JPH01226228A - 光空間伝送装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空間を通じて光情報の送受信を行う光空間伝送
装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、光軸及び焦点のずれ量を夫々示すエラー信号
と基準信号とを含む光入力信号を検出し、上記検出され
たエラー信号に応じて光学系の光軸及び焦点のずれを補
正するように成すと共に、上記検出された基準信号の大
きさに基づいて送信側の光学系の光軸及び焦点のずれ量
を示すエラー信号を作り、このエラー信号と基準信号と
を合成した信号を光信号として出力するように成すこと
により、送信側と受信側とで互いの光軸のずれを自動的
に補正するようにした光空間伝送装置を提供するもので
ある。

〔従来の技術〕

空間を隔てた２つの位置に光空間伝送装置を夫々設置し
、この２台の装置間でレーザ光を用いて光情報の通信を
行う光通信システムが提案されている。このような光通
信システムは、例えば互いにｌＱｋｍ程度離れた２つの
建物の屋上環に夫々光空間伝送装置を互いに対向させて
設置し、この２台の装置間でテレビ信号等を交信する場
合等に用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した光通信システムにおいては、相対して配される
２台の光空間伝送装置の光軸及び焦点に互いにずれがあ
ると、正確な情報の伝達を行うことができない。従って
、２台の装置の光軸及び焦点合わせのための調整が必要
となるが、その調整作業が非常に困難であった。２台の
装置の光軸及び焦点のずれは、装置が設置された建物等
の振動や気温変化による空気の密度の変化、レンズの歪
み等の種々の要因により生じる。それらの要因による変
化を吸収するために、大口径レンズや高出力レーザダイ
オード、堅固な架台等を必要とし、このため装置自体が
大型で重量も大きくなり、必要なときに必要な場所に簡
単に設置することが困難であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、光学系の光軸及び焦点のずれを夫々
補正する第１及び第２の補正手段と、上記光軸及び焦点
のずれ量を夫々示す第１及び第２のエラー信号と基準信
号とを含む光入力信号を検出する光検出器と、上記光検
出器で検出された上記第１及び第２のエラー信号に応じ
て上記第１及び第２の補正手段を夫々制御する制御手段
と、」二記光検出器で検出された上記基準信号の大きさ
に基づいて送信側の光学系の光軸及び焦点のずれ量を求
める手段と、上記送信側の光学系の光軸及び焦点のずれ
量を示す第３及び第４のエラー信号と基準信号とを合成
し、この合成信号を光信号として出力する手段とを設け
ている。

〔作用〕

２台の光空間伝送装置が、互いに相手の光軸及び焦点の
ずれを検出し、その検出量を相手に送ることにより、光
軸及び焦点のずれが自動的に補正される。

〔実施例〕

空間を隔てて対向配置された２台の光空間伝送装置の光
軸のずれの状態としては第６図に示す４つのケースが考
えられる。

第６図において、ｌＡ１１１１は光空間伝送装置であり
、各装置ＬＡ、］−、において、２Ａ、２Ｉｌはレーザ
光源、３Ａ、３Ｉ］は集光レンズ、４Ａ、４Ｂはレーザ
光のビーム、５Ａ、５Ｂはレンズ中心、６Ａ、６Ｂは光
軸、７Ａ、８Ａはレンズ３Ａの前面周縁部に配されてビ
ーム４８を検出する光センサ、７Ｂ１８８はレンズ３１
＋の前面周縁部に配されてビーム４Ａを検出する光セン
サである。

δは光軸６．と光軸６Ｂとのずれを示す。また矢印ａ、
ｂ、ｃ、ｄは、上記光軸のずれδを補正するために、レ
ンズ３Ａ、３Ｂをレンズ中心５１．５Ｂを支点として回
動させる際の回動方向を示す。

ケース１は光軸６Ａと６８とが平行な状態でずれδを生
じた場合である。この場合における各センサ７Ａ、８４
．７Ｂ、８．の出力の大きさの関係は７Ａ　＜８Ａ　、
７＋１　＞８８となる。そして上記ずれδを補正して光
軸６Ａと６Ｂとを一致させ、７Ａ＝８Ａ、７Ｂ　＝８ｅ
とするためには、レンズ３Ａを中心５．を支点として矢
印ａ方向に回動させると共に、レンズ３Ｂを中心５Ｂを
支点として矢印す方向に回動させればよい。

ケース２は光軸６Ａに対して光軸６Ｂが一方向に傾いた
状態でずれδが生じた場合で、光センサの出力の大小関
係は７Ａ〈８Ａ、７１１〈８Ｂとなる。上記ずれδを補
正するには、レンズ３Ａを矢印Ｃ方向に回動させると共
に、レンズ３Ｂを矢印す方向に回動させればよい。

ケース３は光軸６Ａに対して光軸６Ｂがケース２とは逆
方向に傾いた状態でずれδが生じた場合で、光センサの
出力の大小関係は７Ａ〉８Ａ、７Ｂ〉８Ｂとなる。上記
ずれδを補正するには、レンズ３Ａを矢印ａ方向に回動
させると共に、レンズ３Ｉｌを矢印ｄ方向に回動させれ
ばよい。

ケース４は光軸６Ａと６Ｂとが平行な状態でケース１と
は逆方向にずれた場合であり、光センサの出力の大小関
係は７Ａ〉８Ａ、７Ｂ〈８Ｂとなる。ずれδを補正する
には、レンズ３Ａを矢印Ｃ方向に回動させると共に、レ
ンズ３Ｂを矢印ｄ方向に回動させればよい。

この第６図のケース１〜４のずれδは２つの光軸６Ａ、
６Ｉｌの上下方向と左右方向とに関して夫々生じ、従っ
て、ずれδの種類としては全部で８種類存在することに
なる。

第７図はケース１〜４における光センサの出力関係及び
ずれを補正するためのレンズの回動方向等を分類した表
である。この表より、次の条件が明らかとなる。

７Ａ＜８Ａのときレンズ３Ｂをｂ方向に、７Ａ〉８Ａの
ときレンズ３．をｄ方向に、ＩＢ　＞８Ｂのときレンズ
３Ａをａ方向に、７ｍ＜８ｇのときレンズ３ＡをＣ方向
に、夫々回動させればよい。

本発明においては、装置ＬＡ、１．が夫々自分の光軸６
Ａ、６１１のずれと焦点のずれとを相手に検出してもら
うための基準信号を送出し、この基準信号を光センサ７
Ａ、８Ａ、７Ｂ、８Ｂで検出して、その検出出力から相
手の光軸の上下方向及び左右方向の光軸と焦点のずれ量
を夫々算出し、各ずれ量に応じたエラー信号を作って上
記基準信号と共に相手に送出すると共に、相手から送ら
れて来る自分の光軸及び焦点のずれ量を示すエラー信号
に応じて、上記の条件に従って自分のレンズを所定の方
向に回動さセることにより、光軸のずれを補正すると共
に、自分のレンズを光軸方向に移動させることにより、
焦点のずれを補正するようにしている。

第４図及び第５図は、光空間伝送装置１におけるレンズ
３の回動機構の実施例を示すものである。

レンズ３は鏡筒９の前端面に設けられており、この鏡筒
９は枠体１０に垂直回動軸１１及び水平回動軸１２を介
して取付けられている。これによって鏡筒９は矢印ｅで
示すように垂直回動自在に且つ矢印ｆで示すように水平
回動自在に成されている。鏡筒９を垂直方向ｅに回動さ
せるために垂直回動モーター３が用いられ、水平方向ｆ
に回動させるために水平回動モーター４が用いられてい
る。

垂直回動モーター３は、偏平形ブラシレスモータが用い
られており、枠体１０に設けられたヨーク部材１５と、
このヨーク部材１５に設けられた複数個のコイル１６と
により、固定子が構成されている。また枠体１０に軸受
１７を介して設けられた上記垂直回動軸１１と、この回
動軸１１に設けられたヨーク部材１８と、このヨーク部
材１８に設けられた複数個のマグネット１９及びカバー
２０とにより回転子が構成されている。尚、この垂直回
動モータ１３を図の左側に仮想線で示すように設けて合
計２個用いてもよい。

水平回動モータ１４は、偏平形ブラシレスモーフが用い
られており、枠体１０に設けられたカバー２１と、この
カバー２１に設けられたヨーク部材２２と、このヨーク
部材２２に設けられた複数個のコイル２３とにより、固
定子が構成されている。また枠体１０に軸受２４介して
設けられた上記水平回動軸１２と、この回動軸１２に設
けられたヨーク部材２５と、このヨーク部材２５に設け
られた複数個のマグネット２６とにより回転子が構成さ
れている。

鏡筒９の後部には光送受信器２７が設けられ、この光送
受信器２７にはレーザダイオード２、発光用ファイバ２
８、受光用ファイバ２９及び主情報受光用フォトセンサ
３０等が設けられている。

この光送受信器２７は、モータ３１によりギヤ機構３２
を介して矢印ｇ、ｈ方向（光軸６の方向）に移動される
ように成されている。この移動によりこの光送受信器２
７のレンズ３の焦点３ａに対するずれを補正することが
できる。

また鏡筒９の」二記レンズ３の前面周縁部には光軸ずれ
検出用の光センサ７、．８１．７２．８□が略９０°間
隔で上下左右に適宜手段により設けられている。これら
の光センサ７１．８１．７□、８２は後述する第１図に
も示されるように、光センサ７１．８１は上下に２分割
され、光センサ７□、８２は左右に２分割されている。

尚、以下の説明においてこれらの分割された８つの受光
領域を必要に応じてセンサ（１）　　（２１１−−−−
−−（７）　　（８）と呼ぶものとする。

第１〜３図は光空間伝送装置１における光軸ずれ検出と
光軸ずれ補正とを行う回路の実施例を示すもので、第４
図及び第５図と対応部分には同一符号が付されている。

第１図は相手側から送られて来る周波数多重された光入
力信号を検出し、周波数分離によってセンサ（１）〜（
８）毎の受光信号を検出するための検出回路である。第
２図は第１図の回路から得られる信号に基づいて相手側
の光軸及び焦点のずれ量を算出し、このずれ量と自分の
ずれ量を相手側に検出してもらうための基準信号とを送
出するエラー情報等形成送信回路である。第３図は第１
図の回路から得られる信号に基づいて自分の光軸及び焦
点のずれを補正する制御回路である。

第１図において、レンズ３には相手側の光空間伝送装置
から送られて来るレーザビーム４が入射される。このビ
ーム４はレンズ３の焦点のずれ量に応じてビーム径が大
小に変化する。このビーム４には、この装置１自身の上
下方向の光軸ずれを相手側が検出した搬送周波数ｆ１の
エラー信号と、この装置１自身の左右方向の光軸ずれを
相手側が検出した搬送周波数ｆ２のエラー信号と、この
装置１自身の焦点のずれを相手側が検出した搬送周波数
ｆ３のエラー信号と、相手側の光軸及び焦点のずれを検
出するための周波数ｆ、の基準信号と、テレビ信号等の
主情報を含む搬送周波数ｆ。の主情報信号とが多重され
た光信号が含まれている。

このビーム４は光センサ７１．８１．７□、８□の分割
された８個のセンサ（１）〜（８）で検出される。各セ
ンサ（１）〜（８）の検出信号は夫々周波数分離回路３
４１〜３４８でｆ、　、ｆ２、ｆ３、ｆ４の各周波数の
信号が夫々分離され、分離された各周波数の信号は夫々
周波数−電圧変換回路３５１〜３５８において、周波数
毎に電圧に変換される。従って、各周波数−電圧変換回
路３５、〜３５１］から得られる信号Ｖｌ（ｆ、）〜Ｖ
＋　　（ｆ４　）　、’−−−−−−”−”’Ｖ８　（
鮪）〜　ｖ８　（ｆ４）は、各センサ（１）〜（８）の
受光量に応じた大きさを有する周波数別の信号となる。

第２図において、上下方向のずれ検出用のセンサ（３）
（４）（７）（８）から得られる信号のうち■３　（ｆ
４）と　ｖ＜（ｆ４）は加算器３６で加算され、ｖ７　
（ｆ４）と　Ｖａ　　（ｒ＜）とは加算器３７で加算さ
れ、加算器（３６）（３７）の加算出力は減算器３８に
供給される。この減算出力は相手側の光軸の上下方向の
ずれを示す信号■（上−下）として変調器３７により搬
送周波数ｆｌで変調される。

また左右方向のずれ検出用のセンサ（１）（２）（５）
（６）から得られた信号のうち■＋（ｆａ）と　ｖｚ（
ｒｉは加算器４０で加算され、■５（ｒ４）と　Ｖａ（
ｆ４）とは加算器（４１）で加算され、加算器（４０）
（４１）の加算出力は減算器（４２）に供給される。こ
の減算出力は相手側の光軸の左右方向のずれを示す信号
Ｖ（左−右）として変調器４３により搬送周波数ｒ２で
変調される。変調器３９．４３から得られる変調された
ｆｌ、ｆ２の信号は合成回路４４に供給される。

次にセンサ（１）〜（８）のうち外側に配されるセンサ
（１）（３）　　（５）（７）から得られた信号Ｖ、　
　（ｆ４）、　Ｖ３　Ｃｆａ　）、Ｖ’、Ｃｆ＜）、　
Ｖ７（［４）は加算器４５で加算される。

また内側に配されるセンサ（２）（４）（６）（８）か
ら得られた信号ｖ２　（ｆ４）、　■４　（ｆ４）、Ｖ
ａ　（ｆ４）、　ｖｅ（ｆ４）は加算器４５で加算され
る。加算器（４５）（４６）の加算出力は減算器（４８
）に供給される。この減算出力は相手側の光軸方向のず
れ、即ち焦点のずれを示す信号■（外−内）として変調
器４８により搬送周波数ｆ３で変調される。この変調さ
れたｆ３の信号は合成回路４４に加えられる。この合成
回路４４では、装置１自身の光軸及び焦点のずれを相手
側に検出してもらうための周波数ｆ４の基準信号と、さ
らに相手側に送る主情報を含む周波数ｆｏの主信号とが
合成される。この合成された周波数多重信号ｆ、＋ｆｚ
　＋ｆ、＋ｆ４＋ｆ０はレーザドライブ回路４９を通じ
てレーザダイオ−、ド２を駆動し、光信号として相手側
に送出される。

次に第３図において、第１図の回路から得られる上下方
向に関する信号ｖ、（ｆ、）〜Ｖ、　　（ｆｌ）が加算
器５１で加算されることにより、この加算出力として上
下エラー信号が得られる。この上下エラー信号はモータ
ドライブ回路５２を通じて前述した垂直回動モータ１３
の回動角を制御する。これによって鏡筒９が第４図の矢
印ｅ方向に制御される。

また、左右方向に関する信号Ｖ＋（ｆｚ）〜Ｖｅ（ｆｚ
）が加算器５３で加算されることにより、この加算出力
として左右エラー信号が得られる。

この左右エラー信号はモータドライブ回路５４を通じて
前述した水平回動モータ１４の回動角を制御する。これ
によって鏡筒９が第４図の矢印ｆ方向に制御される。

さらに光軸方向に関する信号Ｖｌ　　（ｒ＊）〜Ｖｓ（
ｆｓ）が加算器５５で加算されることにより、この加算
出力として焦点エラー信号が得られる。

この焦点エラー信号はモータドライブ回路５６を通じて
モータ３１の回転角を制御する。これによって光送受信
器２７が第５図の矢印ｇ、ｈ方向に制御される。

尚、ｆｏの主情報信号は第５図におけるフォトセンサ３
０で受光され、図示せずも別に設けられた復調回路で復
調される。

また上記エラー信号Ｖ（上−下）と■（左−右）とをノ
アゲート５７に加え、両信号が共に「１」となったとき
に、このノアゲート５７の出力により、モータドライブ
回路５６を動作させるようにしている。即ち、上方方向
及び左右方向の光軸のずれが補正された後、焦点のずれ
を補正するようにしている。

〔発明の効果〕

以上に説明した構成及び動作によれば、２台の光空間伝
送装置の互いの光軸が一致すると共に焦点ずれを補正す
るように自重追尾する制御を行うことができる。このた
め、小型のレンズの使用が可能になると共に、小型で低
出力のレーザダイオードの使用が可能となり、従って、
安価で小型軽量の光空間伝送装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の実施例を示す回路図、第４図はレ
ンズの回動機構の実施例を示す正面図、第５図は上記レ
ンズの回動機構の側面図、第６図は光軸ずれの４つのケ
ースを示す光学系の概略図、第７図は光軸ずれの分類を
示す図である。 なお図面に用いた符号において、 ｉ　ａ−・−・・−・−・・−・−垂直回動モータ１４
−・−・−・・・−・・−水平回動モータ３１・・・−
・−・・・−−−−−−−一光軸移動モータ？＋、７２
．８−，８□−・光センサ （１）〜（８）−・センサ ３５、〜３５８・・−周波数電圧変換 ｓ６．ａ７．４ｏ、４ｔ、、４ｅ、ｓｔ、ｓ３．ｓ５−
・−−−一−−−−−−−−−−−加算器３Ｂ、４２．
４７・・・−・・・減算器４４−・−・・−・−・−合
成回路 ２−・−−−−−−−−−−−−−−レーザダイオード
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光学系の光軸のずれを補正する第１の補正手段と、 上記光学系の焦点のずれを補正する第２の補正手段と、 上記光軸のずれ量を示す第１のエラー信号と上記焦点の
   ずれ量を示す第２のエラー信号と基準信号とが合成され
   た光入力信号を検出する光検出器と、 上記光検出器で検出された上記第１及び第２のエラー信
   号に応じて上記第１及び第２の補正手段を制御する制御
   手段と、 上記光検出器で検出された上記基準信号の大きさに基づ
   いて送信側の光学系の光軸のずれ量と焦点のずれ量とを
   求める手段と、 上記送信側の光学系の光軸のずれ量と焦点のずれ量とを
   夫々示す第３及び第４のエラー信号と基準信号とを合成
   し、この合成信号を光信号として出力する手段と をそれぞれ具備することを特徴とする光空間伝送装置。