JPH0440122A - 空間光伝送用投光装置 - Google Patents
空間光伝送用投光装置Info
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- JPH0440122A JPH0440122A JP2147859A JP14785990A JPH0440122A JP H0440122 A JPH0440122 A JP H0440122A JP 2147859 A JP2147859 A JP 2147859A JP 14785990 A JP14785990 A JP 14785990A JP H0440122 A JPH0440122 A JP H0440122A
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
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- Optical Communication System (AREA)
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
この発明は、レーザー光を利用した空間光伝送のための
投光装置に関する。
投光装置に関する。
空間光伝送は、投光装置から、数にｆ以上能れた位置に
設置された受光装置に向けて投光し、信号を伝搬させる
ものである。 このとき、例えば第６図に示されるように、半導体レー
ザー１から投光レンズ２を経て受光装置３の受光面であ
るフレネルレンズ４にレーザービーム５を投光し、例え
ばフォトトランジスタからなる受光器３Ａにより受信し
て、これを電気信号に変換するようにされている。 ここで、半導体レーザー１の出力ビームは、出射方向に
よって拡がり角度が異なる。即ち、出力ビームの中心光
軸に直交する断面でのビーム形状は略楕円となっている
。 このため、従来は第７図及び第８図に示されるように、
半導体レーザー１と投光レンズ２の間に、コリメータレ
ンズ６、シリンドリカルレンズ対７及びレンズ８を介在
させ、ビーム断面５Ａが円形となるようにしている。
設置された受光装置に向けて投光し、信号を伝搬させる
ものである。 このとき、例えば第６図に示されるように、半導体レー
ザー１から投光レンズ２を経て受光装置３の受光面であ
るフレネルレンズ４にレーザービーム５を投光し、例え
ばフォトトランジスタからなる受光器３Ａにより受信し
て、これを電気信号に変換するようにされている。 ここで、半導体レーザー１の出力ビームは、出射方向に
よって拡がり角度が異なる。即ち、出力ビームの中心光
軸に直交する断面でのビーム形状は略楕円となっている
。 このため、従来は第７図及び第８図に示されるように、
半導体レーザー１と投光レンズ２の間に、コリメータレ
ンズ６、シリンドリカルレンズ対７及びレンズ８を介在
させ、ビーム断面５Ａが円形となるようにしている。
上記のような空間光伝送システムにおいて、第６図の投
光レンズ２から出射されたレーザービーム５は、途中の
窓ガラス、大気、フィルターを経て受光装置３のフレネ
ルレンズ４に入射する。 ところで、レーザービーム５は大気中を伝搬する間に、
大気によって屈折される。大気は、その温度が日周変動
するために、大気の鉛直方向の屈折率勾配の変化によっ
て、受光装置３の受光面位置でのレーザービーム５の鉛
直方向の位置が日周変動を生じる。 第９図は、半導体レーザー１と受光袋Ｗ、３との距離が
８Ｋｌであって、晴れた日の受光面におけるレーザービ
ーム５の高さ位置の変動を示している。 これを、受光面であるフレネルレンズ４との関係でレー
ザービーム５の位置を示すと第１０図のようになる。 この場合、伝Ｉｌ距離は前述の如く８にｍ、投光レンズ
出力パワーＰａ＝１５１Ｗ、フレネルレンズ４のサイズ
が３０ｃ＋ｍｘ３０ｃｎとしたとき、フレネルレンズ４
の位置でのビーム直径りは最も小さく絞っても７０Ｃ１
になり、その状態での受光面に対する相対位置変動は第
１０図のようになる。 従って、第１０図から判るように、フレネルレンズ４は
、８時から１２時までの間しかレーザービーム５を受光
できないことになる。 即ち、日中４時間程度しか連続して通信を行うことがで
きないことになる。 これを解消するためには、第６図の受光袋ｆ３に、レー
ザービーム５を自動追尾する追尾装置を設けるか、ビー
ム径を大きくするという手段を取ることになる。 前者の場合は、自動追尾装置が大掛かりとなるという問
題点がある。 又後者の場合、例えば第１１図に示されるように、受光
装置の位置でのビーム直径Ｄ＝２．５ｍと拡大すると、
８時から１６時の間、即ち日中の間、連続して受光がで
きることになる。 しかしながら、上記のように、投光レンズ出力パワーＰ
ｏ＝１５１１Ｗで伝搬距離８Ｋｎとした場合、受光装置
への入射パワーが０．４０μＷと小さくなってしまい、
受光位置でのビーム直径を大きくすると通信等が不可能
になる。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、受光装置への入射パワーを大きく低減させること
なく、又受光装置の自動追尾装置を設けることなく、日
中長時間にわたり連続して通信を可能とすることができ
るようにした空間光伝送用投光装置を提供することを目
的とする。
光レンズ２から出射されたレーザービーム５は、途中の
窓ガラス、大気、フィルターを経て受光装置３のフレネ
ルレンズ４に入射する。 ところで、レーザービーム５は大気中を伝搬する間に、
大気によって屈折される。大気は、その温度が日周変動
するために、大気の鉛直方向の屈折率勾配の変化によっ
て、受光装置３の受光面位置でのレーザービーム５の鉛
直方向の位置が日周変動を生じる。 第９図は、半導体レーザー１と受光袋Ｗ、３との距離が
８Ｋｌであって、晴れた日の受光面におけるレーザービ
ーム５の高さ位置の変動を示している。 これを、受光面であるフレネルレンズ４との関係でレー
ザービーム５の位置を示すと第１０図のようになる。 この場合、伝Ｉｌ距離は前述の如く８にｍ、投光レンズ
出力パワーＰａ＝１５１Ｗ、フレネルレンズ４のサイズ
が３０ｃ＋ｍｘ３０ｃｎとしたとき、フレネルレンズ４
の位置でのビーム直径りは最も小さく絞っても７０Ｃ１
になり、その状態での受光面に対する相対位置変動は第
１０図のようになる。 従って、第１０図から判るように、フレネルレンズ４は
、８時から１２時までの間しかレーザービーム５を受光
できないことになる。 即ち、日中４時間程度しか連続して通信を行うことがで
きないことになる。 これを解消するためには、第６図の受光袋ｆ３に、レー
ザービーム５を自動追尾する追尾装置を設けるか、ビー
ム径を大きくするという手段を取ることになる。 前者の場合は、自動追尾装置が大掛かりとなるという問
題点がある。 又後者の場合、例えば第１１図に示されるように、受光
装置の位置でのビーム直径Ｄ＝２．５ｍと拡大すると、
８時から１６時の間、即ち日中の間、連続して受光がで
きることになる。 しかしながら、上記のように、投光レンズ出力パワーＰ
ｏ＝１５１１Ｗで伝搬距離８Ｋｎとした場合、受光装置
への入射パワーが０．４０μＷと小さくなってしまい、
受光位置でのビーム直径を大きくすると通信等が不可能
になる。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、受光装置への入射パワーを大きく低減させること
なく、又受光装置の自動追尾装置を設けることなく、日
中長時間にわたり連続して通信を可能とすることができ
るようにした空間光伝送用投光装置を提供することを目
的とする。
この発明は、受光装置に対して、光源から出力されるレ
ーザービームを投光して信号を伝達するなめの空間光伝
送用投光装置において、前記レーザービームのビーム断
面形状を鉛直方向に長い楕円形としたことを特徴とする
空間光伝送用投光装置により上記目的を達成するもので
ある。 又、前記光源を半導体レーザーとすると共に、該半導体
レーザーを、その出力ビームの拡がり角の大きい方向が
鉛直方向となるように配置することにより上記目的を達
成するものである。 又、前記光源からのレーザービームを鉛直方向に拡径し
、且つ、水平方向に縮径するシリンドリカルレンズを設
けることにより上記目的を達成するものである。 更に又、前記レーザービームの前記受光装置位置におけ
る鉛直断面形状を、鉛直方向の長径が、該レーザービー
ムの鉛直方向の位置の日周変動量から前記受光装置の受
光面の鉛直方向長さを減算した距離と略等しくなるよう
にすることにより上記目的を達成するものである。
ーザービームを投光して信号を伝達するなめの空間光伝
送用投光装置において、前記レーザービームのビーム断
面形状を鉛直方向に長い楕円形としたことを特徴とする
空間光伝送用投光装置により上記目的を達成するもので
ある。 又、前記光源を半導体レーザーとすると共に、該半導体
レーザーを、その出力ビームの拡がり角の大きい方向が
鉛直方向となるように配置することにより上記目的を達
成するものである。 又、前記光源からのレーザービームを鉛直方向に拡径し
、且つ、水平方向に縮径するシリンドリカルレンズを設
けることにより上記目的を達成するものである。 更に又、前記レーザービームの前記受光装置位置におけ
る鉛直断面形状を、鉛直方向の長径が、該レーザービー
ムの鉛直方向の位置の日周変動量から前記受光装置の受
光面の鉛直方向長さを減算した距離と略等しくなるよう
にすることにより上記目的を達成するものである。
この発明において、空間光伝送用投光装置から出射され
るレーザービームのビーム断面形状が鉛直方向に長い楕
円形とされているので、レーザービーム伝搬経路中の大
気の鉛直方向の屈折率勾配の変化によって、受光面位置
におけるレーザービームの上下方向の変動゛に対しても
、受光面を常にレーザービーム内に配置させることがで
き、これによって、受光装置側にレーザービームの自動
追尾装置を設けたり、ビーム径を無駄に大きくしたりす
ることなく、日中長時間にわたり通信が可能となる。 又、光源を半導体レーザーとし、且つ、半導体レーザー
の出力ビームの拡がり角の大きい方向を鉛直方向として
いるので、特別なレンズを設けることなく、レーザービ
ームを鉛直方向に長い楕円形とすることができる。 更に、光源からのレーザービームを鉛直方向に拡径し、
且つ、水平方向に縮径するシリンドリカルレンズにより
、レーザービームを任意の鉛直方向に長い楕円形として
、長径と短径の比を最適にし、効率的に光伝送を行うこ
とができる。 又、受光面位置におけるレーザービームの鉛直方向の長
径を、該レーザービームの鉛直方向の日周変動量から受
光面の長さを減算した距離と略等しくしているので、受
光面位置におけるレーザービームの鉛直方向の長さを無
駄に長くすることなく、効率的に光伝送を行うことがで
きる。
るレーザービームのビーム断面形状が鉛直方向に長い楕
円形とされているので、レーザービーム伝搬経路中の大
気の鉛直方向の屈折率勾配の変化によって、受光面位置
におけるレーザービームの上下方向の変動゛に対しても
、受光面を常にレーザービーム内に配置させることがで
き、これによって、受光装置側にレーザービームの自動
追尾装置を設けたり、ビーム径を無駄に大きくしたりす
ることなく、日中長時間にわたり通信が可能となる。 又、光源を半導体レーザーとし、且つ、半導体レーザー
の出力ビームの拡がり角の大きい方向を鉛直方向として
いるので、特別なレンズを設けることなく、レーザービ
ームを鉛直方向に長い楕円形とすることができる。 更に、光源からのレーザービームを鉛直方向に拡径し、
且つ、水平方向に縮径するシリンドリカルレンズにより
、レーザービームを任意の鉛直方向に長い楕円形として
、長径と短径の比を最適にし、効率的に光伝送を行うこ
とができる。 又、受光面位置におけるレーザービームの鉛直方向の長
径を、該レーザービームの鉛直方向の日周変動量から受
光面の長さを減算した距離と略等しくしているので、受
光面位置におけるレーザービームの鉛直方向の長さを無
駄に長くすることなく、効率的に光伝送を行うことがで
きる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
この実施例は、第１図及び第２図に示されるように、半
導体レーザー１０を、これから出力されるレーザービー
ムの拡がり角の大きい方向を鉛直方向となるように配置
して、投光レンズ１２を経たレーザービーム１４のビー
ム断面１４Ａが、２点鎖線で示されるように、鉛直方向
に長い楕円形となるようにしたものである。 このとき、第６図の受光装置３におけるフレネルレンズ
４の位置で、レーザービーム１４の断面形状は、鉛直方
向の長径がレーザービーム１４の鉛直方向の位１の日周
変動量からフレネルレンズ４の鉛直方向の長さを減算し
た距離と略等しくなるように設定される。 即ち、レーザービーム１４の伝搬経路における大気の鉛
直方向の屈折率勾配の変化により、伝搬されたレーザー
ビーム１４は、受光面の位置で、鉛直方向に日周変動し
、晴天時では、午前８時において最も低く、午後４時に
おいて最も高い位置となる。 従って、午前８時におけるレーザービーム１４の上端部
が受光面であるフレネルレンズ４を覆い、又１６時にお
けるレーザービーム１４の下端部がフレネルレンズ４を
覆うようにすれば、該フレネルレンズ４は、日中常時レ
ーザービーム１４を受光することになる。 しかも単に円形断面のままビーム直径を大きくした場合
と比較して、水平方向両側部分の光が楕円形内に集中し
ていることになるので、フレネルレンズ４への入射パワ
ーのロスが少ないことになる。 従って、レーザービーム１４の水平方向の短径は、でき
るだけフレネルレンズ４の水平方向の幅と近い寸法にす
るのがよい。 本発明者の実験によれば、投出レンズの出力パワーＰｏ
＝１５１１Ｗ、伝搬距＃ ８ Ｋｎ、受光レンズである
フレネルレンズ４の寸法が３０ＣＩＸ ３０Ｃ１１とし
て前記と同一条件とした上、出射レーザービーム１４の
断面形状を、フレネルレンズ４の位置で鉛直方向の長径
を２．５ｉ、水平方向の短径を７０ｃｌとすると、午前
８時から午後４時までの間連続してフレネルレンズ４に
レーザービーム１４の入射が可能であり、且つ、そのと
きの入射パワーは１．４μＷとなって、第１１図のよう
に、レーザービームを円形断面のまま単に直径をＤ＝２
゜５１１とした場合と比較して、入射パワーは３．５倍
となり、通信が可能であった。 なお上記実施例は、半導体レーザー１０からのレーザー
ビームを投光レンズ１２を介して出射しているが、これ
は、例えば第３図及び第４図に示されるように、シリン
ドリカルレンズ１６を、半導体レーザー１０と投光レン
ズ１２の間に介在させて、ビーム断面１４Ａを、第３図
に２点鎖線で示されるように更に縮長とすることができ
る。 このようにすると、ビーム断面１４Ａの鉛直方向の幅即
ち長径を、更に長くすることができるので、大きな変動
にも対応することができる。 又上記実施例は、半導体レーザー１０を光源とするもの
であるが、本発明はこれに限定されるものでなく、ガス
レーザー、固体レーザー等の他のレーザービーム発生手
段であってもよい。 但し、この場合は、半導体レーザー１０と異なり、出力
ビームの拡がり角度が鉛直方向及び水平方向において異
ならないので、シリンドリカルレンズが必須となる。
導体レーザー１０を、これから出力されるレーザービー
ムの拡がり角の大きい方向を鉛直方向となるように配置
して、投光レンズ１２を経たレーザービーム１４のビー
ム断面１４Ａが、２点鎖線で示されるように、鉛直方向
に長い楕円形となるようにしたものである。 このとき、第６図の受光装置３におけるフレネルレンズ
４の位置で、レーザービーム１４の断面形状は、鉛直方
向の長径がレーザービーム１４の鉛直方向の位１の日周
変動量からフレネルレンズ４の鉛直方向の長さを減算し
た距離と略等しくなるように設定される。 即ち、レーザービーム１４の伝搬経路における大気の鉛
直方向の屈折率勾配の変化により、伝搬されたレーザー
ビーム１４は、受光面の位置で、鉛直方向に日周変動し
、晴天時では、午前８時において最も低く、午後４時に
おいて最も高い位置となる。 従って、午前８時におけるレーザービーム１４の上端部
が受光面であるフレネルレンズ４を覆い、又１６時にお
けるレーザービーム１４の下端部がフレネルレンズ４を
覆うようにすれば、該フレネルレンズ４は、日中常時レ
ーザービーム１４を受光することになる。 しかも単に円形断面のままビーム直径を大きくした場合
と比較して、水平方向両側部分の光が楕円形内に集中し
ていることになるので、フレネルレンズ４への入射パワ
ーのロスが少ないことになる。 従って、レーザービーム１４の水平方向の短径は、でき
るだけフレネルレンズ４の水平方向の幅と近い寸法にす
るのがよい。 本発明者の実験によれば、投出レンズの出力パワーＰｏ
＝１５１１Ｗ、伝搬距＃ ８ Ｋｎ、受光レンズである
フレネルレンズ４の寸法が３０ＣＩＸ ３０Ｃ１１とし
て前記と同一条件とした上、出射レーザービーム１４の
断面形状を、フレネルレンズ４の位置で鉛直方向の長径
を２．５ｉ、水平方向の短径を７０ｃｌとすると、午前
８時から午後４時までの間連続してフレネルレンズ４に
レーザービーム１４の入射が可能であり、且つ、そのと
きの入射パワーは１．４μＷとなって、第１１図のよう
に、レーザービームを円形断面のまま単に直径をＤ＝２
゜５１１とした場合と比較して、入射パワーは３．５倍
となり、通信が可能であった。 なお上記実施例は、半導体レーザー１０からのレーザー
ビームを投光レンズ１２を介して出射しているが、これ
は、例えば第３図及び第４図に示されるように、シリン
ドリカルレンズ１６を、半導体レーザー１０と投光レン
ズ１２の間に介在させて、ビーム断面１４Ａを、第３図
に２点鎖線で示されるように更に縮長とすることができ
る。 このようにすると、ビーム断面１４Ａの鉛直方向の幅即
ち長径を、更に長くすることができるので、大きな変動
にも対応することができる。 又上記実施例は、半導体レーザー１０を光源とするもの
であるが、本発明はこれに限定されるものでなく、ガス
レーザー、固体レーザー等の他のレーザービーム発生手
段であってもよい。 但し、この場合は、半導体レーザー１０と異なり、出力
ビームの拡がり角度が鉛直方向及び水平方向において異
ならないので、シリンドリカルレンズが必須となる。
第１図は本発明に係る空間光伝送用投光装置の鉛直方向
の略示断面図、第２図は同実施例の水平方向の略示断面
図、第３図は本発明の空間光伝送用投光装置の第２実施
例を示す鉛直方向の略示断面図、第４図は同第２実施例
の水平方向の略示断面図、第５図は第１図及び第２図の
実施例によるレーザービームの受光面位置でのビーム形
状及び受光面との関係を示す平面図、第６図は従来の空
間光伝送用投光装置及び受光装置の概略を示す光学系統
図、第７図は同従来の空間光伝送用投光装置を示す略示
断面図、第８図は第７図と直交する断面での略示断面図
、第９図は空間光伝送システムにおける受光面位置での
レーザービームの鉛直方向の日周変動を示す線図、第１
０図は同様のレーザービームの日周変動と受光面との関
係を示す平面図、第１１図はレーザービームの直径を大
きくした場合における受光面との関係を示す平面図であ
る。 ３・・・受光装置、 ４・・・フレネルレンズ、 ５・・・受光器、 ６・・・コリメータレンズ、 １０・・・半導体レーザー １２・・−投光レンズ、 １４・・・レーザービーム、 １４Ａ・・・ビーム断面、 １６・・・シリンドリカルレンズ。
の略示断面図、第２図は同実施例の水平方向の略示断面
図、第３図は本発明の空間光伝送用投光装置の第２実施
例を示す鉛直方向の略示断面図、第４図は同第２実施例
の水平方向の略示断面図、第５図は第１図及び第２図の
実施例によるレーザービームの受光面位置でのビーム形
状及び受光面との関係を示す平面図、第６図は従来の空
間光伝送用投光装置及び受光装置の概略を示す光学系統
図、第７図は同従来の空間光伝送用投光装置を示す略示
断面図、第８図は第７図と直交する断面での略示断面図
、第９図は空間光伝送システムにおける受光面位置での
レーザービームの鉛直方向の日周変動を示す線図、第１
０図は同様のレーザービームの日周変動と受光面との関
係を示す平面図、第１１図はレーザービームの直径を大
きくした場合における受光面との関係を示す平面図であ
る。 ３・・・受光装置、 ４・・・フレネルレンズ、 ５・・・受光器、 ６・・・コリメータレンズ、 １０・・・半導体レーザー １２・・−投光レンズ、 １４・・・レーザービーム、 １４Ａ・・・ビーム断面、 １６・・・シリンドリカルレンズ。
Claims (4)
- （１）受光装置に対して、光源から出力されるレーザー
ビームを投光して信号を伝達するための空間光伝送用投
光装置において、前記レーザービームのビーム断面形状
を鉛直方向に長い楕円形としたことを特徴とする空間光
伝送用投光装置。 - （２）請求項１において、前記光源は半導体レーザーで
あり、且つ、該半導体レーザーはその出力ビームの拡が
り角の大きい方向が鉛直方向となるように配置されたこ
とを特徴とする空間光伝送用投光装置。 - （３）請求項１又は２において、前記光源からのレーザ
ービームを鉛直方向に拡径、且つ、水平方向に縮径する
シリンドリカルレンズを設けたことを特徴とする空間光
伝送用投光装置。 - （４）請求項１、２又は３において、前記レーザービー
ムの前記受光装置位置における鉛直断面形状は、鉛直方
向の長径が、該レーザービームの鉛直方向の位置の日周
変動量から前記受光装置の受光面の鉛直方向長さを減算
した距離と略等しくなるようにされたことを特徴とする
空間光伝送用投光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2147859A JP2980948B2 (ja) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | 空間光伝送用投光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2147859A JP2980948B2 (ja) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | 空間光伝送用投光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0440122A true JPH0440122A (ja) | 1992-02-10 |
| JP2980948B2 JP2980948B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=15439867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2147859A Expired - Fee Related JP2980948B2 (ja) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | 空間光伝送用投光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980948B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0666656A1 (en) * | 1994-02-04 | 1995-08-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Free space optical communication apparatus |
| WO2009025197A1 (ja) | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Mitsubishi Materials Corporation | エンドミル |
-
1990
- 1990-06-06 JP JP2147859A patent/JP2980948B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0666656A1 (en) * | 1994-02-04 | 1995-08-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Free space optical communication apparatus |
| WO2009025197A1 (ja) | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Mitsubishi Materials Corporation | エンドミル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2980948B2 (ja) | 1999-11-22 |
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