(57)【要約】【課題】空間的に離れた２地点を空間光通信で接続するときに、両局間の空間光通信における指向制御とアライメント調節を的確に行う。【解決手段】空間光通信を行う第１通信局と第２通信局の双方が光反射器２を有し、自局のレーザ送信装置１より出射した送信レーザ光５ａ，５ｂが相手側通信局の光反射器２で反射された反射レーザ光５ａ′，５ｂ′を受光手段３で受け、この反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受光強度に基づいて、通信制御手段４が送信レーザ光５ａ，５ｂの強度、拡がり角、出射方向を調整することにより、適切な指向制御とアライメント調節を自動で行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的に離れた２地点の通信局をレーザ光を用いた空間光通信で接続する空間光通信システムであって、
双方の通信局は、それぞれ、送信レーザ光を出射するレーザ送信手段と、入射した光線を到来方向と逆方向へ反射する光反射器と、レーザ光を受光する受光手段と、上記レーザ送信手段を制御して相手側通信局への信号送信を行うと共に上記受光手段が受光した相手側通信局からの信号を受信処理する通信制御手段と、を含む空間光通信用端末を備え、且つ、両通信局のレーザ送信装置がそれぞれ出射する送信レーザ光は、互いに識別可能なように光特性を異ならせておき、
上記通信制御手段は、相手側通信局へ出射した送信レーザ光が相手側通信局から反射されて戻った反射レーザ光の受光強度を上げるようにレーザ光の出射方向を調整することで、送信レーザ光の出射方向を相手側通信局へ向けるようにしたことを特徴とする空間光通信システム。
【請求項２】
上記通信制御手段は、送信レーザ光の拡がり角を狭めることで、相手側での受光強度を上げるように、通信状態を調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の空間光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間的に離れた２地点の通信局をレーザ光を用いた空間光通信で接続する空間光通信システムに関し、特に、通信相手方へのレーザ光の照射を迅速かつ的確に行い得る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より行われている空間光通信システムは、離れた２つの建築物（建物の屋根や塔など）に空間光通信用端末を設置し、これら空間光通信用端末を備える通信局間でレーザ光を用いた空間光通信を行うものである。空間光通信用端末の建築物への設置に際しては、設置する２地点の各建築物の双方に人員を配置して、互いに連絡を取り合い、各空間光通信用端末が送信したレーザ光が相手側に受光されているかを確認しながら、空間光通信機端末の指向方向を調節するのである。
【０００３】
【非特許文献１】
オプトロニクス社編集部，「光空間通信ネットワーク技術資料集」，株式会社オプトロニクス社，平成１２年３月１０日
【０００４】
この場合には、レーザ光の拡がり角を十分に大きく設定することによって、人手による大雑把な指向方向の調節を可能としていた。さらに、空間光通信用端末のレーザ出射方向がずれたり、建築物の歪みによって空間光通信用端末のレーザ出射方向がずれたりすると、レーザ通信回線が途切れることを避けるためにも、レーザ光の拡がり角は大きく取られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような空間光通信用端末の設置方法では、複数の人員の配置と、人員間の密接な連絡が必要なため、設置に手間が掛かっていた。
【０００６】
また、レーザ光の拡がり角を人手で対応できるように十分に大きくしていたため、使用するレーザ光源の強度を強くすることが要求され、また、通信の相手方までの距離も制限されていた。そのため、通信のデータレートを高くできない欠点や、拡がりが大きいために弱まった光を受けることから受信側の受光口径を大きくし、また、信号検出性能を上げたりとの負荷が加わっていた。
【０００７】
さらに、霧や雨などの空間伝送路の状況に柔軟に対応できないため、相手側へ照射するレーザ光の強度にマージンを持たせた設計となっていたため、空間光通信用端末の光学的な性能を十分に利用することができなかった。
【０００８】
加えて、何らかの要因により、片方のレーザ光が相手側に照射されなくなった時には、再度の設置作業が必要となり、復旧への迅速な対応が困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、２局間で光通信を用いた良好な通信状態を確立するための空間光通信用端末における設定を、人手を煩わすことなく、迅速かつ的確に行うことができる空間光通信システムの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、空間的に離れた２地点の通信局をレーザ光を用いた空間光通信で接続する空間光通信システムであって、双方の通信局は、それぞれ、送信レーザ光を出射するレーザ送信手段と、入射した光線を到来方向と逆方向へ反射する光反射器と、レーザ光を受光する受光手段と、上記レーザ送信手段を制御して相手側通信局への信号送信を行うと共に上記受光手段が受光した相手側通信局からの信号を受信処理する通信制御手段と、を含む空間光通信用端末を備え、且つ、両通信局のレーザ送信装置がそれぞれ出射する送信レーザ光は、互いに識別可能なように光特性を異ならせておき、上記通信制御手段は、相手側通信局へ出射した送信レーザ光が相手側通信局から反射されて戻った反射レーザ光の受光強度を上げるようにレーザ光の出射方向を調整することで、送信レーザ光の出射方向を相手側通信局へ向けるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の空間光通信システムにおいて、上記通信制御手段は、送信レーザ光の拡がり角を狭めることで、相手側での受光強度を上げるように、通信状態を調整するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る空間光通信システムの実施形態を説明する。
【００１３】
図１に示すのは、空間的に離れた２地点の通信局をレーザ光を用いた空間光通信で接続する空間光通信システムを構成する第１通信局と第２通信局の概略構成であり、第１通信局に設けた空間光通信端末Ａと第２通信局に設けた空間光通信端末Ｂとは、実質的に同じ構成である。すなわち、空間光通信用端末Ａおよび空間光通信用端末Ｂは、それぞれ、送信レーザ光を出射するレーザ送信手段１と、入射した光線を到来方向と逆方向へ反射する光反射器２と、レーザ光を受光する受光手段３と、レーザ送信手段１を制御して相手側通信局への信号送信を行うと共に受光手段３が受光した相手側通信局からの信号を受信処理する通信制御手段４と、を備える。
【００１４】
上記通信制御手段４は、上記レーザ送信手段１を制御して相手側通信局への信号送信を行うと共に上記受光手段３が受光した相手側通信局からの信号を受信処理するものである。加えて、通信制御手段４は、送信用レーザの強度、受光端でのビーム径（照射側におけるレーザ光源のビーム径と拡がり角に加えて両通信局間の距離で決まるビーム径。以下、特に断らない限り、「ビーム径」は「受光端でのビーム径」の意味で用いる。）および照射方向を制御する機能も有する。上記レーザ送信手段１より出射するレーザ光の強度は、通信制御手段４からのレーザ強度制御信号により制御される。また、本実施形態で示すレーザ送信手段１は、少なくとも、出射方向調整部１１とビーム径調整部１２とレーザ強度調整部１３とを備え、通信制御手段４からの制御に応じて、送信レーザ光の出射方向を変えたり、ビームの拡がり角を調整して受光端でのビーム径を拡げたり絞ったり、良好な通信状態とするのに十分なレーザ強度に調整したりできる。
【００１５】
ここで、空間光通信用端末Ａのレーザ送信手段１から出射される送信レーザ光５ａと空間光通信用端末Ｂのレーザ送信手段１から出射される送信レーザ光５ｂとは、分離が可能なように光特性（例えば、波長や偏光）を異ならせておく。本実施形態においては、第１通信局と第２通信局とで、異なる波長のレーザ光を用いて通信するものとした。
【００１６】
よって、レーザ送信手段１より出射された送信レーザ光５ａが相手側通信局である第２通信局の光反射器２で反射されて戻った反射レーザ光５ａ′と、第２通信局のレーザ送信手段より出射された送信レーザ光５ｂとを同時に受光する受光手段３は、その光特性により、反射レーザ光５ａ′と送信レーザ光５ｂとを分離して受光することができる。同様に、第２通信局の受光手段３も、送信レーザ光５ｂが相手側通信局である第１通信局の光反射器２で反射されて戻った反射レーザ光５ｂ′と、第１通信局のレーザ送信手段より出射された送信レーザ光５ａとを同時に受光して、これらを分離することができる。本実施形態においては、このような光分離機能を担う光分離部３１を受光手段３に設けるものとし、通信光受光強度信号と反射光受光強度信号を通信制御手段４へ送信するものとした。
【００１７】
なお、空間光通信用端末Ａおよび空間光通信用端末Ｂの各受光手段３の視野は十分に広く設定すると共に、各レーザ送信手段１から出射した送信レーザ光５ａ，５ｂの方向は、受光手段３の視野方向のほぼ中央に配置されるように、端末設置時に調整しておく。地上の固定２地点間の光通信では、通信距離が短いため、視野を狭くして、受光感度を上げる必要性が低いことから、受光系の視野をやや広めに設定しておけば、視野の方向を固定としても、十分な受信強度を確保できるのである。しかし、低出力のレーザ光を用いるような制限が課されて、視野を狭くして受光感度を高めなければならないような場合には、受光方向調整部を設けて、受光方向を微調整するようにしても良い。
【００１８】
また、入射した光線を到来方向と逆方向へ反射する光反射器２としては、互いに直角をなしている３面の鏡面で構成された光学機器であるＣＣＲ（Ｃｏｒｎｅｒ  Ｃｕｂｅ  Ｒｅｔｒｏ―ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を用いることができ、このＣＣＲの有効入射角度は数十度と非常に広いため、空間光通信用端末Ａ，Ｂにおける光反射器２の取り付け時の方向の精度は要求されない。なお、光反射器２の反射面の大きさや光反射器２の設置個数は特に限定されるものではなく、空間光通信用端末Ａ，Ｂの光送受信の性能、両通信局間の距離、通信データレート等の諸条件に応じて、適宜に設計すれば良い。
【００１９】
上記のように構成した空間光通信用端末Ａと空間光通信用端末Ｂとを外観の一例を示したのが、図２であり、建築物に設置された空間光通信用端末Ａ，Ｂの各レーザ送信手段１と光反射器２と受光手段３とが相対する空間中に遮蔽物が存在しないことで、屋外における空間光通信を実現できる。なお、本実施形態においては、空間光通信用端末Ａ，Ｂの各レーザ送信手段１，光反射器２，受光手段３を治具によって建築物等に取り付けるものとした。治具の取り付け時の角度を調節することによって、相手側通信局へおおよその方向を向けておくのである。なお、通信制御手段４は、屋外に設置される治具の適所に内蔵しても良いし、屋内に設けるようにしても良い。
【００２０】
次に、図３に基づいて、レーザ送信手段１における出射方向調整部１１とビーム径調整部１２の一具体例と、受光手段３における分離部３１の一具体例を説明する。なお、ここでは第１通信局の空間光通信用端末Ａを例に説明するが、第２通信局の空間光通信用端末Ｂも同様の構成である。
【００２１】
先ず、レーザ送信手段１について説明する。レーザ光の発光源であるレーザ光源１４は、三次元方向移動装置１５の移動ステージ上に設置され、通信制御手段４からのレーザ強度制御信号に応じた強度で予め定められた波長のレーザ光を出力する。このようにして出力されたレーザ光は、送信レンズ１６を通って、その焦点距離に応じた拡がり角の送信レーザ光５ａとして相手側通信局（第２通信局）へ出射される。
【００２２】
ここで、上記三次元方向移動装置１５は、レーザ送信手段１のケーシング適所に固着される固定ステージに対して、レーザ光源１４が定置された移動ステージを３次元の各方向に微動できる装置であり、通信制御手段４より入力された位置制御信号に応じて移動ステージの位置を変えるものである。このように、レーザ送信手段１のケーシングに固定された送信レンズ１６に対し、レーザ光源１４の位置（レーザ光の照射位置）を相対的に変化させることで、レーザ光の出射方向や受光端でのビーム径を変化させることができる。
【００２３】
すなわち、本実施形態で用いるレーザ送信手段１においては、送信レンズ１６に対してレーザ光源１４を三次元方向へ相対的に移動させることが可能な三次元方向移動装置１５によって、出射方向調整部１１およびビーム径調整部１２の両機能を実現するのである。また、レーザ強度調整部１３の機能は、レーザ光源１４が有する。
【００２４】
例えば、レーザ光の伝搬方向と平行なｘ軸とこれに直交するｙ軸がほぼ水平面に位置してｚ軸が鉛直面に位置すると仮定した場合、レーザ光の伝搬方向と平行なｘ軸方向にステージを移動させることによって、送信レンズ１６を通って出射される送信レーザ光５ａの拡がり角を調節でき、レーザ光の伝搬方向と垂直な方向に移動ステージを動かすことによって、送信レンズ１６を通って出射される送信レーザ光５ａの出射方向（ｙ軸方向に移動させた場合には左右方向、ｚ軸方向に移動させた場合には上下方向）を微調節できる。
【００２５】
なお、ＤＣモーターの回転動作を適宜なギアで直進動作に変換したマイクロメーター（いわゆる微動装置）機構にエンコーダを付けてフィードバック制御を行い１μｍ程度の動作精度を実現した機器（数ｃｍ長の筒状のもの）が市販されており、これをｘ−ｙ−ｚの３軸に組み合わせて移動ステージを各軸方向へ移動できるようにすれば、三次元方向移動装置１５を実現できる。
【００２６】
次いで、受光手段３について説明する。相手側通信局である第２通信局より出射された送信レーザ光５ｂと、自局のレーザ送信手段１より出射して第２通信局の光反射器２で反射されて戻った反射レーザ光５ａ′は、集光レンズ３２を介して内部へ導き、光学フィルタ３３を経て太陽光などの背景光が除去された後、ビームスプリッタ３４へ到達する。このビームスプリッタ３４には波長選択性を持たせてあり、自局の送信レーザ光５ａ（反射レーザ光５ａ′）の波長の光を反射し、相手側通信局の送信レーザ光５ｂの波長の光を透過するので、送信レーザ光５ｂと反射レーザ光５ａ′を分離することができる。
【００２７】
すなわち、本実施形態で用いる受光手段３においては、２つの通信局毎に定めたレーザ光の波長を透過もしくは反射して分離できるビームスプリッタ３４によって、光分離部３１の機能を実現できるのである。
【００２８】
上記のようにして分離された反射レーザ光５ａ′は反射光受光器３５によって、第２通信局からの送信レーザ光５ｂは通信光受光器３６によって、各々光電変換され、反射光受光強度信号および通信光受光強度信号が通信制御手段４へ供給される。なお、ビームスプリッタ３４によって分離された反射レーザ光５ａ′と送信レーザ光５ｂを光信号のまま光ファイバ等で通信制御手段４へ導き、通信制御手段４内で光電変換するようにしても良い。
【００２９】
そして、上述した構成の空間光通信用端末Ａ，Ｂにおいて、送信元から出射した送信レーザ光５ａ，５ｂが、相手側通信局の受光手段３に照射されていれば、その光反射器２で反射され、反射レーザ光５ａ′，５ｂ′は到来方向と逆の方向へ伝搬するため、送信元通信局の受光手段３を照射することとなる。よって、受光手段３の反射光受光器３５から反射光受光強度信号が通信制御手段４へ送られることとなり、反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受光強度を通信制御手段４が取得できる。
【００３０】
一方、受光手段３が反射レーザ光５ａ′，５ｂ′を受光していないときには、反射光受光器３５から反射光受光強度信号が送信され無い（もしくは、極めて低い値を示す反射光受光強度信号が送信される）ために、通信制御手段４は、レーザ光源１４から出る送信レーザ光の強度を上げるようにレーザ強度制御信号をレーザ光源１４へ送ると共に、レーザ光源１４を送信レンズ１６に近付ける方向（図３中、ｘ軸方向）に移動ステージを動かすように位置制御信号を三次元方向移動装置１５へ送り、送信レーザ光５ａ，５ｂの強度および拡がり角を大きくし、確実に相手側通信局の光反射器２を照射するように調整する。
【００３１】
この調整が適切なビーム強度と拡がり角を満たせば、送信レーザ光５ａ，５ｂが相手側通信局の光反射器２を照射して、その反射光である反射レーザ光５ａ′，５ｂ′が送信元通信局の受光手段３を照射することとなり、反射光受光器３５から出力される反射光受光強度信号によって反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受光強度を通信制御手段４が取得できる。
【００３２】
反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受光強度を取得した通信制御手段４は、反射光の受光強度を更に上げるように、送信レンズ１６から等距離面内（図３中、ｙ軸およびｚ軸方向）でレーザ光源１４を動かすように位置制御信号を三次元方向移動装置１５へ送る。すなわち、通信制御手段４が、相手側通信局へ出射した送信レーザ光５ａ，５ｂが相手側通信局から反射されて戻った反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の強度を上げるようにレーザ光の出射方向を調整することで、送信レーザ光５ａ，５ｂの出射方向を相手側通信局へ自動的に向けることが可能となる。
【００３３】
なお、通信制御手段４による指向制御（レーザビームの送信方向を相手側通信局へ向ける制御）において、その制御手法は特に限定されるものではなく、最適なビーム照射方向（反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受信強度が最も強くなるポイント）を見つけるようにビーム走査を行って行くようにしても良いし、空間光通信を行う上で必要十分な基準値として予め定めた基準受信強度をクリアするビーム送信方向が見つかった時点で、そこをビーム照射方向と設定するようにしても良い。
【００３４】
また、通信制御手段４は、最適なビーム照射方向となるように三次元方向移動装置１５に対する動作制御（ｙ軸およびｚ軸方向の制御）を行った後、レーザビームの拡がり角を狭めるように三次元方向移動装置１５に対する動作制御（ｘ軸方向の制御）を行い、送信レーザ光５ａ，５ｂの拡がり角を狭めることに伴って反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受信強度が高くなるので、この反射レーザ光５ａ′，５ｂ′の受信強度が適切な値となるようにレーザ光源１４に対するレーザ強度制御を行うことで、通信相手局に適した照準となる通信状態の調整（アライメント調節）を自動で行えるようにしても良い。
【００３５】
加えて、上述した指向制御とアライメント調節を行った後、更に指向制御を行って、より正確なビーム照射方向を定め、再びアライメント調整を行うような制御手法をとれば、一層微妙な指向制御とアライメント調節を行うことができる。
【００３６】
以上のように、両通信局間で指向制御とアライメント調節が完了すると、相手側通信局の光反射器２での反射光である反射レーザ光５ａ′，５ｂ′を反射光受光器３５で受光し、かつ、相手側通信局の送信レーザ光５ａ，５ｂを通信光受光器３６で受光しているので、反射光受光器３５からの反射光受光強度信号および通信光受光器３６からの通信光受光強度信号により、通信制御手段４は、両通信局間の空間光通信回線が成立していると判定できる。
【００３７】
しかしながら、相手側通信局からの送信レーザ光５ａ、５ｂのみを受光していたときには、自局の送信レーザ光４ａ，５ｂが相手側を照射していないことを意味するので、指向制御とアライメント調節の手順を再度行えば良い。このように、本実施形態に係る空間光通信システムにおいては、自局の送信レーザ光５ａ，５ｂの反射光（反射レーザ光５ａ′，５ｂ′）を受光しているか否かによって、レーザ送信手段１の送信方向がずれていることを検知している。
【００３８】
一方、自局の送信レーザ光５ａ，５ｂの反射光（反射レーザ光５ａ′，５ｂ′）のみを受光していた場合には、相手側通信局のレーザ指向方向が適切でないことを意味する。この場合には、相手側通信局においても、自ら出射した送信レーザ光５ａ，５ｂの反射光（反射レーザ光５ａ′，５ｂ′）が検出されていない筈であるから、相手側通信局で指向制御とアライメント調節が自動で行われて、相手側通信局の送信レーザ光５ａ，５ｂを受信できるようになり、双方向のレーザ回線が回復する。なお、相手側通信局からの送信レーザ光５ａ，５ｂを受光できなくなってから、所定の猶予時間が経過しても相手側通信局からの送信レーザ光５ａ，５ｂを受光できない場合は、相手側通信局に何らかの障害が発生している可能性があるので、エラー発生としてレーザ回線を遮断する制御としても良い。
【００３９】
次に、本実施形態に係る空間光通信システムにおいて、両通信局間で良好な通信状態を設定するために通信制御手段４が行う具体的な制御手順について説明する。なお、以下の説明は、第１通信局の空間光通信用端末Ａにおける通信制御手段４が行う制御についてであるが、第２通信局の空間光通信用端末Ｂにおける通信制御手段４が行う制御も同様である。
【００４０】
上述した図２のように、見通しの利く２地点に、空間光通信用端末Ａおよび空間光通信用端末Ｂが設置されており、双方の受光手段３の視野は、設置における角度精度より十分広く設定しておく。例えば、相手側通信局へ向けて取り付けるときの精度が±５度とすると、受光手段３の視野は±１０度とする。なお、光反射器２の視野は幾何光学的には±３７．３度であり、受光手段３よりも十分広い視野となる。
【００４１】
一方、ビームの拡がり角は、光反射器２や受光手段３の角度と比較して数桁小さくすることができ、コリメートさせた場合（ビームの回折限界の拡がり角で送信する場合）、例えばレーザの波長が１μｍで１ｃｍ直径のビームであれば、全角で１２２μｒａｄ＝０．００７度の円錐状となる。ビームの拡がり角は、狭いほど相手への放射照度が高くなるため、通信においては、速度を上げられるなどの利点がある。よって、相手側での受光強度を上げる観点からは、受光端でのビーム径が光反射器２の開口と受光手段３の開口をギリギリ照射するサイズとなるように、出射側でビームの拡がり角を小さく抑えるような調整を行うことが理想である。
【００４２】
また、空間光通信を行う際の両通信局の共通設定事項として、ビームの拡がり角を設置精度（±５度）のＸ分の一に設定する。Ｘが１であれば、拡がり角は±５度であり、Ｘが５であれば、拡がり角は±１度となる。このＸの値によって、光反射器２で反射した光を送信元で受光したときの強度が決まる。受光系の感度との比較によって、Ｘの値が決まる。光反射器２の面積や、受光手段３の受光口径はあまり大きくすることは望ましくないため、ここでは、Ｘの値を５とし、拡がり角を±１度とする。
【００４３】
《手順１》：先ず、レーザ光源１４の発光強度を設定範囲内の最大とする。半導体レーザの場合、許容出力の最大７割程度で使うのが一般的で、レーザ光源は発光強度が低いほど寿命が長くなり、また、レーザの空間伝搬の放射強度（出射強度と拡がり角に依存）に関して人体に対する安全上の規制もあるので、それに応じた設定範囲を予め設定しておき、その最大値で第２通信局へ送信レーザ光５ａを照射する。
【００４４】
《手順２》：次いで、レーザビームの走査を開始する。ビーム走査の方法は特に限定されるものではないが、一般に、図４に示したスパイラル走査とラスター走査の２つの方法が知られている。本図において、点線が設置精度の方向の範囲を示したもので、この点線内のどこかに、ビームを向ければ、光反射器２に当たり、反射光を受光できる。
【００４５】
図４（ａ）に示すスパイラル走査では、始点から渦を巻くようにビーム照射方向を移動させて、黒点のビーム照射方向で止め、順に照射方向を変えて行く。ここでは、次の黒点との角度差を１．５度とした。また、図４（ｂ）のラスター走査では、予め定めた走査領域を始点からスイープして行く。これらのビーム走査は、通信制御手段４が三次元方向移動装置１５へ位置制御信号を出力して移動ステージを動かすことにより実現される。
【００４６】
《手順３》：走査中に、反射レーザ光５ａ′を受光して、反射光受光器３５からの反射光受光強度信号を受けると、その位置で三次元方向移動装置１５の移動ステージを停止させ、走査を停止する。
【００４７】
《手順４》：レーザ光源１４へのレーザ強度制御信号により発光強度を５０％下げる。なお、レーザ強度を下げる割合は、特に限定されるものではなく、この時のビーム拡がり角や受信系の感度によって、適宜に定めても良い。無論、レーザ光源１４の設計仕様（発熱対策や電力）や安全上の規制も考慮することが望ましい。
【００４８】
《手順５》：三次元方向移動装置１５へ位置制御信号を出力して移動ステージを動かすことで、ビームの拡がり角を数分の一にする。なお、レーザビームの絞り込みの割合も特に限定されるものではなく、ここでは、±０．２度とする。
【００４９】
《手順６》：再び、ビームの走査を開始する。上記手順２と同様のビーム操作方法でも良いし、異なるビーム操作方法を用いても良いが、上記手順２よりも走査精度を上げる必要がある。ここでは、黒点間の角度差を、０．３度と小さくして走査を行う。
【００５０】
《手順７》：走査中に、反射レーザ光５ａ′の受光量が増加しなくなったところで、ビームの走査を停止する。
【００５１】
《手順８》：反射レーザ光５ａ′の受光強度が予め定めた設定値を上回るまで、上記の手順５〜手順７を繰り返し、受光強度が設定値を上回ると、指向制御とアライメント調節が完了したものとする。なお、この設定値は、２つの通信局の離隔距離、空間光通信用端末Ａ，Ｂの光送受信性能、光反射器２の面積、発光しているレーザの強度などに基づいて、適宜に決めれば良い。
【００５２】
上記の手順１〜手順８を通信制御手段４が行うことで、相手側通信局である第２通信局には、所望の通信を行うための十分な放射照度のビームを照射していることとなる。なお、レーザ送信手段１の送信レーザ光５ａの出射方向がきちんと相手側通信局に向けられていれば、手順１でレーザ光源１４の発光強度を設定範囲内の最大とした時点、反射レーザ光５ａ′を受光できるので、手順２，３を行うことなく手順４を行えば良い。また、通信制御手段４が行うアライメント調整においては、両局間で最適な通信状態（送信効率と受信効率が最良）となるまでビームの拡がり角を狭める制御を行わず、相手側通信局の受光強度が必要十分なレベルに達したと判定できた時点で、アライメント調整動作を終了するようにしても良い。
【００５３】
また、レーザ伝搬路における状況変化に起因したレーザの減衰やレーザ送信手段１の設置方向の変化等の理由により、上記手順８において、反射レーザ光５ａ′の受光強度が設定値を上回る前に、ビームの拡がり角が規定値（最小ビーム径として定めたサイズのビーム径で相手側を照射する状態となるように予め設定した拡がり角の値）まで小さくなった場合には、それ以上ビームを狭める動作は行わず、手順６，７を行って指向方向を調整した後、反射レーザ光５ａ′の受光強度が設定値を上回るように、レーザ光源１４の発光強度を上げていく。このようにすれば、一応のレーザリンクを確立できる。なお、ビームの拡がり角の規定値は、主に空間光通信用端末Ａ，Ｂの取り付け地点の安定性に応じて決めるものであり、例えば、電柱の上部に設置した場合など、電柱自体の揺れを想定したレーザビームの拡がり角を設定して、送信範囲に余裕を持たせておかないと、すぐにレーザリンクが切れてしまい、通信が不安定になってしまうからである。
【００５４】
上述したのは、最初に相手側通信局へのレーザ送信状態を適切に設定するために通信制御手段４が行う手順であるが、通信制御手段４は、レーザ送信状態の初期設定が完了した後に環境変化など（霧や雨などによる伝搬路の透過率の低下、指向方向のずれなど）で送信状態が悪化した場合に、これを自動検知して自動再設定するようにも構成できる。
【００５５】
例えば、通信制御手段４は、常時、反射レーザ光５ａ′の受光強度をモニタするものとし、反射レーザ光の受光強度が予め定めた許容受光強度を下回った場合を送信状態の悪化と判定し、レーザビームの出射方向やビーム径などの再設定を行うようにする。
【００５６】
この再設定の手順は、特に限定されるものではないが、降雨等によるケースが最も多いと思われるので、先ず、発光強度を上げるようにレーザ光源１４へレーザ強度制御信号を送って送信レーザ光５ａの発光強度を上げ、反射レーザ光５ａ′の受光強度が許容受光強度以上になった時点で再走査を行わせることが望ましい。もし、それ以上に受光強度が強まるポイントがなければ、伝搬路の悪化によるものと看做せるので、送信レーザ光５ａの強度を上げたまま送信を行い、伝搬路が復旧すると受信強度が強くなり、予め定めた基準受光強度を超えるので、それを機に送信レーザ光５ａの強度などの再設定を行えば良い。一方、受光強度がさらに強まるポイントがあった場合には、自局のレーザ照射方向がずれたか、相手側通信局の位置がずれたと考えられるので、通常の設定と同様に、手順６〜手順８を行えば良い。
【００５７】
なお、通信制御手段４が、受光強度の変化を時系列に判断できるように設定しておけば、降雨等によって短時間のうちに反射レーザ光５ａ′を受信できなくなったのか、経年の位置ずれにより再指向が必要になったのかを判別できるので、そのケースに応じた適切な手順で再設定を行わせることが可能となる。
【００５８】
上述したように、本実施形態に係る空間光通信用システムにおいては、２局間の通信開始時の設定を容易にできるだけでなく、空間光通信回線の維持や復旧を自動で行うこともでき、高い利便性と信頼性を備えるシステムとなる。
【００５９】
上述した実施形態においては、三次元方向移動装置１５を用いてレーザ光源１４のレーザ出力位置を機械的に動作させ、出射方向調整部１１およびビーム径調整部１２の機能を実現する方式について説明したが、これに限定されるものではなく、電気光学効果を有する素子等を用いて、レーザ光源１４と送信レンズ１６の間の屈折率の分布を電気的に調節することによって、送信レーザ５ａの拡がり角や出射方向を微調節する手段としても良い。
【００６０】
先ず、電気光学結晶を用いたビーム方向制御の概念を図５（ａ）に基づき説明する。ビーム方向制御素子６は、電気光学結晶のｃ軸（結晶の光軸）を逆向きにした２つの電気光学結晶よりなるプリズム６ａ，６ｂを組み合わせ、電極６ｃ，６ｃ間に電圧を印加できるようにしたもので、電極６ｃ，６ｃ間に電圧を印加して電界を生じさせると、プリズム６ａ，６ｂの結晶の光学的性質が変化し、屈折率が僅かに変化する。変化量をΔｎとすると、プリズム６ａとプリズム６ｂは結晶の光軸が逆になっているため、例えば、プリズム６ａではΔｎ減少し、プリズム６ｂでΔｎ増加する。したがって、両プリズム６ａ，６ｂの接合面でビームが屈折してレーザビームの方向が変わるのである。
【００６１】
そして、電気光学結晶における屈折率の変化量Δｎは、電極６ｃ，６ｃ間への印加電圧によって制御できるため、レーザビームの方向を微調節することが可能である。従って、レーザビームの伝搬方向に垂直な２方向（レーザビームの伝搬方向をｘ軸方向とすると、ｙ軸およびｚ軸の２方向）への方向制御を行える組み合わせとなるように、レーザビームの出力経路に沿って２つのビーム方向制御素子６を配置しておけば、レーザビームの出射方向を自在に変えることが可能となる。なお、図５（ａ）に示すビーム方向制御素子６は、レーザビームの伝搬方向（ｘ軸）に対して、ｙ軸方向への方向制御を行えるように配置した例である。
【００６２】
次に、電気光学結晶を用いたビーム拡がり角調整の概念を図５（ｂ）に基づき説明する。ビーム拡がり角制御素子７は、キューブ型の電気光学結晶７ａを相対向する面に電極７ｂ，７ｂを設けて、電気光学結晶のｃ軸方向に電圧を印加できるようにしたもので、電極７ｂ，７ｂ間に電圧を印加すると、電気光学結晶７ａの屈折率がΔｎ増えるようにしてある。それによって、ビームの入射面と出射面で屈折が生じるので、光源からの出射位置が前方に移動された場合と同様に、レーザビームの拡がり角が大きくなる。
【００６３】
そして、屈折時の角度は、電気光学結晶における屈折率の変化量Δｎにより調節でき、この屈折率の変化量Δｎは電極７ｂ，７ｂ間への印加電圧によって制御できる。従って、レーザビームの出射位置と送信レンズ１６との間にビーム拡がり角制御素子７を配置しておけば、レーザビームの拡がり角を自在に変えることが可能となる。
【００６４】
従って、上述したビーム方向制御素子６とビーム拡がり角制御素子７を組み合わせることによって、レーザビームの出射方向と拡がり角を高精度に制御でき、機械的駆動部品を用いることなく出射方向調整部１１およびビーム径調整部１２の機能を実現できる。なお、現状の技術では、上述した三次元方向移動装置１５を用いて出射方向調整部１１およびビーム径調整部１２の機能を実現した方が、低コストで済む。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る空間光通信システムによれば、レーザ送信手段より出射したレーザ光が相手側通信局の光反射器で反射されて戻ってくる反射レーザ光を受光し、その反射レーザ光の受光強度を利用して、相手側通信局への指向を通信制御手段が自動的に行うので、従来の如く、両通信局の通信端末へ人員を配置して互いに連絡を取り合ったりしながら、レーザ光の出射方向や受光方向を調整する必要がない。
【００６６】
しかも、両通信局の空間光通信用端末でのレーザ光出射方向を適切に設定した後に、空間光通信用端末自体のレーザ光出射方向がずれたり、空間光通信用端末が設置されている建築物の歪みなどによってレーザ光出射方向がずれたりして、相手側通信局への指向を再調整する必要が生じても、自局が出射した送信レーザ光が反射されて戻ってくる反射レーザ光を随時モニタすることで、回線断となる前に光軸の補正が必要な状態を的確に知ることができ、空間光通信用端末間のレーザ回線を保ちながらレーザ光の出射方向を自動的に補正できるので、光軸のずれに対して柔軟性を持たせることができ、光軸のずれが生じても回線断とはなり難い。よって、信頼度の高い空間光通信を行うことができる。
【００６７】
また、請求項２に係る空間光通信システムによれば、通信制御手段が、送信レーザ光の拡がり角を狭めることで、相手側での受光強度を上げるように、通信状態を調整するものとしたので、相手側通信局への指向制御に加えて、アライメント調節も自動で行うことができ、一層利便性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同等の空間光通信用端末を備える第１通信局と第２通信局とからなる空間光通信システムの概略構成図である。
【図２】空間光通信用端末Ａと空間光通信用端末Ｂの外観斜視図である。
【図３】空間光通信用端末における受光手段とレーザ送信手段と通信制御手段の概略機能図である。
【図４】レーザ光の出射方向を定める際の走査例を示す説明図である。
【図５】レーザ送信手段における出射方向調整部とビーム径調整部の他の例を示す概略機能図である。
【符号の説明】
Ａ    空間光通信用端末
Ｂ    空間光通信用端末
１    レーザ送信手段
１１  出射方向調整部
１２  ビーム径調整部
１３  レーザ強度調整部
２    光反射器
３    受信手段
３１  光分離部
４    通信制御手段
５ａ，５ｂ  送信レーザ光
５ａ′，５ｂ′  反射レーザ光
【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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