JP2687435B2 - 光空間伝送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術（第６図） Ｄ発明が解決しようとする問題点（第６図） Ｅ問題点を解決するための手段（第１図） Ｆ作用（第１図） Ｇ実施例（第１図〜第５図） （G1）第１の実施例（第１図及び第２図） （G2）第２の実施例（第３図） （G3）他の実施例（第４図及び第５図） Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明は光空間伝送装置に関し、特に空間伝送する光
ビームを介して情報を伝送するようになされた光空間伝
送装置に適用して好適なものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、光空間伝送装置において、射出用光ビーム
の光束中に配置されたハーフミラーで反射光ビームを
得、当該反射光ビームをその光路と平行に折り返して、
観測光学系に導くことにより、全体として簡易な構成で
かつ高い精度で、射出用光ビームの照射位置を検出する
ことができる。

Ｃ従来の技術 従来、この種の光空間伝送装置においては、空間伝送
する光ビームを介して情報を伝送するようになされてい
る。

従つて例えば数km離れたビルの屋上に送受信装置を設
置し、送信装置から送出された射出用光ビームが受信装
置を照射するように、当該射出用光ビームの出射方位角
を調整するだけで、当該ビル間で情報を伝送することが
できる。

従つて当該送受信装置間に光フアイバ等の専用の回線
を敷設する必要がないので、簡易に情報を伝送すること
ができる。

さらに簡易な構成で指向性の鋭い広がりの小さな光ビ
ームを得ることができることから、ミリ波、マイクロ波
等を用いる場合に比して、高い秘話性を得ることができ
る。

しかし、広がりの小さな光ビームを用いて確実に情報
を伝送するためには、送出された射出用光ビームが確実
に受信装置を照射するように、射出用光ビームの出射方
位角を高い精度で調整する必要があり、従来この調整作
業が煩雑な問題があつた。

すなわち、光ビームの出射方位角を調整するために
は、受信装置側に壁面を設け、当該壁面上に形成される
光スポツトの位置を確認して出射方位角を補正すればよ
い。

ところが、当該壁面で反射して送信装置側に戻るつて
くる光量は極めて微少でなることから、外来光が極めて
微少でなる夜間などにおいても、実際上送信装置側で光
スポツトの照射位置を検出することが困難な問題があ
る。

従つてこの場合、受信装置側で壁面上の光スポツト位
置を繰り返し検出し、これを送信装置側に連絡して出射
方位角を調整する煩雑な作業を繰り返さなければならな
い。

さらにビルの屋上等においては、実際上受信装置側に
大きな壁面を設けることが困難な場合もあり、この場合
この方法では出射方位角の調整が困難な問題がある。

このため従来、送信装置に望遠鏡でなる照準装置を取
り付けて出射方位角を調整するようになされていた。

すなわち、送信装置から送出される光ビームの光軸と
当該照準装置と光軸とを予め一致するように調整してお
けば、受信装置に光ビームが照射するように調整するこ
とができる。

ところがこの方法においては、光ビームの光軸と当該
照準位置の光軸とを予め高い精度で一致するように調整
する必要があり、解決策としては未だ不十分な問題があ
つた。

この問題を解決するための１つの方法として、送出さ
れた光ビームを平行に折り返して望遠鏡に入射させるこ
とにより、受信装置側の像及び光ビームの光源の像を重
ねて観測し、当該光ビームの照射位置を検出し得るよう
になされた光空間伝送装置が提案されている。

すなわち第６図において、１は全体として光空間伝送
装置の送信装置を示し、筐体1A内にレーザ光源２が配置
されている。

当該レーザ光源２は、所定の情報信号で変調された射
出用光ビームLA1を大口径のレンズ３を介して射出する
ようになされ、これにより射出用光ビームLA1を平行光
線に変換して受信装置を送出するようになされている。

筐体1Aの上部には、望遠鏡５が取り付けられ、当該望
遠鏡５の光軸と光ビームLA1の光軸とが大まかに一致す
るように粗調整されている。

さらにレンズ３及び望遠鏡５の前面には、コリメート
スコープ11が設けられ、光ビームLA1を分離して当該光
ビームLA1の光軸と平行に、望遠鏡５に導くようになさ
れている。

すなわちコリメートスコープ11は、光ビームLA1の光
軸に対してほぼ45度の角度だけ傾いて配置されたハーフ
ミラー12に光ビームLA1の一部を受け、これにより光ビ
ームLA1を直進させると共にほぼ90度の角度で反射させ
るようになされている。

これに対して、ハーフミラー13は、ハーフミラー12に
対して高い平行度で保持され、ハーフミラー12の反射光
LA2を透過させてコーナキユーブプリズム15に導くよう
になされている。

コーナキユーブプリズム15は、その入射面15Aに反射
光LA2が入射されるように配置され、これにより当該反
射光LA2に対して光軸が平行な反射光LA3が、当該コーナ
キユーブプリズム15で反射されてハーフミラー13に入射
されるようになされている。

従つてハーフミラー13においては、当該反射光LA3が
ほぼ90度の角度で反射され、その反射光LA4が望遠鏡５
に入射される。

かくして望遠鏡５に入射された当該反射光LA4に基づ
いて、レーザ光源２の像を観測することができる。

さらにコリメートスコープ11においては、望遠鏡５の
前面に窓17を備え、これによりレーザ光源２の像及び受
信装置側を同時に観測することができるようになされて
いる。

このとき、ハーフミラー12及び13を高い平行度で保持
したことにより、矢印ａで示すように、コリメートスコ
ープ11が光ビームLA1の光軸に対して傾いて配置されて
いる場合でも（すなわちハーフミラー12がレンズ３に対
して正確に45度の角度で配置されていない場合でも）、
光ビームLA1の光軸と平行な反射光LA4を得ることができ
る。

さらにコーナキユーブプリズム15を介して、ハーフミ
ラー12の反射光LA2を折り返したことにより、矢印ｂで
示すように、コリメートスコープ11が光ビームLA1の光
軸に対してねじれで配置されている場合でも、光ビーム
LA1の光軸と平行な反射光LA4を得ることができる。

従つて望遠鏡５においては、光ビームLA1の照射位置
から射出されたような反射光ビームLA4を得ることがで
き、これにより当該照射位置にレーザ光源２を配置した
場合と同様の像を、受信装置側の像に重ねて観測するこ
とができ、かくして送信装置１側で光ビームの照射位置
を確実かつ容易に確認することができる。

従つてその分、全体として簡易な構成で光ビームの出
射方位角を調整することができる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところが、第６図の構成においては、ハーフミラー12
及び13を高い平行度で保持する必要があり、当該平行度
が狂うとその分望遠鏡５で観測される光ビームの照射位
置に誤差が生じる。

実際上、この種の光学系においては、面精度を数秒以
下の小さな値に設定することができ、光学系全体として
10秒以下の面精度を得ることができる。

この場合10秒の面精度の狂は、１〔km〕離れた位置で
48〔mm〕の誤差を生じる。

これに対して、ハーフミラー12及び13の平行度が0.00
5/100の場合、さらに50〔mm〕の誤差が加算される。

従つてハーフミラー12及び13を高い精度で、かつ平行
度が狂わないように、保持する必要があり、その分保持
機構が複雑化し、光空間伝送装置全体の構成が煩雑にな
る問題がある。

実際上、ハーフミラー12及び13を高い平行度で保持す
るためには、高精度に加工された歪み、変形の少ない堅
牢な保持機構に、ハーフミラー12及び13の面精度が狂わ
ないように、確実かつ高い精度で固定する必要があり、
この場合加工作業が煩雑になると共に保持機構が大型化
し、コリメートスコープ11全体の構成が大型かつ煩雑に
なる。

これに対して、例えば固定したハーフミラー12に対し
て、平行度の調整機構を介してハーフミラー13を取り付
ける方法が考えられる。

ところがこの場合は、平行度の調整作業が煩雑になる
と共に、調整後平行度が狂わないようにするためには、
高精度に加工された歪み、変形の少ない堅牢な保持機構
でハーフミラー12及び13を保持しなければならず、結局
保持機構が大型化し、コリメートスコープ11全体の構成
が大型かつ煩雑になる。

またこの場合は、調整の際に応力歪みが発生し、これ
によりハーフミラー12及び13の面精度が劣化する恐れが
あり、実用上未だ不十分な問題がある。

この問題を解決するための１つの方法として、ハーフ
ミラー12及び13に代えて平行四辺形プリズムを用いる方
法がある。

ところが、平行四辺形プリズムを用いる場合、大型の
光学ブロツクを平行四面体に研磨しなければならず、実
用的ではない。

さらに第６図の構成においては、望遠鏡５及び光ビー
ムLA1の光軸が、その配置距離Ｄだけ離れてなることか
ら（すなわち視差Ｄがあることから）、実際の照射位置
と望遠鏡５で観測される照射位置との間に誤差を避け得
ない問題がある。

当該誤差は、送受信装置間の距離が接近する程大きく
なり、２点間の距離が250〔mm〕以下に接近した場合、
実用上高い精度で光ビームの出射方位角を調整すること
が困難になる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、全体と
して簡易な構成で、光ビームの照射位置を高い精度で検
出することができる光空間伝送装置を提案しようとする
ものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、情報
信号で変調された射出用光ビームLA1を受信装置に送出
することにより、射出用光ビームLA1を介して情報信号
を受信装置に伝送するようになされた光空間伝送装置に
おいて、射出用光ビームLA1の光束中に配置されて、射
出用光ビームLA1を第１の方向に反射すると共に、受信
装置側から到来する入射光ビームを第１の方向とは逆の
第２の方向に反射するハーフミラー21と、ハーフミラー
21で反射された射出用光ビームLA1の反射光ビームを、
該反射光ビームの光軸と平行に折り返すことにより、ハ
ーフミラー21において入射用光ビームLA5の反射光ビー
ムの第２の方向と同じ方向に透過させる光路折返光学系
15と、光路折返光学系15で折り返されてハーフミラー21
を透過して来る射出用光ビームLA1の反射光ビームを受
けると共に、ハーフミラー21で反射されて来る入射光ビ
ームLA5を受けることにより、射出用光ビームLA1の受信
装置への照射位置を確認する観測光学系５とを設けるよ
うにする。

Ｆ作用 ハーフミラー21を射出用光ビームLA1の光束中に配置
し、送出された射出用光ビームLA1を当該射出用光ビー
ムLA1の射出方向から到来する入射光ビームLA5と共に観
測することにより、視差の無い状態で、射出用光ビーム
LA1の照射位置に当該射出用光ビームLA1の像を観測する
ことができる。

かくして全体として簡易な構成で、射出用光ビームLA
1の受信装置に対する照射位置を高精度に検出すること
ができる。

Ｇ実施例 （G1）第１の実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

第６図との対応部分に同一符号を付して示す第１図に
おいて、20は全体として光空間伝送装置の送信装置を示
し、射出用光ビームLA1の光軸Ｌ上にほぼ45度の角度だ
け傾いてハーフミラー21が配置され、コーナキユーブプ
リズム15と共にコリメートスコープを構成している。

ハーフミラー21は、高い面精度で加工されると共に入
射光の約1/2の光量を反射するようになされている。

これにより、射出用光ビームLA1においては、その一
部がハーフミラー21を透過して直進するようになされ、
ハーフミラー21で反射された反射光ビームLA6がコーナ
キユーブプリズム15に入射されるようになされている。

これに対して、受信装置側から到来する入射光ビーム
LA5は、ハーフミラー21で反射光ビームLA6とは逆方向に
反射されて望遠鏡５に入射されるようになされている。

コーナキユーブプリズム15は、反射光ビームLA6を折
り返して反射光ビームLA6と光軸が平行な反射光ビームL
A7を、ハーフミラー21を透過して望遠鏡５に導く。

このとき第２図に示すように、ハーフミラー21の反射
面21Aにおいて、反射面21Aの法線L1に対して入射角θ_１
で光ビームLA1が入射すると、当該入射角θ_１と等しい
射出角θ_１の反射光ビームLA6が得られる。

従つて反射光ビームLA7が反射面21Aの法線L1に対して
なす角θ_２は、当該反射光ビームLA7が反射光ビームLA6
と平行でなることから、当該反射光ビームLA6の射出角
θ_１と等しい角度（すなわち光ビームLA1の入射角θ_１
と等しい角度θ_１でなる）になる。

これに対して、光ビームLA1の射出方向から到来する
入射光ビームLA5においては、反射面21Aの法線L1に対し
て角度θ_２で入射した光ビームが、法線L1に対して角度
θ_２で反射される。

従つてハーフミラー21を透過して送出される光ビーム
LA1が、反射面21Aの法線L1に対して、入射角θ_１と等し
い角度θ_１で送出されることから、光ビームLA1の射出
方向から到来する入射光ビームLA5においては、光ビー
ムLA1の光軸に対して光軸が平行な光ビームが、光ビー
ムLA1を分離してなる反射光ビームLA7と平行に、望遠鏡
５に入射される。

かくして望遠鏡５においては、光ビームLA1の照射位
置から射出されたような反射光ビームLA7を得ることが
でき、これにより当該照射位置にレーザ光源２を配置し
た場合と同様の像を、受信装置側の像に重ねて観測する
ことができ、かくして送信装置１側で光ビームの照射位
置を確実かつ容易に確認することができる。

このとき、ハーフミラー21を光ビームLA1の光軸Ｌ上
に配置したことにより、光ビームLA1の光軸上で光ビー
ムLA1に対して逆進する入射光ビームを、反射光ビームL
A7と平行な入射光ビームとして望遠鏡５に導くことがで
き、これにより視差のない状態を得ることができる。

さらに、光ビームLA1の光軸上に１枚のハーフミラー2
1を配置するだけでよいので、その分全体の構成を簡略
化することができる。

さらにハーフミラー21で反射された反射光ビームLA6
を、コーナキユーブプリズム15で平行に折り返して、光
ビームLA1の射出方向から光ビームLA1に対して逆進する
入射光ビームと平行に、望遠鏡５に入射させるようにし
たことにより、ハーフミラー21が正確に45度の傾きに保
持されていなくても、光ビームLA1の照射位置から射出
されたような反射光ビームLA7を得ることができる。

従つてハーフミラー21及びコーナキユーブプリズム15
を、高い面精度で加工するだけで、光ビームLA1の照射
位置を高い精度で確認することができる。

実際上、ハーフミラー21においては、コーナキユーブ
プリズム15に比して高い面精度を得ることができるか
ら、この場合コーナキユーブプリズム15の加工精度さえ
高くすれば、実用上十分な検査精度を得ることができ
る。

ちなみに、面精度が実用上の範囲でなる２秒のコーナ
キユーブプリズム15を用いた場合、１〔km〕離れた位置
で誤差を９〔mm〕に抑えることができた。

さらにコーナキユーブプリズム15の加工精度さえ高く
すれば、高い検出精度を得ることができることから、矢
印ｃで示すように、コリメートスコープ全体が光ビーム
LA1の光軸Ｌに対して傾いて配置されている場合でも、
矢印ｂで示すように、コリメートスコープが光ビームLA
1の光軸Ｌに対してねじれて配置されている場合でも、
さらには望遠鏡５が傾いて配置されている場合でも、光
ビームの照射位置を高精度で確認することができる。

かくしてコーナキユーブプリズム15は、ハーフミラー
21で反射された光ビームLA1の反射光ビームLA6を、該反
射光ビームLA6の光軸と平行に折り返す光路折返光学系
を構成するのに対し、望遠鏡５は、光路折返光学系で折
り返された反射光ビームLA7を、ハーフミラー21を介し
て受ける観測光学系を構成する。

以上の構成において、光源２から射出された所定の情
報信号で変調されてなる光ビームLA1は、レンズ３を介
して平行光線に変換されて受信装置に送出される。

さらに当該光ビームLA1の一部は、ハーフミラー21で
反射された後、コーナキユーブプリズム15で平行に折り
返され、光ビームLA1の射出方向から光ビームLA1に対し
て逆進する入射光ビームと平行に、望遠鏡５に入射され
る。

これにより、望遠鏡５において、光ビームLA1の照射
位置に光源２を配置した場合と同様の像を得ることがで
き、当該光源２の像及び受信装置側を同時に観測するこ
とにより、光ビームLA1の照射位置を送信装置20側で簡
易に検出することができる。

以上の構成によれば、光ビームLA1の光軸上に配置し
たハーフミラー21で、光ビームLA1を反射した後、コー
ナキユーブプリズム15を用いて平行に折り返し、光ビー
ムLA1の射出方向の受信装置側から光ビームLA1に対して
逆進する光ビームと平行に、望遠鏡５に入射したことに
より、ハーフミラー21及びコーナキユーブプリズム15
を、高い面精度で加工するだけで、光ビームLA1の照射
位置に光源２を配置した場合と同様の視差の無い像を得
ることができ、かくして全体として簡易な構成で、光ビ
ームの照射位置を高い精度で検出することができる。

（G2）第２の実施例 第３図において、30は全体として光空間伝送装置の送
信装置を示し、反射光ビームLA7及び入射光ビームLA5を
ミラー21で90度折り曲げて、筐体1A上に配置した望遠鏡
５に導くようにしたものである。

この場合、ミラー21においては、光ビームLA1の照射
位置から射出されたような反射光ビームLA7を得ること
ができるので、当該ミラー21の取り付け精度を高くしな
くても、光ビームLA1の照射位置を高い精度で検出する
ことができる。

かくして、筐体1A上に配置した望遠鏡５を介して、光
ビームLA1の照射位置を検出することができるので、そ
の分全体として使い勝手の良い光空間伝送装置を得るこ
とができる。

第３図の構成によれば、反射光ビームLA7及び入射光
ビームLA5をミラー21で90度折り曲げて、筐体1A上に配
置した望遠鏡５に導くようにしたことにより、第１の実
施例の効果に加えて全体として使い勝手の良い光空間伝
送装置を得ることができる。

（G3）他の実施例 なお上述の実施例においては、ハーフミラー21及びコ
ーナキユーブプリズム15で構成されたコリメートスコー
プを用いる場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、ハーフミラー21及びコーナキユーブプリズム15を一
体の光学ブロツクで構成するようにしてもよい。

すなわち第４図に示すように、断面が四角形状で一端
にハーフミラーの面35Aを備えてなる光学ブロツク35
に、コーナキユーブプリズム15を張り合わせて光学ブロ
ツクを構成する。

これに対して第５図に示すように、断面が円形形状で
一端にハーフミラーの面36A及び平面でなる入射面36Bを
備えてなる光学ブロツク36に、コーナキユーブプリズム
15を張り合わせて光学ブロツクを構成するようにしても
よい。

このようにすれば、コリメートスコープを簡略化し
得、さらに一段と全体の構成を簡略化することができ
る。

さらに上述の実施例においては、ハーフミラー21を光
ビームLA1の光軸上に配置した場合について述べたが、
ハーフミラー21の配置位置は光軸上に限らず、光ビーム
LA1の光束内であれば、実用上十分な範囲で光ビームの
照射位置を検出することができる。

さらに上述の実施例においては、反射効率が1/2のハ
ーフミラー21を用いる場合について述べたが、本発明は
これに限らず、必要に応じて反射効率の高いハーフミラ
ー、これとは逆に反射効率の低いハーフミラーを用いる
ようにしても良い。

さらに上述の実施例においては、大口径のレンズ３を
介して射出される光ビームLA1の一部を望遠鏡５に導く
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光ビー
ムLA1の全部を望遠鏡５に導き、調整終了後、コリメー
トスコープを取り外すようにしてもよい。

さらに上述の実施例においては、望遠鏡５を用いて光
ビームLA1の照射位置を肉眼で検出する場合について述
べたが、観測光学系はこれに限らず、例えばテレビジョ
ンカメラ等を用いるようにしてもよい。

Ｈ発明の効果 以上のように本発明によれば、射出用光ビームをハー
フミラーで反射した後、光路折返光学系によつて折り返
してハーフミラーを透過させると共に、受信装置側から
到来した入射光ビームをハーフミラーで反射させること
により、射出用光ビームの反射光ビームを、入射光ビー
ムの反射光ビームと一緒に観測光学系を受けることがで
き、これにより全体として簡易な構成で、射出用光ビー
ムの受信装置に対する照射位置を高い精度で確認するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光空間伝送装置の送信
装置を示す略線図、第２図はその動作の説明に供する略
線図、第３図は第２の実施例を示す略線図、第４図及び
第５図は光学ブロツクの他の実施例を示す斜視図、第６
図は従来の送信装置を示す略線図である。 １、20、30……送信装置、２……レーザ光源、３……レ
ンズ、５……望遠鏡、12、13、21、31……ハーフミラ
ー、15……コーナキユーブプリズム。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報信号で変調された射出用光ビームを受
   信装置に送出することにより、上記射出用光ビームを介
   して上記情報信号を上記受信装置に伝送するようになさ
   れた光空間伝送装置において、 上記射出用光ビームの光束中に配置されて、上記射出用
   光ビームを第１の方向に反射すると共に、上記受信装置
   側から到来する入射光ビームを上記第１の方向とは逆の
   第２の方向に反射するハーフミラーと、 上記ハーフミラーで反射された上記射出用光ビームの反
   射光ビームを、該反射光ビームの光軸と平行に折り返す
   ことにより、上記ハーフミラーにおいて上記入射光ビー
   ムの反射光ビームの上記第２の方向と同じ方向に透過さ
   せる光路折返光学系と、 上記光路折返光学系で折り返されて上記ハーフミラーを
   透過して来る上記射出用光ビームの反射光ビームを受け
   ると共に、上記ハーフミラーで反射されて来る上記入射
   光ビームを受けることにより、上記射出用光ビームの上
   記受信装置への照射位置を確認する観測光学系と を具えることを特徴とする光空間伝送装置。