JPH01120138A - 移動体の追尾通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皇１上９五且光豆 本発明は光ビームを利用した移動体の追尾通信装置に係
り、特に移動体の追尾および位置計測範囲に制限を受け
ることがなく固定局と移動体間の双方で情報の伝達を行
うことが可能な移動体の追尾通信装置に関する。

従未且孜止 従来、この種の移動体の追尾通信装置としては、例えば
特開昭６１−２１５１０号公報に記載のものがある。

この技術の概要について第５図を参照しつつ説明する。

同図において、１０は固定局であり、光ビーム発生器１
１０と、発生した光ビームを所望の信号で変調する変調
器１２０と、前記変調された光ビームＬＢ１を三次元空
間の二院の位置にある移動体２ｏに向けて反射させると
ともに前記移動体２ｏで光ビームＬＢＩが反射されて帰
ってくる帰還ビームＲＢを再び反射させるスキャナ１３
０と、前記反射された帰還ビームＲＢＯ光路を変更する
ビームスプリッタ１５０と、前記光路を変更された帰還
ビームＲＢを集光して受光検知器の受光素子を一点照射
或いは分散照射させる光集光照射手段としての象限別４
分割レンズ１６０と、前記照射された帰還ビームの位置
ずれを検出、比較する受光検知器１７０とによって構成
されている。そして前記スキャナ１３０は、ミラー１３
１、Ｘ他モータ１３２　、Ｙ他モータ１３３、制御器１
３４を含んでいる。

前記象限別４分割レンズ１６０は、それぞれ正方形状の
４１［１ｉ１のプラスチックフレネルレンズ１６１．１
６２．１６３．１６４を象限別に分担配設している。

また、受光検知器１７０は前記光集光照射手段と対向し
た位置に配設され、受光面１７１には前記各レンズの焦
点で受光するように４個の受光素子１７２．１７３．１
７４．１７５が配設されている。

一方、移動体２０は、前記光ビームＬＢＩをこれと平行
な帰還ビームＲＢとして固定局に送り返す再帰反射体と
してのコーナキューブ２１０と、前記固定局１０から発
射される光ビームＬＢＩの一部を透過させて一部の光路
を変更させるビームスプリッタ２２０と、前記光路を変
更された光ビームＬＢＩ　　’を集光する集光レンズ２
３０と、この集光された光ビームＬＢＩ　　’を復調す
る復調器２４０とで構成されている。

そして帰還ビームＲＢが前記象限別に配設されているフ
レネルレンズ１６０のいずれかに入射しても、その入射
したレンズの焦点にある受光素子のみを照射するように
なっている。また帰還ビームＲＢが象限別４分割レンズ
１６０の中心部分に入射すると、ビームを分散して各受
光素子を照射し、各受光素子への入射量が平均している
場合は、位置ずれを零とするようになっている。帰還ビ
ームＲＢが前記中心部分から外れると、各受光素子の検
出出方が異なるので、各検出出方が等しくなるように制
御器１３０を介してχ他モータ１３２　、Ｙ他モータ１
３３を制御してミラー１３１を動がすことにより移動体
２０を追尾するようになっている。

＜”しょ゛と　る目　−点２ しかしながら、前記のような移動体の追尾装置において
は、ミラー１３１の回転によりミラー１３１と受光素子
１７２〜１７５との相対位置にずれが生じるおそれがあ
る。そしてこのずれが大きくなると、移動体２０の変位
方向と帰還ビームＲＢが４象限に配設された受光素子１
７２〜１７５のいずれかを照射するが、この受光素子の
属する象限の極性が変化して、移動体２０を追尾する方
向にスキャナ１３０が回転しなくなる。したがって、追
尾動作ができないことになる。つまり、ミラー１３１と
受光素子１７２〜１７５との相対位置がスキャナ１３０
の回転により変化する従来装置においては、追尾動作の
可能な範囲に限界があるということができる。

したがって移動体への通信可能な範囲にも制限を受ける
ことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、移動体の追
尾および位置計測範囲に制限を受けることがなく、また
固定局と移動体との間の双方向の情報の伝達範囲の制限
を受けない移動体の追尾通信装置を提供することを目的
としている。

□　占　ｎｏ　るための この発明に係る移動体の追尾通信装置は、固定局には光
ビーム発生器と、光ビームを光ビーム走査手段により空
間へ向けて走査させる光ビーム走査手段と、移動体の再
帰反射体により反射し再帰する帰還ビームを受光検知す
る受光検知器と、検出信号に基づいて光ビーム走査手段
を制御する制御器と、発生した光ビームを移動体に伝達
する伝達情報信号に基づいて変調する変調器と、移動体
から固定局に伝達する伝達情報信号に基づいて変調され
た帰還ビームを復調する復調器とを備え、移動体には固
定局から発射される光ビームの一部を透過させるととも
に一部の光路を変更させるビームスプリッタと、透過さ
れた光ビームを帰還ビ−ムとして固定局へ送り返す再帰
反射体と、光路を変更された光ビームを復調する復調器
と、帰還ビームを移動体から固定局に伝達する伝達情報
信号に基づいて変調する変調器とを備え、固定局に備え
た光ビーム発生器と受光検知器とを光ビーム走査手段と
同一の光軸に一体として固設したことを特徴とする移動
体の追尾通信装置である。

１几 光ビーム発生器から発生した光ビームは固定局側の変調
器で固定局から移動体に伝達する伝達情報信号に基づい
て変調され、光ビーム走査手段によって空間へ向けて発
射・走査され、移動体の再帰反射体に当たり、移動体に
設けられたビームスプリッタで２つの光路に分岐される
。そして一方の光路を経た光ビームは移動体側の復調器
によって復調され、他方の光路を経た光ビームは再帰反
射体によって反射し、移動体側の変調器で移動体から固
定局に伝達する伝達情報信号に基づいて変調され、前記
光ビーム走査手段に帰還ビームとして帰還する。

移動体の追尾動作が完全に行われている場合は、帰還ビ
ームは受光検知器の中央部に入射する。即ち、４象限に
配設した各受光素子への入射量が平均して照射されるの
で位置ずれを検出しない。−方、受光素子で検知された
帰還ビームは固定局側の復調器によって復調される。

移動体が完全追尾の状態からずれ始めると、帰還ビーム
も移動するので各受光素子の検出出力が異なることとな
り、各検出出力が等しくなるように制御器を介してＸ軸
パルスモータ、Ｙ軸パルスモータを制御して光ビーム走
査手段を回動させることにより移動体を追尾する。しか
して、完全追尾状態から外れた場合でも各受光素子は帰
還ビームを受光しているので、固定局側の復調器は帰還
ビームを復調し、固定局と移動体とは双方向通信を行う
ことができる。

１施班 以下本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明装置の一部を切欠いた要部を示す模式的
説明図である。本装置は固定局３０と移動体４０とから
構成されている。固定局３０は光ビーム発生器３１０と
、発生した光ビームを移動体４０に伝達する伝達情報信
号に基づいて変調する変調器３２０と、前記変調された
光ビームＬＢを空間へ向けて走査させる光ビーム走査手
段３３０と、移動体４０の再帰反射体４１０により反射
し、再帰する帰還ビームＲＢを受光検知する受光検知器
３７０と、この検出信号に基づいて光ビーム走査手段３
３０を制御する制御器３８０と、移動体４０から固定局
３０に伝達する伝達情報信号に基づいて変調された帰還
ビームＲＢを復調する復調器３５０とによって構成され
ている。

一方、移動体４０は、前記固定局３０から発射される光
ビームＬＢの一部を透過させるとともに一部の光路を変
更させるビームスプリッタ４２０と、前記透過された光
ビームを帰還ビームＲＢとして固定局３０へ送り返す再
帰反射体４１０と、前記光路を変更された光ビームＬＢ
’を復調する復調器４４０と、前記帰還ビームＲＢを移
動体４０から固定局３０に伝達する伝達情報信号に基づ
いて変調する変調器４３０とによって構成されている。

つぎに光ビーム走査手段３３０につき説明する。

固定局３０に設けられている光ビーム走査手段３３０は
、例えばレーザダイオードよりなる光ビーム発生器３１
０とこの光ビーム発生器３１０から発生した光ビームを
移動体、４０に設けた再帰反射体４１０によって反射し
再帰する帰還ビームＲＢを受光検知する受光検知器３７
０とスキャンニング機構３６０とによって構成されてい
る。

そして前記光ビーム発生器３１０と受光検知器３７０と
は、発生する光ビームＬＢの光軸と同一の光軸となるよ
うに一体に形成されている。そしてスキャンニング機構
３６０の可動部に回動自在に取付けてあり、Ｘ軸パルス
モータ３６１　、Ｙ軸パルスモータ３６２を含むスキャ
ンニング機構３６０によってＸ軸、Ｙ軸上を自在に回動
するように構成されている。

光ビーム発生器３１０としてのレーザダイオード（以下
符号３１０を使用する）には第２図に示すようにミ変調
器３２０が接続されている。固定局３０から移動体４０
に伝達する伝達情報信号Ａは変調信号処理器３２１によ
って変調方式に適した変調信号Ａ′となり、変調器３２
０に入力される。変調器３２０は前記変調信号Ａ′によ
りレーザダイオード３１０から発射する光ビームを変調
する。

しかしてレーザダイオード３１０から変調信号Ａ′に基
づいて変調された光ビームＬＢが発射され、スキャンニ
ング機構３６０によって空間に向けて走査される。

前記走査された光ビームＬＢは移動体４０の再帰反射体
４１０によって光ビームＬＢの入射方向と同一方向に再
帰する帰還ビームＲＢを反射するようになっている。

再び説明を光ビーム走査手段３３０について行うと、受
光検知器３７０は前記帰還ビームＲＢを受光し、帰還ビ
ームＲＢの位置ずれを検知する受光素子３７１によって
構成されている。

前記受光素子３７１は゛中心部分に光ビームＬＢの通過
光路とする通過孔を有する板状体面３７２に多数配して
受光素子群を形成したフォトダイオード等よりなるもの
である。又は従来装置１７０に準するものであってもよ
い。そして移動体４０の追尾が完全に行われている場合
に、帰還ビームＲＢが前記通過孔を除く範囲の４象限に
配設した受光素子３７１への入射量が平均して照射する
ようになっている。

しかして、移動体４０の追尾が外れた場合には、帰還ビ
ームＲＢは位置ずれを生じ、受光素子３７１のいずれか
を照射する。

ついで移動体４０について説明する。

前記光ビーム走査手段３３０によって走査され変調信号
Ａ′に基づいて変調された光ビームＬＢはビームスプリ
ッタ４２０によってその一部ＬＢＩは復調器４４０によ
って変調分岐された信号Ａ　′が復調され、伝達情報信
号Ａが出力されるようになっている。

一方、ビームスプリッタ４２０を透過した光ビームＬＢ
２は変調器４３０を経て、再帰反射体４１０に入射する
。再帰反射体４１０はコーナキューブプリズムによって
構成されており、前記入射した光と一ムＬＢ２は入射方
向と同じ方向に再帰するようになっている。

そして移動体４０から固定局３０へ伝達する伝達情報Ｂ
は変調信号処理器４３１によって変調方式に適合した変
調信号Ｂ　′となり、変調器４３０へ入力される。変調
器４３０は前記変調信号Ｂ′に基づいて光ビームＬＢ２
を変調し、帰還ビームＲＢとして再帰されるようになっ
ている。

再び説明を固定局３０について行うと、前記受光素子３
７１の検出出力の一部は復調器３５０に入力され、復調
器３５０によって変調信号Ｂ′を復調し伝達情報信号Ｂ
が出力されるようになっている。

なお移動体側での変調は再帰反射体の入射前でも或いは
反射後であってもよい。

次ぎに、本装置の動作について説明する。

変調信号Ａ　′に基づいて変調器３２０によって変調さ
れた光ビームＬＢは空間に発射され、走査される。この
走査はスキャンニング機構３６０を介してそれぞれＸ軸
、Ｙ軸の回りに回動する光ビーム走査手段３３０によっ
て行われる。

前記走査された光ビームＬＢは移動体４０に設けられた
ビームスプリッタ４２０によって光ビームＬＢＩと光ビ
ームＬＢ２とに分岐される。そして一方の光ビームＬＢ
Ｉは復調器４４０によって復調され、変調信号Ａ　′が
出力され、固定局３０から移動体４０に伝達情報信号Ａ
が伝達される。また他方の光ビームＬＢ２は変調器４３
０を介して再帰反射体４１０に入射し、入射方向と同じ
方向に帰還ビームＲＢとなって帰還する。この帰還ビー
ムＲＢは前記変調器４３０によって変調信号Ｂ′に基づ
いて変調される。前記帰還ビームＲＢは、受光素子３７
１に入射する。

前記の如く追尾動作が完全に行われているときは、４象
限に配設された受光素子３７１の検出出力は平均してい
るので、位置ずれを検出しない。

一方、受光素子３７１の検出出力は復調器３５０に入力
され、復調器３５０によって帰還ビームＲＢを復調し、
変調信号Ｂ′を取り出す。これによって移動体４０から
固定局３０に伝達情報信号Ｂが伝達される。移動体４０
が完全追尾の状態からずれ始めると、帰還ビームＲＢも
移動し、４象限のいずれかの受光素子３７１を照射する
。

各受光素子の位置は座標によって定められており、当該
座標の検出信号として検出される。この検出出力に基づ
いて、スキャンニング機構３６０のＸ軸パルスモータ３
６１　、Ｙ　Ｍパルスモータ３６２力＜それぞれ回動さ
せられる。

これによって、光ビームＬＢが移動体４０を追尾する。

この間も前記完全追尾における伝達情報の送受信は同様
に行われる。

つぎに本装置において、光ビーム発生手段３３０の光ビ
ーム発生器３１０と受光検知器３７０とを光ビームと同
一の光軸上に一体に形成することにより、移動体４０の
追尾および位置計測範囲に制限を受しナなくなる原理に
つき説明する。

第３図は本装置１の原理説明図である。

同図において、追尾動作に関係のなｌ、）構成しよ図示
を省略している。

図において、Ｘ０ＳＹＯ１ＺＯは基準軸を示しており、
αは受光素子３７１の受光面３７２のｚＯ軸を基準とす
る反時計方向の回動角を、θは受光素子３７１の受光面
３７２のｘＯを基準とする反！０＋方向の回動角を、Ｌ
は受光素子３７１と再帰反射体４１０それぞれの中心距
離ＯＱを示している。また帰還ビームＲＢは受光素子３
７１の表面３７２の位置Ｐ　（座標Ｘｓｓ　Ｙｓとする
）で受光されるものとする。

再帰反射体４１０の中心Ｑに光ビームＬＢを入射させる
のに必要な回動角α、回動角θとのそれぞれの方向の回
動角Δθ、Δαは受光素子の座標Ｘｓ、Ｙｓによって次
式で与えられる。

Δθζ−Ｘ５／２　Ｌ　ｃｏｓ　α　　　　　　　・・
・■ΔαζＹｓ／２Ｌ　　　　　　　　　　　　・・・
■■■式の右辺は回動角θを含んでいないので、回動角
θの変化によりΔα、Δθは変動することはない。即ち
、前記従来の技術に示すようなミラー１３１に相当する
ものが本装置の受光素子３７１の受光面である。そして
、この受光面が光ビーム発生器３１０とともに同一光軸
を中心としてＸ軸、Ｙ軸方向に回動する。それ故、回動
角θは前式■、■には含まれないのである。したがって
、追尾および位置計測範囲に制限を受けることがなく、
固定局３０と移動体４０との間の双方向の伝達情報信号
の送受範囲も制限を受けることがない。

なお付言すれば、前式■、■において、右辺の回転角α
はＸ軸パルスモータ３６１　、Ｙ軸パルスモータ３６２
に与えるパルス数によって計測されるものであり、距離
しは適宜手段によって計測されるもので、何れも公知の
ものである。

第４図は制御器３８０のブロック図である。受光検知器
３７０の受光素子３７１の検出信号は増幅器３８１で増
幅され、マイクロコンピュータ３８２に入力サレる。マ
イクロコンピュータ３８２は増幅器３８１から出力され
る検出信号つまり受光素子３７１によって受光検知され
た帰還ビームＲＢの光量分布に基づいて帰還ビームＲＢ
の座標位置を演算し、この演算結果に基づいてモータの
回転指令ノ（ルスを発し、Ｘ軸パルスモータバライバ３
８３、Ｙ軸パルスモータドライバ３８４を介して前記Ｘ
軸パルスモータ３６１、Ｙ軸パルスモータ３６２を駆動
させる。

前記駆動によってスキャンニング機構３６０が作動し、
光ビーム発生器３１０から発生した光ビームＬＢは空間
に向けて発射・走査される。マイクロコンピュータ３８
２は増幅器３８１を介して入力される受光素子３７１の
検出信号即ち、光ビームＬＢと帰還ビームＲＢの位置ず
れが減少するように演算されるものである。しかして光
ビームＬＢは移動体４０に設けた再帰反射体４１０の中
心Ｑに入射するように光ビーム発生器３１０の発射方向
が制御される。

なお前記変調器３２０．４３０の変調方式は振幅変調方
式、周波数変調方式、パルス位置変調方式、パルス周波
数変調方式などでよく、また復調器３５０．４４０の復
調方式は前記各変調方式に対応したもであればよい。

また光ビーム走査手段３３０は本実施例に限定されず、
光ビーム発生器３１Ｏと受光検知器３７０とを光ビーム
の光軸と同一光軸上に配設し、これらが一体となってス
キャンニング機構３６０によって回動するものであれば
よい。さらにスキャンニング機構の回動角の駆動源はパ
ルスモータのほか回動じた量が検出できる駆動装置であ
ればよい。

光匪箆洟果 以上説明したように、本発明によるときは、光ビーム走
査手段を光ビーム発生器と受光検知器とを光ビームの光
軸と同一の光軸上に一体に構成し、スキャンニング機構
の可動部に回動自在に取付けであるので、スキャンニン
グ機構可動部との相対的な位置ずれかない。したがって
、移動体の追尾動作計測可能範囲が位置ずれによる制限
を受けることがなくなるので、固定局と移動体との間の
双方向の伝達情報信号の通信範囲に制服を受けないこと
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係る移動体の追尾通信装置を
示す図面であって、第１図は要部を示す模式的説明図、
第２図は光ビーム発生器の構成を示すブロック図、第３
図は追尾動作の原理図、第４図は制御器のブロック図で
ある。 第５図は従来装置を示す模式的斜視説明図である。 ３０・・・固定局 ４０・・・移動体 ３１０　　・・・光ビーム発生器 ３２０　・・・変調器 ３３０　　・・・光ビーム走査手段 ３５０　・・・復調器 ３６０　　・・・スキャンニンク機構 ３７０　　・・・受光検知器 ３７１　　・・・受光素子 ３８０　　・・・制御器 ４１０　　・・・再帰反射体 ４２０　　・・・ビームスプリッタ ４３０　　・・・変調器 ４４０　　・・・復調器 へ、Ｂ　・・・伝達情報信号 Ａ　’、Ｂ　’・・・変調信号 ＬＢ・・・光ビーム ＲＢ・・・帰還ビーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定局には光ビーム発生器と、光ビームを光ビー
   ム走査手段により空間へ向けて走査させる光ビーム走査
   手段と、移動体の再帰反射体により反射し再帰する帰還
   ビームを受光検知する受光検知器と、検出信号に基づい
   て光ビーム走査手段を制御する制御器と、発生した光ビ
   ームを移動体に伝達する伝達情報信号に基づいて変調す
   る変調器と、移動体から固定局に伝達する伝達情報信号
   に基づいて変調された帰還ビームを復調する復調器とを
   備え、 移動体には固定局から発射される光ビームの一部を透過
   させるとともに一部の光路を変更させるビームスプリッ
   タと、透過された光ビームを帰還ビームとして固定局へ
   送り返す再帰反射体と、光路を変更された光ビームを復
   調する復調器と、帰還ビームを移動体から固定局に伝達
   する伝達情報信号に基づいて変調する変調器とを備え、 固定局に備えた光ビーム発生器と受光検知器とを光ビー
   ム走査手段と同一の光軸に一体として固設したことを特
   徴とする移動体の追尾通信装置。
2. （２）前記光ビーム発生器はレーザダイオードを使用す
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の移動体の追尾通信装置。