WO2004068746A1

WO2004068746A1 - 光アンテナ

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Publication number: WO2004068746A1
Application number: PCT/JP2003/001034
Authority: WO
Inventors: Jiro Suzuki; Yoshihito Hirano; Toshiyuki Ando; Yasuhisa Tamagawa
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-12
Also published as: EP1589678B8; US7151882B2; EP1589678A4; US20060008238A1; JPWO2004068746A1; EP1589678B1; EP1589678A1; DK1589678T3

Abstract

　光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａを互いに異なる位置に配置する光素子マウント３と、そのファイバ端１ａ，２ａからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを空間に向けて平行光にコリメートし、空間からレーザービームが到来すると、そのレーザービームをファイバ端１ａ，２ａに集光する光送受信光学系４とを設ける。これにより、複雑な機械要素を搭載することなく、２つの光送受信方向５，６を設定することができる。

Description

明細書光アンテナ技術分野

この発明は、空間に向けてレーザービームを送受信する光アンテナに関するものである。背景技術

従来の光アンテナは、光学系の結像レンズに対する光ファイバの位置を 3次元的に移動調整する位置調整部を設け、また、光アンテナを収納配置する筐体を移動制御するジンバル機構を設けることにより、レーザ一ビームの送受信方向を制御している (以下の特許文献 1 を参照）。 • 特許文献 1

特開平 1 0— 2 3 3 7 3 8号公報（段落番号 [ 0 0 1 8 ] から [ 0 0 2 2 ] 、図 2 )

従来の光アンテナは以上のように構成されているので、測定対象物の位置が変化しても、測定対象物の位置に応じてレーザービームの送受信方向を制御することができる。しかし、レーザービームの送受信方向を制御するには、複雑な機械要素から為る位置調整部とジンバル機構を設ける必要があるため、コスト高ゃ重量の増大を招く課题があった。

また、測定対象物の位置が変化する度に、光ファイバや筐体を 3次元的に移動調整する必要があるため、位置調整部やジンバル機構の位置決め時間に依存する夕ィムラグが存在する課題もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複雑な機械要素を搭載することなく、複数の光送受信方向を設定することができる光アンテナを得ることを目的とする。発明の開示

この発明に係る光アンテナは、複数の光送受信手段を互いに異なる位置に配置する配置手段と、その光送受信手段から光信号が放射されると、その光信号を球面波に屈折して空間に送信し、空間から光信号が到来すると、その光信号を光送受信手段に集光する光学系とを設けたものでめる。

このことによって、複雑な機械要素を搭載することなく、複数の光送受信方向を設定することができる効果がある。図面の簡単な説明

第 1図はこの発明の実施の形態 1 による光アンテナを示す構成図である。

第 2図はこの発明の実施の形態 2 による光アンテナを示す構成図である。

第 3図はこの発明の実施の形態 3による光アンテナを示す構成図である。

第 4図はこの発明の実施の形態 4による光アンテナを示す構成図である o

第 5図はこの発明の実施の形態 5 による光アンテナを示す構成図である。

第 6図はこの発明の実施の形態 6 による光アンテナを示す構成図である。

第 7図はこの発明の実施の形態 Ί による光アンテナを示す構成図である。第 8図はこの発明の実施の形態 8 による光アンテナを示す構成図である。

第 9図はこの発明の実施の形態 9 による光アンテナを示す構成図である。

第 1 0図はこの発明の実施の形態 1 0 による光アンテナの一部を示す構成図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1 - 第 1図はこの発明の実施の形態 1 による光アンテナを示す構成図である。図において、光送受信部（光送受信手段）の光ファイバ 1 , 2は、その光送受信部から送信されるレーザービーム（光信号）を光送受信光学系 4に放射する一方、光送受信光学系 4により集光されたレーザービ一ムを受光して光送受信部に出力する。

光素子マウント 3は光送受信光学系 4の像面上において、光ファイバ 1 , 2のファイバ端 l a， 2 aを互いに異なる位置に配置している。なお、光素子マウント 3は配置手段を構成している。光送受信光学系 4は写真レンズなどの撮像光学系を原型とする透過型レンズであり、光ファィバ 1 , 2のファイバ端 l a ₅ 2 aからレーザービームが放射されると、そのレーザ一ビームを球面波に屈折して空間に送信する。即ち、空間に向けて平行光にコリメートする。また、空間からレーザ一ビームが到来すると、そのレーザービームを光ファイノ 1， 2のファイバ端 l a , 2 aに集光する。

なお、光送受信光学系 4は光ファイバ 1 ， 2の光軸からの高さ以上の像高で収差が十分小さくなるように構成されている。

次に動作について説明する。

この実施の形態 1では、レーザービームの光送受信方向として、固定的な 2方向を得るため、光素子マウント 3が光送受信光学系 4の像面上において、光ファイノ 1， 2のファイバ端 l a , 2 aを互いに異なる位置に配置している。

例えば、光フアイノ ' 1のファイバ端 1 aからレーザ一ビームが放射されると、光送受信光学系 4は、そのレーザービームを平行光にコリメ一トし、光送受信方向 5のレーザ一ビームを空間に出射する。

また、光ファイバ 2のファイバ端 2 aからレーザービームが放射されると、光送受信光学系 4は、そのレーザ一ビームを平行光にコリメ一トし、光送受信方向 6のレーザービームを空間に出射する。

逆に、空間から光送受信方向 5のレーザ一ビームが到来すると、光送受信光学系 4は、そのレーザ一ビームを光ファイノ 1のフアイバ端 1 a に集光する。これにより、そのレーザ一ビームが光ファイノ 1のフアイバ端 1 aに入射されるため、そのレーザ一ビームが光ファイノ、 1 に接続されている光送受信部に受光される。

また、空間から光送受信方向 6のレーザービームが到来すると、光送受信光学系 4は、そのレーザービームを光ファイバ 2のフアイバ端 2 a に集光する。これにより、そのレーザービームが光ファイバ 2のフアイバ端 2 aに入射されるため、そのレ一ザ一ビームが光フアイバ 2 に接続されている光送受信部に受光される。

ここで、光送受信光学系 4によりコリメートされたレーザービームの口径を D、光ファイバ 1， 2のファイバ端 1 a， 2 aから空間に放射されるレーザービームの放射角度の半角を 0 とすると、光送受信光学系 4 の焦点距離 ί "は下記の式（ 1 ) 、（ 2 ) から決定される。 N A= S ί η θ ( 1 ) f = D/ ( 2 ■ N A) ( 2 ) また、光送受信方向 5， 6は、光フアイノ' 1 , 2のファイバ端 l a , 2 aの位置により決定される。

即ち、第 1図に示すように、光送受信光学系 4の像面上に直行座標系 (X, Y) をとり、原点 0 ( 0 , 0 ) から光送受信光学系 4を見込む方向に Z軸をとると、光ファイノ 1のファイバ端 1 aは光軸上にあるので

、光送受信方向 5の方向余弦余弦 a ( X , y , z ) は下記の式（ 3 ) により表される。 a二（ 0 , 0， 1 ) ( 3 ) また、光ファイバ 2のファイバ端 2 aの X Y平面上の座標を P ( X 1

， Y 1 ) とすると、光送受信方向 6の方向余弦余弦 b ( X， y， z ) は下記の式（ 4 ) により表される。

以上で明らかなように、この実施の形態 1によれば、光ファイバ 1 , 2のフアイバ端 1 a， 2 aを互いに異なる位置に配置する光素子マウント 3 と、そのフアイバ端 1 a , 2 aからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを空間に向けて平行光にコリメ一卜し、空間からレ一ザ一ビームが到来すると、そのレーザービームをフアイバ端 1 a , 2 aに集光する光送受信光学系 4 とを設けるように構成したので、複雑な機械要素を搭載することなく、 2つの光送受信方向 5 , 6を設定することができる効果を奏する。

なお、複雑な機械要素を搭載する必要がないので、小型軽量化と低コスト化が可能になる。また、機械的駆動を用いないので、光送受信方向の再現性を高めることができる。

この実施の形態 1では、光素子マウント 3が光送受信部を構成する光フアイノ ' 1 , 2 のファイバ端 l a , 2 aを互いに異なる位置に配置するものについて示したが、これに限るものではなく、例えば、光送受信部を構成する光源ゃ受光素子を配置するようにしてもよい。この場合、光送受信部はレーザ一ビームの送信又は受信のいずれか一方のみを実施することになる。実施の形態 2 .

第 2図はこの発明の実施の形態 2 による光アンテナを示す構成図である。図において、第 1図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

光送受信部の光ファィバ 1 1 〜 1 5は、その光送受信部から送信されるレーザービームを光送受信光学系 4に放射する一方、光送受信光学系 4により集光されたレーザ一ビームを受光して光送受信部に出力する。光送受信方向 2 1 〜 2 5は光アンテナにより設定されるレーザービームの方向である。

上記実施の形態 1では、レーザービームの光送受信方向として、固定的な 2方向を得るものについて示したが、光素子マウント 3が 3本以上の光ファイバのフアイバ端を配置するようにすれば、レーザービームの光送受信方向として、 3方向以上設定することができる。

第 2図の例では、光素子マウント 3が 5本の光フアイバ 1 1 〜 1 5のファイバ端 1 1 a〜 l 5 aを配置することにより、 5方向の光送受信方向 2 1 〜 2 5 を得ている。実施の形態 3 . 第 3図はこの発明の実施の形態 3による光アンテナを示す構成図である。図において、第 1図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。第 3図の光アンテナは、風速計測 L I D A R装置に適用される。

光送受信部 3 1， 3 2は空間に向けて送信するレーザ一ビームを放射、または、空間から到来するレーザービームを受光する光送受信手段を構成している。光送受信部 3 1 , 3 2のレーザー光源 3 3は制御装置 3 6の指示の下、レーザービームを発光し、光路 2分岐部 3 4は光フアイバ 1， 2 を 2分岐している。光受信機 3 5は光ファイノ、 1， 2からレーザ一ビームを受光し、そのレーザービームを電気信号に変換して制御装置 3 6 に出力する。制御装置 3 6はレーザ一光源 3 3の駆動を制御するとともに、光受信機 3 5から出力される電気信号を監視して測定点 4 1 , 4 2 (測定対象物）の風速を計測する。

なお、第 3図の光送受信光学系 4はダブルガウス型の構成を示している。

次に動作について説明する。

2つの異なる測定点 4 1 , 4 2の風速を同時に計測する場合、制御装置 3 6が光送受信部 3 1 , 3 2のレーザー光源 3 3を同時に駆動する。光送受信部 3 1 , 3 2のレーザ一光源 3 3は、制御装置 3 6から駆動指令を受けると、レーザービームを発光する。レーザー光源 3 3から発光されたレーザービームは、光路 2分岐部 3 4を経由して、光ファイバ 1， 2のファイバ端 l a , 2 aから光送受信光学系 4に放射される。光送受信光学系 4は、光フアイノ 1 , 2のファイバ端 l a , 2 aからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを平行光にコリメートし、そのレ一ザ一ビームを測定点 4 1 , 4 2 に向けて出射する。なお、光送受信光学系 4から出射されるレーザ一ビームの光送受信方向 5 , 6は、上記実施の形態 1 と同様に、光素子マウント 3 によるファイバ端 l a , 2 aの配置により決定されるので、レーザ一ビームが測定点 4 1 , 4 2 に集光するように、光素子マウント 3がフアイバ端 1 a , 2 a を配置しているものとする。

また、光送受信光学系 4は、高度に収差補正を行うので、光送受信光学系 4を通過したレーザービームは精度の高い球面波になる。

測定点 4 1， 4 2 に集光されたレーザービームは、測定点 4 1 ， 4 2 に存在する麈により散乱され、一部のレーザービームが光送受信光学系 4に戻ってくる。

光送受信光学系 4は、一部のレーザ一ビームが戻ってくると、光送受信方向 5のレーザービームは光ファイバ 1のファイバ端 1 aに集光し、光送受信方向 6のレーザービームは光フアイバ 2のフアイバ端 2 aに集光する。

これにより、光送受信方向 5のレーザービームは光フアイバ 1のファィバ端 1 aに入射され、光路 2分岐部 3 4経由で光受信機 3 5 に到達する。

また、光送受信方向 6のレーザービームは光ファイバ 2のファイバ端 2 aに入射され、光路 2分岐部 3 4経由で光受信機 3 5 に到達する。光送受信部 3 1 , 3 2の光受信機 3 5は、光ファイバ 1 , 2からレーザ一ビームを受光すると、そのレーザービームを電気信号に変換して制御装置 3 6 に出力する。

制御装置 3 6は、光送受信部 3 1 , 3 2の光受信機 3 5から電気信号を受けると、その電気信号を監視して測定点 4 1 , 4 2の風速を計測する

以上で明らかなように、この実施の形態 3 によれば、上記実施の形態 1 と同様に、複雑な機械要素を搭載することなく、 2つの光送受信方向 5 , 6 を設定することができるので、重量の増加やコスト高を招くことなく、 2方向の風速を計測することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態 3では、 2方向の風速を計測するものについて示したが、上記実施の形態 2 と同様にして、光素子マウント 3が 3本以上の光ファイバのファイバ端を配置するようにすれば、 3方向以上の風速を計測することができる。

また、この実施の形態 3では、 2方向の風速を同時に計測するものについて示したが、 2方向の風速を必ずしも同時に計測する必要はなく、制御装置 3 6が光送受信部 3 1の光受信機 3 5又は光送受信部 3 2の光受信機 3 5のいずれかを適宜駆動するようにしてもよい。実施の形態 4 .

第 4図はこの発明の実施の形態 4による光アンテナを示す構成図である。図において、第 3図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

直進レール 5 1の移動要素は光ファイノ、' 1 , 2 を固定し、直進レール 5 1のガイドは光素子マウント 3 に固定されている。移動平板 5 3は口ヅド 5 4 にベアリングを介して保持され、直進ァクチユエ一夕 5 2 によつて駆動されると、ロッド 5 4に沿う方向に移動する。

なお、直進レール 5 1、直進ァクチユエ一夕 5 2、移動平板 5 3及びロッド 5 4からフアイバ端 1 a ₅ 2 aの位置を可変する駆動機構が構成されている

上記実施の形態 3では、光送受信方向を任意に設定可能な光アンテナを示したが、測定距離 Sを変更することはできない。

しかし、写真撮影において、被写体の距離に応じて焦点合わせを行うことを応用すれば、同じ光送受信光学系 4で異なる距離の測定を行うこともできる。

この実施の形態 4では、異なる距離の測定を行える光アンテナについて説明する。

まず、写真を撮影するときは、被写体にピントが合うようにレンズと写真乾板との間隔を調整する。その繰り出し量は被写体の距離がわかれば計算で求まる。

そこで、この実施の形態 4では、測定距離 S とファイバ端 1 a， 2 a の位置とが結像関係と一致するように制御する。

即ち、直進ァクチユエ一夕 5 2 を制御すれば、移動平板 5 3をロッド 5 4に沿う方向に移動させることができ、移動平板 5 3 と直進レール 5 1の移動要素が接触することで、ファイバ端 l a , 2 aの位置が直進レール 5 1のガイドに沿う方向に移動する。

よって、直進ァクチユエ一夕 5 2 を適宜制御することにより、フアイバ端 1 a , 2 aを所望の位置に変更することができる。

この実施の形態 4によれば、光送受信方向を任意に設定することができるとともに、測定点までの距離を変更することができるので、測定点の自由度を高めることができる効果を奏する。実施の形態 5 .

第 5図はこの発明の実施の形態 5 による光ァンテナを示す構成図である。図において、第 3図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

光フアイノ ' 1 A， I Bのフアイバ端は光素子マウント 3の異なる位置に配置され、光ファイバ 2 A , 2 Bのファイバ端は光素子マウント 3の異なる位置に配置されている。光素子切替部 6 1 は遠測定点 4 1 a , 4 2 aの風速を測定する場合には、光ファイノ 1， 2 をそれそれ光フアイバ 1 A , 2 Aと接続し、近測定点 4 1 b , 4 2 bの風速を測定する場合には、光ファイノ 2をそれぞれ光ファイバ 1 B , 2 B と接続する。なお、光素子切替部 6 1は選択手段を構成している。

上記実施の形態 4では、駆動機構を用いて測定距離 Sを変更するものについて示したが、駆動機構を搭載すると、重量の増大やコスト高を招くことがある。また、光送受信方向 5 , 6は固定で、測定点までの距離のみを変化させるので、同時計測する 2つの測定点の間隔が測定距離 S に比例して変化する。風速の測定では、この測定点の間隔の変化が測定誤差の原因となる可能性がある。

この実施の形態 5では、駆動機構を用いずに測定距離 Sを変更できるとともに、測定距離 Sに関係なく 2つの測定点の間隔を一定にしている光アンテナについて説明する。

光素子マウント 3は、光送受信光学系 4から放射されたレーザービームが遠測定点 4 1 a， 4 2 aに集光するように光ファイノ 1 A , 2 Aのフアイバ端を配置し、光送受信光学系 4から放射されたレーザービームが近測定点 4 1 b , 4 2 bに集光するように光ファイク 1 B， 2 Bのファィバ端を配置している。

光素子切替部 6 1は、遠測定点 4 1 a , 4 2 aの風速を測定する場合、光ファイバ 1 ₃ 2 をそれそれ光ファイバ 1 A , 2 Aと接続し、近測定点 4 l b , 4 2 bの風速を測定する場合、光フアイパ 1 ， 2 をそれそれ光ファイバ 1 B， 2 B と接続する。

この実施の形態 5 によれば、光送受信方向を任意に設定することができるとともに、測定点までの距離を変更することができるので、測定点の自由度を高めることができる効果を奏する。

また、駆動機構を用いずに測定距離 Sを変更できるので、駆動機構の位置決め時間に依存する夕ィムラグがなく、瞬時に測定距離を切り替えることができる効果を奏する。

さらに、駆動機構を搭載しないので、装置の軽量化と低コスト化を図ることができる効果を奏する。実施の形態 6 .

第 6図はこの発明の実施の形態 6 によるアンテナを示す構成図である。図において、第 3図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

光素子切替部 6 2は光素子マウント 3 に配置されている複数の光ファィバ n ( n = 1 , 2 , · · · , Ν ) の中から、測定対象物である移動目標 4 3の位置に対応する光ファイバ ηを選択し、その光ファイバ ηと光フアイバ 1 を接続する。なお、光素子切替部 6 2は選択手段を構成している。

上記実施の形態 5では、測定点までの距離を変更する際に光素子切替部 6 1が光ファイバ 1 , 2の接続先を切り替えるものについて示したが、移動目標 4 3が移動して、送受信光学系 4が移動目標 4 3を見込む角度が随時変化するとき、光送受信方向 5が移動目標 4 3を見込む角度と一致するように、光素子切替部 6 2が光ファイバ 1の接続先を切り替えるようにしてもよい。

この実施の形態 6 によれば、駆動機構を搭載することなく、移動目標 4 3 を随時捕捉することかできるので、装置の軽量化と低コス 1、化を図ることができる効果を奏する。また、駆動機構の位置決め時間に依存するタイムラグがないので、移動目標 4 3が高速に移動する場合でも、移動目標 4 3の捕捉を継続することができる効果を奏する。実施の形態 Ί . 第 7図はこの発明の実施の形態 7による光アンテナを示す構成図である。図において、第 6図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

制御装置 6 4は移動目標 4 3の位置変化に応じて光素子切替部 6 2及び直進ステージ 6 3の少なくとも一方を制御して、送受信光学系 4の位置又は角度を可変する。なお、制御装置 6 4及び直進ステージ 6 3は選択手段を構成している。

上記実施の形態 6では、光送受信方向 5が移動目標 4 3 を見込む角度と一致するように、光素子切替部 6 2が光ファイバ 1の接続先を切り替えるものについて示したが、光素子マウント 3 に実装できる光ファイバ nの密度（間隔）は物理的制限があり、光送受信方向 5の角度が離散的になることは避けられない。したがって、移動目標 4 3が遠方になる程、測定できない時間が長くなり、移動目標 4 3をロストする可能性が高まる。

この実施の形態 7では、移動目標 4 3が遠方に位置しても、測定できない時間を短くして、移動目標 4 3をロストする可能性を低減するようにしている。

具体的には次の通りである。

移動目標 4 3 までの測定距離 Sが短い場合、光送受信方向 5の角度が離散的であることに伴う測定できない時間は短い。このときは、制御装置 6 4が光素子切替部 6 2 を制御することにより、上記実施の形態 6 と同様にして、光フアイバ 1の接続先を切り替えるようにする。

一方、移動目標 4 3 までの測定距離 Sが長い場合、光送受信方向 5の角度が離散的であることに伴う測定できない時間が長くなり、移動目標 4 3 を見失う可能性が高まる。このときは、制御装置 6 4が直進ステージ 6 3 を制御して、光送受信光学系 4を微小量移動させることにより（光フアイバ nの切替による光送受信方向 5の角度のピッチよりも細かい角度に対する分だけ移動させる）、移動目標 4 3を追尾する。

そして、光送受信方向 5が隣接する光ファイバ n— 1 (または n + 1 ) の光送受信方向との差分だけ移動すると、光素子切替部 6 2が光ファィバ 1の接続先を隣接する光ファイバ n— 1 (または n + 1 ) に切り替えて、直進ステージ 6 3を元の位置に復帰させるようにする。

この実施の形態 7によれば、移動目標 4 3が遠方に位置しても、測定できない時間を短くして、移動目標 4 3をロス卜する可能性を低減することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態 7の場合、駆動機構を必要とするが、直進ステージ 6 3の制御は、あくまでも光素子切替部 6 2 による光送受信方向 5 の制御を補うものであるため、従来のものと比べて駆動制御を行う範囲は微小でよく、小型軽量や低コスト化に与える影響は少ない。実施の形態 8 .

第 8図はこの発明の実施の形態 8 による光アンテナを示す構成図である。図において、第 6図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

ステツピングモ一夕 6 7 , 6 8は制御装置 6 9の指示の下、光送受信光学系 4の移動目標 4 3側に設置されているゥエッジプリズム 6 5， 6 6 を回転駆動する。制御装置 6 9は移動目標 4 3の位置変化に応じてステヅピングモ一夕 6 7， 6 8 を制御する。なお、ステツピングモータ 6 7 , 6 8及び制御装置 6 9は選択手段を構成している。

上記実施の形態 7では、制御装置 6 4が直進ステージ 6 3を適宜制御することにより、光素子切替部 6 2 による光送受信方向 5の制御分解能の限界を補うものについて示したが、制御装置 6 9が移動目標 4 3の位置変化に応じてステヅピングモ一夕 6 7 , 6 8を制御することにより、ゥエッジプリズム 6 5 , 6 6 によるレ一ザ一ビームの屈折角度を調整して、光送受信方向 5を微調整するようにしてもよく、上記実施の形態 7 と同様の効果を奏することができる。

なお、この実施の形態 8の場合、駆動機構を必要とするが、ステツピングモー夕 6 7 , 6 8の制御は、あくまでも光素子切替部 6 2 による光送受信方向 5の制御を補うものであるため、従来のものと比べて駆動制御を行う範囲は微小でよく、小型軽量や低コスト化に与える影響は少ない。実施の形態 9 .

第 9図はこの発明の実施の形態 9 による光アンテナを示す構成図である。図において、第 6図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

筐体 7 0は光送受信光学系 4 と光素子マウント 3を固定保持し、 2軸ジンバル駆動機構 7 1は制御装置 7 2の指示の下、筐体 7 0の設置角度を変化させる。制御装置 7 2は移動目標 4 3の位置変化に応じて 2軸ジンバル駆動機構 7 1 を制御する。なお、 2軸ジンバル駆動機構 7 1及び制御装置 7 2は選択手段を構成している。

上記実施の形態 7では、制御装置 6 4が直進ステージ 6 3を適宜制御することにより、光素子切替部 6 2 による光送受信方向 5の制御分解能の限界を補うものについて示したが、制御装置 7 2が移動目標 4 3の位置変化に応じて 2軸ジンバル駆動機構 7 1 を制御することにより、筐体 7 0の設置角度を変化させて、光送受信方向 5を微調整するようにしてもよく、上記実施の形態 7 と同様の効果を奏することができる。

なお、この実施の形態 9の場合、駆動機構を必要とするが、 2軸ジンバル駆動機構 7 1の制御は、あくまでも光素子切替部 6 2 による光送受信方向 5の制御を補うものであるため、従来のものと比べて駆動制御を行う範囲は微小でよく、小型軽量や低コスト化に与える影響は少ない。実施の形態 1 0 .

第 1 0図はこの発明の実施の形態 1 0による光アンテナの一部を示す構成図である。図において、第 3図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。

単レンズ 8 1は正の屈折力を有する第 1のレンズを構成し、単レンズ 8 2は負の屈折力を有する第 2のレンズを構成し、単レンズ 8 3は正の屈折力を有する第 3のレンズを構成し、単レンズ 8 4は正の屈折力を有する第 4のレンズを構成する。

なお、 8 5は光送受信光学系 4の像面、 8 6 , 8 7は光送受信光学系 4の焦点である。

上記実施の形態 1〜 9では、特に言及していないが、例えば、光アンテナを L I D A R装置に適用する場合、遠距離の測定点 4 1， 4 2 を測定するには、大口径のレーザービームを送受信する必要がある。例えば、測定点 4 1 , 4 2 までの距離が数 1 0 0 mの場合、 0 1 0 0 m m程度のレーザービームを送受信できる送受信光学系 4が必要となる。従って

、市販の撮像光学系を必ずしも適用することができず、専用設計が必要となり、製造コストが高くなることがある。

また、上記実施の形態 3〜 5 における送受信光学系 4の例では、単に撮像光学系を拡大しただけであるため、送受信するレーザービームの口径に対して、レンズの口径が 2倍近くもあり、重量やサイズが問題となる。

この実施の形態 1 0は、上記実施の形態 1〜 9 に用いる送受信光学系 4の小型 · 軽量化を図るものである。

第 1 0図の光送受信光学系 4は、以下の条件下で計測を行うように構成し τいる。

測定距離 s 1 0 m〜無限遠

測定方向 < ± 1 0 °

送受信ビーム直径 1 0 0 m m

N A 0 . 1

一般に、レンズの設計においては、同じレンズ枚数であれば、拘束条件が少ない程、高度な収差補正が可能であり、結像性能が向上する。

一方、同じ結像性能であれば、拘束条件が少ない程、レンズ枚数を削減することが可能となる。

そこで、光送受信光学系 4においては、写真レンズと比較し、以下の拘束条件を開放して設計している。

( a ) 写真レンズは、平面である写真乾板上に焦点を結ぶ必要があるが、送受信光学系 4の像面 8 5は湾曲を許容する。

( b ) 写真レンズは、広い波長で色収差を補正する必要があるが、送受信光学系 4では、使用するレーザービームの波長でのみ収差補正を行うさらに、光送受信光学系 4においては、小型軽量や製造容易性の向上のため、以下のような工夫を施している。

( c ) レンズ 8 1， 8 3 , 8 4を製造容易な平凸形状とする。

( d ) レンズ 8 1の対物側からレンズ 8 4の像面側までの長さ L 1が長くなると、光線束の光軸からのずれ量が大きくなり、結果としてレンズ直径が大きくなるので、光送受信光学系 4では、全長 L 1 を焦点距離の 1 / 3以下にして、レンズ 8 1〜 8 4の有効径をレーザービームの直径の 1 . 3 5倍以下に抑える。この実施の形態 1 0によれば、 4枚のレンズで光送受信光学系 4を構成し、口径がレーザービーム径の 1 . 3 5倍以下に抑えているので、小型軽量で、かつ、低コストを実現することができる。

また、 4枚のレンズのうち、 3枚を平凸形状としているので、生産が容易になり、低コストを実現することができる。産業上の利用可能性

以上のように、この発明に係る光アンテナは、空間に向けてレーザービームを送受信するに際して、低コスト化ゃ小型軽量化等を図る必要がある L I D A R装置や光通信装置などに搭載するものに適している。

Claims

請求の範囲 1 . 空間に向けて送信する光信号を放射、または、空間から到来する光信号を受光する複数の光送受信手段を互いに異なる位置に配置する配置手段と、上記光送受信手段から光信号が放射されると、その光信号を球面波に屈折して空間に送信し、空間から光信号が到来すると、その光信号を上記光送受信手段に集光する光学系とを備えた光アンテナ。

2 . 空間に向けて送信する光信号を放射、または、空間から到来する光信号を受光する複数の光送受信手段と、上記複数の光送受信手段を互いに異なる位置に配置する配置手段と、上記光送受信手段から光信号が放射されると、その光信号を球面波に屈折して空間に送信し、空間から光信号が到来すると、その光信号を上記光送受信手段に集光する光学系とを備えた光アンテナ。

3 . 複数の光送受信手段を同時に駆動させる制御手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光アンテナ。

4 . 複数の光送受信手段のうち、任意の光送受信手段を駆動させる制御手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光アンテナ。

5 . 配置手段により配置されている光送受信手段の位置を可変する駆動機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光アンテナ。

6 . 配置手段が配置している複数の光フアイバの中か.ら任意の光フアイバを選択し、その光フアイバを光送受信手段に接続する選択手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光アンテナ。

7 . 選択手段は、測定対象物の位置に対応する光ファイバを選択することを特徴とする請求の範囲第 6項記載の光アンテナ。

8 . 選択手段は、測定対象物の位置変化に応じて光学系の位置又は角度を可変することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の光アンテナ。

9 . 選択手段は、光学系の測定対象物側にゥエッジプリズムが設置されている場合、その測定対象物の位置変化に応じて当該ゥェッジプリズムを回転させることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の光アンテナ。

1 0 . 選択手段は、測定対象物の位置変化に応じて光学系及び配置手段をジンバル駆動することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の光アンテナ。

1 1 . 正の屈折力を有する第 1のレンズと、負の屈折力を有する第 2のレンズと、正の屈折力を有する第 3のレンズと、正の屈折力を有する第 4のレンズとから光学系を構成し、測定対象物側から順番に上記第 1 のレンズ、上記第 2のレンズ、上記第 3のレンズ及び上記第 4のレンズを配置することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の光アンテナ。