JP4350203B2 - 光通信用光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信用光学装置に関し、例えば地上又は宇宙空間で空間を伝送媒体として光信号の伝送を行う光空間伝送方式において使用されるものであって、特に光送信および光受信を迷光を除去して効率的に行うことのできる光通信用光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より空間を伝送媒体として光信号の授受を行なう光通信用光学装置が種々と提案されている。この光通信用光学装置では所定の光ビームを投光及び受光して遠方との通信を行なうために、高い光学性能を有した光通信用光学系が要求されている。
【０００３】
又、双方向光通信を行なうためのターミナル装置（光通信用光学装置）においては、光の送信と受信を同時に行なうことが出来る光学系が必要となる。
【０００４】
図２は従来の双方向光通信用光学装置の要部概略図である。双方向光通信用光学装置では、図２に示すように、光源や受信用センサを含む内部光学系３と、光ビームの口径や倍率を変化させるためのテレスコープ光学系２とから構成されるのが一般的である。
【０００５】
図中、１は双方向光通信用ターミナル、２はカセグレン型のテレスコープ光学系、３は内部光学系、４は主鏡、５は副鏡、６はコリメータレンズ、７は１／４波長板、８はレーザ光源、９はビーム整形用光学系、１０は偏光ビームスプリッタ、１１は集光レンズ、１２は受信用センサを表している。
【０００６】
図２のレーザ光源８から出る送信光は紙面上で縦方向の直線偏光となっている。この送信光は、ビーム整形用光学系９により収差の無い平行光にされ、縦方向の直線偏光だけを透過する偏光ビームスプリッタ１０を通過した後、内部光学系３の出口に配置される１／４波長板７によって左回り円偏光にされる。さらに、テレスコープ光学系２を通過してビーム径を拡大された後に相手方向に射出される。
【０００７】
一方、図示していない通信相手の光送信用ターミナルから右回り円偏光の状態で射出された受信光は、テレスコープ光学系２を通過してビーム径を縮小された後、１／４波長板７によって紙面に垂直な方向の直線偏光に変換される。この方向の直線偏光は偏光ビームスプリッタ１０によってほぼ全て反射されるため、集光レンズ１１を介して受信用センサ１２（フォトダイオード等）に集光され、受信されている。これによって光通信を行なっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
内部光学系３では、ビームスプリッタ１０等を用いて、送信光と受信光の光路が分離しているが、完全に分離することはできない。このため、送信光の一部がレーザ光源８に戻って光源の出力特性を劣化させたり、外部からの迷光が受信用センサ１２に入り込んで受信特性を劣化させる等の悪影響を及ぼすことがある。
【０００９】
このような不要光の悪影響を小さくするための手段としては、送信光と受信光で異なる波長を使用し、送信光と受信光を分離するためのビームスプリッタに波長依存特性の大きいコーティングを施す方法や、送信光と受信光で異なる偏光状態の光を使用し、送信光と受信光を分離するために偏光ビームスプリッタを使用する方法等が知られている。
【００１０】
一般に１／４波長板等の位相板は、平行光束中に配置することが原則となっている。これは、光線が角度を持って位相板を通過すると、位相板の位相特性が変わってしまうという理由による。又、収束光束や発散光束中に平行平板を挿入すると、球面収差が発生して光学系の波面性能を劣化させるという理由にもよる。
【００１１】
この例の場合、送信光と受信光は効率よく分離されるが、送信光がテレスコープ光学系２のコリメータレンズ６の表面等で一部反射して戻ってきた場合、この反射戻り光は、反射によって位相がπずれた後に１／４波長板７を再度通過することになるので、受信光と同じ偏光方向になってしまい、受信センサ１２にノイズ（迷光）として入射することになる。一般に送信光は受信光よりもはるかに強度の大きいビームであるのでレンズ面からの反射比率がわずかであっても受信特性に重大な悪影響を与えることがあった。
【００１２】
本発明は光送信用の光源からの光束や外部からの信号光以外の光束がノイズ光（迷光）となって光受信用のセンサに入射するのを防止し、高精度の双方向の光送受信が行なえる光通信用光学装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光通信用光学装置は、光ビームを発生および検出する機能を有する内部光学系と、光ビームの口径を拡大および縮小する機能を有するテレスコープ光学系とを有する光通信用光学装置において、前記テレスコープ光学系は光受信用としたときの光の進行順に主鏡、副鏡、１／４波長板、およびコリメータレンズを有し、前記１／４波長板は前記コリメータレンズと前記副鏡の間の、非平行光束が通過する領域に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記１／４波長板は前記テレスコープ光学系の光軸に対して傾けて配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記１／４波長板は前記内部光学系からの光が該１／４波長板の面で反射し、該内部光学系に戻ってきたとき、該内部光学系内に設けた光受信用のセンサの有効検出領域から外れるように傾けて配置していることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。図中１は双方向光通信用のターミナル、２はカセグレン型のテレスコープ光学系、３は内部光学系である。４は主鏡であり、光を送信又は相手方からの光を集光する凹面鏡より成っている。５は副鏡であり、凸面鏡より成っている。２１は副鏡５からの光束の集光点である。６はコリメータレンズ、７は１／４波長板であり、光軸Ｌａに対して傾けて配置している。８はレーザ光源、９はビーム整形用光学系であり、レーザ光源８からの光束径を整形して射出している。１０は偏光ビームスプリッタ、１１は集光レンズであり、偏光ビームスプリッタ１０からの光束を集光している。１２は受信用センサを表している。主鏡４と副鏡５は球面、非球面等から成っている。ビーム整形用光学系９はコリメーター９ａ，シリンドリカルレンズ９ｂ，プリズム９ｃ，９ｄを有している。
【００１７】
まず、本実施形態において、光送信を行なう場合について説明する。レーザ光源８から出る送信光は紙面上で縦方向の直線偏光となっている。この送信光は、ビーム整形用光学系９により収差の無い平行光に変換され、縦方向の直線偏光だけを透過する偏光ビームスプリッタ１０を通過した後、内部光学系３を出てコリメータレンズ６を通過し、１／４波長板７に入射し、それによって左回り円偏光にされ集光点２１に集光する。集光点２１からの送信光は副鏡５と主鏡４で反射してビーム径を拡大された後に射出される。そして所定方向の通信相手側に送信される。
【００１８】
次に光受信について説明する。図示していない通信相手のターミナルから右回り円偏光の状態で射出された受信光は、テレスコープ光学系２の主鏡４と副鏡５で反射した後、集光点２１に集光する。集光点２１からの光束は１／４波長板７によって紙面に垂直な方向の直線偏光に変換され、コリメータレンズ６により平行光にされてから内部光学系３に入射する。この方向の直線偏光は偏光ビームスプリッタ１０によってほぼ全て反射され、集光レンズ１１に入射する。そして受信光は集光レンズ１１を介して受信用センサ１２（フォトダイオード等）に集光され、受光される。
【００１９】
本実施形態では光の送受信により光通信を行なうための光通信用光学装置において、テレスコープ光学系の内部のコリメータレンズと副鏡の間であって、非平行光束が通過する領域に１／４波長板を配置していることを特徴としている。
【００２０】
本実施形態では、内部光学系３からの送信光のうち一部はテレスコープ光学系２のコリメータレンズ６の表面（レンズ面）で一部反射して戻ってくる。この戻ってきた送信光は、１／４波長板７を１回も通過しないため、レーザ光源8から出射したときと同じの紙面上で縦方向の直線偏光のまま内部光学系3に戻ることになる。従って、この反射した戻り光は偏光ビームスプリッタ１０で反射せず、全て透過してしまい、受信用センサ１２には到達しない。従って、この反射戻り光は受信用センサには到達せず、受信特性に悪影響を与えなくなる。又、送信光のうち一部は１／４波長板７自身の裏面で反射して戻ってくる。この戻ってきた送信光は、受信光と同じ偏光方向の紙面に垂直な直線偏光として内部光学系３に戻ることになる。
【００２１】
そこで本実施形態では、１／４波長板７を光軸Ｌａに対して約５度傾いて配置し、これによって、１／４波長板からの反射光は受信用センサ１２の有効検出領域には到達しないようになっている。又、１／４波長板を非平行光束中に配置したことによって１／４波長板からの反射光が平行光ではなく、発散光となる内部光学系３への戻り光の光強度が小さくなるようになっている。
【００２２】
本実施形態では以上の構成により、迷光が受信用センサ１２に入射するのを防止し、双方向の光通信を高精度に行なっている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することによって、光送信用の光源からの光束の一部がノイズ光（迷光）となって光受信用のセンサに入射するのを防止し、高精度の双方向の光送受信が行なえる光通信用光学装置を達成することができる。
【００２４】
特に本発明によれば、光の送受信により通信を行なうための光通信用光学装置において、テレスコープ光学系のレンズ表面で送信光が反射されて内部光学系側に戻っても、受信特性への悪影響を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 従来の双方向光通信用光学装置の要部概略図
【符号の説明】
１…双方向光通信用ターミナル
２…カセグレン型のテレスコープ光学系
３…内部光学系
４…主鏡
５…副鏡
６…コリメータレンズ
７…１／４波長板
８…レーザ光源
９…ビーム整形用光学系
１０…偏光ビームスプリッタ
１１…集光レンズ
１２…受信用センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信用光学装置に関し、例えば地上又は宇宙空間で空間を伝送媒体として光信号の伝送を行う光空間伝送方式において使用されるものであって、特に光送信および光受信を迷光を除去して効率的に行うことのできる光通信用光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より空間を伝送媒体として光信号の授受を行なう光通信用光学装置が種々と提案されている。この光通信用光学装置では所定の光ビームを投光及び受光して遠方との通信を行なうために、高い光学性能を有した光通信用光学系が要求されている。
【０００３】
又、双方向光通信を行なうためのターミナル装置（光通信用光学装置）においては、光の送信と受信を同時に行なうことが出来る光学系が必要となる。
【０００４】
図２は従来の双方向光通信用光学装置の要部概略図である。双方向光通信用光学装置では、図２に示すように、光源や受信用センサを含む内部光学系３と、光ビームの口径や倍率を変化させるためのテレスコープ光学系２とから構成されるのが一般的である。
【０００５】
図中、１は双方向光通信用ターミナル、２はカセグレン型のテレスコープ光学系、３は内部光学系、４は主鏡、５は副鏡、６はコリメータレンズ、７は１／４波長板、８はレーザ光源、９はビーム整形用光学系、１０は偏光ビームスプリッタ、１１は集光レンズ、１２は受信用センサを表している。
【０００６】
図２のレーザ光源８から出る送信光は紙面上で縦方向の直線偏光となっている。この送信光は、ビーム整形用光学系９により収差の無い平行光にされ、縦方向の直線偏光だけを透過する偏光ビームスプリッタ１０を通過した後、内部光学系３の出口に配置される１／４波長板７によって左回り円偏光にされる。さらに、テレスコープ光学系２を通過してビーム径を拡大された後に相手方向に射出される。
【０００７】
一方、図示していない通信相手の光送信用ターミナルから右回り円偏光の状態で射出された受信光は、テレスコープ光学系２を通過してビーム径を縮小された後、１／４波長板７によって紙面に垂直な方向の直線偏光に変換される。この方向の直線偏光は偏光ビームスプリッタ１０によってほぼ全て反射されるため、集光レンズ１１を介して受信用センサ１２（フォトダイオード等）に集光され、受信されている。これによって光通信を行なっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
内部光学系３では、ビームスプリッタ１０等を用いて、送信光と受信光の光路が分離しているが、完全に分離することはできない。このため、送信光の一部がレーザ光源８に戻って光源の出力特性を劣化させたり、外部からの迷光が受信用センサ１２に入り込んで受信特性を劣化させる等の悪影響を及ぼすことがある。
【０００９】
このような不要光の悪影響を小さくするための手段としては、送信光と受信光で異なる波長を使用し、送信光と受信光を分離するためのビームスプリッタに波長依存特性の大きいコーティングを施す方法や、送信光と受信光で異なる偏光状態の光を使用し、送信光と受信光を分離するために偏光ビームスプリッタを使用する方法等が知られている。
【００１０】
一般に１／４波長板等の位相板は、平行光束中に配置することが原則となっている。これは、光線が角度を持って位相板を通過すると、位相板の位相特性が変わってしまうという理由による。又、収束光束や発散光束中に平行平板を挿入すると、球面収差が発生して光学系の波面性能を劣化させるという理由にもよる。
【００１１】
この例の場合、送信光と受信光は効率よく分離されるが、送信光がテレスコープ光学系２のコリメータレンズ６の表面等で一部反射して戻ってきた場合、この反射戻り光は、反射によって位相がπずれた後に１／４波長板７を再度通過することになるので、受信光と同じ偏光方向になってしまい、受信センサ１２にノイズ（迷光）として入射することになる。一般に送信光は受信光よりもはるかに強度の大きいビームであるのでレンズ面からの反射比率がわずかであっても受信特性に重大な悪影響を与えることがあった。
【００１２】
本発明は光送信用の光源からの光束や外部からの信号光以外の光束がノイズ光（迷光）となって光受信用のセンサに入射するのを防止し、高精度の双方向の光送受信が行なえる光通信用光学装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光通信用光学装置は、光ビームを発生および検出する機能を有する内部光学系と、光ビームの口径を拡大および縮小する機能を有するテレスコープ光学系とを有する光通信用光学装置において、前記テレスコープ光学系は光受信用としたときの光の進行順に主鏡、副鏡、１／４波長板、およびコリメータレンズを有し、前記１／４波長板は前記コリメータレンズと前記副鏡の間の、非平行光束が通過する領域に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記１／４波長板は前記テレスコープ光学系の光軸に対して傾けて配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記１／４波長板は前記内部光学系からの光が該１／４波長板の面で反射し、該内部光学系に戻ってきたとき、該内部光学系内に設けた光受信用のセンサの有効検出領域から外れるように傾けて配置していることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。図中１は双方向光通信用のターミナル、２はカセグレン型のテレスコープ光学系、３は内部光学系である。４は主鏡であり、光を送信又は相手方からの光を集光する凹面鏡より成っている。５は副鏡であり、凸面鏡より成っている。２１は副鏡５からの光束の集光点である。６はコリメータレンズ、７は１／４波長板であり、光軸Ｌａに対して傾けて配置している。８はレーザ光源、９はビーム整形用光学系であり、レーザ光源８からの光束径を整形して射出している。１０は偏光ビームスプリッタ、１１は集光レンズであり、偏光ビームスプリッタ１０からの光束を集光している。１２は受信用センサを表している。主鏡４と副鏡５は球面、非球面等から成っている。ビーム整形用光学系９はコリメーター９ａ，シリンドリカルレンズ９ｂ，プリズム９ｃ，９ｄを有している。
【００１７】
まず、本実施形態において、光送信を行なう場合について説明する。レーザ光源８から出る送信光は紙面上で縦方向の直線偏光となっている。この送信光は、ビーム整形用光学系９により収差の無い平行光に変換され、縦方向の直線偏光だけを透過する偏光ビームスプリッタ１０を通過した後、内部光学系３を出てコリメータレンズ６を通過し、１／４波長板７に入射し、それによって左回り円偏光にされ集光点２１に集光する。集光点２１からの送信光は副鏡５と主鏡４で反射してビーム径を拡大された後に射出される。そして所定方向の通信相手側に送信される。
【００１８】
次に光受信について説明する。図示していない通信相手のターミナルから右回り円偏光の状態で射出された受信光は、テレスコープ光学系２の主鏡４と副鏡５で反射した後、集光点２１に集光する。集光点２１からの光束は１／４波長板７によって紙面に垂直な方向の直線偏光に変換され、コリメータレンズ６により平行光にされてから内部光学系３に入射する。この方向の直線偏光は偏光ビームスプリッタ１０によってほぼ全て反射され、集光レンズ１１に入射する。そして受信光は集光レンズ１１を介して受信用センサ１２（フォトダイオード等）に集光され、受光される。
【００１９】
本実施形態では光の送受信により光通信を行なうための光通信用光学装置において、テレスコープ光学系の内部のコリメータレンズと副鏡の間であって、非平行光束が通過する領域に１／４波長板を配置していることを特徴としている。
【００２０】
本実施形態では、内部光学系３からの送信光のうち一部はテレスコープ光学系２のコリメータレンズ６の表面（レンズ面）で一部反射して戻ってくる。この戻ってきた送信光は、１／４波長板７を１回も通過しないため、レーザ光源8から出射したときと同じの紙面上で縦方向の直線偏光のまま内部光学系3に戻ることになる。従って、この反射した戻り光は偏光ビームスプリッタ１０で反射せず、全て透過してしまい、受信用センサ１２には到達しない。従って、この反射戻り光は受信用センサには到達せず、受信特性に悪影響を与えなくなる。又、送信光のうち一部は１／４波長板７自身の裏面で反射して戻ってくる。この戻ってきた送信光は、受信光と同じ偏光方向の紙面に垂直な直線偏光として内部光学系３に戻ることになる。
【００２１】
そこで本実施形態では、１／４波長板７を光軸Ｌａに対して約５度傾いて配置し、これによって、１／４波長板からの反射光は受信用センサ１２の有効検出領域には到達しないようになっている。又、１／４波長板を非平行光束中に配置したことによって１／４波長板からの反射光が平行光ではなく、発散光となる内部光学系３への戻り光の光強度が小さくなるようになっている。
【００２２】
本実施形態では以上の構成により、迷光が受信用センサ１２に入射するのを防止し、双方向の光通信を高精度に行なっている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することによって、光送信用の光源からの光束の一部がノイズ光（迷光）となって光受信用のセンサに入射するのを防止し、高精度の双方向の光送受信が行なえる光通信用光学装置を達成することができる。
【００２４】
特に本発明によれば、光の送受信により通信を行なうための光通信用光学装置において、テレスコープ光学系のレンズ表面で送信光が反射されて内部光学系側に戻っても、受信特性への悪影響を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 従来の双方向光通信用光学装置の要部概略図
【符号の説明】
１…双方向光通信用ターミナル
２…カセグレン型のテレスコープ光学系
３…内部光学系
４…主鏡
５…副鏡
６…コリメータレンズ
７…１／４波長板
８…レーザ光源
９…ビーム整形用光学系
１０…偏光ビームスプリッタ
１１…集光レンズ
１２…受信用センサ
Claims (3)
- 光ビームを発生および検出する機能を有する内部光学系と、光ビームの口径を拡大および縮小する機能を有するテレスコープ光学系とを有する光通信用光学装置において、前記テレスコープ光学系は光受信用としたときの光の進行順に主鏡、副鏡、１／４波長板、およびコリメータレンズを有し、前記１／４波長板は前記コリメータレンズと前記副鏡の間の、非平行光束が通過する領域に配置されていることを特徴とする光通信用光学装置。
- 前記１／４波長板は前記テレスコープ光学系の光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１の光通信用光学装置。
- 前記１／４波長板は前記内部光学系からの光が該１／４波長板の面で反射し、該内部光学系に戻ってきたとき、該内部光学系内に設けた光受信用のセンサの有効検出領域から外れるように傾けて配置していることを特徴とする請求項１の光通信用光学装置。
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| JP13395499A JP4350203B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | 光通信用光学装置 |
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-
1999
- 1999-05-14 JP JP13395499A patent/JP4350203B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000321536A (ja) | 2000-11-24 |
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