JP4532163B2 - 光空間通信システムとこのシステムに用いられる光送信装置、光受信装置及び光軸補正方法 - Google Patents
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前記光送信装置は、前記レーザ光を生成する送信用レーザ装置と、前記送信用レーザ装置から出射されるレーザ光を第1及び第2のモータそれぞれの回転軸に装着された第1及び第2のミラーで順次反射して前記空間に向けて送出し、前記第1及び第2のミラーの反射角度をそれぞれ前記第1及び第2のモータで調整して前記レーザ光出射光軸のパン・チルト角を制御する出射光軸制御手段とを備え、
前記光受信装置は、前記空間を伝播して到達するレーザ光を第3及び第4のモータそれぞれの回転軸に装着された第3及び第4のミラーで順次反射し、前記第3及び第4のミラーの反射角度をそれぞれ前記第3及び第4のモータで調整して前記レーザ光入射光軸のパン・チルト角を制御する入射光軸制御手段と、前記入射光軸制御手段で光軸調整されるレーザ光の光軸上に直列に配置されそれぞれ入射光を2方向に分光する第1及び第2のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタで光軸から分岐されるレーザ光を受光する受信用光検出器と、前記第2のビームスプリッタで2分岐されるレーザ光がそれぞれ入射され、受光面に入射されるレーザ光のレーザスポットの照射位置から基準軸に対するずれ方向及びその大きさを検知する第1及び第2の照射位置検知器とを備え、
前記出射光軸及び入射光軸制御手段は、前記第1及び第2の照射位置検知器の検知結果から前記レーザ光の光軸のずれ量及び方向を検出し、この検出結果からモータ回転角の微小変化と前記レーザスポットの位置変化とを関係付けるヤコビ行列を推定し、この推定されたヤコビ行列に基づいて前記第1乃至第4のモータを回転駆動して前記ずれを補正する光軸補正手段とを具備することを特徴とする。
前記光送信装置が、前記レーザ光を生成する送信用レーザ装置と、前記送信用レーザ装置から出射されるレーザ光を第1及び第2のモータそれぞれの回転軸に装着された第1及び第2のミラーで順次反射して前記空間に向けて送出し、前記第1及び第2のミラーの反射角度をそれぞれ前記第1及び第2のモータで調整して前記レーザ光出射光軸のパン・チルト角を制御する出射光軸制御手段とを備え、
前記光受信装置が、前記空間を伝播して到達するレーザ光を第3及び第4のモータそれぞれの回転軸に装着された第3及び第4のミラーで順次反射し、前記第3及び第4のミラーの反射角度をそれぞれ前記第3及び第4のモータで調整して前記レーザ光入射光軸のパン・チルト角を制御する入射光軸制御手段と、前記入射光軸制御手段で光軸調整されるレーザ光の光軸上に直列に配置されそれぞれ入射光を2方向に分光する第1及び第2のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタで光軸から分岐されるレーザ光を受光する受信用光検出器と、前記第2のビームスプリッタで2分岐されるレーザ光がそれぞれ入射され、受光面に入射されるレーザ光のレーザスポットの照射位置から基準軸に対するずれ方向及びその大きさを検知する第1及び第2の照射位置検知器とを備えるとき、
前記送信及び受信側合わせて前記第1乃至第4のモータの微小回転と前記第1及び第2の照射位置検知器の受光面上におけるレーザスポット座標の微小変化との関係からヤコビ行列を推定するヤコビ行列推定ステップと、
前記第1及び第2の照射位置検知器の検知情報からレーザスポットの基準位置からのずれ量及び方向の変位を表す誤差ベクトルを求める誤差ベクトル演算ステップと、
前記ヤコビ行列の逆行列に前記誤差ベクトルに乗じて前記第1乃至第4のモータの速度指令ベクトルを求める速度指令ベクトル演算ステップとを備え、
前記速度指令ベクトルに基づいて前記第1乃至第4のモータを駆動制御することを特徴とする。
以下、光送受信装置11,21それぞれの光軸が一致する条件を満たすモータ回転角が存在することを、第1の実施例として説明する。
このとき、条件の前半から、円C上の一点からA軸上の一点を通過してa軸の端点a0 に達する直線が存在する。この直線の円Cとの交点をP0 、A軸との交点をQ0 とする。同様にa1 に達する直線に対応する点をそれぞれP1 ,Q1 とする。また、条件の後半から、円c上の一点からa軸上の一点を通過してA軸の端点A0 に達する直線が存在する。この直線の円cとの交点をp0 、a軸との交点をq0 とする。同様にA1 に達する直線に対応する点をそれぞれp1 ,q1 とする。
次に、第2の実施例として、第1の実施例で説明した光送受信装置間の光軸一致を実現する具体的な手法について説明する。まず、光送受信装置11,21のモータ回転角の変化に対する第1及び第2のPSD218,219上のレーザ光スポット座標値の変化を関連付けるため、送信側のLD111から受信側のPSD218または219までの光線追跡を行う。送信側のLD111からレーザ光出射点と出射方向ベクトルをそれぞれr0 ,p0 、第1乃至第4のミラー112,113,211,213でのレーザ光の反射点と反射方向ベクトルをそれぞれri ,pi (i=1,…,4)とする。また、第4のミラー213からの反射光とPSD1及びPSD2′(PSD2の鏡像)との交点をそれぞれrP1 ,r'P2 で表す。
次に、第3の実施例として、光送信装置11側に2組の反射鏡を備えるレーザ光送出用の光学系が用意され、互いに異なる方向にレーザ光が送出され、それぞれ別々の光受信装置で受信される場合のシステム構成を提案する。この場合、光送信装置11に固定された座標系をΣm 、この座標系をΣm から見た第2のミラー114上の反射点をそれぞれmr2 ,mr'2 、反射方向ベクトルをmp2 ,mp'2 とする。一方、受信側に固定された基準座標系Σから見た2つの光受信装置の位置・姿勢は既知であるとする。また、PSD上のレーザ光スポット位置とモータの回転角による光線軌跡から第3のミラー211上の反射点と反射方向スペクトラムが求まるので、Σから見た反射点をr3 ,r'3、反射方向ベクトルをp3 ,p'3とおく。Σから見たΣm の位置と姿勢をrm ,Om で表せば、次式が成立する。
111…送信用LD、
112…第1のミラー、
113…第1のモータ、
114…第2のミラー、
115…第2のモータ、
116…光軸制御部、
21…光受信装置、
211…第3のミラー、
212…第3のモータ、
213…第4のミラー、
214…第4のモータ、
215…第1のビームスプリッタ、
216…第2のビームスプリッタ、
217…受信用PD、
218…第1のPSD、
219…第2のPSD、
220…光軸制御部。
Claims (6)
- 光送信装置から送出されるレーザ光を、空間を伝播させて光受信装置で受光することにより光通信を行う光空間通信システムにおいて、
前記光送信装置は、前記レーザ光を生成する送信用レーザ装置と、前記送信用レーザ装置から出射されるレーザ光を第1及び第2のモータそれぞれの回転軸に装着された第1及び第2のミラーで順次反射して前記空間に向けて送出し、前記第1及び第2のミラーの反射角度をそれぞれ前記第1及び第2のモータで調整して前記レーザ光出射光軸のパン・チルト角を制御する出射光軸制御手段とを備え、
前記光受信装置は、前記空間を伝播して到達するレーザ光を第3及び第4のモータそれぞれの回転軸に装着された第3及び第4のミラーで順次反射し、前記第3及び第4のミラーの反射角度をそれぞれ前記第3及び第4のモータで調整して前記レーザ光入射光軸のパン・チルト角を制御する入射光軸制御手段と、前記入射光軸制御手段で光軸調整されるレーザ光の光軸上に直列に配置されそれぞれ入射光を2方向に分光する第1及び第2のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタで光軸から分岐されるレーザ光を受光する受信用光検出器と、前記第2のビームスプリッタで2分岐されるレーザ光がそれぞれ入射され、受光面に入射されるレーザ光のレーザスポットの照射位置から基準軸に対するずれ方向及びその大きさを検知する第1及び第2の照射位置検知器とを備え、
前記出射光軸及び入射光軸制御手段は、前記第1及び第2の照射位置検知器の検知結果から前記レーザ光の光軸のずれ量及び方向を検出し、この検出結果からモータ回転角の微小変化と前記レーザスポットの位置変化とを関係付けるヤコビ行列を推定し、この推定されたヤコビ行列に基づいて前記第1乃至第4のモータを回転駆動して前記ずれを補正することを特徴とする光空間通信システム。 - 前記出射光軸及び入射光軸制御手段は、前記送信及び受信側合わせて前記第1乃至第4のモータの微小回転と前記第1及び第2の照射位置検知器の受光面上におけるレーザスポット座標の微小変化との関係からヤコビ行列を推定し、この推定されたヤコビ行列の逆行列を前記第1及び第2の照射位置検知器で得られるレーザスポットの基準位置からの変位を表す誤差ベクトルに乗じて前記第1乃至第4のモータそれぞれに対する速度指令ベクトルを生成することを特徴とする請求項1記載の光空間通信システム。
- 前記光送信装置が前記出射光軸制御手段を複数個備え、互いに別の送信用レーザ装置のレーザ光または共通の送信用レーザ装置の分岐光を前記複数の出射光軸制御手段で互いに別の方向へ照射し、相対位置固定の複数の光受信装置で受信したとき、前記出射光軸及び入射光軸制御手段は、無線通信手段を通じて前記複数の光送受信装置間で生じる光軸ずれの情報を送受し、その光軸ずれに基づいて前記光送受信装置における反射鏡の回転角と前記第1及び第2の照射位置検知器の受光面上のレーザスポット座標から光受信装置と光送信装置間の相対位置姿勢を推定することを特徴とする請求項1記載の光空間通信システム。
- 請求項1乃至3のいずれか記載の光空間通信システムに用いられ、前記出射光軸及び入射光軸制御手段からの指示に従って前記第1及び第2のモータを駆動制御することを特徴とする光送信装置。
- 請求項1乃至3のいずれか記載の光空間通信システムに用いられ、前記出射光軸及び入射光軸制御手段からの指示に従って前記第3及び第4のモータを駆動制御することを特徴とする光受信装置。
- 光送信装置から送出されるレーザ光を、空間を伝播させて光受信装置で受光することにより光通信を行う光空間通信システムに用いられ、
前記光送信装置が、前記レーザ光を生成する送信用レーザ装置と、前記送信用レーザ装置から出射されるレーザ光を第1及び第2のモータそれぞれの回転軸に装着された第1及び第2のミラーで順次反射して前記空間に向けて送出し、前記第1及び第2のミラーの反射角度をそれぞれ前記第1及び第2のモータで調整して前記レーザ光出射光軸のパン・チルト角を制御する出射光軸制御手段とを備え、
前記光受信装置が、前記空間を伝播して到達するレーザ光を第3及び第4のモータそれぞれの回転軸に装着された第3及び第4のミラーで順次反射し、前記第3及び第4のミラーの反射角度をそれぞれ前記第3及び第4のモータで調整して前記レーザ光入射光軸のパン・チルト角を制御する入射光軸制御手段と、前記入射光軸制御手段で光軸調整されるレーザ光の光軸上に直列に配置されそれぞれ入射光を2方向に分光する第1及び第2のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタで光軸から分岐されるレーザ光を受光する受信用光検出器と、前記第2のビームスプリッタで2分岐されるレーザ光がそれぞれ入射され、受光面に入射されるレーザ光のレーザスポットの照射位置から基準軸に対するずれ方向及びその大きさを検知する第1及び第2の照射位置検知器とを備えるとき、
前記送信及び受信側合わせて前記第1乃至第4のモータの微小回転と前記第1及び第2の照射位置検知器の受光面上におけるレーザスポット座標の微小変化との関係からヤコビ行列を推定するヤコビ行列推定ステップと、
前記第1及び第2の照射位置検知器の検知情報からレーザスポットの基準位置からのずれ量及び方向の変位を表す誤差ベクトルを求める誤差ベクトル演算ステップと、
前記ヤコビ行列の逆行列に前記誤差ベクトルに乗じて前記第1乃至第4のモータの速度指令ベクトルを求める速度指令ベクトル演算ステップとを備え、
前記速度指令ベクトルに基づいて前記第1乃至第4のモータを駆動制御することを特徴とする光空間通信システムの光軸補正方法。
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