JPH07312577A - 光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 送信信号に応じて変調したレーザ光を相手装
置に対して送信光として出射し、相手装置からの変調さ
れたレーザ光を受光して復調することで、双方向光空間
伝送を行う光空間伝送装置であり、大口径レンズ５５の
前面に、平面と凹面とを有する第１のレンズ１００と、
平面と第１のレンズ１００の凹面に略等しい曲率の凸面
とを有する第２のレンズ１０１とを設け、これらレンズ
１００と１０１の凹面と凸面を対向させて配置し、各々
のレンズ１００，１０１を凹凸曲面のそれぞれの曲率中
心を回転軸として相対的に移動させることで、光ビーム
の光軸を可変できるようにする。 【効果】 熱変位や揺れに追従可能なサーボ機構を実現
でき、メンテナンスが容易でコストの増加を防ぐことが
でき、さらに装置の小型化も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に空間を伝播する光
ビームを媒介して所望の情報信号を伝送対象との間で送
受する光空間伝送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特に光源にレーザ発振器を用
い、空間を伝播するレーザビームを媒介して所望の情報
信号を伝送対象との間で送受する光空間伝送装置におい
ては、レーザ光を送信信号に応じて変調して外部に出射
すると共に、外部から入射した変調されたレーザ光を受
光して復調することにより、上記所望の情報信号の送受
を行うようにしている。

【０００３】すなわち、図１０に示すように、一方の光
空間伝送装置８１と他方の光空間伝送装置８２との間で
のレーザ光による双方向の光空間伝送は、一方の光空間
伝送装置８１（又は８２）で発生したレーザ光をレンズ
８３を介して出射し、他方の光空間伝送装置８２（又は
８１）が上記一方の装置８１（又は８２）からのレーザ
光をレンズ８３を介して受光することで実現される。

【０００４】このように、光空間伝送装置は、信号光を
相手装置に確実に伝送照射すると共に、相手装置からの
信号光を安定に受信できることが重要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、効率良く双
方向伝送が行える光空間伝送装置は、屋外で使用される
ことが多く、例えばビルの屋上に設置されたり、また、
放送用として例えばゴルフ中継等に使用される場合には
いわゆるイントレ（テレビカメラ等を乗せて高い位置か
ら作画するための足場）上などに設置されることが多
い。この場合、当該光空間伝送装置の設置場所の環境
は、太陽光等の熱により、一日を周期として変位するこ
とになる。また、放送用に光空間伝送装置を使用する場
合には、例えば人が乗り降りするテレビ中継車などの屋
根に設置されることも考えられ、この場合には当該テレ
ビ中継車への人の乗り降りに伴って光空間伝送装置の設
置位置自体に揺れが発生することもある。

【０００６】このため、光空間伝送装置は、上述のよう
な熱変位や揺れ等に対して確実に且つ高応答で追従でき
るものでなければならない。

【０００７】図１１には、従来の光空間伝送装置の概略
構成を示す。この図１１において、入力端子２００には
例えば６チャンネルの映像信号と、これら映像信号の各
チャンネルにそれぞれ対応する左右２チャンネルの音声
信号（合計２４チャンネルの音声信号）が供給される。
この端子２００に供給された映像及び音声信号は、ＦＭ
変調・合成回路２０１によってそれぞれ周波数変調が施
されると共に映像と音声が合成されて、ＬＤ駆動回路２
０２に送られる。

【０００８】ＬＤ駆動回路２０２は、上記ＦＭ変調・合
成回路２０１からの信号に応じてレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）２０３を駆動する。当該レーザダイオード２０３
は、光空間伝送装置筐体の水平軸に対して所定角度だけ
傾いた偏光面（例えば約４５°傾いた偏波面）の光ビー
ムＬＡ１を出射するように、光空間伝送装置の筐体に対
して所定の傾きで保持されている。このレーザダイオー
ド２０３から出射されたレーザ光は、レンズ２０４によ
り略平行光となされ、上記所定角度の偏波面の光ビーム
ＬＡ１を透過する偏光プリズム（偏光ビームスプリッ
タ）２０５に導かれる。当該偏光プリズム２０５を透過
した所定偏波面のレーザ光は、レンズ２０６及び２０７
を介し、さらに後述するミラー２０８で反射されて光軸
が折り曲げられた後、後述するビームモニタ光学系のハ
ーフミラー２０９を透過し（一部は反射される）、後述
する可動レンズ２１０と大口径のレンズ２１１によって
略平行でかつ所定のビーム形状となされて空間に出射さ
れる。この空間に出射された光が、送信側の光空間伝送
装置から出射される送信光ビームＬＡ１となる。なお、
上記レンズ２１１が、前述した図１０のレンズ８３と対
応している。

【０００９】また、上記ハーフミラー２０９は、当該光
空間伝送装置のレンズ２１１及び２１０を介して外部か
ら入射した伝送対象（相手方の光空間伝送装置）の周囲
の風景からの光を反射して、ビームモニタ光学系の撮像
光学系２３１に入射する。さらに、上記ハーフミラー２
０９によって上記一部が反射された光ビームＬＡ１のレ
ーザ光は、当該ビームモニタ光学系のコーナーキューブ
プリズム２３０によって略平行に折り返すように反射さ
れた後、当該ハーフミラー２０９を透過して撮像光学系
２３１に導かれる。

【００１０】ビームモニタ光学系の撮像光学系２３１
は、入射された上記伝送対象の周囲の風景からの光と、
上記コーナーキューブプリズム２３０によって反射され
た光ビームＬＡ１のレーザ光とを、内蔵する撮像素子上
に集光し、その撮像信号に基づく映像信号を例えば液晶
モニタ２３２に送る。これにより、当該液晶モニタ２３
２には、伝送対象の光空間伝送装置２４０及びその周囲
の風景と、自己が出射している送信光ビームＬＡ１に対
応する輝点２４１とが同時に映し出されるようになる。
これにより、自己が出射している送信光ビームＬＡ１
が、伝送対象の光空間伝送装置２４０に良好に到達して
いるか否かを知ることができ、送信光ビームＬＡ１に対
応する輝点２４１と伝送対象の光空間伝送装置２４０と
が重なるように、送信光ビームＬＡ１の出射方向を調整
すれば、良好な光空間伝送が可能となる。

【００１１】一方、受信側の光空間伝送装置では、送信
側の光空間伝送装置から到来する送信光ビームを、当該
受信側の光空間伝送装置のレンズ２１１及び２１０を介
して取り込み、さらに、ハーフミラー２０９及びミラー
２０８、レンズ２０７，２０６を介して、偏光プリズム
２０５に導く。

【００１２】ここで、上記送信側と受信側の光空間伝送
装置においてそれぞれ送受する光ビーム、すなわち一方
の光空間伝送装置が送信する光ビームと他方の光空間伝
送装置が送信する光ビームとでは、上記偏波面が互いに
直交するようになされている。したがって、受信側の光
空間伝送装置にて受信された受信光ビームＬＡ２は、上
記偏光プリズム２０５の反射面にて反射されて、ビーム
スプリッタ２１２に導かれる。

【００１３】当該ビームスプリッタ２１２では、入射さ
れた受信光ビームＬＡ２の一部を反射して、双方向光学
系の偏光プリズム２１３に導く。当該偏光プリズム２１
３は、４５度反射面を光軸が回転軸となるようにモータ
２３０によって回転させて調整することにより、所望の
偏光面の光のみを透過させて取り出すために設けられて
いる。

【００１４】上記偏光プリズム２１３を透過した光は、
レンズ２１４によって受光素子としてフォトダイオード
（ＰＤ）２１５上に集光される。当該フォトダイオード
２１５上に集光された受信光ビームＬＡ２は、当該フォ
トダイオード２１５によって電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変
換）され、ＰＤ受光回路２１６に送られる。

【００１５】ＰＤ受光回路２１６は、上記フォトダイオ
ード２１５からの電気信号を増幅すると共に所定のレベ
ルに利得を自動調整し、その信号を分離・ＦＭ復調回路
２１７に送る。当該分離・ＦＭ復調回路２１７は、前記
合成された映像及び音声信号を分離し、さらに前記周波
数変調された映像信号及び音声信号を復調する。当該分
離・ＦＭ復調回路２１７からの信号は、出力端子２１８
から６チャンネルの映像信号及び２４チャンネルの音声
信号として取り出される。

【００１６】また、上記ビームスプリッタ２１２を透過
した光は、角度検出系のフィルタ２１９を介し、さらに
レンズ２２０によって位置検出センサ２２１上に集光さ
れる。当該位置検出センサ２２１は、受光面に形成され
る光スポットの位置に応じた信号を出力する２次元の位
置検出センサで形成される。この位置検出センサ２２１
からの出力信号は、エラー信号検出回路２２２に送られ
る。

【００１７】当該エラー信号検出回路２２２は、上記位
置検出センサ２２１の出力信号に基づいて、伝送対象の
光空間伝送装置からの受信光ビームＬＡ２の射出位置を
検出し、この受信光ビームＬＡ２の射出位置を基準にし
て送信光ビームＬＡ１の照射位置のずれをエラー信号と
して検出して、このエラー信号をコントローラドライバ
２２３に送る。当該コントローラドライバ２２３には、
端子２２４から可動レンズ２１０の位置情報も供給さ
れ、この可動レンズ２１０の位置情報と上記エラー信号
とに基づいて、前記ミラー２０８の角度及び可動レンズ
２１０の位置を制御することで、送信光ビームＬＡ１の
出射方向を調整するようにしている。

【００１８】すなわち、従来の光空間伝送装置は、光ビ
ーム方向を調整（可変）する光学サーボ機構として、例
えば反射光学系やレンズ駆動系を使用している。

【００１９】上記反射光学系としては、図１１に示すよ
うに、一端が支持部２２７によって支持された圧電素子
であるバイモルフ板２２６の先端に、上記ミラー２０８
を保持し、当該バイモルフ板２２６を上記コントローラ
ドライバ２２３からの指令電圧によって駆動すること
で、上記レーザ光を反射するミラー２０８の角度を変更
することにより、当該光空間伝送装置からの光ビームの
出射方向を可変するようにしている。

【００２０】また、レンズ駆動系としては、図１１に示
すように、前記可動レンズ２１０を保持部２２９によっ
て保持すると共に、当該保持部２２９を移動させるモー
タ２２８を設け、上記コントローラドライバ２２３から
の指令電圧でモータ２２８を駆動することによって可動
レンズ２１０を移動させて、光ビーム方向を可変するこ
とも行っている。

【００２１】なお、コントローラドライバ２２３には、
端子２２５を介したユーザからのイニシャライズスイッ
チ信号も供給されるようになっており、当該イニシャラ
イズスイッチ信号が供給されると、送信光ビームＬＡ１
の照射位置調整機構を動作中心に設定し直す（初期化）
するようになされている。

【００２２】ところが、上記反射光学系は、使用中にミ
ラー表面が劣化して伝送効率が悪化する問題がある。こ
の対策としては、定期的にメンテナンスを行うか、又は
定期交換部品として扱うことが必要となり、メンテナン
スが面倒である。

【００２３】さらに、上記レンズ駆動系は、光ビームと
レンズの光軸がずれることになるので、大口径レンズ２
１１の画角に対する要求（すなわち収差量）が厳しくな
り、結果としてレンズ群の枚数が増加し、コストアップ
になってしまう。さらに、この場合は、光路長も長くな
り、小型化には不向きである。

【００２４】一方、従来の光空間伝送装置では、光ビー
ム方向を調整（可変）する光学サーボ機構として、図１
２に示すように、光空間伝送を行うための主要構成要素
である伝送光学系を鏡筒３０２内に一体化し、回転型リ
ニアモータを利用して当該光学系全体を動かすような構
成も用いられる。

【００２５】この図１２において、鏡筒３０２は、ベー
ス３２２を介して筐体３００に保持され、このベース３
２２に円筒形状の外側フレーム３０５が保持される。当
該外側フレーム３０５は、垂直方向の同一線上に配され
る２つのヨーイング軸３２１によって円筒形状の内側フ
レーム３２３を軸支するようになされている。また、上
記内側フレーム３２３は、水平方向の同一線上に配され
る２つのピッチング軸３０６によって鏡筒３０２を軸支
するようになされている。これにより、図１２の光空間
伝送装置には、伝送光学系及び鏡筒３０２を支持するジ
ンバル機構が形成されている。

【００２６】ここで、外側フレーム３０５と内側フレー
ム３２３との間には、上記ヨーイング軸３２１を回転軸
とする電磁駆動のアクチュエータ（回転型リニアモー
タ）が設けられており、したがって、当該アクチュエー
タを駆動することで、送信光ビームＬＡ１の射出方向を
左右に可変し得るようになる。また、内側フレーム３２
３と鏡筒３０２との間には、上記ピッチング軸３０６を
回転軸とする電磁駆動のアクチュエータ（回転型リニア
モータ）が設けられており、したがって、当該アクチュ
エータを駆動することで、送信光ビームＬＡ１の射出方
向を上下方向（図中Ｒで示す回転方向）に可変し得るよ
うになる。

【００２７】このように、図１２の光空間伝送装置は、
いわゆるジンバル機構によって伝送光学系の向きを鏡筒
３０２と共に可動し得るようになされ、これにより送信
光ビームＬＡ１の出射方向を補正し得るようになってい
る。

【００２８】なお、上記鏡筒３０２内の伝送光学系のレ
ーザダイオード３０７は、図示を省略している前述同様
のＦＭ変調・合成回路からの信号に応じてＬＤ駆動回路
によって駆動され、当該レーザダイオード３０７から出
射されたレーザ光は、レンズ３１０により略平行光とな
され、偏光プリズム３１２に導かれる。当該偏光プリズ
ム３１２を透過した所定偏光面のレーザ光は、レンズ３
１５及び３０１によって略平行でかつ所定のビーム形状
となされて空間に出射される。この空間に出射された光
が、送信側の光空間伝送装置から出射される送信光ビー
ムＬＡ１となる。

【００２９】また、受信側の光空間伝送装置では、送信
側の光空間伝送装置から到来する送信光ビームを、当該
受信側の光空間伝送装置のレンズ３０１及び３１５を介
して取り込む。このレンズ３０１及び３１５を介した光
は、偏光プリズム３１２で反射され、さらに偏光プリズ
ム３１３で反射された後、レンズ３１１によってフォト
ダイオード３０８上に集光され、当該フォトダイオード
３０８で電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）され、図示を省
略している前述同様のＰＤ受光回路を介して分離・ＦＭ
復調回路に送られる。

【００３０】さらに、上記偏光プリズム３１３を透過し
た光は、レンズ３１４によって位置検出センサ３０９上
に集光される。当該位置検出センサ３０９は、前述同様
に受光面に形成される光スポットの位置に応じた信号を
出力し、この位置検出センサ３０９からの出力信号が、
ビーム入射位置検出回路３０３に送られる。

【００３１】当該ビーム入射位置検出回路３０３は、上
記位置検出センサ３０９の出力信号に基づいて、伝送対
象の光空間伝送装置からの受信光ビームＬＡ２の射出位
置を検出し、この受信光ビームＬＡ２の射出位置を基準
にして送信光ビームＬＡ１の照射位置のずれを検出し
て、この検出信号を偏差電圧として上記電磁駆動のリニ
アモータを駆動する駆動回路３０４に送る。当該駆動回
路３０４は、上記偏差電圧に基づいてリニアモータを駆
動することで、送信光ビームＬＡ１の出射方向の調整が
なされることになる。

【００３２】しかし、上述したジンバル機構を使用する
光空間伝送装置においては、慣性の原理を応用したシス
テムであるためジンバル機構が大型化し、逆に光学系を
小型軽量化すると十分な慣性が利用し難くなり、したが
って、装置全体の小型化には不向きとなる。

【００３３】また、慣性の原理を十分に活用するには、
光学系の重心を精度良く支持することが必要であるが、
現実的には伝送に必要なハーネス、同軸ケーブル等によ
るメカ的アンバランスが発生することは避けられず、製
造、調整に多くの工数がかかる。

【００３４】そこで、本発明は、上述したようなことに
鑑み、熱変位や揺れに追従可能なサーボ機構を実現でき
ると共に、メンテナンスが容易で、コストの増加を防ぐ
ことができ、さらに、装置の小型化も可能な光空間伝送
装置を提供することを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明の光空間伝送装置
は、上述の目的を達成するために提案されたものであ
り、送信信号に応じて変調した光を送信光として出射す
る送信光出射手段と、照射された光を電気信号に変換す
る受光手段と、上記送信光出射手段からの送信光を外部
に出射すると共に外部から入射した変調された受信光を
上記受光手段上に照射する光学系と、上記光学系を介し
て受光手段で受光して得た電気信号を復調する復調手段
とを有するものである。ここで、本発明の光空間伝送装
置は、平面と凹状の曲面とを有する第１のレンズと、平
面と上記第１のレンズの凹状の曲面の曲率に略等しい曲
率の凸状の曲面とを有する第２のレンズとからなり、上
記凹状の曲面と上記凸状の曲面を対向させて配置し、上
記第１のレンズと第２のレンズを各々の曲面の曲率中心
を回転軸として相対的に移動させることで、光軸を可変
にする光軸可変素子を、上記光学系に設けてなるもので
ある。

【００３６】また、上記光軸可変素子は、上記第１のレ
ンズと第２のレンズを各々の曲面の曲率中心を回転軸と
して相対的に移動させるモータを備えてなる。

【００３７】

【作用】本発明によれば、平面と凸状の曲面を有する第
１のレンズと、平面と凹状の曲面を有する第２のレンズ
を、それぞれの曲面で組み合わせ、両者の相対的位置を
それぞれの曲率中心を回転軸として変位させることによ
り、光軸を曲げ、光ビーム制御を可能としている。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。先ず、図１には本発明実施例の光空
間伝送装置の外観を示す。この図１において、光空間伝
送装置３０は、電源装置３１から供給される電源で駆動
し得るようになされている。

【００３９】すなわち、電源装置３１は、内部にバッテ
リを収納し、前面に設けられた電源スイッチ３１Ａがオ
ン操作されると、ケーブル３１Ｂを介して当該バッテリ
の電源を光空間伝送装置本体３４に供給する。

【００４０】これにより光空間伝送装置本体３４は、電
源装置３１側に設けられた電源スイッチ３１Ａの操作に
応動して動作状態に立ち上がる。このように本実施例の
光空間伝送装置３０においては、電源装置３１側で簡易
にバッテリを交換できるようになっている。

【００４１】光空間伝送装置本体３４は、架台３５上に
搭載されて所定位置に設置し得るようになされ、操作パ
ネル上の表示画面３６を介して、必要に応じて当該光空
間伝送装置本体３４から出射される光ビームＬＡ１の照
射位置を確認し得るようになされている。また、光空間
伝送装置本体３４は、上記操作パネルにイニシャライズ
スイッチ３７が設けられており、当該イニシャライズス
イッチ３７がオン操作されると、光ビームの照射位置調
整機構を動作中心に設定し直すようになされている。さ
らに、光空間伝送装置本体３４は、イニシャライズスイ
ッチ３７の下に照射位置調整用の操作子３８Ａ〜３８Ｄ
を有し、当該操作子３８Ａ〜３８Ｄをオン操作すると、
それぞれ操作子３８Ａ〜３８Ｄに対応して光ビームＬＡ
１の照射位置を上下左右の４方向に調整できるようにな
っている。

【００４２】次に、光空間伝送装置本体３４は、上述の
ように光ビームＬＡ１の照射位置を調整した後、サーボ
スイッチ３９がオン操作されると、伝送対象から到来す
る光ビームＬＡ２を基準にして光ビームＬＡ１の照射位
置を補正し、さらに当該補正状態を発光素子４０Ａ，４
０Ｂの点灯によって目視確認できるようになっている。

【００４３】また、サーボスイッチ３９の下には、モニ
タスイッチ４１及びズーム操作子４２が配置され、当該
モニタスイッチ４１がオン操作されると表示画面がオン
状態に切り換えられ、ズーム操作子４２がオン操作され
ると上記表示画面の拡大率が可変される。

【００４４】表示画面３６の下には、モニタ用のインジ
ケータ４３が配置され、当該インジケータ４３の指針に
より、伝送対象から到来するビームＬＡ２の光強度をモ
ニタし得るようになされている。

【００４５】さらに、操作パネルには、コネクタ４４及
び４５も配置され、ここから受信した映像信号，音声信
号及び連絡用の信号をそれぞれ外部に出力できるように
なっている。

【００４６】次に、本実施例の光空間伝送装置の伝送光
学系の構成について図２を用いて説明する。なお、この
図２では図示を省略しているが、本実施例の光空間伝送
装置にも、前述した図１１同様のビームモニタ光学系
や、双方向光学系の偏光プリズム２１３及びこの偏光プ
リズム２１３の４５度反射面を回転させて所望の偏光面
の光のみを透過させるためのモータ２３０等が設けられ
ている。

【００４７】この図２において、光空間伝送装置は、そ
の筐体内部に、伝送光学系４８を収納し、当該伝送光学
系４８を介して伝送対象との間で光ビームＬＡ１及びＬ
Ａ２を送受する。

【００４８】駆動回路５０は、端子４９を介して供給さ
れる伝送に供する所望の情報信号Ｓ１によってレーザダ
イオード５１を駆動する。当該レーザダイオード５１
は、光空間伝送装置筐体の水平軸に対して約４５°だけ
偏波面Ｗ１の傾いた光ビームＬＡ１を出射するように、
光空間伝送装置の筐体に対して所定の傾きで保持されて
いる。レーザダイオード５１から出射される光ビームＬ
Ａ１はレンズ５２によって平行光線に変換された後、上
記偏波面Ｗ１の光ビームＬＡ１を透過する偏光プリズム
（偏光ビームスプリッタ）５３を介し、さらにレンズ５
４及び大口径レンズ５５を介して後述する光軸制御用の
第１のレンズ１００及び第２のレンズ１０１に導かれ
る。なお、図２では図示の都合上、第１のレンズ１００
及び第２のレンズ１０１を離して描いているが、実際に
は後述する図７及び図８のように凹面と凸面がわずかな
隙間を残して近接している。

【００４９】このとき、レンズ１００，１０１は、矢印
ｃ及びｄで示すようにモータ６０及び６１によってそれ
ぞれの曲率中心を回転軸として回転駆動されるようにな
されている。すなわち上記モータ６０及び６１によって
回転駆動されることで、上記レンズ１００，１０１は当
該レンズの曲率面にそって回転する。また、上記モータ
６０及び６１は、後述するサーボ回路５８から出力され
る駆動信号ＳＸ２及びＳＹ２に基づいて駆動されるもの
である。

【００５０】一方、伝送対象（相手側の光空間伝送装
置）から到来する光ビームＬＡ２は、上記光ビームＬＡ
１の光路を逆進し、偏光プリズム５３に入射する。ここ
で、光ビームＬＡ２は、上記光ビームＬＡ１の偏波面Ｗ
１に対して直交する偏波面Ｗ２の光となされて伝送対象
から出射されてくるものである。このため、当該光ビー
ムＬＡ２は、上記偏光プリズム５３によって反射され、
ハーフミラー６２に入射する。当該ハーフミラー６２を
透過した光ビームＬＡ２は、レンズ６３によって受光素
子６４上に集光される。なお、ハーフミラー６２の代わ
りにビームスプリッタを用いることも可能である。

【００５１】当該受光素子６４は、光ビームＬＡ２を受
光して電気信号に変換し、この電気信号を信号処理回路
６５に出力する。当該信号処理回路６５では、上記光ビ
ームＬＡ２に基づく電気信号を復調して情報信号Ｓ２を
得る。この情報信号Ｓ２は、伝送対象から送信された情
報信号であり、この情報信号Ｓ２は前述した図１１のよ
うに出力端子から出力されると共に、撮像信号処理回路
７２に送られる。

【００５２】当該撮像信号処理回路７２では、上記情報
信号Ｓ２からモニタ装置７３への映像信号を形成する。
当該モニタ装置７３は前記表示画面３６と対応し、上記
撮像信号処理回路７２からの映像信号に基づく映像を表
示する。

【００５３】また、上記ハーフミラー６２によって反射
された光ビームＬＡ２は、図３に示すフィルタ特性のフ
ィルタ６６を介し、さらに集光レンズ６７によって位置
検出センサ６８の受光面上に集光される。

【００５４】ここで、位置検出センサ６８は、受光面に
形成される光スポットの位置に応じた出力信号ＩＸ１〜
ＩＹ２を出力する２次元の位置検出センサで形成され、
当該光空間伝送装置本体３４に対する光ビームＬＡ２の
出射位置を高い精度で検出し得るようになっている。

【００５５】当該位置検出センサ６８の出力信号ＩＸ１
〜ＩＹ２は、サーボ回路５８に送られる。このサーボ回
路５８は、当該出力信号ＩＸ１〜ＩＹ２について、後述
する加減算処理等を実行してエラー信号を生成し、当該
エラー信号に基づいた駆動信号ＳＸ２，ＳＹ２を出力
し、この駆動信号ＳＸ２，ＳＹ２がモータ６０，６１に
送られる。したがって、上記レンズ１００，１０１を介
する光ビームＬＡ１の出射方向は、上記サーボ回路５８
からの駆動信号ＳＸ２及びＳＹ２に基づいて調整される
ことになる。

【００５６】すなわち、本実施例の光空間伝送装置にお
いては、上記サーボ回路５８からの駆動信号ＳＸ２及び
ＳＹ２に基づいてレンズ１００，１０１を可動すること
で、例えば当該光空間伝送装置本体３４が風等で振動し
た場合でも、光ビームＬＡ１を確実に伝送対象に照射で
きるようになされている。言い換えれば、本実施例の光
空間伝送装置は、サーボ回路５８が位置検出センサ６８
の出力信号ＩＸ１〜ＩＹ２に基づいてレンズ１００，１
０１を可動して、光ビームＬＡ１の照射位置を補正する
ことで、確実に情報を送受し得るようになっている。な
お、図示は省略しているが、上記サーボ回路５８は、上
記光学系を一体化して内蔵する鏡筒を回転させるための
サーボ信号をも生成するものであり、本実施例ではこの
サーボ信号に応じて鏡筒を回転させることで、上記光ビ
ームＬＡ１の偏波面Ｗ１をも補正可能となっている。

【００５７】また、上記サーボ回路５８は、前記サーボ
スイッチ３９及びイニシャライズスイッチ３７の操作に
応動してシステム制御回路７７から出力される制御信号
ＳＣ２に応じて、動作状態に立ち上がるようになされて
いる。

【００５８】より具体的に説明すると、上述したような
サーボ回路５８による光ビームＬＡ１の照射位置の補正
は、以下の図４〜図８のような構成によって実現されて
いる。なお、図４の光学系は図示を簡略化するため図２
の光学系の主要部のみを示している。

【００５９】この図４において、光学系は、大別すると
伝送光学系１３０と後述する光軸制御部１４０とから構
成されており、上記サーボ回路５８はビーム入射位置検
出回路８０とサーボ信号出力回路９１及び駆動回路８１
（８１Ｘ，８１Ｙ）とから構成されている。

【００６０】この図４の上記サーボ回路５８において、
上記位置検出センサ６８の出力信号ＩＸ１〜ＩＹ２は、
Ｘ方向位置検出回路８６Ｘ及びＹ方向位置検出回路８６
Ｙに与えられる。これらＸ方向位置検出回路８６Ｘ及び
Ｙ方向位置検出回路８６Ｙは次に述べるようにしてエラ
ー信号ＶＥＲＸ，ＶＥＲＹを検出する。

【００６１】すなわち、図５に示すように、Ｘ方向位置
検出回路８６Ｘは、位置検出センサ６８の出力信号ＩＸ
１及びＩＸ２をそれぞれ対応する電流電圧変換回路８７
Ａ及び８７Ｂに与える。上記電流電圧変換回路８７Ａ及
び８７Ｂから出力される出力信号ＶＸ１，ＶＸ２は、そ
れぞれ加算回路８８Ａ及び減算回路８８Ｂに送られる。
これら加算回路８８Ａからの加算信号と減算回路８８Ｂ
からの減算信号は、割り算回路８９に送られる。当該割
り算回路８９は、上記減算回路８８Ｂから出力される減
算信号を、加算回路８８Ａから出力される加算信号で割
り算し、当該割り算結果をエラー信号ＶＥＲＸとして出
力する。

【００６２】ここで、位置検出センサ６８においては、
図６に示すように、光電変換膜でなる受光面に光ビーム
ＬＡ２が集光されると、当該光ビームＬＡ２の集光位置
に応じて抵抗層に電流が流れ、出力電流Ｉ１及びＩ２の
比が変化する。

【００６３】これにより、割り算回路８９を介して、次
の関係式で表されるＸ方向のエラー信号ＶＥＲＸを得る
ことができ、光ビームＬＡ２の集光位置を検出すること
ができる。なお、当該式のＫ１は定数を表す。

【００６４】ＶＥＲＸ＝Ｋ１（ＩＸ１−ＩＸ２）／（Ｉ
Ｘ１＋ＩＸ２）

【００６５】また、Ｙ方向位置検出回路８６Ｙは、位置
検出センサ６８からの出力信号ＩＹ１，ＩＹ２を用いて
上述同様の電流電圧変換及び加減算と割り算とを実行し
て、Ｙ方向のエラー信号ＶＥＲＹを生成出力する。これ
により、当該エラー信号ＶＥＲＸ及びＶＥＲＹに基づい
て、光ビームＬＡ２の位置ずれを検出することができ
る。

【００６６】サーボ信号出力回路９１では、上記エラー
信号ＶＥＲＸ及びＶＥＲＹに基づいて駆動回路８１Ｘ及
び８１Ｙを制御し、上記駆動回路８１Ｘ及び８１Ｙから
の駆動信号ＳＸ２及びＳＹ２によって前記レンズ１０
０，１０１を回動するためのモータ６０，６１が駆動さ
れる。これにより、レンズ１００，１０１を介して出射
される光ビームＬＡ１の照射位置を補正することができ
る。

【００６７】次に、図２のシステム制御回路７７は、演
算処理回路で構成され、図１の当該光空間伝送装置３０
全体を制御する。すなわち、システム制御回路７７は、
図１の電源装置３１から電源が供給されるとサーボ回路
５８に対して制御信号ＳＣ２を送り、当該光空間伝送装
置本体３４をサーボ状態に立ち上げる。

【００６８】この状態で例えばイニシャライズスイッチ
３７がオン操作されると、システム制御回路７７は、制
御信号ＳＸ１，ＳＹ１を出力してモータ６０及び６１を
駆動し、レンズ１００，１０１を回動中心の位置に設定
する。これにより、システム制御回路７７は、当該光空
間伝送装置３０を、光ビームＬＡ１の照射位置調整用の
初期状態に設定する。

【００６９】また、システム制御回路７７は、操作子３
８Ａ〜３８Ｄがオン操作されると、当該操作子３８Ａ〜
３８Ｄの操作に応動してサーボ回路５８に制御信号ＳＸ
及びＳＹ出力し、レンズ１００，１０１を回動させる。

【００７０】さらにこのとき、システム制御回路７７
は、モニタスイッチ４１がオン操作されると、前記信号
処理回路６５からの撮像信号である情報信号Ｓ２を映像
信号に変換してモニタ装置７３に送る撮像信号処理回路
７２に対して制御信号ＳＣ１を出力し、これによりモニ
タ装置７３の前記表示画面３６に表示がなされる。

【００７１】したがって、ユーザにおいては、イニシャ
ライズスイッチ３７をオン操作した後、操作子３８Ａ〜
３８Ｄを操作することにより、簡易に光ビームＬＡ１の
照射位置を調整し得、この調整後にサーボスイッチ３９
をオン操作することにより、伝送対象に対して光ビーム
ＬＡ１を確実に照射することができる。

【００７２】これに対して電源の供給が中断或いは光ビ
ームＬＡ１，ＬＡ２間に例えば鳥などの障害物がきた場
合には、レンズ位置検出センサ１１０，１１１より出力
されている位置情報を、システム制御回路７７内のマイ
コンが記憶するようになされている。

【００７３】これにより、システム制御回路７７におい
ては、例えば通信を中断してバッテリを交換した場合や
障害物によって通信が中断されたときでも、これら中断
後（バッテリの交換後、障害物の通過後）、速やかに通
信を再開し得るようになされている。

【００７４】ところで、例えば電源が立ち上がる度にレ
ンズ１００，１０１を回動して初期状態に設定するよう
にすれば、上記イニシャライズスイッチ３７を省略して
その分操作子の数を低減することも可能である。しか
し、このようにすると、例えば上述のようにバッテリを
交換しただけの場合でも、その都度不必要に光ビームＬ
Ａ１の照射位置が初期化されてしまうようになり、その
都度光ビームＬＡ１の照射位置を調整し直す必要性がで
てくる。このようなことから、本実施例では、上記イニ
シャライズスイッチ３７を別途設けるようにしており、
電源の立ち上げに伴って当該光空間伝送装置本体３４で
のサーボ動作が開始されるようにすることで、電源立ち
上げ時の調整作業を省略できるようにし、また必要な場
合のみサーボ状態を解除し得るようにしている。かくし
て、光空間伝送装置３４においては、通信を中断した場
合は、電源の供給を開始することにより、即座に通信を
再開することができる。このように、当該光空間伝送装
置３０の使い勝手は良好になされている。

【００７５】また、システム制御回路７７は、サーボ状
態に立ち上がると、発光素子４０Ａを点灯させる。この
状態で、システム制御回路７７は、サーボ回路５８のエ
ラー信号ＶＥＲＸ及びＶＥＲＹに基づいて、位置検出セ
ンサ６８の受光面において光ビームＬＡ２が所定範囲内
に集光されていることを知ると、サーボロックの状態で
あると判断し、発光素子４０Ｂを点灯させる。したがっ
て、発光素子４０Ａが点灯し、発光素子４０Ｂが点灯し
ていない場合は、光ビームＬＡ１の照射位置を補正し得
ない状態であると判断することができる。

【００７６】これにより、ユーザにおいては、イニシャ
ライズスイッチ３７及び操作子３８Ａ〜３８Ｄを改めて
操作して光ビームＬＡ１の照射位置を調整し直した後、
サーボスイッチ３９をオン操作することにより、伝送対
象に対して確実に光ビームＬＡ１を照射することができ
る。

【００７７】さらに、システム制御回路７７は、イニシ
ャライズスイッチ３７がオン操作されない限り操作子３
８Ａ〜３８Ｄがオン操作されても、当該オン操作を無視
するようになされている。これにより、ユーザの誤操作
を有効に回避することが可能となる。

【００７８】ところで、レンズ１００，１０１の回動量
が余りに大きくなると、例えば左側の大きな変位にはサ
ーボ動作が追従し得ても、右側の大きな変位には追従し
得ないような場合が発生する。

【００７９】このため、システム制御回路７７は、モー
タ６０及び６１の移動軸に設けられた位置検出センサ１
１０及び１１１によって、上記レンズ１００，１０１の
移動量を検出し、当該移動量が所定値以上になると、表
示画面３６上にアラーム表示するようにもしている。

【００８０】次に、上記レンズ１００，１０１を回動さ
せることによる光ビームＬＡ１の照射位置のサーボ機能
すなわち光軸サーボ機能について、図７，図８，図９を
用いて説明する。

【００８１】本実施例の光空間伝送装置の光軸制御部１
４０内には、図７に示すような平凹レンズ３と平凸レン
ズ２とからなる光軸可変素子１が設けられている。上記
平凹レンズ３は平面部３ａと凹曲面３ｂを有し、平凸レ
ンズ２は平面部２ａと凸曲面部２ｂを有している。これ
ら平凹レンズ３と平凸レンズ２は同一の屈折率を有する
硝子材によって作成されている。また、上記凹曲面３ｂ
と凸曲面２ｂの曲率は、実質的に同一になされている。
さらに、平凹レンズ３と平凸レンズ２はそれぞれ凹曲面
３ｂと凸曲面２ｂが組み合わされるように配置されてい
る。なお、凹曲面３ｂと凸曲面２ｂの間には、僅かな隙
間が設けられている。

【００８２】ここで、図７に示すように、平凹レンズ３
と平凸レンズ２が、平面部３ａと平面部２ａが平行にな
るような位置関係にあるときには、平凸レンズ２側の光
軸４と平凹レンズ３側の光軸５は一致する。

【００８３】これに対して、図８に示すように、平凹レ
ンズ３と平凸レンズ２が、平面部３ａと平面部２ａのな
す角度がθになるように、相対的に移動した場合には、
平凸レンズ２側の光軸４は平凹レンズ３側の光軸５に対
してφだけ曲げられることになる。すなわち、平凹レン
ズ３と平凸レンズ２の硝子材の屈折率をｎとすると、θ
とφの間には、次式が成立する。

【００８４】ｓｉｎφ＝ｎｓｉｎθ

【００８５】この関係をグラフに図示すると、図９のよ
うになる。図９は、横軸がθ、縦軸がφのそれぞれ角度
を単位にして表している。この図から明らかなように、
θが数度の範囲ではφと略比例の関係にある。

【００８６】このように本実施例の光空間伝送装置の光
軸可変素子によれば、当該光軸可変素子を同一硝子材よ
りなる２枚のレンズで構成し、その一方を平面と凹面か
ら構成されるレンズ、他方を平面と凸面から構成される
レンズとし、上記凹面と凸面の曲率を同じか極近いもの
とし、両者を組み合わせて曲面に沿って両者の相対的位
置を変えると、両レンズの平面の間の角度が変わり、光
軸の角度を変更できる楔型のプリズムとして作用するよ
うになる。

【００８７】したがって、本実施例の光空間伝送装置
は、上述のような光軸可変素子をセンサと組み合わせて
制御システムを構成し、主光学系のレンズ部の前部（大
口径レンズ前）に取り付けることにより、熱変位や揺れ
などの外乱に対して追従可能な光軸サーボ機構を実現で
きると共に、メンテナンスが容易で、コストの増加を防
ぐたとができ、さらに、装置の小型化も可能となってい
る。

【００８８】すなわち、本発明実施例の光空間伝送装置
においては、主光学系（大口径レンズ５５からレーザダ
イオード５１及びフォトダイオード６４までを含む光学
ブロック（伝送光学系１３０）と、光軸制御部１４０と
を切り離すことが可能であるため、光路長を短くでき、
装置の小型化に有利であり、かつ装置への後付けも可能
となる。

【００８９】また、本実施例装置においては、光軸に対
して一直線となるように光学系を配置できるため、収差
を考慮する必要がなく、シンプルで安価な光学系を使用
することができる。

【００９０】さらに、光軸制御部１４０は、可動部が前
記第１のレンズ１００と第２のレンズ１０１の２つだけ
であるため、小型，軽量化に適しており、かつ低消費電
力で高速応答が可能となる。また、当該光軸制御部１４
０は、前記第１のレンズ１００と第２のレンズ１０１か
らなる簡単な光学系で構成できるため、調整組み立て工
数も削減できる。

【００９１】また、光軸制御部１４０の可動部は、レン
ズの回転機構のみで光軸の制御が可能であるため、効率
の高い駆動モータ（例えばボイスコイルモータ等）を利
用することができる。

【００９２】

【発明の効果】本発明の光空間伝送装置においては、平
面と凸状の曲面を有する第１のレンズと、平面と凹状の
曲面を有する第２のレンズを、それぞれの曲面で組み合
わせ、両者の相対的位置をそれぞれの曲率中心を回転軸
として変位させることにより、光軸を曲げ、光ビーム制
御を可能としており、したがって、熱変位や揺れに追従
可能な光軸サーボ機構を実現できると共に、メンテナン
スが容易で、コストの増加を防ぐことができ、さらに、
装置の小型化も可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の光空間伝送装置の外観図であ
る。

【図２】本実施例の光空間伝送装置の主要構成要素を概
略的に示す図である。

【図３】フィルタの特性を示す特性図である。

【図４】伝送光学系と光軸制御部及びサーボ回路につい
て説明するための図である。

【図５】位置検出回路の具体的構成を示すブロック回路
図である。

【図６】位置検出センサの具体的構成を示す図である。

【図７】光軸制御部の主要部の断面を示し、第１のレン
ズと第２のレンズの光軸が一致した状態を説明するため
の図である。

【図８】光軸制御部の主要部の断面を示し、第１のレン
ズと第２のレンズの光軸を変位させた状態を説明するた
めの図である。

【図９】第１のレンズと第２のレンズとの平面部がなす
角と、光軸の変位角との関係を説明するための図であ
る。

【図１０】光空間伝送装置における双方向伝送について
説明するための図である。

【図１１】ミラーとレンズの駆動によってビーム方向を
可変する従来の光空間伝送装置の構成を示す図である。

【図１２】ジンバル機構によってビーム方向を可変する
従来の光空間伝送装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

５１ レーザダイオード ５３ 偏光プリズム ５５ 大口径レンズ ５８ サーボ回路 ６０，６１ モータ ６２ ハーフミラー ６４ フォトダイオード ６８ 位置検出センサ ７７ システム制御回路 １００ 第１のレンズ １０１ 第２のレンズ １１０，１１１ レンズ位置検出センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信信号に応じて変調した光を送信光と
   して出射する送信光出射手段と、照射された光を電気信
   号に変換する受光手段と、上記送信光出射手段からの送
   信光を外部に出射すると共に外部から入射した変調され
   た受信光を上記受光手段上に照射する光学系と、上記光
   学系を介して受光手段で受光して得た電気信号を復調す
   る復調手段とを有する光空間伝送装置において、 平面と凹状の曲面とを有する第１のレンズと、平面と上
   記第１のレンズの凹状の曲面の曲率に略等しい曲率の凸
   状の曲面とを有する第２のレンズとからなり、上記凹状
   の曲面と上記凸状の曲面を対向させて配置し、上記第１
   のレンズと第２のレンズを各々の曲面の曲率中心を回転
   軸として相対的に移動させることで、光軸を可変にする
   光軸可変素子を、上記光学系に設けてなることを特徴と
   する光空間伝送装置。
2. 【請求項２】 上記光軸可変素子は、上記第１のレンズ
   と第２のレンズを各々の曲面の曲率中心を回転軸として
   相対的に移動させるモータを備えてなることを特徴とす
   る請求項１記載の光空間伝送装置。