JPH087622B2 - 光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装置 - Google Patents
光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装置Info
- Publication number
- JPH087622B2 JPH087622B2 JP2279460A JP27946090A JPH087622B2 JP H087622 B2 JPH087622 B2 JP H087622B2 JP 2279460 A JP2279460 A JP 2279460A JP 27946090 A JP27946090 A JP 27946090A JP H087622 B2 JPH087622 B2 JP H087622B2
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- deflection system
- tracking mirror
- distance
- laser beam
- optical
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、移動体との通信を光空間伝送方式で行な
う場合のデュアルサーボ制御装置に関するものである。
う場合のデュアルサーボ制御装置に関するものである。
第６図は、例えば計測自動制御学会論文集Vol.23,No.
10,PP.1017〜1023（1987）で報告されている従来のレー
ザビームの方位制御装置の構成を示す斜視図である。た
だし、この文献には写真が掲載されていたため、ほぼ同
じ構成をもつ日本ロボット学会誌Vol.6,No.1,PP.26〜34
（1988）の図を用いて説明する。第６図において、３は
レーザビーム、11はレーザ発振器、12は追尾ミラー、51
はコリメータレンズ、52は直角プリズム、53はハーフミ
ラー、54は全反射ミラー、55は追尾ミラー12を直交した
２軸で駆動するハーモニックギアをもった２台のステッ
ピングモータ、56は通信の相手側に設けられたコーナキ
ューブ、57は戻ってきたレーザビーム３を集光するレン
ズ、58は戻ってきたレーザビーム３の位置を検出する二
次元ポジションセンサである。
10,PP.1017〜1023（1987）で報告されている従来のレー
ザビームの方位制御装置の構成を示す斜視図である。た
だし、この文献には写真が掲載されていたため、ほぼ同
じ構成をもつ日本ロボット学会誌Vol.6,No.1,PP.26〜34
（1988）の図を用いて説明する。第６図において、３は
レーザビーム、11はレーザ発振器、12は追尾ミラー、51
はコリメータレンズ、52は直角プリズム、53はハーフミ
ラー、54は全反射ミラー、55は追尾ミラー12を直交した
２軸で駆動するハーモニックギアをもった２台のステッ
ピングモータ、56は通信の相手側に設けられたコーナキ
ューブ、57は戻ってきたレーザビーム３を集光するレン
ズ、58は戻ってきたレーザビーム３の位置を検出する二
次元ポジションセンサである。
次に、動作について説明する。レーザ発振器11より発
射されたレーザビーム３は、コリメータレンズ51、直角
プリズム52、ハーフミラー53及び全反射ミラー54を介し
て追尾ミラー12の中心に入る。追尾ミラー12は直交した
２台のステッピングモータ55によりハーモニックギアを
介して駆動され、これにより、レーザビーム３は三次元
空間の任意の方位に制御可能となる。レーザビーム３が
相手側のコーナキューブ56を照射したとき、その反射光
はコーナキューブ56の中心からのずれ量の２倍だけずれ
て追尾ミラー12に戻される。さらに、全反射ミラー54及
びハーフミラー53を経てレンズ57で集光され、二次元ポ
ジションセンサ58により検出される。二次元ポジション
センサ58の受光位置情報とステッピングモータ55の操作
量から算出された追尾ミラー12の角度情報は、図示しな
いマイクロコンピュータに入力され、マイクロコンピュ
ータは入力された情報からステッピングモータ55の操作
量を決定し、レーザビーム３がコーナキューブ56の中心
を指向するよう追尾ミラー12を制御する。
射されたレーザビーム３は、コリメータレンズ51、直角
プリズム52、ハーフミラー53及び全反射ミラー54を介し
て追尾ミラー12の中心に入る。追尾ミラー12は直交した
２台のステッピングモータ55によりハーモニックギアを
介して駆動され、これにより、レーザビーム３は三次元
空間の任意の方位に制御可能となる。レーザビーム３が
相手側のコーナキューブ56を照射したとき、その反射光
はコーナキューブ56の中心からのずれ量の２倍だけずれ
て追尾ミラー12に戻される。さらに、全反射ミラー54及
びハーフミラー53を経てレンズ57で集光され、二次元ポ
ジションセンサ58により検出される。二次元ポジション
センサ58の受光位置情報とステッピングモータ55の操作
量から算出された追尾ミラー12の角度情報は、図示しな
いマイクロコンピュータに入力され、マイクロコンピュ
ータは入力された情報からステッピングモータ55の操作
量を決定し、レーザビーム３がコーナキューブ56の中心
を指向するよう追尾ミラー12を制御する。
第７図（ａ），（ｂ）はコーナキューブ56を10m離し
た位置に設置し、半径0.26m、角速度57.3deg/sで回転さ
せたときのステッピングモータ55の直交する２軸の追従
特性であり、横軸は時間、縦軸はずれ量を示し、第７図
（ａ）はパン（水平）方向のずれ角ζ、第７図（ｂ）は
チルト（上下）方向のずれ角ηを示す。回転が一定の場
合には±0.01deg以内で追従するが、回転の最初のとこ
ろではコーナキューブ56が大きな加速度をもつため、追
従誤差が大きくなっている。
た位置に設置し、半径0.26m、角速度57.3deg/sで回転さ
せたときのステッピングモータ55の直交する２軸の追従
特性であり、横軸は時間、縦軸はずれ量を示し、第７図
（ａ）はパン（水平）方向のずれ角ζ、第７図（ｂ）は
チルト（上下）方向のずれ角ηを示す。回転が一定の場
合には±0.01deg以内で追従するが、回転の最初のとこ
ろではコーナキューブ56が大きな加速度をもつため、追
従誤差が大きくなっている。
従来のレーザビームの方位制御装置は以上のように構
成されており、大きな加速度をもつ移動体に対しては追
従誤差が大きくなるという課題があった。
成されており、大きな加速度をもつ移動体に対しては追
従誤差が大きくなるという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するために成され
たものであり、高速な応答と高い分解能を併せ持つ光空
間伝送システムのデュアルサーボ制御装置を得ることを
目的とする。
たものであり、高速な応答と高い分解能を併せ持つ光空
間伝送システムのデュアルサーボ制御装置を得ることを
目的とする。
この発明に係る光空間伝送システムのデュアルサーボ
制御装置は、相互間の距離が変動する複数の通信局から
なり、通信局の各々は、他方の通信局に対して送信され
るレーザビームの方向を設定するための追尾ミラーと、
追尾ミラーを回転制御するための偏向系と、他方の通信
局から送信されるレーザビームを受信するための光位置
検出器と、光位置検出器から出力される位置検出情報に
基づいて偏向系を制御するための距離補償器とを備え、
各通信局の光位置検出器に対して相互に送信される各レ
ーザビームの方向を制御するものであって、光位置検出
器は、他方の通信局からのレーザビームの受光位置と基
準位置との位置偏差を位置検出情報として出力し、距離
補償器は、通信局間の距離を計測してその逆数を求める
計測距離処理手段と、位置偏差に通信局間の距離の逆数
を乗じる演算手段とを有し、偏向系は、追尾ミラーによ
り方向が設定されるレーザビームを光位置検出器上の基
準位置に向けて偏向制御するために、距離補償器の出力
に応じて追尾ミラーを回転制御する精密偏向系と、精密
偏向系から出力された追尾ミラーの回転角を検出する角
度センサと、追尾ミラーの回転角に応じて、精密偏向系
と同軸上で追尾ミラーを回転制御する粗偏向系とを有
し、粗偏向系は、精密偏向系よりも粗い分解能を有する
ものである。
制御装置は、相互間の距離が変動する複数の通信局から
なり、通信局の各々は、他方の通信局に対して送信され
るレーザビームの方向を設定するための追尾ミラーと、
追尾ミラーを回転制御するための偏向系と、他方の通信
局から送信されるレーザビームを受信するための光位置
検出器と、光位置検出器から出力される位置検出情報に
基づいて偏向系を制御するための距離補償器とを備え、
各通信局の光位置検出器に対して相互に送信される各レ
ーザビームの方向を制御するものであって、光位置検出
器は、他方の通信局からのレーザビームの受光位置と基
準位置との位置偏差を位置検出情報として出力し、距離
補償器は、通信局間の距離を計測してその逆数を求める
計測距離処理手段と、位置偏差に通信局間の距離の逆数
を乗じる演算手段とを有し、偏向系は、追尾ミラーによ
り方向が設定されるレーザビームを光位置検出器上の基
準位置に向けて偏向制御するために、距離補償器の出力
に応じて追尾ミラーを回転制御する精密偏向系と、精密
偏向系から出力された追尾ミラーの回転角を検出する角
度センサと、追尾ミラーの回転角に応じて、精密偏向系
と同軸上で追尾ミラーを回転制御する粗偏向系とを有
し、粗偏向系は、精密偏向系よりも粗い分解能を有する
ものである。
この発明においては、追尾ミラーの回転制御は分解能
が異なる２種類のアクチュエータにより行なわれるとと
もに、距離補償器により通信局間の距離が補償され、通
信局間の距離にかかわらず高速な応答と高い分解能が同
時に達成される。
が異なる２種類のアクチュエータにより行なわれるとと
もに、距離補償器により通信局間の距離が補償され、通
信局間の距離にかかわらず高速な応答と高い分解能が同
時に達成される。
以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第
１図はこの実施例による光空間伝送システムのデュアル
サーボ制御装置のブロック構成を示し、５は光位置検出
器、ｄは移動体の移動に起因する外乱、22は通信局間の
距離の逆数を乗じる距離補償器、24は光位置検出器５に
より検出された偏差、25は伝達関数G2（Ｓ）を有する精
密偏向制御器、26は伝達関数H2（Ｓ）を有する精密偏向
系、θ２は精密偏向系26から出力される回転角θ２、28
は回転角θ２を検出する角度センサ、29は伝達関数G
1（Ｓ）を有する粗偏向制御器、30は伝達関数H1（Ｓ）
を有する粗偏向系であり、精密偏向系26と同軸上で追尾
ミラー12を回転させる。θ１は粗偏向系30から出力され
た追尾ミラー12の回転角、32は２台の対向する通信局間
の距離Ｌである。
１図はこの実施例による光空間伝送システムのデュアル
サーボ制御装置のブロック構成を示し、５は光位置検出
器、ｄは移動体の移動に起因する外乱、22は通信局間の
距離の逆数を乗じる距離補償器、24は光位置検出器５に
より検出された偏差、25は伝達関数G2（Ｓ）を有する精
密偏向制御器、26は伝達関数H2（Ｓ）を有する精密偏向
系、θ２は精密偏向系26から出力される回転角θ２、28
は回転角θ２を検出する角度センサ、29は伝達関数G
1（Ｓ）を有する粗偏向制御器、30は伝達関数H1（Ｓ）
を有する粗偏向系であり、精密偏向系26と同軸上で追尾
ミラー12を回転させる。θ１は粗偏向系30から出力され
た追尾ミラー12の回転角、32は２台の対向する通信局間
の距離Ｌである。
第２図は光空間伝送システムの基本構成を示し、１は
ロボット局、２は通信を行なう送受信部、３は送受信部
２から発射されたレーザビーム、４は中継局、５はレー
ザビーム３の位置を検出する光位置検出器、６はレーザ
ビーム３を方位制御する偏向系、７は通信局1,4を移動
させる移動体である。２台の通信局1,4は同一の構成を
もち、対向して設置されており、移動体７上に設けられ
たロボット局１とそれに対向して設置された中継局４か
らなる。
ロボット局、２は通信を行なう送受信部、３は送受信部
２から発射されたレーザビーム、４は中継局、５はレー
ザビーム３の位置を検出する光位置検出器、６はレーザ
ビーム３を方位制御する偏向系、７は通信局1,4を移動
させる移動体である。２台の通信局1,4は同一の構成を
もち、対向して設置されており、移動体７上に設けられ
たロボット局１とそれに対向して設置された中継局４か
らなる。
第３図は光空間伝送システムにおけるレーザビーム３
の方位制御動作を実現する偏向系の基本構成を示し、５
は通信する相手側に設けられたレーザビーム３の位置を
検出するための光位置検出器、12はレーザビーム３を方
位制御する追尾ミラー、13はレーザビーム３をパン（水
平）方向に方位制御する第１軸の粗偏向系、14はレーザ
ビーム３をチルト（上下）方向に方位制御する第２軸の
粗偏向系、15は第１軸の粗偏向系13より高い分解能をも
つパン（水平）方向の第１軸の精密偏向系、16は第２軸
の粗偏向系14より高い分解能をもつチルト（上下）方向
の第２軸の精密偏向系である。
の方位制御動作を実現する偏向系の基本構成を示し、５
は通信する相手側に設けられたレーザビーム３の位置を
検出するための光位置検出器、12はレーザビーム３を方
位制御する追尾ミラー、13はレーザビーム３をパン（水
平）方向に方位制御する第１軸の粗偏向系、14はレーザ
ビーム３をチルト（上下）方向に方位制御する第２軸の
粗偏向系、15は第１軸の粗偏向系13より高い分解能をも
つパン（水平）方向の第１軸の精密偏向系、16は第２軸
の粗偏向系14より高い分解能をもつチルト（上下）方向
の第２軸の精密偏向系である。
第４図は距離補償器22の構成例を示し、41は発光ダイ
オード、42は発光ダイオード41を検出するテレビカメ
ラ、43はテレビカメラ42の出力を処理し、発光ダイオー
ド41の間隔から通信局1,4間の距離の逆数を出力する処
理回路である。
オード、42は発光ダイオード41を検出するテレビカメ
ラ、43はテレビカメラ42の出力を処理し、発光ダイオー
ド41の間隔から通信局1,4間の距離の逆数を出力する処
理回路である。
第５図は精密偏向系と角度センサ28の構成例を示し、
パン（水平）方向またはチルト（上下）方向の何れか一
方について示している。61は支点、62はピエゾアクチュ
エータ、63は間隔センサであり、追尾ミラー12との間隔
を検出することにより、追尾ミラー12の回転角を検出す
る。64は追尾ミラー12を支点61と共に支持するばねであ
る。
パン（水平）方向またはチルト（上下）方向の何れか一
方について示している。61は支点、62はピエゾアクチュ
エータ、63は間隔センサであり、追尾ミラー12との間隔
を検出することにより、追尾ミラー12の回転角を検出す
る。64は追尾ミラー12を支点61と共に支持するばねであ
る。
次に、動作について説明する。第２図において、ロボ
ット局１の送受信部２から発射されたレーザビーム３
は、中継局４の光位置検出器５でその位置を検出され
る。その結果は中継局４の送受信部２から送信され、こ
の信号はロボット局１の送受信部２で受信され、レーザ
ビーム３の方位制御を行なう偏向系６にフィードバック
される。同一の動作は、中継局４から発射されたレーザ
ビーム３についても行われる。レーザビーム３は複数の
波長を設けることが可能であり、光位置検出器５で検出
した結果や通信データは複数の波長を適宜利用して伝送
すればよい。移動体７は移動時にロボット局１及び中継
局４に外乱ｄを与える。
ット局１の送受信部２から発射されたレーザビーム３
は、中継局４の光位置検出器５でその位置を検出され
る。その結果は中継局４の送受信部２から送信され、こ
の信号はロボット局１の送受信部２で受信され、レーザ
ビーム３の方位制御を行なう偏向系６にフィードバック
される。同一の動作は、中継局４から発射されたレーザ
ビーム３についても行われる。レーザビーム３は複数の
波長を設けることが可能であり、光位置検出器５で検出
した結果や通信データは複数の波長を適宜利用して伝送
すればよい。移動体７は移動時にロボット局１及び中継
局４に外乱ｄを与える。
又、第３図において、レーザ発振器11から発射された
レーザビーム３は、追尾ミラー12により反射される。レ
ーザビーム３はこの追尾ミラー12を介して、第１軸の粗
偏向系13、第２軸の粗偏向系14、第１軸の精密偏向系15
及び第２軸の精密偏向系16の４つのアクチュエータによ
り方位制御される。第１軸及び第２軸の粗偏向系13,14
は、高速性が要求される場合には、例えばダイレクトド
ライブモータで構成される。又、第１軸及び第２軸の精
密偏向系15,16は、例えばピエゾアクチュエータで構成
される。レーザビーム３は通信の相手側に設けられた光
位置検出器５を照射し、光位置検出器５の中心とレーザ
ビーム３の中心との偏差がｘ偏差（水平方向）、ｙ偏差
（上下方向）として出力される。この出力は、相手側の
送受信部２から伝送され、レーザビーム３の方位制御に
使用される。なお、光位置検出器５は例えば光検出器を
４個組み合せた４分割型光検出器で構成される。
レーザビーム３は、追尾ミラー12により反射される。レ
ーザビーム３はこの追尾ミラー12を介して、第１軸の粗
偏向系13、第２軸の粗偏向系14、第１軸の精密偏向系15
及び第２軸の精密偏向系16の４つのアクチュエータによ
り方位制御される。第１軸及び第２軸の粗偏向系13,14
は、高速性が要求される場合には、例えばダイレクトド
ライブモータで構成される。又、第１軸及び第２軸の精
密偏向系15,16は、例えばピエゾアクチュエータで構成
される。レーザビーム３は通信の相手側に設けられた光
位置検出器５を照射し、光位置検出器５の中心とレーザ
ビーム３の中心との偏差がｘ偏差（水平方向）、ｙ偏差
（上下方向）として出力される。この出力は、相手側の
送受信部２から伝送され、レーザビーム３の方位制御に
使用される。なお、光位置検出器５は例えば光検出器を
４個組み合せた４分割型光検出器で構成される。
次に、制御動作についてパン方向とチルト方向のうち
の一方について説明する。第１図において、移動体７の
移動に伴なって外乱ｄが発生すると、それまでの偏差23
との差が光位置検出器５により偏差24として検出され
る。この偏差24はフィードバックされ、この偏差24には
距離補償器22により通信局1,4間の距離Ｌの逆数1/Lが乗
じられ、精密偏向制御器25により処理され、精密偏向系
26の指令値となり、この指令値に従って精密偏向系26が
追尾ミラー12で追従を始める。距離補償器22としては、
第４図に示すように、例えば２個の発光ダイオード41を
通信局1,4の距離Ｌだけ離れたテレビカメラ42で検出
し、処理回路43は２個の発光ダイオード41の間隔を求
め、その間隔が通信局1,4間の距離Ｌに反比例すること
から、通信局1,4間の距離Ｌの逆数を出力する。又、フ
ィードバックは光空間伝送システムでは２台の送受信部
２を用いて行なわれるが、デュアルサーボ制御装置の方
式としては本質的でない。精密偏向系26から出力された
追尾ミラー12の回転角θ２は、角度センサ28により検出
される。第５図は精密偏向系26と角度センサ28の構成例
であるが、精密偏向制御器25からの出力値に従って支点
61の片側でピエゾアクチュエータ62が駆動され、追尾ミ
ラー12が傾く。一方、支点61の反対側では、例えば静電
容量式の間隔センサ63で非接触に追尾ミラー12の変位を
検出し、追尾ミラー12の回転角θ２を求める。この回転
角θ２は粗偏向制御器29により処理され、指令値として
粗偏向系30に与えられる。これを受けて粗偏向系30が精
密偏向系26と同軸上で同じ方向に動き出し、精密偏向系
26が可動範囲を逸脱しないように追尾ミラー12の回転角
をゼロに復帰させようとする。粗偏向系30は回転角θ１
を出力し、結局絶対座標系からみた追尾ミラー12の回転
角はθ１＋θ２となる。θ１＋θ２が小さい場合には、
θ１＋θ２に通信局1,4間の距離Ｌを乗じたものと外乱
ｄに起因するものLdとの差が光位置検出器５で偏差24と
して検出される。ここで、精密偏向系26から出力される
粗偏向系30への指令値θ２は角度データであるが、粗偏
向系30ではこの値を速度指令値として用いている。
の一方について説明する。第１図において、移動体７の
移動に伴なって外乱ｄが発生すると、それまでの偏差23
との差が光位置検出器５により偏差24として検出され
る。この偏差24はフィードバックされ、この偏差24には
距離補償器22により通信局1,4間の距離Ｌの逆数1/Lが乗
じられ、精密偏向制御器25により処理され、精密偏向系
26の指令値となり、この指令値に従って精密偏向系26が
追尾ミラー12で追従を始める。距離補償器22としては、
第４図に示すように、例えば２個の発光ダイオード41を
通信局1,4の距離Ｌだけ離れたテレビカメラ42で検出
し、処理回路43は２個の発光ダイオード41の間隔を求
め、その間隔が通信局1,4間の距離Ｌに反比例すること
から、通信局1,4間の距離Ｌの逆数を出力する。又、フ
ィードバックは光空間伝送システムでは２台の送受信部
２を用いて行なわれるが、デュアルサーボ制御装置の方
式としては本質的でない。精密偏向系26から出力された
追尾ミラー12の回転角θ２は、角度センサ28により検出
される。第５図は精密偏向系26と角度センサ28の構成例
であるが、精密偏向制御器25からの出力値に従って支点
61の片側でピエゾアクチュエータ62が駆動され、追尾ミ
ラー12が傾く。一方、支点61の反対側では、例えば静電
容量式の間隔センサ63で非接触に追尾ミラー12の変位を
検出し、追尾ミラー12の回転角θ２を求める。この回転
角θ２は粗偏向制御器29により処理され、指令値として
粗偏向系30に与えられる。これを受けて粗偏向系30が精
密偏向系26と同軸上で同じ方向に動き出し、精密偏向系
26が可動範囲を逸脱しないように追尾ミラー12の回転角
をゼロに復帰させようとする。粗偏向系30は回転角θ１
を出力し、結局絶対座標系からみた追尾ミラー12の回転
角はθ１＋θ２となる。θ１＋θ２が小さい場合には、
θ１＋θ２に通信局1,4間の距離Ｌを乗じたものと外乱
ｄに起因するものLdとの差が光位置検出器５で偏差24と
して検出される。ここで、精密偏向系26から出力される
粗偏向系30への指令値θ２は角度データであるが、粗偏
向系30ではこの値を速度指令値として用いている。
次に、外乱に対するデュアルサーボ制御装置の制御特
性について述べる。
性について述べる。
まず、この発明の制御動作と比較するため、距離補償
器22を設けない場合の制御特性について説明する。
器22を設けない場合の制御特性について説明する。
一般に、距離補償器22を設けない場合の、外乱ｄから
光位置検出器５で検出される偏差24までの伝達関数Hd
（Ｓ）′は、 Hd（Ｓ）′＝1/［１＋Ｌ・G2（Ｓ）H2（Ｓ）｛１＋G
1（Ｓ）H1（Ｓ）｝］ …（１） となる。上記式（１）のように、伝達関数Hd（Ｓ）′に
距離Ｌが含まれることから、距離補償器22を設けない場
合には、制御特性が通信局１および４間の距離Ｌに依存
することになる。第１図および式（１）から、距離Ｌ
は、制御ループの中で、精密偏向制御器G2（Ｓ）と同等
の役割を果たしていることが分かる。
光位置検出器５で検出される偏差24までの伝達関数Hd
（Ｓ）′は、 Hd（Ｓ）′＝1/［１＋Ｌ・G2（Ｓ）H2（Ｓ）｛１＋G
1（Ｓ）H1（Ｓ）｝］ …（１） となる。上記式（１）のように、伝達関数Hd（Ｓ）′に
距離Ｌが含まれることから、距離補償器22を設けない場
合には、制御特性が通信局１および４間の距離Ｌに依存
することになる。第１図および式（１）から、距離Ｌ
は、制御ループの中で、精密偏向制御器G2（Ｓ）と同等
の役割を果たしていることが分かる。
すなわち、各通信局間の距離Ｌが大きく（遠く）なる
と、精密偏向制御器の比例ゲインが大きくなることと同
等の効果があり、逆に、各通信局間の距離Ｌが小さく
（近く）なると、精密偏向制御器の比例ゲインが小さく
なるのと同等の効果がある。
と、精密偏向制御器の比例ゲインが大きくなることと同
等の効果があり、逆に、各通信局間の距離Ｌが小さく
（近く）なると、精密偏向制御器の比例ゲインが小さく
なるのと同等の効果がある。
一般に、比例ゲインが大きくなると、制御特性は良く
なり、高速で高分解能の制御系を実現することができる
が、比例ゲインが大きくなり過ぎると、制御特性が振動
的になって振動が大きくなるので、逆に高い分解能を実
現することができなくなる。また、比例ゲインがさらに
大きくなると、制御特性は不安定となり、制御不能な状
態になることもある。
なり、高速で高分解能の制御系を実現することができる
が、比例ゲインが大きくなり過ぎると、制御特性が振動
的になって振動が大きくなるので、逆に高い分解能を実
現することができなくなる。また、比例ゲインがさらに
大きくなると、制御特性は不安定となり、制御不能な状
態になることもある。
つまり、距離補償器22を設けない構成では、通信局１
および４間の距離Ｌが大きくなると、制御特性が振動的
になるので、高い分解能を実現することができなくなる
うえ、制御不能に陥るおそれもある。また、逆に、距離
Ｌが小さくなると、制御系の応答が遅くなるとともに分
解能も悪くなるので、高速な応答性および高い分解能を
実現することができなくなる。
および４間の距離Ｌが大きくなると、制御特性が振動的
になるので、高い分解能を実現することができなくなる
うえ、制御不能に陥るおそれもある。また、逆に、距離
Ｌが小さくなると、制御系の応答が遅くなるとともに分
解能も悪くなるので、高速な応答性および高い分解能を
実現することができなくなる。
以下、この発明の特徴の１つである距離補償器22を設
けた場合の光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装
置の制御特性について説明する。
けた場合の光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装
置の制御特性について説明する。
すなわち、第１図のように距離補償器22を設けた場
合、外乱ｄから光位置検出器５で検出される偏差24まで
の伝達関数は と表わされる。ここで、低周波領域において制御系全体
のループゲインが充分大きいため １≪|1G2（Ｓ）H2（Ｓ）（１＋G1（Ｓ）H1（Ｓ））｜ の関係が成り立ち、伝達関数は と近似できる。このように、上記伝達関数Hd（Ｓ）には
距離Ｌが含まれていないことから、距離補償器22を設け
ることにより、外乱ｄに対するデュアルサーボ制御系の
制御特性は、通信局１および４間の距離Ｌに依存するこ
となく一定となることが分かる。
合、外乱ｄから光位置検出器５で検出される偏差24まで
の伝達関数は と表わされる。ここで、低周波領域において制御系全体
のループゲインが充分大きいため １≪|1G2（Ｓ）H2（Ｓ）（１＋G1（Ｓ）H1（Ｓ））｜ の関係が成り立ち、伝達関数は と近似できる。このように、上記伝達関数Hd（Ｓ）には
距離Ｌが含まれていないことから、距離補償器22を設け
ることにより、外乱ｄに対するデュアルサーボ制御系の
制御特性は、通信局１および４間の距離Ｌに依存するこ
となく一定となることが分かる。
したがって、精密偏向制御G2（Ｓ）および粗偏向制御
器G1（Ｓ）を最適に設定することにより、高速の応答性
および高い分解能を同時に達成するように、デュアルサ
ーボ系の比例ゲインを設定することができる。また、通
信局間の距離Ｌが変化した場合でも、制御特性が変化し
ないので、その制御性能が維持されることになる。
器G1（Ｓ）を最適に設定することにより、高速の応答性
および高い分解能を同時に達成するように、デュアルサ
ーボ系の比例ゲインを設定することができる。また、通
信局間の距離Ｌが変化した場合でも、制御特性が変化し
ないので、その制御性能が維持されることになる。
なお、機械系の共振等をなくしてデュアルサーボ制御
装置の特性を向上させるために、ブロック線図の適切な
位置にフィルタを挿入することも可能である。以上、制
御動作について説明したが、偏差24、粗偏向系30及び精
密偏向系26はパン方向の場合にはそれぞれｘ偏差、第１
軸の粗偏向系13及び第１軸の精密偏向系15に対応し、チ
ルト方向の場合にはそれぞれｙ偏差、第２軸の粗偏向系
14及び第２軸の精密偏向系16に対応する。
装置の特性を向上させるために、ブロック線図の適切な
位置にフィルタを挿入することも可能である。以上、制
御動作について説明したが、偏差24、粗偏向系30及び精
密偏向系26はパン方向の場合にはそれぞれｘ偏差、第１
軸の粗偏向系13及び第１軸の精密偏向系15に対応し、チ
ルト方向の場合にはそれぞれｙ偏差、第２軸の粗偏向系
14及び第２軸の精密偏向系16に対応する。
以上のようにこの発明によれば、受光されたレーザビ
ームの位置を光位置検出器で検出し、検出されたレーザ
ビーム位置出力に距離補償器により通信局間の距離の逆
数を乗じ、この出力に応じて精密偏向系によりレーザビ
ームを偏向制御する追尾ミラーを回転させ、この精密偏
向系から出力された追尾ミラーの回転角を角度センサに
より検出し、この回転角に応じて分解能が精密偏向系よ
り粗い粗偏向系により、精密偏向系と同軸上で追尾ミラ
ーを回転させるようにしており、分解能が異なる２種類
のアクチュエータにより追尾ミラーの回転制御を行なう
とともに、距離補償器により通信局間の距離を補償した
ので、通信局間の距離にかかわらず高速な応答と高い分
解能を同時に達成することができる。
ームの位置を光位置検出器で検出し、検出されたレーザ
ビーム位置出力に距離補償器により通信局間の距離の逆
数を乗じ、この出力に応じて精密偏向系によりレーザビ
ームを偏向制御する追尾ミラーを回転させ、この精密偏
向系から出力された追尾ミラーの回転角を角度センサに
より検出し、この回転角に応じて分解能が精密偏向系よ
り粗い粗偏向系により、精密偏向系と同軸上で追尾ミラ
ーを回転させるようにしており、分解能が異なる２種類
のアクチュエータにより追尾ミラーの回転制御を行なう
とともに、距離補償器により通信局間の距離を補償した
ので、通信局間の距離にかかわらず高速な応答と高い分
解能を同時に達成することができる。
第１図はこの発明装置のブロック構成図、第２図はこの
発明による光空間伝送システムの基本構成図、第３図は
この発明による偏向系の基本構成を示す斜視図、第４図
はこの発明による距離補償器の構成図、第５図はこの発
明による精密偏向系と角度センサの構成図、第６図は従
来のレーザビームの方位制御装置の斜視図、第７図
（ａ），（ｂ）は従来装置の水平方向及び上下方向の追
従特性図である。 ３…レーザビーム、５…光位置検出器、12…追尾ミラ
ー、22…距離補償器、25…精密偏向制御器、26…精密偏
向系、28…角度センサ、29…粗偏向制御器、30…粗偏向
系。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
発明による光空間伝送システムの基本構成図、第３図は
この発明による偏向系の基本構成を示す斜視図、第４図
はこの発明による距離補償器の構成図、第５図はこの発
明による精密偏向系と角度センサの構成図、第６図は従
来のレーザビームの方位制御装置の斜視図、第７図
（ａ），（ｂ）は従来装置の水平方向及び上下方向の追
従特性図である。 ３…レーザビーム、５…光位置検出器、12…追尾ミラ
ー、22…距離補償器、25…精密偏向制御器、26…精密偏
向系、28…角度センサ、29…粗偏向制御器、30…粗偏向
系。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 3/60 10/10 10/105 10/22
Claims (1)
- 【請求項１】相互間の距離が変動する複数の通信局から
なり、 前記通信局の各々は、 他方の通信局に対して送信されるレーザビームの方向を
設定するための追尾ミラーと、 前記追尾ミラーを回転制御するための偏向系と、 前記他方の通信局から送信されるレーザビームを受信す
るための光位置検出器と、 前記光位置検出器から出力される位置検出情報に基づい
て前記偏向系を制御するための距離補償器とを備え、 前記各通信局の光位置検出器に対して相互に送信される
各レーザビームの方向を制御する光空間伝送システムの
デュアルサーボ制御装置であって、 前記光位置検出器は、前記他方の通信局からのレーザビ
ームの受光位置と基準位置との位置偏差を前記位置検出
情報として出力し、 前記距離補償器は、 前記通信局間の距離を計測してその逆数を求める計測距
離処理手段と、 前記位置偏差に前記通信局間の距離の逆数を乗じる演算
手段とを有し、 前記偏向系は、 前記追尾ミラーにより方向が設定されるレーザビームを
前記光位置検出器上の基準位置に向けて偏向制御するた
めに、 前記距離補償器の出力に応じて前記追尾ミラーを回転制
御する精密偏向系と、 前記精密偏向系から出力された前記追尾ミラーの回転角
を検出する角度センサと、 前記追尾ミラーの回転角に応じて、前記精密偏向系と同
軸上で前記追尾ミラーを回転制御する粗偏向系とを有
し、 前記粗偏向系は、前記精密偏向系よりも粗い分解能を有
することを特徴とする光空間伝送システムのデュアルサ
ーボ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2279460A JPH087622B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2279460A JPH087622B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04155409A JPH04155409A (ja) | 1992-05-28 |
| JPH087622B2 true JPH087622B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=17611380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2279460A Expired - Lifetime JPH087622B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 光空間伝送システムのデュアルサーボ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087622B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102707732B (zh) * | 2012-05-25 | 2014-03-26 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种光通信的精跟踪控制系统 |
-
1990
- 1990-10-19 JP JP2279460A patent/JPH087622B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04155409A (ja) | 1992-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |