JP3263263B2 - 光空間通信装置 - Google Patents

光空間通信装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを大気中に伝
播させて遠距離間で通信を行う光空間通信装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、光ビームを利用した光通信方式
は高速かつ大容量の通信が可能であり、特に伝送路を自
由空間とする光空間通信は、光ファイバ等の有線通信に
比べて可搬性に富み、簡便に通信路を開設することがで
きるという特長がある。このように、簡便に使用できて
信頼性を良くするためには、設置時の方向調節を容易に
行うことができ、通信中に光ビームが相手側装置から外
れないように角度補正が可能な自動追尾機構が有効であ
る。
【0003】図2は自動追尾機構を有する従来の光空間
通信装置の構成図である。装置を対向して設置するとき
に、視準用スコープ1を覗いて手動により相手側装置と
の方向調節を行う。自動追尾スタートスイッチ2を押す
と入力端子3から電気信号が入力され、増幅器4を介し
て発光素子5で光信号となり、フォーカス可変のコリメ
ートレンズ6、偏光ビームスプリッタ7を経て可動ミラ
ー8で反射され、レンズ9、10から送信光ビームとし
て投光される。
【0004】コリメートレンズ6はアクチュエータ11
により駆動されるようになっており、システム制御回路
12により、距離設定器13からの相手側装置との通信
距離情報に基づいてアクチュエータ11を駆動し、これ
によって送信光ビームが所定の拡り角となるように、コ
リメートレンズ6が光軸方向に移動してフォーカスが調
節される。
【0005】相手側装置からの受信光ビームはレンズ1
0に入射し、レンズ9、可動ミラー8を通って偏光ビー
ムスプリッタ7で反射され、部分反射ミラー14で反射
された本信号がレンズ15を介して受光素子16に受光
され、増幅器17を介して出力端子18から電気信号と
して出力される。
【0006】一方、部分反射ミラー14を透過した一部
の受信ビームは、レンズ19を介して図3に示す4分割
受光素子20に集光し、そのスポット位置が検出されて
トラッキング制御回路21に位置信号が送られ、トラッ
キング制御回路21は可動ミラー8用のアクチュエータ
22を駆動し、4分割受光素子20の中央にスポットが
至るように可動ミラー8を調節する。なお、可動ミラー
8の角度はその近傍に設けられたセンサ23により検出
されて、この検出信号はトラッキング制御回路21にフ
ィードバックされる。
【0007】4分割受光素子20の中心にスポットがあ
るときに、送信光の光軸の角度と受信光の光軸の角度と
が一致するように、即ち送信光ビームの方向が相手側装
置の方向と一致するように、発光素子5の位置を調節し
ておけば、装置が傾いて受信光の光軸の角度が変わり、
4分割受光素子20上のスポット位置が中心からずれた
場合に、直ちに可動ミラー8が動いてスポット位置を中
心に戻す方向に光軸の角度が修正される。従って、送信
光ビーム方向が常に相手側装置の方向に保たれて、相手
側装置から外れることのない通信が維持でき、自動追尾
による双方向通信を行うことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例では、送信光ビームの拡り角を相手側装置との通信
距離のみによって決定しており、設置場所の振動条件や
気象条件を考慮していないために、設置場所の振動や風
等により装置に大きな振動が発生し、自動追尾による光
ビームの角度補正が十分できなくなると、送信光ビーム
が相手側装置から外れてしまい、光強度が十分強いにも
拘わらず通信が途絶えてしまうという問題点がある。
【0009】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
気象条件等によって光強度が低下して、相手側装置に送
信光ビームが届かない等の悪影響を受けることがない光
空間通信装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光空間通信装置は、相手側装置から送ら
れてきた受信光ビームのスポット位置が装置内の受光素
子の中心に至るように送信光ビームの光軸角度を修正す
る自動追尾手段を有する光空間通信装置において、装置
の振動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段によ
る装置の振動情報による送信光ビームの光軸角度ずれが
前記自動追尾手段で修正できないと判断した場合に、装
置内の受光素子上のスポット位置の中心からの偏差量を
基に、伝送する信号のSN比の変化量が小さくなるよう
に、送信光ビームの拡り角を自動調節する制御手段とを
具備することを特徴とする。
【0011】
【作用】上述の構成を有する本発明の光空間通信装置
は、自由空間に送信光ビームを伝播させて相手側装置と
光通信を行う際に、自動追尾手段で修正できない場合で
も、装置内の受光素子上のスポット位置の中心からの偏
差量を基に、伝送する信号のSN比の変化量が小さくな
るように、送信光ビームの拡り角を自動的に調節する。
【0012】
【実施例】本発明を図1に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図1は本実施例の構成図を示し、送信信号
入力端子30の出力は増幅器31を介して、半導体レー
ザー等の発光素子32に接続され、発光素子32の前方
には、送信光ビームの拡り角を変更するためにフォーカ
スが可変のコリメートレンズ33、紙面に平行偏波面を
有する光を透過し紙面に垂直な偏波面を有する光を反射
する偏光ビームスプリッタ34、受信光強度を放射方向
に調節するための全方向に自在に動かすことができる可
動ミラー35が順次に配列されており、可動ミラー35
の反射方向には光ビームを送受信するレンズ36、37
が配置されている。コリメートレンズ33はコリメート
レンズ駆動用アクチュエータ38により駆動され、可動
ミラー35は可動ミラー駆動用アクチュエータ39によ
り駆動されるようになっており、可動ミラー35の付近
には可動ミラー角度センサ40が設けられている。
【0013】偏光ビームスプリッタ34の反射方向に
は、部分反射ミラー41、レンズ42、4分割されたホ
トダイオードから成る4分割受光素子43が順次に配列
され、4つのホトダイオードのそれぞれの出力を比較す
ることにより求めた受信光スポット位置から、装置の光
軸に対する受信光の成す角度が分かり、これによって放
射方向の受信光強度を知ることができるようになってい
る。また、部分反射ミラー41の反射方向には、レンズ
44、アバランシェホトダイオードやPINホトダイオ
ード等の受光素子45が配置されている。
【0014】受光素子45の出力は増幅器46を介して
受信信号出力端子47に接続されている。可動ミラー角
度センサ40の出力はトラッキング制御装置48、振動
情報検出回路49に接続されており、4分割受光素子4
3の出力はトラッキング制御回路48、振動情報検出回
路49、システム制御回路50に接続されている。ま
た、トラッキング制御回路48の出力はアクチュエータ
39に接続され、振動情報検出回路49の出力はシステ
ム制御回路50に接続されている。更に、相手側装置と
の通信距離情報を設定する距離設定器51、自動追尾ス
タートスイッチ52の出力はシステム制御回路50に接
続され、システム制御回路50の出力はコリメートレン
ズ駆動用アクチュエータ38に接続されている。
【0015】また、装置には送受信光の光軸と平行方向
に光軸を有する視準スコープ53が設けられており、視
準スコープ53によって相手側装置を観察することによ
り方向調節ができるようになっている。
【0016】先ず、装置を設置する際等に行う最初の調
節において、可動ミラー35を中心付近の初期位置に固
定し、視準用スコープ53により相手側装置を観察しな
がら、自動追尾動作が可能な状態まで手動により方向調
節を行い、その後で自動追尾スタートスイッチ52を押
して自動追尾動作を入力する。
【0017】送信信号入力端子30から送信信号が入力
され、増幅器31を介して発光素子32が駆動されて強
度変調された光信号を発生する。この光信号は紙面に水
平方向に偏光しているので偏光ビームスプリッタ34を
透過し、可動ミラー35で反射され、レンズ36、37
により送信光ビームとなって相手側装置に向けて投光さ
れる。
【0018】一方、相手側装置から送られてきた受信光
ビームはレンズ37に入射し、レンズ36を通って可動
ミラー35で反射され、この光は紙面に垂直方向に偏光
しているので偏光ビームスプリッタ34の貼り合わせ面
で反射され、部分反射ミラー41へ進み、殆どの光は部
分反射ミラー41に反射されて、レンズ44を介して受
光素子45に受光される。この光は受光素子45におい
て電気信号に変換されて増幅器46で所定のレベルにな
り、受信信号出力端子47から本信号として出力され
る。
【0019】また、部分反射ミラー41を透過した一部
の光は、レンズ42を介して4分割受光素子43に集光
されてそのスポット位置が検出され、トラッキング制御
回路48に位置信号が送信される。トラッキング制御回
路48はアクチュエータ39に指令を送り、4分割受光
素子43の中央にスポットが来るように可動ミラー35
を駆動する。このときの可動ミラー35の角度は可動ミ
ラー角度センサ40により検出され、この角度信号はト
ラッキング制御回路48にフィードバックされる。
【0020】ここで、4分割受光素子43上のスポット
位置がその中心から外れると、トラッキング制御回路4
8は従来例と同様に可動ミラー35を駆動して、スポッ
ト位置が中心に至るように送信光ビームの光軸角度を修
正する自動追尾動作を行う。
【0021】本実施例においては、角度センサ40によ
る可動ミラー35の角度情報と4分割受光素子43のス
ポット位置情報とが、振動情報検出回路49に入力され
て装置の振動の大きさや周波数成分が推定され、この振
動情報検出回路49からの振動情報と4分割受光素子4
3からの全光量信号と距離設定器51からの距離情報
が、システム制御回路50に入力される。
【0022】システム制御回路50はこれらの情報を判
断してアクチュエータ38に信号を送り、この信号に基
づいてコリメートレンズ33を光軸方向に移動してフォ
ーカスを調整し、送信光ビームの拡り角を最適値に設定
する。
【0023】いま、装置が車上やイントレ上等の振動の
多い場所に設置された場合を考えると、先ず可動ミラー
35の角度は変化しているが4分割受光素子43上の受
信光のスポット位置はほぼ中央に制御されている時に
は、システム制御回路50は振動による光ビーム角度の
ずれが自動追尾により十分補正されていると判断し、受
信光ビームの強度に応じて送信光ビームの拡り角の微調
整を行う。
【0024】例えば、気象条件が良い場合や通信距離が
短い場合等で受信光強度が所定のSN比を満たすために
十分であるときは、自動追尾で対応しきれない大きな振
動に備えてビーム拡り角を通常よりも拡げるようにす
る。また、気象条件が悪い場合や通信距離が長い場合等
で、受信光強度が所定のSN比を満足しないレベルであ
るときは、送信ビームの拡り角を自動追尾に悪影響を与
えない程度まで絞って、光ビームのエネルギ密度を上げ
るようにする。
【0025】また、可動ミラー35の角度が変化し、更
に4分割受光素子43上の受信光のスポット位置が変動
しているときは、システム制御回路50は振動による光
ビーム角度のずれが自動追尾によって対応しきれていな
いと判断し、4分割受光素子43上のスポット位置の中
央からの偏差量を基に、伝送する信号のSN比の変化量
が最も小さくなるように送信光ビームの拡り角を設定す
る。
【0026】更に、振動が比較的少ない安定した場所で
使用する場合は、4分割受光素子43からの全ての光量
を示す信号はシステム制御回路50で監視されているの
で、受信光ビームの強度が小さくなれば大気減衰が増大
したものと判断し、受信光強度のビーム拡り角を絞って
ゆく。
【0027】このように、本実施例においては設置場所
や気象条件の変化に実時間で対応し、最適な送信光ビー
ムの拡り角に調整することができるので、送信光ビーム
が相手側装置から外れたり、十分な光強度の送信光ビー
ムが相手側装置に届かない等の悪影響を軽減することが
できる。
【0028】実施例では、可動ミラー35の角度又は4
分割受光素子43により装置の振動を検出したが、加速
度センサ、ジャイロスコープ等の振動を検出する機構を
別に設けて制御を行うことも可能である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光空間
通信装置は、自動追尾手段で修正できない場合でも、装
置内の受光素子上のスポット位置の中心からの偏差量を
基に、伝送する信号のSN比の変化量が小さくなるよう
に、送信光ビームの拡り角を自動的に調節するので、送
信光ビームが相手側装置から外れるというような問題が
発生し難い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の構成図である。
【図2】従来例の構成図である。
【図3】4分割受光素子の説明図である。
【符号の説明】
32 発光素子 33 コリメートレンズ 34 偏光ビームスプリッタ 35 可動ミラー 40 可動ミラー角度センサ 41 部分反射ミラー 43 4分割受光素子 45 受光素子 48 トラッキング制御回路 49 振動情報検出回路 50 システム制御回路 51 距離設定器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相手側装置から送られてきた受信光ビー
    ムのスポット位置が装置内の受光素子の中心に至るよう
    に送信光ビームの光軸角度を修正する自動追尾手段を有
    する光空間通信装置において、装置の振動を検出する振
    動検出手段と、該振動検出手段による装置の振動情報に
    よる送信光ビームの光軸角度ずれが前記自動追尾手段で
    修正できないと判断した場合に、装置内の受光素子上の
    スポット位置の中心からの偏差量を基に、伝送する信号
    のSN比の変化量が小さくなるように、送信光ビームの
    拡り角自動調節する制御手段とを具備することを特徴
    とする光空間通信装置。
  2. 【請求項2】 前記受光素子は4分割受光素子であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の光空間通信装置。
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WO2021199548A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 三洋電機株式会社 電池モジュール
WO2022038678A1 (ja) * 2020-08-18 2022-02-24 日本電信電話株式会社 ビーム制御装置、ビーム制御方法及びプログラム

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