(57)【要約】【課題】  空間光通信装置において、追尾台の可動部を小型、軽量に構成することができ、それにより高速な追尾動作を行うことができるようにする。【解決手段】  追尾台４上に、光アンテナ部１と入出力ポート部２とを備え、信号受光部２９、ＬＤ２７などを含む送受信モジュール３をそれらと別体の設け、入出力ポート部２と送受信モジュール３との間を光ファイバ２５により光学的に接続する。【選択図】      図１
2006050100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を介して相手側を追尾しつつ双方向に光通信を行うための空間光通信装置であって、
装置外部に送光するための少なくとも１つの光源と、
該少なくとも１つの光源による送光光と装置外部からの受光光とを送受光する送受光光学系と、前記受光光のうち相手側の追尾に用いる追尾光を分岐して該追尾光の方向ずれ情報を検出する方向ずれ検出手段とを有する光アンテナ部と、
前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて前記光アンテナ部を追尾移動可能に支持する追尾台と、
前記受光光のうちの情報信号により変調された通信光の部分を受光する通信光検出部とを備え、
前記少なくとも１つの光源および前記通信光検出部のうち、少なくとも１つが前記追尾台の可動部と別体に設けられた別体ユニットとされ、
該別体ユニットが、前記光アンテナ部を含み前記追尾台の可動部と一体に設けられた追尾ユニットと光ファイバを介して接続されたことを特徴とする空間光通信装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光源が、
情報信号により変調された通信光を供給する通信用光源と、
相手側が追尾を行うための追尾光を供給する追尾用光源とからなることを特徴とする請求項１に記載の空間光通信装置。
【請求項３】
前記別体ユニットに前記通信光検出部が含まれ、
前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて、前記追尾ユニットに接続された光ファイバに対して前記光アンテナ部で受光した通信光の結合効率が最大となるように前記追尾台を移動させるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の空間光通信装置。
【請求項４】
前記別体ユニットが、その内部の光伝送に光ファイバ光学系を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空間光通信装置。
【請求項５】
前記追尾ユニットに接続される光ファイバが、前記送光光および前記受光光を伝送することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空間光通信装置。
【請求項６】
前記追尾ユニットに、前記光アンテナ部と前記追尾用光源とが一体化され、
前記別体ユニットに、前記通信光検出部と前記通信用光源とが設けられたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の空間光通信装置。
【請求項７】
前記追尾ユニットに、前記光アンテナ部、前記追尾用光源、および前記通信用光源が一体化され、
前記別体ユニットに、前記通信光検出部が設けられたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の空間光通信装置。
【請求項８】
前記別体ユニットに、前記追尾用光源、前記通信用光源、および前記通信光検出部が設けられたことを特徴とする請求項２〜５に記載の空間光通信装置。
【請求項９】
前記送受光光学系が、
前記送光光のビーム径を拡径するとともに、前記受光光を縮径するビームエキスパンダからなり、
前記方向ずれ検出手段が、
前記ビームエキスパンダで縮径された前記受光光から、前記相手側の追尾に用いる追尾光を分岐する光分岐手段と、
該光分岐手段により分岐された追尾光の受光位置を検出する位置検出センサを備えてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の空間光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光通信装置に関する。例えば、地上における自動車同士、上空を移動する航空機や人工衛星同士あるいはそれらと地上との間の移動体通信において、互いに光追尾機構を搭載して、相互の位置を追尾しながら光通信を行えるようにした空間光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間光通信装置は、通信光、追尾光をそれぞれ形成する光源と、それらを送光する送光部、通信の相手側からの通信光、追尾光を受光する受光部、受光された追尾光の位置検出を行う位置検出手段、位置検出手段の検出出力に応じて送光部、受光部の位置を制御する追尾台などから構成され、送光部、受光部では、送光光、受光光のビーム径を変換するアフォーカル光学系を共有されるのが一般的である。そして、この追尾台の移動によりアフォーカル光学系の光軸を、受光された追尾光の方向に合わせる追尾動作を行うことで、相互の通信を確保する。
例えば、特許文献１には、アフォーカル光学系である望遠鏡の像側に光ビームスプリッタを構成するコア装置を配置し、出光装置、受光装置、捕捉装置を配置し、それらが光学装置として一体に保持された構成を有し、自由空間で光伝送を行う光伝送装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２６１４９２号公報（図２、４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の空間光通信装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、望遠鏡の像側の光路を光ビームスプリッタにより分岐することで、出光装置、受光装置、および捕捉装置が互いに干渉しないようにレイアウトできるものの、追尾台の可動部に取り付けて追尾移動する場合には、それらの位置関係を保って追尾台に一体的に固定する必要がある。特に、高速の通信では、出光装置、受光装置には、変調・復調手段や光源駆動手段などを近接して設ける必要があるため、それぞれの装置が大型化する傾向があり、光路長が長くなりやすい。したがって、これらを固定する追尾台が大型化し、移動体に搭載しにくいものとなるという問題がある。また、追尾台の慣性が大きくなるため、追尾を高速に行うことができなくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、追尾台の可動部を小型、軽量に構成することができ、それにより高速な追尾動作を行うことができる空間光通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の空間光通信装置は、空間を介して相手側を追尾しつつ双方向に光通信を行うための空間光通信装置であって、装置外部に送光するための少なくとも１つの光源と、該少なくとも１つの光源による送光光と装置外部からの受光光とを送受光する送受光光学系と、前記受光光のうち相手側の追尾に用いる追尾光を分岐して該追尾光の方向ずれ情報を検出する方向ずれ検出手段とを有する光アンテナ部と、前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて前記光アンテナ部を追尾移動可能に支持する追尾台と、前記受光光のうちの情報信号により変調された通信光の部分を受光する通信光検出部とを備え、前記少なくとも１つの光源および前記通信光検出部のうち、少なくとも１つが前記追尾台の可動部と別体に設けられた別体ユニットとされ、該別体ユニットが、前記光アンテナ部を含み前記追尾台の可動部と一体に設けられた追尾ユニットと光ファイバを介して接続された構成とする。
このような構成により、装置外部に送光するための少なくとも１つの光源および通信光を受光する通信光検出部のうち少なくとも１つが、追尾台の可動部と別体に設けられた別体ユニットとされ、光アンテナ部を含み追尾台の可動部と一体に設けられた追尾ユニットと光ファイバを介して接続される。そのため、少なくとも１つの光源および通信光検出部のうち少なくとも１つは、追尾ユニットに設けなくてよいので、追尾ユニットの小型化、軽量化が図れる。そのため、追尾台の可動部の慣性負荷を低減することができる。
また、別体ユニットが追尾ユニットに対して光ファイバにより接続されるので、別体ユニットが固定されていても、追尾台の追尾動作に容易に追従でき、光学的に安定して接続することができる。
【０００６】
本発明の空間光通信装置では、前記少なくとも１つの光源が、情報信号により変調された通信光を供給する通信用光源と、相手側が追尾を行うための追尾光を供給する追尾用光源とからなる構成とすることが好ましい。
この場合、通信用光源と追尾用光源とを備えることにより、通信光を追尾のために用いなくてよいので、通信動作と並行して追尾動作を行うことができるとともに、通信光、追尾光の光学条件、例えば、光強度、波長、偏波状態、広がり角など、をそれぞれの用途に適する条件に設定することができる。
【０００７】
また本発明の空間光通信装置では、前記別体ユニットに前記通信光検出部が含まれ、前記方向ずれ検出手段の検出出力に応じて、前記追尾ユニットに接続された光ファイバに対して前記光アンテナ部で受光した通信光の結合効率が最大となるように前記追尾台を追尾移動させることが好ましい。
この場合、光アンテナ部で受光した通信光が追尾ユニットに接続された光ファイバに対して結合効率最大となるように追尾台が追尾移動されるから、光量が安定した通信光が光ファイバを介して別体ユニットに送られ、通信光検出部に伝送される。そのため、通信光検出部で通信光を安定して受光することができる。
【０００８】
また本発明の空間光通信装置では、前記別体ユニットが、その内部の光伝送に光ファイバ光学系を用いた構成とすることが好ましい。
この場合、別体ユニットの内部の光伝送に光ファイバ光学系を用いるので、光ファイバ通信に用いられる汎用的なデバイスを使用することができ、装置の構成や組立が簡単になる。このようなデバイスとして、例えば、光ファイバコネクタ、サーキュレータ、カプラ、ファイバアンプ、アイソレータ、結合レンズ、コリメートレンズ、バンドパスフィルタなどを挙げることができる。
特にファイバアンプを備える場合、光電変換を行うことなく容易に光増幅することができる。
またこのような光ファイバ光学系で構成されるため、送光光を得る光源として、装置外部から送光される他の光ファイバを接続したり、通信光検出部として、装置外部に受光光を伝送する他の光ファイバを接続したりして用いることができる。
【０００９】
また本発明の空間光通信装置では、前記追尾ユニットに接続される光ファイバが、前記送光光および前記受光光を伝送する構成とすることが好ましい。
この場合、追尾ユニットに接続される光ファイバが送光光および受光光を伝送するので、それぞれを別々に伝送する場合に比べて部品点数を低減することができる。ここで、送光光と受光光とは、波長や偏波状態を変えることで分離することができる。また、送光光、受光光に、通信光と追尾光とが含まれる場合も、同様に波長や偏波状態を変えることで容易に分離することができる。
なお、光の偏波状態を変えて分離する場合、光ファイバは、偏波保存ファイバを用いるようにする。
【００１０】
また本発明の空間光通信装置のうち、前記少なくとも１つの光源が、前記通信用光源と前記追尾用光源とからなる構成において、前記追尾ユニットに、前記光アンテナ部と前記追尾用光源とが一体化され、前記別体ユニットに、前記通信光検出部と前記通信用光源とが設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、追尾用光源に比べて大型化しやすい、通信光検出部と通信用光源を別体ユニットに設けるので、追尾ユニットを小型化、軽量化しやすい。
【００１１】
また本発明の空間光通信装置のうち、前記少なくとも１つの光源が、前記通信用光源と前記追尾用光源とからなる構成において、前記追尾ユニットに、前記光アンテナ部、前記追尾用光源、および前記通信用光源が一体化され、前記別体ユニットに、前記通信光検出部が設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、追尾用光源および通信用光源に比べて大型化しやすい通信光検出部を別体ユニットに設けるので、追尾ユニットを小型化、軽量化しやすい。
また、光アンテナ部、追尾用光源、および通信用光源が追尾ユニットに一体化されるので、これらの組立や位置調整が容易となる。
【００１２】
また本発明の空間光通信装置のうち、前記少なくとも１つの光源が、前記通信用光源と前記追尾用光源とからなる構成において、前記別体ユニットに、前記追尾用光源、前記通信用光源、および前記通信光検出部が設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、光アンテナ部以外の主要部品が別体ユニットに設けられるので、追尾ユニットを著しく軽量化することができる。
【００１３】
また本発明の空間光通信装置において、前記送受光光学系が、前記送光光のビーム径を拡径するとともに、前記受光光を縮径するビームエキスパンダからなり、前記方向ずれ検出手段が、前記ビームエキスパンダで縮径された前記受光光から、前記相手側の追尾に用いる追尾光を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された追尾光の受光位置を検出する位置検出センサを備えてなる構成とすることが好ましい。
この場合、ビームエキスパンダにより縮径された受光光から、光分岐手段により追尾光を分岐するので、光分岐手段、位置検出センサを小型化することができ、小型の光アンテナ部を構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の空間光通信装置によれば、少なくとも１つの光源および通信光検出部のうち、少なくとも１つを別体ユニットとして追尾ユニットから除いて、光ファイバにより追尾ユニットと光学的に接続するので、追尾台の可動部を小型化、軽量化することができるとともに、慣性を低減して追尾動作を高速化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【００１６】
本実施形態の空間光通信装置１００は、図１に示すように、情報信号で変調された通信光Ｔ１および通信の相手側で追尾に用いる追尾光Ｔ２を送光し、通信の相手側から情報信号で変調された通信光Ｒ１および通信の相手側を追尾するための追尾光Ｒ２を受光することにより、受光された追尾光Ｒ２を追尾して通信光Ｔ１、Ｒ１による双方向の通信を行うものであり、特に移動体間の通信に適するものである。
【００１７】
以下、通信光Ｔ１、Ｒ１、追尾光Ｔ２、Ｒ２の波長を、それぞれλＴ１、λＲ１、λＴ２、λＲ２と表記する。これらの波長は、例えば、通信規格、通信ノイズ、受光素子の感度などにより適宜設定することができるが、通信光と追尾光とを波長分離することができるように、λＴ１、λＲ１と、λＴ２、λＲ２との間で、異なる波長とすることが好ましい。
例えば、次の条件式（１）、（２）のような範囲とすることが好ましい。
０．０１μｍ＜｜λＴ１−λＴ２｜＜１．２μｍ                  ・・・（１）
０．０１μｍ＜｜λＲ１−λＲ２｜＜１．２μｍ                  ・・・（２）
本実施形態では、λＴ１＝λＲ１＝λ１＝１５５０ｎｍ、λＴ２＝λＲ２＝λ２＝７８０ｎｍ、としている。
通信光を比較的長波長としているのは、大気のゆらぎに強く通信ノイズを低減できるためである。追尾光の波長を比較的短波長としているのは、波長感度が良好な、位置検知センサなどの受光素子が入手しやすく比較的安価な装置を構成できるためである。
【００１８】
空間光通信装置１００の概略構成は、追尾モジュール５（追尾ユニット）と送受信モジュール３（別体ユニット）とからなる。
追尾モジュール５は、光アンテナ部１と入出力ポート部２とが追尾台４上に一体化されて可動保持されたものである。
【００１９】
光アンテナ部１は、通信の相手側から略同軸かつ略平行光束として送光された通信光Ｒ１、追尾光Ｒ２を、そのビーム径を制限して入射させる開口１ａ、ビームエキスパンダ１０（送受光光学系）、光分岐手段１１および位置検出器１２（位置検出センサ）からなる。
ビームエキスパンダ１０は、開口１ａからの入射光束を所定の角倍率で縮径し、装置内部からの送光光を所定の角倍率で拡径して出射できるようにしたアフォーカル光学系である。例えば、図示のような２群の正レンズによるケプラー型や、正レンズと負レンズとからなるガリレオ型のビームエキスパンダを採用できる。また、カセグレン型、グレゴリー型などの共軸反射型のビームエキスパンダや、偏心反射型光学系、あるいは複数の偏心反射面を有するプリズム光学系なども採用することができる。
【００２０】
光分岐手段１１は、ビームエキスパンダ１０で縮径された入射光束を波長と偏波方向とに応じて分岐する光学素子である。本実施形態では、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を偏波成分、例えば偏波方向が図１の紙面垂直方向の偏光成分、を反射する光分岐面を有する偏光ダイクロイックビームスプリッタで構成されている。このため、追尾光Ｒ２の紙面垂直方向の偏波成分が分岐されるようになっている。
【００２１】
位置検出器１２は、光分岐手段１１で分岐された追尾光Ｒ２のビーム中心位置を検出するためのセンサである。位置検出器１２の検出出力は、例えば、追尾光Ｒ２が光アンテナ部１の光軸に沿って入射する場合の受光位置に対する位置ずれ量として出力される。
位置検出器１２は、ビーム受光位置の基準位置からのずれが検出できれば、どのようなセンサを用いてもよい。本実施形態では２次元ＣＣＤを採用しているが、位置検出器（ＰＳＤ）、４分割ＰＤなどを用いてもよい。
なお、より短い光路長で必要な位置検出範囲に対応するために、光分岐手段１１と位置検出器１２の間に、例えば集光レンズなどの適宜の光学系を設けてもよい。
【００２２】
入出力ポート部２は、送受信モジュール３から伝送される通信光Ｔ１と、入出力ポート部２内に設けられたＬＤ２３による追尾光Ｔ２を同軸に合成して、光アンテナ部１に入射させるためのものである。
その概略構成は、ＬＤ２３（追尾用光源）、光路合成手段２１、およびコネクタ５１からなり、それぞれが筐体などに固定されている。
【００２３】
ＬＤ２３は、光アンテナ部１の光軸に沿う方向に向けて、波長λ２の追尾光Ｔ２を放射するレーザダイオードであり、不図示の駆動手段により必要に応じて点灯される。ＬＤ２３は略直線偏光しており、偏波方向が図１の紙面平行方向となるように配置される。ＬＤ２３の光軸上には、コリメートレンズ２２が配置され、ＬＤ２３からの放射光を、所定のビーム径に整形された略平行光束として射出できるようになっている。
【００２４】
コネクタ５１は、光ファイバを接続する部材で、送受信モジュール３に接続された光ファイバ２５を接続している。そのため、光ファイバ２５内を伝送された通信光Ｔ１が入出力ポート部２内に出射されるようになっている。そして、コネクタ５１から出射された通信光Ｔ１は、結合レンズ２４により略平行光束とされ、光アンテナ部１の光軸と交差する方向に進むようになっている。
【００２５】
光路合成手段２１は、追尾光Ｔ２と通信光Ｔ１とを同軸上に合成して、光アンテナ部１に入射させるための光学素子であり、コリメートレンズ２２と光アンテナ部１の間に配置されている。
例えば、波長λ２の光を略すべて透過し、波長λ１の光を略すべて反射する光分岐面を備えるダイクロイックビームスプリッタなどが採用できる。光分岐面は、結合レンズ２４から出射された略平行光が、コリメートレンズ２２から出射された略平行光と同軸方向に反射されるように配置される。
【００２６】
追尾台４は、光アンテナ部１および入出力ポート部２を一体に保持して、光アンテナ部１の光軸を所望の方向に回動移動ができるようにした移動機構であり、位置検出器１２の検出出力により回動移動量を制御する移動制御部（不図示）を備えている。
追尾台４は、例えば、ジンバルステージや、２軸の回転ステージを組み合わせた移動機構などを採用することができる。
【００２７】
送受信モジュール３は、追尾モジュール５に対して通信光Ｔ１を伝送するとともに、追尾モジュール５から伝送される通信光Ｒ１を受光するものである。
その概略構成は、信号受光部２９（通信光検出部）、ＥＤＦＡ２８（ファイバアンプ）、サーキュレータ２６、ＬＤ２７（通信用光源）およびコネクタ５２からなり、追尾モジュール５と別体に設けられた適宜の筐体に配置されている。これらは、追尾モジュール５と別体であれば、複数の筐体に分けて配置してもよいが、本実施形態では、一体に配置されている場合で説明する。
【００２８】
信号受光部２９は、通信光Ｒ１を受光して光検出出力を得る光検出器と、その光検出出力を光電変換して情報信号を得る信号解析手段とから構成される。
光検出器は、通信光Ｒ１の波長に応じて適宜のものを採用できるが、例えば、波長が１５５０ｎｍの場合、その波長帯での感度が良好で、高速応答性に優れるＩｎＧａＡｓフォトディテクタなどを採用することができる。
【００２９】
ＥＤＦＡ２８は、光増幅器の一種で、誘導放出を用いたファイバアンプのうち、波長１５５０ｎｍ帯で最もよく用いられるエルビウム添加光ファイバアンプ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）であり、エルビウム添加光ファイバ（以下、ＥＤＦと略称する）２８ａおよびポンプＬＤ２８ｂを備えている。
ポンプＬＤ２８ｂは、ＥＤＦ２８ａ内を伝送される通信光Ｒ１を増幅するために、所定波長の励起光（ポンプ光）を注入するためのポンプ光源である。例えば、本実施形態のように、λ１＝１５５０ｎｍの場合には、ポンプ光の波長は、９８０ｎｍが好適である。
【００３０】
サーキュレータ２６は、それぞれが光ファイバに接続可能なポートｐ１、ｐ２、ｐ３を備え、ポートｐ１に入射された光をポートｐ２に伝送し、ポートｐ２に入射された光をポートｐ３に伝送する光回路素子であり、ファラデー効果などを用いた光デバイスなどで構成される。
ＬＤ２７は、通信光Ｔ１を放射するための波長λ１のレーザダイオードであり、情報信号に基づいて不図示の変調駆動手段により変調駆動される。そして、通信光Ｔ１は、不図示の結合レンズなどの光学素子により光ファイバ３８の端部に光学的に結合されている。
コネクタ５２は、光ファイバを接続する部材で、光ファイバ２５と送受信モジュール３とを光学的に接続している。
【００３１】
そして、コネクタ５２とポートｐ２とが光ファイバ３５により、ポートｐ３とＥＤＦＡ２８とが光ファイバ３６により、ＥＤＦＡ２８と信号受光部２９とが光ファイバ３７により光学的に接続されて通信光Ｒ１の伝送路を形成している。また、光ファイバ３８とポートｐ１とが光学的に接続されて通信光Ｔ１の伝送路を形成している。
【００３２】
このように送受信モジュール３は、追尾台４の可動部とは別体とされ、内部は、主として、光ファイバ、光回路素子などで光伝送路が形成された光ファイバ光学系で構成されている。
そのため、個々の部品の質量や大きさが制約されないので、有線光通信に汎用的に用いられる光回路部品を有効利用して構成することができる。また、各部品間の位置合わせなどが簡素になるという利点がある。
【００３３】
また、サーキュレータ２６により通信光Ｒ１と通信光Ｔ１とを進行方向により分岐するようにしたので、光ファイバ２５、光ファイバ３５を、通信光Ｒ１および通信光Ｔ１の共通の光伝送路とすることができるものである。このため、光伝送路の数を低減でき、簡素な構成とすることができる。
【００３４】
次に空間光通信装置１００の動作について説明する。
図１に示すように、ＬＤ２７から出射された波長λ１の通信光Ｔ１は、光ファイバ３８に結合されて、ポートｐ１に伝送され、サーキュレータ２６のポートｐ２から光ファイバ３５に伝送される。そして、コネクタ５２を通して、光ファイバ２５内を伝送され、コネクタ５１を通して、入出力ポート部２内に出射される。
そして、結合レンズ２４により略平行光束とされ、光アンテナ部１の光軸に交差する方向から光路合成手段２１に入射する。通信光Ｔ１は、波長λ１の略平行光束のため、光路合成手段２１により略すべて反射されて、光アンテナ部１の光軸方向に沿って光アンテナ部１内に進む。
そして、光分岐手段１１を略すべて透過し、ビームエキスパンダ１０により拡径された略平行光束とされ、開口１ａから装置外部に送光される。
【００３５】
通信の相手側から送光される波長λ１の通信光Ｒ１と波長λ２の通信光Ｒ１とは、開口１ａによりビーム径を規制された同軸の略平行光束としてビームエキスパンダ１０に入射する。そしてビームエキスパンダ１０により所定の角倍率で縮径され、光分岐手段１１に入射する。
光分岐手段１１は、波長λ２の紙面垂直方向の偏波成分を略すべて反射するから、追尾光Ｒ２のうちの紙面垂直方向の偏波成分が略すべて反射され、位置検出器１２で受光される。
位置検出器１２は、受光された追尾光Ｒ２のビーム中心位置を検出し、光アンテナ部１の光軸からの位置ずれ量を追尾台４に出力する。そして追尾台４の移動制御部（不図示）により、光アンテナ部１の光軸方向が追尾光Ｒ２の光軸と一致するように回動移動量が算出され、追尾台４の回動移動が行われる。
【００３６】
一方、通信光Ｒ１は、波長λ１の光であるため、略すべてが、光分岐手段１１を透過し、光路合成手段２１に入射する。そして、光路合成手段２１により略すべてが反射され、結合レンズ２４により、コネクタ５１において光ファイバ２５の端部に結合される。
このため、通信光Ｒ１が光ファイバ２５内を伝送されて、コネクタ５２を通して送受信モジュール３に伝送される。
通信光Ｒ１は、コネクタ５２から光ファイバ３５によりポートｐ２に伝送される。そして、ポートｐ３に伝送され、光ファイバ３６を経てＥＤＦＡ２８に伝送される。
【００３７】
ＥＤＦＡ２８では、ポンプＬＤ２８ｂによる励起が行われ、誘導放出により通信光Ｒ１が増幅されて光ファイバ３７に伝送される。
ＥＤＦＡ２８は、数１０ｄＢ程度のゲインが得られるので、例えば地上での長距離間の通信を行い、大気のゆらぎ、大気の吸収、ビーム広がりなどの影響により、通信光Ｒ１の光強度がきわめて微弱となる場合でも、光強度を容易に増幅することができる。
このようにして増幅された通信光Ｒ１が、信号受光部２９で受光され、光検出器で光電変換されて、信号解析手段により、適宜情報信号を取り出す処理が行われる。
ファイバアンプを用いることで、光電変換をする前に増幅できるので、効率的に信号を復調することが可能となるとともに、光ファイバ光学系で構成される送受信モジュール３を簡素化できるという利点がある。
【００３８】
なお、通信光Ｒ１の光強度が十分大きい場合には、ＥＤＦＡ２８を省略して、ポートｐ３から信号受光部２９に通信光Ｒ１を伝送するようにしてもよい。
【００３９】
次に、追尾光Ｔ２の光路について説明する。
ＬＤ２３から出射された波長λ２の追尾光Ｔ２は、コリメートレンズ２２により略平行光束とされて光アンテナ部１の光軸に沿って進み、光路合成手段２１に入射され、略すべて透過して光アンテナ部１に入射される。
そして、光分岐手段１１に入射するが、ＬＤ２３は、偏波方向が紙面に平行とされているので、光分岐手段１１で略すべてが透過される。そして、ビームエキスパンダ１０により所定の角倍率で拡径され、開口１ａを通して通信光Ｔ１と同軸に出射される。
【００４０】
このように本実施形態の空間光通信装置１００によれば、光アンテナ部１から波長が異なる同軸の通信光Ｔ１、Ｒ１、追尾光Ｔ２を送受光することができ、追尾光Ｒ２により通信の相手側を追尾することができる。
その際、通信用光源、通信光検出部を含む送受信モジュール３を追尾台４の可動部と別体に設け、入出力ポート部２と送受信モジュール３との間を光ファイバ２５で接続するようにしたので、追尾台４の可動部を軽量化、小型化することができる。そのため、追尾台４の可動部の慣性が低減され、高速の追尾動作を行うことが可能となり、移動体間通信に好適な空間光通信装置とすることができるものである。
【００４１】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【００４２】
本実施形態の空間光通信装置１０１は、図２に示すように、第１の実施形態と同様の波長を有する通信光Ｔ１、Ｒ１、追尾光Ｔ２、Ｒ２を用いて、双方向の空間光通信を行うもので、第１の実施形態の入出力ポート部２、送受信モジュール３に代えて、入出力ポート部６２、受信モジュール６３（別体ユニット）を備える。
入出力ポート部６２は、入出力ポート部２に加えてＬＤ２７、コリメートレンズ３２、光路合成手段３１、および光路分岐手段３４を備えたものである。
受信モジュール６３は、送受信モジュール３からＬＤ２７、サーキュレータ２６、光ファイバ３５、３８を除去したものである。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
空間光通信装置１０１は、光アンテナ部１と合わせて追尾ユニットを構成する入出力ポート部６２に、通信用光源を設けた実施形態になっている。
光路合成手段３１は、ＬＤ２３、コリメートレンズ２２により形成される波長λ２の略平行光束からなる追尾光Ｔ２と、ＬＤ２７とＬＤ２７からの放射光を略平行光束にするコリメートレンズ３２とにより形成される波長λ１の通信光Ｔ１とを同軸上に合成するための光学素子である。
本実施形態では、例えば、λ１＝１５５０ｎｍの光を略すべて透過させ、λ２＝７８０ｎｍの光を略すべて反射させる光分岐面を有するダイクロイックビームスプリッタを採用することができる。
【００４４】
なお、ＬＤ２７は、通信光Ｔ１が、光アンテナ部１の光軸に沿う方向に進み、偏波方向が図２の紙面垂直方向となるように配置される。
また、ＬＤ２３は、追尾光Ｔ２の偏波方向が図２の紙面平行方向となるように配置される。
【００４５】
光路分岐手段３４は、通信光Ｒ１と通信光Ｔ１とを分岐するための光学素子であり、光アンテナ部１の光軸上で、光路合成手段３１と光アンテナ部１との間に配置されている。
本実施形態では、通信光Ｒ１と通信光Ｔ１の波長がλ１＝１５５０ｎｍで共通のため、例えば、λ２＝７８０ｎｍの光と、λ１＝１５５０ｎｍの光のうち図２の紙面平行方向の偏波成分とを略すべて透過させ、λ１＝１５５０ｎｍの光のうち図２の紙面垂直方向の偏波成分を略すべて反射させるような光分岐面を有する偏光ダイクロイックビームスプリッタを採用することができる。
光路分岐手段３４は、第１の実施形態のサーキュレータ２６と同様の機能を果たすものである。
【００４６】
このような構成によれば、ＬＤ２７から放射された通信光Ｔ１は、コリメートレンズ３２で略平行光束とされ、光アンテナ部１の光軸に沿って、光路合成手段３１、光路分岐手段３４を透過し、光アンテナ部１に入射して、拡径され、開口１ａから出射される。
また、ＬＤ２３から放射された追尾光Ｔ２は、コリメートレンズ２２で略平行光束とされ、光路合成手段３１で反射されて光アンテナ部１の光軸に沿う方向に進み、光路分岐手段３４を透過して、光アンテナ部１に入射して、拡径され、開口１ａから出射される。
また、光アンテナ部１で受光された通信光Ｒ１は、光路分岐手段３４の分岐面で、図２の紙面垂直方向の偏波成分が反射され、結合レンズ２４によりコネクタ５１で光ファイバ２５に結合される。そして、光ファイバ２５内を伝送され、コネクタ５２から受信モジュール６３内の光ファイバ３６に伝送され、ＥＤＦＡ２８で増幅されてから信号受光部２９で受光される。
追尾光Ｒ２については、第１の実施形態と同様な光路を進むので説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の空間光通信装置によれば、追尾ユニットに通信用光源および追尾用光源を一体化し、別体ユニットに通信光検出部を設けた構成で、双方向の空間光通信が行えるようになっている。
この場合、第１の実施形態に比べると通信用光源を含む分、軽量化の程度は少ないものの、通信光検出部やファイバアンプなどが別体化されることで軽量化されている。
そして、ＬＤ２７、２３が光路合成手段３１の周囲に近接して配置されることで、通信用光源と追尾用光源とをコンパクトに配置することが可能となっている。
そのため、例えば、ＬＤ２７、２３を共通の駆動基板上に配置することができ、電装系の部品低減、小型化が可能となるという利点がある。
【００４８】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【００４９】
本実施形態の空間光通信装置１０２は、図３に示すように、第１の実施形態と同様の波長を有する通信光Ｔ１、Ｒ１、追尾光Ｔ２、Ｒ２を用いて、双方向の空間光通信を行うもので、第１の実施形態の入出力ポート部２、送受信モジュール３、光ファイバ２５に代えて、入出力ポート部６４、受信モジュール６５（別体ユニット）、偏波保存光ファイバ５０を備える。
入出力ポート部６４は、入出力ポート部２の光路合成手段２１、ＬＤ２３、コリメートレンズ２２に代えて、光路分岐合成手段３９、ＬＤ２７、コリメートレンズ３２を備えたものである。
受信モジュール６５は、送受信モジュール３のＬＤ２７、サーキュレータ２６に代えて、ＬＤ２３、波長分離型カプラ４１を備えたものである。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
空間光通信装置１０２は、光アンテナ部１と合わせて追尾ユニットを構成する入出力ポート部６４に通信用光源を設け、別体ユニットである受信モジュール６５に追尾用光源と通信光検出部を設けた実施形態になっている。
入出力ポート部６４において、ＬＤ２７とコリメートレンズ３２とは略平行光束とされた通信光Ｔ１が光アンテナ部１の光軸に沿う方向に出射され、その偏波方向が図３の紙面平行方向となるように配置されている。
光路分岐合成手段３９は、通信光Ｒ１と通信光Ｔ１とを分岐するとともに、追尾光Ｔ２と通信光Ｔ１とを同軸の光路に合成するための光学素子であり、光アンテナ部１の光軸上で、コリメートレンズ３２と光アンテナ部１との間に配置されている。
本実施形態では、通信光Ｒ１と通信光Ｔ１の波長がλ１＝１５５０ｎｍで共通のため、例えば、λ１＝１５５０ｎｍの光のうち図３の紙面平行方向の偏波成分を略すべて透過させ、λ１＝１５５０ｎｍの光のうち図３の紙面垂直方向の偏波成分とλ２＝７８０ｎｍの光を略すべて反射させるような光分岐面を有する偏光ダイクロイックビームスプリッタを採用することができる。
【００５１】
波長分離型カプラ４１は、入力ポートＰ２、出力ポートＰ１、Ｐ３を備え、図３に示すように、入力ポートＰ２がコネクタ５２に、出力ポートＰ１がＥＤＦＡ２８に、出力ポートＰ３がＬＤ２３に接続されている。
そして、ＥＤＦＡ２８、ＬＤ２３にそれぞれ波長λ２、λ１の光が侵入してノイズの原因とならないように、入力ポートＰ２に入力された光が波長に応じて出力ポートＰ１、Ｐ３に伝送される波長分離特性を有している。また、少なくとも波長λ２の光に対しては、入力ポートＰ２と出力ポートＰ３において、偏波方向を保存して伝送されるように構成される。
ここで、ＬＤ２３と出力ポートＰ３とは、例えば、結合レンズなどの不図示の結合手段により光学的に結合されている。
偏波保存光ファイバ５０は、少なくとも波長λ２の偏波方向を保存する光ファイバである。
【００５２】
このような構成によれば、ＬＤ２７から放射された通信光Ｔ１は、コリメートレンズ３２で略平行光束とされ、光アンテナ部１の光軸に沿って、光路分岐合成手段３９を透過し、光アンテナ部１に入射して、拡径され、開口１ａから出射される。
また、ＬＤ２３から放射された追尾光Ｔ２は、不図示の結合手段により波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ３に結合され、偏波方向を保存したまま入力ポートＰ２に伝送される。そして、コネクタ５２を通して、偏波保存光ファイバ５０内を伝送され、偏波方向が図３の紙面垂直方向となるように出射される。そして、結合レンズ２４で略平行光束とされ、光アンテナ部１の光軸に交差する方向から光路分岐合成手段３９に入射される。そして、光路分岐合成手段３９の分岐面により反射されて、光アンテナ部１の光軸に沿う方向に進み、光アンテナ部１に入射して、拡径され、開口１ａから出射される。
また、光アンテナ部１で受光された通信光Ｒ１は、光路分岐合成手段３９の分岐面で、図３の紙面垂直方向の偏波成分が反射され、結合レンズ２４によりコネクタ５１で偏波保存光ファイバ５０に結合される。そして、偏波保存光ファイバ５０内を伝送され、コネクタ５２から波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ２に伝送される。そして、波長分離型カプラ４１の波長分離特性により、通信光Ｒ１の略すべてが出力ポートＰ１内に伝送される。そしてＥＤＦＡ２８で増幅されてから信号受光部２９で受光される。
追尾光Ｒ２については、第１の実施形態と同様な光路を進むので説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の空間光通信装置によれば、追尾ユニットに通信用光源を一体化し、別体ユニットに追尾用光源および通信光検出部を設けた構成で、双方向の空間光通信が行えるようになっている。
この場合、追尾ユニットに通信用光源を含むものの、追尾用光源、通信光検出部やファイバアンプなどが別体化されることで軽量化されている。
またこのような構成は、受信モジュール６５内で２波長が混在するため、一般的なサーキュレータを用いて構成することができず、技術的に高度な２波長対応サーキュレータのような手段が必要となるが、本実施形態は波長分離型カプラ４１を採用することにより同等の構成を容易かつ安価に実現できるものである。
【００５４】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る空間光通信装置について説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【００５５】
本実施形態の空間光通信装置１０３は、図４に示すように、第１の実施形態とは異なり、通信光Ｔ１、Ｒ１、追尾光Ｔ２、Ｒ２の波長λＴ１、λＲ１、λＴ２、λＲ２のうち、λＴ２およびλＲ２だけが等しい場合に、双方向の空間光通信を行うものである。
このように、通信光Ｔ１、Ｒ１の波長を変えることにより、光学系内で戻り光、漏れ光などのノイズを分離しやすいという利点がある。その際、波長差を比較的小さく抑えると、反射率、透過率がほとんど変らないので、光学系内の光学素子、光回路素子などを共通使用したり、それらのコーティングを簡素にしたりすることができて好都合である。例えば、次の条件式の範囲とすることが好ましい。
０ｎｍ＜｜λＴ１−λＲ１｜＜５０ｎｍ                      ・・・（３）
ここで、上限値は、同一のコーティングで反射率、透過率の変化が大きくなりすぎないために設けられている。
本実施形態では、λＴ１＝１５５０ｎｍ、λＲ１＝１５６０ｎｍとしている。また、λＴ２＝λＲ２＝λ２＝９８０ｎｍとしている。
【００５６】
なお、必要に応じて追尾光Ｔ２、Ｒ２の間で波長を変えてもよい。その場合、波長差を次の条件式の範囲とすれば、通信光の場合と同様の作用効果を備えるので好都合である。
０ｎｍ＜｜λＴ２−λＲ２｜＜５０ｎｍ                      ・・・（４）
【００５７】
空間光通信装置１０３は、第１の実施形態の入出力ポート部２、送受信モジュール３、光ファイバ２５に代えて、入出力ポート部６６、送受信モジュール６７（別体ユニット）、偏波保存光ファイバ５０を備える。
入出力ポート部６６は、入出力ポート部２のＬＤ２３、およびコリメートレンズ２２を除去したものである。そして、結合レンズ２４により光アンテナ部１を通して入射される通信光Ｒ１をコネクタ５１で偏波保存光ファイバ５０の端面に結合するとともに、偏波保存光ファイバ５０から射出される通信光Ｔ１、追尾光Ｔ２を略平行光束化して、光アンテナ部１の光軸に沿って入射できるようにしている。また、偏波保存光ファイバ５０は、コネクタ５１での追尾光Ｔ２の偏波方向を、図４の紙面平行方向とするように配置されている。
送受信モジュール６７は、送受信モジュール３の信号受光部２９、ＬＤ２７に代えて、受信光出力部５４（通信光検知部）、送信光入力部５３（通信用光源）を備え、ＬＤ２３、波長分離型カプラ４１、ＥＤＦＡ４３（ファイバアンプ）、バンドパスフィルタ４４を追加したものである。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５８】
空間光通信装置１０３は、別体ユニットである送受信モジュール６７に通信用光源、通信光検知部、追尾用光源、ファイバアンプを設け、追尾ユニットを送受光光学系と方向ずれ検出手段とを含む最小限の構成とした実施形態である。また、通信用光源、通信光検知部を、光ファイバ端の光入出力部として設ける場合の例となっている。
【００５９】
送信光入力部５３は、送受信モジュール６７外部の光ファイバ内を伝送される通信光Ｔ１を光コネクタにより光ファイバ５５に導くことで送受信モジュール６７内部に伝送するものである。
ＥＤＦＡ４３は、光ファイバ５５に接続され、送信光入力部５３から入力された通信光Ｔ１を増幅するためのものであり、ＥＤＦ４３ａ、ポンプＬＤ４３ｂを備えている。ポンプＬＤ４３ｂの波長は、ポンプＬＤ２８ｂと同様に、波長λＴ１に応じて設定する。そしてＥＤＦＡ４３の出力側は、光ファイバ５６を介してＬＤ２３のポートｐ１に接続されている。
なお、本実施形態では、外部の光ファイバを伝送される通信光Ｔ１の光強度が減衰している場合に好適となるように、ＥＤＦＡ４３を設けているが、通信光Ｔ１が十分な光強度で伝送される場合には省略してもよい。
【００６０】
受信光出力部５４は、送受信モジュール６７外部の光ファイバに通信光Ｒ１を伝送するたものもので、光ファイバ３７と光コネクタで接続されている。
ＥＤＦＡ２８とＬＤ２３との間を接続する光ファイバ３６の途中には、波長λＲ１以外の光がＥＤＦＡ２８に伝送されるのを防止するため、少なくとも波長λＴ１の光を除去できるようなバンド幅を有するバンドパスフィルタ４４が設けられている。
波長分離型カプラ４１は、出力ポートＰ１がサーキュレータ２６のポートｐ２に、出力ポートＰ３がＬＤ２３に、入力ポートＰ２がコネクタ５２にそれぞれ接続されている。そして、波長λＲ１の光は、入力ポートＰ２から出力ポートＰ１へ向う伝送路を伝送されるようになっている。
偏波保存光ファイバ５０は、ＬＤ２３により出射され、波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ３から入力ポートＰ２に向けて偏波方向を保存して伝送された追尾光Ｔ２が、コネクタ５１で図４の紙面平行方向の偏波方向となるように、コネクタ５２、５１間に設置されている。
【００６１】
このような構成によれば、送信光入力部５３から出射された通信光Ｔ１は、光ファイバ５５を伝送されて、ＥＤＦＡ４３により増幅される。そして、サーキュレータ２６のポートｐ１からポートｐ２へ伝送され、波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ１、入力ポートＰ２を通って、コネクタ５２から偏波保存光ファイバ５０に伝送される。
そして、コネクタ５１から出射され、結合レンズ２４により略平行光束とされて、光アンテナ部１に入射して、拡径され、開口１ａから出射される。
また、ＬＤ２３から出射された追尾光Ｔ２は、不図示の結合手段により波長分離型カプラ４１の出力ポートＰ３に結合され、偏波方向を保存したまま入力ポートＰ２に伝送される。そして、コネクタ５２を通して、偏波保存光ファイバ５０内を伝送され、偏波方向が図３の紙面垂直方向となるように出射される。そして、結合レンズ２４で略平行光束とされ、光アンテナ部１に入射して、光分岐手段１１を透過して、ビームエキスパンダ１０に入射し拡径されて開口１ａから出射される。
また、光アンテナ部１で受光された通信光Ｒ１は、光分岐手段１１を透過して、結合レンズ２４によりコネクタ５１で偏波保存光ファイバ５０に結合される。そして、偏波保存光ファイバ５０内を伝送され、コネクタ５２から波長分離型カプラ４１の入力ポートＰ２に伝送される。そして、波長分離型カプラ４１の波長分離特性により、通信光Ｒ１の略すべてが出力ポートＰ１内に伝送される。そしてサーキュレータ２６のポートｐ１からポートｐ３に伝送され、バンドパスフィルタ４４により、略波長λＲ１の光のみがＥＤＦＡ２８に入射し、増幅され、光ファイバ３７を通して受信光出力部５４に結合され、外部の光ファイバに向けて伝送される。外部の光ファイバ内では、光ファイバに接続した適宜の受信部に伝送され、情報信号が取り出される。
追尾光Ｒ２については、第１の実施形態と同様な光路を進むので説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の空間光通信装置によれば、追尾ユニットを略光アンテナ部のみで構成することができ、通信用光源、追尾用光源、通信光検出部、およびファイバアンプを別体ユニット中に配置するので、追尾ユニットを格段に軽量化することができ、追尾台の可動部の慣性を低減できるので、高速な追尾動作が可能となる。
また送受信モジュール６７内では、３波長が共存しているが、本実施形態では、波長差が比較的大きく設定された追尾光Ｔ２と、通信光Ｔ１および通信光Ｒ１との間の分離は比較的安価な波長分離型カプラ４１を用いて行い、波長差がきわめて小さく設定された通信光Ｔ１と通信光Ｒ１との分離のみにサーキュレータ２６を用いるという構成により、低コストの装置とすることが可能となっている。
【００６３】
なお、上記第１〜第４の実施形態の説明では、追尾光Ｒ２を位置検出器１２により検出し、追尾台４を移動することで追尾動作を行う例で説明したが、このような追尾動作を粗追尾とし、さらにより高精度の精追尾動作が行えるように変形してもよい。
そのような構成の一例について、ビームエキスパンダ１０として、偏心反射光学系を用いた場合で簡単に説明する。なお、便宜上、第１の実施形態に適用した場合について説明するが、追尾光の波長や偏波状態などの条件に応じて適宜必要な修正を加えた上で、他の実施形態に適用することはきわめて容易である。
図５は、本発明の第１〜第４の実施形態の変形例の構成について説明するための光軸を含む断面における光路図である。
【００６４】
図５に示すように、本変形例は、ビームエキスパンダ１０が、反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからなり、光分岐手段１１に代えて、光分岐手段１１Ａ、１１Ｂを備え、位置検出器１２に代えて、位置検出器１２Ａ、１２Ｂを備えるとともに、光偏向手段であるガルバノミラー１５を備える。以下、これらの構成について、通信光Ｒ１、追尾光Ｒ２の光路に沿って説明する。
【００６５】
本変形例のビームエキスパンダ１０は、光路に沿って、反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがこの順に配置されることで、その光路内に中間像１０ａを形成し、略平行光である通信光Ｒ１、追尾光Ｒ２を略平行光として出射するアフォーカル光学系を構成している。そして、反射ミラー１０Ｃの近傍に射出瞳１０ｂが形成されるようになっている。
反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、例えば、それぞれ正、負、正のパワーを有する反射面が入力光の光軸に対して偏心または傾いて配置され、ジグザグ状に折り畳まれた光路を形成するものである。中間像１０ａは、例えば、反射ミラー１０Ｂと反射ミラー１０Ｃとの中間に形成され、反射ミラー１０Ｂと中間像１０ａと光路中に光分岐手段１１Ａが配置される。
反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの光学作用面の面形状は、偏心収差の補正に好適な回転非対称面などを含む自由曲面から構成される。
【００６６】
光分岐手段１１Ａは、波長λＲ２の光の紙面垂直方向の偏波成分の一部、例えば３０％を反射するように設定された光分岐面を備える。そして、光分岐手段１１Ａで反射された光が、位置検出器１２と同様に構成された、例えばＣＣＤなどからなる位置検出器１２Ａに導かれるように配置されている。
【００６７】
ガルバノミラー１５は、射出瞳１０ｂの近傍に配置され、反射ミラー１０Ｃから出射された略平行光が進む方向を制御するための可動ミラーであり、不図示の回動制御手段からの制御信号に応じて回動し、反射面の角度が制御されるようになっている。
光分岐手段１１Ｂは、ガルバノミラー１５とコネクタ５１との間の光路中に配置され、波長λＲ２の紙面垂直方向の偏波成分をすべて反射する光分岐面を備え、その反射光を、高精度な位置検出に適する４分割ＰＤなどからなる位置検出器１２Ｂに導くものである。
レンズ１６は、光分岐手段１１Ｂで反射された光が、位置検出器１２Ｂ上で適宜の光束径、移動量となるように集光するために必要に応じて設けられる光学素子である。
ここで、図示を省略したが、光分岐手段１１Ｂとコネクタ５１との間には、第１の実施形態と同様に、光路合成手段２１、結合レンズ２４が配置されている。また、他の実施形態から変形する場合には、結合レンズ２４、光路分岐手段３４、光路分岐合成手段３９など、必要に応じて適宜の光学系が配置される。
【００６８】
なお、反射ミラー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、それらの光学作用面を内部反射により実現する偏心反射プリズムで構成することもできる。また、それらの反射面に加えて光分岐手段１１Ａの光分岐面も一体化した偏心反射プリズムを用いることもできる。
【００６９】
本変形例の動作について粗追尾、精追尾動作を中心に簡単に説明する。
通信の相手側から送光される波長λ１の通信光Ｒ１と波長λ２の追尾光Ｒ２とは、開口１ａによりビーム径を規制された同軸の略平行光束としてビームエキスパンダ１０に入射する。そして反射ミラー１０Ａ、１０Ｂにより集光される。
光分岐手段１１Ａに入射した光は、光分岐手段１１Ａの光分岐面の作用により、追尾光Ｒ２のうち、紙面垂直方向の偏波成分の３０％が反射されて、位置検出器１２Ａで受光される。
位置検出器１２Ａは、受光された追尾光Ｒ２のビーム中心位置を検出し、光アンテナ部１の光軸からの位置ずれ量を追尾台４に出力する。そして追尾台４の移動制御部（不図示）により、光アンテナ部１の光軸方向が追尾光Ｒ２の光軸と一致するように回動移動量が算出され、追尾台４の回動移動が行われる（粗追尾動作）。
【００７０】
一方、光分岐手段１１Ａを透過した追尾光Ｒ２は、反射ミラー１０Ｃにより略平行光とされ、ガルバノミラー１５により反射されて、光分岐手段１１Ｂの光分岐面の作用により、追尾光Ｒ２のうちの紙面垂直方向のすべての偏波成分が反射されて、位置検出器１２Ｂで受光される。
【００７１】
位置検出器１２Ｂは、受光された追尾光Ｒ２のビーム中心位置を検出し、光アンテナ部１の光軸からの位置ずれ量をガルバノミラー１５に出力する。そしてガルバノミラー１５の回動制御部（不図示）により、結合レンズ２４の光軸方向が追尾光Ｒ２の光軸と一致するように回動移動量が算出され、ガルバノミラー１５の回動移動が行われる（精追尾動作）。このように位置検出器１２Ｂで検出された方向ずれ情報が光偏向手段にフィードバックされるので、光分岐手段１１Ｂを透過する通信光Ｒ１は、不図示の光路合成手段２１、結合レンズ２４の光軸上を進んで、コネクタ５１に効率よく結合される。
【００７２】
このような精追尾動作は、慣性が小さいガルバノミラー１５により極めて高速に行われる。また、位置検出器１２Ｂに４分割ＰＤなどの高精度の位置検出手段を用いることにより高精度の追尾を行うことができるものである。
なお、このような精追尾機構を備えることで、まず精追尾により追尾を行い、ずれ量がある一定量を超えたとき追尾台４の移動制御部とガルバノミラー１５の回転制御部が連係して粗追尾をするようにすれば、入射方向ずれや、変動などが生じても、略リアルタイムに解消することができる。そのため、通信光Ｒ１のコネクタ５１への入射位置が安定し、通信光Ｒ１の入射位置ずれによる受光量の変動が防止される。
本変形例では、通信光Ｒ１が常に光ファイバのＮＡの範囲に入射するように精追尾を行い、コネクタ５１の受光面を光ファイバ２５の端面自体としている。それにより、簡素な構成となり、コネクタ５１での光量損失や光学的ノイズの発生も抑制できるという利点がある。
また、粗追尾機構のみであっても、通信光Ｒ１が光ファイバのＮＡの範囲に入射できるように追尾が行われるならば、上記の第１〜４の実施形態においても同様に、コネクタ５１の受光面を光ファイバ２５の端面自体で構成することが好ましい。
【００７３】
また、上記の説明では、通信用光源、通信光検出部として、第１〜３の実施形態では、ＬＤ２７、信号受光部２９を用い、第４の実施形態では、送信光入力部５３、受信光出力部５４を用いた例で説明したが、これらは、互いに適宜入れ替えた構成に変形することができる。そして、送信光入力部５３、受信光出力部５４を採用する場合、おおもとの光源、光検出器は、それらに直接的に接続された有線通信網上、または、そのような有線通信網により中継された他の有線通信網上に設けられた構成とすることができる。
【００７４】
また、上記の説明では、受光された通信光、追尾光、および送光される通信光、追尾光の光路を適宜分離するために、波長、偏波方向の少なくともいずれかを変えた場合の一部の例について説明した。波長の種類、偏波方向は、これら以外にも種々組合せを採用することができ、上記に限定されるものではない。
【００７５】
また、上記の説明では、通信用光源と追尾用光源とが別々に設けられた例で説明したが、通信用光源のみとしてもよい。そのような組合せにより通信を行う場合、光分岐手段により、受光された通信光を分岐して方向ずれ検出手段に導くことで追尾光として利用するような構成とすることができる。
【００７６】
また、上記の説明では、追尾ユニットと別体ユニットとの間を１本の光ファイバで接続する例で説明した。スペースやコストなどの問題がない場合は、複数の光ファイバで接続してもよい。例えば、別体ユニットに通信用光源、追尾用光源、通信光検出部を備える場合に、それぞれに専用に１本ずつ光ファイバを設けて追尾ユニットと接続してもよい。例えば、光アンテナ部とそれぞれの光ファイバの間に、偏光ダイクロイックビームスプリッタなどを複数組み合わせるなどして、適宜の光路合成分岐手段を設けるようにすれば、そのような構成を実現できる。
このような構成の場合、別体ユニット内で、それぞれの光束を分離しなくてもよいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る空間光通信装置の概略構成について説明するための構成ブロック図である。
【図５】本発明の第１〜第４の実施形態の変形例の構成について説明するための光軸を含む断面における光路図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  光アンテナ部
２  入出力ポート部
３  送受信モジュール（別体ユニット）
４  追尾台
５  追尾モジュール（追尾ユニット）
１０  ビームエキスパンダ（送受光光学系）
１１、１１Ａ、１１Ｂ  光分岐手段（方向ずれ検出手段）
１２、１２Ａ、１２Ｂ  位置検出器（方向ずれ検出手段）
１５  ガルバノミラー（光偏向手段）
２１、３１  光路合成手段
２２、３２  コリメートレンズ
２３  ＬＤ（追尾用光源）
２４  結合レンズ
２５  光ファイバ
２６  サーキュレータ
２７  ＬＤ（通信用光源）
２８、４３  ＥＤＦＡ（ファイバアンプ）
２９  信号受光部（通信光検出部）
３４  光路分岐手段
３９  光路分岐合成手段
４１  波長分離型カプラ
５０  偏波保存光ファイバ（光ファイバ）
５３  送信光入力部（通信用光源）
５４  受信光出力部（通信光検出部）
１００、１０１、１０２、１０３  空間光通信装置
【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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