JP3117093B2 - 光空間伝送装置 - Google Patents

光空間伝送装置

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JP3117093B2
JP3117093B2 JP03274690A JP27469091A JP3117093B2 JP 3117093 B2 JP3117093 B2 JP 3117093B2 JP 03274690 A JP03274690 A JP 03274690A JP 27469091 A JP27469091 A JP 27469091A JP 3117093 B2 JP3117093 B2 JP 3117093B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術(図3) 発明が解決しようとする課題(図3) 課題を解決するための手段(図1及び図2) 作用(図1及び図2) 実施例 (1)実施例の構成(図1) (2)実施例の効果 (3)他の実施例 発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は光空間伝送装置に関し、
特に空間を伝送する光ビームを媒介して所望の情報を伝
送する光空間伝送装置に適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】従来、この種の光空間伝送装置において
は、相手方の送受信装置に送出する光ビームの一部を折
り返し、相手方の送受信装置から到来する観測光と共に
観測することにより、簡易に当該光ビームの照射位置を
確認し得るようになされたものが提案されている。
【0004】すなわち図3に示すように、光空間伝送装
置1においては、レーザダイオード2を所定の情報信号
で駆動し、当該レーザダイオード2から所定偏波面の送
信光ビームLA1を射出する。レンズ4は、当該送信光
ビームLA1を平行光線に変換した後、偏向ビームスプ
リツタ6を透過してレンズ8に導く。レンズ8は、当該
送信光ビームLA1を収束光線に変換した後、レンズ1
0に導き、これにより送信光ビームLA1を所定の大き
さの平行光線に変換してミラー12に導く。
【0005】ここでミラー12は、ミラー14と共に、
光路に約45度傾いて配置され、所定の駆動系を介して
当該傾きを調整し得るようになされている。これにより
当該光空間伝送装置1においては、ミラー12及び14
で送信光ビームLA1を反射することにより、当該ミラ
ー12及び14の傾きを調整して当該送信光ビームLA
1の射出方向を可変し得るようになされている。
【0006】ハーフミラー16は、送信光ビームLA1
の一部を反射し、コーナーキユーブプリズム18に導
く。これにより当該光空間伝送装置1においては、コー
ナーキユーブプリズム18で送信光ビームLA1の光路
を折り曲げ、ハーフミラー16を透過して撮像装置20
に導く。
【0007】さらにハーフミラー16は、残りの送信光
ビームLA1を透過して凸レンズ22に入射する。ここ
で凸レンズ22は、所定のアクチユエータを駆動するこ
とにより、光軸と垂直に変位し得るようになされ、これ
により当該光空間伝送装置1においては、レンズ22の
位置を可変して送信光ビームLA1の照射位置を大きく
可変し得るようになされている。
【0008】レンズ24は、大口径の凸レンズで、凸レ
ンズ24に対して所定距離だけ離間して配置され、これ
により凸レンズ22で集光した送信光ビームLA1を所
定大きさの略平行光線に変換して射出する。これにより
光空間伝送装置1においては、当該レンズ24から射出
された送信光ビームLA1を相手方の送受信装置に照射
し、当該送信光ビームLA1を介して所望の情報信号を
伝送し得るようになされている。
【0009】ここで相手方の送受信装置から到来する受
信光ビームLA2においては、送信光ビームLA1とは
逆に、レンズ24で集光された後、レンズ22で平行光
線に変換されて、ハーフミラー16に入射する。このと
き相手方の送受信装置の周囲の光(以下観測光と呼ぶ)
LA3も、受信光ビームLA2と共にハーフミラー16
に入射し、ハーフミラー16で反射されて撮像装置20
に入射する。これにより当該光空間伝送装置1において
は、撮像装置20を介して相手方の送受信装置を観測し
得、簡易に送信光ビームLA1の照射位置を調整するこ
とができる。
【0010】このとき当該光空間伝送装置1において
は、コーナーキユーブプリズム18で送信光ビームLA
1の光路を折り返して撮像装置20に入射したことによ
り、当該送信光ビームLA1の照射位置から到来したよ
うに、送信光ビームLA1を撮像装置20に導くことが
できる。これにより当該光空間伝送装置1においては、
撮像装置20を介して、送信光ビームLA1の照射位置
を明るく輝く点として観測することができる。
【0011】これに対して受信光ビームLA2において
は、同様にハーフミラー16で一部が反射されて撮像装
置20に導かれることにより、相手方の送受信装置の位
置を明るく輝く点として観測することができる。これに
より当該光空間伝送装置1においては、送信光ビームL
A1の照射位置を簡易に確認し得、当該光空間伝送装置
1の設置作業を簡略化することができる。
【0012】これに対してハーフミラー16を透過した
受信光ビームLA2は、ミラー14、12、レンズ1
0、8を順次介して偏向ビームスプリツタ6に入射す
る。ここで受信光ビームLA2は、送信光ビームLA1
に対して偏波面が直交するように相手方の送受信装置か
ら送出され、これにより当該偏向ビームスプリツタ6で
反射されてビームスプリツタ26に入射する。
【0013】ここで受信光ビームLA2は、一部反射さ
れてレンズ28を介してフオトダイオード30に集光さ
れ、これにより当該フオトダイオード30の出力信号を
所定の信号処理回路で処理し、相手方の送受信装置から
送出された所定の情報信号を受信し得るようになされて
いる。これに対してビームスプリツタ26を透過した受
信光ビームLA2は、フイルタ32を透過した後、レン
ズ34を介して位置検出素子(PSD)36に集光され
る。
【0014】これにより光空間伝送装置1においては、
位置検出素子36の出力信号に基づいてミラー12、1
4の傾き、レンズ22の位置を制御し、全体として送信
光ビームLA1の照射位置を補正するサーボ系を形成す
るようになされ、当該光空間伝送装置1が風等で振動し
た場合でも、確実に送信光ビームLA1を相手方の送受
信装置に送出し得るようになされている。
【0015】かくして当該光空間伝送装置1において
は、撮像装置20を用いて簡易に設置し得、空間を伝送
する光ビームLA1及びLA2を介して所望の信号を双
方向で伝送し得るようになされている。
【0016】なおコーナーキユーブプリズム18及びハ
ーフミラー16間にはシヤツタ38が介挿され、必要に
応じて当該シヤツタ38を閉じることにより、撮像装置
20で相手方の送受信装置だけを観測し得るようになさ
れている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の光空
間伝送装置1においては、簡易に設置し得、またいちい
ち伝送用のケーブル等を設置する必要がないことによ
り、ビルの屋上等に固定して情報を伝送する以外にも、
例えばテレビジヨン中継等に利用して便利であると考え
られる。
【0018】このようなテレビジヨン中継においては、
例えばゴルフの中継のように、テレビジヨンカメラ及び
光空間伝送装置を高所に設置し、低所に設置した相手方
の送受信装置に向けて映像信号を送出する必要がある。
【0019】すなわちこの種の光空間伝送装置をテレビ
ジヨン中継に用いた場合、中継地点の条件により種々の
姿勢で設置されるようになる。
【0020】ところが光空間伝送装置1においては、水
平に保持してレンズ22を可動する場合、下方向には容
易に変位させることができるのに対し、下方向に比して
上方向には変位が困難になる。これに対して当該光空間
伝送装置1を垂直に保持した場合、レンズ22の可動方
向が変化しても、ほぼ同じ駆動力で各方向に変位させる
ことができる。
【0021】すなわち図3に示すような光空間伝送装置
1においては、姿勢に応じて送信光ビームの照射位置補
正動作が変化する問題があり、当該光空間伝送装置1の
姿勢によつては、安定かつ確実に照射位置を補正するこ
とが困難になる恐れがある。
【0022】この問題を解決する1つの方法として例え
ば特願昭 63-133087号に開示の構成のように、光学系全
体を軸支して回動させることにより、送信光ビームLA
1の射出方向を可変する方法が考えられるが、この場合
装置の構成が全体として大型化し、実用上未だ不十分な
問題がある。特にテレビジヨン中継においては、全体形
状を小型化すると共に、軽量化する必要がある。
【0023】さらに図3に示す構成の光空間伝送装置1
においては、レンズ22とミラー12、14を組み合わ
せて照射位置を補正することにより、全体構成の複雑化
を避け得ず、また全体構成を小型化し得ない問題もあ
る。
【0024】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、姿勢が変化しても、安定かつ確実に送信光ビームの
照射位置を補正することがきる光空間伝送装置を提案し
ようとするものである。
【0025】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、所定の情報信号で変調した所定偏
波面の送信光ビームLA1を、所定距離だけ離間して配
置した送受信装置に送出すると共に、送受信装置から送
出された所定偏波面の受信光ビームLA2を受光するこ
とにより、送信光ビームLA1を介して情報信号を送受
信装置に伝送すると共に、受信光ビームLA2を介して
送受信装置から送出された所定の情報信号を受信する光
空間伝送装置40において、送信光ビームLA1を射出
する光源2と、受信光ビームLA2を受光する受光素子
30と、受信光ビームLA2の受光位置を検出し、位置
検出結果を出力する位置検出素子36と、光源2から射
出された送信光ビームLA1を反射又は透過すると共
に、送信光ビームLA1とは逆に受信光ビームLA2を
透過又は反射して受光素子30及び位置検出素子36に
導く偏光光ビーム分離手段6と、偏光光ビーム分離手段
6から射出される送信光ビームLA1を送信光ビームL
A1の光軸に直交する方向に変位する第1の照射位置補
正光学系42と、位置検出結果に基づいて、第1の照射
位置補正光学系42を駆動し、送信光ビームLA1の照
射位置を補正すると共に、送受信装置から到来する受信
光ビームLA2を偏光光ビーム分離手段6に導く第1の
照射位置補正手段44と、第1の照射位置補正光学系4
2から射出される送信光ビームLA1の向きを変化させ
て送受信装置に送出すると共に、送受信装置から到来す
る受信光ビームLA2を第1の照射位置補正光学系42
に導く第2の照射位置補正光学系46と、位置検出結果
に基づいて、第2の照射位置補正光学系46を駆動し、
送信光ビームLA1の照射位置を補正する第2の照射位
置補正手段56とを具え、第2の照射位置補正光学系4
6は、所定の反射光学素子を軸支し、反射光学素子を回
動して送信光ビームLA1の向きを変化させる。
【0026】
【作用】第1及び第2の照射位置補正光学系42、46
で送信光ビームLA1の向きを変化させるにつき、所定
の反射光学素子46を軸支して、反射光学素子46を回
動させて送信光ビームLA1の向きを変化させれば、簡
易な構成で姿勢が変化しても、常に同じように送信光ビ
ームLA1の向きを変化させることができる。
【0027】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0028】(1)実施例の構成 図2との対応部分に同一符号を付して示す図1におい
て、40は全体として光空間伝送装置を示し、破線で示
すように、レンズ8からレーザダイオード2、フオトダ
イオード30、位置検出素子36までの光学部品を所定
の光学ブロツク43に一体化して密封するようになされ
ている。これにより光空間伝送装置40においては、種
々の中継現場に当該光空間伝送装置40を携帯した場合
でも、当該光学ブロツク43に塵、埃等が進入しないよ
うになされている。
【0029】実際上、塵、埃等が進入し、例えば位置検
出素子36に入射する受信光ビームLA2が完全に遮ら
れた場合、送信光ビームLA1の照射位置を正しく補正
することが困難になる。このため位置検出素子36に入
射する受信光ビームLA2が一時的にせよ完全に遮られ
た場合、送信光ビームLA1の照射位置を補正するサー
ボがはずれ、改めて当該光空間伝送装置40の設置作業
を繰り返す必要があり、その間中継作業が中断する。
【0030】ところがこのように光学ブロツク43を密
閉して塵、埃等が進入しないようにすれば、常に送信光
ビームLA1の照射位置を正しく補正し得、中継作業の
中断を未然に回避することができる。
【0031】これに対してレンズ42は、所定のアクチ
ユエータ44に保持されて、レンズ8の光路上に配置さ
れ、これにより当該アクチユエータ44を駆動して光軸
と直交する方向(すなわち紙面に対して上下方向でな
る)に変位するようになされている。
【0032】ここで当該光空間伝送装置40において
は、位置検出素子36の出力信号に基づいて、当該アク
チユエータ44を駆動する。これにより当該光空間伝送
装置40においては、従来レンズ22とミラー12及び
14とを変位させて補正していた送信光ビームLA1の
照射位置を、アクチユエータ44を駆動することによ
り、そのうちの一方向について補正するようになされ、
その分全体構成を簡略化するようになされている。
【0033】かくしてレンズ42は、レンズ8から射出
された送信光ビームLA1を平行光線に変換してハーフ
ミラー46に導く。ここでハーフミラー46は、送信光
ビームLA1の一部を透過してコーナーキユーブプリズ
ム18に導き、当該コーナーキユーブプリズム18の反
射光を反射して撮像装置20に導く。
【0034】さらにハーフミラー46は、送信光ビーム
LA1の一部を反射し、当該光空間伝送装置40におい
ては、ハーフミラー46で反射した送信光ビームLA1
を凹レンズ48、凸レンズ24を介して相手方の送受信
装置に送出するようになされている。これにより当該光
空間伝送装置40においては、相手方の送受信装置から
到来する受信光ビームLA2、観測光LA3がレンズ2
4、48、ハーフミラー46を介して撮像装置20に入
射するようになされ、撮像装置20を用いて簡易に当該
光空間伝送装置40を設置し得るようになされている。
【0035】かくして当該光空間伝送装置40において
は、撮像装置20を当該ハーフミラー46の後方に配置
すると共に、コーナーキユーブプリズム18をハーフミ
ラー46の下方に配置し、全体形状を小型化するように
なされている。
【0036】さらに凹レンズ48、凸レンズ24を介し
て、送信光ビームLA1を射出することにより、当該光
空間伝送装置40全体の長さを短くすることができる。
【0037】すなわち凸レンズ22、24を組み合わせ
て送信光ビームLA1を射出する場合(図3)、レンズ
22の入射光、レンズ24の射出光が略平行光線でなる
ことにより、レンズ22、24間の距離を両レンズの焦
点距離の和の値に設定する必要がある。
【0038】これに対して凹レンズ48、凸レンズ24
を組み合わせて送信光ビームLA1を射出する場合、両
レンズの焦点距離の差の値に両レンズ間の距離を保持す
れば、略平行光線で送信光ビームLA1を射出すること
ができる。従つて、その分全体の長さを短くして形状を
小型化し得、その分光空間伝送装置40を軽量化するこ
とができる。
【0039】実際上、レンズ24においては焦点距離20
0 〔mm〕のレンズを使用し、レンズ22及び48におい
ては、それぞれ焦点距離50〔mm〕の凸レンズ及び凹レン
ズを使用するため、全体として光空間伝送装置40の長
さを100 〔mm〕短くし得、当該光空間伝送装置40を格
段的に小型化することができた。
【0040】さらに凹レンズ48、凸レンズ24を介し
て、送信光ビームLA1を射出する場合、送信光ビーム
LA1及び受信光ビームLA2を焦光させることなく、
レンズ42まで導くことができる。
【0041】すなわち図3の構成においては、レンズ2
2及び24間の一点Pで一旦送信光ビームLA1及び受
信光ビームLA2が焦光する。従つて当該点Pの位置に
塵、埃等が侵入すると、受信光ビームLA2が完全に遮
光される結果となり、送信光ビームLA1の照射位置を
補正するサーボがはずれてしまう。
【0042】実際上、レンズ42からレンズ24までの
光学系においては、リニヤアクチユエータ44等の可動
部分があることにより、中継中であつても、不具合が発
生した場合、メンテナンスのため当該光学系が露出され
る場合がある。
【0043】このような場合、従来の構成においては、
情報の伝送が途絶えてしまう恐れがある。また、メンテ
ナンス中に誤つて点Pの位置にドライバ等を差し込んで
も、伝送が途絶える結果になる。
【0044】これに対してこの実施例のように、凹レン
ズ48、凸レンズ24を介して送信光ビームLA1を射
出すれば、点Pのような送信光ビームLA1及び受信光
ビームLA2の焦光を回避し得、これにより塵、埃等が
侵入しても安全に所望の情報信号を伝送することができ
る。
【0045】従つて中継中であつても、不具合が発生し
た場合、当該光学系を露出してメンテナンスすることが
でき、当該光空間伝送装置40の使い勝手を向上するこ
とができる。
【0046】さらに光空間伝送装置40において、ハー
フミラー46は、重心の位置を軸支して矢印aで示すよ
うに回動し得るようになされ、これによりレンズ42の
位置を変位させると共に当該ハーフミラー46の傾きを
調整して、送信光ビームLA1の照射位置を補正し得る
ようになされている。
【0047】すなわち図2に示すように、当該光空間伝
送装置40においては、ハーフミラー46を所定のホル
ダ50に固定し、当該ホルダ50をフレーム52に軸支
することにより、ハーフミラー46を略重心の位置で軸
支して回動し得るように保持する。
【0048】さらに光空間伝送装置40においては、ホ
ルダ50の回動軸の一端に角度センサ54が固定され、
これによりハーフミラー46の傾きを検出し得るように
なされ、残りの一端にアクチユエータ56が固定され、
当該アクチユエータ56を駆動してハーフミラー46の
傾きを可変し得るようになされている。これにより光空
間伝送装置40においては、位置検出素子36の出力信
号に基づいてアクチユエータ56を駆動し、送信光ビー
ムLA1の照射位置を上下方向(すなわちリニヤアクチ
ユエータ44で補正する方向と直交する方向でなる)に
調整し得るようになされている。
【0049】かくしてリニヤアクチユエータ44及びア
クチユエータ56だけで送信光ビームLA1の照射位置
を補正することにより、その分当該光空間伝送装置40
においては全体構成を簡略化して軽量化することができ
る。
【0050】さらにハーフミラー46を略重心位置で軸
支し、当該ハーフミラー46を回動させて照射位置を補
正することにより、当該光空間伝送装置40の姿勢が当
該ハーフミラー46の回動方向に変化した場合でも、同
一の駆動力で照射位置を補正し得、その分簡易な構成で
確実に送信光ビームLA1の照射位置を補正することが
できる。
【0051】実際上、光空間伝送装置40を設置する場
合、ハーフミラー46の回動方向に傾いて設置する場合
が殆どで、これと直交する方向に傾いて設置される場合
は、殆どないことがわかつた。従つて、この実施例のよ
うに、1方向についてだけハーフミラー46を回動させ
て射出位置を補正するようにしても、実用上、設置し得
る全ての姿勢で確実に照射位置を補正し得、その分安定
かつ確実に中継し得ることができた。
【0052】従つて、その分当該光空間伝送装置40の
設置位置を自由に選定し得、当該光空間伝送装置40の
使い勝手を向上することができる。
【0053】なお当該アクチユエータ56においては、
速度センサを内蔵するようになされ、位置検出素子36
の出力信号だけでなく、角度センサ54の検出結果及び
当該速度センサの検出結果を基準にして位置制御及び速
度制御し得るようになされ、これによりハーフミラー4
6を高速度で回動させ、光空間伝送装置40が振動等し
た場合でも、確実に照射位置を補正し得るようになされ
ている。
【0054】さらにアクチユエータ56においては、モ
ータの駆動力を直接ホルダ50の回動軸に伝達して駆動
するようになされ、これにより歯車等を介して駆動した
場合に発生するバツクラツシユ等を有効に回避し得るよ
うになされている。
【0055】また当該光空間伝送装置40においては、
アクチユエータ56のモータとしてリニア駆動型のモー
タを使用するようになされ、これにより高速度かつ確実
に送信光ビームLA1の照射位置を補正し得るようにな
されている。
【0056】(2)実施例の効果 以上の構成によれば、送信光ビームLA1の射出方向を
補正して当該送信光ビームの照射位置を補正する際、重
心で軸支したミラーを回動させて射出方向を補正するこ
とにより、簡易な構成で、姿勢が変化した場合でも確実
に送信光ビームの照射位置を補正することができる。
【0057】(3)他の実施例 なお上述の実施例においては、送信光ビームLA1の射
出方向を補正するにつき、一方向について軸支したハー
フミラー46を回動させる場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、この方向と直交する方向について
も、軸支したミラーを回動させて補正するようにしても
よい。
【0058】さらに上述の実施例においては、凹レン
ズ、凸レンズを介して送信光ビームを射出する形式の光
空間伝送装置に本発明を適用した場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、図3に示すように2つの凸
レンズを介して送信光ビームを射出形式の光空間伝送装
置にも広く適用することができる。さらに上述の実施例
においては、偏向ビームスプリツタ6で送信光ビーム及
び受信光ビームをそれぞれ透過及び反射する場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、レーザダイオード
及び受光素子を入れ換え、これとは逆に構成するように
してもよい。さらに上述の実施例においては、ハーフミ
ラー46を回動させる場合について述べたが、本発明は
これに限らず、プリズム、ミラー等、種々の反射光学素
子を広く適用することができる。
【0059】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、送信光ビ
ームの射出方向を補正して当該送信光ビームの照射位置
を補正する際、軸支した反射光学素子を回動させて射出
方向を補正することにより、簡易な構成で、姿勢が変化
した場合でも確実に送信光ビームの照射位置を補正し得
る光空間伝送装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による光空間伝送装置を示す
略線図である。
【図2】そのハーフミラーの詳細構成を示す斜視図であ
る。
【図3】従来の光空間伝送装置を示す略線図である。
【符号の説明】
1、40……光空間伝送装置、2……レーザダイオー
ド、6……偏向ビームスプリツタ、24……凸レンズ、
46……ハーフミラー、48……凹レンズ、50……ホ
ルダ、56……アクチユエータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の情報信号で変調した所定偏波面の送
    信光ビームを、所定距離だけ離間して配置した送受信装
    置に送出すると共に、上記送受信装置から送出された所
    定偏波面の受信光ビームを受光することにより、上記送
    信光ビームを介して上記情報信号を上記送受信装置に伝
    送すると共に、上記受信光ビームを介して上記送受信装
    置から送出された所定の情報信号を受信する光空間伝送
    装置において、 上記送信光ビームを射出する光源と、 上記受信光ビームを受光する受光素子と、 上記受信光ビームの受光位置を検出し、位置検出結果を
    出力する位置検出素子と、 上記光源から射出された送信光ビームを反射又は透過す
    ると共に、上記送信光ビームとは逆に上記受信光ビーム
    を透過又は反射して上記受光素子及び上記位置検出素子
    に導く偏光光ビーム分離手段と、 上記偏光光ビーム分離手段から射出される上記送信光ビ
    ームを上記送信光ビームの光軸に直交する方向に変位す
    る第1の照射位置補正光学系と、 上記位置検出結果に基づいて、上記第1の照射位置補正
    光学系を駆動し、上記送信光ビームの照射位置を補正す
    ると共に、上記送受信装置から到来する上記受信光ビー
    ムを上記偏光光ビーム分離手段に導く第1の照射位置補
    正手段と、 上記第1の照射位置補正光学系から射出される上記送信
    光ビームの向きを変化させて上記送受信装置に送出する
    と共に、上記送受信装置から到来する上記受信光ビーム
    を上記第1の照射位置補正光学系に導く第2の照射位置
    補正光学系と、 上記位置検出結果に基づいて、上記第2の照射位置補正
    光学系を駆動し、上記送信光ビームの照射位置を補正す
    る第2の照射位置補正手段と を具え、上記第2の照射位
    置補正光学系は、 所定の反射光学素子を軸支し、上記反
    射光学素子を回動して上記送信光ビームの向きを変化さ
    せるようにしたことを特徴とする光空間伝送装置。
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