(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面から入射した光を、ビーム拡がり角がそれぞれ異なる複数の略同軸光に分割して同時に出射する光分割手段と、
該光分割手段の入射面に対して光束を入射させる光入射手段とを備えるマルチビーム生成器。
【請求項２】
前記光分割手段が、前記入射面の入射部位に応じて異なるビーム拡がり角の出射光に分割される構成を備え、
前記光入射手段が、前記光分割手段の前記入射面に対して、異なる入射部位にわたって光束を入射させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム生成器。
【請求項３】
前記光分割手段が、
断面外径がそれぞれ異なる複数の導光領域が略同軸上に延され、その両端部に前記複数の導光領域が露出された導光手段からなり、
前記両端部の一方を前記入射面として、前記複数の導光領域に入射された光を、それぞれの入射部位に応じて、前記両端部の他方から分割して出射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム生成器。
【請求項４】
前記導光手段の出射面側に、分割して出射された複数の出射光を集光してそれぞれのビーム拡がり角を変更する集光素子を配置したことを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム生成器。
【請求項５】
前記集光素子を光軸方向に移動可能に保持する集光素子移動機構を備え、
それにより、前記複数の出射光の各ビーム拡がり角を動的に可変できるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のマルチビーム生成器。
【請求項６】
前記光分割手段が、
異なるパワーを有する複数の領域が径方向に形成された多焦点光学素子からなり、
前記異なるパワーを有する複数の領域に入射された光を、それぞれの入射部位に応じて分割して出射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム生成器。
【請求項７】
前記多焦点光学素子を、前記光入射手段に対して光軸方向に相対移動可能に保持する位置可変機構を備え、
それにより、前記多焦点光学素子で分割して出射された複数の出射光のそれぞれのビーム拡がり角を動的に可変できるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のマルチビーム生成器。
【請求項８】
前記光分割手段が、回折格子を備え、
該回折格子に入射された光を回折方向により、分割して出射するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチビーム生成器。
【請求項９】
前記光入射手段が、
前記光分割手段の入射面上での前記光束のスポット径または入射位置を変更することにより、前記ビーム拡がり角が異なる複数の出射光の光量比を可変する光量比可変部を備えることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載のマルチビーム生成器。
【請求項１０】
前記光量比可変部が、
前記光入射手段の出射位置に対して光軸方向に移動可能に設けられたパワーを有する光学素子を備えることにより、前記光分割手段の入射面上でのスポット径を可変することを特徴とする請求項９に記載のマルチビーム生成器。
【請求項１１】
前記光量比可変部が、
前記光入射手段を、前記光分割手段の入射面に対して位置移動可能に保持する移動保持機構からなることを特徴とする請求項９に記載のマルチビーム生成器。
【請求項１２】
前記光入射手段が、光ファイバを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のマルチビーム生成器。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のマルチビーム生成器と、
該マルチビーム生成器の光入射手段に光を供給する少なくとも１つの光源部とを備えることにより、
前記ビーム拡がり角が異なる複数の出射光を略同軸上に投光することを特徴とするマルチビーム光源。
【請求項１４】
前記光源部が、１つの光源からなることを特徴とする請求項１３に記載のマルチビーム光源。
【請求項１５】
通信光を含む空間光を送受光する送受光光学系と、該送受光光学系による送光光の出射方向を通信相手側で追尾できるようにするためのビーコン光を出射するビーコン光光源と、前記送受光光学系により受光される通信相手側からのビーコン光の送光方向を追尾する追尾制御機構を備えた空間光伝送装置であって、
前記ビーコン光光源が、請求項１３または１４に記載のマルチビーム光源からなり、
前記ビーコン光として、ビーム拡がり角が相対的に狭角の狭角ビームと、ビーム拡がり角が相対的に広角の広角ビームとからなるマルチビームとして略同軸上に出射されることを特徴とする空間光伝送装置。
【請求項１６】
前記追尾制御機構が、
前記通信相手側から送光されるビーコン光のビーム拡がり角が相対的に狭角の場合と相対的に広角の場合とに応じて、それぞれ検出性能が異なる位置検出手段を備えることを特徴とする請求項１５に記載の空間光伝送装置。
【請求項１７】
前記ビーコン光光源から出射されたビーコン光が、前記送受光光学系を通して送光されることを特徴とする請求項１５または１６に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、マルチビーム生成器、それを用いたマルチビーム光源および空間光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向する装置間で通信光を送受光する空間光通信装置では、一般に対向する装置間の相対位置が変化したり、大気揺らぎによる屈折率分布が変動したり、装置マウント部から外来振動を受けたりすることで、光ビームの入射角度が変動する。そのため、相手側の装置から送光された光の入射方向を光検出して受光部の姿勢制御を行う光追尾動作が行われている。
このとき、光ビームの入射角度変動により受光開口から光ビームが外れないように、光ビームのビーム拡がり角を大きくして、受光開口上での光ビームのスポット径を受光開口より十分大きくすることが望ましい。しかしビーム拡がり角を大きくしすぎると、単位面積当たりの光量が低下し、さらに自由空間損失も増えるので、空間光伝送に必要な受信光強度が確保できなくなる場合があるという問題がある。
このため、特許文献１には、１つの光ビームに通信情報信号である主信号と光ビームの出射方向を調整するためのパイロット信号を重ね合わせて通信相手側に送光する光空間通信装置において、情報の伝達に先立ち光ビームの拡がり角を大きくするとともにパイロット信号の出力レベルを増大し、光ビームの出射方向の調整後に光ビームの拡がり角を小さくするとともに主信号の出力レベルの出力レベルを増大して主信号による情報の伝達を行うようにした光空間通信方法が記載されている。
すなわち、特許文献１に記載された光空間通信装置では、通信のタイミングであるか光追尾動作のタイミングであるかに応じて、発光素子からの光を集光するコリメートレンズを駆動手段により光軸方向に移動することにより、光ビームの拡がり角を変更できるようになっている。
【特許文献１】特許第３３０２１４１号公報（図１、２）
【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、通信時と追尾動作時とで、光ビームの拡がり角を変更するので、通信時には光量低下を起こすことなく、追尾動作時には適切な追尾範囲が確保できるものの、通信中は光ビームの拡がり角が狭い通信光の範囲で追尾が行われるにすぎない。そのため、何らかの外乱により通信光が受光範囲から外れると、通信を中断して、光ビームの拡がり角を増大させてから追尾動作を行わなければならないという問題がある。したがって、通信相手の追尾を行い、追尾動作が終了してからビーム拡がり角を変更して通信動作に切り換えなくてはならないので、通信を回復するまでに時間がかかってしまうものである。
また、光ビームの拡がり角を変える際にコリメートレンズを移動させるため、通信光の収差を良好に保つためにはコリメートレンズと発光素子との間の位置関係を厳密に位置調整しなければならず、高精度な駆動手段を用いる必要がある。そのため、装置の製作コストが増大してしまうという問題がある。
また、追尾動作を行うためのビーコン光光源を通信光光源と別に設けることも考えられる。しかし、この場合にも追尾範囲を広げようとすると単位面積当たりの光強度が低下することは同様であるため、通信光が入射する範囲での精追尾の追尾精度が低下するという問題がある。精追尾の精度を向上しようとすると、通信光が外れた場合の粗追尾の追尾範囲が狭くなるので、外乱を受けた場合に追尾性能が劣ってしまうという問題がある。
また、精追尾用のビーコン光光源と粗追尾用のビーコン光光源とを備えることも考えられるが、部品点数が増大するとともに、それぞれの位置合わせなど組立調整の手間がかか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り、簡素な構成により、ビーム拡がり角が相対的に狭い狭角ビームと、相対的に広い広角ビームとを生成することができるマルチビーム生成器、それを用いたマルチビーム光源を提供するとともに、その狭角ビームおよび広角ビームをビーコン光として用いることにより、精追尾、粗追尾のいずれに対しても良好な追尾動作を行うことができる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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、マルチビーム生成器において、入射面から入射した光を、ビーム拡がり角がそれぞれ異なる複数の略同軸光に分割して同時に出射する光分割手段と、該光分割手段の入射面に対して光束を入射させる光入射手段とを備える構成とする。
この発明によれば、光入射手段により光分割手段の入射面に光束を入射すると、光分割手段により、ビーム拡がり角がそれぞれ異なる複数の略同軸光に分割して出射される。そのため、相対的にビーム拡がり角が広い広角ビームと、相対的にビーム拡がり角が狭い狭角ビームとが略同軸上にマルチビームとして出射される。
光分割手段としては、物理的、光学的な領域や境界により光束を分割してからビーム拡がり角特性を変えるものや、例えばレンズ面、反射面、偏光面、光分岐面、回折格子面などの光学作用面により分割するとともにビーム拡がり角特性を変えるものや、屈折率分布、複屈折特性、偏光光伝播特性など媒質の空間的光学特性により媒質を透過する過程で分割するとともにビーム拡がり角特性を変えるものや、これらを複数組み合わせたものなどを挙げることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のマルチビーム生成器において、前記光分割手段が、前記入射面の入射部位に応じて異なるビーム拡がり角の出射光に分割される構成を備え、前記光入射手段が、前記光分割手段の前記入射面に対して、異なる入射部位にわたって光束を入射させるようにした構成とする。
この発明によれば、光入射手段により、光分割手段の入射面の相異なる入射部位にわたって光束が入射され、光分割手段により、それら入射部位に応じて、光束が分割され、ビーム拡がり角が異なる略同軸光として出射される。
分割して出射される光の光量は、光分割手段の異なる入射部位に対するそれぞれの光束の入射割合により異なり、入射光束の光束径や照射位置により決定される。そのため、光分割手段の入射面における入射光束のスポットの位置、大きさにより、出射光の数やそれぞれの光量を可変することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のマルチビーム生成器において、前記光分割手段が、断面外径がそれぞれ異なる複数の導光領域が略同軸上に延され、その両端部に前記複数の導光領域が露出された導光手段からなり、前記両端部の一方を前記入射面として、前記複数の導光領域に入射された光を、それぞれの入射部位に応じて、前記両端部の他方から分割して出射するようにした構成とする。
この発明によれば、導光手段の一方の端部に露出された複数の導光領域に対して、入射された光が、複数の導光領域の内を導光され、他方の端部から、それぞれの導光領域の断面外径に応じたビーム拡がり角を備える略同軸光として、分割して出射される。
光分割手段として導光手段を用いるため、入射面と出射面との位置設定が容易となり、マルチビーム生成器を用いた装置のレイアウトの自由度を向上することができる。
また、入射面に対する入射角は、導光手段の端面のＮＡの範囲であればよいので、比較的自由に設定することができるから、組立が容易となる。
このような導光手段として、光ファイバを好適に採用することができる。
例えば、コアとクラッドとをそれぞれ１つずつ備える光ファイバは、それぞれの領域が、断面外径の異なる導光領域を形成している。そのため、入射面でコアおよびクラッドにまたがるスポット光を照射することにより、コアで導光される光とクラッドで導光される光とに分割され、ビーム拡がり角が異なる２つの出射光が出射面から出射される。
そして、スポット光のスポット径やスポット光の照射位置を可変することにより、コアで導光される光とクラッドで導光される光の光量比を可変することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のマルチビーム生成器において、前記導光手段の出射面側に、分割して出射された複数の出射光を集光してそれぞれのビーム拡がり角を変更する集光素子を配置した構成とする。
この発明によれば、集光素子により、導光手段から分割して出射された複数の出射光を集光し、各ビーム拡がり角を変更することができる。そのため、集光素子のパワーや配置位置などの設定により、複数の出射光のビーム拡がり角を連動して変更することができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のマルチビーム生成器において、前記集光素子を光軸方向に移動可能に保持する集光素子移動機構を備え、それにより、前記複数の出射光の各ビーム拡がり角を動的に可変できるようにした構成とする。
この発明によれば、集光素子移動機構を備え、複数のビーム拡がり角を動的に可変することができるので、必要に応じてビーム拡がり角を調整することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１に記載のマルチビーム生成器において、前記光分割手段が、異なるパワーを有する複数の領域が径方向に形成された多焦点光学素子からなり、前記異なるパワーを有する複数の領域に入射された光を、それぞれの入射部位に応じて分割して出射するようにした構成とする。
この発明によれば、多焦点光学素子の異なるパワーを有する複数の領域に、一定のビーム拡がり角を有する光が入射されて、それぞれが透過する複数の領域ごとに光ビームが分割され、それぞれ異なるビーム拡がり角を有する複数の出射光として出射される。
また光入射手段と多焦点光学素子との相対位置を可変することにより複数の出射光のビーム拡がり角を可変することができる
異なるパワーを有する複数の領域は、略同軸状の出射光を形成しやすいように略同心円状に設けることが好ましい。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載のマルチビーム生成器において、前記多焦点光学素子を、前記光入射手段に対して光軸方向に相対移動可能に保持する位置可変機構を備え、それにより、前記多焦点光学素子で分割して出射された複数の出射光のそれぞれのビーム拡がり角を動的に可変できるようにした構成とする。
この発明によれば、位置可変機構により、複数のビーム拡がり角を動的に可変することができるので、必要に応じてビーム拡がり角を調整することができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項１または２に記載のマルチビーム生成器において、前記光分割手段が、回折格子を備え、該回折格子に入射された光を回折方向により、分割して出射するようにした構成とする。
この発明によれば、回折格子を備えるので、複数の回折方向に進む回折光によりそれぞれビーム拡がり角が異なる同軸光として出射される。
また、回折格子は、光束の一部が回折格子を透過するような配置することにより、光束の入射部位により回折光と非回折光とに分割してもよい。また、複数の回折格子を設けて、光束の入射部位により、異なる回折格子を透過することで異なるビーム拡がり角が得られるようにしてもよい。また、複数の回折格子にそれぞれ異なるパワーを有する回折レンズを構成することにより、多焦点光学素子を形成してもよい。この場合、請求項６に記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、請求項２〜８のいずれかに記載のマルチビーム生成器において、前記光入射手段が、前記光分割手段の入射面上での前記光束のスポット径または入射位置を変更することにより、前記ビーム拡がり角が異なる複数の出射光の光量比を可変する光量比可変部を備える構成とする。
この発明によれば、光分割手段の入射面上での光束のスポット径または入射位置を変更する光量比可変部により、ビーム拡がり角が異なる複数の出射光の光量比を容易に可変することができる。
そのため、減光フィルタなどの光量損失を起こす手段を用いることなく光量比を可変することができる。
例えば、空間光伝送装置のビーコン光光源に用いる場合、光追尾が広範囲で光追尾を行う粗追尾動作か、通信光が入射する範囲の狭い範囲の精追尾動作を行うかに応じて、ビーム拡がり角が大きい出射光とビーム拡がり角が小さい出射光との光量比を可変することができるので、光エネルギーを有効利用することができる。
また例えば、照明光源に用いる場合、ビーム拡がり角に応じた照射領域の必要に応じて、照明輝度を可変することができる。
【００１４】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載のマルチビーム生成器において、前記光量比可変部が、前記光入射手段の出射位置に対して光軸方向に移動可能に設けられたパワーを有する光学素子を備えることにより、前記光分割手段の入射面上でのスポット径を可変する構成とする。
この発明によれば、光入射手段の出射光が、パワーを有する光学素子により収斂または発散されるので、光分割手段の入射面上でのスポット径が可変される。
そのため、例えば光分割手段として入射面の面積が小さい光ファイバを用いるような場合に、光入射手段から拡がり角の大きい光が出射されても、光学素子のパワーを適宜に設定することにより、入射面や光分割手段の境界の外径の大きさに応じた微小なスポット径が形成できるので、光量比の調整が容易となる。
【００１５】
請求項１１に記載の発明では、請求項９に記載のマルチビーム生成器において、前記光量比可変部が、前記光入射手段を、前記光分割手段の入射面に対して位置移動可能に保持する移動保持機構からなる構成とする。
この発明によれば、移動保持機構により、光入射手段を光分割手段の入射面に対して位置移動可能に保持することにより、光入射手段から出射される光束の光分割手段の入射面上でのスポット径または入射位置を変更することができる。そして、それにより光分割手段からの複数の出射光の光量比を可変することができる。
例えば、光束が発散光または収斂光である場合に、光入射手段を光軸方向に移動させることにより、入射面上のスポット径を可変できる。また、一定スポット径の光束の入射位置を可変することにより、それが入射する分割領域ごとの光量を可変し、出射光の光量比を可変することができる。
そのため、光入射手段内では、レンズなどの光学素子の位置移動を行う必要がないので、容易に光量比を可変することができる。
光入射手段から出射される光束としては、レンズなどにより集光された光束を採用することもできるが、例えば光ファイバからの発散光束をそのまま用いることもできる。後者の場合、光入射手段の構成を簡素にすることができる。
【００１６】
請求項１２に記載の発明では、請求項１〜１１のいずれかに記載のマルチビーム生成器において、前記光入射手段が、光ファイバを備える構成とする。
この発明によれば、光入射手段が光ファイバを備えるので、光源の配置の自由度が向上し、種々の装置に組み込むことが容易となる。
また、光ファイバにより光伝送を行う装置に組み込むことが容易となる。
また、光ファイバから光分割手段の入射面に直接出射するようにすれば、簡素な構成とすることができて好ましい。
【００１７】
請求項１３に記載の発明では、マルチビーム光源において、請求項１〜１２のいずれかに記載のマルチビーム生成器と、該マルチビーム生成器の光入射手段に光を供給する少なくとも１つの光源部とを備えることにより、前記ビーム拡がり角が異なる複数の出射光を略同軸上に投光する構成とする。
この発明によれば、請求項１〜１２に記載のマルチビーム生成器を用いるので、請求項１〜１２に記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１８】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載のマルチビーム光源において、前記光源部が、１つの光源からなる構成とする。
この発明によれば、光源部が１つの光源からなるので、ビーム拡がり角が異なり、波長が同一である複数の出射光を投光することができる。また、光源が複数ある場合に比べて簡素に構成することができる。
【００１９】
請求項１５に記載の発明では、通信光を含む空間光を送受光する送受光光学系と、該送受光光学系による送光光の出射方向を通信相手側で追尾できるようにするためのビーコン光を出射するビーコン光光源と、前記送受光光学系により受光される通信相手側からのビーコン光の送光方向を追尾する追尾制御機構を備えた空間光伝送装置であって、前記ビーコン光光源が、請求項１３または１４に記載のマルチビーム光源からなり、前記ビーコン光として、ビーム拡がり角が相対的に狭角の狭角ビームと、ビーム拡がり角が相対的に広角の広角ビームとからなるマルチビームとして略同軸上に出射される構成とする。
この発明によれば、ビーコン光光源を備えるので狭角ビームと広角ビームとをマルチビームとして略同軸上に出射することができる。その際、通信光に何ら影響を与えることなくそれらビーコン光を出射することができる。また、狭角ビームと広角ビームとの間の光量比をそれぞれの位置検出に必要な光量が得られるように可変することができる。
また、光量比が動的に可変できる場合には、広角ビームの追尾動作時には広角ビームの光量比を増大し、狭角ビームの追尾動作時には狭角ビームの光量を増大させることができる。前者の場合、ビーム拡がり角も動的に可変できる構成であれば、例えば広角ビームの光量を一定に保持したままビーム拡がり角を拡大して位置検出範囲を拡大するようにしてもよい。また、後者の場合、同じくビーム拡がり角も動的に可変できる構成であれば、狭角ビームの捕捉ができなくなった場合を考慮して、広角ビームも追尾が可能となる程度に広角ビームの照射範囲を確保しておくことが望ましい。
また、本装置を複数用意して２つ以上を対向して配置することにより、通信相手側では、広角ビームを粗追尾動作に用い、狭角ビームを精追尾動作に用いることができるので、相手側からのビーコン光を送受光光学系により受光し、追尾制御機構により相手側の通信光の送光方向を検出して追尾動作を行って、双方向の空間光通信を行うことができる。
【００２０】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の空間光伝送装置において、前記追尾制御機構が、前記通信相手側から送光されるビーコン光のビーム拡がり角が相対的に狭角の場合と相対的に広角の場合とに応じて、それぞれ検出性能が異なる位置検出手段を備える構成とする。
この発明によれば、ビーコン光のビーム拡がり角に応じてそれぞれ検出性能が異なる位置検出手段を備えるので、ビーム拡がり角に応じた位置検出を行うことができる。
例えば、ビーム拡がり角が相対的に狭角の場合、通信相手側から送光されるビーコン光の入射方向は、狭い範囲にとどまるから、位置検出手段は、位置検出範囲が狭い範囲で高精度に検出する検出性能とすることが好ましい。また、通信中に追尾制御するため高速応答性を有することが好ましい。例えば４分割ＰＤなどを採用することができる。
また、ビーム拡がり角が相対的に広角の場合、通信相手側から送光されるビーコン光の光エネルギー密度が低く、入射方向の角度範囲は広範囲にわたるので、位置検出手段は、位置検出分解能は低くても低光量でも検出感度が高い検出性能とすることが好ましい。また、この場合は、通信確立の初期段階における追尾制御か、または通信中の外乱により通信光を捕捉できなくなった場合の追尾制御となるため、狭角ビームにより追尾制御する場合と比べて応答性は低くても十分である。例えばＣＣＤやＰＳＤなどを採用することができる。
【００２１】
請求項１７に記載の発明では、請求項１５または１６に記載の空間光伝送装置において、前記ビーコン光光源から出射されたビーコン光が、前記送受光光学系を通して送光される構成とする。
この発明によれば、ビーコン光が送受光光学系を通して送光されるので、ビーコン光を拡径する光学系を送受光光学系が兼ねることができるから、ビーコン光をビーコン光光源から直接出射する場合とに比べて高価な光学系の部品点数を削減することができる。また、ビーコン光光源をコンパクトにすることができる。
また、送光光とビーコン光とが同一光軸上に出射することができるので、ビーコン光により送光光の送光方向の情報を正確に伝達することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のマルチビーム生成器およびそれを用いたマルチビーム光源によれば、光分割手段と光入射手段とを組み合わせた簡素な構成により、ビーム拡がり角が相対的に狭い狭角ビームと、相対的に広い広角ビームとに分割されたマルチビームとして略同軸上に出射することができるという効果を奏する。
また、本発明のマルチビーム生成器を用いた空間光伝送装置によれば、マルチビーム生成器により光源から狭角ビームおよび広角ビームを略同軸上に出射してビーコン光を形成することができるので、複数を対向させて空間光通信を行う場合に精追尾、粗追尾のそれぞれに必要な光量比に分割された複数のビーコン光を出射することができるから、精追尾でも粗追尾でも良好な追尾動作を行う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】
【００２３】
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。
【００２４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器について、それを用いたマルチビーム光源および空間光伝送装置とともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器を用いた空間光伝送装置の概略構成について説明するための側面視の模式説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器を用いたマルチビーム光源の概略構成を説明するための概念図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器の概略構成について説明するための光軸を含む断面説明図である。
【００２５】
本実施形態の空間光伝送装置１００は、図１に示すように、情報信号を伝送する通信光１８、通信光１８の出射方向を追尾できるようにするためのビーコン光８を、空間光として近接した出射口から同方向に出射するとともに、通信相手側からの同様な通信光１９ａやビーコン光１９ｂを入射光１９として受光するためのものである。そして、同様な装置を対向配置することにより、互いのビーコン光８を捕捉して追尾制御を行い、双方向の空間光通信を行う空間光通信システムの光アンテナとして好適に用いることができるものである。
空間光伝送装置１００の概略構成は、通信光１８を送光し、入射光１９を受光するための通信制御光学系１２０と、ビーコン光８を出射するビーコン光光源１１０（マルチビーム光源）とが、通信制御光学系１２０から送出される制御信号に基づいて２軸方向の姿勢制御が可能なジンバルステージ３０により保持された筐体１３０に収められてなる。
【００２６】
通信光１８、１９ａ、ビーコン光８、１９ｂの波長は受光時に光路分岐可能であれば、適宜の波長を採用することができる。例えば、通信光１８、１９ａの波長として１５５０ｎｍ程度の波長、ビーコン光８、ビーコン光１９ｂの波長としては、汎用的な受光センサの感度が良好となる９８０ｎｍ程度の波長を採用することができる。また、通信光の分離を効率的に行うためには、通信光１８、１９ａの波長を、例えば数十ｎｍ程度、互いにずらして設定することが好ましい。
【００２７】
通信制御光学系１２０の概略構成は、通信光光源部２５、アフォーカル光学系２０（送受光光学系）、通信光検出部２９、粗追尾検出器２１（位置検出手段）および精追尾検出器２８（位置検出手段）からなる。
【００２８】
通信光光源部２５は、不図示のレーザ光源により情報信号にしたがって変調された通信光１８が伝送される光ファイバ２５ａと、光ファイバ２５ａから出射する通信光１８を略平行光にするコリメータ２５ｂとからなる。
アフォーカル光学系２０は、略平行光として入射される入射光１９を、縮径された略平行光とし、入射光１９の光路の逆側から入射される通信光１８を拡径して装置外部に出射する望遠鏡光学系である。そのような望遠鏡光学系であれば、適宜のレンズ光学系または反射光学系を採用することができる。結像性能や光利用効率を向上するには、自由曲面ミラーなどを偏心または傾いて配置した偏心反射光学系とすることが好ましい。
【００２９】
アフォーカル光学系２０から通信光光源部２５までの間の光路上には、ビームスプリッタ２２、可動ミラー２３、ビームスプリッタ２４がこの順に配置されている。
ビームスプリッタ２２は、アフォーカル光学系２０に入射したビーコン光１９ｂを反射して光路を分岐するとともに、通信光１８、１９ａを透過させる第１の光路分岐手段である。本実施形態では、ビームスプリッタ面が、通信光１８、１９ａが略１００％透過し、ビーコン光１９ｂの一部（例えば５０％）を透過する波長分離特性を備える構成を採用することができる。
可動ミラー２３は、後述する精追尾検出器２８の検出出力に応じて通信光１９ａの反射方向を一定に保つ制御を行う偏向角制御部２３０に接続され、偏向角制御部２３０の制御信号により傾斜角が可変される光偏向手段である。例えば２軸方向に回動可能なガルバノミラーを採用することができる。
ビームスプリッタ２４は、通信光光源部２５から出射される通信光１８を反射して、可動ミラー２３で反射される通信光１９ａの光路と同軸に入射させるための光路合成手段である。本実施形態では、ビームスプリッタ面が、通信光１９ａ、ビーコン光１９ｂを略１００％透過し、通信光１８が略１００％反射する波長分離特性を備える構成を採用することができる。なお、通信光１８、１９ａの波長が同一の場合には、光路中に偏光制御手段を追加することにより偏光状態の差に基づいて上記の分離特性を実現することができる。
【００３０】
通信光検出部２９は、通信光１９ａを受光して情報信号を取り出したり、通信光１９ａを光ファイバなどの他の光伝送路に光結合したりするものである。例えば、前者であれば集光レンズと受光素子、後者であればカップリングレンズと光ファイバをそれぞれ備えた構成を採用することができる。
通信光検出部２９は、ビームスプリッタ２４の透過光の光路上に、ビームスプリッタ２７を間に介して配置され、可動ミラー２３が回動の中立位置にあるとき、アフォーカル光学系２０を通る軸上主光線が通信光検出部２９の受光部の中心位置を通るように位置決めされている。
ビームスプリッタ２７は、ビームスプリッタ面が、ビームスプリッタ２４の透過光のうち、通信光１９ａを略１００％透過し、ビーコン光１９ｂを略１００％反射する波長分離特性を備える第２の光路分岐手段である。
【００３１】
粗追尾検出器２１、精追尾検出器２８は、それぞれ、ビームスプリッタ２２、２７により分岐されたビーコン光１９ｂを受光して、その受光位置のずれ量を検出して、ビーコン光１９ｂの入射方向のずれ量を検出する位置ずれ検出手段である。そして、アフォーカル光学系２０に対する設置位置の光路長が、精追尾検出器２８の方が長くなる位置関係に配置されている。また、特に図示しないが、それぞれの受光面の前側には、ビーコン光１９ｂを集光して受光面上で適宜のスポットを形成するための集光レンズなどが必要に応じて設けられる。
【００３２】
粗追尾検出器２１は、ビーコン光１９ｂの入射方向のずれ量を、精追尾検出器２８に比べて相対的に広範囲かつ粗い精度で検出するためのもので、相対的に受光面が大きく低光量であっても位置検出可能な高感度の受光素子が採用される。例えば、固体撮像素子である２次元ＣＣＤや、ＰＳＤ（位置検出素子）などを好適に採用することができる。２次元ＣＣＤは、素子自体がチャージカップリング機能を有するため、各画素の受光量がｐＷオーダーの低光量であっても素子感度を有する。
粗追尾検出器２１の検出出力は、ステージ移動制御部２１０に送出され、受光位置のずれ量を入射方向のずれ量に換算し、そのずれ量を解消するように、ジンバルステージ３０を駆動して、筐体１３０の姿勢制御を行い、アフォーカル光学系２０の光軸がビーコン光１９ｂの入射方向に略一致するように回動させる。
粗追尾検出器２１が、２次元ＣＣＤの場合、各画素データからピーク輝度位置を算出したり、あるいは受光スポットの範囲を検出してその重心位置を算出したりするといった画像処理を行って、受光位置を検出する。
【００３３】
精追尾検出器２８は、ビーコン光１９ｂの入射方向のずれ量を、粗追尾検出器２１に比べて相対的に狭い範囲かつ高速に検出し、追尾応答性を向上するもので、受光面の狭い高速応答性の受光素子が採用される。例えば、シリコンフォトダイオードを用いた４分割ＰＤなどを好適に採用することができる。４分割ＰＤは、ＰＤの素子感度として増幅回路を含めたノイズ性能の制限から受光量がｎＷオーダーの光でないと検出できないが、ＣＣＤの場合と異なり、電荷転送レートの制約や画像処理の時間が必要なく、４つのＰＤの出力を例えば２軸方向の差動演算回路などにより演算して、位置ずれ量を高速に検出することができる。
精追尾検出器２８の検出出力は偏向角制御部２３０に送出され、精追尾検出器２８の受光面中心からの位置ずれに応じた信号を差動演算回路などにより生成し、偏向角制御部２３０に含まれる可動ミラー駆動回路を経て可動ミラー２３の偏向角を可変するようフィードバックされる。このフィードバック制御により、ビーコン光１９ｂの精追尾検出器２８上のスポット位置が常に一定となるよう可動ミラー２３の偏向角が制御され、同時に通信光１８が対向する装置に向かうように指向角が制御される。
【００３４】
次に、ビーコン光光源１１０の構成について説明する。
本実施形態のビーコン光光源１１０は、図２に示すように、ビーコン光８として、相対的にビーム拡がり角（以下、単に拡がり角と称する）が大きい広角放射光６（広角ビーム）と、相対的に拡がり角が小さい狭角放射光７（狭角ビーム）とを同軸上に出射する２ビーム光源である。
ビーコン光光源１１０の概略構成は、光源部１、光入射手段１１１、光分割用光ファイバ４（光分割手段）、および空間結合部５（集光素子）からなる。ここで、ビーコン光光源１１０から光源部１を除いた構成は、本発明の第１の実施形態のマルチビーム生成器を構成する。
【００３５】
光源部１は、ビーコン光８を形成するために、単色光を発生して光入射手段１１１に供給するものであり、本実施形態では、例えば９８０ｎｍの半導体レーザ光源を採用することができる。
光入射手段１１１は、光源部１により供給されたレーザ光を、光分割用光ファイバ４の入射面４１上の所定位置に所定スポット径の光束として投射するものである。本実施形態では、光ファイバ９、ファイバ結合部２、および光量比可変部３からなる。
【００３６】
光ファイバ９は、光源部１の出射光を光結合してコア９ａ内を伝播させ、端面から発散光を放射する。
ファイバ結合部２は、光ファイバ９から放射された空間光を集光し、光分割用光ファイバ４の入射面４１上に所定のスポット径を形成する。本実施形態では、図３に示すように、正のパワーを有するレンズ１０を採用している。
【００３７】
光量比可変部３は、レンズ１０が入射面４１上に形成するスポット光のスポット径および入射位置の少なくともいずれかを可変することにより、広角放射光６と狭角放射光７との光量比を可変するものである。
本実施形態では、レンズ１０を３軸方向に移動可能に保持するアクチュエータからなり、光ファイバ９に対してレンズ１０の位置を移動できるようになっている。それにより、入射面４１上の入射位置およびスポット径の少なくともいずれかを可変できるようになっている。
【００３８】
光分割用光ファイバ４は、図３に示すように、中心部に相対的な高屈折率ｎ１の材質で形成された直径ｄ１のコア４ａ（導光領域）、その周辺部に相対的な低屈折率ｎ２の材質で形成された外径ｄ２のクラッド４ｂ（導光領域）とからなる同心構造の光ファイバである。そして、レンズ１０に対して、コア入射面４１ａ、クラッド入射面４１ｂからなる入射面４１が形成され、反対側の端面にコア出射面４２ａ、クラッド出射面４２ｂからなる出射面４２が形成されている。これらは入射面４１、出射面４２においてそれそれ異なる屈折率を有する領域として光学的に分割された同心円状の領域をなしている。
本実施形態では、光分割用光ファイバ４は、例えば、直径ｄ１＝１０μｍ、外径ｄ２＝１２５μｍのシングルモードファイバを採用している。
【００３９】
空間結合部５は、光分割用光ファイバ４からの複数の出射光の拡がり角を変更するためのものである。
本実施形態では、空間結合部５として、図３に示すように、正のパワーを有するレンズ１１（集光素子）を採用している。レンズ１１の焦点距離は、コア４ａの直径が、例えば１０μｍ程度の光分割用光ファイバ４を採用する場合、数ｍｍ程度であることが好ましい。
そして、レンズ１１は、光分割用光ファイバ４の出射面４２に対向して、光軸がコア４ａの中心軸と同軸となるように配置され、コア出射面４２ａ、クラッド出射面４２ｂから出射されるコア出射光１３ａ（出射光）、クラッド出射光１３ｂ（出射光）を集光して、それぞれの拡がり角に応じて、狭角放射光７ａ、広角放射光６ａを形成する。なお、広角放射光６ａ、狭角放射光７ａは、それぞれ広角放射光６、狭角放射光７を構成する光線の１つを描いたものである。
レンズ１１の配置位置は、初期調整で光分割用光ファイバ４に対して適宜位置に位置決めされていてもよいし、光分割用光ファイバ４に対して、例えば移動ステージやレンズ送り機構などにより、手動または自動で位置移動できるようにしてもよい。位置移動方向は、光軸方向のみでもよいし、３軸方向であってもよい。
【００４０】
ここで、ビーコン光光源１１０の動作について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器の動作について説明するための図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態のマルチビーム生成器の広角ビーム、狭角ビーム、それらの合成ビームの放射光強度分布の一例について説明するための模式的なグラフである。それぞれ横軸は光強度Ｉを示し、縦軸は放射角度ω（単位、ｄｅｇ）を示す。
光源部１から放射され、光ファイバ９に光結合されたレーザ光は、コア９ａ中を伝播して、端面でレンズ１０に向けて放射される（図３参照）。そして、レンズ１０により集光されて、入射面４１上にスポットを形成する。このとき、光量比可変部３により、レンズ１０の位置が適宜移動され、入射面４１上のスポットの位置および大きさの少なくともいずれかが調整される。
【００４１】
コア４ａ内に入射光を光結合するための入射光のＮＡは、次式で表される。
ＮＡ＝√（ｎ１２−ｎ２２）                                        ・・・（１）
そして、図４（ａ）に示すように、スポット４３Ａがコア入射面４１ａの直径ｄ１を超える場合、クラッド入射面４１ｂに入射された光は、次式を満足することにより、クラッド４ｂ内を全反射して伝播する。
θｉ＜ｓｉｎ−１（ｎ２・ｓｉｎθｃ２）                            ・・・（２）
θｃ２＝ｃｏｓ−１（１／ｎ２）                                    ・・・（３）
ここで、クラッド４ｂの外周は、屈折率１の空気により覆われているものとしている。また、角θｉは入射面４１への光線入射角、角θｃ２はクラッド４ｂと外周の空気との境界面における臨界角を表す。
本実施形態では、θｉが０°から９０°の範囲でクラッド入射面４１ｂに入射したすべての光がクラッド４ｂ内を全反射して伝播するいわゆるクラッドモードの設定としている。すなわち、クラッド４ｂに入射した光は、入射角によらずすべてクラッド４ｂ内に閉じ込められることになる。
クラッドモードとなる条件は、式（２）、（３）より、次式で表される。
ｎ２＞１．４１４２                                                ・・・（４）
一般的なシングルモードファイバのクラッドの屈折率は、波長１５５０ｎｍに対して１．４６３程度、波長９８０ｎｍに対して１．４６２程度のため、式（４）を満足しているから、光分割用光ファイバ４として採用することができる。
【００４２】
このため、図３に示すように、レンズ１０によりコア入射面４１ａの範囲に入射されたコア入射光１２ａは、コア４ａ内を全反射されて、コア出射面４２ａに到達し、コア出射面４２ａからコア出射光１３ａとして放射される。また、クラッド入射面４１ｂの範囲に入射されたクラッド入射光１２ｂは、クラッド４ｂ内を全反射されて、クラッド出射面４２ｂに到達し、クラッド出射面４２ｂからクラッド出射光１３ｂとして放射される。
このとき、コア４ａとクラッド４ｂとは、それぞれの外径が異なるので、コア出射光１３ａの放射角は、クラッド出射光１３ｂの放射角よりも小さくなっている。
本実施形態のように、コア４ａ、クラッド４ｂの外径がそれぞれｄ１＝１０μｍ、ｄ２＝１２５μｍの場合、例えば、レンズ１１の焦点距離ｆを６ｍｍとすると、コア出射面４２ａから出射されるコア出射光１３ａは略点光源と見なすことができる。
そのため、レンズ１１の焦点位置をコア出射面４２ａに一致させることにより、狭角放射光７ａは、略コリメート光となって放射される。
一方、クラッド出射面４２ｂから出射されるクラッド出射光１３ｂは、光分割用光ファイバ４の長さが十分な長さを有する場合、クラッド４ｂ内で、光線角度分布や密度分布が略均一となった面光源となるため、レンズ１１に対して、最大像高ｄ０＝１２５／２＝６２．５μｍの光線が最軸外光となる。そして、最軸外光線のレンズ１１からの放射角θ０は、次式のように計算される。
θ０＝ｓｉｎ−１（ｄ０／ｆ）
＝ｓｉｎ−１（０．０６２５／６）＝０．６°                    ・・・（５）
つまり、コア４ａを出射したコア出射光１３ａによる狭角放射光７ａの拡がり角が０°であるのに対して、クラッド４ｂを出射したクラッド出射光１３ｂによる広角放射光６ａの拡がり角は１．２°（＝０．６°×２）となる。
【００４３】
そのため、広角放射光６は、図５（ａ）に示すように、クラッド４ｂの外径ｄ２で決まる最大軸外光線を最大角として拡がり角が小さい光線も含んだブロードな放射角度特性を有する。
また、狭角放射光７は、図５（ｂ）に示すように、式（１）で決まるＮＡによる拡がり角の狭いガウス分布状の放射角度特性を有する。
実際に観察される放射角度特性は、図５（ｃ）に示すように、それぞれが重ね合わされて放射角度０ｄｅｇにピークを有し、その近傍に集中した高強度の領域と、広い角度範囲に広がった低強度の領域とを有する放射角度特性となる。
このように、ビーコン光光源１１０は、光入射手段１１１により入射面４１上に入射される光束を、入射面４１上の入射部位がコア入射面４１ａであるかクラッド入射面４１ｂであるかに応じて、それぞれ狭角放射光７、広角放射光６に分割して出射するものとなっている。
【００４４】
狭角放射光７の拡がり角を大きくするには、レンズ１１を光分割用光ファイバ４に近づけるように配置すればよく、その距離に応じて、広角放射光６の拡がり角も大きくなる。したがって、レンズ１１を移動調整することにより、狭角放射光７と広角放射光６との拡がり角を連動して変えることができる。その場合でも、コア出射光１３ａとクラッド出射光１３ｂとの間には一定の拡がり角の差があるので、レンズ１１により集光された狭角放射光７と広角放射光６との間にも常に拡がり角の差が生じるものである。
【００４５】
狭角放射光７と広角放射光６との光量比は、入射面４１上のスポットの入射位置およびスポット径の少なくともいずれかを変更することにより可変される。
例えば、図４（ａ）に想像線で示すスポット４３Ｂのように、スポット径をスポット４３Ａより大きく設定すれば、コア入射面４１ａ、クラッド入射面４１ｂに入射する光量のうち、クラッド入射面４１ｂに入射する光量が増えるので、広角放射光６の光量比が増加する。
また、図４（ｂ）に示すように、スポット４４として、スポット４３Ａと同じスポット径で、コア入射面４１ａに対する入射位置を変更しても、狭角放射光７と広角放射光６との光量比を可変することができる。
図４（ｂ）の場合、スポット４４は、コア入射面４１ａの一部を覆う位置関係にあるので、コア出射光１３ａの量が低減し、光強度の高いスポット４４の中心部は、クラッド入射面４１ｂに入射する。そのため、広角放射光６の光量比が増加する。
また、スポット４４がコア入射面４１ａを全部覆っている場合でも、強度分布が低下するスポット４４の周辺部で覆うような入射位置であれば狭角放射光７の光量比が低下する。
このように、光量比可変部３によりレンズ１０の位置を移動して、入射面４１上のスポットの入射位置およびスポット径の少なくともいずれかを変更すれば、狭角放射光７と広角放射光６との光量比が可変される。
【００４６】
なお、このように入射面４１上のスポット光の入射条件を変更しても、光分割用光ファイバ４が十分長く、全反射が十分な回数発生すれば、出射面４２を出射する際に拡がり角や光強度分布が偏ることはない。
一方、クラッド内伝播光の強度を維持するためには、マイクロベンディング等によるクラッドモードの減衰を避けるように適切に光分割用光ファイバ４を配置することが望ましい。
【００４７】
このように、ビーコン光光源１１０によれば、広角放射光６により低強度の光を広範囲に放射するとともに、狭角放射光７により高強度の光を狭い範囲に放射することができる。したがって、通信の相手側では、通信の初期段階で広角放射光６を捕捉して、送光方向の概略の方向を合わせる粗追尾を行い、続いて狭角放射光７を捕捉して通信光を受光量が最適かつ安定的となるようにより高精度に方向を合わせる精追尾を行うことが可能となる。この場合、外乱などにより、狭角放射光７が捕捉できなくなったとしても、常に狭角放射光７より広範囲にわたって広角放射光６が放射されているので、ただちに粗追尾を開始して精追尾可能な状態に戻すことができる。
【００４８】
次に、空間光伝送装置１００の動作について、通信相手が同様にビーコン光光源１１０を備える場合の追尾動作を中心に説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態の空間光伝送装置のビーコン光の放射範囲と位置検出範囲の関係について説明するための概念図である。
図１に示すように、略平行光の入射光１９がアフォーカル光学系２０に入射されると、アフォーカル光学系２０の倍率により光束径が縮径される。そして、ビームスプリッタ２２に入射し、入射光１９のうち波長が異なるビーコン光１９ｂの約５０％が反射されて、粗追尾検出器２１により受光される。
一方、ビームスプリッタ２２を透過したビーコン光１９ｂは、可動ミラー２３で偏向され、ビームスプリッタ２４を透過して、ビームスプリッタ２７により略１００％反射される。そして精追尾検出器２８により受光される。
【００４９】
図６に示すように、粗追尾検出器２１の検出範囲４７は、精追尾検出器２８の検出範囲５０に比べて大きく、広角放射光６の放射範囲４８、狭角放射光７の放射範囲５１は、それぞれの検出範囲４７、５０を覆うような大きさとされている。
図６は概念図のため、実際の寸法とは異なる。例えば、本実施形態では粗追尾検出器２１と精追尾検出器２８との感度が数桁程度異なるので、放射光強度が半径の２乗に反比例することを考慮しても、放射範囲４８は図示よりもかなり大きくとることができる。
例えば、放射範囲５１、４８の半径をそれぞれｒ１、ｒ２とし、粗追尾検出器２１、精追尾検出器２８の検出に必要な光量を単位面積当たりｐ１、ｐ２とする、それぞれの感度の差を係数α（ただし、α＞１）を用いて次式のように表すことができる。
ｐ２＝α・ｐ１                                                    ・・・（６）
また広角放射光６、狭角放射光７の光量比を、例えば１：１にしたとすれば、αが十分大きい場合、次式が成り立つ。
ｐ１・π・ｒ１２＝ｐ２・π・ｒ２２                                ・・・（７）
式（６）、（７）より、
ｒ２＝ｒ１・√α                                                  ・・・（８）
したがって、例えば、α＝１０００とすれば、式（８）より、√α＝３１．６となり、広角放射光６の放射範囲４８の半径は、狭角放射光７の約３２倍にできる。
【００５０】
そのため、例えば、通信の初期など、ビーコン光１９ｂの入射方向とアフォーカル光学系２０の光軸とのずれが大きい場合でも、広角放射光６を粗追尾検出器２１に入射させることが可能となる。
粗追尾検出器２１は、受光面が大きく低光量であっても高感度に検出できるようになっているので、そのような広角放射光６から良好に位置検出を行うことができ、その検出出力がステージ移動制御部２１０に送出される。
ステージ移動制御部２１０では、受光位置を入射方向に換算し、ビーコン光１９ｂの入射方向にアフォーカル光学系２０の光軸が合うように、ジンバルステージ３０を移動させる制御信号を送出する。
【００５１】
そのため、ジンバルステージ３０が回動して、アフォーカル光学系２０の光軸が略ビーコン光１９ｂの入射方向に向けられるので、精追尾検出器２８に感度がある狭角放射光７の領域（図６の放射範囲５０）が、精追尾検出器２８に入射する状態となる。
そして精追尾検出器２８によりビーコン光１９ｂに入射方向のずれがより高精度に検出され、偏向角制御部２３０により可動ミラー２３の傾斜角がフィードバック制御され、ビーコン光１９ｂが精追尾検出器２８の中心に入射するように制御される。
可動ミラー２３によりビーコン光１９ｂとともに、通信光１９ａも一定方向に偏向される。そのため、ビームスプリッタ２７を透過した通信光１９ａは、通信光検出部２９の中心位置に入射する。
このようにして、ビーコン光１９ｂを用いて粗追尾検出器２１、精追尾検出器２８によりそれぞれ粗追尾、精追尾が行われ、通信光１９ａが通信光検出部２９に確実に入射され、外乱をうけても、粗追尾または精追尾により直ちに入射方向ずれが補正されるから、安定して通信を行うことができる。
【００５２】
一方、通信光１８は、光ファイバ２５ａから出射されるとコリメータ２５ｂにより略平行光とされ、ビームスプリッタ２４に入射される。そして、ビームスプリッタ２４のビームスプリッタ面で略１００％反射されて、通信光１９ａと同軸上の光路に通信光１９ａと反対向きに進む光路に導かれる。
そして、通信光１９ａの光路を正確に逆進して、可動ミラー２３で偏向され、ビームスプリッタ２２を透過してアフォーカル光学系２０に入射し、拡径された略平行光として、装置外部に出射される。
このため、通信光１９ａが到来する方向に正確に送光される。
このようにして、本実施形態の空間光伝送装置１００によれば、通信相手側に対して送受光を行い、互いにビーコン光により相手の位置を追尾して双方向通信を行うことができる。
【００５３】
本実施形態の空間光伝送装置１００によれば、通信光１８と異なるビーコン光８を用いて追尾動作と通信動作とを行うので、通信光１８に影響を与えることなく、通信と並行して追尾動作を行うことができる。このため、通信光１８をビーコン光としても用いる場合のように長距離伝送において光量損失を起こすことなく効率的な送受光を行うことができる。
また、ビーコン光８が、広角放射光６と狭角放射光７とからなるので、粗追尾と精追尾とを切り換えることなく、広角放射光６、狭角放射光７のうち捕捉される方を用いて、それぞれ粗追尾、精追尾を行うことができる。そのため、外乱などが生じても迅速に追尾状態に復帰することができる。
したがって、広範囲な初期捕捉性能と、狭角のビーコン光による高精度な追尾動作を両立させることができ、特に移動体通信などにおいて好適なものとなる。
【００５４】
なお、上記では、広角放射光６、狭角放射光７の拡がり角がそれぞれ一定であるとして説明したが、本実施形態では、レンズ１１が移動可能に設けられている場合、拡がり角を動的に可変することができる。その場合、追尾動作は、以下のように変形してもよい。
まず、広角放射光６を初期捕捉して、粗追尾・精追尾を上記と同様に行う。
このように精追尾が開始されると、外乱により精追尾範囲を逸脱する場合があるとしても、逸脱すると、ただちに粗追尾動作が行われるので、粗追尾可能な範囲を初期捕捉時ほど広くとる必要がなくなる。そのため、レンズ１１を移動して拡がり角を狭める変更を行い、放射範囲４８を縮径する。
縮径する大きさは、想定される外乱の大きさや制御能力により、必要に応じて設定することができるが、例えば、放射範囲４８を粗追尾検出器２１の検出範囲４７内に収まる程度の放射範囲４８ａ（図６の２点鎖線）に縮径する。このとき、放射範囲５１も同様に縮径され、放射範囲５１ａ（図６の２点鎖線）となる。
このようにすれば、広角放射光６、狭角放射光７の光強度が増加するので、粗追尾検出器２１、精追尾検出器２８の受光量が増大し、位置検出のＳ／Ｎの高い追尾制御が可能となり、通信の安定性を向上することができる。
また、粗追尾検出器２１の必要光量は低いので、レンズ１０を移動して広角放射光６、狭角放射光７の光量比を変更し、余分な広角放射光６の光量を狭角放射光７に回すようにすれば、さらにＳ／Ｎを高めることができる。
【００５５】
次に、本実施形態のマルチビーム生成器の第１変形例について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態の第１変形例のマルチビーム生成器の概略構成について説明するための光軸を含む断面説明図である。
本変形例のマルチビーム生成器を用いたビーコン光光源１１０Ａ（マルチビーム光源）は、上記第１の実施形態のビーコン光光源１１０において、光ファイバ９、レンズ１０を一体に保持して、光分割用光ファイバ４に対して相対移動させるようにしたものであり、光量比可変部３に代えて、光量比可変部の他の実施形態である移動ステージ３４（移動保持機構）を備える。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
ビーコン光光源１１０Ａは、光分割用光ファイバ４が、両端部でクラッド４ｂの外周に設けられたフェルール３７を介して保持枠３６に固定され、保持枠３６を介してシャーシ３５に固定されている。
フェルール３７は、例えばＦＣコネクタなどで使われているジルコニアなどの材料で高精度に製作された中間部材であり、光分割用光ファイバ４の偏心を外形に対して約０．５μｍ以内の高精度に位置決めするために用いられる。フェルール３７の長さは、約１０ｍｍ程度とされ、フェルール３７とクラッド４ｂとは、クラッド４ｂ内を伝播する光の透過損失が発生することなくクラッド４ｂ内で全反射されるように、屈折率の低い接着剤３８により接合されている。
接着剤３８としては、例えば光通信用紫外線硬化型接着剤を採用することができる。このような接着剤は、屈折率を１．３３から１．７までの範囲でチューニングできる製品が知られている。
例えば、接着剤３８として、屈折率１．３５のものを採用し、クラッド４ｂの屈折率ｎ２＝１．４６２とすると、屈折率の計算から、光分割用光ファイバ４への最小入射角が、２４．９°となる。これは、ＮＡが０．４２以下の光線はすべて全反射することに相当するから、レンズ１０として、通常のレンズを用いる限りは、ほとんど光量損失することなくクラッド４ｂ内をクラッドモードとして伝播することができる。
【００５７】
また、光ファイバ９、レンズ１０は、保持枠３２に一体に保持され、シャーシ３５に設けられた移動ステージ３４により、光分割用光ファイバ４に対して移動可能に固定されている。
移動ステージ３４は、例えば、電磁アクチュエータなどの機構を採用することができる。移動ステージ３４の移動方向は、光軸方向のみでもよいし、３軸方向に移動可能であってもよい。
【００５８】
移動ステージ３４として、３軸方向に移動する場合の機構の一例について、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態に係るの第１変形例のビーム生成器に用いることができる移動保持機構の一例について説明するための斜視説明図である。図中のｘｙｚ直角座標系は、方向の参照の便宜のために記載したものである。
図８に示す移動ステージ３４は、ベース６３に図示ｚ方向に立設され、図示ｘ方向に変形できるように互いに平行に配置された板バネ６２、６２の先端にサブホルダ６１が設けられ、サブホルダ６１から図示ｘ方向に平行に４本のワイヤーバネ６０が延され、その先端にホルダ５９が形成されている。ワイヤーバネ６０は、ホルダ５９を図示ｙ方向、ｚ方向に可動に保持している。
ホルダ５９には、図示しないが、保持枠３２を介して、レンズ１０、光ファイバ９が固定されている。
そして、サブホルダ６１、ホルダ５９には、図示しないコイル、マグネット、ヨークなどで構成される電磁駆動手段により、ｙ、ｚ方向およびｘ方向にそれぞれ駆動力が付勢される。
【００５９】
このような移動ステージ３４によれば、ワイヤーバネ６０、板バネ６２などにより弾性支持された状態で、電磁駆動手段により３軸方向に付勢されるので、微小範囲で迅速な移動を行うことができるという利点がある。
【００６０】
本変形例によれば、移動ステージ３４により保持枠３２を移動することにより、光ファイバ９とレンズ１０との位置関係を固定した状態でレンズ１０からの出射光の入射面４１に対する入射位置およびスポット径の少なくともいずれかを可変することができる。
例えば、レンズ１０から発散光または収斂光が出射される場合、光軸方向に移動することにより、入射面４１上のスポット径を可変することができる。また入射面４１と平行な方向に移動する場合、出射光の入射位置を偏心させることができる。
したがって、移動ステージ３４によりコア入射面４１ａ、クラッド入射面４１ｂに入射する光量比を可変することができる。その際、コア９ａとレンズ１０との位置関係が固定されているので、移動時の位置ずれなどによりレンズ１０からの出射光の収差劣化などが発生するこなく、光量比を安定して可変することができるという利点がある。
【００６１】
次に、本実施形態のマルチビーム生成器の第２変形例について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態の第２変形例のマルチビーム生成器の概略構成について説明するための光軸を含む断面説明図である。
本変形例のマルチビーム生成器を用いたビーコン光光源１１０Ｂ（マルチビーム光源）は、上記第１変形例のビーコン光光源１１０Ａにおいて、レンズ１０を削除したものである。以下、第１変形例と異なる点について説明する。
【００６２】
ビーコン光光源１１０Ｂでは、光ファイバ９が、フェルール３３を介して保持枠３２に固定され、保持枠３２が移動ステージ３４により可動に保持されている。
そのため、移動ステージ３４により、光ファイバ９を移動することにより、コア９ａから出射された発散光が、入射面４１上で入射位置およびスポット径の少なくともいずれかが変更された状態で入射される。それにより、広角放射光６と狭角放射光７との光量比が可変される。
【００６３】
例えば、コア９ａからの放射光のＮＡは、一般的な波長１．５μｍ用のシングルモードファイバでは、コアとクラッドとの比屈折率差の値から計算される０．１２前後である。この場合、光ファイバ９と光分割用光ファイバ４との間の距離Ｌｆに応じて、入射面４１上のスポット径Ｄが決まり、次式から求められる。
Ｄ＝２・Ｌｆ・ＮＡ                                                ・・・（９）
例えば、Ｌｆ＝０．１ｍｍとすると、Ｄ＝０．０２４ｍｍとなるので、コア４ａの径が０．０１ｍｍに対して、２．４倍のスポット径となる。そのため、分光比としては、クラッド４ｂを伝播するクラッド出射光１３ｂがコア出射光１３ａに比べておよそ６倍になるものである。
この分光比は、移動ステージ３４によりＬｆを精密に可変することにより、適宜の分光比に設定することができる。
偏心については、上記の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００６４】
本変形例では、レンズ１０を削除するので、部品点数を削減して簡素な構成とすることができるという利点がある。そのため、装置をコンパクトかつ安価に製作することができる。
【００６５】
また、上記の第１実施形態およびその第１、第２変形例は、いずれも光分割手段として光ファイバを用いるので、入射面と出射面との位置関係を自由に設定することができ、装置のレイアウトが容易となるという利点がある。
【００６６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器を用いたマルチビーム光源の概略構成を説明するための光軸を含む断面説明図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器に用いることができる多焦点光学素子の一例について説明するための、それぞれ光軸を含む断面図、右側面図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）における模式的な光路図である。
【００６７】
本実施形態のマルチビーム生成器１１５は、図１０に示すように、第１の実施形態の第２変形例のマルチビーム生成器の光分割用光ファイバ４に代えて、多焦点レンズ１４（多焦点光学素子）を備え、それに応じて、光分割用光ファイバ４の保持部を構成するフェルール３７、保持枠３６などを、多焦点レンズ１４の保持部であるレンズホルダ３９に代えたものである。
ただし、移動ステージ３４は、少なくともコア９ａからの出射光の光軸方向に移動可能に設けられているものとする。この場合、移動ステージ３４は、多焦点光学素子の位置可変機構として用いられている。
また、マルチビーム生成器１１５は、光ファイバ９の図示しない端部に光源部１を配置することによりビーコン光光源１１２（マルチビーム光源）を構成することができる。
【００６８】
多焦点レンズ１４は、光軸を中心とした中心部とその周辺に同心円状に広がる周辺部とにおいて、それぞれ焦点距離が、ｆ１、ｆ２（ただし、ｆ１＜ｆ２）となるようにした非球面の多焦点レンズである。
本実施形態では、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、入射面側に平面または球面からなるレンズ面１４ｃが形成され、出射面側の中心部に短焦点レンズ面１４ａを、境界線Ｌを隔ててその周辺部に長焦点レンズ面１４ｂをそれぞれ形成した非球面で構成される。
そして、レンズ面１４ｃが、光ファイバ９側に向けて配置されている。
【００６９】
本実施形態のマルチビーム生成器１１５によれば、コア９ａから出射された発散光が、多焦点レンズ１４に入射し、その配置位置により集光または拡散され、入射部位に応じて短焦点レンズ面１４ａの範囲を透過する狭角放射光１５ａ（狭角ビーム）と、長焦点レンズ面１４ｂの範囲を透過する広角放射光１５ｂ（広角ビーム）とに分割される。
【００７０】
例えば、コア９ａの端面が短焦点レンズ面１４ａの焦点位置に配置された場合、狭角放射光１５ａは、拡がり角０°の平行光となり、広角放射光１５ｂはコーン状に広がる発散光となる。この場合の放射光強度分布について図１２に示した。
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態のマルチビーム生成器の広角ビーム、狭角ビーム、それらの合成ビームの放射光強度分布の一例について説明するための模式的なグラフである。それぞれ横軸は光強度Ｉを示し、縦軸は放射角度ω（単位、ｄｅｇ）を示す。
【００７１】
広角放射光１５ｂは、図１２（ａ）に示すように長焦点レンズ面１４ｂによりコーン状をなして斜め方向に広がる放射光強度分布を有する。また、狭角放射光１５ａは、図１２（ｂ）に示すように、拡がり角０°の近傍に分布する。これらの合成ビームは、図１２（ｃ）に示すように、コーン状の広角放射光１５ｂの中心に略平行光の狭角放射光１５ａが重ね合わされた強度分布となる。
本実施形態では、広角放射光１５ｂと狭角放射光１５ａとは、回折による重なりを除いて、放射角度により略分離されたマルチビームを形成している。そのため、拡がり角０°の近傍では、広角放射光１５ｂの成分がほとんどないので、拡がり角０°の近傍では、狭角放射光１５ａのみとなっている。拡がり角０°の範囲の光強度を増加させるには、予め短焦点レンズ面１４ａの範囲を広くしておくか、コア９ａからの出射光が、短焦点レンズ面１４ａの範囲により多く入射されるように、設定すればよい。
【００７２】
狭角放射光１５ａ、広角放射光１５ｂの拡がり角は、移動ステージ３４を駆動して、多焦点レンズ１４と光ファイバ９との光軸方向の距離を変更することにより可変することができる。
例えば、それぞれの距離を近づければ、拡がり角は大きくなって、それぞれ発散光となり、それぞれの距離を遠ざければ、収束光またはいったん収束してから発散する発散光を形成することができる。
【００７３】
このようにマルチビーム生成器１１５によれば、拡がり角が異なり、照射領域の重なりが少ないマルチビームを容易に形成し、拡がり角特性や光量比を可変することができる。
そのため、例えば、第１の実施形態の空間光伝送装置１００のビーコン光光源１１０に代えて、マルチビーム生成器１１５を用いたビーコン光源１１２を好適に採用することもできる。
【００７４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図１３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器に用いることができる多焦点光学素子の他例について説明するための、それぞれ左側面図、光軸を含む断面図である。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）における模式的な光路図である。
【００７５】
本変形例は、上記第２の実施形態のマルチビーム生成器１１５の多焦点レンズ１４に代えて、回折格子複合レンズ１４Ａ（多焦点光学素子）を備えたものである。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
回折格子複合レンズ１４Ａは、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、一方のレンズ面が、平面部１４ｄとされ、その中心部に拡がり角を変更するための透過型の回折格子１６を形成し、他方のレンズ面を適宜のパワーを有する凸面部１４ｅから形成したものである。回折格子１６は、凸面部１４ｅの光軸に対して同心円Ｍの範囲に形成されている。そして、平面部１４ｄ、回折格子１６が光ファイバ９の側に向けて配置されている。すなわち、回折格子１６は、コア９ａからの出射光の入射面側に形成されている。
【００７６】
回折格子１６は、回折格子のピッチをｄ、格子からの射出角をθｍ、媒質の屈折率をｎ、波長をλとしたとき、次式を満たす方向に回折光が出射される。
ｎ・ｄ・ｓｉｎθｍ＝ｍ・λ                                      ・・・（１０）
ここで、ｍは回折光の次数で、ｍ＝０，±１，±２，…である。
回折格子１６は、格子ピッチと格子深さとを適宜設定することにより回折方向やその強度分布を必要に応じて設定することができる。本実施形態では、±２次以上の回折効率に比べて、０次と±１次光の効率が大きくなるような設定とし、入射光をほとんど０次光、±１次光として回折させるように設定している。
【００７７】
このような回折格子複合レンズ１４Ａの光路について、平面部１４ｄと凸面部１４ｅとで形成されるレンズの焦点位置にコア９ａが配置された場合の例で説明する。
コア９ａから出射された光は、図１３（ｃ）に示すように、回折格子１６の外側の平面部１４ｄに入射する光が、平面部１４ｄと凸面部１４ｅとで構成されるレンズの集光作用を受けて、断面が円環状の平行光である屈折光１７ｄとして出射される。
一方、コア９ａから出射された光のうち、回折格子１６に入射する光は、回折格子１６により各回折次数ごとに異なる方向に回折され、０次光成分である回折光１７ｂと、＋１次光成分である回折光１７ｃと、−１次光成分である回折光１７ａに分かれる。そして、凸面部１４ｅに入射して屈折されて方向を変える。ここで、回折光１７ｂは、０次光なので、屈折光１７ｄと同様な拡がり角で出射される。
そのため、本実施形態では、コア９ａから出射された光が、回折格子複合レンズ１４Ａの入射面側で回折格子１６の領域に入射した光が、回折光１７ｃ、回折光１７ａとして分割され、それぞれ発散光、収斂光として、異なる拡がり角で出射される。また、回折格子１６を透過する０次光の回折光１７ｂと、平面部１４ｄを透過する屈折光１７ｄとにより拡がり角０°の平行光が出射される。
この場合、いずれが狭角ビームとなるかは、拡がり角の程度と受光位置に依存する。例えば、近距離では、回折光１７ａが狭角ビームであるが、収斂した後、発散するような遠距離では、平行光が狭角ビームとなる。
【００７８】
これらの拡がり角は、移動ステージ３４により光ファイバ９と回折格子複合レンズ１４Ａとの光軸方向の距離を変更することにより連動して可変される。また、それぞれの光量比は、平面部１４ｄ上のスポットの回折格子１６に対する入射位置やスポット径の大きさなどにより可変される。
【００７９】
したがって、本変形例により、上記第２の実施形態と同様にマルチビーム光源、空間光伝送装置を構成することができる。ただし、本変形例の実施態様では、分割されたマルチビームがそれぞれ同軸上に合成されて出射されるので、第１の実施形態のマルチビーム生成器と同様のタイプの強度分布を有するマルチビームが形成される点が異なる。
【００８０】
本変形例によれば、回折格子１６により、回折方向や、回折光の本数を容易に変えることができるという利点がある。
例えば、回折格子１６の格子ピッチを等ピッチにした場合は、光軸からの距離によって拡がり角が分布を有するブロード分布特性の上に、拡がり角の小さい略平行な分布を有する分布特性が重なった拡がり角分布の出射光が得られる。
また、格子ピッチを光軸からの距離に応じて勾配を有するように分布させてもよい。この場合、例えば、光軸からの距離によらず特定の拡がり角となるような出射光を形成することもできる。
また、複数の拡がり角の強度比は、分割領域を構成する回折格子１６の平面部１４ｄに対する面積比を適宜設定することにより変えることができる。
また、回折格子の断面形状をブレーズ化することにより特定の方向の回折光、例えば＋１次光のみを取り出すこともできる。さらに、回折レンズのようにブレーズ面同士を異なる材料で貼り合わせ構造とすることにより色収差を最適化することも可能である。
また、本変形例では、回折格子複合レンズ１４Ａの入射面側に形成された回折格子１６の領域は凸面部１４ｅの光軸に対して同心円Ｍの範囲に形成されているが、複数の回折方向にわたって回折されれば、この範囲に限るものではなく、平面部１４ｄの面全体に渡って形成されていてもよい。
【００８１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る空間光伝送装置について説明する。
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る空間光伝送装置の概略構成について説明するための側面視の模式説明図である。
【００８２】
本実施形態の空間光伝送装置１０１は、図１４に示すように、第１の実施形態の空間光伝送装置１００の通信制御光学系１２０に代えて通信制御光学系１２１を備え、それに応じて、ビーコン光光源１１０からの出射されるビーコン光８を通信制御光学系１２１に入射させるようにしたものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８３】
通信制御光学系１２１は、第１の実施形態の通信制御光学系１２０において、アフォーカル光学系２０とビームスプリッタ２２との間の光路に、ビーコン光８を合成してアフォーカル光学系２０の光軸に沿う光路上に入射させるためのビームスプリッタ３１を追加したものである。
ビームスプリッタ３１は、ビームスプリッタ面により、ビーコン光８を略１００％反射して、アフォーカル光学系２０の光軸に沿って入射し、アフォーカル光学系２０を介してビーコン光８を外部に出射するとともに、入射光１９および通信光１８を略１００％透過させるものである。このようなビームスプリッタ面は、ビーコン光８、入射光１９、通信光１８の波長特性、偏光特性などに応じて、光分岐特性を変えた適宜のコーティングにより形成することができる。
【００８４】
本実施形態の空間光伝送装置１０１によれば、ビーコン光８が、アフォーカル光学系２０を介して外部に出射されるので、ビーコン光光源１１０からのビーコン光８の出射ビーム径を小さくすることができるから、ビーコン光光源１１０の光学系の少なくとも一部をアフォーカル光学系２０と兼用することにより、部品点数削減および構成の簡素化を計ることができ、装置をコンパクトに構成することができる。
また、通信光１８とビーコン光８とがアフォーカル光学系２０の光軸と同軸状態で出射されるので、通信光１８とビーコン光８との出射位置がずれている場合に比べて、通信相手側での追尾精度を向上することができる。特に、通信光１８とビーコン光８との出射位置のずれが問題となる近距離通信でも、高精度の追尾を行うことができるという利点がある。
【００８５】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、マルチビーム生成器が拡がり角の異なる２つのビームを生成する例で説明したが、必要に応じて分割領域を増やすことで、３ビーム以上に分割するようにしてもよい。そして、空間光伝送装置に用いる場合、それぞれの拡がり角に応じて、受光範囲や感度がそれぞれ異なる位置検出手段を設けて３段階以上の追尾動作を行うようにしてもよい。
【００８６】
また、上記の第１の実施形態の第１、第２変形例の説明では、光量比可変部が、光入射手段を移動保持機構により、移動する例で説明したが、光分割手段が光ファイバである場合、光入射手段を固定し、光ファイバの入射面側を光入射手段に対して移動可能に保持してもよい。この場合、光ファイバの出射面側は固定することができるので、ビーム出射位置に影響はない。
【００８７】
また、上記の第２の実施形態の説明では、多焦点光学素子を光軸方向に相対移動する位置可変機構として、移動ステージ３４により光入射手段を移動可能に保持する例で説明したが、位置可変機構は、光入射手段を固定して、多焦点光学素子を移動させる機構であってもよい。
【００８８】
また、上記の第２の実施形態の説明では、多焦点を形成する光学作用面が、入射面または出射面に設けられる例で説明したが、入射面と出射面との両方に設けてもよい。
また、多焦点を形成する光学作用面は、必要とされる出射ビームの同軸度合によっては、必ずしも、同心円状の配置に限定されない。例えば、光軸に対して対称な位置に、十分近接して配置してもよい。回折格子を用いれば、そのような位置関係に光学作用面を形成することが容易となる。
【００８９】
また、上記の説明で、光入射手段に入射する光が単色光の例で説明したが、複数の光源部に接続して、複数の光、複数波長の光などを入射してもよい。
例えば、同波長の複数光源から複数の光を入射する場合、光源の数により、出射ビームの光量を容易に加減できるという利点がある。
また、複数波長の光を入射する場合、波長差によっても拡がり角が異なるマルチビームを生成できるという利点がある。
【００９０】
また、上記の説明では、マルチビーム光源は、空間光伝送装置のビーコン光光源として用いる例で説明したが、マルチビーム光源の用途は、これに限定されない。例えば、照射範囲により、光量を可変できる照明装置としても好適に用いることができる。
【００９１】
また、上記の説明では、マルチビーム生成器は、マルチビーム光源に用いる例で説明したが、拡がり角を可変することができる光分割素子として、適宜の装置に組み込んで用いることができる。
【００９２】
また、上記に説明したすべての構成要素は、技術的に可能ならば、本発明の技術的思想の範囲で、適宜組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器を用いた空間光伝送装置の概略構成について説明するための側面視の模式説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器を用いたマルチビーム光源の概略構成を説明するための概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器の概略構成について説明するための光軸を含む断面説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るマルチビーム生成器の動作について説明するための図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のマルチビーム生成器の広角ビーム、狭角ビーム、それらの合成ビームの放射光強度分布の一例について説明するための模式的なグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態の空間光伝送装置のビーコン光の放射範囲と位置検出範囲の関係について説明するための概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の第１変形例のマルチビーム生成器の概略構成について説明するための光軸を含む断面説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るの第１変形例のビーム生成器に用いることができる移動保持機構の一例について説明するための斜視説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第２変形例のマルチビーム生成器の概略構成について説明するための光軸を含む断面説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器を用いたマルチビーム光源の概略構成を説明するための光軸を含む断面説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器に用いることができる多焦点光学素子の一例について説明するための、それぞれ光軸を含む断面図、右側面図およびその模式的な光路図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態のマルチビーム生成器の広角ビーム、狭角ビーム、それらの合成ビームの放射光強度分布の一例について説明するための模式的なグラフである。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るマルチビーム生成器に用いることができる多焦点光学素子の他例について説明するための、それぞれ左側面図、光軸を含む断面図およびその模式的な光路図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る空間光伝送装置の概略構成について説明するための側面視の模式説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  光源部
２  ファイバ結合部
３  光量比可変部
４  光分割用光ファイバ（導光手段）
４ａ、９ａ  コア
４ｂ  クラッド
５  空間結合部
６、６ａ、１５ｂ  広角放射光（広角ビーム）
７、７ａ、１５ａ  狭角放射光（狭角ビーム）
８、１９ｂ  ビーコン光
９  光ファイバ
１０  レンズ（パワーを有する光学素子）
１１  レンズ（集光素子）
１４  多焦点レンズ（多焦点光学素子）
１４ａ  短焦点レンズ面
１４ｂ  長焦点レンズ面
１４Ａ  回折格子複合レンズ（多焦点光学素子）
１６  回折格子
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  回折光
１７ｄ  屈折光
１８、１９ａ  通信光
１９  入射光
２０  アフォーカル光学系（送受光光学系）
２１  粗追尾検出器（位置検出手段）
２３  可動ミラー
２８  精追尾検出器（位置検出手段）
２９  通信光検出部
３０  ジンバルステージ
３４  移動ステージ（移動保持機構）
４１  入射面
４１ａ  コア入射面
４１ｂ  クラッド入射面
４２  出射面
４２ａ  コア出射面
４２ｂ  クラッド出射面
１００、１０１  空間光伝送装置
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１２  ビーコン光光源（マルチビーム光源）
１１１  光入射手段
１１５  マルチビーム生成器
１２０、１２１  通信制御光学系
【図１】
0004616119.tif 000002
【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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【図１４】
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