JPH1084320A - Optical beam transmitter-receiver - Google Patents

Optical beam transmitter-receiver

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JPH1084320A
JPH1084320A JP8238104A JP23810496A JPH1084320A JP H1084320 A JPH1084320 A JP H1084320A JP 8238104 A JP8238104 A JP 8238104A JP 23810496 A JP23810496 A JP 23810496A JP H1084320 A JPH1084320 A JP H1084320A
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optical fiber
elastic hinge
optical axis
light beam
optical
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Tomohiro Araki
木 智 宏 荒
Yasumasa Hisada
田 安 正 久
Shigeharu Nakamori
森 重 治 中
Fumika Kondou
藤 文 夏 近
Kenichi Takahara
原 憲 一 高
Toshikatsu Akiba
葉 敏 克 秋
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Toshiba Corp
National Space Development Agency of Japan
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical axis adjustment device over a wide range with a small and simple configuration and high precision by using elastically a fiber container part with an elastic hinge and directly controlling a position of an optical fiber based on a piezoelectric element and a drive signal. SOLUTION: An elastic hinge 12 is made of a metal and constricted toward a center 20 and rigidity in the axial direction is high and rigidity in the radial direction is low. A rod 11 containing an optical fiber 10 to receive an optical beam is fitted to a center of a disk at one end of the elastic hinge 12, four piezoelectric elements 13 are arranged at an equal interval to an outer ridge of the disk via four hinges 14a, 14b each in total and fixed to a case upper cover 15b. A disk at the other end of the elastic hinge 12 is pressed to a lower cover 15c of the case 15. Thus, two sets of the four piezoelectric elements 13 are differentially driven to displace the position of the optical fiber 10 in two orthogonal axial directions. A pre-load is applied to each piezoelectric element 13 so as to eliminate a hysteresis in the displacement/drive voltage characteristic thereby attaining high precision. Error detecting very small vibration and optical axis displacement control are conducted by the synthesis of command voltages and the entire configuration is made simple and small in size.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光通信機器などに用
いられる光ビーム送受信装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light beam transmitting / receiving apparatus used for optical communication equipment and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光通信機器例えば人工衛星間光通
信機器では、図5に示すような光ビーム送受信装置が検
討されている。この光ビーム送受信装置においては、図
示しない光軸調整機構を用いて通信用光ビーム51が、
微小振動している振動ミラー52に入射され、この振動
ミラー52によって反射され、光軸調整ミラー駆動機構
53を介して図示しない光ファイバへ送られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical communication device, for example, an optical communication device between artificial satellites, a light beam transmitting / receiving device as shown in FIG. 5 has been studied. In this light beam transmitting and receiving apparatus, the communication light beam 51 is formed by using an optical axis adjustment mechanism (not shown).
The light is incident on a vibrating mirror 52 that is vibrating minutely, reflected by the vibrating mirror 52, and sent to an optical fiber (not shown) via an optical axis adjusting mirror driving mechanism 53.

【0003】光軸調整ミラー駆動機構53を介して光フ
ァイバに入射した光ビーム51は、光検出手段57に送
られる。そして、この微小振動している光ビーム51は
光検出手段57のビームスプリッタ57aにおいて2光
路に分離される。この分離された光は光電変換器57b
1 ,57b2 によって各々電気信号に変換された後、加
算器57cに送られて加算される。
A light beam 51 incident on an optical fiber via an optical axis adjusting mirror driving mechanism 53 is sent to a light detecting means 57. Then, the light beam 51 vibrating minutely is split into two light paths by the beam splitter 57a of the light detecting means 57. The separated light is supplied to the photoelectric converter 57b.
After being converted into electric signals by 1 and 57b 2 respectively, they are sent to an adder 57c and added.

【0004】この加算器57cの出力は通信信号とな
る。そして、光電変換器57b1 ,57b2 の出力と振
動ミラー52の振動情報に基づいて制御手段56によっ
て光ビーム51の光軸誤差が求められ、この求められた
光軸誤差に基づいて前記光ビームが上記光ファイバに結
合するような制御信号が制御手段56から出力される。
この制御信号は水平駆動制御信号、垂直駆動制御信号に
分離される。そして増幅器59a,59bによって増幅
され、水平駆動調整手段55、垂直駆動調整手段54に
各々送られ、これにより光ビーム51の光軸中心が光フ
ァイバに結合するように光軸調整ミラー駆動機構53が
制御される。
The output of the adder 57c is a communication signal. Then, an optical axis error of the light beam 51 is obtained by the control means 56 based on the outputs of the photoelectric converters 57b 1 and 57b 2 and the vibration information of the vibration mirror 52, and the light beam error is obtained based on the obtained optical axis error. A control signal is output from the control means 56 such that the light is coupled to the optical fiber.
This control signal is separated into a horizontal drive control signal and a vertical drive control signal. The light beam is amplified by the amplifiers 59a and 59b and sent to the horizontal drive adjusting means 55 and the vertical drive adjusting means 54, respectively, whereby the optical axis adjusting mirror driving mechanism 53 is connected so that the optical axis center of the light beam 51 is coupled to the optical fiber. Controlled.

【0005】なお、ミラー52,53などの駆動に用い
られる支持機構は玉軸受や、板バネなどが用いられてい
る。
[0005] As a support mechanism used for driving the mirrors 52 and 53, a ball bearing, a leaf spring or the like is used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の光ビ
ーム送受信装置においては、振動ミラー52の駆動系
と、光ビーム51を光ファイバへ結合させる光軸調整ミ
ラー駆動機構53を別に設けていたために、装置の小型
化が困難であった。また、ミラー駆動に玉軸受を用いた
場合には、宇宙空間で使用する場合に潤滑が難しいとい
う問題がある。仮に、板バネを利用して潤滑の問題を解
決しても、板バネの取付スペースや、支持範囲が板のた
わみに依存しており、板のねじれ方向に対する広範囲の
支持ができないという問題があった。さらに実用化に際
し、機構要素の疲労に対して十分な余裕があるとは言え
なかった。
In such a conventional light beam transmitting and receiving apparatus, a driving system for the vibrating mirror 52 and an optical axis adjusting mirror driving mechanism 53 for coupling the light beam 51 to the optical fiber are provided separately. In addition, it has been difficult to reduce the size of the device. Further, when a ball bearing is used for driving the mirror, there is a problem that lubrication is difficult when used in outer space. Even if the lubrication problem is solved by using a leaf spring, the mounting space and the supporting range of the leaf spring depend on the deflection of the plate, and there is a problem that a wide range of support in the torsion direction of the plate cannot be performed. Was. Furthermore, in practical use, it cannot be said that there is sufficient margin for fatigue of mechanical elements.

【0007】本発明は上記事情を考慮してなさたれもの
であって、小型化が可能でかつ光ファイバの広範囲な支
持および駆動が可能である光ビーム送受信装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a light beam transmitting / receiving apparatus which can be downsized and can support and drive an optical fiber in a wide range.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による光ビーム送
受信装置は、光ビームを受ける光ファイバと、前記光フ
ァイバを収容するファイバ収容部と、前記ファイバ収容
部を弾性支持する弾性ヒンジと、駆動信号に基づいて前
記ファイバ収容部に収容された前記光ファイバを変位さ
せる光ファイバ駆動手段と、前記光ファイバを通過した
光ビームを電気信号に変換する信号処理手段と、前記光
ファイバを微小振動させるための信号を発生する微小振
動信号発生手段と、前記信号処理手段の出力と前記微小
振動信号発生手段の出力とに基づいて前記光ビームが前
記光ファイバに入出射する際の光軸誤差を検出する光軸
誤差検出手段と、この光軸誤差検出手段によって検出さ
れた光軸誤差と、前記微小振動信号発生手段の出力とに
基づいて前記光軸誤差が零となるように前記光ファイバ
駆動手段を駆動制御する制御手段と、を備えていること
を特徴とする。
According to the present invention, there is provided a light beam transmitting / receiving apparatus comprising: an optical fiber for receiving a light beam; a fiber housing for housing the optical fiber; an elastic hinge for elastically supporting the fiber housing; Optical fiber driving means for displacing the optical fiber housed in the fiber housing section based on a signal, signal processing means for converting a light beam passing through the optical fiber into an electric signal, and microvibrating the optical fiber A vibration signal generating means for generating a signal for detecting the optical axis error when the light beam enters and exits the optical fiber based on an output of the signal processing means and an output of the micro vibration signal generating means. Optical axis error detecting means, and the optical axis error based on the optical axis error detected by the optical axis error detecting means and the output of the micro vibration signal generating means. Difference, characterized in that it comprises a control means for driving and controlling the optical fiber driving means so that the zero.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明による光ビーム送受信装置
の一実施の形態の構成を図1に示す。この実施の形態の
光ビーム送受信装置は光ビーム結合機構1と、ミラー駆
動機構2と、ビームスプリッタ3と、光軸位置検出手段
4と、駆動制御手段5と、信号処理手段6と、光軸誤差
検出手段7と、通信手段8と、振動動作調整手段9とを
備えている。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of a light beam transmitting / receiving apparatus according to the present invention. The light beam transmitting and receiving apparatus of this embodiment includes a light beam combining mechanism 1, a mirror driving mechanism 2, a beam splitter 3, an optical axis position detecting means 4, a driving control means 5, a signal processing means 6, an optical axis An error detecting unit 7, a communication unit 8, and a vibration operation adjusting unit 9 are provided.

【0010】外部からの光ビームは、ミラー駆動機構2
によって駆動されるミラー2aによって反射され、ビー
ムスプリッタ3に送られる。この反射光はビームスプリ
ッタ3によって2光路に分離される。この分離された光
のうちの一方の光は光検出装置4によって検出される。
そしてこの検出信号に基づいて上記分離された光のうち
の他方の光が光ビーム結合機構1の光ファイバ1aに入
射されるように、ミラー駆動機構2が駆動される。
The external light beam is transmitted to the mirror driving mechanism 2
The light is reflected by the mirror 2a driven by the light source 2 and transmitted to the beam splitter 3. This reflected light is split into two optical paths by the beam splitter 3. One of the separated lights is detected by the light detection device 4.
Then, based on the detection signal, the mirror driving mechanism 2 is driven so that the other of the separated lights enters the optical fiber 1a of the light beam combining mechanism 1.

【0011】光ファイバ1aは振動動作調整手段9から
の振動位置制御信号に基づいて駆動制御手段5によって
微小振動するように駆動制御されている。光ファイバ1
aに入射した光は信号処理手段6に送られて電気信号に
変換される。そしてこの変換された電気信号と、振動動
作調整手段9からの振動制御位置信号とに基づいて光軸
誤差検出手段7によって、光ファイバ1aに入射する光
ビームの光軸誤差が検出される。
The optical fiber 1a is driven and controlled by the drive control means 5 based on a vibration position control signal from the vibration operation adjusting means 9 so as to vibrate minutely. Optical fiber 1
The light incident on a is sent to the signal processing means 6 and converted into an electric signal. The optical axis error of the light beam incident on the optical fiber 1a is detected by the optical axis error detecting means 7 based on the converted electric signal and the vibration control position signal from the vibration operation adjusting means 9.

【0012】この光軸誤差の検出は次のようにして行わ
れる。振動動作調整手段9からの振動制御位置信号によ
って光ファイバ1aの振動周波数がわかるので、振動処
理手段6の出力である光ファイバ入射光量信号から振動
周波数成分を検波することで、光ファイバ1aの振動動
作による入射光量変化を知ることができる。具体的には
図4に示すように、光ファイバ1aが光ビームの光軸を
中心に振動している場合(符号41に示す範囲で振動し
ている場合)は、光量変化の振幅が最小になる。また光
軸からずれて振動している場合(符号45に示す範囲で
振動している場合)は、光量変化の振幅値が増加するの
で、光ファイバ1aへの入射光量の変化の振幅値から光
軸誤差を検出することができる。また光軸誤差の方向
性、すなわち誤差がどちらの方向にずれているかは、振
動動作調整手段9の出力である振動制御位置信号と、信
号処理手段6の出力である光量信号との位相を光軸誤差
検出手段7において比較することにより得ることができ
る。
The detection of the optical axis error is performed as follows. Since the vibration frequency of the optical fiber 1a can be determined from the vibration control position signal from the vibration operation adjusting means 9, the vibration frequency component is detected from the optical fiber incident light amount signal output from the vibration processing means 6, whereby the vibration of the optical fiber 1a is detected. It is possible to know the change in the incident light amount due to the operation. Specifically, as shown in FIG. 4, when the optical fiber 1a is oscillating around the optical axis of the light beam (when oscillating in the range indicated by reference numeral 41), the amplitude of the light amount change is minimized. Become. Further, when the optical fiber 1a vibrates while being displaced from the optical axis (when vibrating in the range indicated by the reference numeral 45), the amplitude value of the change in the light amount increases. An axis error can be detected. The direction of the optical axis error, that is, in which direction the error is shifted, is determined by comparing the phase of the vibration control position signal output from the vibration operation adjusting means 9 and the phase of the light amount signal output from the signal processing means 6 with light. It can be obtained by comparison in the axis error detecting means 7.

【0013】このようにして得られた光軸誤差と、振動
動作調整手段9の出力に基づいて駆動制御手段5によっ
て光ビーム結合機構1が駆動されることにより、光ビー
ムの光軸が光ファイバ1aの中心に導かれる。このとき
の駆動制御手段5の出力である駆動信号は図3に示す信
号35となる。この駆動信号35は光軸誤差検出手段7
の出力(すなわち図3に示す低周波信号37)に光ファ
イバ1aの振動動作信号となる高周波成分が乗ったもの
となる。なおこの高周波成分は振動動作調整手段9の出
力である。
The light beam combining mechanism 1 is driven by the drive control means 5 based on the optical axis error obtained in this way and the output of the vibration operation adjusting means 9, so that the optical axis of the light beam is It is led to the center of 1a. The drive signal output from the drive control means 5 at this time is a signal 35 shown in FIG. The drive signal 35 is transmitted to the optical axis error detecting means 7.
(That is, the low-frequency signal 37 shown in FIG. 3) is superimposed on a high-frequency component serving as a vibration operation signal of the optical fiber 1a. This high frequency component is the output of the vibration operation adjusting means 9.

【0014】このようにして光軸が光ファイバ1aの中
心に導かれた光ビームは信号処理手段6によって電気信
号に変換され、この変換された電気信号が通信手段8に
送られることにより通信信号を得ることができる。
The light beam whose optical axis is guided to the center of the optical fiber 1a is converted into an electric signal by the signal processing means 6, and the converted electric signal is sent to the communication means 8 so that the communication signal is transmitted. Can be obtained.

【0015】次に上記実施の形態に用いられる光ビーム
結合機構1の具体的構造を図2を参照して説明する。光
ビーム結合機構の外観を図2(a)に示し、その断面を
図2(b)に示す。なお図2(b)に示す切断線B−B
で切断した断面を図2(c)に示す。この具体例の光ビ
ーム結合機構は、ファイバロッド11と、弾性ヒンジ1
2と、4個の圧電素子13と、4個の弾性ヒンジ14a
と、4個の弾性ヒンジ14bと、ケース15とを備えて
いる。
Next, a specific structure of the light beam combining mechanism 1 used in the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an appearance of the light beam combining mechanism, and FIG. 2B shows a cross section thereof. The cutting line BB shown in FIG.
FIG. 2 (c) shows a cross section cut by. The light beam coupling mechanism of this embodiment includes a fiber rod 11 and an elastic hinge 1.
2, four piezoelectric elements 13 and four elastic hinges 14a
And four elastic hinges 14 b and a case 15.

【0016】光ビームが入射される光ファイバ10はそ
の一部がファイバロッド11の一端から突出した状態で
ファイバロッド11に収納される。ファイバロッド11
の他端は弾性ヒンジ12によって支持され、弾性ヒンジ
12と一体となって動作する構造となっている。この弾
性ヒンジ12は両端部は円盤形状で、中心20に向かう
につれて肉厚が薄くなる形状をしており、通常は例えば
金属からなる円柱材の削り出しにより作られる。したが
ってこの弾性ヒンジ12は軸方向(中心20に向う方
向)の剛性は高いが径方向(軸方向と直交する方向)の
剛性は低い。
The optical fiber 10 into which the light beam is incident is housed in the fiber rod 11 with a part thereof protruding from one end of the fiber rod 11. Fiber rod 11
Is supported by an elastic hinge 12 so as to operate integrally with the elastic hinge 12. The elastic hinge 12 has a disk shape at both ends, and has a shape whose thickness becomes thinner toward the center 20, and is usually made by cutting a cylindrical material made of metal, for example. Therefore, the elastic hinge 12 has high rigidity in the axial direction (direction toward the center 20), but low rigidity in the radial direction (direction perpendicular to the axial direction).

【0017】この弾性ヒンジ12の一端はファイバロッ
ド11が当接し、他端はケース15の下部蓋15cに軸
方向に着脱可能となるように取付けられている。
One end of the elastic hinge 12 is in contact with the fiber rod 11, and the other end is attached to the lower lid 15c of the case 15 so as to be detachable in the axial direction.

【0018】また、弾性ヒンジ12の、ファイバロッド
11が当接している側の円盤には4個の弾性ヒンジ14
aが取付けられている。各弾性ヒンジ14aは弾性ヒン
ジ12とほぼ同じ形状をしているが、弾性ヒンジ12に
取付けられる側の円盤上には凸部が設けられ、この凸部
が、弾性ヒンジ12の円盤上に設けられた穴に嵌入され
ることにより弾性ヒンジ12に取付けられる。
Also, four elastic hinges 14 are provided on the disk of the elastic hinge 12 on the side where the fiber rod 11 is in contact.
a is attached. Each elastic hinge 14a has substantially the same shape as the elastic hinge 12, but a protrusion is provided on the disk attached to the elastic hinge 12, and this protrusion is provided on the disk of the elastic hinge 12. It is attached to the elastic hinge 12 by being fitted into the hole.

【0019】各弾性ヒンジ14aの、弾性ヒンジ12に
取付けられる側と反対側の円盤上には圧電素子13が載
置される。この各圧電素子13の弾性ヒンジ14aと反
対側の端部は、弾性ヒンジ14bが当接している。各弾
性ヒンジ14bは弾性ヒンジ14aと同じ形状であり、
圧電素子13と当接している側と反対側の円盤には凸部
が設けられ、この凸部がケース15の上部蓋15bに設
けられた穴に嵌入されることにより上部蓋15bに取付
けられる。
A piezoelectric element 13 is mounted on a disk of each elastic hinge 14a opposite to the side on which the elastic hinge 12 is mounted. An elastic hinge 14b is in contact with an end of each piezoelectric element 13 opposite to the elastic hinge 14a. Each elastic hinge 14b has the same shape as the elastic hinge 14a,
The disk on the side opposite to the side in contact with the piezoelectric element 13 is provided with a projection, and the projection is fitted into a hole provided in the upper lid 15b of the case 15 to be attached to the upper lid 15b.

【0020】したがって光ビーム結合機構は弾性ヒンジ
12の円盤を4個の圧電素子13で駆動することによっ
てファイバロッド11、すなわち光ファイバ10の位置
を制御するものである。4個の圧電素子13にはすべて
プリロードがかけられ、対向する2個を一組としてこの
一組の圧電素子13が差動動作するように駆動される。
Therefore, the light beam coupling mechanism controls the position of the fiber rod 11, that is, the optical fiber 10 by driving the disk of the elastic hinge 12 with the four piezoelectric elements 13. All four piezoelectric elements 13 are preloaded, and the two opposing elements are set as a set, and the set of piezoelectric elements 13 is driven to perform a differential operation.

【0021】弾性ヒンジによる支持は、ヒンジの圧縮方
向、すなわちファイバロッド11の軸方向には剛である
が、他方向には柔らかいため、1つで2軸の支持が可能
となる。したがって、板バネ状の弾性ヒンジを用いたと
きのように各軸ごとに支持機構を構成する必要がない。
また、一般の積層型圧電素子は駆動範囲が小さいため、
変位拡大機構を組み合わせて要求される駆動範囲を実現
することが通例であり、1つの圧電素子につき1組、す
なわち本具体例のように4つの圧電素子を用いる場合、
計4組の変位拡大機構が必要とされる。しかし、2軸支
持の可能な弾性ヒンジ12をファイバロッド11の支持
機構に用いると、この弾性ヒンジ12の中心20をてこ
状変位拡大機構の支点とし、弾性ヒンジ状の円盤とファ
イバロッド11を腕とする構成により、圧電素子4個分
の変位拡大機構を1つにすることができる。したがっ
て、簡単でコンパクトな機構で2自由度を確保すること
が可能となり、光ビーム結合機構全体の小型化に大きく
寄与できる。更に変位拡大機構が共通化されているた
め、より滑らかで高精度な光ファイバ10の駆動が実現
できる。
The support by the elastic hinge is rigid in the hinge compression direction, that is, in the axial direction of the fiber rod 11, but is soft in the other direction. Therefore, there is no need to configure a support mechanism for each axis as in the case where a leaf spring-like elastic hinge is used.
Also, since the driving range of a general laminated piezoelectric element is small,
It is customary to realize the required driving range by combining the displacement enlarging mechanism, and when one set of one piezoelectric element is used, that is, when four piezoelectric elements are used as in this specific example,
A total of four sets of displacement magnifying mechanisms are required. However, when the elastic hinge 12 capable of biaxial support is used for the support mechanism of the fiber rod 11, the center 20 of the elastic hinge 12 is used as a fulcrum of the lever-like displacement enlarging mechanism, and the elastic hinge-shaped disk and the fiber rod 11 are used as arms. With this configuration, the displacement enlargement mechanism for four piezoelectric elements can be reduced to one. Therefore, it is possible to secure two degrees of freedom with a simple and compact mechanism, which can greatly contribute to miniaturization of the entire light beam combining mechanism. Further, since the displacement enlarging mechanism is shared, smoother and more accurate driving of the optical fiber 10 can be realized.

【0022】また、駆動手段に圧電素子を用いているの
は、圧電素子は指令電圧に応じた変位を生じさせること
ができ、前述した光軸を制御するための光ファイバ駆動
動作と光軸誤差検出のための振動動作を指令電圧の生成
によって簡単に実現できるためである。しかし圧電素子
の変位/駆動電圧特性にはヒステリシスがあることがわ
かっている。このため、前述したように、1軸に2つの
圧電素子を用い、それぞれ耐圧の1/2の電圧のプリロ
ードをかけて差動で駆動する方法を採用し、特性の反転
した信号を付加してこのヒステリシスを打ち消すように
している。この差動駆動により、弾性ヒンジ12の中心
20を回転中心として弾性ヒンジ12上の円盤が2自由
度の回転運動を行う。したがって、光ファイバ10先端
に2自由度の回転運動を実現することができるが、光ビ
ームの光軸の追尾動作や光軸検出のための振動動作にお
ける本機構の駆動範囲は非常に微小なため、ほぼ並進運
動に近似できる動作となる。
Further, the piezoelectric element is used as the driving means because the piezoelectric element can generate displacement according to the command voltage, and the optical fiber driving operation for controlling the optical axis and the optical axis error described above. This is because the vibration operation for detection can be easily realized by generating the command voltage. However, it is known that the displacement / drive voltage characteristics of the piezoelectric element have hysteresis. For this reason, as described above, a method in which two piezoelectric elements are used for one axis and pre-loaded with a voltage of 耐 圧 of the withstand voltage, respectively, and differentially driven is adopted, and a signal having inverted characteristics is added. This hysteresis is canceled. Due to this differential drive, the disk on the elastic hinge 12 performs a rotational motion with two degrees of freedom about the center 20 of the elastic hinge 12 as the center of rotation. Therefore, a rotational motion with two degrees of freedom can be realized at the tip of the optical fiber 10, but the driving range of this mechanism in the tracking operation of the optical axis of the light beam and the vibration operation for detecting the optical axis is very small. , Which can be approximated to a translational motion.

【0023】さらに、圧電素子13にプリロードをかけ
るということは、支持機構の弾性ヒンジ12および弾性
ヒンジ14a,14bに圧縮応力を発生させるため、圧
電素子13の駆動によって生じる曲げ応力に起因した引
っ張り応力を抑え、弾性ヒンジ12,14a,14bの
負担を軽減できる。しかも、圧電素子13そのものも、
圧縮された状態が定常となるため、引っ張り力等の望ま
しくない負荷の影響を回避して用いることができる。す
なわち、支持機構および駆動手段の疲労に対して余裕の
ある機構を構成できる効果も期待できる。
Further, applying a preload to the piezoelectric element 13 means that a compressive stress is generated in the elastic hinges 12 and the elastic hinges 14a and 14b of the support mechanism, so that a tensile stress caused by a bending stress generated by driving the piezoelectric element 13 is generated. And the burden on the elastic hinges 12, 14a, 14b can be reduced. Moreover, the piezoelectric element 13 itself
Since the compressed state becomes steady, it can be used while avoiding the influence of an undesired load such as a tensile force. That is, an effect that a mechanism that can afford fatigue of the support mechanism and the driving unit can be expected.

【0024】一方、本発明の光ビーム結合機構は、受信
装置のみならず、送信装置に組み込んで有効に活用する
こともできる。たとえば、本機構で送信光を微小振動さ
せることで受信側の反射ミラーは信号を捉えやすくな
り、ミラー駆動機構の駆動範囲を縮小することができ
る。また、微小振動させた送信光であれば、ビーム径を
絞り、より大きな光量の受信光を入射させることもでき
るため、ミラー径の小型化も図れる。つまり、受信側の
捕捉・追尾動作の負担軽減に寄与でき、受信装置の簡便
化、小型化に寄与できる。したがって、本機構を受信装
置および送信装置として組み合わせたシステムを構築す
ることにより、光通信の高精度化および大容量化も期待
できる。
On the other hand, the light beam combining mechanism of the present invention can be effectively utilized by being incorporated not only in a receiving device but also in a transmitting device. For example, when the transmission light is slightly vibrated by the present mechanism, the reflection mirror on the receiving side can easily catch the signal, and the driving range of the mirror driving mechanism can be reduced. In addition, if the transmitted light is slightly vibrated, the beam diameter can be reduced and a larger amount of received light can be incident, so that the mirror diameter can be reduced. That is, it is possible to contribute to the reduction of the burden of the capturing / tracking operation on the receiving side, and to the simplification and downsizing of the receiving device. Therefore, by constructing a system in which this mechanism is combined as a receiving device and a transmitting device, higher precision and larger capacity of optical communication can be expected.

【0025】以上説明したように、圧電駆動により直接
光ファイバ一を制御することで、振動ミラーと光軸調整
ミラーを組み合わせた機構と同様の機能を一つの機構で
実現することができる。また円形弾性ヒンジ支持によっ
て、簡単でコンパクトな構成で、2自由度を確保した広
範囲な支持が可能となる。また圧電素子にプリロードを
かけ、1軸あたり2つの差動で駆動することにより、変
位特性のヒステリシスを抑えると同時に弾性ヒンジおよ
び圧電素子の負担を軽減し、疲労に対して余裕のある機
構を構成できる。また、同様の構成、駆動により、受信
側の簡便化、小型化に寄与でき、より高精度かつ大容量
の光通信システムを構築することもできる。
As described above, by controlling the optical fiber directly by piezoelectric driving, the same function as the mechanism combining the vibrating mirror and the optical axis adjusting mirror can be realized by one mechanism. Further, the circular elastic hinge support enables a wide range of support with two degrees of freedom in a simple and compact configuration. Also, by preloading the piezoelectric element and driving it two differentials per axis, it suppresses the hysteresis of the displacement characteristics and reduces the load on the elastic hinge and the piezoelectric element. it can. In addition, with the same configuration and driving, it is possible to contribute to simplification and downsizing of the receiving side, and it is possible to construct an optical communication system with higher accuracy and larger capacity.

【0026】なお、圧電素子の代わりに電歪素子等の固
体アクチュエータを用いても良い。
Incidentally, a solid actuator such as an electrostrictive element may be used instead of the piezoelectric element.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように、小型化が可能でかつ
光ファイバの広範囲の支持および駆動が可能な光ビーム
送受信装置を得ることができる。
As described above, it is possible to obtain an optical beam transmitting / receiving apparatus that can be downsized and can support and drive an optical fiber in a wide range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光ビーム送受信装置の一実施の形
態の構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a light beam transmitting / receiving apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の光ビーム送受信装置にかかる光ビーム
結合機構の具体的構造を示す。
FIG. 2 shows a specific structure of a light beam combining mechanism according to the light beam transmitting / receiving apparatus of the present invention.

【図3】図1に示す実施の形態の光ビーム結合機構の駆
動信号の一例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a drive signal of the light beam combining mechanism according to the embodiment shown in FIG.

【図4】光軸誤差検出理の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical axis error detection process.

【図5】従来の光ビーム送受信装置の構成を示すブロッ
ク図。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional light beam transmitting / receiving device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ビーム結合機構 1a 光ファイバ 2 ミラー駆動機構 2a 反射ミラー 3 ビームスプリッタ 4 光軸位置検出手段 5 駆動制御手段 6 信号処理手段 7 光軸誤差検出手段 8 通信手段 9 振動動作調整手段 10 光ファイバ 11 ファイバロッド 12 弾性ヒンジ 13 圧電素子 14a,14b 弾性ヒンジ 15 ケース 15a ケース外枠 15b ケース上部蓋 15c ケース下部蓋 20 弾性ヒンジの中心 35 駆動信号 37 信号 41 光軸の近傍領域 45 光軸から外れた領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical beam coupling mechanism 1a Optical fiber 2 Mirror drive mechanism 2a Reflection mirror 3 Beam splitter 4 Optical axis position detection means 5 Drive control means 6 Signal processing means 7 Optical axis error detection means 8 Communication means 9 Vibration operation adjustment means 10 Optical fiber 11 Fiber rod 12 Elastic hinge 13 Piezoelectric element 14a, 14b Elastic hinge 15 Case 15a Case outer frame 15b Case upper lid 15c Case lower lid 20 Center of elastic hinge 35 Drive signal 37 Signal 41 Area near optical axis 45 Area off optical axis

───────────────────────────────────────────────────── 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 10/26 10/04 10/06 (72)発明者 中 森 重 治 茨城県つくば市千現2丁目1番1号 宇宙 開発事業団 筑波宇宙センター内 (72)発明者 近 藤 文 夏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高 原 憲 一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 秋 葉 敏 克 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝小向工場内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication location H04B 10/26 10/04 10/06 (72) Inventor Shigeharu Nakamori 2 Sengen 2 Tsukuba, Ibaraki Pref. No. 1-1, Space Development Agency Tsukuba Space Center (72) Inventor Fumika Kondo 1 Komukai Toshiba-cho, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba R & D Center (72) Inventor Kenichi Takahara (72) Inventor: Toshikatsu Akiha Toshikatsu Akiha, Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光ビームを受ける光ファイバと、 前記光ファイバを収容するファイバ収容部と、 前記ファイバ収容部を弾性支持する弾性ヒンジと、 駆動信号に基づいて前記ファイバ収容部に収容された前
記光ファイバを変位させる光ファイバ駆動手段と、 前記光ファイバを通過した光ビームを電気信号に変換す
る信号処理手段と、 前記光ファイバを微小振動させるための信号を発生する
微小振動信号発生手段と、 前記信号処理手段の出力と前記微小振動信号発生手段の
出力とに基づいて前記光ビームが前記光ファイバに入出
射する際の光軸誤差を検出する光軸誤差検出手段と、 この光軸誤差検出手段によって検出された光軸誤差と、
前記微小振動信号発生手段の出力とに基づいて前記光軸
誤差が零となるように前記光ファイバ駆動手段を駆動制
御する制御手段と、 を備えていることを特徴とする光ビーム送受信装置。
An optical fiber for receiving the light beam; a fiber housing for housing the optical fiber; an elastic hinge for elastically supporting the fiber housing; and an elastic hinge housed in the fiber housing based on a drive signal. Optical fiber driving means for displacing the optical fiber, signal processing means for converting a light beam passing through the optical fiber into an electric signal, and micro vibration signal generating means for generating a signal for micro vibration of the optical fiber, Optical axis error detecting means for detecting an optical axis error when the light beam enters and exits the optical fiber based on an output of the signal processing means and an output of the micro vibration signal generating means; The optical axis error detected by the means,
Control means for controlling the driving of the optical fiber driving means so that the optical axis error becomes zero based on the output of the micro vibration signal generating means.
【請求項2】前記駆動手段はプリロードがかけられた圧
電素子または電歪素子を有し、前記弾性ヒンジは2軸支
持可能な構造となっていることを特徴とする請求項1記
載の光ビーム送受信装置。
2. The light beam according to claim 1, wherein said driving means has a preloaded piezoelectric element or electrostrictive element, and said elastic hinge has a structure capable of supporting two axes. Transceiver.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006001008A (en) * 1999-09-27 2006-01-05 Canon Inc Cutting method and cutting device

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