(57)【要約】【課題】設置者が通信距離や通信空間の状況の変化等を意識することなく設置することが可能な光空間伝送装置を提供する。【解決手段】光空間伝送装置は、第１の装置Ａと第２の装置Ｂとの間で自由空間を伝播する光ビームにより光空間通信を行うシステムにおける第１の装置としての光空間伝送装置である。光空間伝送装置は、光ビーム１１を射出するビーム射出部１１１〜１１５と、該ビーム射出部から、第２の装置に該光空間伝送装置に対する該第２の装置からの光ビーム１０の向きを調整させるための調整ビームとして、第１の周期で振幅が変化する光ビームを射出させる制御手段１１０とを有する。制御手段は、調整ビームの第１の周期ごとの最大振幅を時間とともに変化させる。  【選択図】図１
2010166270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の装置と第２の装置との間で自由空間を伝播する光ビームにより光空間通信を行うシステムにおける前記第１の装置としての光空間伝送装置であって、
前記光ビームを射出するビーム射出部と、
該ビーム射出部から、前記第２の装置に該光空間伝送装置に対する該第２の装置からの光ビームの向きを調整させるための調整ビームとして、第１の周期で振幅が変化する前記光ビームを射出させる制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記調整ビームの前記第１の周期ごとの最大振幅を時間とともに変化させることを特徴とする光空間伝送装置。
【請求項２】
前記ビーム射出部は、
光源と、
該光源から射出される前記光ビームを変調するために該光源に入力される電気信号であって、前記第１の周期で振幅が変化する調整信号を発生する信号発生部と、
前記調整信号を変調する変調部とを有し、
前記制御手段は、前記調整信号の前記第１の周期ごとの最大振幅を時間とともに変化させるように前記変調部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光空間伝送装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記調整ビームの前記第１の周期ごとの最大振幅を、該第１の周期よりも長い第２の周期で変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光空間伝送装置。
【請求項４】
前記第２の装置は、該光空間伝送装置からの前記調整ビームを第３の周期で検出し、
前記制御手段は、前記調整ビームの前記第１の周期ごとの最大振幅が特定レベルから時間とともに変化して該特定レベルに最初に戻るまでの時間を、前記第３の周期よりも長くする又は前記第３の周期に同期しない時間とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光空間伝送装置。
【請求項５】
前記第２の装置は、該光空間伝送装置からの前記調整ビームを検出する受光センサを有し、
前記制御手段は、前記調整ビームの前記第１の周期ごとの最大振幅を、少なくとも第１のレベル以上で、かつ第２のレベル以下のレベルを経るように変化させ、
前記第１のレベルは、該光空間伝送装置と前記第２の装置との間の通信距離が第１の距離である場合に、前記受光センサが飽和するレベルよりも低く、
前記第２のレベルは、該光空間伝送装置と前記第２の装置との間の通信距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離である場合に、前記受光センサにて前記調整ビームの検出が不能となるレベルよりも高いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光空間伝送装置。
【請求項６】
前記第２の装置の前記受光センサは、該光空間伝送装置からの前記調整ビームを第３の周期で検出し、
前記制御手段は、前記調整ビームの前記第１の周期ごとの最大振幅を、前記第３の周期内において、少なくとも前記第１のレベル以上で、かつ前記第２のレベル以下のレベルを経るように変化させることを特徴とする請求項５に記載の光空間伝送装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記調整ビームの成分と、前記第２の装置に対して情報を通信するための主信号ビーム成分とが重畳された前記光ビームを前記ビーム射出部から射出させ、
前記制御手段は、前記調整ビームの成分の前記第１の周期ごとの最大振幅を時間とともに変化させる第１のモードと、該調整ビームの成分の前記第１の周期ごとの最大振幅を一定とする第２のモードとを有し、
前記制御手段は、前記第２の装置における該光ビームの受光量が前記主信号ビーム成分の誤検出が発生するレベルに低下した場合は前記第１のモードで動作し、前記受光量が前記誤検出が発生するレベルより高い場合は第２のモードで動作することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光空間伝送装置。
【請求項８】
前記第２の装置は、該光空間伝送装置に前記第２の装置に対する該光空間伝送装置からの前記光ビームの向きを調整させるための調整ビームとして、所定の周期で振幅が変化し、かつ該所定の周期ごとの最大振幅が時間とともに変化する光ビームを射出し、
該光空間伝送装置は、前記第２の装置からの調整ビームを検出する受光センサを有しており、
該光空間伝送装置は、
第１の時点において前記第２の装置からの調整ビームの前記受光センサによる検出結果を記憶し、
前記第１の時点よりも後の第２の時点において、前記受光センサにおける前記第２の装置からの調整ビームの受光量の過剰又は不足によって、該受光センサで前記第２の装置からの調整ビームを検出できない場合は、該第２の装置からの調整ビームの検出結果を前記記憶した検出結果を用いて補間することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の光空間伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自由空間を伝播する光ビームを用いて光空間通信を行う光空間伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の光空間伝送装置（以下、第１の装置という）と第２の光空間伝送装置（以下、第２の装置という）との間で光空間通信を行う場合、該通信を確立するために、第１の装置と第２の装置との光軸を互いに一致させる必要がある。
【０００３】
第１及び第２の装置間で光軸を一致させるために、送信側装置では、受光側装置に送信側の装置に対する向きを調整させるための調整用光ビーム（以下、調整ビームという）を送信する。一方、受光側装置では、受光センサを使用して調整ビームを検出し、該調整ビームの到来方向、つまりは受光側装置の送信側装置に対する向きや受光側装置からの光ビームの射出方向の送信側装置に対するずれを求めている。
【０００４】
このような調整ビームは、送信側装置から射出される、情報を通信するための主信号ビーム成分に対して調整ビーム成分として重畳される場合が多い。
【０００５】
また、光空間伝送装置の設置を簡略化するために、設置者が通信距離を意識せずに設置可能な光空間伝送装置が望まれている。
【０００６】
ここで、通信距離が長い場合には、光ビームの大気（霧や雨等）による減衰や拡散によって、受信側装置での受光レベルが低下する。このような通信状況においても、受信側装置で正常に調整ビーム成分を検出することができるようにするには、送信側装置における調整ビーム成分の出力レベルをできるだけ上げればよい。
【０００７】
ただし、調整ビーム成分のレベルが高いと、調整ビーム成分と主信号ビーム成分との間で相互変調波が発生するおそれがあり、この影響によって主信号ビーム成分のＳ／Ｎ比が低下する。したがって、主信号ビーム成分にできるだけ影響を与えないように、調整ビーム成分の出力レベルをある程度以下に維持する必要がある。
【０００８】
一方、通信距離が短い場合においては、受信側装置での受光センサが調整ビームの受光量が過剰となって飽和するおそれがある。受光センサが飽和すると、受信側装置の送信側装置に対する向きを検出することができない。したがって、調整ビームの出力レベルを受光センサが飽和しないレベルに抑えたり、光ビームの強度を減衰させる光アッテネータを用いたり、光ビームの拡がり角を大きくする等、受信側装置における調整ビームの受光レベルを下げる対策が必要となる。
【０００９】
特許文献１には、設置時において通信距離に応じて調整ビームの出力レベルを増減させたり、通信が確立する前と後で調整ビームの出力レベルを変化させたりすることができる光空間伝送装置が開示されている。
【特許文献１】特許第３３０２１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１にて開示された光空間伝送装置では、設置後や通信確立後の調整ビームの出力レベルが一定と考えられる。このため、設置後や通信確立後の調整ビームの出力レベルの設定を、設置者が、通信距離や通信空間の状況の変化等を考慮して、最終的に調整する必要が生じる可能性が高い。
【００１１】
そこで、本発明は、設置者が通信距離や通信空間の状況の変化等を意識することなく設置することが可能な光空間伝送装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面としての光空間伝送装置は、第１の装置と第２の装置との間で自由空間を伝播する光ビームにより光空間通信を行うシステムにおける第１の装置としての光空間伝送装置であって、光ビームを射出するビーム射出部と、該ビーム射出部から、第２の装置に該光空間伝送装置に対する該第２の装置からの光ビームの向きを調整させるための調整ビームとして、第１の周期で振幅が変化する光ビームを射出させる制御手段とを有する。そして、制御手段は、調整ビームの第１の周期ごとの最大振幅を時間とともに変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、設置者が通信距離や通信空間の状況の変化等を意識することなく光空間伝送装置を設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１には、本説明の実施例である光空間伝送装置により構成される光空間通信システムを示している。
【００１６】
該システムは、通信距離Ｌを介して対向するように配置された第１の光空間伝送装置（以下、第１の装置という）Ａと第２の光空間伝送装置（以下、第２の装置という）Bとにより構成されている。第１の装置Ａと第２の装置Ｂとは、互いに同じ構成を有する。すなわち、以下では第１の装置Ａの構成及び動作について説明するが、該構成及び動作は、第２の装置Ｂでも同じである。
【００１７】
第１の装置Ａにおいて、１１５は半導体レーザ素子により構成された発光素子（光源）であり、レーザ光を発振する。該レーザ光は、第１の偏光方向を有する直線偏光である。１１６は発光素子１１５から発散光として射出されたレーザ光を平行ビームに変換するコリメートレンズである。１０４はコリメートレンズ１１６からのレーザ光を、偏光分離面にて反射する偏光ビームスプリッタ１０４である。
【００１８】
１０３は偏光ビームスプリッタ１０４からのレーザ光を反射するとともに、反射方向を変化させるようその向き（傾き）が制御される光軸調整ミラーである。１０２，１０１は光軸調整ミラー１０３で反射されたレーザ光をその発散角度を広げつつ送信光ビーム１１として自由空間に射出する送受光レンズである。送信光ビーム１１は、自由空間を伝播して第２の装置Ｂに入射する。
【００１９】
第２の装置Ｂからも、同様の構成により光ビームが射出され、第１の装置Ａに向かって自由空間を伝播してくる。該光ビームは、送信光ビーム１１の偏光方向（第１の偏光方向）に対して直交する第２の偏光方向を有する直線偏光であり、受信光ビーム１０として第１の装置Ａの送受光レンズ１０１，１０２に入射する。送受光レンズ１０１，１０２に入射した受信光ビーム１０は、光軸調整ミラー１０３で反射されて偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面を透過し、光分割素子としてのハーフビームスプリッタ１０５に入射する。
【００２０】
ハーフビームスプリッタ１０５に入射した受信光ビーム１０のうち大部分は、該ハーフビームスプリッタ１０５で反射し、レンズ１０６により集光されて受光素子１０７に到達する。また、ハーフビームスプリッタ１０５に入射した受信光ビーム１０のうち残りの部分は、該ハーフビームスプリッタ１０５を透過し、レンズ１１７により集光されて、受光センサとしての位置検出素子１１８に到達する。
【００２１】
送受光レンズ１０１，１０２、光軸調整ミラー１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、ハーフビームスプリッタ１０５、コリメートレンズ１１６及びレンズ１０６，１１８により、送受信光学系が構成される。
【００２２】
また、発光素子１１５と、後述する主信号入力部１１３、パイロット信号発生部１１１、変調部１１２及び信号合成部１１４により、ビーム射出部としてのビーム送信部が構成される。さらに、受光素子１０７と、後述する受光制御部１０８及び受信信号出力部１０９により、ビーム受信部が構成される。また、位置検出素子１１８は、後述する角度補正量算出部１１９とともに、検出部及び光軸調整部を構成する。
【００２３】
ビーム送信部において、主信号入力部１１３には、不図示の情報出力装置から、第２の装置Ｂに対して送信すべき情報を含む主信号（電気信号：以下、送信主信号という）が入力される。
【００２４】
パイロット信号発生部１１１は、パイロット信号（電気信号としての調整信号）を出力する。パイロット信号は、第２の装置Ｂに、第１の装置Ａに対する第２の装置Ｂからの受信光ビーム１０の向きを調整させるためのパイロットビーム（調整ビーム）をビーム送信部から射出させるために、発光素子１１５にレーザ光を変調させるための信号である。該パイロット信号は、所定の周期（以下、第１の周期という）で振幅が変化する電気信号である。
【００２５】
変調部１１２は、パイロット信号発生部１１１から出力されたパイロット信号を変調する。１１４は信号合成部であり、主信号入力部１１３からの送信主信号に、変調部１１２からのパイロット信号を合成（重畳）する。信号合成部１１４から出力された送信主信号とパイロット信号の合成信号は、発光素子１１５に入力される。発光素子１１５は、該合成信号に応じて発振（射出）するレーザ光を変調する。
【００２６】
これにより、発光素子１１５（ビーム送信部）から、送信主信号に対応する光ビーム成分（主信号ビーム成分：以下、主信号ビームという）とパイロット信号に対応する光ビーム成分（以下、パイロットビームという）とが合成された送信光ビーム１１が射出する。送信光ビーム１１は、基本的に前述した第１の周期で振幅が変化する。主信号ビームは、送信主信号に含まれる情報に応じて変調される。また、パイロットビームは、変調部１１２によるパイロット信号の変調動作に応じて変調される。
【００２７】
受信光ビーム１０は、第２の装置Ｂから第１の装置Ａに伝達すべき情報に対応して変調された主信号ビームと、第１の装置Ａに、第２の装置Ｂに対する第１の装置Ａからの送信光ビーム１１の向きを調整させるためのパイロットビームとの合成ビームである。
【００２８】
受光制御部１０８は、受光素子１０７の出力信号から主信号（電気信号：以下、受信主信号という）を抽出し、該抽出した受信主信号を受信信号出力部１０９に出力する。受信信号出力部１０９は、該受信主信号を不図示の外部装置に出力する。また、受光制御部１０８は、受光素子１０７における受光量を検出し、その結果をパイロット信号出力レベル制御部（制御手段）１１０に出力する。
【００２９】
角度補正量算出部１１９は、位置検出素子１１８にて受光した第２の装置Ｂからのパイロットビームの受光位置に応じて、光軸調整ミラー１０３の角度を調節する。これにより、第１の装置Ａの送受信光学系の光軸を、第２の装置Ｂの送受信光学系の光軸と一致させることができる。
【００３０】
図１０には、位置検出素子１１８の受光面を示している。位置検出素子１１８の受光面は、４つの受光領域１１８ａ〜１１８ｄに分割されている。パイロットビームは、受光面上にビームスポット１００１を形成する。各受光領域は、その受光領域におけるビームスポット１００１の受光面積（受光強度）に応じた信号を出力する。ビームスポットＳが、例えば受光領域１１８ｂ側に偏っている場合には、受光領域１１８ｂからの信号の出力レベルが他の受光領域１１８ａ，１１８ｃ，１１８ｄからの信号の出力レベルよりも高くなる。このような場合、第１の装置Ａからの送信光ビーム１１の中心が、第２の装置Ｂの送受信光学系の光軸に対してずれていること（以下、このことを光軸ずれという）を示す。
【００３１】
角度補正量算出部１１９は、受光領域１１８ａ〜１１８ｄからの信号の出力レベルが等しくなるように、すなわちビームスポット１００１が位置検出素子１１８の受光面の中心に位置するように、光軸調整ミラー１０３の角度補正量を算出する。そして、該角度補正量を、後述するミラー駆動部に出力し、光軸調整ミラー１０３の角度を変更させる。これにより、第１の装置Ａは、第２の装置Ｂに対する第１の装置Ａからの送信光ビーム１１の向きを調整し、送信光ビーム１１の中心を第２の装置Ｂの送受信光学系の光軸に一致させる。以下の説明において、このような調整動作を、光軸調整ともいう。
【００３２】
なお、送受信光学系は、位置検出素子１１８に向かう光軸と、発光素子１１５からの光軸と、受光素子１０７に向かう光軸とがすべて光学的に一致するように調整されている。このため、位置検出素子１１８の中心に受信光ビーム１０のビームスポット１００１が形成された状態では、受光素子１０７の中心にも受信光ビーム１０の大部分が入射する。
【００３３】
また、図１では、発光素子１１５からの送信光ビーム１１の中心と、受信光ビーム１０の中心とがずれているように記載されているが、これらは実際には互いに一致している。
【００３４】
次に、パイロット信号出力レベル制御部１１０の動作について説明する。パイロット信号出力レベル制御部１１０は、受光制御部１０８で検出された受光量に応じて、以下の２つのモード（第１のモード及び第２のモード）で動作する。
【００３５】
第１のモードは、パイロット信号の出力レベルを時間とともに（時間の経過とともに）変化させるモード（以下、光軸調整モードという）である。パイロット信号出力レベル制御部１１０が光軸調整モードで動作することで、ビーム送信部から射出される送信光ビーム１１のうちパイロットビームの第１の周期ごとの最大振幅が時間とともに変化する。
【００３６】
また、第２のモードは、パイロット信号の第１の周期ごとの最大振幅を時間とともに変化させずに一定に設定するモード（以下、通信モードという）である。パイロット信号出力レベル制御部１１０が通信モードで動作することで、送信光ビーム１１のうちパイロットビームの第１の周期ごとの最大振幅も一定に維持される。
【００３７】
ここで、図１４Ａには、光軸調整モードでのパイロット信号及びパイロット光ビームの波形の変化を示す。パイロット信号及びパイロット光ビームは、前述したように、第１の周期Ｔ１で振幅が変化する。光軸調整モードでは、パイロット信号出力レベル制御部１１０は、パイロット信号及びパイロットビームの第１の周期ごとの最大振幅が時間とともに変化するように、例えば第２の周期Ｔ２で変化するように変調部１１２を制御する。第２の周期Ｔ２は、第１の周期Ｔ２よりも長い周期（時間）である。パイロット信号及びパイロットビームの第１の周期ごとの最大振幅は、第２の周期Ｔ２で、特定レベル（例えば、最大レベル）から変化して該特定レベルに最初に戻る。
【００３８】
図１４Ｂには、通信モードでのパイロット信号及びパイロット光ビームの波形の変化を示す。この通信モードでも、パイロット信号及びパイロット光ビームは、第１の周期Ｔ１で振幅が変化する。ただし、通信モードでは、パイロット信号出力レベル制御部１１０は、パイロット信号及びパイロットビームの第１の周期ごとの最大振幅が時間とともに変化せずに一定に維持されるように変調部１１２を制御する。
【００３９】
なお、以下の説明において、パイロット信号及びパイロットビームの第１の周期ごとの最大振幅を、それぞれの出力レベルという。
【００４０】
次に、パイロット信号出力レベル制御部１１０におけるモード選択動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００４１】
パイロット信号出力レベル制御部１１０は、ステップ２０２で、受光制御部１０８を通じて受光素子１０７における受光量を検出する。次に、ステップ２０３で、該検出受光量が、Ｓ／Ｎ比の劣化による受信主信号の誤検出が発生する値を基準として予め決められた所定の閾値（以下、最低受光量という）以下に低下したか否かを判定する。検出受光量が最低受光量以下である場合は、パイロット信号出力レベル制御部１１０は光軸調整モードに移行し、ステップ２０４でパイロット信号の出力レベルを時間ともに変化させる。
【００４２】
ここで、本実施例では、最低受光量は、装置のばらつきを考慮して、受信主信号の誤検出が発生する値から３ｄＢ低い値までのいずれかの値に設定する。ただし、最低受光量がこの値に限定されるわけではい。
【００４３】
一方、ステップ２０３において、検出受光量が最低受光量より高いと判定した場合は、パイロット信号出力レベル制御部１１０は、通信モードに移行し、ステップ２０５でパイロット信号の出力レベルを一定に維持する。
【００４４】
このようなモード選択により、受信主信号の誤検出を防止しつつ、第１及び第２の装置Ａ，Ｂ間での光軸ずれを良好に補正させる（光軸調整を行う）ことができる。
【００４５】
なお、本実施例では、受光素子１０７における受光量の検出結果に応じて光軸調整モードと通信モードとを選択するが、位置検出素子１１８から出力された第２の装置Ｂからのパイロット信号のレベルに応じて光軸調整モードと通信モードとを選択してもよい。
【００４６】
光軸調整モードでは、パイロット信号出力レベル制御部１１０は、以下の条件を満足するように変調部１１２を制御する。
【００４７】
第１及び第２の装置Ａ，Ｂの製品仕様により決定される両装置Ａ，Ｂ間の最大通信距離を有効通信距離という。有効通信距離において、第１の装置Ａでは、第２の装置Ｂに向けて射出されたパイロットビームが、第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）において正常に検出できる出力レベルを有することが重要である。このため、パイロット信号出力レベル制御部１１０は、パイロット信号が、そのような出力レベルを有するパイロットビームを射出させるために必要な出力レベルを有するように、変調部１１２に対してパイロット信号変調信号を出力する。
【００４８】
つまり、パイロット信号出力レベル制御部１１０は、以下の条件を全て満たすパイロット信号を変調部１１２に生成させる。
【００４９】
（１）有効通信距離内のすべての通信距離において、第２の装置Ｂにおける第１の装置Ａからのパイロットビームの受光レベルを位置検出素子（１１８）で飽和を生じずに検出できる値とするような出力レベルを少なくとも含むパイロット信号。
【００５０】
（２）有効通信距離内のすべての通信距離において、第２の装置Ｂにおける第１の装置Ａからのパイロットビームの受光レベルを位置検出素子（１１８）の最低受光感度レベル以上とするような出力レベルを少なくとも含むパイロット信号。
【００５１】
言い換えれば、パイロットビームの出力レベルを、後述する第１のレベル以上で、かつ第２のレベル以下のレベルを経るように変化させるように、変調部１１２にパイロット信号を生成させる。第１のレベルは、有効通信距離内のすべての通信距離において（特に、通信距離が第１の距離である場合に）、位置検出素子（１１８）が飽和するレベルよりも低い。また、第２のレベルは、有効通信距離内のすべての通信距離において（特に、通信距離が第１の距離よりも長い第２の距離である場合に）、位置検出素子（１１８）にてパイロットビームの検出が不能となるレベルよりも高い。
【００５２】
（３）第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）の検出周期（第３の周期）に対して、より長い時間もしくはより長い周期、又は同期しない周期で出力レベルが変化するパイロット信号。
【００５３】
つまり、パイロットビームの出力レベルが特定レベルから時間とともに変化して該特定レベルに最初に戻るまでの時間を、位置検出素子（１１８）の検出周期よりも長くする又は検出周期に同期しない時間とするように変調部１１２にパイロット信号を生成させる。
【００５４】
なお、この場合、第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）の検出周期内（第３の周期内）において、パイロットビームの出力レベルを、少なくとも上記第１のレベル以上で、かつ上記第２のレベル以下のレベルを経るように変化させてもよい。
【００５５】
有効通信距離の最短値及び最長値は、送信光ビーム１１の拡がり角やパワー、第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）での有効受光レベル等の製品仕様によって決定される。本実施例では、有効通信距離の最短値を、装置の製造上のばらつき等を考慮したマージンをとり、受光量の過剰を原因とした主信号の誤検出が発生しない最も短い距離よりも長い距離に設定している。また。有効通信距離の最長値を、装置の製造上のばらつきや雨や霧等の大気中での減衰等を考慮したマージンをとり、受光量の不足を原因とした主信号の誤検出が発生しない最も長い距離よりも短い距離に設定している。
【００５６】
次に、パイロット信号（つまりはパイロットビーム）の出力レベルの変化と位置検出素子１１８におけるパイロット信号の検出範囲との関係について説明する。
【００５７】
図３には、第１の装置Ａ側においてパイロットビームの出力レベルを連続的に変化させる場合における、第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）でのパイロットビームの受光レベルと、位置検出素子（１１８）のパイロットビームの検出範囲との関係を示す。横軸は通信距離を示し、縦軸は出力レベル及び受光レベルを示す。
【００５８】
なお、本実施例では、パイロットビームをその出力レベルが正弦波状に連続的に変化する信号として説明しているが、ノコギリ波状や三角波状等、出力レベルが連続的に変化する波形であればどのような波形でもよい。
【００５９】
図３に示すように、位置検出素子（１１８）でのパイロットビームの受光レベルは、大気の状態や通信空間（自由空間）の状況が同じであれば、光ビームの拡散等によって、通信距離が長くなるほど低下する。しかし、位置検出素子（１１８）によるパイロットビームの検出範囲（飽和レベルと最低受光感度レベル）は、通信距離にかかわらず常に一定である。このため、パイロットビームの出力レベルの変動幅は、有効通信距離のすべてにおいて、位置検出素子（１１８）でのパイロットビームの受光レベルが位置検出素子（１１８）の検出範囲に含まれるように設定される。これにより、位置検出素子（１１８）は、有効通信距離のすべてにおいて、パイロットビームを正常に検出することができる。
【００６０】
なお、本実施例では、ある程度のマージンを持たせて、有効通信距離よりも長い通信距離（図中のパイロットビーム検出可能通信範囲）でも位置検出素子１１８でパイロットビームを正常に検出できるように、パイロットビームの出力レベルの変動幅を決めている。
【００６１】
図４には、第１の装置Ａ側においてパイロットビームの出力レベルを段階的に変化させる場合における、第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）でのパイロットビームの受光レベルと、位置検出素子（１１８）のパイロットビームの検出範囲との関係を示す。
【００６２】
なお、図４では、パイロットビームの出力レベルを方形波状に変化させているが、出力レベルを段階的に切り換えるものであれば、どのような波形でもよい。
【００６３】
また、変調部１１２が、パイロットビームの出力レベルを複数の出力レベルの中で切り換える機能を持ち、パイロット信号出力レベル制御部１１０からの指令に応じて該出力レベルを切り換えるようにしてもよい。このような構成によれば、パイロットビームの出力レベルを連続的に変化させる場合に比べて、簡易な構成でパイロットビームの出力レベルを変化させることができる。
【００６４】
図４の条件では、段階的にパイロットビームの出力レベルが変化するため、位置検出素子（１１８）のパイロットビームの検出範囲は、上位レベルの検出可能範囲と下位レベルの検出可能範囲とを合わせた範囲となる。パイロットビームの出力レベルの変動幅の条件としては、図３に示したように連続的にパイロットビームの出力レベルを変化させる場合と同じである。
【００６５】
ただし、連続的にパイロットビームの出力レベルを変化させる場合と異なり、位置検出素子（１１８）でのパイロットビームの受光レベルが段階的にしか変化しない。したがって、図５に示すように、パイロットビームの変動幅を大きくすると、位置検出素子（１１８）でパイロットビームを検出できない通信距離が発生する。有効通信距離の範囲が広く、パイロットビームの出力レベルの変動幅がある程度必要な場合は、図６に示すように、中位レベルのパイロットビームの出力レベルを設けるとよい。これにより、有効通信距離内のすべての通信距離で、位置検出素子（１１８）によりパイロットビームを正常に検出できるようになる。
【００６６】
図６に示す例では、パイロットビームの出力レベルを３段階に切り換える場合を示したが、さらに多くの段階で切り換えることにより、位置検出素子（１１８）でパイロットビームを検出できる通信距離を長くすることができる。
【００６７】
次に、パイロットビームの出力レベルの変動速度と位置検出素子（１１８）でのパイロットビームの検出タイミングについて説明する。
【００６８】
先に説明した通り、パイロットビームの出力レベルは、有効通信距離内のすべての通信距離において、位置検出素子（１１８）でパイロットビームを正常に検出できるレベルを持つように変化する。このため、図７に示すように、位置検出素子（１１８）での検出タイミングがパイロットビームの出力レベルの変化の周波数よりも十分に遅い場合は、位置検出素子１１８で検出できる範囲内の出力レベルを有するパイロットビームを検出することができる。そのような検出タイミングを、図中にパイロットビーム検出可能ポイントとして示す。
【００６９】
しかし、図８に示すように、位置検出素子（１１８）での検出タイミングによっては、上記のようなパイロットビームを検出できない可能性がある。そのような検出タイミングを、図中にパイロットビーム検出不可ポイントとして示す。このため、パイロット信号の変動周期は、パイロット信号の検出タイミングの周期よりも十分遅く設定するか、図９に示すように、互いに同期しない周波数（又は周期）を設定するとよい。
【００７０】
以上により、有効通信距離内のすべての通信距離において、第１の装置Ａからのパイロットビームを第２の装置Ｂ側の位置検出素子（１１８）で検出することができる。このことは、第２の装置Ｂからのパイロットビームを検出する第１の装置Ａ側の位置検出素子１１８でも同じである。
【００７１】
次に、光軸調整ミラー１０３の角度調節を行うミラー駆動部について、図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。
【００７２】
図１１において、光軸調整ミラー１０３は、チルト保持部材４によって保持されている。チルト保持部材４に設けられたチルト中心軸２は、パン保持部材５によって回転可能に支持されている。パン保持部材５に設けられたパン中心軸３は、支持部材１０によって回転可能に支持されている。
【００７３】
図１２（ａ），（ｂ）は、図１１のＹ−Ｙ’断面において、チルト保持部材４に連結されたチルトステージ６が駆動されたときに、光軸調整ミラー１０３がチルト方向に傾く様子を示す。チルトステージ６は、ボイスコイルモータ等のアクチュエータによって駆動される。
【００７４】
チルトステージ６が距離Ａ１又はＡ２だけ駆動されると、線バネにより形成されたチルト連結部材７が撓みながら光軸調整ミラー１０３をチルト方向に傾かせる。チルト連結部材７は、その軸方向には高い剛性を有し、軸方向の両端が光軸調整ミラー１０３とチルトステージ６に固定されている。このため、光軸調整ミラー１０３とチルトステージ６との間の動きには、がたや遅れは発生しない。また、チルト連結部材７は、軸方向以外の方向には低い剛性を有するため、撓んで変位を吸収することができる。
【００７５】
チルト連結部材７が線バネにより形成されていることで、その撓みを復元する方向にはバネ力が発生するが、長さや線径を調節してチルトステージ６の駆動力に対してバネ力を小さくすることにより、バネ力に逆らってチルトステージ６を駆動することができる。
【００７６】
図１３（ａ），（ｂ）は、図１１のＸ−Ｘ’断面においてパンステージ８が駆動されたときに、光軸調整ミラー１０３がパン方向に傾く様子を示す。パンステージ８も、ボイスコイルモータ等のアクチュエータによって駆動される。
【００７７】
パンステージ８が距離Ｂ１又はＢ２だけ駆動されると、線バネにより形成されたパン連結部材９が撓みながら光軸調整ミラー１０３をパン方向に傾かせる。パン連結部材９は、その軸方向には高い剛性を有し、軸方向の両端が光軸調整ミラー１０３とパンステージ８に固定されている。このため、光軸調整ミラー１０３とパンステージ８との間の動きには、がたや遅れは発生しない。また、パン連結部材８は、軸方向以外の方向には低い剛性を有するため、撓んで変位を吸収することができる。
【００７８】
パン連結部材９が線バネにより形成されていることで、その撓みを復元する方向にはバネ力が発生するが、長さや線径を調節してパンステージ８の駆動力に対してバネ力を小さくすることにより、バネ力に逆らってパンステージ８を駆動することができる。
【００７９】
以上のように構成されたミラー駆動部によって光軸調整ミラー１０３をチルト方向及びパン方向に傾かせることで、光軸調整ミラー１０３により反射した光ビームの光路を任意の方向に変えることかでき、第２の装置Ｂとの間での光軸ずれを補正することができる。
【００８０】
なお、上述したミラー駆動部の構成は例に過ぎず、他の構成を用いてもよい。また、光軸調整ミラー１０３を固定のミラーとし、レンズ１０２をシフトさせる等の方法で光軸調整を行うことにしてもよい。
【００８１】
また、第１の装置Ａの全体の向きを変える駆動機構を設け、該駆動機構を動作させることで光軸調整を行ってもよい。
【００８２】
次に、パイロットビームが位置検出素子１１８で飽和レベル以上又は最低受光感度レベル以下になった場合の位置検出素子１１８による検出結果の補間方法について説明する。
【００８３】
パイロットビームの出力レベルは時間とともに変化する。このため、通信距離や大気の状態によっては、位置検出素子１１８でのパイロットビームの受光レベルが高すぎたり（受光量が過剰になったり）低すぎたり（受光量が不足したり）する。これにより、図７に示すように、位置検出素子１１８でパイロット信号を検出できない検出タイミング（パイロットビーム検出不可ポイント）が存在する。
【００８４】
パイロットビーム検出不可ポイントでの光軸ずれの量は、パイロットビームの出力レベルが変化する周波数が光軸調整ミラー１０３の駆動スピードや装置の振動スピードより十分速い場合は、それほど変化していないと推測できる。このため、パイロットビーム検出不可ポイントよりもいくつかの検出タイミング前のパイロットビーム検出可能ポイント（第１の時点）にて位置検出素子１１８で検出したパイロットビームの検出結果をメモリに記憶させておく。そして、該記憶させた検出結果に基づいて、パイロットビーム検出不可ポイント（第２の時点）での光軸ずれ量を補間してもよい。
【００８５】
しかし、パイロットビームの検出周期の２周期以上の時間の間、パイロットビームを検出できなかったような場合は、第２の装置Ｂとの通信が確立できなくなったと判断できる。このような場合は、光軸調整動作を停止させるとよい。
【００８６】
また、パイロットビームの出力レベルが変換する周波数が、光軸調整ミラー１０３の駆動スピードや装置の振動スピードより十分遅い場合は、パイロットビーム検出不可ポイントで光軸ずれ量が変化している可能性がある。このため、パイロットビーム検出不可ポイントでは光軸調整動作を停止させてもよい。
【００８７】
以上説明したように、本実施例によれば、設置者が通信距離や通信空間の状況の変化等を意識することなく第１の装置Ａ（及び第２の装置Ｂ）を設置することができる。
【００８８】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【００８９】
なお、上記実施例では、パイロットビームの出力レベルを周期的に変化させる場合について説明したが、必ずしも周期的に変化させる必要はなく、不定期的（ランダム）に変化させてもよい。つまり、パイロットビームの出力レベルを時間とともに変化させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例である光空間伝送装置を含む光空間伝送システムの構成を示す図。
【図２】実施例において、光軸調整モードと通信モードとを切り換えるための処理を示すフローチャート。
【図３】実施例において、連続的にパイロットビームの出力レベルを変化させたときの通信距離とパイロットビームの検出範囲との関係を示す図。
【図４】実施例において、段階的にパイロットビームの出力レベルを変化させたときの通信距離とパイロットビームの検出範囲との関係の例を示す図。
【図５】実施例において、段階的にパイロットビームの出力レベルを変化させたときの通信距離とパイロットビームの検出範囲との関係の他のを示す図。
【図６】実施例において、段階的に（３段階で）パイロットビームの出力レベルを変化させたときの通信距離とパイロットビームの検出範囲との関係を示す図。
【図７】実施例におけるパイロットビームの検出タイミングの例を示す図。
【図８】実施例におけるパイロットビームの検出タイミングの他の例を示す図。
【図９】実施例におけるパイロットビームの検出タイミングのさらに別の例を示す図。
【図１０】実施例における位置検出素子を説明する図。
【図１１】実施例におけるミラー駆動部の構成を示す図。
【図１２】実施例におけるミラー駆動部の動作（チルト）を示す図。
【図１３】実施例におけるミラー駆動部の動作（パン）を示す図。
【図１４Ａ】実施例における光軸調整モードでのパイロットビームの波形を示す図。
【図１４Ｂ】実施例における通信モードでのパイロットビームの波形を示す図。
【符号の説明】
【００９１】
１０７  受光素子
１０８  受光制御部
１０９  受信信号出力部
１１０  パイロット信号出力レベル制御部
１１１  パイロット信号発生部
１１２  変調部
１１３  光軸調整ミラー
１１４  信号合成部
１１５  発光素子
１１８  位置検出素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010166270.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010166270.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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