JP2017123500A - Optical space communication device - Google Patents

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鈴木 二郎
Jiro Suzuki
二郎 鈴木
俊行 安藤
Toshiyuki Ando
俊行 安藤
英介 原口
Eisuke Haraguchi
英介 原口
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112Line-of-sight transmission over an extended range

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical space communication device that can miniaturize the dimension of an optical antenna.SOLUTION: An optical space communication device includes: a primary mirror having a through-hole at the central portion thereof; a secondary mirror which has a through-hole at the center portion thereof, into which light reflected from the primary mirror is incident, and from which the light is reflected as a first beam to the through-hole of the primary mirror; a transmission lens which is disposed at the opening portion of the secondary mirror to be coaxial with the secondary mirror, and refracts incident light and passes the incident light as a second beam through the through-hole of the secondary mirror; a reflecting mirror having a through-hole for reflecting the first beam and passing the second beam therethrough; receiving means for receiving the first beam reflected by the reflecting mirror; and angle deviation detecting means for receiving the second beam passing through the through-hole of the reflecting mirror and detecting an angular deviation of the second beam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、光により、離れた場所の装置に空間通信を行うための光空間通信装置に関するものである。   The present invention relates to an optical space communication device for performing space communication with a device at a distant place using light.

例えば、一方の装置において信号変調されたレーザービームを空間に放出し、前記装置から距離的に離れた場所に設置される他方の装置において前記レーザービームを受光し、信号復調することによって通信を行なう光空間通信システムが知られている。(例えば、特許文献1)   For example, a laser beam that has been signal-modulated in one device is emitted into space, and the other device installed at a distance from the device receives the laser beam and performs signal demodulation to perform communication. Optical space communication systems are known. (For example, Patent Document 1)

送信器からレーザービームを空間に送信し、長距離空間伝播後のレーザービームを受信器で受信するこのような光空間通信システムにおいては、送信レーザービームのビーム径を所定の大きさに拡大して空間に放出し、また、相手局から送信され、空間を長距離伝搬することによりビーム径が拡大したレーザービームを集光して受信装置に導入する光アンテナを備えている。通信距離が長距離となるほどビーム径が広がる性質があるので、長距離通信用の従来の光アンテナは、大口径を必要とする。特許文献1に記載の光アンテナは、カセグレン型の反射望遠鏡を用いて構成されている。一方、従来の光空間通信システムの受信装置が受光可能なレーザービームの角度範囲はある狭い範囲に限定されている。光アンテナにより集光される際にレーザービームの光アンテナに対する角度ずれが拡大されるので、受信装置の受光可能な角度範囲から逸脱しやすくなるためである。従って、レーザービームを光アンテナが受光しても、受信装置には到達する確立は極めて低い。   In such an optical space communication system in which a laser beam is transmitted from a transmitter to space and a laser beam after long-distance spatial propagation is received by a receiver, the beam diameter of the transmitted laser beam is expanded to a predetermined size. An optical antenna is provided that collects a laser beam that is emitted into the space and transmitted from the partner station and propagated through the space for a long distance to expand the beam diameter and is introduced into the receiver. Since the beam diameter increases as the communication distance becomes longer, the conventional optical antenna for long distance communication requires a large aperture. The optical antenna described in Patent Document 1 is configured using a Cassegrain type reflective telescope. On the other hand, the angle range of the laser beam that can be received by the receiver of the conventional optical space communication system is limited to a narrow range. This is because the angle deviation of the laser beam with respect to the optical antenna is enlarged when the light is collected by the optical antenna, so that it is easy to deviate from the angular range in which the receiver can receive light. Therefore, even if the optical antenna receives the laser beam, the probability of reaching the receiving device is extremely low.

この問題の解決のために、従来の光空間通信システムにおいては、光アンテナでレーザービームを集光し、受信装置に導入する途中でレーザービームの一部をビームスプリッタで分岐し、CCD(Charge-Coupled Device)のような画像センサを用いた光センサで検出するように構成されている。この光センサは、そのセンサ面における受光位置に関する信号を光アンテナ制御部へ伝える。光アンテナ制御部は、この信号に基づいて、レーザービームの角度ずれを演算し、光アンテナ全体あるいはその内部の光学素子の向き又は角度を調節して受信装置の受信可能な角度範囲にレーザービームの角度ずれを補正するように構成されている。さらに、従来の光空間通信システムにおいては、一つの光センサでは検出分解能や、検出速度が不足するので、検出角度範囲の広い第一の光センサの他に、検出角度範囲が狭いかわりに検出分解能と検出速度に優れている第二の光センサを相補的に用いている。第二の光センサとして、典型的にはクアドラント・フォト・ディテクタ(QD)が用いられている。   In order to solve this problem, in a conventional optical space communication system, a laser beam is collected by an optical antenna, and a part of the laser beam is branched by a beam splitter while being introduced into a receiving device. It is configured to detect with an optical sensor using an image sensor such as a coupled device. This optical sensor transmits a signal related to the light receiving position on the sensor surface to the optical antenna control unit. Based on this signal, the optical antenna control unit calculates the angular deviation of the laser beam and adjusts the direction or angle of the entire optical antenna or its internal optical elements to adjust the laser beam within the receivable angle range of the receiver. The angle deviation is corrected. Furthermore, in the conventional optical space communication system, the detection resolution and the detection speed are insufficient with one optical sensor. Therefore, in addition to the first optical sensor with a wide detection angle range, the detection resolution is not limited to a narrow detection angle range. The second optical sensor, which is excellent in detection speed, is used in a complementary manner. A quadrant photo detector (QD) is typically used as the second optical sensor.

特開2007−150455号公報JP 2007-150455 A

従来の光空間通信システムは以上に述べたように構成されているため、最初に光アンテナで受光した相手局からの送信ビームの角度ずれが大きくても、光センサによる角度ずれ検出と、光学調整による補正制御により受信装置でレーザービームを受信することが可能である。しかし、従来の光空間通信システムには以下に説明する問題があった。
光アンテナで受光したレーザービームの一部をビームスプリッタで第一の光センサ、及び第二の光センサに分岐する必要がある。このため、光アンテナで受光したレーザービームのエネルギーがそれぞれの光センサに到達する際に低下するので、このエネルギー低下分を考慮して光アンテナの口径を大きく設定する必要がある。従って、装置の寸法、増加につながり、特に、衛星などの搭載寸法の制限のある移動体に搭載する場合において問題が大きかった。
Since the conventional optical space communication system is configured as described above, even if the angular deviation of the transmitted beam from the partner station that was first received by the optical antenna is large, the angular deviation is detected and optically adjusted by the optical sensor. It is possible to receive the laser beam by the receiving device by the correction control by. However, the conventional optical space communication system has the following problems.
A part of the laser beam received by the optical antenna needs to be branched to the first optical sensor and the second optical sensor by a beam splitter. For this reason, since the energy of the laser beam received by the optical antenna decreases when reaching each optical sensor, it is necessary to set the aperture of the optical antenna large in consideration of this energy decrease. This leads to an increase in the size and size of the apparatus. In particular, there is a great problem when the apparatus is mounted on a mobile body having a limited mounting dimension such as a satellite.

この発明は以上に述べた課題を解決するためになされたもので、光アンテナの寸法を小型化できる光空間通信装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical space communication device capable of reducing the size of an optical antenna.

この発明に係る光空間通信装置は、
中心部に貫通孔を有する主鏡と、
中心部に貫通孔を有し、前記主鏡が反射した光が入射され、この光を第1のビームとして前記主鏡の前記貫通孔に向けて反射する副鏡と、
前記副鏡の開口部に前記副鏡と同軸に設置され、入射した光を屈折し、第2のビームとして前記副鏡の前記貫通孔を通過させる透過レンズと、
前記第1のビームを反射し、前記第2のビームを通過させる貫通孔を中心部に有する反射鏡と、
前記反射鏡により反射された前記第1のビームを受光する受信手段と、
前記反射鏡の前記貫通孔を通過した前記第2のビームを受光し、前記第2のビームの角度ずれを検出する角度ずれ検出手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
An optical space communication apparatus according to the present invention is
A primary mirror having a through hole in the center;
A sub-mirror having a through-hole at the center, the light reflected by the primary mirror being incident, and reflecting the light toward the through-hole of the primary mirror as a first beam;
A transmission lens that is installed coaxially with the secondary mirror at the opening of the secondary mirror, refracts incident light, and passes through the through-hole of the secondary mirror as a second beam;
A reflector having a through-hole at the center for reflecting the first beam and allowing the second beam to pass;
Receiving means for receiving the first beam reflected by the reflecting mirror;
An angular deviation detecting means for receiving the second beam that has passed through the through-hole of the reflecting mirror and detecting an angular deviation of the second beam;
It is characterized by comprising.

この発明によれば、光アンテナの寸法を小型化できる光空間通信装置を実現できるという効果がある。   According to the present invention, there is an effect that an optical space communication device capable of reducing the size of the optical antenna can be realized.

この発明の実施の形態1による光空間通信装置を示す構成図The block diagram which shows the optical space communication apparatus by Embodiment 1 of this invention この発明の実施の形態2による光空間通信装置を示す構成図Configuration diagram showing a space optical communication apparatus according to Embodiment 2 of the present invention

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。   Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による光空間通信装置の構成を示す構成図である。図1において、1は光アンテナ、2は前記光アンテナを構成する主鏡、3は前記光アンテナを構成する副鏡、4は透過レンズ、5はコリメータレンズ、6はビームスプリッタである偏光ビームスプリッタ、7は反射ミラーであるビームスプリッタ、8はリレー光学系であるリレーレンズ、10は送信装置、11は受信手段である受信装置、12は角度ずれ検出手段である粗捕捉センサ、13は焦点である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical space communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is an optical antenna, 2 is a primary mirror constituting the optical antenna, 3 is a secondary mirror constituting the optical antenna, 4 is a transmission lens, 5 is a collimator lens, and 6 is a polarization beam splitter which is a beam splitter. , 7 is a beam splitter that is a reflection mirror, 8 is a relay lens that is a relay optical system, 10 is a transmission device, 11 is a reception device that is reception means, 12 is a coarse capture sensor that is angle deviation detection means, and 13 is a focus. is there.

送信装置10は信号変調されたレーザービーム(送信レーザービーム、送信光)を発生させる。前記送信レーザービームは偏光ビームスプリッタ6に入射する。偏光ビームスプリッタ6は、P偏光の偏波成分の光を透過し、S偏光の偏光成分の光を反射する部品であり、典型的には立方体型のガラス部品で構成される。前記送信装置10から放出されるレーザービームはP偏光成分が支配的な略直線に偏光しているので、ほぼ全エネルギーが偏光ビームスプリッタ6を透過する。   The transmission apparatus 10 generates a signal-modulated laser beam (transmission laser beam, transmission light). The transmission laser beam is incident on the polarization beam splitter 6. The polarization beam splitter 6 is a component that transmits light of P-polarized light component and reflects light of S-polarized light component, and is typically composed of a cubic glass component. Since the laser beam emitted from the transmitter 10 is polarized in a substantially straight line in which the P-polarized component is dominant, almost all energy is transmitted through the polarization beam splitter 6.

偏光ビームスプリッタ6を透過した送信レーザービームは正のパワーをもつ屈折レンズであるコリメートレンズ5により、焦点13に集光される。主鏡2、及び副鏡3はカセグレン型の反射望遠鏡を構成する。カセグレン型望遠鏡の焦点は前記焦点13に一致している。従って、焦点13を通過した前記送信レーザービームは副鏡、主鏡の順で反射されることによりビーム径が拡大され、かつ平行光に変換されて空間(図1において、右側)に放出される。   The transmitted laser beam that has passed through the polarizing beam splitter 6 is focused on the focal point 13 by the collimating lens 5 that is a refractive lens having positive power. The primary mirror 2 and the secondary mirror 3 constitute a Cassegrain type reflective telescope. The focal point of the Cassegrain type telescope coincides with the focal point 13. Therefore, the transmission laser beam that has passed through the focal point 13 is reflected in the order of the secondary mirror and the primary mirror, so that the beam diameter is enlarged, converted into parallel light, and emitted to the space (right side in FIG. 1). .

なお、光空間通信装置が受信にのみ用いられる場合には、送信装置10および偏光ビームスプリッタ6を設けない構成も可能である。   When the optical space communication device is used only for reception, a configuration in which the transmission device 10 and the polarization beam splitter 6 are not provided is also possible.

次に、受信について説明する。相手局から到来した受信レーザービームは長距離を伝搬することによる回折広がりにより、大口径に広がった略平面波となって(図1において、右側から)中心部に貫通孔を有する主鏡2に入射する。このとき、受信レーザービームはまず、副鏡3による遮蔽を受け、次に主鏡2の有効反射範囲によって切り取られた部分のみが反射され、次に副鏡3で反射されて第1のビームとして前記焦点13に集光される。   Next, reception will be described. The received laser beam arriving from the other station is incident on a main mirror 2 having a through-hole at the center (from the right side in FIG. 1) due to diffraction spread due to propagation over a long distance, and spreading into a large aperture (from the right side in FIG. 1). To do. At this time, the received laser beam is first shielded by the secondary mirror 3, and then only the portion cut out by the effective reflection range of the primary mirror 2 is reflected, and then reflected by the secondary mirror 3 to be the first beam. The light is condensed at the focal point 13.

典型的には、主鏡2、副鏡3は円形であるので、前記受信レーザービームは中心が抜けたドーナツ型の円形ビームとなる。ここで、副鏡3にも中心部分に貫通孔である貫通穴が設けてある。この貫通穴は、前記ドーナツ形状の受信レーザービームが副鏡3に到達したときにこの貫通穴とドーナツ型ビームの内径とが略一致するように製作されている。すなわち、副鏡3の幅に対する副鏡3の貫通孔の幅の比率は、主鏡2の幅に対する主鏡2の貫通孔の幅の比率と略等しくなっている。したがって、前記受信レーザービームはこの貫通穴に該当する部分がもともと存在しないので、貫通穴に起因する光強度の損失は生じない。   Typically, since the primary mirror 2 and the secondary mirror 3 are circular, the reception laser beam is a donut-shaped circular beam with the center removed. Here, the secondary mirror 3 is also provided with a through-hole which is a through-hole in the central portion. The through hole is manufactured so that the through hole and the inner diameter of the donut beam substantially coincide with each other when the donut-shaped received laser beam reaches the secondary mirror 3. That is, the ratio of the width of the through hole of the secondary mirror 3 to the width of the secondary mirror 3 is substantially equal to the ratio of the width of the through hole of the primary mirror 2 to the width of the primary mirror 2. Accordingly, since the receiving laser beam does not originally have a portion corresponding to the through hole, there is no loss of light intensity due to the through hole.

受信レーザービームはコリメートレンズ5により略平行光に変換されて、偏光ビームスプリッタ6に入射する。偏光ビームスプリッタ6に入射する受信レーザービームはS偏光成分がほとんどとなるように設定されている。もしくは、図示せぬ波長板等を用いて、入射する受信レーザービームがほとんどS偏光成分となるように調整している。このため、受信レーザービームは偏光ビームスプリッタ6で反射されて紙面で下方向に屈曲される。   The received laser beam is converted into substantially parallel light by the collimator lens 5 and enters the polarization beam splitter 6. The reception laser beam incident on the polarization beam splitter 6 is set so that the S-polarized component is almost the same. Alternatively, adjustment is made by using a wave plate (not shown) or the like so that the incident received laser beam becomes almost an S-polarized component. For this reason, the received laser beam is reflected by the polarization beam splitter 6 and bent downward on the paper surface.

なお、図1では、偏光ビームスプリッタ6で送信レーザービームを直進させ、受信レーザービームを屈曲させる構成を示しているが、これに限らず、送信レーザービームを屈曲させ、受信レーザービームを直進させる構成とすることもできる。   Although FIG. 1 shows a configuration in which the transmission laser beam is caused to travel straight by the polarization beam splitter 6 and the reception laser beam is bent, the present invention is not limited to this, and a configuration in which the transmission laser beam is bent and the reception laser beam is caused to travel straight. It can also be.

受信レーザービームは2個の凸レンズで構成された等倍のテレスコープであるリレーレンズ8を透過して、ビームスプリッタ7に至る。リレーレンズ8は、レンズの結像作用を用いて、ビームスプリッタ7と光アンテナ1の開口(図1においてA−A’間を結ぶ平面)とを共役関係とするように配置される。すなわちこの共役関係により、光アンテナ1の開口の中央に入射したビームは、たとえ光軸に対して傾斜を有していたとしても、ビームスプリッタ7の中央に到達する。ビームスプリッタ−7は入射する受信レーザービームに対し傾斜して配置された平面ミラーであり、受信レーザービームを反射屈曲させて受信装置11に導入する。   The received laser beam passes through a relay lens 8 that is an equal-magnification telescope composed of two convex lenses and reaches a beam splitter 7. The relay lens 8 is disposed so that the beam splitter 7 and the aperture of the optical antenna 1 (a plane connecting A-A ′ in FIG. 1) have a conjugate relationship by using an imaging function of the lens. That is, due to this conjugate relationship, the beam incident on the center of the opening of the optical antenna 1 reaches the center of the beam splitter 7 even if it has an inclination with respect to the optical axis. The beam splitter 7 is a plane mirror disposed to be inclined with respect to the incident received laser beam, and reflects and bends the received laser beam and introduces it into the receiving device 11.

受信装置11は受信レーザービームを光電変換するフォトディテクターと信号復調回路を有する。また、ビームスプリッタ7の中心付近には貫通孔である貫通穴が設けられている。この貫通穴は、ドーナツ状に中心部分が切り取られている受信レーザービームの内径と径が略一致しており、また、貫通穴の中心と、前記受信レーザービームの内径の中心とは略一致している。従って、受信レーザービームの貫通穴に相当する部分はもともと欠けているので、貫通穴に起因する損失が生じることなく、受信レーザービームが受信装置11へ屈曲される。   The receiving device 11 includes a photodetector that photoelectrically converts the received laser beam and a signal demodulation circuit. Further, a through hole which is a through hole is provided near the center of the beam splitter 7. The inner diameter of the through-hole is substantially the same as the inner diameter of the receiving laser beam whose center portion is cut out in a donut shape, and the center of the through-hole and the inner diameter of the receiving laser beam are substantially the same. ing. Accordingly, since the portion corresponding to the through hole of the received laser beam is originally missing, the received laser beam is bent to the receiving device 11 without causing a loss due to the through hole.

次に、粗捕捉について説明する。前記したように受信装置11の受信可能な受信レーザービームの角度範囲は極めて狭く(典型的には数10μrad程度)、受信レーザービームに対し、なんらかの角度補正制御が必須である。この角度補正制御を行うためには、その時点における受信レーザービームの所定目標角度範囲からのずれを計測する手段が必要である。   Next, rough capture will be described. As described above, the angle range of the received laser beam that can be received by the receiver 11 is extremely narrow (typically about several tens of μrad), and some angle correction control is essential for the received laser beam. In order to perform this angle correction control, means for measuring the deviation of the received laser beam from the predetermined target angle range at that time is necessary.

この角度ずれの補正は、最初に、リアルタイムに角度を検出してフィードバック制御を行うための精捕捉センサ(従来例のQDに相当、図1では受信装置11に内蔵されている)の受光角度範囲内に受信レーザービームを導入する制御から開始される。この最初の角度制御を、ここでは粗捕捉と呼ぶ。粗捕捉を行うには、受信レーザービームの角度ずれを検出する粗捕捉センサ12(従来例のCCDに相当)に受信レーザービームを入射させる必要がある。このため、受信レーザービームの一部を分岐して粗捕捉センサ12に供給する必要がある。   The correction of the angle deviation is performed by first detecting the angle in real time, and detecting the angle range of a fine capture sensor (corresponding to the QD of the conventional example, which is built in the receiver 11 in FIG. 1) for performing feedback control. It starts with the control of introducing the receiving laser beam into the inside. This initial angle control is referred to herein as coarse capture. In order to perform coarse capture, it is necessary to make the received laser beam incident on a coarse capture sensor 12 (corresponding to a conventional CCD) that detects an angular deviation of the received laser beam. For this reason, it is necessary to branch a part of the received laser beam and supply it to the coarse capture sensor 12.

以下、粗捕捉センサ12のための受信レーザービーム(以下、粗捕捉レーザービームという)の導入方式について説明する。粗捕捉レーザービームは、透過レンズ4に入射した受信レーザービームを用いる。透過レンズ4は副鏡3と同軸に設置されており、副鏡3とほぼ開口径が等しい凸レンズと、凹レンズとで構成されている。透過レンズ4に入射した粗捕捉レーザービームは、第2のビームとして、図1の斜線で示される部分を伝搬する。すなわち、副鏡3に設けられた貫通穴を通過し、主鏡2、副鏡3に反射されずに伝搬する。透過レンズ4はまた、その焦点距離を主鏡2と副鏡3で構成される反射望遠鏡の焦点距離と略等しく構成されている。さらに透過レンズ4の焦点は、焦点13にほぼ一致するように配置されている。   Hereinafter, a method of introducing a reception laser beam (hereinafter referred to as a coarse capture laser beam) for the coarse capture sensor 12 will be described. As the coarse capture laser beam, a reception laser beam incident on the transmission lens 4 is used. The transmission lens 4 is installed coaxially with the secondary mirror 3 and is composed of a convex lens and a concave lens that have substantially the same aperture diameter as the secondary mirror 3. The coarsely captured laser beam incident on the transmission lens 4 propagates as a second beam in the portion indicated by the oblique lines in FIG. That is, the light passes through a through hole provided in the secondary mirror 3 and propagates without being reflected by the primary mirror 2 and the secondary mirror 3. The transmission lens 4 is also configured so that its focal length is substantially equal to the focal length of the reflective telescope composed of the primary mirror 2 and the secondary mirror 3. Further, the focal point of the transmission lens 4 is arranged so as to substantially coincide with the focal point 13.

従って粗捕捉レーザービームは、焦点13に向けて集光されたあと、主鏡2、副鏡3で反射された受信レーザービームと同じ光路を伝搬し、ビームスプリッタ7に到達する。ここで、粗捕捉レーザービームのビーム径は、前記ドーナツ型の受信レーザービームの内径とほぼ一致するように構成されている。従って、ビームスプリッタ7に設けられた貫通孔である貫通穴の径とほぼ等しいため、ほとんど損失なくビームスプリッタ7の貫通穴を通過する。   Accordingly, the coarsely captured laser beam is condensed toward the focal point 13, then propagates along the same optical path as the received laser beam reflected by the primary mirror 2 and the secondary mirror 3, and reaches the beam splitter 7. Here, the beam diameter of the coarse capture laser beam is configured to substantially match the inner diameter of the donut-shaped reception laser beam. Therefore, since the diameter of the through hole, which is a through hole provided in the beam splitter 7, is almost equal to the diameter, it passes through the through hole of the beam splitter 7 with almost no loss.

このとき、透過レンズ4の開口は光アンテナ1の開口とほぼ同じ位置にあので、透過レンズ4の開口とビームスプリッタ7の配置は、やはり共役関係となっている。すなわちこの共役関係により、透過レンズ4の開口の中央に入射したビームは、たとえ光軸に対して傾斜を有していたとしても、やはりビームスプリッタ7の中央に到達する。したがって、透過レンズ4の開口に入射した粗捕捉レーザービームは、たとえ光軸から傾いていたとしてもビームスプリッタ7に設けられた貫通穴をほとんど損失なく通過する。そして、粗捕捉センサ12は、ビームスプリッタ7に設けられた貫通穴を通過した粗捕捉レーザービームを受光して受信レーザービームの角度ずれを検出する。   At this time, since the aperture of the transmission lens 4 is substantially at the same position as the aperture of the optical antenna 1, the aperture of the transmission lens 4 and the arrangement of the beam splitter 7 are still in a conjugate relationship. That is, due to this conjugate relationship, the beam incident on the center of the aperture of the transmission lens 4 still reaches the center of the beam splitter 7 even if it has an inclination with respect to the optical axis. Therefore, the coarsely captured laser beam incident on the aperture of the transmission lens 4 passes through the through hole provided in the beam splitter 7 with almost no loss even if it is tilted from the optical axis. The coarse capture sensor 12 receives the coarse capture laser beam that has passed through the through hole provided in the beam splitter 7 and detects the angular deviation of the received laser beam.

なお、図1には図示していないが、角度ずれ検出手段である粗捕捉センサ12で検出された第2のビームの角度ずれにしたがって、主鏡2と副鏡3とからなる光アンテナ1の方向を制御する方向制御手段、を備えることもできる。   Although not shown in FIG. 1, the optical antenna 1 composed of the primary mirror 2 and the secondary mirror 3 is arranged according to the angular deviation of the second beam detected by the coarse capture sensor 12 which is an angular deviation detection means. Direction control means for controlling the direction can also be provided.

本発明の実施の形態1における光空間通信装置は以上述べたように構成されていることにより、以下に述べる効果を奏する。
副鏡3近傍に設けた透過レンズ4により受光した粗捕捉レーザービームを粗捕捉センサ12で計測するように構成されている。従って、従来例において、主鏡2と副鏡3により反射された受信レーザービームを一部分岐して粗捕捉センサ12に導入していることにより、受信装置11の受信する受信レーザービームの強度低下が生じていたが、この強度低下を解消することができる。従って、従来よりも光アンテナ1の開口径を縮小でき、装置の小型化が可能となる。
The space optical communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is configured as described above, and therefore has the following effects.
The coarse capture laser beam received by the transmission lens 4 provided in the vicinity of the secondary mirror 3 is measured by the coarse capture sensor 12. Accordingly, in the conventional example, the received laser beam reflected by the primary mirror 2 and the secondary mirror 3 is partially branched and introduced into the coarse capture sensor 12, thereby reducing the intensity of the received laser beam received by the receiving device 11. Although this occurred, this strength reduction can be eliminated. Therefore, the aperture diameter of the optical antenna 1 can be reduced as compared with the conventional case, and the apparatus can be downsized.

実施の形態2.
図2は本発明の実施の形態2による光空間通信装置の構成を示す構成図である。図2において、図1と同じ記号、数字は同一の機能、動作をする部位を示し、説明を省略する。図2において、20は凸レンズ(大)、21は凸レンズ(小)である。凸レンズ(大)20と凸レンズ(小)21とで透過レンズ4を構成している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the optical space communication apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 2, the same symbols and numerals as those in FIG. 1 indicate the same function and operation, and the description thereof is omitted. In FIG. 2, 20 is a convex lens (large), and 21 is a convex lens (small). The convex lens (large) 20 and the convex lens (small) 21 constitute the transmission lens 4.

凸レンズ(大)20と、凸レンズ(小)21は、本発明の実施の形態1における透過レンズ4と同等の機能を有している。異なる点は、凸レンズ(小)21を、副鏡3を挟んで凸レンズ(大)20の反対側に設置したことである。   The convex lens (large) 20 and the convex lens (small) 21 have functions equivalent to those of the transmission lens 4 in the first embodiment of the present invention. The difference is that the convex lens (small) 21 is placed on the opposite side of the convex lens (large) 20 with the secondary mirror 3 in between.

本発明の実施の形態2における光空間通信装置は以上述べたように構成されていることにより、以下に述べる効果を奏する。
通常、凸レンズ(大)20と、凸レンズ(小)21を組み合わせて透過レンズ4を構成すると、途中で一回焦点を結ぶため、全長が長くなる。しかし、全長が長くなっても、副鏡3を挟んで、凸レンズ(大)20と凸レンズ(小)21を配置しているため、副鏡3から外側(図2において右側)に突出する長さを短縮することが可能である。従って、凸レンズ(大)20と凸レンズ(小)21を用いても装置全長の増大を招くことがないので、透過レンズ4の構成の設計自由度を担保することが可能である。
The space optical communication apparatus according to the second embodiment of the present invention is configured as described above, and thus has the following effects.
Normally, when the transmissive lens 4 is configured by combining the convex lens (large) 20 and the convex lens (small) 21, the entire length becomes long because the focal point is focused once in the middle. However, even if the overall length becomes long, the convex lens (large) 20 and the convex lens (small) 21 are arranged with the secondary mirror 3 in between, so that the length protrudes outward from the secondary mirror 3 (right side in FIG. 2). Can be shortened. Therefore, even if the convex lens (large) 20 and the convex lens (small) 21 are used, the total length of the apparatus is not increased, so that the degree of design freedom of the configuration of the transmission lens 4 can be ensured.

1 光アンテナ、2 主鏡、3 副鏡、4 透過レンズ、5 コリメータレンズ、6 偏光ビームスプリッタ、7 ビームスプリッタ、8 リレーレンズ、10 送信装置、11 受信装置、12 粗捕捉センサ、13 焦点、20 凸レンズ(大)、21 凸レンズ(小) 1 optical antenna, 2 primary mirror, 3 secondary mirror, 4 transmission lens, 5 collimator lens, 6 polarization beam splitter, 7 beam splitter, 8 relay lens, 10 transmission device, 11 reception device, 12 coarse acquisition sensor, 13 focus, 20 Convex lens (large), 21 Convex lens (small)

Claims (7)

中心部に貫通孔を有する主鏡と、
中心部に貫通孔を有し、前記主鏡が反射した光が入射され、この光を第1のビームとして前記主鏡の前記貫通孔に向けて反射する副鏡と、
前記副鏡の開口部に前記副鏡と同軸に設置され、入射した光を屈折し、第2のビームとして前記副鏡の前記貫通孔を通過させる透過レンズと、
前記第1のビームを反射し、前記第2のビームを通過させる貫通孔を中心部に有する反射ミラーと、
前記反射ミラーにより反射された前記第1のビームを受光する受信手段と、
前記反射ミラーの前記貫通孔を通過した前記第2のビームを受光し、前記第2のビームの角度ずれを検出する角度ずれ検出手段と、
を備えたことを特徴とする光空間通信装置。
A primary mirror having a through hole in the center;
A sub-mirror having a through-hole at the center, the light reflected by the primary mirror being incident, and reflecting the light toward the through-hole of the primary mirror as a first beam;
A transmission lens that is installed coaxially with the secondary mirror at the opening of the secondary mirror, refracts incident light, and passes through the through-hole of the secondary mirror as a second beam;
A reflection mirror having a through hole at the center for reflecting the first beam and allowing the second beam to pass;
Receiving means for receiving the first beam reflected by the reflecting mirror;
An angular deviation detecting means for receiving the second beam that has passed through the through hole of the reflecting mirror and detecting an angular deviation of the second beam;
An optical space communication device comprising:
前記主鏡から送信する送信光を発生する送信装置と、
前記送信光と、前記第1のビーム及び前記第2のビームと、を分離するビームスプリッタと、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光空間通信装置。
A transmission device that generates transmission light transmitted from the primary mirror;
A beam splitter that separates the transmission light from the first beam and the second beam;
The optical space communication apparatus according to claim 1, further comprising:
複数のレンズを有し、前記第2のビームにおける前記透過レンズの開口と前記反射ミラーの位置を共役の関係にするリレー光学系、
を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光空間通信装置。
A relay optical system having a plurality of lenses and having a conjugate relationship between the position of the reflection mirror and the aperture of the transmission lens in the second beam;
The optical space communication apparatus according to claim 1 or 2, further comprising:
前記副鏡の幅に対する前記副鏡の前記貫通孔の幅の比率は、前記主鏡の幅に対する前記主鏡の前記貫通孔の幅の比率と略等しい
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光空間通信装置。
The ratio of the width of the through hole of the secondary mirror to the width of the secondary mirror is substantially equal to the ratio of the width of the through hole of the primary mirror to the width of the primary mirror. 4. The optical space communication apparatus according to any one of 3 above.
前記透過レンズは凸レンズと凹レンズを有する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光空間通信装置。
The optical space communication device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transmission lens includes a convex lens and a concave lens.
前記透過レンズは2枚の凸レンズを有する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光空間通信装置。
The optical space communication device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transmissive lens has two convex lenses.
前記角度ずれ検出手段で検出された前記第2のビームの角度ずれにしたがって、前記主鏡と前記副鏡とからなる光アンテナの方向を制御する方向制御手段、
を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光空間通信装置。
Direction control means for controlling the direction of the optical antenna composed of the primary mirror and the secondary mirror according to the angular deviation of the second beam detected by the angular deviation detection means;
The optical space communication device according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
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