(57)【要約】【課題】  光結合器およびそれを用いた光学システムにおいて、入射光の入射条件により、光軸に直交する方向の位置ずれとピント位置のずれを起こす可能性がある場合にも、それぞれのずれを迅速に解消して安定した光結合状態を維持することができるようにする。【解決手段】  ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃを偏向するガルバノミラー３と、フカップリングレンズ４と、カップリングレンズ４を光軸方向に移動するレンズ駆動部１３と、コア５ｃの外周部のファイバ端面５ａに形成された反射面５ｒと、反射面５ｒの反射光を再結像する集光レンズ６と、集光レンズ６で結像される光の光路上において４分割ＰＤ８と、ピント位置検出手段９とを備え、それらの検出出力から、ガルバノミラー３、カップリングレンズ４を移動制御して、ファイバ結合光２ａをコア５ｃに光結合する。【選択図】      図１
2007079387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の結像位置の調整を行い、前記入射光を一定範囲の受光部を有する受光手段に光結合する光結合器であって、
前記入射光を偏向する偏向手段と、
該偏向手段により偏向された光を前記受光手段の受光部に結像できるように設けられた結合光学系と、
該結合光学系の焦点位置を前記受光手段の受光部に対して光軸方向に相対的に移動する焦点移動機構と、
前記受光手段の受光部の外周側に照射された光を反射する反射面と、
該反射面で反射された光を結像する検出用光学系と、
該検出用光学系の光路上において光軸と直交する方向の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
前記検出用光学系の光路上において結像される光のピント位置のずれを検出するピント位置検出手段とを備え、
前記位置ずれ検出手段により検出される前記光軸と直交する方向の位置ずれに応じて、前記偏向手段を制御するとともに、
前記ピント位置検出手段により検出される前記ピント位置のずれに応じて、前記焦点移動機構を制御し、
それら少なくともいずれかの制御により前記結合光学系により結像される光を前記受光手段の受光部に光結合することを特徴とする光結合器。
【請求項２】
前記入射光が、前記受光手段に光結合させる少なくとも１つの受光用光と、該受光用光と波長が異なる検出用光とが同軸に入射する構成とされ、
前記反射面により反射されて前記検出用光学系に入射する前記検出用光により、前記光軸と直交する方向の位置ずれおよび前記ピント位置のずれを検出し、
それらの検出結果に応じて、前記偏向手段および前記焦点移動機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の光結合器。
【請求項３】
前記検出用光学系が、その光路を分岐する光路分岐手段を有し、
前記位置ずれ検出手段および前記ピント位置検出手段が、前記光路分岐手段により分岐された異なる光路上に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の光結合器。
【請求項４】
前記位置ずれ検出手段と前記ピント位置検出手段とが、少なくとも一部の検出手段を兼用する構成とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の光結合器。
【請求項５】
前記ピント位置検出手段が、前記検出用光学系により結像される光のピント位置の光軸方向の前後に設けられた２つの光検出器の出力を演算することにより、前記ピント位置の光軸方向のずれの検出を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光結合器。
【請求項６】
前記２つの光検出器が、中心部に透過口が設けられた一対の穴あき光検出素子からなることを特徴とする請求項５に記載の光結合器。
【請求項７】
前記検出用光学系に非点収差を発生する非点収差発生部材が配置され、前記非点収差が、前記ピント位置検出手段が設けられる光路上で発生するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光結合器。
【請求項８】
前記位置ずれ検出手段およびピント位置検出手段の少なくともいずれかと、前記反射面との間の光路中に、前記受光用光の波長光を透過させることなく前記検出用光の波長光を透過させるバンドパスフィルタを配置したことを特徴とする請求項２または請求項２に従属する請求項３〜７のいずれかに記載の光結合器。
【請求項９】
前記受光手段の受光部が、ファイバコアが外周部材により被覆された光ファイバからなり、
前記反射面が、前記ファイバコアの端面に隣接する前記外周部材の端面により形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光結合器。
【請求項１０】
前記受光手段の受光部が、保持部材により保持された光ファイバからなり、
前記反射面が、前記保持部材に形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光結合器。
【請求項１１】
請求項１〜９に記載の光結合器と、
該光結合器により光結合される光を一定範囲の受光部に受光する受光手段とを備えることを特徴とする光学システム。
【請求項１２】
前記受光手段の受光部から発散光として送光光を出射して、前記光結合器の結合光学系に入射せしめる送光手段を備え、
前記受光手段により前記入射光を受光するとともに、
前記送光手段により、前記結合光学系で前記入射光と略同一拡がり角とされた前記送光光が、前記光結合器の偏向手段で偏向され前記入射光と略同一光路に沿って送光されるようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合器およびそれを用いた光学システムに関する。例えば、入射光の入射角度や拡がり角が変化しても、それに追従して光結合できる光結合器、および、それを用いた構成される光アンテナなどの空間光通信装置や光伝送路を用いて双方向伝送を行う光通信装置や光検出器などの光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の光検出を行う光学システム、例えば光通信装置などの光学システムにおいて、情報信号により変調され、光伝送路または空間を伝播された光を光ファイバや受光素子などに光結合する光結合器が用いられている。
このような光学システムでは、近年、高速化、大容量化が進んでおり、例えば、光ファイバのコア径や受光素子の受光部の面積などが著しく微小化している。そのため、入射光の入射条件、例えば入射角度や拡がり角などがわずかに変わるだけでも、光結合効率が劣化したり、光結合が外れたりしやすくなっている。そのため、入射光の条件が変化しても、所定範囲の受光部に光結合できるように、光結合光学系の結像位置の制御を行って、安定した光結合を行えるようにした光結合器が提案されている。
例えば、特許文献１には、光ファイバ端面の反射光を４つの光量検出エリアを有する光量検出手段により位置検出し、その検出結果に応じて、光ファイバ上のスポット位置を光軸に直交する２軸方向に移動できるようにした光通信装置および位置決め方法が記載されている。
また、特許文献２には、受信光を可動に設けられたミラーにより偏向して通信光の受光面上を回転移動させ、その検出出力に応じてミラーを制御し回転中心を受光面の中心に一致させるようにした光ビーム追尾受信方式が記載されている。
また、特許文献３には、光ファイバを３軸方向に移動するｘｙｚステージに保持し、光ファイバをレンズの結像位置近傍で３軸方向に走査移動して受光量が最大となる位置に保持するようにした光ファイバのアライメント法が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１７０９６３号公報（図１、５−８）
【特許文献２】特開平５−１２２１５５号公報（図１）
【特許文献３】特開２００２−２８６９７５号公報（図１）
【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光結合器は、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、光軸に直交する２軸方向に入射光の位置ずれを補正することができるものの、例えば光伝送路の環境変化が生じたり、レンズ系に振動衝撃が加わったりするなどの外乱により、入射光の拡がり角が変化した場合にスポット径の大きさまでは補正することができない。その場合、スポット径が光ファイバ径を越えて拡径した場合に、光量損失が発生して受光量が低下してしまうので、入射光の輝度レベルが変化して、光検出精度が低下するという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、通信光を受光する光受信器により位置ずれを検出するので、検出感度や検出速度を劣化させることなく追尾を行うことができるものの、入射光の拡がり角の変化に対応できないという問題があることは、特許文献１に記載の技術と同様である。
また、ミラーを通信光が円を描くように駆動するので、駆動制御が複雑となり、そのような制御を行わない場合に比べて制御応答性が劣ってしまうという問題がある。
特許文献３に記載の技術では、光ファイバを３軸方向に移動するので、結像位置の光軸に直交する断面内の位置ずれ、および光軸に双方向のピント位置のずれのいずれにも対応できるものの、受光量が最大となるように移動させるため、まず光軸方向の任意位置に移動して、光軸に直交するｘｙ平面内で走査して光量が最大となる位置を検出し、その位置で光軸方向に移動して光量の最大値を検出するというステップを繰り返し実行しなければ、結像位置を決定することができない。そのため、検出に時間がかかり、例えば光通信装置などようにリアルタイムの高速応答が求められる光結合器には適用困難であ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、入射光の入射条件により、光軸に直交する方向の位置ずれとピント位置のずれを起こす可能性がある場合にも、それぞれのずれを迅速に解消して安定した光結合状態を維持することができる光結合器およびそれを用いた光学システム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、本発明の光結合器は、入射光の結像位置の調整を行い、前記入射光を一定範囲の受光部を有する受光手段に光結合する光結合器であって、前記入射光を偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された光を前記受光手段の受光部に結像できるように設けられた結合光学系と、該結合光学系の焦点位置を前記受光手段の受光部に対して光軸方向に相対的に移動する焦点移動機構と、前記受光手段の受光部の外周側に照射された光を反射する反射面と、該反射面で反射された光を結像する検出用光学系と、該検出用光学系の光路上において光軸と直交する方向の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、前記検出用光学系の光路上において結像される光のピント位置のずれを検出するピント位置検出手段とを備え、前記位置ずれ検出手段により検出される前記光軸と直交する方向の位置ずれに応じて、前記偏向手段を制御するとともに、前記ピント位置検出手段により検出される前記ピント位置のずれに応じて、前記焦点移動機構を制御し、それら少なくともいずれかの制御により前記結合光学系により結像される光を前記受光手段の受光部に光結合する構成とする。
この発明によれば、受光手段の受光部の外周側に照射された光を反射面で反射して検出用光学系に導き、検出用光学系の光路上に設けられた位置ずれ検出手段と、ピント位置検出手段とにより、それぞれ、入射光の光軸と直交する方向の位置ずれと、検出用光学系の光路上において結像される光のピント位置のずれを検出することができる。
そのため、光軸と直交する方向の位置ずれに応じて偏向手段を制御することにより、入射光の結合光学系に対する入射角度を変更して、光軸と直交する方向の位置ずれ解消することができる。
また、ピント位置のずれに応じて焦点移動機構を制御することにより、検出用光学系のピント位置を変更することができる。
そして、結合光学系と検出用光学系の横倍率および縦倍率の関係から、検出用光学系の結像位置の光軸と直交する方向の位置ずれおよびピント位置のずれと、結合光学系の結像位置における光軸からのずれおよびピント位置のずれとは、一対一に対応するから、結局、入射光の結合光学系による結像位置を光軸と直交する方向および光軸に沿う方向に独立に検出、補正して、入射光を受光部に光結合することができる。
【０００６】
また、本発明の光結合器では、前記入射光が、前記受光手段に光結合させる少なくとも１つの受光用光と、該受光用光と波長が異なる検出用光とが同軸に入射する構成とされ、前記反射面により反射されて前記検出用光学系に入射する前記検出用光により、前記光軸と直交する方向の位置ずれおよび前記ピント位置のずれを検出し、それらの検出結果に応じて、前記偏向手段および前記焦点移動機構を制御する構成とすることが好ましい。
この場合、検出用光を用いて検出用光学系における光軸と直交する方向の位置ずれおよびピント位置のずれを検出した検出結果は、受光用光と検出用光との波長差に基づく色収差を考慮することにより一対一に対応するので、検出用光による検出結果から受光用光の光軸と直交する方向の位置ずれ、および結合光学系におけるピント位置のずれを制御することができる。
その際、受光用光と検出用光との色収差により、受光用光が受光部内に結像され、反射面に全く反射されない状態でも、検出用光はデフォーカスしているため、検出用光学系に向けて反射される。そのため、受光用光の結像位置近傍でも、検出用光が位置検出に必要な光量を維持することができる。
【０００７】
また、本発明の光結合器では、前記検出用光学系が、光路を分岐する光路分岐手段を有し、前記位置ずれ検出手段および前記ピント位置検出手段が、前記光路分岐手段により分岐された異なる光路上に設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、光路分岐手段を設けるので、位置ずれ検出手段とピント位置検出手段とを、光路分岐手段により分岐された異なる光路上に配置することができる。そのためそれぞれを容易に配置することができる。
【０００８】
また、本発明の光結合器では、前記位置ずれ検出手段と前記ピント位置検出手段とが、少なくとも一部の検出手段を兼用する構成とすることが好ましい。
この場合、位置ずれ検出手段とピント位置検出手段とが、その少なくとも一部が兼用されるので、簡素な構成とすることができ、部品点数を削減することができる。
【０００９】
また、本発明の光結合器では、前記ピント位置検出手段が、前記検出用光学系により結像される光のピント位置の光軸方向の前後に設けられた２つの光検出器の出力を演算することにより、前記ピント位置のずれの検出を行う構成とすることが好ましい。
この場合、検出用光学系により結像される光にピント位置のずれを、ピント位置の前後に配置された２つの光検出器の出力により検出するため、スポット径が広がった状態で検出できるので、光検出器の検出精度のバラツキに影響されることなく高精度な検出を行うことができる。
なお、本明細書では、光軸上の所定位置に対する光軸方向の前後をいう場合、所定位置から入射光の軸上主光線が進んでいく方向を後方（または単に後）と称し、その反対方向を前方（または単に前）と称する。
【００１０】
また、本発明の検出用光学系により結像される光のピント位置の前後に設けられた２つの光検出器を有する光結合器では、前記２つの光検出器が、中心部に透過口が設けられた一対の穴あき光検出素子からなる構成とすることが好ましい。
この場合、ピント位置の後方に配置される光検出器は、ピント位置の前方に配置される穴あき光学素子の透過口を透過した光を受光することにより光検出を行うことができるので、２つの光検出器を同軸上に配置することができる。そのため、光を別々の光路に配置された光検出器に導くために光分岐部材などを設ける必要がないので、簡素な構成とすることができる。
【００１１】
また、本発明の光結合器では、前記検出用光学系に非点収差を発生する非点収差発生部材が配置され、前記非点収差が、前記ピント位置検出手段が設けられる光路上で発生するようにした構成とすることが好ましい。
この場合、非点収差発生部材により、ピント位置検出手段が設けられた光路上に非点収差が発生するので、ピント位置の前後においてスポット形状が互いに異なる方向に扁平化するスポットが形成される。そのため、そのようなスポット形状の方向性を検出する光検出器を用いることによりピント位置の前後を判別する位置情報が得られるので、１つの光検出器でピント位置検出手段を構成することができる。
【００１２】
また、本発明の入射光が少なくとも１つの受光用光と検出用光とからなる光結合器では、前記位置ずれ検出手段およびピント位置検出手段の少なくともいずれかと、前記反射面との間の光路中に、前記受光用光の波長光を透過させることなく前記検出用光の波長光を透過させるバンドパスフィルタを配置した構成とすることが好ましい。
この場合、バンドパスフィルタにより、受光用光が透過されず検出用光が透過されるので、受光用光が位置ずれ検出手段およびピント位置検出手段の少なくともいずれかが受光用光に感度を有するものであっても、受光用光がノイズとならないようにすることができる。
【００１３】
また、本発明の光結合器では、前記受光手段の受光部が、ファイバコアが外周部材により被覆された光ファイバからなり、前記反射面が、前記ファイバコアの端面に隣接する前記外周部材の端面により形成された構成とすることが好ましい。
この場合、反射面を光ファイバにおいてファイバコアを被覆する外周部材の端面により形成するので、コンパクトな構成とすることができ、かつ製造が容易となる。
ここで、ファイバコアを被覆する外周部材とは、ファイバコアを周方向に直接覆うクラッド層や、クラッド層を介してファイバコアを周方向に覆うフェルールなどの部材を含むものとする。
【００１４】
また、本発明の光結合器では、前記受光手段の受光部が、保持部材により保持された光ファイバからなり、前記反射面が、前記保持部材に形成された構成とすることが好ましい。
この場合、反射面が、光ファイバを保持する保持部材により形成されるので、反射面の形状、大きさ、配置位置や反射率などの条件を自由に設定できるため、効率のよい反射面を構成することができる。
【００１５】
本発明の光学システムは、本発明の光結合器と、該光結合器により光結合される光を一定範囲の受光部に受光する受光手段とを備える構成とする。
この発明によれば、本発明の光結合器を備えるので、本発明の光結合器と同様の作用効果を備えた光学システムとすることができる。
【００１６】
また、本発明の光学システムでは、前記受光手段の受光部から発散光として送光光を出射して、前記光結合器の結合光学系に入射せしめる送光手段を備え、前記受光手段により前記入射光を受光するとともに、前記送光手段により、前記結合光学系で前記入射光と略同一拡がり角とされた前記送光光が、前記光結合器の偏向手段で偏向され前記入射光と略同一光路に沿って送光されるようにした構成とすることが好ましい。
この場合、複数の光学システムを対向させて、互いに送受光することが可能となり、本発明の光結合器により、受光光の入射状態が変動しても確実に受光手段に光結合させることができるとともに、その状態で送光光を同一の光路に沿って出射し、略平行光束として対向する側に出射することができるから、確実かつ安定した送受光を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光結合器およびそれを用いた光学システムによれば、位置ずれ検出手段およびピント位置検出手段により、入射光の光軸に直交する方向の位置ずれとピント位置のずれとを検出し、それぞれのずれ量に応じて独立にずれ量を補正することができるので、それぞれのずれを迅速に解消することができ、安定した光結合状態を維持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】
【００１８】
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。
【００１９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光結合器について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器の位置ずれ検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器のピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【００２０】
本実施形態の光結合器１は、入射光の結像位置の調整を行い、一定範囲の受光部を有する受光手段に入射光を光結合するものであり、その概略構成は、図１に示すように、ガルバノミラー３（偏向手段）、偏向制御部１１、カップリングレンズ４（結合光学系）、レンズ駆動部１３、集光レンズ６（検出用光学系）、ビームスプリッタ７（光路分岐手段）、４分割ＰＤ８（位置ずれ検出手段）、ピント位置検出手段９、演算処理部１０、１２、および受光部の外周側に設けられた反射面からなる。
本実施形態では、入射光として、受光手段として光ファイバ５を用い、ファイバ端面５ａ上のコア５ｃ（ファイバコア）が受光部となっている例で説明する。
光ファイバ５は、少なくとも端部の中心部に、コア５ｃとコア５ｃの外周側に設けられたクラッド５ｂ（外周部材）とが配置され、その外周を、例えばガラスなどからなるフェルール５ｄ（外周部材）により被覆した３層の同心円状の構造を備える。コア５ｃ、クラッド５ｂ、フェルール５ｄの直径は、例えば、それぞれ、１０μｍ、１２５μｍ、５ｍｍといった寸法を採用することができる。
そして、ファイバ端面５ａは、平面研磨され、光ファイバ５の中心軸に対して斜めに交差する平面が形成され、クラッド５ｂおよびフェルール５ｄの領域に反射膜コーティングが施されている。
すなわち、ファイバ端面５ａのうち、クラッド５ｂ、フェルール５ｄの領域に、受光部の外周側にリング状に設けられた反射面５ｒが形成されている。
【００２１】
なお、この反射面５ｒは、十分な反射光量が確保できるならば、反射膜コーティングを施さない反射面としてもよい。例えば、クラッド５ｂ、フェルール５ｄを構成する材料の屈折率が、１．４〜１．６程度の材料であれば、平面研磨しただけで５％程度の反射率が得られるので、この程度の反射率で、検出用光の光量が足りる場合には、反射膜コーティングを施さなくてもよい。
【００２２】
光結合器１は、ガルバノミラー３に向けて、それぞれ略同軸に進むファイバ結合光２ａ（入射光）、および位置検出光２ｃ（入射光）が入射するとき、位置検出光２ｃの結像位置のずれを、光軸に直交する面内方向（トラッキング方向）の位置ずれ（トラッキングエラー）および光軸方向（フォーカス方向）の位置ずれ（フォーカスエラー）として検出し、それらの検出出力に応じてファイバ結合光２ａの結像位置を制御し、ファイバ結合光２ａのフォーカスエラーおよびトラッキングエラーを解消して、ファイバ結合光２ａを光ファイバ５に光結合するためのものである。なお、図１は模式図のため、見易いようにファイバ結合光２ａと位置検出光２ｃをずらして描いている（以下、同様）。
【００２３】
位置検出光２ｃは、ファイバ結合光２ａの光結合器１に対する入射方向や、拡がり角がファイバ結合光２ａの変化に追従するように形成される。例えば、一体に取り付けられた光源から略同様な光学系を通して出射される場合などが該当する。
【００２４】
ここで、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｂの拡がり角は、必ずしも拡がり角が０°の平行光でなく、所定の拡がり角を有するものでもよいが、以下では、略平行光の例で説明する。
また、ファイバ結合光２ａの波長λ１は、光結合してからの使用用途により、適宜の波長を採用することができるが、位置検出光２ｃの波長λ２は、ファイバ結合光２ａと異なる波長を採用する。それぞれの波長はいずれが大きくても本質的に変わらないが、以下では、λ１＞λ２の場合の例で説明する。
例えば、λ１＝１．５μｍ、λ２＝０．９８μｍのような波長を採用することができる。この場合、波長λ１は、例えば、光アンテナを介して送受光する空間光通信の通信光の波長としてよく用いられる波長であり、波長λ２は、そのビーコン光（追尾光）などによく用いられる波長である。波長０．９８μｍは、種々の光検出センサの波長感度領域に含まれているため、例えばＳｉなどの広く用いられているセンサ材料で構成された安価なセンサにより光検出することができるという利点がある。
【００２５】
ガルバノミラー３は、偏向制御部１１により送出される制御信号に応じて、反射面を２軸方向に回動し、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃをカップリングレンズ４の光軸に沿う方向に入射させるために偏向するものである。本実施形態では、図１の紙面垂直軸まわりおよびそれと直交する紙面内の軸まわりの２軸方向に回動できるようになっている。
偏向制御部１１は、後述する演算処理部１０により算出されるトラッキングエラーに対応する２軸方向の位置ずれ量を表す演算値をフィードバック制御して、トラッキングエラーが０となるような傾斜角にガルバノミラー３を駆動する制御信号を送出するものである。
【００２６】
カップリングレンズ４は、ガルバノミラー３により反射されたファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｂをそれぞれの波長に応じて異なる焦点位置に結像するための光学素子である。例えば、適宜の色収差を有するレンズ、または色収差を大きくするように設計されたレンズ群などを好適に採用することができる。また、波長に応じて光軸上の異なる位置に結像できれば、例えばＤＯＥなどの他の光学素子を用いてもよい。
本実施形態では、ファイバ結合光２ａが結像位置２ｅに結像され、位置検出光２ｃが、結像位置２ｅより前方の結像位置２ｆに結像される。両者の間の距離は、結像位置２ｅにおける位置検出光２ｃのスポット径が、少なくとも後述する光ファイバ５のコア５ｃの径より大きくなる距離に設定される。
そして、カップリングレンズ４は、例えば、１軸方向に移動するアクチュエータなどからなるレンズ駆動部１３により光軸方向に移動可能に保持され、結像位置２ｅ、２ｆを光軸方向に移動することができるようになっている。
アクチュエータの種類としては、例えばネジ送り方式のリニアガイドアクチュエータ、バネ支持のムービングコイルアクチュエータなどを含む種々の方式を好適に採用することができる。
【００２７】
光ファイバ５のファイバ端面５ａにおけるコア５ｃの位置は、その中心がカップリングレンズ４の光軸上に設けられるとともに、光軸方向にはカップリングレンズ４が光軸方向の移動基準位置に配置されたときに波長λ１に応じた焦点位置に略一致するように配置される。
そのため、この状態で、ファイバ結合光２ａの焦点位置における結像スポットコア５ｃの略中心に形成され、ファイバ結合光２ａの全光量（ただし、コア５ｃの端面での表面反射による光量損失を除く。以下同様）がコア５ｃに光結合されるようになっている。
このような結像位置２ｅを、以下では光結合中心位置と称する。結像位置２ｅが光結合中心位置からずれた場合には、コア５ｃの径とファイバ結合光２ａのスポット径変化量とに応じた所定の許容範囲内でファイバ結合光２ａの全光量を光結合することができる。
【００２８】
ガルバノミラー３、カップリングレンズ４、および光ファイバ５の配置精度は、コア５ｃの直径が、例えば１０μｍ程度ときわめて小さいため一般に高精度が求められる。本実施形態では、これらの相対位置をある適切な位置に配置したあと、平行光のファイバ結合光２ａを入射し、光ファイバ５に結合される光の光量をパワーメータなどでモニタしながら、それらの相対位置を変更し、その受光量が最大となる位置に調整している。
【００２９】
この相対位置の調整方法の１例としては、ファイバ結合光２ａに対して、ガルバノミラー３を所定角度に配置し、その反射光の方向の所定位置に光ファイバ５を配置し、一方、カップリングレンズ４を保持したレンズ駆動部１３を位置調整可能な治具に保持し、レンズ駆動部１３をトラッキング方向およびフォーカス方向に移動することにより、相対位置を調整する調整方法を挙げることができる。この場合、カップリングレンズ４は、ガルバノミラー３の反射光が光軸に沿って入射する姿勢に保持することが好ましい。
また、相対位置の調整方法の他例として、ガルバノミラー３、カップリングレンズ４、光ファイバ５を概略設計位置に固定し、その状態で、ガルバノミラー３を偏向制御部１１により駆動することによりその傾斜角を調整してトラッキング方向の調整を行い、レンズ駆動部１３を駆動して、カップリングレンズ４を光軸方向に移動することによりフォーカス方向の調整を行う調整方法を挙げることができる。
【００３０】
なお、図示しないが、光ファイバ５の他の端部には、コア５ｃに光結合されたファイバ結合光２ａを利用する適宜の装置や光検出器が必要に応じて設けられている。
【００３１】
カップリングレンズ４の光軸に対するファイバ端面５ａの傾斜角は、ファイバ端面５ａの反射光が、カップリングレンズ４はその保持部などでけられないような適宜角度に設定されている。
このとき、光ファイバ５の端部のファイバ中心軸とカップリングレンズ４の光軸とのなす角度は、ファイバ結合光２ａがコア５ｃに効率的に光結合されるように適宜角度、傾斜させることが望ましい。
【００３２】
集光レンズ６は、カップリングレンズ４を透過して一度結像された光のうち、ファイバ端面５ａにより反射された光を再結像するための光学素子である。
ビームスプリッタ７は、集光レンズ６により集光される光を透過光２ｇと反射光２ｈとに分岐するビームスプリッタ面７ａを備えた光分岐素子である。例えば、ビームスプリッタプリズムやビームスプリッタ面を備えた平行平板などの光分岐素子を採用することができる。
ビームスプリッタ面７ａは、本実施形態では、波長λ２の光に対するハーフミラー面を採用している。ただし、入射光の偏光成分に応じて光分岐を行う偏光ビームスプリッタ面としてもよい。
本実施形態では、集光レンズ６に対向する面に、ファイバ結合光２ａを透過させないように位置検出光２ｃの波長λ２を透過させる狭帯域のバンドパスフィルタ面７ｂが形成されている。このような面は、ファイバ端面５ａと４分割ＰＤ８、ピント位置検出手段９との間であればどこに設けられていてもよい。例えば、ビームスプリッタ面７ａや集光レンズ６のレンズ面に設けられていてもよい。また、バンドパスフィルタ部材として設けられていてもよい。
ただし、ファイバ結合光２ａの波長λ１に対して、４分割ＰＤ８、ピント位置検出手段９の波長感度が十分小さい場合には、バンドパスフィルタ７ｂを設けなくてもよい。
また、集光レンズ６を、カップリングレンズ４と同じ方向の色収差を増大するように設計してもよい。この場合、ファイバ結合光２ａと位置検出光２ｃとの再結像位置が離間されるので、ファイバ結合光２ａのスポットが拡径し位置検出光２ｃの結像位置の近傍にファイバ結合光２ａが到達するとしても検出出力に対する寄与を無視できる程度とすることができる。
【００３３】
４分割ＰＤ８は、図２（ａ）に示すように、受光面が、４つの受光部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに分割され、それら受光部にまたがる光束を受光したとき、受光光束の位置ずれに対応する検出出力を出力する光検出器（フォトディテクタ、ＰＤ）である。受光部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、いずれも位置検出光２ｃの波長λ２に対して十分な波長感度を有している。
【００３４】
４分割ＰＤ８の配置位置は、透過光２ｇの光路上の再結像位置からわずかにデフォーカスされ、適宜径のスポット２ｉが受光可能な位置において光軸と直交する面内に配置されている。そして、各受光部の分割中心位置は、ファイバ結合光２ａの結像位置２ｅが光結合中心位置に形成されるときのカップリングレンズ４を透過した位置検出光２ｃによるスポット２ｉの中心と一致するように位置合わせしておく。
例えば、４分割ＰＤ８を移動用治具に保持し、上述したガルバノミラー３、カップリングレンズ４、光ファイバ５の相対位置の調整が終了してから、ファイバ結合光２ａに代えて位置検出光２ｃを入射し、それにより形成されるスポット２ｉを用いて位置調整を行ってその位置を固定する。
このとき、ガルバノミラー３の２軸方向のそれぞれの回動により、スポット２ｉが動く移動方向と４分割ＰＤ８の各受光部の分割線の方向を一致させておくことが望ましい。それにより、４分割ＰＤ８の２方向の位置ずれの検出出力とガルバノミラー３の各軸方向の回動量とが一対一に対応するため、偏向制御部１１の制御を迅速かつ簡素に行うことができるという利点がある。
本実施形態では、ガルバノミラー３の回動方向に合わせて、図２（ａ）に示すように、各受光部の分割線に沿って、ｘ方向、ｙ方向を定めるとき、図１の紙面に垂直で紙面奥側から手前側に向かう方向をｙ方向に一致させ、そのｙ方向と集光レンズ６の光軸とに直交する方向がｘ方向となるように配置されている。
【００３５】
ピント位置検出手段９は、再結像される反射光２ｈの結像位置を検出するものである。本実施形態では、結像位置の前後に配置された穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂ（穴あき光検出素子）からなる。
穴あきＰＤ９Ａは、図２（ｂ）に示すように、受光部９ｂの中心に貫通穴９ａ（透過口）が設けられた光検出器である。受光部９ｂは、それぞれ波長λ２の光に対して十分な波長感度を有している。
穴あきＰＤ９Ｂは、図２（ｃ）に示すように、穴あきＰＤ９Ａと同様の構成を採用することができる。
穴あきＰＤは、センターホール付きフォトディテクタともいう。
【００３６】
穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂの配置位置は、適宜の治具によりこれらを移動可能に保持し、次のような位置関係に調整する。
まず、４分割ＰＤ８の位置調整と同様に、ファイバ結合光２ａが光結合中心位置に結像する状態における位置検出光２ｃを入射する。そして、そのときの反射光２ｈの進行方向が、各貫通穴９ａの中心に一致するように調整する。これは、穴あきＰＤ９Ｂの貫通穴９ａを透過する光量をモニタし、それが最大光量となるようにすればよい。
そして、反射光２ｈのうち貫通穴９ａを透過した光束の結像位置２ｊが穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂの中間位置に形成されるようにする。このとき、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれの受光部９ｂ上に、スポット２ｋ、２ｍが形成されるので、これらの検出出力をモニタしながら、穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂを反射光２ｈの進行方向に沿って移動し、両者の検出出力が等しくなるような位置を探して固定する。
【００３７】
スポット２ｋは、穴あきＰＤ９Ａに対して、反射光２ｈの中心部のうち貫通穴９ａに相当する光量を除いた検出光量を与える。また、スポット２ｍは、穴あきＰＤ９Ａの貫通穴９ａを透過した光のうち、結像位置２ｊに結像してから拡散して形成されるスポットであり、同様に、穴あきＰＤ９Ｂの貫通穴９ａを透過する部分を除いた光量に対応する検出光量を与える。
そのため、スポット２ｋ、２ｍの検出光量が略同一のとき、ファイバ結合光２ａが最大光量で光ファイバ５に入射する。
【００３８】
演算処理部１０は、４分割ＰＤ８の各受光部からの出力を演算処理して位置ずれ量を算出し、位置ずれ信号として、偏向制御部１１に送出するものである。受光部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの検出出力をそれぞれＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＤと表すとき、４分割ＰＤ８の中心位置に対するｘ、ｙ方向のそれぞれの位置ずれ量をΔｘ、Δｙは、以下のような演算処理により求めることができる。
Δｘ＝（ＩＡ＋ＩＢ）−（ＩＣ＋ＩＤ）                              ・・・（１）
Δｙ＝（ＩＡ＋ＩＤ）−（ＩＢ＋ＩＣ）                              ・・・（２）
【００３９】
演算処理部１２は、穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂからの出力を演算処理して位置ずれ量を算出し、位置ずれ信号として、レンズ駆動部１３に送出するものである。穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂの検出出力をそれぞれＩａ、Ｉｂと表すとき、結像位置２ｊの光軸方向の基準位置からの位置ずれ量ΔＣは、以下のような演算処理により求めることができる。ここで、ΔＣの正方向は、図１に示すように、基準位置の前方（ビームスプリッタ７側）を正方向とする。
ΔＣ＝Ｉａ−Ｉｂ                                                  ・・・（３）
【００４０】
演算処理部１０、１２は、例えばコンピュータを用いて構成してもよいが、例えばアナログ演算回路などのハードウェアにより構成すればより高速に処理することができて好都合である。
【００４１】
次に、光結合器１の動作について、位置検出光２ｃの結像位置の検出動作、およびそれによるファイバ結合光２ａの結像位置の制御動作を中心に説明する。
図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器において、光軸に直交する方向の位置ずれが発生した場合の概略光路について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態における位置ずれ検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光結合器において、光軸方向の位置ずれが発生した場合の概略光路について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の状態におけるピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。図５（ａ）は、図４（ａ）と反対方向に位置ずれが発生した場合の概略光路の一部について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。図５（ｂ）、（ｃ）は、図５（ａ）の状態におけるピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に用いるピント位置検出手段の２つの光検出器におけるピント位置ずれと検出出力との関係を示す模式的なグラフである。図６（ｃ）は、図６（ａ）、（ｂ）の検出出力の演算値とピント位置ずれとの関係を示す模式的なグラフである。
【００４２】
光結合器１では、ファイバ結合光２ａと位置検出光２ｃとが、略同軸上に入射されると、ガルバノミラー３により偏向されてカップリングレンズ４に入射する。
カップリングレンズ４は、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃの波長λ１、λ２に対して色収差を有するので、それぞれの光が、異なる結像位置２ｅ、２ｆに結像される。
このとき、ガルバノミラー３の傾斜角度、カップリングレンズ４の配置位置により、結像位置２ｅ、２ｆが変化するが、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃが設計上の光軸に沿って平行光として入射した場合には、結像位置２ｅが光結合中心位置に形成され、結像位置２ｆは結像位置２ｅの所定距離だけ前方（カップリングレンズ４側）の光軸上に形成される。
すなわち、図１に示すように、結像位置２ｅは、ファイバ端面５ａにおけるコア５ｃ上の略中心に位置し、ファイバ結合光２ａが略すべてコア５ｃに光結合されるようになっている。
また、結像位置２ｆは、結像位置２ｅの前方に位置するため、位置検出光２ｃはファイバ端面５ａ上では、コア５ｃの外周側のクラッド５ｂやフェルール５ｄにかかる範囲に拡径されたスポットを形成する。
【００４３】
そのため、位置検出光２ｃは、ファイバ端面５ａのクラッド５ｂやフェルール５ｄを覆う反射膜により反射され、集光レンズ６により集光される。そして、ビームスプリッタ７により、光路が分岐され、透過光２ｇが４分割ＰＤ８上にスポット２ｉを形成し、反射光２ｈがピント位置検出手段９に入射する。
このとき、ファイバ結合光２ａは、コア５ｃの表面反射による微弱な反射光を除く全光量が光結合されるため、集光レンズ６に入射する成分は無視することができる。
【００４４】
ファイバ結合光２ａの入射方向が変化すると、位置検出光２ｃも同様の変化を起こすため、結像位置２ｅ、２ｆが、同軸状態を保ちつつ、光軸に直交する方向に位置ずれを起こす。また、ファイバ結合光２ａの拡がり角が変化すると、位置検出光２ｃも同様の変化を起こすため、結像位置２ｅ、２ｆが、光軸方向に位置ずれを起こす。
光結合器１では、結像位置２ｆの各位置ずれを、４分割ＰＤ８、ピント位置検出手段９により検出することにより、結像位置２ｆの各位置ずれを解消するようにガルバノミラー３、カップリングレンズ４の位置を制御する。
【００４５】
本実施形態では、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃの入射方向が大きくずれている可能性がある初期状態（例えば電源投入時など）には、４分割ＰＤ８による制御を先行して行う。
例えば、図３（ａ）に示すように、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃが紙面垂直軸に対して時計まわりに回転することにより、４分割ＰＤ８上でｘ方向にスポット２ｉがずれる場合について説明する。
このとき、図示のように、穴あきＰＤ９Ａ上でスポット２ｋが貫通穴９ａを覆わなくなるほどずれていると、フォーカスエラーを正しく検出できなくなる。
一方、図３（ｂ）に示すように４分割ＰＤ８上ではスポット２ｉが位置検出可能に照射されているので、４分割ＰＤ８の各検出出力が演算処理部１０に送出され、式（１）にしたがって、Δｘ、Δｙ（＝０）が算出される。そして、偏向制御部１１により、Δｘ、Δｙの大きさに対応して、それらの位置ずれを解消する方向にガルバノミラー３の傾斜角を変化させる制御信号がガルバノミラー３に送出され、フィードバック制御が行われる。これにより、例えば、図示の紙面垂直軸に対して反時計回りの角度αだけ、ガルバノミラー３が回動される
このような制御により、位置検出光２ｃとファイバ結合光２ａとのトラッキングエラーが同時に解消される。
【００４６】
図４（ａ）は、トラッキングエラーが解消された状態の一例を表している。例えば、ファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃの拡がり角が何らかの原因により拡大している場合、結像位置２ｅ、２ｆが光結合中心位置より前方に位置している。
そのため、位置検出光２ｃの再結像位置も前方（ビームスプリッタ７側）に移動する結果、穴あきＰＤ９Ａ上のスポット２ｋが縮径し（図４（ｂ）参照）、穴あきＰＤ９Ｂ上のスポット２ｍが拡径する（図４（ｃ）参照）。そのため、穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂの出力をＩａ、Ｉｂとすると、Ｉａ＜Ｉｂとなっている。
また、拡がり角が逆方向に変化する場合は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂの光出力が逆になり、Ｉａ＞Ｉｂとなる。
【００４７】
つまり、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、結像位置２ｊのＣ方向の位置に応じて穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂの出力Ｉａ、Ｉｂは、それぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示すような、原点で共通の出力Ｉ０をとり互いに異なる方向に傾斜する単調な曲線Ｉａ、Ｉｂのような変化を示す。
そのため、式（２）の演算値Ｐをグラフに表すと、図６（ｃ）のような原点Ｏを通過する右下がりの単調曲線となる。
したがって、演算処理部１２により、Ｐを算出し、レンズ駆動部１３により、Ｐが０になるようにカップリングレンズ４の光軸方向の位置を移動するフィードバック制御を行うことにより、フォーカスエラーを解消することができる。
【００４８】
なお、トラッキングエラーがある程度解消されて、穴あきＰＤ９Ａの貫通穴９ａがスポット２ｋで覆われるようになれば、ある程度の検出精度でフォーカスエラーが検出される。そのため、光結合器１では、電源投入時などの初期状態のようにトラッキングエラーが著しく大きい場合を除いて、トラッキングエラーとフォーカスエラーとを略独立に制御することができる。
したがって、初期状態でも、ピント位置検出手段９によりフォーカスエラーが検出可能なトラッキングエラーしか生じない場合には、トラッキングエラーとフォーカスエラーとを同時に検出して補正してもよい。
【００４９】
このように、光結合器１では、ファイバ結合光２ａの入射方向や拡がり角に変化が発生すると、それと同様の変化を起こす位置検出光２ｂのトラッキングエラーおよびフォーカスエラーを、それぞれ４分割ＰＤ８およびピント位置検出手段９により検出して、それらによるトラッキングエラーおよびフォーカスエラーを０にするフィードバック制御を行う。その結果、ファイバ結合光２ａの結像位置２ｅが、あらかじめ最適の結合効率となるように設定された光結合中心位置に戻るので、何らかの外乱が生じて、ファイバ結合光２ａの入射方向や拡がり角が変化しても安定した光結合を行うことができる。
その際、トラッキングエラーの検出および制御と、フォーカスエラーの検出および制御を、それぞれ４分割ＰＤ８、演算処理部１０、偏向制御部１１と、ピント位置検出手段９、演算処理部１２、レンズ駆動部１３とで独立に行うので、迅速なフィードバック制御が可能となる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、ピント位置検出手段として、穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂを同軸上に配置した構成とするので、ピント位置検出手段を光軸方向に沿ってコンパクトな配置とすることができるという利点がある。
【００５１】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。ただし、第１の実施形態と異なる一部の構成のみ示している。図７（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の光結合器のピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【００５２】
本変形例の光結合器１Ａは、図７（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の光結合器１のピント位置検出手段９に代えて、ピント位置検出手段１７を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
ピント位置検出手段１７は、ビームスプリッタ１６、および３分割ＰＤ１７Ａ、１７Ｂからなる。
ビームスプリッタ１６は、ビームスプリッタ面１６ａを備え、反射光２ｈの光路を、ビームスプリッタ面１６ａで反射、透過して、それぞれ反射光２ｎと透過光２ｏとの光路に分岐する光路分岐手段である。
３分割ＰＤ１７Ａ、１７Ｂは、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、受光面が一方向に沿って受光部１７ａ、１７ｂ、１７ｃに３分割された受光素子である。
そして、３分割ＰＤ１７Ａは、反射光２ｎの光路上で再結像位置の前方に配置され、３分割ＰＤ１７Ｂは、透過光２ｏの光路上で、透過光２ｏが結像位置２ｐの後方の位置に配置されている。そして、結像位置２ｅが光結合中心位置に位置する場合に、３分割ＰＤ１７Ａ、１７Ｂ上のそれぞれのスポット２ｑ、２ｒが、同一のスポット径となり、かつ、各受光部１７ａ、１７ｂ、１７ｃにまたがる大きさに照射されるような位置に位置調整して配置されている。また、それぞれの分割線の方向は揃えて配置される。
【００５３】
光結合器１Ａは、ピント位置検出手段１７を備えるため、いわゆるビームサイズ法により、フォーカスエラーの検出を行うことができる。以下、フォーカスエラーの検出動作について説明する。
図８（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の光結合器において、光軸方向の位置ずれが発生した場合の概略光路の一部について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。図８（ｂ）、（ｃ）は、図８（ａ）の状態におけるピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に用いるピント位置検出手段の２つの光検出器におけるピント位置ずれと検出出力との関係を示す模式的なグラフである。図９（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に用いるピント位置検出手段のピント位置ずれと検出出力との関係を示す模式的なグラフである。
【００５４】
ビームサイズ法は、反射光２ｈのスポット径が、結像位置で最小となり、その前後で所定条件で拡径することを利用してピント位置を検出する方法である。すなわち、結像位置の前後にスポット径の大きさの変化を検出することができる２つの光検出器を一定距離だけ離して配置する。このとき、光検出器の結像位置に対する配置位置とスポット径との間には一定の関係がある。そのため、光検出器上のスポット径の比からその間にある結像位置を算出することができる。
本変形例では、３分割ＰＤ１７Ａが前方のスポット径を検出し、３分割ＰＤ１７Ｂが後方のスポット径を検出する。この場合、ビーム拡がり角の結像位置前後における非対称性を考慮して、３分割ＰＤ１７Ｂを配置する結像位置からの所定距離が、３分割ＰＤ１７Ａの所定距離よりわずかに長いように設定している。そのため、それぞれが検出するスポットの大きさが同一となったときに、フォーカスエラーが０となる状態が検出されるようになっている。
【００５５】
上記実施形態と同様に、４分割ＰＤ８によりトラッキングエラーが解消された状態では、スポット２ｑ（２ｒ）は、３分割ＰＤ１７Ａ（１７Ｂ）の受光部１７ａ、１７ｂ、１７ｃにまたがって照射される。そのときの各受光部の検出出力をそれぞれＩＡａ（ＩＢａ）、ＩＡｂ（ＩＢｂ）、ＩＡｃ（ＩＢｃ）と表し、演算処理部１２において、次式のようなＰＡ、ＰＢを演算する。
ＰＡ＝ＩＡａ＋ＩＡｃ−ＩＡｂ                                      ・・・（４）
ＰＢ＝ＩＢａ＋ＩＢｃ−ＩＢｂ                                      ・・・（５）
【００５６】
ＰＡ、ＰＢは、反射光２ｈの結像位置２ｐの光軸方向の位置ずれに応じて、図９（ａ）、（ｂ）のような変化を示す。すなわち、結像位置２ｅ、２ｆが光結合中心位置に対して、光軸方向の前方（カップリングレンズ４側）に結像することにより、反射光２ｈの結像位置２ｐがＣ方向の負側に位置すると、スポット２ｑの方がスポット２ｒよりも大きくなり（図８（ｂ）、（ｃ）参照）、ＩＡａ、ＩＡｃがＩＡｂに比べて大きくなるため、ＰＡが大きくなる。そして、結像位置２ｐがＣ方向の正方向に移動するにつれ、スポット２ｑが縮径する結果、ＩＡａ、ＩＡｃに照射される面積が減少し、ＰＡは、単調減少曲線を描く。そして、点Ｐ０で、スポット２ｑが受光部１７ｂ内のみに照射される大きさとなり、一定値となる。
同様に、３分割ＰＤ１７Ｂでは、図９（ｂ）に示すように、この逆の変化を示す。そして、演算処理部１２により
Ｐ＝ＰＡ−ＰＢ                                                    ・・・（６）
を算出すると、図９（ｃ）に示すように右下がりの単調減少曲線となり、特に原点近傍で略直線的な変化を示す。
したがって、式（６）の演算値Ｐが０になるように、レンズ駆動部１３を介してカップリングレンズ４の光軸方向の位置をフィードバック制御することにより、フォーカスエラーを解消することができる。
【００５７】
本変形例によれば、ピント位置検出手段として、３分割ＰＤ１７Ａ、１７Ｂを用いるので、それぞれに照射されるスポットが、３つの受光部にまたがって照射される限りは、分割線に交差する方向のトラッキングエラーがあっても、フォーカスエラーを検出することがｄきるという利点がある。また、分割線に沿う方向のトラッキングエラーも、フォーカスエラーの検出精度に影響しないという利点がある。
そのため、ある程度トラッキングエラーが生じていても、トラッキングエラーと同時にフォーカスエラーを検出して、それぞれを補正することができるため、トラッキングエラーの補正を最初に行う必要がなく、迅速に補正を行うことができるという利点がある。
また、ファイバ結合光２ａのトラッキングエラーに方向性があることが分かっている場合は、トラッキングエラーが起こりやすい方向に、３分割ＰＤ１７Ａ、１７Ｂの分割線の方向を揃えておくことが好ましい。
【００５８】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図１０（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。ただし、第１の実施形態と異なる一部の構成のみ示している。図１０（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の光結合器のピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【００５９】
本変形例の光結合器１Ｂは、図１０（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の光結合器１のピント位置検出手段９に代えて、ピント位置検出手段として、反射光２ｈの光路に沿ってシリンドリカルレンズ１４（非点収差発生部材）および４分割ＰＤ１５をこの順に配置したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
シリンドリカルレンズ１４は、ビームスプリッタ７で反射された反射光２ｈを一方向にのみ集光することにより、非点収差を発生させるものである。例えば、図１０（ａ）に示す平凸断面が紙面鉛直方向に延されたレンズ形状を採用すると、図示ｘ軸方向の像面が、図示ｙ軸方向の像面より前方（Ｃ方向の正方向）に形成される。
４分割ＰＤ１５は、４分割ＰＤ８と同様の構成のものを採用することができるが、シリンドリカルレンズ１４の集光方向に対応して、図１０（ｂ）に示すように、分割線の交点を光軸に一致させ、すべての分割線がｘ軸、ｙ軸に対して約４５°傾斜するように配置する。例えば、ｙ軸が受光部１５ａ、１５ｃ上を通り、ｘ軸が受光部１５ｂ、１５ｄ上を通る向きに配置される。
また光軸上の位置は、結像位置２ｅ、２ｆが光結合中心位置に位置するとき、略正円のスポット２ｓ０が形成される位置に配置している。
【００６０】
本変形例の動作原理について説明する。
図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例のピント位置検出手段が設けられる光路上の位置検出光のスポット形状の変化と４分割ＰＤとの位置関係について説明するための模式説明図である。図１２は、本発明の第１の実施形態の第２変形例のピント位置検出手段の検出出力について説明するための模式的なグラフである。図１２の横軸は光軸方向の位置を示し、縦軸は検出出力の演算値を示す。
【００６１】
本変形例は、シリンドリカルレンズ１４の作用により非点収差を形成し、光軸方向に沿ってスポットの縦横比が変化することを利用した非点収差法によりフォーカスエラーを検出するものである。
ビームスプリッタ７により反射された反射光２ｈの断面形状は、位置検出光２ｃの入射条件にもよるが、入射瞳が正円であれば、集光レンズ６によりｘ軸、ｙ軸方向それぞれに集光されるため次第に縮径される略正円となっている。シリンドリカルレンズ１４を透過することにより、ｘ軸方向により集光されて楕円状のスポット２ｓ１（図１１（ａ）参照）が形成される。シリンドリカルレンズ１４の焦点位置を通過すると、ｘ軸方向には拡径に転じるため、所定位置で、ｘ軸方向、ｙ軸方向の径が一致して正円状のスポット２ｓ０（図１０（ａ）参照）が形成される。そして、集光レンズ６の像面に近づくにつれて、ｘ軸方向には拡径を続け、ｙ軸方向には縮径するため、ｘ軸方向を長径とする楕円状のスポット２ｓ２が形成される（図１１（ｂ）参照）。
【００６２】
本変形例では、受光部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの検出出力をそれぞれＪＡ、ＪＢ、ＪＣ、ＪＤと表すとき、演算処理部１２により、ピント位置を検出する演算値Ｑを次式のように求める。
Ｑ＝（ＪＡ＋ＪＣ）−（ＪＢ＋ＪＤ）                                ・・・（７）
演算値Ｑは、ｙ軸方向が長径となる場合に正となり、ｘ軸方向が長径となる場合に負となる。そのため、図１２に示すように、Ｃ＜０の領域で極大値をとり、Ｃ＞０の領域で極小値をとり、極大値から極小値の間で、原点を通る右下がりの単調減少曲線が形成され、特に原点近傍で略直線的な変化を示す。
したがって、式（７）の演算値Ｑが０になるように、レンズ駆動部１３を介してカップリングレンズ４の光軸方向の位置をフィードバック制御することにより、フォーカスエラーを解消することができる。
【００６３】
本変形例によれば、ピント位置検出手段として、１つの光検出器のみを用いるので、簡素な構成とすることができる利点がある。
なお、本変形例では、非点収差を持たせるため、上記第１の実施形態および第１変形例とは異なり、必ずしも原点に対する対称性が良好となるとは限らない。そのため、演算値Ｑの変化率によっては、制御特性を向上するために、４分割ＰＤ１５の設置位置を略正円のスポットが形成される位置からオフセットして配置してもよい。
【００６４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る光結合器について説明する。
図１３（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。図１３（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の光結合器の位置ずれ検出手段とピント位置検出手段とを兼ねる光検出器上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【００６５】
本実施形態の光結合器１００は、図１３（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の光結合器１のビームスプリッタ７を削除し、４分割ＰＤ８、ピント位置検出手段９に代えて、光検出手段１８を設けたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
光検出手段１８は、ファイバ結合光２ａが、光結合中心位置に結像されたときの位置検出光２ｃを集光レンズ６で再結像した結像位置の光軸方向の前後にそれぞれ穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂ（穴あき光検出素子）を配置し、穴あきＰＤ１８Ａの検出出力を演算処理部１０、１２に送出し、穴あきＰＤ１８Ｂの検出出力を演算処理部１２に送出できるようにしたものである。
穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂは、中央に位置検出光２ｃが透過可能な貫通穴１８ｅ（透過口）が設けられ、その外周部を４等分して４つの受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられた光検出器である。穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ、４分割ＰＤの機能と穴あきＰＤの機能とを兼ねることができる。つまり、各受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの出力を個々に取り出せば４分割ＰＤとして扱うことができ、それらを合計すれば穴あきＰＤとして扱うことができる。
そして、それぞれの分割線が整列する状態で、貫通穴１８ｅ、１８ｅの中心を集光レンズ６の光軸上に合わせて配置されている。
穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂは、光軸方向には、第１の実施形態と同様の方法により穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂと等価な位置関係に配置されている。
すなわち、集光レンズ６により再結像されるファイバ結合光２ａの結像位置の前後に配置され、結像位置２ｅが光結合中心位置に位置するとき、穴あきＰＤ１８Ａ上に形成されるスポット２ｕ、および結像位置２ｔを経て拡径して形成されるスポット２ｖによるそれぞれの検出光量が同一となるような位置に適宜の治具などを用いて位置調整されている。
結像位置２ｔの集光レンズ６からの光路長は、貫通穴１８ｅと貫通穴９ａとが同じ大きさならば、結像位置２ｊの光路長と同一となる。
【００６７】
このような構成によれば、穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ、４分割ＰＤの機能と穴あきＰＤの機能とを兼ねることができる。
すなわち穴あきＰＤ１８Ａの受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの検出出力をそれぞれがそれぞれＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＤとして、第１の実施形態の４分割ＰＤ８と同様にして、演算処理部１０により、式（１）、（２）を演算し、偏向制御部１１によりガルバノミラー３の傾斜角をフィードバック制御して、トラッキングエラーを解消することができる。
また、穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂの各受光部の検出出力のそれぞれの和を、Ｉａ、Ｉｂとし、第１の実施形態の穴あきＰＤ９Ａ、９Ｂと同様にして、演算処理部１２により、式（３）を演算し、レンズ駆動部１３によりカップリングレンズ４の位置をフィードバック制御して、フォーカスエラーを解消することができる。
【００６８】
本実施形態によれば、穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂが位置ずれ検出手段とピント位置検出手段とを兼ねているので、それぞれを異なる光路上に設ける必要がない。そのため、集光レンズ６により再結像される位置検出光２ｃを分岐する光路分岐手段を省略することができる。したがって、部品点数を低減することができる。
【００６９】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る光結合器について説明する。
図１４は、本発明の第３実施形態に係る光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。
【００７０】
本実施形態の光結合器１１０は、図１４に示すように、上記の第２の実施形態の光結合器１の集光レンズ６を削除し、ビームスプリッタ２０を追加し、検出用光学系として結合光学系であるカップリングレンズ４と兼用するようにしたものである。本実施形態は、ファイバ端面の傾斜角がファイバ軸線に対して直角に近い角度とされた場合に用いることができるが、そのような光ファイバの例として特に好適となるＡＰＣ（Angled Physical Contact）ファイバ１９を用いた例で説明する。以下、上記第１、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７１】
ＡＰＣファイバ１９は、ファイバ端面１９ａがファイバ軸線に直交する面に対して約８°の浅い角度をなすように研磨されており、一般に広く用いられている光ファイバである。
そして、光ファイバ５のコア５ｃ、クラッド５ｂ、フェルール５ｄに対応して、同様のコア１９ｃ（ファイバコア）、クラッド１９ｂ（外周部材）、フェルール１９ｄ（外周部材）を備え、クラッド１９ｂおよびフェルール１９ｄの領域に反射膜コーティングが施されている。
すなわち、ファイバ端面１９ａのうち、クラッド１９ｂ、フェルール１９ｄの領域に、受光部の外周側に設けられた反射面１９ｒが形成されている。
【００７２】
このような反射面１９ｒが軸線に対して直角に近い角度で形成されたＡＰＣファイバ１９では、軸線をファイバ結合光２ａが効率的に光結合する角度に配置すると、位置検出光２ｃの反射方向が入射方向に対して、例えば約１６°程度しか傾斜しないから、例えばカップリングレンズ４の有効径を適宜設定しておくことにより、位置検出光２ｃの反射光がカップリングレンズ４に再入射するように配置することができる。
【００７３】
ビームスプリッタ２０は、ガルバノミラー３とカップリングレンズ４との間の光路中に配置され、ファイバ結合光２ａを透過し、ファイバ端面１９ａで反射された位置検出光２ｃを反射するビームスプリッタ面２０ａを備えた光路分離手段である。
ビームスプリッタ面２０ａとしては、ハーフミラー面などを採用することができる。この場合、例えば、ファイバ結合光２ａの波長λ１は、略１００％透過し、位置検出光２ｃの波長λ２に対して、透過と反射とを略５０％ずつとするような波長特性を有するハーフミラーコーティングが施された面とすることが好ましい。
また、ビームスプリッタ面２０ａは、ビームスプリッタ２０に入射するファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃの偏光状態と、ファイバ端面１９ａを反射した後の偏光状態との違いに応じて前者を略１００％透過し、後者を略１００％反射する偏光ビームスプリッタ面としてもよい。
【００７４】
光検出手段１８は、ビームスプリッタ２０で反射された反射光２ｗの光路上に第２の実施形態と同様の位置関係で配置されている。ただし、第２の実施形態の結像位置２ｔは、検出用光学系がカップリングレンズ４となるため結像位置２ｂとなる点が異なる。
【００７５】
このような構成によれば、第２の実施形態と同様にして、トラッキングエラー、フォーカスエラーを解消することができる。
本実施形態によれば、カップリングレンズ４により検出用光学系を兼用するので、部品点数を低減することができる。
【００７６】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る光学システムについて説明する。
図１５は、本発明の第４実施形態に係る光学システムの概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。なお、図中に記載したＸＹＺ座標系は、方向を参照する便宜のために設けた右手直角座標系で、紙面手前から奥側がＸ軸正方向、紙面内の上方向がＹ軸正方向、紙面内右方向がＺ軸正方向となっている。
【００７７】
本実施形態の空間光通信装置３００（光学システム）は、レーザ光を用い、空間を伝送路として高速大容量通信を行う空間光通信に使用される光アンテナモジュールである。
空間光通信装置３００の概略構成は、送受光光学系３２０、光路分岐手段３１１、光検出手段３１２、光結合器３０７および送光光源３１５が（送光手段）、ジンバルステージ３０９により３軸まわりに回動可能に保持された筐体３１３内に設けられている。
【００７８】
筐体３１３には、開口３１０が設けられ、情報信号により変調された略平行光の通信光３０１Ａ（受光用光）、通信光３０１Ａを光追尾するためのビーコン光３０１Ｂ（検出用光）を所定径の光束として入射させるとともに、情報信号４００に基づいて変調された送信光３０１Ｃ（送光光）、不図示の対向する空間光通信装置にとっての検出用光となるビーコン光３０１Ｄ（送光光）を外部に出射することができるようになっている。
ビーコン光３０１Ｂは、通信光３０１Ａと同軸の光路に沿って略同一の拡がり角で伝播されるものである。
通信光３０１Ａ、ビーコン光３０１Ｂは、互いに異なる波長光が採用される。例えば、それぞれ、λ１＝１．５μｍ、λ２＝０．９８μｍのような波長を採用することができる。送信光３００Ｃは、通信光３０１Ａと同一波長またはわずかに異なる波長を採用し、ビーコン光３０１Ｄは、ビーコン光３０１Ｂと同一波長を採用する。
【００７９】
送受光光学系３２０は、開口３１０を透過した通信光３０１Ａ、ビーコン光３０１Ｂを縮径して光結合器３０７に導くとともに、光結合器３０７から出射される送信光３０１Ｃ、３０１Ｄを拡径して開口３１０から出射するためのアフォーカル光学系である。
例えば、開口３１０側から、自由曲面ミラー３０２、３０３、コリメートレンズ３０５を配置して構成される。自由曲面ミラー３０２、３０１は、入射光を偏向して収差補正しつつ、中間像面３０４に中間像を結ぶ偏心光学系である。コリメートレンズ３０５は、中間像面３０４に結像された入射光を平行光として出射する。
【００８０】
自由曲面ミラー３０３と中間像面３０４との間には、波長により光路を分岐する光路分岐手段３１１が設けられ、ビーコン光３０１Ｂのみを反射して、光検出手段３１２に導く。光路分岐手段３１１は、例えばペリクル膜を用いたものなどを採用することができる。
光検出手段３１２は、通信光３０１Ａの入射方向が大きくずれている場合に、ジンバルステージ３０９の位置を移動して粗追尾するための位置ずれ量を検出するためのもので、ビーコン光３０１Ｂの光軸に直交する方向の位置ずれを検出して、検出出力を制御部３１４に送出する。光検出手段３１２は、例えばＣＣＤなどを採用することができる。
【００８１】
制御部３１４は、光検出手段３１２により検出された位置ずれを解消するために、ジンバルステージ３０９を移動する制御信号を生成するものである。
【００８２】
光結合器３０７は、通信光３０１Ａを受光して、光ファイバ３０８に伝送するためのものであり、第１〜第３の実施形態およびそれらの変形例に記載されたすべての光結合器を採用することができる。通信光３０１Ａ、ビーコン光３０１Ｂは、それぞれ上記実施形態のファイバ結合光２ａ、位置検出光２ｃに対応する。以下では、一例として、図１に示す光結合器１の場合について説明する。
光ファイバ３０８は、コア５ｃ、クラッド５ｂからなる光ファイバで、先端が光ファイバ５と同様の構成を備える。
【００８３】
送光光源３１５は、情報信号４００により変調された送信光３０１Ｃと、ビーコン光３０１Ｄとを発生し、光ファイバ３０８ｂ、サーキュレータ３１６を経由して光ファイバ３０８に伝送する。
光ファイバ３０８に伝送された送信光３０１Ｃ、ビーコン光３０１Ｄは、コア５ｃ内を伝送され、ファイバ端面５ａから発散光として出射できるようになっている。
サーキュレータ３１６は、導光方向を規制して、光ファイバ３０８ｂから光ファイバ３０８に向かう伝送路と、光ファイバ３０８に光結合された通信光３０１Ａが光ファイバ３０８ａに向かう伝送路とを分離するためのものである。
【００８４】
本実施形態の空間光通信装置３００によれば、光検出手段３１２の検出出力により、ジンバルステージ３０９が駆動されて、粗追尾される。そして、光結合器３０７に入射されるビーコン光３０１Ｂのトラッキングエラー、フォーカスエラーを４分割ＰＤ８、ピント位置検出手段９により検出して、偏向制御部１１、レンズ駆動部１３によりフィードバック制御してトラッキングエラー、フォーカスエラーを解消することができる。そのため、通信光３０１Ａを光ファイバ３０８に確実に光結合することができる。
そして、通信光３０１Ａは、送光側の空間光通信装置が受ける外乱あるいは伝送空間の状態に応じた外乱などにより入射方向や拡がり角が変動しても、一定位置に安定して光結合されるものである。
つまり、光結合器３０７は、空間光通信装置３００の精追尾機構を構成している。
【００８５】
このような光結合状態が確立すると、送光光源３１５により発生される送信光３０１Ｃ、ビーコン光３０１Ｄが、通信光３０１Ａの光路に沿って逆方向に同様な拡がり角で送光される。
したがって、通信光３０１Ａを送信してきた他の空間光通信装置との間に双方向の通信を行うことができる。
このような双方向通信では、ビーコン光３０１Ｂ、３０１Ｄが、通信光３０１Ａ、送信光３０１Ｃとそれぞれ完全に同一光路を進むので、高精度な精追尾を行うことができる。例えば、著しく短距離の通信では通信光とビーコン光との発光点が異なると、追尾方向にずれが生じてしまうが、本実施形態ではどんな短距離通信であってもそのようなずれが生じることないので正確な精追尾を行うことができる。
【００８６】
なお、上記の説明では、受光手段が光ファイバであり、受光手段の受光部の外周の反射面が、光ファイバ端面自体に形成される例で説明したが、反射面は、光ファイバと異なる部材に形成するように変形してもよい。
図１６は、本発明の実施形態に係る光結合器に用いる他の反射面について説明するための光ファイバの軸線に沿う断面説明図である。
【００８７】
光ファイバ５Ａは、図１６に示すように、光ファイバ５と同様に、軸線に直交する断面で同心円状に配置されたコア５ｃ、クラッド５ｂ、フェルール５ｄからなるが、光ファイバ５とは異なり、コア５ｃ、クラッド５ｂの端面５ｅが、フェルール端面５ｆから突出されており、端面５ｅとフェルール端面５ｆとがファイバ軸線に対して異なる傾斜角を備えている。例えば、傾斜角の差がβとされている。
そして、受光部の外周の反射面が、フェルール端面５ｆ（反射面）に反射膜コーティングすることにより形成されている。
クラッド５ｂからのノイズを低減するためには、端面５ｅのクラッド５ｂの領域にも反射膜コーティングを施すことが好ましいが、ノイズが許容範囲であれば、必ずしも反射膜を形成する必要はない。また、ノイズが必要な場合でも、反射面を形成する代わりに光吸収面を形成することも可能である。
また、この変形例では、受光手段の受光部の外周側に照射された光を反射する反射面が受光部に隣接せず、クラッド５ｂの領域分だけ離れて形成される場合の例ともなっている。このように、反射面を受光部に対して離すことにより、ファイバ結合光２ａの位置ずれがある程度生じても、反射面により反射されることがないので、検出用光学系に入射してノイズとなることがなく、検出精度を向上することができるという利点がある。
【００８８】
このような構成によれば、端面５ｅの傾斜角をファイバ結合光２ａの結合効率を考慮した傾斜角とし、フェルール端面５ｆの傾斜角を位置検出光２ｃの反射方向の必要に応じた傾斜角とすることができるので、検出用光学系の配置が容易となるという利点がある。
【００８９】
また、この例では、フェルール５ｄの端面に反射面を形成したが、例えば、フェルール５ｄを用いることなくクラッド５ｂの外周を機械的に保持する保持部材により保持する場合、保持部材の端面を反射面としてもよい。また、例えばプリズムなど光学素子に光ファイバを埋め込んで複合化した場合に、光ファイバの外周側の光学素子に反射面を設けてもよい。
あるいは、光ファイバとも光ファイバの部材とも一体化されていない適宜の反射面を受光部の外周に配置してもよい。例えば、単に穴あきミラーの穴内にコア５ｃおよびクラッド５ｄの貫通させて配置してもよい。
【００９０】
また、上記の説明では、光結合器の結合光学系の焦点位置を移動する場合に結合光学系として固定焦点レンズをアクチュエータで移動する例で説明したが、結合光学系は可変焦点光学系により構成してもよい。
【００９１】
また、上記の説明では、位置ずれ検出手段、ピント位置検出手段を位置調整して、入射光が光結合中心位置に入射した状態で、検出出力が０となるように配置した例で説明したが、これら検出手段の位置にオフセット量を持たせ、フィードバック制御の目標値を逆方向にオフセットさせてもよい。つまり、これら検出手段の位置調整に代えて、制御目標値のオフセット量を計測し、制御目標値を補正する数値補正を行ってもよい。
【００９２】
また、上記の第２の実施形態の説明では、位置ずれ検出手段として光軸方向の前方に配置された穴あきＰＤ１８Ａの出力を４分割ＰＤとして用いることにより位置ずれ検出手段を兼用するようにしたが、より後方に位置する穴あきＰＤ１８Ｂを演算処理部１０に接続して、位置ずれ検出手段としてもよい。
また、例えば、穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂをともに演算処理部１０に接続し、両者が位置ずれ検出手段を兼用するようにしてもよい。その場合、例えば、それぞれが検出する位置ずれを平均するなどすれば、外乱に強い検出精度を実現することができるという利点がある。
【００９３】
また、上記の第２の実施形態の説明では、光検出手段１８を穴あきＰＤ１８Ａ、１８Ｂにより構成したが、４分割ＰＤとして用いない方は、４分割ＰＤ機能を備えない穴あきＰＤ９Ａなどと同様の４分割ＰＤ機能を備えない穴あきＰＤに置き換えてもよい。この場合、置き換えた穴あきＰＤの検出出力が簡素化されるので、演算処理部１２をより簡素な構成とすることができる。
【００９４】
また、上記の説明では、位置ずれ検出手段を構成する光検出器が４分割ＰＤの場合で説明したが、光軸に直交する方向へのスポットの位置ずれを検出できるものであれば、４分割ＰＤに限定されない。必要な検出分解能や検出速度に応じて適宜の光検出器を採用することができる。例えば、ＣＣＤやＰＳＤなどを採用してもよい。
【００９５】
また、上記の第１の実施形態の第１変形例のビームサイズ法、および第２変形例の非点収差を形成する場合に用いる光検出器は、それぞれスポットの大きさやスポット形状を検出できるならば、３分割ＰＤ、４分割ＰＤとは限らず、例えばＣＣＤなどを用いてもよい。
この場合、スポットの大きさ、形状をＣＣＤの画像出力から画像処理して検出し、事前に得られているスポット状態と位置ずれ量（すなわち補正量）との相関関係から、レンズ駆動部１３の駆動信号を設定するようにすればよい。
【００９６】
また、上記の説明では、検出用光学系を、反射面と光路分岐手段との間に配置した例で説明したが、反射面と位置ずれ検出手段との間、または反射面とピント位置検出手段との間の光路上であれば、どこに配置してもよい。
例えば、光分岐手段と位置ずれ検出手段との間、および光分岐手段とピント位置検出手段との間の光路上に追加して配置したり、それらの光路上のみに配置したりしてもよい。あるいはこの場合、検出用光学系にそれぞれ異なる光学系を採用することにより、再結像位置やスポット径を必要に応じて位置ずれ検出位置、ピント位置検出手段のそれぞれに応じて変えることができるという利点がある。
【００９７】
また、上記の説明では、受光手段の受光部が光ファイバの例で説明したが、受光部は、光検出センサなどであってもよい。その場合、受光部は、センサの受光面のそのもので形成されていてもよいし、センサの前面に一定開口を有する絞り部材を設けることで形成されもよい。
後者の場合、絞り部材に開口部のまわりを反射面とすることにより、受光部の外周の反射面を形成することができる。
【００９８】
また、上記の説明では、結合光学系を光軸方向に移動してフォーカスエラーを解消する例で説明したが、フォーカスエラーは、結合光学系と受光部との間の相対的な位置関係に基づくので、受光部を移動するようにしてもよい。例えば、受光部を光ファイバで構成した場合、光ファイバをアクチュエータなどにより光軸方向に移動可能に保持するようにしてもよい。
【００９９】
また、上記の第３の実施形態の説明では、検出用光学系と結合光学系とが同一の光学素子からなる例で説明したが、検出用光学系の光路長を適宜のものとするために、さらに光学素子を追加してもよい。例えば、ビームスプリッタ２０と穴あきＰＤ１８Ａとの間に正のパワーを有するレンズを挿入すれば、ビームスプリッタ２０と光検出手段１８との配置距離を短縮することができる。
【０１００】
また、上記の第４の実施形態の説明では、双方向の空間光通信を行う空間光通信装置の例で説明したが、親局の通信を受信するのみの子局の光アンテナに用いるのであれば、送光手段を設けない構成の光学システムとしてもよい。
また、本発明の光結合器を用いた光学システムは、空間光通信装置に限定されるものではない。例えば、光ファイバ伝送路を伝送された光を他の光ファイバ伝送路に光通信装置や、入射光を何らかの受光手段に光結合して、その光検出を行う適宜の光検出器、例えばパワーメータ、光測定装置などの光学システムに適用することができる。
【０１０１】
また、上記の第４の実施形態の説明では、ビーコン光３０１Ｂ、３０１Ｄを同一波長とする例で説明したが、わずかに異なる波長光としてもよい。例えば、前者の波長を９７０ｎｍ、後者の波長を９８０ｎｍとすることができる。この場合、光結合器３０７において、検出用光学系には、例えば、波長９７０±２ｎｍの範囲を透過させるバンドパスフィルタを配置することが好ましい。
この場合、対向する空間光通信装置から入射するビーコン光３０１Ｂのみを光結合器３０７の検出用光学系に入射させ、ビーコン光３０１Ｄが、例えばカップリングレンズ４の反射戻り光などにより反射迷光となって、位置ずれ検出手段やピント位置検出手段に入射して検出ノイズとなることを防止することができる。そのため、検出精度を向上することができる。
【０１０２】
また、上記の第４の実施形態の説明では、短距離通信での双方向通信にも好適となるように、送光手段の送光光のうち、ビーコン光３０１Ｄも受光手段に入射して、結合光学系を通して送光する例で説明したが、本発明の光結合器を用いた光学システムは、このような構成に限定される物ではない。
例えば、ビーコン光３０１Ｄは、送光光源３１５とは別の送光手段により発生し、別の送光光学系により、開口３１０に隣接する位置から送光するようにしてもよい。また、対向する他の空間光通信装置も同様の構成とすることができる。
この場合、ビーコン光３０１Ｄ（位置検出光２ｃ）の出射口と、開口３１０とが、例えば５０ｍｍ離れているとしても、伝送距離が３００ｍであれば、ビーコン光３０１Ｄ（位置検出光２ｃ）と送信光３０１Ｃ（ファイバ結合光２ａ）との角度ずれは、わずか０．５７分に過ぎない。したがって、例えば検出用光学系の倍率を適宜設定するなどして、トラッキングエラーの検出誤差の許容範囲に収めるようにすればよい。
【０１０３】
また、上記の実施形態に記載した構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内において自由に組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光結合器の位置ずれ検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図、およびそのピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光結合器において、光軸に直交する方向の位置ずれが発生した場合の概略光路について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびその状態における位置ずれ検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光結合器において、光軸方向の位置ずれが発生した場合の概略光路について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびその状態におけるピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図５】図４（ａ）と反対方向に位置ずれが発生した場合の概略光路の一部について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびその状態におけるピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に用いるピント位置検出手段の２つの光検出器におけるピント位置ずれと検出出力との関係を示す模式的なグラフ、およびそれら検出出力の演算値とピント位置ずれと関係を示す模式的なグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態の第１変形例の光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびそのピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第１変形例の光結合器において、光軸方向の位置ずれが発生した場合の概略光路の一部について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびその状態におけるピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第１変形例に用いるピント位置検出手段の２つの光検出器におけるピント位置ずれと検出出力との関係を示す模式的なグラフ、およびそれらの演算値とピント位置ずれとの関係を示す模式的なグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第２変形例の光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびそのピント位置検出手段上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第２変形例のピント位置検出手段が設けられる光路上の位置検出光のスポット形状の変化と４分割ＰＤとの位置関係について説明するための模式説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の第２変形例のピント位置検出手段の検出出力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実施形態に係る光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図、およびその位置ずれ検出手段とピント位置検出手段とを兼ねる光検出器上でのスポットの様子を示す模式説明図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る光結合器の概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る光学システムの概略構成について説明するための光軸を含む断面の模式説明図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る光結合器に用いる他の反射面について説明するための光ファイバの軸線に沿う断面説明図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１Ａ、１００、１１０、３０７  光結合器
２ａ  ファイバ結合光（受光用光）
２ｃ  位置検出光（検出用光）
２ｅ  結像位置
２ｆ、２ｊ、２ｔ、２ｘ  結像位置
２ｉ、２ｋ、２ｍ、２ｑ、２ｒ、２ｓ、２ｕ、２ｖ  スポット
３  ガルバノミラー（偏向手段）
４  カップリングレンズ（結合光学系）
５、５Ａ、１９、３０８  光ファイバ（受光手段）
５ａ、１９ａ  ファイバ端面
５ｂ、１９ｂ  クラッド（外周部材）
５ｃ、１９ｃ  コア（ファイバコア）
５ｄ、１９ｄ  フェルール（外周部材）
５ｅ  クラッド端面
５ｆ  フェルール端面（反射面）
５ｒ、１９ｒ  反射面
６  集光レンズ（検出用光学系）
７、１６  ビームスプリッタ（光路分岐手段）
７ｂ  バンドパスフィルタ面（バンドパスフィルタ）
８、１５  ４分割ＰＤ（位置ずれ検出手段）
９、１７  ピント位置検出手段
９Ａ、９Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ  穴あきＰＤ（穴あき光検出素子）
９ａ、１８ｅ  貫通穴（透過口）
１０、１２  演算処理部
１１  偏向制御部
１３  レンズ駆動部（焦点移動機構）
１４  シリンドリカルレンズ（非点収差発生手段）
１７Ａ、１７Ｂ  ３分割ＰＤ（光検出器）
１８  光検出手段
１９  ＡＰＣファイバ（光ファイバ）
２０  ビームスプリッタ（光路分離手段）
３００  空間光通信装置（光学システム）
３０１  入射光
３０９  ジンバルステージ
３１４  制御部
３１５  送光光源（送光手段）
３２０  送受光光学系
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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