JPS63219240A

JPS63219240A - 空間光伝送装置

Info

Publication number: JPS63219240A
Application number: JP62053610A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Egashira; 江頭　信正; Kumio Kasahara; 笠原　久美雄
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-09-12

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】〔産業上の利用分野〕この発明は一定の軌道上を移動する移動局と固定局との
間を光波を利用して通信を行う空間光伝送装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図と第５図はそれぞれ例えは特開昭５５−６７２５
３号公報に示されたものと類似な従来の空間光伝送装置
の概略配置図と概略構成図である。図において（１）は
固定局、帝は送信装置、（３）は信号光、（イ））は移
動局、四は受信装置、　（５１）は送信回路、　　（５
２）は発光素子、　　（５３）ハ送信レンズ、　　（５
４）はバンドパスフィルタ。

（５５）は受信レンズ、　　（５６）は受光累子、　（
５７）は受信回路である。

第４図において固定局中に設置されｔこ送信袋ｆｆｔ　
＋２１により出射された信号光（３）は、空間を伝搬し
、移動局（４）が移動する軌道ａ’ａ？横切る。この信
号光（３）が軌道ａを含む平面に投影された領域Ａ内に
受信装置（ロ）を搭載した移動局（イ））が存在すると
きに通（ｉｇＩｇＩ線が成立する。

と−こ′ご第５図をもとじ送信装置ｔ、［２＋と受信装
置りとの間の通信を詳しく説明する。

通信装置（２）は送信回路（５１）　、発光素子（５２
）、送信レンズ（５３）とから構成されている。発光素
子（５２）は送信回路（５１）により変調される変調さ
れた光は送信レンズ（５３）によって拡がり角２Ｊｔの
光束に変換され、信号光（３）として空間を伝搬し、受
信装置（ロ）に到達する。受信装置（５１はバンドパス
フィルタ（５４）、　受信レンズ（５５）、受光素子（
５６）　、受イぎ（ロ）路（５７）とから構成されてお
り、この到達した信号光は太陽及び照明灯からの背景光
と混ざりバンドパスフィルタ（５４）に入射する。バン
ドパスフィルタ（５４）は信号光（３）のみを通過させ
る狭い帯域幅をもっている。このためバンドパスフィル
タ（５４）を通過した光は背景光が大部分除去されたも
のとなる。この通過光は受信レンズ（５５）に入射し収
束光束に変換され受光素子（５６）へ入射する。ここで
電気信号に変換され受信回路（５７）により所要の信号
へと変換される。

この時、受信装置（」の視野角２１Ｊｒは上記の２βｔ
とほぼ等しく選ばれる。第６図は、軌道α上における送
信装置と受信装置との位置関係を説明する図である。

図において受信装置ｑ）の受光素子（５６）　ｌ二到達
する信号光Ｐｄは次式であられされる。

ただし、Ｐｔは送信装置（２）から出射される全光出力
。

Ｓは受信レンズ（５５）の面積。

Ｔｒはバンドパスフィルタ（５４）かう受光素子（５６
）に至るまでの透過率。

ψは受信レンズ（５５）に入射する光線と受信レンズ（
５５）に立てた法線とのなす角度。

γは送信装置（声から出射された光束の中心光線に旧って測った送信装置９）から受信装置りまでの距離である。

また、γは次式でめられされる。

γ＝Ｊ丁Ｗ　Ｌ、ｏｓθ　　　・・・・・・・・・・・
・　（２）ただし、ｄｏｉｄ軌道α上で受信装＃りが送
信装置中に最も近づく点Ｈから送信装置りまでの距離りは点Ｈから受信装置りまでの距離。

Ｏは送信装置りから受信装置屯）へ向かう光線と送＠装置密から出射された信号光の中心ｖ′、ａｔとのなす角度である。

通常、ｄｏとして数ｍ、　　Ｌとして数σｍ。

βｔ（≧１０１）としてＰｍγαｄの値が選ばれている
。このため式（２）はｒ＝Ｌと近似することができ０式
ｆｉ＋は次式となる。

以上より、領域Ａにおける信号光Ｐｄのレベル変動の幅
△Ｐｄは最大値Ｐｄ（Ｌｌ）と最小値Ｐｄ（Ｌ２）とか
ら次式のように求まる。

ただし＋　　ＬＬは領域ＡにおけるＬの最小値。

Ｌｌは領域ＡにおけるＬの最大値である。

この信号光が′ば気信号に変換された時の信号光電力の
レベル変動の幅△Ｐｓは次式となる・・・・・・・・・
・・・・・・　（５）−例として駅舎と列車との間で追
値をする場合を考え領域ＡとしてＬ２−Ｌ１＝２００ｍ
を想定する。

ここでＬｌ−１００ｍとおくと式（５）より信号光電力
は１９　ｄＢのレベル変動を生じろ。これに対して受信
回路（５７）で追従可能なレベル変動は２０　ｄＢ　８
度が来用的な限界でろる。上記（２）の数字の比較から
受信光電力の変動幅を抑圧することが望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は上記のような問題点を解消するため（二なさ
れたもので、ダイナミックレンジが小さい。したがって
製作が容易で安価な受信回路（５７）が使用できる空間
光伝送装置を得ることを目的する。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る空間光伝送装置は、第４図に示した領域
Ａにおいて受イぎ装置空に入射するイご号元電力なほぼ
一定とするように送信レンズ（５３）の前面に遮光板を
設置したものでめる。

〔作　用〕

上記の手段によりダイナミックレンジの小さな受信回路
（５７）を使用することが可能となり、受信回路（５７
）の製作が容易かつ安価となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明による空間光伝送装置の一実施例の概
略構成図である。

図において（Ｉｌｌは第４図に示した領域Ａにおいて受
信光強度がほぼ一定となるように送信レンズ（５３）か
ら出射されたイｇ号光の一部を遮光する遮光板である。

発光素子（５２）は送信回路（５１）　ｌ二より変調さ
れる。ここでは発光素子（５２）としてＬＥＤを用いた
ものについて説明１−る。変調された光送信レンズ（５
３）によって拡がり角２Ｉｔの光束に変換され、１部が
遮光板０υによって連光される。遮光１れすに：ａ過し
た元は信号光（３）として空間を伝戴し、受信装置りに
到達する。

第２図は送信レンズ（ｂ３）の出射面の１部を遮光板（
１）１でお２つだ場合の放射輝度分布でめろ。

送信レンズ（５３）の有効径の面積に対する遮された領
域の面積を遮光率を定義すると遮光率が約０．５になっ
た時、Ｉθ１≦ｐｔの領域において角度６　（ｍｒａｄ
）と放射輝度Ｐ（０）との間に線形な関係が成立する。

すなわち。

Ｐ（の＝Ｋ　（５，６０＋７ｏ　）　　　　・・・・・
・・・・・・・　（６）Ｋは定数である。

受信素子（５６）に入射する信号光Ｐｄは次式となる。

従来１）＋ｌＪで説明したようにＬに比べてｄＯは充分
に小さいので近似的にγ＝Ｌが成り立ち。

第６図よりＬとθとの間には次の関係式が成り立つ。

十μ月　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・　
（８）以上９式１６＋、　（７１，（８１より次υ〕関
１系式を得るＩ０２　　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・　（９）−例として、　　ｄｏ　＝　２．５
　ｍ、　　Ｉ４　＝１００ｍ。

ｐｔ　＝　９　ｍｒａｄ　　の場合について検討する。

式（９）にこれら数値を代入すると次の関係式を得る。

ここで、比例定数を除いた項すなわちについて評価する。

１θ１≦ｐ　ｔ　＝　９　ｍ　ｒａｄにおける変化の様
子を第３図に示す。図よりｆ（θ）すなわちＰｄのレベ
ル変動の幅は１．８ｄＢでめることがわかる。

この値は従来例で説明した値１９　ｄＢに比べて約１７
ｄＢも改善された値である。このため受信回路（５７）
とし２て所要のダイナミックレンジは小さくてすみ、製
作が各易で安価なものが使用できる。

なお、受光水子（５６）に入射した信号光は醒気何号に
変換されたのち、受信回路（５７）により所要の信号へ
と変換される。

上記実施例では送信レンズの前面に遮光板ａＵを設置し
たものを示したが、このような遮光特性なもつフィルタ
な送信レンズ（５３）に直接蒸着法などを用いて成膜し
てもよい。この場合にも上記実施例と同様の効果を奏す
る。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、領域Ａに於いて受信光
強度をほぼ一定とするように受信装置中から出射逼れる
信号光の放射輝度分布を設定したため、所要のダイナミ
ックレンジが小さくてすみ製作の谷易な受信回路（５７
）が使用でき安価な通４ｇシステムの構成が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図μこの発明の一実施例による空間光伝送装置を示
す概略構成図、第２図は実験的に求求めた遮光率と送信
レンズ（５３）から出射される光束の放射輝度分布との
関係を示す図、第３図は角度Ｕとｊ′（θ）との関係を
示す図、第４図は固定局と移動局との位置関係を示す概
略図、第５図は健筆の空間光伝送装置を示す概略構成図
。第６図は軌道α上における送信装置と受信装置との関Ｉ
ｙｐ、！説明する図でおる。図において（１）は固定局、轡は送信°装置、（３）は
信号光、（」ば移動局、（ロ）は受信装置、μυは遮光
板、　　（５１）は送信回路、　　（５２）は発光素子
、　（５３）は送信レンズ、　　（５４）はバンドパス
フィルタ、　　（５５）は受信レンズ、　　（５６）は
受光水子、　　（５７）は受１ぎ回路である。なお１図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）送信装置と一定の軌道上を移動する移動局に備え
られた受信装置との間を光波を利用して通信を行う空間
光伝送装置において、上記送信装置と上記移動局の移動
軌跡によって決まる平面円で上記送信装置の光軸に対し
て角度θの方向に出射される光速の放射輝度をＰ（θ）
とした時、Ｐ（θ）がθの１次関数であらわされること
を特徴とする空間光伝送装置。
（２）送信装置は発光素子と、この発光素子を焦点近傍
にもつ送信レンズと、この送信レンズの前面に設置され
、この送信装置の光軸に対して角度θの方向に出射され
る光束の放射輝度がθの１次関数となるようにした遮光
板とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の空間光伝送装置。
（３）送信装置は発光素子と、この発光素子を焦点近傍
にもち、上記送信装置の光軸に対して角度θの方向に出
射される光束の放射輝度がθの１次関数となるようにし
たフィルタを成膜した送信レンズを有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の空間光伝送装置。