WO2018128118A1 - 光通信装置 - Google Patents

光通信装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2018128118A1
WO2018128118A1 PCT/JP2017/046531 JP2017046531W WO2018128118A1 WO 2018128118 A1 WO2018128118 A1 WO 2018128118A1 JP 2017046531 W JP2017046531 W JP 2017046531W WO 2018128118 A1 WO2018128118 A1 WO 2018128118A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
axis
light receiving
optical axis
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/046531
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬 中尾
匡平 岩本
大二 伊藤
石井　保
充浩 上野
太田　伸二
佐野　武史
柴田　圭一
竹下　康之
宏光 小松
Original Assignee
ソニー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニー株式会社 filed Critical ソニー株式会社
Priority to JP2018560371A priority Critical patent/JP7124712B2/ja
Priority to US16/474,271 priority patent/US10812195B2/en
Publication of WO2018128118A1 publication Critical patent/WO2018128118A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H04B10/5059—Laser transmitters using external modulation using a feed-forward signal generated by analysing the optical or electrical input
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/03—Constructional details, e.g. casings, housings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/118—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum specially adapted for satellite communication
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems

Definitions

  • This technology relates to an optical communication device applied to communication between the ground and satellites and / or between satellites.
  • Patent Document 1 proposes a laser communication apparatus that stabilizes fluctuations in received light intensity even when affected by atmospheric fluctuations.
  • Patent Document 1 considers the intensity change caused by the pointing error, but there is no description or suggestion regarding the point of increasing the pointing accuracy.
  • Patent Document 2 proposes a method of using a mirror when guiding received light to a light receiver.
  • the angle correction error becomes the output angle error as it is, and there is a problem that efficient communication cannot be performed. It was. Further, in the optical axis control by mirror control, the optical axis is reflected by the mirror and bent, so that a large space is required. Furthermore, since it is necessary to arrange mirrors on the X and Y axes, respectively, and high accuracy is required for the control thereof, the entire optical system has a drawback of being complicated and large. Further, when the optical axis control is performed with a mirror, there is a disadvantage that control in the Z-axis direction cannot be performed.
  • An object of the present technology is to provide an optical communication device that not only makes the optical system smaller and simpler than before, but also realizes higher stability.
  • the present technology is an optical communication device that performs communication between spatially separated points using one or more laser beams, An angle correction device for correcting the direction of the light receiving system; An outgoing optical axis correction device; An angle error that cannot be corrected by the angle correction device is detected by the light receiving angle detection device,
  • the optical communication device is configured to correct the outgoing optical axis by controlling the outgoing optical axis correction device in accordance with the detected error amount.
  • each of the emission optical device and the light reception optical device has a photodetector for detecting an optical axis, Drive control of the gimbal device by the received optical axis detection signal acquired in the light receiving optical device, Drive and control the XY axis control actuator according to the signal of the reception signal detection unit acquired in the light receiving optical device,
  • the XY axis control actuator and the Z axis control actuator are driven and controlled by the output optical axis detection signal acquired in the output optical device.
  • the optical system can be reduced in size and simplified, and higher stability can be realized.
  • the effect described here is not necessarily limited, and may be any effect described in the present technology or an effect different from them.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of an example of an optical communication apparatus to which the present technology can be applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an emission optical device according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 3 is a schematic diagram used to describe the photodetector.
  • FIG. 4 is a schematic diagram used for explaining the detection operation of the photodetector.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an example of an XY axis control actuator.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an example of an XY axis control actuator.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an example of the Z-axis control actuator.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of an example of an optical communication apparatus to which the present technology can be applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an emission optical device according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of a light receiving optical device according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing both the emission optical system and the light reception optical system.
  • FIG. 10 is a block diagram of an embodiment of the present technology.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an example using a single emission optical system and light reception optical system.
  • FIG. 1 shows an outline of an embodiment of the spatial optical communication device of the present technology.
  • the light receiving optical device 1 and the emission optical device 2 are provided separately.
  • a plurality of, for example, eight outgoing optical devices 2 are provided at equal angular intervals around the light receiving optical device 1.
  • the gimbal mechanism 3 controls the angle so that the entire configuration in which the transmission / reception optical system is integrated faces the direction of the transmission / reception optical system of the communication partner.
  • the emission optical device 2 irradiates a communication partner with a laser beam modulated by a transmission signal. By driving the plurality of emission optical devices 2 synchronously, the outputs are added and a high output can be obtained. A laser beam from a communication partner is received by the light receiving optical device 1, and a reception signal is obtained.
  • the structure by the eight output optical apparatuses 2 was shown as an example, the number of the output optical apparatuses 2 is not restricted to this, and can be set arbitrarily.
  • FIG. 2 shows an example of the configuration of the exit-side optical device 2 used in the spatial light communication device.
  • a laser generator for example, a laser diode
  • the light that has passed through the beam splitter 22 passes through a Z-axis control lens mounting actuator 24 (referred to as Z-axis control actuator 24), and then passes through an XY-axis control lens mounting actuator 25 (referred to as XY-axis control actuator 25).
  • the beam splitter 26 divides the light into optical axis control light and outgoing light.
  • the Z-axis refers to the optical axis
  • the XY-axis refers to axes that are orthogonal to the optical axis and are orthogonal to each other.
  • the light transmitted through the XY axis control actuator 25 is once focused, then diffused again and converted into parallel light by the output lens 29, transmitted through the filter 30, and output as output light 31.
  • the exit lens 29 has a larger aperture than the Z-axis control actuator 24 and the XY-axis control actuator 25, and thus has the effect of reducing the size of the exit optical system and reducing the diffusion of the exit light.
  • the filter 30 has a role of reducing electromagnetic waves having a wavelength different from that of outgoing light, which is incident on the optical system from the outside.
  • the light controlled by the optical axis reflected by the beam splitter 26 is added with astigmatism by the cylindrical lens 27 and then enters the photodetector 28.
  • the photodetector 28 has an area divided into four in a square shape as shown in FIG. 3 and receives a light beam to which astigmatism is added by the cylindrical lens 27, so that the astigmatism method is used.
  • the Z-axis variation and XY-axis variation of the light beam are detected.
  • the XYZ axis fluctuation signal is obtained from the light beam incident on the photodetector 28 as follows.
  • a to D represent electrical signals having a level corresponding to the amount of light received in each region.
  • FIG. 4 shows a Z-axis fluctuation signal (so-called S-shaped signal) by the astigmatism method.
  • the feedback control of the Z-axis control actuator 24 and the XY-axis control actuator 25 is performed using the XYZ control signal thus obtained.
  • the XY axis control actuator 25 has a structure in which the drive unit around which the coil 34 is wound is supported by a plurality of leg-like support mechanisms 32 extending substantially in the Z axis direction. It is possible to control the position of the lens 33 in the axial direction.
  • a specific example of the XY-axis control actuator 25 is that a drive unit wound with a coil 34 is supported by a plurality of support mechanisms 32 extending substantially in the Z-axis direction, and the periphery of the drive unit is surrounded by four magnets 35.
  • the structure is driven in the X-axis direction and the Y-axis direction by electromagnetic drive.
  • the Z-axis control actuator 24 has a structure in which a drive unit wound with a coil 36 is supported by a support mechanism extending in the lateral direction, and two magnets 38 are provided around the drive unit. As a result, the lens 39 is driven in the Z-axis direction.
  • the Z-axis control actuator 24 can take other structures such as a voice coil system in addition to the suspension system shown in the figure.
  • FIG. 8 shows a configuration of the light receiving optical device 1 used in the spatial light communication device.
  • the outgoing light 31 emitted from the aforementioned outgoing optical device 2 propagates through the space and then enters the light receiving optical system.
  • the received light 11 is converged by the reflective lens main mirror 12 and the reflective lens submirror 13 and is divided into two optical paths by the beam splitter 14.
  • the light beam reflected by the beam splitter 14 enters an incident light XY axis detector (for example, a photodiode) 15.
  • the light that has passed through the beam splitter 14 passes through an XY axis control lens 17 mounted on an XY axis control actuator 16 and then enters a signal detector (for example, a photodiode) 18.
  • the incident light XY axis detector 15 and the signal detector 18 have a four-divided region as shown in FIG.
  • the XY axis control actuator 25 has the structure shown in FIG.
  • the spot positions on the incident light XY axis detector 15 and the signal detector 18 are shifted. This deviation is detected by the calculations shown in Equations 2 and 3, and the XY axis error signal of the incident light XY axis detector 15 is used to control the gimbal mechanism 3 (see FIG. 1) that controls the inclination of the entire light receiving system. used.
  • a received signal can be obtained by adding the received light amounts of the four areas of the signal detector 18.
  • the angle detection range of the incident light XY axis detector 15 is widened, and the gimbal mechanism 3
  • the signal detector 18 can be reduced in area and the signal detection band can be increased.
  • the emission optical device is integrated with the light receiving optical device, if there is an angle control error of the gimbal mechanism 3, an error of the emission optical axis occurs.
  • the outgoing optical axis error can be corrected by controlling the optical axis of the outgoing optical device by an appropriate amount in accordance with the gimbal control error detected by the incident light XY axis detector 15. Furthermore, by arranging the actuator and the actuator control photodetector inside the transmission / reception optical system, even when the optical system is deformed due to the influence of temperature or the like, correction can be performed using the actuator.
  • FIG. 9 shows the light receiving optical device 1 and the emission optical device 2 described above as the same drawing.
  • FIG. 10 shows a control block diagram of an embodiment. Only one of the plurality of exit optical devices 2 is shown. Each of the plurality of emission optical devices is subjected to feedback control with respect to each of the X direction, the Y direction, and the Z direction. When a plurality of emission optical devices are provided, the output of each emission system may be detected by stopping the output one by one and confirming the change in the received light amount of the counterpart satellite. Further, the individual outgoing optical axes may be aligned by scanning the optical axes of a plurality of outgoing systems one by one and confirming the light receiving state of the partner satellite.
  • the controller 140 controls the operation of the entire control system.
  • An XYZ position detector 128 is connected to the photodetector 28 associated with the emission optical system 101, and a signal of a position in each direction is obtained.
  • XY position signal is supplied to the adder 141.
  • the output of the adder 141 is supplied to an XY actuator control circuit 125 that controls the XY axis control actuator 25.
  • a Z position signal from the XYZ position detector 128 is supplied to a Z actuator control circuit 124 that controls the Z axis control actuator 24.
  • An incident light XY axis detector 15 and a signal detector 18 are provided in association with the light receiving optical system 102.
  • An XY position detector 115 is connected to the incident light XY axis detector 15 to obtain signals in positions in the X direction and the Y direction.
  • the XY position signal detected by the XY position detector 115 is supplied to the gimbal control circuit 103, and the angle of the gimbal mechanism 3 is controlled.
  • the XY position signal detected by the XY position detector 115 is supplied to the adder 141 via the coefficient correction circuit 142.
  • the coefficient correction circuit 142 is for making the control amount given to the XY axis control actuator 25 of the emission optical device 2 appropriate. By this path, it is possible to correct the outgoing optical axis error by controlling the optical axis of the outgoing optical device by an appropriate amount in accordance with the gimbal control error detected by the incident light XY axis detector 15.
  • the appropriate amount for driving the outgoing optical axis correction mechanism is obtained by multiplying the angle correction error detected by the light receiving angle detection mechanism by a coefficient.
  • the XY position detector 118 is connected to the signal detector 18, and signals in the X and Y direction positions are obtained.
  • the XY position signal detected by the XY position detector 118 is supplied to the XY actuator control circuit 116, and the XY axis control actuator 16 is controlled.
  • the following effects can be obtained. 1) An angle error that cannot be corrected by the angle correction mechanism that corrects the direction of the light receiving system is detected by the angle detection mechanism, and the outgoing optical axis correction mechanism is driven by an appropriate amount according to this error amount. The output optical axis is corrected. 2) In the optical device of (1), the appropriate amount for driving the outgoing optical axis correction mechanism is obtained by multiplying the angle correction error detected by the light receiving angle detection mechanism by a coefficient. With this configuration, it is possible to control the outgoing optical axis with high accuracy even when the control accuracy of the gimbal is insufficient.
  • the lens is driven to control the optical axis.
  • the optical axis control actuator of (3) has a plurality of support mechanisms extending substantially in the Z-axis direction.
  • Lens position control is performed using position information on which the driving lens transmitted light in (3) is incident on a photodetector provided in the optical system.
  • FIG. 11 shows an example using a single transmission system and reception system.
  • the output light output is inferior to the case where a plurality of transmission optical systems are provided in parallel, but the entire system can be reduced in size and power consumption.
  • there is a single transmission optical system there is no need for synchronous driving of a plurality of lasers, and the optical axis adjustment is easy.
  • this technique can also take the following structures.
  • An optical communication device that communicates between spatially separated points using one or more laser beams, An angle correction device for correcting the direction of the light receiving system; An output optical axis correction device, An angle error that cannot be corrected by the angle correction device is detected by a light receiving angle detection device, An optical communication apparatus that controls the outgoing optical axis correction device to correct the outgoing optical axis according to the detected error amount.
  • the optical communication apparatus according to (1) or (2), wherein the outgoing optical axis correction device controls the outgoing optical axis by controlling a lens position.
  • the emission optical axis correction device includes a plurality of support mechanisms extending substantially in the Z-axis direction.
  • lens position control is performed using light spot position information in which light transmitted through the lens is incident on a photodetector provided in an optical system.
  • Each of the emission optical device and the light receiving optical device has a photodetector for detecting the optical axis, Drive control of the gimbal device by the received optical axis detection signal acquired in the light receiving optical device, The XY axis control actuator is driven and controlled by the signal of the reception signal detection unit acquired in the light receiving optical device, An optical communication apparatus configured to drive and control an XY axis control actuator and a Z axis control actuator based on an output optical axis detection signal acquired in the output optical apparatus.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

空間的に離れた地点間を１以上のレーザ光を用いて通信を行う光通信装置であって、受光系の向きを補正する角度補正装置と、出射光軸補正装置とを有し、角度補正装置にて補正しきれない角度誤差を、受光角度検出装置にて検出し、検出された誤差量に応じて、出射光軸補正装置を制御して、出射光軸を補正する。

Description

光通信装置
　本技術は、地上及び衛星間、及び／又は衛星同士の通信に適用される光通信装置に関する。
　地上の空間的に離れた地点間でレーザ光を使用して通信を行うことは既に実用化されている。今後は、地上と人工衛星間の通信、人工衛星同士で光通信を行うことが要請されている。この場合には、非常に通信距離が長いために、相手からのレーザ光を受信するための配慮が必要であった。例えば下記の特許文献１には、大気揺らぎの影響を受ける場合でも受光強度変動を安定化するようにしたレーザ通信装置が提案されている。
　上述したように非常に通信距離が長い場合には、強度の安定化とともに、レーザ光の送信方向の精度を高くすることが重要となる。上述した特許文献１は、指向誤差に起因する強度変化について考慮しているが、指向精度をより高くする点についての記載又は示唆がないものであった。さらに、空間光通信において、光の送信方向を制御する方法として、特許文献２には、受光した光を受光器に導く際に、ミラーを使用する方法が提案されている。
特開２００５－３５４３３５号公報 特開２００２－１１１５９２号公報
　しかし、受信光に対して受信光学系の角度補正を行う場合、送受信系が一体となっている場合は、角度補正誤差は、そのまま出射角度誤差となってしまい、効率よく通信ができない課題があった。さらに、ミラー制御による光軸制御では、光軸がミラーで反射されて屈曲するため、大きなスペースを必要とする。さらに、Ｘ、Ｙ軸各々にミラーを配置する必要があり、またその制御には高い精度が必要とされるため、光学系全体として、複雑かつ大型化する欠点があった。さらに、ミラーにて光軸制御を行う場合、Ｚ軸方向の制御はできないという欠点もあった。
　本技術の目的は、従来よりも光学システムを小型・単純化するだけでなく、より高い安定性の実現も可能な光通信装置を提供することにある。
　本技術は、空間的に離れた地点間を１以上のレーザ光を用いて通信を行う光通信装置であって、
　受光系の向きを補正する角度補正装置と、
　出射光軸補正装置と、
　角度補正装置にて補正しきれない角度誤差を、受光角度検出装置にて検出し、
　検出された誤差量に応じて、出射光軸補正装置を制御して、出射光軸を補正するようにした光通信装置である。
　また、本技術は、出射光学装置及び受光光学装置のそれぞれが光軸検出用の光検出器を有し、
　受光光学装置において取得された受信光軸検出信号によってジンバル装置を駆動制御し、
　受光光学装置において取得された受信信号検出部の信号によってＸＹ軸制御アクチュエータを駆動制御し、
　出射光学装置において取得された出射光軸検出信号によってＸＹ軸制御アクチュエータ及びＺ軸制御アクチュエータを駆動制御するようにした光通信装置である。
　少なくとも一つの実施形態によれば、光学システムを小型・単純化することができ、また、より高い安定性の実現も可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。
図１は、本技術が適用できる光通信装置の一例の概要を説明するための略線図である。 図２は、本技術の一実施の形態の出射光学装置の光学系の構成を示す略線図である。 図３は、光検出器の説明に用いる略線図である。 図４は、光検出器の検出動作の説明に用いる略線図である。 図５は、ＸＹ軸制御アクチュエータの一例の構成を示す斜視図である。 図６は、ＸＹ軸制御アクチュエータの一例の構成を示す斜視図である。 図７は、Ｚ軸制御アクチュエータの一例の構成を示す斜視図である。 図８は、本技術の一実施の形態の受光光学装置の光学系の構成を示す略線図である。 図９は、出射光学系及び受光光学系の両方を示す略線図である。 図１０は、本技術の一実施の形態のブロック図である。 図１１は単一の出射光学系及び受光光学系を用いた例の構成を示す略線図である。
　以下に説明する実施の形態は、本技術の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本技術の範囲は、以下の説明において、特に本技術を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
　なお、本技術の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
　＜１．一実施の形態＞
　＜２．変形例＞
＜１．一実施の形態＞
　図１に本技術の空間光通信装置の一実施の形態の概要を示す。一実施の形態は、受光光学装置１と出射光学装置２とを別に設ける構成である。受光光学装置１の周囲に等しい角度間隔で複数例えば８個の出射光学装置２が設けられている。この送受信光学系が一体との構成全体が、通信相手の送受信光学系の方向を向くよう、ジンバル機構３により角度制御される。
　出射光学装置２が通信相手に対して送信信号によって変調されているレーザビームを照射する。複数の出射光学装置２を同期して駆動することで出力が加算され、高出力を得ることができる。通信相手からのレーザビームを受光光学装置１によって受光し、受信信号が得られる。なお、図１においては、例として、８個の出射光学装置２による構成を示したが、出射光学装置２の数は、この限りではなく、任意に設定できる。
　図２に空間光通信装置に用いられる出射側光学装置２の一例の構成を示す。レーザ発生器例えばレーザダイオード２１から出射された送信光（レーザビーム）がビームスプリッタ２２において一部が反射され、光検出器２３に入射する。
　さらにビームスプリッタ２２を透過した光は、Ｚ軸制御用レンズ搭載アクチュエータ２４（Ｚ軸制御アクチュエータ２４という。）を透過し、その後ＸＹ軸制御用レンズ搭載アクチュエータ２５（ＸＹ軸制御アクチュエータ２５という。）を透過の後、ビームスプリッタ２６にて、光軸制御用の光と出射光に分けられる。ここで、Ｚ軸とは光軸を指し、ＸＹ軸とは、光軸に対して直交する、互いに直交する軸を指す。
　ＸＹ軸制御アクチュエータ２５を透過した光は、一旦焦点を結んだ後、再び拡散して出射レンズ２９にて平行光に変換され、フィルタ３０を透過の後、出射光３１として出射する。出射レンズ２９は、Ｚ軸制御アクチュエータ２４、ＸＹ軸制御アクチュエータ２５に比べて大口径とすることで、出射光学系の小型化と、出射光の拡散を低減する効果を持つ。フィルタ３０は、外部から光学系に入射する、出射光とは異なる波長の電磁波を低減する役割を持つ。
　ビームスプリッタ２６にて反射された、光軸制御の光は、シリンドリカルレンズ２７にて非点収差を付加された後、光検出器２８に入射する。光検出器２８は、図３に示すような田の字に４分割された領域を持ち、シリンドリカルレンズ２７にて非点収差を付加された光束を受光することで、非点収差法にて、光束のＺ軸変動及びＸＹ軸の変動を検出する。
　光検出器２８に入射した光束から、非点収差法を用いて、以下のようにＸＹＺ軸変動の信号を得る。Ａ～Ｄは、各領域の受光量に応じたレベルを有する電気信号を表す。
　　　Ｚ軸ズレ：Ａ＋Ｃ－（Ｂ＋Ｄ）　　　　　（式１）
　　　Ｘ軸ズレ：Ａ＋Ｄ－（Ｂ＋Ｃ）　　　　　（式２）
　　　Ｙ軸ズレ：Ａ＋Ｂ－（Ｃ＋Ｄ）　　　　　（式３）
　図４は、非点収差法によるＺ軸変動の信号（いわゆるＳ字状信号）を示している。
　このようにして得られたＸＹＺ制御用信号を用いて、Ｚ軸制御アクチュエータ２４及び、ＸＹ軸制御アクチュエータ２５のフィードバック制御を行う。
　なお、ＸＹ軸制御アクチュエータ２５は、図５に示すように、コイル３４を巻いた駆動部を略Ｚ軸方向に伸びた複数の脚状の支持機構３２にて支えられる構造とすることで、ＸＹ軸方向にレンズ３３の位置を制御することが可能となる。
　ＸＹ軸制御アクチュエータ２５の具体例は、図６に示すように、コイル３４を巻いた駆動部を略Ｚ軸方向に延びる複数の支持機構３２で支え、駆動部の周囲を４つの磁石３５で囲った構造であり、電磁駆動によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動される。
　Ｚ軸制御アクチュエータ２４は、図７に示すように、コイル３６を巻いた駆動部を横方向に伸びた支持機構で支え、駆動部の周囲に２つの磁石３８を設けた構造であり、電磁駆動により、Ｚ軸方向にレンズ３９が駆動される。なお、Ｚ軸制御アクチュエータ２４は、図示するサスペンション方式の他に、ボイスコイル方式等、他の構造を取ることもできる。
　図８に空間光通信装置に用いられる受光光学装置１の構成を示す。上述した出射光学装置２から出射された出射光３１が空間を伝搬した後、受光光学系に入射する。この受光光１１は、反射型レンズ主鏡１２及び反射型レンズ副鏡１３によって収束し、ビームスプリッタ１４によって2つの光路に分割される。
　分割された光路のうち、ビームスプリッタ１４によって反射された光束は、入射光ＸＹ軸検出器（例えばフォトダイオード）１５に入射する。ビームスプリッタ１４を透過した光は、ＸＹ軸制御アクチュエータ１６に搭載されるＸＹ軸制御レンズ１７を透過した後、信号検出器（例えばフォトダイオード）１８に入射する。
　ここで、入射光ＸＹ軸検出器１５及び信号検出器１８は、光検出器２８と同様に、図３に示すような４分割の領域を持つ。また、ＸＹ軸制御アクチュエータ１６は、ＸＹ軸制御アクチュエータ２５と同様に、図５又は図６に示す構造を持つ。
　受光光１１の光軸に対して、受光系全体が傾いている場合、入射光ＸＹ軸検出器１５及び信号検出器１８上のスポット位置がずれる。このズレは、上述した式２、式３に示す演算によって検出され、入射光ＸＹ軸検出器１５のＸＹ軸誤差信号は受光系全体の傾きを制御するジンバル機構３（図１参照）の制御に使用される。
　また、信号検出器１８によって検出されたＸＹ軸誤差信号を用いて、ＸＹ軸制御アクチュエータ１６を制御することで、ジンバル機構３の制御誤差があった場合でも、信号検出器１８の受光面から光スポットがはみ出さないようにできる。なお、信号検出器１８の４個の領域の受光量を加算することで、受信信号を得ることができる。
　ここで、入射光ＸＹ軸検出器１５上のスポットサイズを、信号検出器１８上のスポットサイズよりも大きくすることで、入射光ＸＹ軸検出器１５の角度検出範囲を広くし、ジンバル機構３の角度制御精度を緩和するとともに、ＸＹ軸制御アクチュエータ１６を設けることで、信号検出器１８は面積を小さくすることが可能となり、信号検出帯域を上げることも可能である。また、出射光学装置は受光光学装置と一体となっているため、ジンバル機構３の角度制御誤差があった場合、出射光軸の誤差が発生する。
　そこで、入射光ＸＹ軸検出器１５で検出されたジンバル制御誤差に応じて、適正量だけ出射光学装置の光軸を制御することで、出射光軸誤差を補正することが可能となる。さらに、送受信光学系内部にアクチュエータおよびアクチュエータ制御用光検出器を配置することで、光学系が温度等の影響で変形した場合でも、アクチュエータを用いて補正を行うことが可能となる。
　図９は、上述した受光光学装置１及び出射光学装置２を同一の図面として表したものである。
　図１０に、一実施の形態の制御ブロック図を示す。複数の出射光学装置２の一つのみが示されている。複数の出射光学装置のそれぞれは、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに関してのフィードバック制御がなされる。なお、複数の出射光学装置を備える場合に、一つずつ出力を止め、相手衛星の受光光量変化を確認することで、出射系個々の状態を検出するようにしてもよい。また、複数の出射系の、一つずつ光軸をスキャンし、相手衛星の受光状態を確認することで、個々の出射光軸合せを行うようにしてもよい。
　図１０において、コントローラ１４０が制御系全体の動作を制御する。出射光学系１０１と関連する光検出器２８に対してＸＹＺポジション検出器１２８が接続され、各方向の位置の信号が得られる。
　ＸＹポジション信号が加算器１４１に供給される。加算器１４１の出力がＸＹ軸制御アクチュエータ２５を制御するＸＹアクチュエータ制御回路１２５に供給される。ＸＹＺポジション検出器１２８からのＺポジション信号がＺ軸制御アクチュエータ２４を制御するＺアクチュエータ制御回路１２４に供給される。
　受光光学系１０２と関連して入射光ＸＹ軸検出器１５及び信号検出器１８が設けられている。入射光ＸＹ軸検出器１５に対してＸＹポジション検出器１１５が接続され、Ｘ方向及びＹ方向の位置の信号が得られる。ＸＹポジション検出器１１５によって検出されたＸＹポジション信号がジンバル制御回路１０３に供給され、ジンバル機構３の角度が制御される。
　ＸＹポジション検出器１１５によって検出されたＸＹポジション信号が係数補正回路１４２を介して加算器１４１に供給される。係数補正回路１４２は、出射光学装置２のＸＹ軸制御アクチュエータ２５に対して与える制御量を適正とするためのものである。この経路によって、入射光ＸＹ軸検出器１５で検出されたジンバル制御誤差に応じて、適正量だけ出射光学装置の光軸を制御することで、出射光軸誤差を補正することが可能となる。なお、出射光軸補正機構を駆動する適正量は、受光角度検出機構にて検出された角度補正誤差に係数をかけて得る。
　信号検出器１８に対してＸＹポジション検出器１１８が接続され、Ｘ方向及びＹ方向の位置の信号が得られる。ＸＹポジション検出器１１８によって検出されたＸＹポジション信号がＸＹアクチュエータ制御回路１１６に供給され、ＸＹ軸制御アクチュエータ１６が制御される。
　上述した本技術によれば、以下のような効果を得ることができる。
１）受光系の向きを補正する角度補正機構にて補正しきれない角度誤差を、角度検出機構にて検出し、この誤差量に応じて、出射光軸補正機構を適正な量だけ駆動して、出射光軸を補正する。
２）（１）の光学装置において、出射光軸補正機構を駆動する適正量は、受光角度検出機構にて検出された角度補正誤差に係数をかけて得る。
　かかる構成によって、ジンバルの制御精度が不足する場合でも、高精度で出射光軸を制御することが可能となる。
　さらに、
３）（１）の光学装置において、レンズを駆動して光軸制御を行う。
４）（３）の光軸制御アクチュエータは、略Ｚ軸方向に延びる複数の支持機構を持つ。
　かかる構成によって、従来のようにミラーにてＸＹ軸の角度制御を行っていた構成に比べ、光学システムを１次元上に配置することができるとともに、少ない部品構成にすることが可能となる。
　この結果、光学システムを小型、単純化することが可能である。
　加えて、従来は実現できなかったＺ軸方向の誤差の検出、補正も可能となる。
　また、
５）（３）の駆動レンズ透過光が、光学系内に設けた光検出器に入射する位置情報を用いて、レンズ位置制御を行う。
　かかる構成によって、アクチュエータのフィードバック制御を行うとともに、光学系の歪みによって発生した出射光軸誤差を検出し、これを補正することが可能となる。
　かかる本技術は、従来よりも光学システムを小型・単純化するだけでなく、より高い安定性の実現も可能となる。
＜２．変形例＞
　以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、出射光学装置と受光光学装置が一体であることは必ずしも必要でない。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。
　なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
　図１１は、単一の送信系と受信系を用いた例である。本構成を取る事で、複数の送信光学系を並列装備する場合に比べて出射光出力は劣るものの、システム全体の小型化及び低消費電力化を実現可能である。また、送信光学系が単一のため、複数のレーザの同期駆動が不要な上、光軸調整が容易である点も利点である。
　なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
　空間的に離れた地点間を１以上のレーザ光を用いて通信を行う光通信装置であって、
　受光系の向きを補正する角度補正装置と、 
　出射光軸補正装置とを有し、
　前記角度補正装置にて補正しきれない角度誤差を、受光角度検出装置にて検出し、
　検出された誤差量に応じて、前記出射光軸補正装置を制御して、出射光軸を補正するようにした光通信装置。
（２）
　前記出射光軸補正装置を駆動する量は、前記受光角度検出装置にて検出された角度補正誤差成分に対して係数を乗算して得るようにした（１）に記載の光通信装置。
（３）
　前記出射光軸補正装置は、レンズ位置を制御することによって前記出射光軸を制御するようにした（１）又は（２）に記載の光通信装置。
（４）
　前記出射光軸補正装置が略Ｚ軸方向に延びる複数の支持機構を有する（１）から（３）までのいずれかに記載の光通信装置。
（５）
　前記レンズの透過光が、光学系内に設けた光検出器に入射する光スポット位置情報を用いて、レンズ位置制御を行う（３）に記載の光通信装置。
（６）
　出射光学装置及び受光光学装置のそれぞれが光軸検出用の光検出器を有し、
　前記受光光学装置において取得された受信光軸検出信号によってジンバル装置を駆動制御し、
　前記受光光学装置において取得された受信信号検出部の信号によってＸＹ軸制御アクチュエータを駆動制御し、
　前記出射光学装置において取得された出射光軸検出信号によってＸＹ軸制御アクチュエータ及びＺ軸制御アクチュエータを駆動制御するようにした光通信装置。
（７）
　前記出射光学装置及び前記受光光学装置が一体構成とされた（６）に記載の光通信装置。
（８）
　前記出射光学装置が複数設けられている（６）又は（７）に記載の光通信装置。
１・・・受光光学装置
２・・・出射光学装置
３・・・ジンバル機構
１１・・・受光光
１４・・・ビームスプリッタ
１５・・・入射光ＸＹ軸検出器
１６・・・ＸＹ軸制御アクチュエータ
１８・・・信号検出器
２１・・・レーザダイオード
２３・・・光検出器
２４・・・Ｚ軸制御アクチュエータ
２５・・・ＸＹ軸制御アクチュエータ
３１・・・出射光
２８・・・光検出器

Claims (8)

  1. 　空間的に離れた地点間を１以上のレーザ光を用いて通信を行う光通信装置であって、
    　受光系の向きを補正する角度補正装置と、
    　出射光軸補正装置とを有し、
    　前記角度補正装置にて補正しきれない角度誤差を、受光角度検出装置にて検出し、
    　検出された誤差量に応じて、前記出射光軸補正装置を制御して、出射光軸を補正するようにした光通信装置。
  2. 　前記出射光軸補正装置を駆動する量は、前記受光角度検出装置にて検出された角度補正誤差成分に対して係数を乗算して得るようにした請求項１に記載の光通信装置。
  3. 　前記出射光軸補正装置は、レンズ位置を制御することによって前記出射光軸を制御するようにした請求項１に記載の光通信装置。
  4. 　前記出射光軸補正装置が略Ｚ軸方向に延びる複数の支持機構を有する請求項１に記載の光通信装置。
  5. 　前記レンズの透過光が、光学系内に設けた光検出器に入射する光スポット位置情報を用いて、レンズ位置制御を行う請求項３に記載の光通信装置。
  6. 　出射光学装置及び受光光学装置のそれぞれが光軸検出用の光検出器を有し、
    　前記受光光学装置において取得された受信光軸検出信号によってジンバル装置を駆動制御し、
    　前記受光光学装置において取得された受信信号検出部の信号によってＸＹ軸制御アクチュエータを駆動制御し、
    　前記出射光学装置において取得された出射光軸検出信号によってＸＹ軸制御アクチュエータ及びＺ軸制御アクチュエータを駆動制御するようにした光通信装置。
  7. 　前記出射光学装置及び前記受光光学装置が一体構成とされた請求項６に記載の光通信装置。
  8. 　前記出射光学装置が複数設けられている請求項６に記載の光通信装置。
PCT/JP2017/046531 2017-01-05 2017-12-26 光通信装置 WO2018128118A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018560371A JP7124712B2 (ja) 2017-01-05 2017-12-26 光通信装置
US16/474,271 US10812195B2 (en) 2017-01-05 2017-12-26 Optical communication device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-000337 2017-01-05
JP2017000337 2017-01-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018128118A1 true WO2018128118A1 (ja) 2018-07-12

Family

ID=62790993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/046531 WO2018128118A1 (ja) 2017-01-05 2017-12-26 光通信装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10812195B2 (ja)
JP (1) JP7124712B2 (ja)
WO (1) WO2018128118A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4096115A4 (en) * 2020-02-06 2023-01-18 Mitsubishi Electric Corporation STEERING STEERING CONTROL DEVICE, OPTICAL COMMUNICATION TERMINAL, OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM, AND STEERING STEERING CONTROL METHOD

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201805275D0 (en) * 2018-03-29 2018-05-16 Archangel Lightworks Ltd Wide aperture optical communications

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0416029A (ja) * 1990-05-10 1992-01-21 Toshiba Corp 光通信用端末装置
JP2002164853A (ja) * 2000-10-05 2002-06-07 Lucent Technol Inc 自由空間光通信システム内の受信電力レベルを制御するための方法および装置
JP2004312699A (ja) * 2003-03-27 2004-11-04 Canon Inc 光空間伝送装置
JP2005341494A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Canon Inc 光伝送空間判別装置及び光空間伝送装置
JP2005354335A (ja) * 2004-06-10 2005-12-22 National Institute Of Information & Communication Technology マルチビームレーザ通信装置
JP2009027747A (ja) * 2004-05-31 2009-02-05 Casio Comput Co Ltd 撮像装置、及び、プログラム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001292104A (ja) * 2000-04-06 2001-10-19 Canon Inc 光空間伝送装置
JP2002111592A (ja) 2000-09-28 2002-04-12 Sony Corp 光信号伝送装置及び自動光軸調整機構を備えた受信装置並びにその自動光軸調整方法
JP3870196B2 (ja) * 2003-03-27 2007-01-17 キヤノン株式会社 光空間伝送装置
DE102004014465B4 (de) 2003-03-27 2010-05-12 Canon K.K. Optische Übertragungsvorrichtung
KR100818392B1 (ko) 2004-05-31 2008-04-02 가시오게산키 가부시키가이샤 정보수신장치, 정보전송장치, 정보수신방법 및 기록매체

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0416029A (ja) * 1990-05-10 1992-01-21 Toshiba Corp 光通信用端末装置
JP2002164853A (ja) * 2000-10-05 2002-06-07 Lucent Technol Inc 自由空間光通信システム内の受信電力レベルを制御するための方法および装置
JP2004312699A (ja) * 2003-03-27 2004-11-04 Canon Inc 光空間伝送装置
JP2005341494A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Canon Inc 光伝送空間判別装置及び光空間伝送装置
JP2009027747A (ja) * 2004-05-31 2009-02-05 Casio Comput Co Ltd 撮像装置、及び、プログラム
JP2005354335A (ja) * 2004-06-10 2005-12-22 National Institute Of Information & Communication Technology マルチビームレーザ通信装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4096115A4 (en) * 2020-02-06 2023-01-18 Mitsubishi Electric Corporation STEERING STEERING CONTROL DEVICE, OPTICAL COMMUNICATION TERMINAL, OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM, AND STEERING STEERING CONTROL METHOD
US11817902B2 (en) 2020-02-06 2023-11-14 Mitsubishi Electric Corporation Orientation direction control device, optical communication terminal, optical communication system, and orientation direction control method

Also Published As

Publication number Publication date
US20200127738A1 (en) 2020-04-23
JP7124712B2 (ja) 2022-08-24
US10812195B2 (en) 2020-10-20
JPWO2018128118A1 (ja) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5594580A (en) Optical space communication apparatus
US9252885B2 (en) Method for manufacturing wavelength division multiplexing transmission apparatus and wavelength division multiplexing transmission apparatus
CN108776372A (zh) 一种光发射器的耦合方法及光发射器
CN109738996B (zh) 自动光纤耦合装置
US11909439B2 (en) Wavefront sensor with inner detector and outer detector
US10859348B1 (en) System for active telescope alignment, focus and beam control
WO2018128118A1 (ja) 光通信装置
CN111988091A (zh) 空间光耦合装置
US6737664B2 (en) Precision optical alignment system
CN115342831A (zh) 一种光束指向主动修正系统及方法
JP2000068934A (ja) 衛星搭載用光通信機器
CN109194402B (zh) 空间光通信的相干跟踪及视轴误差补偿系统
US20170317762A1 (en) Coherently-combined multiple apertures
JP2001203641A (ja) 空間光伝送装置
CN113917761B (zh) 一种基于角度无惯性反馈校正的光束稳定装置
JP5278890B2 (ja) 光捕捉追尾装置
CN115987391A (zh) 自由空间光通信方法及其装置
JP3206993B2 (ja) 双方向光空間伝送装置
JP2012028569A (ja) 光軸調整方法及びレーザ加工装置
JP2007282144A (ja) 光空間通信装置
US20030222209A1 (en) Compact, large angle beam stabilization module
JPH04157406A (ja) 光結合系の固定方法
AU2021313807B2 (en) Terminal for optical communication by laser signals
JP2007049290A (ja) 光空間通信装置
JP2005249919A (ja) 光通信装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17890552

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018560371

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17890552

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1