JP4067629B2 - 送受信用共通光路を使用する光送受信器及び光送受信方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに関し、特に自由空間光通信に適用するに有効な光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由空間における光通信は、最近新たな関心を呼んでいる。というのは、通信産業の公的規制が緩和されたことによって、新規の通信サービスプロバイダ達を規制調整する観点から、既存の他のサービスプロバイダが持つているサービスエリアへの、新規プロバイダの参入が可能となったからである。しかし、新しいエリアへ経済的に参入するために、新規サービスプロバイダ達は、各サービス顧客まで高価なハードウエアを使用しての接続（例えば、撚り線、同軸ケーブル又は光フアイバを使用しての接続）するという方法を避ける道を模索している。無線通信という手段は、そのような用途に使用可能な無線周波数帯域が制限されており、また今だに強い規制が行われている以上、必要となる膨大なサービス量を考慮すれば実現可能な代替え案とはなり得ない。
【０００３】
自由空間における光通信は、前述した問題を解決するのに有効である。自由空間光通信は、大気を通過する光（例えば赤外線）を用いた、実質的に無誘導路（ｕｎｇｕｉｄｅｄ）、固定２点間通信（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）、見通し線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）の通信を意味する。一般に、そのような通信は、サービスプロバイダが遠隔の顧客との間で情報をやり取りするのであるから、双方向通信である。
【０００４】
自由空間光通信にとって考えられる制約は、光が大気中を比較的短距離間なら有効に伝送されることである。サービスの質に依存するが、典型的な距離は約５００メータから１，０００メータの範囲であろう。従って、より長距離をカバーするシステムにおいては、光情報は頻繁に中継再生される必要があろう。そのシステムを経済的に実現可能とするためには、システムにおいて相当の台数が必要となるであろうところの、低コストでかつ有用な光送受信器が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のとおり、本発明は、光送受信器及び光送受信方法の改良及び簡素化を目的とする。
【０００６】
本発明の格別な目的は、特に自由空間光通信に適用される、改良された更に簡素化された光送受信器及び光送受信方法の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上述した目的及び他の目的は、本発明の原理に従って達成され、送受信器に対して光で送信された情報を検出するために使用される高速光検出器と、受信した光と光送受信器が整合しているか否かを検出するための位置感知光検出アレイ（例えば４分円センサー）と、及び送受信器から送信される光のための光源とを具備した光送受信器が得られる。極めて実際的であるか又は合理的に可能なこととして、送受信器によって受信される光及び発信される光の両者のために、共通の光路が使用される。このように、受信光を高速光検出器上に焦点を結ばせるためのレンズ系は、受信光を位置感知光検出アレイの上にも焦点を結ばせるために使用され、ビームスプリッタは、受信光の内の部分光をそれぞれ２つの光受光器に向けるために使用されている。このレンズ系は、送受信器の光源からの光を、送受信器が受信する光の場合と同一の光路に沿って送信させるためにも有効に使用される。
【０００８】
格別に好適な実施形態によれば、光源からの光は位置感知光検出アレイに設けられた中央開口を通過する。高速光検出器とは異なる光軸上に配置された位置感知光検出アレイに受信光の一部分を向けるためのビームスプリッタを使用することによって、高速光検出器によって受信される光との間で起こる位置感知光検出アレイの光干渉が減衰され得る。このことは、光受信及び送受信器による情報検出の効率を向上せしめる。受信光及び発信光の両者の光進行の大部分を占める光路のために、共通光路及び単一レンズ系が使用されるので、原価を低減せしめかつ送受信器の信頼性を向上せしめることが可能である。
【０００９】
更に、本発明の特徴、その本質及び種々の効果は、添付の図面及び好適な実施形態の詳細な下記説明によって、より明瞭となるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示されるように、大気を通過して光送受信器に向けられた光は、右方から光送受信器１０に入射し、該光送受信器の左端に配置された凹面ミラー２０でビームスプリッタ３０へ反射される。該ビームスプリッタ３０は、凹面ミラー２０からの光の一部を、フィルタ４０を介して高速光検出器５０へ通過させる。それらの素子３０、４０及び５０は、光送受信器１０の筺体に半径方向に延びる１つ又はそれ以上の支柱６０によって、光送受信器の中央に支持される。素子３０及び４０を通過した光は、凹面ミラー２０によって高速光検出器５０の上に焦点を結ぶ。フィルタ４０は、光検出器５０によって検知される例えば外部太陽光のような偽光の光量を減衰せしめるために使用される。検出器５０は、それに入射した光を、光送受信器１０の位置に設けられた他の装置（図示しない）に供給される電気信号に変換する。
【００１１】
凹面ミラー２０によってビームスプリッタ３０に向けられた一部の光とは別の他方の光は、ビームスプリッタによって反射されてフィルタ７０及び光検出アレイ８０へ向かう。フィルタ４０と同様に、フィルタ７０は、光検出アレイ８０によって検出される偽光の光量を減衰させるために設けられている。下記に記載の理由から明かとなるように、アレイ８０は望ましくは中央開口を有し、フィルタ７０も、望ましくはその中央開口に対応しかつ整合した中央開口を有する。アレイ８０は、詳しくは図２に示すような従来の４分円センサーであっても良い。これは、中央開口８４の外周に配置された４つの電気的に絶縁され光検出区分８２ａ〜ｄを有する装置である。凹面ミラー２０は、それに入射した光を該４分円センサー８０に焦点を結び、もし光送受信器１０が受信光と正しく位置整合されておれば、４分円センサー８２の各区分はほぼ同じ光量を受光する。しかし、もし光送受信器１０が正しく位置整合されていなければ、４分円センサー８０のそれぞれの区分８２は異なる光量を受光するであろう。従って、それぞれの区分の出力信号も相違することになり、それぞれ異なった信号は、送受信器位置整合装置（図示しない）によって、光送受信器が受信光に対して正しい位置に整合されるまで再位置整合のために使用され得る。
【００１２】
光検出アレイ８０の開口の背後には、光送受信器１０が光送信するための光源９０が配置されている。その光源９０は、例えばレーザダイオードであっても良い。光源９０の前面に配置されたレンズ１００は、光源からの光の焦点を結び、かつ光検出アレイ８０の開口やフィルタ７０の開口を通過させるために役立つ。それらの開口を通過した光源９０からの光は、ビームスプリッタ３０に入射する。このビームスプリッタを通過した一部の光は、吸収領域１１０で消費（即ち、吸収）される。しかし、光源９０からのその他の光は、ビームスプリッタ３０によってミラー２０に再び向けられ、送受信器の外部に（図１では右方向に）、光送受信器から発信される光として放射される。
【００１３】
光源９０からの光が、光検出器５０及び８０によって誤認されることを防止するために、光源９０からの光線として、光送受信器に入射される光線とは異なる周波数の光線を使用することが望ましいであろう。この方法において、フィルタ４０及び７０は、光送受信器へ入射する光線は通過するが、光検出器５０及び８０に到達する可能性のある光源９０からの光線は遮断するような特性を選択することが出来る。
【００１４】
以上述べたとおり、光送受信器１０は、共通の光軸に沿って光を受信しまた送信することが理解されよう。同一の光学素子は、受信光及び送信光の両者にかなりの程度使用することが出来、経済的である。これは、ミラー２０やビームスプリッタ３０に関して言えることである。光の光路終点近くでは、光検出アレイ８０に向かって進行する光は高速光検出器５０から離れて進行し、光検出アレイ８０に到達する。従って、高速光検出器のための光検出アレイの中央開口を通過しなければならなかった従来技術の構成では起り得た光干渉について、光検出アレイ８０は、検出器５０によって受信される光とは干渉しない。それによって、高速光検出器５０による光受信が改良される。
【００１５】
以上述べたことは、本発明の原理を例示したに過ぎず、当業者であれば、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の変形例を成し得るであろう。例えば、単一凹面ミラー２０を介して、自由空間とビームスプリッタ３０との間の光路を使用する替わりに、シュミットーカセグレイン式望遠鏡（Ｓｃｈｍｉｄｔ−Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）のような別タイプの光学素子を介して、自由空間とビームスプリッタ３０との間の光路を使用することが可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、送受信器によって受信される光及び発信される光の両者のために、共通光路及び単一レンズ系が使用されるので光学系の構成が簡素化される。また、高速光検出器とは異なる光軸上に配置された位置感知光検出アレイに受信光の一部分を向けるためのビームスプリッタを使用することによって、高速光検出器によって受信される光との間で起こる、位置感知光検出アレイの光干渉を減衰させることが可能となり、その結果光受信及び送受信器による情報検出の効率が向上せしめられ、更に光送受信器の原価を低減せしめかつ送受信器の信頼性を向上せしめるという顕著な効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の原理に従って構成された自由空間光送受信器の実施形態を示す概略断面図である。
【図２】 図２は、図１に示す装置の一部分の実施形態を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１０ 光送受信器、２０ ミラー、３０ ビームスプリッター、４０，７０ フィルタ、５０，８０ 検出器、６０ 支柱、９０ 光源、１００ レンズ、１１０ 吸収領域、８２ａ〜ｄ 光検出区分、８４ 中央開口。

Claims (21)

1. 光路に沿って光を送受信する光送受信器であって、
   鏡面に開口を有さない、前記光を受信するための鏡と、
   受信光から情報を抽出するために前記鏡の反射光を検出する第１光検出器と、
   前記第１光検出器から離れて配置され、前記光送受信器の前記受信光に対する誤整合を検出するために前記光送受信器によって受信された光を検出する第２光検出器と、
   前記鏡と前記第１光検出器との間に挿入配置され、前記鏡の反射光の第１部分が前記第１光検出器に届くことを許容し、前記鏡の反射光の第２部分を前記第２光検出器に向けるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタとの位置関係が固定されるよう配置され、前記光送受信器の送信光を発する光源であって、前記ビームスプリッタおよび前記鏡を介して前記送信光を前記光路に向けるための光源と、
   を具備することを特徴とする光送受信器。
2. 請求項１の光送受信器において、前記鏡と前記ビームスプリッタとの間、および前記ビームスプリッタと前記第１光検出器との間には、光の向きを変更するための可動部品が存在しないことを特徴とする光送受信器。
3. 請求項１の光送受信器において、前記第２検出器と前記光源とは、互いに接近するよう固定配置されていることを特徴とする光送受信器。
4. 請求項１の光送受信器において、前記鏡は、前記光送受信器に固定され、前記ビームスプリッタおよび前記第１光検出器は、前記光送受信器に固定される単一のユニットを形成することを特徴とする光送受信器。
5. 請求項４の光送受信器において、一端に前記鏡を備え他端に開口を備える中空シリンダを有することを特徴とする光送受信器。
6. 請求項１の光送受信器において、さらに
   前記光送受信器によって受信されるべき光の特性を有しない光を濾波するために、前記ビームスプリッタと前記第１光検出器との間に配置されたフィルタを具備することを特徴とする光送受信器。
7. 請求項１の光送受信器において、さらに
   前記光送受信器によって受信されるべき光の特性を有しない光を濾波するために、前記ビームスプリッタと前記第２光検出器との間に配置されたフィルタを具備することを特徴とする光送受信器。
8. 請求項１の光送受信器において、前記第２光検出器が、
   中央開口の回りにアレイ状に配置された複数の光検出区分を具備することを特徴とする光送受信器。
9. 請求項８の光送受信器において、前記第２光検出器の検出信号に基づいて、前記光送受信器と前記受信光との間の位置関係が定められることを特徴とする光送受信器。
10. 請求項８の光送受信器において、前記光源は、前記光送受信器から送信される光を前記第２光検出器の中央開口を介して放射することを特徴とする光送受信器。
11. 請求項１０の光送受信器において、前記光源は、前記ビームスプリッタから離れた前記第２光検出器の側に配置されていることを特徴とする光送受信器。
12. 請求項１１の光送受信器において、前記光源は、前記第２光検出器の中央開口を通過する軸に沿って、前記ビームスプリッタと位置整合されていることを特徴とする光送受信器。
13. 請求項８の光送受信器において、前記第２光検出器および前記光源が、前記光送受信器に固定されていることを特徴とする光送受信器。
14. 請求項８の光送受信器において、さらに
    前記光送受信器によって受信されるべき光の特性を有しない光を濾波するために、前記ビームスプリッタと前記第２光検出器との間に配置されたフィルタを具備し、さらに前記 フィルタは前記第２光検出器の中央開口と対応し、かつ光学的に整合する開口を具備することを特徴とする光送受信器。
15. 請求項１の光送受信器において、前記第２光検出器は、４分円検出器を具備することを特徴とする光送受信器。
16. 請求項１の光送受信器において、前記光源は、前記光送受信器によって受信される光の周波数とは相違する周波数の光を放射することを特徴とする光送受信器。
17. 請求項１の光送受信器において、自由空間を介して光を受信し、かつ、自由空間に光を送信することを特徴とする光送受信器。
18. 第１光検出器と、第２光検出器と、光源とを有する光送受信装置において、受信光および送信光のための共通の光路を介して光送受信を行う方法であって、
    前記共通の光路を介して受信した光を、第１および第２部分に分割するステップと、
    前記受信光から受信情報を抽出するために、前記第１部分を前記第１光検出器に向けるステップと、
    前記受信光から、前記受信光との位置整合に関する情報を抽出するために、前記第２部分を前記第２光検出器に向けるステップと、
    前記共通の光路を介して送信するための光を、前記光源によって発生するステップと、
    前記位置整合に関する情報を用いて前記光送受信装置の方向を前記光送受信装置単独で整合するステップと、を具備することを特徴とする光送受信用共通光路を使用する光送受信方法。
19. 請求項１の光送受信器において、一端に前記鏡を備え他端に開口を備える中空シリンダを有することを特徴とする光送受信器。
20. 請求項１の光送受信器において、前記鏡は、前記光送受信器が備える唯一の鏡であることを特徴とする光送受信器。
21. 請求項１の光送受信器において、前記ビームスプリッタは、前記光送受信器が備える唯一のビームスプリッタであることを特徴とする光送受信器。

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