(57)【要約】      （修正有）【課題】光軸外れが発生する可能性を低減する。【解決手段】Ｚ方向は自装置５１の駆動機構が中点位置にある場合の相手側装置５２に向けた光ビームＬの方向を示している。初期調整モードでの光軸ずれ補正機構の垂直方向の光ビーム放射方位角駆動範囲は角度Ｂ１、通常運用モードでの垂直方向の駆動範囲は角度Ｂ２であり、Ｂ１＜Ｂ２の関係にある。また、自装置５１の駆動機構が中点位置にある場合の光ビームＬのＺ方向は角度Ｂ１と角度Ｂ２の中心に設定される。角度Ｂ３は通常運用モード時の自装置から角度Ｂ１を越えた上向き部分の駆動範囲であり、角度Ｂ４は角度Ｂ１を越えた下向き部分の駆動範囲であり、Ｂ２＝Ｂ１＋Ｂ３＋Ｂ４の関係となる。  これにより、設置後に何らかの要因により自装置５１が傾いた場合でも、初期設置時に光軸ずれ補正可能な角度Ｂ３、Ｂ４が確保できているため、その範囲以内であれば自動追尾動作を継続することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた地点間で対向設置して光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、相手側装置に送信する光ビームを発生させる発光素子と送信光学系から成る光送信部と、前記相手側装置からの光ビームを受信する受信光学系と受光素子から成る光受信部と、前記相手側装置からの光ビームの到来方向を検出するための光位置検出手段と、該光位置検出手段からの信号により前記光送信部及び前記光受信部の方位角を制御する制御手段と、該制御手段からの信号により前記方位角を調整する光軸ずれ補正機構とを有し、該光軸ずれ補正機構は、前記方位角駆動範囲を閾値以内に制限する調整モードと、前記方位角駆動範囲を前記閾値以内に制限しない通常モードとを有することを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】
前記調整モードは制限する前記方位角駆動範囲の角度を設定可能としたことを特徴とする請求項１に記載の光空間通信装置。
【請求項３】
前記制限する方位角は予め光ビームが向き易い角度を大きく設定することを特徴とする請求項２に記載の光空間通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離れた二地点間に対向設置して、自由空間中を伝搬する光ビームにより光信号の通信を行い、装置の角度ずれによる光ビームの光軸ずれを補正する機能を有する光空間通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自由空間中に光ビームを伝搬させて通信を行う光空間通信装置は、光のパワーを効率良く伝送するために、光ビームの拡がり角を極力小さくした狭い光ビームで伝送する必要がある。しかし、光ビームの拡がり角を狭くすると、建物或いは設置架台の風圧や振動による揺れ、温度変動による歪み、径時変化による角度変動等により、光ビームが相手方装置から外れ易く、安定した通信が困難となる。そのために、例えば特許文献１に示すように、装置の角度が変化しても角度変化を補正し、常に光ビームが相手側装置を向くような光軸ずれ補正機構を有する装置が提案されている。
【０００３】
図５は光ビームの送信／受信のための装置を示しており、台座１上には、調整台２を介して筐体３が装置され、筐体３内には水平方向の駆動機構４と垂直方向の駆動機構５を介して光学系６が設けられている。この光学系６内の発光素子７は、レンズ８、偏光ビームスプリッタ９に向けてレーザー光から成る送受光信号を出射する。偏光ビームスプリッタ９で反射されたレーザー光は、送受光レンズ１０、１１を経て相手側装置に光ビームＬとして出射される。
【０００４】
また、相手側装置から送信されてきた光ビームＬは、送受光レンズ１１、１０を経て、偏光ビームスプリッタ９をそのまま通過し、ビームスプリッタ１２に入射し、ビームスプリッタ１２において二岐され、一方はレンズ１３を介して受光素子１４に入射する。また、ビームスプリッタ１２を透過した他方の光ビームは、レンズ１５を経て光位置検出素子１６に入射する。
【０００５】
図６は光位置検出素子１６の概略図を示しており、光位置検出素子１６は４分割されたフォトダイオード１６ａ〜１６ｄから構成されており、レンズ１５を経た光スポットＳがこれらのフォトダイオード１６ａ〜１６ｄに入射する。これらの４分割されたフォトダイオード１６ａ〜１６ｄの出力を比較することにより、光スポットＳの位置を検出することができる。
【０００６】
光位置検出素子１６からの信号は角度補正情報として制御回路１７で演算処理され、駆動回路１８に駆動信号が出力される。駆動回路１８により水平方向の駆動機構４及び垂直方向の駆動機構５を駆動すると、光スポットＳの位置が光位置検出素子１６の中心に至り、４分割されたフォトダイオード１６ａ〜１６ｄの出力が全て等しくなるような方向に駆動・制御される。
【０００７】
発光素子７、受光素子１４、光位置検出素子１６は全て、光学軸が一致するように位置調整がなされている。従って、光位置検出素子１６の中心１６Ｓに光スポットＳが当たった状態においては、受光素子１４の中心にも光束が入射しており、かつ発光素子７からの光束の中心が相手装置側の方向に向けて光ビームが出射される。
【０００８】
上述した光軸ずれ補正機構は、光位置検出素子１６の一部に光スポットＳが受光されていないと作動しない。装置設置時における初期調整では、操作者は水平方向の駆動機構４及び垂直方向の駆動機構５を駆動範囲の中心付近の初期位置とした後に、調整台２を上下左右に駆動できる状態とし、手動で装置の方向調整を行う。この方向調整によって、光位置検出素子１６の一部に光スポットＳが受光されると、光軸ずれ補正機構が動作し、その状態で操作者は調整台２を固定する。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３４６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の従来例において、操作者は手動で装置の方向調整を行うため、光軸ずれ補正機構が動作した後も、筐体３の方向を直ちに決定することはできず、多少動いてしまう。その状態で調整台２を固定すると、水平方向の駆動機構４及び垂直方向の駆動機構５は駆動範囲の中点付近になるとは限らない。水平方向の駆動機構４及び垂直方向の駆動機構５の駆動範囲が、設置当初に駆動範囲の端に近い位置にあると、通常の運用時に何らかの原因で自装置が傾いた場合には、正常な光軸ずれ補正ができなくなる場合が発生する。
【００１１】
図７は光ビームの放射方位角の駆動範囲を示し、説明のため垂直方向の方位角を示している。自装置２１から相手側装置２２に向けて光ビームＬを出射しており、光ビームＬの方向は自装置２１の駆動機構が中点位置にある場合のＺ方向である。角度Ａ１は光ビームＬの垂直方向の放射方位角の駆動範囲、角度Ａ２は光軸ずれ補正機構動作時の自装置２１の下向きへの放射方位角の駆動範囲、角度Ａ３は上向きへの放射方位角の駆動範囲を示している。
【００１２】
例えば、図６のように光軸ずれ補正機構の動作中にＡ２≪Ａ３である場合には、自装置２１が下向きへの大きな変位には光軸ずれ補正ができる。しかし、上側への大きな変位には光軸ずれ補正機構の駆動範囲を超過しているため、光軸ずれ補正ができないことが発生し、光軸外れが発生してしまうことになる。
【００１３】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、光軸外れが発生する可能性を低減できる光空間通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本願発明に係る光空間通信装置の技術的特徴は、離れた地点間で対向設置して光ビームにより通信を行う光空間通信装置において、相手側装置に送信する光ビームを発生させる発光素子と送信光学系から成る光送信部と、前記相手側装置からの光ビームを受信する受信光学系と受光素子から成る光受信部と、前記相手側装置からの光ビームの到来方向を検出するための光位置検出手段と、該光位置検出手段からの信号により前記光送信部及び前記光受信部の方位角を制御する制御手段と、該制御手段からの信号により前記方位角を調整する光軸ずれ補正機構とを有し、該光軸ずれ補正機構は、前記方位角駆動範囲を閾値以内に制限する調整モードと、前記方位角駆動範囲を前記閾値以内に制限しない通常モードとを有することにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光空間通信装置によれば、運用中に光軸外れが発生することが少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を図１〜図４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は実施例１における光空間通信装置の構成図を示しており、対向する光ビームの送信／受信のための一対の装置の一方のみを示している。設置用固定台座３１上には、装置の方向を粗調整し固定する調整台３２を介して筐体３３が設置されている。また筐体３３内には、水平方向の駆動機構３４と垂直方向の駆動機構３５を介して光学系３６が設けられている。
【００１８】
光学系３６においては、相手側装置側から送受光レンズ３７、３８、偏光ビームスプリッタ３９、ビームスプリッタ４０、レンズ４１、光位置検出素子４２が順次に配列されている。偏光ビームスプリッタ３９の入射方向にはレンズ４３、半導体レーザー光源から成る発光素子４４が設けられ、ビームスプリッタ４０の分岐方向にはレンズ４５、受光素子４６が設けられている。
【００１９】
光位置検出素子４２の出力は制御回路４７に接続され、制御回路４７の出力は駆動回路４８を介して、駆動機構３４、３５に接続されている。また、制御回路４７には位置設定時における初期調節モードと通常運用モードの切換え、及び初期調整モードにおいての光ビームＬの照射方位角駆動範囲を設定する設定部４９の出力が接続されている。
【００２０】
なお、設定部４９は筐体３３の内部に収納されているが、設定部４９の代りに、制御回路４７に外部コンピュータをネットワークを介して接続することにより、同様の役割を行うことも可能である。
【００２１】
発光素子４４から、レンズ４３、偏光ビームスプリッタ３９に向けて偏光方向を紙面に水平になるように偏光したレーザー光を出射すると、偏光ビームスプリッタ３９で反射されたレーザー光は、送受光レンズ３８、３７を経て相手側装置に向けて出射する。この際に、送受光レンズ３７で僅かに拡がりを有するほぼ水平の光ビームＬとなる。
【００２２】
また、相手側装置から送信されてきた光ビームＬは偏光方向が紙面に垂直設定され、送信光と直交しているために、送受光レンズ３７、３８を経て、偏光ビームスプリッタ３９をそのまま通過し、ビームスプリッタ４０に入射する。そして、光ビームＬはビームスプリッタ４０において二岐され、光ビームＬの大部分はレンズ４５を介して受光素子４６に入射する。また、ビームスプリッタ４０を透過した他方の光ビームはレンズ４１を経て光位置検出素子４２に入射する。
【００２３】
この光位置検出素子４２により得られた信号は、制御回路４７を介して駆動回路４８に出力され、駆動回路４８からの駆動信号が駆動機構３４、３５に出力される。
【００２４】
図２は本実施例における光空間通信装置の初期調整モードと、通常運用モードにおいての光ビーム放射方位角の駆動範囲を示しており、自装置５１から相手側装置５２に向けて光ビームＬを出射している。Ｚ方向は自装置５１の駆動機構が中点位置にある場合の光ビームＬの方向を示している。ここでは、説明のために垂直方向の光ビーム放射方位角の駆動範囲を示すことにする。
【００２５】
初期調整モードにおける光軸ずれ補正機構の光ビーム放射方位角駆動範囲は角度Ｂ１、通常運用モードにおける駆動範囲は角度Ｂ２であり、Ｂ１＜Ｂ２の関係にある。また、自装置５１の駆動機構が中点位置にある場合の光ビームＬのＺ方向は角度Ｂ１と角度Ｂ２の中心に設定される。角度Ｂ３は通常運用モード時の自装置から角度Ｂ１を越えた上向きの部分の駆動範囲であり、角度Ｂ４は角度Ｂ１を越えた下向きの部分の駆動範囲であり、Ｂ２＝Ｂ１＋Ｂ３＋Ｂ４の関係となる。
【００２６】
水平方向の初期調整モードと通常運用モードの駆動範囲は、垂直方向と独立した設定を行うが動作原理は同様である。
【００２７】
図３は光空間通信装置の設置時の初期調整方法のフローチャート図である。装置設置時における初期調整では、先ずステップＳ１において設定部４９を介して初期調整モードに設定し、初期調整モードでの光ビーム放射方位角の駆動範囲を、図２に示すように角度Ｂ１、角度Ｂ２の中心方向に設定する。
【００２８】
続いて、ステップＳ２において、制御回路４７は水平方向の駆動機構３４及び垂直方向の駆動機構３５を中点付近の初期位置に設定するように駆動回路４８に指令することにより、光ビームＬは図２に示すＺ方向に向けて出射される。続いて、ステップＳ３において、自装置５１の駆動機構が中点位置にある場合の光ビームＬのＺ方向を中心として角度Ｂ１に制限する。
【００２９】
ステップＳ４において、操作者は調整台３２を上下左右に動かせる状態にして手動で装置の方向調整を行った後に、ステップＳ５において自動追尾機能の動作を判断する。つまり、方向調整によって光位置検出素子４２の一部に光スポットＳが受光されると、光軸ずれ補正機構が動作し、自動追尾機能が動作したと判断するとステップＳ６に進み、その状態で操作者は調整台３２を固定する。光位置検出素子４２に光スポットＳが入射せず、自動追尾機能が動作しない場合にはステップＳ４に戻り、再度調整台３２を調整する。
【００３０】
ステップＳ７においては、自動追尾動作が継続しているか否かを判断し、継続している場合はステップＳ８に進む。継続していない場合にはステップＳ４に戻り、調整台３２の固定を解除して再度装置の方向調整を行う。初期調整モードでは、光ビーム放射方位角の駆動範囲を越えた方向に相手側装置が設置している可能性があるため、固定した状態で光軸ずれ補正動作が継続できるようになるまで、この調整動作を繰り返す。
【００３１】
自動追尾動作が継続している場合には、光ビームＬの方向は図２に示す角度Ｂ１の範囲にある。続いて、ステップＳ８において、調整台３２を固定し光軸ずれ補正動作が継続している状態で、設定部４９を介して通常運用モードに設定する。ステップＳ９において、通常運用モードにすることにより、光ビーム放射方位角の駆動範囲の制限を解除し、本来の角度Ｂ２を光軸ずれ補正可能範囲とする。
【００３２】
これにより、設置後に何らかの要因により自装置５１が傾いた場合でも、初期設置時に光軸ずれ補正可能な角度Ｂ３、Ｂ４が確保できているため、その範囲以内であれば自動追尾動作を継続することができる。
【実施例２】
【００３３】
図４は実施例２における初期調整モードと通常運用モードにおける垂直方向の光ビーム放射方位角の駆動範囲を示している。実施例１と同様に、初期調整モードでの駆動範囲は角度Ｂ１、通常運用モードでの駆動範囲は角度Ｂ２であり、Ｂ１＜Ｂ２の関係にある。また、自装置５１の駆動機構が中点位置にある場合の光ビームＬのＺ方向は、角度Ｂ２の中心に設定される。角度Ｂ３は通常運用モード時の自装置５１から角度Ｂ１を越えた上向き部分の駆動範囲であり、角度Ｂ４は角度Ｂ１を越えた下向き部分の駆動範囲であり、Ｂ２＝Ｂ１＋Ｂ４＋Ｂ３の関係になる。
【００３４】
図４に示すように、この実施例２においては、初期調整モードでの光軸ずれ補正機構の角度Ｂ１は、中点方向に対して下部方向に設定されている。自装置５１が予め上方向よりも下方向に向くように動く可能性が高いことが明らかな場合には、設定部４９において角度Ｂ１をこのように設定し、実施例１と同様に初期調整をする。それにより、下方向に自装置５１が向くことが発生しても、下方向への可動範囲が上方向よりも拡がっているため、光軸ずれ補正動作中の光軸外れの可能性が減少する。
【００３５】
つまり、予めその方向に向く可能性が高い場合には、角度Ｂ１をその方向に設定しておく。また、垂直方向と水平方向のそれぞれの角度Ｂ１は、独立して設定するため、最適な位置、範囲に設定することが最も有効である。
【００３６】
また、実施例では調整モードを初期調整モードとして説明したが、この調整モードは設定時において適用するだけでなく、任意に調整することができる。
【００３７】
各実施例におけるこの調整モードでは、駆動機構の動作範囲を中点付近に制限した後に、光位置検出素子が光スポットＳを受光するまで調整台３２による調整を行う構成としている。光位置検出素子が光スポットＳを受光するまでは駆動機構の駆動範囲を通常運用モードと同様に広く設定しておき、光スポットＳを受光した後に調整台３２による調整を伴いながら駆動範囲を小さくしていく構成としてもよい。この構成によれば、円滑に相手側装置の光スポットＳを検出することができると共に、調整台３２による調整を適切に行うことによって光軸外れが発生する可能性を低減することができる。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１の光空間通信装置の構成図である。
【図２】光ビーム放射方位角の駆動範囲を表す図である。
【図３】初期調整方法のフローチャート図である。
【図４】実施例２の光ビーム放射方位角の駆動範囲を表す図である。
【図５】従来の光空間通信装置の構成図である。
【図６】光位置検出素子の概略図である。
【図７】従来の光ビーム放射方位角の駆動範囲を表す図である。
【符号の説明】
【００４０】
３４  水平方向の駆動機構
３５  垂直方向の駆動機構
４２  光位置検出素子
４４  発光素子
４６  受光素子
４７  制御回路
４８  駆動回路
４９  設定部
５１  自装置
５２  相手側装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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