(57)【要約】【課題】広い範囲の光軸ずれに対して自動で光軸調整の制御が可能な空間光伝送装置を提供すること。【解決手段】送信本体と受信本体との間で空間光伝送により通信を実現する空間光伝送装置であって、受信本体は、少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面内で位置調整可能な可動レンズと、可動レンズを通過した光信号について透過光と反射光に分光するための分光器と、分光器からの透過光若しくは反射光の何れか一方を用いて位置検出を行う位置センサと、受信本体の各構成を格納した筐体の下部に配置され、所定範囲で筐体全体を移動させて位置調整可能な電子雲台と、位置センサによって検出した光軸位置に基づいて可動レンズ及び／又は電子雲台の位置調整を行って、光信号が受信側の光ファイバケーブルに適切に入射するように光軸調整の制御をする制御部とを具備した。【選択図】図１
2018170647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側の光ファイバケーブルからの光信号を送信本体から送信し、受信本体において光信号を受信して受信側の光ファイバケーブルに入射させて空間光伝送により通信を実現する空間光伝送装置であって、
前記受信本体は、
少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置調整可能な可動レンズと、
前記可動レンズを通過した光信号について透過光と反射光に分光するための分光器と、
前記分光器からの透過光若しくは反射光の何れか一方を用いて位置検出を行う位置センサと、
受信本体の各構成を格納した筐体の下部に配置され、所定範囲で筐体全体を移動させて位置調整可能な電子雲台と、
前記位置センサによって検出した光軸位置に基づいて前記可動レンズ及び／又は前記電子雲台の位置調整を行って、前記分光器からの透過光若しくは反射光の何れか他方側の光を前記受信側の光ファイバケーブルに適切に入射するように光軸調整の制御をする制御部と
を具備した空間光伝送装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記可動レンズが中心位置から所定距離以上移動した可動限界付近においてさらに可動限界方向に移動させる制御が必要な場合に、前記電子雲台を同一方向に移動させて制御するようにした
請求項１記載の空間光伝送装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記可動レンズが中心位置から所定距離以上移動した可動限界付近に到達した場合に、前記可動レンズを中心位置の方向に移動させるとともに前記電子雲台を逆方向に移動させて前記可動レンズを中心位置に戻す制御を行うようにした
請求項１又は２記載の空間光伝送装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記位置センサで検出した光軸位置が目標位置から所定距離以上離れている場合は前記電子雲台によって光軸調整の制御を行い、前記位置センサで検出した光軸位置が目標位置から所定距離以内の範囲である場合は前記可動レンズによって光軸調整の制御を行うようにした
請求項１から請求項３の何れかに記載の空間光伝送装置。
【請求項５】
前記送信本体の各構成を格納した筐体の下部にも電子雲台が設けられており、前記送信本体又は前記受信本体の少なくとも何れか一方は移動体に載置され、前記送信本体及び前記受信本体はそれぞれＧＰＳセンサを備えており、かつ、前記送信本体及び前記受信本体はＧＰＳセンサで取得した位置情報を相互に空間光伝送とは異なる通信手段によって相互に相手方の位置情報を取得可能である構成であって、
前記制御部は、前記送信本体及び前記受信本体の位置情報を取得する機能を有し、前記送信本体及び前記受信本体が相手方の位置方向に光ファイバの光軸を向けるように両方の電子雲台を制御するようにし、前記送信本体及び前記受信本体の光軸の位置関係が所定条件を満たした段階から前記光軸調整の制御を開始するようにした
請求項１から請求項４の何れかに記載の空間光伝送装置。
【請求項６】
前記送信本体の送信側の光ファイバケーブルの後段に前記受信本体における前記可動レンズと同様の送信側可動レンズを設けた
請求項１から請求項５の何れかに記載の空間光伝送装置。
【請求項７】
前記送信側可動レンズは、前記受信本体の制御部から空間光伝送とは異なる通信手段によって前記送信本体の制御部に制御内容を指示して制御を行うようにした
請求項６記載の空間光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い範囲の光軸ずれに対して自動で光軸調整の制御が可能な空間光伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２点間の非接触の通信手段の１つとして空間光伝送の技術が存在する。この空間光伝送は、光によるデータ通信であるため高速で大容量の転送が可能な技術である。距離の離れた２点間で確実に通信を行うためには指向性の高い光信号を用いる必要があり、光軸合わせを正確に行う必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、端末間の光軸合せ作業を自動化した空間光伝送システム、光送信装置及び光受信装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空間光伝送の送信装置及び受信装置は、設置場所における振動、風などの外乱の影響により、光軸ずれが生じることがある。特許文献１においては、ある程度の光軸ずれについてはレンズ等の光学系の光軸調整装置によって微調整可能であるが、光軸調整のためのレンズの可動限界を超えた光軸ずれについては、再度送信装置及び受信装置の向きをユーザが設定し直す必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、広い範囲の光軸ずれに対して自動で光軸調整の制御が可能な空間光伝送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】
【０００７】
本発明に係る空間光伝送装置は、送信側の光ファイバケーブルからの光信号を送信本体から送信し、受信本体において光信号を受信して受信側の光ファイバケーブルに入射させて空間光伝送により通信を実現する空間光伝送装置であって、前記受信本体は、少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置調整可能な可動レンズと、前記可動レンズを通過した光信号について透過光と反射光に分光するための分光器と、前記分光器からの透過光若しくは反射光の何れか一方を用いて位置検出を行う位置センサと、受信本体の各構成を格納した筐体の下部に配置され、所定範囲で筐体全体を移動させて位置調整可能な電子雲台と、前記位置センサによって検出した光軸位置に基づいて前記可動レンズ及び／又は前記電子雲台の位置調整を行って、前記分光器からの透過光若しくは反射光の何れか他方側の光を前記受信側の光ファイバケーブルに適切に入射するように光軸調整の制御をする制御部とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る空間光伝送装置は、前記制御部は、前記可動レンズが中心位置から所定距離以上移動した可動限界付近においてさらに可動限界方向に移動させる制御が必要な場合に、前記電子雲台を同一方向に移動させて制御するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る空間光伝送装置は、前記制御部は、前記可動レンズが中心位置から所定距離以上移動した可動限界付近に到達した場合に、前記可動レンズを中心位置の方向に移動させるとともに前記電子雲台を逆方向に移動させて前記可動レンズを中心位置に戻す制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る空間光伝送装置は、前記制御部は、前記位置センサで検出した光軸位置が目標位置から所定距離以上離れている場合は前記電子雲台によって光軸調整の制御を行い、前記位置センサで検出した光軸位置が目標位置から所定距離以内の範囲である場合は前記可動レンズによって光軸調整の制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る空間光伝送装置は、前記送信本体の各構成を格納した筐体の下部にも電子雲台が設けられており、前記送信本体又は前記受信本体の少なくとも何れか一方は移動体に載置され、前記送信本体及び前記受信本体はそれぞれＧＰＳセンサを備えており、かつ、前記送信本体及び前記受信本体はＧＰＳセンサで取得した位置情報を相互に空間光伝送とは異なる通信手段によって相互に相手方の位置情報を取得可能である構成であって、前記制御部は、前記送信本体及び前記受信本体の位置情報を取得する機能を有し、前記送信本体及び前記受信本体が相手方の位置方向に光ファイバの光軸を向けるように両方の電子雲台を制御するようにし、前記送信本体及び前記受信本体の光軸の位置関係が所定条件を満たした段階から前記光軸調整の制御を開始するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る空間光伝送装置は、前記送信本体の送信側の光ファイバケーブルの後段に前記受信本体における前記可動レンズと同様の送信側可動レンズを設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る空間光伝送装置は、前記送信側可動レンズは、前記受信本体の制御部から空間光伝送とは異なる通信手段によって前記送信本体の送信側制御部に制御内容を指示して光軸調整の制御を行うようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、位置センサで検出した光軸位置に基づいて可動レンズと電子雲台の両方の位置調整を行って、受信側光ファイバケーブルに適切に光信号が入射するように光軸調整の制御をするようにしているので、可動レンズのみで光軸調整を行う場合に比較して広範囲で光軸調整を行うことが可能となる。また、可動レンズが可動限界付近に位置する場合には電子雲台を優先させて駆動したり、可動レンズが可動限界付近に止まることを防止するために可動レンズを中心位置（初期位置）に移動させる制御と逆方向に電子雲台を移動させる制御を同時に行って可動レンズを初期位置に移動させる制御を行ったりすることで、常に広範囲で光軸合わせに対応できる状況を維持することが可能となる。
【００１５】
また、本発明によれば、位置センサで検出した光軸位置と目標値（中心位置）との差分（偏差）が所定値以上のときは電子雲台によって光軸調整を行い、差分（偏差）が所定値以内のときは可動レンズで光軸調整を行うようにしたので、大きい調整を電子雲台で行い、最終的な微調整を可動レンズで行うことが可能となる。
【００１６】
また、本発明によれば、送信本体と受信本体の間でＧＰＳセンサで取得した位置情報を無線通信等の通信手段によって相互に通知して、相手方の方向に光軸が向くように自動で大まかな光軸調整を行うようにしたので、設置時にユーザが調整する必要がなくなる。また、送信本体が移動体に設置される場合、例えば、港湾に停泊した船舶と陸上の事務所等の間で空間光伝送を行いたいような場合には、自動で大まかな光軸調整を行う機能を有していることのメリットが大きい。
【００１７】
また、本発明によれば、空間光伝送とは異なる通信手段を用いて、受信本体から送信本体に対して送信本体の可動レンズの位置調整を行う指示を送信して、送信本体からの通信光の出射角度を調整可能としたので、受信本体側の電子雲台及び可動レンズに基づく光軸調整ではそれ以上の調整ができないという限界の範囲に光軸位置が位置してしまったとしても、送信本体からの通信光の出射角度を調整することで光軸調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態としての空間光伝送装置１００の構成を表した説明図である。
【図２】第１の実施の形態に係る空間光伝送装置１００の制御部３０で行われるＰＩＤ制御の動作を示すブロック線図である。
【図３】第２の実施の形態としての空間光伝送装置２００の構成を表した説明図である。
【図４】第２の実施の形態に係る空間光伝送装置２００の受信側制御部３０で行われるＰＩＤ制御の動作を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照しながら、第１の実施の形態に係る空間光伝送装置の例について説明する。図１は、第１の実施の形態としての空間光伝送装置１００の構成を表した説明図である。この図１に示すように、空間光伝送装置１００は、送信本体１０と受信本体２０とで構成されている。
【００２０】
送信本体１０は、光信号を送信する側の構成であり、筐体１１とこれを支える雲台１４とで構成される。筐体１１の内部には、光信号を出射するための送信側光ファイバケーブル１２と、送信側光ファイバケーブル１２からの光信号をコリメート光（平行光）に調整する光アンテナレンズ１３とが備えられている。雲台１４は、ユーザの操作で任意の方向、角度に調整して固定可能なものとする。
【００２１】
受信本体２０は、光信号を受信する側の構成であり、筐体２１とこれを支える電子雲台２９とで構成される。筐体２１の内部には、受信した光信号を入射させるための受信側光ファイバケーブル２２と、送信本体１０からの光を最初に受ける光アンテナレンズ２３と、光アンテナレンズ２３を通過した光の光軸を調整するためのレンズであって少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置調整可能な可動レンズ２４と、可動レンズ２４を通過した光信号について透過光と反射光に分光するための分光器２５と、分光器からの反射光を用いて光軸の位置検出を行うための位置センサ２８とを備えている。分光器２５と受信側光ファイバケーブル２２との間には分光器２５の透過光を集光するための光ファイバ用レンズ２６が配置され、また、位置センサ２８の前段には分光器からの反射光を集光するための位置センサ用レンズ２７が配置されている。また、電子雲台２９は、筐体２１の下部に配置され、所定範囲で筐体２１全体を移動させて位置調整可能な構成となっており、少なくとも、水平方向の回転（パン）と垂直方向の回転（チルト）が可能な構成となっている。さらに、光軸角度を維持したまま水平方向又は垂直方向に平行移動可能な構成を備えさせてもよい。また、受信本体２０は、位置センサ２８で検出した光軸位置に基づいて可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９の位置調整を行って、分光器２５からの透過光を受信側光ファイバケーブル２２に適切に入射するように光軸調整の制御をするための制御部（受信側制御部）３０を備えている。なお、分光器２５における透過率と反射率については、特に制限はないが、位置合わせの経路はそのまま通信光の経路となることから、通信光の減衰を避けるためにも受信側光ファイバケーブル２２に入射する透過光が可能な限り多くなるように透過率と反射率を設定することが望ましい。また、分光器２５からの透過光を受信側光ファイバケーブル２２に入射させる構成としたが、反射光側を受信側光ファイバケーブル２２に入射させる構成であってもよい。
【００２２】
制御部３０は、光軸の目標位置と位置センサ２８で検出した光軸位置との差分を入力としてＰＩＤ制御によって可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９の位置調整を行って、位置調整後の位置センサ２８による光軸位置の情報をフィードバックして制御を行う。図２は、第１の実施の形態に係る空間光伝送装置１００の制御部３０で行われるＰＩＤ制御の動作を示すブロック線図である。この図２に示すように、先ず、光軸についての目標値が入力される。具体的には、位置センサ２８の検出位置が中心の場合に受信側光ファイバケーブル２２に適切に入射するとしたとき、この位置センサ２８の中心に光軸が来た場合の座標位置を「０」として目標値として設定する。
【００２３】
次に、加え合わせ点４０にて、直前の位置センサ２８によって検出した光軸位置の情報（引き出し点４５からのフィードバック）と目標値との差分が演算されて、ＰＩＤコントローラ４１に入力される。ＰＩＤコントローラ４１では、目標値との差分（偏差）、その積分、および微分の３つの要素に基づいてＰＩＤ制御を行って、可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９に対する制御量を決定する。この制御量に基づいて、制御コントローラ４３によって可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９の駆動が行われて、光軸位置を中心に近づける制御が行われるが、実際には、外乱の影響があるため、外乱回路４６による外乱による光軸の変位量が制御コントローラ４３による駆動後の光軸位置に加え合わせ点４４にて加算されて、実際の光軸位置が決まることになる。
【００２４】
フィードバック制御の課題として、外乱の影響（本例では位置検出センサ２８による光軸位置の変位）によって光軸位置にずれが生じてから制御を開始することになるので、ずれを修正するまでに時間的な遅れが生じるという点が存在する。そこで、本例においては、外乱の影響を検出した段階で、制御量補正計算部４７において、その外乱の影響による光軸に対する位置変位の方向と移動距離を算出して、次の単位時間当たりの位置を予測して、その変位を打ち消す方向で制御量の補正値を計算して、加え合わせ点４２にてＰＩＤコントローラ４１からの制御量に制御量補正計算部４７からの補正値を加算して実際の制御量を決定するようにする。これにより、微小な補正値ではあるが外乱の影響を即座に制御量に反映させることが可能となる。
【００２５】
ＰＩＤコントローラ４１で決定した制御量に基づいて制御コントローラ４３によって光軸調整のための可動レンズ２４又は電子雲台２９の駆動が行われる。基本的には、微小な変位に対しては可動レンズ２４を駆動させることで光軸調整の制御を行うが、可動レンズ２４の可動範囲も限界があるため、特定方向にのみ移動させていくと可動限界に到達してしまい、その方向にそれ以上移動させることができず、光軸のずれに対応できなくなってしまう。そこで、可動レンズ２４の中心位置から所定距離の位置である可動限界付近に可動レンズ２４が移動した状態において、さらに可動限界方向に駆動させる必要が生じた場合には、当該方向に電子雲台２９を移動させることで光軸調整を行うようにする。
【００２６】
また、可動レンズ２４が可動限界付近に位置する状況を回避するために、光軸位置が目標位置にある状況において、可動レンズ２４を中心位置（初期位置）に移動させる制御と逆方向に電子雲台２９を移動させる制御を同時に行うことで、光軸の合っている状況を維持したまま可動レンズ２４を初期位置に移動させるようにする。この制御を行うことで、常に広範囲で光軸合わせを行うことが可能となる。
【００２７】
以上のように、第１の実施の形態に係る空間光伝送装置１００によれば、位置センサ２８で検出した光軸位置に基づいて可動レンズ２４と電子雲台２９の両方の位置調整を行って、受信側光ファイバケーブル２２に適切に光信号が入射するように光軸調整の制御をするようにしているので、可動レンズ２４のみで光軸調整を行う場合に比較して広範囲で光軸調整を行うことが可能となる。また、可動レンズ２４が可動限界付近に位置する場合には電子雲台２９を優先させて駆動したり、可動レンズ２４が可動限界付近に止まることを防止するために可動レンズ２４を中心位置（初期位置）に移動させる制御と逆方向に電子雲台２９を移動させる制御を同時に行って可動レンズ２４を初期位置に移動させる制御を行ったりすることで、常に広範囲で光軸合わせに対応できる状況を維持することが可能となる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態としての空間光伝送装置２００の構成を表した説明図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成箇所については同一符号を付している。
【００２９】
送信本体１０は、光信号を送信する側の構成であり、筐体１１とこれを支える電子雲台１６とで構成される。筐体１１の内部には、光信号を出射するための送信側光ファイバケーブル１２と、送信側光ファイバケーブル１２からの光信号をコリメート光（平行光）に調整する光アンテナレンズ１３とが備えられており、送信側光ファイバケーブル１２と光アンテナレンズ１３との間には、送信側光ファイバケーブル１２からの光信号の光軸を調整するためのレンズであって少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置調整可能な可動レンズ１５が設けられている。電子雲台１６は、筐体１１の下部に配置され、所定範囲で筐体１１全体を移動させて位置調整可能な構成となっており、少なくとも、水平方向の回転（パン）と垂直方向の回転（チルト）が可能な構成となっている。さらに、光軸角度を維持したまま水平方向又は垂直方向に平行移動可能な構成を備えさせてもよい。また、送信本体１０は、位置センサ２８で検出した光軸位置に基づいて可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９の位置調整を制御するための送信側制御部１７を備えている。また、送信本体１０は、送信本体１０の現在位置の座標情報をＧＰＳによって取得するためのＧＰＳセンサ１８と、受信本体２０との間で行う空間光伝送とは異なる通信手段の一例としての無線通信部１９を備えている。
【００３０】
受信本体２０は、光信号を受信する側の構成であり、筐体２１とこれを支える電子雲台２９とで構成される。筐体２１の内部には、受信した光信号を入射させるための受信側光ファイバケーブル２２と、送信本体１０からの光を最初に受ける光アンテナレンズ２３と、光アンテナレンズ２３を通過した光の光軸を調整するためのレンズであって少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置調整可能な可動レンズ２４と、可動レンズ２４を通過した光信号について透過光と反射光に分光するための分光器２５と、分光器からの反射光を用いて光軸の位置検出を行うための位置センサ２８とを備えている。分光器２５と受信側光ファイバケーブル２２との間には分光器２５の透過光を集光するための光ファイバ用レンズ２６が配置され、また、位置センサ２８の前段には分光器からの反射光を集光するための位置センサ用レンズ２７が配置されている。なお、分光器２５における透過率と反射率については、特に制限はないが、位置合わせの経路はそのまま通信光の経路となることから、通信光の減衰を避けるためにも受信側光ファイバケーブル２２に入射する透過光が可能な限り多くなるように透過率と反射率を設定することが望ましい。また、分光器２５からの透過光を受信側光ファイバケーブル２２に入射させる構成としたが、反射光側を受信側光ファイバケーブル２２に入射させる構成であってもよい。また、電子雲台２９は、筐体２１の下部に配置され、所定範囲で筐体２１全体を移動させて位置調整可能な構成となっており、少なくとも、水平方向の回転（パン）と垂直方向の回転（チルト）が可能な構成となっている。さらに、光軸角度を維持したまま水平方向又は垂直方向に平行移動可能な構成を備えさせてもよい。また、受信本体２０は、位置センサ２８で検出した光軸位置に基づいて可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９の位置調整を行って、分光器２５からの透過光を受信側光ファイバケーブル２２に適切に入射するように光軸調整の制御をするための受信側制御部３０を備えている。また、受信本体２０は、受信本体２０の現在位置の座標情報をＧＰＳによって取得するためのＧＰＳセンサ３１と、送信本体１０との間で行う空間光伝送とは異なる通信手段の一例としての無線通信部３２を備えている。
【００３１】
受信側制御部３０は、光軸の目標位置と位置センサ２８で検出した光軸位置との差分を入力としてＰＩＤ制御によって可動レンズ２４及び／又は電子雲台２９の位置調整を行って、位置調整後の位置センサ２８による光軸位置の情報をフィードバックして制御を行う。図４は、第２の実施の形態に係る空間光伝送装置２００の受信側制御部３０で行われるＰＩＤ制御の動作を示すブロック線図である。この図４に示すように、第２の実施の形態においては、可動レンズ２４と電子雲台２９の制御を分けており、中心位置から所定距離以内の範囲では可動レンズ２４によって光軸調整の制御を行い、中心位置から所定距離以上離れた位置においては電子雲台２９によって光軸調整の制御を行うようにしたものである。
【００３２】
図４において、先ず、光軸についての目標値が入力される。具体的には、位置センサ２８の検出位置が中心の場合に受信側光ファイバケーブル２２に適切に入射するとしたとき、この位置センサ２８の中心に光軸が来た場合の座標位置を「０」として目標値として設定する。目標値は、加え合わせ点５０と加え合わせ点５６に対してそれぞれ入力される。ここで、加え合わせ点５０からのラインは電子雲台２９の位置調整のための制御であり、加え合わせ点５６からのラインは可動レンズ２４の位置調整のための制御である。
【００３３】
加え合わせ点５０にて、直前の位置センサ２８によって検出した光軸位置の情報（引き出し点５４からのフィードバック）と目標値との差分が演算されて、ＰＩＤコントローラ４１に入力される。ＰＩＤコントローラ５１では、目標値との差分（偏差）が所定値以上である場合に限って電子雲台２９の位置調整のための制御量を演算する。ＰＩＤコントローラ５１では、目標値との差分（偏差）、その積分、および微分の３つの要素に基づいてＰＩＤ制御を行って、電子雲台２９に対する制御量を決定する。この制御量に基づいて、電子雲台制御コントローラ５２によって電子雲台２９の駆動が行われて、光軸位置を中心に近づける制御が行われるが、実際には、外乱の影響があるため、外乱回路５５による外乱による光軸の変位量が電子雲台制御コントローラ５２による駆動後の光軸位置に加え合わせ点５３にて加算されて、実際の光軸位置が決まることになる。位置センサ２８によって検出された実際の光軸位置の情報は、引き出し点５４から加え合わせ点５０にフィードバックされる。
【００３４】
他方、加え合わせ点５６では、直前の位置センサ２８によって検出した光軸位置の情報（引き出し点６０からのフィードバック）と目標値との差分が演算されて、ＰＩＤコントローラ５７に入力される。ＰＩＤコントローラ５７では、目標値との差分（偏差）が所定値以内である場合に限って可動レンズ２４の位置調整のための制御量を演算する。ＰＩＤコントローラ５７では、目標値との差分（偏差）、その積分、および微分の３つの要素に基づいてＰＩＤ制御を行って、可動レンズ２４に対する制御量を決定する。この制御量に基づいて、可動レンズ制御コントローラ５８によって可動レンズ２４の駆動が行われて、光軸位置を中心に近づける制御が行われるが、実際には、外乱の影響があるため、外乱回路５５による外乱による光軸の変位量が可動レンズ制御コントローラ５８による駆動後の光軸位置に加え合わせ点５９にて加算されて、実際の光軸位置が決まることになる。位置センサ２８によって検出された実際の光軸位置の情報は、引き出し点６０から加え合わせ点５６にフィードバックされる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態としての空間光伝送装置２００を使用する場合の流れについて説明を行う。空間光伝送装置２００を構成する送信本体１０と受信本体２０は、通信を行いたい２地点にそれぞれ設置されて光軸合わせの処理が開始される。送信本体１０と受信本体２０はそれぞれＧＰＳセンサ１８とＧＰＳセンサ３１を備えており、光軸合わせの処理が開始されると、それぞれが自身の位置情報を取得して、取得した位置情報を空間光伝送とは異なる通信手段を用いて相手方に通知する。図３の例では、無線通信部１９と無線通信部３２との間の無線通信によって相手方に位置情報を通知する。相手方に位置情報を取得した送信本体１０と受信本体２０は、相手方の位置する方向に光軸が向くようにそれぞれ電子雲台１６と電子雲台２９を送信側制御部１７及び受信側制御部３０で制御して大まかな光軸調整を行う。この大まかな光軸調整によって、送信本体１０からの光信号を位置センサ２８で検出できる程度まで光軸調整を行うことが好ましい。
【００３６】
大まかな光軸調整の結果、位置センサ２８で送信本体１０からの光信号を検出できた場合には、その検出結果に基づいて、詳細な光軸調整の制御を開始する。位置センサ２８で検出した光軸位置と目標値（中心位置）との差分（偏差）が所定値以上であった場合には、電子雲台２９を制御して光軸を目標値に近づけるように光軸調整を行う。位置センサ２８で検出した光軸位置と目標値（中心位置）との差分（偏差）が所定値以内となった場合には、可動レンズ２４を制御して光軸を目標値に近づけるように光軸調整を行う。光軸位置が目標値に到達した段階で、分光器２５からの透過光が受信側光ファイバケーブル２２に適切に入射されるようになるため、この段階から空間光伝送による通信を開始する。空間光伝送を開始した後も外乱の影響によって光軸ずれが生じる可能性があるので、常に位置センサ２８で光軸位置を監視しながらＰＩＤ制御によって光軸位置を適切に制御する。
【００３７】
最初の送信本体１０の出射角度がずれていたり、外乱の影響で途中から出射角度がずれてしまったりした場合に、受信本体２０側の電子雲台２９及び可動レンズ２４に基づく光軸調整ではそれ以上の調整ができないという限界の範囲に光軸位置が位置してしまう可能性がある。このような場合には、受信本体２０から空間光伝送とは異なる通信手段としての無線通信部３２を介して送信本体１０に対して無線によって光軸位置を調整する指示を送信するようにしてもよい。光軸位置を調整する指示を受信した送信本体１０は、受信した指示内容に基づいて、送信側制御部１７において可動レンズ１５若しくは電子雲台１６の位置調整を行う。これにより、送信本体１０からの出射角度が受信本体２０の電子雲台２９及び可動レンズ２４で光軸調整可能な範囲に修正されれば、以後の光軸調整は受信本体２０の電子雲台２９及び可動レンズ２４において行うことが可能となる。
【００３８】
以上のように、第２の実施の形態に係る空間光伝送装置２００によれば、送信本体１０と受信本体２０の間でＧＰＳセンサで取得した位置情報を無線通信等の通信手段によって相互に通知して、相手方の方向に光軸が向くように自動で大まかな光軸調整を行うようにしたので、設置時にユーザが調整する必要がなくなる。また、送信本体１０が移動体に設置される場合、例えば、港湾に停泊した船舶と陸上の事務所等の間で空間光伝送を行いたいような場合には、自動で大まかな光軸調整を行う機能を有していることのメリットが大きい。
【００３９】
また、第２の実施の形態に係る空間光伝送装置２００によれば、位置センサ２８で検出した光軸位置と目標値（中心位置）との差分（偏差）が所定値以上のときは電子雲台２９によって光軸調整を行い、差分（偏差）が所定値以内のときは可動レンズ２４で光軸調整を行うようにしたので、大きい調整を電子雲台２９で行い、最終的な微調整を可動レンズ２４で行うことが可能となる。
【００４０】
また、第２の実施の形態に係る空間光伝送装置２００によれば、空間光伝送とは異なる通信手段を用いて、受信本体２０から送信本体１０に対して送信本体１０の可動レンズ１５若しくは電子雲台１６の位置調整を行う指示を送信して、送信本体１０からの通信光の出射角度を調整可能としたので、受信本体２０側の電子雲台２９及び可動レンズ２４に基づく光軸調整ではそれ以上の調整ができないという限界の範囲に光軸位置が位置してしまったとしても、送信本体１０からの通信光の出射角度を調整することで光軸調整が可能となる。
【００４１】
前記第１及び第２の実施の形態においては、可動レンズ２４は、少なくとも光信号の光軸に略垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置調整可能な構造であるものとして説明を行ったが、さらに光軸方向（Ｚ軸方向）に調整可能なものであってもよい。可動レンズ２４に光軸方向の調整機能を持たせることで、受信側光ファイバケーブル２２における受信強度を観測しながら可動レンズ２４のＺ軸方向の微調整を行って、最大の受信強度が得られる位置に設定することが可能となる。
【００４２】
前記第１及び第２の実施の形態においては、送信本体１０から出射される通信光の内容については言及していなかった。空間光伝送の通信中においては、通信光は指向性の高い光信号である必要があるが、光軸調整の初期段階においては、広角に出射するようにしてもよい。例えば、第２の実施の形態においてＧＰＳセンサによる位置情報に基づいて送信本体１０と受信本体２０が大まかな光軸調整を行う場合には、送信本体１０から出射される通信光をレンズによって調整して広角に出射した方が、受信本体２０の位置センサ２８で検出し易いといえる。よって、大まかな光軸調整段階においては光を広角に出射するようにし、細かい光軸調整の段階においては光の指向性を高めて出射するようにすれば、光軸調整がより容易に行えるといえる。
【００４３】
また、ＧＰＳセンサによる位置情報に基づいて送信本体１０と受信本体２０が大まかな光軸調整を行う際に、送信本体１０から受信本体２０の位置に向かって光信号を出射して受信本体２０の位置センサ２８で検出できる必要があるが、ＧＰＳセンサによる位置情報に誤差が生じている可能性を考慮して、ＧＰＳセンサによる位置情報で指定された位置を中心として所定範囲に対して垂直方向及び水平方向に出射方向を徐々に変化させることで、受信本体２０の位置センサ２８で検出する位置をスキャンするようにしてもよい。これにより、大まかな光軸調整の精度がより高まる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  空間光伝送装置
２００  空間光伝送装置
１０            送信本体
１１            筐体
１２            送信側光ファイバケーブル
１３            光アンテナレンズ
１４            雲台
１５            可動レンズ
１６            電子雲台
１７            送信側制御部
１８            ＧＰＳセンサ
１９            無線通信部
２０            受信本体
２１            筐体
２２            受信側光ファイバケーブル
２３            光アンテナレンズ
２４            可動レンズ
２５            分光器
２６            光ファイバ用レンズ
２７            位置センサ用レンズ
２８            位置センサ
２９            電子雲台
３０            制御部（受信側制御部）
３１            ＧＰＳセンサ
３２            無線通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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