 固定用支持台上に搭載されたＦＳＯ通信装置の実施形態の透視図である。 本発明による方法を概略的に示す図である。

本発明は、いろいろな変形と代替の構成を含むが、本発明の実施形態は図面に示され、以下に詳細に説明される。しかしながら、特定の記述と図面は、本発明を開示される特定の形態に制限しようとするものではないと理解すべきである。それどころか、請求される本発明の範囲は、付属の請求項に表現された本発明の精神と技術範囲の範疇である全ての変形及び代替の構成を含むものと意図されている。

図１は、例えば、イーサネット、高速イーサネット、ギガビット・イーサネット、ＩＥＥＥ８０２．１１標準およびＦＤＤＩ（光ファイバ分散データ・インタフェース）に基づく第１のＬＡＮ（構内通信網）１のデータが、少なくとも１つの通信装置・デバイス２を経由して天井まで、以下の記述では第１の光ファイバと呼ばれる光ファイバ３によって送信されている状況にあるＦＳＯシステムの基本原理の例を示す。データは、次に、以下の記述では第１のＦＳＯ通信装置と呼ばれるＦＳＯ通信装置４によって第１のビルディングＰ１から、対応する、対向する第２のＦＳＯ通信装置４ａへ送信される。第２のＦＳＯ通信装置４ａは、第２のビルディングＰ２上またはその内部に位置する。第１のＦＳＯ通信装置からの送信は、光の波長で放出される電磁波を通して、ビーム導波路を介することなく空気を通して光信号として伝搬される。このようにして、第１と第２のＦＳＯ通信装置の間に物理的に接触することのない光リンク５が形成される。第２のＦＳＯ通信装置４ａは、光信号を（不図示の）第２のＬＡＮへ第２の光ファイバ３ａを経由して送信する。この例はＦＳＯ通信装置を含むので、第１のＦＳＯ通信装置をより詳細に示している図２に示すように、通信は双方向で行うことができる。ＬＡＮに接続される代わりに、光ファイバ３および３ａは、他の種類のネットワーク、例えば、ＡＴＭ（非同期転送モード）および／またはＳＯＮＥＴ／ＳＤＳ（同期光ネットワーク／ＳＯＮＥＴディレクトリ・サービス）、または、ＦＳＯ技術に用いられている他の全てのプロトコルを用いたＷＡＮ（広域通信網）に接続されてもよいものと理解されたい。

ＦＳＯ通信装置によって送信される典型的な波長は、赤外光波長であり、信号を送信するため、すなわち非可視の、狭くて方向性を持った光のビームを発生する。光信号は、レーザ（輻射の誘導放出による光の増幅）またはＬＥＤ（発光ダイオード）システムによって発生することができ、発生した光は、人や動物の視覚を傷付けることのないように国際安全基準に適切に従っているべきものである。いくつかの特定の波長は光通信によく用いられるものであり、８５０ｎｍ、１３３０ｎｍまたは１５５０ｎｍ付近の波長である。しかしながら、本発明の範囲内に含まれる光信号の波長は、赤外、可視、及び紫外の波長を含む。

図２に示されたＦＳＯ通信装置は、第１のＦＳＯ通信装置の実施形態であるが、第２のＦＳＯ通信装置４ａは第１のＦＳＯ通信装置と同じように設計されるのが適当である。ＦＳＯ通信装置は、受動的で、安価で、設置するのが容易な、雰囲気温度変動に対してより強固なＦＳＯ通信システム内のユニットとして設計される。この実施形態では、第１のＦＳＯ通信装置は、円筒状の内壁４４と円筒状の外壁とを持つ管状の本体６と、円筒状の内壁および外壁をもつ管状の筐体７とを備える。管状の本体６は、この実施形態では筐体７の先端部にある、管状の本体６と筐体７との間の２軸のジンバル装置４０によって筐体７の内部に吊るされている。図２では、ほぼ平行な光線８は、光の波長領域において電磁波の伝搬方向におけるエネルギー伝送を概略的に示している。第２のＦＳＯ通信装置４ａによって送信された光ビームが管状の本体６内に搭載されたレンズ９に到達する。レンズ９は平行光線８を集束し、その結果、光線は第１の光ファイバのコアに達する。なお、第１の光ファイバは、受動性の温度補償デバイス１０の中心線に沿って固定されている。また、第１の光ファイバは、第１の光ファイバを第１のＦＳＯ通信装置にはめ込むためのコネクタ１１の助けを借りて軸合わせされている。これ以後は、光線８からのエネルギーが第１のＬＡＮ１の通信装置・デバイス２に送信され、より長い到達距離または視界外の距離への到達を目的とする電気光変換、光増幅、または信号再生を行うことができる。レンズ９による光線８の集束の結果、光線８は、既知の距離に直径数ミクロンで、第１の光ファイバのコアの寸法とほぼ同じかそれ以下の面積を持つ「点」を形成する。ここでファイバのコアは、温度補償デバイス１０が提供する支持装置の助けを借りて、まさに同じその既知の距離に正確に位置付けられ調整されている。図示の実施形態はレンズ９を１つだけ備えているが、本発明の他の実施形態は、光線を集束するために複数のレンズ９を備えてもよい。

図３は、固定および搭載用の支持台１２が第１のＦＳＯ通信装置を、三脚または固定の円筒状あるいは長方形の支柱のような固定構造または固定用支持台１３（図１０を参照）に搭載するときに、第１のＦＳＯ通信装置に行う位置合わせ調節の簡単さと実用性とを示している。搭載用支持台１２は、比較的軽くし、また作りやすくするために、ここでは基本的にはＬ字型であるが、搭載用支持台１２の強靭性を増すために補強部品１４を備えてもよい。第１のクランプ（留め金）１５の組は、ここではまっすぐな脚と円形の中心部をもつ２つのＵ字型の留め金の形をしており、第１のＦＳＯ通信装置を搭載用支持台１２上へ固定するために用いられる。Ｕ字型をした第３の留め金１６は、搭載用支持台１２を固定構造または固定用支持台１３の周りに固定して調節することが便利にできるように用いられる。これにより、第１のＦＳＯ通信装置は、対向する第２のＦＳＯ通信装置４ａに対して簡単に手動で調節することできる。例えば、第１のＦＳＯ通信装置を直接、搭載用支持台１２に固定するなどにより、第１のＦＳＯ通信装置を搭載用支持台１２に固定するために、搭載用支持台１２は、Ｕ字型留め金１５の第１の組を受け入れるための貫通孔が備わった第１の支持面１７を含む。搭載用支持台１２は、また、第１の支持面１７に垂直な第２の支持面１８を備える。第２の支持面１８は、搭載用支持台１２を固定構造又は固定用支持台１３に固定するために第３の留め金１６を挿入することができる貫通孔と細長くかつ湾曲した円弧状の貫通溝１９とが備わっている。第１の支持面１７および第２の支持面１８のそれぞれの反対側にある他の面上でナットと係合するために、全てのＵ字型留め金の脚はここを貫いている。貫通溝１９は、第１のＦＳＯ通信装置の仰角を容易かつ様々に調節できるようにしている。一方で、固定用支持台１３は、円筒状であれば、第１のＦＳＯ通信装置を固定用支持台１３の周りで水平面内の任意の位置に回転して固定できる。搭載用支持台１２は、このように、方位角と仰角において大いに満足できる角度調節を可能にする。代替の実施形態では貫通溝１９の代わりに複数の貫通孔が備えられてもよいが、それはステップ・バイ・ステップ（一段ごと）での調整になるだけであろう。

図４は、温度補償デバイス１０の実施形態をより詳しく示す。膨張は、第１のＦＳＯ通信装置がその設置後に晒される温度差によって引き起こされるが、この温度差は、気候と気象の影響および人為的な原因で引き起こされる。温度補償デバイス１０は、ここでは一般的には円筒状の外装面２０と温度補償デバイス１０の長手軸に関して対称で同心円の貫通孔とを有するポリマー材料による一体成形物であるが、本発明はこれにのみ限定されることはない。円筒状の外装面２０の直径は、本体６の内壁４４の直径よりも小さく、それゆえ、温度補償デバイス１０が本体６に適正に設置されると、温度補償デバイス１０と本体６との間に小さな空隙が作られる。貫通孔を規定する温度補償デバイス１０の内面の形状は、温度補償デバイス１０の固定端である第１の端面２１から、温度補償デバイス１０内に第１の光ファイバ用のコネクタ１１を挿入し設置することができるように設計されている。温度補償デバイス１０が本体６内に設置されたときは、第１の端面２１は、第１のＦＳＯ通信装置における裏端面の方向に向かっている。温度補償デバイス１０の第２の端面（以後自由端２３と呼ぶ。）から或る一定の距離でコネクタ１１を停止させるために、貫通孔の半径は徐々に変化しており、その内面の一部が、コネクタ１１用の接合部２２（図５を参照）として形成されている。それゆえ、この内面は温度補償デバイス１０の長手方向に垂直である。レンズ９から第１の光ファイバへの光ビームの入り口および第１の光ファイバからレンズ９への光ビームの出口のための、同心円で円錐台形状をした開口２４も、貫通孔の一部であり、温度補償デバイス１０の自由端２３に位置していて、開口２４の最大となる断面は自由端２３と一致している。接合部２２に向かうコネクタ１１の長手方向にねじ穴を設け、自由端２３と接合部２２との間の貫通孔２５に対応させることによって、コネクタ１１は、温度補償デバイス１０により確実に固定される。それゆえ、ねじは自由端側から貫通孔２５に導入され、コネクタ１１のねじ穴にねじ止めされ、コネクタ１１が温度補償デバイス１０から引き抜かれるのを防止する。外装面は、温度補償デバイス１０の自由端２３の近くに２つの平行な円周溝２６を備える。本体６内で伸縮するときに温度補償デバイス１０の案内をよくし、位置を安定にするために、溝２６は、例えば、ゴムで形成された２つのＯ−リング２７（図６を参照）を収容するように形成される。第１の端面２１の比較的近くに少なくとも２つのねじ穴２８があり、温度補償デバイス１０の対称軸／長手軸に向かって半径方向内側に伸びている。

図５は、温度補償デバイス１０の断面を示し、図６は、本体６内に設置された温度補償デバイス１０の断面図である。これらの図に示すように、温度補償デバイス１０は、第１の端面２１の近く、より正確には、固定手段、ここではねじの形態であるが、その固定手段が図６に示した第３の位置Ａにある本体６中の長く伸びた孔２８ｔと温度補償デバイス１０中の対応するねじ穴２８に挿入される位置でだけ固定されている。自由端２３は、ＦＳＯ通信装置の長手方向には完全に自由であり、温度補償デバイス１０は、位置合わせされた状態を崩すことなく本体６内を滑らかに滑ることができる。

図６は、また、第２の位置Ｂと第１の位置Ｃを示している。これは、第１のＦＳＯ通信装置の温度補償デバイス１０と本体６との間における距離の変化を説明するための助けになるであろう。第２の位置Ｂは、本体６の長手方向であって、コネクタ１１の先端面の位置、すなわち接合部２２の位置である。第１の位置Ｃは、レンズ９の所定の位置であり、ここでは、本体６の内部へ向かうレンズ９の内面の位置を示している。ＦＳＯ通信装置は、その製作にどのような材料が用いられても、雰囲気温度が変わるといつでも、材料を伸縮することによるかなりの寸法変化を受ける。これは、第１のＦＳＯ通信装置の開示された実施形態のような簡単で安価な光学系を持つＦＳＯ通信装置にとって許容できるものではない。なぜならば、コネクタを第１の位置Ｃと第３の位置Ａとの間にある第２の位置Ｂに固定する手段が、本体６内で本体自身より長さが短くなければならないからであり、これは、さもなければそのような手段が第１の光ファイバとレンズ９間の光信号を遮ることになるであろうという理由からである。収縮と膨張は、第３の位置Ａと第１の位置Ｃの間の距離Ｚａｃを変え、第１の光ファイバのコネクタ１１の端面が理想的な焦点からずれさせ、第１の光ファイバをレンズ９に関して前後に変位させる。その結果、光結合のエネルギーが浪費され、最終結果はＦＳＯシステムの全体としての弾力性が低下し有用性が低下することになる。それ故に、第２の位置Ｂと第１の位置Ｃの間における距離Ｚｂｃは、可能な限り維持すべきである。それ故に、温度補償デバイス１０は、本体６よりも大きな膨張係数をもつ材料で作られる。温度補償デバイス１０と本体６との膨張係数の差は、温度補償デバイス１０と本体６との物理的な寸法の差に正確に比例しているのが理想である。この発見の基礎は、線膨張係数を用いて長さ、面積、および体積の膨張の関係を導く熱膨張／収縮の線形性である。温度差ΔＴを材料が相変化を受けない範囲で選べば、物体の長さの変化分ΔＺは次式で与えられることを示すことができる。

ΔＺ＝Ｚ_０αΔＴ
ここでＺ_０は加熱される前の物体の初期の長さであり、αは材料の線膨張係数である。

このように、温度補償デバイス１０と本体６とは、同一の参照位置すなわち第３の位置Ａに固定されている。本体６は、第３の参照位置Ａと第１の参照位置Ｃ間の距離Ｚａｃを変えるような変化を受けるが、温度補償デバイス１０が、第３の位置Ａと第２の位置Ｂの間の距離Ｚａｂを変化させることで、第２の位置Ｂと第１の位置Ｃの間の距離Ｚｂｃを不変に保つようにする。温度補償デバイス１０の膨張係数が本体６の膨張係数よりも大きい限り、そして好適には温度補償デバイス１０の膨張係数と本体６の膨張係数との間の比率が第３の位置Ａから第１の位置Ｃまでの本体の長さと第３の位置Ａから第２の位置Ｂまでの温度補償デバイスの長さとの比率にできるだけ近い限り、温度補償デバイス１０は、このように非常に精密で、かつ安価なデバイスであり、それは、高伝達率、受動的、かつ安価なＦＳＯ通信装置と、および、このように安価なＦＳＯ通信システムとが適当な条件下で動作することを可能にするものであり、広い温度範囲でその有用性と動作マージンを確保する。受動性ゆえに、第１に、制御及び駆動または埋め込み電子回路のためのさらなるデバイスを必要としないだけでなく、第１の光ファイバのコネクタ１１の内部支持も温度補償デバイス１０によって提供されるので、受動的補償デバイスはＦＳＯ通信装置の製造に大きな経費を追加するようなものではない。温度補償デバイス１０は、簡単、かつ、線形変化においてミクロン・オーダの精度で、第１の光ファイバのコネクタ１１の先端面とレンズ９との間のリアルタイム（実時間）での寸法調整を提供する。

例えば、上記実施形態においては、本体６が、アルミニウム合金、例えば、（国際合金分類記号による）６０００番台のアルミニウム合金の中のよく用いられる合金である鍛造アルミニウム合金６０６１を用いて作られてもよい。合金６０６１は、中程度から高程度の強度を持つ多目的の熱処理可能成形合金であり、いくつかの熱強化グレード、例えば、６０６１−Ｏ、６０６１−Ｔ４、６０６１−Ｔ６、６０６１−Ｔ６５１および６０６１−Ｔ４２に製造されるのが普通である。線膨張係数は、線形熱膨張係数としても知られているが、典型的なアルミニウム合金６０６１では、２．３５ × １０^−５℃^−１である。温度補償デバイスの製造に関しては、低温度でも良好な衝撃特性を持ち、非改質ポリプロピレン・ホモ重合体と比べて破壊時に伸びがほとんど増加しない熱可塑性ポリプロピレン共重合体のような重合体材料を用いることができる。言い換えれば、熱可塑性ポリプロピレン共重合体は、非改質ポリプロピレン・ホモ重合体と比べて比較的低い温度でより良い伸縮性を保持する。市販の相当品の共重合体の例は、ポリウレタン、ポリエーテルエステルおよび、例えば、エステイン（Ｅｓｔａｎｅ）（登録商標）、ハイトレル（Ｈｙｔｒｅｌ）（登録商標）、ぺバックス（ＰＥＢＡＸ）（登録商標）、ＡＢＳプラスチック、エスビーアール（ＳＢＲ）、スチレン―イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）及びエチレンビニルアセテートのようなポリエーテルブロックアミドである。しかしながら、本発明の範囲は、本体の材料よりも大きな線膨張係数を持つ任意の材料を含むのは当然であり、非改質のポリプロピレン・ホモ重合体も含む。例えば、一般的には−４０℃から１２０℃の範囲で固体の、熱可塑性ポリプロピレン共重合体とほぼ同じ熱膨張係数を持つすべての重合体はここに用いることができる。熱可塑性ポリプロピレン共重合体の典型的な線膨張係数は、１０ × １０^−５℃^−１である。アルミニウム合金の本体で、図６における距離Ｚａｃが２４℃で３００ｍｍの場合、デバイスの完全補償のためには、熱可塑性ポリプロピレン共重合体でできた温度補償デバイスの距離Ｚａｂは２４℃で７０．５ｍｍでなければならない。異なる雰囲気温度に対する以下の４つの例は、上記の典型的な材料が用いられた場合の、本体６と温度補償デバイス１０の膨張または収縮の３つの場合を示す。
ケースＩ：雰囲気温度 ２４℃（上記と同一）
Ｚｂｃ＝Ｚａｃ−Ｚａｂ＝３００−７０．５ｍｍ＝２２９．５ｍｍ
ケースＩＩ：雰囲気温度 ５０℃
ΔＺａｃ＝Ｚａｃ × α × ΔＴ＝３００ｍｍ × ２．３５ × １０^−５℃^−１ × （５０℃−２４℃）＝１．８３３ｍｍ
ΔＺａｂ＝Ｚａｂ × α × ΔＴ＝７０．５ｍｍ × １０ × １０^−５℃^−１ × （５０℃−２４℃）＝１．８３３ｍｍ
Ｚｂｃ＝（Ｚａｃ＋ΔＺａｃ）−（Ｚａｂ＋ΔＺａｂ）＝３０１．８３３−７２．３３３＝２２９．５ｍｍ
ケースＩＩＩ：雰囲気温度 ０℃
ΔＺａｃ＝Ｚａｃ × α × ΔＴ＝３００ｍｍ × ２．３５ × １０^−５℃^−１ × （０℃−２４℃）＝−１．６９２ｍｍ
ΔＺａｂ＝Ｚａｂ × α × ΔＴ＝７０．５ｍｍ × １０ × １０^−５℃^−１ × （０℃−２４℃）＝−１．６９２ｍｍ
Ｚｂｃ＝（Ｚａｃ＋ΔＺａｃ）−（Ｚａｂ＋ΔＺａｂ）＝２９８．３０８−６８．８０８＝２２９．５ｍｍ
ケースＩＶ：雰囲気温度 −２０℃
ΔＺａｃ＝Ｚａｃ × α × ΔＴ＝３００ｍｍ × ２．３５ × １０^−５℃^−１ × （−２０℃−２４℃）＝−３．１０２ｍｍ
ΔＺａｂ＝Ｚａｂ × α × ΔＴ＝７０．５ｍｍ × １０ × １０^−５℃^−１ × （−２０℃−２４℃）＝−３．１０２ｍｍ
Ｚｂｃ＝（Ｚａｃ＋ΔＺａｃ）−（Ｚａｂ＋ΔＺａｂ）＝２９６．８９８−６７．３９８＝２２９．５ｍｍ
熱可塑性ポリプロピレン共重合体のようなほぼ等方的な材料、すなわち全ての方向で均一な性質の材料の熱膨張係数は、固体の状態（−４０℃から１２０℃）で温度とともに大きくは変化しない。

それゆえ、距離Ｚｂｃは上記の４つの場合に正確に同じである。上記の例はアルミニウム合金６０６１に関するものであるが、６０００番台シリーズ、２０００番台シリーズ、５０００番台シリーズおよび７０００番台シリーズのような他のアルミニウム合金およびスチールのような他の金属合金を本体６および筐体７として用いることもできる。

本体６と温度補償デバイス１０の間の空隙の寸法は、第１のＦＳＯ通信装置が動作するように構築された最高温度と最低温度に依存するのが好適である。例えば、アルミニウム合金６０６１でできた本体６内部では、線膨張係数が１０ × １０^−５℃^−１であるコポリマー（共重合体）でできた温度補償デバイス１０の外装面２０は、温度範囲１００℃に対して５８ｍｍである。これは、空隙がほぼ２．２ｍｍであることを必要とする。好適には、温度補償デバイス１０が本体６と同心円的状態を保ち、第１のＦＳＯ通信装置の位置合わせを保つためには、空隙が大きければ大きいほど、Ｏ−リング２７の断面直径は大きくすべきである。面積熱膨張及び体積熱膨張も有るように、膨張係数は３次元的な熱力学的性質であるので、外装面の直径は本体６の内壁４４の直径より小さくすべきである。金属とポリマー（重合体）とは通常は等方的であるので、熱膨張係数は単一の次元（寸法）にそって定義されるだけでよい。

搭載用支持台１２が設置され、第１のＦＳＯ通信装置が調整されると、第１のＦＳＯ通信装置の正しい方向を、第１のＦＳＯ通信装置に（ここでは第１のＦＳＯ通信装置の裏端面に）備えられた微調整機構２９の助けを借りてより正確に調整することができる。これについて図７と関連してより詳しく説明する。微調整機構２９は、２つのシャフト３０と３１を備え、これらは互いに垂直で、第１のＦＳＯ通信装置の長手中心軸にほぼ垂直に位置付けられている。一方のシャフト（図示の実施形態では一般的には垂直シャフト３０であるが、）は、筐体７に２か所で軸止めされている。垂直シャフト３０を妨害しないような、第１のＦＳＯ通信装置の長手方向の或る距離で、一般的には水平シャフト３１が本体６に２つの位置で軸止めされていて、筐体７内の対応する孔を通して筐体７から外に半径方向に飛び出している。シャフト３０、３１はこのように、そのそれぞれの長手軸の周りに回転ができる。シャフトの搭載を容易にするために（そして保守サービス時には取り外しを容易にするために）、筐体７は、Ｌ字型細長隙間３２を備えていて、その中へ垂直シャフト３０が導入される。本体６は、一般的には水平シャフト３１の設置を容易にするために（不図示の）２つの直線細長隙間を有してもよい。微調整機構２９は、また、筐体７の内部に搭載された、少なくとも１つのコイルばね３３と３４をシャフト３０、３１のそれぞれに備え、２つの垂直な、ねじが貫通する貫通孔を備えた、固体ブロックの形状の調整要素３５を備える。シャフト３０、３１は、ねじの貫通部分３６、３７を備え、これらは調整要素３５内の、対応するねじが貫通する貫通孔と係合する。シャフトを回転することにより、筐体７と本体６間の相互位置関係が調整される。コイルばね３３、３４は、シャフト３０、３１のそれぞれのねじ溝が掘られた部分の一部の周囲に搭載され、一端はそれぞれ筐体７と本体６の内壁とばね接触している。コイルばね３３、３４の他端は、調整要素３５とばね仕掛けにより接触している。これは主に、シャフト３０、３１のねじ溝部分３６、３７のねじ溝と調整要素３５の対応するねじ溝を切られた貫通孔との間の係合をよりよくすることにより、調整要素３５の位置の安定性をよりよくするためである。換言すれば、コイルばねは、シャフト３０、３１と調整要素３５の間の緩みを低減し、最終調整後は第１のＦＳＯ通信装置がより正確に調整され「自動ロック」できるようにする。２つのシャフト３０、３１のそれぞれは、また、最終調整を行う人が掴めるような少なくとも１つの把持部分３８と３９を備える。図７に示した実施形態では、これらの把持部分３８と３９は、のこぎり歯状にするか、溝が掘られているか、及び／又は小さな丸い突起／膨らみが設けられていることにより、また、各シャフト３０と３１の端部に位置付けられていることによりシャフト３０と３１の周りを掴みやすくするようになっている。把持部分３８と３９は、もちろん、他の実施形態ではシャフト３０と３１の他の位置に位置付けされていてもよい。代替としては、または、のこぎり歯状や、溝および膨らみに加えて、把持部分は、第１のＦＳＯ通信装置の位置を合わせるときに、把持部分の周りの握り力を増加させるような、ゴムまたは他の材料が備えられていてもよい。２軸性ジンバル装置４０は、筐体７に対する管状の本体６を任意の角度または方向にする動きを可能にし、シャフトが別々に調整されるときにシャフト３０、３１間に引き起こされる動きの影響・効果を最小にする。

図８は、第１のＦＳＯ通信装置の他の図を示すが、実施形態のさらなる説明のために第１のＦＳＯ通信装置のいくつかの部分は取り外してある。第１のＦＳＯ通信装置は、ここでは、第１のＦＳＯ通信装置と第２のＦＳＯ通信装置４ａとの位置合わせの作業を改善するために用いられる望遠照準器４２（図１０を参照）と適合させるための、選択肢である搭載用レール４１も備える。搭載用レール４１は、本体６の先端面に位置付けられるのが適当である。第１のＦＳＯ通信装置は、また、第１のＦＳＯ通信装置を、例えば、雨、霰、および他の気象学的影響やレンズ９の先端に設けられることがある鳥の巣からより良く保護するために、オプションとしての保護デバイス６０を備える。プロテクター（保護）デバイス６０は、保護デバイス６０が第１のＦＳＯ通信装置の重さをさらに大きく増加させることがないように、プラスチック、アルミニウム、または同様の軽い材料で形成されている。このようにして、固定用支持台１３を含むＦＳＯシステムへの有害な振動や突風を避けることができるであろう。図９により詳しく示されるように、この実施形態における保護デバイスは、３つのパーツを備える。３つあるパーツのうちの１つは、上部の半円筒部分と真っ直ぐな側面部分を形成する、一般的にはＵ字型断面をもつ細長い遮蔽部６１である。細長い遮蔽部６１は、本体６を部分的に覆うが、本体６の先端面から外側に突出していて、レンズ９のキャップを形成する。遮蔽部６１の上部の半円筒部分は、保護デバイス６０と第１のＦＳＯ通信装置の、または、（第１のＦＳＯ通信装置の下に位置するならば、）例えば、固定用支持台１３の、その上面に水や埃が溜まるのを防止する助けとなる。保護デバイスの第２のパーツは、本体６の周りに搭載できるようにした、本体６の外壁とぴったり合う円形孔を備えた端面シート６２である。保護デバイス６０の第３のパーツはつば付き板６３である。つば付き板６３は、つば付き板６３を端面シート６２と遮蔽部６１に搭載するための長方形の底面６４に垂直な搭載用の第１ないし第３のフラップ（たれ板）を有する。第４のたれ板６５は、長方形の底面６４の前面から外側かつ上方に飛び出していて、この実施形態では長方形の底面６４と１５°の角度を形成している。第４のたれ板６５は、レンズ前方における雨の跳ね返りや鳥の巣から保護するためである。保護デバイス６０の３つのパーツの全ては、一緒になって搭載され、端面シート６２を通して本体６に固定されるが、保護デバイス６０を本体６にしっかりと固定するための締め付け装置が備わっていてもよい。３つあるパーツの相互の、および本体６への取り付けは、容易に、かつ、第１のＦＳＯ通信装置の位置合わせに影響を与える危険性を少なくして保護デバイス６０を引き抜き、再設置することが一人でできるように、ボルトとナットで、または自己ねじ込みボルトで行うのが適当である。図８と１０に見られるように、設置時は、遮蔽部６１が搭載用レール４１の上部に位置付けられ、望遠鏡が搭載用レール４１上に搭載される前には遮蔽部６１が取り除かれねばならない。しかしながら、開示された実施形態は、端面シート６２とつば付き板６３を、望遠照準器４２を設置する期間でも尚、本体６に固定させておくこともできる。

どの図にも示されていないが、長方形の底面６４には、保護デバイス６０によって囲まれた面積内に入ってきた水および泥粒が保護デバイスの内部から消え去るようにする１つ以上の排水口が備えられていてもよい。また、雪と霰がつば付き板６３上に残るのを避けるために、つば付き板は、電気ヒータ回路によって加熱されてもよい。電気ヒータ回路は、雰囲気温度が本体６と温度補償デバイス１０の膨張係数が十分に一定ではないような或る温度以下である場合に、ＦＳＯ通信装置への負の影響の可能性を補償するために、本体を温める目的で用いることもできよう。この実施形態における角度は、底面６４と第４のたれ板６５の間で１５°であるが、本体６に対する保護デバイス６０の一般的な寸法に依存して、他の角度を用いることも好適である。また、本発明の他の実施形態では、搭載用レール４１は、第１のＦＳＯ通信装置における他の位置に配置されてもよい。例えば、少し精度が落ちるが、筐体７上に、または、保護デバイス６０でカバーされない条件で本体６のより後ろの位置に配置されてもよい。

図１０は、搭載用支持台１２を経由して、鋼鉄製の棒、パイプまたは鉄製の導管の形態をした固定用支持台１３上に搭載された第１のＦＳＯ通信装置を示す。搭載用支持台１２が取り付けられる棒／パイプ／導管の外側の寸法は、前もって適当に設計されている。また、調整可能な開口を持つ大面積の視準器の形態をした視準器４３が、図１０に示されている。視準器４３は、可視波長のレーザを持つ位置合わせシステムとして用いられ、平行光線を第２のＦＳＯ通信装置４ａへ送るために用いられる。第２のＦＳＯ通信装置４ａに対する本体６の位置合わせを助けるために、第２のＦＳＯ通信装置４ａに設置した視準器も同様に平行光線のビームを、レンズ９を経由して第１の光ファイバへ送ることができる。図示の実施形態では、視準器４３はレンズ９の側に設置され、保護デバイス６０によって雨などに対してこれも保護されるように配置されることが好適である。

安価で、受動的で、設置が容易な本発明の実施形態を記述してきたが、さらに付け加えるべきことは、本発明による温度補償デバイスが、ＦＳＯ通信装置の自動位置合わせをするための能動的な制御手段を備えたＦＳＯ通信装置内に設置されてもよいことは当然である。

さて、上記の実施形態による受動のＦＳＯ通信装置の設置と位置合わせの簡単なやりかたを提供する方法が図１１と関連して記述される。

第１のステップＳ１は、ナットとおよびそれと対応する第１の組の留め金１５および第３の留め金１６との助けを借りて、固定用支持台１３上に搭載用支持台１２を搭載する工程と、搭載用支持台１２上に第１のＦＳＯ通信装置を固定する工程を含む。第１のステップＳ１の前に、第１のＦＳＯ通信装置は、選択肢である保護デバイス６０を含んで前もって組み立てられていてもよい。しかしながら、望遠照準器４２と保護デバイス６０が（以下の）第２のステップＳ２で用いられ、搭載用レール４１が図８に示すように本体６の先端面の近くに位置付けられている場合は、端面シート６２とつば付き板６３とは第１のＦＳＯ通信装置の組み立て工程において取り付けられてもよいが、遮蔽部６１はまだ搭載されない。

第２のステップＳ２は、第３の留め金１６を固定用支持台１３の周りに最終的に固く締める前に行なわれる工程であり、すでに設置された第２のＦＳＯ通信装置４ａの位置との、第１のＦＳＯ通信装置の手動、粗く大雑把にアライメントを粗調整する第１の位置合わせ工程を含む。１つの実施形態では、選択肢である望遠照準器４２が搭載用レール４１に接続される。望遠照準器４２を通して、第１のＦＳＯ通信装置と通信する第２のＦＳＯ通信装置４ａに対する位置合わせがチェックされ、第１のＦＳＯ通信装置が望遠照準器４２の接眼レンズの十字線の助けを借りて十字線の中央に位置付けられるように設定することができる。その後、第３の留め金１６が、固定用支持台１３の周りに最終的に締め付けられる。微調整の前に、第２の位置合わせが第３のステップＳ３でなされる。第１および／または第２のステップに対応するステップは、第２のＦＳＯ通信装置４ａに対しても行うことができる。

望遠照準器４２がすでに第１のＦＳＯ通信装置に取り付けられている場合における第３のステップＳ３の１つの実施形態では、第２の位置合わせが、望遠照準器４２を通した観察の助けを借りて行われる。微調整機構２９のシャフト３０と３１を回転することによって、第２のＦＳＯ通信装置の対応するレンズ９の中心に関して第１のＦＳＯ通信装置の微調整を行うことができる。微調整が行われると、望遠照準器４２は取り外され、第１のＦＳＯ通信装置に対する第２のＦＳＯ通信装置の位置合わせの際に再び用いられる。第３のステップＳ３の後は、第４のステップＳ４が行われる。

第３のステップＳ３についての第２の実施形態では、望遠照準器は使われないか存在しない。代わりに、視準器４３のような可視スペクトル域の光を発するレーザまたはＬＥＤシステムが、光の受光と送信のために、第１と第２のＦＳＯ通信装置の任意の１つに設置することができる。レーザまたはＬＥＤシステムによって形成された光ビームが対向するＦＳＯ通信装置のどこに当たるかを見ることによって、光のビームが対向するＦＳＯ通信装置の上のレンズの中心に当たるように、微調整機構２９によって精密設定が行われる。遮蔽部６１が第１のＦＳＯ通信装置上に取り付けられていない場合は、第４のステップＳ４が行われる。

第３のステップＳ３の第３の実施形態は、一般的には、第３のステップの上記２つの実施形態よりも専門知識をより多く必要とする。この実施形態では、光信号は、第２のＦＳＯ通信装置４ａから第１のＦＳＯ通信装置へ、またはその逆に送られ、そこで、自由空間リンクの対向する端点で、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）、直交セル検出器またはフォトダイオードを含むデバイスのようなこの分野では公知の専用測定デバイス／ユニットの助けを借りて、またはさらには他のＦＳＯ通信装置自身によって、他のＦＳＯ通信装置（例えば、第１のＦＳＯ通信装置）によって受けた光信号のレベルを監視する。後者の手段は、第１と第２のＦＳＯ通信装置の片方または両者が受信信号カウンタを備えている場合に行うことができる。微調整機構２９の助けを借りて、最高のパワーが受かる光信号の方向を調整することによって、微調位置合わせを行うことができる。遮蔽部６１がまだ設置されていない場合は、第４のステップＳ４が行われる。送られる光信号は、視準器４３によって送られる可視光信号である。

本方法は、望遠照準器４２、レーザ／ＬＥＤシステム、および光信号測定の全てのまたは任意の組み合わせを含む微調整を行うステップのような、第３のステップＳ３の上記３つの実施形態の代替となる、任意の実際的な方法をも含むことは当然である。

第４のステップＳ４では、遮蔽部６１が、第１のＦＳＯ通信装置上に搭載される。遮蔽部６１が必要とは考えられない場合や、遮蔽部６１が第１のステップＳ１の前にすでに搭載されている場合は、第４のステップＳ４は不要である。

本方法に関する上記の説明から理解されるように、開示された実施形態による受動的ＦＳＯ通信装置の利用と設置は、このようなＦＳＯ通信装置を設置するために専門家を必要としない「プラグアンドプレイ（設置してすぐに動作する）」構成を形成する。末端利用者が、ＦＳＯ通信装置を設置して位置合わせをすることが完全にできるはずである。

どの図面にも示されていないが、本発明の他の実施形態は、管状の本体と長方形または正方形の断面面積をもつ筐体、または非管状の実施形態を含んでもよい。温度補償デバイスは、図にて開示したものとは別の形状、例えば、コネクタの挿入用の貫通孔を持つ場合及び持たない場合の長方形の平行六面体のような形状を持っていてもよい。

Claims (12)

1. 光空間伝送通信装置であって、
   本体と、
   前記本体において第１の位置に設置された少なくとも１つのレンズと、
   前記レンズから所定距離離れた第２の位置に、光ファイバ用のコネクタを取り付けるために配置された取り付け手段と
   を備え、
   前記レンズは、前記光空間伝送通信装置に対して送信されてきた光線を前記光ファイバに対して集光するレンズであり、
   前記取り付け手段は、温度補償デバイスであり、
   前記温度補償デバイスの膨張係数は、前記本体の膨張係数よりも大きく、
   前記温度補償デバイスは、第３の位置において前記本体に取り付けられており、
   前記温度補償デバイスは、温度の変化に応じて前記温度補償デバイスを膨張または収縮させるようにするための自由端を備え、
   前記第２の位置は、前記第３の位置と前記第１の位置との間に存在することを特徴とする光空間伝送通信装置。
2. 前記本体は、円筒形状をしており、
   前記レンズと前記温度補償デバイスとが前記本体の内部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送通信装置。
3. 前記温度補償デバイスは、管状かつ一体成形された構成部品であり、円筒形状の外装と接合部とを備え、
   前記円筒形状の外装の直径は、前記本体の内面側の直径よりも小さく、
   前記接合部は、前記温度補償デバイスの内部において前記コネクタを接合するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光空間伝送通信装置。
4. 前記外装は、Ｏリングを保持するための少なくとも１つの円周溝を備えることを特徴とする請求項３に記載の光空間伝送通信装置。
5. 前記光空間伝送通信装置の方向を調整する手動微調整機構を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光空間伝送通信装置。
6. 降雨から少なくとも部分的に前記レンズを保護する保護デバイスを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光空間伝送通信装置。
7. 望遠照準器を搭載するために前記本体に設けられた搭載用レールを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光空間伝送通信装置。
8. 前記本体は、アルミニウム合金により形成されており、
   前記温度補償デバイスは、ポリマー素材により形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光空間伝送通信装置。
9. 前記本体は、６０００番台のアルミニウム合金により形成されており、
   前記温度補償デバイスは、ポリプロピレンにより形成されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の光空間伝送通信装置。
10. 前記本体は、６０６１番のアルミニウム合金により形成されており、
    前記温度補償デバイスは、ポリプロピレン共重合体により形成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の光空間伝送通信装置。
11. 前記本体の膨張係数と前記温度補償デバイスの膨張係数との比は、前記第３の位置から前記第２の位置までの距離と前記第３の位置から前記第１の位置までの距離との比と実質的に等しいことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光空間伝送通信装置。
12. 前記光空間伝送通信装置は受動型であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光空間伝送通信装置。

Images