JPH04215328A - 送受信光学装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いられる
送受信光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置は、図６に示す如く
、光源手段１からの送信光は半透過鏡２によって反射さ
れて、対物光学系３を通って外部に送信される。また、
外部からの受信光は対物光学系３で集光された後、半透
過鏡２を通って受光手段４に導かれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、半透過鏡を用いているために送信光に対し
ても、受信光に対しても共に光量損失が生じるという問
題点があった。そして、光路分岐或いは光路合成のため
の光学素子として、光量損失をなくすために、半透過鏡
に代えて偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　
Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：以下単にＰＢＳという。 ）を用いる技術は知られているが、偏向ビームスプリッ
ターを使用するだけでは、送信側と受信側の光学系が光
軸回りに回転したときに、光量損失を生じる。すなわち
、送信装置と受信装置とを光ファイバーで完全に結合す
ることなく、少なくとも一部の光路において空間中の光
伝搬によって光通信を行う場合には、送信光が直線偏光
であると、送信装置と受信装置との光の進行方向を中心
とする角度関係が厳密に維持されている必要があり、双
方の装置の相対的な回転量に対応して光量の損失、即ち
信号の低下を生ずるという問題があった。そして、送信
装置と受信装置とが所望の相対的角度位置に対して直交
している場合には、全く受信できなくなる可能性もある
。そして、相手側の送信装置から送信されてくる光の偏
光状態に応じて受信装置の向きを変えることも必要とな
り、このような受信装置と送信装置との姿勢の制御を厳
密に行うためには、各装置の機械構成を極めて複雑に制
御することが必要となる。

【０００４】そこで、本発明は、光量損失が少なく、し
かも送信装置と受信装置との光軸を中心とする相対的回
転があっても、又送信されてくる光の偏光状態が変化し
ても正確な光通信が可能な送受信光学装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、対物光学系と
、該対物光学系の光路を分岐するためのＰＢＳと、該Ｐ
ＢＳにより分岐された一方の光路上に配置され送信用の
所定の偏光光を供給する光源手段と、他方の光路上に配
置された受光手段とを有する送受信光学装置において、
対物光学系の光路中であってＰＢＳにより光路が分岐さ
れるまでの位置に、対物光学系から射出する光を円偏光
に変換すると共に該対物光学系から入射する光を前記光
源手段から供給される偏光とは異なる偏光に変換するた
めの波長板を、対物光学系の光軸を中心として回転可能
に設けたものである。

【０００６】そして、光源手段とＰＢＳとの間に第１ダ
イクロイックミラーを設け、該第１ダイクロイックミラ
ーを介してＰＢＳへ送信用光源手段と異なる波長の光を
供給する光路調節用光源手段と、ＰＢＳを経た光路調節
用光源からの光をＰＢＳへ戻し受光手段側の光路へ導く
ための反射面と波長板とを有する偏光変換手段と、ＰＢ
Ｓと受光手段との間に配置された第２ダイクロイックミ
ラーと、該第２ダイクロイックミラーからの光束を受光
するための光路調整用受光手段とを設ける構成とするこ
とによって、送受信装置としての内部光路の調整が可能
な構成とすることも可能である。

【０００７】

【作用】上記の如き本発明の構成においては、対物光学
系から送受信される光は互いに逆向きの円偏光、例えば
送信光は右回り円偏光、受信光は左回り円偏光として、
明確に分離することができ、波長板とＰＢＳによって光
量損失を最小限に留めることが可能である。そして、送
受信光は共に円偏光であるため、送信光学装置と受信光
学装置との間で受光される信号光の光量は、光の進行方
向を中心とした相対的な角度位置には依存しないため、
光量損失を生ずることはない。また、送信されてくる光
の偏光状態が受信装置の受け入れられる偏光状態と異な
る場合には、波長板を対物光学系の光軸を中心として回
転させることによって受信が可能となり、構成を複雑化
することなしに、安定した光通信が可能となる。

【０００８】そして、送信用光源手段からの光を直線偏
光として、受光手段１５に達する光をこれとは直交する
直線偏光として前記ＰＢＳにおいて分離することが望ま
しく、このためには波長板としては４分の１波長板であ
ることが最適である。この４分の１波長板を対物光学系
の光軸を中心にして９０°だけ回転可能に設けることに
より、対物光学系から送信される光と対物光学系を通し
て受信される光との互いに逆回転の円偏光を、それぞれ
逆に変換することができるのである。

【０００９】

【実施例】第１図は本発明による送受信光学装置の第１
実施例を示す概略構成図である。送信用光源手段１１に
より紙面に垂直な直線偏光（Ｓ偏光）が供給され、ＰＢ
Ｓ１２で反射され、４分の１波長板１３によって（左回
り）円偏向となり、対物光学系１４を通り、相手方の送
受信光学装置に送られる。一方、図示なき相手方の送受
信光学装置から送られてきた（右回り）円偏向は、対物
光学系１４を通り、４分の１波長板１３によって紙面に
平行な直線偏光（Ｐ偏光）となり、ＰＢＳ１２を通過し
、受光手段１５に達する。ここで、ＰＢＳはＳ偏光をほ
ぼ１００％反射し、Ｐ偏光をほぼ１００％透過する特性
を持つため、送信光についても受信光についても、光量
損失がほとんどなく極めて効率の高い光通信が可能とな
る。尚、円偏光の回転方向は、ここでは光線の進んでく
る方向から眺めている場合としている。

【００１０】直線偏光と円偏光との関係は図２に示した
とおりである。図２の（Ａ）に示す如く、送信用光源手
段１１から供給されＰＢＳで反射されるＳ偏光（紙面に
垂直な方向に振動）に対し、４分の１波長板１３の光学
軸が４５°をなし、位相の早くなる方向ｆと遅くなる方
向ｓが偏光方向に対して４５°となっている場合には、
光線の進んでくる方向を見ると、左回りの円偏光となる
。そして、この左回り円偏光は対物光学系１４を通って
送信されてゆく。他方、対物光学系１４から入射してく
る受信光は送信光とは逆に、図２の（Ｂ）に示す如く、
光線の進んでくる方向を見ると右回り円偏光であり、こ
のとき４分の１波長板１３によって、ＰＢＳに対してＰ
偏光（紙面に平行な方向に振動）に変換されてＰＢＳへ
入射する。そして、この受信光はＰＢＳを通過して、受
光手段１５に到達する。

【００１１】上記の構成では、相手方が右回り円偏光を
送り、左回り円偏光を受光できる状態にあるが、もし、
相手方が左回り円偏光を送り、右回り円偏光を受光でき
る場合には、こちらが、右回り円偏光を送り、左回り円
偏光を送らなければならない。そのためには、４分の１
波長板５を光軸の回りに９０°回転すればよい。この場
合の１対の送受信光学装置の概略構成を図３に示した。 図３には、第１の送受信光学装置１０ａ　からは、右回
り円偏光の光が送信されて、これを第２送受信光学装置
１０ｂ　が受信光として受けるとともに、第２送受信光
学装置１０ｂ　は送信光として左回り円偏光を送信し、
これを第１送受信光学装置１０ａ　が受信光として受信
する構成である。 ここで、第１送受信光学装置１０ａ　の波長板１３ａ　
のが９０°回転して送信光としての円偏光が逆になる場
合には、該２送受信光学装置１０ｂ　の波長板１３ｂ　
の波長板１３ｂ　を９０°回転することによって、安定
した光通信が可能となる。尚、４分の１波長板５を光軸
の回りに９０°回転することによって、ＰＢＳ２２に向
かう受信光の偏光方向をＳ偏光とすることによって、受
信光を遮断することが可能である。

【００１２】さて、図４は本発明による他の実施例の構
成を示す概略構成図である。この実施例の基本構成は上
記図１と同一であるが、この実施例の送受信光学装置に
おいては、送信用光源手段２１に対して、受光手段２５
を光学的に適切な位置に調節するためのアライメント系
が組み込まれている。すなわち、送信光とは異なる波長
の光がアライメント用光源３０から供給され、送信用光
源手段２１とＰＢＳ２２との間に配置されたダイクロイ
ックミラー３２を介して、ＰＢＳ２２へ導かれる。この
アライメント用光源３０からのアライメント光も、送信
光と同様にＰＢＳに到達するが、アライメント用光源３
０とダイクロイックミラー３２との間に配置された２分
の１波長板３１により送信用光源手段２１から供給され
る直線偏光（Ｓ偏光）に対して、僅かな角度傾いた直線
偏光に変換されるため、この傾き量に対応した一部のア
ライメント光がＰＢＳ２２を通過する。ＰＢＳ２２を通
過したアライメント光は、４分の１波長板３４，　アラ
イメント光の波長域のみを透過するバンドパスフィルタ
３５を通過して反射面３６で反射され、ＰＢＳ２２へ戻
る。ＰＢＳ２２に戻るアライメント光は、往復で２度４
分の１波長板を通過するためＳ偏光に変換され、ＰＢＳ
２２によって受光手段２５に向けて反射され、ダイクロ
イックミラー３７で反射されてアライメント用受光手段
３８に入射する。アライメント用受光手段３８に到達し
たアライメント光の位置を検出することによって、ＰＢ
Ｓ２２にて合成される送信光学系と受光光学系との光軸
のズレを検出することができ、検出されたズレは、ダイ
クロイックミラー３２とＰＢＳ２２との間に配置された
プリズムや反射面からなる光路制御手段３３によって調
整され、所謂アライメントがなされる。

【００１３】ここで、４分の１波長板３４とバンドパス
フィルタ３５及び反射面３６とが、ＰＢＳ２２を通過し
てくるアライメント光をアライメント用受光手段３８へ
導くための反射手段を形成し、いわゆるアイソレーター
を構成している。そして、この反射手段と２分の１波長
板３１との組合せにより、２分の１波長板３１の角度位
置によって、ＰＢＳを介してアライメント用受光手段３
８へに達するアライメント光の光量を制御することがで
きる。

【００１４】尚、ＰＢＳとしてはその消光比として知ら
れるとおり一般に完全な偏光分離特性を持たせることは
難しく、Ｓ偏光に対しても僅かながら透過する光が存在
するため、アライメント光をアライメント受光手段３８
に導くために、２分の１波長板３１は必ずしも必要では
ない。また、アライメント光の光量調節は、２分の１波
長板３１の回転角度の調整のみならず、反射手段を構成
する４分の１波長板３４を微小角度だけ回転させること
によっても可能であり、バンドパスフィルタ３５に加え
て濃度可変の所謂ＮＤフィルタを配置することによって
も可能である。

【００１５】また、図４の実施例においては、ＰＢＳ２
２と対物光学系２４との間に、送信光及び受光光の方向
を制御するためにプリズムや反射面からなる光路制御手
段５０を有しており、相手方の送受信光学装置に対して
、送受信光を適切に方向付けることを可能にしている。 即ち、受光手段２５上での受信光の位置が適切な所にく
るように、光路制御手段５０を調節することにより、受
信光を良好に受信することができる。一方、送信光の送
信方向については、相手方が相対的に静止していれば、
アライメント受光手段３８上でのアライメント用光源３
０からの光ビーム位置を中央にくるようにすればよいが
、相手方が動いている場合には、それを考慮して、アラ
イメント受光手段３８上の光位置を適当な位置となるよ
うに第２光路制御手段３３を制御することにより、効率
よく相手側に送信することができる。

【００１６】このような送信及び受信における光路制御
手段５０及び第２光路制御手段３３による光路調節のた
めのアライメントをより良好に行うための構成例が、図
５に示した第３実施例である。この実施例では、送受信
のための基本構成は図４に示した実施例と同一であるが
、アライメントのための受光手段３８として、偏光ビー
ムスプリッタ３８ａ　を設け、相手側から送信されてく
るアライメント用光を受信する受光手段３８ｃ　と自己
の送受信装置内でのアライメント光を受光する受光手段
３８ｂ　とを別個に設けている。

【００１７】相手側から送信されてくる波長λ１　の信
号光、及びこれと異なる波長λ２　のアライメント光は
、共に対物光学系２４、光路制御手段５０を経て４分の
１波長板２３を通って、受信光として前述と同様に直線
偏光（Ｐ偏光）に変換され、ＰＢＳ２２を通過する。波
長λ１　の信号光はダイクロイックミラー３７で反射さ
れて受光手段２５により受光される一方、波長λ２　の
アライメント光はダイクロイックミラー３７を透過して
、受光手段３８内のＰＢＳ３８ａ　に達し、これを透過
してアライメント用第１受光手段３８ｃ　により受光さ
れる。このアライメント用第１受光手段３８ｃ　におけ
る光ビーム位置が中心になるように、光路制御手段５０
が調節される。図５では、波長λ２　のアライメント光
のうち、相手方から送信されてアライメント用第１受光
手段３８ｃ　にて受光されるアライメント光を便宜上λ
２ａと示し、一方、自己の送受信装置内のアライメント
用光源手段３０から送信されて自己のアライメント用第
２受光手段３８ｂ　にて受光されるアライメント光をλ
２ｂとして示した。

【００１８】そして、送信系内のダイクロイックミラー
３２を介して第２の光路制御手段３３を経てＰＢＳ２２
に向けられる波長λ２　のアライメント光は、２分の１
波長板３１の角度に応じてＳ偏光成分とＰ偏光成分とを
有し、そのうちのＳ偏光成分はＰＢＳ２２で反射されて
対物光学系２４を通って送信光と同様に相手方へ向けか
送信される。一方、Ｐ偏光成分はＰＢＳ２２を一端通過
して４分の１波長板３４，　バンドパスフィルタ３５を
通り、反射面３６により再びＰＢＳ２２に向かい、Ｓ偏
光となってＰＢＳ２２で反射されて受信光路に向かう。 そして、ダイクロイックミラー３７を透過したのち、受
光手段３８内のＰＢＳ３８ａ　で反射されてアライメン
ト用第２受光手段３８ｂ　にて受光される。

【００１９】自己の送受信装置内のアライメント用光源
手段３０から送信されるアライメント光をアライメント
用第２受光手段３８ｂ　にて受光することによって、相
手方へ送信する送信光の方向を制御することができる。 すなわち、光通信といえども極めて遠距離間にて通信を
行う場合には送受信にある程度の時間を要するため、相
対的に移動する物体間での通信においては、受信状態に
おいて受信光と同一方向に送信したとしてもその時点で
既に相手方は相対的に移動しているため良好な送信を行
うことはできない。このため、受信状態においては予め
記憶されている相手方の相対的位置の変化に応じて、自
己の送受信装置内のアライメント用光源手段３０から送
信されるアライメント光のアライメント用第２受光手段
３８ｂ　にて受光される位置を、所定量だけ偏位させる
ように第２光路制御手段３３を調節することによって、
送信用光源手段２１から発信される信号光を的確に相手
方に送信することが可能となる。この場合の相手方の相
対的位置に関する情報は、光路制御手段５０の制御信号
から得ることもでき、光路制御手段５０と第２光路制御
手段３３とを連動させることも可能である。

【００２０】図５に示した第３実施例においては、２分
の１波長板３１を光軸を中心として微小角度だけ回転可
能に設けることにより、この角度の調節によって相手方
に送信されるアライメント光の光量のみならず、自己の
アライメント用第２受光手段３８ｂ　にて受光されるア
ライメント光の光量も制御することができる。尚、上記
の各実施例の構成においては、いずれもＰＢＳ２２にお
いて反射される光路を送信系とし、透過する光路を受光
系としたが、透過光路で送信し、反射光路で受信する構
成とすることも可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば光量損失
が少なく、しかも円偏光を用いているため送信装置と受
信装置との光軸を中心とする相対的回転があっても、又
送信されてくる光の偏光状態が変化しても、安定して正
確な光通信が可能な送受信光学装置が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略構成図。

【図２】本発明による偏光の説明図。

【図３】本発明の装置の一対の構成を示す概略構成図。

【図４】本発明による第２実施例の概略構成図。

【図５】本発明による第３実施例の概略構成図。

【図６】従来の送受信光学装置の例を示す概略構成図。

【主要部分の符号の説明】１１，２１　送信用光源手段
１２，２２　偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１３，
２３　波長板（４分の１波長板）１４，２４　対物光学
系 １５，２５　受光手段 ３２，３７　ダイクロイックミラー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対物光学系と、該対物光学系の光路を分岐
   するための偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプ
   リッタにより分岐された一方の光路上に配置され送信用
   の所定の偏光光を供給する光源手段と、他方の光路上に
   配置された受光手段とを有する送受信光学装置において
   、前記対物光学系の光路中であって前記偏光ビームスプ
   リッタにより光路が分岐されるまでの位置に、前記対物
   光学系から射出する光を円偏光に変換すると共に該対物
   光学系から入射する光を前記光源手段から供給される偏
   光と異なる偏光に変換するための波長板を前記対物光学
   系の光軸を中心として回転可能に設けたことを特徴とす
   る送受信光学装置。
2. 【請求項２】対物光学系と、該対物光学系の光路を分岐
   するための偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプ
   リッタにより分岐された一方の光路上に配置され送信用
   の所定の偏光光を供給する光源手段と、他方の光路上に
   配置された受光手段とを有する送受信光学装置において
   、前記対物光学系の前記偏光ビームスプリッタに達する
   までの光路上に、該対物光学系の光軸を中心にして回転
   可能に配置された波長板と、前記光源手段と前記偏光ビ
   ームスプリッタとの間に配置された第１ダイクロイック
   ミラーと該第１ダイクロイックミラーを介して前記偏光
   ビームスプリッタへ前記光源手段と異なる波長の光を供
   給する光路調節用光源手段と、前記偏光ビームスプリッ
   タを経た前記光路調節用光源からの光を前記偏光ビーム
   スプリッタへ戻し前記受光手段側の光路へ導くための反
   射手段と、前記偏光ビームスプリッタと前記受光手段と
   の間に配置された第２ダイクロイックミラーと、該第２
   ダイクロイックミラーからの光束を受光するための光路
   調整用受光手段とを有することを特徴とする送受信光学
   装置。
3. 【請求項３】前記波長板は４分の１波長板であることを
   特徴とする請求項１乃至２記載の送受信光学装置。
4. 【請求項４】前記対物光学系と前記偏光ビームスプリッ
   タとの間に、対物光学系の光路の方向を制御するための
   光路制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３
   記載の送受信光学装置。
5. 【請求項５】前記光路調節用光源手段は、前記偏光ビー
   ムスプリッタに向かう光の偏光方向を、前記送信用光源
   手段から供給されて該偏光ビームスプリッタに向かう光
   の偏光光に対して、所定の角度だけ偏光状態を変換する
   ための波長板を有していることを特徴とする請求項２記
   載の送受信光学装置。
6. 【請求項６】前記第１ダイクロイックミラーと前記偏光
   ビームスプリッタとの間に配置された第２の光路制御手
   段を有することを特徴とする請求項５記載の送受信光学
   装置。