JPH08149076A - 光空間通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な操作で方向調節を行い、常に装置の動
作状態を監視することができる。 【構成】 相手側装置からの受信光ビームはコリメート
光学系３８に入射し、可動ミラー３７、偏光ビームスプ
リッタ３６を経て光分岐器３９で主信号と補助信号とに
分離される。光分岐器３９で反射された主信号は光−電
気変換部４３に入射し、主信号検波器３６で検出されて
切換器４９を介してレベルメータ５０にモニタされる。
一方、光分岐器３９を透過した補助信号は光−電気変換
器４１の４個の受光素子に入射し、補助信号検波器４７
で上下、左右方向の誤差信号が検出され、切換器４９を
介してレベルメータ５０にモニタされる。この誤差信号
に基づいて、可動ミラー駆動回路４８は可動ミラー３７
を駆動して光ビームの方向調節を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気信号から変調した
光信号を自由空間に伝搬させて通信を行う光空間通信装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は送信機と受信機が一体型の光空間
通信装置である従来例の構成図を示している。入力端子
１から入力された送信用電気信号は増幅器２で適当なレ
ベルに増幅され、補助信号発生器３から発生された補助
信号と合波器４において合波された後に、電気−光変換
器５で光信号に変換される。電気−光変換器５から出射
した光はレンズ６で一旦平行光とされ、偏波方向が紙面
に水平な光が偏光ビームスプリッタ７を透過して可動ミ
ラー８で進行方向を変えて、コリメート光学系９から所
定の拡がり角を持つ光ビームＬとして対向する相手側装
置へ送信される。

【０００３】一方、相手側装置の光ビームは、送信ビー
ムと同じ方向からコリメート光学系９に入射し可動ミラ
ー８で方向を変え、偏波方向が紙面に垂直な光が偏光ビ
ームスプリッタ７の貼り合わせ面で反射されて送信光と
分離され、光分岐器１０において受信光の大部分が反射
されてレンズ１１を通り光−電気変換器１２に集光す
る。

【０００４】光−電気変換器１２で得られた電気信号
は、分波器１３で主信号と補助信号に周波数によって分
離され、主信号は増幅器１４で増幅され出力端子１５か
ら出力されて受信信号となる。また、主信号のレベルは
主信号検波器１６で検出され、増幅器１４にフィードバ
ックされて自動ゲイン制御が行われる。一方、補助信号
は補助信号検波器１７においてそのレベルが検出され
て、レベルメータ１８にモニタされる。

【０００５】一方、受信光の一部は光分岐器１０を透過
し、レンズ１９を通って４個のホトダイオードから成る
ＱＰＤ（光−電気変換器）２０上に集光され、図５に示
すようなスポットＳを結像する。ＱＰＤ２０の各ホトダ
イオードにおいて電気信号に変換された信号はそれぞれ
補助信号検波器２１に入り、それぞれの受信光の強度の
差からスポットＳの位置を求めることができる。

【０００６】この信号に基づいてミラー駆動回路２２は
可動ミラー８を駆動し、ＱＰＤ２０上のスポットＳの位
置が中央に至るように、即ちＱＰＤ２０の各ホトダイオ
ードの出力が等しくなるように可動ミラー８の角度を変
化させる。これによって送信光ビームの方向が変化し、
ＱＰＤ２０上のスポットＳの位置が中央にあるときに、
送信光ビームの方向が受信光ビームの方向と一致する。
このようにして、送信光ビームが常に対向する相手側装
置の方向を向くように自動追尾が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例では、光通信の特長である高速、広帯域性を有効に
活用するために、光−電気変換器１２に高速応答性を有
する受光素子を使用し、接合容量を小さくするために、
その受光面積を１０^-2ｍｍ² 程度の極めて小さなものと
する必要がある。このため、受光可能な装置の設置角度
誤差も極めて小さくなり、設置時などの方向調節の際
に、操作者はレベルメータ１８を見ながら指針の振れ始
めを検知するまで手動で調節を行い、その後で自動追尾
を起動するという操作が必要となる。

【０００８】しかし、光−電気変換器１２の受光可能角
度範囲は極めて狭く、レベルメータ１８の指針の振れ位
置を探す操作は困難となる。一方、ＱＰＤ２０の受光面
積は光−電気変換器１２の受光面積よりも２桁程度大き
いため、光−電気変換器１２が受光してないときに、既
にＱＰＤ２０は受光して自動追尾が起動可能になってい
るという状態が生じ、しかも操作者にはそれが分からな
いために、レベルメータが振れ始めるまで、無駄に操作
を続行しなければならないという問題が生ずる。

【０００９】このため、主信号検波器１６ではなく補助
信号検波器２１の出力によりモニタしようとすると、上
述とは逆にＱＰＤ２０では受光されてレベルメータ１８
が正常に振れているにも拘わらず、光−電気変換器１２
では受光されてないために、主信号の受信ができないと
いう問題が発生する。

【００１０】更に、この従来例では本信号が正常に変調
されているか否かをチェックする機能が存在しないの
で、受信光強度だけでなく本信号のレベルもモニタする
必要がある場合には、対応できないという問題が発生す
る。

【００１１】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
方向調節の操作性を改善し、動作状態を監視できる光空
間通信装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る光空間通信装置は、主信号とは異なる
周波数帯の補助信号を生成する補助信号発生器・前記主
信号及び補助信号を合波する合波器・該合波器から出力
される合波信号を光信号に変換する電気−光変換器・前
記主信号を光ビーム状に変換して送出する送信光学系を
有する送信機と、光ビーム状の光信号を受光する受信光
学系・前記光信号を電気信号に変換する光−電気変換器
を有する受信機とを備えた光空間通信装置において、前
記受信光学系に第１の光−電気変換器及び第２の光−電
気変換器の光路を分岐する光分岐器を設け、前記受信機
に前記第１の光−電気変換器で電気信号に変換した主信
号を検波する主信号検波器と前記第２の光−電気変換器
で電気信号に変換した補助信号を検波する補助信号検波
器とを設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上述の構成を有する光空間通信装置は、補助信
号発生器から主信号と周波数帯を異にする補助信号を発
生して合波器において主信号と合波し、この電気信号を
電気−光変換器で光信号に変換し、送信機の送信光学系
から光ビームとして相手側装置へ送信する。相手側装置
からの受信光ビームは受信機の受信光学系に受信し、受
信光学系に設けた光分岐器により主信号と補助信号を分
離し、主信号を第１の光−電気変換器で電気信号に変換
して主信号検波器により検波し、補助信号を第２の光−
電気変換器で電気信号に変換して補助信号検波器により
検波する。この両信号を監視しながら方向調節を行い光
空間通信を行う。

【００１４】

【実施例】本発明を図１〜図３に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は第１の実施例の構成図を示
し、主信号である送信電気信号の入力端子３０の出力が
増幅器３１を介して合波器３２に接続され、更に合波器
３２には主信号の周波数帯より低周波に設定された補助
信号を発生する補助信号発生器３３の出力が接続されて
いる。合波器３２の出力は半導体レーザー光源や発光ダ
イオード等の発光素子から成る電気−光変換器３４に接
続され、電気−光変換器３４の前方光路上には、レンズ
３５、偏光ビームスプリッタ３６、可動ミラー３７が順
次に配列され、可動ミラー３７の反射方向にコリメート
光学系３８が配置され、対向する相手側装置と光ビーム
による送受信が行えるようになっている。そして、これ
らのレンズ３５、偏光ビームスプリッタ３６、可動ミラ
ー３７、コリメート光学系３８により送信光学系が形成
されている。

【００１５】偏光ビームスプリッタ３６の反射方向に
は、ハーフミラーなどの光分岐器３９、レンズ４０、独
立に作動する４個のホトダイオードなどの受光素子から
成るＱＰＤ４１が順次に配列され、光分岐器３９の反射
方向には、レンズ４２、アバランシェホトダイオードや
ＰＩＮホトダイオードなどの高速応答型発光素子により
広帯域光信号を電気信号に変換する光−電気変換器４３
が配置されている。そして、これらのコリメート光学系
３８、可動ミラー３７、偏光ビームスプリッタ３６、光
分岐器４３、レンズ４０、４２により受信光学系が形成
されている。

【００１６】光−電気変換器４３の出力は増幅器４４を
介して出力端子４５に接続され、増幅器４４と出力端子
４５の間に主信号検波器４６が接続され、主信号検波器
４６の信号が増幅器４４にフィードバックされ自動ゲイ
ン制御が行われるようになっている。一方、ＱＰＤ４１
の出力は低周波の補助信号を検出する補助信号検波器４
７に接続され、補助信号検波器４７の出力は可動ミラー
駆動回路４８を介して可動ミラー３７に接続されてい
る。また、主信号検波器４６と補助信号検波器４７の出
力は切換器４９を介してレベルメータ５０に接続され、
切換器４９で両信号を切換えてモニタできるようになっ
ている。

【００１７】図２は補助信号検波器４７の構成図を示
し、４つの検波部４７ａ〜４７ｄと７つの演算部５１ａ
〜５１ｇから形成されている。ＱＰＤ４１の４つの受光
素子４１ａ〜４１ｄの出力は、それぞれ補助信号検波器
４７の４つの検波部４７ａ〜４７ｄに接続されており、
検波部４７ａの出力は演算部５１ａと５１ｂに、検波部
４７ｂの出力は演算部５１ｂと５１ｃに、検波部４７ｃ
の出力は演算部５１ｃと５１ｄに、検波部４７ｄの出力
は演算部５１ａと５１ｄにそれぞれ接続され、演算部５
１ａと５１ｃの出力は演算部５１ｅに接続され、演算部
５１ｂと５１ｄの出力は演算部５１ｆと５１ｇに接続さ
れている。これによって、演算部５１ｅの出力は上下方
向の誤差信号を、演算部５１ｆの出力は左右方向の誤差
信号を、演算部５１ｇの出力は光強度信号を表し、これ
らの信号は可動ミラー駆動回路４８に送信されるように
なっている。

【００１８】入力端子３０から送信用電気信号が入力さ
れると、増幅器３１で所定レベルに増幅されて合波器３
２に至る。補助信号発生器３３からは補助信号が発生さ
れ、合波器３２において主信号と合波され、この信号は
電気−光変換器３４において光信号に変換されて放射さ
れる。電気−光変換器３４に半導体レーザー光源を使用
した場合はその光は偏光しており、偏波方向を紙面と水
平に設定すれば、その光はレンズ３５で平行光とされて
偏光ビームスプリッタ３６を透過し、可動ミラー３７に
反射されてコリメート光学系３８に至り、所定の拡がり
角の光ビームに変換されて対向する相手側装置に送信さ
れる。

【００１９】一方、相手側装置からの受信光ビームは送
信光ビームと同じ方向からコリメート光学系３８に入射
し、この受信光ビームの偏波方向を紙面と垂直に設定す
れば、この光は偏光ビームスプリッタ３６の貼り合わせ
面で反射され、送信光と分離されて光分岐器３９に至
る。この受信光ビームの大部分は主信号として光分岐器
３９で反射され、レンズ４２を介して光−電気変換器４
３に集光されて電気信号に変換され、増幅器４４で増幅
され出力端子４５から出力される。この主信号は主信号
検波器４６で検出され切換器４９を切換えることにより
レベルメータ５０に指示される。そして、この光の一部
は増幅器４４にフィードバックされ、自動的に増幅器４
４のゲイン制御が行われる。

【００２０】また、受信光ビームの一部は光分岐器３９
を透過して補助信号となり、ＱＰＤ４１に集光してスポ
ットＳを結像する。このスポットＳは図２に示す４個の
独立した受光素子３７ａ〜３６ｄにそれぞれ分割して受
光され、この受光信号は受光素子４１ａ〜４１ｄのそれ
ぞれに接続された補助信号検波器４７の検波部４７ａ〜
４７ｄにより、それぞれ検出値Ａ〜Ｄとして検出され
る。この検出値Ａ〜Ｄから演算部５１ａ〜５１ｄにおい
て、それぞれＡ＋Ｂ、Ａ＋Ｃ、Ｃ＋Ｄ、Ｂ＋Ｄが求めら
れ、演算部５１ｅにおいて（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）が算
出されて、スポットＳの左右方向のずれを示す誤差信号
が出力され、演算部５１ｆにおいて（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋
Ｄ）が算出されて、スポットＳの上下方向のずれを示す
誤差信号が出力され、更に５１ｅにおいて（Ａ＋Ｃ）＋
（Ｂ＋Ｄ）が算出され、スポットＳの全体の光信号強度
が出力される。これらのずれ信号は可動ミラー駆動回路
４８に送られ、スポットＳが中心に至るように可動ミラ
ー３７を回転させる制御が行われる。

【００２１】なお、各信号Ａ〜Ｄを検出してから加減算
を行って誤差信号等を得る代りに、先ず交流信号の状態
で加減算を行った後に、各信号を検出して誤差信号等を
得るようにすることもできる。

【００２２】本装置を設置する場合等における方向調節
操作は、レベルメータ５０を切換器４９により補助信号
検波器４７側に切換えてから手動で行う。ＱＰＤ４１の
受光素子４１ａ〜４１ｄは受光角度範囲が広いので比較
的容易に光を受信でき、操作者はレベルメータ５０の指
針が振れる所まで合わせることができる。このとき、光
−電気変換器４３にはまだ光が入射せず主信号は受信さ
れていないが、ＱＰＤ４１が光を受信すれば自動追尾可
能な状態となるので、手動によりスイッチ操作等を行っ
て自動追尾を作動させるようにすれば、送信光ビームと
受信光ビームの角度が一致するように自動的に方向調節
が行われて、送信光ビームは相手側装置の方向を指し、
光−電気変換器４３も光を受信する通常の通信状態とな
り方向調節は完了する。

【００２３】このように、方向調節が完了した後は振動
や外力等で装置の角度が変動しても、自動追尾機能が働
いてこの通信状態は維持されるので、主信号が確実に受
信されているかどうかを確認するために、切換器４９を
主信号検波器４６側に切換えて主信号の受信レベルをチ
ェックするようにする。なお、切換器４９は手動で操作
してもよいし、自動追尾機能と連動させるようにしても
よい。

【００２４】補助信号検波器４７による補助信号のモニ
タは、コリメート光学系３８のレンズに入射する光の強
度を示しており、主として相手側装置からの受信光ビー
ムが正常に自装置に到達しているかどうかを判定するた
めのものであり、これに対して主信号検波器４６による
主信号のモニタは、自装置が正常に主信号を受信してい
るか否かを判断するためのものである。

【００２５】例えば、主信号のＳ／Ｎ比が低く受信状態
が悪いときに、補助信号からのモニタは相手側装置から
の到達ビーム強度が正常値を指示しているのに、主信号
からのモニタは主信号の受信レベルが正常値よりも低い
ことを指示しているような場合は、自装置の方向調節誤
差やＱＰＤ４１と光−電気変換器４３との間の位置調節
誤差等によって、光−電気変換器４３に正常に光が入射
していないか、相手側装置への主信号入力に何らかの異
状があって、送信されてきた主信号自体のレベルが低い
等の原因が考えられる。

【００２６】このように、切換器４９によりレベルメー
タ５０を切換えて、容易にこれらモニタの指示を比較す
ることができるので、装置の動作状態の評価を常時正確
に行い、異常時の診断にも容易に対処でき、装置の操作
性や信頼性が向上する。更に、本実施例では図４の従来
例で用いていた分波器１３と補助信号検波器１７が不要
となるため、装置のコストやサイズの点でも有利にな
る。

【００２７】図３は第２の実施例を示し、第１の実施例
に従来例に示した分波器１３と補助信号検波器１７を設
けた構成とし、その他は第１実施例と同様であり同一符
号は同一部材を示している。即ち、図１の第１の実施例
における光−電気変換器４３と増幅器４４の間に、周波
数により主信号と補助信号を分離する分波器５２が設け
られ、分波器５２の出力は補助信号検波器５３を介して
切換器５４に接続されている。切換器５４は第１の実施
例の切換器４９に補助信号検波器５３からの端子が追加
して設けられて３点切換えとされている。

【００２８】かくすることにより、光−電気変換器４３
に入射する光強度をモニタすることが可能となり、ＱＰ
Ｄ４１に入射する光強度が正常で主信号のレベルが低下
しているような場合でも、調節誤差等により光−電気変
換器４３に正常に光が入射していないなどの自装置側の
原因と、主信号に異状があるなどの相手装置側の原因と
を判別することができ、動作状態の評価をより正確に行
うことができる。

【００２９】なお、第１、第２の実施例においては、補
助信号検波器４７、５３と主信号検波器４６からの信号
をレベルメータ５０でモニタしているが、表示灯や文字
等による表示や音等を利用した方法でモニタしてもよ
い。

【００３０】また、操作者がモニタの指示を見て又は聞
いて操作する代りに、ＣＰＵ等を装備して操作を自動化
する装置を形成し、モニタ信号を制御用信号として使用
して、スキャンニングなどにより自動的に受信光を補足
した後に、自動追尾動作に移るようにプログラムされた
シーケンスに従って自動運転を行ったり、ＣＰＵで異常
を判断した後で処理ルーチンに移って自動運転を行うよ
うにしてもよい。

【００３１】更に、これらのモニタ信号は装置内で利用
するだけでなく、別の場所に伝送し、遠隔操作により手
動又は自動で運転する場合の制御用信号として利用する
ことも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光空間
通信装置は、相手側装置からの受信光を光分岐器により
分離し、主信号を第１の光−電気変換器で検出して主信
号レベルをモニタし、補助信号を第２の光−電気変換器
で検出して誤差信号をモニタすることにより、方向調節
の操作性や操作性が改善され、装置の動作状態の監視が
容易で確実なものとなり、更にコストや容量において有
効な装置を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】補助信号検波器の構成図である。

【図３】第２の実施例の構成図である。

【図４】従来例の構成図である。

【図５】光−電気変換器上のスポットの説明図である。

【符号の説明】

３２ 合波器 ３３ 補助信号発生器 ３４ 電気−光変換器 ３６ 偏光ビームスプリッタ ３７ 可動ミラー ３８ コリメート光学系 ３９ 光分岐器 ４１、４３ 光−電気変換器 ４６ 主信号検波器 ４７、５３ 補助信号検波器 ４８ ミラー駆動回路 ４９、５４ 切換器 ５０ レベルメータ ５２ 分波器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主信号とは異なる周波数帯の補助信号を
   生成する補助信号発生器・前記主信号及び補助信号を合
   波する合波器・該合波器から出力される合波信号を光信
   号に変換する電気−光変換器・前記主信号を光ビーム状
   に変換して送出する送信光学系を有する送信機と、光ビ
   ーム状の光信号を受光する受信光学系・前記光信号を電
   気信号に変換する光−電気変換器を有する受信機とを備
   えた光空間通信装置において、前記受信光学系に第１の
   光−電気変換器及び第２の光−電気変換器の光路を分岐
   する光分岐器を設け、前記受信機に前記第１の光−電気
   変換器で電気信号に変換した主信号を検波する主信号検
   波器と前記第２の光−電気変換器で電気信号に変換した
   補助信号を検波する補助信号検波器とを設けたことを特
   徴とする光空間通信装置。
2. 【請求項２】 前記受信機は、前記第１の光−電気変換
   器で変換された電気信号を主信号及び補助信号に分離す
   る分波器と、該分波器で分離された前記主信号を検波す
   る主信号検波器と、前記補助信号を検波する補助信号検
   波器とを備えた請求項１に記載の光空間通信装置。
3. 【請求項３】 前記送信光学系及び受信光学系は共通の
   コリメート光学系を有する請求項１に記載の光空間通信
   装置。
4. 【請求項４】 前記第２の光−電気変換器は複数の受光
   素子により構成し、これら複数の受光素子からの電気信
   号に基づいて光ビームの送信方向を変化させる光偏向器
   を備えた請求項１に記載の光空間通信装置。
5. 【請求項５】 前記主信号検波器と前記補助信号検波器
   の何れか又は双方の検波出力信号をモニタするレベルメ
   ータを有する請求項１に記載の光空間通信装置。