【手続補正書】
【提出日】平成17年3月4日(2005.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  光ファイバと協働するトランシーバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  光ファイバと協働するトランシーバであって、当該トランシーバは第1のビームを形成するためのビーム形成器を有し、前記第1のビームの第1の部分は前記ファイバに入力され、当該トランシーバはセンサに結合された半透明素子を更に有し、前記センサは前記ファイバから出射する第2のビームを検知する、トランシーバにおいて、
- 前記センサは二次元且つ位置感知型であることと、
- 制御可能なビーム移動素子が前記ビーム形成器と前記半透明素子との間に設けられていることと、
- 第1の制御手段が、前記制御可能なビーム移動素子のための制御信号を生成するために、前記センサ及び前記制御可能なビーム移動素子に結合され、前記制御信号は前記センサから受信される位置信号に応答することと、
- 前記センサに前記ビームの第2の部分を送信するための第2の制御手段と、
を特徴とするトランシーバ。
【請求項２】  請求項1に記載のトランシーバにおいて、前記制御可能なビーム移動素子が前記ビームを2つの異なる方向に偏向させるトランシーバ。
【請求項３】  請求項2に記載のトランシーバにおいて、前記2つの方向が互いにほぼ垂直であるトランシーバ。
【請求項４】  請求項1乃至3の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記制御信号が電気制御信号であるトランシーバ。
【請求項５】  請求項1乃至3の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記第2の制御手段がミラーリング素子を有するトランシーバ。
【請求項６】  請求項1乃至5の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記半透明素子がビームスプリッティングプリズムを有するトランシーバ。
【請求項７】  請求項6に記載のトランシーバにおいて、前記ミラーリング素子が前記ビームスプリッティングプリズムの反射側に含まれるトランシーバ。
【請求項８】  請求項7に記載のトランシーバにおいて、前記反射側が湾曲したトランシーバ。
【請求項９】  請求項6乃至8の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記ビームスプリッティングプリズムの入射側は湾曲しており、前記第1のビームはこの入射側に入射する、トランシーバ。
【請求項１０】  請求項1乃至9の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記位置感知センサは複数の別個のセンサ素子を有し、前記別個のセンサ素子の各々は、それぞれのセンサ素子に入射するビームの強度に大きさが依存する出力信号を送出し、いかなるセンサ素子の最大寸法も、最大でも、前記センサ素子の位置における前記光ファイバによって出力される前記ビームの回折限界スポットの直径の半分に等しく、前記センサのセンサ素子を備えた部分の直径の寸法が、前記光ファイバによって出力される前記ビームの直径よりも大きく、前記位置感知センサは、前記各センサ素子からの前記出力信号の前記大きさを決定する手段を更に有するトランシーバ。
【請求項１１】  請求項10に記載のトランシーバにおいて、前記センサ素子によって送出される出力信号を前記処理装置に供給するための調節可能な供給手段と、出力信号を供給するための前記供給手段を、前記センサ素子からの前記出力信号の前記大きさに依存して調整するための調整手段とを有し、前記調整手段は、前記各センサ素子からの前記出力信号の前記大きさを決定するための前記手段を有する、トランシーバ。
【請求項１２】  前記調整手段がしきい値回路を有する請求項11に記載のトランシーバ。
【請求項１３】  請求項11又は12に記載のトランシーバにおいて、前記調整手段が前記供給手段を所定の時点で調整するためのタイマー手段を有する、トランシーバ。
【請求項１４】  請求項11乃至13の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記調整手段が、相対的に最大の大きさを有する出力信号を送出するための前記供給手段を調整する、トランシーバ。
【請求項１５】  請求項13に記載のトランシーバにおいて、前記所定の時点の間の期間が、前記センサ上のビームの動きの最高周波数の周期の半分よりも小さい、トランシーバ。
【請求項１６】  請求項11又は12に記載のトランシーバにおいて、前記供給手段は複数のセンサ素子から出力信号を供給するように調整されることができる、存在する出力信号に基づいて前記処理手段に供給される信号を決定する手段が設けられるトランシーバ。
【請求項１７】  請求項11乃至14の何れか1項に記載のトランシーバにおいて、前記センサ及び前記調整手段が単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。
【請求項１８】  請求項17に記載のトランシーバにおいて、前記供給手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。
【請求項１９】  請求項16に記載のトランシーバにおいて、前記センサ及び前記調整手段が単一の集積回路の一部を形成し、前記決定手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。
【請求項２０】  請求項16に記載のトランシーバにおいて、前記センサ及び前記調整手段が単一の集積回路の一部を形成し、前記供給手段が前記単一の集積回路の一部を形成し、前記決定手段が前記単一の集積回路の一部を形成することを特徴とするトランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項1のプリアンブルに記載のトランシーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなトランシーバは、公衆の閲覧に付された日本国特許出願公開平11-023916から既知である。この既知のトランシーバにおいて、光ファイバは正確な、従って高価な機械的手段によって、ビーム形成器及びセンサに対して整列されなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、整列が、単純で好適には自動的な態様で実現されるトランシーバを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、トランシーバが、
- 前記センサは二次元且つ位置感知型であることと、
- 制御可能なビーム移動素子が前記ビーム形成器と前記半透明素子との間に設けられていることと、
- 第1の制御手段が、前記制御可能なビーム移動素子のための制御信号を生成するために、前記センサ及び前記制御可能なビーム移動素子に結合され、前記制御信号は前記センサから受信される位置信号に応答することと、
- 前記センサに前記ビームの第2の部分を送信するための第2の制御手段と、
により特徴付けられることにより実現される。
【０００５】
その結果、ビーム形成器によって光ファイバの入射表面に形成されたビームの位置は、第1制御手段及び制御可能なビーム移動素子を介して、少なくとも前記ビームの一部をセンサ上の特定の位置に検出することによって、センサによって再結合された。これは、ビーム形成器によって形成されるビームのセンサ上の位置を移動させて、この位置が、ファイバによって出力されるビームがセンサに当たる位置と同一になるようにすることを可能にする。その結果、入射ビームは、出射ビームがファイバから出射するのと同じ位置で光ファイバに到達する。
【０００６】
本発明によるトランシーバの1つの実施例において、制御可能なビーム移動素子は電気的に制御可能である。
【０００７】
本発明によるトランシーバの他の実施例において、前記第2の制御装置はミラーリング素子を有し、前記半透明素子はビームスプリッティングプリズムを有し、前記ミラーリング素子はビームスプリッティングプリズムの反射側を有する。
【０００８】
その結果、比較的コンパクトなトランシーバが得られる。
【０００９】
本発明によるトランシーバの1つの実施例において、ビーム形成器によって生成されるビームが入射する反射面及び／又は入射面は、湾曲している。
【００１０】
その結果、ビーム形成器によって形成されるビームは、ビームスプリッティングプリズムの湾曲した表面によって、光ファイバの入射面とセンサとの両方に、追加の光学素子なしで、又は、集束のための比較的単純な光学素子を用いて、比較的コンパクトな装置で集束される。
【００１１】
本発明によるトランシーバの他の実施例において、前記位置感知センサは複数の別個のセンサ素子を有し、前記別個のセンサ素子の各々は、それぞれのセンサ素子に入射するビームの強度に大きさが依存する出力信号を送出し、いかなるセンサ素子の最大寸法も、最大でも、前記センサ素子の位置における前記光ファイバによって出力される前記ビームの回折限界スポットの直径の半分に等しく、前記センサのセンサ素子を備えた部分の直径の寸法が、前記光ファイバによって出力される前記ビームの直径よりも大きく、前記位置感知センサは、前記各センサ素子からの前記出力信号の大きさを決定する手段を更に有する。
【００１２】
これは、極めて小さい寸法、従って非常に小さいキャパシタンスを有するセンサ素子によって、センサ上のビームの位置を決定することを可能にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ここで、添付の図面を参照して更に詳細に説明される。図1において、参照番号1は、ビーム2を出力する光ファイバを示す。出力されたビーム2は、センサ3に当たる。センサ3はセンサ素子4a、4b、4c及び4dを有し、これらはビーム2の反転を感知する。多くの場合、センサ素子4a〜4dの各々はフォトダイオードであり、入射放射線に応答してキャパシタ素子内の電位差を与える。センサ素子の表面積が大きいほど関連したキャパシタンスは大きくなる。関連したキャパシタンスを可能な限り低く保持して、変調ビーム2の形の信号を最高変調周波数で処理することを可能にすることが望ましい。従来技術のセンサは、センサ4a〜4d(以後センサ4とも呼ばれる)について、当該センサに関連したキャパシタンスの関連で最小の寸法を用いることと、他方で、光ファイバ1の一端のセンサ3に対する容易な機械的位置決めを可能にするために、最大寸法を有することとの間の妥協点を見付けようとする。センサ3が大きいほど、光ファイバ1の端がセンサ3に対して位置決めされるべき機械的精密さに対する要件は厳しくなくなる。
【００１４】
センサ3は、多数の高感度センサ素子4を有する(図3を参照のこと)。センサ素子4aのピクセルの直径の寸法は、矢印aによって示される。光ファイバ1からのビーム2は、好適には、直径の寸法aと同じくらい小さな直径を有する。しかしながら、光ファイバ1の開口数によって決定される直径よりも小さい直径を有するスポットを得ることは可能でない。光ファイバ1を通じて伝送されると共に前記光ファイバ1をビーム2として出射するビームの波の特性に基づくと、達成可能な最小のスポットサイズは、回折限界スポットサイズである。
【００１５】
センサ素子の直径の寸法aは、センサ3のビーム2の回折限界スポットの直径の半分より小さい。このようにして、多くのセンサ素子4にビーム2が当たる。回折限界直径を有するスポットは、図3の参照番号5によって概略的に示される。
【００１６】
ビーム2に存在する光信号を電気信号、磁気信号又は温度信号等の他の種類の信号に変換するセンサ3に対して光ファイバ1を正確に整列することに関する主要な問題は、光ファイバ1の端の、センサ3に対しての永久的に正確な整列の必要性である。この整列は、機械的衝撃及び振動を受ける。このような衝撃及び振動は、両矢印bによって概略的に示されているように、ビーム2及びセンサ3を互いに対して移動させる。本発明の枠内においては、従来技術のように、振動及び衝撃の発生を可能な限り防止するということは試みられず、代わりにセンサ3を、ビーム2のセンサ3に対する移動がセンサ3によって送出される信号に対して悪影響を有しないように設計することが試みられた。
【００１７】
図3において、参照番号6及び7は、センサ3の位置におけるビーム2の寸法を例示により2つの位置に示す。ビーム6及び7の直径の寸法が、最小でも回折限界スポット5の対応する直径の寸法と同じ大きさであることは、理にかなっている。
【００１８】
図2は、種々のセンサ素子4a〜4dからの出力信号が、供給手段9を介して処理回路8に供給される態様を示す。この供給手段9は、センサ3の各センサ素子4からの出力信号の全ては処理装置8に供給しないように構成される。これを可能にするために、供給手段9は調整可能である。更に、センサ3のセンサ素子4からの出力信号に依存して供給手段9の調整を制御する調整手段10が示される。センサ3のセンサ素子4からの出力信号は、ライン11を介して供給手段9の入力に供給される。ライン12を介して同出力信号が調整手段10の入力に供給される。
【００１９】
調整手段10は、各センサ素子4について、その瞬間にライン11に存在する当該センサ素子からの出力信号が、供給手段9によってライン14を介して処理装置8に供給されるべきかされないべきかを決定する信号を、後述する態様でライン13を介して送出するように構成される。調整手段10は、ライン12を介して調整手段10に入る信号の大きさを決定するための手段15を有する。そのために、前記手段15はしきい値回路16を有する。ライン12上の出力信号の大きさに依存して調整手段10からの出力信号がライン13に存在し、この調整手段10は、ライン11上の供給手段9の入力に存在する前記出力信号をライン14を介して処理装置8に中継するように供給手段9を調整する。
【００２０】
それ自体は既知である制御装置17(図3を参照)は、センサ素子4を読み取るように構成される。この読み取りが起こる速度は、ビーム2の変調の正確な追従を可能にするのに十分なほど高い。
【００２１】
センサ素子4によってカバーされる領域が、参照番号6及び7によって示されるようなビーム2の直径より大きい(直径の寸法cを参照)ので、円6及び7に含まれる領域内のセンサ素子4のみが、それぞれ、ライン11及び12上にゼロでない出力信号を誘導する。他の全てのセンサ素子4は、ゼロ信号を誘導し、ライン14上の信号に寄与しない。従って、ビーム2が毎回改めて当たらないセンサ素子4を読み取ることは、あまり意味がない。調整手段10は、ライン18を介して制御装置17に結合されている。調整手段10は、どのセンサ素子4がゼロ信号を誘導するか、従ってセンサ素子4の規則的な読取に含まれる必要がないか、について前記ライン18を介して制御装置17に知らせる。センサ3に対するビーム2の前記移動に追従することができるためには、ビーム2が当たるセンサ素子4のみが(好適には前記素子の周りのセンサ素子の円も)毎回改めて読み取られればよい。
【００２２】
センサ3上の限られた数のセンサ素子4のみを読み取るための上記の制御装置17の調整は、センサ素子4が読み取られるたびに行われてもよいが、代わりにこれは、ある期間ごとに行われてもよく、この後制御装置17の調整は多くの読取りの間変化されない。ライン18を介した制御装置17の再調整は、制御装置がナイキスト判定法によるセンサ3に対するビーム2の移動の周波数に追従することが可能であるような更新周波数でのみ起こればよい。即ち、制御装置17が調整手段によってリセットされる所定の時点間の期間は、センサ3に対するビーム2の移動の最も高い周波数の期間の半分より小さい。調整手段10は、この目的のためにタイマー手段20を備えてもよい。図3は、センサ3を有し、更に、制御装置17、調整手段10及び供給手段9を有する集積回路21を概略的に示す。制御装置17及び／又は調整手段10及び／又は供給手段9は、必ずしもセンサ3と同じ集積回路上に構成される必要があるわけではない。
【００２３】
前述において、調整手段10は、センサ3のセンサ素子4からの出力信号の一部がライン13上の信号に変換され、出力信号の他の一部が変換されないように構成されると説明された。この結果、供給手段9は当該の出力信号をライン11からライン14へ中継する。代わりに、最も強い出力信号、例えば電気信号の場合であれば電流又は電圧等が最大振幅を有するような信号だけを、ライン11からライン14に供給することが可能である。
【００２４】
上記した態様で、ある時点でのビーム2からの変調信号を表す、最終的にライン14上に乗せられる信号は、センサ3に対するビーム2の如何なる動きにも独立して存在することになる。更に、調整手段10を介して、最も強い出力信号だけがライン14に供給されるように構成されることができる。
【００２５】
調整信号をライン18を介して制御装置17に供給して、ビーム2のセンサ3に対する機械的移動が信号損失に至る前に新しい調整が得られるようにすることによって得られる効果は、読み取られるセンサ3のセンサ素子4に対してのビーム2の動的で連続的な整列が起こるということである。
【００２６】
供給手段9は、多数決装置22を含んでもよい。センサ3の読取りごとにライン14に供給される複数のセンサ素子4からの出力信号の場合、読み取られるセンサ素子4のうちの多数によって示されるような信号を中継することが有利であり得る。場合によっては、種々の出力信号の重み付けを行ってもよい。ビーム直径7の中心近くの位置のセンサ素子4からの出力信号には、ビーム直径7の端近く又は端を僅かに越えた場所に配置されたセンサ素子4からの出力信号よりも、大きな重みを割当ててもよい。
【００２７】
センサ3に対するビーム2の整列もまた、所定の時点での光ファイバ1を介した所定の信号の送信を通じて所定の時点で起こってもよく、光ファイバ1から生じるビーム2に対してどのセンサ素子4がどのような態様で応答するかを検知する。
【００２８】
図4は、トランシーバ30を示す。受信モードにおいて、ビーム2は光ファイバ1により出力されセンサ31に当たる。送信モードにおいて、ビーム形成器32(それ自体は既知である)はビーム33を形成し、このビームは、適切な集束手段及び半透明素子35(それら自体は既知である)を介して光ファイバ1の入射面36上へ集束される。
【００２９】
前述においてはビーム2のセンサ31との整列のみが説明されたが、今回は光ファイバ1によるビーム33の整列も考慮する。そのために、トランシーバ30は、半透明素子35、反射素子37、二次元位置感知センサ31、制御手段38及びビーム33を移動するためのビーム移動素子39を有する。
【００３０】
最初に、ビーム2は光ファイバ1からセンサ31に向けられる。これは、ビーム2が当たるセンサ31の(図4の面及び図4の面に垂直な面内の)位置に関する情報を提供する。この情報は、中でも、センサ31の制御装置38へのライン40で利用可能である。制御装置38は、以下で更に詳細に説明されるように、当該情報が更に処理されるために記憶されることができるメモリ部分を有する。続いて、ビーム形成器32は集束装置34を介して半透明素子35の方向にビーム33を送信する。この素子35において、ビーム33は光ファイバ1の方向のビーム41と、ミラー37の方向に直進するビーム42とに分割される。本実施例において、ミラー37は、ビーム42を矢印の端43により示されるように来た方向に反射する平らなミラーである。このときミラー37によって反射される放射線の一部は、半透明素子35によってセンサ31の方向にビーム44として反射される。ビーム44がセンサに当たる位置の座標がライン40を介して制御装置38に中継されることは、ビーム44についてもあてはまる。従って制御装置38は、ビーム2がセンサ31に当たる位置及びビーム44がセンサに当たる位置の両方を「知る」ことになる。ビーム44がビーム2と正確にほぼ同じ位置でセンサ31に当たることを保証するために、センサ31上のビーム2と44との間の位置の差から、当業者に既知である適切なソフトウェアによって、ビーム33がどの方向及びどの程度ビーム移動素子39によって移動されるべきかが、単純に計算されることができる。ビーム44がビーム2と同じ方向に伸びるため、ビーム41もビーム2と同じ方向に伸びる。従って、ビーム41はビーム2が出射する正確な位置で光ファイバ1の表面36に当たり、ビーム44がビーム2と正確にほぼ同じ位置でセンサ31に当たることを保証する。このように、光ファイバ1とのビーム形成器32の優れた整列が単純且つ非機械的な態様で得られる。
【００３１】
好適には、ビーム移動素子39は、2つの異なる方向にビームを移動することができる電気的に駆動可能なビーム移動素子39a及び39bから成り、好適にはこれらビーム移動素子は互いに垂直に延在する。例えば、このような装置は、それ自体既知である異方性の複屈折の光板によって形成される。このような光板は、印加される電界の値に依存する限度で、自身に平行に入射ビームを移動する。また、上述したもの以外の駆動可能なビーム移動素子が、本発明の枠組内で用いられてもよい。唯一の条件は、出射するビームの位置及び/又は方向が、供給されるべき信号(電気、機械、圧電、熱等)に応じて、入射ビームの位置又は方向と異なるようになるということである。
【００３２】
装置の機械的精度を強化するために、ビームスプリッティングプリズムが半透明素子35として用いられてもよい。
【００３３】
更に、より高い精度を得る目的で、図5に示すように反射素子37がビームスプリッティングプリズム35の水平表面に配置されていてもよい。
【００３４】
より高い精度を得て且つ集束装置34に課される光学的要件を緩和するために、例えば、ビーム44の長さがビーム41の長さと異なる場合、反射素子37が構成されるビームスプリッティングプリズム35の1つの表面は、湾曲していてもよい。凹状の反射素子37が一例として図6に示される。状況によっては凸状の反射素子37を設けることも望ましいかもしれない。
【００３５】
更に精度を高め且つ集束装置34に課される要件を緩和するために、ビーム33が入射するビームスプリッティングプリズム35の1つの表面は、湾曲していてもよい。この全ては図7中に概略的に示されている。
【００３６】
装置の頑丈さを向上させるために、半透明素子35(例えばビームスプリッティングプリズム35)は、センサ3上に構成されてもよい。
【００３７】
反射素子37に湾曲を設けること及び／又は半透明装置35のビーム33の入射面上に湾曲を設けることが、ビーム形成器によって送信され得る望ましくない波長の寄生共振空洞の形成防止を助けることができることに注意されたい。
【００３８】
必須ではないが好適には、二次元位置感知センサ31は、図1〜3を参照して説明されるセンサである。
【００３９】
種々の実施例及び修正が、上記を読んだ当業者にとっては明らかである。このような実施例及び修正例の全ては本発明の範囲内であるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による光ファイバ及びセンサを概略的に示す。
【図２】  センサから処理回路に信号を供給するための本発明による回路を概略的に示す。
【図３】  図2による集積回路を概略的に示す。
【図４】  光ファイバと協働するトランシーバを概略的に示す。
【図５】  ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【図６】  ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。
【図７】  ビームスプリッティングプリズムのある実施例を示す。