(57)【要約】捕捉装置は、大出力の光源が必要、または、走査動作と捕捉動作とを双方の装置で交互に行わなければならないという問題があった。  本発明の捕捉装置は、外部からのビームを受信ビームとして受信する光受信器と、前記受信ビームを前記光受信器に導く捕捉動作を行う受信ビーム捕捉部と、外部に送信するための送信ビームを生成する光送信器と、前記送信ビームに走査動作を行わせる送信ビーム走査部と、前記受信ビームの入射と前記送信ビームの出射が同一端子である光サーキュレータを備えたことを特徴とする。
2011007658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からのビームを受信ビームとして受信する光受信器と、
前記受信ビームを前記光受信器に導く捕捉動作を行う受信ビーム捕捉部と、
外部に送信するための送信ビームを生成する光送信器と、
前記送信ビームに走査動作を行わせる送信ビーム走査部と、
前記受信ビームの入射と前記送信ビームの出射とが同一端子である光サーキュレータを備えることを特徴とする捕捉装置。
【請求項２】
前記送信ビーム走査部は、前記受信ビームの捕捉動作の期間中の少なくとも一部で前記送信ビームに走査動作を行わせることを特徴とする請求項１に記載の捕捉装置。
【請求項３】
前記送信ビーム走査部は、前記送信ビームの光行差補正動作を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の捕捉装置。
【請求項４】
前記光行差補正動作は、前記受信ビームの光軸に対する光行差の方向と、前記送信ビームの光軸の方向との差分を基に行われることを特徴とする請求項３に記載の捕捉装置。
【請求項５】
前記送信ビーム走査部は、
前記送信ビームを所定の角度を移動させて走査動作を行う粗走査部と、
前記粗走査部に用いて移動する角度より狭い角度で前記送信ビームを移動させて走査動作を行う精走査部と
を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の捕捉装置。
【請求項６】
前記光サーキュレータの前記同一端子における前記送信ビームの光軸は、前記受信ビームの光軸に対して、光行差及び最大走査角のうちのどちらか大きい角度以内となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の捕捉装置。
【請求項７】
前記受信ビーム捕捉部は、受信ビーム粗捕捉部と、前記受信ビーム粗捕捉部より高速に動作する受信ビーム精捕捉部とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の捕捉装置。
【請求項８】
前記送信ビーム走査部の可動範囲が、前記受信ビーム精捕捉部の可動範囲と同一又はより広いことを特徴とする請求項７に記載の捕捉装置。
【請求項９】
外部からのビームを受信ビームとして捕捉し、
前記捕捉ステップとは独立して、外部に送信するための送信ビームに走査する
ことを特徴とする捕捉方法。
【請求項１０】
外部からのビームを受信ビームとして捕捉する捕捉処理と、
前記捕捉処理とは独立して、外部に送信するための送信ビームに走査動作を行わせる走査処理と
をコンピュータに実行させることを特徴とする捕捉プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捕捉装置、捕捉方法、及び、捕捉プログラムに関し、特に、光通信における通信ビームの捕捉装置、捕捉方法、及び、捕捉プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を使用した通信として、光ファイバを使用した光ファイバ通信が知られている。光ファイバ通信は、低損失の光ファイバと半導体レーザとを使用し、長距離通信網として発展している。しかし、光ファイバ通信では、光ファイバの損失、及び、波長分散などのため、通信距離が１００ｋｍ程度までに制限されている。
このような光ファイバに対し、自由空間、特に宇宙空間は、光の吸収・散乱・分散などの少ない良質な通信路となる。この自由空間を通信路として使用した光通信技術は、地球周回軌道上の人工衛星相互間での通信、或は、人工衛星と地上局との間の通信など、数千ｋｍから数万ｋｍの距離での通信を実現することが出来る。
自由空間を通信路として使用する通信には、光通信のほかに、マイクロ波を使用したマイクロ波通信がある。ところで、通信に使用される光やマイクロ波などの電磁波のビームの広がり角は、使用される電磁波の波長に比例する。光の波長は、数百ｎｍであり、衛星通信に使用されるマイクロ波の波長（１ｍｍ〜０．１ｍ）の数千分の１から数十万分の１程度と非常に短い。このため、マイクロ波通信に対し、光通信では、使用するビームを狭く絞り込むことができ、相手装置に到達した通信ビームのエネルギー密度も高くなり、エネルギー効率のよい通信システムを構築することができる。
このように、光通信は、エネルギー効率のよい通信システムを構築できるが、ビームの広がり角が狭いため、高い精度のビーム方向の合わせ込みが必要となる。
さらに、光通信では、通信距離が長いため、振動などに基づく通信装置のわずかな位置や角度の変動を原因として、通信先でのビームが大きく変位し、例え地球静止軌道上の人工衛星同士であっても、ビームの方向を固定したままでは、長距離の光通信を維持することが難しい。
そのため、光通信の捕捉装置は、通信相手の方向の変化や自装置の変位に応じて相手を追尾するための追尾機構を備えて、通信を維持している。
また、静止衛星と地球周回軌道上を移動する人工衛星との通信、地球周回衛星同士の通信、あるいは地球周回衛星と地上局との通信などでは、通信相手が、通信可能範囲に現れたり外れたりするため、通信相手を見つけ出す捕捉動作も必要となる。
このため、自由空間を使用した光通信の捕捉装置は、通信相手を見つけだすための捕捉動作を行う捕捉機構と、移動していく相手に追従する追尾機構とを備えている。
特に、人工衛星と地上局との通信などでは、１８０°近い半天範囲の移動と、１°未満の数千ｋｍ先の装置への方向合わせといった、異なる二つの要求に対応することが必要となる。このような要求を１つの機構で実現することは、難しい。そこで、一般的に用いられている光通信の捕捉装置では、可動範囲が大きいが動作速度が遅い粗捕捉機構部と可動範囲は狭いが応答速度が速い精捕捉機構部とを備えて実現している。（例えば特許文献１および２参照。）
ところで、捕捉装置は、通信相手の方向を、相手からの受光ビームを使用して求める。また、捕捉装置は、その受光ビームから求めた相手の方向を基に、自装置からの送信ビームを送り出している。しかし、光通信は通信距離が長いため、たとえ高速の光ビームを使用していても、相手がビームを出射してから、こちらのビームが相手に届くまでの間に、相手の位置が変化してしまう。そのため、送信ビームの送り出す方向は、受信ビームから求めた相手方向を基に相手の位置変化を考慮した補正が必要となる。この受信ビームと送信ビームとの方向の差の角度を光行差と呼び、送信ビームの光行差を補正するために、光行差補正機構を備えた光通信の捕捉装置が用いられている。（例えば特許文献３参照。）
このような構成を備えた通信装置の捕捉装置は、通信を行うために、最初に相手の方向を見つけ出す捕捉動作を行う。
衛星の軌道上の大まかな方向などは、ある程度前もって予測することは出来る。しかし、通常の通信に使用されるビームの広がり角は狭いため、ビームの広がり角程度の精度で通信相手の方向を予想することは難しい。そのため、相手方向を見つけ出す捕捉動作が行われている。
この捕捉動作として、例えば、通信ビームに比べ、出力パワーが大きく広がり角も大きいビーコン光を利用した捕捉動作を行うものがある。（例えば特許文献４参照。）
図８に一般的に用いられるビーコン光を用いた捕捉装置の一例を示す。
捕捉される側の捕捉装置８は、ビーコン光学系５１から広がり角が広いビーコン光を照射する。ここにおけるビーコン光は、捕捉する相手側がいると予測される角度範囲を含む広がり角を備えている。また、ビーコン光は、通常の通信に使用されるビームなどに比べ、かなり広い広がり角で照射される必要があり、且つ、そのビーコン光が相手に届いたときに所定のエネルギー密度を確保するため、高出力の光学系が必要となる。ビーコン光学系５１から出力されたビーコン光は、相手装置（図示せず）に照射されるが、その際、光アンテナ５２および粗捕捉機構部１１を用いて相手装置に向けて十分な広がり角を保ったビーコン光として照射される。
捕捉動作を行う側の捕捉装置８の捕捉コントローラ５３は、まず、粗捕捉制御信号３４を用いて粗捕捉機構部１１を相手の予測方向に合わせる。一方、捕捉コントローラ５３は、精捕捉制御信号３５を用いて精捕捉機構部１２を初期方向に向くように設定する。この状態で、捕捉コントローラ５３は、相手装置からのビーコン光を待つ。相手装置からのビーコン光は、粗捕捉機構部１１、光アンテナ５２、精捕捉機構部１２およびビームスプリッタ１６を介して、捕捉センサ３２で受光される。十分な広がり角と強度とをもつビーコン光であれば、そのようなビーコン光を常に捕捉センサ３２で受光することが出来る。捕捉センサ３２は、受光したビーコン光の方向を示す捕捉センサ信号３３を捕捉コントローラ５３に出力する。捕捉コントローラ５３は、捕捉センサ信号３３からの精捕捉制御信号３５を使用して、ビーコン光の中心が捕捉センサ３２の中心となるように、精捕捉機構部１２の向きを制御する。なお、捕捉コントローラ５３は、必要に応じて粗捕捉制御信号３４を用いて粗捕捉機構部１１を動作させることが可能である。
これに対し、捕捉コントローラ３１は、送信ビームを走査させて捕捉動作を行うこともできる。
なお、送信側の装置の送信ビームは、受信側の装置においては受信ビームとなる。以下の説明では便宜上、煩雑さを避けるため、どちらも走査ビームと言う場合もある。
図９に一般的に用いられる走査ビームを使用した走査動作の一例を示す。
この例の場合、片方の装置（図９の装置Ｘ）は、可動範囲全体を、走査ビームを用いて走査し、その走査ビームを相手側の装置（図９の装置Ｙ）で検出して捕捉動作が行われる。装置Ｙが行う捕捉動作は、必ずしも１回の装置Ｘの走査動作で終了となるわけではない。そのため、装置Ｘの走査動作は、複数回繰り返すことが必要となる。
装置Ｙの捕捉動作が終わった段階で、今度は装置Ｙが走査ビームを使用した走査動作を行い、装置Ｘが捕捉動作を行う。なお、この段階では装置Ｙの捕捉動作が終わっているため、装置Ｙからの走査ビームは、必ず装置Ｘに到達する。そのため、装置Ｘが行う捕捉動作は、装置Ｙの捕捉動作に比べ短い時間で終了する。
しかし、このような捕捉装置では、狭い走査ビームを用いて走査範囲全体を複数回走査することが必要となるため、走査動作に長い時間が必要となり、その結果、相手装置での捕捉時間も長くなる。
そこで、捕捉時間を短縮するため、図１０に示すような、走査動作と捕捉動作とを双方の装置で交互に行う方式を採用した捕捉装置が用いられる。
図１０に示す捕捉装置における捕捉方法では、まず、片方の装置（図１０の装置Ｘ）が、走査ビームの走査動作（走査１）を行う。その走査動作に対して、相手側装置（図１０の装置Ｙ）が、捕捉動作を行う。装置Ｙは、この捕捉動作に基づいて自装置（装置Ｙ）における走査範囲をある程度絞り込むことができる。装置Ｙは、その絞り込んだ範囲での走査動作（走査２）を行う。
装置Ｘは、装置Ｙが行う走査２に対して捕捉動作を行い、捕捉動作が終わると、今度は装置Ｘが、同様に装置Ｙに対して走査範囲を絞り込んだ走査２を行う。装置Ｙは、装置Ｘが行う走査２に対する捕捉動作を行う。装置Ｙは、走査２を用いて、走査１より正確な相手方向の検出ができ、さらに走査範囲を絞り込むことも出来る。
このように走査範囲を絞り込みながら、相互に相手装置の方向を絞り込んでいくため、図９を参照して説明した捕捉装置における捕捉動作に比べ、図１０を参照して説明した捕捉装置は、捕捉時間の短縮した捕捉動作を実現している。
なお、このような捕捉装置では、送信ビームと受信ビームとのズレを少なくするため、光軸を共軸とすることも行われている。（例えば、特許文献５を参照。）
【特許文献１】特許第２５１８０６６号公報（特開平０３−１５２４９０）
【特許文献２】特開２００１−２０３６４１号公報
【特許文献３】特開平０７−３０７７０３号公報
【特許文献４】特開平１０−２３３７３８号公報
【特許文献５】特開平０２−１８０３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した特許文献４の捕捉動作にビーコン光を用いる捕捉装置では、ビーコン光用として大出力の光源が必要となるという問題があった。
また、図１０に示した捕捉装置では、それぞれの装置が、走査動作と捕捉動作とを交互に行わなければならないという問題があった。
本発明の目的は、上述の問題を解決し、捕捉動作の時間を短くすることができる捕捉装置、捕捉方式、及び、捕捉プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の捕捉装置は、外部からのビームを受信ビームとして受信する光受信器と、前記受信ビームを前記光受信器に導く捕捉動作を行う受信ビーム捕捉部と、外部に送信するための送信ビームを生成する光送信器と、前記送信ビームに走査動作を行わせる送信ビーム走査部と、前記受信ビームの入射と前記送信ビームの出射が同一端子である光サーキュレータとを備えることを特徴とする。
本発明の捕捉方法は、外部からのビームを受信ビームとして捕捉し、前記捕捉ステップとは独立して外部に送信するための送信ビームに走査することを含むことを特徴とする。
本発明の捕捉プログラムは、外部からのビームを受信ビームとして捕捉する捕捉処理と、前記捕捉処理とは独立に外部に送信するための送信ビームに走査動作を行わせる走査処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の捕捉装置、捕捉方式、及び、捕捉プログラムは、走査動作と捕捉動作とを同時に実行することに基づき、ビーコン光を使用せずに、短時間に捕捉動作を完了できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の走査範囲とセンサの検出領域とを示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の動作の状態遷移図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の走査動作のシーケンス図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の送信ビームの走査経路の図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る捕捉システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】一般に用いられる捕捉装置の構成を示すブロック図である。
【図９】一般に用いられる捕捉装置の捕捉動作の第１のシーケンス図である。
【図１０】一般に用いられる捕捉装置の捕捉動作の第２のシーケンス図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の送信ビームの走査経路を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の動作の状態遷移図である。
【符号の説明】
【０００７】
１  捕捉装置
２  捕捉システム
３  制御装置
４  捕捉装置
６  捕捉装置
８  捕捉装置
１１  粗捕捉機構部
１２  精捕捉機構部
１３  光受信器
１４  偏光ビームスプリッタ
１５  光アンテナ
１６  ビームスプリッタ
１７  ファイバコリメータ
１８  光ファイバ
１９  粗捕捉機構部
２１  光行差補正機構部
２２  光送信器
２３  ビームスプリッタ
２４  ファイバコリメータ
２５  光ファイバ
２６  光行差スイッチ
３１  捕捉コントローラ
３２  捕捉センサ
３３  捕捉センサ信号
３４  粗捕捉制御信号
３５  精捕捉制御信号
３６  走査制御信号
３７  スイッチ制御信号
４１  光行差コントローラ
４２  光行差センサ
４３  光行差センサ信号
４４  光行差制御信号
５１  ビーコン光学系
５２  光アンテナ
５３  捕捉コントローラ
６１  走査コントローラ
６２  粗捕捉スイッチ
６３  捕捉コントローラ
６４  走査コントローラ制御信号
６５  走査動作情報
６６  粗捕捉スイッチ制御信号
６７  粗走査制御信号
６８  精走査制御信号
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
最初に、本発明の第１の実施形態の構成および動作について図１〜５を参照して説明する。
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る捕捉装置１の構成について説明する。
相手装置から受け取る受信ビームに関係する構成について説明する。
粗捕捉機構部１１は、捕捉コントローラ３１からの粗捕捉制御信号３４に制御されて、相手から受け取った受信ビームの方向の粗調整を行い、粗調整後の受信ビームを光アンテナ１５に導く。
光アンテナ１５は、入射した受信ビームのビーム径を絞り、精捕捉機構部１２に送る。精捕捉機構部１２は、捕捉コントローラ３１からの精捕捉制御信号３５に制御されて、光アンテナ１５から受けた受信ビームの方向の精密調整を行い、精密調整後の受信ビームを偏光ビームスプリッタ１４に送り出す。
偏光ビームスプリッタ１４は、光サーキュレータとして働く。光サーキュレータの光路としては、いろいろな角度のものが想定されうるが、本実施形態の説明では、受信ビームの光軸を変更せずにビームスプリッタ１６に送る光路としている。
ビームスプリッタ１６は、受信ビームの一部を捕捉センサ３２に送り、残りをファイバコリメータ１７に送り出す。
ファイバコリメータ１７は、受信ビームを集光して光ファイバ１８に導く。光ファイバ１８は、集光された受信ビームを光受信器１３に送る。光受信器１３は、受け取った受信ビームから受信データを取り出し、図示しない上位装置などに出力する。
捕捉センサ３２は、図示しない内蔵する光センサなどを用いて、入射した受信ビームの方向を検出し、ビームの方向を示す捕捉センサ信号３３を捕捉コントローラ３１に出力する。
次に相手装置に送り出す送信ビームに関係する構成について説明する。
光送信器２２は、図示しない上位装置などから送信データを受け取り、その送信データを基に送信光を発生し、光ファイバ２５に送り出す。光ファイバ２５は、受け取った送信光をファイバコリメータ２４に導く。ファイバコリメータ２４は、送信光を送信ビーム（平行ビーム）に変換して、光行差補正機構部２１に導く。
光行差補正機構部２１は、送信ビームの光軸の方向を変更するものである。詳細な動作は後述するが、光行差補正機構部２１は、捕捉コントローラ３１からの走査制御信号３６、又は、光行差コントローラ４１からの光行差制御信号４４に制御されて、送信ビームの方向を変更し、ビームスプリッタ２３に導く。
ビームスプリッタ２３は、導かれた送信ビームの一部を光行差センサ４２に導き、残りを偏光ビームスプリッタ１４に導く。
光行差センサ４２は、受け取った送信ビームから、送信ビームの方向を示す光行差センサ信号４３を作成し、光行差コントローラ４１に出力する。
偏光ビームスプリッタ１４は、入射した送信ビームを、その光軸の向きを変更して精捕捉機構部１２の方向に導く。
精捕捉機構部１２は、入射した送信ビームを光アンテナ１５に導き、光アンテナ１５は、送信ビームを、その径を拡大して粗捕捉機構部１１に導く。粗捕捉機構部１１は、入射した送信ビームを相手装置に照射する。
このような構成に基づき、本実施形態に係る捕捉装置１は、受信ビームに係る光学系とは独立に、送信ビームの走査動作を行うことができる光学系を構成している。この構成を備えることに基づき、本実施形態に係る捕捉装置１は、受信ビームを用いた捕捉動作と送信ビームを用いた走査動作とを同時並行に行うことができる。
さらに、本実施形態に係る捕捉装置１は、光行差補正機構部２１からの送信ビームを受ける偏光ビームスプリッタ１４を用いて、送信ビームを精捕捉機構部１２に導く構成となっている。つまり、本実施形態に係る捕捉装置１は、偏光ビームスプリッタ１４が、受信ビームを入射する端子と送信ビームを出射する端子とを同一とする光サーキュレータとして働くように構成されている。このような構成とすることに基づき、本実施形態に係る捕捉装置１は、受信ビームと送信ビームとを略同一光軸とすることができる。
後述するように、捕捉動作中や追尾動作中などにおいて、粗捕捉機構部１１及び精捕捉機構部１２を含む受信ビームに関係する光学系は、受信ビームを基に相手装置の方向を向いている。そのため、本実施形態に係る捕捉装置１は、粗捕捉機構部１１及び精捕捉機構部１２を使用して送信ビームを照射するとの構成に基づき、送信ビームも相手装置の方向に照射する構成となっている。つまり、捕捉装置１は、後述する光行差補正機構部２１を用いた走査動作や光行差補正動作において、送信ビームの光軸が、受信ビームの光軸に対して、各動作（走査動作または光行差補正動作）の最も大きくなる角度までしかずれない構成となっている。（以下、走査動作の最大角を最大走査角と言う。）
このような構成に基づき、本実施形態に係る捕捉装置１は、数千ｋｍも離れた装置との通信においても、相手装置の方向から来る受信ビームを基にした捕捉動作と同時並行に、送信ビームを用いた走査動作を行うことが出来る。
最後に、コントローラ関係の構成について説明する。
捕捉コントローラ３１は、捕捉センサ信号３３などを基に、捕捉装置１の各部を制御する。具体的には、捕捉コントローラ３１は、粗捕捉制御信号３４を用いて粗捕捉機構部１１を、精捕捉制御信号３５を用いて精捕捉機構部１２を、走査制御信号３６を用いて光行差補正機構部２１を、スイッチ制御信号３７を用いて光行差スイッチ２６をそれぞれ制御している。
光行差コントローラ４１は、光行差センサ信号４３を受け取り、光行差制御信号４４を用いて光行差補正機構部２１を制御する。
光行差スイッチ２６は、捕捉コントローラ３１からのスイッチ制御信号３７を用いて制御され、捕捉コントローラ３１からの走査制御信号３６と、光行差コントローラ４１からの光行差制御信号４４とのどちらかを、光行差補正機構部２１に制御信号として送り出す。
次に、本実施形態に係る捕捉装置１の動作について説明する。
まず、相手が捕捉動作を行う場合における、送信ビームを使用した走査動作から説明する。
捕捉コントローラ３１は、走査制御信号３６を使用して、光行差補正機構部２１を制御し、光送信器２２からの送信ビームを走査させ、走査動作を行う。この走査動作を実行するため、捕捉コントローラ３１は、まず、スイッチ制御信号３７を用いて、光行差スイッチ２６を切替えて、捕捉コントローラ３１が出力する走査制御信号３６が光行差補正機構部２１に入力するように設定する。その後、捕捉コントローラ３１は、走査制御信号３６を用いて、光行差補正機構部２１が所定の走査範囲を予め決まった速度及び走査経路で動くように制御し、それに基づき相手に送り出す光送信器２２からの送信ビームの方向を変更して、走査動作を行う。
続いて、相手が走査動作を行っている場合の、捕捉装置１が行う捕捉動作について説明する。
捕捉コントローラ３１は、捕捉動作を開始する場合、まず、相手装置（衛星等）の存在する予定の方向などをデータベースなどから得て、捕捉開始時の大体の相手装置の存在する方向を求める。そして、捕捉コントローラ３１は、その求めた方向を基に粗捕捉制御信号３４を使用して、粗捕捉機構部１１を相手装置が存在すると予測される方向を向くように設定する。（以下、この動作をプログラム動作と言うこともある。）
次に、捕捉コントローラ３１は、精捕捉制御信号３５を使用して、精捕捉機構部１２の初期方向も設定する。本実施形態の精捕捉機構部１２の初期方向は、相手方向を検出後の可動範囲の確保などのため、可動範囲の中央を設定している。
その後、捕捉コントローラ３１は、相手装置の走査動作に基づいて送信された送信ビームが到着するのを待つ。相手装置が適切な範囲で走査動作を行えば、捕捉センサ３２は、相手装置からの送信ビームを検出することができる。捕捉センサ３２は、送信ビームを受光すると、その検出方向を示す捕捉センサ信号３３を捕捉コントローラ３１に出力する。
なお、所定の時間が経過しても送信ビームを検出できない場合、捕捉コントローラ３１は、粗捕捉機構部１１の方向を所定の角度だけ回転させて再度検出動作を行うなど、リトライ動作を行う。
捕捉コントローラ３１は、受け取った捕捉センサ信号３３を基に、送信ビームがどの方向で検出されたかを判別する。その結果に基づき、捕捉コントローラ３１は、精捕捉制御信号３５を使用して、精捕捉機構部１２を送信ビームの来た方向に向ける。
なお、捕捉センサ信号３３で検出したセンサの検出位置がかなり偏っていた場合など必要に応じて、捕捉コントローラ３１は、粗捕捉制御信号３４を使用して粗捕捉機構部１１を送信ビームの来た方向に向ける粗捕捉動作を行なってもよい。
精捕捉機構部１２を用いて行われる捕捉動作について、図２を参照してより詳細に説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る捕捉装置１の走査範囲と捕捉センサ３２の検出領域とを示す模式図である。図２の上段一連の走査範囲１００〜１０３は、送信ビームを走査させる範囲を示している。
後述するように走査動作は略同心円状に行われ、走査範囲１００は、最初の走査動作における走査範囲を示し、走査可能範囲全体となっている（第１の走査範囲）。後ほど詳細に説明するように、相手装置の存在する方向が解ると、捕捉コントローラ３１は、走査範囲を変更するが、その際、走査範囲は、走査範囲１０１〜走査範囲１０３に示すように徐々に狭められていく（第２の走査範囲〜第４の走査範囲）。
図２の下段の一連の検出領域１０４〜検出領域１０６は、捕捉センサ３２における送信ビームの受光の様子を示す。本実施形態では、捕捉センサ３２として四分割センサを使用しているが、これは一例であり、勿論これに限られるものではない。
なお、本実施形態における送信ビームの走査動作の中心（略同心円状走査の中心）は、後述のように光行差の分だけずれている。そのため、走査範囲の中心と精捕捉機構部１２の方向の中心とは、厳密には光行差の分だけずれるが、光行差自体が小さく、また、図も煩雑となるため、図２は光行差を省略した図となっている。（なお、図２の走査範囲を相手装置に届いたときの走査範囲と看做すと、光行差を考慮する必要が無くなり、走査範囲の中心と精捕捉機構部１２の方向の中心とは、図２に示した関係となる。）
まず、光行差補正機構部２１を使用した走査動作が、走査範囲全体（走査範囲１００の第１の走査範囲の円）に対して行われる。また、精捕捉機構部１２は、初期方向つまり中央（点Ａ）の方向を向いている。
第１の走査範囲に対する走査動作中に捕捉センサ３２が相手装置の走査動作で送信した送信ビームを受光する（検出領域１０４）と走査範囲の変更が発生する。この検出領域１０４の場合、捕捉センサ３２は、４分割された受光部のうちの右下の受光部で受光を検出しているので、その旨を示す捕捉センサ信号３３を出力する。
捕捉センサ信号３３を受けた捕捉コントローラ３１は、捕捉センサ３２が右下の受光部で受信ビームを受けたことを知り、相手装置の存在する方向が捕捉センサ３２の受光可能領域のうちの右下の１／４の範囲に入っていることが分る。そこで、捕捉コントローラ３１は、精捕捉機構部１２の方向を右下の範囲の中央（走査範囲１０１の点Ｂ）に向ける。（以下、精捕捉機構部１２を特定方向に向ける動作を指向動作と言うこともある。）
さらに、捕捉コントローラ３１は光行差補正機構部２１が行う走査範囲も右下（走査範囲１０１の第２の走査範囲の円）となるように変更し、走査を継続する。本実施形態では、第２の走査範囲の面積は、第１の走査範囲の面積の略１／４としている。
第２の走査範囲を走査中に、捕捉センサ３２が、次の受光を検出する（検出領域１０５）。ここでは、検出方向が、捕捉センサ３２の右上の受光部である例を示している。
捕捉コントローラ３１は、捕捉センサ３２の右上の受光部でビームを検出したことから、相手の方向が現在の走査範囲の右上にあることが分る。そこで、捕捉コントローラ３１は、先に絞り込んだ範囲（第２の走査範囲）の右上の中心（走査範囲１０２の点Ｃ）方向に精捕捉機構部１２を向ける。また、同様に、捕捉コントローラ３１は、光行差補正機構部２１が行う走査範囲も右上の範囲（走査範囲１０２の第３の走査範囲の円）となるように変更する。
第３の走査範囲の面積は、第２の走査範囲に対して略１／４であり、第１の走査範囲に比べると略１／１６となっている。
捕捉コントローラ３１は、この動作を、捕捉動作が収束したと判断できるまで繰り返す。本実施形態では、捕捉動作が収束（終了）したとの判断は、走査範囲の大きさが所定の大きさ（例えば、送信ビームの広がり角）より小さくなったときになされる。
なお、判断条件は、これに限定されるものではなく、他の判断条件を採用してもよいことは言うまでもない。例えば、捕捉コントローラ３１は、精捕捉機構部１２の指向動作での移動量が所定の長さより短くなったことを終了の条件としてもよい。
捕捉コントローラ３１は、捕捉動作が収束したと判断した場合、捕捉動作を終了し、追尾動作に移行する。
最後に、光行差補正動作について説明する。
相手装置が捕捉動作から追尾動作（周知技術のため説明は省略）に移行し走査動作が完了すると、捕捉コントローラ３１は、スイッチ制御信号３７を用いて、光行差スイッチ２６を光行差コントローラ４１からの光行差制御信号４４側に設定する。光行差補正センサ４２から光行差センサ信号４３を受けた光行差コントローラ４１は、光行差センサ信号４３から求めた送信ビームの方向と、必要な光行差を得るための方向との差を求め、その差を補正する光行差制御信号４４を作成し、光行差補正機構部２１に送る。光行差制御信号４４を受けた、光行差補正機構部２１は、送信ビームに必要な光行差となる方向を向くように送信ビームの光軸方向を設定する。
なお、必要な光行差は、例えば、粗捕捉機構部１１が使用している既に述べたデータベースなどを基に、相手装置との距離及び相手装置の移動速度などから、求めることが出来る。
このような構成に基づき光行差補正動作を行うことが出来る。
図３は、第１の実施形態に係る捕捉装置１の動作状態をまとめた状態遷移図である。
図３を参照して、各動作の状態遷移の詳細について説明する。
捕捉動作／走査動作では、粗捕捉機構部１１がプログラム動作、精捕捉機構部１２が指向動作、光行差補正機構部２１が走査動作、光行差スイッチ２６が走査動作側の設定となっている。
最初、捕捉装置１は、捕捉センサ３２を使用した相手装置の走査動作に対応した送信ビームの受光待ち状態にある（ステップＳ１０００）。
捕捉センサ３２が相手装置からの送信ビームを受光すると、捕捉コントローラ３１に指示に基づき、精捕捉機構部１２は、受光した捕捉センサ３２の受光を基に指向方向を変更し（ステップＳ１００１）、光行差補正機構部２１の走査範囲も絞り込んだ範囲に変更となる（ステップＳ１００２）。そして、捕捉コントローラ３１は、次の受光待ち状態に戻る。
捕捉センサ３２の受光が繰り返されるたびに、捕捉コントローラ３１は、同様の動作を繰り返し、精捕捉機構部１２の指向方向の変更と光行差補正機構部２１の走査領域の絞り込みとを行う。その結果、光行差補正機構部２１が行う走査動作の走査範囲が所定の範囲より狭くなり、走査動作を行わなくてもよくなった段階で、捕捉コントローラ３１は、追尾動作／光行差補正動作に移行する（ステップＳ１００３）。
追尾動作／光行差補正動作では、粗捕捉機構部１１と精捕捉機構部１２とが追尾動作、光行差補正機構部２１が光行差補正動作、光行差スイッチ２６が光行差側の設定となる。
このように、本実施形態の捕捉装置１では、光行差補正機構部２１が行う走査動作と、精捕捉機構部１２が行う捕捉動作とを同時並行して行うことができる。そして、相手からの受信ビームの受光検出に基づき、精捕捉機構部１２の指向方向の変更と、光行差補正機構部２１が行う走査動作の走査範囲の変更とが行われる。この結果、捕捉動作の時間を短くすることが出来る。この走査動作と捕捉動作とについて、図４を参照して、さらに詳細に説明する。
図４は、第１の実施形態に係る捕捉装置１の走査動作のシーケンスの模式図である。
上段が片側の捕捉装置（図４の装置Ｘ）、下段が相手側の捕捉装置（図４の装置Ｙ）の走査動作のシーケンスとなっている。
なお、図４において、横軸は時間軸となっている。上下の矢印は、相手装置の走査動作に基づく走査ビームを捕捉センサ３２で検出した時点を示し、その結果として走査範囲の変更が起きたことを示している。本説明では、最初に装置Ｘが受光した場合について説明しているが、装置Ｙが最初に受光した場合には、以下の説明での装置Ｘと装置Ｙとを相互に読み替えればよい。
また、各走査動作における走査時間は、模式的に示されており、斜線が無い部分が実際に走査動作を行った時間を示し、斜線部はその走査動作を継続した場合に必要となった走査時間を示している。斜線部分は、走査ビームを検出し、走査範囲を変更（例えば走査１から走査２に移行する場合）したため、不必要となった走査時間を表している。
また、各装置とも捕捉動作を行っているが、それぞれ走査動作と一体となっているため、図４では、説明の便宜のため、捕捉動作を省略した。
図４での動作は、次のように進んでいく。
まず装置Ｘが、装置Ｙからの走査ビームを受光する。受光を用いて装置Ｘは、走査範囲を変更（図２の走査範囲１００から走査範囲１０１に相当）する。その結果、装置Ｘは、走査１の斜線部分に対応する走査動作を省略できる。次に、装置Ｙが、装置Ｘからの走査ビームを受光し、同様に走査１から走査２に移行している。
続いて、装置Ｘが、装置Ｙからの走査ビームを受光し、走査２から走査３に移行する。このように、それぞれの装置が、並行独立に受光と走査動作の移行とを繰り返し、走査範囲が所定範囲より狭くなったら、それぞれの装置が捕捉動作を終了し、追尾動作に移行する。
本実施形態では、既に述べたように、走査範囲が受光の検出ごとに１／４となる。つまり、本実施形態では、走査ビームの検出ごとに走査範囲がほぼ１／４と、等比級数的に狭くなっていく。
本実施形態では、後述のように、走査経路として、走査ビームが重なった経路としているため、走査範囲の面積が走査時間とほぼ比例している。従って、走査範囲が等比級数的に狭くなることに応じて、走査時間も等比級数的に短くなっていくこととなる。
なお、絞り込む範囲の比率は、捕捉センサ３２を用いて絞り込まれる範囲に比例する。従って、本実施形態の四分割センサより多く分割されたセンサを使用すると、捕捉装置１は、走査範囲の等比級数列を、より早く収束する等比級数列とすることができる。
以上のように、本発明の第１の実施形態における捕捉装置１では、ビーコン光を使用しなくても、捕捉時間を短くできるという効果を得ることが出来る。
その理由は、捕捉装置１は、精捕捉機構部１２で捕捉動作を実行しながら、光行差補正機構部２１を用いた走査動作を行うことが出来る構成を用いて、捕捉動作と走査動作とを同時並行に実施できるためである。さらに、捕捉装置１は、捕捉動作において検出した受信ビームの方向を基に、精捕捉機構部１２の指向動作と、光行差補正機構部２１の走査範囲を絞り込むので、走査動作及びそれに対応する捕捉動作に必要な時間をより短くすることできるためである。
なお、もし、光行差補正機構部２１の可動範囲が、精捕捉機構部１２の可動範囲より狭い場合には、精捕捉機構部１２が行う指向動作の結果として向いた方向が、光行差補正機構部２１の走査範囲から外れてしまう可能性がある。このような場合、捕捉動作が出来なくなるため、捕捉装置１は、捕捉動作のリトライが必要となる。
そのため、光行差補正機構部２１の可動範囲は、少なくとも精捕捉機構部１２の可動範囲と同じか又はより広くしておくと、捕捉動作における無駄となる時間を削減する効果を得ることができる。
その理由は、光行差補正機構部２１が走査動作で走査する走査ビームの走査範囲が、精捕捉機構部１２が行う指向動作の範囲を必ず含むため、精捕捉機構部１２が指向動作においてどの方向を向いても、必ず走査ビームが届く範囲になるためである。
また、本実施形態では、自由空間の光通信で使用されるような長距離での通信でも走査動作と捕捉動作とを同時並行に実行できるという効果を得ることができる。
その理由は、光サーキュレータとしての偏光ビームスプリッタ１４の受信ビームの入力端子と送信ビームの出射端子とが同一であるので、相手装置からの受信ビームと相手に送る送信ビームとを略同一光軸とすることができるためである。その結果、距離が離れても、受信ビームと送信ビームとの偏差を少なくすることができるためである。
次に、送信ビームの走査経路について図５を参照して説明する。
ビーコン光と異なり、送信ビームの広がり角は、走査範囲に比べてかなり狭い。そのため、送信ビームを走査する経路としては、いろいろなものを採用することができる。
図５は、第１の実施形態に係る送信ビームの走査経路の一例である。
図５に示す走査経路２０１は、予測されている光行差補正方向（光行差補正予測位置２０３）を走査範囲２００の中心とし、その中心からスパイラル状に外側に走査した走査経路２０１の一例を示している。なお、図５のスパイラルにおいて、送信ビーム２０２が重なるような走査経路を採用しているのは、捕捉装置１の振動等に応じた送信ビーム２０２の変動を考慮したもので、マージンとして重複させている。
送信ビームの走査経路として、捕捉装置１は、図５とは逆に外周から中心に向けたスパイラルや、直線的に走査するラスター方式などを採用してもよい。
ただし、図５に示す走査経路２０１、つまり予想される光行差補正方向（光行差補正予測位置２０３）を中心とし、その中心から外周に向かうスパイラル状の走査経路２０１を用いると、捕捉装置１は、相手を見つけるまでの走査動作が短くなる可能性を高くすることが出来る。
その理由は、初期状態で相手がいる可能性が最も高い方向は、予想される光行差補正方向であり、その周辺に相手がいる可能性も高い。そのため、光行差補正方向からスタートしてその周辺を走査する走査経路が、相手装置のいる可能性が高いところを走査することができる走査経路となる。
なお、第１の実施形態では、説明の便宜上、捕捉コントローラ３１と光行差コントローラ４１とを別構成として説明しているが、１つのコントローラとして構成してもよい。その場合、捕捉装置１は、光行差スイッチ２６など、図１の各ブロックや動作内容をコンピュータのプログラムとして構成してもよい。
また、捕捉装置１は、粗捕捉機構部１１と精捕捉機構部１２とを別のコントローラとするような３つ以上のコントローラで構成してもよい。
続いて、第１の実施形態のシミュレーション結果について説明する。
図４に示された二つの装置Ｘと装置Ｙとを用いた捕捉動作のシミュレーションを行った。シミュレーションの条件として、捕捉範囲を±０．２°、送信ビームの光径を２０μｒａｄ、送信ビームの光径に対するマージンを２０％、捕捉センサ３２を４分割センサとした。検出帯域を２ｋＨｚ、走査を中心からのスパイラルとした。この条件で、捕捉動作が完了し、追尾動作に移行するまでのシミュレーションを行い、捕捉時間を求めた。なお、装置Ｘ及び装置Ｙとも同一条件とした。
本実施形態における３つのケースのシミュレーションの結果を次に示す。
第１のケースは、相手装置が必ず走査動作の最後で受光するとしたケースで、捕捉動作に最も時間がかかる最悪なケースである。この第１のケースでは、最初の走査動作に約９５秒、２回目の走査動作に約４８秒、３回目の走査動作に約１２秒かかり、捕捉動作完了までに約１５９秒となった。
第２のケースは、相手装置が捕捉範囲の中に均等な確率で存在しているとしたケースで、相手装置の方向が平均的に分布するとしたケースとなる。この第２のケースでは、１０回の試行の平均として、最初の走査動作に約４７秒、２回目の走査動作に約２２秒、３回目の走査動作に約６秒かかり、捕捉動作完了までに約７８秒となった。
第３のケースは、相手装置が捕捉範囲の中心を平均とする正規分布（ガウス分布）に沿って分布しているとしたケースで、実際の装置の動作に近いケースである。この第３のケースでは、１０回の試行の平均として、最初の走査動作に約２４秒、２回目の走査動作に約１２秒、３回目の走査動作に約３秒かかり、捕捉動作完了までに約４０秒となった。
一方、図１０の示したような走査動作と捕捉動作とを交互に行う場合の捕捉時間をシミュレーションで求めたところ、捕捉時間は、約２２２秒となった。
以上のシミュレーションの結果に基づき、本実施形態に係る捕捉装置１のおける捕捉動作は、図１０に示したような捕捉動作に比べ、短時間で捕捉動作を完了できることが示された。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、粗捕捉機構部１１が、受信ビーム及び送信ビームの方向を直接変更する構成として説明してきたが、粗捕捉機構部としては、精捕捉機構部などを搭載したテーブル装置として構成することもできる。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る捕捉システム２の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の捕捉システム２は、全体を制御する制御装置３と、精捕捉動作及び走査動作を行う捕捉装置４と、制御装置３に制御されて粗捕捉動作を行う粗捕捉機構部１９とを含んで構成されている。
制御装置３は、第１の実施形態の各コントローラと同様の制御を行う。
粗捕捉機構部１９は、制御装置３に指示に従いプログラム動作を行い、粗捕捉機構部１９に搭載された捕捉装置４の方向を変える粗捕捉動作や粗追尾動作を行う。粗捕捉機構部１９は、汎用の二軸回転テーブル装置や、ジンバル装置などを用いて構成することができるため、詳細の説明は省略する。
図７は、本実施形態の捕捉装置４の構成を示すブロック図である。説明の便宜のため、図７は要部を図示している。図７の捕捉装置４は、精捕捉機構部１２、光受信器１３、偏光ビームスプリッタ１４、光行差補正機構部２１、及び、光送信器２２で構成されている。
本実施形態の捕捉装置４では、制御装置３及び粗捕捉機構部１９を用いて、プログラム動作を使用した粗捕捉動作などが行われる。そのため、捕捉装置４としては、精捕捉機構部１２と光受信器１３とで行う指向動作並びに精追尾動作、及び、光行差補正機構部２１と光送信器２２とで行う走査動作並びに光行差補正動作を行う。なお、捕捉装置４も、光サーキュレータとしての偏光ビームスプリッタ１４を用いて、受信ビームと送信ビームとの略同一光軸を得ることが出来る。
このような構成を用い、長距離の光通信に使用される捕捉装置４は、ビーコン光を使用せずに、捕捉動作を高速化する効果を得ることが出来る。
その理由は、捕捉動作を行う精捕捉機構部１２と光受信器１３と、走査動作を行う光行差補正機構部２１と光送信器２２とを備え、捕捉動作と走査動作とを同時並行に実行できるようにしたためである。
また、送信ビームと受信ビームとの偏差を少なくするために、偏光ビームスプリッタ１４を用いて送信ビームと受信ビームとの略同一光軸を得ることが出来るためである。
また、捕捉装置４は、粗捕捉機構部１９で行う粗捕捉動作を高速化する効果も得ることが出来る。
その理由は、制御装置３を捕捉装置４とは別装置として構成したため、粗捕捉機構部１９が動かす装置が捕捉装置４となっているためである。
（第３の実施形態）
第１の実施形態では、光行差補正機構部２１を用いた走査動作について説明を行った。しかし、走査動作は、送信ビームを走査することができればよく、他の構成を使用して走査動作を実現することもできる。
また、第１の実施形態では、送信ビームの走査経路として、中心又は外周からのスパイラル状の経路について説明した。しかし、捕捉装置１は、走査経路としても、既に説明したように、別の経路を使用することが出来る。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る捕捉装置６の構成を示すブロック図である。
第３の実施形態に係る捕捉装置６は、光行差補正機構部２１に加え、粗捕捉機構部１１を使用した走査動作を行う。そのため、捕捉装置６は、走査コントローラ６１と粗捕捉スイッチ６２とを含み、これらの構成と捕捉コントローラ６３などを用いて走査動作を実現している点が、第１の実施形態に係る捕捉装置１と異なる。
従って、以下では、第３の実施形態に係る捕捉装置６の走査動作に関係する構成と動作について図面を参照して詳細に説明を行い、第１の実施形態との同様の構成及び動作についての詳細な説明は省略する。なお、図１１において図１と同じ構成に関しては、同じ番号を付してある。
捕捉コントローラ６３は、第１の実施形態に係る捕捉コントローラ３１と同様の動作を行う。さらに、捕捉コントローラ６３は、走査コントローラ制御信号６４を用いて走査コントローラ６１が行う走査動作を制御し、走査コントローラ６１から走査動作の状態を示す走査動作情報６５を受け取る。また、捕捉コントローラ６３は、粗捕捉スイッチ制御信号６６を用いた粗捕捉スイッチ６２の制御も行う。ただし、後ほど説明するように、走査コントローラ６１が光行差補正機構部２１を用いて走査動作の制御を行うため、捕捉コントローラ６３は、第１の実施形態に係る走査信号３６に相当する光行差補正機構部２１を制御するような信号を出力する必要はない。
走査コントローラ６１は、捕捉コントローラ６３から走査コントローラ制御信号６４を受け取り、走査動作の制御を行う。具体的には、走査コントローラ６１は、粗走査制御信号６７を使用して粗捕捉機構部１１の走査動作（以下、粗走査動作と言う）と、精走査制御信号６８を使用して光行差補正機構部２１の走査動作（以下、精走査動作と言う）とを制御する。さらに、走査コントローラ６１は、走査動作の状態を表す走査動作情報６５を捕捉コントローラ６３に送り出す。
光行差スイッチ２６は、第１の実施形態に係る捕捉装置１の光行差スイッチ２６と同様に、捕捉コントローラ６３に制御されて光行差補正機構部２１に制御信号を送る。光行差スイッチ２６は、入力する制御信号も第１の実施形態に係る光行差スイッチ２６と同様であるが、走査動作に使用する精走査制御信号６８を走査コントローラ６１から受け取る点が、第１の実施形態とは異なる。
光行差補正機構部２１は、光行差スイッチ２６から受け取った制御信号を基に第１の実施形態に係る光行差補正機構部２１と同様の光行差補正動作と、後ほど詳細に説明する精走査動作とを行う。
粗捕捉スイッチ６２は、捕捉コントローラ６３からの粗捕捉スイッチ制御信号６６に基づき制御され、走査コントローラ６１からの粗走査制御信号６７と、捕捉コントローラ６３からの粗捕捉制御信号３４とのどちらかを、粗捕捉機構部１１に送り出す。
粗捕捉機構部１１は、粗捕捉スイッチ６２から粗捕捉制御信号３４を受け取った場合は、第１の実施形態に係る粗捕捉機構部１１と同様の捕捉動作を行い、粗走査制御信号６７を受けた場合は、後ほど詳細に説明する粗走査動作を行う。
次に、第３の実施形態に係る捕捉装置６の走査動作について説明する。
まず、走査動作の開始のため、捕捉コントローラ６３は、粗捕捉スイッチ制御信号６６を使用して、走査コントローラ６１が出力する粗走査制御信号６７が粗捕捉機構部１１に入力するように粗捕捉スイッチ６２を設定する。さらに、捕捉コントローラ６３は、スイッチ制御信号３７を使用して、走査コントローラ６１の出力する精走査制御信号６８が光行差補正機構部２１に入力するように光行差スイッチ２６を設定する。各スイッチの設定後、捕捉コントローラ６３は、走査コントローラ制御信号６４を用いて走査コントローラ６１が行う走査動作の開始指示や終了指示などを含めた制御を行う。
走査コントローラ制御信号６４に用いての指示を受けた走査コントローラ６１は、粗走査制御信号６７を使用して粗捕捉機構部１１を、精走査制御信号６８を使用して光行差補正機構部２１を制御し、光送信器２２からの送信ビームを用いた走査動作を行う。このよう構成することに基づき、第３の実施形態に係る捕捉装置６は、二つの機構部を使用し、粗走査動作と精走査動作の２種類の走査動作が実行できるようになっている。
なお、第３の実施形態に係る捕捉装置６も、第１の実施形態に係る捕捉装置１と同様に、走査動作を行いながら捕捉動作を行っている。ただし、捕捉装置６では、粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作が行われる。つまり、精捕捉機構部１２の捕捉動作中に粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作が行われる可能性がある。そのため、捕捉装置６では、捕捉コントローラ６３が、走査コントローラ６１から走査動作の状態を示す走査動作情報６５を受け取り、精捕捉制御信号３５を用いた精捕捉機構部１２の指向動作について、粗走査動作の影響を受けないように制御を行う。この制御としては、例えば、捕捉コントローラ６３は、粗走査動作中は捕捉動作を中止するような制御や、粗走査動作完了後には粗走査動作で変更となった向きを補正した方向で指向動作を行うような捕捉動作の制御を行う。
第３の実施形態に係る送信ビームの走査経路について図１２を参照して説明する。
図１２は、第３の実施形態に係る送信ビームの走査経路の一例である。
図１２に示す走査経路は、第１の実施形態において説明したデータベースなどから得た相手装置の予測されている光行差補正方向（光行差補正予測位置２０３）を走査範囲の中心とし、その中心から略スパイラル状に外側に走査していく走査経路の一例を示している。ただし、走査経路は、走査動作の開始を走査範囲の中心とは別のところから開始するようにしてもよい。
さらに、図１２の走査経路は、走査範囲２１０を複数の領域（以下、クラスタ２１４と言う）に分割している。走査コントローラ６１は、クラスタ２１４間の送信ビーム２１２の移動に粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作を使用し、クラスタ２１４内での走査動作に光行差補正機構部２１を用いた精走査動作を使用する。ただし、このように粗走査動作と精走査動作とを実現する構成を分けているのは、説明の便宜のためであり、粗捕捉機構部１１と光行差補正機構部２１とで機能を分けずに協調して粗走査動作と精走査動作とを行っても勿論よい。
最初に、走査コントローラ６１は、粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作に基づき、送信ビーム２１２を中央のクラスタの中心、すなわち光行差補正の予測方向に向け、粗捕捉機構部１１をその方向のまま固定する。次に、走査コントローラ６１は、光行差補正機構部２１を用いて、中央のクラスタをそのクラスタの中心から外側に向かうスパイラル状に精走査動作（走査経路２１５）を行う。
中央のクラスタの精走査動作が完了したら、走査コントローラ６１は、中心のクラスタの外側に隣接するクラスタの走査動作を行う。そのため、走査コントローラ６１は、粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作（走査経路２１６）を行い、送信ビームを中央のクラスタから隣接するクラスタに移動し、そのクラスタの中央方向に粗捕捉機構部１１の向きを固定する。そして、走査コントローラ６１は、中央のクラスタと同様に光行差補正機構部２１を用いて、そのクラスタを中心から外側にスパイラル状に精走査動作（走査経路２１５）を行う。そのクラスタの走査動作が終了すると、走査コントローラ６１は、中央のクラスタに隣接する次のクラスタの走査動作を行う。中央のクラスタに隣接するクラスタの走査動作が終了すると、走査コントローラ６１は、さらに外側のクラスタの走査動作を行う。
このように、走査コントローラ６１は、略スパイラル状に中央のクラスタから外側のクラスタにクラスタを移動する粗走査動作と、クラスタ内の精走査動作とを繰り返し、走査動作を行う。
なお、走査動作中の自装置と相手側装置との相対移動のために、走査方向の変位が発生する可能性がある。そのため、第３の実施形態に係る捕捉装置６では、走査コントローラ６１がこの変位に関する情報を受け取り、走査動作における補正を行っている。この変位に関する情報は、捕捉コントローラ６３が、捕捉センサ３２からの捕捉センサ信号３３を基に走査コントローラ制御信号６４を用いて走査コントローラ６１に通知している。ただし、この変位を知るためには、必ずしも走査コントローラ６１が、捕捉コントローラ６３から情報受け取る構成とする必要はない。例えば、走査コントローラ６１が、直接捕捉センサ３２の捕捉センサ信号３３を受け取るようにしてもよい。
変位に関する情報受け取った走査コントローラ６１は、光行差補正機構部２１を用いた装置間の相対位置の変位を補正した精走査動作を行う。さらに、走査コントローラ６１は、次の粗走査動作において、移動後のクラスタの中心に対して光行差補正機構部２１で行った補正分を考慮した向きに粗捕捉機構部１１を固定する。この結果、粗走査動作に続く精走査動作において、光行差補正機構部２１は、変位が補正された中心に対して精走査動作を行うことができる。このように、第３の実施形態に係る捕捉装置６は、装置間の相対移動に基づく変位に対応した走査動作を行うことができる。
また、送信ビームの走査経路としては、必ずしも、図１２に記載の経路とする必要はない。例えば、捕捉装置６は、図１２の経路とは逆に、外周から中心に向けたスパイラルや、直線的に走査するラスター方式などを採用してもよい。さらに、捕捉装置６は、粗走査動作の経路と精走査動作の経路を別々の形状としてもよい。例えば、捕捉装置６は、粗走査動作の経路をラスター方式、精走査動作の経路をスパイラルとしてもよい。
図１３は、第３の実施形態に係る捕捉装置６の動作状態をまとめた状態遷移図である。
図１３において、各表に粗捕捉スイッチ６２の欄が追加されたこと、捕捉動作／走査動作時の粗捕捉機構部１１の動作が走査動作となっていること、及び、走査範囲の変更に粗捕捉機構部１１が加わっている点が、第１の実施形態に係る状態遷移図（図３）と異なる。これは、第３の実施形態に係る捕捉装置６において、粗捕捉機構部１１が粗走査動作を行うようにしたためである。
なお、第３の実施形態に係る捕捉装置６では、説明の便宜上、捕捉コントローラ６３と走査コントローラ６１と光行差コントローラ４１とを別構成として説明しているが、このうちの２つ、あるいは全部を１つのコントローラとして構成してもよい。
また、第３の実施形態に係る捕捉装置６において、光行差補正機構部２１を制御する精走査制御信号６８を走査コントローラ６１が出力する構成としたのは、走査動作を一元的に制御するためである。従って、コントローラ間で情報のやり取りを行うことが出来れば、必ずしも、走査コントローラ６１が、精走査動作と粗走査動作の両方の制御を行わなくてもよい。例えば、精走査動作の制御信号を、第１の実施形態に係る捕捉装置１と同様に、捕捉コントローラ６３が送り出してもよい。さらに、捕捉装置６は、精走査制御信号６８を別のコントローラで制御するような４つ以上のコントローラで構成してもよい。
なお、いくつかのコントローラをまとめた場合、捕捉装置６は、光行差スイッチ２６、粗捕捉スイッチ６２など、図１１の各ブロックやスイッチの動作内容をコントローラに含まれる図示しないコンピュータのプログラムとして構成してもよい。
また、第３の実施形態に係る捕捉装置６では、光行差補正機構部２１を用いた精走査動作と、粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作とを合わせて動作する説明を行ったが、必ずしも、常に両方の走査動作を行う必要はなく、どちらかの走査動作だけを行ってよい。
例えば、必ずしもいつも方向が大きく変化するとは限らない装置間の通信の場合は、捕捉装置６は、まず現在の方向を中心として精走査動作を行う。そして、その精走査動作だけでは相手装置が検出できなかった場合に、捕捉装置６は、粗走査動作と精捕捉動作とを合わせた走査動作を行うようにしてもよい。
このように構成された第３の実施形態に係る捕捉装置６は、第１の実施形態に係る捕捉装置１の効果に加え、光行差補正機構部２１を用いた走査動作での可動範囲を狭くすることができる効果を得ることが出来る。
その理由は、走査範囲での大きな走査動作に関しては、粗捕捉機構部１１を用いた粗走査動作を行うため、光行差補正機構部２１は、各クラスタの範囲内での走査動作を実現すればよいためである。
また、第３の実施形態に係る捕捉装置６は、走査動作中の装置間の変位に対応した走査動作を実現できる効果を得ることが出来る。
その理由は、走査動作中の相手装置との相対移動に従って生じる走査方向の変位を、光行差補正機構部２１を用いた精走査動作を用いて補正し、次の粗動作において補正を考慮した方向に粗捕捉機構部１１を固定するようにしたためである。
また、第３の実施形態に係る捕捉装置６は、粗捕捉機構部１１を変更することなく粗走査動作を実現できる効果を得ることが出来る。
その理由は、精走査動作を光行差補正機構部２１が行い、粗捕捉機構部１１は走査動作において各クラスタの中心方向に固定するようにしたため、粗捕捉機構部１１には走査動作のために新たな高精度の角度検出器などが不要となるためである。
以上の、実施形態を参照して本願発明説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２００９年７月１６日に出願された日本出願２００９−１６７６２７、及び、２００９年１２月２１日に出願された日本出願２００９−２８９４３５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【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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【国際調査報告】
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2011007658.tif 000017
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