JPWO2018110472A1 - 光空間通信装置及び遅延調整方法 - Google Patents

Abstract

（課題）複数の光アンテナを備える光空間通信装置において、伝送路の遅延の変化に対応することを可能とする。（解決手段）光空間通信装置は、第１及び第２の送信光をそれぞれ送信し第１及び第２の受信光をそれぞれ受信する第１及び第２の光アンテナと、第１及び第２の送信光に含まれる送信データにそれぞれ遅延を与える第１及び第２の遅延回路と、第１及び第２の受信光に含まれる受信データにそれぞれ遅延を与える第３及び第４の遅延回路と、第１及び第３の遅延回路と第１の光アンテナとの間のそれぞれの遅延と第２及び第４の遅延回路と第４の光アンテナとの間のそれぞれの遅延と通信先と第３及び第４の遅延回路との間のそれぞれの遅延とに基づいて第１の遅延回路及び第２の遅延回路の少なくとも一方の遅延を設定し第３の遅延回路及び第４の遅延回路の少なくとも一方の遅延を設定する受信機と、を備える。

Description

本発明は、光空間通信装置及び遅延調整方法に関し、特に、複数の光アンテナを備える光空間通信装置及びそれに用いられる遅延調整方法に関する。

リモートセンシング技術の発達により、観測衛星が取得した高精細なデータを地上へ送信する需要が高まっている。また、衛星を介した通信サービスも提案されており、地上と衛星との間に必要な通信容量は今後増加すると予想される。現在、地上と衛星間の通信手段としてマイクロ波が使用されている。しかし、無線帯域の逼迫や伝送速度の制約から、マイクロ波による通信容量には限界がある。

このような伝送容量の増加に対応できる技術として、光空間通信が知られている。光空間通信は、光ファイバ通信で使用される信号光を、光ファイバ内ではなく自由空間中に伝搬させて通信する技術であり、理想的には光ファイバ通信に匹敵する通信容量を得ることが可能である。さらに、近赤外領域の波長の信号光を使用することで、光空間通信は信号光の空間的な広がりをマイクロ波よりも抑えることが可能である。このため、光空間通信は伝送路の密度を高くすることができ、これによっても通信可能なデータ容量が増加する。また、信号光は指向性が高いことから、光空間通信を用いることで、通信の秘匿性の向上も期待される。

しかし、光空間通信は光ファイバ通信に対して、以下の課題を持つ。その課題は、地表の大気の屈折率が温度変化や風などで揺らぐことで、伝搬する光の進行方向や空間パターンが変化する結果、通信品質が劣化し、あるいはランダムに変動することである。例えば、地上から衛星へのアップリンク通信を考える場合、地上の送信機付近における大気揺らぎにより、送信された信号光（送信光）の進行方向がランダムな方向へ曲がり、衛星で受信される信号光の受信強度が大きく変動する場合がある。

このような受信強度の変動を緩和する方法の一つとして、特許文献１は、地上の通信設備が複数の送信望遠鏡を備える構成を記載する。特許文献１に記載された構成では、複数の送信望遠鏡が、互いに空間的に離して配置されるため、それぞれの送信望遠鏡から送信されるそれぞれの信号光は異なる大気揺らぎを受ける。その結果、衛星の受信望遠鏡に信号光が入射する確率を上げることが可能である。また、送信望遠鏡の数を増やすことで、地上側から送信する信号光の強度の総和が増える。その結果、衛星での信号光の受信強度を高く保つことが可能である。

なお、光空間通信では、信号光を送受信するアンテナを「光アンテナ」又は「望遠鏡」（telescope）などと呼ぶことがある。また、信号光を送信するアンテナを「送信望遠鏡」と呼び、信号光を受信するアンテナを「受信望遠鏡」と呼ぶこともある。

複数の送信望遠鏡を使用する際の課題として、複数の送信光間の遅延調整がある。各送信光は互いに異なる送信望遠鏡の開口から出射されるため、送信装置の内部にある変調器から出射位置までの光路長差に起因する遅延が発生する。そのため、送信光が衛星で受信された際に伝送データの受信タイミングが送信光ごとに異なる可能性があり、この場合には通信品質が劣化する。このような課題に対して、非特許文献１は、複数の送信望遠鏡をフレームに固定することで送信望遠鏡と衛星との間における送信光の間の遅延差をなくすことを記載している。さらに、非特許文献１は、変調器から送信望遠鏡までの光伝送の遅延量を測定し、変調情報を伝える同軸ケーブルの長さを調整することで変調器と送信望遠鏡との間の遅延差を低減することを記載している。

さらに、特許文献２には、無線基地局装置が送信したデータを無線送受信装置で折り返すことで、両装置間の遅延時間を求める遅延時間測定方法が記載されている。特許文献３には、複数の光受信機を用いて受信信号をダイバーシチ合成する構成が記載されている。

米国特許第５，７７７，７６８号明細書 特開２００５−２６９０３４号公報 特開２００１−３３３００５号公報

Z. Sodnik et al. "Results from a Lunar Laser Communication Experiment between NASA's LADEE Satellite and ESA's Optical Ground Station"， Proc. International Conference on Space Optical Systems and Applications (ICSOS)， 2014

上述の非特許文献１に記載された遅延調整方法の課題について説明する。

第１の課題は、通信の開始前に測定された遅延に基づく固定的な対処しか行えないことである。例えば、通信先との距離の変化などの原因により通信中に遅延量が変化する場合には、非特許文献１に記載された技術は有効ではない。

第２の課題は、望遠鏡内部の光学系における光路長差が考慮されていないことである。非特許文献１に記載された技術で用いられる伝送速度は２０Ｍｂｐｓ程度であり、空間でのビット長は１．５ｍ程度である。ビット長がこのように比較的長い場合には、光路長の問題は無視できる。しかしながら、伝送速度が高くなるとビット長が短くなるため、望遠鏡に要求される光学アライメントの精度が上がり、この精度が通信品質に影響を与えるようになる。

そして、特許文献１〜３は、複数の送信望遠鏡が用いられる光空間通信装置において、上記の課題を解決するための手段を開示していない。

（発明の目的）
本発明の目的は、望遠鏡の光学系の遅延量の反映及び通信中の遅延量の変化への対応が可能な、光空間通信装置及び遅延調整方法を提供することにある。

本発明の光空間通信装置は、
送信データを含む第１の送信光を通信先へ送信し受信データを含む第１の受信光を前記通信先から受信する第１の光アンテナと、
前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信し前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信する第２の光アンテナと、
前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える第１の遅延手段と、
前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える第２の遅延手段と、
前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える第３の遅延手段と、
前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える第４の遅延手段と、
前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信し、
前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間の遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求め、
前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求め、
前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求め、
前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定し、
前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する、受信手段と、
を備える。

本発明の遅延調整方法は、
送信データを含む第１の送信光を第１の光アンテナから通信先へ送信し、
受信データを含む第１の受信光を第２の光アンテナにおいて前記通信先から受信し、
前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信し、
前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信し、
第１の遅延手段により、前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与え、
第２の遅延手段により、前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与え、
第３の遅延手段により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与え、
第４の遅延手段により、前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与え、
受信機により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信し、
前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間のまでの遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求め、
前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求め、
前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求め、
前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定し、
前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する、ことを特徴とする。

本発明の光空間通信装置及び遅延調整方法は、望遠鏡の光学系の遅延量の反映及び通信中の遅延量の変化への対応を可能とする。

第１の実施形態の光空間通信システム１００の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の遅延調整方法の例を示すフローチャートである。 第２の実施形態の光空間通信システム２００の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態の光空間通信システム３００の構成例を示すブロック図である。 光アンテナ３１０の内部と外部の伝送路の接続例を示す図である。 光アンテナ３２０の内部と外部の伝送路の接続例を示す図である。 光アンテナ３１０の内部構成の例を示す図である。 ミラー３８５の角度を制御した場合の送信光の送信方向の例を示す図である。 第４の実施形態の光空間通信システム４００の構成例を示すブロック図である。 光アンテナ４１０及び４２０の方向が変化した場合の例を示す図である。 第４の実施形態の遅延調整方法の例を示すフローチャートである。 第５の実施形態の光空間通信システム５００の構成例を示すブロック図である。 光アンテナ５１０及び５２０が回転する場合の例を示す図である。 第５の実施形態の遅延調整方法の例を示すフローチャートである。 第６の実施形態の光空間通信システム６００の構成例を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について、以下に詳細に説明する。ブロック図に付された矢印は信号の向きの例を示すものであり、信号の向きを限定しない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の光空間通信システム１００の構成例を示すブロック図である。光空間通信システム１００は、地上局１及び衛星局２を備える。地上局１と衛星局２とは、自由空間を介して光空間通信を行う。地上局１は地上に設置された通信装置であり、送信機（Ｔｘ）１１０、受信機（Ｒｘ）１４０、遅延回路１１１、１１３、１２１及び１２３、光アンテナ１１２及び１２２を備える。

送信機１１０は、地上局１から衛星局２へ送信されるデータ（以下、「送信データ」という。）を生成して出力する。送信データは、送信機１１０の外部から入力される信号に基づいて生成されてもよい。送信機１１０から出力された送信データは２分岐されて遅延回路１１１及び１２１に同一のタイミングで入力される。

遅延回路１１１及び１２１は、送信データに所定の遅延量（以下、遅延量を単に「遅延」と記載する。）を与え、光アンテナ１１２及び１２２から送信される信号光（以下、「送信光」という。）として出力する。すなわち、遅延回路１１１及び１２１は、送信光に含まれる送信データのタイミングを調整する。遅延回路１１１及び１２１におけるそれぞれの遅延は、受信機１４０により設定される。

伝送路７１０は、遅延回路１１１と光アンテナ１１２とを接続する。伝送路７２０は、遅延回路１２１と光アンテナ１２２とを接続する。遅延回路１１１及び１２１と光アンテナ１１２及び１２２との間の信号の形態及び伝送媒体は限定されない。

遅延回路１１１から出力された送信光は、伝送路７１０、光アンテナ１１２の内部の交点７１を経由して衛星局２へ送信される。遅延回路１２１から出力された送信光は、伝送路７２０、光アンテナ１２２の内部の交点７２を経由して衛星局２へ送信される。

光アンテナ１１２及び１２２は指向性を有する光アンテナである。光アンテナ１１２及び１２２は、衛星局２が備える光アンテナ１３０と光空間通信が可能なように対向する。光アンテナ１１２及び１２２は、送受信される信号光の方向を制御できる。アンテナの方向の制御のための基本的な構成はよく知られているので詳細な記載は省略する。送信光は、光アンテナ１１２及び１２２から衛星局２の光アンテナ１３０へ送信される。図１では、光アンテナ１１２及び１２２から光アンテナ１３０へ向かう送信光が通過する経路の例を、伝送路７１２及び７２２で示す。

本実施形態では、衛星局２は静止衛星や準天頂衛星などの人工衛星上に設置された通信装置であるが、衛星局２の設置形態は限定されない。衛星局２は航空機等の一般的な飛翔体に設置されてもよく、地上の移動体あるいは地上に固定された建築物に設置されてもよい。

衛星局２は、光アンテナ１３０及び送受信機２１を備える。光アンテナ１３０は指向性を有する光アンテナであり、地上局１が備える光アンテナ１１２及び１２２と光空間通信が可能なように対向する。光アンテナ１３０は、光アンテナ１１２及び１２２から送信光を受信して、その信号を送受信機２１に入力する。送受信機２１は、光アンテナ１３０で受信した送信光を処理するとともに、衛星局２から地上局１へ送信する信号光（以下、「受信光」という。）を生成する。送受信機２１は、送信光及び受信光と衛星局２の外部とのインタフェース機能を備える光トランシーバである。送受信機２１で生成された受信光は、光アンテナ１３０から地上局１へ送信され、光アンテナ１１２及び１２２で受信される。光アンテナ１１２、１２２及び１３０は望遠鏡とも呼ばれる。

衛星局２の光アンテナ１３０から送信された信号光は、空間伝搬によりそのビームが広がり、光アンテナ１１２及び１２２へ入射する。図１では、光アンテナ１３０から光アンテナ１１２及び１２２へ向かう受信光の経路の例を、地上局１から衛星局２への経路と同様に伝送路７１２及び７２２で示す。地上局１の光アンテナ１１２へ入射した受信光は、交点７１から伝送路７１１を経て、遅延回路１１３に入力される。光アンテナ１２２へ入射した受信光は、交点７２から伝送路７２１を経て、遅延回路１２３に入力される。

遅延回路１１３及び１２３は、それぞれに入力される受信光に含まれる受信データを抽出し、受信データに所定の遅延を与えて受信機１４０へ出力する。すなわち、遅延回路１１３及び１２３は、受信機における受信データのタイミングを調整する。遅延回路１１３及び１２３の遅延は、受信機１４０により設定される。遅延回路１１３及び１２３から出力された受信データは、受信機１４０で信号処理される。受信機１４０は、信号処理された受信データを地上局１の外部へ出力してもよい。

以上の構成を備える地上局１において、伝送路７１０と７２０との光学的な長さは同一であるとは限らない。伝送路７１１と伝送路７２１、伝送路７１２と７２２に関しても同様である。例えば、光アンテナ１１２及び１２２が送信機１１０及び受信機１４０から離れた場所に設置される場合に、これらの間の伝送路の長さが一致しない場合がある。このため、光アンテナ１１２及び１２２から衛星局２へ送信されるそれぞれの送信光に含まれる送信データが衛星局２の送受信機２１において同一のタイミングで受信されるように、伝送路の遅延を調整する必要がある。

また、光アンテナ１１２及び１２２のそれぞれで受信される受信光に含まれる受信データが地上局１の受信機１４０において同一のタイミングで受信されるように、伝送路の遅延を調整する必要がある。遅延回路１１１、１１３、１２１及び１２３は、送信データ及び受信データが好適なタイミングで受信されるように、入力されたデータに遅延を与える。

次に、本実施形態の遅延調整方法について説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、送信機１１０から遅延回路１１１及び１２１までのそれぞれの区間の距離は短く、送信機１１０から遅延回路１１１及び１２１までの送信データの遅延の差は無視できるとする。また、遅延回路１１３及び１２３から受信機１４０までのそれぞれの区間における受信データの遅延の差も無視できるとする。

図２は、第１の実施形態の遅延調整方法の例を示すフローチャートである。地上局１と衛星局２との間の通信の開始前に、伝送路７１０の遅延と伝送路７２０の遅延との差（時間差δ０）、及び、伝送路７１１の遅延と伝送路７２１の遅延との差（時間差δ１）が測定される（図２のステップＳ０１）。ここで、伝送路の遅延とは、信号が伝送路を伝搬するのに必要な時間である。本実施形態では、伝送路の遅延の測定方法は限定されない。例えば、測定の対象となる伝送路の一端から信号を送信し、他端で受信されるまでに要する時間を伝送路の遅延とすることができる。本実施形態では、伝送路７２０の遅延は伝送路７１０の遅延よりもδ０大きく、伝送路７２１の遅延は伝送路７１１の遅延よりもδ１大きい場合について説明する。

地上局１と衛星局２との間の通信が開始されると（ステップＳ０２）、衛星局２の送受信機２１から地上局１の受信機１４０までの経路間の時間差δｒが測定される（ステップＳ０３）。本実施形態では、伝送路７１２及び伝送路７１１を経由する経路（光アンテナ１１２経由）の遅延に対して、伝送路７２２及び伝送路７２１を経由する経路（光アンテナ１２２経由）の遅延が時間差δｒだけ長い場合について説明する。

受信機１４０は、受信機１４０における受信データの受信タイミングが同じになるように、制御線９１２及び９２２を使って遅延回路１１３及び１２３の少なくとも一方の遅延を設定する（ステップＳ０４）。上述のように、受信データの伝送路において光アンテナ１１２経由よりも光アンテナ１２２経由の遅延が時間差δｒだけ大きい場合には、受信機１４０は、通信開始前の測定時の遅延に対して、遅延回路１２３の遅延を遅延回路１１３よりもδｒ減らす。あるいは、受信機１４０は、遅延回路１１３の遅延を遅延回路１２３よりもδｒ増やす。

次に、地上局１から送信される信号の遅延が設定される。すなわち、受信機１４０は、制御線９１１及び９２１を介して、遅延回路１１１及び１２１の少なくとも一方の遅延を設定する（ステップＳ０５）。受信機１４０は、例えば、ステップＳ０１の実行前と比較して、遅延回路１１１の遅延を遅延回路１２１よりもδｒ−δ１＋δ０だけ増やす。これにより、光アンテナ１１２経由の送信光に含まれる送信データと光アンテナ１２２経由の送信光に含まれる送信データとが衛星局２において同時に受信される。

このように、本実施形態では、受信機１４０は、制御線９１１、９１２、９２１及び９２２を用いて、遅延回路１１１、１１３、１２１及び１２３の遅延を制御する。その際、通信中の受信光の遅延と通信前に測定された伝送路の遅延が利用される。

本実施形態の光空間通信システム１００は、送信データ及び受信データが通過する光学系を含む伝送路の遅延が反映された遅延調整を容易に行うことができる。また、受信光の遅延に基づいて遅延回路１１１、１１３、１２１及び１２３の遅延が設定されるため、通信中の遅延に基づいてより正確な遅延が設定できる。すなわち、光空間通信システム１００は、光アンテナの光学系の遅延量の反映及び通信中の遅延量の変化への対応を可能とする。さらに、遅延測定は地上局１の機能で行われるため、衛星局２は遅延調整のための特別な機能を要しない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態の光空間通信システム２００の構成例を示すブロック図である。図３以降の図面において、既出の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明は省略する。

光空間通信システム２００は、地上局１Ａ及び衛星局２を備える。地上局１Ａの構成は第１の実施形態の地上局１とおおむね同一であるが、地上局１Ａは、地上局１の交点７１及び７２に代えて、サーキュレータ７１Ａ及び７２Ａを備える。サーキュレータ７１Ａ及び７２Ａは、光アンテナ１１２及び１２２の内部及び外部のどちらにあってもよい。また、光サーキュレータに代えて１×２光方向性結合器（すなわち光カプラ）を用いてもよい。さらに、送信光と受信光との波長が異なる場合には、光サーキュレータに代えて光合分波器を用いてもよい。

本実施形態においては、送信機１１０が出力する送信データは電気信号である。遅延回路１１１及び１２１は、電気信号に遅延を与える機能及び電気−光変換機能を備える。これらの機能は電気回路及び発光素子を用いて実現される。遅延回路１１１は、遅延が与えられた送信データを送信光に変換して、伝送路７１０に送出する。送信データは、発光素子を駆動する信号であってもよい。発光素子の例として、半導体レーザダイオードがある。同様に、遅延回路１２１も電気信号に遅延を与える機能及び電気−光変換機能を備え、遅延が与えられた送信データを送信光に変換して、伝送路７２０に送出する。

また、本実施形態においては、受信機１４０に入力される受信データは電気信号である。遅延回路１１３及び１２３は光−電気変換機能及び電気信号に遅延を与える機能を備える。これらの機能は受光素子及び電気回路を用いて実現される。受信光は、受光素子において電気信号に変換される。受光素子の例として、半導体フォトダイオードがある。遅延回路１１３及び１２３は、受信光から変換された電気信号に遅延を与えて受信機１４０に送出する。

さらに、本実施形態においては、伝送路７１０、７１１、７２０、７２１、７５０及び７６０は光ファイバである。サーキュレータ７１Ａ及び７２Ａはこれらの伝送路と光学的に結合可能な構造を備える。これらの伝送路として、光導波路あるいはそれ以外の光伝送媒体を用いることもできる。

サーキュレータ７１Ａは、伝送路７１０から入力された送信光を、伝送路７５０を経由して光アンテナ１１２に入力するとともに、伝送路７５０から入力された受信光を伝送路７１１へ出力する。サーキュレータ７２Ａは、伝送路７２０から入力された送信光を、伝送路７６０を経由して光アンテナ１２２に入力するとともに、伝送路７６０から入力された受信光を伝送路７２１へ出力する。

光アンテナ１１２は、伝送路７５０（光ファイバ）と伝送路７１２（空間）との間の伝送媒体の変換を行う。光アンテナ１１２は、伝送路７５０と光ファイバで接続された光ファイバコリメータを備えてもよい。光ファイバコリメータは、伝送路７５０を伝搬する送信光を伝送路７１２へ放射し、伝送路７１２から受信した受信光を伝送路７５０に入力する。光アンテナ１２２においても、光ファイバコリメータを用いて、伝送路７６０（光ファイバ）と伝送路７２２（空間）との間で伝送媒体を変換できる。

次に、本実施形態の遅延調整方法について説明する。本実施形態の遅延調整方法においては、第１の実施形態（図２のステップＳ０１）と同様に、伝送路７１０の遅延と伝送路７２０の遅延との差（時間差δ０）、及び、伝送路７１１の遅延と伝送路７２１の遅延との差（時間差δ１）が測定される。具体的には、伝送路７１０とサーキュレータ７１Ａとの接続及び伝送路７２０とサーキュレータ７２Ａとの接続を外し、遅延回路１１１及び１２１に試験信号を出力させる。そして、伝送路７１０を伝搬してサーキュレータ７１Ａとの接続点に出力される試験信号と伝送路７２０を伝搬してサーキュレータ７２Ａとの接続点に出力される試験信号との到達時間差を測定することで、時間差δ０を測定できる。

また、伝送路７１１とサーキュレータ７１Ａとの接続及び伝送路７２１とサーキュレータ７２Ａとの接続を外し、サーキュレータ７１Ａ及び７２Ａの接続点から伝送路７１１及び７２１へ同じタイミングで試験信号を入力する。そして、受信機１４０でこれらの試験信号の到達時間差を測定することで、伝送路７１１と７２１の遅延時間の差を測定できる。ただし、時間差δ０及びδ１の測定手順は、上記に限定されない。

地上局１Ａと衛星局２との間で通信が開始された後の手順は、第１の実施形態（図２のステップＳ０３〜Ｓ０５）と同様である。すなわち、受信機１４０は送受信機２１から受信機１４０までの経路間の時間差δｒを求め、遅延回路１１３の遅延を遅延回路１２３よりもδｒ増やすとともに、遅延回路１１１の遅延を遅延回路１２１よりもδｒ−δ１＋δ０だけ増やす。このように遅延回路１１１、１１３、１２１、１２３の遅延が設定されることで、光アンテナ１１２及び１２２を通過する送信データ及び受信データのそれぞれの受信タイミングを一致させることができる。

第２の実施形態の光空間通信システム２００は、送信光と受信光との光分岐部分に取扱いの容易な光ファイバ部品（サーキュレータ７１Ａ及び７２Ａ）を用いる。このため、光空間通信システム２００は、第１の実施形態の効果に加えて、地上局１Ａと衛星局２との間の光空間伝送系に影響を与えることなく、伝送路の遅延の差を容易に測定できる。

なお、本実施形態の地上局１Ａは、遅延回路１１１及び１２１が電気−光変換機能を含み、遅延回路１１３及び１２３が光−電気変換機能を含む。しかし、電気−光変換機能及び光−電気変換機能は、これらの遅延回路の外部に独立した回路として備えられていてもよい。電気−光変換機能及び光−電気変換機能は、光アンテナ１１２及び１２２と受信機１４０との間の回路として配置されてもよい。また、本実施形態の各遅延回路は、電気信号に対して遅延を与える。しかし、各遅延回路は、送信光あるいは受信光に対して遅延を与える機能を備えてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は、本実施形態の光空間通信システム３００の構成を示すブロック図である。光空間通信システム３００は、地上局１Ｂ及び衛星局２を備える。第２の実施形態の地上局１Ａと比較して、地上局１Ｂは、光アンテナ１１２及び１２２に代えて光アンテナ３１０及び３２０を備える。地上局１Ｂは、送信光と受信光とを空間光学系を用いて分離する構成を備える点で、第２の実施形態の地上局１Ａと相違する。

図５は、光アンテナ３１０の内部と外部の伝送路の接続例を示す図である。光アンテナ３１０は、送信光及び受信光を分離する分離器３３１を備える。分離器３３１は図１の交点７１に対応する。光アンテナ３１０の内部の送信光及び受信光の伝搬経路は、伝送路８１１、８１２、８１３及び８１４で示される。伝送路８１１、８１２、８１３及び８１４は、空間伝送路である。光アンテナ３１０内の伝送路８１１、８１２、８１３の途中に記した省略記号は、伝搬する光を個別に制御する機能が伝送路上に含まれてもよいことを示す。

分離器３３１は、伝送路８１１から入力された送信光を反射し、伝送路８１２から入力された受信光を透過する。送信光は、伝送路７１０、伝送路８１１、伝送路８１２、伝送路７１２の順に伝搬する。受信光は、伝送路７１２、伝送路８１２、伝送路８１３、伝送路７１１の順に伝搬する。伝送路７１２は、地上局１Ｂと衛星局２との間の伝送路である。図５では、分離器３３１は送信光を反射し、受信光を透過する。伝送路８１４はモニタ光の伝送路であり、外部の伝送路８１０と接続される。

分離器３３１は、例えば、ダイクロイックミラー又は偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter、ＰＢＳ）である。ダイクロイックミラーは、入射光の波長に応じて入射光を反射あるいは透過する。ＰＢＳは、入射光の偏光方向に応じて入射光を反射あるいは透過する。分離器３３１は、これらの性質を用いて送信光と受信光の波長あるいは偏光の違いにより光の伝送方向を制御する。送信光及び受信光が分離器３３１において分離されるように、送信光と受信光とは、波長、偏光方向などの光学的性質が異なる。ダイクロイックミラーを分離器３３１として用いる場合には、ダイクロイックミラーで分離可能な２つの波長の一方（例えば１．５３μｍ）を送信光の波長とし、他方（例えば１．５６μｍ）を受信光の波長としてもよい。

また、分離器３３１としてＰＢＳを用いる場合には、衛星局２の送受信機２１は一定の偏光方向で受信光を送信し、ＰＢＳは受信光を透過する角度に設定される。そして、送信光の偏光方向は、ＰＢＳにおいて反射されるように設定される。伝送路７１０に偏波面保持ファイバを用いることで、ＰＢＳに入射する送信光の偏光方向を固定させてもよい。

図６は、光アンテナ３２０の内部と外部の伝送路の接続例を示す図である。光アンテナ３２０の構成及び機能は光アンテナ３１０と同様である。図５と比較して、図６では参照符号のみが相違する。

図７は、図５に示した光アンテナ３１０の内部構成の例を示す図である。以降の説明は、図６に示した光アンテナ３２０に関しても同様である。光アンテナ３１０は、分離器３３１、コリメータ３８１〜３８３、ビーム径変換器３８４、ミラー３８５、ミラー制御回路３８６を備える。

コリメータ３８１〜３８３は、光ファイバである伝送路７１０、７１１、８１０を伝搬する光と、空間の伝送路８１１、８１３、８１４を伝搬する平行光とを結合させる。コリメータ３８１〜３８３は、光ファイバコリメータとも呼ばれる。ビーム径変換器３８４は、伝送路７１２を伝搬する光のビーム径と伝送路８１２を伝搬する光のビーム径とを変換する。コリメータ３８１〜３８３及びビーム径変換器３８４は、いずれも、少なくとも１個のレンズを用いて構成されてもよい。

ミラー３８５は、コリメータ３８１が放射した送信光（すなわち、伝送路８１１を伝搬する平行光）を反射させて分離器３３１へ入射させる。ミラー３８５は、ミラー制御回路３８６の制御によって、送信光の反射方向を制御できる。すなわち、ミラー３８５及びミラー制御回路３８６は、送信光の分離器３３１への入射角を制御できる。

図８は、ミラー３８５の角度を制御した場合の送信光の送信方向の例を示す図である。送信光の分離器３３１への入射角を制御することで、送信光が分離器３３１へ入射する角度を変化させることができる。この場合、分離器３３１は固定されているので、受信光の受信に影響は生じない。従って、ミラー３８５の角度を制御することによって、受信光の受信方向とは異なる方向へ送信光を送信できる。

例えば、衛星局２が移動している場合には、光アンテナ３１０において受信光が受信される方向と、送信光を送信すべき方向とは異なる。すなわち、地上局１Ｂは、衛星局２の移動による光アンテナ１３０の位置変化を加味して、送信光が衛星局２で受信される時点の光アンテナ１３０の位置へ向けて送信光を送信する必要がある。本実施形態では、ミラー３８５を用いて分離器３３１への送信光の入射角度を制御することで、衛星局２の移動先で送信光が受信されるように送信光の送信方向を受信光の方向とは独立に制御できる。送信光の方向は、衛星の軌道に関する既知の情報に基づいて地上局１Ｂにおいて求めることができる。ミラー３８５の構成及びその角度を制御するための構成は限定されない。例えば、ミラー３８５としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いて、伝送路８１１を伝搬する送信光の方向を制御してもよい。ミラー制御回路３８６は、受信機１４０又は地上局１Ｂのそれ以外の場所に備えられた制御回路によって制御されてもよい。

次に、本実施形態の遅延調整方法について、図５及び図６を参照して説明する。本実施形態の遅延調整方法においては、図２と同様に、まず、伝送路７１０と７２０との時間差δ０、伝送路７１１と７２１との時間差δ１が測定される。この測定には、以下のように、伝送路８１０、８２０が使用される。

伝送路７１０と伝送路７２０との時間差δ０は、以下の手順で求まる。遅延回路１１１及び１２１は、それぞれ、分離器３３１及び３４１を透過する光を送信する。すなわち、分離器３３１及び３４１がダイクロイックミラーである場合には、送信機１１０は受信光と同一の波長の光を送信する。分離器３３１及び３４１が偏光ビームスプリッタである場合には、遅延回路１１１及び１２１は、受信光と同一の偏光方向で分離器３３１及び３４１に入射する光を送信する。光アンテナ３１０の外部にある伝送路８１０の端部及び光アンテナ３２０の外部にある伝送路８２０の端部までのそれぞれの到達時間を測定することによって、その差から時間差δ０が求まる。

一方、伝送路７１１と伝送路７２１との到達時間差は、以下の手順で求まる。伝送路８１０及び８２０のそれぞれの端部から、分離器３３１及び３４１において反射される光を入力する。すなわち、分離器３３１及び３４１がダイクロイックミラーである場合には、送信光と同一の波長の光が伝送路８１０及び８２０のそれぞれの端部から入力される。分離器３３１及び３４１が偏光ビームスプリッタである場合には、送信光と同一の偏光方向で分離器３３１及び３４１に入射する光がそれぞれの端部から入力される。端部から入力された光は、それぞれ伝送路７１１及び伝送路７２１を通過して受信機１４０で受信される。これらの光の受信機１４０における受信時刻を測定することによって、その差から時間差δ１が求まる。

地上局１Ｂと衛星局２との間で通信が開始された後の手順は、第１及び第２の実施形態と同様である。すなわち、受信機１４０は送受信機２１から受信機１４０までの経路間の時間差δｒを求め、遅延回路１１３の遅延を遅延回路１２３よりもδｒ増やすとともに、遅延回路１１１の遅延を遅延回路１２１よりもδｒ−δ１＋δ０だけ増やす。このように遅延回路１１１、１１３、１２１、１２３の遅延が設定されることで、光アンテナ３１０及び３２０を通過する送信データ及び受信データのそれぞれの受信タイミングを一致させることができる。

本実施形態において、計測された遅延は、遅延の調整の対象となる伝送路の時間差の他に、光アンテナ３１０及び３２０と接続された伝送路８１０及び８１４、又は伝送路８２０及び８２４の遅延を含む。上述の例では、伝送路７１０、８１１、８１４、８１０を含む経路の遅延に対して、伝送路７２０、８２１、８２４、８２０を含む経路の遅延がδ０だけ長い。また、伝送路８１０、８１４、８１３、７１１の遅延に対して、伝送路８２０、８２４、８２３、７２１の遅延がδ１だけ長い。そして、伝送路８１０及び８１４、伝送路８２０及び８２４は、通信時には送信光及び受信光のいずれも通過しない。しかし、伝送路８１０及び８１４、伝送路８２０及び８２４の遅延は、遅延δｒ−δ１＋δ０の計算において相殺されるため、伝送路８１０及び８１４、伝送路８２０及び８２４の遅延は各遅延回路に設定される遅延に影響を与えない。

以上説明した光空間通信システム３００は、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、送受信光を空間光学系で分離することによって、送信光と受信光を独立に処理することが可能である。また、ミラー３８５を備えることで、受信光の受信に影響を与えることなく、衛星局２の移動が考慮された方向へ送信光を送信できる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図９は、第４の実施形態の光空間通信システム４００の構成例を示すブロック図である。光空間通信システム４００は、地上局１Ｃ及び衛星局２を備える。地上局１Ｃの光アンテナ４１０は、第１の実施形態に示した伝送路７１０及び７１１、交点７１、光アンテナ１１２を含む。同様に、光アンテナ４２０は、伝送路７２０及び７２１、交点７２、光アンテナ１２２を含む。フレーム４３０は、光アンテナ４１０及び４２０を一体に保持する。また、地上局１Ｃは、第１の実施形態の地上局１と同様の制御線９１１、９１２、９２１及び９２２を備えるが、図面が煩雑になることを避けるため図９では省略されている。

図１０は、光アンテナ４１０及び４２０の方向が変化した場合の例を示す図である。本実施形態では、地上局１Ｃの２つの光アンテナ４１０及び４２０がフレーム４３０に固定されているため、地上局１Ｃと衛星局２との間の相対位置が変化しても、伝送路７１２の遅延と伝送路７２２の遅延との差は変化しない。例えば、図１０に示すように、衛星局２の移動によって光アンテナ４１０及び４２０の方向が図９と比較して変化した場合でも、伝送路７１２及び７２２の間の遅延時間の差は変化しない。従って、光空間通信システム４００では、図２に示した遅延調整方法を実施する。また、伝送路７１２及び７２２の間の遅延時間の差が変化しないため、通信の開始後に地上局１Ｃと衛星局２との間の位置の変化に合わせた調整を行うことは必須ではない。しかし、通信の開始後所定の時間が経過した場合、あるいは遅延調整が必要になった場合には、再度遅延回路の遅延が調整される。

図１１は、第４の実施形態の遅延調整方法の例を示すフローチャートである。図１１は図２のフローチャートと比較して、ステップＳ０６を備える点で相違する。通信の開始後所定の時間が経過した場合、あるいは遅延調整が必要になった場合には、ステップＳ０５によって、再度遅延回路の遅延が調整される。

このような構成を備える光空間通信システム４００は、通信の開始後所定の時間が経過した場合、あるいは遅延調整が必要になった場合には、第１の実施形態と同様の手順を用いて再度遅延回路の遅延が調整される。このため、光空間通信システム４００は、望遠鏡の光学系の遅延量の反映及び通信中の遅延量の変化への対応を可能とする。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１２は、本実施形態の光空間通信システム５００の構成例を示すブロック図である。光空間通信システム５００は、地上局１Ｄ及び衛星局２を備える。地上局１Ｄは、第４の実施形態の地上局１Ｃと比較して、フレーム４３０を欠いている。また、地上局１Ｄは、地上局１Ｃの光アンテナ４１０及び４２０は、地上局１Ｄでは光アンテナ５１０及び５２０で示される。光アンテナ５１０及び５２０は独立して衛星局２との方向を制御できる。地上局１Ｄは、第１の実施形態の地上局１と同様の制御線９１１、９１２、９２１及び９２２を備えるが、図１２では省略されている。

次に、本実施形態の遅延調整方法について説明する。本実施形態では、地上局１Ｄの２つの光アンテナが個別に配置される。このため、地上局１Ｄと衛星局２との相対的な位置変化に対して、伝送路７１２の遅延と伝送路７２２の遅延との差が変化する。図１３は、光アンテナ５１０及び５２０がそれぞれ支点５１及び５２を軸として回転し、衛星局２と通信する場合の例を示す図である。この場合、光アンテナ５１０及び５２０の回転に起因して、伝送路７１２の遅延と伝送路７２２の遅延との差（時間差δ５００）が生じる。時間差δ５００は、衛星局２の位置に依存して変化する。δ５００の変化は第１の実施形態で説明したδｒの変化として測定できる。

図１４は、第５の実施形態の遅延調整方法の例を示すフローチャートである。ステップＳ０１〜Ｓ０４は、第１の実施形態の図２と同様である。図１４では、遅延回路の遅延の調整後に必ずδｒの測定に戻るフローが追加されている。ステップＳ０５の実行後、直ちにあるいは短い時間でステップＳ０３に戻り、δｒを再測定することで、遅延回路の遅延を衛星局２の位置変動に追従させることができる。

光空間通信システム５００はこのように遅延の測定を行う。遅延の測定周期は任意であり、周期的に遅延が測定されてもよい。その結果、地上局１Ｄと衛星局２との間の遅延が時間と共に変化する場合であっても、送信データの送信タイミング及び受信データの受信タイミングを遅延の変化に追従させることができる。すなわち、光空間通信システム５００は、望遠鏡の光学系の遅延量の反映及び通信中の遅延量の変化への対応を可能とする。

第４及び第５の実施形態の説明では、第１の実施形態の地上局１に基づいて説明した。第４及び第５の実施形態の構成及び説明は、第２及び第３の実施形態の地上局１Ａ及び１Ｂにも適用できる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１５は、第６の実施形態の光空間通信システム６００の構成例を示すブロック図である。光空間通信システム６００は、地上局１Ｅと衛星局２とを備える。地上局１Ｅは、ｎ台の光アンテナ１１２−１〜１１２−ｎを備える。ｎは３以上の整数である。ｎ台の光アンテナに対応して、遅延回路もｎ組用意される。すなわち、光アンテナ１１２−１には遅延回路１１１−１及び１１３−１が接続される。同様にして、光アンテナ１１２−ｎには遅延回路１１１−ｎ及び１１３−ｎが接続される。

第１の実施形態の地上局１は、２台の光アンテナ１１２及び１２２が並列に配置され、それぞれが送信機１１０及び受信機１４０に接続されていた。本実施形態では、ｎ台の光アンテナ１１２−１〜１１２−ｎが並列に接続され、それぞれは送信機１１０及び受信機１４０に接続される。光アンテナ１１２−１〜１１２−ｎ、遅延回路１１１−１〜１１１−ｎ及び１１３−１〜１１３−ｎの機能は光アンテナ１１２、遅延回路１１１及び１１３と同様であり、それぞれは伝送路７１２−１〜７１２−ｎを経由して衛星局２と通信する。

受信機１４０は、遅延回路１１１−１〜１１１−ｎ及び１１３−１〜１１３−ｎとの間に遅延を設定するための制御線を備えているが、図１５では記載は省略される。

次に、本実施形態の遅延調整方法について説明する。本実施形態では、地上局１Ｅの光アンテナ１１２−１〜１１２−ｎのうち、基準となる１本の光アンテナに対する相対的な伝送時間差に基づいて、他のｎ−１本の光アンテナに接続された遅延回路の遅延を調整する。例えば、光アンテナ１１２−１を基準とする場合、遅延回路１１１−１及び１１３−１の遅延を固定する。そして、光アンテナ１１２−２〜１１２−ｎに接続された伝送路７１０−２〜７１０−ｎ及び７１１−１〜７１１−ｎのそれぞれについて図２のフローチャートと同様に時間差δ０、δ１、δｒを測定する。そして、測定されたそれぞれの時間差δ０、δ１、δｒに基づいて遅延回路に遅延を設定することで、使用する光アンテナ１１２−１〜１１２−ｎに接続された伝送路の遅延が調整できる。

最も受信レベルの高いアンテナを、基準となる光アンテナとして遅延を調整してもよい。この場合、それぞれの遅延回路素子にはあらかじめ遅延を与えておくことで、基準となったアンテナに接続された遅延回路の遅延に対して、他の遅延回路の遅延を増加させ、あるいは減少させることができる。

本実施形態の説明では、第１の実施形態の地上局１の光アンテナを２本からｎ本に拡張する場合について説明した。同様の拡張は、第２〜第５の実施形態の地上局１Ａ〜１Ｄにも適用されうることは明らかである。

このような構成を備える光空間通信システム６００も、望遠鏡の光学系の遅延量の反映及び通信中の遅延量の変化への対応を可能とする。

（第７の実施形態）
以上説明した地上局１〜１Ｅは、光空間通信装置と呼ぶことができる。第１の実施形態の光空間通信装置は、以下のようにも記載できる。括弧内に、図１の参照符号を付す。

光空間通信装置（１）は、第１及び第２の光アンテナ（１１２、１２２）と、第１〜第４の遅延手段（１１１、１２１、１１３、１２３）と、受信手段（１４０）と、を備える。

第１の光アンテナ（１１２）は、送信データを含む第１の送信光を通信先（２）へ送信し受信データを含む第１の受信光を通信先（２）から受信する。第２の光アンテナ（１２２）は、送信データを含む第２の送信光を通信先（２）へ送信し受信データを含む第２の受信光を通信先（２）から受信する。

第１の遅延手段（１１１）は、第１の送信光に含まれる送信データに所定の遅延を与える。第２の遅延手段（１２１）は、第２の送信光に含まれる送信データに所定の遅延を与える。第３の遅延手段（１１３）は、第１の受信光に含まれる受信データに所定の遅延を与える。第４の遅延手段（１２３）は、第２の受信光に含まれる受信データに所定の遅延を与える。

受信手段（１４０）は、第１の受信光に含まれる受信データと第２の受信光に含まれる受信データとを受信する。受信手段（１４０）は、第１の遅延手段と第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と第２の遅延手段と第２の光アンテナとの間の遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求める。受信手段（１４０）は、第１の光アンテナと第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と第２の光アンテナと第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求める。受信手段（１４０）は、通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と通信先と第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求める。

そして、受信手段（１４０）は、第１乃至第３の時間差に基づいて、第１の送信光に含まれる送信データ及び第２の送信光に含まれる送信データが通信先において略同一のタイミングで受信されるように第１の遅延手段及び第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する。受信手段（１４０）は、第３の時間差に基づいて、第１及び第２の受信データが略同一のタイミングで受信されるように第３の遅延手段及び第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する。

このような構成を備える光空間通信装置は、図２の手順を用いて遅延手段の遅延量を設定することにより、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

以上説明した各実施形態において、受信機１４０は、中央処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ）及び記録装置を備えてもよい。ＣＰＵは、記録装置に記憶されたプログラムを実行することで、受信機１４０の機能を実現してもよい。記録装置は一時的でなくかつ固定された記録媒体であり、例えば半導体メモリであるが、これには限定されない。ＣＰＵ及び記録装置は受信機１４０の外部に配置されてもよい。ＣＰＵによって実行されるプログラムは、図２、図１１及び図１４の手順を含む地上局１〜１Ｅの全体の監視及び制御並びに光アンテナ１１２及び１２２の方向を制御する機能を実現させてもよい。以上の機能を備えるＣＰＵ及び記録装置は、制御回路と呼ぶことができる。

なお、上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
送信データを含む第１の送信光を通信先へ送信し受信データを含む第１の受信光を前記通信先から受信する第１の光アンテナと、
前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信し前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信する第２の光アンテナと、
前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える第１の遅延手段と、
前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える第２の遅延手段と、
前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える第３の遅延手段と、
前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える第４の遅延手段と、
前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信し、
前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間の遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求め、
前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求め、
前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求め、
前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定し、
前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する、受信手段と、
を備える光空間通信装置。

（付記２）
前記第１の時間差をＤ１、前記第２の時間差をＤ２、前記第３の時間差をＤ３とした場合に、
前記第４の遅延手段の遅延と前記第３の遅延手段の遅延との差がＤ３となるように前記第３の遅延手段の遅延と前記第４の遅延手段の遅延とが設定され、
前記第２の遅延手段の遅延と前記第１の遅延手段の遅延との差が
Ｄ３−Ｄ２＋Ｄ１
となるように前記第１の遅延手段の遅延と前記第２の遅延手段の遅延とが設定される、付記１に記載された光空間通信装置。

（付記３）
前記第１の遅延手段から入力された前記第１の送信光を前記第１の光アンテナへ出力し、前記第１の光アンテナにおいて受信された前記第１の受信光を前記第３の遅延手段へ出力するように配置された第１の光結合器と、
前記第２の遅延手段から入力された前記第２の送信光を前記第２の光アンテナへ出力し、前記第２の光アンテナにおいて受信された前記第２の受信光を前記第４の遅延手段へ出力するように配置された第２の光結合器と、をさらに備え、
前記第１の遅延手段は、電気信号として入力された前記送信データに所定の遅延を与え、遅延を与えられた前記送信データを前記第１の送信光に変換して前記第１の光結合器へ出力する第１の電気−光変換手段を備え、
前記第２の遅延手段は、電気信号として入力された前記送信データに所定の遅延を与え、遅延を与えられた前記送信データを前記第２の送信光に変換して前記第２の光結合器へ出力する第２の電気−光変換手段を備え、
前記第３の遅延手段は、前記第１の光結合器から入力された前記第１の受信光を電気信号である前記受信データに変換する第１の光−電気変換手段を備え、前記受信データに所定の遅延を与えて前記受信手段へ出力し、
前記第４の遅延手段は、前記第２の光結合器から入力された前記第２の受信光を電気信号である前記受信データに変換する第２の光−電気変換手段を備え、前記受信データに所定の遅延を与えて前記受信手段へ出力する、
付記１又は２に記載された光空間通信装置。

（付記４）
前記第１及び第２の光結合器は光サーキュレータであり、
前記第１の光結合器は、前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第３の遅延手段と光ファイバによって接続され、
前記第２の光結合器は、前記第２の光アンテナ、前記第２の遅延手段及び前記第４の遅延手段と光ファイバによって接続される、
付記３に記載された光空間通信装置。

（付記５）
前記第１の遅延手段は前記第１の受信光とは異なる波長の前記第１の送信光を出力し、
前記第２の遅延手段は前記第２の受信光とは異なる波長の前記第２の送信光を出力し、
前記第１の光結合器は、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを分離可能なダイクロイックミラーであり、
前記第２の光結合器は、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを分離可能なダイクロイックミラーであり、
前記第１の光結合器は、前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第３の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを分離し、
前記第２の光結合器は、前記第２の光アンテナ、前記第２の遅延手段及び前記第４の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを分離する、
付記３に記載された光空間通信装置。

（付記６）
前記第１の光結合器は、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを偏光方向によって分離可能な偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、
前記第２の光結合器は、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを偏光方向によって分離可能なＰＢＳであり、
前記第１の光結合器は、前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第３の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを分離し、
前記第２の光結合器は、前記第２の光アンテナ、前記第２の遅延手段及び前記第４の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを分離する、
付記３に記載された光空間通信装置。

（付記７）
前記第１の送信光の前記第１の光結合器への入射角を変化させる反射ミラーをさらに備え、
前記第１の光結合器は、前記第１の送信光を反射させて前記通信先へ送信するように配置される、
付記５又は６のいずれか１項に記載された光空間通信装置。

（付記８）
前記反射ミラーの角度は、前記通信先が前記第１の送信光を受信することが可能なように前記第１の光アンテナが送信する前記第１の送信光の方向を制御する、
付記７に記載された光空間通信装置。

（付記９）
前記第１及び第２の光アンテナの相対的な位置が固定されている、付記１乃至８のいずれか１項に記載された光空間通信装置。

（付記１０）
前記第１の光アンテナの方向及び第２の光アンテナの方向が独立して制御される、付記１乃至８のいずれか１項に記載された光空間通信装置。

（付記１１）
前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段を含む構成と同様の構成が３組以上並列に配置された、付記１乃至１０のいずれか１項に記載された光空間通信装置。

（付記１２）
送信データを含む第１の送信光を第１の光アンテナから通信先へ送信し、
受信データを含む第１の受信光を第２の光アンテナにおいて前記通信先から受信し、
前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信し、
前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信し、
第１の遅延手段により、前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与え、
第２の遅延手段により、前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与え、
第３の遅延手段により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与え、
第４の遅延手段により、前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与え、
受信機により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信し、
前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間のまでの遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求め、
前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求め、
前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求め、
前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定し、
前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する、
遅延調整方法。

（付記１３）
前記第１乃至第４の遅延手段のいずれかの遅延の設定後、所定の時間が経過した場合には再び前記第１乃至第３の時間差を求め、前記第１乃至第４の遅延手段のいずれかの遅延を設定する、付記１２に記載された遅延調整方法。

（付記１４）
前記第１及び第２の光アンテナの少なくとも一方の方向が変更された場合には再び前記第１乃至第３の時間差を求め、前記第１乃至第４の遅延手段のいずれかの遅延を設定する、付記１２又は１３に記載された遅延調整方法。

（付記１５）
光空間通信装置のコンピュータに、
送信データを含む第１の送信光を第１の光アンテナから通信先へ送信する手順、
受信データを含む第１の受信光を第２の光アンテナにおいて前記通信先から受信する手順、
前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信する手順、
前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信する手順、
第１の遅延手段により、前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える手順、
第２の遅延手段により、前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える手順、
第３の遅延手段により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える手順、
第４の遅延手段により、前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える手順、
受信機により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信する手順、
前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間のまでの遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求める手順、
前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求める手順、
前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求める手順、
前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する手順、
前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する手順、
を実行させるための遅延調整プログラム。

（付記１６）
付記１乃至１１のいずれか１項に記載された光空間通信装置と、
前記光通信装置と光空間通信を行う通信先である通信先装置と、
が対向して配置された光空間通信システム。

以上、実施形態を参照して本発明を説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。この出願は、２０１６年１２月１３日に出願された日本出願特願２０１６−２４０８９８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 地上局
２ 衛星局
２１ 送受信機
５１ 支点
７１、７２ 交点
７１Ａ、７２Ａ サーキュレータ
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 光空間通信システム
１１０ 送信機
１１１、１１１−１〜１１１−ｎ、１１３、１２１、１２３ 遅延回路
１１２、１１２−１〜１１２−ｎ、１２２、１３０ 光アンテナ
１４０ 受信機
３１０、３２０、４１０、４２０、５１０、５２０ 光アンテナ
３３１ 分離器
３８１〜３８３ コリメータ
３８４ ビーム径変換器
３８５ ミラー
３８６ ミラー制御回路
４３０ フレーム
７１０、７１０−２、７１１、７１２、７１２−１ 伝送路
７２０、７２１、７２２、７５０、７６０ 伝送路
８１０、８１１、８１２、８１３、８１４ 伝送路
８２０、８２１、８２３、８２４ 伝送路
９１１、９１２、９２１、９２２ 制御線

Claims (16)

1. 送信データを含む第１の送信光を通信先へ送信し受信データを含む第１の受信光を前記通信先から受信する第１の光アンテナと、
   前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信し前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信する第２の光アンテナと、
   前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える第１の遅延手段と、
   前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える第２の遅延手段と、
   前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える第３の遅延手段と、
   前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える第４の遅延手段と、
   前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信し、
   前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間の遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求め、
   前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求め、
   前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求め、
   前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定し、
   前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する、受信手段と、
   を備える光空間通信装置。
2. 前記第１の時間差をＤ１、前記第２の時間差をＤ２、前記第３の時間差をＤ３とした場合に、
   前記第４の遅延手段の遅延と前記第３の遅延手段の遅延との差がＤ３となるように前記第３の遅延手段の遅延と前記第４の遅延手段の遅延とが設定され、
   前記第２の遅延手段の遅延と前記第１の遅延手段の遅延との差が
   Ｄ３−Ｄ２＋Ｄ１
   となるように前記第１の遅延手段の遅延と前記第２の遅延手段の遅延とが設定される、請求項１に記載された光空間通信装置。
3. 前記第１の遅延手段から入力された前記第１の送信光を前記第１の光アンテナへ出力し、前記第１の光アンテナにおいて受信された前記第１の受信光を前記第３の遅延手段へ出力するように配置された第１の光結合器と、
   前記第２の遅延手段から入力された前記第２の送信光を前記第２の光アンテナへ出力し、前記第２の光アンテナにおいて受信された前記第２の受信光を前記第４の遅延手段へ出力するように配置された第２の光結合器と、をさらに備え、
   前記第１の遅延手段は、電気信号として入力された前記送信データに所定の遅延を与え、遅延を与えられた前記送信データを前記第１の送信光に変換して前記第１の光結合器へ出力する第１の電気−光変換手段を備え、
   前記第２の遅延手段は、電気信号として入力された前記送信データに所定の遅延を与え、遅延を与えられた前記送信データを前記第２の送信光に変換して前記第２の光結合器へ出力する第２の電気−光変換手段を備え、
   前記第３の遅延手段は、前記第１の光結合器から入力された前記第１の受信光を電気信号である前記受信データに変換する第１の光−電気変換手段を備え、前記受信データに所定の遅延を与えて前記受信手段へ出力し、
   前記第４の遅延手段は、前記第２の光結合器から入力された前記第２の受信光を電気信号である前記受信データに変換する第２の光−電気変換手段を備え、前記受信データに所定の遅延を与えて前記受信手段へ出力する、
   請求項１又は２に記載された光空間通信装置。
4. 前記第１の光結合器及び前記第２の光結合器は光サーキュレータであり、
   前記第１の光結合器は、前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第３の遅延手段と光ファイバによって接続され、
   前記第２の光結合器は、前記第２の光アンテナ、前記第２の遅延手段及び前記第４の遅延手段と光ファイバによって接続される、
   請求項３に記載された光空間通信装置。
5. 前記第１の遅延手段は前記第１の受信光とは異なる波長の前記第１の送信光を出力し、
   前記第２の遅延手段は前記第２の受信光とは異なる波長の前記第２の送信光を出力し、
   前記第１の光結合器は、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを分離可能なダイクロイックミラーであり、
   前記第２の光結合器は、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを分離可能なダイクロイックミラーであり、
   前記第１の光結合器は、前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第３の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを分離し、
   前記第２の光結合器は、前記第２の光アンテナ、前記第２の遅延手段及び前記第４の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを分離する、
   請求項３に記載された光空間通信装置。
6. 前記第１の光結合器は、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを偏光方向によって分離可能な偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、
   前記第２の光結合器は、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを偏光方向によって分離可能なＰＢＳであり、
   前記第１の光結合器は、前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第３の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第１の送信光と前記第１の受信光とを分離し、
   前記第２の光結合器は、前記第２の光アンテナ、前記第２の遅延手段及び前記第４の遅延手段にそれぞれ接続された光ファイバコリメータと結合するコリメート光が入射するように配置され、前記第２の送信光と前記第２の受信光とを分離する、
   請求項３に記載された光空間通信装置。
7. 前記第１の送信光の前記第１の光結合器への入射角を変化させる反射ミラーをさらに備え、
   前記第１の光結合器は、前記第１の送信光を反射させて前記通信先へ送信するように配置される、
   請求項５又は６に記載された光空間通信装置。
8. 前記反射ミラーの角度は、前記通信先が前記第１の送信光を受信することが可能なように前記第１の光アンテナが送信する前記第１の送信光の方向を制御する、
   請求項７に記載された光空間通信装置。
9. 前記第１及び第２の光アンテナの相対的な位置が固定されている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載された光空間通信装置。
10. 前記第１の光アンテナの方向及び第２の光アンテナの方向が独立して制御される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載された光空間通信装置。
11. 前記第１の光アンテナ、前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段を含む構成と同様の構成が３組以上並列に配置された、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載された光空間通信装置。
12. 送信データを含む第１の送信光を第１の光アンテナから通信先へ送信し、
    受信データを含む第１の受信光を第２の光アンテナにおいて前記通信先から受信し、
    前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信し、
    前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信し、
    第１の遅延手段により、前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与え、
    第２の遅延手段により、前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与え、
    第３の遅延手段により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与え、
    第４の遅延手段により、前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与え、
    受信機により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信し、
    前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間のまでの遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求め、
    前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求め、
    前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求め、
    前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定し、
    前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する、
    遅延調整方法。
13. 前記第１乃至第４の遅延手段のいずれかの遅延の設定後、所定の時間が経過した場合には再び前記第１乃至第３の時間差を求め、前記第１乃至第４の遅延手段のいずれかの遅延を設定する、請求項１２に記載された遅延調整方法。
14. 前記第１及び第２の光アンテナの少なくとも一方の方向が変更された場合には再び前記第１乃至第３の時間差を求め、前記第１乃至第４の遅延手段のいずれかの遅延を設定する、請求項１２又は１３に記載された遅延調整方法。
15. 光空間通信装置のコンピュータに、
    送信データを含む第１の送信光を第１の光アンテナから通信先へ送信する手順、
    受信データを含む第１の受信光を第２の光アンテナにおいて前記通信先から受信する手順、
    前記送信データを含む第２の送信光を前記通信先へ送信する手順、
    前記受信データを含む第２の受信光を前記通信先から受信する手順、
    第１の遅延手段により、前記第１の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える手順、
    第２の遅延手段により、前記第２の送信光に含まれる前記送信データに所定の遅延を与える手順、
    第３の遅延手段により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える手順、
    第４の遅延手段により、前記第２の受信光に含まれる前記受信データに所定の遅延を与える手順、
    受信機により、前記第１の受信光に含まれる前記受信データと前記第２の受信光に含まれる前記受信データとを受信する手順、
    前記第１の遅延手段と前記第１の光アンテナとの間の遅延である第１の遅延量と前記第２の遅延手段と前記第２の光アンテナとの間のまでの遅延である第２の遅延量との差である第１の時間差を求める手順、
    前記第１の光アンテナと前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記第２の光アンテナと前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第２の時間差を求める手順、
    前記通信先と前記第３の遅延手段との間の遅延である第３の遅延量と前記通信先と前記第４の遅延手段との間の遅延である第４の遅延量との差である第３の時間差を求める手順、
    前記第１乃至第３の時間差に基づいて、前記第１の送信光に含まれる前記送信データ及び前記第２の送信光に含まれる前記送信データが前記通信先において略同一のタイミングで受信されるように前記第１の遅延手段及び前記第２の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する手順、
    前記第３の時間差に基づいて、全ての前記受信データが略同一のタイミングで受信されるように前記第３の遅延手段及び前記第４の遅延手段の少なくとも一方の遅延を設定する手順、
    を実行させるための遅延調整プログラムの、記録媒体。
16. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載された光空間通信装置と、
    前記光通信装置と光空間通信を行う通信先である通信先装置と、
    が対向して配置された光空間通信システム。

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