JPH04110926A - 光ビーム走査装置 - Google Patents
光ビーム走査装置Info
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- JPH04110926A JPH04110926A JP23101490A JP23101490A JPH04110926A JP H04110926 A JPH04110926 A JP H04110926A JP 23101490 A JP23101490 A JP 23101490A JP 23101490 A JP23101490 A JP 23101490A JP H04110926 A JPH04110926 A JP H04110926A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要]
宇宙光通信衛星間の捕捉・追尾技術に適用する光ビーム
走査装置に関し、 機械方式に拠らずに光通信での捕捉・追尾を行うことが
できる光ビーム走査装置を実現することを目的とし、 電気・光学式の捕捉・追尾用及びポイント・アヘッド用
偏向器を用い、受信光ビームに基づいて偏向器を制御し
て送信光ビームと受信光ビームの捕捉 追尾を行う際に
、その分路のためのディマルチプレクサを設け、捕捉・
追尾用偏向器から出力されるY軸直線偏光の受信ビーコ
ン光を偏光ビーム・スプリッタで透過させ、2つの偏光
部でそれぞれ90°回転させた直線偏光として反射させ
ることによりY軸直線偏光の受信ビーコン光を偏光ビー
ム・スプリッタから透過させて出力させると共にX軸直
線偏光として入力された送信ビーコン光については偏光
ビーム・スプリッタを透過させるようにし、透過できな
かったX軸直線偏光成分は各偏光部で90°回転させた
直線偏光に変換するように構成する。
走査装置に関し、 機械方式に拠らずに光通信での捕捉・追尾を行うことが
できる光ビーム走査装置を実現することを目的とし、 電気・光学式の捕捉・追尾用及びポイント・アヘッド用
偏向器を用い、受信光ビームに基づいて偏向器を制御し
て送信光ビームと受信光ビームの捕捉 追尾を行う際に
、その分路のためのディマルチプレクサを設け、捕捉・
追尾用偏向器から出力されるY軸直線偏光の受信ビーコ
ン光を偏光ビーム・スプリッタで透過させ、2つの偏光
部でそれぞれ90°回転させた直線偏光として反射させ
ることによりY軸直線偏光の受信ビーコン光を偏光ビー
ム・スプリッタから透過させて出力させると共にX軸直
線偏光として入力された送信ビーコン光については偏光
ビーム・スプリッタを透過させるようにし、透過できな
かったX軸直線偏光成分は各偏光部で90°回転させた
直線偏光に変換するように構成する。
本発明は光ビーム走査装置に関し、特に宇宙光通信衛星
間の捕捉・追尾技術に適用する光ビーム走査装置に関す
るものである。
間の捕捉・追尾技術に適用する光ビーム走査装置に関す
るものである。
光による衛星間或いは深宇宙での大容量通信は、21世
紀初頭頃には実現するものと予想されているが、この場
合の捕捉(ポインティング)・追尾(トラッキング)技
術とは、望遠鏡に例えると、光通信の相手である目標衛
星が発する信号光を自己の視野内に捉え且つそれを視野
中心に保持するもので、宇宙空間での光回線形成に不可
欠な技術の一つになっている。
紀初頭頃には実現するものと予想されているが、この場
合の捕捉(ポインティング)・追尾(トラッキング)技
術とは、望遠鏡に例えると、光通信の相手である目標衛
星が発する信号光を自己の視野内に捉え且つそれを視野
中心に保持するもので、宇宙空間での光回線形成に不可
欠な技術の一つになっている。
宇宙光通信実現のマイルストーンとして、第5図に示す
ように、先ず静止衛星(GEO)と低軌道衛星(LEO
)との光通信を考えると、GEOとLEOの地球に対す
る軌道上の速度Vc 、 Vtは、各々次の近似式で与
えられる。
ように、先ず静止衛星(GEO)と低軌道衛星(LEO
)との光通信を考えると、GEOとLEOの地球に対す
る軌道上の速度Vc 、 Vtは、各々次の近似式で与
えられる。
VG= p r+hc :GEOVL=
g r+hL :LEO但し、重力定数tt =3
98.6031ao”/s”、地球半径r=6.378
kmである。
g r+hL :LEO但し、重力定数tt =3
98.6031ao”/s”、地球半径r=6.378
kmである。
上記の式に基づき、GEO,LEOの軌道に関する値は
おおよそ次表のようになる。
おおよそ次表のようになる。
表
また、GEOから見たLEOの相対角速度ω、は、両衛
星が同し軌道面にあるとすれば、CO3ω、Δt− (r+ h c) −(r+ h L)CO5(ωL−
(13G)Δt÷[((r+hc)”+(r+ht)”
2(r+hc)(r+hL)CO3(ωt−ωG)Δt
)]l/!で与えられる。尚、最大角速度は、 Max(ω、 ) =0.012(deg/5)hL=
1,000 km となる。
星が同し軌道面にあるとすれば、CO3ω、Δt− (r+ h c) −(r+ h L)CO5(ωL−
(13G)Δt÷[((r+hc)”+(r+ht)”
2(r+hc)(r+hL)CO3(ωt−ωG)Δt
)]l/!で与えられる。尚、最大角速度は、 Max(ω、 ) =0.012(deg/5)hL=
1,000 km となる。
ここで、GEO−LEO間の光の往復時間は約0.25
秒であり、LEOのビーコン光をGEOが受信シてLE
Oの方位を求め、その方位に光ビームを向けて制御され
たGEOのビーコン光がLEOに到達するまでには、処
理遅延が全くないとしてもLEOは最大2b移動してい
ることになる。
秒であり、LEOのビーコン光をGEOが受信シてLE
Oの方位を求め、その方位に光ビームを向けて制御され
たGEOのビーコン光がLEOに到達するまでには、処
理遅延が全くないとしてもLEOは最大2b移動してい
ることになる。
一方、ビーコン光の回折角θ4は、
0m −2,44xλ/D(λは使用波長、Dはアンテ
ナ径)で与えられるから、λ−0,8μm、D” 30
cmの回折限界までビーコン光を絞っても、θ。
ナ径)で与えられるから、λ−0,8μm、D” 30
cmの回折限界までビーコン光を絞っても、θ。
=6.5 μrad となり30cm径の光ビームは4
0,000km離れると260耐こまで広がることにな
る。
0,000km離れると260耐こまで広がることにな
る。
この場合、1001の半導体レーザを使用したとすると
、途中の伝播損失を零としても受信パワーは0.13μ
−に減少する。
、途中の伝播損失を零としても受信パワーは0.13μ
−に減少する。
従って、捕捉・追尾を容易にするためビーム幅を広げる
のは受信パワーの点で限界があるが、光ビームの制御範
囲は、アンテナブームの熱歪ミ、姿勢揺動等のランダム
誤差を吸収するため0.6度程度まで広げなくてはなら
ない。
のは受信パワーの点で限界があるが、光ビームの制御範
囲は、アンテナブームの熱歪ミ、姿勢揺動等のランダム
誤差を吸収するため0.6度程度まで広げなくてはなら
ない。
宇宙光通信は現段階ではまだ研究途上であるが、従来よ
り、この種の捕捉・追尾技術として機械的走査で光ビー
ムを制御する方式が提案されて来ているが、機械方式で
は、■走査が遅いため高速の捕捉・追尾ができない、■
走査可動部が宇宙環境での長時間の使用に耐え得ない、
■走査反力により衛星本体の姿勢制御への干渉、ひいて
は光ビムの制御に悪影響を及ぼす、等の問題点の存在が
当然予測される。
り、この種の捕捉・追尾技術として機械的走査で光ビー
ムを制御する方式が提案されて来ているが、機械方式で
は、■走査が遅いため高速の捕捉・追尾ができない、■
走査可動部が宇宙環境での長時間の使用に耐え得ない、
■走査反力により衛星本体の姿勢制御への干渉、ひいて
は光ビムの制御に悪影響を及ぼす、等の問題点の存在が
当然予測される。
従って、本発明は、機械方式に拠らずに光通信での捕捉
・追尾を行うことができる光ビーム走査装置を実現する
ことを目的とする。
・追尾を行うことができる光ビーム走査装置を実現する
ことを目的とする。
[課題を解決するための手段]
上記の目的を達成するため、本発明に係る光ビーム走査
装置では、第1図及び第2図に原理的に示すように、互
いに直交する偏向軸Y、Xを有する2つの電気・光学偏
向器を1/2波長板を挟んで光路上に縦続配置し移動予
測位置にビームを向けるだめの指令信号を受けるポイン
ト・アヘッド用偏向器1と、偏光ビーム・スプリッタ2
2の隣接する第1及び第2の入出力面2a、2bにそれ
ぞれ偏光部21.23を設け、各偏光部が受信ビーコン
光反射フィルタ21b、23bを挟んだ2つの1/4波
長板21a、21c、23a、23cであって偏光ビー
ム・スプリッタ側のみ該送信ビーコン光とは波長が異な
る受信ビーコン光の波長依存性を有するものから成り、
第1の偏光部21がポイント・アヘッド用偏向器lから
出力されたX軸直線傷光の送信ビーコン光を受け、第1
の偏光部21とは反対側の偏光ビーム・スプリッタ22
の第3の入出力面2cから受信ビーコン光を入力するデ
ィマルチプレクサ2と、ポイント・アヘッド用偏向器l
と同一に配列された電気・光学偏向器及び1/2波長板
から成り酸1/2波長板が波長依存性の無いもので該偏
光ビーム・スプリッタ22を透過した送信ビーコン光を
互いに直交したY、X軸方向に偏向させる捕捉・追尾用
偏向器3と、捕捉・追尾用偏向器3から出力される送信
ビーコン光を円偏光に変換する波長依存性の無い1/4
波長板4と、1/4波長板4の出力光を送信すると共に
該1/4波長板4の出力光の円偏光とは同旋回方向に予
め設定された円偏光で送信ビーコン光とは波長が異なる
受信ビーコン光を反射して1/4波長板4に送る送受用
ボインティング・ミラー5と、ポインティング・ミラー
5と1/4波長板4との間に設けたビーム・エクスパン
ダ6と、ビーム・エクスパンダ6からの該受信ビーコン
光が1/4波長板4及び捕捉・追尾用偏向器3を経由し
て該偏光ビーム スプリッタ22の第4の入出力面2d
からY軸直線偏光として出力されるとき受信ビーコン光
を検出して捕捉・追尾用偏向器3を制御する光検出器7
と、を備えている。
装置では、第1図及び第2図に原理的に示すように、互
いに直交する偏向軸Y、Xを有する2つの電気・光学偏
向器を1/2波長板を挟んで光路上に縦続配置し移動予
測位置にビームを向けるだめの指令信号を受けるポイン
ト・アヘッド用偏向器1と、偏光ビーム・スプリッタ2
2の隣接する第1及び第2の入出力面2a、2bにそれ
ぞれ偏光部21.23を設け、各偏光部が受信ビーコン
光反射フィルタ21b、23bを挟んだ2つの1/4波
長板21a、21c、23a、23cであって偏光ビー
ム・スプリッタ側のみ該送信ビーコン光とは波長が異な
る受信ビーコン光の波長依存性を有するものから成り、
第1の偏光部21がポイント・アヘッド用偏向器lから
出力されたX軸直線傷光の送信ビーコン光を受け、第1
の偏光部21とは反対側の偏光ビーム・スプリッタ22
の第3の入出力面2cから受信ビーコン光を入力するデ
ィマルチプレクサ2と、ポイント・アヘッド用偏向器l
と同一に配列された電気・光学偏向器及び1/2波長板
から成り酸1/2波長板が波長依存性の無いもので該偏
光ビーム・スプリッタ22を透過した送信ビーコン光を
互いに直交したY、X軸方向に偏向させる捕捉・追尾用
偏向器3と、捕捉・追尾用偏向器3から出力される送信
ビーコン光を円偏光に変換する波長依存性の無い1/4
波長板4と、1/4波長板4の出力光を送信すると共に
該1/4波長板4の出力光の円偏光とは同旋回方向に予
め設定された円偏光で送信ビーコン光とは波長が異なる
受信ビーコン光を反射して1/4波長板4に送る送受用
ボインティング・ミラー5と、ポインティング・ミラー
5と1/4波長板4との間に設けたビーム・エクスパン
ダ6と、ビーム・エクスパンダ6からの該受信ビーコン
光が1/4波長板4及び捕捉・追尾用偏向器3を経由し
て該偏光ビーム スプリッタ22の第4の入出力面2d
からY軸直線偏光として出力されるとき受信ビーコン光
を検出して捕捉・追尾用偏向器3を制御する光検出器7
と、を備えている。
また、本発明では、第2菌に点線で示すように、ディマ
ルチプレクサ2が、偏光ビーム・スプリッタ22の第4
の入出力面から出力された直線偏光の受信ビーコン光の
Y軸偏光成分のみを通過させる検光子24と、この検光
子24から漏れた送信ビーコン光を反射させるフィルタ
25とを更に備えることもできる。
ルチプレクサ2が、偏光ビーム・スプリッタ22の第4
の入出力面から出力された直線偏光の受信ビーコン光の
Y軸偏光成分のみを通過させる検光子24と、この検光
子24から漏れた送信ビーコン光を反射させるフィルタ
25とを更に備えることもできる。
各1底叉棗ΦN皿
第1図において、光学系の座標を紙面に垂直方向をX軸
、紙面内をY軸に設定する。ポイント・アヘッド偏向器
1及び捕捉・追尾偏向器3は、それぞれX偏向器、1/
2波長(λ/2)板、及びX偏向器を基本構成要素とし
ており、第3図に示すように、X偏向器はY軸直線傷光
の入射光ビームをY軸方向にθヶ偏向させ、このX偏向
器から出力される直線偏光光の偏光方位が1/2波長板
により90°回転させられ、X偏向器と同し偏向軸とな
るため、X偏向器によりθ8偏向させるようになってい
る。
、紙面内をY軸に設定する。ポイント・アヘッド偏向器
1及び捕捉・追尾偏向器3は、それぞれX偏向器、1/
2波長(λ/2)板、及びX偏向器を基本構成要素とし
ており、第3図に示すように、X偏向器はY軸直線傷光
の入射光ビームをY軸方向にθヶ偏向させ、このX偏向
器から出力される直線偏光光の偏光方位が1/2波長板
により90°回転させられ、X偏向器と同し偏向軸とな
るため、X偏向器によりθ8偏向させるようになってい
る。
〈ディマルチプレクサ2の 〉
ディマルチプレクサ2は、Y軸偏光光のみを透過しX軸
偏光光は反射させて、従来のようなハーフミラ−的なビ
ーム・スプリッタのみによる送受光の分離の不完全性を
改良するためのものである。
偏光光は反射させて、従来のようなハーフミラ−的なビ
ーム・スプリッタのみによる送受光の分離の不完全性を
改良するためのものである。
これを第2図により説明すると、第1の偏光部21にお
いて、送信ビーコン光を1/4波長板21aで円偏光に
変換し、フィルタ21bを通過させた後、1/4波長板
21cにおいて直線偏光に戻すが、このときには1/4
波長板21aと協同してY軸直線傷光に変換することに
なる。また、受信ビーコン光については、1/4波長板
2]cと受信ビーコン光反射フィルタ21bとで波長板
21cを往復する(その間は円偏光の状態を呈する)こ
とにより1/2波長板と等価なものとじて反射させるこ
とになるので、90°回転させたX軸直線傷光として偏
光ビーム・スプリッタ22に戻すことになる。
いて、送信ビーコン光を1/4波長板21aで円偏光に
変換し、フィルタ21bを通過させた後、1/4波長板
21cにおいて直線偏光に戻すが、このときには1/4
波長板21aと協同してY軸直線傷光に変換することに
なる。また、受信ビーコン光については、1/4波長板
2]cと受信ビーコン光反射フィルタ21bとで波長板
21cを往復する(その間は円偏光の状態を呈する)こ
とにより1/2波長板と等価なものとじて反射させるこ
とになるので、90°回転させたX軸直線傷光として偏
光ビーム・スプリッタ22に戻すことになる。
尚、偏光部の各1/4波長板は波長依存性を有し、21
c、23aはλ2/4で上記のように受信ビーコン光を
反射フィルタで折返して丁度90゜回転させる。送信ビ
ーコン光に対しても完全な円偏光→直線偏光の変換作用
を行うために21a、23cはλ2/4による不完全さ
を補償する目的で、λ1/4から若干ずらしている。
c、23aはλ2/4で上記のように受信ビーコン光を
反射フィルタで折返して丁度90゜回転させる。送信ビ
ーコン光に対しても完全な円偏光→直線偏光の変換作用
を行うために21a、23cはλ2/4による不完全さ
を補償する目的で、λ1/4から若干ずらしている。
また、第2の偏光部23においては、第1の偏光部21
から出力された送信ビーコン光の内、偏光ビーム・スプ
リッタ22で反射したX軸直綿偏光成分を1/4波長板
23aで円偏光に変換し、フィルタ23bを透過させた
後、1/4波長板23aと協同してY軸直線傷光に変換
する。そして、受信ビーコン光については、波長依存性
を有する1/4波長板23aと受信ビーコン光反射フィ
ルタ23bとでY軸直線傷光として反射させ偏光ビーム
・スプリッタ22を透過させて第4の入出力面2dから
出力させることができる。
から出力された送信ビーコン光の内、偏光ビーム・スプ
リッタ22で反射したX軸直綿偏光成分を1/4波長板
23aで円偏光に変換し、フィルタ23bを透過させた
後、1/4波長板23aと協同してY軸直線傷光に変換
する。そして、受信ビーコン光については、波長依存性
を有する1/4波長板23aと受信ビーコン光反射フィ
ルタ23bとでY軸直線傷光として反射させ偏光ビーム
・スプリッタ22を透過させて第4の入出力面2dから
出力させることができる。
即ち、ポイント・アヘッド偏向器1から出力されたX軸
直線傷光の送信ビーコン光を第1図に点線で示すように
、第1の偏光部22でY軸直線傷光に変換して透過させ
、加工精度の制約から生ずる透過できずに反射したX軸
直線傷光成分については第2の偏光部23でY軸直線傷
光に変換して逃がすか、又は反射した場合には再びX軸
直線傷光に戻して偏光ビーム・スプリッタ22で反射さ
せ第1の偏光部21へ送ることにより偏光ビーム・スプ
リ・7タ22の第4の入出力面2dがらは出力させない
。
直線傷光の送信ビーコン光を第1図に点線で示すように
、第1の偏光部22でY軸直線傷光に変換して透過させ
、加工精度の制約から生ずる透過できずに反射したX軸
直線傷光成分については第2の偏光部23でY軸直線傷
光に変換して逃がすか、又は反射した場合には再びX軸
直線傷光に戻して偏光ビーム・スプリッタ22で反射さ
せ第1の偏光部21へ送ることにより偏光ビーム・スプ
リ・7タ22の第4の入出力面2dがらは出力させない
。
また、Y軸直線傷光として入力される受信ビーコン光に
ついては、第1図に実線で示すように、偏光ビーム・ス
プリッタ22で透過させるが第1の偏光部21でX軸直
線傷光に変換して反射させ再び偏光ビーム・スプリッタ
22で反射させて第2の偏光部23でY軸直線傷光に変
換して反射させることにより今度は偏光ビーム・スプリ
、り22を透過できる形となって偏光部21.23を経
由して必ず受信ビーコン光として出力されることとなる
。
ついては、第1図に実線で示すように、偏光ビーム・ス
プリッタ22で透過させるが第1の偏光部21でX軸直
線傷光に変換して反射させ再び偏光ビーム・スプリッタ
22で反射させて第2の偏光部23でY軸直線傷光に変
換して反射させることにより今度は偏光ビーム・スプリ
、り22を透過できる形となって偏光部21.23を経
由して必ず受信ビーコン光として出力されることとなる
。
このようにして、偏光ビーム・スプリッタ22の第4の
入出力面から出力される受信ビーコン光には送信ビーコ
ン光が漏れ込まないように分離性能を高くしている。
入出力面から出力される受信ビーコン光には送信ビーコ
ン光が漏れ込まないように分離性能を高くしている。
そして、更に本発明では、検光子24を設け、偏光ビー
ム・スプリッタ22の第4の入出力面2dから出力され
た直線偏光の受信ビーコン光のY軸偏光成分のみを通過
させ、更に反射フィルタ25により、それでも何らかの
形で漏れ込んだ送信ビーコン光を反射させるようにして
より一層の分離度を高めることができる。
ム・スプリッタ22の第4の入出力面2dから出力され
た直線偏光の受信ビーコン光のY軸偏光成分のみを通過
させ、更に反射フィルタ25により、それでも何らかの
形で漏れ込んだ送信ビーコン光を反射させるようにして
より一層の分離度を高めることができる。
次に、ビーム・エクスパンダ6は送受光のビーム径を変
換するためのもので、焦点距離の異なる二つの放物面鏡
を対向させて配列しており、ビーム径の拡大 縮小率は
開鎖の句点距離の比で決まるものである。上述のように
、ビームの広がり角はアンテア径に比例するから、鋭い
指向性を得るために、送光ビーム径が拡大される方向に
配列されている。
換するためのもので、焦点距離の異なる二つの放物面鏡
を対向させて配列しており、ビーム径の拡大 縮小率は
開鎖の句点距離の比で決まるものである。上述のように
、ビームの広がり角はアンテア径に比例するから、鋭い
指向性を得るために、送光ビーム径が拡大される方向に
配列されている。
ボインティング・ミラー5は、偏向器1.3では追従し
切れない、大きなオフセントをカバーして行くもので、
この部分だけは機械的に走査する必要がある。
切れない、大きなオフセントをカバーして行くもので、
この部分だけは機械的に走査する必要がある。
動作に所
まず、送信ビーコン光は、光源、コリメータレンズ、偏
光子(図示せず)を経てY軸方向に直線偏光されている
ものとする。
光子(図示せず)を経てY軸方向に直線偏光されている
ものとする。
この送信ビーコン光はポイント・アヘッド偏向器1に入
力され、移動予測位置にビームを向けるための指令信号
に応してまずY偏向器でY軸偏向され、そして1/2波
長板で90度回転されてX偏向器でχ軸偏向を受けて二
次元的に偏向走査される。
力され、移動予測位置にビームを向けるための指令信号
に応してまずY偏向器でY軸偏向され、そして1/2波
長板で90度回転されてX偏向器でχ軸偏向を受けて二
次元的に偏向走査される。
ディマルチプレクサ2で上記のようにY軸直線偏光に変
換されて透過し、捕捉 追尾用偏向器3のY偏向器に導
かれた送信ビーコン光は、偏光方位とY偏向器の固有軸
とが一致巳でいるからY軸方向に偏向され、更に1/2
波長板を経由することによりビームの偏光方位は90°
回転させられてX偏向器の固有軸と一致することになる
からヒームはX軸方向にも偏向されることになる。
換されて透過し、捕捉 追尾用偏向器3のY偏向器に導
かれた送信ビーコン光は、偏光方位とY偏向器の固有軸
とが一致巳でいるからY軸方向に偏向され、更に1/2
波長板を経由することによりビームの偏光方位は90°
回転させられてX偏向器の固有軸と一致することになる
からヒームはX軸方向にも偏向されることになる。
従って、捕捉・追尾用偏向器3からの出力ビムはX軸偏
光光であるから、1/4波長板4の進相軸との相対角θ
が45度となるように同波長板を設定しておけば、同出
力ビームは、公知のように左旋回の円偏光に変換される
ことになる。
光光であるから、1/4波長板4の進相軸との相対角θ
が45度となるように同波長板を設定しておけば、同出
力ビームは、公知のように左旋回の円偏光に変換される
ことになる。
そして、1/4波長板4の出力光はビーム・エキスパン
ダ6で拡大され、ポインティング・ミラ5を経て目標衛
星に向けてビーコン光を任意の方位に送出する。
ダ6で拡大され、ポインティング・ミラ5を経て目標衛
星に向けてビーコン光を任意の方位に送出する。
一方、目標衛星の送信ビーコン光も同し旋回方向の円偏
光となるように設定される。
光となるように設定される。
従って、受信ビーコン光は1/4波長板4て送信ビーコ
ン光と同しするX軸偏光光に変換され、捕捉・追尾偏向
器3のX軸偏向器によって送信ビーコン光と同し偏向作
用を受けて通過し、1/2波長板でY軸偏光光に変換さ
れた後、Y軸偏向器に入るが、ここでもその固有軸とは
同しになるから同様の偏向を受けることとなる。
ン光と同しするX軸偏光光に変換され、捕捉・追尾偏向
器3のX軸偏向器によって送信ビーコン光と同し偏向作
用を受けて通過し、1/2波長板でY軸偏光光に変換さ
れた後、Y軸偏向器に入るが、ここでもその固有軸とは
同しになるから同様の偏向を受けることとなる。
そして、このX軸偏光光のみを反射しY軸偏光光を透過
する偏光ビーム・スプリッタ22により、上述したよう
に受信ビーコン光のみが分離され光検出器7に導かれる
ことになる。
する偏光ビーム・スプリッタ22により、上述したよう
に受信ビーコン光のみが分離され光検出器7に導かれる
ことになる。
そして、目標衛星と自己の視線方向を一致させるために
、自己の光検出器6で検出した目標衛星のビーコン光と
自己の受信光学系の視線との相対角度偏差を、目標衛星
の送信光学系の視線方向のずれとみなし、そしてその量
だけ自己のビーコン光を捕捉・追尾用偏向器3を制御し
て偏向させ目標衛星に伝達して目標衛星の視線を修正さ
せる。
、自己の光検出器6で検出した目標衛星のビーコン光と
自己の受信光学系の視線との相対角度偏差を、目標衛星
の送信光学系の視線方向のずれとみなし、そしてその量
だけ自己のビーコン光を捕捉・追尾用偏向器3を制御し
て偏向させ目標衛星に伝達して目標衛星の視線を修正さ
せる。
このようにして機械的可動部を減らし、加えて送受光の
アイソレーションを単なる偏光ビーム・スプリ・ツタよ
り一層高めた光ビーム走査を行うことができる。
アイソレーションを単なる偏光ビーム・スプリ・ツタよ
り一層高めた光ビーム走査を行うことができる。
〔実 施 例〕
第4図は、本発明に係る光走査ビーム装置の偏向器制御
系統の一実施例を示したものであり、第1図に示したポ
イント・アヘッド偏向器1は指令値を受けて■C○11
と増幅器12と偏向器1の偏向センサ13とにより制御
されるようになっている。尚、この指令値は、衛星間の
距離による光の伝播遅延を補償して光ビームを所望の精
度で目標衛星に指向させるために移動方向の前方の予測
位置にビームを向けなければならなず、この移動前方の
予測位置に見合った予測角を指示するもので、地上から
又は衛星のオンボード指示により与えられる。
系統の一実施例を示したものであり、第1図に示したポ
イント・アヘッド偏向器1は指令値を受けて■C○11
と増幅器12と偏向器1の偏向センサ13とにより制御
されるようになっている。尚、この指令値は、衛星間の
距離による光の伝播遅延を補償して光ビームを所望の精
度で目標衛星に指向させるために移動方向の前方の予測
位置にビームを向けなければならなず、この移動前方の
予測位置に見合った予測角を指示するもので、地上から
又は衛星のオンボード指示により与えられる。
また、第1図に示した光検出器7は、ディマルチプレク
サ2からの受信光ビームの視線角θTG?(及び受信側
の視線角θ、。、)を受けるCCDセンサ71と4象限
センサ72とモード選択器73とで構成されており、各
センサ71.72の出力信号はモー)−選択スイノチ2
0に送られている。
サ2からの受信光ビームの視線角θTG?(及び受信側
の視線角θ、。、)を受けるCCDセンサ71と4象限
センサ72とモード選択器73とで構成されており、各
センサ71.72の出力信号はモー)−選択スイノチ2
0に送られている。
このモート選(Fスイッチ20のスイッチ位置:ま最初
は1示の初jllJ]捕促位置乙こ在り、宇宙空間での
光回線形成の初期段階−二おいて狭い視野の中に初めて
目標衛星を捕捉するためのモートであり、地上又はオン
ボードからの相手衛星の視線を予測した3次元座標軸情
報から導出した指令値をボインティング・ミラー5から
エンコーダ21を介して受けたフィードバック信号との
偏差をリミッタ22を経てVCO14と増幅器15とに
より捕捉追尾用偏向器3に与えられるようになっている
。
は1示の初jllJ]捕促位置乙こ在り、宇宙空間での
光回線形成の初期段階−二おいて狭い視野の中に初めて
目標衛星を捕捉するためのモートであり、地上又はオン
ボードからの相手衛星の視線を予測した3次元座標軸情
報から導出した指令値をボインティング・ミラー5から
エンコーダ21を介して受けたフィードバック信号との
偏差をリミッタ22を経てVCO14と増幅器15とに
より捕捉追尾用偏向器3に与えられるようになっている
。
尚、リミッタ22の出力には、この偏向器3の出力をセ
ンサ16で検出して一定ゲイン17を与えたものが加え
られるようになっている。また、このループでは指令値
が大きいため、主としてボインティング ミラーしか動
作しない。このボインティング・ミラー5は、LEOが
極軌道衛星の場合には、±180度の走査が必要となり
、大きな偏向角の取れない電気・光学偏向器では置き換
えができないため用いられている。また、偏向器は、例
えば音響光学素子では、現在2度以上の偏向が可能であ
り所定の偏向角へのアクセス時間も10μs程度であり
、0,6°程度の高速のビーム走査には十分使用できる
。
ンサ16で検出して一定ゲイン17を与えたものが加え
られるようになっている。また、このループでは指令値
が大きいため、主としてボインティング ミラーしか動
作しない。このボインティング・ミラー5は、LEOが
極軌道衛星の場合には、±180度の走査が必要となり
、大きな偏向角の取れない電気・光学偏向器では置き換
えができないため用いられている。また、偏向器は、例
えば音響光学素子では、現在2度以上の偏向が可能であ
り所定の偏向角へのアクセス時間も10μs程度であり
、0,6°程度の高速のビーム走査には十分使用できる
。
この初期捕捉は本発明の範囲では無く、既に本出願人し
こより特願平1−62892号において開示されている
。
こより特願平1−62892号において開示されている
。
相手衛星の送信光ビームが受信できてこの初期捕捉動作
が終了すると、地上又はオンボード指令によりモード選
択器73は捕捉動作に切り替えられ、モード選択スイッ
チ20でもCCDセンサ71の出力を選択するように切
り替えられる。
が終了すると、地上又はオンボード指令によりモード選
択器73は捕捉動作に切り替えられ、モード選択スイッ
チ20でもCCDセンサ71の出力を選択するように切
り替えられる。
モード選択スイッチ20からの捕捉信号、即ち受信側の
視線角度θ、。、と相手側視線角度θ、。。
視線角度θ、。、と相手側視線角度θ、。。
(θTGT )との偏差信号は、VCO14及び増幅器
15を経て偏向器3に与えられて偏向制御を行い、この
偏向器3の出力はセンサ16で偏向等価信号に変、換さ
れ、定常偏差を“0”にする補償器18を介してボイン
ティング駆動回路19によりボインティング・ミラー5
を駆動する。
15を経て偏向器3に与えられて偏向制御を行い、この
偏向器3の出力はセンサ16で偏向等価信号に変、換さ
れ、定常偏差を“0”にする補償器18を介してボイン
ティング駆動回路19によりボインティング・ミラー5
を駆動する。
また、偏向器3の出力はゲイン23を経て、やはりゲイ
ン24を経た駆動回路19の出力と加算されて受信側の
視線角θ、。、を示す出力となり、上述の如く偏光ビー
ム スプリッタ2からの相手側視線角θ70.との偏差
が取られてフィードバック制御することとなる。この捕
捉モードでは、視線用偏差が比較的大きいので、ボイン
ティング・ミラー5の駆動制御が主となり、偏向器3か
らの角度変位は小さい。
ン24を経た駆動回路19の出力と加算されて受信側の
視線角θ、。、を示す出力となり、上述の如く偏光ビー
ム スプリッタ2からの相手側視線角θ70.との偏差
が取られてフィードバック制御することとなる。この捕
捉モードでは、視線用偏差が比較的大きいので、ボイン
ティング・ミラー5の駆動制御が主となり、偏向器3か
らの角度変位は小さい。
この捕捉動作により偏差が“0“になると捕捉モードが
終了し、地上又はオンボード指示により今度は追尾モー
ドに切り替えられ、4象限センサ72の出力に基づいて
捕捉モードと同様のフィードバック制御が行われる。但
し、この追尾モードでは、捕捉モードと逆に視線用偏差
が小さいのでボインティング・ミラー5は殆ど駆動され
ず主として偏向器3が制御に寄与することとなる。
終了し、地上又はオンボード指示により今度は追尾モー
ドに切り替えられ、4象限センサ72の出力に基づいて
捕捉モードと同様のフィードバック制御が行われる。但
し、この追尾モードでは、捕捉モードと逆に視線用偏差
が小さいのでボインティング・ミラー5は殆ど駆動され
ず主として偏向器3が制御に寄与することとなる。
以上のように、受信側の視線角θ、。、は相手側の視線
角θア。アと一致するようにフィードバックが掛けられ
るが、このときの受信側の視線角θLOSは、ポイント
・アヘッド偏向器1からの視線角と合成されて送信光ビ
ーム視線角θア0.として相手衛星に向けて送出される
。
角θア。アと一致するようにフィードバックが掛けられ
るが、このときの受信側の視線角θLOSは、ポイント
・アヘッド偏向器1からの視線角と合成されて送信光ビ
ーム視線角θア0.として相手衛星に向けて送出される
。
以上のように、本発明に係る光ビーム走査装置によれば
、電気・光学式の捕捉・追尾用及びポイント・アヘッド
用偏向器を用い、受信光ビームに基づいて偏向器を制御
して送信光ビームと受信光ビームの捕捉・追尾を行う際
に、その分離のためのディマルチプレクサを設け、捕捉
・追尾用偏向器から出力されるY軸直線偏光の受信ビー
コン光を偏光ビーム・スプリッタで透過させ、2つの偏
光部でそれぞれ90@回転させた直線偏光として反射さ
せることによりY軸直線偏光の受信ビーコン光を偏光ビ
ーム・スプリッタから透過させて出力させると共にX軸
直線偏光として入力された送信ビーコン光については偏
光ビーム・スプリッタを透過させるようにし、透過でき
なかったX軸直線偏光成分は各偏光部で90”回転させ
た直線偏光に変換するよう番こ構成したので、微弱な受
信ビーコン光を逃がすことなく送信ビーコン光とは確実
に分離した形で出力させることができると共に、機械的
な可動部分を減らすことができ高寿命化ができると共に
高速光ビーム走査が実現できる。
、電気・光学式の捕捉・追尾用及びポイント・アヘッド
用偏向器を用い、受信光ビームに基づいて偏向器を制御
して送信光ビームと受信光ビームの捕捉・追尾を行う際
に、その分離のためのディマルチプレクサを設け、捕捉
・追尾用偏向器から出力されるY軸直線偏光の受信ビー
コン光を偏光ビーム・スプリッタで透過させ、2つの偏
光部でそれぞれ90@回転させた直線偏光として反射さ
せることによりY軸直線偏光の受信ビーコン光を偏光ビ
ーム・スプリッタから透過させて出力させると共にX軸
直線偏光として入力された送信ビーコン光については偏
光ビーム・スプリッタを透過させるようにし、透過でき
なかったX軸直線偏光成分は各偏光部で90”回転させ
た直線偏光に変換するよう番こ構成したので、微弱な受
信ビーコン光を逃がすことなく送信ビーコン光とは確実
に分離した形で出力させることができると共に、機械的
な可動部分を減らすことができ高寿命化ができると共に
高速光ビーム走査が実現できる。
第1図は、本発明に係る光ビーム走査装置を原理的に示
した図、 第2図は、本発明に用いるディマルチプレクサの構成例
を示した図、 第3図は、本発明に用いる偏向器の構成を示す斜視図、 第4図は、本発明に係る光ビーム走査装置の制御系を示
すブロンク図、 第5図は、通信衛星軌道の模式図、である。 第1図において、 1・・・ポイント・アヘッド用偏向器、2・・・ディマ
ルチプレクサ、 3・・・捕捉・追尾用偏向器、 4・・・1/4波長板、 5・・ポインティング ミラー 6・・・ビーム エクスパンダ、 ・・・光検出器、 21・・・第1の偏光部、 21a、21c 23a 23c・・・1/4波長 板、 21b、23b、25・・・反射フィルタ。 回申、同一符号は同−又は相当部分を示す。
した図、 第2図は、本発明に用いるディマルチプレクサの構成例
を示した図、 第3図は、本発明に用いる偏向器の構成を示す斜視図、 第4図は、本発明に係る光ビーム走査装置の制御系を示
すブロンク図、 第5図は、通信衛星軌道の模式図、である。 第1図において、 1・・・ポイント・アヘッド用偏向器、2・・・ディマ
ルチプレクサ、 3・・・捕捉・追尾用偏向器、 4・・・1/4波長板、 5・・ポインティング ミラー 6・・・ビーム エクスパンダ、 ・・・光検出器、 21・・・第1の偏光部、 21a、21c 23a 23c・・・1/4波長 板、 21b、23b、25・・・反射フィルタ。 回申、同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (2)
- (1)互いに直交する偏向軸Y、Xを有する2つの電気
・光学偏向器を1/2波長板を挟んで光路上に縦続配置
し移動予測位置にビームを向けるための指令信号を受け
るポイント・アヘッド用偏向器(1)と、 偏光ビーム・スプリッタ(22)の隣接する第1及び第
2の入出力面にそれぞれ偏光部(21)(23)を設け
、各偏光部が受信ビーコン光反射フィルタ(21b)(
23b)を挟んだ2つの1/4波長板(21a、21c
)(23a、23c)であって該偏光ビーム・スプリッ
タ側のみ該送信ビーコン光とは波長が異なる受信ビーコ
ン光の波長依存性を有するものから成り、第1の偏光部
(21)が該ポイント・アヘッド用偏向器(1)から出
力されたX軸直線偏光の送信ビーコン光を受け、該第1
の偏光部(21)とは反対側の該偏光ビーム・スプリッ
タ(22)の第3の入出力面から受信ビーコン光を入力
するディマルチプレクサ(2)と、該ポイント・アヘッ
ド用偏向器(1)と同一に配列された電気・光学偏向器
及び1/2波長板から成り該1/2波長板が波長依存性
の無いもので該偏光ビーム・スプリッタ(22)を透過
した送信ビーコン光を互いに直交したY、X軸方向に偏
向させる捕捉・追尾用偏向器(3)と、 該捕捉・追尾用偏向器(3)から出力される送信ビーコ
ン光を円偏光に変換する波長依存性の無い1/4波長板
(4)と、 該1/4波長板(4)の出力光を送信すると共に該1/
4波長板(4)の出力光の円偏光とは同旋回方向に予め
設定された円偏光で該送信ビーコン光とは波長が異なる
受信ビーコン光を反射して該1/4波長板(4)に送る
ポインティング・ミラー(5)と、該ポインティング・
ミラー(5)と1/4波長板(4)との間に設けたビー
ム・エクスパンダ(6)と、該ビーム・エクスパンダ(
6)からの該受信ビーコン光が該1/4波長板(4)及
び該捕捉・追尾用偏向器(3)を経由して該偏光ビーム
・スプリッタ(22)の第4の入出力面からY軸直線偏
光として出力されるとき該受信ビーコン光を検出して該
捕捉・追尾用偏向器(3)を制御する光検出器(7)と
、を備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。 - (2)該ディマルチプレクサ(2)が、該偏光ビーム・
スプリッタ(22)の第4の入出力面から出力された直
線偏光の受信ビーコン光のY軸偏光成分のみを通過させ
る検光子(24)と、該検光子(24)から漏れた該送
信ビーコン光を反射させるフィルタ(25)とを更に備
えていることを特徴とした請求項1に記載の光ビーム走
査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23101490A JPH04110926A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 光ビーム走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23101490A JPH04110926A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 光ビーム走査装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04110926A true JPH04110926A (ja) | 1992-04-13 |
Family
ID=16916896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23101490A Pending JPH04110926A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 光ビーム走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04110926A (ja) |
-
1990
- 1990-08-31 JP JP23101490A patent/JPH04110926A/ja active Pending
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