JPH02213239A - 光空間伝送装置 - Google Patents

光空間伝送装置

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JPH02213239A
JPH02213239A JP1034394A JP3439489A JPH02213239A JP H02213239 A JPH02213239 A JP H02213239A JP 1034394 A JP1034394 A JP 1034394A JP 3439489 A JP3439489 A JP 3439489A JP H02213239 A JPH02213239 A JP H02213239A
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optical
lai
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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】 以下の順序で本発明を説明する。
A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術(第14図) D発明が解決しようとする問題点(第14図)E問題点
を解決するための手段(第1図)F作用(第1図) G実施例(第1図〜第13図) (G1)第1の実施例(第1図〜第6図)(G2)第2
の実施例(第7図) (G3)第3の実施例(第8図〜第11図)(G4)第
4の実施例(第12図) (G5)第5の実施例(第13図) (G6)他の実施例 H発明の効果 A産業上の利用分野 本発明は光空間伝送装置に関し、例えば双方向の光空間
伝送装置に適用して好適なものである。
B発明の概要 本発明は、光空間伝送装置において、光源から射出され
た光ビームの光路を変位させることにより、全体の形状
を小型化して、伝送対象までの距離が大きい場合でも確
実に光ビームの照射位置を調整することができる。
C従来の技術 従来、この種の光空間伝送装置においては、送信装置側
で光ビームの照射位置を検出し、その検出結果に基づい
て光ビームの照射位置を調整するようになされたものが
提寓されている(特願昭63−134087号、特願昭
63−134088号)。
すなわち第14図において、1は全体として双方向の光
空間伝送装置を示し、筐体(図示せず)内にレンズ保持
部材2が配置され、当該レンズ保持部材2が水平方向及
び垂直方向に回動し得るようになされている。
レンズ保持部材2の筒内には、所定の情報信号で変調さ
れた光ビームを射出するレーザ光1f13が、受光素子
(図示せず)に近接して所定位置に配置されるようにな
され、当該レーザ光源3の前面に大口径のレンズ10が
配置されるようになされている。
これによりレーザ光源3から射出された光ビームLAI
が、当該レンズ10を介して平行光線に変換されて伝送
対象に送出されるようになされている。
これに対してレンズ保持部材2の上部には、テレビジョ
ンカメラ11が配置され、テレビジョンカメラ11及び
レンズ10の前面に、コリメートスコープ13が配置さ
れるようになされている。
コリメートスコープ13においては、光ビームLAIの
光路上にハーフミラ−14が配置され、当該ハーフミラ
−14で光ビームLAIを分離した後、光ビームLAI
の光軸りと平行にテレビジョンカメラ11に導くように
なされている。
すなわちコリメートスコープ13は、ハーフミラ−14
の反射光LA2を、ハーフミラ−14に対して高い平行
度で保持されたハーフミラ−15を透過して、コーナキ
ューブプリズム16に導(ようになされている。
従ってコーナキューブプリズム16において、反射光L
A2が平行に折り返された後、ハーフミラ−15で反射
され、光ビームLAIと平行にレンズ17を介してテレ
ビジョンカメラ11に入射するようになされている。
かくしてテレビジョンカメラ11に入射したコーナキュ
ーブプリズム16の反射光LA3に基づいて、レーザ光
源3の像を観測することができる。
さらにコリメートスコープ13においては、テレビジョ
ンカメラ11の前面に窓20を備え、これによりレーザ
光源3の像に加えて伝送対象側を観測し得るようになさ
れている。
従ってテレビジョンカメラ11においては、コーナキュ
ーブプリズム16で反射光LA2を折り返したことによ
り、光ビームLAIの照射位置から射出されたような反
射光LA3を得ることができ、これによりレーザ光源3
を光ビームLAIの照射位置に配置した場合と同様の像
を観測することができる。
さらにコリメートスコープ13は、液晶光学素子でなる
シャッタ21及び22を備え、当該シャッタ21及び2
2を交互に開閉することにより、レーザ光源3の像及び
伝送対象側の像を交互に撮像するようになされている。
かくしてテレビジョンカメラ11から出力されるビデオ
信号に基づいて、伝送対象に対する光ビームLAIの照
射位置を検出し得、当該検出結果に基づいてレンズ保持
部材2を回動させることにより、光ビームLAIの照射
位置を伝送対象に設定し得るようになされている。
D発明が解決しようとする問題点 ところでレンズ保持部材2においては、レンズ10等の
光学部品を精度良く保持しなければならないことから、
その重量が必然的に重くなる。
従ってレンズ保持部材2を回動して照射位置を調整する
場合においては、当該レンズ保持部材2を回動するため
の構成が大型化し、その分光空間伝送装置1が大型化す
る問題がある。
さらに伝送対象までの距離が大きな場合においては、レ
ンズ保持部材2が微小角度回動しただけでも光ビームL
AIの照射位置が大きく変化することから、レンズ保持
部材2を回動して照射位置を調整する場合、照射位置を
精度良く調整し得なくなる問題があった。
また実際にこの種の光空間伝送装置lをビルの屋上等に
設置すると、光空間伝送装置1が振動して光ビームLA
Iの照射方向が振動する場合がある。
従って光空間伝送装置lを設置した後においては、光ビ
ームLAIの照射方向を常時補正する必要がある。
ところがこのようにレンズ保持部材2を回動して照射方
向を補正する場合においては、レンズ保持部材2が重量
物でなることから、高速度で照射方向を補正し得す、実
際上伝送対象までの距離が大きい場合は、光空間伝送装
置の振動に対して、光ビームLAIの照射位置を調整し
得なくなる問題がある。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、伝送対象
までの距離が大きい場合でも、確実に光ビームの照射位
置を調整することができる小型形状の光空間伝送装置を
提案しようとするものである。
E問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、所定の
情報信号で変調された光ビームLAIを射出する光源3
と、光ビームLAIの光路を変位させる光路変位光学系
31.32.34.35と、光路変位光学系31.32
.34.35から出力された光ビームLAIを、伝送対
象に送出する伝送光学系10とを備え、光路の変位量に
応じて、伝送対象に送出する光ビームLAIの照射位置
を調整する。
F作用 光源3から射出された光ビームLAIO光路を変位させ
て光ビームLAIの照射位置を調整するようにすれば、
簡易な構成で、かつ高精度に光ビームLAIの照射位置
を調整することができる。
G実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
(G1)第1の実施例 第14図との対応部分に同一符号を付して示す第1図に
おいて、30は全体として双方向の光空間伝送装置を示
し、レーザ光源3及びレンズ10間に、光学的平行平面
板31及び32を介挿する。
レーザ光源3は波長830 (rv)の光ビー・ムLA
lを射出するのに対し、光学的平行平面板31及び32
は、光ビームLAIの波長830 (nm)に対して屈
折率1.510の記号BK7の光学ガラスを用いた厚さ
1 (−m)の平行平面板で構成されるようになされて
いる。
さらに光学的平行平面板31及び32は、それぞれ矢印
a及びbで示すように、ガルバノスキャナで構成された
駆動装置34及び35で駆動され、これにより当該光学
的平行平面板31及び32の中心を通る垂直軸及び水平
軸を中心にして、回動し得るようになされている。
従って第2図に示すように光ビームLAIにおいては、
光学的平行平面板31又は32が光ビームLAIの光軸
に垂直に配置された場合、直線L1で示すように、レー
ザ光源3から直進する光路を通過する。
これに対して、光学的平行平面板31又は32が光ビー
ムLAIO光軸に傾いて配置された場合、光ビームLA
Iは直線L2で示すように、レーザ光源3を光学的平行
平面板31又は32の傾きに応じて平行に移動させたよ
うな(すなわち記号3Aで表す)光路を通過する。
従って第3図に示すように、光学的平行平面板31又は
32の傾きを調整することにより、記号3Bに対して記
号3Cで表すように、光学的平行平面板31又は32の
傾きに応じて光ビームの光路を変位させて、レーザ光S
aの位置を等価的に距離りだけ移動させることができる
これによりレンズ10の中心0を通過する光ピ−ムLA
Iを、所定角度αだけ傾けることができ、光ビームLA
Iの射出方向を微調整することができる。
第4図に示すように具体的には、光学的平行平面板31
又は32が光ビームLAIの光軸Kに角度θ、だけ傾い
て配置された場合、光学的平行平面板31及び32の屈
折率をn、厚さをdとおくと、次式 の関係が成り立ち、例えば角度θ1を40度に設定した
場合は、レーザ光源3の位置を等価的に距離D= 0.
282 〔IIs+)だけ移動させることができる。
因に、光学的平行平面板31及び32を回動してレーザ
光源3の位置を等価的に移動させる代わりに、直接レー
ザ光源3を平行移動させる方法も考えられる。
ところがこの種の双方向の光空間伝送装置30において
は、レーザ光源3に近接して伝送対象側から送出された
光ビームを受光するための受光素子、レーザ光源3を光
ビームLAIの光軸方向に移動させてレンズ10から射
出される光ビームを平行光線に調整する調整機構等を設
けなければならず、結局レーザ光源3を直接移動させて
照射位置を調整する場合、光空間伝送装置の全体構成が
煩雑になることを避は得ない。
かくして第5図に示すように、レンズ1oがらレーザ光
源3までの距離を250 (ms)に設定しくすなわち
レンズ10の焦点距離を250 (lla+)に選定し
、その焦平面上にレーザ光源3を配置した場合でなる)
、1 (k+m)離れた伝送対象に光ビームLAIを照
射する場合は、レーザ光源3の位置が距離D −0,2
82(mm)だけ移動すると、光ビームLAIの射出方
向は、次式 %式%() で表す角度αだけ変化するようになる。
これにより、光学的平行平面板31又は32を40度回
動させると、従来のレンズ保持部材2を0.065度回
動させた場合と同等の距離だけ、光ビームLAIの照射
位置を移動し得、これにより照射位置の調整精度を従来
に比して格段的に向上することができる。
かくして、伝送対象側において、次式 %式%() で表される距離Eだけ、光ビームLAIの照射位置を移
動させることができる。
この実施例においては、光ビームLAIの光軸に対して
、光学的平行平面板31及び32をそれぞれ±50度ず
つ回動し得るように設定し、10v〕離れた伝送対象に
おいて、光ビームの照射位置が上下左右に最大で約1.
5Cm)ずつ移動し得るようになされている。
かくして第6図に示すように、光学的平行平面板31及
び32を太き(回動しても、照射位置を微小距離だけ移
動し得、これにより伝送対象までの距離が大きい場合で
も、確実に光ビームLAIの照射位置を調整することが
できる。
さらにレンズ保持部材2に比して軽量の光学的平行平面
板31及び32を回動させるだけの簡易な構成で、光ビ
ームLAIの照射位置を高い精度で調整し得ることから
、その分照射位置を調整するための機構(この場合は駆
動装置34及び35でなる)を小型化して、高速度で光
学的平行平面板31及び32を駆動することができる。
従って、全体の構成を小型化して、光空間伝送装置30
自体が振動した場合でも、当該振動に追従して、光ビー
ムLAIの照射位置を補正することができる。
因にこの実施例のおいては、レーザ光源3に光学的平行
平面板31及び32を近接して配置するようになされ、
これにより小型形状の光学的平行平面板31及び32を
用いて、当該光学的平行平面板31及び32が傾いた場
合でも、光学的平行平面板31及び32を透過した光ビ
ームLA1だけがレンズ10に入射するようになされて
いる。
さらに光学的平行平面板31及び32、駆動装置34及
び35を小型化し得ることから、当該光学的平行平面板
31及び32、駆動装置34及び35をレーザ光源3、
レンズ10と共に密封して風等の影響を低減するように
なされている。
かくしてこの実施例において、レーザ光源3は所定の情
報信号で変調された光ビームLAIを射出する光源を構
成し、光学的平行平面板31及び32、駆動装置34及
び35は光ビームLAIの光路を変位させる光路変位光
学系を構成するのに対し、レンズ10は光路変位光学系
から射出された光ビームLAIを、伝送対象に送出する
伝送光学系を構成する。
以上の構成によれば、レーザ光1f13及びレンズ10
間に介挿した光学的平行平面板31及び32を回動させ
て、光ビームLAIの光路を変位させることにより、全
体として小型形状で、高精度かつ高速度で光ビームLA
Iの照射位置を調整することができる。
(G2)第2の実施例 第1図との対応部分に同一符号を付して示す第7図にお
いて、40は光空間伝送装置を示し、1枚の光学的平行
平面板41を用いて、光ビームLA1の照射位置を調整
し得るようにしたものである。
すなわち光学的平行平面板41は、ホルダ42に保持さ
れた状態で、当該光学的平行平面板41の中心を通る垂
直軸を回動中心にして回動し得るように、ホルダ45に
保持されるようになされている。
これに対してホルダ45は、光学的平行平面板41の中
心を通る水平軸を回動中心にして回動し得るようにホル
ダ47に保持されるようになされている。
これにより光学的平行平面板41は、それぞれホルダ4
5及び47に取り付けられたモータ48及び49で駆動
されて、矢印C及びdで示すように、水平及び垂直方向
に回動するようになされている。
従ってモータ48及び49を必要に応じて駆動すること
により、光学的平行平面板41を水平方向及び垂直方向
に所定角度だけ傾けて、光ビームの光路を変位させるこ
とができる。
かくしてこの実施例においては、光学的平行平面板41
、ホルダ42.45.47及びモータ48.49は光ビ
ームLAIO光路を変位させる光路変位光学系を構成す
る。
第7図の構成によれば、光学的平行平面板41を1枚だ
け用いても、当該光学的平行平面板41を水平方向及び
垂直方向に傾けることにより、第1の実施例と同様の効
果を得ることができる。
(G3)第3の実施例 第8図の光空間伝送装置50においては、光学的平行平
面板に代えてミラー51及び52の傾きを可変して光ビ
ームLAIの照射位置を調整する。
すなわちレーザ光源3は、レンズ54の焦点上に配置さ
れるようになされ、これによりレーザ光源3から射出さ
れた光ビームを、平行光線に変換してミラー51に出力
するようになされている。
ミラー51は、当該ミラー51の中心を通る水平軸を中
心軸にして、駆動装置34で回動するようになされ、平
行光線に変換された光ビームLA1をミラー52に反射
する。
これによりミラー52においては、ミラー51の回動量
に応じて水平方向に入射角度の変化した光ビームLAI
が入射されるようになされている。
これに対してミラー52は、ミラー51と同様に駆動装
置35で回動するようになされ、これによりミラー52
においては、当該ミラー52の回動量に応じて、垂直方
向に出射角度が変化した光ビームを射出するようになさ
れている。
レンズ55は、ミラー52で反射された光ビームを受け
ると共に、レンズ10の焦点が当該レンズ55の焦平面
上に位置するように配置されている。
これによりミラー51及び52を介してそれぞれ水平方
向及び垂直方向に角度が傾いた光ビームLAIが、レン
ズ55でレンズ10の焦平面上に集光された後、レンズ
lOで平行光線に変換されて射出されるようになされて
いる。
従って第9図に示すように、ミラー51又は52が角度
βだけ傾くと、レンズ55に入射する光ビームが角度2
βだけ傾き、レンズ55による光ビームの集光位置が点
P1から点P2に移動する。
これにより、記号L3で示す点P1に集光された光ビー
ムの射出方向に対して、記号L4で示す点P2に集光さ
れた光ビームを角度Tだけ変位させて射出し得、ミラー
51及び52の回動量に応じて光ビームLAIの照射位
置を調整することができる。
この場合第1O図に示すように、レンズ55の焦点距離
をf3、レンズ10の焦点距離をF、点P1から点P2
までの距離をΔPとおくと、次式の関係が得られ、これ
により光ビームLAIを次式 で表される角度γだけ変位させることができる。
従って伝送対象までの距離をHとおくと、伝送対象にお
いては、次式 %式% で表される距離Eだけ光ビームLAIの照射位置を変位
させることができる。
かくしてこの実施例においては、レンズ55の焦点距離
f2を20〔1lIll〕、レンズ10の焦点距離Fを
250〔−一〕、伝送対象までの距離Hを100〔m〕
に選定することにより、ミラー51又は52の角度βが
1度変化すると、(6)式から光ビームLAIの射出角
度が0.16分変化するようになされ、これにより(7
)式から光ビームLAIの照射位置を279〔鋼鋼〕移
動するようになされている。
従って第11図に示すように、ミラー51及び52の回
動量に応じて、光ビームLAIの照射位置を移動させる
ことができ、これにより光ビームLAIの照射位置を高
い精度で調整することができる。
実際上第1及び第2の実施例のように、光学的平行平板
を用いて光ビームLAIの光路を変位させる場合におい
ては、当該光学的平行平板を光ビームの光路上に介挿し
たことにより、光空間伝送装置全体の光学系に、非点収
差、球面収差、歪曲収差、像面湾曲等の収差が生じ、そ
の分伝送する光ビームの品質が劣化するおそれがある。
さらに光学的平行平板を用いた場合においては、必要以
上に照射位置の調整精度が高精度化し、その分光学的平
行平板の回動量が大きくなる不都合があった。
ところがこの実施例のように、ミラー51及び52を用
いて光路を変位させる場合、収差の発生を有効に回避し
得ると共に、実用上十分な調整精度を得ることができる
さらにこのように、光ビームを一旦平行光線に変換して
光路を変位させるようにすれば、レンズlOに対してレ
ーザ光源3の配置位置を、必要に応じて自由に選定する
ことができ、その分光空間伝送装置全体を小型化するこ
とができる。
かくしてこの実施例において、ミラー51.52、レン
ズ54.55及び駆動装置34.35は光ビームLAI
の光路を変位させる光路変位光学系を構成する。
第8図の構成によれば、ミラー51及び52を回動して
光ビームLAIの光路を変位させたことにより、収差の
発生を有効に回避して実用上十分な調整精度で光ビーム
の照射位置を調整し得、かくして高精度かつ高速度で光
ビームLAIの照射位置を調整し得る光空間伝送装置5
0を得ることができる。
(G4)第4の実施例 第12図に示すようにこの実施例においては、1枚のミ
ラー59で光空間伝送装置60から射出される光ビーム
LAIの照射位置を調整する。
すなわちレーザ光源3から射出された光ビームLAIを
、レンズ54を介して水平方向及び垂直方向に回動し得
るようになされたミラー59で反射した後、レンズ55
を介してレンズ10に導くようになされている。
かくしてこの実施例においては、ホルダ42.45.4
7、モータ48.49、レンズ54.55及びミラー5
9が、光ビームLAIの光路を変位させる光路変位光学
系を構成する。
第12図の構成によれば、ミラー59を1枚だけ用いて
も、当該ミラー59を水平方向及び垂直方向に傾けるこ
とにより、第3の実施例と同様の効果を得ることができ
る。
(G5)第5の実施例 第13図に示すようにこの実施例においては、ジョイス
ティック等で用いられている球面座軸受け62でミラー
59を支持し、これによりアーム63を可動して水平方
向及び垂直方向にミラー59を回動させるようになされ
ている。
第13図の構成によれば、球面座軸受け62でミラー5
9を支持して、第4の実施例と同様の効果を得ることが
できる。
(G6)他の実施例 なお上述の第1及び第2の実施例においては、記号BK
7の光学ガラスを用いて光学的平行平面板を構成した場
合について述べたが、ガラスの材質はこれに限らず、必
要に応じて例えば波長830(ns)の光ビームに対し
て、屈折率が1.76312の記号5Fiiのガラス、
屈折率が1.83109の記号La5F9のガラス、さ
らには屈折率が1.7594の合成サファイヤ等積々の
材質のものを広く適用することができる。
この場合例えば屈折率が1.83109の記号La5F
9のガラスで、厚さ1(+s+a)の光学的平行平面板
を構成した場合においては、光学的平行平面板を50度
傾けると(1)式からθ* =24.731度の関係が
得られ、レーザ光源3を等価的に距離D−0゜4698
 (vw)移動させることができる。
従って1 (km)離れた伝送対象に対して、光ビーム
の照射位置を上下左右にそれぞれ1880 (wm)移
動させることができる。
さらに第1及び第2の実施例においては、光学的平行平
面板を用いて光ビームの照射位置を調整した場合につい
て述べたが、本発明は光学的平行平面板に限らず、光学
的平行平面板に代えて例えばリレーレンズ等の光学部品
を用いて調整するようにしてもよい。
さらに第1及び第2の実施例においては、光ビームの光
路上に光学的平行平面板を介挿して光ビームの照射位置
を調整する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、光学的平行平面板に加えて例えばレンズ等の光学部
品を介挿し、光学的平行平面板で生じる種々の収差を補
正するようにしてもよい。
さらに第3、第4及び第5の実施例においては、ミラー
を傾けて光ビームの照射位置を調整する場合について述
べたが、本発明はミラーに限らず例えばプリズム等を用
いるようにしても良い。
さらに上述の実施例においては、ガルバノスキャナを用
いた駆動装置で光学的平行平面板又はミラーを回動させ
る場合について述べたが、駆動装置はこれに限らず、例
えばモータ等積々の駆動手段を広く適用することができ
る。
さらに上述の実施例においては、レーザ光源から光ビー
ムLAIを送出する場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、例えば発光ダイオード等の光源を用いる場
合にも広く適用することができる。
さらに上述の実施例においては、本発明を双方向の光空
間伝送装置に適用した場合について述べたが、本発明は
双方向の光空間伝送装置に限らず、種々の光空間伝送装
置に広く適用することができる。
H発明の効果 上述のように本発明によれば、光源から射出された光ビ
ームの光路を変位させて光ビームの照射位置を調整した
ことにより、簡易な構成で高精度に照射位置を調整する
ことができ、かくして全体として小型形状で、伝送対象
までの距離が大きい場合でも、確実に光ビームの照射位
置を調整することができる光空間伝送装置を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による光空間伝送装置を示す
斜視図、第2図、第3図、第4図、第5図はその動作の
説明に供する路線図、第6図は光学的平行平面板の回動
量と照射位置との関係を表す特性曲線図、第7図は第2
の実施例を示す斜視図、第8図は第3の実施例を示す斜
視図、第9図及び第10図はその動作の説明に供する路
線図、第11図はミラーの回動量と照射位置との関係を
表す特性曲線図、第12図は第4の実施例を示す斜視図
、第13図は第5の実施例を示す斜視図、第14図は従
来の光空間伝送装置を示す路線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  所定の情報信号で変調された光ビームを射出する光源
    と、 上記光ビームの光路を変位させる光路変位光学系と、 上記光路変位光学系から出力された光ビームを、伝送対
    象に送出する伝送光学系と を具え、上記光路の変位量に応じて、上記伝送対象に送
    出する光ビームの照射位置を調整するようにした ことを特徴とする光空間伝送装置。
JP1034394A 1989-02-13 1989-02-13 光空間伝送装置 Expired - Fee Related JP2956058B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007033876A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Ricoh Co Ltd 光走査装置及び画像形成装置
JP2010281739A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Nec Corp レーザ測距装置及びレーザ測距方法

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