JP2576562C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空間を通じて光情報の送受信を行う光空間伝送装置に関する。 〔発明の概要〕 本発明は、相手側光空間伝送装置から伝送された光軸のずれを示すエラー情報
光と相手側の伝送光軸を示す基準光とを含む光信号を検出し、伝送されたエラー
情報に基づいて自己の光軸のずれを補正すると共に、伝送された基準光に基づい
て相手側と自己の伝送光軸のずれを示すエラー信号を形成し、このエラー信号と
自己の伝送光軸を示す基準信号とを合致して光信号として相手側に伝送すること
により、一対の光空間伝送装置間で相互に伝送光軸のずれを補正し合うようにし
たものである。 〔従来の技術〕 空間を隔てた２つの位置に光空間伝送装置を夫々配置し、この２台の装置間で
レーザ光を用いて光情報の通信を行う光通信システムが提案されている。このよ
うな光通信システムは、例えば互いに１０Km程度離れた２つの建物の屋上等に夫
々光空間伝送装置を互いに対向させて設置し、この２台の装置間でテレビ信号等
を交信する場合等に用いられる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した光通信システムにおいては、相対して配される２台の光空間伝送装置
の光軸に互いにずれがあると、正確な情報の伝達を行うことができない。従って
、２台の装置の光軸合わせのための調整が必要となるが、その調整作業が非常に
困難であった。２台の装置の光軸のずれは、装置が設置された建物等の振動や気
温変化による空気の密度の変化等の種々の要因により生じる。それらの要因によ
る変化を吸収するために、大口径レンズや高出力レーザダイオード、堅固な架台
等も必要とし、このため装置自体が大型で重量も大きくなり、必要なときに必要
な場所に簡単に設置することが困難であった。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の光空間伝送装置は、空間を介して光情報の送受信を行なう一対の光空
間伝送装置からなる。個々の光空間伝送装置は、第１図〜第３図に示すように、
伝送光軸６上に配置された集光レンズを備える光送受信器２７と、伝送光軸６に
直交した第１の方向及び伝送光軸６と第１の方向の双方に直交した第２の方向に
伝送光軸を偏向させ得る偏向駆動機構（垂直回動軸１１、水平回動軸１２、垂直
回動モータ１３、水平回動モータ１４など）を備える。 相手側光空間伝送装置からの光信号を検出する光センサ手段が設けられていて
、この光センサ手段は、例えば第１図の集光レンズ３の周囲に配置された上記第
１の方向の光センサ対７₁、８₁及び上言己第２の方向の光センサ対７₂、８₂から
成る。 上記各光センサ対の受光出力のレベル差により入射光に対する自己の伝送光軸
の上記第１、第２の方向の光軸ずれを例えば減算器３５、３６から成る検出手段
で検出する。 上記第１、第２の方向の光軸ずれを示す２つのエラー信号及び自己の光軸延長
方向を示す基準信号を夫々受光側で分離し得るように変調器３７、３８からなる
変調手段で変調して上記光送受信器２７の発光手段（レーザダイオード２）に供
給し、エラー情報光及び基準光として相手側に送光させる。 更に、上記光センサ手段で受光した相手側の光空間伝送装置からの光信号に基
づき、復調器３１〜３４からなる復調手段により、上記基準信号に対応する相手
側基準光成分を分離して上記光軸ずれを検出する検出手段（３５、３６）に供給
すると共に、上記エラー信号に対応する相手側からの２つのエラー情報光成分を
分離して上記第１及び第２の方向の偏向駆動機構に光軸補正信号として夫々供給
する。 これらの要素に基づき、一方の光空間伝送装置からの基準光と他方の光空間伝
送装置の伝送光軸とのずれを検出して、このずれを補正すべくエラー情報光を一
方の光空間伝送装置に伝送し、このずれ補正を双方の光空間伝送装置が相互に行
ない、互いに伝送光軸が合致するよう自動調整させる。 〔作用〕 相手側の伝送装置からの送信光に基づいて自己の伝送光軸のずれを検出し、こ
れを補正すべく自己の偏向駆動機構を制御することは一般には可能であるが、相
手側の伝送光軸がこちら側に正しく向けられていない場合には、このような自己
の光軸修正では正確な光軸合せは期待できない。本発明では、相手側の伝送装置
からの基準光に基づいて自己の伝送光軸のずれを検出し、このずれを相手側の伝
送光軸のずれとして、光軸ずれを示すエラー情報光を相手側に伝送して相手側伝
送装置においてずれを補正するよう光軸調整をさせ、このずれ補正を相互に行な
うことにより伝送光軸を互いに合致させている。 〔実施例〕 空間を隔てて対向配置された２台の光空間伝送装置の光軸のずれの状態として
は第４図に示す４つのケースが考えられる。 第４図において、１_A、１_Bは光空間伝送装置であり、各装置１_A、１_Bにおいて
、２_A、２_Bはレーザ光源、３_A、３_Bは集光レンズ、４_A、４_Bはレーザ光のビーム
５_A、５_Bはレンズ中心、６_A、６_Bは光軸、７_A、８_Bはレンズ３_Bの前面周縁部に
配されてビーム４_Bを検出する光センサ、７_B、８_Bはレンズ３_Bの前面周縁部に配
されてビーム４_Bを検出する光センサである。δは光軸６_Aと光軸６ａとのずれを
示す。また矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄは、上記光軸のずれδを補正するために、レンズ
３_A、３_Bをレンズ中心５_A、５_Bを支点として回動させる際の回動方向を示す。 ケース１は光軸６_Aと６_Bとが平行な状態でずれδを生じた場合である。この場
合における各センサ７_A、８_A、７_B、８_Bの出力の大きさの関係は７_A＜８_A、７_B
＞８_Bとなる。そして上記ずれδを補正して光軸６_Aと６_Bとを一致させ、７_A＝８
_A、７_B＝８_Bとするためには、レンズ３_Aを中心５_Aを支点として矢印ａ方向に回
動させると共に、レンズ３_Aを中心５_Bを支点として矢印ｂ方向に回動させればよ
い。 ケース２は光軸６_Aに対して光軸６_Bが一方向に傾いた状態でずれδが生じた場
合で、光センサの出力の大小関係は７_A＜８_A、７_B＞８_Bとなる。上記ずれ δを補正するには、レンズ３_Aを矢印ｃ方向に回動させると共に、レンズ３_Bを矢
印ｂ方向に回動させればよい。 ケース３は光軸６_Aに対して光軸６_Bがケース２とは逆方向に傾いた状態でずれ
δが生じた場合で、光センサの出力の大小関係は７_A＜８_A、７_B＞８_Bとなる。上
記ずれδを補正するには、レンズ３_Aを矢印ａ方向に回動させると共に、レンズ
３_Bを矢印ｄ方向に回動させればよい。 ケース４は光軸６_Aと６_Bとが平行な状熊でケース１とは逆方向にずれた場合で
あり、光センサの出力の大小関係は７_A＞８_A、７_B＜８_Bとなる。ずれδを補正す
るには、レンズ３_Aを矢印ｃ方向に回動させると共に、レンズ３_Bを矢印ｄ方向に
回動させればよい。 この第４図のケース１〜４のずれδは２つの光軸６_A、６_Bの上下方向と左右方
向とに関して夫々生じ、従って、ずれδの種類としては全部で８種類存在するこ
とになる。 第５図はケース１〜４における光センサの出力関係及びずれを補正するための
レンズの回動方向等を分類した表である。この表より、次の条件が明らかとなる
。 ７_A＜８_Aのときレンズ３_Bをｂ方向に、 ７_A＞８_Aのときレンズ３_Bをｄ方向に、 ７_B＞８_Bのときレンズ３_Aをａ方向に、 ７_B＜８_Bのときレンズ３_Aをｃ方向に、 夫々回動させればよい。 本発明においては、装置１_A、１_Bが夫々自分の光軸６_A、６_Bのずれを相手に検
出してもらうための基準信号を送出し、この基準信号を光センサ７_A、８_A、７_B
、８_Bで検出して、その検出出力から相手の光軸の上下方向及び左右方向のずれ
量を算出し、そのずれ量に応じたエラー信号を作って上記基準信号と共に送出す
ると共に、相手から送られて来るエラー信号に応じて、上記の条件に従って自分
のレンズを所定の方向に回動させるようにしている。 第２図及び第３図は、光空間伝送装置１におけるレンズ３の偏向駆動機構の実
施例を示すものである。 レンズ３は鏡筒９の前端面に設けられており、この鏡筒９は枠体１０に垂直回 動軸１１及び水平回動軸１２を介して取付けられている。これによって鏡筒９は
矢印ｅで示すように垂直回動自在に且つ矢印ｆで示すように水平回動自在に成さ
れている。鏡筒９を垂直方向ｅに回動させるために垂直回動モータ１３が用いら
れ、水平方向ｆに回動させるために水平回動モータ１４が用いられている。垂直
回動モータ１３は、偏平形ブラシレスモータが用いられており、枠体１０に設け
られたヨーク部材１５と、このヨーク部材１５に設けられた複数個のコイル１６
とにより、固定子が構成されている。また枠体１０に軸受１７を介して設けられ
た上記垂直回動軸１１と、この回動軸１１に設けられたヨーク部材１８と、この
ヨーク部材１８に設けられた複数個のマグネット１９及びカバー２０とにより回
転子が構成されている。尚、この垂直回動モータ１３を図の左側に仮想線で示す
ように設けて合計２個用いてもよい。 水平回動モータ１４は、偏平形ブラシレスモータが用いられており、枠体１０
に設けられたカバー２１と、このカバー２１に設けられたヨーク部材２２と、こ
のヨーク部材２２に設けられた複数個のコイル２３とにより、固定子が構成され
ている。また枠体１０に軸受２４介して設けられた上記水平回動軸１２と、この
回動軸１２に設けられたヨーク部材２５と、このヨーク部材２５に設けられた複
数個のマグネット２０とにより回転子が構成されている。 鏡筒９の後部には光送受信器２７が設けられ、この光送受信器２７にはレーザ
ダイオード２、発光用ファイバ２８、受光用ファイバ２９及び主情報受光用フォ
トセンサ３０等が設けられている。また鏡筒９の上記レンズ３の前面周縁部には
光軸ずれ検出用の光センサ７₁、８₁、７₂、８₂が略９０°間隔で上下左右に適宜
手段により設けられている。 第１図は光空間伝送装置１における光軸ずれ検出と光軸ずれ補正とを行う回路
の実施例を示すもので、第２図及び第３図と対応部分には同一符号が付されてい
る。 第１図において、レンズ３には相手側の光空間伝送装置から送られて来るレー
ザビーム４が入射される。このビーム４には、相手側の光軸ずれを検出するため
の周波数ｆ₀の基準信号Ｓ₀と、この装置１自身の上下方向の光軸ずれを相手側が
検出した搬送周波数ｆ₁のエラー信号Ｓ₁と、この装置１自身の左右方向の光 軸ずれを相手側が検出した搬送周波数ｆ₂のエラー信号Ｓ₂と、テレビ信号等の主
情報を含む搬送周波数ｆ₃の主情報信号Ｓ₃とが多重された光信号が含まれている
。 このビーム４は光センサ７₁、８₁、７₂、８₂で夫々検出され、それらの検出信
号は復調回路３１、３２、３３、３４に供給されて、上記多重信号のうち信号Ｓ
₀、Ｓ₁、Ｓ₂が復調される。上下方向のずれ検出用の光センサ７₁、８₁から得ら
れる検出信号の復調回路３１、３３で復調された２つの基準信号Ｓ₀₁とＳ₀₃とは
光軸ずれ検出手段としての減算器３５に供給される。この減算出力は相手側の光
軸の上下方向のずれを示す信号Ｓ₁として変調器３７により鍛送周波数ｆ₁で変調
される。 また左右方向のずれ検出用の光センサ７₂、８₂から得られる検出信号の復調回
路３２、３４で復調された２つの基準信号Ｓ₀₂とＳ₀₄とは減算器３６に供給され
る。この減算出力は相手側の光軸の左右方向のずれを示す信号Ｓ₂として変調器
３８により搬送周波数ｆ₂で変調される。変調器３７、３８から得られる変調さ
れた信号Ｓ₁、Ｓ₂は合成回路３９に供給される。ここで相手側に送る主情報を含
む搬送周波数ｆ₃の主信号S₁と装置１自身の光軸ずれを相手側に検出してもらう
ための周波数ｆ₀の基準信号S₀と合成され、この合成された信号Ｓ₀＋Ｓ₁＋Ｓ₂＋
Ｓ₃はレーザドライブ回路４０を通じてレーザダイオード２を駆動し、光信号と
して相手側に送出される。 一方、全ての復調回路３１〜３４から得られる上下方向に関する信号Ｓ₁₁〜Ｓ
₁₄が加算器４１で加算されることにより、この加算出力として上下方向制御信号
Ｓ_C1が得られる。この制御信号Ｓ_C1はモータドライブ回路４３を通じて前述した
垂直回動モータ１３の回動角を制御する。これによって鏡筒９が第２図の矢印ｅ
方向に制御される。 またさらに全ての復調回路３１〜３４から待られる左右方向に関する信号Ｓ₂₁
〜Ｓ₂₄が加算器４２で加算されることにより、この加算出力として左右方向制御
信号Ｓ_C2が得られる。この制御信号Ｓ_C2はモータドライブ回路４４を通じて前述
した水平回動モータ１４の回動角を制御する。これによって鏡通９が第２図の矢
印ｆ方向に制御される。 尚、主情報信号Ｓ₃は第３図におけるフォトセンサ３０で受光され図示せずも
別に設けられた復調回路で復調される。 〔発明の効果〕 相手側の伝送装置からの送信光に基づいて自己の伝送光軸のずれを検出し、こ
れを補正すべく自己の光軸偏向駆動機構を制御することは可能であるが、相手側
の伝送光軸がこちら側に正しく向けられていない場合には、このような自己の光
軸修正では正確な光軸合せは期待できない。本発明では、相手側の伝送装置から
の基準光に基づいて自己の伝送光軸のずれを検出し、このずれを相手側の伝送光
軸のずれとして、光軸ずれを示すエラー惰報光を相手側に伝送して相手側伝送装
置においてずれを補正するよう光軸調整をさせ、このずれ補正を相互に行なうこ
とにより伝送光軸を互いに合致させている。従って、各光伝送装置が伝送光軸を
合致させるよう相互に自動視準するので、精密な光軸調整作業が不要になり、環
境変動や光学系の経時変化による光軸ずれを補償した高Ｓ／Ｎの惰報伝送が可能
になり、大口径のレンズや高出力のレーザ光源を使用することなく、小形軽量で
高性能の光空間伝送装置を得ることができる。また光送受信器の集光レンズ周縁
部に配置した第１の方向の光センサ対および第２の方向の光センサ対により伝送
光軸のずれを検出するようにしたので、集光レンズの結像点の光軸中心からのず
れにより検出する方式のように、検出側の集光レンズの水平回動、垂直回動によ
る結像点の移動がずれとして検出されてしまうことがなく、各光センサ対の出力
レベル差を相手側の伝送光軸のずれとして検出して相手側送受信器に伝送するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図はレンズの回動機構の実施例を
示す正面図、第３図は上記レンズの回動機構の側面図、第４図は光軸ずれの４つ
のケースを示す光学系の概略図、第５図は光軸ずれの分類を示す図である。 １３……垂直回動モータ １４……水平回動モータ ７１、７２、８１、８２……光センサ ３１〜３４……復調回路 ４１、４２……加算盤 ３５、３６……減算器 ３９……合成回路 ２……レーザダイオード である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 空間を介して光情報の送受信を行なう一対の光空間伝送装置からなり、個々の
   光空間伝送装置は、 伝送光軸上に配置された集光レンズを備える光送受信器と、 上記伝送光軸に直交した第１の方向及び上記伝送光軸と第１の方向の双方に直
   交した第２の方向に伝送光軸を偏向させ得る偏向駆動機構と、 相手側光空間伝送装置からの光信号を検出するために上記集光レンズの周縁部
   に配置された上記第１の方向の光センサ対および上記第２の方向の光センサ対か
   ら成る光センサ手段と、 上記各光センサ対の受光出力のレベル差により入射光に対する自己の伝送光軸
   の上記第１、第２の方向の光軸ずれを検出する検出手段と、 上記第１、第２の方向の光軸ずれを示す２つのエラー信号及び自己の光軸延長
   方向を示す基準信号を夫々受光側で分離し得るように変調して上記光送受信器の
   発光手段に供給し、エラー情報光及び基準光として相手側に送光させる変調手段
   と、 上記光センサ手段で受光した相手側の光空間伝送装置からの光信号に基づき、
   上記基準信号に対応する相手側基準光成分を分離して上記光軸ずれを検出する検
   出手段に供給すると共に、上記エラー信号に対応する相手側からの２つのエラー
   情報光成分を分離して上記第１及び第２の方向の偏向駆動機構に光軸補正信号と
   して夫々供給する復調手段とを具備し、 一方の光空間伝送装置からの基準光と他方の光空間伝送装置の伝送光軸とのず
   れを検出して、このずれを補正すべくエラー情報光を一方の光空間伝送装置に伝
   送し、このずれ補正を双方の光空間伝送装置が相互に行ない、互いに伝送光軸を
   合致させるようにしたことを特徴とする光空間伝送装置。