JPH04119022A - 光空間通信用の受信装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自由空間を伝送路として初用し光ビームの形
で信号を伝送して通信を行なう光ビーム通信方式におい
て、光ビームの受信側での位置ずれを検出して送信側で
それを修正するトラッキングを可能にする光空間通信用
の受信装置に関する［従来の技術］ 従来、光信号を平行ビームの形にして送信装置から送り
出し、長距離（数１００ｍ〜数ｋｍ）隔たった受信装置
に光信号を伝送する光空間通信システムが知られている
。この通信システムは、例えば、第７図に示す様な形態
を備えている。同図において、送信側のＬＤ、ＬＥＤ等
の発光素子７１から信号に従って変調されて発振された
光ビームはコリメート用光学系７２により平行ビーム７
３とされ、自由空間を伝送して受信側の集光用光学系７
４で集光されてＰＩＮ−ＰＤ　（フォトダイオード）、
ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等の受光素子
７５に“受光される。ここで、この受光された光信号は
電気信号に変換されるなどして読み出される。

この際、光ビーム７３が受信機よりずれた場合、第７図
で矢印で示す様にビームの位置を修正してやる必要があ
る。その為には、このずれを正しく検出して送信側にず
れの情報を送り返さなければならない。

ビームのずれる原因としては、送信機を固定している台
や建物の熱などによる撓み、伝送路中の大気の温度分布
の不均一によるビームの屈折等が挙げられる。

そこで、ずれの情報を送る手段としては、光ビームによ
り双方向伝送を行なっている場合はその回線をそのまま
利用でき、片方向通信の場合でも、情報量が少ないので
電話回線や無線を使うなど、いくらでも方法がある。問
題は、受信側で光ビームの位置を検出する手段である。

・第８図の様に単一の光学系を用いたのでは、ビムの当
たる位置が同図（ａ）、（ｂ）に示す如く変わっても、
ビームの入射角が殆ど変わらない場合には（こうした場
合が多い）同じ光軸上に焦、屯を結んでしまい、ビーム
のずれは検出できない次に、第９図（ａ）の様に複数台
の受信機９１を設置するか、第９区（ｂ）の様に複数個
の同じ光学系７４を並べた受信機９１にすれば、各光学
系７４で受ける受信パワーの比較によってビームのずれ
は検出できる。

また、第１Ｏ区の様に、本来の信号光集光用のレンズ７
４の周囲に、ビームずれ検出専用の受信光学系１０１を
複数配置して、ビームのずれを検出する例もある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来例では、同じ光学系或は装置を複数個
使用する必要があるので、コストや所要スペース等の面
で極めて無駄の多いシステムであった。

従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、単一の光学
系でありながら受信ビームの位置ずれの検出を可能とす
る構成を有する光空間通信用の受信装置を提供すること
にある。

［課題を解決する為の手段１ 上記目的を達成する本発明による受信装置では、単一の
集光用の光学系により集光される受信光を複数の光束に
分割する手段と、これら複数に分割された光束を夫々受
ける為の光検出用の手段と、この光検出用の手段からの
信号に基づいてビム位置情報を示す信号を演算する手段
とが具備されている。

より具体的には、光検出用手段の後段に第５図で示す後
述する信号処理方式がつながれたり、単一の集光用の光
学系により集光される受信光を、上記分割手段により分
割される光束と分割されない光束に分離する手段を更に
挿入したり、また、この光束分離手段で分離された光束
は、波長と変調周波数の少なくとも一方が異なる様にし
ても良い。

本発明の構成では、受信光をプリズムなどの分割手段で
複数の光に分割することにより、羊−の光学系でビーム
の位置ずれの検出が可能となる。

［実施例コ 第１図は本発明による光ビームイエ号の受信装置の一実
施例の構造を示す。同図において、２は４個の受光素子
（第１図には２個のみ示されている）、４はビームを集
光する集束用レンズ、６は集束用レンズ４からの集束光
を４分割する光路分割用のプリズム、７は合波器、８は
検波器であり、４個の受光素子２で受信された４つに分
割された光ビームは電気信号に変換され、この電気信号
は合波器７で合成されて信号として出力される。

方、電気信号の強度レベルは４個の！ｌｉ波器８により
受信レベルをモニタする為の電圧信号に変換される。

以上の構成の受信装置に入射する光ビームがいずれかの
方向にずれた場合、第２図に示す様に夫々の受光素子２
に入る光のパワーの割合が変化する為に、この各受光素
子２の受信パワーのレベルを検波器２によりモニタすれ
ば単一の光学系４でもビームの位置ずれの検出が可能と
なる。

第１図に示した光路分割用のプリズム６は５光軸に垂直
な平面内の異なる４つの位置に、光ビームがずれること
なく適正に受信される時に等しく光量を４分割して集光
する様な形状を有する。その正面図は第３図（ａ）の様
になり、側断面図は第３図（ｂ＞の様になっている。

光路分割用の手段は第３区の例に限られず種々のものが
あり、第４図（ａ）に正面図と側面図を示す如きもの（
これは４分割するもの）、第４区（ｂ）に正面図を示す
６分割するもの、第４図（Ｃ）に正面図と側面図を示す
７分割するものなどを用いても良い。夫々光ビーム分割
の数に合わせて受光素子２の数を調整する必要があるこ
とは勿論である。

次に、第５図に第１図の受信機の方式の長所を最大限に
生かした信号処理例を第５図に依って説明する。第５図
において、（１）〜（４）の受光素子２から出力される
信号電力を８１〜Ｓ４、雑音電力をＮ、〜Ｎ４とする。

ＳＩから８４は前述した様に検波回路８により受信レベ
ルを示す電圧信号となり、演算処理回路９に入る。

演算処理回路９からは、信号３１〜Ｓ４に重みを付けＡ
、〜Ａ４をする為の可変ゲインアンプ先可変アテネータ
でもよい）　１０に、夫々ＳＮ比制御用の信号が出力さ
れる。

これにより、合波器７から出力される信号のＳＮ比は次
式で表わされる。

従って、受光素子２からの信号電力Ｓ、〜Ｓ４の値に応
じてＳＮ比を最大にするＡ、＝Ａ、の組合わせが存在す
ることになり、演算処理回路９はそれを演算して出力す
る役割をする。この処理方式により最適化されたＳ／Ｎ
比の信号出力を得ることができる。

一方、演算処理回路９は検波回路８からの受信レベル信
号により光ビームの光学系に対するずれを演算し、ビー
ム位置情報を示す信号をトラッキング用信号として８カ
して受信機に送る様にもする。このトラッキング用信号
に基づいて送信側では、送信装置の角度調節が行なわれ
る。

第６図は他の実施例を示す。第６図の実施例では、受信
光をビームスプリッタ１１で分岐して、１つは信号検出
用の光検出器１２に入れ他は光路分割用プリズム６を介
して位置ずれ検出専用の光検出器１２に入射させている
。この場合、信号検出用の光検出器２は１個だけで済む
ことになる。

トラッキング用信号を演算する方法は第１図の叉施例と
同様である。

この例において、ビームスプリッタ１１を波長選択性の
もの（ダイクロイックミラー等）とし、信号検出用の光
検出器２に入る信号光と位ｉ！検出用の光検出器１２に
入る位置検出用の信号光の波長を、上記ビームスプリッ
タ１１の波長選択性に合わせて違えておけば、ビームス
プリッタ１１での光分岐による光パワーの損失がな（な
る。

更に、位置検出用の光検出器１２に入る波長の光が、信
号検出用の光検出器２に入るべき信号光の周波数帯に重
ならない歩−周波数で変調されたものであれば、極めて
狭帯域の高感度受信が可能となり、ビーム位置ずれ検出
が容易になる。

［発明の効果コ 以上説明した如く、本発明によれば、単一の光学系から
の光を複数に分割する構成でビーム位置ずれを検出して
いるの“で、経済的でコンパクトなビームずれ検出機能
を持つ受信システムが構築できる。

第５図に示す様な信号処理システムにすれば２ＳＮ比を
最適化した受信システムとすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の砥略構成図、第２図は第１
図の例においてビームのずれた場合の様子を示す図、第
３図（ａ）、（ｂ）は高速分割用プリズムの正面と側断
面を示す図、第４図（ａ）（ｂ）、（ｃ）は光路分割用
手段の他の例を示す図、第５図は信号処理システムの例
を示す図、第６図は他の実施例の概略構成図、第７図は
従来の光空間通信システムの例を示す図、第８図（ａ）
、（ｂ）は第７図の例において光ビームのずれた場合を
説明する図、第９図（ａ）、（ｂ）は光ビームの位置ず
れを検出する従来の方法を示す図、第１０図は同じ（従
来のずれ検出法を示す図である。 ２・・・・・光検出器、４・・・・・集束用レンズ、６
・・・・・光路分割用プリズム、７・・・・・合波器、
８・・・・・検波器、９・・・−・演算処理回路、１０
・・・・・可変ゲインアンプ、１１・・・・・ビームス
プリッタ、１２・・・・・位置ずれ検圧用光検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光空間通信用の受信装置において、単一の集光用の
   光学系により集光される受信光を複数の光路に分割する
   手段と、これら複数に分割された光束を夫々受ける為の
   光検出用の手段と、該光検出用の手段からの信号に基づ
   いてビーム位置情報を示す信号を演算する手段とを有す
   ることを特徴とする受信装置。 ２、前記単一の集光用の光学系からの光束を、前記分割
   手段により分割される光束と分割されない光束に分離す
   る手段を更に有する請求項１記載の受信装置。 ３、前記光束分離手段で分離された光束は、波長と変調
   周波数の少なくとも一方が異なっている請求項２記載の
   受信装置。