JP3339015B2 - 送受信一体型光通信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、光通信装置に関し、特に送受信
を同一の光学系で行う送受信一体型光通信装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】図７は、本発明の対象とす
る送受信一体型の光通信装置の一例を示している。この
光通信装置は、望遠鏡光学系１０、偏向ミラー２０、及
び送受信部３０を備えている。望遠鏡光学系１０は、送
信光の投光と、受信光の受信に共通に使用されるもの
で、図示例では反射望遠鏡からなっている。偏向ミラー
２０は、望遠鏡光学系１０と送受信部３０との間に位置
し、望遠鏡光学系１０から送受信部３０に至る受信光
と、送受信部３０から望遠鏡光学系１０に至る送信光の
方向を調節する。

【０００３】送受信部３０は、変調器３１により送信情
報に応じて変調される、Ｓ偏光反射条件で設置された半
導体レーザ光源３２と、この半導体レーザ光源３２から
の直線偏光光束が入射するＳ偏光反射Ｐ偏光透過の偏光
ビームスプリッタ３３とを有し、偏光ビームスプリッタ
３３で反射したＳ偏光の直線偏光は、λ／４板３４を介
して偏向ミラー２０に入射する。送受信部３０には、別
の光送信機（対向機）からの信号光を受光するために、
偏光ビームスプリッタ３３の透過光路上に、ビームスプ
リッタ３５が設けられ、このビームスプリッタ３５での
分割光路上に、信号用の受光素子３６と、位置検出素子
３７とがそれぞれ設けられている。すなわち、対向機か
らの受信光は、λ／４板３４を透過してＰ偏光の直線偏
光となり、偏光ビームスプリッタ３３を透過してビーム
スプリッタ３５に至り、受光素子３６と位置検出素子３
７の双方に入射する。受光素子３６で受信された受信光
は、信号処理回路３８によって情報として取り出され
る。

【０００４】以上の送受信一体型光通信装置は、通常、
同一構成の装置を半導体レーザ光源３２からのレーザ光
束の到達範囲に対向させて設置し、お互いに変調器３１
による変調信号を受光素子３６で受光して利用する。

【０００５】偏向ミラー２０は、一対の光通信装置から
の送受信光の平行性を維持するものであり、例えば、直
交二方向に駆動される偏向ミラーから構成される。この
偏向ミラーの回動部には、コイルと磁石からなる電磁駆
動装置が備えられ、この電磁駆動装置が、位置検出素子
３７の出力によって駆動される。すなわち、位置検出素
子３７は、送受信部３０に入力する受信光の受信位置
（変化）を検出し、その出力を制御回路２１及びＸＹ駆
動系２２を介して偏向ミラー２０にフィードバックして
偏向ミラーをＸＹの二次元方向に駆動し、受信光を常時
送受信部３０の正しい位置に入射させ、送信機の射出光
と受信機の受信光との平行性を維持する。

【０００６】この送受信一体型光通信装置では、軸外入
射光による結像性能の劣化を防ぐという観点からは、望
遠鏡光学系（アフォーカル光学系）１０の倍率は小さい
方が好ましく、一方、偏向光学系２０の駆動系の小型化
と偏向光学系以降の光学系（送受信部３０）の小型化の
ためには、望遠鏡光学系１０の倍率は大きい方が好まし
い。また、送信光の強度分布は、できるだけ断面円形で
一様であることが好ましく、さらにその径を調整できる
ことが好ましい。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、過剰品質に陥ることなく、結
像性能を犠牲にせず、偏向光学系及び偏向光学系以降の
光学系を小型化できる、コストパフォーマンスに優れた
送受信一体型光通信装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【発明の概要】本発明の送受信一体型光通信装置は、送
信情報に応じて変調されるレーザ光源を含む送信部と、
変調レーザ光を受光する受光素子と位置検出素子を含む
受信部と、送信部からの送信光と受信部への受信光を分
離する偏光分離手段とを有する送受信部；送信光を投光
し、受信光を受光する送受信系に共通の望遠鏡光学系；
及びこの望遠鏡光学系と送受信部の間に位置し、位置検
出素子の出力に応じて駆動される光束偏向手段；を有す
る送受信一体型光通信装置において、望遠鏡光学系が光
束径を物体側から光束偏向手段に向けて縮径する第一ア
フォーカル光学系からなること；光束偏向手段が偏向ミ
ラーからなること；偏向ミラーと送受信部との間に、光
束径を偏向ミラーから送受信部に向けて縮径する第二ア
フォーカル光学系が配設されていること；第一アフォー
カル光学系の倍率をｍ、該第一アフォーカル光学系への
軸外最大入射角をθ１、上記偏向ミラーの最大回動角を
θ３としたとき、 ｍ＜２（θ３／θ１） の関係を満足すること；及び第二アフォーカル光学系の
倍率はｍ／２以下であること；を特徴としている。

【０００９】この送受信一体型光通信装置によると、第
一アフォーカル光学系と第二アフォーカル光学系との合
成倍率によって全望遠鏡光学系の倍率を設定でき、しか
も第一アフォーカル光学系と第二アフォーカル光学系の
間に挿入した偏向ミラーの後方の光学系の結像性能の劣
化分を左右する要素を第一アフォーカル光学系の軸外性
能のみに求めることができるので、第一アフォーカル光
学系と第二アフォーカル光学系に代えて両系の倍率を相
乗した単一のアフォーカル光学系を用いる場合に比し、
軸外性能の劣化を緩和することができる。

【００１０】また、偏向ミラーの最大回動角と第一アフ
ォーカル光学系の倍率との間に、 ｍ＜２（θ３／θ１） の関係を与えることにより、第一アフォーカル系と第二
アフォーカル系の一方のみに過剰品質設計を要求するこ
とがなくなり、全体としてコストの低減を図ることがで
きる。

【００１１】第二アフォーカル光学系の倍率がｍ／２倍
を越えると、送受信部の小型化は可能になるが、結像性
能が劣化する。

【００１２】偏向ミラーは、直交する二方向に駆動され
る単一の偏向ミラーから構成することも、直交する二方
向に駆動される２枚の偏向ミラーから構成することもで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による送受信一体
型光通信装置の第一の実施形態を示すもので、図７の従
来装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。
望遠鏡光学系１０は、物体側（投光側）から順に、正レ
ンズ群１０Ａと負レンズ群１０Ｂとからなる第一アフォ
ーカル光学系からなっている。アフォーカル光学系は、
一組の物点と像点が無限遠にあり、入射光が略平行であ
るとき出射光も略平行となるような光学系であり、物体
側から、光束偏向手段としての偏向ミラー２０側に光束
径を縮径する。

【００１４】偏向ミラー２０と送受信部３０との間に
は、第二アフォーカル光学系４０が配設されている。第
二アフォーカル光学系４０は、偏向ミラー２０側から送
受信部３０側に順に、正レンズ群４０Ａと負レンズ群４
０Ｂとを有する。このアフォーカル光学系も、一組の物
点と像点が無限遠にあり、入射光が略平行であるとき出
射光も略平行となるような光学系であり、偏向ミラー２
０側から送受信部３０側に光束径を縮径する。そして、
この第二アフォーカル光学系４０の正レンズ群４０Ａと
負レンズ群４０Ｂは、その一方、図示例では負レンズ群
４０Ｂが、矢印Ａで示すように、光軸方向に位置調節可
能であり、位置を調節すると、第二アフォーカル光学系
４０からの出射光束径（発散角）、従って望遠鏡光学系
１０からの出射光束径（発散角）が変化する。光束径が
変化すると、アフォーカル性が若干損なわれるが、出射
光は、略平行光束と見ることができる。負レンズ群４０
Ｂを移動調節する手段（機構）は、各種のレンズ移動機
構を転用することができる。また、第二アフォーカル光
学系４０の倍率は、第一アフォーカル光学系の倍率より
小さく設定されており、倍率が小さい側の第二アフォー
カル光学系で光束径（発散角）を調節することにより、
より高精度な調節ができる。また、可動重量も小さいか
ら、機械的構成が容易になる。

【００１５】望遠鏡光学系１０と第二アフォーカル光学
系４０との間の光束は、略平行光束であり、この平行光
束が光束偏向手段を構成する偏向ミラー２０に入射す
る。偏向ミラー２０は、ＸＹ駆動系２２によって直交二
方向に駆動されるもので、駆動されると、この平行光束
が偏向され、送信光の投光方向又は（及び）受信光の送
受信部３０への入射方向が調整される。平行光束部分に
偏向ミラー２０を配置すると、光束を偏向しても送受信
部３０でのピントずれが生じないという利点がある。

【００１６】第一アフォーカル光学系１０の倍率と偏向
ミラー２０の最大回動角とは次のように関係づけられて
いる。図２において、第１アフォーカル光学系１０への
入射光の軸外最大入射角をθ１、このときの射出角をθ
２、第一アフォーカル光学系１０の倍率をｍとすると、
角倍率の関係式からθ２＝ｍ・θ１が成立する。この光
線束の傾きθ２を偏向ミラー２０の回転角θ３でゼロと
するには、偏向ミラーによる反射の法則から、θ３＝θ
２／２だけ回動させればよい。このような関係におい
て、ｍ＜２（θ３／θ１）を満足させると、第一アフォ
ーカル光学系１０に過剰な倍率負担を与えることなく、
第二アフォーカル光学系との適切な倍率負担により、必
要な合成倍率を低コストでしかも結像性能の劣化を招く
ことなく得ることができる。例えば、偏向ミラー２０の
最大回動角を２゜とすると、第一アフォーカル光学系１
０の倍率ｍは、４以下とするのがよい。

【００１７】また、第一アフォーカル光学系１０、偏向
ミラー２０、及び第二アフォーカル光学系４０は、実際
の装置構成では加工誤差、及び組立誤差を持っている。
この誤差は、第一アフォーカル光学系１０と第二アフォ
ーカル光学系４０の合成倍率が大きい程、結像性能の負
の要因として作用する。小型化のためには、第二アフォ
ーカル光学系４０の倍率は高い程好ましいが、第一アフ
ォーカル光学系１０の倍率ｍに対して大き過ぎると、結
像性能に悪影響を与える。第二アフォーカル光学系４０
の倍率をｍ／２以下とすることにより、送受信部の小型
化と結像性能の劣化とをバランスさせることができる。

【００１８】送受信部３０中の半導体レーザ光源３２と
偏光ビームスプリッタ３３の間には、コリメータレンズ
５１と、ビーム整形光学系としてのアナモ（アナモフィ
ック）光学系５０とが順に配置されている。コリメータ
レンズ５１は、半導体レーザ光源３２からのレーザ光束
を平行光束として、アナモ光学系５０に与えるものであ
り、アナモ光学系５０は、第一プリズム５０Ａと第二プ
リズム５０Ｂとからなっている。このアナモ光学系５０
は、Ｓ偏光反射条件で設置されている半導体レーザ光源
３２から出射される線状光束を平行光束状態下で円形光
束に整形するものである。すなわち、周知のように、半
導体レーザ光源３２からの出射光束の強度分布は、円形
ではなく線状あるいは楕円状の強度分布を有する。図３
はその模式図であり、θ平行方向（短軸方向）長θＨ
は、θ垂直方向（長軸方向）長θＨより短い。アナモ光
学系５０は、この光束のθ平行方向長θＨを第一プリズ
ム５０Ａと第二プリズム５０Ｂを介して拡大してθ垂直
方向長θＶと略等しくすることにより、破線で示すよう
に強度分布を円形に整形している。なお、θ平行方向が
直線偏光の振動方向である。

【００１９】さらに、半導体レーザ光源３２は、矢印Ｂ
で示すように、コリメータレンズ５１に対して光軸方向
に位置調節可能である。半導体レーザ光源３２のコリメ
ータレンズ５１に対する位置を調節することにより、半
導体レーザ光源３２のθ垂直方向長θＶとθ平行方向長
θＨの比率のばらつきを調節し、円形光束を得ることが
できる。すなわち、アナモ光学系５０の倍率は一定であ
るのに対し、半導体レーザ光源３２のθ垂直方向長θＶ
とθ平行方向長θＨ（の比）にはばらつきがある。この
ばらつきは、組立時に半導体レーザ光源３２の光軸方向
位置を調節することにより除去して円形光束を得ること
ができる。半導体レーザ光源３２を移動調節する手段
（機構）は、各種のレンズ移動機構等を転用することが
できる。

【００２０】また、偏光ビームスプリッタ３３は、入射
光の角度によって透過率（反射率）が異なる角度依存性
を有することが知られており、平行光束を入射させるこ
とにより、このような角度依存性の問題を回避すること
ができる。従って、偏光ビームスプリッタ３３で反射し
て第二アフォーカル光学系４０に至り、偏向ミラー２
０、望遠鏡光学系１０を介して投光されるＳ偏光の送信
直線偏光光束も平行光束である。なお、λ／４板３４
は、対向機間の偏光面を９０゜回転させるためのもので
ある。

【００２１】また、受信光に着目すると、望遠鏡光学系
１０、偏向ミラー２０、第二アフォーカル光学系４０を
介して送受信部３０の偏光ビームスプリッタ３３及びビ
ームスプリッタ３５を通過する受信光束も平行光束であ
り、同様に、偏光ビームスプリッタ３３の透過率（反射
率）の角度依存性の問題を回避できる。ビームスプリッ
タ３５から受光素子３６に至る分割光路には、受信平行
光束を受光素子３６に結像させる集光レンズ５２とバン
ドパスフィルタ５４が配置され、ビームスプリッタ３５
から位置検出素子３７に至る分割光路には、受信平行光
束を位置検出素子３７に結像させる集光レンズ５３とバ
ンドパスフィルタ５５が配置されている。

【００２２】上記構成の本送受信一体型光通信装置は、
従来装置と同様に、同一構成の装置を半導体レーザ光源
３２からのレーザ光束の到達範囲に対向させて設置し、
お互いに変調器３１による変調信号を受光素子３６で受
光して利用する。このとき、本実施形態の装置は、半導
体レーザ光源３２からの光束がアナモ光学系５０によっ
て円形に整形されて捕捉エリアが広がるため、相手側
（対向機）の望遠鏡光学系１０による受信が容易にな
る。また、第二アフォーカル光学系４０の負レンズ群４
０Ｂの位置を調節することにより、望遠鏡光学系１０か
ら出射される光束径を調節することができる。このた
め、一対の装置の設置距離に応じて、送信光の相手側の
望遠鏡光学系１０の位置における直径が、望遠鏡光学系
１０の受信径より若干大きくなるように送信ビーム径を
調節することにより、常に良好な光通信を行うことがで
きる。また、アフォーカル光学系を、光束偏向手段の前
後に位置する第一、第二のアフォーカル系に分割してい
るため、結像性能を犠牲にすることなく、偏向光学系２
０及び偏向光学系以降の偏光分離光学系３０を小型化で
きる。

【００２３】図４ないし図６は、本発明による送受信一
体型光通信装置の別の実施形態を示す。第一の実施形態
では、光束偏向手段（偏向ミラー）２０をＸＹ駆動系２
２によって直交二方向に駆動するとしたが、この実施形
態は、光束偏向手段を、Ｘ方向ミラー２０ＸとＹ方向ミ
ラー２０Ｙに分割し、それぞれのミラーをＸ駆動系２２
Ｘ、Ｙ駆動系２２Ｙで駆動するようにした点が異なる。
この他の構成は、実質的に図１の実施形態と同一であ
り、同一要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、過剰品質に陥ることな
く、結像性能を犠牲にせず、偏向光学系及び偏向光学系
以降の光学系を小型化できる、コストパフォーマンスに
優れた送受信一体型光通信装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明の送受信一体型光通信装置の第一
の実施形態を示す系統図である。 （Ｂ）（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。

【図２】第一アフォーカル光学系の倍率と偏向ミラーの
最大回動角の関係を示す図である。

【図３】半導体レーザ光源の光軸垂直断面における形状
とビーム整形の様子を示す模式図である。

【図４】本発明の送受信一体型光通信装置の第二の実施
形態を示す正面図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】図４の側面図である。

【図７】従来の送受信一体型光通信装置の一例を示す系
統図である。

【符号の説明】

１０ 望遠鏡光学系（第一アフォーカル光学系） ２０ ２０Ｘ ２０Ｙ 偏向ミラー ３０ 送受信部 ３１ 変調器 ３２ 半導体レーザ光源 ３３ 偏光ビームスプリッタ ３５ ビームスプリッタ ３６ 受光素子 ３７ 位置検出素子 ３８ 信号処理回路 ４０ 第二アフォーカル光学系 ５０ アナモ光学系（ビーム整形光学系）

フロントページの続き (72)発明者 山縣 正和 東京都練馬区東大泉二丁目５番２号 旭 精密株式会社内 (72)発明者 若宮 俊一郎 東京都練馬区東大泉二丁目５番２号 旭 精密株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−39139（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−83436（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−120900（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−108317（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 G02B 13/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信情報に応じて変調されるレーザ光源
   を含む送信部と、変調レーザ光を受光する受光素子と位
   置検出素子を含む受信部と、上記送信部からの送信光と
   上記受信部への受信光を分離する偏光分離手段とを有す
   る送受信部； 送信光を投光し、受信光を受光する送受信系に共通の望
   遠鏡光学系；及びこの望遠鏡光学系と送受信部の間に位
   置し、上記位置検出素子の出力に応じて駆動される光束
   偏向手段； を有する送受信一体型光通信装置において、 上記望遠鏡光学系が光束径を物体側から光束偏向手段に
   向けて縮径する第一アフォーカル光学系からなること； 上記光束偏向手段が偏向ミラーからなること； 上記偏向ミラーと送受信部との間に、光束径を偏向ミラ
   ーから送受信部に向けて縮径する第二アフォーカル光学
   系が配設されていること； 上記第一アフォーカル光学系の倍率をｍ、該第一アフォ
   ーカル光学系への入射光の軸外最大入射角をθ１、上記
   偏向ミラーの最大回動角をθ３としたとき、 ｍ＜２（θ３／θ１） の関係を満足すること；及び 第二アフォーカル光学系の倍率はｍ／２以下であるこ
   と； を特徴とする送受信一体型光通信装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の送受信一体型光通信装置
   において、偏向ミラーは、直交する二方向に駆動される
   単一の偏向ミラーからなる送受信一体型光通信装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の送受信一体型光通信装置
   において、偏向ミラーは、直交する二方向に駆動される
   ２枚の偏向ミラーからなっている送受信一体型光通信装
   置。