JPH05134207A - 双方向空間光通信装置 - Google Patents
双方向空間光通信装置Info
- Publication number
- JPH05134207A JPH05134207A JP3297188A JP29718891A JPH05134207A JP H05134207 A JPH05134207 A JP H05134207A JP 3297188 A JP3297188 A JP 3297188A JP 29718891 A JP29718891 A JP 29718891A JP H05134207 A JPH05134207 A JP H05134207A
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- Japan
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- light
- lens group
- light emitting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 情報信号で変調された光ビームを自由空間を
媒体として通信を行なう光通信装置において、送信ビー
ムの指向角を受信ビームに影響を与えることなく変化さ
せること。 【構成】 情報信号で変調された送信光を発光する発光
手段、情報信号で変調された受信光を受光する受光手
段、前記送信光と受信光のいずれか一方を透過させ他方
を反射させる光学部材、前記光学部材によって得られる
送信光の光路上に配置されるビームエキスパンダ、前記
光学部材と前記発光手段の間に配置され全体として正の
屈折力を有し、前記発光手段の光をビーム状にするレン
ズ群、前記レンズ群を構成する一部もしくは全体を光軸
に沿って駆動させる駆動手段とを具備すること。
媒体として通信を行なう光通信装置において、送信ビー
ムの指向角を受信ビームに影響を与えることなく変化さ
せること。 【構成】 情報信号で変調された送信光を発光する発光
手段、情報信号で変調された受信光を受光する受光手
段、前記送信光と受信光のいずれか一方を透過させ他方
を反射させる光学部材、前記光学部材によって得られる
送信光の光路上に配置されるビームエキスパンダ、前記
光学部材と前記発光手段の間に配置され全体として正の
屈折力を有し、前記発光手段の光をビーム状にするレン
ズ群、前記レンズ群を構成する一部もしくは全体を光軸
に沿って駆動させる駆動手段とを具備すること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空間を伝送路として利用
し、光ビームを媒介とて信号の送・受信を行なう双方向
空間光通信装置に関するものである。
し、光ビームを媒介とて信号の送・受信を行なう双方向
空間光通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自由空間を介して光ビームを送受
信することによって情報伝達を行なう所謂空間光通信装
置が注目されている。
信することによって情報伝達を行なう所謂空間光通信装
置が注目されている。
【０００３】特開昭６３ー１２０５３４号公報では受信
側の装置に確実に光が伝達されるように出射ビームの指
向角を変化させる技術を開示している。即ち図９に示す
ようにレーザー光源１０３を移動させることによって指
向角を変化させている。
側の装置に確実に光が伝達されるように出射ビームの指
向角を変化させる技術を開示している。即ち図９に示す
ようにレーザー光源１０３を移動させることによって指
向角を変化させている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】ところで図９のよ
うな従来装置において、光源１０３としてレーザーダイ
オードを用いる場合には通常冷却装置が必要となるが、
この冷却装置と一体で光源取付台１０４を動かさなけれ
ばならない。この場合、可動つまみ１０７に負荷がかか
り、光源１０３を精度良く直進運動させる構造にしにく
く、首振り状態を起こし易く、送信ビームの発光中心の
出射方向まで変わってしまい易いという欠点があった。
うな従来装置において、光源１０３としてレーザーダイ
オードを用いる場合には通常冷却装置が必要となるが、
この冷却装置と一体で光源取付台１０４を動かさなけれ
ばならない。この場合、可動つまみ１０７に負荷がかか
り、光源１０３を精度良く直進運動させる構造にしにく
く、首振り状態を起こし易く、送信ビームの発光中心の
出射方向まで変わってしまい易いという欠点があった。
【０００５】一方例えば図１のようなビームエキスパン
ダーを構成する正のパワーを持つレンズ群７を光軸に沿
って移動させて送信ビームの指向角を変えることも考え
られるが、送信側と受信側とで基準状態からの光路を変
えているために受光素子側における受光ビームの焦点移
動量は増幅される。従って受光面上の受光ビームのスポ
ット径の変化量が大きくなる傾向にあり、通信距離が短
距離時にはボケ量が大きく受光量不足になることから送
信ビームの指向角を充分に広げられない、という欠点が
あった。
ダーを構成する正のパワーを持つレンズ群７を光軸に沿
って移動させて送信ビームの指向角を変えることも考え
られるが、送信側と受信側とで基準状態からの光路を変
えているために受光素子側における受光ビームの焦点移
動量は増幅される。従って受光面上の受光ビームのスポ
ット径の変化量が大きくなる傾向にあり、通信距離が短
距離時にはボケ量が大きく受光量不足になることから送
信ビームの指向角を充分に広げられない、という欠点が
あった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そして本発明の特徴とす
るところは情報信号で変調された送信光を発光する発光
手段、情報信号で変調された受信光を受光する受光手
段、前記送信光と受信光のいずれか一方を透過させ他方
を反射させる光学部材、前記光学部材によって得られる
送信光の光路上に配置されるビームエキスパンダ、前記
光学部材と前記発光手段の間に配置され全体として正の
屈折力を有し前記発光手段の光をビーム状にするレンズ
群、前記レンズ群を構成する一部もしくは全体を光軸に
沿って駆動させる駆動手段とを具備することにある。
るところは情報信号で変調された送信光を発光する発光
手段、情報信号で変調された受信光を受光する受光手
段、前記送信光と受信光のいずれか一方を透過させ他方
を反射させる光学部材、前記光学部材によって得られる
送信光の光路上に配置されるビームエキスパンダ、前記
光学部材と前記発光手段の間に配置され全体として正の
屈折力を有し前記発光手段の光をビーム状にするレンズ
群、前記レンズ群を構成する一部もしくは全体を光軸に
沿って駆動させる駆動手段とを具備することにある。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す概略図で
ある。発光素子として情報信号で変調された光を発生す
るレーザーダイオード１、受光素子としてＡＰＤ（アバ
ランシェフォトダイオード）２、相手方の光ビームを集
光させるための正レンズ群５、ビームスプリッタとして
偏光ビームスプリッタ３、発光素子の光をビーム状にす
る正のレンズ群４、そして負のパワーを持つレンズ群６
と、正のパワーを持つレンズ群７から成るビームエキス
パンダーとで構成される。そして同様の構造の装置を空
間を隔てて２地点間で向い合わせて双方向光通信を行な
うことになる。この装置において正のパワーを持つレン
ズ群４を光軸方向へ移動できるようにしたことにより、
送信光の指向角即ち伝送ビーム径を変えられるようにし
たものである。図２に示すような条件の光学系を用い
て、正のパワーを持つレンズ群７を移動させたことによ
る伝送ビーム径可変方式と正のパワーを持つレンズ群４
を移動させたことによる伝送ビーム径可変方式につい
て、伝送距離２０ｍ間で使用した場合のお互いの受信地
点における相手からの伝送ビーム（楕円形状）の短径方
向で強度が１／ｅ2の中心強度（約１３．５％）となる
範囲をもって伝送ビーム径とした時の受光素子上のスポ
ット径の変化を表わす曲線を図３の１３と１４に示す。
曲線１４に示す正のパワーを持つレンズ群４を用いた本
発明による伝送ビーム可変方式の方が、受光素子上のス
ポット径の変化が遥かに少ない。これは、伝送ビーム径
を変えるために受光側にまで関与する光学系を移動させ
る否かによって生ずる相違である。
ある。発光素子として情報信号で変調された光を発生す
るレーザーダイオード１、受光素子としてＡＰＤ（アバ
ランシェフォトダイオード）２、相手方の光ビームを集
光させるための正レンズ群５、ビームスプリッタとして
偏光ビームスプリッタ３、発光素子の光をビーム状にす
る正のレンズ群４、そして負のパワーを持つレンズ群６
と、正のパワーを持つレンズ群７から成るビームエキス
パンダーとで構成される。そして同様の構造の装置を空
間を隔てて２地点間で向い合わせて双方向光通信を行な
うことになる。この装置において正のパワーを持つレン
ズ群４を光軸方向へ移動できるようにしたことにより、
送信光の指向角即ち伝送ビーム径を変えられるようにし
たものである。図２に示すような条件の光学系を用い
て、正のパワーを持つレンズ群７を移動させたことによ
る伝送ビーム径可変方式と正のパワーを持つレンズ群４
を移動させたことによる伝送ビーム径可変方式につい
て、伝送距離２０ｍ間で使用した場合のお互いの受信地
点における相手からの伝送ビーム（楕円形状）の短径方
向で強度が１／ｅ2の中心強度（約１３．５％）となる
範囲をもって伝送ビーム径とした時の受光素子上のスポ
ット径の変化を表わす曲線を図３の１３と１４に示す。
曲線１４に示す正のパワーを持つレンズ群４を用いた本
発明による伝送ビーム可変方式の方が、受光素子上のス
ポット径の変化が遥かに少ない。これは、伝送ビーム径
を変えるために受光側にまで関与する光学系を移動させ
る否かによって生ずる相違である。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みて正確に又受
信ビームに影響を与えることなく、送信ビームの指向角
を変化させることができる光通信装置を提供することに
ある。
信ビームに影響を与えることなく、送信ビームの指向角
を変化させることができる光通信装置を提供することに
ある。
【０００９】図１の実施例では正のパワーを持つレンズ
群４の全体を光軸に沿って移動させている例であるが図
４のようにレンズ群４を複数枚構成にしてレンズ１０を
１枚だけ、またはレンズ１１と１２の２枚を一体として
光軸に沿って移動させても同様の効果を得ることはでき
る。
群４の全体を光軸に沿って移動させている例であるが図
４のようにレンズ群４を複数枚構成にしてレンズ１０を
１枚だけ、またはレンズ１１と１２の２枚を一体として
光軸に沿って移動させても同様の効果を得ることはでき
る。
【００１０】又、図５に示すように本実施例に用いた投
・受光素子の変わりに発光素子として発光ダイオード１
６、受光素子としてピン・フォトダイオード１７に変え
てもよく、そしてこの時ビームスプリッタとして波長選
択フィルタ１８を用いた双方向空間光通信装置において
本実施例の伝送ビーム可変方式を用いても良い。このよ
うな構成にすると短距離間で小容量通信しようとする場
合には、より安価な装置で、双方向光通信を実現でき
る。
・受光素子の変わりに発光素子として発光ダイオード１
６、受光素子としてピン・フォトダイオード１７に変え
てもよく、そしてこの時ビームスプリッタとして波長選
択フィルタ１８を用いた双方向空間光通信装置において
本実施例の伝送ビーム可変方式を用いても良い。このよ
うな構成にすると短距離間で小容量通信しようとする場
合には、より安価な装置で、双方向光通信を実現でき
る。
【００１１】参考のためにこの時の発光ダイオード１６
の発光強度分と波長選択フィルタ１８の分光透過率を図
１０に示しておく。自己の発光ダイオードは１７に示す
ように波長７６０ｎｍ付近に発光ピークがあり、分布の
長波長側の裾は８００ｎｍ付近である。一方相手側の発
光ダイオード１９に示すように発光ピークが波長８８０
ｎｍ付近にあり、分布の短波長側の裾は８５０ｎｍ付近
である。ここで自己の波長選択フィルタとして図１０の
１８に示すような分光特性のものを用いると自己の発光
ビームはほとんど反射して相手側へ送られ、一方相手側
からの受信ビームはほとんど透過し、受光素子１７に到
達する。相手側についても図１０の２０に示す分光特性
の波長選択フィルタを用いると同様の効果が得られる。
その他は先の実施例で説明したと同様の機能を有してい
る。
の発光強度分と波長選択フィルタ１８の分光透過率を図
１０に示しておく。自己の発光ダイオードは１７に示す
ように波長７６０ｎｍ付近に発光ピークがあり、分布の
長波長側の裾は８００ｎｍ付近である。一方相手側の発
光ダイオード１９に示すように発光ピークが波長８８０
ｎｍ付近にあり、分布の短波長側の裾は８５０ｎｍ付近
である。ここで自己の波長選択フィルタとして図１０の
１８に示すような分光特性のものを用いると自己の発光
ビームはほとんど反射して相手側へ送られ、一方相手側
からの受信ビームはほとんど透過し、受光素子１７に到
達する。相手側についても図１０の２０に示す分光特性
の波長選択フィルタを用いると同様の効果が得られる。
その他は先の実施例で説明したと同様の機能を有してい
る。
【００１２】本実施例では発光素子として発光ダイオー
ド、光信号検出用受光素子としてピン・フォートダイオ
ードを用いると、先の実施例に比べて伝送容量は少なく
なるが電気回路を簡素化できるので、より安価な装置に
することができる。
ド、光信号検出用受光素子としてピン・フォートダイオ
ードを用いると、先の実施例に比べて伝送容量は少なく
なるが電気回路を簡素化できるので、より安価な装置に
することができる。
【００１３】以上の実施例においてビームエキスパンダ
ーの機能をする光学系の配置として負のパワーを持つレ
ンズ群６と正のパワーを持つレンズ群７との組合せを用
いているが、同様の機能を持たせる方法として共正のパ
ワーを持つレンズ群で構成する方式があるが、装置のコ
ンパクト化・軽量化の点で前者の方式によるのが有利で
ある。
ーの機能をする光学系の配置として負のパワーを持つレ
ンズ群６と正のパワーを持つレンズ群７との組合せを用
いているが、同様の機能を持たせる方法として共正のパ
ワーを持つレンズ群で構成する方式があるが、装置のコ
ンパクト化・軽量化の点で前者の方式によるのが有利で
ある。
【００１４】図６に本発明に関する更なる実施例の概要
図を示す。第１の実施例の装置において位置検出用受光
素子１９を付加させて、装置が揺れた時の送受信光の光
軸ずれ補正機能を持たせようとした時に用いられる光学
系の一例である。
図を示す。第１の実施例の装置において位置検出用受光
素子１９を付加させて、装置が揺れた時の送受信光の光
軸ずれ補正機能を持たせようとした時に用いられる光学
系の一例である。
【００１５】位置検出用受光素子１９には、たとえば４
分割センサを用い、受光側に受信光分岐ミラーを光軸に
対し４５度の角度で配置し、正のパワーを持つレンズ群
２１を介してある大きさのスポット径で位置検出用受光
素子上に受信光の一部が導かれる。図６では例えば９０
％透過、１０％反射のハーフミラーを用いた場合であ
る。装置の設置時に図７に示すような４分割センサの中
央に受信ビームスポットが位置するように調整された
後、無人状態下で装置の予期しない揺れ等により受信ビ
ームスポット位置がずれた場合に、このずれ情報を信号
に代え装置全体を異なる２方向に回転させて、４分割セ
ンサの中央にビームスポットが位置するように制御され
る。４分割センサのような位置検出用受光素子を用いる
場合、受光素子上におけるビームスポット径の大きさの
変化は位置ずれ検出精度に大きく影響する。本実施例に
おいて正のパワーを持つレンズ群２１の焦点距離を５０
ｍｍとし、他を先の実施例と同じ光学径を用いると、受
信光分岐ミラー２０による分岐光束径は同じなので、正
のパワーを持つレンズ群４の光軸方向の移動による受光
側のスポット径の変化量は正のパワーを持つレンズ群４
と２１の焦点距離に比例し、図８のようになる。位置検
出側の感度を上げようとすると、正のパワーを持つレン
ズ群２１の焦点距離はできるだけ長い方が望ましい。位
置検出側において受光スポット径が受光素子の有効受光
径φ／ｍｍを上まわることは位置検出不能となることを
意味する。従って図８に示すように本発明による伝送ビ
ーム径可変方式によると、伝送距離が短い時（２０ｍ）
でも、本実施例のような光軸ずれ補正機器を作動させる
ことができる。
分割センサを用い、受光側に受信光分岐ミラーを光軸に
対し４５度の角度で配置し、正のパワーを持つレンズ群
２１を介してある大きさのスポット径で位置検出用受光
素子上に受信光の一部が導かれる。図６では例えば９０
％透過、１０％反射のハーフミラーを用いた場合であ
る。装置の設置時に図７に示すような４分割センサの中
央に受信ビームスポットが位置するように調整された
後、無人状態下で装置の予期しない揺れ等により受信ビ
ームスポット位置がずれた場合に、このずれ情報を信号
に代え装置全体を異なる２方向に回転させて、４分割セ
ンサの中央にビームスポットが位置するように制御され
る。４分割センサのような位置検出用受光素子を用いる
場合、受光素子上におけるビームスポット径の大きさの
変化は位置ずれ検出精度に大きく影響する。本実施例に
おいて正のパワーを持つレンズ群２１の焦点距離を５０
ｍｍとし、他を先の実施例と同じ光学径を用いると、受
信光分岐ミラー２０による分岐光束径は同じなので、正
のパワーを持つレンズ群４の光軸方向の移動による受光
側のスポット径の変化量は正のパワーを持つレンズ群４
と２１の焦点距離に比例し、図８のようになる。位置検
出側の感度を上げようとすると、正のパワーを持つレン
ズ群２１の焦点距離はできるだけ長い方が望ましい。位
置検出側において受光スポット径が受光素子の有効受光
径φ／ｍｍを上まわることは位置検出不能となることを
意味する。従って図８に示すように本発明による伝送ビ
ーム径可変方式によると、伝送距離が短い時（２０ｍ）
でも、本実施例のような光軸ずれ補正機器を作動させる
ことができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、発光素子と受光素
子とビームスプリッタとビームエキスパンダを有し、前
記発光素子と前記受光素子とは共に前記ビームスプリッ
タとの間に正のパワーを持つレンズ群を有する双方向光
通信装置において、前記発光素子と前記ビームスプリッ
タとの間にある前記正のパワーを持つレンズ群の全体、
または一部を光軸に沿って移動できるようにしたことに
より、伝送ビーム径を代えられることにした。これによ
って、近距離側への通信可能距離範囲を広げられるとい
う効果がある。特に４分割センサのような位置検出用受
光素子を用いて、光軸ずれ補正機構を備える場合には、
従来の伝送ビーム径可変方式と比較すると、その機能を
より効果的に発揮させることができる。
子とビームスプリッタとビームエキスパンダを有し、前
記発光素子と前記受光素子とは共に前記ビームスプリッ
タとの間に正のパワーを持つレンズ群を有する双方向光
通信装置において、前記発光素子と前記ビームスプリッ
タとの間にある前記正のパワーを持つレンズ群の全体、
または一部を光軸に沿って移動できるようにしたことに
より、伝送ビーム径を代えられることにした。これによ
って、近距離側への通信可能距離範囲を広げられるとい
う効果がある。特に４分割センサのような位置検出用受
光素子を用いて、光軸ずれ補正機構を備える場合には、
従来の伝送ビーム径可変方式と比較すると、その機能を
より効果的に発揮させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略図
【図２】本発明の第１の実施例に用いた光学系の主要諸
元を示す表
元を示す表
【図３】本発明の第１の実施例に用いた光学系における
伝送ビーム径可変時の受光面上のスポット径の変化を表
わすグラフ
伝送ビーム径可変時の受光面上のスポット径の変化を表
わすグラフ
【図４】正のパワーを持つレンズ群４を３枚のレンズで
構成した例
構成した例
【図５】図１に示す第１の実施例の応用例
【図６】本発明の第２の実施例を示す概略図
【図７】図６で位置検出用受光素子として用いた４分割
センサの受光面を表わした図
センサの受光面を表わした図
【図８】本発明の第２の実施例に用いた光学径における
伝送ビーム径可変時の受光面上のスポット径の変化を表
わすグラフ
伝送ビーム径可変時の受光面上のスポット径の変化を表
わすグラフ
【図９】従来例の概略図
【図１０】波長選択フィルタの分光透過率特性を示す図
４、５、２１ 正のパワーを持つレンズ群 ６ 負のパワーを持つレンズ群 １０、１１、１２ 正のパワーを持つレンズ群４を構成
するレンズ
するレンズ
Claims (1)
- 【請求項１】 情報信号で変調された送信光を発光する
発光手段、情報信号で変調された受信光を受光する受光
手段、前記送信光と受信光のいずれか一方を透過させ他
方を反射させる光学部材、前記光学部材によって得られ
る送信光の光路上に配置されるビームエキスパンダ、前
記光学部材と前記発光手段の間に配置され全体として正
の屈折力を有し前記発光手段の光をビーム状にするレン
ズ群、前記レンズ群を構成する一部もしくは全体を光軸
に沿って駆動させる駆動手段とを具備することを特徴と
する双方向空間光通信装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3297188A JPH05134207A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 双方向空間光通信装置 |
| US07/975,018 US5627669A (en) | 1991-11-13 | 1992-11-12 | Optical transmitter-receiver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3297188A JPH05134207A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 双方向空間光通信装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05134207A true JPH05134207A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=17843322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3297188A Pending JPH05134207A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 双方向空間光通信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05134207A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08240429A (ja) * | 1995-03-02 | 1996-09-17 | Asahi Optical Co Ltd | ビーム投射装置 |
| US6650450B1 (en) | 1997-04-30 | 2003-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Light transmitting and receiving device having optical member with beam splitter |
| JP2008053849A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 光無線通信装置 |
| TWI472681B (zh) * | 2008-02-06 | 2015-02-11 | Ihi Corp | 高溫散熱物體儲藏場發電裝置 |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP3297188A patent/JPH05134207A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08240429A (ja) * | 1995-03-02 | 1996-09-17 | Asahi Optical Co Ltd | ビーム投射装置 |
| US6650450B1 (en) | 1997-04-30 | 2003-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Light transmitting and receiving device having optical member with beam splitter |
| JP2008053849A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 光無線通信装置 |
| TWI472681B (zh) * | 2008-02-06 | 2015-02-11 | Ihi Corp | 高溫散熱物體儲藏場發電裝置 |
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