JPH07218862A - 空間光伝送装置 - Google Patents
空間光伝送装置Info
- Publication number
- JPH07218862A JPH07218862A JP6032031A JP3203194A JPH07218862A JP H07218862 A JPH07218862 A JP H07218862A JP 6032031 A JP6032031 A JP 6032031A JP 3203194 A JP3203194 A JP 3203194A JP H07218862 A JPH07218862 A JP H07218862A
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- JP
- Japan
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- light
- point
- lens
- cross
- sectional shape
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-
- 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
- H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
- H04B10/1123—Bidirectional transmission
- H04B10/1125—Bidirectional transmission using a single common optical path
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 受信地点でのビーム形状をほぼ円形に整形し
て伝送ビームを有効に利用する。 【構成】 レーザーダイオード11からのレーザー光
は、A地点においてその断面形状が楕円形で出射され、
シリンドリカルレンズ12を経て投光レンズ13から投
光される。投光直後のB地点においても同じ楕円形をし
ているが、送信可能な最遠距離D地点において、ビーム
断面形状をほぼ円形に整形するように、レーザーダイオ
ード11又は投光レンズ13を光軸に沿って移動し、更
にシリンドリカルレンズ12のZ軸方向の曲率を設定す
る。
て伝送ビームを有効に利用する。 【構成】 レーザーダイオード11からのレーザー光
は、A地点においてその断面形状が楕円形で出射され、
シリンドリカルレンズ12を経て投光レンズ13から投
光される。投光直後のB地点においても同じ楕円形をし
ているが、送信可能な最遠距離D地点において、ビーム
断面形状をほぼ円形に整形するように、レーザーダイオ
ード11又は投光レンズ13を光軸に沿って移動し、更
にシリンドリカルレンズ12のZ軸方向の曲率を設定す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザーダイオードの
ような楕円形ビームを出射する発光手段を用いてビーム
を投光する場合の、ビームの断面形状を整形する投光光
学系を備えた空間光伝送装置に関するものである。
ような楕円形ビームを出射する発光手段を用いてビーム
を投光する場合の、ビームの断面形状を整形する投光光
学系を備えた空間光伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、楕円形ビームを出射する発光手段
と投光光の発散角を変える手段とを備えた投光光学系を
有する空間光伝送装置においては、装置の揺れや伝送空
間の大気の乱れが原因となり、受信用レンズから伝送ビ
ームが外れて通信不能になるという問題が発生してい
る。従って、この問題を回避して通信を行うために、伝
送ビームを比較的緩い発散状態で出射させて、受信地点
では或る程度の拡がりがあるビームとなるように投光光
学系の設定を行っている。
と投光光の発散角を変える手段とを備えた投光光学系を
有する空間光伝送装置においては、装置の揺れや伝送空
間の大気の乱れが原因となり、受信用レンズから伝送ビ
ームが外れて通信不能になるという問題が発生してい
る。従って、この問題を回避して通信を行うために、伝
送ビームを比較的緩い発散状態で出射させて、受信地点
では或る程度の拡がりがあるビームとなるように投光光
学系の設定を行っている。
【0003】図3は従来の空間光伝送装置と伝送空間の
各地点における伝送ビームの断面形状を示しており、従
来装置はレーザーダイオード1と投光光学系2から構成
されている。レーザーダイオード1から出射したレーザ
ー光は出射直後のA地点において楕円形の断面形状をし
ている。このレーザー光が投光光学系2を出射後に、受
信地点となるD地点において最適なビームの広がりとな
るように、レーザーダイオード1又は投光光学系2の光
軸に沿った移動量が設定されている。この場合に、投光
光学系2を出射直後のA地点での楕円形のビーム断面形
状は、その後のB地点より遠方の全ての地点において
も、その長径と短径の比がほぼ一定に保たれた状態で変
化することはない。
各地点における伝送ビームの断面形状を示しており、従
来装置はレーザーダイオード1と投光光学系2から構成
されている。レーザーダイオード1から出射したレーザ
ー光は出射直後のA地点において楕円形の断面形状をし
ている。このレーザー光が投光光学系2を出射後に、受
信地点となるD地点において最適なビームの広がりとな
るように、レーザーダイオード1又は投光光学系2の光
軸に沿った移動量が設定されている。この場合に、投光
光学系2を出射直後のA地点での楕円形のビーム断面形
状は、その後のB地点より遠方の全ての地点において
も、その長径と短径の比がほぼ一定に保たれた状態で変
化することはない。
【0004】送信距離の比較的長い空間光伝送装置にお
いては、遠距離側使用時の受信地点における受光量を一
定のレベル以上に維持しようとすると、送信光の通信可
能なビームの出射角度範囲は、一般的に装置の揺れや大
気の乱れによって生ずるビームの揺れ角に比較して余裕
がなくなる傾向がある。
いては、遠距離側使用時の受信地点における受光量を一
定のレベル以上に維持しようとすると、送信光の通信可
能なビームの出射角度範囲は、一般的に装置の揺れや大
気の乱れによって生ずるビームの揺れ角に比較して余裕
がなくなる傾向がある。
【0005】そして、このビームの揺れが発生する方向
として全ての方向を考慮に入れる必要があるので、通信
上保証できる送信ビームの広がりの範囲は、図3の受信
地点であるD地点に示された点線で表された円の短径方
向の長さで制限されてしまう。従って、短径よりも長い
長径方向の残りの部分は通信に利用することができない
という問題点が発生する。
として全ての方向を考慮に入れる必要があるので、通信
上保証できる送信ビームの広がりの範囲は、図3の受信
地点であるD地点に示された点線で表された円の短径方
向の長さで制限されてしまう。従って、短径よりも長い
長径方向の残りの部分は通信に利用することができない
という問題点が発生する。
【0006】近距離使用時においては、伝送ビームはそ
のビーム径を広げることにより受信装置側の受光量が過
剰にならないようにし、伝送ビームが通過可能なビーム
の出射角度範囲を示す送信指向角を、装置の揺れや大気
の乱れによって生ずるビームの揺れ角に対して比較的余
裕を持たせてある。一方、遠距離使用時においては、受
信地点での受光量を所定レベル以上に維持しようとする
と、送信指向角はビームの揺れ角に対して余裕がなくな
ってしまう。
のビーム径を広げることにより受信装置側の受光量が過
剰にならないようにし、伝送ビームが通過可能なビーム
の出射角度範囲を示す送信指向角を、装置の揺れや大気
の乱れによって生ずるビームの揺れ角に対して比較的余
裕を持たせてある。一方、遠距離使用時においては、受
信地点での受光量を所定レベル以上に維持しようとする
と、送信指向角はビームの揺れ角に対して余裕がなくな
ってしまう。
【0007】従って、近距離使用時は伝送ビームの断面
形状は未整形の楕円のままでよいが、遠距離使用時では
何れの方向にビームが揺れても受信装置の受光部が外れ
ないようにする必要がある。このために、シリンドリカ
ルレンズやトーリックレンズ又はプリズムを用いて、投
光光学系を出射後のビームの断面形状が全ての地点でほ
ぼ円形となるようなビーム整形方法が一般的に考えられ
ている。
形状は未整形の楕円のままでよいが、遠距離使用時では
何れの方向にビームが揺れても受信装置の受光部が外れ
ないようにする必要がある。このために、シリンドリカ
ルレンズやトーリックレンズ又はプリズムを用いて、投
光光学系を出射後のビームの断面形状が全ての地点でほ
ぼ円形となるようなビーム整形方法が一般的に考えられ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなシリンドリカルレンズやトーリックレンズを用い
るこの種のビーム整形方法では、少なくとも2枚以上の
シリンドリカルレンズやトーリックレンズを必要とし、
コストアップ及び設計上の自由度の減少という問題点が
生ずる。
ようなシリンドリカルレンズやトーリックレンズを用い
るこの種のビーム整形方法では、少なくとも2枚以上の
シリンドリカルレンズやトーリックレンズを必要とし、
コストアップ及び設計上の自由度の減少という問題点が
生ずる。
【0009】また、プリズムを用いるビーム整形方法で
は、ビーム整形素子におけるビームの入射光軸と出射光
軸が一致しないため、組立調整時の光軸調整が非常に困
難となる。また、このビームの入射光軸と出射光軸とを
プリズム自体で一致させようとすると、プリズム形状や
複雑なプリズム構成が必要となり、コストアップや重量
増、大型化などの問題点が発生する。
は、ビーム整形素子におけるビームの入射光軸と出射光
軸が一致しないため、組立調整時の光軸調整が非常に困
難となる。また、このビームの入射光軸と出射光軸とを
プリズム自体で一致させようとすると、プリズム形状や
複雑なプリズム構成が必要となり、コストアップや重量
増、大型化などの問題点が発生する。
【0010】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
受信地点でのビーム形状をほぼ円形に整形し、伝送ビー
ムを有効に利用することができる空間光伝送装置を提供
することにある。
受信地点でのビーム形状をほぼ円形に整形し、伝送ビー
ムを有効に利用することができる空間光伝送装置を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る空間光伝送装置は、楕円形ビームを出射
する発光手段と、投光光の発散角を変える手段とを備え
た投光光学系において、該投光光学系の任意の1面に互
いに直交する2方向で曲率の異なるレンズ面を有し、前
記投光光学系を出射後に送信可能な距離範囲内の最遠距
離にある受信地点で、ビームの断面形状がほぼ円形とな
るようにしたことを特徴とする。
の本発明に係る空間光伝送装置は、楕円形ビームを出射
する発光手段と、投光光の発散角を変える手段とを備え
た投光光学系において、該投光光学系の任意の1面に互
いに直交する2方向で曲率の異なるレンズ面を有し、前
記投光光学系を出射後に送信可能な距離範囲内の最遠距
離にある受信地点で、ビームの断面形状がほぼ円形とな
るようにしたことを特徴とする。
【0012】
【作用】上述の構成を有する空間光伝送装置は、楕円形
ビームを出射する発光手段と、投光光の発散角を変える
手段とを備え、投光光学系の任意の1面において直交す
る2方向で曲率の異なるレンズ面を設けることにより、
送信可能な距離範囲の遠距離側使用時に、受信地点にお
けるビームの断面形状をほぼ円形に整形する。
ビームを出射する発光手段と、投光光の発散角を変える
手段とを備え、投光光学系の任意の1面において直交す
る2方向で曲率の異なるレンズ面を設けることにより、
送信可能な距離範囲の遠距離側使用時に、受信地点にお
けるビームの断面形状をほぼ円形に整形する。
【0013】
【実施例】本発明を図1、図2に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図1は第1の実施例の空間光伝送装
置と伝送ビームの断面形状の変化を示しており、この装
置はレーザーダイオード11、シリンドリカルレンズ1
2、投光レンズ13により構成されている。
て詳細に説明する。図1は第1の実施例の空間光伝送装
置と伝送ビームの断面形状の変化を示しており、この装
置はレーザーダイオード11、シリンドリカルレンズ1
2、投光レンズ13により構成されている。
【0014】レーザーダイオード11からのレーザー光
は、A地点においてその断面形状が楕円形で出射され、
比較的緩い曲率を有するシリンドリカルレンズ12を経
て投光レンズ13に入射し伝送空間へ投光される。この
投光レンズ13の直後のB地点におけるビームの断面形
状は、シリンドリカルレンズ12のない従来例と同様
に、その縦横比が殆ど変わらない楕円形のままである。
は、A地点においてその断面形状が楕円形で出射され、
比較的緩い曲率を有するシリンドリカルレンズ12を経
て投光レンズ13に入射し伝送空間へ投光される。この
投光レンズ13の直後のB地点におけるビームの断面形
状は、シリンドリカルレンズ12のない従来例と同様
に、その縦横比が殆ど変わらない楕円形のままである。
【0015】いま、これよりも遠方にあるC地点からE
地点のうち、D地点をこの空間光伝送装置の送信可能な
距離範囲の最遠距離地点とし、このD地点において伝送
ビームの断面形状を所定寸法の円形に整形するために、
レーザーダイオード11又は投光レンズ13を光軸に沿
って移動させてビームの広がりを最適状態に設定し、更
にD地点における長径方向を必要な長さとしたときに、
短径方向も同じ長さとするようにシリンドリカルレンズ
12のZ軸方向の曲率が設定されている。
地点のうち、D地点をこの空間光伝送装置の送信可能な
距離範囲の最遠距離地点とし、このD地点において伝送
ビームの断面形状を所定寸法の円形に整形するために、
レーザーダイオード11又は投光レンズ13を光軸に沿
って移動させてビームの広がりを最適状態に設定し、更
にD地点における長径方向を必要な長さとしたときに、
短径方向も同じ長さとするようにシリンドリカルレンズ
12のZ軸方向の曲率が設定されている。
【0016】かくすることにより、D地点におけるビー
ムの断面形状はほぼ円形となり、C地点やE地点におい
ても円形に近い断面形状となる。従って、送信指向角に
余裕のなかった遠距離側使用時においても、伝送ビーム
の断面形状はほぼ円形となり、ビームを無駄なく利用す
ることができる。
ムの断面形状はほぼ円形となり、C地点やE地点におい
ても円形に近い断面形状となる。従って、送信指向角に
余裕のなかった遠距離側使用時においても、伝送ビーム
の断面形状はほぼ円形となり、ビームを無駄なく利用す
ることができる。
【0017】なお、図1のC地点及びE地点におけるビ
ームの断面形状を示す図の点線部分は、投光レンズ13
を出射直後のビームの長径方向を直径とする円である。
また、図1の下段に示すA地点からE地点までの5地点
におけるビームの断面形状を示す図は、円からの歪みの
程度を分かり易くするために、Y軸方向の長さを等しく
して図示している。
ームの断面形状を示す図の点線部分は、投光レンズ13
を出射直後のビームの長径方向を直径とする円である。
また、図1の下段に示すA地点からE地点までの5地点
におけるビームの断面形状を示す図は、円からの歪みの
程度を分かり易くするために、Y軸方向の長さを等しく
して図示している。
【0018】本実施例では、シリンドリカルレンズ12
がレーザーダイオード11側の面において凹状である例
を示したが、反対側の面において凹状を成すシリンドリ
カルレンズを用いても同様の効果が得られる。また、投
光レンズ13の中にこのようなシリンドリカルレンズを
設けてもよいし、或いは投光レンズ13を構成する球面
レンズの片面に凹状の円筒面又はトーリック面となる光
学素子を用いても、本実施例と同様の効果を得ることが
できる。
がレーザーダイオード11側の面において凹状である例
を示したが、反対側の面において凹状を成すシリンドリ
カルレンズを用いても同様の効果が得られる。また、投
光レンズ13の中にこのようなシリンドリカルレンズを
設けてもよいし、或いは投光レンズ13を構成する球面
レンズの片面に凹状の円筒面又はトーリック面となる光
学素子を用いても、本実施例と同様の効果を得ることが
できる。
【0019】図2は第2の実施例の空間光伝送装置と伝
送ビーム形状の変化を示しており、第1の実施例の凹状
の円筒面を有するシリンドリカルレンズ12を用いず
に、凸状の円筒面を有するシリンドリカルレンズ14を
ビーム整形用光学素子として用いており、その他は第1
の実施例と同様の構成である。
送ビーム形状の変化を示しており、第1の実施例の凹状
の円筒面を有するシリンドリカルレンズ12を用いず
に、凸状の円筒面を有するシリンドリカルレンズ14を
ビーム整形用光学素子として用いており、その他は第1
の実施例と同様の構成である。
【0020】投光レンズ13を出射した直後のB地点ま
でのビームの断面形状の縦横比は、シリンドリカルレン
ズ14がない場合と殆ど変わらない楕円形であり、シリ
ンドリカルレンズ14によりB地点以降のビームは短径
方向の発散角よりも長径方向の発散角のほうが少し小さ
めとなっているが、遠方のC地点からE地点の距離範囲
では殆ど円形に近い断面形状となり、D地点でほぼ円形
の断面形状となるのは第1の実施例と同様である。
でのビームの断面形状の縦横比は、シリンドリカルレン
ズ14がない場合と殆ど変わらない楕円形であり、シリ
ンドリカルレンズ14によりB地点以降のビームは短径
方向の発散角よりも長径方向の発散角のほうが少し小さ
めとなっているが、遠方のC地点からE地点の距離範囲
では殆ど円形に近い断面形状となり、D地点でほぼ円形
の断面形状となるのは第1の実施例と同様である。
【0021】即ち、空間光伝送装置の送信可能距離範囲
の最遠距離地点をD地点とし、D地点における伝送ビー
ムの断面形状を必要な大きさの円形に整形するために、
レーザーダイオード11又は投光レンズ13を光軸に沿
って移動させてビームの広がりを最適状態に設定し、更
にD地点において短径方向を必要な長さにした時に、長
径方向も同じ長さになるようにシリンドリカルレンズ1
4のY軸方向の曲率が設定されている。これによって、
送信指向角に余裕のない遠距離側使用時において、ほぼ
円形の断面形状の領域が形成され、伝送ビームを無駄な
く利用することができる。
の最遠距離地点をD地点とし、D地点における伝送ビー
ムの断面形状を必要な大きさの円形に整形するために、
レーザーダイオード11又は投光レンズ13を光軸に沿
って移動させてビームの広がりを最適状態に設定し、更
にD地点において短径方向を必要な長さにした時に、長
径方向も同じ長さになるようにシリンドリカルレンズ1
4のY軸方向の曲率が設定されている。これによって、
送信指向角に余裕のない遠距離側使用時において、ほぼ
円形の断面形状の領域が形成され、伝送ビームを無駄な
く利用することができる。
【0022】本実施例では、シリンドリカルレンズ14
が投光レンズ13側において凸面である例を示している
が、第1の実施例と同様に反対側の面において凸面を有
するシリンドリカルレンズを用いてもよいし、投光レン
ズ13の中にこのようなシリンドリカルレンズを設けて
もよく、或いは投光レンズ13を構成する球面レンズの
片面に、凸状の円筒面又はトーリック面となる光学素子
を用いても、同様の効果が得られる。
が投光レンズ13側において凸面である例を示している
が、第1の実施例と同様に反対側の面において凸面を有
するシリンドリカルレンズを用いてもよいし、投光レン
ズ13の中にこのようなシリンドリカルレンズを設けて
もよく、或いは投光レンズ13を構成する球面レンズの
片面に、凸状の円筒面又はトーリック面となる光学素子
を用いても、同様の効果が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る空間光
伝送装置は、楕円形ビームを出射する発光手段と投光光
の発散角を変える手段とを備え、投光光学系の任意の1
面において直交する2方向で曲率の異なるレンズ面を設
けることにより、受信地点におけるビームの断面形状を
ほぼ円形にビーム整形を行って伝送ビームを有効に利用
することができるため、従来装置に適用することによ
り、通信可能な距離範囲をより遠距離側へ延長すること
ができる。
伝送装置は、楕円形ビームを出射する発光手段と投光光
の発散角を変える手段とを備え、投光光学系の任意の1
面において直交する2方向で曲率の異なるレンズ面を設
けることにより、受信地点におけるビームの断面形状を
ほぼ円形にビーム整形を行って伝送ビームを有効に利用
することができるため、従来装置に適用することによ
り、通信可能な距離範囲をより遠距離側へ延長すること
ができる。
【図1】第1の実施例の空間光伝送装置と伝送ビームの
断面形状の説明図である。
断面形状の説明図である。
【図2】第2の実施例の空間光伝送装置と伝送ビームの
断面形状の説明図である。
断面形状の説明図である。
【図3】従来例の空間光伝送装置と伝送ビームの断面形
状の説明図である。
状の説明図である。
11 レーザーダイオード 12、14 シリンドリカルレンズ 13 投光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/10 10/22
Claims (1)
- 【請求項1】 楕円形ビームを出射する発光手段と、投
光光の発散角を変える手段とを備えた投光光学系におい
て、該投光光学系の任意の1面に互いに直交する2方向
で曲率の異なるレンズ面を有し、前記投光光学系を出射
後に送信可能な距離範囲内の最遠距離にある受信地点
で、ビームの断面形状がほぼ円形となるようにしたこと
を特徴とする空間光伝送装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6032031A JPH07218862A (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 空間光伝送装置 |
| EP95101480A EP0666656B1 (en) | 1994-02-04 | 1995-02-03 | Free space optical communication apparatus |
| DE69509567T DE69509567T2 (de) | 1994-02-04 | 1995-02-03 | Leitungsungebundenes optisches Kommunikationssystem |
| US08/727,214 US5689354A (en) | 1994-02-04 | 1996-10-08 | Optical space communication apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6032031A JPH07218862A (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 空間光伝送装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218862A true JPH07218862A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=12347509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6032031A Pending JPH07218862A (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 空間光伝送装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5689354A (ja) |
| EP (1) | EP0666656B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07218862A (ja) |
| DE (1) | DE69509567T2 (ja) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3323651B2 (ja) * | 1993-09-24 | 2002-09-09 | キヤノン株式会社 | 光空間通信装置 |
| JPH09252285A (ja) * | 1996-03-15 | 1997-09-22 | Toshiba Corp | 近赤外線通信装置 |
| US6154297A (en) * | 1997-03-19 | 2000-11-28 | At&T Corp | Optical transceiver using common optical path for transmission and reception |
| JPH10301056A (ja) * | 1997-04-30 | 1998-11-13 | Canon Inc | 投・受光装置 |
| JPH11136190A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-05-21 | Canon Inc | 光空間通信装置 |
| US6462770B1 (en) | 1998-04-20 | 2002-10-08 | Xillix Technologies Corp. | Imaging system with automatic gain control for reflectance and fluorescence endoscopy |
| US6181450B1 (en) | 1998-05-12 | 2001-01-30 | Harris Corporation | System and method for free space optical communications |
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| US6349160B2 (en) * | 1998-07-24 | 2002-02-19 | Aurora Biosciences Corporation | Detector and screening device for ion channels |
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| US6222658B1 (en) | 1998-08-06 | 2001-04-24 | Harris Corporation | Method and apparatus for a free space optical non-processing satellite transponder |
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