JP3286086B2 - 光ビーム自動追尾装置 - Google Patents
光ビーム自動追尾装置Info
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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、光ビームによる通信及
び計測を行うための光信号送受信装置における光ビーム
自動追尾装置に関するものである。
び計測を行うための光信号送受信装置における光ビーム
自動追尾装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来例の構成図を示し、受信光Ｌ
の入射方向には光ビーム調節手段１が設けられ、光ビー
ム調節手段１内のトラッキングミラー２に受信光Ｌが入
射するようになっている。トラッキングミラー２の反射
方向の光路上には、集光光学系３、４分割光電検出器４
が配列されている。
の入射方向には光ビーム調節手段１が設けられ、光ビー
ム調節手段１内のトラッキングミラー２に受信光Ｌが入
射するようになっている。トラッキングミラー２の反射
方向の光路上には、集光光学系３、４分割光電検出器４
が配列されている。
【０００３】４分割光電検出器４の出力は制御手段５内
の追尾誤差角検出部６に接続され、追尾誤差角検出部６
の出力は補償要素７を介してスイッチ８の一方の端子８
ａに接続されている。一方、スイッチ８の他方の端子８
ｂには指令信号発生器９の出力が接続されており、追尾
誤差角検出部６、補償要素７、指令信号発生器９により
制御手段５が構成されている。
の追尾誤差角検出部６に接続され、追尾誤差角検出部６
の出力は補償要素７を介してスイッチ８の一方の端子８
ａに接続されている。一方、スイッチ８の他方の端子８
ｂには指令信号発生器９の出力が接続されており、追尾
誤差角検出部６、補償要素７、指令信号発生器９により
制御手段５が構成されている。
【０００４】制御手段５の信号はスイッチ８を介して光
ビーム調節手段１のミラー駆動用制御回路１０に接続さ
れ、スイッチ８により補償要素７と指令信号発生回路９
の出力を切換えるようになっている。ミラー駆動用制御
回路１０の出力は、アクチュエータ１１を介してトラッ
キングミラー２に接続され、またトラッキングミラー２
にはその角度を検出するミラー角度検出器１２が接続さ
れ、ミラー角度検出器１２の出力はミラー駆動用制御回
路１０に接続されている。これらのミラー駆動用制御回
路１０、アクチュエータ１１、ミラー角度検出器１２及
びトラッキングミラー２により光ビーム調節手段１が構
成されている。
ビーム調節手段１のミラー駆動用制御回路１０に接続さ
れ、スイッチ８により補償要素７と指令信号発生回路９
の出力を切換えるようになっている。ミラー駆動用制御
回路１０の出力は、アクチュエータ１１を介してトラッ
キングミラー２に接続され、またトラッキングミラー２
にはその角度を検出するミラー角度検出器１２が接続さ
れ、ミラー角度検出器１２の出力はミラー駆動用制御回
路１０に接続されている。これらのミラー駆動用制御回
路１０、アクチュエータ１１、ミラー角度検出器１２及
びトラッキングミラー２により光ビーム調節手段１が構
成されている。
【０００５】受信光Ｌは光ビーム調節手段１内のトラッ
キングミラー２に入射し、集光光学系３を介して４分割
光電検出器４によって検出され、制御手段５の追尾誤差
角検出部６に至り受信光Ｌの光軸のずれ量が求められ、
補償要素７を介してスイッチ８の端子８ａから光ビーム
調節手段１のミラー駆動用制御回路１０に入力される。
また、スイッチ８を端子８ｂに切換えて、指令信号発生
回路９からの指令信号が同様にミラー駆動用制御回路１
０に入力され、ミラー駆動用制御回路１０はこの光軸の
ずれ量に基づいて、アクチュエータ１１によりトラッキ
ングミラー２を駆動して光軸のずれを補正する。
キングミラー２に入射し、集光光学系３を介して４分割
光電検出器４によって検出され、制御手段５の追尾誤差
角検出部６に至り受信光Ｌの光軸のずれ量が求められ、
補償要素７を介してスイッチ８の端子８ａから光ビーム
調節手段１のミラー駆動用制御回路１０に入力される。
また、スイッチ８を端子８ｂに切換えて、指令信号発生
回路９からの指令信号が同様にミラー駆動用制御回路１
０に入力され、ミラー駆動用制御回路１０はこの光軸の
ずれ量に基づいて、アクチュエータ１１によりトラッキ
ングミラー２を駆動して光軸のずれを補正する。
【０００６】なお、追尾誤差角度の測定範囲をカバーす
るために、４分割光電検出器４に入射する受信光Ｌのス
ポット径は十分な大きさを有し、また光軸のずれを容易
にカバーするために通信相手又は計測点からの受信光Ｌ
は拡がり角を有している。
るために、４分割光電検出器４に入射する受信光Ｌのス
ポット径は十分な大きさを有し、また光軸のずれを容易
にカバーするために通信相手又は計測点からの受信光Ｌ
は拡がり角を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図４に示
すように、４分割光電検出器４のスポット位置の移動量
即ち追尾誤差角度θと、制御手段５内の追尾誤差角検出
部６の正規化された出力信号Ｓとの関係は、４分割光電
検出器４に入射する受信号Ｌのスポット径により変化す
る。このため、従来例では伝送距離の変化により４分割
光電検出器４のスポット径が変化するにつれて、フィー
ドバック制御系のオープンループゲインが変化し、自動
追尾制御特性が劣化するという問題が生ずる。
すように、４分割光電検出器４のスポット位置の移動量
即ち追尾誤差角度θと、制御手段５内の追尾誤差角検出
部６の正規化された出力信号Ｓとの関係は、４分割光電
検出器４に入射する受信号Ｌのスポット径により変化す
る。このため、従来例では伝送距離の変化により４分割
光電検出器４のスポット径が変化するにつれて、フィー
ドバック制御系のオープンループゲインが変化し、自動
追尾制御特性が劣化するという問題が生ずる。
【０００８】即ち、従来例においては伝送距離が短くな
るにつれてスポット径が大きくなり、フィードバック制
御系のオープンループゲインが小さくなるため、制御系
の速応性や定常偏差特性が劣化する。逆に、伝送距離が
長くなるにつれてスポット径が小さくなり、フィードバ
ック制御系のオープンループゲインが大きくなるため、
制御系の安定性が劣化するという問題が生ずる。
るにつれてスポット径が大きくなり、フィードバック制
御系のオープンループゲインが小さくなるため、制御系
の速応性や定常偏差特性が劣化する。逆に、伝送距離が
長くなるにつれてスポット径が小さくなり、フィードバ
ック制御系のオープンループゲインが大きくなるため、
制御系の安定性が劣化するという問題が生ずる。
【０００９】また、スポット径の変化に伴って４分割光
電検出器４上のスポット中心の移動量に対して出力信号
が飽和しない範囲も変化する。即ち、図４に示すように
スポット径が小さくなると曲線Ｐは曲線P1側に移動し、
スポット径が大きくなると曲線Ｐは曲線P2側に移動す
る。従って、スポット径が小さくなるのにつれて、出力
信号が飽和しない範囲は狭くなり、追尾外れが発生し易
くなるという問題が生ずる。
電検出器４上のスポット中心の移動量に対して出力信号
が飽和しない範囲も変化する。即ち、図４に示すように
スポット径が小さくなると曲線Ｐは曲線P1側に移動し、
スポット径が大きくなると曲線Ｐは曲線P2側に移動す
る。従って、スポット径が小さくなるのにつれて、出力
信号が飽和しない範囲は狭くなり、追尾外れが発生し易
くなるという問題が生ずる。
【００１０】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
伝送距離の変化により生ずる制御系の速応性や定常偏差
特性の劣化を抑え、かつ制御系の安定性を高めた光ビー
ム自動追尾装置を提供することにある。
伝送距離の変化により生ずる制御系の速応性や定常偏差
特性の劣化を抑え、かつ制御系の安定性を高めた光ビー
ム自動追尾装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光ビーム自動追尾装置は、受信光の入射
角度を調節する光ビーム角度調節手段と、前記受信光の
入射角度に対応した信号を出力する４分割光電検出器
と、該４分割光電検出器に前記受信光を集光する集光光
学系と、前記４分割光電検出器からの信号を処理し前記
光ビーム角度調節手段に指令信号を出力する制御手段と
から成る光ビーム自動追尾装置において、前記集光光学
系にアクチュエータを設け、追尾状態においてトラッキ
ングミラーを微小角度だけ変化させることにより前記４
分割光電検出器のゲイン変化を検出し、前記アクチュエ
ータにより前記集光光学系を光軸に垂直方向に振動さ
せ、前記４分割光電検出器のゲイン変化を補正すること
を特徴とする。
の本発明に係る光ビーム自動追尾装置は、受信光の入射
角度を調節する光ビーム角度調節手段と、前記受信光の
入射角度に対応した信号を出力する４分割光電検出器
と、該４分割光電検出器に前記受信光を集光する集光光
学系と、前記４分割光電検出器からの信号を処理し前記
光ビーム角度調節手段に指令信号を出力する制御手段と
から成る光ビーム自動追尾装置において、前記集光光学
系にアクチュエータを設け、追尾状態においてトラッキ
ングミラーを微小角度だけ変化させることにより前記４
分割光電検出器のゲイン変化を検出し、前記アクチュエ
ータにより前記集光光学系を光軸に垂直方向に振動さ
せ、前記４分割光電検出器のゲイン変化を補正すること
を特徴とする。
【００１２】
【作用】上述の構成を有する光ビーム自動追尾装置は、
受信光を光ビーム角度調節手段を介して集光光学系によ
り集光し、４分割光電検出器により検出する。制御手段
はトラッキングミラーを微小角度だけ変化させる制御を
行って、４分割光学検出器のゲイン変化を検出し、集光
光学系に設けたアクチュエータにより集光光学系を光軸
に垂直方向に振動させて、４分割光電検出器のゲイン変
化を補正する。
受信光を光ビーム角度調節手段を介して集光光学系によ
り集光し、４分割光電検出器により検出する。制御手段
はトラッキングミラーを微小角度だけ変化させる制御を
行って、４分割光学検出器のゲイン変化を検出し、集光
光学系に設けたアクチュエータにより集光光学系を光軸
に垂直方向に振動させて、４分割光電検出器のゲイン変
化を補正する。
【００１３】
【実施例】本発明を図１、図２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、受
信光Ｌの入射方向には光ビーム調節手段２０が設けら
れ、光ビーム調節手段２０内のトラッキングミラー２１
に受信光Ｌが入射するようになっている。トラッキング
ミラー２１の反射方向の光路上には、集光光学系２２と
４分割光電検出器２３が配列され、集光光学系２２には
集光光学系２２を振動させるアクチュエータ２４が接続
されており、４分割光電検出器２３の出力は制御手段２
５の追尾誤差角検出部２６に接続されている。
て詳細に説明する。図１は本実施例の構成図を示し、受
信光Ｌの入射方向には光ビーム調節手段２０が設けら
れ、光ビーム調節手段２０内のトラッキングミラー２１
に受信光Ｌが入射するようになっている。トラッキング
ミラー２１の反射方向の光路上には、集光光学系２２と
４分割光電検出器２３が配列され、集光光学系２２には
集光光学系２２を振動させるアクチュエータ２４が接続
されており、４分割光電検出器２３の出力は制御手段２
５の追尾誤差角検出部２６に接続されている。
【００１４】制御手段２５内において、追尾誤差角検出
部２６の出力は加算器２７及びキャリブレーション演算
部２８に接続されており、加算器２７の出力は補償要素
２９に接続され、キャリブレーション演算部２８の出力
はアクチュエータ２４及び指令信号発生器３０に接続さ
れ、指令信号発生器３０の出力は加算器２７及びスイッ
チ３１の端子３１ａに接続されている。更に、補償要素
２９の出力はスイッチ３１の端子３１ｂに接続され、こ
れらの追尾誤差角検出部２６、加算器２７、キャリブレ
ーション演算部２８、補償要素２９、指令信号発生器３
０により制御手段２５が構成されている。
部２６の出力は加算器２７及びキャリブレーション演算
部２８に接続されており、加算器２７の出力は補償要素
２９に接続され、キャリブレーション演算部２８の出力
はアクチュエータ２４及び指令信号発生器３０に接続さ
れ、指令信号発生器３０の出力は加算器２７及びスイッ
チ３１の端子３１ａに接続されている。更に、補償要素
２９の出力はスイッチ３１の端子３１ｂに接続され、こ
れらの追尾誤差角検出部２６、加算器２７、キャリブレ
ーション演算部２８、補償要素２９、指令信号発生器３
０により制御手段２５が構成されている。
【００１５】制御手段２５の信号はスイッチ３１によ
り、光ビーム調節手段２０のミラー駆動用制御回路３２
に接続され、ミラー駆動用制御回路３２の出力はアクチ
ュエータ３３を介してトラッキングミラー２１に接続さ
れている。また、トラッキングミラー２１にはトラッキ
ングミラー２１の角度を検出するミラー角度検出器３４
が接続され、ミラー角度検出器３４の出力はミラー駆動
用制御回路３２に接続されている。これらのミラー駆動
用制御回路３２、アクチュエータ３３、ミラー角度検出
器３４及びトラッキングミラー２１により光ビーム調節
手段２０が構成されている。
り、光ビーム調節手段２０のミラー駆動用制御回路３２
に接続され、ミラー駆動用制御回路３２の出力はアクチ
ュエータ３３を介してトラッキングミラー２１に接続さ
れている。また、トラッキングミラー２１にはトラッキ
ングミラー２１の角度を検出するミラー角度検出器３４
が接続され、ミラー角度検出器３４の出力はミラー駆動
用制御回路３２に接続されている。これらのミラー駆動
用制御回路３２、アクチュエータ３３、ミラー角度検出
器３４及びトラッキングミラー２１により光ビーム調節
手段２０が構成されている。
【００１６】スポット径の変化による制御系のオープン
ループゲインの変化の補正を行うには、先ずスイッチ３
１を端子３１ａに接続し、フィードバック制御系が発振
しないように補償要素２９のゲインを低い値に設定し、
その後に受信光Ｌを追尾させる。受信光Ｌはトラッキン
グミラー２１により偏向され、集光光学系２２を介して
４分割光電検出器２３で検出され電気信号に変換され
る。更に、この電気信号は追尾誤差角検出部２６に入力
され追尾誤差角度が推定される。この追尾誤差角度は加
算器２７、補償要素２９、スイッチ３１の端子３１ｂを
介してミラー駆動用制御回路３２に入力され、ミラー駆
動用制御回路３２は追尾誤差角度とミラー角度検出器３
４から出力されるトラッキングミラー２１の角度とを比
較し、フィードバック制御により追尾誤差角度がなくな
るように、アクチュエータ３３によりトラッキングミラ
ー２１を駆動する。
ループゲインの変化の補正を行うには、先ずスイッチ３
１を端子３１ａに接続し、フィードバック制御系が発振
しないように補償要素２９のゲインを低い値に設定し、
その後に受信光Ｌを追尾させる。受信光Ｌはトラッキン
グミラー２１により偏向され、集光光学系２２を介して
４分割光電検出器２３で検出され電気信号に変換され
る。更に、この電気信号は追尾誤差角検出部２６に入力
され追尾誤差角度が推定される。この追尾誤差角度は加
算器２７、補償要素２９、スイッチ３１の端子３１ｂを
介してミラー駆動用制御回路３２に入力され、ミラー駆
動用制御回路３２は追尾誤差角度とミラー角度検出器３
４から出力されるトラッキングミラー２１の角度とを比
較し、フィードバック制御により追尾誤差角度がなくな
るように、アクチュエータ３３によりトラッキングミラ
ー２１を駆動する。
【００１７】次に、指令信号発生器３０は直流信号を出
力し、加算器２７においてこの直流信号に追尾誤差角検
出部２６からのフィードバック信号を加算し、受信光Ｌ
のスポットの中心が４分割光電検出器２３の中心から微
小量だけ変化した位置に入射するように、フィードバッ
ク制御により受信光Ｌを追尾させる。このときのトラッ
キングミラー２１の角度Ａと追尾誤差角検出部２６の出
力信号ａを、図示しないメモリ部に入力する。
力し、加算器２７においてこの直流信号に追尾誤差角検
出部２６からのフィードバック信号を加算し、受信光Ｌ
のスポットの中心が４分割光電検出器２３の中心から微
小量だけ変化した位置に入射するように、フィードバッ
ク制御により受信光Ｌを追尾させる。このときのトラッ
キングミラー２１の角度Ａと追尾誤差角検出部２６の出
力信号ａを、図示しないメモリ部に入力する。
【００１８】更に、指令信号発生器３０は出力する直流
信号の極性を反転し、スポットの中心が４分割光電検出
器２３の中心から前述の場合と反対方向に、微小量だけ
変化した位置に入射するように受信光Ｌを追尾させ、こ
のときのトラッキングミラー２１の角度Ｂと追尾誤差角
検出部２６の出力信号ｂをメモリ部に入力する。
信号の極性を反転し、スポットの中心が４分割光電検出
器２３の中心から前述の場合と反対方向に、微小量だけ
変化した位置に入射するように受信光Ｌを追尾させ、こ
のときのトラッキングミラー２１の角度Ｂと追尾誤差角
検出部２６の出力信号ｂをメモリ部に入力する。
【００１９】ここで、トラッキングミラーの角度変化量
を受信ビームの角度量に変換する係数をＫとすると、｜
ａ−ｂ｜／（Ｋ・｜Ａ−Ｂ｜）は、使用装置間の伝送距
離における集光光学系２２から４分割光電検出器２３を
介して追尾誤差角検出部２６までのゲインの和を表して
いる。
を受信ビームの角度量に変換する係数をＫとすると、｜
ａ−ｂ｜／（Ｋ・｜Ａ−Ｂ｜）は、使用装置間の伝送距
離における集光光学系２２から４分割光電検出器２３を
介して追尾誤差角検出部２６までのゲインの和を表して
いる。
【００２０】この値と、最適なオープンループゲインか
ら予め計算した基準ゲインとを比較し、両者が等しくな
るようにフィードバック制御し、自動追尾制御系の応答
周波数よりも十分に高い周波数で、光軸に垂直方向にか
つ図２に示す４分割光電検出器２３の検出部Ｔ内の暗部
の不感帯Ｎに対し４５°の矢印Ｒ方向に、アクチュエー
タ２４を用いて集光光学系２２を振動させ、見掛上のス
ポット径Ｍを変化させる。このとき、補償要素２９のゲ
インはスポット径Ｍが最大のときに最小となるように切
換えておく。
ら予め計算した基準ゲインとを比較し、両者が等しくな
るようにフィードバック制御し、自動追尾制御系の応答
周波数よりも十分に高い周波数で、光軸に垂直方向にか
つ図２に示す４分割光電検出器２３の検出部Ｔ内の暗部
の不感帯Ｎに対し４５°の矢印Ｒ方向に、アクチュエー
タ２４を用いて集光光学系２２を振動させ、見掛上のス
ポット径Ｍを変化させる。このとき、補償要素２９のゲ
インはスポット径Ｍが最大のときに最小となるように切
換えておく。
【００２１】使用に際しては、指令信号発生器３０の直
流信号を０に設定し、受信光Ｌのスポットの中心が常に
４分割光電検出器２３の中心に入射するように追尾させ
れば、装置間の伝送距離が変化して４分割光電検出器２
３上のスポット径Ｍが変化しても、自動的に制御系のオ
ープンループゲインを最適な値に調整することができ
る。
流信号を０に設定し、受信光Ｌのスポットの中心が常に
４分割光電検出器２３の中心に入射するように追尾させ
れば、装置間の伝送距離が変化して４分割光電検出器２
３上のスポット径Ｍが変化しても、自動的に制御系のオ
ープンループゲインを最適な値に調整することができ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光ビー
ム自動追尾装置は、集光光学系を振動させて見掛上のス
ポット径を変化させることにより、通信相手又は測定点
から光ビーム自動追尾装置までの距離が変化した場合で
も、制御系のオープンループゲインを最適な値に維持す
ることができるため、自動追尾制御特性の劣化を防止
し、最適な状態で光ビームを自動追尾することができ
る。
ム自動追尾装置は、集光光学系を振動させて見掛上のス
ポット径を変化させることにより、通信相手又は測定点
から光ビーム自動追尾装置までの距離が変化した場合で
も、制御系のオープンループゲインを最適な値に維持す
ることができるため、自動追尾制御特性の劣化を防止
し、最適な状態で光ビームを自動追尾することができ
る。
【図１】本実施例の構成図である。
【図２】スポットの振動方向の説明図である。
【図３】従来例の構成図である。
【図４】追尾誤差角度と追尾誤差検出器の出力信号との
関係のグラフ図である。
関係のグラフ図である。
２０ 光ビーム調節手段 ２１ トラッキングミラー ２２ 集光光学系 ２３ ４分割光電検出器 ２４、３３ アクチュエータ ２５ 制御手段 ２６ 追尾誤差角検出部 ２８ キャリブレーション演算部 ２９ 補償要素 ３０ 指令信号発生器 ３１ スイッチ ３２ ミラー駆動用制御回路 ３４ ミラー角度検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/22 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 3/78 - 3/789 G01S 7/48 G01S 17/00 - 17/88 G01C 1/00 G05D 3/00 H04N 5/232 H04B 10/10 - 10/105
Claims (1)
- 【請求項１】 受信光の入射角度を調節する光ビーム角
度調節手段と、前記受信光の入射角度に対応した信号を
出力する４分割光電検出器と、該４分割光電検出器に前
記受信光を集光する集光光学系と、前記４分割光電検出
器からの信号を処理し前記光ビーム角度調節手段に指令
信号を出力する制御手段とから成る光ビーム自動追尾装
置において、前記集光光学系にアクチュエータを設け、
追尾状態においてトラッキングミラーを微小角度だけ変
化させることにより前記４分割光電検出器のゲイン変化
を検出し、前記アクチュエータにより前記集光光学系を
光軸に垂直方向に振動させ、前記４分割光電検出器のゲ
イン変化を補正することを特徴とする光ビーム自動追尾
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18648694A JP3286086B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 光ビーム自動追尾装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18648694A JP3286086B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 光ビーム自動追尾装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829514A JPH0829514A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3286086B2 true JP3286086B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=16189334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18648694A Expired - Fee Related JP3286086B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 光ビーム自動追尾装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286086B2 (ja) |
-
1994
- 1994-07-15 JP JP18648694A patent/JP3286086B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0829514A (ja) | 1996-02-02 |
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