JP2544517B2 - レ―ザ伝送実験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ光空間伝送システムを評価するため
のレーザ伝送実験装置に関し、特に送受信局間が所定値
以上の距離をおいて相対する、いわゆる遠方界領域に位
置するレーザ光空間伝送システムを評価する場合のレー
ザ伝送実験装置に関する。

［従来の技術］ 近年、宇宙における２つの人工衛星（以下単に衛星と
記す）間を光リンクで接続し、通信を行ういわゆる光衛
星間通信（Inter−satellite Link:ISL）に関する研究
開発が各所で行われており、その一環として光リンクの
ビーム指向・追尾を行う光ビーム制御方式が各種検討さ
れている。この光ビーム制御方式および装置の研究開発
を効率良く行うためには、衛星搭載光ISLシステムを地
上で十分に評価することが必要であり、そのための実験
系が検討されている。この例は「Inter−mountain lase
r communication tests」（D.Ruitz,R.Czichy,J.Bara,
A.Comeron,A.Belmonte,P.Menendez−Valdes,F.Blanco,
C.Pedreira,No.1218−39,SPIE OE/LASE′90,Los Angele
s,Jan.1990）や「Laser Satellite Communications」
（Morris Katzman,Editor,pp.56−58,Prentice−Hall,1
987）等に見られる。

また、フラウン・ホーファー領域と呼ばれる遠方界に
おける、アンテナからの出射ビームの遠方界パターン
｛Far−field Pattem: FFP（以下FFPと記す）｝が、レ
ンズのフーリエ変換効果によりレンズの焦点上に等価的
に得られることは例えば「光工学」（飯塚啓吾，共立出
版,1989）に示されるように光学的に知られており、無
線通信用アンテナの測定方法としてコンパクトレンジ法
として適用されている。この例は、「Compact range te
chniques and measurements」（R.C.Johnson,H.A.Ecke
r,and R.A.Moore,IEEE Trans.Antennas Propagat,vol.A
P−17,pp.568−576,Sept.1969）や「Determination of
far−field antenna patterns from near−field measu
rements」（R.C.Johnson,H.A.Ecker,J.S.Hollis,Proc.I
EEE,vol.61,pp.1668−1694,Dec,1973）等に見られる。

［発明が解決しようとする課題］ 光ISLでは、静止軌道上に配置されている衛星間、あ
るいは静止軌道上の衛星と低周回軌道衛星との間の通信
を想定しており、その衛星間距離は４万km程度となる。
この距離は、（送信アンテナ直径）²／伝送光波長で与
えられるフラウン・ホーファー領域境界以上となり、従
って光ISLでの通信は遠方界パターンで与えられる光ビ
ームにより行われることとなる。このフラウン・ホーフ
ァー領域境界は、例えばアンテナ直径20cm、使用光波長
0.8μｍ帯で実現しようとしている光ISLシステムでは50
km程度となる。

前述の「Inter−mountain laser communication test
s」では、カナリー諸島間で145kmの伝送距離を用いて、
遠方界における光ISLシステム評価を行おうとしている
が、地上では大気のゆらぎによるシンチレーションや降
雨による減衰が問題となるため、光ISL用光ビーム制御
方式および装置の詳細な評価にはかなりの困難が予想さ
れる。

別の要素として、光ビーム制御方式および装置の評価
のために、衛星振動等による光ビーム追尾・指向誤差の
実現が必要となる。この評価のために、光ビーム制御系
全体を振動シュミレータの上に設置し、評価した例が、
「衛星間レーザ通信用捕捉追尾機構の試作試験」（有川
寛、青木康浩、神田成治、小杉津代志、本橋聖一、Ｂ−
1005,1990年電子情報通信学会春季全国大会、1990年３
月）に報告されている。しかしながら、数10kg以上の重
量となる光ビーム制御系全体を数百Hz程度までの所望の
周波数で振動させるには、装置構成が大掛かりになって
しまうことが予想され、またこの室内実験では光アンテ
ナを実験室内で直接対向させていることから、上述の遠
方界での光ビーム伝送特性を直接評価したことにはなら
ないという問題点がある。

光通信用トランシーバ対向実験の従来の構成を示す第
９図において、Ｌはトランシーバ1,2間の距離を示して
いる。上述のように、このＬとして「Inter−satellite
laser communication tests」の例では145kmが、また
「衛星間レーザ通信用捕捉追尾機構の試作実験」の例で
は数ｍが用いられている。

本発明は、上述したような問題点を解消するためにな
されたもので、光アンテナ出射ビームのFFPの等価パタ
ーンを精度良く容易に形成でき出射ビームのFFPを地上
で容易に評価することができるレーザ伝送実験装置を提
供することを目的とする。又、光送信機から伝送された
レーザ光の到来方向を光受信機にて追尾する追尾特性を
評価可能なレーザ伝送実験装置を提供することを目的と
する。さらに又、光ビーム指向追尾誤差により生じる光
ビームのレベル変動を精度良く容易に表現できるレーザ
伝送実験装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、光衛星間通信用の光ビームを出射する光送
信機と、該光送信機が出射する上記送信光ビームの遠方
界領域に位置する光受信機とを有する光衛星間通信シス
テムにおける上記光送信機の出射光ビームの遠方界にお
ける光強度分布である遠方界パターンを地上で評価する
ためのレーザ伝送実験装置において、 上記光送信機から出射された出射光ビームが入射され
上記出射光ビームの上記遠方界パターンと等価なパター
ンを焦点面位置に結像するレンズと、 上記レンズの上記焦点面位置に配置され上記レンズに
より結像された上記遠方界パターンの等価パターンを測
定する測定器と、 を備え、上記出射光ビームの遠方界パターンの測定に必
要な角度分解能を達成するため上記レンズの焦点距離は
上記測定器の位置測定分解能よりも長いことを特徴とす
る。

このように達成することで、レンズは、光ビームを伝
送する際に光送信機から出射される出射光ビームより十
分に大きな口径を有する凸レンズであり、凸レンズのフ
ーリエ変換作用によりレンズの焦点上にレンズへの出射
光ビーム近傍界放射パターンに対するFFPの等価パター
ンを形成するように作用する。よって、レンズ、測定器
は、光送信機の出射光ビームの遠方界パターンを地上で
評価可能なように作用する。又、レンズの焦点距離は、
出射光ビームの遠方界パターンの測定に必要な角度分解
能を達成するため上記測定器の位置測定分解能よりも長
くしている。

又、本発明は、振動する衛星に光送受信機が搭載され
光送信機から伝送されたレーザ光の到来方向を光受信機
にて追尾する光衛星間通信システムにおける上記光受信
機の上記追尾特性を地上で評価するためのレーザ伝送実
験装置において、 レーザ光を出射するレーザ光出射部と、 上記レーザ光出射部の近傍に配置され上記レーザ光出
射部より出射されたレーザ光の一部を通過させる位置可
変ピンホールと、 上記位置可変ピンホールを通過し拡散するレーザ光を
平行光に変換するレンズと、 上記レンズを通過した平行光を受信し上記平行光の到
来方向を追尾する光受信機と、 を備え、上記位置可変ピンホールは、上記レンズの焦点
面位置に配置され、かつ当該位置可変ピンホールの移動
により上記光受信機に対する上記平行光の到来方向を変
化させ上記光送信機から伝送されたレーザ光の到来方向
変動を模擬することを特徴とする。

レーザ光出射部と位置可変ピンホールとにて形成され
る点光源及び該点光源を焦点面上に配置し光受信機に備
わる受信光アンテナよりも大きなレンズは、光受信機に
備わる受信光アンテナよりも大きな平行光を形成して光
受信機に入射させる。位置可変ピンホールは、焦点面上
の点光源位置を変動させることによって光受信機側への
光ビームの到来方向変動を模擬するように作用する。こ
のように実験装置全体を移動させることなく、位置可変
ピンホールのみの移動により光受信機側への光ビームの
到来方向変動を模擬できる。よって、レーザ光出射部、
位置可変ピンホール、レンズ、光受信機は、例えば衛星
の振動によって光送受信機が振動する場合、光送信機か
ら伝送されたレーザ光の到来方向を追尾する光衛星間通
信システムにおける光受信機の受信レーザ光の到来方向
を追尾する特性を地上で評価可能なように作用する。

又、本発明は、光衛星間通信用の光ビームを互いに送
受信し互いに送信光ビームの遠方界領域に位置する一対
の光送受信機を有し、振動する衛星に上記光送受信機が
搭載されるために生じる送信光ビームの指向誤差につい
て受信光の到来方向を方向の基準として追尾し補正する
光衛星間通信システムの双方向のレーザ光伝送特性を地
上で評価するためのレーザ伝送実験装置において、 光ビームの一部が通過し上記衛星の振動を模擬するた
めに移動可能な位置可変ピンホールと、 上記位置可変ピンホールを間に挟んで配置され上記位
置可変ピンホール位置が焦点面位置となるようにそれぞ
れ配置され、かつ上記光送受信機の送信光ビームに対し
ては上記遠方界領域における光強度分布である遠方界パ
ターンを上記焦点面位置上に結像して上記位置可変ピン
ホールに対して上記遠方界パターンの一部を点光源とし
て切り出させ、かつ上記位置可変ピンホールを通過した
光ビームに対しては上記位置可変ピンホールの移動によ
り出射方向が変化する平行光を形成する一対のレンズ
と、 を備え、上記位置可変ピンホールの移動により送信光ビ
ームの指向誤差によって生じる受信光ビームのレベル変
動、並びに受信光ビームの到来方向変動を地上で模擬
し、上記一対の光送受信機は、上記それぞれのレンズに
対してレーザ光の発光及び受光を行い、上記レンズ及び
上記位置可変ピンホールを介して上記光送受信機間にて
双方向にレーザ伝送を行うことを特徴とする。

上記一対の光送受信機は、上記それぞれのレンズに対
してレーザ光の発光及び受光を行い、上記レンズ及び上
記位置可変ピンホールを介して上記光送受信機間にて双
方向にレーザ伝送を行う。位置可変ピンホールは、レン
ズ焦点面上にピンホールを設け、送信光ビームのFFPの
中から光ビーム指向誤差角度に対応した角度部分の光ビ
ームだけを光受信機照射用の点光源として切り出し、こ
のピンホールの位置を送信光ビーム指向誤差角度に対応
させて変動させることによって、送信側光ビーム指向誤
差角度による光ビームのレベル変動を模擬するように作
用する。位置可変ピンホールの移動は、送信光ビームの
指向誤差によって生じる受信光ビームのレベル変動、並
びに受信光ビームの到来方向変動を地上で模擬するよう
に作用する。よって、位置可変ピンホール、レンズ、送
受信機は、振動する衛星に上記光送受信機が搭載される
ために生じる送信光ビームの指向誤差について受信光の
到来方向を方向の基準として追尾し補正する光衛星間通
信システムの双方向のレーザ光伝送特性を地上で評価可
能なように作用する。

［実施例］ 本実施例において、ピンホールの機能を果たす一例と
して位置可変ピンホール７を設けている。本発明のレー
ザ伝送実験装置の一実施例を示す第１図において、通信
光を発生、受信するレーザ光源／光受信器90、通信光の
送信及び受信を行う光アンテナ13等を有し、通信光の送
信及び受信を行うトランシーバ１の光送受信面1aに対向
して、送信光ビームより十分に大きな口径を有する凸レ
ンズ３が設けられ、さらにこの光軸上には、平面状の鏡
面5aを有し通信光を該鏡面5aにて反射することで通信光
の進行方向を変更するミラー５が設けられる。図示する
ように進行方向変更角度は90度が好ましい。今、トラン
シーバ１より通信光が発射されているとした場合、ミラ
ー５にて反射された通信光を受光する位置には、振動等
による光ビーム指向誤差を模擬するために点光源位置を
変動させる位置可変ピンホール７が設けられる。位置可
変ピンホール７を中心として、上述したミラー５、凸レ
ンズ３、トランシーバ１と対照な位置にミラー／ビーム
スプリッタ６、凸レンズ４、トランシーバ２が設けられ
る。よってトランシーバ１、凸レンズ３、ミラー５、位
置可変ピンホール７、ミラー／ビームスプリッタ６、凸
レンズ４、トランシーバ２は、図示するように、コ字型
に配列される。尚、ミラー／ビームスプリッタ６の後方
には、光ISLにおける環境要因である太陽等による背景
光雑音を模擬し、該雑音を発射する背景光雑音源８が設
けられ、ミラー／ビームスプリッタ６は通信光を反射す
るだけでなく、背景光雑音源８より発射される雑音を通
信光に合成する動作も行う。尚、光送受信機と同様の機
能を果たすものとして第１図に示すトランシーバ１及び
トランシーバ２が相当する。

このように構成されるレーザ伝送実験装置の動作につい
て以下に説明する。

第１図に示す実験装置において、まずトランシーバ１
を送信局とし、トランシーバ２を受信局とした場合につ
いて説明する。トランシーバ１からの出力光は凸レンズ
３を通り、ミラー５により反射されて、位置可変ピンホ
ール７に設定されているレンズ３の焦点面上に結像され
る。位置可変ピンホール７では、凸レンズ３のフーリエ
変換効果によりトランシーバ１からの送信光ビーム近傍
界パターンに対応したFFPが得られる。さらに、位置可
変ピンホール７では、ピンホールによりこのFFPの一部
を切出し、同じく位置可変ピンホール７に設定されてい
る凸レンズ４のレンズ焦点面上の点光源として使用す
る。この位置可変ピンホール７上の点光源からの光は拡
散して伝搬し、ミラー／ビームスプリッタ６により反射
されて、その一部が凸レンズ４を通ることによって平行
光に変換され、トランシーバ２の送受光面2aを照射す
る。この一連の動作により、遠方界領域に位置する２つ
の局間の光ビーム伝送を模擬している。すなわち、トラ
ンシーバ１からの送信光ビームのFFPに対応した受信レ
ベルを持つ平行光によって、トランシーバ２を照射する
ことができる。トランシーバ２を送信局、トランシーバ
１を受信局として場合についても同様である。

次に、位置可変ピンホール７においてピンホール位置
を変動させることによりトランシーバで発生する光ビー
ム指向・追尾誤差を実現する機能について説明する。ま
ず、送信側での振動等による光ビーム指向誤差は、その
FFP中の光ビーム指向変動誤差に対応した角度での光ビ
ーム強度として表せるので、FFP中の一部をピンホール
により点光源として切出す際に、その位置を焦点面上で
指向誤差に対応して変動させることによって模擬でき
る。次に、受信側での振動等による光ビーム追尾誤差
は、受信トランシーバへの平行光到来方向の角度ずれに
対応することから、焦点面上のピンホール位置を追尾変
動誤差に対応して移動させることによって、到来波面方
向の変動を模擬できる。このようにビーム指向誤差をピ
ンホール位置の変動によって表すことにより、重量のあ
る光トランシーバそのものを変動させることに比べて、
軽量なピンホールの位置制御のみで衛星での振動成分を
効果的にかつ経済的に模擬できる。

光ISLでは、送信光ビームを受信光ビーム到来方向よ
り相手衛星の移動分だけ見込んだ方向に送信するいわゆ
るポイント・アヘッド機能の評価も必要となってくる。
これに対応するためには、位置可変ピンホール７中のピ
ンホールを２点設けてそれらの間を例えば光ファイバ等
で接続することにより対応可能である。尚、上記二つの
ピンホールは送信ビーム指向誤差及び受信ビーム指向追
尾誤差を同時に模擬しようとする場合に有効である。

光ISLにおける環境要因として太陽等による背景光雑
音がある。これは、光ISLで一方のトランシーバが他方
から見た時に例えば太陽と一直線上に並んだ場合に、そ
の太陽からの光がトランシーバへの背景光雑音として入
力される現象である。第１図では、背景光雑音源８をト
ランシーバ２から見た焦点上に配置し、ミラー／ビーム
スプリッタ６により位置可変ピンホール７からの信号光
と合成してトランシーバ２を照射することにより、背景
光を模擬している。背景光雑音源８は白色光源等により
背景光の種類、例えば太陽や月にあわせた波長特性、光
強度を持つもので与えられる。

以上説明したように第１図に示す構成を採ることで、
ミラー５にて通信光の進行方向を反転させていることよ
り上述した各実験を狭い実験範囲にて行うことができ
る。

第２図は、この発明の機能の内、平行光を生成し、ト
ランシーバに入力するための実験装置の構成図である。
尚、第１図に示す構成部分と同じ構成部分については同
じ符号を付している。尚、レーザ光出射部と同様の機能
を果たすものとしてレーザ光源９が相当し、光受信機と
同様の機能を果たすものとして第２図に示すトランシー
バ１が相当する。

第２図に示す実験装置において、トランシーバ１、凸
レンズ３、位置可変ピンホール７、レーザ光源９がこの
順に一直線上に並んで配置される。

このように構成される装置の動作を説明すると、レー
ザ光源９から発射されたレーザ光は、位置可変ピンホー
ル７により点光源に変換される。位置可変ピンホール７
は、凸レンズ３の焦点面上に位置されており、位置可変
ピンホール７からの光は拡散して伝搬し、その一部が凸
レンズ３によって平行光に変換され、トランシーバ１を
照射する。ここで、トランシーバ１は、光ビーム受信特
性を調べようとしているトランシーバである。第１図と
同様に、位置可変ピンホール７を凸レンズ３の焦点面上
で移動させることによってトランシーバ１への平行光到
来方向を変動させ、トランシーバ１の光ビーム追尾機能
の評価を行うことが可能となる。又、レーザ光源９から
放射される拡散光を位置可変ピンホール７により点光源
として使用することができるので、上記実施例と同様に
狭い範囲にてレーザ伝送実験を行うことができる。

第３図ないし第６図はこの発明の機能の内、FFPを形
成し測定するための実験装置の構成図である。このう
ち、第３図はこのFFPを位置可変ピンホール７とパワー
メータ10によって測定する場合の実験装置の構成を示
し、本実験装置において、トランシーバ１、凸レンズ
３、位置可変ピンホール７、パワーメータ10は、この順
で一直線上に配置される。尚、凸レンズ３の焦点位置に
位置可変ピンホール７が配置される。

第４図はCCDカメラ11と画像解析装置12によって測定
する場合の実験装置の構成を示し、本実験装置におい
て、トランシーバ１、凸レンズ３、CCDカメラ11は、こ
の順に一直線上に配置され、CCDカメラ11の出力側は画
像解析装置12に接続される。尚、凸レンズ３の焦点位置
にCCDカメラ11の受光面が配置される。又、光送信機と
同様の機能を果たすものとして第４図に示すトランシー
バ１が相当し、測定器と同様の機能を果たすものとして
CCDカメラ11及び画像解析装置12が相当する。

第５図はレンズからのFFPを結像させるのに伝送路上
にミラー５を設けて反射させ位置可変ピンホール７とパ
ワーメータ10とによって測定する場合の実験装置の構成
を示し、本実験装置においては、第３図に示す凸レンズ
３と位置可変ピンホール７との間に、互いの反射面が所
定角度をなし対向するようにミラー５を二つ配置し、光
の進行方向を反転させトランシーバ１と同方向にパワー
メータ10を設けたものである。

第６図はミラー５にて反射させCCD11と画像解析装置1
2とによって測定する構成であり送信点と受信点を近接
させた場合の実験装置の構成を示し、本実験装置におい
ては、第４図に示す凸レンズ３とCCDカメラ11との間
に、互いの反射面が所定角度をなし対向するようにミラ
ー５を二つ配置し、光の進行方向を反転させトランシー
バ１と同方向にCCDカメラ11を設けたものである。

尚、第３図ないし第６図において第１図に示す構成部
分と同じ構成部分については同じ符号を付している。

このように構成される各実験装置の動作を説明する。

第３図に示す実験装置において、トランシーバ１から
発射されたレーザ光は凸レンズ３により結像され、焦点
面上にFFPを形成する。このFFPの一部を位置可変ピンホ
ール７で順次スキャンし、スキャンされたFFPの一部の
光強度がパワーメータ10にて順次測定される。このよう
にしてFFPの各点における受信レベルを測定することに
より、FFP全体の光強度を得ることができる。

第４図に示す実験装置では、このFFPを焦点面上に設
置されているCCDカメラ11でモニタし、FFPの各部分にお
ける光強度を画像解析装置12で直接出力することができ
る。

第５図に示す実験装置は第３図に示す実験装置と、第
６図に示す実験装置は第４図に示す実験装置とそれぞれ
機能的には同じであり、トランシーバ１とパワーメータ
10あるいはCCDカメラ11とを近接して設置できるように
したものである。

このように構成することで各実験装置は、上記実施例
と同様に狭い実験範囲でレーザ光伝送実験を行うことが
できる。

第７図は本発明により双方向通信シミュレーションを
行うための実験装置の構成図であり、第１図をより概念
図に表したものであり、第１図に示す構成部分と同じ構
成部分については同じ符号を付している。

第７図に示す実験装置において、トランシーバ１、凸
レンズ３、位置可変ピンホール７、凸レンズ４、トラン
シーバ２がこの順にて一直線上に配置される。尚、凸レ
ンズ3,4の焦点位置に位置可変ピンホール７の受光面が
位置するように位置可変ピンホール７は配置され、この
ような位置可変ピンホール７はFFPからの点光源の作成
および点光源位置の移動による平行光到来角の変動を模
擬する。

このように構成される実験装置において、トランシー
バ１から発射されたレーザ光は凸レンズ３により位置可
変ピンホール７にて結像され、FFPを形成する。位置可
変ピンホール７ではその一部をピンホールにより切出
し、トランシーバ２への平行光の点光源とする。凸レン
ズ４では位置可変ピンホール７からの光を平行光に変換
し、トランシーバ２への入力とする。

上述の動作とは逆に、トランシーバ２より通信光が発
射され、トランシーバ１にて受光する場合も上述と同様
で、トランシーバ２からのレーザ光は位置可変ピンホー
ル７を介してトランシーバ１への入力へと変換される。

第７図に示す装置は第１図に示す装置と同等の動作を
行うものであるが、第１図に示す装置に比べ実験範囲は
大きくなるがミラー５等を設けていないのでその分構成
を簡略化することができる。

第８図は平行光を生成し、そのFFPをCCDカメラにて測
定評価するための実験装置の構成図である。尚、第１図
ないし第７図に示す構成部分と同じ構成部分については
同じ符号を付している。

第８図に示す実験装置おいて、レーザ光源９には位置
可変ピンホール７が接続され、位置可変ピンホール７の
レーザ光の放射側には凸レンズ３が設けられ、凸レンズ
３の背後には凸レンズ３を介するレーザ光を適宜な形に
成形する絞り14が設けられ、絞り14の背後には絞り14と
平行に配置され絞り14を通過した光をそのまま絞り14へ
反射する平面形状の鏡面を設けたミラー５が設けられ
る。一方、位置可変ピンホール７と同方向にはミラー５
にて反射し凸レンズ３より放出された光の焦点位置に受
光面を配置したCCDカメラ11が設けられ、CCDカメラ11の
出力側は画像解析装置12に接続される。

このように構成される実験装置において、レーザ光源
９から放射されたレーザ光は、位置可変ピンホール７に
より点光源となり拡散して伝搬し、その光ビームの一部
は凸レンズ３によって平行光となる。この平行光は絞り
14によって適当な形に整形され、絞り14に近接して設置
されるミラー５によって反射し、再び絞り14によって整
形された後、凸レンズ３によって結像される。この焦点
上のビームパータンは、凸レンズ３への平行光入力のFF
Pを形成することから、その焦点上に位置するCCDカメラ
11では凸レンズ３によって得られた平行光が絞り14によ
って受けた制限下でのFFPを得ることができる。そのFFP
は画像解析装置12によって直接的に表示出力可能であ
る。

このように構成することでレンズ３に位置可変ピンホ
ール７が放射する光を平行光とする機能とミラー５にて
反射した光よりFFPを作成する機能とを持たせたことで
構成部品を少なくし、又、ミラー５を設け光の進行方向
を反転させることで実験範囲の省スペース化を図ること
ができる。

第８図に示す装置において、光源用レーザ９としてヘ
リウム・ネオンレーザ（波長632μｍ）を、測定用レン
ズ３として口径25cm、焦点距離35mのものを、ミラー５
として口径25cmの平面ミラーを、また絞り14として開口
径5cmの円を用いて実験を行ったところ、主ビームサイ
ズは40μrad程度となっており、理論値と良く一致して
いる。この結果より、平行光のFFPであるエアリ像が正
しく得られており、実験系が良好に動作していることが
わかる。

又、第５図及び第６図に示す装置において、光源９と
してレーザダイオード（LD,波長0.83μｍ帯）を、送信
光アンテナとして主鏡口径20cm、副鏡口径7cmのセンタ
フィード型カセグレンアンテナを、測定用レンズ３とし
て口径25cm、焦点距離35mのものを、そしてミラー５と
して口径25cmの平面ミラーを用いて実験を行ったとこ
ろ、主ビームサイズが６〜８μradとほぼ理論値通りの
測定結果となっており、この結果から１μrad以下の誤
差精度で実験装置が構築できる見通しである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、レンズを利用し
たことより、光アンテナ出射ビームのFFPの等価パター
ン及び平行光を精度良く容易に形成でき、また遠方界領
域における光ビーム伝送条件を室内程度のコンパクトな
サイズで容易に構成することができる。又、位置可変ピ
ンホールを移動させることで光受信機に対する平行光の
到来方向を変化させるようにしたことより、光送信機か
ら伝送されたレーザ光の到来方向を光受信機にて追尾す
る追尾特性を評価することができる。さらに又、光送受
信機間で双方向にレーザ光が伝送される光衛星間通信シ
ステムにおいて位置可変ピンホールを設けたことより、
光ビーム指向追尾誤差により生じる光ビームのレベル変
動を精度良く容易に表現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ伝送実験装置の一実施例におけ
る構成を示す図、第２図は本発明のレーザ伝送実験装置
の機能の内、平行光を生成しトランシーバに入力するた
めの構成を示す図、第３図は本発明のレーザ伝送実験装
置の内、FFPを形成し、位置可変ピンホールおよびパワ
ーメータにより測定するための構成を示す図、第４図は
本発明のレーザ伝送実験装置にてFFPを形成し、CCDカメ
ラにより測定するための構成を示す図、第５図は本発明
のレーザ伝送実験装置においてトランシーバからの出力
光のFFPをミラーにて反射しトランシーバからの送信点
の近傍に受信点を設けパワーメータにて測定するための
構成を示す図、第６図は本発明のレーザ伝送実験装置に
おいてトランシーバからの出力光のFFPをミラーにて反
射しトランシーバからの送信点の近傍に受信点を設けCC
Dにて測定するための構成を示す図、第７図は本発明の
レーザ伝送実験装置により双方向通信シミュレーション
実験を行うための構成を示す図、第８図は本発明のレー
ザ伝送実験装置において平行光を生成し、そのFFPをCCD
カメラにて測定評価するための構成を示す図、第９図は
従来のレーザ伝送実験装置の構成を示す図である。 １及び２……トランシーバ、３及び４……レンズ、５…
…ミラー、６……ミラー／ビームスプリッタ、７……位
置可変ピンホール、８……背景光雑音源、９……レーザ
光源、10……光パワーメータ、11……CCDカメラ、12…
…CCD撮像画像解析装置、13……光アンテナ、14……絞
り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 恵三 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 安川 交二 東京都新宿区西新宿２丁目３番地２ 国 際電信電話株式会社内 (72)発明者 藤瀬 雅行 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 古濱 洋治 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光衛星間通信用の光ビームを出射する光送
   信機と、該光送信機が出射する上記送信光ビームの遠方
   界領域に位置する光受信機とを有する光衛星間通信シス
   テムにおける上記光送信機の出射光ビームの遠方界にお
   ける光強度分布である遠方界パターンを地上で評価する
   ためのレーザ伝送実験装置において、 上記光送信機から出射された出射光ビームが入射され上
   記出射光ビームの上記遠方界パターンと等価なパターン
   を焦点面位置に結像するレンズと、 上記レンズの上記焦点面位置に配置され上記レンズによ
   り結像された上記遠方界パターンの等価パターンを測定
   する測定器と、 を備え、上記出射光ビームの遠方界パターンの測定に必
   要な角度分解能を達成するため上記レンズの焦点距離は
   上記測定器の位置測定分解能よりも長いことを特徴とす
   るレーザ伝送実験装置。
2. 【請求項２】上記測定器は、 上記レンズの焦点面位置に配置され上記遠方界パターン
   の等価パターンの一部の光を切り出すピンホールと、 上記ピンホールにより切り出された光の強度を測定する
   パワーメータと、 を備え、上記ピンホールの位置を上記焦点面位置内でス
   キャンする、請求項１記載のレーザ伝送実験装置。
3. 【請求項３】振動する衛星に光送受信機が搭載され光送
   信機から伝送されたレーザ光の到来方向を光受信機にて
   追尾する光衛星間通信システムにおける上記光受信機の
   上記追尾特性を地上で評価するためのレーザ伝送実験装
   置において、 レーザ光を出射するレーザ光出射部と、 上記レーザ光出射部の近傍に配置され上記レーザ光出射
   部より出射されたレーザ光の一部を通過させる位置可変
   ピンホールと、 上記位置可変ピンホールを通過し拡散するレーザ光を平
   行光に変換するレンズと、 上記レンズを通過した平行光を受信し上記平行光の到来
   方向を追尾する光受信機と、 を備え、上記位置可変ピンホールは、上記レンズの焦点
   面位置に配置され、かつ当該位置可変ピンホールの移動
   により上記光受信機に対する上記平行光の到来方向を変
   化させ上記光送信機から伝送されたレーザ光の到来方向
   変動を模擬することを特徴とするレーザ伝送実験装置。
4. 【請求項４】光衛星間通信用の光ビームを互いに送受信
   し互いに送信光ビームの遠方界領域に位置する一対の光
   送受信機を有し、振動する衛星に上記光送受信機が搭載
   されるために生じる送信光ビームの指向誤差について受
   信光の到来方向を方向の基準として追尾し補正する光衛
   星間通信システムの双方向のレーザ光伝送特性を地上で
   評価するためのレーザ伝送実験装置において、 光ビームの一部が通過し上記衛星の振動を模擬するため
   に移動可能な位置可変ピンホールと、 上記位置可変ピンホールを間に挟んで配置され上記位置
   可変ピンホール位置が焦点面位置となるようにそれぞれ
   配置され、かつ上記光送受信機の送信光ビームに対して
   は上記遠方界領域における光強度分布である遠方界パタ
   ーンを上記焦点面位置上に結像して上記位置可変ピンホ
   ールに対して上記遠方界パターンの一部を点光源として
   切り出させ、かつ上記位置可変ピンホールを通過した光
   ビームに対しては上記位置可変ピンホールの移動により
   出射方向が変化する平行光を形成する一対のレンズと、 を備え、上記位置可変ピンホールの移動により送信光ビ
   ームの指向誤差によって生じる受信光ビームのレベル変
   動、並びに受信光ビームの到来方向変動を地上で模擬
   し、上記一対の光送受信機は、上記それぞれのレンズに
   対してレーザ光の発光及び受光を行い、上記レンズ及び
   上記位置可変ピンホールを介して上記光送受信機間にて
   双方向にレーザ伝送を行うことを特徴とするレーザ伝送
   実験装置。
5. 【請求項５】上記レンズの焦点距離は35mである、請求
   項１ないし４のいずれかに記載のレーザ伝送実験装置。
6. 【請求項６】宇宙空間でのレーザ伝送における背景光雑
   音を模擬するものであって上記光受信機へ供給される光
   に対して背景光雑音を送出する背景光雑音源を備えた、
   請求項３ないし５のいずれかに記載のレーザ伝送実験装
   置。