JP3368118B2 - 光空間通信装置 - Google Patents
光空間通信装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。簡便に使用できかつ信頼性を良く
するためには、設置時の方向調節を容易に行うことが可
能で、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３は自動追尾機構を有する従来の光空間
通信装置の構成図を示し、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４分割受光素子２
０に集光する。４分割受光素子２０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、送
信光ビームと受信光ビームの光軸のなす角度、即ち自動
追尾誤差角が演算され、その角度誤差信号はコントロー
ラ２１に送られる。コントローラ２１は可動ミラー制御
回路２２に角度誤差を０とするように指令値を送る。可
動ミラー制御回路２２はアクチュエータ２３を駆動し、
可動ミラー８の角度が調節される。可動ミラー８の角度
はその近傍に設けられたセンサ２４により検出され可動
ミラー制御回路２２にフィードバックされており、可動
ミラー制御回路２２はコントローラ２１からの指令値に
対応した角度に可動ミラー８を制御することができる。 【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、つまり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
しておく。ここで、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
らずれた場合には、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。こ
のような自動追尾動作により、送信光ビーム方向が常に
相手側装置の方向に保たれて、双方向通信を行うことが
できる。 【０００８】図４はこの自動追尾制御系の簡略化したフ
ィードバックループ図を示している。ここで、Ｘは装置
の振動による光ビーム角度変動、Ｙは送信光ビームと受
信光ビームの角度誤差、Ｎはシンチレーション等により
生ずる観測ノイズ、Ｇは制御対象の伝達関数、Ｋはコン
トローラ２１の伝達関数であり、 Ｙ＝｛１／（１＋ＧＫ)}・Ｘ＋｛ＧＫ／（１＋ＧＫ)}・Ｎ の関係がある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】自動追尾の目的はコン
トローラ２１の適性を適切に設定し、前述のように可動
ミラー８の角度を調節することにより、送信光ビームと
受信光ビームの角度誤差を打消すこと、つまり前述の角
度誤差Ｙを可能な限り小さくすることである。先ず、角
度変動Ｘに依存する第１項の｛１／（１＋ＧＫ)}・Ｘを
小さくするためには、自動追尾制御系が安定である限り
伝達関数Ｋを大きくすればよい。しかし、そうすると第
２項の｛ＧＫ／（１＋ＧＫ)}・Ｎが大きくなり、観測ノ
イズＮの影響を大きく受けてしまう。逆に、観測ノイズ
Ｎに依存する第２項を小さくするため伝達関数Ｋを小さ
くすると、今度は第１項が大きくなり、装置の振動によ
る角度変化に追従し難くなってしまう。従って、ある時
刻において、角度誤差Ｙを最小とする最適な伝達関数Ｋ
が存在する。 【００１０】しかしながら上記の従来例では、時間と共
に徐々に変化する装置の振動による光ビーム角度変動Ｘ
と観測ノイズＮの量に適応して、コントローラの特性を
常に最適化することができないという問題が生ずる。 【００１１】即ち、角度変動Ｘ、観測ノイズＮの量は装
置が設置される場所の振動条件や、風雨、その他の気象
条件により徐々に変化してゆく量であるため、送信光ビ
ームと受信光ビームの角度誤差を最小とするコントロー
ラの特性も角度変動Ｘ及び観測ノイズＮの量に対応して
変化することになる。しかし、従来例では角度変動Ｘ、
観測ノイズＮが加算されて測定される角度誤差検出手段
の出力信号から角度変動Ｘ、観測ノイズＮを分離してそ
れらの量を測定する手段を有していないため、定時間で
コントローラの特性を適切に変化させ、送信光ビームと
受信光ビームの角度誤差を最小とするような自動追尾を
実現できないという欠点がある。 【００１２】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
角度変動Ｘ及び観測ノイズＮの量の変化に適応して実時
間でコントローラ特性を最適に変化させることで、装置
の設置場所の振動や、気象条件が変化しても送信光ビー
ムと受信光ビームの角度誤差を最小とする自動追尾機能
を有する光空間通信装置を提供することにある。 【００１３】 【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、自由空間に光ビーム
を伝播させて通信を行う光空間通信装置において、送信
光のビーム角度を調節する光ビーム角度調節手段と、送
信光ビームと受信光ビームの角度誤差を検出する角度誤
差検出手段と、該角度誤差検出手段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コント
ローラとから成る自動追尾機能と、前記角度誤差検出手
段からの角度誤差信号を基に観測ノイズ量を推定する観
測ノイズ量測定手段と、推定された観測ノイズ量と前記
角度誤差検出手段からの信号を基に最適なコントローラ
の特性を演算し、実時間で前記最適値にコントローラ特
性を調節する制御手段とを有することを特徴とする。 【００１４】 【発明の実施の形態】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、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。 【００１５】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。可動ミラー
角度センサ４０の出力は可動ミラー制御回路４１に接続
され、これらの可動ミラー３５、駆動用アクチュエータ
３８、可動ミラー角度センサ４０、可動ミラー制御回路
４１により、光ビーム角度調節手段４２が構成されてい
る。 【００１６】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４３、レンズ４４、４分割されたホ
トダイオードから成る４分割受光素子４５が順次に配列
されており、レンズ４４、４分割受光素子４５により角
度誤差検出手段４６が構成されている。また、部分反射
ミラー４３の反射方向には、レンズ４７、アバランシェ
ホトダイオードやＰＩＮホトダイオード等から成る受光
素子４８が配置されている。受光素子４８の出力は増幅
器４９を介して受信信号出力端子５０に接続されてい
る。 【００１７】４分割受光素子４５の出力は、コントロー
ラ５１、観測ノイズ量推定回路５２及びシステム制御回
路５３に接続されている。また、コントローラ５１の出
力は可動ミラー制御回路４１に接続され、観測ノイズ量
推定回路５２の出力はシステム制御回路５３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５４、自動追尾スタートスイッチ５５の出力
はシステム制御回路５３に接続され、システム制御回路
５３の出力はコリメートレンズ駆動用アクチュエータ３
８及びコントローラ５１に接続されている。 【００１８】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５６が付設されており、視
準スコープ５６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。 【００１９】先ず、装置を設置する際に行う最初の調節
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５６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、その後に自動追尾スタートスイッチ５５を押し
て自動追尾動作を入力する。 【００２０】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。 【００２１】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４３へ進み、殆どの光は
部分反射ミラー４３に反射されて、レンズ４７を介して
受光素子４８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４９で所定のレベルに
なり、受信信号出力端子５０から本信号として出力され
る。 【００２２】また、部分反射ミラー４３を透過した一部
の光は、角度誤差検出手段４６のレンズ４４を介して４
分割受光素子４５に集光され、４分割受光素子４５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、送信光ビームと受信光ビームの角度誤差が演算さ
れ、その角度誤差信号はコントローラ５１に送られる。 【００２３】コントローラ５１は光ビーム角度調節手段
４２の可動ミラー制御回路４１に角度誤差を０とするよ
うに指令値を送る。可動ミラー制御回路４１は駆動用ア
クチュエータ３９を駆動して可動ミラー３５の角度を調
節し、送信光ビームと受信光ビームの角度誤差を修正す
る自動追尾動作を行う。可動ミラー３５の角度はその近
傍に設けられた可動ミラー角度センサ４０により検出さ
れ、可動ミラー制御回路４１にフィードバックされてお
り、可動ミラー制御回路４１はコントローラ５１からの
指令値に対応した角度に可動ミラー３５を制御すること
ができる。 【００２４】本実施例では、更にコントローラ５１の特
性を実時間で最適化するため、次のような動作が行われ
る。先ず、図２に示すように角度誤差検出手段４６の出
力信号に含まれる装置の振動による光ビーム角度誤差Ａ
は、数１０Ｈｚ以下の低周波成分が大部分を占め、観測
ノイズＮによる角度誤差Ｂは低周波数から数１００Ｈｚ
までほぼ均一な周波数成分を持っている。そこで、観測
ノイズ量測定回路５２において、角度誤差検出手段４６
の出力信号からハイパスフィルタにより数１０Ｈｚ以下
の成分を除去し、その後に２乗し、適当な時定数のロー
パスフィルタにより平均化すれば、これはほぼ観測ノイ
ズ量を実時間で推定したものと見做すことができる。 【００２５】次に、システム制御回路５３において、角
度誤差検出手段４６の出力信号の２乗と前述のようにし
て推定された観測ノイズ量の差を求めることで、装置の
振動による光ビーム角度変動量が推定され、この推定値
と前述の観測ノイズ量の推定値を基に、送信光ビームと
受信光ビームの角度誤差を最小とするコントローラ５１
の最適な伝達関数Ｋが実時間で決定され、コントローラ
５１の伝達関数はその値に自動調節される。 【００２６】具体的には、演算時間を短縮するため、装
置の振動による光ビームの角度変動Ｘと観測ノイズＮを
それぞれ予想される範囲で数通りに分類しておき、両者
の組合わせにより得られる全ての場合に対応して、最適
なコントローラ５１の伝達関数Ｋを予め計算し記憶して
おく。そして、システム制御回路５３は入力される推定
量を基に使用するコントローラ５１の伝達関数Ｋを選択
し、コントローラ５１の特性を適切に切換えてゆくとい
う動作を行う。 【００２７】一例として、或る時刻において、装置の設
置場所の振動は小さいが、シンチレーションが激しくな
り観測ノイズＮにより生ずる送信光ビームと受信光ビー
ムの角度誤差が、装置の振動により生ずる送信光ビーム
と受信光ビームの角度誤差よりも大きくなる場合には、
コントローラの伝達関数Ｋが小さい特性に切換えられ、
制御帯域幅を狭めることで、観測ノイズＮの影響が少な
くなるような自動追尾が行われる。 【００２８】このように本実施例においては、コントロ
ーラを適切な特性に切換えてゆくことで、送信光ビーム
と受信光ビームの角度誤差を最小とすることができる。 【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、時間と共に徐々に変化する装置の振動によ
る光ビーム角度変動と観測ノイズ量に適応して実時間で
コントローラ特性を適切に変化させることにより、装置
の設置場所の振動や気象条件が変化しても送信光ビーム
と受信光ビームの角度誤差が常に最小となるように自動
追尾が働き安定な双方向光通信が実現できる。
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。簡便に使用できかつ信頼性を良く
するためには、設置時の方向調節を容易に行うことが可
能で、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３は自動追尾機構を有する従来の光空間
通信装置の構成図を示し、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４分割受光素子２
０に集光する。４分割受光素子２０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、送
信光ビームと受信光ビームの光軸のなす角度、即ち自動
追尾誤差角が演算され、その角度誤差信号はコントロー
ラ２１に送られる。コントローラ２１は可動ミラー制御
回路２２に角度誤差を０とするように指令値を送る。可
動ミラー制御回路２２はアクチュエータ２３を駆動し、
可動ミラー８の角度が調節される。可動ミラー８の角度
はその近傍に設けられたセンサ２４により検出され可動
ミラー制御回路２２にフィードバックされており、可動
ミラー制御回路２２はコントローラ２１からの指令値に
対応した角度に可動ミラー８を制御することができる。 【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、つまり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
しておく。ここで、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
らずれた場合には、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。こ
のような自動追尾動作により、送信光ビーム方向が常に
相手側装置の方向に保たれて、双方向通信を行うことが
できる。 【０００８】図４はこの自動追尾制御系の簡略化したフ
ィードバックループ図を示している。ここで、Ｘは装置
の振動による光ビーム角度変動、Ｙは送信光ビームと受
信光ビームの角度誤差、Ｎはシンチレーション等により
生ずる観測ノイズ、Ｇは制御対象の伝達関数、Ｋはコン
トローラ２１の伝達関数であり、 Ｙ＝｛１／（１＋ＧＫ)}・Ｘ＋｛ＧＫ／（１＋ＧＫ)}・Ｎ の関係がある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】自動追尾の目的はコン
トローラ２１の適性を適切に設定し、前述のように可動
ミラー８の角度を調節することにより、送信光ビームと
受信光ビームの角度誤差を打消すこと、つまり前述の角
度誤差Ｙを可能な限り小さくすることである。先ず、角
度変動Ｘに依存する第１項の｛１／（１＋ＧＫ)}・Ｘを
小さくするためには、自動追尾制御系が安定である限り
伝達関数Ｋを大きくすればよい。しかし、そうすると第
２項の｛ＧＫ／（１＋ＧＫ)}・Ｎが大きくなり、観測ノ
イズＮの影響を大きく受けてしまう。逆に、観測ノイズ
Ｎに依存する第２項を小さくするため伝達関数Ｋを小さ
くすると、今度は第１項が大きくなり、装置の振動によ
る角度変化に追従し難くなってしまう。従って、ある時
刻において、角度誤差Ｙを最小とする最適な伝達関数Ｋ
が存在する。 【００１０】しかしながら上記の従来例では、時間と共
に徐々に変化する装置の振動による光ビーム角度変動Ｘ
と観測ノイズＮの量に適応して、コントローラの特性を
常に最適化することができないという問題が生ずる。 【００１１】即ち、角度変動Ｘ、観測ノイズＮの量は装
置が設置される場所の振動条件や、風雨、その他の気象
条件により徐々に変化してゆく量であるため、送信光ビ
ームと受信光ビームの角度誤差を最小とするコントロー
ラの特性も角度変動Ｘ及び観測ノイズＮの量に対応して
変化することになる。しかし、従来例では角度変動Ｘ、
観測ノイズＮが加算されて測定される角度誤差検出手段
の出力信号から角度変動Ｘ、観測ノイズＮを分離してそ
れらの量を測定する手段を有していないため、定時間で
コントローラの特性を適切に変化させ、送信光ビームと
受信光ビームの角度誤差を最小とするような自動追尾を
実現できないという欠点がある。 【００１２】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
角度変動Ｘ及び観測ノイズＮの量の変化に適応して実時
間でコントローラ特性を最適に変化させることで、装置
の設置場所の振動や、気象条件が変化しても送信光ビー
ムと受信光ビームの角度誤差を最小とする自動追尾機能
を有する光空間通信装置を提供することにある。 【００１３】 【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、自由空間に光ビーム
を伝播させて通信を行う光空間通信装置において、送信
光のビーム角度を調節する光ビーム角度調節手段と、送
信光ビームと受信光ビームの角度誤差を検出する角度誤
差検出手段と、該角度誤差検出手段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コント
ローラとから成る自動追尾機能と、前記角度誤差検出手
段からの角度誤差信号を基に観測ノイズ量を推定する観
測ノイズ量測定手段と、推定された観測ノイズ量と前記
角度誤差検出手段からの信号を基に最適なコントローラ
の特性を演算し、実時間で前記最適値にコントローラ特
性を調節する制御手段とを有することを特徴とする。 【００１４】 【発明の実施の形態】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、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。 【００１５】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。可動ミラー
角度センサ４０の出力は可動ミラー制御回路４１に接続
され、これらの可動ミラー３５、駆動用アクチュエータ
３８、可動ミラー角度センサ４０、可動ミラー制御回路
４１により、光ビーム角度調節手段４２が構成されてい
る。 【００１６】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４３、レンズ４４、４分割されたホ
トダイオードから成る４分割受光素子４５が順次に配列
されており、レンズ４４、４分割受光素子４５により角
度誤差検出手段４６が構成されている。また、部分反射
ミラー４３の反射方向には、レンズ４７、アバランシェ
ホトダイオードやＰＩＮホトダイオード等から成る受光
素子４８が配置されている。受光素子４８の出力は増幅
器４９を介して受信信号出力端子５０に接続されてい
る。 【００１７】４分割受光素子４５の出力は、コントロー
ラ５１、観測ノイズ量推定回路５２及びシステム制御回
路５３に接続されている。また、コントローラ５１の出
力は可動ミラー制御回路４１に接続され、観測ノイズ量
推定回路５２の出力はシステム制御回路５３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５４、自動追尾スタートスイッチ５５の出力
はシステム制御回路５３に接続され、システム制御回路
５３の出力はコリメートレンズ駆動用アクチュエータ３
８及びコントローラ５１に接続されている。 【００１８】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５６が付設されており、視
準スコープ５６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。 【００１９】先ず、装置を設置する際に行う最初の調節
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５６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、その後に自動追尾スタートスイッチ５５を押し
て自動追尾動作を入力する。 【００２０】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。 【００２１】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４３へ進み、殆どの光は
部分反射ミラー４３に反射されて、レンズ４７を介して
受光素子４８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４９で所定のレベルに
なり、受信信号出力端子５０から本信号として出力され
る。 【００２２】また、部分反射ミラー４３を透過した一部
の光は、角度誤差検出手段４６のレンズ４４を介して４
分割受光素子４５に集光され、４分割受光素子４５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、送信光ビームと受信光ビームの角度誤差が演算さ
れ、その角度誤差信号はコントローラ５１に送られる。 【００２３】コントローラ５１は光ビーム角度調節手段
４２の可動ミラー制御回路４１に角度誤差を０とするよ
うに指令値を送る。可動ミラー制御回路４１は駆動用ア
クチュエータ３９を駆動して可動ミラー３５の角度を調
節し、送信光ビームと受信光ビームの角度誤差を修正す
る自動追尾動作を行う。可動ミラー３５の角度はその近
傍に設けられた可動ミラー角度センサ４０により検出さ
れ、可動ミラー制御回路４１にフィードバックされてお
り、可動ミラー制御回路４１はコントローラ５１からの
指令値に対応した角度に可動ミラー３５を制御すること
ができる。 【００２４】本実施例では、更にコントローラ５１の特
性を実時間で最適化するため、次のような動作が行われ
る。先ず、図２に示すように角度誤差検出手段４６の出
力信号に含まれる装置の振動による光ビーム角度誤差Ａ
は、数１０Ｈｚ以下の低周波成分が大部分を占め、観測
ノイズＮによる角度誤差Ｂは低周波数から数１００Ｈｚ
までほぼ均一な周波数成分を持っている。そこで、観測
ノイズ量測定回路５２において、角度誤差検出手段４６
の出力信号からハイパスフィルタにより数１０Ｈｚ以下
の成分を除去し、その後に２乗し、適当な時定数のロー
パスフィルタにより平均化すれば、これはほぼ観測ノイ
ズ量を実時間で推定したものと見做すことができる。 【００２５】次に、システム制御回路５３において、角
度誤差検出手段４６の出力信号の２乗と前述のようにし
て推定された観測ノイズ量の差を求めることで、装置の
振動による光ビーム角度変動量が推定され、この推定値
と前述の観測ノイズ量の推定値を基に、送信光ビームと
受信光ビームの角度誤差を最小とするコントローラ５１
の最適な伝達関数Ｋが実時間で決定され、コントローラ
５１の伝達関数はその値に自動調節される。 【００２６】具体的には、演算時間を短縮するため、装
置の振動による光ビームの角度変動Ｘと観測ノイズＮを
それぞれ予想される範囲で数通りに分類しておき、両者
の組合わせにより得られる全ての場合に対応して、最適
なコントローラ５１の伝達関数Ｋを予め計算し記憶して
おく。そして、システム制御回路５３は入力される推定
量を基に使用するコントローラ５１の伝達関数Ｋを選択
し、コントローラ５１の特性を適切に切換えてゆくとい
う動作を行う。 【００２７】一例として、或る時刻において、装置の設
置場所の振動は小さいが、シンチレーションが激しくな
り観測ノイズＮにより生ずる送信光ビームと受信光ビー
ムの角度誤差が、装置の振動により生ずる送信光ビーム
と受信光ビームの角度誤差よりも大きくなる場合には、
コントローラの伝達関数Ｋが小さい特性に切換えられ、
制御帯域幅を狭めることで、観測ノイズＮの影響が少な
くなるような自動追尾が行われる。 【００２８】このように本実施例においては、コントロ
ーラを適切な特性に切換えてゆくことで、送信光ビーム
と受信光ビームの角度誤差を最小とすることができる。 【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、時間と共に徐々に変化する装置の振動によ
る光ビーム角度変動と観測ノイズ量に適応して実時間で
コントローラ特性を適切に変化させることにより、装置
の設置場所の振動や気象条件が変化しても送信光ビーム
と受信光ビームの角度誤差が常に最小となるように自動
追尾が働き安定な双方向光通信が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成図である。
【図２】角度誤差検出手段の出力信号に含まれる装置の
振動による入射ビーム角度変動と観測ノイズの周波数成
分の説明図である。 【図３】従来例の構成図である。 【図４】自動追尾制御系のフィードバックループ図であ
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 可動ミラー制御回路 ４２ 光ビーム角度調節手段 ４５ ４分割受光素子 ４６ 角度誤差検出手段 ４８ 受光素子 ５１ コントローラ ５２ 観測ノイズ量測定回路 ５３ システム制御回路
振動による入射ビーム角度変動と観測ノイズの周波数成
分の説明図である。 【図３】従来例の構成図である。 【図４】自動追尾制御系のフィードバックループ図であ
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 可動ミラー制御回路 ４２ 光ビーム角度調節手段 ４５ ４分割受光素子 ４６ 角度誤差検出手段 ４８ 受光素子 ５１ コントローラ ５２ 観測ノイズ量測定回路 ５３ システム制御回路
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０４Ｑ 9/00 ３１１
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 自由空間に光ビームを伝播させて通信を
行う光空間通信装置において、送信光のビーム角度を調
節する光ビーム角度調節手段と、送信光ビームと受信光
ビームの角度誤差を検出する角度誤差検出手段と、該角
度誤差検出手段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コントローラとから成る自
動追尾機能と、前記角度誤差検出手段からの角度誤差信
号を基に観測ノイズ量を推定する観測ノイズ量測定手段
と、推定された観測ノイズ量と前記角度誤差検出手段か
らの信号を基に最適なコントローラの特性を演算し、実
時間で前記最適値にコントローラ特性を調節する制御手
段とを有することを特徴とする光空間通信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25561095A JP3368118B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 光空間通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25561095A JP3368118B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 光空間通信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983436A JPH0983436A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3368118B2 true JP3368118B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=17281137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25561095A Expired - Fee Related JP3368118B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 光空間通信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368118B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6701093B1 (en) | 1998-07-17 | 2004-03-02 | Pentax Precision Co., Ltd. | Integral transmitter-receiver optical communication apparatus and a crosstalk preventive device therefor |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP25561095A patent/JP3368118B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0983436A (ja) | 1997-03-28 |
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